駆動回路および液体噴射装置、印刷装置、医療機器
【課題】コンデンサーの数を抑えつつも、出力可能な電圧値の種類を増やす。
【解決手段】電源により充電される複数の第１蓄電素子を直列に接続して直列蓄電素子群を構成する。また、この直列蓄電素子群を用いて第２蓄電素子を充電する。そして、充電した第２蓄電素子を直列蓄電素子群に直列接続した状態と、第２蓄電素子を直列接続しない状態とを切り替えながら、直列蓄電素子群を負荷に接続して電圧を印加する。こうすると、第２蓄電素子を直列接続した場合と、直列接続しない場合との２種類の電圧が出力可能となる。ここで、直列蓄電素子群を構成する第１蓄電素子の数が互いに異なる複数の状態に対して、それぞれ２種類の電圧が出力可能なので、第２蓄電素子を備えるだけで出力可能な電圧の数を大幅に増やすことができる。これにより、蓄電素子の数を抑えながらも多種類の電圧を出力することが可能となる。
【解決手段】電源により充電される複数の第１蓄電素子を直列に接続して直列蓄電素子群を構成する。また、この直列蓄電素子群を用いて第２蓄電素子を充電する。そして、充電した第２蓄電素子を直列蓄電素子群に直列接続した状態と、第２蓄電素子を直列接続しない状態とを切り替えながら、直列蓄電素子群を負荷に接続して電圧を印加する。こうすると、第２蓄電素子を直列接続した場合と、直列接続しない場合との２種類の電圧が出力可能となる。ここで、直列蓄電素子群を構成する第１蓄電素子の数が互いに異なる複数の状態に対して、それぞれ２種類の電圧が出力可能なので、第２蓄電素子を備えるだけで出力可能な電圧の数を大幅に増やすことができる。これにより、蓄電素子の数を抑えながらも多種類の電圧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、電圧を印加して負荷を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加することにより、半導体素子や誘電体素子などの電子素子の負荷を駆動する技術は、種々の装置で広く用いられている。例えば、インクジェットプリンターなどの流体噴射装置では、電圧に応じて伸縮するピエゾ素子に電圧を印加することで、噴射口から流体を押し出して噴射している。また、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置では、液晶に電圧を印加して液晶分子を整列させたり、あるいは有機ＥＬに電圧を印加して発光させることによって画像を表示している。また、電子素子に限らず、モーターや電磁石などの種々の負荷に電圧を印加して負荷を駆動する技術も広く用いられている。
【０００３】
これら種々の負荷を駆動する装置では、負荷に印加する電圧の波形（電圧波形）を制御することで負荷の動作を制御しており、このため、電圧波形を正確に生成することが重要である。こうした理由から、生成する電圧波形の最大電圧よりも高い電圧を発生する電源を用意しておき、電源からの電圧をパワートランジスター等の半導体素子を用いて降圧させることで電圧波形を生成する技術が広く用いられている（例えば、特許文献１）。この技術では、パワートランジスター等を制御することで、電圧波形を正確に生成することが可能である。
【０００４】
また、出力電圧が高い電源や耐電圧の高いパワートランジスターを備えると装置が大型化する傾向がある。そこで、複数のコンデンサーを同一の電圧に充電し、それらのコンデンサーを直列に接続することで電圧を上昇させるとともに、直列に接続するコンデンサーの数を変えることで電圧を変化させる回路（いわゆるチャージポンプ回路）を用いることにより、パワートランジスター等を省略して装置構成を小型化しようとする技術が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５９９６９号公報
【特許文献２】特開平７−１３０４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、提案されている技術では、精度の高い電圧波形を生成することが困難だという問題があった。すなわち、直列に接続するコンデンサーの数を変えることで電圧を変化させることから、出力できる電圧値の種類の数は、コンデンサーの数に限られる。すると、この限られた種類の電圧で電圧波形を生成しなければならないので、精度の高い電圧波形を生成することが困難となる。もちろん、より多くのコンデンサーを備えて多種類の電圧を出力すれば、電圧波形の精度を高めることが可能であるが、今度はコンデンサーの数が増えるので、回路を小型化することが困難になってしまう。
【０００７】
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、コンデンサーの数を抑えつつ、出力可能な電圧値の種類を増やして電圧波形の精度を高める技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の負荷駆動回路は次の構成を採用した。すなわち、
負荷に電圧を印加することによって該負荷を駆動する負荷駆動回路であって、
電源から電圧の供給を受けて充電される複数の第１蓄電素子と、
前記複数の第１蓄電素子間の接続状態を切り替えることにより、該第１蓄電素子が直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子とは異なる第２蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第２蓄電素子充電手段と、
前記充電した第２蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第２蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第２蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備えることを要旨とする。
【０００９】
かかる本発明の負荷駆動回路では、電源により充電される複数の第１蓄電素子を備えており、これら複数の第１蓄電素子を直列に接続して直列蓄電素子群を構成する。また、この直列蓄電素子群を第２蓄電素子に接続することで、第２蓄電素子を充電する。そして、直列蓄電素子群を負荷に接続して負荷に電圧を印加する際には、充電した第２蓄電素子と直列蓄電素子群とを直列に接続した状態で、直列蓄電素子群および第２蓄電素子を負荷に接続する状態と、第２蓄電素子と直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、直列蓄電素子を負荷に接続する状態とを切り替えて電圧を印加する。
【００１０】
複数の第１蓄電素子を直列接続した直列蓄電素子群は、各々の第１蓄電素子とは異なる電圧を発生するので、これを用いて充電される第２蓄電素子は、第１蓄電素子とは電圧値が異なる電圧を持つ。すると、これらの蓄電素子を用いて電圧を出力する際には、第１蓄電素子のみを直列接続した場合（直列蓄電素子群のみを用いた場合）と、第１蓄電素子に加えて第２蓄電素子を直列接続した場合（直列蓄電素子群に第２蓄電素子を直列接続した場合）とで、電圧値が異なる電圧が出力される。これにより、出力可能な電圧の数を増やすことができるので、出力電圧の階調度が向上する結果、電圧波形の精度を高めることが可能となる。また、直列蓄電素子群は、直列蓄電素子群を構成する第１蓄電素子の数が異なる複数の態様を取り得るが、そのそれぞれの態様に対して、直列蓄電素子群と第２蓄電素子とを直列接続するか否かに応じた２種類の電圧を出力することが可能である。このため、第２蓄電素子を備えるだけで出力可能な電圧の数を大幅に増やすことが可能であり、蓄電素子の数を抑えながらも多種類の電圧を出力することが可能となる。
【００１１】
尚、蓄電素子は、充電されて電圧を発生する素子であれば、どのような素子であってもよい。例えば、コンデンサーのように充電されて電荷が供給されると内部に電場を蓄えることによって電圧を発生する素子であってもよいし、あるいは、二次電池のように内部に化学的なエネルギーを蓄えることによって電圧を発生する素子であってもよい。
【００１２】
また、上述した本発明の負荷駆動回路では、第１蓄電素子を負荷から切断して充電する際には、第２蓄電素子を負荷に接続するものとしてもよい。
【００１３】
こうすれば、第２蓄電素子の電圧を用いて負荷に電圧を印加した状態のままで、第１蓄電素子を充電することができるので、第１蓄電素子を充電する際にも、負荷に電圧を印加した状態を保つことが可能となる。
【００１４】
また、上述した本発明の負荷駆動回路は、次の態様として把握することも可能である。すなわち、
電源から電圧の供給を受けて充電される第１蓄電素子と、
前記電源から電圧の供給を受けて充電される第２蓄電素子と、
前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子とが直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子および前記第２蓄電素子とは異なる第３蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第３蓄電素子充電手段と、
前記充電した第３蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第３蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第３蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備える負荷駆動回路として把握することが可能である。
【００１５】
このような態様の負荷駆動回路では、電源により充電される第１蓄電素子および第２蓄電素子を備えており、第１蓄電素子と第２蓄電素子とを直列に接続して直列蓄電素子群を構成する。また、この直列蓄電素子群を第３蓄電素子に接続することで、第３蓄電素子を充電する。そして、直列蓄電素子群を負荷に接続して負荷に電圧を印加する際には、充電した第３蓄電素子と直列蓄電素子群とを直列に接続した状態で、直列蓄電素子群および第３蓄電素子を負荷に接続する状態と、第３蓄電素子と直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、直列蓄電素子群を負荷に接続する状態とを切り換えて電圧を印加する。
【００１６】
第１蓄電素子と第２蓄電素子とを直列接続した直列蓄電素子群は、第１蓄電素子および第２蓄電素子とは異なる電圧を発生するので、これを用いて充電される第３蓄電素子は、第１蓄電素子および第２蓄電素子とは異なる電圧を持つ。したがって、直列蓄電素子群のみを用いた場合（第１蓄電素子および第２蓄電素子のみを用いた場合）と、直列蓄電素子群に加えて第３蓄電素子を直列接続した場合とでは、異なる電圧が出力される。これにより、電圧値の種類を増やして出力電圧の階調度を向上させることが可能となり、その結果、電圧波形の精度を高めることが可能となる。
【００１７】
また、上述した本発明の負荷駆動回路を用いれば、噴射ノズルに設けられたアクチュエーターを駆動することで噴射ノズルから液体を適切に噴射可能なことから、本発明は、上述した負荷駆動回路を備える液体噴射装置として把握することも可能である。
【００１８】
かかる本発明の液体噴射装置では、上述した負荷駆動回路によって精度の高い電圧波形が生成されるので、アクチュエーターの動作を精度良く制御することができ、その結果、噴射する液体の量や液滴のサイズ、液体の噴射速度などを精度良く制御して液体を適切に噴射することが可能となる。
【００１９】
また、上述した本発明の液体噴射装置は印刷装置に搭載することも可能であることから、本発明は、上述した液体噴射装置を搭載した印刷装置として把握することも可能である。
【００２０】
このような本発明の印刷装置では、上述した負荷駆動回路によって、噴射ノズルに設けられたアクチュエーターを精度良く駆動することが可能であり、その結果、インクなどの液体を精度良く噴射することができるので、品質の高い画像を印刷することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施例の電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンターの大まかな構成を示した説明図である。
【図２】噴射ヘッドの内部の機構を詳細に示した説明図である。
【図３】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４】本実施例のインクジェットプリンターに備えられた駆動電圧波形生成回路およびその周辺の回路構成を示した説明図である。
【図５】本実施例の駆動電圧波形生成回路の構成を示した説明図である。
