CN117774510A - 液体喷出头 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了液体喷出头。液体喷出头具备压电致动器、公共电压波形信号线、电源供给部、辅助电位供给部、晶体管、目标电压波形生成部以及控制电路。电源供给部供给向压电致动器提供最大变形的最大电位、不提供变形的最低电位和提供比最大变形小的稳定变形的中间电位。辅助电位供给部对最大电位与中间电位的电位差和/或中间电位与最低电位的电位差进行分压并生成辅助电位，且以能向压电致动器充放电的方式将辅助电位的电荷存储在电容器中。晶体管将公共电压波形信号线与从电源供给部以及辅助电位供给部供给的各电位的供给线选择性地进行连接。控制电路比较目标电压波形与公共电压波形，以使公共电压波形接近目标电压波形的方式对晶体管进行控制。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及液体喷出头。
背景技术
已知一种液体喷出头，将预定量的液体供给至预定位置。液体喷出头搭载于例如喷墨打印机、3D打印机、分注装置等。喷墨打印机从喷墨头喷出油墨的液滴，在记录介质的表面形成图像等。3D打印机从造型材料喷出头喷出造型材料的液滴并使其固化，而形成三维造型物。分注装置喷出试样的液滴并向多个容器等供给预定量。
液体喷出头具有多个喷出液体的通道。各通道具备喷出液体的喷嘴、与喷嘴连通的压力室、改变压力室的容积的压电致动器。液体喷出头还具备驱动电路，该驱动电路从多个通道之中选择喷出液体的通道并向压电致动器提供驱动信号而使其驱动。液体喷出头根据压电致动器的静电电容、充电电压、充电次数、放电次数等，在进行喷出液体的动作时，压电致动器和驱动电路发热。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供液体喷出头，能够抑制进行喷出液体的动作时的压电致动器或驱动电路的发热。
本发明的实施方式的液体喷出头具备压电致动器、公共电压波形信号线、电源供给部、辅助电位供给部、晶体管组、目标电压波形生成部以及控制电路。多个压电致动器分别构成为使液体从喷嘴喷出。公共电压波形信号线向多个所述压电致动器提供公共电压波形。电源供给部供给：最大电位，向所述压电致动器提供最大变形；最低电位，不向所述压电致动器提供变形；以及中间电位，向所述压电致动器提供比所述最大变形小的稳定变形。辅助电位供给部对所述最大电位与中间电位的电位差和/或所述中间电位与所述最低电位的电位差进行分压而生成辅助电位，并且以能够向所述压电致动器充放电的方式将所述辅助电位的电荷存储在电容器中。晶体管组将所述公共电压波形信号线与从所述电源供给部以及所述辅助电位供给部供给的各电位的供给线选择性地进行连接。目标电压波形生成部生成目标电压波形。控制电路对所述目标电压波形与所述公共电压波形进行比较，以使所述公共电压波形接近所述目标电压波形的方式对所述晶体管组进行控制。
本发明的另一实施方式的液体喷出头具备压电致动器，构成为使液体从喷嘴喷出；电压施加部，向所述压电致动器提供电压波形；电源供给部，供给最大电位、最低电位和多个中间电位，所述最大电位是向所述压电致动器提供最大变形的电位，所述最低电位是不向所述压电致动器提供变形的电位，所述中间电位是向所述压电致动器提供比所述最大变形小的变形的电位；晶体管组，由将所述电压施加部与从所述电源供给部供给的各电位的供给线切断或以接通电阻可变的方式连接的多个晶体管构成；目标电压波形生成部，生成目标电压波形；比较部，对所述目标电压波形与所述电压施加部的电压波形进行比较；以及控制电路，参照与所述目标电压波形与所述电压施加部的电压波形进行比较的结果，从所述晶体管组之中选择进行接通动作的晶体管，且对所述选择的晶体管的接通电阻进行控制。
附图说明
图1是具备根据实施方式的喷墨头的喷墨打印机的整体结构图。
图2是上述喷墨头的立体图。
图3是将上述喷墨头的头部进行局部放大的剖视图。
图4是将上述喷墨头的头部进行局部放大的剖视图。
图5是将上述喷墨头的头部进行局部放大的俯视图。
图6是上述喷墨头的驱动电路。
图7是由上述驱动电路生成的公共电压波形和目标电压波形。
图8是上述驱动电路的判别电路和判别条件。
图9是上述驱动电路的栅极驱动电路。
图10是上述驱动电路的VCOM晶体管组。
图11是上述VCOM晶体管组之中的进行动作的晶体管。
图12是上述栅极驱动电路的变形例。
图13是将栅极驱动电路设为上述变形例时的VCOM晶体管组之中的进行动作的晶体管。
图14是将栅极驱动电路设为上述变形例时的VCOM晶体管组的电路图。
图15是上述驱动电路的辅助电位生成电路。
图16是上述辅助电位生成电路的变形例。
图17是上述驱动电路的选择开关。
图18是提供了上述公共电压波形的致动器的动作说明图。
附图标记说明
10：喷墨打印机；100～103：喷墨头；2：头部；24：喷嘴；3：驱动IC；6：致动器；7：VCOM生成电路；71、72：外部电源；73：辅助电位生成电路；74：目标电压生成电路；75：判别电路；76：栅极驱动电路；77：VCOM生成晶体管组；Rd：分压电阻；Cs：电容器；Rs：限制电阻；OP：运算放大器；V1：最大电位；V2：中间电位；V0：最低电位；V31、V32、V41：辅助电位。
具体实施方式
下面参照附图对根据实施方式的液体喷出头进行详述。另外，在各图中，对同一结构标注同一附图标记。
作为搭载有实施方式的液体喷出头的图像形成装置的一例，对在记录介质上印刷图像的喷墨打印机10进行说明。图1示出喷墨打印机10的概要结构。喷墨打印机10在机壳11的内部配置：盒12，收纳作为记录介质的一例的片材S；片材S的上游输送路径13；输送带14，输送从盒12内取出的片材S；多个喷墨头100～103，朝向输送带14上的片材S喷出油墨的液滴；片材S的下游输送路径15；排出托盘16；以及控制基板17。作为用户接口的操作部18配置于机壳11的上部侧。
