(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体インクと音響的に接続された圧電素子に交流信号を供給してインクの射出を行うインクプリンタであって、
前記圧電素子と並列に接続されたインダクタンスと、
前記圧電素子と前記交流信号との接続を制御するスイッチング手段と、
入力信号に応じて前記スイッチング手段にオン又はオフを繰り返し行わせることにより前記インクの射出を開始させる制御手段と、
を有するインクプリンタ。
【請求項２】
前記オン又はオフを繰り返す周期が前記交流信号の複数周期に等しい請求項１記載のインクプリンタ。
【請求項３】
前記オン又はオフを繰り返す周期が前記交流信号の周期より小である請求項１記載のインクプリンタ。
【請求項４】
前記入力信号が単位インクドットを形成するための画像信号に基づいて形成される請求項１記載のインクプリンタ。
【請求項５】
前記圧電素子と並列に接続されたインダクタンスとからなる共振回路の自己共振周波数と前記交流信号の周波数が等しい請求項１記載のインクプリンタ。
【請求項６】
液体インクと音響的に接続された圧電素子に交流信号を供給してインクの射出を行うインクプリンタの駆動方法であって、
前記圧電素子と並列にインダクタンスを接続して共振回路を形成し、
前記圧電素子と前記交流信号とのオン又はオフを繰り返し行わせることにより前記交流信号又は前記共振回路に基づくエネルギーを交互に供給して前記インクの射出を開始させるインクプリンタの駆動方法。
【請求項７】
前記圧電素子と前記交流信号とのオン又はオフを繰り返し行わせる時間的デューティーが前記共振回路に基づくエネルギーを実質的に消滅させないように設定される請求項６記載のインクプリンタの駆動方法
【請求項８】
液体インクと音響的に接続された圧電素子に交流信号を供給してインクの射出を行うインク射出方法であって、
前記圧電素子の音響出力を周期的に変化させ、該周期的に変化する音響出力を継続させることにより前記インクの射出を行わせるインク射出方法。
【請求項９】
前記音響出力の周期的な変化が一定振動の第１の期間と減衰振動の第２の期間とを組み合わせて構成される請求項８記載のインク射出方法。
【請求項１０】
液体インクと音響的に接続された圧電素子に音響信号を発生させてインクの射出を行うインクプリンタであって、
前記圧電素子と並列回路を構成するように接続されたインダクタンスと、
電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、
オンすることにより、前記電荷蓄積手段と前記並列回路とを接続すると共に、オフすることにより、該接続を開放する第１のスイッチング手段と、
入力信号に応じて、前記第１のスイッチング手段がオンのときにオフして、前記第１のスイッチング手段を介して前記並列回路に、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷を放電させ、前記第１のスイッチング手段がオフのときにオンして、前記電荷蓄積手段に電荷を蓄積させる第２のスイッチング手段と、
を備えたインクプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体インクを用いた記録装置に係り、とくに音響トランスジューサを用いたインクプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の音響インクプリンタは次のようなものである。
【０００３】
例えば、特開平5-278218号公報（米国特許第5191354 号）によれば、かかる音響インクプリンタとは適当な高さの励起周波数で液体インクの自由表面に周期的に摂動を生じさせる。この振動圧の振幅が臨海の立ち上がり振幅レベル以上であれば、液体インクの自由表面上に１またはそれ以上の定在表面張力波が生成される。上記摂動を生じさせるため、音響変換機（トランスジューサ）はドライバに接続され駆動される。
【０００４】
特開平8-187853号公報（米国特許第5589864 号）によれば、トランスジューサとしての圧電デバイスはＲＦ信号によって駆動される。圧電デバイスにはＰＩＮダイオード又はバラクタが直列に接続され、バラクタの場合にはそのインピーダンスを変化させることにより、ＲＦ信号をオンおよびオフに切り替えることによってインク射出を制御している。
【０００５】
しかし、このようなインクプリンタではインク滴の飛翔効率が低いという問題がある。すなわち、インク滴を発生させるため圧電素子に駆動電流を供給しているが、インク滴の発生に使用されるエネルギーはごく一部に過ぎない。
【０００６】
このため、特開平9-248906号公報に記載のインクプリンタでは、駆動回路の共振がインク滴の飛翔効率に大きな影響を及ぼすことに着目する。この発明で駆動回路の共振とは、信号線のインダクタンスと圧電体のキャパシタンスとの電気的な共振現象を意味する。このインクプリンタでは、直流バイアスを印加して圧電体のキャパシタンスを低下させ駆動回路全体の共振周波数を高めることにより、圧電素子に所望の駆動パワーが伝達される。すなわち交流駆動信号に直流バイアスを重畳することにより駆動効率を向上することができる。
【０００７】
