JPH06104502A

JPH06104502A - 圧電素子の制御装置

Info

Publication number: JPH06104502A
Application number: JP4278157A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Nakamura; 和人中村
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電素子の変位量の計測や出力フィードバッ
クを行なうことなく、簡単な方法で圧電素子の温度ドリ
フトを補償し、圧電素子の出力を安定させる。【構成】感温素子３により圧電素子２の温度Ｔを検知
する。電圧信号変調回路６Ａは、検知温度Ｔに応じて交
流電圧信号Ｖ１の信号レベルを変化させる。電圧信号変
調回路６Ａの出力は、半波整流回路９ａ及び加算回路１
８を経て直流電圧指令信号Ｖｐに重畳して圧電素子２に
印加され、圧電素子２を自己発熱させる。また、電圧信
号変調回路６Ａの出力は、整流平滑回路８及び加算回路
１８を経て直流電圧信号Ｖｐに重畳して圧電素子２に印
加され、圧電素子２の変位量を補正する。ここで、電圧
信号変調回路６Ａは、２つの補正機能により圧電素子２
の温度による変位量のバラツキを小さくするよう出力を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧電素子の制御装置に関
する。具体的にいうと、圧電素子に直流電圧を印加して
駆動するための圧電素子の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＰＺＴ等を用いた圧電素子には、その温
度依存特性のため、周囲の温度変化や自己発熱等によっ
て出力（変位量）がドリフトするという問題がある。以
下、この問題を具体的に説明する。

【０００３】図８（ａ）は圧電素子のヒステリシス曲線
の一例を示す図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示した圧電
素子の各種変位量についての変位量−温度特性を計測し
た結果を示す図であって、１０１は圧電素子のヒステリ
シス曲線、１０２〜１０５は圧電素子の温度依存性を示
す曲線である。すなわち、１０２は圧電素子の印加電圧
Ｖａが０ボルトの場合の残留変位量（残留歪）ΔＬrの
温度変化を示す曲線である。また、１０３及び１０４は
圧電素子に最大使用電圧（例えば、１５０ボルト）の直
流電圧を印加した状態における変位量であって、１０３
は初期状態から測った変位量ΔＬv＋ΔＬrの温度変化を
示す曲線、１０４は歪残留状態から測った変位量ΔＬv
を示す曲線である。１０５は直流印加電圧Ｖａが最大使
用電圧の５０％の電圧（例えば、７５ボルト）の状態に
おける降圧時の変位量と昇圧時の変位量との差ΔＬhの
温度変化を示す曲線である。

【０００４】また、図９は、異なる３種の圧電素子イ，
ロ，ハに１５０ボルトの直流電圧を印加した状態におけ
る変位量Ｌと温度Ｔとの関係を示す図である。

【０００５】図８（ｂ）及び図９から明らかなように、
圧電素子の変位量Ｌは温度依存性を示し、０℃以上の温
度領域では、温度Ｔが高くなるにつれて圧電素子の変位
量Ｌが小さくなっており、特に、残留歪による変位量Δ
Ｌrの温度依存性が顕著となっている。このため、圧電
素子を各種機器に用いた場合、周囲温度の変化や自己発
熱に伴う温度変化等により、圧電素子から出力される変
位量が変動するという問題があった。

【０００６】そこで、圧電素子に直流電圧を印加して圧
電素子の微小変位（伸縮量）を制御しようとする場合に
は、なんらかの計測装置を用いて圧電素子の微小変位量
を計測し、この計測値を直流電源側へフィードバックさ
せることによって圧電素子の変位量を一定に制御する方
法が用いられる。

【０００７】しかしながら、このような方法にあって
は、圧電素子の変位量を計測する計測装置や計測装置の
出力を直流電源側へフィードバックさせるためのフィー
ドバック回路等が高価であったり、回路構成が複雑化し
たりするという難点があった。そのため、汎用の事務機
器等の簡単な機器においては、圧電素子の変位量のフィ
ードバック制御は行なわれておらず、圧電素子の温度依
存特性によって被制御量がドリフトするという問題があ
った。

