JP5764917B2 - 容量性負荷駆動回路、配線及び液体噴射装置 - 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用い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のように、圧電素子などの容量性負荷によって構成されて、駆動信号が印加されることによって動作するアクチュエーターは数多く存在する。この駆動信号を、アナログ増幅回路を用いて生成しようとすると、アナログ増幅回路内を大きな電流が流れるために大きな電力が消費される。その結果、電力効率が低下するだけでなく、回路基板が大きくなり、更には、消費された電力が熱に変わるので大きな放熱板が必要になって、ますます基板が大型化する。

そこで、アナログの駆動信号を直接増幅するのではなく、駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調して変調信号に一旦変換し、得られた変調信号を増幅した後に平滑フィルターを通すことによって、増幅された駆動信号を得るようにした技術が提案されている（特許文献１）。変調信号の増幅は、スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるだけで実現することが可能である。更に、平滑フィルターは、コイルとコンデンサーとを組み合わせたＬＣ回路を用いて実現できるので、原理的には電力を消費することがない。このため提案の技術によれば、大きな電力を消費することなく駆動信号を生成することが可能であり、回路基板を小型化することが可能である。

この提案の技術は、ＬＣ回路で平滑フィルターを構成しているため、ＬＣ回路の共振周波数でゲインにピークが現れる。通常は、電気負荷が有する抵抗値によって、あるいは別途にダンピング抵抗を挿入することによって出力ピークを抑制するが、この方法では抵抗によって電力消費が発生する。そこで、出力段からのフィードバックを行って、出力ピークを抑制することが提案されている（特許文献２）。また、平滑フィルターを通った信号は位相が最大で１８０度まで遅れるので、出力段の信号でそのままフィードバックをかけると出力が発振する恐れがある。そこで、出力段の信号に位相進み補償をかけてからフィードバックすることが行われる。

また、出力段からの信号をフィードバックする際に、平滑フィルターから容量性負荷までの配線が有する抵抗によって駆動信号の波形がなまる（波形の電圧変化がなだらかになる）ことを抑制するために、配線抵抗を考慮してフィードバックをかける技術（特許文献３）や、消費電力を抑制する目的で、パルス変調する際のキャリア周波数を駆動信号の波形に応じて切り換える技術（特許文献４）なども提案されている。

特開２００７−１６８１７２号公報 特開２００９−１５３２７２号公報 特開２００５−３２９７１０号公報 特開２００７−１９０７０８号公報

しかし、上述した特許文献１〜特許文献４を初めとする従来の技術では、平滑フィルターで除去している筈のキャリア周波数のリップル（キャリアリップル）が駆動信号に重畳する場合があるという問題があった。そのため、容量性負荷であるアクチュエーターを適切に駆動できなくなるという問題があった。

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、平滑フィルター後の駆動信号にキャリア周波数のリップルが重畳することを回避可能な技術を提供することを目的とする。

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、
容量性負荷に対して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発生する駆動波形信号発生回路と、
前記容量性負荷に印加された駆動信号を用いて生成された帰還信号を、前記駆動波形信号から減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、
前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅してパルス波状の電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、
前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を前記帰還信号として出力する位相進み補償回路と、
前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続し、取り替え可能に設けられた配線と
を備え、
前記配線には、前記駆動信号のキャリアリップルの振幅を所定値以下に抑制することに用いる補助コンデンサーが設けられていることを要旨とする。

こうした本発明の容量性負荷駆動回路においては、容量性負荷に印加すべき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変調信号を生成し、得られた変調信号を電力増幅した後に平滑化することによって、駆動信号を生成する。こうして容量性負荷に印加された駆動信号に対して位相進み補償を行って帰還信号を生成し、駆動波形信号に負帰還させる。平滑フィルターと容量性負荷とは、取り替え可能な配線によって接続されており、平滑フィルターから出力された駆動信号は、配線を経由して容量性負荷に印加される。ここで配線には、駆動信号のキャリアリップルの振幅を所定値以下に抑制するための補助コンデンサーが設けられている。

