具体实施方式

关于本发明所涉及的具备压电元件的劣化检测电路的驱动装置以及劣化检测方法的实施方式，一边参照附图一边进行说明。另外，通过全部附图以及整个实施方式，对于相同或类似的结构部分附加相同符号。

图1示出了本发明的实施方式所涉及的具备压电元件的劣化检测电路的驱动装置(以下，称为驱动装置)。驱动装置1例如是压力式流量控制装置。驱动装置1包含：压电元件2、控制部3、电源部4、第一连接器5、第二连接器6、第一正端子7、第一负端子8、第二正端子9、第二负端子10、第一电阻11、第二电阻12、第一端子13以及第二端子14。

电源部4包含于控制部3。第一正端子7以及第二正端子9通过电配线电连接。以下，如未特别提以及，连接代表电连接。第一负端子8通过串联连接的第一电阻11以及第二电阻12连接于第二负端子10。压电元件2可以由一个压电体构成，也可以层叠多个压电体而构成。

电源部4输出规定大小的直流电压(以下，简称为电压)。由此，经由第一正端子7以及第一负端子8对第二正端子9以及第二负端子10之间施加规定电压，压电元件2发生变形。由此使变位部(隔膜阀体等)变形或者变位，控制驱动部的动作(阀的开闭等)，例如能够控制气体等的流体的供给。

第一电阻11的两端分别连接于第一端子13以及第二端子14。由此，第一电阻11、第二电阻12、第一端子13以及第二端子14构成劣化检测电路15。第一电阻11以及第二电阻12用于将第二端子14的电压，降低成可以输入至后述的测定装置的电压值的分压电阻。

在图2中示出了包含图1的电源部4、压电元件2、第一电阻11以及第二电阻12的电路的等效电路。将第一电阻11、第二电阻12以及压电元件2的各电阻值分别以R1、R2以及R3表示。第一电阻11、第二电阻12以及压电元件2串联连接，从电源部4向所形成的串联电路的两端供给规定的电压。

未劣化的压电元件2的绝缘电阻非常大，电阻值R3例如是R3＞1×109(Ω)＝1×103(MΩ)。第一电阻11以及第二电阻12使用了具有比未劣化的状态的压电元件2的电阻值R3充分小的电阻值的电阻(R1＜＜R3、R2＜＜R3)。在此，R1＝10kΩ，R2＝39kΩ。

当用V1表示第一端子13以及第二端子14之间的电压时，在图2的电路中流动的电流I成为I＝V1/R1。因此，只要R1＜＜R3、R2＜＜R3，在将电源部4的输出电压值设为V0时，压电元件2的电阻值R3能够利用R3≒V0/I＝V0/(V1/R1)来求出。即，在从电源部4供给规定的电压(V0)的状态下，当测定第一端子13以及第二端子14之间的电压(V1)时，能够根据该测定电压来计算出压电元件2的电阻值。

相对于压电元件2，若长时间以及重复施加电压，则压电元件2会劣化，其绝缘电阻值会降低。因此，使驱动装置1通常动作，在从电源部4供给规定的电压的状态下，通过测定第一端子13以及第二端子14之间的电压，计算出压电元件2的电阻值R3，将所计算出的值(R3)与规定的阈值Rth进行比较，能够判定压电元件2有无劣化。例如，若R3≧Rth，则能够判定为压电元件2并未劣化，若R3＜Rth，则能够判定为压电元件2发生了劣化。

关于上述的压电元件2的劣化的检测方法，更具体进行说明。图3表示在驱动装置1的结构中的、压电元件2的劣化的检测所涉及的结构。参照图3，控制部3控制驱动装置1整体以使其通常动作。控制部3具备CPU(中央处理单元)20、ROM(只读存储器)21、RAM(随机存取存储器)22、I/O部23、总线24以及电源部4而构成。

在I/O部23上连接有外部的测定部25以及信息提示部26。在此，关于劣化检测电路15，仅示出了第一端子13以及第二端子14，其他构成要素并未图示。

CPU20通过执行记录于ROM21的程序，来实现驱动装置1的功能。ROM21例如是可电性写入的非挥发性内存，储存有规定的程序和执行程序方面所需的数据。所需的数据例如是判定的阈值Rth、从电源部4供给至压电元件2的电压值V0、第一电阻11的电阻值R1等。RAM22是挥发性内存，作为CPU20执行程序时的工作区域，另外，用于一次性储存运算结果的值所使用。

