JP5636647B2 - 駆動電圧波形生成回路、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射ヘッドから流体を噴射する技術に関する。

印刷媒体上にインクを噴射して画像を印刷するプリンター（いわゆるインクジェットプリンター）は、高品質の画像を簡便に印刷可能であることから、今日では、画像の出力手段として広く使用されている。また、この技術を応用して、インクの代わりに、適切な成分に調製した各種の流体（例えば、機能材料の微粒子が分散された液体や、ジェルなどの半流動体など）を基板上に噴射すれば、電極や、センサ、バイオチップなど、各種の精密な部品を簡便に製造することも可能と考えられる。

このような技術では、正確な分量の流体を正確な位置に噴射することが可能なように、微細な噴射口が設けられた専用の噴射ヘッドが用いられている。噴射ヘッドには、噴射口に接続された駆動素子（例えば、ピエゾ素子）が備えられており、駆動素子に駆動電圧波形を供給することによって、噴射口から流体を噴射する。噴射口から噴射する流体の量や形状などは、駆動素子に印加する駆動電圧波形を制御することによって、さまざまに変化させることが可能である。

また、印刷画質を高く保ったまま迅速な印刷を可能とするために、噴射ヘッドに複数の噴射口を設けて、一度に多くのインク滴を噴射可能としていることが通常である。これに伴って、噴射ヘッドには複数のピエゾ素子が設けられ、これら複数のピエゾ素子を駆動する際には、各ピエゾ素子に対して駆動電圧波形を供給することから、多くの電力が必要となる。そこで、複数のコンデンサーに異なる電圧を充電しておき、ピエゾ素子に接続するコンデンサーを適切に切り換えることで、階段状の駆動電圧波形を印加するとともに、ピエゾ素子の印加電圧を下げた際に放電される電荷をコンデンサーに回収する技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００３−２８５４４１号公報

しかし、提案されている技術では、電力効率が高い反面で、種々の駆動電圧波形に対して同じように電圧波形の精度を維持することが難しいという問題があった。すなわち、出力しようとする駆動電圧波形には、振幅の大きな波形と小さな波形とが存在し得るが、各コンデンサーに充電する電圧は、最も振幅が大きな電圧波形に合わせて設定しておく必要がある。従って、より振幅の小さな駆動電圧波形に対しては、必ずしも適切とは言えない電圧となって、振幅の小さな駆動電圧波形の精度が低下してしまう。また、振幅の小さな駆動電圧波形を出力する場合、波形の出力に利用されないコンデンサーが発生することとなって、その分だけ電圧の出力分解能が低下してしまう。

もちろん、十分に多くのコンデンサーを搭載し、各コンデンサーに充電する電圧を十分に小さな電圧としておけば、振幅の小さな駆動電圧波形も十分な電圧分解能で出力しながら、振幅の大きな駆動電圧波形も出力することが可能である。もっとも、これでは、たいへんに多くのコンデンサーを搭載しなければならないので、回路の大型化や製造コストの増加といった新たな問題が生じてしまう。

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、電力消費を抑制しつつ、種々の駆動電圧波形の精度を効率よく向上させる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、本発明の流体噴射装置は次の構成を採用した。すなわち、
駆動電圧波形を生成する駆動電圧波形生成回路と、該駆動電圧波形によって駆動されることにより流体を噴射する噴射口とを備える流体噴射装置であって、
前記噴射口には、前記駆動電圧波形が供給されると電荷を蓄えると共に、蓄えた電荷に応じて伸縮することによって前記流体を噴射させる駆動素子が設けられており、
前記駆動電圧波形生成回路は、
第１の電圧を発生する第１の電源と、
前記第１の電源によって充電される複数の第１蓄電素子と、
前記第１の蓄電素子を直列に接続して蓄電素子列を形成するとともに、該蓄電素子列を構成する該第１の蓄電素子の個数を１以上の範囲で切り換えることにより、電圧が階段状に変化する階段電圧波形を生成する階段電圧波形生成手段と、
第２の電圧を発生する第２の電源と、
前記第２の電源によって充電される第２の蓄電素子と、
前記蓄電素子列に対して前記第２の蓄電素子を直列に接続することにより、前記階段電圧波形に前記第２の電圧を加えた駆動電圧波形を生成する駆動電圧波形生成手段と、
前記生成する駆動電圧波形に応じて、前記第１の電源が発生する第１の電圧と、前記第２の電源が発生する第２の電圧とを変更する電圧変更手段と
を備えることを要旨とする。

このような本発明の流体噴射装置においては、第１蓄電素子を第１の電圧で充電した後、それらを直列に接続して蓄電素子列を形成し、その蓄電素子列を構成する第１蓄電素子の個数を変化させることにより、電圧が階段状に変化する階段電圧波形を生成する。そして、この階段電圧波形を、第２蓄電素子が発生する第２の電圧だけ底上げした電圧波形（あるいは上積みした電圧波形）を駆動電圧波形として生成する。このとき、第１の電圧および第２の電圧は、駆動電圧波形に応じて変更可能となっている。

駆動電圧波形は、階段電圧波形が出力可能な電圧範囲に、第２の電圧を加えた電圧範囲を出力することが可能である。そして、階段電圧波形の電圧範囲は、第１の電圧と、第１蓄電素子の総個数とによって決定される。また、駆動電圧波形の電圧分解能は、第１の電圧となる。従って、生成しようとする駆動電圧波形に応じて、第１の電圧および第２の電圧を変更し、それぞれ第１蓄電素子および第２蓄電素子を充電して駆動電圧波形を生成してやれば、高い電圧分解能の駆動電圧波形を生成することが可能となる。また、搭載されている全ての第１蓄電素子を利用することができるので、第１蓄電素子の総個数を徒に増やす必要が無く、回路が大型化したり、製造コストが増加したりするといった問題が生じることもない。

インクジェットプリンターを例に用いて本実施例の流体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。 噴射ヘッドの内部の機構を詳しく示した説明図である。 ピエゾ素子に印加する電圧波形（駆動電圧波形）を例示した説明図である。 駆動電圧波形を生成する回路構成の概要を示した説明図である。 駆動電圧波形生成回路を構成するチャージポンプの詳細な構造を示した説明図である。 蓄電部のコンデンサーを充電する様子を示した説明図である。 蓄電部に設けられた各コンデンサーの接続状態を切り換える方法を示した説明図である。 ピエゾ素子に電圧を印加したまま、蓄電部の内部でコンデンサーの接続状態を切り換えたときに、コンデンサーとピエゾ素子との間で発生する電荷の授受を示した説明図である。 コンデンサーの接続状態に応じて、ピエゾ素子の電圧が変化する様子を示した説明図である。 コンデンサーの接続状態を切り換えることで、ピエゾ素子に駆動電圧波形を印加する様子を示した説明図である。 本実施例の駆動電圧波形印加処理の流れを示したフローチャートである。 波形メモリに複数の波形データが記憶されている様子を示す説明図である。 各接続状態について、蓄電部の何れのスイッチをＯＮあるいはＯＦＦにするかを示した説明図である。 波形データに設定された出力パターンに従ってスイッチの接続状態が切り換わり、その結果として、駆動電圧波形が出力される様子を示した説明図である。 波形データの違いにより、異なる駆動電圧波形が出力される様子を示した説明図である。 波形メモリに記憶された線分データの内容に従って、駆動電圧波形が出力される様子を示した説明図である。 第２変形例の駆動電圧波形生成回路の内部に設けられた蓄電部の回路構成を示した説明図である。 第２変形例の蓄電部を用いて出力電圧を変化させる様子を示した説明図である。

