(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号に基づきトランジスタ対を介して容量性負荷を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧を生成するとともに、前記高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧を高圧側出力端子及び低圧側出力端子を介して前記トランジスタ対を構成する各トランジスタのコレクタに印加する電源電圧生成部とを有するとともに、
前記電源電圧生成部は、並列に接続した多段の電源と、隣接する前記電源間に接続された逆流防止手段と、前記駆動信号が所定の閾値を越える毎又は所定の閾値未満になる毎に制御手段によりオン／オフ制御されて隣接する電源間を直列に接続するスイッチ手段とを有し、
さらに前記電源の低圧側出力端子に接続した電位制御用のコンデンサと、
前記コンデンサにチャージされた電荷を前記高圧側出力端子を介して前記電源に回生するためのスイッチ手段を備えた電力回生手段とを有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載する容量性負荷の駆動回路において、
前記電源電圧生成部は一個の電圧源とこの電圧源に並列に接続した多段のコンデンサとで構成したことを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する容量性負荷の駆動回路において、
電位制御用のコンデンサに抵抗を接続することによりＲＣの時定数回路を構成したことを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載する容量性負荷の駆動回路における前記容量性負荷は、電圧の印加に伴い変位することによりノズル開口を介して液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの圧電素子であることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
【請求項５】
請求項４に記載する容量性負荷の駆動回路を有することを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容量性負荷の駆動回路及び液体吐出装置に関し、特に台形状波形の駆動信号を用いて圧電素子を駆動するインクジェット式記録ヘッド及びこれを有するインクジェット式記録装置に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
駆動信号の供給により液体を吐出させ、この液体を対象物に着弾させて印字等の処理を行う液体吐出装置としては、例えば、圧電素子の変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置が知られている。この種の液体吐出装置では、多数の圧電素子を支障なく動作させるべく十分な電流を供給する必要がある。このため、電流増幅部によって電流が増幅された駆動信号を用いている。
【０００３】
かかる電流増幅部で駆動信号の電流増幅を行う場合、充電用のトランジスタにおける消費電力は、電源電位と駆動信号の電位との差に電流を乗じた量となる。一方、放電用のトランジスタにおける消費電力は、駆動信号の電位と接地電位との差に電流を乗じた量となる。このため、各トランジスタにおける消費電力が大きくなり、この消費電力を可及的に低減する技術が待望されていた。かかる要望に応えるべく駆動電流による電力消費の低減を目的とする従来技術として特許文献１に開示するものがある。
【０００４】
特許文献１に開示された駆動回路では、圧電素子を駆動する台形状の主駆動信号に対し、この主駆動信号の形状を倣うように所定量オフセットさせた補助駆動信号を形成するとともに、この補助駆動信号を電源電圧とすることにより、両者の差を小さくして消費電力の低減を図っている。
【０００５】
