JPH05175565A - 圧電アクチュエータの駆動方法 - Google Patents
圧電アクチュエータの駆動方法Info
- Publication number
- JPH05175565A JPH05175565A JP3355072A JP35507291A JPH05175565A JP H05175565 A JPH05175565 A JP H05175565A JP 3355072 A JP3355072 A JP 3355072A JP 35507291 A JP35507291 A JP 35507291A JP H05175565 A JPH05175565 A JP H05175565A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- piezoelectric
- piezoelectric actuator
- piezoelectric element
- piezoelectric elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高湿度環境下においても圧電アクチュエータ
を安定に駆動させられるようにする。 【構成】 圧電アクチュエータＡは積層型圧電素子１，
２を接合したもので、積層型圧電素子１には電圧Ｖ1＝
ＶDC1−ＶACsinωｔを印加し、積層型圧電素子２には電
圧Ｖ2＝ＶDC2＋ＶACsinωｔを印加する。この交流電圧
ＶACsinωｔにより圧電アクチュエータＡを自己発熱さ
せ、水分の吸着を防止する。また、交流電圧ＶACsinω
ｔによる両圧電素子１，２の伸縮量は互いに相殺する。
を安定に駆動させられるようにする。 【構成】 圧電アクチュエータＡは積層型圧電素子１，
２を接合したもので、積層型圧電素子１には電圧Ｖ1＝
ＶDC1−ＶACsinωｔを印加し、積層型圧電素子２には電
圧Ｖ2＝ＶDC2＋ＶACsinωｔを印加する。この交流電圧
ＶACsinωｔにより圧電アクチュエータＡを自己発熱さ
せ、水分の吸着を防止する。また、交流電圧ＶACsinω
ｔによる両圧電素子１，２の伸縮量は互いに相殺する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電アクチュエータの駆
動方法に関する。具体的には、一定の変位量（伸長量）
を得るための圧電アクチュエータの駆動方法に関する。
動方法に関する。具体的には、一定の変位量（伸長量）
を得るための圧電アクチュエータの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来技術】積層型の圧電素子は、複数枚のセラミック
圧電基板とＡｇ等の電極を交互に積層したものであり、
各正電極と各負電極との間に直流電圧を印加することに
より圧電素子を伸張ないし収縮させる（以下、この伸張
量もしくは収縮量を変位量と呼ぶ）ことができる。
圧電基板とＡｇ等の電極を交互に積層したものであり、
各正電極と各負電極との間に直流電圧を印加することに
より圧電素子を伸張ないし収縮させる（以下、この伸張
量もしくは収縮量を変位量と呼ぶ）ことができる。
【０００３】このような圧電素子が、高湿度環境下や液
体に触れるような条件下において一定電圧で駆動されて
いる場合には、圧電素子の信頼性が著しく低下するとい
う問題があった。例えば、高湿度下で正電極と負電極間
に電圧を印加していると、圧電基板の側面に沿って正電
極と負電極間にマイグレーションが発生し、マイグレー
ションによって伸びた電極原子によって正電極と負電極
間がショートする。また、圧電素子の表面に湿気や水分
が吸着すると、水滴等によって圧電素子の電極間がショ
ートする。さらに、吸湿によって圧電基板の特性が変化
する恐れもあった。
体に触れるような条件下において一定電圧で駆動されて
いる場合には、圧電素子の信頼性が著しく低下するとい
う問題があった。例えば、高湿度下で正電極と負電極間
に電圧を印加していると、圧電基板の側面に沿って正電
極と負電極間にマイグレーションが発生し、マイグレー
ションによって伸びた電極原子によって正電極と負電極
間がショートする。また、圧電素子の表面に湿気や水分
が吸着すると、水滴等によって圧電素子の電極間がショ
ートする。さらに、吸湿によって圧電基板の特性が変化
する恐れもあった。
【０００４】この対策としては、圧電素子の表面を樹脂
等でコーティングする方法が考えられるが、圧電素子が
コスト高になるという問題がある。また、圧電素子が繰
り返し伸縮しているうちにコーティングが破れる恐れが
あり、実用的でなかった。
等でコーティングする方法が考えられるが、圧電素子が
コスト高になるという問題がある。また、圧電素子が繰
り返し伸縮しているうちにコーティングが破れる恐れが
あり、実用的でなかった。
【０００５】ところで、ドットプリンタ等で使用されて
いる圧電素子では、例えば数ｋＨｚの周波数でパルス駆
動されるが、これによって圧電素子が自己発熱し、耐湿
性が向上することが知られている。しかし、一定電圧に
よって圧電素子を駆動する場合には、圧電素子を高周波
