JP4858584B2 - 駆動回路、液体噴射装置、印刷装置、および医療機器 - Google Patents
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Description
これらコンデンサーの接続を、並列に接続された状態から直列に接続された状態に切り換
えることによって、電源の電圧よりも高い電圧を発生させて電気負荷を駆動する技術が提
案されている(特許文献1)。この提案の技術を用いれば、直列に接続するコンデンサー
の個数に応じて、電源が発生する電圧の何倍にも達する高い電圧を発生させて電気負荷に
印加することができる。
を増減させる度に電圧が階段状に変化する波形となるが、コンデンサーの発生する電圧を
低くするとともに、その分だけコンデンサーの全体個数を増やしてやれば、電圧の変化が
小さい、より精度の高い電圧波形を生成することも可能となる。
形を生成するための回路が大型化するという問題がある。すなわち、精度の高い電圧波形
を生成するためには、コンデンサーの発生する電圧を小さくして、より多くのコンデンサ
ーを用いて電圧波形を生成する必要が生じるが、コンデンサーは比較的大きな部品である
ため、コンデンサーの個数を増やすと回路が大きくなってしまう。更に、コンデンサーに
は、電源に接続してコンデンサーを充電するためのスイッチや、コンデンサーを直列に接
続するためのスイッチが必要なことから、コンデンサーを増やすと、これらスイッチ類も
増加するため、更に回路が大きくなってしまう。また、スイッチ類が増加すると、回路の
電気抵抗が大きくなるので、その分だけ電力損失が増加したり、あるいは回路の応答性が
低下するので、速い電圧の変化に追従することができなくなって、却って精度の高い電圧
波形を出力することが困難になったりする場合も生じ得る。
大型化を招くことなく、精度の高い電圧波形を出力して容量性負荷を駆動することが可能
な技術の提供を目的とする。
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、
第1の電圧を発生する第1の電源と、
前記第1の電圧とは異なる第2の電圧を発生する第2の電源と、
前記第1の電源によって充電される複数の電荷蓄積素子と、
前記複数の電荷蓄積素子間の接続状態を変化させることにより、1つの該電荷蓄積素子
、または直列に接続した複数の該電荷蓄積素子を、前記電気負荷に接続する第1の接続手
段と、
前記第2の電源を、単独で、または前記電荷蓄積素子と直列に接続した状態で、前記電
気負荷に接続する第2の接続手段と
を備えることを要旨とする。
に充電した後、これら電荷蓄積素子間の接続状態を変化させて、少なくとも1つの電荷蓄
積素子、または直列に接続した複数の電荷蓄積素子を、電気負荷に接続する。また、第1
の電源とは異なる第2の電圧を発生する第2の電源も設けられており、この第2の電源は
、単独で、あるいは電荷蓄積素子と直列に接続した状態で、電気負荷に接続することが可
能となっている。
の電荷蓄積素子を電気負荷に接続すれば、第1の電圧を電気負荷に印加することができる
。また、複数の電荷蓄積素子を直列に接続して電気負荷に接続すれば、電荷蓄積素子の個
数に応じた電圧を、電気負荷に印加することができる。更に、電荷蓄積素子を電気負荷に
接続した状態で、その電荷蓄積素子に第2の電源を直列に接続すれば、電気負荷には、電
荷蓄積素子による電圧と、第2の電源による電圧とを合計した電圧を印加することができ
る。もちろん、複数の電荷蓄積素子が直列に接続されている場合には、それら複数の電荷
蓄積素子による電圧を合計した電圧と、第2の電源による電圧とを合計した電圧を、電気
負荷に印加することができる。すなわち、1つまたは複数の電荷蓄積素子を電気負荷に接
続している状態で、その電荷蓄積素子に直列に第2の電源を接続したり、接続を解除した
りすることで、電気負荷に印加する電圧を異ならせることができる。このように本発明の
容量性負荷駆動回路では、電荷蓄積素子の個数を増やさなくても、電気負荷に印加する電
圧の増減を細かくすることができる。その結果、回路を大型化させることなく、精度の高
い電圧波形を印加することが可能となる。
電圧とすることができる。こうすれば、第2の電圧を第1の電圧よりも低い電圧とした場
合よりも、電気負荷に印加可能な電圧範囲を広げることが可能となるので好ましい。特に
、全ての電荷蓄積素子を直列に接続したときに発生する電圧(すなわち、第1の電圧に、
電荷蓄積素子の個数を乗算して得られる電圧)よりも、第2の電圧を高い電圧としておけ
ば、印加可能な電圧範囲をより大きく広げることが可能になるとともに、第2の電源を接
続して印加する電圧範囲と、第2の電源を接続せずに印加する電圧範囲とを、分離してお
くことができる。このため、電気負荷に印加する電圧を変化させる際に、電荷蓄積素子あ
るいは第2の電源の接続状態を切り換える操作を、単純な操作としておくことが可能とな
るので好ましい。
る電荷蓄積素子である補助電荷蓄積素子を備え、第2の電源と補助電荷蓄積素子との間に
、第2の電源から補助電荷蓄積素子に向かって流れる電流を制限する電流制限手段を設け
ることとしてもよい。
補助電荷蓄積素子でも電荷を回収しておき、次の印加電圧を上昇させる際には、補助電荷
蓄積素子で回収した電荷を用いて印加電圧を上昇させることができるので、より効率よく
電気負荷を駆動することができる。また、補助電荷蓄積素子は電流制限手段を介して第2
の電源に接続されているので、補助電荷蓄積素子から電気負荷に対して電荷を供給したと
きに、第2の電源から電荷が補充されることを制限することができる。従って、電気負荷
から電荷が放出されたときに、既に第2の電源から補助電荷蓄積素子に電荷が補充されて
いたために、補助電荷蓄積素子が過剰に電荷を蓄積してしまう事態が生じることはない。
ることができる。たとえば、補助電荷蓄積素子として抵抗を用いれば、第2の電源から補
助電荷蓄積素子に電荷が供給される速度を抑えることができる。従って、印加電圧を上昇
させる際に、補助電荷蓄積素子から電気負荷に電荷を供給したことに起因して補助電荷蓄
積素子の電荷が減少しても、直ちに第2の電源から電荷が補充されることはない。また、
補助電荷蓄積素子としてスイッチを設けておけば、スイッチを切断状態とすることで、第
2の電源から補助電荷蓄積素子への電荷の補充を中止させることができる。従って、印加
電圧を上昇させる際に、補助電荷蓄積素子から電気負荷に電荷を供給したために、補助電
荷蓄積素子の電荷が減少しても、第2の電源からの電荷の補充を、必要に応じて中止する
ことができる。更に、補助電荷蓄積素子としてダイオードを用いれば、補助電荷蓄積素子
の電荷が減少して第2の電源との電圧差が所定電圧以上に大きくなった場合にだけ、第2
の電源から電荷が補充されるようにすることができる。以上のような理由から、印加電圧
の低下時に電気負荷から放出される電荷を補助電荷蓄積素子で回収しても、補助電荷蓄積
素子が過剰に電荷を蓄積してしまう事態を回避することが可能となる。
変化する場合には、次のようにしても良い。すなわち、第1の電源が発生する第1の電圧
、または第2の電源が発生する第2の電圧の少なくとも一方を、電気負荷の容量成分の大
きさに応じて変化させることとしてもよい。
るために電気負荷に供給すべき電荷量も大きく変動する。その結果、電荷の供給が間に合
わずに、目的の電圧まで印加電圧を上昇させることができない場合も生じ得る。しかし、
このような場合でも、第1の電源が発生する第1の電圧、または第2の電源が発生する第
2の電圧の少なくとも一方を高めに変更してやれば、電気負荷への電荷の供給を促進する
ことができるので、目的の電圧まで印加電圧を上昇させることが可能となる。
蓄えた電圧が第1の電圧よりも高い所定電圧に達する電荷蓄積素子については、その電荷
蓄積素子から電荷を放出するようにしてもよい。
受けてしまうことを抑制することが可能となる。尚、電荷蓄積素子から電荷を放出するに
際しては、電荷蓄積素子の電圧をモニターしておき、電圧が所定電圧を超えた電荷蓄積素
子が発生した場合に、その電荷蓄積素子から電荷を放出することができる。あるいは、電
気負荷に印加しようとする電圧波形に基づいて、電圧値が所定電圧を超える電荷蓄積素子
を予想して、その電荷蓄積素子から電荷を放出するようにしても良い。また、電荷放出手
段は全ての電荷蓄積素子に対して設けることもできるが、印加しようとする電圧波形の関
係で電圧が上昇し易い電荷蓄積素子に対してだけ、電荷放出手段を設けることとしてもよ
い。更に、電荷を放出する先は、電気負荷以外であれば良く、グランドに対して放出して
もよいし、電荷が不足した他の電荷蓄積素子に対して放出するようにしても良い。加えて
、電荷放出手段としては、導通状態と切断状態とに切り換え可能なスイッチと、そのスイ
ッチの動作を制御する制御手段(たとえばコンピューターなど)とによって構成すること
もできるが、たとえばツェナーダイオードなどのように、端子間の電圧が一定電圧を超え
ると自動的に導通状態になる半導体素子を用いて構成することも可能である。
荷の容量成分の大きさに応じて、電荷蓄積素子から電荷を放出する時間を変化させるよう
にしてもよい。
増加する。従って、電荷蓄積素子から電荷を放出する場合、電気負荷の容量成分が大きい
ほど、放電すべき電荷が多くなり、放電に要する時間も長くなる。このことから、電気負
荷の容量成分の大きさに応じて、電荷蓄積素子から電荷を放出する時間を変化させれば、
電荷を放出しすぎたり、あるいは電荷を十分に放出できなくなったりすることがない。そ
の結果、電荷蓄積素子の電圧を適切な電圧範囲に維持して、精度の高い電圧波形を電気負
荷に印加することが可能となる。
ら液体を噴射する液体噴射装置や、インクを噴射することによって画像を印刷する印刷装
置などが知られている。これら液体噴射装置や印刷装置においては、装置の小形化や、液