【図６】本実施例の駆動電圧波形生成回路のチャージポンプ回路を用いて種々の電圧を出力する様子を示した説明図である。
【図７】コンデンサーＣＣを用いることにより多種類の電圧が出力可能となる様子を示した説明図である。
【図８】本実施例の駆動電圧波形生成回路によって多種類の電圧が出力可能となる様子を概念的に示した説明図である。
【図９】コンデンサーＣＣの電圧を出力端子に直接出力する第１変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【図１０】コンデンサーＣＣから電圧を出力している間にコンデンサーＣＣを充電可能とした第２変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【図１１】コンデンサーＣＣおよび電源を直列に接続可能とした第３変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【図１２】コンデンサーＣＣをチャージポンプ回路の出力電圧とは異なる電圧に充電する第４変形例の駆動電圧波形生成回路を例示した説明図である。
【図１３】ＧＮＤ側にチャージポンプ回路を接続し、出力端子側にコンデンサーＣＣを接続する第５変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンターの実施例を説明する。
Ａ．インクジェットプリンターの装置構成：
Ｂ．本実施例の駆動電圧波形生成回路：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１変形例：
Ｃ−２．第２変形例：
Ｃ−３．第３変形例：
Ｃ−４．第４変形例：
Ｃ−５．第５変形例：
【００２３】
Ａ．インクジェットプリンターの装置構成 ：
図１は、本実施例の電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンター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。
【００２４】
キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０は、主走査方向に延設されたガイドレール３８と、内側に複数の歯形が形成されたタイミングベルト３２と、タイミングベルト３２を駆動させる駆動プーリ３４およびステップモータ３６などから構成されている。タイミングベルト３２の一部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を駆動することによって、ガイドレール３８に沿ってキャリッジケース２２を精度良く移動させることができる。
【００２５】
また、プラテンローラー４０は、図示しない駆動モーター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、プリンター制御回路５０の制御の下で、プラテンローラー４０が印刷媒体２を紙送りするとともに、キャリッジケース２２が主走査方向に移動しながら噴射ヘッド２４からインクを噴射することにより、印刷媒体２上に画像を印刷する。
【００２６】
図２は、噴射ヘッドの内部の機構を詳細に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２００が設けられており、それぞれの噴射口２００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２００はそれぞれインク室２０２に接続されており、インク室２０２には、インクカートリッジ２６から供給されたインクが満たされている。インク室２０２の上にはピエゾ素子（圧電素子）２０４が設けられており、ピエゾ素子２０４に電圧を印加すると、ピエゾ素子が変形してインク室２０２を加圧することにより、噴射口２００からインク滴を噴射することが可能となっている。ここで、周知のようにピエゾ素子２０４はいわゆる容量性の負荷に相当する。また、ピエゾ素子２０４は、印加される電圧に応じて変形量が変わるので、ピエゾ素子２０４に印加する電圧を適切に制御すれば、インク室２０２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、次のような電圧波形をピエゾ素子２０４に印加している。
【００２７】
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、その後降下して元の電圧に戻る台形状の波形をしている。また、図中には、駆動電圧波形に応じてピエゾ素子２０４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２０４が徐々に収縮していく。このとき、ピエゾ素子２０４に引っ張られてインク室２０２が膨張するので、インクカートリッジ２６からインク室２０２内にインクを供給することができる。電圧が上昇してピークに達した後、電圧が降下していくと、今度は、ピエゾ素子２０４が伸張することによって、インク室２０２を圧縮して噴射口２００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２０４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２０４も初期状態へと戻る。
【００２８】
この様に、インクジェットプリンター１０は、インク室２０２にピエゾ素子２０４が設けられており、ピエゾ素子２０４に適切な駆動電圧波形を印加することによって、噴射ヘッド２４からインク滴を噴射することが可能となっている。このため、インクジェットプリンター１０は、各機構の動作を制御するプリンター制御回路５０に加えて、駆動電圧波形を生成する駆動電圧波形生成回路１００を備えている。
【００２９】
図４は、本実施例のインクジェットプリンターに備えられた駆動電圧波形生成回路およびその周辺の回路構成を示した説明図である。駆動電圧波形生成回路１００の詳細な構成については後で詳しく説明するが、駆動電圧波形生成回路１００は、おおまかには、電圧を発生させる電源と、電源からの電圧を変化させて電圧波形を生成する波形生成部とから構成されている。また、駆動電圧波形生成回路１００の動作は、プリンター制御回路５０によって制御されるようになっており、プリンター制御回路５０は駆動電圧波形生成回路１００を制御することで、目的の駆動電圧波形を生成することが可能となっている。
【００３０】
駆動電圧波形生成回路１００の出力は、図示されている様に、ゲートユニット３００へと接続されている。ゲートユニット３００は、並列に接続された複数のゲート素子３０２から構成されており、それぞれのゲート素子３０２の先には、ピエゾ素子２０４が接続されている。各ゲート素子３０２は、個別に導通状態または切断状態とすることが可能となっており、インクを噴射しようとする噴射口のゲート素子３０２だけを導通状態にすれば、対応するピエゾ素子２０４だけに駆動電圧波形を印加して、その噴射口２００からインク滴を噴射することが可能となっている。
【００３１】
プリンター制御回路５０は、こうした回路構成を用いて、画像を次のように印刷する。まず、印刷しようとする画像データに基づいて、インク滴を噴射する噴射口２００と、噴射するインク滴のサイズとを決定し、噴射するインク滴のサイズに応じて、そのサイズのインク滴を噴射するための駆動電圧波形を決定する。そして、ゲートユニット３００に命令を送ってその噴射口２００に対応するゲート素子３０２を導通状態にさせるとともに、駆動電圧波形生成回路１００を動作させて目的の駆動電圧波形を生成する。こうして生成された駆動電圧波形は、ゲート素子３０２を介して目的の噴射口２００のピエゾ素子２０４へと印加され、その結果、目的の噴射口２００から目的のサイズのインク滴が噴射される。
【００３２】
ここで、こうした駆動電圧波形を生成する回路の構成を小型化するためには、前述した様に、充電したコンデンサーを直列に接続したり切り離したりすることで電圧を変化させる回路（いわゆるチャージポンプ回路）を用いて駆動電圧波形を生成することが好ましい。もっとも、通常のチャージポンプ回路では、出力可能な電圧値の種類の数がコンデンサーの数に限られてしまうので、精度の高い駆動電圧波形を生成することが困難である。かといって、多数のコンデンサーを備えて多種類の電圧を出力しようとすると、今度はコンデンサーの数が増えるので、回路構成を小型化することが困難になってしまう。そこで、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、次のような回路構成を採用することにより、コンデンサーの数を抑えながらも、出力可能な電圧の数を増やして、精度の高い駆動電圧波形を生成可能としている。
【００３３】
Ｂ．本実施例の駆動電圧波形生成回路 ：
図５は、本実施例の駆動電圧波形生成回路の構成を示した説明図である。図示されている様に、駆動電圧波形生成回路１００は、電源と、コンデンサーＣ１〜Ｃ２およびコンデンサーＣＣと、それらを接続するスイッチから構成されている。コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２は、図中に「Ａ」と示したスイッチを介して電源と接続することが可能となっており、電源に接続することで、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を電源と同一の電圧（図中「Ｅ」と示した電圧）に充電することが可能となっている。尚、これらのスイッチや電源は、プリンター制御回路５０によって操作されるようになっており、プリンター制御回路５０はこれらを操作することで、駆動電圧波形生成回路１００の動作を制御することが可能である（図４を参照）。
【００３４】
また、コンデンサーＣ１〜Ｃ２および電源は、いわゆるチャージポンプ回路を構成しており、スイッチを切り替えることで、互いに直列に接続したり、切り離したりすることが可能となっている。本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、このチャージポンプ回路を用いて、次のように複数の種類の電圧を出力する。
【００３５】
図６は、本実施例の駆動電圧波形生成回路のチャージポンプ回路を用いて、種々の電圧を出力する様子を示した説明図である。図６（ａ）には、コンデンサーＣ１に充電された電圧と同一の電圧（図中に「Ｅ」と示された電圧）を出力する様子が示されている。図示されている様に、スイッチＳＷ１を図６（ａ）の上側に切り替え、スイッチＳＷ２を図６（ａ）の下側に切り替え、スイッチＳＷ３を図６（ａ）の上側に切り替えると、コンデンサーＣ１が出力端子に接続されるので、コンデンサーＣ１の電圧と同一の電圧（図中に「Ｅ」と示した電圧）が出力端子から出力される。
【００３６】
また、図６（ｂ）に示されている様に、図６（ａ）の状態からスイッチＳＷ２を図６（ｂ）の上側に切り替えると、今度は、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とを直列に接続した状態で、それらを出力端子に接続することができる。こうすると、コンデンサーＣ１の電圧にコンデンサーＣ２の電圧が加算されるので、「２Ｅ」の電圧を出力端子から出力することができる。
【００３７】
更に、図６（ｃ）に示されている様に、図６（ｂ）の状態からスイッチＳＷ４を電源に接続させるように図６（ｃ）の上側に切り替えれば、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とを直列に接続したものに、更に電源を直列に接続することができる。こうすると、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の合計の電圧「２Ｅ」に、更に電源の電圧「Ｅ」が加算されるので、「３Ｅ」の電圧を出力することができる。この様に、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００は、コンデンサーＣ１〜Ｃ２および電源で構成されるチャージポンプ回路を用いて、複数の種類の電圧を出力することが可能となっている。
【００３８】
もっとも、こうしたチャージポンプ回路を用いただけでは、出力可能な電圧の数が限られるので、精度の高い駆動電圧波形を生成することは困難である。そこで、図５あるいは図６に示されている様に、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２に加えて、コンデンサーＣＣを備えている。そして、このコンデンサーＣＣを、コンデンサーＣ１〜Ｃ２と電源とからなるチャージポンプ回路を用いて充電するとともに、充電したコンデンサーＣＣをコンデンサーＣ１〜Ｃ２および電源と組み合わせて使用することによって、上述した電圧に加えて、更に多くの種類の電圧を出力可能としている。この点について、図７を参照しながら説明する。
【００３９】
