JP2003134851A - ピエゾアクチュエータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構成の簡素化を図りつつ、ピエゾアクチュエー
タの充電速度と放電速度とを別個に設定すること。 【解決手段】ピエゾアクチュエータ駆動回路は、ピエゾ
アクチュエータ駆動用の電気エネルギを蓄積するコンデ
ンサ２３と、該コンデンサ２３に直列に接続された充放
電用コイル３０とを備え、ピエゾアクチュエータ１１〜
１４の充放電時には、充放電用コイル３０を通じてコン
デンサ２３との間で充電及び放電が行われる。充放電用
コイル３０は、インダクタンスの異なる２系統のコイル
構成となっており、ピエゾアクチュエータ１１〜１４の
充電時と放電時とでインダクタンスが変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピエゾアクチュエ
ータ駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ピエゾアクチュエータは、多数の圧電素
子を積層した積層体（ピエゾスタック）が圧電効果によ
り伸縮するアクチュエータであり、例えば、ディーゼル
エンジンのコモンレール式燃料噴射装置において燃料噴
射用インジェクタ内に配設される。このインジェクタで
は、ピエゾアクチュエータの伸縮動作により開弁と閉弁
とが切り替えられる。また、ピエゾアクチュエータは容
量性の負荷であり、その充電と放電とで伸長状態と縮小
状態とが切り替えられる。

【０００３】ピエゾアクチュエータ駆動回路として特開
平１０−３０８５４２号公報の技術が知られており、同
公報には、ピエゾアクチュエータの電荷を回収して次回
の充電に供するようにした充放電方法が開示されてい
る。また、同公報の装置では、ピエゾアクチュエータの
充電電流及び放電電流を同じインダクタを介して案内す
ることを特徴的事項としており、それによりインダクタ
を最小個数とし、ひいてはピエゾアクチュエータを効率
良く充放電するものとしていた。その概要として、ピエ
ゾアクチュエータ充電時には充電スイッチを連続してオ
ン／オフし、その際、コイル（インダクタとして機能す
る素子）に蓄積した電磁エネルギによりピエゾアクチュ
エータを充電する。また、ピエゾアクチュエータ放電時
には放電スイッチを連続してオン／オフし、その際、ピ
エゾアクチュエータに保持されたエネルギをコイル（充
電時と同じ素子）の電磁エネルギに変換しバッファコン
デンサに回収するようにしている。

【０００４】しかしながら、上記公報の手法では、ピエ
ゾアクチュエータの充放電のために充電スイッチや放電
スイッチをスイッチング作動可能に構成する必要があ
り、スイッチ制御用の回路が複雑化する。また、スイッ
チングロスがあるため、エネルギの回収効率は必ずしも
良くないと考えられる。そこで本願出願人らは、上記公
報の問題を解消し、回収効率の良いピエゾアクチュエー
タ駆動回路を提供すべく特開２００１−１５７４７２号
公報の技術を提案した。

【０００５】図８は、特開２００１−１５７４７２号公
報に記載したピエゾアクチュエータ駆動回路を示す。図
８において、直流電源１０１には蓄電制御スイッチ１０
２及びエネルギ供給用コイル１０３を介してコンデンサ
１０４が接続されており、このコンデンサ１０４にはピ
エゾアクチュエータ駆動用の電気エネルギが蓄積され
る。コンデンサ１０４には、充放電切替スイッチ１０５
が接続されている。また、コンデンサ１０４の正極側端
子には、充電スイッチ１０６及び充放電用コイル１０７
を介して複数のピエゾアクチュエータ１０８が接続され
ている（但し、図にはピエゾアクチュエータを１つだけ
示す）。ピエゾアクチュエータ１０８には選択用スイッ
チ１０９が接続されている。なお、符号１１０は、ピエ
ゾアクチュエータ１０８の残存電荷を放出するための残
存電荷放出用スイッチである。

【０００６】上記構成において、直流電源１０１からコ
ンデンサ１０４へのエネルギ供給時には、蓄電制御スイ
ッチ１０２及び充放電切替スイッチ１０５がオン（閉
成）され、直流電源１０１の電気エネルギがエネルギ供
給用コイル１０３を通じてコンデンサ１０４に蓄積され
る。コンデンサ１０４の充電完了後、スイッチ１０２，
１０５は何れもオフされる。

