(57)【要約】【課題】容量性負荷からなるアクチュエーターを駆動するための駆動信号の波形精度を十分に補償する。【解決手段】駆動波形信号ＷＣＯＭと帰還信号Ｒｅｆの差分信号Ｄｉｆｆをパルス変調し、その変調信号ＰＷＭをデジタル電力増幅回路２７で電力増幅し、その電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑フィルター２８で平滑化して、圧電素子などの容量性負荷からなるアクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭを印加する場合に、駆動信号ＣＯＭそのものを第１帰還信号として減算部２５に帰還すると共に、駆動信号ＣＯＭの位相を進めて第２帰還信号として減算部に帰還する。その際、平滑フィルター２８のコンデンサーＣに電流検出器である接地抵抗Ｒを接続し、当該電流検出器である接地抵抗Ｒの出力を第２帰還信号として減算部２５に帰還する。【選択図】図６
2014051103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動波形信号を生成する駆動波形信号生成部と、
前記駆動波形信号と２つの帰還信号との差分信号を出力する減算部と、
前記差分信号をパルス変調して変調信号とする変調部と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、
インダクタ及びコンデンサーで構成され且つ前記電力増幅変調信号を平滑化して容量性負荷の駆動信号とする平滑フィルターと、
前記駆動信号を減算部への第１帰還信号とする第１帰還回路と、
前記駆動信号の位相を進めて前記減算部への第２帰還信号とする第２帰還回路とを備えたことを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項２】
前記平滑フィルターのコンデンサーに接続する電流検出器をさらに備え、
前記第２帰還回路は、前記電流検出器の出力を前記第２帰還信号とすることを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項３】
前記平滑フィルターの出力側に接続する当該平滑フィルターのコンデンサーよりも容量の小さい第２コンデンサーと、
当該第２コンデンサーに接続する電流検出器とをさらに備え、
前記第２帰還回路は、前記電流検出器の出力を前記第２帰還信号とすることを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項４】
前記駆動波形信号生成部と減算部との間に介装され、駆動する容量性負荷の数によって前記平滑フィルター及び前記容量性負荷の静電容量の周波数特性が変化しても所望する駆動信号を得ることができる逆フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項５】
前記変調部は、前記減算部の差分信号と三角波信号との比較によって前記変調信号に変換する比較部を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項６】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項７】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記電力増幅変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の容量性負荷駆動装置を用いて前記容量性負荷であるアクチュエーターを駆動することによって、液体を噴射する液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子などの容量性負荷に駆動信号を印加して駆動する容量性負荷駆動装置に関し、容量性負荷をアクチュエーターとし、当該アクチュエーターに駆動信号を印加して液体を噴射する液体噴射装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば所定の電圧波形からなる駆動波形信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅して容量性負荷からなるアクチュエーターへの駆動信号とする場合、駆動波形信号を変調部でパルス変調して変調信号とし、その変調信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅して電力増幅変調信号とし、その電力増幅変調信号を平滑フィルターで平滑化して駆動信号としている。
【０００３】
駆動信号の波形が重要な場合、当該駆動信号の位相を進めて帰還信号とし、減算部で得られた帰還信号と駆動波形信号との差分値を変調部への入力信号とすることがある。例えば下記特許文献１では、２次のローパスフィルターからなる平滑フィルターの出力、つまり駆動信号を第１帰還信号として帰還すると共に、デジタル電力増幅回路の出力、つまり電力増幅変調信号を１次のローパスフィルターに通し、それを第２帰還信号として帰還するようにしている。１次のローパスフィルターは２次のローパスフィルターよりも位相が進んでいるので、この位相進み成分により駆動信号の波形を補償しようとしている。なお、変調部によるパルス変調の周波数を変調周波数、或いはキャリア周波数と呼んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２９７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１で位相を進めて帰還しているのは、アクチュエーターに印加される駆動信号ではなく、デジタル電力増幅回路の出力である電力増幅変調信号であることから、駆動信号の波形を十分に補償することができない。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、駆動信号の波形を十分に補償することが可能な容量性負荷駆動装置、液体噴射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記諸問題を解決するため、本発明の容量性負荷駆動装置は、駆動波形信号を生成する駆動波形信号生成部と、前記駆動波形信号と２つの帰還信号との差分信号を出力する減算部と、前記差分信号をパルス変調して変調信号とする変調部と、前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、インダクタ及びコンデンサーで構成され且つ前記電力増幅変調信号を平滑化して容量性負荷の駆動信号とする平滑フィルターと、前記駆動信号を減算部への第１帰還信号とする第１帰還回路と、前記駆動信号の位相を進めて前記減算部への第２帰還信号とする第２帰還回路とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この容量性負荷駆動装置によれば、減算部から出力される駆動波形信号と２つの帰還信号との差分信号をパルス変調して変調信号とし、変調信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅して電力増幅変調信号とし、電力増幅変調信号を平滑フィルターで平滑化して容量性負荷の駆動信号とするにあたり、駆動信号そのものを第１帰還信号として減算部に帰還すると共に、駆動信号の位相を進めて第２帰還信号として減算部に帰還することにより、駆動信号の比例・微分フィードバックが可能となり、駆動信号の波形を十分に補償することができる。
【０００８】
また、前記平滑フィルターのコンデンサーに接続する電流検出器をさらに備え、前記第２帰還回路は、前記電流検出器の出力を前記第２帰還信号としてもよい。
この容量性負荷駆動装置によれば、電圧信号からなる駆動信号に対し、当該駆動信号よりも位相の進んだ平滑フィルターのコンデンサーの電流を第２帰還信号として減算部に帰還することができるので、簡易な構成にして駆動信号の波形を十分に補償することができる第２帰還信号を帰還することができる。
【０００９】
また、前記平滑フィルターの出力側に接続する当該平滑フィルターのコンデンサーよりも容量の小さい第２コンデンサーと、当該第２コンデンサーに接続する電流検出器とをさらに備え、前記第２帰還回路は、前記電流検出器の出力を前記第２帰還信号としてもよい。
この容量性負荷駆動装置によれば、電圧信号からなる駆動信号に対し、当該駆動信号よりも位相の進んだ平滑フィルターのコンデンサーの電流を第２帰還信号として減算部に帰還することができるので、駆動信号の波形を十分に補償することができる第２帰還信号を帰還することができると共に、容量の小さい、即ちインピーダンスの大きい第２コンデンサーを用いることで電力損失を小さくすることができる。
【００１０】
また、前記駆動波形信号生成部と減算部との間に介装され、駆動する容量性負荷の数によって前記平滑フィルター及び前記容量性負荷の静電容量の周波数特性が変化しても所望する駆動信号を得ることができる逆フィルターをさらに備えてもよい。
この容量性負荷駆動装置によれば、駆動する容量性負荷の数に応じて逆フィルターで駆動波形信号を補正することにより、第１帰還信号による駆動信号の補償を軽減することができ、これにより減算部から駆動信号までのオープンループ特性のゲイン余裕、位相余裕を大きくして容量性負荷駆動装置をより安定して動作させることができる。
【００１１】
また、前記変調部は、前記減算部の差分信号と三角波信号との比較によって前記変調信号に変換する比較部を備えてもよい。
この容量性負荷駆動装置によれば、簡易な構成により変調信号を得ることができる。
