JPS6325571A - 圧電式アクチユエ−タの性能試験装置 - 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〕 本発明は、圧電式アクチュエータの生産ライン等におい
て圧電式アクチュエータの特性の良否を評価するために
使用する性能試験装置に関する。

〔従来技術〕

−ｉに、圧電式アクチュエータは複数の河い円板状の圧
電素子を交互に反対極性になる様にしながら円柱状にｍ
層し、素子間に電極板を配置して構成される。この様な
圧電式アクチュエータは、例えば、昭和５９年７月１６
日付の特願昭５９−１４７７８８号に記載されている様
に燃料噴射装置の噴射率制御装置に利用することができ
る。この噴射率制御装置では、圧電式アクチュエータに
は油圧の印加に伴い圧電効果により電圧を発生させ、所
定時期に電荷を放電させることにより圧電式アクチュエ
ータを収縮させる。この様な用途に使用される圧電式ア
クチュエータの性能はそのヤング率および放電時の収縮
量に依存しており、装置を適正に機能させるためにはア
クチュエータ生産ラインで性能を評価することが望まし
い。

従来の圧電素子の性能試験は、素子に電圧を印加して伸
長させてその伸長量を測定するか、素子を圧縮して電圧
を発生させその発生電圧を測定するというものである。

この様な従来の試験方法では、圧電式アクチュエータの
ヤング率を測定したり放電時の収縮性能を測定すること
はできなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は圧電式アクチュエータの諸性能を正確か
つ迅速に評価することの可能なアクチュエータ性能試験
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の性能試験装置は測定部と油圧ユニ・ントと計測
制御部とで構成される。測定部は、性能評価すべき圧電
式アクチュエータに軸方向に圧縮荷重を作用させる油圧
プレス装置と、アクチュエータの収縮量を検出して収縮
量に応じた信号を出力する収縮量検出手段と、アクチュ
エータに印加された荷重を検出して荷重に応じた信号を
出力する荷重検出手段とで構成される。計測制（師部は
制御回路と表示手段とを有する。制御回路は油圧ユニッ
トの油圧制御弁を制御すると共に、各検出手段からの信
号を受取って収縮量および荷重を演算し表示手段に表示
させる。

本発明の実施態様では、測定部は圧電式アクチュエータ
の両端面の平行度に関係なく正確に性能を評価できる様
に構成される。

〔実施例〕 第１図に示す様に、試験装置１０は計測制御部１２と測
定部１４と油圧ユニット１６で構成される。第２図から
判る様に、測定部１４は温度制御可能な恒温槽〕８内に
収容された油圧プレス装置２０を有し、検査すべき圧電
式アクチュエータ２１に荷重を印加し得る様になってい
る。このプレス装置２０には収縮量検出手段２２および
荷重検出手段２４が組込まれており、これらの検出手段
２２　、２４からの出力信号はリード線２６　、２８を
介して計測制御部１２のＡ／Ｄ変換器３０　、３２に送
られてディジタル信号に変換された後、制御回路３４に
送られる。制御回路３４はキーボード３６がらプログラ
ムを入力することの可能なマイクロコンピュータから成
り、プログラムに応じて試験装置１０を制御し、アクチ
ュエータ２１への印加荷重およびその収縮量を演算して
表示部３８に表示する様になっている。また、それらの
データはフロッピィディスクドライブにより記録し、プ
リンタまたはＣＲＴに出力することができる。

第３図および第４図に示す様に、検査すべき圧電式アク
チュエータ２１は絶縁体４０と４２との間に複数の円板
状圧電素子４４と電極板４６を交互に積層してなり、圧
電素子は交互に反対極性に配置され、電極板は１つおき
にプラス端子４８およびマイナス端子５０に接続されて
いる。

第２図を参照するに、アクチュエータ２１の端子はプラ
スリード線５２およびマイナスリード線５４を介してリ
レー５６　、５８に接続される。第１１．、ル−５６は
一方の端子が接地された常開リレーであり、制御回路３
４からの信号により開閉される。

リード線５２　、５４と第１リレー５６とは、アクチュ
エータ２１のプラス端子４８とマイナス端子とを短絡す
るための常開回路を構成する。第２リレー５８は制御回
路３４により開閉される常開リレーであり、例えば５０
０Ｖの直流電圧をリード線５２　、５４を介してアクチ
ュエータ２１のプラス端子とマイナス端子との間に印加
する電圧印加回路を構成する。