特開平5-31895 号では、インクミストを用いて記録を行うインクジェットヘッドの駆動装置として、ダイオードに直流電圧を印加することにより必要とする交流電気信号を制御するダイオードスイッチ回路が示される（図６参照）。この回路では、ダイオード（Ｄ１）の出力側にはヘッド（ＨＥＡＤ）と並列に交流素子コイル（Ｌ１）を設けるが、直流電圧素子コンデンサは使用しないことにより交流電気信号（ＲＦ）の伝搬損失を軽減している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのようにしてもインク滴の飛翔効率は十分ではない。そこで、本発明は、上記事実に鑑み成されたもので、圧電素子を駆動する際の消費電力を削減することの可能なインクプリンタ、インクプリンタの駆動方法及びインク射出方法を提案することを第１の目的とする。
【０００９】
また、上記のような音響インクプリンタの駆動回路には一般的に、交流信号電源が用いられている。これは、音響インクプリンタにおけるインク粒径はインク内の波長に比例するため、駆動する信号周波数が所望の記録密度にするには、非常に高い周波数（例えば、６００ｄｐｉの記録密度を達成しようとすると、おおよそ、１５０ＭＨｚの周波数が必要となる）が必要となることと、インクを吐出するためには、音響エネルギーを焦点に蓄えてメニスカスを形成し、インク表面張力より吐出力が上回る状態になるまで音響エネルギーの注入を継続する必要があることからである。
【００１０】
しかしながら、交流信号電源は、該電源自体が大型であるので、音響インクプリンタの駆動回路が大型となると共に、消費電力が大きいという欠点がある。
【００１１】
一方、図１４には、音響インクプリンタとは本質的に異なる技術分野である医療用の超音波診断装置の一部のブロック図が示されている。この超音波診断装置では、圧電素子７０と並列回路を構成するようにインダクタンス８０を接続させ、充電コンデンサ９０に電荷を蓄積しておいて、メイントランジスタ９２及びプリトランジスタ９４をオンすることにより、充電コンデンサ９０に蓄積された電荷を圧電素子７０及びインダクタンス８０に供給し、次に、メイントランジスタ９２及びプリトランジスタ９４をオフすることにより、充電コンデンサ９０に蓄積された電荷の供給を停止すると共にインダクタンス８０に蓄えられた電力を圧電素子７０に供給している（並列回路のフライホイール効果を利用する）。これにより、圧電素子７０には結果として交流信号が供給される。
【００１２】
このように、交流信号電源に代え、充電コンデンサ９０の蓄積電荷と並列回路のフライホイール効果を利用して、圧電素子７０に結果として交流信号を供給することができるので、医療用の超音波診断装置の構成を音響インクプリンタの駆動回路に適用しようとすることも考えられる。しかし、次の理由で医療用の超音波診断装置の構成を音響インクプリンタの駆動回路に適用することはできない。
【００１３】
即ち、充電コンデンサ９０に蓄積された電荷を圧電素子７０及びインダクタンス８０に供給するためには、圧電素子７０及びインダクタンス８０のインピーダンスより充電抵抗９５の抵抗値が十分大きい必要がある。しかし、充電抵抗９５の抵抗値が大きいと、充電コンデンサ９０と充電抵抗９５の充電時定数τ（＝充電抵抗９５の抵抗値×充電コンデンサ９０の容量値）が大きくなる。このように充電時定数が大きいと充電時間が長くなり、前述したように、インク表面張力より吐出力が上回る状態になるまで音響エネルギーの注入を継続することができない。即ち、インクを吐出することができない。
【００１４】
本発明は、上記事実に鑑み成されたもので、交流信号電源を用いずに圧電素子に結果として交流信号を発生させることの可能なインクプリンタを提供することを第２の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的達成のため第１の発明に係るインクプリンタは、液体インクと音響的に接続された圧電素子に交流信号を供給してインクの射出を行う。
【００１６】
この圧電素子にはインダクタンスが並列に接続されている。これにより、インダクタンと圧電素子とにより共振回路が構成される。上記のように交流信号が圧電素子に供給されると、この共振回路にエネルギーが蓄積される。
【００１７】
スイッチング手段は、圧電素子と交流信号との接続を制御する。
【００１８】
制御手段は、入力信号に応じてスイッチング手段にオン又はオフを繰り返し行わせることによりインクの射出を開始させる。即ち、スイッチング手段がオンのときには交流信号が圧電素子に供給される。このとき、前述したように、共振回路にエネルギーが蓄積される。スイッチング手段がオフのときには上記共振回路に蓄積されたエネルギーが圧電素子に供給される。つまり、圧電素子には上記交流信号又は共振回路に基づくエネルギーが交互に供給され、液体インクが振動し、インクの射出が開始する。
【００１９】
このように本発明に係るインクプリンタは、圧電素子にインダクタンスを並列に接続させて共振回路を構成し、圧電素子に交流信号又は共振回路に基づくエネルギーを交互に供給して、インクの射出を開始するので、インクを射出させるために交流信号を常に供給する必要がなく、消費電力を削減することができる。
【００２０】
また、本発明のインクプリンタの駆動方法は、液体インクと音響的に接続された圧電素子に交流信号を供給してインクの射出を行う。この圧電素子には並列にインダクタンスを接続して共振回路を形成し、圧電素子と交流信号とのオン又はオフを繰り返し行わせることにより交流信号又は共振回路に基づくエネルギーを交互に供給してインクの射出を開始させる。
【００２１】
