圧電ポンプの駆動回路及びこれを内蔵した駆動回路内蔵圧電ポンプ
【課題】駆動電圧の電圧軸成分の分割数を増やすことなく、騒音の影響を低減することができる圧電ポンプの駆動回路を提供すること。
【解決手段】デジタル信号生成部５２０は、電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に小さい第２の領域との少なくとも２つの領域に分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成する。
【解決手段】デジタル信号生成部５２０は、電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に小さい第２の領域との少なくとも２つの領域に分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ポンプの駆動回路及びこれを内蔵した駆動回路内蔵圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動回路内蔵圧電ポンプは、単一のハウジング内に、表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子と、この圧電振動子に対する駆動回路を有する駆動基板とを収納し、圧電振動子を振動させることによりポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得るものである。具体的には、圧電振動子の両面に設けられた電極間に駆動回路により駆動電圧を印加すると圧電振動子が正逆に弾性変形（振動）し、ポンプ作用が得られる（特許文献１、２）。
【０００３】
駆動回路により印加する電圧波形はアナログ波形である理想的な正弦波であることが好ましいが、実際は回路規模の制約等で理想正弦波の実現は難しく、矩形波である正弦波デジタル信号をコンバートした擬似正弦波を用いる（ＤＡＣ）。この正弦波デジタル信号は、電圧軸成分に関して等間隔にサンプリング（分割）されたものが用いられる。
【特許文献１】特願２００７−１７５９０５号
【特許文献２】特願２００８−１８３１４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、擬似正弦波はあくまでも矩形波である正弦波デジタル信号の合成波に過ぎず可聴帯域である高調波成分を含むので、圧電ポンプ駆動時には圧電振動子の振動による騒音が発生する。特に、電圧軸成分の分割間隔が騒音に与える影響は大きく、分割が粗いと圧電振動子がスピーカとして機能して騒音が極めて大きくなってしまう。
【０００５】
この騒音の問題は、理論的には正弦波デジタル信号の電圧軸成分の分割間隔を小さくすることにより解決できるが、上述した回路規模の制約等から限界がある。そこで、電圧軸方向の分割間隔を増やすことなく騒音を低減できる圧電ポンプの駆動回路の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の問題意識に基づいてなされたものであり、圧電振動子に印加する駆動電圧の電圧軸成分の分割数を増やすことなく、騒音の影響を低減することができる圧電ポンプの駆動回路及びこれを内蔵した駆動回路内蔵圧電ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、正弦波デジタル信号の電圧軸成分には、騒音に影響を与え易い領域（高調波）と与え難い領域（低調波）があり、これらの領域を「参照信号波形の接線勾配」により区別できることを見出した。本明細書で「参照信号波形」とは、正弦波デジタル信号を、その電圧軸成分について等間隔で分割し、分割した各ポイントのうち隣接するポイントを結んでできる近似波形を意味する。従って、「参照信号波形の接線勾配」とは、隣接するポイント間を結んでできる直線の傾きを意味し、正弦波デジタル信号の立ち上がり角度（又は立ち下がり角度）と表現することもできる。
【０００８】
そして本発明者らは、正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、参照信号波形の接線勾配が大きい領域（立ち上がり角度が急峻な領域、０°近辺）を比較的粗い間隔で分割し、参照信号波形の接線勾配が小さい領域（立ち上がり角度が緩やかな領域、９０°近辺）を比較的細かい間隔で分割することにより、騒音への影響が低減できる重み付け分割信号を生成できることを見出した。更に本発明者は、粗い間隔で分割した領域と細かい間隔で分割した領域の分割状態を平滑化することにより、より高い騒音除去効果が得られることを見出したのである。
【０００９】
即ち、本発明の圧電ポンプの駆動回路は、表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、上記デジタル信号生成部は、電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に小さい第２の領域との少なくとも２つの領域に分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
上記デジタル信号生成部は、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域から最も小さい第ｎの領域（ｎ＝４以上）に分け、電圧軸成分の分割数を第１の領域を最も大きい間隔で分割し、以下次第に当該間隔を漸次小さくして第ｎの領域で当該間隔を最も小さくする重み付け分割信号を生成し、かつ、重み付けを行わないときの電圧軸成分の全分割数の総和と重み付けを行ったときの各領域の全分割数の総和を等しくすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の圧電ポンプの駆動回路は、表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、上記デジタル信号生成部は、電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に二番目に大きい第２の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も小さい第３の領域とに分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔と同一の間隔で分割し、上記電圧軸成分の第３の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
上記デジタル信号生成部は、重み付け分割信号の分割状態を指示する分割指示信号を生成する重み付け分割部と、この分割指示信号に従って直流低電圧信号を重み付け分割信号にＤＡ変換するＤＡＣ部とを有するのが実際的である。
【００１３】
上記デジタル信号生成部は、上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第１、第２及び第３の領域の分割状態を平滑化する平滑化部を有することが好ましい。この場合、上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第２の領域の分割間隔は、上記第１及び第３の領域の分割間隔の平均であることが好ましい。更に、平滑化前における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和と、平滑化後における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和は同一であることが好ましい。
