(57)【要約】【課題】容量性負荷の駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避する。【解決手段】駆動波形信号をパルス変調して変調信号を生成し、電力増幅した後に平滑フィルターを通すことによって生成した駆動信号を容量性負荷に印加する。また、駆動信号に位相進み補償を行って帰還信号を生成し、駆動波形信号に負帰還させる。平滑フィルターと容量性負荷とは取り替え可能な配線によって接続されている。平滑フィルターと容量性負荷とを配線によって接続すると、その配線に関する配線情報が取得され、そして、配線情報に応じたキャリア周波数でパルス変調が行われる。こうすれば、配線に応じたキャリア周波数でパルス変調されるので、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することができる。【選択図】図４
2012116098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量成分を有する容量性負荷に対して駆動信号を印加することによって、該容量性負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記容量性負荷に印加された駆動信号を用いて生成された帰還信号を、前記駆動波形信号から減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、
前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅してパルス波状の電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、
前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を前記帰還信号として出力する位相進み補償回路と、
前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続し、取り替え可能に設けられた配線と、
前記配線についての情報である配線情報を取得する配線情報取得手段と、
前記変調回路が前記誤差信号をパルス変調する際のキャリア周波数を、前記配線情報に基づいて変更するキャリア周波数変更手段と
を備える容量性負荷駆動回路。
【請求項２】
前記配線情報は前記配線が有する誘導成分の大きさまたはインピーダンスに関連付けられた情報である請求項１に記載の容量性負荷駆動回路。
【請求項３】
前記配線情報は前記配線の長さに関連付けられた情報である請求項１または請求項２に記載の容量性負荷駆動回路。
【請求項４】
前記配線には、前記配線情報が記載されたＩＤタグが設けられている請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路であって、
前記配線には、前記配線情報を読み出し可能に記憶した記憶媒体が搭載されており、
前記配線情報取得手段は、前記記憶媒体から前記配線情報を読み出す手段である容量性負荷駆動回路。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路であって、
前記配線の少なくとも前記平滑フィルター側のコネクターには、該平滑フィルターからの前記駆動信号が伝達される端子が突設されており、
前記配線情報取得手段は、前記駆動信号が伝達されない端子が前記コネクターに突設されているか否かを検出することによって、前記配線情報を取得する手段である容量性負荷駆動回路。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路と、
液体を供給する供給ポンプと、
前記供給ポンプから供給された液体が流入する液体室と、前記容量性負荷であるアクチュエーターと、前記液体室に流入された液体を噴射する噴射ノズルとを有する噴射ユニットと、
を備え、
前記駆動信号が前記アクチュエーターに印加されることによって、前記液体室に流入された液体が前記噴射ノズルからパルス状に噴射される、
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用いて駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンターに搭載されている噴射ヘッドのように、圧電素子などの容量性負荷によって構成されて、駆動信号が印加されることによって動作するアクチュエーターは数多く存在する。この駆動信号を、アナログ増幅回路を用いて生成しようとすると、アナログ増幅回路内を大きな電流が流れるために大きな電力が消費される。その結果、電力効率が低下するだけでなく、回路基板が大きくなり、更には、消費された電力が熱に変わるので大きな放熱版が必要になって、ますます基板が大型化する。
【０００３】
そこで、アナログの駆動信号を直接増幅するのではなく、駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調して変調信号に一旦変換し、得られた変調信号を増幅した後に平滑フィルターを通すことによって、増幅された駆動信号を得るようにした技術が提案されている（特許文献１）。変調信号の増幅は、スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるだけで実現することが可能である。更に、平滑フィルターは、コイルとコンデンサーとを組み合わせたＬＣ回路を用いて実現できるので、原理的には電力を消費することがない。このため提案の技術によれば、大きな電力を消費することなく駆動信号を生成することが可能であり、回路基板を小型化することが可能である。
