(57)【要約】  圧電素子用駆動回路（１０）は圧電素子（Ｐ）に駆動信号を印加する。Ｈブリッジ回路（１１）は、第１入力端子および第２入力端子と、圧電素子（Ｐ）にそれぞれ接続する第１出力端子および第２出力端子とを有する。抵抗器（１５）は圧電素子（Ｐ）と第１出力端子との間に接続されている。差動増幅回路（１２）は抵抗器（１５）の両端電圧を入力とする。反転回路（１４）の入力端子は差動増幅回路（１２）の出力端子に接続されている。コンパレータ（１７）の入力端子は反転回路（１４）の入力端子に接続され、コンパレータ（１７）の出力端子は第１入力端子に接続されている。コンパレータ（１８）の入力端子は反転回路（１４）の出力端子に接続され、コンパレータ（１８）の出力端子は第２入力端子に接続されている。
2016009869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子に駆動信号を印加する圧電素子用駆動回路であって、
第１入力端子および第２入力端子と、前記圧電素子にそれぞれ接続する第１出力端子および第２出力端子とを有するＨブリッジ回路と、
前記圧電素子と前記第１出力端子との間に接続された電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗の両端電圧を入力とする差動増幅回路と、
該差動増幅回路の出力端子に入力端子が接続された反転回路と、
前記反転回路の入力端子に入力端子が接続され、前記第１入力端子に出力端子が接続された第１スルーレート上昇回路と、
前記反転回路の出力端子に入力端子が接続され、前記第２入力端子に出力端子が接続された第２スルーレート上昇回路と、を備える、圧電素子用駆動回路。
【請求項２】
前記第１スルーレート上昇回路および前記第２スルーレート上昇回路はデューティ比５０％の矩形波を出力する、請求項１に記載の圧電素子用駆動回路。
【請求項３】
前記第１入力端子と前記第１スルーレート上昇回路の出力端子との間に接続された第１ローパスフィルタと、
前記第２入力端子と前記第２スルーレート上昇回路の出力端子との間に接続された第２ローパスフィルタと、を備える、請求項２に記載の圧電素子用駆動回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の圧電素子用駆動回路により駆動される圧電ポンプを用いて吸引する、吸引装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子に駆動信号を印加する圧電素子用駆動回路およびそれを備える吸引装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電素子用駆動回路として、例えば、特許文献１に記載のものがある。この圧電素子用駆動回路は、Ｈブリッジ回路、差動増幅回路、増幅回路および反転回路を備える。Ｈブリッジ回路は第１制御信号および第２制御信号に基づいて駆動信号を生成する。生成された駆動信号は圧電素子に印加される。差動増幅回路は駆動信号に基づいて差動信号を生成する。増幅回路は差動信号を増幅して出力する。この出力信号は、第１制御信号となるとともに、反転回路によりその位相が反転されて第２制御信号となる。この圧電素子用駆動回路では正のフィードバックがかけられている。これにより、圧電素子をその共振周波数で駆動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０８４７０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以下、本願発明者が検討した事項を説明する。【０００５】
特許文献１に記載の圧電素子用駆動回路は、例えば、圧電ポンプに設けられた圧電素子を駆動するために用いられる。この圧電ポンプの仕事量を大きくしようとすると、圧電素子に印加される駆動電圧を高くする必要がある。駆動電圧が高くなると、耐圧が高い回路部品（ＩＣ、抵抗、コンデンサ等）を圧電素子用駆動回路に使用する必要がある。しかし、耐圧が高い回路部品のサイズは一般的に大きいので、圧電素子用駆動回路の回路面積が大きくなってしまう。【０００６】
