JP2009178924A - 容量性負荷駆動回路、液体噴射ヘッド、及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減し、安定動作する容量性負荷駆動回路及び液体吐出装置の提供。
【解決手段】容量性負荷駆動回路は、主駆動信号Ｓ２を生成する主駆動信号生成部３１と、第１補助駆動信号Ｓ３及び第２補助駆動信号Ｓ４を生成する第１補助駆動信号生成部３２及び第２補助駆動信号生成部３３を備え、第１補助駆動信号は、主駆動信号よりも所定量高くオフセットされると共に、主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間早いタイミングで電位上昇が開始され、かつ、主駆動信号の電位降下時よりも所定時間遅いタイミングで電位下降が開始されるように、第２補助駆動信号は、主駆動信号よりも所定量低くオフセットされると共に、主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間遅いタイミングで電位上昇を開始され、かつ、主駆動信号の電位降下時よりも所定時間早いタイミングで電位下降が開始されるように波形が定められている。
【選択図】図４

Description

本発明は容量性負荷駆動回路、液体噴射ヘッド、及び液体吐出装置に関する。

液体を吐出させ対象物へこの液体を着弾させて処理を行う液体吐出装置としては、例えば、圧電素子の変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドがある。このインクジェット式記録ヘッドでは、容量性負荷である複数の圧電素子を支障なく動作させるため、十分な充放電電流を供給する必要がある。従って、電流増幅部、例えば充電用トランジスタ及び放電用トランジスタからなるトランジスタ対で電流が増幅された駆動信号を用いている。

トランジスタ対で駆動信号の電流増幅を行う場合、充電用のトランジスタにおける消費電力は、電源電位と駆動信号の電位との差に電流を乗じた量となる。一方、放電用のトランジスタにおける消費電力は、駆動信号の電位と接地電位との差に電流を乗じた量となる。このため、各トランジスタにおける消費電力は大きくなるので、この消費電力をできるだけ小さくすることが望まれている。

そこで、例えば特許文献１に記載された液体吐出装置では、アナログ信号をもとにトランジスタ対を介して主駆動信号を生成する主駆動信号生成部と、パルス信号をもとに他のトランジスタ及び平滑回路を介して補助駆動信号を生成し、前記補助駆動信号を前記トランジスタ対における少なくとも一方のトランジスタのコレクタに印加する補助駆動信号生成部と、液体を吐出するための動作を行う素子であって、前記主駆動信号に基づいて動作する素子とを有している。そして、この補助駆動信号を電源電位、または接地電位として用いていることで、主駆動信号生成部が有するトランジスタ対の熱損失を低減し、消費電力を小さくしている。

特開２００６−２７２９０７号公報（請求項１、図１３等）

ところで、近年、主駆動信号の周波数は従来に比べてより高周波となっており、これ以上高周波となると、平滑回路によって波形の遅延が発生し、主駆動信号と補助駆動信号との差が小さくなってしまう。特に、主駆動信号の電圧上昇及び電圧下降の切換タイミングで主駆動信号と補助駆動信号との差が小さくなり、この場合動作が不安定になるという問題がある。他方で、主駆動信号と補助駆動信号とのオフセット値を初めから大きくとっておくと、トランジスタ対の熱損失を低減して消費電力を小さくすることが難しくなるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題を解決することにあり、消費電力を低減する容量性負荷駆動回路であって、高周波が印加されても安定動作する容量性負荷駆動回路を提供することにある。また、この容量性負荷駆動回路を用いた液体噴射ヘッド及び液体吐出装置を提供することにある。