【０００４】
この提案の技術は、ＬＣ回路で平滑フィルターを構成しているため、ＬＣ回路の共振周波数でゲインにピークが現れる。通常は、電気負荷が有する抵抗値によって、あるいは別途にダンピング抵抗を挿入することによって出力ピークを抑制するが、この方法では抵抗によって電力消費が発生する。そこで、出力段からのフィードバックを行って、出力ピークを抑制することが提案されている（特許文献２）。また、平滑フィルターを通った信号は位相が最大で１８０度まで遅れるので、出力段の信号でそのままフィードバックをかけると出力が発振する恐れがある。そこで、出力段の信号に位相進み補償をかけてからフィードバックすることが行われる。
【０００５】
また、出力段からの信号をフィードバックする際に、平滑フィルターから容量性負荷までの配線が有する抵抗によって駆動信号の波形がなまる（波形の電圧変化がなだらかになる）ことを抑制するために、配線抵抗を考慮してフィードバックをかける技術（特許文献３）や、消費電力を抑制する目的で、パルス変調する際のキャリア周波数を駆動信号の波形に応じて切り換える技術（特許文献４）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６８１７２号公報
【特許文献２】特開２００９−１５３２７２号公報
【特許文献３】特開２００５−３２９７１０号公報
【特許文献４】特開２００７−１９０７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１〜特許文献４を初めとする従来の技術では、平滑フィルターで除去している筈のキャリア周波数のリップル（キャリアリップル）が駆動信号に重畳する場合があるという問題があった。そのため、容量性負荷であるアクチュエーターを適切に駆動できなくなるという問題があった。
【０００８】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、平滑フィルター後の駆動信号にキャリア周波数のリップルが重畳することを回避可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の容量性負荷駆動回路は次の構成を採用した。すなわち、
容量成分を有する容量性負荷に対して駆動信号を印加することによって、該容量性負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記容量性負荷に印加された駆動信号から生成された帰還信号を、前記駆動波形信号から減算することによって誤差信号を出力する演算回路と、
前記誤差信号をパルス変調して変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅してパルス波状の電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記パルス波状の電力増幅変調信号を平滑化することによって前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、
前記駆動信号に位相進み補償を行い、該位相進み補償後の信号を前記帰還信号として出力する位相進み補償回路と、
前記平滑フィルターと前記容量性負荷とを接続し、取り替え可能に設けられた配線と、
前記配線についての情報である配線情報を取得する配線情報取得手段と、
前記変調回路が前記誤差信号をパルス変調する際のキャリア周波数を、前記配線情報に基づいて変更するキャリア周波数変更手段と
を備えることを要旨とする。
【００１０】
こうした本発明の容量性負荷駆動回路においては、容量性負荷に印加すべき駆動信号の基準となる駆動波形信号を、パルス変調することによって変調信号を生成し、得られた変調信号を電力増幅した後に平滑化することによって、駆動信号を生成する。こうして容量性負荷に印加された駆動信号に対して位相進み補償を行って帰還信号を生成し、駆動波形信号に負帰還させる。平滑フィルターと容量性負荷とは配線によって接続されており、平滑フィルターから出力された駆動信号は、配線を経由して容量性負荷に印加される。また、配線は取り替え可能となっており、平滑フィルターと容量性負荷とを配線によって接続すると、その配線に関する配線情報が取得され、そして、配線情報に応じたキャリア周波数でパルス変調が行われるようになっている。
【００１１】
