ピエゾアクチュエータの駆動装置
【課題】 充電スイッチのオン／オフを繰り返すことでピエゾアクチュエータを段階的に充電して伸長させる駆動装置において、ピエゾアクチュエータの静電容量の変化により、ピエゾアクチュエータの伸長率が変化してしまうのを防止する。
【解決手段】 駆動装置１は、駆動信号Ｓｄが入力されると、放電スイッチＳＷ２をオフした状態で充電スイッチＳＷ１のオン／オフを繰り返すことによりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電させて伸長させる。その後、駆動信号Ｓｄが入力されなくなると、充電スイッチＳＷ１をオフした状態で放電スイッチＳＷ２のオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を放電させて収縮させる。そして特に、充電期間においては、一定の周期で充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、充電スイッチＳＷ１のオン時に充電経路３０に流れる電流の積分値が、目標電荷量Ｑに到達すると、充電スイッチＳＷ１をオフする。
【解決手段】 駆動装置１は、駆動信号Ｓｄが入力されると、放電スイッチＳＷ２をオフした状態で充電スイッチＳＷ１のオン／オフを繰り返すことによりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電させて伸長させる。その後、駆動信号Ｓｄが入力されなくなると、充電スイッチＳＷ１をオフした状態で放電スイッチＳＷ２のオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を放電させて収縮させる。そして特に、充電期間においては、一定の周期で充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、充電スイッチＳＷ１のオン時に充電経路３０に流れる電流の積分値が、目標電荷量Ｑに到達すると、充電スイッチＳＷ１をオフする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾアクチュエータを充放電させて伸縮させる駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ピエゾアクチュエータを充放電させて伸縮させる駆動装置としては、インダクタとピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、ＭＯＳＦＥＴからなる充電スイッチを介して直流電源から電源供給を行うための充電経路と、上記直列回路に並列に接続され、ＭＯＳＦＥＴからなる放電スイッチを介してピエゾアクチュエータに充電された電荷を放電させるための放電経路とを備えたものが知られている。
【０００３】
そして、この駆動装置では、外部から駆動信号が入力されると、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、その後、駆動信号が入力されなくなると、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる。
【０００４】
つまり、充電期間においては、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチをオンすることで、直流電源から充電経路を介してピエゾアクチュエータに充電電流を流し、その後、充電スイッチをオフすることで、インダクタに蓄積されたエネルギーによって流れる充電電流（換言すると、フライホイール電流）を、放電スイッチを構成しているＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを介してピエゾアクチュエータの負極側から正極側に流す、といった手順で、段階的にピエゾアクチュエータを充電させる。
【０００５】
一方、放電期間においては、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチをオンすることで、ピエゾアクチュエータの正極側から放電経路に放電電流を流し、その後、放電スイッチをオフすることで、インダクタに蓄積されたエネルギーによって発生するフライバック電圧により、充電電力を直流電源に回生する、といった手順で、段階的にピエゾアクチュエータを放電させる。
【０００６】
そして、この種の駆動装置では、充電時に、直流電源から放出される単位時間当たりの電荷量を制御することで、所望の電荷量をピエゾアクチュエータに充電させるようにしたものがある。
【０００７】
すなわち、この駆動装置は、駆動信号が入力されると、充電スイッチをオンし、その後、ピエゾアクチュエータに流れる充電電流の積分値が所定の目標値に達したときに充電スイッチをオフして、さらにその後、充電電流が上記目標値よりも小さい所定値に達したときに充電スイッチをオンするというオン／オフ動作を繰り返すことによって、ピエゾアクチュエータを充電させる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ピエゾアクチュエータの静電容量は温度によって変化するため、使用環境によっては、充電時にピエゾアクチュエータに流れ込む充電電流の電流量も変わってくる。
そして、特許文献１に記載の駆動装置では、ピエゾアクチュエータの静電容量が変化すると、充電スイッチのオン時に直流電源からピエゾアクチュエータに流れ込む電流量が変化するので、その時にインダクタに蓄積されるエネルギーも変化してしまい、充電スイッチのオフ時にインダクタがエネルギーを放出し終わるまでの時間も変化する。
【０００９】
このため、特許文献１に記載の駆動装置では、充電期間中に充電スイッチをオンするタイミングが、ピエゾアクチュエータの静電容量の変化によって変わってしまい、ピエゾアクチュエータに蓄積される電荷の変化量（すなわち、単位時間当たりにピエゾアクチュエータが伸長する伸長率）が変わってしまうことがあった。
【００１０】
そして、例えば、ピエゾアクチュエータが所定量だけ伸長したところで燃料噴射が開始されるようなインジェクタの燃料噴射制御用に、従来の駆動装置が用いられていた場合には、インジェクタによる燃料噴射のタイミングがずれてしまうことがあり、高精度な燃料噴射を実現することができない。
【００１１】
本発明は、こうした問題を解決するためになされたものであり、充電スイッチのオン／オフを繰り返すことでピエゾアクチュエータを段階的に充電して伸長させるピエゾアクチュエータの駆動装置において、ピエゾアクチュエータの静電容量の変化により、ピエゾアクチュエータの伸長率が変化してしまうのを防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するためになされた請求項１に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置は、ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、インダクタとピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、充電スイッチを介して直流電源から電源供給を行うための充電経路と、直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介してピエゾアクチュエータに充電された電荷を放電させるための放電経路と、充電スイッチに対して、カソードが直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、放電スイッチに対して、カソードが直流電源の正極側となるよう並列に接続された第２ダイオードとを備える。
【００１３】
そして、本発明の駆動装置では、外部から駆動指令が入力されると、充放電制御手段が、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、その後、外部から駆動停止指令が入力されると、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる。
【００１４】
そして特に、請求項１に記載の駆動装置では、充放電制御手段に、目標値設定手段と、電流検出手段と、推定手段と、充電スイッチ駆動手段とが設けられており、目標値設定手段は、当該装置による１回の充電期間の中でピエゾアクチュエータに充電すべき充電エネルギー、及び、直流電源の電源電圧に基づいて、充電スイッチのオン期間におけるピエゾアクチュエータの充電エネルギーの目標値を設定する。
【００１５】
そして、充電スイッチ駆動手段は、駆動指令が入力されると、予め設定された所定の周期で充電スイッチをオンし、推定手段により推定される推定値が、目標値設定手段により設定された目標値に到達する度に充電スイッチをオフする。
【００１６】
以上のような請求項１に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置によれば、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期を固定しつつ、１回の充電スイッチのオン時におけるピエゾアクチュエータの充電量も固定することができるため、充電期間におけるピエゾアクチュエータの伸長率を所望の伸長率に設定することができる。
【００１７】
したがって、温度変化等によりピエゾアクチュエータの静電容量が変化しても、ピエゾアクチュエータの伸長率が変化してしまうのを防止することができる。
また、例えば、ピエゾアクチュエータが所定量だけ伸長したところで燃料噴射が開始されるようなインジェクタの燃料噴射制御用に、本発明の駆動装置を適用することで、静電容量の変化によりインジェクタによる燃料噴射のタイミングがずれてしまう、といったことを防止することができる。
【００１８】
ところで、ピエゾアクチュエータの充電エネルギーは、エネルギー保存の法則により直流電源から放出される放出エネルギーから充電経路での損失エネルギーを差し引いたものと等しくなる。温度によりピエゾアクチュエータの静電容量が変化したとしても、同じエネルギーを充電するならば、その損失エネルギーもほぼ一定と考えられる。したがって、その放出エネルギーを制御すれば、ピエゾアクチュエータの充電エネルギーを制御することができる。そして、その放出エネルギーは、直流電源の電圧と電流の積を時間積分したものに等しい。
【００１９】
ここで、直流電源の電圧はほぼ一定として考えられることから、直流電源からピエゾアクチュエータに流れる充電電流を時間積分した積分値は、充電エネルギーに比例することとなり、その積分値を求めれば、結果的に、ピエゾアクチュエータに充電される充電エネルギーを導出することができる。
【００２０】
このため、請求項１に記載の駆動装置においては、請求項２に記載のように、推定手段は、電流検出手段により検出される充電電流の積分値を、推定値として導出し、充電スイッチ駆動手段は、推定手段により導出される積分値が、目標値に到達したときに、充電スイッチをオフするように構成するとよい。
【００２１】
このようにすれば、推定手段は、単に直流電源からピエゾアクチュエータに流れる充電電流の積分値を導出するだけで充電エネルギーを推定することができるので、当該駆動装置の構成を簡素化することができる。
【００２２】
ところで、ピエゾアクチュエータは、充電開始時には拘束された状態から変位するので、充電開始時には、ピエゾアクチュエータに大きな荷重（負荷）がかかる。
そして、ピエゾアクチュエータに大きな荷重がかかると、ピエゾアクチュエータの寿命や駆動装置の信頼性に影響を及ぼしたり、ピエゾアクチュエータの振動による作動音が発生したりする場合がある。
【００２３】
そこで、目標値設定手段は、請求項３に記載のように、充電スイッチ駆動手段による１回の充電期間の中で、１回目に充電スイッチがオンされる際の目標値が、２回目以降に充電スイッチがオンされる際の目標値よりも低くなるように目標値を設定するように構成されているとよい。
【００２４】
このようにすれば、充電開始時にピエゾアクチュエータにかかる荷重（負荷）を低減することができるので、ピエゾアクチュエータの寿命や信頼性を向上させることができると共に、作動音が発生してしまうのを抑制することができる。
【００２５】
ところで、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期は、一定となるように設定されていてもよいが、この場合、例えば目標値設定手段により設定される目標値が一定であったとすると、充電期間において、充電スイッチがオフされてからフライホイール電流が放電経路に流れなくなるまでの時間は、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする回数が増加していくほど（即ち、ピエゾアクチュエータが充電されていくほど）短くなる。
【００２６】
このため、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期を、充電スイッチのオン時にフライホイール電流が流れることのない一定周期に設定した場合には、ピエゾアクチュエータの充電が進むにつれて、充電スイッチのオフ時にフライホイール電流が流れなくなってから充電スイッチがオンするまでの無駄な時間が増加してしまうので、ピエゾアクチュエータを効率よく速やかに伸長させることができない。
【００２７】
そこで、請求項１又は請求項２に記載の駆動装置は、請求項４に記載のように、目標値設定手段は、充電スイッチの各オン期間における目標値が同じとなるように、目標値を設定し、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期は、充電駆動手段による１回の充電期間の中で、充電スイッチが１回又は複数回オンする毎に短くなるように設定されているように構成されているとよい。
【００２８】
このようにすれば、ピエゾアクチュエータを効率よく速やかに伸長させることができる。
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置において、目標値設定手段は、ピエゾアクチュエータに印加される単位時間当たりの電圧の変位量が、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の各周期において同じになるように目標値を設定する。
【００２９】
つまり、温度が一定の場合には、ピエゾアクチュエータの伸長率（１回の充電期間によりピエゾアクチュエータが伸長していく経緯）は、電圧の変位量に比例するので、請求項５に記載の発明によれば、単位時間当たりにおける電圧の変位量を同じにすることにより、充電スイッチのオン期間毎のピエゾアクチュエータの伸長率を同じにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明が適用された実施形態のピエゾアクチュエータの駆動装置について説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の駆動装置１の構成を表す構成図である。なお、駆動装置１は、車両の内燃機関において燃料を噴射するインジェクタに搭載されたピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充放電させて伸縮させることで、各気筒毎に設けられたインジェクタに燃料噴射の開始／停止をさせるものである。
【００３１】
図１に示すように、駆動装置１は、４つのピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４が並列に接続された並列回路１０に対して直列に接続されるインダクタＬ１と、バッテリ１４からのバッテリ電圧を昇圧することにより電源電圧を生成する電源回路１２と、インダクタＬ１と並列回路１０との直列回路２０に対して、充電スイッチＳＷ１を介して電源回路１２から電源供給を行うための充電経路３０と、直列回路２０に対して並列に接続され、放電スイッチＳＷ２を介してピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電された電荷を放電させるための放電経路４０と、充電時に電源回路１２からピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に供給される電流を検出するための電流検出用抵抗Ｒ１と、充電スイッチＳＷ１及び放電スイッチＳＷ２のオン／オフの制御を行うスイッチ制御部５０とを備えている。
【００３２】
並列回路１０は、ピエゾアクチュエータＰ１及び気筒選択スイッチＳＷａからなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ２及び気筒選択スイッチＳＷｂからなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ３及び気筒選択スイッチＳＷｃからなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ４及び気筒選択スイッチＳＷｄからなる直列回路とが、並列に接続されることにより構成されている。
【００３３】
また、並列回路１０のピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４側の端部は、インダクタＬ１の一端に接続され、気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄ側の端部は、電源回路１２の負極側に接続されたグランドラインに接続されている。
【００３４】
各気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ソースがグランドラインに接続され、ドレインがピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の一端に接続され、ゲートがスイッチ制御部５０の出力端子に接続されている。
【００３５】
また、気筒選択スイッチＳＷａにはダイオードＤａが並列に接続され、気筒選択スイッチＳＷｂにはダイオードＤｂが並列に接続され、気筒選択スイッチＳＷｃにはダイオードＤｃが並列に接続され、気筒選択スイッチＳＷｄにはダイオードＤｄが並列に接続されている。
【００３６】
そして、各ダイオードＤａ〜Ｄｄは、アノードがグランドラインに接続され、カソードがピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４と気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄのドレインとの接続点に接続されている。
【００３７】
なお、本実施形態においては、気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄにＭＯＳＦＥＴを使用することで、そのＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤａ〜Ｄｄとして利用するようにしている。
【００３８】
直列回路２０は、インダクタＬ１側の端部が、充電スイッチＳＷ１を介して電源回路１２の正極側に接続されている。
充電スイッチＳＷ１は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ソースがインダクタＬ１の一端に接続され、ドレインが電源回路１２の正極側に接続され、ゲートがスイッチ制御部５０の出力端子に接続されている。
【００３９】
また、充電スイッチＳＷ１には、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の放電時に、放電スイッチＳＷ２がオフした際に電源回路１２へ回生電流を流し込むためのダイオードＤ１が、並列に設けられている。
【００４０】
なお、本実施形態においては、充電スイッチＳＷ１にＭＯＳＦＥＴを使用することで、そのＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤ１として利用するようにしている。
放電スイッチＳＷ２は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ソースがグランドラインに接続され、ドレインが充電スイッチＳＷ１とインダクタＬ１との接続点に接続され、ゲートがスイッチ制御部５０の出力端子に接続されている。
【００４１】
また、放電スイッチＳＷ２には、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の充電時に、充電スイッチＳＷ１がオフした際にフライホイール電流を流すためのダイオードＤ２が、並列に設けられている。
【００４２】
なお、本実施形態においては、放電スイッチＳＷ２にＭＯＳＦＥＴを使用することで、そのＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤ２として利用するようにしている。
電源回路１２は、バッテリ１４と、バッテリ１４からのバッテリ電圧（例えば１２Ｖ）を昇圧するための昇圧回路１６とからなり、バッテリ１４の負極側端子は、グランドラインに接続されている。
【００４３】
昇圧回路１６は、一端がバッテリ１４の正極側端子に接続された昇圧用インダクタＬ２と、アノードが昇圧用インダクタＬ２の他端に接続され、カソードが充電スイッチＳＷ１のドレインに接続されたダイオードＤ３と、一端がダイオードＤ３と昇圧用インダクタＬ２との接続点に接続され、他端がグランドラインに接続された昇圧用スイッチＳＷ３と、昇圧用スイッチＳＷ３をオン／オフするための昇圧制御回路１８と、一端がダイオードＤ３と充電スイッチＳＷ１との接続点に接続され、他端が電流検出用抵抗Ｒ１を介してグランドラインに接続されたバッファコンデンサＣ１とを備えている。なお、ダイオードＤ３は、バッファコンデンサＣ１の放電を防止するためのものである。
【００４４】
昇圧制御回路１８は、昇圧用スイッチＳＷ３のオン／オフを繰り返し行うことで、ダイオードＤ３を介してバッファコンデンサＣ１に数十〜数百Ｖの電圧を充電させる。
また、昇圧制御回路１８は、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖを検出するように構成されており、その電圧値Ｖを表す電圧値信号Ｓｖをスイッチ制御部５０へ出力する。
【００４５】
バッファコンデンサＣ１は、充電スイッチＳＷ１及び気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄがオンされると、充電経路３０に電流を流して、そのオンされた気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄに対応するピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する。
【００４６】
なお、以下の説明において、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の充電時にバッファコンデンサＣ１から直列回路２０に流れる電流を、バッファコンデンサ電流という。また、バッファコンデンサＣ１は、比較的静電容量の大きなもので構成され、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４への電源供給時にも略一定の電圧値を保つようになっている。
【００４７】