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．駆動電圧波形生成回路の構成：
Ｃ．駆動電圧波形印加処理：
Ｄ．変形例：
Ｄ−１．第１変形例：
Ｄ−２．第２変形例：

Ａ．装置構成 ：
図１は、いわゆるインクジェットプリンターを例に用いて本実施例の流体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。図示されているように、インクジェットプリンター１０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２０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に向かって正確な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、キャリッジ２０が接続されたタイミングベルト３２や、プーリ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。

また、印刷媒体２の紙送りを行うプラテンローラー４０は、図示しない駆動モータやギア機構によって駆動されて、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。これらの各機構は、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によって制御されており、こうした各機構を用いて、インクジェットプリンター１０は、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の断面を取ることによって内部の機構を詳しく示した説明図である。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、複数の噴射口１００が設けられており、それぞれの噴射口１００からインク滴を噴射することが可能となっている。各噴射口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、それぞれピエゾ素子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って、噴射口１００からインク滴を噴射することが可能となっている。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に印加する電圧を適切に制御すれば、インク室１０２を押す力や押すタイミングを調節して、噴射するインク滴のサイズを変更することが可能である。このため、インクジェットプリンター１０は、電圧を次の様な波形に形成してからピエゾ素子１０４に印加している。

図３は、ピエゾ素子に印加する電圧波形（駆動電圧波形）を例示した説明図である。図示されている様に、駆動電圧波形は、時間の経過とともに電圧が上昇し、その後降下して逆側に振れた後、元の電圧に戻る波形をしている。また、図中には、こうした駆動電圧波形に応じてピエゾ素子が伸縮する様子が示されている。図示されている様に、駆動電圧波形の電圧が上昇していくと、これに対応して、ピエゾ素子が徐々に収縮していく。このとき、ピエゾ素子に引っ張られる様にしてインク室が膨張するので、インク室内にインクカートリッジからインクが供給される。続いて、電圧が降下すると、今度はピエゾ素子が伸張するので、インク室を圧縮して噴射口からインクを噴射する。このとき、駆動電圧波形は、元の電圧（図中「初期電圧」と示した電圧）よりも低い電圧まで下がるようになっており、ピエゾ素子を初期状態よりも伸張させてインクを十分に押し出すことが可能となっている。その後、駆動電圧波形は初期電圧へと戻り、これに対応して、ピエゾ素子も初期状態へと戻って次の動作に備える。

この様に、ピエゾ素子は、駆動電圧波形に応じて伸縮するので、適切な駆動電圧波形をピエゾ素子に印加することによって、噴射口１００から噴射するインク滴の大きさを制御することが可能である。また、良好な画質の画像を印刷するためには、噴射するインク滴の大きさを正確に制御することが重要であり、そのためには噴射ヘッド２４に設けられた複数のピエゾ素子１０４に正確な波形の駆動電圧波形を印加する必要がある。更に、噴射ヘッド２４には、多数のピエゾ素子１０４が設けられているので、これらのピエゾ素子１０４を駆動するためには大きな電力が必要となる。そこで、できるだけ電力の消費を抑制しながら、正確な波形の駆動電圧波形を印加することが可能となるように、本実施例のインクジェットプリンター１０では、以下のような方法で駆動電圧波形を生成している。

図４は、本実施例のインクジェットプリンター１０が駆動電圧波形を生成するために搭載している回路構成の概要を示した説明図である。図示されているように、本実施例のインクジェットプリンター１０には、駆動電圧波形を生成する駆動電圧波形生成回路２００と、駆動電圧波形生成回路に対して電圧波形を指定するプリンター制御回路５０と、駆動電圧波形生成回路２００から出力された駆動電圧波形を受け取ってピエゾ素子１０４へと供給するゲートユニット３００などが設けられている。

ゲートユニット３００には、複数のゲート素子３０２が並列に配置されており、各々のゲート素子３０２には、ピエゾ素子１０４が接続されている。各ゲート素子３０２は、プリンター制御回路５０によって制御されて、導通状態または切断状態の何れかの状態に切り換えることが可能である。そして、駆動電圧波形生成回路２００から、すべてのゲート素子３０２に対して駆動電圧波形を供給すると、導通状態のゲート素子３０２に接続されているピエゾ素子１０４にだけ電圧が印加されて、噴射口１００からインク滴が噴射されるようになっている。

また、図４に示されるように、駆動電圧波形生成回路２００は、電圧を発生させるためのチャージポンプ２０４や、チャージポンプ２０４の動作を制御する制御回路２０２などから構成されている。

Ｂ．駆動電圧波形生成回路の構成 ：
図５は、駆動電圧波形生成回路２００を構成するチャージポンプ２０４の詳細な構造を示した説明図である。チャージポンプ２０４は、電荷を蓄えることが可能な蓄電部２１２や、蓄電部２１２に蓄える電荷を供給する電力供給部２０６などから構成されている。

蓄電部２１２には、複数のコンデンサー（コンデンサーＣ0 ，Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 ）が設けられており、これらのコンデンサーは、スイッチを介して電力供給部２０６に接続されている。また、電力供給部２０６には、２種類の電源（最小電圧発生電源２０８、およびステップ電圧発生電源２１０）が設けられており、最小電圧発生電源２０８にはコンデンサーＣ0 が接続され、ステップ電圧発生電源２１０にはその他のコンデンサー（Ｃ1 〜Ｃ4 ）が接続されるようになっている。また、それぞれの電源に対しては、制御回路２０２から出力電圧を設定することが可能となっている。

図６は、電力供給部２０６の電源を用いて、蓄電部２１２のコンデンサーを充電する方法について示した説明図である。図示されているように、コンデンサーの充電を行う際には、蓄電部２１２のスイッチを切り換えて、コンデンサーＣ0 を最小電圧発生電源２０８に接続するとともに、残りのコンデンサーをステップ電圧発生電源２１０に接続する。また、最小電圧発生電源２０８には出力電圧Ｖb （最小電圧）を設定し、ステップ電圧発生電源２１０には出力電圧Ｖstep（ステップ電圧）を設定する。こうすることで、コンデンサーＣ0 には、最小電圧（Ｖb ）が充電され、コンデンサーＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 にはステップ電圧（Ｖstep）が充電される。

また、充電時には、コンデンサーＣ0 とコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 とは電気的に切断された状態となっているが、蓄電部２１２のスイッチを切り換えることで、コンデンサーＣ0 とコンデンサーＣ1 〜Ｃ4 との接続状態を種々に変化させることができる。

図７は、蓄電部２１２のコンデンサーＣ0 〜Ｃ4 の接続状態を切り換える方法について示した説明図である。図７（ａ）に示されているように、コンデンサーＣ0 に設けられたスイッチＳ0eを接続（ＯＮ）し、その他のスイッチをすべて切断（ＯＦＦ）すると、コンデンサーＣ0 と他のコンデンサーとを切り離して、コンデンサーＣ0 の電圧のみを取り出すことが可能となる。また、図７（ｂ）に示されるように、コンデンサーＣ0 とコンデンサーＣ1 との間に設けられたスイッチＳ1bをＯＮにして２つのコンデンサーを接続し、コンデンサーＣ0 に設けられたスイッチＳ0eをＯＦＦにして、代わりにコンデンサーＣ1 のスイッチＳ1eをＯＮにしてやれば、コンデンサーＣ0 とコンデンサーＣ1 とを直列に接続した電圧を取り出すことができる。その状態から、コンデンサーＣ1 とＣ2 との間に設けられたスイッチＳ2bをＯＮにするとともに、コンデンサーＣ1 に設けられたスイッチＳ1eをＯＦＦにして、代わりにコンデンサーＣ2 のスイッチＳ2eをＯＮにしてやれば、３つのコンデンサーＣ0 〜Ｃ2 を直列に接続した電圧を取り出すことが可能となる。

