特開 2023-69044 圧電素子駆動回路及びそれを備えたワーク搬送装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023069044

(43)【公開日】2023-05-18

(54)【発明の名称】圧電素子駆動回路及びそれを備えたワーク搬送装置

(51)【国際特許分類】

   H10N 30/80 20230101AFI20230511BHJP

   H02N 2/14 20060101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

H01L41/04

H02N2/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021180608

(22)【出願日】2021-11-04

(71)【出願人】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142022

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 一晃

(72)【発明者】

【氏名】村田 裕彦

【テーマコード（参考）】

5H681

【Ｆターム（参考）】

5H681AA07

5H681BB03

5H681BB14

5H681BB17

5H681CC02

5H681DD23

5H681FF30

5H681FF38

(57)【要約】

【課題】電圧リンギングの発生を防止しつつ、圧電素子を高周波数で駆動可能なように前記圧電素子の充電を迅速に行うことができる圧電素子駆動回路を提供する。
【解決手段】圧電素子駆動回路１は、圧電素子２に対して充電を行う。圧電素子駆動回路１は、電気的に直列に接続されたリアクトル１１及び第１スイッチング素子ＳＷ１を有し、電源２から供給される電流を還流させて、圧電素子２に対して一定の電流を供給する電流源として機能する還流回路１０と、電源３と還流回路１０との間に位置し、還流回路１０に流れる電流が一定になるように、電源３から還流回路１０に対する電流の供給を制御する第２スイッチング素子ＳＷ２と、を備える。還流回路１０は、圧電素子２に対して、第１スイッチング素子ＳＷ１の駆動によって前記一定の電流を供給可能に接続されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電素子に対して充電を行う圧電素子駆動回路であって、
電気的に直列に接続されたリアクトル及び第１スイッチング素子を有し、電源から供給される電流を還流させて、前記圧電素子に対して一定の電流を供給する電流源として機能する還流回路と、
前記電源と前記還流回路との間に位置し、前記還流回路に流れる電流が一定になるように、前記電源から前記還流回路に対する電流の供給を制御する第２スイッチング素子と、
を備え、
前記還流回路は、前記圧電素子に対して、前記第１スイッチング素子の駆動によって前記一定の電流を供給可能に接続されている、
圧電素子駆動回路。

【請求項2】

請求項１に記載の圧電素子駆動回路において、
前記圧電素子から前記還流回路の前記リアクトルに電流を流す放電回路をさらに備える、
圧電素子駆動回路。

【請求項3】

請求項１または２に記載の圧電素子駆動回路において、
前記第１スイッチング素子は、前記還流回路内で電流を還流させる際にオン状態になる一方、前記還流回路から前記圧電素子に電流を供給する際にオフ状態になり、
前記第２スイッチング素子は、前記リアクトルに流れる電流に基づいて駆動制御される、
圧電素子駆動回路。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載の圧電素子駆動回路において、
ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子の駆動によって、前記還流回路から前記圧電素子への電流の供給及び前記圧電素子から前記還流回路への放電を制御するスイッチング回路をさらに備える、
圧電素子駆動回路。

【請求項5】

超音波の周波数帯域の駆動周波数によってワークを搬送するワーク搬送装置であって、
請求項１から４のいずれか一つに記載の圧電素子駆動回路と、
前記圧電素子駆動回路によって充電される圧電素子と、
を備える、
ワーク搬送装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電素子に対して充電を行う圧電素子駆動回路及びそれを備えたワーク搬送装置に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子に対して充電を行う圧電素子駆動回路が知られている。このような圧電素子駆動回路として、例えば特許文献１に開示される圧電素子駆動装置が知られている。

【0003】

前記圧電素子駆動装置は、圧電素子と、圧電素子に直列接続されたコイルと、前記圧電素子と前記コイルの直列回路に第１の電源を接続する第１のスイッチ手段と、前記圧電素子と前記コイルの接続点と接地電位を短絡させる第２のスイッチ手段とを備える。前記圧電素子駆動装置は、前記圧電素子の駆動季刊初期において同時に第１及び第２のスイッチ手段を所定時間導通させ、その後第２のスイッチ手段のみを遮断して圧電素子への充電を行う。

【0004】

これにより、前記圧電素子駆動装置では、前記圧電素子の充電及び変形の終了タイミングにおいて、前記圧電素子の寸法歪のオーバーシュート及びリンギングを防止できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平２－５８２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示されている圧電素子駆動装置では、コイルに電流をためて該コイルによって圧電素子を充電するため、電気的に直列に接続されたコイル及び圧電素子に電源から電圧を印加した際のＬＣ共振に起因する電圧リンギングの発生を防止することができる。

【0007】

しかしながら、特許文献１に開示されている圧電素子駆動装置では、圧電素子を充電する際に、まずコイルを充電する必要があるとともに、前記圧電素子を放電させる際に前記コイルから前記圧電素子に電流が流れないように、前記圧電素子の充電後に前記コイルにためられている電流を放電する必要がある。そのため、前記圧電素子駆動装置では、前記コイルに電流をためて放電するまでに時間を要する。よって、前記圧電素子の充放電に時間を要する。

【0008】

また、前記圧電素子は、容量性負荷であるため、誘導性負荷のコイルと直列接続されることにより、２次フィルタ特性の負荷になる。よって、回路内での電圧及び電流の変化は緩やかになり、前記圧電素子の充放電に時間を要する。

【0009】

このように、前記圧電素子駆動装置では、前記圧電素子の充電に時間を要し、前記圧電素子駆動装置は、例えば１００ｋHz以上の高周波振動で圧電素子を駆動させる用途には適していなかった。

