(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な回路構成で、１つの圧電アクチュエータが短絡しても、残る圧電アクチュエータに電圧を安定して印加できる圧電アクチュエータ装置を提供する。【解決手段】一方の電極が接地された複数の圧電アクチュエータ１１〜１４と、複数の圧電アクチュエータ１１〜１４にそれぞれ電圧を印加するために一端が電源に接続された第１のスイッチ４１と、複数の圧電アクチュエータ１１〜１４の電圧を開放するために一端が第１のスイッチ４１の他端に接続され他端が接地された第２のスイッチ４２と、一端が第１のスイッチ４１の他端にそれぞれ接続された複数の抵抗体３１〜３４と、複数の抵抗体３１〜３４の他端にそれぞれ一端が接続された複数のコンデンサ２１〜２４とを具備するとともに、複数のコンデンサ２１〜２４の他端に複数の圧電アクチュエータ１１〜１４の他方の電極をそれぞれ接続してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極が接地された複数の圧電アクチュエータと、該複数の圧電アクチュエータにそれぞれ電圧を印加するために一端が電源に接続された第１のスイッチ手段と、前記複数の圧電アクチュエータの電圧を開放するために一端が前記第１のスイッチ手段の他端に接続され他端が接地された第２のスイッチ手段と、一端が前記第１のスイッチ手段の他端にそれぞれ接続された複数の抵抗体と、該複数の抵抗体の他端にそれぞれ一端が接続された複数のコンデンサとを具備するとともに、前記複数のコンデンサの他端に前記複数の圧電アクチュエータの他方の電極をそれぞれ接続してなることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチ手段の他端にインダクタの一端を接続し、該インダクタの他端を前記抵抗体の一端に接続してな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装置。
【請求項３】
前記複数の圧電アクチュエータにそれぞれ並列接続される複数のダイオードを具備するとともに、該複数のダイオードのアノードをそれぞれ接地し、前記複数のダイオードのカソードを前記複数の圧電アクチュエータの他方の電極にそれぞれ接続してなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ装置に関し、特に、複数の圧電アクチュエータのうち一つが短絡しても、残りの圧電アクチュエータに安定して電圧を印加できる圧電アクチュエータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器の薄型化に伴い、内蔵されるアクチュエータに小型化の要求が高まっている。従来ではアクチュエータとして電磁方式が知られているが、従来の電磁方式では小型化すると特性低下を引き起こしてしまうため、薄くても大きな変位が得られる圧電アクチュエータに注目が集まっており、例えば、タッチパネルの表面に振動を与えて人にクリック感を与えるアクチュエータ、パネルスピーカーの駆動源としてのアクチュエータ等が知られている。タッチパネルのような大型素子を動かすためには、複数の圧電アクチュエータをタッチパネルに貼り付ける必要がある。
【０００３】
このような圧電アクチュエータを駆動する回路として、例えば特許文献１に開示された回路が知られている。この特許文献１に開示された回路は、圧電アクチュエータに電圧を印加する充電用スイッチ手段、圧電アクチュエータの電圧を開放する放電用スイッチ手段、圧電アクチュエータと充電用スイッチ手段との間、もしくは圧電アクチュエータと放電用スイッチ手段との間に、充電時間もしくは放電時の圧電アクチュエータ印加電圧の時定数を調整する抵抗体を設けてなるものである。
【０００４】
ところで、複数の圧電アクチュエータを駆動する回路において、１つの圧電アクチュエータがなんらかの原因で短絡した場合、短絡した圧電アクチュエータを通じて回路が短絡し、圧電アクチュエータの充電後において、短絡した圧電アクチュエータを通じて電荷が放出されるため、故障していない圧電アクチュエータの電圧を維持できない。
