JPH06104501A - 圧電素子駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直線性に優れ、安定した圧電素子の電荷制御
方法を行なう。 【構成】 発振器２６の交流電圧Ｖ_ACを直流駆動電圧に
重畳して圧電素子１に印加する。電流検出器２４は圧電
素子１に流れる電流Ｉ_ACを検出し、除算器２２に入力さ
れる。除算器２２からは、圧電素子１の電荷の目標値Ｑ
^*と電流Ｉ_ACの商Ｖ^*＝Ｑ^*／Ｉ_ACが出力され、圧電素子
１には直流増幅器２３により増幅された直流電圧ＫaＶ^*
が印加され、圧電素子１には電荷Ｑp＝Ｃp（ＫaＶ^*）が
誘起される。ここで、直流増幅器２３の増幅率Ｋaを適
当に選択することによりＱp＝Ｑ^*となるようにでき、圧
電素子１の電荷制御が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子駆動装置に関す
る。具体的にいうと、ＰＺＴ等の圧電素子を安定に駆動
するための駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】技術的背景 圧電素子の印加電圧Ｖpと変位量（伸縮量）Ｄとの関係
には、特有のヒステリシス特性が存在している。図１
は、圧電素子のヒステリシス特性を示す図であって、印
加電圧Ｖp＝０、変位量Ｄ＝０の初期状態０から圧電素
子の印加電圧をＶ１まで増加させてゆくと、圧電素子は
０→Ａ→Ｂという経路を経て状態Ｂに達し、変位量はＤ
１となる。状態Ｂより再び圧電素子の印加電圧をＶp＝
０まで減少させると、圧電素子はＢ→Ｅ→Ｆという経路
を経て状態Ｆになる。この状態Ｆでは、印加電圧Ｖpは
０ボルトであるが、ヒステリシスによって圧電素子には
Ｄ２の変位量（残留歪）が生じている。この後、圧電素
子の印加電圧Ｖpを０→Ｖ１→０というように昇降させ
ると、圧電素子は大ループに沿ってＦ→Ａ→Ｂ→Ｅ→Ｆ
と変化し、同じ印加電圧Ｖpでも昇圧時と降圧時とで異
なる変位量Ｄを示す。また、Ｖ１より小さな電圧Ｖ２に
対して圧電素子の印加電圧Ｖpを０→Ｖ２→０と昇降さ
せると、圧電素子は小ループに沿ってＦ→Ｇ→Ｈ→Ｋ→
Ｆと変化し、やはり同じ印加電圧Ｖpでも昇圧時と降圧
時とで異なる変位量Ｄを示す。このため、圧電素子の変
位量Ｄを印加電圧Ｖpによって正確に制御することが困
難であった。

【０００３】一方、一般に、電荷に対する圧電素子の変
位特性は直線性に優れていることが知られている。しか
しながら、圧電素子は、本来圧電素子自体が伸縮するの
で、圧電素子の伸縮によって電極間距離が変化し、圧電
素子の伸縮に伴って静電容量も変化し、このため静電容
量と印加電圧との関係から圧電素子にチャージされてい
る電荷を制御することが困難であった。

