(57)【要約】【課題】ピエゾモータに用いられる一対のピエゾアクチュエータを適切に逆相で駆動することが可能なピエゾ素子駆動回路を提供すること。【解決手段】ピエゾモータに用いるピエゾ素子の電圧を制御するピエゾ素子駆動回路であって、前記ピエゾモータに含まれ、互いに逆相で駆動されるピエゾ素子対を直列に結合し、当該ピエゾ素子対の中間点の電圧を制御することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾモータに用いるピエゾ素子の電圧を制御するピエゾ素子駆動回路であって、
前記ピエゾモータに含まれ、互いに逆相で駆動されるピエゾ素子対を直列に結合し、当該ピエゾ素子対の中間点の電圧を制御することを特徴とする、
ピエゾ素子駆動回路。
【請求項２】
電源の正極と前記中間点との間に設けられ、前記中間点から前記正極に向けて導通する第１のダイオード、及び、前記中間点とグランドとの間に設けられ、前記グランドから前記中間点に向けて導通する第２のダイオードを有する第１還流ダイオードを備えることを特徴とする、
請求項１に記載のピエゾ素子駆動回路。
【請求項３】
電源の正極と前記中間点と間に設けられた第１のスイッチング素子と、
前記中間点とグランドとの間に設けられた第２のスイッチング素子とを備えることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のピエゾ素子駆動回路。
【請求項４】
ブリッジ部分にインダクタが設けられたＨブリッジ回路と、電源の正極と前記インダクタの一端との間に設けられ、前記インダクタの一端から前記正極端子に向かう方向を順方向とする第３のダイオード、及び、前記インダクタの一端とグランドの間に設けられ、前記グランドから前記インダクタの一端に向かう方向を順方向とする第４のダイオードを有する第２還流ダイオードと、を備える充放電制御部と、
前記インダクタの他端と前記中間点との間に設けられ、充放電選択ダイオードと充放電選択スイッチング素子を有する充放電選択部と、を備えることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のピエゾ素子駆動回路。
【請求項５】
前記ピエゾ素子対の両端の少なくとも一方に対して直列接続され、前記ピエゾ素子対のいずれかのピエゾ素子の電極間電圧を一定にする電圧保持スイッチを備えることを特徴とする、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のピエゾ素子駆動回路。
【請求項６】
前記中間点と前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子との間に前記中間点の電圧を一定にする電圧保持スイッチを備えることを特徴とする、
請求項３に記載のピエゾ素子駆動回路。
【請求項７】
静電容量負荷に印加される電圧を制御する充放電制御回路であって、
ブリッジ部分にインダクタが設けられたＨブリッジ回路と、電源の正極と前記インダクタの一端との間に設けられ、前記インダクタの一端から前記正極端子に向かう方向を順方向とする第１のダイオード、及び、前記インダクタの一端とグランドの間に設けられ、前記グランドから前記インダクタの一端に向かう方向を順方向とする第２のダイオードを有する第２還流ダイオードと、を備える充放電制御部と、
前記インダクタの他端と前記静電容量負荷との間に設けられ、充放電選択ダイオードと充放電選択スイッチング素子を有する充放電選択部と、を備えることを特徴とする、
充放電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾアクチュエータ（ピエゾ素子）への充放電を行う駆動回路、特に、複数のピエゾアクチュエータにより構成されるピエゾモータに含まれる逆相で駆動されるピエゾアクチュエータ対への充放電を行う駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ（ＰＺＴ））等の圧電材料で構成されたピエゾ素子（圧電素子）を用いたアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）への充放電を行う駆動回路が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、ピエゾアクチュエータと直列に接続されたコイルと、ピエゾアクチュエータとコイルとの直列回路に対して、電源から充電スイッチを介して、電源供給を行う充電経路と、上記直列回路に対して、並列に接続され、放電スイッチを介して、ピエゾアクチュエータの充電電荷を放電させる放電回路を備える駆動回路が開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された駆動回路では、充電スイッチのオン／オフを繰り返す充電スイッチング制御を行うことによりピエゾアクチュエータを段階的に充電することができる（即ち、連続的にピエゾアクチュエータの電極間電圧を昇圧させることができる）。また、放電スイッチのオン／オフを繰り返す放電スイッチング制御を行うことによりピエゾアクチュエータを段階的に放電することができる（即ち、連続的にピエゾアクチュエータの電極間電圧を降圧させることができる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０５０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、複数のピエゾアクチュエータにより構成されるモータ（ピエゾモータ）のような装置では、互いに逆相で駆動される一対のピエゾアクチュエータが存在する場合がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の駆動回路では、１つのピエゾアクチュエータを選択して、充電又は放電が実行されるため、一対のピエゾアクチュエータを逆相で駆動する制御を適切に行うことができない場合がある。即ち、一対のピエゾアクチュエータに含まれる一方のピエゾアクチュエータの充電を行った後に、他方のピエゾアクチュエータの放電を行う必要があるため、タイムラグ（位相遅れ）が生じ、逆相で駆動されるべき一対のピエゾアクチュエータが適切に動作しないおそれがある。
【０００８】
そこで、上記課題に鑑み、ピエゾモータに用いられる一対のピエゾアクチュエータを適切に逆相で駆動することが可能なピエゾ素子駆動回路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】
【０００９】
上記目的を達成するため、一実施形態において、ピエゾ素子駆動回路は、
ピエゾモータに用いるピエゾ素子の電圧を制御するピエゾ素子駆動回路であって、
前記ピエゾモータに含まれ、互いに逆相で駆動されるピエゾ素子対を直列に結合し、当該ピエゾ素子対の中間点の電圧を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上述の手段により、ピエゾモータに用いられる一対のピエゾアクチュエータを適切に逆相で駆動することが可能なピエゾ素子駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ピエゾモータに適用されるピエゾアクチュエータ（座屈式アクチュエータ）の基本構成を示す概略図である。
【図２】ピエゾモータ（直動モータ）の基本構造の一例を示す概略図である。
【図３】ピエゾモータ（直動モータ）の構成の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の一例を示す回路図である。
【図５】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の充電動作（一対のピエゾ素子の中間点の昇圧動作）を示す回路動作図である。
【図６】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の放電動作（一対のピエゾ素子の中間点の降圧動作）を示す回路動作図である。
【図７】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の充電動作及び放電動作時の一対のピエゾ素子の電圧、インダクタの電流の時間変化の一例を示すグラフである。
【図８】比較例に係るピエゾ素子駆動回路を示す回路図である。
【図９】比較例に係るピエゾ素子駆動回路の充電動作を示す概略図である。
【図１０】比較例に係るピエゾ素子駆動回路の放電動作を示す概略図である。
【図１１】比較例に係るピエゾ素子駆動回路の充電動作時及び放電動作時のピエゾ素子の電圧、インダクタの電流の時間変化の一例を示すグラフである。
【図１２】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の充電動作及び放電動作時のピエゾ素子の電圧、インダクタの電流の時間変化の一例を示すグラフである。
【図１３】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の他の例を示す回路図である。
【図１４】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の更に他の例を示す回路図である。
【図１５】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の更に他の例を示す回路図である。
【図１６】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の更に他の例を示す回路図である。
【図１７】本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路の更に他の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
【００１３】
最初に、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１により駆動制御されるピエゾモータについて、簡単に説明をする。
【００１４】
図１は、ピエゾモータに適用されるピエゾアクチュエータ（座屈式アクチュエータ）ＰＺＴの基本構成を示す概略図である。また、図２は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１により駆動制御（充放電制御）が実行されるピエゾアクチュエータＰＺＴを備えるピエゾモータ（直動モータ）の基本構造の一例を示す概略図である。また、図３は、ピエゾモータ（直動モータ）の構成の一例を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、ピエゾモータに適用されるピエゾアクチュエータＰＺＴは、座屈現象を利用した非線形変位拡大機構を有する座屈式ピエゾアクチュエータである。具体的には、ピエゾアクチュエータＰＺＴは、一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒ、一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒそれぞれに対応するサイドブロック１２Ｌ、１２Ｒ、出力部１４等から構成される。
