JP2011109819A - 容量性負荷駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】容量性負荷を、長期間に亘って効率よく高精度の電圧波形を用いて駆動する。
【解決手段】電源から逆流防止手段を介して複数の電荷蓄積素子を充電し、電荷蓄積素子
毎に少なくとも１つずつ設けた電圧生成スイッチを用いて、電荷蓄積素子間の接続状態を
切り換えることで、電荷蓄積素子の端子間電圧に相当する電圧だけ離れた複数段階の電圧
を生成する。こうして生成した電圧を、電圧印加スイッチを介して供給することで電気負
荷を駆動する。更に、電気負荷の駆動中にあっても、印加電圧が変化しない所定期間では
、印加スイッチを切断し、複数の電圧生成スイッチの接続状態を切り換えることによって
、電荷蓄積素子の電圧調整を行う。容量性負荷は印加スイッチが切断されても印加電圧を
保持するから、その間に電荷蓄積素子の電圧調整を行うことで、長期間に亘って電圧波形
の精度を維持することが可能となる。
【選択図】図８

Description

本発明は、容量性の電気負荷を駆動する技術に関する。

電荷を蓄えた複数のコンデンサーを利用して、容量性負荷を効率よく駆動する技術が提
案されている（特許文献１）。この提案の技術では、各コンデンサーに異なる電圧で電荷
を蓄えておき、容量性負荷に接続するコンデンサーを次々と切り換えることによって負荷
を駆動する。あるいは、複数のコンデンサーを並列に接続して同じ電圧で充電しておき、
必要に応じて、コンデンサーを直列に接続することで、高い電圧を発生させる技術も提案
されている（特許文献２）。この技術では、直列に接続するコンデンサーの個数を変える
ことで、発生させる電圧を変更することが可能である。

これらの技術を、容量成分を有する電気負荷（容量性負荷）を駆動するために適用する
と、コンデンサーと容量性負荷との間で電荷のやり取りが発生する。例えば、印加する電
圧を上昇させる場合には、容量性負荷に接続するコンデンサーを、端子間電圧の高いコン
デンサーに切り換えることによって、あるいは、直列に接続するコンデンサーの個数を増
やすことによって、コンデンサー側の電圧を負荷の電圧よりも高くする。こうすると、コ
ンデンサーから負荷に電荷が供給され、その結果、容量性負荷の印加電圧が上昇する。逆
に、容量性負荷の印加電圧を低下させる場合には、負荷に接続するコンデンサーを、端子
間電圧の低いコンデンサーに切り換えることによって、あるいは、直列に接続するコンデ
ンサーの数を減らすことによって、コンデンサー側の電圧を負荷の電圧よりも低くする。
こうすると、容量性負荷に蓄えられていた電荷がコンデンサーに流れ込み、その結果、容
量性負荷の印加電圧が低下する。また、こうしてコンデンサーに蓄えた電荷は、再び、容
量性負荷の印加電圧を上昇させる際に利用することができるので、容量性負荷を効率よく
駆動することが可能となる。

特開２００３−２８５４４１号公報 特開平７−１３０４８４号公報

しかし、提案されている技術では、コンデンサーと容量性負荷との間で電荷をやり取り
しながら負荷を駆動しているうちに、コンデンサーの端子間電圧が変化してしまい、容量
性負荷を精度の良い印加電圧で駆動することができなくなってしまうという問題があった
。すなわち、電荷のやり取りするに際しては、電気抵抗によって何某かの電力損失が発生
することは避けられず、また、電荷をやり取りしていない場合でも、コンデンサー（およ
び容量性負荷）に蓄えられた電荷は自然放電によって少しずつ減少する。その結果、長い
間には、コンデンサーの端子間電圧が低下してしまう。あるいは、容量性負荷に印加する
電圧波形によっては、特定のコンデンサーに偏って電荷が回収されてしまい、そのコンデ
ンサーの端子間電圧が他のコンデンサーよりも高くなってしまうことも起こり得る。提案
されている技術では、これらの理由から、容量性負荷を、長期間に亘って精度の良い印加
電圧で駆動することが困難となっている。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、
コンデンサーなどの複数の電荷蓄積素子を用いて、容量性負荷を効率よく、しかも精度の
良い印加電圧で駆動することが可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の容量性負荷駆動回路は次の
構成を採用した。すなわち、
容量成分を有する電気負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
複数の電荷蓄積素子と、
前記複数の電荷蓄積素子に対して電荷を供給する電源と、
前記電荷蓄積素子から前記電源に向かって電荷が逆流することを防止する逆流防止手段
と、
前記複数の電荷蓄積素子に対して少なくとも１つずつ設けられ、該電荷蓄積素子間の接
続状態を切り換えることで、複数段階の電圧を生成する複数の電圧生成スイッチと、
前記電圧生成スイッチの接続状態に応じて生成された電圧を、前記電気負荷に印加する
電圧印加スイッチと、
前記電圧印加スイッチの接続状態を導通状態とするとともに、前記電圧生成スイッチの
接続状態を所定の順序で切り換えて電圧波形を発生させることにより、前記電気負荷を駆
動する一方、前記電気負荷に印加される電圧が変化しない期間中に設けられた所定期間で
は、前記電圧印加スイッチの接続状態を切断状態とするとともに前記複数の電圧生成スイ
ッチの接続状態を切り換えることによって、前記電荷蓄積素子の電圧調整を行う負荷駆動
手段と
を備えることを要旨とする。

このような構成を有する本発明の容量性負荷駆動回路においては、複数の前記電荷蓄積
素子に対して、前記電源から前記逆流防止手段を介して電荷を供給することによって該電
荷蓄積素子を充電する。ここで、電荷蓄積素子とは、蓄えている電荷に応じた電圧を発生
させるとともに、自らが発生する電圧よりも高い電圧が印加されると電荷を蓄え、自らが
発生する電圧よりも低い電圧が印加されると電荷を放出する素子であり、例えば、コンデ
ンサーや二次電池などが該当する。また、前記複数の電荷蓄積素子には、前記電圧生成ス
イッチが少なくとも１つずつ設けられており、該電荷蓄積素子間の接続状態を切り換える
ことで複数段階の電圧を生成することが可能であり、こうして生成した電圧を、前記電圧
印加スイッチを介して前記電気負荷に印加することによって、該電気負荷を駆動する。そ
して、電気負荷の駆動中であっても、該電気負荷に印加される電圧が変化しない期間中に
設けられた前記所定期間では、前記印加スイッチの接続状態を切断状態とするとともに前
記複数の電圧生成スイッチの接続状態を切り換えることによって、前記電荷蓄積素子の電
圧調整（すなわち、低下した端子間電圧の上昇、あるいは上昇した端子間電圧の低下、場
合によっては端子間電圧の維持）を行う。

容量成分を有する電気負荷（以下、容量性負荷）は、電圧波形が印加されている最中に
、たとえ電荷蓄積素子との間で電荷をやり取りすることができなくなっても、その時に印
加されていた電圧を維持する性質を有している。換言すれば、電気負荷に印加される電圧
が変化しない期間中は、電荷蓄積素子と電気負荷とを切断しても構わないということがで
きる。そこで、電気負荷に印加される電圧が変化しない期間中に設けられた前記所定期間
では、前記電荷蓄積素子と前記電気負荷との間に設けられた前記印加スイッチの接続状態
を切断状態として、その間に、該複数の電荷蓄積素子の電圧調整を行うことができる。そ
して、こうすれば、たとえ前記電荷蓄積素子と、前記容量性負荷との間で電荷をやり取り
しながら、長期間に亘って該容量性負荷を駆動した場合でも、前記所定期間中に該電荷蓄
積素子の電圧調整を行うことができるので、該容量性負荷を精度の良い電圧波形で駆動す
ることが可能となる。

また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、スイッチを用いて前記逆流防
止手段を構成し、前記電荷蓄積素子の電圧が前記電源の電圧よりも高い場合には、該スイ
ッチを切断することによって、該電荷蓄積素子から該電源への電荷の逆流を防止すること
としてもよい。

スイッチは、いわゆるダイオードに比べて電圧降下が少なく、特に接点式のスイッチで
は電圧降下が発生しないので、容量性負荷を効率よく駆動することが可能となる。また、
スイッチを用いれば、導通状態あるいは切断状態を積極的に切り換えることができるので
、容量性負荷の駆動状況に応じて、より適切に（より高い自由度で）、前記電荷蓄積素子
の電圧調整を行うことが可能となる。

また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、前記複数の電圧生成スイッチ
の接続状態を切り換える切換パターンを複数種類記憶しておき、それらの中から選択した
切換パターンに従って前記電圧生成スイッチを切り換えることによって、前記容量性負荷
を駆動することとしてもよい。そして、前記所定期間では、前記電圧生成スイッチを切り
換えた切換パターンに応じて、前記電荷蓄積素子の電圧調整を行うようにしてもよい。

前記電圧生成スイッチの前記切換パターンが異なれば、生成される電圧波形が異なり、
その結果、前記複数の電荷蓄積素子と前記容量性負荷との間で発生する電荷のやり取りも
変化する。それに伴って、それぞれの該電荷蓄積素子で行うべき電圧調整の内容（すなわ
ち、低下した端子間電圧の上昇、あるいは上昇した端子間電圧の低下、更には端子間電圧
の維持）も異なったものとなる。従って、前記電圧生成スイッチを切り換えた切換パター
ンに応じて、前記所定期間での前記電荷蓄積素子の電圧調整を行うこととすれば、異なる
電圧波形で駆動する場合でも、精度の良い電圧波形を用いて前記容量性負荷を駆動するこ
とが可能となる。

また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、前記電気負荷の容量成分の大
きさに関する情報を取得し、該取得した情報に応じて、前記電荷蓄積素子の電圧調整を行
うこととしてもよい。

たとえ同じ電圧波形を用いて前記容量性負荷を駆動する場合でも、該容量性負荷の容量
成分の大きさが異なれば、前記電荷蓄積素子との間でやり取りする電荷量が変化し、その
結果として、該電荷蓄積素子に発生する端子間電圧の変化量も異なったものとなる。従っ
て、前記容量性負荷の容量成分の大きさに応じて、前記所定期間での前記電荷蓄積素子の
電圧調整を行うこととすれば、より精度の良い電圧波形を用いて前記容量性負荷を駆動す
ることが可能となる。

また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、前記電荷蓄積素子に蓄積され
た電荷量に関連する情報を取得するとともに、該電荷量が所定の許容範囲を超えた場合に
、前記電荷蓄積素子の電圧調整を行うこととしてもよい。尚、該電荷量に関連する情報と
しては、例えば、前記電荷蓄積素子の端子間電圧や、該電荷蓄積素子に流入あるいは該電
荷蓄積素子から流出する電荷量、更には、前記容量性負荷に印加しようとする電圧波形や
該容量性負荷の容量成分の大きさについての情報などを用いることができる

こうすれば、前記電荷蓄積素子の電荷量が前記許容範囲を超えない限り、電圧調整を行
わなくてもよいので、前記容量性負荷を駆動する際に行われる電圧調整の回数を減少させ
ることができる。その結果、電圧調整に伴う電力損失（例えば、前記電圧生成スイッチや
前記電圧印加スイッチの駆動に要する電力や、それらスイッチを電荷が流れることによる
電力損失など）を抑制することができるので、より効率よく容量性負荷を駆動することが
可能となる。

