JP3109565B2 - 圧電アクチュエータの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御手段から出力され
る目標位置に応じた制御信号に応じて、圧電アクチュエ
ータに対する充電経路を形成して充電を行うと共に、放
電経路を形成して充電した電荷の放電を行なわせるよう
に構成された圧電アクチュエータの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、圧電アクチュエータなどの容量
性負荷の駆動を行う回路としては、図７に示すような基
本構成のものがある。これは、圧電アクチュエータ１に
対して、ＮＰＮ形トランジスタ２およびＰＮＰ形トラン
ジスタ３のエミッタを共通に接続すると共に、トランジ
スタ２のコレクタを正の電源４に、トランジスタ３のコ
レクタを負の電源５に接続してなる駆動回路を構成して
いる。これらのトランジスタ２および３のベースは共通
にして駆動用の制御回路６の出力端子に接続されてい
る。

【０００３】制御回路６から出力される電圧に応じてト
ランジスタ２，３が駆動され、電源４からトランジスタ
２を介して圧電アクチュエータ１に充電を行い、トラン
ジスタ２をオフさせてトランジスタ３を駆動することに
より圧電アクチュエータ１の電荷をトランジスタ３を介
して放電するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなプッシュプル回路を用いたパワーブースタ回路で
は、圧電素子１への印加電圧の大きさを制御回路６の出
力電圧以上に設定することができないので、高電圧を印
加して充放電動作を行う目的の場合には別途に回路を構
成する必要がある。

【０００５】そこで、このような要望に対応して、例え
ば、図８に示すようなブートストラップ回路を設けた構
成のものや、あるいは特開平５−１１１２６６号公報に
示されるようなものが考えられている。すなわち、図８
に示すものでは、リニアＩＣ７の電源電圧を出力の電位
に追随して変動させるようにしたもので、ブートストラ
ップ回路を基本にした構成となっている。リニアＩＣ７
の非反転入力端子は抵抗８および絶縁分離回路などを介
して制御信号の出力端子に接続されている。

【０００６】リニアＩＣ７の出力端子は圧電アクチュエ
ータ１を介してアースされると共に、帰還抵抗９を介し
て反転入力端子に接続されている。リニアＩＣ７の正の
電源端子はトランジスタ１０を介して正の電源端子１１
に接続され、負の電源端子はトランジスタ１２を介して
負の電源端子１３に接続されている。一方、正負の電源
端子１１，１３間には、トランジスタ１４，定電圧ダイ
オード１５，１６およびトランジスタ１７の直列回路が
接続され、トランジスタ１４，１７のベースは抵抗１８
ａ，１８ｂ，１８ｃからなるバイアス回路にて駆動され
るようになっている。トランジスタ１４，１７の各コレ
クタはトランジスタ１０，１２のベースに接続されてい
る。

【０００７】上記構成によれば、トランジスタ１４，１
７を駆動することにより２個の定電圧ダイオード１５，
１６に一定の電流を流し、常に一定の端子電圧を発生さ
せる。例えば、定電圧ダイオード１５，１６のツェナー
電圧をリニアＩＣ７の電源電圧±１５Ｖに対応した１５
Ｖのものを用いると、リニアＩＣ７の出力電圧に追随し
て両電源端子にはその出力電圧±１５Ｖの範囲に設定さ
れることになり、負荷である圧電アクチュエータ１に
は、トランジスタなどの耐圧の範囲内で大きい振幅の電
圧を印加することができるようになる。

【０００８】この場合、例えば、定電圧ダイオード１
５，１６の両端にそれぞれ１５Ｖを発生させ、リニアＩ
Ｃ７の出力端子に１００Ｖを出力しようとすると、リニ
アＩＣ７の正の電源端子には１１５Ｖが供給され、負の
電源端子には８５Ｖが供給されるようになり、このと
き、リニアＩＣ７の出力電圧は常に電源電圧の範囲内に
あることになり、１００Ｖの出力電圧を発生させること
ができるのである。

【０００９】しかしながら、この構成においては、常に
トランジスタやリニアＩＣ７に電流を供給する必要があ
り、したがって、負荷である圧電アクチュエータ１の充
放電に必要な消費電力以上に容量の大きい電源を用いな
ければならないという不具合がある。また、信号系統に
用いられる半導体素子は、通常３０〜５０Ｖ程度の出力
電圧までしか扱えないので、１００Ｖ以上の電圧を印加
しようとする場合には直接信号を伝達できず、電気的に
絶縁された信号伝達手段を用いる必要があるという不具
合がある。