また、圧電素子用駆動回路の電源として、多くの場合、乾電池やリチウムイオン２次電池（ＬＩＢ）が用いられる。この場合、駆動電圧を高くしようとすると、昇圧回路により電源電圧を高い電圧まで昇圧し、昇圧された電圧を圧電素子用駆動回路に供給する必要がある。しかし、高い昇圧比で電圧を昇圧すると、昇圧回路の電力変換効率が低下するおそれがある。【０００７】
本発明の目的は、所望の仕事量を得るために必要な駆動電圧を低くすることができる圧電素子用駆動回路、およびそれを備える吸引装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電素子用駆動回路は、圧電素子に駆動信号を印加する。本発明の圧電素子用駆動回路は、Ｈブリッジ回路、電流検出用抵抗、差動増幅回路、反転回路、第１スルーレート上昇回路および第２スルーレート上昇回路を備える。Ｈブリッジ回路は、第１入力端子および第２入力端子と、圧電素子にそれぞれ接続する第１出力端子および第２出力端子とを有する。電流検出用抵抗は、圧電素子と第１出力端子との間に接続されている。差動増幅回路は、電流検出用抵抗の両端電圧を入力とする。反転回路の入力端子は、差動増幅回路の出力端子に接続されている。第１スルーレート上昇回路の入力端子は反転回路の入力端子に接続され、第１スルーレート上昇回路の出力端子は第１入力端子に接続されている。第２スルーレート上昇回路の入力端子は反転回路の出力端子に接続され、第２スルーレート上昇回路の出力端子は第２入力端子に接続されている。【０００９】
この構成では、第１スルーレート上昇回路および第２スルーレート上昇回路により、Ｈブリッジ回路の第１制御信号および第２制御信号のスルーレートが上昇する。このため、圧電素子に印加される駆動信号が矩形波に近くなるので、同じ大きさの駆動電圧（駆動信号の振幅）に対して駆動信号の電圧の平均値が大きくなる。言い換えると、駆動信号の電圧の平均値を変えずに駆動電圧を低くすることができる。一方、圧電ポンプの仕事量は駆動信号の電圧の平均値に対して単調に上昇する。このため、同じ仕事量を得る場合でも、駆動電圧を低くすることができる。【００１０】
尚、電圧の平均値はその波形が囲む面積を示している。同一振幅の他の波形に比べて矩形波は最も平均値が大きくなる。【００１１】
また、駆動電圧が低くなるので、耐圧が低い小型の部品を圧電素子用駆動回路に使用することができる。このため、圧電素子用駆動回路の回路面積を小さくすることできる。また、圧電素子用駆動回路には、昇圧回路で昇圧された電圧が供給されるところ、駆動電圧が低くなるので、昇圧回路の昇圧比を低くすることができる。このため、同じ仕事量を得る場合でも、昇圧回路の電力変換効率を向上させることができる。また、駆動電圧が低くなるので、同じ仕事量を得る場合でも、消費電力を低減することができる。また、消費電力が低くなるので、電池のような圧電素子用駆動回路の電力源、延いては、それを備える吸引装置を小型化および軽量化することができる。【００１２】
本発明の圧電素子用駆動回路では、第１スルーレート上昇回路および第２スルーレート上昇回路はデューティ比５０％の矩形波を出力することが好ましい。この構成では、駆動信号が矩形波となるので、駆動信号の電圧の平均値を変えずに駆動電圧を最小にすることができる。このため、同じ仕事量に対して最も駆動電圧を低くすることができる。【００１３】
本発明の圧電素子用駆動回路は、第１ローパスフィルタおよび第２ローパスフィルタを備えることが好ましい。第１ローパスフィルタは、第１入力端子と第１スルーレート上昇回路の出力端子との間に接続されている。第２ローパスフィルタは、第２入力端子と第２スルーレート上昇回路の出力端子との間に接続されている。【００１４】
