CN102806770B - 图像形成设备以及驱动电压生成电路 - Google Patents

Abstract

一种图像形成设备，包括：多个喷头，每个喷头包括用作用于排放墨的执行机构的电容性负载；驱动电压生成电路，输出施加到执行机构上的驱动电压，包括多个电流放大电路；和多个喷头驱动器，控制喷头的执行机构。每个电流放大电路配置为包括多个双极晶体管以及操作以便均衡电流放大电路中包括的双极晶体管的输出电流负载，以及组合从电流放大电路输出的驱动电压波形以形成施加到每个喷头驱动器的组合驱动电压波形。

Description

图像形成设备以及驱动电压生成电路

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月1日在日本提交的日本专利申请No.2011-123316的优先权，其全部内容通过引用并入。

技术领域

本发明一般涉及图像形成设备以及驱动电压生成电路。

背景技术

传统地，使用压电元件作为执行机构的喷墨式打印机施加称为驱动波形的电压波形到压电元件上，以便控制墨滴的液滴尺寸以及排放速度。当压电元件具有大的电容性负载时、当驱动波形的电压波动宽度增加时、或当驱动波形的摆率(slew rate)变陡时，供应给压电元件的电流的最大值增加。相应地，要求驱动波形生成电路与大电流输出相对应。

与大电流输出相对应的已知电路配置包括将其中包括的每个晶体管改变为较高额定电流的配置以及在其中相互并联地布置多个放大器电路以便将电流负载分散在放大器电路中的配置。

日本专利公开公报No.2006-088695中公开了一种包括用于防止电压波形生成电路过载的多个驱动波形生成电路的设备。即，设备控制关于哪个驱动波形生成电路供应驱动波形给哪个压电元件，以便每个驱动波形生成电路上的负载都保持在预定程度之内。

然而，传统电路配置中仍然存在问题。例如，当配置中的晶体管用高额定电流晶体管代替时，频率响应特性降低，因此不可以输出陡的驱动波形。当配置中的负载分散到多个驱动电路时，在一些特别电路上可能出现负载集中；相应地，不可以使用低额定晶体管，这样使得配置的生产成本高。诸如日本专利公开公报No.2006-088695中公开的技术可能由于添加组件而导致成本增加以及与添加用于控制负载平衡所必需的控制信号的开关电路有关而导致电路复杂性的增加。

因此，需要提供一种图像形成设备以及驱动电压生成电路，其中在图像形成设备中，用于驱动通过使用电容性负载实施的执行机构的电流放大电路不包括高额定电流（成本高）组件，但是具有所需要的特性以及用具有较少零件件数的组件进行配置。

发明内容

本发明的目的是至少部分地解决传统技术中的问题。

一种图像形成设备，包括：多个喷头，每个喷头包括用作用于排放墨的执行机构的电容性负载；驱动电压生成电路，输出施加到执行机构上的驱动电压，并包括多个电流放大电路；以及多个喷头驱动器，每个喷头驱动器控制每个喷头执行机构。每个电流放大电路配置为包括多个双极晶体管，以及操作以便均衡电流放大电路中包括的双极晶体管的输出电流负载，以及组合从电流放大电路输出的驱动电压波形，以形成施加到每个喷头驱动器上的组合驱动电压波形。

一种驱动电压生成电路，输出施加到图像形成设备中用作用于排放墨的电容性负载的执行机构上的驱动电压。图像形成设备具有多个喷头，每个喷头由执行机构驱动。驱动电压生成电路包括多个电流放大电路。每个电流放大电路配置为包括多个双极晶体管，以及操作以便均衡电流放大电路中包括的双极晶体管的输出电流负载，以及组合从电流放大电路输出的驱动电压波形组合，以形成施加到每个喷头驱动器上的组合驱动电压波形。

当结合伴随附图一起考虑时，通过阅读下述本发明的优选实施例的详细描述，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点以及技术和工业重要性。