また、前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記変調信号との差分を積分して出力する構成としてもよい。
この容量性負荷駆動装置によれば、変調信号を帰還することにより、駆動信号の波形精度をより向上させることができる。
【００１２】
また、前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記電力増幅変調信号との差分を積分して出力する構成としてもよい。
この容量性負荷駆動装置によれば、位相遅れのない電力増幅変調信号を帰還することにより容量性負荷駆動装置を安定して動作させることができる。また、デジタル電力増幅回路の電源電圧の変動を含んだ電力増幅変調信号を帰還するため、デジタル電力増幅回路の電源電圧の変動を補償して、駆動信号の波形精度をより向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の液体噴射装置は、前述した容量性負荷駆動装置を用いて前記容量性負荷であるアクチュエーターを駆動することによって、液体を噴射する液体噴射装置である。
この液体噴射装置によれば、容量性負荷であるアクチュエーターの駆動信号の波形を十分に補償することができ、より精度の高い液体噴射が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の容量性負荷駆動装置を用いたインクジェットプリンターの第１実施形態を示す概略構成正面図である。
【図２】図１のインクジェットプリンターに用いられるインクジェットヘッド近傍の平面図である。
【図３】図１のインクジェットプリンターの制御装置のブロック図である。
【図４】容量性負荷からなるアクチュエーターの駆動信号の説明図である。
【図５】スイッチングコントローラーのブロック図である。
【図６】アクチュエーター駆動回路の第１実施例を示すブロック図である。
【図７】図６の変調部のブロック図である。
【図８】図６のデジタル電力増幅回路のブロック図である。
【図９】図６の駆動回路の作用の説明図であり、（ａ）は周波数特性図、（ｂ）はオープンループ特性図である。
【図１０】帰還回路を設けない場合の駆動回路の周波数特性図である。
【図１１】図６の第２帰還回路がない場合の作用の説明図であり、（ａ）は周波数特性図、（ｂ）はオープンループ特性図である。
【図１２】アクチュエーター駆動回路の第２実施例を示すブロック図である。
【図１３】アクチュエーター駆動回路の第３実施例を示すブロック図である。
【図１４】図１３の駆動回路の作用の説明図であり、（ａ）は周波数特性図、（ｂ）はオープンループ特性図である。
【図１５】アクチュエーター駆動回路の第４実施例を示すブロック図である。
【図１６】アクチュエーター駆動回路の第５実施例を示すブロック図である。
【図１７】アクチュエーター駆動回路の第６実施例を示すブロック図である。
【図１８】アクチュエーター駆動回路の第７実施例を示すブロック図である。
【図１９】アクチュエーター駆動回路の第８実施例を示すブロック図である。
【図２０】アクチュエーター駆動回路の第９実施例を示すブロック図である。
【図２１】本発明の容量性負荷駆動装置を用いた液体噴射装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図２２】図２１の液体噴射部の断面図である。
【図２３】図２１の液体噴射装置の制御装置のブロック図である。
【図２４】容量性負荷からなるアクチュエーターの駆動信号の説明図である。
【図２５】本発明の容量性負荷駆動装置を用いた液体噴射装置の第３実施形態を示す概略構成図である。
【図２６】図２５の脈動発生機構の構成を示す縦断面図である。
【図２７】図２５の液体噴射装置の制御装置のブロック図である。
【図２８】容量性負荷からなるアクチュエーターの駆動信号の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の容量性負荷駆動装置の第１実施形態として、インクジェットプリンターに適用されたものについて説明する。
図１は、本実施形態のインクジェットプリンターの概略構成図であり、図１において、印刷媒体１は、図の左から右に向けて矢印方向に搬送され、その搬送途中の印刷領域で印刷される、ラインヘッド型インクジェットプリンターである。
【００１６】
図１中の符号２は、印刷媒体１の搬送ライン上方に設けられた複数のインクジェットヘッドであり、印刷媒体搬送方向に２列になるように且つ印刷媒体搬送方向と交差する方向に並べて配設されて、夫々、ヘッド固定プレート７に固定されている。各インクジェットヘッド２の最下面には、多数のノズルが形成されており、この面がノズル面と呼ばれている。ノズルは、図２に示すように、噴射するインクの色毎に、印刷媒体搬送方向と交差する方向に列状に配設されており、その列をノズル列と呼んだり、その列方向をノズル列方向と呼んだりする。そして、印刷媒体搬送方向と交差する方向に配設された全てのインクジェットヘッド２のノズル列によって、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向の幅全長に及ぶラインヘッドが形成されている。
【００１７】
インクジェットヘッド２には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクが、図示しないインクタンクからインク供給チューブを介して供給される。そして、インクジェットヘッド２に形成されているノズルから同時に必要箇所に必要量のインクを噴射することにより、印刷媒体１上に微小なドットを形成する。これを各色毎に行うことにより、搬送部４で搬送される印刷媒体１を一度通過させるだけで、１パスによる印刷を行うことができる。本実施形態では、インクジェットヘッド２のノズルからインクを噴射する方法としてピエゾ方式を用いた。ピエゾ方式は、アクチュエーターである圧電素子に駆動信号を与えると、圧力室内の振動板が変位して圧力室内の容積が変化し、そのときに生じる圧力変化によって圧力室内のインクがノズルから噴射されるというものである。そして、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することでインクの噴射量を調整することが可能となる。なお、本発明は、ピエゾ方式以外のインク噴射方法にも、同様に適用可能である。
【００１８】
インクジェットヘッド２の下方には、印刷媒体１を搬送方向に搬送するための搬送部４が設けられている。搬送部４は、駆動ローラー８及び従動ローラー９に搬送ベルト６を巻回して構成され、駆動ローラー８には図示しない電動モーターが接続されている。また、搬送ベルト６の内側には、当該搬送ベルト６の表面に印刷媒体１を吸着するための図示しない吸着装置が設けられている。この吸着装置には、例えば負圧によって印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する空気吸引装置や、静電気力で印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する静電吸着装置などが用いられる。従って、給紙ローラー５によって給紙部３から印刷媒体１を一枚だけ搬送ベルト６上に送給し、電動モーターによって駆動ローラー８を回転駆動すると、搬送ベルト６が印刷媒体搬送方向に回転され、吸着装置によって搬送ベルト６に印刷媒体１が吸着されて搬送される。この印刷媒体１の搬送中に、インクジェットヘッド２からインクを噴射して印刷を行う。印刷の終了した印刷媒体１は、搬送方向下流側の排紙部１０に排紙される。なお、前記搬送ベルト６には、例えばリニアエンコーダーなどで構成される印刷基準信号出力装置が取付けられており、この印刷基準信号出力装置から出力される要求解像度相当のパルス信号に応じて、後述する駆動回路から駆動信号をアクチュエーターに出力することで印刷媒体１上の所定位置に所定の色のインクを噴射し、そのドットによって印刷媒体１上に所定の画像を描画する。
【００１９】
本実施形態のインクジェットプリンター内には、インクジェットプリンターを制御するための制御装置１１が設けられている。この制御装置１１は、図３に示すように、ホストコンピューター１２から入力された印刷データを読込み、その印刷データに基づいて印刷処理等の演算処理を実行するコンピューターシステムで構成される制御部１３を備える。また、制御装置１１は、前記給紙ローラー５に接続されている給紙ローラーモーター１４を駆動制御する給紙ローラーモータードライバー１５を備える。また、制御装置１１は、インクジェットヘッド２を駆動制御するヘッドドライバー１６と、前記駆動ローラー８に接続されている電動モーター１７を駆動制御する電動モータードライバー１８とを備えて構成される。
【００２０】
制御部１３は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）１３ａを備える。また、制御部１３は、入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）１３ｂと、ＣＰＵ１３ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read Only Memory）１３ｃを備えている。この制御部１３は、ホストコンピューター１２から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ１３ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルからインクを噴射するか或いはどの程度のインクを噴射するかというノズル選択データ（駆動パルス選択データ）を算出する。そして、この印刷データや駆動パルス選択データ及び各種センサからの入力データに基づいて、給紙ローラーモータードライバー１５、ヘッドドライバー１６、電動モータードライバー１８に制御信号及び駆動信号を出力する。これらの制御信号及び駆動信号により、給紙ローラーモーター１４、電動モーター１７、インクジェットヘッド２内のアクチュエーターなどが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送及び排紙、並びに印刷媒体１への印刷処理が実行される。なお、制御部１３内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。