こうすれば、駆動信号の基準となる駆動波形信号に対して、容量性負荷に印加された駆動信号を負帰還させるので、平滑フィルターの共振の影響で駆動信号が歪んでしまうことを抑制することができる。また、駆動信号を負帰還させるに際しては、位相を進ませる補償（位相進み補償）を行ってから負帰還させているので、平滑フィルターによって位相が遅れた駆動信号を負帰還させることによって駆動信号の出力が不安定になってしまうこともない。更に、詳細には後述するが、平滑フィルターを通過した後の駆動信号にキャリアリップルが重畳する現象は、配線が有する誘導成分と容量性負荷との間の共振周波数がキャリア周波数に接近（あるいは一致）することに起因する。従って、配線に補助コンデンサーを設ければ、配線が有する誘導成分と容量性負荷との間の共振周波数をキャリア周波数からずらすことができるので、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避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、容量性負荷に対して並列に、補助コンデンサーを設けるようにしてもよい。

こうすれば、容量性負荷の容量成分の大きさが、あたかも補助コンデンサーの分だけ大きくなったのと同じ状態にすることができる。その結果、配線の誘導成分と容量性負荷との間の共振周波数をキャリア周波数からずらすことが可能となり、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。

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、配線に対して並列に、補助コンデンサーを設けるようにしても良い。

このようにしても、配線の誘導成分と容量性負荷との間の共振周波数をキャリア周波数からずらすことができる。その結果、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避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と、液体を供給する供給ポンプと、
前記供給ポンプから供給された液体が流入する液体室と、前記容量性負荷であるアクチュエーターと、前記液体室に流入された液体を噴射する噴射ノズルとを有する噴射ユニットと、
を備え、
前記駆動信号が前記アクチュエーターに印加されることによって、前記液体室に流入された液体が前記噴射ノズルからパルス状に噴射される、
液体噴射装置においても、適用できる。

本発明の容量性負荷駆動回路を液体噴射装置に備えることで、ケーブルの長さが異なる液体噴射装置に切換えるときにおいても、配線の誘導成分と容量性負荷との間の共振周波数をキャリア周波数からずらし、キャリアリップルが重畳することを回避することができるため、アクチュエーターを意図した駆動信号で駆動することができる。

本実施例の容量性負荷駆動回路を搭載した液体噴射装置の構成を示した説明図である。 本実施例の容量性負荷駆動回路の回路構成を示した説明図である。 配線ケーブルが有する誘導成分（および抵抗成分）の影響でキャリアリップルが発生するメカニズム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一部を示した回路図である。 第１実施例の容量性負荷駆動回路で駆動信号の重畳するキャリアリップルを抑制可能な理由を示す説明図である。 第２実施例の容量性負荷駆動回路の一部を示した回路図である。 第２実施例の容量性負荷駆動回路で駆動信号の重畳するキャリアリップルを抑制可能な理由を示す説明図である。

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．容量性負荷駆動回路の回路構成：
Ｃ．キャリアリップルが発生するメカニズム：
Ｄ．第１実施例の容量性負荷駆動回路：
Ｅ．第２実施例の容量性負荷駆動回路：

Ａ．装置構成 ：
図１は、本実施例の容量性負荷駆動回路２００を搭載した液体噴射装置１００の構成を示した説明図である。図示されているように液体噴射装置１００は、大きく分けると、液体を噴射する噴射ユニット１１０と、噴射ユニット１１０から噴射される液体を噴射ユニット１１０に向けて供給する供給ポンプ１２０と、噴射ユニット１１０および供給ポンプ１２０の動作を制御する制御ユニット１３０などから構成されている。液体噴射装置１００は、パルス状の液体を噴射ユニット１１０から噴射することによって、生体組織を切除または切開することに使用する手術具としてのウォータージェットメスの一例である。

