JPS61167785A - 圧電素子を利用した作動装置 - Google Patents

圧電素子を利用した作動装置

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JPS61167785A
JPS61167785A JP60005040A JP504085A JPS61167785A JP S61167785 A JPS61167785 A JP S61167785A JP 60005040 A JP60005040 A JP 60005040A JP 504085 A JP504085 A JP 504085A JP S61167785 A JPS61167785 A JP S61167785A
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displacement
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voltage
piezoelectric
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Yuzo Imoto
雄三 井本
Yoshiyuki Hattori
義之 服部
Toshihiro Takei
竹井　敏博
Mitsuo Inagaki
光夫 稲垣
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Denso Corp
Original Assignee
National House Industrial Co Ltd
NipponDenso Co Ltd
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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、例えば車両用の制動装置のホイールシリン
ダ内の油圧を制御するピストン機構、あるいは油圧の切
換え弁の切換え機構等を、電圧によって駆動制御できる
ようにする圧電素子を利用した作動装置に関する。
［背景技術］ 圧電素子は、印加電圧を制御することによって容量変位
が発生するものであり、この特性を利用して、電圧制御
によって各種動作機構に対して作動力を作用させるよう
にすることが考えられる。
特に、このような圧電素子は熱膨張係数が小さく、且つ
大きな力を発生することができるものであるため、例え
ば特公昭５８−１５２１６１号公報に示されるように熱
的な条件の厳しい燃料噴射弁の噴射駆動手段として使用
することが考えられている。
しかし、広い温度範囲で使用する場合、圧電素子自体は
熱特性は良好であるが、この圧電素子と組合わせて使用
される部材、例えば弁等の構成部材との間に熱変位量に
大きな差が発生する。したがって、正常な動作を保証す
ることが困難となる。
また、圧電素子にあっては、第７図に示すように電圧−
機械変位量変換特性に大きなヒステリシス特性を有する
ものであるため、電圧によって一義的な電圧値による変
位量の制御を実行することができない。したがって、多
点位置の制御を実行することが困難であり、例えば弁の
開度位置制御等を実行することが困難である。
さらに、このような圧電素子を用いた変位作動装置にあ
っては、圧電素子の厚さ等に対応する全長の比率によっ
て変位特性が決定されるものであるが、小型の圧電素子
では充分な変位量を設定することがたできない。したが
って、この圧電素子によって例えば切換え弁を切換え制
御するほどの変位量を設定することが困難である。
［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ものであって
、電圧値対応した正確な変位量が効果的に設定制御され
るようにすると共に、圧電素子の変位量を充分拡大でき
るような状態で作動部材を駆動できるようにし、特に圧
電素子の変位による作動量が作動部材に対して正確な状
態で反映され、切換え弁の駆動機構、さらにはピストン
機構に対しても適用可能な状態とすることができる圧電
素子を利用した作動装置を提供しようとするものである
。
［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る作動装置にあっては、それぞ
