JP5728962B2 - 容量性負荷駆動回路および流体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子などの容量性負荷に駆動信号を印加して駆動する技術に関する。

インクジェットプリンターに搭載されている噴射ヘッドなどのように、所定の駆動信号を印加することによって駆動する圧電素子は数多く存在する。これらの圧電素子を駆動する際には、駆動波形信号を電力増幅した後に、駆動信号として圧電素子に印加することが通常である。

駆動波形信号を電力増幅する方法としては、たとえばＤ級増幅器を用いる方法が知られている（特許文献１など）。この方法では、駆動波形信号をパルス変調してパルス波状の変調信号に変換した後に電力増幅を行う。パルス変調の方式としては、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式またはパルス密度変調（ＰＤＭ）方式の何れも適用可能であるが、パルス幅変調されることが通常である。そして、得られたパルス波状の変調信号を電力増幅することによって、電源電圧とグランドとの間で変化するパルス波状の変調信号（電力増幅変調信号）に変換した後、平滑フィルターを用いて変調成分を取り除くことによって、電力増幅された駆動波形信号（駆動信号）を生成する。

ここで、平滑フィルターで変調成分を取り除く際に駆動信号の信号成分も取り除いてしまうことがないように、平滑フィルターのカットオフ周波数は駆動信号の周波数帯域に対して余裕を持たせた高い周波数に設定される。また、パルス変調したときの変調成分については平滑フィルターで完全に取り除くことができるようにするために、パルス変調する際のキャリア周波数は、平滑フィルターのカットオフ周波数に対して余裕を持たせた高い周波数に設定される。この結果、Ｄ級増幅器では、たとえば、駆動信号の周波数帯域に対して１０倍以上の高いキャリア周波数が使用される。

特開２００５−３２９７１０号公報

しかし、駆動信号の周波数帯域が高い周波数領域を含んでいる場合には、Ｄ級増幅器を用いて電力増幅しようとすると、キャリア周波数をたいへんに高い周波数に設定しなければならないという問題がある。たとえば、インクジェットプリンターに搭載されている噴射ヘッドの駆動信号は５００ｋＨｚ以上の周波数成分を有しているため、キャリア周波数を５ＭＨｚ以上の高い周波数に設定する必要がある。すると、スイッチング素子の動作が間に合わなくなったり、スイッチングするための電力損失が増大して電力効率が低下したりする弊害を引き起こす。また、急峻なフィルター特性を得るために高次の平滑フィルターを用いる方法も考えられるが、平滑フィルターの構成が複雑になるだけでなく、高次の伝達特性となることで高い周波数帯域や負荷の変動に対して駆動信号に歪が生じさせるという問題が生じる。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、Ｄ級増幅器のキャリア周波数を低く抑えながらも、高い周波数帯域を含む駆動信号を印加して容量性負荷を駆動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、
容量性負荷に所定の駆動信号を印加することによって該容量性負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を出力する駆動波形信号出力回路と、
前記駆動波形信号をパルス変調することによって、第１の変調信号および前記第１の変調信号とは位相の異なる第２の変調信号を生成する変調回路と、
前記第１の変調信号を電力増幅することによって、第１の電力増幅変調信号を生成する第１のデジタル電力増幅器と、
前記第２の変調信号を電力増幅することによって、第２の電力増幅変調信号を生成する第２のデジタル電力増幅器と、
前記第１の電力増幅変調信号を平滑化することによって、第１の復調信号を生成する第１の平滑フィルターと、
前記第２の電力増幅変調信号を平滑化することによって、第２の復調信号を生成する第２の平滑フィルターと
を備え、
前記第１の復調信号と前記第２の復調信号とを合成して、前記容量性負荷に前記駆動信号として印加することを特徴とする。

こうした本発明の容量性負荷駆動回路においては、次のようにして容量性負荷に駆動信号を印加する。先ず、駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調することによって、第１の変調信号と、第１の変調信号とは位相の異なる第２の変調信号を生成する。そして、第１の変調信号を電力増幅することによって第１の電力増幅変調信号を生成し、第２の変調信号を電力増幅することによって第２の電力増幅変調信号を生成する。続いて、第１の電力増幅信号を第１の平滑フィルターで平滑化することによって第１の復調信号を生成し、第２の電力増幅信号を第２の平滑フィルターで平滑化することによって第２の復調信号を生成する。その後、第１の復調信号と第２の復調信号とを合成して、容量性負荷に駆動信号として印加する。

