(57)【要約】【課題】容量性負荷を充放電する際のピーク電流を低減させ、小型、低消費電力化を実現する。【解決手段】互いに異なる端子電圧を有する複数のエネルギー蓄積素子と、容量性負荷と各エネルギー蓄積素子との間に接続される複数のスイッチ手段と、各スイッチ手段をそれぞれ制御する複数のスイッチ制御手段とで構成され、各スイッチ手段は、複数のスイッチ素子が並列に接続される形で構成されており、各スイッチ制御手段は、容量性負荷に充放電を行う際に、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくように、各スイッチ素子のオン、オフ制御を行うとともに、負荷への充電時には端子電圧の低いエネルギー蓄積素子から順に切り換えながら容量性負荷に接続し、放電時には端子電圧の高いエネルギー蓄積素子から順に切り換えながら容量性負荷に接続するように各スイッチ手段を制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される静電エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子と、
前記エネルギー蓄積素子と容量性負荷との間、及びグラウンドと前記容量性負荷との間に接続されるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段と、を有し、
前記スイッチ手段は、複数のスイッチ素子が前記容量性負荷と前記エネルギー蓄積素子との間、及び前記容量性負荷と前記グラウンドとの間に並列に接続され、
前記スイッチ制御手段は、前記スイッチ素子のオン、オフを個別に制御可能に構成され、前記エネルギー蓄積素子と前記容量性負荷との間、及び前記グラウンドと前記容量性負荷との間で充放電を行う際に、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくように、前記複数のスイッチ素子を制御することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
【請求項２】
互いに異なる端子電圧を有するように電源から供給された静電エネルギーを蓄積する複数のエネルギー蓄積素子と、
容量性負荷と各エネルギー蓄積素子及びグラウンドとの間にそれぞれ接続される複数のスイッチ手段と、
各スイッチ手段をそれぞれ制御する複数のスイッチ制御手段で構成される充放電制御手段、とで構成され、
前記各スイッチ手段は、複数のスイッチ素子が前記容量性負荷と該エネルギー蓄積素子もしくはグラウンドとの間に並列に接続される形でそれぞれ構成され、
前記各スイッチ制御手段は、前記各スイッチ手段を構成する複数のスイッチ素子のオン、オフを個別に制御可能なように構成され、前記エネルギー蓄積素子及びグラウンドと前記容量性負荷との間で充放電を行う際に、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくように、前記複数のスイッチ素子を制御するように構成され、
前記充放電制御手段は、前記容量性負荷への充電時には端子電圧の低いエネルギー蓄積素子から順に切り換えながら容量性負荷に接続され、放電時には端子電圧の高いエネルギー蓄積素子から順に切り換えながら容量性負荷に接続されるように前記各スイッチ制御手段を制御するように構成されていることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチ制御手段は、前記複数のスイッチ素子を順次オン、オフさせるタイミングを規定するシリアル信号を受信し、前記シリアル信号から前記複数のスイッチ素子を個別にオン、オフ制御する信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の容量性負荷の駆動回路。
【請求項４】
接続される負荷の容量の大きさが変動する場合に、前記スイッチ制御手段は、負荷に一定の電圧波形が印加されるように、接続される負荷の容量の大きさに応じて前記スイッチ素子をオン、オフさせる数及びタイミングを変えるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の容量性負荷の駆動回路。
【請求項５】
前記容量性負荷が、液体噴射ヘッドの各ノズルに対応する圧電素子であることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の容量性負荷の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性の負荷を駆動する回路に関し、特に微小な液体を複数のノズルから噴射して、その微粒子（ドット）を媒体上に形成することにより、所定の文字や画像等を印刷するようにした液体噴射装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置では、インクなどの流体を正確な位置に正確な分量だけ噴射することが可能なように、専用の噴射ヘッドが用いられる。噴射ヘッドを駆動する方式には幾つかの方式が存在するが、代表的なものとしては、噴射ヘッドの内部に設けた小さな流体室をアクチュエーターで変形させて、その時の流体室の容積変化を利用して、噴射ノズルから流体室内の流体を噴射する方式が知られている。アクチュエーターとしては、応答性が高くしかも強い力を発生させることが可能なことから、圧電素子が広く使用されている。