更に本発明の容量性負荷駆動回路は、次のような態様で把握することも可能である。す
なわち、
容量成分を有する電気負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
第１の電荷蓄積素子と、
第２の電荷蓄積素子と、
前記第１および第２の電荷蓄積素子に対して電荷を供給する電源と、
前記第１の電荷蓄積素子と前記第２の電荷蓄積素子との接続状態を切り換えることで、
多段階の電圧を生成する電圧生成スイッチと、
前記電圧生成スイッチの接続状態に応じて生成された電圧を、前記電気負荷に印加する
電圧印加スイッチと、
前記電圧印加スイッチの接続状態を導通状態とするとともに、前記電圧生成スイッチの
接続状態を所定の順序で切り換えることによって、前記電気負荷を駆動する一方、前記電
気負荷に印加される電圧が変化しない所定期間では、前記電圧印加スイッチの接続状態を
切断状態とするとともに前記電圧生成スイッチの接続状態を切り換えることによって、前
記電荷蓄積素子の電圧調整を行う負荷駆動手段と
を備えることを要旨とする。

このような態様で把握された本発明の容量性負荷駆動回路においては、第１の電荷蓄積
素子および第２の電荷蓄積素子に電源からの電荷を供給し、それら第１の電荷蓄積素子お
よび第２の電荷蓄積素子の接続状態を、電圧清々スイッチを用いて切り換えることで、多
段階の電圧を生成する。こうして生成した電圧を、電圧印加スイッチを介して電気負荷に
印加する。また、電気負荷に印加される電圧が変化しない所定期間では、電圧印加スイッ
チの接続状態を切断状態とするとともに、電圧生成スイッチの接続状態を切り換えること
によって、第１の電荷蓄積素子および第２の電荷蓄積素子の電圧調整を行う。

前述したように、容量性負荷は、電圧波形が印加されている最中に電荷が供給されなく
なっても、その時に印加されていた電圧を維持する性質を有している。そこで、電気負荷
に印加される電圧が変化しない所定期間では、電圧印加スイッチの接続状態を切断状態と
して、その間に、電圧生成スイッチの接続状態を切り換えることで、第１の電荷蓄積素子
および第２の電荷蓄積素子の電圧調整を行うことができる。こうすれば、長期間に亘って
容量性負荷を駆動した場合でも、所定期間中に第１の電荷蓄積素子および第２の電荷蓄積
素子の電圧調整を行うことができるので、該容量性負荷を精度の良い電圧波形で駆動する
ことが可能となる。

また、このような態様で把握された本発明の容量性負荷駆動回路においては、第１の電
荷蓄積素子から電源に向かって電荷が流れることを防止する第１の逆流防止手段と、第２
の電荷蓄積素子から電源に向かって電荷が流れることを防止する第２の逆流防止手段とを
備えることとしてもよい。

こうすれば、電圧生成スイッチによって生成された電圧が電源の電圧を超えた場合でも
、第１の電荷蓄積素子あるいは第２の電荷蓄積素子から電源に向かって電荷が逆流するこ
とを回避することが可能となる。

また、このような本発明の容量性負荷駆動回路における電圧生成スイッチは、第１の電
荷蓄積素子および第２の電荷蓄積素子が直列に接続された状態と、第１の電荷蓄積素子お
よび第２の電荷蓄積素子の少なくともいずれかを接地する状態とを少なくとも切り換える
ことが可能としてもよい。

こうすれば、第１の電荷蓄積素子および第２の電荷蓄積素子が直列に接続されているか
否か、あるいは第１の電荷蓄積素子および第２の電荷蓄積素子の少なくとも何れかが接地
されているか否かを切り換えることによって、種々の電圧を発生させることが可能となる
。

本実施例の容量性負荷駆動回路としての噴射ヘッド駆動回路を搭載したインクジェットプリンターを例示した説明図である。 プリンター制御回路の制御の下で噴射ヘッド駆動回路が噴射ヘッドを駆動する様子を示した説明図である。 本実施例の噴射ヘッド駆動回路の詳細な構成を示した説明図である。 コンデンサーを充電するためのスイッチの接続状態を示した説明図である。 スイッチの接続状態に応じて生成する電圧が切り換わる様子を例示した説明図である。 スイッチの接続状態を切り換えることで電圧波形を生成する様子を示した説明図である。 電圧調整を行わずに長期間に亘ってピエゾ素子を駆動していると、電圧波形の精度が低下する様子を例示した説明図である。 噴射ヘッド駆動回路が電圧波形を生成してピエゾ素子を駆動する様子を例示した説明図である。 噴射ヘッド駆動回路が第１変形例の容量性負荷駆動方法に従ってピエゾ素子を駆動する様子を例示した説明図である。 印加する電圧波形に応じて電圧調整内容が設定されている様子を例示した説明図である。 第２変形例の電圧生成部がピエゾ素子を駆動する様子を例示した説明図である。 第２変形例の電圧生成部が、電圧調整期間中にコンデンサー間で電荷を分配する様子を示した説明図である。 第３変形例の噴射ヘッド駆動回路が出力する電圧波形を例示した説明図である。 第３変形例の噴射ヘッド駆動回路が、噴射ヘッドのピエゾ素子を駆動するために行うヘッド駆動処理のフローチャートである。 第４変形例の噴射ヘッド駆動回路が、噴射ヘッドのピエゾ素子を駆動するために行うヘッド駆動処理のフローチャートである。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．回路構成：
Ｃ．本実施例の容量性負荷駆動方法：
Ｄ．変形例：
Ｄ−１．第１変形例：
Ｄ−２．第２変形例：
Ｄ−３．第３変形例：
Ｄ−４．第４変形例：

Ａ．装置構成 ：
図１は、本実施例の容量性負荷駆動回路としての噴射ヘッド駆動回路を搭載したインク
ジェットプリンター１０を例示した説明図である。図示したインクジェットプリンター１
０は、主走査方向に往復動しながら印刷媒体２上にインクドットを形成するキャリッジ２
０と、キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０と、印刷媒体２の紙送りを行うための
プラテンローラー４０などから構成されている。キャリッジ２０には、インクを収容した
インクカートリッジ２６や、インクカートリッジ２６が装着されるキャリッジケース２２
、キャリッジケース２２の底面側（印刷媒体２に向いた側）に搭載されてインクを噴射す
る噴射ヘッド２４などが設けられており、インクカートリッジ２６内のインクを噴射ヘッ
ド２４に導いて、噴射ヘッド２４から印刷媒体２に向かって精度の良い分量のインクを噴
射することが可能となっている。

キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０は、プーリーによって張設されたタイミン
グベルト３２や、プーリーを介してタイミングベルト３２を駆動するステップモータ３４
などから構成されている。タイミングベルト３２の一箇所はキャリッジケース２２に固定
されており、タイミングベルト３２を駆動することでキャリッジケース２２を往復動させ
ることができる。また、プラテンローラー４０は、図示しない駆動モータやギア機構とと
もに、印刷媒体２の紙送りを行う紙送り機構を構成しており、印刷媒体２を副走査方向に
所定量ずつ紙送りすることが可能となっている。

また、インクジェットプリンター１０には、全体の動作を制御するプリンター制御回路
５０や、噴射ヘッド２４を駆動するための噴射ヘッド駆動回路２００も搭載されている。
噴射ヘッド駆動回路２００や、駆動機構３０、紙送り機構などは、プリンター制御回路５
０の制御の下で、印刷媒体２を紙送りしながら噴射ヘッド２４を駆動してインクを噴射す
ることによって、印刷媒体２上に画像を印刷していく。

図２は、プリンター制御回路５０の制御の下で、噴射ヘッド駆動回路２００が噴射ヘッ
ド２４を駆動する様子を示した説明図である。先ず始めに、噴射ヘッド２４の内部構造に
ついて簡単に説明する。図示されている様に、噴射ヘッド２４の底面（印刷媒体２に向い
ている面）には、インク滴を噴射する複数の噴射ノズル１００が設けられている。各噴射
ノズル１００はそれぞれインク室１０２に接続されており、インク室１０２には、インク
カートリッジ２６から供給されたインクが満たされている。各インク室１０２の上にはピ
エゾ素子１０４が設けられており、ピエゾ素子１０４に電圧を印加すると、ピエゾ素子が
変形してインク室１０２を加圧することにより、噴射ノズル１００からインク滴が噴射さ
れる。ピエゾ素子１０４は、印加する電圧値に応じて変形量が変わるので、ピエゾ素子１
０４に適切な電圧波形を印加して、インク室１０２の変形量やタイミングを制御してやれ
ば、適切な大きさのインク滴を、適切なタイミングで噴射することが可能となる。

ピエゾ素子１０４に印加する電圧波形は、プリンター制御回路５０の制御の下で噴射ヘ
ッド駆動回路２００によって生成される。また、生成された電圧波形は、ゲートユニット
３００を介してピエゾ素子１０４に供給される。ゲートユニット３００は、複数のゲート
素子３０２が並列に接続された回路ユニットであり、各ゲート素子３０２は、プリンター
制御回路５０からの制御の下で、個別に導通状態または切断状態とすることが可能である
。従って、噴射ヘッド駆動回路２００から電圧波形を出力すると、プリンター制御回路５
０によって予め導通状態に設定されたゲート素子３０２だけを通過して、対応するピエゾ
素子１０４に印加され、その噴射口からインク滴が噴射されるようになっている。また、
図２に示されるように、本実施例の噴射ヘッド駆動回路２００は、駆動制御部２０２や、
電圧生成部２０４などから構成されている。そして、プリンター制御回路５０が噴射ヘッ
ド駆動回路２００に対して電圧波形の出力を命令すると、その命令に応じて駆動制御部２
０２が電圧生成部２０４の動作を制御することにより、噴射ヘッド駆動回路２００から適
切な電圧波形が出力されるようになっている。

ここで、周知のようにピエゾ素子はいわゆる容量性の負荷であり、電圧を印加すると、
印加した電圧に応じた電荷がピエゾ素子の内部に蓄えられる。ピエゾ素子に蓄えられる電
荷量は印加電圧が高くなるほど増えていき、逆に、印加電圧が低くなると、内部に蓄えら
れていた電荷が放出される。そこで、印加電圧が低くなる際にピエゾ素子から放出される
電荷を複数のコンデンサー（電荷蓄積素子）などに蓄えておき、次に印加電圧が高くなる
際には、コンデンサーに蓄えておいた電荷をピエゾ素子に供給するようにしてやれば、ピ
エゾ素子を少ない電力で効率よく駆動することが可能である。

Ｂ．回路構成 ：
図３は、本実施例の噴射ヘッド駆動回路２００の詳細な構成を示した説明図である。図
示されているように、噴射ヘッド駆動回路２００は、駆動制御部２０２と、電圧生成部２
０４とから構成されており、更に、電圧生成部２０４は、複数のコンデンサーと、電源Ｖ
ｓと、複数のスイッチなどから構成されている。そして、複数のスイッチの接続状態は、
駆動制御部２０２によって制御されている。尚、図３に示した例では、図が煩雑となるこ
とを回避するために、コンデンサーは４つ（コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 ）のみで構成されて
いるものとしているが、より多くのコンデンサーを用いて構成しても良い。また、ここで
はインクジェットプリンター１０の噴射ヘッド２４を駆動するものとしているから、駆動
する負荷はピエゾ素子１０４であるものとしているが、実際には、容量成分を有する電気
負荷（容量性負荷）でありさえすれば、ピエゾ素子１０４に限らずどのような電気負荷（
例えば液晶などの各種表示装置など）であっても構わない。

電圧生成部２０４には、電源Ｖs と４つのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 が設けられており、
これらのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 は電源Ｖs に対して並列に接続されている。また、コン
デンサーＣ1 〜Ｃ4 と電源Ｖs との間には、コンデンサーから電源Ｖs の方向に電流が逆
流することを防止するためのダイオードＤ1 〜Ｄ4 （逆流防止手段）が挿入されている。