一般に、パルス変調する際のキャリア周波数は、平滑フィルターのカットオフ周波数に対して十分に高い周波数に設定しておかないと、平滑フィルターを通した後の駆動信号に、キャリア周波数のリップル電流が重畳する。平滑フィルターのカットオフ周波数は駆動信号の周波数帯域よりも高い周波数に設定しておかなければならないから、パルス変調する際のキャリア周波数はどうしても高くなりがちである。特に、駆動信号の周波数帯域が高い周波数領域を含んでいる場合には、キャリア周波数をたいへんに高い周波数に設定しなければならなくなって、スイッチング素子の動作が間に合わなくなったり、スイッチングするための電力損失が増大して電力効率が低下したりする弊害を引き起こす。これに対して、本発明の容量性負荷駆動回路では、互いに位相の異なる電力増幅変調信号を平滑化して、それら平滑化後の出力を一つにまとめた後、容量性負荷に駆動信号として印加する。このため、それぞれの平滑化後の出力にリップル電流が残っていたとしても、それぞれの出力に重畳しているリップル電流は互いに位相が異なっているので、それら出力を一つにまとめると互いに打ち消しあって、駆動信号に重畳するリップル電流を減少させることができる。このため、高い周波数帯域を有する駆動信号を印加する場合でも、パルス変調する際のキャリア周波数を低めに抑えつつ、リップル電流の少ない駆動信号を生成して、容量性負荷を適切に駆動することが可能となる。また、キャリア周波数を低めに抑えることができるので、スイッチング素子の動作が間に合わなくなったり、スイッチングするための電力損失が増大して電力効率が低下したりするといった弊害を生じることがない。

上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、第２の変調信号が、第１の変調信号に対して、互いの位相が９０度よりも大きく（９０度は含まない）２７０度よりも小さい（２７０度は含まない）範囲で異なるようにしてもよい。

複数の変調信号の位相をこのような範囲で異ならせておけば、平滑フィルターを通過させた後の出力を一つにまとめたときに、それら出力に重畳しているリップル電流が互いに打ち消し合うようにすることができる。その結果、高い周波数帯域を有する駆動信号を印加する場合でも、パルス変調する際のキャリア周波数を低めに抑えつつ、リップル電流の少ない駆動信号を生成して、容量性負荷を適切に駆動することが可能となる。尚、変調信号の位相は、９０度から２７０度の範囲の中で特に１８０度異ならせた場合に、平滑フィルターを通過後の出力を一つにまとめたときのリップル電流を最も抑制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、第１の三角波信号と駆動波形信号とを比較することによって第１の変調信号を生成し、第１の三角波信号とは位相の異なる第２の三角波信号と駆動波形信号とを比較することによって第２の変調信号を生成することとしてもよい。

こうすれば、互いに位相の異なる第１の変調信号および第２の変調信号を簡単に生成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、第１の変調信号および第２の変調信号を次のようにして生成しても良い。先ず、駆動波形信号をパルス変調することによって第１の変調信号を生成する。また、駆動波形信号を反転した駆動波形反転信号を生成して、駆動波形反転信号をパルス変調することによって第２の変調信号をすることとしてもよい。

こうすれば、複数の三角波信号を用意せずとも、駆動波形信号と、駆動波形信号を反転して駆動波形反転信号とをパルス変調することで、第１の変調信号および第２の変調信号を簡単に生成することができる。

あるいは、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、第１の変調信号および第２の変調信号を次のようにして生成しても良い。先ず、駆動波形信号をパルス変調して第１の変調信号を生成する。次に、第１の変調信号を遅延させることによって、第２変調信号を生成する。

こうすれば、第１の変調信号を遅延させるだけで、第２の変調信号を簡単に生成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を、流体噴射装置に搭載しても良い。

流体噴射装置が液体を噴射するために容量性負荷に印加する駆動信号には、高い周波数帯域を含む駆動信号が用いられることが多い。従って、本発明の容量性負荷駆動回路を流体噴射装置に備えることで、パルス変調時のキャリア周波数を低く抑制しながら、リップル電流の少ない駆動信号を容量性負荷に印加して、液体を噴射することが可能となる。

本実施例の容量性負荷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、容量性負荷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。 第１実施例の容量性負荷駆動回路の詳細な構成を示した説明図である。 第１実施例の容量性負荷駆動回路が二つの復調信号を合成して駆動信号を生成する様子を示した説明図である。 第１実施例の他の態様の容量性負荷駆動回路の詳細な構成を示した説明図である。 第２実施例の容量性負荷駆動回路の詳細な構成を示した説明図である。 第２実施例の容量性負荷駆動回路が二つの復調信号を合成して駆動信号を生成する様子を示した説明図である。 第３実施例の容量性負荷駆動回路の詳細な構成を示した説明図である。 変形例の容量性負荷駆動回路の詳細な構成を示した説明図である。 変形例の他の態様の容量性負荷駆動回路の詳細な構成を示した説明図である。 圧電素子を用いて液体を噴射する流体噴射装置の大まかな構成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．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
Ａ−２．容量性負荷駆動回路の回路構成：
Ａ−３．容量性負荷駆動回路の動作：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：

Ａ．第１実施例 ：
Ａ−１．装置構成 ：
図１は、第１実施例の容量性負荷駆動回路２００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にインクを噴射することによって画像を印刷する。

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。

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を駆動するための容量性負荷駆動回路２００も搭載されている。プリンター制御回路５０は、容量性負荷駆動回路２００や、駆動機構３０、紙送り機構などが、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全体の動作を制御している。

