JPH0831635B2 - ピエゾアクチュエータの駆動電源装置 - Google Patents
ピエゾアクチュエータの駆動電源装置Info
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- JPH0831635B2 JPH0831635B2 JP1117492A JP11749289A JPH0831635B2 JP H0831635 B2 JPH0831635 B2 JP H0831635B2 JP 1117492 A JP1117492 A JP 1117492A JP 11749289 A JP11749289 A JP 11749289A JP H0831635 B2 JPH0831635 B2 JP H0831635B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B30—PRESSES
- B30B—PRESSES IN GENERAL
- B30B12/00—Presses not provided for in groups B30B1/00 - B30B11/00
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
- H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば積層型等のピエゾ素子を駆動素子に
使用したピエゾアクチュエータの駆動電源装置に関す
る。
使用したピエゾアクチュエータの駆動電源装置に関す
る。
従来ピエゾアクチュエータの電源はピエゾアクチュエ
ータに印加する電圧に等しい直流電圧源を使用し、有接
点スイッチまたは無接点スイッチ回路でON-OFFし、放電
回路で放電していた。また、２水準以上の電圧を必要と
する場合はそれぞれの電圧ごとに電源を持ったり抵抗分
圧回路で分圧しスイッチ回路で切り換えて印加してい
た。
ータに印加する電圧に等しい直流電圧源を使用し、有接
点スイッチまたは無接点スイッチ回路でON-OFFし、放電
回路で放電していた。また、２水準以上の電圧を必要と
する場合はそれぞれの電圧ごとに電源を持ったり抵抗分
圧回路で分圧しスイッチ回路で切り換えて印加してい
た。
第２図は従来例を示し、201は交流電源、202はスライ
ダック、203は昇圧トランス、204はダイオード、208は
平滑コンデンサ、209は放電スイッチ、210,211は充電ス
イッチ、212は制限抵抗、213はPZT（積層型ピエゾアク
チュエータ）、214は他の電源からの電源供給線であ
る。
ダック、203は昇圧トランス、204はダイオード、208は
平滑コンデンサ、209は放電スイッチ、210,211は充電ス
イッチ、212は制限抵抗、213はPZT（積層型ピエゾアク
チュエータ）、214は他の電源からの電源供給線であ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕 上述したような従来の電源ではピエゾアクチュエータ
213がコンデンサでもあるため所定の電圧を印加する場
合、印加回路に突入電流制限のための制限抵抗212を挿
入する必要がある。そのためピエゾアクチュエータ213
が電源電圧に近づくと制限抵抗212によりピエゾアクチ
ュエータ213へ流れ込む電流が少なくなり、ピエゾアク
チュエータ213の昇圧スピードが低下する。すなわち、
電圧立ち上がりが遅くなるという欠点があった。また、
制限抵抗212の抵抗値を小さくして立ち上がりを改善す
るためには突入大電流に耐えるスイッチ素子が必要であ
るが、ピエゾ素子はコンデンサでもあるため電源電圧に
到達したあとはほとんど電流が流れず無駄であった。さ
らには電圧印加回路と別に放電回路が必要であった。ピ
エゾプレス（ピエゾ素子を使用したプレス）に使用する
ようなハイパワーのピエゾ素子は高電圧を印加する必要
があり、高価な有接点リレーを使用する必要がある。こ
の場合、制限抵抗を小さくするとピエゾ素子が積層電極
間で短絡した場合、回路遮断できなくなるおそれがあ
る。
213がコンデンサでもあるため所定の電圧を印加する場
合、印加回路に突入電流制限のための制限抵抗212を挿
入する必要がある。そのためピエゾアクチュエータ213
が電源電圧に近づくと制限抵抗212によりピエゾアクチ
ュエータ213へ流れ込む電流が少なくなり、ピエゾアク
チュエータ213の昇圧スピードが低下する。すなわち、
電圧立ち上がりが遅くなるという欠点があった。また、
制限抵抗212の抵抗値を小さくして立ち上がりを改善す
るためには突入大電流に耐えるスイッチ素子が必要であ
るが、ピエゾ素子はコンデンサでもあるため電源電圧に
到達したあとはほとんど電流が流れず無駄であった。さ
らには電圧印加回路と別に放電回路が必要であった。ピ
エゾプレス（ピエゾ素子を使用したプレス）に使用する
ようなハイパワーのピエゾ素子は高電圧を印加する必要
があり、高価な有接点リレーを使用する必要がある。こ
の場合、制限抵抗を小さくするとピエゾ素子が積層電極
間で短絡した場合、回路遮断できなくなるおそれがあ
る。
本発明の目的は以上のような問題を解消したピエゾア
クチュエータの駆動電源装置を提供することにある。
クチュエータの駆動電源装置を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明はピエゾ素子に印加す
る電圧よりも高電圧の直流電圧源と、直流電圧源からの
電圧をスイッチング可能にピエゾ素子に印加するための
半導体素子と、直流電圧源からの電圧印加によって得ら
れたピエゾ素子の電極間電圧を検出して、当該検出値が
所定の値になったときに半導体素子をオフする制御手段
とを具える。
る電圧よりも高電圧の直流電圧源と、直流電圧源からの
電圧をスイッチング可能にピエゾ素子に印加するための
半導体素子と、直流電圧源からの電圧印加によって得ら
れたピエゾ素子の電極間電圧を検出して、当該検出値が
所定の値になったときに半導体素子をオフする制御手段
