(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、
前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、
前記充放電制御回路は、
インダクタと、
前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、
前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、
前記低電位端から前記インダクタの一端に流れる電流を許容する第１ダイオードと、
前記インダクタの他端から前記高電位端に流れる電流を許容する第２ダイオードと、
充電される静電アクチュエータと放電される静電アクチュエータを選択する充放電選択部と、を備え、
前記充放電選択部は、前記インダクタの一端に接続される放電端子と、前記インダクタの他端に接続される充電端子とを有し、
前記充放電制御回路は、前記静電アクチュエータの充放電を行うとき、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方を同時に閉じず、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの一方のみを閉じて導通させる、
モータ。
【請求項２】
直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、
前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、
前記充放電制御回路は、
インダクタと、
前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、
前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、
前記インダクタの他端と前記高電位端との間に設けられた第３スイッチと、
前記低電位端から前記インダクタの他端に流れる電流を許容する第３ダイオードと、
前記インダクタの一端と前記低電位端との間に設けられた第４スイッチと、
前記インダクタの一端から前記高電位端に流れる電流を許容する第４ダイオードと、
充電される静電アクチュエータと放電される静電アクチュエータを選択する充放電選択部と、を備え、
前記充放電選択部は、前記インダクタの一端に接続される放電端子と、前記インダクタの他端に接続される充電端子とを有し、
前記充放電制御回路は、前記静電アクチュエータの充放電を行うとき、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方を同時に閉じず、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの一方のみを閉じて導通させる、
モータ。
【請求項３】
直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、
前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、
前記充放電制御回路は、
インダクタと、
前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、
前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、
充電される静電アクチュエータと放電される静電アクチュエータを選択する充放電選択部と、を備え、
前記充放電選択部は、前記インダクタの一端に接続される放電端子と、前記インダクタの他端に接続される充電端子とを有し、
前記充放電制御回路は、前記静電アクチュエータの充放電を行うとき、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方を同時に閉じず、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの一方のみを閉じて導通させ、
前記充放電選択部は、前記静電アクチュエータの高電位側に接続される高電位側端子を有し、
前記高電位側端子と前記充電端子との間に前記充電端子から前記高電位側端子に流れる電流を許容するダイオードとスイッチとが直列に備えられ、
前記高電位側端子と前記放電端子との間に前記高電位側端子から前記放電端子に流れる電流を許容するダイオードとスイッチとが直列に備えられる、
モータ。
【請求項４】
直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、
前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、
前記充放電制御回路は、
インダクタと、
前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、
前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、
前記低電位端から前記インダクタの一端に流れる電流を許容する第１ダイオードと、
前記インダクタの他端から前記高電位端に流れる電流を許容する第２ダイオードと、
を備え、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第１ダイオード、前記第２ダイオードはＨブリッジを構成しない、
モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータの充放電を行う充放電制御回路を備えるモータに関し、特に、ピエゾアクチュエータ（ピエゾモータ）を構成する複数のピエゾ素子の充放電を行う充放電制御回路を備えるモータに関する。
【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）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に直列に接続されたコイルと、その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と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】
しかしながら、特許文献１は、電源とピエゾアクチュエータとの間の電荷の移動を開示するのみであり、一のピエゾアクチュエータの電荷を他のピエゾアクチュエータに移動させる構成については言及していない。
【０００７】
上述に鑑み、静電アクチュエータから静電アクチュエータへの電荷の移動を可能にするモータを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例に係るモータは、直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、前記充放電制御回路は、インダクタと、前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、前記低電位端から前記インダクタの一端に流れる電流を許容する第１ダイオードと、前記インダクタの他端から前記高電位端に流れる電流を許容する第２ダイオードと、充電される静電アクチュエータと放電される静電アクチュエータを選択する充放電選択部と、を備え、前記充放電選択部は、前記インダクタの一端に接続される放電端子と、前記インダクタの他端に接続される充電端子とを有し、前記充放電制御回路は、前記静電アクチュエータの充放電を行うとき、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方を同時に閉じず、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの一方のみを閉じて導通させる。
また、本発明の実施例に係るモータは、直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、前記充放電制御回路は、インダクタと、前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、前記インダクタの他端と前記高電位端との間に設けられた第３スイッチと、前記低電位端から前記インダクタの他端に流れる電流を許容する第３ダイオードと、前記インダクタの一端と前記低電位端との間に設けられた第４スイッチと、前記インダクタの一端から前記高電位端に流れる電流を許容する第４ダイオードと、充電される静電アクチュエータと放電される静電アクチュエータを選択する充放電選択部と、を備え、前記充放電選択部は、前記インダクタの一端に接続される放電端子と、前記インダクタの他端に接続される充電端子とを有し、前記充放電制御回路は、前記静電アクチュエータの充放電を行うとき、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方を同時に閉じず、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの一方のみを閉じて導通させる。