【０００５】
そこで、複数の圧電アクチュエータのうち一つが短絡した場合の回路として、特許文献２、３に開示されるような回路が知られている。
【０００６】
特許文献２における圧電アクチュエータの回路は、圧電アクチュエータの接地端側とグランド間に設けられた異常検出時に回路を遮断するスイッチと、圧電アクチュエータの接地端側とグランド間に接続された抵抗体と、前記抵抗体と基準電圧とを比較する比較器とを具備して構成されている。そして、通常状態では、前記スイッチはオン状態であり、駆動回路として機能する。圧電アクチュエータ短絡時には、前記抵抗体の電圧変動を前記比較器により検知して、前記スイッチを開放することで、回路の短絡を防いでいる。
【０００７】
また、特許文献３では圧電アクチュエータの故障を検出するために、通電経路に電流検出手段を設けて、通電経路の電流値が設定値を超えた場合に短絡故障と判断する回路が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１２８８０号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６６６７号公報
【特許文献３】特開２００３−２９９３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２、特許文献３に示す回路では、短絡部を検出する検出回路や、短絡した圧電アクチュエータを回路から切り離すために、ぞれぞれの圧電アクチュエータにスイッチ手段を設け、さらに、これらのスイッチ手段を制御する制御回路が必要となるため、回路が複雑になるという問題があった。
【００１０】
本発明は、簡単な回路構成で、１つの圧電アクチュエータが短絡しても、残りの圧電アクチュエータに電圧を安定して印加できる圧電アクチュエータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータ装置は、一方の電極が接地された複数の圧電アクチュエータと、該複数の圧電アクチュエータにそれぞれ電圧を印加するために一端が電源に接続された第１のスイッチ手段と、前記複数の圧電アクチュエータの電圧を開放するために一端が前記第１のスイッチ手段の他端に接続され他端が接地された第２のスイッチ手段と、一端が前記第１のスイッチ手段の他端にそれぞれ接続された複数の抵抗体と、該複数の抵抗体の他端にそれぞれ一端が接続された複数のコンデンサとを具備するとともに、前記複数のコンデンサの他端に前記複数の圧電アクチュエータの他方の電極をそれぞれ接続してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータ装置では、複数の圧電アクチュエータと複数の抵抗体とのそれぞれの間にコンデンサを接続することで、圧電アクチュエータの一つが短絡しても、抵抗体と圧電アクチュエータとの間のコンデンサによって、短絡した圧電アクチュエータに電流が流れ込むことを防止できる。これにより、短絡していない圧電アクチュエータに所定の電圧を印加でき、所望の振動が得られる。従って、一つの圧電アクチュエータが短絡して使用不能となった場合でも、回路全体が即座に使用不能となるような事態をなくすことができる。
【００１３】
また、本発明の圧電アクチュエータ装置は、前記第１のスイッチ手段の他端にインダクタの一端を接続し、該インダクタの他端を前記抵抗体の一端に接続してなることを特徴とする。このような圧電アクチュエータ装置では、第１のスイッチと抵抗体との間にインダクタを入れることで、電圧印加時に圧電アクチュエータへ流れる電流が急峻となることを抑制できる。
【００１４】
