(57)【要約】【課題】  圧電アクチュエータに内蔵される圧電素子の耐久性を向上させることができる駆動方法を提供すること。【解決手段】  通電電流に応じて伸縮駆動する圧電素子を有する圧電アクチュエータの駆動方法において、通電電流として矩形波のパルス電流を用い、通電電流を６１ｋＨｚ未満の周波数で通電する。圧電素子は、圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電素子よりなることが好ましい。圧電素子には、圧電素子を縮める方向に作用する予荷重を予め付与しておくことが好ましい。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電電流に応じて伸縮駆動する圧電素子を有する圧電アクチュエータの駆動方法において、
上記通電電流として矩形波のパルス電流を用い、該通電電流を６１ｋＨｚ未満の周波数で通電する駆動時間領域を主とする駆動パターンで駆動することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項２】
通電電流に応じて伸縮駆動する圧電素子を有する圧電アクチュエータの駆動方法において、
上記通電電流として矩形波のパルス電流を用い、該通電電流を、周波数が６１ｋＨｚ以上１２５ｋＨｚ未満であり、かつ、上記矩形波のオフ時間が８μｓ以上という条件で通電する駆動時間領域を主とする駆動パターンで駆動することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記圧電素子は、圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電素子よりなることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、上記圧電素子には、該圧電素子を縮める方向に作用する予荷重を予め付与しておくことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジェクタ、半導体の位置決め装置、ステッパー、インクジェット装置などのアクチュエータ等に利用される圧電アクチュエータの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータの駆動方法としては、これまで様々な方法が提案されている。
例えば、デューティー比を特定の手法で制御することによりアクチュエータを所要の状態に制御し制御の応答性と精度の両立を図ったアクチュエータの駆動方法がある（特許文献１参照）。
また、アクチュエータの変位をアーマチェアとばね部よりなる拡大機構部により拡大して印字する印字エレメントの駆動方法に関するもので、ばね部の固有振動数の１.１〜１.３倍の周波数で駆動する事により、固有振動数に近づいてばね部が共振する事を避け高速駆動の達成を図る技術も提案されている（特許文献２参照）。
【０００３】
また、印加電圧の変動に応じてステッピングモータの駆動周波数を調整する制御手段を有する電動アクチュエータに関するものであり、モータへの印加電圧が高くてもあるいは周囲の雰囲気温度が低くても、各種ドアを駆動するために必要なトルクに対して常時最適なトルクを出力できる電動アクチュエータとその制御方法を提供するものもある（特許文献３参照）。
また、複数の変位素子の変位を合成して楕円運動を発生させるトラス型アクチュエータにおいて、共振現象を利用して変位を拡大し駆動する方法に関し、２つの圧電素子の変位量の差を抑制して目的の軌跡の形状を得るものもある（特許文献４）。
【特許文献１】特開平５−２４８２９６号公報
【特許文献２】特開平５−５７９１４号公報
【特許文献３】特開平１１−１８４９１号公報
【特許文献４】特開２００１−１６８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電材料を用いた製品の駆動方法については、上述した従来技術を含みさまざまな技術が公開されている。