こうすれば、駆動信号の基準となる駆動波形信号に対して、容量性負荷に印加された駆動信号を負帰還させるので、平滑フィルターの共振の影響で駆動信号が歪んでしまうことを抑制することができる。また、駆動信号を負帰還させるに際しては、位相を進ませる補償（位相進み補償）を行ってから負帰還させているので、平滑フィルターによって位相が遅れた駆動信号を負帰還させることが原因で駆動信号の出力が不安定になってしまうこともない。更に、詳細には後述するが、キャリアリップルが重畳し易い周波数は配線によって決まっている。従って、キャリアリップルが重畳し易い周波数に関連する情報を配線情報として記憶しておけば、接続された配線の配線情報を取得して、キャリアリップルの重畳し易い周波数を避けたキャリア周波数でパルス変調することがきる。その結果、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の容量性負荷駆動回路においては、配線が有する誘導成分の大きさまたはインピーダンスに関連付けられた情報を、配線情報として取得しても良い。
【００１３】
キャリアリップルが重畳し易い周波数は、配線が有する誘導成分の大きさまたはインピーダンスに強く影響される。従って、配線が有する誘導成分の大きさまたはインピーダンスに関連付けられた情報を配線情報として取得すれば、キャリアリップルの重畳し易い周波数を避けたキャリア周波数でパルス変調することができるので、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【００１４】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、配線の長さに関連付けられた情報を、配線情報として取得しても良い。
【００１５】
配線が有する誘導成分の大きさは、配線の長さに大きく依存する。従って、配線の長さに関連付けられた情報を配線情報として記憶しておけば、キャリアリップルの重畳し易い周波数を避けたキャリア周波数でパルス変調して、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【００１６】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、配線情報が記載されたＩＤタグを配線に設けておいてもよい。
【００１７】
こうすれば、容量性負荷駆動回路の操作者がＩＤタグに記載された配線情報を読み取って、配線情報を取得することで、キャリアリップルの重畳し易い周波数を避けたキャリア周波数でパルス変調することが可能となり、その結果、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【００１８】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、配線情報を読み出し可能に記憶した記憶媒体を搭載しておき、配線が接続されると、記憶媒体から配線情報を読み出すようにしてもよい。
【００１９】
こうすれば、配線を接続するだけで配線情報が読み出されて、キャリアリップルの重畳し易い周波数を避けたキャリア周波数でパルス変調することができる。その結果、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【００２０】
また、上述した本発明の容量性負荷駆動回路においては、次のようにしても良い。先ず、配線の少なくとも平滑フィルター側のコネクターには端子が突設されており、配線を接続すると、平滑フィルターからの駆動信号が端子を介して伝達されるようにしておく。そして、コネクターには、駆動信号の伝達に拘わらない端子も突設可能としておき、配線情報取得手段は、駆動信号の伝達に拘わらない端子がコネクターに突設されているか否かを検出することによって、配線情報を取得するようにしてもよい。
【００２１】
こうすれば、配線が接続された時に、駆動信号の伝達に拘わらない端子がコネクターに突設されているか否かに応じて、適切なキャリア周波数を選択してパルス変調することができる。その結果、駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施例の容量性負荷駆動回路を搭載した液体噴射装置の構成を示した説明図である。
【図２】本実施例の容量性負荷駆動回路の回路構成を示した説明図である。
【図３】配線ケーブルが有する誘導成分（および抵抗成分）の影響でキャリアリップルが発生するメカニズムを示した説明図である。
【図４】第１実施例の容量性負荷駆動回路の一部を示した回路図である。
【図５】ＩＤタグの配線情報に対応してキャリア周波数が変更される様子をまとめた説明図である。
【図６】配線情報に応じてキャリア周波数を変更することでキャリアリップルが重畳することを回避可能な理由を示した説明図である。
【図７】第１実施例の他の態様を例示した説明図である。
【図８】第２実施例の容量性負荷駆動回路の一部を示した回路図である。
【図９】第３実施例の容量性負荷駆動回路の一部を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．容量性負荷駆動回路の回路構成：
Ｃ．キャリアリップルが発生するメカニズム：
Ｄ．第１実施例の容量性負荷駆動回路：
Ｅ．第２実施例の容量性負荷駆動回路：
Ｆ．第３実施例の容量性負荷駆動回路：
【００２４】
Ａ．装置構成  ：
図１は、本実施例の容量性負荷駆動回路２００を搭載した液体噴射装置１００の構成を示した説明図である。図示されているように液体噴射装置１００は、大きく分けると、液体を噴射する噴射ユニット１１０と、噴射ユニット１１０から噴射される液体を噴射ユニット１１０に向けて供給する供給ポンプ１２０と、噴射ユニット１１０および供給ポンプ１２０の動作を制御する制御ユニット１３０などから構成されている。液体噴射装置１００は、パルス状の液体を噴射ユニット１１０から噴射することによって、生体組織を切除または切開することに使用する手術具としてのウォータージェットメスの一例である。
