JP2004050492A - Inkjet head driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して画像形成を行うインクジェットプリンタのインクジェットヘッドに関し、特にインクジェットヘッドに備えられたインクジェットヘッド駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタにおいては、記録ヘッド(インクジェットヘッドとも言う。)に備えられたPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等で形成される圧電体の滑り変形を利用してインクを吐出する剪断モード型の方法を用いた構成が知られている。
【0003】
従来の剪断モード型のインクジェットプリンタに用いられる記録ヘッドの構成及び機能について説明する。
【0004】
図7は、従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドの一部分を記録媒体側から見た状態を示す平面図である。図8は、従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドの縦断面図である。なお、図7では便宜上、インクタンク700は明示していない。
【0005】
図7及び図8に示すように、記録ヘッド100は、圧電体200、天板300、複数のインク室400及びインクタンク700を備えている。
【0006】
圧電体200は、櫛歯状に形成され、各櫛歯の隙間に櫛歯を壁面としてインク室400が嵌め込まれるように形成されている。
【0007】
インク室400は、両側の壁面に形成された駆動電極500及び吐出ノズル600を備えている。
【0008】
天板300は、複数のインク室400を圧電体200中に嵌合させるためのものであり、記録ヘッド100外部への接続電極900を備えている。
【0009】
また、インクはインクタンク700に蓄えられ、複数のインク室400に接続された共通インクパス800を介して吐出ノズル600から吐出される。吐出動作については、図9及び図10に基づいて説明する。
【0010】
図9は、従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドの画像形成時の動作を示す図である。図10は、従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドに電圧を印可するタイミングを示すタイミングチャートである。
【0011】
図9に示すように隣り合う3つのインク室400をそれぞれAチャンネル、Bチャンネル、Cチャンネルとして区別する。また、以下に記述するインクの吐出動作は、Bチャンネルのインク室400からインクを吐出する場合について説明するが、Aチャンネル、Bチャンネル、Cチャンネルのインク室400からのインク吐出についても同様である。
【0012】
図9(a)に示すように、インクの吐出を行わない通常状態では、Aチャンネル、Bチャンネル、Cチャンネルのインク室400のうち、何れの駆動電極500にも電位差は付与されない。また、圧電体200は、剪断モードの変形を生じるように、駆動電極500の表面と平行な方向、即ち駆動電界に直交する方向に分極する。
【0013】
Bチャンネルよりインクを吐出する場合、図10に示すように、Bチャンネルの駆動電極500に対して吐出パルスを与える。一方、Aチャンネル及びCチャンネルの駆動電極500については、吐出パルスを与えない。
【0014】
そうすると、Bチャンネルの駆動電極500から、Aチャンネル及びCチャンネルの駆動電極500に向かって電界が発生する。この電界の向きに従って、AチャンネルとBチャンネルとの間に形成された圧電体200及びBチャンネルとCチャンネルとの間に形成された圧電体200は、剪断変形する。その結果、図9(b)に示すように、Bチャンネルのインク室400の容積が拡張する。これにより、Bチャンネルにインクが吸引される。
【0015】
その後、図10に示すように、共通パルスをAチャンネル及びCチャンネルの駆動電極500に与える。そうすると、Aチャンネル及びCチャンネルの駆動電極500から、Bチャンネルの駆動電極500に向かって電界が発生する。この電界の向きに従って、AチャンネルとBチャンネルとの間に形成された圧電体200及びBチャンネルとCチャンネルとの間に形成された圧電体200は、剪断変形する。その結果、図9(c)に示すように、Bチャンネルのインク室400の容積が収縮する。これによって、Bチャンネルの吐出ノズル600からインクが吐出される。
【0016】
なお、何れのチャンネルからもインクを吐出しない場合は、Aチャンネル及びCチャンネルの駆動電極500に共通パルスを与えると同時に、Bチャンネルの駆動電極500に、共通パルスと同一の非吐出パルスを与える。これにより、A〜Cチャンネルの駆動電極500は等しい電位となるので、各駆動電極500間に電界は発生しなくなる。従って、圧電体200は電界による変形を生じることなく、何れのチャンネルのインク室400の容積も拡張したり収縮したりすることがないので、インクの吐出は行われない。
【0017】
上述のように、記録ヘッド100の画像形成時の動作は、インクを吐出するチャンネルを順次切り替えながら、A〜Cチャンネルの何れかからインクを吐出することである。即ち、記録ヘッド100は、隣り合うA〜Cの各チャンネルを駆動することによりインクを吐出して画像形成を行う。
【0018】
また、吐出パルスを与える時間AL、共通パルスを与える時間AL′は、下記の式(1)によって決定される。
【0019】
AL(AL′)=インク室の長さ/インク中における音速・・・(1)
従って、3つのチャンネルのインク室の長さが全て同じであれば、
AL′=2AL
となる。なお、一般的なインクジェットプリンタであれば、AL=2μs程度である。
【0020】
また、上記圧電体200を含め記録ヘッド100は、インクジェットプリンタに備えられる制御部の画像処理部等に接続されたヘッド駆動回路(インクジェットヘッド駆動回路とも言う。)を構成する駆動IC(ドライバIC)によって制御される。
【0021】
従来のヘッド駆動回路を構成する駆動ICでは、上述のように画像形成時にインクを吐出するために記録ヘッドを駆動する際、安定したインクの吐出性能を得るために記録ヘッドを駆動するための駆動電圧を調整していた。その理由は、インクの粘性抵抗によるもので、インクの温度が低く粘性が大きい時は、不吐出や吐出速度不足にならないよう高い駆動電圧(インクに付与するエネルギ)を要し、また逆にインクの温度が高く粘性が低い時は、インクに付与する圧力が過大となって生じるしぶき(インクのノズル付近での飛散。)を防止するため、駆動電圧を小さくする必要があったからである。
【0022】
また、従来の駆動ICでは、圧電体200の容量と配線の浮遊容量とにより、出力電圧が電源ラインの電圧を超えて(以下、オーバーシュートと言う。)ヘッド駆動回路に結果的に生じた寄生ダイオードや寄生トランジスタに電流が流れてしまい、ラッチアップ破壊を生じることがあった。
【0023】
そこで、特開平5−318735号公報には、図11のヘッド駆動回路の等価回路図に示されるように電圧出力部と圧電体200との間に直列抵抗を接続して、電圧出力(パルス)の立上がり速度及び立下がり速度を制限して、オーバーシュートを防止する構成が開示され、また、特開2000−174140公報には、IC内部の電源を分離してラッチアップを防止する構成が開示されている。
【0024】
一方、隣接する電圧の出力間が容量結合しているタイプの駆動ICでも、圧電体200に電圧を出力する出力部の電位が、その出力部に隣接する出力部の電位の状態変化によって隣接出力間で容量結合を形成する圧電体200に蓄えられた電荷及び隣接出力間の電位変化に基づき、過渡的に出力電位変動を誘発する。そのため、瞬間的に上述の電圧を出力する出力部の電圧が電源電圧以上になったり、GNDレベル以下になり駆動ICがラッチアップを生じる虞があった。
【0025】
そこで、上記の出力部の電位が電源電圧以上になった場合、出力部の電流を放電する放電経路をヘッド駆動回路の駆動IC内部に形成したものがあった。
【0026】
例えば、図12及び図13の等価回路図に示されるような隣接出力間に静電容量を負荷とするプッシュプル方式の駆動ICでは、隣接出力からの誘導ノイズに起因して、駆動ICに生じた寄生ダイオード90、92や寄生トランジスタ91、93に電流が流れる。
【0027】