とを具える。
本発明によれば、ピエゾアクチュエータに印加する電
圧よりも高電圧の直流電源からの電圧を、例えばトラン
ジスタによりピエゾ素子に印加し、ピエゾ素子の電極間
電圧を検出して所定の電圧になったらトランジスタをOF
Fすることによって当該ピエゾアクチュエータを駆動す
る。
圧よりも高電圧の直流電源からの電圧を、例えばトラン
ジスタによりピエゾ素子に印加し、ピエゾ素子の電極間
電圧を検出して所定の電圧になったらトランジスタをOF
Fすることによって当該ピエゾアクチュエータを駆動す
る。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す。第１図において、
高電圧直流電源１より可逆チョッパ回路２へ直流電圧を
供給する。可逆チョッパ回路２は三素子分の回路であ
り、ピエゾプレス３の上ポンチ、下ポンチおよび可動ス
トリッパの駆動を各々行う３つのピエゾアクチュエータ
へ接続されている。また、ピエゾプレス３のアクチュエ
ータは回路切り換えでポーリング回路10および加熱回路
11に接続できるようになっており、ピエゾアクチュエー
タに内蔵された積層型ピエゾ素子の分極状態が劣化した
場合、再分極処理を装置の分解をせずに行えるようにな
っている。
高電圧直流電源１より可逆チョッパ回路２へ直流電圧を
供給する。可逆チョッパ回路２は三素子分の回路であ
り、ピエゾプレス３の上ポンチ、下ポンチおよび可動ス
トリッパの駆動を各々行う３つのピエゾアクチュエータ
へ接続されている。また、ピエゾプレス３のアクチュエ
ータは回路切り換えでポーリング回路10および加熱回路
11に接続できるようになっており、ピエゾアクチュエー
タに内蔵された積層型ピエゾ素子の分極状態が劣化した
場合、再分極処理を装置の分解をせずに行えるようにな
っている。
第４図はピエゾ素子にAC電圧を印加した時の電圧−変
位曲線で、第５図はピエゾアクチュエータで使用する電
圧−変位曲線である。
位曲線で、第５図はピエゾアクチュエータで使用する電
圧−変位曲線である。
401は初期状態、402はプラス側絶縁破壊直前の状態、
403はマイナス側分極反転位置、404はマイナス側絶縁破
壊直前の状態、405はプラス側分極反転位置、406は変位
原点、407は最大伸長点、408は最大収縮点、409は変位
軸、410は電圧軸、411は降圧時の電圧−変位曲線、412
は昇圧時の電圧−変位曲線、VR1はマイナス側分極反転
電圧、VR2はプラス側分極反転電圧、VP1,VP2は絶縁破壊
電圧、SMAXは最大変位、Vnはマイナス電圧、VDはプラス
電圧、S1は収縮変位、S2は伸長変位、S3は最大使用変位
である。
403はマイナス側分極反転位置、404はマイナス側絶縁破
壊直前の状態、405はプラス側分極反転位置、406は変位
原点、407は最大伸長点、408は最大収縮点、409は変位
軸、410は電圧軸、411は降圧時の電圧−変位曲線、412
は昇圧時の電圧−変位曲線、VR1はマイナス側分極反転
電圧、VR2はプラス側分極反転電圧、VP1,VP2は絶縁破壊
電圧、SMAXは最大変位、Vnはマイナス電圧、VDはプラス
電圧、S1は収縮変位、S2は伸長変位、S3は最大使用変位
である。
ピエゾアクチュエータの充電電圧は分圧回路33で降圧
されて電圧モニタ表示回路18により計測端子への電圧出
力と表示が行われる。可逆チョッパ回路２は可逆チョッ
パ駆動回路12により駆動される。可逆チョッパ駆動回路
12には駆動パターンROM20が接続され、ここからのデー
タを可逆チョッパ回路２を駆動する信号へ変換してい
る。駆動信号は動作表示回路26で動作表示に変換され
る。
されて電圧モニタ表示回路18により計測端子への電圧出
力と表示が行われる。可逆チョッパ回路２は可逆チョッ
パ駆動回路12により駆動される。可逆チョッパ駆動回路
12には駆動パターンROM20が接続され、ここからのデー
タを可逆チョッパ回路２を駆動する信号へ変換してい
る。駆動信号は動作表示回路26で動作表示に変換され
る。
第３図（１）は第１図の高電圧直流電源１、可逆チョ
ッパ回路２と可逆チョッパ駆動回路12の一実施例を示
し、301は交流電源、302は昇圧トランス、303〜306は整
流ダイオード、307は平滑コンデンサ、308,309は制限抵
抗、310〜313はスイッチングトランジスタ（ダイオード
付）、314〜321は分圧抵抗、322はRZT、323〜326はトラ
ンジスタベースドライブ回路、327〜334は回路接続端
子、335〜337は動作モード指令信号入力端子、338,339
は基準電圧入力端子、340,341はコンパレータ、342〜34
5はオペアンプ、346はマイナスモード電圧設定ボリュー
ム、347,348はプラス電圧設定ボリューム、349,350は接
続点である。
ッパ回路２と可逆チョッパ駆動回路12の一実施例を示
し、301は交流電源、302は昇圧トランス、303〜306は整
流ダイオード、307は平滑コンデンサ、308,309は制限抵
抗、310〜313はスイッチングトランジスタ（ダイオード
付）、314〜321は分圧抵抗、322はRZT、323〜326はトラ
ンジスタベースドライブ回路、327〜334は回路接続端
子、335〜337は動作モード指令信号入力端子、338,339
は基準電圧入力端子、340,341はコンパレータ、342〜34
5はオペアンプ、346はマイナスモード電圧設定ボリュー
ム、347,348はプラス電圧設定ボリューム、349,350は接
続点である。
第３図（２）はピエゾ素子についてのプラスモードの
電圧印加経路、第３図（３）は同じくマイナスモードの
電圧印加経路、第３図（４）は同じく0Vモードでの電圧
放電経路を示し、第３図（10）に示す表は第３図（１）
の回路動作真理値表である。
電圧印加経路、第３図（３）は同じくマイナスモードの
電圧印加経路、第３図（４）は同じく0Vモードでの電圧
放電経路を示し、第３図（10）に示す表は第３図（１）
の回路動作真理値表である。
