JP2008087355A - Inkjet drive device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はインクジェット駆動装置に関し、特に、インクジェットヘッドを駆動させるインクジェット駆動装置に関する。 The present invention relates to an inkjet drive device, and more particularly to an inkjet drive device that drives an inkjet head.
従来より、インクジェット装置では、容量性負荷である圧電素子を充放電することによって圧電素子を伸縮させ、これによって生じる吐出圧力によってインクを吐出している(たとえば特許文献1,2参照)。
しかし、従来のインクジェット装置では、インクジェットヘッドの特性のばらつきに起因してインクの吐出量が装置間およびチャンネル間でばらつくという問題があった。 However, the conventional ink jet apparatus has a problem that the amount of ink discharged varies between apparatuses and between channels due to variations in characteristics of the ink jet head.
この対策として、所定量のインクを吐出するために必要な駆動電圧を各チャンネル毎に予め求めておき、その駆動電圧を装置内で生成し、生成した駆動電圧で圧電素子の充放電を行なう方法がある。しかし、この方法では、駆動電圧発生回路の消費電力が大きくなるという問題があった。 As a countermeasure, a driving voltage necessary for ejecting a predetermined amount of ink is obtained in advance for each channel, the driving voltage is generated in the apparatus, and the piezoelectric element is charged / discharged with the generated driving voltage. There is. However, this method has a problem that the power consumption of the drive voltage generation circuit increases.
それゆえに、この発明の主たる目的は、インク吐出量のばらつきが小さく、消費電力が小さなインクジェット駆動装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide an ink jet driving apparatus with small variations in ink discharge amount and low power consumption.
この発明に係るインクジェット駆動装置は、インクジェットヘッドを駆動させるインクジェット駆動装置において、インクジェットヘッドのインク吐出量を所定値に調整するための調整電圧を発生する調整電圧発生回路と、調整電圧を予め定められた基準電圧に加えて駆動電圧を発生する駆動電圧発生回路と、駆動電圧を受けてインクジェットヘッドの圧電素子の充放電を行なう充放電回路とを備えたことを特徴とする。 An inkjet drive device according to the present invention is an inkjet drive device that drives an inkjet head. An adjustment voltage generation circuit that generates an adjustment voltage for adjusting an ink discharge amount of the inkjet head to a predetermined value, and an adjustment voltage are predetermined. A drive voltage generating circuit for generating a drive voltage in addition to the reference voltage, and a charge / discharge circuit for charging / discharging the piezoelectric element of the inkjet head in response to the drive voltage.
好ましくは、調整電圧発生回路は、調整電圧を発生するためのデータを記憶する記憶回路と、記憶回路に記憶されたデータをアナログ電圧に変換するD/A変換回路と、D/A変換回路の出力電圧を増幅して調整電圧を出力する増幅回路とを含む。 Preferably, the adjustment voltage generation circuit includes a storage circuit that stores data for generating the adjustment voltage, a D / A conversion circuit that converts the data stored in the storage circuit into an analog voltage, and a D / A conversion circuit And an amplifier circuit that amplifies the output voltage and outputs a regulated voltage.
また好ましくは、駆動電圧発生回路は、第1のコンデンサと、その一方電極が駆動電圧発生回路の出力ノードに接続され、その他方電極が基準電圧を受ける第2のコンデンサと、第1の期間は第1のコンデンサの端子間に調整電圧を与え、第2の期間は第1のコンデンサの端子間電圧を第2のコンデンサの端子間に与える切換回路とを含む。 Preferably, the drive voltage generation circuit includes a first capacitor, a second capacitor having one electrode connected to the output node of the drive voltage generation circuit and the other electrode receiving the reference voltage, and the first period And a switching circuit that applies a regulated voltage between the terminals of the first capacitor, and a second period includes a voltage between the terminals of the first capacitor between the terminals of the second capacitor.