上述の誘導ノイズは、図14に示すように、VH電源に接続されている出力部AがHigh出力(VHレベル)で、隣接出力部B、B′がLow出力からHigh出力に遷移する時、放電経路が形成されなければ両出力部間に接続された圧電体(キャパシタンス)200に充電されている電荷により出力部A側の電圧はVH電源の2倍となるが、駆動IC内部で放電経路が形成されているため、駆動ICを介してVH電源に放電され、最終的に出力部A及び隣接出力部B、B′の両出力部はともにHighレベル、つまり両出力部間に電位差のない状態として、ラッチアップを防止している。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、記録ヘッドの駆動電圧をインクの粘性によって調整すると、上記駆動電圧と駆動ICを駆動する駆動電圧とが同一であるため、記録ヘッドの駆動電圧を変化させる際、駆動ICの駆動電圧も変化させることとなり、駆動電圧を小さくすると駆動ICの動作速度が低下する傾向がある。つまり、駆動電圧の変化によって駆動ICの動作速度にばらつきが生じてしまっていたため、インクの吐出動作にもばらつきが生じ、インクの吐出性能に悪影響を与えていた。
【0029】
また、特開平5−318735号公報に開示された構成では、不要なオーバーシュートを未然に防止できるが、直列抵抗が熱を持ってしまうという問題がある。また、電圧出力(パルス)の立上がり速度及び立下がり速度を小さくしているので、パルス幅を小さくすることに限界がある。その結果、高速での画像形成動作の妨げになりかねない。
【0030】
特開2000−174140公報に開示された公報では、ラッチアップ防止のためIC内部の電源を分離させているが、上記公報の他の構成では、ある2領域の間に両者間を電気的に分離する分離領域が構成されており、ヘッド駆動回路には上記のような分離領域はなく、ヘッド駆動回路には容易に上記公報の構成を適用できない。
【0031】
また、上述の隣接出力間が容量結合しているタイプの駆動ICでは、ラッチアップ防止のため放電経路を駆動IC内で構成しているが、完全にラッチアップを防止できていない。上述の隣接出力間に静電容量を負荷とするプッシュプル方式の駆動ICの例を用いて説明する。駆動IC内部にて放電経路が形成されたとしても、圧電体200から電源までの配線のインダクタンス成分や抵抗成分によって出力部Aに隣接する出力部B、B′のレベル遷移よりも放電に遅れを生じる。この遅れの期間に圧電体200に幾分かの電位差(出力部Aが隣接出力部B及びB′より電位が高い。)が残った状態となり、出力部Aの電圧値が一時的にVH+αとなってしまう。
【0032】
この時、αが拡散電位の0.6〜0.7Vより大きい場合、駆動ICに生じた寄生ダイオード90や寄生トランジスタ91に電流が流れる。そのため、この電流がトリガとなってラッチアップ状態になり、駆動ICの破壊に至る虞がある。
【0033】
また、図16に示すように、出力部Aが低圧出力(GNDレベル)で、出力部B、B′がHigh出力からLow出力に遷移する時も同様に出力部Aの電圧値がGND−αとなってしまう。
【0034】
この時も上記と同様に、αが拡散電位の0.6〜0.7Vより大きい場合、駆動ICに生じた寄生ダイオード92や寄生トランジスタ93に電流が流れ、ラッチアップ状態になり、駆動ICの破壊に至る虞がある。
【0035】
この発明の目的は、インクジェットヘッド駆動回路に電源を各々別個に接続し、インクジェットヘッド駆動回路の動作性能を安定させてインク吐出性能を向上し、また各電源の電圧が一定の関係となるように設定することで、ラッチアップを防止し、異常発熱を防止することができるインクジェットヘッド駆動回路を提供することにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
【0037】
(1)電圧を出力する出力部を有し、隣接する複数のインク室の少なくとも一部を構成する圧電体を負荷として出力部に接続したインクジェットヘッド駆動回路において、
P型半導体基板上のそれぞれ異なる部分にNウェル領域及びNMOSトランジスタを設け、Nウェル領域上にPMOSトランジスタを設け、
Nウェル領域、P型半導体基板、PMOSトランジスタのソース及びNMOSトランジスタのソースに第1電源〜第4電源を順に接続し、
前記各電源の電圧が、第1電源>第2電源>第3電源>第4電源の関係になるように設定し、
PMOSトランジスタのドレインとNMOSトランジスタのドレインとの接続ラインを前記出力部としたことを特徴とする。
【0038】
この構成においては、電圧を出力する出力部に負荷となるように接続された圧電体と複数の隣接するインク室とを備えたインクジェットヘッドを駆動するインクジェットヘッド駆動回路のNウェル領域、P型半導体基板、PMOSトランジスタのソース及びNMOSトランジスタのソースに各々別々に接続された4つの各電源の電圧が、第1電源>第2電源>第3電源>第4電源の関係で設定される。したがって、圧電体に接続された電圧の出力部の電位が、インクジェットヘッド(圧電体)を駆動するのに用いられる第2電源よりも高い場合や第3電源より低い場合でも、インクジェットヘッド駆動回路内に生じる寄生ダイオードや寄生トランジスタがON状態にならない構成となるように、各電源はそれぞれ上記の電圧の関係が満たされるように電圧が設定され、接続されている。そのため、寄生ダイオードや寄生トランジスタには電流が流れず、ラッチアップが防止される。
【0039】
(2)第1電源及び第4電源の電圧を固定し、
第2電源又は第3電源の電圧を可変とすることを特徴とする。
【0040】
この構成においては、インクジェットヘッド駆動回路自体を動作させるのに必要な第1電源及び第4電源の電圧が固定され、インクジェットヘッドを駆動する第2電源又は第3電源の電圧が可変とされる。したがって、インクヘッドジェットを駆動するのに必要な電圧がインクの粘性により調節されるため、インクの吐出性能が低下しない。
【0041】
また、インクジェットヘッド駆動回路を動作させる電源の電圧が固定され、インクジェットヘッドを駆動する電源とインクジェットヘッド駆動回路を動作させる電源とが分離されているので、電圧のばらつきがなく、一定の電圧が上記駆動回路に供給されるため、上記駆動回路の動作速度が安定する。
【0042】
(3)第1電源ラインから第2電源ライン又は第3電源ラインから第4電源ラインにダイオードを順方向に接続することを特徴とする。
【0043】
この構成においては、第1電源ラインから第2電源ライン又は第3電源ラインから第4電源ラインにダイオードが順方向に接続される。したがって、ダイオードが順方向に接続されることで、ダイオードによる電圧降下が生じるため、第1電源及び第2電源の電圧値は、第1電源>第2電源となり、第3電源及び第4電源の電圧値は、第3電源>第4電源となるため、一部の電源の電圧が供給されてない場合でも上記の各電源の電圧の関係が維持されるため、インクジェットヘッド駆動回路に構成された寄生ダイオード及び寄生トランジスタに電流が流れず、ラッチアップが防止される。
【0044】
(4)前記出力部から第2電源ライン又は第3電源ラインから前記出力部にダイオードを順方向に接続し、
ダイオードの順方向接続の電圧降下による電圧値が、前記出力部から第2電源ラインへの接続の場合は第1電源と第2電源との電圧値の差電圧値以下、第3電源ラインから前記出力部への接続の場合は第3電源と第4電源との電圧値の差電圧値以下であることを特徴とする。
【0045】
この構成においては、圧電体へ電圧を出力する出力部から第2電源ライン又は第3電源ラインから出力部にダイオードが順方向に接続される。また、出力部と第2電源ラインとが接続された際のダイオードの順方向電圧降下による電圧値が第1電源と第2電源との電圧値の差電圧以下、第3電源ラインと出力部とが接続された際のダイオードの順方向電圧降下による電圧値が第3電源と第4電源との電圧値の差電圧以下となるように接続される。
【0046】
したがって、出力部と第2電源ライン又は第3電源ラインとの間が、順方向の一定の電圧降下のあるダイオードで接続されるので、出力部の電圧が第2電源電圧以上になった場合、出力部からダイオードを介して第2電源ラインへ電流が流れる。また、出力部の電圧が第3電源電圧以下になった場合、第3電源ラインからダイオードを介して出力部へ電流が流れる。そのため、インクジェットヘッド駆動回路に構成された寄生ダイオードや寄生トランジスタには電流が流れず、ラッチアップが防止される。
【0047】
【発明の実施の形態】
図1及び図2は、この発明の実施形態に係るヘッド駆動回路を適用したインクジェットプリンタの概略の構成を示した側面図及び斜視図である。
【0048】
図1及び図2に示すように、この発明の本体装置であるインクジェットプリンタ1の内部には、後部(図1紙面右側)から上部にかけて給紙部2が配置され、給紙部2からインクジェットプリンタ1の前方に向かって分離部3、搬送部4、画像形成部(印刷部)5及び排出部6がこの順に配置されている。また、インクジェットプリンタ1は、インク室の壁面を構成する後述する圧電体を変形させてインク室に格納されているインクを吐出する剪断モード型である。
【0049】
給紙部2は、給紙トレイ7及び図示しないピックアップローラを有し、画像形成を行う時にシートPを画像形成部5へ供給する。また、給紙部2は、画像形成が行われない時には、シートPを保管する機能を果たしている。
