JP2002210958A - インクジェットヘッドの駆動回路及び、インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents
インクジェットヘッドの駆動回路及び、インクジェットヘッドの駆動方法Info
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- B41J2/04581—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits controlling heads based on piezoelectric elements
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力増幅回路と圧電ヘッドが物理的に離れて
いるインクジェットプリンタにおいて、両者を接続する
ケーブルの抵抗と圧電アクチュエータの静電容量で構成
される低域通過フィルタの影響で微小滴を吐出するのに
必要な高スルーレートの駆動波形がなまる現象を改善す
る。 【解決手段】 キャリッジ上に配置される中継基板２
２、電力増幅器１１１を有する制御基板１１、両者を接
続するケーブル１３を具備し且つ、中継基板１２に実装
されたトランスファゲートの入力から配線１１４を介し
て制御基板１１に実装された電力増幅回路１１１へ負帰
還をかける。
いるインクジェットプリンタにおいて、両者を接続する
ケーブルの抵抗と圧電アクチュエータの静電容量で構成
される低域通過フィルタの影響で微小滴を吐出するのに
必要な高スルーレートの駆動波形がなまる現象を改善す
る。 【解決手段】 キャリッジ上に配置される中継基板２
２、電力増幅器１１１を有する制御基板１１、両者を接
続するケーブル１３を具備し且つ、中継基板１２に実装
されたトランスファゲートの入力から配線１１４を介し
て制御基板１１に実装された電力増幅回路１１１へ負帰
還をかける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タを用いたインクジェットヘッドの駆動回路及び、イン
クジェットヘッドの駆動方法に関し、特に、微小インク
滴を吐出することにより高品質なカラー画像記録を行う
インクジェットヘッドの駆動回路及び、インクジェット
ヘッドの駆動方法に関する。
タを用いたインクジェットヘッドの駆動回路及び、イン
クジェットヘッドの駆動方法に関し、特に、微小インク
滴を吐出することにより高品質なカラー画像記録を行う
インクジェットヘッドの駆動回路及び、インクジェット
ヘッドの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、高精細な画像記録を行うための画
像処理技術としては、面積階調方式やディザ方式の階調
記録方式が一般的であった。しかし、近年は、写真品質
の画像を高速で印刷することが要求されている。この要
求を実現すべく、画像形成装置には多数のノズルを搭載
して高速印刷を実現可能とし、そのノズルから微小なイ
ンク滴を吐出するよう制御することで高画質化すること
が望まれている。さらに、ノズルから吐出するインク滴
の大きさは可変でなければならず、この制御方式を滴径
変調方式という。通常、圧電アクチュエータの印加電圧
を制御することにより、ノズルから吐出されるインク滴
の大きさを調整することができる。
像処理技術としては、面積階調方式やディザ方式の階調
記録方式が一般的であった。しかし、近年は、写真品質
の画像を高速で印刷することが要求されている。この要
求を実現すべく、画像形成装置には多数のノズルを搭載
して高速印刷を実現可能とし、そのノズルから微小なイ
ンク滴を吐出するよう制御することで高画質化すること
が望まれている。さらに、ノズルから吐出するインク滴
の大きさは可変でなければならず、この制御方式を滴径
変調方式という。通常、圧電アクチュエータの印加電圧
を制御することにより、ノズルから吐出されるインク滴
の大きさを調整することができる。
【０００３】この滴径変調方式を採用した従来例が、特
開平１０−３１５４５１号公報に開示されている。ここ
では、波形発生回路と電力増幅回路を用いて、全ての圧
電アクチュエータに同一の駆動波形を供給し、画像デー
タにより吐出のＯＮ／ＯＦＦを制御することが提案され
ている。
開平１０−３１５４５１号公報に開示されている。ここ
では、波形発生回路と電力増幅回路を用いて、全ての圧
電アクチュエータに同一の駆動波形を供給し、画像デー
タにより吐出のＯＮ／ＯＦＦを制御することが提案され
ている。
【０００４】図３に示すように、本従来例の手法は、波
形発生回路３１２が生成する駆動波形を低出力インピー
ダンスの電力増幅回路３１１で圧電アクチュエータ３２
１を駆動できる電力に増幅し、画像データによりトラン
スファゲート３２２を開閉してインクを吐出させるもの
である。
形発生回路３１２が生成する駆動波形を低出力インピー
ダンスの電力増幅回路３１１で圧電アクチュエータ３２
１を駆動できる電力に増幅し、画像データによりトラン
スファゲート３２２を開閉してインクを吐出させるもの
である。
【０００５】また、特開平９−１７４８８３号公報にも
滴径変調方式を採用した例が開示されている。本従来例
の手法は、図５に示すように、１つの圧電アクチュエー
タ５２３に対して１つの電力増幅回路５２２を備え、個
々の電力増幅回路５２２に波形発生回路５１１が生成す
る駆動波形を供給するか否かを決めるインタフェース回
路５２１で吐出をＯＮ／ＯＦＦさせるものである。
滴径変調方式を採用した例が開示されている。本従来例
の手法は、図５に示すように、１つの圧電アクチュエー
タ５２３に対して１つの電力増幅回路５２２を備え、個
々の電力増幅回路５２２に波形発生回路５１１が生成す
る駆動波形を供給するか否かを決めるインタフェース回
路５２１で吐出をＯＮ／ＯＦＦさせるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電アクチ
ュエータを用いたインクジェットヘッドで微小滴を吐出
させる場合、短時間で大きな電位差を持った駆動波形が
必要であり、最低でも１０［Ｖ／μｓ］のスルーレート
が要求される。圧電アクチュエータは容量性の負荷であ
り、積層セラミックで構成した場合、圧電アクチュエー
タ１個当たりの静電容量は３０００［ｐＦ］程度であ