体またはインクの噴射精度の向上が要請されていることから、上述した本発明の容量性負
荷駆動回路を好適に適用することができる。
例を説明する。
A.装置構成:
B.噴射ヘッド駆動回路の周辺回路構成:
B−1.噴射ヘッド駆動回路の構成:
B−2.駆動波形の生成方法:
C.変形例:
C−1.第1の変形例:
C−2.第2の変形例:
C−3.第3の変形例:
C−4.第4の変形例:
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に向かってインクを噴射することが可能と
なっている。
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。
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、噴射ヘッド24を駆動する噴射ヘッド駆動回路200の周辺の回路構成を示し
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の周辺には、プリン
ター制御回路50や、後述するゲートユニット300などが設けられており、噴射ヘッド
駆動回路200は、ゲートユニット300を介して噴射ヘッド24に接続されている。こ
れらの回路構成について説明する準備として、先ず始めに、噴射ヘッド24の内部構造に
ついて簡単に説明しておく。
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。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。インク室102の上面にはピエゾ素子10
4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って、噴射ノズル100からインク滴が噴射される。また
、ピエゾ素子104は、印加する電圧に応じて変形量が変わるので、ピエゾ素子104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。
の下で噴射ヘッド駆動回路200によって生成された後、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、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、ゲート
素子302を、プリンター制御回路50によって予め導通状態あるいは切断状態の何れか
に設定した後、噴射ヘッド駆動回路200から駆動波形を出力すれば、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
ノズルからインク滴を噴射することが可能となる。
2や、駆動波形生成回路204などから構成されている。そして、プリンター制御回路5
0が噴射ヘッド駆動回路200に対して駆動波形の出力を命令すると、その命令に応じて
制御回路202が駆動波形生成回路204の動作を制御することにより、噴射ヘッド駆動
回路200から適切な駆動波形が出力されるようになっている。
であり、電圧を印加すると、ピエゾ素子の内部には、印加した電圧に応じた電荷が蓄えら
れる。そして、蓄えられる電荷量は印加する電圧が高くなるほど増えていき、逆に、印加
する電圧が低くなると蓄えられる電荷量が減少して、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。
ゾ素子から放出される電荷を、より多くのコンデンサーに分散して蓄えておけば、階段状
に変化する電圧の段差を小さくすることができるが、コンデンサーの個数が増えると、噴
射ヘッド駆動回路200が大きくなってしまう。また、コンデンサーの個数が増えると、
コンデンサー間の接続状態を切り換えるためのスイッチの個数も増えるので、回路抵抗が
大きくなる。その結果、電力損失が発生したり、あるいは回路の応答性が低下して、速い
電圧の変化に追従することができなくなり、精度の高い電圧波形を出力することが困難に
なったりする場合も生じ得る。そこで、本実施例の噴射ヘッド駆動回路200では、小型
な回路でありながら、電圧の段差が小さく精度の高い駆動波形を出力可能とするために、
次のような回路構成を採用している。
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、制御回路202や、駆動波形生成回
路204などから構成されており、更に、駆動波形生成回路204は、複数のコンデンサ
ーと、コンデンサーを充電する電源部と、複数のスイッチなどから構成されている。これ
らスイッチの接続状態は、制御回路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C1 〜C3 の3つのコンデン
サーを用いて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、駆動する電気負荷が、インクジェットプリンター10の噴射
ヘッド24に設けられたピエゾ素子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(例えば液晶などの表示装置など)であっても構わない。
第1の電源Vs には、3つのコンデンサーC1 〜C3 が並列に接続されている。また、コ
ンデンサーC1 〜C3 と第1の電源Vs との間には、コンデンサーから第1の電源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 〜D3 が挿入されている。尚
、ここでは、コンデンサーC1 〜C3 から第1の電源Vs への逆流を防止するために、コ
ンデンサーと第1の電源Vs との間にダイオードD1 〜D3 を挿入するものとしているが
、ダイオードD1 〜D3 の代わりにスイッチを挿入することで逆流を防止することとして
もよい。
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(第1の電源Vs に接続されている側の端子)に接続され、スイ
ッチS1Lの側が、コンデンサーC1 の低電位側の端子(第1の電源Vs に接続されていな
い側の端子)に接続されている。コンデンサーC2 およびコンデンサーC3 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 」と称することがあるものとする。
イッチSbLが直列に接続されたスイッチの組が接続されている。尚、以下では、このスイ
ッチの組を、「スイッチの組Sb 」と称することがあるものとする。このスイッチの組S
b は、スイッチSbHが第2の電源Vb の出力端子に接続され、スイッチSbLがグランドに
接地されている。
デンサーC3 の低電位側の端子(第1の電源Vs に接続されていない側の端子)が接続さ
れている。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Sb を構成するスイッ
チSbHとスイッチSbL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Sb の2つのスイッチSbHおよびスイッチSbLの間に接続さ
れていることを意味している。
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Sb 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、ゲートユニット300を介してピエゾ素子104が接
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3
00は図示が省略されている。
の下で、スイッチS1H〜S3H、スイッチS1L〜S3L、スイッチSbH、およびスイッチSbL
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、ピエゾ素子1
04の駆動波形を生成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、駆動波形を生成する方法について説明する。
本実施例の駆動波形生成回路204を用いて負荷を駆動するためには、コンデンサーC
1 〜C3 を予め充電しておく必要がある。そこで、スイッチS1H〜S3H、S1L〜S3L、S
bH、SbLの接続状態を、次のような状態に設定することで、コンデンサーC1 〜C3 を第
1の電源Vs に接続する。
の接続状態を示した説明図である。コンデンサーC1 〜C3 に充電するためには、図示さ
れているように、スイッチSbL,スイッチS3L,スイッチS2L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を、コ
ンデンサーC3 に着目して観察すると、スイッチSbL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 を介して第1の電源Vs に接続されているので
、結局、コンデンサーC3 には、第1の電源Vs が発生する電圧(電圧Vs )が充電され
ることになる。
コンデンサーC2 の低電位側の端子はコンデンサーC3 の低電位側の端子に接続されてい
る。そして、そのコンデンサーC3 の低電位側の端子は上述したようにグランドに接続さ
れている。結局、コンデンサーC2 の低電位側の端子はグランドに接続され、コンデンサ
ーC2 の高電位側の端子はダイオードD2 を介して第1の電源Vs に接続されていること
になって、コンデンサーC2 にも電圧Vs が充電される。更に、コンデンサーC1 につい
ても同様に、スイッチS2LがONになっているので、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、高電位側の端子はダイオードD1 を介して第1の電源Vs に接続
