(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を駆動するドライバ回路であって、
少なくとも、その一端が電源に接続され他端がスイッチを介して地絡されている一次側巻線と、二次側の巻線とより成るトランスと、
該トランスの二次側に接続された圧電素子と、
ダイオードとツェナーダイオードとが直列に接続されたものが該一次側巻線に並列に接続されたものであって、該ダイオードのアノードが前記スイッチ側に、該ツェナーダイオードのアノードが前記電源側に接続されるか、あるいは該ダイオードのカソードが前記電源側に、該ツェナーダイオードのカソードが前記スイッチ側に接続された構成とし、
前記スイッチのＯＮ時間を、前記圧電素子の共振波形の周期の半分とし、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計を、前記電源の電圧と一致させたことを特徴とする圧電素子ドライバ。
【請求項２】
圧電素子を駆動するドライバ回路であって、
少なくとも、その一端が電源に接続され他端がスイッチを介して地絡されている一次側巻線と、二次側の巻線とより成るトランスと、
該トランスの二次側に接続された圧電素子と、
ダイオードとツェナーダイオードとが直列に接続されたものが該一次側巻線に並列に接続されたものであって、該ダイオードのアノードが前記スイッチ側に、該ツェナーダイオードのアノードが前記電源側に接続されるか、あるいは該ダイオードのカソードが前記電源側に、該ツェナーダイオードのカソードが前記スイッチ側に接続された構成とし、
前記スイッチのＯＮ時間を、前記圧電素子の共振波形の周期の半分とし、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計を、前記電源の電圧の半分としたことを特徴とする圧電素子ドライバ。
【請求項３】
前記ツェナーダイオードに並列に接続された第２のスイッチを更に設け、
該第２のスイッチは、前記スイッチをＯＮする前にＯＮしておき、
前記スイッチのＯＮ時間を、前記圧電素子の共振波形の周期の１／２とし、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計を、前記電源の電圧と一致させ、前記スイッチがＯＦＦとなってから前記周期の１／２の時間経過後に、前記第２のスイッチをＯＦＦすることを特徴とする請求項１記載の圧電素子ドライバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子ドライバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の圧電素子ドライバの回路構成の一例を示す図である。
圧電素子ドライバは、例えば超音波流量計／レベル計等において超音波パルスを発生する素子である圧電素子を駆動する（電圧を印加して振動させる）為の駆動回路であり、一般的には圧電素子の共振周波数と同一の周波数の電圧を印加する方法が知られているが、本発明の発明者等においては立ち上がりのインパルス電圧によって駆動する方法を発見しており、この駆動回路を図８に示す。
【０００３】
同図において、圧電素子１１は、トランス１２の二次巻線１２ｂ側に接続され、トランス１２で昇圧された電圧により駆動される。トランス１２の一次巻線１２ａは、コンデンサ１３と抵抗１５を介して電源１６に接続されている。コンデンサ１３と抵抗１５の接続点は、スイッチ１４により地絡できるようになっている。尚、トランス１２の一次巻線１２ａのインダクタンスはＬ1 、コンデンサ１３の容量はＣ1 、抵抗１５の抵抗値はＲ1 、電源１６の電圧はＶ1 とする。
【０００４】
上記圧電素子ドライバの動作について、図９を参照して説明する。
通常は、スイッチ１４はＯＦＦ状態である。このとき、コンデンサ１３には、抵抗１５を介して、電源１６の電圧Ｖ1 がチャージされている。コンデンサ１３により直流電流がカットされているので、トランス１２の一次巻線１２ａには電流が流れない。よって、二次巻線１２ｂには電圧は発生せず、圧電素子１１には電圧は印加されていない。