【０００３】
圧電素子などの容量性の負荷を駆動する場合、従来の駆動回路では、容量性負荷に充電したエネルギーを、放電時に全てグラウンドに捨ててしまうため、消費電力が大きいという問題がある。これに対し、互いに異なる所定電位に充電された複数のエネルギー蓄積素子（キャパシター）と、複数のスイッチとを備え、容量性負荷に接続するエネルギー蓄積素子を選択的に切り換えながら、容量性負荷に対して順次充放電を行うことで、負荷からの放電電荷をキャパシターに回収して充電時に再利用し、低消費電力化を実現しようとする駆動回路が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８５４４１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、上記従来の技術においては、容量性負荷を駆動する際、スイッチング時に大きなピーク電流が流れ、電源及びスイッチ素子には瞬間的に大きな負荷が掛かる。このため、電源には出力インピーダンスが低く、容量の大きいものを使用する必要があり、スイッチ素子として使用するトランジスターには最大定格電流の大きい素子を使用する必要がある。その結果、回路が大型化し、コストも高くなるという問題がある。
【０００６】
また液体噴射装置においては、印刷する画像等の内容に応じて駆動するノズル数つまり負荷の容量が常に変動する。負荷の容量が変動すると、スイッチ素子の抵抗成分と負荷の容量成分とで形成される時定数も変動するため、負荷に印加される駆動波形が変動する。駆動波形が変動すると、それに伴って噴射特性つまり印刷品質も変動する。すなわち、上記従来の技術においては、負荷容量が変動すると一定の印刷品質が得られなくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る容量性負荷の駆動回路は、電源から供給された静電エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子と、容量性負荷と前記エネルギー蓄積素子及びグラウンドとの間に接続されるスイッチ手段と、前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段とで構成され、前記スイッチ手段は、複数のスイッチ素子が前記容量性負荷と前記エネルギー蓄積素子もしくはグラウンドとの間に並列に接続される形で構成され、前記スイッチ制御手段は、前記スイッチ手段を構成する複数のスイッチ素子のオン、オフを個別に制御可能なように構成され、前記エネルギー蓄積素子及びグラウンドと前記容量性負荷との間で充放電を行う際に、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくように、前記複数のスイッチ素子を制御するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
このように本適用例に記載の容量性負荷の駆動回路においては、エネルギー蓄積素子から容量性負荷に充電する際及び容量性負荷からグラウンドに放電する際に、所定のオン抵抗値を有する複数のスイッチ素子を用い、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくことで、エネルギー蓄積素子と負荷との間の電位差が大きい時にはエネルギー蓄積素子と負荷との間の抵抗値が大きくなり、エネルギー蓄積素子と負荷との間の電位差が小さい時にはエネルギー蓄積素子と負荷との間の抵抗値が小さくなるように構成されている。よって、充放電の際に流れる電流波形は定電流に近くなるため、電流の最大値を小さくすることができる。従って、スイッチング素子（トランジスター）には最大定格電流値の小さい素子を用いることができ、回路を小型化、低コスト化することができる。
【００１０】
［適用例２］また、本適用例に係る容量性負荷の駆動回路は、互いに異なる端子電圧を有するように電源から供給された静電エネルギーを蓄積する複数のエネルギー蓄積素子と、容量性負荷と各エネルギー蓄積素子及びグラウンドとの間にそれぞれ接続される複数のスイッチ手段と、各スイッチ手段をそれぞれ制御する複数のスイッチ制御手段で構成される充放電制御手段、とで構成され、前記各スイッチ手段は、複数のスイッチ素子が前記容量性負荷と該エネルギー蓄積素子もしくはグラウンドとの間に並列に接続される形でそれぞれ構成され、前記各スイッチ制御手段は、前記各スイッチ手段を構成する複数のスイッチ素子のオン、オフを個別に制御可能なように構成され、前記エネルギー蓄積素子及びグラウンドと前記容量性負荷との間で充放電を行う際に、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくように、前記複数のスイッチ素子を制御するように構成され、前記充放電制御手段は、前記容量性負荷への充電時には端子電圧の低いエネルギー蓄積素子から順に切り換えながら容量性負荷に接続され、放電時には端子電圧の高いエネルギー蓄積素子から順に切り換えながら容量性負荷に接続されるように前記各スイッチ制御手段を制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