附图说明

图1是说明根据实施例的喷墨记录设备的外观示例的图；

图2是示意地说明根据实施例的喷墨记录设备的配置的图；

图3是说明根据实施例的喷墨记录设备的电气系统配置的图；

图4是说明驱动电压生成部分的图；

图5是说明用于由驱动波形驱动压电元件的方法的图；

图6是说明典型的电流放大电路的电路配置的图；

图7是说明负载电流之间的不平衡的图；

图8是说明根据实施例的能够均衡电流放大器之间的电流负载的电路配置的图；

图9是说明根据实施例的具有调节电流的功能的电流放大电路的图；

图10是说明根据实施例的电流调节电阻器的布置的图；

图11是说明根据实施例的用于抑制由负载波动所导致的波形失真的电阻器的布置的图。

具体实施方式

以下参考附图详细描述本发明示例性实施例。

图1是说明根据实施例的喷墨记录设备的外观示例的图。图1所示的喷墨记录设备1包括布置在设备主体中的纸馈送托盘2、出纸托盘(discharge tray)3、墨盒装载部分6、以及操作部分7。

提供纸馈送托盘2来馈送纸，纸是放在喷墨记录设备1中的记录介质。其上已经记录（形成）图像的纸张堆叠在出纸托盘3上。

墨盒装载部分6安排在喷墨记录设备1的前表面4的一端的侧面上。墨盒装载部分6布置成从前表面4凸出，并且保持低于喷墨记录设备1的上表面5。

包括操作键以及显示器的操作部分7布置在从前表面4凸出的墨盒装载部分6的上表面上。墨盒装载部分6包括可以打开以及关闭以便装载或取下墨盒10的前盖8。

在图1中仅图解了四个墨盒10（用于黑色、青色、品红、以及黄色的着色剂）；然而，另外，可以再装载一至四种处理液墨盒（用于需要处理液的着色墨）。同时，存在一些不需要处理液的着色剂，诸如具有高排放可靠性的着色剂。

以下参考图2粗略描述根据实施例的喷墨记录设备的示意配置。图2是说明根据实施例的喷墨记录设备的示意配置的图。

图2所示的喷墨记录设备1具有也称为行式打印机的配置；当执行打印时，喷墨记录设备1以固定的方式布置具有与打印宽度相对应的宽度的打印喷头11（在下文中，称为“喷头11”），以及使用喷头11在传送于此的记录纸上执行打印。喷头11包括用于排放墨的多个压电元件以及与多个压电元件 相对应的多个喷嘴。一般地，打印喷头单元12（在下文中，称为“喷头单元12”）包括以之字形（zigzag）图案布置的多个喷头11。或者，喷头单元12可以包括作为线性喷头(line head)的一个单元。

喷头单元12通常包括多个喷头11，用于通过在纸传送方向上布置喷头11以及设置其墨排放方向为向下来排放黄（Y）、青（C）、品红（M）、以及黑（Bk）颜色的墨。同时，墨颜色的数量以及在纸传送方向上布置喷头11的次序并不局限于此。

喷头单元12包括用于供应墨给相对应的一个喷头11的每种颜色的副罐(sub tank)（未示出）。墨经由墨供应管从装载在墨盒装载部分中的相对应的一个墨盒（墨罐）中供应给每个副罐。同时，墨盒装载部分包括用于馈送来自墨盒（墨罐）的墨的馈送泵单元。

喷墨记录设备1的喷头单元12通常在下述状态下待机，在该状态中，维护单元13盖住喷头单元12以防止喷头11的喷嘴开口部分变干。当用户指定打印开始时，打开喷头单元12上的维护单元13，喷头单元12移动到用于开始打印的原始(home)位置。通常将喷头单元12固定在原始位置执行打印。当打印完成以及将要盖住喷头单元12时，通过将其移动到维护单元13盖住于此的位置，使喷头单元12进入备用状态。当长时期不执行打印或喷墨记录设备1断开电源时，喷头11保持在维护单元13盖住其喷嘴开口部分的状态。