また、本発明の実施例に係るモータは、直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、前記充放電制御回路は、インダクタと、前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、充電される静電アクチュエータと放電される静電アクチュエータを選択する充放電選択部と、を備え、前記充放電選択部は、前記インダクタの一端に接続される放電端子と、前記インダクタの他端に接続される充電端子とを有し、前記充放電制御回路は、前記静電アクチュエータの充放電を行うとき、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの両方を同時に閉じず、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの一方のみを閉じて導通させ、前記充放電選択部は、前記静電アクチュエータの高電位側に接続される高電位側端子を有し、前記高電位側端子と前記充電端子との間に前記充電端子から前記高電位側端子に流れる電流を許容するダイオードとスイッチとが直列に備えられ、前記高電位側端子と前記放電端子との間に前記高電位側端子から前記放電端子に流れる電流を許容するダイオードとスイッチとが直列に備えられる。
【０００９】
また、本発明の実施例に係るモータは、直列接続される一対の静電アクチュエータの伸張により前記静電アクチュエータの長手方向に垂直な方向に力を出力する複数の座屈式アクチュエータと、前記複数の座屈式アクチュエータの静電アクチュエータのそれぞれに印加される電圧を制御する充放電制御回路と、を備え、複数の座屈式アクチュエータの連動により駆動するモータであって、前記充放電制御回路は、インダクタと、前記インダクタの一端と高電位端との間に設けられた第１スイッチと、前記インダクタの他端と低電位端との間に設けられた第２スイッチと、前記低電位端から前記インダクタの一端に流れる電流を許容する第１ダイオードと、前記インダクタの他端から前記高電位端に流れる電流を許容する第２ダイオードと、を備え、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第１ダイオード、前記第２ダイオードはＨブリッジを構成しない。
【発明の効果】
【００１０】
上述の手段により、静電アクチュエータから静電アクチュエータへの電荷の移動を可能にするモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ピエゾ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）の構成例を示す斜視図である。
【図４】ピエゾ素子駆動回路の構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】ピエゾ素子駆動回路の構成例を示す回路図である。
【図６】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図７】ピエゾ素子駆動回路の別の構成例を示す回路図である。
【図８】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図９】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図１０】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図１１】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図１２】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図１３】ピエゾ素子駆動回路のさらに別の構成例を示す回路図である。
【図１４】ピエゾ素子駆動回路のさらに別の構成例を示す回路図である。
【図１５】ピエゾ素子駆動回路のさらに別の構成例を示す回路図である。
【図１６】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図１７】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図１８】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【図１９】ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路の状態を示す図である。
【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、本発明の実施例に係る充放電制御回路としてのピエゾ素子駆動回路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、本発明の実施例に係るピエゾ素子駆動回路により駆動制御（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）の構成例を示す斜視図である。
【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、その一対のピエゾ素子１０Ｌ、１０Ｒの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（それぞれの中央側の端部）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の間に設置され、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構成で出力部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構成でサイドブロック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収縮する。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】
ピエゾアクチュエータＰＺＴ１〜ＰＺＴ６のそれぞれ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、ピエゾアクチュエータＰＺＴ１〜ＰＺＴ６のそれぞれの力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。なお、図２ではカム溝が出力ロッド２０の内部に形成されるのに対し図３ではカム溝が出力ロッド２０の外縁に形成されるが動作原理は同じである。
【００２３】
また、本発明の実施例に係るピエゾ素子駆動回路により駆動制御されるピエゾモータは、座屈式アクチュエータ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、本発明の実施例に係るピエゾ素子駆動回路について説明をする。なお、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。そして、本発明の実施例に係るピエゾ素子駆動回路は、互いに逆相で駆動される一対のピエゾアクチュエータＰＺＴの駆動制御（充放電制御）に適している。また、上述した座屈式アクチュエータでは、１つのピエゾアクチュエータに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に対して同じタイミングで電圧の印加、消失が実行される。そこで、説明を簡単にするため、以下のピエゾ素子駆動回路では、一対のピエゾ素子が１つのピエゾ素子に対応するものとして説明を行う。
【００２５】
図４は、本発明の実施例に係るピエゾ素子駆動回路１００の構成例を示す機能ブロック図である。ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾモータに含まれるピエゾアクチュエータ部５５の駆動（充放電）制御を行うための回路である。
【００２６】
具体的には、ピエゾ素子駆動回路１００は、制御部５０、電源５１、電源接続制御部５２、インダクタ５３、充放電選択部５４、及びピエゾアクチュエータ部５５を含む。
【００２７】