【０００５】
圧電素子１１をドライブするときには、不図示の制御部からの駆動制御信号によってスイッチ１４がｔon時間だけオンされる（図９（ａ））。スイッチ１４がオンした瞬間、コンデンサ１３のスイッチ１４側の電圧は、０（Ｖ）となる（地絡される）。
【０００６】
その結果、トランス１２の一次巻線１２ａには電圧Ｖ1 が印加される。トランス１２の一次巻線と二次巻線の巻数比（１：Ｎ）とすると、スイッチ１４がオンした瞬間、二次巻線１２ｂにはインパルス的に図９（ｂ）に示すようなＶ2 ＝−Ｎ×Ｖ1 の電圧が発生して、圧電素子を駆動する。その後は、図示の通り、トランスの一次巻線１２ａのインダクタンスＬ1 とコンデンサ１３の容量Ｃ1 とにより決定する共振周波数ｆ（次式）で振動しながら減衰していく。
【０００７】
【数１】
0003855625.tif 000002
【０００８】
尚、図９（ａ）に示す通り、スイッチ１４は、オン制御された後、ｔon時間にＯＦＦ制御される。スイッチ１４がＯＦＦすると、コンデンサ１３は、抵抗１５を介する電源１６の電圧Ｖ1 によりチャージされ始めるが、一般的にはエネルギーを徐々に蓄えるようにコンデンサ１３の容量Ｃ1 と抵抗１５の抵抗値Ｒ1 による時定数Ｃ1 ×Ｒ1 は、前記共振周波数ｆよりはるかに大きく設定してあるので、図９（ｂ）に示す波形にはほとんど影響しない。
【０００９】
上記回路構成では、高電圧となる二次巻線１２ｂ側を直接スイッチング制御しないので、簡単な構成で、圧電素子に数千ボルトの電圧を印加することができる。圧電素子ドライバは、例えば超音波流量計／レベル計等の超音波パルスを発生させる用途に用いられるが、上記回路は、特にガス管等の気体の流量を測定する流量計のような数千ボルト級の高電圧向け用途に適している。但し、本発明の適用範囲が、このような用途に限定されるというわけではない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の回路では、スイッチ１４をオンした瞬間に発生するインパルス電圧が、あらゆる周波数を含むので、様々な共振周波数の圧電素子をドライブできるのであるが、その後の周波数ｆで振動（減衰）する電圧も圧電素子に印加されてしまう。その結果、この周波数ｆと圧電素子の共振周波数があっていない場合には、圧電素子の振動波形に歪みを生じてしまう。
【００１１】
この為、通常は、このｆと圧電素子の共振周波数を一致させるのだが、そうするとｆの共振周波数の圧電素子しかドライブできなくなってしまう。
複数種類の（すなわち、共振周波数が異なる）圧電素子をドライブする為には、各圧電素子の共振周波数に応じた値のＬ／Ｃ回路をそれぞれ用意して、その時々でドライブする圧電素子に対応するＬ／Ｃ回路に切換える回路構成とする必要があり、回路が冗長化してしまう。
【００１２】
また、従来の回路においても、上記一般的に知られている手法と同様に、圧電素子間で送受信される波形（例えば超音波パルス波形）は、後述する図４（ｂ）に示すような、波数が多く、振幅がなだらかに増減する波形である（理論的には未だはっきりしていないが、立ち上がりのインパルス電圧一発でこのような波形となることは、本発明の発明者が実際に確認している）。このような波形に関しては、従来より一般的に、トリガが掛かるタイミングがズレる可能性があることが知られており、これを避けるために、波数を少なくしたり、トリガを掛けるべき波とその前後の波との振幅差を大きくすることが要望されている。
【００１３】