【０００４】従来例 また、図２は圧電素子のヒステリシスを軽減するための
従来方法を示している。これは、圧電素子１と直列に補
償コンデンサ２を接続することにより、同一駆動電圧Ｖ
₀における圧電素子１の静電容量変化に対する電荷変動
の割合を減少させ、圧電素子１のヒステリシスを軽減す
る方法である。図２によって詳しく説明すると、圧電素
子１と補償コンデンサ２を直列にして直流電源３に接続
してあり、圧電素子１の静電容量、印加電圧及び電荷を
それぞれＣp、Ｖp、Ｑp、補償コンデンサ２の静電容
量、印加電圧及び電荷をそれぞれＣs、Ｖs、Ｑsと表わ
し、直流電源３の駆動電圧をＶ₀とすると、これらの間
には、 Ｑp＝Ｃp・Ｖp＝Ｑs＝Ｃs・Ｖs …（Ｒ１） Ｖ₀＝Ｖp＋Ｖs …（Ｒ２） の関係があるから、圧電素子１の電荷Ｑpは、（Ｒ１）
式及び（Ｒ２）式より、 Ｑp＝〔（Ｃp・Ｃs）／（Ｃp＋Ｃs）〕・Ｖ₀ …（Ｒ３） と表わされる。この（Ｒ３）式を静電容量Ｃpで微分す
ると、 （ｄＱp／ｄＣp）＝〔Ｃs／（Ｃp＋Ｃs）〕²Ｖ₀ …（Ｒ４） となる。従って、圧電素子１の静電容量Ｃpに比べて小
さな静電容量Ｃs（＜＜Ｃp）の補償コンデンサ２を用
い、Ｃs／（Ｃp＋Ｃs）の値を０に近い値にすることに
より圧電素子１の容量変化ΔＣpに対する電荷Ｑpの安定
性が高くなる。従って、補償コンデンサ２の静電容量Ｃ
sが十分小さい場合には、圧電素子１の静電容量Ｃpを一
定値Ｃp₀とみなし、圧電素子１に直接印加されている印
加電圧Ｖpによって圧電素子１の電荷Ｑp（＝Ｃp₀・Ｖ
p）を制御することができる。

【０００５】しかしながら、圧電素子１の印加電圧Ｖp
は、 Ｖp／Ｖ₀＝Ｃs／（Ｃp＋Ｃs） …（Ｒ５） で表わされるから、このような方法では、補償コンデン
サ２の静電容量Ｃsを圧電素子１の静電容量Ｃpに対して
小さくし、電荷の安定性を高めれば高めるほど、電源電
圧Ｖ₀に対する圧電素子１の印加電圧Ｖpの利用効率が低
下し、所望の圧電素子１の変位量Ｄを得るためには電源
電圧Ｖ₀を高圧化する必要がある。

【０００６】また、直流電圧印加時では、圧電素子１と
補償コンデンサ２の漏れ抵抗比によって最終的な分圧電
圧が定まるため、圧電素子１及び補償コンデンサ２の各
電圧はコンデンサ分圧後ドリフトを生じ、圧電素子１の
電荷及び変位量もドリフトするという問題があった。こ
の問題点を図３及び図４に従って説明する。図３は圧電
素子１及び補償コンデンサ２の各漏れ抵抗を考慮した図
２の回路の等価回路図であり、図４は時間ｔ＝０に直流
電源３の電圧Ｖ₀を印加した場合の圧電素子１及び補償
コンデンサ２の各印加電圧Ｖp，Ｖsの変化を示す図であ
る。図３において、４は圧電素子１の漏れ抵抗を表わ
し、その抵抗値をＲpとしている。また、５は補償コン
デンサ２の漏れ抵抗を表わし、その抵抗値をＲsとして
いる。いま、ｔ＝０に直流電源３から電圧を印加する
と、電流は圧電素子１及び補償コンデンサ２に流入し、
時間ｔ＝０における圧電素子１及び補償コンデンサ２の
電圧Ｖp(t)、Ｖs(t)は各静電容量Ｃp、Ｃsに逆比例した
値、 Ｖp(０)＝〔Ｃs／（Ｃp＋Ｃs）〕・Ｖ₀ …（Ｒ６） Ｖs(０)＝〔Ｃp／（Ｃp＋Ｃs）〕・Ｖ₀ …（Ｒ７） となる。この後、圧電素子１及び補償コンデンサ２に充
電された電荷は、各漏れ抵抗４，５を通じて充放電し、
最終的には（ｔ＝∞）、圧電素子１及び補償コンデンサ
２の電圧Ｖp(t)、Ｖs(t)は漏れ抵抗４，５の抵抗値Ｒ
p、Ｒsの比で決まる値、 Ｖp（∞）＝〔Ｒp／（Ｒp＋Ｒs）〕・Ｖ₀ …（Ｒ８） Ｖs（∞）＝〔Ｒs／（Ｒp＋Ｒs）〕・Ｖ₀ …（Ｒ９） で安定する。従って、図４の曲線６に示すように、圧電
素子１の印加電圧Ｖpと補償コンデンサ２の印加電圧Ｖs
は時間ｔ＝０と最終的な状態（ｔ＝∞）との間で変動す
る。この最終的な状態では、圧電素子１と補償コンデン
サ２の電荷は等しくなく（一般的には、Ｃp・Ｒp≠Ｃs
・Ｒsである。）、 Ｑp（∞）＝Ｃp・Ｖp（∞） ＝Ｃp・〔Ｒp／（Ｒp＋Ｒs）〕・Ｖ₀ …（Ｒ１０） Ｑs（∞）＝Ｃs・Ｖs（∞） ＝Ｃs・〔Ｒs／（Ｒp＋Ｒs）〕・Ｖ₀ …（Ｒ１１） となり、圧電素子１の電荷Ｑpの大きさは初めの値〔上
記（Ｒ３）式で表わされるもの〕から変化してしまい、
圧電素子１の変位量Ｄが時間的にドリフトする。従っ
て、補償コンデンサ２の既知の静電容量Ｃsを利用して
圧電素子１の電荷Ｑpを正確に制御することは困難であ
った。