I/O部23是用于与控制部3的外部(测定部25以及信息提示部26)交换数据的接口。CPU20经由I/O部23相对于测定部25输出使测定部25开始测定的信号(控制码等。以下，也称为测定开始信号)。I/O部23取得从测定部25输出的数据(测定数据)，并储存于RAM22。另外，I/O部23相对于信息提示部26，输出从CPU20输出的规定的数据。

另外，虽未图示，但是也可以在I/O部23上具备与计算机等的外部装置交换信息的接口。由此，能够经由与外部装置的接口，进行向ROM21的程序以及数据的输入。在不具备与外部装置的接口的情况下，若将ROM21构成为装卸式的话，则通过将ROM21更换成新的即能够更新程序以及参数。另外，也能够使用外部装置来更新卸下的ROM21的数据。

总线24是在CPU20、ROM21、RAM22、I/O部23以及电源部4之间，用于相互更换数据的并联电配线。另外，虽未在图1以及图3中图示，驱动装置1也具备用于使各部同步动作的频率信号发生器等其动作上所需的结构要素。

测定部25的测定端子与劣化检测电路15的第一端子13以及第二端子14连接。当测定部25接收来自CPU20的测定开始信号时，测定第一端子13以及第二端子14之间的电压。测定部25例如是能够测定电压的公知的测试器或数据记录器。

信息提示部26能够提示信息，例如是能够显示正文等的信息的显示装置(液晶面板、LED面板等)，或者点灯装置(LED灯等)。

通过这样构成驱动装置1，能够通过CPU20在规定的时机，从电源部4向压电元件2供给电压，以驱动驱动部。另外，在从电源部4向压电元件2供给电压的状态下，通过CPU20控制测定部25，测定第一端子13以及第二端子14之间的电压(第一电阻11的两端的电压)，如上所述，能够计算出压电元件2的电阻值R3，判定压电元件2有无劣化。

参照图4的流程图，对驱动装置1的压电元件2的劣化的检测方法进行说明。图4的流程图的各步骤在驱动装置1的电源ON(开启)之后，通过CPU20执行从ROM21读取出的规定的程序来实现。在此，CPU20读取出用于使驱动装置1通常动作的控制程序(以下，也称为通常驱动程序)，和与用于检测出压电元件2的劣化的控制程序(以下，也称为检测程序)，同步执行这些控制程序。图4表示检测程序，不包含通常驱动程序。

在检测程序的步骤40中，CPU20进行初始设定。例如，CPU20从ROM21，将规定的阈值(Rth)读出至RAM22，在RAM22确保作为计数器使用的区域，读取储存在ROM 21中的驱动装置1的驱动部被驱动的次数(以下称为驱动次数。例如是控制阀的话，为阀的开闭次数)的值，并作为计数器的初始值设定。计数器通过使用CPU20执行通常驱动程序，驱动装置1的驱动部每驱动一次则增加“1”。另外，在驱动装置1的电源OFF(关闭)时，事先将RAM22的计数器的当前值作为驱动次数，储存于ROM21。

在步骤41中，CPU20判定是否进行由测定部25进行的第一电阻11的电压测定。在判定为进行电压测定的情况下，控制跳转至步骤42，如果不是该情况，控制则跳转至步骤47。电压测定的执行通过判定计数器的值是否超过规定的值来进行。例如超过规定次数(50万次、100万次等)的整数倍的值的话，则判定为执行电压测定。如不是，则判定为不执行电压测定。

在步骤42中，CPU20通过测定部25进行电压测定。具体而言，CPU20在从电源部4向压电元件2供给规定的电压(V0)的情况下，相对于测定部25，经由I/O部23输出测定开始信号。当测定部25接收测定开始信号时，以规定的时间间隔重复进行电压测定。测定部25将测定数据(V1)输出至I/O部23，I/O部23将接收的数据储存于RAM22。

在停止驱动部的动作的情况下，CPU20在停止从电源部4向压电元件2的电压供给之前，相对于测定部25，经由I/O部23输出指示测定停止的控制信号(以下，称为测定停止信号)。当测定部25接收测定停止信号时，停止电压测定。测定部25将测定数据输出至I/O部23的方法是任意的。例如，测定部25即使每当取得测定数据而输出至I/O部23，在测定部25内部的储存部(缓冲器等)也会暂时储存测定数据，当接收测定停止信号时，或者当暂时储存的测定数据的量成为规定量时，汇集而输出至I/O部23。