本発明の課題は、圧電素子の共振周波数に依らずに単一のパルスで圧電素子を駆動でき、またこの単一のパルスのパルス幅を自由に設定できることより、例えば受信側で正常なタイミングでトリガを掛けるのに適した波形を生成できる圧電素子ドライバ、その駆動方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧電素子ドライバは、圧電素子を駆動するドライバ回路であって、少なくとも、その一端が電源に接続され他端がスイッチを介して地絡されている一次側巻線と、二次側の巻線とより成るトランスと、該トランスの二次側に接続された圧電素子と、ダイオードとツェナーダイオードとが直列に接続されたものが該一次側巻線に並列に接続されたものであって、該ダイオードのアノードが前記スイッチ側に、該ツェナーダイオードのアノードが前記電源側に接続されるか、あるいは該ダイオードのカソードが前記電源側に、該ツェナーダイオードのカソードが前記スイッチ側に接続された構成とし、前記スイッチのＯＮ時間、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧、及び前記ダイオードの順方向電圧を、前記圧電素子の共振波形に応じて設定する。
【００１５】
上記構成とすることにより、圧電素子の共振波形に依らずに単一のパルスで圧電素子を駆動できるようになる。
更に、上記の様に、前記スイッチのＯＮ時間、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧、及び前記ダイオードの順方向電圧を、前記圧電素子の共振波形に応じて設定することにより、様々な効果を奏する。
【００１６】
例えば、前記スイッチのＯＮ時間を、前記圧電素子の共振波形の周期の半分とし、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計を、前記電源の電圧と一致させるように設定することにより、数度に渡り圧電素子の共振波形を強化（加速）させることができ、従来より強く圧電素子を駆動できるようになる。
【００１７】
また、例えば、前記スイッチのＯＮ時間を、前記圧電素子の共振波形の周期の半分とし、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計を、前記電源の電圧の半分とするように設定することにより、圧電素子の共振波形を、加速した後減速するように駆動制御できる。このようにすると、波の数が少なく且つその前後の波との振幅差が大きい波を生成することができ、この波にトリガを掛けるようにすれば、例えば伝播時間等を正確に測定することができるようになる。
【００１８】
次に、本発明による他の圧電素子ドライバは、上記圧電素子ドライバにおいて、更に、前記ツェナーダイオードに並列に接続された第２のスイッチを設けた構成であり、該第２のスイッチは、前記スイッチをＯＮする前にＯＮしておき、前記スイッチをＯＦＦした後所定時間遅れてＯＦＦ制御される。
【００１９】
そして、例えば、前記スイッチのＯＮ時間を、前記圧電素子の共振波形の周期の１／２とし、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記ダイオードの順方向電圧の合計を、前記電源の電圧と一致させ、前記スイッチがＯＦＦとなってから前記周期の１／２の時間経過後に、前記第２のスイッチをＯＦＦするように設定／制御することにより、圧電素子の共振波形を、加速した後により強力に減速することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本例による圧電素子ドライバの回路構成の一例を示す図である。
【００２３】
図１（ａ）に示す回路では、圧電素子１は、トランス二次巻線２ｂに接続され、トランス２で昇圧された電圧（圧電素子印加電圧Ｖ2 ）により駆動される。
トランス一次巻線２ａは、その一端が電源４に接続され、他端がスイッチ３により地絡できる構成となっている。
【００２４】
そして、ダイオード５とツェナーダイオード６が直列に接続されたものが、トランス一次巻線２ａに並列に接続されており、ツェナーダイオード６のアノードが電源４側に、ダイオード５のアノードがスイッチ３側に接続されている。
【００２５】
図１（ｂ）は他の回路構成例を示す図であり、その動作は図１（ａ）の回路と同じである。
