JPS61153025A - 圧電素子を利用した機械的作動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば自動車の車輪に対して作用するブレ
ーキ力を微細調節するように、ブレーキピストンに対し
て作用する油圧を電気的な信号によって制御するような
状態で使用される、圧電素子を利用した機械的作動装置
に関する。

［背景技術］ ＰＺＴ等の圧電素子を多数積ｍ設定して、上記圧電素子
に対して高電圧電力を印加供給することによって、大き
な機械的な力を発生させるようにして、各種機械的な制
御を実行させるようにすることは知られている。例えば
、ＤＥ３０３９９７２Ａ１で示されるように、高速で且
つ大きな作動力を必要とする、エンジンの燃料噴射弁の
制御を、複数の圧電素子を積層構成した機械的作動装置
で実行するようにすることが考えられている。

このような圧電素子を複数子積層設定して構成される機
械的作動装置は、電気的な信号によって効果的に応答性
良好に制御されるものであり、また大きな機械的作動力
が得られるものであるため、種々の応用が考えられる。

しかし、このような圧電素子を利用した作動装置にあっ
ては、印加電圧の値に対応する歪みによる発生力の精度
が正確に定まらないという欠点を備えている。このよう
な歪みによる発生力の精度が定まらない状態は、特に時
間の経過と共に顕著に現れるようになる。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたちので、圧電
素子を利用する状態でありながら、印加設定する電圧に
対応する機械的な作動力が、常に確実に相対関係をもっ
て知ることができ、機械的作動制御が常に正確な状態で
実行されるようにして、例えば自動車等の車両の走行制
御、エンジンの制御等が安定して制御実行できるように
する圧電素子を利用した機械的作動装置を提供しようと
するものである。

［ｒｍｍ点点解決するための手段］ 、すなわち、この発明に係る機械的作動装置にあっては
、板状に構成される複数の圧電素子を、相互間に電極を
介在させる状態で積層設定すると共に、この積層された
複数の圧電素子からなる圧電素子群の一部分を構成する
ようにな状態で、絶縁板を介在して検出用圧電素子を積
層設定するものであり、この検出用圧電素子によって上
記圧電素子群で発生した歪み力が検出されるようにする
ものである。

［作用１ 上記のように構成される機械的作動装置を、例えば車両
のブレーキ制御装置のブレーキピストンが設定されるホ
イールシリンダ内に設定した場合、上記圧電素子に対し
て高電圧を印加制御することによって、圧電素子に対し
て物理的な歪みによる力を発生制御するようにすれば、
この歪みによる発生力によってブレーキピストンニ加わ
る油圧力が微細に制御される状態となる。この場合、ブ
レーキピストンに加わる油圧力の制御ｆｌに対応する圧
１ｔｊＩ！子群の歪みによる発生力は、上記検出用圧電
素子に対して圧力として作用するようになるものであり
、したがってこの検出用圧電素子からの検出信号によっ
て、圧電素子群の歪みによる発生力がフィードバック制
御されるようになるものであり、常に安定した正確な精
度で、機械的作動力制御が実行されるようになるもので
ある。

［実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は例えば車両のブレーキＩＩＩ　ＩＩＩ機構に対
して効果的に使用されるようになる圧電素子を利用した
機械的作動装置を示すもので、例えば円板状にした複数
の圧電素子１１１．１１２　、・・・が積層設定され、
圧電素子群１１が構成されるようにする。この場合、上
記圧電素子１１１．１１２　、・・・のそれぞれ相互間
に電極板１２１．１２２　、・・・が介在されるように
しているもので、これら電極板を介して、上記複数の圧
電素子１１１．１１２、・・・が電気的に並列状態に接
続設定されるようにする。そして、上記圧電素子１１１
．１１２、・・・に対して、この図では示されない制御
回路からリード線１３を介して高電圧信号が印加制御さ
れ、この高電圧信号の状態に応じて各圧電素子１１１．
１１２　、・・・に歪みが発生され、この各圧電素子１
１１．１１２　、・・・の厚さが可変制御され、圧電素
子群１１の積層方向の長さが伸縮制御されるようになる
ものである。

また、このように圧電素子１１１．１１２、・・・を積
層構成した圧電素子群１１の一方の面には、セラミック
等の絶縁板１４をざらに積層設定するものであり、この
絶縁板１４に対してはさらに検出用の圧電素子１５を積
層設定する。そして、この検出用圧電素子１５からの検
出電圧信号は、リード線１６を介して制御回路部に対し
て供給されるようにする。すなわち、圧電素子群１１で
発生した歪みによる機械的作動量が検出用圧電素子１５
において検出され、その検出信号が制卸回路部に供給設
定されるようになる。