【0050】
分離部3は、給紙ローラ8及び分離装置9を有し、給紙部2から画像形成部5へ供給されるシートPを1枚ずつ分離する。分離装置9では、シートPとの接触部分である分離装置のパッド部分とシートPとの間の摩擦が、シートP同士の摩擦より大きくなるように設定される。また、給紙ローラ8では、給紙ローラ8とシートPとの間の摩擦が、パッド部分と用紙Pとの間の摩擦及び用紙P同士の摩擦よりも大きくなるように設定される。これにより、例えば上下に重なった2枚のシートPが分離部3まで送られてきたとしても、給紙ローラ8によってこれらのシートPを分離し、上側のシートPのみを搬送部4に送ることができる。
【0051】
搬送部4は、ガイド板10及びローラ対(搬送機構)11を有し、分離部3より1枚ずつ供給されるシートPを画像形成部5へ搬送する。ローラ対11は、シートPを後述する記録ヘッド(インクジェットヘッド)12とプラテン13の間に送り込む時に記録ヘッド12から吐出されるインクがシートPの適切な位置に吹き付けられるように、シートPの搬送を調整する。
【0052】
画像形成部5は、記録ヘッド12、プラテン13、キャリッジ(インクジェットヘッドキャリッジ)14及びガイドシャフト15を有し、搬送部4のローラ対11から供給されるシートPにインクを吐出して画像形成を行う。ガイドシャフト15は、記録ヘッド12を搭載したキャリッジ14を主走査方向である矢印D2方向へ案内する。プラテン13は、画像形成時にシートPを支持する。
【0053】
排出部6は、排出ローラ16、排出トレイ17及び図示しないインク乾燥部を有し、画像形成が終了したシートPをインクジェットプリンタ1内から外へ排出する。
【0054】
また、画像形成を行う場合は、図示しないコンピュータ等の外部装置等から画像形成の要求及び画像データが、インクジェットプリンタ1に出力される。上記の要求及び画像データ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Pをピックアップローラによって搬出する。搬出されたシートPは、給紙ローラ8により分離部3を通過して搬送部4へ搬送される。搬送部4では、ローラ対11によりシートPを記録ヘッド12とプラテン13との間へ搬送する。
【0055】
次に画像形成部5にて、画像データに基づいてプラテン13上のシートPに記録ヘッド12に設けられた吐出ノズルからインクが吹き付けられる。この時、シートPはプラテン13上で一旦停止し、キャリッジ14がガイドシャフト15に案内されて、矢印D2方向に走査しながら、記録ヘッド12からインクをシートPに吹き付けることで1ライン分の画像を形成し、その後シートPを主走査方向に直交する副走査方向である矢印D1方向に一定の幅だけ移動させる。上記の処理が画像データに対応し継続して実施されることにより、シートP全面に画像が形成される。
【0056】
画像形成が完了したシートPは、インク乾燥部を介して排出ローラ16によって排出トレイ17からインクジェットプリンタ1の外へ排出され、シートPは画像形成物としてユーザに提供される。
【0057】
図3は、この発明の実施形態に係るヘッド駆動回路を適用したインクジェットプリンタの制御部の構成を示すブロック図である。
【0058】
図3に示すように、インクジェットプリンタ1に備えられた制御部20は、インタフェース部21、メモリ22、画像処理部23及び駆動系制御部24を備えている。
【0059】
インタフェース部21は、外部装置等と、画像処理部23及び駆動系制御部24との信号のやりとりを行う回路である。また、外部装置等から送られてくる画像データは、インタフェース部21を介して画像処理部23へ送られる。
【0060】
画像処理部23は、外部装置等からインタフェース部21を介して送られてくる画像データに基づいて画像処理を行う。また、画像処理部23は、記録ヘッド12の駆動を制御するヘッド駆動回路(インクジェットヘッド駆動回路)30に接続されている。
【0061】
なお、ヘッド駆動回路30が、この発明のインクジェット駆動回路に相当する。ヘッド駆動回路の詳細は後述する。
メモリ22は、画像処理部23に送られてきた画像データを一時保管する。駆動系制御部24は、キャリッジ13の駆動及びシートPの搬送を制御する。また、駆動系制御部24は、キャリッジモータ40の駆動を制御するキャリッジ駆動回路31及び用紙搬送モータ41の駆動を制御する用紙搬送駆動回路32に接続されている。
【0062】
図4及び図5は、この発明の実施形態に係るヘッド駆動回路の等価回路図及び等価回路図の一部を拡大した図である。
【0063】
図4及び図5に示すように、ヘッド駆動回路30は、記録ヘッド12に備えられた圧電体50を負荷としたプッシュプルトランジスタを含む回路である。つまり、ロジック部(プリドライバ部)と最終段とを有する回路である。また、最終段を詳細に図示すると図4に示すような構造となっている。
【0064】
なお、最終段のPMOSとNMOSが同時にON状態となり、貫通電流が流れることを防ぐため、出力状態の切り替わり時にPMOSとNMOSの動作に時間差(同時OFFの期間)を設ける一般的な手法で駆動を行っている。
【0065】
この発明のヘッド駆動回路30は、IC(以下、駆動IC60と言う。)で構成されている。駆動IC60には、P型半導体基板上に設けられたNウェル領域上にPMOSが設けられる。さらにP型半導体基板上には、NMOSが設けられる。また、電気的コンタクトを取りやすくするため、Nウェル領域にはN+ トップコンタクト、P型半導体基板にはP+ トップコンタクトを設けている。また、PMOSのドレインとNMOSのドレインを接続した電圧出力部である出力部Aから、1つのインク室に対応するPZT等で形成された圧電体50に接続し、電圧を印可する。
【0066】
上記の回路構成によって駆動IC60は、Nウェルをベース、PMOSのソース又はドレインをエミッタ、P型半導体基板をコレクタとするPNP型のバイポーラトランジスタ(以下、第1寄生トランジスタと言う。)、P型半導体基板をベース、NMOSのソース又はドレインをエミッタ、NウェルをコレクタとするNPN型のバイポーラトランジスタ(以下、第2寄生トランジスタと言う。)を結果的に有する構造となる。さらに、PMOSのソース又ドレインには、Nウェル領域との間にダイオード(以下、第1寄生ダイオードと言う。)、NMOSのソース又はドレインには、P型半導体基板との間にダイオード(以下、第2寄生ダイオードと言う。)を結果的に有する。
【0067】
また、記録ヘッド12に備えられた各インク室の壁面を構成する圧電体50に対応するように上記構成の回路を駆動IC60に複数備え、上記構成と同様に電圧出力部を圧電体50に接続する。各出力部の電圧を変化させることで、圧電体50に電位差を付与して電界を発生させて圧電体50を剪断変形させてインク室の容積を変化させてインクを吐出する。
【0068】
また、N+ トップコンタクト、PMOSのソース、NMOSのソースに各々電源が接続され、P+ トップコンタクトにGND(Vss電源とも言う。)が接続されている。N+ トップコンタクト、PMOSのソース、NMOSのソースに接続された各々の電源をVH電源、VDH電源、VDL電源とする。また、上記各電源の電圧値の関係が、
VH>VDH>VDL>Vss
となるように設定する。
【0069】
また、VDH電源は電圧を可変とし、VH電源、VDL電源及びVss電源(GND)は一定の電圧に固定する。
【0070】
なお、VH電源、VDH電源、VDL電源、Vss電源が、順にこの発明の第1電源、第2電源、第3電源、第4電源に相当する。
【0071】
以上のようにして、この発明のヘッド駆動回路30である上記の隣接する電圧出力部間の静電容量である圧電体50を負荷とするプッシュプル方式の駆動IC60では、回路に電源を別個に設けることにより、隣接した出力部間の誘導ノイズに起因して、駆動IC60内の寄生ダイオード、寄生トランジスタがONしてしまうことを防止でき、ヘッド駆動回路30のラッチアップを防止でき、異常発熱を防止できる。
【0072】
例えば、VH電源が30V、VDH電源が27V、VDL電源が5V、Vss電源(GND)が0Vの場合、出力部AがHigh(27V=PMOSがON状態。)であって、出力部Aに隣接する出力部がLow(5V)からHigh(27V)に変化するとき、負荷の圧電体(コンデンサ)50の蓄えられた電荷により出力部Aの電位が27Vを超えるため、駆動IC60上のPMOSを介してVDH電源に電流が移動(放電)するが、圧電体50からVDH電源に至るまでの配線等のインダクタンス成分や抵抗成分等によって、隣接出力部の状態変化(電圧が5Vから27Vに変化する。)よりも遅れを生じるため、(27+α)VとなってPMOSのドレインに接続された第1寄生レジスタのエミッタに電圧が印可されることになるが、PMOSのベースにはVH電源の電圧30Vが印可されている。つまり、ベースの電圧30Vのほうがエミッタの電圧(27+α)Vよりも大きいα≦3Vあれば、第1寄生トランジスタがON状態にならないため、コレクタに電流が流れるのを防止できる。