ここで第３図を参照して可逆チョッパ回路２について
詳述すると、１素子分は、NPNトランジスタを直列に２
個接続し、中点より端子を取り出したトランジスタモジ
ュール（トランジスタ310,311,312,313）を２組持つ回
路からなり、この端子349,350にピエゾ素子322を接続す
る。トランジスタのコレクタ側を高電圧直流電源のプラ
ス側に接続し、エミッタ側を直流源１のマイナス側に接
続する。第３図（２）および（３）のように２組のトラ
ンジスタモジュールのうち１組の直流源プラス側トラン
ジスタをONしたときは他組のモジュールの直流源マイナ
ス側トランジスタをONするようにする。これによりピエ
ゾ素子へ正逆の電圧を印加することができる。ここでピ
エゾ素子の分極状態を反転させるような電圧の印加をマ
イナス印加モード（第３図（３））、その逆をプラス印
加モード（第３図（２））とすると、プラスおよびマイ
ナスモードの印加が可能となる。
詳述すると、１素子分は、NPNトランジスタを直列に２
個接続し、中点より端子を取り出したトランジスタモジ
ュール（トランジスタ310,311,312,313）を２組持つ回
路からなり、この端子349,350にピエゾ素子322を接続す
る。トランジスタのコレクタ側を高電圧直流電源のプラ
ス側に接続し、エミッタ側を直流源１のマイナス側に接
続する。第３図（２）および（３）のように２組のトラ
ンジスタモジュールのうち１組の直流源プラス側トラン
ジスタをONしたときは他組のモジュールの直流源マイナ
ス側トランジスタをONするようにする。これによりピエ
ゾ素子へ正逆の電圧を印加することができる。ここでピ
エゾ素子の分極状態を反転させるような電圧の印加をマ
イナス印加モード（第３図（３））、その逆をプラス印
加モード（第３図（２））とすると、プラスおよびマイ
ナスモードの印加が可能となる。
直流源の電圧をピエゾ素子へ印加する電圧より高電圧
にし、ピエゾ素子に電圧を印加する過程において、ピエ
ゾ素子のプラス電位端子と直流源のマイナスとの電位差
を分圧して取り出し（分圧回路33）、これと予め設定し
た電圧と比較し（比較回路19）、等しくなれば直流源プ
ラス側に接続されているトランジスタをOFFし、ピエゾ
素子の充電を停止し目標電圧とし、その後電圧検出回路
を通ってピエゾ素子の電荷が放電し、電圧がある幅低下
した時にトランジスタをONし、この過程を繰り返すこと
で充電電圧を維持することができる（可逆チョッパ駆動
回路12）。
にし、ピエゾ素子に電圧を印加する過程において、ピエ
ゾ素子のプラス電位端子と直流源のマイナスとの電位差
を分圧して取り出し（分圧回路33）、これと予め設定し
た電圧と比較し（比較回路19）、等しくなれば直流源プ
ラス側に接続されているトランジスタをOFFし、ピエゾ
素子の充電を停止し目標電圧とし、その後電圧検出回路
を通ってピエゾ素子の電荷が放電し、電圧がある幅低下
した時にトランジスタをONし、この過程を繰り返すこと
で充電電圧を維持することができる（可逆チョッパ駆動
回路12）。
さらに、第３図（４）のようにピエゾ素子の両端の電
位差が0Vとなるように２組のトランジスタモジュールの
直流源のマイナス側に接続されたトランジスタが両組と
もONし、ピエゾ素子の電荷を放電し、この時直流源のプ
ラス側に接続されたトランジスタがONしないように駆動
ロジック回路上インターロックされるような0Vモードを
持つ。
位差が0Vとなるように２組のトランジスタモジュールの
直流源のマイナス側に接続されたトランジスタが両組と
もONし、ピエゾ素子の電荷を放電し、この時直流源のプ
ラス側に接続されたトランジスタがONしないように駆動
ロジック回路上インターロックされるような0Vモードを
持つ。
以上のような回路の駆動データはROM20に保持し、ア
ドレス指令によりピエゾプレスを駆動する。なお、ROM2
0には材料送りタイミング信号も書き込み、材料送り装
置４へ送出することができ、これによりプレス動作と材
料送り動作の同期運転を可能にする。また後述のように
ピエゾ素子が積層電極間で電気短絡した場合、直流源プ
ラス側トランジスタがON状態を継続するようになる。そ
こでこのON時間を検出し、予め設定した時間以上ON応対
を継続した場合は電源をOFFする。
ドレス指令によりピエゾプレスを駆動する。なお、ROM2
0には材料送りタイミング信号も書き込み、材料送り装
置４へ送出することができ、これによりプレス動作と材
料送り動作の同期運転を可能にする。また後述のように
ピエゾ素子が積層電極間で電気短絡した場合、直流源プ
ラス側トランジスタがON状態を継続するようになる。そ
こでこのON時間を検出し、予め設定した時間以上ON応対
を継続した場合は電源をOFFする。
ピエゾアクチュエータの充電電圧が電圧指令31または
変位指令32と分圧回路33を経由してフィードバックされ
る実測電圧または変位計５の出力を比較回路19で比較
し、可逆チョッパ駆動回路12へ印加状態をフィードバッ
クすることで目標充電電圧になるようコントロールされ
る。ピエゾプレス３の動作は変位計５により計測し、変
位表示器６で表示され、変位原点指令７により表示の原
点リセットを行う。
変位指令32と分圧回路33を経由してフィードバックされ
る実測電圧または変位計５の出力を比較回路19で比較
し、可逆チョッパ駆動回路12へ印加状態をフィードバッ
クすることで目標充電電圧になるようコントロールされ
る。ピエゾプレス３の動作は変位計５により計測し、変
位表示器６で表示され、変位原点指令７により表示の原
点リセットを行う。
ピエゾアクチュエータには寿命があり、そのひとつと
して積層電極間の絶縁破壊による極間短絡がある。この
故障が発生すると直流源プラス側に接続されたチョッパ
回路のトランジスタが電圧印加指令の間ON状態を継続す
る。そこで素子短絡検出回路15は予め設定したON時間よ
りも長くチョッパ回路のトランジスタがON状態を継続し
た場合、短絡異常信号を異常表示回路16へ送出し表示を