このように本適用例に記載の容量性負荷の駆動回路においては、エネルギー蓄積素子から容量性負荷に充放電する際、所定のオン抵抗値を有する複数のスイッチ素子を用い、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくことで、エネルギー蓄積素子と負荷との間の電位差が大きい時にはエネルギー蓄積素子と負荷との間の抵抗値が大きくなり、エネルギー蓄積素子と負荷との間の電位差が小さい時にはエネルギー蓄積素子と負荷との間の抵抗値が小さくなるように構成されている。よって、充放電の際に流れる電流波形は定電流に近くなるため、電流の最大値を小さくすることができる。従って、スイッチング素子（トランジスター）には最大定格電流値の小さい素子を用いることができ、回路を小型化、低コスト化することができる。
【００１２】
さらに、互いに異なる所定電位に充電された複数のエネルギー蓄積素子を備え、複数のスイッチ手段によって、容量性負荷に接続するエネルギー蓄積素子を選択的かつ段階的に切り換えながら、容量性負荷に対して順次充放電を行うように構成されているので、容量性負荷からの放電電荷をキャパシターに回収して次の充電時に再利用する（回生する）ことができるため、非常に低消費電力で駆動することが可能になる。
【００１３】
［適用例３］また、上記適用例に記載の容量性負荷の駆動回路において、前記スイッチ制御手段は、前記スイッチ制御手段は、前記複数のスイッチ素子を順次オン、オフさせるタイミングを規定するシリアル信号を受信し、前記シリアル信号から前記複数のスイッチ素子を個別にオン、オフ制御する信号を生成するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
このように本適用例に記載の容量性負荷の駆動回路においては、外部からのシリアル制御信号によって各段のスイッチを制御することができるため、駆動回路側で各スイッチ素子のオン、オフタイミングを記憶、生成する必要がなく回路規模を小さくすることができるようになる。また、パラレル信号ではなくシリアル信号で各スイッチ素子のオン、オフ制御を外部からできるため、配線に要する信号線の数を少なくすることができる。
【００１５】
［適用例４］また、上記適用例に記載の容量性負荷の駆動回路において、接続される負荷の容量の大きさが変動する場合に、前記スイッチ制御手段は、負荷に一定の電圧波形が印加されるように、接続される負荷の容量の大きさに応じて前記スイッチ素子をオン、オフさせる数及びタイミングを変えるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように本適用例に記載のの容量性負荷の駆動回路においては、負荷の容量の大きさに応じてスイッチ素子をオン、オフさせる数とタイミングを調整することで、負荷容量が変動しても負荷に一定の電圧波形を印加することができるようになる。
【００１７】
［適用例５］また、上記適用例に記載の容量性負荷の駆動回路において、前記容量性負荷が、液体噴射ヘッドの各ノズルに対応する圧電素子であることを特徴とする。
【００１８】
このように本適用例に記載の容量性負荷の駆動回路においては、駆動するノズル数すなわち印刷画像等の内容に応じてスイッチ素子をオン、オフさせる数とタイミングを調整することで、負荷容量が変動しても負荷に一定の電圧波形を印加することができるようになるため、印刷品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施例の回路構成図である。
【図２】第１の実施例のタイミングチャートの例である。
【図３】第１の実施例の動作波形例である。
【図４】従来技術における動作波形例である。
【図５】第２の実施例の回路構成図である。
【図６】第２の実施例のタイミングチャートの例である。
【図７】第２の実施例の動作波形例である。
【図８】従来技術における動作波形例である。
【図９】第３の実施例の回路構成図である。
【図１０】第３の実施例のタイミングチャートの例である。
【図１１】第４の実施例の回路構成図である。