しかし、圧電アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）の駆動方法を工夫することにより、圧電アクチュエータに内蔵される圧電素子の耐久性向上を狙う技術は前例がない。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、圧電アクチュエータに内蔵される圧電素子の耐久性を向上させることができる駆動方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、通電電流に応じて伸縮駆動する圧電素子を有する圧電アクチュエータの駆動方法において、
上記通電電流として矩形波のパルス電流を用い、該通電電流を６１ｋＨｚ未満の周波数で通電する駆動時間領域を主とする駆動パターンで駆動することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法（請求項１）にある。
【０００６】
上記第１の発明においては、上記のごとく通電電流として矩形波のパルス電流を採用し、かつ、その通電時の周波数（駆動周波数）を６１ｋＨｚ未満とする。これにより、上記圧電素子が変位する際、その変位が周波数によく追従する。例えば、後述する実施例にも示すごとく、変位に利用されるエネルギーを荷重の変化として捕らえる実験を行った場合、その荷重の変化の周期が上記矩形波のパルス電流の周波数とよく一致する。これによって、上記圧電素子に生ずる疲労を抑制することができる。
【０００７】
この理由は次のように考えられる。
上記周波数を６１ｋＨｚ未満とすることにより、圧電素子の変位が追従しきれずに一時的に不安定な状態が発生したり不安定な状態形成を促進したりすることを抑制することができる。
例えば、圧電材料においては、分極が電場方向に向くことが安定なので、電場なしでの安定状態の結晶相と電場印加時の安定状態の結晶相（誘起相転移により形成）とは異なる場合もある。特にＭＰＢ領域と呼ばれる組成域では上記誘起相転移が起こりやすい。例えばＰＺＴのようなＰｂＺｒＯ3とＰｂＴｉＯ3とが化合もしくは混在している材料では、個々の単一物質で安定な正方晶と菱面体晶とが混在して存在し、ＭＰＢ領域の組成のＰＺＴでは、電場印加時に分極が電場方向に揃うように、正方晶の６方位と菱面体晶の８方位の計１４方位のうち最も電場方向に即した状態となる。そのため、電場なしの状態で正方晶となっていた部分が、電場が生じた際には正方晶のままであったり菱面体晶に誘起相転移したりする。電場なしの状態で菱面体晶をとっていた部分も同様に変化し得る。
【０００８】
そして、上記誘起相転移に要する時間を十分に与える周波数であれば、粒子内界面もしくは粒子界面の変化も、最も安定的な経路をとり相転移する。一方、誘起相転移をするに不十分な時間しかない周波数であれば、変化の経路は極度に不安定な状態を余儀なく経過され、結果として微視的に構造に歪が生じたり、粒子界面の不純物もしくは添加物との反応が進行したりするなどして耐久性に影響する可能性がある。
【０００９】
上記第１の発明においては、上記のごとく、通電電流として上記矩形波のパルス電流を採用し、その周波数を６１ｋＨｚ未満に制限することにより、上記の誘起相転移に要する時間を十分に確保することができ、上記圧電素子の耐久性を向上させることができる。なお、本発明の駆動方法は、圧電アクチュエータを駆動させる時間のすべての時間において採用する必要はなく、その駆動時間の一部であってもよいことは勿論である。
【００１０】
この点につき以下詳細に説明する。
例えば電流のオン/オフが複数回あれば８割方規定に沿っていれば圧電素子の劣化の危険性及び劣化度合い双方が８割方低下する。その結果、該圧電素子を使用する媒体の寿命時間内に、圧電素子の劣化が媒体の駆動などに支障を来たす程の性能低下を伴わなければ問題ない。但しこの場合は規定に沿っている方が好ましいことは言うまでもない。
【００１１】