【００２５】
噴射ユニット１１０は、金属製のフロントブロック１１３に、同じく金属製のリアブロック１１４を重ねてネジ止めした構造となっており、フロントブロック１１３の前面には円管形状の液体通路管１１２が立設され、液体通路管１１２の先端には噴射ノズル１１１が挿着されている。フロントブロック１１３とリアブロック１１４との合わせ面には、薄い円板形状の液体室１１５が形成されており、液体室１１５は、液体通路管１１２を介して噴射ノズル１１１に接続されている。また、リアブロック１１４の内部には、積層型の圧電素子によって構成されたアクチュエーター１１６が設けられている。噴射ユニット１１０と制御ユニット１３０とは配線ケーブル１５０によって接続されており、制御ユニット１３０内の容量性負荷駆動回路２００からは、配線ケーブル１５０を介して駆動信号がアクチュエーター１１６に供給される。また、配線ケーブル１５０の一端側はコネクター１５２によって噴射ユニット１１０に取り付けられ、配線ケーブル１５０の他端側はコネクター１５４によって制御ユニット１３０に取り付けられている。このため、配線ケーブル１５０は、長さや特性の異なる種々の配線ケーブル１５０に取り替えることが可能となっている。尚、この配線ケーブル１５０が、本発明における「配線」に対応し、アクチュエーター１１６が、本発明における「容量性負荷」に対応する。
【００２６】
供給ポンプ１２０は、噴射しようとする液体（水、生理食塩水、薬液など）が貯められた液体タンク１２３から、チューブ１２１を介して液体を吸い上げた後、チューブ１２２を介して噴射ユニット１１０の液体室１１５内に供給する。このため、液体室１１５は液体で満たされた状態となっている。
【００２７】
そして、制御ユニット１３０から駆動信号をアクチュエーター１１６に印加すると、アクチュエーター１１６が伸張して液体室１１５が押し縮められ、その結果、液体室１１５内に充満していた液体が、噴射ノズル１１１からパルス状に噴射される。アクチュエーター１１６の伸張量は、駆動信号として印加される電圧に依存する。従って、所望の特性のパルス状の液体を噴射するためには、精度の良い駆動信号をアクチュエーター１１６に印加する必要がある。そこで、このような駆動信号を生成するために、制御ユニット１３０内には、以下に説明するような容量性負荷駆動回路２００が搭載されている。
【００２８】
Ｂ．容量性負荷駆動回路の回路構成  ：
図２は、制御ユニット１３０に搭載された容量性負荷駆動回路２００の回路構成を示した説明図である。図示されているように容量性負荷駆動回路２００は、駆動信号の基準となる駆動波形信号（以下、ＷＣＯＭ）を出力する駆動波形信号発生回路２１０と、駆動波形信号発生回路２１０から受け取ったＷＣＯＭと後述する帰還信号（以下、ｄＣＯＭ）とに基づいて誤差信号（以下、ｄＷＣＯＭ）を出力する演算回路２２０と、演算回路２２０からのｄＷＣＯＭをパルス変調して変調信号（以下、ＭＣＯＭ）に変換する変調回路２３０と、変調回路２３０からのＭＣＯＭをデジタル的に電力増幅して電力増幅変調信号（以下、ＡＣＯＭ）を生成するデジタル電力増幅器２４０と、デジタル電力増幅器２４０からＡＣＯＭを受け取って変調成分を取り除いた後、駆動信号（以下、ＣＯＭ）として噴射ユニット１１０のアクチュエーター１１６に供給する平滑フィルター２５０と、平滑フィルター２５０から出力されたＣＯＭに対して位相を進ませる補償（位相進み補償）を加えて、ｄＣＯＭ（帰還信号）を生成する位相進み補償回路２６０とを備えている。
【００２９】
このうち、駆動波形信号発生回路２１０は、ＷＣＯＭのデータを記憶した波形メモリーや、Ｄ／Ａ変換器を備えており、波形メモリーから読み出したデータをＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換することによって、ＷＣＯＭ（駆動波形信号）を生成する。演算回路２２０では、こうして出力されたＷＣＯＭからｄＣＯＭを減算した信号を、ｄＷＣＯＭ（誤差信号）として出力する。また逆に、駆動波形信号発生回路２１０は、ＷＣＯＭのデータを記憶した波形メモリーからデジタルデータとしてＷＣＯＭ（駆動波形信号）を読出し、Ａ／Ｄ変換器でｄＣＯＭをデジタルデータとした後、信号処理回路を用いて演算回路２２０でＷＣＯＭからｄＣＯＭをデジタル演算により減算し、ｄＷＣＯＭ（誤差信号）をデジタルデータとして生成する構成としてもよい。その場合、変調回路２３０は前記信号処理回路を用いてデジタル回路で構成し、ｄＷＣＯＭをデジタルデータのまま取り扱うようにする。
【００３０】
変調回路２３０では、ｄＷＣＯＭを一定周期の三角波と比較することによって、パルス波状のＭＣＯＭ（変調信号）を生成（パルス変調）する。ここで、パルス変調に用いる三角波の基底周波数（キャリア周波数）は、キャリア周波数変更手段２８０からの制御によって変更可能となっている。そして、キャリア周波数変更手段２８０は、配線情報取得手段２７０によって取得した配線情報（噴射ユニット１１０と制御ユニット１３０とを接続している配線ケーブル１５０に関する情報）に基づいてキャリア周波数を変更する。詳細には後述するが、こうして配線情報に基づいて、パルス変調する際のキャリア周波数を変更することによって、ＣＯＭにキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【００３１】