【図１２】第４の実施例の動作波形例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明の第１の実施例について示したものであり、１つのエネルギー蓄積素子から容量性負荷に充電を行い、容量性負荷からグラウンドに放電することのできる回路構成例である。図１において、１０は電源から供給されるエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積素子であり、ここではキャパシターを用いている。１１はエネルギー蓄積素子１０（以降の説明においては、キャパシター１０と記す。）にエネルギーを供給する電源であり、抵抗を介してキャパシター１０を所定の電圧に充電する。１２は主成分が静電容量で形成される容量性の負荷である。例えば圧電素子や液晶表示パネルなどは容量性の負荷である。１３はキャパシター１０及びグラウンドと、容量性負荷１２との間で充放電を行うスイッチ手段であり、複数のスイッチ素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈから構成されている。スイッチ素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは並列に接続された状態で、キャパシター１０と容量性負荷１２との間に接続され、スイッチ素子１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは並列に接続された状態で、グラウンドと容量性負荷１２との間に接続されている。各スイッチ素子にはトランジスター（ＦＥＴやバイポーラトランジスター）など、外部からの制御信号によって抵抗値を大きく変えることができるもの、つまりオン、オフ制御できるものであれば、何でも使用することができる。１４はスイッチ制御手段であり、スイッチ手段１３を構成するスイッチ素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈのオン、オフを制御する信号を生成する。以降の説明においては、スイッチ素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈのオン・オフをそれぞれ制御する信号名は、説明の便宜上、スイッチ素子の符号と同じ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと呼ぶ。
【００２２】
次に図２に基づいて、実施例１の動作について説明する。図２に記載の１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、それぞれ図１のスイッチ素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈのオン、オフ状態を制御する制御信号を表しており、スイッチ制御手段１４で生成される。信号がハイの状態はスイッチ・オン、ローの状態はスイッチ・オフである。
【００２３】
時刻ｔ０までは全てのスイッチ素子はオフ状態（スイッチの合成抵抗が非常に大きい状態）であるため、容量性負荷１２への充放電は行われない。時刻ｔ０からｔ１まではスイッチ素子１３ａがオンしており、このときスイッチ素子１３ａのオン抵抗を介してキャパシター１０から容量性負荷１２へ充電が行われる。スイッチ素子１３ａのオン抵抗値を例えば２Ωとすると、時刻ｔ０からｔ１までは２Ωの抵抗を介して容量性負荷１２に充電が行われることになる。なお以降の説明では、全てのスイッチ素子のオン抵抗値は２Ωと仮定して説明を行うことにする。時刻ｔ１からｔ２まではスイッチ素子１３ａと１３ｂがオン状態となるため、並列接続されているスイッチ素子の合成抵抗値は１Ωとなる。よって時刻ｔ１からｔ２までは１Ωの抵抗を介して容量性負荷１２に充電が行われる。同様に時刻ｔ２からｔ３にかけてはスイッチ素子１３ｃがさらにオンし（抵抗値０．６７Ω）、時刻ｔ３以降はスイッチ素子１３ｄがさらにオンするため（抵抗値０．５Ω）、時間経過に伴って徐々に充電時の抵抗が小さくなるように充電が行われることになる。ここで、時刻ｔ０からｔ３までの時間は、容量性負荷１２への充電が完了する、つまり容量性負荷１２の端子電圧が一定値に収束するよりも短い時間に設定されている。
【００２４】
次に、時刻ｔ４でスイッチ素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが全てオフ状態となり、キャパシター１０から容量性負荷１２への充電は終了する。時刻ｔ４からｔ５まではスイッチ素子１３ｅがオンとなり、今度はスイッチ素子１３ｅのオン抵抗２Ωを介して容量性負荷１２からグラウンドへ放電が行われる。そして時刻ｔ５からｔ６まではスイッチ素子１３ｆがさらにオンするため、合成抵抗１Ωを介して放電が行われ、同様に時刻ｔ６からｔ７にかけてはスイッチ素子１３ｇがさらにオンし（抵抗値０．６７Ω）、時刻ｔ７以降はスイッチ素子１３ｈがさらにオンするため（抵抗値０．５Ω）、時間経過に伴って徐々に放電時の抵抗が小さくなるように放電が行われることになる。ここで、時刻ｔ４からｔ７までの時間は、容量性負荷１２からの放電が完了する、つまり容量性負荷１２の端子電圧がグラウンド電位に収束するよりも短い時間に設定されている。時刻ｔ８ではスイッチ素子１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが全てオフ状態となり、容量性負荷１２からグラウンドへの放電は終了する。
【００２５】