制御部５０は、ピエゾ素子駆動回路１００の動きを制御するコントローラである。本実施例では、制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、電源接続制御部５２及び充放電選択部５４に対して制御指令を出力する。
【００２８】
電源５１は、ピエゾアクチュエータ部５５に電力を供給可能な装置である。本実施例では、電源５１は直流電源であり、電源電位Ｖｓを安定的にピエゾアクチュエータ部５５に供給できる。具体的には、電源５１は、電源電位Ｖｓを有する高電位端子５１ａと、基準電位を有する低電位端子５１ｂとを有する。基準電位は、例えばグランド電位であり、典型的には０Ｖである。
【００２９】
電源接続制御部５２は、電源５１とインダクタ５３との間の接続を制御する機能要素である。本実施例では、電源接続制御部５２は、制御部５０からの制御指令に応じ、電源５１の高電位端子５１ａ及び低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第一端子５３ａ及び第二端子５３ｂとの間の接続・切断を制御する。
【００３０】
インダクタ５３は、電流によって形成される磁場にエネルギを蓄えることができる受動素子である。本実施例では、インダクタ５３は鉄芯コイルである。但し、軽量化、設置場所の確保等の必要に応じ、鎖交面積の大きい消磁コイルのような空芯コイルが用いられてもよい。
【００３１】
充放電選択部５４は、充電対象のピエゾアクチュエータと放電対象のピエゾアクチュエータとを選択する機能要素である。本実施例では、充放電選択部５４は、制御部５０からの制御指令に応じ、インダクタ５３の第一端子５３ａ及び第二端子５３ｂとピエゾアクチュエータ部５５との間の接続・切断を制御する。具体的には、充放電選択部５４は、インダクタ５３の第一端子５３ａに接続される放電端子５４ａと、インダクタ５３の第二端子５３ｂに接続される充電端子５４ｂと、ピエゾアクチュエータ部５５を構成するピエゾ素子の高電位側に接続される高電位側端子５４ｃとを有する。また、高電位側端子５４ｃは、明確化のため１つのみが図示されているが、典型的にはピエゾ素子の数と同じ数だけ用意される。また、充電対象のピエゾアクチュエータと放電対象のピエゾアクチュエータは同じ一つのピエゾアクチュエータであってもよい。
【００３２】
ピエゾアクチュエータ部５５は、１又は複数のピエゾ素子で構成されるアクチュエータである。ピエゾ素子は、圧電体に加えられた電圧を力に変換する受動素子である。本実施例では、ピエゾアクチュエータ部５５は、複数のピエゾ素子を含む。但し、ピエゾアクチュエータ部５５は単一のピエゾ素子で構成されてもよい。また、複数のピエゾ素子のそれぞれは静電容量が同じであってもよく異なっていてもよい。
【００３３】
次に、図５を参照し、ピエゾ素子駆動回路１００の具体的な構成について説明する。なお、図５は、ピエゾ素子駆動回路１００の構成例を示す回路図である。図５のピエゾ素子駆動回路１００は、３つのピエゾ素子Ａ１〜Ａ３のそれぞれの充放電を制御して３つのピエゾ素子Ａ１〜Ａ３で構成されるピエゾアクチュエータ部５５の駆動を制御する。
【００３４】
図５のピエゾ素子駆動回路１００における電源接続制御部５２は、スイッチＳＨ及びスイッチＳＬを含む。スイッチＳＨは、電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間に設置されるスイッチである。スイッチＳＬは、電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間に設置されるスイッチである。
【００３５】
また、図５のピエゾ素子駆動回路１００における充放電選択部５４は、ダイオードＤｄ、ダイオードＤｃ、スイッチＳ１ｄ〜Ｓ３ｄ、及びスイッチＳ１ｃ〜Ｓ３ｃを含む。また、充放電選択部５４は、インダクタ５３の第一端子５３ａに接続される放電端子５４ａと、インダクタ５３の第二端子５３ｂに接続される充電端子５４ｂと、ピエゾ素子Ａ１〜Ａ３のそれぞれの高電位側に接続される高電位側端子５４ｃ１〜５４ｃ３とを有する。
【００３６】
ダイオードＤｄは、高電位側端子５４ｃ１〜５４ｃ３のそれぞれから放電端子５４ａへの電流を許容し、放電端子５４ａから高電位側端子５４ｃ１〜５４ｃ３のそれぞれへの電流を遮断する整流素子である。ダイオードＤｃは、充電端子５４ｂから高電位側端子５４ｃ１〜５４ｃ３のそれぞれへの電流を許容し、高電位側端子５４ｃ１〜５４ｃ３のそれぞれから充電端子５４ｂへの電流を遮断する整流素子である。
【００３７】
スイッチＳ１ｄは、放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ１ｃは、充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ１との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ２ｄは、放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ２との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ２ｃは、充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ２との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ３ｄは、放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ３との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ３ｃは、充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ３との間に設置されるスイッチである。
【００３８】
また、本実施例ではスイッチＳＨ、ＳＬ、Ｓ１ｄ〜Ｓ３ｄ、Ｓ１ｃ〜Ｓ３ｃは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT）で構成される。なお、スイッチＳＨ、ＳＬ、Ｓ１ｄ〜Ｓ３ｄ、Ｓ１ｃ〜Ｓ３ｃは、寄生ダイオード特性を有するＭＯＳＦＥＴ、寄生ダイオード特性を有しないバイポーラトランジスタ等の他の半導体スイッチング素子で構成されてもよい。また、フォトカプラ、ダーリントントランジスタ等で構成されてもよい。
【００３９】
次に、図６を参照し、ピエゾ素子駆動回路１００の動作について説明する。なお、図６は、ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路１００の状態を示す図である。具体的には、図６（Ａ）はピエゾ素子Ａ１を放電させる際のピエゾ素子駆動回路１００の状態を示し、図６（Ｂ）はピエゾ素子Ａ２を充電させる際のピエゾ素子駆動回路１００の状態を示す。また、図６の太実線矢印は電流の方向を示す。
【００４０】
具体的には、図６（Ａ）に示すようにピエゾ素子Ａ１を放電させる場合、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬを閉じて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄを閉じて放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間を導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ１の高電位側に蓄えられた電荷がインダクタ５３に向かって移動し、ピエゾ素子Ａ１の電気エネルギはインダクタ５３に転送され、磁気エネルギとしてインダクタ５３に蓄えられる。そして、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位は低電位側と同じ基準電位まで低下し、ピエゾ素子Ａ１の端子間電圧は０（Ｖ）となる。
【００４１】
その後、図６（Ｂ）に示すようにピエゾ素子Ａ２を充電させる場合、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬを開いて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を遮断し、且つ、スイッチＳＨを閉じて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄを開いて放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間を遮断し、且つ、スイッチＳ２ｃを閉じて充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ２との間を導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ１の放電が停止される。そして、インダクタ５３によるフライホイール電流によって、インダクタ５３の磁気エネルギはピエゾ素子Ａ２に転送され、電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２に蓄えられる。また、インダクタ５３からピエゾ素子Ａ２への電磁エネルギの転送と並行して電源５１からの電気エネルギ（電流）もピエゾ素子Ａ２へ流入可能となり、両者のエネルギの合成によってピエゾ素子Ａ２は電源電位Ｖｓまで充電される。