油圧ユニット１６はタンク６０の作動油を油圧　　゛ポ
ンプ６２で加圧し、アキュームレータ６４およびリリー
フ弁６６で一定圧力に調節した後、油圧配管６８を介し
て油圧プレス２０に供給する様に構成されている。油圧
は制御回路３４からの指令により作動する油圧制御弁７
０によって制御される。

第５図および第６図を参照するに、油圧プレス装置２０
のフレーム７２には油圧シリンダ７４が固定してあり、
油圧によりラム７６が昇降する様になっている。ラム７
６上には圧電式アクチュエータ２１がＵ置され、位置決
めリング７８により同軸的に位置決めされる。フレーム
７２の上部にはロードセルを内蔵したアンビルブロック
８０が固定してあり、荷重検出手段２４を構成している
。

アンビルブロック８０には円柱形のアンビル８２が進退
自在に嵌合してあり、ロードセルに軸方向荷重を伝える
様になっている。アンビル８２の下端は略半球面に形成
してあり、アダプタブロック８４の上面に形成した半球
形凹部（図示せず）に係合している。この様にアンビル
８２とアダプタブロック８４とは半球形の合わせ面によ
って係合しているので、アクチュエータ２１の上下端面
が平行でない場合でもアダプタブロック８４は半球形合
わせ面の曲率中心を中心として揺動し、その結果アクチ
ュエータ２１には常に軸方向に圧縮荷重を印加すること
ができる。アダプタブロック８４は適当なステー（図示
せず）によりフレーム７２に揺動自在に支持し、アクチ
ュエータ２１を取り出してもアダプタブロック８４が落
下しない様にすることができる。

収縮量検出手段２２は、図示した実施例では、２組のギ
ャップセンサ装置８６．８８で構成され、それらは油圧
プレス装置２０の軸線に対して左右対称の位置に装着さ
れる。これらギャップセンサ装置１８６　、８８は同一
であり、夫々、下ブラケット９０によりラム７６に固定
されたギャップセンサ９２゜９３と、上ブラケット９４
によりアダプタブロック８４に支承された金属板９６　
、９７とで構成される。

夫々の金属板９６　、９７は調節ナツト９８により上下
調節可能なねじ付きロッド１００に固定してあり、ばね
１０２によって下向きに付勢されている。従って、検査
すべきアクチュエータ２１のサイズの変化に応じて金属
板９６　、９７の初期位置を調節し、金Ｅ板とギャップ
センサとの開の初期ギャップを測定範囲内に設定するこ
とができる。また、ばね１０２を設けなので、意に反し
て金属板とギャップセンサとが衝突した場合でも後者が
破損することがない。

シリンダ７４への油圧が解除された時に手でラム７４を
降下させてアクチュエータ２１を収り出すのを可能にす
るため、ハンドル１０４が設けである。このハンドル１
０４の一端はフレーム７２の構付１０６に固定したブロ
ック１０８に枢着してあり、その中間部はリンク１１０
によりラム７６に連結しである。

次に、この性能試験装置２０の作動をこの装置による圧
電式アクチュエータの性能試験方法に関連して説明する
。計測制御部１２の制御回路３４は以下に述べるシーケ
ンスで性能試験を実施する様にプログラミングされる。

アクチュエータ２１のヤング率の測定は次のシーケンス
で行う。

先ず、検査すべきアクチュエータ２１をラム７６上に載
置し、位置決めリング７８により芯合せする。

次に、リレー５６　、５８を開成した状態で、制御量ｌ
￥８３４は油圧制御弁７０分開くことにより油圧シリン
ダ７４を作動させる。ラム７６の上昇に伴いアクチュエ
ータ２１には軸方向荷重が印加される。

荷重印加に伴いアクチュエータ２１は圧縮され（第７図
のグラフの０点からＡ点）、圧縮荷重はアンビルブロッ
ク８０内蔵のロードセルからの信号に基いて演算され、
表示される。圧縮につれてアクチュエータ２１のプラス
電極板とマイナス電極板との間には電圧が発生するが、
第１リレー５６はオーブン状態にあるので電圧は蓄績さ
れ続ける。