されているので、結局、コンデンサーC1 には電圧Vs が充電されることになる。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OFF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 〜C
3 に充電することが可能である。
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
た電圧をピエゾ素子104に印加することが可能となる。
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C
1 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 ,Sb については、反対に、高電位側のス
イッチS2H,S3H,SbHがOFFに設定され、低電位側のスイッチS2L,S3L,SbLがO
N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。
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Sb 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SbH)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SbL)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。
サーC1 の高電位側の電圧は、そのコンデンサーC1 に充電する第1の電源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 と第1の電
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
から第1の電源Vs に向かって電流が逆流することはない。
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に設定されている。また、第2の電源V
b に接続されたスイッチの組Sb については、高電位側のスイッチSbHがOFFに設定さ
れ、低電位側のスイッチSbL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、第1の電源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 と第1の電源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第1の電源Vs に電流が逆流することはない。
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。
104に接続する機能を有している。図6は、第2の電源Vb に接続されたスイッチの組
Sb を用いて、第2の電源Vb をピエゾ素子104に接続する様子を例示した説明図であ
る。たとえば、図6(a)に示した例では、コンデンサーC1 〜C3 に対応するスイッチ
の組S1 〜S3 については、何れも高電位側のスイッチS1H〜S3HがOFFに設定され、
低電位側のスイッチS1L〜S3LがONに設定されている。従って、コンデンサーC1 〜C
3 は何れもピエゾ素子104に接続されていない。また、第2の電源Vb に接続されたス
イッチの組Sb (スイッチSbHおよびスイッチSbL)については、高電位側のスイッチS
bHがONに設定され、低電位側のスイッチSbLがOFFに設定されており、第2の電源V
b がピエゾ素子104に接続されている。第2の電源Vb が発生する電圧を電圧Vb とす
ると、ピエゾ素子104には電圧Vb が印加されることになる。尚、図6においても、ピ
エゾ素子104に電圧を印加するための電流の経路は、太い実線で表されている。
、コンデンサーC1 〜C3 の何れかをピエゾ素子104に接続してやれば、そのコンデン
サーと第2の電源Vb とが直列に接続されて、その合計の電圧がピエゾ素子104に印加
されることになる。たとえば、図6(b)に示した例では、コンデンサーC1 に対応する
スイッチの組の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O
FFに設定されているので、コンデンサーC1 もピエゾ素子104に接続されている。従
って、第2の電源Vb とコンデンサーC1 とが直列に接続されて、その合計電圧(電圧V
b +Vs )がピエゾ素子104に印加されることになる。
ンサーを接続することも可能である。たとえば、図6(c)に例示したように、コンデン
サーC1 に対応するスイッチの組、およびコンデンサーC2 に対応するスイッチの組につ
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に設定すれば、
第2の電源Vb に加えて、コンデンサーC1 、およびコンデンサーC2 がピエゾ素子10
4に接続される。その結果、第2の電源Vb とコンデンサーC1 とコンデンサーC2 とが
直列に接続されて、それらの合計電圧(電圧Vb +2Vs )がピエゾ素子104に印加さ
れることになる。
源Vb とコンデンサーC3 とが直列に接続される結果、コンデンサーC3 の高電位側の電
圧が、第1の電源Vs が発生する電圧よりも高くなってしまう。しかし、コンデンサーC
3 と第1の電源Vs との間にも逆流防止用のダイオードD3 が挿入されているので第1の
電源Vs に電流が逆流することはない。
を適切に設定することで、コンデンサーC1 〜C3 の中から選択した任意のコンデンサー
や、第2の電源Vb を接続して、種々の電圧を発生させることが可能である。従って、ス
イッチの接続状態を切り換えて、ピエゾ素子104に印加する電圧を変化させることで、
任意の駆動波形を生成することが可能となる。
続されるものとして説明した。しかし、以上の説明から明らかなように、第2の電源Vb
は、他のコンデンサーC1 〜C3 と直列に接続されるのであれば十分であり、必ずしも低
電位側の端子に接続しなくても構わない。
した説明図である。図7(a)には電圧が変化することで山型の駆動波形が出力される様
子が示されており、図7(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7(b)では、スイッチがOFFの場合は値が「0」となり、スイッチがON
の場合は値が「1」となる矩形波形によって、スイッチの接続状態を表している。また、
図7(b)中に示した斜線は、コンデンサーC1 〜C3 あるいは第2の電源Vb がピエゾ
素子104に接続されていることを表している。たとえば、図7(b)の左上隅に斜線を
付した部分では、スイッチS1HはONに設定され、スイッチS1LはOFFに設定されてい
ることから、このスイッチの組S1 に並列に接続されたコンデンサーC1 が、ピエゾ素子
104に接続されていることを表している。また、図7(b)の一番下に斜線を付した部
分では、スイッチSbHがONに設定され、スイッチSbLがOFFに設定されていることか
ら、このスイッチの組Sb に接続された第2の電源Vb が、ピエゾ素子104に接続され
ていることを表している。逆に、斜線を付していない部分では、対応するコンデンサーや
第2の電源Vb がピエゾ素子104に接続されていないことを示している。
イッチS1L〜SbLをONに設定する。こうすると、コンデンサーC1 〜C3 および第2の
電源Vb の何れもピエゾ素子104に接続されないこととなって、ピエゾ素子104には
電圧0が印加されることになる。図7(a)には、スイッチS1H〜SbHをOFFに設定し
、スイッチS1L〜SbL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。
に示したように、コンデンサーC1 がピエゾ素子104に接続されて、コンデンサーC1
に蓄えられた電圧Vs がピエゾ素子104に印加されることになる。図7(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。
チS2LをOFFとする。すると、図7(b)に示すように、2つのコンデンサーC1 ,C
2 がピエゾ素子104に接続されて、それらコンデンサーの合計電圧(電圧2Vs )がピ
エゾ素子104に印加される。その結果、図7(a)に示されるように、ピエゾ素子10
4に印加される電圧は、電圧Vs から電圧2Vs に上昇する。更にその次は、スイッチS
1H〜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 がピエゾ素子104に接続されて、ピエゾ素子104に印加される電圧は、
電圧2Vs から電圧3Vs に上昇する。
ら、次は、これら全てのコンデンサーC1 〜C3 とピエゾ素子104との接続を解除して
、代わりに第2の電源Vb をピエゾ素子104に接続する。すなわち、図7(b)に示さ
れているように、スイッチS1H〜S3Hの接続状態をONからOFFに切り換えるとともに
、スイッチS1L〜S3Lの接続状態をOFFからONに切り換えることによって、コンデン
サーC1 〜C3 の接続を解除する。そして、スイッチSbHの接続状態をOFFからONに
切り換え、スイッチSbLの接続状態をONからOFFに切り換えることによって、第2の
電源Vb をピエゾ素子104に接続する。すると、ピエゾ素子104に印加される電圧は
、第2の電源Vb が発生する電圧Vb となる。ここで、第2の電源Vb が発生する電圧V
b を、電圧3Vs より高い電圧としておけば、3つのコンデンサーC1 〜C3 が接続され