さらに、本発明の圧電アクチュエータ装置は、前記複数の圧電アクチュエータにそれぞれ並列接続される複数のダイオードを具備するとともに、該複数のダイオードのアノードをそれぞれ接地し、前記複数のダイオードのカソードを前記複数の圧電アクチュエータの他方の電極にそれぞれ接続してなることを特徴とする。このような圧電アクチュエータ装置では、圧電アクチュエータに対してダイオードを並列に入れることで、圧電アクチュエータの印加電圧を正方向にすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電アクチュエータ装置では、圧電アクチュエータの一つが短絡しても、抵抗体と圧電アクチュエータとの間に入れたコンデンサによって、短絡した圧電アクチュエータに電流が流れ込むことを防止できる。これにより、短絡していない圧電アクチュエータに所定の電圧を印加でき、所望の振動が得られる。従って、一つの圧電アクチュエータが短絡して使用不能となった場合でも、回路全体が使用不能となるような事態をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のコンデンサを有する圧電アクチュエータ装置の等価回路図である。
【図２】本発明のインダクタを有する圧電アクチュエータ装置の等価回路図である。
【図３】本発明のダイオードを有する圧電アクチュエータ装置の等価回路図である。
【図４】本発明の圧電アクチュエータ装置に用いられる単板型の圧電アクチュエータを示す斜視図である。
【図５】本発明の圧電アクチュエータ装置に用いられる積層型の圧電アクチュエータを示す断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の圧電アクチュエータ装置の駆動回路で用いられる制御回路を示す等価回路図、（ｂ）はタイミングチャート図である。
【図７】コンデンサ有無による圧電アクチュエータ装置の実験結果を示すものであり、（ａ）は通常状態での圧電アクチュエータへの印加電圧波形を示すグラフ、（ｂ）は圧電アクチュエータが２個短絡した場合で、残りの圧電アクチュエータへの印加電圧波形を示すグラフである。
【図８】インダクタ有無による圧電アクチュエータ装置の実験結果を示すものであり、（ａ）はインダクタが無い従来の圧電アクチュエータ装置の実験結果を示すグラフであり、（ｂ）インダクタを有する本発明の圧電アクチュエータ装置の実験結果を示すグラフである。
【図９】ダイオード有無による圧電アクチュエータ装置の実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の圧電アクチュエータ装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお本実施形態では、圧電アクチュエータの個数が４個の場合で説明するが、２〜３個、または５個以上であっても良いことは勿論である。
【００１８】
図１は、本発明の圧電アクチュエータ装置の一形態をおける等価回路図である。図１において、直流電源１０と、一端が直流電源１０に接続された第１のスイッチ４１と、一端が第１のスイッチ４１の他端に接続され他端が接地された第２のスイッチ４２と、一端が第１のスイッチ４１の他端にそれぞれ接続された抵抗体３１〜３４と、一端が抵抗体３１〜３４の他端にそれぞれ接続されたコンデンサ２１〜２４と、一方の電極がコンデンサ２１〜２４の他端に接続され他方の電極が接地された圧電アクチュエータ１１〜１４と、第１のスイッチ４１と第２のスイッチ４２のオン／オフを制御する制御回路５１を具備して構成されている。
【００１９】
直流電源１０に接続された第１のスイッチ４１は、制御回路５１からの信号によりオン、オフして、オン時に並列接続された圧電アクチュエータ１１〜１４へ電圧が印加される。第２のスイッチ４２は、制御回路５１からの信号によりオン、オフして、圧電アクチュエータ１１〜１４の一方の電極側を接地側と導通させる。すなわち、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧を開放する役割を持つ。さらに、直流電圧１０とグランドが短絡してしまうことを防ぐため、第１のスイッチ４１と第２のスイッチ４２とが同時にオンとならないよう、制御回路５１にてデッドタイムが設けられている。
【００２０】
