JP2005237150A - Actuator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator that is more suitable for the correction of inclination and/or the compensation of a displacement. <P>SOLUTION: Piezo actuator elements 10 are contained inside a casing 20 serving as the actuator casing of a fuel injector 100, and are provided with a sensing portion 50 comprising piezoelectric materials on its surface. This sensor 50 is pressed against the inner surface of the casing 20 by the inclination of the piezoelectric elements 10 against the inner surface of the casing 20 so that the inclination of the piezo actuator elements 10 against the inner surface of the casing 20 can be detected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、移動体が内部に収容されるアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator in which a moving body is accommodated.

アクチュエータを利用した装置の１つとして、内燃機関であるエンジンに燃料、例えばガソリンを供給する燃料供給装置としての燃料インジェクタが知られている。   As one of devices using an actuator, a fuel injector is known as a fuel supply device that supplies fuel, for example, gasoline, to an engine that is an internal combustion engine.

この燃料インジェクタは、燃料噴射弁を操作してエンジン内の燃料の燃焼に必要な燃料を、燃焼が繰り返される度に供給する。このような燃料インジェクタは例えば、下記特許文献１〜５に示されている。ここで燃料インジェクタとして、その操作力を圧電積層体への電力供給の制御により得るものが知られている。圧電積層体は、電圧が印加されることで伸縮するので、これを利用して燃料噴射弁を制御することにより、ガソリンをエンジンへの燃料供給を制御できる。   This fuel injector operates a fuel injection valve to supply fuel necessary for combustion of fuel in the engine every time combustion is repeated. Such fuel injectors are shown in Patent Documents 1 to 5 below, for example. Here, as a fuel injector, one that obtains its operating force by controlling power supply to the piezoelectric laminate is known. Since the piezoelectric laminate expands and contracts when a voltage is applied, the fuel supply to the engine can be controlled by using this to control the fuel injection valve.

このように圧電積層体は、その伸縮によって、燃料噴射弁による燃料供給を制御するものであるから、その伸縮量を正確に制御する必要がある。この伸縮量を正確に制御するために以下のような技術が開示されている。下記特許文献１には、熱膨張を補償し、異なる燃料圧および機械的な変形を補償することができることが開示されている。下記特許文献２には圧電素子の特性変化や寸法公差などによる燃料噴射特性のばらつきを抑制することが開示されている。下記特許文献３には、熱膨張や機械的な変形などが補償されるようにすることが開示されている。   Thus, since the piezoelectric laminated body controls the fuel supply by the fuel injection valve by the expansion and contraction, it is necessary to accurately control the expansion and contraction amount. In order to accurately control the amount of expansion / contraction, the following technique is disclosed. Patent Document 1 below discloses that thermal expansion can be compensated for, and different fuel pressures and mechanical deformations can be compensated. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses that the variation in fuel injection characteristics due to changes in characteristics of piezoelectric elements, dimensional tolerances, and the like are suppressed. Patent Document 3 below discloses that thermal expansion and mechanical deformation are compensated.

なお、下記特許文献４には、摺動軸のずれの補正を可能としている燃料噴射弁が開示されている。   Patent Document 4 listed below discloses a fuel injection valve that enables correction of the displacement of the sliding shaft.

特開２００２−８９３９８号公報JP 2002-89398 A 特開平１０−２８８１１９号公報JP-A-10-288119 特開２００２−３１０１０号公報JP 2002-31010 A 特開昭６２−１９１６６２号公報Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-191662 特開２００２−２２７７４７号公報JP 2002-227747 A

ここで積層圧電体は、燃料インジェクタのケースとなる筐体中に収められ、ケース内で伸縮することで操作力を出力する。したがって、積層圧電体を筐体に収める際には、筐体の軸と積層圧電体の軸とをできるだけ一致させることが必要となる。軸ずれを生じた場合には、積層圧電体の変位量を適切なものに制御できず、適切な燃料供給を行えなくなってしまう。また、軸ずれがあると、積層圧電体と筐体とが特定の場所で強く接触し、この接触により積層圧電体および／または筐体が摩耗してしまう場合もある。   Here, the laminated piezoelectric body is housed in a casing that becomes a case of the fuel injector, and outputs an operating force by expanding and contracting in the case. Therefore, when the laminated piezoelectric material is housed in the housing, it is necessary to match the housing axis and the laminated piezoelectric material shaft as much as possible. When the axial deviation occurs, the displacement amount of the laminated piezoelectric material cannot be controlled appropriately, and appropriate fuel supply cannot be performed. In addition, when there is an axis deviation, the laminated piezoelectric body and the housing come into strong contact at a specific location, and the laminated piezoelectric body and / or the housing may be worn by this contact.

また、積層圧電体に用いられる圧電体は電圧により変位する材料の性質を利用している。したがって、長期間使用により、変位量が減少する傾向がある。   In addition, the piezoelectric body used for the laminated piezoelectric body utilizes the property of a material that is displaced by voltage. Therefore, the amount of displacement tends to decrease with long-term use.

本発明は、上記課題を少なくとも１つ解決すること等に鑑みてなされたものであり、より傾きの補正および／または変位量の補償に好適なアクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of solving at least one of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an actuator that is more suitable for correction of tilt and / or compensation of displacement.