【０００７】その後、ピエゾアクチュエータ充電時に選
択用スイッチ１０９及び充電スイッチ１０６がオンされ
ると、コンデンサ１０４の蓄積エネルギによりピエゾア
クチュエータ１０８が充電され、そのピエゾアクチュエ
ータ１０８が伸長する。次に、選択用スイッチ１０９及
び充電スイッチ１０６がオフ、充放電切替スイッチ１０
５がオンされると、ピエゾアクチュエータ１０８の電荷
が放出され、そのピエゾアクチュエータ１０８が縮小す
る。ピエゾアクチュエータ充電時には、コンデンサ１０
４の電荷が充放電用コイル１０７を通じてピエゾアクチ
ュエータ１０８に取り込まれ、ピエゾアクチュエータ放
電時には、ピエゾアクチュエータ１０８から放出される
電荷が同一の充放電用コイル１０７を通じてコンデンサ
１０４に回収される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記図８のピエゾアク
チュエータ駆動回路では、ピエゾアクチュエータ１０８
の充放電時にＬＣ共振回路が形成されて充電又は放電が
行われるが、充電時と放電時とではＬＣ共振回路の共振
時定数が同一となり、充電動作の速さと放電動作の速さ
とが同一となる。従って、例えば、インジェクタの開弁
特性又は閉弁特性に応じてピエゾアクチュエータの充電
速度又は放電速度の何れかを大きくしたい場合や、イン
ジェクタの噴射間隔に応じて同じく充電速度又は放電速
度の何れかを大きくしたい場合、こうした要望に応える
ことができない。構成の簡素化やコスト低減を図るべく
充放電用コイル１０７を共用化する場合、上記の不都合
が生じる。

【０００９】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、構成の簡素化を
図りつつ、ピエゾアクチュエータの充電速度と放電速度
とを別個に設定することができるピエゾアクチュエータ
駆動回路を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のピエゾア
クチュエータ駆動回路では、ピエゾアクチュエータ駆動
用の電気エネルギを蓄積するコンデンサと、該コンデン
サに直列に接続されたインダクタとを備え、ピエゾアク
チュエータの充放電時には、前記インダクタを通じて前
記コンデンサとの間で充電及び放電が行われる。また特
に、ピエゾアクチュエータの充電時と放電時とで、前記
インダクタのインダクタンスが変更される。具体的に
は、請求項２に記載したように、前記インダクタは、イ
ンダクタンスの異なる２系統のコイル構成よりなる。

【００１１】本構成によれば、ピエゾアクチュエータの
充放電時にＬＣ共振回路が形成される際、インダクタン
スの変更に伴い共振時定数が変更される。従って、ピエ
ゾアクチュエータの充電動作の速さや放電動作の速さの
変更が可能となる。この場合、同じインダクタを通じて
ピエゾアクチュエータの充電及び放電が行われるため、
構成の簡素化も併せて実現できる。その結果、構成の簡
素化を図りつつ、ピエゾアクチュエータの充電速度と放
電速度とを別個に設定するという本発明の目的が達せら
れる。

【００１２】インダクタの構成としてより具体的には、
請求項３に記載したように、前記インダクタを構成する
コイルには巻線の両端部に各々端子が設けられると共に
巻線の中間部に別の端子が設けられ、ピエゾアクチュエ
ータの充電回路と放電回路のうち、一方は前記巻線の両
端部の端子間を通じて形成され、他方は前記巻線の端部
の端子と中間の端子間を通じて形成されると良い。

【００１３】或いは、請求項４に記載したように、前記
インダクタは、各々分割された２個のコイルよりなり、
ピエゾアクチュエータの充電回路と放電回路のうち、一
方は２個のコイルを通じて形成され、他方は１個のコイ
ルのみを通じて形成されると良い。

【００１４】更に、請求項５に記載したように、ピエゾ
アクチュエータの充電時と放電時とで共に用いる第１コ
イルと、ピエゾアクチュエータの充電時と放電時の何れ
かの時だけ用いる第２コイルとを有し、これら第１コイ
ルと第２コイルとを直列接続して前記インダクタを構成
すると良い。上記請求項３〜５の何れの場合にも、ピエ
ゾアクチュエータの充電時と放電時とで動作速度が容易
に変更できる。