駆動信号のレベル（電位）が駆動信号の最大電圧または最小電圧から中点電圧に戻る過程は、圧電ポンプに蓄えられた電荷が放電される過程であるので、その過程で電力が消費されない。本発明の構成では、第１ローパスフィルタおよび第２ローパスフィルタにより駆動信号のレベルが中点電圧となる時間が僅かに生成されるので、消費電力が低減される。一方、駆動信号が僅かに矩形波から変形するだけなので、駆動信号の電圧の平均値は殆ど低下しない。このため、仕事量を殆ど低下させずに、消費電力を低減することができる。【００１５】
本発明の吸引装置は、本発明の圧電素子用駆動回路により駆動される圧電ポンプを用いて吸引する。この構成では、上記の効果を有する吸引装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低い駆動電圧で所望の仕事量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る圧電素子用駆動回路の回路構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る吸引装置のブロック図である。
【図３】駆動信号の電圧の平均値に対する仕事量を示す模式的グラフである。
【図４】昇圧比に対する昇圧回路の電力変換効率を示す模式的グラフである。
【図５】第１の実施形態の圧電素子用駆動回路における信号波形を示す模式図である。
【図６】従来構成の圧電素子用駆動回路における信号波形を示す模式図である。
【図７】図７（Ａ）は、第１の実施形態の圧電素子用駆動回路における駆動信号の波形を示す模式図である。図７（Ｂ）は、従来構成の圧電素子用駆動回路における駆動信号の波形を示す模式図である。
【図８】駆動電圧に対する仕事量を示す模式的グラフである。
【図９】第２の実施形態に係る圧電素子用駆動回路の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１の実施形態に係る圧電素子用駆動回路１０について、図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る圧電素子用駆動回路１０の回路構成図である。圧電素子用駆動回路１０は、Ｈブリッジ回路１１、ＬＰＦ付き差動増幅回路１２、ＢＰＦ付き増幅回路１３、反転回路１４、抵抗器１５，１６およびコンパレータ１７，１８を備える。コンパレータ１７は本発明の「第１スルーレート上昇回路」に相当する。コンパレータ１８は本発明の「第２スルーレート上昇回路」に相当する。
【００１９】
Ｈブリッジ回路１１は、複数のＦＥＴから構成されており、第１入力端子ＩＮ１、第２入力端子ＩＮ２、第１出力端子ＯＵＴ１、第２出力端子ＯＵＴ２を備える。Ｈブリッジ回路１１は、第１入力端子ＩＮ１に入力される第１制御信号のレベル（電位）がスイッチング閾値ＶＴＨ１以上であり、且つ、第２入力端子ＩＮ２に入力される第２制御信号のレベルがスイッチング閾値ＶＴＨ２未満である場合、第１出力端子ＯＵＴ１から出力される第１駆動信号のレベルをＨｉレベルにし、第２出力端子ＯＵＴ２から出力される第２駆動信号のレベルをＬｏｗレベルにする。Ｈブリッジ回路１１は、第１制御信号のレベルがスイッチング閾値ＶＴＨ１未満であり、且つ、第２制御信号のレベルがスイッチング閾値ＶＴＨ２以上である場合、第１駆動信号のレベルをＬｏｗレベルにし、第２駆動信号のレベルをＨｉレベルにする。Ｈブリッジ回路１１は、第１制御信号のレベルがスイッチング閾値ＶＴＨ１以上であり、且つ、第２制御信号のレベルがスイッチング閾値ＶＴＨ２以上である場合、第１駆動信号および第２駆動信号のレベルをＬｏｗレベルにする。Ｈブリッジ回路１１は、第１制御信号のレベルがスイッチング閾値ＶＴＨ１未満であり、且つ、第２制御信号のレベルがスイッチング閾値ＶＴＨ２未満である場合、第１出力端子ＯＵＴ１及び第２出力端子ＯＵＴ２をハイインピーダンスにする。なお、以下では、第１駆動信号と第２駆動信号との差分を単に駆動信号と称する。
