(57)【要約】複数の圧電アクチュエータを駆動する駆動装置において、オンオフ切換え制御時の駆動電流を大幅に減少させ、装置全体の消費電力を低く抑える。複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈは、プレートを挟んでその対向表面に圧電板を各々貼り付けてなる。各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板にあってプレートとは反対面にプラス側電源ライン１９又はマイナス側電源ライン２１を接続する。コントローラ２７は、圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板に対しそれらプラス又はマイナス駆動電圧を選択的に印加してオン制御する。コントローラ２７は、その後、オン制御した圧電板への当該駆動電圧をオフ制御すると同時に、次に駆動する圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板への当該駆動電圧の印加をオン制御する。
2004055966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートを挟んでその対向表面に第１および第２の圧電板を各々貼り付けてなる複数の圧電アクチュエータであって、個々の前記圧電アクチュエータに直接又は間接的に接続する機構部品を機械的に可動させる複数の圧電アクチュエータと、
これら各圧電アクチュエータの前記第１の圧電板にあって前記プレートとは反対側に直接的又は間接的に接続されたプラス側電源ラインと、
前記各圧電アクチュエータの前記第２の圧電板にあって前記プレートとは反対側に直接的又は間接的に接続されたマイナス側電源ラインと、
オン制御選択する前記圧電アクチュエータにおける前記第１又は第２の圧電板にあって、前記プレート側に前記プラス側又はマイナス側電源ラインを接続して駆動電圧を印加し、前記第２又は第１の圧電板を選択的にオン制御してこれを充電させるコントローラと、
を具備し、
前記コントローラは、オン制御選択した前記圧電アクチュエータの前記第１又は第２の圧電板への当該駆動電圧をオフ制御すると同時に、次にオン制御選択する前記圧電アクチュエータの前記第１又は第２の圧電板に前記駆動電圧の印加をオン制御し、これを充電させる機能を有することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は圧電アクチュエータの駆動装置に係り、特に、直接又は間接的に取付けた機構部品を各々機械的に動かす複数の圧電アクチュエータを切換え駆動する駆動装置の改良に関する。
【背景技術】  従来、圧電アクチュエータ１は、例えば図７Ａに示すように、長方形の導電性プレート３の対向面に薄い圧電板５、７を貼付け、各圧電板５、７におけるプレート３に接触しない対向表面に電極５ａ、７ａを設けるとともにそのプレート３を共通電極として用いた構成を有し、電極５ａ、７ａをプラス、マイナス端子Ｐ１、Ｐ２に接続し、プレート３を共通端子Ｐ３に接続し、プレート３の長手方向の一端（同図中左端）を片持ち支持して他端（同図中右端）を開放端とした構成となっている。なお、図７において圧電アクチュエータ１の支持部材の図示は省略した（図８参照）。
この圧電アクチュエータ１は、圧電板５、７の分極方向に応じて、例えばプラス端子Ｐ１と共通端子Ｐ３間（圧電板５の電極５ａとプレート３間）を短絡して双方にプラス電位＋を印加すると、プレート３が屈曲して例えば図７Ａ中破線で示すように開放端が上方向に変位する。
また、圧電アクチュエータ１は、共通端子Ｐ３とマイナス端子Ｐ２間（プレート３と他方の圧電板７の電極７ａ間）を短絡して双方にマイナス電位−を印加すると、例えば同図中一点鎖線で示すように開放端が下方向に変位する。
そして、圧電アクチュエータ１は、そのような圧電現象による屈曲運動を利用して種々の駆動源、例えば編機の編成針の選針駆動源として用いられる。
すなわち、図８に示すように、細長い絶縁性の箱形ケース９内のその一方の側壁９ａに、上述した複数の圧電アクチュエータ１（同図中１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈに分けて示す。）を互いに所定の間隔を置いて平行に一端を片持ち支持させ、開放端としての他端をケース９の対向する側壁９ｂに設けた操作孔１１に遊びをもって差し込み、その他端に固定された機構部品としての操作片１３をその操作孔１１から遊びをもって突出させた構成となっている。