【００２１】
図４には、前記制御装置１１内のヘッドドライバー１６からインクジェットヘッド２に供給され、圧電素子からなるアクチュエーターを駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。本実施形態では、中間電圧を中心に電圧が変化する信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、アクチュエーターを駆動してインクを噴射する単位駆動信号としての駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に接続したものであり、駆動パルスＰＣＯＭの立上がり部分がノズルに連通する圧力室の容積を拡大してインクを引込む段階であり、駆動パルスＰＣＯＭの立下がり部分が圧力室の容積を縮小してインクを押出す段階であり、インクを押出した結果、インクがノズルから噴射される。
【００２２】
この電圧台形波からなる駆動パルスＰＣＯＭの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、インクの引込量や引込速度、インクの押出量や押出速度を変化させることができ、これによりインクの噴射量を変化させて異なる大きさのドットを得ることができる。従って、複数の駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエーター１９に供給し、インクを噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエーター１９に供給し、インクを複数回噴射したりすることで種々の大きさのドットを得ることができる。即ち、インクが乾かないうちに複数のインクを同じ位置に着弾すると、実質的に大きなインクを噴射するのと同じことになり、ドットの大きさを大きくすることができるのである。このような技術の組合せによって多階調化を図ることが可能となる。なお、図４の左端の駆動パルスＰＣＯＭ１は、インクを引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、インクを噴射せずに、ノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。
【００２３】
インクジェットヘッド２には、前記駆動信号ＣＯＭの他、前記図３の制御装置から制御信号として、印刷データに基づいて駆動パルスＰＣＯＭのうちどの駆動パルスＰＣＯＭを選択するかを示す駆動パルス選択特定データＳＩが入力されている。また、インクジェットヘッド２には、全ノズルにノズル選択データが入力された後に、駆動パルス選択特定データＳＩに基づいて駆動信号ＣＯＭとインクジェットヘッド２のアクチュエーターとを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨと、駆動パルス選択特定データＳＩをシリアル信号としてインクジェットヘッド２に送信するためのクロック信号ＳＣＫとが入力されている。なお、これ以後、アクチュエーター１９を駆動する駆動信号の最小単位を駆動パルスＰＣＯＭとし、駆動パルスＰＣＯＭが時系列的に連結された信号全体を駆動信号ＣＯＭと記す。即ち、ラッチ信号ＬＡＴで一連の駆動信号ＣＯＭが出力され始め、チャンネル信号ＣＨ毎に駆動パルスＰＣＯＭが出力されることになる。
【００２４】
図５には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をアクチュエーター１９に供給するためにインクジェットヘッド２内に構築されたスイッチングコントローラーの具体的な構成を示す。このスイッチングコントローラーは、インクを噴射させるノズルに対応した圧電素子などのアクチュエーター１９を指定するための駆動パルス選択特定データＳＩを保存するレジスター２０と、レジスター２０のデータを一時的に保存するラッチ回路２１とを備えている。また、このスイッチングコントローラーは、ラッチ回路２１の出力をレベル変換して選択スイッチ２３に供給することにより、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を圧電素子からなるアクチュエーター１９に接続するレベルシフター２２を備えて構成されている。
【００２５】
レベルシフター２２は選択スイッチ２３をオンオフできる電圧レベルに変換する。これは、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が、ラッチ回路２１の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２３の動作電圧範囲も高く設定されているためである。従って、レベルシフター２２によって選択スイッチ２３が閉じられるアクチュエーター１９は、駆動パルス選択特定データＳＩに基づき所定の接続タイミングで駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に接続される。また、レジスター２０の駆動パルス選択特定データＳＩがラッチ回路２１に保存された後、次の印刷情報をレジスター２０に入力し、インクの噴射タイミングに合わせてラッチ回路２１の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電素子などのアクチュエーター１９のグランド端である。また、この選択スイッチ２３により、圧電素子などのアクチュエーター１９を駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後（選択スイッチ２３がオフ）も、当該アクチュエーター１９の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。すなわち、前記圧電素子からなるアクチュエーター１９は、容量性負荷である。
【００２６】
図６には、アクチュエーター１９の駆動回路の概略構成を示す。このアクチュエーター駆動回路は、前記制御装置１１のヘッドドライバー１６内に構築されている。本実施形態の駆動回路は、予め記憶されている駆動波形データＤＷＣＯＭに基づいて、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の元、つまりアクチュエーター１９の駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成する駆動波形信号生成部２４を備えている。また、本実施形態の駆動回路は、駆動波形信号生成部２４で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭから帰還信号Ｒｅｆを減じて差分信号Ｄｉｆｆを出力する減算部２５と、減算部２５から出力された差分信号Ｄｉｆｆをパルス変調する変調部２６と、変調部２６でパルス変調された変調信号ＰＷＭを電力増幅するデジタル電力増幅回路２７とを備えている。また、本実施形態の駆動回路は、デジタル電力増幅回路２７で電力増幅された電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑化して、圧電素子からなるアクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭとして出力する平滑フィルター２８と、前記平滑フィルター２８の出力である駆動信号ＣＯＭを前記減算部２５に帰還する第１帰還回路２０１と、前記駆動信号ＣＯＭの位相を進めて前記減算部２５に帰還する第２帰還回路２０２とを備えて構成される。
【００２７】
駆動波形信号生成部２４は、デジタルデータからなる駆動波形データＤＷＣＯＭを電圧信号に変換して所定サンプリング周期分ホールド出力する。減算部２５は、比例定数用の抵抗を介装した一般的なアナログ減算回路である。変調部２６には、図７に示すように、周知のパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）回路を用いた。パルス幅変調回路は、例えば、所定周波数の三角波信号を出力する三角波生成部３１と、三角波信号と差分信号Ｄｉｆｆを比較し、例えば差分信号Ｄｉｆｆが三角波信号より大きいときにオンデューティーとなるパルスデューティーの変調信号ＰＷＭを出力する比較部３２とを備えて構成される。なお、変調部２６には、この他にパルス密度変調（ＰＤＭ）回路などの周知のパルス変調部を用いることができる。また、駆動波形信号生成部２４、減算部２５、変調部２６は、演算処理によって構築することもでき、その場合には、例えば前記制御装置１１の制御部１３内にプログラミングによって構築することができる。
【００２８】