噴射ユニット１１０は、金属製のフロントブロック１１３に、同じく金属製のリアブロック１１４を重ねてネジ止めした構造となっており、フロントブロック１１３の前面には円管形状の液体通路管１１２が立設され、液体通路管１１２の先端には噴射ノズル１１１が挿着されている。フロントブロック１１３とリアブロック１１４との合わせ面には、薄い円板形状の液体室１１５が形成されており、液体室１１５は、液体通路管１１２を介して噴射ノズル１１１に接続されている。また、リアブロック１１４の内部には、積層型の圧電素子によって構成されたアクチュエーター１１６が設けられている。噴射ユニット１１０と制御ユニット１３０とは配線ケーブル１５０によって接続されており、制御ユニット１３０内の容量性負荷駆動回路２００からは、配線ケーブル１５０を介して駆動信号がアクチュエーター１１６に供給される。また、配線ケーブル１５０の一端側はコネクター１５２によって噴射ユニット１１０に取り付けられ、配線ケーブル１５０の他端側はコネクター１５４によって制御ユニット１３０に取り付けられている。このため、配線ケーブル１５０は、長さや特性の異なる種々の配線ケーブル１５０に取り替えることが可能となっている。尚、この配線ケーブル１５０が、本発明における「配線」に対応し、アクチュエーター１１６が、本発明における「容量性負荷」に対応する。

供給ポンプ１２０は、噴射しようとする液体（水、生理食塩水、薬液など）が貯められた液体タンク１２３から、チューブ１２１を介して液体を吸い上げた後、チューブ１２２を介して噴射ユニット１１０の液体室１１５内に供給する。このため、液体室１１５は液体で満たされた状態となっている。

そして、制御ユニット１３０から駆動信号をアクチュエーター１１６に印加すると、アクチュエーター１１６が伸張して液体室１１５が押し縮められ、その結果、液体室１１５内に充満していた液体が、噴射ノズル１１１からパルス状に噴射される。アクチュエーター１１６の伸張量は、駆動信号として印加される電圧に依存する。従って、所望の特性のパルス状の液体を噴射するためには、精度の良い駆動信号をアクチュエーター１１６に印加する必要がある。そこで、このような駆動信号を生成するために、制御ユニット１３０内には、以下に説明するような容量性負荷駆動回路２００が搭載されている。

Ｂ．容量性負荷駆動回路の回路構成 ：
図２は、制御ユニット１３０に搭載された容量性負荷駆動回路２００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容量性負荷駆動回路２００は、駆動信号の基準となる駆動波形信号（以下、ＷＣＯＭ）を出力する駆動波形信号発生回路２１０と、駆動波形信号発生回路２１０から受け取ったＷＣＯＭと後述する帰還信号（以下、ｄＣＯＭ）とに基づいて誤差信号（以下、ｄＷＣＯＭ）を出力する演算回路２２０と、演算回路２２０からのｄＷＣＯＭをパルス変調して変調信号（以下、ＭＣＯＭ）に変換する変調回路２３０と、変調回路２３０からのＭＣＯＭをデジタル的に電力増幅して電力増幅変調信号（以下、ＡＣＯＭ）を生成するデジタル電力増幅器２４０と、デジタル電力増幅器２４０からＡＣＯＭを受け取って変調成分を取り除いた後、駆動信号（以下、ＣＯＭ）として噴射ユニット１１０のアクチュエーター１１６に供給する平滑フィルター２５０と、平滑フィルター２５０から出力されたＣＯＭに対して位相を進ませる補償（位相進み補償）を加えて、ｄＣＯＭ（帰還信号）を生成する位相進み補償回路２６０とを備えている。

このうち、駆動波形信号発生回路２１０は、ＷＣＯＭのデータを記憶した波形メモリーや、Ｄ／Ａ変換器を備えており、波形メモリーから読み出したデータをＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換することによって、ＷＣＯＭ（駆動波形信号）を生成する。演算回路２２０では、こうして出力されたＷＣＯＭからｄＣＯＭを減算した信号を、ｄＷＣＯＭ（誤差信号）として出力する。また逆に、駆動波形信号発生回路２１０は、ＷＣＯＭのデータを記憶した波形メモリーからデジタルデータとしてＷＣＯＭ（駆動波形信号）を読出し、Ａ／Ｄ変換器でｄＣＯＭをデジタルデータとした後、信号処理回路を用いて演算回路２２０でＷＣＯＭからｄＣＯＭをデジタル演算により減算し、ｄＷＣＯＭ（誤差信号）をデジタルデータとして生成する構成としてもよい。その場合、変調回路２３０は前記信号処理回路を用いてデジタル回路で構成し、ｄＷＣＯＭをデジタルデータのまま取り扱うようにする。

