專利名稱：液體噴射裝置及醫(yī)療設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)電容成分變動(dòng)的容性負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的技術(shù)、或?qū)﹄娙莩煞植煌亩鄠€(gè)容性負(fù)載進(jìn)行切換來驅(qū)動(dòng)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
存在很多如搭載在噴墨打印機(jī)上的噴射頭等那樣，通過施加規(guī)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來噴射液體等動(dòng)作的致動(dòng)器。致動(dòng)器的動(dòng)作依賴于施加的電壓，因此，為了充分發(fā)揮致動(dòng)器的性能，期望能夠施加到很高的電壓。因此，對(duì)施加給致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行功率放大后施加給致動(dòng)器。作為對(duì)驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行功率放大的方法，例如公開有使用D級(jí)放大器的方法 (專利文獻(xiàn)1等)。在該方法中，對(duì)驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制而轉(zhuǎn)換成脈沖波狀的調(diào)制信號(hào)之后進(jìn)行功率放大。作為脈沖調(diào)制的方式，雖然能夠應(yīng)用脈寬調(diào)制(MCOM)方式或脈沖密度調(diào)制(PDM)方式中的任意一個(gè)，但是通常使用脈寬調(diào)制。在通過對(duì)得到的脈沖波狀的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率放大，轉(zhuǎn)換成在電源電壓與接地之間變化的脈沖波狀的調(diào)制信號(hào)(功率放大調(diào)制信號(hào))之后，通過使用平滑濾波器除去調(diào)制成分，生成功率放大后的驅(qū)動(dòng)波形信號(hào) (驅(qū)動(dòng)信號(hào))。還公開有在無線頻帶(RF)的功率放大中使用的E級(jí)放大器。在E級(jí)放大器中，利用在感性元件的電感與容性負(fù)載具有的電容之間產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象來進(jìn)行功率放大，因此能夠產(chǎn)生超過電源電壓的電壓。專利文獻(xiàn)1日本特開2005-3^710號(hào)公報(bào)但是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中存在如下問題不能將驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)放大到電源電壓以上的電壓來生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且不受環(huán)境溫度、元件溫度、制造偏差的影響地穩(wěn)定地生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如，在D級(jí)放大器中，改變脈沖波狀的調(diào)制信號(hào)的占空比來改變電壓，因此只能在從相當(dāng)于接地的占空比0%到相當(dāng)于電源電壓的占空比100%為止的期間改變電壓。 而且，當(dāng)想要通過脈寬調(diào)制來實(shí)現(xiàn)占空比100%時(shí)，需要寬度無限窄的脈沖，但是，由于能夠輸出的脈寬存在界限，因此實(shí)際上不可能放大到電源電壓。另外，在進(jìn)行了脈沖密度調(diào)制時(shí)，雖然能夠放大到電源電壓，但是會(huì)產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生頻率低的部分，在該部分上不能通過平滑濾波器充分地除去脈沖成分，因此，導(dǎo)致得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)失真。進(jìn)而，在E級(jí)放大器中，利用在感性元件的電感L與容性負(fù)載具有的電容C之間產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象(LC諧振)來進(jìn)行功率放大，但是產(chǎn)生諧振的頻率(諧振頻率)會(huì)根據(jù)環(huán)境溫度、元件的溫度變化或元件的制造偏差的影響而變化。由于LC諧振的Q值很高，因此，導(dǎo)致諧振頻率變化時(shí)放大率大幅變化。因此，不能穩(wěn)定地對(duì)驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行功率放大來生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題的至少一部分而提出的，其目的在于，提供一種能夠產(chǎn)生電壓超過電源電壓的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且不會(huì)受到環(huán)境溫度、部件的制造偏差等的影響，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的技術(shù)。為了解決上述問題的至少一部分，本發(fā)明的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路采用如下的結(jié)構(gòu)。S卩，其要旨在于，一種容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，其通過對(duì)容性負(fù)載施加規(guī)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)該容性負(fù)載，該容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路具有驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)輸出電路，其輸出作為所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的基準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)；運(yùn)算電路，其通過取所述驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)、與根據(jù)施加給所述容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而生成的反饋信號(hào)之間的差分，生成誤差信號(