図７は、コンデンサーＣＣを用いることにより、多種類の電圧が出力可能となる様子を示した説明図である。図７（ａ）には、コンデンサーＣＣを充電する様子が示されている。図示されている様に、コンデンサーＣＣを充電する際には、チャージポンプ回路を構成するコンデンサーＣ１〜Ｃ２と電源とを直列接続するとともに、スイッチＳＷ３を操作して、チャージポンプ回路の出力を出力端子側からコンデンサーＣＣ側へと切り替える。これにより、チャージポンプ回路の出力がコンデンサーＣＣに印加され、コンデンサーＣＣが充電される。
【００４０】
ここで、コンデンサーＣＣは、チャージポンプ回路によって昇圧された電圧で充電されるので、充電後のコンデンサーＣＣの電圧は、電源の電圧（あるいはコンデンサーＣ１〜Ｃ２の電圧）とは異なる電圧になる。例えば、図７（ａ）の例では、コンデンサーＣＣはチャージポンプ回路によって昇圧された「３Ｅ」の電圧で充電されて、充電後の電圧は「３Ｅ」となり、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２の電圧「Ｅ」とは異なる電圧になる。このことは、見方を変えると、充電後のコンデンサーＣＣは、電源（あるいはコンデンサーＣ１〜Ｃ２）とは異なる電圧を発生する新たな電圧源となることを意味している。
【００４１】
そこで、コンデンサーＣＣを、電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２と組み合わせて用いれば、コンデンサーＣ１〜Ｃ２や電源のみを用いた場合の電圧（図６を参照）とは異なる電圧を出力することが可能となる。すなわち、図７（ｂ）に示されている様に、コンデンサーＣＣをコンデンサーＣ１に対して直列接続すれば、コンデンサーＣＣが「３Ｅ」に充電されていることから、「４Ｅ」の電圧を出力することが可能となる。また、図７（ｃ）に示されている様に、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を直列接続した状態で、コンデンサーＣＣに直列に接続すれば、コンデンサーＣＣが電圧「３Ｅ」に充電されていることから、「５Ｅ」の電圧を出力することが可能となる。
【００４２】
このように、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを、チャージポンプ回路で充電し、コンデンサーＣＣを電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２と直列に接続することで、チャージポンプ回路を用いて出力可能な電圧（図６を参照）に加えて、更に複数の種類の電圧を出力することが可能となっている。こうしたことが可能となるのは、前述した様に、コンデンサーＣＣを、電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２とは異なる電圧に充電していることによる。この点について、図８を参照しながら補足して説明する。
【００４３】
図８は、本実施例の駆動電圧波形生成回路によって多種類の電圧が出力可能となる様子を概念的に示した説明図である。図中のグラフの左側には、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００によって出力可能となる電圧値が示されている。図中の白抜きの矢印は、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２を用いた場合に出力可能な電圧値を表しており、ハッチングを付した矢印は、コンデンサーＣＣを用いることで新たに出力可能となる電圧値を表している。
【００４４】
一般に、チャージポンプ回路では、複数のコンデンサーが同一の電圧に充電されるので、出力される電圧の値は、直列に接続するコンデンサーの数によって決まってしまう。このため、直列に接続するコンデンサーの数が同じであれば、どのコンデンサーを用いても出力される電圧の値は同じであり、直列に接続するコンデンサーを他のコンデンサーに替えても、異なる電圧値を出力して出力可能な電圧の数を増やすことはできない。こうした点に鑑みて、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを、コンデンサーＣ１〜Ｃ２や電源とは異なる電圧に充電している。こうすれば、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とを直列接続した際の電圧（図中に「２Ｅ」と示した電圧）と、コンデンサーＣ２の代わりにコンデンサーＣＣを用いた際の電圧（図中に「４Ｅ」と示した電圧）とが異なるので、コンデンサーＣ２に代えてコンデンサーＣＣを用いることで、新たな電圧を出力して出力可能な電圧の数を増やすことが可能となる。
【００４５】
また、チャージポンプ回路で電圧を出力する際には、コンデンサーに加えて、コンデンサーを充電する電源を使用することも可能であるが、こうした場合、その電源でコンデンサーを充電していることから、電源の電圧とコンデンサーの電圧とは同じ電圧になっている。このため、コンデンサーと電源とのいずれを用いても、出力される電圧は同じであり、コンデンサーと電源とを使い分けても出力可能な電圧の数を増やすことはできない。これに対して、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、電源の電圧とコンデンサーＣＣの電圧とが異なるので、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２と電源とを直列に接続した際の電圧（図中に「３Ｅ」と示した電圧）と、電源の代わりにコンデンサーＣＣを用いた際の電圧（図中に「５Ｅ」と示した電圧）とが異なる。したがって、電源の変わりにコンデンサーＣＣを用いることで、新たな電圧を出力して出力可能な電圧の数を増やすこと可能となっている。
【００４６】
図８の右側には、こうして出力可能になった電圧を用いて生成した駆動電圧波形が例示されている。本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、多種類の電圧を出力可能となっていることから、図示されている様に、電圧を小刻みに変化させることが可能となり、精度の高い駆動電圧波形を生成することが可能となる。これにより、本実施例のインクジェットプリンター１０では、噴射口２００に設けられたピエゾ素子に精度の高い駆動電圧波形を印加することが可能となっており、その結果、ピエゾ素子を正確に制御して、インク滴を的確に噴射することが可能となっている。
【００４７】
また、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーの数を抑えて回路構成を小型化することも可能である。すなわち、本実施例の駆動電圧波形生成回路では、前述した様に、コンデンサーＣＣを用いた場合と、コンデンサーＣＣを用いない場合とで出力される電圧が異なるので、直列に接続するコンデンサーの数が同じであっても、２通りの電圧が出力可能となる。このため、コンデンサーＣＣを備えることにより、おおまかには、チャージポンプ回路が備えているコンデンサーの数の２倍の種類の電圧を出力することが可能となる。このため、コンデンサーの数を大幅に増やす必要がなく、コンデンサーの数を抑えて回路構成を小型化することが可能となっている。
【００４８】
また、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを他のコンデンサーよりも高い電圧に充電することができることから、電圧を出力する際に直列に接続するコンデンサーの数を少なく抑えることも可能となっている。すなわち、コンデンサーＣＣを他のコンデンサーよりも高い電圧に充電しているので、コンデンサーＣＣを用いれば、その分だけ直列に接続するコンデンサーの数を少なく抑えることが可能である。例えば、図７（ｂ）に示されている例では、チャージポンプ回路のコンデンサーの電圧の４倍の電圧を出力しているが、４倍の電圧を出力するために４つのコンデンサーを直列接続する必要はなく、コンデンサーＣＣとコンデンサーＣ１との２つのコンデンサーを直列に接続すればよい。
【００４９】
一般に、コンデンサーを直列接続すると全体の静電容量が低下することから、多数のコンデンサーを直列接続する場合には、個々のコンデンサーの静電容量を予め大きくしておく必要がある。この点、本実施例の駆動電圧波形生成回路では、直列接続するコンデンサーの数を少なくすることができるので、個々のコンデンサーの静電容量を小さく抑えることが可能であり、更には、より小型のコンデンサーを用いて回路構成をより小型化することも可能となっている。また、コンデンサーとコンデンサーとの間を接続するスイッチの数も少なくすることができるので、回路構成をより簡素化することも可能であり、延いては、スイッチの内部抵抗による電力消費を減らして電力効率を向上させることも可能となる。
【００５０】
尚、コンデンサーＣＣを充電する際には（図７（ａ）を参照）、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の電圧が低下することにより、コンデンサーＣＣを十分に充電できない場合も生じ得る。こうした場合は、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を電源で再び充電してから、コンデンサーＣＣに再度接続すればよい。こうした動作を繰り返すことで、コンデンサーＣＣを十分に充電することが可能である。
【００５１】
以上に説明した様に、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２とは異なる電圧に充電して用いることにより、コンデンサーの数を大幅に増やすことなく、多種類の電圧を出力して精度の高い駆動電圧波形を生成することが可能となっている。このことから、回路構成を小型化することが可能となっており、更には、コンデンサー同士を接続するスイッチ等での電力消費を抑えて、電力効率を高めることも可能となっている。
【００５２】
Ｃ．変形例 ：
以下に、前述した本実施例の変形例について説明する。なお、以下に説明する変形例において、上述した本実施例と同様の構成部分については、本実施例と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Ｃ−１．第１変形例 ：
前述した実施例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣの出力電圧を、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の出力電圧と組み合わせて出力端子から出力するものとして説明した（図７（ｂ）および図７（ｃ）を参照）。しかし、コンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２と組み合わせずに、コンデンサーＣＣの出力電圧をそのまま出力端子から出力してもよい。
【００５３】
図９は、コンデンサーＣＣの電圧を出力端子に直接出力する第１変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、コンデンサーＣＣは図中に「Ｂ」と示したスイッチを介して出力端子に接続することが可能となっており、コンデンサーＣＣの電圧を、コンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２を介さずに出力端子から直接出力することが可能となっている。こうすると、コンデンサーＣＣが出力端子に電圧を出力している間は、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２は電圧を出力する必要がないので、その間に図中に「Ａ」と示したスイッチを操作して、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を充電することが可能である。こうすれば、駆動電圧波形を出力している間に、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の電圧が低下しても、コンデンサーＣＣを用いている間にコンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を充電しなおすことが可能であり、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を充電しなおす時間を省略して駆動電圧波形をより迅速に出力することが可能となる。
【００５４】