スイッチ制御部５０は、車両のエンジン制御を行うＥＣＵ（図示省略）から出力される駆動信号Ｓｄが入力されると、その駆動信号Ｓｄにより特定される気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄをオンすると共に、放電スイッチＳＷ２をオフした状態で、充電スイッチＳＷ１のオン／オフを所定時間繰り返す。
【００４８】
このとき、スイッチ制御部５０は、周期的に充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、バッファコンデンサ電流を時間積分し、その積分値が所定値に到達したときに充電スイッチＳＷ１をオフする。
【００４９】
また、スイッチ制御部５０は、駆動信号Ｓｄが入力されなくなると、充電スイッチＳＷ１をオフした状態で、放電スイッチＳＷ２のオン／オフを所定時間繰り返す。
次に、スイッチ制御部５０の中で充電スイッチＳＷ１を制御する部分について、図２を用いて詳しく説明する。なお、放電スイッチＳＷ２を制御する部分については、本発明とは直接関係ないため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
スイッチ制御部５０は、バッファコンデンサ電流を検出するための電流検出回路６０と、電流検出回路６０により検出されたバッファコンデンサ電流を時間積分する電流積分回路７０と、電流積分回路７０により導出される積分結果が目標電荷量Ｑに到達したか否かを判定する判定回路８０と、駆動信号Ｓｄが入力されると、周期的に充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、判定回路８０による判定結果に基づき充電スイッチＳＷ１をオフする充電スイッチ制御部９０とを備える。
【００５１】
電流検出回路６０は、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５及びオペアンプＯＰ１からなり、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、電流検出用抵抗Ｒ１とバッファコンデンサＣ１との接続点が抵抗Ｒ２を介して接続され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）には、電流検出用抵抗Ｒ１とグランドラインとの接続点が抵抗Ｒ３を介して接続されている。
【００５２】
このため、オペアンプＯＰ１の出力端子からは、電流検出用抵抗Ｒ１の両端間の電位差を所定の増幅率にて増幅した電圧値で表される電流検出信号Ｓｃが出力される。
なお、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、バッファコンデンサ電流のオフセットを設定するためのリファレンス電圧Ｖｒｅｆ（例えば、２．５［Ｖ］）が、抵抗Ｒ５を介して入力されている。
【００５３】
電流積分回路７０は、電流検出信号Ｓｃを時間積分する積分回路７２と、積分回路７２の積分結果をリセットするための積分リセットスイッチＳＷ４とを備えている。
積分回路７２は、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ２、オペアンプＯＰ２からなり、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが入力され、オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）には、抵抗Ｒ６を介して電流検出信号Ｓｃが入力される。
【００５４】
このため、オペアンプＯＰ２の出力端子からは、電流検出信号Ｓｃを時間積分した信号（以下、積分信号Ｓｉという。）が出力される。
積分リセットスイッチＳＷ４は、コンデンサＣ２に対して並列に接続されており、オンすることで、コンデンサＣ２に蓄電された電荷を放電させる。
【００５５】
判定回路８０は、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９と、コンパレータＣＭＰ１とからなり、コンパレータＣＭＰ１の反転入力端子（−）には、積分信号Ｓｉが抵抗Ｒ７を介して入力され、コンパレータＣＭＰ１の非反転入力端子（＋）には、充電スイッチ制御部９０から出力される目標電荷量Ｑ（詳しくは、後述の目標電荷量設定信号Ｓｏ）が抵抗Ｒ８を介して入力される。
【００５６】
また、判定回路８０は、コンパレータＣＭＰ１の出力信号に応じて、目標電荷量Ｑを大小の２段階に切り替える、ヒステリシス付きのコンパレータＣＭＰ１（所謂、シュミットトリガ）として構成されている。
【００５７】
つまり、コンパレータＣＭＰ１は、出力端子と非反転入力端子（＋）とに接続された抵抗Ｒ９によって、出力端子からの出力信号を目標電荷量Ｑに加算し、非反転入力端子（＋）に入力される目標電荷量Ｑを、その目標電荷量Ｑよりも大きい値と、目標電荷量Ｑよりも小さい値との２段階に切り替えるのである。
【００５８】
そして、判定回路８０は、コンパレータＣＭＰ１の出力信号（以下、判定信号Ｓｈという。）の信号レベルがハイレベルである場合に、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑにヒステリシス分を加えた値を上回ると、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルとなり、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルである場合に、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑからヒステリシス分を減じた値を下回ると、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルとなるように構成されている。
【００５９】
充電スイッチ制御部９０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を中心に構成されており、充電スイッチ制御部９０には、駆動信号Ｓｄ、判定信号Ｓｈ、電圧値信号Ｓｖ等が入力される。
【００６０】
また、充電スイッチ制御部９０のＲＯＭには、１回の充電期間Ｔｃ、充電期間Ｔｃの中でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギーを表すエネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際の周期を表すスイッチング周期Ｔｓ、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする回数を表すスイッチング回数Ｎ等が記憶されている。なお、第１実施形態において、スイッチング周期Ｔｓは一定である。
【００６１】
以下、充電スイッチ制御部９０のＣＰＵが実行する処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図３は、充電スイッチ制御部９０のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【００６２】
車両のイグニッションスイッチがオンされることで充電スイッチ制御部９０のＣＰＵが起動すると、図３に示すように、まずＳ１１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【００６３】
次いで、Ｓ１２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで、充電期間Ｔｃ内にバッファコンデンサＣ１から放出すべき総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
【００６４】
そして、Ｓ１３０では、Ｓ１２０で算出された総電荷量Ｑｔがスイッチング回数Ｎで割られることで、１回の充電スイッチＳＷ１のオン期間において、バッファコンデンサＣ１から放出すべき目標電荷量Ｑが算出される（Ｑ＝Ｑｔ／Ｎ）。
【００６５】
そして、Ｓ１４０では、積分リセットスイッチＳＷ４をオンするための積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
次いで、Ｓ１５０では、Ｓ１３０で算出された目標電荷量Ｑを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが、判定回路８０（詳しくは、コンパレータＣＭＰ１）の非反転入力端子（＋）へ出力される。
【００６６】
続いて、Ｓ１６０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ１６０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ１６０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ１７０へ処理が移行される。
【００６７】
Ｓ１７０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ１７０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ１７０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ１８０へ処理が移行される。
【００６８】
Ｓ１８０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、駆動信号Ｓｄにより特定される気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄのゲートに対して、その特定された気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄをオンするための気筒選択スイッチング信号が出力される。
【００６９】
そして、続くＳ１９０では、スイッチング周期Ｔｓの計測が開始される。
続いて、Ｓ２００では、充電スイッチＳＷ１をオンすべきタイミングであることを表すスイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力される。
【００７０】
そして、Ｓ２１０では、充電スイッチＳＷ１をオンするための充電スイッチング信号Ｓｓが、充電スイッチＳＷ１のゲートへ出力される。
次いで、Ｓ２２０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
【００７１】
そして、Ｓ２２０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ２２０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ２３０へ処理が移行される。
【００７２】
Ｓ２３０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ２４０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、Ｓ２５０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【００７３】
そして、Ｓ２５０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ２５０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ２６０へ処理が移行される。
【００７４】
Ｓ２６０では、Ｓ１９０でスイッチング周期Ｔｓの計測が開始されてからスイッチング周期Ｔｓが経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ２６０にて、スイッチング周期Ｔｓが経過していないと判定された場合には、Ｓ２６０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓが経過したと判定された場合には、Ｓ２７０へ処理が移行される。
【００７５】
Ｓ２７０では、Ｓ１８０で充電期間Ｔｃの計測が開始されてから充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
そして、Ｓ２７０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ１９０へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ１１０へ処理が移行される。
【００７６】
次に、第１実施形態の駆動装置１がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する際の各部の作動について、図４を用いて説明する。なお、図４は、駆動装置１において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。また、第１実施形態では、どのピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４についても実質的に同じ作動を行うため、以下の説明では、代表してピエゾアクチュエータＰ１について説明する。そして、このことは、後述する実施形態についても同様である。
【００７７】
図４に示すように、第１実施形態の駆動装置１では、まず時刻ｔ１にて、駆動信号Ｓｄがスイッチ制御部５０に入力されると（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、スイッチング周期信号Ｓｔ及び充電スイッチング信号Ｓｓが出力されると共に（Ｓ２００，Ｓ２１０）、気筒選択スイッチＳＷａに対して気筒選択スイッチング信号が出力される。
【００７８】
すると、充電スイッチＳＷ１がオンすることにより充電経路３０が導通され、バッファコンデンサＣ１から充電経路３０を介してピエゾアクチュエータＰ１にバッファコンデンサ電流が流れる。
【００７９】
そして、このバッファコンデンサ電流は、インダクタＬ１とピエゾアクチュエータＰ１の容量によって決まる時定数で徐々に増加するため、積分信号Ｓｉにより表される電荷量も増加していく。
【００８０】
そして、時刻ｔ２にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ（詳しくは、目標電荷量Ｑにヒステリシス分を加えた値）に達すると、判定信号Ｓｈの出力レベルがローレベルに切り替わり（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止される（Ｓ２３０）。
【００８１】
すると、充電スイッチＳＷ１がオフすることにより充電経路３０が遮断され、インダクタＬ１により蓄積されたエネルギーによって、寄生ダイオードＤ２を介してピエゾアクチュエータＰ１にフライホイール電流が流れる。
【００８２】
そして、このフライホイール電流は、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが放出されることで、徐々に減少していく。
また、時刻ｔ２では、充電スイッチ制御部９０が所定時間の間積分リセット信号Ｓｒを出力するので、積分リセットスイッチＳＷ４がオンしてコンデンサＣ２に蓄電された電荷が放電される（すなわち、積分信号Ｓｉがリセットされる。）。
【００８３】
そして、時刻ｔ１からスイッチング周期Ｔｓが経過した時刻ｔ３にて、スイッチング周期信号Ｓｔが再び出力されると、時刻ｔ１と同様の作動が行われ、時刻ｔ４にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑに達すると、時刻ｔ２と同様の作動が行われる。
【００８４】
そして、スイッチング周期Ｔｓ毎の周期で充電スイッチＳＷ１がオンすると共に、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑに達する度に充電スイッチＳＷ１がオフする、といった作動は、時刻ｔ１から充電期間Ｔｃが経過した時刻ｔ５まで繰り返される。
【００８５】
なお、図４に示す一点鎖線は、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に代えて、その静電容量よりも小さい静電容量のピエゾアクチュエータを駆動対象として駆動装置１に用いた場合を表しており、図４に示す二点鎖線は、図４の一点鎖線で示した例で用いたピエゾアクチュエータの静電容量よりも、更に小さい静電容量のピエゾアクチュエータを駆動対象として駆動装置１に用いた場合を表している。
【００８６】
換言すると、図４では、静電容量が大きいピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を駆動装置１に用いた場合を実線で示し、静電容量が中位のピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を用いた場合を一点鎖線で示し、静電容量が小さいピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を用いた場合を二点鎖線で示している。
【００８７】
また、図４では、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が中位の場合、及び小さい場合の信号Ｓｓ，Ｓｈ，Ｓｒの記載を省略しているが、これら全てを記載すると、図４のタイムチャートが見づらくなるためである。
【００８８】
そして、これらのことは、後述する図６，図１０，図１１，図１３についても同様である。
因みに、静電容量が異なるピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を用いたとしても、充電周期信号Ｓｔの出力開始タイミングは変わらないので、静電容量が中位の場合及び小さい場合の信号Ｓｓ，Ｓｈ，Ｓｒは、充電スイッチング信号Ｓｓの出力停止タイミングや信号Ｓｈ，Ｓｒの変化パターンが、バッファコンデンサ電流や積分信号Ｓｉの変化パターンと同様に、静電容量が大きい場合に比べて遅れる。
【００８９】
以上説明したように、第１実施形態の駆動装置１では、駆動信号Ｓｄが入力されてから入力されなくなるまでの充電期間Ｔｃにおいて、駆動信号Ｓｄが入力されると、一定の周期で充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が目標電荷量Ｑに達する度に充電スイッチＳＷ１をオフする。
【００９０】
このため、第１実施形態の駆動装置１によれば、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、充電期間ＴｃにおけるピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率（すなわち、一回の充電でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４が伸長していく経緯）を所望の伸長率に設定することができる。
【００９１】
したがって、温度変化等によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が変化したとしても、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変化してしまうのを防止することができる。
【００９２】
またさらに、駆動装置１によれば、静電容量の変化によりインジェクタの燃料噴射のタイミングがずれてしまうことを防止することができる。
また、「課題を解決するための手段」にて説明したように、バッファコンデンサＣ１からピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れるバッファコンデンサ電流の積分値を求めれば、単位時間当たりにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電される充電エネルギーを導出することができることから、第１実施形態の駆動装置１では、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑに到達したときに、充電スイッチＳＷ１をオフするように構成されている。
【００９３】
このため、単にバッファコンデンサ電流の積分値を導出するだけで充電エネルギーを推定することができるので、当該駆動装置１の構成を簡素化することができる。
また、駆動装置１によれば、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖ及びエネルギー指令値Ｅに基づいて目標電荷量Ｑを決めているので、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが変化した場合についても、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率を同一にすることができる。
【００９４】
なお、第１実施形態では、電源回路１２が直流電源に相当し、寄生ダイオードＤ１が第１ダイオードに相当し、寄生ダイオードＤ２が第２ダイオードに相当している。また、駆動信号Ｓｄが入力されたときが駆動指令に相当し、駆動信号Ｓｄの入力が停止されたときが駆動停止指令に相当している。また、スイッチ制御部５０が、充放電制御手段に相当し、電流検出用抵抗Ｒ１が電流検出手段に相当し、電流積分回路７０が推定手段に相当し、Ｓ１７０〜Ｓ２７０の処理が充電スイッチ駆動手段に相当している。また、Ｓ１２０及びＳ１３０の処理が目標値設定手段に相当している。
【００９５】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の駆動装置２について、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５は、第２実施形態の駆動装置２の構成を表す構成図であり、図６は、第２実施形態の駆動装置２において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。また、図５において、第１実施形態の駆動装置１と同様の構成要素については、同じ符号を付しているため詳細な説明は省略する。また、このことは、後述する図１４についても同様である。
【００９６】
第２実施形態の駆動装置２は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、電流検出用抵抗Ｒ１が接続されている位置と、積分リセット信号Ｓｒの出力を停止するタイミングとが異なっている。
【００９７】
具体的に説明すると、第１実施形態では、バッファコンデンサＣ１の一端とグランドラインとの間に電流検出用抵抗Ｒ１が接続されていたが、第２実施形態では、並列回路１０の気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄ側の端部とグランドラインとの間に電流検出用抵抗Ｒ１が接続されている。
【００９８】
そして、このようにした場合、電流検出用抵抗Ｒ１には、バッファコンデンサ電流だけでなく、充電期間Ｔｃにおいて充電スイッチＳＷ１のオフ時に流れるフライホイール電流も流れてしまうため、電流積分回路７０は、バッファコンデンサ電流だけでなくフライホイール電流も積分してしまうこととなる。
【００９９】
そこで、第２実施形態では、フライホイール電流を積分してしまうのを防止するために、図６に示すように、積分リセット信号Ｓｒの出力停止タイミングを、スイッチング周期信号Ｓｔが次回出力されるときにしている。