【００１６】
一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒは、それぞれの一端（それぞれの中央）で出力部１４と接続する。また、一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒは、２つの剛壁としてのサイドブロック１２Ｌ、１２Ｒの間に配置され、それぞれの他端で、サイドブロック１２Ｌ、１２Ｒと接続する。なお、ピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒは、出力部１４との接続点を中心とした回転動作が可能な態様で、出力部１４と接続される。また、ピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒは、それぞれ、サイドブロック１２Ｌ、１２Ｒとの接続点を中心とした回転動作が可能な態様で、サイドブロック１２Ｌ、１２Ｒと接続される。また、２つのサイドブロック１２Ｌ、１２Ｒは、ベース構造を介して互いに剛結合される。
【００１７】
一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒの双方に電圧が印加される（充電される）とそれらは伸張する。そのため、ピエゾアクチュエータＰＺＴは、一直線上に並ぶ一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒの長手方向に垂直な出力軸の方向（図中のｙ方向）に座屈する。また、一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒの双方の印加電圧が消失するとそれらは圧縮する。そのため、ピエゾアクチュエータＰＺＴは、電圧が印加される前の状態（一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒが一直線に並び出力部１４のｙ方向の変位が０の状態）に戻る。
【００１８】
また、ピエゾモータに適用されるピエゾアクチュエータＰＺＴは、出力部１４がもたらす双極性動作（出力部１４がピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒが一直線に並んだ状態から上下の両方向にストローク（図中のストロークＳ２に対応）する動作）が可能に構成される。
【００１９】
このようなピエゾアクチュエータＰＺＴを用いて、図２、図３に示すようなピエゾモータが実現される。
【００２０】
図２に示すように、ピエゾモータ（直動モータ）は、ローラフォロア２２の中心の動作軌跡が正弦波になるカム溝を有する出力ロッド２０と、連動する複数（本例では、６つ）のピエゾアクチュエータ（座屈式アクチュエータ）ＰＺＴ１〜ＰＺＴ６の段階的な双極性動作により駆動される。
【００２１】
各ピエゾアクチュエータＰＺＴ１〜ＰＺＴ６におけるピエゾ素子の力に基づく各出力部１４の往復運動は、各ローラフォロア２２を介して線形の出力ロッド２０の正弦波状の溝に垂直に力Ｆｘｉ（ｉ＝１〜６）を及ぼす。そして、各ピエゾアクチュエータＰＺＴ１〜ＰＺＴ６の力Ｆｘｉの合力として、直動モータの推力Ｆｘが出力ロッド２０に作用する。
【００２２】
具体的には、図３に示すように、上下に６つのピエゾアクチュエータＰＺＴを搭載した直動モータユニット３０は、ピエゾアクチュエータＰＺＴの双極性動作により出力ロッド２０に作用する推力Ｆｘで、出力方向Ｄｚに移動する。
【００２３】
なお、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１により駆動制御されるピエゾモータは、座屈式以外のピエゾアクチュエータにより駆動されるものであってもよい。また、ピエゾ素子駆動回路１により駆動制御されるピエゾモータは、回転モータであってもよい。
【００２４】
次に、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１について、説明をする。
【００２５】
上述した複数のピエゾアクチュエータＰＺＴにより構成されるピエゾモータ（４相以上の偶数相のピエゾアクチュエータで駆動されるピエゾモータ）では、互いに逆相で駆動される一対のピエゾアクチュエータが存在する。そのため、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１は、特に、互いに逆相で駆動される一対のピエゾアクチュエータＰＺＴの駆動制御（充放電制御）を行うことを特徴とする。
【００２６】
なお、上述した座屈式ピエゾアクチュエータでは、２つのピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒが含まれるが、２つのピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒには、同じタイミングで電圧の印加、消失が実行される。よって、説明の簡単のため、ピエゾ素子駆動回路１では、ピエゾアクチュエータには、１つのピエゾ素子が対応するものとして説明を行う。
【００２７】
図４は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の一例を示す回路図である。ピエゾ素子駆動回路１は、ピエゾモータに含まれる一対のピエゾアクチュエータ（逆相で駆動される一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２）の駆動（充放電）制御を行うための回路である。
【００２８】
図４を参照するに、ピエゾ素子駆動回路１は、直流電源ＤＣ、充放電制御部１００、充放電選択部２００、負荷部３００等を有する。
【００２９】
直流電源ＤＣは、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の駆動力源であり、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２への電力供給を行う。
【００３０】
充放電制御部１００は、直流電源ＤＣと充放電選択部２００の間に設けられ、後述するとおり、一対のピエゾアクチュエータ（逆相で駆動される一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２）の充放電動作を制御する回路部分である。充放電制御部１００は、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃ、ＳＷ１ｄ、インダクタＬ、ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂ等を含む。
【００３１】
４つのスイッチング素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｄは、Ｈブリッジ回路を構成する。当該Ｈブリッジ回路は、後述するように、ピエゾ素子Ｐｃ２の充電時と放電時（ピエゾ素子Ｐｃ１の放電時と充電時）とで、ブリッジ部分に設けられるインダクタＬに流れる電流の方向を変更する（切り替える）ために設けられる。
【００３２】
なお、一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２は、互いに逆相で駆動されるため、その一方が充電されるとき、その他方は、放電される。よって、説明の簡単のため、ピエゾ素子Ｐｃ２が充電される（即ち、ピエゾ素子Ｐｃ１が放電される）状態をピエゾ素子駆動回路１における充電状態と呼ぶ。また、ピエゾ素子Ｐｃ２が放電される（即ち、ピエゾ素子Ｐｃ１が充電される）状態をピエゾ素子駆動回路１における放電状態と呼ぶ。
【００３３】
スイッチング素子ＳＷ１ａは、一端側で、接続点Ｐ１ａを介して、直流電源ＤＣの正極に接続され、他端側で、スイッチング素子ＳＷ１ｂと接続される。
【００３４】
スイッチング素子ＳＷ１ｂは、一端側で、スイッチング素子ＳＷ１ａと接続され、他端側で、接続点Ｐ１ｂを介して、直流電源ＤＣの負極（グランド）と接続される。
【００３５】
スイッチング素子ＳＷ１ｃは、一端側で、接続点Ｐ１ｃを介して、直流電源ＤＣの正極に接続され、他端側で、スイッチング素子ＳＷ１ｄと接続される。
【００３６】
スイッチング素子ＳＷ１ｄは、一端側で、スイッチング素子ＳＷ１ｃと接続され、他端側で、接続点Ｐ１ｄを介して、直流電源ＤＣの負極（グランド）と接続される。
【００３７】
インダクタＬは、スイッチング素子ＳＷ１ａ及びスイッチング素子ＳＷ１ｂの中間点ＭＰ１ａと、スイッチング素子ＳＷ１ｃ及びスイッチング素子ＳＷ１ｄの中間点ＭＰ１ｂとを結ぶＨブリッジ回路のブリッジ部分に設けられる。即ち、インダクタＬは、一端側で、中間点ＭＰ１ａを介して、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂと接続され、他端側で、スイッチング素子ＳＷ１ｃ、ＳＷ１ｄと接続される。
【００３８】
ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂは、インダクタＬに蓄積された磁気エネルギーを一時的に還流させるために設けられ、還流ダイオードＤ１を構成する。
【００３９】
ダイオードＤ１ａのカソードは、接続点Ｐ１ｅを介して、電源の正極に接続され、更に、接続点Ｐ１ｃを介して、スイッチング素子ＳＷ１ｃと接続される。また、ダイオードＤ１ａのアノードは、接続点ＭＰ１ｃ（インダクタＬと中間点ＭＰ１ａとの間）でＨブリッジ回路のブリッジ部分に接続される。即ち、ダイオードＤ１ａは、中間点ＭＰ１ａ側から接続点Ｐ１ｃ側（直流電源ＤＣの正極側）に向かう方向を順方向とする。
【００４０】
ダイオードＤ１ｂのカソードは、接続点ＭＰ１ｃ（インダクタＬと中間点ＭＰ１ａとの間）でＨブリッジ回路のブリッジ部分に接続される。また、ダイオードＤ１ｂのアノードは、接続点Ｐ１ｆを介して、直流電源ＤＣの負極（グランド）に接続され、更に、接続点Ｐ１ｄを介して、スイッチング素子ＳＷ１ｄと接続される。即ち、ダイオードＤ１ｂは、接続点Ｐ１ｆ側（直流電源ＤＣの負極側）から接続点ＭＰ１ｃ側に向かう方向を順方向とする。
【００４１】
充放電選択部２００は、充放電制御部１００と負荷部３００の間に設けられ、後述するとおり、ピエゾ素子駆動回路１における充電動作と放電動作のいずれかを選択するための回路部分である。充放電選択部２００は、スイッチング素子ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ダイオードＤ２ａ、Ｄ２ｂ等を含む。
【００４２】