在其上装载纸的纸馈送托盘2被安装在图2所示的纸馈送单元14上。纸馈送单元14配置为从堆叠在纸馈送托盘2上的多张纸中分离出一张纸，以便一次馈送一张纸。纸馈送托盘2配置为可以安放任意想要尺寸的纸。纸馈送单元14配置为当纸装载在其上时用传感器检测纸，以及还确定纸的尺寸以及纸的方向（纵向或横向）。纸馈送单元14还配置为用传感器检测没有来自纸馈送托盘的纸或在纸馈送时出现的错误。纸馈送单元14可以改变连续打印期间纸之间的间隔，以及可以取决于纸尺寸和/或传送速度（打印速度）按照需要调节间隔。

因此馈送的纸被吸在具有通过吸入空气风扇15生成的负压实施的空气吸入功能的传送带16上以及一张接一张地传送。当纸通过喷头单元12时，墨从喷头11排放到纸上，从而在其上打印字符和图像。打印的纸传送到出纸(discharge)单元17然后堆叠在出纸托盘3上。

虽然图1中未示出，但是存储空载排放时浪费的废墨的废液单元18布置 在喷头单元12下的预定位置。通常，废液单元18配置为具有当废墨单元变满时检知的传感器，从而实现废墨作为废液由用户丢弃。

以下参考图3描述根据实施例的喷墨记录设备1的电气系统配置。图3是说明根据实施例的喷墨记录设备1的电气系统配置的图。

图3所示的喷墨记录设备1大致包括喷头单元12，其包括喷头11以及执行打印；纸馈送单元14，其馈送来自纸馈送托盘2的纸以及传送纸；维护单元13，其执行喷头11等等的维护；喷头控制板19，其控制喷头单元12；以及各种控制板20，其控制每个单元。

喷头控制板19基于从外部个人计算机（PC）30供应的打印数据而控制墨滴的排放以及从喷头11的每个压电元件排放的墨滴量。在该控制中，驱动电压生成部分191生成用于驱动压电元件的驱动电压，如稍后将描述。喷头控制板19以及各种控制板20是包括中央处理单元（CPU）以及存储器的控制单元，该存储器是诸如闪存的非易失性存储器或诸如动态随机存取存储器（DRAM）的易失性存储器。用于控制喷头单元12等等的控制程序存储在喷头控制板19的存储器中。

经由通用串行总线（USB)通信，每个单元连接到作为信息处理设备的PC 30，通过USB通信在单元与PC 30之间交换数据以及命令。在喷墨记录设备1中，纸馈送单元14与维护单元13使用RS232C接口执行通信；然而，将RS232C接口转换为USB，以便使通信公共通用化(commonalizing)。转换使用市场上买得到的转换电缆执行，这允许所有单元与PC 30执行USB通信。相应地，PC 30可以识别连接到那里的所有单元为不同的USB装置，以及使用分配给每个单元的标识符ID与每个单元通信并且控制每个单元。

配置喷头单元12，以便喷头11和能够控制喷头11的喷头控制板19经由USB通信相互连接，多个USB通信经由连接到PC 30的USB集线器装配到一个USB通信中。图3说明一个喷头控制板19控制布置成一行(line)的十个喷头11的示例；然而，由一个喷头控制板19控制的喷头11的个数取决于打印尺寸等等，因此并不局限于十个。

上述配置使仅仅通过连接适应于重新配置的喷头11的喷头控制板19A重新配置喷头11成为可能。此外，当从PC 30方面考虑时，喷头控制板19A被识别为USB装置，因此，PC 30可以如之前那样容易地适应于新的配置。

在本实施例中，纸馈送单元14连接到喷头控制板19上，以便将从纸馈 送单元14输出的预定离散(discrete)信号并行地发送给喷头控制板19。相应地，喷头控制板19B到喷头控制板19的添加可以通过相互并行地连接离散信号到喷头控制板19和19B而容易地执行。

以下描述驱动电压生成部分191。图4是说明驱动电压生成部分191的图。

驱动电压生成部分191包括波形数据生成部分41、数模（D/A）转换器42、充当电压放大器电路的诸如运算放大器的电压放大器43、以及充当电流放大电路的电流放大器电路44（在下文中，称为“电流放大器44”。喷头单元12包括形成喷头11的压电元件46以及根据从驱动电压生成部分191供应的驱动波形以及从喷头控制板19供应的预定控制信号（灰度数据）控制由压电元件46执行的墨滴排放的喷头驱动器45。波形数据生成部分41可以使用存储波形数据的非易失存储器实施，或者也可以实施使得在喷头控制板19中提供的CPU根据预定控制程序生成波形数据。