図３は、図２に示すように動作させた場合の波形の一例を示したものである。図３（ａ）は容量性負荷１２の端子電圧波形と電流波形を示しており、図３（ｂ）は図２の制御信号１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの状態を、図３（ｃ）は制御信号１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの状態をそれぞれ示している。キャパシター１０から容量性負荷１２に充電する際及び容量性負荷１２からグラウンドに放電する際に、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくことで、キャパシター１０もしくはグラウンドと容量性負荷１２との間の電位差が大きい時にはスイッチ手段の抵抗値（スイッチの合成抵抗値）が大きくなり、電位差が小さくなるとスイッチ手段の抵抗値が小さくなるように構成されている。その結果、図３（ａ）に示すように、充放電の際に流れる電流波形は、ノコギリ波状ではあるものの、定電流に近くなる。
【００２６】
図４は、オン抵抗２Ωのスイッチ素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、及びスイッチ素子１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの代わりに、オン抵抗が０．５Ωのスイッチ素子を１個ずつ用いて、容量性負荷１２への充放電を同様に行った場合の波形例である（従来例に相当）。図３と図４を比較すると、同じ量のエネルギーを充放電する場合でも、図３（本発明）の方が図４（従来例）よりも充放電時の最大電流値を小さく抑えることができる。よって、スイッチング素子（トランジスター）には最大定格電流値の小さい素子を用いることができ、回路を小型化、低コスト化することができる。
【００２７】
以上、実施例１の構成について説明したが、スイッチ手段１３において並列接続されるスイッチ素子の数は４個に限定されるわけではなく、必要に応じて増減させることができるのは言うまでもない。また、充放電時間を短縮したい場合には、スイッチ素子を１素子ずつ段階的にオンさせるだけでなく、複数のスイッチ素子を同時にオンさせるように構成してもよい。
【実施例２】
【００２８】
図５は本発明の第２の実施例について説明するものである。実施例２では、実施例１において説明したスイッチ手段とスイッチ制御手段を複数用い、互いに異なる端子電圧を有する複数のエネルギー蓄積素子と、容量性負荷との間で段階的に充放電を行うことで、消費電力を低減することが可能な回路構成について説明する。
【００２９】
図５においては、ｎ個（ｎ段）のエネルギー蓄積素子を用いて充放電制御を行う例について説明しており、図中、３段目からｎ−１段目までは記載を省略している。
２０１、２０２、及び２０ｎはそれぞれ１段目、２段目、及びｎ段目のエネルギー蓄積素子であり、ここではキャパシターを用いている。なおキャパシターには後述する負荷静電容量よりも十分大きな容量のものを使用することが望ましい。２１１、２１２、及び２１ｎはエネルギー蓄積素子２０１、２０２、及び２０ｎ（以降の説明においては、キャパシター２０１、２０２、及び２０ｎと記す）にそれぞれエネルギーを供給する電源であり、互いに異なる電圧Ｖ１、Ｖ２、及びＶｎ（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖｎ）を有している。電源２１１、２１２、及び２１ｎは、それぞれ抵抗を介してキャパシター２０１、２０２、及び２０ｎを充電する。２２は主成分が静電容量で形成される容量性の負荷である。例えば圧電素子や液晶表示パネルなどは容量性の負荷である。
【００３０】
２３０は容量性負荷２２とグラウンドとの間で放電を行うスイッチ手段であり（以降０段目と呼ぶ）、実施例１の場合と同様に複数のスイッチ素子２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄが並列に接続された状態で構成されている。各スイッチ素子にはトランジスター（ＦＥＴやバイポーラトランジスター）など、外部からの制御信号によって抵抗値を大きく変えることができるもの、つまりオン、オフ制御できるものであれば、何でも使用することができる。２４０はスイッチ制御手段であり、スイッチ手段２３０を構成するスイッチ素子２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄのオン、オフを制御する信号をそれぞれ生成する。
【００３１】
２３１はキャパシター２０１と容量性負荷２２との間で充放電を行うスイッチ手段である（以降１段目と呼ぶ）。スイッチ手段２３１の構成はスイッチ手段２３０と同様に、並列接続されたスイッチ素子２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄから構成されている（図示省略）。各スイッチ素子には２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄと同様に、トランジスターなどを用いることができる。２４１はスイッチ制御手段であり、スイッチ手段２３１を構成するスイッチ素子２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄのオン、オフを制御する信号をそれぞれ生成する。
【００３２】