【００４２】
その後、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＨを開いて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を遮断する。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃを開いて充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ２との間を遮断する。その結果、ピエゾ素子Ａ２の充電が停止される。
【００４３】
なお、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１の放電を終了させたとき或いはピエゾ素子Ａ２の充電を終了させたときにインダクタ５３に残留するフライホイール電流を逃すために、環流ダイオード、バリスタ等の図示しない電気素子を備える。
【００４４】
以上の構成により、ピエゾ素子駆動回路１００は、インダクタ５３をあたかもチャージポンプとして機能させることができる。具体的には、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１〜Ａ３のうちの１又は複数から電磁エネルギをインダクタ５３に転送した上で、その電磁エネルギをインダクタ５３からピエゾ素子Ａ１〜Ａ３のうちの１又は複数に転送できる。そのため、ピエゾ素子から電源５１への電荷の移動（回生）を経ることなく、ピエゾ素子からピエゾ素子への電荷の移動を可能にする。
【００４５】
また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１の電磁エネルギの全部をインダクタ５３に転送するが、ピエゾ素子Ａ１の電磁エネルギの一部のみをインダクタ５３に転送することもできる。そのため、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位を所望のレベルに維持できる。
【００４６】
また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、１つのピエゾ素子の電磁エネルギのみをインダクタ５３に転送するが、複数のピエゾ素子の電磁エネルギを同時にインダクタ５３に転送することもできる。そのため、放電対象の複数のピエゾ素子のそれぞれの高電位側の電位を同時に所望のレベルに調整できる。なお、所望のレベルは、放電対象の全てのピエゾ素子で共通であってもよく、放電対象のピエゾ素子毎に異なるものであってもよい。また、ピエゾ素子駆動回路１００は、インダクタ５３の電磁エネルギを１つのピエゾ素子のみに転送するが、インダクタ５３の電磁エネルギを複数のピエゾ素子に同時に転送することもできる。そのため、充電対象の複数のピエゾ素子のそれぞれの高電位側の電位を同時に所望のレベルに調整できる。なお、所望のレベルは、充電対象の全てのピエゾ素子で共通であってもよく、充電対象のピエゾ素子毎に異なるものであってもよい。
【００４７】
また、上述の実施例では、放電対象がピエゾ素子Ａ１とされ、充電対象がピエゾ素子Ａ２とされるが、放電対象及び充電対象が同じ１つのピエゾ素子とされてもよい。その場合、同じ１つのピエゾ素子の高電位側の電位を一時的に低下させた後で元の電位に復帰させることができる。
【００４８】
次に、図７を参照し、ピエゾ素子駆動回路１００の別の構成例について説明する。なお、図７は、ピエゾ素子駆動回路１００の別の構成例を示す回路図である。図７のピエゾ素子駆動回路１００は、複数のピエゾ素子Ａ１〜Ａｎ（本実施例では、"ｎ"は２以上の整数を表す。なお、図７は一例として少なくとも３つのピエゾ素子を含む構成を示す。）のそれぞれの充放電を制御してｎ個のピエゾ素子Ａ１〜Ａｎで構成されるピエゾアクチュエータ部５５の駆動を制御する。本実施例では、ピエゾ素子Ａ１〜Ａｎは同じ静電容量を有する。但し、ピエゾ素子Ａ１〜Ａｎはそれぞれ異なる静電容量を有していてもよい。
【００４９】
図７のピエゾ素子駆動回路１００における電源接続制御部５２は、スイッチＳＨ、スイッチＳＬ、ダイオードＤＨ、及びダイオードＤＬを含む。
【００５０】
スイッチＳＨは、電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間に設置されるスイッチである。スイッチＳＬは、電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間に設置されるスイッチである。具体的には、スイッチＳＨは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタＳＨａ、寄生ダイオードＳＨｂ、及びドライバＳＨｃを含む。ドライバＳＨｃは、制御部５０からの制御指令に応じて絶縁ゲートバイポーラトランジスタＳＨａのゲートに所定のゲート電圧を印加する。絶縁ゲートバイポーラトランジスタＳＨａは、所定のゲート電圧が印加されるとコレクタ・エミッタ間に電流が流れるようにする。スイッチＳＬ及び後述の他のスイッチも同様の構成を有する。
【００５１】
ダイオードＤＨは、電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間に設置される環流ダイオードである。ダイオードＤＬは、電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間に設置される環流ダイオードである。
【００５２】
なお、図７のピエゾ素子駆動回路１００における電源５１、電源接続制御部５２、及びインダクタ５３は１枚の基板Ｂｓ上に配置される。
【００５３】
また、図７のピエゾ素子駆動回路１００における充放電選択部５４は、ダイオードＤ１ｄ〜Ｄｎｄ、ダイオードＤ１ｃ〜Ｄｎｃ、スイッチＳ１ｄ〜Ｓｎｄ、及びスイッチＳ１ｃ〜Ｓｎｃを含む。また、充放電選択部５４は、インダクタ５３の第一端子５３ａに接続される放電端子５４ａと、インダクタ５３の第二端子５３ｂに接続される充電端子５４ｂと、ピエゾ素子Ａ１〜Ａｎのそれぞれの高電位側に接続される高電位側端子５４ｃ１〜５４ｃｎとを有する。
【００５４】
ダイオードＤ１ｄは、高電位側端子５４ｃ１から放電端子５４ａへの電流を許容し、放電端子５４ａから高電位側端子５４ｃ１への電流を遮断する整流素子である。ダイオードＤ１ｃは、充電端子５４ｂから高電位側端子５４ｃ１への電流を許容し、高電位側端子５４ｃ１から充電端子５４ｂへの電流を遮断する整流素子である。ダイオードＤ２ｄ〜Ｄｎｄ、ダイオードＤ２ｃ〜Ｄｎｃについても同様である。
【００５５】
スイッチＳ１ｄは、放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ１ｃは、充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ１との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ２ｄ〜Ｓｎｄ及びスイッチＳ２ｃ〜Ｓｎｃについても同様である。
【００５６】
また、図７のピエゾ素子駆動回路１００は、スイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ、スイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬ、及びヒートシンクＨ１〜Ｈｎを含む。
【００５７】
スイッチＳ１Ｈは、電源５１の高電位端子５１ａとピエゾ素子Ａ１の高電位側との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ２Ｈ〜ＳｎＨについても同様である。スイッチＳ１Ｌは、電源５１の低電位端子５１ｂとピエゾ素子Ａ１の高電位側との間に設置されるスイッチである。スイッチＳ２Ｌ〜ＳｎＬについても同様である。なお、スイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ及びスイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬは、フォトカプラ、ダーリントントランジスタ等で構成されてもよい。