在片材S上印刷的图像数据例如由作为外部连接设备的计算机200生成。由计算机200所生成的图像数据通过电缆201、连接器202、203向喷墨打印机10的控制基板17传送。
拾取辊204从盒12向上游输送路径13逐张供给片材S。上游输送路径13由进给辊对131、132和片材引导板133、134构成。片材S经由上游输送路径13向输送带14的上表面传送。图中的箭头104示出从盒12向输送带14的片材S的输送路径。
输送带14是在表面形成有多个贯通孔的网状环形带。驱动辊141、从动辊142、143这三根辊将输送带14支撑为旋转自如。电机205通过使驱动辊141旋转而使输送带14旋转。电机205是驱动装置的一例。图中105示出输送带14的旋转方向。在输送带14的背面侧配置负压容器206。负压容器206与减压用的风扇207连结。风扇207通过所形成的气流而使负压容器206内成为负压，从而使片材S吸附保持于输送带14的上表面。图中106示出气流的流动。
作为液体喷出头的一例的喷墨头100～103配置成隔着例如1mm的微小间隙与吸附保持在输送带14上的片材S对置。喷墨头100～103朝向片材S分别喷出油墨的液滴。喷墨头100～103在片材S通过下方时印刷图像。各喷墨头100～103除了喷出的油墨的颜色不同之外是相同的构造。油墨的颜色例如是青色、品红色、黄色、黑色。
喷墨头100～103分别经由油墨流路311～314与墨罐315～318以及油墨供给压力调整装置321～324连结。各墨罐315～318配置于各喷墨头100～103的上方。在待机时，为了不使油墨从喷墨头100～103的喷嘴24(参照图2)漏出，各油墨供给压力调整装置321～324将各喷墨头100～103内相对于大气压调整为负压、例如-1.2kPa。在图像形成时，各墨罐315～318的油墨通过油墨供给压力调整装置321～324向各喷墨头100～103供给。
在图像形成后，从输送带14向下游输送路径15传送片材S。下游输送路径15由进给辊对151、152、153、154和规定片材S的输送路径的片材引导板155、156构成。片材S经由下游输送路径15从排出口157向排出托盘16传送。图中箭头107示出片材S的输送路径。
接下来，对喷墨头100～103的结构进行说明。下面参照图2～图5对喷墨头100进行说明，但喷墨头101～103也是与喷墨头100相同的构造。
如图2所示，喷墨头100具备作为液体喷出部的一例的头部2。头部2与作为膜布线基板的一例的柔性印刷布线板21连接。柔性印刷布线板21与作为中继基板的一例的打印基板22连接。头部2具备作为喷嘴部的一例的喷嘴板23。头部2经由油墨流路311与图1的油墨供给压力调整装置321连接。
喷出油墨的各通道的喷嘴24沿着喷嘴板23的第一方向、例如X方向排列。喷嘴密度例如设定在150～1200dpi的范围内。喷嘴24并不限于一列，也可以是多列。后述头部2的详细结构。
柔性印刷布线板21例如是使用聚酰亚胺等的合成树脂膜的柔性的印刷布线基板。柔性印刷布线板21搭载有作为驱动器芯片的驱动用的IC(Integrated Circuit：集成电路)3(下称驱动IC)。打印基板22是将含玻璃纤维的环氧树脂层和铜布线层多重层叠而成的硬质的通孔基板。作为控制部的驱动IC3临时保存经由打印基板22从喷墨打印机10的控制基板17传送过来的打印数据，并向各通道提供驱动信号，以在预定的定时喷出油墨。
图3～图5是头部2的局部剖视图。喷嘴板23与压力室基板4的一面接合。喷嘴板23例如是由聚酰亚胺等树脂或不锈钢等金属所形成的矩形形状的板。振动板5与压力室基板4中喷嘴板23的相反侧的一面接合。振动板5具有被施加了外力时会变形的挠性。振动板5例如是由镍、不锈钢等金属所形成的薄板状的板。振动板5的材质也可以是金属以外的材质，如聚酰亚胺膜等。
压力室42形成于压力室基板4。多个压力室42排列在各喷嘴24的位置处，分别与喷嘴24连通。压力室基板4例如由不锈钢等金属形成。作为一例，压力室42在压力室基板4形成在第二方向、例如Z方向上贯通的矩形形状的开口，并分别通过喷嘴板23和振动板5堵塞两侧的开口而形成。
压力室42与具有狭窄部的引导流路43连通，并且还经由作为贯通振动板5的开口孔的油墨供给口44与油墨供给歧管45连通。引导流路43对于每个压力室42，在压力室基板4的振动板5侧的一面上沿第三方向、例如Y方向上形成为槽状。油墨供给歧管45形成于与振动板5的一面接合的框架46内。油墨供给歧管45在X方向上延伸，经由各通道的油墨供给口44以及引导流路43分别与各通道的压力室42连通。作为公共油墨室的油墨供给歧管45，与油墨流路311连通(参照图1、图2)。
各通道的致动器6排列在隔着振动板5与压力室42以及引导流路43对置的位置处。各致动器6通过将各致动器6的Z方向上与振动板5为相反侧的一面分别与支承构件47接合而固定。
作为压电致动器的一例的致动器6例如是将压电元件等压电体61、第一内部电极62以及第二内部电极63交替地呈层状层叠而形成的层叠型压电致动器(特别是参照图3)。各压电体61的极化方向例如在Z方向上相互反向地配置，并以d33模式进行变形。第一内部电极62和第二内部电极63是分别形成于压电体61的主面的导电膜。第一内部电极62分别形成至Y方向上的致动器6的一侧的端面，与形成于该端面的第一外部电极64连接。第二内部电极63分别形成至Y方向上的致动器6的另一侧的端面，与形成于该端面的第二外部电极65连接。虚设层68与压电体61为相同材料。但是，由于虚设层68不设置内部电极，不被施加电场，因此不会变形。虚设层68成为将致动器6固定在支承构件47的基座(特别是参照图4)，或者为了获得组装中、组装后的精度而成为抛光的抛光余量。