る。高速で印刷するには３００ノズル程度のヘッドが必
要であり、そのときの全静電容量は０．９［μＦ］にも
達する。そのため低出力インピーダンスの電力増幅回路
を使用する。
ュエータを用いたインクジェットヘッドで微小滴を吐出
させる場合、短時間で大きな電位差を持った駆動波形が
必要であり、最低でも１０［Ｖ／μｓ］のスルーレート
が要求される。圧電アクチュエータは容量性の負荷であ
り、積層セラミックで構成した場合、圧電アクチュエー
タ１個当たりの静電容量は３０００［ｐＦ］程度であ
る。高速で印刷するには３００ノズル程度のヘッドが必
要であり、そのときの全静電容量は０．９［μＦ］にも
達する。そのため低出力インピーダンスの電力増幅回路
を使用する。
【０００７】ところが、シリアルプリンタの場合、イン
クジェットヘッドはキャリッジに実装され往復運動をす
るため、電力増幅回路を実装する基板と電力増幅回路の
負荷である圧電アクチュエータは、フレキシブルケーブ
ルで接続される。このとき、ケーブルの長さは５０［ｃ
ｍ］以上になる。このケーブルの電気抵抗は圧電アクチ
ュエータの静電容量と低域通過フィルタを形成するた
め、特開平１０−３１５４５１号公報に開示された技術
のように、低出力インピーダンスの電力増幅回路を用い
ることによって高スルーレートの駆動波形を得ることが
できたとしても、圧電アクチュエータの端子に印加され
る電圧（以下、端子電圧）はなまった形状の波形とな
る。
クジェットヘッドはキャリッジに実装され往復運動をす
るため、電力増幅回路を実装する基板と電力増幅回路の
負荷である圧電アクチュエータは、フレキシブルケーブ
ルで接続される。このとき、ケーブルの長さは５０［ｃ
ｍ］以上になる。このケーブルの電気抵抗は圧電アクチ
ュエータの静電容量と低域通過フィルタを形成するた
め、特開平１０−３１５４５１号公報に開示された技術
のように、低出力インピーダンスの電力増幅回路を用い
ることによって高スルーレートの駆動波形を得ることが
できたとしても、圧電アクチュエータの端子に印加され
る電圧（以下、端子電圧）はなまった形状の波形とな
る。
【０００８】この低域通過フィルタによる圧電アクチュ
エータの端子電圧への影響を図４に示す。本図では、圧
電アクチュエータ１個当たりの静電容量を３０００［ｐ
Ｆ］、ノズル数を３００、つまり電圧増幅回路の負荷静
電容量を０．９［μＦ］、ケーブルの電気抵抗を０．５
［Ω］と仮定したときの計算結果である。実際の圧電ア
クチュエータの端子電圧４２は、前記の低域通過フィル
タの影響で理想波形４１に対してなまった波形となって
しまう。この端子電圧への影響は微小インク滴の吐出を
不安定にしてしまう。
エータの端子電圧への影響を図４に示す。本図では、圧
電アクチュエータ１個当たりの静電容量を３０００［ｐ
Ｆ］、ノズル数を３００、つまり電圧増幅回路の負荷静
電容量を０．９［μＦ］、ケーブルの電気抵抗を０．５
［Ω］と仮定したときの計算結果である。実際の圧電ア
クチュエータの端子電圧４２は、前記の低域通過フィル
タの影響で理想波形４１に対してなまった波形となって
しまう。この端子電圧への影響は微小インク滴の吐出を
不安定にしてしまう。
【０００９】他方、高速印刷を実現するためにはノズル
を多数構成することが必須であるが、ノズル数が多くな
ればなるほど全静電容量が大きくなり、その結果とし
て、低域通過フィルタの遮断周波数が下がるため端子電
圧の波形のなまりは一層顕著になってしまう。
を多数構成することが必須であるが、ノズル数が多くな
ればなるほど全静電容量が大きくなり、その結果とし
て、低域通過フィルタの遮断周波数が下がるため端子電
圧の波形のなまりは一層顕著になってしまう。
【００１０】また、遮断周波数はケーブルの抵抗と静電
容量との積で決まるが、同時に駆動するノズルの数も時
々刻々と変わるので、波形のなまり方も変わってしまう
といった問題点があった。
容量との積で決まるが、同時に駆動するノズルの数も時
々刻々と変わるので、波形のなまり方も変わってしまう
といった問題点があった。
【００１１】特開平９−１７４８８３号公報に開示され
た技術は、１個の圧電アクチュエータ５２３を１個の電
力増幅回路５２２で駆動し、電力増幅回路５２２をキャ
リッジ上に実装した構成しているため、前記の低域フィ
ルタの影響はない。しかし、高速印刷を実現するためノ
ズルの数を増やすと、電力増幅回路の数も増加し実装規
模が大きくなるばかりでなく、発熱量も膨大になる。
た技術は、１個の圧電アクチュエータ５２３を１個の電
力増幅回路５２２で駆動し、電力増幅回路５２２をキャ
リッジ上に実装した構成しているため、前記の低域フィ
ルタの影響はない。しかし、高速印刷を実現するためノ
ズルの数を増やすと、電力増幅回路の数も増加し実装規
模が大きくなるばかりでなく、発熱量も膨大になる。
【００１２】この対策として、特開平９−１７４８８３
号公報に開示された技術では、キャリッジ上に放熱ファ
ンを必要とするため、キャリッジは相当な重量となる。
シリアル式のインクジェットプリンタでは、キャリッジ
を往復運動させなければならないため、キャリッジ重量
の増加は、この往復運動の加速および減速時における振
動の原因になり、この振動が画像品質を低下させてしま
う。
号公報に開示された技術では、キャリッジ上に放熱ファ
ンを必要とするため、キャリッジは相当な重量となる。
シリアル式のインクジェットプリンタでは、キャリッジ
を往復運動させなければならないため、キャリッジ重量
の増加は、この往復運動の加速および減速時における振
動の原因になり、この振動が画像品質を低下させてしま
う。
【００１３】これを避けるためには、キャリッジを緩や
かに加速および減速させる必要があるが、そのために
は、緩やかな加速および減速のためにキャリッジの運動
距離を長くしなければならず、これは装置形状の大型化
を招く原因となってしまう。
かに加速および減速させる必要があるが、そのために
は、緩やかな加速および減速のためにキャリッジの運動
距離を長くしなければならず、これは装置形状の大型化
を招く原因となってしまう。
【００１４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、電力増幅回路とヘッドの間に介在するケーブ
ルの電気抵抗と圧電アクチュエータの静電容量で低域通
