(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体における電気機械変換の効果を利用して記録媒体に印刷を行うインクジェット記録装置に用いられ、
電圧が徐々に上昇する期間である立ち上がり部と、電圧が徐々に下降する期間である立ち下がり部とを有する台形状パルスを駆動パルス電圧として上記圧電体に供給する駆動パルス生成回路において、
入力パルス電圧を発生する入力パルス生成手段と、
上記入力パルス電圧から上記駆動パルス電圧の上記立ち上がり部を生成し、当該生成した駆動パルス電圧を上記圧電体に供給するコッククロフト・ウォルトン型電源回路と、
上記駆動パルスについての目標とする波形を有する基準電圧と上記圧電体に供給されている駆動パルス電圧とを比較し、上記駆動パルス電圧が上記基準電圧よりも高くなれば上記圧電体に蓄積されている電荷を放電することによって、上記駆動パルスの上記立ち下がり部を生成する圧電体放電手段とを備えており、
上記入力パルス生成手段が、上記入力パルス電圧のパルス数を設定することを特徴とする駆動パルス生成回路。
【請求項２】
圧電体における電気機械変換の効果を利用して記録媒体に印刷を行うインクジェット記録装置に用いられ、
電圧が徐々に上昇する期間である立ち上がり部と、電圧が徐々に下降する期間である立ち下がり部とを有する台形状パルスを駆動パルス電圧として上記圧電体に供給する駆動パルス生成回路において、
入力パルス電圧を発生する入力パルス生成手段と、
上記入力パルス電圧から上記駆動パルス電圧の上記立ち上がり部を生成し、当該生成した駆動パルス電圧を上記圧電体に供給するコッククロフト・ウォルトン型電源回路と、
上記駆動パルスについての目標とする波形を有する基準電圧と上記圧電体に供給されている駆動パルス電圧とを比較し、上記駆動パルス電圧が上記基準電圧よりも高くなれば上記圧電体に蓄積されている電荷を放電することによって、上記駆動パルスの上記立ち下がり部を生成する圧電体放電手段とを備えており、
上記入力パルス生成手段が、上記入力パルス電圧のパルス幅を設定することを特徴とする駆動パルス生成回路。
【請求項３】
圧電体における電気機械変換の効果を利用して記録媒体に印刷を行うインクジェット記録装置に用いられ、
電圧が徐々に上昇する期間である立ち上がり部と、電圧が徐々に下降する期間である立ち下がり部とを有する台形状パルスを駆動パルス電圧として上記圧電体に供給する駆動パルス生成回路において、
入力パルス電圧を発生する入力パルス生成手段と、
上記入力パルス電圧から上記駆動パルス電圧の上記立ち上がり部を生成し、当該生成した駆動パルス電圧を上記圧電体に供給するコッククロフト・ウォルトン型電源回路と、
上記駆動パルスについての目標とする波形を有する基準電圧と上記圧電体に供給されている駆動パルス電圧とを比較し、上記駆動パルス電圧が上記基準電圧よりも高くなれば上記圧電体に蓄積されている電荷を放電することによって、上記駆動パルスの上記立ち下がり部を生成する圧電体放電手段とを備えており、
上記入力パルス生成手段が、上記入力パルス電圧の周波数を設定することを特徴とする駆動パルス生成回路。
【請求項４】
さらに、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサの電荷を放電する初期化放電手段が設けられていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の駆動パルス生成回路。
【請求項５】
上記入力パルス生成手段は、上記駆動パルス電圧をフィードバックすることで、パルス条件を変化させることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の駆動パルス生成回路。
【請求項６】
さらに、圧電体に蓄積された電荷を回収する回生手段を備えていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の駆動パルス生成回路。
【請求項７】
さらに、上記圧電体と上記回生手段との間に、インダクタンス素子が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の駆動パルス生成回路。
【請求項８】
上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路の段数をｎとし、該コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサの個々の静電容量をＣｃとし、上記圧電体の静電容量をＣｐとした場合に、次の関係式
Ｃｐ ≧４Ｃｃ／ｎ
が成立することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の駆動パルス生成回路。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の駆動パルス生成回路と、
電気エネルギーの作用により形状を変化させる圧電体を用いたインク吐出ノズルとを備え、
上記駆動パルス生成回路が出力する駆動パルス電圧を上記圧電体に印加することで、上記ノズル内に発生する圧力の作用によりインクを吐出することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動パルス電圧を印加することにより体積が変化する圧電体を用いたインクジェット記録装置に用いられる駆動パルス生成回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記録媒体に印刷を行うインクジェットヘッドのインクを吐出する手法は、基本的には、インクジェットヘッドに設けられたノズルの先端からインクを吐出するものである。上記ノズルは、インクジェットヘッドに並べた複数のチャンネルのそれぞれの底部に設けられている。具体的には、極めて短時間、上記チャンネルを加圧し、加圧されたチャンネル内のインクが、チャンネルの底部にある細いノズルから、１個のインク滴となって吐出されるというものである。
【０００３】
上記チャンネルの加圧方法として、駆動パルス電圧（以下、適宜「駆動パルス」と略す）を印加することにより体積が変化する電歪素子である圧電体を用いて圧力を発生する方法が知られている。すなわち、上記圧電体により隔てられた複数のチャンネルを有し、そのチャンネルの両壁面上に形成された駆動電極に吐出駆動パルスあるいは非吐出駆動パルスを選択的に印加することによりチャンネルを拡張／収縮させインク吐出動作を行うという方法である。
【０００４】
ところで、上記駆動パルスの波形としては、方形型クロックパルスではなくて、電圧の立ち上げ部（徐々に上昇する期間）および立ち下げ部（徐々に下降する期間）を有するパルス（以下、台形状パルスとする）にすることが好ましい。これは、方形型パルスでは、急峻に立ち上がる時および急峻に立ち下がる時に集中して駆動電極および周辺回路に電流が流れるため、共通電極および周辺回路の抵抗成分によって余分な熱が発生するためである。ここで、台形状パルスを印加すれば、パルスの立ち上がりと立ち下がりは一定の勾配をもって印加される。したがって、台形状パルスは方形型パルスと比べて集中して電流が流れるようなことはなく、駆動電極およびその周辺回路の発熱ロスを少なくすることができる。
【０００５】
上記台形状パルスを生成する方法としては、複数種類の電圧をそれぞれ準備し、パルスを印加する際にパルス電圧を段階的に立ち上げ、印加を停止する際も段階的に立ち下げるという方法がある。なお、直流電源を使用するインクジェット記録装置の場合は、電圧を高圧にするためにＤＣ−ＤＣコンバータが使用されるのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、１種類の電圧を発生させる毎に、１つの電源回路が必要となる。すなわち、上記従来の方法では、複数種類の電圧を発生させるために複数の電源が必要となり、その方法を実施するための電源回路が複雑なものとなるという問題が生じていた。一方直流電源を使用するインクジェット記録装置の場合、高圧電源を発生させるためのＤＣ−ＤＣコンバータが必要となるが、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路自体がコンデンサ、抵抗、コイル、スイッチングトランジスタなどから構成されているので、この場合も電源回路が複雑なものとなるという問題が生じていた。このように、回路が複雑な構成となれば、電源回路に供給される電力に大幅なロスが生じるという問題も生じる。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧電体における電気機械変換の効果を利用して記録媒体に印刷を行うインクジェット記録装置に用いられる駆動パルス生成回路において、簡単な構成により連続的に安定した複数の電圧を生成することを可能にする駆動パルス生成回路とこれを用いたインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記の課題を解決するために、圧電体における電気機械変換の効果を利用して記録媒体に印刷を行うインクジェット記録装置に用いられる駆動パルス生成回路において、基準電位として、電圧が徐々に上昇する期間である立ち上がり部と、電圧が徐々に下降する期間である立ち下がり部とを有する台形状パルスの波形を用い、入力パルス電圧を発生する入力パルス生成手段と、上記立ち上がり部を有する駆動パルス電圧を生成する立ち上がり波形生成手段と、上記基準電位に基づいて、圧電体に蓄積された電荷を放電する圧電体放電手段とを備えており、上記立ち上がり波形生成手段には、上記入力パルス電圧の入力により駆動パルス電圧を生成して上記圧電体に供給する駆動パルス供給手段が含まれており、該駆動パルス供給手段として、コッククロフト・ウォルトン型電源回路が用いられるとともに、上記入力パルス生成手段が、上記入力パルス生成手段が、上記入力パルス電圧のパルス数、パルス幅または周波数を設定することを特徴としている。