このため、前記駆動回路は、アナログ信号に基づきトランジスタ対を介して主駆動信号を生成する主駆動信号生成部と、パルス信号に基づき他のトランジスタ及び平滑回路を介して補助駆動信号を生成する補助駆動信号生成部とを有している。前記パルス信号は、ＰＷＭ回路により主駆動信号を表す信号と三角波とを比較器で比較することにより得ている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７２９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載された駆動回路のＰＷＭ回路では、三角波と比較する主駆動信号を表す信号は主駆動信号に対してオフセットが付くように或る値を加算する等の処理をしている。このため、前記平滑回路による遅延等により主駆動信号と補助駆動信号との差が小さくなり、動作が不安定になる場合がある。近年、主駆動信号の周波数は高周波化の傾向が顕著になっており、その分遅延の影響を無視できなくなりつつある。他方で、主駆動信号と補助駆動信号とのオフセット値を初めから大きくとっておくと、トランジスタ対の熱損失を低減して消費電力を小さくすることが難しくなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、消費電力を低減し得るとともに、高周波域でも安定した動作が保証される容量性負荷の駆動回路及び液体吐出装置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】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、アナログ信号に基づきトランジスタ対を介して容量性負荷を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧を生成するとともに、前記高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧を高圧側出力端子及び低圧側出力端子を介して前記トランジスタ対を構成する各トランジスタのコレクタに印加する電源電圧生成部とを有するとともに、前記電源電圧生成部は、並列に接続した多段の電源と、隣接する前記電源間に接続された逆流防止手段と、前記駆動信号が所定の閾値を越える毎又は所定の閾値未満になる毎に制御手段によりオン／オフ制御されて隣接する電源間を直列に接続するスイッチ手段とを有し、さらに前記電源の低圧側出力端子に接続した電位制御用のコンデンサと、前記コンデンサにチャージされた電荷を前記高圧側出力端子を介して前記電源に回生するためのスイッチ手段を備えた電力回生手段とを有することを特徴とする容量性負荷の駆動回路にある。
本態様によれば、駆動信号に対する高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧を駆動信号の変化に追従させたスイッチ手段の切替のみで容易に形成することができる。
この結果、高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧と駆動信号との差を小さくすることができ、その分前記差に起因するトランジスタ対における消費電力を小さくすることができる。また、かかる消費電力の低減化には電源の段数を増やすことで容易に対処し得る。
さらに、平滑回路等の遅延要素を加味したオフセット量の調整等の必要がなく、所定のスイッチングタイミングでスイッチ手段のオン／オフ制御を行うだけで所望の高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧を容易に得ることができる。この結果、駆動信号の高周波数化にも良好に対処し得る。
また、前記電源の低圧側出力端子にはこの低圧側出力端子の電位を所定値に維持するための電位制御手段を接続しているので、容量性負荷からの電力回生時にスイッチ手段の状態に起因する低圧側出力端子の電位のフローティング状態を回避し、その電位を一定に保持することができる。この結果、スイッチングの際のノイズの発生等を有効に防止し得る。
さらに、前記電位制御用のコンデンサにチャージされた電荷を前記高圧側出力端子を介して前記電源に回生することができるので、その分電源電圧生成部における電力消費を低減し得る。
【００１０】
ここで、前記電源電圧生成部は、一個の電圧源とこの電圧源に並列に接続した多段のコンデンサとで好適に構成することができる。タンデム接続した多段のチャージポンプを構成した場合であるが、この場合にはさらに低圧側出力端子を介して容量性負荷から良好に電力を回生し得る。また、容易に多段化を実現でき、多段化によるトランジスタ対における消費電力の低減効果をより顕著なものとすることができる。
【００１１】
さらに、前記電位制御部はコンデンサとこのコンデンサに接続した抵抗とで好適に構成することができる。この場合には、ＲＣの時定数回路が構成されるため、さらにスイッチング時の電圧変動を滑らかにすることができるという効果も得る。