図１（ｂ）に示す回路でも、圧電素子１は、トランス二次巻線２ｂに接続され、トランス２で昇圧された電圧により駆動され、トランス一次巻線２ａは、その一端が電源４に接続され、他端がスイッチ３により地絡できる構成となっている。
【００２６】
図１（ｂ）に示す回路では、ダイオード５とツェナーダイオード６の接続構成が、図１（ａ）と異なっている。すなわち、ダイオード５とツェナーダイオード６が直列に接続されたものが、トランス一次巻線２ａに並列に接続されており、ダイオード５のカソードが電源４側に、ツェナーダイオード６のカソードがスイッチ３側に接続されている。
【００２７】
尚、図１（ａ）、（ｂ）とも、トランス２の一次巻線２ａのインダクタンスはＬ1 、電源４の電圧はＶ1 、ダイオード５の順方向電圧ＶF 、ツェナーダイオード６のツェナー電圧はＶz とする。また、トランス２の一次巻線と二次巻線の巻数比は１：Ｎとする
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の回路の動作の一例を説明する為の図である。
【００２８】
尚、上記の通り、図１（ａ）と図１（ｂ）の動作は同じである。
まず、通常、スイッチ３はＯＦＦ状態である。この状態では、トランス一次巻線２ａには電流は流れないので、トランス二次巻線２ｂには電圧は発生しない。よって、圧電素子１は駆動されない。
【００２９】
圧電素子１を駆動するときには、不図示の制御部により、スイッチ３をｔon時間だけＯＮする（図２（ａ））。スイッチ３がＯＮされた瞬間から、トランス一次巻線２ａには、図２（ｂ）に示すように、時間と共に傾きＶ1 ／Ｌ1 で増加する電流Ｉ1 が流れ始める。このとき、トランス二次巻線２ｂには、圧電素子印加電圧Ｖ2 として一定電圧Ｎ・Ｖ1 が発生し、圧電素子１に印加される。
【００３０】
ｔon時間後、スイッチ３がＯＦＦされると、トランス一次巻線２ａには逆起電力が発生し、ダイオード５を通して転流電流が流れる。このとき、トランス一次巻線２ａに流れる電流Ｉ1 は、トランス二次巻線２ｂの負荷が圧電素子１のみであるのでほぼ無視できるので、スイッチがＯＦＦした瞬間から連続的に、傾き−（Ｖz ＋ＶF ）／Ｌ1 で減少していく（Ｖz ；ツェナーダイオード６のツェナー電圧、ＶF ；ダイオード５の順方向電圧）。
【００３１】
トランス二次巻線２ｂには、電流Ｉ1 が０（ゼロ）になるまで逆起電力−Ｎ・（Ｖz ＋ＶF ）が発生する。その時間ｔb は、ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ）となる。
【００３２】
この結果、圧電素子１には、図２（ｃ）に示すように、幅ｔon、電圧Ｎ・Ｖ1 のパルス電圧と、幅ｔb ＝ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ）、電圧＝−Ｎ・（Ｖz ＋ＶF ）のパルス電圧が印加される。このパルス電圧には、従来のようなＬとＣで決まる共振波形は発生しないので、純粋にパルス電圧で圧電素子１を駆動できる。これにより、圧電素子１の振動波形に余計な歪みが生じないようになる。
【００３３】
次に、上記回路の応用について説明する。
上記ドライバ回路を用いれば、上述した不図示の制御部からの制御信号により、上記幅ｔon、電圧Ｎ・Ｖ1 のパルス電圧のパルス幅ｔonを、圧電素子１の共振周波数に応じて自由に変えることができる。また、上記幅ｔb ＝ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ）、電圧＝−Ｎ・（Ｖz ＋ＶF ）のパルス電圧のパルス幅も、Ｖz 、ＶF の値の設定の仕方により、圧電素子１の共振周波数に応じて自由に変えることができる。
【００３４】
これにより圧電素子１から発信されるパルス（超音波パルス等）の波形を、特に超音波流量計等の用途において測定に適した形にすることができるようになる。詳しくは、以下に説明する。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子の共振周波数に応じてパルス幅ｔon、パルス幅ｔb （＝ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ））をどのように変えれば良いかを説明する為の図である。