【００１５】また、請求項６に記載の発明では、ピエゾ
アクチュエータと前記インダクタとを通り且つ前記コン
デンサを迂回する残存電荷放出回路に残存電荷放出用ス
イッチを設け、ピエゾアクチュエータの放電直後に前記
残存電荷放出用スイッチを一時的に閉成する。この場
合、ピエゾアクチュエータ放電時に、ピエゾアクチュエ
ータの電荷がコンデンサに全て回収されずピエゾアクチ
ュエータに残存しても、その直後に残存電荷放出用スイ
ッチを一時的に閉成することによりピエゾアクチュエー
タの残存電荷が前記インダクタを介して瞬時にコンデン
サに回収される。従って、エネルギの回収効率を更に高
めることができる。またこの場合、残存電荷放出回路に
おける前記インダクタのインダクタンスを、ピエゾアク
チュエータ充電時又は放電時のインダクタンスに一致さ
せるか、或いはそれら充放電時の何れとも別に設定する
構成とした。従って、残存電荷放出時において電荷放出
の速度を任意に設定することが可能となる。

【００１６】また、請求項７に記載の発明では、残存電
荷放出回路における前記インダクタのインダクタンス
を、ピエゾアクチュエータ放電時に形成される放電回路
と同じインダクタンスとしたので、放電回路での放電動
作と同じ速度でピエゾアクチュエータの残存電荷を放出
することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１に、第
１の実施の形態におけるピエゾアクチュエータ駆動回路
の構成を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路は４つ
のピエゾアクチュエータ１１，１２，１３，１４を駆動
するものであり、例えば４気筒ディーゼルエンジンのコ
モンレール式燃料噴射装置に用いたものを示している。
ピエゾアクチュエータ１１〜１４は気筒毎のインジェク
タに設けられており、ピエゾアクチュエータ１１〜１４
の伸長動作に伴いインジェクタが開弁して燃料噴射が行
われ、ピエゾアクチュエータ１１〜１４の縮小動作に伴
いインジェクタが閉弁して燃料噴射が停止されるように
なっている。

【００１８】本ピエゾアクチュエータ駆動回路におい
て、直流電源２０はバッテリやＤＣ−ＤＣコンバータ
（昇圧回路）等からなり、数十〜数百Ｖの大きさの高電
圧を生成し出力する。直流電源２０には、蓄電制御スイ
ッチ２１とエネルギ供給用コイル２２とを介してコンデ
ンサ２３が接続されており、蓄電制御スイッチ２１がオ
ンの時、直流電源２０の高電圧がコンデンサ２３に対し
て印加される。コンデンサ２３への印加電圧は正圧であ
る。

【００１９】エネルギ供給用コイル２２は電流制限素子
として機能し、直流電源２０からコンデンサ２３への電
流がコイル２２により制限され、蓄電制御スイッチ２１
等の劣化が防止される。また、コンデンサ２３は、ピエ
ゾアクチュエータ１１〜１４の駆動用電気エネルギを蓄
積するものであり、静電容量の温度依存性の殆どないも
の、例えばフィルムコンデンサを用いるのが望ましい。
ここで、使用温度域でのコンデンサ容量をＣ１、容量性
負荷であるピエゾアクチュエータ１１〜１４の各静電容
量をＣ２とした場合、Ｃ１≦Ｃ２となるように設定した
コンデンサ２３を使用する。

【００２０】コンデンサ２３には負電圧防止用ダイオー
ド２４が並列に接続されている。また、コンデンサ２３
には、充電経路ダイオード２５及び充放電切替スイッチ
２６からなる並列回路が接続されている。なお、負電圧
防止用ダイオード２４はコンデンサ２３に対して逆バイ
アス方向に接続され、充電経路ダイオード２５はコンデ
ンサ２３に対して順バイアス方向に接続されている。蓄
電制御スイッチ２１とエネルギ供給用コイル２２との間
の接続点はダイオード２７を介して接地されている。

【００２１】また、コンデンサ２３は、充電スイッチ２
８と充放電用コイル３０とを介して各ピエゾアクチュエ
ータ１１〜１４の正極側端子に接続されている。充電ス
イッチ２８には放電経路ダイオード２９が並列に接続さ
れている。一方、ピエゾアクチュエータ１１〜１４の負
極側端子には、各々に選択用スイッチ５１，５２，５
３，５４が接続されると共に、それら選択用スイッチ５
１〜５４に並列に放電経路ダイオード６１，６２，６
３，６４が接続されている。

【００２２】充放電用コイル３０はインダクタとして機
能する素子であり、インダクタンスの異なる２系統のコ
イル構成となっている。すなわち、端子ａ及び端子ｂ間
で巻線が巻かれ、インダクタンスＬabが形成されてい
る。また、端子ａｂ間の途中より中間タップで線が引き
出されて端子ｃが設けられ、端子ｂｃ間にインダクタン
スＬbcが形成されている。この場合、Ｌab＞Ｌbcであ
る。図では、端子ａは充電スイッチ２８に接続され、端
子ｂはピエゾアクチュエータ１１〜１４の正極側端子に
接続されている。端子ｃは放電経路ダイオード２９のア
ノード側端子と残存電荷放出用スイッチ３１に接続され
ている。