【０００８】

【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、圧電素子の変位量を計測したり、出力をフィー
ドバックさせたりすることなく、簡単な方法によって圧
電素子の温度ドリフトを補償し、圧電素子の出力を安定
させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の圧電
素子の制御装置は、直流電圧指令信号によって制御され
る圧電素子と、前記圧電素子の近傍に位置する感温素子
と、前記感温素子の感知レベルに応じて交流電圧信号の
振幅を可変にする手段と、前記可変手段によって可変さ
れた交流電圧信号を含む信号を整流平滑化する手段とを
備え、前記可変手段によって可変された交流電圧信号と
前記整流平滑手段によって整流平滑化された信号を前記
直流電圧指令信号に重畳させて圧電素子に印加させるこ
とにより、圧電素子の温度変化による出力変動を小さく
するようにしたことを特徴としている。

【００１０】本発明による第２の圧電素子の制御装置
は、直流電圧指令信号によって制御される圧電素子と、
前記圧電素子の近傍に位置する感温素子と、前記感温素
子の感知レベルに応じて直流電圧信号の信号レベルを可
変にする手段と、前記可変手段によって可変された直流
電圧信号を交流電圧信号に変換する手段とを備え、前記
可変手段によって可変された直流電圧信号を含む信号と
前記変換手段によって直流電圧信号から変換された交流
電圧信号を前記直流電圧指令信号に重畳させて圧電素子
に印加させることにより、圧電素子の温度変化による出
力変動を小さくするようにしたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】交流電圧信号レベル可変手段によって信号レベ
ルを可変された交流電圧信号は直流電圧指令信号に重畳
して圧電素子に印加されているので、圧電素子はヒステ
リシス損失及び誘電損失（tanδ損）によって自己発熱
する。

【００１２】従って、本発明による第１の圧電素子の制
御装置にあっては、感温素子が圧電素子の温度低下を検
知した場合、交流電圧信号レベル可変手段によって交流
電圧信号の信号レベルを温度変化量に応じて増大させれ
ば、圧電素子に印加される交流電圧信号が大きくなって
圧電素子の発熱量が増加し、圧電素子温度の低下が抑制
される。逆に、圧電素子の温度上昇が検知された場合に
は、交流電圧信号の信号レベルを温度変化量に応じて減
少させれば、圧電素子に印加される交流電圧信号が小さ
くなって圧電素子の発熱量が減少し、圧電素子温度の上
昇が抑制される。従って、駆動されている圧電素子の温
度変化を抑制することができ、圧電素子の変位量を安定
させることができる。

【００１３】また、例えば温度上昇によって変位量が小
さくなるような圧電素子駆動領域を考えると、交流電圧
信号レベル可変手段によって信号レベルを調整され、さ
らに整流平滑手段によって整流平滑化された信号は、温
度が上昇したときに圧電素子印加電圧を増加させるよう
に直流電圧指令信号に重畳される。従って、圧電素子の
温度が上昇して圧電素子の温度依存性によって変位量が
減少する場合には、圧電素子の印加電圧が大きくなって
変位量の減少を防止し、逆に、圧電素子の温度が低下し
て圧電素子の変位量が増加する場合には、圧電素子の印
加電圧が小さくなって変位量の増加を抑える。従って、
直流電圧指令信号に重畳される交流電圧信号による圧電
素子の温度安定化機能が有効となるまでの間に圧電素子
の変位量をほぼ一定に保つ温度補償の働きをすることが
でき、圧電素子の出力補正機能の応答性を良好にするこ
とができる。

【００１４】同様に、本発明による第２の圧電素子の制
御装置にあっては、同じく温度上昇によって変位量が小
さくなるような圧電素子駆動領域を考えると、直流電圧
信号レベル可変手段によって信号レベルを調整された直
流電圧信号は、温度が上昇したときに圧電素子印加電圧
を増加させるように直流電圧指令信号に重畳される。従
って、圧電素子の温度が上昇して圧電素子の温度依存性
によって変位量が減少する場合には、圧電素子の印加電
圧が大きくなって変位量の減少を補償し、逆に、圧電素
子の温度が低下して圧電素子の変位量が増加する場合に
は、圧電素子の印加電圧を小さくして変位量の増加を抑
える。