ている状態から、第2の電源Vb が接続されている状態に切り換えることで、ピエゾ素子
104に印加する電圧を、電圧3Vs から電圧Vb に上昇させることができる。尚、第2
の電源Vb が発生する電圧Vb を4Vs とすれば、3つのコンデンサーC1 〜C3 が接続
されている状態から、第2の電源Vb が接続されている状態に切り換える場合の電圧の増
加が、コンデンサーの接続を追加したときの電圧の増加分と同じVs となるため、より精
度の高い電圧波形を印加することが可能となって好ましい。
し、スイッチS1LをOFFにしてコンデンサーC1 を接続すれば、ピエゾ素子104に印
加する電圧を、電圧Vb から電圧Vs +Vb に上昇させることができる。更に、コンデン
サーC2 も接続すれば、ピエゾ素子104に印加する電圧を電圧Vs +Vb から電圧2V
s +Vb に上昇させることができる。そして、第2の電源Vb に加えて全てのコンデンサ
ーC1 〜C3 を接続すれば、ピエゾ素子104に印加する電圧を、最も高い電圧3Vs +
Vb まで上昇させることができる。
除すると(すなわち、スイッチS3HをOFFにして、スイッチS3LをONすると)、ピエ
ゾ素子104に印加される電圧は、電圧3Vs +Vb から電圧2Vs +Vb に低下する。
更に、コンデンサーC2 の接続も解除(スイッチS2HをOFF、スイッチS2LをON)す
ると、ピエゾ素子104の印加電圧は、電圧2Vs +Vb から電圧Vs +Vb に低下し、
コンデンサーC1 の接続も解除(スイッチS1HをOFF、スイッチS1LをON)すると、
電圧Vs +Vb から電圧Vb に低下する。
104との接続を解除して(スイッチSbHをOFF、スイッチSbLをON)、3つのコン
デンサーC1 〜C3 をピエゾ素子104に接続する(スイッチS1H〜S3HをON、スイッ
チS1L〜S3LをOFF)。前述したように、第2の電源Vb が発生する電圧Vb は、3つ
のコンデンサーC1 〜C3 の合計電圧3Vs よりも高いので、このように接続を切り換え
ることで、ピエゾ素子104に印加する電圧を、電圧Vb から電圧3Vs に低下させるこ
とができる。更に、3つのコンデンサーC1 〜C3 がピエゾ素子104に接続されている
状態から、1つずつコンデンサーの接続を解除していけば、それに伴ってピエゾ素子10
4の印加電圧が低下していき、全てのコンデンサーの接続を解除すると、印加電圧は電圧
0まで低下する。このように本実施例の駆動波形生成回路204では、スイッチの接続状
態を、一定の順序で次々と切り換えることで、切り換える順序に応じた電圧波形を生成し
ている。そこで、以下では、一定の電圧波形を生成するために切り換えられるスイッチの
接続状態の順序を「切換シーケンス」と呼ぶことがあるものとする。
えて行くことで、電圧0〜電圧3Vs +Vb までの範囲内で、8段階に電圧を切り換えて
、山型の電圧波形を生成することができる。もちろん、スイッチの切換シーケンスを適切
に設定してやれば、山型の電圧波形に限らず、種々の電圧波形を生成することも可能であ
る。
〜C3 の合計電圧3Vs よりも高いものとして説明した。しかし、第2の電源Vb が発生
する電圧Vb は、3つのコンデンサーC1 〜C3 の合計電圧3Vs より、必ずしも高くな
くても良い。たとえば、第2の電源Vb が発生する電圧Vb が、電圧2Vs よりも高いが
、電圧3Vs よりも低いのであれば、3つのコンデンサーC1 〜C3 を全て接続する状態
と、第2の電源Vb のみを接続する状態との順番を入れ替えてやればよい。すなわち、2
つのコンデンサーC1 ,C2 を接続した状態の次は、第2の電源Vb のみを接続した状態
とし、その次は、第2の電源Vb の接続を解除して、代わりに3つのコンデンサーC1 〜
C3 を接続した状態に切り換える。そして、その次は、第2の電源Vb と1つのコンデン
サーC1 とを接続した状態としてやればよい。
する負荷(本実施例では、ピエゾ素子104)である場合には、たいへん効率よく負荷を
駆動することが可能となる。すなわち、印加する電圧を上昇させる際には、上述したよう
に3つのコンデンサーC1 〜C3 および第2の電源Vb の接続状態を切り換えて、より高
い電圧を発生させてピエゾ素子104に印加する。すると、コンデンサーあるいは第2の
電源Vb から電荷が供給され、その電荷がピエゾ素子104に蓄えられる。そして、蓄え
られた電荷量が増加するに従って、ピエゾ素子104の両端子間の電圧が増加する。図7
(a)に示した白抜きの矢印は、3つのコンデンサーC1 〜C3 および第2の電源Vb の
接続状態を切り換えてより高い電圧を発生させる度に、ピエゾ素子104に電荷が供給さ
れて印加電圧が上昇する様子を表している。
〜C3 および第2の電源Vb の接続状態を切り換えて、より低い電圧を発生した状態でピ
エゾ素子104に接続する。すると、今度は、ピエゾ素子104の方がコンデンサー側よ
りも電圧が高くなるから、ピエゾ素子104に蓄えられていた電荷が放出され、そして蓄
えた電荷量が減少するに従って、ピエゾ素子104の両端子間に電圧が低下する。また、
こうしてピエゾ素子104から放出された電荷は、その時にピエゾ素子104に接続され
ているコンデンサーに流入して蓄えられる。図7(a)に斜線を付して示した矢印は、3
つのコンデンサーC1 〜C3 および第2の電源Vb の接続状態を、より低い電圧を発生さ
せる状態に切り換える度に、ピエゾ素子104に蓄えられていた電荷が放出されて印加電
圧が低下する様子を表している。尚、図6(a)あるいは図5(a)を用いて前述したよ
うに、発生する電圧が電圧Vb あるいは電圧0の場合には、ピエゾ素子104に接続され
るコンデンサーが存在しないので、ピエゾ素子104から放出される電荷は、コンデンサ
ーに蓄えられることなくグランドに排出されることになる。図7(a)で、斜線を付した
複数の矢印のうち、一部の矢印が破線で示されているのは、ピエゾ素子104から放出さ
れる電荷がグランドに排出されることを表している。
下させる際には、ピエゾ素子104から放出されるほとんどの電荷をコンデンサーC1 〜
C3 に蓄えておき、次にピエゾ素子104の印加電圧を上昇させる際には、コンデンサー
C1 〜C3 に蓄えておいた電荷をピエゾ素子104に供給することによって印加電圧を上
昇させることができるので、たいへんに高い電力効率でピエゾ素子104を駆動すること
が可能となる。
こでは3つのコンデンサーC1 〜C3 )の接続状態を切り換えるだけでなく、これらコン
デンサーの電圧とは異なる電圧を発生する第2の電源Vb を用意しておき、複数のコンデ
ンサーおよび第2の電源Vb の接続状態を切り換えることとしているために、駆動波形生
成回路204を小型化しながら、精度の高い電圧波形を出力することが可能となっている
。以下では、この点について詳しく説明する。
な電圧波形を出力するための駆動波形生成回路904を示した説明図である。図7(a)
に示したように、上述した本実施例の駆動波形生成回路204では、出力電圧を8段階(
グランドを含めなければ7段階)に変化させることが可能である。第2の電源Vb を用い
ることなく、コンデンサーで8段階(グランドを含めなければ7段階)に出力電圧を変化
させようとすると、図8に示すように、7つのコンデンサーC1 〜C7 が必要となる。ま
た、コンデンサーC1 〜C7 には、2つのスイッチを組にしたスイッチの組が、1つずつ
必要となる。
子に接続され、他方のスイッチはコンデンサーの低電位側の端子に接続されている。その
結果、前述した本実施例の駆動波形生成回路204と同様に、コンデンサーに対してスイ
ッチの組が1つずつ並列に接続された状態となっている。また、コンデンサーC1 〜C7
は、電流の逆流防止用のダイオードD1 〜D7 を介して第1の電源Vs に接続されている
。
生成回路204と同様に動作する。すなわち、コンデンサーC1 〜C7 の低電位側の端子
に接続されたスイッチS1L〜S7LをONにし、高電位側の端子に接続されたスイッチS1H
〜S7HをOFFにすれば、第1の電源Vs をコンデンサーC1 〜C7 に接続して充電する
ことができる。尚、図8では、コンデンサーC1 の低電位側の端子に接続されたスイッチ
S1LがOFFになっているが、このスイッチS1Lについては、ONまたはOFFの何れに
設定されている場合でも、コンデンサーC1 〜C7 に充電することが可能である。
イッチの組(高電位側の端子に接続されたスイッチ、および低電位側の端子に接続された
スイッチの2つのスイッチ)の接続状態を適切に設定することにより、コンデンサーに充
電された電圧をピエゾ素子104に印加することができる。たとえば、コンデンサーC1
の電圧をピエゾ素子104に印加するのであれば、そのコンデンサー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)のうち、高電位側の端子に接
続されたスイッチS1HをONにし、低電位側の端子に接続されたスイッチS1LをOFFに
すればよい。また、複数のコンデンサーを接続した場合には、それらコンデンサーが直列
に接続された状態となり、コンデンサーの合計電圧がピエゾ素子104に印加されること
になる。そして、図8に示した駆動波形生成回路904には、7つコンデンサーが設けら
れているから、ピエゾ素子104に接続するコンデンサーの個数を切り換えることで、印
加電圧を7段階(グランドを含めれば8段階)に変化させることが可能となる。
904とを比較すれば明らかなように、本実施例の駆動波形生成回路204では、コンデ
ンサーが3つであるのに対して、図8の駆動波形生成回路904では7つのコンデンサー
が必要となる。また、図7を用いて前述したように、コンデンサーに蓄えた電荷を供給す
ることでピエゾ素子104の印加電圧を上昇させ、ピエゾ素子104が放出する電荷を回