デジタル電力増幅回路２７は、図８に示すように、実質的に電力を増幅するためのハイサイド側スイッチング素子Ｑ１及びローサイド側スイッチング素子Ｑ２からなるハーフブリッジ出力段３３と、変調部２６からの変調信号ＰＷＭに基づいて、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＨ、ＧＬを調整するためのゲートドライブ回路３４とを備えて構成されている。デジタル電力増幅回路２７では、変調信号がハイレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはハイレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはローレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオン状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオフ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段３３の出力電圧Ｖａは、供給電圧ＶＤＤとなる。一方、変調信号がローレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはローレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはハイレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオン状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段３３の出力電圧Ｖａは０となる。
【００２９】
このようにハイサイド側スイッチング素子Ｑ１及びローサイド側スイッチング素子Ｑ２がデジタル駆動される場合には、オン状態のスイッチング素子に電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、損失は殆ど発生しない。また、オフ状態のスイッチング素子には電流が流れないので損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅回路２７の損失そのものは極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を使用することができる。
【００３０】
平滑フィルター２８は、図６に示すように、１つのインダクタＬと、１つのコンデンサーＣとで構成される２次のローパスフィルターからなる。本実施形態では、この平滑フィルター２８によって、前記変調部２６で生じた変調周波数、即ちパルス変調の周波数成分の信号振幅を減衰して除去し、アクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を出力する。
【００３１】
前述したように、アクチュエーター１９は、図２に示すノズル全てに設けられており、図５に示す選択スイッチ２３が閉じられたアクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が印加され、そのアクチュエーター１９が駆動される。アクチュエーター１９は、容量性負荷、即ち静電容量を有する。つまり、平滑フィルター２８には、駆動されるアクチュエーター１９数（以下、駆動アクチュエーター数とも記す）分の静電容量が、当該平滑フィルター２８のコンデンサーＣに並列に接続される。当然ながら、駆動アクチュエーター数が変化すると、平滑フィルター２８及び駆動されるアクチュエーター１９の静電容量で構成されるフィルターの周波数特性も変化する。この平滑フィルター２８及び駆動されるアクチュエーター１９の静電容量で構成されるフィルターの周波数特性の変化を補償するために、図６のアクチュエーター駆動回路には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をそのまま第１帰還信号として減算部２５に帰還する第１帰還回路２０１と、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の位相を進めて第２帰還信号として減算部２５に帰還する第２帰還回路２０２とを備える。
【００３２】
第２帰還回路２０２として、前記平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流を電流検出器で検出し、その電流検出器の出力を第２帰還信号とする構成が好適である。電流検出器は接地抵抗Ｒで構成される。周知のように電流は電圧よりも位相が進んでおり、前述のように駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が台形波電圧信号であるから、検出されるコンデンサーＣの電流信号は駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）よりも位相が早い。このことは、コンデンサーＣと接地抵抗Ｒが、１次のハイパスフィルターを構成していることからも明らかである。このように駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）からなる第１帰還信号と、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の位相を進めた第２帰還信号により、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の比例・微分フィードバックが可能となり、駆動アクチュエーター数の変化に伴う平滑フィルター２８及び駆動されるアクチュエーター１９の静電容量からなるフィルターの周波数特性を補償することができる。なお、本実施形態の平滑フィルター２８のようにダンピング抵抗を介装していない２次のローパスフィルターには、周知のように共振特性があるが、第１帰還信号及び第２帰還信号を帰還することにより、当該平滑フィルター２８を構成する２次のローパスフィルターの共振特性を補償することもできる。
【００３３】
図９には、前記第１帰還回路２０１及び第２帰還回路２０２を備えた本実施形態のアクチュエーター駆動回路の周波数特性を示す。図９ａは、平滑フィルター２８及び駆動されるアクチュエーター１９の静電容量からなるフィルター、つまり駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の周波数特性であり、図中のｆrefは駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形を歪ませないために必要な所定周波数である。つまり、少なくともこの所定周波数ｆref以下の周波数帯域ではフィルターのゲインを０ｄＢとする必要がある。図から明らかなように、駆動アクチュエーター数（図ではノズル数）が大きくなると高周波数帯域側のゲインが小さくなる傾向にあるが、所定周波数ｆref以下の周波数帯域でフィルターのゲインがほぼ０ｄＢとなっている。
【００３４】
また、図９ｂは、図６のアクチュエーター駆動回路のオープンループ特性である。帰還が係っている駆動回路のオープンループ特性は、帰還入力、つまり本実施例では減算部２５の入力側からアクチュエーター１９までの周波数特性であり、ゲインが０ｄＢより大きいということは帰還入力より出力が大きいということであり、ゲインが０ｄＢより小さいということは帰還入力より出力が小さいということである。また、位相が−１８０°になるということは入力の反転信号である。帰還が係っている駆動回路のオープンループ特性では、周知のように、位相が−１８０°且つゲインが０ｄＢ以上であるとき、無限の利得が発生して発振する、つまり不安定になることから、系の安定性を確かめる際には、ゲインが０ｄＢのときの位相の−１８０°との差である位相余裕や、逆に位相が−１８０°のときのゲインの０ｄＢとの差であるゲイン余裕を測ればよい。本実施形態では、駆動アクチュエーター数が小さいときのゲイン余裕、位相余裕が共に小さい傾向にあるが、それでも系が安定的に動作するのに十分な余裕がある。
【００３５】
図１０は、第１帰還信号の帰還も第２帰還信号の帰還も行わない、いわば平滑フィルター２８及び駆動されるアクチュエーター１９の静電容量からなるフィルターの周波数特性である（ダンピング抵抗を介装しているものであり、このダンピング抵抗によって共振は抑制されている）。前記図９ａと同じく、駆動アクチュエーター数が大きいほど、高周波数帯域のゲインが小さくなる傾向にあるが、この場合は、前記所定周波数ｆrefでゲインが０ｄＢより小さくなり、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形が歪んでしまう（高周波数帯域成分が除去されてしまう）。図１１は、第１帰還信号の帰還のみを行う場合の周波数特性である。図１１ａに示す平滑フィルター２８及び駆動されるアクチュエーター１９の静電容量からなるフィルター、つまり駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の周波数特性では、駆動アクチュエーター数が大きい場合の所定周波数ｆrefでのゲインは改善されている。しかしながら、図１１ｂに示すオープンループ特性では、前記図９ｂに示すオープンループ特性と比較して、ゲイン余裕、位相余裕共に小さくなっており、系が安定的に動作するのに十分な余裕が無い。
【００３６】