このように本発明のインクプリンタの駆動方法は、圧電素子にインダクタンスを並列に接続させて共振回路を構成し、圧電素子と交流信号とのオン又はオフを繰り返し行わせることにより交流信号又は共振回路に基づくエネルギーを交互に供給してインクの射出を開始させるので、インクを射出させるために交流信号を常に供給する必要がなく、消費電力を削減することができる。
【００２２】
ところで、以上は、液体インクと音響的に接続された圧電素子に交流信号を供給してインクの射出を行うインク射出方法として把握でき、このインク射出方法は、圧電素子の音響出力を周期的に変化させ、該周期的に変化する音響出力を継続させることによりインクの射出を行わせるものである。
【００２３】
上記第２の目的達成するため第２の発明に係るインクプリンタは、液体インクと音響的に接続された圧電素子に音響信号を発生させてインクの射出を行うインクプリンタである。本インクプリンタには、圧電素子と並列回路を構成するようにインダクタンスが接続され、電荷を蓄積する電荷蓄積手段を備えている。
【００２４】
第１のスイッチング手段は、オンすることにより、電荷蓄積手段と並列回路とを接続すると共に、オフすることにより、該接続を開放する。
【００２５】
一方、第２のスイッチング手段は、入力信号に応じて、第１のスイッチング手段がオンのときにオフして、第１のスイッチング手段を介して並列回路に、電荷蓄積手段に蓄積された電荷を放電させ、第１のスイッチング手段がオフのときにオンして、電荷蓄積手段に電荷を蓄積させる。即ち、例えば、第２のスイッチング手段は、オンすることにより、電荷蓄積手段と電源（電荷蓄積手段に電荷を供給するための電源）とを接続すると共に、オフすることにより、該接続を開放する。この第２のスイッチング手段は、入力信号に応じてオン・オフするが、入力信号は、制御手段から与えられる。即ち、制御手段は、第１のスイッチング手段がオンしかつ第２のスイッチング手段がオフすると共に第１のスイッチング手段がオフしかつ第２のスイッチング手段がオンするように制御信号（上記入力信号に対応する）を与える。
【００２６】
ところで、上記のように、第１のスイッチング手段がオンしかつ第２のスイッチング手段がオフすると、第１のスイッチング手段のオンにより電荷蓄積手段と並列回路とが接続され、第２のスイッチング手段のオフにより第１のスイッチング手段を介して並列回路に、電荷蓄積手段に蓄積された電荷が放電される。即ち、第２のスイッチング手段のオフにより、電荷蓄積手段からみた上記並列回路のインピーダンスより電荷蓄積手段と上記電源との間の抵抗のほうが大きくなり、電荷蓄積手段に蓄積された電荷は並列回路に放電される。これにより、圧電素子が駆動されると共に上記共振回路にエネルギーが蓄積される。
【００２７】
一方、第１のスイッチング手段がオフしかつ第２のスイッチング手段がオンすると、第１のスイッチング手段のオフにより電荷蓄積手段と並列回路との接続が開放され、第２のスイッチング手段のオンにより、電荷蓄積手段と上記電源とが接続されて、電荷蓄積手段に電荷が蓄積される。なお、電荷蓄積手段に電荷が蓄積されているときには、上記共振回路に蓄積されたエネルギーにより圧電素子が駆動される。
【００２８】
つまり、圧電素子には上記電荷蓄積手段からの電荷及び共振回路に基づくエネルギーが交互に供給され、結果として圧電素子に音響信号を発生させ、これにより、液体インクが振動し、インクの射出が開始する。
【００２９】
このように本発明に係るインクプリンタは、圧電素子にインダクタンスを並列に接続させて共振回路を構成し、圧電素子に上記電荷蓄積手段からの電荷及び共振回路に基づくエネルギーを交互に供給して、インクの射出を開始するので、交流信号電源を用いずに圧電素子に結果として交流信号を発生させることができる。  なお、本発明に係るインクプリンタであっても、インクを射出させるために、電源から電荷蓄積手段に常に電荷を供給する必要がなく、消費電力を削減することができる。
【００３０】
なお、上記制御手段は、上記音響信号の１波長の内の最初の１／４波長を形成するように、第１のスイッチング手段がオンしかつ前記第２のスイッチング手段がオフし（つまり放電）、交流信号の１波長の内の残り３／４波長の間、第１のスイッチング手段がオフしかつ第２のスイッチング手段がオンする（つまり充電）ように制御する。
【００３１】
なお、液体インクと音響的に接続された圧電素子に音響信号を発生させてインクの射出を行うと共に圧電素子と並列回路を構成するようにインダクタンスが接続されたインクプリンタの駆動方法では、第１のスイッチング手段をオンすることにより、電荷蓄積手段と並列回路とを接続し、かつ、第２のスイッチング手段をオンすることにより、第１のスイッチング手段を介して並列回路に、電荷蓄積手段に蓄積された電荷を放電させ、第１のスイッチング手段をオフすることにより、電荷蓄積手段と並列回路との接続を開放し、かつ、第２のスイッチング手段をオフすることにより、電荷蓄積手段に電荷を蓄積させる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１に本発明の実施の形態であるインク吐出装置のインク吐出部２０と駆動回路３０の模式図を示す。
【００３４】