【０００９】
上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路とは、整流器とコンデンサとの組み合わせを数段重ねた構成を有しており、交流電流が与えられた際に、該交流電流の１サイクル毎にその電圧を段階的に昇圧させることで、供給された電圧の整数倍の高電圧を生成することができる回路である。
【００１０】
上記何れの構成であっても、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路に、入力パルス電圧として、任意のパルス列（入力パルス）を入力するようになっているとともに、圧電体放電手段が、基準電位に基づいて、圧電体に蓄積された電荷を放電することになる。
【００１１】
しかも上記各構成によれば、入力パルス生成手段が、パルス数、パルスの周波数、またはパルスの幅を変化させた入力パルスを発生させ、コッククロフト・ウォルトン型電源回路に入力することによって、立ち上がり部の勾配を変化させることができる。すなわち、上記何れかのパルス条件を変化させることで、出力波形を制御することが可能になる。
【００１２】
そのため、該コッククロフト・ウォルトン型電源回路の出力電圧を過渡的に上昇させることが可能となっており、その結果、簡単な構成で、圧電体に印加する駆動パルスを、立ち上がり部を有する出力波形とすることができるとともに、基準電位として任意の勾配を有する目標波形を用いれば、駆動電圧を任意の勾配で立ち下げることができる。それゆえ、圧電体に印加する駆動パルスを、簡単な構成で、立ち上がり部および立ち下がり部を有する台形状の出力波形とすることができることに加え、パルス条件を変化させることで、より諸条件に応じたより適切な駆動パルスを得ることが可能になる。
【００１３】
つまり、上記構成によれば、コッククロフト・ウォルトン型電源回路および圧電体放電手段によって、台形状パルスの駆動電圧を生成することができる。そのため、駆動パルスを急峻に立ち上げたり、立ち下げたりすることがないので、圧電体の周辺回路における発熱ロスをさらに一層抑制することができる。
【００１４】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、さらに、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサの電荷を放電する初期化放電手段が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、入力パルス電圧の入力によりコッククロフト・ウォルトン型電源回路で駆動パルス電圧を立ち上げた後、初期化放電手段によってコンデンサの電荷を放電して、コッククロフト・ウォルトン型電源回路を初期化することができる。
【００１６】
つまり上記構成では、初期化放電手段によって、入力パルス電圧が新たに入力された時点には、コンデンサを、電荷が蓄積されていない状態にすることができるので、コッククロフト・ウォルトン型電源回路では、新たに入力された入力パルス電圧に基づいて、確実に駆動パルス電圧を立ち上げることができる。それゆえ、立ち上げ部を有する駆動パルス電圧を連続して生成することができるとともに、立ち上げ部の勾配を適宜変化させても、正確な立ち上げ制御が可能になる。
【００１７】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、上記入力パルス生成手段が、上記駆動パルス電圧をフィードバックすることで、上記パルス条件を変化させることを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、入力パルス生成手段は、駆動パルス電圧を検出して入力パルス電圧の生成に反映させていることになる。そのため、駆動パルスに応じた入力パルスを生成することが可能になり、オープンループ型の回路に比べて、駆動パルス電圧の精度を向上することができる。
【００１９】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、さらに、圧電体に蓄積された電荷を回収する回生手段を備えていることを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、回生手段によって、圧電体に蓄積された電荷を回収して、直流電源に戻すことができる。そのため、圧電体駆動のための電気エネルギーを有効利用することになり、駆動パルス生成回路を低消費電力化することが可能となる。
【００２１】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、さらに、上記圧電体と回生手段との間に、インダクタンス素子が設けられていることを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、駆動パルス電圧の立ち上がり部または立ち下がり部の勾配を任意に変化させた場合でも、立ち上げ・立ち下げに伴う電位の変化を緩衝することができる。そのため、立ち上がり部・立ち下がり部を有する駆動パルス電圧が圧電体に印加されても、印加時に生じるロスを抑制または防止することが可能となり、駆動パルス生成回路をより一層低消費電力化することが可能となる。
【００２３】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路の段数をｎとし、該コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサの個々の静電容量をＣC とし、上記圧電体の静電容量をＣP とした場合に、次の関係式
ＣP ≧４ＣC ／ｎ
が成立することを特徴としている。
【００２４】
上記構成によれば、前回の駆動時に、コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサに電荷が残留した場合でも、該電荷を圧電体が吸収することが可能となり、駆動時毎にコッククロフト・ウォルトン型電源回路を初期化することができる。したがって、駆動時毎に異なる入力パルス電圧を用いても、所定の駆動パルス電圧を確実に生成することが可能になる。
【００２５】
本発明にかかるインクジェット記録装置は、上記構成の駆動パルス生成回路と、電気エネルギーの作用により形状を変化させる圧電体を用いたインク吐出ノズルとを備え、上記駆動パルス生成回路が出力する駆動パルスを上記圧電体に印加することで、上記ノズル内に発生する圧力の作用によりインクを吐出することを特徴としている。
【００２６】
上記構成によれば、少なくとも立ち上がり部を有するパルス、好ましくは、台形状パルスの駆動電圧を生成することができる。そのため、駆動パルスを急峻に立ち上げたり、立ち下げたりすることがないので、圧電体の周辺回路における発熱ロスを抑制することができる。また、駆動パルス生成回路の構成を簡単にし、コストダウンを図ることもできる。これによって、簡単な構成で確実に動作するインクジェット記録装置を提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１ないし図７に基づいて説明すれば以下の通りである。
本発明の実施の一形態であるインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）１は、画像印刷を行うための用紙（記録媒体）に対し、画像データに応じてインクを吹き付けることにより印刷を行う装置である。
【００２８】
まず、上記インクジェットプリンタの要部の構成を透視斜視図として図２に、透視側面図として図３に示す。上記インクジェットプリンタ１は、給紙部２、分離部３、搬送部４、印刷部５および排出部６から構成される。
【００２９】
給紙部２とは、印刷を行う際に用紙Ｐを供給するものであり、給紙トレイ７および図示されないピックアップローラよりなる。印刷を行わない際には、用紙Ｐを保管する機能を果たす。
【００３０】
分離部３は、給紙部２より供給される用紙Ｐを、印刷部５へ一枚ずつ供給するためのものであり、給紙ローラ８および分離装置９よりなる。分離装置９では、パッド部分（シート（用紙）との接触部分）とシートとの摩擦が、用紙Ｐ間の摩擦より大きくなるように設定されている。また、給紙ローラ８では、給紙ローラ８と用紙Ｐとの摩擦が、パッドと用紙Ｐとの摩擦や、用紙Ｐ間の摩擦よりも大きくなるように設定されている。そのため、２枚の用紙Ｐが分離部３まで送られてきたとしても、給紙ローラ８によって、これらの用紙Ｐを分離し、上側の用紙Ｐのみを搬送部４に送ることができる。
【００３１】
搬送部４は、分離部３より一枚ずつ供給される用紙Ｐを、印刷部５へと搬送するためのものであり、ガイド板１０およびローラ対１１よりなる。ローラ対１１は、用紙Ｐを印刷部５に送り込む際に、インクが用紙Ｐの適切な位置に吹き付けられるように、用紙Ｐの搬送を調整する部材である。