また、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 には、互いに直列に接続されたスイッチの組が、コンデ
ンサーに対して並列に接続されている。たとえば、コンデンサーＣ1 には、２つのスイッ
チＳ1HおよびスイッチＳ1Lが直列に接続されたスイッチの組が、コンデンサーＣ1 に対し
て並列に接続されている。また、このスイッチの組は、スイッチＳ1Hの側が、コンデンサ
ーＣ1 の高電位側の端子（電源Ｖs に接続されている側の端子）に接続され、スイッチＳ
1Lの側が、コンデンサーＣ1 の低電位側の端子（電源Ｖs に接続されていない側の端子）
に接続されている。

その他のコンデンサーＣ2 〜Ｃ4 についても同様である。すなわち、コンデンサーＣ2
には、スイッチＳ2HおよびスイッチＳ2Lが直列に接続されたスイッチの組が並列に接続さ
れており、コンデンサーＣ3 には、スイッチＳ3HおよびスイッチＳ3Lが直列に接続された
スイッチの組が、そして、コンデンサーＣ4 には、スイッチＳ4HおよびスイッチＳ4Lが直
列に接続されたスイッチの組が並列に接続されている。尚、以下では、コンデンサーＣ1
に並列に接続されたスイッチの組（スイッチＳ1HおよびスイッチＳ1Lの組）を「スイッチ
の組Ｓ1 」と称することがあるものとする。同様に、コンデンサーＣ2 に並列に接続され
たスイッチの組（スイッチＳ2HおよびスイッチＳ2Lの組）を「スイッチの組Ｓ2 」と称し
、コンデンサーＣ3 に並列に接続されたスイッチの組（スイッチＳ3HおよびスイッチＳ3L
の組）を「スイッチの組Ｓ3 」、コンデンサーＣ4 に並列に接続されたスイッチの組（ス
イッチＳ4HおよびスイッチＳ4Lの組）を「スイッチの組Ｓ4 」と称することがあるものと
する。

また、コンデンサーＣ4 の低電位側の端子は、グランドに接地されている。更に、この
コンデンサーＣ4 に設けられたスイッチの組Ｓ4 を構成する２つのスイッチＳ4Hとスイッ
チＳ4Lとの間には、隣のコンデンサーＣ3 の低電位側の端子（電源Ｖs に接続されていな
い側の端子）が接続されている。ここで、上述したようにコンデンサーＣ3 にはスイッチ
の組Ｓ3 が並列に接続されているから、コンデンサーＣ3 の低電位側の端子が、スイッチ
の組Ｓ4 を構成するスイッチＳ4HとスイッチＳ4Lとの間に接続されているということは、
スイッチの組Ｓ3 のスイッチＳ3Lの側が、スイッチの組Ｓ4 の２つのスイッチＳ4Hおよび
スイッチＳ4Lの間に接続されていることを意味している。

コンデンサーＣ3 と並列に接続されたスイッチの組Ｓ3 、およびコンデンサーＣ2 （従
って、コンデンサーＣ2 に並列に接続されたスイッチの組Ｓ2 ）も、上述したスイッチの
組Ｓ4 およびコンデンサーＣ3 （およびスイッチの組Ｓ3 ）と同様な関係にある。すなわ
ち、スイッチの組Ｓ3 を構成するスイッチＳ3HとスイッチＳ3Lとの間には、コンデンサー
Ｃ2 の低電位側の端子（従って、スイッチの組Ｓ2 のスイッチＳ2L）が接続されている。
更に、コンデンサーＣ2 と並列に接続されたスイッチの組Ｓ2 、およびコンデンサーＣ1
（従って、コンデンサーＣ1 に並列に接続されたスイッチの組Ｓ1 ）も同様な関係にある
。すなわち、スイッチの組Ｓ2 を構成するスイッチＳ2HとスイッチＳ2Lとの間には、コン
デンサーＣ1 の低電位側の端子（従って、スイッチの組Ｓ1 のスイッチＳ1L）が接続され
ている。

更に、コンデンサーＣ1 と並列に接続されたスイッチの組Ｓ1 を構成するスイッチＳ1H
とスイッチＳ1Lとの間には、スイッチＳB を介してゲートユニット３００に接続され、そ
のゲートユニット３００を介してピエゾ素子１０４に接続されている。尚、図３では、図
示が煩雑となることを避けるために、ゲートユニット３００は図示が省略されている。

以上のように構成された本実施例の電圧生成部２０４は、駆動制御部２０２の制御の下
で、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4L（電圧生成スイッチ）の状態が、導通状態あるいは
切断状態の何れかに切り換わることによって電圧波形を発生させることが可能であり、そ
して、スイッチＳB （電圧印加スイッチ）を導通状態とすることで、電圧波形をピエゾ素
子１０４に印加することが可能となっている。以下では、スイッチの接続状態を切り換え
ることによって、電圧波形を発生させる方法について説明する。

本実施例の電圧生成部２０４を用いて電圧波形を発生させるためには、コンデンサーＣ
1 〜Ｃ4 を予め充電しておく必要がある。そこで、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4Lを、
次のような状態に設定することで、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 を電源Ｖs に接続する。

図４は、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 を充電するために、電源Ｖs に接続するためのスイッ
チの接続状態を示した説明図である。コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に充電するためには、図示
されているように、スイッチＳ2L〜Ｓ4Lを導通状態（ＯＮ）として、他のスイッチは全て
切断状態（ＯＦＦ）とする。このようなスイッチの接続状態では、先ずコンデンサーＣ4
については、低電位側の端子はグランドに接続されており、高電位側の端子は逆流防止用
のダイオードＤ4 を介して電源Ｖs に接続されているので、コンデンサーＣ4 には電源Ｖ
s が発生する電圧（電圧Ｖs ）が充電される。

また、コンデンサーＣ3 に着すると、スイッチＳ4LがＯＮになっているのでコンデンサ
ーＣ3 の低電位側の端子はグランドに接続されている。一方、コンデンサーＣ3 の高電位
側の端子は、逆流防止用のダイオードＤ3 を介して電源Ｖs に接続されているので、結局
、コンデンサーＣ3 にも電圧Ｖs が充電される。更に、コンデンサーＣ2 、コンデンサー
Ｃ1 についても同様に、スイッチＳ3LおよびスイッチＳ2LがＯＮになっているので、コン
デンサーＣ2 の低電位側の端子、およびコンデンサーＣ1 の低電位側の端子はグランドに
接続されている。また、コンデンサーＣ2 の高電位側の端子、およびコンデンサーＣ1 の
高電位側の端子は、それぞれダイオードＤ2 、ダイオードＤ1 を介して電源Ｖs に接続さ
れている。その結果、コンデンサーＣ2 およびコンデンサーＣ1 にも電圧Ｖs が充電され
る。尚、理解の便宜を図るために、図４では、導通状態にある電線を太い実線で表し、導
通状態にない電線を細い破線で表している。また、図４では、スイッチＳ1LについてはＯ
ＦＦになっているものとして示されているが、スイッチＳ1LがＯＮの場合でもコンデンサ
ーＣ1 〜Ｃ4 に充電することが可能である。

本実施例の電圧生成部２０４は、以上のようにしてコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に電圧Ｖs
を充電すると、その後はスイッチの接続状態を切り換えることで、接続状態に応じた電圧
を生成し、その結果、ピエゾ素子１０４に電圧波形を印加することが可能となる。

図５は、スイッチの接続状態に応じて、生成する電圧が切り換わり、その結果、ピエゾ
素子１０４に印加される電圧が切り換わる様子を例示した説明図である。たとえば、図５
（ａ）に示した例では、コンデンサーＣ1 に並列に接続されたスイッチの組Ｓ1 （スイッ
チＳ1HおよびスイッチＳ1L）については、高電位側のスイッチＳ1HがＯＮに設定され、低
電位側のスイッチＳ1LがＯＦＦに設定されている。また、他のスイッチの組Ｓ2 ，Ｓ3 ，
Ｓ4 については、反対に、高電位側のスイッチＳ2H〜Ｓ4HがＯＦＦに設定され、低電位側
のスイッチＳ2L〜Ｓ4LがＯＮに設定されている。スイッチの接続状態をこのように設定す
ると、コンデンサーＣ1 のみの電圧を、ピエゾ素子１０４に印加することが可能となる。
尚、図５では、ピエゾ素子１０４に電圧を印加するための電流の経路を、太い実線で表し
ている。また、コンデンサーＣ1 は電圧Ｖs で充電されているから、ピエゾ素子１０４に
は電圧Ｖs が印加されることになる。

一方、図５（ｂ）に示した例では、コンデンサーＣ1 に並列に接続されたスイッチの組
Ｓ1 、およびコンデンサーＣ2 に並列に接続されたスイッチの組Ｓ2 については、高電位
側のスイッチ（すなわち、スイッチＳ1HおよびスイッチＳ2H）がＯＮに設定され、低電位
側のスイッチ（スイッチＳ1HおよびスイッチＳ2H）がＯＦＦに設定されている。また、そ
の他のスイッチの組Ｓ3 およびスイッチの組Ｓ4 については、高電位側のスイッチ（スイ
ッチＳ3HおよびスイッチＳ4H）がＯＦＦに設定され、低電位側のスイッチ（スイッチＳ3L
およびスイッチＳ4L）がＯＮに設定されている。このようなスイッチの接続状態では、コ
ンデンサーＣ1 とコンデンサーＣ2 とが直列に接続された状態となり、それらコンデンサ
ーＣ1 およびコンデンサーＣ2 が発生する電圧の合計（電圧２Ｖs ）が、ピエゾ素子１０
４に印加される。

尚、コンデンサーＣ1 とコンデンサーＣ2 とが直列に接続された結果として、コンデン
サーＣ1 の高電位側の電圧は、そのコンデンサーＣ1 に充電する電源Ｖs が発生する電圧
よりも高くなってしまう。しかし、前述したように、コンデンサーＣ1 と電源Ｖs との間
には逆流防止用のダイオードＤ1 が挿入されているので、コンデンサーＣ1 から電源Ｖs
に向かって電流が逆流することはない。

また、図５（ｃ）に示した例では、コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 に並列に接続されたスイッ
チの組については、高電位側のスイッチ（スイッチＳ1H〜Ｓ3H）がＯＮに設定され、低電
位側のスイッチ（スイッチＳ1L〜Ｓ3L）がＯＦＦに設定されており、コンデンサーＣ4 に
接続されたスイッチの組Ｓ4 については、高電位側のスイッチＳ4HがＯＦＦに設定され、
低電位側のスイッチＳ4LがＯＮに設定されている。このようなスイッチの接続状態では、
コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 が直列に接続された状態となり、それらコンデンサーＣ1 〜Ｃ3
が発生する電圧の合計（電圧３Ｖs ）が、ピエゾ素子１０４に印加される。尚、コンデン
サーＣ1 〜Ｃ3 が直列に接続された結果として、コンデンサーＣ1 あるいはコンデンサー
Ｃ2 の高電位側の電圧は、電源Ｖs が発生する電圧よりも高くなってしまう。しかし、そ
れらコンデンサーＣ1 ，Ｃ2 と電源Ｖs との間には逆流防止用のダイオードＤ1 ，Ｄ2 が
挿入されているので電源Ｖs に電流が逆流することはない。

更に、図示は省略するが、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に並列に接続された全てのスイッチ
の組について、高電位側の全てのスイッチ（スイッチＳ1H〜Ｓ4H）をＯＮに設定し、低電
位側の全てのスイッチ（スイッチＳ1L〜Ｓ4L）をＯＦＦに設定すれば、全てのコンデンサ
ーＣ1 〜Ｃ4 が直列に接続された状態となり、それらコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 が発生する
電圧の合計（電圧４Ｖs ）が、ピエゾ素子１０４に印加される。尚、コンデンサーＣ1 〜
Ｃ4 が直列に接続された結果として、コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 の高電位側の電圧は、電源
Ｖs が発生する電圧よりも高くなるが、逆流防止用のダイオードＤ1 〜Ｄ3 が挿入されて
いるので電源Ｖs に電流が逆流することはない。