れ複数の圧電素子を積層設定した第１および第２の圧電
素子群を設定するものであり、この第１および第２の圧
電素子群は共通の浮動基板に対して平行な状態で取付は
設定する。そして、固定設定される支持部材に対して上
記第１の圧電素子群を介して上記浮動基板が押圧固定さ
れるようにするものであり、このような状態で上記第２
の圧電素子群の自由端部分の動きを作動部材で検出する
ようにしたものである。すなわち、上記第１および第２
の圧電素子群を構成する圧電素子に対して印加される電
圧を制御することによって、上記作動部材が変位制御さ
れるようにするものである。
［作用］ 上記のように構成される作動装置にあっては、第１およ
び第２の圧電素子群に対して同じような電圧を印加設定
する状態では、上記固定支持部材に対する作動部材の位
置は基準設定されるものであるが、上記第１および第２
の圧電素子群の一方にのみ高電圧を印加設定する状態で
は、その電圧の印加された圧電素子群に対応した特定さ
れる方向に作動部材が変位される。また、上記第１およ
び第２の圧電素子群に対して、互いに逆の状態で電圧を
印加設定した場合には、その電圧の設定方向に対応して
上記一方に電圧を印加した場合の倍の変位量を、上記作
動部材で得ることができる。
すなわち、作動部材に対して大きな変位量を設定できる
ようになるものであり、また電圧の制御状態によって複
数段階の変位量が設定されるものであるため、作動部材
の変位可能範囲においてヒステリシス特性の影響を効果
的に排除できるようになる。すなわち、変位制御装置と
して効果的に使用できるようになるものであり、切換え
制御弁等の駆動機構に対しても効果的に適用できるよう
になる。
［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図は圧電素子を利用して切換え制御弁１０を構成し
た例を示すもので、ハウジング１１の内部にシリンダ室
１２が設定されている。そして、このシリンダ室１２の
内部には、ピストン的な作用もする浮動基板１３が移動
自在な状態で設定されているものであり、この浮動基板
１３とシリンダ室１２の一方の壁との間に油圧室１４が
形成されている。
この油圧室１４に対しては、油圧入口１５を介して、図
では示されない油圧発生源からの油圧が供給設定され、
浮動基板１３に対して、シリンダ室１２の他方の壁とな
る固定支持部材１６方向に押圧設定する力を作用させて
いるものである。
浮動基板１３に対しては、上記油圧室１４と反対側の面
に、複数の板状の圧電素子を積層した第１の圧電素子群
１７、および第２の圧電素子群１８を取付は設定するも
ので、上記第１の圧電素子群１７の自由端部分は上記支
持部材１６に対して対接設定されるようにする。すなわ
ち、浮動基板１３は油圧室１４の油圧によって支えられ
、その位置は第１の圧電素子群１７によって設定される
ようになるものである。
ここで、上記第１および第２の圧電素子群１７および１
８は、第２図に取出して示すように構成されている。す
なわち、第１の圧電素子群１７はリング状態に成型され
た板状の圧電素子１７１．１７２、・・・を積層して構
成され、この積層構造体が浮動基板１３の上に設定され
ているもので、詳細は図示してないがこの積層構造体は
弾性を有するハウジング内に収納され、一体化した構造
に設定されている。
また、第２の圧電素子群１８は、上記リング状態に形成
される第１の圧電素子群１７の中空部分に入り込むよう
な円筒状態に構成されるもので、円板状の圧電素子１８
１．１８２　、・・・を積層して構成される。
そして、この積層構造体も、上記第１の圧電素子群１１
と同様に一体化するように設定されている。
すなわち、第１および第２の圧電素子群１７および１８
は、浮動基板１３の上に平行な方向に変位方向が設定さ
れるように設定されているもので、この浮動基板１３と
圧電素子群１７．１８との間は、特に接着等をしなくと
も、対接設定される状態とすればよいものである。
そして、上記第２の圧電素子群１８の浮動基板１３と反
対側の自由端部分には、作動部材１９を設定する。この
作動部材１９は、例えば円筒状のピストン状態で設定さ
れるもので、この作動部材１９は上記固定支持部材１６
の中央部分に形成したシリンダ２０内に移動自在に設定
される。そして、このシリンダ２０は油圧室２１に対し
て連通されているものであり、またばね２２によって常
