(57)【要約】  駆動装置（１０）は、電圧調整回路（１１）、駆動信号生成回路（１２）、電流制限回路（１３）、および、電圧制御回路（１４）を備える。電圧調整回路（１１）は、電源電圧を調整して駆動用電圧を出力する。駆動信号生成回路（１２）は、駆動用電圧を用いて、圧電ポンプ（２０）の圧電素子への駆動信号を生成する。電流制限回路（１３）は、駆動用電圧に対応する駆動用電流を所定の電流以下に制限し、電流制御用電圧を発生する。電圧制御回路（１４）は、電流制御用電圧に基づいて駆動用電圧を制限する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子の駆動を制御する駆動装置であって、
駆動用電圧を出力する電圧調整回路と、
前記電圧調整回路より出力された前記駆動用電圧が入力され、前記駆動用電圧を用いて、前記圧電素子への駆動信号を生成する駆動信号生成回路と、
前記駆動信号生成回路より出力された前記駆動用電圧に対応する駆動用電流が入力され、前記駆動用電流を所定の電流以下に制限し、電流制御用電圧を発生する電流制限回路と、
前記電流制限回路より出力された前記電流制御用電圧が入力され、前記電流制御用電圧に基づいて前記電圧調整回路に前記駆動用電圧を制御する制御信号を出力する電圧制御回路と、
を備えた駆動装置。
【請求項２】
前記圧電素子の温度を検出して、温度調整用電圧を発生する温度検出部を備え、
前記電圧制御回路は、
前記電流制御用電圧と前記温度調整用電圧とに基づいて、前記駆動用電圧を制御する前記制御信号を出力する、
請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記電圧調整回路、前記駆動信号生成回路、前記電流制限回路、および、前記電圧制御回路は、同一の回路基板に実装される、
請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
温度検出部は、実装型の温度センサ素子を備え、
前記温度センサ素子は、前記回路基板に実装されている、
請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記温度センサ素子は、前記電流制限回路に近接して配置される、
請求項４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記駆動信号生成回路は、自励振型のアナログ回路によって構成されている、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項７】
前記電圧制御回路は、前記駆動信号生成回路に接続される抵抗素子からなる、
請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記電圧制御回路は、前記電流制限回路の出力を用いたデジタル回路である、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の駆動装置と、
前記圧電素子を備える圧電ポンプと、
を備えた流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、圧電ポンプのように、圧電素子を用いた装置が各種実用化されている。【０００３】
特許文献１には、圧電素子の駆動装置が記載されている。特許文献１に記載の駆動装置は、駆動回路部と電流制限回路部を備えている。電流制限回路部は、圧電素子に流れる過電流を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５６９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示す駆動装置では、電流の制限時に、制限した電流に応じた電力が電流制限回路部で消費される。このため、駆動装置では、不要な電力消費が発生してしまう。【０００６】
したがって、本発明の目的は、圧電素子への電流を制限しながら、効率の良い駆動装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の駆動装置は、圧電素子の駆動を制御する駆動装置である。駆動装置は、電圧調整回路、駆動信号生成回路、電流制限回路、および、電圧制御回路を備える。【０００８】
電圧調整回路は、駆動用電圧を出力する。駆動信号生成回路は、電圧調整回路より出力された駆動用電圧が入力され、駆動用電圧を用いて、圧電素子への駆動信号を生成する。電流制限回路は、駆動信号生成回路より出力された駆動用電圧に対応する駆動用電流が入力され、駆動用電流を所定の電流以下に制限し、電流制御用電圧を発生する。電圧制御回路は、電流制限回路より出力された電流制限用電圧が入力され、電流制御用電圧に基づいて電圧調整回路に駆動用電圧を制御する制御信号を出力する。【０００９】
この構成では、電圧制御回路によって駆動用電圧が制御されることで、電流が制限されても、電力の増加が抑制される。【００１０】
また、この発明の駆動装置は、次の構成であることが好ましい。駆動装置は、温度検出部をさらに備える。温度検出部は、圧電素子の温度を検出して、温度調整用電圧を発生する。電圧制御回路は、電流制御用電圧と温度調整用電圧とに基づいて、駆動用電圧を制御する制御信号を出力する。【００１１】
この構成では、圧電ポンプの温度に基づいて駆動用電圧および電流が制御されることによって、圧電ポンプの温度上昇が抑制される。【００１２】
また、この発明の駆動装置は、次の構成であることが好ましい。電圧調整回路、駆動信号生成回路、電流制限回路、および、電圧制御回路は、同一の回路基板に実装される。【００１３】
この構成では、駆動装置が小型になり、安価な製造が可能になる。【００１４】
また、この発明の駆動装置では、温度検出部は、実装型の温度センサ素子を備えていることが好ましい。また、温度センサ素子は、回路基板に実装されている。【００１５】
この構成では、圧電素子を含む圧電ポンプの温度が、間接的に検出される。【００１６】