【００１２】
ここで、前記容量性負荷は、電圧の印加に伴い変位することによりノズル開口を介して液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの圧電素子とするのが好ましい。液体噴射ヘッドの圧電素子は一般に台形状の波形を組み合わせた駆動信号を用いるが、所定のオフセット量を確保しつつ容易に前記駆動信号の形状に倣う高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧を形成することができるからである。
【００１３】
本発明の他の態様は、前記容量性負荷の駆動回路を有する液体吐出装置にある。本態様によれば、当該液体噴射装置の消費電力の削減に寄与し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図１に示すように、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体吐出装置としてのインクジェット式記録装置Ｉに設けられている。即ち、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インクジェット式記録装置Ｉのキャリッジ３に搭載され、キャリッジ３は、インクジェット式記録装置Ｉの装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出する。
【００１５】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図１中は図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００１６】
図２は、図１に示す記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂが内蔵するインクジェット式記録ヘッドの一例を示す模式的断面図である。同図に示すように、当該インクジェット式記録ヘッド１０は、インクを噴射するノズル開口１２に連通する圧力発生室１３と、圧力発生室１３と図示しないインクカートリッジとを連通させる流路１４と、圧力発生室１３に対向して設けられた振動板１５と、振動板１５を介して圧力発生室１３に圧力変化を発生させる圧電素子１１とを備えている。圧電素子１１は、ケース１６に、固定板１７を介して固定されている。圧電素子１１の基端部近傍には、固定板１７とは反対側の面に、各圧電素子１１を駆動するための信号、即ち駆動信号Ｓ２（図３参照）を供給する配線１８が設けられている。この配線１８が、前記ヘッド制御部３０（図３参照）に接続されている。このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、ヘッド制御部３０から駆動信号Ｓ２が配線１８を介してインクジェット式記録ヘッド１０に送出され、圧電素子１１に駆動信号Ｓ２が印加される。圧電素子１１は、駆動信号Ｓ２に応じて、充電・放電を繰り返して伸縮することで振動板１５を変形させて、圧力発生室１３の容積を変化させる。この圧力発生室１３の容積変化により、所定のノズル開口１２からインク滴が吐出される。
【００１７】
図３はインクジェット式記録装置の制御系の構成を示すブロック線図である。同図に示すように、インクジェット式記録装置Ｉ内には、インクジェット式記録装置Ｉの制御を行う制御部２０が設けられている。制御部２０は、ＣＰＵ２１と、装置制御部２２と、容量性負荷の駆動回路であるヘッド制御部３０とを備えている。
【００１８】
さらに詳言すると、ＣＰＵ２１からキャリッジ３（図１参照）の移動を示す信号が装置制御部２２に入力されると、装置制御部２２は、駆動モータ６を駆動させてキャリッジ３をキャリッジ軸５に沿って移動させるとともに、ＣＰＵ２１からの記録シートＳ（図１参照）の搬送を示す信号が装置制御部２２に入力され、装置制御部２２は、給紙ローラ２３を駆動して記録シートＳを搬送させる。
【００１９】
一方、ヘッド制御部３０には、ＣＰＵ２１からヘッドの駆動信号Ｓ２を生成するためのアナログ信号Ｓ１及び当該ヘッド制御部３０のスイッチング制御（後に詳説する）を行うスイッチング信号Ｓ３が入力される。この結果、ヘッド制御部３０は駆動信号Ｓ２をインクジェット式記録ヘッド１０の各圧電素子１１を選択的に駆動してインクを吐出させる。ここで、インクジェット式記録ヘッド１０は図示しないドライバＩＣがＣＰＵ２１からヘッド制御信号を供給されて各圧電素子１１を選択的に駆動させる。