在如上所述配置的驱动电压生成部分191中，由波形数据生成部分41生成的波形数据由D/A转换器42执行D/A转换，然后由电压放大器43执行电压放大。经电压放大的波形由电流放大器44执行电流放大，然后发送给喷头驱动器45。从驱动电压生成部分191输出到喷头单元12侧的电压波形是用于驱动压电元件46的波形，并称为驱动波形。

以下参考图5描述用于通过驱动波形驱动压电元件46的方法。图5是说明通过驱动波形驱动压电元件46的方法。

在使用压电元件46作为执行机构(actuator)的喷墨记录设备1中，驱动波形以及灰度数据输入到喷头驱动器45，从喷头驱动器45根据将要形成的图像将驱动波形选择性地传送到压电元件46，从而使目标压电元件46排放指定灰度的墨滴。

同时，随着要驱动的压电元件46的数量增加以及随着电压波动增加，要从电流放大器44输出的电流增加。即，当要形成的图像具有高打印速率以及相对应的图表具有高密度时，必须很多次驱动大量的压电元件46。相应地，要求电流放大电路输出大电流。相反，当图表具有低打印速率以及低密度时，只要求电流放大电路输出微小电流。

以下参考图6描述一般的电流放大电路的电路配置。图6是说明一般的电流放大电路的电路配置的图。

一般的电流放大电路采用使用双极晶体管（在下文中，缩写成“晶体管”)的多级B类放大器设计，如图6所示电流放大器44一样。在用该类型放大器电路供应大电流给压电元件46的情况下，必须向放大器电路的后级的源型(source)晶体管44a以及漏型(sink)晶体管44b供应大的集电极-发射极电流。在这时候，每个晶体管都消耗功率，其是集电极-发射极电压与集电极-发射极电流的乘积。相应地，一般要求选择允许该功率消耗的组件；然而，简单地选择容许消耗大的晶体管会不希望地增加组件的尺寸以及成本。应对成本增加的已知措施包括使用多个电路的技术（如上所述），其使用成本相对较低的晶体管以及将压电元件46分组，以便由电流放大电路共享负载，从而防止成本增加。

以下参考图7描述负载电流之间的不平衡。图7是说明负载电流之间的不平衡的图。

在该示例中假定喷墨记录设备1包括第一喷头11-1以及第二喷头11-2。第一喷头11-1包括用于品红（M）以及黄（Y）颜色的墨排放喷嘴，而第二喷头11-2包括用于青（C）以及黑（K）颜色的墨排放喷嘴。第一电流放大器44-1输出用于驱动第一喷头11-1的驱动波形，而第二电流放大器44-2输出用于驱动第二喷头11-2的驱动波形。图7所示的第一喷头驱动器45-1以及第二喷头驱动器45-2分别控制第一喷头11-1的执行机构以及第二喷头11-2的执行机构。为了由该设备打印高密度红色图表，必须同时排放大量M墨以及Y墨。因此，仅仅将大负载放在第一电流放大器44-1上。另一方面，如果不排放C墨以及K墨，则不需要操作第二电流放大器44-2。因此，取决于要形成的图像可能出现墨排放喷嘴的不平衡分布，导致在电流放大器上的电流负载之间出现不平衡。

以下参考图8描述根据本实施例的能够均衡电流放大器之间的电流负载的电路配置。图8是说明能够均衡电流放大器之间的电流负载的电路配置的图。注意，图8说明使用两个电流放大器的示例；然而，可以采用任意数量的电流放大器，也可以使用三个或以上的电流放大器。