行わせると共に異常処理回路17へ異常信号を送出する。
異常処理回路17は可逆チョッパ駆動回路12へ割り込み信
号を送出し、可逆チョッパ回路２が0Vモードとなるよう
にする。この結果、回路部品の焼損を防止する。
して積層電極間の絶縁破壊による極間短絡がある。この
故障が発生すると直流源プラス側に接続されたチョッパ
回路のトランジスタが電圧印加指令の間ON状態を継続す
る。そこで素子短絡検出回路15は予め設定したON時間よ
りも長くチョッパ回路のトランジスタがON状態を継続し
た場合、短絡異常信号を異常表示回路16へ送出し表示を
行わせると共に異常処理回路17へ異常信号を送出する。
異常処理回路17は可逆チョッパ駆動回路12へ割り込み信
号を送出し、可逆チョッパ回路２が0Vモードとなるよう
にする。この結果、回路部品の焼損を防止する。
さらにピエゾアクチュエータ動作寿命を動作回数記憶
回路13に記録し、実使用回数と比較し、動作寿命に達し
た時、素子寿命表示回路14により表示を行わせる。ピエ
ゾアクチュエータに内蔵した圧電型荷重センサの信号を
電荷−電圧変換回路34へ入力し、出力を荷重表示回路35
でピエゾアクチュエータの動作荷重として表示する。ま
た圧電型荷重センサの出力ドリフトを防ぐため駆動パタ
ーンROM20の出力データよりピエゾアクチュエータの無
負荷状態を検出し、電荷−電圧変換回路34の入力端子を
無負荷状態で短絡リセットするようにする。
回路13に記録し、実使用回数と比較し、動作寿命に達し
た時、素子寿命表示回路14により表示を行わせる。ピエ
ゾアクチュエータに内蔵した圧電型荷重センサの信号を
電荷−電圧変換回路34へ入力し、出力を荷重表示回路35
でピエゾアクチュエータの動作荷重として表示する。ま
た圧電型荷重センサの出力ドリフトを防ぐため駆動パタ
ーンROM20の出力データよりピエゾアクチュエータの無
負荷状態を検出し、電荷−電圧変換回路34の入力端子を
無負荷状態で短絡リセットするようにする。
駆動パターンROM20はアドレスカウンタ21により読み
出しアドレスを指定される。アドレスカウンタ21は基準
クロック24を分周回路25で分周したクロックまたは手動
クロック30でカウントUPする。アドレスカウンタ21は駆
動アドレス領域コントロール回路22により駆動パターン
ROM20の特定の領域を繰り返し指定するようにされてい
る。アドレスカウンタ21は動作繰り返し数コントロール
回路23により予め設定した動作回数で停止するようにコ
ントロールされる。これにより必要生産量を正確にプレ
スすることが可能である。
出しアドレスを指定される。アドレスカウンタ21は基準
クロック24を分周回路25で分周したクロックまたは手動
クロック30でカウントUPする。アドレスカウンタ21は駆
動アドレス領域コントロール回路22により駆動パターン
ROM20の特定の領域を繰り返し指定するようにされてい
る。アドレスカウンタ21は動作繰り返し数コントロール
回路23により予め設定した動作回数で停止するようにコ
ントロールされる。これにより必要生産量を正確にプレ
スすることが可能である。
ディレイ回路27は駆動パターンROM20より送出される
材料送り装置４の駆動信号を受けて予め設定した時間ア
ドレスカウンタ21のカウントを停止させる信号をアドレ
スカウンタ21に出力する。インタフェース28は他のピエ
ゾプレス８を駆動するピエゾプレス駆動電源９との制御
信号を入出力を行う。
材料送り装置４の駆動信号を受けて予め設定した時間ア
ドレスカウンタ21のカウントを停止させる信号をアドレ
スカウンタ21に出力する。インタフェース28は他のピエ
ゾプレス８を駆動するピエゾプレス駆動電源９との制御
信号を入出力を行う。
第３図（５）は電圧モニタ回路の実施例を示し、351
は差動回路であり、352,353は外部出力端子を示し、こ
こに表示手段を接続する。
は差動回路であり、352,353は外部出力端子を示し、こ
こに表示手段を接続する。
第３図（６）および第３図（８）は素子の電圧を基準
電圧と比較し、トランジスタのON-OFFを制御する比較回
路19の実施例で、その時の素子電圧と変位を第３図
（７）および第３図（９）の（ａ）と（ｂ）に示す。第
３図（９）の（ｃ）と（ｄ）は制御電圧幅を広くし、機
械的摩擦抵抗の低減時の一実施例を示す。
電圧と比較し、トランジスタのON-OFFを制御する比較回
路19の実施例で、その時の素子電圧と変位を第３図
（７）および第３図（９）の（ａ）と（ｂ）に示す。第
３図（９）の（ｃ）と（ｄ）は制御電圧幅を広くし、機
械的摩擦抵抗の低減時の一実施例を示す。
第６図（１）と第６図（２）はピエゾプレス駆動電源
とピエゾプレス装置との接続概念図であり、601は直流
電源、602は可逆チョッパ回路、603は制御回路、604は
駆動パターンROM、605〜607は積層型ピエゾアクチュエ
ータ、608はモータドライバ、609はモータ、610,611は
送りローラ、612は被加工材、613はプーリ、614は下ポ
ンチ、615は上ポンチ、616は可動ストリッパ、617はプ
レスフレームである。
とピエゾプレス装置との接続概念図であり、601は直流
電源、602は可逆チョッパ回路、603は制御回路、604は
駆動パターンROM、605〜607は積層型ピエゾアクチュエ
ータ、608はモータドライバ、609はモータ、610,611は
送りローラ、612は被加工材、613はプーリ、614は下ポ
ンチ、615は上ポンチ、616は可動ストリッパ、617はプ
レスフレームである。
第６図（３）はピエゾアクチュエータと駆動電源の接
続概念図であり、601は直流電源、602は可逆チョッパ回
路、603は制御回路、624はケース、625は積層型ピエゾ
アクチュエータ、626は可動片、627は復帰ばねである。
続概念図であり、601は直流電源、602は可逆チョッパ回
路、603は制御回路、624はケース、625は積層型ピエゾ
アクチュエータ、626は可動片、627は復帰ばねである。