収しながら印加電圧を低下させることから、コンデンサーはピエゾ素子104よりも十分
に大きな容量が必要となる。このため、コンデンサーの寸法が大きくなり、コンデンサー
の個数が3個から7個に増加することで、回路がかなり大きくなってしまう。また、複数
のコンデンサーを直列に接続した場合、直列に接続されたコンデンサーの合成容量は、コ
ンデンサーの個数が多くなるほど小さくなる。従って、直列に接続されるコンデンサーの
最大個数が、3個から7個に増加すると、合成容量の減少を補うために、個々のコンデン
サーの静電容量を大きくしなければならず、その結果、回路の大きさが更に大きくなって
しまう。加えて、コンデンサーの個数が増えることに伴って、スイッチの個数も8個から
14個に増加する。その結果、図8に示した駆動波形生成回路904は、図3に示した本
実施例の駆動波形生成回路204に対して第2の電源Vb が無いものの、コンデンサーお
よびスイッチの個数が増加して、結局、回路が大きくなってしまう。逆に言えば、本実施
例の駆動波形生成回路204では、コンデンサーに充電するための第1の電源Vs に加え
て、コンデンサーに充電しない第2の電源Vb を搭載することで、コンデンサーおよびス
イッチの個数を大幅に減らして、回路が小型化されていることになる。
小型化することが可能な理由は、次のように考えることができる。先ず、図8に示した駆
動波形生成回路904では、ピエゾ素子104に接続されるコンデンサーが0個の場合に
は電圧0が印加され、接続されるコンデンサーが1個の場合には、電圧Vs が印加される
。そして、接続するコンデンサーの個数が増えるにつれて、印加電圧が上昇していき、7
つ全てのコンデンサーが接続されると、印加電圧が最高電圧(電圧7Vs )に達する。
、第2の電源Vb を接続しない状態で、ピエゾ素子104に接続するコンデンサーを1つ
ずつ増やして行くことで、印加する電圧が電圧0から電圧3Vs まで上昇する。また、第
2の電源Vb を接続した状態で、ピエゾ素子104に接続するコンデンサーを1つずつ増
やすことで、印加する電圧を、電圧Vb から電圧3Vs +Vb まで上昇させることができ
る。結局、ピエゾ素子104の印加電圧を、電圧0から電圧3Vs +Vb まで上昇させる
間に、ピエゾ素子104に接続するコンデンサーを1つずつ増やす操作(切換シーケンス
)を2回、行っていることになる。
圧0)から最高電圧(電圧7Vs )まで上昇させる間に、接続するコンデンサーを1つず
つ増やして行く操作(切換シーケンス)を1回しか行わないのに対して、本実施例の駆動
波形生成回路204では、印加電圧を最低電圧(電圧0)から最高電圧(電圧3Vs +V
b )まで上昇させる間に、接続するコンデンサーを1つずつ増やす操作(切換シーケンス
)を2回実行している。換言すれば、同じコンデンサーを、2回使用していることになる
。このために、本実施例の駆動波形生成回路204では、必要なコンデンサーの個数を半
減させることが可能となっているのである。
当て嵌まる。すなわち、図8に示した駆動波形生成回路904では、ピエゾ素子104に
接続されているコンデンサーを1つずつ減らすことによって印加電圧を低下させて行く。
従って、最高電圧(電圧7Vs )から最低電圧(電圧0)まで低下させる間に、1回の切
換シーケンスしか行われない。これに対して、本実施例の駆動波形生成回路204では、
印加電圧を最高電圧(電圧3Vs +Vb )から最低電圧(電圧0)まで低下させる間に、
ピエゾ素子104に接続されているコンデンサーを1つずつ減らす操作(切換シーケンス
)を、2回行っている。換言すれば、1つのコンデンサーを2回使用していることになる
。このように、本実施例の駆動波形生成回路204は、印加電圧を低下させる場合にも、
1つのコンデンサーを2回利用することができるので、必要なコンデンサーの個数を半減
させることが可能となっているのである。そして、前述したように、コンデンサーの個数
が減少すれば、それに付随してスイッチの個数も減少するので、回路を大幅に小型化する
ことが可能となる。
能になるだけでなく、電圧波形の出力精度を向上させ、更には電力効率も向上させること
も可能となる。これは、以下の理由によるものである。先ず、コンデンサーの個数が増加
すると、スイッチの個数も増加する。スイッチには電気的な抵抗があるから、スイッチの
個数が多くなるほど全体の抵抗が大きくなる。たとえば、図8に示した駆動波形生成回路
904で、ピエゾ素子104にコンデンサーC1 を接続する場合、コンデンサーC1 に対
応するスイッチの組については、高電位側のスイッチS1HをONにして、低電位側のスイ
ッチS1LをOFFにするとともに、他のコンデンサーC2 〜C7 に対応するスイッチの組
については、高電位側のスイッチS2H〜S7HをOFFにして、低電位側のスイッチS2L〜
S7LをONにする。その結果、コンデンサーC1 をピエゾ素子104に接続するために、
スイッチS1H、スイッチS2L〜S7Lの合計7つのスイッチを経由することになる。また、
2つのコンデンサーC1 ,C2 をピエゾ素子104に接続する場合には、コンデンサーC
1 およびコンデンサーC2 に対応するスイッチの組について、高電位側のスイッチS1H,
S2HをONにし、低電位側のスイッチS1L,S2LをOFFにするとともに、その他のコン
デンサーC3 〜C7 に対応するスイッチの組については、高電位側のスイッチS3H〜S7H
をOFFにして、低電位側のスイッチS3L〜S7LをONにする。その結果、2つのコンデ
ンサーC1 ,C2 をピエゾ素子104に接続するためにも、スイッチS1H、スイッチS2H
、スイッチS3L〜S7Lの合計7つのスイッチを経由する。このように、図8に示した駆動
波形生成回路904では、ピエゾ素子104に電圧を印加する際に、常に7つのスイッチ
を経由することになる。
加する際に、4つのスイッチしか経由しない。たとえば図5(a)に例示したように、コ
ンデンサーC1 のみをピエゾ素子104に接続する際には、スイッチS1H、スイッチS2L
、スイッチS3L、スイッチSbLの4つのスイッチを経由する。あるいは、図6(c)に例
示したように、コンデンサーC1 ,C2 、および第2の電源Vb をピエゾ素子104に接
続する際には、スイッチS1H、スイッチS2H、スイッチS3L、スイッチSbHの4つのスイ
ッチを経由する。
が多くなる関係上、ピエゾ素子104に電圧を印加する際に経由するスイッチの数が多く
なる。そして、前述したように、容量性の電気負荷であるピエゾ素子104は、コンデン
サー(あるいは第2の電源Vb )から電荷が供給されることによって電圧が印加される。
従って、経由するスイッチの数が多くなると、スイッチの抵抗が大きくなるので、たとえ
、新たなコンデンサーをピエゾ素子104に接続しても、速やかに電荷を供給することが
できない。その結果、ピエゾ素子104の両端子間に現れる電圧(駆動電圧)を、速やか
に上昇させることができなくなる。また、スイッチの抵抗が大きくなれば電力損失が増加
するので、結果的に電力効率が悪くなってしまう。
わち、複数のコンデンサーがピエゾ素子104に接続されている場合、それらコンデンサ
ーは直列に接続された状態でピエゾ素子104に電圧を印加している。従って、ピエゾ素
子104に接続されるコンデンサーの個数を減らすと、直列に接続されたコンデンサーが
発生する電圧よりも、ピエゾ素子104の電圧の方が高くなって、ピエゾ素子104から
コンデンサーに電荷が流入する。その結果、ピエゾ素子104に蓄えられた電荷が減少し
て、ピエゾ素子104の両端子間に現れる電圧(駆動電圧)が低下する。ここで、図8に
示した駆動波形生成回路904では、ピエゾ素子104からコンデンサーに電荷が流入す
る際にも、多くのスイッチを経由するために電気的な抵抗が大きくなり、速やかに電荷を
流入させることができない。その結果、ピエゾ素子104の両端子間に現れる電圧(駆動
電圧)を、速やかに低下させることができなくなる。また、ピエゾ素子104からの電荷
をコンデンサーで回収するために時間がかかることになるから、回収のための時間を確保
できない場合には十分に電荷を回収することができなくなって、電力効率が悪化する。更
に、スイッチでの抵抗で電力損失が発生するので、この点からも電力効率の悪化を引き起
こす。
ゾ素子104に印加される電圧波形を示した説明図である。図中に細い破線で示した階段
状の電圧波形は、図8中のスイッチS1H〜S7H、S1L〜S7Lを切り換えることで、本来、
ピエゾ素子104に印加されるべき電圧波形を表している。また、図中に太い実線で示し
た電圧波形は、実際にピエゾ素子104に印加される電圧波形を表している。図示される
ように、電圧が上昇する場合には、本来、印加されるべき電圧波形に対して、実際の電圧
が遅れて上昇している。これは、コンデンサーからピエゾ素子104に電荷を供給する際
の抵抗が大きいために、速やかに電荷を供給することができないためである。そして、こ
のような遅れが大きくなると、実際の印加電圧が最高電圧まで上昇する前に、スイッチの
接続状態が切り換わってしまい、結局、実際の印加電圧が最高電圧まで達しない場合さえ
起こり得る。
圧波形に対して、実際の電圧が遅れて低下している。これは、ピエゾ素子104に蓄えら
れた電荷を放出する際の抵抗が大きいために、ピエゾ素子104内の電荷を速やかに放出
することができないためである。
数が少なくてすむので、ピエゾ素子104に電圧を印加するために経由するスイッチの数
が少なくなる。その結果、ピエゾ素子104に電荷を供給する際にも、ピエゾ素子104
から電荷を放出する際にも、速やかに電荷を移動させることができるので、図9に示した
ような大きな電圧の乖離が生じることがない。その結果、スイッチの接続状態に応じて、
ピエゾ素子104の印加電圧を速やかに切り換えることができ、ピエゾ素子104を正確