【００１４】
本発明の駆動回路内蔵圧電ポンプは、上述のいずれかの駆動回路を有する駆動基板と、上記圧電振動子とを単一のハウジング内に収納したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、正弦波デジタル信号から導かれる参照信号に基づいて、正弦波デジタル信号の電圧軸成分を複数の領域に分け、電圧軸成分の変動が粗い領域を大きい分割間隔で、電圧軸成分の変動が細かい領域を小さい分割間隔でそれぞれ分割した重み付け分割信号を生成するので、重み付け分割信号及びこれを要素とする高電圧駆動信号（擬似正弦波）が理想的な正弦波に近くなる結果、駆動時における圧電振動子の騒音を低減することができる。また、全体としての電圧軸成分の分割数は増えないので、回路規模の増大等の問題も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプ（以下単に「圧電ポンプ」という）１００の構成を示す図である。
【００１７】
圧電ポンプ１００は、圧電振動子１０と、ハウジング２０と、駆動基板５０を備えている。ハウジング２０は、アッパハウジング２０Ａと、メインハウジング２０Ｂと、ロアハウジング２０Ｃからなり、メインハウジング２０Ｂには、アッパハウジング２０Ａ側に開口させて円形凹部４１が形成され、ロアハウジング２０Ｃ側に開口させて駆動基板収納凹部（以下単に「基板収納凹部」という）５１が形成されている（図２、図４）。円形凹部４１周縁には、Ｏリング収納環状溝４１ａが同心に形成されている。
【００１８】
圧電振動子１０は、円形の金属性シム（以下単に「シム」という）１１と、このシム１１の上面（アッパハウジング２０Ａ側の面）に設けられた円形の圧電体１２を有しており、圧電振動子１０とアッパハウジング２０Ａの間に大気室Ａが形成され、圧電振動子１０とメインハウジング２０Ｂの間にポンプ室Ｐが形成されている。尚、シム１１の上面と下面にそれぞれ圧電体を設けたバイモルフ型の圧電振動子とすることもできる。
【００１９】
シム１１は、厚さ３０μｍ〜３００μｍ程度のステンレス又は４２アロイ等からなる導電性金属板である。圧電体１２は、表裏両面に電極が形成された厚さ５０μｍ〜３００μｍ程度のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3）等からなり、その表裏方向に分極処理が施されている。圧電体１２の表裏面に高電圧駆動信号（交番電界）が与えられると、圧電体１２の一方の面が伸びて他方の面が縮むサイクルが繰り返され、シム１１（圧電振動子１０）が振動する。
【００２０】
圧電振動子１０には、圧電体１２の表面周縁部に、環状金属板１８に半径方向に突出させて一体形成した配線接続突起１８ｃに第１リード線１４が接続されている。また、シム１１に半径方向に突出させて一体に形成した配線接続突起１１ｃには、第２リード線１５が接続されている。
【００２１】
メインハウジング２０ＢのＯリング収納環状溝４１ａには、Ｏリング２７が挿入され、円形凹部４１内には、圧電振動子１０が挿入されている。そして、圧電振動子１０の周縁上にゴム製の環状ガイド２８を介在させてメインハウジング２０Ｂ上にアッパハウジング２０Ａを被せることにより、圧電振動子１０が液密に挟着支持されている。
【００２２】
メインハウジング２０Ｂには、円形凹部４１内に、圧電振動子１０（円形凹部４１）の平面中心に対する偏心対称位置に位置させて、吸入側液溜室４２と吐出側液溜室４３が形成されている。吸入側液溜室４２とポンプ室Ｐ、吐出側液溜室４３と大気室Ａの間にはそれぞれ、吸入側逆止弁３２と吐出側逆止弁３３が設けられている。また、メインハウジング２０Ｂには、吸入側液溜室４２と吐出側液溜室４３に連通する吸入ポート２４と吐出ポート２５が形成されている。
【００２３】
吸入側逆止弁３２は、吸入ポート２４からポンプ室Ｐへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁であり、吐出側逆止弁３３は、ポンプ室Ｐから吐出ポート２５への流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁である。逆止弁３２、３３は、同一の形態であり、流路に溶着固定される穴あき基板３２ａ、３３ａに、弾性材料からなるアンブレラ３２ｂ、３３ｂを装着してなっている（図２）。
【００２４】
メインハウジング２０Ｂには、円形凹部４１周囲の筒状部４４に、周方向位置を異ならせて、リード線収納溝４５、４６が形成されている（図３、４）。リード線収納溝４５、４６は、第１リード線１４と第２リード線１５を通すもので、通した状態でも十分な空気流通空間が確保できるように、大断面積が確保されている。
【００２５】
メインハウジング２０Ｂには、リード線収納溝４５、４６を介して、大気室Ａと基板収納凹部５１を連通させる大切欠（大気室通路、貫通穴）５２が形成されている（図３、４）。この大切欠５２の上面は、メインハウジング２０Ｂに被せたアッパハウジング２０Ａにより塞がれる。
【００２６】
メインハウジング２０Ｂには、基板収納凹部５１を外部に連通させる外部連通路（穴）５４が形成されている。この外部連通路（穴）５４には外部信号（直流電圧Ｖｃｃ、ＧＮＤ、保護出力信号）用の図示しないリード線が設けられる。なお、基板収納凹部５１は、大切欠５２とリード線収納溝４５、４６を介して大気室Ａに連通し、外部連通路５４を介して外部と連通している。このため、メインハウジング２０Ｂの基板収納凹部５１に駆動基板５０を嵌め、ロアハウジング２０Ｃで蓋をした状態でも、大気室Ａは外部と連通することとなる。即ち、圧電振動子１０が振動して大気室Ａの容積が縮小と拡大を繰り返しても圧力損失を生じず圧電振動子１０の変位を損なうことは無い。
【００２７】
駆動基板５０上には、圧電振動子１０に対する駆動制御を行う駆動回路５３と、この駆動回路５３を接続するプリント配線（図示せず）が形成されている。リード線収納溝４５、４６を介して大気室Ａ（円形凹部４１）の外に導かれた第１リード線１４と第２リード線１５は、駆動基板５０に接続されている。
【００２８】
次に、本発明の特徴部分である圧電振動子１０の駆動回路５３の構成及びその駆動制御について説明する。
【００２９】
図５は、本発明の実施の形態１に係る駆動回路５３の構成を示すブロック図である。駆動回路５３は、電源５００と、増幅部５１０と、デジタル信号生成部５２０と、高電圧制御部５３０とを有している。デジタル信号生成部５２０は重み付け分割部５２１とＤＡＣ部５２２とを有している。
【００３０】
電源５００は、例えば５Ｖの安定した直流電圧信号（低電圧信号）を生成し、増幅部５１０とデジタル信号生成部５２０に出力する。増幅部５１０は、電源５００から入力した直流電圧信号を昇圧して、例えば２００Ｖの直流電圧信号（高電圧信号）に増幅し、高電圧制御部５４０に出力する。
【００３１】
デジタル信号生成部５２０は、重み付け分割部５２１を有しない場合、電源５００から入力した直流電圧信号から、駆動制御用の正弦波デジタル信号ａ（図示せず）を生成する。正弦波デジタル信号ａは、非連続の電圧値（デジタル値）により正弦波を表すものであり、時間軸に沿った階段状の電圧変化を有している。また、この階段状の電圧変化の各段ごとの電圧差Ｄaveはすべて同じ、つまり正弦波デジタル信号ａは電圧軸成分に関して等間隔Ｄaveで分割されている（図６参照）。尚、正弦波デジタル信号ａの周波数及び振幅は、圧電振動子１０の駆動態様に応じて適宜設定可能である。