【０１００】
具体的には、充電スイッチ制御部９０がＳ２００の処理を終了したときに、積分リセット信号Ｓｒの出力を停止するようにしている。
以上のような第２実施形態の駆動装置２によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の駆動装置について、図７及び図８を用いて説明する。なお、図７は、第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理を表すフローチャートであり、図８は、第３実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【０１０２】
第３実施形態の駆動装置は、第１実施形態の駆動装置と比較すると、充電期間Ｔｃにおけるスイッチング周期Ｔｓ毎の目標電荷量Ｑが一定ではなく、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１が、２回目以降の目標電荷量Ｑよりも小さい点が主に異なっている。
【０１０３】
すなわち、第３実施形態では、充電スイッチ制御部９０のＲＯＭに目標電荷量Ｑ１が記憶されており、充電スイッチ制御部９０は、目標電荷量Ｑ１と総電荷量Ｑｔとに基づき、２回目以降の目標電荷量Ｑを算出する。
【０１０４】
そして、充電スイッチ制御部９０は、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間に目標電荷量Ｑ１を利用して充電スイッチＳＷ１のオフ制御を行い、２回目以降は、その目標電荷量Ｑ１よりも大きい目標電荷量Ｑを利用して充電スイッチＳＷ１のオフ制御を行う。
【０１０５】
以下、第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理について、図７を用いて説明する。
第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が図７の処理を開始すると、まずＳ３１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【０１０６】
次いで、Ｓ３２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
そして、Ｓ３３０では、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１がＲＯＭから読み込まれる。
【０１０７】
続いて、Ｓ３４０では、次式（１）に示すように、総電荷量Ｑｔから目標電荷量Ｑ１が減じられた値（Ｑｔ−Ｑ１）が、スイッチング回数Ｎから「１」を減じた値（Ｎ−１）で割られることで、２回目以降の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑが算出される。
【０１０８】
【数１】
そして、Ｓ３５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
【０１０９】
次いで、Ｓ３６０では、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１を表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
続いて、Ｓ３７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１１０】
そして、Ｓ３７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ３７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ３８０へ処理が移行される。
【０１１１】
Ｓ３８０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ３８０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ３８０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ３９０へ処理が移行される。
【０１１２】
Ｓ３９０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、気筒選択スイッチング信号が出力され、続くＳ４００では、スイッチング周期Ｔｓの計測が開始される。
続いて、Ｓ４１０では、スイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力され、続くＳ４２０では、充電スイッチング信号Ｓｓが出力される。
【０１１３】
次いで、Ｓ４３０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ４３０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ４３０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ４４０へ処理が移行される。
【０１１４】
Ｓ４４０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ４５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、Ｓ４６０では、２回目以降の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
【０１１５】
そして、Ｓ４７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ４７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ４７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ４８０へ処理が移行される。
【０１１６】
Ｓ４８０では、Ｓ４００でスイッチング周期Ｔｓの計測が開始されてからスイッチング周期Ｔｓが経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ４８０にて、スイッチング周期Ｔｓが経過していないと判定された場合には、Ｓ４８０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓが経過したと判定された場合には、Ｓ４９０へ処理が移行される。
【０１１７】
Ｓ４９０では、Ｓ３９０で充電期間Ｔｃの計測が開始されてから充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
そして、Ｓ４９０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ４００へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ３１０へ処理が移行される。
【０１１８】
次に、第３実施形態の駆動装置がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する際の各部の作動について、図８を用いて説明する。
第３実施形態の駆動装置においては、まず、判定回路８０の非反転入力端子（＋）に目標電荷量Ｑ１が入力され（Ｓ３６０）、図８に示すように、時刻ｔ６にて、駆動信号Ｓｄがスイッチ制御部５０に入力されると（Ｓ３８０：ＹＥＳ）、スイッチング周期信号Ｓｔ及び充電スイッチング信号Ｓｓが出力されると共に（Ｓ４１０，Ｓ４２０）、気筒選択スイッチＳＷａに対して気筒選択スイッチング信号が出力される。
【０１１９】
すると、上述したように、バッファコンデンサＣ１から充電経路３０を介してピエゾアクチュエータＰ１にバッファコンデンサ電流が流れる。
そして、時刻ｔ７にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ１に達すると、判定信号Ｓｈの出力レベルがローレベルに切り替わり（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止される（Ｓ４４０）。
【０１２０】
すると、上述したように、寄生ダイオードＤ２を介してピエゾアクチュエータＰ１にフライホイール電流が流れる。
また、時刻ｔ７では、充電スイッチ制御部９０が所定時間の間積分リセット信号Ｓｒを出力すると共に、目標電荷量Ｑ１よりも大きい目標電荷量Ｑが、判定回路８０の非反転入力端子（＋）に入力される（Ｓ４６０）。
【０１２１】
そして、時刻ｔ８にて、スイッチング周期信号Ｓｔが再び入力されると、時刻ｔ６と同じ作動が行われ、時刻ｔ９にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑに達すると、時刻ｔ７と同様の作動が行われる。
【０１２２】
その後、スイッチング周期Ｔｓ毎に充電スイッチＳＷ１がオンすると共に、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑに達する度に充電スイッチＳＷ１がオフする、といった作動が、時刻ｔ１０まで繰り返される。
【０１２３】
以上のような第３実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
さらに、第３実施形態の駆動装置では、充電期間Ｔｃにおけるスイッチング周期Ｔｓ毎の目標電荷量を、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１が、２回目以降の目標電荷量Ｑよりも小さくなるように設定しているので、スイッチング周期Ｔｓ毎の目標電荷量Ｑを同じ値にした場合（図８の一点鎖線）に比べて、充電開始時（１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間）にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に蓄積される充電エネルギーが少なくなる。
【０１２５】
このため、充電開始時にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４にかかる荷重（負荷）を低減することができるので、ピエゾアクチュエータの寿命や信頼性を向上させることができると共に、作動音が発生してしまうのを抑制することができる。
【０１２６】
なお、第３実施形態の駆動装置では、スイッチング周期Ｔｓが、充電スイッチＳＷ１がオンされる度に短くなるように設定されているが、これに限らず、周期は第１，第２実施形態と同様に一定となるように設定されていてもよい。
【０１２７】
また、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１は、２回目以降の目標電荷量Ｑよりも小さい値であれば何でもよい。
また、第３実施形態では、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１がＲＯＭに記憶されているものとして説明したが、これに限らず、目標電荷量Ｑ１は使用者等により設定変更可能にされていてもよい。
【０１２８】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態の駆動装置について、図９及び図１０を用いて説明する。なお、図９は、第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理を表すフローチャートであり、図１０は、第４実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【０１２９】
第４実施形態の駆動装置は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、スイッチング周期Ｔｓが、一定ではなく、充電スイッチＳＷ１が１回オンする毎に短くなるように設定されている点が異なっている。
【０１３０】
具体的に説明すると、第４実施形態のスイッチング周期Ｔｓ(n)は、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が変化したとしても、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時（充電スイッチＳＷ１のオン時）には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないようにするために、予め実験等により測定された値に基づき設定されている。
【０１３１】
なお、第４実施形態では、静電容量が大きいピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４が当該駆動装置に用いられていた場合において、充電時にフライホイール電流が放電経路４０に流れなくなる周期を実験等により測定し、その測定結果に基づいてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定している。
【０１３２】
以下、第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理について、図９を用いて説明する。
第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が図９の処理を開始すると、まずＳ５１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ(n)及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【０１３３】
次いで、Ｓ５２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
そして、Ｓ５３０では、Ｓ１２０で算出された総電荷量Ｑｔがスイッチング回数Ｎで割られることで、目標電荷量Ｑが算出される（Ｑ＝Ｑｔ／Ｎ）。
【０１３４】
続いて、Ｓ５４０では、ｎに「１」が代入される。
そして、Ｓ５５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力され、続くＳ５６０では、目標電荷量Ｑを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
【０１３５】
続いて、Ｓ５７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ５７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ５７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ５８０へ処理が移行される。
【０１３６】
Ｓ５８０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ５８０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ５８０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ５９０へ処理が移行される。
【０１３７】
Ｓ５９０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、気筒選択スイッチング信号が出力される。
そして、Ｓ６００では、スイッチング周期Ｔｓ(n)の計測が開始される。
【０１３８】
続いて、Ｓ６１０では、スイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力され、続くＳ６２０では、充電スイッチング信号Ｓｓが出力される。
次いで、Ｓ６３０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
【０１３９】
そして、Ｓ６３０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ６３０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ６４０へ処理が移行される。
【０１４０】
Ｓ６４０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ６５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、Ｓ６６０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１４１】
そして、Ｓ６６０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ６６０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ６７０へ処理が移行される。
【０１４２】
Ｓ６７０では、Ｓ６００でスイッチング周期Ｔｓ(n)の計測が開始されてからスイッチング周期Ｔｓ(n)が経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ６７０にて、スイッチング周期Ｔｓ(n)が経過していないと判定された場合には、Ｓ６７０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓ(n)が経過したと判定された場合には、Ｓ６８０へ処理が移行される。
【０１４３】
Ｓ６８０では、ｎに「１」が加えられる。
そして、Ｓ６９０では、Ｓ５９０で充電期間Ｔｃの計測が開始されてから充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
【０１４４】
そして、Ｓ５９０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ６００へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ５１０へ処理が移行される。
【０１４５】
以上のような第４実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
ので、第１実施形態に比べて、静電容量の変化によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変わってしまうのを効率よく抑制することができる。
【０１４６】
ところで、第１実施形態では、充電時に、フライホイール電流が流れなくなる前に充電スイッチＳＷ１をオンしていたため、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーが全て放出されずに次回に引き継がれてしまう。
【０１４７】
このため、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が変化した場合には、その引き継がれるエネルギーが変わってしまうので、充電スイッチＳＷ１のオフ期間毎の充電量が変わってきてしまい、各静電容量毎の伸長率に若干のずれが生じてしまう。
【０１４８】
これに対して、第４実施形態の駆動装置では、図１０のタイムチャートに示すように、静電容量が変化したとしても、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)が設定されている。
【０１４９】
このため、充電スイッチＳＷ１が次回オンする際には、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーが全て放出されているので、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量の変化により充電スイッチＳＷ１のオフ期間毎の充電量が変わってしまうのを抑制することができる。
【０１５０】
したがって、第４実施形態によれば、第１実施形態に比べて、静電容量の変化によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変わってしまうのを効率よく抑制することができる。
【０１５１】
また、第４実施形態によれば、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)が設定されているので、充電スイッチＳＷ１のオン時に放電スイッチＳＷ２の寄生ダイオードＤ２に対して逆方向の電流（所謂、貫通電流）が流れてしまう、ということを防止することができる。よって、ノイズが発生してしまうことや損失がでてしまうことを抑制することができる。
【０１５２】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態の駆動装置について、図１１を用いて説明する。なお、図１１は、第５実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【０１５３】
第５実施形態の駆動装置は、第４実施形態の駆動装置と比較すると、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さい場合に、充電時にフライホイール電流が放電経路４０に流れなくなる周期を実験等により測定し、その測定結果に基づいてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定している。
【０１５４】
つまり、第４実施形態では、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が大きい場合を基準としてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定するようにしていたが、第５実施形態では、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さい場合を基準としてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定するようにしている。
【０１５５】
このため、第５実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
また、第５実施形態では、図１１に示すように、少なくともピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さい場合には、充電スイッチＳＷ１のオン時にフライホイール電流が流れてしまわないようにしているので、第１実施形態に比べて、静電容量の変化によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変わってしまうのを効率よく抑制することができる。
【０１５７】
またさらに、第５実施形態によれば、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さいときを基準としてスイッチング周期Ｔｓを設定しているので、第４実施形態に比べて、スイッチング周期Ｔｓを短く設定することができる。
【０１５８】
したがって、第４実施形態に比べてスイッチング回数Ｎを増やすことができるので、第４実施形態よりも滑らかに伸長するようにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電させることができる。