【0073】
つまり、αの大きさを考慮して、VH電源とVDH電源との電位を
VH−VDH≧α
と設定すれば、ラッチアップを回避できる。
【0074】
もう1つの例として、VH電源が30V、VDH電源が27V、VDL電源が5V、Vss電源(GND)が0Vの場合、出力部AがLow(5V=NMOSがON状態)であって、出力部Aに隣接する出力部がHigh(27V)からLow(5V)に変化する時、出力部Aの電位が(5−α)VとなってNMOSのドレイン、即ちNPN型の第2寄生トランジスタのエミッタに印可される。また、第2寄生トランジスタのベースは、Vss電源の0Vが接続されているが、ベース電圧のほうがエミッタ電圧よりも小さければ、即ちα≦5Vであれば、第2寄生トランジスタがON状態にならないため、コレクタに電流を流すことを防止できる。
【0075】
つまり、αの大きさを考慮して、VDL電源とVss電源との電位を
VDL電圧−Vss電圧≧α
と設定すれば、ラッチアップを回避できる。
【0076】
また、コンデンサの特性として、例えば、あるコンデンサの片側Aが15Vの電位で、かつ電気接続的にOPEN状態である場合、反対側Bを0→15Vに変化させた場合、最初から15Vの電位であったコンデンサの片側Aは30Vになる。これをチャージポンプといい、コンデンサが当初の電位差(この場合15V。)を保持しようとする特性によって生じる。しかし、実際には電気接続的にOPEN状態はなくコンデンサの片側Aは、多少のインピーダンスを持ながらも15Vの電源が接続される状態であり、また反対側Bの電位の変化の立上がりもある程度の時間を要するので、遅れがあるものの片側Aから15V電源へ電荷の移動があり、チャージポンプには至らない。しかし、完全にチャージポンプされるわけではないが、15V電源への電荷の移動が遅れるため電圧が上昇し、これが誘導ノイズとなる。それにより、回路上の寄生トランジスタ等に電流が流れてしまいラッチアップに至る場合がある。
【0077】
また、駆動IC60が、キャリッジ14に搭載された場合、このキャリッジ14に接続された配線による浮遊インダクタンスの増加により、オーバーシュートを引き起こしてしまうこともある。また、記録ヘッド12自体が圧電体であるため、キャリッジ14自体の動作振動や、キャピング等のメカニカルな振動による電気ノイズが発生してしまうこともある。上記のオーバーシュート、圧電体からの電気ノイズを引き起こしやすくなる。
【0078】
上記の場合についても、ドレイン電圧がVH以上やVss以下になると駆動IC60の寄生ダイオードや寄生トランジスタがON状態となってしまう。しかし、電気ノイズの大きさαが駆動基準電圧のVDL(Low側)やVDH(High側)に対して作用し、VDL−αからVDH+αの範囲の電圧がドレインに印可された場合であっても、Vss≦VDL−αかつVH≧VDH+αを満たす電圧設定であれば、上記のオーバーシュート、電気ノイズに起因するラッチアップを確実に防止できる。
【0079】
また、可変であるインクジェットヘッド12の駆動電圧(実行値VDH−VDL)及び固定されている駆動IC60の駆動電圧(実行値VH)は、供給電源が別々であるため、インクジェットヘッド12の駆動電圧の変化に関わらず、駆動IC60の駆動電圧を一定にできるため、駆動IC60の動作速度を一定に保つことができ、高速な画像形成が可能である。
【0080】
図6は、この発明の実施形態に係るヘッド駆動回路の等価回路図である。
【0081】
図6に示されるように、駆動IC60は、VH電源とVDH電源、VDL電源とVss電源とが共通の電源から供給されることが好ましい。つまり、VH電源ラインからVDH電源ラインに対してダイオード70を順方向バイアスとなるように接続し、VDL電源ラインからVss電源ラインに対してもダイオード71を順方向バイアスとなるように接続する。
【0082】
かかる構成であれば、VH電源とVDH電源とを別個電源としている場合に生じる、上記電源のシーケンスの逆転を防止できる。
【0083】
上記の逆転とは、例えば、駆動IC60の電源をONとした時、VDH電源がVH電源に比べて先に立上がった場合や、駆動IC60をOFFとした時、VH電源がVDH電源に比べて先に立下がった場合、VH>VDHの関係が逆転してしまう状態が生じることである。
【0084】
上記の電源の共通化により、VH電源の電圧を降下させてVDH電源の電圧を得るような構成となるので、各電源の電圧はVH>VDHの関係を維持することができる。また、同様にVDL>Vssの関係も維持することができる。
【0085】
上記の構成により、確実にVH>VDH、VDL>Vssの関係を維持できるので、インクジェットジェッド駆動回路13のラッチアップをより確実に防止でき、異常発熱を防止できる。
【0086】
また、図6に示されるように、駆動ICは、最終段の出力部からVDH電源ライン、VDL電源ラインから最終段の出力部へダイオード72、73(サージキラーダイオード)を順方向に接続することが好ましい。
【0087】
また、上記の接続は、(VH−VDH)>VFh及び(VDL−Vss)>VFLの関係を満たすように構成する。
【0088】
VFhとは、最終段の出力部とVDH電源ラインとの間を接続するダイオードの順方向の電圧降下であり、VFLとは、最終段の出力部とVDL電源ラインとの間を接続するダイオードの順方向の電圧降下のことである。
【0089】
上記構成により、寄生ダイオードや寄生トランジスタに電流が流れる前に上記ダイオードを接続したラインを通じて電流を放電することができ、ヘッド駆動回路30のラッチアップをより確実に防止でき、異常発熱を防止できる。
【0090】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【0091】
(1)電圧を出力する出力部に負荷となるように接続した圧電体と複数の隣接するインク室とを備えたインクジェットヘッドを駆動するインクジェットヘッド駆動回路のNウェル領域、P型半導体基板、PMOSトランジスタのソース及びNMOSトランジスタのソースに各々別々に接続した4つの各電源の電圧を第1電源>第2電源>第3電源>第4電源の関係で設定することによって、圧電体に接続された電圧の出力部の電位が、インクジェットヘッド(圧電体)を駆動するのに用いられる第2電源よりも高い場合や第3電源より低い場合でも、インクジェットヘッド駆動回路内に生じる寄生ダイオードや寄生トランジスタがON状態になることを防止できる。そのため、寄生ダイオードや寄生トランジスタに電流が流れるのを防止でき、ラッチアップを防止できるため、インクジェットヘッド駆動回路の異常発熱を防止できる。
【0092】
(2)インクジェットヘッド駆動回路自体を動作させるのに必要な第1電源及び第4電源の電圧を固定とし、インクジェットヘッドを駆動する第2電源又は第3電源の電圧を可変とすることによって、インクヘッドジェットを駆動するのに必要な電圧をインクの粘性によって調整でき、また、インクジェットヘッド駆動回路を動作させる電源の電圧を固定し、インクジェットヘッドを駆動する電源とインクジェットヘッド駆動回路を動作させる電源とを分離しているので、上記駆動回路を動作させる電源の電圧のばらつきを抑えることができ、一定の電圧を上記駆動回路に供給できるため、上記駆動回路の動作速度を安定させることができ、インクの吐出動作に与える影響をなくし、インクの吐出性能を向上させることができる。また、高速での画像形成時においても、インクの吐出性能を維持できる。
【0093】
(3)第1電源のラインから第2電源のライン又は第3電源のラインから第4電源のラインにダイオードを順方向に接続することによって、ダイオードによる電圧降下が生じるため、第1電源及び第2電源の電圧値は、第1電源>第2電源となり、第3電源及び第4電源の電圧値は、第3電源>第4電源となるため、一部の電源の電圧が供給されてない場合でも上記の各電源の電圧の関係を維持することができる。これによって、インクジェットヘッド駆動回路に構成された寄生ダイオード及び寄生トランジスタに電流が流れるのを防止でき、ラッチアップを防止できるため、インクジェットヘッド駆動回路の異常発熱を防止できる。
【0094】
(4)圧電体の電圧の出力部から第2電源ライン又は第3電源ラインから圧電体の電圧の出力部にダイオードを順方向に接続する。また、出力部と第2電源ラインとを接続した際のダイオードの順方向電圧降下による電圧値を第1電源と第2電源との電圧値の差電圧以下、第3電源ラインと出力部とを接続した際のダイオードの順方向電圧降下による電圧値を第3電源と第4電源との電圧値の差電圧以下となるように接続することによって、出力部の電圧が第2電源電圧以上になった場合、出力部からダイオードを介して第2電源ラインへ電流が流れる。また、出力部の電圧が第3電源電圧以下になった場合、第3電源ラインからダイオードを介して上記出力部へ電流が流れる。そのため、インクジェットヘッド駆動回路に構成された寄生ダイオードや寄生トランジスタに電流が流れるのを防止でき、ラッチアップを防止することができ、インクジェットヘッド駆動回路の異常発熱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態に係るヘッド駆動回路を適用したインクジェットプリンタの概略の構成を示した側面図である。