時第２の圧電素子群１８聾の方向に押圧設定されている
ものである。
上記油圧室２１に対しては、ばね機構によって中立位置
に設定される弁機構２３が設定されているもので、作動
部材１９が油圧室２１の内部方向に駆動された時は、弁
機構２３を上方に駆動し、通路２４を閉じて通路２５と
２６を連通設定する。また、作動部材１９が上記と逆の
方向に移動した場合には、通路２４と２５を連通ずるよ
うに切換え制御されるようになるものである。
上記第１および第２の圧電素子群１１および１８は、こ
れらの圧電素子群を構成する圧電素子に対して印加設定
される常圧によって伸縮制御されるようになる。この場
合、積層設定される複数の圧電素子は、互いに電極板を
介して積層されるようにし、これに圧電素子の相互間に
設定された電極板を用いて、複数の圧電素子に対して並
列的に電圧が印加制御されるようになっている。
このように構成される第１および第２の圧電素子群１７
および１８に対して、例えば第３図の（Ａ）および（Ｂ
）に示すような状態で、低い電圧Ｅ１および＾い電圧Ｅ
２で変化する電圧を印加制御したと仮定すると、作動部
材１９は次のように変位制御されるようになる。
まず、時間ｔ１とｔ２との間では、第４図の（Ａ）に示
すように第１および第２の圧電素子群１７．１８共に最
も縮小された状態にあり、変位量Ｏの基準位置が設定さ
れるようになる。また、時間ｔ３とｔ４との闇では第１
の圧電素子群１７にのみ高電圧Ｅ２を設定した状態とな
るもので、この状態では第１の圧電素子群１１のみが伸
長し、第４図の（Ｂ）に示すように第２の圧電素子群１
８が第１の圧電素子群１１に比較して短い状態となる。
したがって、作動部材１９は実、質的に油圧室２１から
外れる方向に移動するようになり、その変位量は一■の
状態となる。
そして、さらに時間ｔ５とｔ６の間のように上記場合と
逆の印加電圧の関係にすると、第１および第２の圧電素
子群１７および１８の状態は第４図の（Ｃ）に示すよう
になり、＋■の変位量が作動部材１９で得られるように
なる。また、時間ｔ７と１８の間のように両方に高電圧
Ｅ２を印加した場合には、作動部材１９の変位量はＯと
なるものである。
すなわち、第１および第２の圧電素子群１７および１８
に対して、ＥｌおよびＥ２の電圧を切換え供給すること
によって、１つの圧電素子群で得られる変位量の倍の２
ｖの変位量が、作動部材１９で得られるようになる。
上記のような状態で得られる変位量は、２つの圧電素子
群１７．１８の全長の差として得られるものであるため
、上記したように−ｖ、Ｑ、■の３段階で得られる。そ
して、この変位Φは２つの圧電素子群１７．１８に対す
る印加電圧差のみによって決定され、それぞれ圧電素子
の変位履歴には依存しないようになる。したがって、圧
電素子のヒステリシス特性は、第５図に示すような状態
となって、見掛は１現われないようになるものであり、
３位置のアクチュエータとして効果的に使用できるよう
になる。
また、このような装置にあって浮動基板１３は、温度変
化に対応する部材の膨張に対応して、ハウジング１１で
構成されるシリンダ室１２と相対的に移動するようにな
るものであり、したがって温度変化が生じたような場合
でもシリンダ室１２の機構と作動部材１９との相対位置
に変化がない。したがって、温度変化に対して安定動作
が実行されるようになるものである。
このように構成される作動装置はその他種々のものに対
して適用できるものであるが、例えば第６図に示すよう
な車両用の制動装置に対して、特に車輪にスリップ等が
発生した場合の走行刺部機構として効果的に適用される
。
車両の制動装置にあっては、ブレーキペダル３１によっ
て駆動制御されるマスターシリンダ３２を備えるもので
、このマスターシリンダ３２にあっては、ブレーキペダ
ル３１の操作に対応して油圧を発生する。そして、この
マスターシリンダ３２で発生された油圧は、適宜配管を
介して各車輪に対して設定されるブレーキ制御機構３３
１〜３３４に対して供給されるものであり、その各ブレ
ーキ制御Ｉ機構３３１〜３３４において、上記油圧によ
って制動動作が実行されるようになるものである。
この図では、特にブレーキ制御機構３３１の部分を取出
して詳細に示しているもので、ブレーキキャリパ３４内
にはホイールシリンダ３５が形成されているもので、こ
のホイールシリンダ３５にはブレーキピストン３６が設