【００１０】ところが、このような電気的に絶縁した信
号伝達手段として、例えばアイソレーションアンプを用
いることが考えられるが、そのアイソレーションアンプ
は、実際には非常に高価なものであるため、実用に供す
るには全体が高価なものになる不具合がある。

【００１１】また、特開平５−１１１２６６号公報に示
すものでは、圧電アクチュエータへの充電電流を調整す
るための電流調整回路を圧電アクチュエータの電位にフ
ローティングさせることにより大きい振幅の印加電圧が
要求される圧電アクチュエータ用駆動装置を実現してい
る。

【００１２】また、信号系統の回路から高い駆動電圧に
変動する電流調整回路に信号を伝達する構成としてフォ
トカプラを用いている。これにより、信号系統回路と電
流調整回路を電気的に絶縁しながら信号の伝達を行える
ようにしている。さらに、素子の温度特性を補正するた
めに、現実に圧電アクチュエータに流れる電流を検出
し、リニアＩＣにおいてフォトカプラにより伝達された
目標値とを比較してその偏差に基づいて充放電の制御を
行うようにしているので、正確且つ安定な駆動を行うこ
とができる。

【００１３】しかしながら、上述の構成において、圧電
アクチュエータに充放電を行うためのＦＥＴの駆動系統
にフォトカプラを用いているので、次のような不具合が
ある。すなわち、フォトカプラには、ＬＥＤに与える電
流に対応して伝達される電流の値が素子毎にばらつきが
あり、したがって、フォトカプラのばらつきに起因する
補正を行う回路を個々に設ける必要があり、全体として
構成が複雑且つ高価になる不具合がある。

【００１４】これは、例えば、あるフォトカプラにおい
てはＬＥＤに１０ｍＡの信号を与えると、１０ｍＡの信
号を伝達するように出力されるが、他のフォトカプラで
は、１２ｍＡも出力されてしまう場合があるからであ
る。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、信号伝達系統に電気的な絶縁を行う構
成を用いることなく、圧電アクチュエータに高い電圧を
印加することができるようにした圧電アクチュエータの
駆動装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電アクチュ
エータに対する充電経路を形成して充電を行うと共に、
放電経路を形成して充電電荷の放電を行なわせるように
構成された圧電アクチュエータの駆動装置を対象とする
ものであり、前記圧電アクチュエータの充電経路に介在
され、第１の電源端子にエミッタが接続され前記圧電ア
クチュエータ側にコレクタが接続されたｐｎｐ形の充電
用トランジスタと、前記圧電アクチュエータの放電経路
に介在され、第２の電源端子にエミッタが接続され前記
圧電アクチュエータ側にコレクタが接続されたｎｐｎ形
の放電用トランジスタと、前記充電用トランジスタのベ
ースにコレクタが接続されエミッタが第３の電源端子に
接続されベースに前記制御信号が与えられるｎｐｎ形の
充電制御用トランジスタと、前記放電用トランジスタの
ベースにコレクタが接続されエミッタが前記第３の電源
端子に接続されベースに前記制御信号が与えられるｐｎ
ｐ形の放電制御用トランジスタと、前記第１の電源端子
に接続され、前記第２の電源端子の電位を基準として前
記圧電アクチュエータの駆動に必要な出力電圧を出力す
る充電用電源と、前記充電制御用トランジスタおよび前
記放電制御用トランジスタを駆動するために前記第１の
電源端子の電位よりも低く前記第２の電源端子の電位よ
りも高い出力電圧に設定され前記第３の電源端子と前記
第２の電源端子との間に接続された制御用電源と、前記
圧電アクチュエータの位置を検出する位置センサと、 前
記圧電アクチュエータの目標の位置に応じた信号を出力
する制御手段と、 前記充電制御用トランジスタおよび前
記放電制御用トランジスタの各ベースに電気的に接続さ
れ、前記制御手段からの信号と前記位置センサからの信
号との偏差に基づいた信号を出力する位置偏差演算手段
とを設けて構成したところに特徴を有する（請求項１の
発明）。上記構成において、前記位置偏差演算手段と前
記充電制御用トランジスタおよび前記放電制御用トラン
ジスタの各ベースとの間に、前記圧電アクチュエータの
電流を検出すると共にその電流値と目標の電流値との偏
差に基づいた信号を出力する電流偏差演算手段を設ける
構成とすると良い（請求項２の発明）。

【００１７】また、上記各構成において、前記充電用ト
ランジスタに代えてｐチャネルの充電用ＦＥＴを設ける
と共に前記放電用トランジスタに代えてｎチャネルの放
電用ＦＥＴを設ける構成とすることができ、前記各ＦＥ
Ｔのソース，ドレインおよびゲートを、それぞれ前記エ
ミッタ，コレクタおよびベースのそれぞれに対応させる
と良い（請求項３の発明）。