【図2】同ヘッド駆動回路を適用したインクジェットプリンタの概略の構成を示した斜視図である。
【図3】同ヘッド駆動回路を適用したインクジェットプリンタの制御部の構成を示すブロック図である。
【図4】同ヘッド駆動回路の等価回路図である。
【図5】同ヘッド駆動回路の等価回路図の一部を拡大した図である。
【図6】同ヘッド駆動回路の等価回路図である。
【図7】従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドの一部分を記録媒体側から見た状態を示す図である。
【図8】従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドの縦断面図を示す図である。
【図9】従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドの画像形成時の動作を示す図である。
【図10】従来のインクジェットプリンタに備えられた記録ヘッドに電圧を印可するタイミングを示すタイミングチャートである。
【図11】従来の記録ヘッドに備えられたヘッド駆動回路の等価回路図である。
【図12】従来の記録ヘッドに備えられたヘッド駆動回路の等価回路図である。
【図13】従来の記録ヘッドに備えられたヘッド駆動回路の等価回路図の一部を拡大した図である。
【図14】従来の記録ヘッドに備えられた圧電体を接続する出力部の電位の変化を示した図である。
【図15】従来の記録ヘッドに備えられた圧電体を接続する出力部の電位の変化を示した図である。
【符号の説明】
1−インクジェットプリンタ
12−記録ヘッド
30−ヘッド駆動回路
50−圧電体
60−駆動IC[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet head of an inkjet printer that forms an image by ejecting ink onto a recording medium, and more particularly, to an inkjet head driving circuit provided in the inkjet head.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an ink jet printer, a shear mode type in which ink is ejected by utilizing slip deformation of a piezoelectric body formed of PZT (lead zirconate titanate) or the like provided in a recording head (also referred to as an ink jet head). A configuration using a method is known.
[0003]
The configuration and function of a recording head used in a conventional shear mode type ink jet printer will be described.
[0004]
FIG. 7 is a plan view showing a state in which a part of a recording head provided in a conventional ink jet printer is viewed from a recording medium side. FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a recording head provided in a conventional ink jet printer. In FIG. 7, the
[0005]
As shown in FIGS. 7 and 8, the
[0006]
The
[0007]
The
[0008]
The
[0009]
The ink is stored in the
[0010]
FIG. 9 is a diagram showing an operation of a recording head provided in a conventional ink jet printer at the time of image formation. FIG. 10 is a timing chart showing the timing of applying a voltage to a recording head provided in a conventional inkjet printer.
[0011]
As shown in FIG. 9, three
[0012]
As shown in FIG. 9A, in the normal state in which the ink is not ejected, no potential difference is applied to any of the
[0013]
When ink is ejected from the B channel, an ejection pulse is applied to the B
[0014]
Then, an electric field is generated from the B-
[0015]
Thereafter, as shown in FIG. 10, a common pulse is applied to the
[0016]
When ink is not ejected from any of the channels, a common pulse is applied to the
[0017]
As described above, the operation of the
[0018]
The time AL for applying the ejection pulse and the time AL 'for applying the common pulse are determined by the following equation (1).
[0019]
AL (AL ') = length of ink chamber / sonic velocity in ink ... (1)
Therefore, if all three channels have the same length of ink chamber,
AL '= 2AL
It becomes. In the case of a general inkjet printer, AL is about 2 μs.
[0020]
The
[0021]
In the drive IC constituting the conventional head drive circuit, when the print head is driven to discharge ink during image formation as described above, the drive for driving the print head to obtain stable ink discharge performance is performed. The voltage was being adjusted. The reason is due to the viscosity resistance of the ink. When the temperature of the ink is low and the viscosity is high, a high driving voltage (energy applied to the ink) is required so as not to cause non-discharge and insufficient discharge speed. When the temperature is high and the viscosity is low, it is necessary to reduce the driving voltage in order to prevent the spray (ink scattering near the nozzle) caused by the excessive pressure applied to the ink.