図２は、プリンター制御回路５０の制御の下で、容量性負荷駆動回路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口１００が設けられている。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の上には圧電素子１０４が設けられており、圧電素子１０４に駆動信号（以下、ＣＯＭと略称する）を印加すると、圧電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からインクが噴射される。第１実施例では、圧電素子１０４が本発明の「容量性負荷」に該当する。

圧電素子１０４に印加するＣＯＭ（駆動信号）は、容量性負荷駆動回路２００によって生成され、ゲートユニット３００を介して圧電素子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、容量性負荷駆動回路２００から出力されたＣＯＭは、プリンター制御回路５０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、対応する圧電素子１０４に印加され、その噴射口１００からインクが噴射される。

Ａ−２．容量性負荷駆動回路の回路構成 ：
図３は、第１実施例の容量性負荷駆動回路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、容量性負荷駆動回路２００は、駆動波形信号出力回路２１０と、演算回路２２０と、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０と、第１のデジタル電力増幅器２５０および第２のデジタル電力増幅器２６０と、第１の平滑フィルター２７０および第２の平滑フィルター２８０と、補償回路２９０などによって構成されている。

このうちの駆動波形信号出力回路２１０は、波形メモリーとＤ／Ａコンバーターとから構成されている。波形メモリーは、圧電素子１０４（容量性負荷）を駆動するＣＯＭの元となる駆動波形信号（以下、ＷＣＯＭと略称する）のデータを記憶しており、このデータをＤ／Ａコンバーターでアナログ信号に変換してＷＣＯＭとして出力する。

演算回路２２０にはプラス入力端子とマイナス入力端子とが設けられており、プラス入力端子には駆動波形信号出力回路２１０からのＷＣＯＭが入力され、マイナス入力端子には、圧電素子１０４に印加したＣＯＭが位相補償された帰還信号（以下、ｄＣＯＭと略称する）が入力されている。そして演算回路２２０は、ＷＣＯＭとｄＣＯＭとの差分増幅を行って誤差信号（以下、ｄＷＣＯＭと略称する）を出力する。

ｄＷＣＯＭは、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０に入力される。第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０では、ｄＷＣＯＭがプラス入力端子に入力され、他方のマイナス入力端子には三角波信号Ｔｒｉ１（第１の三角波信号），Ｔｒｉ２（第２の三角波信号）が入力されて、それらの入力を比較することによってパルス幅変調を行う。ここで、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０では、三角波の繰り返し周波数（キャリア周波数）は同じであるが、位相が１８０度異なる三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２が使用される。尚、第１の変調回路２３０が出力する変調信号を、以下では第１の変調信号またはＭＣＯＭ１と略称し、第２の変調回路２４０が出力する変調信号を、以下では第２の変調信号またはＭＣＯＭ２と略称する。

第１の変調回路２３０から出力されたＭＣＯＭ１は、第１のデジタル電力増幅器２５０に入力される。第１のデジタル電力増幅器２５０は、プッシュ・プル接続された２つのスイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴなど）と、電源と、これらスイッチ素子を駆動するゲートドライバーとを備えている。ＭＣＯＭ１がＨｉｇｈ状態の場合は、ハイサイド側のスイッチ素子がＯＮ状態になり、ローサイド側のスイッチ素子がＯＦＦ状態になって、電源の電圧Ｖｄｄが、電力増幅変調信号として出力される。尚、第１のデジタル電力増幅器２５０から出力される電力増幅変調信号を、以下では第１の電力増幅変調信号またはＡＣＯＭ１と略称する。また、ＭＣＯＭ１がＬｏｗ状態の場合は、ハイサイド側のスイッチ素子がＯＦＦ状態になり、ローサイド側のスイッチ素子がＯＮ状態になってグランドの電圧がＡＣＯＭ１として出力される。

第２の変調回路２４０から出力されたＭＣＯＭ２についても同様に、第２のデジタル電力増幅器２６０で電力増幅されて電力増幅変調信号に変換される。尚、第２のデジタル電力増幅器２６０から出力される電力増幅変調信号を、以下では第２の電力増幅変調信号またはＡＣＯＭ２と略称する。すなわち、第２のデジタル電力増幅器２６０も、プッシュ・プル接続された２つのスイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴなど）と、電源と、これらスイッチ素子を駆動するゲートドライバーとを備えている。ＭＣＯＭ２がＨｉｇｈ状態の場合は、ＡＣＯＭ２として、電源の電圧Ｖｄｄが出力され、ＭＣＯＭ２がＬｏｗ状態の場合は、ＡＣＯＭ２としてグランドの電圧が出力される。こうして電力増幅されたＡＣＯＭ１，ＡＣＯＭ２は、第１の平滑フィルター２７０、第２の平滑フィルター２８０にそれぞれ入力される。

第１の平滑フィルター２７０は、コイル２７２とコンデンサー２７４とによって構成されている。また、第２の平滑フィルター２８０も、コイル２８２とコンデンサー２８４とによって構成されている。ここで、コイル２７２とコイル２８２とは、それぞれ同じインダクタンス値に設定されている。また、本実施例では、コンデンサー２７４とコンデンサー２８４とは、１つのコンデンサーが共用されている。

