(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータとしての圧電素子と、前記圧電素子に可変の電圧を供給するアンプとよりなる圧電アクチュエータ駆動回路において、
前記圧電素子に対する前記アンプからの給電と、分圧抵抗を介した試験電圧の給電とを切替える切替え手段と、
前記圧電素子と分圧抵抗の分圧点の電位変化を検出する寿命判定手段と、
を含むことを特徴とする寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路。
【請求項２】
前記寿命判定手段は、前記分圧点の電位と所定の基準電位とを比較するコンパレータで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路。
【請求項３】
前記寿命判定手段は、前記分圧点の電位をＣＰＵに与えて、デジタル的に判定が行われることを特徴とする請求項１に記載の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路。
【請求項４】
前記寿命判定手段は、前記分圧点の電位をフォトカプラの発光ダイオードに与えて、該発光ダイオードに対応するフォトトランジスタの導通によって判定が行われることを特徴とする請求項１に記載の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路。
【請求項５】
前記切替手段は、前記圧電アクチュエータを含むシステムへのソフト的なコマンド或いはハード的なスイッチによって切替えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、システム内に組み込まれた圧電素子を駆動する圧電アクチュエータ駆動回路に関し、特に圧電素子の寿命の判定を圧電素子をシステムから取り外すことなく、容易に判定できる圧電アクチュエータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の、圧電アクチュエータ駆動回路では、圧電素子がその寿命によって特性が劣化した場合には、正常な動作ができなくなるので、圧電素子の寿命を判定する必要があり、圧電素子をシステムから取り外して、圧電素子単体での試験を行って、その寿命を評価するのが普通であった。
その場合には、判定の都度圧電アクチュエータを含む装置（システム）全体を止め、且つ、装置から圧電素子を取り外す必要があった。
【０００３】
また、圧電素子とその駆動回路との劣化状態を、システムの稼動前に調べるものとしては、特開平５−３１８７８０号公報に記載の圧電素子駆動回路の異常検出方式があった。
【０００４】
上記公報に記載の方式は、
圧電素子（M1・・・Mn）を充電し、所定時間後、圧電素子(M1・・・Mn）の電荷を放電させることにより、圧電素子（M1・・・Mn）を駆動する圧電素子駆動回路の異常検出方式において、
圧電素子（M1・・Mn）の端子電圧を第１および第２の基準電圧とそれぞれ比較する第１の比較器及び第２の比較器を設け、
圧電素子（M1・・・Mn）の充電終了時の端子電圧と第１の基準電圧とを第１の比較器により比較するとともに、圧電素子（M1・・・Mn）の放電終了時の端子電圧と第２の基準電圧とを第２の比較器により比較し、
第１の比較器および第２の比較器の出力により圧電素子（M1・・・Mn）および駆動回路の異常を検出するものである。
【０００５】
従来の異常の検出は、上記の構成により、圧電素子の充電電圧が正常なこと、および、放電動作終了時に圧電素子の電圧が所定値以下になることを、システム稼動前に検出することによって、事前に圧電素子若しくは駆動回路の劣化を検出するものである。
しかし、上記異常検出方式は、異常検出のための構成が大掛かりになり、圧電素子の劣化の判定も複雑であるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題（目的）は、システム内に組み込まれた圧電素子を駆動する圧電アクチュエータに関し、特に圧電素子の寿命の判定を、当該圧電素子をシステムから取り外すことなく、容易に判定できる圧電アクチュエータ駆動回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、アクチュエータとしての圧電素子２と、前記圧電素子に可変の電圧を供給するアンプ1-1とよりなる圧電アクチュエータ駆動回路１において、前記圧電素子に対する前記アンプからの給電と、分圧抵抗1-4を介した試験電圧の1-3給電とを切替える切替え手段と、前記圧電素子と分圧抵抗の分圧点の電位変化を検出する寿命判定手段とで、寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路を構成することにより、圧電素子の寿命の判定を圧電素子をシステムから取り外すことなく、システムの稼動前に、切替スイッチの切替えを行うことにより、容易に判定できる。（請求項１）