本発明の容量性負荷駆動回路は、容量性負荷に対して駆動信号を入力して駆動させる容量性負荷駆動回路であって、アナログ信号をもとに主トランジスタ対を介して主駆動信号を生成する主駆動信号生成部と、パルス信号をもとにトランジスタ対及び平滑回路を介して第１補助駆動信号を生成し、前記第１補助駆動信号を、前記主トランジスタ対の主駆動信号の電位上昇時に動作するＮＰＮ型トランジスタに印加する第１補助駆動信号生成部と、パルス信号をもとにトランジスタ対及び平滑回路を介して第２補助駆動信号を生成し、前記第２補助駆動信号を、前記主トランジスタ対の主駆動信号の電位下降時に動作するＰＮＰ型トランジスタのコレクタに印加する第２補助駆動信号生成部とを備え、前記第１補助駆動信号生成部は、前記主駆動信号よりも所定量高くオフセットされると共に、前記主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間早いタイミングで電位上昇が開始され、かつ、前記主駆動信号の電位降下時よりも所定時間遅いタイミングで電位下降が開始されるように波形が定められた第１補助駆動信号を生成し、前記第２補助駆動信号生成部は、前記主駆動信号よりも所定量低くオフセットされると共に、前記主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間遅いタイミングで電位上昇を開始され、かつ、前記主駆動信号の電位降下時よりも所定時間早いタイミングで電位下降が開始されるように波形が定められた第２補助駆動信号を生成することを特徴とする。
本発明の容量性負荷駆動回路においては、第１補助駆動信号及び第２補助駆動信号を主トランジスタ対のコレクタに入力して、補助駆動信号を電源電圧として用いている。これらの補助駆動信号は、第１補助駆動信号は、前記主駆動信号よりも所定量高くオフセットされ、第２補助駆動信号は、前記主駆動信号よりも所定量低くオフセットされているので、どちらも主駆動信号の波形に沿って変動するものである。従って、これらの補助駆動信号を主トランジスタ対の電源電圧として用いることで、駆動電圧と電源電圧との差を小さくすることができ、消費電力が小さく、これにより発熱を抑制することができる。さらに、第１補助駆動信号は、前記主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間早いタイミングで電位上昇が開始され、かつ、前記主駆動信号の電位降下時よりも所定時間遅いタイミングで電位下降が開始されるように波形が定められている。また、第２補助駆動信号は、前記主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間遅いタイミングで電位上昇を開始され、かつ、前記主駆動信号の電位降下時よりも所定時間早いタイミングで電位下降が開始されるように波形が定められている。即ち、主駆動信号を挟むように第１補助駆動信号及び第２補助駆動信号が生成されているので、主駆動信号が高周波となった場合であっても、電圧上昇及び電圧下降のタイミング時に、仮にどちらかの補助駆動信号が鈍ったとしても、動作が不安定とはならない。

ここで、前記トランジスタ対は、それぞれｎチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタからなり、前記トランジスタ対の前段には、前記トランジスタ対の同時作動防止手段が設けられていることが好ましい。かかる同時作動が防止されたｎチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタを二つ用いることで、発熱量自体が少なく、また、出力が安定しやすいからである。

また、この場合、前記容量性負荷が液体を吐出する圧電素子であると、特に本発明の容量性負荷駆動回路を用いるのに適している。

本発明の液体噴射ヘッドは、液体が導入される液体導入口と液体を噴射するノズル開口とを連通する流路が形成される流路部材、及び前記容量性負荷駆動回路から送出される主駆動信号に基づいて駆動され、前記流路に対して圧力を発生する容量性負荷としての圧電素子を有することを特徴とする。本発明の液体噴射ヘッドは、前記容量性負荷駆動回路を有することで、消費電力が小さく、これにより発熱を抑制することができるとともに、電圧上昇及び電圧下降のタイミング時に、液体吐出動作が不安定とはならない。

本発明の液体吐出装置は、前記容量性負荷駆動回路と、液体が導入される液体導入口及び液体を噴射するノズル開口を連通する流路が形成される流路部材、並びに前記容量性負荷駆動回路から送出される主駆動信号に基づいて駆動され、前記流路に対して圧力を発生する容量性負荷としての圧電素子を有する液体噴射ヘッドと備えたことを特徴とする。本発明の液体吐出装置は、前記容量性負荷駆動回路を有することで、消費電力が小さく、これにより発熱を抑制することができるとともに、電圧上昇及び電圧下降のタイミング時に、液体吐出動作が不安定とはならない。

図１は、インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図１によれば、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体吐出装置としてのインクジェット式記録装置２に設けられている。即ち、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インクジェット式記録装置２のキャリッジ３に搭載され、キャリッジ３は、インクジェット式記録装置２の装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図１中は図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

かかるインクジェット式記録装置２の制御系について、図２に示すインクジェット式記録装置の構成を示すブロック図を用いて説明する。図２によれば、インクジェット式記録装置２内には、インクジェット式記録装置２の制御を行う制御部２０が設けられている。制御部２０は、ＣＰＵ２１と、装置制御部２２と、容量性負荷駆動回路であるヘッド制御部３０とを備えている。