[0022]
Further, in the conventional driving IC, the output voltage exceeds the voltage of the power supply line (hereinafter, referred to as overshoot) due to the capacitance of the
[0023]
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-318735 discloses that a series resistor is connected between a voltage output section and a
[0024]
On the other hand, even in a drive IC of a type in which the output of an adjacent voltage is capacitively coupled, the potential of the output unit that outputs a voltage to the
[0025]
Therefore, in some cases, a discharge path for discharging the current of the output section is formed inside the drive IC of the head drive circuit when the potential of the output section becomes equal to or higher than the power supply voltage.
[0026]
For example, in a push-pull type driving IC in which a capacitance is applied between adjacent outputs as shown in the equivalent circuit diagrams of FIGS. 12 and 13, the driving IC generates noise due to induction noise from the adjacent output. The current flows through the
[0027]
As shown in FIG. 14, when the output section A connected to the VH power supply has a high output (VH level) and the adjacent output sections B and B ′ transition from a low output to a high output as shown in FIG. If the discharge path is not formed, the voltage on the output section A side will be twice the voltage of the VH power supply due to the charges charged in the piezoelectric body (capacitance) 200 connected between the two output sections. Is formed, the discharge is discharged to the VH power supply via the driving IC, and finally both the output section A and the adjacent output sections B and B 'are at the High level, that is, there is no potential difference between the both output sections. As a state, latch-up is prevented.
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the drive voltage of the print head is adjusted by the viscosity of the ink, the drive voltage for driving the drive IC is the same as the drive voltage for driving the drive IC. Therefore, when the drive voltage of the print head is changed, the drive voltage of the drive IC also changes. Therefore, when the drive voltage is reduced, the operation speed of the drive IC tends to decrease. That is, since the operation speed of the drive IC varies due to the change in the drive voltage, the variation also occurs in the ink discharge operation, which adversely affects the ink discharge performance.
[0029]
Further, in the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-318735, unnecessary overshoot can be prevented beforehand, but there is a problem that the series resistor has heat. Further, since the rising speed and the falling speed of the voltage output (pulse) are reduced, there is a limit in reducing the pulse width. As a result, high-speed image forming operation may be hindered.
[0030]
In the publication disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-174140, the power supply inside the IC is separated in order to prevent latch-up. However, in another configuration of the above publication, the two are electrically separated between two regions. The head drive circuit does not have the above-described separation region, and the configuration of the above publication cannot be easily applied to the head drive circuit.
[0031]
In a drive IC of the type in which adjacent outputs are capacitively coupled, a discharge path is formed in the drive IC to prevent latch-up, but latch-up is not completely prevented. A description will be given using an example of a push-pull type driving IC using a capacitance between adjacent outputs as described above. Even if a discharge path is formed inside the driving IC, the discharge delays from the level transition of the output units B and B ′ adjacent to the output unit A due to the inductance component and the resistance component of the wiring from the
[0032]
At this time, when α is larger than the diffusion potential of 0.6 to 0.7 V, a current flows through the
[0033]
Also, as shown in FIG. 16, when the output section A is at the low voltage output (GND level) and the output sections B and B 'transition from High output to Low output, the voltage value of the output section A is similarly GND-α. Will be.
[0034]
At this time, similarly, when α is larger than the diffusion potential of 0.6 to 0.7 V, a current flows through the
[0035]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to separately connect a power supply to an ink jet head drive circuit, stabilize the operation performance of the ink jet head drive circuit, improve ink ejection performance, and ensure that the voltage of each power supply has a constant relationship. An object of the present invention is to provide an ink jet head drive circuit which can prevent latch-up and abnormal heat generation by setting.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration in order to solve the above problems.
[0037]
(1) In an ink jet head drive circuit having an output unit for outputting a voltage and connecting a piezoelectric body constituting at least a part of a plurality of adjacent ink chambers to the output unit as a load,
An N-well region and an NMOS transistor are provided in different portions on the P-type semiconductor substrate, a PMOS transistor is provided on the N-well region,
A first power supply to a fourth power supply are sequentially connected to the N-well region, the P-type semiconductor substrate, the source of the PMOS transistor, and the source of the NMOS transistor;
Setting the voltage of each power supply so as to satisfy a relationship of first power supply> second power supply> third power supply> fourth power supply;
A connection line between the drain of the PMOS transistor and the drain of the NMOS transistor is used as the output section.
[0038]
In this configuration, an N-well region of an ink-jet head drive circuit for driving an ink-jet head including a piezoelectric body and a plurality of adjacent ink chambers connected as a load to an output section for outputting a voltage, a P-type semiconductor The voltage of each of the four power supplies separately connected to the substrate, the source of the PMOS transistor, and the source of the NMOS transistor is set in a relation of first power supply> second power supply> third power supply> fourth power supply. Therefore, even when the potential of the output portion of the voltage connected to the piezoelectric body is higher than the second power supply used to drive the ink jet head (piezoelectric body) or lower than the third power supply, the circuit in the ink jet head drive circuit is not required. Each power supply is set and connected so that the above-described voltage relationship is satisfied so that the parasitic diode and the parasitic transistor generated in the above-mentioned state are not turned on. Therefore, no current flows through the parasitic diode and the parasitic transistor, and latch-up is prevented.
[0039]
(2) fixing the voltages of the first power supply and the fourth power supply,
The voltage of the second power supply or the third power supply is variable.
[0040]
In this configuration, the voltages of the first power supply and the fourth power supply necessary for operating the inkjet head drive circuit itself are fixed, and the voltage of the second power supply or the third power supply for driving the inkjet head is variable. Therefore, the voltage required to drive the ink head jet is adjusted by the viscosity of the ink, so that the ink ejection performance does not decrease.
[0041]
In addition, since the voltage of the power supply for operating the inkjet head drive circuit is fixed and the power supply for driving the inkjet head and the power supply for operating the inkjet head drive circuit are separated, there is no variation in voltage, and Since the driving circuit is supplied to the driving circuit, the operation speed of the driving circuit is stabilized.
[0042]
(3) A diode is connected in a forward direction from the first power supply line to the second power supply line or from the third power supply line to the fourth power supply line.
[0043]
In this configuration, a diode is connected in a forward direction from the first power supply line to the second power supply line or from the third power supply line to the fourth power supply line. Therefore, since the diode is connected in the forward direction, a voltage drop due to the diode occurs, and the voltage value of the first power supply and the second power supply is such that the first power supply> the second power supply, and the third power supply and the fourth power supply Since the third power supply> the fourth power supply, the relationship between the voltages of the respective power supplies is maintained even when the voltage of some power supplies is not supplied. No current flows through the parasitic diode and the parasitic transistor, and latch-up is prevented.
[0044]
(4) connecting a diode in a forward direction from the output unit to a second power supply line or a third power supply line to the output unit;
The voltage value due to the voltage drop in the forward connection of the diode is equal to or less than the voltage difference between the voltage values of the first power supply and the second power supply in the case of connection from the output unit to the second power supply line. In the case of connection to the output unit, the voltage difference between the third power supply and the fourth power supply is not more than the difference voltage.
[0045]
In this configuration, a diode is connected in a forward direction from the output unit that outputs a voltage to the piezoelectric body to the second power supply line or from the third power supply line to the output unit. In addition, when the voltage value due to the forward voltage drop of the diode when the output unit and the second power supply line are connected is equal to or less than the voltage difference between the voltage values of the first power supply and the second power supply, the third power supply line and the output unit Are connected such that the voltage value due to the forward voltage drop of the diode when the voltage is connected is equal to or less than the voltage difference between the voltage values of the third power supply and the fourth power supply.