【００１５】また、感温素子が圧電素子の温度低下を検
知した場合、直流電圧信号レベル可変手段によって直流
電圧信号の信号レベルを温度変化量に応じて増大させ、
さらに、この直流電圧信号を交流電圧信号に変換した
後、直流電圧指令信号に重畳させて圧電素子に印加すれ
ば、圧電素子に印加される交流電圧信号が大きくなって
圧電素子の発熱量が増加し、圧電素子の温度低下が抑制
される。逆に、圧電素子の温度上昇が検知された場合に
は、直流電圧信号の信号レベルを温度変化量に応じて減
少させ、さらに交流電圧信号に変換して圧電素子に印加
すれば、圧電素子に印加される交流電圧信号が小さくな
って圧電素子の発熱量が減少し、圧電素子の温度上昇が
抑制される。従って、駆動されている圧電素子の温度を
安定させることができ、圧電素子の温度変化によるの変
位量の変動を小さくすることができる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例による圧電素子の制
御装置１を構成するための回路図、図２（ａ）（ｂ）
（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）はその各部における信号の電
圧波形を示す波形図である。２はＰＺＴ等の圧電素子、
３はサーミスタ等の感温素子であって、感温素子３は圧
電素子２の温度変化を検出できるよう圧電素子２に貼り
付けられている。また、この制御装置１は、外部発振器
（図外）に接続されて当該発振器から出力された図２
（ａ）に示すような一定振幅の交流電圧信号〔高周波信
号〕Ｖ１を入力される交流信号端子４と、圧電素子２の
変位量を制御するための直流電圧指令信号Ｖｐを入力さ
れる指令信号端子５とを備えている。

【００１７】６Ａは、感温素子３によって検出された圧
電素子２の温度Ｔに応じて交流信号端子４から入力され
た交流電圧信号Ｖ１の電圧を可変にする電圧信号変調回
路であって、ＮＴＣ（負特性）形サーミスタ等の感温素
子３と抵抗（一般抵抗）７とが直列に接続され、感温素
子３の他端がアースされ、抵抗７の他端が交流信号端子
４に接続されている。電圧信号変調回路６Ａの出力信号
Ｖ２は感温素子３の端子電圧（感温素子３と抵抗７との
中点の電圧）から取り出されている。しかして、感温素
子３の抵抗値をＲ_th、抵抗７の抵抗値をＲ₀とすると、
電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２は、つぎの式の
ようになる。

【００１８】

【数１】

【００１９】この結果、出力信号Ｖ２は、図２（ｂ）に
示すように交流電圧信号Ｖ１と相似な信号波形となる。
ＮＴＣ形サーミスタ等の感温素子３は、図３に示すよう
に、温度Ｔが上昇すると抵抗値Ｒ_thが小さくなり、温度
Ｔが低下すると抵抗値Ｒ_thが大きくなるので、圧電素子
２の温度Ｔが高くなると電圧信号変調回路６Ａの出力電
圧が小さくなり、逆に、圧電素子２の温度が低くなると
電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２が大きくなる。

【００２０】８は電圧信号変調回路６Ａの出力を整流平
滑化するための整流平滑回路であって、そのうち９ａが
半波整流回路、９ｂは平滑回路である。半波整流回路９
ａは、ダイオードＤ１のアノード及びカソードをそれぞ
れオペアンプ１０の出力端子と反転入力端子に接続し、
オペアンプ１０の出力端子にダイオードＤ２のカソード
を接続し、さらにダイオードＤ２のアノードとオペアン
プ１０の反転入力端子との間に抵抗値２Ｒの抵抗１１を
接続し、さらに、反転入力端子に抵抗値２Ｒの抵抗１２
を接続し、オペアンプ１０の非反転入力端子をアースし
ている。この半波整流回路９ａは、反転入力端子に接続
されている抵抗１２を介して電圧信号変調回路６Ａの出
力に接続されている。

【００２１】しかして、電圧信号変調回路６Ａの出力信
号Ｖ２が負値の位相領域では、オペアンプ１０の出力→
ダイオードＤ１→抵抗１２という経路で電流が流れるた
め、半波整流回路９ａの出力電圧Ｖ３は０となる。一
方、電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２が正値の位相
領域では、抵抗１２→抵抗１１→ダイオードＤ２→オペ
アンプ１０の出力端子という経路で電流が流れて増幅率
−１のバッファアンプとして働くので、半波整流回路９
ａからは図２（ｃ）に示すように電圧信号変調回路６Ａ
の出力信号Ｖ２の半波整流波形を持つ信号Ｖ３が出力さ
れる。

【００２２】また、平滑回路９ｂにおいては、非反転入
力端子をアースされたオペアンプ１３の出力端子と反転
入力端子の間に抵抗値２Ｒの抵抗１４と静電容量Ｃ１の
平滑用コンデンサ１５を並列にしたものを接続してロー
パスフィルタ（積分回路）を構成している。さらに、抵
抗値Ｒの抵抗１６を介して半波整流回路９ａの出力電圧
Ｖ３をオペアンプ１３の反転入力端子に接続すると共に
抵抗値２Ｒの抵抗１７を介して電圧信号変調回路６Ａの
出力信号Ｖ２をオペアンプ１３の反転入力端子に接続
し、加算回路を構成している。