【０１５９】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態の駆動装置について、図１２を用いて説明する。なお、図１２は、第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理を表すフローチャートである。
【０１６０】
第６実施形態の駆動装置は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、目標電荷量Ｑを一定とせずに、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加される単位時間当たりの電圧の変位量Ｇが、各スイッチング周期Ｔｓ(n)において同じになるように、目標電荷量Ｑｎを設定する点が異なっている。
【０１６１】
具体的に説明すると、第６実施形態の駆動装置では、電圧の変位量Ｇが、各スイッチング周期Ｔｓ(n)において同じになるように、次式（２）を用いることで目標電荷量Ｑｎを算出するようにされている。
【０１６２】
【数２】
以下に、上式（２）を用いて目標電荷量Ｑｎを算出することができる理由について説明する。
【０１６３】
まず、充電期間Ｔｃ内にバッファコンデンサＣ１から放出すべき総電荷量Ｑｔは、次式（３）に示すように、エネルギー指令値Ｅを電圧値Ｖで割った値となる。
【０１６４】
【数３】
一方、電圧の変位量Ｇは、充電終了時にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加されている電圧値を「Ｖａ」とすると、次式（４）に示すように、電圧値Ｖａを充電期間Ｔｃで割った値となる。
【０１６５】
【数４】
ここで、充電期間Ｔｃにおいて、充電スイッチＳＷ１が１回目にオフされたときにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加されている電圧値を「Ｖ１」とすると、充電スイッチＳＷ１が１回目にオフされたときの電圧の変位量Ｇ１は、次式（５）に示すように、電圧値Ｖ１を、スイッチング周期Ｔｓ(1）（すなわち、充電スイッチＳＷ１が１回目にオンされる際の周期Ｔｓ(1)）で割った値となる。
【０１６６】
【数５】
一方、充電期間Ｔｃの中でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギー（すなわち、エネルギー指令値Ｅ）は、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量を「Ｃ」とすると、「Ｅ＝｛Ｃ×（Ｖａ）2｝／２」と表すことができるので、この式を変形することにより、電圧値Ｖａは次式（６）と表すことができる。
【０１６７】
【数６】
また、充電期間Ｔｃの中でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギー（すなわち、エネルギー指令値Ｅ）は、上式（３）を変形することにより「Ｅ＝ＱｔＶ」と表すこともできるので、この式の右辺を、上式（６）の「Ｅ」に代入することで次式（７）を導出することができる。
【０１６８】
【数７】
したがって、上式（４）の「Ｖａ」に上式（７）の右辺を代入すれば、次式（８）を導出することができる。
【０１６９】
【数８】
同様に、充電スイッチＳＷ１の１回目のオフまでに、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギーＥ１は、「Ｅ１＝｛Ｃ×（Ｖ１）2｝／２」と表すことができるので、電圧値Ｖ１は、この式を変形することにより次式（９）と表すことができる。
【０１７０】
【数９】
したがって、電圧の変位量Ｇ１は、上式（５）の「Ｖ１」に上式（９）の右辺を代入することで、次式（１０）と表すことができる。
【０１７１】
【数１０】
ところで、第６実施形態では、電圧の変位量Ｇを各スイッチング周期Ｔｓ(n)において同じになるようにするようにしていることため、電圧の変位量Ｇと電圧の変位量Ｇ１とを等しくすればよい（Ｇ＝Ｇ１）。
【０１７２】
このため、「Ｇ＝Ｇ１」に、上式（８）の右辺と上式（１０）の右辺とを代入して目標電荷量Ｑ１を導出すれば、目標電荷量Ｑ１は次式（１１）と表すことができる。
【０１７３】
【数１１】
また、以上のことから、同様にして充電スイッチＳＷ１を２回目にオンする際の目標電荷量Ｑ２を導出することができる。
【０１７４】
具体的に説明すると、まず電圧の変位量Ｇ２は、「Ｇ２＝Ｖ２／（Ｔｓ(1)＋Ｔｓ(2)）」と表すことができる。
次に、充電スイッチＳＷ１が２回目にオフされたときまでに、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギーＥ２は、「Ｅ２＝｛Ｃ（Ｖ２）2｝／２＝（Ｑ１＋Ｑ２）Ｖ」と表すことができるので、充電スイッチＳＷ１が２回目にオフされたときにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加されている電圧値Ｖ２は、次式（１２）と表すことができる。
【０１７５】
【数１２】
このため、電圧の変位量Ｇ２は、「Ｇ２＝Ｖ２／（Ｔｓ(1)＋Ｔｓ(2)）」の「Ｖ２」に、上式（１２）の右辺を代入することで、次式（１３）と表すことができる。
【０１７６】
【数１３】
そして、電圧の変位量Ｇ２も、電圧の変位量Ｇと等しくすればよいことから、目標電荷量Ｑ２は、上式（８）と上式（１３）とに基づいて、次式（１４）と表すことができる。
【０１７７】
【数１４】
また、同様にして、充電スイッチＳＷ１を３回目にオンする際の目標電荷量Ｑ３は、次式（１５）と表すことができる。
【０１７８】
【数１５】
したがって、上式（１１）と上式（１４）と上式（１５）とから、充電スイッチＳＷ１をｎ回目にオンする際の目標電荷量Ｑｎは、上式（２）と表すことができる。
【０１７９】
以下、第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理について、図１２を用いて説明する。
第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が図１２の処理を開始すると、まずＳ７１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ(n)及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【０１８０】
次いで、Ｓ７２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
そして、Ｓ７３０では、ｎに「１」が代入され、Ｓ７４０では、上式（２）に基づいて、目標電荷量Ｑｎ（すなわち、最初の目標電荷量Ｑ１）が算出される。
【０１８１】
次に、Ｓ７５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力され、続くＳ７６０では、目標電荷量Ｑ１を表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
続いて、Ｓ７７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１８２】
そして、Ｓ７７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ７７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ７８０へ処理が移行される。
【０１８３】
Ｓ７８０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ７８０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ７８０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ７９０へ処理が移行される。
【０１８４】
Ｓ７９０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、気筒選択スイッチング信号が出力される。
そして、続くＳ８００では、スイッチング周期Ｔｓ(n)の計測が開始され、続くＳ８１０では、スイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力される。
【０１８５】
そして、Ｓ８２０では、充電スイッチング信号Ｓｓが出力され、続くＳ８３０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ８３０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ８３０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ８４０へ処理が移行される。
【０１８６】
Ｓ８４０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ８５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、８６０では、ｎの値がスイッチング回数Ｎ以上であるか否かが判定される。
【０１８７】
そして、Ｓ８６０にて、ｎの値がスイッチング回数Ｎ以上であると判定された場合には、Ｓ７１０へ処理が移行され、逆に、ｎの値がスイッチング回数Ｎ以上ではないと判定された場合には、Ｓ８７０へ処理が移行される。
【０１８８】
Ｓ８７０では、ｎに「１」が加えられ、続くＳ８８０では、目標電荷量Ｑｎが上式（２）に基づいて算出される。
そして、Ｓ８９０では、Ｓ８８０で算出された目標電荷量Ｑｎを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力され、続くＳ９００では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１８９】
そして、Ｓ９００にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ９００の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ９１０へ処理が移行される。
【０１９０】
Ｓ９１０では、Ｓ８００で計測が開始されたスイッチング周期Ｔｓ(n−1)が経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ９１０にて、スイッチング周期Ｔｓ(n−1)が経過していないと判定された場合には、Ｓ９１０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓ(n−1)が経過したと判定された場合には、Ｓ９２０へ処理が移行される。
【０１９１】
Ｓ９２０では、Ｓ７９０で計測が開始された充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
そして、Ｓ９２０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ８００へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ７１０へ処理が移行される。
【０１９２】
次に、第６実施形態の駆動装置がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する際の各部の作動について、図１３を用いて説明する。
第６実施形態の駆動装置においては、まず、判定回路８０の非反転入力端子（＋）に目標電荷量Ｑ１が入力され（Ｓ７６０）、図１３に示すように、時刻ｔ１１にて、駆動信号Ｓｄがスイッチ制御部５０に入力されると（Ｓ７８０：ＹＥＳ）、スイッチング周期信号Ｓｔ及び充電スイッチング信号Ｓｓが出力されると共に（Ｓ８１０，Ｓ８２０）、気筒選択スイッチＳＷａに対して気筒選択スイッチング信号が出力される。
【０１９３】
すると、上述したように、バッファコンデンサＣ１から充電経路３０を介してピエゾアクチュエータＰ１にバッファコンデンサ電流が流れる。
そして、時刻ｔ１２にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ１に達すると、判定信号Ｓｈの出力レベルがローレベルに切り替わり（Ｓ８３０：ＹＥＳ）、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止される（Ｓ８４０）。
【０１９４】
すると、上述したように、寄生ダイオードＤ２を介してピエゾアクチュエータＰ１にフライホイール電流が流れる。
また、時刻ｔ１２では、充電スイッチ制御部９０が所定時間の間積分リセット信号Ｓｒを出力すると共に、目標電荷量Ｑ２が算出されて判定回路８０の非反転入力端子（＋）に入力される（Ｓ８８０，Ｓ８９０）。
【０１９５】
そして、時刻ｔ１３にて、スイッチング周期信号Ｓｔが再び入力されると、時刻ｔ１１と同じ作動が行われ、時刻ｔ１４にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ２に達すると、時刻ｔ１２と同様の作動が行われる。
【０１９６】
その後、スイッチング周期Ｔｓ(n)毎に充電スイッチＳＷ１がオンすると共に、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑｎに達する度に充電スイッチＳＷ１がオフする、といった作動が、時刻ｔ１５まで繰り返される。
【０１９７】
以上のような第６実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１９８】
また、第６実施形態によれば、充電スイッチＳＷ１のオン期間毎の電圧の変位量Ｇｎを同じにしているので、充電スイッチＳＷ１のオン期間毎のピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率を同じにすることができる。
【０１９９】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【０２００】
上記実施形態では、昇圧制御回路１８が昇圧スイッチＳＷ３をオン／オフするものとして説明したが、これに限らず、スイッチ制御部９０が、昇圧用スイッチＳＷ３をオン／オフするようにしてもよい。
【０２０１】
また、第４実施形態及び第５実施形態では、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)が設定されていたが、例えば駆動装置を図１４に示すように構成することで、上述したようなスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定することができる。
【０２０２】
以下、変形例の駆動装置について図１４を用いて説明する。
図１４に示すように、変形例の駆動装置は、図２の駆動装置１に対して、充電時にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れる充電電流を検出するための電流検出用抵抗Ｒ１０と、充電電流を検出するための電流検出回路１００と、電流検出回路１００により検出された充電電流が流れなくなったか否かを判定する判定回路１１０と、を備えている。
【０２０３】
電流検出用抵抗Ｒ１０は、並列回路１０の気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄ側の端部とグランドラインとの間に接続されている。
電流検出回路１００は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４及びオペアンプＯＰ３からなり、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子（＋）には、電流検出用抵抗Ｒ１０と並列回路１０との接続点が抵抗Ｒ１１を介して接続され、オペアンプＯＰ３の反転入力端子（−）には、電流検出用抵抗Ｒ１０とグランドラインとの接続点が抵抗Ｒ１２を介して接続されている。
【０２０４】
このため、オペアンプＯＰ３の出力端子からは、電流検出用抵抗Ｒ１０の両端間の電位差を所定の増幅率にて増幅した電圧値で表される電流検出信号Ｓｃ２が出力される。
なお、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子（＋）には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが、抵抗Ｒ１４を介して入力されている。
【０２０５】
判定回路１１０は、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７と、コンパレータＣＭＰ２とからなり、コンパレータＣＭＰ２の反転入力端子（−）には、電流検出信号Ｓｃ２が抵抗Ｒ１５を介して入力され、コンパレータＣＭＰ２の非反転入力端子（＋）には、充電スイッチ制御部９０から出力される電流ゼロ閾値信号Ｓｚが抵抗Ｒ１６を介して入力される。なお、電流ゼロ閾値信号Ｓｚとは、判定回路１１０が、充電電流（詳しくは、フライホイール電流）がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れなくなったか否かを判定するための閾値として用いるために、非反転入力端子（＋）に入力される信号である。
【０２０６】
また、判定回路１１０は、コンパレータＣＭＰ２の出力信号に応じて、電流ゼロ閾値信号Ｓｚにより表される閾値を大小の２段階に切り替える、ヒステリシス付きのコンパレータＣＭＰ２（所謂、シュミットトリガ）として構成されている。
【０２０７】
以上説明したように、変形例の駆動装置では、充電時に判定回路１１０からの出力信号の信号レベルがローレベルからハイレベルに切り替わったときに、充電電流（詳しくは、フライホイール電流）がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れなくなったこととなる。
【０２０８】
したがって、変形例の駆動装置によれば、フライホイール電流が流れなくなるときを知ることができるので、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)を設定することができる。
【０２０９】
なお、上記変形例におけるスイッチング周期Ｔｓ(n)の設定は、駆動装置を搭載した車両の出荷時に行うようにしてもよいし、定期的に行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】第１実施形態のピエゾアクチュエータの駆動装置の構成を表す構成図である。
【図２】スイッチ制御部の中で充電スイッチを制御する部分を説明する説明図である。
【図３】第１実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図５】第２実施形態の駆動装置を表す構成図である。
【図６】第２実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図７】第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図８】第３実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図９】第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図１０】第４実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図１１】第５実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図１２】第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図１３】第６実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図１４】第４及び第５実施形態の変形例の駆動装置を表す構成図である。
【符号の説明】
【０２１１】
１，２…駆動装置、１０…並列回路、１２…電源回路、１４…バッテリ、１６…昇圧回路、１８…昇圧制御回路、２０…直列回路、３０…充電経路、４０…放電経路、５０…スイッチ制御部、６０…電流検出回路、７０…電流積分回路、８０…判定回路、９０…充電スイッチ制御部、Ｃ１…バッファコンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…寄生ダイオード、Ｌ１…インダクタ、Ｐ１〜Ｐ４…ピエゾアクチュエータ、Ｒ１，Ｒ１０…電流検出用抵抗、ＳＷ１…充電スイッチ、ＳＷ２…放電スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾアクチュエータを充放電させて伸縮させる駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ピエゾアクチュエータを充放電させて伸縮させる駆動装置としては、インダクタとピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、ＭＯＳＦＥＴからなる充電スイッチを介して直流電源から電源供給を行うための充電経路と、上記直列回路に並列に接続され、ＭＯＳＦＥＴからなる放電スイッチを介してピエゾアクチュエータに充電された電荷を放電させるための放電経路とを備えたものが知られている。
【０００３】
そして、この駆動装置では、外部から駆動信号が入力されると、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、その後、駆動信号が入力されなくなると、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる。
【０００４】
つまり、充電期間においては、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチをオンすることで、直流電源から充電経路を介してピエゾアクチュエータに充電電流を流し、その後、充電スイッチをオフすることで、インダクタに蓄積されたエネルギーによって流れる充電電流（換言すると、フライホイール電流）を、放電スイッチを構成しているＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを介してピエゾアクチュエータの負極側から正極側に流す、といった手順で、段階的にピエゾアクチュエータを充電させる。
【０００５】
一方、放電期間においては、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチをオンすることで、ピエゾアクチュエータの正極側から放電経路に放電電流を流し、その後、放電スイッチをオフすることで、インダクタに蓄積されたエネルギーによって発生するフライバック電圧により、充電電力を直流電源に回生する、といった手順で、段階的にピエゾアクチュエータを放電させる。
【０００６】
そして、この種の駆動装置では、充電時に、直流電源から放出される単位時間当たりの電荷量を制御することで、所望の電荷量をピエゾアクチュエータに充電させるようにしたものがある。
【０００７】
すなわち、この駆動装置は、駆動信号が入力されると、充電スイッチをオンし、その後、ピエゾアクチュエータに流れる充電電流の積分値が所定の目標値に達したときに充電スイッチをオフして、さらにその後、充電電流が上記目標値よりも小さい所定値に達したときに充電スイッチをオンするというオン／オフ動作を繰り返すことによって、ピエゾアクチュエータを充電させる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ピエゾアクチュエータの静電容量は温度によって変化するため、使用環境によっては、充電時にピエゾアクチュエータに流れ込む充電電流の電流量も変わってくる。