【0010】

本発明の目的は、電圧リンギングの発生を防止しつつ、圧電素子を高周波数で駆動可能なように前記圧電素子の充電を迅速に行うことができる圧電素子駆動回路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施形態に係る圧電素子駆動回路は、圧電素子に対して充電を行う圧電素子駆動回路である。この圧電素子駆動回路は、電気的に直列に接続されたリアクトル及び第１スイッチング素子を有し、電源から供給される電流を還流させて、前記圧電素子に対して一定の電流を供給する電流源として機能する還流回路と、前記電源と前記還流回路との間に位置し、前記還流回路に流れる電流が一定になるように、前記電源から前記還流回路に対する電流の供給を制御する第２スイッチング素子と、を備える。前記還流回路は、前記圧電素子に対して、前記第１スイッチング素子の駆動によって前記一定の電流を供給可能に接続されている（第１の構成）。

【0012】

これにより、リアクトルを有する還流回路に流れる電流が一定になるように、第２スイッチング素子の駆動によって、電源から前記還流回路に電流を流すことができる。しかも、第１スイッチング素子の駆動によって、前記還流回路から圧電素子に一定の電流を供給することができる。よって、前記還流回路は、前記圧電素子に対して一定の電流を供給可能な電流源として機能する。

【0013】

したがって、前記圧電素子に対して前記還流回路から一定の電流を供給して、前記圧電素子を迅速に充電することができる。しかも、前記還流回路が電流源として機能することにより、ＬＣ共振による電圧リンギングの発生を防止できる。

【0014】

よって、上述の構成により、電圧リンギングの発生を防止しつつ、圧電素子を高周波数で駆動可能なように前記圧電素子の充電を迅速に行うことができる圧電素子駆動回路を実現できる。

【0015】

前記第１の構成において、前記圧電素子駆動回路は、前記圧電素子から前記還流回路の前記リアクトルに電流を流す放電回路をさらに備える（第２の構成）。

【0016】

これにより、圧電素子を放電する際に、前記圧電素子から還流回路のリアクトルに電流を回生することができる。よって、前記圧電素子を放電しつつ前記還流回路に流れる電流を一定にすることができる。したがって、前記圧電素子を充電する際には、前記リアクトルを放電させることなく、前記還流回路から前記圧電素子に対して一定の電流を迅速に供給することができる。

【0017】

上述の構成により、前記圧電素子を迅速に充放電可能な圧電素子駆動回路を実現することができる。

【0018】

前記第１または第２の構成において、前記第１スイッチング素子は、前記還流回路内で電流を還流させる際にオン状態になる一方、前記還流回路から前記圧電素子に電流を供給する際にオフ状態になる。前記第２スイッチング素子は、前記リアクトルに流れる電流に基づいて駆動制御される（第３の構成）。

【0019】

第１スイッチング素子の駆動により、還流回路から圧電素子に対する電流の供給を制御できるとともに、第２スイッチング素子の駆動により、前記還流回路内に流れる電流を制御することができる。

【0020】

よって、電圧リンギングの発生を防止しつつ、圧電素子を高周波数で駆動可能なように前記圧電素子の充電を迅速に行うことができる圧電素子駆動回路を実現できる。

【0021】

前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記圧電素子駆動回路は、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子の駆動によって、前記還流回路から前記圧電素子への電流の供給及び前記圧電素子から前記還流回路への放電を制御するスイッチング回路をさらに備える（第４の構成）。

【0022】

これにより、圧電素子に対して還流回路から正の電流または負の電流を供給することができる。すなわち、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路の駆動によって、前記還流回路から前記圧電素子に対して、正の電流または負の電流を流すことができる。よって、前記圧電素子に対して印加する電圧の絶対値を小さくすることができるため、低い耐圧のスイッチング素子を用いることが可能になる。よって、比較的安価なスイッチング素子を用いることができ、圧電素子駆動回路の製造コストの低減を図れる。

【0023】

本発明の一実施形態に係るワーク搬送装置は、超音波の周波数帯域の駆動周波数によってワークを搬送するワーク搬送装置である。このワーク搬送装置は、上述の各構成を有する圧電素子駆動回路と、前記圧電素子駆動回路によって充電される圧電素子と、を備える。

【0024】

これにより、高周波数で駆動する圧電素子によって高周波の振動を発生可能なワーク搬送装置を実現することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一実施形態に係る圧電素子駆動回路によれば、電源から供給される電流を還流させる還流回路は、圧電素子に対して、第１スイッチング素子の駆動によって一定の電流を供給可能に接続されている。また、前記圧電素子駆動回路は、前記電源と前記還流回路との間に位置し、前記還流回路に流れる電流が一定になるように、前記電源から前記還流回路に対する電流の供給を制御する第２スイッチング素子を備える。

【0026】

これにより、前記還流回路は、前記圧電素子に対して一定の電流を供給可能な電流源として機能する。したがって、前記圧電素子に対して前記還流回路から一定の電流を供給し、前記圧電素子を迅速に充電することができる。よって、電圧リンギングの発生を防止しつつ、前記圧電素子を高周波数で駆動可能なように前記圧電素子の充電を迅速に行うことができる圧電素子駆動回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、実施形態１に係る圧電素子駆動回路の概略構成を示す回路図である。