本発明は、アクチュエータケース内部に収容される移動体の傾きを検出する機能を有するアクチュエータであって、前記移動体には、その移動方向側の端面であって、ケース内表面に対向する表面に圧電体からなる圧電体センサが設けられ、前記移動体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きによって、前記アクチュエータケース内表面に前記圧電体センサが押圧される押圧状態が変化し、この押圧状態の変化に応じた前記圧電体センサより出力される電圧の変化に基づいて前記移動体の傾きを検出することを特徴とする。   The present invention is an actuator having a function of detecting the inclination of a moving body housed in an actuator case, and the moving body has an end surface on the moving direction side thereof, on a surface facing the inner surface of the case. A piezoelectric sensor made of a piezoelectric body is provided, and a pressing state in which the piezoelectric sensor is pressed against the inner surface of the actuator case changes depending on an inclination of the moving body with respect to the inner surface of the actuator case. The inclination of the moving body is detected based on a change in voltage output from the corresponding piezoelectric body sensor.

上記アクチュエータであって、前記圧電体センサに電力を供給する電力供給手段を有し、前記傾き具合が検出された場合には、前記圧電体センサに電力を供給し、前記圧電体センサを伸縮させることで前記移動体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きを修正すると好適である。   The actuator includes power supply means for supplying power to the piezoelectric sensor, and when the inclination is detected, power is supplied to the piezoelectric sensor and the piezoelectric sensor is expanded and contracted. Thus, it is preferable to correct the inclination of the moving body with respect to the inner surface of the actuator case.

上記アクチュエータであって、前記圧電体センサは、複数設けられ、前記複数の圧電体センサの出力が略等しくなるように前記電力供給手段による電力供給を制御すると好適である。   The actuator is preferably provided with a plurality of piezoelectric sensors, and the power supply by the power supply means is controlled so that the outputs of the plurality of piezoelectric sensors are substantially equal.

本発明は、アクチュエータケース内部に操作力を出力するための圧電体が収容され、この圧電体の変位量の減少を補償する機能を有するアクチュエータであって、この圧電移動体は、その伸縮する方向の端面に独立した調整用電源からの電圧により伸縮する圧電体伸縮部を有し、前記圧電移動体の変位量の減少が生じた場合には、この圧電体伸縮部に電圧を印加して伸縮することによって、前記圧電体の変位量の減少を補償することを特徴とする。   The present invention is an actuator having a function of compensating for a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body in which a piezoelectric body for outputting an operating force is accommodated in the actuator case, and the piezoelectric moving body has a direction in which it expands and contracts. A piezoelectric body expansion / contraction section that expands and contracts by a voltage from an independent power supply for adjustment, and when the displacement of the piezoelectric moving body decreases, a voltage is applied to the piezoelectric body expansion / contraction section to expand and contract Thus, a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body is compensated.

上記アクチュエータであって、前記圧電体伸縮部を圧電体センサと共用し、前記圧電体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きによって、前記アクチュエータケース内表面に前記圧電体センサが押圧される押圧状態が変化し、この押圧状態の変化に応じた前記圧電体センサより出力される電圧の変化に基づいて前記移動体の傾きを検出すると好適である。   In the actuator, the piezoelectric expansion / contraction portion is shared with the piezoelectric sensor, and a pressing state in which the piezoelectric sensor is pressed against the inner surface of the actuator case varies depending on an inclination of the piezoelectric body with respect to the inner surface of the actuator case. Preferably, the inclination of the moving body is detected based on a change in voltage output from the piezoelectric sensor according to the change in the pressing state.

上記アクチュエータであって、前記圧電体センサに電力を供給する電力供給手段を有し、前記傾き具合が検出された場合には、前記圧電体センサに電力を供給し、前記圧電体センサを伸縮させることで前記移動体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きを修正する傾き修正手段を有すると好適である。   The actuator includes power supply means for supplying power to the piezoelectric sensor, and when the inclination is detected, power is supplied to the piezoelectric sensor and the piezoelectric sensor is expanded and contracted. Thus, it is preferable to have an inclination correcting means for correcting the inclination of the movable body with respect to the inner surface of the actuator case.

上記アクチュエータであって、前記圧電体センサは、複数設けられ、前記複数の圧電体センサの出力が略等しくなるように前記電力供給手段による電力供給を制御すると好適である。   The actuator is preferably provided with a plurality of piezoelectric sensors, and the power supply by the power supply means is controlled so that the outputs of the plurality of piezoelectric sensors are substantially equal.

本発明によれば、より傾きの補正および／または変位量の補償に好適なアクチュエータを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the actuator suitable for correction | amendment of a inclination and / or compensation of a displacement amount can be provided.

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

本実施形態では、アクチュエータケース内部に移動体が収容されるアクチュエータとして、図１に燃料インジェクタ１００を例に挙げて説明する。   In the present embodiment, a fuel injector 100 will be described as an example in FIG. 1 as an actuator in which a moving body is accommodated in an actuator case.

燃料インジェクタ１００の筐体２０は、ピエゾアクチュエータ素子１０が内部に収容される筐体ケース２０ａとこの筐体ケース２０ａの後端部を封止しして、ピエゾアクチュエータ素子１０を筐体ケース２０ａ内に密閉する封止部材２０ｂと、筐体２０の先端部にあるノズルボディ２０ｃとから全体構成されている。   The housing 20 of the fuel injector 100 seals the housing case 20a in which the piezo actuator element 10 is housed and the rear end of the housing case 20a so that the piezo actuator element 10 is placed inside the housing case 20a. The sealing member 20b is hermetically sealed, and the nozzle body 20c at the front end of the housing 20 is configured as a whole.