そして、特許文献１に記載の駆動装置では、ピエゾアクチュエータの静電容量が変化すると、充電スイッチのオン時に直流電源からピエゾアクチュエータに流れ込む電流量が変化するので、その時にインダクタに蓄積されるエネルギーも変化してしまい、充電スイッチのオフ時にインダクタがエネルギーを放出し終わるまでの時間も変化する。
【０００９】
このため、特許文献１に記載の駆動装置では、充電期間中に充電スイッチをオンするタイミングが、ピエゾアクチュエータの静電容量の変化によって変わってしまい、ピエゾアクチュエータに蓄積される電荷の変化量（すなわち、単位時間当たりにピエゾアクチュエータが伸長する伸長率）が変わってしまうことがあった。
【００１０】
そして、例えば、ピエゾアクチュエータが所定量だけ伸長したところで燃料噴射が開始されるようなインジェクタの燃料噴射制御用に、従来の駆動装置が用いられていた場合には、インジェクタによる燃料噴射のタイミングがずれてしまうことがあり、高精度な燃料噴射を実現することができない。
【００１１】
本発明は、こうした問題を解決するためになされたものであり、充電スイッチのオン／オフを繰り返すことでピエゾアクチュエータを段階的に充電して伸長させるピエゾアクチュエータの駆動装置において、ピエゾアクチュエータの静電容量の変化により、ピエゾアクチュエータの伸長率が変化してしまうのを防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記問題を解決するためになされた請求項１に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置は、ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、インダクタとピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、充電スイッチを介して直流電源から電源供給を行うための充電経路と、直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介してピエゾアクチュエータに充電された電荷を放電させるための放電経路と、充電スイッチに対して、カソードが直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、放電スイッチに対して、カソードが直流電源の正極側となるよう並列に接続された第２ダイオードとを備える。
【００１３】
そして、本発明の駆動装置では、外部から駆動指令が入力されると、充放電制御手段が、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、その後、外部から駆動停止指令が入力されると、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる。
【００１４】
そして特に、請求項１に記載の駆動装置では、充放電制御手段に、目標値設定手段と、電流検出手段と、推定手段と、充電スイッチ駆動手段とが設けられており、目標値設定手段は、当該装置による１回の充電期間の中でピエゾアクチュエータに充電すべき充電エネルギー、及び、直流電源の電源電圧に基づいて、充電スイッチのオン期間におけるピエゾアクチュエータの充電エネルギーの目標値を設定する。
【００１５】
そして、充電スイッチ駆動手段は、駆動指令が入力されると、予め設定された所定の周期で充電スイッチをオンし、推定手段により推定される推定値が、目標値設定手段により設定された目標値に到達する度に充電スイッチをオフする。
【００１６】
以上のような請求項１に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置によれば、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期を固定しつつ、１回の充電スイッチのオン時におけるピエゾアクチュエータの充電量も固定することができるため、充電期間におけるピエゾアクチュエータの伸長率を所望の伸長率に設定することができる。
【００１７】
したがって、温度変化等によりピエゾアクチュエータの静電容量が変化しても、ピエゾアクチュエータの伸長率が変化してしまうのを防止することができる。
また、例えば、ピエゾアクチュエータが所定量だけ伸長したところで燃料噴射が開始されるようなインジェクタの燃料噴射制御用に、本発明の駆動装置を適用することで、静電容量の変化によりインジェクタによる燃料噴射のタイミングがずれてしまう、といったことを防止することができる。
【００１８】
ところで、ピエゾアクチュエータの充電エネルギーは、エネルギー保存の法則により直流電源から放出される放出エネルギーから充電経路での損失エネルギーを差し引いたものと等しくなる。温度によりピエゾアクチュエータの静電容量が変化したとしても、同じエネルギーを充電するならば、その損失エネルギーもほぼ一定と考えられる。したがって、その放出エネルギーを制御すれば、ピエゾアクチュエータの充電エネルギーを制御することができる。そして、その放出エネルギーは、直流電源の電圧と電流の積を時間積分したものに等しい。
【００１９】
ここで、直流電源の電圧はほぼ一定として考えられることから、直流電源からピエゾアクチュエータに流れる充電電流を時間積分した積分値は、充電エネルギーに比例することとなり、その積分値を求めれば、結果的に、ピエゾアクチュエータに充電される充電エネルギーを導出することができる。
【００２０】
このため、請求項１に記載の駆動装置においては、請求項２に記載のように、推定手段は、電流検出手段により検出される充電電流の積分値を、推定値として導出し、充電スイッチ駆動手段は、推定手段により導出される積分値が、目標値に到達したときに、充電スイッチをオフするように構成するとよい。
【００２１】
このようにすれば、推定手段は、単に直流電源からピエゾアクチュエータに流れる充電電流の積分値を導出するだけで充電エネルギーを推定することができるので、当該駆動装置の構成を簡素化することができる。
【００２２】
ところで、ピエゾアクチュエータは、充電開始時には拘束された状態から変位するので、充電開始時には、ピエゾアクチュエータに大きな荷重（負荷）がかかる。
そして、ピエゾアクチュエータに大きな荷重がかかると、ピエゾアクチュエータの寿命や駆動装置の信頼性に影響を及ぼしたり、ピエゾアクチュエータの振動による作動音が発生したりする場合がある。
【００２３】
そこで、目標値設定手段は、請求項３に記載のように、充電スイッチ駆動手段による１回の充電期間の中で、１回目に充電スイッチがオンされる際の目標値が、２回目以降に充電スイッチがオンされる際の目標値よりも低くなるように目標値を設定するように構成されているとよい。
【００２４】
このようにすれば、充電開始時にピエゾアクチュエータにかかる荷重（負荷）を低減することができるので、ピエゾアクチュエータの寿命や信頼性を向上させることができると共に、作動音が発生してしまうのを抑制することができる。
【００２５】
ところで、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期は、一定となるように設定されていてもよいが、この場合、例えば目標値設定手段により設定される目標値が一定であったとすると、充電期間において、充電スイッチがオフされてからフライホイール電流が放電経路に流れなくなるまでの時間は、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする回数が増加していくほど（即ち、ピエゾアクチュエータが充電されていくほど）短くなる。
【００２６】
このため、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期を、充電スイッチのオン時にフライホイール電流が流れることのない一定周期に設定した場合には、ピエゾアクチュエータの充電が進むにつれて、充電スイッチのオフ時にフライホイール電流が流れなくなってから充電スイッチがオンするまでの無駄な時間が増加してしまうので、ピエゾアクチュエータを効率よく速やかに伸長させることができない。
【００２７】
そこで、請求項１又は請求項２に記載の駆動装置は、請求項４に記載のように、目標値設定手段は、充電スイッチの各オン期間における目標値が同じとなるように、目標値を設定し、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の周期は、充電駆動手段による１回の充電期間の中で、充電スイッチが１回又は複数回オンする毎に短くなるように設定されているように構成されているとよい。
【００２８】
このようにすれば、ピエゾアクチュエータを効率よく速やかに伸長させることができる。
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置において、目標値設定手段は、ピエゾアクチュエータに印加される単位時間当たりの電圧の変位量が、充電スイッチ駆動手段が充電スイッチをオンする際の各周期において同じになるように目標値を設定する。
【００２９】
つまり、温度が一定の場合には、ピエゾアクチュエータの伸長率（１回の充電期間によりピエゾアクチュエータが伸長していく経緯）は、電圧の変位量に比例するので、請求項５に記載の発明によれば、単位時間当たりにおける電圧の変位量を同じにすることにより、充電スイッチのオン期間毎のピエゾアクチュエータの伸長率を同じにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明が適用された実施形態のピエゾアクチュエータの駆動装置について説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の駆動装置１の構成を表す構成図である。なお、駆動装置１は、車両の内燃機関において燃料を噴射するインジェクタに搭載されたピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充放電させて伸縮させることで、各気筒毎に設けられたインジェクタに燃料噴射の開始／停止をさせるものである。
【００３１】
図１に示すように、駆動装置１は、４つのピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４が並列に接続された並列回路１０に対して直列に接続されるインダクタＬ１と、バッテリ１４からのバッテリ電圧を昇圧することにより電源電圧を生成する電源回路１２と、インダクタＬ１と並列回路１０との直列回路２０に対して、充電スイッチＳＷ１を介して電源回路１２から電源供給を行うための充電経路３０と、直列回路２０に対して並列に接続され、放電スイッチＳＷ２を介してピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電された電荷を放電させるための放電経路４０と、充電時に電源回路１２からピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に供給される電流を検出するための電流検出用抵抗Ｒ１と、充電スイッチＳＷ１及び放電スイッチＳＷ２のオン／オフの制御を行うスイッチ制御部５０とを備えている。
【００３２】
並列回路１０は、ピエゾアクチュエータＰ１及び気筒選択スイッチＳＷａからなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ２及び気筒選択スイッチＳＷｂからなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ３及び気筒選択スイッチＳＷｃからなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ４及び気筒選択スイッチＳＷｄからなる直列回路とが、並列に接続されることにより構成されている。
【００３３】
また、並列回路１０のピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４側の端部は、インダクタＬ１の一端に接続され、気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄ側の端部は、電源回路１２の負極側に接続されたグランドラインに接続されている。
【００３４】
各気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ソースがグランドラインに接続され、ドレインがピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の一端に接続され、ゲートがスイッチ制御部５０の出力端子に接続されている。
【００３５】
また、気筒選択スイッチＳＷａにはダイオードＤａが並列に接続され、気筒選択スイッチＳＷｂにはダイオードＤｂが並列に接続され、気筒選択スイッチＳＷｃにはダイオードＤｃが並列に接続され、気筒選択スイッチＳＷｄにはダイオードＤｄが並列に接続されている。
【００３６】
そして、各ダイオードＤａ〜Ｄｄは、アノードがグランドラインに接続され、カソードがピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４と気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄのドレインとの接続点に接続されている。
【００３７】
なお、本実施形態においては、気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄにＭＯＳＦＥＴを使用することで、そのＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤａ〜Ｄｄとして利用するようにしている。
【００３８】
直列回路２０は、インダクタＬ１側の端部が、充電スイッチＳＷ１を介して電源回路１２の正極側に接続されている。
充電スイッチＳＷ１は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ソースがインダクタＬ１の一端に接続され、ドレインが電源回路１２の正極側に接続され、ゲートがスイッチ制御部５０の出力端子に接続されている。
【００３９】
また、充電スイッチＳＷ１には、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の放電時に、放電スイッチＳＷ２がオフした際に電源回路１２へ回生電流を流し込むためのダイオードＤ１が、並列に設けられている。
【００４０】
なお、本実施形態においては、充電スイッチＳＷ１にＭＯＳＦＥＴを使用することで、そのＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤ１として利用するようにしている。
放電スイッチＳＷ２は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ソースがグランドラインに接続され、ドレインが充電スイッチＳＷ１とインダクタＬ１との接続点に接続され、ゲートがスイッチ制御部５０の出力端子に接続されている。
【００４１】
また、放電スイッチＳＷ２には、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の充電時に、充電スイッチＳＷ１がオフした際にフライホイール電流を流すためのダイオードＤ２が、並列に設けられている。
【００４２】
なお、本実施形態においては、放電スイッチＳＷ２にＭＯＳＦＥＴを使用することで、そのＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤ２として利用するようにしている。
電源回路１２は、バッテリ１４と、バッテリ１４からのバッテリ電圧（例えば１２Ｖ）を昇圧するための昇圧回路１６とからなり、バッテリ１４の負極側端子は、グランドラインに接続されている。
【００４３】
昇圧回路１６は、一端がバッテリ１４の正極側端子に接続された昇圧用インダクタＬ２と、アノードが昇圧用インダクタＬ２の他端に接続され、カソードが充電スイッチＳＷ１のドレインに接続されたダイオードＤ３と、一端がダイオードＤ３と昇圧用インダクタＬ２との接続点に接続され、他端がグランドラインに接続された昇圧用スイッチＳＷ３と、昇圧用スイッチＳＷ３をオン／オフするための昇圧制御回路１８と、一端がダイオードＤ３と充電スイッチＳＷ１との接続点に接続され、他端が電流検出用抵抗Ｒ１を介してグランドラインに接続されたバッファコンデンサＣ１とを備えている。なお、ダイオードＤ３は、バッファコンデンサＣ１の放電を防止するためのものである。
【００４４】
昇圧制御回路１８は、昇圧用スイッチＳＷ３のオン／オフを繰り返し行うことで、ダイオードＤ３を介してバッファコンデンサＣ１に数十〜数百Ｖの電圧を充電させる。
また、昇圧制御回路１８は、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖを検出するように構成されており、その電圧値Ｖを表す電圧値信号Ｓｖをスイッチ制御部５０へ出力する。
【００４５】
バッファコンデンサＣ１は、充電スイッチＳＷ１及び気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄがオンされると、充電経路３０に電流を流して、そのオンされた気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄに対応するピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する。
【００４６】
なお、以下の説明において、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の充電時にバッファコンデンサＣ１から直列回路２０に流れる電流を、バッファコンデンサ電流という。また、バッファコンデンサＣ１は、比較的静電容量の大きなもので構成され、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４への電源供給時にも略一定の電圧値を保つようになっている。
【００４７】
スイッチ制御部５０は、車両のエンジン制御を行うＥＣＵ（図示省略）から出力される駆動信号Ｓｄが入力されると、その駆動信号Ｓｄにより特定される気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄをオンすると共に、放電スイッチＳＷ２をオフした状態で、充電スイッチＳＷ１のオン／オフを所定時間繰り返す。
【００４８】
このとき、スイッチ制御部５０は、周期的に充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、バッファコンデンサ電流を時間積分し、その積分値が所定値に到達したときに充電スイッチＳＷ１をオフする。
【００４９】
また、スイッチ制御部５０は、駆動信号Ｓｄが入力されなくなると、充電スイッチＳＷ１をオフした状態で、放電スイッチＳＷ２のオン／オフを所定時間繰り返す。
次に、スイッチ制御部５０の中で充電スイッチＳＷ１を制御する部分について、図２を用いて詳しく説明する。なお、放電スイッチＳＷ２を制御する部分については、本発明とは直接関係ないため、詳細な説明は省略する。
【００５０】
スイッチ制御部５０は、バッファコンデンサ電流を検出するための電流検出回路６０と、電流検出回路６０により検出されたバッファコンデンサ電流を時間積分する電流積分回路７０と、電流積分回路７０により導出される積分結果が目標電荷量Ｑに到達したか否かを判定する判定回路８０と、駆動信号Ｓｄが入力されると、周期的に充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、判定回路８０による判定結果に基づき充電スイッチＳＷ１をオフする充電スイッチ制御部９０とを備える。
【００５１】
電流検出回路６０は、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５及びオペアンプＯＰ１からなり、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、電流検出用抵抗Ｒ１とバッファコンデンサＣ１との接続点が抵抗Ｒ２を介して接続され、オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）には、電流検出用抵抗Ｒ１とグランドラインとの接続点が抵抗Ｒ３を介して接続されている。
【００５２】
このため、オペアンプＯＰ１の出力端子からは、電流検出用抵抗Ｒ１の両端間の電位差を所定の増幅率にて増幅した電圧値で表される電流検出信号Ｓｃが出力される。
なお、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、バッファコンデンサ電流のオフセットを設定するためのリファレンス電圧Ｖｒｅｆ（例えば、２．５［Ｖ］）が、抵抗Ｒ５を介して入力されている。
【００５３】
電流積分回路７０は、電流検出信号Ｓｃを時間積分する積分回路７２と、積分回路７２の積分結果をリセットするための積分リセットスイッチＳＷ４とを備えている。
積分回路７２は、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ２、オペアンプＯＰ２からなり、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが入力され、オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）には、抵抗Ｒ６を介して電流検出信号Ｓｃが入力される。
【００５４】
このため、オペアンプＯＰ２の出力端子からは、電流検出信号Ｓｃを時間積分した信号（以下、積分信号Ｓｉという。）が出力される。
積分リセットスイッチＳＷ４は、コンデンサＣ２に対して並列に接続されており、オンすることで、コンデンサＣ２に蓄電された電荷を放電させる。
【００５５】
判定回路８０は、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９と、コンパレータＣＭＰ１とからなり、コンパレータＣＭＰ１の反転入力端子（−）には、積分信号Ｓｉが抵抗Ｒ７を介して入力され、コンパレータＣＭＰ１の非反転入力端子（＋）には、充電スイッチ制御部９０から出力される目標電荷量Ｑ（詳しくは、後述の目標電荷量設定信号Ｓｏ）が抵抗Ｒ８を介して入力される。
【００５６】
また、判定回路８０は、コンパレータＣＭＰ１の出力信号に応じて、目標電荷量Ｑを大小の２段階に切り替える、ヒステリシス付きのコンパレータＣＭＰ１（所謂、シュミットトリガ）として構成されている。
【００５７】
つまり、コンパレータＣＭＰ１は、出力端子と非反転入力端子（＋）とに接続された抵抗Ｒ９によって、出力端子からの出力信号を目標電荷量Ｑに加算し、非反転入力端子（＋）に入力される目標電荷量Ｑを、その目標電荷量Ｑよりも大きい値と、目標電荷量Ｑよりも小さい値との２段階に切り替えるのである。
【００５８】
