容量性負荷駆動回路および流体噴射装置
【課題】変調信号のオンデューティー比が上限付近の状態が継続しても、Ｄ級増幅器を正
常に動作させて駆動信号を出力が可能とする。
【解決手段】駆動波形信号から生成した変調信号を電力増幅した後、平滑化することによ
って駆動信号を生成する。変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器では、電源とグラ
ンドとの間で２つのＮチャンネル（以下ｃｈ）ＭＯＳＦＥＴをプッシュ・プル接続し、更
に、電源側のＮｃｈＭＯＳＦＥＴに対して並列にＰｃｈＭＯＳＦＥＴを接続する。こうす
れば、電源側のＮｃｈＭＯＳＦＥＴをＯＮにするためのブートストラップコンデンサーに
蓄えられた電荷が不足してＮｃｈＭＯＳＦＥＴをＯＮにすることができない場合でも、Ｐ
ｃｈＭＯＳＦＥＴをＯＮにすることで電力増幅を行うことができ、駆動信号を出力するこ
とが可能となる。
常に動作させて駆動信号を出力が可能とする。
【解決手段】駆動波形信号から生成した変調信号を電力増幅した後、平滑化することによ
って駆動信号を生成する。変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器では、電源とグラ
ンドとの間で２つのＮチャンネル（以下ｃｈ）ＭＯＳＦＥＴをプッシュ・プル接続し、更
に、電源側のＮｃｈＭＯＳＦＥＴに対して並列にＰｃｈＭＯＳＦＥＴを接続する。こうす
れば、電源側のＮｃｈＭＯＳＦＥＴをＯＮにするためのブートストラップコンデンサーに
蓄えられた電荷が不足してＮｃｈＭＯＳＦＥＴをＯＮにすることができない場合でも、Ｐ
ｃｈＭＯＳＦＥＴをＯＮにすることで電力増幅を行うことができ、駆動信号を出力するこ
とが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動信号を出力することによって電気的な負荷を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＤ級増幅器では、電源とグランドとの間で、二つのＭＯＳＦＥＴをプッシュ・
プル接続しておき、二つのＭＯＳＦＥＴの間の電圧を引き出して平滑フィルターに入力し
た後、駆動信号として外部に出力する技術が用いられている。電源側のＭＯＳＦＥＴをＯ
Ｎ（導通状態）として、グランド側のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦ（切断状態）とすれば、平滑
フィルターには電源の電圧が入力され、逆に、電源側のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦとして、グ
ランド側のＭＯＳＦＥＴをＯＮとすれば、平滑フィルターにはグランドの電圧が入力され
る。従って、出力しようとする駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調して、得
られた変調信号に基づいて二つのＭＯＳＦＥＴを駆動すれば、変調信号を電力増幅した電
力増幅変調信号を生成することができる。そして、この電力増幅変調信号を平滑フィルタ
ーで平滑化することで、駆動波形信号に対応する駆動信号を出力することができる。また
、この技術を利用して容量成分を有する電気負荷（容量性負荷）を駆動する技術も提案さ
れている（特許文献１）。
【０００３】
ここで、ＭＯＳＦＥＴには、ＰｃｈＭＯＳＦＥＴと、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴとが存在する
が、Ｄ級増幅器にはＮｃｈＭＯＳＦＥＴが使用される。これは、電力損失が少ないという
Ｄ級増幅器の特長を活かす観点からは、導通状態での抵抗（オン抵抗）の少ないＮｃｈＭ
ＯＳＦＥＴの方が、オン抵抗の大きいＰｃｈＭＯＳＦＥＴよりも適しているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９６３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴを用いてＤ級増幅器を構成した場合、電源側のＭＯＳＦＥ
Ｔが稀にしかＯＦＦにならない状態が継続すると、ＭＯＳＦＥＴをＯＮの状態にすること
ができなくなり、その結果、Ｄ級増幅器が正常に動作しなくなって、駆動信号を出力する
ことができなくなるという問題があった。
【０００６】
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、電源側のＭＯＳＦＥＴが稀にしかＯＦＦにならない状態が継続しても、
Ｄ級増幅器を正常に動作させて、駆動信号を出力することが可能な技術の提供を目的とす
る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形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、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって駆動信号を生成する平滑フィルターと
を備え、
前記デジタル電力増幅器は、
第１の電圧発生源と、
前記第１の電圧発生源と直列接続される第１のスイッチと、
前記第１のスイッチと直列接続される第２のスイッチと、
前記第２のスイッチと直列接続され、前記第１の電圧発生源が発生させる電圧よりも
低い電圧を発生させる第２の電圧発生源と、
前記変調信号に基づいて前記第１および第２のスイッチを駆動するスイッチ駆動回路
と
を備え、
前記スイッチ駆動回路は、前記第２のスイッチがＯＮの期間中に電流を蓄えるブートス
トラップコンデンサーを搭載し、前記第１のスイッチをＯＮにする場合には、該ブートス
トラップコンデンサーに蓄えられた電流を該第１のスイッチに供給することによって前記
第１のスイッチをＯＮにしており、
前記第１のスイッチには、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、Ｐチャンネル
ＭＯＳＦＥＴによるスイッチとが並列に接続されていることを要旨とする。
【０００８】
こうした構成を有する本発明の容量性負荷駆動回路においては、駆動波形信号発生回路
が発生した駆動波形信号を、変調回路で変調信号に変換した後、デジタル電力増幅器で電
力増幅して電力増幅変調信号を生成する。そして、この電力増幅変調信号を平滑フィルタ
ーで平滑化することによって駆動信号を生成する。デジタル電力増幅器には、第１の電圧
発生源と、第１の電圧発生源と直列接続される第１のスイッチと、第１のスイッチと直列
接続される第２のスイッチと、第２のスイッチと直列接続されて第１の電圧発生源が発生
させる電圧よりも低い電圧を発生させる第２の電圧発生源と、変調信号に基づいて第１お
よび第２のスイッチを駆動するスイッチ駆動回路とが設けられている。また、スイッチ駆
動回路には、第２のスイッチがＯＮの期間中に電流を蓄えるブートストラップコンデンサ
ーが搭載されている。第１のスイッチをＯＮにする場合には、ブートストラップコンデン
サーに蓄えられた電流を第１のスイッチに供給することによって、第１のスイッチがＯＮ
にされる。そして、第１のスイッチは、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチに加え
て、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチが並列に接続されている。
【０００９】
このため、ブートストラップコンデンサーに十分な電流が蓄えられていないため、第１
のスイッチを構成するＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチをＯＮにすることができ
ない場合でも、このＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのスイッチには、ＰチャンネルＭＯＳＦＥ
Ｔによるスイッチが並列に接続されており、このＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッ
チをＯＮにすることができる。その結果、変調信号をデジタル電力増幅器で電力増幅する
ことが可能となり、駆動波形信号に応じた駆動信号を出力することが可能となる。また、
ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチ
とが並列に接続されているので、合成抵抗が小さくなって、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴの
オン抵抗がＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに比べて大きいことが問題となることもない。
【００１０】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、ブートストラップコンデンサ
ーに蓄えられている電圧を検出し、検出した電圧に応じて、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに
よるスイッチ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動するようにしても
よい。
【００１１】
ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッ
チとを共に駆動したのでは、何れか一方を駆動する場合よりも電力を消費する。そこで、
ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧を検出して、その電圧が、Ｎチャン
ネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動可能な電圧であった場合には、ＮチャンネルＭＯ
ＳＦＥＴによるスイッチを駆動し、それ以外の場合は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによる
スイッチを駆動する。こうすれば、ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧
に応じて、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する場合と、ＰチャンネルＭ
ＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する場合とを切り換えることができるので、スイッチを
駆動するための電力損失を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに
よるスイッチ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチの何れを駆動するかを、
駆動波形信号に基づいて切り換えても良い。
【００１３】
ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧が不足するか否かは、駆動波形信
号に基づいて予め判断することができる。従って、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイ
ッチを駆動する場合と、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する場合とを、
駆動波形信号に基づいて切り換えてやれば、二つのスイッチを共に駆動する必要がないの
で、スイッチを駆動するための電力損失を抑制することができる。また、ブートストラッ
プコンデンサーに蓄えられている電圧を検出する必要もないので、簡単な回路構成で実現
することが可能となる。
【００１４】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路では、変調信号のオンデューティー比が上
限付近となるような状態が継続しても、変調信号を正常に電力増幅して、駆動信号を出力
することができる。従って、上述した本発明の容量性負荷駆動回路は、以下のような流体
噴射装置に好適に適用することができる。すなわち、流体を供給する流体供給手段（供給
ポンプなど）と、流体供給手段から供給された流体が流入する流体室と、容量性負荷であ
るアクチュエーターと、流体室に流入された流体を噴射する噴射ノズルとを有する脈動発
生部とを備え、駆動信号をアクチュエーターに印加することによって、流体室内の流体を
噴射ノズルからパルス状に噴射する流体噴射装置で、駆動信号を発生する容量性負荷駆動
回路として好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例の容量性負荷駆動回路を搭載した流体噴射装置の構成を示した説明図である。
【図２】第１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。
【図３】第１実施例のデジタル電力増幅器の詳細な構成を示した回路図である。
【図４】第１実施例のスイッチ駆動回路の詳細な構成を示した回路図である。
【図５】電源側に接続されたＮチャンネルＭＯＳＦＥＴをスイッチ駆動回路が駆動する動作を示した説明図である。
【図６】電源側に接続されたＮチャンネルＭＯＳＦＥＴが正常に動作できなくなる条件を例示した説明図である。
【図７】第２実施例のスイッチ駆動回路の詳細な構成を示した回路図である。
【図８】第３実施例の容量性負荷駆動回路の構成を示した回路図である。
【図９】第３実施例の容量性負荷駆動回路に搭載されたスイッチ選択回路が選択信号を出力する処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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．全体構成：
Ａ−２．容量性負荷駆動回路の構成：
Ａ−３．第１実施例のデジタル電力増幅器：
Ａ−４．第１実施例のデジタル電力増幅器の動作：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
【００１７】
Ａ．第１実施例 ：
Ａ−１．全体構成 ：
図１は、第１実施例の容量性負荷駆動回路２００を搭載した流体噴射装置１００の構成
を示した説明図である。図示されているように流体噴射装置１００は、大きく分けると、
液体を噴射するための脈動発生部１１０と、脈動発生部１１０に向けて流体を供給する流
体供給手段１２０（供給ポンプ）と、脈動発生部１１０および流体供給手段１２０の動作
を制御する制御部１３０などから構成されている。流体噴射装置１００は、パルス状の液
体を脈動発生部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。
【００１８】
脈動発生部１１０は、金属製の第２ケース１１３に、同じく金属製の第１ケース１１４
を重ねた構造となっており、第２ケース１１３の前面には円管形状の流体噴射管１１２が
立設され、流体噴射管１１２の先端にはノズル１１１が挿着されている。第２ケース１１
３と第１ケース１１４との合わせ面には、薄い円板形状の流体室１１５が形成されており
、流体室１１５は、流体噴射管１１２を介してノズル１１１に接続されている。また、第
１ケース１１４の内部には、積層型の圧電素子１１６が設けられている。脈動発生部１１
０と制御部１３０とは配線ケーブル１５０によって接続されており、制御部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圧電素子１１６
に供給される。また、配線ケーブル１５０はコネクターによって脈動発生部１１０に取り
付けられている。
【００１９】
流体供給手段１２０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１２３から、第１接続チューブ１２１を介して流体を吸い上げた後、第２接
続チューブ１２２を介して脈動発生部１１０の流体室１１５内に供給する。このため、流
体室１１５は流体で満たされた状態となっている。そして、制御部１３０から駆動信号を
圧電素子１１６に印加すると、圧電素子１１６が伸張して流体室１１５が押し縮められ、
その結果、流体室１１５内に充満していた流体が、ノズル１１１からパルス状に噴射され
る。圧電素子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。また、駆動
信号は、制御部１３０内に搭載された容量性負荷駆動回路２００によって生成されている
。
【００２０】
Ａ−２．容量性負荷駆動回路構成の概要 ：
図２は、制御部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、ＷＣＯＭ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て、駆動信号（以下、ＣＯＭ）として脈動発生部１１０の圧電素子１
１６に供給する平滑フィルター２５０とを備えている。
【００２１】
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。変調回路２
３０には、一定周期（変調周期）の三角波を発生する三角波発生器が搭載されており、駆
動波形信号発生回路２１０から受け取ったＷＣＯＭを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。たとえばＷＣＯＭの方が三
角波よりも大きい期間では高電圧状態（出力が「Ｈ」）となり、ＷＣＯＭの方が三角波よ
りも小さい期間では低電圧状態（出力が「Ｌ」）となるようなＭＣＯＭが出力される。尚
、ＭＣＯＭが「Ｈ」となる時間比率は、「デューティー比（あるいはオンデューティー比
）」と呼ばれる。
【００２２】
変調回路２３０によって得られたＭＣＯＭは、デジタル電力増幅器２４０によって電力
増幅される。詳細な構成については後述するが、デジタル電力増幅器２４０には電源が搭
載されている。そして、ＭＣＯＭの入力が「Ｈ」の場合には、電源とデジタル電力増幅器
２４０の出力とが、デジタル電力増幅器２４０の内部で接続されて、電源の電圧がデジタ
ル電力増幅器２４０の出力として出力され、また、ＭＣＯＭの入力が「Ｌ」の場合には、
グランドとデジタル電力増幅器２４０の出力とが、デジタル電力増幅器２４０の内部で接
続されて、グランドの電圧がデジタル電力増幅器２４０の出力として出力される。その結
果、ＭＣＯＭが、ＭＣＯＭが「Ｈ」の時には電源の電圧となり、ＭＣＯＭが「Ｌ」の時に
はグランドの電圧となるパルス状の信号に電力増幅される。こうして電力増幅されたＡＣ
ＯＭ（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、圧電素子１１６に印加される。
【００２３】
Ａ−３．第１実施例のデジタル電力増幅器 ：
図３は、第１実施例のデジタル電力増幅器２４０の内部構成を示した回路図である。図
示されるように、第１実施例のデジタル電力増幅器２４０には、電源Ｖｄｄと、二つのＮ
チャンネルＭＯＳＦＥＴ（図３では、ＦＥＴ１、ＦＥＴ３と表示）と、一つのＰチャンネ
ルＭＯＳＦＥＴ（図３では、ＦＥＴ２と表示）、これらＭＯＳＦＥＴを駆動するスイッチ
駆動回路２４２とが搭載されている。三つのＭＯＳＦＥＴのうち、ＦＥＴ１およびＦＥＴ
３は、電源Ｖｄｄとグランドとの間でプッシュ・プル接続されている。すなわち、電源Ｖ
ｄｄにはＦＥＴ１のドレイン電極（図中でＤと表示）が接続されており、ＦＥＴ１のソー
ス電極（図中でＳと表示）にはＦＥＴ３のドレイン電極が接続されている。そして、ＦＥ
Ｔ３のソース電極はグランドに接続されている。そして、ＦＥＴ１のソース電極と、ＦＥ
Ｔ３のドレイン電極とが接続されている部分の電圧が、ＡＣＯＭとして出力される。
【００２４】
また、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであるＦＥＴ２は、ソース電極が電源Ｖｄｄに接続さ
れ、ドレイン電極がＡＣＯＭの出力ラインに接続されている。従って、ＦＥＴ１に対して
、ＦＥＴ２が並列に接続された状態となっている。更に、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３
のゲート電極は、スイッチ駆動回路２４２に接続されている。尚、本実施例では、ＦＥＴ
１が本発明の「第１のスイッチ」に対応し、ＦＥＴ２が本発明の「第２のスイッチ」に対
応する。また、ＦＥＴ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、ＦＥＴ２はＰチャンネルＭ
ＯＳＦＥＴであるから、ＦＥＴ１は本発明の「ＮチャンネルＭＯＳＤＥＴによるスイッチ