変調回路２３０によって得られたＭＣＯＭは、デジタル電力増幅器２４０に入力される。デジタル電力増幅器２４０は、プッシュ・プル接続された２つのスイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴなど）と、電源と、これらスイッチ素子を駆動するゲートドライバーとを備えている。ＭＣＯＭがＨｉｇｈ状態の場合は、ハイサイド側のスイッチ素子がＯＮ状態になり、ローサイド側のスイッチ素子がＯＦＦ状態になって、電源の電圧ＶｄｄがＡＣＯＭとして出力される。また、ＭＣＯＭがＬｏｗ状態の場合は、ハイサイド側のスイッチ素子がＯＦＦ状態になり、ローサイド側のスイッチ素子がＯＮ状態になってグランドの電圧がＡＣＯＭとして出力される。その結果、変調回路２３０の動作電圧とグランドとの間でパルス波状に変化するＭＣＯＭが、電源の電圧Ｖｄｄとグランドとの間でパルス波状に変化するＡＣＯＭに電力増幅される。この増幅では、プッシュ・プル接続された２つのスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦを切り換えているだけなので、アナログ波形を増幅する場合に比べて電力損失を大幅に抑制することが可能である。その結果、電力効率を向上させることが可能となるだけでなく、放熱のために大きなヒートシンクを設ける必要もなくなるので、回路を小型化することも可能となる。
【００３２】
こうして電力増幅されたＡＣＯＭ（電力増幅変調信号）は、ＬＣ回路によって構成される平滑フィルター２５０を通すことによってＣＯＭ（駆動信号）に変換され、配線ケーブル１５０を介してアクチュエーター１１６に印加される。また、ＣＯＭは演算回路２２０に負帰還されるが、平滑フィルター２５０を通過することによって、ＣＯＭはＷＣＯＭに対して位相が遅れている。そこで、ＣＯＭを単純に負帰還させるのではなく、コンデンサーと抵抗とによって構成された位相進み補償回路２６０を通して位相を進ませる補償（位相進み補償）を行い、得られた信号をｄＣＯＭとして演算回路２２０に負帰還させるようになっている。配線情報取得手段２７０の詳細な構成については後述する。
【００３３】
ここで、図２に示されるように、配線ケーブル１５０も誘導成分および抵抗成分を有している。従って、この影響で、平滑フィルター２５０から出力されたＣＯＭと、実際にアクチュエーター１１６に印加される信号（以下、ＲＣＯＭ）との間には、何某かのズレが生じているものと思われる。実際に検討してみると、配線ケーブル１５０の誘導成分（および抵抗成分）の影響で、実際にアクチュエーター１１６に印加されるＲＣＯＭにキャリアリップルが重畳し得ることが見いだされた。ここでキャリアリップルとは、アクチュエーター１１６に印加されるＲＣＯＭに含まれる、パルス変調に用いるキャリア信号（三角波信号）の信号成分を意味する。以下、この点について詳しく説明する。
【００３４】
Ｃ．キャリアリップルが発生するメカニズム  ：
図３は、配線ケーブル１５０が有する誘導成分（および抵抗成分）の影響でキャリアリップルが発生するメカニズムを示した説明図である。図３（ａ）には、ＡＣＯＭからＲＣＯＭまでの回路構成が示されている。平滑フィルター２５０のコイルのインダクタンスをＬlpf とし、平滑フィルター２５０の容量成分のキャパシタンスをＣlpf とする。同様に、片側の配線が有する抵抗値およびインダクタンスを、Ｒc 、Ｌc とする。更に、容量性負荷のキャパシタンスをＣloadとする。
【００３５】
また便宜上、平滑フィルター２５０のコイルの伝達関数をＺ1 とおき、配線ケーブル１５０の往き側（平滑フィルター２５０からアクチュエーター１１６へ送る側）の伝達関数をＺa とおき、アクチュエーター１１６に配線ケーブル１５０の戻り側（アクチュエーター１１６から容量性負荷駆動回路２００のグランドへ戻す側）を加えた部分の伝達関数をＺb とおくと、Ｚ1 、Ｚa 、Ｚb はそれぞれ以下の式で与えられる。
Ｚ1 ＝ｓ・Ｌlpf 
Ｚa ＝Ｒc ＋ｓ・Ｌc 
Ｚb ＝１／（ｓ・Ｃload）＋（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）
また、図３（ａ）に示した回路構成の中で、平滑フィルター２５０のコイルに直列に接続された伝達要素（配線ケーブル１５０の往復部分とアクチュエーター１１６と平滑フィルター２５０の容量成分）の伝達関数Ｚ2 は、次式で与えられる。
Ｚ2 ＝｛１／（ｓ・Ｃlpf ）｝//｛２（Ｒc ＋ｓ・Ｌc ）＋１／（ｓ・Ｃload）｝
但し、ｓはラプラス演算子で、虚数単位ｊに角周波数ωをかけたものである。また//は、並列接続の合成インピーダンスを表す並列合成記号である。
すると、ＡＣＯＭとＲＣＯＭとの間の伝達関数Ｈは、図３（ｂ）の式で与えられる。
【００３６】
図３（ｃ）には、伝達関数Ｈのゲイン-周波数特性の一例が示されている。尚、図３（ｃ）では、配線ケーブル１５０の単位長あたりの抵抗（＝２×Ｒc ）を、数百ミリΩ程度とし、単位長あたりのインダクタンス（＝２×Ｌc ）を数μＨ程度と想定して、種々の配線長で得られるゲイン−周波数特性を例示している。