【００２３】上述した各種スイッチは何れも、図示しな
いマクロコンピュータ等の制御部によりオン／オフ制御
される。因みに、これら各種スイッチをバイポーラトラ
ンジスタ或いはＦＥＴ等で構成し、ベース電流、ゲート
電圧を制御して電流制限をかける構成とすることも可能
である。また、同制御部によりコンデンサ２３の充電電
圧が逐次モニタされるようになっている。

【００２４】ここで、ピエゾアクチュエータ１１〜１４
の充電・放電動作、並びに残存電荷の放出動作を図２を
用いて説明する。なお図２（ａ）〜（ｃ）では、ピエゾ
アクチュエータ１１についての動作を示す。また便宜
上、図１で説明した充放電回路部について各々で必要部
分のみを抽出して示す。

【００２５】ピエゾアクチュエータ１１を充電する際、
図２（ａ）に示すように、選択用スイッチ５１、充電ス
イッチ２８をオンする。すると、充電経路ダイオード２
５、コンデンサ２３、充電スイッチ２８、充放電用コイ
ル３０の端子ａｂ間、ピエゾアクチュエータ１１及び選
択用スイッチ５１により「充電回路」が形成される。こ
れにより、コンデンサ２３の蓄積エネルギによりピエゾ
アクチュエータ１１が充電され、ピエゾアクチュエータ
１１が伸長する。

【００２６】また、次にピエゾアクチュエータ１１を放
電させる際、図２（ｂ）に示すように、充放電切替スイ
ッチ２６をオンする。すると、放電経路ダイオード６
１、ピエゾアクチュエータ１１、充放電用コイル３０の
端子ｂｃ間、放電経路ダイオード２９、コンデンサ２３
及び充放電切替スイッチ２６により「放電回路」が形成
される。これにより、伸長状態のピエゾアクチュエータ
１１から電荷が放出され、ピエゾアクチュエータ１１が
縮小する。

【００２７】更に、図２（ｃ）に示すように、残存電荷
放出用スイッチ３１をオンすると、放電経路ダイオード
６１、ピエゾアクチュエータ１１、充放電用コイル３０
の端子ｂｃ間及び残存電荷放出用スイッチ３１により
「残存電荷放出回路」が形成される。これにより、ピエ
ゾアクチュエータ１１に残存する電荷が放出される。

【００２８】かかる場合、前述した通り充放電用コイル
３０は、端子ａｂ間のインダクタンスＬabが端子ｂｃ間
のインダクタンスＬbcよりも大きい。そのため、ピエゾ
アクチュエータ１１の充電時には放電時よりもＬＣ共振
の共振時定数が長くなる。従って、ピエゾアクチュエー
タ１１の充電時と放電時とを比べると、充電時は充電動
作が遅くなり、放電時（残存電荷放出時を含む）は放電
動作が速くなる。

【００２９】次に、本ピエゾアクチュエータ駆動回路の
作動を図３のタイムチャートを用いて説明する。図３で
は、ピエゾアクチュエータ１１が伸長及び縮小する場合
を例にその動作を示している。

【００３０】ピエゾアクチュエータ１１を伸長させる
前、コンデンサ２３が予め蓄電される。すなわち、図の
タイミングｔ１〜ｔ２の期間では充放電切替スイッチ２
６がオンされ、そのオン期間内において蓄電制御スイッ
チ２１が繰り返しスイッチングされる。このとき、直流
電源２０、蓄電制御スイッチ２１、エネルギ供給用コイ
ル２２、コンデンサ２３及び充放電切替スイッチ２６よ
りなる降圧チョッパ回路が閉成され、コンデンサ２３の
電圧が上昇していく。コンデンサ２３の電圧が所定値Ｖ
１に達すると蓄電制御スイッチ２１のスイッチング動作
が停止される（スイッチオフの状態に復帰する）。これ
により、ピエゾアクチュエータ駆動のための所定量の電
荷がコンデンサ２３に蓄電される。