【００３２】
印刷部５は、搬送部４のローラ対１１より供給される用紙Ｐへ印刷を行うためのものであり、インクジェットヘッド（インク吐出ノズル）１２とインクタンク１３とを搭載したキャリッジ１４、キャリッジ１４を摺動可能に支持するシャフト１５、キャリッジ１４を用紙Ｐの搬送方向（副走査方向，図２、図３のＺ方向）に直交する方向（主走査方向，図２のＸＹ方向））に移動させるためのタイミングベルト１６、および印刷時に用紙Ｐの台となるプラテン１７より構成される。ここで、インクジェットヘッド１２（以下、ヘッド１２とする。）の構造について説明する。ヘッド１２は、ヘッド１２に設けられたノズルの先端からインクを吐出するものである。上記ノズルは、ヘッド１２に並べた複数のチャンネルのそれぞれの底部に設けられている。具体的には、極めて短時間、上記チャンネルを加圧し、加圧されたチャンネル内のインクが、チャンネルの底部にある細いノズルから、インク滴となって吐出されるというものである。つぎに、インク吐出動作を詳細に説明する。上記チャンネルには圧電体が用いられているので、上記チャンネルに駆動パルスを印加することで、上記チャンネルの体積を変化させることができ、これにより圧力を発生させるものである。すなわち、上記チャンネルの両壁面上に形成された駆動電極に吐出駆動パルスあるいは非吐出駆動パルスを選択的に印加することにより、上記圧電体により隔てられた複数のチャンネルを拡張／収縮させインク吐出動作を行う。
【００３３】
排出部６は、印刷が行われた用紙Ｐをインクジェットプリンタ１の外へ排出するためのものであり、図示しないインク乾燥部、排出ローラ１８および排出トレイ１９よりなる。
【００３４】
つぎに、インクジェットプリンタ１の電気回路を、図４に示すブロック図に基づいて説明する。図４に示すようにインクジェットプリンタ１の電気回路は、制御部２０、ヘッド駆動回路２１、キャリッジ駆動回路２２、用紙搬送駆動回路２３から構成される。
【００３５】
制御部２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit ）により演算を行うことで、インクジェットプリンタ１の動作を制御するブロックであり、メモリ２４、インターフェース部２５、画像処理部２６、駆動系制御部２７より構成される。
【００３６】
メモリ２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）で構成された記憶部である。ＲＡＭは主に印字データＤを一時格納する記憶手段であり、ＲＯＭはインクジェットプリンタ１の制御プログラムや各種テーブル類を予め格納する記憶手段である。
【００３７】
インターフェース部２５は、外部からの印字コマンドおよび印字データＤを受信し、画像処理部２６および駆動系制御部２７へ送信するためのブロックである。画像処理部２６は、インターフェース部２５から入力した印字データＤに種々の処理を施し、ヘッド駆動回路２１へ出力するためのブロックである。一方、駆動系制御部２７は、インターフェース部２５から入力した印字コマンドおよび印字データＤに基づいて、キャリッジモータ２８および用紙搬送モータ２９などの駆動系の制御を行うために、キャリッジ駆動回路２２および用紙搬送駆動回路２３に出力信号を導出する。
【００３８】
なお、ヘッド駆動回路２１はヘッド１２を駆動させるための回路であり、キャリッジ駆動回路２２はタイミングベルト１６を駆動するための回路であり、用紙搬送駆動回路２３は用紙Ｐを搬送するための給紙ローラ８および排出ローラ１８などを駆動する回路である。
上記の構成において、インクジェットプリンタ１は、以下に示す動作によって印刷を行う。まず、制御部２０は、外部からの印字コマンドおよび印字データＤに基づきインクジェットプリンタ１に印刷要求を行う。印刷要求を受信したインクジェットプリンタ１は、給紙トレイ７上のシート（用紙Ｐ）を、図示しないピックアップローラによって給紙部２から分離部３へ搬出する。
【００３９】
つぎに、搬出された用紙Ｐは、給紙ローラ８によって分離部３を通過し、搬送部４へと送られる。搬送部４では、ローラ対１１によって、用紙Ｐをヘッド１２とプラテン１７との間へ送る。
【００４０】
そして、印刷部５では、ヘッド１２のインクノズルよりプラテン１７上の用紙Ｐへ、画像情報に対応してインクが吹き付けられる。具体的に説明すると、まず、キャリッジ１４が主走査方向に移動する。これに伴い、ヘッド１２が印字データＤに対応して、インクタンク１３のインクをプラテン１７上で一端停止されている用紙Ｐに吐出する。このようにして、ヘッド１２による主走査が行われる。そして、制御部２０は、ヘッド１２による１ラインの主走査が終了する毎に、用紙Ｐを所定のピッチずつ副走査方向に搬送させることによって、用紙Ｐに画像が形成される。
【００４１】
印刷が行われた用紙Ｐは、図示しないインク乾燥部を経て、排出ローラ１８によって排出トレイ１９に排出される。その後、用紙Ｐは印刷物としてユーザに提供される。
【００４２】
次に、ヘッド駆動回路２１と、ヘッド駆動回路２１に電源を供給するための駆動パルス生成回路４０との構成について、図１および図５に基づいて説明する。
【００４３】
図１に示すように、本実施の形態における駆動パルス生成回路４０は、少なくとも立ち上がり波形生成回路４１０と、立ち下がり波形生成回路４２０との２つの回路構成を含んでいる。
【００４４】
上記立ち上がり波形生成回路４１０は、図１に示すように、コッククロフト・ウォルトン型電源回路４１１（以下、コッククロフト回路４１１と略す）と、該コッククロフト回路４１１に接続される初期化放電回路４１２と、コッククロフト回路４１１および初期化放電回路４１２とヘッド駆動回路２１との間に接続される電圧印加スイッチ４１３と、コッククロフト回路４１１に接続される、図５（ａ）に示す入力パルス生成回路４１４とを備えている。
【００４５】
一方、上記立ち下がり波形生成回路４２０は、ヘッド駆動回路２１を介して立ち上がり波形生成回路４１０に接続される圧電体放電回路４１５と、圧電体放電回路４１５に接続される回生回路４１６とを備えている。
【００４６】
上記ヘッド駆動回路２１は、図１に示すように、アナログスイッチとしての圧電体選択スイッチ（スイッチ）３１、圧電体３２、駆動電極３３、および抵抗３４を備えている。圧電体選択スイッチ３１は、コッククロフト回路４１１より出力する駆動パルスを印加する圧電体３２を選択するためのアナログスイッチである。圧電体３２は、インクを吐出する各チャンネルを形成し、各チャンネルを隔てている。駆動電極３３は、それぞれの圧電体３２に設けられており、それぞれの圧電体３２に駆動パルスを印加するための電極である。つまり、駆動パルスは、圧電体選択スイッチ３１によって選択的に駆動電極３３を介して圧電体３２に印加され、選択された圧電体３２によって形成されているチャンネルよりインクが吐出される。
【００４７】
なお、実際のヘッド駆動回路２１においては、実際には、ヘッド１２が有するノズルの数だけ圧電体選択スイッチ３１・圧電体３２・駆動電極３３・抵抗３４の組み合わせが並列に複数配置されているが、本実施の形態では、説明の便宜上、圧電体選択スイッチ３１・圧電体３２・駆動電極３３・抵抗３４の組み合わせを一つのみ記載する。
【００４８】
上記立ち上がり波形生成回路４１０および立ち下がり波形回路４２０は、上記駆動パルスを発生させるための電源となるものであり、何れも本実施の形態の特徴部分である。
【００４９】
本実施の形態において、立ち上がり波形生成回路４１０が生成する駆動パルスの波形は、上記駆動電極３３およびその周辺回路の発熱ロスを少なくするため、方形型パルスではなくて、図６最下段に示す駆動パルス電圧ＶPZT の波形のように、段階的に電圧の立ち上げ（上昇）および立ち下げ（下降）を行ったパルス（以下、台形状パルスと称する）となっている。上記立ち上がり波形生成回路４１０は、台形状パルスの立ち上がり部（徐々に上昇する期間）を形成するための手段であり、上記立ち下がり波形生成回路４２０は、台形状パルスの立ち下がり部（徐々に下降する期間）を形成するための手段である。
【００５０】
まず、立ち上がり波形生成回路４１０について説明する。
【００５１】
上記立ち上がり波形生成回路４１０に含まれるコッククロフト回路４１１とは、例えば、図１に示すように整流器（この場合ダイオード）４３とコンデンサ４４との組み合わせを数段重ねることにより、安定した高電圧を発生することのできる回路を指し、本発明では、図１に示すように、最下段と最上段とに初期化放電回路４１２が並列接続された状態となっている。このコッククロフト回路４１１は、電源の電気的切り換え毎に、コンデンサ４４に充電される電圧を段階的に昇圧させることにより、安定した高電圧を発生することができる。
【００５２】
ここで、コッククロフト回路４１１の動作について、図７に示す基本回路（コッククロフト回路６０）を用いて説明する。なお、図１に示す本実施の形態のコッククロフト回路４１１は、２個ずつの整流器４３とコンデンサ４４との組み合わせを４段重ねる構成であるが、図７においては説明の簡略化のため、２個ずつの整流器とコンデンサとの組み合わせを３段重ねる構成とし、入力電源として振幅Ｖ0p-pの交流電源（商用交流電源）６１を用いる。
【００５３】