作为一例，层叠多个压电体61而成的致动器6分别将第一内部电极62和第二内部电极63成膜于加工成薄板状的各压电体61的主面。而且，对压电体61彼此进行层叠、烧制而使之成为一体。这之后，对第一外部电极64和第二外部电极65进行成膜。这之后，对压电体61进行极化。压电体61由锆钛酸铅(PZT)等含铅压电材料或者铌酸钠钾等非含铅压电材料形成。第一内部电极62和第二内部电极63通过银钯等能够烧制的导电性材料进行成膜。第一外部电极64和第二外部电极65通过镀敷法、溅射法等已知的方法，由Ni、Cr、Au等进行成膜。
各致动器6的第一外部电极64分别与柔性印刷布线板21的独立布线66连接(参照图3)。柔性印刷布线板21具有基材26、独立布线66、粘接层27、绝缘层28。柔性印刷布线板21配置成形成有焊料镀层29的区域与第一外部电极64对置，通过使焊料熔融而将各通道的第一外部电极64与独立布线66电连接以及机械连接。另一方面，各通道的第二外部电极65与公共布线(未图示)连接，例如经由柔性印刷布线板21与公共电位连接。
支柱60经由槽69配置在各通道的致动器6之间。驱动用的致动器6以及作为支柱60的虚设的致动器使用公共的压电体61、第一内部电极62以及第二内部电极63而一并形成，并通过形成槽69而划分为各个致动器6和支柱60。支柱60配置在相邻的压力室42间的抵接于隔壁40的位置处(参照图4)。支柱60可以代替与致动器6同样由压电体61等形成的方式，而由别的构件形成。例如，也可以与支承构件47一体地形成支柱。
图6示出生成公共电压波形VCOM并向致动器6提供而使其驱动的喷墨头100的驱动电路。驱动电路由作为控制电路的一例的VCOM生成电路7、连接有外部电源71、72的辅助电位生成电路73、以及驱动IC3构成。VCOM生成电路7进一步具备目标电压生成电路74、判别电路75、栅极驱动电路76、VCOM生成晶体管组77以及分压电路78。
如图6所示，各通道的致动器6(Cx1～Cxn)经由连接于第一外部电极64的独立布线66分别与驱动IC3的输出端子连接。第一外部电极64与独立布线66的连接点是致动器6的独立端子。另一方面，各致动器6(Cx1～Cxn)的第二外部电极65经由公共布线67与例如地线(GND)等公共电位连接。第二外部电极65与公共布线67的连接点是致动器6的公用端子。
各通道的致动器6通过分别向独立端子提供电压波形而进行驱动。图7的(a)所例示的电压波形是示出一系列的油墨喷出动作的序列的公共电压波形VCOM。公共电压波形VCOM是向各通道的致动器6共同地提供的电压波形的一例。因此，可以不对每个通道都设置波形生成电路来生成电压波形。
在图7的(a)的示例中，公共电压波形VCOM是使电压变化为最大电位V1、最低电位V0、中间电位V2以及辅助电位V41、V32、V31的电压波形。最大电位V1是在油墨喷出动作时的致动器6的变形范围内提供最大变形的电位。最低电位V0是不向致动器6提供变形的电位。中间电位V2是向致动器6提供比最大变形小的变形的电位。辅助电位V41是处于最大电位V1与中间电位V2之间的电位。辅助电位V32、V31是处于中间电位V2与最低电位V0之间的电位。
在此，将向致动器6提供中间电位V2而使其变形称为“稳定变形”。稳定变形例如作为喷出油墨的动作的基准。例如，在当使公用端子与公共电位连接并向独立端子提供电压时以d33模式或者d31模式进行纵向变形的致动器6的情况下，如果将稳定变形作为基准，则能够提供最大电位V1而使在第一方向(例如拉伸的方向)上变形，并提供最低电位V0而使在与第一方向相反的第二方向(例如收缩的方向)上变形。
公共电压波形VCOM使用经由各供给线从辅助电位生成电路73分别供给的各电位V1、V41、V2、V32、V31、V0而生成。
VCOM生成电路7的目标电压生成电路74输出成为公共电压波形VCOM的基础的目标电压波形VIN。目标电压波形VIN例如是如图7的(b)所示的波形。即，目标电压波形VIN例如在以模拟信号输出的情况下，以与欲向致动器6提供的电压波形相同或者将该电压波形缩放后的电压波形进行输出。然后，在VCOM生成电路7内，以追随目标电压波形VIN的方式，生成公共电压波形VCOM。将目标电压波形VIN的波形信息在存储器741中保存好。在存储器741中保存好的目标电压波形VIN的种类并不限于一种，可以保存多种目标电压波形VIN。输出的目标电压波形VIN从地址产生器742提供地址，并从存储器741将其读出后，通过D/A转换器743转换成模拟并输出。目标电压生成电路74是目标电压波形生成部的一例。
例如，为了易于进行模拟电路设计，目标电压波形VIN优选缩放为比实际的目标电压小的值并输出。作为一例，将实际的目标电压缩放为1/10。在作为目标的电压波形的振幅例如为20V时，D/A转换器743的输出振幅缩放为1/10的2V后输出。分别向判别电路75和栅极驱动电路76提供所输出的目标电压波形VIN。
分压电路78对公共电压波形VCOM进行反馈，输出以能够与目标电压波形VIN比较的方式进行了缩放的比较电压波形Vsens。例如，在将实际的目标电压缩放为1/10并设为目标电压波形VIN的情况下，也将公共电压波形VCOM缩放为1/10并设为比较电压波形Vsens。分别向判别电路75和栅极驱动电路76提供所输出的比较电压波形Vsens。
如图8的(a)所示，作为比较部的一例的判别电路75对目标电压波形VIN与比较电压波形Vsens进行比较，基于比较结果输出控制信号en-a～en-j。图8的(b)是判别电路75输出控制信号en-a～en-j所使用的判别条件的一例。