変調回路２３０では、ｄＷＣＯＭを一定周期の三角波と比較することによって、パルス波状のＭＣＯＭ（変調信号）を生成（パルス変調）する。変調回路２３０によって生成されたＭＣＯＭは、デジタル電力増幅器２４０に入力される。デジタル電力増幅器２４０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。ＭＣＯＭ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ＡＣＯＭとして出力される。また、ＭＣＯＭ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ＡＣＯＭとして出力される。その結果、変調回路２３０の動作電圧とグランドとの間でパルス波状に変化するＭＣＯＭが、電源の電圧Ｖｄｄとグランドとの間でパルス波状に変化するＡＣＯＭに電力増幅される。この増幅では、プッシュ・プル接続された２つのスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦを切り換えているだけなので、アナログ波形を増幅する場合に比べて電力損失を大幅に抑制することが可能である。その結果、電力効率を向上させることが可能となるだけでなく、放熱のために大きなヒートシンクを設ける必要もなくなるので、回路を小型化することも可能となる。

こうして電力増幅されたＡＣＯＭ（電力増幅変調信号）は、ＬＣ回路によって構成される平滑フィルター２５０を通すことによってＣＯＭ（駆動信号）に変換され、配線ケーブル１５０を介してアクチュエーター１１６に印加される。また、ＣＯＭは演算回路２２０に負帰還されるが、平滑フィルター２５０を通過することによって、ＣＯＭはＷＣＯＭに対して位相が遅れている。そこで、ＣＯＭを単純に負帰還させるのではなく、コンデンサーと抵抗とによって構成された位相進み補償回路２６０を通して位相を進ませる補償（位相進み補償）を行い、得られた信号をｄＣＯＭとして演算回路２２０に負帰還させるようになっている。

ここで、配線ケーブル１５０も誘導成分および抵抗成分を有している。従って、この影響で、平滑フィルター２５０から出力されたＣＯＭと、実際にアクチュエーター１１６に印加される信号（以下、ＲＣＯＭ）との間には、何某かのズレが生じているものと思われる。実際に検討してみると、配線ケーブル１５０の誘導成分（および抵抗成分）の影響で、実際にアクチュエーター１１６に印加されるＲＣＯＭにキャリアリップルが重畳し得ることが見いだされた。ここでキャリアリップルとは、アクチュエーター１１６に印加されるＲＣＯＭに含まれる、パルス変調に用いるキャリア信号（三角波信号）の信号成分を意味する。以下、この点について詳しく説明する。

Ｃ．キャリアリップルが発生するメカニズム ：
図３は、配線ケーブル１５０が有する誘導成分（および抵抗成分）の影響でキャリアリップルが発生するメカニズムを示した説明図である。図３（ａ）には、ＡＣＯＭからＲＣＯＭまでの回路構成が示されている。平滑フィルター２５０のコイルのインダクタンスをＬlpf とし、平滑フィルター２５０の容量成分のキャパシタンスをＣlpf とする。同様に、片側の配線が有する抵抗値およびインダクタンスを、Ｒc 、Ｌc とする。更に、容量性負荷のキャパシタンスをＣloadとする。

また便宜上、平滑フィルター２５０のコイルの伝達関数をＺ1 とおき、配線ケーブル１５０の往き側（平滑フィルター２５０からアクチュエーター１１６へ送る側）の伝達関数をＺa とおき、アクチュエーター１１６に配線ケーブル１５０の戻り側（アクチュエーター１１６から容量性負荷駆動回路２００のグランドへ戻す側）を加えた部分の伝達関数をＺb とおくと、Ｚ1 、Ｚa 、Ｚb はそれぞれ以下の式で与えられる。
Ｚ1 ＝ｓ・Ｌlpf
Ｚa ＝Ｒc ＋ｓ・Ｌc
Ｚb ＝１／（ｓ・Ｃload）＋（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）
また、図３（ａ）に示した回路構成の中で、平滑フィルター２５０のコイルに直列に接続された伝達要素（配線ケーブル１５０の往復部分とアクチュエーター１１６と平滑フィルター２５０の容量成分）の伝達関数Ｚ2 は、次式で与えられる。
Ｚ2 ＝｛１／（ｓ・Ｃlpf ）｝//｛２（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）＋１／（ｓ・Ｃload）｝
但し、ｓはラプラス演算子で、虚数単位ｊに角周波数ωをかけたものである。また//は、並列接続の合成インピーダンスを表す並列合成記号である。
すると、ＣＯＭとＲＣＯＭとの間の伝達関数Ｈ1 は、図３（ｂ）の式で与えられる。

