JPH0569372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電式アクチユエータの生産ライン
等において圧電式アクチユ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〕 一般に、圧電式アクチユエータは複数の薄い円
板状の圧電素子を交互に反対極性になる様にしな
がら円柱状に積層し、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ユエータは、
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、圧電式アクチユ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ユエ
ータを収縮させる。この様な用途に使用される圧
電式アクチユ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ユ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、圧電式アクチユ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つ
た。 〔発明の目的〕 本発明の目的は圧電式アクチユエータの諸性能
を正確かつ迅速に評価することの可能なアクチユ
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ツト
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ユ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、アクチユエー
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、アクチユエータに印加さ
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。計測制御部は制御
回路と表示手段とを有する。制御回路は油圧ユニ
ツトの油圧制御弁を制御すると共に、各検出手段
からの信号を受取つ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
ユ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と油圧ユニツト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１８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ユエータ２
１に荷重を印加し得る様になつている。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３０，３
２に送られてデイ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からプログラムを入力することの可能なマ
イクロコンピユータから成り、プログラムに応じ
て試験装置１０を制御し、アクチユエータ２１へ
の印加荷重およびその収縮量を演算して表示部３
８に表示する様になつている。また、それらのデ
ータはフロツピイデイ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
電式アクチユエータ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、アクチユエータ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
１リレー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３４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、アクチユエータ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500Vの直流電圧
をリード線５２，５４を介してアクチユエータ２
１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。 油圧ユニツト１６はタンク６０の作動油を油圧
ポンプ６２で加圧し、アキユームレータ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７０によつて制御され
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
固定しており、油圧によりラム７６が昇降する様
になつている。ラム７６上には圧電式アクチユエ
ータ２１が載置され、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ツク８０が
固定してあり、荷重検出手段２４を構成してい
る。アンビルブロツク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つている。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
ツク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
ダプタブロツク８４とは半球形の合わせ面によつ
て係合しているので、アクチユエータ２１の上下
端面が平行でない場合でもアダプタブロツク８４
は半球形合わせ面の曲率中心を中心として揺動
し、その結果アクチユエータ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
ロツク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、アクチユエータ
２１を取り出してもアダプタブロツク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組のギヤツプセンサ装置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。これらギヤツプセ
ンサ装置８６，８８は同一であり、夫々、下ブラ
ケツト９０によりラム７６に固定されたギヤツプ
センサ９２，９３と、上ブラケツト９４によりア
ダプタブロツク８４に支承された金属板９６，９
７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ツ
ド１００に固定してあり、ばね１０２によつて下
向きに付勢されている。従つて、検査すべきアク
チユエータ２１のサイズの変化に応じて金属板９
６，９７の初期位置を調節し、金属板とギヤツプ
センサとの間の初期ギヤツプを測定範囲内に設定
することができる。また、ばね１０２を設けたの
で、意に反して金属板とギヤツプセンサとが衝突
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ユエータ２１を取り出
すのを可能にするため、ハンドル１０４が設けて
ある。このハンドル１０４の一端はフレーム７２
の横材１０６に固定したブロツク１０８に枢着し
てあり、その中間部はリンク１１０によりラム７
６に連結してある。 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ユ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。 アクチユエータ２１のヤング率の測定は次のシ
ーケンスで行う。 先ず、検査すべきアクチユエータ２１をラム７
６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
御回路３４は油圧制御弁７０を開くことにより油
圧シリンダ７４を作動させる。ラム７６の上昇に
伴いアクチユエータ２１には軸方向荷重が印加さ
れる。 荷重印加に伴いアクチユエータ２１は圧縮され
（第７図のグラフのＯ点からＡ点）、圧縮荷重はア
ンビルブロツク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
クチユエータ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
はオープン状態にあるので電圧は蓄積され続け
る。 アクチユエータ２１の収縮量の計測は次の様に
行われる。圧電式アクチユエータ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。本発明の装置では、アンビル８２とア
ンビルブロツク８４とは半球形の合わせ面によつ
て係合しており、アンビルブロツク８４はこの合
わせ面に沿つて揺動可能であるので、アクチユエ
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、初期荷重を印加するとアンビルブロ
ツク８４は揺動し、その下面はアクチユエータ上
端面にピツタリと整合する。この状態では、右側
ギヤツプセンサ装置８６のギヤツプと左側のギヤ
ツプセンサ装置８８のギヤツプとは異なる値を示
すであろう。荷重が更に増加し、アクチユエータ
２１が更に圧縮されるにつれて、アクチユエータ
の上下端面は次第に平行になり、左右のギヤツプ
の値は近づく。この間、左右ギヤツプセンサ９
２，９３の出力信号は制御回路３４に送られ、制
御回路３４は左右のギヤツプの平均値を計算し、
この平均値に基いてギヤツプの変化を計算するこ
とによりアクチユエータ２１の収縮量を演算す
る。アクチユエータのヤング率は印加荷重と収縮
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
て左右一対のギヤツプセンサ装置８６，８８を用
いたので、アクチユエータ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。次表は、アクチユエータの10個のサ

〔発明の効果〕

本発明のアクチユエータ性能試験装置は、圧電
式アクチユ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。 アクチユエータの端子を短絡する回路を設けた
場合には、放電時のアクチユエータの収縮性能を
評価することができる。 電圧印加回路を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ツク
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、アクチユ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ヤツプセンサ装置で
構成してそれらを左右対称的に配置し、両者で検
出した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、アクチユ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、計測制御部はブロツク
図で示し、測定部および油圧ユニツトは断面を示
したもの、第３図は検査すべきアクチユエータの
斜視図、第４図は第３図の−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
ス装置の右側面図で、ギヤツ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、１４
…測定部、１６…油圧ユニツト、２０…油圧プレ
ス装置、２１…圧電式アクチユエータ、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、７
０…油圧制御弁、７４…油圧シリンダ、７６…ラ
ム、８０…アンビルブロツク、８２…アンビル、
８４…アダプタブロツク、８６，８８…ギヤツプ
センサ装置、９２，９３…ギヤツプセンサ、９
６，９７…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
   アクチユエータの性能を評価するための性能試験
   装置であつて、 (イ) 性能評価すべきアクチユエータに軸方向圧縮
   荷重を印加してアクチユエータを弾性収縮させ
   る油圧プレス装置と、アクチユエータの収縮量
   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、アクチユ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ツトと、 (ハ) 前記検出手段からの信号を受取つて収縮量お
   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ユエータの性能試
   験装置。 ２ 前記計測制御部はアクチユエータの異種端子
   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、アクチユエータに印加される圧縮荷重
   が所定値になつた時に前記常開回路を閉成して、
   荷重印加によりアクチユエータに発生した電圧を
   消失させてアクチユ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ユエータの異種端子
   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、予めアクチユエータの
   異種端子間に所定電圧を印加してアクチユエータ
   を伸長させ、その後にアクチユエータに圧縮荷重
   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
   チユ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ユエータとの
   間に配置されるアダプダブロツクとを備えてな
   り、前記アダプタブロツクとアンビル部材とはア
   ダプタブロツ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つて互いに当接
   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ヤツプセンサ
   装置を備えてなり、各ギヤツ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
   は双方のギヤツプセンサ装置により検出したアク
   チユ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 各ギヤツプセンサ装置は、ギヤツプセンサ
   と、該ギヤツプセンサと協働する金属板とを備
   え、ギヤツ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ツクに装着
   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ツクに調節可能
   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。