また上述の誘起相転移（方位の変化でもよい）がおこる領域（電圧領域）で規定に沿っていれば他の領域で規定に従わなくても問題ない。これを分極反転を例にとって説明する。（ここで言う分極反転とは１８０°、９０°の反転現象に限定するものではない。例えば正方晶は異軸が３方位の正負、すなわち６方向が自由エネルギーの観点から等価であり、電圧がかかることにより無電圧時と異なる方向に異軸が変化し分極方向が変化することを示す。また同じ結晶構造ではなく誘起相転移により結晶構造を変えながら分極の方向を変えても良い。）
通電電流により電圧が蓄積していくと、分極に対してかかる力も徐々に増加する。例えばヒステリシス曲線（例えば横軸に電圧、縦軸に分極）は原点から線形的に変化するわけではなく、低電圧領域では比較的緩やかに変化し、高電圧領域では変化の急峻性が大きい。これは、分極反転にそれぞれしきい値電圧があり、低電圧では、各原子や分子同士の結合等により無電圧時の状態を維持する電圧域がある。そして電圧が高まると各原子（分子）に周囲の原子（分子）との結合力よりも大きな力がかかるようになり、結合状態を維持できなくなり変化を起こす。このときの限界電圧がしきい値電圧である。（多結晶においては、結晶構造もしくは分極の方位などにより、しきい値電圧は個々に違いがある。）
このしきい値電圧よりも概ね低い電圧領域では、分極の反転挙動が少ない／ないため、本発明の規定に則していなくても圧電素子の劣化は現れにくい。
【００１２】
すなわち本発明の規定は、しきい値電圧よりも概ね高い電圧のかかる領域に特に有効であり、しきい値電圧よりも概ね低い電圧のかかる領域では必ずしも規定に則していなくいてもよい。
以上の説明は、以下示す第２の発明においても同様である。
【００１３】
また、上記のように耐久性が誘起相転移他、結晶構造変化の所要時間に依存することから、通電電流波形の急峻性が大きな相関をもつので、同様な急峻性/滑らかさの波形であれば、特に矩形波に限定するものではない（略同形の波形も同効果がある）。
上記のごとく波形の限定については以下全て同様である。
【００１４】
第２の発明は、通電電流に応じて伸縮駆動する圧電素子を有する圧電アクチュエータの駆動方法において、
上記通電電流として矩形波のパルス電流を用い、該通電電流を、周波数が６１ｋＨｚ以上１２５ｋＨｚ未満であり、かつ、上記矩形波のオフ時間が８μｓ以上という条件で通電する駆動時間領域を主とする駆動パターンで駆動することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法にある（請求項２）。
【００１５】
上記圧電素子の変位に利用されるエネルギーを荷重の変化として捕らえた場合、上記通電電流の周波数が６１ｋＨｚ以上になると、デューティー比の調整により荷重変動の形態が変化する。ここでデューティー比は、上記パルス電流における電流を流しているオン時間をＴon、電流を流していないオフ時間をＴoffとした場合に、Ｔon／（Ｔon＋Ｔoff）により表される比である。そして、本発明では、このデューティー比そのものではなく、上記オフ時間を８μｓ以上に限定する。これにより、通電電流として矩形波のパルス電流を採用し、かつ、その通電時の周波数を６１ｋＨｚ以上としても、上記圧電素子に生ずる疲労を抑制することができる。
【００１６】
即ち、上記通電電流の周波数が６１ｋＨｚ以上であっても、オフ時間が８μｓ以上の場合には、上記の荷重の変化の周期を、上記矩形波のパルス電流の周波数とほとんど一致させることができる。これによって、上記と同様の理由により、上記圧電素子に生ずる疲労を抑制することができると考えられる。
なお、周波数１２５ｋＨｚ以上ではその周期そのものが８μｓ以下となるので、自ずと周波数の上限値は１２５ｋＨｚ未満となる。
【００１７】
上述のごとく矩形波のパルス電流のオフ時間を規定する理由は、上記圧電素子の荷重の変化から連想される変位の変化を、通電する電流の変化の周期に追従させる事により疲労を低減するためである。よって、多重スイッチング（オンとオフが複数回継続する電流通電）に於いては、主に個々のオフ時間を８μｓ以上とする事に該当する。