如上所述，与本检测程序同时地执行通常驱动程序，因此，来自电源部4的电压供给以及其停止能够通过插入等，从通常驱动程序传递至本检测程序。

在步骤43中，CPU20从RAM22读取测定数据(V1)，根据各测定数据V1i(i为数据号码(编号)，i＝1～n)计算出压电元件2的电阻值。具体而言，将电阻的计算值设为Ri，根据Ri＝V0/(V1i/R1)进行计算。V0以及R1为从ROM21读取的值，分别为供给至压电元件2的电压以及第一电阻11的电阻值。计算出的电阻值Ri(i＝1～n)储存于RAM22。

在步骤44中，CPU20从RAM22读取出由步骤43计算出的电阻值Ri(i＝1～n)，计算出用于判定压电元件2有无劣化的评估值(评价值)A。评估值A代表所计算出的电阻值的集合Ri(i＝1～n)的值，例如，Ri(i＝1～n)的平均值、中央值(中位数)等。

在图5中示出了第一电阻11的电阻值的实测结果的一个例子。如后所述，对于三种类(ID1～ID3)的压电元件2的每一个，以两秒间隔，通过数据记录器测定电压。纵轴以及横轴分别表示电压(mV单位)以及时间(秒单位)。图5所示的是100秒间的数据。从图5可知，第一电阻11的电阻值以某程度的幅度变动，因此，相较于将一次测定值与阈值进行比较，优选地，根据从规定时间的多次测定值计算出这些次数的代表值(例如平均值)，将该值与阈值进行比较。

在步骤45中，CPU20从RAM22读取出阈值Rth，判定由步骤44所计算出的评估值A是否小于阈值Rth。如果A＜Rth的话，控制跳转至步骤46，如果不是(A≧Rth)，控制则跳转至步骤47。

在步骤46中，CPU20从ROM21读取出规定的信息，经由I/O部23输出至信息提示部26。规定的信息为表示压电元件2的劣化的可能性的信息。信息提示部26若是液晶显示装置，则为文本数据(“驱动装置的压电元件劣化”、“请更换驱动装置”等)，若信息提示部26是点灯装置，则为指示点灯的信号。能够通过点灯装置的点灯，提示驱动装置的压电元件劣化，需要更换驱动装置。

在步骤S47中，CPU20判定是否进行了结束的指示，在接收到结束的指示的情况下，结束本检测程序，如若不是，控制回到步骤41。结束的指示例如通过驱动装置1的电源开关的OFF(关闭)来进行。

如上所述，在驱动装置1的通常动作中，在向压电元件2施加电压的状态下，通过测定第一电阻11的两端的电压而计算出压电元件2的电阻值，能够判定压电元件2有无劣化。若适当设定阈值Rth，根据驱动装置1的驱动部的驱动次数的增大，通过重复进行电压测定以及劣化的判定，在驱动装置1不正常动作之前，检测出压电元件2发生了劣化，能够推荐压电元件2或具备压电元件2的驱动装置1的更换。

如图5所示，所测定的电压值会发生变动(振动)，因此计算出的压电元件的电阻值也会变动。因此，在将根据一次测定所计算出的电阻值与规定的阈值进行比较而判定劣化的情况下，即使在偶然超过阈值的情况下，也存在发生判定为劣化的错误判定的可能性。与此相对，如上所述，通过将压电元件的计算出的多个电阻值的代表值(例如平均值)与规定的基准(阈值)进行比较，能够抑制错误判定。

在上述中，在步骤41中，说明了通过驱动次数而指定是否进行电压测定的情况，但不限于此。也可以以时间指定是否进行电压测定。在该情况下，驱动装置1从初始开始动作(向压电元件2的电压供给)之后的经过时间，若超过所指定的时间，则判定为进行测定，执行步骤42～45即可。

在上述中，说明了将所测定的多个测定值的代表值(例如平均值)作为评估值使用的情况，但不限于此。也可以将代表值的变化的倾向与规定的基准(阈值)进行比较。例如，也可以计算出代表值的变化的比例(斜率)作为评估值。在这种情况下，如上所述，将每次执行步骤44所计算出的代表值储存于RAM22(在电源OFF(关闭)时，事先储存于ROM21)既可。测定电压而计算出代表值之后，从RAM22读取出过去所计算出的代表值，计算出斜率，将所计算出的斜率作为评估值，与规定的阈值进行比较即可。如后述的实验结果所示，若压电元件2劣化，电阻值R3从未劣化的状态(R3＞1×103(MΩ))，具有某程度的倾斜而持续减少。因此，能够使用代表值的变化(斜率)，判定压电元件2有无劣化。