同様に、キャパシター２０２と容量性負荷２２との間で充放電を行うスイッチ手段２３２、及びスイッチ手段２３２を制御するスイッチ制御手段２４２（２段目）、キャパシター２０ｎと容量性負荷２２との間で充電を行うスイッチ手段２３ｎ、及びスイッチ手段２３ｎを制御するスイッチ制御手段２４ｎ（ｎ段目）とで構成されている。なお、スイッチ制御手段２４０、２４１、２４２、及び２４ｎはまとめて充放電制御手段２４として構成されている。
【００３３】
次に図６に基づいて、実施例２の動作について説明する。図６に記載の２３ｊａ、２３ｊｂ、２３ｊｃ、２３ｊｄ（ただしｊは整数）はそれぞれｊ段目のスイッチ制御手段２３ｊを構成する各スイッチ素子のオン、オフ状態を制御する制御信号を表しており、スイッチ制御手段２４ｊでそれぞれ生成される。信号がハイの状態はスイッチ・オン、ローの状態はスイッチ・オフである。
【００３４】
時刻ｔ０までは０段目のスイッチ素子２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄがオンの状態であるため、容量性負荷２２はグラウンドに接続された状態になっている。時刻ｔ０において、スイッチ素子２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄが全てオフとなって容量性負荷２２はグラウンドから切り離され、代わりに時刻ｔ０から１段目のスイッチ素子２３１ａがオンするため、スイッチ素子２３１ａのオン抵抗を介してキャパシター２０１から容量性負荷２２へ充電が行われる。ここで、全てのスイッチ素子のオン抵抗値を例えば２Ωとすると、時刻ｔ０からｔ１までは２Ωの抵抗を介して容量性負荷２２に充電が行われることになる。時刻ｔ１からｔ２まではスイッチ素子２３１ａと２３１ｂがオン状態となるため、並列接続されているスイッチ素子の合成抵抗値は１Ωとなる。よって時刻ｔ１からｔ２までは１Ωの抵抗を介して容量性負荷２２に充電が行われる。同様に時刻ｔ２からｔ３にかけてはスイッチ素子２３１ｃがさらにオンし（抵抗値０．６７Ω）、時刻ｔ３以降はスイッチ素子２３１ｄがさらにオンするため（抵抗値０．５Ω）、時間経過に伴って徐々に充電時の抵抗が小さくなるように充電が行われることになる。ここで、時刻ｔ０からｔ３までの時間は、容量性負荷２２への充電が完了する、つまり容量性負荷２２の端子電圧が一定値に収束するよりも短い時間に設定されている。このように時刻ｔ０からｔ３を経てキャパシター２０１から容量性負荷２２へ段階的に１段目（端子電圧Ｖ１まで）の充電が行われる。
【００３５】
次に、時刻ｔ４になると１段目のスイッチ素子２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄは全てオフとなり、代わりに時刻ｔ４から２段目のスイッチ素子２３２ａがオンする。よって、スイッチ素子２３２ａのオン抵抗２Ωを介してキャパシター２０２から容量性負荷２２へ充電が行われる。２段目の場合も１段目と同様に時刻ｔ４からｔ７に掛けてスイッチ素子２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄが段階的にオンしていくため、端子電圧Ｖ１からＶ２へ、時間経過に伴って徐々に充電時の抵抗が小さくなるように、充電が行われることになる。時刻ｔ８では２段目のスイッチ素子が全てオフ状態となり、容量性負荷２２への２段目（端子電圧Ｖ２まで）の充電は終了する。
以後同様に３段目からｎ段目まで段階的に容量性負荷２２に充電を行うことができる。
【００３６】
次に放電工程について説明する。ここでは２段目より上の段から段階的に放電行ってきて、時刻ｔ９に到達した状態から説明を行うことにする。時刻ｔ９より前では、３段目のスイッチ素子（図示省略）がオンしている状態であり、時刻ｔ９で３段目のスイッチ素子は全てオフ状態になる。代わって時刻ｔ９から２段目のスイッチ素子２３２ａがオンする。よって、スイッチ素子２３２ａのオン抵抗２Ωを介して容量性負荷２２からキャパシター２０２へ放電（電荷回収）が行われる。その後、時刻ｔ１０でスイッチ素子２３２ｂがさらにオンし（抵抗値１Ω）、時刻ｔ１１でスイッチ素子２３２ｃがさらにオンし（抵抗値０．６７Ω）、時刻ｔ１２でスイッチ素子２３２ｄがさらにオンする（抵抗値０．５Ω）ことによって、端子電圧Ｖ３（図示省略）からＶ２へ、時間経過に伴って徐々に放電時の抵抗が小さくなるように、放電（電荷回収）が行われることになる。そして時刻ｔ１３で２段目のスイッチ素子２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄが全てオフとなり、Ｖ３からＶ２への放電が終了するとともに、１段目のスイッチ素子２３１ａがオンしてＶ２からＶ１への放電が始まる。
【００３７】
以後同様に１段目でも、時刻ｔ１３からｔ１６にかけてスイッチ素子２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄが段階的にオンして、容量性負荷２２からキャパシター２０１へ放電（電荷回収）が行われ、時刻ｔ１７からｔ２０にかけては０段目つまりグラウンドへ放電するスイッチ素子２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄが段階的にオンして、容量性負荷２２からグラウンドへ放電（電荷排出）が行われる。