第１の平滑フィルター２７０は、第１のデジタル電力増幅器２５０からＡＣＯＭ１を復調し、第２の平滑フィルター２８０は、第２のデジタル電力増幅器２６０からのＡＣＯＭ２を復調し、それら復調後の信号を合成して、ＣＯＭ（駆動信号）として圧電素子１０４（容量性負荷）に印加する。尚、第１の平滑フィルター２７０が出力する復調信号を、以下では第１の復調信号またはＩＣＯＭ１と略称し、第２の平滑フィルター２８０が出力する復調信号を、以下では第２の復調信号またはＩＣＯＭ２と略称する。また、ＣＯＭは、コンデンサーと抵抗とによって構成される補償回路２９０によって位相進み補償が施された後、ｄＣＯＭとして演算回路２２０のマイナス端子に入力される。こうして、第１の平滑フィルター２７０からの復調信号ＩＣＯＭ１と第２の平滑フィルター２８０からの復調信号ＩＣＯＭ２とを合成してＣＯＭを生成することで、三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２のキャリア周波数を低く抑えながらも、高い周波数帯域を含むＣＯＭを生成することが可能となる。以下、この点を中心として第１実施例の容量性負荷駆動回路２００の動作について説明する。

Ａ−３．容量性負荷駆動回路の動作 ：
図４は、第１実施例の容量性負荷駆動回路２００が、二つの復調信号を合成してＣＯＭを生成する様子を示した説明図である。図４（ａ）には、第１の変調回路２３０、第１のデジタル電力増幅器２５０、第１の平滑フィルター２７０の動作が示されており、図４（ｂ）には、第２の変調回路２４０、第２のデジタル電力増幅器２６０、第２の平滑フィルター２８０の動作が示されている。更に、図４（ｃ）には、二つの復調信号が合成される様子が示されている。

図４（ａ）中に示した三角波信号Ｔｒｉ１と、図４（ｂ）中に示した三角波信号Ｔｒｉ２とを比較すれば明らかなように、それぞれの三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２は、位相が１８０度異なっている。このため、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０には同じｄＷＣＯＭが入力されるにも拘わらず、それぞれに得られるＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２は、位相が１８０度異なっている。ＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２は、それぞれ第１のデジタル電力増幅器２５０、第２のデジタル電力増幅器２６０で電力増幅されて、ＡＣＯＭ１，ＡＣＯＭ２に変換された後、コイル２７２、コイル２８２に入力される。

ここで、コイル２７２に流れる電流ＩＣＯＭ１は、ＡＣＯＭ１の電圧が高い値となる期間では次第に増加し、ＡＣＯＭ１の電圧が低い値となる期間では次第に低下するので、図４（ａ）の下段に示すようなリップル電流となる。ここでリップル電流とは、三角波信号Ｔｒｉ１（あるいはＴｒｉ２）のキャリア周波数で増減する電流成分を意味する。同様に、コイル２８２に流れる電流ＩＣＯＭ２は、図４（ｂ）の下段に示すようなリップル電流となる。圧電素子１０４（容量性負荷）に印加するＣＯＭに、このようなリップル電流が重畳すると、リップル電流によって圧電素子１０４が振動するため、適切に駆動することが困難となる。また、このリップル電流によって電力も消費されてしまう。更には、ＣＯＭを圧電素子１０４（容量性負荷）まで供給するためのケーブルから電磁波ノイズが放射されて、周囲の機器を誤動作させる恐れも生じる。

ところが、第１実施例の容量性負荷駆動回路２００では、位相が１８０度異なる三角波信号Ｔｒｉ１、Ｔｒｉ２を用いてパルス変調を行っているため、コイル２７２、コイル２８２を流れるリップル電流の位相も１８０度異なっている。その結果、コイル２７２を通した信号とコイル２８２を通した信号とを合成すると、それら信号に重畳していたリップル電流が互いに打ち消し合って、図４（ｃ）に実線で示すように、リップル電流を減少させることが可能となる。すなわち、たとえ第１のデジタル電力増幅器２５０の変調成分を第１の平滑フィルター２７０で十分に除去することができずにリップル電流が残ってしまっても、同様に第２のデジタル電力増幅器２６０の変調成分を第２の平滑フィルター２８０で十分に除去することができずにリップル電流が残ってしまっても、それら第１の平滑フィルター２７０および第２の平滑フィルター２８０の復調信号を合成することでリップル電流を減少させることができる。このため、必ずしも全ての変調成分（キャリア成分）を平滑フィルターで除去しなくても良いので、キャリア周波数を従来よりも低めの周波数に設定することが可能となる。加えて、ＣＯＭに重畳するリップル電流の減少は、そのまま高周波成分のノイズの減少を意味しているので、フィードバック制御における安定性を向上させることも可能となる。