即ち、ＣＰＵ２１からキャリッジの移動を示す信号が装置制御部２２に入力されると、装置制御部２２は、駆動モータ６を駆動させてキャリッジ３をキャリッジ軸５に沿って移動させると共に、ＣＰＵ２１からの記録シートＳの搬送を示す信号が装置制御部２２に入力され、装置制御部２２は、給紙ローラ２３を駆動させて記録シートＳを搬送させる。

また、ＣＰＵ２１からヘッド制御部３０にヘッド駆動を指示することを示すヘッド駆動信号Ｓ１が入力され、ヘッド制御部３０はヘッド駆動信号Ｓ１に対し所定の処理を行って主駆動信号Ｓ２を記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂに送出する。記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂに主駆動信号Ｓ２が入力されると、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂに備えられた液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１０の圧電素子１１が駆動されて、インクを吐出する。この場合に、インクジェット式記録ヘッド１０には、さらに図示しないドライバＩＣが設けられており、このドライバＩＣがＣＰＵ２１からの信号に応じて、どの圧電素子１１を駆動するかを選択している。

ここで、インクジェット式記録ヘッド１０について図３を用いて説明する。図３は、インクジェット式記録ヘッドの断面模式図である。インクジェット式記録ヘッド１０は、インクを噴射するノズル開口１２に連通する圧力発生室１３と、圧力発生室１３と図示しないインクカートリッジとを連通させる流路１４と、圧力発生室１３に対向して設けられた振動板１５と、振動板１５を介して圧力発生室１３に圧力変化を発生させる圧電素子１１とを備えている。圧電素子１１は、ケース１６に、固定板１７を介して固定されており、圧電素子１１の基端部近傍には、固定板１７とは反対側の面に、各圧電素子１１を駆動するための信号、即ち主駆動信号Ｓ２を供給する配線１８が設けられている。この配線１８が、前記ヘッド制御部３０に接続されている。このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、ヘッド制御部３０から主駆動信号Ｓ２が配線１８を介してインクジェット式記録ヘッド１０に送出され、圧電素子１１に主駆動信号Ｓ２が印加される。圧電素子１１は、主駆動信号Ｓ２に応じて、充電・放電を繰り返して膨張・収縮することで振動板１５を変形させて、圧力発生室１３の容積を変化させる。この圧力発生室１３の容積変化により、所定のノズル開口１２からインク滴が吐出される。

このようなインクジェット式記録ヘッド１０を制御するヘッド制御部３０について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、ヘッド制御部の構成を説明するためのブロック図である。

図４に示すように、ヘッド制御部３０は、ヘッドを駆動する主駆動信号Ｓ２を生成する主駆動信号生成部３１と、第１補助駆動信号Ｓ３を生成する第１補助駆動信号生成部３２、第２補助駆動信号Ｓ４を生成する第２補助駆動信号生成部３３とからなる。かかる構成では、電圧波形が予め設定されて生成された第１補助駆動信号Ｓ３を主駆動信号生成部３１の後述する主トランジスタ対３１２の電源電圧として用いると共に、電圧波形が予め設定されて生成された第２補助駆動信号Ｓ４を主駆動信号生成部３１の主トランジスタ対３１２のグランド電圧として用いることで、主駆動信号Ｓ２と電源電圧及びグランド電圧との差を小さくして、主トランジスタ対３１２の消費電力を低減することができる。

また、ＣＰＵ２１から送出されるヘッド駆動信号Ｓ１は、主駆動信号Ｓ２を生成するための主生成信号Ｓ１１と、第１補助駆動信号Ｓ３を生成するための第１補助生成信号Ｓ１２と、第２補助駆動信号Ｓ４を生成するための第２補助生成信号Ｓ１２とからなる。主生成信号Ｓ１１は、主駆動信号生成部３１に入力される。また、第１補助生成信号Ｓ１２は、第１補助駆動信号生成部３２に入力され、第２補助生成信号Ｓ１３は、第２補助駆動信号生成部３３に入力される。

主駆動信号生成部３１は、ＣＰＵ２１からの主生成信号Ｓ１１が入力されるＤ／Ａコンバータ（以下、ＤＡＣという）３１１と、ＤＡＣ３１１から出力されたアナログ信号ＡＮＧが入力される主トランジスタ対３１２とを備えている。