図３（ｃ）には、伝達関数Ｈ1 のゲイン-周波数特性の一例が示されている。尚、図３（ｃ）では、配線ケーブル１５０の単位長あたりの抵抗（＝２×Ｒc ）を、数百ミリΩ程度とし、単位長あたりのインダクタンス（＝２×Ｌc ）を数μＨ程度と想定して、種々の配線長で得られるゲイン−周波数特性を例示している。

図３（ｃ）中に示した破線は、配線ケーブル１５０の長さが２［ｍ（メートル）］の場合のゲイン−周波数特性であり、一点鎖線は長さが１［ｍ］の場合のゲイン−周波数特性であり、二点鎖線は０．５［ｍ］の場合のゲイン−周波数特性である。また、実線は、配線ケーブル１５０なしの場合のゲイン−周波数特性を表している。図示されるように、配線ケーブル１５０を介してアクチュエーター１１６（容量性負荷）を接続すると、平滑フィルター２５０の共振周波数ｆ0 よりも高周波数側に、配線ケーブル１５０のインダクタンスと容量性負荷とによる共振が発生する。また、配線ケーブル１５０の長さを変更すると配線ケーブル１５０のインダクタンス値が変化するので、共振周波数ｆc が変化する。従って、接続する配線ケーブル１５０の長さによっては、パルス変調時のキャリア周波数に共振ピークが接近（あるいは一致）して、アクチュエーター１１６に印加する駆動信号に非常に大きなキャリアリップルが残ってしまう場合が起こり得る。

たとえば、デジタル電力増幅器２４０の電源電圧を１００Ｖとし、平滑フィルター２５０とアクチュエーター１１６とを繋ぐ配線ケーブル１５０は、０．５［ｍ］〜２［ｍ］までの間で種々の長さのものが接続されるものとする。仮に、配線ケーブル１５０のインダクタンスが０であったとすると（ケーブル長が０［ｍ］の場合に相当）、図３（ｃ）に示した実線のゲイン−周波数特性に示されるように、キャリア周波数ｆc におけるゲインは−４０ｄｂであり、駆動信号に残るキャリアリップルは１Ｖppとなる。しかし、配線ケーブル１５０のケーブル長が０．５［ｍ］の場合には、キャリア周波数ｆc におけるゲインは−４０ｄｂとなり、ケーブル長が１［ｍ］の場合は−２０ｄｂとなり、ケーブル長が２［ｍ］の場合は−４５ｄｂとなる。駆動信号に残るキャリアリップルは、それぞれ１Ｖpp、１０Ｖpp、０．５６Ｖppとなる。デジタル電力増幅器２４０によって増幅されたＡＣＯＭを、平滑フィルター２５０を通して平滑化しているにも拘わらず、駆動信号にキャリアリップルが重畳することがあるのは、以上のようなメカニズムによるものと考えられる。

キャリアリップルが重畳していたのではアクチュエーター１１６を適切に駆動することができない。しかし、配線中にダンピング抵抗を挿入したのでは、抵抗で電力を消費してしまうので電力効率が低下する。また、キャリアリップルの周波数成分が更に抑制されるように平滑フィルター２５０の特性を変更すると、平滑フィルター２５０の共振周波数ｆ0 が低くなるので信号周波数の帯域が確保できなくなる。逆に、パルス変調時のキャリア周波数を高くすればキャリアリップルを抑制することができるが、パルス変調時あるいは変調信号の増幅時のスイッチング損失の増加を招くことになる。そこで、こうした問題を伴うことなく、キャリアリップルの無い駆動信号をアクチュエーター１１６に印加するために、以下のような方法を採用する。