定されている。このブレーキピストン３６は第１図で示
したハウジング１１に対応する構造体となるものであり
、その内部に第１の圧電素子群１７および第２の圧電素
子群１８が設定され、この第２の圧電素子群１８によっ
て作動部材１９が駆動制御されるようになっている。そ
して、このブレーキ制御機構にあっては、上記作動部材
１９は制御ピストン３７に対して一体的に構成されてい
るもので、この制御ピストン３１はホイールシリンダ３
５の油圧室３８に対面する状態で設定されている。すな
わち、圧電素子群１７および１８に対しての印加電圧を
制御することによって、制御ピストン３７が駆動され、
ブレーキピストン３６の長さ容積が可変制御されるよう
になる。
上記油圧室３８に対しては、マスターシリンダ３２から
の油圧が供給設定されるものであるが、この油圧の供給
通路３９に対しては、制御切換え弁４０が設定されてい
る。この切換え弁４０は通路３９を開閉制御する弁本体
４０１と、この弁本体４０１を油圧室４０２を介して駆
動するピストン機構４０３とによって構成されているも
ので、このピストン機構４０３はこの図では省略した状
態で示しているが、第１図および第２図で示したような
圧電素子群４０４によって構成されている。そして、印
加電圧の制御によってピストン機構４０３の長さが可変
制御され、油圧室４０２に力を作用させて弁本体４０１
を駆動し、圧通路３９を開閉制御するようになるもので
ある。
また、マスターシリンダ３２からの油圧は通路４１を介
して作動装置を構成する油圧室１４に対しても供給設定
されている。この場合、圧電素子群に対して設定される
浮動基板１３の面と制御ピストン３７の面には、それぞ
れスプリング４２．４３が設定され、これら作動装置の
位置がブレーキピストン３６内で基準位ｌｌＦ設定され
るようになっている。
そして、上記ブレーキピストン３６に対してブレーキバ
ッド４４を取付は設定すると共に、このパツド４４と固
定設定されるブレーキパッド４５とによって、車輪に対
して同軸的に設定されるブレーキディスク４６を挟み込
み、このディスク４６に対して制動力が作用されるよう
になっているものである。
すなわち、このように構成されるブレーキ制御機構３３
１にあっては、通常状態で切換え弁４０は油圧通路３９
を開ｆｉ設定している。したがって、ブレーキペダル３
１を踏み込み操作することによって、マスターシリンダ
３１から油圧が発生されると、この発生された油圧はホ
イールシリンダ３５に対して供給設定される。このため
、油圧室３８の圧力が上昇し、ブレーキピストン３６に
圧力が作用するようになり、このピストン３６が駆動さ
れてブレーキパッド４４がブレーキディスク４６に圧接
されて、ブレーキペダル３１の操作力に対応した制動作
用が実行されるようになる。
このような制動操作状態において、車輪に対して作用す
る制動力が大きく、この車輪がスリップしてロック状態
となったような場合には、このロック状態は、例えば車
輪の回転速度と車両の対地速度との関係等から検出する
ことができる。このような検出手段によって中輪のロッ
ク状態が検出されたような場合には、まず圧電素子群１
７および１８に対しての印加電圧を制御して、制御ピス
トン３７が最も油圧室３８方向に移動する状態、すなわ
ちブレーキピストン３６の容積が拡大されるような状態
に設定する。この場合、油圧室３８に対して作用する油
圧はマスターシリンダ３２で決定されているものである
ため、制動力には変化が生じない。
このようにブレーキピストン３６が拡大設定された状態
で、油圧室３８に対する油圧通路３９を制御切換え弁４
０によって閉じるもので、油圧室３８が特定される容積
状態に拘束されるようにする。そして、この油圧室３８
の容積の拘束された状態で、再び上記圧電素子群１７お
よび１８に対する印加電圧を制御し、制御ピストン３７
を駆動して、ブレーキピストン３６の容積が上記場合と
は逆に減少させ、ブレーキパッド４４のブレーキディス
ク４６に対する圧接力が低下されるようにする。すなわ
ち、車輪に対する制動力が減じられて、上記車輪のロッ
ク状態が解除されるようなアンチスキッド制御が実行さ
れるようになる。
また、ブレーキペダル３１の操作がされていない発進時
等において、車輪に対して必要以上の回転力が伝達され
て、この車輪がスリップするような状態となった場合に
は、ブレーキピストン３６を容積の小さい状態に設定し