【００２３】しかして、平滑回路９ｂの加算回路の構成
によって電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２と半波整
流回路９ａの出力信号Ｖ３が加えられると、その合成信
号はつぎの式のようになる。

【００２４】

【数２】

【００２５】これは、図２（ｄ）に破線で示した全波整
流波形Ｖ４であって、この全波整流波形Ｖ４が平滑回路
９ｂのローパスフィルタの構成によって平滑化され、図
２（ｄ）に実線で示すような電圧信号変調回路６Ａの出
力信号Ｖ２にほぼ比例した滑らかな信号Ｖ５が出力され
る。

【００２６】１８は、指令信号端子５から入力された圧
電素子駆動用の直流電圧指令信号Ｖｐと半波整流回路９
ａから出力された信号Ｖ３と平滑回路９ｂから出力され
た信号Ｖ５とを重畳させて出力するための加算回路であ
って、非反転入力端子をアースされたオペアンプ１９の
出力と非反転入力端子の間に抵抗値Ｒ４の抵抗２０と静
電容量Ｃ２のコンデンサ２１を並列にして接続し、オペ
アンプ１９の反転入力端子に、抵抗値Ｒ１の抵抗２２を
介して平滑回路９ｂの出力Ｖ５と、抵抗値Ｒ２の抵抗２
３を介して半波整流回路９ａの出力Ｖ３と、抵抗値Ｒ３
の抵抗２４を介して指令信号端子５をそれぞれ接続して
加算回路を構成している。

【００２７】しかして、この加算回路１８の出力Ｖ６
は、ほぼ式のようになる。

【００２８】

【数３】

【００２９】この結果、指令信号端子５から図２（ｅ）
に示すような直流電圧指令信号Ｖｐ（＜０）が入力され
ていると、加算回路１８からは図２（ｆ）に示すような
脈動成分を含む信号Ｖ６が出力され、さらに、この信号
Ｖ６は増幅器２５によって増幅された後、圧電素子２に
駆動電圧Ｖ７として印加される。

【００３０】従って、増幅器２５の増幅率をＡとする
と、圧電素子２は直流電圧指令信号Ｖｐ（＜０）によっ
て、Ｖ７＝Ａ（Ｒ４／Ｒ３）（−Ｖｐ）の直流駆動電圧
を印加され、直流電圧指令信号Ｖｐによって変位量を制
御される。しかしながら、圧電素子２に一定の直流駆動
電圧を印加していても、温度が上昇すると、圧電素子２
の実際の変位量が目的とする変位量よりも小さくなって
変位量にバラツキが生じる。

【００３１】本発明の制御装置１においては、圧電素子
２の温度が上昇した場合には、感温素子３の抵抗値Ｒ_th
が小さくなるので、電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ
２が小さくなる。この結果、平滑回路９ｂの出力Ｖ５
（＞０）も圧電素子２の上昇温度に応じて小さくなり、
圧電素子２に印加されている次の式で表わされる駆動
電圧（半波整流回路９ａによる部分を省略する）は大き
くなる。

【００３２】

【数４】

【００３３】従って、圧電素子２が伸び、温度上昇によ
って減少した圧電素子２の変位値が平滑回路９ｂからの
出力によって増加させられ、温度変化による圧電素子２
のバラツキが低減される。

【００３４】圧電素子２の温度が上昇した場合には、同
時に半波整流回路９ａの出力Ｖ３（＜０）の振幅が小さ
くなる。このため、半波整流回路９ａの出力によって圧
電素子２に印加されている駆動電圧Ｖ７のうちの交流成
分（もしくは脈動成分）Ｖ７＝Ａ（Ｒ４／Ｒ２）（−Ｖ３） …… が小さくなり、交流成分による圧電素子２の自己発熱が
小さくなり、圧電素子２の温度が低くなる。こうして圧
電素子２の温度が低くなると、圧電素子２の温度ドリフ
トが補正されて変位量が増加させられ、圧電素子２の温
度変化による変位量の変動が低減される。同時に、圧電
素子２の温度が低下することによって平滑回路９ｂから
の出力が大きくなり、圧電素子２に印加される駆動電圧
の直流成分は再び小さくなる。