【００２０】
第１入力端子ＩＮ１はコンパレータ１７の出力端子に接続する。第２入力端子ＩＮ２はコンパレータ１８の出力端子に接続する。第１出力端子ＯＵＴ１は圧電素子Ｐの第１端子に接続する。第１出力端子ＯＵＴ１と圧電素子Ｐの第１端子との間には、電流検出用抵抗となる抵抗器１５が接続されている。第２出力端子ＯＵＴ２は圧電素子Ｐの第２端子に接続する。第２出力端子ＯＵＴ２と圧電素子Ｐの第２端子との間には、抵抗器１６が接続されている。抵抗器１５，１６は、同じ特性（抵抗値等）を示すものであり、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２とは、電圧は同じで位相が１８０°異なるバランス駆動を行う。
【００２１】
抵抗器１５の両端Ｎ１，Ｎ２はＬＰＦ（ローパスフィルタ）付き差動増幅回路１２の入力端子に接続されている。ＬＰＦ付き差動増幅回路１２は、圧電素子Ｐに印加される駆動電流による抵抗器１５の両端電圧の差動によって動作し、差動信号を出力する。ＬＰＦ付き差動増幅回路１２のローパスフィルタは、圧電素子Ｐの所定振動モードの共振周波数が通過帯域内となり、当該共振周波数の３次高調波以上の周波数が減衰帯域内となるように設定されている。これにより、圧電素子Ｐの所定振動モードにおける共振周波数の高調波成分が抑制される。
【００２２】
ＬＰＦ付き差動増幅回路１２の出力端子はＢＰＦ（バンドパスフィルタ）付き増幅回路１３の入力端子に接続する。ＢＰＦ付き増幅回路１３は、入力された差動信号を決められたゲインで増幅し、出力する。ＢＰＦ付き増幅回路１３のバンドパスフィルタは、圧電素子Ｐの所定振動モードの共振周波数が通過帯域内となり、圧電素子Ｐの所定振動モードと異なる振動モードの共振周波数や共振周波数の２次高調波の周波数が減衰帯域内となるように設定されている。これにより、圧電素子Ｐの所定振動モードと異なる振動モードの共振周波数成分や共振周波数の２次高調波成分が抑制される。
【００２３】
増幅回路１３の出力端子は、コンパレータ１７の入力端子に接続するとともに、反転回路１４の入力端子に接続する。コンパレータ１７の出力端子は、上述のようにＨブリッジ回路１１の第１入力端子ＩＮ１に接続する。反転回路１４の出力端子はコンパレータ１８の入力端子に接続する。コンパレータ１８の出力端子は、上述のようにＨブリッジ回路１１の第２入力端子ＩＮ２に接続する。
【００２４】
反転回路１４は、入力信号の振幅を変化させることなく、その位相を反転して、出力する。コンパレータ１７，１８は、入力信号のレベルが中点電圧ＶＭＣ以上の場合、出力信号のレベルをＨｉレベルにし、入力信号のレベルが中点電圧ＶＭＣ未満の場合、出力信号のレベルをＬｏｗレベルにする。
【００２５】
このような構成により、圧電素子Ｐに印加される駆動信号がフィードバックされて、Ｈブリッジ回路１１の制御信号に利用される。この際、圧電素子Ｐの所定振動モードの共振周波数におけるフィードバック系のゲインを１以上とし、位相角を０°とするように、各回路素子の素子値および特性を設定することで、バルクハウゼンの発振条件を満たし、共振周波数による圧電素子Ｐの駆動が実現される。
【００２６】
図２は吸引装置２０のブロック図である。吸引装置２０は、電池２１、昇圧回路２２、圧電素子用駆動回路１０および圧電ポンプ２３を備える。昇圧回路２２は電池２１の電圧を昇圧して出力する。昇圧回路２２から出力された電圧は圧電素子用駆動回路１０に供給される。圧電素子用駆動回路１０は、上述のように、圧電ポンプ２３の圧電素子Ｐを駆動する。圧電ポンプ２３は圧電素子Ｐの駆動により吸引力を発生させる。
【００２７】
図３は、駆動信号の電圧の平均値に対する仕事量を示す模式的グラフである。ここで、駆動信号の電圧の平均値は、中点電圧を基準として、圧電素子Ｐに印加される駆動信号の波形を半周期に亘って積分し、それを半周期で割ったものである。中点電圧は、信号の最大電圧および信号の最小電圧から等しく離れている電圧（電位）である。仕事量は、圧電ポンプ２３が単位時間当りに流体に対して行う仕事であり、圧電ポンプ２３の吸入口の圧力と吐出口の圧力との差分と、圧電ポンプ２３の吸入口から吐出口へ流れる流量との積で表される。