以下同様にして、さらにコンデンサーＣ2 とＣ3 との間のスイッチＳ3bをＯＮにするとともに、スイッチＳ2eをＯＦＦにする代わりにスイッチＳ3eをＯＮにしてやれば、４つのコンデンサーＣ0 〜Ｃ3 を直列に接続した電圧を取り出すことができ、最終的にはコンデンサーＣ3 とＣ4 との間のスイッチＳ4bもＯＮにしたうえで、スイッチＳ3eの代わりにスイッチＳ4eをＯＮにすることで、すべてのコンデンサーＣ0 〜Ｃ4 を直列に接続した電圧を取り出すことが可能となる。

以上のようにして、蓄電部２１２に設けられた各スイッチＳ0e〜Ｓ4e、Ｓ1b〜Ｓ4bの接続状態を切り換えて、各コンデンサーの接続状態を切り換えれば、蓄電部２１２から取り出す電圧を変化させることができる。そして、蓄電部２１２から取り出した電圧をピエゾ素子１０４に印加した状態で、蓄電部２１２の内部でコンデンサーの接続状態を切り換えてやれば、ピエゾ素子１０４に印加する電圧を変化させることができ、このとき、蓄電部２１２の内部のコンデンサーとピエゾ素子１０４との間では、電荷のやり取りが行われる。

図８は、ピエゾ素子１０４に電圧を印加したまま、蓄電部２１２の内部でコンデンサーの接続状態を切り換えたときに、コンデンサーとピエゾ素子１０４との間で発生する電荷の授受を示した説明図である。尚、図７を用いて前述したように、蓄電部２１２の内部には、コンデンサーＣ0 〜Ｃ4 の５つのコンデンサーが設けられており、コンデンサーＣ0 が単独で用いられる状態から、５つのコンデンサーＣ0 〜Ｃ4 が全て直列に接続された状態まで、種々の接続状態に切り換えることが可能である。しかし、図８では、説明が煩雑となることを避けるために、蓄電部２１２の内部の接続状態は、コンデンサーＣ0 が単独で用いられる状態と、コンデンサーＣ0 とコンデンサーＣ1 とが直列に接続された状態との間で切り換わる場合についてのみ表示している。

先ず初めに、蓄電部２１２の内部の接続状態を、図８（a）に示すようにコンデンサーＣ0 が単独で用いられる状態として、取り出された電圧Ｖb をピエゾ素子１０４に印加する。このとき、ピエゾ素子１０４の端子間電圧が、印加されている電圧Ｖb よりも低ければ、図中に破線の矢印で示されているように、コンデンサーＣ0 からピエゾ素子１０４に向かって電荷が供給される。そして、電荷が供給されるに伴ってピエゾ素子１０４の端子間の電圧は上昇し、最終的にはコンデンサーＣ0 の端子間電圧と同じ電圧となる。

その状態から、蓄電部２１２の内部の接続状態を、図８（ｂ）に示すように、コンデンサーＣ0 とコンデンサーＣ1 とが直列に接続された状態に切り換える。すると、ピエゾ素子１０４に印加される電圧は、２つのコンデンサーＣ0 ，Ｃ1 が直列に接続された電圧（Ｖb ＋Ｖstep）に増加するので、再び、コンデンサーＣ0 ，Ｃ1 からピエゾ素子１０４へと電荷が供給され、それに伴ってピエゾ素子１０４の端子間電圧が上昇する。このような電荷の供給は、ピエゾ素子１０４の端子間電圧が、２つのコンデンサーＣ0 ，Ｃ1 が直列に接続された電圧（Ｖb ＋Ｖstep）に達するまで継続される。

このようにして、ピエゾ素子１０４の端子間電圧が、電圧Ｖb ＋Ｖstepに達した後、蓄電部２１２の内部の接続状態を、再び、コンデンサーＣ0 が単独でピエゾ素子１０４に接続された状態に復帰させる。上述したようにピエゾ素子１０４の端子間電圧は、電圧Ｖb ＋Ｖstepとなっているから、コンデンサーＣ0 の端子間電圧よりもピエゾ素子１０４の端子間電圧の方が高くなって、今度は、ピエゾ素子１０４からコンデンサーＣ0 に向かって電荷が供給される。図８（ｃ）には、ピエゾ素子１０４からコンデンサーＣ0 に向かって電荷が供給される様子が、破線の矢印によって表されている。こうしてピエゾ素子１０４からコンデンサーＣ0 に向かって電荷が供給されるのに伴い、ピエゾ素子１０４の端子間電圧は降下し、最終的にコンデンサーＣ0 の端子間電圧と同じ電圧になる。

ここで、図７を用いて前述したように、蓄電部２１２に設けられたコンデンサーＣ0 〜Ｃ4 の接続状態は、コンデンサーＣ0 を単独で用いる状態から、５つのコンデンサーＣ0 〜Ｃ4 を直列に接続した状態まで切り換えることができるので、これに伴って、ピエゾ素子１０４に印加する電圧を変化させることができる。

図９は、蓄電部２１２の内部に設けられたコンデンサーの接続状態に応じて、ピエゾ素子１０４の電圧が変化する様子を示した説明図である。図９（ａ）に示されているように、ピエゾ素子１０４の電圧をＶb とするためには、蓄電部２１２の内部の接続状態を切り換えて、コンデンサーＣ0 が単独でピエゾ素子１０４に接続される状態にすればよい（図８（ａ）を参照）。また、その状態から、コンデンサーＣ0 に対してコンデンサーＣ1 が直列に接続された状態に切り換えると、図９（ｂ）に示されているように、ピエゾ素子１０４の印加電圧を、電圧Ｖb から電圧Ｖstep＋Ｖb に増加させることができる（図８（ｂ）を参照）。

更に、その状態から、コンデンサーＣ1 に対してコンデンサーＣ2 も直列に接続すると、３つのコンデンサーＣ0 ，Ｃ1 ，Ｃ2 が直列に接続された状態となって、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧Ｖstep＋Ｖb から電圧２×Ｖstep＋Ｖb に増加させることができる。更に、コンデンサーＣ3 も接続して、４つのコンデンサーＣ0 ，Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 が直列に接続された状態とすれば、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧３×Ｖstep＋Ｖb に増加させることができ、コンデンサーＣ4 も接続すれば、印加電圧を４×Ｖstep＋Ｖb に増加させることができる。また、こうしてピエゾ素子１０４に印加する電圧を増加させるに従って、直列に接続されたコンデンサーからピエゾ素子１０４に向かって電荷が供給されることになる（図８（ｂ）を参照）。

一方、上述したようにして５つのコンデンサーＣ0 〜Ｃ4 を直列に接続してピエゾ素子１０４に接続した状態から、コンデンサーＣ4 を切り離すと、４つのコンデンサーＣ0 ，Ｃ1 ，Ｃ2，Ｃ3 が直列に接続された状態に戻るので、ピエゾ素子１０４の印加電圧を電圧３×Ｖstep＋Ｖb に減少させることができる。また、その状態から、コンデンサーＣ3 も切り離すと、３つのコンデンサーＣ0 ，Ｃ1 ，Ｃ2 が直列に接続された状態に戻り、ピエゾ素子１０４の印加電圧を２×Ｖstep＋Ｖb に減少させることができる。更に、コンデンサーＣ2 も切り離してコンデンサーＣ1 ，Ｃ2 が直列に接続された状態に戻せば、ピエゾ素子１０４の印加電圧をＶstep＋Ｖb に減少させることができ、コンデンサーＣ1 も切り離せば、図９（ｃ）に示されているように、印加電圧をＶb に減少させることができる。また、こうしてピエゾ素子１０４に印加する電圧を減少させるに従って、今度は、ピエゾ素子１０４から直列に接続されたコンデンサーに電荷が回収されることになる（図８（ｃ）を参照）。