第７図はピエゾプレスを用いた加工工程と制御電圧波
形を示し、701は下ダイ、702は下ポンチ、703はブラン
ク、704は可動ストリッパ、705は上ポンチ、706はブラ
ンク、707は可動ストリッパ駆動電圧、708は外部制御出
力、709は上ポンチ駆動電圧、710は下ポンチ駆動電圧、
711は前抜き工程終了状態、712はポンチ逃げ工程、713
は材料送り工程、714は材料固定工程、715は上ポンチ半
抜き工程、716は上ポンチ逃げ、717は逆抜き工程、718
は下ポンチ逃げ、719はプッシュバック工程である。
形を示し、701は下ダイ、702は下ポンチ、703はブラン
ク、704は可動ストリッパ、705は上ポンチ、706はブラ
ンク、707は可動ストリッパ駆動電圧、708は外部制御出
力、709は上ポンチ駆動電圧、710は下ポンチ駆動電圧、
711は前抜き工程終了状態、712はポンチ逃げ工程、713
は材料送り工程、714は材料固定工程、715は上ポンチ半
抜き工程、716は上ポンチ逃げ、717は逆抜き工程、718
は下ポンチ逃げ、719はプッシュバック工程である。
第８図はピエゾアクチュエータ短絡検出と回路保護動
作の説明図であり、801はプラスモード、802はマイナス
モード、803はプラスモード、804は積層電極間短絡時
点、805は短絡電流、806は回路停止時点、807は突入電
流、808は素子電圧維持電流、809はピエゾアクチュエー
タ電圧、810は回路電流、811,812は制御信号、813は合
成信号、814は0Vモード,t1は正常動作時最長通電時間、
t2は短絡検出時間、815は回路停止信号である。
作の説明図であり、801はプラスモード、802はマイナス
モード、803はプラスモード、804は積層電極間短絡時
点、805は短絡電流、806は回路停止時点、807は突入電
流、808は素子電圧維持電流、809はピエゾアクチュエー
タ電圧、810は回路電流、811,812は制御信号、813は合
成信号、814は0Vモード,t1は正常動作時最長通電時間、
t2は短絡検出時間、815は回路停止信号である。
第９図はトランジスタベースドライブ回路323〜326の
実施例を示し（富士時報UDC 621.382.049.77）、第10図
（１），（４）および（５）は単抜き時の駆動パターン
の実施例を示し、第10図（２）および（３）はポンチ可
動片の変位とその時の駆動電圧を示す。V1は可動ストリ
ッパ駆動電圧、V2はポンチ駆動電圧、Ｓは外部制御出
力、V21,V22はアクチュエータ駆動電圧、S1は基準電圧
の90°位相信号、S2は正弦波基準電圧、100はアクチュ
エータ可動片衝突振動変位部を示す。
実施例を示し（富士時報UDC 621.382.049.77）、第10図
（１），（４）および（５）は単抜き時の駆動パターン
の実施例を示し、第10図（２）および（３）はポンチ可
動片の変位とその時の駆動電圧を示す。V1は可動ストリ
ッパ駆動電圧、V2はポンチ駆動電圧、Ｓは外部制御出
力、V21,V22はアクチュエータ駆動電圧、S1は基準電圧
の90°位相信号、S2は正弦波基準電圧、100はアクチュ
エータ可動片衝突振動変位部を示す。
本発明実施例は以上の通りであるが、以上をまとめる
と、下記の通りである。
と、下記の通りである。
1.プレスに付属した材料送り装置を駆動するための信号
を出力する。
を出力する。
2.ピエゾ素子が積層電極間で電気短絡を起こしたことを
検出してピエゾアクチュエータへの電圧印加を停止する
回路を持つ。
検出してピエゾアクチュエータへの電圧印加を停止する
回路を持つ。
3.ピエゾアクチュエータへ印加している電圧を表示する
と共に、印加電圧に比例した低電圧のモニタ出力を備え
る。
と共に、印加電圧に比例した低電圧のモニタ出力を備え
る。
4.ピエゾアクチュエータの動作量を外部より電圧信号と
して受信し、予め設定した動作量となるようにアクチュ
エータへ印加する電圧を可変する回路を持つ。
して受信し、予め設定した動作量となるようにアクチュ
エータへ印加する電圧を可変する回路を持つ。
5.ピエゾアクチュエータの累積動作回数を表示し、また
それを記憶し予め設定した回数以上動作した時それを表
示する。
それを記憶し予め設定した回数以上動作した時それを表
示する。
6.材料送り装置へ起動信号を出力した後、予め設定した
時間次の動作を移らず待つ回路を持ち、その時間を外部
から可変できるようにする。
時間次の動作を移らず待つ回路を持ち、その時間を外部
から可変できるようにする。
7.プレス駆動プログラムをROMデータとして保持し、数
種類の動作パターンをアドレス切替えで使用できるよう
にする。
種類の動作パターンをアドレス切替えで使用できるよう
にする。
8.他のピエゾプレスへROM読出アドレスデータと内部動
作クロックおよび動作異常信号をインタフェース回路を
介して外部へ入出力できるようにする。
作クロックおよび動作異常信号をインタフェース回路を
介して外部へ入出力できるようにする。
9.ピエゾアクチュエータへの電圧印加モードを表示す
る。
る。
10.可逆チョッパ回路としてPTZ充電スピードを高速化す
る。
る。
11.設定電圧に達した後充電電圧が低下した時、一定の
ヒステリシス幅の電圧でトランジスタをONし電圧を維持
する。
ヒステリシス幅の電圧でトランジスタをONし電圧を維持
する。
12.制御電圧幅を小さくし、かつ電圧脈動があってもシ
リンダの機械系により吸収する程度の大きさの制御電圧
幅とする。
リンダの機械系により吸収する程度の大きさの制御電圧
幅とする。
13.制御電圧幅を大きくし１μ前後の振動を生じさせる
ことで機械系の摩擦抵抗を低減し、シリンダ動作ストロ
ークの精度を向上する。
ことで機械系の摩擦抵抗を低減し、シリンダ動作ストロ
ークの精度を向上する。
14.0Vモードを作ることでアクチュエータの変位原点を
得やすくする。
得やすくする。
15.動作回数を予め設定し、その回数で動作を停止す
る。
る。
16.マイナス電圧を印加できるようにし、ピエゾ素子の