Ｄ．第１実施例の容量性負荷駆動回路 ：
図４は、第１実施例の容量性負荷駆動回路２００の一部を示した回路図である。第１実施例では、配線ケーブル１５０が２本の線心を有しており、それぞれの線心は、抵抗成分（Ｒc ）、インダクタンス（Ｌc ）を有している。尚、図４では、１つの線心についての抵抗成分（Ｒc ）およびインダクタンス（Ｌc ）にのみ符号を付し、他の線心の抵抗成分やインダクタンスについては符号の表示を省略している。

第１実施例では、平滑フィルター２５０とアクチュエーター１１６とを接続する配線ケーブル１５０に、アクチュエーター１１６と並列となるように補助コンデンサーＣasが設けられている。配線ケーブル１５０のケーブル長に応じて補助コンデンサーＣasを設けて、その補助コンデンサーＣasのキャパシタンスを調整する。こうすれば、以下の理由から、平滑フィルター２５０を通った後の駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。

図５（ａ）は、配線ケーブル１５０に補助コンデンサーＣasが設けられている場合のＡＣＯＭからＲＣＯＭまでの回路構成が示されている。図示されるように、補助コンデンサーＣasは、アクチュエーター１１６に対して並列に接続されている。図５（ａ）においても、平滑フィルター２５０のコイルの伝達関数をＺ1 とおき、配線ケーブル１５０の往き側（平滑フィルター２５０からアクチュエーター１１６へ送る側）の伝達関数をＺa とおく。また、アクチュエーター１１６および補助コンデンサーＣasに配線ケーブル１５０の戻り側（アクチュエーター１１６から容量性負荷駆動回路２００のグランドへ戻す側）を加えた部分の伝達関数をＺb とおく。すると、Ｚ1 、Ｚa 、Ｚb はそれぞれ以下の式で与えられる。
Ｚ1 ＝ｓ・Ｌlpf
Ｚa ＝Ｒc ＋ｓ・Ｌc
Ｚb ＝１／（ｓ・（Ｃload＋Ｃas））＋（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）
また、図５（ａ）に示した回路構成の中で、平滑フィルター２５０のコイルに直列に接続された伝達要素（配線ケーブル１５０の往復部分とアクチュエーター１１６と補助コンデンサーＣasと平滑フィルター２５０の容量成分）の伝達関数Ｚ2 は、次式で与えられる。
Ｚ2 ＝｛１／（ｓ・Ｃlpf ）｝//｛２（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）＋１／（ｓ・（Ｃload＋Ｃas））｝
但し、ｓはラプラス演算子で、虚数単位ｊに角周波数ωをかけたものである。また//は、並列接続の合成インピーダンスを表す並列合成記号である。
すると、ＡＣＯＭとＲＣＯＭとの間の伝達関数Ｈ2 は、図５（ｂ）の式で与えられる。

図５（ｃ）には、伝達関数Ｈ2 のゲイン-周波数特性が示されている。図中の実線は補助コンデンサーＣasがない場合のゲイン−周波数特性であり、破線は補助コンデンサーＣasがある場合のゲイン−周波数特性である。図示されるように、仮に、配線ケーブル１５０の共振ピークが現れる周波数がキャリア周波数ｆc と一致（あるいは接近）した場合でも、配線ケーブル１５０に補助コンデンサーＣasを設けることで、共振ピークが現れる周波数をｄｆだけ低くすることができる。また、補助コンデンサーＣasの容量値は、共振ピークをキャリア周波数ｆc からずらす程度の小さな容量値でよい。このため、数Ω程度のダンピング抵抗を挿入する場合に対して、消費電力はほとんど変わらない。

加えて、共振ピークをずらす必要があるか否か、ずらす場合にはどの程度ずらすかと言ったことは、配線ケーブル１５０毎に決まっている。従って、配線ケーブル１５０毎に、適切な容量値の補助コンデンサーＣasが、配線ケーブル１５０に一体化した状態で設けられている。もちろん、共振ピークがキャリア周波数ｆc から十分に離れているような配線ケーブル１５０については、補助コンデンサーＣasを設ける必要はない。このようにすることで、どのような配線ケーブル１５０が接続された場合でも、アクチュエーター１１６に印加される駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。