ＣＰＵ２１から出力された主生成信号Ｓ１１は、ＤＡＣ３１１に入力される。ＤＡＣ３１１は、所定周期毎に更新されるＤＡＣ値に基づき、デジタル信号である主生成信号Ｓ１１から、指定された電位のアナログ信号を生成するように構成されている。ＤＡＣ値は、例えば、出力電位を１０ビットのデジタル値で表した情報である。即ち、主生成信号Ｓ１１には、指定された電位のアナログ信号を生成するためのＤＡＣ値などの主駆動信号Ｓ２を生成するための各種情報が含まれており、ＤＡＣ３１１は、主生成信号Ｓ１１に含まれるこれらの情報を基に、主駆動信号Ｓ２を生成するためのアナログ信号ＡＮＧを生成する。

ＤＡＣ３１１で生成されたアナログ信号ＡＮＧは、主トランジスタ対３１２の各トランジスタのベースに入力される。

主トランジスタ対３１２は、ＤＡＣ３１１で生成されたアナログ信号ＡＮＧの電流を増幅して、主駆動信号Ｓ２を生成するものである。なお、アナログ信号ＡＮＧの電流は複数の圧電素子１１を同時に動作させるには不十分であるため、主トランジスタ対３１２によって、アナログ信号ＡＮＧの電流を増幅している。

主トランジスタ対３１２は、相補的に接続されたトランジスタ対によって構成されているプッシュプル増幅回路である。このように相補的に接続されたトランジスタ対を用いることで、高い電流増幅率を得ることができる。具体的にその構成を説明すると、主トランジスタ対３１２は、互いのエミッタ同士が接続されたＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２とによって構成されている。ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１は、主駆動信号Ｓ２の電圧上昇時に動作するものであり、圧電素子１１の充電用のトランジスタである。このＮＰＮ型トランジスタＴＲ１では、コレクタに第１補助駆動信号生成部３２からの第１補助駆動信号Ｓ３が入力され、ベースにはＤＡＣ３１１からのアナログ信号ＡＮＧが入力される。ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２は、主駆動信号Ｓ２の電圧下降時に動作するものであり、圧電素子１１の放電用のトランジスタである。このＰＮＰ型トランジスタＴＲ２では、コレクタに第２補助駆動信号生成部３３からの第２補助駆動信号Ｓ４が入力され、ベースにはＤＡＣ３１１からのアナログ信号ＡＮＧが入力されている。そして、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１とＰＮＰ型トランジスタＴＲ２とは、エミッタで接続され、この接続部から圧電素子１１に主駆動信号Ｓ２が出力される。

この主トランジスタ対３１２は、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１のベース、及び、ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のベースに入力されたアナログ信号ＡＮＧによって動作が制御される。例えば、アナログ信号ＡＮＧの電位が上昇状態であるとき、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１におけるベースの電位がエミッタの電位よりも所定値以上高くなると、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１がオン状態となる。これに伴って主駆動信号Ｓ２の電位も上昇する。一方、アナログ信号ＡＮＧの電位が下降状態であるとき、ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２におけるベースの電位がエミッタの電位よりも所定値以上低くなると、ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２がオン状態となる。これに伴って主駆動信号Ｓ２の電位も下降する。このように、主駆動信号Ｓ２の電位波形は、アナログ信号ＡＮＧの電圧波形によって制御される。

従って、主駆動信号生成部３１では、パルス信号である主生成信号Ｓ１１に基づいてアナログ信号ＡＮＧを生成し、このアナログ信号ＡＮＧから主駆動信号Ｓ２を生成できる。

以下、前記主トランジスタ対３１２での消費電力を抑制し発熱を抑制するための第１補助駆動信号生成部（以下第１Ｄ級アンプという）３２及び第２補助駆動信号生成部（以下第２Ｄ級アンプという）３３について、図４及び図５を参照して説明する。図５は、共に同じ構成である第１Ｄ級アンプ及び第２Ｄ級アンプの構成を説明するためのブロック図である。

第１Ｄ級アンプ３２は、主トランジスタ対３１２に対して電源電圧となるための電位波形が定められた第１補助駆動信号Ｓ３を生成するものである。即ち、予めＣＰＵ２１で、主駆動信号Ｓ２に対応したオフセット値が加算され、かつ、電圧上昇時及び電圧下降時のタイミングをシフトさせて第１補助駆動信号Ｓ３の波形が定められている。ＣＰＵ２１から送出される第１補助生成信号Ｓ１２には、このオフセット値及びシフト値が含まれている。従って、この第１補助生成信号Ｓ１２が第１Ｄ級アンプ３２に入力されることにより、第１Ｄ級アンプ３２では、第１補助生成信号Ｓ１２に基づいて所望のオフセット値及びシフト値が含まれる補助駆動信号Ｓ３を生成する。