【００５８】
ヒートシンクＨ１は、ピエゾ素子Ａ１、スイッチＳ１ｄ、スイッチＳ１ｃ、スイッチＳ１Ｈ、スイッチＳ１Ｌ、ダイオードＤ１ｄ、ダイオードＤ１ｃ等が発する熱を放出する機能要素である。ヒートシンクＨ２〜Ｈｎについても同様である。
【００５９】
なお、図７のピエゾ素子駆動回路１００における充放電選択部５４及びピエゾアクチュエータ部５５は、複数の基板Ｂ１〜Ｂｎ上に分散して配置される。具体的には、ピエゾ素子Ａ１に関連する回路部分が基板Ｂ１上に配置され、ピエゾ素子Ａ２に関連する回路部分が基板Ｂ２上に配置されるというように、１つのピエゾ素子を含む回路部分につき１枚の基板が用意される。
【００６０】
次に、図８及び図９を参照し、図７のピエゾ素子駆動回路１００を用いてピエゾ素子Ａ１からピエゾ素子Ａ２へ電荷（電気エネルギ）を転送する処理（以下、「第１エネルギ転送処理」とする。）について説明する。なお、図８及び図９は、ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路１００の状態を示す図である。また、図８及び図９のそれぞれにおける太実線矢印は電流の方向を示し、ハッチング領域はその領域に含まれるスイッチが導通状態にあることを示す。
【００６１】
具体的には、図８に示すようにピエゾ素子Ａ１からピエゾ素子Ａ２へ電荷を転送する場合、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄを閉じて放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃを閉じて充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ２との間を導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ１の高電位側に蓄えられた電荷がインダクタ５３を経由してピエゾ素子Ａ２の高電位側に移動し、ピエゾ素子Ａ１の電気エネルギはピエゾ素子Ａ２に転送される。なお、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位は低電位側と同じ基準電位まで低下することはない。また、ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電位は電荷移動前のピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位まで上昇することはない。実際の電気回路には内部抵抗が存在するためである。
【００６２】
そこで、制御部５０は、ピエゾ素子Ａ１からピエゾ素子Ａ２への電気エネルギの転送が終了した後、ピエゾ素子Ａ１をさらに放電させ、且つ、ピエゾ素子Ａ２をさらに充電させる。ピエゾ素子の高電位側の電荷の過不足を調整するためである。具体的には、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位を基準電位まで低下させるためであり、また、ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電位を所望の電位（例えば電源電位Ｖｓ）まで上昇させるためである。
【００６３】
具体的には、図９に示すようにピエゾ素子Ａ１をさらに放電させる場合、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄを開いて放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間を遮断する。その上で、制御部５０は、スイッチＳ１Ｌに対して制御指令を出力し、スイッチＳ１Ｌを閉じてピエゾ素子Ａ１の高電位側と低電位側とを導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ１の高電位側に残存する電荷はピエゾ素子Ａ１の低電位側に移動し、ピエゾ素子Ａ１は追加的に放電される。
【００６４】
また、図９に示すようにピエゾ素子Ａ２をさらに充電させる場合、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃを開いて充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ２との間を遮断する。その上で、制御部５０は、スイッチＳ２Ｈに対して制御指令を出力し、スイッチＳ２Ｈを閉じて電源５１の高電位端子５１ａとピエゾ素子Ａ２の高電位側とを導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電位は電源電位Ｖｓまで上昇し、ピエゾ素子Ａ２は追加的に充電される。
【００６５】
以上の構成により、ピエゾ素子駆動回路１００は、電源５１を介さずにピエゾ素子Ａ１の電気エネルギをピエゾ素子Ａ２に転送した上で、ピエゾ素子Ａ１の高電位側が基準電位となるまでピエゾ素子Ａ１を追加的に放電させ、且つ、ピエゾ素子Ａ２の高電位側が電源電位Ｖｓとなるまでピエゾ素子Ａ２を追加的に充電させることができる。
【００６６】
また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１の電磁エネルギをピエゾ素子Ａ２のみに転送するが、ピエゾ素子Ａ１の電磁エネルギを複数のピエゾ素子に同時に転送することもできる。そのため、充電対象の複数のピエゾ素子のそれぞれの高電位側の電位を同時に所望のレベルに調整できる。なお、所望のレベルは、充電対象の全てのピエゾ素子で共通であってもよく、充電対象のピエゾ素子毎に異なるものであってもよい。
【００６７】
また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１の電磁エネルギのみをピエゾ素子Ａ２に転送するが、複数のピエゾ素子の電磁エネルギを同時にピエゾ素子Ａ２に転送することもできる。そのため、放電対象の複数のピエゾ素子のそれぞれの高電位側の電位を同時に所望のレベルに調整できる。なお、所望のレベルは、放電対象の全てのピエゾ素子で共通であってもよく、放電対象のピエゾ素子毎に異なるものであってもよい。
【００６８】
しかしながら、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１の電磁エネルギをピエゾ素子Ａ２に転送した後、ピエゾ素子Ａ１の高電位側と低電位側とを短絡してピエゾ素子Ａ１を追加的に放電させ、且つ、ピエゾ素子Ａ２の高電位側を電源５１の高電位端子５１ａに接続してピエゾ素子Ａ２を追加的に充電させる。そのため、ピエゾ素子駆動回路１００は、追加的な充放電の際に突入電流を発生させるおそれがあり、スイッチＳ１Ｌ、スイッチＳ２Ｈに過大な負荷を掛けるおそれがある。そこで、ピエゾ素子駆動回路１００は、追加的な充放電を行うことなく、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位を基準電位まで低下させ、且つ、ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電位を所望の電位まで上昇させることもできる。
【００６９】
ここで、図１０〜図１２を参照し、図７のピエゾ素子駆動回路１００を用いて、追加的な充放電を行うことなく、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位を基準電位まで低下させ、且つ、ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電位を所望の電位まで上昇させる処理（以下、「第２エネルギ転送処理」とする。）について説明する。なお、図１０〜図１２は、ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路１００の状態を示す図である。また、図１０〜図１２のそれぞれにおける太実線矢印は電流の方向を示し、ハッチング領域はその領域に含まれるスイッチが導通状態にあることを示す。
【００７０】
この第２エネルギ転送処理では、ピエゾ素子駆動回路１００は、インダクタ５３をあたかもチャージポンプとして機能させる。具体的には、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１の電気エネルギを磁気エネルギとしてインダクタ５３に蓄えさせ、さらにそのインダクタ５３に蓄えさせた磁気エネルギを電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２に転送する。