【００３１】その後、タイミングｔ３では、インジェク
タの噴射開始要求に伴いピエゾアクチュエータ１１の伸
長が開始される。このとき、ピエゾアクチュエータ１１
に対応する選択用スイッチ５１がオンされ、それと同時
に或いはその直後に充電スイッチ２８がオンされる。こ
れにより、図２（ａ）で説明した通り「充電回路」が閉
成され、コンデンサ２３の蓄積エネルギがピエゾアクチ
ュエータ１１に放出される。この充電回路はＬＣ共振回
路であり、Ｃ１≦Ｃ２であるため、共振作用によりコン
デンサ３４の全てのエネルギがピエゾアクチュエータ１
１に移り始める。

【００３２】タイミングｔ４でコンデンサ２３の電荷量
が０になると、負電圧防止用ダイオード２４の負電圧防
止作用及び充電経路ダイオード２５の逆方向電流防止作
用によりコンデンサ２３からの電荷流出が停止する。し
かして、コンデンサ２３に蓄積されていた電気エネルギ
「Ｃ１・Ｖ１^2／２」の全てがピエゾアクチュエータ１
１に移動し、それに伴いピエゾアクチュエータ１１が伸
長する。そして、上記の如く電荷の移動が停止するた
め、ピエゾアクチュエータ１１は伸長状態を保持する。
タイミングｔ５では、充電スイッチ２８、選択用スイッ
チ５１がオフされる。

【００３３】その後、タイミングｔ６では、インジェク
タの噴射終了要求に伴いピエゾアクチュエータ１１の縮
小が開始される。このとき、充放電切替スイッチ２６が
再びオンされる。これにより、図２（ｂ）で説明した通
り「放電回路」が閉成される。この放電回路もまたＬＣ
共振回路となるため、共振作用によりピエゾアクチュエ
ータ１１が放電され、ピエゾアクチュエータ１１の電荷
がコンデンサ２３に回収される。そして、一定時間の
後、電荷の移動が停止する（タイミングｔ７）。この場
合、放電回路の電流は放電経路ダイオード６１，２９に
より規定される電荷回収方向にのみ流れが許容される。
これにより、ピエゾアクチュエータ１１が不意に再充電
されて伸長するといった不都合が回避される。

【００３４】ここで、ピエゾアクチュエータ１１の充電
時（ｔ３〜ｔ４の期間）と放電時（ｔ６〜ｔ７の期間）
とを比べると、充電回路と放電回路とのＬＣ共振の共振
時定数の違いから、充電時の方が電圧変化の速度が遅く
なっている。

【００３５】タイミングｔ７後には、Ｃ１≦Ｃ２である
ためにピエゾアクチュエータ１１に電荷が残存する。そ
こで、タイミングｔ８で残存電荷放出用スイッチ３１を
オンする。これにより、図２（ｃ）で説明した通り「残
存電荷放出回路」が形成され、ピエゾアクチュエータ１
１における残存電荷の電気エネルギが充放電用コイル３
０の電磁エネルギに変換される。次いで、タイミングｔ
９で残存電荷放出用スイッチ３１をオフすると、充放電
用コイル３０に蓄積された電磁エネルギが瞬間的にコン
デンサ２３に回収される。従って、ごく僅かな充放電用
コイル３０等における損失分を除けば、ピエゾアクチュ
エータ１１に供給された電気エネルギが効率良く全てコ
ンデンサ２３に回収される。

【００３６】その後、タイミングｔ１０〜ｔ１１の期間
では、再び降圧チョッパ回路が閉成され、コンデンサ充
電量の不足分（所定値Ｖ１に達しない分）が充電され
る。すなわち、充放電切替スイッチ２６がオンされると
共に、そのオン期間内において蓄電制御スイッチ２１が
繰り返しスイッチングされる。これにより、コンデンサ
２３の充電量が所定値Ｖ１に戻る。このとき、蓄電制御
スイッチ２１のスイッチングは、コンデンサ２３の充電
量の不足分のみの充電で足り、コンデンサ２３の充電が
速やかに完了する。

【００３７】タイミングｔ１２では、次のピエゾアクチ
ュエータ１２の伸長に移行する。このとき、コンデンサ
２３の充電が完了しており、前述したタイミングｔ３以
降と同様に、ピエゾアクチュエータ１２の充電と放電
（伸長と縮小）が順次行われる。

【００３８】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。ピエゾアクチュエータ１１〜１
４の充電時と放電時とで、充放電用コイル３０のインダ
クタンスが変更されるので、ピエゾアクチュエータ１１
〜１４の充電速度と放電速度とを別個に設定することが
できる。またこの場合、同じ充放電用コイル３０を通じ
てピエゾアクチュエータ１１〜１４の充電及び放電が行
われるため、構成の簡素化並びに低コスト化が実現でき
る。