そして、判定回路８０は、コンパレータＣＭＰ１の出力信号（以下、判定信号Ｓｈという。）の信号レベルがハイレベルである場合に、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑにヒステリシス分を加えた値を上回ると、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルとなり、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルである場合に、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑからヒステリシス分を減じた値を下回ると、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルとなるように構成されている。
【００５９】
充電スイッチ制御部９０は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等を中心に構成されており、充電スイッチ制御部９０には、駆動信号Ｓｄ、判定信号Ｓｈ、電圧値信号Ｓｖ等が入力される。
【００６０】
また、充電スイッチ制御部９０のＲＯＭには、１回の充電期間Ｔｃ、充電期間Ｔｃの中でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギーを表すエネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際の周期を表すスイッチング周期Ｔｓ、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする回数を表すスイッチング回数Ｎ等が記憶されている。なお、第１実施形態において、スイッチング周期Ｔｓは一定である。
【００６１】
以下、充電スイッチ制御部９０のＣＰＵが実行する処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図３は、充電スイッチ制御部９０のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【００６２】
車両のイグニッションスイッチがオンされることで充電スイッチ制御部９０のＣＰＵが起動すると、図３に示すように、まずＳ１１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【００６３】
次いで、Ｓ１２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで、充電期間Ｔｃ内にバッファコンデンサＣ１から放出すべき総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
【００６４】
そして、Ｓ１３０では、Ｓ１２０で算出された総電荷量Ｑｔがスイッチング回数Ｎで割られることで、１回の充電スイッチＳＷ１のオン期間において、バッファコンデンサＣ１から放出すべき目標電荷量Ｑが算出される（Ｑ＝Ｑｔ／Ｎ）。
【００６５】
そして、Ｓ１４０では、積分リセットスイッチＳＷ４をオンするための積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
次いで、Ｓ１５０では、Ｓ１３０で算出された目標電荷量Ｑを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが、判定回路８０（詳しくは、コンパレータＣＭＰ１）の非反転入力端子（＋）へ出力される。
【００６６】
続いて、Ｓ１６０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ１６０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ１６０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ１７０へ処理が移行される。
【００６７】
Ｓ１７０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ１７０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ１７０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ１８０へ処理が移行される。
【００６８】
Ｓ１８０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、駆動信号Ｓｄにより特定される気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄのゲートに対して、その特定された気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄをオンするための気筒選択スイッチング信号が出力される。
【００６９】
そして、続くＳ１９０では、スイッチング周期Ｔｓの計測が開始される。
続いて、Ｓ２００では、充電スイッチＳＷ１をオンすべきタイミングであることを表すスイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力される。
【００７０】
そして、Ｓ２１０では、充電スイッチＳＷ１をオンするための充電スイッチング信号Ｓｓが、充電スイッチＳＷ１のゲートへ出力される。
次いで、Ｓ２２０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
【００７１】
そして、Ｓ２２０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ２２０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ２３０へ処理が移行される。
【００７２】
Ｓ２３０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ２４０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、Ｓ２５０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【００７３】
そして、Ｓ２５０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ２５０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ２６０へ処理が移行される。
【００７４】
Ｓ２６０では、Ｓ１９０でスイッチング周期Ｔｓの計測が開始されてからスイッチング周期Ｔｓが経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ２６０にて、スイッチング周期Ｔｓが経過していないと判定された場合には、Ｓ２６０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓが経過したと判定された場合には、Ｓ２７０へ処理が移行される。
【００７５】
Ｓ２７０では、Ｓ１８０で充電期間Ｔｃの計測が開始されてから充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
そして、Ｓ２７０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ１９０へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ１１０へ処理が移行される。
【００７６】
次に、第１実施形態の駆動装置１がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する際の各部の作動について、図４を用いて説明する。なお、図４は、駆動装置１において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。また、第１実施形態では、どのピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４についても実質的に同じ作動を行うため、以下の説明では、代表してピエゾアクチュエータＰ１について説明する。そして、このことは、後述する実施形態についても同様である。
【００７７】
図４に示すように、第１実施形態の駆動装置１では、まず時刻ｔ１にて、駆動信号Ｓｄがスイッチ制御部５０に入力されると（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、スイッチング周期信号Ｓｔ及び充電スイッチング信号Ｓｓが出力されると共に（Ｓ２００，Ｓ２１０）、気筒選択スイッチＳＷａに対して気筒選択スイッチング信号が出力される。
【００７８】
すると、充電スイッチＳＷ１がオンすることにより充電経路３０が導通され、バッファコンデンサＣ１から充電経路３０を介してピエゾアクチュエータＰ１にバッファコンデンサ電流が流れる。
【００７９】
そして、このバッファコンデンサ電流は、インダクタＬ１とピエゾアクチュエータＰ１の容量によって決まる時定数で徐々に増加するため、積分信号Ｓｉにより表される電荷量も増加していく。
【００８０】
そして、時刻ｔ２にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ（詳しくは、目標電荷量Ｑにヒステリシス分を加えた値）に達すると、判定信号Ｓｈの出力レベルがローレベルに切り替わり（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止される（Ｓ２３０）。
【００８１】
すると、充電スイッチＳＷ１がオフすることにより充電経路３０が遮断され、インダクタＬ１により蓄積されたエネルギーによって、寄生ダイオードＤ２を介してピエゾアクチュエータＰ１にフライホイール電流が流れる。
【００８２】
そして、このフライホイール電流は、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーが放出されることで、徐々に減少していく。
また、時刻ｔ２では、充電スイッチ制御部９０が所定時間の間積分リセット信号Ｓｒを出力するので、積分リセットスイッチＳＷ４がオンしてコンデンサＣ２に蓄電された電荷が放電される（すなわち、積分信号Ｓｉがリセットされる。）。
【００８３】
そして、時刻ｔ１からスイッチング周期Ｔｓが経過した時刻ｔ３にて、スイッチング周期信号Ｓｔが再び出力されると、時刻ｔ１と同様の作動が行われ、時刻ｔ４にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑに達すると、時刻ｔ２と同様の作動が行われる。
【００８４】
そして、スイッチング周期Ｔｓ毎の周期で充電スイッチＳＷ１がオンすると共に、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑに達する度に充電スイッチＳＷ１がオフする、といった作動は、時刻ｔ１から充電期間Ｔｃが経過した時刻ｔ５まで繰り返される。
【００８５】
なお、図４に示す一点鎖線は、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に代えて、その静電容量よりも小さい静電容量のピエゾアクチュエータを駆動対象として駆動装置１に用いた場合を表しており、図４に示す二点鎖線は、図４の一点鎖線で示した例で用いたピエゾアクチュエータの静電容量よりも、更に小さい静電容量のピエゾアクチュエータを駆動対象として駆動装置１に用いた場合を表している。
【００８６】
換言すると、図４では、静電容量が大きいピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を駆動装置１に用いた場合を実線で示し、静電容量が中位のピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を用いた場合を一点鎖線で示し、静電容量が小さいピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を用いた場合を二点鎖線で示している。
【００８７】
また、図４では、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が中位の場合、及び小さい場合の信号Ｓｓ，Ｓｈ，Ｓｒの記載を省略しているが、これら全てを記載すると、図４のタイムチャートが見づらくなるためである。
【００８８】
そして、これらのことは、後述する図６，図１０，図１１，図１３についても同様である。
因みに、静電容量が異なるピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を用いたとしても、充電周期信号Ｓｔの出力開始タイミングは変わらないので、静電容量が中位の場合及び小さい場合の信号Ｓｓ，Ｓｈ，Ｓｒは、充電スイッチング信号Ｓｓの出力停止タイミングや信号Ｓｈ，Ｓｒの変化パターンが、バッファコンデンサ電流や積分信号Ｓｉの変化パターンと同様に、静電容量が大きい場合に比べて遅れる。
【００８９】
以上説明したように、第１実施形態の駆動装置１では、駆動信号Ｓｄが入力されてから入力されなくなるまでの充電期間Ｔｃにおいて、駆動信号Ｓｄが入力されると、一定の周期で充電スイッチＳＷ１をオンすると共に、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が目標電荷量Ｑに達する度に充電スイッチＳＷ１をオフする。
【００９０】
このため、第１実施形態の駆動装置１によれば、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、充電期間ＴｃにおけるピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率（すなわち、一回の充電でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４が伸長していく経緯）を所望の伸長率に設定することができる。
【００９１】
したがって、温度変化等によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が変化したとしても、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変化してしまうのを防止することができる。
【００９２】
またさらに、駆動装置１によれば、静電容量の変化によりインジェクタの燃料噴射のタイミングがずれてしまうことを防止することができる。
また、「課題を解決するための手段」にて説明したように、バッファコンデンサＣ１からピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れるバッファコンデンサ電流の積分値を求めれば、単位時間当たりにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電される充電エネルギーを導出することができることから、第１実施形態の駆動装置１では、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑに到達したときに、充電スイッチＳＷ１をオフするように構成されている。
【００９３】
このため、単にバッファコンデンサ電流の積分値を導出するだけで充電エネルギーを推定することができるので、当該駆動装置１の構成を簡素化することができる。
また、駆動装置１によれば、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖ及びエネルギー指令値Ｅに基づいて目標電荷量Ｑを決めているので、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが変化した場合についても、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率を同一にすることができる。
【００９４】
なお、第１実施形態では、電源回路１２が直流電源に相当し、寄生ダイオードＤ１が第１ダイオードに相当し、寄生ダイオードＤ２が第２ダイオードに相当している。また、駆動信号Ｓｄが入力されたときが駆動指令に相当し、駆動信号Ｓｄの入力が停止されたときが駆動停止指令に相当している。また、スイッチ制御部５０が、充放電制御手段に相当し、電流検出用抵抗Ｒ１が電流検出手段に相当し、電流積分回路７０が推定手段に相当し、Ｓ１７０〜Ｓ２７０の処理が充電スイッチ駆動手段に相当している。また、Ｓ１２０及びＳ１３０の処理が目標値設定手段に相当している。
【００９５】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の駆動装置２について、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５は、第２実施形態の駆動装置２の構成を表す構成図であり、図６は、第２実施形態の駆動装置２において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。また、図５において、第１実施形態の駆動装置１と同様の構成要素については、同じ符号を付しているため詳細な説明は省略する。また、このことは、後述する図１４についても同様である。
【００９６】
第２実施形態の駆動装置２は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、電流検出用抵抗Ｒ１が接続されている位置と、積分リセット信号Ｓｒの出力を停止するタイミングとが異なっている。
【００９７】
具体的に説明すると、第１実施形態では、バッファコンデンサＣ１の一端とグランドラインとの間に電流検出用抵抗Ｒ１が接続されていたが、第２実施形態では、並列回路１０の気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄ側の端部とグランドラインとの間に電流検出用抵抗Ｒ１が接続されている。
【００９８】
そして、このようにした場合、電流検出用抵抗Ｒ１には、バッファコンデンサ電流だけでなく、充電期間Ｔｃにおいて充電スイッチＳＷ１のオフ時に流れるフライホイール電流も流れてしまうため、電流積分回路７０は、バッファコンデンサ電流だけでなくフライホイール電流も積分してしまうこととなる。
【００９９】
そこで、第２実施形態では、フライホイール電流を積分してしまうのを防止するために、図６に示すように、積分リセット信号Ｓｒの出力停止タイミングを、スイッチング周期信号Ｓｔが次回出力されるときにしている。
【０１００】
具体的には、充電スイッチ制御部９０がＳ２００の処理を終了したときに、積分リセット信号Ｓｒの出力を停止するようにしている。
以上のような第２実施形態の駆動装置２によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の駆動装置について、図７及び図８を用いて説明する。なお、図７は、第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理を表すフローチャートであり、図８は、第３実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【０１０２】
第３実施形態の駆動装置は、第１実施形態の駆動装置と比較すると、充電期間Ｔｃにおけるスイッチング周期Ｔｓ毎の目標電荷量Ｑが一定ではなく、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１が、２回目以降の目標電荷量Ｑよりも小さい点が主に異なっている。
【０１０３】
すなわち、第３実施形態では、充電スイッチ制御部９０のＲＯＭに目標電荷量Ｑ１が記憶されており、充電スイッチ制御部９０は、目標電荷量Ｑ１と総電荷量Ｑｔとに基づき、２回目以降の目標電荷量Ｑを算出する。
【０１０４】
そして、充電スイッチ制御部９０は、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間に目標電荷量Ｑ１を利用して充電スイッチＳＷ１のオフ制御を行い、２回目以降は、その目標電荷量Ｑ１よりも大きい目標電荷量Ｑを利用して充電スイッチＳＷ１のオフ制御を行う。
【０１０５】
以下、第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理について、図７を用いて説明する。
第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が図７の処理を開始すると、まずＳ３１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【０１０６】
次いで、Ｓ３２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
そして、Ｓ３３０では、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１がＲＯＭから読み込まれる。
【０１０７】
続いて、Ｓ３４０では、次式（１）に示すように、総電荷量Ｑｔから目標電荷量Ｑ１が減じられた値（Ｑｔ−Ｑ１）が、スイッチング回数Ｎから「１」を減じた値（Ｎ−１）で割られることで、２回目以降の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑが算出される。
【０１０８】
【数１】
そして、Ｓ３５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
【０１０９】
次いで、Ｓ３６０では、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１を表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
続いて、Ｓ３７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１１０】
そして、Ｓ３７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ３７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ３８０へ処理が移行される。
【０１１１】
Ｓ３８０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ３８０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ３８０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ３９０へ処理が移行される。
【０１１２】
Ｓ３９０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、気筒選択スイッチング信号が出力され、続くＳ４００では、スイッチング周期Ｔｓの計測が開始される。
続いて、Ｓ４１０では、スイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力され、続くＳ４２０では、充電スイッチング信号Ｓｓが出力される。
【０１１３】
次いで、Ｓ４３０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ４３０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ４３０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ４４０へ処理が移行される。