【００３８】
図７は、図６に示すように動作させた場合の波形の一例を示したものである。図７（ａ）は容量性負荷２２の端子電圧波形と電流波形を示しており、図７（ｂ）は図６の制御信号２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄの状態を、図７（ｃ）は制御信号２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄの状態を、図７（ｄ）は制御信号２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄの状態をそれぞれ示している。キャパシター２０１及び２０２から容量性負荷２２に充電する際、及び容量性負荷２２からキャパシター２０１及びグラウンドに放電する際に、オンさせるスイッチ素子の数を順次増加させていくことで、キャパシター２０１、２０２もしくはグラウンドと容量性負荷２２との間の電位差が大きい時にはスイッチ手段の抵抗値（スイッチの合成抵抗値）が大きくなり、電位差が小さくなるとスイッチ手段の抵抗値が小さくなるように構成されている。その結果、図７（ａ）に示すように、充放電の際に流れる電流波形は、ノコギリ波状ではあるものの、定電流に近くなる。
【００３９】
図８は、オン抵抗２Ωの上記各スイッチ素子（各段４個）の代わりに、オン抵抗が０．５Ωのスイッチ素子を１個用いて、容量性負荷２２への充放電を同様に行った場合の波形例である（従来例に相当）。図７と図８を比較すると、同じ量のエネルギーを充放電する場合でも、図７（本発明）の方が図８（従来例）よりも充放電時の最大電流値を小さく抑えることができる。よって、スイッチング素子（トランジスター）には最大定格電流値の小さい素子を用いることができ、回路を小型化、低コスト化することができる。
【００４０】
さらに、互いに異なる所定電位に充電された複数のキャパシターを備え、複数のスイッチ手段によって、容量性負荷に接続するキャパシターを選択的かつ段階的に切り換えながら、容量性負荷に対して順次充放電を行うように構成されているので、容量性負荷２２からの放電電荷をキャパシターに回収して次の充電時に再利用する（回生する）ことができるため、非常に低消費電力で駆動することが可能になる。
【実施例３】
【００４１】
図９は本発明の第３の実施例について示したものである。第３の実施例では、外部から供給されるシリアル制御信号によって、上記第２の実施例のスイッチ制御手段が制御されるようにした構成例について説明する。シリアル制御信号とスイッチ制御手段以外の構成は上記第２の実施例と同様であるため、重複する説明は以降省略する。
【００４２】
図９において、２４０ｔ、２４１ｔ、２４２ｔ、及び２４ｎｔは、０段目のスイッチ制御手段２４０、１段目のスイッチ制御手段２４１、２段目のスイッチ制御手段２４２、及びｎ段目のスイッチ制御手段２４ｎに対してそれぞれ外部から供給するシリアル制御信号である。各シリアル制御信号は、該当する段のスイッチ手段を構成する各スイッチ素子のオンタイミング及びオフタイミングをパルスエッジで表したデジタル信号である。各スイッチ制御手段２４０、２４１、２４２、及び２４ｎは、シリアル制御信号２４０ｔ、２４１、２４２、２４ｎから、各スイッチ素子のオン、オフを制御する信号をそれぞれ生成する。
【００４３】
シリアル制御信号の例を図１０に示す。図１０におけるシリアル制御信号２４０ｔ、２４１、２４２ｔはそれぞれパルス列として構成されている。１段目のシリアル制御信号２４１ｔでは、時刻ｔ０でパルスの立ち上がりエッジが到来し、同時にスイッチ素子２３１ａがオンする。時刻ｔ１の立ち上がりエッジではスイッチ素子２３１ｂが、時刻ｔ２の立ち上がりエッジではスイッチ素子２３１ｃが、時刻ｔ３の立ち上がりエッジではスイッチ素子２３１ｄが順次オンする。そして２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄ全てのスイッチ素子がオンしている状態で次の立ち上がりエッジが時刻ｔ４で到来すると、全てのスイッチ素子がオフする。このようにパルスの立ち上がりエッジが到来する毎に、スイッチ手段を構成する複数のスイッチ素子を１つずつオンしていき、全てのスイッチ素子がオンした後に到来する立ち上がりエッジで全てのスイッチ素子をオフにするように、スイッチ制御手段２４１は構成されている。他の段（２４０ｔ、２４２ｔ）についても同様であるため説明は省略するが、シリアル制御信号によって、実施例３は上記実施例２と同様の動作をさせることができる。
【００４４】
このように、外部からのシリアル制御信号によって各段のスイッチを制御することができるため、駆動回路側で各スイッチ素子のオン、オフタイミングを記憶、生成する必要がなく回路規模を小さくすることができるようになる。また、パラレル信号ではなくシリアル信号で各スイッチ素子のオン、オフ制御を外部からできるため、配線に要する信号線の数を少なくすることができる。
【実施例４】
【００４５】