具体的には、直列接続されたスイッチング素子ＳＷ２ａ及びダイオードＤ２ａと、直列接続されたスイッチング素子ＳＷ２ｂ及びダイオードＤ２ｂとの並列接続により充放電選択部２００は構成される。そして、当該並列接続回路の一端は、接続点Ｐ２ａを介して、充放電制御部１００（Ｈブリッジ回路の中間点ＭＰ１ｂ（インダクタＬの他端）に接続され、他端は、接続点Ｐ２ｂを介して、負荷部３００（ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａ）と接続される。
【００４３】
スイッチング素子ＳＷ２ａは、一端側で、接続点Ｐ２ａを介して、Ｈブリッジ回路（充放電制御部１００）と接続され、具体的には、中間点ＭＰ１ｂを介して、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ１ｃ、ＳＷ１ｄと接続される。また、スイッチング素子ＳＷ２ａは、他端側で、ダイオードＤ２ａのアノードに接続される。
【００４４】
ダイオードＤ２ａのアノードは、スイッチング素子ＳＷ２ａと接続される。また、ダイオードＤ２ａのカソードは、接続点Ｐ２ｂを介して、負荷部３００に接続され、具体的には、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに接続される。
【００４５】
スイッチング素子ＳＷ２ｂは、一端側で、接続点Ｐ２ｂを介して、負荷部３００に接続され、具体的には、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに接続される。また、スイッチング素子ＳＷ２ｂは、他端側で、ダイオードＤ２ｂのアノードに接続される。
【００４６】
ダイオードＤ２ｂのアノードは、スイッチング素子ＳＷ２ｂと接続される。また、ダイオードＤ２ｂのカソードは、接続点Ｐ２ａを介して、Ｈブリッジ回路（充放電制御部１００）に接続され、具体的には、中間点ＭＰ１ｂを介して、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ１ｃ、ＳＷ１ｄと接続される。
【００４７】
充放電選択部２００において、スイッチング素子ＳＷ２ｂがＯＦＦの状態で、スイッチング素子ＳＷ２ａをＯＮにすると、充放電制御部１００（直流電源ＤＣ）から負荷部３００（ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点）に向けて電流を流すことが可能となる。また、スイッチング素子ＳＷ２ａがＯＦＦの状態で、スイッチング素子ＳＷ２ｂをＯＮにすると、負荷部３００（ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点）から充放電制御部１００（直流電源ＤＣ）に向けて電流を流すことが可能となる。そのため、スイッチング素子ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂのいずれをＯＮにするかにより、（ピエゾ素子Ｐｃ２の）充電が可能な状態と、（ピエゾ素子Ｐｃ２の）放電が可能な状態を選択することができる。
【００４８】
負荷部３００は、ピエゾ素子駆動回路１による制御対象である一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２と、ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ等を含む。
【００４９】
逆相で駆動される一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２は、直列に接続される。
【００５０】
ピエゾ素子Ｐｃ１は、一端側（正極側）で、直流電源ＤＣの正極と接続され、他端側（負極側）で、ピエゾ素子Ｐｃ２の正極と接続される。
【００５１】
ピエゾ素子Ｐｃ２は、一端側（正極側）で、ピエゾ素子Ｐｃ１の負極と接続され、他端側（負極側）で、直流電源ＤＣの負極（グランド）と接続される。
【００５２】
なお、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２は、電気的には、容量性素子（コンデンサ）として振る舞う。
【００５３】
ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂは、回路異常等により、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の両端電圧が直流電源ＤＣの電圧値よりも高くならないように設けられるフェールセーフ用の還流ダイオードＤ３を構成する。
【００５４】
ダイオードＤ３ａのアノードは、ダイオードＤ３ｂのカソードと接続され、接続点ＭＰ３ｂを介して、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに接続される。また、ダイオードＤ３ａのカソードは、直流電源ＤＣの正極に接続される。
【００５５】
ダイオードＤ３ｂのアノードは、直流電源ＤＣの負極（グランド）と接続される。また、ダイオードＤ３ｂのカソードは、ダイオードＤ３ａのアノードと接続され、接続点ＭＰ３ｂを介して、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに接続される。
【００５６】
次に、ピエゾ素子駆動回路１の動作（充電動作、放電動作）について説明をする。
【００５７】
図５は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の充電動作（一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの昇圧動作）を示す回路動作図である。また、図６は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の放電動作（一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの降圧動作）を示す回路動作図である。
【００５８】
図５（ａ）〜（ｃ）は、ピエゾ素子駆動回路１の充電動作における動作の遷移を示し、図５（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順で、遷移する。
【００５９】
なお、図５（ａ）〜（ｃ）中、太い波線矢印は、電流経路を示す。また、「ＯＮ」の文字が付されたスイッチング素子は、図示された回路動作中に、ＯＮ状態にある、又は、ＯＮ状態にされることを示す。
【００６０】
まず、ピエゾ素子Ｐｃ２の充電を行う場合、即ち、一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａを昇圧する場合、充放電制御部１００において、スイッチング素子ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃをＯＦＦにした状態で、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｄをＯＮにする。なお、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂについてもＯＦＦ状態である。
【００６１】
すると、図５（ａ）に示すように、直流電源ＤＣの正極から、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子ＳＷ１ａ、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ１ｄを経由して、グランドに向けて電流が流れる。この際、インダクタＬには、直流電源ＤＣの電圧ＶＳが印加され、インダクタＬに流れる電流は、時間経過と共に、増加する（回路動作１）。
【００６２】
続いて、所定のタイミングで、スイッチング素子ＳＷ１ａをＯＦＦにする。
【００６３】
すると、インダクタＬの電流を流し続けようとする作用により、図５（ｂ）に示すように、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ１ｄ、ダイオードＤ１ｂ（還流ダイオードＤ１）を経由する還流経路で電流が流れる。この際、インダクタＬに流れる電流は時間経過と共に、減少する（回路動作２）。この状態において、所定のタイミングで、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ａをＯＮにする。
【００６４】
その後、所定のタイミングで、スイッチング素子ＳＷ１ｄをＯＦＦにする。
【００６５】
すると、図５（ｃ）に示すように、インダクタＬに蓄積されたエネルギーが放出されながら、ダイオードＤ１ｂ（還流ダイオードＤ１）を通じて、インダクタＬからピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに電流が流れる。この際、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ａ、ダイオードＤ２ａを経由して、インダクタＬからピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに電流が流れる（回路動作３）。これにより、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａが昇圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の充電、及び、ピエゾ素子Ｐｃ１の放電が同時に実行される。
【００６６】
上述した図５（ａ）から図５（ｃ）に渡るスイッチング制御を複数回繰り返すことにより、一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧が段階的に昇圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の充電、及び、ピエゾ素子Ｐｃ１の放電が段階的かつ同時に実行される。
【００６７】
一方、図６（ａ）〜（ｃ）は、ピエゾ素子駆動回路１の放電動作における動作の遷移を示し、図６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順で、遷移する。
【００６８】
なお、図６（ａ）〜（ｃ）中、太い波線矢印は、電流経路を示す。また、「ＯＮ」の文字が付されたスイッチング素子は、図示された回路動作中に、ＯＮ状態にある、又は、ＯＮ状態にされることを示す。
【００６９】
まず、ピエゾ素子Ｐｃ２の放電を行う場合、即ち、一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａを降圧する場合、充放電制御部１００において、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｄをＯＦＦにした状態で、スイッチング素子ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃをＯＮにする。なお、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂについてもＯＦＦ状態である。
【００７０】