【００３２】
デジタル信号生成部５２０は、重み付け分割部５２１を有すると、電源５００から入力した低電圧信号から、電圧軸成分に関する分割間隔を領域ごとに異ならせた重み付け分割信号ｂを生成する。具体的には、重み付け分割部５２１は、重み付け分割信号ｂの分割状態を指示する分割重み付け指示信号を生成し、ＤＡＣ部５２２は、この分割指示信号に従って、電源５００から入力した低電圧信号を重み付け分割信号ｂにデジタル−アナログ変換（ＤＡＣ）して、高電圧制御部５３０に出力する。
【００３３】
次に、重み付け分割信号ｂ（重み付け分割部５２１から出力される分割重み付け指示信号の具体的内容）を詳細に説明する。
【００３４】
まず、重み付け分割部５２１は、参照信号波形の接線勾配の絶対値、つまり正弦波デジタル信号ａの立ち上がり角度（図６における隣接する×ポイントを結んだ直線の傾き）に基づいて、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分（ここでは９０°までの立ち上がり部分、４分の１周期）を、参照信号波形の接線勾配の絶対値が最も大きい領域Ｘ（第１の領域）と、二番目に大きい領域Ｙ（第２の領域）と、最も小さい領域Ｚ（第３の領域）に分ける。次いで、重み付け分割部５２１は、領域Ｘを、正弦波デジタル信号ａ全体の電圧軸成分を等間隔で分割した場合（Ｄave）よりも大きい間隔ＤXで等間隔に分割し、領域ＹをＤaveと同一の間隔ＤYで等間隔に分割し、領域ＺをＤaveよりも小さい間隔ＤZで等間隔に分割する。具体的に、領域Ｘは、間隔ＤXで３分割され、領域Ｙは、間隔ＤYで３分割され、領域Ｚは、間隔ＤZで４分割されている。そして、この重み付け分割部５２１により設定された重み付け分割に従って、低電圧信号をＤＡＣ部５２２にてＤＡ変換し、重み付け分割信号ｂを生成して、高電圧制御部５３０に出力する。このようにして、電圧軸成分の分割間隔を領域ごとに異ならせた重み付け分割信号ｂが生成される（図７参照）。
【００３５】
高電圧制御部５３０は、増幅部５１０から入力した高電圧信号と、デジタル信号生成部５２０から入力した重み付け分割信号ｂとを合成して、圧電振動子１０を駆動可能なレベルの擬似正弦波である高電圧駆動信号ｃを生成し、圧電振動子１０に出力する。これにより、圧電振動子１０が振動し、圧電ポンプ１００にポンプ作用が与えられる。
【００３６】
ここで、重み付け分割信号ｂは、電圧軸成分の変動が粗い領域Ｘ（０°近辺）をＤaveよりも相対的に大きい分割間隔ＤXで分割し、電圧軸成分の変動が細かい領域Ｚ（９０°近辺）をＤaveよりも相対的に小さい分割間隔ＤZで分割して生成されている。即ち、重み付け分割信号ｂは、領域ごとに電圧軸成分の分割ピッチを可変として生成されている。
【００３７】
これにより、重み付け分割信号ｂの領域Ｘと領域Ｚにおいて、正弦波デジタル信号ａに見られる理想的な正弦波Ｓと大きく離れた部分（騒音要素）が除去され、正弦波デジタル信号ａよりも重み付け分割信号ｂの方が理想的な正弦波Ｓに近付いている（図６、７）。すると、重み付け分割信号ｂを要素として生成した高電圧駆動信号ｃの方が、正弦波デジタル信号ａをそのまま要素として生成した高電圧駆動信号よりも高精度な擬似正弦波となるので、ポンプ駆動時に発生する騒音が飛躍的に低減される。
【００３８】
図１０において、波形１は、ＤＡＣ部５２２のみで構成された（重み付け分割無し）デジタル信号生成部から出た正弦波デジタル信号ａをそのまま高電圧制御部５３０に入力して得た高電圧駆動信号ｃを圧電振動子１０に与えた場合のポンプ騒音値を示し、波形２は、重み付け分割部５２１により重み付け分割された重み付け分割信号ｂを高電圧制御部５３０に入力して得た高電圧駆動信号ｃを圧電振動子１０に与えた場合のポンプ騒音値を示している。駆動信号の電圧軸成分の分割数にかかわらず、波形１では４０ｄＢ（Ａ）を超える騒音が発生しているのに対し、波形２では波形１よりも大幅に騒音が低減されており、正弦波デジタル信号ａの重み付け分割による騒音低減効果が示されている。
【００３９】
また、領域Ｘにおいて分割数を増やした分に対応させて領域Ｚの分割数を減らしているので、電圧軸全体としての分割数が増えることはなく、回路規模の増大等の問題は生じない。
【００４０】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る駆動回路６０の構成を示すブロック図である。駆動回路６０は、実施の形態１の駆動回路５３とデジタル信号生成部の構成が異なっている。即ち、デジタル信号生成部６００は、実施の形態１のデジタル信号生成部５２０において、重み付け分割部５２１とＤＡＣ部５２２の間に平滑化部６１０を設けたものである。それ以外の構成は実施の形態１と同一なので、説明を省略する。
【００４１】
平滑化部６１０は、重み付け分割部５２１の重み付け分割の電圧軸成分の領域Ｘ、領域Ｙ及び領域Ｚの分割状態を平滑化設定して平滑化信号ｄを生成し、高電圧制御部５３０に出力する。
【００４２】
平滑化信号ｄを詳細に説明する。重み付け分割信号ｂのうち理想正弦波Ｓからのずれが大きい領域は領域Ｙであり（図７参照）、この領域Ｙの分割状態を、領域Ｘと領域Ｚにより平滑化して補完する。
【００４３】
具体的には、重み付け分割信号ｂの領域Ｘの分割間隔ＤXと領域Ｚの分割間隔ＤZの平均値を、領域Ｙの新たな分割間隔（ＤX＋ＤZ）／２とする。この新たな分割間隔（ＤX＋ＤZ）／２はＤYよりも大きく、領域Ｙの分割数は３で変わらないので、結果として領域Ｙの電圧軸成分は広くなる（図９参照）。
【００４４】
また、重み付け分割信号ｂの領域Ｘの分割間隔ＤXはそのままで、分割数のみを３から２に減らしているので、結果として領域Ｘの電圧軸成分は狭くなる。逆に、重み付け分割信号ｂの領域Ｚの分割間隔ＤZはそのままで、分割数のみを４から５に増やしているので、結果として領域Ｚの電圧軸成分は広くなる。このように、重み付け分割信号ｂの電圧軸成分の各領域Ｘ、Ｙ、Ｚを、領域Ｙの分割間隔と分割数に対応させて平滑化している。
【００４５】
これにより、領域Ｙの理想正弦波からのずれが補完されるので、平滑化信号ｄは、重み付け分割信号ｂよりも理想的な正弦波Ｓに近づいている（図７、９）。すると、平滑化信号ｄを要素として生成した高電圧駆動信号ｅの方が、重み付け分割信号ｂを要素として生成した駆動電圧信号よりも高精度な擬似正弦波となるので、ポンプ駆動時に発生する騒音が飛躍的に低減される。
【００４６】
図１０において、波形３は、平滑化部６１０により平滑化された平滑化信号ｄを高電圧制御部５３０に入力して得た高電圧駆動信号ｅを圧電振動子１０に与えた場合のポンプ騒音値を示している。波形３では、正弦波デジタル信号ａをそのまま用いた場合に対しては勿論、重み付け分割信号ｂを用いた場合に対しても飛躍的な騒音低減効果が示されている。
【００４７】
一方、重み付け分割信号ｂの領域Ｘの分割数は３であり、領域Ｚの分割数は４であるのに対し（図７）、平滑化信号ｄの領域Ｘの分割数は２であり、領域Ｚの分割数は５である（図９）。即ち、平滑化前後において、電圧軸成分のＸ領域の分割数とＺ領域の分割数の総和は７で同一である。従って、全体として電圧軸成分の分割数は不変であり、回路規模の増大を招くこともない。
【００４８】