また好ましくは、インクジェットヘッドは複数のチャンネルを有し、調整電圧発生回路は、各チャンネルに対応して設けられて対応のチャンネルのインク吐出量を所定値に調整するための調整電圧を発生し、駆動電圧発生回路は、各チャンネルに対応して設けられて対応の調整電圧を基準電圧に加えて駆動電圧を発生し、充放電回路は、各チャンネルに対応して設けられて対応の駆動電圧を受け、対応のチャンネルの圧電素子の充放電を行なう。 Preferably, the inkjet head has a plurality of channels, and the adjustment voltage generation circuit is provided corresponding to each channel and generates an adjustment voltage for adjusting the ink discharge amount of the corresponding channel to a predetermined value. The drive voltage generation circuit is provided corresponding to each channel and generates a drive voltage by adding a corresponding adjustment voltage to the reference voltage. The charge / discharge circuit is provided corresponding to each channel and generates a corresponding drive voltage. The piezoelectric element of the corresponding channel is charged and discharged.
この発明に係るインクジェット駆動装置では、インクジェットヘッドのインク吐出量を所定値に調整するための調整電圧を発生する調整電圧発生回路と、調整電圧を予め定められた基準電圧に加えて駆動電圧を発生する駆動電圧発生回路とが設けられる。したがって、駆動電圧を調整電圧と一定の基準電圧とに分けて調整電圧のみを調整するので、駆動電圧全体を調整する場合に比べ、消費電力の低減化を図ることができる。 In the ink jet drive device according to the present invention, an adjustment voltage generating circuit for generating an adjustment voltage for adjusting the ink discharge amount of the ink jet head to a predetermined value, and generating the drive voltage by adding the adjustment voltage to a predetermined reference voltage And a driving voltage generating circuit. Therefore, since the drive voltage is divided into the adjustment voltage and the constant reference voltage and only the adjustment voltage is adjusted, power consumption can be reduced as compared with the case where the entire drive voltage is adjusted.
図1は、この発明の一実施の形態によるインクジェット装置の要部を示すブロック図である。図1において、このインクジェット装置は、記憶回路1、制御回路2、複数の駆動回路3、および複数の圧電素子4を備える。このインクジェット装置は複数のチャンネルを有するインクジェットヘッドを備えており、圧電素子4は各チャンネルに設けられている。圧電素子4が伸縮すると、それにより吐出圧力が発生し、対応のチャンネルのノズルからインクが吐出される。
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of an ink jet apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the ink jet apparatus includes a
このようなインクジェット装置では、複数のチャンネルの駆動電圧−吐出量特性がばらついているので、複数の圧電素子4に同じ駆動電圧を与えると、複数のチャネルから異なる量のインクが吐出される。そこで、以下のようにして複数のチャンネルのインク吐出量を均一化している。
In such an ink jet apparatus, since the drive voltage-discharge amount characteristics of a plurality of channels vary, different amounts of ink are discharged from the plurality of channels when the same drive voltage is applied to the plurality of
まず、各チャンネル毎に駆動電圧とインク吐出量の関係を示す駆動電圧−吐出量特性を求め、求めた特性に基づいて、複数のチャンネルから同じ所定量のインクを吐出するために各チャンネルの圧電素子1に印加すべき駆動電圧を求める。インク吐出量は、たとえば「WYKO NT3300表面形状粗さ計測定器」により測定する。
First, for each channel, a drive voltage-discharge amount characteristic indicating the relationship between the drive voltage and the ink discharge amount is obtained, and based on the obtained characteristic, in order to discharge the same predetermined amount of ink from a plurality of channels, the piezoelectric of each channel A drive voltage to be applied to the
