JPS62292932A - 積層型セラミツク駆動装置 - 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】 ３、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
状態で使用される積層型セラミック駆動装置に関する。

〔背景技術〕

ＰＺＴ等の圧電素子を多数積層設定して、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
；ｈ制御を、複数の圧電素子を積層構成した駆動装置で
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個積層設定して構成される積
層型駆動装置は、電気的な信号によって効果的に応答性
良好に制′４’ｆｌｌ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駆動
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ことと、ヒステリシスが
極めて大き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
過と共に顕著シこ現れるようになる。

〔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もので、積層
体による機械的作動力の大きさを検出し、その積層体へ
の印加電気量の制御にフィードバックしてその機械的作
動力を高精度に調整することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明では電気量を歪量に変換する板状の
セラミック素子を相互間に電極板を介して順次積層設定
した積層体と、 この積層体の積層方向の一部に積層設定し、その積層体
による機械的作動力の大きさを検出して電気信号に変換
する検出用電歪素子と、この検出用電歪素子よりの電気
信号を受けて前記積層体への印加電気量を制御し、前記
積層体より発生する機械的作動力を調整する制御手段と
を備えている。

〔作用〕

上記構成によれば、前記積層体による機械的作動力の大
きさを検出用電歪素子で検出し、その電気信号を前記制
御手段にフィードバンクしており、その際機械的作動力
の検出に用いる電歪素子がその印加荷重の変化に応じて
電気的容量が変化し、しかもそのヒステリシスが極めて
少ないため、前記制御手段へのフィードバックによる前
記積層体への印加、電気量を、目標の機械的作動力を得
るように迅速に制御し、しかもその目標への高精度の調
整を制御することが可能になる。

〔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図は例えば車両のブレーキ制御機構に対して効果的
に使用されろようになる積層型セラミック駆動装置を示
すもので、例えば円板状にした？１敗のセラミック素子
をなす圧電素子１１１゜１１２、・・・が積層設定され
、圧電素子群１１により積層体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、制御回路２３か
らリード線１３を介して高電圧信号が印加６制御され、
この高電圧信号の状態に応じて各圧電素子１１１，１１
２．・・・に歪みが発生され、この各圧電素子１１１，
１１２．・・・の厚さが可変側？”ｆｌされ、圧電素子
群１１の積層方向の長さが伸縮制マ卸されるようになる
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をさ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電歪素子１５を積
層設定する。そして、この検出用電歪素子１５からの電
気的な容量変化信号は、リード線１６を介して制御回路
２３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力が検出用電
歪素子１５において電気的な容量変化信号として検出さ
れ、その検出信号が制？ｆｆ１１回路２３に供給設定さ
れるようになる。この検出用電歪素子１５ではヒステリ
シス、時効効果が極めて少なく、印加荷重の大きさに対
応して電気的容量が変化し、荷重の大きさを直接検出し
ている。

ここで、上記圧電素子群１１、セラミック等の絶縁板１
４、および検出用電歪素子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パイプ内に収納設
定されているものであり、この一体構造体の一例は固定
体１８に対して固定設定される。

また、上記絶縁体パイプ１７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パイプ状態でその先端が閉じら
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
用電歪素子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。

さらに、制御回路２３において、検出用電歪素子１５よ
りのリード線１６に接続された容量−電圧変換器２４は
容量の定まった３個のコンデンサと検出用電歪素子１５
によりブリッジ回路を用い機械的作動力がその検出用電
歪素子１５に加わることによる静電容量変化を電圧信号
に変換するものである。また、目標値演算回路２５は機
械的作動装置１０による駆動の目標値を演算して出力す
るものである。この目標値および容量−電圧変換器２４
よりの電圧信号を受ける偏差検出器２６はその電圧信号
と目標値との偏差となる偏差信号を発生するものである
。この偏差信号に応答する電圧増減回路２７はその偏差
信号に応じて電圧値が増減する出力電圧を発し、その出
力電圧に応じてドライバ２８が駆動出力を発し、リード
線１３を通して圧電素子群１１に印加している。