また、この発明の駆動装置では、温度センサ素子は、電流制限回路に近接して配置されることが好ましい。【００１７】
この構成では、圧電ポンプの温度が正確に検出される。【００１８】
また、この発明の駆動装置では、例えば、駆動信号生成回路は、自励振型のアナログ回路によって構成されていてもよい。【００１９】
この構成では、デジタルＩＣ等を用いることなく、圧電ポンプの駆動回路が構成される。【００２０】
また、この発明の駆動装置では、電圧制御回路は、駆動信号生成回路に接続される抵抗素子からなることが好ましい。【００２１】
この構成では、電圧制御回路を簡素化な構成で実現でき、且つ、自励振型の駆動信号生成回路の不要な発振が抑制される。【００２２】
また、この発明の駆動装置では、例えば、次の構成であってもよい。電圧制御回路は、前記電流制限回路の出力を用いたデジタル回路である。【００２３】
この構成では、デジタル処理によって、駆動信号生成回路の電圧が制限される。【００２４】
また、この発明の流体制御装置では、上述のいずれかに記載の駆動装置と、圧電素子を備える圧電ポンプと、を備える。【００２５】
この構成では、効率の良い流体制御装置が実現される。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、圧電素子への電流を制限しながら、圧電素子に対する駆動効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本発明の第１の実施形態に係る駆動装置１０を含む流体制御装置１の機能ブロック図である。
【図２】図２（Ａ）は、電流制限を行った場合と電流制限を行わない場合での圧電ポンプへの電流と抵抗との関係を示すグラフであり、図２（Ｂ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）での流体制御装置１の総電力を示すグラフである。
【図３】図３（Ａ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）での駆動信号生成回路の出力電圧を示すグラフであり、図３（Ｂ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）での電流制限回路１３の電圧を示すグラフであり、図３（Ｃ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）でのポンプ電流を示すグラフである。
【図４】図４は本発明の第２の実施形態に係る駆動装置１０Ａを含む流体制御装置１Ａの機能ブロック図である。
【図５】図５（Ａ）は、電流、電圧、温度制限を行った場合、および、行わなかった場合の温度の時間変化を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、電流、電圧、温度制限を行った場合、および、行わなかった場合の圧電ポンプ２０の吐出圧力の時間変化を示すグラフである。
【図６】図６は圧電ポンプ２０の効率と圧電ポンプ２０の温度との関係を示すグラフである。
【図７】図７は圧電ポンプ２０の表面温度を回路基板の温度との相関関係を示すグラフである。
【図８】図８は本発明の第３の実施形態に係る駆動装置１０Ｂを含む流体制御装置１Ｂの機能ブロック図である。
【図９】図９は本発明の第３の実施形態に係る駆動装置１０Ｂの一例を示す回路図である。
【図１０】図１０は本発明の第３の実施形態に係る駆動装置１０Ｂにおける駆動信号生成回路１２のメイン駆動回路の一例を示す回路図である。
【図１１】図１１は本発明の第４の実施形態に係る駆動装置１０Ｃを含む流体制御装置１Ｃの機能ブロック図である。
【図１２】図１２は本発明の第５の実施形態に係る駆動装置１０Ｄの一例を示す回路図である。
【図１３】図１３は本発明の第６の実施形態に係る駆動装置１０Ｅの一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１の実施形態に係る駆動装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置１０を含む流体制御装置１の機能ブロック図である。
【００２９】
図１に示すように、流体制御装置１は、駆動装置１０、圧電ポンプ２０、および、電源３０を備える。流体制御装置１は、例えば、搾乳機、ＮＰＷＴ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｗｏｕｎｄ  ｔｈｅｒａｐｙ）デバイス、鼻水吸引機、血圧計等のアプリケーション機器に採用されている。流体制御装置１は、これらの機器以外にも、圧電ポンプ２０によって吸入、吐出される空気等の流体を利用する機器であれば、適用できる。
【００３０】
駆動装置１０と電源３０とは電気的に接続されており、駆動装置１０と圧電ポンプ２０とは電気的に接続されている。電源３０は、例えば、電池である。なお、以下の説明では、複数の機能部の「電気的な接続」を、単に「接続」と記載する。
【００３１】
駆動装置１０は、電源３０からの電圧を用いて、圧電ポンプ２０を駆動する所定電圧および所定電流の駆動信号を生成し、圧電ポンプ２０に出力する。圧電ポンプ２０は、圧電素子を備え、駆動信号に応じて圧電素子が駆動されることによって、流体の吸入、吐出の動作を実現する。
【００３２】
駆動装置１０は、電圧調整回路１１、駆動信号生成回路１２、電流制限回路１３、および、電圧制御回路１４を備える。
【００３３】
電圧調整回路１１は、電源３０、駆動信号生成回路１２、および、電圧制御回路１４に接続されている。駆動信号生成回路１２は、電圧調整回路１１と電流制限回路１３とに接続されており、圧電ポンプ２０に接続されている。電流制限回路１３は、駆動信号生成回路１２と電圧制御回路１４とに接続されている。電圧制御回路１４は、電流制限回路１３と電圧調整回路１１とに接続されている。
【００３４】