另外，计算出代表值的变化的倾向的方法使用公知的方法即可。例如，可以根据计算出的连续的两个代表值求出其斜率。另外，对于所计算出的三个以上的代表值，可以适用最小平方法等，求出线性回归(斜率)。

另外，也可以将代表值或代表值的倾向，作为判定条件之一，由此，能够更加准确地检测出压电元件的劣化。

在上述中，已说明串联连接于压电元件2的第一电阻11以及第二电阻12的电阻值R1以及R2为R1＝10kΩ、R2＝39kΩ的情况，但并不限于此。R1以及R2能够配合测定第一电阻11的两端的电压的测定装置的输入范围(想要测定的电阻值的区域)而选定，在计算出压电元件2的电阻值的情况下只要与压电元件2的电阻值R3相比足够小到能够忽略R1和R2的程度即可。

在上述中，说明了从各测定数据V1i，根据Ri＝V0(V1i/R1)(V0是电源部4的输出电压)来计算出压电元件2的电阻值(Ri)的情况，但并不限于此。参照图2，使用第一电阻11的两端的电压的测定值V1，V0＝(R1+R2+R3)×I＝(R1+R2+R3)×(V1/R1)，因此，成为R3＝V0/(V1/R1)-R1-R2。因此，也可以从各测定数据V1i，根据Ri＝V0/(V1i/R1)-R1-R2来计算出压电元件2的电阻值(Ri)。在这种情况下，R1以及R2的值也可以不满足R1＜＜R3、R2＜＜R3。

在上述中，说明了在电源部4的负极侧的输出端和压电元件2之间的电配线上设置劣化检测电路15的情况，但并不限于此。也可以在电源部4的正极侧的输出端和压电元件2之间的电配线上设置劣化检测电路。在这种情况下，第一电阻11、第二电阻12以及压电元件2也串联连接。另外，为了实现与图1所示的电路相同的分压，第二电阻12优选配置得比第一电阻11更靠近电源部4的正极侧。

另外，如图6所示，可以将第一电阻11以及第二电阻12配置于压电元件2的两侧。另外，根据在第一电阻11的两端的电压的测定中使用的测定装置，也可以不设置第二电阻12。

实施例1

以下表示实验结果，表示本发明的有效性。

在图1所示的结构的压力式流量控制装置中，在向压电元件2供给直流电压140V的状态下，测定第一电阻11的两端的电压(第一端子13以及第二端子14之间的电压)，计算出其平均值。第一电阻11以及第二电阻12的电阻值分别设为10kΩ以及39kΩ。在电压测定中，使用测试机(福禄克(FLUKE)公司制造的Digital Multimeter289)以及数据记录器(横河电机公司制造的的Mobile recorder MV200)。

在使用的三台同种类的压电元件的同种的压力式流量控制装置(ID1～ID3)的每一个中，在300万次开闭控制阀之后，使用上述的两个种类的测定装置来测定电压。在表1中表示第一电阻11的测定电压、以及根据其所计算出的压电元件2的电阻值。

【表1】

根据数据记录器的测定条件，测定范围为±20mV、取样时间为两秒。测定电压平均值(mV)为100秒间的测定数据的平均值。图5表示使用数据记录器所测定的100秒间的电压值。从图5可知，根据数据记录器的测定电压的振幅为大约5mV。

实施例2

对于使用不同种类的压电元件的压力式流量控制装置，与实施例1同样地，测定第一电阻11的两端的电压，计算出各个压力式流量控制装置中所使用的压电元件的电阻值。其结果如图7所示。

图7示意性地表示从与各压电元件相关的测定值而计算出的电阻值的变化。在图7中，纵轴表示压电元件的电阻值(计算值)，横轴表示控制阀的驱动时间。随着驱动时间变大，控制阀的开闭次数(向压电元件的电压的施加次数)也增大。实线为具备水分吸附剂的控制阀的测定结果，虚线为未具备水分吸附剂的控制阀的测定结果。从图7的图表可知，压电元件的绝缘电阻值根据种类而有所不同，但是，当任一压电元件都从初期的绝缘电阻(1×1010Ω左右)，驱动时间变长而发生了劣化时，电阻值减少。根据水分吸附剂的有无，压电元件的绝缘电阻值的减少开始的时期不同。可知通过具备水分吸附剂，绝缘电阻值的减少的开始变慢，即压电元件的劣化变慢。

以上，通过说明实施方式而说明本发明，但是，上述的实施方式仅为示例，本发明并不限定于上述的实施方式，能够施加各种变更。