」にも対応し、ＦＥＴ２は本発明の「ＰチャンネルＭＯＳＤＥＴによるスイッチ」にも対
応している。更に、電源Ｖｄｄが本発明の「第１の電圧発生源」に対応し、グランドが本
発明の「第２の電圧発生源」に対応する。
【００２５】
図４は、第１実施例のスイッチ駆動回路２４２の構成を示した回路図である。尚、第１
実施例のデジタル電力増幅器２４０は、一般的なデジタル電力増幅器２４０の電源Ｖｄｄ
側のＦＥＴ１に対して、ＦＥＴ２が並列に接続された構成となっている。このことと対応
して第１実施例のスイッチ駆動回路２４２は、一般的なデジタル電力増幅器２４０のスイ
ッチ駆動回路に対して、ＦＥＴ２を駆動するための回路部分（図４中では２４２ｂと表示
）が追加されたものとなっている。尚、ＦＥＴ１を駆動するための回路部分（図４中では
２４２ａと表示）は、一般的なデジタル電力増幅器２４０のスイッチ駆動回路で用いられ
ているものと同様である。また、スイッチ駆動回路２４２の中でＦＥＴ３を駆動するため
の回路部分は本発明との関連性が低いため、図示が省略されている。このような構成を有
する本実施例のデジタル電力増幅器２４０は、次のように動作する。
【００２６】
Ａ−４．第１実施例のデジタル電力増幅器の動作 ：
先ず始めに、デジタル電力増幅器２４０のスイッチ駆動回路２４２がＦＥＴ１を駆動す
る動作（従って、図４中で２４２ａと表示した部分の動作）について説明する。図５（ａ
）には、ＭＣＯＭの出力が「Ｌ」の場合が示されている。ＭＣＯＭが「Ｌ」の場合は、電
源Ｖｄｄ側に接続されたＦＥＴ１（およびＦＥＴ２）がＯＦＦとなり、グランド側に接続
されたＦＥＴ２がＯＮとなる。その結果、デジタル電力増幅器２４０からはグランドの電
圧がＡＣＯＭとして出力される。
【００２７】
ここで、図５（ａ）に示されるように、ＦＥＴ１を駆動するための回路部分２４２ａに
はコンデンサーＢＳＣが搭載されている。このコンデンサーＢＳＣは、一方の端子がＡＣ
ＯＭの出力ラインに接続されており、他方の端子がスイッチ駆動回路２４２の駆動用電源
に接続されている。従って、図５（ａ）に示されるように、ＭＣＯＭの出力が「Ｌ」にな
ってＡＣＯＭの出力がグランドの電圧になると、コンデンサーＢＳＣの両端子間に駆動用
電源の電圧が加わることになって、コンデンサーＢＳＣが充電される。その後、図５（ｂ
）に示されるように、ＭＣＯＭの出力が「Ｈ」になると、コンデンサーＢＳＣに蓄えられ
ていた電圧がＦＥＴ１のゲート電極に印加され、その分だけ、ＦＥＴ１のソース電極より
もゲート電極の方が電位が高くなり、その結果、ＦＥＴ１がＯＮになる。尚、このような
コンデンサーＢＳＣはブートストラップコンデンサーと呼ばれる。ブートストラップコン
デンサーを用いれば、駆動用電源の他に、ＦＥＴ１のゲート電極用の電源を用いなくても
、ＦＥＴ１をＯＮの状態にすることができる。
【００２８】
しかし、コンデンサーＢＳＣを用いてＦＥＴ１を駆動した場合、ＦＥＴ１がＯＮの状態
を続けているとコンデンサーＢＳＣに蓄えられていた電荷が漏れ出して、コンデンサーＢ
ＳＣの両端子間の電圧（従って、ＦＥＴ１のソース電極とゲート電極との電位差）が少し
ずつ低下していく。その結果、最終的にはＦＥＴ１をＯＮの状態に維持しておくことがで
きなくなる。
【００２９】
たとえば、駆動波形信号発生回路２１０が上限付近のＷＣＯＭを出力する場合、変調回
路２３０から出力されるＭＣＯＭは、オンデューティー比がたいへんに高い（Ｈとなる時
間頻度がたとえば９５％以上の）ＭＣＯＭとなる。このようなＭＣＯＭを受け取った場合
、図６に例示したように、デジタル電力増幅器２４０の電源Ｖｄｄ側のＦＥＴ１は、ほと
んど常にＯＮの状態となり、ＯＦＦの状態には極稀にしか切り換わらない。逆に、デジタ
ル電力増幅器２４０のグランド側のＦＥＴ３は、ほとんど常にＯＦＦの状態となり、ＯＮ
の状態には極稀にしか切り換わらない。
【００３０】
前述したようにコンデンサーＢＳＣは、ＦＥＴ１がＯＦＦで、ＦＥＴ３がＯＮの状態の
時に充電されるから、図６に示したような状態でデジタル電力増幅器２４０を動作させて
いると、コンデンサーＢＳＣに蓄えられた電圧が次第に低下して、ＦＥＴ１をＯＮにする
ことができなくなる。その結果、デジタル電力増幅器２４０でＭＣＯＭを電力増幅するこ
とができなくなって、圧電素子１１６を駆動することができなくなる。もちろん、コンデ
ンサーＢＳＣの代わりに、別途用意した電源を用いてＦＥＴ１を駆動すれば、こうした問
題の発生を回避することができる。しかし、駆動用電源の他に、ＦＥＴ１を駆動するため
の電源を別途用意するのでは、スイッチ駆動回路２４２の回路サイズが大きくなり、また
回路の製造コストが増加してしまう。
【００３１】
これに対して第１実施例のデジタル電力増幅器２４０では、図３を用いて前述したよう
に、ＦＥＴ１に対して並列にＦＥＴ２が接続されている。また、ＦＥＴ１はＮチャンネル
ＭＯＳＦＥＴが用いられるのに対して、ＦＥＴ２はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴが用いられ
ている。周知のようにＰチャンネルＭＯＳＦＥＴは、ソース電極と比較してゲート電極の
電位が一定電圧よりも低くなるとＯＮになる。従って、コンデンサーＢＳＣのようなブー
トストラップコンデンサーを用いなくてもＯＮにすることができる。このため、図６に例
示したように、ＭＣＯＭが、たいへんにオンデューティー比が高い（たとえば９５％以上
の）状態が長く継続するような信号であり、ＦＥＴ１がＯＮにならなくなった場合でも、
ＦＥＴ２がＯＮになる。その結果、デジタル電力増幅器２４０でＭＣＯＭを電力増幅する
ことができ、圧電素子１１６を駆動することができる。
【００３２】
もちろん、ＦＥＴ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴよりもオン抵抗の大きなＰチャンネ
ルＭＯＳＦＥＴである。しかし、図３に示されるように、ＦＥＴ２はＦＥＴ１と並列に接
続されており、ＦＥＴ２が単独でＯＮの状態になるのは、図６を用いて前述したような特
殊な状況に過ぎない。このため、ほとんどの場合は、ＦＥＴ１とＦＥＴ２とは共にＯＮの
状態となるので、ＦＥＴ２のオン抵抗が大きいことが原因で、デジタル電力増幅器２４０
での電力損失が増加することはない。
【００３３】
Ｂ．第２実施例 ：
上述した第１実施例では、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２が、並行して駆動されているものと
して説明した。しかし、ＦＥＴ１とＦＥＴ２とを並行して駆動するためには、ＦＥＴ１を
単独で駆動する場合よりも多くの電力が必要となる。そこで、ＦＥＴ１を正常に駆動する
ことができる間はＦＥＴ２は駆動せず、ＦＥＴ１を正常に駆動することが困難になった場
合にだけ、ＦＥＴ２を駆動するようにしても良い。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実施例では、特に言及しない構成については、前述した第１実施
例と同様である。そして、前述した第１実施例と同様な構成については、同じ番号を付す
ことによって、詳細な説明を省略する。
【００３４】
図７は、第２実施例のデジタル電力増幅器２４０に搭載されたスイッチ駆動回路３４２
の回路図である。第２実施例のスイッチ駆動回路３４２では、コンデンサーＢＳＣの両端
子間の電圧が抵抗によって分圧された後に、オペアンプＯＰ１に入力されており、オペア
ンプＯＰ１は、入力された電圧の電圧差をオペアンプＯＰ２に出力する。オペアンプＯＰ
２は、オペアンプＯＰ１から入力された電圧差を、閾値の電圧Ｖｒｅｆと比較して、電圧
差が電圧Ｖｒｅｆよりも大きければ「Ｈ」の信号を出力し、電圧差が電圧Ｖｒｅｆよりも
小さければ「Ｌ」の信号を出力する。このオペアンプＯＰ２の出力は、スイッチＳＷ１お
よびスイッチＳＷ２に接続されている。このうち、スイッチＳＷ１には、オペアンプＯＰ
２の出力がそのまま接続され、スイッチＳＷ２には、インバーターで反転された後に接続
されている。
【００３５】
このような第２実施例のスイッチ駆動回路３４２では、オペアンプＯＰ１から出力され
る電圧差が、閾値の電圧Ｖｒｅｆよりも大きい間は、スイッチＳＷ１がＯＮとなり、スイ
ッチＳＷ２がＯＦＦとなる。また、オペアンプＯＰ１からの電圧差が、閾値の電圧Ｖｒｅ
ｆよりも小さくなると、スイッチＳＷ１がＯＦＦとなり、スイッチＳＷ２がＯＮとなる。
そこで、コンデンサーＢＳＣの端子間電圧が、ＦＥＴ１をＯＮにするための電圧に対して
若干の余裕を持たせた電圧よりも低くなった時に、オペアンプＯＰ２の出力が「Ｌ」とな
るような電圧に、閾値の電圧Ｖｒｅｆを設定しておく。こうすれば、コンデンサーＢＳＣ
に十分な電圧が蓄えられている間は、スイッチＳＷ１がＯＮになるのでＦＥＴ１が駆動さ
れ、コンデンサーＢＳＣの電圧が低下してきたら、スイッチＳＷ２がＯＮになるのでＦＥ
Ｔ２が駆動されるようになる。その結果、コンデンサーＢＳＣに蓄えられている電圧に応
じて、ＦＥＴ１を駆動する場合と、ＦＥＴ２を駆動する場合とを切り換えることができる
ので、スイッチ駆動回路３４２を駆動するための電力を抑制することが可能となる。
【００３６】
Ｃ．第３実施例 ：
また、上述した第２実施例のスイッチ駆動回路３４２では、二つのオペアンプが必要と
なる。しかし、次のようにすれば、ＦＥＴ１を駆動する場合とＦＥＴ２を駆動する場合と
を、オペアンプを用いることなく切り換えることが可能となる。以下では、このような第
３実施例について説明する。尚、第３実施例においても、特に言及しない構成については
、前述した第１実施例あるいは第２実施例と同様である。そして、前述した第１実施例あ
るいは第２実施例と同様な構成については、同じ番号を付すことによって、詳細な説明を
省略する。
【００３７】
図８は、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００の一部を示した説明図である。図示さ
れるように、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００では、変調回路２３０から出力され
たＭＣＯＭが、ＦＥＴ１を駆動するための信号（ＦＥＴ１駆動用ＭＣＯＭ）と、ＦＥＴ２
を駆動するための信号（ＦＥＴ２駆動用ＭＣＯＭ）と、ＦＥＴ３を駆動するための信号（