電圧調整回路１１は、所謂、昇圧回路、降圧回路、または、昇降圧回路からなる。電圧調整回路１１は、電源３０からの入力電圧を調整して、調整後電圧を駆動信号生成回路１２に出力する。この調整後電圧が、本発明の「駆動用電圧」に対応する。なお、電圧調整回路１１の入力または出力は、直流または交流でもよい。
【００３５】
駆動信号生成回路１２は、例えば、自励振型または他励振型のアナログ回路によって実現される。駆動信号生成回路１２は、調整後電圧を用いて、所定電圧および所定電流で、圧電ポンプ２０の共振周波数に基づいた駆動周波数からなる駆動信号（制御信号）を生成し、圧電ポンプ２０に出力する。
【００３６】
電流制限回路１３は、例えば複数のトランジスタを用いたアナログ回路によって構成される。電流制限回路１３は、駆動信号生成回路１２の電流を制限する。電流制限回路１３は、制限した電流に応じた電圧を、電圧制御回路１４に出力する。なお、この駆動信号生成回路１２から電流制限回路１３に流れる電流が、本発明の「駆動用電流」に対応する。
【００３７】
電圧制御回路１４は、例えば、電流制限回路１３と電圧調整回路１１における調整用電圧を決定する回路部との間に接続された抵抗素子等からなる。電圧制御回路１４は、電流制限回路１３の出力電圧を用いて、制限用の制御電圧を電圧調整回路１１に出力する。制限用の制御電圧は、調整後電圧（電圧調整回路１１の出力電圧）が所定の上限電圧に達しないように電圧調整回路１１の出力電圧を制御するための電圧である。なお、この電流制限回路１３の出力電圧が、本発明の「電流制御用電圧」に対応する。
【００３８】
このような構成によって、駆動装置１０から出力される駆動信号は、電流および電圧が制限された信号となる。したがって、駆動装置１０は、圧電ポンプ２０への過電流および過電圧の供給を抑制できる。これにより、圧電ポンプ２０の駆動効率は向上する。また、圧電ポンプ２０の破損が抑制され、圧電ポンプ２０および流体制御装置１の信頼性は向上する。
【００３９】
図２（Ａ）は、電流制限を行った場合と電流制限を行わない場合での圧電ポンプ２０への電流と抵抗との関係を示すグラフである。図２（Ａ）において、縦軸は、圧電ポンプ２０に供給される電流を表し、横軸は圧電ポンプのインピーダンスを表す。図２（Ｂ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）での流体制御装置１の総電力を示すグラフである。図２（Ｂ）において、縦軸は、流体制御装置に供給される総電力量を表し、横軸は圧電ポンプのインピーダンスを表す。
【００４０】
図３（Ａ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）での駆動信号生成回路１２の出力電圧を示すグラフである。図３（Ｂ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）での電流制限回路の電圧を示すグラフである。図３（Ｃ）は、電流電圧制限を行った場合（本願構成）と電流電圧制限を行わない場合（比較構成）でのポンプ電流を示すグラフである。図３（Ａ）において、縦軸は、電圧調整回路１１の出力電圧（昇圧後電圧：調整後電圧）を表し、横軸は圧電ポンプのインピーダンスを表す。図３（Ｂ）において、縦軸は、電流制限回路１３の電圧を表し、横軸は圧電ポンプのインピーダンスを表す。図３（Ｃ）において、縦軸は、圧電ポンプ２０に供給される電流を表し、横軸は圧電ポンプ２０のインピーダンスを表す。
【００４１】
駆動装置１０に電流制限回路１３を備えることによって、図２（Ａ）に示すように、圧電ポンプ２０に供給される電流を、所定の上限値（図２（Ａ）の場合１００［ｍＡ］）に達しないように制限できる。この上限値は、圧電ポンプ２０および圧電素子の駆動の仕様に応じて設定されており、圧電ポンプ２０および圧電素子が、ポンプとして正常に動作し続ける電流値の上限によって設定されている。これにより、圧電ポンプ２０への過電流が制限される。
【００４２】
さらに、駆動装置１０に電圧制御回路１４を備えることによって、図３（Ａ）に示すように、電流の増加に伴って、駆動信号生成回路１２に供給される電圧が抑制される。これは、駆動信号生成回路１２に流れる電流が上述の上限値を超えると、過電流分が電流制限回路１３に流れ、図３（Ｂ）に示すように、電流制限回路１３の電圧が上昇する。この上昇分の電圧は、電圧制御回路１４に出力され、電圧制御回路１４からは、上昇分の電圧に応じた制御用の制限電圧が電圧調整回路１１に供給される。電圧調整回路１１は、この制御用の制限電圧に応じて、出力電圧（調整後電圧）を低下させる。これにより、駆動信号生成回路１２に供給される電圧が抑制される。
【００４３】
この結果、圧電ポンプ２０に供給される電流と電圧が上限値で制限されることによって、図２（Ｂ）に示すように、流体制御装置１の総電力を抑制できる。
【００４４】
一方で、図３（Ｃ）に示すように、圧電ポンプ２０に供給される電流は、維持されるため、圧電ポンプ２０の出力は維持される。
【００４５】
次に、第２の実施形態に係る駆動装置について、図を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置１０Ａを含む流体制御装置１Ａの機能ブロック図である。
【００４６】
図４に示すように、第２の実施形態に係る駆動装置１０Ａは、第１の実施形態に係る駆動装置１０に対して、電圧制御回路１４Ａ、および、温度検出回路１５を備える点において異なる。駆動装置１０Ａの他の構成は、駆動装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００４７】
図４に示すように、流体制御装置１Ａは、駆動装置１０Ａ、圧電ポンプ２０、および、電源３０を備える。流体制御装置１Ａは、駆動装置１０Ａを備える点で第１の実施形態に係る流体制御装置１と異なり、他の基本的な構成は、流体制御装置１と同様である。
【００４８】
駆動装置１０Ａは、電圧調整回路１１、駆動信号生成回路１２、電流制限回路１３、電圧制御回路１４Ａ、および、温度検出回路１５を備える。
