JP2010076329A - Electric current detecting sensor board, capacitive load driving apparatus, liquid discharging head driving apparatus, and liquid discharging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電流検出センサ基板、容量性負荷駆動装置、液体吐出ヘッド駆動装置及び液体吐出装置に係り、特に圧電アクチュエータなどの容量性負荷を駆動する際の駆動電流の検出技術に関する。 The present invention relates to a current detection sensor substrate, a capacitive load driving device, a liquid ejection head driving device, and a liquid ejection device, and more particularly to a technology for detecting a driving current when driving a capacitive load such as a piezoelectric actuator.
一般に、カラー画像を形成する汎用の画像形成装置として、インクジェット記録装置が広く用いられている。インクジェット記録装置は、例えば、K(黒)、C(シアン)、M(マゼンダ)、Y(イエロー)の各色に対応するインクジェットヘッドを備え、色ごとに設けられた各ヘッドからカラーインクを吐出して、記録媒体に所望のカラー画像を形成するように構成されている。 In general, an inkjet recording apparatus is widely used as a general-purpose image forming apparatus for forming a color image. The ink jet recording apparatus includes, for example, an ink jet head corresponding to each color of K (black), C (cyan), M (magenta), and Y (yellow), and discharges color ink from each head provided for each color. Thus, a desired color image is formed on the recording medium.
インクジェットヘッドには、多数のノズルに対応してそれぞれに圧電アクチュエータ(ピエゾアクチュエータ)などの吐出力発生素子が設けられ、それぞれに吐出力発生素子に対して所定の駆動信号を与えると、各ノズルから所定のタイミングで所定量のインクが吐出される。 Ink jet heads are provided with ejection force generating elements such as piezoelectric actuators (piezo actuators) corresponding to a large number of nozzles. When a predetermined drive signal is applied to each of the ejection force generating elements, A predetermined amount of ink is ejected at a predetermined timing.
なお、本明細書では、圧電体層の両面を電極によりはさんだ構造体を圧電素子やピエゾと呼び、圧電素子(ピエゾ)に変形板などの構造部材を接合させた構造体を圧電アクチュエータ(ピエゾアクチュエータ)と呼ぶ。 In this specification, a structure in which both surfaces of a piezoelectric layer are sandwiched by electrodes is called a piezoelectric element or a piezoelectric element, and a structure in which a structural member such as a deformation plate is joined to a piezoelectric element (piezo element) is a piezoelectric actuator (piezo element). Actuator).
ここで、図15を用いて、従来技術に係るピエゾアクチュエータ(圧電アクチュエータ)に与える駆動信号を生成する駆動回路について説明する。 Here, a drive circuit for generating a drive signal to be applied to a piezo actuator (piezoelectric actuator) according to the prior art will be described with reference to FIG.
同図に示すように、インクジェットヘッド300には、多数のノズル(不図示)に対応してピエゾアクチュエータ302が設けられている。ピエゾアクチュエータ302には駆動信号が印加される電極(不図示)が設けられ、該電極はフレキシブルフラット基板304に形成された駆動信号線(及びリターン信号線)を含む配線パターンを介して駆動回路320の出力部366に接続されている。
As shown in the figure, the
駆動回路320を動作させて、所定の駆動波形を有する駆動信号が出力されると、該駆動信号はフレキシブルフラット基板304を介してピエゾアクチュエータ302に伝送される。
When the