第１のスイッチ４１がオンになると、直列に構成された抵抗体３１、コンデンサ２１、圧電アクチュエータ１１に電圧が印加される。抵抗体３１、コンデンサ２１、圧電アクチュエータ１１の構成に並列に接続された、抵抗体３２〜３４、コンデンサ２２〜２４、圧電アクチュエータ１２〜１４にも同様に電圧が印加される。ここで、抵抗体３１〜３４とコンデンサ２１〜２４、圧電アクチュエータ１１〜１４においてスナバー回路が形成されて、第１のスイッチ４１にて発生するスイッチングノイズを吸収することができる。抵抗体３１〜３４、コンデンサ２１〜２４及び圧電アクチュエータ１１〜１４に印加される電圧において、コンデンサ２１〜２４と圧電アクチュエータ１１〜１４の抵抗値が大きいため、抵抗体３１〜３４での電圧降下はわずかである。コンデンサ２１〜２４と圧電アクチュエータ１１〜１４の電圧比は、直列に接続されたコンデンサ２１〜２４との静電容量と圧電アクチュエータ１１〜１４の静電容量比によって決まる。例えばコンデンサ２１の静電容量と圧電アクチュエータ１１の静電容量が等しい場合、直流電源電圧の半分が圧電アクチュエータ１１の印加電圧となる。直流電源電圧と圧電アクチュエータへの印加電圧をほぼ等しくするためには、コンデンサ２１の静電容量は、圧電アクチュエータ１１の静電容量の１０倍程度まで大きくすることが望ましい。
【００２１】
次に第１のスイッチ４１がオンからオフになり、第２のスイッチ４２がオフである時、すなわちデッドタイムの期間、圧電アクチュエータ１１〜１４への印加電圧はそのまま維持される。もし、圧電アクチュエータ１４が何かの要因にて破損して短絡した場合でも、コンデンサ２４が入ることで、回路が短絡することはない。
【００２２】
次に第２のスイッチ４２がオンになり、圧電アクチュエータ１１〜１４の一方の電極側は接地端側に接続される。ここで、抵抗体３１〜３４とコンデンサ２１〜２４、圧電アクチュエータ１１〜１４においてスナバー回路が形成されて、第２のスイッチ４２にて発生するスイッチングノイズを吸収することができる。第２のスイッチ４２がオンになることで、コンデンサ２１〜２４及び圧電アクチュエータ１１〜１４の電荷が接地端へ放出され、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧が０Ｖとなる。
【００２３】
最後に、第２のスイッチ４２がオンからオフになり、第１のスイッチ４１がオフである時、すなわちデッドタイムの期間、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧は０Ｖを維持することになる。
【００２４】
以上のように構成された圧電アクチュエータ装置では、複数の圧電アクチュエータ１１〜１４と複数の抵抗体３１〜３４とのそれぞれの間にコンデンサ２１〜２４を接続することで、圧電アクチュエータ１１〜１４の一つが短絡しても、抵抗体３１〜３４と圧電アクチュエータ１１〜１４との間のコンデンサによって、短絡した圧電アクチュエータに電流が流れ込むことを防止できる。これにより、短絡していない圧電アクチュエータ１１〜１４に所定の電圧を印加でき、所望の振動が得られる。従って、一つの圧電アクチュエータが短絡して使用不能となった場合でも、回路全体が即座に使用不能となるような事態をなくすことができる。
【００２５】
すなわち、圧電アクチュエータ１１〜１４とスイッチ４１の間に抵抗体３１〜３４のみ入れた回路構成では、抵抗値を大きくすることで、圧電アクチュエータ１１〜１４の短絡時に絶縁に近い状況にすることはできるが、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧の立ち上り速度と立ち下り速度が圧電アクチュエータ１１〜１４の静電容量と抵抗値の積で決まるため、印加電圧の立ち上り期間及び立ち下り期間において、印加電圧波形がなまってしまう（立ち上り期間及び立ち下り期間が長くなる、言い換えれば、理想的な矩形電圧波形から時間的に遅れた電圧波形となる）という問題があった。また、絶縁のためにコンデンサ２１〜２４のみを入れる場合では、スイッチ４１のノイズにより印加電圧がスパイク状になるという問題があった。
【００２６】
本発明では、圧電アクチュエータ１１〜１４とスイッチ４１との間に抵抗体３１〜３４とコンデンサ２１〜２４を入れた回路構成であるため、電圧の立ち上り期間及び立ち下り期間がなまる（立ち上り期間及び立ち下り期間が長くなる、言い換えれば、理想的な矩形電圧波形から崩れた電圧波形となる）程度が小さくなり、かつスパイク状のノイズが少ない電圧波形が得られる。
【００２７】