但し、疲労とは駆動を多く繰り返して徐々に発生する現象であるため、複数個のオフ時間のうち一部のオフ時間が８マイクロｓに満たなくても大きな問題とはならない。
また、概ね低い電圧領域の部分については、規定に則していなくてもよい。
上記２点は、第１の発明に関する詳細説明において分極反転を例にして記したとおりである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
上記第１及び第２の発明においては、上記圧電素子は、圧電セラミック層と内部電極層とを交互に積層してなる積層型圧電素子よりなることが好ましい（請求項３）。
即ち、上記積層型圧電素子は変位が生じる際の応力集中が特に大きいので、上述した荷重変動の影響が顕著に表れる。そのため、この上記圧電素子が積層型圧電素子の場合には、上記第１又は第２の発明の駆動方法を採用することが、耐久性向上に非常に有効である。
【００１９】
また、上記圧電素子に該圧電素子を縮める方向に作用する予荷重を予め付与しておく場合に、上記第１又は第２の発明の駆動方法を採用することが好ましい（請求項４）。
この場合には、圧電素子が変位する際のエネルギーの逃げ場が無いため、特に上記駆動方法が有効である。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例に係る圧電アクチュエータの駆動方法につき、図１〜図１１を用いて説明する。
本例では、図１に示すごとく、圧電アクチュエータ用の圧電素子１として積層型圧電素子を作製し、これに矩形波のパルス電流よりなる通電電流を周波数を変えて通電する試験を行った。
【００２１】
作製した圧電素子１は、圧電層１１として所謂ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）系の圧電セラミック材料を用い、内部電極層２としてＡｇ−Ｐｄ電極を用い、これらを交互に積層して積層高さ４０ｍｍとなるように作製した。各圧電層１１の厚みは８０μｍとし、積層数は５００層とした（図１は構成を説明するものであり、積層数等については簡単のために少なくしてある）。また、圧電素子１の側面には、上記内部電極層２に交互に導通する一対の側面電極４を配設した。
【００２２】
図２、図３には、上記圧電素子１に通電電流を付与する電気回路５、及び圧電素子１に通電電流を通電した際の圧電素子１の変位及び荷重変動を測定する変位荷重計測装置７を示す。
図２に示すごとく、電気回路５は、電源５１、充電用スイッチ５２、放電用スイッチ５３、及び抵抗部５４１、５４２を含む回路である。電気回路５では、充電用スイッチ５２を閉（ＯＮ）、放電用スイッチ５３を開（ＯＦＦ）とした条件の場合に、圧電素子１では電位差が大きくなって変位し、充電用スイッチ５２を開（ＯＦＦ）、放電用スイッチ５３を閉（ＯＮ）とした条件の場合に、圧電素子１から放電され、電位差が軽減され、変位が元に戻る。なお、上記充電用スイッチ５２、放電用スイッチ５３等の制御は、制御回路５０によって行うように構成してある。
【００２３】
図３に示す変位荷重計測装置７は、圧電素子１を保持する圧電素子支持部７０と、これを挟むように配設されたレーザ変位計７７１、７７２を有している。そしてこれらは、振動を除去する除振台７９上に設けられたベース板７８に、架台７８１〜７８３を介して一体的に固定されている。
上記圧電素子支持部７０は、中央に圧電素子１を収容する空間部７０１を有していると共に、圧電素子１を挟持する一対の支持部材７１、７２を摺動可能に有している。各支持部材７１、７２は、軸部７１０、７２０と、圧電素子１に当接する当接板７１１、７２１を有している。一方の支持部材７１は、スプリング７４によって圧電素子１に向かって付勢されており、また、他方の支持部材７２には、その当接板７２１に付与される荷重を測定するための荷重計７５がその裏面に配設されている。
【００２４】