このように本実施形態の容量性負荷駆動装置及びインクジェットプリンターでは、圧電素子のような容量性負荷からなるアクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を印加するとインクジェットヘッド２の圧力室の容積が縮小されて当該圧力室内のインクを噴射する。その噴射されたインクで印刷媒体１に印刷を行うにあたり、減算部２５から出力される駆動波形信号ＷＣＯＭと２つの帰還信号Ｒｅｆとの差分信号Ｄｉｆｆをパルス変調して変調信号ＰＷＭとし、その変調信号ＰＷＭをデジタル電力増幅回路２７で電力増幅して電力増幅変調信号ＡＰＷＭとし、その電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑フィルター２８で平滑化してアクチュエーター１９の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）とする。そして、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）そのものを第１帰還信号として減算部２５に帰還すると共に、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の位相を進めて第２帰還信号として減算部に帰還することにより、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の比例・微分フィードバックが可能となり、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形を十分に補償することができ、高精度な印刷が可能となる。
【００３７】
また、平滑フィルター２８のコンデンサーＣに電流検出器である接地抵抗Ｒを接続し、当該電流検出器である接地抵抗Ｒの出力を第２帰還信号として減算部２５に帰還することにより、電圧信号からなる駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に対し、それよりも位相の進んだ平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流を第２帰還信号として減算部２５に帰還することができるので、簡易な構成にして適正な第２帰還信号を帰還することができる。
また、変調部２６を、減算部２５の差分信号Ｄｉｆｆと三角波信号との比較によって変調信号ＰＷＭに変換する比較部３２で構成することにより、簡易な構成により発明の実施が容易となる。
【００３８】
以下に他の実施例を示す。他の実施例の説明においては、第１実施例と同様の構成については第１実施例と同じ符号を付し、その説明を省略する。
図１２には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第２実施例を示す。前記第１実施例では、平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流を電流検出器である接地抵抗Ｒで直接的に検出したが、本実施例では、平滑フィルター２８のコンデンサーＣと並列に第２コンデンサーＣ２を接続し、このコンデンサーＣ２の電流を電流検出器である第２接地抵抗Ｒ２で検出し、その電流検出器の出力を第２帰還信号とする。この場合も、検出すべきなのは駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）よりも位相の進んだ平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流であるから、例えば第１実施例の図６のコンデンサーＣの容量と接地抵抗Ｒの抵抗の積値と、第２実施例の第２コンデンサーＣ２の容量と第２接地抵抗Ｒ２の抵抗の積値が同じ値であれば、第２コンデンサーＣ２の電流値は平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流値に等しい。このとき、平滑フィルター２８のコンデンサーＣの容量よりも第２コンデンサーＣ２の容量を小さくする、即ちインピーダンスを大きくすることにより、第２接地抵抗Ｒ２の電力消費を低減することができる。また、第２コンデンサーＣ２の容量を小さくすることにより、相対的に電流検出器である第２接地抵抗Ｒ２の抵抗値が大きくなるため、第２コンデンサーＣ２の等価直列抵抗を無視することができ、設計が容易になる。
【００３９】
本実施形態の容量性負荷駆動装置及びインクジェットプリンターでは、平滑フィルター２８の出力側に、当該平滑フィルター２８のコンデンサーＣよりも容量の小さい第２コンデンサーＣ２を接続する。そして、当該第２コンデンサーＣ２に平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流を検出するための電流検出器として接地抵抗Ｒ２を接続し、当該第２コンデンサーＣ２に接続された電流検出器である接地抵抗Ｒ２の出力を第２帰還信号として減算部２５に帰還する。これにより、電圧信号からなる駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に対し、それよりも位相の進んだ平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流を第２帰還信号として減算部２５に帰還することができる。従って、適正な第２帰還信号を帰還することができると共に、容量の小さい、即ちインピーダンスの大きい第２コンデンサーＣ２を用いることで電力損失が小さく、電流検出器である接地抵抗Ｒ２の抵抗値が大きくなるため、等価直列抵抗を無視することができ、設計が容易になる。
【００４０】
図１３には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第３実施例を示す。この実施例では、前記第１実施例のアクチュエーター駆動回路の駆動波形信号生成部２４と減算部２５との間に逆フィルター２０３を介装した。この逆フィルター２０３は、例えば平滑フィルター２８及びアクチュエーター１９の静電容量からなるフィルターの周波数特性が、駆動されるアクチュエーター１９の数によって変化しても、所望する駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を得ることができるという性質を有するものである。本実施形態では、前述のように駆動されるアクチュエーター１９の数が大きいほど、高周波数帯域のゲインが小さくなる傾向にある。従って、例えば駆動されるアクチュエーター１９の数が最小、つまり１つであるときに駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形が設計通りになるように平滑フィルター２８及び１つのアクチュエーター１９の静電容量で構成されるフィルターの周波数特性を設定した場合、駆動されるアクチュエーター１９の数に応じて、ゲインの減少によって減衰されてしまう成分を強調するように逆フィルター２０３で駆動波形信号ＷＣＯＭを補正する。なお、逆フィルター２０３の設定手法については、本出願人が先に提案した国際公開公報ＷＯ２００７／０８３６６９に詳しく記載されている。
【００４１】
このように逆フィルター２０３によって駆動波形信号ＷＣＯＭをおおよそ補正することができるが、駆動されるアクチュエーター１９の数によって変わってしまう、平滑フィルター２８及びアクチュエーター１９の静電容量からなるフィルターの周波数特性を完全にカバーできるわけではない。そこで、この逆フィルター２０３と、前述した第１帰還信号及び第２帰還信号によって更なる駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の補償を行う。図１４は、本実施例の周波数特性である。平滑フィルター２８及びアクチュエーター１９の静電容量からなるフィルターの周波数特性を示す図１４ａでも駆動アクチュエーター数が大きいときのゲインを駆動アクチュエーター数が小さいときのそれに近づけることができている。また、駆動アクチュエーター数に応じて駆動波形信号ＷＣＯＭを予め補正することにより、特に第１帰還信号による補償量を低減することができ、図１４ｂに示すオープンループ特性では、ゲイン余裕、位相余裕とも大きくなり、更なる安定化が図られている。
【００４２】
本実施形態の容量性負荷駆動装置及びインクジェットプリンターでは、駆動波形信号生成部２４と減算部２５との間に、平滑フィルター２８及び容量性負荷からなるアクチュエーター１９の静電容量の周波数特性が、駆動するアクチュエーター１９の数によって変化しても所望する駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を得ることができる逆フィルター２０３を介装している。これによって、駆動するアクチュエーター１９の数に応じて逆フィルター２０３で駆動波形信号ＷＣＯＭを補正することにより、第１帰還信号による駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の補償を軽減することができ、減算部２５から駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）までのオープンループ特性のゲイン余裕、位相余裕を大きくして系を安定化することができる。
【００４３】
図１５には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第４実施例を示す。本実施例では、変調部２６に積分器２０４（積分部）を用い、この積分器２０４の出力を比較器２０５で大小の規制値と比較してパルス幅変調信号ＰＷＭを出力する、所謂自励発振型パルス幅変調回路を構成した。本実施例では、変調部２６の出力である変調信号ＰＷＭを積分器２０４に帰還し、積分器２０４では、差分信号Ｄｉｆｆと変調信号ＰＷＭの差分値を積分するように設定することで、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を向上することができる。
【００４４】