【００１８】また、前記充電用トランジスタに代えてｐ
チャネルの充電用ＩＧＢＴを設けると共に前記放電用ト
ランジスタに代えてｎチャネルの放電用ＩＧＢＴを設け
る構成とすることもでき、前記各ＩＧＢＴのエミッタ，
コレクタおよびゲートを、それぞれ前記エミッタ，コレ
クタおよびベースのそれぞれに対応させると良い（請求
項４の発明）。

【００１９】さらに、上記各構成において、前記充電制
御用トランジスタに代えてｎチャネルの充電制御用ＦＥ
Ｔを設けると共に前記放電制御用トランジスタに代えて
ｐチャネルの放電制御用ＦＥＴを設ける構成としても良
い（請求項５の発明）。

【００２０】そして、前記充電制御用トランジスタに代
えてｎチャネルの充電制御用ＩＧＢＴを設けると共に前
記放電制御用トランジスタに代えてｐチャネルの放電制
御用ＩＧＢＴを設けた構成とすることもでき、前記各Ｉ
ＧＢＴのエミッタ，コレクタおよびゲートを、それぞれ
前記エミッタ，コレクタおよびベースのそれぞれに対応
させると良い（請求項６の発明）。

【００２１】

【００２２】

【００２３】さらに、前記圧電アクチュエータの充電電
荷を放電するように前記第２の電源端子に接続された負
の出力電圧の放電用電源を設け、前記第３の電源端子を
接地することにより前記放電用電源を前記制御電源とし
て兼用することができる（請求項７の発明）。

【００２４】

【作用および発明の効果】請求項１記載の圧電アクチュ
エータの駆動装置によれば、位置偏差演算手段により、
制御手段からの圧電アクチュエータの目標の位置に応じ
た信号と位置センサの信号との偏差に基いた信号が出力
され、そのレベルが制御用電源の電圧レベルよりも高く
なると、充電制御用トランジスタを介して充電用トラン
ジスタを駆動して充電経路を形成するようになり、充電
用電源から圧電アクチュエータに充電するようになる。
また、制御手段からの信号で位置偏差手段による信号の
レベルが制御用電源の電圧レベルよりも低くなると、放
電制御用トランジスタを介して放電用トランジスタを駆
動して放電経路を形成するようになり、圧電アクチュエ
ータの充電電荷を放電するようになる。

【００２５】この場合、充電用電源の電圧レベルを高く
設定することにより、制御信号のレベルを低いままで圧
電アクチュエータを高い電圧で充電動作を行なわせるこ
とができ、これによって、圧電アクチュエータを駆動す
るのに必要な駆動電圧をＩＣなどの低い電圧出力の制御
手段を用いて駆動制御することができるようになる。ま
た、逆に圧電アクチュエータの駆動電圧を高くすること
ができるようになるので、使用態様の制約を少なくする
ことができる。また、請求項２に記載の圧電アクチュエ
ータの駆動装置によれば、電流偏差演算手段は、圧電ア
クチュエータの駆動に際して、圧電アクチュエータの電
流を検出すると共にその電流値と位置偏差演算手段から
与えられる目標の電流値との偏差に基づいた信号を出力
して充電制御用トランジスタおよび放電制御用トランジ
スタを駆動制御するので、常に必要な電流を流すように
駆動させることができるようになる。

【００２６】また、請求項３ないし請求項６記載の圧電
アクチュエータの駆動装置によれば、上述と同様の駆動
制御をバイポーラトランジスタに代えてＦＥＴあるいは
ＩＧＢＴを用いても行うことができるようになり、駆動
のための素子を必要に応じて選定して構成することがで
きると共に、これらの組み合わせによる構成のものとす
ることもできるようになる。

【００２７】

【００２８】

【００２９】請求項７記載の圧電アクチュエータの駆動
装置によれば、圧電アクチュエータの放電動作を負の出
力電圧の放電用電源を用いる場合に、制御用電源を接地
することができるようになるので、回路構成を簡単化す
ることができるようになる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図１お
よび図２を参照しながら説明する。電気的構成を示す図
１において、圧電アクチュエータ２１は、例えばＸ−Ｙ
テーブルなどの精密位置決め制御を行うためのもので、
電圧を印加するとそのときの圧電変位により微小移動す
るように構成されたもので、多数の電極板と圧電素子と
を交互に積層して構成し、各圧電素子を電気的に並列に
電圧を印加して印加電圧の増減に応じて積層方向に伸縮
変位するように構成されている。なお、この圧電アクチ
ュエータ２１は、例えば２００Ｖ程度の駆動電圧が適切
なもので、効率的な駆動が可能となっている。