駆動することができず、耐湿性を向上させることはでき
なかった。
いる圧電素子では、例えば数ｋＨｚの周波数でパルス駆
動されるが、これによって圧電素子が自己発熱し、耐湿
性が向上することが知られている。しかし、一定電圧に
よって圧電素子を駆動する場合には、圧電素子を高周波
駆動することができず、耐湿性を向上させることはでき
なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、圧電アクチュエータの耐湿性を向上させ、圧電
アクチュエータの信頼性を向上させることにある。
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、圧電アクチュエータの耐湿性を向上させ、圧電
アクチュエータの信頼性を向上させることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による圧電アクチ
ュエータの駆動方法は、印加電圧により伸長量を制御さ
れる圧電アクチュエータの駆動方法であって、複数個の
圧電素子を伸長方向に接合し、そのうちの少なくとも２
個の圧電素子に対してそれぞれ駆動用の直流電圧に重畳
して周期的に変動する電圧を印加し、当該周期的に変動
する電圧による圧電素子の総伸縮量が互いに打ち消し合
って一定となるようにすることを特徴としている。
ュエータの駆動方法は、印加電圧により伸長量を制御さ
れる圧電アクチュエータの駆動方法であって、複数個の
圧電素子を伸長方向に接合し、そのうちの少なくとも２
個の圧電素子に対してそれぞれ駆動用の直流電圧に重畳
して周期的に変動する電圧を印加し、当該周期的に変動
する電圧による圧電素子の総伸縮量が互いに打ち消し合
って一定となるようにすることを特徴としている。
【０００８】また、前記各圧電素子としては、積層型圧
電素子を用いることができる。
電素子を用いることができる。
【０００９】
【作用】本発明の圧電アクチュエータの駆動方法にあっ
ては、複数個の圧電素子に直流電圧に重畳して例えば交
流電圧を印加しているので、この交流電圧等によって圧
電素子を自己発熱させることができる。このため、圧電
素子の自己発熱によって湿気等を蒸発させることがで
き、圧電アクチュエータの吸湿性が低くなり、耐湿信頼
性が向上する。
ては、複数個の圧電素子に直流電圧に重畳して例えば交
流電圧を印加しているので、この交流電圧等によって圧
電素子を自己発熱させることができる。このため、圧電
素子の自己発熱によって湿気等を蒸発させることがで
き、圧電アクチュエータの吸湿性が低くなり、耐湿信頼
性が向上する。
【００１０】また、この交流電圧等は、圧電素子の総伸
縮量が互いに打ち消し合って一定となるように印加され
ているので、圧電アクチュエータの総伸縮量は直流電圧
のみで決まる。従って、交流電圧等を重畳して印加して
いるにも拘らず、圧電アクチュエータの変位量が変動す
ることがなく、制御対象の応答性に影響を与えることな
く一定の変位量を出力することができる。
縮量が互いに打ち消し合って一定となるように印加され
ているので、圧電アクチュエータの総伸縮量は直流電圧
のみで決まる。従って、交流電圧等を重畳して印加して
いるにも拘らず、圧電アクチュエータの変位量が変動す
ることがなく、制御対象の応答性に影響を与えることな
く一定の変位量を出力することができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例にかかる圧電アクチ
ュエータＡを示す正面図である。この圧電アクチュエー
タＡは２つの積層型圧電素子１，２からなり、両積層型
圧電素子１及び２は、その伸長方向に接合されている。
そして、例えば、圧電アクチュエータＡの片方の端面を
基準面３に固定し、他方の端面を変位発生面４として使
用され、圧電アクチュエータＡの変位量は各積層型圧電
素子１，２の和で与えられる。
ュエータＡを示す正面図である。この圧電アクチュエー
タＡは２つの積層型圧電素子１，２からなり、両積層型
圧電素子１及び２は、その伸長方向に接合されている。
そして、例えば、圧電アクチュエータＡの片方の端面を
基準面３に固定し、他方の端面を変位発生面４として使
用され、圧電アクチュエータＡの変位量は各積層型圧電
素子１，２の和で与えられる。
【００１２】図２は当該圧電アクチュエータＡを駆動す
るための駆動回路５を示す回路図である。積層型圧電素
子１の負電極と積層型圧電素子２の正電極を直列接続
し、同じく直列接続された２つの直流電源６，７の正極
を積層型圧電素子１の正電極に接続すると共に直流電源
６，７の負極を積層型圧電素子２の負電極に接続してあ
る。さらに、直流電源６，７の中点を交流電源８を介し
て積層型圧電素子１，２の中点に接続してある。
るための駆動回路５を示す回路図である。積層型圧電素
子１の負電極と積層型圧電素子２の正電極を直列接続
し、同じく直列接続された２つの直流電源６，７の正極
を積層型圧電素子１の正電極に接続すると共に直流電源
６，７の負極を積層型圧電素子２の負電極に接続してあ
る。さらに、直流電源６，７の中点を交流電源８を介し
て積層型圧電素子１，２の中点に接続してある。