図２は、本発明の圧電アクチュエータ装置の他の形態における等価回路図である。図１の形態において、第１のスイッチ４１と第２のスイッチ４２との接続点と、抵抗体３１〜３４の接続点の間に１個のインダクタ６１が接続されている。
【００２８】
本形態における駆動回路の動作を、図１の形態と異なる点を説明する。第１のスイッチ４１がオン、第２のスイッチがオフであるとき、直流電源１０から第１のスイッチ４１を通じて、インダクタ６１に電流が流れるが、その際、インダクタ６１は流れた電流の微分に比例した逆起電力が発生することで、電流の急峻な立ち上りに抑制をかけて電流波形を緩やかにする。これにより圧電アクチュエータ１１〜１４を急峻に電流が流れることによる故障を防止できる。
【００２９】
すなわち、通常、抵抗体３１〜３４と圧電アクチュエータ１１〜１４などの静電容量をもつ素子で構成される回路では、電圧が印加されると急峻に電流が流れる。従って圧電アクチュエータ１１〜１４に急激に電流が流れ込むため、圧電アクチュエータ１１〜１４が破壊に至る可能性がある。本発明では、第１のスイッチと抵抗体３１〜３４との間にインダクタ６１を入れることで、インダクタ６１を急峻に電流が流れようとすると、逆起電力が発生するため、特に立ち上り時の電流が急峻に流れることを抑制できる。
【００３０】
また、駆動回路に流れる電流が緩やかになることから、ソフトスイッチングの効果が得られる。具体的には、第１のスイッチ４１がオンになるとき、第一のスイッチ４１を通って圧電アクチュエータ１１〜１４に流れる電流波形の立ち上りが緩やかになることから、第１のスイッチ４１の印加電圧がほとんど零になってから第１のスイッチ４１に電流が流れることにより、第１のスイッチ４１での消費電力をほぼ零にすることができる。同様に、第２のスイッチ４２がオンになるときも、圧電アクチュエータ１１〜１４から第２のスイッチ４２へ流れる電流波形の立ち上りを緩やかにできることから、第２のスイッチ４２の印加電圧がほとんど零になってから第２のスイッチ４２に電流が流れることにより、第２のスイッチ４２での消費電力をほぼ零にすることができる。
【００３１】
図３は、本発明の圧電アクチュエータ装置のさらに他の形態における等価回路図である。図２の形態において、圧電アクチュエータ１１〜１４に、それぞれ並列にダイオード７１〜７４が接続されている。ダイオード７１〜７４のアノードはそれぞれ接地端側に、ダイオード７１〜７４のカソード側は圧電アクチュエータ１１〜１４とコンデンサ２１〜２４の接続点にそれぞれ接続されている。
【００３２】
本実施例における駆動回路の動作を、図２と異なる点を説明する。図１、図２の回路において、コンデンサ２１〜２４を入れることによる直流成分カットの影響により、圧電アクチュエータ１１〜１４への印加電圧は基準状態でマイナス方向に触れている。特に、第１のスイッチ４１がオフ、第２のスイッチ４２がオンになったとき、圧電アクチュエータ１１〜１４とコンデンサ２１〜２４の電荷が放出されて、圧電アクチュエータ１１〜１４の電圧は零へと向かうが、圧電アクチュエータ１１〜１４の電圧変化による容量変化により、電圧にリンギングが発生して、圧電アクチュエータ１１〜１４の電圧が顕著に負に触れてしまう。
【００３３】
一方、ダイオード７１〜７４がある場合は、圧電アクチュエータ１１〜１４の電圧が負になる瞬間に、ダイオード７１〜７４が導通することで、圧電アクチュエータ１１〜１４とコンデンサ２１〜２４の間の電位が接地端と同電位となる。従って、圧電アクチュエータ１１〜１４の電圧は最も低い値でもほぼ零に留まる。このような動作によって、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧を負にすることがなく、圧電アクチュエータ１１〜１４の特性劣化や故障を未然に防ぐことができる。
【００３４】
すなわち、圧電アクチュエータ１１〜１４は分極されており、分極方向の逆方向に電圧が印加されると分極が取れてしまい、圧電アクチュエータ１１〜１４としての特性が低下するという問題があった。本発明では、ダイオードダイオード７１〜７４のアノード側を接地側に、ダイオードダイオード７１〜７４のカソード側を圧電アクチュエータ１１〜１４側に接続することで、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧が負方向になる瞬間にダイオードが導通することで、圧電アクチュエータ１１〜１４に逆電圧が印加されることを防止できる。