【００７１】
より具体的には、図１０に示すようにピエゾ素子Ａ１からインダクタ５３へエネルギを転送する場合、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬを閉じて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄを閉じて放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間を導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ１の高電位側に蓄えられた電荷がインダクタ５３に移動し、ピエゾ素子Ａ１の電気エネルギはインダクタ５３に転送され、磁気エネルギとしてインダクタ５３に蓄えられる。
【００７２】
上述の状態を維持し続ける場合、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位は低電位側と同じ基準電位まで低下する。ピエゾ素子Ａ１の高電位側がインダクタ５３を介して電源５１の低電位端子５１ｂに接続され、且つ、インダクタ５３の第一端子５３ａ側の通電経路がダイオードＤＬ等を介して電源５１の低電位端子５１ｂに接続されているためである。そのため、ピエゾ素子Ａ１からインダクタ５３へのエネルギの転送が終了した後、ピエゾ素子Ａ１からの過剰な放電は発生しない。
【００７３】
ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位が基準電位まで低下した後、制御部５０は、図１１に示すように、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄを開いて放電端子５４ａと高電位側端子５４ｃ１との間を遮断する。また、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬを開いて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を遮断する。その上で、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＨを閉じて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃを閉じて充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ２との間を導通させる。
【００７４】
その結果、インダクタ５３に蓄えられた磁気エネルギはピエゾ素子Ａ２に転送され、電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２に蓄えられる。具体的には、インダクタ５３によるフライホイール電流によって、インダクタ５３の磁気エネルギはピエゾ素子Ａ２に転送され、電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２に蓄えられる。この場合、インダクタ５３からピエゾ素子Ａ２への電磁エネルギの転送と並行してピエゾ素子Ａ２は電源５１によって電源電位Ｖｓまで充電される。ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電荷の不足を調整するためである。なお、充電開始時に突入電流が発生することはない。スイッチの切り替えなしに電磁エネルギの転送から電源５１による充電への移行が円滑に行われるためである。
【００７５】
ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電位が電源電位Ｖｓまで上昇した後、制御部５０は、図１２に示すように、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃを開いて充電端子５４ｂと高電位側端子５４ｃ２との間を遮断する。また、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＨを開いて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を遮断する。その結果、インダクタ５３に残存する磁気エネルギは、電気エネルギとして電源５１に回生される。具体的には、インダクタ５３によるフライホイール電流によって、インダクタ５３の磁気エネルギは電気エネルギとして電源５１に回生され、インダクタ５３における過剰エネルギが調整される。
【００７６】
以上の構成により、ピエゾ素子駆動回路１００は、追加的な充放電を行うことなく、ピエゾ素子Ａ１の高電位側の電位を基準電位まで低下させ、且つ、ピエゾ素子Ａ２の高電位側の電位を電源電位Ｖｓまで上昇させることができる。
【００７７】
また、ピエゾ素子駆動回路１００は、スイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ、スイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬを動作させることなく、第２エネルギ転送処理を実行できる。そのため、ピエゾ素子駆動回路１００は、スイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ、スイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬを省略可能である。
【００７８】
そこで、図１３及び図１４を参照し、ピエゾ素子駆動回路１００の別の構成例について説明する。図１３は、ピエゾ素子駆動回路１００のさらに別の構成例を示す回路図である。図１３のピエゾ素子駆動回路１００は、スイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨの代わりにダイオードＤ１Ｈ〜ＤｎＨを有し、スイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬの代わりにダイオードＤ１Ｌ〜ＤｎＬを有する点で図７のピエゾ素子駆動回路１００と相違するがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。
【００７９】
ダイオードＤ１Ｈは、ピエゾ素子Ａ１の高電位側から電源５１の高電位端子５１ａへの電流を許容し、電源５１の高電位端子５１ａからピエゾ素子Ａ１の高電位側への電流を遮断する整流素子である。ダイオードＤ２Ｈ〜ダイオードＤｎＨについても同様である。
【００８０】
ダイオードＤ１Ｌは、電源５１の低電位端子５１ｂからピエゾ素子Ａ１の高電位側への電流を許容し、ピエゾ素子Ａ１の高電位側から電源５１の低電位端子５１ｂへの電流を遮断する整流素子である。ダイオードＤ２Ｌ〜ダイオードＤｎＬについても同様である。
【００８１】
この構成により、図１３のピエゾ素子駆動回路１００は、図７のピエゾ素子駆動回路１００と同様に第２エネルギ転送処理を実行できる。また、ピエゾ素子Ａ１〜Ａｎの高電位側の電位を電源５１の低電位端子５１ｂにおける基準電位以上で且つ電源５１の高電位端子５１ａにおける電源電位Ｖｓ以下に制御できる。
【００８２】
図１４は、ピエゾ素子駆動回路１００のさらに別の構成例を示す回路図である。図１４のピエゾ素子駆動回路１００は、スイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ及びスイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬを省略した点で図７のピエゾ素子駆動回路１００と相違するがその他の点で共通する。
【００８３】
この構成により、図１４のピエゾ素子駆動回路１００は、スイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ及びスイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬを省略した上で、図７のピエゾ素子駆動回路１００と同様に第２エネルギ転送処理を実行できる。
【００８４】
次に、図１５を参照し、ピエゾ素子駆動回路１００のさらに別の構成例について説明する。なお、図１５は、ピエゾ素子駆動回路１００のさらに別の構成例を示す回路図である。図１５のピエゾ素子駆動回路１００は、電源接続制御部５２がＨブリッジを構成する点、及び、充放電選択部５４が充放電端子５４Ｌ、５４Ｒを有する点で図７のピエゾ素子駆動回路１００と相違するがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。
【００８５】