如图8的(b)所示，判别电路75在目标电压波形VIN的电压处于最低电位V0～辅助电位V31之间时，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压小时(VIN＞Vsens)，使控制信号en-a为高电平(High)，使其余的控制信号为低电平(Low)。反之，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压大时(VIN＜Vsens)，使控制信号en-f为高电平，使其余的控制信号为低电平。向栅极驱动电路76提供所输出的各控制信号en-a、en-f。
控制信号en-a～en-j用于对VCOM生成晶体管组77的多个晶体管排他性地进行控制。但是，在图8的(b)的判别条件下，例如在目标电压波形VIN通过V31等边界值时，可以使控制信号en-a和控制信号en-b双方为高电平(VIN＞Vsens时)。或者，也可以仅使任一方为高电平。对于其他条件的边界值也是同样的。
同样地，判别电路75在目标电压波形VIN的电压处于辅助电位V31～辅助电位V32之间时，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压小时(VIN＞Vsens)，使控制信号en-b为高电平，使其余的控制信号为低电平。反之，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压大时(VIN＜Vsens)，使控制信号en-g为高电平，使其余的控制信号为低电平。向栅极驱动电路76提供所输出的各控制信号en-b、en-g。
同样地，判别电路75在目标电压波形VIN的电压处于辅助电位V32～中间电位V2之间时，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压小时(VIN＞Vsens)，使控制信号en-c为高电平，使其余的控制信号为低电平。反之，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压大时(VIN＜Vsens)，使控制信号en-h为高电平，使其余的控制信号为低电平。向栅极驱动电路76提供所输出的各控制信号en-c、en-h。
同样地，判别电路75在目标电压波形VIN的电压处于中间电位V2～辅助电位V41之间时，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压小时(VIN＞Vsens)，使控制信号en-d为高电平，使其余的控制信号为低电平。反之，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压大时(VIN＜Vsens)，使控制信号en-i为高电平，使其余的控制信号为低电平。向栅极驱动电路76提供所输出的各控制信号en-d、en-i。
同样地，判别电路75在目标电压波形VIN的电压处于辅助电位V41～最大电位V1之间时，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压小时(VIN＞Vsens)，使控制信号en-e为高电平，使其余的控制信号为低电平。反之，当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压大时(VIN＜Vsens)，使控制信号en-j为高电平，使其余的控制信号为低电平。向栅极驱动电路76提供所输出的各控制信号en-e、en-j。
栅极驱动电路76基于从判别电路75输入的控制信号en-a～en-j，生成并输出电压(控制电压C0N～C1P)，该电压用于对VCOM生成晶体管组77的多个晶体管排他性地进行接通控制，并且连晶体管的接通电阻也控制。
不管目标电压波形VIN的值如何，在VIN＝Vsens时，由于检测电压正如目标电压，因此使控制信号en-a～en-j全部为低电平，即，VCOM生成晶体管组77全部断开。为了使电路稳定动作，而设定可视为检测电压正如目标电压的范围，并将该范围内设为VIN≈Vsens，此时，也可以使控制信号en-a～en-j全部为低电平，使VCOM生成晶体管组77全部为断开。
图9是栅极驱动电路76的一例。图9的栅极驱动电路76由多个差动放大器80～89构成。差动放大器80～89具备：差动放大器组80～84，在VIN＞Vsens时动作；以及差动放大器组85～89，在VIN＜Vsens时动作。VIN＞Vsens时动作的差动放大器80～84使Vsens与正输入连接，使VIN与负输入连接。进一步，使二极管D的阳极与负输入连接。另一方面，使对每个差动放大器80～84分配的控制信号en-a～en-e的输入与二极管D的阴极连接。分别连接于各差动放大器80～84的正输入和负输入的电阻是限制电阻。特别是，负输入的限制电阻对二极管D进行保护。
另一方面，VIN＜Vsens时动作的差动放大器85～89也使Vsens与正输入连接，使VIN与负输入连接。进一步，使二极管D的阳极与正输入连接。另一方面，使对每个差动放大器85～89分配的控制信号en-f～en-j的输入与二极管D的阴极连接。分别连接于各差动放大器85～89的正输入和负输入的电阻是限制电阻。特别是，负输入的限制电阻对二极管D进行保护。
正如所述的那样，从判别电路75向栅极驱动电路76输入的控制信号en-a～en-j例如如图8的(b)的判别表所示，在每个条件下，任一者为高电平而其余为低电平(除了通过边界值时之外)。因此，差动放大器80～89排他性地进行动作。作为一例，与详细后述的图10的VCOM生成晶体管组77的相应晶体管的动作一起，对目标电压波形VIN的电压处于最低电位V0～辅助电位V31之间时的、差动放大器80和差动放大器85的动作进行说明。在比较电压波形Vsens的电压比目标电压波形VIN的电压大时(VIN＜Vsens)，控制信号en-a为低电平，差动放大器80不进行模拟动作而饱和地将输出C31P固定为最大电压。由于其将VCOM生成晶体管组77的相应的Pch晶体管96P的栅极电压设为最大电压，因此Pch晶体管96P被固定为断开动作。此时，控制信号en-f为高电平，二极管D变为断开，差动放大器85进行模拟动作。更详细地，差动放大器85输出根据负输入的VIN与正输入的Vsens的电位差而放大的电压(控制电压)C0N。控制电压C0N的电压根据VIN与Vsens的电位差而改变。由此，控制电压C0N能够改变VCOM生成晶体管组77内的对应的Nch晶体管92的接通电阻。