【００３６】
図３（ａ）には圧電素子の共振波形（周期Ｔ）を示し、図３（ｂ）、（ｃ）には上記圧電素子に印加するパルス電圧の例を示す。尚、図３（ａ）では、振幅一定の波形を示しているが、実際の波形は後述するように振幅は変化する。
【００３７】
まず、図３（ａ）の圧電素子の共振波形は、図３（ｂ）または（ｃ）のパルス電圧の立ち上がりで、その共振振動を開始する。すなわち、図３（ｂ）、（ｃ）のパルス電圧の立ち上がりのようなステップ状の波形はあらゆる周波数成分を含んでいるので、この立ち上がりに同期して図３（ａ）のような共振波形がスタートする。
【００３８】
そして、図３（ｂ）では、図１の圧電素子ドライバ回路において、パルス幅ｔon、パルス幅ｔb （＝ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ））の両方とも、圧電素子１の共振周期Ｔの１／２となるように設定している（ｔon＝Ｔ／２にし、且つＶz ＋ＶF ＝Ｖ1 に設定する）。すなわち、図３（ａ）の圧電素子の共振波形と位相が一致するように設定してある。
【００３９】
このようにパルス幅を設定すると、図３（ａ）の圧電素子１の共振波形の立ち下がりと、図３（ｂ）のパルス電圧の立ち下がりが一致するので（（イ）のタイミング）、圧電素子１の共振振動を強化（加速）するように働く。更に、図３（ａ）の圧電素子１の共振波形の立ち上がりと、図３（ｂ）のパルス電圧の立ち上がりが一致するので（（ロ）のタイミング）、圧電素子１の共振振動を更に強化（加速）するように働く。
【００４０】
このようにすると、パルス電圧の最初の立ち上がりで圧電素子１を駆動するだけでなく、その後のパルス電圧の立ち下がりと立ち上がりで一回ずつ、共振振動を加速するように働くので、立ち上がりのインパルス電圧のみで駆動する方法に比べ、より強く圧電素子を駆動できる。
【００４１】
一方、図３（ｃ）では、パルス幅ｔonは、図３（ｂ）と同様、圧電素子１の共振周期Ｔの１／２とするが（ｔon＝Ｔ／２）、パルス幅ｔb （＝ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ））が圧電素子１の共振周期Ｔと同一となるように設定している（Ｖz ＋ＶF ＝Ｖ1 ／２に設定する）。
【００４２】
このようにパルス幅を設定すると、図３（ａ）の圧電素子１の共振波形の立ち下がりと、図３（ｂ）のパルス電圧の立ち下がりが一致するので（（イ）のタイミング）、圧電素子１の共振振動を強化（加速）するように働く。
【００４３】
一方、上記のようにマイナス電圧のパルス幅がＴとなるように設定しているので、図３（ａ）の圧電素子１の共振波形の立ち下がりと、図３（ｃ）のパルス電圧の立ち上がりが同期するので（（ハ）のタイミング）、ここでは圧電素子１の共振振動を打ち消す（減速する）ように働く。
【００４４】
このように、図３（ｃ）では、加速と減速の両方を行っている。
図３（ｃ）のように加速させて減速させる駆動方法が有効である理由について、以下、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００４５】
図４（ａ）は、圧電素子を用いる装置の一例を示す図であり、送信側の圧電素子１Ａと受信側の圧電素子１Ｂとを対向させて配置し、圧電素子１Ａを送信回路（圧電素子ドライバ）により駆動して例えば超音波等の振動を発生させ、受信側の圧電素子１Ｂでこれら圧電素子１Ａ−１Ｂ間に存在する媒質（例えば水道水、油のような液体、あるいは都市ガス等の気体）を伝播してきた振動を検出する構成を示してある。
【００４６】
このような構成は、例えば超音波流量計等で利用されている。超音波流量計では、一般に、測定対象の流体の上流側から下流側に超音波を伝播させたときの伝播時間と、下流側から上流側に超音波を伝播させたときの伝播時間との違いから流速／流量等を算出する。従って、対向させた圧電素子を交互に送信側／受信側と切換えて測定を行うので、送信側の圧電素子１Ａと受信側の圧電素子１Ｂの共振周波数は、同じにすることが一般的である。