【００１３】しかして、積層型圧電素子１及び２には、
直流電源６及び７による直流電圧Ｖ DC1とＶDC2が同極性
で印加されており、さらに直流電圧ＶDC1とＶDC2に重畳
して交流電源８により周波数ω／２πの交流電圧ＶACsi
nωｔ（ｔは時間のパラメータ）が逆位相で印加されて
いる。すなわち、一方の積層型圧電素子１には、図３
（ａ）に示すように、直流電圧ＶDC1に交流電圧−ＶACs
inωｔが重畳された合成電圧Ｖ1＝ＶDC1−ＶACsinωｔ
が印加されており、他方の積層型圧電素子２には、第３
図（ｂ）に示すように、直流電圧ＶDC2に交流電圧ＶACs
inωｔが重畳された合成電圧Ｖ2＝ＶDC2＋ＶACsinωｔ
が印加されている。
直流電源６及び７による直流電圧Ｖ DC1とＶDC2が同極性
で印加されており、さらに直流電圧ＶDC1とＶDC2に重畳
して交流電源８により周波数ω／２πの交流電圧ＶACsi
nωｔ（ｔは時間のパラメータ）が逆位相で印加されて
いる。すなわち、一方の積層型圧電素子１には、図３
（ａ）に示すように、直流電圧ＶDC1に交流電圧−ＶACs
inωｔが重畳された合成電圧Ｖ1＝ＶDC1−ＶACsinωｔ
が印加されており、他方の積層型圧電素子２には、第３
図（ｂ）に示すように、直流電圧ＶDC2に交流電圧ＶACs
inωｔが重畳された合成電圧Ｖ2＝ＶDC2＋ＶACsinωｔ
が印加されている。
【００１４】従って、積層型圧電素子１，２の印加電圧
Ｖ1，Ｖ2と変位量ΔＬ1，ΔＬ2の比をいずれもｋとする
と、積層型圧電素子１，２の変位量ΔＬ1，ΔＬ2はそれ
ぞれ、 ΔＬ1＝ｋＶ1＝ｋ（ＶDC1−ＶACsinωｔ） ΔＬ2＝ｋＶ2＝ｋ（ＶDC2＋ＶACsinωｔ） と表わされる。よって、図２のような駆動回路５によっ
て圧電アクチュエータＡに電圧を印加した場合、積層型
圧電素子１，２からなる圧電アクチュエータＡの全体の
変位量ΔＬ1＋ΔＬ2は、 ΔＬ1＋ΔＬ2＝ｋ（Ｖ1＋Ｖ2） ＝ｋ（ＶDC1＋ＶDC2） となり、交流電圧ＶACsinωｔないし時間ｔによらず、
直流電圧ＶDC1，ＶDC2のみによって制御される一定の変
位量を与える。
Ｖ1，Ｖ2と変位量ΔＬ1，ΔＬ2の比をいずれもｋとする
と、積層型圧電素子１，２の変位量ΔＬ1，ΔＬ2はそれ
ぞれ、 ΔＬ1＝ｋＶ1＝ｋ（ＶDC1−ＶACsinωｔ） ΔＬ2＝ｋＶ2＝ｋ（ＶDC2＋ＶACsinωｔ） と表わされる。よって、図２のような駆動回路５によっ
て圧電アクチュエータＡに電圧を印加した場合、積層型
圧電素子１，２からなる圧電アクチュエータＡの全体の
変位量ΔＬ1＋ΔＬ2は、 ΔＬ1＋ΔＬ2＝ｋ（Ｖ1＋Ｖ2） ＝ｋ（ＶDC1＋ＶDC2） となり、交流電圧ＶACsinωｔないし時間ｔによらず、
直流電圧ＶDC1，ＶDC2のみによって制御される一定の変
位量を与える。
【００１５】図４は２個の圧電素子１，２からなる圧電
アクチュエータＡの変位量を模型的に示す説明図であっ
て、矢印イ，ロは同極性の直流電圧による各圧電素子
１，２の変位量を示し、矢印ハ、ニは逆位相の交流電圧
による変位量を示しており、圧電アクチュエータＡ全体
としては交流電圧による変位ハ，ニは相殺され、直流電
圧による変位イ，ロのみが表われている。
アクチュエータＡの変位量を模型的に示す説明図であっ
て、矢印イ，ロは同極性の直流電圧による各圧電素子
１，２の変位量を示し、矢印ハ、ニは逆位相の交流電圧
による変位量を示しており、圧電アクチュエータＡ全体
としては交流電圧による変位ハ，ニは相殺され、直流電
圧による変位イ，ロのみが表われている。
【００１６】つぎに、図２のような駆動回路５により圧
電アクチュエータＡに電圧を印加した場合の各積層型圧
電素子１，２の自己発熱について説明する。図５は圧電
素子１又は２の等価回路９を示す。圧電素子１，２は、
セラミック圧電基板と電極を交互に積層したものである
から、基本的にはコンデンサと等価である。従って、圧
電素子１，２の等価回路９は、図５に示すように、等価
キャパシタンスＣ及び直列抵抗Ｒsとこれらに並列に接
続された漏れ抵抗Ｒp（>>Ｒs）とからなる。
電アクチュエータＡに電圧を印加した場合の各積層型圧
電素子１，２の自己発熱について説明する。図５は圧電
素子１又は２の等価回路９を示す。圧電素子１，２は、
セラミック圧電基板と電極を交互に積層したものである
から、基本的にはコンデンサと等価である。従って、圧
電素子１，２の等価回路９は、図５に示すように、等価
キャパシタンスＣ及び直列抵抗Ｒsとこれらに並列に接
続された漏れ抵抗Ｒp（>>Ｒs）とからなる。
【００１７】図５の等価回路９で表わされるような圧電
素子に交流電圧を印加したとき、漏れ抵抗Ｒpに流れる
電流の複素ベクトルをＩR、等価キャパシタンスＣ側に
流れる電流の複素ベクトルをＩCとし（図６ではＲsは充
分に小さいとしている）、両複素ベクトルＩR，ＩCの合
成ベクトルＩ0＝ＩR＋ＩCと複素ベクトルＩCの間の位相
差を図６に示すようにδとするとき、図５のような等価
回路９に交流電圧を印加したときの損失は、一般にtan
δで示される値で評価される。これはtanδ損失とい
い、等価回路的には漏れ抵抗Ｒpに流れる電流ＩRによる