ＦＥＴ３駆動用ＭＣＯＭ）とに分けてデジタル電力増幅器２４０に供給される。このうち
、ＦＥＴ１駆動用のＭＣＯＭは、スイッチＳＷ１を介してデジタル電力増幅器２４０に接
続されており、ＦＥＴ２駆動用のＭＣＯＭは、スイッチＳＷ２を介してデジタル電力増幅
器２４０に接続されている。
【００３８】
更に、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００には、スイッチ選択回路２３５が搭載さ
れている。詳細には後述するが、スイッチ選択回路２３５は駆動波形信号発生回路２１０
からのＷＣＯＭを受け取ると、ＦＥＴ１選択信号あるいはＦＥＴ２選択信号を出力する。
そして、ＦＥＴ１選択信号が出力された場合には、スイッチＳＷ１がＯＮになって、ＦＥ
Ｔ１駆動用のＭＣＯＭとＦＥＴ３駆動用のＭＣＯＭとがデジタル電力増幅器２４０に供給
される。その結果、デジタル電力増幅器２４０では、ＦＥＴ１およびＦＥＴ３を用いて電
力増幅が行われる。また、スイッチ選択回路２３５からＦＥＴ２選択信号が出力された場
合には、スイッチＳＷ２がＯＮになり、ＦＥＴ２駆動用のＭＣＯＭとＦＥＴ３駆動用のＭ
ＣＯＭとがデジタル電力増幅器２４０に供給される。その結果、デジタル電力増幅器２４
０では、ＦＥＴ２およびＦＥＴ３を用いて電力増幅が行われる。尚、第３実施例のスイッ
チ選択回路２３５は、本発明における「決定手段」に対応する。
【００３９】
図９は、第３実施例のスイッチ選択回路２３５が選択信号を出力するために行う選択信
号出力処理のフローチャートである。選択信号出力処理では、先ず始めに、駆動波形信号
発生回路２１０から出力されたＷＣＯＭ（駆動波形信号）の読み込みを行う（ステップＳ
１００）。続いて、読み込んだＷＣＯＭから、ＭＣＯＭのオンデューティー比を算出する
（ステップＳ１０２）。ＭＣＯＭのオンデューティー比は、デジタル電力増幅器２４０の
電源Ｖｄｄの電圧をＶｄｄとすると、ＭＣＯＭの電圧値をＶｄｄで除算することによって
算出することができる。尚、オンデューティー比をパーセント表示する場合は、除算した
値に対して、更に１００を乗算すればよい。
【００４０】
次に、算出したオンデューティー比が、所定の閾値（たとえば９５％）以上か否かを判
断する（ステップＳ１０４）。その結果、算出したオンデューティー比が閾値よりも小さ
い場合は（ステップＳ１０４：ｎｏ）、ＦＥＴ１選択信号を出力する（ステップＳ１０６
）。これに対して、算出したオンデューティー比が閾値以上であった場合は（ステップＳ
１０４：ｙｅｓ）、ＦＥＴ２選択信号を出力する（ステップＳ１０８）。こうして、ＦＥ
Ｔ１選択信号あるいはＦＥＴ２選択信号の何れかを出力したら、処理の先頭に戻って、再
びＷＣＯＭを読み込んだ後（ステップＳ１００）、上述した続く一連の処理を行う。
【００４１】
図５を用いて前述したように、スイッチ駆動回路２４２に搭載されたコンデンサーＢＳ
Ｃは、ＦＥＴ１がＯＦＦで、ＦＥＴ２がＯＮの状態にならないと充電されない。また逆に
、ＦＥＴ１がＯＮで、ＦＥＴ２がＯＦＦの間は、少しずつ放電する。従って、ＭＣＯＭの
オンデューティー比があまりに高くなると、コンデンサーＢＳＣが放電する時間（すなわ
ち、ＦＥＴ１がＯＮで、ＦＥＴ２がＯＦＦとなっている時間）に対して、コンデンサーＢ
ＳＣに充電される時間（すなわち、ＦＥＴ１がＯＦＦで、ＦＥＴ２がＯＮとなっている時
間）が短くなり過ぎて、コンデンサーＢＳＣに蓄えられた電圧が低下し、ＦＥＴ１をＯＮ
にすることができなくなる。しかし、上述した第３実施例では、ＭＣＯＭのオンデューテ
ィー比が閾値の値（たとえば９５％）よりも大きくなると、ＦＥＴ２選択信号が出力され
るので、ＦＥＴ１が駆動される状態からＦＥＴ２が駆動される状態に切り換わる。そして
、前述したようにＦＥＴ２はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを用いて構成されており、コンデ
ンサーＢＳＣのようなブートストラップコンデンサーを用いなくても駆動することができ
る。このため、ＭＣＯＭのオンデューティー比が上限付近となるような場合でも、デジタ
ル電力増幅器２４０で電力増幅を行って、圧電素子１１６を適切に駆動することが可能と
なる。
【００４２】
また、上述した第３実施例では、駆動波形信号発生回路２１０が出力するＷＣＯＭに基
づいてＭＣＯＭのオンデューティー比を算出し、その値に基づいて、ＦＥＴ１を駆動する
場合（ＦＥＴ１選択信号を出力する場合）と、ＦＥＴ２を駆動する場合（ＦＥＴ２選択信
号を出力する場合）とを切り換えている。このため、前述した第２実施例のように、コン
デンサーＢＳＣの端子間電圧を検出する必要がなく、また、オペアンプを搭載する必要も
ない。
【００４３】
尚、上述した第３実施例では、ＷＣＯＭをＭＣＯＭのオンデューティー比に一旦変換し
、得られたオンデューティー比を閾値と比較することとしていた。しかし、前述したよう
に、ＷＣＯＭと、ＭＣＯＭのオンデューティー比とは一対一に対応しており、オンデュー
ティー比が閾値を超えることになるようなＷＣＯＭの値は予め求めておくことができる。
そこで、この値を閾値として記憶しておき、この閾値とＷＣＯＭとを比較してもよい。そ
して、ＷＣＯＭが、この閾値よりも小さい場合は、ＦＥＴ１選択信号を出力し、逆にＷＣ
ＯＭがこの閾値よりも大きい場合は、ＦＥＴ２選択信号を出力するようにしてもよい。
【００４４】
上述した第２実施例、第３実施例では、スイッチ１とスイッチ２とが排他的に切り替え
られる例を示したが、ＢＳＣの端子間電圧が十分高い場合はスイッチ１とスイッチ２とを
共に駆動しても良い。スイッチ１とスイッチ２とが共にＯＮしている状態は、スイッチ１
とスイッチ２のオン抵抗が並列に並べられているのと等価であるため、スイッチ１とスイ
ッチ２を共にオンしている際の合成抵抗は、スイッチ１、スイッチ２のオン抵抗よりも低
い。このため、負荷に大電流を流す場合には、デジタル電力増幅器２４０での電力損失が
下がるので、より好適である。
【００４５】
以上、各種実施例の容量性負荷駆動回路２００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、容量性負荷にパルス状の電圧を印加する場合は、平滑
フィルター２５０を必須構成とすることなく、本発明の容量性負荷駆動回路２００を好適
に用いることができる。また、平滑フィルター２５０のＬ成分やＣ成分として、回路配線
パターンや回路素子の寄生インダクタンスや寄生容量を用いることにより、平滑フィルタ
ーを必須構成としないこともできる。
【００４６】
また、好適に適用することができる一例として、インクジェットプリンターでインクを
噴射する噴射ノズルは、アクチュエーターとして圧電素子を利用しているので、噴射ノズ
ルの圧電素子を駆動する容量性負荷駆動回路２００としても好適に適用することができる
。あるいは、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。
【符号の説明】
【００４７】
１００…流体噴射装置、 １１０…脈動発生部、 １１１…ノズル、
１１２…流体噴射管、 １１３…第２ケース、 １１４…第１ケース、
１１５…流体室、 １１６…圧電素子、 １２０…流体供給手段、
１２１…第１接続チューブ、 １２２…第２接続チューブ、 １２３…流体容器、
１３０…制御部、 １５０…配線ケーブル、
２００…容量性負荷駆動回路、 ２１０…駆動波形信号発生回路、
２３０…変調回路、 ２３５…スイッチ選択回路、 ２４０…デジタル電力増幅器、
２４２…スイッチ駆動回路、 ２５０…平滑フィルター、 ３４２…スイッチ駆動回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動信号を出力することによって電気的な負荷を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＤ級増幅器では、電源とグランドとの間で、二つのＭＯＳＦＥＴをプッシュ・
プル接続しておき、二つのＭＯＳＦＥＴの間の電圧を引き出して平滑フィルターに入力し
た後、駆動信号として外部に出力する技術が用いられている。電源側のＭＯＳＦＥＴをＯ
Ｎ（導通状態）として、グランド側のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦ（切断状態）とすれば、平滑
フィルターには電源の電圧が入力され、逆に、電源側のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦとして、グ
ランド側のＭＯＳＦＥＴをＯＮとすれば、平滑フィルターにはグランドの電圧が入力され
る。従って、出力しようとする駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調して、得
られた変調信号に基づいて二つのＭＯＳＦＥＴを駆動すれば、変調信号を電力増幅した電
力増幅変調信号を生成することができる。そして、この電力増幅変調信号を平滑フィルタ
ーで平滑化することで、駆動波形信号に対応する駆動信号を出力することができる。また
、この技術を利用して容量成分を有する電気負荷（容量性負荷）を駆動する技術も提案さ
れている（特許文献１）。
【０００３】
ここで、ＭＯＳＦＥＴには、ＰｃｈＭＯＳＦＥＴと、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴとが存在する
が、Ｄ級増幅器にはＮｃｈＭＯＳＦＥＴが使用される。これは、電力損失が少ないという
Ｄ級増幅器の特長を活かす観点からは、導通状態での抵抗（オン抵抗）の少ないＮｃｈＭ
ＯＳＦＥＴの方が、オン抵抗の大きいＰｃｈＭＯＳＦＥＴよりも適しているためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９６３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＮｃｈＭＯＳＦＥＴを用いてＤ級増幅器を構成した場合、電源側のＭＯＳＦＥ
Ｔが稀にしかＯＦＦにならない状態が継続すると、ＭＯＳＦＥＴをＯＮの状態にすること
ができなくなり、その結果、Ｄ級増幅器が正常に動作しなくなって、駆動信号を出力する
ことができなくなるという問題があった。
【０００６】