このように、蓄電部２１２のコンデンサーＣ0 ，Ｃ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 ，Ｃ4 の接続状態に応じて、ピエゾ素子１０４に印加する電圧を切り換えることができるので、種々の電圧波形を生成してピエゾ素子１０４に印加することができる。また、ピエゾ素子１０４の印加電圧を増加させる際にコンデンサーから供給した電荷は、ピエゾ素子１０４の印加電圧を減少させる際にコンデンサーに回収することができるので、消費電力をできるだけ抑えながら、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１０は、蓄電部２１２のコンデンサーの接続状態を切り換えることで、ピエゾ素子１０４に駆動電圧波形を印加する様子を示した説明図である。図示されているように、ピエゾ素子１０４に初期電圧としてＶstep＋Ｖb を印加した状態から、蓄電部２１２のコンデンサーの接続状態を切り換えて、直列に接続するコンデンサーの数を増やしていき、ピエゾ素子の印加電圧を４×Ｖstep＋Ｖb まで上昇させる。その後は直列に接続するコンデンサーの数を減らしていき、印加電圧をＶb まで減少させた後に、再び印加電圧を初期電圧のＶstep＋Ｖb 増加させる。こうすることで、図３を用いて前述したような駆動電圧波形を、ピエゾ素子１０４に印加することができる。

また、このようにしてピエゾ素子１０４に駆動電圧波形を印加すると、図１０に示すように、電圧Ｖb は駆動電圧波形の最小電圧となり、電圧Ｖstepは、最大電圧Ｖt と最小電圧Ｖb との差（すなわち電圧波形の振幅）を、コンデンサーＣ0 を除いたコンデンサーの数（本実施例では４個）で等分した電圧となる。

ここで、ピエゾ素子１０４の印加電圧を上昇させる際に、直列に接続するコンデンサーの個数を減らすことで、図１０に示した駆動電圧波形よりも振幅の小さな駆動電圧波形をピエゾ素子１０４に印加することも可能である。とはいえ、直列に接続するコンデンサーの個数を減らしたのでは、階段状に出力される電圧波形の段数が減少してしまうこととなり、正確な駆動電圧波形を生成することが困難となってしまう。もちろん、各コンデンサーの充電電圧を小さくしてやれば、電圧波形の段数を維持したまま（すなわち、コンデンサーの個数を維持したまま）、駆動電圧波形の振幅を小さくすることが可能である。しかし、こうすると駆動電圧波形全体が小さくなってしまうので、これに伴い最小電圧Ｖb も小さくなってしまい、結果的に駆動電圧波形が下方にシフトしてしまう。そこで、本実施例では、振幅の異なる駆動電圧波形を生成する際に、直列に接続するコンデンサーの個数を減らすことなく、正確な駆動電圧波形をピエゾ素子１０４に印加することができるように、以下のような制御処理を行いながら駆動電圧波形を出力している。
Ｃ．駆動電圧波形印加処理 ：

図１１は、本実施例の駆動電圧波形印加処理の流れを示した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に電力が投入されて各装置が立ち上がると、駆動電圧波形生成回路２００の内部に設けられた制御回路２０２（図４を参照）によって開始される処理である。尚、こうした処理は、制御回路２０２内にマイコンチップ等のＣＰＵを設けておき、その上でソフトウェアを駆動させることによって実行してもよいし、あるいは、いわゆるＡＳＩＣなどの専用ハードウェアを用いて実行してもよい。

駆動電圧波形印加処理を開始すると、先ず初めに、波形出力信号および波形指定信号をプリンター制御回路５０から受信したか否かを判断する（ステップＳ１００）。ここで、波形出力信号とは、駆動電圧波形を出力するようにプリンター制御回路５０が制御回路２０２に指示する信号である。また、波形指定信号とは、波形出力信号に続いて出力される信号であり、制御回路２０２に対して波形の種類を指定する信号である。すなわち、本実施例の駆動電圧波形生成回路２００では、複数種類の駆動電圧波形を出力することが可能となっており、プリンター制御回路５０は、駆動電圧波形の出力を指示すると、続いて、何れの波形を出力するのかを指定するのである。

その結果、波形出力信号および波形指定信号を受信していないと判断された場合は（ステップＳ１００：ｎｏ）、同じ判断を繰り返しながら待機する。そして、やがてこれらの信号を受信したと判断したら（ステップＳ１００：ｙｅｓ）、波形指定信号によって指定された波形データを、駆動電圧波形生成回路２００内の波形メモリ２００ｍから読み込む処理を開始する（ステップＳ１０２）。

図１２は、波形メモリ２００ｍに複数の波形データが記憶されている様子を示す説明図である。尚、図１２（ａ）には、複数の波形データのうち、異なる２種類の駆動電圧波形（大ドット用および小ドット用）の波形データが例示されている。図示されているように、各波形データには、それぞれ異なるステップ電圧Ｖstep、最小電圧Ｖb 、および出力パターンが設定されている。ここで、出力パターンとは、前述した蓄電部２１２（図７を参照）に設けられた複数のスイッチの接続状態を、どのような順序で切り換えていくかについて定めたものである。出力パターンは、波形データとは別に波形メモリ２００ｍに記憶されている。

図１２（ｂ）は、波形メモリ２００ｍに複数の出力パターンが記憶されている様子を示した説明図である。尚、図１２（ｂ）には、複数の出力パターンのうち、前述した大ドット用の波形データに設定されている出力パターン（パターンａ）が例示されている。図示されているように、出力パターンは複数のステップから成り立っており、各ステップには、そのステップにおける蓄電部２１２のスイッチの接続状態とともに、その接続状態を維持する接続時間が設定されている。また、蓄電部２１２におけるスイッチの接続状態としては、接続状態ｍ1 〜接続状態ｍ5 の５種類の接続状態が用意されている。ここで、それぞれの接続状態について、蓄電部２１２の何れのスイッチをＯＮあるいはＯＦＦにするかは、以下のように定められている。

図１３は、各接続状態について、蓄電部２１２の何れのスイッチをＯＮあるいはＯＦＦにするかを示した説明図である。尚、図１３では、各接続状態においてＯＮにするスイッチは白色の四角で示されており、一方、ＯＦＦにするスイッチは黒色の四角で示されている。

前述したように、蓄電部２１２のスイッチを切り換えることで、コンデンサーからの出力電圧を変化させることができる（図７を参照）。例えば、接続状態ｍ1 では、コンデンサーＣ0 に設けられたスイッチＳ0 およびＳ0eをＯＮとするように定められており、この状態ではコンデンサーＣ0 の電圧Ｖb が出力される。また、接続状態ｍ2 では、スイッチS0 とともに、コンデンサーＣ0 とＣ1 との間に設けられたスイッチＳ1b、およびコンデンサーＣ1 に設けられたスイッチＳ1eをＯＮにするように定められており、この状態では、コンデンサーＣ0 とコンデンサーＣ1 とを直列につないだ電圧Ｖstep＋Ｖb が出力される。同様に、接続状態ｍ3 では電圧２×Ｖstep＋Ｖb が出力され、接続状態ｍ4 では電圧３×Ｖstep＋Ｖb が出力され、接続状態ｍ5 では電圧４×Ｖstep＋Ｖb が出力されるように、各スイッチの接続状態が設定されている。