【００４９】
温度検出回路１５は、圧電ポンプ２０の温度を直接または間接的に検出する温度センサを含む。温度検出回路１５は、圧電ポンプ２０の温度に応じた検出電圧を生成して、電圧制御回路１４Ａに出力する。この温度検出回路が、本発明の「温度検出部」に対応し、この検出電圧が、本発明の「温度調整用電圧」に対応する。
【００５０】
電圧制御回路１４Ａは、電流制限回路１３によって制限された電流に応じた電圧と温度検出回路１５からの検出電圧とに基づいて、電圧調整回路１１への制限用の制御電圧を与える。
【００５１】
このような構成とすることによって、圧電ポンプ２０の温度が上限値に達しないように、電圧調整回路１１の出力電圧（調整後電圧）が調整される。
【００５２】
図５（Ａ）は、電流、電圧、温度制限を行った場合、および、行わなかった場合の温度の時間変化を示すグラフである。図５（Ｂ）は、電流、電圧、温度制限を行った場合、および、行わなかった場合の圧電ポンプ２０の吐出圧力の時間変化を示すグラフである。
【００５３】
図５（Ａ）において、横軸は経過時間（分）であり、縦軸は温度である。図５（Ｂ）において、横軸は経過時間（時間）であり、縦軸は圧力（吐出圧力）である。図５（Ａ）、図５（Ｂ）において、太実線は、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行った場合、細実線は、電流制限、および、電圧制限を行い、温度制限を行わなかった場合、破線は、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行わなかった場合を示す。
【００５４】
図５（Ａ）に示すように、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行うことによって、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行わない場合よりも、圧電ポンプ２０の温度の不要な上昇を抑制できる。これによって、図５（Ｂ）に示すように、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行うことによって、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行わない場合よりも、圧電ポンプ２０の吐出圧力の低下の開始時間を遅くできる。すなわち、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行うことによって、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行わない場合よりも、圧電ポンプ２０の吐出圧力をより長く維持できる。
【００５５】
また、図５（Ａ）に示すように、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行うことによって、電流制限、および、電圧制限を行い、温度制限を行わない場合よりも、圧電ポンプ２０の温度の不要な上昇を抑制でき、圧電ポンプ２０の吐出圧力をより長く維持できる。すなわち、圧電ポンプ２０は、高温になると能力が低下してしまうが、温度の不要な上昇を抑制することによって、圧電ポンプ２０の能力低下を抑制できる。
【００５６】
なお、図５（Ａ）に示すように、電流制限、および、電圧制限を行い、温度制限を行わない場合であっても、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行わない場合よりも、圧電ポンプ２０の温度の不要な上昇を抑制でき、圧電ポンプ２０の吐出圧力をより長く維持できる。
【００５７】
また、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行うことによって、圧電ポンプ２０の効率を向上できる。図６は、圧電ポンプ２０の効率と圧電ポンプ２０の温度との関係を示すグラフである。図６において、横軸は圧電ポンプ２０の吐出圧力を表し、縦軸は効率を表す。図６において、太実線は、圧電ポンプ２０の温度が０℃の場合を示し、細実線は、圧電ポンプ２０の温度が２５℃の場合を示し、破線は、圧電ポンプ２０の温度が５０℃の場合を示す。
【００５８】
図６に示すように、圧電ポンプ２０がどのような吐出圧力であっても、圧電ポンプ２０の温度が低いことによって、効率が高くなる。したがって、電流制限、電圧制限、および、温度制限を行うことによって、圧電ポンプ２０の効率を向上できる。
【００５９】
なお、圧電ポンプ２０の温度を直接検出することは容易ではないが、各機能ブロックを構成する回路素子を実装型部品等で実現して回路基板に実装し、電流制限回路１３の温度を測定することによって、圧電ポンプ２０の温度を間接的に検出することができる。この際、温度検出回路１５の温度センサ素子は、電流制限回路１３に近接して配置されていることが好ましい。より具体的には、温度センサ素子は、駆動装置１０Ａを構成する他の回路よりも、電流制限回路１３に近い位置に配置されていることが好ましい。これにより、温度センサ素子の電流制限回路１３に対する温度検出感度が向上し、温度センサ素子は、電流制限回路１３の温度をより正確に測定できる。
【００６０】
図７は、圧電ポンプ２０の表面温度を回路基板の温度との相関関係を示すグラフである。図７において、横軸は圧電ポンプ２０の表面温度を表し、縦軸は回路素子の温度を表す。図７において、実線は温度検出回路１５の温度センサの温度を示し、破線は電流制限回路１３を構成するトランジスタの表面温度を示す。温度センサは、電流制限回路１３を構成するトランジスタの近傍に配置されている。
【００６１】
電流制限回路１３を用いた構成では、図７に示すように、トランジスタの温度と圧電ポンプ２０の温度とは相関関係を有する。さらに、図７に示すように、温度センサの温度と圧電ポンプ２０の温度とは、トランジスタの場合と同様の相関関係を有する。
【００６２】