【００３５】
図４は、本発明の圧電アクチュエータ装置に使用される圧電アクチュエータを示す図である。単板圧電磁器１０１に金属板１０２を貼りあわせたユニモルフ構造となっている。圧電材料に分散材、バインダなどを混ぜ合わせたものをシート状に形成し、所定の形状に打ち抜き、焼成することにより単板圧電磁器１０１が得られる。単板圧電磁器１０１は、表裏面に電極１０３をペーストで形成して所定の温度で焼き付け、さらに分極することで圧電特性を得る。単板圧電磁器１０１と金属板１０２とは、嫌気性接着剤などで貼りあわせられる。金属板１０２の材質としては、圧電磁器１０１と熱膨張係数の近い４２アロイ等が用いられる。
【００３６】
図５は、本発明の圧電アクチュエータ装置に使用される圧電アクチュエータの他の形態を示す図である。この圧電アクチュエータは、圧電磁器層１１１ａが複数積層され、圧電磁器層１１１ａ間には内部電極１１１ｂを有し、これらの内部電極１１１ｂを交互に接続する外部電極１１３を有するユニモルフ構造となっている。
【００３７】
このような圧電アクチュエータは、まず、圧電材料の粉末にバインダ、分散剤、可塑剤、溶剤を混練し、スラリーを作製する。圧電材料としては、鉛系、非鉛系のうちいずれでも使用することができる。
【００３８】
次に、得られたスラリーをシート状に成形し、グリーンシートを得ることができ、グリーンシートに内部電極ペーストを印刷して内部電極パターンを形成し、この電極パターンが形成されたグリーンシートを所望の枚数積層し、最上層にはグリーンシートのみ積層して、積層成形体を作製する。
【００３９】
次に、この積層成形体を脱脂、焼成することにより積層圧電体１１１を得ることができる。積層圧電体１１１は、必要に応じて外周部を加工し、積層圧電体１１１の積層方向の両主面に表面電極層１１２のペーストを印刷し、引き続き、積層圧電体１１１の長さ方向の両側面に表層電極１１２と内部電極１１１ｂを結線するための外部電極１１３のペーストを印刷し、所定の温度で電極の焼付けを行うことにより積層型の圧電アクチュエータを得ることができる。
【００４０】
次に、積層圧電磁器１１１に圧電性を付与するために表面電極層１１２及び外部電極１１３を通じて直流電圧を印加して、積層型圧電素子１１１の分極を行うことにより、図５に示す圧電アクチュエータを作製することができる。
【００４１】
図６に第１のスイッチ４１と第２のスイッチ４２を交互にオンするための制御回路５１及びタイミングチャートを示す。制御回路５１は、クロックによって駆動する。クロック及びインバータ１２０にて基準信号を生成する。第１のマルチバイブレータ１２１と第２のマルチバイブレータ１２３は、デッドタイム期間を生成する。具体的には、第１のマルチバイブレータ１２１において、抵抗体１２２ａとコンデンサ１２２ｂの積と等しい時間だけ、第１のスイッチ４１がオンからオフに切り替わった直後のデッドタイム期間が生成される。一方第２のマルチバイブレータ１２３において、抵抗体１２４ａとコンデンサ１２４ｂの積と等しい時間だけ、第２のスイッチ４２がオンからオフに切り替わった直後のデッドタイムが生成される。アンドゲード１２５はクロック信号と第１のマルチバイブレータ１２１の出力の積を、同じくアンドゲート１２６はインバータ１２０と第２のマルチバイブレータ１２３の出力信号との積をとっており、第１のスイッチ４１および第２のスイッチ４２の制御信号を生成する。ゲートドライバ１２７は、ハイサイドとなる第１のスイッチ４１への電圧持ち上げなどを行なう。
【実施例】
【００４２】
図１及び図６の制御回路を用いた結果を図７に示す。図１において、抵抗体３１〜３４は２２ｋΩ、コンデンサ２１〜２４は静電容量１μＦのフィルムコンデンサを用いた。圧電アクチュエータ１１〜１４は図４に示すような単板型圧電アクチュエータを用い、圧電磁器厚み１００μｍの単層とし、金属板の厚み１００μｍでかつ材質として４２アロイを用いた。圧電アクチュエータ１１〜１４は、表側が＋、金属板側がＧＮＤとなるように分極した。圧電アクチュエータの静電容量は約２０ｎＦである。