hào)；調(diào)制電路，其通過對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制，生成調(diào)制信號(hào)；數(shù)字功率放大電路，其通過對(duì)所述調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率放大，生成脈沖波狀的功率放大調(diào)制信號(hào)；感性元件，其連接所述數(shù)字功率放大調(diào)制電路和所述容性負(fù)載，將來自該數(shù)字功率放大電路的所述功率放大調(diào)制信號(hào)作為所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，提供給該容性負(fù)載；以及相位超前補(bǔ)償電路，其對(duì)來自所述感性元件的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相位超前補(bǔ)償之后，通過將得到的信號(hào)作為所述反饋信號(hào)負(fù)反饋給所述運(yùn)算電路，抑制在所述感性元件與所述容性負(fù)載之間產(chǎn)生的諧振特性，以使所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于所述功率放大調(diào)制信號(hào)的增益收于1.5倍以上到5倍以下的范圍內(nèi)。在這樣的本發(fā)明的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路中，以如下方式對(duì)容性負(fù)載施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 首先，通過取作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的基準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)、與根據(jù)實(shí)際施加給容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而生成的反饋信號(hào)之間的差分，生成誤差信號(hào)。接著，通過對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制，生成調(diào)制信號(hào)，對(duì)得到的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率放大，生成脈沖波狀的功率放大調(diào)制信號(hào)。通過感性元件將該功率放大調(diào)制信號(hào)提供給容性負(fù)載，從而向容性負(fù)載施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于感性元件通過與容性負(fù)載組合而構(gòu)成平滑濾波器，因此通過感性元件將脈沖波狀的功率放大調(diào)制信號(hào)提供給容性負(fù)載，由此除去功率放大調(diào)制信號(hào)的調(diào)制成分，將功率放大后的信號(hào)成分(驅(qū)動(dòng)波形信號(hào))作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加給容性負(fù)載。由于當(dāng)組合感性元件和容性負(fù)載時(shí)形成諧振電路，因此，在由感性元件的電感、容性負(fù)載的電容決定的諧振頻率下，施加給容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓比提供給感性元件的功率放大調(diào)制信號(hào)大。因此，在對(duì)施加給感性元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行使相位超前的補(bǔ)償(相位超前補(bǔ)償)之后，將得到的信號(hào)作為反饋信號(hào)負(fù)反饋給運(yùn)算電路，從而抑制感性元件與容性負(fù)載之間的諧振特性。但是，不是完全抑制諧振特性，而是將諧振特性抑制到驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于功率放大調(diào)制信號(hào)的增益收于1. 5倍以上到5倍以下的范圍的程度。由感性元件和容性負(fù)載形成的諧振電路在由感性元件的電感和容性負(fù)載的電容決定的諧振頻率附近，產(chǎn)生尖銳的諧振峰值。感性元件的電感和容性負(fù)載的電容根據(jù)環(huán)境溫度的變化或元件的制造偏差而變動(dòng)。因此，諧振頻率由于這些影響而變動(dòng)，因此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于功率放大調(diào)制信號(hào)的增益大幅變動(dòng)。由于感性元件和容性負(fù)載由于使用中的功率損失而溫度上升，因此，在容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)中增益有可能大幅變動(dòng)。相對(duì)于此，在本發(fā)明的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路中，通過在對(duì)施加給感性元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相位超前補(bǔ)償之后使其負(fù)反饋，抑制了諧振特性，因此，增益不會(huì)在諧振頻率的周邊大幅變動(dòng)。因此，即使諧振頻率由于環(huán)境溫度的變化和元件的制造偏差而變動(dòng)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于功率放大調(diào)制信號(hào)的增益也不會(huì)大幅變動(dòng)。在此，從抑制增益變動(dòng)的觀點(diǎn)考慮時(shí)，優(yōu)選盡可能抑制諧振特性。另一方面， 從針對(duì)功率放大調(diào)制信號(hào)盡可能生成大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的觀點(diǎn)考慮，期望不盡可能抑制諧振特性。即，抑制增益變動(dòng)、與確保大的增益之間存在悖論的關(guān)系。從經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)以使驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于功率放大調(diào)制信號(hào)的增益收于1.5倍以上到5倍以下的范圍內(nèi)的方式抑制諧振特性時(shí)，能夠在抑制驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于功率放大調(diào)制信號(hào)的增益的變動(dòng)的同時(shí)，確保某種程度的增益。