【図2】図２は、電源から還流回路内に電流を供給する圧電素子駆動回路の電流供給モードの動作を示す図である。

【図3】図３は、還流回路内で電流が還流する圧電素子駆動回路の還流モードの動作を示す図である。

【図4】図４は、還流回路から圧電素子に対して電流を供給する圧電素子駆動回路の充電モードの動作を示す図である。

【図5】図５は、圧電素子から放電回路に電流を流す圧電素子駆動回路の放電モードの動作を示す図である。

【図6】図６は、圧電素子駆動回路において、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子の動作と、リアクトルに流れる電流及び圧電素子の電圧との関係を示す図である。

【図7】図７は、ワーク搬送装置の一例であるパーツフィーダの概略構成を示す図である。

【図8】図８は、ボウルフィーダの進行波発生部の構成を模式的に示す図である。

【図9】図９は、リニアフィーダの進行波発生部の構成を模式的に示す図である。

【図10】図１０は、本発明の実施形態２に係る圧電素子駆動回路の概略構成を示す回路図である。

【図11】図１１は、電源から還流回路内に電流を供給する圧電素子駆動回路の電流供給モードの動作を示す図である。

【図12】図１２は、還流回路内で電流が還流する圧電素子駆動回路の還流モードの動作を示す図である。

【図13】図１３は、還流回路から圧電素子に対して正の電圧を印加して圧電素子を充電する圧電素子駆動回路の第１充電モードの動作を示す図である。

【図14】図１４は、還流回路から圧電素子に対して負の電圧を印加して圧電素子を充電する圧電素子駆動回路の第２充電モードの動作を示す図である。

【図15】図１５は、圧電素子駆動回路において、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子及びスイッチング回路のスイッチング素子の動作と、リアクトルに流れる電流、圧電素子の電圧及び電流との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

【0029】

［実施形態１］
（圧電素子駆動回路の構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る圧電素子駆動回路１の概略構成を示す図である。この圧電素子駆動回路１は、例えば、ワーク搬送装置の駆動手段である圧電素子２の駆動を制御する。ワーク搬送装置は、圧電素子２によって搬送部に進行波を発生させて、該進行波によりワークを搬送面上で搬送する。ワーク搬送装置の一例であるパーツフィーダ１００の詳しい構成は後述する。なお、圧電素子駆動回路１は、ワーク搬送装置以外の装置において駆動手段として用いられてもよい。前記ワーク搬送装置は、超音波の周波数帯域の駆動周波数によってワークを搬送する構成であれば、どのような構成を有していてもよい。

【0030】

圧電素子２は、一対の電極に電圧が印加されることによって歪が生じる逆圧電効果の特性を有する。圧電素子２は、一対の電極に電圧が印加されることにより、前記一対の電極間に電流が流れて電荷が蓄えられる。そのため、圧電素子２を電圧によって伸縮させる場合には、圧電素子２に対して充放電を行う必要がある。

【0031】

圧電素子駆動回路１は、圧電素子２に対して電流を供給して圧電素子２を充電させるとともに、圧電素子２を放電させる。なお、圧電素子駆動回路１は、圧電素子２の充電のみを行ってもよい。この場合には、別の回路によって、圧電素子２の放電を行えばよい。

【0032】

圧電素子駆動回路１は、電源３に対して電気的に接続されているとともに、圧電素子２に対しても電気的に接続されている。圧電素子駆動回路１は、還流回路１０と、放電回路２０と、電圧検出回路３０と、第２スイッチング素子ＳＷ２とを有する。

【0033】

還流回路１０は、電源３と圧電素子２との間に位置し、電源３から供給された電流が回路内で還流するとともに、圧電素子２に対して一定の電流を供給する。すなわち、還流回路１０は、圧電素子２に対して一定の電流を供給する電流源として機能する。

【0034】

還流回路１０は、リアクトル１１と、ダイオード１２と、第１スイッチング素子ＳＷ１とを有する。リアクトル１１、ダイオード１２及び第１スイッチング素子ＳＷ１は、電気的に直列に接続されていて、第１スイッチング素子ＳＷ１がオン状態の場合には電気的にループ状の回路を構成する。

【0035】

リアクトル１１は、還流回路１０内に流れる電流をエネルギーとして蓄えるとともに、還流回路１０内に一定の電流を流す。リアクトル１１は、圧電素子２の充電時でも流れる電流が大きく変動しないように、圧電素子２の充電時の電気的エネルギーよりも十分に大きい電気的エネルギーを蓄えることができる。すなわち、リアクトルＬの電気的エネルギーが圧電素子２の充電時の電気的エネルギーよりも十分に大きくなるように（Ｌ＊Ｉ²／２＞＞Ｃ×Ｖ²／２：Ｃは圧電素子の静電容量、Ｖは充電時の圧電素子電圧）、要求される仕様等に応じて、リアクトルＬ及び圧電素子２は選定される。

【0036】

ダイオード１２は、還流回路１０において電流の流れる方向がリアクトル１１に向かって流れる方向になるように構成されている。第１スイッチング素子ＳＷ１は、リアクトル１１とダイオード１２との間に位置する。

【0037】

第１スイッチング素子ＳＷ１は、上述のように、オン状態になることにより、還流回路１０を構成する。また、第１スイッチング素子ＳＷ１は、オン状態になることにより、後述するように圧電素子２の放電を行う放電回路の一部を構成する。なお、後述するように、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態になることにより、還流回路１０から圧電素子２への充電が可能になる。

【0038】

このように、第１スイッチング素子ＳＷ１は、還流回路１０を構成するとともに、圧電素子２の充放電を制御する。すなわち、第１スイッチング素子ＳＷ１は、圧電素子２の充放電を制御するスイッチング素子である。