次に、各チャンネルの駆動電圧Vchsを基準電圧Vsと調整電圧Vchに分割する。ただし、Vs>Vchとする。たとえばチャンネル数が5であり、5チャンネルから同じ所定量のインクを吐出するのに必要な駆動電圧Vchsがそれぞれ18.5V,18.3V,17.8V,18.0V,17.9Vであったとすると、基準電圧Vsを15Vとし、5チャンネルの調整電圧Vchをそれぞれ3.5V,3.3V,2.8V,3.0V,2.9Vとする。次いで、複数のチャンネル分の調整電圧Vchをそれぞれ複数のデータコードに変換して記憶回路1に格納する。データコードは、たとえば8ビットのデータD0〜D7を含む。
Next, the drive voltage Vchs of each channel is divided into a reference voltage Vs and an adjustment voltage Vch. However, Vs> Vch. For example, the number of channels is 5, and the drive voltages Vchs required to eject the same predetermined amount of ink from the 5 channels are 18.5V, 18.3V, 17.8V, 18.0V, and 17.9V, respectively. Then, the reference voltage Vs is set to 15V, and the adjustment voltages Vch of the five channels are set to 3.5V, 3.3V, 2.8V, 3.0V, and 2.9V, respectively. Next, the adjustment voltages Vch for a plurality of channels are converted into a plurality of data codes and stored in the
制御回路2は、記憶回路1から複数のデータコードを読み出し、読み出した複数のデータコードをそれぞれ複数の駆動回路3に与える。駆動回路3は、制御回路2から与えられたデータコードに従って駆動電圧Vchsを生成し、生成した駆動電圧Vchsを対応の圧電素子4にパルス的に与える。このようにして、複数のチャンネルから同じ所定量のインクが吐出される。
The
図2は、駆動回路3の構成を示す回路ブロック図である。図2において、この駆動回路3は、D/A変換回路10、増幅回路11、駆動電圧発生回路15、基準電圧発生回路21、充放電回路22、および出力端子27を備える。D/A変換回路10は、記憶回路1から読み出されて制御回路2から与えられたデータD0〜D7をアナログ電圧Vaに変換する。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing the configuration of the
増幅回路11は、オペアンプ12および抵抗素子13,14を含み、アナログ電圧Vaを所定の増幅率(たとえば2倍)で増幅して調整電圧Vch(たとえば3.0V)を出力する。なお、増幅回路11の増幅率Aは、抵抗素子13,14の抵抗値をそれぞれR13,R14とすると、A=1+(R13/R14)となる。
The
基準電圧発生回路21は、予め定められた基準電圧Vs(たとえば15.0V)を出力する。駆動電圧発生回路15は、ダイオード16、コンデンサ17,18、PチャネルMOSトランジスタ19、およびNチャネルMOSトランジスタ20を含む。ダイオード16のアノードはオペアンプ12の出力ノードN12に接続され、そのカソードは充放電回路22の電源ノードN22に接続される。コンデンサ17およびNチャネルMOSトランジスタ20は、ノードN12と接地電圧GNDのラインとの間に直列接続される。コンデンサ18およびPチャネルMOSトランジスタ19は、ノードN22とNチャネルMOSトランジスタ20のドレイン(ノードN19)との間に直列接続される。PチャネルMOSトランジスタ19のソース(ノードN18)には、基準電圧Vsが与えられる。トランジスタ19,20のゲートは、ともに、制御回路2からの制御信号φ1を受ける。
Reference
制御信号φ1が「H」レベルの場合は、トランジスタ19がオフするとともにトランジスタ20がオンし、コンデンサ17が調整電圧Vchに充電される。制御信号φ1が「L」レベルに立ち下げられると、トランジスタ20がオフするとともにトランジスタ19がオンし、コンデンサ17からダイオード16を介してコンデンサ18に電流が流れ、コンデンサ18の端子間電圧が調整電圧Vchになる。制御信号φ1が「H」レベルに立ち上げられると、トランジスタ19がオフするとともにトランジスタ20がオンし、電源ノードN22の電圧は、基準電圧Vsにコンデンサ18の端子間電圧すなわち調整電圧Vchを加算した駆動電圧Vchsとなる。
When control signal φ1 is at “H” level,
充放電回路22は、PチャネルMOSトランジスタ23、NチャネルMOSトランジスタ24およびダイオード25,26を含む。PチャネルMOSトランジスタ23は電源ノードN22と出力端子27との間に接続され、NチャネルMOSトランジスタ24は出力端子27と接地電圧GNDのラインとの間に接続される。トランジスタ23,24のゲートは、ともに、制御回路2からの制御信号φ2を受ける。ダイオード25は出力端子27と電源ノードN22との間に接続され、ダイオード26は接地電圧GNDのラインと出力端子27との間に接続される。ダイオード25,26は、出力端子27に発生した過大な電圧からトランジスタ23,24を保護するものである。圧電素子4は、出力端子27と接地電圧GNDのラインとの間に接続される。
Charge /
制御信号φ2が「L」レベルに立ち下げられると、トランジスタ24がオフするとともにトランジスタ23がオンし、電源ノードN22からトランジスタ23および出力端子27を介して圧電素子4に電流が流入し、圧電素子4が充電されて伸びる。制御信号φ2が「H」レベルに立ち上げられると、トランジスタ23がオフするとともにトランジスタ24がオンし、圧電素子4から出力端子27およびトランジスタ24を介して接地電圧GNDのラインに電流が流出し、圧電素子4が放電されて縮む。
When control signal φ2 falls to “L” level,