【００３５】圧電素子２の温度が低くなった場合は、感
温素子３の抵抗が増加することによって電圧信号変調回
路６Ａの出力が大きくなる。このため、半波整流回路９
ａからの出力による圧電素子２の駆動電圧の交流成分が
大きくなり、圧電素子２の自己発熱によって圧電素子２
の温度が上昇し、圧電素子２の温度を安定させて圧電素
子２の変位量のバラツキを小さくする。同時に、平滑回
路９ｂからの出力による圧電素子２の駆動電圧の直流成
分が小さくなり、圧電素子２の温度低下によって増加し
た変位量を小さくする。

【００３６】上記制御装置１の動作は、言い換えると、
圧電素子２の温度変化によって変位量が変動すると、平
滑回路９ｂからの出力によって圧電素子２の変位がフィ
ードバック制御的に素速く補正され、ついで圧電素子２
による自己発熱量を制御することによって圧電素子２の
温度を一定温度に保つように温度制御することによって
圧電素子２の変位量のバラツキを無くし、圧電素子２の
温度が安定するにつれて平滑回路９ｂからの出力による
補正を小さくしてゆき、高度の変位量バラツキ補正を行
なうということである。

【００３７】なお、電圧信号変調回路６Ａの出力Ｖ２を
直接直流電圧指令信号Ｖｐに重畳させず、半波整流（全
波整流も可）してから圧電素子２に印加しているのは、
直流電圧指令信号Ｖｐが小さい場合にも、圧電素子２の
駆動電圧Ｖ７が負にならないようにするためである。

【００３８】図４は本発明の別な実施例による圧電素子
の制御装置３１の一部を示す回路図である。この実施例
にあっては、電圧信号変調回路６Ｂを感温素子３を含む
ブリッジ回路によって構成している。すなわち、抵抗値
Ｒ_thの感温素子３と抵抗値Ｒ１３の抵抗３２とを対角状
に対向させると共に抵抗値Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗３３，
３４を対角状に対向させてブリッジ回路を構成し、図４
に示すように、対角状に位置する一対の節点３５，３６
間に交流電圧信号Ｖ１を供給するための定電圧源３７を
接続し、残りの一対の節点３８，３９間から出力信号Ｖ
２を取り出すと共にそのうちの一方の節点３８をアース
している。

【００３９】ここで、上記電圧信号変調回路６Ｂの接点
３８，３９間から出力される電圧出力信号Ｖ２は、次の
式で表わされる。

【００４０】

【数５】

【００４１】従って、温度Ｔ＝Ｔ０において感温素子３
の抵抗値Ｒ_thと各抵抗３２，３３，３４の各抵抗値Ｒ１
３，Ｒ１１，Ｒ１２との間にブリッジ回路の平衡条件Ｒ_th・Ｒ１３＝Ｒ１１・Ｒ１２ …… が成立するように各抵抗値Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３を選
択しておけば、温度Ｔ＝Ｔ０（例えば、常温）において
は、式の出力電圧はＶ２＝０となる。

【００４２】この電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２
（あるいは、この出力信号Ｖ２を半波または全波整流し
た信号）を圧電素子発熱用の信号として加算回路等によ
って直流電圧指令信号Ｖｐに重畳させて圧電素子２に印
加する。感温素子３として、ＰＴＣ（正特性）形サーミ
スタのような正特性のものを使用すれば、温度Ｔが上昇
するにつれて抵抗値Ｒ_thが大きくなるので、感温素子３
の温度Ｔが上昇すると、電圧信号変調回路６Ｂの出力信
号Ｖ２は減少する。逆に、温度Ｔが低下するにつれて抵
抗値Ｒ_thが小さくなるので、感温素子３の温度Ｔが低下
すると、電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２は増加す
る。したがって、圧電素子２の温度が上昇すると、電圧
信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２が小さくなって圧電素
子２の自己発熱量が小さくなり、圧電素子２の温度が低
下すると、電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２が大き
くなって圧電素子２の自己発熱量が増加する。この結
果、圧電素子２の温度変化が小さくなり、圧電素子２の
温度が安定する。

【００４３】さらに、電圧信号変調回路６Ｂの出力信号
Ｖ２は、整流平滑回路８によって直流電圧に変換された
後、圧電素子２の温度変化による変位量の変動を補償す
るように加算回路等によって直流電圧指令信号Ｖｐに重
畳させて圧電素子２に印加される。すなわち、整流平滑
回路８から出力される直流電圧によって圧電素子２の変
位量を小さくするように直流電圧指令信号Ｖｐに重畳さ
れる。よって、例えば圧電素子２の温度Ｔが上昇して圧
電素子２の変位量が目的値よりも小さくなった場合に
は、電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２の減少に伴っ
て整流平滑回路８から出力される直流電圧も小さくなる
ので、整流平滑回路８からの出力による圧電素子２の変
位量の減少が少なくなるため、結果的に圧電素子２の変
位量が増加し、圧電素子２の温度変化による変位量の減
少が補償される。