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、電源側のＭＯＳＦＥＴが稀にしかＯＦＦにならない状態が継続しても、
Ｄ級増幅器を正常に動作させて、駆動信号を出力することが可能な技術の提供を目的とす
る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形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、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって駆動信号を生成する平滑フィルターと
を備え、
前記デジタル電力増幅器は、
第１の電圧発生源と、
前記第１の電圧発生源と直列接続される第１のスイッチと、
前記第１のスイッチと直列接続される第２のスイッチと、
前記第２のスイッチと直列接続され、前記第１の電圧発生源が発生させる電圧よりも
低い電圧を発生させる第２の電圧発生源と、
前記変調信号に基づいて前記第１および第２のスイッチを駆動するスイッチ駆動回路
と
を備え、
前記スイッチ駆動回路は、前記第２のスイッチがＯＮの期間中に電流を蓄えるブートス
トラップコンデンサーを搭載し、前記第１のスイッチをＯＮにする場合には、該ブートス
トラップコンデンサーに蓄えられた電流を該第１のスイッチに供給することによって前記
第１のスイッチをＯＮにしており、
前記第１のスイッチには、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、Ｐチャンネル
ＭＯＳＦＥＴによるスイッチとが並列に接続されていることを要旨とする。
【０００８】
こうした構成を有する本発明の容量性負荷駆動回路においては、駆動波形信号発生回路
が発生した駆動波形信号を、変調回路で変調信号に変換した後、デジタル電力増幅器で電
力増幅して電力増幅変調信号を生成する。そして、この電力増幅変調信号を平滑フィルタ
ーで平滑化することによって駆動信号を生成する。デジタル電力増幅器には、第１の電圧
発生源と、第１の電圧発生源と直列接続される第１のスイッチと、第１のスイッチと直列
接続される第２のスイッチと、第２のスイッチと直列接続されて第１の電圧発生源が発生
させる電圧よりも低い電圧を発生させる第２の電圧発生源と、変調信号に基づいて第１お
よび第２のスイッチを駆動するスイッチ駆動回路とが設けられている。また、スイッチ駆
動回路には、第２のスイッチがＯＮの期間中に電流を蓄えるブートストラップコンデンサ
ーが搭載されている。第１のスイッチをＯＮにする場合には、ブートストラップコンデン
サーに蓄えられた電流を第１のスイッチに供給することによって、第１のスイッチがＯＮ
にされる。そして、第１のスイッチは、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチに加え
て、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチが並列に接続されている。
【０００９】
このため、ブートストラップコンデンサーに十分な電流が蓄えられていないため、第１
のスイッチを構成するＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチをＯＮにすることができ
ない場合でも、このＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのスイッチには、ＰチャンネルＭＯＳＦＥ
Ｔによるスイッチが並列に接続されており、このＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッ
チをＯＮにすることができる。その結果、変調信号をデジタル電力増幅器で電力増幅する
ことが可能となり、駆動波形信号に応じた駆動信号を出力することが可能となる。また、
ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチ
とが並列に接続されているので、合成抵抗が小さくなって、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴの
オン抵抗がＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに比べて大きいことが問題となることもない。
【００１０】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、ブートストラップコンデンサ
ーに蓄えられている電圧を検出し、検出した電圧に応じて、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに
よるスイッチ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動するようにしても
よい。
【００１１】
ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッ
チとを共に駆動したのでは、何れか一方を駆動する場合よりも電力を消費する。そこで、
ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧を検出して、その電圧が、Ｎチャン
ネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動可能な電圧であった場合には、ＮチャンネルＭＯ
ＳＦＥＴによるスイッチを駆動し、それ以外の場合は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによる
スイッチを駆動する。こうすれば、ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧
に応じて、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する場合と、ＰチャンネルＭ
ＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する場合とを切り換えることができるので、スイッチを
駆動するための電力損失を抑制することが可能となる。
【００１２】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴに
よるスイッチ、またはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチの何れを駆動するかを、
駆動波形信号に基づいて切り換えても良い。
【００１３】
ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧が不足するか否かは、駆動波形信
号に基づいて予め判断することができる。従って、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイ
ッチを駆動する場合と、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する場合とを、
駆動波形信号に基づいて切り換えてやれば、二つのスイッチを共に駆動する必要がないの
で、スイッチを駆動するための電力損失を抑制することができる。また、ブートストラッ
プコンデンサーに蓄えられている電圧を検出する必要もないので、簡単な回路構成で実現
することが可能となる。
【００１４】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路では、変調信号のオンデューティー比が上
限付近となるような状態が継続しても、変調信号を正常に電力増幅して、駆動信号を出力
することができる。従って、上述した本発明の容量性負荷駆動回路は、以下のような流体
噴射装置に好適に適用することができる。すなわち、流体を供給する流体供給手段（供給
ポンプなど）と、流体供給手段から供給された流体が流入する流体室と、容量性負荷であ
るアクチュエーターと、流体室に流入された流体を噴射する噴射ノズルとを有する脈動発
生部とを備え、駆動信号をアクチュエーターに印加することによって、流体室内の流体を
噴射ノズルからパルス状に噴射する流体噴射装置で、駆動信号を発生する容量性負荷駆動
回路として好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例の容量性負荷駆動回路を搭載した流体噴射装置の構成を示した説明図である。
【図２】第１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。
【図３】第１実施例のデジタル電力増幅器の詳細な構成を示した回路図である。
【図４】第１実施例のスイッチ駆動回路の詳細な構成を示した回路図である。
【図５】電源側に接続されたＮチャンネルＭＯＳＦＥＴをスイッチ駆動回路が駆動する動作を示した説明図である。
【図６】電源側に接続されたＮチャンネルＭＯＳＦＥＴが正常に動作できなくなる条件を例示した説明図である。
【図７】第２実施例のスイッチ駆動回路の詳細な構成を示した回路図である。
【図８】第３実施例の容量性負荷駆動回路の構成を示した回路図である。
【図９】第３実施例の容量性負荷駆動回路に搭載されたスイッチ選択回路が選択信号を出力する処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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．全体構成：
Ａ−２．容量性負荷駆動回路の構成：
Ａ−３．第１実施例のデジタル電力増幅器：
Ａ−４．第１実施例のデジタル電力増幅器の動作：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
【００１７】
Ａ．第１実施例 ：
Ａ−１．全体構成 ：
図１は、第１実施例の容量性負荷駆動回路２００を搭載した流体噴射装置１００の構成
を示した説明図である。図示されているように流体噴射装置１００は、大きく分けると、
液体を噴射するための脈動発生部１１０と、脈動発生部１１０に向けて流体を供給する流
体供給手段１２０（供給ポンプ）と、脈動発生部１１０および流体供給手段１２０の動作
を制御する制御部１３０などから構成されている。流体噴射装置１００は、パルス状の液
体を脈動発生部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。