【０００７】また、図５はさらに別な従来例における補
償コンデンサ２の印加電圧Ｖs及び駆動電圧Ｖ₀(ｔ)の各
電圧変化を示す図である。これは、図３の圧電素子駆動
装置を改良したもので、補償コンデンサ２の電圧制御に
よって圧電素子１の電荷制御を行なうものであって、補
償コンデンサ２の印加電圧Ｖsをフィードバックさせて
補償コンデンサ２の電圧を一定に保つようにしている。
このような構成とするためには、（Ｒ７）式のＶs(t)と
（Ｒ９）式のＶs(∞)とを等しくすればよいから、時間
ｔ＝０における印加電圧Ｖ₀(０)と時間ｔ＝∞における
印加電圧Ｖ₀(∞)とが、つぎの（Ｒ１２）式の関係を満
たしている必要がある。 Ｖ₀(∞)＝〔Ｃp（Ｒp＋Ｒs）／Ｒs（Ｃp＋Ｃs）〕・Ｖ₀(０) …（Ｒ１２）

【０００８】この結果、Ｖ₀(∞)＞Ｖ₀(０)となり、例え
ば印加電圧Ｖ₀(t)は図５の曲線７に示すように変化す
る。一方、ｔ＝∞における圧電素子１の電圧Ｖp(∞)
は、（Ｒ９）式及び（Ｒ１２）式より、 Ｖp(∞)＝〔Ｒp／（Ｒp＋Ｒs）〕・Ｖ₀(∞) ＝｛〔Ｃp・Ｒp〕／〔Ｒs（Ｃp＋Ｃs）〕｝・Ｖ₀(０) …（Ｒ１３ ）となる。従って、圧電素子１の電荷Ｑp(∞)は、 Ｑp(∞)＝Ｃp・Ｖp(∞) ＝｛〔Ｃp²・Ｒp〕／〔Ｒs（Ｃp＋Ｃs）〕｝・Ｖ₀(０) …（Ｒ１４ ）となる。ここで、本来一定に保たれるべき圧電素子１の電荷Ｑp(０)は、 Ｑp(0)＝〔（Ｃp・Ｃs）／（Ｃp＋Ｃs）〕・Ｖ₀(０) …（Ｒ１５） であるから、上記（Ｒ１４）式は、 Ｑp(∞)＝〔（Ｃp・Ｒp）／（Ｃs・Ｒs）〕・Ｑ₀(０) …（Ｒ１６） となる。

【０００９】ここで、（Ｃp・Ｒp）／（Ｃs・Ｒs）の値
が一定であれば、これらの既知の定数から、さらに圧電
素子１の電荷Ｑp(t)を一定制御することも可能である
が、圧電素子１の静電容量が電圧依存性を示し、Ｃp＝
Ｃp（Ｖp）であるため、このような状況は非常に困難で
ある。

【００１０】図６に示すものはさらに別な従来例による
圧電素子駆動装置を示す回路図である。これは、圧電素
子１及び補償コンデンサ２の各漏れ抵抗４，５の抵抗値
Ｒp，Ｒsに比べて十分小さな抵抗値ｒp，ｒsの分圧抵抗
８，９を、それぞれ圧電素子１及び補償コンデンサ２に
並列に接続し、電圧変化の時定数を短くしたものであ
る。しかしながら、このような回路構成によれば、圧電
素子１及び補償コンデンサ２に電圧を印加した直後、圧
電素子１及び補償コンデンサ２は両分圧抵抗８，９の抵
抗値ｒp，ｒsによって決まる一定電圧状態に達するの
で、原理的には電圧制御となってしまい。電荷一定制御
は可能であった。