「ピエゾアクチュエータ素子およびセンシング部」
図２にはこのセンシングアクチュエータ４０と筐体２０の側面図の模式図が示される。図４には、センシングアクチュエータ４０のセンシング部５０の側面図の模式図が示される。図５には、センシング部５０の上面の模式図が示される。（なお、図４および図５は筐体２０の封止部材２０ｂに当接される絶縁部材５９を便宜上取り除いた状態を示している。） "Piezo actuator element and sensing part"
FIG. 2 shows a schematic side view of the sensing actuator 40 and the housing 20. FIG. 4 shows a schematic diagram of a side view of the sensing unit 50 of the sensing actuator 40. FIG. 5 shows a schematic diagram of the upper surface of the sensing unit 50. (Note that FIGS. 4 and 5 show a state in which the insulating member 59 abutted against the sealing member 20b of the housing 20 is removed for convenience.)

筐体ケース２０内にピエゾアクチュエータ素子１０が収容されている。このピエゾアクチュエータ素子１０にはセンシング部５０が接合されている。このセンシング部５０とピエゾアクチュエータ素子１０とでセンシングアクチュエータ４０が構成される。   The piezoelectric actuator element 10 is accommodated in the housing case 20. A sensing unit 50 is joined to the piezo actuator element 10. The sensing unit 40 and the piezoelectric actuator element 10 constitute a sensing actuator 40.

ピエゾアクチュエータ素子１０は、複数の圧電体を積層して構成され、１つの圧電体
正極１６と負極１４の間にピエゾ素子１８が挟まれた構造となっている。この積層された複数の圧電体の各々の正極１６と負極１４との間に外部電源１２から電圧が供給されて、
ピエゾ素子１８が伸縮してピエゾアクチュエータ素子１０が伸縮する。この圧電体が積層されてなるピエゾアクチュエータ素子１０によって、個別の圧電体の伸縮度合いは小さくても、これらの伸縮が総合され、ピエゾアクチュエータ素子１０として大きな伸縮を得ることができる。 The piezoelectric actuator element 10 is formed by laminating a plurality of piezoelectric bodies, and has a structure in which a piezoelectric element 18 is sandwiched between one piezoelectric positive electrode 16 and a negative electrode 14. A voltage is supplied from the external power source 12 between the positive electrode 16 and the negative electrode 14 of each of the stacked piezoelectric bodies,
The piezoelectric element 18 expands and contracts and the piezoelectric actuator element 10 expands and contracts. The piezoelectric actuator element 10 formed by laminating the piezoelectric bodies can integrate the expansion and contraction of the individual piezoelectric bodies even if the degree of expansion and contraction of the individual piezoelectric bodies is small.

センシング部５０は、ピエゾアクチュエータ素子１０の端面に電気的に絶縁する絶縁部材５６を介して接合されている。センシング部５０は、絶縁部材５６上に形成された複数の分割された銀電極５２を下面として、その上にピエゾ素子５８、銀電極５４が接合され構成されている。銀電極５４上には、絶縁部材５９が接合され、これによって、銀電極５４と筐体２０（封止部材２０ｂ）との間を電気的に絶縁している。銀電極５２と銀電極５４は同程度の面積を有し、ピエゾ素子５８を介して対向している。なお、ピエゾ素子５８は完全に分割されていてもよい。   The sensing unit 50 is joined to the end face of the piezo actuator element 10 via an insulating member 56 that is electrically insulated. The sensing unit 50 includes a plurality of divided silver electrodes 52 formed on an insulating member 56 as a lower surface, and a piezo element 58 and a silver electrode 54 bonded thereon. An insulating member 59 is bonded onto the silver electrode 54, thereby electrically insulating the silver electrode 54 and the housing 20 (sealing member 20b). The silver electrode 52 and the silver electrode 54 have the same area, and face each other with the piezo element 58 interposed therebetween. The piezo element 58 may be completely divided.

本例では、銀電極５２は４分割されており、それぞれの銀電極５２と銀電極５４との間に４つの電圧計付き電源６０がそれぞれ接続されている。電圧計付き電源６０は、各電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに対してそれぞれ個別に電圧を印加し、それぞれ個別の電極に対応するピエゾ素子５８を伸ばしたり、それぞれ個別の電極に対応するピエゾ素子５８から発生した電圧を計測したりすることができる。複数の電圧計付き電源６０は、コンピュータ７０と接続され、コンピュータ７０は、各電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに備えられた電圧計付き電源６０の電圧を読み込み、その電圧に基づいて演算を行う。また、コンピュータ７０は、各電極にどの程度の電圧を印加するかを制御する。   In this example, the silver electrode 52 is divided into four parts, and four power supplies 60 with voltmeters are connected between the silver electrode 52 and the silver electrode 54, respectively. The power supply 60 with a voltmeter applies a voltage individually to each of the electrodes 54a, 54b, 54c, 54d, extends the piezo elements 58 corresponding to the individual electrodes, or extends the piezo elements 58 corresponding to the individual electrodes. The voltage generated from 58 can be measured. The plurality of voltmeter-equipped power supplies 60 are connected to a computer 70, and the computer 70 reads the voltages of the voltmeter-equipped power supplies 60 provided in the electrodes 54a, 54b, 54c, 54d and performs calculations based on the voltages. . The computer 70 controls how much voltage is applied to each electrode.

このようなセンシング部５０とコンピュータ７０により、ピエゾアクチュエータ素子１０の先端部に収容させたセンシングアクチュエータ４０を用いピエゾアクチュエータ素子１０と筐体２０との傾きの検出および／またはピエゾアクチュエータ素子１０の変位量の補償が行える。   By such a sensing unit 50 and the computer 70, the sensing actuator 40 accommodated at the tip of the piezo actuator element 10 is used to detect the tilt between the piezo actuator element 10 and the housing 20, and / or the displacement amount of the piezo actuator element 10. Can be compensated.