ジュール損であり、物性的にはセラミック圧電基板の誘
電損失によるものであり、このtanδ損失によって圧電
素子１，２が発熱する。なお、印加する交流電圧の周波
数を高くした場合、等価キャパシタンスＣ及び直列抵抗
Ｒsに流れる電流が大きくなるが、皮相電力は大きくな
るものの実際の損失には影響は少ない。
素子に交流電圧を印加したとき、漏れ抵抗Ｒpに流れる
電流の複素ベクトルをＩR、等価キャパシタンスＣ側に
流れる電流の複素ベクトルをＩCとし（図６ではＲsは充
分に小さいとしている）、両複素ベクトルＩR，ＩCの合
成ベクトルＩ0＝ＩR＋ＩCと複素ベクトルＩCの間の位相
差を図６に示すようにδとするとき、図５のような等価
回路９に交流電圧を印加したときの損失は、一般にtan
δで示される値で評価される。これはtanδ損失とい
い、等価回路的には漏れ抵抗Ｒpに流れる電流ＩRによる
ジュール損であり、物性的にはセラミック圧電基板の誘
電損失によるものであり、このtanδ損失によって圧電
素子１，２が発熱する。なお、印加する交流電圧の周波
数を高くした場合、等価キャパシタンスＣ及び直列抵抗
Ｒsに流れる電流が大きくなるが、皮相電力は大きくな
るものの実際の損失には影響は少ない。
【００１８】また、図７は圧電素子１，２のヒステリシ
ス特性を示し、印加電圧Ｖが０→Ｖm→０と変化すると
き、圧電素子の変位量ΔＬは図７のようなヒステリシス
ループ（大ループ）ＰＱＰに沿って変化する。いま、こ
のような圧電素子１，２に対し直流電圧ＶDC＝Ｖ0に交
流電圧ＶAC＝Ｖ0sinωｔを重畳して印加するとき、圧電
素子１，２は交流電圧の１周期毎にヒステリシスループ
（小ループ）ＰＴＰに沿って変位し、交流電圧の１周期
毎にヒステリシスループＰＴＰで囲まれた領域（図７中
の斜線領域）の面積に相当するエネルギー（ヒステリシ
ス損）を消費する。従って、この１周期のヒステリシス
損に交流電圧の周波数を掛けただけの電力が圧電素子
１，２において熱に変換され、これにより圧電素子１，
２が自己発熱する。圧電素子１，２の発熱は、誘電損失
によるものよりも、このヒステリシス損によるものが大
きいと考えられる。しかして、圧電アクチュエータＡの
各圧電素子１，２に交流電圧を印加して自己発熱させる
ことにより圧電アクチュエータＡの吸湿を防止し、耐湿
性を高めることができる。
ス特性を示し、印加電圧Ｖが０→Ｖm→０と変化すると
き、圧電素子の変位量ΔＬは図７のようなヒステリシス
ループ（大ループ）ＰＱＰに沿って変化する。いま、こ
のような圧電素子１，２に対し直流電圧ＶDC＝Ｖ0に交
流電圧ＶAC＝Ｖ0sinωｔを重畳して印加するとき、圧電
素子１，２は交流電圧の１周期毎にヒステリシスループ
（小ループ）ＰＴＰに沿って変位し、交流電圧の１周期
毎にヒステリシスループＰＴＰで囲まれた領域（図７中
の斜線領域）の面積に相当するエネルギー（ヒステリシ
ス損）を消費する。従って、この１周期のヒステリシス
損に交流電圧の周波数を掛けただけの電力が圧電素子
１，２において熱に変換され、これにより圧電素子１，
２が自己発熱する。圧電素子１，２の発熱は、誘電損失
によるものよりも、このヒステリシス損によるものが大
きいと考えられる。しかして、圧電アクチュエータＡの
各圧電素子１，２に交流電圧を印加して自己発熱させる
ことにより圧電アクチュエータＡの吸湿を防止し、耐湿
性を高めることができる。
【００１９】図８に示すものは本発明の別な実施例にお
ける圧電アクチュエータＡの駆動回路１１であって、１
つの直流電源１２と１つの交流電源１３を用いたもので
ある。２つの積層型圧電素子１，２は直列に接続されて
おり、積層型圧電素子１の正電極にはインダクタ１４を
通じて直流電源１２の正極を接続し、積層型圧電素子２
の負電極７には直流電源１２の負極を接続してある。積
層型圧電素子１の正電極と積層型圧電素子２の負電極の
間には、キャパシタンスＣ1のコンデンサ１５及びキャ
パシタンスＣ2のコンデンサ１６が直列に接続され、さ
らに、抵抗値Ｒ1の分圧抵抗１７及び抵抗値Ｒ2の分圧抵
抗１８が直列に接続されている。また、積層型圧電素子
１の負電極と積層型圧電素子２の正電極の中点には交流
電源１３の一方の出力端子を接続し、交流電源１３の他
方の出力端子を直列に接続されたコンデンサ１５，１６
の中点及び分圧抵抗１７，１８の中点に接続してある。
ける圧電アクチュエータＡの駆動回路１１であって、１
つの直流電源１２と１つの交流電源１３を用いたもので
ある。２つの積層型圧電素子１，２は直列に接続されて
おり、積層型圧電素子１の正電極にはインダクタ１４を
通じて直流電源１２の正極を接続し、積層型圧電素子２
の負電極７には直流電源１２の負極を接続してある。積
層型圧電素子１の正電極と積層型圧電素子２の負電極の
間には、キャパシタンスＣ1のコンデンサ１５及びキャ
パシタンスＣ2のコンデンサ１６が直列に接続され、さ
らに、抵抗値Ｒ1の分圧抵抗１７及び抵抗値Ｒ2の分圧抵
抗１８が直列に接続されている。また、積層型圧電素子
１の負電極と積層型圧電素子２の正電極の中点には交流
電源１３の一方の出力端子を接続し、交流電源１３の他