【００２０】
図４は、上述の如くインクジェット式記録ヘッドを制御するヘッド制御部の詳細なブロック線図である。同図に示すように、ヘッド制御部３０は、ヘッドの駆動信号Ｓ２（図３参照）を生成する本形態における駆動信号生成部３１であるトランジスタ対３１Ａ、高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを生成する電源電圧生成部であるチャージポンプ３２及び電位制御部３３を有している。
【００２１】
ここで、トランジスタ対３１Ａは、このトランジスタ対３１Ａを構成するＮＰＮ型のトランジスタＴＲ１及びＰＮＰ型のトランジスタＴＲ２のベースに供給されるアナログ信号Ｓ１に基づき駆動信号Ｓ２を生成する。アナログ信号Ｓ１は、ＣＰＵ２１が記憶している駆動信号Ｓ２のディジタルデータをＣＰＵ２１内でＤ／Ａ変換することにより得ている。
【００２２】
また、チャージポンプ３２は、後に詳説するが多段に構成されており、ＣＰＵ２１から出力されるスイッチング信号Ｓ３による切替制御により複数種類の電圧である高圧側電源電圧ＶＵ乃至低圧側電源電圧ＶＬを高圧側出力端子３２Ｕ乃至低圧側出力端子３２Ｌを介してトランジスタＴＲ１乃至トランジスタＴＲ２のコレクタに印加するようになっている。かくしてトランジスタＴＲ１乃至トランジスタＴＲ２のコレクタにはチャージポンプ３２の段数に応じた複数種類の電圧値をとって階段状に変化する高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを印加することができる。ここで、高圧側電源電圧ＶＵは常に駆動信号Ｓ２の電圧値を超える値となり、また低圧側電源電圧ＶＬは駆動信号Ｓ２の電圧値未満の値となるようにチャージポンプ３２のスイッチング制御が行われている。
【００２３】
電位制御部３３はチャージポンプ３２の低圧側出力端子３２Ｌに接続されており、この低圧側出力端子３２Ｌの電位を所定値に維持するためのものである。その具体的な構成については後に詳述する。また、電力回生部３４は複数のスイッチ手段（図４には図示せず）を具備しており、ＣＰＵ２１が出力するスイッチング信号Ｓ３によりオン／オフが制御されて電位制御部３３にチャージされた電荷を高圧側出力端子３２Ｕを介してチャージポンプ３２に回生するように構成してある。
【００２４】
かかるヘッド制御部３０では、ＣＰＵ２１で生成されたアナログ信号Ｓ１が、トランジスタ対３１Ａの各トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のベースに入力される。この結果、トランジスタ対３１Ａは、アナログ信号Ｓ１を増幅して多数の圧電素子１１を同時に動作させるのに十分な電流を供給する駆動信号Ｓ２を生成する。
【００２５】
ここで、トランジスタ対３１Ａは、相補的に接続されたトランジスタＴＲ１，ＴＲ２によって構成されているプッシュプル増幅回路である。かかる増幅回路を用いることで、高い電流増幅率を得ることができる。具体的にその構成を説明すると、トランジスタ対３１Ａは、互いのエミッタ同士が接続されたＮＰＮ型のトランジスタＴＲ１とＰＮＰ型のトランジスタＴＲ２とによって構成されている。トランジスタＴＲ１は、駆動信号Ｓ２の電圧上昇時に動作するものであり、圧電素子１１の充電用のトランジスタである。このトランジスタＴＲ１では、コレクタに高圧側電源電圧ＶＵが印加される。一方、ＰＮＰ型のトランジスタＴＲ２は、駆動信号Ｓ２の電圧下降時に動作するものであり、圧電素子１１の放電用のトランジスタである。このトランジスタＴＲ２では、コレクタに低圧側電源電圧ＶＬが印加される。
【００２６】
さらに、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は、エミッタで接続され、この接続部から圧電素子１１に駆動信号Ｓ２が出力される。
【００２７】
かかるトランジスタ対３１Ａは、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のベースに入力されたアナログ信号Ｓ１によって動作が制御される。例えば、アナログ信号Ｓ１の電位が上昇状態であるとき、トランジスタＴＲ１におけるベースの電位がそのエミッタの電位よりも所定値以上高くなると、トランジスタＴＲ１がオン状態となる。これに伴って駆動信号Ｓ２の電位も上昇する。一方、アナログ信号Ｓ１の電位が下降状態であるとき、トランジスタＴＲ２におけるベースの電位がそのエミッタの電位よりも所定値以上低くなると、トランジスタＴＲ２がオン状態となる。これに伴って駆動信号Ｓ２の電位も下降する。このように、駆動信号Ｓ２の電位波形は、アナログ信号Ｓ１の電圧波形と相似形となるように制御される。