尚、図３を用いて前述したように、インクジェットプリンター１０では、ピエゾ素子２０４に予め一定の電圧（図３で「初期電圧」と示した電圧）を印加している。そこで、コンデンサーＣＣを初期電圧に充電しておけば、コンデンサーＣＣを用いてピエゾ素子２０４に初期電圧を印加することも可能である。こうすれば、初期電圧を印加している間にコンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２を充電して駆動電圧波形の出力に備えることができるので、より好適である。また、初期電圧を印加する電源を別途用意する必要がないので、装置構成をより小型化することが可能となる。
【００５５】
Ｃ−２．第２変形例 ：
また、コンデンサーＣＣから電圧を出力端子に出力している間には、コンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２を充電するだけでなく、コンデンサーＣＣを充電することも可能である。
【００５６】
図１０は、コンデンサーＣＣから電圧を出力している間に、コンデンサーＣＣを充電可能とした第２変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第２変形例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣが出力端子に接続されるとともに、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２からなるチャージポンプ回路の出力が、ダイオードを介してコンデンサーＣＣに供給されるようになっている（図中に「Ｂ」と示した部分を参照）。こうすれば、コンデンサーＣＣから電圧が出力されて、コンデンサーＣＣの電圧が下がると、ダイオードを介してチャージポンプ回路からコンデンサーＣＣに電力が供給されるので、コンデンサーＣＣから電圧を出力しながらも、コンデンサーＣＣを充電することが可能となる。
【００５７】
Ｃ−３．第３変形例 ：
前述した実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、スイッチＳＷ０を切り替えることで、電源とコンデンサーＣＣとを使い分けることが可能となっていた（図６（ｃ）および図７（ｃ）を参照）。しかし、コンデンサーＣＣと電源とを使い分けるだけでなく、両者を直列に接続して同時に使用することも可能である。
【００５８】
図１１は、コンデンサーＣＣおよび電源を直列に接続可能とした第３変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第３変形例の駆動電圧波形生成回路では、図中に「Ｃ」と示したスイッチを切り替えることで、コンデンサーＣＣと電源とを直列に接続することが可能となっている。駆動電圧波形生成回路をこのような構成とすれば、電源および全てのコンデンサーの電圧を加算した電圧（図１１の例では、図中に「６Ｅ」と示した電圧）を出力することが可能となるので、出力可能な電圧の数を更に増やすことが可能となる。
【００５９】
Ｃ−４．第４変形例 ：
前述した実施例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣを、チャージポンプ回路の出力電圧と同一の電圧に充電するものとして説明した。しかし、コンデンサーＣＣは、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２と異なる電圧に充電すればよく、必ずしもチャージポンプの出力電圧と同一の電圧に充電する必要はない。
【００６０】
図１２は、コンデンサーＣＣをチャージポンプ回路の出力電圧とは異なる電圧に充電する第４変形例の駆動電圧波形生成回路を例示した説明図である。図１２（ａ）に示されている様に、第４変形例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２の２つのコンデンサーを直列に接続することが可能となっており（図中に「Ｄ」と示した部分を参照）、２つのコンデンサーを直列に接続した状態で、これらのコンデンサーをチャージポンプ回路で充電することが可能となっている。このため、２つのコンデンサーは、それぞれチャージポンプ回路の出力電圧の半分の電圧（図中に「１．５Ｅ」と示した電圧）に充電される。すると、コンデンサーＣＣ１（あるいはコンデンサーＣＣ２）の電圧は、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２の電圧と異なることから、コンデンサーＣ１〜Ｃ２や電源とコンデンサーＣＣ１（あるいはコンデンサーＣＣ２）を組み合わせて用いることで、多種類の電圧を出力することが可能となる。
【００６１】
また、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２を使って電圧を出力する際には、図１２（ｂ）に示されている様に、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２を並列に接続した状態で使用するものとしてもよい。こうすれば、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２の全体の静電容量を増やすことができるので、より多くの電力を供給することが可能となり、また、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２を充電する頻度を減らして駆動電圧波形をより迅速に生成することが可能となる。
【００６２】
Ｃ−５．第５変形例 ：
前述した実施例および変形例では、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続した状態で出力端子に接続する際には、出力端子側にチャージポンプ回路を接続し、ＧＮＤ側にはコンデンサーＣＣを接続するものとして説明した（図７（ｃ）を参照）。しかし、これとは逆に、ＧＮＤ側にチャージポンプ回路を接続し、出力端子側にコンデンサーＣＣを接続するものとしてもよい。
【００６３】
図１３は、ＧＮＤ側にチャージポンプを接続し、出力端子側にコンデンサーＣＣを接続する第５変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第５変形例の駆動電圧波形生成回路１００では、図中に図中に「Ｆ」と示したスイッチを介してコンデンサーＣＣを出力端子に接続することが可能となっており、また、スイッチＳＷ４を介してチャージポンプ回路をＧＮＤに接続することが可能となっている。このため、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続した状態では、出力端子の側にコンデンサーＣＣが接続され、ＧＮＤの側にはチャージポンプ回路が接続された状態となる。
【００６４】
こうすると、チャージポンプ回路をＧＮＤに接続していることから、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続して高い電圧を出力する場合であっても、チャージポンプ回路の各スイッチにかかる電圧を低く抑えることが可能となる。例えば、図１３の例では、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続することで電圧値が「５Ｅ」の電圧を出力することが可能であるが、チャージポンプ回路がＧＮＤに接続されているため、スイッチＳＷ１にかかる電圧は、コンデンサー１つ分の電圧の「Ｅ」に抑えられる。同様に、スイッチＳＷ２にかかる電圧は、コンデンサー２つ分の電圧の「２Ｅ」に抑えられる。このように、チャージポンプ回路をＧＮＤの側に接続しておけば、チャージポンプ回路の各スイッチにかかる電圧を低く抑えることができるので、チャージポンプ回路の各スイッチには、電圧に対する耐性（耐圧）が小さなスイッチを用いることが可能となる。その結果、耐圧が小さなスイッチを用いて駆動電圧波形生成回路１００の回路構成をより簡素化することが可能となり、更には、耐圧が小さなスイッチを用いればスイッチを制御する回路も簡素化することが可能となるので、スイッチを制御するプリンター制御回路５０（図４を参照）の回路構成を簡素化することも可能となる。
【００６５】
以上、本実施例の駆動電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンター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、より大型の噴射ヘッドを備えた印刷装置（いわゆるラインヘッドプリンタ等）に本実施例の駆動電圧波形生成回路を搭載してもよい。このような印刷装置の場合、噴射ヘッドが大型化するのに伴って多数の駆動素子が搭載されるので、駆動電圧波形を生成する回路構成も大型化する傾向がある。この点、本実施例の駆動電圧波形生成回路を用いれば、回路構成を小型化することが可能となる。
【００６６】
また、上述した実施例では、本実施例の駆動電圧波形生成回路を、インクジェットプリンターのピエゾ素子の駆動回路に適用した場合を例にとって説明したが、本実施例の駆動電圧波形生成回路は、電圧に応じて駆動する種々の装置に適用することが可能である。例えば、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどの電圧により動作可能な表示装置に適用することも可能である。また、水あるいは食塩水等の液体をパルス状に噴射して生体組織を切開または切除する手術具としての流体噴射装置において、ピエゾ素子を駆動することによって液体室の容積を変更して、液体をパルス状の脈流に変換する脈流発生装置に適用することも可能である。こうした装置を駆動する場合も、多種類の電圧を出力可能なことから、液晶素子や有機ＥＬなどの種々の素子を正確に動作させることが可能となる。また、多種類の電圧を出力可能なことから、表示装置の階調値の数を増やすことも可能となる。もちろん、表示装置に限らず、電圧により駆動可能な装置であれば、多種類の電圧を出力可能なことから、装置を正確に駆動させることが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
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…駆動プーリ、３６…ステップモータ、３８…ガイドレール、４０…プラテンローラー、５０…プリンター制御回路、１００…駆動電圧波形生成回路、２００…噴射口、２０２…インク室、２０４…ピエゾ素子、３００…ゲートユニット、３０２…ゲート素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加して負荷を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加することにより、半導体素子や誘電体素子などの電子素子の負荷を駆動する技術は、種々の装置で広く用いられている。例えば、インクジェットプリンターなどの流体噴射装置では、電圧に応じて伸縮するピエゾ素子に電圧を印加することで、噴射口から流体を押し出して噴射している。また、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置では、液晶に電圧を印加して液晶分子を整列させたり、あるいは有機ＥＬに電圧を印加して発光させることによって画像を表示している。また、電子素子に限らず、モーターや電磁石などの種々の負荷に電圧を印加して負荷を駆動する技術も広く用いられている。
【０００３】
これら種々の負荷を駆動する装置では、負荷に印加する電圧の波形（電圧波形）を制御することで負荷の動作を制御しており、このため、電圧波形を正確に生成することが重要である。こうした理由から、生成する電圧波形の最大電圧よりも高い電圧を発生する電源を用意しておき、電源からの電圧をパワートランジスター等の半導体素子を用いて降圧させることで電圧波形を生成する技術が広く用いられている（例えば、特許文献１）。この技術では、パワートランジスター等を制御することで、電圧波形を正確に生成することが可能である。
【０００４】
また、出力電圧が高い電源や耐電圧の高いパワートランジスターを備えると装置が大型化する傾向がある。そこで、複数のコンデンサーを同一の電圧に充電し、それらのコンデンサーを直列に接続することで電圧を上昇させるとともに、直列に接続するコンデンサーの数を変えることで電圧を変化させる回路（いわゆるチャージポンプ回路）を用いることにより、パワートランジスター等を省略して装置構成を小型化しようとする技術が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５９９６９号公報