ケース９に支持された複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈ（操作片１３を含む。）はすべて同一であり、ケース９の側壁９ｂすなわち操作片１３の先端側からケース９を見た状態を図９に示す。
このような複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈに対し、電源部１５からのプラス、マイナスの直流駆動電圧をコントローラ１７を介して印加すると、各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈが屈曲し、ケース９の操作孔１１から突出する操作片１３が変位するから、操作片１３によって図示しない選針レバー（機構部品）を動かせる。
そして、コントローラ１７によって複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈに対する駆動電圧を切り換え選択することにより、例えば編機の編成針の選針駆動装置として使用できる。
この種の圧電アクチュエータに係る一般的な特許文献をあげれば、特許文献１（特開平５−３０２２５１号）がある。
さらに、コントローラ１７による複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈへの駆動電圧を選択的に制御する構成としては、図１０に示すような構成が考えられる。
すなわち、複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈに対応して直列接続されたフォトトランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、Ｑ７とＱ８を用い、プラス側電源ライン１９から抵抗Ｒ１を介して一方のフォトトランジスタＱ１のコレクタを接続し、他方のフォトトランジスタＱ２のエミッタを抵抗Ｒ２を介してマイナス側電源ライン２１に接続する。
圧電アクチュエータ１ａにおけるプラス端子Ｐ１をプラス側電源ライン１９に接続し、マイナス端子Ｐ２をマイナス側電源ライン２１に接続する。
フォトトランジスタＱ１、Ｑ２の接続点をその圧電アクチュエータ１ａの共通端子Ｐ３に接続する。
同様にフォトトランジスタＱ３〜Ｑ８についても抵抗Ｒ３〜Ｒ８を介してプラス側やマイナス側電源ライン１９、２１に接続するとともに、圧電アクチュエータ１ｂ〜１ｄについてもフォトトランジスタＱ３〜Ｑ８の接続点およびプラス側やマイナス側電源ライン１９、２１に接続する。
また、直列接続されたフォトトランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、Ｑ７とＱ８に対し、直列接続された発光ダイオードＤ１とＤ２、Ｄ３とＤ４、Ｄ５とＤ６、Ｄ７とＤ８を対応させて近接配置する。
切換制御部２３によってそれら発光ダイオードＤ１〜Ｄ８を選択的に通電して発光させ、上述した圧電アクチュエータの駆動装置が形成される。
図１０において、フォトトランジスタＱ１〜Ｑ８、発光ダイオードＤ１〜Ｄ８および切換制御部２３によって上述したコントローラ１７が形成されている。
なお、図１０では、切換制御部２３から１本のラインで発光ダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されているが、実際は発光ダイオードＤ１〜Ｄ８に対応させて個別配線となっており、分かり易くするために簡素化して図示した。
そして、圧電アクチュエータの駆動装置を例えば選針駆動装置に用いる場合、複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのうち、例えば、圧電アクチュエータ１ａをオン制御させてその開放端を上方へ変位させるには、切換制御部２３によって発光ダイオードＤ１のみを選択的に導通制御し、その先端を下方へ変位させるには発光ダイオードＤ２のみを選択的に導通制御させる。
この状態で、他の圧電アクチュエータ１ｂ〜１ｈについて順次、発光ダイオードＤ３かＤ４、Ｄ５かＤ６、Ｄ７かＤ８のいずれか片方を選択的に導通制御させ、所定のオン制御期間が経過したとき、すべての圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈを同時にオフ制御させていた。
しかも、上述した圧電アクチュエータの駆動装置では、図７Ｂに示すように、圧電板５、７が一種のコンデンサＣ１、Ｃ２として機能するから、複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈをオン制御させるために、各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７に駆動電圧を印加しても、オン制御期間中にわたって大きな駆動電流が流れず、装置全体の省電力化を図り易いと考えられている。
