JPH0282668A - 圧電アクチュエータ用電源回路 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、各種装置作動用圧電アクチュエータを駆動す
るための電源回路に関する。

（ロ）従来の技術 従来、圧電アクチュエータの一形態として、ケーシング
内を軸線方向に移動するプランジャと、同プランジャを
つかむクランプ部材と、クランプ部材を作動させるクラ
ンプ用圧電素子と、上記クランプ用圧電素子と協働して
プランジャを軸線方向に移動させるストローク用圧電素
子とにより構成されたものがある。

そして、かかる圧電アクチュエータの作動について簡単
に説明すると、アクチュエータ駆動ボタンを押すと、制
御装置が、メモリから読み出した駆動順序プログラムに
従って、クランプ用圧電素子とストローク用圧電素子に
電圧を印加してクランプ部材にプランジャをクランプさ
せたり、軸線方向に移動させることによって、プランジ
ャを尺取り山状に、μｍオーダ或いはサブμｍオーダの
ストロークで移動させることができる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかし、かかる圧電アクチュエータは、未だ、以下の問
題点を有していた。

即ち、第９図に示すように、上記圧電アクチュエータＡ
Ｄの電源回路は、ＡＣｌｏｏＶの電流を供給可能な交流
電源６０と、同交流電源６０のＡＣｌｏｏＶからＤＣ］
、００ｖに変換するＡＣ／ＤＣＣ／式−タ６１と、ＡＣ
／ＤＣＣ／式−タ６１に接続され、圧電アクチュエータ
ＡＤを駆動可能な圧電アクチュエータ駆動回路６２とか
ら構成される装置 このように圧電アクチュエータＡｎの電源回路にＡＣｌ
ｏｏＶの交流型ｔＸ６０を用いたのは、圧電アクチュエ
ータ八〇を構成する圧電素子５３，５４，５５．５６は
多数の圧電板の積層体からなり、同積層体を変形させる
ためには高電圧の印加が必要だからである。

しかし、交流電源６０を用いるために、■ＡＣ／ＤＣコ
ンバータ６１に絶縁が必要となる、■電源回路が大型化
かつ重量化する、■ＡＣ／ＤＣコンバータ６１に耐ノイ
ズ性、耐雷サージ性が必要となり、この点からも大型化
し、また、部品点数が多くなり、その結果、製作費が高
くなる、■火災や漏電の恐れがある、等の問題点を有す
る。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、圧電アクチュエータ駆動回路とバッテリー式
低圧直流電源との間に、同低圧直流電源からの電圧をア
クチュエータの駆動に要する駆動電圧まで昇圧するＤＣ
／ＤＣコンバータを介設したことを特徴とする圧電アク
チュエータ用電源回路を提供せんとするものである。

（ホ）作用及び効果 上記した構成により、本発明は以下の作用及び効果を奏
する。

■バッテリー式低圧直流電源を用いるので、外部電源の
取り込みが不要となり、また、必要に応じて、圧電アク
チュエータが駆動しようとする各種装置内に一体的に組
み込んだり、その近傍に設置することができる。

従って、駆動電源回路工事を極めて簡単に行うことがで
き、かつ、圧電アクチュエータをコンパクトに取付ける
ことができるので、各種装置を設置した部屋のスペース
の有効利用を図ることができる。

■圧電アクチュエータ駆動回路とパンテリー式低圧直流
電源との間に、同低圧直流電源からの電圧をアクチュエ
ータの駆動に要する駆動電圧まで昇圧するＤＣ／ＤＣコ
ンバータを介設した構成なので、絶縁性が不要となり、
また、感電のおそれや′ａ電重事故確実に防止すること
ができる。

■ＤＣ／ＤＣコンバータには耐ノイズ性や耐雷サージ性
は不要であるため、それらに要する構造が不要となり、
部品点数を減少して軽量化することができ、製作費も低
減することができる。

（へ）実施例 以下、添付図に示す実施例に基づいて、本発明を詳説す
る。

第１図に本実施例に係わる圧電アクチュエータ電源回路
Ｂを適用可能な圧電アクチュエータＡの全体構成を示す
。

図示するように、圧電アクチエエータＡは、前後壁ａ、
ｂを具備する筒状のアクチュエータケーシングＣ内に同
心円的に、かつ、軸線に沿って進退自在にプランジャｄ
を取付け、さらに、プランジャｄの外周面上に、同心円
的に、それぞれクランプ部材に、Ｉを具備する一対のク
ランプ用圧電素子ｅ、ｆと、ストローク用圧電素子ｇと
を配設することによって構成している。

即ち、図示の実施例において、クランプ用圧電素子ｅは
アクチュエータケーシングＣの中央部に取付ボルトｈに
よって取付けた保持具Ｈの左側に配設・支持されており
、一方、クランプ用圧電素子ｒとストローク用圧電素子
ｇとは保持具Ｈの右側に配設・支持されている。