当比较电压波形Vsens的电压变得比目标电压波形VIN的电压小时(VIN＞Vsens)，控制信号en-a变为高电平，二极管D变为断开，差动放大器80进行模拟动作。更详细地，差动放大器80输出根据负输入的VIN与正输入的Vsens的电位差而放大的电压(控制电压)C31P。控制电压C31P的电压根据VIN与Vsens的电位差而改变。由此，控制电压C31P能够改变VCOM生成晶体管组77内的对应的Pch晶体管96P的接通电阻。此时，控制信号en-f为低电平，差动放大器85不进行模拟动作而饱和地将输出C0N固定为零。由于其将VCOM生成晶体管组77的相应的Nch晶体管92的栅极电压设为零，因此Nch晶体管92被固定为断开动作。其他差动放大器81～89也同样地，除了对应的晶体管的接通/断开控制外，控制电压CxP、CxN还能够改变晶体管的接通电阻。对VIN和Vsens的各条件有效的VCOM生成晶体管组77的晶体管如图11所示。
VCOM生成晶体管组77是生成公共电压波形VCOM的波形生成电路的一例。VCOM生成晶体管组77将从辅助电位生成电路73供给的多个电位V1、V2、V41、V31、V32的各供给线和向驱动IC3提供公共电压波形VCOM的公共电压波形信号线选择性地连接。
图10是VCOM生成晶体管组77的结构的一例。VCOM生成晶体管组77具备提供最大电位V1的电流源开关91、提供最低电位V0的电流吸收器开关92、提供中间电位V2的双向开关93、提供辅助电位V41的双向开关94、提供辅助电位V32的双向开关95、提供辅助电位V31的双向开关96。以下，有时简称为“开关91～96”。
各开关91～96使用晶体管构成。开关91使用P通道的Pch晶体管，向Pch晶体管的栅极输入栅极电压C1P。Pch晶体管的源极与最大电位V1连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。开关92使用N通道的Nch晶体管，向Nch晶体管的栅极输入栅极电压C0N。Nch晶体管的漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接，源极与最低电位V0连接。
由于存在中间电位V2、辅助电位V41、V32、V31使致动器6进行充电和进行放电这两种情况，因此开关93～96为双向开关。开关93将P通道的Pch晶体管93P和N通道的Nch晶体管93N并联连接而成为双向开关。Pch晶体管93P向栅极输入栅极电压C2P。Pch晶体管93P的源极与中间电位V2连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。另一方面，Nch晶体管93N向栅极输入栅极电压C2N。Nch晶体管93N的源极与中间电位V2连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。连接于各晶体管的肖特基二极管阻止逆电流。
开关94将P通道的Pch晶体管94P和N通道的Nch晶体管94N并联连接而成为双向开关。Pch晶体管94P向栅极输入栅极电压C41P。Pch晶体管94P的源极与辅助电位V41连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。另一方面，Nch晶体管94N向栅极输入栅极电压C41N。Nch晶体管94N的源极与辅助电位V41连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。连接于各晶体管的肖特基二极管阻止逆电流。
开关95将P通道的Pch晶体管95P和N通道的Nch晶体管95N并联连接而成为双向开关。Pch晶体管95P向栅极输入栅极电压C32P。Pch晶体管95P的源极与辅助电位V32连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。另一方面，Nch晶体管95N向栅极输入栅极电压C32N。Nch晶体管95N的源极与辅助电位V32连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。连接于各晶体管的肖特基二极管阻止逆电流。
开关96将P通道的Pch晶体管96P和N通道的Nch晶体管96N并联连接而成为双向开关。Pch晶体管96P向栅极输入栅极电压C31P。Pch晶体管96P的源极与辅助电位V31连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。另一方面，Nch晶体管96N向栅极输入栅极电压C31N。Nch晶体管96N的源极与辅助电位V31连接，漏极与公共电压波形VCOM的信号线连接。连接于各晶体管的肖特基二极管阻止逆电流。
VCOM生成晶体管组77通过从栅极驱动电路76输入的控制电压C0N～C1P而对各开关91～95的各晶体管排他性地进行接通控制。即，通过差动放大器80～89对各晶体管的栅极电压进行模拟控制。但是，构成为不是按照接通/断开而是按照该电压使晶体管的接通电阻非饱和地发生变化。由此，生成例如包括图7的(a)所示的倾斜部的公共电压波形VCOM。