また、蓄電部２１２のスイッチの接続状態には、コンデンサーの電圧を出力しない特別な接続状態（図１３の最下段に示した接続状態ｍ6 ）も定められている。この接続状態ｍ6 は、蓄電部２１２のコンデンサーを充電する際のスイッチの接続状態であり（図６を参照）、上述した出力パターンに従って電圧の出力を開始する前には、スイッチの接続状態をｍ6 にして、蓄電部２１２のコンデンサーを充電するようになっている。

以上に説明したように、波形メモリ２００ｍには、駆動電圧波形を出力するために必要な情報が、波形データとして駆動電圧波形の種類ごとに複数記憶されている。そして、制御回路２０２は、これら複数の波形データの中から、前述した波形指定信号によって指定された波形データを読み込むと（ステップＳ１０２）、波形データの最小電圧Ｖb を、コンデンサーの充電電圧を発生する電力供給部２０６（図５を参照）の最小電圧発生電源２０８に設定し、また、波形データのステップ電圧Ｖstepを、電力供給部２０６のステップ電圧発生電源２１０に設定する（ステップＳ１０４）。

こうして、最小電圧発生電源２０８で最小電圧Ｖb を発生させ、ステップ電圧発生電源２１０でステップ電圧Ｖstepを発生させると、蓄電部２１２のコンデンサーをいつでも充電可能な状態となる。そこで制御回路２０２は、蓄電部２１２のスイッチを充電時のスイッチの接続状態ｍ6 に切り換えることで、蓄電部２１２のコンデンサーの充電を開始する（ステップＳ１０６）。

ここで、コンデンサーの充電には一定の期間を要するため、蓄電部２１２のスイッチを切り換えた直後では、コンデンサーの充電は完了していないものと考えられる。従って、コンデンサーの充電を開始したら（ステップＳ１０６）、コンデンサーの充電に必要な期間（本実施例では時間ｔc ）が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０８）。このとき、コンデンサーの充電を開始してからの時間が、コンデンサーの充電時間ｔc に達していなければ（ステップＳ１０８：ｎｏ）、時間ｔc が経過するまでの間、ステップＳ１０８の判断を繰り返す。

やがて充電時間ｔc が経過して（ステップＳ１０８：ｙｅｓ）、蓄電部２１２のコンデンサーの充電が完了すると、スイッチの接続状態を切り換えることで、コンデンサーから電圧を出力するとともに、出力する電圧を変化させることが可能な状態となる。ここで、先に波形メモリ２００ｍから読み込んだ波形データには、蓄電部２１２のスイッチの接続状態を切り換える順序について定めた出力パターンが設定されているので（図１２（ｂ）を参照）、この出力パターンを参照し、出力パターンの最初のステップ（ステップ１）に設定されている接続状態にスイッチの接続状態を切り換える（ステップＳ１１０）。

蓄電部２１２のスイッチを、ステップ１の接続状態に切り換えると、その接続状態に応じた電圧がコンデンサーから出力される。このとき出力される電圧は、駆動電圧波形の初期電圧となっている。こうして初期電圧を出力したら、続いて、ステップ１の接続時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１１２）。その結果、ステップ１の接続時間が経過していなければ（ステップＳ１１２：ｎｏ）、同じ判断を繰り返しながら待機状態となる。そして、ステップ１の接続時間が経過したら（ステップＳ１１２：ｙｅｓ）、次のステップ（ここではステップ２）に設定された接続状態にスイッチを切り換える（ステップＳ１１４）。

こうしてスイッチの接続状態を切り換えることで、コンデンサーからの出力電圧を変化させたら、続いて、新たに切り換えたステップでの接続時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１１６）。その結果、接続時間が経過していなければ（ステップＳ１１６：ｎｏ）、同じ判断を繰り返して待機状態となる。そして、やがて現在のステップの接続時間が経過したら（ステップＳ１１６：ｙｅｓ）、今度は、出力パターンのすべてのステップを終了したか否かを判断する（ステップ１１８）。

前述したように、出力パターンには複数のステップが用意されており、また、各ステップに設定された情報（スイッチの接続状態、および接続時間）に基づき、ステップを順番に終了していくようになっているので、駆動電圧波形印加処理の開始直後では、すべてのステップを終了していないと判断される（Ｓ１１８：ｎｏ）。そこで、出力パターンを参照し、スイッチの接続状態を、すでに終了したステップの次のステップの接続状態に切り換える（ステップＳ１１４）。

こうして新たなステップの接続状態に切り換えると、その接続状態に応じてコンデンサーからの出力電圧がさらに変化する。また、新たなステップの接続時間が経過した時点で、出力パターンに終了していないステップが残っていれば（ステップＳ１１６：ｙｅｓ、かつステップＳ１１８：ｎｏ）、さらに次のステップの接続状態に切り換える（ステップＳ１１４）。以下同様にして、出力パターンのすべてのステップを終了するまでの間、ステップＳ１１４〜ステップＳ１１８を繰り返す。

このようにして、ステップＳ１１４〜ステップＳ１１８を繰り返すことで、出力パターンの各ステップに設定されたスイッチの接続状態を順番に切り換えていく。そして、最後のステップの接続状態に切り換えた後に、その接続状態の接続時間が経過すると、出力パターンのすべてのステップを終了したと判断する（ステップＳ１１８：ｙｅｓ）。こうして出力パターンのすべてのステップを終了したら、前述したステップＳ１００に戻って、プリンター制御回路５０からの新たな波形出力信号および波形指定信号を受け取ったか否かを判断する（ステップＳ１００）。その結果、波形出力信号および波形指定信号を受け取っていなければ（ステップＳ１００：ｎｏ）、そのまま待機状態となる。その後、新たな波形出力信号および波形指定信号を受け取ると、今度は新たな波形データを読み込んだ後（ステップＳ１０２）、上述したステップＳ１０４からステップＳ１１８の処理に従って、新たな駆動電圧波形を出力する。

図１４は、波形データに設定された出力パターンに従ってスイッチの接続状態が切り換わり、その結果として、駆動電圧波形が出力される様子を示した説明図である。図１４（ａ）には、出力パターンに含まれる複数のステップが、時間の経過とともに切り換わる様子が示されており、図１４（ｂ）には、出力パターンのステップが切り換わることによって、駆動電圧波形が出力される様子が示されている。先ず、図１４（ａ）を参照しながら、出力パターンのステップが切り換わる様子について説明すると、プリンター制御回路５０から波形出力信号および波形指定信号を受け取ったら、コンデンサーＣ0 〜Ｃ4 の充電を開始する（図１１のステップＳ１００〜ステップＳ１０６）。図１４（ａ）では、コンデンサーＣ0 〜Ｃ4 を充電しているステップは「ｃ」と表示されている。そして、所定の充電時間ｔc が経過したら、スイッチの接続状態を、出力パターンに設定された最初のステップの接続状態に切り換えた後、最初のステップの接続時間が経過するまで、その接続状態を維持する（図１１のステップＳ１０８〜ステップＳ１１２）。図１４（ａ）には、コンデンサーＣ0 〜Ｃ4 を充電するためのステップｃを充電時間ｔc だけ維持した後、出力パターンの最初に設定されたステップ１に切り換わり、そのステップ１の状態を接続時間ｔ1 だけ維持する様子が示されている。