【００１８】
脈動発生部１１０は、金属製の第２ケース１１３に、同じく金属製の第１ケース１１４
を重ねた構造となっており、第２ケース１１３の前面には円管形状の流体噴射管１１２が
立設され、流体噴射管１１２の先端にはノズル１１１が挿着されている。第２ケース１１
３と第１ケース１１４との合わせ面には、薄い円板形状の流体室１１５が形成されており
、流体室１１５は、流体噴射管１１２を介してノズル１１１に接続されている。また、第
１ケース１１４の内部には、積層型の圧電素子１１６が設けられている。脈動発生部１１
０と制御部１３０とは配線ケーブル１５０によって接続されており、制御部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圧電素子１１６
に供給される。また、配線ケーブル１５０はコネクターによって脈動発生部１１０に取り
付けられている。
【００１９】
流体供給手段１２０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１２３から、第１接続チューブ１２１を介して流体を吸い上げた後、第２接
続チューブ１２２を介して脈動発生部１１０の流体室１１５内に供給する。このため、流
体室１１５は流体で満たされた状態となっている。そして、制御部１３０から駆動信号を
圧電素子１１６に印加すると、圧電素子１１６が伸張して流体室１１５が押し縮められ、
その結果、流体室１１５内に充満していた流体が、ノズル１１１からパルス状に噴射され
る。圧電素子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。また、駆動
信号は、制御部１３０内に搭載された容量性負荷駆動回路２００によって生成されている
。
【００２０】
Ａ−２．容量性負荷駆動回路構成の概要 ：
図２は、制御部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、ＷＣＯＭ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て、駆動信号（以下、ＣＯＭ）として脈動発生部１１０の圧電素子１
１６に供給する平滑フィルター２５０とを備えている。
【００２１】
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。変調回路２
３０には、一定周期（変調周期）の三角波を発生する三角波発生器が搭載されており、駆
動波形信号発生回路２１０から受け取ったＷＣＯＭを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。たとえばＷＣＯＭの方が三
角波よりも大きい期間では高電圧状態（出力が「Ｈ」）となり、ＷＣＯＭの方が三角波よ
りも小さい期間では低電圧状態（出力が「Ｌ」）となるようなＭＣＯＭが出力される。尚
、ＭＣＯＭが「Ｈ」となる時間比率は、「デューティー比（あるいはオンデューティー比
）」と呼ばれる。
【００２２】
変調回路２３０によって得られたＭＣＯＭは、デジタル電力増幅器２４０によって電力
増幅される。詳細な構成については後述するが、デジタル電力増幅器２４０には電源が搭
載されている。そして、ＭＣＯＭの入力が「Ｈ」の場合には、電源とデジタル電力増幅器
２４０の出力とが、デジタル電力増幅器２４０の内部で接続されて、電源の電圧がデジタ
ル電力増幅器２４０の出力として出力され、また、ＭＣＯＭの入力が「Ｌ」の場合には、
グランドとデジタル電力増幅器２４０の出力とが、デジタル電力増幅器２４０の内部で接
続されて、グランドの電圧がデジタル電力増幅器２４０の出力として出力される。その結
果、ＭＣＯＭが、ＭＣＯＭが「Ｈ」の時には電源の電圧となり、ＭＣＯＭが「Ｌ」の時に
はグランドの電圧となるパルス状の信号に電力増幅される。こうして電力増幅されたＡＣ
ＯＭ（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、圧電素子１１６に印加される。
【００２３】
Ａ−３．第１実施例のデジタル電力増幅器 ：
図３は、第１実施例のデジタル電力増幅器２４０の内部構成を示した回路図である。図
示されるように、第１実施例のデジタル電力増幅器２４０には、電源Ｖｄｄと、二つのＮ
チャンネルＭＯＳＦＥＴ（図３では、ＦＥＴ１、ＦＥＴ３と表示）と、一つのＰチャンネ
ルＭＯＳＦＥＴ（図３では、ＦＥＴ２と表示）、これらＭＯＳＦＥＴを駆動するスイッチ
駆動回路２４２とが搭載されている。三つのＭＯＳＦＥＴのうち、ＦＥＴ１およびＦＥＴ
３は、電源Ｖｄｄとグランドとの間でプッシュ・プル接続されている。すなわち、電源Ｖ
ｄｄにはＦＥＴ１のドレイン電極（図中でＤと表示）が接続されており、ＦＥＴ１のソー
ス電極（図中でＳと表示）にはＦＥＴ３のドレイン電極が接続されている。そして、ＦＥ
Ｔ３のソース電極はグランドに接続されている。そして、ＦＥＴ１のソース電極と、ＦＥ
Ｔ３のドレイン電極とが接続されている部分の電圧が、ＡＣＯＭとして出力される。
【００２４】
また、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであるＦＥＴ２は、ソース電極が電源Ｖｄｄに接続さ
れ、ドレイン電極がＡＣＯＭの出力ラインに接続されている。従って、ＦＥＴ１に対して
、ＦＥＴ２が並列に接続された状態となっている。更に、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３
のゲート電極は、スイッチ駆動回路２４２に接続されている。尚、本実施例では、ＦＥＴ
１が本発明の「第１のスイッチ」に対応し、ＦＥＴ２が本発明の「第２のスイッチ」に対
応する。また、ＦＥＴ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、ＦＥＴ２はＰチャンネルＭ
ＯＳＦＥＴであるから、ＦＥＴ１は本発明の「ＮチャンネルＭＯＳＤＥＴによるスイッチ
」にも対応し、ＦＥＴ２は本発明の「ＰチャンネルＭＯＳＤＥＴによるスイッチ」にも対
応している。更に、電源Ｖｄｄが本発明の「第１の電圧発生源」に対応し、グランドが本
発明の「第２の電圧発生源」に対応する。
【００２５】
図４は、第１実施例のスイッチ駆動回路２４２の構成を示した回路図である。尚、第１
実施例のデジタル電力増幅器２４０は、一般的なデジタル電力増幅器２４０の電源Ｖｄｄ
側のＦＥＴ１に対して、ＦＥＴ２が並列に接続された構成となっている。このことと対応
して第１実施例のスイッチ駆動回路２４２は、一般的なデジタル電力増幅器２４０のスイ
ッチ駆動回路に対して、ＦＥＴ２を駆動するための回路部分（図４中では２４２ｂと表示
）が追加されたものとなっている。尚、ＦＥＴ１を駆動するための回路部分（図４中では
２４２ａと表示）は、一般的なデジタル電力増幅器２４０のスイッチ駆動回路で用いられ
ているものと同様である。また、スイッチ駆動回路２４２の中でＦＥＴ３を駆動するため
の回路部分は本発明との関連性が低いため、図示が省略されている。このような構成を有
する本実施例のデジタル電力増幅器２４０は、次のように動作する。
【００２６】
Ａ−４．第１実施例のデジタル電力増幅器の動作 ：
先ず始めに、デジタル電力増幅器２４０のスイッチ駆動回路２４２がＦＥＴ１を駆動す
る動作（従って、図４中で２４２ａと表示した部分の動作）について説明する。図５（ａ
）には、ＭＣＯＭの出力が「Ｌ」の場合が示されている。ＭＣＯＭが「Ｌ」の場合は、電
源Ｖｄｄ側に接続されたＦＥＴ１（およびＦＥＴ２）がＯＦＦとなり、グランド側に接続
されたＦＥＴ２がＯＮとなる。その結果、デジタル電力増幅器２４０からはグランドの電
圧がＡＣＯＭとして出力される。
【００２７】
ここで、図５（ａ）に示されるように、ＦＥＴ１を駆動するための回路部分２４２ａに
はコンデンサーＢＳＣが搭載されている。このコンデンサーＢＳＣは、一方の端子がＡＣ
ＯＭの出力ラインに接続されており、他方の端子がスイッチ駆動回路２４２の駆動用電源
に接続されている。従って、図５（ａ）に示されるように、ＭＣＯＭの出力が「Ｌ」にな
ってＡＣＯＭの出力がグランドの電圧になると、コンデンサーＢＳＣの両端子間に駆動用
電源の電圧が加わることになって、コンデンサーＢＳＣが充電される。その後、図５（ｂ
）に示されるように、ＭＣＯＭの出力が「Ｈ」になると、コンデンサーＢＳＣに蓄えられ
ていた電圧がＦＥＴ１のゲート電極に印加され、その分だけ、ＦＥＴ１のソース電極より
もゲート電極の方が電位が高くなり、その結果、ＦＥＴ１がＯＮになる。尚、このような
コンデンサーＢＳＣはブートストラップコンデンサーと呼ばれる。ブートストラップコン
デンサーを用いれば、駆動用電源の他に、ＦＥＴ１のゲート電極用の電源を用いなくても
、ＦＥＴ１をＯＮの状態にすることができる。
【００２８】
しかし、コンデンサーＢＳＣを用いてＦＥＴ１を駆動した場合、ＦＥＴ１がＯＮの状態
を続けているとコンデンサーＢＳＣに蓄えられていた電荷が漏れ出して、コンデンサーＢ
ＳＣの両端子間の電圧（従って、ＦＥＴ１のソース電極とゲート電極との電位差）が少し
ずつ低下していく。その結果、最終的にはＦＥＴ１をＯＮの状態に維持しておくことがで
きなくなる。
【００２９】
たとえば、駆動波形信号発生回路２１０が上限付近のＷＣＯＭを出力する場合、変調回
路２３０から出力されるＭＣＯＭは、オンデューティー比がたいへんに高い（Ｈとなる時
間頻度がたとえば９５％以上の）ＭＣＯＭとなる。このようなＭＣＯＭを受け取った場合
、図６に例示したように、デジタル電力増幅器２４０の電源Ｖｄｄ側のＦＥＴ１は、ほと
んど常にＯＮの状態となり、ＯＦＦの状態には極稀にしか切り換わらない。逆に、デジタ
ル電力増幅器２４０のグランド側のＦＥＴ３は、ほとんど常にＯＦＦの状態となり、ＯＮ
の状態には極稀にしか切り換わらない。
【００３０】
前述したようにコンデンサーＢＳＣは、ＦＥＴ１がＯＦＦで、ＦＥＴ３がＯＮの状態の
時に充電されるから、図６に示したような状態でデジタル電力増幅器２４０を動作させて
いると、コンデンサーＢＳＣに蓄えられた電圧が次第に低下して、ＦＥＴ１をＯＮにする
ことができなくなる。その結果、デジタル電力増幅器２４０でＭＣＯＭを電力増幅するこ
とができなくなって、圧電素子１１６を駆動することができなくなる。もちろん、コンデ
ンサーＢＳＣの代わりに、別途用意した電源を用いてＦＥＴ１を駆動すれば、こうした問