図１１は本発明の第４の実施例について示したものである。第４の実施例は、上記第３の実施例の容量性負荷２２を、液体噴射ヘッド２５の各ノズルに対応する圧電素子として置き換えたものであり、その他の構成については第３の実施例と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００４６】
液体噴射ヘッド２５は複数のノズルを備え、各ノズルに対応して設けた小さな流体室をアクチュエーターで変形させて、微小な液体をノズルから噴射するように構成されている。アクチュエーターは圧電素子で構成されており、圧電素子の一方の電極が駆動回路の出力端子に接続され、他方の電極がグラウンドに接続されている。各圧電素子と駆動回路との間にはトランスミッションゲートが接続されており、選択されたノズルのみから液体が噴射されるように、駆動回路から出力される信号をノズルへ供給するか、遮断するかをノズル毎に設定できるように構成されている。
【００４７】
一般に液体噴射ヘッド２５は数百のノズルから構成されているため、負荷容量の変動範囲が非常に大きい。一方、負荷の容量が変動すると、スイッチ素子の抵抗成分と負荷の容量成分とで形成される時定数も変動するため、負荷に印加される駆動波形が変動する。駆動波形が変動すると、それに伴って噴射特性つまり印刷品質も変動する。
【００４８】
第４の実施例では、駆動する（オンする）負荷の容量（ノズル数）に応じて、オンするスイッチの数、及びタイミングを調整することで、負荷変動に伴う駆動波形の変動を低減するように構成する例について説明する。
【００４９】
図１１に示す液体噴射ヘッド２５には、既に述べたようにトランスミッションゲートが含まれており、図示しない信号線によって各ノズルのオン、オフが選択されるようになっている。このためノズルから液体を噴射する前に、印刷指令を発するシステム側では選択するノズルの数を予め把握している。よって、駆動する（選択する）負荷の容量も予め把握することができる。
【００５０】
負荷容量が小さくなるほど時定数は小さくなるため、負荷の端子電圧波形の立ち上がりは鋭くなる。そのままでは負荷容量が大きいときと小さいときの出力波形の差異が大きくなってしまう。そこで、負荷容量が小さくなるにつれて、充放電期間中にオンさせるスイッチ素子の数を減らし、オン抵抗値を高くするようにすれば、負荷容量が変動したときの出力波形の差異を小さくすることができる。
【００５１】
例えば、液体噴射ヘッド２５のノズル数が４００個の場合、オンするノズル数に応じて、例えば次のように充放電中にオンさせる(使用する）スイッチの個数を変えるようにする。
オンするノズル数    オンさせるスイッチ素子数
１〜１００：    １個
１０１〜２００：    ２個
２０１〜３００：    ３個
３０１〜４００：    ４個
【００５２】
例えば、オンするノズル数が１００個の場合は１個のスイッチ素子をオン、２００個の場合は２個のスイッチ素子を同時にオン、３００個の場合は３個のスイッチ素子を同時にオン、４００個の場合は４個のスイッチ素子を同時にオンするようにすると、ノズル数が異なっても前記４通りの出力波形は同一の波形にすることができる。
【００５３】
図１２は、さらに負荷の容量に応じてスイッチ素子のタイミング調整を行うことによって、負荷変動による出力波形の差異を小さくするようにした一例について示したものである。図１２（ａ）は負荷の端子電圧波形例を示したものである。実線は４００ノズルの負荷に対して４個のスイッチ素子を同時にオンした場合の負荷電圧波形を、破線は２５０ノズルの負荷に対して４個のスイッチ素子を同時にオンした場合の負荷電圧波形を示しており、ちょうど１個のスイッチ素子でオン、オフ制御するような従来技術での出力波形に相当するものである。このように、従来の技術ではノズル数が変動すると図１２（ａ）の実線と破線のように、出力電圧波形に大きな差異が生じることになる。一方、図１２（ａ）の網掛線は、２５０ノズルの負荷に対して、図１２（ｂ）に示すように４個のスイッチ（実質的には３個）をタイミング調整しながら順次オンした場合の負荷電圧波形例である。４００ノズルを駆動した場合の波形（実線）とほぼ同様の波形を得ることができている。このように、駆動するノズル数（負荷の容量）に応じて、スイッチ素子をオン、オフさせる数とタイミングを調整することで、負荷容量が変動しても出力波形の差異を小さく抑えることができるようになるため、印刷品質を向上させることができる。
【００５４】
以上、容量性負荷の駆動回路について説明したが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…エネルギー蓄積素子（キャパシター）、１１…電源、１２…容量性負荷、１３…スイッチ手段、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ…スイッチ素子、１４…スイッチ制御手段。
【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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