以上の説明から了解できるように、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に並列に接続されたスイッ
チの組は、そのスイッチの組に対応するコンデンサーをピエゾ素子１０４に接続する機能
を有している。すなわち、あるスイッチの組の高電位側のスイッチをＯＮに設定し、低電
位側のスイッチをＯＦＦに設定すると、そのスイッチの組に対応するコンデンサーがピエ
ゾ素子１０４に接続される。また、複数のコンデンサーをピエゾ素子１０４に接続した場
合（すなわち、複数のスイッチの組について、高電位側のスイッチをＯＮに設定し、低電
位側のスイッチをＯＦＦに設定した場合）は、それらコンデンサーが直列に接続された状
態で、ピエゾ素子１０４に接続されることになる。たとえば、コンデンサーＣ1 に対応す
るスイッチの組Ｓ1 、およびコンデンサーＣ3 に対応するスイッチの組Ｓ3 について、高
電位側のスイッチ（スイッチＳ1HおよびスイッチＳ3H）をＯＮに設定し、低電位側のスイ
ッチ（スイッチＳ1LおよびスイッチＳ3L）をＯＦＦに設定すると、コンデンサーＣ1 とコ
ンデンサーＣ3 とが直列に接続されて、それらコンデンサーの電圧を合計した電圧がピエ
ゾ素子１０４に印加されることになる。

以上に説明したように、本実施例の電圧生成部２０４では、スイッチの接続状態を適切
に設定することで、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の中から選択した任意のコンデンサーを直列
に接続して、種々の電圧を発生させることが可能である。そして、スイッチＳB を接続し
た状態で、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、およびスイッチＳ1L〜Ｓ4Lの接続状態を切り換えて電圧
波形を発生させれば、ピエゾ素子１０４に電圧波形を印加することが可能となる。

図６は、スイッチの接続状態を切り換えることで、電圧波形を生成する様子を示した説
明図である。図６（ａ）には電圧が変化することで電圧波形が出力される様子が示されて
おり、図６（ｂ）には、スイッチの接続状態を切り換える様子が示されている。尚、図６
（ｂ）では、スイッチがＯＦＦの場合は値「０」を取り、スイッチがＯＮの場合は値「１
」を取る波形によって、スイッチの接続状態を表している。ちなみに、図６（ｂ）に示し
た例では、生成した電圧をピエゾ素子１０４に供給するためのスイッチＳB は、常にＯＮ
となっている。

図６に示した例では、先ず初めに、図６（ｂ）に示されるように、全ての高電位側のス
イッチＳ1H〜Ｓ4HをＯＦＦに設定し、全ての低電位側のスイッチＳ1L〜Ｓ4LをＯＮに設定
する。こうすると、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の何れも選択されないので、生成する電圧は
０となる。また、生成した電圧をピエゾ素子１０４に供給するためのスイッチＳB はＯＮ
になっているので、ピエゾ素子１０４には電圧０が印加される。図６（ａ）には、スイッ
チＳB をＯＮにした状態で、スイッチＳ1H〜Ｓ4HをＯＦＦに設定し、スイッチＳ1L〜Ｓ4L
をＯＮに設定することで、ピエゾ素子１０４に電圧０が印加される様子が示されている。

次に、スイッチＳ1HをＯＮとして、スイッチＳ1LをＯＦＦとする。すると、図６（ｂ）
に示したように、コンデンサーＣ1 のみが選択され、スイッチＳB を介してピエゾ素子１
０４に接続される。その結果、コンデンサーＣ1 に蓄えられた電圧Ｖs がピエゾ素子１０
４に印加されることになる。図６（ａ）には、スイッチの接続状態を切り換えることで、
ピエゾ素子１０４に印加される電圧が、電圧０から電圧Ｖs に上昇する様子が示されてい
る。

その次は、スイッチＳ1HおよびスイッチＳ2HをＯＮとして、スイッチＳ1Lおよびスイッ
チＳ2LをＯＦＦとする。すると、図６（ｂ）に示すように、２つのコンデンサーＣ1 ，Ｃ
2 が選択されて、それらコンデンサーが直列に接続された状態となる。その結果、それら
コンデンサーの合計電圧（電圧２Ｖs ）が、スイッチＳB を介してピエゾ素子１０４に印
加される。図６（ａ）には、このことと対応して、ピエゾ素子１０４に印加される電圧が
、電圧Ｖs から電圧２Ｖs に上昇する様子が示されている。更にその次は、スイッチＳ1H
〜Ｓ3HをＯＮとして、スイッチＳ1L〜Ｓ3LをＯＦＦとする。すると、３つのコンデンサー
Ｃ1 〜Ｃ3 が選択されて、ピエゾ素子１０４に印加される電圧は、電圧２Ｖs から電圧３
Ｖs に上昇する。そして最後に、スイッチＳ1H〜Ｓ4HをＯＮとして、スイッチＳ1L〜Ｓ4L
をＯＦＦにすると、４つのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 が選択されて、ピエゾ素子１０４に印
加される電圧は、電圧３Ｖs から電圧４Ｖs に上昇する。

以上のようにして、４つのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 を全て選択して、それらコンデンサ
ーＣ1 〜Ｃ4 を直列に接続して生成した電圧を、スイッチＳB を介してピエゾ素子１０４
に接続したら、今度は、スイッチＳ4HをＯＦＦにし、スイッチＳ4LをＯＮにする。すると
、コンデンサーＣ4 のみ、選択が解除されるので、コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 の３つのコン
デンサーが直列に接続された状態となる。その結果、スイッチＳB を介してピエゾ素子１
０４に印加される電圧は、電圧４Ｖs から電圧３Ｖs に低下する。

更に、スイッチＳ3HをＯＦＦにし、スイッチＳ3LをＯＮにすると、コンデンサーＣ3 の
選択も解除されて、コンデンサーＣ1 およびコンデンサーＣ2 が直列に接続された状態と
なる。その結果、スイッチＳB を介してピエゾ素子１０４に印加される電圧は、電圧３Ｖ
s から電圧２Ｖs に低下する。

以上のようにして、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧２Ｖs まで低下させたら、図６
（ｂ）に示すように、今度は再びスイッチＳ3HをＯＮにし、スイッチＳ3LをＯＦＦにする
ことで、コンデンサーＣ3 を選択する。すると、ピエゾ素子１０４の印加電圧は、電圧２
Ｖs から電圧３Ｖs に上昇する。更に、スイッチＳ4HをＯＮにし、スイッチＳ4LをＯＦＦ
にしてコンデンサーＣ4 を選択すると、ピエゾ素子１０４の印加電圧は、電圧３Ｖs から
電圧４Ｖs に上昇する（図６（ａ）参照）。こうしてピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧
４Ｖs まで上昇させたら、再びスイッチＳ4HをＯＦＦにし、スイッチＳ4LをＯＮにするこ
とで、印加電圧を電圧３Ｖs まで低下させ、更に、スイッチＳ3HをＯＦＦにし、スイッチ
Ｓ3LをＯＮにすることで、印加電圧を電圧２Ｖs まで低下させる。

以上に説明したように、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、スイッチＳ1L〜Ｓ4Lの接続状態を所定の
順序で切り換えていくことで、所定の電圧波形を生成することができる。そして、この間
のスイッチＳB の接続状態をＯＮにしておけば、生成した電圧波形を印加してピエゾ素子
１０４を駆動することが可能となる。

また、以上のような各種スイッチの接続状態を切り換えることに伴って、コンデンサー
Ｃ1 〜Ｃ4 とピエゾ素子１０４との間では、次のような電荷のやり取りが行われる。先ず
、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧０から電圧Ｖs に上昇させる際には、コンデンサー
Ｃ1 が選択されてピエゾ素子１０４に接続される。従って、コンデンサーＣ1 に蓄えられ
ていた電荷がピエゾ素子１０４に供給され、そのことによってピエゾ素子１０４の印加電
圧が電圧０から電圧Ｖs に上昇する。図６（ａ）には、印加電圧が電圧０から電圧Ｖs に
上昇する際に、コンデンサーＣ1 からピエゾ素子１０４に電荷が供給されることを、白抜
きの矢印で表されている。尚、図６（ａ）においては、コンデンサーからピエゾ素子１０
４に電荷が供給されることを白抜きの矢印で表し、逆に、ピエゾ素子１０４からコンデン
サーに電荷が供給されることを、斜線を付した矢印によって表すものとする。

また、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧Ｖs から電圧２Ｖs に上昇させる際には、コ
ンデンサーＣ1 およびコンデンサーＣ2 が選択されてピエゾ素子１０４に接続される。従
って、この場合は、図６（ａ）に示すように、コンデンサーＣ1 およびコンデンサーＣ2
からピエゾ素子１０４に電荷が供給される。以降についても同様に、印加電圧が電圧２Ｖ
s から電圧３Ｖs に上昇する際には、コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 からピエゾ素子１０４に電
荷が供給され、印加電圧が電圧３Ｖs から電圧４Ｖs に上昇する際には、コンデンサーＣ
1 〜Ｃ4 から電荷が供給される。

一方、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧４Ｖs から電圧３Ｖs に低下させる際には、
コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 がピエゾ素子１０４に接続された状態（すなわち印加電圧４Ｖs
の状態）から、コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 が接続された状態に切り換える。すると、ピエゾ
素子１０４に蓄えられていた電荷が、コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 に流れ込んで回収される。
図６（ａ）には、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧４Ｖs から電圧３Ｖs に低下させる
際に、ピエゾ素子１０４からの電荷がコンデンサーＣ1 〜Ｃ3 に流れ込む様子が、斜線を
付した矢印によって表されている。

更に、印加電圧を電圧３Ｖs から電圧２Ｖs に低下させる際には、コンデンサーＣ1 〜
Ｃ3 が接続された状態から、コンデンサーＣ1 およびコンデンサーＣ2 が接続された状態
に切り換える。すると、ピエゾ素子１０４からコンデンサーＣ1 およびコンデンサーＣ2
に電荷が流れ込む。その後、再び、印加電圧を電圧２Ｖs から電圧３Ｖs に上昇させる際
には、コンデンサーＣ1 〜Ｃ3 をピエゾ素子１０４に接続して、これらのコンデンサーＣ
1 〜Ｃ3 から電荷を供給することで印加電圧を上昇させる。

以上に説明したように、ピエゾ素子１０４に電圧波形を印加する際には、ピエゾ素子１
０４に接続されている全てのコンデンサーと、ピエゾ素子１０４との間で電荷のやり取り
が行われている。そして、このような電荷の移動が生じると、各種のスイッチＳ1H〜Ｓ4H
、Ｓ1L〜Ｓ4Lや、途中の配線、更には、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 やピエゾ素子１０４の内
部抵抗による電力損失が発生し、その結果、次第にコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電荷が減少
していく。また、電荷をやり取りしていない場合でも、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 やピエゾ
素子１０４に蓄えられた電荷は、自然放電によって少しずつ減少していく。更には、上述
したコンデンサーＣ4 の場合のように、ピエゾ素子１０４に電荷を供給するものの、ピエ
ゾ素子１０４から電荷を受け取ることが無い（あるいはほとんど無い）コンデンサーにつ
いては、電圧波形を印加する度に少しずつ電荷が減少していく。