図１に示すように、本実施の形態に係るインク吐出装置のインク吐出部２０は、側壁部３により囲まれた内部が液体インクに満たされたインク室４となっており、かつ、上部にインク吐出部１を有するインク保持部（ヘッド）２を備えている。インク保持部２の下部には、上部電極６と下部電極８とにより挟まれた、インクと音響的に接続された圧電素子７が配置されている。インク室４内の上部電極６の上部には、圧電素子７により発生した超音波をインク吐出部１に集束させるフレネルレンズ５が配置されている。なお、本実施の形態に係るインク吐出装置は、音響インクプリンタに備えられており、インク吐出部１のインク吐出方向には、図示しない記録媒体が配置される。
【００３５】
下部電極８には、スイッチング手段としての切換器１０を介して、ＲＦ−ＡＭＰにより構成された圧電素子駆動回路１２の一方の出力端が接続され、上部電極６には圧電素子駆動回路１２の他方の出力端が接続されている。切換器１０には、制御手段としてのコントローラ１１が接続されている。
【００３６】
そして、本実施の形態に係るインク吐出装置では、上部電極６と下部電極８とに、圧電素子７と並列に、かつ、圧電素子７及び圧電素子駆動回路１２に最接近した位置に、インダクタンス９が接続されている。また、切換器１０は圧電素子７及び圧電素子駆動回路１２に接近した位置に接続されている。
【００３７】
図２に駆動回路３０から圧電素子までの等価回路を示す。圧電素子７は、コンデンサＣd に、インダクタンスＬS 、コンデンサＣS 、及び抵抗ＲS の直列共振回路１３が並列に接続した等価回路で表すことができる。コンデンサＣd とインダクタンスＬd とはＴＡＮＫ回路とよばれる並列共振回路を形成する。このＴＡＮＫ回路は、エネルギーを一旦蓄えた後、切換器１０を開く（オフする）と、コンデンサＣd とインダクタンスＬｄとの間で、所定周波数（＝（１／（２・π・√（Ｃd ・Ｌｄ  ））で、エネルギー（電力）が移動（振動）する。なお、Ｃd とＬd で決まる自己共振周波数は駆動回路１２からの交流信号の周波数と等しくなるように設定されている。
【００３８】
この場合、インダクタンスＬS 、コンデンサＣS 、及び抵抗ＲS の制限要素が存在するので、上記エネルギーの移動の際にエネルギーが減少（減衰振動）する。この減衰振動は、Ｃd 、ＬS 、ＣS 、ＲS の各値により定まる。そして、容量比（＝Ｃd ／ＣS ）が１以上でありかつＬS 、ＣS 、及びＲS の直列共振回路１１の尖鋭度Ｑ＝（１／（２πｆＣS ・ＲS ）が１以上であれば、１周期以上減衰振動する。
【００３９】
このように、コンデンサＣd とインダクタンスＬｄとの間でエネルギー減衰振動するので、この振動により抵抗ＲS に電力が供給され（即ち、交流信号が供給され）、圧電素子７が振動し、超音波が発生する。即ち、ＴＡＮＫ回路に蓄えられたエネルギーが超音波発生に利用される。よって、圧電素子駆動回路１２から駆動電流を供給しなくても、ＴＡＮＫ回路に蓄えられたエネルギーにより、圧電素子７を振動させ、超音波を発生させることができる。従って、本実施の形態では、後述するように、切換器１０のオン・オフを制御し、圧電素子駆動回路１２からの電力とＴＡＮＫ回路からの電力と交互に切り換えて、圧電素子７に供給し、コンデンサＣd とインダクタンスＬｄとの間でエネルギー減衰振動を利用して、消費電力を削減している。
【００４０】
図３に駆動電圧の波形と圧電素子の振幅の時間的関係を説明する。（Ａ）は交流電源、（Ｂ）はコントローラ１１から切換器１０への出力信号、（Ｃ）は圧電素子７の上、下部電極間の電圧、（Ｄ）は圧電素子の音響振幅である。
【００４１】
まず画像信号に応じて切換器１０にオン信号を出力する。オン信号を入力した切換器１０は、オンして、圧電素子７を挟んでいる下部電極８と圧電素子駆動回路１２とを接続する。これにより、切換器１０をオン状態にする導通期間Ｔ１の間、圧電素子駆動回路１２と圧電振動子７とが導通し、圧電振動子７には圧電素子駆動回路１２から、図３（Ｃ）に示すように、圧電素子駆動回路１２の高周波の駆動電流に対応する交流電流（交流信号）が供給される。よって、圧電素子７からは図３（Ｄ）に示す超音波が発生する。このとき上記ＴＡＮＫ回路には前述したようにエネルギーが蓄積される。圧電振動子７に交流電流が供給された初期の段階では、BURST 波のため、立ち上がり特性を有している。
【００４２】
上記導通期間Ｔ１が経過すると切換器１０をオフ状態にする非導通期間Ｔ２に移行し、切換器１０への出力はオフ信号に変わり、これにより、切換器１０は、オフして、圧電素子駆動回路１２と下部電極８との接続を開放する。よって、圧電振動子７に対する圧電素子駆動回路１２からの交流電流の供給が停止する。しかしながら、前述したように、ＴＡＮＫ回路から上記蓄積された電力が圧電振動子７に供給される。よって、圧電振動子７に対する圧電素子駆動回路１２からの交流電流の供給が停止しても、ＴＡＮＫ回路からの電力により圧電振動子７が振動し、超音波が引き続き発生する。
【００４３】
非導通期間Ｔ２では圧電素子７の上、下部電極間の電圧は次第に減衰するが、インク液面は緩やかに上昇し続ける。非導通期間Ｔ２が経過すると切換器１０の出力は再びオン信号に変わる。このように導通期間Ｔ１と非導通期間Ｔ２とを繰り返してインク液面は上昇を続け、ついにはインク液面からインク滴を分離して吐出する。
【００４４】