如所述那样，图10中的源极侧(P)的栅极输入C＊P通过低电平输入并利用与电平相对应的电阻而接通，通过高电平输入而断开。源极侧(N)的栅极输入C＊N通过高电平输入并利用与电平相对应的电阻而接通，通过低电平输入而断开。各晶体管被排他性地进行控制，在任一个具有电阻而接通时，其他为断开。与双向开关93～96的同电位连接的源极侧的晶体管(P)和吸收器侧的晶体管(N)，也可以在对另一方的栅极进行接通控制时，其他一方也同时进行接通控制。此外，也可以通过对所使用的晶体管使用MOS传输门(MOS模拟开关)，而省略阻止逆电流的肖特基二极管。或者，也可以通过Pch型DMOS和Nch型DMOS的串联来构成所使用的晶体管，而省略阻止逆电流的肖特基二极管。
在对另一方的栅极进行接通控制时，其他一方也同时进行接通控制的情况下，只要使用判别电路75的控制信号en-a～en-e的输出，如图12所示构成栅极驱动电路76即可。在该情况下，对VIN和Vsens的各条件有效的VCOM生成晶体管组77之中、对VIN和Vsens的各条件有效的晶体管，如图13所示。此外，当通过对所使用的晶体管使用MOS传输门(MOS模拟开关)而省略阻止逆电流的肖特基二极管时，VCOM生成晶体管组77的电路如图14所示。
公共电压波形VCOM的生成所使用的各电位V1、V2、V41、V32、V31、V0的电源从辅助电位生成电路73进行供给。最大电位V1、中间电位V2以及最低电位V0从连接于辅助电位生成电路73的外部电源71、72进行供给。即，中间电位V2从电压V2的外部电源71供给。最大电位V1从串联连接的电压V2的外部电源71和电压V1-V2的外部电源72供给。最低电位V0从外部电源71的负极侧供给。各电位V1、V2、V0的值可以通过致动器6的构造、油墨的种类等来决定。列举一例，最大电位V1为30V，中间电位V2为18V，最低电位V0为0V。最大电位V1、中间电位V2、最低电位V0的电源71、72是电源供给部的一例。
另一方面，辅助电位V41、V32、V31不单独设置外部电源，而是通过辅助电位生成电路73生成。辅助电位V41是处于最大电位V1与中间电位V2之间的电位。在该示例中，将最大电位V1与中间电位V2的电位差分压为二等分，而设为辅助电位41。列举一例，V1＝30V、V2＝18V、V41＝24V。生成的辅助电位的数量并不限于一个。即，将最大电位V1与中间电位V2的电位差分压为m等分，生成m-1个辅助电位。“m”为2以上的自然数。
辅助电位V31、V32是处于中间电位V2与最低电位V0之间的相互不同的电位。在该示例中，将中间电位V2与最低电位V0的电位差分压为三等分，将中间电位V2的1/3的电位设为辅助电位V31，将中间电位V2的2/3的电位设为V32。列举一例，V2＝18V、V32＝12V、V31＝6V。生成的辅助电位的数量并不限于两个。即，将中间电位V2与最低电位V0的电位差分压为n等分，生成n-1个辅助电位。“n”为2以上的自然数。
图15是辅助电位生成电路73的优选的一例。辅助电位生成电路73将两个分压电阻Rd1、Rd2在最大电位V1与中间电位V2之间串联连接并进行分压。两个分压电阻Rd1、Rd2使用电阻值相同的分压电阻。由此，将最大电位V1与中间电位V2的电位差分压为二等分。进一步，将两个电容器Cs1、Cs2在最大电位V1与中间电位V2之间串联连接。使电容器Cs1、Cs2的静电电容分别比所有通道的致动器6(Cx1～Cxn)的合计静电电容大。优选为十倍以上。作为一例，在各个致动器6(Cx1～Cxn)的静电电容为1000pF、通道数量为300ch的情况下，合计静电电容为0.3μF。在该情况下，电容器Cs1、Cs2分别使用静电电容为十倍以上的3μF以上的电容器。
分压电阻Rd1、Rd2间的节点和电容器Cs1、Cs2间的节点经由运算放大器OP1而连接。运算放大器OP1采用电压跟随器的结构，该电压跟随器将分压电阻Rd1、Rd2间的节点与正输入连接，并将放大器的输出与负输入连接。进一步，将限制电阻RS1连接于运算放大器OP1的输出与电容器Cs1、Cs2间的节点之间。
运算放大器OP1将由分压电阻Rd1、Rd2决定的辅助电位作为目标值，对电容器Cs1、Cs2进行充放电。充电到电容器Cs1、Cs2的辅助电位V41的电荷用于致动器6的充电。进一步，电容器Cs1、Cs2接收从致动器6放电的辅助电位V41的电荷并将其存储。也就是说，辅助电位V41的致动器6的充放电通过电容器Cs1、Cs2与致动器6之间的电荷的转移而进行。
进一步，辅助电位生成电路73将三个分压电阻Rd3、Rd4、Rd5在中间电位V2与最低电位V0之间串联连接并进行分压。三个分压电阻Rd3、Rd4、Rd5使用电阻值相同的分压电阻。由此，将中间电位V2与最低电位V0的电位差分压为三等分。进一步，将三个电容器Cs3、Cs4、Cs5在中间电位V2与最低电位V0之间串联连接。使电容器Cs3、Cs4、Cs5的静电电容分别比所有通道的致动器6(Cx1～Cxn)的合计静电电容大。优选为十倍以上。
各分压电阻Rd3、Rd4、Rd5间的节点和各电容器Cs3、Cs4、Cs5间的节点经由运算放大器OP2而连接。运算放大器OP2采用电压跟随器的结构，该电压跟随器将分压电阻Rd3、Rd4间的节点与正输入连接，并将放大器的输出与负输入连接。进一步，将限制电阻Rs2连接于运算放大器OP2的输出与电容器Cs3、Cs4间的节点之间。同样地，运算放大器OP3采用电压跟随器的结构，该电压跟随器将分压电阻Rd4、Rd5间的节点与正输入连接，将放大器的输出与负输入连接。进一步，将限制电阻Rs3连接于运算放大器OP3的输出与电容器Cs4、Cs5间的节点之间。
运算放大器OP2、OP3将由分压电阻Rd3、Rd4、Rd5决定的辅助电位作为目标值，对电容器Cs3、Cs4、Cs5进行充放电。充电到电容器Cs3、Cs4、Cs5的辅助电位V31、V32的电荷用于致动器6的充电。进一步，电容器Cs3、Cs4、Cs5接收从致动器6放电的辅助电位V31、V32的电荷并将其存储。也就是说，辅助电位V31、V32的致动器6的充放电通过电容器Cs3、Cs4、Cs5与致动器6之间的电荷的转移而进行。