尚、上記実施の形態では、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を３つの領域に分ける場合について説明したが、その領域数は限定されない。正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を少なくとも２つの領域に分ければ一定の騒音低減効果が得られるし、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を４つ以上の領域に分けることも勿論可能である。
【００４９】
後者の構成を別言すると、デジタル信号生成部は、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を、正弦波デジタル信号ａから導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域から最も小さい第ｎの領域（ｎ＝４以上）に分け、電圧軸成分の分割数を第１の領域を最も大きい間隔で分割し、以下次第に当該間隔を漸次小さくして第ｎの領域で当該間隔を最も小さくする重み付け分割信号を生成し、かつ、重み付けを行わないときの電圧軸成分の全分割数の総和と重み付けを行ったときの各領域の全分割数の総和を等しくしたものである。
【００５０】
尚、本実施の形態では、ＤＡＣ部５２２、重み付け分割部５２１及び平滑化部６１０をデジタル信号生成部内の別ブロックとして説明しているが、これらを一体化して、重み付け分割信号又は平滑化信号を生成するデジタル信号生成部（ＤＡＣ部）を回路構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（Ａ）本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプを示す平面図である。（Ｂ）本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプを示す背面図である。
【図２】図１（Ａ）、（Ｂ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】図１（Ａ）、（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプを示す概略斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図６】正弦波デジタル信号の電圧軸成分の分割状態を示す図である。
【図７】重み付け分割信号の電圧軸成分の分割状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図９】平滑化信号の電圧軸成分の分割状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１、２に係る駆動回路のポンプ駆動時における騒音低減効果を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 圧電振動子
２０ ハウジング
５０ 駆動基板
５３、６０ 駆動回路
１００ 駆動回路内蔵圧電ポンプ
５２０、６００ デジタル信号生成部
５２１ 重み付け分割部
５２２ ＤＡＣ部
５３０ 高電圧制御部
６１０ 平滑化部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ポンプの駆動回路及びこれを内蔵した駆動回路内蔵圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動回路内蔵圧電ポンプは、単一のハウジング内に、表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子と、この圧電振動子に対する駆動回路を有する駆動基板とを収納し、圧電振動子を振動させることによりポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得るものである。具体的には、圧電振動子の両面に設けられた電極間に駆動回路により駆動電圧を印加すると圧電振動子が正逆に弾性変形（振動）し、ポンプ作用が得られる（特許文献１、２）。
【０００３】
駆動回路により印加する電圧波形はアナログ波形である理想的な正弦波であることが好ましいが、実際は回路規模の制約等で理想正弦波の実現は難しく、矩形波である正弦波デジタル信号をコンバートした擬似正弦波を用いる（ＤＡＣ）。この正弦波デジタル信号は、電圧軸成分に関して等間隔にサンプリング（分割）されたものが用いられる。
【特許文献１】特願２００７−１７５９０５号
【特許文献２】特願２００８−１８３１４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、擬似正弦波はあくまでも矩形波である正弦波デジタル信号の合成波に過ぎず可聴帯域である高調波成分を含むので、圧電ポンプ駆動時には圧電振動子の振動による騒音が発生する。特に、電圧軸成分の分割間隔が騒音に与える影響は大きく、分割が粗いと圧電振動子がスピーカとして機能して騒音が極めて大きくなってしまう。
【０００５】
この騒音の問題は、理論的には正弦波デジタル信号の電圧軸成分の分割間隔を小さくすることにより解決できるが、上述した回路規模の制約等から限界がある。そこで、電圧軸方向の分割間隔を増やすことなく騒音を低減できる圧電ポンプの駆動回路の開発が望まれている。
【０００６】
本発明は、上記の問題意識に基づいてなされたものであり、圧電振動子に印加する駆動電圧の電圧軸成分の分割数を増やすことなく、騒音の影響を低減することができる圧電ポンプの駆動回路及びこれを内蔵した駆動回路内蔵圧電ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、正弦波デジタル信号の電圧軸成分には、騒音に影響を与え易い領域（高調波）と与え難い領域（低調波）があり、これらの領域を「参照信号波形の接線勾配」により区別できることを見出した。本明細書で「参照信号波形」とは、正弦波デジタル信号を、その電圧軸成分について等間隔で分割し、分割した各ポイントのうち隣接するポイントを結んでできる近似波形を意味する。従って、「参照信号波形の接線勾配」とは、隣接するポイント間を結んでできる直線の傾きを意味し、正弦波デジタル信号の立ち上がり角度（又は立ち下がり角度）と表現することもできる。
【０００８】
そして本発明者らは、正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、参照信号波形の接線勾配が大きい領域（立ち上がり角度が急峻な領域、０°近辺）を比較的粗い間隔で分割し、参照信号波形の接線勾配が小さい領域（立ち上がり角度が緩やかな領域、９０°近辺）を比較的細かい間隔で分割することにより、騒音への影響が低減できる重み付け分割信号を生成できることを見出した。更に本発明者は、粗い間隔で分割した領域と細かい間隔で分割した領域の分割状態を平滑化することにより、より高い騒音除去効果が得られることを見出したのである。
【０００９】
即ち、本発明の圧電ポンプの駆動回路は、表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、上記デジタル信号生成部は、電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に小さい第２の領域との少なくとも２つの領域に分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成することを特徴とする。
【００１０】