【特許文献２】特開平７−１３０４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、提案されている技術では、精度の高い電圧波形を生成することが困難だという問題があった。すなわち、直列に接続するコンデンサーの数を変えることで電圧を変化させることから、出力できる電圧値の種類の数は、コンデンサーの数に限られる。すると、この限られた種類の電圧で電圧波形を生成しなければならないので、精度の高い電圧波形を生成することが困難となる。もちろん、より多くのコンデンサーを備えて多種類の電圧を出力すれば、電圧波形の精度を高めることが可能であるが、今度はコンデンサーの数が増えるので、回路を小型化することが困難になってしまう。
【０００７】
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、コンデンサーの数を抑えつつ、出力可能な電圧値の種類を増やして電圧波形の精度を高める技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の負荷駆動回路は次の構成を採用した。すなわち、
負荷に電圧を印加することによって該負荷を駆動する負荷駆動回路であって、
電源から電圧の供給を受けて充電される複数の第１蓄電素子と、
前記複数の第１蓄電素子間の接続状態を切り替えることにより、該第１蓄電素子が直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子とは異なる第２蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第２蓄電素子充電手段と、
前記充電した第２蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第２蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第２蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備えることを要旨とする。
【０００９】
かかる本発明の負荷駆動回路では、電源により充電される複数の第１蓄電素子を備えており、これら複数の第１蓄電素子を直列に接続して直列蓄電素子群を構成する。また、この直列蓄電素子群を第２蓄電素子に接続することで、第２蓄電素子を充電する。そして、直列蓄電素子群を負荷に接続して負荷に電圧を印加する際には、充電した第２蓄電素子と直列蓄電素子群とを直列に接続した状態で、直列蓄電素子群および第２蓄電素子を負荷に接続する状態と、第２蓄電素子と直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、直列蓄電素子を負荷に接続する状態とを切り替えて電圧を印加する。
【００１０】
複数の第１蓄電素子を直列接続した直列蓄電素子群は、各々の第１蓄電素子とは異なる電圧を発生するので、これを用いて充電される第２蓄電素子は、第１蓄電素子とは電圧値が異なる電圧を持つ。すると、これらの蓄電素子を用いて電圧を出力する際には、第１蓄電素子のみを直列接続した場合（直列蓄電素子群のみを用いた場合）と、第１蓄電素子に加えて第２蓄電素子を直列接続した場合（直列蓄電素子群に第２蓄電素子を直列接続した場合）とで、電圧値が異なる電圧が出力される。これにより、出力可能な電圧の数を増やすことができるので、出力電圧の階調度が向上する結果、電圧波形の精度を高めることが可能となる。また、直列蓄電素子群は、直列蓄電素子群を構成する第１蓄電素子の数が異なる複数の態様を取り得るが、そのそれぞれの態様に対して、直列蓄電素子群と第２蓄電素子とを直列接続するか否かに応じた２種類の電圧を出力することが可能である。このため、第２蓄電素子を備えるだけで出力可能な電圧の数を大幅に増やすことが可能であり、蓄電素子の数を抑えながらも多種類の電圧を出力することが可能となる。
【００１１】
尚、蓄電素子は、充電されて電圧を発生する素子であれば、どのような素子であってもよい。例えば、コンデンサーのように充電されて電荷が供給されると内部に電場を蓄えることによって電圧を発生する素子であってもよいし、あるいは、二次電池のように内部に化学的なエネルギーを蓄えることによって電圧を発生する素子であってもよい。
【００１２】
また、上述した本発明の負荷駆動回路では、第１蓄電素子を負荷から切断して充電する際には、第２蓄電素子を負荷に接続するものとしてもよい。
【００１３】
こうすれば、第２蓄電素子の電圧を用いて負荷に電圧を印加した状態のままで、第１蓄電素子を充電することができるので、第１蓄電素子を充電する際にも、負荷に電圧を印加した状態を保つことが可能となる。
【００１４】
また、上述した本発明の負荷駆動回路は、次の態様として把握することも可能である。すなわち、
電源から電圧の供給を受けて充電される第１蓄電素子と、
前記電源から電圧の供給を受けて充電される第２蓄電素子と、
前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子とが直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子および前記第２蓄電素子とは異なる第３蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第３蓄電素子充電手段と、
前記充電した第３蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第３蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第３蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備える負荷駆動回路として把握することが可能である。
【００１５】
このような態様の負荷駆動回路では、電源により充電される第１蓄電素子および第２蓄電素子を備えており、第１蓄電素子と第２蓄電素子とを直列に接続して直列蓄電素子群を構成する。また、この直列蓄電素子群を第３蓄電素子に接続することで、第３蓄電素子を充電する。そして、直列蓄電素子群を負荷に接続して負荷に電圧を印加する際には、充電した第３蓄電素子と直列蓄電素子群とを直列に接続した状態で、直列蓄電素子群および第３蓄電素子を負荷に接続する状態と、第３蓄電素子と直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、直列蓄電素子群を負荷に接続する状態とを切り換えて電圧を印加する。
【００１６】
第１蓄電素子と第２蓄電素子とを直列接続した直列蓄電素子群は、第１蓄電素子および第２蓄電素子とは異なる電圧を発生するので、これを用いて充電される第３蓄電素子は、第１蓄電素子および第２蓄電素子とは異なる電圧を持つ。したがって、直列蓄電素子群のみを用いた場合（第１蓄電素子および第２蓄電素子のみを用いた場合）と、直列蓄電素子群に加えて第３蓄電素子を直列接続した場合とでは、異なる電圧が出力される。これにより、電圧値の種類を増やして出力電圧の階調度を向上させることが可能となり、その結果、電圧波形の精度を高めることが可能となる。
【００１７】
また、上述した本発明の負荷駆動回路を用いれば、噴射ノズルに設けられたアクチュエーターを駆動することで噴射ノズルから液体を適切に噴射可能なことから、本発明は、上述した負荷駆動回路を備える液体噴射装置として把握することも可能である。
【００１８】
かかる本発明の液体噴射装置では、上述した負荷駆動回路によって精度の高い電圧波形が生成されるので、アクチュエーターの動作を精度良く制御することができ、その結果、噴射する液体の量や液滴のサイズ、液体の噴射速度などを精度良く制御して液体を適切に噴射することが可能となる。
【００１９】
また、上述した本発明の液体噴射装置は印刷装置に搭載することも可能であることから、本発明は、上述した液体噴射装置を搭載した印刷装置として把握することも可能である。
【００２０】
このような本発明の印刷装置では、上述した負荷駆動回路によって、噴射ノズルに設けられたアクチュエーターを精度良く駆動することが可能であり、その結果、インクなどの液体を精度良く噴射することができるので、品質の高い画像を印刷することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施例の電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンターの大まかな構成を示した説明図である。
【図２】噴射ヘッドの内部の機構を詳細に示した説明図である。
【図３】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４】本実施例のインクジェットプリンターに備えられた駆動電圧波形生成回路およびその周辺の回路構成を示した説明図である。
【図５】本実施例の駆動電圧波形生成回路の構成を示した説明図である。
【図６】本実施例の駆動電圧波形生成回路のチャージポンプ回路を用いて種々の電圧を出力する様子を示した説明図である。
【図７】コンデンサーＣＣを用いることにより多種類の電圧が出力可能となる様子を示した説明図である。
【図８】本実施例の駆動電圧波形生成回路によって多種類の電圧が出力可能となる様子を概念的に示した説明図である。
【図９】コンデンサーＣＣの電圧を出力端子に直接出力する第１変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【図１０】コンデンサーＣＣから電圧を出力している間にコンデンサーＣＣを充電可能とした第２変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【図１１】コンデンサーＣＣおよび電源を直列に接続可能とした第３変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【図１２】コンデンサーＣＣをチャージポンプ回路の出力電圧とは異なる電圧に充電する第４変形例の駆動電圧波形生成回路を例示した説明図である。
【図１３】ＧＮＤ側にチャージポンプ回路を接続し、出力端子側にコンデンサーＣＣを接続する第５変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンターの実施例を説明する。
Ａ．インクジェットプリンターの装置構成：
Ｂ．本実施例の駆動電圧波形生成回路：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１変形例：
Ｃ−２．第２変形例：
Ｃ−３．第３変形例：
Ｃ−４．第４変形例：
Ｃ−５．第５変形例：
【００２３】
Ａ．インクジェットプリンターの装置構成 ：
図１は、本実施例の電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンター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。
【００２４】
キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０は、主走査方向に延設されたガイドレール３８と、内側に複数の歯形が形成されたタイミングベルト３２と、タイミングベルト３２を駆動させる駆動プーリ３４およびステップモータ３６などから構成されている。タイミングベルト３２の一部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を駆動することによって、ガイドレール３８に沿ってキャリッジケース２２を精度良く移動させることができる。
【００２５】
また、プラテンローラー４０は、図示しない駆動モーター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、プリンター制御回路５０の制御の下で、プラテンローラー４０が印刷媒体２を紙送りするとともに、キャリッジケース２２が主走査方向に移動しながら噴射ヘッド２４からインクを噴射することにより、印刷媒体２上に画像を印刷する。
【００２６】
図２は、噴射ヘッドの内部の機構を詳細に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２００が設けられており、それぞれの噴射口２００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２００はそれぞれインク室２０２に接続されており、インク室２０２には、インクカートリッジ２６から供給されたインクが満たされている。インク室２０２の上にはピエゾ素子（圧電素子）２０４が設けられており、ピエゾ素子２０４に電圧を印加すると、ピエゾ素子が変形してインク室２０２を加圧することにより、噴射口２００からインク滴を噴射することが可能となっている。ここで、周知のようにピエゾ素子２０４はいわゆる容量性の負荷に相当する。また、ピエゾ素子２０４は、印加される電圧に応じて変形量が変わるので、ピエゾ素子２０４に印加する電圧を適切に制御すれば、インク室２０２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、次のような電圧波形をピエゾ素子２０４に印加している。