ここで、導通期間、非導通期間は次のように予め定めている。インク吐出期間の間は、前述したように、圧電素子駆動回路１２から圧電振動子７に交流電流を常に供給しているわけでなく、インク吐出期間から非導通期間を間引いた導通期間内に限って交流電流を供給している。間引き率（＝導通期間／（導通期間＋非導通期間））は、インダクタンスＬS 、コンデンサＣS 、及び抵抗ＲS を制限要素としてコンデンサＣd とインダクタンスＬｄの共振回路（ＴＡＮＫ回路）の尖鋭度Ｑの値から、インク吐出期間に渡って圧電素子の振動が継続するように、決定している。即ち、この間引き率は、振動子の等価回路定数と減衰比により、インク吐出期間に渡って圧電素子の振動が継続するように、決定される。なお、導通期間と非導通期間とが同じ場合の消費電力は、間引かない場合の５０％となり、間引き率が２５％の場合の消費電力は、間引かない場合の２５％となる。このように間引き率が決定されると、間引き率に応じた導通期間、非導通期間は、例えば、図３（Ｂ）に示すように、駆動電流（交流信号）の複数周期分を導通期間Ｔ１、非導通期間Ｔ２としてもよい。
【００４５】
また、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、駆動電流（即ち、圧電素子から発生する超音波）の１周期の１／４の時間（１波長λ／４に対応）を１導通期間Ｔ１１、残りの３／４の時間を１非導通期間Ｔ２１としてもよい。なお、駆動電流の１周期の１／４の時間としているのは、１／４の時間経過したときに上記駆動電流が最大値をとるので、この前後では利用率が落ちるからである。
【００４６】
更に、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、上記駆動電流の１周期の１／４の時間（λ／４に対応）を１導通期間Ｔ１１、残りの３／４の時間を１非導通期間Ｔ２１としたものを、駆動電流の複数周期分継続し、その後は、駆動電流の複数周期分を非導通期間として、これを繰り返すようにしてもよい。なお、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示した例では、消費電力の削減効果は、間引き率×（１／４）となるため、最低間引き率が５０％の場合でも、１２．５％（１／８）となる。この効果を利用して大幅に消費電力を削減することができる。なお、駆動電流の１周期の１／４の時間とは、図５及び図６では、駆動電流の１周期の最初の１／４周期の時間であるが、本発明はこれに限定されず、振幅がゼロから最大になるまでの時間であればよく、１／２周期から３／４周期までの時間でもよく、駆動電流の１周期の最初の１／４周期の時間及び１／２周期から３／４周期までの時間でもよい。
【００４７】
以上説明したように、圧電素子駆動回路と圧電素子との間に、切換器を介して、圧電素子に並列にインダクタンスを接続し、切換器を制御して圧電素子駆動回路からの電力とＴＡＮＫ回路からの電力と交互に切り換えて、圧電素子に供給し、エネルギー減衰振動を利用するので、消費電力を削減することができる。また、圧電素子の音響出力を常に最大出力になるようにしていないので、消費電力を削減することができる、という側面もある。なお、特開平05-057891 号公報は、ピエゾオンデマンド方式の一種であり、液柱形成用圧点素子に供給される電力は液柱振動が最大になる以前に遮断している。しかしながら、電力を遮断してから液柱振動が増大になるまでの時間は圧電素子が励振されない点で本実施の形態で明らかに異なる。
【００４８】
また、前述した実施の形態では、圧電素子に最接近した位置に、インダクタンスを接続しているので、接続線内で消費される電力を少なくすることができる。
【００４９】
ここで、圧電素子の駆動を開始したときからインクが吐出するまでのインク吐出期間内で圧電素子の振動が一時的に停止すると、インクの液面のエネルギーが圧電素子の振動の停止により減少してしまい、再度エネルギーを蓄積しなければならず、電力が無駄に消費される。しかし、本実施の形態では、インク吐出期間の間、圧電素子の振動を継続するようにしている、即ち、圧電素子と交流電流とのオン又はオフを繰り返し行わせる時間的デューティーがＴＡＮＫ回路に基づくエネルギーを実質的に消滅させないようにしているので、インク室内のインクの液面のエネルギーを、液面が液面ミニスカス振動するためのエネルギーになるまで増加させることができ、電力を有効に活用することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態は、高周波数の交流電流を供給する圧電素子駆動回路を用いたが、本発明はこれに限定されず、スイッチング回路を用いてスイッチングにより高周波数の交流電流を供給する回路を用いてもよい。
【００５１】
また、前述した実施の形態は、圧電素子により発生した超音波をインク吐出部に集束させるためにフレネルレンズを用いたが、本発明はこれに限定されず、超音波の位相を制御して超音波をインク吐出部に集束させるようにしもよい。
【００５２】
更に、前述した実施の形態は、インク吐出装置を、圧電素子により発生した超音波をインク吐出部に集束させる音響インクプリンタに適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されず、圧電素子により発生した超音波をインク吐出部に集束させない音響インクプリンタや、ノズル板を設けた音響インクプリンタに適用してもよい。更に、インク保持部（ヘッド）を１つ備えた例を説明したが、本発明はこれに限定されず、同時に複数の圧電素子を励振する場合やカラー化に対応すべく複数の印字ヘッドを有する場合にも同様に適用することができる。
【００５３】