図７に示すコッククロフト回路６０は、２個ずつの整流器ＤとコンデンサＣとの組み合わせを３段に重ねた構成であり、ここでは、１つの交流電源６１から１サイクル毎に±Ｖ0 ／２の電圧を入力するものとする。
【００５４】
まず、振幅Ｖ0p-pの交流入力において、最初の負の半サイクルにより、交流電源６１が−Ｖ0 ／２を入力すると、コンデンサＣ１は整流器Ｄ１を介してＶ0 / ２に充電される。続く正の半サイクルにより、交流電源６１が＋Ｖ0 ／２を入力すると、入力電圧はコンデンサＣ１に充電されている電荷と重畳する。すなわち、コンデンサＣ１のマイナス端子は＋Ｖ0 ／２に充電され、プラス端子は＋Ｖ0 に充電される。これに伴って、コンデンサＣ４は、整流器Ｄ２を介して＋Ｖ0 に収束するように充電される。
【００５５】
さらに、２周期目の負の半サイクルにより、交流電源６１が−Ｖ0 ／２を入力すると、入力電圧はコンデンサＣ４に充電されている電荷と重畳する。すなわち、コンデンサＣ４のマイナス端子は＋Ｖ0 ／２に充電され、プラス端子は＋Ｖ0 に充電される。ここで、コンデンサＣ１のプラス端子が基準電位となるため、コンデンサＣ２は、整流器Ｄ３を介して＋Ｖ0 に収束するように充電される。よって、コンデンサＣ２には、Ｖ0 の電荷が充電されることとなる。さらに、２周目の正の半サイクルにより、交流電源６１が＋Ｖ0 ／２を入力すると、入力電圧はコンデンサＣ２に充電されている電荷Ｖ0 と重畳する。すなわち、コンデンサＣ２のマイナス端子は＋Ｖ0 ／２に充電され、プラス端子は＋Ｖ0 に充電される。これに伴って、コンデンサＣ５は、整流器Ｄ４を介して＋Ｖ0 に収束するように充電される。
【００５６】
続いて、３周期目の負の半サイクルにより、交流電源６１が−Ｖ0 ／２を入力すると、入力電圧はコンデンサＣ５に充電されている電荷と重畳する。すなわち、コンデンサＣ５のマイナス端子は＋Ｖ0 ／２に充電され、プラス端子は＋３Ｖ0 ／２に充電される。ここで、コンデンサＣ２のプラス端子が基準電位となるため、コンデンサＣ３は、整流器Ｄ３を介して＋３Ｖ0 ／２に収束するように充電される。このようにして、コッククロフト回路６０では、１サイクルで±Ｖ0 ／２の電圧を入力することにより、ｎ回目の正のサイクル時に、コンデンサＣｎにおいてｎ・（Ｖ0 ／２）の電荷を収束させることができる。
【００５７】
本実施の形態では、図１に示すように、２個ずつの整流器４３とコンデンサ４４との組み合わせを数段に重ねた構成のコッククロフト回路４１１を適用しており、コッククロフト回路４１１に±Ｖco／２の交流電圧を入力すると、最上段の出力端子からは４Ｖcoの出力電圧を得ることができる。
【００５８】
ここで、本発明では、コッククロフト回路４１１の入力端子４６に入力される入力電圧Ｖcoがパルス電圧（入力パルス電圧Ｖinとする）となっている。それゆえ、本発明にかかる駆動パルス生成回路４０に備えられる電源手段は、図５（ａ）に示す入力パルス生成回路４１４となっている。この入力パルス生成回路４１４は、入力パルス電圧Ｖinのパルス条件を変化可能としている。したがって、本発明では、コッククロフト回路４１１を駆動パルス供給手段として用い、該コッククロフト回路４１１では、入力パルス生成回路４１４から適宜パルス条件を変化させて入力パルス電圧Ｖinを入力することにより、立ち上がり部を有する波形の駆動パルス電圧ＶPZT を生成して、上記圧電体３２に供給することになる。
【００５９】
本発明にかかる駆動パルス生成回路４０は、上記コッククロフト回路４１１に、入力パルス電圧Ｖinとして、入力パルス生成回路４１４で生成した任意のパルス列（入力パルス）を入力するようになっている。しかも、入力パルス生成回路４１４では、所定の条件に基づいてパルス条件を変化させることができる。
【００６０】
それゆえ、コッククロフト回路４１１の出力電圧を過渡的に上昇させて、立ち上がり部を有する駆動パルスとして圧電体３２に印加できるとともに、駆動パルス電圧ＶPZT の立ち上がり部の勾配を変化させることもできる。それゆえ、より諸条件に応じたより適切な駆動パルスを得ることが可能になり、圧電体３２の周辺回路における発熱ロスを抑制することができる。
【００６１】
本発明において、入力パルス生成回路４１４で変更可能となっているパルス条件としては特に限定されるものではないが、例えば、好ましくは、パルス数、周波数またはパルス幅が挙げられる。本実施の形態では、このうちパルス数を変化させる例について説明する。
【００６２】
本実施の形態における入力パルス生成回路４１４は、図５（ａ）に示すように、コンパレータ（図中ＣＭＰ）４４１、ＡＮＤゲート４４２、コンデンサ４４３、抵抗４４４・４４５・４４６・４４７・４４８より構成され、入力パルス電圧Ｖinのパルス数を変化するようになっている。具体的には、コンパレータ４４１のプラス側入力端子から基準電位Ｖref が、マイナス側入力端子から駆動パルス電圧ＶPZT が入力されるようになっている。マイナス側入力端子には、抵抗４４４・４４５が接続されている。
【００６３】
コンパレータ４４１の出力端子は、ＡＮＤゲート４４２の入力端子の一方に接続されている。ＡＮＤゲート４４２の入力端子の他方からは、クロック信号ＣＫが印加される。また、ＡＮＤゲート４４２には、電圧印加スイッチ４１３の入力タイミング信号ＳＷ１（図６の最上段の信号）も入力される。ＡＮＤゲート４４２の出力端子は、コンデンサ４４３に接続されているとともに、抵抗４４６を介して接地され、抵抗４４７を介して直流電源Ｖccに接続される。コンデンサ４４３は、抵抗４４８を介して接地されるとともに、端子４７を介してコッククロフト回路４１１の入力端子４６に接続される。この構成であれば、後述するように、パルス数を変化させることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態における上記入力パルス生成回路４１４の詳細な機能・作用等については、本実施の形態における駆動パルス生成回路４０の全体の動作説明とともに説明する。
【００６５】
本発明における立ち上がり波形生成回路４１０には、コッククロフト回路４１１に含まれるコンデンサ４４…の電荷を放電する初期化放電回路４１２が設けられている。この初期化放電回路４１２は、スイッチ４２１、ＮＰＮ型のトランジスタ４２２、抵抗４２３・４２４より構成されており、トランジスタ４２２のベースは抵抗４２３およびスイッチ４２１を介して５Ｖのライン（図中line）に接続されており、該トランジスタ４２２のコレクタが、抵抗４２４を介してコッククロフト回路４１１の最上段となる出力端子に、エミッタが最下段に接続されている。
【００６６】
上記初期化放電回路４１２では、入力パルス生成回路４１４から入力パルス電圧Ｖinが入力され、コッククロフト回路４１１で駆動パルス電圧ＶPZT を立ち上げた後に、スイッチ４２１をオンすることで、コンデンサ４４…の電荷を放電してコッククロフト回路４１１を初期化することができる。そのため、入力パルス生成回路４１４から入力パルス電圧Ｖinが新たに入力された時点には、コッククロフト回路４１１では、新たに入力された入力パルス電圧Ｖinに基づいて、確実に駆動パルス電圧ＶPZT を立ち上げることができる。それゆえ、立ち上げ部を有する駆動パルス電圧ＶPZT を連続して生成することができるとともに、立ち上げ部の勾配を適宜変化させても、正確な立ち上げ制御が可能になる。
【００６７】
上記コッククロフト回路４１１から出力される駆動パルス電圧ＶPZT は、ヘッド駆動回路２１の圧電体３２に印加されるが、その印加制御は、電圧印加スイッチ４１３によりなされる。電圧印加スイッチ４１３は、スイッチ４３１、ＭＯＳＦＥＴ−Ｐ型のトランジスタ４３２、ショットキー型の整流器（ダイオード）４３３より構成されている。トランジスタ４３２のゲートがスイッチ４３１に接続され、ドレインがコッククロフト回路４１１（および初期化放電回路４１２）に、ソースが、整流器４３３のアノードに接続されている。
【００６８】
電圧印加スイッチ４１３におけるスイッチ４３１のオン・オフは、図６の最上段に示す入力タイミング信号ＳＷ１により実施され、また、整流器４３３のカソードはヘッド駆動回路２１に接続されている。そのため、入力タイミング信号ＳＷ１に基づいて、トランジスタ４３２により、コッククロフト回路４１１からヘッド駆動回路２１に向けて駆動パルス電圧ＶPZT が印加されることになる。
【００６９】
次に、立ち下がり波形生成回路４２０について説明する。
【００７０】
立ち下がり波形生成回路４２０に含まれる圧電体放電回路４１５は、基準電位Ｖref に基づいて、圧電体３２に蓄積された電荷を放電する。本実施の形態では、図１に示すように、コンパレータ４５１、ＰＮＰ型のトランジスタ４５２、ＰＮＰ型のトランジスタ４５３、抵抗４５４・４５５・４５６・４５７より構成される。トランジスタ４５２のベースは抵抗４５４に、コレクタは抵抗４５５・４５６およびコンパレータ４５１のマイナス側入力端子に接続されエミッタは接地されている。トランジスタ４５３のベースは抵抗４５７に、エミッタはヘッド駆動回路２１および抵抗４５６に、コレクタは後述する回生回路４１６に接続されている。コンパレータの出力端子には抵抗４５７を介してトランジスタ４５３が接続されている。
【００７１】