【０１１４】
Ｓ４４０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ４５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、Ｓ４６０では、２回目以降の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
【０１１５】
そして、Ｓ４７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ４７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ４７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ４８０へ処理が移行される。
【０１１６】
Ｓ４８０では、Ｓ４００でスイッチング周期Ｔｓの計測が開始されてからスイッチング周期Ｔｓが経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ４８０にて、スイッチング周期Ｔｓが経過していないと判定された場合には、Ｓ４８０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓが経過したと判定された場合には、Ｓ４９０へ処理が移行される。
【０１１７】
Ｓ４９０では、Ｓ３９０で充電期間Ｔｃの計測が開始されてから充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
そして、Ｓ４９０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ４００へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ３１０へ処理が移行される。
【０１１８】
次に、第３実施形態の駆動装置がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する際の各部の作動について、図８を用いて説明する。
第３実施形態の駆動装置においては、まず、判定回路８０の非反転入力端子（＋）に目標電荷量Ｑ１が入力され（Ｓ３６０）、図８に示すように、時刻ｔ６にて、駆動信号Ｓｄがスイッチ制御部５０に入力されると（Ｓ３８０：ＹＥＳ）、スイッチング周期信号Ｓｔ及び充電スイッチング信号Ｓｓが出力されると共に（Ｓ４１０，Ｓ４２０）、気筒選択スイッチＳＷａに対して気筒選択スイッチング信号が出力される。
【０１１９】
すると、上述したように、バッファコンデンサＣ１から充電経路３０を介してピエゾアクチュエータＰ１にバッファコンデンサ電流が流れる。
そして、時刻ｔ７にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ１に達すると、判定信号Ｓｈの出力レベルがローレベルに切り替わり（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止される（Ｓ４４０）。
【０１２０】
すると、上述したように、寄生ダイオードＤ２を介してピエゾアクチュエータＰ１にフライホイール電流が流れる。
また、時刻ｔ７では、充電スイッチ制御部９０が所定時間の間積分リセット信号Ｓｒを出力すると共に、目標電荷量Ｑ１よりも大きい目標電荷量Ｑが、判定回路８０の非反転入力端子（＋）に入力される（Ｓ４６０）。
【０１２１】
そして、時刻ｔ８にて、スイッチング周期信号Ｓｔが再び入力されると、時刻ｔ６と同じ作動が行われ、時刻ｔ９にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑに達すると、時刻ｔ７と同様の作動が行われる。
【０１２２】
その後、スイッチング周期Ｔｓ毎に充電スイッチＳＷ１がオンすると共に、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑに達する度に充電スイッチＳＷ１がオフする、といった作動が、時刻ｔ１０まで繰り返される。
【０１２３】
以上のような第３実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
さらに、第３実施形態の駆動装置では、充電期間Ｔｃにおけるスイッチング周期Ｔｓ毎の目標電荷量を、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１が、２回目以降の目標電荷量Ｑよりも小さくなるように設定しているので、スイッチング周期Ｔｓ毎の目標電荷量Ｑを同じ値にした場合（図８の一点鎖線）に比べて、充電開始時（１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間）にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に蓄積される充電エネルギーが少なくなる。
【０１２５】
このため、充電開始時にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４にかかる荷重（負荷）を低減することができるので、ピエゾアクチュエータの寿命や信頼性を向上させることができると共に、作動音が発生してしまうのを抑制することができる。
【０１２６】
なお、第３実施形態の駆動装置では、スイッチング周期Ｔｓが、充電スイッチＳＷ１がオンされる度に短くなるように設定されているが、これに限らず、周期は第１，第２実施形態と同様に一定となるように設定されていてもよい。
【０１２７】
また、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１は、２回目以降の目標電荷量Ｑよりも小さい値であれば何でもよい。
また、第３実施形態では、１回目の充電スイッチＳＷ１のオン期間における目標電荷量Ｑ１がＲＯＭに記憶されているものとして説明したが、これに限らず、目標電荷量Ｑ１は使用者等により設定変更可能にされていてもよい。
【０１２８】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態の駆動装置について、図９及び図１０を用いて説明する。なお、図９は、第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理を表すフローチャートであり、図１０は、第４実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【０１２９】
第４実施形態の駆動装置は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、スイッチング周期Ｔｓが、一定ではなく、充電スイッチＳＷ１が１回オンする毎に短くなるように設定されている点が異なっている。
【０１３０】
具体的に説明すると、第４実施形態のスイッチング周期Ｔｓ(n)は、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が変化したとしても、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時（充電スイッチＳＷ１のオン時）には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないようにするために、予め実験等により測定された値に基づき設定されている。
【０１３１】
なお、第４実施形態では、静電容量が大きいピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４が当該駆動装置に用いられていた場合において、充電時にフライホイール電流が放電経路４０に流れなくなる周期を実験等により測定し、その測定結果に基づいてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定している。
【０１３２】
以下、第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理について、図９を用いて説明する。
第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が図９の処理を開始すると、まずＳ５１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ(n)及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【０１３３】
次いで、Ｓ５２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
そして、Ｓ５３０では、Ｓ１２０で算出された総電荷量Ｑｔがスイッチング回数Ｎで割られることで、目標電荷量Ｑが算出される（Ｑ＝Ｑｔ／Ｎ）。
【０１３４】
続いて、Ｓ５４０では、ｎに「１」が代入される。
そして、Ｓ５５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力され、続くＳ５６０では、目標電荷量Ｑを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
【０１３５】
続いて、Ｓ５７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ５７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ５７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ５８０へ処理が移行される。
【０１３６】
Ｓ５８０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ５８０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ５８０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ５９０へ処理が移行される。
【０１３７】
Ｓ５９０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、気筒選択スイッチング信号が出力される。
そして、Ｓ６００では、スイッチング周期Ｔｓ(n)の計測が開始される。
【０１３８】
続いて、Ｓ６１０では、スイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力され、続くＳ６２０では、充電スイッチング信号Ｓｓが出力される。
次いで、Ｓ６３０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
【０１３９】
そして、Ｓ６３０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ６３０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ６４０へ処理が移行される。
【０１４０】
Ｓ６４０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ６５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、Ｓ６６０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１４１】
そして、Ｓ６６０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ６６０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ６７０へ処理が移行される。
【０１４２】
Ｓ６７０では、Ｓ６００でスイッチング周期Ｔｓ(n)の計測が開始されてからスイッチング周期Ｔｓ(n)が経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ６７０にて、スイッチング周期Ｔｓ(n)が経過していないと判定された場合には、Ｓ６７０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓ(n)が経過したと判定された場合には、Ｓ６８０へ処理が移行される。
【０１４３】
Ｓ６８０では、ｎに「１」が加えられる。
そして、Ｓ６９０では、Ｓ５９０で充電期間Ｔｃの計測が開始されてから充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
【０１４４】
そして、Ｓ５９０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ６００へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ５１０へ処理が移行される。
【０１４５】
以上のような第４実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
ので、第１実施形態に比べて、静電容量の変化によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変わってしまうのを効率よく抑制することができる。
【０１４６】
ところで、第１実施形態では、充電時に、フライホイール電流が流れなくなる前に充電スイッチＳＷ１をオンしていたため、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーが全て放出されずに次回に引き継がれてしまう。
【０１４７】
このため、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が変化した場合には、その引き継がれるエネルギーが変わってしまうので、充電スイッチＳＷ１のオフ期間毎の充電量が変わってきてしまい、各静電容量毎の伸長率に若干のずれが生じてしまう。
【０１４８】
これに対して、第４実施形態の駆動装置では、図１０のタイムチャートに示すように、静電容量が変化したとしても、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)が設定されている。
【０１４９】
このため、充電スイッチＳＷ１が次回オンする際には、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーが全て放出されているので、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量の変化により充電スイッチＳＷ１のオフ期間毎の充電量が変わってしまうのを抑制することができる。
【０１５０】
したがって、第４実施形態によれば、第１実施形態に比べて、静電容量の変化によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変わってしまうのを効率よく抑制することができる。
【０１５１】
また、第４実施形態によれば、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)が設定されているので、充電スイッチＳＷ１のオン時に放電スイッチＳＷ２の寄生ダイオードＤ２に対して逆方向の電流（所謂、貫通電流）が流れてしまう、ということを防止することができる。よって、ノイズが発生してしまうことや損失がでてしまうことを抑制することができる。
【０１５２】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態の駆動装置について、図１１を用いて説明する。なお、図１１は、第５実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【０１５３】
第５実施形態の駆動装置は、第４実施形態の駆動装置と比較すると、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さい場合に、充電時にフライホイール電流が放電経路４０に流れなくなる周期を実験等により測定し、その測定結果に基づいてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定している。
【０１５４】
つまり、第４実施形態では、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が大きい場合を基準としてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定するようにしていたが、第５実施形態では、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さい場合を基準としてスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定するようにしている。
【０１５５】
このため、第５実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
また、第５実施形態では、図１１に示すように、少なくともピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さい場合には、充電スイッチＳＷ１のオン時にフライホイール電流が流れてしまわないようにしているので、第１実施形態に比べて、静電容量の変化によりピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率が変わってしまうのを効率よく抑制することができる。
【０１５７】
またさらに、第５実施形態によれば、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量が小さいときを基準としてスイッチング周期Ｔｓを設定しているので、第４実施形態に比べて、スイッチング周期Ｔｓを短く設定することができる。
【０１５８】
したがって、第４実施形態に比べてスイッチング回数Ｎを増やすことができるので、第４実施形態よりも滑らかに伸長するようにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電させることができる。
【０１５９】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態の駆動装置について、図１２を用いて説明する。なお、図１２は、第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理を表すフローチャートである。
【０１６０】
第６実施形態の駆動装置は、第１実施形態の駆動装置１と比較すると、目標電荷量Ｑを一定とせずに、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加される単位時間当たりの電圧の変位量Ｇが、各スイッチング周期Ｔｓ(n)において同じになるように、目標電荷量Ｑｎを設定する点が異なっている。
【０１６１】
具体的に説明すると、第６実施形態の駆動装置では、電圧の変位量Ｇが、各スイッチング周期Ｔｓ(n)において同じになるように、次式（２）を用いることで目標電荷量Ｑｎを算出するようにされている。
【０１６２】
【数２】
以下に、上式（２）を用いて目標電荷量Ｑｎを算出することができる理由について説明する。
【０１６３】
まず、充電期間Ｔｃ内にバッファコンデンサＣ１から放出すべき総電荷量Ｑｔは、次式（３）に示すように、エネルギー指令値Ｅを電圧値Ｖで割った値となる。
【０１６４】
【数３】
一方、電圧の変位量Ｇは、充電終了時にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加されている電圧値を「Ｖａ」とすると、次式（４）に示すように、電圧値Ｖａを充電期間Ｔｃで割った値となる。
【０１６５】
【数４】
ここで、充電期間Ｔｃにおいて、充電スイッチＳＷ１が１回目にオフされたときにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加されている電圧値を「Ｖ１」とすると、充電スイッチＳＷ１が１回目にオフされたときの電圧の変位量Ｇ１は、次式（５）に示すように、電圧値Ｖ１を、スイッチング周期Ｔｓ(1）（すなわち、充電スイッチＳＷ１が１回目にオンされる際の周期Ｔｓ(1)）で割った値となる。
【０１６６】
【数５】
一方、充電期間Ｔｃの中でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギー（すなわち、エネルギー指令値Ｅ）は、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の静電容量を「Ｃ」とすると、「Ｅ＝｛Ｃ×（Ｖａ）2｝／２」と表すことができるので、この式を変形することにより、電圧値Ｖａは次式（６）と表すことができる。
【０１６７】
【数６】
また、充電期間Ｔｃの中でピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギー（すなわち、エネルギー指令値Ｅ）は、上式（３）を変形することにより「Ｅ＝ＱｔＶ」と表すこともできるので、この式の右辺を、上式（６）の「Ｅ」に代入することで次式（７）を導出することができる。
【０１６８】
【数７】
したがって、上式（４）の「Ｖａ」に上式（７）の右辺を代入すれば、次式（８）を導出することができる。
【０１６９】
【数８】
同様に、充電スイッチＳＷ１の１回目のオフまでに、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギーＥ１は、「Ｅ１＝｛Ｃ×（Ｖ１）2｝／２」と表すことができるので、電圧値Ｖ１は、この式を変形することにより次式（９）と表すことができる。
【０１７０】
【数９】
したがって、電圧の変位量Ｇ１は、上式（５）の「Ｖ１」に上式（９）の右辺を代入することで、次式（１０）と表すことができる。
【０１７１】
【数１０】
ところで、第６実施形態では、電圧の変位量Ｇを各スイッチング周期Ｔｓ(n)において同じになるようにするようにしていることため、電圧の変位量Ｇと電圧の変位量Ｇ１とを等しくすればよい（Ｇ＝Ｇ１）。
【０１７２】
このため、「Ｇ＝Ｇ１」に、上式（８）の右辺と上式（１０）の右辺とを代入して目標電荷量Ｑ１を導出すれば、目標電荷量Ｑ１は次式（１１）と表すことができる。
【０１７３】
【数１１】
また、以上のことから、同様にして充電スイッチＳＷ１を２回目にオンする際の目標電荷量Ｑ２を導出することができる。
【０１７４】
具体的に説明すると、まず電圧の変位量Ｇ２は、「Ｇ２＝Ｖ２／（Ｔｓ(1)＋Ｔｓ(2)）」と表すことができる。
次に、充電スイッチＳＷ１が２回目にオフされたときまでに、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に充電すべき充電エネルギーＥ２は、「Ｅ２＝｛Ｃ（Ｖ２）2｝／２＝（Ｑ１＋Ｑ２）Ｖ」と表すことができるので、充電スイッチＳＷ１が２回目にオフされたときにピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に印加されている電圧値Ｖ２は、次式（１２）と表すことができる。
【０１７５】
【数１２】
このため、電圧の変位量Ｇ２は、「Ｇ２＝Ｖ２／（Ｔｓ(1)＋Ｔｓ(2)）」の「Ｖ２」に、上式（１２）の右辺を代入することで、次式（１３）と表すことができる。
【０１７６】
【数１３】