このように構成される機械的作動装置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１１１，１１
２．・・・がそれぞれ積層方向に伸びるように変形され
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電歪素子１５に対
して作用するようになり、この電歪素子１５ではその圧
力に対応してヒステリシスが極めて小さい値の電気的な
容量変化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
用電歪素子１５によって検出されるものである。したが
って、この検出用電歪素子Ｌ５からの検出信号を容量−
電圧変換器２４により電圧信号に変換し、目標値演算回
路２５よりの目標値とその電圧信号から偏差検出器２６
より偏差信号を発生し、電圧増減回路２７の出力電圧が
その偏差信号に応じて増減し、ドライバ２８より駆動出
力を圧電素子群１１に印加する。そして、目標値に達す
ると電圧増減回路２７の出力電圧が一定になり、目標の
作動力を維持する。これにより、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。

なお、本実施例では圧電素子群、検出用電歪素子を絶縁
体パイプ１７内に設定したが、絶縁体パイプは分割して
も良く、又、金属製とし、圧電素子群、電歪素子と面す
る両端面にセラミック等の絶縁体を設定しても良い。

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？７１１機構を構成しているもので、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′４７１１部分にあっては、
右後輪の車輪軸３１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３
２を挟むような状態で、インナバッド３３およびアウタ
パッド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、インナパッド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３
６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、常時はパッド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、インナパッド３
３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３７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、油圧ホイールシリンダ３７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３７内の油圧が上昇し、ピスト
ン３６を駆動してパッド３３と３４とでブレーキディス
ク３２を挾み込み、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３７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例
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３７の油
圧を下げるように作用する。

上記ホイールシリンダ３７の内部には、上記機械的作動
装置１０が設定されている。この機械的作動装置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
動装置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、この作動装置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３７の容積を拡大する
ように作用するようになる。

このようにして作用される機械的作動装置１０、さらに
切換え制御弁４１は制御ユニット４６によって１１卸さ
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に対しては、ホイールシリンダ３７内の油圧状態を検
出する検出用電歪素子１５から検出信号と共に、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１１
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１つがシリンダ３７内
から後退するように制御し、ホイールシリンダ３７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
作によって上代 配弁５１が計量室５０の燃料排出孔５５の開弁圧力を制
御するようにしているものである。すなわち、この機械
的作動装置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。５４は
弁５１の初期位置を規制するスプリングである。

尚、上記実施例では検出用電歪素子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、この検出用電歪素子・１５は、積層される
圧電素子１１１，１１２．・・・の適当な間の位置に対
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。

また、セラミック素子として圧電素子を用いたものを例
示したが、ＰＭＮ等の電歪素子を用いてもよい。

さらに、第１図の右端の圧電素子と検出用電歪素子１５
の接地電極側を合わせて共用することにより、絶縁板１
４を省くこともできる。

〔発明の効果〕

以上述べたようにこの発明によれば、複数の圧電素子な
どのセラミック素子の積層体により発生する機械的作動
力を目標値に高精度に調整することができ、しかも簡単
な構成でその作動力の大きさをフィードバンク制御する
ことができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す全体構成図、第２図
および第３図はそれぞれ第１図の装置を使用した例を示
す図である。 １１・・・圧電素子群、１１１，１１２．・・・セラミ
ック素子をなす圧電素子、１２１，１２２．・・・電極
板、１４・・・絶縁板、１５・・・検出用電歪素子、２
３・・・制御回路。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電気量を歪量に変換する板状のセラミック素子を相互間
   に電極板を介して順次積層設定した積層体と、 この積層体の積層方向の一部に積層設定し、その積層体
   による機械的作動力の大きさを検出して電気信号に変換
   する検出用電歪素子と、 この検出用電歪素子よりの電気信号を受けて前記積層体
   への印加電気量を制御し、前記積層体より発生する機械
   的作動力を調整する制御手段とを備えることを特徴とす
   る積層型セラミック駆動装置。