また、上述した第１実施例では、第１の変調回路２３０と第２の変調回路２４０とは、互いに位相が１８０度異なる三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２を用いて、同じｄＷＣＯＭをパルス変調している。このためコイル２７２を通過した電流ＩＣＯＭ１に重畳するリップル電流と、コイル２８２を通過した電流ＩＣＯＭ２に重畳するリップル電流とは、位相が１８０度異なっているので、リップル電流が互いに効率よく打ち消し合うこととなって、効率よくリップル電流を低減することができる。

更に、第１のデジタル電力増幅器２５０と第２のデジタル電力増幅器２６０とは同じゲインで電力増幅を行い、コイル２７２とコイル２８２とは同じインダクタンス値に設定されている。このため、コイル２７２を通過した電流ＩＣＯＭ１のリップル電流と、コイル２８２を通過した電流ＩＣＯＭ２のリップル電流とが、互いに効率よく打ち消し合うこととなって、効率よくリップル電流を低減することが可能となる。

尚、上述した第１実施例では、三角波信号Ｔｒｉ１と三角波信号Ｔｒｉ２とは、位相が互いに１８０度異なるものとして説明した。しかし、三角波信号Ｔｒｉ１と三角波信号Ｔｒｉ２との位相差は必ずしも１８０度である必要はなく、９０度よりは大きく（９０度超過）、２７０度よりは小さい（２７０度未満）任意の位相差とすることも可能である。

また、上述した第１実施例では、圧電素子１０４に印加するＣＯＭを、補償回路２９０を介して演算回路２２０に負帰還させるものとして説明した。しかし、図５に例示したように、ＣＯＭを負帰還させない構成とすることも可能である。

Ｂ．第２実施例 ：
上述した第１実施例では、位相を異ならせた二つの三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２を用いてｄＷＣＯＭをパルス変調することで、二つの変調信号（ＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２）を生成するものとして説明した。しかし、一つの三角波信号Ｔｒｉを用いて二つの変調信号（ＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２）を生成することも可能である。以下では、このような第２実施例について説明する。尚、第２実施例においては、上述した第１実施例と同様な構成部分については第１実施例と同様の符番を付すこととして、詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施例の容量性負荷駆動回路２００の詳細な構成を示した説明図である。第２実施例の容量性負荷駆動回路２００は、図３を用いて前述した第１実施例に対して、ＷＣＯＭからＭＣＯＭ１およびＭＣＯＭ２を生成するための構成が異なっている。以下では、この相違点を中心として第２実施例の容量性負荷駆動回路２００について説明する。

図示されているように、第２実施例の容量性負荷駆動回路２００は、駆動波形信号出力回路２１０と、第１の演算回路２２０および第２の演算回路２２５と、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０と、第１のデジタル電力増幅器２５０および第２のデジタル電力増幅器２６０と、第１の平滑フィルター２７０および第２の平滑フィルター２８０と、補償回路２９０などによって構成されている。

第１の演算回路２２０のプラス入力端子には、駆動波形信号出力回路２１０からのＷＣＯＭが入力され、第１の演算回路２２０のマイナス入力端子には補償回路２９０からのｄＣＯＭが入力されている。また、第２の演算回路２２５のマイナス入力端子には、駆動波形信号出力回路２１０からのＷＣＯＭが入力され、第２の演算回路２２５のプラス入力端子には、ある一定の電圧Ｖｃおよび補償回路２９０からのｄＣＯＭが入力されている。そして、第１の演算回路２２０によって差分増幅された信号が、ｄＷＣＯＭ１として第１の変調回路２３０のプラス入力端子に入力され、第２の演算回路２２５によって差分増幅された信号が、ｄＷＣＯＭ２として第２の変調回路２４０のマイナス入力端子に入力されている。ここで、ｄＷＣＯＭ１とｄＷＣＯＭ２とは、お互いが中間の電圧に対して反転した波形となる。

また、第２実施例では、共通の三角波信号Ｔｒｉが、第１の変調回路２３０のマイナス入力端子および第２の変調回路２４０のプラス入力端子に入力されている。その結果、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０からは、それぞれパルス変調された信号（ＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２）が出力される。

こうして出力されたＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２は、前述した第１実施例と同様に、第１のデジタル電力増幅器２５０、第２のデジタル電力増幅器２６０で電力増幅されて、コイル２７２、コイル２８２を通した後に合成されて、ＣＯＭとして圧電素子１０４に印加される。

図７は、第２実施例の容量性負荷駆動回路２００が、二つの復調信号を合成してＣＯＭを生成する様子を示した説明図である。図７（ａ）には、第１の変調回路２３０、第１のデジタル電力増幅器２５０、第１の平滑フィルター２７０の動作が示されており、図７（ｂ）には、第２の変調回路２４０、第２のデジタル電力増幅器２６０、第２の平滑フィルター２８０の動作が示されている。更に、図７（ｃ）には、二つの復調信号が合成される様子が示されている。