すると、図６（ａ）に示すように、直流電源ＤＣの正極から、Ｈブリッジ回路のスイッチング素子ＳＷ１ｂ、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ１ｃを経由して、グランドに向けて電流が流れる。この際、インダクタＬには、直流電源ＤＣの電圧ＶＳが印加され、インダクタＬに流れる電流は、時間経過と共に、増加する（回路動作４）。
【００７１】
続いて、所定のタイミングで、スイッチング素子ＳＷ１ｂをＯＦＦにする。
【００７２】
すると、インダクタＬの電流を流し続けようとする作用により、図６（ｂ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ１ｃ、インダクタＬ、ダイオードＤ１ａ（還流ダイオードＤ１）を経由する還流経路で電流が流れる。この際、インダクタＬに流れる電流は時間経過と共に、減少する（回路動作５）。この状態において、所定のタイミングで、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ｂをＯＮにする。
【００７３】
その後、所定のタイミングで、スイッチング素子ＳＷ１ｃをＯＦＦにする。
【００７４】
すると、図６（ｃ）に示すように、インダクタＬに蓄積されたエネルギーが放出されながら、ダイオードＤ１ａ（還流ダイオードＤ１）を通じて、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａから直流電源ＤＣの正極に電流が流れる。この際、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ｂ、ダイオードＤ２ｂを経由して、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａから直流電源ＤＣの正極（インダクタＬ）に電流が流れる。これにより、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａが降圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の放電、及び、ピエゾ素子Ｐｃ１の充電が同時に実行される。
【００７５】
上述した図６（ａ）から図６（ｃ）に渡るスイッチング制御を複数回繰り返すことにより、一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧が段階的に降圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の放電、及び、ピエゾ素子Ｐｃ１の充電が段階的かつ同時に実行される。
【００７６】
図７は、図５、６を用いて説明した本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１による充電動作及び放電動作時の一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の電圧、インダクタＬの電流の時間変化の一例を示す図である。図７において、太い実線は、ピエゾ電圧（ピエゾ素子Ｐｃ２の電極間電圧）を表し、太い波線は、逆相ピエゾ電圧（ピエゾ素子Ｐｃ１の電極間電圧）を表し、細い実線は、インダクタ電流（インダクタＬに流れる電流）を表し、一点鎖線は直流電源電圧（直流電源ＤＣの電圧ＶＳ）を表す。
【００７７】
本例では、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、ピエゾ素子Ｐｃ１の両端電圧は、直流電源ＤＣの電圧ＶＳであり、ピエゾ素子Ｐｃ２の両端電圧は、０Ｖ（グランド電圧）である。即ち、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧は、０Ｖ（グランド電圧）である。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２過ぎまでの間で、図５（ａ）〜（ｃ）に示したスイッチング制御（ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａを昇圧するためのスイッチング制御）が複数回実行されている。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４過ぎまでの間で、図６（ａ）〜（ｃ）に示したスイッチング制御（ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａを降圧するためのスイッチング制御）が複数回実行されている。
【００７８】
図７を参照するに、時刻ｔ１から上述した充電動作に対応するスイッチング制御が実行されることにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で、ピエゾ素子Ｐｃ２の両端電圧（中間点ＭＰ３ａの電圧）は、段階的に上昇する。そして、時刻ｔ２過ぎで、ピエゾ素子Ｐｃ２の両端電圧は、直流電源ＤＣの電圧ＶＳに到達する。一方、ピエゾ素子Ｐｃ１の両端電圧は、正極側の電圧が直流電源ＤＣの電圧ＶＳで抑えられているため、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で、中間点ＭＰ３ａの電圧の上昇に応じて、段階的に下降する。そして、時刻ｔ２過ぎで、ピエゾ素子Ｐｃ１の両端電圧は、０Ｖ（グランド電圧）に到達する。
【００７９】
また、時刻ｔ３から上述した放電動作に対応するスイッチング制御が実行されることにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、ピエゾ素子Ｐｃ２の両端電圧（中間点ＭＰ３ａの電圧）は、段階的に下降する。そして、時刻ｔ４過ぎで、０Ｖ（グランド電圧）に到達する。一方、ピエゾ素子Ｐｃ１の両端電圧は、正極側の電圧が直流電源ＤＣの電圧ＶＳで抑えられているため、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、中間点ＭＰ３ａの電圧の下降に応じて、段階的に上昇する。そして、時刻ｔ４過ぎで、ピエゾ素子Ｐｃ１の両端電圧は、直流電源ＤＣの電圧ＶＳに到達する。
【００８０】
このように、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１は、一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２を直列接続し、その中間点ＭＰ３ａの電圧を昇圧、又は、降圧する制御を実行することにより、ピエゾ素子Ｐｃ１とピエゾ素子Ｐｃ２の逆相駆動を位相ずれを生じることなく実現することができる。
【００８１】
また、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１は、所定時間内に、上述したスイッチング制御を複数回実行し、段階的に中間点ＭＰ３ａの電圧を上昇、又は、下降させるため、その電圧は略連続的に変化することになる。そのため、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の電極間電圧は、充電時、又は、放電時において、略連続的に変化し、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２をピエゾモータに適用した場合に、スムーズな推力を生み出すことができる。
【００８２】
次に、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の作用について、比較例を用いて更に説明をする。
【００８３】
図８は、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃを示す回路図である。なお、ピエゾ素子駆動回路１ｃは、上述した特許文献１の図１に開示された駆動回路である。
【００８４】
図８を参照するに、当該ピエゾ素子駆動回路１ｃでは、ピエゾ素子Ｐ１、Ｐ３の正極は、インダクタＬ１の一端に接続され、負極は、選択スイッチＳＷ１、ＳＷ３を介してグランド接続される。なお、選択スイッチＳＷ１、ＳＷ３は、ピエゾ素子Ｐ１、Ｐ３のいずれを充電、又は、放電するかを選択するスイッチである。また、インダクタＬ１の他端は、並列接続された直流電源の方向に導通するダイオードＤａと充電スイッチＳＷａとを介して、直流電源と接続される。同時に、インダクタＬ１の他端は、並列接続されたピエゾ素子Ｐ１、Ｐ３の正極の方向に導通するダイオードＤｂと放電スイッチＳＷｂを介して、グランド接続される。
【００８５】
なお、ピエゾ素子Ｐ２、Ｐ４とインダクタＬ２の接続関係についても、ダイオードＤａと充電スイッチＳＷａがダイオードＤｃと充電スイッチＳＷｃに置き換わり、ダイオードＤｂと放電スイッチＳＷｂがダイオードＤｄと放電スイッチＳＷｄに置き換わる以外は同様である。
【００８６】
図９は、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃの充電動作を示す概略図である。具体的には、図９（ａ）は、充電スイッチＳＷａがＯＮにされた場合の動作を示し、図９（ｂ）は、充電スイッチＳＷａがＯＦＦにされた場合の動作を示す。図９（ａ）、（ｂ）において、太い波線矢印は、電流経路を示す。また、「ＯＮ」の文字が付されたスイッチは、図示された回路動作中に、ＯＮ状態にある、又は、ＯＮ状態にされることを示す。なお、本図では、ピエゾ素子Ｐ１を充電する動作を示し、選択スイッチＳＷ１がＯＮの状態であることを前提とする。
【００８７】
図９（ａ）を参照するに、放電スイッチＳＷｂがＯＦＦの状態で、充電スイッチＳＷａがＯＮにされると、直流電源（コンデンサＣ０）からインダクタＬ１を介して、ピエゾ素子Ｐ１に電流が流れる。
【００８８】
また、図９（ｂ）を参照するに、図９（ａ）の状態から充電スイッチＳＷａがＯＦＦにされると、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーによって流れる電流が、グランド側からダイオードＤｂを介してピエゾ素子Ｐ１に流れる。
【００８９】
このように、充電スイッチＳＷａをＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチング制御を行うことにより、ピエゾ素子Ｐ１が段階的に充電される。
【００９０】
また、図１０は、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃの放電動作を示す概略図である。具体的には、図１０（ａ）は、放電スイッチＳＷｂがＯＮにされた場合の動作を示し、図１０（ｂ）は、放電スイッチＳＷｂがＯＦＦにされた場合の動作を示す。図１０（ａ）、（ｂ）において、太い波線矢印は、電流経路を示す。また、「ＯＮ」の文字が付されたスイッチは、図示された回路動作中に、ＯＮ状態にある、又は、ＯＮ状態にされることを示す。なお、本図では、図９と同様、ピエゾ素子Ｐ１を放電する動作を示し、選択スイッチＳＷ１がＯＮの状態であることを前提とする。