結(jié)果，能夠產(chǎn)生電壓超過功率放大調(diào)制信號(hào)的電壓的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且不會(huì)受到環(huán)境溫度和部件的制造偏差等的影響，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在上述本發(fā)明的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路中，也可以具有與容性負(fù)載并聯(lián)連接的容性元件。如上所述，本發(fā)明的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路通過利用在感性元件與容性負(fù)載之間產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象，相對(duì)于功率放大調(diào)制信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因此，得到這樣的效果的關(guān)鍵是諧振電路的諧振頻率周邊的頻率范圍。諧振頻率由感性元件的電感和容性負(fù)載的電容決定，但是容性負(fù)載的電容由容性負(fù)載的大小或特性等決定到某種程度。因此，為了得到期望的諧振頻率，必須增大感性元件的電感，有可能需要很大的感性元件。在這樣的情況下，通過將容性元件(電容器等)與容性負(fù)載并聯(lián)連接，在容性負(fù)載的電容不變的狀態(tài)下，從感性元件來看，相當(dāng)于連接了具有容性負(fù)載和容性元件的合成電容的容性負(fù)載。因此，不需要搭載很大的感性元件，因此，能夠避免容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路變大的問題。在上述本發(fā)明的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路中，在對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制而生成調(diào)制信號(hào)時(shí)，也可以根據(jù)誤差信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制。脈寬調(diào)制可以用極簡單的電路來實(shí)現(xiàn)，因此能夠容易地實(shí)現(xiàn)緊湊的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路。在上述本發(fā)明的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路中，在對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制而生成調(diào)制信號(hào)時(shí)，也可以根據(jù)誤差信號(hào)進(jìn)行脈沖密度調(diào)制。詳細(xì)的機(jī)制將在后面說明，但是，如果使用脈沖密度調(diào)制，則能夠進(jìn)行脈沖調(diào)制以抑制電源電壓變動(dòng)等的影響。因此，即使由于某些原因而產(chǎn)生電源電壓變動(dòng)等，也不會(huì)受到由此引起的影響，能夠生成穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。


圖1是例示搭載有本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的液體噴射裝置的說明圖。圖2是表示本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的電路結(jié)構(gòu)的說明圖。圖3是用于分析本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的頻率響應(yīng)特性的塊線圖。圖4是表示本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的頻率響應(yīng)特性的板線圖。圖5是表示本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的情況的說明圖。圖6是表示在第1變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路中使用的調(diào)制電路以及數(shù)字功率放大電路的電路結(jié)構(gòu)的說明圖。圖7是表示第1變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的情況的說明圖。
圖8是表示第2變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的一部分的說明圖。符號(hào)說明100...液體噴射裝置；110...噴射單元；111...噴嘴；112...液體通路管； 113...前塊；114...后塊；115...液體室；116...致動(dòng)器；120...供給泵；121...管； 122...管；123...液體箱；130...控制單元；200...容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路；210...驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)產(chǎn)生電路；220. · ·運(yùn)算電路；230. · ·調(diào)制電路；235. · ·調(diào)制電路；236. · ·積分器； 237. · ·延遲比較器；240. · ·數(shù)字功率放大電路；250. · ·線圈；252. · ·電容器；260. · ·平滑濾波器；270...相位超前補(bǔ)償電路。
具體實(shí)施例方式以下，為了明確上述本發(fā)明的內(nèi)容，以如下順序說明實(shí)施例。A.裝置結(jié)構(gòu)B.容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的電路結(jié)構(gòu)C.容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作D.變形例D-1.第1變形例D-2.第2變形例A.裝置結(jié)構(gòu)圖1是表示搭載有本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200的液體噴射裝置100的結(jié)構(gòu)的說明圖。如圖所示，液體噴射裝置100大致由噴射液體的噴射單元110、將從噴射單元 110噴射的液體提供給噴射單元110的供給泵120、控制噴射單元110以及供給泵120的動(dòng)作的控制單元130等構(gòu)成。例如，噴射單元110相當(dāng)于在手術(shù)等中用于醫(yī)療的噴水手術(shù)刀， 但是不限于噴水手術(shù)刀。