また、図６を用いて前述したように、コンデンサーＣ0 〜Ｃ4 に充電している状態では、電圧は外部に出力されていないが、充電時間ｔc が経過して、出力パターンの最初のステップ（ステップ１）に切り換わると、その時のスイッチの接続状態に応じて、外部に電圧が出力されることになる。たとえば、プリンター制御回路５０から指定された波形データが、大ドット用の波形データ１であれば、出力パターンの最初に設定されたステップ１の接続状態は、接続状態ｍ2 であるから（図１２（ｂ）を参照）、図１３に示したように、電圧Ｖstep＋Ｖb が外部に出力されることになる。そして、ステップ１に設定された接続時間ｔ1 が経過するまで、その出力電圧が維持される。このことに対応して、図１４（ｂ）には、コンデンサーＣ0 〜Ｃ4 の充電開始後、充電時間ｔc が経過した時点で電圧の出力が開始され、接続時間ｔ1 が経過するまで、その出力電圧が維持される様子が示されている。尚、図１４（ｂ）では、プリンター制御回路５０から指定された波形データが、大ドット用の波形データ１であり、従って、ステップ１では電圧２０Ｖが外部に出力されている場合が例示されている。

そして、ステップ１の接続時間ｔ1 が経過すると、出力パターンに設定された２番目のステップ（ステップ２）の接続状態および接続時間ｔ2 が読みだされて、スイッチの接続状態がその接続状態に切り換わった後、接続時間ｔ2 が経過するまで、その接続状態が維持される（図１１のステップＳ１１２〜ステップＳ１１６）。図１４（ａ）には、ステップ１の接続時間ｔ1 が経過した時点で、ステップ２に切り換わった後、そのステップ２の状態が接続時間ｔ2 だけ維持される様子が示されている。また、図１４（ｂ）には、出力パターンのステップが、ステップ１からステップ２に切り換わることに伴って、出力電圧が切り換わる様子が示されている。尚、上述したように、図１４（ｂ）では波形データが大ドット用の波形データ１であるものとしているから、出力パターンがステップ１からステップ２に切り換わることに伴って、スイッチの接続状態が接続状態ｍ2 から接続状態ｍ3 に切り換わり、その結果、出力電圧が、電圧２０Ｖから電圧２５Ｖに切り換わる様子が例示されている。

また、前述したように、ステップ２以降の各ステップでは、接続時間が経過すると、出力パターンに設定されている全てのステップを終了したか否かを判断する（図１１のステップＳ１１８）。そして、未だステップが残っていれば、次のステップを読み出した後、
読み出したステップについて、上述した同様な処理を繰り返す（図１１のステップＳ１１４〜ステップＳ１１８）。このことと対応して、図１４（ａ）に示すようにステップが次々と切り換わり、また、その度に出力電圧が階段状に変化する。その結果として、図１４（ｂ）に示すように、波形データに応じた駆動電圧波形が出力されることになる。

以上に説明したように、波形データの出力パターンに従ってスイッチの接続状態を切り換えることで、階段状の駆動電圧波形を出力することが可能である。また、本実施例の波形メモリ２００ｍには複数の波形データが記憶されているので（図１２（ａ）を参照）、異なる波形データを読み込むことにより、異なる波形の駆動電圧波形を出力することができる。ここで、本実施例では、波形データ毎に出力パターンを切り換えるだけでなく、最小電圧Ｖb およびステップ電圧Ｖstepの値も切り換えることで、以下に説明するように、どのような種類の駆動電圧波形を出力する際にも、駆動電圧波形の精度を維持することが可能となっている。

図１５は、波形データの違いにより、異なる駆動電圧波形が出力される様子を示した説明図である。尚、図１５では、大ドット用の波形データ１を参照して大ドット用の駆動電圧波形を出力した後（図１４（ｂ）を参照）、小ドット用の波形データである波形データ２（図１２（ａ）を参照）を参照して小ドット用の駆動電圧波形を出力する様子が例示されている。

図１４を用いて前述したように、波形データ１の設定内容に従ってコンデンサーから電圧を出力すると、図１５の前半部分に示されているように、波形データ１の最小電圧Ｖb （本実施例では１５Ｖ）を最小電圧として、波形の段差が波形データ１のステップ電圧Ｖstep（本実施例では５Ｖ）の大ドット用の駆動電圧波形が出力される。一方で、波形データ２の最小電圧Ｖb は１８Ｖに設定されており、ステップ電圧Ｖstepは２Ｖに設定されている。また、波形データ２の出力パターンｂの詳細については説明を省略するが、出力パターンｂでは、前述した出力パターンａに比べて、各ステップの接続時間が半分程度に設定されている。このような波形データ２に従ってコンデンサーから電圧を出力すると、図１５の後半部分に示されているように、最小電圧を１８Ｖとして、波形の段差が２Ｖの駆動電圧波形（すなわち小ドット用の駆動電圧波形）が出力される。

ここで、図１５に示されている駆動電圧波形の初期電圧（本実施例では２０Ｖ）を基準としてみると、大ドット用の駆動電圧波形では出力電圧が最大電圧（３５Ｖ）に達するまでに、波形の階段を３段上がるようになっている。このとき、大ドット用の駆動電圧波形の階段の数を少なくすれば、駆動電圧波形の最大電圧を下げることができ、例えば、波形の階段の数を１段とすることで、小ドット用の駆動電圧波形の最大電圧（２６Ｖ）に近づけることも可能である。但し、これでは、本来全てのコンデンサーを利用することにより最小電圧から最大電圧までの間で５段階の電圧を出力可能であるにもかかわらず、最小電圧（１５Ｖ）、初期電圧（２０Ｖ）、そして１段目の階段の電圧（２５Ｖ）の３段階しか利用しないこととなる。その結果、５段階の電圧変化を充分に利用することができず、駆動電圧波形の精度を低下させてしまうこととなってしまう。

また、図１５に示されている各駆動電圧波形の最大電圧と最小電圧との差（すなわち振幅）に着目すると、大ドット用駆動電圧波形では２０Ｖとなっており、小ドット用駆動電圧波形では８Ｖとなっている。ここで、ステップ電圧Ｖstepに充電されるコンデンサーの数は４つ（コンデンサーＣ1 〜Ｃ4 ）であるから、大ドット用のステップ電圧を５Ｖに設定する一方、小ドット用のステップ電圧を２Ｖに設定すれば、何れの駆動電圧波形を出力する際にも、最小電圧を含めた５段階の出力電圧を充分に利用することが可能である。しかし、こうしてステップ電圧Ｖstepのみを駆動電圧波形の振幅に合わせて切り換えたとしても、最小電圧Ｖb が固定されている状態では（例えば大ドット用の最小電圧１５Ｖ）、ステップ電圧を２Ｖとしたときに出力される駆動電圧波形の最大電圧（２３Ｖ）は、本実施例の小ドット用の駆動電圧波形の最大電圧（本実施例では２６Ｖ）に比べて低く抑えられてしまう。また、本実施例では、小ドット用の駆動電圧波形の最小電圧は１８Ｖとなっていることから、最大電圧と同時に最小電圧についても本来の値よりも低く抑えられてしまうこととなる。

このように、駆動電圧波形の最大電圧、および最小電圧がともに低く抑えられてしまうと、複数の駆動電圧波形の間で波形の初期電圧を揃えることが困難となる。すなわち、通常、インクジェットプリンターでは、精細な画像を印刷するために、噴射ヘッドから噴射するインク滴のサイズを様々に変化させており、これに伴いピエゾ素子１０４に対して複数の異なる駆動電圧波形が連続して印加される。このとき、駆動電圧波形ごとに初期電圧がばらばらの値を取ってしまったのでは。プリンターの印刷精度を損なうこととなってしまう。