方の出力端子を直列に接続されたコンデンサ１５，１６
の中点及び分圧抵抗１７，１８の中点に接続してある。
【００２０】また、図９は図８の駆動回路１１における
各素子等の内部抵抗や内部インピーダンス等の内部定数
を記した電気回路図である。圧電素子１は等価キャパシ
タンスＣp1と漏れ抵抗Ｒp1で表わされ、圧電素子２は等
価キャパシタンスＣp2と漏れ抵抗Ｒp2で表わされてい
る。また、ＺACは交流電源１３の内部インピーダンス、
ＲDCは直流電源１２の内部抵抗、Ｒc1，Ｒc2はそれぞれ
コンデンサ１５，１６の漏れ抵抗である。ここで、分圧
抵抗１７，１８の各抵抗値Ｒ1，Ｒ2は、コンデンサ１
５，１６の漏れ抵抗Ｒc1，Ｒc2（高抵抗）よりも小さく
してある。また、コンデンサ１５，１６は交流電源の周
波数ω／２πに対しては十分に小さいインピーダンス１
／ωＣ1，１／ωＣ2に設定されており、かつ、そのキャ
パシタンスＣ1，Ｃ2は圧電素子１，２の等価キャパシタ
ンスＣp1，Ｃp2よりも十分に大きく、Ｃ1>>Ｃp1，Ｃ2>>
Ｃp2としてある。
各素子等の内部抵抗や内部インピーダンス等の内部定数
を記した電気回路図である。圧電素子１は等価キャパシ
タンスＣp1と漏れ抵抗Ｒp1で表わされ、圧電素子２は等
価キャパシタンスＣp2と漏れ抵抗Ｒp2で表わされてい
る。また、ＺACは交流電源１３の内部インピーダンス、
ＲDCは直流電源１２の内部抵抗、Ｒc1，Ｒc2はそれぞれ
コンデンサ１５，１６の漏れ抵抗である。ここで、分圧
抵抗１７，１８の各抵抗値Ｒ1，Ｒ2は、コンデンサ１
５，１６の漏れ抵抗Ｒc1，Ｒc2（高抵抗）よりも小さく
してある。また、コンデンサ１５，１６は交流電源の周
波数ω／２πに対しては十分に小さいインピーダンス１
／ωＣ1，１／ωＣ2に設定されており、かつ、そのキャ
パシタンスＣ1，Ｃ2は圧電素子１，２の等価キャパシタ
ンスＣp1，Ｃp2よりも十分に大きく、Ｃ1>>Ｃp1，Ｃ2>>
Ｃp2としてある。
【００２１】しかして、直流電源１２の直流電圧ＶDCは
分圧抵抗１７，１８で抵抗比（分圧比）に応じて分圧さ
れ、分圧された電圧がそれぞれ積層型圧電素子１及び２
に印加されており、分圧抵抗１７，１８の分圧比が１：
１である（Ｒ1＝Ｒ2）とすれば、積層型圧電素子１，２
にはそれぞれＶDC／２の直流電圧が印加される。なお、
分圧抵抗１７，１８を設けない場合には、直流電源１２
の直流電圧ＶDCはコンデンサ１５，１６の漏れ抵抗
ＲC1，ＲC2の抵抗比に応じて分圧されるが、一般に漏れ
抵抗ＲC1，ＲC2の値にはバラツキや変動が大きい。そこ
で、本実施例では、漏れ抵抗ＲC1，ＲC2よりも抵抗値の
小さな分圧抵抗１７，１８で直流電圧ＶDCを分圧するこ
とにより分圧比の精度を高めている。
分圧抵抗１７，１８で抵抗比（分圧比）に応じて分圧さ
れ、分圧された電圧がそれぞれ積層型圧電素子１及び２
に印加されており、分圧抵抗１７，１８の分圧比が１：
１である（Ｒ1＝Ｒ2）とすれば、積層型圧電素子１，２
にはそれぞれＶDC／２の直流電圧が印加される。なお、
分圧抵抗１７，１８を設けない場合には、直流電源１２
の直流電圧ＶDCはコンデンサ１５，１６の漏れ抵抗
ＲC1，ＲC2の抵抗比に応じて分圧されるが、一般に漏れ
抵抗ＲC1，ＲC2の値にはバラツキや変動が大きい。そこ
で、本実施例では、漏れ抵抗ＲC1，ＲC2よりも抵抗値の
小さな分圧抵抗１７，１８で直流電圧ＶDCを分圧するこ
とにより分圧比の精度を高めている。
【００２２】一方、交流電源１３から出力されている交
流電圧ＶACsinωｔは、コンデンサ１５及び分圧抵抗１
７を通して積層型圧電素子１に印加されており、同時
に、コンデンサ１６及び分圧抵抗１８を通して積層型圧
電素子２に印加されている。そして、両積層型圧電素子
１，２においては、直流電圧ＶDCの極性に対して互いに
逆極性で交流電圧ＶACsinωｔが印加されている。しか
も、交流電圧ＶACsinωｔの両積層型圧電素子１，２の
両端間印加電圧（実効値）は互いに等しくなるように設
定されている。例えば、分圧抵抗、コンデンサの容量、
漏れ抵抗がそれぞれ等しく、Ｒ1＝Ｒ2、Ｃ1＝Ｃ2、ＲC1
＝ＲC2としている。また、コンデンサ１５，１６のイン
ピーダンス１／ωＣ1、１／ωＣ2は十分に小さく、か
つ、コンデンサ１５，１６のキャパシタンスＣ1，Ｃ2は
積層型圧電素子１，２の等価キャパシタンスよりも大き
く（Ｃ1>>Ｃp1，Ｃ2>>Ｃp2）なっているので、交流電源
１３の電圧ＶACsinωｔの大部分は積層型圧電素子１，
２に印加される。
流電圧ＶACsinωｔは、コンデンサ１５及び分圧抵抗１
７を通して積層型圧電素子１に印加されており、同時
に、コンデンサ１６及び分圧抵抗１８を通して積層型圧
電素子２に印加されている。そして、両積層型圧電素子
１，２においては、直流電圧ＶDCの極性に対して互いに
逆極性で交流電圧ＶACsinωｔが印加されている。しか
も、交流電圧ＶACsinωｔの両積層型圧電素子１，２の
両端間印加電圧（実効値）は互いに等しくなるように設
定されている。例えば、分圧抵抗、コンデンサの容量、
漏れ抵抗がそれぞれ等しく、Ｒ1＝Ｒ2、Ｃ1＝Ｃ2、ＲC1