ここで、上記圧電素子群１１、セラミック等の絶縁板１
４、および検出用圧電素子１５の積層構造体は、全体的
に一体化した状態に設定されるようにセラミック樹脂等
の絶縁材料によって形成された絶縁体バイブ内に収納設
定されているものであり、この一体構造体の一側は固定
体１８に対して固定設定される。

また、上記絶縁体バイブ１１内に設定された状態の圧電
素子群１１の上記固定体１８とは反対側の部分には、金
属等によって構成されたバイブ状態でその一側が閉じら
れた状態の外ケース１９が被せられている。そして、こ
のケース１９に対して形成した鍔２０と固定壁２１との
間にスプリング２２を介在設定し、外ケース１９で検出
用圧電素子１５を含み、圧電素子群１１を固定体１８方
向に押付は設定させるようにする。すなわち、外ケース
１９は圧電素子群１１の伸縮状態に対応して移動制御さ
れるようになるものであり、例えば外ケース１９がシリ
ンダ内に設定されるように設定された場合には、この外
ケース１９がピストンのような機械的作動装置１０とし
て作用するようになる。

このように構成される機械的作動装Ｗ！１０にあっては
、圧電素子群１１に対して高電圧を印加することによっ
て、この圧電素子群１１を構成する圧電素子１１１．１
１２　、・・・がそれぞれ大きくなるように変形される
ものであり、したがって圧電素子群１１は伸長するよう
になる。このため、外ケース１９がスプリング２２に抗
して駆動されるようになり、例えばこの装置が油圧の設
定されたシリンダ内に設定されている場合には、このシ
リンダ内の油圧を上昇させるようになる。

この場合、上記圧電素子群１１の伸長状態に対応して、
例えば上記シリンダ内の油圧が検出用圧電素子１５に対
して作用するようになり、この圧電素子１５ではその圧
力に対応した値の電圧信号を発生するようになる。すな
わち、圧電素子群１１の総歪みによる発生力に対応する
信号が、検出用圧電素子１５によって検出されるもので
ある。したがって、この検出用圧電素子１５からの検出
信号によって、圧電素子群１１に対して印加された電圧
値と総歪みによる発生力との関係が監視されるようにな
るものであり、この機械的作動装置に作動力制御が正確
な状態で効果的に実行されるようになる。

第２図は上記のように構成される機械的な作動装置１０
を使用した具体的な例を示すもので、この装置は車両の
ブレーキ制御機構を構成しているもで、この場合は特に
４輪の中の右後輪（ＲＲ）に対応する部分を示している
。このブレーキ制御部分にあうでは、右後輪の車輪軸３
１に対して同軸となる状態でブレーキディスク３２が設
定されているもので、このディスク３２を挟むような状
態で、インナバッド３３およびアウタバッド３４が設定
されている。この場合、アウタバッド３４はブレーキキ
ャリパ３５に対して固定設定されているもので、インナ
バッド３３はブレーキピストン３６に対して取付は設定
されている。このブレーキピストン３６は、ホイールシ
リンダ３７内に軸方向移動自在に設定されているもので
、常時はバッド３３がディスク３２から離れる状態に設
定されている。そして、ホイールシリンダ３７内に油圧
が設定された場合に、インナバッド３３がディスク３２
に圧接されるように上記ピストン３６が駆動されるよう
になっている。

上記ホイールシリンダ１１は、油通路３８さらに油ホー
スを介してマスターシリンダ３９に対して連通されてい
るもので、ブレーキペダル４０が踏み込み操作されたと
きに、油圧がホイールシリンダ３１に対して供給設定さ
れるようになっている。すなわち、ブレーキペダル４０
が踏み込み操作されたときに、ホイールシリンダ３１内
の油圧が上昇し、ピストン３６を駆動してパット３３と
３４とでブレーキディスク３２を挟み込み、このディス
ク３２の回転を制動して車輪の回転を止めるように作用
し、ブレーキ動作が実行されるものである。

ここで、上記油通路３８に対しては、切換え制御弁４１
が設定されている。この制御弁４１は、常時は通路３８
を開く状態に設定されているものであり、例えば車輪が
ロック状態となり、スリップが発生した状態が検出した
ときに油通路３８を閉じ、ホイールシリンダ３７部分が
区画された部屋の状態に設定されるようにする。

また、この切換え制御弁４１部分をバイパスする状態で
、逆止弁４２が設定されている。この逆止弁４２は、ホ
イールシリンダ３１側からマスターシリンダ３９側への
油の流れのみを許容するように設定されているもので、
ホイールシリンダ３７内の油圧がマスクシリンダ３９側
の油圧より充分に大きい状態となったときに、ホイール
シリンダ３７内の油が排出され、このシリンダ３１の油
圧を下げるように作用する。