て、切換え弁４０を閉じる。
そして、ブレーキピストン３６の容積を拡大するように
、圧電素子群１７および１８に対する印加電圧を制御す
れば、その車輪に対して制動力が付加されるようになり
、その車輪の回転速度を減じて発進時のスリップを抑制
するようになる。すなわち、トラクション制御が実行さ
れるようになる。
すなわち、このような圧電素子を利用した作動装置は、
印加電圧制御によって種々の制御が応答性良好な状態で
実行できるものであり、また作動力も充分に大きなもの
と設定できるので、その応用範囲は広いものである。
尚、上記実施例にあっては、この作動装置を構成する第
１の圧電素子群１７はリング状態に構成されるものであ
るが、この第１の圧電素子群１１は、例えば上記リング
状態を第２図で破線で示すように複数に分割する状態で
構成するようにしてもよい。このようにずれが、この圧
電素子機構の構成を間中なものとすることができ、また
その一部が破損したような場合でも、安全動作性が確保
できるようになる。
また、特にリング状態の形状に限るものではないもので
あり、その他それぞれ複数の圧電素子を積層して構成し
た複数の柱状の圧電機構の組合わせによって構成するよ
うにしてもよい。さらに、複数の柱状態にしたがイド体
を設定し、このガイド体に対してそれぞれ複数の圧電素
子を積層設定するようにしてもよいものであり、このよ
うに構成すれば、その組立て構成がより簡易化できるも
のである。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、圧電素子で発生される
力を効果的に利用して、例えば切換え弁等が効果的に構
成できるようになるものであり、特にその変位量が拡大
できる状態となるものであるため、その応用範囲がより
拡大できるようになる。そして、さらに圧電素子とこれ
を収納設定する機構部材との間に、温度変化に対する膨
張特性に差か存在するような場合にあっても、この圧電
素子機構部における温度による影響は効果的に無くする
ことのできるものであり、温度環境の悪い状態であって
も、高精度の制御を実行させ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作動装置を利用した
切換え弁の構成を説明する断面構成図、第２図は上記切
換え弁に対して組込み設定される圧電素子を利用した作
動部分を取出して示す図、第３図は上記装置装置に対す
る制御電圧の印加状態の例を示す図、第４図は上記印加
電圧の状態にそれぞれ対応する作動装置の容積変化状態
を説明する図、第５図は上記作動装置に対する制御電圧
と変位状態との関係を示す図、第６図は上記作動装置を
利用した制動装置を説明する構成図、第７図は従来の圧
電素子を利用した作動装置における動作特性を示す図で
ある。 １２・・・シリンダ機構、１３・・・浮動基板、１４・
・・油圧室、１６・・・固定支持部材、１１・・・第１
の圧電素子群、１８・・・第２の圧電素子群、１７１　
、１７２　、・・・１８１．１８２、・・・圧電素子、
１９・・・作動部材。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第３Ｉｉ 第４１！Ｉ 第５図 電圧ＰＡ係 第７図 を尺 ＠６図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 浮動基板に対して一端部分が取付け設定された複数の圧
    電素子を積層設定して構成した第１の圧電素子群と、 上記浮動基板に上記第１の圧電素子群に平行な状態で取
    付け設定した複数の圧電素子を積層設定して構成した第
    ２の圧電素子群と、 上記浮動基板を上記第１の圧電素子群を介して固定設定
    される固定支持部材に押圧固定設定する手段と、 上記第２の圧電素子群の上記浮動基板と反対側の部分に
    対して設定された作動部材と、 上記第１および第２の圧電素子群をそれぞれ構成する圧
    電素子に対してそれぞれ印加される電圧を制御する手段
    とを具備し、 上記圧電素子に対する印加電圧によって上記固定支持部
    材に対する作動部材の位置が可変制御されるようにした
    ことを特徴とする圧電素子を利用した作動装置。
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