このようにして電荷が減少したコンデンサーに対しては、電源Ｖs から電荷を補充する
ことが可能であるが、ピエゾ素子１０４に接続されて電圧波形を印加しているコンデンサ
ーに対しては、電荷を補充することが困難である。例えば、図６（ｂ）で「期間Ａ」と表
示したタイミングでは、コンデンサーＣ3 およびコンデンサーＣ4 については、ピエゾ素
子１０４に接続されていないので電源Ｖs から電荷を補充することができるが、コンデン
サーＣ1 およびコンデンサーＣ2 については、ピエゾ素子１０４に接続されて、電圧を印
加している最中なので、電源Ｖs から電荷を補充することが困難である。

図６（ｃ）には、期間Ａでの各コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 とピエゾ素子１０４との接続状
態が示されている。上述したように、コンデンサーＣ3 およびコンデンサーＣ4 について
はピエゾ素子１０４と接続されていないので、図中に太い破線の矢印で示したように、電
源Ｖs から電荷を補充することが可能である。しかし、ピエゾ素子１０４を駆動している
最中のコンデンサーＣ1 およびコンデンサーＣ2 については電荷を補充することが困難で
ある。特に、ピエゾ素子１０４を駆動中のコンデンサーのうち、最低電位にあるコンデン
サー（低電位側がグランドに接続されているコンデンサー）以外は、電源Ｖs よりも高い
電位に存在するために、電源Ｖs から電荷を補充することはできない。そして、図６（ａ
）に示すような電圧波形を印加する場合、コンデンサーＣ1 およびコンデンサーＣ2 は常
にピエゾ素子１０４に接続された状態となっているため、電源Ｖs から電荷を補充するこ
とが困難である（特に、コンデンサーＣ1 については電荷の補充は不可能）。その結果、
図７に示したように、長期間に亘ってピエゾ素子１０４を駆動していると、コンデンサー
Ｃ1 やコンデンサーＣ2 の発生する電圧が低下していき、ピエゾ素子１０４に精度の良い
電圧波形を印加することができなくなってしまう。そこで、本実施例の容量性負荷駆動方
法では、次のようにしてピエゾ素子１０４を駆動することとしている。

Ｃ．本実施例の容量性負荷駆動方法 ：
図８は、本実施例の容量性負荷駆動方法に従って、噴射ヘッド駆動回路２００が電圧波
形を生成してピエゾ素子１０４を駆動する様子を例示した説明図である。図８では、図６
と同じ電圧波形を生成する場合が示されており、図８（ａ）にはピエゾ素子１０４に印加
する電圧波形が、そして図８（ｂ）には、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4L、ＳB の接続
状態を切り換える様子が示されている。

本実施例の容量性負荷駆動方法においても、印加電圧を電圧０から電圧４Ｖs まで上昇
させた後、電圧４Ｖs から電圧２Ｖs まで低下させるまでの間は、前述した図６と全く同
様にして、ピエゾ素子１０４に電圧波形を印加する。以下、簡単に説明すると、先ず初め
にスイッチＳB をＯＮにしておき、その他の全てのスイッチ（スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L
〜Ｓ4L）をＯＦＦにして、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 がピエゾ素子１０４に接続され
ていない状態としておく。その状態から、コンデンサーＣ1 が選択された状態（スイッチ
Ｓ1HがＯＮ、スイッチＳ1LがＯＦＦ）とすることで、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧
０から電圧Ｖs に上昇させる。次に、コンデンサーＣ2 も追加して選択された状態（スイ
ッチＳ1HおよびスイッチＳ2HがＯＮ、スイッチＳ1LおよびスイッチＳ2LがＯＦＦの状態）
とすることで、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧Ｖs から電圧２Ｖs に上昇させる。続
いて、コンデンサーＣ3 を追加して選択することで（スイッチＳ1H〜Ｓ3HがＯＮ、スイッ
チＳ1L〜Ｓ3LがＯＦＦの状態）、印加電圧を電圧２Ｖs から電圧３Ｖs に上昇させ、更に
続いてコンデンサーＣ4 を追加して選択することで（スイッチＳ1H〜Ｓ4HがＯＮ、スイッ
チＳ1L〜Ｓ4LがＯＦＦの状態）、印加電圧を電圧３Ｖs から電圧４Ｖs に上昇させる。こ
うして印加電圧が電圧４Ｖs まで上昇したら、今度は、スイッチＳ4HをＯＦＦにし、スイ
ッチＳ4LをＯＮにしてコンデンサーＣ4 の選択を解除することで、印加電圧を電圧４Ｖs
から電圧３Ｖs に低下させ、更に、スイッチＳ3HもＯＦＦ、スイッチＳ3LもＯＮにして、
コンデンサーＣ3 の選択も解除することで、印加電圧を電圧３Ｖs から電圧２Ｖs に低下
させる。

こうして印加電圧を電圧２Ｖs まで低下させたら、生成した電圧波形をピエゾ素子１０
４に印加するためのスイッチＳB をＯＦＦにするとともに、スイッチＳ1H〜Ｓ4HをＯＦＦ
にし、スイッチＳ1L〜Ｓ4LをＯＮにして全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の選択を一旦、解
除する。すると、図８（ｃ）に示したように、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に対して電
源Ｖs から電荷を補充して、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電圧を回復させることが可能とな
る。もちろん、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の選択を解除すると、コンデンサー側で生
成する電圧が電圧０になってピエゾ素子１０４の印加電圧２Ｖs よりも低くなってしまう
が、コンデンサー側とピエゾ素子１０４とを接続するスイッチＳB がＯＦＦになっている
ので、ピエゾ素子１０４に蓄えられた電荷がコンデンサー側に流れ込むことはない。そし
て、ピエゾ素子１０４は容量性負荷であるから、蓄えた電荷を放出しない限り、印加電圧
（ここでは、電圧２Ｖs ）がそのまま保たれる。従って、ピエゾ素子１０４に印加する電
圧が一定電圧に保たれる期間中であれば、コンデンサー側とピエゾ素子１０４とを接続す
るスイッチＳB をＯＦＦにするとともに、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 が選択されない
状態（スイッチＳ1H〜Ｓ4HをＯＦＦ、スイッチＳ1L〜Ｓ4LをＯＮ）とすることで、ピエゾ
素子１０４を駆動したままで、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電圧を回復させることが可能と
なるのである。

図８（ｂ）では、以上のようにしてピエゾ素子１０４を駆動しながら、コンデンサーＣ
1 〜Ｃ4 の電圧を回復させる期間（電圧調整期間）に、細かい斜線を付して表示されてい
る。尚、図８（ｂ）で、印加電圧を電圧３Ｖs から電圧２Ｖs に切り換えた直後（正確に
は、コンデンサーＣ3 の選択を解除した直後）から電圧調整期間を開始していないのは、
次の理由によるものである。すなわち、印加電圧を電圧３Ｖs から電圧２Ｖs に切り換え
た直後から暫くの間は、ピエゾ素子１０４からコンデンサー側（コンデンサーＣ1 および
コンデンサーＣ2 ）に電荷が流れ込みながら、ピエゾ素子１０４の印加電圧が電圧２Ｖs
に向かって低下している途中であり、その途中で電圧調整期間を開始すると、コンデンサ
ー側とピエゾ素子１０４とを接続するスイッチＳB がＯＦＦになって、ピエゾ素子１０４
からコンデンサー側への電荷の流入が中断され、ピエゾ素子１０４の印加電圧が電圧２Ｖ
s よりも高い電圧で保持されてしまう。そこで、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧３Ｖ
s から電圧２Ｖs に切り換えてから暫くの時間が経過して、ピエゾ素子１０４の印加電圧
が安定した頃を見計らって、電圧調整期間を開始しているのである。

また、図８（ａ）に示した電圧波形では電圧が変化していないように見えるその他の期
間（すなわち、印加電圧を電圧０から電圧Ｖs に切り換えた直後や、電圧Ｖs から電圧２
Ｖs に切り換えた直後、電圧２Ｖs から電圧３Ｖs に切り換えた直後、電圧３Ｖs から電
圧４Ｖs に切り換えた直後、電圧４Ｖs から電圧３Ｖs に切り換えた直後）には、電圧調
整期間が設定されていない。これは、ピエゾ素子１０４の印加電圧を切り換えてから電圧
が安定するまで待っていると、電圧調整期間が短くなり、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電圧
を回復させるための時間があまり確保できないためである。これに対して、ピエゾ素子１
０４の印加電圧を電圧３Ｖs から電圧２Ｖs に切り換えた後は、暫くの間、電圧２Ｖs に
維持されるので、ピエゾ素子１０４の印加電圧が安定してからでもコンデンサーＣ1 〜Ｃ
4 の電圧を回復させるための時間を確保することが可能であり、このため電圧調整期間が
設定されているのである。

以上に説明したように本実施例の容量性負荷駆動方法によれば、ピエゾ素子１０４を駆
動しながら、電圧波形を発生させる全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に電荷を供給して、コ
ンデンサーの電圧を回復させることができるので、ピエゾ素子１０４を効率よく、しかも
精度の良い印加電圧で長期間に亘って駆動することが可能となる。

尚、上述した実施例では、電圧調整期間中（コンデンサー側とピエゾ素子１０４とを接
続するスイッチＳB がＯＦＦの期間中）は、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の選択を解除
した状態（スイッチＳ1H〜Ｓ4HがＯＦＦ、スイッチＳ1L〜Ｓ4LがＯＮの状態）とすること
で、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に電荷を補充するものとして説明した。しかし、電圧
波形に応じて電荷が不足するコンデンサーが予め分かっている場合や、あるいは、コンデ
ンサーの端子間電圧を検出することで電荷が不足したコンデンサーが分かっている場合に
は、電荷を補充する必要のあるコンデンサーについてのみ選択を解除することによって、
電源Ｖs から電荷を補充することとしてもよい。

また、駆動する電気負荷は、容量成分を有する電気負荷（容量性負荷）であれば、ピエ
ゾ素子１０４に限らず、例えば、液晶装置や、有機ＥＬなどの各種の画像表示装置に対し
ても、本実施例の容量性負荷駆動方法を好適に適用することが可能である。

Ｄ．変形例 ：
上述した本実施例の容量性負荷駆動方法には、幾つかの変形例が存在する。以下では、
これらの変形例について簡単に説明する。尚、以下に説明する変形例では、上述した実施
例と同様の構成部分については、同じ符番を付すとともに、詳細な説明は省略することと
する。

Ｄ−１．第１変形例 ：
上述した実施例では、ピエゾ素子１０４を駆動しているうちに、コンデンサーＣ1 〜Ｃ
4 の電荷が次第に減少していくものとして説明した。しかし、ピエゾ素子１０４を駆動す
る電圧波形によっては、ピエゾ素子１０４からの電荷が特定のコンデンサーに偏って回収
されて、そのコンデンサーの端子間電圧が上昇してしまう場合も起こり得る。このような
場合も、ピエゾ素子１０４に精度の良い電圧波形を印加することができなくなる。そこで
、以下のようにしてピエゾ素子１０４を駆動するようにしてもよい。

図９は、噴射ヘッド駆動回路２００が、第１変形例の容量性負荷駆動方法に従って、ピ
エゾ素子１０４を駆動する様子を例示した説明図である。図９（ａ）にはピエゾ素子１０
４に印加する電圧波形が、そして図９（ｂ）には、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4L、Ｓ
B の接続状態を切り換える様子が示されている。図９に示した第１変形例の容量性負荷駆
動方法は、図８を用いて前述した容量性負荷駆動方法に対して、電圧調整期間（コンデン
サー側とピエゾ素子１０４とを接続するスイッチＳB がＯＦＦの期間）中に、スイッチＳ
1H〜Ｓ4HおよびスイッチＳ1L〜4Lが、短時間だけ全てＯＮになる点のみが異なっている。