【００３１】この圧電アクチュエータ２１に対して、充
放電駆動を行うための駆動装置２２は次のように構成さ
れる。ｐｎｐ形の充電用トランジスタ２３のエミッタは
第１の電源端子２４を介して例えば２００Ｖの出力電圧
の充電用電源２５の正極端子に接続されている。充電用
トランジスタ２３のコレクタは圧電アクチュエータ２１
および電流検出手段としての電流検出抵抗２６を直列に
介して接地されている。ｎｐｎ形の放電用トランジスタ
２７のコレクタは、充電用トランジスタ２３と同様に、
圧電アクチュエータ２１および電流検出抵抗２６を直列
に介して接地され、エミッタは第２の電源端子２８を介
して接地されている。

【００３２】ｎｐｎ形の充電制御用トランジスタ２９の
コレクタはトランジスタ２３のベースに接続され、エミ
ッタは第３の電源端子３０を介して制御用電源としての
例えば５Ｖの直流電源３１に接続されている。ｐｎｐ形
の放電制御用トランジスタ３２のエミッタは第３の電源
端子３０を介して直流電源３１に接続され、コレクタは
トランジスタ２７のベースに接続されている。なお、上
述したトランジスタ２３，２７，２９，３２は共に、エ
ミッタ・コレクタ間の耐圧が６００Ｖ程度のものが選定
されており、圧電アクチュエータ２１を充電用電源の出
力電圧である２００Ｖ程度で駆動した場合でも充分耐え
得るようなものである。

【００３３】電流偏差演算手段としての差動増幅回路３
３は、リニア集積回路を用いたもので、その反転入力端
子は圧電アクチュエータ２１と電流検出抵抗２６との共
通接続点に接続されており、出力端子はトランジスタ２
９および３２のベースに共通に接続されている。位置偏
差演算手段としての差動増幅回路３４は、上述同様にリ
ニア集積回路を用いたもので、その出力端子は差動増幅
回路３３の非反転入力端子に接続されている。

【００３４】この差動増幅回路３４の非反転入力端子
は、抵抗３５を介して接地されると共に、抵抗３６を介
して制御手段としての制御回路３７に接続され、制御信
号としての位置指令信号Ｖａが与えられるようになって
いる。また、差動増幅回路３４の反転入力端子は抵抗３
８を介して位置検出手段としての位置センサ３９に接続
されると共に抵抗４０を介して出力端子に接続されてい
る。

【００３５】この場合、位置センサ３９は、圧電アクチ
ュエータ２１の物理的な変位量を検出するもので、例え
ばうず電流センサなどのセンサを用いたもので、その変
位量に応じた電気信号Ｖｂを出力するようになってい
る。差動増幅回路３４は、制御回路３７から与えられる
位置指令信号Ｖａと圧電アクチュエータ２１の実際の変
位量に対応する位置センサ３９からの検出信号Ｖｂとを
比較してその偏差に相当する信号を制御信号Ｖｃとして
出力する。

【００３６】また、差動増幅回路３３は、電流検出抵抗
２６に流れる電流により発生する電圧Ｖｄと上述した制
御信号Ｖｃとを比較してその偏差に相当する信号を実際
の制御信号Ｖｅとして出力するようになっている。

【００３７】次に本実施例の作用について図２も参照し
て説明する。まず、制御回路３７から圧電アクチュエー
タ２１の駆動変位位置を指令するために出力する指令信
号として、図２（ａ）に示すように、所定レベルを振幅
中心として正弦波状に振動する指令信号Ｖａを用いる場
合について説明する。これにより、圧電アクチュエータ
２１の物理的な変位を正弦波的に振動させて負荷の駆動
を行うものである。

【００３８】制御回路３７から指令信号Ｖａが出力され
ると、差動増幅回路３４においては、反転入力端子に抵
抗３８を介して位置センサ３９から与えられる位置検出
信号Ｖｂとの差の演算を行って位置偏差信号Ｖｃを次の
差動増幅回路３３の非反転入力端子に与えるようにな
る。これにより、圧電アクチュエータ２１の変位位置の
指令信号Ｖａに対して、実際に変位した位置検出信号Ｖ
ｂとの偏差量つまり、指令信号Ｖａに対するずれを位置
偏差信号Ｖｃとして出力することができるようになる。