【００３９】コンデンサ２３、充放電用コイル３０及び
ピエゾアクチュエータ１１〜１４からなるＬＣ共振回路
を、充電スイッチ２８の切り替え状態に応じて充電回路
又は放電回路の何れかに切り替えるようにした。この場
合、充電回路及び放電回路をＬＣ共振回路により構成す
ることからピエゾアクチュエータ１１〜１４の充電、放
電を効率良く行うことができる。また、エネルギの再利
用が可能となり、ひいては消費電力の節約が実現でき
る。

【００４０】ピエゾアクチュエータ１１〜１４の放電直
後に残存電荷放出用スイッチ３１を一時的に閉成するよ
うにしたので、ピエゾアクチュエータ１１〜１４の残存
電荷が充放電用コイル３０を介してコンデンサ２３に回
収される。従って、エネルギの回収効率を更に高めるこ
とができる。またこの場合、残存電荷放出回路における
充放電用コイル３０のインダクタンスを前記放電回路と
同じインダクタンスとしたので、放電回路での放電動作
と同じ速度でピエゾアクチュエータ１１〜１４の残存電
荷を放出することができる。

【００４１】（第２の実施の形態）次に、本発明におけ
る第２の実施の形態について、上述した第１の実施の形
態との相違点を中心に説明する。図４に、第２の実施の
形態におけるピエゾアクチュエータ駆動回路の構成を示
す。なお、図中、図１と同じ構成には同じ部材番号を付
し、その説明を省略する。

【００４２】上記図１のピエゾアクチュエータ駆動回路
では、放電動作が充電動作よりも速くなるよう構成した
が、図４のピエゾアクチュエータ駆動回路では、これと
は逆に、充電動作が放電動作よりも速くなるよう構成す
る。図４では、前記図１の充放電用コイル３０に代えて
充放電用コイル４０を設けている。

【００４３】充放電用コイル４０は、前述の充放電用コ
イル３０と同様、インダクタンスの異なる２系統のコイ
ル構成となっている。すなわち、端子ａ及び端子ｂ間で
巻線が巻かれ、インダクタンスＬabが形成されている。
また、端子ａｂ間の途中より中間タップで線が引き出さ
れて端子ｃが設けられ、端子ｂｃ間にインダクタンスＬ
bcが形成されている。この場合、Ｌab＞Ｌbcである。図
では、端子ａは放電経路ダイオード２９のアノード側端
子と残存電荷放出用スイッチ３１に接続され、端子ｂは
ピエゾアクチュエータ１１〜１４の正極側端子に接続さ
れている。端子ｃは充電スイッチ２８に接続されてい
る。

【００４４】ピエゾアクチュエータ１１〜１４の充電・
放電動作、並びに残存電荷の放出動作を図５を用いて説
明する。なお図５（ａ）〜（ｃ）では、ピエゾアクチュ
エータ１１についての動作を示す。

【００４５】ピエゾアクチュエータ１１を充電する際、
図５（ａ）に示すように、選択用スイッチ５１、充電ス
イッチ２８をオンする。すると、充電経路ダイオード２
５、コンデンサ２３、充電スイッチ２８、充放電用コイ
ル４０の端子ｂｃ間、ピエゾアクチュエータ１１及び選
択用スイッチ５１により「充電回路」が形成される。こ
れにより、コンデンサ２３の蓄積エネルギによりピエゾ
アクチュエータ１１が充電され、ピエゾアクチュエータ
１１が伸長する。

【００４６】また、次にピエゾアクチュエータ１１を放
電させる際、図５（ｂ）に示すように、充放電切替スイ
ッチ２６をオンする。すると、放電経路ダイオード６
１、ピエゾアクチュエータ１１、充放電用コイル４０の
端子ａｂ間、放電経路ダイオード２９、コンデンサ２３
及び充放電切替スイッチ２６により「放電回路」が形成
される。これにより、伸長状態のピエゾアクチュエータ
１１から電荷が放出され、ピエゾアクチュエータ１１が
縮小する。

【００４７】更に、図５（ｃ）に示すように、残存電荷
放出用スイッチ３１をオンすると、放電経路ダイオード
６１、ピエゾアクチュエータ１１、充放電用コイル４０
の端子ａｂ間及び残存電荷放出用スイッチ３１により
「残存電荷放出回路」が形成される。これにより、ピエ
ゾアクチュエータ１１に残存する電荷が放出される。