【００４４】なお、図４のような構成において感温素子
３として通常のサーミスタのようなＮＴＣ形のものを使
用しても良い。この場合には、直流電圧指令信号Ｖｐに
重畳させて電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２を圧電
素子２に印加し、圧電素子２を発熱させると共に、整流
平滑回路８の出力を圧電素子２に印加して圧電素子２の
変位量を減少させておく。一方、圧電素子２の温度Ｔが
上昇すると、電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２が大
きくなるので、電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ２を
モニターし、出力信号Ｖ２が一定電圧以上になると、発
熱用の出力信号Ｖ２や温度補償用の整流平滑回路８等の
出力を停止し、圧電素子２に印加させないようにしても
よい。また、このような回路動作は、ブリッジ回路を用
いた構成に限らず、演算回路でオフセットを設けるなど
して対処することも可能である。

【００４５】図５は本発明のさらに別な実施例による圧
電素子の制御装置４１を示す回路図である。４２は圧電
素子２に駆動電圧Ｖ７を印加する圧電素子ドライバ（直
流増幅器）であって、出力段には圧電素子２の印加電圧
Ｖ７を検出するための出力電圧検出部４３が設けられて
おり、出力電圧検出部４３からは圧電素子印加電圧Ｖ７
を適当な分圧比で分圧したフィードバック信号Ｖ８が出
力されている。さらに、フィードバック信号Ｖ８は、フ
ィードバック信号増幅器４４によって増幅及び平滑化さ
れ、フィードバック信号増幅器４４からは正負反転した
フィードバック信号Ｖ９が出力される。

【００４６】６Ｂは図４の実施例で用いたのと同じく感
温素子３と抵抗３２，３３，３４とによって構成された
ブリッジ回路からなる電圧信号変調回路であって、感温
素子３によって検出している圧電素子２の温度Ｔが上昇
すると、電圧信号変調回路６Ｂから出力される信号Ｖ２
の電圧（振幅）が小さくなる。４５は電圧信号変調回路
６Ｂから出力される信号Ｖ２を平滑化して出力する整流
平滑回路であって、整流平滑回路４５の出力電圧Ｖ１０
は圧電素子２の温度Ｔが低下すると増大し、しかも、出
力電圧Ｖ１０の大きさは可変抵抗４６を調整してオフセ
ット値を変えることによって調整することができる。４
７は積分回路と加算回路とからなる調節器であって、調
節器４７の入力側には直流電圧指令信号Ｖｐ（＞０）と
整流平滑回路４５の出力とフィードバック信号増幅器４
４から出力されたフィードバック信号Ｖ９とが入力され
ている。従って、調節器４７の出力からは、直流電圧指
令信号Ｖｐ（＞０）に整流平滑回路４５の出力信号Ｖ１
０とフィードバック信号Ｖ９とが重畳して出力される。

【００４７】４８は電圧信号変調回路６Ｂの出力信号Ｖ
２を半波整流する半波整流回路であって、半波整流波形
の裾の部分（電圧が０に近い部分）をカットするリミッ
タの機能を備えており、可変抵抗４９の値を調整するこ
とによって半波整流波形をカットする深さ（オフセット
量）を調整することができる。従って、圧電素子２の安
定な駆動温度等を考慮して可変抵抗４９を調整すること
により、半波整流回路４８から出力される出力電圧Ｖ１
１の大きさを予め調整しておくことができる。

【００４８】５０は加算回路であっては、加算回路５０
には調節器４７の出力信号Ｖ１２と半波整流回路４８の
出力信号Ｖ１１とが入力されており、加算回路５０の出
力からは調節器４７の出力信号Ｖ１２に半波整流回路４
８の出力信号Ｖ１１を重畳して出力されており、加算回
路５０の出力信号Ｖ６は圧電素子ドライバー４２に入力
されている。なお、ＯＰ１〜ＯＰ５はオペアンプ、Ｑ１
〜Ｑ５はトランジスタ、Ｄ３〜Ｄ６はダイオード、Ｃ３
〜Ｃ６はコンデンサ、Ｃ７は電解コンデンサ、Ｆ１はコ
イル、Ｒ２１〜Ｒ４８は抵抗、Ｒ４９は可変抵抗であ
る。