また、図９（ｃ）には、電圧調整期間中に、スイッチＳ1H〜Ｓ4HおよびスイッチＳ1L〜
4Lが全てＯＮになっている状態が示されている。図３を用いて前述したように、スイッチ
Ｓ1HおよびスイッチＳ1Lのスイッチの組は、コンデンサーＣ1 に並列に接続されている。
従って、スイッチＳ1HおよびスイッチＳ1LがともにＯＮの状態になると、コンデンサーＣ
1 の高電位側の端子と低電位側の端子とが導通状態となって、コンデンサーＣ1 に蓄えら
れていた電荷がグランドに排出される。他のコンデンサーＣ2 〜Ｃ3 についても同様に、
コンデンサーＣ2 には、スイッチＳ2HおよびスイッチＳ2Lの組が並列に接続されており、
コンデンサーＣ3 には、スイッチＳ3HおよびスイッチＳ3Lの組が、そしてコンデンサーＣ
4 には、スイッチＳ4HおよびスイッチＳ4Lの組が並列に接続されている。従って、スイッ
チＳ2HおよびスイッチＳ2LがともにＯＮの状態になると、コンデンサーＣ2 に蓄えられて
いた電荷がグランドに排出され、スイッチＳ3HおよびスイッチＳ3LがともにＯＮになると
コンデンサーＣ3 に蓄えられていた電荷がグランドに排出され、スイッチＳ4Hおよびスイ
ッチＳ4LがともにＯＮになるとコンデンサーＣ4 に蓄えられていた電荷がグランドに排出
される。

以上に説明した第１変形例の容量性負荷駆動方法によれば、ピエゾ素子１０４に電圧波
形を印加した結果として、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電圧が上昇してしまった場合でも、
コンデンサーに溜まった過剰な電荷を、電圧調整期間中にグランドに排出することで、コ
ンデンサーの電圧を適正な電圧（電圧Ｖs ）に復帰させることができる。そのため、ピエ
ゾ素子１０４を、精度の良い印加電圧で長期間に亘って駆動することが可能となる。

更に、図９（ｂ）に示したように、電圧調整期間中で高電位側のスイッチおよび低電位
側のスイッチをともにＯＮにした後、その電圧調整期間中で低電位側のスイッチはＯＮに
したまま、高電位側のスイッチがＯＦＦになっている期間を設けることとしてもよい。こ
うすれば、たとえ、コンデンサーから電荷を排出する時間（高電位側のスイッチおよび低
電位側のスイッチがともにＯＮになっている時間）が若干長かったために、電荷を排出し
すぎた場合でも、それに続く電圧調整期間で電源Ｖs から電荷を補充することができる。
その結果、電圧調整期間中にコンデンサーから電荷を排出する時間（高電位側のスイッチ
および低電位側のスイッチをともにＯＮにする時間）をそれほど精密に制御しなくても、
コンデンサーの端子間電圧を適正な電圧（電圧Ｖs ）に保つことができ、精度の良い電圧
波形を用いてピエゾ素子１０４を駆動することが可能となる。

尚、上述した第１変形例では、電圧調整期間中は、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 から
短時間だけ電荷を排出するものとして説明した。しかし、電荷が過剰に蓄えられる（すな
わち、端子間電圧が上昇する）コンデンサーは、ピエゾ素子１０４に印加する電圧波形に
応じて予め調べておくことができる。例えば、図９の場合にはコンデンサーＣ1 ，Ｃ2 に
電荷が過剰に蓄えられるから、電荷が過剰になるコンデンサーについてのみ、そのコンデ
ンサーに設けられた高電位側のスイッチおよび低電位側のスイッチがともにＯＮの状態に
なるようにして、過剰に蓄えた電荷をグランドに排出することとしてもよい。また、コン
デンサーに過剰に蓄えられる電荷量についても、電圧波形に応じて予め調べておくことが
できるから、その電荷量に応じた時間だけ（過剰な電荷量が多くなるほど長い時間だけ）
、高電位側のスイッチおよび低電位側のスイッチがともにＯＮの状態となるようにすれば
よい。

図１０は、印加する電圧波形に応じた調整内容で、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電圧調整
を行う様子を示した説明図である。図示した例では、波形Ａ〜波形Ｆの６種類の電圧波形
について、電荷が不足するコンデンサーや、電荷が過剰となるコンデンサーが予め調べら
れている。従って、電荷が不足するコンデンサーについては電圧調整期間中に充電し、電
荷が過剰になるコンデンサーについては電荷を放電すればよい。例えば、図中に示した波
形Ａについては、コンデンサーＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ4 について、電圧調整期間中に電荷を充電
する旨が設定されている。また、波形Ａについては、コンデンサーＣ1 ，Ｃ4 について電
荷を充電する旨が設定されている。

また、電荷が過剰になるコンデンサーについては、どの程度過剰になるかも予め調べら
れており、過剰になる程度に応じて、放電時間が設定されている。例えば、図中に示した
波形Ｃでは、コンデンサーＣ2 については電圧調整期間中に電荷を充電し、コンデンサー
Ｃ3 については設定時間だけ（図示した例では０．５秒）電荷を放電する旨が設定されて
いる。このように電圧波形に応じて調整内容を設定しておけば、種々の電圧波形に対して
適切な電圧調整を行って、精度の良い電圧波形を印加することが可能となる。

Ｄ−２．第２変形例 ：
上述した実施例あるいは第１変形例においては、電源Ｖs とコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 と
の間には、ダイオードＤ1 〜Ｄ4 が挿入されているものとして説明した。コンデンサーＣ
1 〜Ｃ4 から電源Ｖs の方向に電流が逆流することを防止することができるのであれば、
ダイオード以外の素子（例えば、スイッチ）を挿入しても構わない。以下では、このよう
な第２変形例について説明する。

図１１は、第２変形例の電圧生成部３０４の回路構成と、第２変形例の電圧生成部３０
４を用いてピエゾ素子１０４を駆動する様子とを例示した説明図である。図１１（ａ）に
は、第２変形例の電圧生成部３０４の回路構成が示されており、図１１（ｂ）には、第２
変形例の電圧生成部３０４を用いてピエゾ素子１０４を駆動する様子が示されている。

図１１（ａ）に示した第２変形例の電圧生成部３０４は、前述した実施例または第１変
形例の電圧生成部２０４に対して、電源Ｖs とコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 との間に、ダイオ
ードＤ1 〜Ｄ4 ではなくスイッチＳ1V〜Ｓ4Vが挿入されている点のみが異なっている。す
なわち、第２変形例の電圧生成部３０４では、コンデンサーＣ1 はスイッチＳ1Vを介して
電源Ｖs に接続されており、コンデンサーＣ2 はスイッチＳ2Vを介して電源Ｖs に接続さ
れ、コンデンサーＣ3 はスイッチＳ3Vを介して、そしてコンデンサーＣ4 はスイッチＳ4V
を介して電源Ｖs に接続されている。これらスイッチＳ1V〜Ｓ4Vは、図４を用いて前述し
たように、初めにコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 を充電する際にＯＮに設定されるが、以下に説
明するように、ピエゾ素子１０４を駆動中の電圧調整期間中にもＯＮに設定される。

図１１（ｂ）は、第２変形例の電圧生成部３０４を用いてピエゾ素子１０４に駆動電圧
波形を印加する様子を例示した説明図である。図１１（ｂ）の一番上の段には、スイッチ
ＳB （コンデンサー側とピエゾ素子１０４とを接続するスイッチ）の接続状態を切り換え
る様子が示されており、その下の４つの段には、スイッチＳ1V〜Ｓ4V（電源Ｖs とコンデ
ンサーＣ1 〜Ｃ4 との間に挿入されたスイッチ）の接続状態を切り換える様子が示されて
いる。更にその下の段には、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4L（コンデンサーＣ1 〜Ｃ4
に設けられたスイッチの組を構成するスイッチ）の接続状態を切り換える様子が示されて
いる。

これら各種のスイッチの接続状態のうち、一番上の段に示されたスイッチＳB の接続状
態、および下方の段に示されたスイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4Lの接続状態を切り換える
様子については、図８を用いて前述した実施例、あるいは図９を用いて前述した第１変形
例と同様であるため、ここでは説明を省略する。スイッチＳ1V〜Ｓ4Vについては、スイッ
チＳB の接続状態とちょうど逆になっている。すなわち、スイッチＳB がＯＮの状態にあ
る時（コンデンサー側とピエゾ素子１０４とが接続されている状態）では、スイッチＳ1V
〜Ｓ4VはＯＦＦになっており、また、スイッチＳB がＯＦＦの状態にある時（コンデンサ
ー側とピエゾ素子１０４とが切断されている状態。電圧調整期間）では、スイッチＳ1V〜
Ｓ4VはＯＮになっている。

このようにすれば、スイッチＳB がＯＮの間（電圧調整期間以外）は、前述した実施例
あるいは第１変形例と同様にして電圧波形を発生させて、ピエゾ素子１０４を駆動するこ
とができる。また、ピエゾ素子１０４に印加する電圧波形が、ある程度の時間に亘って一
定電圧で維持される期間では、スイッチＳB がＯＦＦに設定されるとともに（電圧調整期
間）、スイッチＳ1V〜Ｓ4VがＯＮに設定される。このため、ピエゾ素子１０４を駆動する
ことによってコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電荷が減少して電圧が低下した場合でも、電圧調
整期間中にスイッチＳ1V〜Ｓ4Vを介して電源Ｖs から電荷を補充することができるので、
コンデンサーの電圧を回復させることができる。その結果、ピエゾ素子１０４を、精度の
良い印加電圧で長期間に亘って駆動することが可能となる。

また、前述した実施例あるいは第１変形例のように、電源Ｖs とコンデンサーＣ1 〜Ｃ
4 とをダイオードＤ1 〜Ｄ4 によって接続した場合、ダイオードＤ1 〜Ｄ4 で電圧降下が
発生するため、実際にコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に充電可能な電圧は、電源Ｖs が発生する
電圧（電圧Ｖs ）よりも低くなってしまう。これに対して、上述した第２変形例では、ダ
イオードＤ1 〜Ｄ4 の代わりにスイッチＳ1V〜Ｓ4Vを用いているため、電圧降下を小さく
することができる。特に、接点式のスイッチを用いれば、理論的には電圧降下を排除して
、電源Ｖs が発生する電圧（電圧Ｖs ）でコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 を充電することも可能
となる。

尚、上述した第２変形例では、電圧調整期間（スイッチＳB がＯＦＦ）になると、スイ
ッチＳ1V〜Ｓ4Vを全てＯＮにして、電源Ｖs から電荷を補充するものとして説明した。ピ
エゾ素子１０４を駆動することによって全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 で電荷が減少する
とは限らず、電荷が減少して端子間電圧が低下したコンデンサーと、逆に電荷が増加して
端子間電圧が上昇したコンデンサーとが混在して発生する場合も起こり得る。このような
場合、電圧調整期間だからといって、全てのスイッチＳ1V〜Ｓ4Vを一律にＯＮにしたので
は、端子間電圧が上昇したコンデンサーから電源Ｖs に電流が逆流して、電源Ｖs を破損
させる可能性もある。しかし、ピエゾ素子１０４に印加する電圧波形が分かっていれば、
電荷が過剰に蓄えられるコンデンサーは予め調べておくことができるから、そのようなコ
ンデンサーと電源Ｖs とを接続するスイッチについては、電圧調整期間になってもＯＮに
せず、それ以外のコンデンサーと電源Ｖs とを接続するスイッチだけをＯＮにしてもよい
。また、電荷が過剰に蓄えられるコンデンサーを予め調べておく代わりに、コンデンサー
の端子間電圧を検出しておき、端子間電圧が上昇したコンデンサーについては、電圧調整
期間になっても、そのコンデンサーと電源Ｖs とを接続するスイッチをＯＮにしないよう
にしてもよい。