【００４８】かかる場合、前述した通り充放電用コイル
４０は、端子ａｂ間のインダクタンスＬabが端子ｂｃ間
のインダクタンスＬbcよりも大きい。そのため、ピエゾ
アクチュエータ１１の放電時には充電時よりもＬＣ共振
の共振時定数が長くなる。従って、ピエゾアクチュエー
タ１１の充電時と放電時とを比べると、充電時は充電動
作が速くなり、放電時（残存電荷放出時を含む）は放電
動作が遅くなる。

【００４９】以上第２の実施の形態によれば、上述した
第１の実施の形態と同様に、構成の簡素化を図りつつ、
ピエゾアクチュエータ１１〜１４の充電速度と放電速度
とを別個に設定することができる。

【００５０】なお本発明は、上記以外に次の形態にて具
体化できる。上記各実施の形態では、一つの充放電用コ
イル３０，４０を用いて２系統のコイル構成としたが、
これを変更し、２つのコイルを用いる構成とする。その
構成を図６に示す。図６のピエゾアクチュエータ駆動回
路では、充電スイッチ２８とピエゾアクチュエータ１１
〜１４との間に２個のコイル４１，４２を直列に配置
し、コイル４１，４２の中間点に放電経路ダイオード２
９のアノード側端子と残存電荷放出用スイッチ３１とを
接続している。本構成では、ピエゾアクチュエータ１１
〜１４の充電時には放電時よりもＬＣ共振の共振時定数
が長くなる。従って、ピエゾアクチュエータ１１〜１４
の充電時は充電動作が遅くなり、放電時（残存電荷放出
時を含む）は放電動作が速くなる。

【００５１】この場合、一つのコイルが共用されるた
め、充電用コイルと放電用コイルとを各々別個に設ける
構成に比べ、構成の簡素化が可能となる。なお、コイル
４２は、ピエゾアクチュエータ１１〜１４の充電時と放
電時とで共に用いる「第１コイル」に相当し、コイル４
１は、ピエゾアクチュエータ１１〜１４の充電時にのみ
用いる「第２コイル」に相当する。勿論、直列接続され
る２つのコイルを、ピエゾアクチュエータ１１〜１４の
充放電時で共用するコイル（第１コイル）と、ピエゾア
クチュエータ１１〜１４の放電時にのみ用いるコイル
（第２コイル）との組み合わせにて実現することも可能
である。

【００５２】上記実施の形態では、ピエゾアクチュエー
タ放電時と残存電荷放出時とでＬＣ共振の共振時定数
（動作速度）を同一としたが、これを変更し、ピエゾア
クチュエータ充電時と残存電荷放出時とでＬＣ共振の共
振時定数（動作速度）を同一としても良い。具体的に
は、図７に示すように構成する。ここで、図７（ａ）は
前記図１の構成を一部変更したもの、図７（ｂ）は前記
図４の構成を一部変更したものである。

【００５３】すなわち、図７（ａ）では、残存電荷放出
用スイッチ３１が充放電用コイル３０の端子ａに接続さ
れており、残存電荷放出用スイッチ３１のオン時には充
放電用コイル３０の端子ａｂ間を通じてピエゾアクチュ
エータの残存電荷が放出される。また、図７（ｂ）で
は、残存電荷放出用スイッチ３１が充放電用コイル３０
の端子ｃに接続されており、残存電荷放出用スイッチ３
１のオン時には充放電用コイル３０の端子ｂｃ間を通じ
てピエゾアクチュエータの残存電荷が放出される。上記
何れの場合にも、ピエゾアクチュエータ充電時と残存電
荷放出時とでＬＣ共振の共振時定数（動作速度）が一致
する。図示は省略するが、勿論前記図６の構成について
も同様に変更することが可能である。

【００５４】また、上記の如く残存電荷放出時における
ＬＣ共振の共振時定数（動作速度）をピエゾアクチュエ
ータ放電時又は放電時の何れかに一致させる他に、それ
ら充放電時の何れとも別に設定する構成としても良い。
この場合、充放電用コイルを、インダクタンスの異なる
３系統のコイル構成とし、ピエゾアクチュエータの充電
時、放電時、残存電荷放出時でインダクタンスを相違さ
せる構成とする。より具体的には、充放電用コイルの中
間部に２つの端子を各々設けること、３個のコイルを用
い各コイルの接続点を通じて各回路を形成すること等に
より大小異なる３つのインダクタンスを取りうる構成と
する。本構成により、残存電荷放出時において電荷放出
の速度を任意に設定することが可能となり、回路構成の
より一層の多様化が実現できる。