Ｅ．第２実施例の容量性負荷駆動回路 ：
以上に説明した第１実施例では、アクチュエーター１１６に並列に補助コンデンサーＣasを設けるものとして説明した。しかし、配線ケーブル１５０に並列に補助コンデンサーを設けるようにしても良い。以下に第２実施例について説明するが、第２実施例の説明にあたっては、第１実施例と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６は、第２実施例の容量性負荷駆動回路２００の一部を示した回路図である。第２実施例では、配線ケーブル１５０に並列に補助コンデンサーＣas2 が設けられている。第２実施例の配線ケーブル１５０は、４つの線心によって構成されている。１本目は平滑フィルター２５０とアクチュエーター１１６の上端とを接続し、２本目は平滑フィルター２５０とアクチュエーター１１６の上端とを補助コンデンサーＣas2 を介して接続する。さらに、３本目はアクチュエーター１１６の下端とグランドとを接続し、４本目はアクチュエーター１１６の下端とグランドとを補助コンデンサーＣas2 を介して接続する。尚、これら４つの線心は、それぞれに抵抗成分（Ｒc ）、インダクタンス（Ｌc ）を有している。図６では、１つの線心についての抵抗成分（Ｒc ）およびインダクタンス（Ｌc ）にのみ符号を付し、他の線心の抵抗成分やインダクタンスについては符号の表示を省略している。

図７（ａ）は、第２実施例の容量性負荷駆動回路２００におけるＡＣＯＭからＲＣＯＭまでの回路構成を示した説明図である。第２実施例においても、平滑フィルター２５０のコイルのインダクタンスをＬlpf とし、平滑フィルター２５０の容量成分のキャパシタンスをＣlpf とし、配線ケーブル１５０の線心が有する抵抗値およびインダクタンスを、Ｒc 、Ｌc とし、更に、容量性負荷のキャパシタンスをＣloadとしている。

図７（ａ）においても、平滑フィルター２５０のコイルの伝達関数をＺ1 とおき、配線ケーブル１５０の往き側（平滑フィルター２５０からアクチュエーター１１６へ送る側）の２本の線心の伝達関数をＺa とおく。また、アクチュエーター１１６に配線ケーブル１５０の戻り側（アクチュエーター１１６から容量性負荷駆動回路２００のグランドへ戻す側）の２本の線心を加えた部分の伝達関数をＺb とおく。すると、Ｚ1 、Ｚa 、Ｚb はそれぞれ以下の式で与えられる。
Ｚ1 ＝ｓ・Ｌlpf
Ｚa ＝（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）//（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ＋１／（ｓ・Ｃas2 ））
Ｚb ＝１／（ｓ・Ｃload）＋（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）//｛（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ＋１／（ｓ・Ｃas2 ））｝
また、図７（ａ）に示した回路構成の中で、平滑フィルター２５０のコイルに直列に接続された伝達要素（配線ケーブル１５０の４本の線心部分とアクチュエーター１１６と平滑フィルター２５０の容量成分）の伝達関数Ｚ2 は、次式で与えられる。
Ｚ2 ＝｛１／（ｓ・Ｃlpf ）｝//｛２［（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）//（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ＋１／（ｓ・Ｃas2 ））］＋１／（ｓ・Ｃload）｝
但し、ｓはラプラス演算子で、虚数単位ｊに角周波数ωをかけたものである。
すると、ＡＣＯＭとＲＣＯＭとの間の伝達関数Ｈ3 は、図７（ｂ）の式で与えられる。

図７（ｃ）には、伝達関数Ｈ3 のゲイン-周波数特性が示されている。図中の実線は補助コンデンサーＣas2 がない場合のゲイン−周波数特性であり、破線は補助コンデンサーＣas2 がある場合のゲイン−周波数特性である。図示されるように、補助コンデンサーＣas2 を設けた配線ケーブル１５０を使用することで、共振ピークが現れる周波数をｄｆだけ低くすることができる。また、第２実施例においても第１実施例と同様に、共振ピークをずらす必要があるか否か、ずらす場合にはどの程度ずらすかと言ったことは、配線ケーブル１５０毎に決まっている。従って、第２実施例においても、適切な容量値の補助コンデンサーＣas2 を配線ケーブル１５０に一体化した状態で組み込んでおけばよい。もちろん第２実施例においても、共振ピークがキャリア周波数ｆc から十分に離れているような配線ケーブル１５０については、補助コンデンサーＣas2 を設ける必要はない。