過フィルタを形成し、その低域通過フィルタの影響によ
り圧電アクチュエータの端子電圧がなまる現象を改善し
て微小なインク滴を安定して吐出するインクジェットヘ
ッドの駆動回路及び、インクジェットヘッドの駆動方法
を提供することを目的とする。
のであり、電力増幅回路とヘッドの間に介在するケーブ
ルの電気抵抗と圧電アクチュエータの静電容量で低域通
過フィルタを形成し、その低域通過フィルタの影響によ
り圧電アクチュエータの端子電圧がなまる現象を改善し
て微小なインク滴を安定して吐出するインクジェットヘ
ッドの駆動回路及び、インクジェットヘッドの駆動方法
を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、ノズルから吐出するイン
クを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュエータ
が備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信号を印
加して圧力発生室の容量を変化させることにより、ノズ
ルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆
動回路において、駆動波形信号を発生する波形発生回路
と、駆動波形信号を一方の入力として、駆動波形信号を
増幅して圧電アクチュエータに出力する電力増幅回路
と、を有し、圧電アクチュエータの端子電圧を帰還させ
て、電力増幅回路の他方の入力とすることを特徴とす
る。
めに、請求項１記載の発明は、ノズルから吐出するイン
クを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュエータ
が備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信号を印
加して圧力発生室の容量を変化させることにより、ノズ
ルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆
動回路において、駆動波形信号を発生する波形発生回路
と、駆動波形信号を一方の入力として、駆動波形信号を
増幅して圧電アクチュエータに出力する電力増幅回路
と、を有し、圧電アクチュエータの端子電圧を帰還させ
て、電力増幅回路の他方の入力とすることを特徴とす
る。
【００１６】請求項２記載の発明は、ノズルから吐出す
るインクを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュ
エータが備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信
号を印加して圧力発生室の容量を変化させることによ
り、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドの駆動回路において、前駆駆動波形信号を発生する
波形発生回路と、駆動波形信号を一方の入力として、駆
動波形信号を増幅して圧電アクチュエータに出力する電
力増幅回路と、を有し、圧電アクチュエータの端子電圧
を帰還させた帰還信号と電力増幅回路からの出力信号と
を併せて、電力増幅回路の他方の入力とすることを特徴
とする。
るインクを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュ
エータが備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信
号を印加して圧力発生室の容量を変化させることによ
り、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドの駆動回路において、前駆駆動波形信号を発生する
波形発生回路と、駆動波形信号を一方の入力として、駆
動波形信号を増幅して圧電アクチュエータに出力する電
力増幅回路と、を有し、圧電アクチュエータの端子電圧
を帰還させた帰還信号と電力増幅回路からの出力信号と
を併せて、電力増幅回路の他方の入力とすることを特徴
とする。
【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、圧電アクチュエータの端子電圧を帰
還させる帰還ループに、高周波域で位相を進める作用を
もつコンデンサを備えることを特徴とする。
載の発明において、圧電アクチュエータの端子電圧を帰
還させる帰還ループに、高周波域で位相を進める作用を
もつコンデンサを備えることを特徴とする。
【００１８】請求項４記載の発明は、ノズルから吐出す
るインクを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュ
エータが備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信
号を印加して圧力発生室の容量を変化させることによ
り、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドの駆動方法において、駆動波形信号を発生し、駆動
波形信号を電力増幅回路の一方の入力端子に入力して、
駆動波形信号の増幅信号を圧電アクチュエータに印加
し、圧電アクチュエータに印加される駆動波形信号の増
幅信号を分圧して帰還させて、電力増幅回路の他方の入
力とすることを特徴とする。
るインクを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュ
エータが備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信
号を印加して圧力発生室の容量を変化させることによ
り、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドの駆動方法において、駆動波形信号を発生し、駆動
波形信号を電力増幅回路の一方の入力端子に入力して、
駆動波形信号の増幅信号を圧電アクチュエータに印加
し、圧電アクチュエータに印加される駆動波形信号の増
幅信号を分圧して帰還させて、電力増幅回路の他方の入
力とすることを特徴とする。
【００１９】請求項５記載の発明は、ノズルから吐出す
るインクを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュ
エータが備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信
号を印加して圧力発生室の容量を変化させることによ
り、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドの駆動方法において、前駆駆動波形信号を発生し、
駆動波形信号を電力増幅回路の一方の入力端子に入力し
て、駆動波形信号の増幅信号を圧電アクチュエータに印
加し、圧電アクチュエータに印加される駆動波形信号を
分圧した信号を帰還させた帰還信号と、電力増幅回路か
らの出力信号とを併せて、電力増幅回路の他方の入力と
することを特徴とする。
るインクを充填する圧力発生室に対応して圧電アクチュ
エータが備えられ、該圧電アクチュエータに駆動波形信
号を印加して圧力発生室の容量を変化させることによ
り、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドの駆動方法において、前駆駆動波形信号を発生し、
駆動波形信号を電力増幅回路の一方の入力端子に入力し
て、駆動波形信号の増幅信号を圧電アクチュエータに印
加し、圧電アクチュエータに印加される駆動波形信号を
分圧した信号を帰還させた帰還信号と、電力増幅回路か
らの出力信号とを併せて、電力増幅回路の他方の入力と
することを特徴とする。
【００２０】請求項６記載の発明は、請求項４又は５記
載の発明において、圧電アクチュエータの端子電圧を帰
還させる帰還ループに、高周波域で位相を進める作用を
もつコンデンサを備えることを特徴とする。
載の発明において、圧電アクチュエータの端子電圧を帰
還させる帰還ループに、高周波域で位相を進める作用を
もつコンデンサを備えることを特徴とする。
【００２１】請求項７記載の発明は、ノズル及び圧力発
生室を具備し、圧力発生室に対応した位置に設けられた
圧電アクチュエータに駆動波形信号を印加して、インク
が充填された圧力発生室の容量を急激に変化させること
によりノズルからインク滴を吐出させるインクジェット
ヘッドをキャリッジに実装し、用紙搬送方向と垂直方向
に往復運動させるシリアル型インクジェットプリンタの
インクジェットヘッドの駆動回路において、インクジェ
ットヘッドを駆動する信号を発生する波形発生回路、波
形発生回路の出力信号をインクジェットヘッドの駆動を
可能とする電力に増幅する電力増幅回路、印刷データを
格納する画像メモリ及び、画像メモリに格納された画像
データを直列データとして送信するデータ送信回路を実
装する制御基板と、データ送信回路からのデータを受信
するデータ受信回路、受信した印刷データにより圧電ア
クチュエータを選択するトランスファゲート及び、デー
タ受信回路とトランスファゲートとの電圧レベルを合わ
せるレベルシフト回路を具備し、キャリッジ上に実装さ
れる中継基板と、制御基板と中継基板とを接続するケー
ブルとを有し、中継基板に接続されたトランスファゲー
トの入力から配線を介して制御基板に実装された電力増
幅回路に抵抗及びコンデンサを介して負帰還ループを設
けたことを特徴とする。
生室を具備し、圧力発生室に対応した位置に設けられた
圧電アクチュエータに駆動波形信号を印加して、インク
が充填された圧力発生室の容量を急激に変化させること
によりノズルからインク滴を吐出させるインクジェット
ヘッドをキャリッジに実装し、用紙搬送方向と垂直方向
に往復運動させるシリアル型インクジェットプリンタの
インクジェットヘッドの駆動回路において、インクジェ
ットヘッドを駆動する信号を発生する波形発生回路、波
形発生回路の出力信号をインクジェットヘッドの駆動を
可能とする電力に増幅する電力増幅回路、印刷データを
格納する画像メモリ及び、画像メモリに格納された画像
データを直列データとして送信するデータ送信回路を実
装する制御基板と、データ送信回路からのデータを受信
するデータ受信回路、受信した印刷データにより圧電ア
クチュエータを選択するトランスファゲート及び、デー
タ受信回路とトランスファゲートとの電圧レベルを合わ
せるレベルシフト回路を具備し、キャリッジ上に実装さ
れる中継基板と、制御基板と中継基板とを接続するケー
ブルとを有し、中継基板に接続されたトランスファゲー
トの入力から配線を介して制御基板に実装された電力増
幅回路に抵抗及びコンデンサを介して負帰還ループを設
けたことを特徴とする。
【００２２】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発
明において、中継基板に実装されたトランスファゲート
の入力から制御基板の電力増幅回路への負帰還と併せ
て、制御基板の電力増幅回路の出力から、電力増幅回路
の入力への抵抗による負帰還を付加したことを特徴とす
る。
明において、中継基板に実装されたトランスファゲート
の入力から制御基板の電力増幅回路への負帰還と併せ
て、制御基板の電力増幅回路の出力から、電力増幅回路
の入力への抵抗による負帰還を付加したことを特徴とす
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の目的、特徴および
利点を明確にすべく添付図面を参照しながら、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。
利点を明確にすべく添付図面を参照しながら、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】図１は、本発明の一実施形態におけるイン
クジェットヘッド駆動回路の概略構成図である。画像メ
モリ１４は、シリアルプリンタで印刷する１行分のカラ
ー画像データが記憶されている。画像メモリ１４に記憶
されるカラー画像データは、データ送信回路１５で直列
データ変換され、キャリッジ上に配置された中継基板１
２に実装されたデータ受信回路１６に送られ並列データ
に戻された後、レベルシフト回路１７でトランスファゲ
ート１２２が動作可能な電圧に変換される。
クジェットヘッド駆動回路の概略構成図である。画像メ
モリ１４は、シリアルプリンタで印刷する１行分のカラ
ー画像データが記憶されている。画像メモリ１４に記憶
されるカラー画像データは、データ送信回路１５で直列
データ変換され、キャリッジ上に配置された中継基板１
２に実装されたデータ受信回路１６に送られ並列データ
に戻された後、レベルシフト回路１７でトランスファゲ