【００４９】しかして、この制御装置４１にあっては、
圧電素子２の温度Ｔが上昇して圧電素子２の変位量Ｌが
目的とする変位量よりも小さくなる場合を考えると、圧
電素子２の温度上昇によって電圧信号変調回路６Ｂの出
力が小さくなり、加算回路５０で直流電圧指令信号Ｖｐ
に重畳される交流の出力信号Ｖ１１も小さくなる。この
結果、圧電素子２の自己発熱が小さくなり、圧電素子２
の温度上昇が抑制される。

【００５０】また、圧電素子２の温度Ｔが上昇すると、
整流平滑回路４５の出力信号Ｖ１０が大きくなるので、
直流電圧指令信号Ｖｐと共に圧電素子ドライバー４２に
入力される電圧が大きくなり、圧電素子２の変位量Ｌが
大きくなる。すなわち、圧電素子２の温度上昇による変
位量Ｌの減少が整流平滑回路４５からの出力信号Ｖ１０
によって温度補償される。

【００５１】また、圧電素子２の印加電圧Ｖ７が変動し
て大きくなった場合には、フィードバック信号増幅回路
４４から出力されるフィードバック信号Ｖ９が小さくな
る（絶対値が大きくなる）ので、直流電圧指令信号Ｖｐ
と共に圧電素子ドライバー４２に入力される電圧が小さ
くなり、圧電素子２の印加電圧が小さくなるようにフィ
ードバック制御され、圧電素子２の印加電圧が安定化さ
れる。

【００５２】なお、図５の実施例においては、破線５１
で示したように抵抗５２を介してフィードバック信号増
幅器４４と半波整流回路４８とを結べば、フィードバッ
ク信号Ｖ８から元の交流成分を差引いて平滑化すること
ができ、フィードバック信号増幅器４４のフィルタコン
デンサＣ６を省くことができる。

【００５３】図６は本発明のさらに別な実施例による圧
電素子の制御装置６１を示す回路図である。６Ａは、感
温素子３によって検出された圧電素子２の温度Ｔに応じ
て直流定電圧源６２から入力された直流電圧信号Ｖ２１
の電圧を可変にする電圧信号変調回路であって、ＰＴＣ
（正特性）形サーミスタ等の感温素子３と抵抗（一般抵
抗）７とが直列に接続され、感温素子３及び抵抗７間に
直流定電圧源６２が接続されている。電圧信号変調回路
６Ａの出力信号Ｖ２２は感温素子３と抵抗７の中点から
取り出されている。

【００５４】電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２２
は、温度補償用の信号として直流電圧指令信号Ｖｐに重
畳して圧電素子２に印加される。また、電圧信号変調回
路６Ａの出力信号Ｖ２２は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）
やＶ／Ｆコンバータ等の電圧／周波数変換回路６３に入
力されており、電圧／周波数変換回路６３からは信号Ｖ
２２の電圧レベルに応じた周波数の交流電圧信号Ｖ２３
が出力されている。この交流電圧信号Ｖ２３は、直接
（あるいは、半波又は全波整流された後）直流電圧指令
信号Ｖｐに重畳して圧電素子２に印加される。

【００５５】しかして、感温素子３がＰＴＣ型サーミス
タのように正特性の素子で、その抵抗値をＲ_thとし、抵
抗の抵抗値をＲ₀であるとすると、電圧信号変調回路６
Ａの出力電圧Ｖ２２は、つぎの式のようになる。

【００５６】

【数６】

【００５７】この結果、圧電素子２の温度Ｔが上昇する
と、電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２２の電圧が低
下し、これによって電圧／周波数変換回路６３から出力
される交流信号Ｖ２３の周波数が小さくなる。こうして
圧電素子２に印加される交流信号Ｖ２３の周波数が小さ
くなる結果、圧電素子２の自己発熱が小さくなり、圧電
素子２の温度上昇が抑制される。逆に、圧電素子２の温
度が下がった場合も同様に、電圧信号変調回路６Ａの出
力信号Ｖ２２の電圧が高くなり、電圧／周波数変換回路
６３から出力される交流信号Ｖ２３の周波数が高くな
り、圧電素子２の自己発熱が大きくなって圧電素子２の
温度低下が抑えられる。