【００３７】
図３（ｃ）中に示した破線は、配線ケーブル１５０の長さが２［ｍ（メートル）］の場合のゲイン−周波数特性であり、一点鎖線は長さが１［ｍ］の場合のゲイン−周波数特性であり、二点鎖線は０．５［ｍ］の場合のゲイン−周波数特性である。また、実線は、配線ケーブル１５０なしの場合のゲイン−周波数特性を表している。図示されるように、配線ケーブル１５０を介してアクチュエーター１１６（容量性負荷）を接続すると、平滑フィルター２５０の共振周波数ｆ0 よりも高周波数側に、配線ケーブル１５０のインダクタンスと容量性負荷とによる共振が発生する。また、配線ケーブル１５０の長さを変更すると配線ケーブル１５０のインダクタンス値が変化するので、共振周波数ｆc が変化する。従って、接続する配線ケーブル１５０の長さによっては、パルス変調時のキャリア周波数に共振ピークが接近（あるいは一致）して、アクチュエーター１１６に印加する駆動信号に非常に大きなキャリアリップルが残ってしまう場合が起こり得る。
【００３８】
たとえば、デジタル電力増幅器２４０の電源電圧を１００Ｖとし、平滑フィルター２５０とアクチュエーター１１６とを繋ぐ配線ケーブル１５０は、０．５［ｍ］〜２［ｍ］までの間で種々の長さのものが接続されるものとする。仮に、配線ケーブル１５０のインダクタンスが０であったとすると（ケーブル長が０［ｍ］の場合に相当）、図３（ｃ）に示した実線のゲイン−周波数特性に示されるように、キャリア周波数ｆc におけるゲインは−４０ｄｂであり、駆動信号に残るキャリアリップルは１Ｖppとなる。しかし、配線ケーブル１５０のケーブル長が０．５［ｍ］の場合には、キャリア周波数ｆc におけるゲインは−４０ｄｂとなり、ケーブル長が１［ｍ］の場合は−２０ｄｂとなり、ケーブル長が２［ｍ］の場合は−４５ｄｂとなる。駆動信号に残るキャリアリップルは、それぞれ１Ｖpp、１０Ｖpp、０．５６Ｖppとなる。デジタル電力増幅器２４０によって増幅されたＡＣＯＭを、平滑フィルター２５０を通して平滑化しているにも拘わらず、駆動信号にキャリアリップルが重畳することがあるのは、以上のようなメカニズムによるものと考えられる。
【００３９】
キャリアリップルが重畳していたのではアクチュエーター１１６を適切に駆動することができない。しかし、配線中にダンピング抵抗を挿入したのでは、抵抗で電力を消費してしまうので電力効率が低下する。また、キャリアリップルの周波数成分が更に抑制されるように平滑フィルター２５０の特性を変更すると、平滑フィルター２５０の共振周波数ｆ0 が低くなるので信号周波数の帯域が確保できなくなる。逆に、パルス変調時のキャリア周波数を高くすればキャリアリップルを抑制することができるが、パルス変調時あるいは変調信号の増幅時のスイッチング損失の増加を招くことになる。そこで、こうした問題を伴うことなく、キャリアリップルの無い駆動信号をアクチュエーター１１６に印加するために、以下のような方法を採用する。
【００４０】
Ｄ．第１実施例の容量性負荷駆動回路  ：
図４は、第１実施例の容量性負荷駆動回路２００の一部を示した回路図である。第１実施例では、配線ケーブル１５０のケーブル長（あるいはケーブルの特性）に対応するＩＤタグ１６０が配線ケーブル１５０に設けられている。制御ユニット１３０の起動時に、ＩＤタグ１６０に記載された配線情報（ケーブル長やケーブルの特性など）を液体噴射装置１００の操作者が読み取って、スイッチ２７２のＯＮ／ＯＦＦを設定することでキャリア周波数変更手段２８０に配線情報を入力する。すると、キャリア周波数変更手段２８０は、入力された配線情報に基づいてキャリア周波数を変更する。変調回路２３０は、変更されたキャリア周波数を用いてｄＷＣＯＭをパルス変調する。
【００４１】
図５は、ＩＤタグ１６０の配線情報に対応してキャリア周波数が変更される様子をまとめた説明図である。尚、ここでは配線情報として、配線ケーブル１５０の長さが記載されているものとする。たとえば、配線情報であるケーブル長がｘ［ｍ（メートル）］であった場合は、液体噴射装置１００の操作者がスイッチ２７２をＯＦＦに設定する。すると、キャリア周波数変更手段２８０によってキャリア周波数ｆcx1 が選択される。また、配線情報であるケーブル長が２ｘ［ｍ］あるいは４ｘ［ｍ］であった場合には、スイッチ２７２をＯＮに設定することで、キャリア周波数ｆcx2 が選択される。こうすることで、以下の理由から、アクチュエーター１１６への駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。尚、図５では、配線情報としてケーブル長が記載されているものとして説明しているが、配線情報としては、単なる数字や記号であってもよく、あるいはスイッチ２７２の設定状態であってもよい。また、第１実施例では、スイッチ２７２が本発明における「配線情報取得手段」に対応する。
【００４２】
図６は、配線情報に応じてキャリア周波数を変更することで、キャリアリップルが重畳することを回避可能な理由を示した説明図である。ここでは、接続される可能性のある配線ケーブル１５０は、ｘ［ｍ］、２ｘ［ｍ］、４ｘ［ｍ］の３種類であるとする。すると、それぞれの配線ケーブル１５０を用いたときに、配線ケーブル１５０とアクチュエーター１１６との間で生じる共振の共振周波数は、予め調べておくことができる。