電圧印加スイッチ４１３におけるスイッチ４３１のオンに伴って、トランジスタ４５２は、コンパレータ４５１のマイナス側入力端子に圧電体３２の駆動パルス電圧ＶPZT を入力する。コンパレータ４５１では、プラス側入力端子から基準電位Ｖref が入力されており、駆動パルス電圧ＶPZT と基準電位Ｖref とが比較される。基準電位Ｖref よりも駆動パルス電圧ＶPZT が高くなれば、コンパレータ４５１の出力端子に接続されているトランジスタ４５３では、ヘッド駆動回路２１から圧電体３２の電荷を放電する。
【００７２】
それゆえ、上記圧電体放電回路４１５では、図６の上から２段目に示すように、基準電位Ｖref として任意の勾配を有する目標波形を用い、この目標波形をコンパレータ４５１に入力して、この入力値に沿った勾配となるように、トランジスタ４５２でチョッピングすれば、駆動パルス電圧ＶPZT を任意の勾配で立ち下げることができる。その結果、上記コッククロフト回路４１１と組み合わせることで、圧電体３２に印加する駆動パルスを、立ち上がり部および立ち下がり部を有する台形状パルス（図６の最下段のＶPZT ）とすることができる。
【００７３】
上記立ち下がり波形生成回路４２０には、さらに、圧電体３２に蓄積された電荷を回収する回生回路４１６が備えられている。本実施の形態では、図１に示すように、インダクタンス素子４６１、整流器（ダイオード）４６２、電解コンデンサ４６３より構成されている。
【００７４】
具体的には、インダクタンス素子４６１の一方には、圧電体放電回路４１５のトランジスタ４５３が接続されているとともに、他方には、５Ｖのラインおよび電解コンデンサ４６３が接続されている。電解コンデンサ４６３の一方には、上記インダクタンス素子４６１・５Ｖのラインが接続されているとともに、他方には、整流器４６２が接続され、かつ接地されている。整流器４６２は、アノードが電解コンデンサ４６３に、カソードがインダクタンス素子４６１（および圧電体放電回路４１５）に接続されており、インダクタンス素子４６１から電解コンデンサに向けて電流が流れるようになっている。
【００７５】
それゆえ、上記回生回路４１６では、圧電体放電回路４１５によって放電させられた圧電体３２の電荷を、電解コンデンサ４６３に回収することができる。回収した電荷は直流電源Ｖccに戻すことができる。そのため、圧電体３２を駆動するための電気エネルギーを有効利用することになり、駆動パルス生成回路４０を低消費電力化することが可能となる。
【００７６】
しかも、上記インダクタンス素子４６１は、圧電体３２と回生回路４１６との間に設けられていると見なすことができるので、圧電体３２に印加される駆動パルス電圧ＶPZT の立ち上がり部または立ち下がり部の勾配を任意に変化させた場合でも、立ち上げ・立ち下げに伴う電位の変化を緩衝して平滑化することができる。そのため、駆動パルス電圧ＶPZT の印加時に生じるロスを抑制または防止することが可能となり、駆動パルス生成回路４０をより一層低消費電力化することが可能となる。
【００７７】
なお、上記インダクタンス素子４６１の代わりに抵抗を用いれば、抵抗の発熱により回収した電荷がロスしてしまうことになり、低消費電力化の観点から見れば好ましくない。また、上記インダクタンス素子４６１を設けずに、直接トランジスタ４５３と電解コンデンサ４６３とを接続した場合、ロスなしで電荷を回収することは可能であるが、サージな電流が流れるために、状況によっては、トランジスタ４５３や電解コンデンサ４６３が破損するおそれもあるため好ましくない。
【００７８】
次に、図６に示すタイミングチャートに基づいて、本実施の形態における駆動パルス生成回路４０の全体の動作説明を説明する。図６では、時間を横軸、電位の大きさを縦軸として、本実施の形態における駆動パルス生成回路４０にて用いられる入力タイミング信号ＳＷ１、基準電位Ｖref 、入力パルス電圧Ｖin、放電用のパルス信号Ｑおよび放電信号ＤＣＨ、コッククロフト回路４１１から出力される出力電圧ＶCP、駆動パルス電圧ＶPZT の関係を示している。
【００７９】
まず、電圧印加スイッチ４１３のスイッチ４３１を、最上段の入力タイミング信号ＳＷ１に基づいてオンする。このオンと同時に、入力パルス生成回路４１４は、例えば図６の３段目に示すような入力パルスを生成し、コッククロフト回路４１１に入力する。これと同時に、図６の５段目に示すように、放電信号ＤＣＨが停止され、圧電体放電回路４１５による圧電体３２からの放電が停止する。それゆえ、コッククロフト回路４１１から出力される出力電圧Ｖout （駆動パルス電圧ＶPZT ）が確実に圧電体３２に印加される。
【００８０】
ここで、図５（ａ）に示す入力パルス生成回路４１４では、予め準備されている目標波形、すなわち、図６の２段目に示す基準電位Ｖref および駆動パルス電圧ＶPZT がコンパレータ４４１に入力され、これらが比較される。基準電位Ｖref が駆動パルス電圧ＶPZT よりも高ければ、ＡＮＤゲート４４２はクロック信号ＣＫを出力する。クロック信号ＣＫに基づいて入力パルスが生成され、コッククロフト回路４１１に入力される。
【００８１】
ここで、入力パルス生成回路４１４によるパルス数の変更について説明する。上記コッククロフト回路４１１の動作の基本は、交流の１周期に、交流のピーク電圧分だけ電圧を上昇させることである。それゆえ、入力パルス条件としてパルス数を変更する場合には、図５（ｂ）に示すように、基準電位Ｖref に達していなければ入力パルス電圧Ｖinを１パルス出力し、基準電位Ｖref を上回っていれば、そのときの入力パルス電圧Ｖinのパルスを間引く。これによって、オン時における一定のパルス幅の周波数を変更することができ、駆動パルス電圧ＶPZT を変化することができる。なお、図５（ｂ）における駆動パルス電圧ＶPZT の変化は実際には滑らかであるが、説明の便宜上、大きな段差で示している。
【００８２】
そして、コッククロフト回路４１１から出力される出力電位ＶCPは、図６の下から２段目に示すように、所定の勾配を有するように立ち上がっていく。そして、入力パルスの生成・入力が停止すると、立ち上がりは停止し、一定となり、さらに、入力タイミング信号ＳＷ１のオフにより、出力電位ＶCPは低下していくが、圧電体３２に入力される駆動電圧、すなわち駆動パルス電圧ＶPZT （出力電圧Ｖout ）は、一定の値で持続される。
【００８３】
つまり、本実施の形態では、上記入力パルス生成回路４１４は、圧電体３２を駆動するための上記駆動パルス電圧ＶPZT をフィードバックすることで、上記パルス数（すなわちパルス条件）を変化させることが可能となっている。そのため、駆動パルス電圧ＶPZT を検出して入力パルス電圧Ｖinの生成に反映させていることになり、オープンループ型の回路に比べて、駆動パルス電圧ＶPZT の精度を向上することができる。
【００８４】
その後、トランジスタ４５３に対して、図６の４段目に示すパルス信号Ｑを入力することで、コンパレータ４５１に入力された基準電位Ｖref の勾配に沿うように駆動パルス電圧ＶPZT がチョッピングされる。その結果、駆動パルス電圧ＶPZT は基準電位Ｖref のように一定電圧値から立ち下がっていく。その結果、台形状パルスが形成される。
【００８５】
このように、本発明にかかる駆動パルス生成回路およびインクジェット記録装置では、コッククロフト・ウォルトン型電源回路および圧電体放電回路によって、台形状パルスの駆動電圧を生成することができる。そのため、駆動パルスを急峻に立ち上げたり、立ち下げたりすることがないので、圧電体の周辺回路における発熱ロスをより一層抑制することができる。
【００８６】
また、入力パルス生成回路が、パルス条件を変化可能としているため、立ち上がり部の勾配を変化させることができる。すなわち、パルス条件を変化させた入力パルスにより、出力波形を制御することが可能になる。それゆえ、より諸条件に応じたより適切な駆動パルスを得ることが可能になり、圧電体の周辺回路における発熱ロスをさらに一層抑制することができる。
【００８７】
なお、上述した本実施の形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。したがって、上記各回路の構成は、図１や図５（ａ）に示す構成に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００８８】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図８に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１で用いた部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【００８９】
前記実施の形態１では、コッククロフト回路４１１におけるコンデンサの静電容量は特に限定しなかったが、本実施の形態では、圧電体３２の静電容量に対するコンデンサの静電容量を規定することで、コッククロフト回路４１１をより初期化し易くするようになっている。
【００９０】
すなわち、本実施の形態にかかる駆動パルス生成回路４０およびこれを備えるインクジェット記録装置１では、立ち上がり波形生成回路４１０に含まれるコッククロフト回路４１１の段数をｎとし、該コッククロフト回路４１１に含まれるコンデンサ４４の個々の静電容量をＣC とし、ヘッド駆動回路２１に含まれる圧電体３２の静電容量をＣP とした場合に、次の関係式（１）
ＣP ≧４ＣC ／ｎ  ・・・（１）
が成立するようになっている。
【００９１】