【００４７】
また、図示されていないが、圧電素子１をレベル計に用いる構成では、圧電素子で発生した振動が液面等で反射され、戻ってきた振動を送信に使用した圧電素子自身で検出するのが一般的である。
【００４８】
いずれにせよ、上記のような用途では、送信側／受信側の圧電素子の共振周波数は一致するように構成し、且つ超音波のような振動の伝播時間を測定することで、流速、流量、液面レベル（水位）等を算出するようにしている。
【００４９】
図４（ｂ）には、上記構成において、従来の圧電素子ドライバを用いた場合に検出される受信波形の例を示している（送信波形も波形自体は（振幅は違うかもしれないが）ほぼ同じと考えてよい）。従来のドライバにより圧電素子を駆動すると、発生する超音波等の波形は、図示のように、なだらかに振幅が増大して、なだらかに振幅が減衰していく波形となる（理論的には未だはっきりしていないが、立ち上がりのインパルス電圧一発でこのような波形となることは、本発明の発明者が実際に確認している。また、この波形は、一般的に知られている駆動方法により発生する波形とほぼ同じである）。
【００５０】
ここで、上記伝播時間の測定は、送信側のパルス電圧の立ち上がりから、受信側の受信波形があるトリガレベルを越えたことを検出するときまでを測定するのが一般的である。トリガレベルは、予め第何波目の波形を検出するのか決めて、これに合わせて設定する。例えば、図示のように第４〜５波目で最大振幅に達するような波形において第３波目でトリガが掛かるようにトリガレベルを設定した場合（別に第４波目等にしてもよいが）、図示のようになだらかに振幅が大きくなっていく波形では、ちょっとした波形変動によって第３波目以外（普通は第２波か第４波）でトリガが掛かってしまう危険性が大きい。そうなると、共振周波数の周期分だけ伝播時間測定結果に誤差が生じ、正確な測定ができない。
【００５１】
一方、図１の圧電素子ドライバを用いて、図３（ｃ）に示すパルス電圧を圧電素子に印加した場合、図４（ｃ）に上側に示すような超音波波形が得られるようになる。すなわち、まず上記（イ）の加速が行われることで図示のように超音波波形の第２波の振幅は、第１波から急激に大きくなる。次に、上記（ハ）の減速が行われることで、第３波の振幅は、急激に小さくなる。
【００５２】
このような波形の第２波に対して、例えば図示の様なトリガレベルを設定しておけば、何等かの影響で波形が多少変動したとしても、隣の波との振幅差が大きいので、誤って第２波以外（第１波か第３波）でトリガが掛かってしまう可能性は極めて低くなり、安定してトリガを掛けることができる。
【００５３】
このように、圧電素子を、上記のような伝播時間を測定するような用途に用いる場合には、図３（ｃ）のように加速した後減速するような位相関係の駆動制御方法が有効となる。
【００５４】
続いて、他の実施例について説明する。
図５は、他の実施例による圧電素子ドライバの回路構成の一例を示す図である。
【００５５】
同図において、図１（ａ）と同じ構成については同一符号を付して、その説明は省略する。図１（ａ）の回路と異なるのは、スイッチ７がツェナーダイオード６に並列に接続されている点である。
【００５６】
図６は、図５の回路の動作を説明する為の図である。
まず、通常、スイッチ３はＯＦＦ状態である。この状態では、トランス一次巻線２ａには電流は流れないので、トランス二次巻線２ｂには電圧は発生しない。よって、圧電素子１は駆動されない。また、スイッチ７は、図６（ｂ）のように、圧電素子を駆動する前にオンしておく。
【００５７】
圧電素子１を駆動するときには、不図示の制御部により、スイッチ３がｔon時間だけＯＮされる（図６（ａ））。スイッチ３がＯＮされた瞬間から、トランス一次巻線２ａには、図６（ｃ）に示すように、時間と共に傾きＶ1 ／Ｌ1 で増加する電流Ｉ1 が流れ始める。このとき、トランス二次巻線２ｂには、一定電圧Ｎ・Ｖ1 が出力され、圧電素子１に印加される。