また、上記圧電素子支持部７０にセットする圧電素子１には、その側面電極４（図１）にリード線４１、４２を予め接続しておく。このリード線４１、４２は、圧電素子１が圧電素子支持部７０にセットされた際に、外部へ導かれ、上述した電気回路５に接続される。
また、上記圧電素子支持部７０の前後に配設されたレーザ変位計７７１、７７２は、それぞれ支持部材７１、７２の軸部７１０、７２０の軸方向の変位を測定するものである。なお、上記圧電素子支持部７０の構成上、支持部材７２はほとんど変位せず、圧電素子１の変位は支持部材７１の変位に現れるようになっている。また、支持部材７２に配設された荷重計は、圧電素子１から支持部材７２に伝わる荷重を測定できるようになっている。
【００２５】
本例では、上記圧電素子１及び上記変位荷重計測装置７を用いて、表１、図４、図５に示す条件にて試験を行った。図４は、横軸に時間を、縦軸に通電電流の電流値を取り、駆動電流パターンを示したものである。図５は、横軸に時間を、縦軸に圧電素子に付与された電圧を取り、駆動電圧パターンを示したものである。また、試験Ｎｏ．１〜６においては、表１に示すごとく、駆動周波数及びデューティー比を調整して、充電時の投入エネルギー値が７０ｍｊとなるようにした。（充電時間は、いずれの場合も１５０μｓに固定した。）
試験結果を表１及び図６〜図１１に示す。これらの図は、横軸に時間を、縦軸には、上記変位荷重計測装置７により得られた荷重の値をとったものである。
【００２６】
これらの図から知られるように、駆動周波数が４４ｋＨｚ、５４ｋＨｚの場合（図６、図７）においては、周波数から換算される周期：２３μｓ、１９μｓとほぼ同周期で荷重の変位が波打っていた。これに対し、駆動周波数が５４ｋＨｚを越え６１ｋＨｚ以上になると駆動電流と同周期の荷重変動が残ってはいるものの荷重変動の振幅は小さくなった。また、駆動周波数が７４ないし８４ｋＨｚ以上になると駆動電流と同周期の荷重変動は極微量になるか、もしくは消滅する。
【００２７】
このように、駆動周波数が６１ｋＨｚ以上の場合には、その周波数に対する荷重変動の追従性が低下してくる。そのため、駆動周波数を６１ｋＨｚ未満とすることにより、その周波数に対する荷重変動の追従性が向上し、圧電素子１の耐久性が向上する。
【００２８】
なお、表１中においては、荷重変動の駆動周波数に対する追従性が殆ど無い場合を×、少し追従するのみの場合を△、よく追従する場合を○、十分に高い追従性がえら得るパターンを◎として示した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
（実施例２）
本例では、実施例１における試験Ｎｏ．２の駆動周波数５４ｋＨｚ及び試験Ｎｏ．６の駆動周波数８４ｋＨｚの場合について、圧電素子の駆動（充放電）を繰り返した際の共振点のインピーダンスを測定して評価した。デューティー比、その他の駆動条件（充放電条件）は、実施例１と同様にし、充放電を１０Ｈｚで繰り返した。
上記共振点のインピーダンスは、圧電素子の駆動を所定時間繰り返した後、約７時間ごとに測定した。この測定は、圧電素子単体をインピーダンスアナライザーにセットして付与する電流の周波数を徐々に変化させ、周波数ごとにインピーダンスを測定する方法により行った。
【００３１】
図１２には、測定する共振点のインピーダンスの測定例を示す。同図は、横軸にインピーダンス測定用の電圧の周波数を、縦軸にインピーダンスアナライザから得られるインピーダンス値をとったものである。本例では、同図における最初の極小点であるＰ点を共振点とし、この共振点Ｐにおけるインピーダンスを共振点のインピーダンスとして測定した。
【００３２】
この共振点のインピーダンスは、積層型圧電素子の各層／又は各部位の共振点が正確に揃うほど、インピーダンス値が小さくなる。例えば駆動させた結果、微小な亀裂の前駆体などの発生により一部共振をしない／妨げる部位、あるいは異なる共振を起こす部位が発生すれば、共振しないためにあるいは共振点が異なるためにインピーダンス値の高い駆動も重なり、結果として積層型圧電素子の共振点のインピーダンスは見かけ上大きくなる。これは以下、図１３等に示した駆動耐久試験結果でも実証されている。