【００２８】
仕事量は、駆動信号の電圧の平均値が一定以上になると上昇し始め、駆動信号の電圧の平均値が高くなるとともに上昇する。すなわち、仕事量は駆動信号の電圧の平均値に対して単調に上昇している。仕事量の上昇の割合は、駆動信号の電圧の平均値が高い領域で緩やかになる。仕事量は、駆動信号の電圧の平均値が所定範囲内にある場合、駆動信号の電圧の平均値に比例するとみなすことができる。
【００２９】
図４は、昇圧比に対する昇圧回路の電力変換効率を示す模式的グラフである。昇圧比は、昇圧回路２２における入力電圧に対する出力電圧の比である。昇圧回路の電力変換効率は、昇圧回路２２における入力電力に対する出力電力の比である。昇圧回路の電力変換効率は、昇圧比が高くなるにつれて単調に低下している。昇圧回路の電力変換効率の低下の割合は、昇圧比が高い領域で急激になっている。
【００３０】
図５は、圧電素子用駆動回路１０における信号波形を示す模式図である。ＢＰＦ付き増幅回路１３では、上述のように、高調波成分等が抑制される。このため、コンパレータ１７の入力信号は台形波になる。反転回路１４は、上述のように、入力信号に対して位相を反転して出力する。このため、コンパレータ１８の入力信号は、コンパレータ１７の入力信号に対して位相が反転した台形波になる。
【００３１】
コンパレータ１７，１８は、上述のように、入力信号のレベルと入力信号の中点電圧ＶＭＣとを比較して、出力信号のレベルをＨｉレベルまたはＬｏｗレベルにする。このため、コンパレータ１７の出力信号すなわち第１制御信号はデューティ比５０％の矩形波となる。コンパレータ１８の出力信号すなわち第２制御信号は、コンパレータ１７の出力信号に対して位相が反転したデューティ比５０％の矩形波となる。すなわち、コンパレータ１７，１８は入力信号に対する出力信号のスルーレートを上昇させている。なお、反転回路１４のスルーレートがコンパレータ１８と同様に十分大きい場合、コンパレータ１８は不要である。また、圧電素子用駆動回路１０では、圧電素子Ｐの振動態様を反映して、信号波形のうち中点電圧より高い部分と中点電圧より低い部分とが対称的になっている。
【００３２】
Ｈブリッジ回路１１のスイッチング閾値ＶＴＨ１は、第１制御信号のＨｉレベルと第１制御信号のＬｏｗレベルとの間のレベルに設定されている。Ｈブリッジ回路１１のスイッチング閾値ＶＴＨ２は、第２制御信号のＨｉレベルと第２制御信号のＬｏｗレベルとの間のレベルに設定されている。このため、第１駆動信号は第１制御信号と同一の波形および位相を有する。第２駆動信号は第２制御信号と同一の波形および位相を有する。この結果、圧電素子Ｐに印加される駆動信号は、第１制御信号または第２制御信号の振幅に対して２倍の振幅を有するデューティ比５０％の矩形波となる。
【００３３】
図６は、従来構成の圧電素子用駆動回路における信号波形を示す模式図である。従来構成の圧電素子用駆動回路は、コンパレータ１７，１８を備えない点を除いて、圧電素子用駆動回路１０と同様である。スイッチング閾値ＶＴＨ１，ＶＴＨ２は、第１制御信号および第２制御信号に対してＬｏｗレベルに近いレベルに設定されている。従来構成の圧電素子用駆動回路では、第１制御信号および第２制御信号が台形波になる。このため、第１駆動信号のＨｉレベルの期間は第２駆動信号のＬｏｗレベルの期間と異なり、第１駆動信号のＬｏｗレベルの期間は第２駆動信号のＨｉレベルの期間と異なる。この結果、圧電素子Ｐに印加される駆動信号は、階段状にレベルが遷移する表彰台波となる。なお、圧電素子Ｐに印加される駆動信号が矩形波になるようにスイッチング閾値ＶＴＨ１，ＶＴＨ２を調整することは実際的に困難である。
【００３４】