＝ＲC2としている。また、コンデンサ１５，１６のイン
ピーダンス１／ωＣ1、１／ωＣ2は十分に小さく、か
つ、コンデンサ１５，１６のキャパシタンスＣ1，Ｃ2は
積層型圧電素子１，２の等価キャパシタンスよりも大き
く（Ｃ1>>Ｃp1，Ｃ2>>Ｃp2）なっているので、交流電源
１３の電圧ＶACsinωｔの大部分は積層型圧電素子１，
２に印加される。
【００２３】なお、図８の駆動回路１１では、コンデン
サ１５，１６と並列に分圧抵抗１７，１８を接続してい
るが、この分圧抵抗１７，１８は積層型圧電素子１，２
と並列に接続しても同様な回路動作及び働きをさせるこ
とができる。
サ１５，１６と並列に分圧抵抗１７，１８を接続してい
るが、この分圧抵抗１７，１８は積層型圧電素子１，２
と並列に接続しても同様な回路動作及び働きをさせるこ
とができる。
【００２４】また、直流電源１２の内部抵抗が十分でな
い場合には、直流電源１２と直列に（図９の内部抵抗Ｒ
DCと同じ位置に）抵抗を挿入してもよい。積層型圧電素
子１，２の漏れ抵抗Ｒp1，Ｒp2は十分に大きく、積層型
圧電素子１，２の直流動作電流は基本的には零であるか
ら、直流電源１２に当該抵抗を付加することにより、分
圧抵抗１７，１８を経ての電力損失と短絡時の電源保護
を兼ねさせることができる。
い場合には、直流電源１２と直列に（図９の内部抵抗Ｒ
DCと同じ位置に）抵抗を挿入してもよい。積層型圧電素
子１，２の漏れ抵抗Ｒp1，Ｒp2は十分に大きく、積層型
圧電素子１，２の直流動作電流は基本的には零であるか
ら、直流電源１２に当該抵抗を付加することにより、分
圧抵抗１７，１８を経ての電力損失と短絡時の電源保護
を兼ねさせることができる。
【００２５】また、インダクタ１４は交流電源１３に対
するインピーダンスを高め、交流電流が直流電源１２側
へ流入するのを妨げるためのものであり、積層型圧電素
子１，２の一つ、あるいはコンデンサ１５，１６の一つ
が短絡した時に直流電源１２側へ交流電流が流入するこ
とを抑制する。従って、上記のように直流電源１２に十
分に抵抗値の大きな抵抗を直列に挿入すればインダクタ
１４の動作を兼ねさせることができ、その場合にはイン
ダクタ１４を省略しても差し支えない。
するインピーダンスを高め、交流電流が直流電源１２側
へ流入するのを妨げるためのものであり、積層型圧電素
子１，２の一つ、あるいはコンデンサ１５，１６の一つ
が短絡した時に直流電源１２側へ交流電流が流入するこ
とを抑制する。従って、上記のように直流電源１２に十
分に抵抗値の大きな抵抗を直列に挿入すればインダクタ
１４の動作を兼ねさせることができ、その場合にはイン
ダクタ１４を省略しても差し支えない。
【００２６】さらに、交流電源１３の内部抵抗が十分で
ない場合には、交流電源１３と直列に（図９の内部抵抗
ＺACと同じ位置に）抵抗を挿入してもよい。交流電源１
３に直列に大きな抵抗を挿入すれば、積層型圧電素子
１，２に流れる電流を制限することができる。
ない場合には、交流電源１３と直列に（図９の内部抵抗
ＺACと同じ位置に）抵抗を挿入してもよい。交流電源１
３に直列に大きな抵抗を挿入すれば、積層型圧電素子
１，２に流れる電流を制限することができる。
【００２７】図１０に示すものは本発明のさらに別な実
施例であって、図８の駆動回路において交流電源に代
え、パルス電圧を出力するパルス電源２１を用いたもの
である。また、パルス電源２１が図１０に示すように分
圧抵抗１７，１８側で正極となるように接続されている
とすれば、図９のインダクタ１４に代えてダイオード２
２を用いて、パルス電源から直流電源１２へ電流が流入
することを阻止できる。ただし、直流電源１２の電圧が
パルス電圧よりも高い場合には、ダイオード２２は常に
導通状態となるので、ダイオード２２の効果はないが、
事故等によって直流電源１２の電圧が低下した場合には
パルス電源２１からの電流の逆流を防止できる。
施例であって、図８の駆動回路において交流電源に代
え、パルス電圧を出力するパルス電源２１を用いたもの
である。また、パルス電源２１が図１０に示すように分
圧抵抗１７，１８側で正極となるように接続されている
とすれば、図９のインダクタ１４に代えてダイオード２
２を用いて、パルス電源から直流電源１２へ電流が流入
することを阻止できる。ただし、直流電源１２の電圧が
パルス電圧よりも高い場合には、ダイオード２２は常に
導通状態となるので、ダイオード２２の効果はないが、
事故等によって直流電源１２の電圧が低下した場合には
パルス電源２１からの電流の逆流を防止できる。
【００２８】しかして、この実施例においても、各圧電
素子１，２はパルス電源２１からのパルス電圧によって
伸縮し、自己発熱する。しかも、両圧電素子１，２のパ
ルス電源２１による伸縮量は互いに相殺し合い、圧電ア
クチュエータＡ全体としては一定の変位量を出力する。
ただし、この実施例では、圧電アクチュエータＡの伸張
量は直流電源１２からの印加電圧とパルス電源２１から
の印加電圧（平均値）によって制御される。
素子１，２はパルス電源２１からのパルス電圧によって
伸縮し、自己発熱する。しかも、両圧電素子１，２のパ