使用最大ストロークを大きくする。
使用最大ストロークを大きくする。
17.プラス電圧を２水準以上印加できるようにし、プッ
シュバックできるようにする。
シュバックできるようにする。
18.ピエゾ素子劣化を回復するために素子の分極処理を
行う回路を設け、この時分極時間を短くするために分極
反転しないAC電圧を印加できる回路を付属させ、AC電圧
印加による自己発熱を利用する自己発熱回路を設ける。
行う回路を設け、この時分極時間を短くするために分極
反転しないAC電圧を印加できる回路を付属させ、AC電圧
印加による自己発熱を利用する自己発熱回路を設ける。
19.ピエゾアクチュエータの圧電型荷重センサの信号を
荷重信号に変換し表示する回路とプレス動作の同期して
センサのリセットを行う回路を持つ。
荷重信号に変換し表示する回路とプレス動作の同期して
センサのリセットを行う回路を持つ。
以上説明したように本発明によれば、１つの直流電源
によって、速い立上がりでピエゾアクチュエータを駆動
することができる。したがって、例えば、上ポンチおよ
び可動ストリッパーを備えた、さらには下ポンチをも備
えたプレス機械に本発明は好適である。
によって、速い立上がりでピエゾアクチュエータを駆動
することができる。したがって、例えば、上ポンチおよ
び可動ストリッパーを備えた、さらには下ポンチをも備
えたプレス機械に本発明は好適である。
第１図は本発明の実施例の回路ブロック図、 第２図は従来例の回路図、 第３図（１）は第１図の要部回路図、 第３図（２）〜（４）はピエゾ素子の各モードの電圧印
加経路図、 第３図（５）は電圧モニタ回路の実施例を示す図、 第３図（６）および（８）は比較回路の実施例を示す
図、 第３図（７）および（９）は素子電圧と変位との関係を
示す図、 第３図（10）は第３図（１）の回路の動作真理値表を示
す図、 第４図はAC電圧印加時のピエゾ素子の電圧−変位曲線を
示す図、 第５図はピエゾアクチュエータで使用する電圧−変位曲
線を示す図、 第６図（１）および（２）はピエゾプレス駆動電源とピ
エゾプレス装置との接続概念図、 第６図（３）はピエゾアクチュエータと駆動電源の接続
概念図、 第７図はピエゾプレスを用いた加工工程と制御電圧波形
を示す図、 第８図はピエゾアクチュエータ短絡検出と回路保護動作
の説明図、 第９図はトランジスタベースドライブ回路の実施例を示
す図、 第10図（１），（４）および（５）は単抜き時の駆動パ
ターンの実施例を示す図、 第10図（２）および（３）はポンチ可動片の変位とその
時の駆動電圧を示す図である。 １……高圧直流電源、２……可逆チョッパー回路、３…
…ピエゾプレス、４……材料送り装置、５……変位計、
６……変位表示、７……変位原点指令、８……ピエゾプ
レス、９……ピエゾプレス駆動電源、10……ポーリング
回路、11……加熱回路、12……可逆チョッパ駆動回路、
13……動作回数記憶回路、14……素子寿命表示回路、15
……素子異常検出回路、16……異常表示回路、17……異
常処理回路、18……電圧モニタ表示回路、19……比較回
路、20……駆動パターンROM、21……アドレスカウン
タ、22……駆動アドレス領域コントロール回路、23……
動作繰り返し数コントロール回路、24……基準クロッ
ク、25……分周回路、26……動作表示、27……デレイ回
路、28……インタフェース、29……分周指令、30……手
動クロック、31……電圧指令、32……変位指令、33……
分圧回路、34……電荷−電圧変換回路、35……荷重表示
回路。
加経路図、 第３図（５）は電圧モニタ回路の実施例を示す図、 第３図（６）および（８）は比較回路の実施例を示す
図、 第３図（７）および（９）は素子電圧と変位との関係を
示す図、 第３図（10）は第３図（１）の回路の動作真理値表を示
す図、 第４図はAC電圧印加時のピエゾ素子の電圧−変位曲線を
示す図、 第５図はピエゾアクチュエータで使用する電圧−変位曲
線を示す図、 第６図（１）および（２）はピエゾプレス駆動電源とピ
エゾプレス装置との接続概念図、 第６図（３）はピエゾアクチュエータと駆動電源の接続
概念図、 第７図はピエゾプレスを用いた加工工程と制御電圧波形
を示す図、 第８図はピエゾアクチュエータ短絡検出と回路保護動作
の説明図、 第９図はトランジスタベースドライブ回路の実施例を示
す図、 第10図（１），（４）および（５）は単抜き時の駆動パ
ターンの実施例を示す図、 第10図（２）および（３）はポンチ可動片の変位とその
時の駆動電圧を示す図である。 １……高圧直流電源、２……可逆チョッパー回路、３…
…ピエゾプレス、４……材料送り装置、５……変位計、
６……変位表示、７……変位原点指令、８……ピエゾプ
レス、９……ピエゾプレス駆動電源、10……ポーリング
回路、11……加熱回路、12……可逆チョッパ駆動回路、
13……動作回数記憶回路、14……素子寿命表示回路、15
……素子異常検出回路、16……異常表示回路、17……異
常処理回路、18……電圧モニタ表示回路、19……比較回
路、20……駆動パターンROM、21……アドレスカウン
タ、22……駆動アドレス領域コントロール回路、23……
動作繰り返し数コントロール回路、24……基準クロッ
ク、25……分周回路、26……動作表示、27……デレイ回
路、28……インタフェース、29……分周指令、30……手
動クロック、31……電圧指令、32……変位指令、33……
分圧回路、34……電荷−電圧変換回路、35……荷重表示
回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野並 光晴 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 河村 幸則 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 ▲瀧▼川 智博 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 後藤 三郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】ピエゾ素子に印加する電圧よりも高電圧の