「ピエゾアクチュエータ素子の傾き検出」
まず、センシング部５０を用いて、このピエゾアクチュエータ素子１０に対する筐体２０の傾きを検出する工程について説明する。図３は筐体２０（封止部材２０ｂ）に対してピエゾアクチュエータ素子１０が傾いた様子を示す模式図である。筐体２０に対してピエゾアクチュエータ素子１０が傾くと、センシング部５０の一部の５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに対応する圧電素子が他部分に比べ筐体２０に強く押圧されることになり、発生する電圧の大きさが相違することになる。なお、電極は１つであっても傾きによって強く押圧され、その押圧状態が変化することが検出できれば適用可能である。 "Tilt detection of piezo actuator elements"
First, the process of detecting the inclination of the housing 20 with respect to the piezo actuator element 10 using the sensing unit 50 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the piezo actuator element 10 is tilted with respect to the housing 20 (sealing member 20b). When the piezo actuator element 10 is tilted with respect to the housing 20, the piezoelectric elements corresponding to some 54a, 54b, 54c, 54d of the sensing unit 50 are strongly pressed against the housing 20 compared to other parts, The magnitude of the generated voltage is different. It should be noted that even if there is only one electrode, it can be applied if it is detected that it is strongly pressed by the inclination and the pressing state changes.

これに対し、筐体２０の軸に対してセンシングアクチュエータ４０の軸が一致（すなわち、傾きがない：図２）している場合には、全ての電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに対応する圧電素子が封止部材２０ｂに同じ圧力で押圧される。よって、各電極間のピエゾ素子５８から発生する電圧は略同じでである。   On the other hand, when the axis of the sensing actuator 40 coincides with the axis of the housing 20 (that is, there is no inclination: FIG. 2), the piezoelectrics corresponding to all the electrodes 54a, 54b, 54c, 54d. The element is pressed against the sealing member 20b with the same pressure. Therefore, the voltage generated from the piezo element 58 between the electrodes is substantially the same.

センシング部５０に設けられた４つの電極のうち、電極５４ａにのみ対応する圧電素子が筐体２０と片当たりして強く押圧され、他の電極５４ｂ、５４ｃ、５４ｄが筐体２０から押圧される程度が小さくなるようなセンシングアクチュエータ４０の傾きであるとする（図３）。このような状態では、電極５４ａのみが発生する電圧が大きくなる。一方、他の電極５４ｂ、５４ｃ、５４ｄは、傾きがない場合の電圧よりも押圧によって生じる電圧が小さくなる。   Of the four electrodes provided in the sensing unit 50, the piezoelectric element corresponding only to the electrode 54a is strongly pressed against the casing 20 and the other electrodes 54b, 54c and 54d are pressed from the casing 20. It is assumed that the inclination of the sensing actuator 40 is such that the degree becomes small (FIG. 3). In such a state, the voltage generated only by the electrode 54a increases. On the other hand, other electrodes 54b, 54c, 54d have a smaller voltage generated by pressing than the voltage when there is no inclination.

コンピュータ７０には各電極の電圧の情報が各電極に対応した電圧計付き電源６０から送られてきている。コンピュータ７０には、この各電極間の電圧の均衡が乱れた場合、ピエゾアクチュエータ素子１０に傾きが生じているとする。   Information on the voltage of each electrode is sent to the computer 70 from a power source 60 with a voltmeter corresponding to each electrode. In the computer 70, when the voltage balance between the electrodes is disturbed, it is assumed that the piezo actuator element 10 is inclined.

このような傾きが生じていると検出された場合には、さらに別の傾き補正方法をとることができる。すなわち、その傾きが所定のしきい値よりも大きな傾きの場合には、再度ピエゾアクチュエータ素子１０をピストン３１にセットし直し、傾きを補正する。また、小さな傾きの場合には、以下の傾き補正装置で補正できる以下の傾き検出装置によって傾きを補正する対処をとることができる。   If it is detected that such a tilt has occurred, another tilt correction method can be taken. That is, when the inclination is larger than a predetermined threshold value, the piezo actuator element 10 is reset on the piston 31 to correct the inclination. In the case of a small inclination, it is possible to take a countermeasure for correcting the inclination by the following inclination detecting apparatus that can be corrected by the following inclination correcting apparatus.