したがって、圧電ポンプ２０の温度と、電流制限回路１３を構成するトランジスタの温度と、温度検出回路１５の温度センサの温度とは、相関関係を有する。これにより、温度センサによって電流制限回路１３のトランジスタの温度を検出することによって、圧電ポンプ２０の温度を間接的に検出できる。言い換えれば、このような相関関係が得られる程度に、電流制限回路１３のトランジスタに対して、温度センサを配置することによって、圧電ポンプ２０の温度を間接的に検出できる。
【００６３】
次に、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置について、図を参照して説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置１０Ｂを含む流体制御装置１Ｂの機能ブロック図である。
【００６４】
図８に示すように、第３の実施形態に係る駆動装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る駆動装置１０に対して、電流制限回路１３Ｂ、および、電圧制御回路１４Ｂを備える点において異なる。駆動装置１０Ｂの他の構成は、駆動装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【００６５】
図８に示すように、流体制御装置１Ｂは、駆動装置１０Ｂ、圧電ポンプ２０、および、電源３０を備える。流体制御装置１Ｂは、駆動装置１０Ｂを備える点で第１の実施形態に係る流体制御装置１と異なり、他の基本的な構成は、流体制御装置１と同様である。
【００６６】
駆動装置１０Ｂは、電圧調整回路１１、駆動信号生成回路１２、電流制限回路１３Ｂ、および、電圧制御回路１４Ｂを備える。
【００６７】
電流制限回路１３Ｂは、駆動信号生成回路１２における調整後電圧の入力端に接続されている。電圧制御回路１４Ｂは、後述するように、抵抗素子からなる。
【００６８】
このような駆動装置１０Ｂは、例えば、図９、図１０に示すアナログ回路によって実現される。図９は、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置の一例を示す回路図である。なお、図９では、電圧調整回路１１として昇圧回路を用いる場合を示している。
【００６９】
図９に示すように、駆動装置１０Ｂは、電圧調整回路１１、駆動信号生成回路１２、電流制限回路１３Ｂ、電圧制御回路１４Ｂ、および、制御電圧発生ＩＣ１９を備える。駆動信号生成回路１２は、前段回路１２１とメイン駆動回路１２２とを備える。
【００７０】
電圧調整回路１１は、半導体素子Ｑ１、ダイオードＤ１、キャパシタＣ１、キャパシタＣ２、キャパシタＣ３、インダクタＬ１、抵抗素子Ｒ１、抵抗素子Ｒ２、および、抵抗素子Ｒ３を備える。半導体素子Ｑ１は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）によって構成されている。
【００７１】
キャパシタＣ１の一方端は、電源３０に接続され、キャパシタＣ１の他方端は、基準電位との間に接続されている。
【００７２】
インダクタＬ１の一方端は、キャパシタＣ１の一方端に接続され、インダクタＬ１の他方端は、半導体素子Ｑ１のドレインに接続されている。半導体素子Ｑ１のソースは、基準電位（キャパシタＣ１の他方端）に接続されている。半導体素子Ｑ１のゲートには、制御電圧発生ＩＣ１９からのスイッチ制御電圧が印加される。
【００７３】
ダイオードＤ１のアノードは、インダクタＬ１の他方端（半導体素子Ｑ１のドレイン）に接続されており、ダイオードＤ１のカソードは、抵抗素子Ｒ１の一方端およびキャパシタＣ２の一方端に接続されている。
【００７４】
抵抗素子Ｒ１の他方端は、抵抗素子Ｒ２の一方端に接続されるとともに、電圧調整回路１１の出力端子となる。抵抗素子Ｒ２の他方端は、抵抗素子Ｒ３の一方端に接続され、抵抗素子Ｒ３の他方端は、基準電位に接続されている。また、キャパシタＣ２の他方端は、抵抗素子Ｒ２の他方端に接続されている。この接続点は、制御電圧発生ＩＣ１９の昇圧フィードバック用の端子（昇圧用のフィードバック電圧ＶＦＢの印加端子）に接続されている。
【００７５】
キャパシタＣ３の一方端は、電圧調整回路１１の出力端子（抵抗素子Ｒ１の他方端）に接続されており、他方端は、基準電位に接続されている。
【００７６】
このような回路構成によって、昇圧チョッパー回路が実現される。
【００７７】
なお、電源３０には、抵抗素子Ｒ９１の一方端が接続され、抵抗素子Ｒ９１の他方端は、制御電圧発生ＩＣ１９のＶＤＤ端子に接続されている。これにより、制御電圧発生ＩＣ１９に電源供給される。抵抗素子Ｒ９１の他方端には、キャパシタＣ９１の一方端が接続され、キャパシタＣ９１の他方端は、基準電位に接続されている。なお、これら抵抗素子Ｒ９１とキャパシタＣ９１からなる回路は、ノイズ除去用のローパスフィルタであり、省略が可能である。また、制御電圧発生ＩＣ１９のＶｓ端子は、電源３０に接続されている。
【００７８】
なお、電源３０と抵抗素子Ｒ１の他方端との間には、スイッチ素子ＳＷ１が接続されている。スイッチ素子ＳＷ１が開放の場合、電圧調整回路１１が動作し、スイッチ素子ＳＷ１が短絡の場合、電圧調整回路１１は動作しない。このスイッチ素子ＳＷ１は、電源３０の電圧が、圧電ポンプ２０を駆動する所望の電圧よりも低く、昇圧を必要とする回路構成であれば、省略することが可能である。
【００７９】
電流制限回路１３Ｂは、半導体素子Ｑ２、半導体素子Ｑ３、キャパシタＣ４、抵抗素子Ｒ４、および、抵抗素子Ｒ５を備える。半導体素子Ｑ２は、トランジスタであり、半導体素子Ｑ３は、ＦＥＴであるが、これらは、トランジスタであっても、ＦＥＴであってもよい。
【００８０】
抵抗素子Ｒ４の一方端は、電流制限回路１３Ｂの入力端および出力端に対応し、電圧調整回路１１の出力端子、すなわち、抵抗素子Ｒ１の他方端に接続されている。また、抵抗素子Ｒ４の一方端は、駆動信号生成回路１２の入力端に接続されている。
【００８１】