【0039】

還流回路１０においてリアクトル１１と第１スイッチング素子ＳＷ１との間の部分が、ダイオード１３を介して、圧電素子２の一方の電極に電気的に接続されている。ダイオード１３は、圧電素子駆動回路１に、還流回路１０から圧電素子２に電流を流すように設けられている。還流回路１０において、第１スイッチング素子ＳＷ１とダイオード１２との間の部分が、圧電素子２の他方の電極に電気的に接続されている。このような構成により、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態の場合には、還流回路１０からダイオード１３を介して圧電素子２に電流が流れる。これにより、還流回路１０から圧電素子２に対して一定の電流を供給することができ、圧電素子２を充電することができる。

【0040】

第２スイッチング素子ＳＷ２は、電源３と還流回路１０との間に位置し、電源３から還流回路１０への電流の供給を制御する。すなわち、第２スイッチング素子ＳＷ２がオン状態の場合には、電源３から還流回路１０へ電流が供給され、第２スイッチング素子ＳＷ２がオフ状態の場合には、電源３から還流回路１０へ電流が供給されない。

【0041】

第２スイッチング素子ＳＷ２は、リアクトル１１に流れる電流に応じて駆動制御される。具体的には、第２スイッチング素子ＳＷ２は、リアクトル１１に流れる電流が所定値よりも小さい場合には、オン状態になる。これにより、電源３から還流回路１０に電流が供給される。一方、第２スイッチング素子ＳＷ２は、リアクトル１１に流れる電流が所定値以上の場合には、オフ状態である。よって、電源３から還流回路１０に電流が供給されないため、還流回路１０は一定の電流が流れるループ回路である。

【0042】

本実施形態では、第２スイッチング素子ＳＷ２は、電源３と、還流回路１０におけるダイオード１２とリアクトル１１との間とを電気的に接続している。

【0043】

放電回路２０は、圧電素子２を放電させる回路である。放電回路２０は、圧電素子２から還流回路１０のリアクトル１１に電流を流して、リアクトル１１に電流をエネルギーとして蓄える。すなわち、放電回路２０は、還流回路１０の一部を含む。

【0044】

放電回路２０は、第３スイッチング素子ＳＷ３と、ダイオード２１と、リアクトル１１と、第１スイッチング素子ＳＷ１とを有する。

【0045】

第３スイッチング素子ＳＷ３及びダイオード２１は、電気的に直列に接続されていて、圧電素子２の一方の電極とリアクトル１１とを電気的に接続する。本実施形態では、第３スイッチング素子ＳＷ３及びダイオード２１は、ダイオード１３と圧電素子２の一方の電極との間と、還流回路１０におけるダイオード１２とリアクトル１１との間とを電気的に接続する。

【0046】

第３スイッチング素子ＳＷ３及び第１スイッチング素子ＳＷ１は、オン状態になることにより、放電回路２０を構成する。すなわち、第３スイッチング素子ＳＷ３及び第１スイッチング素子ＳＷ１がオン状態になることにより、圧電素子２と還流回路１０のリアクトル１１とが電気的に接続されて、圧電素子２内の電流が、リアクトル１１に流れる。これにより、電流がリアクトル１１にエネルギーとして蓄えられる。このように、圧電素子２の放電時にリアクトル１１に流れた電流は、還流回路１０内を還流するので、圧電素子２を過放電させることを防止できる。

【0047】

第３スイッチング素子ＳＷ３がオフ状態のときには、ダイオード１３によって、圧電素子２からリアクトル１１に電流が流れるのを防止できる。よって、第３スイッチング素子ＳＷ３がオフ状態のときには、圧電素子２は放電されない。

【0048】

電圧検出回路３０は、圧電素子２に印加される電圧を検出する。電圧検出回路３０によって検出された電圧は、図示しない制御装置に入力されて、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第３スイッチング素子ＳＷ３の駆動制御に利用される。具体的には、前記制御装置は、電圧検出回路３０によって検出された電圧が所定の電圧値以上になると、第１スイッチング素子ＳＷ１をオン状態にする。電圧検出回路３０の構成は、従来の構成と同様であるため、電圧検出回路３０の詳しい説明は省略する。

【0049】

（圧電素子駆動回路の動作）
次に、上述のような構成を有する圧電素子駆動回路１の動作について、図２から図５を用いて説明する。

【0050】

図２は、電源３から還流回路１０内に電流を供給する圧電素子駆動回路１の電流供給モードの動作を示す図である。圧電素子駆動回路１は、リアクトル１１に流れる電流が所定値よりも小さい場合に、前記電流供給モードで動作する。この電流供給モードでは、図２に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２はオン状態であり、第３スイッチング素子ＳＷ３はオフ状態である。

【0051】

これにより、図２に実線矢印で示すように、電源３から還流回路１０に電流が流れる。よって、電流が還流回路１０のリアクトル１１にエネルギーとして蓄えられる。

【0052】

図３は、還流回路１０内で電流が還流する圧電素子駆動回路１の還流モードの動作を示す図である。圧電素子駆動回路１は、リアクトル１１に流れる電流が所定値以上の場合に、前記還流モードで動作する。この還流モードでは、図３に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１はオン状態であり、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３はオフ状態である。

【0053】

これにより、図３に実線矢印で示すように、還流回路１０が閉ループ回路になり、還流回路１０内で電流が還流する。このときに、還流回路１０内に流れる電流は、一定である。

【0054】

図４は、還流回路１０から圧電素子２に対して電流を供給する圧電素子駆動回路１の充電モードの動作を示す図である。この充電モードでは、図４に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３は、オフ状態である。