直流電圧源と、 該直流電圧源からの電圧をスイッチング可能に前記ピエ
ゾ素子に印加するための半導体素子と、 前記直流電圧源からの電圧印加によって得られた前記ピ
エゾ素子の電極間電圧を検出して、当該検出値が所定の
値になったときに前記半導体素子をオフする制御手段と
を具えたことを特徴とするピエゾアクチュエータの駆動
電源装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117492A JPH0831635B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | ピエゾアクチュエータの駆動電源装置 |
| DE4011277A DE4011277A1 (de) | 1989-05-12 | 1990-04-06 | Treibereinheit fuer einen piezoaktuator |
| US07/693,078 US5138217A (en) | 1989-05-12 | 1991-04-29 | Driving power unit for piezoactuator system and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1117492A JPH0831635B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | ピエゾアクチュエータの駆動電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02297983A JPH02297983A (ja) | 1990-12-10 |
| JPH0831635B2 true JPH0831635B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=14713068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1117492A Expired - Fee Related JPH0831635B2 (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | ピエゾアクチュエータの駆動電源装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5138217A (ja) |
| JP (1) | JPH0831635B2 (ja) |
| DE (1) | DE4011277A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5371427A (en) * | 1991-03-12 | 1994-12-06 | Nikon Corporation | Driver for piezoelectric actuator and shutter control device utilizing piezoelectric device |
| JPH04286657A (ja) * | 1991-03-18 | 1992-10-12 | Fujitsu Ltd | 圧電素子の異常検出回路 |
| US5315564A (en) * | 1992-02-06 | 1994-05-24 | Fmc Corporation | Sensing apparatus |
| DE69823977T2 (de) * | 1998-03-16 | 2005-05-19 | Yamada Dobby Co. Ltd., Bisai | Steuervorrichtung für den Stössel einer Presse |
| EP1043612A3 (en) | 1999-04-09 | 2000-12-13 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Optical fibre connector |
| US6539853B1 (en) * | 1999-11-04 | 2003-04-01 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Smart card connector with retain and eject means |
| DE19953244A1 (de) * | 1999-11-04 | 2001-05-17 | Itt Mfg Enterprises Inc | Presse |
| DE19953251A1 (de) * | 1999-11-04 | 2001-05-17 | Itt Mfg Enterprises Inc | Presse |
| DE10149671A1 (de) * | 2001-10-09 | 2003-04-24 | Eppendorf Ag | Verfahren zum Steuern eines Piezoantriebes und Piezoantrieb zur Durchführung des Verfahrens |
| DE10155388A1 (de) * | 2001-11-10 | 2003-05-22 | Bosch Gmbh Robert | Schaltungsanordnung zum Laden und Entladen von piezoelektrischen Elementen sowie zur Abschaltung einer Piezo-Endstufe |
| US6979933B2 (en) * | 2002-09-05 | 2005-12-27 | Viking Technologies, L.C. | Apparatus and method for charging and discharging a capacitor |