【００２７】
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、その後降下して元の電圧に戻る台形状の波形をしている。また、図中には、駆動電圧波形に応じてピエゾ素子２０４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２０４が徐々に収縮していく。このとき、ピエゾ素子２０４に引っ張られてインク室２０２が膨張するので、インクカートリッジ２６からインク室２０２内にインクを供給することができる。電圧が上昇してピークに達した後、電圧が降下していくと、今度は、ピエゾ素子２０４が伸張することによって、インク室２０２を圧縮して噴射口２００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２０４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２０４も初期状態へと戻る。
【００２８】
この様に、インクジェットプリンター１０は、インク室２０２にピエゾ素子２０４が設けられており、ピエゾ素子２０４に適切な駆動電圧波形を印加することによって、噴射ヘッド２４からインク滴を噴射することが可能となっている。このため、インクジェットプリンター１０は、各機構の動作を制御するプリンター制御回路５０に加えて、駆動電圧波形を生成する駆動電圧波形生成回路１００を備えている。
【００２９】
図４は、本実施例のインクジェットプリンターに備えられた駆動電圧波形生成回路およびその周辺の回路構成を示した説明図である。駆動電圧波形生成回路１００の詳細な構成については後で詳しく説明するが、駆動電圧波形生成回路１００は、おおまかには、電圧を発生させる電源と、電源からの電圧を変化させて電圧波形を生成する波形生成部とから構成されている。また、駆動電圧波形生成回路１００の動作は、プリンター制御回路５０によって制御されるようになっており、プリンター制御回路５０は駆動電圧波形生成回路１００を制御することで、目的の駆動電圧波形を生成することが可能となっている。
【００３０】
駆動電圧波形生成回路１００の出力は、図示されている様に、ゲートユニット３００へと接続されている。ゲートユニット３００は、並列に接続された複数のゲート素子３０２から構成されており、それぞれのゲート素子３０２の先には、ピエゾ素子２０４が接続されている。各ゲート素子３０２は、個別に導通状態または切断状態とすることが可能となっており、インクを噴射しようとする噴射口のゲート素子３０２だけを導通状態にすれば、対応するピエゾ素子２０４だけに駆動電圧波形を印加して、その噴射口２００からインク滴を噴射することが可能となっている。
【００３１】
プリンター制御回路５０は、こうした回路構成を用いて、画像を次のように印刷する。まず、印刷しようとする画像データに基づいて、インク滴を噴射する噴射口２００と、噴射するインク滴のサイズとを決定し、噴射するインク滴のサイズに応じて、そのサイズのインク滴を噴射するための駆動電圧波形を決定する。そして、ゲートユニット３００に命令を送ってその噴射口２００に対応するゲート素子３０２を導通状態にさせるとともに、駆動電圧波形生成回路１００を動作させて目的の駆動電圧波形を生成する。こうして生成された駆動電圧波形は、ゲート素子３０２を介して目的の噴射口２００のピエゾ素子２０４へと印加され、その結果、目的の噴射口２００から目的のサイズのインク滴が噴射される。
【００３２】
ここで、こうした駆動電圧波形を生成する回路の構成を小型化するためには、前述した様に、充電したコンデンサーを直列に接続したり切り離したりすることで電圧を変化させる回路（いわゆるチャージポンプ回路）を用いて駆動電圧波形を生成することが好ましい。もっとも、通常のチャージポンプ回路では、出力可能な電圧値の種類の数がコンデンサーの数に限られてしまうので、精度の高い駆動電圧波形を生成することが困難である。かといって、多数のコンデンサーを備えて多種類の電圧を出力しようとすると、今度はコンデンサーの数が増えるので、回路構成を小型化することが困難になってしまう。そこで、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、次のような回路構成を採用することにより、コンデンサーの数を抑えながらも、出力可能な電圧の数を増やして、精度の高い駆動電圧波形を生成可能としている。
【００３３】
Ｂ．本実施例の駆動電圧波形生成回路 ：
図５は、本実施例の駆動電圧波形生成回路の構成を示した説明図である。図示されている様に、駆動電圧波形生成回路１００は、電源と、コンデンサーＣ１〜Ｃ２およびコンデンサーＣＣと、それらを接続するスイッチから構成されている。コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２は、図中に「Ａ」と示したスイッチを介して電源と接続することが可能となっており、電源に接続することで、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を電源と同一の電圧（図中「Ｅ」と示した電圧）に充電することが可能となっている。尚、これらのスイッチや電源は、プリンター制御回路５０によって操作されるようになっており、プリンター制御回路５０はこれらを操作することで、駆動電圧波形生成回路１００の動作を制御することが可能である（図４を参照）。
【００３４】
また、コンデンサーＣ１〜Ｃ２および電源は、いわゆるチャージポンプ回路を構成しており、スイッチを切り替えることで、互いに直列に接続したり、切り離したりすることが可能となっている。本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、このチャージポンプ回路を用いて、次のように複数の種類の電圧を出力する。
【００３５】
図６は、本実施例の駆動電圧波形生成回路のチャージポンプ回路を用いて、種々の電圧を出力する様子を示した説明図である。図６（ａ）には、コンデンサーＣ１に充電された電圧と同一の電圧（図中に「Ｅ」と示された電圧）を出力する様子が示されている。図示されている様に、スイッチＳＷ１を図６（ａ）の上側に切り替え、スイッチＳＷ２を図６（ａ）の下側に切り替え、スイッチＳＷ３を図６（ａ）の上側に切り替えると、コンデンサーＣ１が出力端子に接続されるので、コンデンサーＣ１の電圧と同一の電圧（図中に「Ｅ」と示した電圧）が出力端子から出力される。
【００３６】
また、図６（ｂ）に示されている様に、図６（ａ）の状態からスイッチＳＷ２を図６（ｂ）の上側に切り替えると、今度は、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とを直列に接続した状態で、それらを出力端子に接続することができる。こうすると、コンデンサーＣ１の電圧にコンデンサーＣ２の電圧が加算されるので、「２Ｅ」の電圧を出力端子から出力することができる。
【００３７】
更に、図６（ｃ）に示されている様に、図６（ｂ）の状態からスイッチＳＷ４を電源に接続させるように図６（ｃ）の上側に切り替えれば、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とを直列に接続したものに、更に電源を直列に接続することができる。こうすると、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の合計の電圧「２Ｅ」に、更に電源の電圧「Ｅ」が加算されるので、「３Ｅ」の電圧を出力することができる。この様に、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００は、コンデンサーＣ１〜Ｃ２および電源で構成されるチャージポンプ回路を用いて、複数の種類の電圧を出力することが可能となっている。
【００３８】
もっとも、こうしたチャージポンプ回路を用いただけでは、出力可能な電圧の数が限られるので、精度の高い駆動電圧波形を生成することは困難である。そこで、図５あるいは図６に示されている様に、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２に加えて、コンデンサーＣＣを備えている。そして、このコンデンサーＣＣを、コンデンサーＣ１〜Ｃ２と電源とからなるチャージポンプ回路を用いて充電するとともに、充電したコンデンサーＣＣをコンデンサーＣ１〜Ｃ２および電源と組み合わせて使用することによって、上述した電圧に加えて、更に多くの種類の電圧を出力可能としている。この点について、図７を参照しながら説明する。
【００３９】
図７は、コンデンサーＣＣを用いることにより、多種類の電圧が出力可能となる様子を示した説明図である。図７（ａ）には、コンデンサーＣＣを充電する様子が示されている。図示されている様に、コンデンサーＣＣを充電する際には、チャージポンプ回路を構成するコンデンサーＣ１〜Ｃ２と電源とを直列接続するとともに、スイッチＳＷ３を操作して、チャージポンプ回路の出力を出力端子側からコンデンサーＣＣ側へと切り替える。これにより、チャージポンプ回路の出力がコンデンサーＣＣに印加され、コンデンサーＣＣが充電される。
【００４０】
ここで、コンデンサーＣＣは、チャージポンプ回路によって昇圧された電圧で充電されるので、充電後のコンデンサーＣＣの電圧は、電源の電圧（あるいはコンデンサーＣ１〜Ｃ２の電圧）とは異なる電圧になる。例えば、図７（ａ）の例では、コンデンサーＣＣはチャージポンプ回路によって昇圧された「３Ｅ」の電圧で充電されて、充電後の電圧は「３Ｅ」となり、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２の電圧「Ｅ」とは異なる電圧になる。このことは、見方を変えると、充電後のコンデンサーＣＣは、電源（あるいはコンデンサーＣ１〜Ｃ２）とは異なる電圧を発生する新たな電圧源となることを意味している。
【００４１】
そこで、コンデンサーＣＣを、電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２と組み合わせて用いれば、コンデンサーＣ１〜Ｃ２や電源のみを用いた場合の電圧（図６を参照）とは異なる電圧を出力することが可能となる。すなわち、図７（ｂ）に示されている様に、コンデンサーＣＣをコンデンサーＣ１に対して直列接続すれば、コンデンサーＣＣが「３Ｅ」に充電されていることから、「４Ｅ」の電圧を出力することが可能となる。また、図７（ｃ）に示されている様に、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を直列接続した状態で、コンデンサーＣＣに直列に接続すれば、コンデンサーＣＣが電圧「３Ｅ」に充電されていることから、「５Ｅ」の電圧を出力することが可能となる。
【００４２】
このように、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを、チャージポンプ回路で充電し、コンデンサーＣＣを電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２と直列に接続することで、チャージポンプ回路を用いて出力可能な電圧（図６を参照）に加えて、更に複数の種類の電圧を出力することが可能となっている。こうしたことが可能となるのは、前述した様に、コンデンサーＣＣを、電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２とは異なる電圧に充電していることによる。この点について、図８を参照しながら補足して説明する。
【００４３】
図８は、本実施例の駆動電圧波形生成回路によって多種類の電圧が出力可能となる様子を概念的に示した説明図である。図中のグラフの左側には、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００によって出力可能となる電圧値が示されている。図中の白抜きの矢印は、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２を用いた場合に出力可能な電圧値を表しており、ハッチングを付した矢印は、コンデンサーＣＣを用いることで新たに出力可能となる電圧値を表している。
【００４４】