【００３９】次に、差動増幅回路３３においては、いま
演算された位置偏差信号Ｖｃに対して、圧電アクチュエ
ータ２１に実際に流れている電流値を電流検出抵抗２６
の端子電圧Ｖｄとして入力してその偏差の値を演算し、
圧電アクチュエータ２１に実際に通電すべき電流レベル
に相当する制御電圧Ｖｅとして出力するようになる。こ
れによって、圧電アクチュエータ２１は通電電流を制御
することで駆動されるようになり、電圧駆動の場合に比
べてヒステリシスのない精度の良い駆動制御を行うこと
ができるようになっている。

【００４０】さて、差動増幅回路３３から制御信号Ｖｅ
が出力されると、その電圧レベルが制御用電源３１の電
圧レベルよりも高くなると、充電制御用トランジスタ２
９にベース電流が流れるようになり、そのコレクタ電流
が充電用トランジスタ２３のベース電流として流れるよ
うになり、充電用トランジスタ２３は、充電経路を形成
してそのときのベース電流に応じたコレクタ電流を充電
用電源２５から圧電アクチュエータ２１に流すようにな
る。これが圧電アクチュエータ２１の充電電流となり、
このときの充電電流は、前述のように電流検出抵抗２６
により検出されて偏差信号Ｖｃに対応する電流値となる
ように自動的に制御される。

【００４１】一方、差動増幅回路３３からの制御信号Ｖ
ｅの電圧レベルが制御用電源３１の電圧レベルよりも低
くなると、放電制御用トランジスタ３２にベース電流が
流れるようになり、そのコレクタ電流が放電用トランジ
スタ２７のベース電流として流れるようになる。これに
よって、放電用トランジスタ２７は、放電経路を形成し
て圧電アクチュエータ２１の端子電圧を電源電圧として
そのときのベース電流に応じたコレクタ電流を流すこと
により、圧電アクチュエータ２１の充電電荷を放電する
ようになる。そして、このときの放電電流は、前述のよ
うに電流検出抵抗２６により検出されて偏差信号Ｖｃに
対応する電流値となるように自動的に制御される。

【００４２】なお、充電制御用トランジスタ２９および
放電制御用トランジスタ３２を駆動するための差動増幅
回路３３の制御信号Ｖｅのレベルは、それぞれ制御用電
源３１の電圧レベルＥｓに各トランジスタのベース・エ
ミッタ間電圧Ｖｂｅを加減した値よりも大きく変動した
レベルが必要である。例えば、制御用電源３１の電圧を
５Ｖであるとすると、充電制御用トランジスタ２９を駆
動するためには、それよりもベース・エミッタ間電圧Ｖ
ｂｅとして０．８Ｖ程度高い値つまり５．８Ｖ程度以上
が必要となり、逆に、放電制御用トランジスタ３２を駆
動するためには、それよりも０．８Ｖ程度低い値つまり
４．２Ｖ程度以下に下がることが必要になる（図２
（ｅ）参照）。

【００４３】このような制御動作を実行することによ
り、指令信号Ｖａに対する各部の出力信号が定常状態に
達すると、図２（ｂ）〜（ｆ）に示すように、電圧レベ
ルの変動が行われるようになり、圧電アクチュエータ２
１の充放電動作が行われるようになる。この場合、定常
状態においては、圧電アクチュエータ２１が容量性負荷
であることから、信号の位相が９０°ずれた状態とな
る。

【００４４】また、上述の場合、差動増幅回路３３の出
力である制御電圧Ｖｅのレベルの範囲は制御用電源３１
の電圧レベル５Ｖを中心として数ボルトの範囲で充電用
トランジスタ２３および放電用トランジスタ２７を駆動
することにより、圧電アクチュエータ２１に最大で充電
用電源２５の端子電圧２００Ｖ程度まで印加することが
できるようになる。

【００４５】このような本実施例によれば、充電用トラ
ンジスタ２３，放電用トランジスタ２７をコレクタ共通
にして圧電アクチュエータ２１に接続し、それらのトラ
ンジスタ２３，２７の駆動用として、エミッタを共通に
して制御用電源３１に接続した充電制御用トランジスタ
２９および放電制御用トランジスタ３２により駆動する
構成としたので、差動増幅回路３３のようなリニアＩＣ
系統の低い制御信号Ｖｅで圧電アクチュエータ２１に充
電用電源２５の高い電圧を印加して充放電動作を行なわ
せることができる。

【００４６】図３および図４は本発明の第２の実施例を
示すもので、第１の実施例と異なるところは、第２の電
源端子２８を接地する代わりに負電圧を出力する放電用
電源４１を接続し、第３の電源端子３０を接地する構成
としたところである。この場合、放電用電源４１を圧電
アクチュエータ２１に接続することにより、放電時には
圧電アクチュエータ２１の充電電荷を負の電圧で強制的
に放電させることができるように構成したものである。
そして、このように負の出力電圧の放電用電源４１を設
けることで、制御用電源の機能を兼ね備えることができ
るようになっている。