図７（Ａ）は、圧電素子用駆動回路１０における駆動信号の波形を示す模式図である。図７（Ｂ）は、従来構成の圧電素子用駆動回路における駆動信号の波形を示す模式図である。ここで、縦軸は規格化された電圧であり、横軸は規格化された時間である。Ｖｍは駆動信号の中点電圧を表している。
【００３５】
圧電素子用駆動回路１０の駆動信号の電圧の平均値は３である。従来構成の圧電素子用駆動回路の駆動信号の電圧の平均値も３である。すなわち、圧電素子用駆動回路１０と従来構成の圧電素子用駆動回路では、駆動信号の電圧の平均値が等しくなっている。一方、上述のように、圧電ポンプ２３の仕事量は駆動信号の電圧の平均値に対して単調に上昇する。このため、圧電素子用駆動回路１０を備える吸引装置２０と従来構成の圧電素子用駆動回路を備える吸引装置とでは、圧電ポンプ２３の仕事量が等しくなっている。また、圧電素子用駆動回路１０の駆動電圧（駆動信号の振幅）は３である。従来構成の圧電素子用駆動回路の駆動電圧は５である。すなわち、圧電素子用駆動回路１０の駆動電圧は、従来構成の圧電素子用駆動回路の駆動電圧より低くなっている。
【００３６】
このため、圧電素子用駆動回路１０では、従来構成の圧電素子用駆動回路に比べて、同じ仕事量を得る場合でも、駆動電圧を低くすることができる。また、駆動電圧が低くなると、昇圧回路２２の昇圧比を低く設定することができる。上述のように、昇圧回路２２の昇圧比が低くなると、昇圧回路２２の電力変換効率が高くなる。このため、圧電素子用駆動回路１０では、従来構成の圧電素子用駆動回路に比べて、同じ仕事量を得る場合でも、昇圧回路２２の電力変換効率を高く維持することができる。
【００３７】
図８は、駆動電圧に対する仕事量を示す模式的グラフである。実線は吸引装置２０の特性を示し、破線は従来構成の吸引装置の特性を示している。従来構成の吸引装置は、圧電素子用駆動回路１０の代わりに従来構成の圧電素子用駆動回路を用いることを除いて、吸引装置２０と同様である。
【００３８】
吸引装置２０における仕事量は、駆動電圧が一定以上になると上昇し始め、駆動電圧が高くなるとともに上昇する。すなわち、仕事量は駆動電圧に対して単調に上昇している。仕事量の上昇の割合は、駆動電圧が高い領域で緩やかになる。従来構成の吸引装置における仕事量は、吸引装置２０の場合と同様に駆動電圧に対して単調に上昇している。しかし、従来構成の吸引装置における仕事量の上昇の割合は、吸引装置２０の場合に比べて緩やかである。
【００３９】
吸引装置２０では、従来構成の吸引装置に比べて、同じ仕事量で駆動電圧が低くなっている。言い換えると、吸引装置２０では、従来構成の吸引装置に比べて、同一の大きさの駆動電圧で仕事量が大きくなっている。これは、上述のように、圧電素子用駆動回路１０において、従来構成の圧電素子用駆動回路に比べて、低い駆動電圧で同一の駆動信号の電圧の平均値を得ることができるからである。
【００４０】
第１の実施形態では、コンパレータ１７，１８により台形波をデューティ比５０％の矩形波にすることで、圧電素子Ｐに印加される駆動信号をデューティ比５０％の矩形波にする。この駆動信号の電圧の平均値は、駆動電圧が同一である駆動信号の中で最大となる。言い換えると、駆動信号の電圧の平均値を変えずに駆動電圧を低くすることができる。一方、上述のように、圧電ポンプ２３の仕事量は駆動信号の電圧の平均値に対して単調に上昇する。このため、同じ仕事量を得る場合でも、駆動電圧を低くすることができる。なお、上述のように、圧電ポンプ２３の仕事量は圧電ポンプ２３の圧力と流量との積であるので、圧電ポンプ２３の圧力や流量を低下させず、駆動電圧を低くすることもできる。
【００４１】
また、駆動電圧延いては昇圧回路２２の昇圧比が低くなるので、圧電素子用駆動回路１０や昇圧回路２２に、耐圧が低い小型の部品を使用することができる。延いては、圧電素子用駆動回路１０や昇圧回路２２の回路面積を小さくすることできる。また、上述のように、昇圧回路２２の昇圧比が低くなると、昇圧回路２２の電力変換効率が高くなる。このため、同じ仕事量を得る場合でも、昇圧回路２２の電力変換効率を向上させることができる。