ート１２２が動作可能な電圧に変換される。
【００２５】ここで、制御基板１１と中継基板１２が物
理的に離れており両者を接続するケーブルが必要となる
が、制御基板１１と中継基板１２間のデータ転送で直列
データを用いているのは、このケーブルを通過させる信
号の数を削減するためである。
理的に離れており両者を接続するケーブルが必要となる
が、制御基板１１と中継基板１２間のデータ転送で直列
データを用いているのは、このケーブルを通過させる信
号の数を削減するためである。
【００２６】波形発生回路１１６は、図４の理想波形４
１を発生する回路である。波形発生回路１１６の出力電
圧Ｖ１は電力増幅回路１１１の非反転入力端子に入力さ
れる。ケーブル１３は、抵抗値Ｒ０の抵抗を有し、通常
この抵抗値は、０．５〜１［Ω］程度の値である。配線
１１４は、中継基板１２に実装されたトランスファゲー
ト１２２の入力から制御基板１１への帰還線である。抵
抗１１２、１１３は、電力増幅回路１１１の入力電圧Ｖ
１と出力電圧Ｖ２の増幅率を決定するものであり、低周
波域での増幅率Ｇは、次の式１で与えられる。
１を発生する回路である。波形発生回路１１６の出力電
圧Ｖ１は電力増幅回路１１１の非反転入力端子に入力さ
れる。ケーブル１３は、抵抗値Ｒ０の抵抗を有し、通常
この抵抗値は、０．５〜１［Ω］程度の値である。配線
１１４は、中継基板１２に実装されたトランスファゲー
ト１２２の入力から制御基板１１への帰還線である。抵
抗１１２、１１３は、電力増幅回路１１１の入力電圧Ｖ
１と出力電圧Ｖ２の増幅率を決定するものであり、低周
波域での増幅率Ｇは、次の式１で与えられる。
【００２７】
【数１】
【００２８】このように制御基板１１と中継基板１２の
間では、トランスファゲート１２２の入力から制御基板
１１への負帰還を掛ける構成で接続されているため、電
力増幅回路１１１の出力インピーダンスは圧電アクチュ
エータ１２１の負荷インピーダンスに比べて十分小さい
値である。また、トランスファゲート１２２のオン時の
抵抗は十分小さいので、圧電アクチュエータ１２１の端
子電圧はトランスファゲート１２２の入力電圧Ｖ３と同
じと考えてよい。
間では、トランスファゲート１２２の入力から制御基板
１１への負帰還を掛ける構成で接続されているため、電
力増幅回路１１１の出力インピーダンスは圧電アクチュ
エータ１２１の負荷インピーダンスに比べて十分小さい
値である。また、トランスファゲート１２２のオン時の
抵抗は十分小さいので、圧電アクチュエータ１２１の端
子電圧はトランスファゲート１２２の入力電圧Ｖ３と同
じと考えてよい。
【００２９】ところで、図３のように、中継基板１２か
らトランスファーゲート３２２の入力の負帰還を掛けな
い構成のときは、波形発生回路３１２の出力電圧Ｖ１と
圧電アクチュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の増幅率は、
次の式２で与えられる。
らトランスファーゲート３２２の入力の負帰還を掛けな
い構成のときは、波形発生回路３１２の出力電圧Ｖ１と
圧電アクチュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の増幅率は、
次の式２で与えられる。
【００３０】
【数２】
【００３１】ここにＧは式１に示す低周波域での増幅
率、Ａは電力増幅回路３１１の裸の増幅率、Ｈ（ｊω）
はケーブル３３の配線抵抗Ｒ０と圧電アクチュエータ３
２１−１、３２１−２、・・・の全静電容量Ｃで形成さ
れる低域通過フィルタの伝達関数であり、次の式３で与
えられる。
率、Ａは電力増幅回路３１１の裸の増幅率、Ｈ（ｊω）
はケーブル３３の配線抵抗Ｒ０と圧電アクチュエータ３
２１−１、３２１−２、・・・の全静電容量Ｃで形成さ
れる低域通過フィルタの伝達関数であり、次の式３で与
えられる。
【００３２】
【数３】
【００３３】ここで、ωは理論波形４１の周波数成分ｆ
に対して次の式４で与えられる。
に対して次の式４で与えられる。
【００３４】
【数４】
【００３５】ｊは虚数単位であり、次の式５で与えられ
る。
る。
【００３６】
【数５】
【００３７】式２に示したように、電力増幅回路３１１
の裸の増幅率Ａが十分に大きい場合、Ｖ３／Ｖ１はＨ
（ｊω）に等しくなる。つまり、実際に圧電アクチュエ
ータ３２１−１、３２１−２・・・の端子電圧は図４の
理論波形４１の周波数成分に依存するため、高周波数帯
域における波形発生回路３１２の出力電圧Ｖ１に対する
圧電アクチュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の増幅率Ｖ３
／Ｖ１は、小さくなる。したがって、実際の圧電アクチ
ュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の波形は、図４の４２で
示すようになまった形となってしまう。
の裸の増幅率Ａが十分に大きい場合、Ｖ３／Ｖ１はＨ
（ｊω）に等しくなる。つまり、実際に圧電アクチュエ
ータ３２１−１、３２１−２・・・の端子電圧は図４の
理論波形４１の周波数成分に依存するため、高周波数帯
域における波形発生回路３１２の出力電圧Ｖ１に対する
圧電アクチュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の増幅率Ｖ３
／Ｖ１は、小さくなる。したがって、実際の圧電アクチ
ュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の波形は、図４の４２で
示すようになまった形となってしまう。
【００３８】これに対して、図１に示した回路構成を有
する本実施形態による駆動回路では、Ｖ３／Ｖ１は次の
式６によって与えられる。
する本実施形態による駆動回路では、Ｖ３／Ｖ１は次の
式６によって与えられる。
【００３９】
【数６】
【００４０】この式６から明らかなように、図１の本実
施形態における波形発生回路３１２の出力電圧Ｖ１に対
する圧電アクチュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の増幅率
Ｖ３／Ｖ１は、図３に示した例と同様に電力増幅回路１
１１の裸の増幅率Ａを十分大くすれば、式１に示すＧに
等しくなり、理論波形４１の周波数成分ｆには依存しな
い。したがって、高周波帯域において増幅率Ｖ３／Ｖ１