題の発生を回避することができる。しかし、駆動用電源の他に、ＦＥＴ１を駆動するため
の電源を別途用意するのでは、スイッチ駆動回路２４２の回路サイズが大きくなり、また
回路の製造コストが増加してしまう。
【００３１】
これに対して第１実施例のデジタル電力増幅器２４０では、図３を用いて前述したよう
に、ＦＥＴ１に対して並列にＦＥＴ２が接続されている。また、ＦＥＴ１はＮチャンネル
ＭＯＳＦＥＴが用いられるのに対して、ＦＥＴ２はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴが用いられ
ている。周知のようにＰチャンネルＭＯＳＦＥＴは、ソース電極と比較してゲート電極の
電位が一定電圧よりも低くなるとＯＮになる。従って、コンデンサーＢＳＣのようなブー
トストラップコンデンサーを用いなくてもＯＮにすることができる。このため、図６に例
示したように、ＭＣＯＭが、たいへんにオンデューティー比が高い（たとえば９５％以上
の）状態が長く継続するような信号であり、ＦＥＴ１がＯＮにならなくなった場合でも、
ＦＥＴ２がＯＮになる。その結果、デジタル電力増幅器２４０でＭＣＯＭを電力増幅する
ことができ、圧電素子１１６を駆動することができる。
【００３２】
もちろん、ＦＥＴ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴよりもオン抵抗の大きなＰチャンネ
ルＭＯＳＦＥＴである。しかし、図３に示されるように、ＦＥＴ２はＦＥＴ１と並列に接
続されており、ＦＥＴ２が単独でＯＮの状態になるのは、図６を用いて前述したような特
殊な状況に過ぎない。このため、ほとんどの場合は、ＦＥＴ１とＦＥＴ２とは共にＯＮの
状態となるので、ＦＥＴ２のオン抵抗が大きいことが原因で、デジタル電力増幅器２４０
での電力損失が増加することはない。
【００３３】
Ｂ．第２実施例 ：
上述した第１実施例では、ＦＥＴ１およびＦＥＴ２が、並行して駆動されているものと
して説明した。しかし、ＦＥＴ１とＦＥＴ２とを並行して駆動するためには、ＦＥＴ１を
単独で駆動する場合よりも多くの電力が必要となる。そこで、ＦＥＴ１を正常に駆動する
ことができる間はＦＥＴ２は駆動せず、ＦＥＴ１を正常に駆動することが困難になった場
合にだけ、ＦＥＴ２を駆動するようにしても良い。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実施例では、特に言及しない構成については、前述した第１実施
例と同様である。そして、前述した第１実施例と同様な構成については、同じ番号を付す
ことによって、詳細な説明を省略する。
【００３４】
図７は、第２実施例のデジタル電力増幅器２４０に搭載されたスイッチ駆動回路３４２
の回路図である。第２実施例のスイッチ駆動回路３４２では、コンデンサーＢＳＣの両端
子間の電圧が抵抗によって分圧された後に、オペアンプＯＰ１に入力されており、オペア
ンプＯＰ１は、入力された電圧の電圧差をオペアンプＯＰ２に出力する。オペアンプＯＰ
２は、オペアンプＯＰ１から入力された電圧差を、閾値の電圧Ｖｒｅｆと比較して、電圧
差が電圧Ｖｒｅｆよりも大きければ「Ｈ」の信号を出力し、電圧差が電圧Ｖｒｅｆよりも
小さければ「Ｌ」の信号を出力する。このオペアンプＯＰ２の出力は、スイッチＳＷ１お
よびスイッチＳＷ２に接続されている。このうち、スイッチＳＷ１には、オペアンプＯＰ
２の出力がそのまま接続され、スイッチＳＷ２には、インバーターで反転された後に接続
されている。
【００３５】
このような第２実施例のスイッチ駆動回路３４２では、オペアンプＯＰ１から出力され
る電圧差が、閾値の電圧Ｖｒｅｆよりも大きい間は、スイッチＳＷ１がＯＮとなり、スイ
ッチＳＷ２がＯＦＦとなる。また、オペアンプＯＰ１からの電圧差が、閾値の電圧Ｖｒｅ
ｆよりも小さくなると、スイッチＳＷ１がＯＦＦとなり、スイッチＳＷ２がＯＮとなる。
そこで、コンデンサーＢＳＣの端子間電圧が、ＦＥＴ１をＯＮにするための電圧に対して
若干の余裕を持たせた電圧よりも低くなった時に、オペアンプＯＰ２の出力が「Ｌ」とな
るような電圧に、閾値の電圧Ｖｒｅｆを設定しておく。こうすれば、コンデンサーＢＳＣ
に十分な電圧が蓄えられている間は、スイッチＳＷ１がＯＮになるのでＦＥＴ１が駆動さ
れ、コンデンサーＢＳＣの電圧が低下してきたら、スイッチＳＷ２がＯＮになるのでＦＥ
Ｔ２が駆動されるようになる。その結果、コンデンサーＢＳＣに蓄えられている電圧に応
じて、ＦＥＴ１を駆動する場合と、ＦＥＴ２を駆動する場合とを切り換えることができる
ので、スイッチ駆動回路３４２を駆動するための電力を抑制することが可能となる。
【００３６】
Ｃ．第３実施例 ：
また、上述した第２実施例のスイッチ駆動回路３４２では、二つのオペアンプが必要と
なる。しかし、次のようにすれば、ＦＥＴ１を駆動する場合とＦＥＴ２を駆動する場合と
を、オペアンプを用いることなく切り換えることが可能となる。以下では、このような第
３実施例について説明する。尚、第３実施例においても、特に言及しない構成については
、前述した第１実施例あるいは第２実施例と同様である。そして、前述した第１実施例あ
るいは第２実施例と同様な構成については、同じ番号を付すことによって、詳細な説明を
省略する。
【００３７】
図８は、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００の一部を示した説明図である。図示さ
れるように、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００では、変調回路２３０から出力され
たＭＣＯＭが、ＦＥＴ１を駆動するための信号（ＦＥＴ１駆動用ＭＣＯＭ）と、ＦＥＴ２
を駆動するための信号（ＦＥＴ２駆動用ＭＣＯＭ）と、ＦＥＴ３を駆動するための信号（
ＦＥＴ３駆動用ＭＣＯＭ）とに分けてデジタル電力増幅器２４０に供給される。このうち
、ＦＥＴ１駆動用のＭＣＯＭは、スイッチＳＷ１を介してデジタル電力増幅器２４０に接
続されており、ＦＥＴ２駆動用のＭＣＯＭは、スイッチＳＷ２を介してデジタル電力増幅
器２４０に接続されている。
【００３８】
更に、第３実施例の容量性負荷駆動回路２００には、スイッチ選択回路２３５が搭載さ
れている。詳細には後述するが、スイッチ選択回路２３５は駆動波形信号発生回路２１０
からのＷＣＯＭを受け取ると、ＦＥＴ１選択信号あるいはＦＥＴ２選択信号を出力する。
そして、ＦＥＴ１選択信号が出力された場合には、スイッチＳＷ１がＯＮになって、ＦＥ
Ｔ１駆動用のＭＣＯＭとＦＥＴ３駆動用のＭＣＯＭとがデジタル電力増幅器２４０に供給
される。その結果、デジタル電力増幅器２４０では、ＦＥＴ１およびＦＥＴ３を用いて電
力増幅が行われる。また、スイッチ選択回路２３５からＦＥＴ２選択信号が出力された場
合には、スイッチＳＷ２がＯＮになり、ＦＥＴ２駆動用のＭＣＯＭとＦＥＴ３駆動用のＭ
ＣＯＭとがデジタル電力増幅器２４０に供給される。その結果、デジタル電力増幅器２４
０では、ＦＥＴ２およびＦＥＴ３を用いて電力増幅が行われる。尚、第３実施例のスイッ
チ選択回路２３５は、本発明における「決定手段」に対応する。
【００３９】
図９は、第３実施例のスイッチ選択回路２３５が選択信号を出力するために行う選択信
号出力処理のフローチャートである。選択信号出力処理では、先ず始めに、駆動波形信号
発生回路２１０から出力されたＷＣＯＭ（駆動波形信号）の読み込みを行う（ステップＳ
１００）。続いて、読み込んだＷＣＯＭから、ＭＣＯＭのオンデューティー比を算出する
（ステップＳ１０２）。ＭＣＯＭのオンデューティー比は、デジタル電力増幅器２４０の
電源Ｖｄｄの電圧をＶｄｄとすると、ＭＣＯＭの電圧値をＶｄｄで除算することによって
算出することができる。尚、オンデューティー比をパーセント表示する場合は、除算した
値に対して、更に１００を乗算すればよい。
【００４０】
次に、算出したオンデューティー比が、所定の閾値（たとえば９５％）以上か否かを判
断する（ステップＳ１０４）。その結果、算出したオンデューティー比が閾値よりも小さ
い場合は（ステップＳ１０４：ｎｏ）、ＦＥＴ１選択信号を出力する（ステップＳ１０６
）。これに対して、算出したオンデューティー比が閾値以上であった場合は（ステップＳ
１０４：ｙｅｓ）、ＦＥＴ２選択信号を出力する（ステップＳ１０８）。こうして、ＦＥ
Ｔ１選択信号あるいはＦＥＴ２選択信号の何れかを出力したら、処理の先頭に戻って、再
びＷＣＯＭを読み込んだ後（ステップＳ１００）、上述した続く一連の処理を行う。
【００４１】
図５を用いて前述したように、スイッチ駆動回路２４２に搭載されたコンデンサーＢＳ
Ｃは、ＦＥＴ１がＯＦＦで、ＦＥＴ２がＯＮの状態にならないと充電されない。また逆に
、ＦＥＴ１がＯＮで、ＦＥＴ２がＯＦＦの間は、少しずつ放電する。従って、ＭＣＯＭの
オンデューティー比があまりに高くなると、コンデンサーＢＳＣが放電する時間（すなわ
ち、ＦＥＴ１がＯＮで、ＦＥＴ２がＯＦＦとなっている時間）に対して、コンデンサーＢ
ＳＣに充電される時間（すなわち、ＦＥＴ１がＯＦＦで、ＦＥＴ２がＯＮとなっている時
間）が短くなり過ぎて、コンデンサーＢＳＣに蓄えられた電圧が低下し、ＦＥＴ１をＯＮ
にすることができなくなる。しかし、上述した第３実施例では、ＭＣＯＭのオンデューテ
ィー比が閾値の値（たとえば９５％）よりも大きくなると、ＦＥＴ２選択信号が出力され
るので、ＦＥＴ１が駆動される状態からＦＥＴ２が駆動される状態に切り換わる。そして
、前述したようにＦＥＴ２はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴを用いて構成されており、コンデ
ンサーＢＳＣのようなブートストラップコンデンサーを用いなくても駆動することができ
る。このため、ＭＣＯＭのオンデューティー比が上限付近となるような場合でも、デジタ
ル電力増幅器２４０で電力増幅を行って、圧電素子１１６を適切に駆動することが可能と
なる。
【００４２】
また、上述した第３実施例では、駆動波形信号発生回路２１０が出力するＷＣＯＭに基
づいてＭＣＯＭのオンデューティー比を算出し、その値に基づいて、ＦＥＴ１を駆動する
場合（ＦＥＴ１選択信号を出力する場合）と、ＦＥＴ２を駆動する場合（ＦＥＴ２選択信
号を出力する場合）とを切り換えている。このため、前述した第２実施例のように、コン