上記デジタル信号生成部は、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域から最も小さい第ｎの領域（ｎ＝４以上）に分け、電圧軸成分の分割数を第１の領域を最も大きい間隔で分割し、以下次第に当該間隔を漸次小さくして第ｎの領域で当該間隔を最も小さくする重み付け分割信号を生成し、かつ、重み付けを行わないときの電圧軸成分の全分割数の総和と重み付けを行ったときの各領域の全分割数の総和を等しくすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の圧電ポンプの駆動回路は、表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、上記デジタル信号生成部は、電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に二番目に大きい第２の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も小さい第３の領域とに分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔と同一の間隔で分割し、上記電圧軸成分の第３の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
上記デジタル信号生成部は、重み付け分割信号の分割状態を指示する分割指示信号を生成する重み付け分割部と、この分割指示信号に従って直流低電圧信号を重み付け分割信号にＤＡ変換するＤＡＣ部とを有するのが実際的である。
【００１３】
上記デジタル信号生成部は、上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第１、第２及び第３の領域の分割状態を平滑化する平滑化部を有することが好ましい。この場合、上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第２の領域の分割間隔は、上記第１及び第３の領域の分割間隔の平均であることが好ましい。更に、平滑化前における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和と、平滑化後における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和は同一であることが好ましい。
【００１４】
本発明の駆動回路内蔵圧電ポンプは、上述のいずれかの駆動回路を有する駆動基板と、上記圧電振動子とを単一のハウジング内に収納したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、正弦波デジタル信号から導かれる参照信号に基づいて、正弦波デジタル信号の電圧軸成分を複数の領域に分け、電圧軸成分の変動が粗い領域を大きい分割間隔で、電圧軸成分の変動が細かい領域を小さい分割間隔でそれぞれ分割した重み付け分割信号を生成するので、重み付け分割信号及びこれを要素とする高電圧駆動信号（擬似正弦波）が理想的な正弦波に近くなる結果、駆動時における圧電振動子の騒音を低減することができる。また、全体としての電圧軸成分の分割数は増えないので、回路規模の増大等の問題も生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプ（以下単に「圧電ポンプ」という）１００の構成を示す図である。
【００１７】
圧電ポンプ１００は、圧電振動子１０と、ハウジング２０と、駆動基板５０を備えている。ハウジング２０は、アッパハウジング２０Ａと、メインハウジング２０Ｂと、ロアハウジング２０Ｃからなり、メインハウジング２０Ｂには、アッパハウジング２０Ａ側に開口させて円形凹部４１が形成され、ロアハウジング２０Ｃ側に開口させて駆動基板収納凹部（以下単に「基板収納凹部」という）５１が形成されている（図２、図４）。円形凹部４１周縁には、Ｏリング収納環状溝４１ａが同心に形成されている。
【００１８】
圧電振動子１０は、円形の金属性シム（以下単に「シム」という）１１と、このシム１１の上面（アッパハウジング２０Ａ側の面）に設けられた円形の圧電体１２を有しており、圧電振動子１０とアッパハウジング２０Ａの間に大気室Ａが形成され、圧電振動子１０とメインハウジング２０Ｂの間にポンプ室Ｐが形成されている。尚、シム１１の上面と下面にそれぞれ圧電体を設けたバイモルフ型の圧電振動子とすることもできる。
【００１９】
シム１１は、厚さ３０μｍ〜３００μｍ程度のステンレス又は４２アロイ等からなる導電性金属板である。圧電体１２は、表裏両面に電極が形成された厚さ５０μｍ〜３００μｍ程度のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ3）等からなり、その表裏方向に分極処理が施されている。圧電体１２の表裏面に高電圧駆動信号（交番電界）が与えられると、圧電体１２の一方の面が伸びて他方の面が縮むサイクルが繰り返され、シム１１（圧電振動子１０）が振動する。
【００２０】
圧電振動子１０には、圧電体１２の表面周縁部に、環状金属板１８に半径方向に突出させて一体形成した配線接続突起１８ｃに第１リード線１４が接続されている。また、シム１１に半径方向に突出させて一体に形成した配線接続突起１１ｃには、第２リード線１５が接続されている。
【００２１】
メインハウジング２０ＢのＯリング収納環状溝４１ａには、Ｏリング２７が挿入され、円形凹部４１内には、圧電振動子１０が挿入されている。そして、圧電振動子１０の周縁上にゴム製の環状ガイド２８を介在させてメインハウジング２０Ｂ上にアッパハウジング２０Ａを被せることにより、圧電振動子１０が液密に挟着支持されている。
【００２２】
メインハウジング２０Ｂには、円形凹部４１内に、圧電振動子１０（円形凹部４１）の平面中心に対する偏心対称位置に位置させて、吸入側液溜室４２と吐出側液溜室４３が形成されている。吸入側液溜室４２とポンプ室Ｐ、吐出側液溜室４３と大気室Ａの間にはそれぞれ、吸入側逆止弁３２と吐出側逆止弁３３が設けられている。また、メインハウジング２０Ｂには、吸入側液溜室４２と吐出側液溜室４３に連通する吸入ポート２４と吐出ポート２５が形成されている。
【００２３】
吸入側逆止弁３２は、吸入ポート２４からポンプ室Ｐへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁であり、吐出側逆止弁３３は、ポンプ室Ｐから吐出ポート２５への流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁である。逆止弁３２、３３は、同一の形態であり、流路に溶着固定される穴あき基板３２ａ、３３ａに、弾性材料からなるアンブレラ３２ｂ、３３ｂを装着してなっている（図２）。
【００２４】
メインハウジング２０Ｂには、円形凹部４１周囲の筒状部４４に、周方向位置を異ならせて、リード線収納溝４５、４６が形成されている（図３、４）。リード線収納溝４５、４６は、第１リード線１４と第２リード線１５を通すもので、通した状態でも十分な空気流通空間が確保できるように、大断面積が確保されている。
【００２５】
メインハウジング２０Ｂには、リード線収納溝４５、４６を介して、大気室Ａと基板収納凹部５１を連通させる大切欠（大気室通路、貫通穴）５２が形成されている（図３、４）。この大切欠５２の上面は、メインハウジング２０Ｂに被せたアッパハウジング２０Ａにより塞がれる。
【００２６】