噴射單元110具有在金屬制的前塊113上重疊同樣金屬制的后塊114后用螺釘固定的結(jié)構(gòu)，在前塊113的前面立設(shè)有圓管形狀的液體通路管112，在液體通路管112的前端插入安裝有噴嘴111。在前塊113與后塊114的接合面上形成有薄圓板形狀的液體室115， 液體室115經(jīng)由液體通路管112與噴嘴111連接。在后塊114的內(nèi)部設(shè)置有由層疊式壓電元件構(gòu)成的致動(dòng)器116。供給泵120在從儲(chǔ)存有想要噴射的液體(水、生理鹽水、藥液等) 的液體箱123經(jīng)由管121將液體吸上之后，經(jīng)由管122提供到噴射單元110的液體室115 內(nèi)。因此，液體室115成為充滿液體的狀態(tài)。當(dāng)從控制單元130向致動(dòng)器116施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，致動(dòng)器116伸張而壓縮液體室 115，結(jié)果，充滿在液體室115內(nèi)的液體從噴嘴111以脈沖狀噴射。致動(dòng)器116的伸張量依賴于作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加的電壓。因此，為了充分發(fā)揮致動(dòng)器116的能力，需要能夠輸出很大的電壓振幅而且生成高精度的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，施加給致動(dòng)器116。因此，為了生成這樣的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在控制單元130內(nèi)搭載有以下說明的本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200。B.容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的電路結(jié)構(gòu)圖2是表示本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200的電路結(jié)構(gòu)的說明圖。如圖所示， 容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200大致具有驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)產(chǎn)生電路(驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)輸出電路)210， 其輸出作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的基準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)(以下，WC0M)；運(yùn)算電路220，其根據(jù)從驅(qū)動(dòng)波
6形信號(hào)產(chǎn)生電路210接收到的WCOM和后述的反饋信號(hào)(以下，dCOM)，輸出誤差信號(hào)(以下，dffCOM)；調(diào)制電路230，其對(duì)來自運(yùn)算電路220的dWCOM進(jìn)行脈沖調(diào)制而轉(zhuǎn)換成調(diào)制信號(hào)(以下，MC0M)；數(shù)字功率放大電路M0，其對(duì)來自調(diào)制電路230的MCOM進(jìn)行數(shù)字功率放大而生成功率放大調(diào)制信號(hào)(以下，Vs)；線圈250(感性元件)，其在從數(shù)字功率放大電路 240接收到Vs而除去調(diào)制成分之后，作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)(以下，COM)提供給噴射單元110的致動(dòng)器116 ；以及相位超前補(bǔ)償電路270，其對(duì)從線圈250提供給致動(dòng)器116的COM施加使相位超前的補(bǔ)償，生成dC0M(反饋信號(hào))。其中，驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)產(chǎn)生電路210具有存儲(chǔ)有WCOM數(shù)據(jù)的波形存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器，通過用D/A轉(zhuǎn)換器將從波形存儲(chǔ)器讀出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，從而生成WCOM (驅(qū)動(dòng)波形信號(hào))。將這樣輸出的WCOM輸入到運(yùn)算電路220的非反轉(zhuǎn)輸入端子。來自相位超前補(bǔ)償電路270的dCOM(反饋信號(hào))輸入到運(yùn)算電路220的反轉(zhuǎn)輸入端子。結(jié)果，將相當(dāng)于WCOM 與dCOM之間的差分的信號(hào)作為dWC0M(誤差信號(hào))從運(yùn)算電路220輸出。接著，將dWCOM與固定周期的三角波(以下，Tri)進(jìn)行比較，如果dWCOM大，則生成高電平狀態(tài)(調(diào)制電路230的動(dòng)作電壓)的脈沖波狀的MCOM(調(diào)制信號(hào))，如果Tri大，則生成低電平狀態(tài)(接地電壓)的脈沖波狀的MCOM(調(diào)制信號(hào))。并且，將得到的MCOM輸入到數(shù)字功率放大電路M0。數(shù)字功率放大電路240具有推挽連接的兩個(gè)開關(guān)元件(M0SFET 等)、電源、驅(qū)動(dòng)這些開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)器。在MCOM為高電平狀態(tài)時(shí)，高壓側(cè)的開關(guān)元件成為接通狀態(tài)，低壓側(cè)的開關(guān)元件成為斷開狀態(tài)，電源電壓Vdd作為Vs輸出。在MCOM為低電平狀態(tài)時(shí)，高壓側(cè)的開關(guān)元件成為斷開狀態(tài)，低壓側(cè)的開關(guān)元件成為接通狀態(tài)，接地電壓作為Vs輸出。因此，對(duì)在調(diào)制電路230的動(dòng)作電壓與接地之間以脈沖波狀變化的MCOM進(jìn)行功率放大，使其成為在電源電壓Vdd與接地之間以脈沖波狀變化的Vs。在該放大中，由于只是切換推挽連接的兩個(gè)開關(guān)元件的接通/斷開，因此與放大模擬波形的情況相比，能夠大幅抑制功率損失。結(jié)果，不僅能夠提高功率效率，而且也不需要為了散熱而設(shè)置很大的散熱器，因此能夠使電路小型化。在使功率放大后的Vs (功率放大調(diào)制信號(hào))通過線圈250之后，作為C0M(驅(qū)動(dòng)信號(hào))施加給致動(dòng)器116。將在后面詳細(xì)說明，但是線圈250通過與致動(dòng)器116的電容成分組合而構(gòu)成平滑濾波器260，Vs中的調(diào)制成分由平滑濾波器260衰減后，取出Vs中的信號(hào)成分而解調(diào)成COM。