図１５のピエゾ素子駆動回路１００における電源接続制御部５２は、スイッチＳＨＬ、スイッチＳＨＲ、スイッチＳＬＬ、及びスイッチＳＬＲを含む。スイッチＳＨＬは、電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間に設置されるスイッチである。スイッチＳＨＲは、電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間に設置されるスイッチである。スイッチＳＬＬは、電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間に設置されるスイッチである。スイッチＳＬＲは、電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間に設置されるスイッチである。
【００８６】
また、図１５のピエゾ素子駆動回路１００における充放電選択部５４は、インダクタ５３の第一端子５３ａに接続される充放電端子５４Ｌと、インダクタ５３の第二端子５３ｂに接続される充放電端子５４Ｒと、ピエゾ素子Ａ１Ｌ〜ＡｎＬのそれぞれの高電位側に接続される高電位側端子５４ｃ１Ｌ〜５４ｃｎＬと、ピエゾ素子Ａ１Ｒ〜ＡｎＲのそれぞれの高電位側に接続される高電位側端子５４ｃ１Ｒ〜５４ｃｎＲとを有する。
【００８７】
充放電端子５４Ｌ、５４Ｒは、放電端子としても充電端子としても機能し得る端子である。具体的には、ピエゾ素子Ａ１Ｌ〜ＡｎＬのうちの１又は複数から、ピエゾ素子Ａ１Ｒ〜ＡｎＲのうちの１又は複数に電気エネルギを転送する場合、充放電端子５４Ｌは放電端子として機能し、充放電端子５４Ｒは充電端子として機能する。また、ピエゾ素子Ａ１Ｒ〜ＡｎＲのうちの１又は複数から、ピエゾ素子Ａ１Ｌ〜ＡｎＬのうちの１又は複数に電気エネルギを転送する場合、充放電端子５４Ｌは充電端子として機能し、充放電端子５４Ｒは放電端子として機能する。
【００８８】
ここで、図１６〜図１９を参照し、図１５のピエゾ素子駆動回路１００を用いて１のピエゾ素子から他のピエゾ素子へ電荷（電気エネルギ）を転送する処理について説明する。なお、図１６〜図１９は、ピエゾ素子を充放電させる際のピエゾ素子駆動回路１００の状態を示す図である。また、図１６〜図１９のそれぞれにおける太実線矢印は電流の方向を示し、ハッチング領域はその領域に含まれるスイッチが導通状態にあることを示す。
【００８９】
ピエゾ素子駆動回路１００は、インダクタ５３をあたかもチャージポンプとして機能させる。具体的には、ピエゾ素子駆動回路１００は、図１６及び図１７に示すように、ピエゾ素子Ａ１Ｌの電気エネルギを磁気エネルギとしてインダクタ５３に蓄えさせ、さらにそのインダクタ５３に蓄えさせた磁気エネルギを電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２Ｒに転送する。この場合、充放電選択部５４の充放電端子５４Ｌは放電端子として機能し、充放電端子５４Ｒは充電端子として機能する。
【００９０】
また、ピエゾ素子駆動回路１００は、図１８及び図１９に示すように、ピエゾ素子Ａ１Ｒの電気エネルギを磁気エネルギとしてインダクタ５３に蓄えさせ、さらにそのインダクタ５３に蓄えさせた磁気エネルギを電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２Ｌに転送する。この場合、充放電選択部５４の充放電端子５４Ｌは充電端子として機能し、充放電端子５４Ｒは放電端子として機能する。
【００９１】
より具体的には、図１６に示すようにピエゾ素子Ａ１Ｌからインダクタ５３へ電磁エネルギを転送する場合、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬＲを閉じて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄＬを閉じて充放電端子５４Ｌと高電位側端子５４ｃ１Ｌとの間を導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ１Ｌの高電位側に蓄えられた電荷がインダクタ５３に移動し、ピエゾ素子Ａ１Ｌの電気エネルギはインダクタ５３に転送され、磁気エネルギとしてインダクタ５３に蓄えられる。
【００９２】
この場合、ピエゾ素子Ａ１Ｌの高電位側の電位は低電位側と同じ基準電位まで低下する。ピエゾ素子Ａ１Ｌの高電位側がインダクタ５３を介して電源５１の低電位端子５１ｂに接続されるためである。そのため、制御部５０は、ピエゾ素子Ａ１Ｌからインダクタ５３への電磁エネルギの転送が終了した後、ピエゾ素子Ａ１Ｌをさらに放電させる必要はない。
【００９３】
ピエゾ素子Ａ１Ｌの高電位側の電位が基準電位まで低下した後、制御部５０は、図１７に示すように、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄＬを開いて充放電端子５４Ｌと高電位側端子５４ｃ１Ｌとの間を遮断する。また、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬＲを開いて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を遮断する。その上で、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＨＬを閉じて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃＲを閉じて充放電端子５４Ｒと高電位側端子５４ｃ２Ｒとの間を導通させる。
【００９４】
その結果、インダクタ５３に蓄えられた磁気エネルギはピエゾ素子Ａ２Ｒに転送され、電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２Ｒに蓄えられる。具体的には、インダクタ５３によるフライホイール電流によって、インダクタ５３の磁気エネルギはピエゾ素子Ａ２Ｒに転送され、電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２Ｒに蓄えられる。この場合、インダクタ５３からピエゾ素子Ａ２Ｒへの電磁エネルギの転送に続き、ピエゾ素子Ａ２Ｒは電源５１によって電源電位Ｖｓまで充電される。ピエゾ素子Ａ２Ｒの高電位側の電荷の不足を調整するためである。なお、充電開始時に突入電流が発生することはない。スイッチの切り替えなしに電磁エネルギの転送から電源５１による充電への移行が円滑に行われるためである。
【００９５】
ピエゾ素子Ａ２Ｒの高電位側の電位が電源電位Ｖｓまで上昇した後、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃＲを開いて充放電端子５４Ｒと高電位側端子５４ｃ２Ｒとの間を遮断する。また、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＨＬを開いて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を遮断する。その結果、インダクタ５３に残存する磁気エネルギは、電気エネルギとして電源５１に回生される。具体的には、インダクタ５３によるフライホイール電流によってインダクタ５３の磁気エネルギは電気エネルギとして電源５１に回生され、インダクタ５３における過剰エネルギが調整される。
【００９６】
また、図１８に示すようにピエゾ素子Ａ１Ｒからインダクタ５３へ電磁エネルギを転送する場合、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬＬを閉じて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄＲを閉じて充放電端子５４Ｒと高電位側端子５４ｃ１Ｒとの間を導通させる。その結果、ピエゾ素子Ａ１Ｒの高電位側に蓄えられた電荷がインダクタ５３に移動し、ピエゾ素子Ａ１Ｒの電気エネルギはインダクタ５３に転送され、磁気エネルギとしてインダクタ５３に蓄えられる。
【００９７】
この場合、ピエゾ素子Ａ１Ｒの高電位側の電位は低電位側と同じ基準電位まで低下する。ピエゾ素子Ａ１Ｒの高電位側がインダクタ５３を介して電源５１の低電位端子５１ｂに接続されるためである。そのため、制御部５０は、ピエゾ素子Ａ１Ｒからインダクタ５３への電磁エネルギの転送が終了した後、ピエゾ素子Ａ１Ｒをさらに放電させる必要はない。
【００９８】