すなわち、共振点のインピーダンスは小さい値を示すほど各層の共振点の一致を示すので、劣化の進行を示す指標となり、経時変化が少ないほど疲労が少なく耐久性に優れることを示す。
【００３３】
図１３及び図１４には、駆動周波数が５４ｋＨｚの場合と駆動周波数が８４ｋＨｚの場合について、上記共振点のインピーダンスの値の経時変化を示した。同図は、横軸に時間を、縦軸に共振点のインピーダンスをとったものである。
これらの図から知られるように、駆動周波数が低いほど、共振点のインピーダンスの増加が少なく、耐久性に優れていた。
即ち、前述した図７と図１１とから知られるように、上記荷重変動の駆動周波数への追従性が良好な場合ほど、耐久性に優れることがわかる。
【００３４】
（実施例３）
本例では、駆動周波数以外の条件、即ち、デューティー比及びオフ時間を変化させた場合の荷重変動への影響を調べる試験を行った。具体的には、駆動周波数が８４ｋＨｚ、７４ｋＨｚ、６４ｋＨｚ及び５４ｋＨｚの場合において、オフ時間（デューティー比）を徐々に変えて、その荷重変動パターンがほぼ同じようになる条件を求めた。なお、充電時間は１５０μｓに固定、また、電圧は試験装置の関係から、２００Ｖになったら電流が流れなくなるという条件とした。
【００３５】
表２にその結果を示す。まず、第１のパターンは、荷重変動が駆動周波数にほとんど追従せず、ほぼ駆動周波数よりも低周波の荷重変動のみが観測されるパターンである（図１１と同一ではないがほぼ同様のパターン）。この第１パターンが観測される条件は、表２に示すごとく、８４ｋＨｚの場合はオフ時間４．９μｓ、７４ｋＨｚの場合はオフ時間５．４μｓ、６４ｋＨｚの場合は６．１μｓであった。５４ｋＨｚの場合はいくらオフ時間を長くしても高周波の荷重変動が残存した。
【００３６】
第２パターンは、第１のパターンよりも、若干駆動周波数に追従する荷重変動が増加したパターンである（図１０と同一ではないがほぼ同様パターン）。この第２パターンが観測される条件は、表２に示すごとく、８４ｋＨｚの場合はオフ時間６．４μｓ、７４ｋＨｚの場合はオフ時間６．８μｓ、６４ｋＨｚの場合は７．８μｓであった。５４ｋＨｚの場合はいくらオフ時間を長くしても高周波の荷重変動が残存した。
【００３７】
第３パターンは、第２のパターンよりも、駆動周波数に追従する荷重変動が増加し、かなりの部分で高周波の変動が見られるパターンである（図９と同一ではないがほぼ同様パターン）。この第３パターンが観測される条件は、表２に示すごとく、８４ｋＨｚの場合は７．３μｓ、７４ｋＨｚの場合はオフ時間７．４μｓ、６４ｋＨｚの場合は７．８μｓ、５４ｋＨｚの場合は６．７μｓであった。
【００３８】
第４パターンは、荷重変動が駆動周波数に十分に追従したパターンである（図７と同一ではないがほぼ同様パターン）。この第４パターンが観測される条件は、表２に示すごとく、８４ｋＨｚの場合はオフ時間８．０μｓ、７４ｋＨｚの場合はオフ時間８．６μｓ、６４ｋＨｚの場合は９．８μｓ、５４ｋＨｚの場合は１０．２μｓであった。
【００３９】
本例の結果からは、次のことがわかる。
即ち、上記荷重変動の駆動周波数に対する追従性は、駆動周波数に関わらず、ほぼ上記オフ時間によって左右される。
また、駆動周波数が５４ｋＨｚ（即ち、６１ｋＨｚ未満）の場合には、オフ時間にかかわらず、少なからず、荷重変動が駆動周波数に追従する。
本質はオフ時間に依存するのであるが、駆動周波数が５４ｋＨｚ（即ち、６１ｋＨｚ未満）の場合には、オフ時間を小さくして荷重変動の追従性を低下させようとすると、デューティー比を大きくするためにオン時間が長くなり電圧の立ち上がりが極めて急峻になる。電圧の立ち上がりが極度に速いと、急速に立ち上がる電圧により原子レベル粒子レベルの変形（例えば誘起相転移や変位）もしくはそれに伴う分極反転の追従性が悪くなり、強制的な分極反転、すなわち不安定な状態を経路にした反転をも引き起こす。その結果、不安定な状態を形成しやすくなることから劣化を促進する。