次に、図1および図2で示したインクジェット装置の動作について簡単に説明する。複数のチャンネルから同量のインクを吐出させるための複数のデータコードが記憶回路1から読み出され、読み出された複数のデータコードは制御回路2を介して複数の駆動回路3にそれぞれ与えられる。データコードに含まれるデータD0〜D7は、D/A変換回路10によってアナログ電圧Vaに変換され、アナログ電圧Vaは増幅回路11で調整電圧Vchに増幅される。
Next, the operation of the ink jet apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be briefly described. A plurality of data codes for ejecting the same amount of ink from a plurality of channels are read from the
調整電圧Vchは駆動電圧発生回路15で基準電圧Vsに加算され、駆動電圧Vchsが生成される。充放電回路22は、圧電素子4を駆動電圧Vchsに充電する動作と接地電圧GNDに放電させる動作を繰り返し、インクを吐出させる。このようにして複数のチャンネルから同じ量のインクが吐出される。
The adjustment voltage Vch is added to the reference voltage Vs by the drive
図3は、この実施の形態の比較例を示す回路ブロック図であって、図2と対比される図である。図3において、この駆動回路30は、D/A変換回路31、増幅回路32、コンデンサ36、充放電回路37、および出力端子38を備える。この比較例では、駆動電圧Vchsは調整電圧Vchおよび基準電圧Vsに分けられていない。記憶回路1には、複数のチャンネルから同量のインクを吐出させるための複数の駆動電圧Vchsを示す複数のデータコードが格納される。データコードは、たとえば12ビットのデータD0〜D11を含む。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a comparative example of this embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. In FIG. 3, the
D/A変換回路31は、記憶回路1から読み出されて制御回路2から与えられたデータコードに含まれるデータD0〜D11をアナログ電圧Vaに変換する。増幅回路32は、オペアンプ33および抵抗素子34,35を含み、アナログ電圧Vaを所定の増幅率(たとえば5倍)で増幅して駆動電圧Vchs(たとえば18.0V)を出力する。なお、増幅回路32の増幅率Aは、抵抗素子34,35の抵抗値をそれぞれR34,R35とすると、A=1+(R34/R35)となる。
The D /
コンデンサ36は、オペアンプ33の出力ノードN33と接地電圧GNDのラインとの間に接続され、駆動電圧Vchsに充電される。充放電回路37は、図2の充放電回路22と同じ回路であり、制御信号φ2が「H」レベルの場合は出力端子38を介して圧電素子4を駆動電圧Vchsに充電し、制御信号φ2が「L」レベルの場合は圧電素子4を接地電圧GNDに放電させる。したがって、この駆動回路30を用いた場合でも、複数のチャンネルから同量のインクを吐出させることができる。
The
図2の駆動回路3と図3の駆動回路30が異なるのは、オペアンプ12,33の電力消費量である。ここで、オペアンプの消費電力について説明する。図4に示すように、オペアンプ40の正側電源端子40aに電源電圧V1が印加され、その負側電源端子40bに電源電圧V2が印加され、その出力端子40cから電圧Voおよび電流Ioが出力され、オペアンプ40自身に回路電流Iccが流れているものとする。このとき、オペアンプ40の消費電力Ptは、回路電流Icc分の消費電力Icc×(V1−V2)と、出力電流Io分の消費電力Io×(V1−Vo)との和となる。
The driving
比較例のオペアンプ33では、図5に示すように、V1=+30V,V2=0V,Vo=+20V,Io=+10mA,Icc=1mAとすると、回路電流分の消費電力は1mA×(30V−0V)=30mWとなり、出力電流分の消費電力は10mA×(30V−20V)=100mWとなり、総消費電力は30mW+100mW=130mWとなる。
In the
これに対して、実施の形態のオペアンプ12では、図6に示すように、回路電流Iccは比較例と同じになるが、出力電圧Voが5Vに低下するので電源電圧V1を+10Vに低下させることができ、V1−Voが比較例の1/2になるので出力電流Ioを1/2にすることができる。したがって、V1=+10V,V2=0V,Vo=+5V,Io=+5mA,Icc=1mAとなり、回路電流分の消費電力は1mA×(10V−0V)=10mWとなり、出力電流分の消費電力は5mA×(10V−5V)=25mWとなり、総消費電力は10mW+25mW=35mWとなる。したがって、実施の形態のオペアンプ12の消費電力は比較例のオペアンプ33の消費電力の約1/4となる。
On the other hand, in the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 記憶回路、2 制御回路、3,30 駆動回路、4 圧電素子、10,31 D/A変換回路、11,32 増幅回路、12,33,40 オペアンプ、13,14,34,35 抵抗素子、15 駆動電圧発生回路、16,25,26 ダイオード、17,18,36 コンデンサ、19,23 PチャネルMOSトランジスタ、20,24 NチャネルMOSトランジスタ、21 基準電圧発生回路、22,37 充放電回路、27,38 出力端子。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記インクジェットヘッドのインク吐出量を所定値に調整するための調整電圧を発生する調整電圧発生回路と、
前記調整電圧を予め定められた基準電圧に加えて駆動電圧を発生する駆動電圧発生回路と、
前記駆動電圧を受けて前記インクジェットヘッドの圧電素子の充放電を行なう充放電回路とを備えたことを特徴とする、インクジェット駆動装置。 In an inkjet drive device that drives an inkjet head,