【００４３】
図６には、ｘ［ｍ］の配線ケーブル１５０を接続したときのゲイン−周波数特性が二点鎖線で示されている。また、２ｘ［ｍ］の配線ケーブル１５０を接続したときのゲイン−周波数特性が一点鎖線で示されており、４ｘ［ｍ］の配線ケーブル１５０のゲイン−周波数特性が破線で示されている。ここで、平滑フィルター２５０の共振周波数は、必要な信号周波数帯域から決定されており、それ以上には低くできない。すなわち高周波領域における減衰量をそれ以上大きくは設計できないものとする。そのように決定された平滑フィルター２５０の特性において、配線ケーブル１５０が接続されていない理想状態の場合に、アプリケーションのキャリアリップルの仕様値を最低限満足できる周波数（最低周波数）が、図６において「ｆcmin」と表示されている。また、スイッチング損失を抑制する観点、すなわちスイッチ素子の発熱による破壊防止の観点から、キャリア周波数をこれ以上には高くできない周波数が存在する。図６では、このような周波数（最高周波数）が「ｆcmax」と表示されている。パルス変調時のキャリア周波数は、最低周波数ｆcmin〜最高周波数ｆcmaxとの間で設計する必要がある。そこで、最低周波数ｆcmin〜最高周波数ｆcmaxとの間に、互いの間隔を離して２種類のキャリア周波数ｆcx1 ，ｆcx2 を設定しておく。また、キャリア周波数におけるゲインが−４０ｄｂ以下であれば、キャリアリップルが目立たないものとする。
【００４４】
図６から明らかなように、ケーブル長がｘ［ｍ］の配線ケーブル１５０を接続した場合は、キャリア周波数をｆcx1 に設定すれば、ゲインを−４０ｄｂに抑えることが可能である。また、ケーブル長が２ｘ［ｍ］や４ｘ［ｍ］の配線ケーブル１５０を接続した場合は、キャリア周波数をｆcx2 に設定することで、キャリア周波数におけるゲインを−４０ｄｂ以下に抑えることが可能である。そこで、図５に示すように、配線ケーブル１５０のケーブル長（すなわち、配線情報）に対してキャリア周波数を設定しておく。こうすれば、ｘ「ｍ」〜４ｘ「ｍ」のいずれの配線ケーブル１５０が接続された場合でも、アクチュエーター１１６への駆動信号にキャリアリップルが重畳してしまうことを回避することが可能となる。尚、予め設定しておく２種類のキャリア周波数ｆcx1 ，ｆcx2 としては、最低周波数ｆcmin、および最高周波数ｆcmaxを設定しておいても良い。
【００４５】
あるいは、最低周波数ｆcmin〜最高周波数ｆcmaxとの間に、より多種類（３種類以上）のキャリア周波数を設定しておき、ＩＤタグ１６０の配線情報に応じてキャリア周波数を設定するようにしても良い。
【００４６】
図７は、３種類以上のキャリア周波数の中から配線情報に応じたキャリア周波数を選択する第１実施例の他の態様を例示した説明図である。図７（ａ）には、最低周波数ｆcmin〜最高周波数ｆcmaxとの間に、３種類のキャリア周波数ｆcx1 ，ｆcx2，ｆcx3 が設定されている様子が示されている。また、図７（ｂ）には、ＩＤタグ１６０に記載されたケーブル長（配線情報）に応じて、２つのスイッチを設定することにより、何れかのキャリア周波数が選択される様子が示されている。このようにキャリア周波数の種類を増やせば、接続される配線ケーブル１５０に応じて、より適切なキャリア周波数を選択することが可能となる。
【００４７】
Ｅ．第２実施例の容量性負荷駆動回路  ：
以上に説明した第１実施例では、ＩＤタグ１６０に記載された配線情報を、液体噴射装置１００の操作者がスイッチ２７２を設定することによって、キャリア周波数が選択されるものとして説明した。これに対して、配線ケーブル１５０を接続するだけで配線情報がキャリア周波数変更手段２８０に伝達されて、キャリア周波数が設定されるようにすることも可能である。尚、以下に説明する第２実施例および第３実施例において、第１実施例と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
図８は、配線ケーブル１５０を接続することで配線情報に応じたキャリア周波数が設定されるようにした第２実施例の容量性負荷駆動回路２００の一部を示した回路図である。第２実施例では、配線ケーブル１５０の制御ユニット１３０側（容量性負荷駆動回路２００側）に接続されるコネクター１５４が雄コネクターとなっており、制御ユニット１３０側（容量性負荷駆動回路２００側）のコネクターが雌コネクターとなっている。配線ケーブル１５０側のコネクター１５４には、端子２７４ａおよび端子２７４ｂが立設されており、配線ケーブル１５０を制御ユニット１３０（容量性負荷駆動回路２００）に接続すると、端子２７４ａは平滑フィルター２５０から出力されるＣＯＭのラインに接続され、端子２７４ｂはグランドラインに接続される。
【００４９】
また、図８に示すように、第２実施例では、配線ケーブル１５０の制御ユニット１３０（容量性負荷駆動回路２００）側のコネクター１５４に、もう１本の端子２７４ｃも設けられている。この端子２７４ｃは、配線ケーブル１５０を制御ユニット１３０（容量性負荷駆動回路２００）に接続すると、容量性負荷駆動回路２００側に設けられた接点を短絡させるようになっている。すなわち、コネクター１５４に端子２７４ｃが設けられていれば、容量性負荷駆動回路２００の接点が短絡し、端子２７４ｃが設けられていなければ容量性負荷駆動回路２００の接点が切断された状態となる。従って、配線ケーブル１５０のコネクター１５４に端子２７４ｃを設けるか否かによって、配線情報を記憶しておくことができる。