「ピエゾアクチュエータ素子の傾き補正」
次にピエゾアクチュエータ素子１０の傾きが検出された場合に、その傾きを補正する補正を説明する。この補正には、上述のセンシングアクチュエータ４０のセンシング部５０を用いる。上述のセンシング部５０の４端に設けられた４つの電極のうち、電極５４ａのみが筐体２０内表面と片当たりして強く押圧され、他の電極５４ｂ、５４ｃ、５４ｄが筐体２０から押圧される程度が小さくなるようなセンシングアクチュエータ４０の傾きであるとする。ここで、傾きが検出された場合には、筐体２０（封止部材２０ｂ）から押圧される度合いが小さくなる。したがって、筐体２０ｂ内表面からその表面を覆う絶縁部材５９が離れる傾向にある電極５４ｂ、５４ｃ、５４のいずれか１つまたは複数個に電圧をそれぞれ対応する電圧計付き電源６０によって供給する。どの電極に電圧をどの程度印加するのかはコンピュータ７０が決め、各電圧計付き電源６０に電圧供給の指示を出す。コンピュータ７０には、どのような傾きであるときには、どの電極に電圧をどの程度印加して伸ばせばよいかというデータが予めの実験結果として記憶され、この記憶されたデータに基づいてコンピュータ７０は制御を行う。コンピュータ７０はこのデータに基づいて、その判断された電極に所定の電圧を印加し、その電極に対応する圧電素子を伸ばす。 "Inclination correction of piezo actuator elements"
Next, the correction for correcting the tilt when the tilt of the piezo actuator element 10 is detected will be described. For this correction, the sensing unit 50 of the sensing actuator 40 described above is used. Of the four electrodes provided at the four ends of the sensing unit 50 described above, only the electrode 54a is strongly pressed against the inner surface of the housing 20, and the other electrodes 54b, 54c, 54d are pressed from the housing 20. It is assumed that the inclination of the sensing actuator 40 is such that the degree to which it is reduced. Here, when the inclination is detected, the degree of pressing from the housing 20 (sealing member 20b) is reduced. Accordingly, a voltage is supplied from one or more of the electrodes 54b, 54c, and 54 in which the insulating member 59 covering the surface from the inner surface of the housing 20b tends to be separated by the corresponding voltmeter-equipped power source 60. The computer 70 determines how much voltage is applied to which electrode, and issues a voltage supply instruction to each power source 60 with a voltmeter. The computer 70 stores, as an experimental result, data indicating how much voltage is applied to which electrode and how much the voltage should be extended, and the computer 70 performs control based on the stored data. I do. Based on this data, the computer 70 applies a predetermined voltage to the determined electrode, and stretches the piezoelectric element corresponding to the electrode.

供給された電圧によって、電極に対応するピエゾ素子５８が伸び、筐体２０の内表面にこれを覆っている絶縁部材５９が当たる。筐体２０の内表面に当たった絶縁部材と筐体２０内表面との跳ね返りの力によって、ピエゾアクチュエータ素子１０の筐体２０内表面に対する傾きが変化する。傾きを変化させた後は、さらに電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４のいずれか１つまたは複数個に電圧をどの程度印加させるかをコンピュータ７０が判断する。この伸びによる傾きを変化させる工程を繰り返す。この傾きを変化させる工程を繰り返すことでピエゾアクチュエータ素子１０の筐体２０内表面に対する傾きが次第に補正される。このようにして筐体２０の電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに対応する圧電素子のいずれか１つまたは複数個に電圧を印加して、電圧が印加された電極に対応する圧電素子を伸ばし、筐体２０内表面に当たった絶縁部材と筐体２０内表面との跳ね返りの力を得て、センシングアクチュエータ４０の筐体２０内表面に対する傾きを補正する工程を繰り返す。   Due to the supplied voltage, the piezo element 58 corresponding to the electrode extends, and the insulating member 59 covering the inner surface of the housing 20 hits it. The inclination of the piezoelectric actuator element 10 with respect to the inner surface of the housing 20 changes due to the rebounding force between the insulating member that hits the inner surface of the housing 20 and the inner surface of the housing 20. After changing the slope, the computer 70 further determines how much voltage is applied to any one or a plurality of the electrodes 54a, 54b, 54c, 54. The process of changing the inclination due to the elongation is repeated. By repeating this step of changing the inclination, the inclination of the piezo actuator element 10 with respect to the inner surface of the housing 20 is gradually corrected. In this way, a voltage is applied to any one or more of the piezoelectric elements corresponding to the electrodes 54a, 54b, 54c, 54d of the housing 20, and the piezoelectric element corresponding to the electrode to which the voltage is applied is extended. The step of correcting the inclination of the sensing actuator 40 with respect to the inner surface of the housing 20 by obtaining a rebounding force between the insulating member that hits the inner surface of the housing 20 and the inner surface of the housing 20 is repeated.

最終的には図２の筐体２０の軸に対してセンシングアクチュエータ４０の軸が一致（すなわち、傾きがない状態）し、全ての電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄが封止部材２０ｂに同じ圧力で押圧されている状態にする。この傾きがない状態になったかどうかはコンピュータ７０で常時読み込まれている各電極の電圧値の全てが電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに対応する圧電素子に対して略同じとなっているかどうかで判断する。すなわち、傾きがなく、全ての電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄが封止部材２０ｂに同じ圧力で押圧されている状態であるならば（図２）、各電極に対応するピエゾ素子５８から発生する電圧は略同じである。この電圧が略同じかどうかということで均衡状態にあるかどうかを検出して補正の完了時を判定することで傾きが補正される。   Eventually, the axis of the sensing actuator 40 coincides with the axis of the housing 20 in FIG. 2 (ie, there is no inclination), and all the electrodes 54a, 54b, 54c, 54d have the same pressure on the sealing member 20b. The state is pressed. Whether or not there is no inclination depends on whether or not all of the voltage values of the electrodes that are constantly read by the computer 70 are substantially the same for the piezoelectric elements corresponding to the electrodes 54a, 54b, 54c, and 54d. to decide. That is, if there is no inclination and all the electrodes 54a, 54b, 54c, and 54d are pressed against the sealing member 20b with the same pressure (FIG. 2), they are generated from the piezo elements 58 corresponding to the respective electrodes. The voltage is substantially the same. The inclination is corrected by detecting whether or not the voltage is substantially the same and detecting whether the voltage is in an equilibrium state and determining when the correction is completed.

「ピエゾアクチュエータ素子の補償」
次にピエゾアクチュエータ素子１０の経年変化により、ピエゾアクチュエータ素子１０の伸縮による変位量は減少する場合の補償方法について説明する。ピエゾアクチュエータ素子１０の経年変化による減少が確認された場合に、その傾きを補正する補正には、上述のセンシングアクチュエータ４０のセンシング部５０を用いる。 "Compensation of piezo actuator elements"
Next, a compensation method in the case where the displacement amount due to expansion / contraction of the piezo actuator element 10 decreases due to aging of the piezo actuator element 10 will be described. When a decrease due to aging of the piezo actuator element 10 is confirmed, the sensing unit 50 of the sensing actuator 40 described above is used to correct the inclination.