第２実施例では、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０で同じ三角波信号Ｔｒｉを使用するが、第１の変調回路２３０で三角波信号Ｔｒｉと比較するｄＷＣＯＭ１と、第２の変調回路２４０で三角波信号Ｔｒｉとを比較するｄＷＣＯＭ２とは、中間電圧に対して反転した電圧値となっている。このため、第１の変調回路２３０から出力されるＭＣＯＭと、第２の変調回路２４０から出力されるＭＣＯＭ２とは、位相が１８０度異なった波形となる。従って、このようなＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２を、それぞれ第１のデジタル電力増幅器２５０、第２のデジタル電力増幅器２６０で電力増幅して、得られたＡＣＯＭ１，ＡＣＯＭ２をコイル２７２、コイル２８２に通すと、コイル２７２、コイル２８２に流れる電流ＩＣＯＭ１，ＩＣＯＭ２には、図７（ａ）および図７（ｂ）の下段に示したように、リップル電流が重畳した電流となる。

これらリップル電流は、位相が互いに１８０度異なっているので、コイル２７２に流れる電流ＩＣＯＭ１と、コイル２８２に流れる電流ＩＣＯＭ２とを合成してやれば、図７（ｃ）に示すように、互いのリップル電流が打ち消しあって、リップル電流を大きく減少させることが可能となる。

また、前述した第１実施例では、コイル２７２を通過する電流ＩＣＯＭ１に重畳するリップル電流と、コイル２８２を通過する電流ＩＣＯＭ２に重畳するリップル電流との位相を１８０度異ならせるために、位相が１８０度異なる三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２を使用した。これに対して上述した第２実施例では、ｄＷＣＯＭに対して反転した駆動波形反転信号を生成し、ｄＷＣＯＭと駆動波形反転信号とを同一の三角波信号Ｔｒｉと比較することによって、二つのコイル２７２，２８２を通過するリップル電流の位相を異ならせている。一般に、位相が１８０度異なる三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２を生成するよりも、ｄＷＣＯＭを反転させる方が容易であるため、第２実施例は第１実施例よりも容易に実現することが可能となる。

Ｃ．第３実施例 ：
上述した第１実施例および第２実施例では、ＷＣＯＭ、ｄＷＣＯＭなどはアナログ信号であり、ｄＣＯＭを負帰還させたｄＷＣＯＭをパルス変調する一連の処理はアナログ信号処理によって実現するものとして説明した。しかし、これらをデジタル信号処理によって実現しても良い。

図８は、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００の詳細な構成を示した説明図である。尚、第３実施例においても、前述した第１実施例と同様な構成部分については第１実施例と同様の符番を付すこととして、詳細な説明を省略する。第３実施例の容量性負荷駆動回路２００では、波形メモリーから直接ＷＣＯＭが読み出され、Ａ／Ｄコンバーターでデジタルデータに変換されたｄＣＯＭが負帰還されて、デジタルデータのｄＷＣＯＭが生成される。こうして生成されたｄＷＣＯＭは、第１の変調回路２３０、第２の変調回路２４０に入力される。第１の変調回路２３０では、デジタルデータの形態で供給された三角波信号Ｔｒｉ１とｄＷＣＯＭとを比較することによってＭＣＯＭ１を生成し、第２の変調回路２４０では、デジタルデータの形態で供給された三角波信号Ｔｒｉ２とｄＷＣＯＭとを比較することによってＭＣＯＭ２を生成する。こうしてＭＣＯＭ１．ＭＣＯＭ２を生成した後は、上述した第１実施例あるいは第２実施例の容量性負荷駆動回路２００と同様にしてＣＯＭを生成した後、圧電素子１０４に印加する。

第３実施例の容量性負荷駆動回路２００では、ＭＣＯＭ１、ＭＣＯＭ２を生成するまでの一連の処理が、すべてデジタル信号処理によって実現されている。このため、位相が正確に１８０度異なる三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２をデジタルデータの形態で用意しておけばよいので、容易にＣＯＭを生成することができる。

また、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００では、三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２をデジタルデータの形態で出力することができるので、三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２の位相差を自由に変更することができる。そこで、駆動する負荷の特性に応じて位相差を変更するようにしても良い。たとえば、駆動するノズル数（圧電素子１０４の個数）が多い場合には、負荷の容量成分が大きくなるので、三角波信号Ｔｒｉ１，Ｔｒｉ２の位相差を１８０度よりも小さくしてスルーレートを向上させる。逆に、駆動するノズル数（圧電素子１０４の個数）が少なく、負荷の容量成分が小さい場合には、位相差を１８０度に近づけて、ＣＯＭに重畳するリップル電流を小さくしてもよい。こうすれば容量成分に応じて、より適切に容量性負荷を駆動することが可能となる。

Ｄ．変形例 ：
上述した各種の実施例の容量性負荷駆動回路２００では、第１の変調回路２３０および第２の変調回路２４０の二つの変調回路を用いて、互いに位相の異なるＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２を生成するものとして説明した。しかし、次のように一つの変調回路２３０を用いて、互いに位相の異なるＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２を生成することも可能である。以下では、このような変形例について簡単に説明する。尚、以下の変形例においても、前述した第１実施例と同様な構成部分については、第１実施例と同様の符番を付すこととして、詳細な説明を省略する。