ピエゾ素子Ａ１Ｒの高電位側の電位が基準電位まで低下した後、制御部５０は、図１９に示すように、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ１ｄＲを開いて充放電端子５４Ｒと高電位側端子５４ｃ１Ｒとの間を遮断する。また、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＬＬを開いて電源５１の低電位端子５１ｂとインダクタ５３の第一端子５３ａとの間を遮断する。その上で、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＨＲを閉じて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を導通させる。また、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃＬを閉じて充放電端子５４Ｌと高電位側端子５４ｃ２Ｌとの間を導通させる。
【００９９】
その結果、インダクタ５３に蓄えられた磁気エネルギはピエゾ素子Ａ２Ｌに転送され、電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２Ｌに蓄えられる。具体的には、インダクタ５３によるフライホイール電流によって、インダクタ５３の磁気エネルギはピエゾ素子Ａ２Ｌに転送され、電気エネルギとしてピエゾ素子Ａ２Ｌに蓄えられる。この場合、インダクタ５３からピエゾ素子Ａ２Ｌへの電磁エネルギの転送に続き、ピエゾ素子Ａ２Ｌは電源５１によって電源電位Ｖｓまで充電される。ピエゾ素子Ａ２Ｌの高電位側の電荷の不足を調整するためである。なお、充電開始時に突入電流が発生することはない。スイッチの切り替えなしに電磁エネルギの転送から電源５１による充電への移行が円滑に行われるためである。
【０１００】
ピエゾ素子Ａ２Ｌの高電位側の電位が電源電位Ｖｓまで上昇した後、制御部５０は、充放電選択部５４に対して制御指令を出力し、スイッチＳ２ｃＬを開いて充放電端子５４Ｌと高電位側端子５４ｃ２Ｌとの間を遮断する。また、制御部５０は、電源接続制御部５２に対して制御指令を出力し、スイッチＳＨＲを開いて電源５１の高電位端子５１ａとインダクタ５３の第二端子５３ｂとの間を遮断する。その結果、インダクタ５３に残存する磁気エネルギは電気エネルギとして電源５１に回生される。具体的には、インダクタ５３によるフライホイール電流によって、インダクタ５３の磁気エネルギは電気エネルギとして電源５１に回生され、インダクタ５３における過剰エネルギが調整される。
【０１０１】
以上の構成により、ピエゾ素子駆動回路１００は、インダクタ５３をあたかもチャージポンプとして機能させることができる。具体的には、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１Ｌ〜ＡｎＬのうちの１又は複数から電磁エネルギをインダクタ５３に転送した上で、その電磁エネルギをインダクタ５３からピエゾ素子Ａ１Ｒ〜ＡｎＲのうちの１又は複数に転送できる。また、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１Ｒ〜ＡｎＲのうちの１又は複数から電磁エネルギをインダクタ５３に転送した上で、その電磁エネルギをインダクタ５３からピエゾ素子Ａ１Ｌ〜ＡｎＬのうちの１又は複数に転送できる。そのため、ピエゾ素子から電源５１への電荷の移動（回生）を経ることなく、ピエゾ素子からピエゾ素子への電荷の移動を可能にする。
【０１０２】
また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１Ｌの電磁エネルギをピエゾ素子Ａ２Ｒのみに転送するが、ピエゾ素子Ａ１Ｌの電磁エネルギを複数のピエゾ素子に同時に転送することもできる。また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１Ｒの電磁エネルギをピエゾ素子Ａ２Ｌのみに転送するが、ピエゾ素子Ａ１Ｒの電磁エネルギを複数のピエゾ素子に同時に転送することもできる。そのため、充電対象の複数のピエゾ素子のそれぞれの高電位側の電位を同時に所望のレベルに調整できる。なお、所望のレベルは、充電対象の全てのピエゾ素子で共通であってもよく、充電対象のピエゾ素子毎に異なるものであってもよい。
【０１０３】
また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１Ｌの電磁エネルギのみをピエゾ素子Ａ２Ｒに転送するが、複数のピエゾ素子の電磁エネルギを同時にピエゾ素子Ａ２Ｒに転送することもできる。また、上述の実施例では、ピエゾ素子駆動回路１００は、ピエゾ素子Ａ１Ｒの電磁エネルギのみをピエゾ素子Ａ２Ｌに転送するが、複数のピエゾ素子の電磁エネルギを同時にピエゾ素子Ａ２Ｌに転送することもできる。そのため、放電対象の複数のピエゾ素子のそれぞれの高電位側の電位を同時に所望のレベルに調整できる。なお、所望のレベルは、放電対象の全てのピエゾ素子で共通であってもよく、放電対象のピエゾ素子毎に異なるものであってもよい。
【０１０４】
また、上述の実施例では、充放電端子５４Ｌに接続されるピエゾ素子Ａ１Ｌ〜ＡｎＬの数は、充放電端子５４Ｒに接続されるピエゾ素子Ａ１Ｒ〜ＡｎＲの数と同じであるが、異なる数であってもよい。
【０１０５】
また、上述の実施例では、図７のピエゾ素子駆動回路１００におけるスイッチＳ１Ｈ〜ＳｎＨ及びスイッチＳ１Ｌ〜ＳｎＬのような追加的な充放電を行うための構成要素を省略するが、それらの構成要素を含んでいてもよい。その場合、ピエゾ素子駆動回路１００は、必要に応じて第１エネルギ転送処理と第２エネルギ転送処理とを使い分けてもよい。
【０１０６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【０１０７】
また、特許請求の範囲における記載「電気エネルギの過不足の調整」は、放電工程後に所望の放電レベルを超えて放電対象の静電アクチュエータに放電されずに残る電気エネルギを発生させないこと、充電工程後に充電対象の静電アクチュエータを所望の充電レベルまで充電すること、放電工程において所望の放電レベルを超えて静電アクチュエータを放電させないこと、充電工程において所望の充電レベルを超えて静電アクチュエータを充電させないこと、インダクタ５３に蓄えられた磁気エネルギを電気エネルギとして電源５１に回生させること等を含む。
【符号の説明】
【０１０８】
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  ５０・・・制御部  ５１・・・電源  ５１ａ・・・高電位端子  ５１ｂ・・・低電位端子  ５２・・・電源接続制御部  ５３・・・インダクタ  ５３ａ・・・第一端子  ５３ｂ・・・第二端子  ５４・・・充放電選択部  ５４ａ・・・放電端子  ５４ｂ・・・充電端子  ５４ｃ、５４ｃ１〜５４ｃｎ・・・高電位側端子  ５５・・・ピエゾアクチュエータ部  １００・・・ピエゾ素子駆動回路  Ａ１〜Ａｎ、Ａ１Ｌ〜ＡｎＬ、Ａ１Ｒ〜ＡｎＲ・・・ピエゾ素子  Ｂ１〜Ｂｎ、Ｂ１Ｌ〜ＢｎＬ、Ｂ１Ｒ〜ＢｎＲ、Ｂｓ・・・基板  Ｄｄ、Ｄ１ｄ〜Ｄｎｄ、Ｄ１ｄＬ〜ＤｎｄＬ、Ｄ１ｄＲ〜ＤｎｄＲ、Ｄｃ、Ｄ１ｃ〜Ｄｎｃ、Ｄ１ｃＬ〜ＤｎｃＬ、Ｄ１ｃＲ〜ＤｎｃＲ、ＤＬ、ＤＨ、Ｄ１Ｈ〜ＤｎＨ、Ｄ１Ｌ〜ＤｎＬ・・・ダイオード  ＰＺＴ、ＰＺＴ１〜ＰＺＴ６・・・ピエゾアクチュエータ  ＳＨ、ＳＨＬ、ＳＨＲ、ＳＬ、ＳＬＬ、ＳＬＲ、Ｓ１ｄ〜Ｓｎｄ、Ｓ１ｄＬ〜ＳｎｄＬ、Ｓ１ｄＲ〜ＳｎｄＲ、Ｓ１ｃ〜Ｓｎｃ、Ｓ１ｃＬ〜ＳｎｃＬ、Ｓ１ｃＲ〜ＳｎｃＲ、Ｓ１Ｈ〜ＳｎＨ、Ｓ１Ｌ〜ＳｎＬ・・・スイッチ  ＳＨａ・・・絶縁ゲートバイポーラトランジスタ  ＳＨｂ・・・寄生ダイオード  ＳＨｃ・・・ドライバ
【図１】
0006516985.tif 000002
【図２】
0006516985.tif 000003
【図３】
0006516985.tif 000004
【図４】
0006516985.tif 000005
【図５】
0006516985.tif 000006
【図６】
0006516985.tif 000007
【図７】
0006516985.tif 000008
【図８】
0006516985.tif 000009
【図９】
0006516985.tif 000010
【図１０】
0006516985.tif 000011
【図１１】
0006516985.tif 000012
【図１２】
0006516985.tif 000013
【図１３】
0006516985.tif 000014
【図１４】
0006516985.tif 000015
【図１５】
0006516985.tif 000016
【図１６】
0006516985.tif 000017
【図１７】
0006516985.tif 000018
【図１８】
0006516985.tif 000019
【図１９】
0006516985.tif 000020