すなわち、ピエゾアクチュエータ素子１０の経年変化により収容当初のピエゾアクチュエータ素子１０の伸縮程度に対してその伸縮度が１０％低下したのであれば、この１０％低下の程度を補正するためにセンシング部５０のピエゾ素子５８を伸ばすことでこの補償に用いる。このピエゾアクチュエータ素子１０の低下量がわかった場合には、センシング部５０の伸縮でこの低下量を補償するように、全電極に均一に電圧をかける。そうすると、４端面の全電極は均一な伸びとなり、全体として均一な伸びを得ることができる。   That is, if the expansion / contraction degree of the piezo actuator element 10 is reduced by 10% with respect to the expansion / contraction degree of the piezo actuator element 10 at the time of initial accommodation due to the secular change of the piezo actuator element 10, The piezo element 58 is extended to use this compensation. When the amount of decrease of the piezo actuator element 10 is known, a voltage is applied uniformly to all the electrodes so that the amount of decrease is compensated by the expansion and contraction of the sensing unit 50. If it does so, all the electrodes of four end surfaces will become uniform elongation, and uniform elongation can be obtained as a whole.

この均一電圧については、コンピュータ７０で予めこの低下量に対してはどの程度の電圧を印加すればよいのかが計算されおり、この計算に基づいて決められる。この均一電圧をセンシング部５０にかけ、ピエゾ素子５８の伸びを得、この伸びとピエゾアクチュエータ素子１０との伸縮を同期させることで変位量の減少程度を補償することができる。すなわち、変位量が減少した場合に、上記センシング部５０のピエゾアクチュエータ素子１０の伸縮の補償としてとして伸縮させ、この変位量を補償することが可能である。   For this uniform voltage, the computer 70 calculates in advance how much voltage should be applied to the amount of decrease, and is determined based on this calculation. The uniform voltage is applied to the sensing unit 50 to obtain the elongation of the piezo element 58, and the extension and the expansion and contraction of the piezo actuator element 10 are synchronized to compensate for the degree of decrease in the displacement. That is, when the amount of displacement decreases, it can be expanded and contracted as compensation for expansion and contraction of the piezo actuator element 10 of the sensing unit 50, and this amount of displacement can be compensated.

「燃料インジェクタの動作」
筐体２０中のノズルボディ２０ｃはその先端部に開口部２１を有しており、この開口部２１を通じて燃料であるガソリンをエンジンの燃焼室に供給する。このノズルボディ２０ｃの内部には、ピストン弁３０が内部で摺動可能なように備えられている。このピストン弁３０は、開口部２１を弁として塞ぐことができるほど幅が広い針である弁針部２２と、ピストン弁３０をピストンとして摺動させる動力を受けるピストン摺動部２３、および弁針部２２とピストン摺動部２３とをつなぐ棒状のロッド部２４から構成されている。ピストン摺動による摺動力がロッド部２４、弁針部２２と伝達されて、弁針部２２が摺動することによって開口部２１を塞いだり、開かせたりできる。 "Operation of the fuel injector"
The nozzle body 20c in the housing 20 has an opening 21 at its tip, and supplies gasoline as fuel to the combustion chamber of the engine through the opening 21. Inside the nozzle body 20c, a piston valve 30 is provided so as to be slidable inside. This piston valve 30 includes a valve needle portion 22 that is a needle that is wide enough to close the opening 21 as a valve, a piston sliding portion 23 that receives power for sliding the piston valve 30 as a piston, and a valve needle. It is composed of a rod-shaped rod portion 24 that connects the portion 22 and the piston sliding portion 23. The sliding force due to the sliding of the piston is transmitted to the rod portion 24 and the valve needle portion 22, and the opening portion 21 can be closed or opened by sliding the valve needle portion 22.

ノズルボディ２０ｃとピストン弁３０との間には、クリアランス２５が設けられている。このクリアランス２５はピストン摺動部２３の弁ロッド部方向側の部分から弁ロッド部２４とノズルボディ２０ｃとの間まで設けられている。このピストン摺動部２３の弁ロッド部方向側の部分以外は、ピストン摺動部２３とノズルボディ２０ｃとは細く絞られた絞りクリアランス２７となっている。弁針部２２が開口部２１を塞いでいる場合には、弁針部２２に遮断されることによって、開口部２１とクリアランス２５は貫通していないが、弁針部２２が開口部２１を開かせている場合には、弁針部２２に遮断されず、開口部２１とクリアランス２５は貫通している。   A clearance 25 is provided between the nozzle body 20 c and the piston valve 30. The clearance 25 is provided from a portion of the piston sliding portion 23 on the valve rod portion side to a portion between the valve rod portion 24 and the nozzle body 20c. Except for the portion of the piston sliding portion 23 on the valve rod direction side, the piston sliding portion 23 and the nozzle body 20c have a narrowed clearance 27 that is narrowed down. When the valve needle portion 22 closes the opening portion 21, the valve needle portion 22 opens the opening portion 21 because the valve needle portion 22 blocks the opening portion 21 and the clearance 25. In the case where it is set, the opening 21 and the clearance 25 pass through without being blocked by the valve needle portion 22.