に駆動することが可能となるのである。また、スイッチでの電力損失が抑制され、更に、
ピエゾ素子104からの電荷を速やかに回収することができるので、電力効率を向上させ
ることも可能となる。
から構成されるスイッチの組S1 〜S3 、Sb が接続されているものとして説明した。し
かし、これらスイッチの組を、High状態またはLow状態の何れかに切換可能な切換
型のスイッチ(High/Low切換型スイッチ)に置き換えることも可能である。図1
0は、High/Low切換型のスイッチS1HL 〜S3HL ,SbHL によって構成された駆
動波形生成回路304を例示した説明図である。こうすると、スイッチの組を構成する2
つのON/OFF型のスイッチを、High/Low切換型スイッチ、1つで置き換える
ことができるので、スイッチの数をより一層少なくすることができる。一方、ON/OF
F切換型のスイッチは、High/Low切換型のスイッチに較べて、1チップに集積す
ることが容易である。従って、集積化を前提とするのであれば、High/Low切換型
のスイッチを用いて構成した図10の駆動波形生成回路304よりも、ON/OFF切換
型のスイッチを用いて構成した図3の駆動波形生成回路204の方が、小型化することが
容易となる。
以上に説明した本実施例の駆動波形生成回路204には、種々の変形例が存在している
。以下では、これら変形例について簡単に説明する。
上述した本実施例の駆動波形生成回路204では、第1の電源Vs はコンデンサーC1
〜C3 を充電するだけで、電気負荷であるピエゾ素子104に接続されることはないもの
として説明した。しかし、第1の電源Vs についても、第2の電源Vb と同様にして、ピ
エゾ素子104に接続可能としても良い。
駆動波形生成回路404を例示した説明図である。図11(a)には、駆動波形生成回路
404の回路構成が示されており、図11(b)には、第1の電源Vs をピエゾ素子10
4に接続する様子が示されている。尚、第1の変形例は、前述した本実施例に対して多く
の部分が重複しており、一部が異なるだけである。そこで、前述した本実施例と重複する
構成については、第1の変形例においても同じ符号を付すとともに詳細な説明を省略し、
主に相違点に焦点をあてて説明する。
た本実施例の駆動波形生成回路204の回路構成に対して、2つのスイッチS4Hおよびス
イッチS4Lが追加された構成となっている。この2つのスイッチS4HおよびスイッチS4L
は、直列に接続されてスイッチの組を構成しており、スイッチS4Hは第1の電源Vs に接
続され、スイッチS4Lは、隣のスイッチの組Sb を構成する2つのスイッチSbHとスイッ
チSbLとの間に接続されている。尚、以下では、スイッチS4HおよびスイッチS4Lからな
るスイッチの組を、他のスイッチの組と区別するために「スイッチの組S4 」と称するこ
とがあるものとする。また、スイッチの組S4 を構成する2つのスイッチS4Hおよびスイ
ッチS4Lのうち、第1の電源Vs に接続されているスイッチS4Hを、高電位側のスイッチ
と称し、他方のスイッチS4Lを、低電位側のスイッチと称することがあるものとする。
チS4HをOFFにし、低電位側のスイッチS4LをONにすることで、前述した本実施例の
駆動波形生成回路204と全く同様に動作させることができる。すなわち、図4に示した
ように、スイッチS2L、スイッチS3L、スイッチSbLをONにして、スイッチS1H〜S3H
、SbHをOFFにすることで、コンデンサーC1 〜C3 に充電することができる。尚、図
4と同様に、スイッチS1Lについては、ONまたはOFFの何れであっても、コンデンサ
ーC1 〜C3 に充電することが可能である。そして、コンデンサーC1 〜C3 に並列に接
続されたスイッチの組S1 〜S3 の中から所望のスイッチの組を選択し、そのスイッチの
組を構成する高電位側のスイッチをONに、低電位側のスイッチをOFFにすれば、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に接続することができる。この
とき、複数のコンデンサーを接続した場合には、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。
ンサーC1 〜C3 を接続して、電圧3Vs をピエゾ素子104に印加した後は、第2の電
源Vb を接続しない限り、それ以上に電圧を上げることはできなかった(図5、図6を参
照)。しかし、第1の変形例の駆動波形生成回路404では、全てのコンデンサーC1 〜
C3 を接続した後も、更に第1の電源Vs を接続することで、ピエゾ素子104に印加す
る電圧を、もう1段、上昇させることができる。すなわち、3つのコンデンサーC1 〜C
3 をピエゾ素子104に接続した状態で、第1の電源Vs に接続されたスイッチの組S4
の高電位側のスイッチS4HをONにし、低電位側のスイッチS4LをOFFにする。すると
、図11(b)に示されているように、3つのコンデンサーC1 〜C3 および第1の電源
Vs が直列に接続されて、これらの合計電圧(電圧4Vs )をピエゾ素子104に印加す
ることができる。そして、第2の電源Vb の発生する電圧Vb を、電圧4Vs よりも高い
電圧に設定しておけば、図11(b)に示した状態から、第2の電源Vb のみをピエゾ素
子104に接続した状態に切り換えることで、ピエゾ素子104の印加電圧を更に上昇さ
せることが可能となる。
様子を示した説明図である。図12(a)には、出力される電圧波形が示されており、図
12(b)には、その時のスイッチの接続状態を表している。図7を用いて前述した本実
施例の駆動波形生成回路204では、出力電圧を7段階(グランドを入れれば8段階)に
切り換えることができたが、第1の変形例の駆動波形生成回路404では、図12に示す
ように、8段階(グランドを入れれば9段階)に切り換えることが可能となっている。こ
のように第1の変形例の駆動波形生成回路404では、出力可能な階調数を増やすことが
できるので、より精度の高い電圧波形を出力することが可能となる。
また、上述した本実施例あるいは第1の変形例では、第1の電源Vs にはコンデンサー
C1 〜C3 が接続されて、電荷を蓄えることが可能であるが、第2の電源Vb については
、電荷を蓄えるコンデンサーは接続されていないものとして説明した。しかし、第2の電
源Vb についてもコンデンサーを接続して、電荷を蓄えるようにしても良い。
成回路504を例示した説明図である。図13(a)には、第2の変形例の駆動波形生成
回路504の回路構成が例示されている。尚、第2の変形例も、前述した本実施例に対し
て多くの部分が重複しており、一部が異なるだけである。そこで、第2の変形例において
も、前述した本実施例と重複する構成については同じ符号を付すとともに詳細な説明を省
略し、主に相違点を中心として説明する。
の電源Vb に接続されているスイッチの組Sb (すなわち、スイッチSbHおよびスイッチ
SbL)に対して、コンデンサーCb が並列に接続されている点が、前述した本実施例の駆
動波形生成回路204と異なっているが、その他の構成は同じである。また、電圧波形を
出力するためにスイッチを切り換える動作も、前述した本実施例の駆動波形生成回路20
4と同じである。しかし、第2の変形例の駆動波形生成回路504には、コンデンサーC
b が追加されているので、ピエゾ素子104などの容量性負荷を、より効率よく駆動する
ことが可能となっている。以下、この点について説明する。
出力する様子が示されている。第2の変形例の駆動波形生成回路504においても、電圧
0〜電圧3Vs まではコンデンサーC1 〜C3 を用いて電圧を上昇させる。また、それ以
上は、第2の電源Vb をピエゾ素子104に接続した状態で、およびコンデンサーC1 〜
C3 を用いて電圧を上昇させる。また、電圧を低下させる際にも、電圧Vb まで低下させ
る間は、第2の電源Vb をピエゾ素子104に接続した状態で、ピエゾ素子104に接続
されているコンデンサーC1 〜C3 を、1つずつ切り離していくことで電圧を低下させる
。図13(b)には、第2の電源Vb が接続されている範囲が、斜線を付して表示されて
いる。
は、図7を用いて前述したように、第2の電源Vb およびピエゾ素子104に接続したコ
ンデンサーから、ピエゾ素子104に電荷が供給されていく。図13(b)に示した白抜
きの矢印は、ピエゾ素子104に電荷が供給されることを表している。また、第2の電源
Vb が接続されている状態でピエゾ素子104の印加電圧を低下させる際には、ピエゾ素
子104から電荷が放出され、放出された電荷は、その時にピエゾ素子104に接続され
ているコンデンサーに蓄えられる。図13(b)中に斜線を付した矢印は、ピエゾ素子1
04から放出される電荷がコンデンサーに蓄えられることを表している。
サーが設けられていないので、ピエゾ素子104から第2の電源Vb に向けて放出された
電荷はコンデンサーに蓄えられることなく、そのままグランドに排出されていた。これに
対して第2の変形例の駆動波形生成回路504では、第2の電源Vb にもコンデンサーC
b が設けられているので、第2の電源Vb に向けて放出された電荷をコンデンサーCb に
蓄えることができる。
、前述した本実施例の駆動波形生成回路204では、ピエゾ素子104には第2の電源V
b のみが接続されており、コンデンサーは接続されていないので、ピエゾ素子104から
放出される電荷を蓄えることができなかった。図7中に、破線の輪郭で示された矢印は、
このことを表していた。しかし、図13(a)に示した第2の変形例の駆動波形生成回路
504では、第2の電源Vb にもコンデンサーCb が設けられている。このため、ピエゾ
素子104の印加電圧を電圧Vs +Vb から電圧Vb に低下させる際にも、ピエゾ素子1