【００１１】図７に示すものは、従来より一般的に使用
されている圧電素子駆動装置を示す回路図である。この
圧電素子駆動装置にあっては、漏れ抵抗Ｒpの圧電素子
１と漏れ抵抗Ｒsの補償コンデンサ２とを直列に接続
し、ここへ直流増幅器１０によって駆動電圧Ｖ₀を印加
している。また、補償コンデンサ２の印加電圧Ｖsをバ
ッファアンプ１２を介して調節器１１の入力へフィード
バックさせ、補償コンデンサ２の電荷Ｑsが目標値Ｑs^*
と等しくなるように直流増幅器１０の出力Ｖ₀をフィー
ドバック制御している。

【００１２】しかし、この一般的な圧電素子駆動装置
は、本質的には、上記各圧電素子駆動装置と同等なもの
であるから、従来の上記各圧電素子駆動装置と同様な問
題点を有している。さらに、補償コンデンサ２の電圧を
検出するためのバッファアンプ１２の入力インピーダン
スによって、補償コンデンサ２の漏れ抵抗が低下してし
まうなど、直流駆動においては実用に十分でなかった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、直線性に優れ、安定した圧電素子の電荷制御方
法を実施するための圧電素子駆動装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の圧電素子
駆動装置は、圧電素子駆動用の直流電圧を発生する直流
電源手段と、前記直流電圧に重畳して圧電素子に交流電
圧を印加する交流電源手段と、圧電素子に流れる交流電
流を検出する手段と、圧電素子の電荷目標値と前記検出
手段によって検出された交流電流とから、圧電素子の電
荷が前記電荷目標値と等しくなるように圧電素子駆動用
の直流電圧値を演算する手段とを備えたことを特徴とし
ている。

【００１５】本発明の第２の圧電素子駆動装置は、直列
接続された圧電素子及び補償コンデンサと、前記圧電素
子及び補償コンデンサに直流電圧を印加する直流電源手
段と、前記直流電圧に重畳して前記圧電素子及び補償コ
ンデンサに交流電圧を印加する交流電源手段と、補償コ
ンデンサに印加されている交流電圧成分を検出する手段
と、圧電素子に印加されている直流電圧成分を検出する
手段と、圧電素子の電荷目標値と前記交流電圧成分検出
手段によって検出された交流電圧成分とから、圧電素子
の電荷が前記電荷目標値と等しくなるように圧電素子駆
動用の直流電圧値を演算する手段と、前記直流電圧成分
検出手段によって検出されている直流電圧成分が前記直
流電圧の演算値と等しくなるように圧電素子駆動用の直
流電圧を制御する手段とからなることを特徴としてい
る。

【００１６】

【作用】本発明の第１の圧電素子の駆動方法にあって
は、交流電源手段から圧電素子に供給される交流電流を
検出することによって圧電素子の静電容量を知ることが
でき、当該検出手段によって検出された交流電流に基づ
き、圧電素子の電荷が電荷目標値と等しくなるように圧
電素子駆動用の直流電圧を制御する。従って、補償コン
デンサを用いることなく、圧電素子の電荷制御を正確に
行なわせることができる。

【００１７】また、本発明の第２の圧電素子駆動装置に
あっては、交流電源手段から補償コンデンサに印加され
ている交流電圧成分を検出することによって圧電素子の
静電容量を知ることができ、こうして求めた圧電素子の
静電容量値に基づき、圧電素子の電荷が電荷目標値と等
しくなるように圧電素子の直流駆動電圧を制御する。従
って、圧電素子の静電容量の変化にかかわりなく、圧電
素子の電荷制御を正確に行なわせることができる。

【００１８】しかも、第２の圧電素子駆動装置にあって
は、圧電素子や補償コンデンサの漏れ抵抗による圧電素
子の電荷のドリフトもなくすことができ、圧電素子の変
位量を安定させることができる。