【００２８】
ここで、本形態のおいては、チャージポンプ３２に対するスイッチング制御により電圧波形が駆動信号Ｓ２を倣うような階段形状に成形された高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを生成して、これら高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬをトランジスタ対３１Ａの電源電圧としている。すなわち、高圧側電源電圧ＶＵは常に駆動信号Ｓ２の電圧値を超える値となり、また低圧側電源電圧ＶＬは駆動信号Ｓ２の電圧値未満の値となって駆動信号Ｓ２の形状を倣うように階段状に変化する形状となっているので、高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬと駆動信号Ｓ２の電圧値との差を小さくすることができる。この結果、その分トランジスタ対３１Ａにおける消費電力を低減することができる。
【００２９】
図５はチャージポンプを含む本形態におけるヘッド制御部の具体的な回路構成を示す回路図、図６はその出力である駆動信号と高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧との関係を示す波形図である。なお、図５中、図４と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
図５に示すように、チャージポンプ３２は各段に一個のコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を設けてこれらを電圧源ＶＳに並列に接続した３段のチャージポンプである。すなわち、隣接するコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３間には逆流防止手段であるダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３が接続されるとともに、隣接するコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３間を直列に接続するためのスイッチＳＷ７，ＳＷ１，ＳＷ８，ＳＷ５，ＳＷ９，ＳＷ６を有している。かくして、スイッチＳＷ７，ＳＷ１，ＳＷ８，ＳＷ５，ＳＷ９，ＳＷ６のオン／オフの組み合わせにより、低圧側出力端子３２Ｌには電圧１から電圧４までの電圧（図６参照）を、高圧側出力端子３２Ｕには電圧２から電圧５までの電圧（図６参照）をそれぞれ生成することができる。ここで、電圧１は接地電圧であり、電圧２が電圧源ＶＳの出力電圧Ｖｏである。そして、電圧３＝（電圧２＋Ｖｏ）、電圧４＝（電圧２＋２×Ｖｏ）、電圧５＝（電圧２＋３×Ｖｏ）となっている。すなわち、１段目で電圧２から電圧３まで昇圧し、２段目で電圧３から電圧４まで昇圧し、さらに３段目で電圧４から電圧５まで昇圧し得るように構成してある。この結果、トランジスタＴＲ１のコレクタには、高圧側出力端子３２Ｕを介して電圧２乃至電圧５の電圧を選択的に印加することができ、トランジスタＴＲ２のコレクタには、低圧側出力端子３２Ｌを介して電圧１乃至電圧４の電圧を選択的に印加することができる。
【００３１】
したがって、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ９のオン／オフのタイミングを的確に制御することにより、図６に示すような駆動信号Ｓ２の波形を倣う階段状の高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを生成することができる。このためのスイッチＳＷ１乃至ＳＷ９のオン／オフの切替制御は、上述の如くＣＰＵ２１が出力するスイッチング信号Ｓ３で行っている。すなわち、駆動信号Ｓ２の増加時には駆動信号Ｓ２が電圧２乃至電圧４を超える直前に一段上の電圧に切替え、駆動信号Ｓ２の減少時には駆動信号Ｓ２が電圧４乃至電圧２を下回る直前に一段下の電圧に切替えるようにすれば良い。
【００３２】