04から放出される電荷をコンデンサーCb に蓄えることが可能となる。
サーCb を設けることで、上述した2つの理由から電荷を効率よく回収することができる
。そして、回収した電荷は、次に印加電圧を上昇させる際に利用することができるので、
ピエゾ素子104などの容量性負荷を効率よく駆動することが可能となる。
電源Vb に接続されている。このため、ピエゾ素子104の印加電圧を上昇させるために
、コンデンサーCb から電荷を供給し、その結果、コンデンサーCb の充電電圧が低下す
ると、第2の電源Vb がコンデンサーCb に充電しようとする。そして、次にピエゾ素子
104の印加電圧が低下する際に、ピエゾ素子104が放出する電荷をコンデンサーCb
で回収しようとすると、既に第2の電源Vb が電荷を補充した後なので、コンデンサーC
b に過剰な電荷が蓄えられることになる。過剰に電荷が蓄えられると、コンデンサーCb
の端子間電圧が上昇してしまい、精度の高い電圧波形を生成することができなくなる。そ
の結果、結局は、コンデンサーCb に蓄えた電荷をグランドに排出しなければならなくな
って、電力効率が低下することが起こり得る。
電荷が減少しても、第2の電源Vb から直ちに電荷が補充されることの無いように、第2
の電源Vb とコンデンサーCb との間に、電流の制限要素を挿入しても良い。
路構成を例示した説明図である。図14(a)では、電流の制限要素として電気抵抗Rb
が挿入されている。電気抵抗Rb を、ある程度の大きな値に設定しておけば、第2の電源
Vb からコンデンサーCb にゆっくりと電荷が補充されるので、次にピエゾ素子104か
らの電荷を回収するまでの間に、コンデンサーCb が満杯になってしまうことを回避する
ことが可能となる。
。図14(b)には、電流の制限要素として、スイッチSwbを挿入した様子が示されてい
る。電気抵抗Rb の代わりにスイッチSwbを挿入しておけば、スイッチSwbをOFFにす
ることにより、第2の電源Vb からコンデンサーCb に電荷が補充されることを完全に中
止することができ、また、スイッチSwbをONにすることで、何時でも電荷の補充を再開
することが可能となる。そのため、駆動波形生成回路504の動作状況に応じて、より適
切にコンデンサーCb に電荷を補充することが可能となる。
また、上述した本実施例、および第1、第2の変形例では、コンデンサーC1 〜C3 の
電荷が不足した場合には、ダイオードD1 〜D3 を介して第1の電源Vs から電荷を供給
して、不足した電荷を補充することが可能となっているが、コンデンサーC1 〜C3 の電
荷が過剰に蓄えられた場合については、特に考慮されていない。しかし、印加する電圧波
形によっては、何れかのコンデンサーで過剰に電荷が蓄えられることが起こり得る。この
ような場合には、以下のようにすることで、コンデンサーに過剰に蓄えられた電荷を放出
することとしてもよい。
示した説明図である。図15(a)には、印加しようとする電圧波形が示されており、図
15(b)には、スイッチの接続状態を切り換える切換シーケンスが示されている。図示
されているように、印加する電圧を電圧3Vs と電圧Vb との間で何度も往復させる場合
、電圧を上昇させる際にはピエゾ素子104に電荷が供給され、電圧を低下させる際には
ピエゾ素子104から電荷が放出される。図15(a)に示した白抜きの矢印、あるいは
斜線を付した矢印は、ピエゾ素子104に対して電荷がやり取りされる様子を表している
。
ように、第2の電源Vb しかピエゾ素子104に接続されていないので、第2の電源Vb
から電荷が供給される。一方、印加電圧を電圧Vb から電圧3Vs に低下させる際には、
コンデンサーC1 〜C3 がピエゾ素子104に接続されているので、ピエゾ素子104か
ら放出される電荷はこれらコンデンサーC1 〜C3 に蓄えられる。従って、印加電圧を電
圧3Vs 〜電圧Vb の間で何度も往復させると、第2の電源Vb からは一方的にピエゾ素
子104に電荷を供給し、コンデンサーC1 〜C3 には一方的に電荷が蓄えられることに
なって、コンデンサーC1 〜C3 の電荷が過剰になってしまう。
1 〜C3 の端子間電圧が上昇する。その結果、これらコンデンサーC1 〜C3 をピエゾ素
子104に接続したときに、ピエゾ素子104に印加される電圧が高くなってしまう。図
15(c)には、印加電圧を電圧3Vs 〜電圧Vb の間で往復させたときに、コンデンサ
ーC1 〜C3 に過剰な電荷が蓄えられる結果、これらコンデンサーC1 〜C3 を接続した
ときの電圧が、本来の電圧3Vs から次第に高くなる様子が示されている。
収している間に、そのコンデンサーに蓄えられた電荷を、極短時間だけグランドに放出す
る。前述したように、コンデンサーをピエゾ素子104に接続する際には、そのコンデン
サーに並列に接続されたスイッチの組の高電位側のスイッチがONに設定され、低電位側
のスイッチはOFFに設定されている。そこで、高電位側のスイッチはONに設定したま
ま、低電位側のスイッチも短時間だけONに切り換える。こうすれば、その期間だけ、コ
ンデンサーに蓄えられた電荷をグランドに排出することができる。尚、こうした操作は、
電荷が過剰に蓄えられたコンデンサーに対してのみ行えば十分であり、全てのコンデンサ
ーに対して行う必要はない。
時間だけ、低電位側のスイッチをONに切り換えることで、コンデンサーに過剰な電荷が
蓄積されることを回避する様子を例示した説明図である。図15を用いて前述したように
、印加電圧を電圧3Vs 〜電圧Vb の間で往復させると、コンデンサーC1 〜C3 に過剰
な電荷が蓄えられるので、図16では、コンデンサーC1 〜C3 を接続してピエゾ素子1
04からの電荷を回収している最中に、短時間だけ、低電位側のスイッチS1L〜S3LをO
Nに切り換えている。こうすれば、コンデンサーC1 〜C3 に過剰に蓄えられた電荷がグ
ランドに排出される。その結果、図16(c)に示されるように、印加電圧が高めにシフ
トすることを回避することができるので、精度の高い電圧波形を印加することが可能とな
る。
側のスイッチS1L〜S3LをONにすると、その期間だけは、第1の電源Vs がグランドに
短絡された状態となる。そこで、ダイオードD1 〜D3 の上流または下流側に電気抵抗を
挿入してやれば、短絡状態となることを回避することができる。あるいは、ダイオードD
1 〜D3 の代わりにスイッチを挿入した場合には、このスイッチを一時的にOFFとする
ことで、第1の電源Vs がグランドに短絡することを回避することが可能となる。
また、容量性負荷の中には、容量成分の大きさが大きく変動する負荷も存在する。たと
えば、インクジェットプリンター10には多数の噴射ノズル100が搭載されており、噴
射ノズル100毎にピエゾ素子104が設けられている。そして、印刷しようとする画像
に応じて、これら多数のピエゾ素子104が駆動される場合もあれば、一部のピエゾ素子
104しか駆動されない場合も起こり得る。駆動するピエゾ素子104が多くなれば、負
荷の容量成分が大きくなり、逆に、駆動するピエゾ素子104が少なければ、負荷の容量
成分は小さくなる。その結果、本実施例の駆動波形生成回路204では、負荷の容量成分
が大きく変動し得ることになる。
高い電圧を印加することが困難になる場合が起こり得る。たとえば、負荷の容量成分が大
きくなると、一定電圧だけ上昇させるために負荷に供給すべき電荷量が増加するので、電
荷の供給が間に合わず、速やかに印加電圧を上昇させることができなくなる場合がある。
あるいは、印加電圧を低下させる際にも、負荷の容量成分が大きいと、一定電圧だけ低下
させるために負荷が放出すべき電荷量が増加するので、コンデンサーに過剰な電荷が蓄え
られ易くなり、コンデンサーの端子間電圧が上昇して、精度の高い電圧を印加することが
できなくなる場合が起こり得る。そこで、第4の変形例では、負荷の容量成分が大きく変
動する場合でも、精度の高い電圧波形を印加して負荷を駆動することが可能なように、次
のような方法を採用している。
処理を示すフローチャートである。この処理は、インクジェットプリンター10に搭載さ
れたプリンター制御回路50のCPUによって実行される処理である。
、先ず始めに、噴射ヘッド24の駆動開始タイミングか否かを判断する(ステップS10
0)。図1を用いて前述したように、プリンター制御回路50は、キャリッジ20を往復
動させる動作や、印刷媒体を紙送りさせる動作や、噴射ヘッド24を駆動する噴射ヘッド
駆動回路200の動作を制御しており、噴射ヘッド24の駆動を開始するタイミングか否
かを判断することができる。その結果、未だ駆動開始タイミングではないと判断した場合
は(ステップS100:no)、駆動開始タイミングになるまで、同じ判断を繰り返しな
がら待機状態となる。
印刷しようとする画像データに基づいて、駆動するノズル数を取得する(ステップS10
2)。ここで、画像データとはインクジェットプリンター10がドットを形成するか否か
を表す画像データであり、ハーフトーン処理(二値化処理)がなされた後の画像データで
ある。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
られているが、これら噴射ノズル100からは常にインクが噴射されるわけではない。駆
動波形生成回路204から出力される電圧波形は、ゲートユニット300のゲート素子3
02に供給されて、プリンター制御回路50によってゲート素子302が導通状態に設定
されたピエゾ素子104だけが駆動されて、噴射ノズル100からインクが噴射されるよ
うになっている。このように、何れの噴射ノズル100のピエゾ素子104が駆動される
かは、プリンター制御回路50によって制御されており、プリンター制御回路50は、駆
動するノズル数を、上述した画像データに基づいて直ちに取得することができる。