【００１９】

【実施例】図８は本発明の一実施例による圧電素子駆動
装置２１を示す回路図である。この実施例においては、
除算器２２から出力された信号Ｖ^*を直流増幅器２３で
増幅して圧電素子１に印加しており、直流増幅器２３か
ら圧電素子１に流れている交流電流Ｉ_ACを例えば計器用
変流器（ＣＴ）のような電流検出器２４によって検出し
ている。除算器２２には圧電素子１の電荷指令値Ｑ^*を
表わす信号が入力されており、さらに、電流検出器２４
によって検出された交流電流（実効値）Ｉ_ACがハイパス
フィルタ（直流カットフィルタ）２５を通して除算器２
２に入力されており、除算器２２からは、Ｑ^*／Ｉ_ACの
除算結果と等しい信号（電圧指令値）Ｖ^*＝Ｑ^*／Ｉ_ACが
出力されている。また、発振器２６からは周波数ｆの交
流電圧（実効値）Ｖ_ACが出力されており、発振器２６か
ら出力されている交流電圧（実効値）Ｖ_ACは、除算器２
２からの出力に重畳させて直流増幅器２３に入力されて
いる。２７はローパスフィルタ及び平滑回路であって、
直流増幅器２３から出力されている電圧のうち直流電圧
Ｖ_DCを直流増幅器２３の入力側へフィードバックさせ、
直流増幅器２３の直流電圧出力を安定させている。

【００２０】従って、圧電素子１には、発振器２６から
出力されている交流電圧が印加されており、圧電素子１
の静電容量をＣp（Ｖ_DC）とすれば、圧電素子１に流れ
ている交流電流Ｉ_ACは Ｉ_AC＝２πｆ・Ｃp（Ｖ_DC）・Ｖ_AC …（Ｒ２１） となる。なお、圧電素子１の静電容量は直流印加電圧Ｖ
_DCによって変化するから、Ｃp（Ｖ_DC）と表わしてい
る。

【００２１】一方、除算器２２の出力Ｖ^*＝Ｑ^*／Ｉ_ACは
直流増幅器２３で増幅された後、圧電素子１に印加され
ているから、圧電素子１の直流印加電圧は、 Ｖ_DC＝（Ｋa・Ｑ^*）／Ｉ_AC …（Ｒ２２） となる。なお、Ｋaは、ローパスフィルタ及び平滑回路
２７によってフィードバックを掛けられた直流増幅器２
３の増幅率である。圧電素子１の電荷Ｑpは、 Ｑp＝Ｃp（Ｖ_DC）・Ｖ_DC …（Ｒ２３） であるから、（Ｒ２２）式及び（Ｒ２１）式を用いる
と、（Ｒ２３）式は、 Ｑp＝Ｃp（Ｖ_DC）・Ｖ_DC ＝〔Ｃp（Ｖ_DC）・Ｋa・Ｑ^*〕／Ｉ_AC ＝〔Ｃp（Ｖ_DC）・Ｋa・Ｑ^*〕／〔２πｆ・Ｃp（Ｖ_DC）・Ｖ_AC〕 ＝〔Ｋa・Ｑ^*〕／〔２πｆ・Ｖ_AC〕 ＝Ｋa・（Ｑ^*／２πｆ）／Ｖ_AC …（Ｒ２４） となる。従って、増幅率Ｋaを Ｋa＝２πｆ／Ｑ^* となるように設定もしくは調整しておけば、（Ｒ２４）
式は、 Ｑp＝Ｑ^* …（Ｒ２５） となり、圧電素子１の静電容量Ｃp（Ｖ_DC）の変動にか
かわりなく、圧電素子１の電荷Ｑpが電荷指定値Ｑ^*と等
しくなるように制御される。従って、このような制御方
法によれば、圧電素子１を正確に電荷制御することがで
きる。