図９は、変形例の容量性負荷駆動回路２００の詳細な構成を示した説明図である。尚、変形例の容量性負荷駆動回路２００では、第３実施例と同様に、ｄＷＣＯＭがデジタルデータの形態で生成されて、デジタル信号処理によってＭＣＯＭ１およびＭＣＯＭ２が出力されるものとして説明しているが、前述した第１実施例と同様に、アナログ信号処理によってＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２を出力するようにしても良い。

図９に示されるように、変形例の容量性負荷駆動回路２００では、変調回路２３０は一つしか設けられていない。この変調回路２３０のプラス入力端子にｄＷＣＯＭが入力され、マイナス入力端子に入力された三角波信号Ｔｒｉと比較することによって、ＭＣＯＭ１が生成される。こうして生成されたＭＣＯＭ１は、第１のデジタル電力増幅器２５０で電力増幅されてＡＣＯＭ１が出力される。また、変調回路２３０から出力されたＭＣＯＭ１は、遅延回路２３５に入力される。遅延回路２３５では、三角波信号Ｔｒｉの一周期よりも短い時間だけ、入力された波形が遅延された後、ＭＣＯＭ２として第２のデジタル電力増幅器２６０に入力される。

このようにしてＭＣＯＭ１を遅延させることによっても、位相が異なるＭＣＯＭ２を生成することができる。そして、これらＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２を電力増幅して得られたＡＣＯＭ１，ＡＣＯＭ２をコイル２７２およびコイル２８２を通して合成することにより、リップルの少ないＣＯＭを得ることができる。また、遅延回路２３５の遅延時間を、三角波信号Ｔｒｉの半周期に設定すれば、ＭＣＯＭ２の位相をＭＣＯＭ１に対して１８０度遅らせることができるので、リップルを最も抑制することが可能となる。

尚、上述した変形例では、パルス変調して得られたＭＣＯＭ１を遅延させることによって、ＭＣＯＭ２を生成するものとして説明した。しかし、それぞれが持っている駆動波形情報も遅延してしまう為、生成される駆動波形信号の精度が低下する恐れがある。そこで、ｄＷＣＯＭ１を遅延させ、ｄＷＣＯＭ１に対して位相の異なるｄＷＣＯＭ２を生成し、ｄＷＣＯＭ１およびｄＷＣＯＭ２を共通の三角波信号Ｔｒｉを用いてそれぞれパルス変調しＭＣＯＭ１及びＭＣＯＭ２を生成した後に、同じ遅延時間でＭＣＯＭ１を遅延させることによって、互いに位相の異なるＭＣＯＭ１，ＭＣＯＭ２を生成するようにすれば、第１実施例で説明したそれぞれ位相を異ならせた複数の三角波信号や、第２実施例で説明した駆動波形信号ＷＣＯＭを反転させるための演算回路を用いることなく、上述したような駆動波形情報の位相も揃うため、生成される駆動波形信号の精度が低下することを防ぐことが可能となる。

図１０には、このような変形例の他の態様の容量性負荷駆動回路２００の詳細な構成が示されている。尚、変形例の他の態様の容量性負荷駆動回路２００においても、前述した第３実施例あるいは変形例と同様に、ｄＷＣＯＭ１，ｄＷＣＯＭ２がデジタルデータの形態で生成されるものとしているが、前述した第１実施例と同様にｄＷＣＯＭ１、ｄＷＣＯＭ２をアナログデータとして生成しても良い。

また、上述した各種の実施例あるいは変形例では、容量性負荷が噴射ヘッド２４内の圧電素子１０４であるものとして説明した。しかし、駆動する容量性負荷は噴射ヘッド２４内の圧電素子１０４に限られるものではない。たとえば、圧電素子を用いて液体を噴射する流体噴射装置を駆動する場合にも、上述した各種の容量性負荷駆動回路２００を好適に適用することができる。

図１１は、圧電素子を用いて液体を噴射する流体噴射装置７０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流体噴射装置７０は、大きく分けると、流体をパルス状に噴射する噴射ユニット８０と、噴射ユニット８０から噴射される流体を噴射ユニット８０に向けて供給する流体供給手段９０と、噴射ユニット８０および流体供給手段９０の動作を制御する制御ユニット７５などから構成されている。

噴射ユニット８０は、金属製で略長方形形状の第２ケース８３に、同じく金属製の第１ケース８４を重ねてネジ止めしたような構造となっており、第２ケース８３の前面には円管形状の流体噴射管８２が立設され、流体噴射管８２の先端にはノズル８１が挿着されている。第２ケース８３と第１ケース８４との合わせ面には、薄い円板形状の流体室８５が設けられており、流体室８５は、流体噴射管８２を介してノズル８１に接続されている。また、第１ケース８４の内部には、アクチュエーターとしての圧電素子８６が設けられており、圧電素子８６を駆動することによって、流体室８５を変形させて、流体室８５の容積を変化させることが可能となっている。