第２Ｄ級アンプ３３は、主トランジスタ対３１２に対してグランド電圧となるための電位波形が定められた第２補助駆動信号Ｓ４を生成するものである。即ち、予めＣＰＵ２１で、主駆動信号Ｓ２に対応したオフセット値が加算され、かつ、電圧上昇時及び電圧下降時のタイミングをシフトさせて補助駆動信号Ｓ４の波形が定められている。ＣＰＵから送出される第２補助生成信号Ｓ１３には、このオフセット値及びシフト値が含まれている。従って、この第２補助生成信号Ｓ１３が第２Ｄ級アンプ３３に入力されることにより、第２Ｄ級アンプ３３では、第２補助生成信号Ｓ１３に基づいて所望のオフセット値及びシフト値が含まれる第２補助駆動信号Ｓ４を生成する。

ここで、第１補助生成信号Ｓ１２及び第２補助生成信号Ｓ１３について図６を参照して詳細に説明する。図６は、主駆動信号と、第１補助駆動信号及び第２補助駆動信号とを比較して説明するためのグラフである。図６によれば、第１補助駆動信号Ｓ３は、主駆動信号Ｓ２より常に所定電圧Ｖ１だけ高い。従って、第１補助生成信号Ｓ１２には、この所定電圧Ｖ１だけ高くなるように所定のオフセット値情報が含まれている。また、第２補助駆動信号Ｓ４は、主駆動信号Ｓ２より常に所定電圧Ｖ２だけ低い。従って、第２補助生成信号Ｓ１３には、この所定電圧Ｖ２だけ低くなるように所定のオフセット値情報が含まれている。また、この第１補助生成信号Ｓ１２には、第１補助駆動信号Ｓ３が主駆動信号Ｓ２の電圧上昇のタイミングより所定時間Ｔ１早いタイミングで電位が上昇すると共に、主駆動信号Ｓ２の電圧下降のタイミングより所定時間Ｔ２遅いタイミングで電位が下降するように、所定のシフト値情報が含まれている。さらにまた、第２補助生成信号Ｓ１３には、第２補助駆動信号Ｓ４が主駆動信号Ｓ２の電圧上昇のタイミングより所定時間Ｔ３遅いタイミングで電位が上昇すると共に、主駆動信号Ｓ２の電圧下降のタイミングより所定時間Ｔ４早いタイミングで電位が下降するように、所定のシフト値情報が含まれている。従って、第１補助生成信号Ｓ１２と第２補助生成信号Ｓ１３とは、それぞれ異なる情報を有している信号である。

図４及び図５に戻り、これらの第１補助生成信号Ｓ１２又は第２補助生成信号Ｓ１３が入力される第１Ｄ級アンプ３２と第２Ｄ級アンプ３３とについて説明するが、第２Ｄ級アンプ３３は、第１Ｄ級アンプ３２と同一の構成で入力信号に対して同一の作動をするものであるので、以下、第１Ｄ級アンプ３２を中心に説明する。

図５によれば、この第１Ｄ級アンプ３２は、コンパレータ３２１と、ゲートドライバ３２２と、トランジスタ対３２３を構成するトランジスタＴＲ３及びＴＲ４と、平滑回路３２４を構成するコイルＬ１及びコンデンサＣ１とからなる。また、同じｎ型ＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＴＲ３及びＴＲ４を同時に作動させないための同時作動防止手段３２５が、コンパレータ３２１とゲートドライバ３２２との間に設けられている。

コンパレータ３２１は、第１補助駆動信号Ｓ３を生成するためのパルス信号ＰＷＳを形成するものである。コンパレータ３２１には、ＣＰＵ２１からのアナログ信号である第１補助生成信号Ｓ１２と、三角波ＴＲＧとが入力され、三角波ＴＲＧとＣＰＵ２１からの第１補助生成信号Ｓ１２とを比較して、第１補助生成信号Ｓ１２をパルス幅変調してパルス信号ＰＷＳを生成する。コンパレータ３２１では、この主駆動信号Ｓ２に対応したオフセット値及びシフト値が含まれている第１補助生成信号Ｓ１２をパルス幅変調してパルス信号ＰＷＳを生成しているので、パルス信号ＰＷＳは、所望の第１補助駆動信号Ｓ３を生成するために必要なデューティを有しているものとなる。生成されたパルス信号ＰＷＳは、同時作動防止手段３２５に入力される。