すなわち、駆動するノズル数が多くなると、負荷(ここではピエゾ素子104の集合体で
ある噴射ヘッド24)の容量成分が大きくなるので、印加電圧を一定電圧上昇させるため
に、負荷(噴射ヘッド24)に供給すべき電荷量が増加する。その結果、駆動するノズル
数があまりに多くなると電荷の供給が間に合わなくなって、目的の電圧まで印加電圧を上
昇させることができなくなる。そこで、駆動するノズル数に応じて、第1の電源Vs の発
生電圧Vs あるいは第2の電源Vb の発生電圧Vb の少なくとも一方の電圧を補正してや
る。
である。尚、電圧補正量は、第1の電源Vs または第2の電源Vb の何れの補正量であっ
ても構わない。図示されているように、駆動するノズル数が少ない間は、電圧補正量は、
補正なし、あるいは極めて少ない値に設定されているが、ある程度以上のノズル数が多く
なると、ノズル数に応じて電圧補正量も大きくなるよう設定されている。このようにして
電圧補正量を決定してやれば、駆動するノズル数がある程度以上に多くなると、印加電圧
が高くなるので、負荷(ここでは噴射ヘッド24)に対する電荷の供給が促進され、その
結果、印加電圧を速やかに上昇させることが可能となる。
記憶されている。そして、図17のステップS104では、プリンター制御回路50のC
PUが、このようなテーブルを参照することにより、駆動するノズル数に対応する電圧補
正量を決定する処理を行う。
コンデンサーの放電時間を決定する(ステップS106)。すなわち、駆動するノズル数
が多くなると、負荷(ここでは噴射ヘッド24)の容量成分が大きくなるので、印加電圧
を低下させる際に負荷(噴射ヘッド24)から放出される電荷量も多くなる。その結果、
電荷を回収するコンデンサーに電荷が過剰に蓄積されてしまう虞がある。そこで、駆動す
るノズル数に応じて、コンデンサーの放電時間を決定する。すなわち、図16を用いて前
述したように、コンデンサーに並列に接続されたスイッチの組の、高電位側のスイッチと
低電位側のスイッチとをONにして、コンデンサーの電荷をグランドに排出する時間を決
定する。また、電荷を排出するコンデンサーは、印加しようとする電圧波形に応じて予め
決定することができる。ちなみに、インクジェットプリンター10では、噴射ヘッド24
を駆動する電圧波形は予め決まっており、電圧波形の種類によって、電荷が過剰に蓄積さ
れるコンデンサーに大きな違いはない。従って、電荷をグランドに排出するコンデンサー
を、電圧波形によらず、予め固定しておくことが可能である。
ある。放電時間も、前述した電圧補正量と同様に、駆動するノズル数がある程度以上にな
ると、ノズル数に応じて増加するように設定されている。このようにして放電時間を決定
してやれば、駆動するノズル数がある程度以上に多くなった場合に、コンデンサーに過剰
に蓄積される電荷だけをグランドに排出して、コンデンサーの端子間電圧を適切な電圧範
囲に保っておくことが可能となる。
憶されている。そして、図17のステップS106では、プリンター制御回路50のCP
Uが、このようなテーブルを参照することにより、駆動するノズル数に対応する放電時間
を決定する処理を行う。
、先ず、第1の電源Vs あるいは第2の電源Vb の発生電圧を電圧補正量に従って補正す
る。続いて、スイッチの接続状態を切り換える切換シーケンスを修正して、先に決定した
放電時間だけ、コンデンサーから電荷がグランドに排出されるようにする(ステップS1
08)。尚、上述したようにインクジェットプリンター10では、出力される電圧波形は
予め決まっており、電荷が過剰に蓄積されるコンデンサーは電圧波形によらず固定してお
くことができる。
換シーケンスを修正したら、修正した切換シーケンスに従ってスイッチの接続状態を切り
換えることにより、電圧波形を出力する(ステップS110)。そして、切換シーケンス
を最後まで終了したら、1回分の電圧波形を出力したことになるので、再び、ステップS
100に戻って、新たな駆動開始タイミングか否かを判断する。
射ヘッド24)の容量成分の大きさに応じて、印加する電圧や、コンデンサーからの電荷
の放電量を修正することで、適切に負荷を駆動することが可能となる。
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、駆動される容量性負荷はピエゾ素子104であるものとして説明したが、
容量成分を有する負荷であればピエゾ素子104に限らず、どのような負荷であっても構
わない。例えば、液晶パネルや有機ELなどの表示装置を負荷として駆動する場合にも、
本発明を好適に適用することが可能である。また、水あるいは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流体噴射装置において、ピエゾ
素子を駆動することによって液体室の容積を変更して、液体をパルス状の脈流に変換する
脈流発生装置に適用することも可能である。
26…インクカートリッジ、 30…駆動機構、 40…プラテンローラ、
50…プリンター制御回路、 100…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…制御回路、
204…駆動波形生成回路、 300…ゲートユニット、 302…ゲート素子、
304,404,504,904…駆動波形生成回路、
C1 ,C2 ,C3 ,Cb …コンデンサー、 D1 ,D2 ,D3 …ダイオード、
S1H,S1L,S2H,S2L,S3H,S3L,S4H,S4L,SbH,SbL…スイッチ
Claims (12)
- 容量成分を有する電気負荷を駆動する駆動回路であって、
第1の電圧を発生する第1の電源と、
前記第1の電圧とは異なる第2の電圧を発生する第2の電源と、
前記第1の電源によって充電される複数の電荷蓄積素子と、
前記複数の電荷蓄積素子間の接続状態を変化させることにより、1つの該電荷蓄積素子、または直列に接続した複数の該電荷蓄積素子を、前記電気負荷に接続する第1の接続手段と、
前記第2の電源を、単独で、または前記電荷蓄積素子と直列に接続した状態で、切り換え可能に前記電気負荷に接続する第2の接続手段と
を備える駆動回路。 - 請求項1に記載の駆動回路であって、
前記第2の電源によって充電される電荷蓄積素子である補助電荷蓄積素子を備え、
前記第2の電源と前記補助電荷蓄積素子との間には、該第2の電源から該補助電荷蓄積素子に向かって流れる電流を制限する電流制限手段が設けられている駆動回路。 - 前記電流制限手段は、抵抗、スイッチ、またはダイオードの少なくとも何れかによって構成された請求項2に記載の駆動回路。
- 請求項1に記載の駆動回路であって、
前記第1の電源または前記第2の電源の少なくとも一方は、前記電気負荷の容量成分の大きさに応じて、発生する電圧が変化する電源である駆動回路。 - 請求項1に記載の駆動回路であって、
前記第1の接続手段は、該電荷蓄積素子の両端を接続する駆動回路。 - 請求項5に記載の駆動回路であって、
前記制御手段は、前記電気負荷の容量成分の大きさに応じて、前記電荷蓄積素子の両端を接続する時間を制御することを特徴とする駆動回路。 - 容量成分を有する電気負荷を駆動する駆動回路であって、
第1の電圧を発生する第1の電源と、
前記第1の電圧よりも大きな第2の電圧を発生する第2の電源と、
前記第1の電源によって充電される電荷蓄積素子と、
前記電荷蓄積素子を、前記電気負荷に接続する第1の接続手段と、
前記第2の電源を、単独で、または前記電荷蓄積素子と直列に接続した状態で、切り換え可能に前記電気負荷に接続する第2の接続手段と、
前記第1の接続手段および前記第2の接続手段を制御する制御手段と、を備える駆動回路。 - 容量成分を有する電気負荷を駆動する駆動回路であって、
第1の電圧を発生する第1の電源と、
前記第1の電圧とは異なる第2の電圧を発生する第2の電源と、
前記第1の電源によって充電される複数の電荷蓄積素子Ck(kは1〜Nの自然数)と、
前記第1の電源と前記電荷蓄積素子Ckとの中に設けられて、該電荷蓄積素子Ckから該第1の電源への電荷の逆流を防止する複数の逆流防止素子Dkと、
複数のスイッチが直列に接続されるとともに、前記電荷蓄積素子Ckに対して並列に接続された複数のスイッチ列Skと、
前記第2の電源によって充電される電荷蓄積素子Coと、
複数のスイッチが直列に接続されるとともに、前記電荷蓄積素子Coに対して並列に接続されたスイッチ列Soと、
前記スイッチ列Skおよび前記スイッチ列Soを制御する制御手段と、
前記第2の電源と前記電荷蓄積素子Coとの間に設けられて、該第2の電源から該電荷蓄積素子Coに向かって流れる電流を制限する電流制限素子と
を備え、
前記電荷蓄積素子C1の前記逆流防止素子D1に接続されていない側の端子は、前記スイッチ列Soを構成する複数のスイッチの間に接続されており、
前記電荷蓄積素子Ci(i=2〜N)の前記逆流防止素子Diに接続されていない側の端子は、前記スイッチ列Sj(j=i−1)を構成する複数のスイッチの間に接続されており、
前記電気負荷は、前記スイッチ列SNを構成する複数のスイッチの間に接続されている駆動回路。 - 請求項1ないし請求項8の何れか一項に記載の駆動回路と、
前記駆動回路に前記電気負荷として接続されて駆動されることにより、液体を噴射する噴射ノズルと
を備える液体噴射装置。 - 請求項9に記載の液体噴射装置を備える印刷装置。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載の駆動回路と、
前記駆動回路に前記負荷として接続され前記駆動回路によって駆動されるピエゾ素子と、容積が変更可能な液体室と、ピエゾ素子を駆動することにより前記液体室の容積を変更する容積変更手段と、をさらに備える液体噴射装置。 - 請求項11に記載の液体噴射装置を備える医療機器。
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