【００４２】
また、駆動電圧が低くなるので、同じ仕事量を得る場合でも、消費電力を低減することができる。さらに、消費電力が低くなるので、圧電素子用駆動回路１０の電力源である電池２１を小型化および軽量化することができる。延いては、電池２１はサイズおよび重量において吸引装置２０の大きな割合を占めるので、吸引装置２０を小型化および軽量化することができる。
【００４３】
なお、矩形波からなる駆動信号には、仕事量の上昇に寄与せず、電力を消費するだけの高調波成分が含まれる。このため、駆動信号を矩形波にすることによる電力損失に比べて、駆動電圧が高くなることによる電力損失が大きい場合、本発明の効果がより顕著となる。
【００４４】
《第２の実施形態》
本発明の第２の実施形態に係る圧電素子用駆動回路３０について、図を参照して説明する。図９は本発明の第２の実施形態に係る圧電素子用駆動回路３０の回路構成図である。コンパレータ１７の出力端子とＨブリッジ回路１１の第１入力端子ＩＮ１との間には、ローパスフィルタ３１が接続されている。コンパレータ１８の出力端子とＨブリッジ回路１１の第２入力端子ＩＮ２との間には、ローパスフィルタ３２が接続されている。ローパスフィルタ３１は本発明の「第１ローパスフィルタ」に相当する。ローパスフィルタ３２は本発明の「第２ローパスフィルタ」に相当する。圧電素子用駆動回路３０のその他の構成は、第１の実施形態の圧電素子用駆動回路１０の構成と同様である。
【００４５】
ローパスフィルタ３１，３２により圧電素子Ｐの共振周波数の高調波成分が除去されることで、第１制御信号および第２制御信号は僅かに台形波となる。このため、圧電素子Ｐに印加される駆動信号には、レベルが中点電圧となる時間が僅かに生成される。
【００４６】
駆動信号のレベルが駆動信号の最大電圧または最小電圧から中点電圧に戻る過程は、圧電ポンプ２３に蓄えられた電荷が放電される過程であるので、その過程で電力が消費されない。第２の実施形態では、上述のように、駆動信号のレベルが中点電圧を介して遷移するので、消費電力が低減される。一方、駆動信号は、僅かに表彰台波になるだけなので、駆動信号の電圧の平均値は殆ど低下しない。このため、圧電ポンプ２３の仕事量を殆ど低下させずに、消費電力を低減することができる。
【００４７】
なお、上記の実施形態の圧電素子用駆動回路はコンパレータ１７，１８を備えるが、本発明の圧電素子用駆動回路はこれに限定されない。本発明の圧電素子用駆動回路はコンパレータ１７，１８の代わりにインバータを備えてもよい。
【００４８】
また、上記の実施形態では、コンパレータ１７，１８により第１制御信号および第２制御信号が矩形波となるが、本発明はこれに限定されない。本発明では、スルーレート上昇回路により第１制御信号および第２制御信号のスルーレートが上昇すればよい。この場合でも、圧電素子に印加される駆動信号が矩形波に近くなるので、本発明の効果をある程度得ることができる。
【００４９】
また、第２の実施形態の圧電素子用駆動回路はローパスフィルタ３１，３２を備えるが、本発明の圧電素子用駆動回路はこれに限定されない。本発明の圧電素子用駆動回路はローパスフィルタ３１，３２の代わりにバンドパスフィルタを備えてもよい。この場合でも、第１制御信号および第２制御信号を僅かに台形波にすることができる。
【００５０】
また、上記の実施形態では、ＢＰＦ付き増幅回路１３で高調波成分等が抑制されるので、コンパレータ１７の入力信号が台形波になる。しかし、差動増幅回路１２のローパスフィルタや増幅回路１３のバンドパスフィルタが設けられない場合でも、抵抗器１５の両端電圧の波形は必ずしも矩形波にならないので、コンパレータ１７，１８の入力信号は矩形波から変形したものになる。このため、差動増幅回路１２のローパスフィルタや増幅回路１３のバンドパスフィルタが設けられない場合でも、本発明は有用である。