【0055】

これにより、図４に実線矢印で示すように、ダイオード１３によって還流回路１０から圧電素子２に対して一方向に電流が流れる。よって、還流回路１０から圧電素子２に対して一定の電流が供給される。還流回路１０は、圧電素子２に対して一定の電流を供給する電流源として機能する。

【0056】

図５は、圧電素子２から放電回路２０に電流を流す圧電素子駆動回路１の放電モードの動作を示す図である。この放電モードでは、図５に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第３スイッチング素子ＳＷ３はオン状態であり、第２スイッチング素子ＳＷ２はオフ状態である。

【0057】

これにより、図５に実線矢印で示すように、圧電素子２から還流回路１０のリアクトル１１に電流が流れて、電流がリアクトル１１にエネルギーとして蓄えられる。このとき、電流は、ダイオード１３を通って圧電素子２からリアクトル１１には流れずに、第３スイッチング素子ＳＷ３及びダイオード２１を通ってリアクトル１１に流れる。よって、還流回路１０から圧電素子２に供給された電流の一部が還流回路１０に戻るため、本実施形態の圧電素子駆動回路１のエネルギー効率を向上することができる。なお、前記放電モードを、圧電素子２からリアクトル１１に電流を流す回生モードとも呼ぶ。

【0058】

以上のような圧電素子駆動回路１の動作により、電流源である還流回路１０から圧電素子２に一定の電流を供給できるとともに、放電回路２０によって圧電素子２の電流を還流回路１０のリアクトル１１に戻すことができる。

【0059】

図６に、圧電素子駆動回路１において、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３の動作と、リアクトル１１に流れる電流Ｉ及び圧電素子２の電圧Ｖｐｉｅｚｏとの関係を示す。圧電素子２の充電時には、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３がオフ状態であり、圧電素子２の放電時には、第２スイッチング素子ＳＷ２及び第３スイッチング素子ＳＷ３がオン状態である。リアクトル１１に流れる電流は、圧電素子２の充放電によって若干変動するが、ほぼ一定である。なお、リアクトル１１に流れる電流が所定値よりも小さくなると、第１スイッチング素子ＳＷ１はオン状態になって、電源３から還流回路１０に電流が供給される。

【0060】

（ワーク搬送装置）
次に、上述の構成を有する圧電素子駆動回路１を備えた装置の一例として、ワークを搬送するワーク搬送装置について説明する。図７は、ワーク搬送装置の一例であるパーツフィーダ１００の概略構成を示す図である。

【0061】

パーツフィーダ１００は、ボウルフィーダ１０１と、リニアフィーダ１０２とを有する。ボウルフィーダ１０１内に投入されたワークＷは、ボウルフィーダ１０１及びリニアフィーダ１０２によって、適切姿勢で且つ整列された状態で、リニアフィーダ１０２の搬送出口に供給される。

【0062】

ボウルフィーダ１０１は、平面視で円形状であり、且つ、外周側が中央部に対して厚み方向に突出したボウル状である。ボウルフィーダ１０１は、ボウルフィーダ１０１内に投入されたワークＷを、内面に形成された螺旋搬送部１１１に沿って登坂させて、リニアフィーダ１０２に排出する。

【0063】

リニアフィーダ１０２は、ボウルフィーダ１０１から排出されたワークＷに対して整列搬送部１２１で整列や方向判別等を行って、適正姿勢のワークＷのみを通過させるとともに、不適切なワークＷをリターン搬送部１２２によってボウルフィーダ１０１にリターンさせる。

【0064】

ボウルフィーダ１０１は、進行波発生部１１２を有する。図８は、進行波発生部１１２の構成を模式的に示す図である。進行波発生部１１２は、螺旋搬送部１１１をたわみ振動させる。詳しくは、進行波発生部１１２は、第１振動部１１３と、第２振動部１１４と、第１加振機１１５と、第２加振機１１６とを有する。

【0065】

第１振動部１１３及び第２振動部１１４は、ボウルフィーダ１０１の本体底面の円環状の振動領域の一部を構成する。第１振動部１１３は、前記振動領域のうち第１領域において０°モードで振動する第１振動系を構成する。第２振動部１１４は、前記振動領域のうち第２領域において９０°モードで振動する第２振動系を構成する。第１加振機１１５は、圧電素子を用いて、第１振動部１１３を加振する。第２加振機１１６は、圧電素子を用いて、第２振動部１１４を加振する。

【0066】

第１加振機１１５及び第２加振機１１６によって、第１振動部１１３及び第２振動部１１４を加振することにより、位相の異なる定在波が合成される。これにより、ボウルフィーダ１０１の螺旋搬送部１１１をたわみ振動させるための進行波が生成される。

【0067】

なお、特に図示しないが、第１加振機１１５及び第２加振機１１６をそれぞれ構成する圧電素子は、第１振動部１１３及び第２振動部１１４の底面に取り付けられている。

【0068】

本実施形態の構成を有する圧電素子駆動回路１は、前記圧電素子を駆動するために用いられてもよい。

【0069】

リニアフィーダ１０２は、進行波発生部１２３を有する。図９は、進行波発生部１２３の構成を模式的に示す図である。進行波発生部１２３は、整列搬送部１２１及びリターン搬送部１２２をたわみ振動させる。詳しくは、進行波発生部１２３は、第１振動部１２４と、第２振動部１２５と、第１加振機１２６と、第２加振機１２７とを有する。