【００９１】
図１０（ａ）を参照するに、充電スイッチＳＷａがＯＦＦの状態で、放電スイッチＳＷｂがＯＮにされると、ピエゾ素子Ｐ１の正極側からインダクタＬ１及び放電スイッチＳＷｂを介してグランド側に電流が流れる。
【００９２】
また、図１０（ｂ）を参照するに、図１０（ａ）の状態から放電スイッチＳＷｂがＯＦＦにされると、ピエゾ素子Ｐ１の正極側からインダクタＬ１及びダイオードＤａを介して、直流電源（コンデンサＣ０）に電流が流れる。
【００９３】
このように、放電スイッチＳＷｂをＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチング制御をおこなうことにより、ピエゾ素子Ｐ１が段階的に放電される。
【００９４】
上述した比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃの回路構成、及び動作を前提として、具体的に、ピエゾ素子駆動回路１ｃによりピエゾ素子Ｐ１への充電を行う場合におけるピエゾ素子Ｐ１の印加電圧の時間応答について説明をする。
【００９５】
放電スイッチＳＷｂがＯＦＦの状態で、充電スイッチＳＷａをＯＮにすると、直流電源（コンデンサＣ０）の電圧ＶＳがピエゾ素子Ｐ１の電極間電圧（ピエゾ電圧）ＶＰより高い場合、ピエゾ素子Ｐ１の静電容量ＣＰ、インダクタＬ１のインダクタンスＬ、直流電源からピエゾ素子Ｐ１を通じてグランド側に通じる回路の等価直列抵抗ＲＥＳＲＳによるＬＣＲ共振現象が生じる。そのため、等価直列抵抗ＲＥＳＲＳがきわめて小さいと仮定し、充電スイッチＳＷａがＯＮされる直前のピエゾ電圧（初期のピエゾ電圧）ＶＰをＶＰ０とすると、ピエゾ電圧ＶＰが、最大で、２ＶＳ−ＶＰ０に到達する。
【００９６】
ＬＣＲ共振現象であるので、等価直列抵抗ＲＥＳＲＳが十分小さいと仮定すると、充電スイッチＳＷａをＯＮにした場合のピエゾ電圧ＶＰＳ、導通電流（インダクタＬ１に流れる電流）ｉＳの時間応答は、以下の式（１）となる。なお、充電スイッチＳＷａをＯＮにしてからの時間をｔとし、充電スイッチＳＷａをＯＮにする前の導通電流ｉＳをｉ０とする。
【００９７】
【数１】
2015188277.tif 000003
式（１）で示したように、充電スイッチＳＷａをＯＮにした場合のピエゾ電圧ＶＰＳの応答はｃｏｓ関数、導通電流ｉＳの応答はｓｉｎ関数であり、それぞれの振幅が回路定数と共に、初期電位差（初期の直流電源の電圧とピエゾ電圧の差）ＶＳ−ＶＰ０に強く依存することが分かる。
【００９８】
即ち、ピエゾ電圧の初期値ＶＰ０が０Ｖに近い値である場合は、上記ＶＡＳの値も大きく、位相φＳも０ｄｅｇに近いため、ｓｉｎ波形状の電流の良好な立ち上がり特性が得られる。しかしながら、ピエゾ電圧の初期値ＶＰ０が直流電源の電圧ＶＳに近づくと、上記ＶＡＳの値が小さくなり、位相φＳも９０ｄｅｇに近くなるため、ｓｉｎ波形状の電流の立ち上がりが極めて遅くなる。つまり、ピエゾ電圧の初期値ＶＰ０が直流電源の電圧ＶＳに近づくと、一定時間内にインダクタＬ１に供給されるエネルギー量が小さくなる。
【００９９】
また、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにすると、充電スイッチＳＷａをＯＮにした場合と同様、ピエゾ素子Ｐ１の静電容量ＣＰ、インダクタＬ１のインダクタンスＬ、等価直列抵抗ＲＥＳＲＳによるＬＣＲ共振現象が生じる。
【０１００】
等価直列抵抗ＲＥＳＲＳが十分小さいと仮定すると、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにした場合のピエゾ素子Ｐ１の電極間電圧ＶＰＧ、導通電流（インダクタＬ１に流れる電流）ｉＧの時間応答は、以下の式（２）となる。なお、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにしてからの時間をｔとし、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにする直前のピエゾ電圧（初期のピエゾ電圧）ＶＰ、導通電流ｉＳをそれぞれ、ＶＰ０、ｉ０とする。
【０１０１】
【数２】
2015188277.tif 000004
式（２）に示したように、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにした場合のピエゾ素子Ｐ１の電極間電圧ＶＰＧの応答はｃｏｓ関数、導通電流ｉＳの応答は、ｓｉｎ関数であり、それぞれの振幅が回路定数と共に、初期のピエゾ電圧ＶＰ０に強く依存することが分かる。
【０１０２】
即ち、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにする直前のピエゾ電圧ＶＰ０が０Ｖに近い値である場合は、位相φＧも９０ｄｅｇに近いため、ｃｏｓ波形状のピエゾ電圧の良好な立ち上がり特性が得られる。しかしながら、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにする直前のピエゾ電圧ＶＰ０が直流電源の電圧ＶＳに近づくと、ＶＡＧは大きくなるものの、位相φＧは０ｄｅｇに近くなるため、ｃｏｓ波形状のピエゾ電圧ＶＰＧの立ち上がりが遅くなる。
【０１０３】
式（１）、（２）から分かるように、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃによりピエゾ素子Ｐ１を充電する場合、ピエゾ電圧が低電圧時（直流電源の電圧ＶＳより十分に低い時）には、インダクタＬ１に高い応答性で電流を通電させることができる。そのため、高い応答性でピエゾ素子Ｐ１を昇圧し、充電することが可能である。しかしながら、ピエゾ電圧が直流電源の電圧ＶＳに近づくにつれて、インダクタＬ１に通電させる電流の応答が遅くなり、且つ、ピエゾ素子Ｐ１の昇圧の応答性も低下するため、ピエゾ電圧の上昇速度が極端に遅くなる。
【０１０４】
同様に、上述した比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃの回路構成、及び動作を前提として、具体的に、ピエゾ素子駆動回路１ｃによりピエゾ素子Ｐ１からの放電を行う場合におけるピエゾ素子Ｐ１の印加電圧（ピエゾ電圧）の応答性について説明をする。
【０１０５】
ピエゾ素子駆動回路１ｃによるピエゾ素子Ｐ１からの放電時に、充電スイッチＳＷａをＯＦＦにした状態で、放電スイッチＳＷｂをＯＮにした場合におけるピエゾ電圧、導通電流（インダクタＬ１に流れる電流）の挙動（時間応答）は、上記式（１）により表される。また、放電スイッチＳＷｂをＯＦＦにした場合におけるピエゾ電圧、導通電流（インダクタＬ１に流れる電流）の挙動（時間応答）は、上記式（２）により表される。
【０１０６】
そのため、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃによりピエゾ素子Ｐ１を放電する場合、ピエゾ電圧が直流電源の電圧ＶＳに近い時（放電初期）には、高速な放電（回生）特性が得られるが、ピエゾ電圧が０Ｖに近づくと放電（回生）速度が極端に遅くなる。
【０１０７】
このように、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃを用いて、複数回のスイッチングを行いながらピエゾ素子Ｐ１の充放電を行う場合、充放電初期には、良好な充放電応答性が得られるが、充放電が進むにつれて、充放電速度が低下する。そのため、速やかな充放電を行うために、常に式（１）、（２）におけるＶＡＳ、ＶＡＧを一定以上に保つ、即ち、スイッチング時の初期電流（インダクタＬ１に流れる電流）ｉ０を一定以上に保つ必要がある等、スイッチング手法が限定されてしまう。
【０１０８】
また、ピエゾ素子駆動回路の個体差や充放電制御中にピエゾアクチュエータ（ピエゾ素子Ｐ１）に作用する機械的な相互作用（外的負荷）等によって、ピエゾ電圧ＶＰに誤差が発生する場合等に、極端に充放電応答が遅くなる可能性がある。
【０１０９】
図１１は、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃの充電動作時及び放電動作時におけるピエゾ素子Ｐ１の電圧、インダクタＬ１の電流の時間変化の一例を示すグラフである。具体的には、図１１（ａ）は、ピエゾ素子Ｐ１への外的負荷（ピエゾモータの駆動による機械的エネルギー出力）を考慮しない場合のピエゾ素子Ｐ１の電圧、インダクタＬ１の電流の時間変化を示す。また、図１１（ｂ）は、ピエゾ素子Ｐ１への外的負荷（ピエゾモータの駆動による機械的エネルギー出力）を考慮した場合のピエゾ素子Ｐ１の電圧、インダクタＬ１の電流の時間変化を示す。図１１（ａ）、（ｂ）において、太い実線は、ピエゾ電圧（ピエゾ素子Ｐ１の電極間電圧）を表し、細い実線は、インダクタ電流（インダクタＬ１に流れる電流）を表し、一点鎖線は直流電源電圧（コンデンサＣ０の電圧）を表す。なお、図１１（ｂ）におけるピエゾモータの駆動による機械的エネルギー出力は、ピエゾ素子Ｐ１と直列に抵抗成分を配置することにより模擬している。
【０１１０】
ピエゾ素子Ｐ１への外的負荷を考慮しない場合、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔ１から充電スイッチＳＷａのスイッチング時のインダクタＬ１の電流を高く保ちながら、複数回のスイッチングを行うことにより、ピエゾ電圧が０Ｖから直流電源の電圧ＶＳまで連続的に昇圧されている。
【０１１１】
同様に、時刻ｔ３から放電スイッチＳＷｂのスイッチング時のインダクタＬ１の電流を高く保ちながら、複数回のスイッチングを行うことにより、ピエゾ電圧が直流電源の電圧ＶＳから０Ｖまで連続的に降圧されている。
【０１１２】
一方、ピエゾ素子Ｐ１への外的負荷を考慮した場合、図１１（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から充電スイッチＳＷａのスイッチング時のインダクタＬ１の電流を高く保ちながら、複数回のスイッチングを行っているが、外的負荷の影響で、ピエゾ電圧が直流電源の電圧ＶＳまで上昇しきれない。また、ピエゾ電圧が直流電源の電圧ＶＳに近づいた状態で、更にスイッチングを継続しているが、上述したとおり、この状態では、応答性が低下するため、時刻ｔ２を過ぎても直流電源の電圧ＶＳまで昇圧させることができない。
【０１１３】
同様に、時刻ｔ３から放電スイッチＳＷｂのスイッチング時のインダクタＬ１の電流を高く保ちながら、複数回のスイッチングを行っているが、外的負荷の影響で、ピエゾ電圧が０Ｖまで下降しきれない。また、ピエゾ電圧が０Ｖに近づいた状態で、更にスイッチングを継続しているが、上述したとおり、この状態では、応答性が低下するため、時刻ｔ４を過ぎても０Ｖまで降圧させることができない。
【０１１４】
このように、比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃを用いてピエゾ素子Ｐ１の充放電を行う場合、ピエゾ素子Ｐ１への外的負荷が生じると、ピエゾアクチュエータの動作周期等により決定される所定の時間内に充放電を完了することができない。そのため、ピエゾモータ（ピエゾアクチュエータ）が適切な動作を行えないおそれがある。