【００５８】
ｔon時間後、スイッチ３がＯＦＦされると、トランス一次巻線２ａには逆起電力が発生し、ダイオード５とスイッチ７を通して転流電流が流れる。このとき、トランス一次巻線２ａに流れる電流Ｉ1 は、トランス二次巻線２ｂの負荷が圧電素子１のみであるのでほぼ無視できるので、スイッチがＯＦＦした瞬間から連続的に、傾き−ＶF ／Ｌ1 で減少していく。このとき、トランス二次巻線２ｂには、一定電圧−Ｎ・ＶF が出力され、圧電素子１に印加される。
【００５９】
スイッチ３がオフされた後ｔd 時間後に、図示されていない制御部により、今度はスイッチ７がオフされる（図６（ｂ））。これにより、トランス一次巻線２ａに流れている転流電流は、ダイオード５とツェナーダイオード６を通して流れるように変化する。このとき、トランス一次巻線２ａに流れる電流Ｉ1 は、連続的に、傾き−（Ｖz ＋ＶF ）／Ｌ1 で減少するように変化する（Ｖz ；ツェナーダイオード６のツェナー電圧、ＶF ；ダイオード５の順方向電圧）。
【００６０】
また、トランス二次巻線２ｂには、一定電圧−Ｎ・（Ｖz ＋ＶF ）が発生するようになり、これが圧電素子１に印加される。その時間ｔc は、ｔd がｔonとほぼ同じ程度の値であり且つＶ1 、Ｖz ≫ＶF ならば、約（ｔc ≒）ｔon・Ｖ1 （Ｖz ＋ＶF ）となる。
【００６１】
この結果、圧電素子１には、図６（ｄ）に示すように、幅ｔon、電圧Ｎ・Ｖ1 のパルス電圧と、それから時間ｔd だけ遅れて、
幅ｔc ≒ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ）
電圧＝−Ｎ・（Ｖz ＋ＶF ）
のマイナスのパルス電圧が印加される。このパルス電圧には、従来のようなＬとＣで決まる共振波形は発生しないので、純粋にパルス電圧で圧電素子１を駆動できる。これにより、圧電素子１の振動波形に余計な歪みが生じないようになる。
【００６２】
尚、スイッチ３がオフされた後ｔd 時間の間、トランス二次巻線２ｂには、電流Ｉ1 が０（ゼロ）になるまで逆起電力−Ｎ・ＶF が発生するが、一般にＶ≫ＶF なのでほとんど無視できる。
【００６３】
次に、上記回路の応用について説明する。
上記ドライバ回路を用いれば、上述した不図示の制御部からの制御信号により（更に、Ｖz 、ＶF の値の設定の仕方により）、上記パルス幅ｔon、パルス幅ｔc を任意に変えることができると共に、パルス幅ｔc のマイナスのパルス電圧の発生タイミングを時間ｔd だけ遅らすことができるので、図１の回路により得られる上述した効果を、更に強化することができる。詳しくは、以下に説明する。
【００６４】
図７（ａ）、（ｂ）は、圧電素子の共振周波数に応じてパルス幅ｔon、ｔc 、及び遅れ時間ｔd をどのように変化させれば良いかを説明する為の図である。
図７（ａ）には圧電素子の共振波形を示し、図７（ｂ）には上記圧電素子に印加するパルス電圧の例を示す。
【００６５】
まず、図７（ｂ）に示す上記圧電素子に印加するパルス電圧の立ち上がりで、図７（ａ）に示すように圧電素子１は共振振動を開始する。
図７（ｂ）に示すパルス電圧は、パルス幅ｔon、遅れ時間ｔd とも、圧電素子の共振周期Ｔの１／２となるように、不図示の制御部がスイッチ３及びスイッチ７をＯＮ／ＯＦＦ制御した結果である（尚、不図示の制御部には、予め、制御対象の圧電素子の共振周期Ｔの値が設定／入力されているものとする）。
【００６６】
更に、（Ｖz ＋ＶF ）＝Ｖ1 となるように設定しており、これにより、幅ｔc ≒ｔon・Ｖ1 ／（Ｖz ＋ＶF ）＝ｔonとなる。すなわち、幅ｔc もＴ／２となるように設定されている。
【００６７】