| US7190102B2 (en) * | 2002-09-05 | 2007-03-13 | Viking Technologies, L.C. | Apparatus and method for charging and discharging a capacitor to a predetermined setpoint |
| CN1501575B (zh) * | 2002-11-15 | 2010-05-12 | 松下电器产业株式会社 | 压电体驱动器及其驱动方法、以及盘记录重放装置 |
| FR2879256A1 (fr) * | 2004-12-14 | 2006-06-16 | Renault Sas | Dispositif de commande electronique d'actionneurs piezo-electriques |
| DE102010015660B4 (de) | 2010-04-20 | 2023-02-09 | Austriamicrosystems Ag | Verfahren zum Schalten einer elektrischen Last in einem Brückenzweig einer Brückenschaltung und Brückenschaltung |
| DE102009025478A1 (de) * | 2009-06-18 | 2011-01-05 | Austriamicrosystems Ag | Schaltungsanordnung und Verfahren zum Schalten einer Kapazität |
| JP2012210091A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Seiko Epson Corp | 発電装置 |
| JP5874208B2 (ja) * | 2011-06-15 | 2016-03-02 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電センサー装置、超音波センサー、および圧電センサー装置の駆動方法 |
| CN107771361B (zh) * | 2015-06-03 | 2022-01-25 | 皇家飞利浦有限公司 | 基于电活性聚合物的致动器设备 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3742492A (en) * | 1971-01-11 | 1973-06-26 | D Proctor | Transducer drive circuit and signal generator |
| US4507762A (en) * | 1982-09-24 | 1985-03-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Environmental Protection Agency | Method and apparatus for generating monopulse ultrasonic signals |
| US4714935A (en) * | 1983-05-18 | 1987-12-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink-jet head driving circuit |
| DE3505478A1 (de) * | 1985-02-16 | 1986-08-21 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren und schaltungsanordnung zum betrieb eines piezokeramischen elektro-akustischen wandlers |
| DE3522994A1 (de) * | 1985-06-27 | 1987-01-08 | Diehl Gmbh & Co | Steuerschaltung fuer ein piezostellglied |
| GB2198604B (en) * | 1986-11-15 | 1991-02-13 | Brother Ind Ltd | Piezoelectric element drive circuit |
| US4866326A (en) * | 1987-02-19 | 1989-09-12 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Driver circuit for piezoelectric actuator, and impact dot-matrix printer using the driver circuit |
-
1989
- 1989-05-12 JP JP1117492A patent/JPH0831635B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-04-06 DE DE4011277A patent/DE4011277A1/de active Granted
-
1991
- 1991-04-29 US US07/693,078 patent/US5138217A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4011277C2 (ja) | 1992-03-12 |
| US5138217A (en) | 1992-08-11 |
| DE4011277A1 (de) | 1990-11-15 |
| JPH02297983A (ja) | 1990-12-10 |
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