【００４７】上記構成において、充電制御用トランジス
タ２９は、エミッタが接地されているからベースに０．
８Ｖ程度以上が印加されると駆動されて充電用トランジ
スタ２３を駆動可能となる。また、放電制御用トランジ
スタ３２は、同じくエミッタが接地されているから、ベ
ースに−０．８Ｖ程度以下の電圧が印加されると駆動さ
れて放電用トランジスタ２７を駆動可能となる。つま
り、差動増幅回路３３から０Ｖを中心として上下に変動
する制御信号Ｖｅを出力することにより圧電アクチュエ
ータ２１の充放電動作を行なわせることができるのであ
る。

【００４８】なお、この場合においては、第１の実施例
で制御用電源３１を用いて放電制御用トランジスタ３２
に対してバイアスを付与可能な構成としたことに代え
て、負の電源を放電用電源４１として用いることによ
り、放電制御用トランジスタ３２をその放電用電源４１
の端子電圧を利用して駆動することができるようにした
もので、これによって、第３の電源端子３０に接続して
いた制御用電源３１を省略した構成とすることもできる
のである。

【００４９】上記の関係を図４を参照して原理的に説明
する。すなわち、図４に概略的に示すように、第１ない
し第３の電源端子２４，２８，３０のそれぞれに、電源
電圧がゼロボルトの場合も含めて電源電圧がＥａ，Ｅ
ｂ，Ｅｃの各電源Ａ，Ｂ，Ｃを接続する構成を考えた場
合に、各電源Ａ〜Ｃの電源電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃの関係
が、次式を満たすように設定されていることが充放電動
作を可能とする条件となる。ただし、Ｖｂｅは充電制御
用トランジスタ２９，放電制御用トランジスタ３２のベ
ース・エミッタ間の順方向電圧である。

【００５０】 Ｅａ＞Ｅｃ＋Ｖｂｅ， Ｅｃ−Ｖｂｅ＞Ｅｂ ただし、Ｅａ＞０Ｖ， Ｅｂ≦０Ｖである。

【００５１】そして、この考え方において、第２の電源
端子２８を接地して電源Ｂの電源電圧Ｅｂ＝０Ｖとし、
第３の電源端子３０に電源Ｃとして電源電圧Ｅｃ＝５Ｖ
の制御用電源３１を接続した構成が第１の実施例であ
る。また、第３の電源端子３０を接地して電源Ｃの電源
電圧Ｅｃ＝０Ｖとし、第２の電源端子２８に電源Ｂとし
て負の電源電圧Ｅｂ＜０Ｖの放電用電源４１を接続した
構成が第２の実施例である。

【００５２】したがって、このような第２の実施例によ
っても第１の実施例と同様の作用効果を得ることができ
ると共に、圧電アクチュエータ２１を負の放電用電源４
１を用いて放電動作を行なわせる構成の場合には制御用
電源３１を省略した構成とすることができる。

【００５３】図５は本発明の第３の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なるところは、バイポーラトラン
ジスタに代えてＦＥＴを設ける構成としたところであ
る。すなわち、ｐｎｐ形の充電用トランジスタ２３に代
えてｐチャネルの充電用ＦＥＴ４２，ｎｐｎ形の放電用
トランジスタ２７に代えてｎチャネルの放電用ＦＥＴ４
３，ｎｐｎ形の充電制御用トランジスタ２９に代えてｎ
チャネルの充電制御用ＦＥＴ４４，そしてｐｎｐ形の放
電制御用トランジスタ３２に代えてｐチャネルの放電制
御用ＦＥＴ４５を設けた構成としている。

【００５４】充電用ＦＥＴ４２のソースは第１の電源端
子２４に接続され、ドレインは圧電アクチュエータ２１
の一端子に接続され、ゲートはバイアス抵抗４６を介し
てソースに接続されると共に保護抵抗４７を介して充電
制御用ＦＥＴ４４のドレインに接続されている。放電用
ＦＥＴ４３のソースは第２の電源端子２８に接続され、
ドレインは圧電アクチュエータ２１の一端子に接続さ
れ、ゲートはバイアス抵抗４８を介してソースに接続さ
れると共に保護抵抗４９を介して放電制御用ＦＥＴ４５
のドレインに接続されている。充電制御用ＦＥＴ４４，
放電制御用ＦＥＴ４５の各ソースは共通にして第３の電
源端子３０に接続され、各ゲートは共通にして差動増幅
回路３３の出力端子に接続されている。