が小さくなり、実際の圧電アクチュエータ１２１の端子
電圧Ｖ３の波形になまった形が生じることはない。
施形態における波形発生回路３１２の出力電圧Ｖ１に対
する圧電アクチュエータ３２１の端子電圧Ｖ３の増幅率
Ｖ３／Ｖ１は、図３に示した例と同様に電力増幅回路１
１１の裸の増幅率Ａを十分大くすれば、式１に示すＧに
等しくなり、理論波形４１の周波数成分ｆには依存しな
い。したがって、高周波帯域において増幅率Ｖ３／Ｖ１
が小さくなり、実際の圧電アクチュエータ１２１の端子
電圧Ｖ３の波形になまった形が生じることはない。
【００４１】また、前述したように、本実施形態におけ
る駆動回路は、抵抗１３と圧電アクチュエータ１２１の
全静電容量Ｃで低域通過フィルタを構成しているため、
波形発生回路１１６からの出力電圧Ｖ１が高周波数であ
るほど、Ｖ３に位相遅れが大きくなり、発振を引き起こ
す危険性が高くなる。しかし、本実施形態では、このＶ
３を帰還する経路上にコンデンサ１１５を有しており、
このコンデンサ１１５は高周波数帯域で位相を進める作
用により、低域通過フィルタの位相遅れを補償して、電
力増幅回路１１１の反転入力端子の入力波形とすること
で発振を回避することを可能とする。
る駆動回路は、抵抗１３と圧電アクチュエータ１２１の
全静電容量Ｃで低域通過フィルタを構成しているため、
波形発生回路１１６からの出力電圧Ｖ１が高周波数であ
るほど、Ｖ３に位相遅れが大きくなり、発振を引き起こ
す危険性が高くなる。しかし、本実施形態では、このＶ
３を帰還する経路上にコンデンサ１１５を有しており、
このコンデンサ１１５は高周波数帯域で位相を進める作
用により、低域通過フィルタの位相遅れを補償して、電
力増幅回路１１１の反転入力端子の入力波形とすること
で発振を回避することを可能とする。
【００４２】図６は、電力増幅回路１１１の具体的な構
成例を示した回路図である。トランジスタＱ６１１、Ｑ
６１１、抵抗Ｒ６１１、６１２は、差動増幅回路を構成
しており、両トランジスタのベース入力電圧の差に比例
した電圧をＱ６１１のコレクタ端子に発生する。Ｑ６２
は電圧増幅回路であり、負荷インピーダンスはトランジ
スタＱ６４１、Ｑ６４２、Ｑ６４３からなる定電流回路
で構成されている。このため、負荷インピーダンスは極
めて高く、電力増幅回路１１１の裸の増幅率は事実上、
無限大と見なせる。
成例を示した回路図である。トランジスタＱ６１１、Ｑ
６１１、抵抗Ｒ６１１、６１２は、差動増幅回路を構成
しており、両トランジスタのベース入力電圧の差に比例
した電圧をＱ６１１のコレクタ端子に発生する。Ｑ６２
は電圧増幅回路であり、負荷インピーダンスはトランジ
スタＱ６４１、Ｑ６４２、Ｑ６４３からなる定電流回路
で構成されている。このため、負荷インピーダンスは極
めて高く、電力増幅回路１１１の裸の増幅率は事実上、
無限大と見なせる。
【００４３】Ｑ６６１、Ｑ６６２は、ＭＯＳＦＥＴによ
るソースフォロアであり電流増幅を行う。トランジスタ
Ｑ６５１、６５２は、電圧増幅回路と電流増幅回路の間
に入るバッファである。ＭＯＳＦＥＴは、高周波域まで
高い増幅率を確保するために用いている。
るソースフォロアであり電流増幅を行う。トランジスタ
Ｑ６５１、６５２は、電圧増幅回路と電流増幅回路の間
に入るバッファである。ＭＯＳＦＥＴは、高周波域まで
高い増幅率を確保するために用いている。
【００４４】しかし、ＭＯＳＦＥＴは、ゲート／ソース
間に入力容量があるため直接、電圧増幅回路の負荷に接
続すると、高周波数域でインピーダンスが下がるため高
周波域で電力増幅回路１１１の裸の増幅率が下がる。バ
ッファはこれを避けるために挿入される。
間に入力容量があるため直接、電圧増幅回路の負荷に接
続すると、高周波数域でインピーダンスが下がるため高
周波域で電力増幅回路１１１の裸の増幅率が下がる。バ
ッファはこれを避けるために挿入される。
【００４５】トランジスタＱ６３、抵抗Ｒ６３１、Ｒ６
３２はトランジスタＱ６５１、６６１、６５２、６６２
のベース／エミッタ電圧及び、ゲート／ソース間電圧を
補償するバイアス回路であり、圧電アクチュエータに流
れる電流が充電から放電及び、放電から充電に遷移する
際に波形が歪まないようにするためのものである。コン
デン６１は、電力増幅回路１１１が帰還回路を構成した
際に発振しないための位相補償用である。
３２はトランジスタＱ６５１、６６１、６５２、６６２
のベース／エミッタ電圧及び、ゲート／ソース間電圧を
補償するバイアス回路であり、圧電アクチュエータに流
れる電流が充電から放電及び、放電から充電に遷移する
際に波形が歪まないようにするためのものである。コン
デン６１は、電力増幅回路１１１が帰還回路を構成した
際に発振しないための位相補償用である。
【００４６】図７は、本実施形態による圧電アクチュエ
ータの端子電圧の計算結果を示しており、図４に示した
端子電圧に比べてなまりが改善されていることが明らか
である。
ータの端子電圧の計算結果を示しており、図４に示した
端子電圧に比べてなまりが改善されていることが明らか
である。
【００４７】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。その基本的な構成は、上記の実施形態と同様であ
るが、発振対策についてさらに工夫している。図２は、
本発明の他の実施形態におけるインクジェットヘッド駆
動回路の構成例を示した回路図である。図２に示した回
路構成は、図１に示した回路構成に対して、電力増幅回
路の出力からの帰還ループを付加したものであり、この
帰還ループには抵抗２１７が含まれている。
する。その基本的な構成は、上記の実施形態と同様であ
るが、発振対策についてさらに工夫している。図２は、
本発明の他の実施形態におけるインクジェットヘッド駆
動回路の構成例を示した回路図である。図２に示した回
路構成は、図１に示した回路構成に対して、電力増幅回
路の出力からの帰還ループを付加したものであり、この
帰還ループには抵抗２１７が含まれている。
【００４８】電力増幅回路の出力電圧Ｖ２は、トランス
ファゲート２２２の入力電圧Ｖ３に対して位相が進んで
いる。従って、低域通過フィルタによって位相の遅れた
信号を帰還したものに、この位相の進んだ信号を併せて
帰還させることにより、高周波域での帰還信号の位相遅
れを緩和することで発振を抑制することが可能となる。