在本实施例中提供的是如下喷墨记录设备1，其中与要打印的图表无关，多个电流放大器输出具有同样电流负载的电流。更具体地，例如，当使用包括两个电流放大器44-1以及44-2的设备时，如图8所示，两个电路配置为组合电流放大器44-1以及44-2的输出，以便生成单个驱动波形。其后，将驱动 波形分开以及输入到多个喷头驱动器（在图8所示的示例中，第一喷头驱动器45-1以及第二喷头驱动器45-2）中，从而驱动在本实施例中充当执行机构的压电元件46。该配置使得，即使当例如大电流负载仅仅在与颜色M以及Y相对应的单元中出现时，也能够通过两个电流放大器（第一电流放大器44-1以及第二电流放大器44-2）供应电流。简而言之，该配置可以降低（在图8所示的示例中减少一半）放在每个电流放大器44-1以及44-2上的电流负载。同时，在图像形成期间导致所有CMYK的执行机构都输出大电流的驱动波形的出现不会发生，这是因为如此驱动波形的出现会导致施加过量的墨到打印介质上。相应地，通过组合电流放大器的输出，可以降低要从每个电流放大器输出的最大电流。

应该注意，当同时使用多个电流放大器生成一个驱动波形时，由于电流放大器之间组件特性的变化，电流可能集中在一个或一些特定电路上，使该特定电路的最大电流增加。因此，需要某种负载均衡控制。在本实施例中，如稍后将描述所示，多个电流放大电路，每个都只包括多个双极晶体管以及多个电阻器并且具有电流调节功能，相互并联连接，从而提供降低从每个电流放大器（每个都包括多个晶体管）输出的最大电流的电路。该电路还被配置使得各个电流放大器供应负载相等的电流。

实施例1

以下参考图9描述作为示例性实施例1的具有电流调节功能的电流放大电路的配置。图9是说明具有电流调节功能的电流放大电路的图。

作为具体配置，具有电流调节功能的电流放大电路具有由前级50和后级60组成的倒置式达林顿系统，该前级50包括由前级晶体管51a以及51b组成的共发射极放大器电路，该后级60包括由后级晶体管61a、61b、61c、以及61d组成的至少两个共集电极放大器电路。此外，在配置的后级中，多个放大器电路相互并联连接。该配置使分散电流负载成为可能，从而产生降低从每个晶体管输出的最大电流的效果。

实施例2

以下参考图10描述在具有电流调节功能的电流放大电路中用于均衡负载的电流调节电阻器的布置。图10是说明电流调节电阻器的布置的图。

通过在前级晶体管51a以及51b的集电极端以及后级晶体管61a、61b、61c、以及61d的基极端之间布置电阻器71a、71b、71c、以及71d可以实施电流调节功能。例如，当源侧上的后级晶体管61a、61b、61c、以及61d之一，或源侧上的后级晶体管61a被供应了比源侧上的另一后级晶体管61b更大的集电极-发射极电流时，依赖于后级晶体管61a以及61b的电流增益h_FE的电流流过。相应地，电阻器71a导致大的电流，从而在电阻器71a的两端之间产生与穿过电阻器71a的电流和电阻的乘积相对应的量的电位差。结果，在晶体管51a与61a之间，产生比晶体管51a与61b之间更大的电位差，导致降低流过后级晶体管61a的电流（这也适用于晶体管61b以及漏侧上的晶体管）。因此，电阻器71a、71b、71c、以及71d起降低通过放大器电路（晶体管）的相对大的电流的平衡器作用，从而均衡电路之间的电流负载。

实施例3

以下参考图11描述用于抑制由负载波动所导致的驱动波形变形的电阻器的布置。图11是说明用于抑制由负载波动所导致的驱动波形变形的电阻器的布置的图。

使用压电元件46作为执行机构造成如下问题：驱动波形的形状在压电元件46具有大电容与压电元件46具有小电容的情况之间不同。更具体地，当从大量喷嘴中同时排放墨时，接通喷头驱动器45中的大量开关电路（模拟开关）47。因此，喷头驱动器45的组合电阻变得相当小，其使喷头驱动器45的负载电容变大，产生流向执行机构的瞬时大电流。该大电流通过传输线路的寄生电感使电压波形变形，导致压电元件46的不正常驱动。