同時作動防止手段３２５は、トランジスタＴＲ３及びＴＲ４をそれぞれ同時に作動させないように、入力されたパルス信号ＰＷＳに対して、所定の処理を行ない、トランジスタＴＲ３及びＴＲ４を同時作動させないパルス信号ＰＷＳ１及びＰＷＳ２を出力する。例えば、各パルス信号の関係を示す図７（ａ）〜（ｃ）を参照すると、同時作動防止手段３２５では、同時作動防止手段３２５に入力されたパルス信号ＰＷＳが“１”を示す電位であれば、パルス信号ＰＷＳ１の電位は同じく“１”を示すものであり、パルス信号ＰＷＳ２の電位は、“０”を示す電位として出力される。また、パルス信号ＰＷＳが“０”を示す電位であれば、パルス信号ＰＷＳ１は同じく“０”を示す電位であり、パルス信号ＰＷＳ２は、“１”を示す電位として出力される。このように、同時作動防止手段３２５は、同じ特性をもつトランジスタＴＲ３及びＴＲ４が同時に作動することがないように互いに異なる電位、即ち“１”“０”状態が互いに逆であるパルス信号ＰＷＳ１及びＰＷＳ２を出力する。

同時作動防止手段３２５から出力されたパルス信号ＰＷＳ１は、トランジスタ対３２３を駆動するためのゲートドライバ３２２を経て、トランジスタ対３２３を構成するトランジスタＴＲ３に入力される。また、同時に同時作動防止手段３２５から出力されたパルス信号ＰＷＳ２は、トランジスタ対３２３を駆動するためのゲートドライバ３２２を経て、トランジスタ対３２３を構成するトランジスタＴＲ４に入力される。

トランジスタ対３２３は、パルス信号ＰＷＳ１及びＰＷＳ２に基づいて各スイッチ動作を行なって、第１補助駆動信号Ｓ３を生成するための所定のデューティを有するパルス信号ＰＷＳ１及びＰＷＳ２に応じた出力信号ＰＷＳ’を出力するように構成されている。トランジスタ対３２３をｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成することで、ノイズが少なく、かつ、効率よく出力することができる。ここで、トランジスタＴＲ３及びＴＲ４は、トランジスタＴＲ３のドレインが図示しない電源に接続され、トランジスタＴＲ４のソースは接地されて互いに直列に接続されている。即ち、トランジスタＴＲ３のソースと、トランジスタＴＲ４のドレインが接続されている。トランジスタＴＲ３のソースとトランジスタＴＲ４のドレインとの間には、出力部が設けられており、この出力部から、出力信号ＰＷＳ’が平滑回路３２４に入力される。

ここで、トランジスタ対３２３の作動について説明すると、トランジスタＴＲ３及びＴＲ４には、同時作動防止手段３２５により所定の処理が行われ、異なる“１”“０”状態を示すパルス信号ＰＷＳ１及びＰＷＳ２が入力されているので、常に一方しか作動されない。例えば、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、パルス信号ＰＷＳ１が“１”を示す場合には、パルス信号ＰＷＳ２は“０”を示しているため、“１”を示すパルス信号ＰＷＳ１が入力されたトランジスタＴＲ３のみオン状態となる。従って、出力された出力信号ＰＷＳ’の電位は、電源電圧（“１”）となる。逆に、パルス信号ＰＷＳ２が“１”を示している場合にはパルス信号ＰＷＳ１は“０”を示しているため、“１”を示すパルス信号ＰＷＳ２が入力されたトランジスタＴＲ４のみオン状態となる。この場合には、出力された出力信号ＰＷＳ’の電位は、グランド電圧（“０”）となる。

このように、このトランジスタ対３２３は、入力されたパルス信号ＰＷＳ１及びＰＷＳ２に応じてそれぞれスイッチ動作することで、パルス信号ＰＷＳ１及びＰＷＳ２のデューティに応じた“１”“０”状態からなる出力信号ＰＷＳ’を出力する。即ち、トランジスタ対３２３から出力された出力信号ＰＷＳ’は、コンパレータ３２１で生成されたパルス信号ＰＷＳのデューティに一致したデューティのパルス信号となっている。