【００２２】図９に示すものは、本発明の別な実施例に
よる圧電素子駆動装置３１を示す回路図である。この実
施例にあっては、静電容量Ｃp（Ｖ_DC）、漏れ抵抗Ｒpの
圧電素子１と静電容量Ｃs、漏れ抵抗Ｒsの補償コンデン
サ２を直列に接続している。乗算器３２から出力された
直流電圧信号（電圧目標値）Ｖ^*は、電圧調節器３３を
経て直流増幅器３４で増幅された後、圧電素子１と補償
コンデンサ２の直列体に印加されている。また、発振器
３５からは周波数ｆの交流電圧（実効値）Ｖ_ACが出力さ
れており、この交流電圧Ｖ_ACは、電圧調節器３３と直流
増幅器３４との中間において電圧調節器３３の直流電圧
出力Ｖ^*に重畳されて圧電素子１に印加されている。補
償コンデンサ２の印加電圧Ｖsはハイパスフィルタ（直
流カットフィルタ）３６に入力されており、補償コンデ
ンサ２の印加電圧Ｖsのうち交流電圧成分Ｖ_ACSだけがハ
イパスフィルタ３６から演算回路３７に入力されてい
る。演算回路３７では入力された交流電圧成分Ｖ_ACSと
補償コンデンサ２の静電容量Ｃsと発振器３５の出力電
圧Ｖ_ACとから圧電素子１の静電容量Ｃpの逆数１／Ｃpを
演算し、乗算器３２に入力する。乗算器３２には静電容
量の逆数１／Ｃpと共に圧電素子１の電荷Ｑpの目標値Ｑ
^*が入力されており、乗算器３２からはこれらの積Ｖ^*＝
Ｑ^*／Ｃpが出力されている。さらに、圧電素子１の印加
電圧Ｖpはローパスフィルタ及び平滑回路３８に入力さ
れており、圧電素子１の印加電圧Ｖpのうち直流電圧成
分Ｖ_DCのみが電圧調節器３３の入力へフィードバックさ
れており、電圧調整器３３は圧電素子１の直流印加電圧
Ｖ_DCが乗算器３２の出力Ｖ^*＝Ｑ^*／Ｃpと等しくなるよ
うに圧電素子１の直流印加電圧Ｖ_DCをフィードバック制
御している。

【００２３】つぎに、この圧電素子駆動装置３１の動作
を説明する。圧電素子１及び補償コンデンサ２に交流電
圧Ｖ_ACが加わった場合、その周波数ｆが十分高ければ、
補償コンデンサ２の交流電圧成分Ｖ_ACSは、圧電素子１
及び補償コンデンサ２の静電容量Ｃｐ，Ｃsによって決
まり、 Ｖ_ACS＝〔Ｃp／（Ｃp＋Ｃs）〕・Ｖ_AC …（Ｒ２６） となる。この（Ｒ２６）式より１／Ｃpを求めると、 １／Ｃp＝〔（ｖ_AC−ｖ_ACs）／ｖ_ACs〕・（１／Ｃs） …（Ｒ２７） となるから、演算回路３７は、例えば（Ｒ２７）式にし
たがって交流電圧Ｖ_AC、交流電圧成分Ｖ_ACS及び補償コ
ンデンサ２の静電容量Ｃsから圧電素子１の静電容量の
逆数１／Ｃpを求め、乗算器３２へ出力する。乗算器３
２は、こうして演算回路３７から入力された１／Ｃpの
値と圧電素子１の電荷Ｑpの目標値Ｑ^*との積Ｖ^*＝Ｑ^*／
Ｃpを出力し、電圧調整器３３は圧電素子１の直流印加
電圧Ｖ_DCが乗算器３２の出力Ｖ^*と等しくなるように圧
電素子１の印加電圧Ｖpをフィードバック制御する。こ
の結果、圧電素子の電荷Ｑpは、 Ｑp＝Ｃp・Ｖ^*＝Ｃp・（Ｑ^*／Ｃp）＝Ｑ^* …（Ｒ２８） となり、目標値Ｑ^*と等しくなり、圧電素子１が正確に
電荷制御される。

【００２４】また、圧電素子１の静電容量Ｃpの検出な
いし演算は交流電圧を用いているので、図３の従来例の
ように漏れ抵抗の影響によって圧電素子１の電荷Ｑpが
変動する恐れがなく、安定した変位量Ｄを出力すること
ができる。また、補償コンデンサ２の静電容量Ｃsを大
きくしても差し支えないので、補償コンデンサ２の静電
容量Ｃsを大きくすることによって電圧の利用効率を向
上させることができる。