図15に示す駆動回路320の動作を簡単に説明する。駆動波形を記憶した波形データ記憶部324からデジタルデータ列(波形データ列)326が順次読み出され、D/Aコンバータ328でアナログ信号に変換されるとともに、該アナログ信号はオペアンプ330によって電圧増幅される。
The operation of the
オペアンプ330の出力には、所定の入力回路331を介してトランジスタ332,334がトーテムポール接続された構成を含むブースト回路335が接続され、ピエゾアクチュエータ302の駆動源である駆動用電源供給部(+V2)からピエゾアクチュエータ302を駆動するための大きな出力電流を流せるようにしている。これは、ピエゾアクチュエータ302は電気的にコンデンサと等価であり、ピエゾアクチュエータ302に対して電圧パルス信号(駆動信号)を与えたときに、コンデンサと電気的に等価であるピエゾアクチュエータ302を充放電するための大きな電流を瞬間的に流す必要があるためである。なお、ピエゾアクチュエータ302の駆動電圧+V2には、20V〜30Vの直流電圧が適用される。
A
また、駆動回路320はオペアンプ330及びブースト回路335を含む増幅回路のフィードバック回路を構成する抵抗器336,338を含み、さらに、ブースト回路335の入力回路は、一方の端子が低電圧源+V1に接続されるとともに他方の端子がトランジスタ332のベース端子に接続される抵抗器342、一方の端子がマイナス電圧源−Vに接続されるとともに他方の端子がトランジスタ334のベース端子に接続される抵抗器344、一方の端子がトランジスタ332のベースに接続されるとともに他方の端子がオペアンプ330の出力に接続されるダイオード346、一方の端子がトランジスタ334のベースに接続されるとともに他方の端子がオペアンプ330の出力に接続されるダイオード348を含んで構成されている。
Further, the
インクジェットヘッド300内部には、各ノズル(不図示)に対応したピエゾアクチュエータ302が形成され、個々にアナログスイッチ350が接続されている。アナログスイッチ350の片側はいずれも駆動回路320の出力に接続されている。
Inside the
さらに、インクジェットヘッド300とのインターフェース(不図示)には画像データを通信するためのポート(不図示)があり、駆動回路320が駆動信号を生成するタイミングに同期して画像データ(アナログスイッチ350のオンオフを制御する制御信号)を通信し、画像データにしたがって各アナログスイッチ350をそれぞれオンオフしている。このような構成により、画像データに応じて各ピエゾアクチュエータ302を駆動又は非駆動を制御することで、インク吐出パターンを生成している。
Further, an interface (not shown) with the
言い換えると、駆動回路320の出力部366からは、複数のピエゾアクチュエータ302に共通の駆動信号が印加され、該駆動信号とは別に各ピエゾアクチュエータ302に接続されるアナログスイッチ350のオンオフを制御する制御信号が印加される。駆動信号の波形によってインク吐出量が決められ、制御信号によってインク吐出タイミングが決められている。
In other words, a common drive signal is applied to the plurality of
装置の小型化と高機能化にともない、ノズル数の増加並びにヘッド自体の小型化が進んでいる。このため、駆動回路320(駆動回路基板322)とインクジェットヘッド300の接続には、狭ピッチ多ピンコネクタ360が好適に使われている。狭ピッチ多ピンコネクタ360は、1ピンあたりに流せる電流量が小さいために、ピエゾアクチュエータ302を駆動可能な大きな電流を流せるように駆動信号線362とリターン信号線364を複数のピンに割り当てることが多く、さらに、伝送路のインピーダンスを小さくするため、駆動信号線362とリターン信号線364を交互(互いに隣り合わせ)に配置することが行われている。
Along with the downsizing and higher functionality of the apparatus, the number of nozzles and the size of the head itself have been reduced. For this reason, a narrow pitch
ところで、この狭ピッチ多ピンコネクタ360は、抜き差しに伴って誤ってオス・メス同士が互いに斜めに刺さったまま引っかかって固定されてしまうことがあり、狭ピッチ多ピンコネクタ360が斜め差しされると、駆動回路の出力部366が駆動信号線362及びリターン信号線364を介してグランド368に短絡されることになる。
By the way, the narrow pitch
通常、駆動回路320の起動時には、初期動作として駆動回路の出力部366を数ボルト程度にすることが多いが、もし駆動回路の出力部366がグランド368に短絡されたまま駆動回路320を起動すると、本来数ボルトとなるべき出力が常時0Vとなり、オペアンプ330の入力にフィードバックがかかり、オペアンプ330の出力が最大値まで上昇する。このとき、トランジスタ332のベース電位もオペアンプ330の出力の上昇に応じて上昇する。
Normally, when the
これに対して、トランジスタ332のエミッタは出力部366を介して電位は0V(グランド)に短絡されているので、トランジスタ332のベース−エミッタ間に印加される電圧は最大で+V1(5V〜12V)となる。一般的にトランジスタ332のベース−エミッタ間電圧の最大定格は数V程度であり、トランジスタ332のベース−エミッタ間に印加される電圧が最大定格を超えてしまうと、トランジスタ332を破損してしまう。
On the other hand, since the potential of the emitter of the
このような駆動回路320の出力部366とグランド368の間の短絡の対策としては、図16に示すように、トランジスタ332のベース入力回路に抵抗器380,382から構成される分圧回路を追加して、トランジスタ332のベース−エミッタ間に最大定格を超える電圧が印加されないように保護する方法が知られている。