【実施例】
以下、第１の実施の形態に対応する３つの実施例を説明する。なお、上記実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１の実施例］
図７（Ａ）に示すように、第１の実施例に係る音響インクプリンタでは、切換器１０として、通常状態ではオフとなるように付勢されている接点１０Ａ１を有するリレー１０Ａを備えている。コントローラ１１は、リレー１０Ａをオンするために、図示しないコイルに所定の電流を供給して磁界を発生させて、接点１０Ａ１を接続させ、リレー１０Ａをオフするために、該電流の供給を停止する。コントローラ１１は、このようにリレー１０Ａを制御して、図３（Ｂ）、図４（Ａ）、図５（Ａ）のように制御する。
［第２の実施例］
図７（Ｂ）に示すように、第２の実施例に係る音響インクプリンタでは、切換器１０として、ダイオード１０Ｂを備えている。コントローラ１１は、所定の信号を供給して逆バイアス状態にして、ダイオード１０Ｂをオフする。なお、コントローラ１１からの信号の出力が停止すると、ダイオード１０Ｂはオンする。コントローラ１１は、このようにダイオード１０Ｂを制御して、図３（Ｂ）、図４（Ａ）、図５（Ａ）のように制御する。
［第３の実施例］
図７（Ｃ）に示すように、第３の実施例に係る音響インクプリンタでは、切換器１０として、トランジスタ１０Ｃを備えている。コントローラ１１は、ベース電流を出力してトランジスタ１０Ｃをオンし、ベース電流の出力を停止してトランジスタ１０Ｃをオフする。コントローラ１１は、このようにトランジスタ１０Ｃを制御して、図３（Ｂ）、図４（Ａ）、図５（Ａ）のように制御する。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、前述した第１の実施の形態と同様の構成部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
図８に示すように、第２の実施の形態に係る音響インクプリンタは、電荷を蓄積する充電コンデンサ５６と、オンすることにより、インダクタンス９及び圧電素子７から構成される並列回路１５と充電コンデンサ５６とを接続すると共に、オフすることにより、該接続を開放する第１のトランジスタ５２と、制御信号に応じて、第１のトランジスタ５２がオンのときにオフして、第１のトランジスタ５２を介して並列回路１５に、充電コンデンサ５６に蓄積された電荷を放電させ、第１のトランジスタ５２がオフのときにオンして、充電コンデンサ５６に電荷を蓄積させる第２のトランジスタ５４と、を備えている。なお、その他、前述したインク吐出部等を有する点は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
即ち、第１のトランジスタ５２のコレクタ側は正電源（＋Ｖ）と並列回路１５とに接続されている。本実施の形態では、第２のトランジスタ５４として、内部抵抗が少ないジャンクションＦＥＴを用いている。第２のトランジスタ５４は、オンすることにより、充電コンデンサ５６と負電源（−Ｖ）（充電コンデンサ５６に負電荷を蓄積させる電源）とを接続すると共に、オフすることにより、該接続を開放する。即ち、第２のトランジスタ５４のソース側は負電源（−Ｖ）に接続されている。第１のトランジスタ５２のエミッタ側と第２のトランジスタのドレイン側とには、充電コンデンサ５６の一端が接続され、充電コンデンサ５６の他端はアースされている。第１のトランジスタ５２のベース側と第２のトランジスタのゲート側とには、画像信号が入力される制御回路５８が接続されている。
【００５７】
次に、図９のタイミングチャートを参照して、本実施の形態の作用を説明する。制御回路５８は、第１のトランジスタ５２がオンしかつ第２のトランジスタ５４がオフすると共に第１のトランジスタ５２がオフしかつ第２のトランジスタ５４がオンするように制御信号を与える。
【００５８】
即ち、図９（Ａ）、図９（Ｂ）にはそれぞれ、第１のトランジスタ５２のベース側及び第２のトランジスタ５４のゲート側に入力する電圧波形が示されている。図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、制御回路５８は、単位インクドットを形成するための画像信号に応じて、第１のトランジスタ５２のベース側及び第２のトランジスタ５４のゲート側に、第１のトランジスタ５２がオンしかつ第２のトランジスタ５４がオフするようにロー状態の電圧を出力し、第１のトランジスタ５２がオフしかつ第２のトランジスタ５４がオンするようにハイ状態の電圧を出力する。なお、第１のトランジスタ５２のベース側及び第２のトランジスタ５４のゲート側に入力されるハイ状態のときの電圧値は各々異なるが、これは、第１のトランジスタ５２及び第２のトランジスタ５４の素子の特性によるものである。
【００５９】
上記のように、第１のトランジスタ５２がオンしかつ第２のトランジスタ５４がオフすると、第１のトランジスタ５２のオンにより充電コンデンサ５６と並列回路１５とが接続され、第２のトランジスタ５４のオフにより第１のトランジスタ５２を介して並列回路１５に、充電コンデンサ５６に蓄積された電荷が放電される。即ち、第２のトランジスタ５４のオフにより、充電コンデンサ５６からみた上記並列回路１５のインピーダンスより充電コンデンサ５６からみた負電源（−Ｖ）側の抵抗（実際は第２のトランジスタ５４がオフであるので無限大）が大きくなり、充電コンデンサ５６に蓄積された電荷は並列回路１５に放電される。これにより、圧電素子が駆動されると共に並列回路１５にエネルギーが蓄積される。