【0070】

第１振動部１２４及び第２振動部１２５は、リニアフィーダ１０２の本体底面の長円状の振動領域の一部を構成する。第１振動部１２４は、前記振動領域のうち第１領域において０°モードで振動する第１振動系を構成する。第２振動部１２５は、前記振動領域のうち第２領域において９０°モードで振動する第２振動系を構成する。第１加振機１２６は、圧電素子を用いて、第１振動部１２４を加振する。第２加振機１２７は、圧電素子を用いて、第２振動部１２５を加振する。

【0071】

第１加振機１２６及び第２加振機１２７によって、第１振動部１２４及び第２振動部１２５を加振することにより、位相の異なる定在波が合成される。これにより、リニアフィーダ１０２の整列搬送部１２１及びリターン搬送部１２２をたわみ振動させるための進行波が生成される。

【0072】

なお、特に図示しないが、第１加振機１２６及び第２加振機１２７をそれぞれ構成する圧電素子は、第１振動部１２４及び第２振動部１２５の底面に取り付けられている。

【0073】

本実施形態の構成を有する圧電素子駆動回路１は、前記圧電素子を駆動するために用いられてもよい。

【0074】

以上より、本実施形態に係る圧電素子駆動回路１は、圧電素子２に対して充電を行う。圧電素子駆動回路１は、電気的に直列に接続されたリアクトル１１及び第１スイッチング素子ＳＷ１を有し、電源３から供給される電流を還流させて、圧電素子２に対して一定の電流を供給する電流源として機能する還流回路１０と、電源３と還流回路１０との間に位置し、還流回路１０に流れる電流が一定になるように、電源３から還流回路１０に対する電流の供給を制御する第２スイッチング素子ＳＷ２と、を備える。還流回路１０は、圧電素子２に対して、第１スイッチング素子ＳＷ１の駆動によって前記一定の電流を供給可能に接続されている。

【0075】

これにより、リアクトル１１を有する還流回路１０に流れる電流が一定になるように、第２スイッチング素子ＳＷ２の駆動によって、電源３から還流回路１０に電流を流すことができる。しかも、第１スイッチング素子ＳＷ１の駆動によって、還流回路１０から圧電素子２に一定の電流を供給することができる。よって、還流回路１０は、圧電素子２に対して一定の電流を供給可能な電流源として機能する。

【0076】

したがって、圧電素子２に対して還流回路１０から一定の電流を供給し、第２スイッチング素子ＳＷ２の駆動のタイミングに応じて圧電素子２を迅速に所定の電圧まで充電することができる。しかも、還流回路１０が電流源として機能することにより、圧電素子２に対して一方向に電流を供給できるため、ＬＣ共振による電圧リンギングの発生を防止できる。

【0077】

よって、上述の構成により、電圧リンギングの発生を防止しつつ、圧電素子２を高周波数で駆動可能なように圧電素子２の充電を迅速に行うことができる圧電素子駆動回路１を実現できる。

【0078】

また、本実施形態では、圧電素子駆動回路１は、圧電素子２から還流回路１０のリアクトル１１に電流を流す放電回路２０をさらに備える。

【0079】

これにより、圧電素子２を放電する際に、圧電素子２から還流回路１０のリアクトル１１に電流を回生することができる。このような圧電素子２から還流回路１０への電流の回生によって、還流回路１０に流れる電流を一定にすることができる。したがって、圧電素子２を充電する際には、既述の特許文献１のようにリアクトル１１を放電させることなく、還流回路１０から圧電素子２に対して一定の電流を迅速に供給することができる。

【0080】

上述の構成により、圧電素子２を迅速に充電可能な圧電素子駆動回路１を実現することができる。しかも、圧電素子２からリアクトル１１に電流を回生できるため、圧電素子駆動回路１を効率よく駆動させることができる。さらに、上述のような電流の回生によって、放電回路２０での損失も少ないため、放熱用のヒートシンクやファンを小型化できる。よって、圧電素子駆動回路１を有する装置を小型化できる。

【0081】

また、本実施形態では、第１スイッチング素子ＳＷ１は、還流回路１０内で電流を還流させる際にオン状態になる一方、還流回路１０から圧電素子２に電流を供給する際にオフ状態になる。第２スイッチング素子ＳＷ２は、リアクトル１１に流れる電流に基づいて駆動制御される。

【0082】

上述のような第１スイッチング素子ＳＷ１の駆動により、還流回路１０から圧電素子２に対する電流の供給を制御できるとともに、第２スイッチング素子ＳＷ２の駆動により、還流回路１０内に流れる電流を制御することができる。

【0083】

よって、上述の構成により、電圧リンギングの発生を防止しつつ、圧電素子２を高周波数で駆動可能なように圧電素子２の充電を迅速に行うことができる圧電素子駆動回路１を実現することができる。

【0084】

本実施形態のパーツフィーダ１００（ワーク搬送装置）は、超音波の周波数帯域の駆動周波数によってワークＷを搬送する装置である。パーツフィーダ１００は、本実施形態の構成を有する圧電素子駆動回路１と、圧電素子駆動回路１によって充電される圧電素子２と、を備える。

【0085】

これにより、高周波数で駆動する圧電素子２によって高周波の振動を発生可能なパーツフィーダ１００を実現することができる。

【0086】

［実施形態２］
（圧電素子駆動回路の構成）
図１０は、本発明の実施形態２に係る圧電素子駆動回路２０１の概略構成を示す回路図である。本実施形態の圧電素子駆動回路２０１は、複数のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４によって構成されるスイッチング回路２２０を有する点で、実施形態１の圧電素子駆動回路１とは異なる。なお、図１０では、圧電素子２の電圧を検出する電圧検出回路の図示を省略する。

