JPS60249877A - 積層セラミツク圧電体駆動回路 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、燃料噴射弁やバルブ等の各種のアクチュエー
タの駆動素子として用いる圧電体を駆動する回路に関す
る。

（従来技術） 近年セラミック圧電体は応答性が良いために各種のアク
チュエータに駆動素子として応用する研究が進められて
いる。我々はセラミック圧電体を自動車用燃料噴射弁に
応用する研究を行なった結果、次のようなことが判明し
た。即ち、セラミック圧電体を自動車の燃料噴射弁（以
下インジェクタと称する）として用いる場合は、通席こ
れを２０〜２００Ｈ２で駆動させるため、セラミック圧
電体は、誘電損失により発熱して１ｏｏ〜２００℃まで
昇温する。そして、この状態でインジェクタ、即ちセラ
ミック圧電体を停止すると、セラミック圧電体が冷却す
るに従って、セラミック圧電体の焦電効果により、セラ
ミック圧電体を分極した方向と逆の電圧が発生して、分
極劣化を起こすという問題を発見した。この値は、例え
ば、温度差１２０℃で約２５０Ｖ程度である。

（発明の目的） そこで本発明はセラミック圧電体と並列に、電荷をリー
クさせる手段を設けることにより、分極を防止し、分極
劣化を防止することを目的とする。

（発明の実施例） 以下図面に基づいて本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の構成を模式的に示したものである。１
はコンピュータであり、積層セラミック圧電体２を駆動
するためのものである。３は本発明の電荷リーク手段で
あり、積層セラミック圧電体２と並列に接続しである。

第２図は本発明の第１の実施例を説明する図であり、電
荷リークとしてリレー３０を用い、これが積層セラミッ
ク圧電体２に並列に接続してあり、積層セラミック圧電
体２の駆動時は開、停止時は閉になるようにしである。

また、コンピュータは第２図のＧ■ＪＨ回路に対してス
イッチング素子（ここではサイリスク）１１ａ、Ｉｌｂ
がそれぞれ直列、並列に接続しである。コイル１２はサ
イリスタｌｌａと積層セラミック圧電体２の間に直列接
続しである。コンデンサ１０は、サイリスタＩｌａの上
流側に積層セラミック圧電体２と並列に接続しである。

サイリスタｌｌａ、ｌｌｂはそれぞれＡＢ、ＣＤに入力
される信号（トリガ信号）により、回路を閉じたり、開
けたりする。コンデンサ１０は積層セラミック圧電体２
に供給する電荷を蓄える。

コイルには積層セラミック圧電体２とＬＣ共振回路を形
成し、積層セラミック圧電体２に印加する電圧を入力電
圧よりも高くしている。今、Ｇ　Ｈを自動車のバッテリ
ーの両極、あるいは、Ｄ　Ｃ−ＤＣコンバータ（共に図
示せず）に接続し、リレー３０は開の状態でＡＢに信号
を入力してサイリスクｌｌａを閉にする（サイリスク１
１６は開で）と電流はコイル口に流れて積層セラミック
圧電体２の両極に電位差を発生させる。（この時の電位
差は積層セラミック圧電体２とコイル１２の共振により
、Ｇ　Ｈに入力される電位差よりも大きくなる。）そし
て、積層セラミック圧電体２は、その印加電圧に応じて
伸びる。次に、サイリスタ１１ａを開の状態でサイリス
クｌｌｂを閉にすると積層セラミック圧電体にチャージ
されていた電荷はコイル１２を通って除去される。なお
、この場合も積層セラミック圧電体２とコイル１２の共
振により、積層セラミック圧電体２には負電圧が発生し
、その電圧に応じて積層セラミック圧電体２には縮む。

この伸縮作用により、積層セラミック圧電体２はアクチ
ュエータ作用を成す。なお、コンデンサ１０ば、積層セ
ラミック圧電体２に電荷を瞬時に供給するために電荷を
蓄える作用をしている。

以上のようにして、積層セラミック圧電体２の伸縮を繰
り返すと、積層セラミック圧電体２は、誘導損失により
発熱する。この状態でエンジンを停止するとリレー３０
は閉になり、積層セラミック圧電体２が冷却するにつれ
て生じる電荷はリレー３０を通ってリークされる。