【０００８】
また、前記寿命判定手段を、前記分圧点の電位と所定の基準電位とを比較するコンパレータで構成することができる。
また、コンパレータの前段に、増幅器1-5-1を配置することにより、試験用のＤＣ電源の電圧が小さい場合にも、微小な電流を増幅して正確な圧電素子の寿命の判定を行うことができる。（請求項２）
また、前記寿命判定手段として、前記分圧点の電位をＣＰＵに与えて、デジタル的に判定を行うことができる。
このように、ＣＰＵ1-5-4を用いることによって、寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路１の外部にデジタル値として出力できるので、当該出力の表示や、この判定出力を用いた制御に有効に利用できる。（請求項３）
【０００９】
また、前記寿命判定手段は、前記分圧点の電位をフォトカプラの発光ダイオードに与えて、該発光ダイオードに対応するフォトトランジスタの導通によって判定が行ことができる。このように、コンパレータに代えて、フォトカプラを使用することにより、判定出力に対して、電気的な絶縁をとることができる。（請求項４）
また、前記切替手段は、前記圧電アクチュエータを含むシステムへのソフト的なコマンド或いはハード的なスイッチによって切替えることができる。また、前記圧電素子アクチュエータが用いられるシステム全体を制御するＣＰＵに対するコマンドと設定しておき、該コマンドにより、システムの稼動前にスイッチ1-2を切替えて、圧電気素子の寿命判定モードを実行することも可能である。（請求項５）
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜４を用いて本発明の構成およびその動作を説明する。
図１は、本発明の概念図を示す図である。
図１おいて、１は、本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路であり、該本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路は、圧電素子２に可変電圧を供給するアンプ1-1、切替スイッチ1-2、DC電源1-3、分圧抵抗1-4及び判定回路1-5により構成されている。
【００１１】
図１の回路で、所定期間（例えば、１日に１回システムの稼動前等）毎に、切替スイッチ1-2を図示の状態に切替えることによって、圧電素子２の寿命判定モードにすることができる。本発明における、圧電素子の寿命判定の原理は、圧電素子の寿命が、当該圧電素子の絶縁抵抗の劣化に大きく基因していることを利用している。
【００１２】
即ち、圧電素子の絶縁抵抗は、通常は１GΩ（ギガオーム）以上あるのが、その圧電素子の寿命を経過すると、２０MΩ（メガオーム）程度に低下する。
この様子を図５に示し、図示の波線で示された２０ＭΩ以下になった時点を、本発明では、当該圧電素子の寿命としているが、この値は、必ずしも一律２０ＭΩに決まるものではなく、装置の設計において可変することができる。
この現象を利用して、本発明の圧電素子の寿命判定モードでは、図１の如く、圧電素子２と直列に分圧抵抗1-4を接続して、試験用DC電源1-3を印加して、分圧点ａの電位変化を判定回路1-5で検出するものである。
【００１３】
図１の回路では、例えば、ＤＣ電源1-3としてＥ（ｖ）、分圧抵抗1-4として１０ＭΩの抵抗を用いた場合には、通常は、圧電素子２の絶縁抵抗が１ＧΩとすると、分圧点ａの電位は、
１０００Ｅ／（１０００＋１０）≒Ｅ（ｖ）
である。
しかし、圧電素子の寿命が経過して、当該圧電素子の絶縁抵抗が、例えば２０ＭΩに低下すると、分圧点ａの電位は、
２０Ｅ／（２０＋１０）＝２Ｅ／３（ｖ）
に変化する。
この変化を判定回路1-5により検出することにより、圧電素子２の寿命を判定することが可能になる。
システムの稼動前における、圧電素子の寿命の判定が正常である場合には、切替スイッチ1-2をアンプ側に切替えることだけで、システムの通常の動作が可能になる。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施例を示す図である。