【0087】

図１０に示すように、圧電素子駆動回路２０１は、還流回路１０と、スイッチング回路２２０と、第２スイッチング素子ＳＷ２と、ダイオード２３０とを有する。還流回路１０及び第２スイッチング素子ＳＷ２の構成は、実施形態１と同様であるため、詳しい説明を省略する。

【0088】

スイッチング回路２２０は、還流回路１０と圧電素子２との間に位置し、還流回路１０及び圧電素子２に対して電気的に接続されている。スイッチング回路２２０は、第１スイッチングレグ２２１と、第２スイッチングレグ２２２とを有する。第１スイッチングレグ２２１は、電気的に直列に接続された一対のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２からなる。第２スイッチングレグ２２２は、電気的に直列に接続された一対のスイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４からなる。第１スイッチングレグ２２１と第２スイッチングレグ２２２とは、電気的に並列に接続されている。

【0089】

第１スイッチングレグ２２１における一対のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２の中点は、圧電素子２の一方の電極に電気的に接続されている。第２スイッチングレグ２２２における一対のスイッチング素子ＳＷ１３，ＳＷ１４の中点は、圧電素子２の他方の電極に電気的に接続されている。

【0090】

以上より、スイッチング回路２２０を構成する複数のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４は、ブリッジ回路を構成している。

【0091】

スイッチング回路２２０は、還流回路１０に対して、ダイオード２３０を介してリアクトル１１と第１スイッチング素子ＳＷ１との間に電気的に接続されているとともに、第１スイッチング素子ＳＷ１とダイオード１２との間にも電気的に接続されている。ダイオード２３０は、還流回路１０からスイッチング回路２２０に電流を流すように構成されている。

【0092】

（圧電素子駆動回路の構成）
次に、上述のような構成を有する圧電素子駆動回路２０１の動作について、図１１から図１４を用いて説明する。

【0093】

図１１は、電源３から還流回路１０内に電流を供給する圧電素子駆動回路２０１の電流供給モードの動作を示す図である。圧電素子駆動回路２０１は、リアクトル１１に流れる電流が所定値よりも小さい場合に、前記電流供給モードで動作する。この電流供給モードでは、図１１に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２はオン状態である。

【0094】

これにより、図１１に実線矢印で示すように、電源３から還流回路１０に電流が流れる。よって、電流が還流回路１０のリアクトル１１にエネルギーとして蓄えられる。

【0095】

図１２は、還流回路１０内で電流が還流する圧電素子駆動回路２０１の還流モードの動作を示す図である。圧電素子駆動回路１は、リアクトル１１に流れる電流が所定値以上の場合に、前記還流モードで動作する。この還流モードでは、図１２に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１はオン状態であり、第２スイッチング素子ＳＷ２はオフ状態である。

【0096】

これにより、図１２に実線矢印で示すように、還流回路１０が閉ループ回路になり、還流回路１０内で電流が還流する。このときに、還流回路１０内に流れる電流は、一定である。

【0097】

図１３及び図１４は、還流回路１０から圧電素子２に対して電流を供給する圧電素子駆動回路２０１の充電モードの動作を示す図である。図１３は、圧電素子２に対して正の電圧を印加して圧電素子２を充電する第１充電モードであり、図１４は、圧電素子２に対して負の電圧を印加して圧電素子２を充電する第２充電モードである。

【0098】

前記第１充電モード及び前記第２充電モードでは、図１３に示すように、第１スイッチング素子ＳＷ１及び第２スイッチング素子ＳＷ２は、オフ状態である。前記第１充電モードでは、スイッチング回路２２０のスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオン状態であり、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオフ状態である。なお、第２スイッチング素子ＳＷ２はオン状態であってもよい。

【0099】

これにより、図１３に実線矢印で示すように、スイッチング回路２２０を介して還流回路１０から圧電素子２に対して一定の電流が供給される。還流回路１０は、圧電素子２に対して一定の電流を供給する電流源として機能する。

【0100】

前記第２充電モードでは、スイッチング回路２２０のスイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオン状態であり、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオフ状態である。これにより、図１４に実線矢印で示すように、スイッチング回路２２０を介して還流回路１０から圧電素子２に対して一定の電流が供給される。このときも、還流回路１０は、圧電素子２に対して一定の電流を供給する電流源として機能する。

【0101】

上述のように、圧電素子駆動回路２０１は、スイッチング回路２２０の動作によって、圧電素子２に対して正の電圧を印加する第１充電モードと、圧電素子２に対して負の電圧を印加する第２充電モードとを実現可能である。上述の構成により、圧電素子２に対して印加する電圧の絶対値を小さくすることができるため、低い耐圧のスイッチング素子を用いることが可能になる。よって、比較的安価なスイッチング素子を用いることができ、圧電素子駆動回路２０１の製造コストの低減を図れる。

【0102】

また、一般的に、圧電素子は、印加される電圧が大きくなると印加電圧に対する歪の誤差が大きくなる。これに対し、上述の構成により、圧電素子２に対して印加する電圧の絶対値を小さくすることができるため、印加電圧に対する圧電素子２の歪の誤差を小さくすることができる。

【0103】

なお、図１３に示すように圧電素子駆動回路２０１が還流回路１０から圧電素子２に電流を流して圧電素子２を充電した場合、圧電素子２の放電時に圧電素子駆動回路２０１が行う動作は、図１４に示す動作である。一方、図１４に示すように圧電素子駆動回路２０１が還流回路１０から圧電素子２に電流を流して圧電素子２を充電した場合、圧電素子２の放電時に圧電素子駆動回路２０１が行う動作は、図１３に示す動作である。