そして、電圧の変位量Ｇ２も、電圧の変位量Ｇと等しくすればよいことから、目標電荷量Ｑ２は、上式（８）と上式（１３）とに基づいて、次式（１４）と表すことができる。
【０１７７】
【数１４】
また、同様にして、充電スイッチＳＷ１を３回目にオンする際の目標電荷量Ｑ３は、次式（１５）と表すことができる。
【０１７８】
【数１５】
したがって、上式（１１）と上式（１４）と上式（１５）とから、充電スイッチＳＷ１をｎ回目にオンする際の目標電荷量Ｑｎは、上式（２）と表すことができる。
【０１７９】
以下、第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が実行する処理について、図１２を用いて説明する。
第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部９０が図１２の処理を開始すると、まずＳ７１０にて、エネルギー指令値Ｅ、充電期間Ｔｃ、スイッチング周期Ｔｓ(n)及びスイッチング回数ＮがＲＯＭから読み込まれると共に、バッファコンデンサＣ１の電圧値Ｖが昇圧制御回路１８から取得される。
【０１８０】
次いで、Ｓ７２０では、エネルギー指令値Ｅが電圧値Ｖで割られることで総電荷量Ｑｔが算出される（Ｑｔ＝Ｅ／Ｖ）。
そして、Ｓ７３０では、ｎに「１」が代入され、Ｓ７４０では、上式（２）に基づいて、目標電荷量Ｑｎ（すなわち、最初の目標電荷量Ｑ１）が算出される。
【０１８１】
次に、Ｓ７５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力され、続くＳ７６０では、目標電荷量Ｑ１を表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力される。
続いて、Ｓ７７０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１８２】
そして、Ｓ７７０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ７７０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ７８０へ処理が移行される。
【０１８３】
Ｓ７８０では、駆動信号Ｓｄが入力されたか否かが判定される。
そして、Ｓ７８０にて、駆動信号Ｓｄが入力されていないと判定された場合には、Ｓ７８０の処理が繰り返し実行され、逆に、駆動信号Ｓｄが入力されたと判定された場合には、Ｓ７９０へ処理が移行される。
【０１８４】
Ｓ７９０では、充電期間Ｔｃの計測が開始されると共に、気筒選択スイッチング信号が出力される。
そして、続くＳ８００では、スイッチング周期Ｔｓ(n)の計測が開始され、続くＳ８１０では、スイッチング周期信号Ｓｔが所定時間出力される。
【０１８５】
そして、Ｓ８２０では、充電スイッチング信号Ｓｓが出力され、続くＳ８３０では、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであるか否かが判定される。
そして、Ｓ８３０にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルではないと判定された場合には、Ｓ８３０の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがローレベルであると判定された場合には、Ｓ８４０へ処理が移行される。
【０１８６】
Ｓ８４０では、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止され、続くＳ８５０では、積分リセット信号Ｓｒが所定時間出力される。
そして、８６０では、ｎの値がスイッチング回数Ｎ以上であるか否かが判定される。
【０１８７】
そして、Ｓ８６０にて、ｎの値がスイッチング回数Ｎ以上であると判定された場合には、Ｓ７１０へ処理が移行され、逆に、ｎの値がスイッチング回数Ｎ以上ではないと判定された場合には、Ｓ８７０へ処理が移行される。
【０１８８】
Ｓ８７０では、ｎに「１」が加えられ、続くＳ８８０では、目標電荷量Ｑｎが上式（２）に基づいて算出される。
そして、Ｓ８９０では、Ｓ８８０で算出された目標電荷量Ｑｎを表す目標電荷量設定信号Ｓｏが出力され、続くＳ９００では、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであるか否かが判定される。
【０１８９】
そして、Ｓ９００にて、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルではないと判定された場合には、Ｓ９００の処理が繰り返し実行され、逆に、判定信号Ｓｈの信号レベルがハイレベルであると判定された場合には、Ｓ９１０へ処理が移行される。
【０１９０】
Ｓ９１０では、Ｓ８００で計測が開始されたスイッチング周期Ｔｓ(n−1)が経過したか否かが判定される。
そして、Ｓ９１０にて、スイッチング周期Ｔｓ(n−1)が経過していないと判定された場合には、Ｓ９１０の処理が繰り返し実行され、逆に、スイッチング周期Ｔｓ(n−1)が経過したと判定された場合には、Ｓ９２０へ処理が移行される。
【０１９１】
Ｓ９２０では、Ｓ７９０で計測が開始された充電期間Ｔｃが経過（終了）したか否かが判定される。
そして、Ｓ９２０にて、充電期間Ｔｃが終了していないと判定された場合には、Ｓ８００へ処理が移行され、逆に、充電期間Ｔｃが終了したと判定された場合には、気筒選択スイッチング信号の出力が停止され、Ｓ７１０へ処理が移行される。
【０１９２】
次に、第６実施形態の駆動装置がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充電する際の各部の作動について、図１３を用いて説明する。
第６実施形態の駆動装置においては、まず、判定回路８０の非反転入力端子（＋）に目標電荷量Ｑ１が入力され（Ｓ７６０）、図１３に示すように、時刻ｔ１１にて、駆動信号Ｓｄがスイッチ制御部５０に入力されると（Ｓ７８０：ＹＥＳ）、スイッチング周期信号Ｓｔ及び充電スイッチング信号Ｓｓが出力されると共に（Ｓ８１０，Ｓ８２０）、気筒選択スイッチＳＷａに対して気筒選択スイッチング信号が出力される。
【０１９３】
すると、上述したように、バッファコンデンサＣ１から充電経路３０を介してピエゾアクチュエータＰ１にバッファコンデンサ電流が流れる。
そして、時刻ｔ１２にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ１に達すると、判定信号Ｓｈの出力レベルがローレベルに切り替わり（Ｓ８３０：ＹＥＳ）、充電スイッチング信号Ｓｓの出力が停止される（Ｓ８４０）。
【０１９４】
すると、上述したように、寄生ダイオードＤ２を介してピエゾアクチュエータＰ１にフライホイール電流が流れる。
また、時刻ｔ１２では、充電スイッチ制御部９０が所定時間の間積分リセット信号Ｓｒを出力すると共に、目標電荷量Ｑ２が算出されて判定回路８０の非反転入力端子（＋）に入力される（Ｓ８８０，Ｓ８９０）。
【０１９５】
そして、時刻ｔ１３にて、スイッチング周期信号Ｓｔが再び入力されると、時刻ｔ１１と同じ作動が行われ、時刻ｔ１４にて、積分信号Ｓｉにより表される電荷量が、目標電荷量Ｑ２に達すると、時刻ｔ１２と同様の作動が行われる。
【０１９６】
その後、スイッチング周期Ｔｓ(n)毎に充電スイッチＳＷ１がオンすると共に、積分信号Ｓｉが目標電荷量Ｑｎに達する度に充電スイッチＳＷ１がオフする、といった作動が、時刻ｔ１５まで繰り返される。
【０１９７】
以上のような第６実施形態の駆動装置によっても、温度の変化に関係なく、充電期間Ｔｃに充電スイッチＳＷ１をオンする際のスイッチング周期Ｔｓを固定しつつ、１回の充電スイッチＳＷ１のオン時における充電エネルギーも固定することができるので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１９８】
また、第６実施形態によれば、充電スイッチＳＷ１のオン期間毎の電圧の変位量Ｇｎを同じにしているので、充電スイッチＳＷ１のオン期間毎のピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の伸長率を同じにすることができる。
【０１９９】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【０２００】
上記実施形態では、昇圧制御回路１８が昇圧スイッチＳＷ３をオン／オフするものとして説明したが、これに限らず、スイッチ制御部９０が、昇圧用スイッチＳＷ３をオン／オフするようにしてもよい。
【０２０１】
また、第４実施形態及び第５実施形態では、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)が設定されていたが、例えば駆動装置を図１４に示すように構成することで、上述したようなスイッチング周期Ｔｓ(n)を設定することができる。
【０２０２】
以下、変形例の駆動装置について図１４を用いて説明する。
図１４に示すように、変形例の駆動装置は、図２の駆動装置１に対して、充電時にピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れる充電電流を検出するための電流検出用抵抗Ｒ１０と、充電電流を検出するための電流検出回路１００と、電流検出回路１００により検出された充電電流が流れなくなったか否かを判定する判定回路１１０と、を備えている。
【０２０３】
電流検出用抵抗Ｒ１０は、並列回路１０の気筒選択スイッチＳＷａ〜ＳＷｄ側の端部とグランドラインとの間に接続されている。
電流検出回路１００は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４及びオペアンプＯＰ３からなり、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子（＋）には、電流検出用抵抗Ｒ１０と並列回路１０との接続点が抵抗Ｒ１１を介して接続され、オペアンプＯＰ３の反転入力端子（−）には、電流検出用抵抗Ｒ１０とグランドラインとの接続点が抵抗Ｒ１２を介して接続されている。
【０２０４】
このため、オペアンプＯＰ３の出力端子からは、電流検出用抵抗Ｒ１０の両端間の電位差を所定の増幅率にて増幅した電圧値で表される電流検出信号Ｓｃ２が出力される。
なお、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子（＋）には、リファレンス電圧Ｖｒｅｆが、抵抗Ｒ１４を介して入力されている。
【０２０５】
判定回路１１０は、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７と、コンパレータＣＭＰ２とからなり、コンパレータＣＭＰ２の反転入力端子（−）には、電流検出信号Ｓｃ２が抵抗Ｒ１５を介して入力され、コンパレータＣＭＰ２の非反転入力端子（＋）には、充電スイッチ制御部９０から出力される電流ゼロ閾値信号Ｓｚが抵抗Ｒ１６を介して入力される。なお、電流ゼロ閾値信号Ｓｚとは、判定回路１１０が、充電電流（詳しくは、フライホイール電流）がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れなくなったか否かを判定するための閾値として用いるために、非反転入力端子（＋）に入力される信号である。
【０２０６】
また、判定回路１１０は、コンパレータＣＭＰ２の出力信号に応じて、電流ゼロ閾値信号Ｓｚにより表される閾値を大小の２段階に切り替える、ヒステリシス付きのコンパレータＣＭＰ２（所謂、シュミットトリガ）として構成されている。
【０２０７】
以上説明したように、変形例の駆動装置では、充電時に判定回路１１０からの出力信号の信号レベルがローレベルからハイレベルに切り替わったときに、充電電流（詳しくは、フライホイール電流）がピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に流れなくなったこととなる。
【０２０８】
したがって、変形例の駆動装置によれば、フライホイール電流が流れなくなるときを知ることができるので、スイッチング周期信号Ｓｔの出力時には既にフライホイール電流が放電経路４０に流れていないように、スイッチング周期Ｔｓ(n)を設定することができる。
【０２０９】
なお、上記変形例におけるスイッチング周期Ｔｓ(n)の設定は、駆動装置を搭載した車両の出荷時に行うようにしてもよいし、定期的に行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】第１実施形態のピエゾアクチュエータの駆動装置の構成を表す構成図である。
【図２】スイッチ制御部の中で充電スイッチを制御する部分を説明する説明図である。
【図３】第１実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図５】第２実施形態の駆動装置を表す構成図である。
【図６】第２実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図７】第３実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図８】第３実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図９】第４実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図１０】第４実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図１１】第５実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図１２】第６実施形態の駆動装置の充電スイッチ制御部のＣＰＵが実行する処理を表すフローチャートである。
【図１３】第６実施形態の駆動装置において、充電時の各部の作動を説明するタイムチャートである。
【図１４】第４及び第５実施形態の変形例の駆動装置を表す構成図である。
【符号の説明】
【０２１１】
１，２…駆動装置、１０…並列回路、１２…電源回路、１４…バッテリ、１６…昇圧回路、１８…昇圧制御回路、２０…直列回路、３０…充電経路、４０…放電経路、５０…スイッチ制御部、６０…電流検出回路、７０…電流積分回路、８０…判定回路、９０…充電スイッチ制御部、Ｃ１…バッファコンデンサ、Ｄ１，Ｄ２…寄生ダイオード、Ｌ１…インダクタ、Ｐ１〜Ｐ４…ピエゾアクチュエータ、Ｒ１，Ｒ１０…電流検出用抵抗、ＳＷ１…充電スイッチ、ＳＷ２…放電スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、
該インダクタと前記ピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、充電スイッチを介して直流電源から電源供給を行うための充電経路と、
前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介して前記ピエゾアクチュエータに充電された電荷を放電させるための放電経路と、
前記充電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、
前記放電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第２ダイオードと、
外部から駆動指令が入力されると、前記放電スイッチをオフした状態で前記充電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、前記ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、外部から駆動停止指令が入力されると、前記充電スイッチをオフした状態で前記放電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、前記ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる充放電制御手段と、
を備えたピエゾアクチュエータの駆動装置であって、
前記充放電制御手段は、
当該装置による１回の充電期間の中で前記ピエゾアクチュエータに充電すべき充電エネルギー、及び、前記直流電源の電源電圧に基づいて、前記充電スイッチのオン期間における前記ピエゾアクチュエータの充電エネルギーの目標値を設定する目標値設定手段と、
前記充電スイッチのオン時に前記直流電源から前記直列回路に供給される充電電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段により検出される充電電流を積分することにより、前記充電スイッチのオン期間における前記ピエゾアクチュエータの充電エネルギーを推定する推定手段と、
前記駆動指令が入力されると、予め設定された所定の周期で前記充電スイッチをオンすると共に、前記推定手段により推定される推定値が、前記目標値設定手段により設定された目標値に到達する度に前記充電スイッチをオフする充電スイッチ駆動手段と、
を備えたことを特徴とするピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記電流検出手段により検出される充電電流の積分値を、前記推定値として導出し、
前記充電スイッチ駆動手段は、前記推定手段により導出される積分値が、前記目標値に到達したときに、前記充電スイッチをオフすることを特徴とする請求項１に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項３】
前記目標値設定手段は、前記充電スイッチ駆動手段による１回の充電期間の中で、１回目に前記充電スイッチがオンされる際の目標値が、２回目以降に前記充電スイッチがオンされる際の目標値よりも低くなるように、前記目標値を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項４】
前記目標値設定手段は、前記充電スイッチの各オン期間における目標値が同じとなるように、前記目標値を設定し、
前記充電スイッチ駆動手段が前記充電スイッチをオンする際の周期は、前記充電駆動手段による１回の充電期間の中で、前記充電スイッチが１回又は複数回オンする毎に短くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項５】
前記目標値設定手段は、前記ピエゾアクチュエータに印加される単位時間当たりの電圧の変位量が、前記充電スイッチ駆動手段が前記充電スイッチをオンする際の各周期において同じになるように、前記目標値を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項１】
ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、
該インダクタと前記ピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、充電スイッチを介して直流電源から電源供給を行うための充電経路と、
前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介して前記ピエゾアクチュエータに充電された電荷を放電させるための放電経路と、
前記充電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、
前記放電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第２ダイオードと、
外部から駆動指令が入力されると、前記放電スイッチをオフした状態で前記充電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、前記ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、外部から駆動停止指令が入力されると、前記充電スイッチをオフした状態で前記放電スイッチのオン／オフを繰り返すことにより、前記ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる充放電制御手段と、
を備えたピエゾアクチュエータの駆動装置であって、
前記充放電制御手段は、
当該装置による１回の充電期間の中で前記ピエゾアクチュエータに充電すべき充電エネルギー、及び、前記直流電源の電源電圧に基づいて、前記充電スイッチのオン期間における前記ピエゾアクチュエータの充電エネルギーの目標値を設定する目標値設定手段と、
前記充電スイッチのオン時に前記直流電源から前記直列回路に供給される充電電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段により検出される充電電流を積分することにより、前記充電スイッチのオン期間における前記ピエゾアクチュエータの充電エネルギーを推定する推定手段と、
前記駆動指令が入力されると、予め設定された所定の周期で前記充電スイッチをオンすると共に、前記推定手段により推定される推定値が、前記目標値設定手段により設定された目標値に到達する度に前記充電スイッチをオフする充電スイッチ駆動手段と、
を備えたことを特徴とするピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
前記推定手段は、前記電流検出手段により検出される充電電流の積分値を、前記推定値として導出し、
前記充電スイッチ駆動手段は、前記推定手段により導出される積分値が、前記目標値に到達したときに、前記充電スイッチをオフすることを特徴とする請求項１に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項３】
前記目標値設定手段は、前記充電スイッチ駆動手段による１回の充電期間の中で、１回目に前記充電スイッチがオンされる際の目標値が、２回目以降に前記充電スイッチがオンされる際の目標値よりも低くなるように、前記目標値を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項４】
前記目標値設定手段は、前記充電スイッチの各オン期間における目標値が同じとなるように、前記目標値を設定し、
前記充電スイッチ駆動手段が前記充電スイッチをオンする際の周期は、前記充電駆動手段による１回の充電期間の中で、前記充電スイッチが１回又は複数回オンする毎に短くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【請求項５】
前記目標値設定手段は、前記ピエゾアクチュエータに印加される単位時間当たりの電圧の変位量が、前記充電スイッチ駆動手段が前記充電スイッチをオンする際の各周期において同じになるように、前記目標値を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピエゾアクチュエータの駆動装置。
【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】
【公開番号】特開２００８−５６４９（Ｐ２００８−５６４９Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７３８８３（Ｐ２００６−１７３８８３）
【出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
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