As a countermeasure against such a short circuit between the
また、インクジェットヘッドの駆動に関する問題として、ピエゾアクチュエータ302の静電容量の変位(バラツキ)がインク吐出状態に影響するという問題がある。上述したように、駆動信号はアナログスイッチ350を介してインクジェットヘッド300に設けられたピエゾアクチュエータ302に伝送される。駆動信号は予め規定されたピエゾアクチュエータの静電容量を想定して設定されており、その静電容量の誤差は考慮されていない。
Further, as a problem relating to driving of the ink jet head, there is a problem that the displacement (variation) of the electrostatic capacity of the
図17には、ピエゾアクチュエータ302の駆動に用いられる代表的なインク吐出波形(駆動信号波形)を示す。インクの吐出状態(着弾状態)はインク、紙等のメディア、及び機械的な位置関係、構造が同一である場合、駆動信号波形により決定される。駆動信号波形における吐出状態の決定要素としては、波高値(V),立ち上がりのスリューレート及び立ち下がりのスリューレート(V/t1)、波形幅(タイミング、t2)などが挙げられる。
FIG. 17 shows a typical ink discharge waveform (drive signal waveform) used for driving the
図17に示すように、ピエゾアクチュエータ302の駆動に用いられる駆動信号は、波高値が30V(20V〜50V)であり、立ち上がりのスリューレートと立ち下がりのスリューレートが同一となっている。
As shown in FIG. 17, the drive signal used for driving the
これらの決定要素は、インクの吐出速度、吐出液滴量、吐出タイミングなどにかかわり、ピエゾアクチュエータ302の静電容量のバラツキが許容範囲よりも大きい場合には、規定の静電容量を想定した駆動信号を用いて吐出動作を行うと、所望の安定したインク吐出状態が得られないという問題が存在している。
These determining factors are related to the ink ejection speed, the amount of ejected liquid droplets, the ejection timing, etc., and when the variation in the electrostatic capacity of the
インクジェットヘッドの異常を検出する方法として、特許文献1には、圧電素子のショート又はレアショートを検出する技術が開示されている。すなわち、特許文献1に開示された技術は、圧電素子の異常電流抑制させるための駆動信号の中間電位等のバイアス電位を圧電素子のグランド側に印加する手段としてコンデンサを設け、異常電流がこのコンデンサによってさらに充電されると充電電圧が上昇し、上昇した充電電圧と基準電位との比較によって異常を検出するものである。
As a method for detecting an abnormality in an ink jet head, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a technique for detecting a short circuit or a rare short circuit of a piezoelectric element. That is, in the technique disclosed in
また、特許文献2には、駆動信号供給部とピエゾアクチュエータとの間の配線に駆動電流を検出する電流検出部としてホール素子を備えて容量性負荷の駆動電流を検出し、1駆動周期で検出電流値を積分し、過電流規定値を超えた場合には駆動回路部の定電流回路の電流を停止する手段により駆動信号供給を停止する技術が開示されている。
しかしながら、駆動信号の伝送線路上に電流検出用の素子或いは電圧検出用の素子(抵抗等)を接続させると、該抵抗器の抵抗値(インピーダンス)が影響して駆動波形のスリューレートが悪化し、ピエゾアクチュエータへの充放電速度を低下させてしまう。すなわち、検出素子のインピーダンスの影響を受けて駆動波形にひずみが生じ、ピエゾアクチュエータの発生圧力に影響を及ぼしてしまい、結果としてインクジェットヘッドのインク吸引及び吐出の特性を低下させてしまう。 However, when a current detection element or a voltage detection element (resistance, etc.) is connected to the transmission line of the drive signal, the slew rate of the drive waveform is deteriorated due to the resistance value (impedance) of the resistor. As a result, the charging / discharging speed of the piezoelectric actuator is reduced. That is, the drive waveform is distorted by the influence of the impedance of the detection element, affecting the pressure generated by the piezo actuator, and as a result, the ink suction and discharge characteristics of the inkjet head are degraded.