一般に、チャージポンプ回路では、複数のコンデンサーが同一の電圧に充電されるので、出力される電圧の値は、直列に接続するコンデンサーの数によって決まってしまう。このため、直列に接続するコンデンサーの数が同じであれば、どのコンデンサーを用いても出力される電圧の値は同じであり、直列に接続するコンデンサーを他のコンデンサーに替えても、異なる電圧値を出力して出力可能な電圧の数を増やすことはできない。こうした点に鑑みて、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを、コンデンサーＣ１〜Ｃ２や電源とは異なる電圧に充電している。こうすれば、コンデンサーＣ１とコンデンサーＣ２とを直列接続した際の電圧（図中に「２Ｅ」と示した電圧）と、コンデンサーＣ２の代わりにコンデンサーＣＣを用いた際の電圧（図中に「４Ｅ」と示した電圧）とが異なるので、コンデンサーＣ２に代えてコンデンサーＣＣを用いることで、新たな電圧を出力して出力可能な電圧の数を増やすことが可能となる。
【００４５】
また、チャージポンプ回路で電圧を出力する際には、コンデンサーに加えて、コンデンサーを充電する電源を使用することも可能であるが、こうした場合、その電源でコンデンサーを充電していることから、電源の電圧とコンデンサーの電圧とは同じ電圧になっている。このため、コンデンサーと電源とのいずれを用いても、出力される電圧は同じであり、コンデンサーと電源とを使い分けても出力可能な電圧の数を増やすことはできない。これに対して、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、電源の電圧とコンデンサーＣＣの電圧とが異なるので、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２と電源とを直列に接続した際の電圧（図中に「３Ｅ」と示した電圧）と、電源の代わりにコンデンサーＣＣを用いた際の電圧（図中に「５Ｅ」と示した電圧）とが異なる。したがって、電源の変わりにコンデンサーＣＣを用いることで、新たな電圧を出力して出力可能な電圧の数を増やすこと可能となっている。
【００４６】
図８の右側には、こうして出力可能になった電圧を用いて生成した駆動電圧波形が例示されている。本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、多種類の電圧を出力可能となっていることから、図示されている様に、電圧を小刻みに変化させることが可能となり、精度の高い駆動電圧波形を生成することが可能となる。これにより、本実施例のインクジェットプリンター１０では、噴射口２００に設けられたピエゾ素子に精度の高い駆動電圧波形を印加することが可能となっており、その結果、ピエゾ素子を正確に制御して、インク滴を的確に噴射することが可能となっている。
【００４７】
また、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーの数を抑えて回路構成を小型化することも可能である。すなわち、本実施例の駆動電圧波形生成回路では、前述した様に、コンデンサーＣＣを用いた場合と、コンデンサーＣＣを用いない場合とで出力される電圧が異なるので、直列に接続するコンデンサーの数が同じであっても、２通りの電圧が出力可能となる。このため、コンデンサーＣＣを備えることにより、おおまかには、チャージポンプ回路が備えているコンデンサーの数の２倍の種類の電圧を出力することが可能となる。このため、コンデンサーの数を大幅に増やす必要がなく、コンデンサーの数を抑えて回路構成を小型化することが可能となっている。
【００４８】
また、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを他のコンデンサーよりも高い電圧に充電することができることから、電圧を出力する際に直列に接続するコンデンサーの数を少なく抑えることも可能となっている。すなわち、コンデンサーＣＣを他のコンデンサーよりも高い電圧に充電しているので、コンデンサーＣＣを用いれば、その分だけ直列に接続するコンデンサーの数を少なく抑えることが可能である。例えば、図７（ｂ）に示されている例では、チャージポンプ回路のコンデンサーの電圧の４倍の電圧を出力しているが、４倍の電圧を出力するために４つのコンデンサーを直列接続する必要はなく、コンデンサーＣＣとコンデンサーＣ１との２つのコンデンサーを直列に接続すればよい。
【００４９】
一般に、コンデンサーを直列接続すると全体の静電容量が低下することから、多数のコンデンサーを直列接続する場合には、個々のコンデンサーの静電容量を予め大きくしておく必要がある。この点、本実施例の駆動電圧波形生成回路では、直列接続するコンデンサーの数を少なくすることができるので、個々のコンデンサーの静電容量を小さく抑えることが可能であり、更には、より小型のコンデンサーを用いて回路構成をより小型化することも可能となっている。また、コンデンサーとコンデンサーとの間を接続するスイッチの数も少なくすることができるので、回路構成をより簡素化することも可能であり、延いては、スイッチの内部抵抗による電力消費を減らして電力効率を向上させることも可能となる。
【００５０】
尚、コンデンサーＣＣを充電する際には（図７（ａ）を参照）、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の電圧が低下することにより、コンデンサーＣＣを十分に充電できない場合も生じ得る。こうした場合は、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を電源で再び充電してから、コンデンサーＣＣに再度接続すればよい。こうした動作を繰り返すことで、コンデンサーＣＣを十分に充電することが可能である。
【００５１】
以上に説明した様に、本実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、コンデンサーＣＣを電源やコンデンサーＣ１〜Ｃ２とは異なる電圧に充電して用いることにより、コンデンサーの数を大幅に増やすことなく、多種類の電圧を出力して精度の高い駆動電圧波形を生成することが可能となっている。このことから、回路構成を小型化することが可能となっており、更には、コンデンサー同士を接続するスイッチ等での電力消費を抑えて、電力効率を高めることも可能となっている。
【００５２】
Ｃ．変形例 ：
以下に、前述した本実施例の変形例について説明する。なお、以下に説明する変形例において、上述した本実施例と同様の構成部分については、本実施例と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Ｃ−１．第１変形例 ：
前述した実施例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣの出力電圧を、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の出力電圧と組み合わせて出力端子から出力するものとして説明した（図７（ｂ）および図７（ｃ）を参照）。しかし、コンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２と組み合わせずに、コンデンサーＣＣの出力電圧をそのまま出力端子から出力してもよい。
【００５３】
図９は、コンデンサーＣＣの電圧を出力端子に直接出力する第１変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、コンデンサーＣＣは図中に「Ｂ」と示したスイッチを介して出力端子に接続することが可能となっており、コンデンサーＣＣの電圧を、コンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２を介さずに出力端子から直接出力することが可能となっている。こうすると、コンデンサーＣＣが出力端子に電圧を出力している間は、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２は電圧を出力する必要がないので、その間に図中に「Ａ」と示したスイッチを操作して、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を充電することが可能である。こうすれば、駆動電圧波形を出力している間に、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２の電圧が低下しても、コンデンサーＣＣを用いている間にコンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を充電しなおすことが可能であり、コンデンサーＣ１およびコンデンサーＣ２を充電しなおす時間を省略して駆動電圧波形をより迅速に出力することが可能となる。
【００５４】
尚、図３を用いて前述したように、インクジェットプリンター１０では、ピエゾ素子２０４に予め一定の電圧（図３で「初期電圧」と示した電圧）を印加している。そこで、コンデンサーＣＣを初期電圧に充電しておけば、コンデンサーＣＣを用いてピエゾ素子２０４に初期電圧を印加することも可能である。こうすれば、初期電圧を印加している間にコンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２を充電して駆動電圧波形の出力に備えることができるので、より好適である。また、初期電圧を印加する電源を別途用意する必要がないので、装置構成をより小型化することが可能となる。
【００５５】
Ｃ−２．第２変形例 ：
また、コンデンサーＣＣから電圧を出力端子に出力している間には、コンデンサーＣ１やコンデンサーＣ２を充電するだけでなく、コンデンサーＣＣを充電することも可能である。
【００５６】
図１０は、コンデンサーＣＣから電圧を出力している間に、コンデンサーＣＣを充電可能とした第２変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第２変形例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣが出力端子に接続されるとともに、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２からなるチャージポンプ回路の出力が、ダイオードを介してコンデンサーＣＣに供給されるようになっている（図中に「Ｂ」と示した部分を参照）。こうすれば、コンデンサーＣＣから電圧が出力されて、コンデンサーＣＣの電圧が下がると、ダイオードを介してチャージポンプ回路からコンデンサーＣＣに電力が供給されるので、コンデンサーＣＣから電圧を出力しながらも、コンデンサーＣＣを充電することが可能となる。
【００５７】
Ｃ−３．第３変形例 ：
前述した実施例の駆動電圧波形生成回路１００では、スイッチＳＷ０を切り替えることで、電源とコンデンサーＣＣとを使い分けることが可能となっていた（図６（ｃ）および図７（ｃ）を参照）。しかし、コンデンサーＣＣと電源とを使い分けるだけでなく、両者を直列に接続して同時に使用することも可能である。
【００５８】
図１１は、コンデンサーＣＣおよび電源を直列に接続可能とした第３変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第３変形例の駆動電圧波形生成回路では、図中に「Ｃ」と示したスイッチを切り替えることで、コンデンサーＣＣと電源とを直列に接続することが可能となっている。駆動電圧波形生成回路をこのような構成とすれば、電源および全てのコンデンサーの電圧を加算した電圧（図１１の例では、図中に「６Ｅ」と示した電圧）を出力することが可能となるので、出力可能な電圧の数を更に増やすことが可能となる。
【００５９】
Ｃ−４．第４変形例 ：
前述した実施例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣを、チャージポンプ回路の出力電圧と同一の電圧に充電するものとして説明した。しかし、コンデンサーＣＣは、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２と異なる電圧に充電すればよく、必ずしもチャージポンプの出力電圧と同一の電圧に充電する必要はない。
【００６０】
図１２は、コンデンサーＣＣをチャージポンプ回路の出力電圧とは異なる電圧に充電する第４変形例の駆動電圧波形生成回路を例示した説明図である。図１２（ａ）に示されている様に、第４変形例の駆動電圧波形生成回路では、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２の２つのコンデンサーを直列に接続することが可能となっており（図中に「Ｄ」と示した部分を参照）、２つのコンデンサーを直列に接続した状態で、これらのコンデンサーをチャージポンプ回路で充電することが可能となっている。このため、２つのコンデンサーは、それぞれチャージポンプ回路の出力電圧の半分の電圧（図中に「１．５Ｅ」と示した電圧）に充電される。すると、コンデンサーＣＣ１（あるいはコンデンサーＣＣ２）の電圧は、電源およびコンデンサーＣ１〜Ｃ２の電圧と異なることから、コンデンサーＣ１〜Ｃ２や電源とコンデンサーＣＣ１（あるいはコンデンサーＣＣ２）を組み合わせて用いることで、多種類の電圧を出力することが可能となる。