メインハウジング２０Ｂには、基板収納凹部５１を外部に連通させる外部連通路（穴）５４が形成されている。この外部連通路（穴）５４には外部信号（直流電圧Ｖｃｃ、ＧＮＤ、保護出力信号）用の図示しないリード線が設けられる。なお、基板収納凹部５１は、大切欠５２とリード線収納溝４５、４６を介して大気室Ａに連通し、外部連通路５４を介して外部と連通している。このため、メインハウジング２０Ｂの基板収納凹部５１に駆動基板５０を嵌め、ロアハウジング２０Ｃで蓋をした状態でも、大気室Ａは外部と連通することとなる。即ち、圧電振動子１０が振動して大気室Ａの容積が縮小と拡大を繰り返しても圧力損失を生じず圧電振動子１０の変位を損なうことは無い。
【００２７】
駆動基板５０上には、圧電振動子１０に対する駆動制御を行う駆動回路５３と、この駆動回路５３を接続するプリント配線（図示せず）が形成されている。リード線収納溝４５、４６を介して大気室Ａ（円形凹部４１）の外に導かれた第１リード線１４と第２リード線１５は、駆動基板５０に接続されている。
【００２８】
次に、本発明の特徴部分である圧電振動子１０の駆動回路５３の構成及びその駆動制御について説明する。
【００２９】
図５は、本発明の実施の形態１に係る駆動回路５３の構成を示すブロック図である。駆動回路５３は、電源５００と、増幅部５１０と、デジタル信号生成部５２０と、高電圧制御部５３０とを有している。デジタル信号生成部５２０は重み付け分割部５２１とＤＡＣ部５２２とを有している。
【００３０】
電源５００は、例えば５Ｖの安定した直流電圧信号（低電圧信号）を生成し、増幅部５１０とデジタル信号生成部５２０に出力する。増幅部５１０は、電源５００から入力した直流電圧信号を昇圧して、例えば２００Ｖの直流電圧信号（高電圧信号）に増幅し、高電圧制御部５４０に出力する。
【００３１】
デジタル信号生成部５２０は、重み付け分割部５２１を有しない場合、電源５００から入力した直流電圧信号から、駆動制御用の正弦波デジタル信号ａ（図示せず）を生成する。正弦波デジタル信号ａは、非連続の電圧値（デジタル値）により正弦波を表すものであり、時間軸に沿った階段状の電圧変化を有している。また、この階段状の電圧変化の各段ごとの電圧差Ｄaveはすべて同じ、つまり正弦波デジタル信号ａは電圧軸成分に関して等間隔Ｄaveで分割されている（図６参照）。尚、正弦波デジタル信号ａの周波数及び振幅は、圧電振動子１０の駆動態様に応じて適宜設定可能である。
【００３２】
デジタル信号生成部５２０は、重み付け分割部５２１を有すると、電源５００から入力した低電圧信号から、電圧軸成分に関する分割間隔を領域ごとに異ならせた重み付け分割信号ｂを生成する。具体的には、重み付け分割部５２１は、重み付け分割信号ｂの分割状態を指示する分割重み付け指示信号を生成し、ＤＡＣ部５２２は、この分割指示信号に従って、電源５００から入力した低電圧信号を重み付け分割信号ｂにデジタル−アナログ変換（ＤＡＣ）して、高電圧制御部５３０に出力する。
【００３３】
次に、重み付け分割信号ｂ（重み付け分割部５２１から出力される分割重み付け指示信号の具体的内容）を詳細に説明する。
【００３４】
まず、重み付け分割部５２１は、参照信号波形の接線勾配の絶対値、つまり正弦波デジタル信号ａの立ち上がり角度（図６における隣接する×ポイントを結んだ直線の傾き）に基づいて、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分（ここでは９０°までの立ち上がり部分、４分の１周期）を、参照信号波形の接線勾配の絶対値が最も大きい領域Ｘ（第１の領域）と、二番目に大きい領域Ｙ（第２の領域）と、最も小さい領域Ｚ（第３の領域）に分ける。次いで、重み付け分割部５２１は、領域Ｘを、正弦波デジタル信号ａ全体の電圧軸成分を等間隔で分割した場合（Ｄave）よりも大きい間隔ＤXで等間隔に分割し、領域ＹをＤaveと同一の間隔ＤYで等間隔に分割し、領域ＺをＤaveよりも小さい間隔ＤZで等間隔に分割する。具体的に、領域Ｘは、間隔ＤXで３分割され、領域Ｙは、間隔ＤYで３分割され、領域Ｚは、間隔ＤZで４分割されている。そして、この重み付け分割部５２１により設定された重み付け分割に従って、低電圧信号をＤＡＣ部５２２にてＤＡ変換し、重み付け分割信号ｂを生成して、高電圧制御部５３０に出力する。このようにして、電圧軸成分の分割間隔を領域ごとに異ならせた重み付け分割信号ｂが生成される（図７参照）。
【００３５】
高電圧制御部５３０は、増幅部５１０から入力した高電圧信号と、デジタル信号生成部５２０から入力した重み付け分割信号ｂとを合成して、圧電振動子１０を駆動可能なレベルの擬似正弦波である高電圧駆動信号ｃを生成し、圧電振動子１０に出力する。これにより、圧電振動子１０が振動し、圧電ポンプ１００にポンプ作用が与えられる。
【００３６】
ここで、重み付け分割信号ｂは、電圧軸成分の変動が粗い領域Ｘ（０°近辺）をＤaveよりも相対的に大きい分割間隔ＤXで分割し、電圧軸成分の変動が細かい領域Ｚ（９０°近辺）をＤaveよりも相対的に小さい分割間隔ＤZで分割して生成されている。即ち、重み付け分割信号ｂは、領域ごとに電圧軸成分の分割ピッチを可変として生成されている。
【００３７】
これにより、重み付け分割信号ｂの領域Ｘと領域Ｚにおいて、正弦波デジタル信号ａに見られる理想的な正弦波Ｓと大きく離れた部分（騒音要素）が除去され、正弦波デジタル信号ａよりも重み付け分割信号ｂの方が理想的な正弦波Ｓに近付いている（図６、７）。すると、重み付け分割信号ｂを要素として生成した高電圧駆動信号ｃの方が、正弦波デジタル信号ａをそのまま要素として生成した高電圧駆動信号よりも高精度な擬似正弦波となるので、ポンプ駆動時に発生する騒音が飛躍的に低減される。
【００３８】
図１０において、波形１は、ＤＡＣ部５２２のみで構成された（重み付け分割無し）デジタル信号生成部から出た正弦波デジタル信号ａをそのまま高電圧制御部５３０に入力して得た高電圧駆動信号ｃを圧電振動子１０に与えた場合のポンプ騒音値を示し、波形２は、重み付け分割部５２１により重み付け分割された重み付け分割信号ｂを高電圧制御部５３０に入力して得た高電圧駆動信号ｃを圧電振動子１０に与えた場合のポンプ騒音値を示している。駆動信号の電圧軸成分の分割数にかかわらず、波形１では４０ｄＢ（Ａ）を超える騒音が発生しているのに対し、波形２では波形１よりも大幅に騒音が低減されており、正弦波デジタル信号ａの重み付け分割による騒音低減効果が示されている。
【００３９】
また、領域Ｘにおいて分割数を増やした分に対応させて領域Ｚの分割数を減らしているので、電圧軸全体としての分割数が増えることはなく、回路規模の増大等の問題は生じない。
【００４０】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る駆動回路６０の構成を示すブロック図である。駆動回路６０は、実施の形態１の駆動回路５３とデジタル信号生成部の構成が異なっている。即ち、デジタル信号生成部６００は、実施の形態１のデジタル信号生成部５２０において、重み付け分割部５２１とＤＡＣ部５２２の間に平滑化部６１０を設けたものである。それ以外の構成は実施の形態１と同一なので、説明を省略する。
【００４１】
平滑化部６１０は、重み付け分割部５２１の重み付け分割の電圧軸成分の領域Ｘ、領域Ｙ及び領域Ｚの分割状態を平滑化設定して平滑化信号ｄを生成し、高電圧制御部５３０に出力する。
【００４２】