アクチュエータ２１の収縮量の計測は次の様に行われる
。圧電式アクチュエータ２１は前述した如く円板状圧電
素子と電極板との積層体であるから、その上端面と下端
面とは完全に平行でない場合がある０本発明の装置では
、アンビル８２とアンビルブロック８４とは半球形の合
わせ面によって係合しており、アンとルブロック８４は
この合わせ面に沿って揺動可能であるので、アクチュエ
ータ２１の上端面と下端面との平行度が完全でない場合
には、初期荷重分印加するとアンビルブロック８１１は
揺動し、その下面はアクチュエータ上端面にピックリと
整合する。この状態では、右側ギャップセンサ装置８６
のギャップと左側のギャップセンサ装置８８のギャップ
とは異なる値を示すであろう。荷重が更に増加し、アク
チュエータ２１が更に圧縮されるにつれて、アクチュエ
ータの上下端面は次第に平行になり、左右のギャップの
値は近づく。この間、左右のギャップセンサ９２゜９３
の出力信号は制御回路３４に送られ、制御回路３４は左
右のギャップの平均値を計算し、この平均値に基いてギ
ャップの変化を計算することによりアクチュエータ２１
の収縮量を演算する。アクチュエータのヤング率は印加
Ｒｍと収縮量から自動的に計算され、評価される。

本発明の試験装置では収縮量検出手段２２として左右一
対のギャップセンサ装置８６　、８８を用いたので、ア
クチュエータ２１の上下端面の平行度の良否に関係なく
正確にヤング率を測定することができる０次表は、アク
チュエータの１０個のサンプルについて、荷重ＳＯ〜１
３００ｋｇｆの範囲で、左右夫々のギャップセンサ装置
８６　、８８で計測した左右夫々のギャップに基いて計
算してヤング率と、ギャップの平均値に基いて計算した
ヤング率とを示したものである。

単位（ｋｇ／ｍｍ２） 平均値６０００　　　σ＝１８０ この表から判る様に、左右いずれが一方のみのギャップ
センサ装置からの出力によりヤング率を計測する場合に
はサンプルに応じてがなりの変動が見られるが、平均値
に基いて計測する場合には計測の信頼性を著しく向上さ
せることができる。

図示した実施例ではギャップセンサ装置は２つ用いたが
、３つまたは４つ１１Ｉ１１とすることも可能である。

また、ヤング率の測定をしない場合には、唯１のギャッ
プセンサ装置のみを設けてもよい。

ヤング率の計測が終ると、次に第１リレー５６が開成さ
れる。その結果、アクチュエータ２１のプラス端子とマ
イナス端子が短絡され、アクチュエータに蓄績していた
電荷は放電してアクチュエータの電極板間電圧はゼロと
なり、アクチュエータは収縮する（第７図のグラフのＡ
点がら８点）。

この時の収Ｔｕｋｓｏ−ｓ、をギャップセンサ装置８６
゜８８で検出し、所定の収縮量と比較することにより、
アクチュエータの収縮性能の良盃が評価される。

前記放電による収縮量Ｓ。−＄１は極めて微小であるの
で、アクチュエータの収縮性能をより正確に評価するた
めには、放電時の収縮量をできるだけ大きくすることが
好ましい。このためには、加重印加前に第２リレー５８
を閉成することによりアクチュエータ２１の電極板間に
予め電圧を印加してアクチュエータを予め伸長させてお
き、次に第２リレー５８を開成した後圧縮荷重を印加し
、所定荷重になった時に第１リレー５６を閉成してアク
チュエータを収縮させ、その収ＷＪ旦を計測することが
できる。この様に予め電圧を印加した後アクチュエータ
を圧縮すれば、電極板間にはより大きな電圧が発生する
ので、短絡による放電時にはアクチュエータにはより大
きな収縮が生じ、収縮量の計測を一層正確に行うことが
できる。

〔発明の効果〕

本発明のアクチュエータ性能試験装置は、圧電式アクチ
ュエータのヤング率を正確かつ迅速に評価することがで
きる。

アクチュエータの端子を短絡する回路を設けた場合には
、放電時のアクチュエータの収縮性能を評価することが
できる。

電圧印加回路３更に設けた場合には、放電時の収縮性能
をより正確に評価することができる。

油圧プレス装置のアンビルにアダプタブロックを設け、
半球形の合わせ面により両者を係合させた場合には、ア
クチュエータの上下端面の平行度に関係なく軸方向荷重
を印加することができる。