このようにすることで、どのような配線ケーブル１５０が接続された場合でも、アクチュエーター１１６に印加される駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。

以上、各種実施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。また、インクジェットプリンターに搭載されて、インクを噴射する噴射ノズルを駆動するための容量性負荷駆動回路に対しても、本発明を好適に適用することが可能である。

１００…液体噴射装置、 １１０…噴射ユニット、 １１１…噴射ノズル、
１１２…液体通路管、 １１３…フロントブロック、 １１４…リアブロック、
１１５…液体室、 １１６…アクチュエーター、 １２０…供給ポンプ、
１２１…チューブ、 １２２…チューブ、 １２３…液体タンク、
１３０…制御ユニット、 １５０…配線ケーブル、 １５２…コネクター、
１５４…コネクター、 ２００…容量性負荷駆動回路、
２１０…駆動波形信号発生回路、 ２２０…演算回路、 ２３０…変調回路、
２４０…デジタル電力増幅器、 ２５０…平滑フィルター、 ２６０…補償回路、

Claims (6)

1. 容量性負荷に対して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ための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発生する駆動波形信号発生回路と、
   前記容量性負荷に印加された駆動信号を用いて生成された帰還信号を、前記駆動波形信号から減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、
   前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
   前記変調信号を電力増幅してパルス波状の電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
   前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、
   前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を前記帰還信号として出力する位相進み補償回路と、
   前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続するための配線と、を備え、
   前記配線は、前記配線によって前記平滑フィルターと前記容量性負荷とが接続された場合に、前記容量性負荷に対して並列に接続される補助コンデンサーを備える、容量性負荷駆動回路。
2. 容量性負荷に対して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ための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発生する駆動波形信号発生回路と、
   前記容量性負荷に印加された駆動信号を用いて生成された帰還信号を、前記駆動波形信号から減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、
   前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
   前記変調信号を電力増幅してパルス波状の電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
   前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、
   前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を前記帰還信号として出力する位相進み補償回路と、
   前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続するための配線と、を備え、
   前記配線は、
   前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続するための第１配線部と、
   前記１配線部に対して並列に接続されるように設けられた補助コンデンサーを有し、前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続するための第２配線部と、を備える、容量性負荷駆動回路。
3. 請求項１または２に記載の容量性負荷駆動回路であって、
   前記配線は取り替え可能に設けられ、
   前記補助コンデンサーは前記配線と一体化した状態で設けられている、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と、
   前記容量性負荷であるアクチュエーターと、液体を噴射する噴射ノズルとを有する噴射ユニットと、を備え、
   前記駆動信号が前記アクチュエーターに印加されることによって、前記液体が前記噴射ノズルから噴射される、
   液体噴射装置。
5. 容量性負荷と、
   前記容量性負荷に対して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ための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発生する駆動波形信号発生回路と、前記容量性負荷に印加された駆動信号を用いて生成された帰還信号を、前記駆動波形信号から減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、前記変調信号を電力増幅してパルス波状の電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を前記帰還信号として出力する位相進み補償回路と、を備える前記容量性負荷駆動回路と、
   を接続するための配線であって、
   前記配線によって前記平滑フィルターと前記容量性負荷とが接続された場合に、前記容量性負荷に対して並列に接続される補助コンデンサーを備える、配線。
6. 容量性負荷と、
   前記容量性負荷に対して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ための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発生する駆動波形信号発生回路と、前記容量性負荷に印加された駆動信号を用いて生成された帰還信号を、前記駆動波形信号から減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、前記変調信号を電力増幅してパルス波状の電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を前記帰還信号として出力する位相進み補償回路と、を備える前記容量性負荷駆動回路と、
   を接続するための配線であって、
   前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続するための第１配線部と、
   前記１配線部に対して並列に接続されるように設けられた補助コンデンサーを有し、前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続するための第２配線部と、を備える配線。

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