平滑化信号ｄを詳細に説明する。重み付け分割信号ｂのうち理想正弦波Ｓからのずれが大きい領域は領域Ｙであり（図７参照）、この領域Ｙの分割状態を、領域Ｘと領域Ｚにより平滑化して補完する。
【００４３】
具体的には、重み付け分割信号ｂの領域Ｘの分割間隔ＤXと領域Ｚの分割間隔ＤZの平均値を、領域Ｙの新たな分割間隔（ＤX＋ＤZ）／２とする。この新たな分割間隔（ＤX＋ＤZ）／２はＤYよりも大きく、領域Ｙの分割数は３で変わらないので、結果として領域Ｙの電圧軸成分は広くなる（図９参照）。
【００４４】
また、重み付け分割信号ｂの領域Ｘの分割間隔ＤXはそのままで、分割数のみを３から２に減らしているので、結果として領域Ｘの電圧軸成分は狭くなる。逆に、重み付け分割信号ｂの領域Ｚの分割間隔ＤZはそのままで、分割数のみを４から５に増やしているので、結果として領域Ｚの電圧軸成分は広くなる。このように、重み付け分割信号ｂの電圧軸成分の各領域Ｘ、Ｙ、Ｚを、領域Ｙの分割間隔と分割数に対応させて平滑化している。
【００４５】
これにより、領域Ｙの理想正弦波からのずれが補完されるので、平滑化信号ｄは、重み付け分割信号ｂよりも理想的な正弦波Ｓに近づいている（図７、９）。すると、平滑化信号ｄを要素として生成した高電圧駆動信号ｅの方が、重み付け分割信号ｂを要素として生成した駆動電圧信号よりも高精度な擬似正弦波となるので、ポンプ駆動時に発生する騒音が飛躍的に低減される。
【００４６】
図１０において、波形３は、平滑化部６１０により平滑化された平滑化信号ｄを高電圧制御部５３０に入力して得た高電圧駆動信号ｅを圧電振動子１０に与えた場合のポンプ騒音値を示している。波形３では、正弦波デジタル信号ａをそのまま用いた場合に対しては勿論、重み付け分割信号ｂを用いた場合に対しても飛躍的な騒音低減効果が示されている。
【００４７】
一方、重み付け分割信号ｂの領域Ｘの分割数は３であり、領域Ｚの分割数は４であるのに対し（図７）、平滑化信号ｄの領域Ｘの分割数は２であり、領域Ｚの分割数は５である（図９）。即ち、平滑化前後において、電圧軸成分のＸ領域の分割数とＺ領域の分割数の総和は７で同一である。従って、全体として電圧軸成分の分割数は不変であり、回路規模の増大を招くこともない。
【００４８】
尚、上記実施の形態では、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を３つの領域に分ける場合について説明したが、その領域数は限定されない。正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を少なくとも２つの領域に分ければ一定の騒音低減効果が得られるし、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を４つ以上の領域に分けることも勿論可能である。
【００４９】
後者の構成を別言すると、デジタル信号生成部は、正弦波デジタル信号ａの電圧軸成分を、正弦波デジタル信号ａから導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域から最も小さい第ｎの領域（ｎ＝４以上）に分け、電圧軸成分の分割数を第１の領域を最も大きい間隔で分割し、以下次第に当該間隔を漸次小さくして第ｎの領域で当該間隔を最も小さくする重み付け分割信号を生成し、かつ、重み付けを行わないときの電圧軸成分の全分割数の総和と重み付けを行ったときの各領域の全分割数の総和を等しくしたものである。
【００５０】
尚、本実施の形態では、ＤＡＣ部５２２、重み付け分割部５２１及び平滑化部６１０をデジタル信号生成部内の別ブロックとして説明しているが、これらを一体化して、重み付け分割信号又は平滑化信号を生成するデジタル信号生成部（ＤＡＣ部）を回路構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（Ａ）本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプを示す平面図である。（Ｂ）本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプを示す背面図である。
【図２】図１（Ａ）、（Ｂ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図３】図１（Ａ）、（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る駆動回路内蔵圧電ポンプを示す概略斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図６】正弦波デジタル信号の電圧軸成分の分割状態を示す図である。
【図７】重み付け分割信号の電圧軸成分の分割状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図９】平滑化信号の電圧軸成分の分割状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１、２に係る駆動回路のポンプ駆動時における騒音低減効果を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 圧電振動子
２０ ハウジング
５０ 駆動基板
５３、６０ 駆動回路
１００ 駆動回路内蔵圧電ポンプ
５２０、６００ デジタル信号生成部
５２１ 重み付け分割部
５２２ ＤＡＣ部
５３０ 高電圧制御部
６１０ 平滑化部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、
直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、
上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、
上記デジタル信号生成部は、
電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に小さい第２の領域との少なくとも２つの領域に分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成する、
ことを特徴とする圧電ポンプの駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記デジタル信号生成部は、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域から最も小さい第ｎの領域（ｎ＝４以上）に分け、電圧軸成分の分割数を第１の領域を最も大きい間隔で分割し、以下次第に当該間隔を漸次小さくして第ｎの領域で当該間隔を最も小さくする重み付け分割信号を生成し、かつ、重み付けを行わないときの電圧軸成分の全分割数の総和と重み付けを行ったときの各領域の全分割数の総和を等しくした圧電ポンプの駆動回路。
【請求項３】
表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、
直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、
上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、
上記デジタル信号生成部は、