【００５５】上記各実施の形態では、コモンレール式燃
料噴射装置に適用したものを開示したが、本発明は、ピ
エゾアクチュエータを用いる他の用途にも適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるピエゾアクチュエー
タ駆動回路を示す回路図。

【図２】充電回路、放電回路、残存電荷放出回路を示す
回路図。

【図３】ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を示すタ
イムチャート。

【図４】第２の実施の形態におけるピエゾアクチュエー
タ駆動回路を示す回路図。

【図５】充電回路、放電回路、残存電荷放出回路を示す
回路図。

【図６】別の実施の形態におけるピエゾアクチュエータ
駆動回路を示す回路図。

【図７】別の実施の形態におけるピエゾアクチュエータ
駆動回路を示す回路図。

【図８】従来のピエゾアクチュエータ駆動回路を示す回
路図。

【符号の説明】

１１〜１４…ピエゾアクチュエータ、２１…蓄電制御ス
イッチ、２３…コンデンサ、３０…充放電用コイル、３
１…残存電荷放出用スイッチ、４０…充放電用コイル、
４１，４２…コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榊原 康行 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 成瀬 英生 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 BA06 BA19 BA51 CC05U CC06U CE27 DA01 DA04 DA08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピエゾアクチュエータ駆動用の電気エネル
   ギを蓄積するコンデンサと、該コンデンサに直列に接続
   されたインダクタとを備え、ピエゾアクチュエータの充
   放電時には、前記インダクタを通じて前記コンデンサと
   の間で充電及び放電を行うようにしたピエゾアクチュエ
   ータ駆動回路において、 ピエゾアクチュエータの充電時と放電時とで、前記イン
   ダクタのインダクタンスを変更する構成としたことを特
   徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
2. 【請求項２】前記インダクタは、インダクタンスの異な
   る２系統のコイル構成よりなる請求項１記載のピエゾア
   クチュエータ駆動回路。
3. 【請求項３】前記インダクタを構成するコイルには巻線
   の両端部に各々端子が設けられると共に巻線の中間部に
   別の端子が設けられ、ピエゾアクチュエータの充電回路
   と放電回路のうち、一方は前記巻線の両端部の端子間を
   通じて形成され、他方は前記巻線の端部の端子と中間の
   端子間を通じて形成される請求項２記載のピエゾアクチ
   ュエータ駆動回路。
4. 【請求項４】前記インダクタは、各々分割された２個の
   コイルよりなり、ピエゾアクチュエータの充電回路と放
   電回路のうち、一方は２個のコイルを通じて形成され、
   他方は１個のコイルのみを通じて形成される請求項２記
   載のピエゾアクチュエータ駆動回路。
5. 【請求項５】ピエゾアクチュエータの充電時と放電時と
   で共に用いる第１コイルと、ピエゾアクチュエータの充
   電時と放電時の何れかの時だけ用いる第２コイルとを有
   し、これら第１コイルと第２コイルとを直列接続して前
   記インダクタを構成する請求項１記載のピエゾアクチュ
   エータ駆動回路。
6. 【請求項６】ピエゾアクチュエータと前記インダクタと
   を通り且つ前記コンデンサを迂回する残存電荷放出回路
   に残存電荷放出用スイッチを設け、ピエゾアクチュエー
   タの放電直後に前記残存電荷放出用スイッチを一時的に
   閉成するピエゾアクチュエータ駆動回路であって、残存
   電荷放出回路における前記インダクタのインダクタンス
   を、ピエゾアクチュエータ充電時又は放電時のインダク
   タンスに一致させるか、或いはそれら充放電時の何れと
   も別に設定する構成とした請求項１乃至５の何れかに記
   載のピエゾアクチュエータ駆動回路。
7. 【請求項７】ピエゾアクチュエータと前記インダクタと
   を通り且つ前記コンデンサを迂回する残存電荷放出回路
   に残存電荷放出用スイッチを設け、ピエゾアクチュエー
   タの放電直後に前記残存電荷放出用スイッチを一時的に
   閉成するピエゾアクチュエータ駆動回路であって、残存
   電荷放出回路における前記インダクタのインダクタンス
   を、ピエゾアクチュエータ放電時に形成される放電回路
   と同じインダクタンスとした請求項１乃至５の何れかに
   記載のピエゾアクチュエータ駆動回路。