このクリアランス２５の側面は、筐体２０に設けられ外部からガソリンを供給するための燃料貫通口２６に接続している。ガソリンは、外部ガソリン源（ガソリンタンク等）から燃料貫通口２６を通じて、ノズルボディ２０ｃの内部のクリアランス２５へと供給される。クリアランス２５へ供給されたガソリンは、弁針部２２へと至る。開口部２１からガソリンをエンジンに供給しないときには、弁針部２２によってクリアランス２５は遮断され、開口部２１からの噴出することができない。開口部２１からガソリンをエンジンに供給したいときには、弁針部２５をピストン駆動により開口部２１を開かせ、クリアランス２５から開口部２１を通じてガソリンをエンジン内に噴出させる。   A side surface of the clearance 25 is connected to a fuel through hole 26 provided in the housing 20 for supplying gasoline from the outside. The gasoline is supplied from an external gasoline source (a gasoline tank or the like) to the clearance 25 inside the nozzle body 20c through the fuel through hole 26. The gasoline supplied to the clearance 25 reaches the valve needle portion 22. When gasoline is not supplied from the opening 21 to the engine, the clearance 25 is blocked by the valve needle 22 and cannot be ejected from the opening 21. When it is desired to supply gasoline from the opening 21 to the engine, the valve needle 25 is driven by a piston so that the opening 21 is opened, and gasoline is ejected from the clearance 25 through the opening 21 into the engine.

ピストン摺動部２３の内部には差圧空間２８が設けられている。この差圧空間を利用することによってピエゾアクチュエータ素子１０の伸縮力をピストン弁３０に伝えることができる。この差圧空間２８は、クリアランス２５と絞りクリアランス２７を介して通じている。ピストン運動の際には、この絞りクリアランス２７を通じて供給された燃料の差圧空間２８との出し入れを行うことができる。差圧空間２８は、筐体ケース２０ａ内に設けられ、筐体ケース２０ａの内部に密着しているピストン３１まで設けられている。上述のように筐体２０中のピストン３１に接合されることでピエゾアクチュエータ素子１０は収容される。このピエゾアクチュエータ素子１０は、外部電源１２と接続されており、この外部電源１２からピエゾアクチュエータ素子１０の圧電体を伸縮する電圧が供給される。ピストン３１は、ピエゾアクチュエータ素子１０と接合され、ピエゾアクチュエータ素子１０の伸縮力によって伸縮する。ピストン３１にはリターンスプリング３２が設けられ、一度伸びたピストンを元の大きさに戻す補助として機能する。   A differential pressure space 28 is provided inside the piston sliding portion 23. By using this differential pressure space, the expansion / contraction force of the piezoelectric actuator element 10 can be transmitted to the piston valve 30. The differential pressure space 28 communicates with the clearance 25 and the throttle clearance 27. During the piston movement, the fuel supplied through the throttle clearance 27 can be taken in and out of the differential pressure space 28. The differential pressure space 28 is provided in the housing case 20a and is provided up to the piston 31 that is in close contact with the inside of the housing case 20a. As described above, the piezoelectric actuator element 10 is accommodated by being joined to the piston 31 in the housing 20. The piezo actuator element 10 is connected to an external power source 12, and a voltage for expanding and contracting the piezoelectric body of the piezo actuator element 10 is supplied from the external power source 12. The piston 31 is joined to the piezo actuator element 10 and expands and contracts by the expansion and contraction force of the piezo actuator element 10. The piston 31 is provided with a return spring 32, which functions as an auxiliary to return the piston once extended to its original size.

収容されたピエゾアクチュエータ素子１０の伸縮力によって、ピストン弁２０の弁針部２２がピストン摺動して、開口部２１を開閉する。すなわち、ピエゾアクチュエータ素子１０が伸びた場合には、差圧室２８内のガソリンを押圧してピストン弁を押し、弁針部２２で開口部２１を塞ぐ。ピエゾアクチュエータ素子１０が縮んだ場合には、差圧室２８の空間が急に拡大することによってピストン弁２０が引き戻され、弁針部２２がピストン３１側に引きつけられる。ガソリンは絞りクリアランス２７を通じて差圧部を満たすように供給される。次に再度、ピエゾアクチュエータ素子１０が伸びた場合には、差圧室２８内のガソリンを押圧して、弁針部２２で開口部２１を塞ぐ。このようにして弁針部２２のピストン摺動が行われ、ガソリンがエンジン内部へと供給される。   The valve needle portion 22 of the piston valve 20 is slid by the expansion and contraction force of the accommodated piezo actuator element 10 to open and close the opening 21. That is, when the piezo actuator element 10 extends, the gasoline in the differential pressure chamber 28 is pressed to press the piston valve, and the opening 21 is closed by the valve needle portion 22. When the piezo actuator element 10 is contracted, the space of the differential pressure chamber 28 is suddenly expanded, whereby the piston valve 20 is pulled back, and the valve needle portion 22 is attracted to the piston 31 side. The gasoline is supplied through the throttle clearance 27 so as to fill the differential pressure part. Next, when the piezo actuator element 10 extends again, the gasoline in the differential pressure chamber 28 is pressed and the opening 21 is closed by the valve needle portion 22. In this way, the piston of the valve needle portion 22 is slid and gasoline is supplied into the engine.

本発明のアクチュエータ一般に適用できる。例えばエンジンの燃料インジェクタが挙げられる。   It can be applied to the actuator of the present invention in general. An example is an engine fuel injector.