【００６０】
一方、第１のトランジスタ５２がオフしかつ第２のトランジスタ５４がオンすると、第１のトランジスタ５２のオフにより充電コンデンサ５６と並列回路１５との接続が開放され、第２のトランジスタ５４のオンにより、充電コンデンサ５６と上記電源とが接続されて、充電コンデンサ５６に電荷が蓄積される。なお、第１のトランジスタ５２のオフにより、第２のトランジスタ５４の内部抵抗より充電コンデンサ５６からみた上記並列回路１５のインピーダンス（実際は第１のトランジスタ５２がオフであるので無限大）が大きくなり、充電コンデンサ５６に蓄積された電荷は並列回路１５に放電されない。なお、充電コンデンサ５６に電荷が蓄積されているときには、並列回路１５に蓄積されたエネルギーにより圧電素子７が駆動される。
【００６１】
つまり、圧電素子７には上記充電コンデンサ５６からの電荷及び共振回路１５に基づくエネルギーが交互に供給され、結果として圧電素子７に音響信号を発生させ、これにより、液体インクが振動し、インクの射出が開始する。
【００６２】
即ち、上記制御回路５８は、図９（Ｄ）に示すように、音響信号の１波長の内の最初の１／４波長を形成するように、第１のトランジスタ５２がオンしかつ第２のトランジスタ５４がオフし（つまり放電）、交流信号の１波長の内の残り３／４波長の間、第１のトランジスタ５２がオフしかつ第２のトランジスタ５４がオンする（つまり充電）ように制御する。
【００６３】
このように本発明に係るインクプリンタは、圧電素子にインダクタンスを並列に接続させて並列回路（共振回路）を構成し、圧電素子に充電コンデンサからの電荷及び共振回路に基づくエネルギーを交互に供給して、インクの射出を開始するので、交流信号電源を用いずに圧電素子に結果として交流信号を発生させることができる。
【００６４】
なお、本発明に係るインクプリンタであっても、インクを射出させるために、電源から充電コンデンサに常に電荷を供給する必要がなく、消費電力を削減することができる。
【００６５】
【実施例】
以下、第２の実施の形態に対応する３つの実施例を説明する。なお、上記実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１の実施例］
図１０に示すように、第１の実施例においては、制御回路５８内に、画像信号が入力されるコントローラ６０を設けている。コントローラ６０には、抵抗を介してトランジスタ６２のベース側が接続されている。トランジスタ６２のコレクタ側には正電源（＋Ｖ２）に、エミッタ側は、負電源（−Ｖ３）、抵抗を介してトランジスタ６４のベース側が接続されている。トランジスタ６４のコレクタ側は正電源（＋Ｖ２）に接続され、エミッタ側は、負電源（−Ｖ３）及びレベルシフト用のダイオード６８、抵抗、接点Ｐを介して第１のトランジスタ５２のベース側に接続されている。トランジスタ６２のコレクタ側とトランジスタ６４のベース側との間には、レベルシフト用のダイオード６６を介して第２のトランジスタ５４のドレイン側が接続されている。接点Ｐには、ダイオード６６を介してトランジスタ６２のコレクタ側も接続されている。よって、接点Ｐでは、トランジスタ６２のコレクタ側の出力と、トランジスタ６４のコレクタ側の出力と、が加算され、第１のトランジスタ５２のベース側に入力する。なお、トランジスタ６４は抵抗と共に反転回路を構成するため、トランジスタ６２のコレクタ側の出力と、トランジスタ６４のコレクタ側の出力と、は反転している。
【００６６】
次に、図１１に示したタイミングチャートを参照して、本実施例の作用を説明する。画像信号に応じてコントローラ６０は、図１１（Ａ）に示すように、駆動信号を出力する。なお、図１１（Ａ）に示すように、駆動信号が正確な方形波となっていないのは、回路回路５８内のタイミング遅れを考慮したためである。
【００６７】
駆動信号（ハイ状態）は、トランジスタ６２のベース側に入力されて、トランジスタ６２がオンする。トランジスタ６２のエミッタ出力は、トランジスタ６４のベース側に入力されてトランジスタ６４がオンすると共に、ダイオード６６及び抵抗を介して所定レベルにシフトして第２のトランジスタ５４のゲート側に入力されかつダイオード６６を介して所定レベルにシフトして接点Ｐに入力する。トランジスタ６４がオンしてエミッタ出力はダイオード６８を介して所定レベルにシフトされて接点Ｐに入力される。接点Ｐでは、ダイオード６６を介して所定レベルにシフトされたトランジスタ６２のエミッタ出力と、ダイオード６８を介して所定レベルにシフトされたトランジスタ６４のエミッタ出力と、が加算されて、第１のトランジスタ５２のベース側には、図１１（Ｂ）に示すように、駆動信号に対応して、結果として、ロー状態の電圧が入力する。このとき、第２のトランジスタ５４のゲート側には、ダイオード６６を介して所定レベルにシフトされたトランジスタ６２のエミッタ出力（ロー状態の電圧（図１１（Ｃ）参照））が入力する。第１のトランジスタ５２のベース側及び第２のトランジスタ５４のゲート側にロー状態の電圧が入力されると、前述したように、第１のトランジスタ５２がオンしかつ第２のトランジスタ５４がオフする。これにより、上記のように、第１のトランジスタ５２を介して並列回路１５に、充電コンデンサ５６に蓄積された電荷が放電される。これにより、圧電素子７には音響信号が供給される。