さらに、特許文献1に記載された方法では、圧電素子の両端電圧が小さくなることによって吐出効率の低下が発生するという問題もある。
Furthermore, the method described in
一方、特許文献2に開示されているように、駆動電流を検出する手段として駆動信号の伝送路と電気的に絶縁されたホール素子を用いると、駆動信号の波形ひずみによる吐出性能の低下という問題は発生しないものの、ホール素子は半導体であるがゆえに温度ドリフトの問題がある。
On the other hand, as disclosed in
圧電素子のような容量性負荷の駆動回路及び駆動信号の伝送路は、高周波のパルス電流が伝送されるために発熱を伴い、周辺の温度はその放熱のため高温になりやすく、検出値に誤差を生じやすい。また、ホール素子の最大入力電圧及び検出可能な電流値は、インクジェットヘッドに適用される圧電素子の駆動信号の電圧及び電流よりも低いために、インクジェットヘッドに適用される圧電素子の駆動電流の検出には不向きである。 A capacitive load drive circuit such as a piezoelectric element and a drive signal transmission path generate heat because a high-frequency pulse current is transmitted, and the surrounding temperature tends to become high due to its heat dissipation, resulting in an error in the detected value. It is easy to produce. In addition, since the maximum input voltage and the detectable current value of the Hall element are lower than the voltage and current of the drive signal of the piezoelectric element applied to the inkjet head, detection of the drive current of the piezoelectric element applied to the inkjet head Not suitable for.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、駆動信号に影響を与えることなく、駆動電流の検出を可能とする電流検出センサ基板、容量性負荷駆動装置、液体吐出ヘッド駆動装置及び液体吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a current detection sensor substrate, a capacitive load driving device, a liquid discharge head driving device, and a liquid that can detect a driving current without affecting a driving signal. An object is to provide a discharge device.
上記目的を達成するために、本発明に係る電流検出センサ基板は、容量性負荷を含む被駆動素子に駆動電流を供給する駆動回路の出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、前記駆動信号線に誘電体を介して近接配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部とを備え、前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a current detection sensor substrate according to the present invention is electrically connected to an output terminal of a drive circuit that supplies a drive current to a driven element including a capacitive load, and the drive signal is transmitted. A signal line, a detection signal line that is disposed in proximity to the drive signal line via a dielectric, and an induced current is induced by a current of the drive signal transmitted by the drive signal line, and is induced by the detection signal line A detection signal extraction unit that extracts an induced current as a detection signal, the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction unit It is characterized by being formed in the same substrate.
本発明によれば、駆動信号が伝送される駆動信号線に対して電気的に接続される検出素子を備えることなく、駆動信号線と電磁界結合された検出信号線に誘導電流を誘起して、該誘導電流を検出信号として取り出すので、波形なまりや発振、電圧降下などの駆動信号への影響を回避することができ、かつ、広い電流範囲にわたって駆動電流の検出が可能である。 According to the present invention, an induction current is induced in a detection signal line that is electromagnetically coupled to the drive signal line without providing a detection element that is electrically connected to the drive signal line through which the drive signal is transmitted. Since the induced current is extracted as a detection signal, influences on the drive signal such as waveform rounding, oscillation, and voltage drop can be avoided, and the drive current can be detected over a wide current range.
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置10の全体構成を示す概略図である。同図に示すように、インクジェット記録装置10は、黒(K),シアン(C),マゼンタ(M),イエロー(Y)の各インクに対応して設けられた複数のインクジェットヘッド(以下、ヘッドという。)12K,12C,12M,12Yを有する印字部12と、各ヘッド12K,12C,12M,12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録媒体たる記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、各ヘッド12K,12C,12M,12Yのノズル面に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12の印字結果を読み取る印字検出部24と、記録済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
[Overall configuration of inkjet recording apparatus]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an
図1には図示しないが、印字部12に含まれる各ヘッド12K,12C,12M,12Yのそれぞれの上面(記録紙16と対向する面と反対側の面)には、各ヘッド12K,12C,12M,12Yの駆動回路基板(図8に符号101で図示)が立てた状態で配置され、フレキシブルフラット基板(図8に符号134で図示)によってインクジェットヘッドと電気的な接続がなされている。
Although not shown in FIG. 1, each
インク貯蔵/装填部14は、各ヘッド12K,12C,12M,12Yに対応する色のインクを貯蔵するインク供給タンク(図1中不図示、図6に符号60で図示)を有し、各色のインクは所要のインク流路を介してヘッド12K,12C,12M,12Yと連通されている。
The ink storage /
また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。詳細な図示は省略するが、本例のインクジェット記録装置10は、各ヘッド12K,12C,12M,12Yの上面にインク供給部を備え、インク貯蔵/装填部14からインク供給部を介して各ヘッド12K,12C,12M,12Yにインクが供給されるように構成されている。
Further, the ink storage /
図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録媒体の種類(メディア種)を自動的に判別し、メディア種に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。 When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Thus, it is preferable to automatically determine the type of recording medium (media type) to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the media type.