なお、上述した構成の圧電アクチュエータの駆動装置において、フォトトランジスタＱ１〜Ｑ８とプラス側およびマイナス側電源ライン１９、２１間に接続された抵抗Ｒ１〜Ｒ８は、フォトトランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、Ｑ７とＱ８のうち一方から他方へ切り換わるとき、フォトトランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、Ｑ７とＱ８の双方が一時的に導通したり急激な電流変化が発生して駆動電流が大きくなっても、フォトトランジスタＱ１〜Ｑ８を流れる駆動電流の増大を抑えたり、駆動装置全体の消費電力を高めないような電流制限機能を有している。
しかしながら、上述した圧電アクチュエータの駆動装置では、複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈを構成する圧電板５、７にそのオン制御期間中に大きな駆動電流が流れないが、圧電板５、７すなわち各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈが等価的にコンデンサＣ１、Ｃ２を形成するうえ、それらコンデンサ容量も１５０〜６００ｎＦ程度と大きいから、圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのオン制御直後には圧電板５、７に大きな駆動電流が流れ易い。
そして、ある圧電アクチュエータ１ａ〜１ｂがオン制御されている状態で、別の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈが重複してオン制御された場合、しばしば大きな駆動電流が流れて駆動装置全体の消費電力が上昇し易い。
これを回避するには、電源ラインの配線を太くするなどして駆動電流の増大に対処しなくてはならず、コストアップの要因となり易い。
本発明者は、圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈに関し、その機能や等価回路について注意深く検討した。その結果、本発明者は、圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈが等価的にコンデンサとしての機能を有するうえ、各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈが電気的に並列接続されており、オフ制御された圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７が放電する点に着目し、本発明を完成させた。
本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、複数の圧電アクチュエータを駆動する駆動装置において、オンオフ切換え制御時の駆動電流を大幅に減少させることが可能で、装置全体の消費電力を低く抑えることができる圧電アクチュエータの駆動装置の提供を目的とする。
【発明の開示】
このような課題を解決するために本発明は、プレートを挟んでその対向表面に第１および第２の圧電板を各々貼り付けてなる複数の圧電アクチュエータであって、個々のそれら圧電アクチュエータに直接又は間接的に接続する機構部品を機械的に可動させる複数の圧電アクチュエータと、これら各圧電アクチュエータの上記第１の圧電板にあってそのプレートとは反対側に直接的又は間接的に接続されたプラス側電源ラインと、これら各圧電アクチュエータの上記第２の圧電板にあって上記プレートとは反対側に直接的又は間接的に接続されたマイナス側電源ラインと、オン制御選択する圧電アクチュエータにおけるそれら第１又は第２の圧電板にあって、そのプレート側にそれらプラス側又はマイナス側電源ラインを接続して駆動電圧を印加し、それら第２又は第１の圧電板を選択的にオン制御してこれを充電させるコントローラとを具備している。
しかも、そのコントローラは、オン制御選択した圧電アクチュエータのそれら第１又は第２の圧電板への当該駆動電圧をオフ制御すると同時に、次にオン制御選択する圧電アクチュエータのそれら第１又は第２の圧電板に駆動電圧の印加をオン制御し、これを充電させる機能を有している。
【図面の簡単な説明】図１は、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置に関し実施の形態例を示すブロック回路図である。
図２は、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置の切り換え動作を説明する波形図である。