【０１１５】
これに対して、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１によりピエゾ素子Ｐｃ２への充放電を行う場合におけるピエゾ素子Ｐｃ２の印加電圧（ピエゾ電圧）の応答性について説明をする。なお、上述したとおり、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１によりピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａが昇圧される場合に、ピエゾ素子Ｐｃ２が充電され、中間点ＭＰ３ａが降圧される場合に、ピエゾ素子Ｐｃ２が放電される。そのため、以下においては、ピエゾ素子Ｐｃ２のピエゾ電圧の充放電時の応答性について説明をする。
【０１１６】
ピエゾ素子Ｐｃ２の充電時におけるピエゾ素子駆動回路１の回路動作は、図５に示したとおりである。
【０１１７】
まず、図５（ａ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃをＯＦＦにした状態で、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｄをＯＮにすると、直流電源ＤＣからスイッチング素子ＳＷ１ａ、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ１ｄを経由して、グランド側に電流が流れる（回路動作１）。当該回路動作１では、直流電源ＤＣからグランド側までの等価直列抵抗ＲＥＳＲＳとインダクタＬによるＬＲ回路の特性による回路応答が発生する。
【０１１８】
その後、図５（ｂ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１ａをＯＦＦにし、直流電源ＤＣを遮断すると、インダクタＬに流れる電流が制限され、インダクタＬ，スイッチング素子ＳＷ１ｄ、ダイオードＤ１ｂを還流する電流が流れ、ＬＲ回路が構成される（回路動作２）。
【０１１９】
そして、回路動作２の状態で、インダクタＬに流れている電流は、図５（ｃ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１ｄをＯＦＦにすると、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ａ、ダイオードＤ２ａを介して、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに流入する（回路動作３）。当該回路動作３は、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２を含むＬＣＲ回路の特性による応答を示し、当該応答により中間点ＭＰ３ａの電圧が昇圧される。即ち、ピエゾ素子Ｐｃ２が昇圧、充電される。
【０１２０】
ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧が昇降圧される際の電圧変化量ΔＶＰは、以下の式（３）で決定される。なお、初期電流ｉ０は、回路動作２の状態から回路動作３の状態切り替わった時点（スイッチング素子ＳＷ１ｄがＯＦＦにされた時点）におけるインダクタＬに流れる電流である。
【０１２１】
【数３】
2015188277.tif 000005
即ち、電圧変化量ΔＶＰにより変動するピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の合計エネルギーと、上記回路動作２の時点で、インダクタＬが保持している磁気エネルギーが等しくなるため、上記式（３）が導出される。
【０１２２】
また、回路動作１におけるインダクタＬに流れる電流ｉの時間応答は、以下の式（４）で表される。なお、時間ｔは、回路動作１が開始されてからの時間（スイッチング素子ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃがＯＦＦにされた状態で、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｄをＯＮにしてからの時間）を示す。
【０１２３】
【数４】
2015188277.tif 000006
式（４）で表される回路動作１における応答は、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧（各ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２のピエゾ電圧）とは無関係であり、一定の応答を設計可能である。
【０１２４】
回路動作２の状態の時間をより短くすることで、回路動作３における初期電流ｉ０は、回路動作２の初期電流（回路動作１から回路動作２に切り替わった時点のインダクタＬに流れる電流）と略等しくなる。
【０１２５】
よって、回路動作３におけるピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧（ピエゾ素子Ｐｃ２のピエゾ電圧）ＶＰＰの応答は、以下の式（５）で表される。なお、時間ｔは、回路動作３に遷移してからの時間を示し、初期電圧ＶＰ０は、初期（回路動作３に遷移した時点）の中間点ＭＰ３ａの電圧を示す。
【０１２６】
【数５】
2015188277.tif 000007
回路動作３において、中間点ＭＰ３ａの電圧（ピエゾ電圧）ＶＰＰの応答はｃｏｓ関数、インダクタＬの電流の応答はｓｉｎ関数であり、上述した比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃによりピエゾ素子の充電を行う際の挙動と同様の特性となっている。
【０１２７】
それぞれの振幅は、回路定数と共に、中間点ＭＰ３ａ（ピエゾ素子Ｐｃ２）の初期電圧ＶＰ０に強く依存するが、式（４）により初期電圧ＶＰ０に依存しない初期電流ｉ０が得られるため、常に一定以上の振幅が確保されることが分かる。
【０１２８】
即ち、中間点ＭＰ３ａ（ピエゾ素子Ｐｃ２）の初期電圧ＶＰ０が０Ｖに近い場合、位相φＰは９０ｄｅｇに近く、ｃｏｓ波形状の電圧の良好な立ち上がり特性が得られる。更に、初期電圧ＶＰ０が直流電源ＤＣの電圧ＶＳに近づいても、ある一定以上の値を有する初期電流ｉ０により、位相φＰは一定以上の角度に維持されるため、上述した一定以上の振幅と併せて、一定以上の充電速度を確保することができる。
【０１２９】
そのため、上述した比較例に係るピエゾ素子駆動回路１ｃと異なり、ピエゾ電圧が０Ｖから直流電源ＤＣの電圧ＶＳまでの全域において、常に速やかな充電速度を得ることができる。
【０１３０】
また、ピエゾ素子Ｐｃ２の放電時におけるピエゾ素子駆動回路１の回路動作は、図６に示したとおりである。
【０１３１】
まず、図６（ａ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｄをＯＦＦにした状態で、スイッチング素子ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃをＯＮにすると、直流電源ＤＣからスイッチング素子ＳＷ１ｃ、インダクタＬ、スイッチング素子ＳＷ１ｂを経由して、グランド側に電流が流れる（回路動作４）。即ち、充電時とは逆方向の電流を、インダクタＬに流す。当該回路動作４では、充電時と同様、直流電源ＤＣからグランド側までの等価直列抵抗ＲＥＳＲＳとインダクタＬによるＬＲ回路の特性による回路応答が発生する。
【０１３２】
その後、図６（ｂ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１ｂをＯＦＦにし、直流電源ＤＣを遮断すると、インダクタＬに流れる電流が制限され、スイッチング素子ＳＷ１ｃ、インダクタＬ、ダイオードＤ１ａを還流する電流が流れ、ＬＲ回路が構成される（回路動作５）。
【０１３３】
そして、回路動作５の状態で、インダクタＬに流れている電流は、図５（ｃ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１ｃをＯＦＦにすると、充放電選択部２００のスイッチング素子ＳＷ２ｂ、ダイオードＤ２ｂを介して、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａから流出して、直流電源ＤＣに回生される（回路動作６）。当該回路動作６は、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２を含むＬＣＲ回路の特性による応答を示し、当該応答により中間点ＭＰ３ａの電圧が降圧される。即ち、ピエゾ素子Ｐｃ２が降圧、放電される。
【０１３４】
回路動作４では、回路動作１と同様の動特性で、インダクタＬに回路動作１とは逆方向の電流を通電させる。その後、短時間の回路動作５を経て、回路動作６に遷移すると、回路動作３と同様の動特性で、中間点ＭＰ３ａに充電された電荷が電源に回生される。そのため、充電時と同様、中間点ＭＰ３ａの電圧（ピエゾ素子Ｐｃ２のピエゾ電圧）が０Ｖに近づいても、速やかな放電（回生）速度を得ることが可能となる。
【０１３５】
図１２は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の充電動作及び放電動作時のピエゾ素子Ｐｃ２の電圧、インダクタＬの電流の時間変化の一例を示すグラフである。具体的には、図１２（ａ）は、ピエゾ素子Ｐｃ２への外的負荷（ピエゾモータの駆動による機械的エネルギー出力）を考慮しない場合のピエゾ素子Ｐｃ２の電圧、インダクタＬの電流の時間変化を示す。また、図１２（ｂ）は、ピエゾ素子Ｐｃ２への外的負荷（ピエゾモータの駆動による機械的エネルギー出力）を考慮した場合のピエゾ素子Ｐｃ２の電圧、インダクタＬの電流の時間変化を示す。図１２（ａ）、（ｂ）において、太い実線は、ピエゾ電圧（ピエゾ素子Ｐｃ２の電極間電圧）を表し、細い実線は、インダクタ電流（インダクタＬに流れる電流）を表し、一点鎖線は直流電源電圧（直流電源ＤＣの電圧ＶＳ）を表す。なお、図１２（ｂ）におけるピエゾモータの駆動による機械的エネルギー出力は、上述した図１１（ｂ）の場合と同様、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２それぞれと直列に抵抗成分を配置することにより模擬している。
【０１３６】
ピエゾ素子Ｐｃ２への外的負荷を考慮しない場合、図１２（ａ）に示すように、時刻ｔ１から上記回路動作１〜３を１サイクルとする対応するスイッチングを複数回行うことにより、ピエゾ電圧が０Ｖから直流電源ＤＣの電圧ＶＳまで連続的に昇圧されている。
【０１３７】
同様に、時刻ｔ３から上記回路動作４〜６を１サイクルとする対応するスイッチングを複数回行うことにより、ピエゾ電圧が直流電源の電圧ＶＳから０Ｖまで連続的に降圧されている。
【０１３８】