本実施形態の容量性負荷駆動装置及びインクジェットプリンターでは、変調部２６に、積分器２０４と、積分器２０４の出力を変調信号ＰＷＭに変換する比較器２０５とを備え、積分器２０４が、減算部２５の差分信号Ｄｉｆｆと変調信号ＰＷＭとの差分を積分して出力するように構成したことにより、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度が向上する。
【００４５】
図１６には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第５実施例を示す。本実施例でも、前記第４実施例と同様に、変調部２６に積分器２０４（積分部）を用い、この積分器２０４の出力を比較器２０５で大小の規制と比較してパルス幅変調信号ＰＷＭを出力する自励発振型パルス幅変調回路を構成した。そして、前記積分器２０４には、デジタル電力増幅回路２７の出力である電力増幅変調信号ＡＰＷＭを帰還し、積分器２０４では、差分信号Ｄｉｆｆと電力増幅変調信号ＡＰＷＭとの差分値を積分するように設定した。この電力増幅変調信号ＡＰＷＭは、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に対して位相遅れがないので系が更に安定すると共に、電源電圧ＶＤＤの変動によって変化してしまう電力増幅変調信号ＡＰＷＭを補償することが可能となり、電源電圧ＶＤＤの変動に伴う駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を確保することができる。
【００４６】
本実施形態の容量性負荷駆動装置及びインクジェットプリンターでは、変調部２６に、積分器２０４と、積分器２０４の出力を変調信号ＰＷＭに変換する比較器２０５とを備え、積分器２０４が、減算部２５の差分信号Ｄｉｆｆと電力増幅変調信号ＡＰＷＭとの差分を積分して出力するように構成している。これによって、位相遅れのない電力増幅変調信号ＡＰＷＭを帰還することにより系が更に安定すると共に、デジタル電力増幅回路２７への電源電圧ＶＤＤの変動を補償することができる。
【００４７】
図１７には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第６実施例を示す。本実施例では、前述したように駆動波形信号生成部２４から変調部２６までを演算処理によって構築する。具体的には、前記図３の制御装置１１の制御部１３内にプログラミングによって構築する。なお、これ以後、本実施形態では、何れの実施例でも駆動波形信号生成部２４から変調部２６までを演算処理によって構築する。図１７の第１帰還回路２０１及び第２帰還回路の構成は、前記第１実施形態のそれと同様であるが、夫々に、演算処理に必要なデジタル化のためのアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２０６が介装されている。第１帰還回路２０１では、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をデジタル値に変換して帰還し、それを減算部２５で駆動波形信号ＷＣＯＭから減算し、更にその減算値から、第２帰還回路２０２から帰還された平滑フィルター２８のコンデンサーＣの電流値のデジタル値を減算し、その減算値を差分信号Ｄｉｆｆとして変調部２６に入力する。変調部２６も、デジタル値を用いたプログラミングで構成されており、前記差分信号Ｄｉｆｆをパルス変調して変調信号ＰＷＭを出力する。このように、駆動波形信号生成部２４から変調部２６までをデジタル化することにより、実質的な回路構成を簡略化することができる。
【００４８】
図１８には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第７実施例を示す。本実施例では、前記図７の第６実施例のアクチュエーター駆動回路の駆動波形信号生成部２４と減算部２５の間に前述した逆フィルター２０３を介装した。逆フィルター２０３をプログラミングによって構築する手法も、前記国際公開公報ＷＯ２００７／０８３６６９に詳細に記載されている。本実施例のアクチュエーター駆動回路では、前記第３実施形態の効果及び第６実施形態の効果を合わせて得ることができる。
【００４９】
図１９には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第８実施例を示す。本実施例では、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）だけを帰還し、この駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をＡ／Ｄ変換器２０６でデジタル値に変換する。このデジタル値に変換された駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をそのまま第１帰還信号として減算部２５に帰還するのが第１帰還回路２０１となる。一方、デジタル値に変換された駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を位相進み部２０７で位相を進ませ、その信号を第２帰還信号として減算部２５に帰還するのが第２帰還回路２０２となる。本実施例のアクチュエーター駆動回路では、より一層、実質的な回路構成を簡略化することができる。
【００５０】
図２０には、本実施形態のアクチュエーター駆動回路の第９実施例を示す。本実施例では、前記図１９の第８実施例のアクチュエーター駆動回路の駆動波形信号生成部２４と減算部２５の間に前述した逆フィルター２０３を介装した。本実施例のアクチュエーター駆動回路では、前記第３実施例の効果及び第８実施例の効果を合わせて得ることができる。
なお、前記実施形態では、本発明の容量性負荷駆動装置をラインヘッド型のインクジェットプリンターに用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の容量性負荷駆動装置は、マルチパス型のインクジェットプリンターにも同様に適用可能である。
【００５１】
次に、本発明の容量性負荷駆動装置の第２実施形態として、液体噴射装置に適用されたものについて説明する。以下の実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成については第１実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。
図２１は、本実施形態に係る液体噴射装置の概略構成の一例を示す説明図である。本実施形態の液体噴射装置は、例えば細密な物体及び構造物の洗浄、手術用メスなど様々に採用可能であるが、以下に説明する実施形態では、血管内に挿入し、血栓などを除去する目的で用いるカテーテルの先端に設置することに適した液体噴射装置、或いは生体組織を切開又は切除することに好適な液体噴射装置を例示して説明する。従って、実施形態にて用いる液体は、水又は生理食塩水であり、以降、これらを総称して液体と表す。
【００５２】
図２１において、液体噴射装置３６は、基本構成として液体を一定圧力で供給する液体供給部としてのポンプを含む液体噴射制御部３７と、液体を脈動に変化させる液体噴射部３８と、液体噴射制御部３７と液体噴射部３８とを連通するチューブ３９とを備えている。液体噴射部３８は、液体を脈動に変化させて液滴４０としてパルス状に高速噴射させる。後述するように、液体噴射部３８の内部にはアクチュエーターとして容量性負荷からなる圧電素子を備え、圧電素子に駆動信号を入力する接続線が接続され、その接続線がチューブ３９内に挿通されている。接続線は、液体噴射制御部３７の近傍又は内部において、分岐部４１によってチューブ３９から分岐され、接続配線４２として液体噴射制御部３７の駆動回路部に接続される。また、チューブ３９は、液体噴射制御部３７に含まれるポンプに接続されている。
【００５３】
続いて、液体噴射部３８の構成について図２２用いて説明する。図２２は液体噴射部３８の縦断面図である。液体噴射部３８の先端部４７には液体を噴射する液体噴射開口部４８が開口され、基端部４９には柔軟性を有するチューブ３９が嵌着されている。液体噴射部３８の内部には、その壁面の一部がダイヤフラム５２、６３にて構成された液体室７１が設けられている。液体室７１は、出口流路７５を介して液体噴射開口部４８に接続され、入口流路７４を介してチューブ３９と接続されている。また、ダイヤフラム５２、６３には、それぞれ圧電素子５３、６４が接合されている。圧電素子５３、６４に駆動信号が入力されると、圧電素子５３、６４の伸縮によってダイヤフラムが変形し、液体室７１の容積が変更されるように構成されている。
【００５４】
続いて、液体噴射装置３６の液体流動について図２１、図２２を用いて説明する。液体噴射制御部３７には、図示しない液体容器と、液体容器に接続されたポンプを有している。ポンプは、液体をチューブ３９に送出する。液体容器に収容されている液体は、ポンプによって一定の圧力でチューブ３９、入口流路７４を介して液体室７１に供給される。ここで、圧電素子５３、６４に駆動信号を入力し、圧電素子５３、６４を伸縮させると、ダイヤフラム５２、６３は液体室７１の容積を変形させる。その結果、液体室７１内の圧力が変動するため、出口流路７５を通じて液体噴射開口部４８からパルス状の液体吐出、つまり高速のパルス状液滴の噴射が発生する。
【００５５】
図２３には、前記液体噴射制御部３７内に設けられたアクチュエーター駆動制御装置７７を示す。本実施形態の液体噴射装置のアクチュエーターは圧電素子５３、６４であり、前記第１実施形態と同様に容量性負荷でもある。このアクチュエーター駆動制御装置７７は、前記第１実施形態の制御装置と同様に、ホストコンピューター１２から入力された入力データやコマンドを読込み、その入力データやコマンドに基づいて所定の演算処理を実行するコンピューターシステムで構成される制御部１３と、制御部１３からの制御信号に応じて圧電素子５３、６４を駆動制御するアクチュエータードライバー７８とを備えて構成される。制御部１３は、前記第１実施形態と同様に、ＣＰＵ１３ａ、ＲＡＭ１３ｂ、ＲＯＭ１３ｃを備えている。