電位制御部３３は、本形態の場合、低圧側出力端子３２Ｌに接続されたコンデンサＣ６、Ｃ１０で構成してある。これらのうちコンデンサＣ６は低圧側出力端子３２Ｌと接地との間に直接接続してあり、またコンデンサＣ１０は低圧側出力端子３２Ｌと接地との間にスイッチＳＷ１５を介して接続してある。ここで、コンデンサＣ６を設けたのは次の理由による。すなわち、後に詳述するように、コンデンサＣ１０は、これにチャージされた電荷をコンデンサＣ３に回生する際に、スイッチＳＷ１５で一旦低圧側出力端子３２Ｌから切り離される。この結果、コンデンサＣ６がない場合には、スイッチＳＷ１５のオフ時に低圧側出力端子３２Ｌの電位がフローティング状態となる。そこで、かかるフローティングによる電位の不定状態を回避するためコンデンサＣ６を設けている。ここで、コンデンサＣ６は圧電素子１１からの電荷のチャージによりコンデンサＣ１０と同電位になっている。ただ、コンデンサＣ６はスイッチＳＷ１，ＳＷ５，ＳＷ６がオンとなる初期状態においては接地されてしまうので、その電荷は回生されることなく接地側に逃げてしまう。そこで、コンデンサＣ６はコンデンサＣ１０に対して可及的に容量が小さいものを選択するのが好ましい。スイッチＳＷ１５のオンによりコンデンサＣ１０が低圧側出力端子３２Ｌから切り離されている時期のみ低圧側出力端子３２Ｌの電位を一定に維持できれば良いからである。
【００３３】
かかる電位制御部３３により容量性負荷である圧電素子１１からチャージポンプ３２側に電力を回生する場合に低圧側出力端子３２Ｌの電位が不定となるのを防止して所定の値を維持し得る。すなわち、スイッチＳＷ９とスイッチＳＷ６とを同時にオン状態にするとコンデンサＣ２が短絡されてしまうので、同時にオンすることがないように両者が同時にオフ状態となる瞬間が存在する。この際、コンデンサＣ６，Ｃ１０がない場合には、低圧側出力端子３２Ｌの電位がフローティング状態となって不定になる。そこで、低圧側出力端子３２ＬにコンデンサＣ６，Ｃ１０を接続することで低圧側出力端子３２Ｌの電位を所定値に維持し、動作の安定化を図っている。ちなみに、コンデンサＣ６，Ｃ１０の何れもがない場合にはチャージポンプ３２における電圧切替の際にノイズが発生する等の不都合を生起する。
【００３４】
さらに、本形態ではコンデンサＣ６，Ｃ１０に抵抗Ｒが接続してある。かかる抵抗Ｒを接続することにより，ＲＣの時定数回路を構成することができ、電圧切替の際の電圧を滑らかに変化させることができる。
【００３５】
電力回生部３４は４個のスイッチＳＷ１５，ＳＷ１６，ＳＷ１７，ＳＷ１８からなる。コンデンサＣ１０を電位制御部３３として機能させる場合には、スイッチＳＷ１５，ＳＷ１６をオンにして低圧側出力端子３２Ｌの電位を一定に維持させる。
【００３６】
一方、コンデンサＣ１０にチャージされた電荷の回生時には、電圧源ＶＳとコンデンサＣ１０の接地側との間に接続されているスイッチＳＷ１７をオンしてコンデンサＣ１０の電位を電圧源ＶＳの出力電圧Ｖｏの分だけ持ち上げるとともに、高圧側出力端子３２ＵとコンデンサＣ１０の電源側との間に接続されているスイッチＳＷ１８をオンすることによりコンデンサＣ３にコンデンサＣ１０の電荷を移動させる。ここで、コンデンサＣ３の容量＞コンデンサＣ１０の容量となるように両者の容量を選定しておく。本形態では、コンデンサＣ３の容量とコンデンサＣ１０の容量が１０：１になるように選定してある。この結果、コンデンサＣ１０にチャージされていた電荷が全部コンデンサＣ３に移動してもコンデンサＣ３の電位は、１／１０上昇するだけである。したがって、コンデンサＣ１０から移動した電荷のほとんどをコンデンサＣ３で吸収することができ、コンデンサＣ１０からの電力の回生が可能となる。かかる電力の回生を実現するためには、スイッチＳＷ１５乃至スイッチＳＷ１８を所定のタイミングでオン／オフ制御する必要がある。かかるスイッチング制御はＣＰＵ２１（図４参照）が出力するスイッチング信号Ｓ３で行うが、その具体的な態様に関しては後に詳述する。
【００３７】
表１は図６に示すタイミングＴ０乃至Ｔ９の各時点における各スイッチＳＷ１乃至Ｓ１８のオン／オフ状態を示している。表１中、波形状態がＴ０→Ｔ１乃至Ｔ７→Ｔ８が高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを生成する場合のスイッチング制御、Ｔ８→Ｔ９１乃至Ｔ８→Ｔ９１０がコンデンサＣ１０の電荷の回生時のスイッチング制御の態様を示している。そこで、本形態におけるスイッチング制御の態様を上記２つの場合に分けて説明する。