そこで本実施例では、２種類の電圧（最小電圧Ｖb およびステップ電圧Ｖstep）を用意しておき、出力する駆動電圧波形の種類によって、ステップ電圧Ｖstepの値を変化させるだけでなく、これに応じて最小電圧Ｖb の値も変化させることとしている。こうすることで、サイズの小さな駆動電圧波形（すなわち小ドット用の駆動電圧波形）を出力する際にも、駆動電圧波形の段数を減らさずに波形の精度を維持することが可能であり、しかも駆動電圧波形の出力範囲がシフトしてしまうことを防ぐことができる。

以上のようにして、本実施例では、駆動電圧波形印加処理を実行することで、適切な駆動電圧波形を出力し、ピエゾ素子１０４に印加することが可能となっている。その結果、インク滴のサイズを適切に制御して噴射することが可能となり、延いては、印刷媒体２上に高品質な画像を印刷することが可能となる。

また、本実施例のように、最小電圧Ｖb およびステップ電圧Ｖstepを、出力する駆動電圧波形の種類に応じて変化させることとすれば、どのような駆動電圧波形を出力する際でも、未使用のコンデンサーを生ずることがないので、コンデンサーを用いて出力可能な電圧の数を維持することができる。従って、特に、使用可能なコンデンサーの数が少ない場合でも、駆動電圧波形の段数を可能な限り確保することで、比較的精度の高い駆動電圧波形を出力することが可能である。このことにより、複数のコンデンサーを内部に搭載する駆動電圧波形生成回路２００の小型化と、プリンターの印刷画質の維持を両立することができる。

更に、本実施例のように、コンデンサーの接続状態を切り換えることで電圧を出力することとすると、出力電圧を多段階に変化させることが可能でありながら、コンデンサーを充電する電源の数は少なく抑えることができる。その結果、電力供給部２０６の構造を単純にすることができ、電力供給部２０６を搭載した駆動電圧波形生成回路２００の小型化を一層進めることが可能である。

Ｄ．変形例 ：
上述した実施例には、いくつかの変形例が考えられる。以下では、これらの変形例について簡単に説明する。

Ｄ−１．第１変形例 ：
前述した実施例では、駆動電圧波形全体を出力するのに必要なデータを波形データとして記憶しているものと説明した。しかし、駆動電圧波形全体をひとまとめにして波形データとして記憶するのではなく、駆動電圧波形を電圧の上昇過程、および下降過程ごとの領域（すなわち駆動電圧波形を構成する線分）に分割し、各線分を出力するのに必要なデータを、線分データとして波形メモリ２００ｍに記憶することとしてもよい。こうすれば、以下に説明するように、駆動電圧波形全体を波形データとして記憶する場合に比べて、より精細な駆動電圧波形を出力することができる。

図１６は、波形メモリ２００ｍに記憶された線分データの内容に従って、駆動電圧波形が出力される様子を示した説明図である。図１６（ａ）は波形メモリ２００ｍに複数の線分データが記憶されている様子が示されており、また図１６（ｂ）には、線分データに従って、連続して３つの線分を出力することで、１つの駆動電圧波形が出力される様子が示されている。

図１６（ａ）に示されているように、各線分データには、前述した波形データと同様に、異なるステップ電圧Ｖstep、最小電圧Ｖb 、および出力パターンが設定されている。但し、各線分データの出力パターンは、前述した波形データの出力パターンとは異なり、駆動電圧波形の上昇過程、あるいは下降過程を出力することができるように設定されている。例えば、線分データ１の出力パターンｃでは、出力パターンのステップが切り換わるのに伴い、スイッチの接続状態が最も出力電圧の低い接続状態ｍ1 から最も出力電圧の高い接続状態ｍ5 へと変化することで、駆動電圧波形の上昇過程が出力されるようになっている。また線分データ２のパターンｄでは、逆にスイッチの接続状態がｍ5 からｍ1 へと変化することで、駆動電圧波形の下降過程が出力されるようになっている。

また、図１６（ｂ）には、時間の経過とともに、まず始めに、線分データ１に従い線分１を出力し、その後、線分データ２に従って線分２を出力して、最後に線分データ３に従って線分３を出力した様子が示されている。こうして３つの線分を連続して出力すると、図示されているように、全体として１つの駆動電圧波形を形成することが可能である。ここで、階段状に出力される各線分の段差は、ちょうどその線分データのステップ電圧Ｖstepに相当し、また、各線分の階段の間隔は、出力パターンの各ステップにおける接続時間に相当する。従って、各線分におけるステップ電圧Ｖstepの値と出力パターンとの組み合わせを適切に設定しておくことで、駆動電圧波形の線分の傾きを、各線分ごとに適切に切り換えることができる。

更に、線分データを利用すれば、各線分の最大電圧と最小電圧との電圧差に合わせてステップ電圧Ｖstepの値を設定することができるので、どの線分を出力するに際にも、５段階の電圧変化を維持することができる。ここで、前述した波形データをもとに駆動電圧波形を出力する場合、その電圧波形を構成する全ての線分を適切に出力することができるとは限らない。何故なら、ある線分についての最大電圧と最小電圧との電圧差が、別の線分についての最大電圧と最小電圧との電圧差よりも小さい場合にも、それらの線分を同じステップ電圧Ｖstepおよび最小電圧Ｖb を用いて出力することとなるので、電圧差の小さな線分での階段の段数が、少なくなってしまうためである。そこで、第１変形例のように、線分データによって駆動電圧波形の各線分を指定すれば、線分の種類によって階段の段数が少なく抑えられてしまうことを避けることができ、波形データによって駆動電圧波形全体を指定する場合に比べて、より精細な駆動電圧波形を出力することが可能となる。

尚、第１変形例では、各線分の出力開始を指示する信号（線分出力信号）、および出力する線分の種類を指定する信号（線分指定信号）を受け取る度に、コンデンサーの充電が実行される。このとき、図６を用いて前述したのと同様に、コンデンサーとピエゾ素子１０４を繋ぐスイッチＳ0 が切断状態となることから、図１６（ｂ）に示されているように、各線分が切り換わるタイミングごとに電圧の出力が中断される。しかしながら、ピエゾ素子１０４は容量性の負荷であるから、スイッチＳ0 が切断されてコンデンサーからの電圧の出力が中断しても、スイッチＳ0 を切断する直前まで印加されていた電圧を維持することができる。逆に、コンデンサーの充電中は、スイッチＳ0 を切断状態にしておかなければ、スイッチＳ0eがＯＮに切り換わることでピエゾ素子１０４と最小電圧発生電源２０８とが接続可能な状態となり（図６を参照）、新たに出力する線分の最小電圧Ｖb がいきなり出力されてしまう。その結果、ピエゾ素子１０４に対して正確な駆動電圧波形が印加されないこととなる。従って、コンデンサーを充電する際には、駆動電圧波形の出力途中であっても電圧の出力を中断することによって、正確な駆動電圧波形をピエゾ素子１０４に印加することができるようになっている。

