[发明专利]压电元件驱动电路以及流体喷射装置

说明书

技术领域

本发明涉及驱动压电元件的技术。

背景技术

以PZT（锆钛酸铅）为代表的压电元件具有在施加正电压时拉伸、在解除正电压时收缩的特性（所谓的压电特性）。如果利用该特性，则能够构成这样的致动器，该致动器通过施加驱动电压而以较高的反应速度进行响应、小型且产生较大的力。因此，压电元件作为以喷墨打印机为代表的流体喷射装置的致动器等来安装，在工业上被广泛利用。

并且，压电元件具有如下的性质：例如在施加正电压而使其拉伸后，在解除该电压而使其收缩时，会产生残留应变。如果在解除电压后的状态下暂时放置压电元件，则该残留应变会消失，但是在保留了残留应变的状态下再次施加正电压时，压电元件的拉伸量会减少残留应变的量，因此不能充分发挥本来的压电元件的能力。在采用了施加负电压使压电元件收缩的使用方法的情况下也是同样的。

因此，提出了如下的技术：不只是解除施加到压电元件的正电压，而且还接着施加负电压来迅速消除残留应变，其结果，即使在以较高的重复频率施加电压的情况下，也能够确保压电元件本来的变形量（专利文献1）。

【专利文献1】日本特开2006-231928号公报

但是，在上述以往的技术中，除了产生用于使压电元件变形的电压的电源以外，还另外需要产生用于消除残留应变的较低电压的电源，因此存在压电元件的驱动电路大型化的问题。

发明内容

本发明正是为了解决现有技术所存在的上述问题的至少一部分而完成的，其目的在于提供一种技术，即使在以较高的重复频率驱动压电元件的情况下也能够确保压电元件本来的变形量，同时能够避免压电元件的驱动电路大型化。

为了解决上述问题的至少一部分，本发明的压电元件驱动电路采用如下结构。即：

一种压电元件驱动电路，其通过对压电元件施加预定的驱动信号，驱动该压电元件，该压电元件驱动电路的特征在于，该压电元件驱动电路具有：驱动波形信号输出电路，其输出作为所述驱动信号的基准的驱动波形信号；运算电路，其通过取所述驱动波形信号与使用施加到所述压电元件的驱动信号而生成的反馈信号间的差分，生成误差信号；功率放大电路，其通过从电源接收电力的供给并对所述误差信号进行功率放大，生成电压在所述电源产生的电源电压与该电源的接地电压之间变化的功率放大信号；感性元件，其对所述功率放大电路和所述压电元件进行连接，并将来自该功率放大电路的所述功率放大信号作为所述驱动信号供给至该压电元件；以及补偿器，其将对来自所述感性元件的所述驱动信号进行相位超前补偿后的信号作为所述反馈信号而负反馈到所述运算电路，该相位超前补偿是使相位超前的补偿，所述补偿器是使施加到所述压电元件的所述驱动信号的最低电压成为比所述电源的接地电压低的电压的电路。

在具有这种结构的在本发明的压电元件驱动电路中，如以下这样向压电元件施加驱动信号。首先，通过取作为驱动信号的基准的驱动波形信号和根据实际施加到压电元件的驱动信号生成的反馈信号间的差分来生成误差信号。接着，通过对误差信号进行功率放大，生成电压在电源电压与电源的接地电压之间变化的功率放大信号。然后，通过经由感性元件将该功率放大信号供给至压电元件，向压电元件施加驱动信号。感性元件通过与压电元件组合来形成谐振电路，因此在对施加到感性元件的驱动信号进行使相位超前的补偿（相位超前补偿）后，将所得到的信号作为反馈信号负反馈到运算电路，由此，抑制感性元件与压电元件之间的谐振特性。但是，通过调整补偿器的特性（例如在由RC微分电路构成补偿器的情况下，调整电路的电阻值或电容器的电容中的至少一方），以使得施加到压电元件的驱动信号的最低电压成为比初始状态的电压（电源的接地电压）低的电压的方式抑制谐振特性,，而不是完全抑制谐振特性。

由此，即使不使用产生比驱动信号的初始状态的电压（电源的接地电压）低的电压的电源，也能够将驱动信号的最低电压设为比初始状态的电压低的电压，能够减小在压电元件中产生的残留应变。因此，驱动电路不会大型化。并且，由于能够减小在压电元件中产生的残留应变，因此即使在以较高的重复频率驱动压电元件的情况下，也能够在不怎么受到残留应变的影响的情况下驱动压电元件。此外，能够高效地将压电元件驱动残留应变减小的量。

此外，在上述本发明的压电元件驱动电路中，也可以以使施加到压电元件的驱动信号的最低电压与接地电压间的电压差成为驱动信号的最高电压（使得压电元件的变形量达到最大的电压）与接地电压间的电压差的1～2成的值的电路的方式，调整相位超前补偿电路的特性。