上記関係式（１）について具体的に説明する。図８（ａ）に示すように、コッククロフト回路４１１を、アースされている電源６２と、該電源６２に接続される入力側コンデンサ６３と、入力側コンデンサ６３に接続されるとともにアースされている出力側コンデンサ６４とからなる簡略化モデルに置き換える。
【００９２】
この場合、入力側コンデンサ６３は、コッククロフト回路４１１における入力側（入力端子４６側）のコンデンサ４４（図１（ａ）において、左側で直列しているコンデンサ４４）に対応し、出力側コンデンサ６４は、コッククロフト回路４１１における出力側（ヘッド駆動回路２１側）のコンデンサ（図１（ａ）において、右側で直列しているコンデンサ４４）と、ヘッド駆動回路２１に含まれる圧電体３２とに対応する。したがって、入力側コンデンサ６３の静電容量ＣSは、入力側のコンデンサ４４の静電容量ＣC の直列合成となり、出力側コンデンサ６４の静電容量ＣP ’は、出力側のコンデンサ４４の静電容量ＣC と圧電体３２の静電容量ＣP との直列合成となる。
【００９３】
そこで、入力パルスの波高値をＶOPとし、入力側コンデンサ６３の初期電荷をＶCOとし、圧電体３２の初期電荷をＶPOとした場合に、負サイクルでコンデンサ４４が充電されるとともに、初期電荷が与えられた正サイクルで圧電体３２に流れ込む充電電流を時間ｔの関数Ｉ(ｔ)とすると、次式（２）が成立する。
【００９４】
【数１】
0004152632.tif 000002
【００９５】
ただし、上記式（２）においては、コッククロフト回路４１１の段数をｎとすると、ＣS ＝ＣC ／ｎかつＣP ’＝ＣP ＋ＣS である。
【００９６】
ここで、上記圧電体３２の充電電圧を時間ｔの関数ＶC (ｔ)とすると、このＶC (ｔ)は、上記式（２）から、次式（３）として求められる。
【００９７】
【数２】
0004152632.tif 000003
【００９８】
さらに、上記式（３）より、圧電体３２の充電開始時、もしくは充電開始直後には、圧電体３２の充電電圧ＶC (ｔ)と、入力側コンデンサ６３の静電容量ＣSおよび出力側コンデンサ６４の静電容量ＣP ’との間には、次式（４）の関係が成立する。
【００９９】
【数３】
0004152632.tif 000004
【０１００】
上記式（４）の関係は、図８（ｂ）に示すような、上記入力側コンデンサ６３の静電容量ＣS に対する圧電体３２の静電容量ＣP の比である正規化容量ＣP ／ＣS を横軸とし、上記入力側コンデンサ６３の静電容量ＣS と上記出力側コンデンサ６４の静電容量ＣP ’との和ＣS ＋ＣP ’に対する上記静電容量ＣS の比である正規化電圧ＣS ／（ＣS ＋ＣP ）を縦軸とするグラフで表される。
【０１０１】
上述したように、ＣS ＝ＣC ／ｎであることから、上記正規化容量ＣP ／ＣS ＝ＣP ／（ＣC ／ｎ）と表すことができる。それゆえ、図８（ｂ）に示すように、コッククロフト回路４１１においては、負荷である圧電体３２の静電容量ＣP またはコッククロフト回路４１１の段数ｎの増加に伴って、入力パルス１サイクル当たりの充電電圧は減少していく。しかしながら、上記正規化容量ＣP ／ＣS ＝４を超えると、減少の比率が低下していくことがわかる。それゆえ、コッククロフト回路４１１において、効率のよい充電を実現する条件、または充電のダイナミックレンジを広く確保する条件として、上記関係式（１）が得られることになる。
【０１０２】
このように、コンデンサ４４の静電容量ＣC と圧電体３２の静電容量ＣP との間に上記関係式（１）が成立していれば、前回の駆動時に、コッククロフト回路４１１のコンデンサ４４に電荷が残留した場合でも、該電荷を圧電体３２が吸収することが可能となり、駆動時毎にコッククロフト回路４１１を初期化することができる。したがって、駆動時毎に異なる入力パルス電圧Ｖinを用いても、所定の駆動パルス電圧ＶPZT を確実に生成することが可能になる。また、実施の形態１における初期化放電回路４１２と組み合わせることによって、初期化をより一層確実なものとすることができる。
【０１０３】
また、コッククロフト回路４１１の段数ｎが少なければ、一度の印加により高い電圧値が圧電体３２に印加されるが、段数ｎが多く、かつコンデンサ４４の容量が圧電体３２よりも小さければ、一度の印加で圧電体３２に印加される電圧値を低く抑えることができる。したがって、コッククロフト回路４１１の段数ｎは４以上であることが非常に好ましい。
【０１０４】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図９および図１０に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、説明の便宜上、実施の形態１または２で用いた部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。
【０１０５】
前記実施の形態１では、入力パルス生成回路４１４が、パルス条件としてパルス数を変化可能としていたが、本実施の形態では、パルス条件として、周波数またはパルス幅を変更可能としている。
【０１０６】
具体的には、図９（ａ）に示すように、本実施の形態における入力パルス生成回路４１７は、エラーアンプ４７１、パルス幅変調器（図中ＰＷＭ）４７２、バッファ４７３、コンデンサ４７４、抵抗４７５・４７６・４７７・４７８・４７９より構成されている。
【０１０７】
上記エラーアンプ４７１のプラス側入力端子からは基準電位Ｖref が入力され、マイナス側入力端子からは駆動パルス電圧ＶPZT が入力される。マイナス側入力端子には、抵抗４７４・４７５が接続されている。エラーアンプ４７１の出力端子はパルス幅変調器４７２に接続されており、パルス幅変調器４７２では、エラーアンプ４７１でプラスエラーとなる場合に、クロック信号ＣＫの入力に基づいてパルス幅を広くするように変調する。
【０１０８】
パルス幅変調器４７２の出力端子はバッファ４７３に接続されており、バッファ４７３には、電圧印加スイッチ４１３の入力タイミング信号ＳＷ１（図６の最上段の信号）も入力される。バッファ４７３の出力端子は、コンデンサ４７４に接続されているとともに、抵抗４７７を介して接地され、抵抗４７８を介して直流電源Ｖccに接続される。コンデンサ４７４は、抵抗４７９を介して接地されるとともに、端子４７を介してコッククロフト回路４１１の入力端子４６に接続される。
【０１０９】
あるいは、図１０（ａ）に示すように、本実施の形態における入力パルス生成回路４１８は、エラーアンプ４８１、可変周波数発振器（図中ＶＦＯ）４８２、バッファ４８３、コンデンサ４８４、抵抗４８５・４８６・４８７・４８８・４８９より構成されていてもよい。
【０１１０】
上記エラーアンプ４８１のプラス側入力端子からは基準電位Ｖref が入力され、マイナス側入力端子からは駆動パルス電圧ＶPZT が入力される。マイナス側入力端子には、抵抗４８４・４８５が接続されている。エラーアンプ４８１の出力端子は可変周波数発振器４８２に接続されており、可変周波数発振器４８２では、エラーアンプ４８１でプラスエラーとなる場合に、クロック信号ＣＫの入力に基づいて周波数を増加させて充電の立ち上がりを追随させるように発振する。
【０１１１】
可変周波数発振器４８２の出力端子はバッファ４８３に接続されており、バッファ４８３には、電圧印加スイッチ４１３の入力タイミング信号ＳＷ１（図６の最上段の信号）も入力される。バッファ４８３の出力端子は、コンデンサ４８４に接続されているとともに、抵抗４８７を介して接地され、抵抗４８８を介して直流電源Ｖccに接続される。コンデンサ４８４は、抵抗４８９を介して接地されるとともに、端子４７を介してコッククロフト回路４１１の入力端子４６に接続される。
【０１１２】
上記入力パルス生成回路４１７は、パルス幅を変化させることにより、上記入力パルス生成回路４１８は、周波数を変化させることにより、出力電圧Ｖout すなわち駆動パルス電圧ＶPZT の立ち上がり勾配と到達電圧を変化させることができる。
【０１１３】
上記入力パルス生成回路４１７および４１８によるパルス条件の変更について説明する。実施の形態１で述べたように、上記コッククロフト回路４１１の動作の基本は、交流の１周期に、交流のピーク電圧分だけ電圧を上昇させることである。
【０１１４】
上記入力パルス生成回路４１７の場合、パルス幅を変更する。そのため、図９（ｂ）に示すように、入力パルス生成回路４１７では、基準電位Ｖref に合わせてチャージしている時間を、ピークまでチャージする時間より短くする（すなわち入力パルス電圧Ｖinのパルス幅を変更する）。これによって、放電している時間を含めた１周期で上昇する駆動パルス電圧ＶPZT を、ピークより小さい電圧で制御して、駆動パルス電圧ＶPZT を変化させる。
【０１１５】
一方、上記入力パルス生成回路４１８の場合、周波数を変更する。そのため、コッククロフト回路４１１の基本動作通りで、図１０（ｂ）に示すように、入力パルス電圧Ｖinの周波数を、基準電位Ｖref の傾きに合うような周波数に変更することで、駆動パルス電圧ＶPZT を変化させる。なお、図９（ｂ）・図１０（ｂ）の何れにおいても、駆動パルス電圧ＶPZT の変化は実際には滑らかであるが、説明の便宜上、大きな段差で示している。
【０１１６】
それゆえ、入力パルス電圧において、パルス数（実施の形態１）、周波数、パルス幅の何れかのパルス条件を変化させることで、出力波形を制御することが可能になる。それゆえ、より諸条件に応じたより適切な駆動パルスを得ることが可能になり、圧電体の周辺回路における発熱ロスをさらに一層抑制することができる。