上記ホイールシリンダ３１の内部には、上記機械的作動
機構１０が設定されている。この機械的作動機構１０の
外ケース１９に対応する部分がホイールシリンダ３７の
内部に突出できる状態で設定されているもので、この作
動機構１０の伸縮によって、外ケース１９の部分がホイ
ールシリンダ１７内へ進出し、あるいは後退するように
移動されるものである。

すなわち、この機構１０は圧電ピストン機構を構成する
ようになるものであり、圧電素子群１１に対して電圧が
供給設定され、圧電素子が伸張するように変形したとき
には、ピストンとなる外ケース１９がホイールシリンダ
３７の容積を減するように作用し、逆の場合には、シリ
ンダ１７の容積を拡大するように作用するようになる。

このようにして使用される機械的作動機構１０、さらに
切換え制御弁４１は制御ユニット４６にによって制御さ
れるようになっているものであり、この制御ユニット４
６対しては、ホイールシリンダ３７内の油圧状態を検出
する圧力センサ４７からの信号と共に、例えば車両の対
地速度センサからの信号、車輪の回転センサからの信号
等が供給されている。

ここで、上記対地速度検出センサとしては、例えば超音
波型のセンサが用いられる。

すなわち、この装置にあっては、ブレーキペダル４０を
踏み込み操作している状態で例えば車輪にスリップ状態
が発生して、この車輪がロック状態となっていると判断
された。ときには、機械的作動装置１０の圧電素子群１
１に対して高電圧信号を供給して、最大圧力の供給状態
に設定する。そして、この状態で切換え制御弁４１を閉
じて、ホイールシリンダ３７内に対して上記ブレーキ操
作で高圧状態となったブレーキ油を封じ込めるようにす
る。そして、この状態で上記圧電素子群１１に対する印
加電圧を制御して、その外ケース１９がシリンダ３７内
から後退するように制御し、ホイールシリンダ１７内の
油圧を低下させて、ブレーキピストン３６に対して作用
する油圧を減少させるようにする。すなわち、ディスク
３２に対して作用するブレーキ力が低下制御され、車輪
のロック状態が解除されてスリップ状態から開放制御さ
れるものである。

第３図はさらに上記機械的作動装置１０をエンジンに対
する燃料制御に適用した場合の例を示すもので、燃料計
量室５０内の燃料を弁５１によって排出制御し、燃料噴
射弁５２から噴射される燃料量と噴射圧力とを制御する
ようにしたものであって、機械的作動装置１０の伸縮動
作によって上記弁５１が計量室５０の燃料排出穴を開閉
制御するようにしているものである。すなわち、この機
構１０によって室５３内の油圧が制御されるようになっ
ているもので、この油圧の状態によって弁５１が駆動制
御されるようになっているものである。

尚、上記実施例では検出用圧電素子１５を積層設定され
た圧電素子群１１の一方の面部分に対応して設定するよ
うにしたが、この検出用圧電素子１５は、積層される圧
電素子１１１．１１２、・・・の適当な間の位冒に対し
て介在設定するように構成しても、上記同様の効果が発
揮されるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る機械的作動装置によれば、
複数の圧電素子を組合せ使用する状態で、上記圧電素子
群に対して高電圧を印加制御して機械的な伸縮動作を実
行させる場合、圧電素子に対して供給される電圧と圧電
素子の歪みによる発生力との関係が正確に設定されない
ような状態となっても、複数の圧電素子を組合わせた圧
電素子群の総歪みによって発生する力が、検出用圧電素
子によって監視されているものである。したがって、こ
の検出用圧電素子によってこの機械的作動装置の作動状
態が検出され、圧電素子に対して供給設定される電圧が
制御されるようになるものであるため、この機械的作動
装置の制御特性は非常に高精度の状態とすることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る機械的作動装置の構
成を説明する図、第２図および第３図はそれぞれ上記作
動装置を使用した例を示す図である。 １１・・・圧電素子群、１１１．１１２、・・・圧電素
子、１２１．１２２、・・・電極板、１４・・・絶縁板
、１５・・・検出用圧電素子。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数の板状の圧電素子を相互間に電極板を介して順次
   積層設定すると共に、この積層された圧電素子群には、
   絶縁層を介在する状態で検出用圧電素子が一体的な状態
   で積層設定されているもので、上記検出用圧電素子から
   上記圧電素子群で発生される機械的作動力を検出するよ
   うにしたことを特徴とする圧電素子を利用した機械的作
   動装置。