【００５６】
図２４には、前記アクチュエーター駆動制御装置７７内のアクチュエータードライバー７８から圧電素子５３、６４に供給され、それら圧電素子５３、６４からなるアクチュエーターを駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。本実施形態のような液体噴射装置では、前述の説明から分かるように、種々の駆動信号を用いることが可能であるが、本実施形態では、前記第１実施形態と同様に、中間電圧を中心に電圧が変化する台形波電圧信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、電圧の立上がり部分が液体室７１の容積を拡大して液体を引込む段階であり、電圧の立下がり部分が液体室７１の容積を縮小して液体を押出す段階である。
【００５７】
従って、前記アクチュエータードライバー７８内に構築されたアクチュエーター駆動回路には、前記第１実施形態の第１〜第９実施例のアクチュエーター駆動回路を、アクチュエーターを圧電素子５３、６４に変更して、そのまま用いることができる。その場合、前述したように２次のローパスフィルターで構成される平滑フィルター２８の共振を、第１帰還信号及び第２帰還信号により有効に減衰することができる。また、１つのアクチュエーター駆動回路に対し、それぞれ静電容量の異なる圧電素子５３、６４をランダムに接続し、駆動される場合には、前記第１実施形態と同様に、平滑フィルター２８に接続される圧電素子５３、６４によって平滑フィルター２８及び駆動される圧電素子５３、６４の静電容量からなるフィルターの周波数特性が変化し、駆動信号ＣＯＭの波形に歪みが生じる。そのような場合に、前記第１実施形態の第１〜第９実施例のアクチュエーター駆動回路では、駆動信号ＣＯＭの波形歪みを抑制防止することができる。また、個々の実施例に応じた効果も同様に得られる。尚、前記第１実施形態の第３、第７、第９実施例については、接続される圧電素子５３、６４の静電容量に応じて、ゲインの減少によって減衰されてしまう成分を強調するように逆フィルター２０３で駆動波形信号ＷＣＯＭを補正する。
【００５８】
このように、本実施形態の容量性負荷駆動装置を用いた液体噴射装置でも、容量性負荷である圧電素子５３、６４に駆動信号ＣＯＭを印加するとダイヤフラム５２、６３を介して液体室７１の容積が縮小されて当該液体室７１内の液体を噴射する。この場合に、減算部２５から出力される駆動波形信号ＷＣＯＭと２つの帰還信号Ｒｅｆとの差分信号Ｄｉｆｆをパルス変調して変調信号ＰＷＭとし、その変調信号ＰＷＭをデジタル電力増幅回路２７で電力増幅して電力増幅変調信号ＡＰＷＭとし、その電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑フィルター２８で平滑化して圧電素子５３、６４の駆動信号ＣＯＭとする。そして、駆動信号ＣＯＭそのものを第１帰還信号として減算部２５に帰還すると共に、駆動信号ＣＯＭの位相を進めて第２帰還信号として減算部２５に帰還することにより、駆動信号ＣＯＭの比例・微分フィードバックが可能となり、駆動信号ＣＯＭの波形を十分に補償することができ、高精度な液体噴射が可能となる。
【００５９】
次に、本発明の容量性負荷駆動装置の第３実施形態として、前記第２実施形態の液体噴射装置とは異なるタイプの液体噴射装置に適用されたものについて説明する。以下の実施形態の説明において、第１実施形態または第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。
図２５は、本実施形態に係る液体噴射装置の概略構成の一例を示す説明図である。本実施形態の液体噴射装置は、例えば細密な物体及び構造物の洗浄、手術用メスなど様々に採用可能であるが、以下に説明する実施形態では、生体組織を切開又は切除することに好適な液体噴射装置を例示して説明する。従って、実施形態にて用いる液体は、水又は生理食塩水であり、以降、これらを総称して液体と表す。
【００６０】
図２５において、液体噴射システム７９は、基本構成として、図示しない液体を収容する液体容器と圧力発生部としてのポンプとを含む液体噴射制御部３７と、ポンプから供給される液体を脈動噴射する液体噴射部３８と、液体噴射部３８とポンプを連通するチューブ３９とから構成されている。液体噴射部３８は、供給された液体を高圧、高い周波数で脈動噴射する脈動発生機構８０と、脈動発生機構８０に接続される接続流路管８１とを有し、接続流路管８１の先端部には流路の断面積が縮小された液体噴射開口部４８を有するノズル８２が装着されている。
【００６１】
次に、この液体噴射システム７９における液体の流動について説明する。液体噴射制御部３７に備えられる液体容器に収容された液体は、ポンプにより一定の圧力でチューブ３９を介して脈動発生機構８０に供給される。脈動発生機構８０には、後述する液体室７１と、この液体室７１の容積変更手段とを備えており、容積変更手段を駆動し、脈動発生して液体噴射開口部４８から液体を高速でパルス状に噴射する。脈動発生機構８０の詳しい説明については、図２６を用いて後述する。なお、この液体噴射システム７９を用いて手術する際には、術者が把持する主たる部位は脈動発生機構８０である。
【００６２】
続いて、前記液体噴射部３８の構成について説明する。図２６は、本実施形態に係る脈動発生機構８０の主たる構成を液体の流路方向に沿って切断した断面図である。液体噴射部３８は、液体の脈動発生手段を含む脈動発生機構８０と、液体を噴射する出口接続流路８３とノズル８２とを有する接続流路管８１と、から構成されている。脈動発生機構８０は、その内部に液体室７１を有しており、液体室７１の壁面の一部がダイヤフラム８５によって構成されている。そして、ダイヤフラム８５には、容積変更手段である積層型圧電素子９８が上板１０６を介して固着されている。すなわち、圧電素子９８に駆動信号が入力されると、圧電素子９８の伸縮によってダイヤフラム８５が変形し、液体室７１の容積が変更される。このように、脈動発生機構８０は、供給された液体を液体噴射開口部４８からパルス状に噴射可能に構成されている。
【００６３】
図２７には、前記液体噴射制御部３７内に設けられたアクチュエーター駆動制御装置７７を示す。本実施形態の液体噴射装置のアクチュエーターは圧電素子９８であり、前記第２実施形態と同様に容量性負荷である。このアクチュエーター駆動制御装置７７は、前記第２実施形態の制御装置と同様に、ホストコンピューター１２から入力された入力データやコマンドを読込み、その入力データやコマンドに基づいて所定の演算処理を実行するコンピューターシステムで構成される制御部１３と、制御部１３からの制御信号に応じて圧電素子９８を駆動制御するアクチュエータードライバー７８とを備えて構成される。制御部１３は、前記第１及び第２実施形態と同様に、ＣＰＵ１３ａ、ＲＡＭ１３ｂ、ＲＯＭ１３ｃを備えている。また、図２８には、前記アクチュエーター駆動制御装置７７内のアクチュエータードライバー７８から圧電素子９８に供給され、それら圧電素子９８からなるアクチュエーターを駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。本実施形態のような液体噴射装置では、前述の説明から分かるように、種々の駆動信号を用いることが可能であるが、本実施形態では、前記第２実施形態と同様に、中間電圧を中心に電圧が変化する台形波電圧信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、電圧の立上がり部分が液体室７１の容積を拡大して液体を引込む段階であり、電圧の立下がり部分が液体室７１の容積を縮小して液体を押出す段階である。
【００６４】
従って、前記アクチュエータードライバー７８内に構築されたアクチュエーター駆動回路には、前記第１実施形態の第１〜第９実施例のアクチュエーター駆動回路を、アクチュエーターを圧電素子９８に変更して、そのまま用いることができる。その場合、前述したように２次のローパスフィルターで構成される平滑フィルター２８の共振を、第１帰還信号及び第２帰還信号により有効に減衰することができる。また、１つのアクチュエーター駆動回路に対し、それぞれ静電容量の異なる圧電素子９８をランダムに接続し、駆動される場合には、前記第１実施形態と同様に、接続される圧電素子９８によって平滑フィルター２８及び駆動される圧電素子９８の静電容量からなるフィルターの周波数特性が変化し、駆動信号ＣＯＭの波形に歪みが生じる。そのような場合に、前記第１実施形態の第１〜第９実施例のアクチュエーター駆動回路では、駆動信号ＣＯＭの波形歪みを抑制防止することができる。また、個々の実施例に応じた効果も同様に得られる。尚、前記第１実施形態の第３、第７、第９実施例については、接続される圧電素子９８の静電容量に応じて、ゲインの減少によって減衰されてしまう成分を強調するように逆フィルター２０３で駆動波形信号ＷＣＯＭを補正する。
【００６５】