次に、各圧電素子ｅ、（、ｇの作用及び具体的構成につ
いて説明すると、以下のようになる。

即ち、圧電素子ｅ、ｆは、非通電状態では一定のクラン
プ力Ｆでプランジャｄをクランプしており、正の電圧を
印加することによってクランプ力Ｆ＋αでクランプする
ことになり、負の電圧を印加することによりクランプ力
Ｆ−αの力でクランプすることになる。なお、クランプ
力は、Ｆ−α〉０とする。即ち、負の電圧が印加されて
いる場合であっても、圧電素子ｅ、ｆは、一定のクラン
プ力でプランジャｄをクランプすることになる。

一方、圧電素子ｇは正の電圧を印加した場合はプランジ
ャｄ上を軸線方向に伸びた状態にあり、負の電圧を印加
した場合は、プランジャｄ上を縮み、その軸線方向の全
長を短くすることになる。

そして、プランジャｄは、かかる３つの圧電素子ｅ、ｆ
、ｇへの押圧印加手順を後述する制御装置Ｃによって制
御することにより、軸線方向に移動することができる。

なお、圧電素子ｅ、ｆ、ｇは、多数の圧電板Ｘをプラン
ジャｄの軸芯方向に積層して形成した円筒状の素子で、
円筒の両端に電極が設けられており、この両端に電圧を
印加することにより、伸びるように構成されている。

また、第１図において、「はアクチュエータＡの水密性
を高めるために設けた摺動抵抗の小さいＵ字状又はＹ字
状パツキンである。

本発明は、実質的に上記圧電アクチュエータＡの各圧電
素子ｅ、ｒ、ｇを所定の直流電圧を印加するための圧電
アクチュエータ電源回路Ｂの構成にあり、以下、第２図
を参照して具体的に説明する。

図中、１０は各圧電素子ｅ、ｆ、ｇと接続した圧電アク
チュエータ駆動回路であり、同駆動回路１０は、ＤＣ／
ＤＣＣ／式−タ１１を介してバッテリー式低圧直流電源
１２と接続されている。

かかる構成において、バッテリー式低圧直流電源１２の
直流電圧が、例えば５ｖの場合であっても、ＤＣ／ＤＣ
Ｃ／式−タ１１によって１００　ｖに昇圧することがで
き、その後、圧電アクチエエータ駆動回路１０に供給す
ることができる。

従って、各圧電素子ｅ、ｆ、Ｈに、十分に高い駆動電圧
を印加することができ、確実に作動させることができる
。

しかして、本実施例では、圧電アクチュエータ駆動回路
Ｂは、バッテリー式低圧直流電源１２を用いるので、外
部電源の取り込みが不要となり、また、必要に応じて、
圧電アクチエエータＡが駆動しようとする各種装置内に
一体的に組み込んだり、その近傍に設置することができ
る。

従って、駆動ｔａ回路工事を極めて節単に行うことがで
き、かつ、圧電アクチュエータＡをコンパクトに各種装
置内等に取付けることができるので、各種装置を設置し
た部屋のスペースの有効利用を図ることができる。

また、圧電アクチュエータ駆動回路１０とバッテリー式
低圧直流電源１２との間に、同低圧直流′ｃ１源１２か
らの電圧を圧電アクチュエータＩＯの駆動に要する駆動
電圧まで昇圧するＤＣ／ＤＣＣ／式−タ１１を介設した
構成なので、絶縁性が不要となり、また、感電のおそれ
や漏電事故を確実に防止することができる。

さらに、ＤＣ／ＤＣＣ／式−タ１１には耐ノイズ性や耐
雷サージ性は不要であるため、それらに要する構造が不
要となり、部品点数を減少して軽量化することができ、
製作費も低減することができる。

なお、第２図には、圧電アクチュエータＡを制御するた
めの制御装置Ｃの構成も示している。

図示するように、制御装置Ｃは、マイクロプロセッサＲ
と、入出力インターフェースＳ、Ｔと、上記圧電素子ｅ
、　　ｆ、　　Ｈの駆動順序プログラムを記憶したメモ
リＵとから構成される。

ついで、かかる構成を有するアクチュエータＡによるプ
ランジャｄの作動について、第３図〜第６図を参照して
説明する。

第２図に示すアクチュエータ駆動ボタンＶを押すと、制
御装置Ｃが、メモリＵから読み出した駆動順序プログラ
ムに従って、第３図に示すように圧電素子Ｃに負の電圧
を印加してプランジャｄへのクランプ力をＦ−αに低減
するとともに、圧電素子ｆに正の電圧を印加してクラン
プ力をＦ＋αに増加してプランジャｄをクランプさせる
。

次に第４図に示すように、圧電素子ｇへ負の電圧の印加
して縮めると、圧電素子ｇは矢印の方向に移動し、これ
に伴って圧電素子ｆがクランプ力Ｆ＋αでクランプする
プランジャｄも矢印方向に移動する。

その後、第５図に示すように、圧電素子ｆに負の電圧を
印加してクランプ力をＦ−αに低減するとともに、圧電
素子ｅに正の電圧を印加してクランプ力をＦ十αに増加
してプランジャｄをクランプさせる。