一方、ピエゾ素子Ｐｃ２への外的負荷を考慮した場合、図１２（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から上記回路動作１〜３を１サイクルとする対応するスイッチングを複数回行っている。この際、外的負荷の影響により、外的負荷がない場合と同じ時間では、ピエゾ電圧が直流電源の電圧ＶＳまで上昇しきれない。しかし、時刻ｔ２過ぎまでスイッチングを継続することで、昇圧速度は若干鈍るものの、ピエゾ電圧が直流電源ＤＣの電圧ＶＳまで昇圧されている。即ち、ピエゾ電圧が直流電源ＤＣの電圧ＶＳに近づいた状態でも一定以上の応答性を確保することができるため、外的負荷の影響がある場合でも、所定の時間内で、ピエゾ電圧を直流電源ＤＣの電圧ＶＳまで連続的に昇圧させることができる。
【０１３９】
同様に、時刻ｔ３から上記回路動作４〜６を１サイクルとする対応するスイッチングを複数回行っている。この際、外的負荷の影響で、外的負荷がない場合と同じ時間では、ピエゾ電圧が０Ｖまで下降しきれない。しかし、時刻ｔ４過ぎまでスイッチングを継続することで、降圧速度は若干鈍るものの、ピエゾ電圧が０Ｖまで降圧されている。即ち、ピエゾ電圧が０Ｖに近づいた状態でも一定以上の応答性を確保することができるため、外的負荷の影響がある場合でも、所定の時間内で、ピエゾ電圧を０Ｖまで連続的に降圧させることができる。
【０１４０】
なお、ピエゾ素子Ｐｃ１は、ピエゾ素子Ｐｃ２の逆相で駆動されるのみであり、外的負荷の影響がある場合でも、所定の時間内で、ピエゾ素子Ｐｃ１のピエゾ電圧を直流電源ＤＣの電圧ＶＳまで昇圧し、０Ｖまで降圧することができる。
【０１４１】
このように、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１を用いてピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の充放電を行う場合、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２への外的負荷が発生する場合でも、ピエゾアクチュエータの動作周期等により決定される所定の時間内に充放電を完了することができる。特に、ピエゾモータのように機械的エネルギーを出力する装置に適用されるピエゾアクチュエータのピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２に対して、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１を適用することにより、ピエゾモータ等の装置を適切に動作させることができる。
【０１４２】
なお、複数のピエゾアクチュエータにより駆動されるピエゾモータでは、逆相で駆動されるピエゾアクチュエータ対が複数存在する。そのため、直流電源ＤＣ以外の回路部分（充放電制御部１００、充放電選択部２００、負荷部３００）をピエゾアクチュエータ対の数に合わせて、複数並列結合することにより、ピエゾモータを駆動することができる。また、充放電制御部１００は、すべてのピエゾアクチュエータ対において共通とし、充放電選択部２００、負荷部３００により構成される回路部分をピエゾアクチュエータ対の数に合わせて、複数並列結合することによっても、ピエゾモータを駆動することができる。
【０１４３】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１４４】
例えば、上述した実施形態において、ピエゾ素子駆動回路１は、ピエゾモータに適用されるピエゾアクチュエータのピエゾ素子の充放電制御を行うものであったが、これに限定されず、任意のピエゾアクチュエータのピエゾ素子の充放電制御に適用されてよい。
【０１４５】
また、上述した実施形態では、充放電制御部１００、充放電選択部２００を有する回路構成を用いて、直列接続された逆相で駆動される一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧を制御したが、当該構成には限られない。即ち、ピエゾ素子駆動回路１は、中間点ＭＰ３ａの電圧を０Ｖから直流電源ＤＣの電圧ＶＳの間で制御可能な回路構成であればよい。以下、図１３〜図１６を用いて、一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａを制御するための回路構成例について説明をする。
【０１４６】
図１３は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の構成の他の例を示す回路図である。
【０１４７】
本例におけるピエゾ素子駆動回路１は、直流電源ＤＣ、直列接続されたピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２、及びピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａと直流電源ＤＣの間に設けられるスイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂを有する。
【０１４８】
スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂは、直列接続され、その中間点ＭＰ１ａと直列接続されたピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａが接続される。
【０１４９】
スイッチング素子ＳＷ１ａは、一端側が、直流電源ＤＣの正極と接続点Ｐ１ａを介して接続され、他端側が、中間点ＭＰ１ａを介して、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに接続される。
【０１５０】
スイッチング素子ＳＷ１ｂは、一端側が、中間点ＭＰ１ａを介して、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに接続され、他端側が、直流電源ＤＣの負極（グランド）に接続される。
【０１５１】
このような構成のピエゾ素子駆動回路１において、スイッチング素子ＳＷ１ｂがＯＦＦの状態で、スイッチング素子ＳＷ１ａをＯＮにすると、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａに、直流電源ＤＣから電流が流れる。そして、中間点ＭＰ３ａの電圧は、直流電源ＤＣの電圧ＶＳまで昇圧される。これにより、ピエゾ素子Ｐｃ１の電極間電圧は０Ｖに降圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の電極間電圧はＶＳに昇圧され、ピエゾ素子Ｐｃ１の放電とピエゾ素子Ｐｃ２の充電とが同時に行われる逆相の駆動状態を実現することができる。
【０１５２】
また、スイッチング素子ＳＷ１ａがＯＦＦの状態で、スイッチング素子ＳＷ１ｂをＯＮにすると、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａはグランド接続されるため、中間点ＭＰ３ａからグランドに向けて電流が流れる。そして、中間点ＭＰ３ａの電圧は、グランド（０Ｖ）まで降圧される。これにより、ピエゾ素子Ｐｃ１の電極間電圧はＶＳに昇圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の電極間電圧は０Ｖに降圧され、ピエゾ素子Ｐｃ１の充電とピエゾ素子Ｐｃ２の放電とが同時に行われる逆相の駆動状態を実現することができる。
【０１５３】
なお、複数のピエゾアクチュエータにより駆動されるピエゾモータでは、逆相で駆動されるピエゾアクチュエータ対が複数存在する。そのため、図１３の回路構成例における直流電源ＤＣ以外の回路部分をピエゾアクチュエータ対の数に合わせて、複数並列結合することにより、ピエゾモータを駆動することができる。
【０１５４】
図１４は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の構成の更に他の例を示す回路図である。
【０１５５】
本例におけるピエゾ素子駆動回路１は、図１３の回路構成例にインダクタＬ、還流ダイオードＤ３（ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ）を追加したものである。なお、還流ダイオードＤ３（ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ）は、上述したとおり、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の電極間に直流電源ＤＣの電圧ＶＳ以上の電圧が印加されないようにするために設けられ、図１３に示した回路構成例に付加されてもよい。
【０１５６】
インダクタＬは、スイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂの中間点ＭＰ１ａとピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの間に設けられる。
【０１５７】
当該インダクタＬは、スイッチング素子ＳＷ１ｂがＯＦＦの状態で、スイッチング素子ＳＷ１ａをＯＮにしたときに、直流電源ＤＣからスイッチング素子ＳＷ１ａを介して、中間点ＭＰ３ａに流れるスパイク状の突入電流を抑制する。同様に、インダクタＬは、スイッチング素子ＳＷ１ａがＯＦＦの状態で、スイッチング素子ＳＷ１ｂをＯＮにしたときに、中間点ＭＰ３ａからスイッチング素子ＳＷ１ｂを介して、グランド側に流れるスパイク上の突入電流を抑制する。
【０１５８】
インダクタＬがスイッチングの際の突入電流を抑制し、電流の立ち上がりを緩やかにすること以外は、図１３に示した回路構成例と同様の作用を示すため、説明を省略する。
【０１５９】
また、複数のピエゾアクチュエータにより駆動されるピエゾモータでは、逆相で駆動されるピエゾアクチュエータ対が複数存在する。そのため、図１３の場合と同様、図１４の回路構成例における直流電源ＤＣ以外の回路部分をピエゾアクチュエータ対の数に合わせて、複数並列結合することにより、ピエゾモータを駆動することができる。
【０１６０】
図１５は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の構成の更に他の例を示す回路図である。
【０１６１】
本例におけるピエゾ素子駆動回路１は、図１３の回路構成例に、電圧保持スイッチＳＷ３（スイッチング素子ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ）、還流ダイオードＤ３（ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ）を追加したものである。なお、還流ダイオードＤ３（ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ）は、上述したとおり、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の電極間に直流電源ＤＣの電圧ＶＳ以上の電圧が印加されないようにするために設けられる。