図２の実施形態におけるＶ３／Ｖ１は、下記の式７で求
められる。
ファゲート２２２の入力電圧Ｖ３に対して位相が進んで
いる。従って、低域通過フィルタによって位相の遅れた
信号を帰還したものに、この位相の進んだ信号を併せて
帰還させることにより、高周波域での帰還信号の位相遅
れを緩和することで発振を抑制することが可能となる。
図２の実施形態におけるＶ３／Ｖ１は、下記の式７で求
められる。
【００４９】
【数７】
【００５０】このように、本発明は、電力増幅回路の負
帰還をキャリッジ上に配置された圧電アクチュエータ及
び、圧電アクチュエータの駆動を制御するトランスファ
ゲートを実装した中継基板から、電力増幅回路の負帰還
をかけるという基本的構成を有する。この構成により、
本発明は、電力増幅回路とヘッドの間に介在するケーブ
ルの電気抵抗と圧電アクチュエータの静電容量が形成す
る低域通過フィルタの影響による、圧電アクチュエータ
端子の駆動波形のなまりを改善することが可能となる。
その結果として、微小滴を安定に吐出することが可能な
インクジェットヘッドの駆動回路が提供される。
帰還をキャリッジ上に配置された圧電アクチュエータ及
び、圧電アクチュエータの駆動を制御するトランスファ
ゲートを実装した中継基板から、電力増幅回路の負帰還
をかけるという基本的構成を有する。この構成により、
本発明は、電力増幅回路とヘッドの間に介在するケーブ
ルの電気抵抗と圧電アクチュエータの静電容量が形成す
る低域通過フィルタの影響による、圧電アクチュエータ
端子の駆動波形のなまりを改善することが可能となる。
その結果として、微小滴を安定に吐出することが可能な
インクジェットヘッドの駆動回路が提供される。
【００５１】なお、本発明が上記各実施形態に限定され
ず、本発明の技術的思想の範囲内において各実施形態は
適宜変更され得ることは明らかである。
ず、本発明の技術的思想の範囲内において各実施形態は
適宜変更され得ることは明らかである。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、電力増幅回路とヘッドの間に介在するケーブ
ルの電気抵抗と圧電アクチュエータの静電容量で低域通
過フィルタを形成し、その低域通過フィルタの影響によ
り圧電アクチュエータの端子電圧がなまる現象を改善し
て微小なインク滴を安定して吐出することができる。
によれば、電力増幅回路とヘッドの間に介在するケーブ
ルの電気抵抗と圧電アクチュエータの静電容量で低域通
過フィルタを形成し、その低域通過フィルタの影響によ
り圧電アクチュエータの端子電圧がなまる現象を改善し
て微小なインク滴を安定して吐出することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態におけるインクジェッ
トヘッド駆動回路の回路構成図である。
トヘッド駆動回路の回路構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるインクジェッ
トヘッドの駆動回路の回路構成図である。
トヘッドの駆動回路の回路構成図である。
【図３】従来方式によるインクジェットヘッド駆動回路
の第１の回路構成図である。
の第１の回路構成図である。
【図４】従来方式のインクジェットヘッド駆動回路によ
る波形なまりを説明するための図である。
る波形なまりを説明するための図である。
【図５】従来方式のインクジェットヘッド駆動回路の第
２の回路構成図である。
２の回路構成図である。
【図６】本発明のインクジェットヘッド駆動回路に適用
する電力増幅回路の具体的な回路構成図である。
する電力増幅回路の具体的な回路構成図である。
【図７】本発明のインクジェットヘッド駆動回路による
波形なまりの改善を説明するための図である。
波形なまりの改善を説明するための図である。
１１ 制御基板 １１１ 電力増幅回路 １１２ 抵抗値Ｒｆの抵抗 １１３ 抵抗値Ｒｉの抵抗 １１４ 中継基板からの帰還線 １１５ 位相補償コンデンサ １２ 中継基板 １２１−１，２，・・・ 静電容量Ｃ０を有する圧電ア
クチュエータ １２２−１，２，・・・ トランスファゲート １３ 抵抗Ｒ０を有する制御基板１１と中継基板１２を
接続するケーブル １４ 画像メモリ １５ データ送信回路 １６ データ受信回路 １７ レベルシフト回路 ２１２ 抵抗値Ｒｆ１の抵抗 ２１３ 抵抗値Ｒｉの抵抗 ２１７ 抵抗値Ｒｆ２の抵抗
クチュエータ １２２−１，２，・・・ トランスファゲート １３ 抵抗Ｒ０を有する制御基板１１と中継基板１２を
接続するケーブル １４ 画像メモリ １５ データ送信回路 １６ データ受信回路 １７ レベルシフト回路 ２１２ 抵抗値Ｒｆ１の抵抗 ２１３ 抵抗値Ｒｉの抵抗 ２１７ 抵抗値Ｒｆ２の抵抗
Claims (8)
- 【請求項１】 ノズルから吐出するインクを充填する圧
力発生室に対応して圧電アクチュエータが備えられ、該
圧電アクチュエータに駆動波形信号を印加して前記圧力
発生室の容量を変化させることにより、前記ノズルから
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動回路
において、 前記駆動波形信号を発生する波形発生回路と、 前記駆動波形信号を一方の入力として、前記駆動波形信
号を増幅して前記圧電アクチュエータに出力する電力増
幅回路と、を有し、 前記圧電アクチュエータの端子電圧を帰還させて、前記
電力増幅回路の他方の入力とすることを特徴とするイン
クジェットヘッドの駆動回路。 - 【請求項２】 ノズルから吐出するインクを充填する圧
力発生室に対応して圧電アクチュエータが備えられ、該
圧電アクチュエータに駆動波形信号を印加して前記圧力
発生室の容量を変化させることにより、前記ノズルから
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動回路
において、 前駆駆動波形信号を発生する波形発生回路と、 前記駆動波形信号を一方の入力として、前記駆動波形信
号を増幅して前記圧電アクチュエータに出力する電力増
幅回路と、を有し、 前記圧電アクチュエータの端子電圧を帰還させた帰還信
号と前記電力増幅回路からの出力信号とを併せて、前記
電力増幅回路の他方の入力とすることを特徴とするイン
クジェットヘッドの駆動回路。 - 【請求項３】 前記圧電アクチュエータの端子電圧を帰