【０１１７】
なお、電圧を高圧にする技術として、コッククロフト・ウォルトン型電源回路は公知であるが、このコッククロフト・ウォルトン型電源回路をインクジェットヘッドの高圧電源に用いた例として、特開２０００−１２７４０９号公報に電気感応作動媒体を用いた記録装置が開示されている。上記の公報は、電気感応作動媒体を用いたインクジェット記録装置の高圧電源回路にコッククロフト・ウォルトン型電源回路を用いたものであり、１回路のコッククロフト・ウォルトン型電源回路より１個の高圧電圧を出力させている。
【０１１８】
これに対して、本発明にかかるインクジェット記録装置では、まず、駆動パルスを印加することにより体積が変化する圧電体を用いたインクジェット記録装置の電源回路にコッククロフト・ウォルトン型電源回路を用いているという点が異なっており、さらには、台形状パルスを形成するために、コッククロフト・ウォルトン型電源回路にパルス条件を変化可能に入力パルスを印加することで、立ち上がり部を形成し、圧電体放電手段を用いて立ち下がり部を形成するようになっている点が大きく異なっている。
【０１１９】
上記の構成によれば、圧電体を用いたインクジェット記録装置の電源回路にコッククロフト・ウォルトン型電源回路を適用しているので、コッククロフト・ウォルトン型電源回路の出力を過渡的に用いることで、特定電圧の整数倍の電圧（到達電圧）を徐々に上昇させながら効率よく取り出すことができる。また、このコッククロフト・ウォルトン型電源回路に圧電体放電手段を組み合わせて用いているため、特定電圧の整数倍の電圧を徐々に下降させることができる。
【０１２０】
しかも、電圧の上昇および到達電圧の値は、入力パルス電圧のパルス条件を変化させるだけで容易に実現することができ、電圧の下降も、トランジスタによるチョッピングとインダクタンス素子の平滑化により実現することができる。また、電圧の下降の入力がアナログであっても、電圧も低く電流も少ないため、デジタルな発振を積分するなどして簡単につくり出すことができる。
【０１２１】
従来は、特定電圧よりも高い電圧を取り出すのに、ＤＣ−ＤＣコンバータが用いられていた。ＤＣ−ＤＣコンバータはコンデンサ、抵抗、コイル、およびスイッチングトランジスタから構成され、回路が複雑であるので、電力ロスが大きくなる傾向にあった。一方、本発明で用いられるコッククロフト・ウォルトン型電源回路は、基本的には、コンデンサおよび整流器から成る非常に単純な構成であるので、ＤＣ−ＤＣコンバータと比較して、電力ロスを抑えることができる。
【０１２２】
さらに、上記の構成によれば、複数の電圧を必要とするインクジェット記録装置の電源回路において、電源回路が非常に単純な回路構成となる。
【０１２３】
すなわち、従来は、複数の特定電圧を発生させるためには、それぞれ固有の電源回路を複数、用意する必要があった。この結果、インクジェット記録装置の電源回路は大変複雑なものとなっていた。これに対して、上記の構成であれば、複数の電圧を単一の電源回路から取り出すことができるので、電源回路が非常に単純な回路構成となる。
【０１２４】
また、本発明にかかる駆動パルス生成回路は、能動素子であるアナログスイッチを用いずにシンプルなダイオードで構成している。そのため、負荷容量の少ない液晶の駆動などに用いられるチャージポンプに比べ、インクジェットヘッドの駆動など大容量負荷である圧電体を高速放充電駆動する用途に好適に用いることができる。特に、本発明にかかる駆動パルス生成回路は、パルス状の大負荷電流の印加に好適であり、また、チャージポンプを用いた場合に並直切替えによる出力タップの回避などにも好適なものである。
【０１２５】
特に、コッククロフト・ウォルトン型電源回路を用いると、第１の利点として、パルス数、周波数、パルス幅等のパルス条件を変化させることにより、到達電圧を微妙に変化させることができるという点が挙げられる。チャージポンプでは、別途調整回路を設けない限り、もともと設定された段階毎でしか電圧を変化させることができない。また、電圧を変化させた場合、段数が変わってしまう。
【０１２６】
また、第２の利点として、コッククロフト・ウォルトン型電源回路では、電源より高圧の電圧を生成することが可能であるという点が挙げられる。コッククロフト・ウォルトン型電源回路を用いれば、電源は低いままで高い駆動電圧を生成できるが、チャージポンプでは、電源電圧以上の駆動電圧を生成することはできない。それゆえ、コッククロフト・ウォルトン型電源回路を用いた本発明は、インクジェット記録装置に好適に用いることができる。
【０１２７】
このように本発明にかかる駆動パルス生成回路は、圧電体における電気機械変換の効果を利用して記録媒体に印刷を行うインクジェット記録装置に用いられる駆動パルス生成回路において、入力パルス電圧を発生する入力パルス生成手段と、該入力パルス電圧の入力により駆動パルス電圧を生成して上記圧電体に供給する駆動パルス供給手段とを備えており、上記駆動パルス供給手段として、コッククロフト・ウォルトン型電源回路が用いられるとともに、上記入力パルス生成手段が、入力パルス電圧のパルス条件を変化可能とする構成を少なくとも有している。
【０１２８】
上記構成によれば、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路に、入力パルス電圧として、任意のパルス列（入力パルス）を入力するようになっている。それゆえ、該コッククロフト・ウォルトン型電源回路の出力電圧を過渡的に上昇させることが可能となっており、その結果、簡単な構成で、圧電体に印加する駆動パルスを、立ち上がり部を有する出力波形とすることができる。
【０１２９】
つまり、上記構成によれば、コッククロフト・ウォルトン型電源回路によって、任意のパルス列の入力電圧を、任意の勾配を有する立ち上がり波形として出力することができる。そのため、駆動パルスを急峻に立ち上げることがないので、圧電体の周辺回路における発熱ロスを抑制することができる。
【０１３０】
本発明では、上記構成に加えて、さらに、基準電位に基づいて、圧電体に蓄積された電荷を放電する圧電体放電手段が備えられていることが好ましい。
【０１３１】
上記構成によれば、圧電体放電手段が、基準電位に基づいて、圧電体に蓄積された電荷を放電することになる。そのため、基準電位として任意の勾配を有する目標波形を用いれば、駆動電圧を任意の勾配で立ち下げることができる。その結果、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路と組み合わせることで、圧電体に印加する駆動パルスを、簡単な構成で、立ち上がり部および立ち下がり部を有する台形状の出力波形とすることができる。
【０１３２】
つまり、上記構成によれば、コッククロフト・ウォルトン型電源回路および圧電体放電手段によって、台形状パルスの駆動電圧を生成することができる。そのため、駆動パルスを急峻に立ち上げたり、立ち下げたりすることがないので、圧電体の周辺回路における発熱ロスをより一層抑制することができる。
【０１３３】
本発明では、上記構成に加えて、上記入力パルス生成手段において変化されるパルス条件が、パルス数、周波数またはパルス幅であることが好ましい。
【０１３４】
上記構成によれば、入力パルス生成手段が、パルス数、パルスの周波数、またはパルスの幅を変化させた入力パルスを発生させ、コッククロフト・ウォルトン型電源回路に入力することによって、立ち上がり部の勾配を変化させることができる。すなわち、上記何れかのパルス条件を変化させることで、出力波形を制御することが可能になる。それゆえ、より諸条件に応じたより適切な駆動パルスを得ることが可能になり、圧電体の周辺回路における発熱ロスをさらに一層抑制することができる。
【０１３５】
本発明では、上記構成に加えて、さらに、上記入力パルス生成手段が、上記駆動パルス電圧をフィードバックすることで、上記パルス条件を変化させることが好ましく、また、上記構成に加えて、さらに、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサの電荷を放電する初期化放電手段が設けられていることが好ましく、また、上記構成に加えて、さらに、圧電体に蓄積された電荷を回収する回生手段を備えていることが好ましく、また、上記構成に加えて、上記圧電体と回生手段との間に、インダクタンス素子が設けられていることが好ましい。また、本発明では、前記関係式（１）が成立することが好ましい。
【０１３６】
加えて、本発明にかかるインクジェット記録装置は、上記構成の駆動パルス生成回路と、電気エネルギーの作用により形状を変化させる圧電体を用いたインク吐出ノズルとを備え、上記駆動パルス生成回路が出力する駆動パルスを上記圧電体に印加することで、上記ノズル内に発生する圧力の作用によりインクを吐出する構成となっている。
【０１３７】
なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても、本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。