【００５５】上記構成によれば、差動増幅回路３３の出
力電圧である制御電圧Ｖｅの電圧レベルが制御用電源３
１の電圧レベルに対してゲートバイアスに必要な電圧以
上の差がある場合に、充電制御用ＦＥＴ４４あるいは放
電制御用ＦＥＴ４５を駆動して充電用ＦＥＴ４２あるい
は放電用ＦＥＴ４３を駆動することができるようにな
り、第１の実施例と同様にして圧電アクチュエータ２１
に充電動作および放電動作を行なわせることができるよ
うになる。

【００５６】図６は本発明の第４の実施例を示すもの
で、第３の実施例と異なるところは、ＦＥＴに代えてＩ
ＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）を設け
る構成としたところである。すなわち、ｐチャネルの充
電用ＦＥＴ４２に代えてｐチャネルの充電用ＩＧＢＴ５
０，ｎチャネルの放電用ＦＥＴ４３に代えてｎチャネル
の放電用ＩＧＢＴ５１，ｎチャネルの充電制御用ＦＥＴ
４４に代えてｎチャネルの充電制御用ＩＧＢＴ５２，そ
してｐチャネルの放電制御用ＦＥＴ４５に代えてｐチャ
ネルの放電制御用ＩＧＢＴ５３を設けた構成としてい
る。

【００５７】そして、このような構成によっても、第３
の実施例と同様の作用効果を得ることができるようにな
る。なお、第３および第４の実施例においては、通常の
バイポーラトランジスタに代えて、ＦＥＴやＩＧＢＴを
用いる構成としているが、これらは、例えば選択する圧
電アクチュエータやその使用電圧，定格等に応じて耐圧
や電流容量あるいは制御形式等が適合するものを選択し
て適宜の使用をすることができる。

【００５８】本発明は、上記実施例にのみ限定されるも
のではなく、次のように変形また拡張できる。位置検出
手段は、圧電アクチュエータ２１の物理的な変位を測定
可能なものであれば何でも良く、うず電流検出形の変位
センサに加えて、例えば、差動トランス、ポテンショメ
ータ式、ストレインゲージ、半導体磁器抵抗素子変位セ
ンサ、静電容量型変位計、ホール素子変位センサなどを
用いることができる。

【００５９】また、位置検出手段は、変位センサに限ら
ず、圧電素子の端子電圧を検出して概略位置を求める方
式としても良い。さらに、油圧システムなどに用いる容
量性負荷を制御対象とする場合には、位置検出手段とし
て、油圧センサなどの圧力センサを用いることもでき
る。

【００６０】上記各実施例では、充電用，放電用，充電
制御用および放電制御用にすべてバイポーラトランジス
タ，ＦＥＴあるいはＩＧＢＴなどの同一種類の半導体素
子を用いる構成を示したが、これらは、例えば、充電
用，放電用にバイポーラトランジスタを用い、充電制御
用，放電制御用にＦＥＴを用いるなどの異種の半導体素
子を組み合わせて使用する構成としても良いものであ
る。

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電気的構成図

【図２】各部の出力状態を示すタイムチャート

【図３】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図４】各電源の電圧レベルを説明するための原理説明
図

【図５】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図６】本発明の第４の実施例を示す図１相当図

【図７】従来例を示す図１相当図

【図８】他の従来例を示す図１相当図

【符号の説明】

２１は圧電アクチュエータ、２３はｐｎｐ形の充電用ト
ランジスタ、２４は第１の電源端子、２５は充電用電
源、２６は電流検出抵抗（電流検出手段）、２７はｎｐ
ｎ形の放電用トランジスタ、２８は第２の電源端子、２
９はｎｐｎ形の充電制御用トランジスタ、３０は第３の
電源端子、３１は制御用電源、３２はｐｎｐ形の放電制
御用トランジスタ、３３は差動増幅回路（電流偏差演算
手段）、３４は差動増幅回路（位置偏差演算手段）、３
７は制御回路（制御手段）、３９は位置センサ（位置検
出手段）、４１は放電用電源、４２はｐチャネルの充電
用ＦＥＴ、４３はｎチャネルの放電用ＦＥＴ、４４はｎ
チャネルの充電制御用ＦＥＴ、４５はｐチャネルの放電
制御用ＦＥＴ、５０はｐチャネルの充電用ＩＧＢＴ、５
１はｎチャネルの放電用ＩＧＢＴ、５２はｎチャネルの
充電制御用ＩＧＢＴ、５３はｐチャネルの放電制御用Ｉ
ＧＢＴである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−23983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−283228（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−246780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−81286（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00 - 2/16