限制电阻Rs1、Rs2、Rs3防止运算放大器OP1、OP2、OP3对辅助电位V41、V31、V32的电位变动反应过度地进行动作。即，当向致动器6提供辅助电位V41、V31、V32的电荷而进行充电时，电容器Cs1、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5的电压下降，但当运算放大器OP1、OP2、OP3对该电容器Cs1、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5的电压降低反应敏感地进行动作时，会消耗电力。为此，设置限制电阻Rs1、Rs2、Rs3，对运算放大器OP1、OP2、OP3的反应的速度进行调整。优选运算放大器OP1、OP2、OP3尽可能地只在电容器Cs1、Cs2、Cs3、Cs4、Cs5的初始充电时进行动作。此外，当使用运算放大器OP1、OP2、OP3时，能够增大分压电阻Rd1、Rd2、Rd3、Rd4、Rd5的电阻值，与其相应地，也存在抑制消耗电力的优点。
上述的辅助电位生成电路73是辅助电位供给部的一例。但是，如在图16中示出变形例那样，辅助电位生成电路73也可以省略运算放大器OP1、OP2、OP3和限制电阻Rs1、Rs2、Rs3。
所生成的公共电压波形VCOM经由公共电压波形信号线和驱动IC3向各通道的致动器6提供。驱动IC3具备向喷出油墨的致动器6选择性地提供公共电压波形VCOM的选择开关。图17是由模拟开关组构成选择开关97的一例。模拟开关组是电压施加部的一例。如图17所示，各通道的选择开关97为双向开关，以便能够对致动器6进行充放电。驱动IC3基于打印数据，向喷出油墨的通道提供控制信号Cc1～Cc2。相应的通道的选择开关97通过控制信号Cc1～Cc2而接通，将公共电压波形VCOM提供给致动器6。控制信号Cc1～Cc2作为像素数据，例如从作为打印机的控制部的控制基板17输入。
接下来，生成公共电压波形VCOM，并将所生成的公共电压波形VCOM选择性地提供给致动器6，对油墨喷出动作进行说明。
例如，在初始状态下，VCOM生成电路7生成最低电位V0的电压波形，并提供给致动器6的独立端子。而且，当开始进行一系列的油墨喷出动作的序列时，VCOM生成电路7生成从最低电位V0变化为中间电位V2的电压波形，并提供给致动器6。即，在VCOM生成电路7内，输出从最低电位V0变化为中间电位V2的目标电压波形VIN，并以追随其的方式生成公共电压波形VCOM。
被提供中间电位V2的致动器6进行稳定变形。具体地，如图18的(a)所示，在压电体61的极化轴的朝向上施加电场，致动器6在层叠方向(Z方向)上拉伸，压力室42的容积变为缩小的状态。其在油墨喷出的定时之前先进行。而且，在按照打印数据开始进行油墨的喷出动作之前，保持中间电位V2，设为待机状态。
这之后，在按照打印数据开始进行喷出一个点(one dot)的油墨的动作时，VCOM生成电路7生成经由辅助电位V32、V31而从中间电位V2变化为最低电位V0的电压波形。另一方面，驱动IC3将喷出油墨的通道的选择开关97接通。由此，向喷出油墨的致动器6提供经由辅助电位V32、V31而从中间电位V2变化为最低电位V0的电压波形。其结果，如图18的(b)所示，拉伸的致动器6复原，即相对地收缩，压力室42的容积相对地扩大。与压力室42的容积扩大相应地，油墨经由引导流路43向压力室42内流入。
然后，在开始进行使驱动电压从V2下降到V0的变化之后、例如经过头部2的压力振动周期的1/2的时间之后，VCOM生成电路7生成经由辅助电位V32、V31而从最低电位V0变化为中间电位V2的电压波形，并提供给致动器6。这样，使致动器6的电压经由辅助电位V32、V31从最低电位V0提高到中间电位V2，如图18的(c)所示，致动器6在层叠方向(Z方向)上拉伸进而压力室42的容积相对地缩小，从而油墨的液滴R从喷嘴24喷出。
然后，在提高到中间电位V2之后、例如经过头部2的压力振动周期的1/2的时间之后，VCOM生成电路7生成经由辅助电位V41而从中间电位V2变化为最大电位V1的电压波形，并提供给致动器6。在预定时间后，VCOM生成电路7生成经由辅助电位V41而从最大电位V1变化为中间电位V2的电压波形，并提供给致动器6。通过此时的致动器6的拉伸(图18的(d))和复位(图18的(a))而使压力室42的容积缩小、复位，通过该动作使残留振动衰减。通过该一些列的动作能够喷出一个点油墨的液滴R。在基于打印数据继续喷出油墨的情况下，重复进行起始于中间电位V2并终止于中间电位V2的一个点油墨的喷出动作。然后，在最后一个点油墨的喷出结束之后，如图7的(a)所示，恢复到最低电位V0，结束一系列的液体喷出动作。
喷出一个点油墨的电压波形(参照图7的(a))起始于中间电位V2并终止于中间电位V2。这期间，从头向辅助电位V31、V32、V41充电时的头与辅助电位的电位差和次数，与从辅助电位V31、V32、V41向头充电时的头与辅助电位的电位差和次数相等。因此，在一个点油墨喷出动作期间，使辅助电位V31、V32、V41再生出与从辅助电位V31、V32、V41放电出的电荷相同的电荷，辅助电位V31、V32、V41在喷出油墨之后也维持从前的电压。通过该辅助电位V31、V32、V41的电荷的供给和再生，能够减少消耗电力，抑制喷墨头100的驱动电路和致动器6的发热。当然，喷出一个点油墨的电压波形并不限于图7的(a)的电压波形。例如，也可以是滴定多个油墨滴而形成一个点的多滴的电压波形等。进一步，并不限于上述的牵引的电压波形。这是因为，在起始于中间电位V2并终止于中间电位V2的期间，只要维持使从头向各辅助电位充电时的头与辅助电位的电位差和次数，与从辅助电位向头充电时的头与辅助电位的电位差和次数相等这一规则，则无论是怎样的电压波形，都可保持辅助电位V31、V32、V41的电荷的收支。因此，由运算放大器OP1、OP2、OP3进行的充电量较小，从而能够节约消耗电力。