除此之外，在本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200中，不僅使Vs通過線圈250而使調(diào)制成分衰減，而且放大Vs中的信號(hào)成分(1. 5倍以上到5倍以下的范圍，有代表性的是放大至2倍左右)。因此，在數(shù)字功率放大電路MO中，雖然只能功率放大到電壓 Vdd，但是能夠輸出包含電壓Vdd以上的電壓的COM。關(guān)于可能的理由，稍后進(jìn)行詳細(xì)說明。使施加給致動(dòng)器116的COM負(fù)反饋來構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)，但是根據(jù)平滑濾波器沈0 的相位特性，通過線圈250的COM的相位相對(duì)于WCOM延遲。因此，不是單純地使COM負(fù)反饋，而是通過由電容器Ch和電阻1 構(gòu)成的相位超前補(bǔ)償電路270進(jìn)行使相位超前的補(bǔ)償， 通過將得到的信號(hào)作為dCOM輸入到運(yùn)算電路220的反轉(zhuǎn)輸入端子來進(jìn)行負(fù)反饋。C.容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作圖3是用于分析本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200的頻率響應(yīng)特性的塊線圖。首先，來自驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)產(chǎn)生電路210的WCOM (驅(qū)動(dòng)波形信號(hào))在運(yùn)算電路220中被減去來自相位超前補(bǔ)償電路270的dC0M(反饋信號(hào))，生成dWCOM (誤差信號(hào))。該dWCOM在調(diào)制電路230中轉(zhuǎn)換成MCOM (調(diào)制信號(hào))之后，通過數(shù)字功率放大電路240放大而轉(zhuǎn)換成Vs (功率放大調(diào)制信號(hào))，通過平滑濾波器260解調(diào)而作為COM(驅(qū)動(dòng)信號(hào))輸出。在相位超前補(bǔ)償電路270中對(duì)這樣輸出的COM施加相位超前補(bǔ)償之后，作為dCOM對(duì)WCOM進(jìn)行負(fù)反饋，從而作為整體構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)。在此，當(dāng)設(shè)線圈250的電感為L，致動(dòng)器116(壓電元件)的電容為Cp時(shí)，平滑濾波器260的傳遞函數(shù)F (s)由圖3(b)所示的式子給出。相位超前補(bǔ)償電路270的傳遞函數(shù) β (s)由圖3(c)所示的式子給出。在此，Ch表示構(gòu)成相位超前補(bǔ)償電路270的電容器的電容，Mi表示構(gòu)成相位超前補(bǔ)償電路270的電阻的電阻值。因此，當(dāng)設(shè)在數(shù)字功率放大電路240中進(jìn)行功率放大時(shí)的增益為G時(shí)，容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200整體的傳遞函數(shù)H(S)由圖 3(d)所示的式子給出。圖4是表示容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200整體的傳遞函數(shù)H(S)的頻率響應(yīng)特性的板線圖。在圖4(a)中示出增益線圖，在圖4(b)中示出相位線圖。在增益線圖以及相位線圖上， 除了容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200整體的傳遞函數(shù)H(S)的特性以外，還示出包含數(shù)字功率放大電路MO的平滑濾波器沈0的傳遞函數(shù)G · F(S)的特性、相位超前補(bǔ)償電路270的傳遞函數(shù) β (s)的特性。如在圖4(a)的增益線圖中用虛線所示，線圈250的感性成分與致動(dòng)器116(壓電元件)的電容成分一起形成諧振電路，因此在通過圖中所示的計(jì)算式?jīng)Q定的諧振頻率f0的附近，出現(xiàn)增益的尖銳峰值。因此，通過使COM負(fù)反饋，抑制峰值的銳度⑴值)。但是，如圖4(b)所示，通過平滑濾波器260的相位特性，COM在比諧振頻率f0高的頻率區(qū)域中相位延遲180度，因此，在直接使COM負(fù)反饋時(shí)，控制單元130有可能不穩(wěn)定。因此，在使用如在圖4中用點(diǎn)劃線表示的特性的相位超前補(bǔ)償電路270進(jìn)行了使相位超前的補(bǔ)償之后，作為 dCOM(反饋信號(hào))來負(fù)反饋。由此，不會(huì)使控制單元130不穩(wěn)定，即可使COM負(fù)反饋，結(jié)果， 如在圖4(a)中用實(shí)線所示，能夠抑制在增益線圖中表現(xiàn)的峰值的銳度⑴值)。在此，在本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200中，不是完全抑制增益的峰值，而是保留某種程度的峰值。因此，在諧振頻率f0的周邊的頻率區(qū)域中，能夠得到比數(shù)字功率放大電路MO的增益G大的增益。當(dāng)然，由于使COM負(fù)反饋，因此，與數(shù)字功率放大電路MO以及平滑濾波器260的傳遞函數(shù)G-F(S)相比，增益的變化變得平穩(wěn)。因此，即使諧振頻率由于環(huán)境溫度、致動(dòng)器116的溫度變化或線圈250、致動(dòng)器116的制造偏差的影響而變化，增益也不會(huì)由此而大幅變化。結(jié)果，在能夠輸出包含通過數(shù)字功率放大電路240功率放大后的電壓以上的電壓的COM(驅(qū)動(dòng)信號(hào))的同時(shí)，不會(huì)受到環(huán)境溫度和部件的制造偏差等的影響，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的COM。由以上的說明可知，當(dāng)從抑制增益變動(dòng)的觀點(diǎn)考慮時(shí)，期望盡可能抑制諧振特性。 另一方面，當(dāng)從相對(duì)于Vs (功率放大調(diào)制信號(hào))盡可能生成大的COM(驅(qū)動(dòng)信號(hào))的觀點(diǎn)考慮時(shí)，期望盡可能不抑制諧振特性。即，抑制增益變動(dòng)、與確保大的增益之間存在悖論的關(guān)系。從經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)抑制諧振特性以使COM相對(duì)于Vs的增益收于1. 5倍以上到5倍以下的范圍(有代表性的是增益成為2倍左右)時(shí)，能夠在確保某種程度的增益的同時(shí)，產(chǎn)生穩(wěn)定的 COM。