【００２５】なお、上記実施例では、演算回路３７で１
／Ｃpを演算し、乗算器３２によって電荷目標値Ｑ^*と１
／Ｃpとの積を出力したが、演算回路で例えば Ｃp＝〔ｖ_ACs／（ｖ_AC−ｖ_ACs）〕・Ｃs …（Ｒ２９） に従ってＣｐの値を演算し、乗算器に代えて設けた除算
器によって電荷目標値Ｑ^*との商Ｑ^*／Ｃpを出力するよ
うにしてもよい。

【００２６】また、交流電圧Ｖ_ACが圧電素子１の変位量
に影響を及ぼす恐れがある場合には、その周波数ｆを圧
電素子の共振周波数以上にすれば、外部への影響を小さ
くすることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、圧電素子の静電容量を
検出し、検出した静電容量に基づき圧電素子の電荷が電
荷目標値と等しくなるように圧電素子に直流駆動電圧を
印加することができるので、圧電素子の静電容量の変化
にかかわりなく、圧電素子を正確かつ安定に電荷制御す
ることができる。

【００２８】また、圧電素子に交流電圧を印加している
ので、圧電素子を自己発熱させることができ、湿気等の
悪影響を防止することができる。

【００２９】しかも、第１の圧電素子駆動装置にあって
は、補償コンデンサが必要ないので、構成を簡単にで
き、コストを安価にできる。

【００３０】また、第２の圧電素子駆動装置にあって
は、補償コンデンサを用いているにもかかわらず、圧電
素子や補償コンデンサの漏れ抵抗の影響によって圧電素
子の電荷が変動する恐れがなく、時間的に安定した変位
量を出力することができる。また、補償コンデンサの静
電容量Ｃsを大きくしても差し支えないので、補償コン
デンサの静電容量Ｃsを大きくすることによって電圧の
利用効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧電素子のヒステリシス特性を示す図である。

【図２】従来例を示す回路図である。

【図３】同上の等価回路図である。

【図４】同上の従来例における圧電素子及び補償コンデ
ンサの印加電圧の変化を示す図である。

【図５】別な従来例における補償コンデンサの印加電圧
及び駆動電圧の変化を示す図である。

【図６】別な従来例を示す回路図である。

【図７】別な従来例を示す回路図である。

【図８】本発明の一実施例による圧電素子駆動装置を示
す回路図である。

【図９】本発明の別な実施例による圧電素子駆動装置を
示す回路図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ２ 補償コンデンサ ２２ 除算器 ２３ 直流増幅器 ２４ 電流検出器 ２６ 発振器 ３２ 乗算器 ３３ 電圧調節器 ３４ 直流増幅器 ３５ 発振器 ３６ ハイパスフィルタ ３７ 演算回路 ３８ ローパスフィルタ及び平滑回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子駆動用の直流電圧を発生する直
   流電源手段と、 前記直流電圧に重畳して圧電素子に交流電圧を印加する
   交流電源手段と、 圧電素子に流れる交流電流を検出する手段と、 圧電素子の電荷目標値と前記検出手段によって検出され
   た交流電流とから、圧電素子の電荷が前記電荷目標値と
   等しくなるように圧電素子駆動用の直流電圧値を演算す
   る手段とを備えた圧電素子駆動装置。
2. 【請求項２】 直列接続された圧電素子及び補償コンデ
   ンサと、 前記圧電素子及び補償コンデンサに直流電圧を印加する
   直流電源手段と、 前記直流電圧に重畳して前記圧電素子及び補償コンデン
   サに交流電圧を印加する交流電源手段と、 補償コンデンサに印加されている交流電圧成分を検出す
   る手段と、 圧電素子に印加されている直流電圧成分を検出する手段
   と、 圧電素子の電荷目標値と前記交流電圧成分検出手段によ
   って検出された交流電圧成分とから、圧電素子の電荷が
   前記電荷目標値と等しくなるように圧電素子駆動用の直
   流電圧値を演算する手段と、 前記直流電圧成分検出手段によって検出されている直流
   電圧成分が前記直流電圧の演算値と等しくなるように圧
   電素子駆動用の直流電圧を制御する手段とからなること
   を特徴とする圧電素子駆動装置。