本実施形態に係る燃料インジェクタの断面図である。It is sectional drawing of the fuel injector which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料インジェクタの断面図の模式図である。It is a mimetic diagram of a sectional view of a fuel injector concerning this embodiment. 本実施形態に係る燃料インジェクタの断面図の模式図である。It is a mimetic diagram of a sectional view of a fuel injector concerning this embodiment. 本実施形態に係るセンシング部の断面図の模式図である。It is a mimetic diagram of a sectional view of a sensing part concerning this embodiment. 本実施形態に係るセンシング部の上面図である。It is a top view of the sensing part which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ピエゾアクチュエータ素子、２０ 筐体、３０ ピストン弁、４０ センシングアクチュエータ、５０ センシング部、６０ 電圧計付き電源、７０ コンピュータ、１００ 燃料インジェクタ。   10 piezo actuator elements, 20 housing, 30 piston valve, 40 sensing actuator, 50 sensing unit, 60 power supply with voltmeter, 70 computer, 100 fuel injector.

Claims (7)

アクチュエータケース内部に収容される移動体の傾きを検出する機能を有するアクチュエータであって、
前記移動体には、その移動方向側の端面であって、ケース内表面に対向する表面に圧電体からなる圧電体センサが設けられ、
前記移動体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きによって、前記アクチュエータケース内表面に前記圧電体センサが押圧される押圧状態が変化し、
この押圧状態の変化に応じた前記圧電体センサより出力される電圧の変化に基づいて前記移動体の傾きを検出するアクチュエータ。 An actuator having a function of detecting the inclination of a moving body housed inside an actuator case,
The moving body is provided with a piezoelectric sensor made of a piezoelectric body on the surface facing the inner surface of the case, which is the end surface on the moving direction side.
Due to the inclination of the moving body with respect to the inner surface of the actuator case, the pressing state in which the piezoelectric sensor is pressed against the inner surface of the actuator case changes,
An actuator that detects the inclination of the moving body based on a change in voltage output from the piezoelectric sensor in response to the change in the pressed state. 請求項１に記載のアクチュエータであって、
前記圧電体センサに電力を供給する電力供給手段を有し、
前記傾き具合が検出された場合には、前記圧電体センサに電力を供給し、前記圧電体センサを伸縮させることで前記移動体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きを修正するアクチュエータ。 The actuator according to claim 1,
Power supply means for supplying power to the piezoelectric sensor;
An actuator that corrects an inclination of the movable body with respect to the inner surface of the actuator case by supplying electric power to the piezoelectric sensor and expanding and contracting the piezoelectric sensor when the inclination is detected. 請求項２に記載のアクチュエータであって、
前記圧電体センサは、複数設けられ、
前記複数の圧電体センサの出力が略等しくなるように前記電力供給手段による電力供給を制御するアクチュエータ。 The actuator according to claim 2,
A plurality of the piezoelectric sensors are provided,
An actuator for controlling power supply by the power supply means so that outputs of the plurality of piezoelectric sensors are substantially equal. アクチュエータケース内部に操作力を出力するための圧電体が収容され、この圧電体の変位量の減少を補償する機能を有するアクチュエータであって、
この圧電移動体は、その伸縮する方向の端面に独立した調整用電源からの電圧により伸縮する圧電体伸縮部を有し、
前記圧電移動体の変位量の減少が生じた場合には、この圧電体伸縮部に電圧を印加して伸縮することによって、前記圧電体の変位量の減少を補償するアクチュエータ。 A piezoelectric body for outputting an operating force is accommodated in the actuator case, and an actuator having a function of compensating for a decrease in the displacement amount of the piezoelectric body,
This piezoelectric moving body has a piezoelectric body expansion / contraction part that expands and contracts by a voltage from an independent power supply for adjustment on an end surface in the extending and contracting direction,
An actuator that compensates for a decrease in the displacement of the piezoelectric body by applying a voltage to the piezoelectric body expansion and contraction when the displacement of the piezoelectric moving body decreases. 請求項４に記載のアクチュエータであって、
前記圧電体伸縮部を圧電体センサと共用し、
前記圧電体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きによって、前記アクチュエータケース内表面に前記圧電体センサが押圧される押圧状態が変化し、
この押圧状態の変化に応じた前記圧電体センサより出力される電圧の変化に基づいて前記移動体の傾きを検出するアクチュエータ。 The actuator according to claim 4, wherein
The piezoelectric expansion and contraction part is shared with the piezoelectric sensor,
Due to the inclination of the piezoelectric body with respect to the inner surface of the actuator case, the pressing state in which the piezoelectric sensor is pressed against the inner surface of the actuator case changes,
An actuator that detects the inclination of the moving body based on a change in voltage output from the piezoelectric sensor in response to the change in the pressed state. 請求項５に記載のアクチュエータであって、
前記圧電体センサに電力を供給する電力供給手段を有し、
前記傾き具合が検出された場合には、前記圧電体センサに電力を供給し、前記圧電体センサを伸縮させることで前記移動体の前記アクチュエータケース内表面に対する傾きを修正する傾き修正手段を有するアクチュエータ。 The actuator according to claim 5, wherein
Power supply means for supplying power to the piezoelectric sensor;
An actuator having an inclination correcting means for correcting the inclination of the movable body with respect to the inner surface of the actuator case by supplying electric power to the piezoelectric sensor and expanding and contracting the piezoelectric sensor when the inclination is detected; . 請求項６に記載のアクチュエータであって、
前記圧電体センサは、複数設けられ、
前記複数の圧電体センサの出力が略等しくなるように前記電力供給手段による電力供給を制御するアクチュエータ。 The actuator according to claim 6, wherein
A plurality of the piezoelectric sensors are provided,
An actuator for controlling power supply by the power supply means so that outputs of the plurality of piezoelectric sensors are substantially equal.

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