【００５８】また、圧電素子２の温度Ｔが上昇すると、
電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２２の電圧が低下
し、この結果圧電素子２の直流電圧指令信号Ｖｐの減少
分が少なくなり、圧電素子２の温度上昇による変位量Ｌ
の減少が補償される。逆の場合も、圧電素子２の温度Ｔ
が低下すると、電圧信号変調回路６Ａの出力信号Ｖ２２
の電圧が上昇し、この結果圧電素子２の直流電圧指令信
号Ｖｐの減少分が増し、圧電素子２の温度低下による変
位量Ｌの増大が抑制される。

【００５９】なお、図６の実施例においては、感温素子
３としてＮＴＣ型素子を用い、電圧信号変調回路の感温
素子３と抵抗との位置を入れ替えても良い。

【００６０】図７は本発明のさらに別な実施例による圧
電素子の制御装置７１を示す回路図である。この制御装
置７１は、図６の実施例における感温素子３と抵抗７と
からなる電圧信号変調回路６Ａを、感温素子３と抵抗３
２〜３４とからなるブリッジ回路によって構成された電
圧信号変調回路６Ｂを用いたものである。

【００６１】

【発明の効果】本発明による圧電素子の制御装置によれ
ば、感温素子によって検知した圧電素子の温度に応じ、
圧電素子駆動用の直流電圧指令信号に重畳して圧電素子
に印加される交流電圧信号の大きさを制御することによ
り、圧電素子の温度変化を抑制するように圧電素子の自
己発熱量を制御することができる。従って、圧電素子の
温度を安定させることによって圧電素子の変位量のばら
つきを小さくすることができる。

【００６２】また、感温素子によって検知した圧電素子
の温度に応じ、圧電素子駆動用の直流電圧指令信号に重
畳して圧電素子に印加される直流電圧信号の大きさを制
御することにより、圧電素子の変位量のばらつきを小さ
くするように圧電素子の印加電圧を制御することができ
る。従って、圧電素子の温度が安定して変位量のばらつ
きが小さくなるまでの間に、圧電素子の変位量を目標値
となるように速やかに補正することができ、圧電素子の
出力補正機能の応答性を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による圧電素子の制御装置の
回路構成を示す回路図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）は同上
の制御装置における各部の信号波形を示す信号波形図で
ある。

【図３】感温素子（ＮＴＣ形サーミスタ）の抵抗値−温
度特性を示す図である。

【図４】本発明の別な実施例による圧電素子の制御装置
の一部を示す回路図である。

【図５】本発明のさらに別な実施例による圧電素子の制
御装置を示す回路図である。

【図６】本発明のさらに別な実施例による圧電素子の制
御装置の一部を示す回路図である。

【図７】本発明のさらに別な実施例による圧電素子の制
御装置の一部を示す回路図である。

【図８】（ａ）は圧電素子のヒステリシス曲線の一例を
示す図である。（ｂ）は（ａ）に示した各種変位量の温
度変化のようすを示す変位量−温度特性図である。

【図９】異なる３種の圧電素子の変位量と温度との関係
を示す図である。

【符号の説明】

２圧電素子３感温素子６Ａ，６Ｂ電圧信号変調回路８整流平滑回路９ａ半波整流回路９ｂ平滑回路１８加算回路６３電圧／周波数変換回路Ｖｐ直流電圧指令信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電圧指令信号によって制御される圧
電素子と、前記圧電素子の近傍に位置する感温素子と、前記感温素子の感知レベルに応じて交流電圧信号の信号
レベルを可変にする手段と、前記可変手段によって可変された交流電圧信号を整流平
滑化する手段とを備え、前記可変手段によって可変された交流電圧信号を含む信
号と前記整流平滑手段によって整流平滑化された信号を
前記直流電圧指令信号に重畳させて圧電素子に印加させ
ることにより、圧電素子の温度変化による出力変動を小
さくするようにした圧電素子の制御装置。
【請求項２】直流電圧指令信号によって制御される圧
電素子と、前記圧電素子の近傍に位置する感温素子と、前記感温素子の感知レベルに応じて直流電圧信号の信号
レベルを可変にする手段と、前記可変手段によって可変された直流電圧信号を交流電
圧信号に変換する手段とを備え、前記可変手段によって可変された直流電圧信号を含む信
号と前記変換手段によって直流電圧信号から変換された
交流電圧信号を前記直流電圧指令信号に重畳させて圧電
素子に印加させることにより、圧電素子の温度変化によ
る出力変動を小さくするようにした圧電素子の制御装
置。