半導体素子Ｑ２のベースは、抵抗素子Ｒ４の他方端に接続されている。半導体素子Ｑ２のエミッタは、半導体素子Ｑ３のゲートに接続されており、コレクタは、キャパシタＣ４を介して、基準電位に接続されている。
【００８２】
半導体素子Ｑ３のドレインは、半導体素子Ｑ２のゲートに接続されている。半導体素子Ｑ３のソースは、基準電位に接続されている。
【００８３】
半導体素子Ｑ２のエミッタと、半導体素子Ｑ３のゲートは、抵抗素子Ｒ５を介して、基準電位に接続されている。
【００８４】
このような構成によって、抵抗素子Ｒ４の一方端側の入力端と出力端との間を流れる電流を制限する電流制限回路が実現される。
【００８５】
電圧制御回路１４Ｂは、抵抗素子Ｒ１０からなる。抵抗素子Ｒ１０の一方端は、電流制限回路１３Ｂの半導体素子Ｑ２のコレクタに接続されている。抵抗素子Ｒ１０の他方端は、電圧調整回路１１における抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３の接続点に接続されている。
【００８６】
このような回路構成とすることによって、駆動信号生成回路１２の入力電流が増加すると、電流制限回路１３Ｂによって、当該入力電流が制限される。これに伴い、電流制限回路１３Ｂの半導体素子Ｑ２のエミッタ電圧が上昇する。
【００８７】
このエミッタ電圧の上昇に伴い、電圧制御回路１４Ｂの抵抗素子Ｒ１０の一方端側の電圧が上昇し、他方端側の電位（制御用の制限電圧）も上昇する。
【００８８】
ここで、電圧調整回路１１の出力電圧（昇圧後電圧）をＶｃとし、昇圧用のフィードバック電圧ＶＦＢとし、電圧制御回路１４Ｂの抵抗素子Ｒ１０の一方端側の電圧をＶｇとし、抵抗素子Ｒ２の抵抗値をＲ２、抵抗素子Ｒ３の抵抗値をＲ３、抵抗素子Ｒ１０の抵抗値をＲ１０とすると、Ｖｃは、以下の式で表される。
【００８９】
（式１）  
Ｖｃ＝（Ｒ２／Ｒ１０）×（ＶＦＢ−Ｖｇ）＋（（Ｒ２／Ｒ３）＋１）×ＶＦＢ
（式１）から、Ｖｇが上昇すると、Ｖｃが低下することが分かる。
【００９０】
すなわち、電流制限を行って上昇した電圧分に応じて、電圧調整回路１１の出力電圧（昇圧後電圧）が低下する。これにより、駆動信号生成回路１２の入力電圧を抑制でき、上述のような、圧電ポンプ２０への電流制限および電圧制限を実現できる。
【００９１】
なお、駆動信号生成回路１２は、一例として、図９、図１０に示す回路によって実現される。図１０は、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置における駆動信号生成回路のメイン駆動回路の一例を示す回路図である。
【００９２】
上述のように、駆動信号生成回路１２は、前段回路１２１とメイン駆動回路１２２とを備える。
【００９３】
図９に示すように、前段回路１２１は、キャパシタＣ２１、キャパシタＣ２２、抵抗素子Ｒ２１、および、抵抗素子Ｒ２２を備える。
【００９４】
抵抗素子Ｒ２１と抵抗素子Ｒ２２とは、直列接続されている。具体的には、抵抗素子Ｒ２１の他方端と抵抗素子Ｒ２２の一方端とは接続されている。抵抗素子Ｒ２１の一方端は、前段回路１２１のＨｉ側の入力端であり、電流制限回路１３Ｂの抵抗素子Ｒ４の一方端に接続されている。抵抗素子Ｒ２２の他方端は、電圧制御回路１４Ｂの抵抗素子Ｒ１０の一方端に接続されている。
【００９５】
キャパシタＣ２１は、抵抗素子Ｒ２１に並列接続されており、キャパシタＣ２２は、抵抗素子Ｒ２２に並列接続されている。
【００９６】
抵抗素子Ｒ２１と抵抗素子Ｒ２２との接続点（中間電位Ｖｍの点）、および、抵抗素子Ｒ２２の他方端側（電位Ｖｇの点）は、メイン駆動回路１２２に接続されている。
【００９７】
図１０に示すように、メイン駆動回路１２２は、オペアンプＵ３１、オペアンプＵ３２、オペアンプＵ４１、オペアンプＵ４２、フルブリッジ回路２２０、キャパシタＣ３１、キャパシタＣ３２、キャパシタＣ３３、キャパシタＣ３４、キャパシタＣ３５、キャパシタＣ３６、抵抗素子Ｒ３１、抵抗素子Ｒ３２、抵抗素子Ｒ３３、抵抗素子Ｒ３４、抵抗素子Ｒ３５、抵抗素子Ｒ３６、抵抗素子Ｒ３７、および、抵抗素子Ｒ４０を備える。
【００９８】
抵抗素子Ｒ３１とキャパシタＣ３１とは、並列接続されている。抵抗素子Ｒ３２とキャパシタＣ３２とは、並列接続されている。抵抗素子Ｒ３３とキャパシタＣ３３とは、並列接続されている。抵抗素子Ｒ３４とキャパシタＣ３４とは、並列接続されている。
【００９９】
オペアンプＵ３１の反転入力端子は、抵抗素子Ｒ３１とキャパシタＣ３１との並列回路の一方端が接続されている。抵抗素子Ｒ３１とキャパシタＣ３１との並列回路の他方端は、圧電ポンプ２０の電流検出用の抵抗素子Ｒ４０の一方端に接続されている。
【０１００】
オペアンプＵ３１の非反転入力端子は、抵抗素子Ｒ３３とキャパシタＣ３３との並列回路の一方端が接続されている。抵抗素子Ｒ３３とキャパシタＣ３３との並列回路の他方端は、圧電ポンプ２０の電流検出用の抵抗素子Ｒ４０の他方端に接続されている。また、オペアンプＵ３１の非反転入力端子は、抵抗素子Ｒ３４とキャパシタＣ３４との並列回路を介して、前段回路１２１の中間電位Ｖｍの点に接続されている。
【０１０１】
オペアンプＵ３１の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗素子Ｒ３２とキャパシタＣ３２との並列回路が接続されている。
【０１０２】
オペアンプＵ３１の出力端子は、抵抗素子Ｒ３５およびキャパシタＣ３６を介して、オペアンプＵ３２の反転入力端子に接続されている。抵抗素子Ｒ３５とキャパシタＣ３６との接続点は、抵抗素子Ｒ３６を介して、電位Ｖｇの点に接続されている。また、抵抗素子Ｒ３５とキャパシタＣ３６との接続点は、キャパシタＣ３５の一方端に接続され、キャパシタＣ３５の他方端は、抵抗素子Ｒ３７の一方端に接続されている。抵抗素子Ｒ３７の他方端は、キャパシタＣ３６におけるオペアンプＵ３２の反転入力端子側に接続されている。
【０１０３】