圖5是例示本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200根據(jù)WC0M(驅(qū)動(dòng)波形信號(hào))實(shí)際生成COM(驅(qū)動(dòng)信號(hào))的動(dòng)作的說明圖。圖5(a)中所示的粗實(shí)線表示從驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)產(chǎn)生電路210輸出的WC0M。圖5(a)中所示的虛線表示來自相位超前補(bǔ)償電路270的dCOM (反饋信號(hào))。如使用圖2所述，WCOM輸入到運(yùn)算電路220的非反轉(zhuǎn)輸入端子，dCOM輸入到運(yùn)算電路220的反轉(zhuǎn)輸入端子，因此，從運(yùn)算電路220輸出WCOM減去dCOM而得到的差分信號(hào)作為dWC0M(誤差信號(hào))。該dWCOM由調(diào)制電路230脈沖調(diào)制成MCOM (調(diào)制信號(hào))。在圖5(b)中示出通過調(diào)制電路230將dWCOM轉(zhuǎn)換成MCOM的情況。在調(diào)制電路230 中，比較在圖5(b)中用粗實(shí)線表示的dWCOM、和用細(xì)虛線表示的Tri (三角波)。如果dWCOM 大，則輸出調(diào)制電路230的動(dòng)作電壓(高電平狀態(tài))，如果Tri大，則輸出接地電壓(低電平狀態(tài))。結(jié)果，在接地電壓與調(diào)制電路230的動(dòng)作電壓之間，生成以脈沖波狀變化的調(diào)制信號(hào)(MCOM)。在圖5(c)中示出這樣得到的MC0M。接著，由數(shù)字功率放大電路240對(duì)MCOM進(jìn)行功率放大。如使用圖2所述，數(shù)字功率放大電路240通過MCOM切換推挽連接的兩個(gè)開關(guān)元件(M0SFET等)的連接狀態(tài)，從而生成圖5(d)所示的在電源電壓Vdd與接地電壓之間切換的脈沖波形即Vs (功率放大調(diào)制信號(hào))。使該Vs通過線圈250而除去調(diào)制成分，解調(diào)信號(hào)成分。對(duì)應(yīng)于通過數(shù)字功率放大電路240對(duì)MCOM進(jìn)行功率放大，這樣解調(diào)后的信號(hào)成分的最大電壓比原來的信號(hào)(WCOM)要大。除此之外，如使用圖4(a)所述，傳遞函數(shù)H(S)的增益比數(shù)字功率放大電路MO的增益G大，因此從Vs解調(diào)后的信號(hào)成分的最大電壓比Vs的最大電壓(電壓Vdd)要大。進(jìn)而，由于傳遞函數(shù)H(S)的增益在包含平滑濾波器沈0的諧振頻率f0的較寬的頻率區(qū)域中平穩(wěn)地變化，因此，在對(duì)Vs中包含的信號(hào)成分進(jìn)行解調(diào)時(shí)波形也不會(huì)失真。結(jié)果，如圖5(e)所示，能夠得到從驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)產(chǎn)生電路210輸出的WCOM 包含比Vs的最大電壓(電壓Vdd)還大的電壓Vcom的COM (驅(qū)動(dòng)信號(hào))。平滑濾波器沈0的諧振頻率f0由線圈250的電感L和致動(dòng)器116(壓電元件)的電容Cp來決定，因此，諧振頻率f0根據(jù)環(huán)境溫度的變化、線圈250和致動(dòng)器116(壓電元件) 的制造偏差的影響而變化。但是，如使用圖4(a)所述，傳遞函數(shù)H(S)的增益在包含平滑濾波器260的諧振頻率f0的較寬的頻率區(qū)域中平穩(wěn)地變化，因此，即使諧振頻率f0變化，增益也不會(huì)由此而大幅變化。結(jié)果，不會(huì)受到環(huán)境溫度的變化、線圈250和致動(dòng)器116(壓電元件)的制造偏差的影響，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生包含比Vs的最大電壓(電壓Vdd)還大的電壓 Vcom的C0M(驅(qū)動(dòng)信號(hào))。D.變形例上述本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200存在幾個(gè)變形例。以下，簡單地對(duì)這些變形例進(jìn)行說明。在以下的變形例中，對(duì)于與上述本實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)部分，標(biāo)注與本實(shí)施例相同的符號(hào)，省略詳細(xì)的說明。D-1.第1變形例在上述實(shí)施例中，對(duì)調(diào)制電路230使用被稱作脈寬調(diào)制(PWM)的方法對(duì)dWCOM進(jìn)行脈沖調(diào)制的情況進(jìn)行了說明。但是，脈沖調(diào)制的方式不限于脈寬調(diào)制方式，也可以使用例如被稱作脈沖密度調(diào)制(PDM)的方式來進(jìn)行脈沖調(diào)制。以下，對(duì)通過被稱作PDM的方式進(jìn)行調(diào)制的第1變形例進(jìn)行說明。圖6是表示在第1變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200中使用的調(diào)制電路235和數(shù)字功率放大電路MO的電路結(jié)構(gòu)的說明圖。第1變形例的調(diào)制電路235由積分器236和延遲比較器237構(gòu)成，其中，該積分器236對(duì)dWC0M(誤差信號(hào))、與利用電阻Rs和電阻Rg對(duì)來自數(shù)字功率放大電路240的Vs (功率放大調(diào)制信號(hào))進(jìn)行分壓后的信號(hào)之間的差分進(jìn)行積分，該延遲比較器237對(duì)由積分器236得到的積分信號(hào)(以下，Vt)進(jìn)行脈沖調(diào)制。在此， 延遲比較器237是指將用于將輸出從低電平狀態(tài)切換到高電平狀態(tài)的閾值thl、和用于將輸出從高電平狀態(tài)切換到低電平狀態(tài)的閾值th2(thl > th2)設(shè)定為不同值的比較器。圖7是例示第1變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200根據(jù)WC0M(驅(qū)動(dòng)波形信號(hào))生成COM(驅(qū)動(dòng)信號(hào))的動(dòng)作的說明圖。圖7(a)中所示的粗實(shí)線表示從驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)產(chǎn)生電路210輸出的WC0M，圖7(a)中所示的虛線表示來自相位超前補(bǔ)償電路270的dC0M(反饋信號(hào))。在第1變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200中，也是通過從WCOM減去dCOM來生成 dWCOM (誤差信號(hào))。