【０１３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる駆動パルス生成回路は、基準電位として、電圧が徐々に上昇する期間である立ち上がり部と、電圧が徐々に下降する期間である立ち下がり部とを有する台形状パルスの波形を用い、入力パルス電圧を発生する入力パルス生成手段と、上記立ち上がり部を有する駆動パルス電圧を生成する立ち上がり波形生成手段と、上記基準電位に基づいて、圧電体に蓄積された電荷を放電する圧電体放電手段とを備えており、上記立ち上がり波形生成手段には、上記入力パルス電圧の入力により駆動パルス電圧を生成して上記圧電体に供給する駆動パルス供給手段が含まれており、該駆動パルス供給手段として、コッククロフト・ウォルトン型電源回路が用いられるとともに、上記入力パルス生成手段が、上記入力パルス生成手段が、上記入力パルス電圧のパルス数、パルス幅または周波数を設定するものである。
【０１３９】
それゆえ、上記構成では、コッククロフト・ウォルトン型電源回路によって、任意のパルス列の入力電圧を、任意の勾配を有する立ち上がり波形として出力することができる。また、上記構成では、圧電体放電手段をコッククロフト・ウォルトン型電源回路と組み合わせることで、台形状パルスの駆動電圧を生成することができる。そのため、駆動パルスを急峻に上昇させたり、下降させたりすることがないので、圧電体の周辺回路における発熱ロスをより一層抑制することができるという効果を奏する。
【０１４０】
また、上記構成では、パルス数、周波数またはパルス幅の何れかのパルス条件を変化させることで、出力波形を制御することが可能になる。それゆえ、より諸条件に応じたより適切な駆動パルスを得ることが可能になるので、圧電体の周辺回路における発熱ロスをさらに一層抑制することができるという効果を奏する。
【０１４１】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、さらに、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサの電荷を放電する初期化放電手段が設けられている構成である。
【０１４２】
それゆえ、上記構成では、初期化放電手段によって、入力パルス電圧が新たに入力された時点には、コンデンサを、電荷が蓄積されていない状態にすることができるので、コッククロフト・ウォルトン型電源回路では、新たに入力された入力パルス電圧に基づいて、確実に駆動パルス電圧を立ち上げることができる。それゆえ、立ち上げ部を有する駆動パルス電圧を連続して生成することができるとともに、立ち上げ部の勾配を適宜変化させても、正確な立ち上げ制御が可能になるという効果を奏する。
【０１４３】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、上記入力パルス生成手段が、上記駆動パルス電圧をフィードバックすることで、上記パルス条件を変化させる構成である。
【０１４４】
それゆえ、上記構成では、入力パルス生成手段は、駆動パルス電圧を検出して入力パルス電圧の生成に反映させていることになる。そのため、駆動パルスに応じた入力パルスを生成することが可能になり、オープンループ型の回路に比べて、駆動パルス電圧の精度を向上することができるという効果を奏する。
【０１４５】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、さらに、圧電体に蓄積された電荷を回収する回生手段を備えている構成である。
【０１４６】
それゆえ、上記構成では、回生手段によって、圧電体に蓄積された電荷を回収して、直流電源に戻すことができる。そのため、圧電体駆動のための電気エネルギーを有効利用することになり、駆動パルス生成回路を低消費電力化することが可能となるという効果を奏する。
【０１４７】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、さらに、上記圧電体と回生手段との間に、インダクタンス素子が設けられている構成である。
【０１４８】
それゆえ、上記構成では、駆動パルス電圧の立ち上がり部または立ち下がり部の勾配を任意に変化させた場合でも、立ち上げ・立ち下げに伴う電位の変化を緩衝することができる。そのため、印加時に生じるロスを抑制または防止することが可能となり、駆動パルス生成回路をより一層低消費電力化することが可能となるという効果を奏する。
【０１４９】
本発明にかかる駆動パルス生成回路は、上記構成に加えて、上記コッククロフト・ウォルトン型電源回路の段数をｎとし、該コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサの個々の静電容量をＣC とし、上記圧電体の静電容量をＣP とした場合に、次の関係式
ＣP ≧４ＣC ／ｎ
が成立する構成である。
【０１５０】
それゆえ、上記構成では、前回の駆動時に、コッククロフト・ウォルトン型電源回路に含まれるコンデンサに電荷が残留した場合でも、該電荷を圧電体が吸収することが可能となり、駆動時毎にコッククロフト・ウォルトン型電源回路を初期化することができる。したがって、駆動時毎に異なる入力パルス電圧を用いても、所定の駆動パルス電圧を確実に生成することが可能になるという効果を奏する。
【０１５１】
本発明にかかるインクジェット記録装置は、以上のように、上記構成の駆動パルス生成回路と、電気エネルギーの作用により形状を変化させる圧電体を用いたインク吐出ノズルとを備え、上記駆動パルス生成回路が出力する駆動パルスを上記圧電体に印加することで、上記ノズル内に発生する圧力の作用によりインクを吐出する構成である。
【０１５２】
それゆえ、上記構成では、少なくとも立ち上がり部を有するパルス、好ましくは、台形状パルスの駆動電圧を生成することができる。そのため、駆動パルスを急峻に立ち上げたり、立ち下げたりすることがないので、圧電体の周辺回路における発熱ロスを抑制することができる。また、駆動パルス生成回路の構成を簡単にし、コストダウンを図ることもできる。これによって、簡単な構成で確実に動作するインクジェット記録装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる駆動パルス生成回路の一例を示す回路図である。
【図２】  図１に示す駆動パルス生成回路が内蔵されているインクジェット記録装置を示す透視斜視図である。
【図３】  図１に示す駆動パルス生成回路が内蔵されているインクジェット記録装置を示す透視側面図である。
【図４】  図２および図３に示すインクジェット記録装置における回路構成を示すブロック図である。
【図５】  （ａ）は、図１に示す駆動パルス生成回路に含まれる入力パルス生成回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す入力パルス生成回路による駆動パルス電圧の変化を模式的に示すグラフである。
【図６】  図１に示す駆動パルス生成回路にて用いられる入力タイミング信号、基準電位、入力電圧、放電用のパルス信号および放電信号、コッククロフト・ウォルトン型電源回路から出力される出力電圧、駆動パルス電圧の関係を示すタイミングチャートである。
【図７】  図１に示す駆動パルス生成回路に用いられる商用交流電源とコッククロフト・ウォルトン型電源回路を示した回路図である。
【図８】  （ａ）は、図１に示す駆動パルス生成回路において、コッククロフト・ウォルトン型電源回路を簡略化モデルに置き換えた場合を示す回路図であり、（ｂ）は、上記簡略化モデルを用いた場合のコッククロフト・ウォルトン型電源回路の正規化電圧と正規化容量との関係を示すグラフである。
【図９】  （ａ）は、図５（ａ）に示す入力パルス生成回路の他の例を示す回路図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す入力パルス生成回路による駆動パルス電圧の変化を模式的に示すグラフである。
【図１０】  （ａ）は、図５（ａ）に示す入力パルス生成回路のさらに他の例を示す回路図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す入力パルス生成回路による駆動パルス電圧の変化を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
１    インクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）
１２    インクジェットヘッド（インク吐出ノズル）
２１    ヘッド駆動回路
３２    圧電体
４０    駆動パルス生成回路
４４    コンデンサ
６０    コッククロフト・ウォルトン型電源回路
６１    交流電源（商用交流電源）
４１０    立ち上がり波形生成回路（立ち上がり波形生成手段）
４１１    コッククロフト・ウォルトン型電源回路（駆動パルス供給手段）
４１２    初期化放電回路（初期化放電手段）
４１４    入力パルス生成回路（入力パルス生成手段）
４１５    圧電体放電回路（圧電体放電手段）
４１６    回生回路（回生手段）
４６１    インダクタンス素子
【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】
0004152632.tif 000011
【図８】
0004152632.tif 000012
【図９】
0004152632.tif 000013
【図１０】
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