オペアンプＵ３２の非反転入力端子は、中間電位Ｖｍの点に接続されている。オペアンプＵ３２の出力端子は、オペアンプＵ４１の非反転入力端子およびオペアンプＵ４２の反転入力端子に接続されるとともに、抵抗素子Ｒ３７の一方端に接続されている。
【０１０４】
オペアンプＵ４１の反転入力端子およびオペアンプＵ４２の非反転入力端子は、中間電位Ｖｍの点に接続されている。オペアンプＵ４１の出力端子、および、オペアンプＵ４２の出力端子は、フルブリッジ回路２２０に接続されている。
【０１０５】
フルブリッジ回路２２０は、既知の４個の半導体素子を用いた回路構成からなる。フルブリッジ回路２２０の第１入力端子は、オペアンプＵ４１の出力端子に接続され、第２入力端子は、オペアンプＵ４２の出力端子に接続されている。フルブリッジ回路２２０の第１出力端子と第２出力端子との間には、圧電ポンプ２０と抵抗素子Ｒ４０の直列回路が接続されている。
【０１０６】
この構成によって、自励振型の駆動信号生成回路１２が実現される。この際、駆動信号生成回路１２で生成される駆動信号の共振周波数は、圧電ポンプ２０および駆動信号生成回路１２を構成する各回路素子の回路定数に応じた周波数となる。すなわち、駆動信号生成回路１２を構成する各回路素子の回路定数を適宜設定することによって、所望の駆動周波数で圧電ポンプ２０を駆動させることができる。
【０１０７】
このように、図９、図１０に示す回路構成を用いることによって、アナログ回路によって駆動装置１０Ｂを実現することができる。
【０１０８】
さらに、図９に示す構成では、電圧制御回路１４Ｂを抵抗素子Ｒ１０で構成することによって、電圧調整回路１１と駆動信号生成回路１２とを含む回路の不所望な発振を抑制できる。これにより、駆動信号生成回路１２の共振周波数の不所望なズレを抑制できる。
【０１０９】
また、図９に示す構成では、電流制限回路１３ＢにキャパシタＣ４を備えることによって、駆動信号の周波数成分からなるノイズが半導体素子Ｑ２のコレクタ電圧に重畳しても、このノイズによる不要な発振を抑制できる。
【０１１０】
次に、本発明の第４の実施形態に係る駆動装置について、図を参照して説明する。図１１は、本発明の第４の実施形態に係る駆動装置１０Ｃを含む流体制御装置１Ｃの機能ブロック図である。
【０１１１】
図１１に示すように、第４の実施形態に係る駆動装置１０Ｃは、第２の実施形態に係る駆動装置１０Ａに対して、電圧制御回路１４Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ１６１、Ａ／Ｄコンバータ１６２、および、Ｄ／Ａコンバータ１７を備える点において異なる。駆動装置１０Ｃの他の構成は、駆動装置１０Ａと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【０１１２】
電圧制御回路１４Ｃは、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等のデジタルＩＣによって実現されている。
【０１１３】
Ａ／Ｄコンバータ１６１、および、Ａ／Ｄコンバータ１６２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路であり、Ｄ／Ａコンバータ１７は、デジタル信号をアナログ信号に変換する回路である。
【０１１４】
電流制限回路１３は、制限した電流に応じた電圧を、Ａ／Ｄコンバータ１６１を介して電圧制御回路１４Ｃに出力する。温度検出回路１５は、圧電ポンプ２０の温度に応じた検出電圧を、Ａ／Ｄコンバータ１６２を介して電圧制御回路１４Ｃに出力する。
【０１１５】
電圧制御回路１４Ｃは、電流制限回路１３からの制限した電流に応じた電圧と温度検出回路１５からの検出電圧とに基づいて、電圧調整回路１１への制限用の制御電圧を生成する。電圧制御回路１４Ｃは、制限用の制御電圧を、Ｄ／Ａコンバータ１７を介して電圧調整回路１１に出力する。
【０１１６】
これにより、電圧調整回路１１からの出力電圧（調整後電圧）は制限される。
【０１１７】
このように、電圧制御回路１４Ｃをデジタル回路で構成しても、上述の駆動装置１０Ａと同様に、圧電ポンプ２０への電流制限、電圧制限、および、温度制限を実現できる。
【０１１８】
なお、この構成において、温度検出回路１５およびＡ／Ｄコンバータ１６２を省略することもできる。この場合、第１の実施形態に係る駆動装置１０の電圧制御回路１４をデジタル回路からなる電圧制御回路１４Ｃに置き換えた構成となる。
【０１１９】
次に、本発明の第５の実施形態に係る駆動装置について、図を参照して説明する。図１２は、本発明の第５の実施形態に係る駆動装置１０Ｄの一例を示す回路図である。
【０１２０】
駆動装置１０Ｄは、例えば、図１２、図１０に示すアナログ回路によって実現される。
【０１２１】
図１２に示すように、駆動装置１０Ｄは、図９に示した駆動装置１０Ｂに対して、温度検出回路１５Ｄの回路構成を追加したものである。図１２の電流制限回路１３Ｄは、図９の電流制限回路１３Ｂと同様であり、図１２の電圧制御回路１４Ｄは、図９の電圧制御回路１４Ｂと同様である。駆動装置１０Ｄの他の回路構成は、駆動装置１０Ｂと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【０１２２】
温度検出回路１５Ｄは、温度センサＩＣ１５１、オペアンプＵ５１、キャパシタＣ５１、抵抗素子Ｒ５１、抵抗素子Ｒ５２、および、抵抗素子Ｒ５３を備える。
【０１２３】
オペアンプＵ５１の非反転入力端子は、温度センサＩＣ１５１に接続されている。オペアンプＵ５１の反転入力端子は、抵抗素子Ｒ５１を介して基準電位に接続されている。オペアンプＵ５１の出力端子は、抵抗素子Ｒ５２とキャパシタＣ５１の並列回路を介して、オペアンプＵ５１の反転入力端子に接続されている。オペアンプＵ５１の出力端子は、抵抗素子Ｒ５３を介して、電圧調整回路１１における抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３の接続点に接続されている。