通過將該dWCOM輸入到圖6所示的調(diào)制電路235來對(duì)其進(jìn)行脈沖調(diào)制。在圖7(b)中示出調(diào)制電路235中的積分器236的動(dòng)作。如圖6所示，積分器236 對(duì)dWCOM (誤差信號(hào))、與利用電阻Rs和電阻Rg對(duì)來自數(shù)字功率放大電路MO的Vs (功率放大調(diào)制信號(hào))進(jìn)行分壓后的信號(hào)之間的差分進(jìn)行積分，生成Vt (積分信號(hào))。因此，如果差分大，則Vt快速地變化，相反如果差分小，則Vt緩慢地變化，結(jié)果，成為在圖7 (b)中用細(xì)虛線表示的三角波形。通過用延遲比較器237對(duì)該Vt進(jìn)行脈沖調(diào)制，能夠得到圖7(c)所示的MCOM。當(dāng)這樣得到MCOM時(shí)，在通過用數(shù)字功率放大電路240對(duì)得到的MCOM進(jìn)行功率放大，從而生成圖7(d)所示的Vs (功率放大調(diào)制信號(hào))之后，通過使該Vs通過線圈250來對(duì)信號(hào)成分進(jìn)行解調(diào)。由此，如圖7(e)所示，能夠得到功率放大后的COM。在如上所述的第1變形例中，也是在包含平滑濾波器沈0的諧振頻率f0的頻率區(qū)域中，通過將COM相對(duì)于Vs的增益設(shè)定在1.5倍以上到5倍以下的范圍內(nèi)，從而能夠產(chǎn)生具有比數(shù)字功率放大電路MO的電源電壓Vdd高的電壓的COM。由傳遞函數(shù)H(s)的增益線圖可知，COM相對(duì)于Vs的增益平穩(wěn)地變化，因此，在從Vs解調(diào)信號(hào)成分而生成COM時(shí)，波形也不會(huì)失真。進(jìn)而，不會(huì)受到環(huán)境溫度的變化、線圈250和致動(dòng)器116(壓電元件)的制造偏差的影響，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生包含比數(shù)字功率放大電路240的電源電壓Vdd大的電壓的 COM (驅(qū)動(dòng)信號(hào))。除此之外，如上述變形例所示，在以PDM方式進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，與上述以PWM方式進(jìn)行脈沖調(diào)制的情況相比，還能夠得到如下的優(yōu)點(diǎn)。首先，由數(shù)字功率放大電路240得到的 Vs成為電壓值在接地電壓與電源電壓Vdd之間切換的脈沖波形。因此，當(dāng)電源電壓Vdd由于某些理由變動(dòng)時(shí)，Vs的振幅變化。因此，在以PWM方式進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，數(shù)字功率放大電路240的電源電壓Vdd的變動(dòng)、晶體管特性的偏差等會(huì)直接對(duì)COM產(chǎn)生影響。但是，在以PDM 方式進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，由于以下的理由，能夠抑制數(shù)字功率放大電路240的電源電壓Vdd的變動(dòng)、晶體管特性的偏差對(duì)COM產(chǎn)生的影響。首先，在PDM方式中，輸入到延遲比較器237的Vt (積分信號(hào))是通過對(duì)來自運(yùn)算電路220的dWCOM與對(duì)來自數(shù)字功率放大電路240的Vs進(jìn)行分壓后的值之間的差進(jìn)行積分而得到的。因此，當(dāng)數(shù)字功率放大電路MO的電源電壓Vdd降低時(shí)，Vt的下降沿的坡度變緩。結(jié)果，從延遲比較器237輸出的MCOM成為高電平狀態(tài)的期間變長。當(dāng)數(shù)字功率放大電路MO的電源電壓Vdd上升時(shí)，Vt的下降沿的坡度變陡。結(jié)果，從延遲比較器237輸出的MCOM成為低電平狀態(tài)的期間變長。S卩，當(dāng)數(shù)字功率放大電路MO的電源電壓Vdd由于某些理由降低時(shí)，MCOM成為高電平狀態(tài)的期間長的信號(hào)，相反當(dāng)電源電壓Vdd變高時(shí)，MCOM成為低電平狀態(tài)的期間長的信號(hào)。如果MCOM的高電平狀態(tài)的期間長，則在通過平滑濾波器之后得到的電壓變高，如果 MCOM的低電平狀態(tài)的期間長，則在通過平滑濾波器之后得到的電壓變低。結(jié)果，即使數(shù)字功率放大電路240的電源電壓Vdd變動(dòng)，MCOM也以COM不受其影響的方式變化。因此，在使用 PDM方式進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，不會(huì)受到電源電壓Vdd變動(dòng)的影響，能夠生成始終穩(wěn)定的COM (驅(qū)動(dòng)信號(hào))。D-2.第2變形例在以上說明的實(shí)施例或變形例中，對(duì)由線圈250和致動(dòng)器116(壓電元件)構(gòu)成平滑濾波器260的情況進(jìn)行了說明。但是，也可以以與致動(dòng)器116并聯(lián)連接的方式設(shè)置電容器，由該電容器、線圈250、致動(dòng)器116構(gòu)成平滑濾波器沈0。圖8是例示如上所述構(gòu)成的第2變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200的一部分的說明圖。如圖所示，在第2變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200中，以與致動(dòng)器116并聯(lián)連接的方式設(shè)置電容器252(容性元件)。在這樣的結(jié)構(gòu)中，由線圈250的電感L、致動(dòng)器116的電容Cp、 電容器252的電容Cc形成諧振電路。相互并聯(lián)連接的致動(dòng)器116的電容Cp、電容器252的電容Cc能夠作為合成電容(大小為Cp+Cc)來處理，因此該諧振電路的諧振頻率是由線圈 250的電感L、合成電容Cp+Cc決定的頻率。在多數(shù)情況下，容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200的驅(qū)動(dòng)負(fù)載即致動(dòng)器116的電容Cp是確定的。因此，當(dāng)假設(shè)沒有電容器252時(shí)，為了將諧振頻率設(shè)定為期望的頻率，需要用線圈250 的電感L進(jìn)行調(diào)整。結(jié)果，根據(jù)情況有時(shí)需要很大的線圈250，使得容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路200 變大。但是，即使在這樣的情況下，如果與致動(dòng)器116并聯(lián)地連接電容器252，則通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定電容器252的電容，能夠不使線圈250變大，將諧振頻率設(shè)定在期望的頻率。