図２おいて、１は、本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路であり、該本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路は、圧電素子２に可変電圧を供給するアンプ1-1、切替スイッチ1-2、DC電源1-3、分圧抵抗1-4及び判定回路1-5により構成されている。
また、前記判定回路1-5は、増幅器1-5-1、基準電圧1-5-2、及びコンパレータ1-5-3で構成されている。
【００１５】
図２の回路では、例えば、ＤＣ電源1-3としてＥ（ｖ）、分圧抵抗1-4として１０ＭΩの抵抗を用いた場合には、通常は、圧電素子２の絶縁抵抗が１ＧΩとすると、分圧点ａの電位は、
１０００Ｅ／（１０００＋１０）≒Ｅ（ｖ）
である。
しかし、圧電素子の寿命が経過して、当該圧電素子の絶縁抵抗が、例えば２０ＭΩに低下すると、分圧点ａの電位は、
２０Ｅ／（２０＋１０）＝２Ｅ／３（ｖ）
に変化する。
【００１６】
この変化を判定回路1-5により検出するのであるが、この第１の実施例では、増幅器1-5-1により、微小な電流を増幅して得られた出力と、基準電圧(Ref)1-5-2とをコンパレータ1-5-3で比較することによって、圧電素子の寿命の変化に基づく絶縁抵抗の低下を容易に検出することができる。
【００１７】
図３は、本発明の第２の実施例を示す図である。
図３において、１は、本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路であり、該本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路は、圧電素子２に可変電圧を供給するアンプ1-1、切替スイッチ1-2、DC電源1-3、分圧抵抗1-4及び判定回路1-5により構成されている。
また、前記判定回路1-5は、増幅器1-5-1、ＣＰＵ1-5-4で構成されている。
【００１８】
図３の回路では、例えば、ＤＣ電源1-3としてＥ（ｖ）、分圧抵抗1-4として１０ＭΩの抵抗を用いた場合には、通常は、圧電素子２の絶縁抵抗が１ＧΩとすると、分圧点ａの電位は、
１０００Ｅ／（１０００＋１０）≒Ｅ（ｖ）
である。
しかし、圧電素子の寿命が経過して、当該圧電素子の絶縁抵抗が、例えば２０ＭΩに低下すると、分圧点ａの電位は、
２０Ｅ／（２０＋１０）＝２Ｅ／３（ｖ）
に変化する。
【００１９】
この変化を判定回路1-5により検出するのであるが、この第２の実施例では、増幅器1-5-1により、微小な電流を増幅して得られた出力をＣＰＵ1-5-4に与えて、圧電素子の寿命の変化に基づく絶縁抵抗の低下を、デジタル的に判定する。
このように、ＣＰＵ1-5-4を用いることによって、寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路１の外部にデジタル値として出力できるので、当該出力の表示や、この判定出力を用いた制御に有効に利用できる。
【００２０】
また、このＣＰＵ1-5-4は、必ずしも、圧電素子の寿命の判定用に独自に設ける必要はなく、圧電素子アクチュエータが用いられるシステム全体を制御する
ＣＰＵと兼用することも可能である。
また、前記圧電素子アクチュエータが用いられるシステム全体を制御するＣＰＵに対するコマンドと設定しておき、該コマンドにより、システムの稼動前にスイッチ1-2を切替て、圧電素子の寿命判定モードを実行することも可能である。
【００２１】
図４は、本発明の第３の実施例を示す図である。
図４おいて、１は、本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路であり、該本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路は、圧電素子２に可変電圧を供給するアンプ1-1、切替スイッチ1-2、DC電源1-3、分圧抵抗1-4及び判定回路1-5により構成されている。
また、前記判定回路1-5は、増幅器1-5-1、フォトカプラ1-5-5及びプルアップ電源1-5-6で構成されている。
【００２２】
図４の回路では、例えば、ＤＣ電源1-3としてＥ（ｖ）、分圧抵抗1-4として１０ＭΩの抵抗を用いた場合には、通常は、圧電素子２の絶縁抵抗が１ＧΩとすると、分圧点ａの電位は、
１０００Ｅ／（１０００＋１０）≒Ｅ（ｖ）
である。
しかし、圧電素子の寿命が経過して、当該圧電素子の絶縁抵抗が、例えば２０ＭΩに低下すると、分圧点ａの電位は、
２０Ｅ／（２０＋１０）＝２Ｅ／３（ｖ）
に変化する。
【００２３】