従って、積層セラミック圧電体２の両極・電圧差を生じ
ることなく積層セラミック圧電体２の分極劣化は防止さ
れる。第３図は、積層セラミック圧電体２に一２００Ｖ
〜＋５００■の電圧を１００　Ｈｚで充分印加した後に
、積層セラミック圧電体２の両極に発生ずる電圧をリレ
ー３０がある場合と、ない場合を比較して示したもので
ある。図よりリレー３０が有る場合は、積層セラミック
圧電体２が冷却する時焦電効果により発生ずる電荷は直
ちに除去されるため、発生電圧は全くなかった。逆にリ
レー３０が無い場合は積層セラミック圧電体２の駆動停
止後約１０分で一２３０Ｖ程度に達し、以後この電圧を
維持し続ける。分極反転電圧（抗電力）が−２５０〜２
８０Ｖであごとを考慮すれば、焦電効果により発生する
電圧は分極劣化の大きな要因と言える。第４図は上記と
同様な駆動条件で３０分駆動、３０分停止を繰り返した
時の積層セラミック圧電体の変位置を調べた結果である
。

ただし、積層型セラミック圧電体は、板厚０．５龍、外
径１５ｍｍ、電極直径１３ｆｌの圧電板を積層して全長
４０顛にしてあ。また測定時の荷重は４００Ｋｇｆであ
る。リレー３０が有る場合の変位量の減少はわずかであ
るが、リレー３０が無い場合は１００号イクイクル後初
期に較べ約２０μｍ減少していることが解る 第５図は本発明の第２の実施例を示したものである。本
実施例では電荷リーク手段３として抵抗３１を積層セラ
ミック圧電体２と並列に接続しである。その伯は、実施
例１と同様である。本実施例では抵抗３１にＩＭΩのも
のを用いたが、積層セラミック圧電体２に印加する電圧
、積層セラミック圧電体２の冷却速度等により適当に決
める。

（ただし、抵抗３１が小さすぎると積層セラミンク圧電
体２に電圧を印加する時、もれ電流が大きくなる。逆に
大きすぎと電荷リーク手段として作用しなくなる。）本
実施例の回路で実施例１との同様な条件で積層セラミッ
ク圧電体を駆動した後、発生電圧の測定を行なった結果
を第３図に併記する。最大で一２５Ｖ電位差が生しるが
、分極劣化に対しては問題ない。ぢなみに実施例１と同
様に積層セラミック圧電体２の駆動・停止を繰り返した
結果は、第４図のリレー有の場合とほとんど同じであっ
た。

以上２つの実施例出説明したように、電荷リーク手段３
は、積層セラミック圧電体２の駆動を停止した後に発生
する電荷を除去できる手段ならばリレー、抵抗以外に例
えばスイッチングトランジスタ等を用いてもよいが、こ
れらは積層セラミック圧電体２の停止時（エンジンの停
止時）に積層セラミック圧電体２と閉回路を形成してい
なければならないことは言うに及ばない。

（発明の効果） 以上の発明では、積層セラミック圧電体２には冷却時の
焦電効果により分極電圧と逆電圧が発生する場合につい
てのみ述べてきたが、例えば、積層セラミック圧電体２
をディーゼルエンジンのインジェクタとして用いる場合
のように積層セラミック圧電体２に非常に高荷重がかか
る（４００Ｋｇｆ程度）時は、積層セラミック圧電体２
の駆動を停止すると、焦電効果による電荷発生以外に、
積層セラミック圧電体２にかかる荷重の減少により、圧
力が変化し圧電効果によっても、分極方向と逆に電圧が
生じるように電荷が発生する。このような場合、電荷リ
ーク手段３を有していないと、積層セラミック圧電体２
の劣化は、これらの相乗効果で大きくなるが、本発明の
電荷リーク手段３を有していれば、逆電圧の発生による
分極劣化が可能である。従って、積層セラミック圧電体
２を自動車のインジェクタ等のように苛酷な条件で用い
ても、長期間安定的に使用することが可能となるという
。優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例のブロック図、第２図は第１実施
例の概略図、第３図は分極発生電圧の時間変化を示す特
性図、第４図は分極による変位量と駆動サイクルとの関
係を示す特性図、第５図は第２実施例の回路図である。 ■・・・コンピュータ、２・・・積層セラミック圧電体
、３・・・電荷リーク手段、１０・・・コンデンサ、１
１ａ。 １１ｂ・・・サイリスク、１２・・・コイル。 代理人弁理士　岡　部　隆

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）積層セラミック圧電体に電圧を印加し、該積層セ
   ラミック圧電体を機械的に変位させる駆動回路において
   、前記積層セラミック圧電体に並列に電荷リーク手段を
   設けたことを特徴とする積層セラミック圧電体駆動回路
   。
2. （２）前記電荷リーク手段は少なくとも積層セラミック
   圧電体が停止状態にある時に回路を閉して低抵抗状態と
   なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の積層セラミック圧電体駆動回路。