ルス電源２１による伸縮量は互いに相殺し合い、圧電ア
クチュエータＡ全体としては一定の変位量を出力する。
ただし、この実施例では、圧電アクチュエータＡの伸張
量は直流電源１２からの印加電圧とパルス電源２１から
の印加電圧（平均値）によって制御される。
【００２９】なお、圧電アクチュエータを発熱させるた
めの周期電圧としては、これまでに述べたような交流電
圧やパルス電圧に限らず、正弦波電圧を半波整流もしく
は全波整流した半波整流電圧や全波整流電圧等のオフセ
ットを持つ交流電圧としても良い。
めの周期電圧としては、これまでに述べたような交流電
圧やパルス電圧に限らず、正弦波電圧を半波整流もしく
は全波整流した半波整流電圧や全波整流電圧等のオフセ
ットを持つ交流電圧としても良い。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、複数個の圧電素子に対
し直流電圧に重畳して例えば交流電圧を印加しているの
で、圧電素子を自己発熱させることができ、圧電アクチ
ュエータの吸湿性が低くなる。
し直流電圧に重畳して例えば交流電圧を印加しているの
で、圧電素子を自己発熱させることができ、圧電アクチ
ュエータの吸湿性が低くなる。
【００３１】また、交流電圧等による圧電素子の総伸縮
量は互いに打ち消し合っているので、交流電圧等を重畳
して印加しているにも拘らず、圧電素子の変位量が変動
することがなく、制御対象の応答性に影響を与えること
なく一定の変位量を出力することができる。
量は互いに打ち消し合っているので、交流電圧等を重畳
して印加しているにも拘らず、圧電素子の変位量が変動
することがなく、制御対象の応答性に影響を与えること
なく一定の変位量を出力することができる。
【００３２】従って、一定変位量で制御される圧電アク
チュエータを高湿度環境下においても安定に駆動させる
ことができ、耐湿信頼性が向上する。
チュエータを高湿度環境下においても安定に駆動させる
ことができ、耐湿信頼性が向上する。
【００３３】また、圧電素子を樹脂等でコーティングす
る場合のように耐久性の問題も生じることがない。
る場合のように耐久性の問題も生じることがない。
【図１】本発明の一実施例による圧電アクチュエータを
示す正面図である。
示す正面図である。
【図２】同上の圧電アクチュエータを駆動するための駆
動回路を示す回路図である。
動回路を示す回路図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は同上の圧電アクチュエータにお
ける各圧電素子への印加電圧を示す波形図である。
ける各圧電素子への印加電圧を示す波形図である。
【図４】同上の圧電アクチュエータの駆動状態を模型的
に表わした説明図である。
に表わした説明図である。
【図５】圧電素子の等価回路図である。
【図６】同上の等価回路におけるキャパシタ側と漏れ抵
抗側に流れる電流の位相差を示すベクトル図である。
抗側に流れる電流の位相差を示すベクトル図である。
【図７】圧電素子のヒステリシス特性図である。
【図８】本発明の別な実施例による圧電アクチュエータ
の駆動回路を示す電気回路図である。
の駆動回路を示す電気回路図である。
【図９】同上の電気回路図における各素子等の内部定数
を表わした電気回路図である。
を表わした電気回路図である。
【図１０】本発明のさらに別な実施例による圧電アクチ
ュエータの駆動回路を示す電気回路図である。
ュエータの駆動回路を示す電気回路図である。
Ａ 圧電アクチュエータ １ 積層型圧電素子 ２ 積層型圧電素子 ５ 駆動回路 ６，７ 直流電源 ８ 交流電源
Claims (2)
- 【請求項１】 印加電圧により伸長量を制御される圧電
アクチュエータの駆動方法であって、 複数個の圧電素子を伸長方向に接合し、そのうちの少な
くとも２個の圧電素子に対してそれぞれ駆動用の直流電
圧に重畳して周期的に変動する電圧を印加し、当該周期
的に変動する電圧による圧電素子の総伸縮量が互いに打
ち消し合って一定となるようにすることを特徴とする圧
電アクチュエータの駆動方法。 - 【請求項２】 前記各圧電素子が積層型圧電素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ
の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355072A JPH05175565A (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | 圧電アクチュエータの駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3355072A JPH05175565A (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | 圧電アクチュエータの駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05175565A true JPH05175565A (ja) | 1993-07-13 |