进一步，由于将电容器Cs1、Cs2、Cs3、Cs4的静电电容设定得相比所有通道的致动器6(Cx1～Cxn)的合计静电电容足够大，因此在喷出一个点油墨的电压波形的序列之中能够减小电容器Cs1、Cs2、Cs3、Cs4的电压变化。由此，能够抑制运算放大器OP1、OP2、OP3反应过度而消耗电力。进一步，通过对运算放大器OP1、OP2、OP3的输出设置有限制电阻Rs1、Rs2、Rs3，运算放大器OP1、OP2、OP3对电容器Cs1、Cs2、Cs3、Cs4的微小电压变化也不会产生反应。
如以上所说明的那样，根据上述的任一实施方式，能够抑制油墨喷出动作时的致动器6以及驱动电路的发热和消耗电力。进一步，由于使图10的各晶体管进行模拟动作，因此能够抑制致动器6的发热，此外，能够从致动器6的动作去除不需要的高频成分而稳定地喷出油墨。
另外，辅助电位V31、V32、V41的生成方法与中间电位V2不同，但也是处于最高电位与最低电位之间的中间电位。即，在最高电位与最低电位之间设定有一个以上的中间电位。喷出油墨的通道可以不必设置多个。进一步，致动器6并不限于层叠有多个压电体61的层叠型。压电体61也可以是单一层的致动器。此外，施加驱动电压时的致动器的动作并不限于纵向振动。进一步，并不限于按需滴定压电方式，也可以应用于连续方式。
在上述的实施方式中，将喷墨打印机10的喷墨头100作为液体喷出装置的一例进行了说明，但液体喷出装置也可以是3D打印机的造型材料喷出头、分注装置的试样喷出头。
本发明的实施方式是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
Claims (10)
1.一种液体喷出头，其特征在于，具备：
多个压电致动器，分别构成为使液体从喷嘴喷出；
公共电压波形信号线，向多个所述压电致动器提供公共电压波形；
电源供给部，供给最大电位、最低电位和中间电位，所述最大电位是向所述压电致动器提供最大变形的电位，所述最低电位是不向所述压电致动器提供变形的电位，所述中间电位是向所述压电致动器提供比所述最大变形小的稳定变形的电位；
辅助电位供给部，对所述最大电位与所述中间电位的电位差和/或所述中间电位与所述最低电位的电位差进行分压而生成辅助电位，并且以能够向所述压电致动器充放电的方式将所述辅助电位的电荷存储在电容器中；
晶体管组，将所述公共电压波形信号线与从所述电源供给部以及所述辅助电位供给部供给的各电位的供给线选择性地进行连接；
目标电压波形生成部，生成目标电压波形；以及
控制电路，对所述目标电压波形与所述公共电压波形进行比较，以使所述公共电压波形接近所述目标电压波形的方式对所述晶体管组进行控制。
2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，
所述目标电压波形是每喷出一个点的液体时起始于所述中间电位并终止于所述中间电位的波形。
3.根据权利要求2所述的液体喷出头，其特征在于，
重复进行多个点的液体的喷出，在最后一个点的液体的喷出结束之后，使所述公共电压波形恢复到所述最低电位，结束一系列的液体喷出动作。
4.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，
所述目标电压波形包括倾斜部，所述倾斜部经由所述辅助电位而变化为所述最大电位、所述中间电位、所述最低电位的任一者，
所述控制电路对所述目标电压波形与所述公共电压波形进行比较，生成和所述目标电压波形与所述公共电压波形的电位差的大小相对应的电压并向进行接通控制的所述晶体管的栅极提供，使所述晶体管的接通电阻非饱和地发生变化，以生成包括所述倾斜部的公共电压波形。
5.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，
所述晶体管组的各晶体管与肖特基二极管连接。
6.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，
所述辅助电位通过对所述最大电位与所述中间电位的电位差和/或所述中间电位与所述最低电位的电位差以m等分的方式进行分压而生成，m为2以上的自然数。
7.一种液体喷出头，其特征在于，具备：
压电致动器，构成为使液体从喷嘴喷出；
电压施加部，向所述压电致动器提供电压波形；
电源供给部，供给最大电位、最低电位和多个中间电位，所述最大电位是向所述压电致动器提供最大变形的电位，所述最低电位是不向所述压电致动器提供变形的电位，所述中间电位是向所述压电致动器提供比所述最大变形小的变形的电位；
晶体管组，由多个晶体管构成，所述多个晶体管将所述电压施加部与从所述电源供给部供给的各电位的供给线切断或以接通电阻可变的方式连接；
目标电压波形生成部，生成目标电压波形；
比较部，对所述目标电压波形与所述电压施加部的电压波形进行比较；以及
控制电路，参照与所述目标电压波形与所述电压施加部的电压波形进行比较的结果，从所述晶体管组之中选择进行接通动作的晶体管，且对所述选择的晶体管的接通电阻进行控制。
8.根据权利要求7所述的液体喷出头，其特征在于，
对所述晶体管组的各个晶体管进行排他性控制。
9.根据权利要求7所述的液体喷出头，其特征在于，
重复进行多个点的液体的喷出，在最后一个点的液体的喷出结束之后，结束一系列的液体喷出动作。
10.根据权利要求7所述的液体喷出头，其特征在于，
所述多个晶体管与肖特基二极管连接。
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