図３は、本発明の圧電アクチュエータの概略的な等価的回路図である。
図４は、本発明の圧電アクチュエータの動作を説明するための回路図である。
図５は、本発明の圧電アクチュエータの動作を説明するための図である。
図６は、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置に関し他の形態例を示すブロック回路図である。
図７は、圧電アクチュエータの一般的な構成を示す断面図Ａおよび等価的回路図Ｂである。
図８は、圧電アクチュエータを応用した構成例を示す断面図である。
図９は、図８の要部側面図である。
図１０は、従来の圧電アクチュエータの駆動装置を示すブロック回路図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付す。
図１は本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置に関し形態例を示すブロック図である。
図１において、複数の圧電アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈは、例えば上述した図７Ａに示すように、導電性プレート３の対向表面に圧電板（第１の圧電板）５および圧電板（第２の圧電板）７を貼り付け、各圧電板５、７のプレート３に接触しない対向表面に電極５ａ、７ａを設けるとともに、プレート３を各圧電板５、７の共通電極として形成されている。
これら圧電板５、７の電極５ａ、７ａは、プラス端子Ｐ１、マイナスＰ２に接続され、プレート３は共通端子Ｐ３に接続されており、図８に示したように、箱形ケース９（図１では図示せず。）に片持ち支持されている。
なお、図１において圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの図示は省略されているが、図７の圧電アクチュエータ１と同様である。
プラス側電源ライン１９およびマイナス側電源ライン２１は、上述した図８に示したように電源部１５から延び、例えば＋５０Ｖ〜＋１００Ｖ程度のプラス直流電源および−５０Ｖ〜−１００Ｖ程度のマイナス直流電源を供給するラインであり、途中に電流制限用の共通抵抗Ｒａ、Ｒｂが直列に挿入接続されている。
フォトトランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、Ｑ７とＱ８は、互いにエミッタとコレクタが直列接続されており、圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈに対応して配置されている。
フォトトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７の各コレクタは、共通抵抗Ｒａの電源部側にてプラス側電源ライン１９に共通抵抗Ｒａを介さず直接接続されている。
フォトトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８の各エミッタは、共通抵抗Ｒｂの電源部側にてマイナス側電源ライン２１に接続されている。
フォトトランジスタＱ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６、Ｑ７とＱ８の接続点は、圧電アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｈの共通端子Ｐ３に接続されている。
圧電アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｈのプラス端子Ｐ１は、プラス側電源ライン１９の共通抵抗Ｒａにあって電源部側と反対側、すなわち端子Ｓａに接続されており、圧電アクチュエータ１ａ、１ｂ、１ｃ、〜１ｈのマイマス端子Ｐ２は、マイナス側電源ライン２１の共通抵抗Ｒｂにあって電源部側と反対側すなわち端子Ｓｂに接続されている。
図１中の符号Ｃａ１、Ｃａ２は圧電アクチュエータ１ａに形成される等価的コンデンサ（図７Ｂ中のＣ１、Ｃ２に相当）であり、符号Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｃ１、Ｃｃ２、Ｃｈ１、Ｃｈ２も同様である。
発光ダイオードＤ１とＤ２、Ｄ３とＤ４、Ｄ５とＤ６、Ｄ７とＤ８は順方向に直列接続されている。発光ダイオードＤ１とフォトトランジスタＱ１、発光ダイオードＤ２とフォトトランジスタＱ２、発光ダイオードＤ３とフォトトランジスタＱ３、発光ダイオードＤ４とフォトトランジスタＱ４、発光ダイオードＤ５とフォトトランジスタＱ５、発光ダイオードＤ６とフォトトランジスタＱ６、発光ダイオードＤ７とフォトトランジスタＱ７、発光ダイオードＤ８とフォトトランジスタＱ８が各々対応し、互いに近接配置されている。