【０１２４】
このような構成とすることによって、温度センサＩＣ１５１から出力される圧電ポンプ２０の温度に応じた検出電圧を含む信号が平滑化され、電圧調整回路１１における抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３の接続点に印加される。
【０１２５】
この場合、電圧調整回路１１の出力電圧（昇圧後電圧）Ｖｃは、以下の（式２）に基づいて制限（調整）される。以下の（式２）において、Ｖｔは、温度検出回路１５Ｄの出力電圧（検出電圧）であり、Ｒ５３は、抵抗素子Ｒ５３の抵抗値である。
【０１２６】
（式２）  
Ｖｃ＝（Ｒ２／Ｒ１０）×（ＶＦＢ−Ｖｇ）＋（Ｒ２／Ｒ５３）×（ＶＦＢ−Ｖｔ）＋（（Ｒ２／Ｒ３）＋１）×ＶＦＢ
このような構成であっても、上述の実施形態と同様に、圧電ポンプ２０への電流制限、電圧制限、および、温度制限が実現でき、上述の実施形態と同様の作用効果を得られる。
【０１２７】
また、この構成では、温度センサＩＣ１５１の検出電圧が平滑化されるので、検出電圧に含まれるノイズが抑制され、より安定した温度制限が実現できる。
【０１２８】
次に、本発明の第６の実施形態に係る駆動装置について、図を参照して説明する。図１３は、本発明の第６の実施形態に係る駆動装置１０Ｅの一例を示す回路図である。
【０１２９】
駆動装置１０Ｅは、例えば、図１３、図１０に示すアナログ回路によって実現される。
【０１３０】
図１３に示すように、駆動装置１０Ｅは、図１２に示した駆動装置１０Ｄに対して、外部入力端子１６を追加したものである。図１３の電流制限回路１３Ｅは、図１２の電流制限回路１３Ｄと同様であり、図１３の電圧制御回路１４Ｅは、図１２の電圧制御回路１４Ｄと同様である。駆動装置１０Ｅの他の回路構成は、駆動装置１０Ｄと同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
【０１３１】
外部入力端子１６は、抵抗素子Ｒ６１を介して、電圧調整回路１１における抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３の接続点に接続されている。外部入力端子１６から入力される外部制御電圧Ｖｕは、抵抗素子Ｒ６１を介して、電圧調整回路１１における抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３の接続点に印加されている。
【０１３２】
この場合、電圧調整回路１１の出力電圧（昇圧後電圧）Ｖｃは、以下の（式３）に基づいて制限（調整）される。以下の（式３）において、Ｖｕは、外部制御電圧であり、Ｒ６０は、抵抗素子Ｒ６１の抵抗値である。
【０１３３】
（式３）  
Ｖｃ＝（Ｒ２／Ｒ１０）×（ＶＦＢ−Ｖｇ）＋（Ｒ２／Ｒ５３）×（ＶＦＢ−Ｖｔ）＋（Ｒ２／Ｒ６０）×（ＶＦＢ−Ｖｕ）＋（（Ｒ２／Ｒ３）＋１）×ＶＦＢ
このような構成であっても、上述の実施形態と同様に、圧電ポンプ２０への電流制限、電圧制限、および、温度制限が実現でき、上述の実施形態と同様の作用効果を得られる。
【０１３４】
また、この構成では、外部制御電圧Ｖｕによって、昇圧後電圧を適宜調整できる。
【０１３５】
なお、上述の電圧調整回路は、昇圧チョッパー回路に限るものでなく、同期整流方式、チャージポンプ方式、リニアレギュレータ方式等の昇圧回路、各種の降圧回路、または、各種の昇降圧回路を用いてもよい。
【０１３６】
また、上述の説明では、駆動装置を構成する各機能ブロックの回路素子を回路基板に実装する態様を記載したが、電圧調整回路、駆動信号生成回路、電流制限回路、および、電圧制御回路は、同一の回路基板に実装されることが好ましい。これにより、駆動装置を小型化でき、安価に製造できる。
【符号の説明】
【０１３７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：流体制御装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ：駆動装置
１１：電圧調整回路
１２：駆動信号生成回路
１３、１３Ｂ、１３Ｄ、１３Ｅ：電流制限回路
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ：電圧制御回路
１５、１５Ｄ：温度検出回路
１６：外部入力端子
１７：Ｄ／Ａコンバータ
１９：制御電圧発生ＩＣ
２０：圧電ポンプ
３０：電源
１２１：前段回路
１２２：メイン駆動回路
１５１：温度センサＩＣ
１６１、１６２：Ａ／Ｄコンバータ
２２０：フルブリッジ回路
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３３、Ｃ３４、Ｃ３５、Ｃ３６、Ｃ４、Ｃ５１、Ｃ９１：キャパシタ
Ｄ１：ダイオード
Ｌ１：インダクタ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３：半導体素子
Ｒ１、Ｒ１０、Ｒ２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４、Ｒ３５、Ｒ３６、Ｒ３７、Ｒ４、Ｒ４０、Ｒ５、Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３、Ｒ６０、Ｒ６１、Ｒ９１：抵抗素子
ＳＷ１：スイッチ素子
Ｕ３１、Ｕ３２、Ｕ４１、Ｕ４２、Ｕ５１：オペアンプ
ＳＷ１：スイッチ素子
【図１】
2019151172.tif 000003
【図２】
2019151172.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019151172.tif 000012
【図１１】
2019151172.tif 000013
【図１２】
2019151172.tif 000014
【図１３】
2019151172.tif 000015
【国際調査報告】
2019151172.tif 000016
2019151172.tif 000017