電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に二番目に大きい第２の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も小さい第３の領域とに分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔と同一の間隔で分割し、上記電圧軸成分の第３の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成する、
ことを特徴とする圧電ポンプの駆動回路。
【請求項４】
請求項３記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記デジタル信号生成部は、重み付け分割信号の分割状態を指示する分割指示信号を生成する重み付け分割部と、この分割指示信号に従って直流低電圧信号を重み付け分割信号にＤＡ変換するＤＡＣ部とを有する圧電ポンプの駆動回路。
【請求項５】
請求項４記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記デジタル信号生成部は、上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第１、第２及び第３の領域の分割状態を平滑化する平滑化部を有する圧電ポンプの駆動回路。
【請求項６】
請求項５記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第２の領域の分割間隔は、上記第１及び第３の領域の分割間隔の平均である圧電ポンプの駆動回路。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
平滑化前における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和と、平滑化後における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和は同一である圧電ポンプの駆動回路。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動回路を有する駆動基板と、上記圧電振動子とが単一のハウジング内に収納されている駆動回路内蔵圧電ポンプ。
【請求項１】
表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、
直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、
上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、
上記デジタル信号生成部は、
電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に小さい第２の領域との少なくとも２つの領域に分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成する、
ことを特徴とする圧電ポンプの駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記デジタル信号生成部は、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域から最も小さい第ｎの領域（ｎ＝４以上）に分け、電圧軸成分の分割数を第１の領域を最も大きい間隔で分割し、以下次第に当該間隔を漸次小さくして第ｎの領域で当該間隔を最も小さくする重み付け分割信号を生成し、かつ、重み付けを行わないときの電圧軸成分の全分割数の総和と重み付けを行ったときの各領域の全分割数の総和を等しくした圧電ポンプの駆動回路。
【請求項３】
表裏の少なくとも一面にポンプ室を形成する圧電振動子を振動させることにより上記ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を得る圧電ポンプの駆動回路において、
直流低電圧信号から、駆動制御用の重み付け分割信号を生成するデジタル信号生成部と、
上記重み付け分割信号を用いて高電圧駆動信号を生成し、該高電圧駆動信号を上記圧電振動子に与える高電圧制御部とを有し、
上記デジタル信号生成部は、
電圧軸成分が等間隔で分割された駆動制御用信号を正弦波デジタル信号としたときに、上記正弦波デジタル信号の電圧軸成分を、該正弦波デジタル信号から導かれる参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も大きい第１の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に二番目に大きい第２の領域と、上記参照信号波形の接線勾配の絶対値が相対的に最も小さい第３の領域とに分け、上記電圧軸成分の第１の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも大きい間隔で等間隔に分割し、上記電圧軸成分の第２の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔と同一の間隔で分割し、上記電圧軸成分の第３の領域を、上記正弦波デジタル信号の分割間隔よりも小さい間隔で等間隔に分割した、重み付け分割信号を生成する、
ことを特徴とする圧電ポンプの駆動回路。
【請求項４】
請求項３記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記デジタル信号生成部は、重み付け分割信号の分割状態を指示する分割指示信号を生成する重み付け分割部と、この分割指示信号に従って直流低電圧信号を重み付け分割信号にＤＡ変換するＤＡＣ部とを有する圧電ポンプの駆動回路。
【請求項５】
請求項４記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記デジタル信号生成部は、上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第１、第２及び第３の領域の分割状態を平滑化する平滑化部を有する圧電ポンプの駆動回路。
【請求項６】
請求項５記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
上記重み付け分割信号の電圧軸成分の第２の領域の分割間隔は、上記第１及び第３の領域の分割間隔の平均である圧電ポンプの駆動回路。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の圧電ポンプの駆動回路であって、
平滑化前における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和と、平滑化後における上記電圧軸成分の第１の領域の分割数と第３の領域の分割数の総和は同一である圧電ポンプの駆動回路。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動回路を有する駆動基板と、上記圧電振動子とが単一のハウジング内に収納されている駆動回路内蔵圧電ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１０６７０３（Ｐ２０１０−１０６７０３Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７７８２５（Ｐ２００８−２７７８２５）
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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