【符号の説明】
【００５１】
ＩＮ１…第１入力端子
ＩＮ２…第２入力端子
ＯＵＴ１…第１出力端子
ＯＵＴ２…第２出力端子
Ｐ…圧電素子
１０，３０…圧電素子用駆動回路
１１…Ｈブリッジ回路
１２…ＬＰＦ付き差動増幅回路
１３…ＢＰＦ付き増幅回路
１４…反転回路
１５…抵抗器（電流検出用抵抗）
１６…抵抗器
１７…コンパレータ（第１スルーレート上昇回路）
１８…コンパレータ（第２スルーレート上昇回路）
２０…吸引装置
２１…電池
２２…昇圧回路
２３…圧電ポンプ
３１…ローパスフィルタ（第１ローパスフィルタ）
３２…ローパスフィルタ（第２ローパスフィルタ）
【図１】
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【図２】
2016009869.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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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月16日(2016.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子に駆動信号を印加する圧電素子用駆動回路であって、
第１入力端子および第２入力端子と、前記圧電素子にそれぞれ接続する第１出力端子および第２出力端子とを有するＨブリッジ回路と、
前記圧電素子と前記第１出力端子との間に接続された電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗の両端電圧を入力とする差動増幅回路と、
該差動増幅回路の出力端子に入力端子が接続された反転回路と、
前記反転回路の入力端子に入力端子が接続され、前記第１入力端子に出力端子が接続された第１スルーレート上昇回路と、
前記反転回路の出力端子に入力端子が接続され、前記第２入力端子に出力端子が接続された第２スルーレート上昇回路と、を備える、圧電素子用駆動回路。
【請求項２】
前記第１スルーレート上昇回路および前記第２スルーレート上昇回路はデューティ比５０％の矩形波を出力する、請求項１に記載の圧電素子用駆動回路。
【請求項３】
前記第１スルーレート上昇回路および前記第２スルーレート上昇回路には台形波が入力され、前記第１スルーレート上昇回路および前記第２スルーレート上昇回路は前記台形波の中点電圧に閾値を有する、請求項１または２に記載の圧電素子用駆動回路。
【請求項４】
前記第１入力端子と前記第１スルーレート上昇回路の出力端子との間に接続された第１ローパスフィルタと、
前記第２入力端子と前記第２スルーレート上昇回路の出力端子との間に接続された第２ローパスフィルタと、を備える、請求項２に記載の圧電素子用駆動回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧電素子用駆動回路により駆動される圧電ポンプを用いて吸引する、吸引装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の圧電素子用駆動回路では、第１スルーレート上昇回路および第２スルーレート上昇回路はデューティ比５０％の矩形波を出力することが好ましい。この構成では、駆動信号が矩形波となるので、駆動信号の電圧の平均値を変えずに駆動電圧を最小にすることができる。このため、同じ仕事量に対して最も駆動電圧を低くすることができる。
本発明の圧電素子用駆動回路では、１スルーレート上昇回路および第２スルーレート上昇回路には台形波が入力され、第１スルーレート上昇回路および第２スルーレート上昇回路は前記台形波の中点電圧に閾値を有することが好ましい。
【国際調査報告】
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