それら発光ダイオードＤ１とＤ２、Ｄ３とＤ４、Ｄ５とＤ６、Ｄ７とＤ８は、切換制御部２５に接続され、この切換制御部２５によってそれら発光ダイオードＤ１〜Ｄ８のいずれかを通電して発光させるようになっている。
そして、本発明は、切換制御部２５における複数の発光ダイオードＤ１〜Ｄ８を順次選択的に導通制御させるタイミングに特徴がある。
すなわち、切換制御部２５は、複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈについて、例えば図２に示すように、圧電アクチュエータ１ａに駆動電圧を印加してオン制御し、予め設定された所定期間の経過後、圧電アクチュエータ１ａ（正確には圧電板５、７）への駆動電圧の印加を切ってオフ制御すると同時に、次の圧電アクチュエータ１ｂへ駆動電圧を印加してオン制御し、圧電アクチュエータ１ｂへの駆動電圧をオフ制御すると同時に、さらに次の圧電アクチュエータ１ｃに駆動電圧を印加してオン制御し、以降、順次これを繰り返し制御するようになっている。
図１中の符号２７はコントローラであり、上述したフォトトランジスタＱ１〜Ｑ８、発光ダイオードＤ１〜Ｄ８および切換制御部２５を有して形成され、電源ライン１９、２１から各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７への駆動電圧の印加を順次選択的に切換え制御する上述した切換制御部２５の機能その他を有している。
上述した圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの等価的なコンデンサＣａ１〜Ｃｈ２とコントローラ２７の接続構成を図示すると、図３のようになる。
図１においても、切換制御部２５から１本のラインで発光ダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されているが、実際は発光ダイオードＤ１とＤ２、Ｄ３とＤ４、Ｄ５とＤ６、Ｄ７とＤ８に対応させて個別配線となっており、発光ダイオードＤ１〜Ｄ８のいずれかを選択して発光制御可能になっているのは、図１０と同様である。
そして、コントローラ２７、正確には切換制御部２５の動作により、例えば発光ダイオードＤ１のみを選択的に導通制御させると、発光ダイオードＤ１からの光を受光してフォトトランジスタＱ１がオン動作し、圧電アクチュエータ１ａの圧電板５（図１では図示せず。以下同じ。）がプラスの駆動電圧で短絡される。
他方、圧電アクチュエータ１ａの圧電板７（図１では図示せず。以下同じ。）の両側にプラス、マイナスの駆動電圧が印加され、コンデンサＣａ２が充電され、圧電アクチュエータ１ａの開放端（操作片１３）が上方へ変位する。
切換制御部２５による発光ダイオードＤ１のオフ制御によってフォトトランジスタＱ１がオフ動作し、圧電アクチュエータ１ａの圧電板７が放電するとともにその開放端（操作片１３）が元の位置に戻る。
発光ダイオードＤ２のみを選択的に導通制御させると、発光ダイオードＤ２からの光を受光してフォトトランジスタＱ２がオン動作し、圧電アクチュエータ１ａの圧電板７がマイナスの駆動電圧で短絡される。
他方、圧電アクチュエータ１ａの圧電板５の両側にプラス、マイナスの駆動電圧が印加されてコンデンサＣａ１が充電され、その開放端（操作片１３）が下方へ変位する。
発光ダイオードＤ２のオフ制御によってフォトトランジスタＱ２がオフ動作し、圧電アクチュエータ１ａの圧電板５が放電するとともにその開放端（操作片１３）が元の位置に戻る。
次に、このような圧電アクチュエータの駆動装置について、圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈがこの順でオン制御される場合を例にして、その動作を簡単に説明する。
切換制御部２５が、例えば、発光ダイオードＤ１のみを選択的に導通制御するとフォトトランジスタＱ１がオン動作し、共通抵抗Ｒａを介したプラス側駆動電圧が電源ライン１９から圧電アクチュエータ１ａに印加され、圧電アクチュエータ１ａの圧電板５がプラスの駆動電圧で短絡される。
一方、圧電アクチュエータ１ａの圧電板７の両側にプラス、マイナスの駆動電圧が印加されてコンデンサＣａ２が充電される。
切換制御部２５は、圧電アクチュエータ１ａの駆動期間が経過したとき、発光ダイオードＤ１をオフ制御すると同時に、発光ダイオードＤ３のみを選択的に導通制御してフォトトランジスタＱ３をオン動作させる。