収縮量検出手段を一対のギャップセンサ装置で構成して
それらを左右対称的に配置し、両者で検出しな収縮量の
平均値に基いて性能評価する様に構成した場合には、ア
クチュエータの上下端面の平行度に関係なくヤング率を
正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の試験装置の正面図、 第２図は第１図の装置の模式図で、計測制御部はブロッ
ク図で示し、測定部および油圧ユニットは断面を示した
もの、 第３図は検査すべきアクチュエータの斜視図、第４図は
第３図のＩ’／−１’／矢視断面図、第５図は油圧プレ
ス装置に各検出手段を取り付けたところを示す正面図、 第６図は第５図の油圧プレス製画の右側面図で、ギャッ
プセンサ装置は省略してあり、 第７図は本発明の試験装置を用いた評価方法における荷
重と収縮量との関係を示すグラフである。 １０・・・性能試験装置、　１２・・・計測制御部、１
４・・・測定部、　　　　　１６・・・油圧ユニット、
２０・・・油圧プレス装置、 ２１・・・圧電式アクチュエータ、 ２２・・・収縮量検出手段、 ２４・・・荷重検出手段、　３４・・・制御回路、５６
・・・第１リレー、　　　５８・・・第２リレー、７０
・・・油圧制御弁、　　７４・・・油圧シリンダ、７６
・・・ラム、 ８０・・・アンビルブロック、 ８２・・・アンビル、 ８４・・・アダプタブロック、 ８６　、８８・・・ギャップセンサ装置、９２　、９３
・・・ギャップセンサ、 ９６　、９７・・・金属板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧電素子と電極板との積層体からなる圧電式アクチ
   ュエータの性能を評価するための性能試験装置であって
   、 （イ）性能評価すべきアクチュエータに軸方向圧縮荷重
   を印加してアクチュエータを弾性収縮させる油圧プレス
   装置と、アクチュエータの収縮量を検出して収縮量に応
   じた信号を出力する収縮量検出手段と、アクチュエータ
   に印加される圧縮荷重を検出して荷重に応じた信号を出
   力する荷重検出手段、とを備えた測定部と、 （ロ）油圧制御弁を有し制御された圧力の作動油を該油
   圧プレス装置に供給する油圧ユニットと、（ハ）前記検
   出手段からの信号を受取って収縮量および荷重を演算す
   ると共に前記油圧制御弁を制御する制御回路と、該制御
   回路からの指令に応じて収縮量および荷重を表示する表
   示手段とを備えた計測制御部、 とを具備してなる圧電式アクチュエータの性能試験装置
   。 ２、前記計測制御部はアクチュエータの異種端子を相互
   に短絡可能な常開回路を更に備え、前記制御回路は、ア
   クチュエータに印加される圧縮荷重が所定値になった時
   に前記常開回路を閉成して、荷重印加によりアクチュエ
   ータに発生した電圧を消失させてアクチュエータを更に
   収縮させその収縮量を演算することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の性能試験装置。 ３、前記計測制御部はアクチュエータの異種端子間に所
   定の直流電圧を印加する電圧印加回路を更に備え、前記
   制御回路は、予めアクチュエータの異種端子間に所定電
   圧を印加してアクチュエータを伸長させ、その後にアク
   チュエータに圧縮荷重を印加して収縮量を計測すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の性能試験装置
   。 ４、前記油圧プレス装置は、互いに協働してアクチュエ
   ータに圧縮荷重を印加するラム、およびアンビル部材と
   、アンビル部材とアクチュエータとの間に配置されるア
   ダプタブロックとを備えてなり、前記アダプタブロック
   とアンビル部材とはアダプタブロックがアンビル部材に
   対して角変位し得る様に略半球形の合わせ面によって互
   いに当接していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の性能試験装置。 ５、前記収縮量検出手段は一対のギャップセンサ装置を
   備えてなり、各ギャップセンサ装置は油圧プレス装置の
   軸線に関して互いに対称的にかつ該軸線から離間して配
   置されており、前記制御回路は双方のギャップセンサ装
   置により検出したアクチュエータ収縮量の平均値を表示
   することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の性能
   試験装置。 ６、各ギャップセンサ装置は、ギャップセンサと、該ギ
   ャップセンサと協働する金属板とを備え、ギャップセン
   サおよび金属板の一方は前記ラムに装着され他方は前記
   アダプタブロックに装着され、金属板はその初期位置を
   調節する調節機構を介してラムまたはアダプタブロック
   に調節可能に装着されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載の性能試験装置。