【００４３】
第１のスイッチ４１及び第２のスイッチ４２は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴを用いた。制御回路５１は、一般的なＣＭＯＳロジックＩＣ及び市販のゲートドライバＩＣにて作製した。１クロック信号は関数発生器より与えた。圧電アクチュエータ１１〜１４への印加電圧は１００Ｖ、電圧印加時間は６ｍｓとなるよう、電源電圧１０及び制御回路５１を調整した。
【００４４】
また、第１のスイッチ４１がオンからオフになり第２のスイッチ４２がオフからオンに切り替わる期間のデッドタイムを０．７ｍｓ、第２のスイッチ４２がオンからオフに切り替わり第１のスイッチ４１がオフからオンに切り替わる期間のデッドタイムが０．２ｍｓとなるよう、抵抗体１２２ａ及び１２４ａと、コンデンサ１２２ｂ及び１２４ｂの定数を調整した。
【００４５】
その結果、図７（ａ）に示すように、通常状態では、コンデンサ２１〜２４あり、なし時の圧電アクチュエータ１１〜１４への印加電圧に差は見られない。一方、圧電アクチュエータ１１〜１４のうち２個短絡した場合には、図７（ｂ）に示すように、残る２個の圧電アクチュエータへの印加電圧を比較すると、顕著な違いが見られている。コンデンサ２１〜２４が無い場合は、短絡していない２個の圧電アクチュエータへの印加電圧は１００Ｖから８０Ｖまで、時間経過とともに低下してしまう。一方でコンデンサ２１〜２４がある場合は、第１のスイッチ４１がオンからオフになり、第２のスイッチ４２がオフになる瞬間にわずかに電圧降下が起きるのみである。これにより、簡単な回路構成にて、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧低下が抑えられることがわかる。
【００４６】
図８に、インダクタ６１を入れた図２の回路の結果を示す。インダクタ６１は、ＥＩ型のフェライトコアに銅線を数十回巻きつけることで作製した。インダクタ６１が無い場合、図８（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ１１〜１４に電圧印加時における電流は、瞬間的に急に流れて時間と共に減衰する。そのため、圧電アクチュエータ１１〜１４に急激な電荷の集中を起こして、破壊の要因のひとつとなる。一方、インダクタ６１を入れることで、図８（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ１１〜１４に流れる電流の立ち上りが緩やかになり、圧電アクチュエータ１１〜１４への電荷の急激な集中が無くなるため、圧電アクチュエータ１１〜１４が破壊に至る確率が低くなることがわかる。また、副次的な効果として、第１のスイッチ４１がオンになった後で電流が流れる、及び第２のスイッチ４２がオンになった後で電流が流れるようになるため、第１のスイッチ４１及び第２のスイッチ４２におけるスイッチング損失を低減できることがわかる。
【００４７】
図９に、ダイオード７１〜７４を入れた図３の回路の結果を示す。コンデンサ２１〜２４の静電容量は１μＦとした。ダイオード７１〜７４として、逆回復時間の短いショットキーバリアダイオードを使用した。ダイオード７１〜７４を入れることで、圧電アクチュエータ１１〜１４の印加電圧を負からほぼ正に固定できることがわかる。よって圧電アクチュエータ１１〜１４の逆電圧印加による特性劣化を防止できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０：電源電圧
１１、１２、１３、１４：圧電アクチュエータ
２１、２２、２３、２４：コンデンサ
３１、３２、３３、３４：抵抗体
４１：第１のスイッチ
４２：第２のスイッチ
５１：制御回路
６１：インダクタ
７１、７２、７３、７４：ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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