【0104】

これにより、圧電素子２から還流回路１０のリアクトル１１に電流が流れて、電流がリアクトル１１にエネルギーとして蓄えられる。すなわち、本実施形態では、還流回路１０が、放電回路として機能する。よって、還流回路１０から圧電素子２に供給された電流の一部が還流回路１０に戻るため、本実施形態の圧電素子駆動回路１のエネルギー効率を向上することができる。なお、前記放電モードを、圧電素子２からリアクトル１１に電流を流す回生モードとも呼ぶ。

【0105】

以上のような圧電素子駆動回路２０１の動作により、電流源である還流回路１０から圧電素子２に一定の電流を供給できるとともに、圧電素子２の電流を還流回路１０のリアクトル１１に戻すことができる。

【0106】

図１５に、圧電素子駆動回路２０１において、第１スイッチング素子ＳＷ１、第２スイッチング素子ＳＷ２、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３の動作と、リアクトル１１に流れる電流Ｉ、圧電素子２の電圧Ｖｐｉｅｚｏ及び電流Ｉｐｉｅｚｏとの関係を示す。

【0107】

圧電素子２の第１充電時には、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態であり、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオン状態である（スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３はオフ状態）。第１充電後に圧電素子２を放電する際には、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態であり、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオン状態である（スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４はオフ状態）。

【0108】

圧電素子２の第２充電時には、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態であり、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３がオン状態である（スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４はオフ状態）。第２充電後に圧電素子２を放電する際には、第１スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態であり、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１４がオン状態である（スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１３はオフ状態）。

【0109】

図１５に示すように、リアクトル１１に流れる電流は、圧電素子２の充放電によって若干変動するが、ほぼ一定である。なお、リアクトル１１に流れる電流が所定値よりも小さくなると、第２スイッチング素子ＳＷ２はオン状態になって、電源３から還流回路１０に電流が供給される。

【0110】

本実施形態に係る圧電素子駆動回路２０１は、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４を有し、複数のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４の駆動によって、還流回路１０から圧電素子２への電流の供給及び圧電素子２から還流回路１０への放電を制御するスイッチング回路２２０をさらに備える。

【0111】

これにより、圧電素子２に対して還流回路１０から正の電流または負の電流を供給することができる。すなわち、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４を有するスイッチング回路２２０の駆動によって、還流回路１０から圧電素子２に対して、正の電流または負の電流を流すことができる。よって、圧電素子２に対して印加する電圧の絶対値を小さくすることができるため、低い耐圧のスイッチング素子を用いることが可能になる。よって、比較的安価なスイッチング素子を用いることができ、圧電素子駆動回路２０１の製造コストの低減を図れる。また、圧電素子２に対して印加する電圧の絶対値が小さくなるため、印加する電圧が大きくなると電圧に対する歪の誤差が大きくなる圧電素子２において、印加電圧に対する歪の誤差を小さくすることができる。

【0112】

しかも、圧電素子２に印加する電圧の絶対値を小さくすることができるため、圧電素子駆動回路２０１を構成する部品として耐電圧の低い部品を用いることができる。

【0113】

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

【0114】

前記実施形態１では、圧電素子駆動回路１は、パーツフィーダ１００の圧電素子の駆動に用いられる。実施形態２の圧電素子駆動回路２０１を、パーツフィーダ１００の圧電素子の駆動に用いてもよい。

【0115】

前記各実施形態では、第２スイッチング素子ＳＷ２は、電源３から還流回路１０に電流を流す際以外、オフ状態である。しかしながら、第２スイッチング素子ＳＷ２に対して電気的に直列にダイオードを設けてもよい。これにより、第２スイッチング素子ＳＷ２は、電源３から還流回路１０に電流を流す際以外で、オン状態であってもよい。よって、第２スイッチング素子ＳＷ２のスイッチング回数を減らすことができる。

【0116】

前記実施形態１では、圧電素子駆動回路１は、放電回路２０を有する。しかしながら、圧電素子駆動回路は、放電回路を有していなくてもよい。この場合には、別の回路によって圧電素子の放電を行ってもよい。

【0117】

前記各実施形態では、圧電素子駆動回路１，２０１は、圧電素子２を放電する際に、圧電素子２の電流をリアクトル１１にエネルギーとして蓄えている。しかしながら、圧電素子２の電流は、他の放電回路に対して放電されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0118】

本発明は、圧電素子に対して充電を行う圧電素子駆動回路に利用可能である。

【符号の説明】

【0119】

１、２０１ 圧電素子駆動回路
２ 圧電素子
３ 電源
１０ 還流回路
１１ リアクトル
１２、１３、２１、２３０ ダイオード
２０ 放電回路
３０ 電圧検出回路
１００ パーツフィーダ
１０１ ボウルフィーダ
１０２ リニアフィーダ
１１１ 螺旋搬送部
１１２、１２３ 進行波発生部
１１３、１２４ 第１振動部
１１４、１２５ 第２振動部
１１５、１２６ 第１加振機
１１６、１２７ 第２加振機
１２１ 整列搬送部
１２２ リターン搬送部
２２０ スイッチング回路
２２１ 第１スイッチングレグ
２２２ 第２スイッチングレグ
ＳＷ１ 第１スイッチング素子
ＳＷ２ 第２スイッチング素子
ＳＷ３ 第３スイッチング素子
ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１４ スイッチング素子
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】