平滑回路３２４は、トランジスタ対から出力されたパルス信号ＰＷＳ’、即ちコンパレータ３２１で生成されたパルス信号ＰＷＳと同じデューティを有するパルス信号ＰＷＳ’を平滑化して、所望の第１補助駆動信号Ｓ３を生成するものであり、コイルＬ１及びコンデンサＣ１からなるチョークインプット型の平滑回路として構成されている。つまり、コイルＬ１は、出力部と主トランジスタ対３１２のＮＰＮ型トランジスタＴＲ１のコレクタとの間に直列に接続されている。また、コンデンサＣ１は、その一端が、コイルＬ１と主トランジスタ対３１２との間に接続され、他端が接地されている。

かかる平滑回路３２４においては、デューティの異なるパルス信号ＰＷＳをそれぞれ平滑化して、アナログ信号である第１補助駆動信号Ｓ３を生成できる。例えば、図７（ａ）〜（ｅ）に示すように、デューティ２５％のパルス信号ＰＷＳ’が入力されている場合には、最大出力の２５％の電位が第１補助駆動信号Ｓ３の電位として出力部から出力される。また、デューティ５０％のパルス信号ＰＷＳ’が入力されている場合には、最大出力の５０％の電位が第１補助駆動信号Ｓ３の電位として出力部から出力される。このように、所定のデューティのパルス信号ＰＷＳに一致するパルス信号ＰＷＳ’は、トランジスタ対３２３を介して、所望のアナログ信号である第１補助駆動信号Ｓ３となる。

即ち、第１Ｄ級アンプ３２では、主駆動信号Ｓ２に対して所定のオフセット値及びシフト値が第１補助駆動信号Ｓ３に含まれるように第１補助生成信号Ｓ１２がコンパレータ３２１に入力されて、所定のデューティのパルス信号ＰＷＳが生成される。このパルス信号ＰＷＳに基づいてスイッチ動作して、パルス信号ＰＷＳと同じデューティでトランジスタ対３２３から出力されたパルス信号ＰＷＳ’は、平滑回路３２４において、デューティに応じた所望の第１補助駆動信号Ｓ３となる。この第１補助駆動信号Ｓ３は、平滑回路３２４の出力部から出力され、主トランジスタ対３１２のＮＰＮ型トランジスタＴＲ１のコレクタに入力される。

また、上記第１Ｄ級アンプ３２と同一の構成である第２Ｄ級アンプ３３でも、同一の処理が行われ、平滑回路３２４の出力部から第２補助駆動信号Ｓ４が主トランジスタ対３１２のＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のコレクタに入力される。即ち、第２Ｄ級アンプ３３では、主駆動信号Ｓ２に対して所定のオフセット値及びシフト値が第２補助駆動信号Ｓ４に含まれるように第２補助生成信号Ｓ１３がコンパレータ３２１に入力されて、所定のデューティのパルス信号ＰＷＳが生成される。このパルス信号ＰＷＳに基づいてスイッチ動作して、パルス信号ＰＷＳと同じデューティでトランジスタ対３２３から出力されたパルス信号ＰＷＳ’は、平滑回路３２４において、デューティに応じた所望の第２補助駆動信号Ｓ４となる。この第２補助駆動信号Ｓ４は、平滑回路３２４の出力部から出力され、主トランジスタ対３１２のＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のコレクタに入力される。

以下、かかる第１補助駆動信号Ｓ３が電源電圧として、及び第２補助駆動信号Ｓ４がグランド電圧として入力される主トランジスタ対３１２の作動について再度説明する。第１Ｄ級アンプ３２からの補助駆動信号Ｓ３がＮＰＮ型トランジスタＴＲ１及びＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のコレクタに入力された状態で、入力されたアナログ信号ＡＮＧがＮＰＮ型トランジスタＴＲ１のエミッタ電位より高くなると、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１がＯＮ状態となる。そして、第１補助駆動信号Ｓ３によりアナログ信号ＡＮＧに応じて、主駆動信号Ｓ２が容量性負荷としての圧電素子１１に入力されて、充電が行われる。他方で、入力されたアナログ信号ＡＮＧがＰＮＰ型トランジスタＴＲ２のエミッタ電位より低くなると、ＰＮＰ型トランジスタＴＲ２がＯＮ状態となり、第２補助駆動信号Ｓ４によりアナログ信号ＡＮＧに応じて主駆動信号Ｓ２が容量性負荷としての圧電素子１１に入力されて、放電が行われる。これにより、圧電素子１１が収縮及び膨張して、インクの吐出が行われる。