An adjustment voltage generating circuit for generating an adjustment voltage for adjusting the ink discharge amount of the inkjet head to a predetermined value;
A drive voltage generation circuit for generating a drive voltage by adding the adjustment voltage to a predetermined reference voltage;
An ink jet drive apparatus comprising: a charge / discharge circuit that receives the drive voltage and charges / discharges a piezoelectric element of the ink jet head.
前記調整電圧を発生するためのデータを記憶する記憶回路と、
前記記憶回路に記憶されたデータをアナログ電圧に変換するD/A変換回路と、
前記D/A変換回路の出力電圧を増幅して前記調整電圧を出力する増幅回路とを含むことを特徴とする、請求項1に記載のインクジェット駆動装置。 The adjustment voltage generation circuit includes:
A storage circuit for storing data for generating the adjustment voltage;
A D / A conversion circuit for converting data stored in the storage circuit into an analog voltage;
The inkjet driving apparatus according to claim 1, further comprising: an amplification circuit that amplifies an output voltage of the D / A conversion circuit and outputs the adjustment voltage.
第1のコンデンサと、
その一方電極が前記駆動電圧発生回路の出力ノードに接続され、その他方電極が前記基準電圧を受ける第2のコンデンサと、
第1の期間は前記第1のコンデンサの端子間に前記調整電圧を与え、第2の期間は前記第1のコンデンサの端子間電圧を前記第2のコンデンサの端子間に与える切換回路とを含むことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のインクジェット駆動装置。 The drive voltage generation circuit includes:
A first capacitor;
A second capacitor having one electrode connected to the output node of the drive voltage generating circuit and the other electrode receiving the reference voltage;
A switching circuit that applies the adjustment voltage between the terminals of the first capacitor during the first period and supplies a voltage between the terminals of the first capacitor during the second period. The ink jet driving apparatus according to claim 1, wherein the ink jet driving apparatus is provided.
前記調整電圧発生回路は、各チャンネルに対応して設けられて対応のチャンネルのインク吐出量を所定値に調整するための前記調整電圧を発生し、
前記駆動電圧発生回路は、各チャンネルに対応して設けられて対応の調整電圧を前記基準電圧に加えて前記駆動電圧を発生し、
前記充放電回路は、各チャンネルに対応して設けられて対応の駆動電圧を受け、対応のチャンネルの圧電素子の充放電を行なうことを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれかに記載のインクジェット駆動装置。 The inkjet head has a plurality of channels,
The adjustment voltage generation circuit is provided corresponding to each channel and generates the adjustment voltage for adjusting the ink ejection amount of the corresponding channel to a predetermined value.
The drive voltage generation circuit is provided corresponding to each channel and generates a drive voltage by adding a corresponding adjustment voltage to the reference voltage,
The charge / discharge circuit is provided corresponding to each channel, receives a corresponding drive voltage, and charges / discharges the piezoelectric element of the corresponding channel. The ink jet drive device described in 1.
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JP2011092890A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Sharp Corp | Liquid droplet ejection apparatus and control method |
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