【００３８】
【表１】
0005083546.tif 000002
【００３９】
１）高圧側電源電圧ＶＵと低圧側電源電圧ＶＬとを生成する場合のスイッチング制御
先ず、この場合にはスイッチＳＷ１５乃至ＳＷ１８の状態は変化しない。すなわち、スイッチＳＷ１５とスイッチＳＷ１６がオンとなってコンデンサＣ１０を低圧側出力端子３２Ｌと接地との間に接続している。この状態ではコンデンサＣ１０はコンデンサＣ６とともに電位制御部３３として機能する。
【００４０】
一方、Ｔ０→Ｔ１では各スイッチＳＷ１乃至ＳＷ９のオン／オフ状態は表１のようになり、高圧側出力端子３２Ｕが電圧２、低圧側出力端子３２Ｌが電圧１となる。その後、高圧側出力端子３２Ｕの電圧は、Ｔ１→Ｔ２では電圧３に昇圧されるとともに、Ｔ２→Ｔ３で電圧２に降圧された後、Ｔ３→Ｔ４及びＴ４→Ｔ５で順次電圧３，電圧４と昇圧され、Ｔ５→Ｔ６の間で最大電圧の電圧５となる。その後はＴ６→Ｔ７、Ｔ７→Ｔ８、Ｔ８→Ｔ９で電圧４、電圧３、電圧２に順次降圧される。これに伴い低圧側出力端子３２Ｌの電圧は、高圧側出力端子３２Ｕの電圧よりも出力電圧Ｖｏだけ低い電圧で推移する。
【００４１】
この結果，高圧側電源電圧ＶＵは図６中に一点鎖線で示す波形となり、低圧側電源電圧ＶＬは図６中に点線で示す波形となる。
【００４２】
なお、各タイミングＴ１乃至Ｔ８におけるスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ９の切替は電圧２乃至電圧４に基づく値を各閾値として駆動信号Ｓ２の波形に基づく電圧と比較することによりＣＰＵ２１（図４参照）で生成されるスイッチング信号Ｓ３で制御する。
【００４３】
かかる本形態によれば、図６に示すように、高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを駆動信号Ｓ２の波形に沿わせて階段状に変化させることができるので、トランジスタ対３１Ａで消費する電力をその分低減することができる。ちなみに、本形態においては高圧側電源電圧ＶＵと駆動信号Ｓ２との間の面積及び駆動信号Ｓ２と低圧側電源電圧ＶＬとの間の面積の和が消費電力となる。
【００４４】
さらに、駆動信号Ｓ２が下降する際には容量性負荷である圧電素子１１に充電した電力をチャージポンプ３２のコンデンサＣ２等に回生することができる。この結果、その分チャージポンプ３２で消費する電力を低減し得る。
【００４５】
２）コンデンサＣ１０の電荷の回生時のスイッチング制御
Ｔ８→Ｔ９１ではオン状態のスイッチＳＷ９がオフ状態となる。この結果、低圧側出力端子３２ＬがコンデンサＣ６，Ｃ１０の電位に維持される。
【００４６】
Ｔ８→Ｔ９２では、オン状態のスイッチＳＷ１５がオフ状態となる。この結果、コンデンサＣ１０が低圧側出力端子３２Ｌから切り離されるが、コンデンサＣ６により低圧側出力端子３２Ｌの電位は継続して所定電位に維持される。
【００４７】
Ｔ８→Ｔ９３ではオフ状態のスイッチＳＷ６がオン状態となる。これにより初期状態に戻る。
【００４８】
Ｔ８→Ｔ９４ではオン状態のスイッチＳＷ１６がオフ状態となる。この結果、コンデンサＣ１０が接地電位から切り離されその電位が浮く。
【００４９】
Ｔ８→Ｔ９５ではオフ状態のスイッチＳＷ１７がオン状態となる。この結果、コンデンサＣ１０の電位に電圧源ＶＳの出力電圧Ｖｏが重畳される。
【００５０】
Ｔ８→Ｔ９６ではオフ状態のスイッチＳＷ１８がオン状態となる。このとき、コンデンサＣ１０の電位＞コンデンサＣ３の電位となっているので、コンデンサＣ１０の電荷が高圧側出力端子３２Ｕを介してコンデンサＣ３に移動する。また、このときコンデンサＣ３の容量＞コンデンサＣ１０の容量となるように両者の容量が選定されているので、コンデンサＣ１０から移動した電荷のほとんどをコンデンサＣ３で吸収することができ、コンデンサＣ１０からの電力が回生される。
【００５１】
Ｔ８→Ｔ９７ではオン状態のスイッチＳＷ１７がオフ状態となる。この結果、コンデンサＣ１０が電圧源ＶＳから切り離される。
【００５２】
Ｔ８→Ｔ９８ではオン状態のスイッチＳＷ１８がオフ状態となる。この結果、コンデンサＣ１０が浮いた状態となる。
【００５３】
Ｔ８→Ｔ９９ではオフ状態のスイッチＳＷ１６がオン状態となる。この結果、コンデンサＣ１０の一方が接地される。
【００５４】