また、図１１（ａ）に例示した電圧生成部３０４の回路構成では、スイッチＳ1V〜Ｓ4V
を全てＯＮにすると、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 が互いに並列に接続された状態となる。従
って、ピエゾ素子１０４を駆動している間に、電荷が不足して端子間電圧が低下したコン
デンサーと、逆に電荷が過剰になって端子間電圧が上昇したコンデンサーとが混在して発
生した場合には、電圧調整期間が開始されると、初めに全てのスイッチＳ1V〜Ｓ4VをＯＮ
にすることによって、電荷が過剰なコンデンサーから、電荷が不足しているコンデンサー
に電荷を供給することで、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 間で電荷を分配するようにしてもよい
。

図１２は、第２変形例の電圧生成部３０４が、電圧調整期間中にコンデンサーＣ1 〜Ｃ
4 間で電荷を分配する様子を示した説明図である。ちなみに、図１２（ａ）には、スイッ
チＳ1V〜Ｓ4Vと電源Ｖs との間に抵抗Ｒを挿入した場合が示されており、図１２（ｂ）に
は、抵抗Ｒに代えてスイッチＳを挿入した場合が示されている。先ず初めは、図１２（ａ
）に示した場合について説明する。

一例として、ピエゾ素子１０４を駆動することによって、コンデンサーＣ2 では電荷が
増加し、その他のコンデンサーＣ1 、Ｃ2 、Ｃ4 では電荷が減少した場合について考える
。このように、電荷が増加するコンデンサーと減少するコンデンサーとが両方発生する場
合は、スイッチＳB をＯＦＦにして電圧調整期間にすると、比較的早い段階でスイッチＳ
1V〜Ｓ4Vを全てＯＮにしてやる。すると、過剰に電荷を蓄えたコンデンサー（ここでは、
コンデンサーＣ2 ）から、電荷が不足しているコンデンサー（ここでは、コンデンサーＣ
1 、Ｃ3 、Ｃ4 ）に電荷が流れ込む。このとき、スイッチＳ1V〜Ｓ4Vと電源Ｖs との間に
は抵抗Ｒが挿入されているので、コンデンサーＣ2 からの電荷は電源Ｖs に逆流すること
はなく、専らコンデンサーＣ1 、Ｃ3 、Ｃ4 に流れ込む。図１２（ａ）には、このように
して、コンデンサーＣ2 から、コンデンサーＣ1 、Ｃ3 、Ｃ4 に電荷が流れ込む様子が、
太い破線の矢印によって表されている。

もちろん、過剰に電荷を蓄えたコンデンサーが複数存在する場合でも、これらコンデン
サーから、残りのコンデンサー（電荷が不足しているコンデンサー）に電荷が流入して、
コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 間に生じていた電荷の偏りが速やかに解消される。そして、コン
デンサーＣ1 〜Ｃ4 の電荷が均一化された状態で、依然として電荷が減少していた場合（
コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の端子間電圧が低下していた場合）は、電源Ｖs から抵抗Ｒを介
してコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に電荷が補充される。

また、このようにコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 間での電荷の分配と、電源Ｖs からの電荷の
補充とは、電圧調整期間中（スイッチＳB がＯＦＦの期間中）に行われるので、ピエゾ素
子１０４の印加電圧には何の影響を与えることがない。その結果、ピエゾ素子１０４を長
い間駆動する場合でも、精度の良い電圧波形をピエゾ素子１０４に印加することが可能と
なる。また、過剰に電荷を蓄えるコンデンサーが発生した場合でも、その過剰な電荷をグ
ランドに排出するのではなく、電荷が不足しているコンデンサーに供給することができる
ので、より効率よくピエゾ素子１０４を駆動することが可能となる。

以上では、スイッチＳ1V〜Ｓ4Vと電源Ｖs との間に抵抗Ｒが挿入されているものとして
説明した。しかし、図１２（ｂ）に示すように、抵抗Ｒの代わりにスイッチＳを挿入して
もよい。この場合は、電圧調整期間になってスイッチＳ1V〜Ｓ4Vを全てＯＮにしても、ス
イッチＳはＯＦＦにしておき、暫くの時間が経過してからスイッチＳをＯＮにする。こう
すれば、電圧調整期間になってスイッチＳ1V〜Ｓ4Vは全てＯＮであるが、スイッチＳはＯ
ＦＦになっている期間に、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 間での電荷の分配が行われ、その後、
スイッチＳをＯＮにすることによって、電源Ｖs からコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に電荷を補
充することができる。もちろん、この場合も、電圧調整期間中は、コンデンサー側とピエ
ゾ素子１０４とを接続するスイッチＳB はＯＦＦになっているので、ピエゾ素子１０４の
印加電圧には何の影響も与えることはない。

Ｄ−３．第３変形例 ：
上述した実施例または各種の変形例においては、ピエゾ素子１０４に対して常に同じ電
圧波形を印加するものとして説明した。しかし、ピエゾ素子１０４に印加する電圧波形を
変更すれば、噴射ノズル１００から噴射するインク量を変更することができる。そして、
印加する電圧波形が異なれば、電圧生成部２０４，３０４内で電荷が不足していたコンデ
ンサーが、電荷を過剰に蓄えるようになったり、逆に、電荷が過剰になっていたコンデン
サーで電荷が不足するようになったり、あるいは、そこまで大きく変わらないにしても電
荷の不足量や過剰量が変わったりする。

更には、図２を用いて前述したように、噴射ヘッド２４には複数の噴射ノズル１００が
設けられているから、噴射するノズル数を変更することで、噴射ヘッド２４全体として噴
射するインク量を変更することも可能である。そして、駆動するノズル数が変わると、コ
ンデンサーＣ1 〜Ｃ4 と電荷をやり取りするピエゾ素子１０４の数が変わるから、コンデ
ンサー側で電荷が不足する量や過剰になる量も変化する。例えば、駆動する噴射ノズル１
００（ピエゾ素子１０４）の数が２倍になれば、不足する電荷量も、過剰になる電荷量も
２倍になる。

そこで、印加する電圧波形の種類や、駆動する噴射ノズル１００（ピエゾ素子１０４）
の数に応じて、電圧調整期間中（スイッチＳB がＯＦＦの期間中）での各種スイッチの動
作を決定することとしてもよい。以下では、このような第３変形例について説明する。

図１３は、第３変形例の噴射ヘッド駆動回路２００が出力する電圧波形を例示した説明
図である。図示した例では、初めに「パルス波形Ａ」を出力し、次は「パルス波形Ｂ」を
出力し、その次は「パルス波形Ｃ」を出力するといったように、複数種類のパルス波形を
切り換えながら電圧波形を出力している。また、それぞれのパルス波形には、一定時間以
上に亘って同じ印加電圧が保持される期間が設けられており、この期間中に電圧調整期間
（スイッチＳB がＯＦＦになる期間）が設定されている。

このような電圧波形は、図２に示したようにゲートユニット３００に供給され、そして
、プリンター制御回路５０によって選択されたゲート素子３０２のみを通過してピエゾ素
子１０４に印加される。従って、噴射ヘッド駆動回路２００の内部に搭載されたコンデン
サーＣ1 〜Ｃ4 が、実際にピエゾ素子１０４とやり取りする電荷量は、噴射ヘッド駆動回
路２００が出力するパルス波形の種類と、プリンター制御回路５０によって選択されるゲ
ート素子３０２（すなわち、噴射ノズル１００）の個数とに依存することになる。

図１４は、第３変形例の噴射ヘッド駆動回路２００が、噴射ヘッド２４のピエゾ素子１
０４を駆動するために行うヘッド駆動処理のフローチャートである。この処理は、噴射ヘ
ッド駆動回路２００に搭載された駆動制御部２０２が、プリンター制御回路５０の制御の
下で実行する処理である。

図１４に示したように、ヘッド駆動処理では、先ず初めに、生成するパルス波形を決定
する（ステップＳ１００）。すなわち、図１３を用いて前述したように、第３変形例の噴
射ヘッド駆動回路２００では、パルス波形Ａ〜パルス波形Ｃなどの複数種類のパルス波形
を出力可能となっており、パルス波形に応じて噴射ノズル１００から噴射されるインク量
が異なっている。また、どのようなタイミングで、どの噴射ノズル１００から、どの程度
のインク量を噴射するかについては、プリンター制御回路５０によって制御されており、
これらの情報を示すデータ（ここでは画像データと称する）が、プリンター制御回路５０
から駆動制御部２０２に対して出力されている。そこで、駆動制御部２０２は、プリンタ
ー制御回路５０から受け取った画像データに基づいて、何れのパルス波形を生成するかを
決定するのである。

尚、ここでは、駆動制御部２０２がプリンター制御回路５０から画像データを受け取る
と、出力するパルス波形の種類を決定するものとして説明するが、駆動制御部２０２では
、所定の順番で（例えば、パルス波形Ａ、パルス波形Ｂ、パルス波形Ｃの順番で）複数種
類のパルス波形を繰り返し出力しておき、所望のパルス波形が出力されるタイミングで、
プリンター制御回路５０が駆動制御部２０２に画像データを出力することによって、プリ
ンター制御回路５０がパルス波形の種類を選択することとしてもよい。

プリンター制御回路５０からの画像データに基づいてパルス波形を決定したら（ステッ
プＳ１００）、今度は、駆動する噴射ノズル１００（すなわち、ピエゾ素子１０４）の個
数（ノズル数）を決定する（ステップＳ１０２）。上述したように、何れの噴射ノズル１
００を出力するかについての情報は、プリンター制御回路５０から画像データとして供給
されているので、画像データに基づいて、駆動制御部２０２は駆動するノズル数を容易に
決定することができる（ステップＳ１０２）。

以上のようにして、生成するパルス波形の種類および駆動するノズル数を決定したら、
これらに基づいて、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 について、電圧調整の類別（不足した電荷を
補充するのか、あるいは過剰な電荷を排出するのか）や、調整時間（電荷を排出する場合
に、どれくらいの時間、電荷を排出するか）を決定する（ステップＳ１０４）。すなわち
、パルス波形が決まると、１つのピエゾ素子１０４を駆動した場合に、コンデンサーＣ1
〜Ｃ4 の各々について、電荷が不足するのか、過剰になるのか、更には不足あるいは過剰
になる電荷量を決定することができる。そして、駆動するノズル数が分かれば、結局、そ
れぞれのコンデンサーについて、不足あるいは過剰になる電荷量を決定することができる
。従って、電荷が不足するコンデンサーについては、電圧調整期間中に電源Ｖs から電荷
を補充する。また、電荷が過剰になるコンデンサーについては、図９を用いて前述したよ
うに、そのコンデンサーに設けられた高電位側のスイッチおよび低電位側のスイッチをと
もにＯＮにすることで、過剰な電荷を排出する。このとき、高電位側のスイッチおよび低
電位側のスイッチをともにＯＮにする時間の長さ（調整時間）は、過剰になる電荷量に応
じて決定することができる。

以上のようにして、出力するパルス波形、および電圧調整の類別および調整時間をコン
デンサーＣ1 〜Ｃ4 毎に決定したら、電圧生成部２０４内に設けられた各種スイッチＳB
、Ｓ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4Lの接続状態を切り換えることによって、パルス波形を出力する
（ステップＳ１０６）。その結果、電圧調整期間になったら、先にコンデンサーＣ1 〜Ｃ
4 毎に決定しておいた調整内容に従って、電圧調整を実行した後（ステップＳ１０８）、
図１４に示したヘッド駆動処理を終了する。

以上に説明した第３変形例によれば、印加しようとする電圧波形や、駆動するノズル数
に応じて、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の電圧を適切に調整することができるので、長期間に
亘って、精度の良い電圧波形を用いてピエゾ素子１０４を駆動することが可能となる。