[0046]
Therefore, since the output section and the second power supply line or the third power supply line are connected by a diode having a constant forward voltage drop, when the voltage of the output section becomes equal to or higher than the second power supply voltage, A current flows from the output unit to the second power supply line via the diode. Further, when the voltage of the output section becomes equal to or lower than the third power supply voltage, a current flows from the third power supply line to the output section via the diode. Therefore, no current flows through the parasitic diode and the parasitic transistor included in the inkjet head drive circuit, and latch-up is prevented.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 are a side view and a perspective view, respectively, showing a schematic configuration of an ink jet printer to which a head drive circuit according to an embodiment of the present invention is applied.
[0048]
As shown in FIGS. 1 and 2, a paper feed unit 2 is arranged from the rear (right side in FIG. 1) to the upper part of the ink jet printer 1 which is the main body device of the present invention. 1, a separation unit 3, a conveyance unit 4, an image forming unit (printing unit) 5, and a discharge unit 6 are arranged in this order. Further, the inkjet printer 1 is of a shear mode type in which a piezoelectric body, which will be described later, forming a wall surface of the ink chamber is deformed to discharge ink stored in the ink chamber.
[0049]
The paper supply unit 2 includes a paper supply tray 7 and a pickup roller (not shown), and supplies a sheet P to the image forming unit 5 when performing image formation. The sheet feeding unit 2 has a function of storing the sheet P when image formation is not performed.
[0050]
The separating unit 3 includes a sheet feeding roller 8 and a separating device 9 and separates the sheets P supplied from the sheet feeding unit 2 to the image forming unit 5 one by one. In the separation device 9, the friction between the sheet P and the pad portion of the separation device, which is the contact portion with the sheet P, is set to be larger than the friction between the sheets P. The paper feed roller 8 is set so that the friction between the paper feed roller 8 and the sheet P is larger than the friction between the pad portion and the paper P and the friction between the papers P. Thus, even if two vertically stacked sheets P are sent to the separation unit 3, these sheets P are separated by the feed roller 8 and only the upper sheet P is sent to the conveyance unit 4. Can be.
[0051]
The transport unit 4 includes a
[0052]
The image forming unit 5 includes a
[0053]
The discharge unit 6 includes a discharge roller 16, a discharge tray 17, and an ink drying unit (not shown), and discharges the sheet P on which image formation has been completed from the inside of the inkjet printer 1 to the outside.
[0054]
When performing image formation, a request for image formation and image data are output to the inkjet printer 1 from an external device such as a computer (not shown). The ink jet printer 1 receiving the above request and the image data carries out the sheet P on the paper feed tray 7 by the pickup roller. The conveyed sheet P is conveyed to the conveyance unit 4 through the separation unit 3 by the paper feed roller 8. In the transport unit 4, the sheet P is transported between the
[0055]
Next, in the image forming unit 5, ink is sprayed on the sheet P on the
[0056]
The sheet P on which the image formation is completed is discharged from the discharge tray 17 to the outside of the inkjet printer 1 by the discharge roller 16 via the ink drying unit, and the sheet P is provided to the user as an image formed product.
[0057]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control unit of an ink jet printer to which the head drive circuit according to the embodiment of the present invention is applied.
[0058]
As shown in FIG. 3, the
[0059]
The interface unit 21 is a circuit that exchanges signals with an external device or the like, the
[0060]
The
[0061]
Note that the
The
[0062]
4 and 5 are an equivalent circuit diagram of the head drive circuit according to the embodiment of the present invention and a diagram in which a part of the equivalent circuit diagram is enlarged.
[0063]
As shown in FIGS. 4 and 5, the
[0064]
In addition, in order to prevent the final stage of the PMOS and the NMOS from being turned on at the same time and a through current from flowing, the driving is performed by a general method of providing a time difference (a period of simultaneous OFF) between the operations of the PMOS and the NMOS when the output state is switched. Is going.
[0065]
The
[0066]
With the above-described circuit configuration, the driving
[0067]
Further, a plurality of circuits having the above configuration are provided in the
[0068]
Also, N + A power supply is connected to the top contact, the source of the PMOS, and the source of the NMOS, respectively. + GND (also referred to as Vss power supply) is connected to the top contact. N + Each power supply connected to the top contact, the source of the PMOS, and the source of the NMOS is a VH power supply, a VDH power supply, and a VDL power supply. Further, the relationship between the voltage values of the respective power supplies is as follows.
VH>VDH>VDL> Vss
Set so that
[0069]
Further, the voltage of the VDH power supply is variable, and the VH power supply, the VDL power supply, and the Vss power supply (GND) are fixed at a constant voltage.
[0070]
Note that the VH power supply, the VDH power supply, the VDL power supply, and the Vss power supply correspond to the first power supply, the second power supply, the third power supply, and the fourth power supply of the present invention, respectively.
[0071]
As described above, in the push-pull
[0072]
For example, when the VH power supply is 30 V, the VDH power supply is 27 V, the VDL power supply is 5 V, and the Vss power supply (GND) is 0 V, the output unit A is High (27 V = the PMOS is in the ON state) and is adjacent to the output unit A. When the output section changes from Low (5 V) to High (27 V), the potential of the output section A exceeds 27 V due to the charge stored in the piezoelectric body (capacitor) 50 of the load. The current moves (discharges) to the VDH power supply, but the state of the adjacent output unit changes (the voltage changes from 5 V to 27 V) due to the inductance component and the resistance component of the wiring and the like from the
[0073]
In other words, the potential of the VH power supply and the potential of the VDH power supply are
VH−VDH ≧ α
By setting, latch-up can be avoided.
[0074]
As another example, when the VH power supply is 30 V, the VDH power supply is 27 V, the VDL power supply is 5 V, and the Vss power supply (GND) is 0 V, the output unit A is low (5 V = NMOS is in ON state) and When the output section adjacent to A changes from High (27 V) to Low (5 V), the potential of the output section A becomes (5-α) V and the drain of the NMOS, that is, the emitter of the NPN-type second parasitic transistor. Applied to. The base of the second parasitic transistor is connected to 0 V of the Vss power supply. However, if the base voltage is smaller than the emitter voltage, that is, if α ≦ 5 V, the second parasitic transistor is not turned on. In addition, current can be prevented from flowing through the collector.
[0075]
That is, considering the magnitude of α, the potentials of the VDL power supply and the Vss power supply are changed.
VDL voltage−Vss voltage ≧ α
By setting, latch-up can be avoided.
[0076]
Further, as a characteristic of the capacitor, for example, when one side A of a certain capacitor is at a potential of 15 V and is in an electrically open state, when the opposite side B is changed from 0 to 15 V, a potential of 15 V from the beginning is obtained. One side A of the existing capacitor becomes 30V. This is called a charge pump, and is caused by the characteristic that the capacitor tries to maintain the initial potential difference (15 V in this case). However, there is actually no OPEN state in terms of electrical connection, and one side A of the capacitor is in a state where a 15 V power supply is connected while having some impedance, and the potential change on the opposite side B rises to some extent. Since it takes time, although there is a delay, there is a transfer of electric charge from one side A to the 15V power supply, and it does not reach the charge pump. However, although the charge is not completely pumped, the voltage rises due to a delay in the transfer of the charge to the 15V power supply, which causes inductive noise. As a result, a current may flow through a parasitic transistor or the like on the circuit, leading to latch-up.
[0077]
Further, when the
[0078]
Also in the above case, when the drain voltage becomes equal to or higher than VH or equal to or lower than Vss, the parasitic diode and the parasitic transistor of the driving
[0079]
Further, the variable drive voltage (execution value VDH-VDL) of the
[0080]
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the head drive circuit according to the embodiment of the present invention.
[0081]
As shown in FIG. 6, it is preferable that the driving
[0082]
With this configuration, it is possible to prevent the power supply sequence from being reversed, which occurs when the VH power supply and the VDH power supply are used as separate power supplies.