Ｔ８→Ｔ９１０ではオフ状態のスイッチＳＷ１５がオン状態となる。この結果、初期状態に戻り、コンデンサＣ１０は低圧側出力端子３２Ｌと接地との間に接続される。このとき、スイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ６がオン状態であるので、コンデンサＣ１０の電荷は接地に逃げるが、その量は極めて少ない。コンデンサＣ３に移動させた後であるからである。かくして、電圧制御機能を発揮した際にコンデンサＣ１０にチャージされた電荷はそのほとんどがコンデンサＣ３に回生される。
【００５５】
上記実施の形態によれば、駆動信号Ｓ２に対する高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを駆動信号Ｓ２の変化に追従させたスイッチＳＷ１乃至スイッチＳＷ９の切替のみで容易に形成することができる。
【００５６】
この結果、高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬと駆動信号Ｓ２との差を小さくすることができ、その分前記差に起因するトランジスタ対３１Ａにおける消費電力を小さくすることができる。
【００５７】
また、低圧側出力端子３２Ｌにはこの低圧側出力端子３２Ｌの電位を所定値に維持するための電位制御部３３であるコンデンサＣ３，Ｃ１０を接続しているので、容量性負荷である圧電素子１１からの電力回生時における低圧側出力端子３２Ｌの電位のフローティング状態を回避し、その電位を一定に保持することができる。この結果、スイッチングの際のノイズの発生等を有効に防止し得る。
【００５８】
さらに、前記電位制御用のコンデンサＣ１０にチャージされた電荷を高圧側出力端子３２Ｕを介してチャージポンプ３２のコンデンサＣ３に回生することができるので、その分電源電圧生成部における電力消費を低減し得る。
【００５９】
なお、上記実施の形態においては電源として３段のチャージポンプをタンデム接続した場合を示したが、これに限るものではない。原理的には多段の電源を並列に接続して複数種類の電圧を高圧側出力端子及び低圧側出力端子から取り出し得る構造のものであれば特別な制限はない。また、チャージポンプの段数にも、勿論制限はない。ただ、段数が多ければ多いほど、忠実に駆動信号の波形に倣う高圧側電源電圧ＶＵ及び低圧側電源電圧ＶＬを生成することができるので、トランジスタ対３１Ａで消費される電力をその分良好に低減することができる。
【００６０】
さらに、上述した実施形態では、縦振動型の圧電素子１１に対して駆動信号を入力する場合について説明したが、圧力発生室１３に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としては、特にこれに限定されない。例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のアクチュエータ装置や、薄膜型の圧電素子などに対しても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】液体吐出装置の一例を示す概略図である。
【図２】液体吐出ヘッドの構成を示す模式的断面図である。
【図３】液体吐出装置の制御系の構成を示すブロック線図である。
【図４】ヘッド制御部の構成を示すブロック線図である。
【図５】ヘッド制御部の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図６】駆動信号と高圧側電源電圧及び低圧側電源電圧の関係を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６２】
Ｉ  インクジェット式記録装置、  １Ａ、１Ｂ  記録ヘッドユニット、  ６  駆動モータ、  １０  インクジェット式記録ヘッド、  １１  圧電素子、  １５  振動板、  ２０  制御部、  ３０  ヘッド制御部、  ３１  駆動信号生成部、  ３１Ａ  トランジスタ対、  ３２  チャージポンプ、  ３２Ｕ  高圧側出力端子、  ３２Ｌ  低圧側出力端子、  ３３  電位制御部、  ３４  電力回生部、  Ｓ１  アナログ信号、  Ｓ２  駆動信号、  Ｓ３  スイッチング信号、  ＶＵ  高圧側電源電圧、  ＶＬ  低圧側電源電圧
【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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