尚、上述した第３変形例では、駆動対象が噴射ヘッド２４に搭載されたピエゾ素子１０
４であるため、駆動するピエゾ素子１０４の個数が変動するものとして説明した。しかし
、駆動対象は、噴射ヘッド２４のピエゾ素子１０４に限られるものではなく、例えば、液
晶表示装置など、容量成分を有する電気負荷に対して適用することができる。そして、こ
れら電気負荷の容量成分の大きさが変化する場合にも、上述した第３変形例の「ノズル数
」を「容量成分の大きさ」と読み替えることで、第３変形例の駆動方法を好適に適用する
ことが可能となる。

Ｄ−４．第４変形例 ：
また、上述した実施例あるいは各種の変形例においては、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 で多
少でも電荷の過不足が生じた場合には、電圧調整期間中に、そのコンデンサーについての
電圧調整（電荷の補充あるいは排出）を行うものとして説明した。このようにすれば、出
力する電圧波形の精度を最大限近くまで高めることができるが、電圧波形の精度に多少の
許容範囲が存在する場合には、許容範囲を超えそうな場合に電圧調整を行うこととしても
よい。以下では、このような第４変形例について説明する。

図１５は、第４変形例の噴射ヘッド駆動回路２００が、噴射ヘッド２４のピエゾ素子１
０４を駆動するために行うヘッド駆動処理のフローチャートである。この処理も、前述し
た第３変形例のヘッド駆動処理と同様に、噴射ヘッド駆動回路２００に搭載された駆動制
御部２０２が実行する処理である。

図１５に示されるように、第４変形例のヘッド駆動処理を開始すると、画像データに基
づいてパルス波形を出力する（ステップＳ２００）。ここで、前述したように「画像デー
タ」とは、どのようなタイミングで、どの噴射ノズル１００から、どの程度のインク量を
噴射するかについての情報が、プリンター制御回路５０から出力されるデータである。駆
動制御部２０２は、プリンター制御回路５０からの画像データに基づいて、複数種類の中
からパルス波形を決定すると、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4Lの接続状態を切り換える
ことによってパルス波形を出力する。

続いて、電圧調整期間になったか否かを判断する（ステップＳ２０２）。図１３に例示
したように、パルス波形の終わりには、電圧調整期間（スイッチＳB がＯＦＦになる期間
）が設定されている。そこで、パルス波形の出力を開始したら、電圧調整期間になったか
否かを判断するのである。その結果、電圧調整期間に達していなければ（ステップＳ２０
２：ｎｏ）、電圧調整期間に達するまで同じ判断を繰り返しながら、そのまま待機状態と
なる。そして、電圧調整期間に達したら（ステップＳ２０２：ｙｅｓ）、コンデンサーの
電圧調整を開始するべく、コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 の中から対象のコンデンサーを１つ選
択する（ステップＳ２０４）。

そして、選択したコンデンサーの端子間電圧を検出する（ステップＳ２０６）。端子間
電圧を検出するに際しては、電圧を直接計測してもよいし、あるいはパルス波形の出力中
にピエゾ素子１０４との間で生じた電荷の出入りを計測しておき、電荷の増減量から間接
的に端子間電圧を検出することとしても良い。

次に、こうして検出した端子間電圧が、許容電圧範囲であるか否かを判断する（ステッ
プＳ２０８）。例えば、端子間電圧が、設計値（電圧Ｖs ）に対して上下方向に５％ずつ
の電圧範囲にあれば、許容電圧範囲にあると判断する。この許容電圧範囲は、ピエゾ素子
１０４に印加する電圧波形の許容精度に応じて決定される。また、許容電圧範囲は、電圧
の設計値（電圧Ｖs ）に対して、上下方向に同じ幅に設定されている必要はなく、例えば
、下方向にはたいへん狭く（従って、端子間電圧が少しでも低下したら電荷を補充する）
、上方向には若干広めに（従って、端子間電圧がある程度まで上昇したら電荷を排出する
）設定してもよい。

その結果、検出した端子間電圧が許容範囲内に無かった場合は（ステップＳ２０８：ｎ
ｏ）、そのコンデンサーについての電圧調整類別および調整時間を決定する（ステップＳ
２１０）。すなわち、端子間電圧が許容範囲を超えて低下していた場合は、電圧調整類別
は電荷の補充である旨を決定する。また、電荷を補充する場合は、コンデンサーの端子間
電圧が電源Ｖs の電圧（電圧Ｖs ）を超えて電荷が補充されることはないので、調整時間
は、電圧調整期間の継続中としておけばよい。

一方、端子間電圧が許容範囲を超えて上昇していた場合は、電圧調整類別は過剰な電荷
の排出である旨を決定する。また、電荷を排出する場合は、過剰に蓄えられた電荷量（す
なわち、端子間電圧の設計上の電圧Ｖs からの上昇量）に応じて、調整時間を決定する。
これに対して、検出した端子間電圧が許容電圧範囲内にあると判断された場合は（ステッ
プＳ２０８：ｙｅｓ）、電圧調整類別や調整時間を決定する処理（ステップＳ２１０）は
スキップする。

尚、上述した説明では、コンデンサーの端子間電圧を検出することによって、電圧調整
の要否、および電圧調整の類別や調整時間を決定するものとして説明した。しかし、出力
するパルス波形および駆動対象（駆動する噴射ノズル１００のノズル数）が分かっている
場合には、電圧調整の要否、および電圧調整の類別や調整時間を予め決定しておくことも
可能である。

以上のようにして、選択したコンデンサーについて、電圧調整の要否、電圧調整を要す
る場合には、電圧調整の類別および調整時間を決定したら、電圧生成部２０４（あるいは
電圧生成部３０４）に搭載されている全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 について、上述した
処理を行ったか否かを判断する（ステップＳ２１２）。その結果、未処理のコンデンサー
が残っていると判断した場合には（ステップＳ２１２：ｎｏ）、ステップＳ２０４に戻っ
て新たなコンデンサーを１つ選択して、続く上述した一連の処理を行った後、全てのコン
デンサーＣ1 〜Ｃ4 について処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ２１２）。こ
のような処理を繰り返した後、全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 について、電圧調整の要否
や、電圧調整の類別および調整時間を決定したと判断したら（ステップＳ２１２：ｙｅｓ
）、各コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 について、決定した内容に従って電圧調整を実行した後（
ステップＳ２１４）、図１５に示す第４変形例のヘッド駆動処理を終了する。

以上に説明した第４変形例においては、端子間電圧が許容範囲を超えたコンデンサーに
ついてのみ、電圧調整を行えばよいので、電圧調整期間になったからと言って、必ずしも
全てのコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 に対して電荷の補充あるいは電荷の排出を行う必要がない
。このため、スイッチＳ1H〜Ｓ4H、Ｓ1L〜Ｓ4Lの切り換え回数を減らすことにより、スイ
ッチ駆動に要する電力消費を抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施例および各種の変形例について説明したが、本発明は上記の内容に
限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが
可能である。例えば、上述した実施例あるいは各種の変形例では、液体噴射装置としてイ
ンクを噴射するインクジェットプリンター１０であるものとして説明した。しかし、水や
食塩水等の液体をパルス状に噴射して生体組織を切開または切除する手術具としての液体
噴射装置に対しても、本願発明を好適に適用することができる。

１０…インクジェットプリンター、 ２０…キャリッジ、 ２４…噴射ヘッド、
２６…インクカートリッジ、 ３０…駆動機構、 ４０…プラテンローラー、
５０…プリンター制御回路、 １００…噴射ノズル、 １０２…インク室、
１０４…ピエゾ素子、 ２００…噴射ヘッド駆動回路、 ２０２…駆動制御部、
２０４…電圧生成部、 ３００…ゲートユニット、 ３０２…ゲート素子、
３０４…電圧生成部

Claims (8)

1. 容量成分を有する電気負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
   複数の電荷蓄積素子と、
   前記複数の電荷蓄積素子に対して電荷を供給する電源と、
   前記電荷蓄積素子から前記電源に向かって電荷が逆流することを防止する逆流防止手段
   と、
   前記複数の電荷蓄積素子に対して少なくとも１つずつ設けられ、該電荷蓄積素子間の接
   続状態を切り換えることで、複数段階の電圧を生成する複数の電圧生成スイッチと、
   前記電圧生成スイッチの接続状態に応じて生成された電圧を、前記電気負荷に印加する
   電圧印加スイッチと、
   前記電圧印加スイッチの接続状態を導通状態とするとともに、前記電圧生成スイッチの
   接続状態を所定の順序で切り換えて電圧波形を発生させることにより、前記電気負荷を駆
   動する一方、前記電気負荷に印加される電圧が変化しない期間中に設けられた所定期間で
   は、前記電圧印加スイッチの接続状態を切断状態とするとともに前記複数の電圧生成スイ
   ッチの接続状態を切り換えることによって、前記電荷蓄積素子の電圧調整を行う負荷駆動
   手段と
   を備える容量性負荷駆動回路。
2. 前記逆流防止手段は、前記電荷蓄積素子の電圧が前記電源の電圧よりも高い場合に切断
   されるスイッチである請求項１に記載の容量性負荷駆動回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の容量性負荷駆動回路であって、
   前記負荷駆動手段は、前記複数の電圧生成スイッチの接続状態を切り換える切換パター
   ンを、複数種類記憶しているとともに、前記所定期間では、該切換パターンに応じて、前
   記電荷蓄積素子の電圧調整を行う手段である容量性負荷駆動回路。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路であって、
   前記負荷駆動手段は、前記電気負荷の容量成分の大きさに関する情報を取得するととも
   に、該取得した情報に応じて、前記電荷蓄積素子の電圧調整を行う手段である容量性負荷
   駆動回路。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路であって、
   前記負荷駆動手段は、前記電荷蓄積素子に蓄積された電荷量に関連する情報を取得する
   とともに、該電荷量が所定の許容範囲を超えた場合に、前記電荷蓄積素子の電圧調整を行
   う手段である容量性負荷駆動回路。
6. 容量成分を有する電気負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
   第１の電荷蓄積素子と、
   第２の電荷蓄積素子と、
   前記第１および第２の電荷蓄積素子に対して電荷を供給する電源と、
   前記第１の電荷蓄積素子と前記第２の電荷蓄積素子との接続状態を切り換えることで、
   多段階の電圧を生成する電圧生成スイッチと、
   前記電圧生成スイッチの接続状態に応じて生成された電圧を、前記電気負荷に印加する
   電圧印加スイッチと、
   前記電圧印加スイッチの接続状態を導通状態とするとともに、前記電圧生成スイッチの
   接続状態を所定の順序で切り換えることによって、前記電気負荷を駆動する一方、前記電
   気負荷に印加される電圧が変化しない所定期間では、前記電圧印加スイッチの接続状態を
   切断状態とするとともに前記電圧生成スイッチの接続状態を切り換えることによって、前
   記電荷蓄積素子の電圧調整を行う負荷駆動手段と
   を備える容量性負荷駆動回路。
7. 請求項６に記載の容量性負荷駆動回路であって、さらに、
   前記第１の電荷蓄積素子から前記電源に向かって電荷が流れることを防止する第１の逆
   流防止手段と、
   前記第２の電荷蓄積素子から前記電源に向かって電荷が流れることを防止する第２の逆
   流防止手段と
   を備える容量性負荷駆動回路。
8. 請求項６または請求項７に記載の容量性負荷駆動回路であって、
   前記電圧生成スイッチは、前記第１および第２の電荷蓄積素子を直列に接続する状態と
   前記第１および第２の電荷蓄積素子の少なくともいずれかを接地する状態とを少なくとも
   切り換える容量性負荷駆動回路。

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