デンサーＢＳＣの端子間電圧を検出する必要がなく、また、オペアンプを搭載する必要も
ない。
【００４３】
尚、上述した第３実施例では、ＷＣＯＭをＭＣＯＭのオンデューティー比に一旦変換し
、得られたオンデューティー比を閾値と比較することとしていた。しかし、前述したよう
に、ＷＣＯＭと、ＭＣＯＭのオンデューティー比とは一対一に対応しており、オンデュー
ティー比が閾値を超えることになるようなＷＣＯＭの値は予め求めておくことができる。
そこで、この値を閾値として記憶しておき、この閾値とＷＣＯＭとを比較してもよい。そ
して、ＷＣＯＭが、この閾値よりも小さい場合は、ＦＥＴ１選択信号を出力し、逆にＷＣ
ＯＭがこの閾値よりも大きい場合は、ＦＥＴ２選択信号を出力するようにしてもよい。
【００４４】
上述した第２実施例、第３実施例では、スイッチ１とスイッチ２とが排他的に切り替え
られる例を示したが、ＢＳＣの端子間電圧が十分高い場合はスイッチ１とスイッチ２とを
共に駆動しても良い。スイッチ１とスイッチ２とが共にＯＮしている状態は、スイッチ１
とスイッチ２のオン抵抗が並列に並べられているのと等価であるため、スイッチ１とスイ
ッチ２を共にオンしている際の合成抵抗は、スイッチ１、スイッチ２のオン抵抗よりも低
い。このため、負荷に大電流を流す場合には、デジタル電力増幅器２４０での電力損失が
下がるので、より好適である。
【００４５】
以上、各種実施例の容量性負荷駆動回路２００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、容量性負荷にパルス状の電圧を印加する場合は、平滑
フィルター２５０を必須構成とすることなく、本発明の容量性負荷駆動回路２００を好適
に用いることができる。また、平滑フィルター２５０のＬ成分やＣ成分として、回路配線
パターンや回路素子の寄生インダクタンスや寄生容量を用いることにより、平滑フィルタ
ーを必須構成としないこともできる。
【００４６】
また、好適に適用することができる一例として、インクジェットプリンターでインクを
噴射する噴射ノズルは、アクチュエーターとして圧電素子を利用しているので、噴射ノズ
ルの圧電素子を駆動する容量性負荷駆動回路２００としても好適に適用することができる
。あるいは、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。
【符号の説明】
【００４７】
１００…流体噴射装置、 １１０…脈動発生部、 １１１…ノズル、
１１２…流体噴射管、 １１３…第２ケース、 １１４…第１ケース、
１１５…流体室、 １１６…圧電素子、 １２０…流体供給手段、
１２１…第１接続チューブ、 １２２…第２接続チューブ、 １２３…流体容器、
１３０…制御部、 １５０…配線ケーブル、
２００…容量性負荷駆動回路、 ２１０…駆動波形信号発生回路、
２３０…変調回路、 ２３５…スイッチ選択回路、 ２４０…デジタル電力増幅器、
２４２…スイッチ駆動回路、 ２５０…平滑フィルター、 ３４２…スイッチ駆動回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形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、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって駆動信号を生成する平滑フィルターと
を備え、
前記デジタル電力増幅器は、
第１の電圧発生源と、
前記第１の電圧発生源と直列接続される第１のスイッチと、
前記第１のスイッチと直列接続される第２のスイッチと、
前記第２のスイッチと直列接続され、前記第１の電圧発生源が発生させる電圧よりも
低い電圧を発生させる第２の電圧発生源と、
前記変調信号に基づいて前記第１および第２のスイッチを駆動するスイッチ駆動回路
と
を備え、
前記スイッチ駆動回路は、前記第２のスイッチがＯＮの期間中に電流を蓄えるブートス
トラップコンデンサーを搭載し、前記第１のスイッチをＯＮにする場合には、該ブートス
トラップコンデンサーに蓄えられた電流を該第１のスイッチに供給することによって前記
第１のスイッチをＯＮにしており、
前記第１のスイッチには、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、Ｐチャンネル
ＭＯＳＦＥＴによるスイッチとが並列に接続されている
容量性負荷駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の容量性負荷駆動回路であって、
前記スイッチ駆動回路は、前記ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧を
検出し、該検出した電圧に応じて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチ、また
は前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する
容量性負荷駆動回路。
【請求項３】
請求項１に記載の容量性負荷駆動回路であって、
前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチ、または前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ
によるスイッチの何れを駆動するかを、前記駆動波形信号に基づいて決定する決定手段を
備え、
前記スイッチ駆動回路は、前記決定手段が決定した結果に基づいて、前記Ｎチャンネル
ＭＯＳＦＥＴによるスイッチ、または前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆
動する
容量性負荷駆動回路。
【請求項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、
流体を供給する流体供給手段と、
前記流体供給手段から供給された流体が流入する流体室と、前記容量性負荷であるアク
チュエーターと、前記流体室に流入された流体を噴射する噴射ノズルとを有する脈動発生
部と
を備え、
前記容量性負荷駆動回路から出力される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、前記流体室に流入された流体が前記噴射ノズルからパルス状に噴射される
流体噴射装置。
【請求項１】
駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形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、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって駆動信号を生成する平滑フィルターと
を備え、
前記デジタル電力増幅器は、
第１の電圧発生源と、
前記第１の電圧発生源と直列接続される第１のスイッチと、
前記第１のスイッチと直列接続される第２のスイッチと、
前記第２のスイッチと直列接続され、前記第１の電圧発生源が発生させる電圧よりも
低い電圧を発生させる第２の電圧発生源と、
前記変調信号に基づいて前記第１および第２のスイッチを駆動するスイッチ駆動回路
と
を備え、
前記スイッチ駆動回路は、前記第２のスイッチがＯＮの期間中に電流を蓄えるブートス
トラップコンデンサーを搭載し、前記第１のスイッチをＯＮにする場合には、該ブートス
トラップコンデンサーに蓄えられた電流を該第１のスイッチに供給することによって前記
第１のスイッチをＯＮにしており、
前記第１のスイッチには、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチと、Ｐチャンネル
ＭＯＳＦＥＴによるスイッチとが並列に接続されている
容量性負荷駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の容量性負荷駆動回路であって、
前記スイッチ駆動回路は、前記ブートストラップコンデンサーに蓄えられている電圧を
検出し、該検出した電圧に応じて、前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチ、また
は前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆動する
容量性負荷駆動回路。
【請求項３】
請求項１に記載の容量性負荷駆動回路であって、
前記ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチ、または前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ
によるスイッチの何れを駆動するかを、前記駆動波形信号に基づいて決定する決定手段を
備え、
前記スイッチ駆動回路は、前記決定手段が決定した結果に基づいて、前記Ｎチャンネル
ＭＯＳＦＥＴによるスイッチ、または前記ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴによるスイッチを駆
動する
容量性負荷駆動回路。
【請求項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、
流体を供給する流体供給手段と、
前記流体供給手段から供給された流体が流入する流体室と、前記容量性負荷であるアク
チュエーターと、前記流体室に流入された流体を噴射する噴射ノズルとを有する脈動発生
部と
を備え、
前記容量性負荷駆動回路から出力される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、前記流体室に流入された流体が前記噴射ノズルからパルス状に噴射される
流体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２２７１７（Ｐ２０１２−２２２７１７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８９１１（Ｐ２０１１−８８９１１）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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