このように、本実施形態の容量性負荷駆動装置を用いた液体噴射装置でも、容量性負荷である圧電素子９８に駆動信号ＣＯＭを印加するとダイヤフラム８５を介して液体室７１の容積が縮小されて当該液体室７１内の液体を噴射する。この場合に、減算部２５から出力される駆動波形信号ＷＣＯＭと２つの帰還信号Ｒｅｆとの差分信号Ｄｉｆｆをパルス変調して変調信号ＰＷＭとし、その変調信号ＰＷＭをデジタル電力増幅回路２７で電力増幅して電力増幅変調信号ＡＰＷＭとし、その電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑フィルター２８で平滑化して圧電素子９８の駆動信号ＣＯＭとする。そして、駆動信号ＣＯＭそのものを第１帰還信号として減算部２５に帰還すると共に、駆動信号ＣＯＭの位相を進めて第２帰還信号として減算部２５に帰還することにより、駆動信号ＣＯＭの比例・微分フィードバックが可能となり、駆動信号ＣＯＭの波形を十分に補償することができ、高精度な液体噴射が可能となる。
【００６６】
なお、本発明の容量性負荷駆動装置を用いた液体噴射装置は、前記インクや生理食塩水以外の他の液体（液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む）や液体以外の流体（流体として流して噴射できる固体など）を噴射する流体噴射装置に具体化することもできる。例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッサンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルターの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体を噴射する液状体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられて試料となる液体を噴射する液体噴射装置であってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置であってもよい。また、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液を噴射する液体噴射装置、ジェルを噴射する流状体噴射装置、トナーなどの粉体を例とする固体を噴射する液体噴射式記録装置であってもよい。そして、これらのうち何れか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１は印刷媒体、２はインクジェットヘッド、３は給紙部、４は搬送部、５は給紙ローラー、６は搬送ベルト、７はヘッド固定プレート、８は駆動ローラー、９は従動ローラー、１０は排紙部、１１は制御装置、１３は制御部、１６はヘッドドライバー、１９はアクチュエーター（容量性負荷）、２４は駆動波形信号生成部、２５は減算部、２６は変調部、２７はデジタル電力増幅回路、２８は平滑フィルター、２９は補償器、３０は減衰器、３１は三角波生成部、３２は比較部、３３はハーフブリッジ出力段、３４はゲートドライブ回路、３５は配線、３６は液体噴射装置、３７は制御部、３８は液体噴射部、３９はチューブ、４０は液滴、５２はダイヤフラム、５３は圧電素子（容量性負荷、アクチュエーター）、６３はダイヤフラム、６４は圧電素子（容量性負荷、アクチュエーター）、７１は液体室、７４は入口流路、７５は出口流路、７７はアクチュエーター駆動制御装置、７８はアクチュエータードライバー、７９は液体噴射システム、８０は脈動発生機構、８１は接続流路管、８２はノズル、８５はダイヤフラム、９８は圧電素子（容量性負荷、アクチュエーター）、Ｃはコンデンサー、Ｃ２は第２コンデンサー、Ｒは接地抵抗（電流検出器）、Ｒ２は第２接地抵抗（電流検出器）。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月14日(2014.1.14)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動波形信号を生成する駆動波形信号生成部と、
前記駆動波形信号と帰還信号とに基づき差分信号を出力する減算部と、
前記差分信号をパルス変調して変調信号とする変調部と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、
インダクタ及び第１のコンデンサーを含み、前記電力増幅変調信号を平滑化して容量性負荷に駆動信号を出力する平滑フィルターと、
前記駆動信号を前記帰還信号の第１帰還信号として前記減算部に出力する第１帰還回路と、
前記第１のコンデンサーと電気的に並列接続された第２のコンデンサーと、前記第２のコンデンサーと電気的に接続された電流検出器を有し、前記電流検出器の出力を前記帰還信号の第２帰還信号として前記減算部に出力する第２帰還回路と、を備えたことを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項２】
前記第２のコンデンサーは、前記第１のコンデンサーよりも容量が小さいことを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項３】
前記変調部は、前記減算部の差分信号と三角波信号との比較によって前記変調信号に変換する比較部を備えることを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項４】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項５】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記電力増幅変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項６】
容量性負荷を備えノズルから液体を噴射する液体噴射部と、前記容量性負荷に駆動信号を印加する液体噴射制御部と、前記液体噴射部と前記液体制御部とを連通するチューブと、を具備する液体噴射装置であって、
前記液体噴射制御部は、
駆動波形信号を生成する駆動波形信号生成部と、
前記駆動波形信号と帰還信号とに基づき差分信号を出力する減算部と、
前記差分信号をパルス変調して変調信号とする変調部と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、
インダクタ及び第１のコンデンサーを含み、前記電力増幅変調信号を平滑化して容量性負荷に前記駆動信号を出力する平滑フィルターと、
前記駆動信号を前記帰還信号の第１帰還信号として前記減算部に出力する第１帰還回路と、
前記第１のコンデンサーと電気的に並列接続された第２のコンデンサーと、前記第２のコンデンサーと電気的に接続された電流検出器を有し、前記電流検出器の出力を前記帰還信号の第２帰還信号として前記減算部に出力する第２帰還回路と、を備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項７】
前記第２のコンデンサーは、前記第１のコンデンサーよりも容量が小さいことを特徴とする請求項６に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項８】
前記変調部は、前記減算部の差分信号と三角波信号との比較によって前記変調信号に変換する比較部を備えることを特徴とする請求項６に記載の液体噴射装置。
【請求項９】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項６に記載の液体噴射装置。
【請求項１０】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記電力増幅変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項６に記載の液体噴射装置。
【請求項１１】
容量性負荷を備えノズルから液体を噴射するインクジェットヘッドと、印刷データに基づいて前記容量性負荷に駆動信号を印加する制御部と、を具備する印刷装置であって、
前記制御部は、
駆動波形信号を生成する駆動波形信号生成部と、
前記駆動波形信号と帰還信号とに基づき差分信号を出力する減算部と、
前記差分信号をパルス変調して変調信号とする変調部と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、
インダクタ及び第１コンデンサーを含み、前記電力増幅変調信号を平滑化して容量性負荷に前記駆動信号を出力する平滑フィルターと、
前記駆動信号を前記帰還信号の第１帰還信号として前記減算部に出力する第１帰還回路と、
前記第１のコンデンサーと電気的に並列接続された第２のコンデンサーと、前記第２のコンデンサーと電気的に接続された電流検出器を有し、前記電流検出器の出力を前記帰還信号の第２帰還信号として前記減算部に出力する第２帰還回路と、を備えたことを特徴とする印刷装置。
【請求項１２】
前記第２のコンデンサーは、前記第１のコンデンサーよりも容量が小さいことを特徴とする請求項１１に記載の容量性負荷駆動装置。
【請求項１３】
前記印刷データを読込み、前記印刷データに基づいて印刷処理を実行する制御部を備え、
前記駆動波形信号生成部と、前記減算部と、前記変調部は、前記制御部内にプログラミングにより構築されていることを特徴とする請求項１１に記載の印刷装置。
【請求項１４】
前記変調部は、前記減算部の差分信号と三角波信号との比較によって  前記変調信号に変換する比較部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の印刷装置。
【請求項１５】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項１１に記載の印刷装置。
【請求項１６】
前記変調部は、積分部と、前記積分部の出力を前記変調信号に変換する比較部とを備え、前記積分部は、前記減算部の差分信号と前記電力増幅変調信号との差分を積分して出力することを特徴とする請求項１１に記載の印刷装置。