鉴于该情况采用如下配置，其中在前级晶体管51a以及51b的发射极与后级晶体管61a、61b、61c、以及6Id的集电极之间布置电阻器72a与电阻器72b，如图11所示。这时，通过添加电阻器72a以及72b到实施例2的配置中获得图11所示的配置；然而，可采用的配置并不局限于此，也可以采用通过类似地添加电阻器72a以及72b到实施例1的配置中获得的配置。用这些配置，即使当同时施加驱动电压的喷嘴的数量大时，也可以维持从电流放大器44到压电元件46的电阻值为高于确定值，从而抑制瞬时电流的流入。结果，可以抑制驱动波形的变形。

如上所述，在使用诸如电容值可以改变的压电元件46的电容性负载作为 墨排放执行机构的图像形成设备中，采用使用最少量零件的成本较低的组件（低额定电流的晶体管以及电阻器）配置的电流放大器44。这使得能够在成本较低的组件的额定电流内对供应到执行机构的驱动电压执行电流放大。相应地，能够以相对较低的成本生产图像形成设备的驱动电压生成电路以及整个系统。

根据本实施例的方面，在使用电容性负载作为墨排放执行机构的图像形成设备中，能够在成本较低的组件的额定电流内执行对供应给执行机构的驱动电压的电流放大。相应地，产生了可以用相对较低的成本生产驱动电压生成电路以及包括驱动电压生成电路的图像形成设备的效果。

虽然本发明根据具体实施例做出了完整而清晰的描述，但是并不因此而限制附加权利要求，而是对于本领域技术人员来说，在完全属于在此陈述的基本教导内，应该理解成本发明包含可能发生的所有修改以及替代结构。

Claims (6)

1.一种图像形成设备，包括：

多个喷头，每个喷头包括用作用于排放墨的执行机构的电容性负载；

驱动电压生成电路，输出施加到执行机构的驱动电压，并且包括多个电流放大电路；和

多个喷头驱动器，每个喷头驱动器控制每个喷头执行机构，其中

每个电流放大电路配置为包括多个双极晶体管，并且操作以便均衡电流放大电路中包括的双极晶体管的输出电流负载，和

组合从电流放大电路输出的驱动电压波形，以形成施加到每个喷头驱动器的组合驱动电压波形；

其中，每个电流放大电路是包括双极晶体管的B类放大器系统，配置为具有倒置式达林顿系统，该倒置式达林顿系统包括：前级，其是包括多个双极晶体管的共发射极放大器电路；和后级，其是包括多个双极晶体管的共集电极放大器电路，和

至少后级包括相互并联连接的多个共集电极放大器电路。

2.如权利要求1所述的图像形成设备，还包括通过与后级中的双极晶体管的基极端配对而连接在前级中的双极晶体管的集电极端与后级中的双极晶体管的基极端之间的电阻器。

3.如权利要求1所述的图像形成设备，还包括电阻器，各个电阻器连接在前级中的双极晶体管的各个发射极端与后级中的各个双极晶体管的所有集电极端之间。

4.一种驱动电压生成电路，输出施加到图像形成设备中用作用于排放墨的电容性负载的执行机构的驱动电压，该图像形成设备具有多个喷头，每个喷头由该执行机构驱动，

该驱动电压生成电路包括：多个电流放大电路，其中

每个电流放大电路配置为包括多个双极晶体管，并且操作以便均衡电流放大电路中包括的双极晶体管的输出电流负载，和

组合从电流放大电路输出的驱动电压波形，以形成施加到每个喷头驱动器的组合驱动电压波形；

其中，该电流放大电路采用包括双极晶体管的B类放大器系统，配置为具有倒置式达林顿系统，该倒置式达林顿系统包括：前级，其是包括多个双极晶体管的共发射极放大器电路；和后级，其是包括多个双极晶体管的共集电极放大器电路，和

至少后级包括相互并联连接的多个共集电极放大器电路。

5.如权利要求4所述的驱动电压生成电路，还包括通过与后级中的双极晶体管的基极端配对而连接在前级中的双极晶体管的集电极端与后级中的双极晶体管的基极端之间的电阻器。

6.如权利要求4所述的驱动电压生成电路，还包括电阻器，各个电阻器连接在前级中的双极晶体管的各个发射极端与后级中的所有双极晶体管的集电极端之间。