【００４０】
よって、５４ｋＨｚ（即ち、６１ｋＨｚ未満）の周波数領域では立ち上がりが急峻でなければよく、オフ時間には律則されない。
このときの立ち上がり時間は、分極の反転速度すなわち電子・原子の移動所要時間に依存するものであり、圧電素子の材質により多少の違いがある。しかし、２００Ｖまで充電する時には概ね７０μｓ以上の立ち上がり時間があることが好ましい。さらに好ましくは概ね１００μｓ以上の立ち上がり時間があることがさらに好ましい。
【００４１】
また充電最高電圧が大小異なる時には概ね比例計算により算出すれば良いものとする。
また、駆動周波数に十分に追従する荷重変動（第４パターン）が得られる条件は、６１ｋＨｚ以上の駆動周波数においても得られ、その最低条件は、少なくともオフ時間を８μｓ以上とすることにある。
【００４２】
この点を明確にすべく、図１５には、図６〜図１１の荷重変動を相当周波数と表記して横軸に表した場合、その相当周波数とオフ時間との関係を示した。同図から知られるごとく、オフ時間が長いほど荷重変動の相当周波数が短くなり、荷重変動パターンが低周波化、即ち、駆動周波数への追従性が高くなることがわかる。
【００４３】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１における、圧電素子の構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、圧電素子を駆動する電気回路の構成を示す説明図。
【図３】実施例１における、圧電素子を駆動した際の変位及び荷重変動を測定する変位荷重計測装置を示す説明図。
【図４】実施例１における、圧電素子に付与する矩形波のパルス電流のパターンを示す説明図。
【図５】実施例１における、圧電素子に付与された電位パターンを示す説明図。
【図６】実施例１における、圧電素子を駆動周波数４４ｋＨｚで駆動した際の荷重変動を示す説明図。
【図７】実施例１における、圧電素子を駆動周波数５４ｋＨｚで駆動した際の荷重変動を示す説明図。
【図８】実施例１における、圧電素子を駆動周波数６１ｋＨｚで駆動した際の荷重変動を示す説明図。
【図９】実施例１における、圧電素子を駆動周波数６４ｋＨｚで駆動した際の荷重変動を示す説明図。
【図１０】実施例１における、圧電素子を駆動周波数７４ｋＨｚで駆動した際の荷重変動を示す説明図。
【図１１】実施例１における、圧電素子を駆動周波数８４ｋＨｚで駆動した際の荷重変動を示す説明図。
【図１２】実施例２における、共振点のインピーダンスを示す説明図。
【図１３】実施例２における、圧電素子を駆動周波数５４ｋＨｚで駆動した際の共振点のインピーダンスの変化を示す説明図。
【図１４】実施例２における、圧電素子を駆動周波数８４ｋＨｚで駆動した際の共振点のインピーダンスの変化を示す説明図。
【図１５】実施例３における、オフ時間と荷重変動の相当周波数との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００４５】
１．．．圧電素子、
１１．．．圧電層、
２．．．内部電極層、
４．．．側面電極、
５．．．電気回路、
５０．．．制御回路、
５１．．．電源、
５１．．．充電用スイッチ、
５２．．．放電用スイッチ、
７．．．変位荷重計測装置、
７０．．．圧電素子支持部、
７７１．．．レーザ変位計、
７７２．．．レーザ変位計、
【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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【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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