尚、第１変形例では、各線分ごとにステップ電圧Ｖstep、および最小電圧Ｖb を変化させることから、各線分の出力開始を指示する信号（線分出力信号）、および出力する線分の種類を指定する信号（線分指定信号）を受け取る度に、コンデンサーを充電し直す必要がある。このとき、駆動電圧波形の出力途中でコンデンサーを充電する関係上、コンデンサーとピエゾ素子１０４とを繋ぐスイッチＳ0 を接続したままコンデンサーを充電したのでは、ピエゾ素子１０４に駆動電圧波形を正確に印加することができなくなってしまう。すなわち、コンデンサーを充電する際、コンデンサーＣ0 に設けられたスイッチＳ0cがＯＮに切り換わるのに伴い（図６を参照）、ピエゾ素子１０４と最小電圧発生電源２０８とが接続されてしまう。このことにより、新たに出力する線分の最小電圧Ｖb が出力されてしまうので、ピエゾ素子１０４に印加する電圧が変化してしまう。このような事態を避けるために、第１変形例では、駆動電圧波形の出力途中であっても、ステップ電圧Ｖstep、および最小電圧Ｖb を切り換える際（コンデンサーの充電時）にはスイッチＳ0 を切断し、ピエゾ素子１０４の駆動電圧に変化が現れないようにしている。ピエゾ素子１０４は容量性の負荷であるため、スイッチＳ0 が切断されても印加電圧が維持されるので、適切にピエゾ素子１０４を駆動することが可能である。

Ｄ−２．第２変形例 ：
前述した実施例、および第１変形例では、ステップ電圧Ｖstepとともに最小電圧Ｖb をコンデンサーに充電し、各コンデンサー間の接続状態に応じて異なる電圧を出力するものと説明した。しかし、最小電圧Ｖb については、コンデンサーに充電する方法を採らずに、電源（ここでは最小電圧発生電源２０８）から直接出力することとしてもよい。

図１７は、第２変形例の駆動電圧波形生成回路２００の内部に設けられた蓄電部２１２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、第２変形例の蓄電部２１２にも、前述した実施例、および第１変形例の蓄電部２１２と同様に、複数のスイッチとステップ電圧Ｖstepを充電するコンデンサー（Ｃ1 〜Ｃ4 ）とが設けられているが、最小電圧Ｖb を充電するコンデンサーは設けられていない。このような回路構成を用いても、以下に説明するようにしてスイッチを切り換えることで、前述した実施例、および第１変形例と同様に出力電圧を変化させることが可能である。

図１８は、第２変形例の蓄電部２１２を用いて出力電圧を変化させる様子を示した説明図である。先ず始めに、図１８（ａ）には、電圧の出力に先立ちコンデンサーを充電する様子が示されている。図示されているように、各コンデンサー（Ｃ1 〜Ｃ4 ）とステップ電圧発生電源２１０との間に設けられたスイッチ（スイッチＳ1c〜Ｓ4c）を全てＯＮにした状態で、コンデンサーＣ1 に設けられたスイッチＳ1e、コンデンサーＣ2 に設けられたスイッチＳ2e、およびコンデンサーＣ3 に設けられたスイッチＳ3eをＯＮにし、更にコンデンサーを接地させるスイッチＳ0eをＯＮにする。こうすることで、ステップ電圧発生電源２１０の電圧がコンデンサーＣ1 〜Ｃ4に充電される。

こうしてコンデンサーを充電した後、コンデンサーの充電電圧（ステップ電圧Ｖstep）は用いずに、最小電圧Ｖb のみを出力したい場合は、図１８（ｂ）に示されているように、充電時にＯＮにしたスイッチのうち、スイッチＳ1c〜Ｓ4cをＯＦＦにするとともに、コンデンサーを接地させていたスイッチＳ0eもＯＦＦにする。そのうえで、最小電圧発生電源２０８に設けられたスイッチＳ0bをＯＮにするとともに、コンデンサーＣ4 に設けられたスイッチＳ4eをＯＮにした状態で、蓄電部２１２とピエゾ素子１０４とを接続するスイッチＳ0 をＯＮにすると、最小電圧発生電源２０８とピエゾ素子１０４とが直接接続されるので、ピエゾ素子１０４に最小電圧Ｖb が印加される。

また、図１８（ｃ）に示されているように、図１８（ｂ）の状態から、コンデンサーＣ1 に設けられたスイッチＳ1eをＯＦＦにして、その代わりに同じくコンデンサーＣ1 に設けられたスイッチＳ1bをＯＮにする。こうすると、最小電圧発生電源２０８とコンデンサーＣ1 とが直列に接続された状態でピエゾ素子１０４に接続されるので、最小電圧Ｖb にステップ電圧Ｖstepを加えた電圧（Ｖstep＋Ｖb ）が印加される。更に、図１８（ｄ）に示されるように、今度はコンデンサーＣ2 に設けられたスイッチＳ2eをＯＦＦにして、代わりにスイッチＳ2bをＯＮにすれば、最小電圧発生電源２０８とコンデンサーＣ1 、およびコンデンサーＣ2 とが直列に接続された電圧（２×Ｖstep＋Ｖb ）がピエゾ素子１０４に印加される。同様にして、コンデンサーＣ3 のスイッチＳ3eをＯＦＦにして代わりにスイッチＳ3bをＯＮにすれば、３×Ｖstep＋Ｖb の電圧がピエゾ素子１０４に印加され、最終的には図１８（e）に示されるように、コンデンサーＣ4 のスイッチＳ4eをＯＦＦにして代わりにスイッチＳ4bをＯＮにすれば、４×Ｖstep＋Ｖb の電圧がピエゾ素子１０４に印加される。

このように、上述した第２変形例の回路構成によれば、最小電圧用にコンデンサーを設けなくても、前述した実施例、および第１変形例と同様に出力電圧を変化させることが可能である。一方、最小電圧Ｖb を充電するコンデンサー（コンデンサーＣ0 ）を、ステップ電圧を充電するコンデンサーとして利用することもでき、その結果、駆動電圧波形の段数が増加するので、出力する駆動電圧波形の精度を向上させることも可能である。

以上、本実施例の流体噴射装置について説明したが、本発明は上記すべての実施例および変形例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、蓄電部に、より多くのコンデンサー搭載することとしてもよい。本発明によれば、どのような駆動電圧波形を出力する際でも、全てのコンデンサーを活用して駆動電圧波形を出力することができる。従って、コンデンサーの搭載数を増やすことなく、電圧波形の段数を増やすことができるので、駆動電圧波形の精度を効率よく上げることができる。

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…噴射口、 １０２…インク室、
１０４…ピエゾ素子、 ２００…駆動電圧波形生成回路、
２０２…制御回路、 ２０４…チャージポンプ、 ２０６…電力供給部、
３００…ゲートユニット、 ３０２…ゲート素子

Claims (3)

1. 第１の電圧を発生する第１の電源と、
   前記第１の電源によって充電される第１の蓄電素子と、
   第２の電圧を発生する第２の電源と、
   前記第２の電源によって充電される複数の第２の蓄電素子の少なくとも２つを、直列接続して形成した蓄電素子列と、
   容量性負荷に印加する電圧に応じて、前記蓄電素子列内の前記複数の蓄電素子の電気的な接続を切替える切替手段と、を備え、
   前記第１の電源と前記第１の蓄電素子とを並列接続し、
   前記第２の電源と前記蓄電素子列とを並列接続し、
   前記並列接続を解消し、
   前記容量性負荷と前記第１の蓄電素子と前記蓄電素子列とを直列接続すること、
   を特徴とする駆動電圧波形生成回路。
2. 第１の電圧を発生する第１の電源と、
   第２の電圧を発生する第２の電源と、
   前記第２の電源によって充電される複数の蓄電素子の少なくとも２つを直列接続して形成された蓄電素子列と、
   容量性負荷に印加する電圧に応じて、前記蓄電素子列内の複数の前記蓄電素子の電気的な接続を切替える切替手段と、を備え、
   前記切替手段により前記第１の電源と前記蓄電素子列とを直列接続して得た電位を容量性負荷に出力すること、
   を特徴とする駆動電圧波形生成回路。
3. 請求項1または請求項２に記載の駆動電圧波形生成回路を備える液体噴射装置。

Images