還させる帰還ループに、高周波域で位相を進める作用を
もつコンデンサを備えることを特徴とする請求項１また
は２記載のインクジェットヘッドの駆動回路。 - 【請求項４】 ノズルから吐出するインクを充填する圧
力発生室に対応して圧電アクチュエータが備えられ、該
圧電アクチュエータに駆動波形信号を印加して前記圧力
発生室の容量を変化させることにより、前記ノズルから
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法
において、 前記駆動波形信号を発生し、 前記駆動波形信号を電力増幅回路の一方の入力端子に入
力して、前記駆動波形信号の増幅信号を前記圧電アクチ
ュエータに印加し、 前記圧電アクチュエータに印加される前記駆動波形信号
の増幅信号を帰還させて、前記電力増幅回路の他方の入
力とすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動
方法。 - 【請求項５】 ノズルから吐出するインクを充填する圧
力発生室に対応して圧電アクチュエータが備えられ、該
圧電アクチュエータに駆動波形信号を印加して前記圧力
発生室の容量を変化させることにより、前記ノズルから
インク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法
において、 前駆駆動波形信号を発生し、 前記駆動波形信号を電力増幅回路の一方の入力端子に入
力して、前記駆動波形信号の増幅信号を前記圧電アクチ
ュエータに印加し、 前記圧電アクチュエータに印加される前記駆動波形信号
の増幅信号を帰還させた帰還信号と、前記電力増幅回路
からの出力信号とを併せて、前記電力増幅回路の他方の
入力とすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆
動方法。 - 【請求項６】 前記圧電アクチュエータの端子電圧を帰
還させる帰還ループに、高周波域で位相を進める作用を
もつコンデンサを備えることを特徴とする請求項４また
は５記載のインクジェットヘッドの駆動方法。 - 【請求項７】 ノズル及び圧力発生室を具備し、前記圧
力発生室に対応した位置に設けられた圧電アクチュエー
タに駆動波形信号を印加して、インクが充填された圧力
発生室の容量を急激に変化させることにより前記ノズル
からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドをキャ
リッジに実装し、用紙搬送方向と垂直方向に往復運動さ
せるシリアル型インクジェットプリンタのインクジェッ
トヘッドの駆動回路において、 前記インクジェットヘッドを駆動する信号を発生する波
形発生回路、前記波形発生回路の出力信号を前記インク
ジェットヘッドの駆動を可能とする電力に増幅する電力
増幅回路、印刷データを格納する画像メモリ及び、前記
画像メモリに格納された画像データを直列データとして
送信するデータ送信回路を実装する制御基板と、 前記データ送信回路からのデータを受信するデータ受信
回路、受信した印刷データにより前記圧電アクチュエー
タを選択するトランスファゲート及び、前記データ受信
回路と前記トランスファゲートとの電圧レベルを合わせ
るレベルシフト回路を具備し、前記キャリッジ上に実装
される中継基板と、 前記制御基板と前記中継基板とを接続するケーブルとを
有し、 前記中継基板に接続された前記トランスファゲートの入
力から配線を介して前記制御基板に実装された前記電力
増幅回路に抵抗及びコンデンサを介して負帰還ループを
設けたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動回
路。 - 【請求項８】 前記中継基板に実装された前記トランス
ファゲートの入力から前記制御基板の前記電力増幅回路
への負帰還と併せて、前記制御基板の前記電力増幅回路
の出力から、前記電力増幅回路の入力への抵抗による負
帰還を付加したことを特徴とする請求項７記載のインク
ジェットヘッドの駆動回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001012921A JP3601450B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | インクジェットヘッドの駆動回路及び、インクジェットヘッドの駆動方法 |
| US10/050,539 US6929340B2 (en) | 2001-01-22 | 2002-01-18 | Drive circuit of ink jet head and driving method of ink jet head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001012921A JP3601450B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | インクジェットヘッドの駆動回路及び、インクジェットヘッドの駆動方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002210958A true JP2002210958A (ja) | 2002-07-31 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001012921A Expired - Fee Related JP3601450B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | インクジェットヘッドの駆動回路及び、インクジェットヘッドの駆動方法 |
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|---|---|
| US (1) | US6929340B2 (ja) |
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| JP2008087467A (ja) * | 2006-09-05 | 2008-04-17 | Seiko Epson Corp | 液体噴射装置および印刷装置 |
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