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電アクチュエータに対する充電経路を
   形成して充電を行うと共に、放電経路を形成して充電電
   荷の放電を行わせるように構成された圧電アクチュエー
   タの駆動装置において、 前記圧電アクチュエータの充電経路に介在され、第１の
   電源端子にエミッタが接続され前記圧電アクチュエータ
   側にコレクタが接続されたｐｎｐ形の充電用トランジス
   タと、 前記圧電アクチュエータの放電経路に介在され、第２の
   電源端子にエミッタが接続され前記圧電アクチュエータ
   側にコレクタが接続されたｎｐｎ形の放電用トランジス
   タと、 前記充電用トランジスタのベースにコレクタが接続され
   エミッタが第３の電源端子に接続されベースに前記制御
   信号が与えられるｎｐｎ形の充電制御用トランジスタ
   と、 前記放電用トランジスタのベースにコレクタが接続され
   エミッタが前記第３の電源端子に接続されベースに前記
   制御信号が与えられるｐｎｐ形の放電制御用トランジス
   タと、 前記第１の電源端子に接続され、前記第２の電源端子の
   電位を基準として前記圧電アクチュエータの駆動に必要
   な出力電圧を出力する充電用電源と、 前記充電制御用トランジスタおよび前記放電制御用トラ
   ンジスタを駆動するために前記第１の電源端子の電位よ
   りも低く前記第２の電源端子の電位よりも高い出力電圧
   に設定され前記第３の電源端子と前記第２の電源端子と
   の間に接続された制御用電源と、 前記圧電アクチュエータの位置を検出する位置センサ
   と、 前記圧電アクチュエータの目標の位置に応じた信号を出
   力する制御手段と、 前記充電制御用トランジスタおよび前記放電制御用トラ
   ンジスタの各ベースに電気的に接続され、前記制御手段
   からの信号と前記位置センサからの信号との偏差に基づ
   いた信号を出力する位置偏差演算手段 とを具備したこと
   を特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の圧電アクチュエータの
   駆動装置において、 前記位置偏差演算手段と前記充電制
   御用トランジスタおよび前記放電制御用トランジスタの
   各ベースとの間に接続され、前記圧電アクチュエータの
   電流を検出すると共にその電流値と目標の電流値との偏
   差に基づいた信号を出力する電流偏差演算手段を設けた
   ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の圧電アクチュ
   エータの駆動装置における前記充電用トランジスタに代
   えてｐチャネルの充電用ＦＥＴを設けると共に前記放電
   用トランジスタに代えてｎチャネルの放電用ＦＥＴを設
   ける構成とし、 前記各ＦＥＴのソース，ドレインおよびゲートを、それ
   ぞれ前記エミッタ，コレクタおよびベースのそれぞれに
   対応させたことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の圧電アクチュ
   エータの駆動装置における前記充電用トランジスタに代
   えてｐチャネルの充電用ＩＧＢＴを設けると共に前記放
   電用トランジスタに代えてｎチャネルの放電用ＩＧＢＴ
   を設けた構成とし、 前記各ＩＧＢＴのエミッタ，コレクタおよびゲートを、
   それぞれ前記エミッタ，コレクタおよびベースのそれぞ
   れに対応させたことを特徴とする圧電アクチュエータの
   駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４に記載の圧電アクチュ
   エータの駆動装置における前記充電制御用トランジスタ
   に代えてｎチャネルの充電制御用ＦＥＴを設けると共に
   前記放電制御用トランジスタに代えてｐチャネルの放電
   制御用ＦＥＴを設けた構成とし、 前記各ＦＥＴのソース，ドレインおよびゲートを、それ
   ぞれ前記エミッタ，コレクタおよびベースのそれぞれに
   対応させたことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４に記載の圧電アクチュ
   エータの駆動装置における前記充電制御用トランジスタ
   に代えてｎチャネルの充電制御用ＩＧＢＴを設けると共
   に前記放電制御用トランジスタに代えてｐチャネルの放
   電制御用ＩＧＢＴを設けた構成とし、 前記各ＩＧＢＴのエミッタ，コレクタおよびゲートを、
   それぞれ前記エミッタ，コレクタおよびベースのそれぞ
   れに対応させたことを特徴とする圧電アクチュエータの
   駆動装置。
7. 【請求項７】 前記圧電アクチュエータの充電電荷を放
   電するように前記第２の電源端子に接続された負の出力
   電圧の放電用電源を設け、 前記第３の電源端子を接地することにより前記放電用電
   源を前記制御電源として兼用したことを特徴とする請求
   項１ないし６のいずれかに記載の圧電アクチュエータの
   駆動装置。