【００６１】
また、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２を使って電圧を出力する際には、図１２（ｂ）に示されている様に、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２を並列に接続した状態で使用するものとしてもよい。こうすれば、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２の全体の静電容量を増やすことができるので、より多くの電力を供給することが可能となり、また、コンデンサーＣＣ１およびコンデンサーＣＣ２を充電する頻度を減らして駆動電圧波形をより迅速に生成することが可能となる。
【００６２】
Ｃ−５．第５変形例 ：
前述した実施例および変形例では、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続した状態で出力端子に接続する際には、出力端子側にチャージポンプ回路を接続し、ＧＮＤ側にはコンデンサーＣＣを接続するものとして説明した（図７（ｃ）を参照）。しかし、これとは逆に、ＧＮＤ側にチャージポンプ回路を接続し、出力端子側にコンデンサーＣＣを接続するものとしてもよい。
【００６３】
図１３は、ＧＮＤ側にチャージポンプを接続し、出力端子側にコンデンサーＣＣを接続する第５変形例の駆動電圧波形生成回路を示した説明図である。図示されている様に、第５変形例の駆動電圧波形生成回路１００では、図中に図中に「Ｆ」と示したスイッチを介してコンデンサーＣＣを出力端子に接続することが可能となっており、また、スイッチＳＷ４を介してチャージポンプ回路をＧＮＤに接続することが可能となっている。このため、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続した状態では、出力端子の側にコンデンサーＣＣが接続され、ＧＮＤの側にはチャージポンプ回路が接続された状態となる。
【００６４】
こうすると、チャージポンプ回路をＧＮＤに接続していることから、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続して高い電圧を出力する場合であっても、チャージポンプ回路の各スイッチにかかる電圧を低く抑えることが可能となる。例えば、図１３の例では、チャージポンプ回路とコンデンサーＣＣとを直列に接続することで電圧値が「５Ｅ」の電圧を出力することが可能であるが、チャージポンプ回路がＧＮＤに接続されているため、スイッチＳＷ１にかかる電圧は、コンデンサー１つ分の電圧の「Ｅ」に抑えられる。同様に、スイッチＳＷ２にかかる電圧は、コンデンサー２つ分の電圧の「２Ｅ」に抑えられる。このように、チャージポンプ回路をＧＮＤの側に接続しておけば、チャージポンプ回路の各スイッチにかかる電圧を低く抑えることができるので、チャージポンプ回路の各スイッチには、電圧に対する耐性（耐圧）が小さなスイッチを用いることが可能となる。その結果、耐圧が小さなスイッチを用いて駆動電圧波形生成回路１００の回路構成をより簡素化することが可能となり、更には、耐圧が小さなスイッチを用いればスイッチを制御する回路も簡素化することが可能となるので、スイッチを制御するプリンター制御回路５０（図４を参照）の回路構成を簡素化することも可能となる。
【００６５】
以上、本実施例の駆動電圧波形生成回路を搭載したインクジェットプリンター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、より大型の噴射ヘッドを備えた印刷装置（いわゆるラインヘッドプリンタ等）に本実施例の駆動電圧波形生成回路を搭載してもよい。このような印刷装置の場合、噴射ヘッドが大型化するのに伴って多数の駆動素子が搭載されるので、駆動電圧波形を生成する回路構成も大型化する傾向がある。この点、本実施例の駆動電圧波形生成回路を用いれば、回路構成を小型化することが可能となる。
【００６６】
また、上述した実施例では、本実施例の駆動電圧波形生成回路を、インクジェットプリンターのピエゾ素子の駆動回路に適用した場合を例にとって説明したが、本実施例の駆動電圧波形生成回路は、電圧に応じて駆動する種々の装置に適用することが可能である。例えば、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどの電圧により動作可能な表示装置に適用することも可能である。また、水あるいは食塩水等の液体をパルス状に噴射して生体組織を切開または切除する手術具としての流体噴射装置において、ピエゾ素子を駆動することによって液体室の容積を変更して、液体をパルス状の脈流に変換する脈流発生装置に適用することも可能である。こうした装置を駆動する場合も、多種類の電圧を出力可能なことから、液晶素子や有機ＥＬなどの種々の素子を正確に動作させることが可能となる。また、多種類の電圧を出力可能なことから、表示装置の階調値の数を増やすことも可能となる。もちろん、表示装置に限らず、電圧により駆動可能な装置であれば、多種類の電圧を出力可能なことから、装置を正確に駆動させることが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
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…駆動プーリ、３６…ステップモータ、３８…ガイドレール、４０…プラテンローラー、５０…プリンター制御回路、１００…駆動電圧波形生成回路、２００…噴射口、２０２…インク室、２０４…ピエゾ素子、３００…ゲートユニット、３０２…ゲート素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電圧を印加することによって該負荷を駆動する負荷駆動回路であって、
電源から電圧の供給を受けて充電される複数の第１蓄電素子と、
前記複数の第１蓄電素子間の接続状態を切り替えることにより、該第１蓄電素子が直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子とは異なる第２蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第２蓄電素子充電手段と、
前記充電した第２蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第２蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第２蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備える負荷駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷駆動回路であって、
前記直列蓄電素子群が前記負荷から切断された状態で、前記第２蓄電素子を該負荷に接続する第２蓄電素子接続手段を備え、
前記第１蓄電素子は、前記第２蓄電素子が前記負荷に接続された状態で、前記電源から電圧の供給を受ける負荷駆動回路。
【請求項３】
負荷に電圧を印加することによって該負荷を駆動する負荷駆動回路であって、
電源から電圧の供給を受けて充電される第１蓄電素子と、
前記電源から電圧の供給を受けて充電される第２蓄電素子と、
前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子とが直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子および前記第２蓄電素子とは異なる第３蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第３蓄電素子充電手段と、
前記充電した第３蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第３蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第３蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備える負荷駆動回路。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の負荷駆動回路と、
液体を噴射する噴射ノズルと、
前記負荷駆動回路に前記負荷として接続されて、前記負荷駆動回路によって駆動されることで前記噴射ノズルから前記液体を噴射させるアクチュエーターと
を備える液体噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体噴射装置を備える印刷装置。
【請求項１】
負荷に電圧を印加することによって該負荷を駆動する負荷駆動回路であって、
電源から電圧の供給を受けて充電される複数の第１蓄電素子と、
前記複数の第１蓄電素子間の接続状態を切り替えることにより、該第１蓄電素子が直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子とは異なる第２蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第２蓄電素子充電手段と、
前記充電した第２蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第２蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第２蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備える負荷駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷駆動回路であって、
前記直列蓄電素子群が前記負荷から切断された状態で、前記第２蓄電素子を該負荷に接続する第２蓄電素子接続手段を備え、
前記第１蓄電素子は、前記第２蓄電素子が前記負荷に接続された状態で、前記電源から電圧の供給を受ける負荷駆動回路。
【請求項３】
負荷に電圧を印加することによって該負荷を駆動する負荷駆動回路であって、
電源から電圧の供給を受けて充電される第１蓄電素子と、
前記電源から電圧の供給を受けて充電される第２蓄電素子と、
前記第１蓄電素子と前記第２蓄電素子とが直列に接続された直列蓄電素子群を構成する直列蓄電素子群構成手段と、
前記第１蓄電素子および前記第２蓄電素子とは異なる第３蓄電素子を、前記直列蓄電素子群を用いて充電する第３蓄電素子充電手段と、
前記充電した第３蓄電素子と前記直列蓄電素子群とを直列接続した状態で、該第３蓄電素子および該直列蓄電素子群を負荷に接続する第１の接続状態と、該第３蓄電素子と該直列蓄電素子群との直列接続を切断した状態で、該直列蓄電素子群を前記負荷に接続する第２の接続状態とを切り換えて、該負荷に電圧を印加する電圧印加手段と
を備える負荷駆動回路。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の負荷駆動回路と、
液体を噴射する噴射ノズルと、
前記負荷駆動回路に前記負荷として接続されて、前記負荷駆動回路によって駆動されることで前記噴射ノズルから前記液体を噴射させるアクチュエーターと
を備える液体噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体噴射装置を備える印刷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−４１４６６（Ｐ２０１１−４１４６６Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９８５８３（Ｐ２０１０−１９８５８３）
【出願日】平成２２年９月６日（２０１０．９．６）
【分割の表示】特願２００９−１８８９４０（Ｐ２００９−１８８９４０）の分割
【原出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【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２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月６日（２０１０．９．６）
【分割の表示】特願２００９−１８８９４０（Ｐ２００９−１８８９４０）の分割
【原出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【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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