このようなパルス電圧により圧電素子１を駆動すると、図７（ａ）、（ｂ）に示す通り、まず、圧電素子の共振波形の最初の立ち下がりと、幅ｔonのパルス電圧の立ち下がりとが一致するので（（ニ）のタイミング）、圧電素子の振動を加速するように働く。次に、圧電素子の共振波形の２度目の立ち上がりと、幅ｔc の負のパルス電圧の立ち下がりが同期するので（（ホ）のタイミング）、圧電素子の共振振動を打ち消す（減速）ように働く。この減速は、圧電素子の共振波形の２度目の立ち下がりと、幅ｔc の負のパルス電圧の立ち上がり（（ヘ）のタイミング）においても行われるので、より強力に減速されることになる。
【００６８】
このように加速した後減速するような駆動方法が、伝播時間を測定する用途に有効なのは、上述した説明の通りである。
【００６９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の圧電素子ドライバ、その駆動方法によれば、任意のパルス幅の正／負の電圧パルス一組を圧電素子に印加することが可能となり、任意の共振周波数の圧電素子に対応できる。
【００７０】
このとき、この正／負の電圧パルスのパルス幅を両方とも、圧電素子の共振周波数の周期（共振周期）の１／２とした場合には、従来の回路に比べずっと強く圧電素子を駆動することができる。
【００７１】
また、正の電圧パルスのパルス幅を圧電素子の共振周期の１／２とし、負の電圧パルスのパルス幅を圧電素子の共振周期と同じにした場合には、伝播時間を測定することで計測を行う用途に特に適した波形を得ることができる。
【００７２】
また、本発明による他の圧電素子ドライバによれば、任意のパルス幅の正／負の電圧パルス一組を、負の電圧パルスの発生タイミングを任意に遅らせて（任意の遅れ時間を持たせて）、圧電素子に印加することが可能となり、任意の共振周波数の圧電素子に対応できると共に、上記正のパルス幅、負のパルス幅、及び遅れ時間の全てを圧電素子の共振周期の１／２とした場合には、上記伝播時間を測定することで計測を行う用途に特に適した波形を得ることができるという効果が更に顕著になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、本例による圧電素子ドライバの回路構成の一例を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の回路の動作の一例を説明する為の図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、圧電素子の共振周波数に応じてパルス幅をどのように設定すれば良いかを説明する為の図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３（ｃ）のような駆動方法が有効である理由を説明する為の図である。
【図５】他の実施例による圧電素子ドライバの回路構成の一例を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、図５の回路の動作を説明する為の図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、圧電素子の共振周波数に応じてパルス幅及び遅れ時間をどのように設定すれば良いかを説明する為の図である。
【図８】従来の圧電素子ドライバの回路構成の一例を示す図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、図８の回路の動作の一例を説明する為の図である。
【符号の説明】
１  圧電素子
２  トランス
２ａ  トランス一次巻線
２ｂ  トランス二次巻線
３  スイッチ
４  電源
５  ダイオード
６  ツェナーダイオード
７  スイッチ
【図１】
0003855625.tif 000003
【図２】
0003855625.tif 000004
【図３】
0003855625.tif 000005
【図４】
0003855625.tif 000006
【図５】
0003855625.tif 000007
【図６】
0003855625.tif 000008
【図７】
0003855625.tif 000009
【図８】
0003855625.tif 000010
【図９】
0003855625.tif 000011