以上，說明了本實(shí)施例和變形例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，但是本發(fā)明并不限于上述全部的實(shí)施例和變形例，在不脫離其要旨的范圍內(nèi)能夠以各種方式實(shí)施。例如，通過將本實(shí)施例的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用于在形成含有藥劑或營養(yǎng)劑的微型膠囊時(shí)使用的流體噴射裝置等包含醫(yī)療設(shè)備在內(nèi)的各種電子設(shè)備，從而能夠提供功率效率良好的小型化的電子設(shè)備。對(duì)于搭載在噴墨打印機(jī)上，用于驅(qū)動(dòng)噴射墨水的噴嘴的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，也能夠適當(dāng)?shù)貞?yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種液體噴射裝置，其具有用于噴射液體的致動(dòng)器、以及生成用于驅(qū)動(dòng)該致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路，其中，該容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路通過對(duì)具有電容成分的容性負(fù)載施加規(guī)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)該容性負(fù)載，該容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路具有驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)輸出電路，其以數(shù)字信號(hào)的形式，輸出作為所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的基準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)；運(yùn)算電路，其通過取所述驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)、與使用所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)而生成的反饋信號(hào)之間的差分，生成誤差信號(hào)；調(diào)制電路，其通過對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制，生成調(diào)制信號(hào)；數(shù)字功率放大電路，其通過對(duì)所述調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率放大，生成功率放大調(diào)制信號(hào)；感性元件，其連接所述功率放大調(diào)制電路和所述容性負(fù)載，對(duì)該容性負(fù)載施加所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及相位超前補(bǔ)償電路，其將對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相位超前補(bǔ)償后的信號(hào)作為所述反饋信號(hào)，負(fù)反饋給所述運(yùn)算電路，所述相位超前補(bǔ)償電路進(jìn)行抑制，以使由所述感性元件和所述容性負(fù)載形成的諧振電路的諧振頻率附近的增益，收于所述功率放大電路的增益的1. 5倍以上到5倍以下的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體噴射裝置，其特征在于，所述容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路具有容性元件，該容性元件與所述容性負(fù)載并聯(lián)連接，所述諧振電路由所述容性負(fù)載、所述容性元件和所述感性元件形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體噴射裝置，其中，所述調(diào)制電路是通過對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行脈寬調(diào)制來生成所述調(diào)制信號(hào)的電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體噴射裝置，其中，所述調(diào)制電路是通過對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行脈沖密度調(diào)制而生成所述調(diào)制信號(hào)的電路。
5.一種醫(yī)療設(shè)備，其中，該醫(yī)療設(shè)備使用權(quán)利要求1所述的液體噴射裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供液體噴射裝置及醫(yī)療設(shè)備，能夠產(chǎn)生電壓超過電源電壓的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且不會(huì)受到環(huán)境溫度和部件的制造偏差的影響，能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過對(duì)驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)進(jìn)行脈沖調(diào)制來生成調(diào)制信號(hào)，對(duì)得到的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行功率放大之后，使用平滑濾波器對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。通過使由此得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)負(fù)反饋，從而抑制平滑濾波器的諧振峰值。此時(shí)，通過在較寬的頻帶上使增益成為固定以上，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生電壓超過電源電壓的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
文檔編號(hào)B41J2/045GK102529369SQ2011103190
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者大島敦 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社