そのため、圧電アクチュエータ１ａにあっては、オフ制御に伴ってコンデンサＣａ２が放電する一方、圧電アクチュエータ１ｂにあっては圧電板５がプラスの駆動電圧で短絡され、圧電アクチュエータ１ｂの圧電板７の両側にプラス・マイナスの駆動電圧が印加されてコンデンサＣｂ２が充電される。
このとき、図３に示すように、主に圧電アクチュエータ１ａ（コンデンサＣａ２）からの放電電流Ｉが、マイナス側電源ライン２１を介して圧電アクチュエータ１ｂの圧電板７（コンデンサＣｂ２）へ流れてこれを充電する。以降、次の圧電アクチュエータ１ｃ〜１ｈについても順次繰り返される。
すなわち、圧電アクチュエータ１ａがオン制御されてコンデンサＣａ２が充電され、当該圧電アクチュエータ１ａがオフ制御されてコンデンサＣａ２が放電する際の放電電流Ｉにより、次にオン制御する圧電アクチュエータ１ｂのコンデンサＣｂ２が充電される。
そして、順次、オン制御する圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈが、オン動作する直前にオフ動作された圧電アクチュエータ１ａのコンデンサＣａ２からの放電電流で充電される。
そのため、オンオフ切換え時に共通抵抗Ｒａ、Ｒｂを流れる電流が「零」近く又は極めて小さくなり、オンオフ切換えによってプラス又はマイナス側電源ライン１９、２１からの電力供給をあまり必要としない。
以下に、一の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのコンデンサＣａ１〜Ｃｈ２からの放電電流によって他の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのコンデンサＣａ１〜Ｃｈ２が充電され、プラス又はマイナス側電源ライン１９、２１からの電力供給をあまり必要としない理由を、数式などを用いて考察する。
考察を簡単にするために、図１中の圧電アクチュエータ１ａ、１ｂのみの２枚駆動の場合を、図４に示すように考えられる。
ここで、圧電アクチュエータ１ａのコンデンサＣａ１、Ｃａ２とこれを選択的にオンオフ制御するフォトトランジスタＱ１、Ｑ２をチャンネルＣＨ１とし、圧電アクチュエータ１ｂのコンデンサＣｂ１、Ｃｂ２とこれを選択的にオンオフ制御するフォトトランジスタＱ３、Ｑ４をチャンネルＣＨ２とする。
これらチャンネルＣＨ１、ＣＨ２は独立しており、フォトトランジスタＱ１若しくはＱ２、又はフォトトランジスタＱ３若しくはＱ４のいずれかがオン動作し、そのエネルギー収支は次のようになる。
すなわち、電源Ｅからの「投入エネルギー」から、「抵抗Ｒａ、Ｒｂでの散逸エネルギー」および「保持エネルギー極性相殺による散逸エネルギー」を引いたものが、コンデンサＣａ１〜Ｃｂ２でのキャパシタ保持エネルギーとなる。
そして、圧電アクチュエータ１ａの１枚構成についてフォトトランジスタＱ１、Ｑ２の動作を考えると、図４における電流径路は図５Ａのようになり、電流ｉは式１のようになる。
2004055966.tif 000003
抵抗Ｒａ、Ｒｂでのエネルギー散逸量は式２のようになり、
2004055966.tif 000004
電源Ｅからのエネルギー投入量は式３のようになる。
2004055966.tif 000005
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そして、圧電アクチュエータ１ａ、１ｂの２枚構成について、電流ｉが同方向に流れるようなフォトトランジスタＱ１、Ｑ３の動作を考えると、図４の電流径路は図５Ｂのようになり、電流ｉは式４のようになる。
2004055966.tif 000007
抵抗Ｒａ、Ｒｂでのエネルギー散逸量は式５のようになり、
2004055966.tif 000008
電源Ｅからのエネルギー投入量は式６のようになる。
2004055966.tif 000009
さらに、圧電アクチュエータ１ａ、１ｂの２枚構成において、電流ｉが逆方向に流れるようなフォトトランジスタＱ１〜Ｑ４の動作を考えると、その電流径路は図５Ｃのようになり、電流ｉは式７のようになり、
2004055966.tif 000010
電流ｉが抵抗Ｒａ、Ｒｂを流れない。
従って、抵抗Ｒａ、Ｒｂでのエネルギー散逸量は「零」となり、電源Ｅからのエネルギー投入量は式８のようになる。
2004055966.tif 000011
このように、数式を用いた考察からも、圧電アクチュエータ１ａ、１ｂのオンオフ制御時のエネルギーが抵抗Ｒａ、Ｒｂを介さずに圧電アクチュエータ１ａ、１ｂ間で直接的に移動することが分かる。圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈについても同様のことが言える。