流体供給手段９０は、噴射しようとする流体（水、生理食塩水、薬液など）が貯められた流体容器９３から、第１接続チューブ９１を介して流体を吸い上げた後、第２接続チューブ９２を介して噴射ユニット８０の流体室８５内に供給する。流体供給手段９０の動作は、制御ユニット７５によって制御されている。更に、制御ユニット７５には容量性負荷駆動回路２００が内蔵されており、この容量性負荷駆動回路２００が生成した駆動信号（ＣＯＭ）を供給して圧電素子８６を駆動することによって、噴射ユニット８０のノズル８１から流体をパルス状に噴射する。

このような流体噴射装置７０においても、ＣＯＭは高い周波数成分を含んだ波形となる。従って、上述した各種の実施例あるいは変形例の容量性負荷駆動回路２００を用いてＣＯＭを用いて生成すれば、キャリア周波数をむやみに高くしなくても、リップルが抑制された精度の良いＣＯＭを用いて圧電素子８６を駆動することが可能となる。

以上、各種の実施例および変形例の容量性負荷駆動回路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、薬剤や栄養剤を内包するマイクロカプセルを形成することに用いる流体噴射装置など、医療機器を含む様々な電子機器に本実施例の容量性負荷駆動回路を適用することで、電力効率が良く小型化の電子機器を提供することができる。

１０…インクジェットプリンター、 ２０…キャリッジ、 ２２…キャリッジケース、
２４…噴射ヘッド、 ２６…インクカートリッジ、 ３０…駆動機構、
３２…タイミングベルト、 ３４…ステップモータ、 ４０…プラテンローラー、
５０…プリンター制御回路、 ７０…流体噴射装置、 ７５…制御ユニット、
８０…噴射ユニット、 ８１…ノズル、 ８２…流体噴射管、
８３…第２ケース、 ８４…第１ケース、 ８５…流体室、
８６…圧電素子、 ９０…流体供給手段、 ９１…第１接続チューブ、
９２…第２接続チューブ、 ９３…流体容器、 １００…噴射口、
１０２…インク室、 １０４…圧電素子、 ２００…容量性負荷駆動回路、
２１０…駆動波形信号出力回路、 ２２０…第１の演算回路、
２２５…第２の演算回路、 ２３０…第１の変調回路、 ２３５…遅延回路、
２４０…第２の変調回路、 ２５０…第１のデジタル電力増幅器、
２６０…第２のデジタル電力増幅器、 ２７０…第１の平滑フィルター、
２７２…コイル、 ２７４…コンデンサー、 ２８０…第２の平滑フィルター、
２８２…コイル、 ２８４…コンデンサー、 ２９０…補償回路、
３００…ゲートユニット、 ３０２…ゲート素子

Claims (6)

1. 容量性負荷に所定の駆動信号を印加することによって該容量性負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
   前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を出力する駆動波形信号出力回路と、
   前記駆動波形信号出力回路から出力された前記駆動波形信号が入力され、前記駆動波形信号をパルス変調することによって、第１の変調信号および前記第１の変調信号とは位相の異なる第２の変調信号を生成する変調回路と、
   前記第１の変調信号を電力増幅することによって、第１の電力増幅変調信号を生成する第１のデジタル電力増幅器と、
   前記第２の変調信号を電力増幅することによって、第２の電力増幅変調信号を生成する第２のデジタル電力増幅器と、
   前記第１の電力増幅変調信号を平滑化することによって、第１の復調信号を生成する第１の平滑フィルターと、
   前記第２の電力増幅変調信号を平滑化することによって、第２の復調信号を生成する第２の平滑フィルターと、を備え、
   前記第１の復調信号と前記第２の復調信号とを重ね合わせるように合成して、前記容量性負荷に前記駆動信号として印加することを特徴とする容量性負荷駆動回路。
2. 前記第２の変調信号は、前記第１の変調信号に対して位相が９０度よりも大きく２７０度よりも小さい範囲で異なることを特徴とする請求項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、
   前記変調回路は、前記駆動波形信号を第１の三角波信号と比較することによって、前記第１の変調信号を生成し、かつ、前記駆動波形信号を前記第１の三角波信号とは位相の異なる第２の三角波信号と比較することによって、前記第２の変調信号を生成することを特徴とする容量性負荷駆動回路。
4. 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、
   前記変調回路は、前記駆動波形信号をパルス変調することによって、前記第１の変調信号を生成し、かつ、前記駆動波形信号を反転した駆動波形反転信号を生成して、該駆動波形反転信号をパルス変調することによって、前記第２の変調信号を生成することを特徴とする容量性負荷駆動回路。
5. 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、
   前記変調回路は、前記駆動波形信号をパルス変調して生成した前記第１の変調信号を遅延させて、前記第２の変調信号を生成することを特徴とする容量性負荷駆動回路。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路を備えた流体噴射装置。

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