この変化を判定回路1-5により検出するのであるが、この第２の実施例では、増幅器1-5-1により、微小な電流を増幅して得られた出力をフォトカプラを構成する発光ダイオードに供給するようにして、所定の電流が流れた際に対応するフォトトランジスタが導通して、判定出力が出ることにより、圧電素子の寿命の変化に基づく絶縁抵抗の低下を検出する。
このように、コンパレータに代えて、フォトカプラを使用することにより、判定出力に対して、電気的な絶縁をとることができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、アクチュエータとしての圧電素子２と、前記圧電素子に可変の電圧を供給するアンプとよりなる圧電アクチュエータ駆動回路において、前記圧電素子に対する前記アンプからの給電と、分圧抵抗を介した試験電圧の給電とを切替える切替え手段と、前記圧電素子と分圧抵抗の分圧点の電位変化を検出する寿命判定手段とで、寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路を構成することにより、圧電素子の寿命の判定を圧電素子をシステムから取り外すことなく、切替スイッチの切替えを行うことにより、容易に判定できる。したがって、本発明の圧電アクチュエータが、製造ライン等で使用されている場合に、毎朝の製造ラインの稼動前等に圧電素子の寿命の判定が容易できるので、急な圧電素子の寿命による破壊に基づく製造ラインの停止を回避することが可能になる。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明では、前記寿命判定手段を、前記分圧点の電位と所定の基準電位とを比較するコンパレータで構成することができる。
また、コンパレータの前段に、増幅器1-5-1を配置することにより、試験用のＤＣ電源の電圧が小さい場合にも、微小な電流を増幅して正確な圧電素子の寿命の判定を行うことができる。
また、請求項３に記載の発明では、前記寿命判定手段として、前記分圧点の電位をＣＰＵに与えて、デジタル的に判定を行うことができる。
このように、ＣＰＵを用いることによって、寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路の外部にデジタル値として出力できるので、当該出力の表示や、この判定出力を用いた制御に有効に利用できる。
【００２６】
また、請求項４に記載の発明では、前記寿命判定手段は、前記分圧点の電位をフォトカプラの発光ダイオードに与えて、該発光ダイオードに対応するフォトトランジスタの導通によって判定を行うことができる。
このように、コンパレータに代えて、フォトカプラを使用することにより、判定出力に対して、電気的な絶縁をとることができる。
また、請求項５に記載の発明では、前記切替手段は、前記圧電アクチュエータを含むシステムへのソフト的なコマンド或いはハード的なスイッチによって切替えることができる。
また、前記圧電素子アクチュエータが用いられるシステム全体を制御するＣＰＵに対するコマンドを設定しておき、該コマンドにより、システムの稼動前にスイッチ1-2を切替えて、圧電素子の寿命判定モードを自動的に実行することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路の概念図である。
【図２】寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路の第１の実施例を示す図である。
【図３】寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路の第２の実施例を示す図である。
【図４】寿命判定回路付圧電アクチュエータ駆動回路の第３の実施例を示す図である。
【図５】圧電素子の経年変化に伴う絶縁抵抗の劣化を示す図である。
【符号の説明】
１            圧電アクチュエータ駆動回路
２            圧電素子
1-1            アンプ
1-2            切替スイッチ
1-3，1-5-6      ＤＣ電源
1-4            分圧抵抗
1-5            判定回路
1-5-1          増幅器
1-5-2           基準電圧（Ref）
1-5-3          コンパレータ
1-5-4          ＣＰＵ
1-5-5          フォトカプラ
【図１】
0004651224.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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