【００６８】
駆動信号がロー状態となると上記とは逆特性となり、第１のトランジスタ５２のベース側及び第２のトランジスタ５４のゲート側にハイ状態の電圧が入力される。これにより、第１のトランジスタ５２がオフしかつ第２のトランジスタ５４がオンする。よって、第１のトランジスタ５２のオフにより充電コンデンサ５６と並列回路１５との接続が開放され、第２のトランジスタ５４のオンにより、充電コンデンサ５６と負電源とが接続されて、充電コンデンサ５６に電荷が蓄積される。なお、充電コンデンサ５６に電荷が蓄積されているときには、並列回路１５に蓄積されたエネルギーにより圧電素子７が駆動される。
【００６９】
図１１（Ｄ）にはＡ部の電圧波形が、図１１（Ｅ）にはＢ部の電圧波形が、それぞれ示されている。図１１（Ｄ）、図１１（Ｅ）に示すように、コントローラ６０は上記の駆動信号を出力して、音響信号の１波長の内の最初の１／４波長を形成するように、第１のトランジスタ５２をオンしかつ第２のトランジスタ５４をオフさせて、圧電素子７に上記充電コンデンサ５６からの電荷を放電させ、交流信号の１波長の内の残り３／４波長の間は、第１のトランジスタ５２をオフしかつ第２のトランジスタ５４をオンさせて、充電コンデンサ５６を充電させると共に並列回路１５に蓄積されたエネルギーにより圧電素子７を駆動させている。
【００７０】
このように、圧電素子７に上記充電コンデンサ５６からの電荷及び共振回路１５に基づくエネルギーを交互に供給して、結果として圧電素子７に音響信号を発生させ、これにより、液体インクを振動させて、インクの射出を開始している。
［第２の実施例］
第２の実施例に係る制御回路５８Ｎは、前述した第１の実施例（第２の実施の形態）の制御回路５８と略同様の構成であるので、説明を省略する。第１の実施例（第２の実施の形態）では、図１０に示すように、第１のトランジスタ５２のコレクタ側に正電源、第２のトランジスタ５４のソース側に負電源、の合計２つの電源を有しているが、本発明はこれに限定されず、図１２に示すように、本第２の実施例では、第２のトランジスタ５４のソース側に負電源の１つの電源を有している点で相違する。動作は、前述した第１の実施例と同様であるので、その説明を省略する。なお、第２の実施例では、負電源に代えて正電源を有するようにしてもよい。
［第３の実施例］
図１３に示すように、第３の実施例では、第１のトランジスタ５２のエミンタ側に負電源（−Ｑ）が、第２のトランジスタ５３のドレイン側に正電源（＋Ｏ）が、それぞれ接続されている点で、第１の実施例において、第１のトランジスタ５２のコレクタ側に正電源、第２のトランジスタ５４のソース側に負電源が接続されている点と相違する。即ち、充電コンデンサ５６から放電される電荷は、第１の実施例では負電荷であるのに対して、第３の実施例では正電荷である点で相違する。
【００７１】
なお、その他、第１のトランジスタ５２及び第２のトランジスタ５３には、レベル調整回路７５を介してコントローラ６０が接続されている。なお、動作は前述した実施例と同様であるので、その説明を省略する。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、圧電素子にインダクタンスを並列に接続させて共振回路を構成し、圧電素子に上記交流信号又は共振回路に基づくエネルギーを交互に供給して、インクの射出を開始するので、インクを射出させるために交流信号を常に供給する必要がないので、消費電力を削減することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態であるインク吐出部と駆動回路の模式図である。
【図２】  駆動回路から圧電素子までの等価回路である。
【図３】  駆動電圧の波形と圧電素子の振動の関係を示すタイミングチャートである。
【図４】  変形例の駆動電圧の波形である。
【図５】  第２の変形例の駆動電圧の波形である。
【図６】  ダイオードスイッチを用いた圧電デバイス駆動回路の従来例を示した図である。
【図７】  第１の実施の形態に対応する３種類の実施例に係るインクプリンタのブロック図である。
【図８】  本発明の第２の実施の形態であるインクプリンタのブロック図である。
【図９】  第２の実施の形態であるインクプリンタのタイミングチャートである。
【図１０】  本発明の第２の実施の形態に対応する第１の実施例に係るインクプリンタのブロック図である。
【図１１】  第２の実施の形態に対応する第１の実施例に係るインクプリンタのタイミングチャートである。
【図１２】  本発明の第２の実施の形態に対応する第２の実施例に係るインクプリンタのブロック図である。
【図１３】  本発明の第２の実施の形態に対応する第３の実施例に係るインクプリンタのブロック図である。
【図１４】  医療用の超音波診断装置の一部のブロック図である。
【符号の説明】
７      圧電素子
９      インダクタンス
１０    切換器（スイッチング手段）
１１    コントローラ（制御手段）
５２    第１のトランジスタ（第１のスイッチング手段）
５４    第２のトランジスタ（第２のスイッチング手段）
５６    充電コンデンサ（電荷蓄積手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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