そして、圧電アクチュエータ１ａ、１ｂのオンオフ制御時のエネルギー移動が高速化されて過渡特性が向上し、装置全体のオンオフ切換性能が向上するうえ、それら抵抗Ｒａ、Ｒｂでのエネルギー散逸量（発熱量）が大幅に減少して装置全体の消費電力の軽減できる。
このように本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、プレート３を挟んでその対向表面に圧電板５、７を各々貼り付けて複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈを形成し、これら各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７にあってプレート３とは対向面の電極５ａ、７ａをプラス側又はマイナス側電源ライン１９、２１に接続する一方、オン制御選択するそれら圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈにおける圧電板５、７に対して、そのプレート３側にプラス側又はマイナス側電源ライン１９、２１から駆動電圧を印加し、それら圧電板５、７の一方を選択的にオン制御して充電させるコントローラ２７を備えている。
しかも、そのコントローラ２７は、オン制御選択したそれら圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７への当該駆動電圧をオフ制御すると同時に、次にオン制御選択する圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７に当該駆動電圧の印加をオン制御して充電させる機能を有している。
そのため、例えば圧電アクチュエータ１ａがオン制御されてコンデンサＣａ２が充電され、当該圧電アクチュエータ１ａがオフ制御されてコンデンサＣａ２が放電する際の放電電流により、次にオン制御する圧電アクチュエータ１ｂのコンデンサＣｂ２が充電される。
順次、オン制御する圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈは、オン動作する直前にオフ制御された圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのコンデンサＣａ１〜Ｃｈ２からの放電電流で充電され、オンオフ切換え時に急に増大し易い充電電流をプラス又はマイナス側電源ライン１９、２１からあまり供給する必要がなくなる。
従って、複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈを駆動する駆動装置において、それら圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのオンオフ制御時の駆動電流を大幅に減少させることが可能となり、装置全体の消費電力を低く抑えることができる。
しかも、複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈ毎に挿入していた電流制限用の抵抗Ｒ１〜Ｒ８を１対（２個）の共通抵抗Ｒａ、Ｒｂに減少させることができるし、これら抵抗Ｒ１〜Ｒ８も小型安価なものを使用可能となり、配線も簡素化されてコストを低減し易く、生産性も向上する。なお、電流制限用の抵抗Ｒａ、Ｒｂを省略して部品点数の減少を図ることも可能である。
本発明では、一の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのオフ制御によるコンデンサからの放電電流によって、次の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈをオン制御する構成であるから、あるオン制御された圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの次にオン制御される圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈのオン制御タイミングは、そのオフ制御と同時又は直後が好ましい。すなわち、オン制御される圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈが過渡的にある程度充電された後では効果が半減する。
本発明における上述したコントローラ２７は、駆動電圧を印加した圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７へ印加した駆動電圧をオフ制御するタイミングで、次に駆動する圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの圧電板５、７への駆動電圧の印加をオン制御する機能を持たせれば良い。