そして、第６図に示すように、圧電素子ｇに正の電圧を
印加して伸ばすと圧電素子ｇは矢印方向に移動する。

ついで、上記動作を繰り返すことにより、プランジャｄ
を、μ膳オーダ或いはサブμ議オーダのストロークで尺
とり山状に移動することができる。

しかして、本実施例では、バッテリー式低電圧電源１２
を駆動電源として用いるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１
によって駆動電圧を１００ｖという十分な高電圧に昇圧
することができるので、各圧電素子０５ｆ３ｇを正確に
駆動させることができ、ひいては、圧電アクチュエータ
Ａも正確かつ精密に駆動することができる。

また、第７図に、本実施例にかかるアクチュエータＡの
適用例を示しており、湯水混合栓として機能する自動開
閉弁りにかかる圧電アクチエエータＡを応用した例であ
る。

第７図において、ｌＯは円筒状の箱体をなすケーシング
であり、同ケーシング１０は、その−側倒壁に、二つの
一例流路１３．１４を形成している。

そして、−側流路１３．１４は湯水混合栓の給水流路及
び給湯流路として機能するものであり、その外側開口端
は、それぞれ給水配管Ｉ５と給湯配管１６と連通してい
る。

一方、−側流路１．３．１４の内側開口端は、それぞれ
ケーシングｌＯの両端に形成した隔壁１７．１８と連通
している。

また、ケーシング１０の他側側壁には、両端開口のＴ字
状の他側流路２０が形成されている。

そして、かかる他側流路２０は、湯水混合栓の混合水流
路として機能するものであり、その外側開口端は、混合
水配管２１と連通しており、一方、その内側二股開口端
は隔室１７．１８と連通している。

さらに、Ｔ字状筒体１９の内側二股開口部には、それぞ
れ弁座２２，２３が設けられており、同弁座２２２３に
は、ケーシング１０内を軸栓方向に進退して弁座２２．
２３と接離し、内側二股状開口端を開閉するダイアフラ
ム弁からなる弁体２４，２５が配設されている。

さらに、ケーシング１０の両端には、それぞれ圧電アク
チュエータＡが増付けられている。

そして、各圧電アクチュエータＡは、そのプランジャｄ
の先端を弁体２４　、２５の後部と当接自在となし、弁
体２４．２５を開閉自在としている。

なお、第７図において、４０は他側流路３０内に設けた
温度センサであり、混合水の温度を検出し、検出値を第
２図に示すような制御部にフィードバックして、制御部
に検出値に基づいて自動開閉弁の量アクチュエータＡを
ＰＴＤ制御等によって作動させ、適温制御を行うもので
ある。

そして、かかる構成を有する自動開閉弁りの作動を、簡
単に説明すると、以下の如くなる。

即ち、温度センサ４０からの検出値を制御部にフィード
バックして、制御部に検出値に基づいて自動開閉弁りの
両圧電アクチュエータＡをそれぞれ別個に作動させると
、弁体２４　、２５が設定温度で開閉して、−側流路１
３．１４から他側流路２０に流れる給水量と給湯量を一
定の混合割合で混合することができる。

そして、かかる作用において、弁体２４　、２５は上記
した構成を有し、かつ上記した作用及び効果を奏する圧
電アクチエエータＡによって開閉するようにしているの
で、流量制御及び適温制御をより精密かつ確実に行うこ
とができる。

また、第８図に他の実施例を示しており、本実施例は、
上記した圧電アクチエエータＡを単水弁に適用した場合
を示しており、図中、４０ａは流入口、４１は流出口、
４２はダイヤフラム弁、４３はパイロット孔４３ａを有
するパイロット弁座、４４はオリフィス、４５はプラン
ジャ４６の復座用スプリングを示す。

そして、停電等で制？ＩＩ１機能が失われた時、クラン
プ用圧電素子ｅ、ｆへの印加電圧が消滅するので、復座
用スプリング４５によって自動的に閉弁することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例であって、第１図は、本発明に
係わる圧電アクチュエータ用電源回１路を適用可能な圧
電アクチュエータの断面側面図、第２図は圧電アクチュ
エータ用電源回路及び制御装置の概念的構成説明図、第
３図〜第６図は圧電アクチュエータの作動状態説明図、
第７図は圧電アクチュエータを具備した自動開閉弁の断
面側面図、第８図は圧電素子アクチュエータを具備した
単弁形式の自動開閉弁の断面側面図、第９図は従来の圧
電アクチュエータ用電源回路の説明図である。 図中、 （Ａ）：圧電アクチュエータ （Ｂ）：圧電アクチュエータ用電源回路（Ｃ）二制御装
置 （ロ）：自動開閉弁 （１０）　：圧電アクチュエータ駆動回路（１１）：　
ＩＩＣ／［ｌＣコンバータ（１２）：バッテリー式駆動
電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．圧電アクチュエータ駆動回路とバッテリー式低圧直
   流電源との間に、同低圧直流電源からの電圧をアクチュ
   エータの駆動に要する駆動電圧まで昇圧するＤＣ／ＤＣ
   コンバータを介設したことを特徴とする圧電アクチュエ
   ータ用電源回路。