[0083]
The above-mentioned reverse rotation means that, for example, when the power supply of the
[0084]
Since the power supply is shared, the voltage of the VH power supply is lowered to obtain the voltage of the VDH power supply. Therefore, the voltage of each power supply can maintain the relationship of VH> VDH. Similarly, the relationship of VDL> Vss can be maintained.
[0085]
With the above configuration, the relationship of VH> VDH and VDL> Vss can be reliably maintained, so that the latch-up of the inkjet
[0086]
As shown in FIG. 6, the drive IC may connect
[0087]
The above connection is configured so as to satisfy the relationship of (VH−VDH)> VFh and (VDL−Vss)> VFL.
[0088]
VFh is a forward voltage drop of a diode connected between the output section of the final stage and the VDH power supply line, and VFL is a voltage drop of the diode connected between the output section of the final stage and the VDL power supply line. It is a forward voltage drop.
[0089]
With the above configuration, the current can be discharged through the line connecting the diode before the current flows through the parasitic diode or the parasitic transistor, and the latch-up of the
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0091]
(1) An N-well region, a P-type semiconductor substrate, and a PMOS of an ink-jet head driving circuit that drives an ink-jet head including a piezoelectric body and a plurality of adjacent ink chambers connected as a load to an output unit that outputs a voltage. The voltage of each of the four power supplies separately connected to the source of the transistor and the source of the NMOS transistor is set in a relation of first power supply> second power supply> third power supply> fourth power supply, thereby connecting to the piezoelectric body. Even when the potential of the voltage output section is higher than the second power supply used for driving the ink jet head (piezoelectric body) or lower than the third power supply, a parasitic diode or a parasitic transistor generated in the ink jet head driving circuit is generated. The ON state can be prevented. Therefore, current can be prevented from flowing through the parasitic diode and the parasitic transistor, and latch-up can be prevented, so that abnormal heating of the inkjet head drive circuit can be prevented.
[0092]
(2) By fixing the voltages of the first power supply and the fourth power supply necessary for operating the ink jet head driving circuit itself and changing the voltage of the second power supply or the third power supply for driving the ink jet head, The voltage required to drive the head jet can be adjusted by the viscosity of the ink, and the voltage of the power supply for operating the inkjet head drive circuit is fixed, and the power supply for driving the inkjet head and the power supply for operating the inkjet head drive circuit Is separated, the variation in the voltage of the power supply for operating the drive circuit can be suppressed, and a constant voltage can be supplied to the drive circuit. Therefore, the operation speed of the drive circuit can be stabilized, Influence on the ink ejection operation can be eliminated, and the ink ejection performance can be improved. In addition, even at the time of high-speed image formation, the ink ejection performance can be maintained.
[0093]
(3) By connecting a diode in the forward direction from the first power supply line to the second power supply line or from the third power supply line to the fourth power supply line, a voltage drop due to the diode occurs. The voltage value of the second power supply is the first power supply> the second power supply, and the voltage value of the third power supply and the fourth power supply is the third power supply> the fourth power supply. Therefore, the voltage of some power supplies is not supplied. Even in such a case, the relationship between the voltages of the respective power supplies can be maintained. As a result, current can be prevented from flowing through the parasitic diode and the parasitic transistor included in the inkjet head drive circuit, and latch-up can be prevented. Therefore, abnormal heating of the inkjet head drive circuit can be prevented.
[0094]
(4) A diode is connected in the forward direction from the piezoelectric body voltage output section to the second power supply line or from the third power supply line to the piezoelectric body voltage output section. Further, the voltage value due to the forward voltage drop of the diode when the output unit and the second power supply line are connected is equal to or less than the voltage difference between the voltage values of the first power supply and the second power supply. By connecting so that the voltage value due to the forward voltage drop of the diode at the time of connection becomes equal to or less than the voltage difference between the voltage values of the third power supply and the fourth power supply, the voltage of the output unit becomes higher than the second power supply voltage. In this case, a current flows from the output unit to the second power supply line via the diode. Further, when the voltage of the output section becomes equal to or lower than the third power supply voltage, a current flows from the third power supply line to the output section via the diode. Therefore, it is possible to prevent a current from flowing through a parasitic diode or a parasitic transistor included in the inkjet head drive circuit, prevent latch-up, and prevent abnormal heating of the inkjet head drive circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an ink jet printer to which a head drive circuit according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of an ink jet printer to which the head drive circuit is applied.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit of the ink jet printer to which the head drive circuit is applied.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the head drive circuit.
FIG. 5 is an enlarged view of a part of an equivalent circuit diagram of the head drive circuit.
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the head drive circuit.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a part of a recording head included in a conventional inkjet printer is viewed from a recording medium side.
FIG. 8 is a view showing a longitudinal sectional view of a recording head provided in a conventional ink jet printer.
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation of a recording head provided in a conventional ink jet printer when forming an image.
FIG. 10 is a timing chart showing the timing of applying a voltage to a recording head provided in a conventional inkjet printer.
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a head drive circuit provided in a conventional recording head.
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a head drive circuit provided in a conventional recording head.
FIG. 13 is an enlarged view of a part of an equivalent circuit diagram of a head drive circuit provided in a conventional recording head.
FIG. 14 is a diagram illustrating a change in potential of an output unit that connects a piezoelectric body provided in a conventional recording head.
And FIG. 15 is a diagram showing a change in potential of an output unit for connecting a piezoelectric body provided in a conventional recording head.
[Explanation of symbols]
1- Inkjet printer
12-recording head
30-head drive circuit
50-piezoelectric
60-Drive IC
Claims (4)
P型半導体基板上のそれぞれ異なる部分にNウェル領域及びNMOSトランジスタを設け、Nウェル領域上にPMOSトランジスタを設け、
Nウェル領域、P型半導体基板、PMOSトランジスタのソース及びNMOSトランジスタのソースに第1電源〜第4電源を順に接続し、
前記各電源の電圧が、第1電源>第2電源>第3電源>第4電源の関係になるように設定し、
PMOSトランジスタのドレインとNMOSトランジスタのドレインとの接続ラインを前記出力部としたことを特徴とするインクジェットヘッド駆動回路。An inkjet head drive circuit having an output unit for outputting a voltage, and a piezoelectric body constituting at least a part of a plurality of adjacent ink chambers connected to the output unit as a load,
An N-well region and an NMOS transistor are provided in different portions on the P-type semiconductor substrate, a PMOS transistor is provided on the N-well region,
A first power supply to a fourth power supply are sequentially connected to the N-well region, the P-type semiconductor substrate, the source of the PMOS transistor, and the source of the NMOS transistor;
Setting the voltage of each power supply so as to satisfy a relationship of first power supply> second power supply> third power supply> fourth power supply;
An ink jet head driving circuit, wherein a connection line between a drain of a PMOS transistor and a drain of an NMOS transistor is used as the output section.
第2電源又は第3電源の電圧を可変とすることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド駆動回路。Fixing the voltages of the first power supply and the fourth power supply,
2. The ink jet head drive circuit according to claim 1, wherein the voltage of the second power supply or the third power supply is variable.
ダイオードの順方向接続の電圧降下による電圧値が、前記出力部から第2電源ラインへの接続の場合は第1電源と第2電源との電圧値の差電圧値以下、第3電源ラインから前記出力部への接続の場合は第3電源と第4電源との電圧値の差電圧値以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のインクジェットヘッド駆動回路。Connecting a diode in a forward direction from the output unit to a second power supply line or a third power supply line to the output unit;
The voltage value due to the voltage drop in the forward connection of the diode is equal to or less than the difference voltage value between the first power supply and the second power supply in the case of connection from the output unit to the second power supply line, and 4. The ink jet head drive circuit according to claim 1, wherein the connection to the output unit is equal to or less than a voltage difference between the third power supply and the fourth power supply.
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