【００５０】
そして、キャリア周波数変更手段２８０では、配線ケーブル１５０が接続されたときの接点の状態によって配線情報を検出して、キャリア周波数を設定する。たとえば、ケーブル長がｘ［ｍ］の場合にはコネクター１５４に端子２７４ｃを設けずに、２ｘ［ｍ］または４ｘ［ｍ］の場合には端子２７４ｃを設けておく。そして、配線ケーブル１５０が接続されたときに、接点が短絡していればキャリア周波数ｆcx1 を選択し、接点が短絡していなければキャリア周波数ｆcx2 を選択するようにすれば、図５に示した場合と同様に配線ケーブル１５０に応じたキャリア周波数を設定することが可能となる。
【００５１】
尚、以上の説明では、１本の端子２７４ｃの有無によって配線情報を記憶するものとしているから、配線情報は１ビットの情報となり、２種類のキャリア周波数ｆcx1 ，ｆcx2 の中から何れかを選択することができる。これに対して複数本の端子２７４ｃの有無によって配線情報を記憶すれば、配線情報のビット数が多くなるので、より他種類のキャリア周波数の中から適切なキャリア周波数を設定することが可能となる。
【００５２】
Ｆ．第３実施例の容量性負荷駆動回路  ：
上述した第２実施例では、配線ケーブル１５０のコネクター１５４に設けられた端子２７４ｃの有無によって配線情報を記憶するものとして説明した。これに対して、配線ケーブル１５０の制御ユニット１３０（容量性負荷駆動回路２００）側のコネクター１５４に、配線情報を記憶したＲＯＭ（記憶媒体）を予め搭載しておいてもよい。
【００５３】
図９は、配線ケーブル１５０のコネクター１５４内に配線情報を記憶したＲＯＭを搭載した第３実施例の容量性負荷駆動回路２００の一部を示した回路図である。第３実施例においては、配線ケーブル１５０の容量性負荷駆動回路２００側のコネクター１５４にＲＯＭ１６２が搭載されており、また、容量性負荷駆動回路２００にはＲＯＭ１６２のデータを読み取るＲＯＭデータリード回路２７６が設けられている。
【００５４】
配線ケーブル１５０を制御ユニット１３０の容量性負荷駆動回路２００に接続して、制御ユニット１３０を起動すると、容量性負荷駆動回路２００に設けられたＲＯＭデータリード回路２７６によって、ＲＯＭ１６２内に記憶されている配線情報が読み出されてキャリア周波数変更手段２８０に入力される。そして、図５または図７（ｂ）に示すような対応関係に基づいて、配線情報に対応したキャリア周波数が選択されて、そのキャリア周波数でパルス変調が行われる。こうすれば、配線ケーブル１５０に応じたキャリア周波数でパルス変調を行うことができるので、アクチュエーター１１６に印加する駆動信号にキャリアリップルが重畳することを回避することが可能となる。
【００５５】
以上、各種実施例の容量性負荷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。例えば、薬剤や栄養剤を内包するマイクロカプセルを形成することに用いる流体噴射装置など、医療機器を含む様々な電子機器に本実施例の容量性負荷駆動回路を適用することで、電力効率が良く小型化の電子機器を提供することができる。また、インクジェットプリンターに搭載されて、インクを噴射する噴射ノズルを駆動するための容量性負荷駆動回路に対しても、本発明を好適に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１００…液体噴射装置、    １１０…噴射ユニット、      １１１…噴射ノズル、
１１２…液体通路管、      １１３…フロントブロック、  １１４…リアブロック、
１１５…液体室、          １１６…アクチュエーター、  １２０…供給ポンプ、
１２１…チューブ、        １２２…チューブ、          １２３…液体タンク、
１３０…制御ユニット、    １５０…配線ケーブル、      １５２…コネクター、
１５４…コネクター、      １６０…ＩＤタグ、          １６２…ＲＯＭ、
２００…容量性負荷駆動回路、  ２１０…駆動波形信号発生回路、
２２０…演算回路、        ２３０…変調回路、    ２４０…デジタル電力増幅器、
２５０…平滑フィルター、  ２６０…補償回路、    ２７０…配線情報取得手段、
２７２…スイッチ、        ２７４ａ〜ｃ…端子、
２７６…ＲＯＭデータリード回路、      ２８０…キャリア周波数変更手段
【図１】
2012116098.tif 000003
【図２】
2012116098.tif 000004
【図３】
2012116098.tif 000005
【図４】
2012116098.tif 000006
【図５】
2012116098.tif 000007
【図６】
2012116098.tif 000008
【図７】
2012116098.tif 000009
【図８】
2012116098.tif 000010
【図９】
2012116098.tif 000011