以上述べたように構成された第１Ｄ級アンプ３２から出力される補助駆動信号Ｓ３及び第２Ｄ級アンプ３３から出力される補助駆動信号Ｓ４には、それぞれオフセット値及びシフト値が含まれている。従って、電圧上昇及び電圧下降のタイミングであっても主駆動信号と補助駆動信号との差が大きく動作が安定する。

上述した実施形態では、縦振動型の圧電素子１１に対して駆動信号を入力する場合について説明したが、圧力発生室１３に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としては、特にこれに限定されない。例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のアクチュエータ装置や、薄膜型の圧電素子などに対しても使用することができる。

液体吐出装置の構成を示す模式的斜視図である。 液体吐出装置の制御系の構成を示すブロック図である。 液体吐出ヘッドの構成を示す模式的断面図である。 ヘッド制御部の構成を示すブロック図である。 補助駆動信号生成部の構成を示すブロック図である。 補助駆動信号と主駆動信号とを説明するためのグラフである。 各信号の関係を示すための図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 記録ヘッドユニット、 ２ インクジェット式記録装置、 ６ 駆動モータ、 １０ インクジェット式記録ヘッド、 １１ 圧電素子、 １５ 振動板、 ２０ 制御部、 ３０ ヘッド制御部、 ３１ 主駆動信号生成部、 ３２ 第１補助駆動信号生成部（第１Ｄ級アンプ）、 ３３ 第２補助駆動信号生成部（第２Ｄ級アンプ）、 ３１１ 主駆動信号生成部、 ３１２ 主トランジスタ対、 ３２１ コンパレータ、 ３２２ ゲートドライバ、 ３２３ トランジスタ対、 ３２４ 平滑回路、 ３２５ 同時作動防止手段、 Ｓ１ ヘッド駆動信号、 Ｓ１１ 主生成信号、 Ｓ１２ 第１補助生成信号、 Ｓ１３ 第２補助生成信号、 Ｓ２ 主駆動信号、 Ｓ３ 第1補助駆動信号、 Ｓ４ 第２補助駆動信号

Claims (5)

1. 容量性負荷に対して駆動信号を入力して駆動させる容量性負荷駆動回路であって、
   アナログ信号をもとに主トランジスタ対を介して主駆動信号を生成する主駆動信号生成部と、パルス信号をもとにトランジスタ対及び平滑回路を介して第１補助駆動信号を生成し、前記第１補助駆動信号を、前記主トランジスタ対の主駆動信号の電位上昇時に動作するＮＰＮ型トランジスタに印加する第１補助駆動信号生成部と、パルス信号をもとにトランジスタ対及び平滑回路を介して第２補助駆動信号を生成し、前記第２補助駆動信号を、前記主トランジスタ対の主駆動信号の電位下降時に動作するＰＮＰ型トランジスタのコレクタに印加する第２補助駆動信号生成部とを備え、
   前記第１補助駆動信号生成部は、前記主駆動信号よりも所定量高くオフセットされると共に、前記主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間早いタイミングで電位上昇が開始され、かつ、前記主駆動信号の電位降下時よりも所定時間遅いタイミングで電位下降が開始されるように波形が定められた第１補助駆動信号を生成し、
   前記第２補助駆動信号生成部は、前記主駆動信号よりも所定量低くオフセットされると共に、前記主駆動信号の電位上昇時よりも所定時間遅いタイミングで電位上昇を開始され、かつ、前記主駆動信号の電位降下時よりも所定時間早いタイミングで電位下降が開始されるように波形が定められた第２補助駆動信号を生成することを特徴とする容量性負荷駆動回路。
2. 前記トランジスタ対は、それぞれｎチャネルのＭＯＳ型電界効果トランジスタからなり、前記トランジスタ対の前段には、前記トランジスタ対の同時作動防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の容量性負荷駆動回路。
3. 前記容量性負荷が、液体を吐出する圧電素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量性負荷駆動回路。
4. 液体が導入される液体導入口と液体を噴射するノズル開口とを連通する流路が形成される流路部材、及び請求項１又は２に記載された容量性負荷駆動回路から送出される主駆動信号に基づいて駆動され、前記流路に対して圧力を発生する容量性負荷としての圧電素子を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１又は２に記載された容量性負荷駆動回路と、液体が導入される液体導入口及び液体を噴射するノズル開口を連通する流路が形成される流路部材、並びに前記容量性負荷駆動回路から送出される主駆動信号に基づいて駆動され、前記流路に対して圧力を発生する容量性負荷としての圧電素子を有する液体噴射ヘッドとを備えたことを特徴とする液体吐出装置。

Images