【０１６２】
スイッチング素子ＳＷ３ａは、ピエゾ素子Ｐｃ１の正極側に直列接続される。スイッチング素子ＳＷ３ａは、直流電源ＤＣの正極とピエゾ素子Ｐｃ１の正極の間に設けられ、その一端側は、接続点Ｐ３ａを介して、直流電源ＤＣの正極に接続され、他端側は、ピエゾ素子Ｐｃ１の正極に接続される。
【０１６３】
スイッチング素子ＳＷ３ｂは、ピエゾ素子Ｐｃ２の負極側に直列接続される。スイッチング素子ＳＷ３ｂは、ピエゾ素子Ｐｃ２の負極と直流電源ＤＣの負極（グランド）の間に設けられ、その一端側は、ピエゾ素子Ｐｃ２の負極と接続され、他端側は、直流電源ＤＣの負極（グランド）に接続される。
【０１６４】
スイッチング素子ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂが共に、ＯＮ状態の場合、スイッチング素子ＳＷ１ａ又はスイッチング素子ＳＷ１ｂのスイッチングにより、上述した図１３の回路構成例と同様の回路動作を示し、同様の作用・効果を奏する。
【０１６５】
スイッチング素子ＳＷ３ａをＯＮの状態からＯＦＦにすると、ピエゾ素子Ｐｃ１の正極側を回路から切り離すことができる。これにより、ピエゾ素子Ｐｃ１の正極からの電荷移動を禁止し、ピエゾ素子Ｐｃ１の電極間電圧をスイッチング素子ＳＷ３ａがＯＦＦにされた時点の電圧に維持することができる。
【０１６６】
また、スイッチング素子ＳＷ３ｂをＯＮの状態からＯＦＦにすると、ピエゾ素子Ｐｃ２の負極側を回路から切り離すことができる。これにより、ピエゾ素子Ｐｃ２の負極からの電荷移動を禁止し、ピエゾ素子Ｐｃ２の電極間電圧をスイッチング素子ＳＷ３ｂがＯＦＦにされた時点の電圧に維持することができる。
【０１６７】
電圧保持スイッチＳＷ３を用いることにより、ピエゾモータに含まれるピエゾアクチュエータのうち、機械出力に利用するピエゾアクチュエータ（ピエゾ素子）を個別に選択することができる。
【０１６８】
即ち、ピエゾモータの駆動状況によっては、すべてのピエゾアクチュエータを駆動させなくとも、所望の駆動状態が実現される場合がありうる。また、省電力運転を目的に一部のピエゾアクチュエータを駆動させないことも想定される。このような場合に、電圧保持スイッチＳＷ３により各ピエゾアクチュエータ（ピエゾ素子）を回路から切り離し、電圧を維持しておくことで、状況に応じて、駆動させるピエゾアクチュエータを個別に選択することができる。
【０１６９】
なお、電圧保持スイッチＳＷ３（スイッチング素子ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ）は、上述した実施形態（図１）における負荷部３００に付加されてもよい。また、電圧保持スイッチＳＷ３（スイッチング素子ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ）は、図１３、１４に示した回路構成例に付加されてもよい。
【０１７０】
また、複数のピエゾアクチュエータにより駆動されるピエゾモータでは、逆相で駆動されるピエゾアクチュエータ対が複数存在する。そのため、図１３、図１４の場合と同様、図１５の回路構成例における直流電源ＤＣ以外の回路部分をピエゾアクチュエータ対の数に合わせて、複数並列結合することにより、ピエゾモータを駆動することができる。
【０１７１】
図１６は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の構成の更に他の例を示す回路図である。
【０１７２】
本例におけるピエゾ素子駆動回路１は、図１３の回路構成例に、電圧保持スイッチＳＷ３（スイッチング素子ＳＷ３ｃ）、還流ダイオードＤ３（ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ）を追加したものである。なお、還流ダイオードＤ３（ダイオードＤ３ａ、Ｄ３ｂ）は、上述したとおり、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の電極間に直流電源ＤＣの電圧ＶＳ以上の電圧が印加されないようにするために設けられる。
【０１７３】
スイッチング素子ＳＷ３ｃは、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａとスイッチング素子ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂの中間点ＭＰ１ａの間に設けられる。即ち、その一端側は、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａと接続され、他端側は、中間点ＭＰ１ａを介して、スイッチング素子ＳＷ１ａ及びスイッチング素子ＳＷ１ｂに接続される。
【０１７４】
スイッチング素子ＳＷ３ｃがＯＮ状態の場合、スイッチング素子ＳＷ１ａ又はスイッチング素子ＳＷ１ｂのスイッチングにより、上述した図１３の回路構成例と同様の回路動作を示し、同様の作用・効果を奏する。
【０１７５】
スイッチング素子ＳＷ３ｃをＯＮ状態からＯＦＦにすると、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａを回路から切り離すことができる。これにより、ピエゾ素子Ｐｃ１の負極、及び、ピエゾ素子Ｐｃ２の正極からの電荷移動を禁止し、中間点ＭＰ３ａの電圧をスイッチング素子ＳＷ３ｃがＯＦＦにされた時点の電圧に維持することができる。即ち、ピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の電極間電圧を共にスイッチング素子ＳＷ３ｃがＯＦＦにされた時点の電圧に維持することができる。
【０１７６】
電圧保持スイッチＳＷ３（スイッチング素子ＳＷ３ｃ）を用いることにより、ピエゾモータに含まれる複数の逆相駆動されるピエゾアクチュエータ対のうち、機械出力に利用するピエゾアクチュエータ対（一対のピエゾ素子）を選択することができる。即ち、逆相で駆動されるピエゾアクチュエータ対の単位で、機械出力に利用するか否かを選択することができる。
【０１７７】
なお、電圧保持スイッチＳＷ３（スイッチング素子ＳＷ３ｃ）は、図１４に示した回路構成例に付加されてもよい。
【０１７８】
また、複数のピエゾアクチュエータにより駆動されるピエゾモータでは、逆相で駆動されるピエゾアクチュエータ対が複数存在する。そのため、図１３〜図１５の場合と同様、図１６の回路構成例における直流電源ＤＣ以外の回路部分をピエゾアクチュエータ対の数に合わせて、複数並列結合することにより、ピエゾモータを駆動することができる。
【０１７９】
また、上述した実施形態において、充放電制御部１００、充放電選択部２００を含むピエゾ素子駆動回路１（図４）は、逆相で駆動される一対のピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の充放電制御に適用されたが、個別のピエゾ素子の充放電制御に適用されてもよい。即ち、上述した実施形態では、充放電制御部１００、充放電選択部２００を含むピエゾ素子駆動回路１によりピエゾ素子Ｐｃ１、Ｐｃ２の中間点ＭＰ３ａの電圧を制御したが、個別のピエゾ素子の正極電圧（電極間電圧）を制御することで、当該ピエゾ素子の充放電制御を行ってもよい。
【０１８０】
図１７は、本実施形態に係るピエゾ素子駆動回路１の構成の更に他の例を示す回路図である。
【０１８１】
本例におけるピエゾ素子駆動回路１は、ピエゾ素子Ｐｃ１が除かれて、充放電制御の対象がピエゾ素子Ｐｃ２のみになっている以外は、上述した実施形態に係る回路構成例（図４）と同様である。
【０１８２】
この場合、図５に示した回路動作（回路動作１〜３）によりピエゾ素子Ｐｃ２の正極電圧、即ち、電極間電圧が昇圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の充電が行われる。
【０１８３】
また、図６に示した回路動作（回路動作４〜６）によりピエゾ素子Ｐｃ２の正極電圧、即ち、電極間電圧が降圧され、ピエゾ素子Ｐｃ２の放電が行われる。
【０１８４】
これにより、上述したとおり、単体のピエゾ素子Ｐｃ２の電極間電圧が０Ｖから直流電源ＤＣの電圧ＶＳの間の全域において、常に良好な充放電速度を得ることができる。そのため、ピエゾ素子が機械出力を行う場合、即ち、外的負荷の影響がある場合等であっても、所定の時間内に充放電を完了することが可能となり、当該ピエゾ素子によるピエゾアクチュエータの適切な動作を確実に実現することができる。
【０１８５】
なお、上述した実施形態に係る充放電制御部１００、充放電選択部２００を含む回路構成（図４、図１７）による充放電制御は、ピエゾ素子以外の容量負荷（例えば、バッテリ、キャパシタ等）の充放電制御に提供されてもよい。これにより、上述したとおり、容量負荷の電圧が０Ｖから最大電圧の間の全域において、良好な充放電速度を得ることができる。
【０１８６】
また、上述した回路構成（図４、図１３〜図１７）に含まれるスイッチング素子としては、ボディダイオード特性を持たないスイッチング素子（バイポーラトランジスタ等）、及び、ボディダイオード特性を持つスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｅｉｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等）のいずれも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１８７】
１  ピエゾ素子駆動回路
１０Ｌ、１０Ｒ  ピエゾ素子
１２Ｌ、１２Ｒ  サイドブロック
１４  出力部
２０  出力ロッド
２２  ローラフォロア
３０  直動モータユニット
１００  充放電制御部
２００  充放電選択部
３００  負荷部
Ｄ１  還流ダイオード（第２還流ダイオード）
Ｄ１ａ、Ｄ１ｂ  ダイオード
Ｄ２  充放電選択ダイオード
Ｄ２ａ、Ｄ２ｂ  ダイオード
Ｄ３  還流ダイオード（第１還流ダイオード）
Ｄ３ａ、Ｄ３ｂ  ダイオード
ＤＣ  直流電源
Ｌ  インダクタ
Ｐｃ１、Ｐｃ２  ピエゾ素子
ＰＺＴ、ＰＺＴ１〜ＰＺＴ６  ピエゾアクチュエータ
ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ１ｃ、ＳＷ１ｄ  スイッチング素子
ＳＷ２  充放電選択スイッチ
ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ  スイッチング素子
ＳＷ３  電圧維持スイッチ
ＳＷ３ａ、ＳＷ３ｂ、ＳＷ３ｃ  スイッチング素子
【図１】
2015188277.tif 000008
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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