Family
ID=18441775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3355072A Pending JPH05175565A (ja) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | 圧電アクチュエータの駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05175565A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100757861B1 (ko) * | 2004-07-21 | 2007-09-11 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 헤드 기판, 잉크젯 헤드 및 잉크젯 헤드 기판의제조방법. |
| JP2015192072A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 株式会社日本セラテック | 圧電アクチュエータ |
-
1991
- 1991-12-19 JP JP3355072A patent/JPH05175565A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100757861B1 (ko) * | 2004-07-21 | 2007-09-11 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 헤드 기판, 잉크젯 헤드 및 잉크젯 헤드 기판의제조방법. |
| JP2015192072A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 株式会社日本セラテック | 圧電アクチュエータ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5221563B2 (ja) | 基準信号を用いる誘導位置センサ | |
| US5806364A (en) | Vibration-type angular velocity detector having sensorless temperature compensation | |
| US4888514A (en) | Driving apparatus for ultrasonic motor | |
| JP2003519780A (ja) | 磁気抵抗信号絶縁装置 | |
| JP4449110B2 (ja) | 角速度センサ | |
| EP0310101A2 (en) | Temperature sensor | |
| JP3187873B2 (ja) | 超音波モータ駆動回路 | |
| JPH05175565A (ja) | 圧電アクチュエータの駆動方法 | |
| US5101144A (en) | Ultrasonic motor driving circuit | |
| EP0105120A2 (en) | Method and apparatus for measuring signals from differential sensors | |
| JP2008216074A (ja) | 高分子アクチュエータの伸縮量センシング方法および伸縮量センシング装置 | |
| US7015621B2 (en) | Piezoelectric actuator device | |
| JPH05243632A (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP3839898B2 (ja) | 振動型アクチュエータの駆動装置および振動型アクチュエータを駆動源とする装置 | |
| US5729163A (en) | Synchronous AC to DC conversion of differential AC signals | |
| JP3126563B2 (ja) | 振動型モータの駆動装置 | |
| US7997135B2 (en) | Angular velocity sensor | |
| US4467655A (en) | Quad-gate demodulator circuit for capacitive transducers | |
| JPH05173652A (ja) | 定着器の加熱ヒーター装置およびその温度制御装置 | |
| JP3665131B2 (ja) | 音叉型角速度検出センサ | |
| Wehrsdorfer et al. | Large signal measurements on piezoelectric stacks | |
| JP2021025820A (ja) | 磁界検出センサ | |
| JPH05161369A (ja) | 超音波モータの駆動方法 | |
| JPH05327054A (ja) | 圧電効果素子の駆動方式 | |
| JP2857892B2 (ja) | 比較入力回路 |