ところで、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置は、図６に示すように、フォトトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ７を共通抵抗Ｒｂにあって電源部と反対側の端子Ｓａを介してプラス側電源ライン１９に接続し、フォトトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８を共通抵抗Ｒｂにあって電源部と反対側の端子Ｓｂを介してマイナス側電源ライン２１に接続する構成も可能である。他の構成は図１と同様であり、同様の効果が得られる。
もっとも、上述したように、フォトトランジスタＱ１〜Ｑ８を、プラス側およびマイナス側の電源ライン１９、２１にあって共通抵抗Ｒａ、Ｒｂの電源部側に接続すれば、それらフォトトランジスタＱ１〜Ｑ８（圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈ）の切り換え時に、フォトトランジスタＱ１〜Ｑ８への電源電圧変動の影響が小さくなって動作が安定し易く、好ましい。
上述した各圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈの構成は任意であって、圧電板５や７のみからなる構成や、複数の圧電板５、７やプレート３を積層した構成も可能であるし、それらを支持する構成も上述した図８のケース９の構成に限定されない。
もっとも、本発明は、プラス側又はマイナス側電源ライン１９、２１から直接又は間接的に共通接続された圧電板、すなわちコンデンサＣａ１、Ｃｂ１、Ｃｃ１、Ｃｈ１との間、又はコンデンサＣａ２、Ｃｂ２、Ｃｃ２、Ｃｈ２間で、順次、切換え制御する構成に有用である。
本発明において、電源ラインからの駆動電源を複数の圧電アクチュエータ１ａ〜１ｈへ切り換えるコントローラ２７のスイッチング機構は、上述した発光ダイオードＤ１〜Ｄ８とフォトトランジスタＱ１〜Ｑ８の組合せ構成に限定されず、電源をオン・オフする単なるトランジスタによる無接点スイッチなどであっても良く、それに合わせて切換制御部２５を構成すれば良い。
なお、発光ダイオードＤ１〜Ｄ８とフォトトランジスタＱ１〜Ｑ８の組合せ構成にすれば、電源ライン１９、２１とコントローラ１７側との間を絶縁状態にできるから、動作が安定し易い。
本発明に係る圧電アクチュエータの駆動装置は、上述したように編機の編成針を駆動するものに限らず、プリンタにおけるインクジェット駆動源やドットワイヤ駆動源その他、圧電板を有する複数の圧電アクチュエータであって、個々の当該圧電アクチュエータに直接又は間接的に接続した機構部品を機械的に可動させる駆動源として応用可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月21日(2004.10.21)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
プレートを挟んでその対向表面に第１および第２の圧電板を各々貼り付けてなる複数の圧電アクチュエータであって、個々の前記圧電アクチュエータに直接又は間接的に接続する機構部品を機械的に可動させる複数の圧電アクチュエータと、
これら各圧電アクチュエータの前記第１の圧電板にあって前記プレートとは反対側に直接的に並列接続されたプラス側電源ラインと、
前記各圧電アクチュエータの前記第２の圧電板にあって前記プレートとは反対側に直接的に並列接続されたマイナス側電源ラインと、
オン制御選択する前記圧電アクチュエータにおける前記第１又は第２の圧電板にあって、前記プレート側に前記プラス側又はマイナス側電源ラインを選択的に接続して駆動電圧を印加し、前記第２又は第１の圧電板を選択的にオン制御してこれを充電させるコントローラと、
を具備し、
前記コントローラは、オン制御選択した前記圧電アクチュエータの前記第１又は第２の圧電板への当該駆動電圧をオフ制御すると同時に、次にオン制御選択する前記圧電アクチュエータの前記第１又は第２の圧電板に前記駆動電圧の印加をオン制御し、オフ制御された前記圧電アクチュエータの前記第１又は第２の圧電板からの放電電流を、オン制御された前記圧電アクチュエータの前記第１又は第２の圧電板に対して前記プラス側又はマイナス側電源ラインを介して直接充電させる機能を有することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。




【国際調査報告】
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