給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
The
ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター(第1のカッター)28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。
In the case of an apparatus configuration that uses roll paper, a cutter (first cutter) 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the
デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラ31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくともヘッド12K,12C,12M,12Yのノズル面(ノズル開口が形成されるインク吐出面)に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。
After the decurling process, the
ベルト33は、記録紙16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラ31、32間に掛け渡されたベルト33の内側においてヘッド12K,12C,12M,12Yのノズル面に対向する位置には吸着チャンバ34が設けられており、この吸着チャンバ34をファン35で吸引して負圧にすることによって記録紙16がベルト33上に吸着保持される。
The
ベルト33が巻かれているローラ31、32の少なくとも一方にモータ(図1中不図示、図7に符号88で図示)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1上の時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は図1の左から右へと搬送される。
When the power of a motor (not shown in FIG. 1 and indicated by
縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
Since ink adheres to the
なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が染み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
Although a mode using a roller / nip conveyance mechanism instead of the suction
吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹き付け、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
A
印字部12のヘッド12K,12C,12M,12Yは、当該インクジェット記録装置10が対象とする記録紙16の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ(描画可能範囲の全幅)にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている(図2参照)。
The
ヘッド12K,12C,12M,12Yは、記録紙16の送り方向に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色順に配置され、それぞれのヘッド12K,12C,12M,12Yが記録紙16の搬送方向(紙送り方向)延在するように固定設置される。
The
吸着ベルト搬送部22により記録紙16を搬送しつつ各ヘッド12K,12C,12M,12Yからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙16上にカラー画像を形成し得る。
A color image can be formed on the
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド12K,12C,12M,12Yを色別に設ける構成によれば、紙送り方向について記録紙16と印字部12を相対的に移動させる動作を1回行うだけで(即ち、1回の副走査で)、記録紙16の全面に画像を記録することができる。このようなシングルパス印字が可能な構成により、ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
As described above, according to the configuration in which the full-line heads 12K, 12C, 12M, and 12Y having nozzle rows that cover the entire width of the paper are provided for each color, the
本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。更に、記録紙16に処理液とインクとを付着させた後に、記録紙16上でインク色材を凝集又は不溶化させて、記録紙16上でインク溶媒とインク色材とを分離させる2液系のインクジェット記録装置では、処理液を記録紙16に付着させる手段としてインクジェットヘッドを備えてもよい。
In this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink color and number of colors is not limited to this embodiment, and light ink, dark ink, and special color ink are used as necessary. May be added. For example, it is possible to add an ink jet head that discharges light ink such as light cyan and light magenta. Also, the arrangement order of the color heads is not particularly limited. Further, after the treatment liquid and the ink are attached to the
なお、ヘッド12K,12C,12M,12Yは、それぞれ複数のヘッドモジュールを記録紙16の幅方向につなぎ合わせた構造を有していてもよいし、各ヘッドは一体に形成された構造を有していてもよい。
Each of the
印字部12の後段に設けられる印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他吐出異常をチェックする手段として機能する。
The
本例の印字検出部24は、少なくとも各ヘッド12K,12C,12M,12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたR受光素子列と、緑(G)の色フィルタが設けられたG受光素子列と、青(B)の色フィルタが設けられたB受光素子列と、から成る色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が2次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
The
印字検出部24は、各色のヘッド12K,12C,12M,12Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッド12K,12C,12M,12Yの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドットの着弾位置の測定などで構成される。
The
印字検出部24の後段には後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
A
後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A heating / pressurizing unit 44 is provided following the
加熱・加圧部44によって記録紙16を押圧すると、多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
When the
こうして生成されたプリント物は排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成される。
The printed matter generated in this manner is outputted from the
また、図1には示さないが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
Although not shown in FIG. 1, the
〔ヘッドの構造〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別のヘッド12K,12C,12M,12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によってヘッドを示すものとする。
[Head structure]
Next, the structure of the head will be described. Since the structures of the color-
図3(a)はヘッド50の構造例を示す平面透視図であり、図3(b)はその一部の拡大図である。また、図3(c)はヘッド50の他の構造例を示す平面透視図、図4はヘッド50の立体的構成を示す断面図(図3(a),(b)中の4−4線に沿う断面図)である。
FIG. 3A is a plan perspective view showing an example of the structure of the
記録紙16上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド50におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド50は、図3(a),(b)に示すように、インク滴の吐出孔であるノズル51と、各ノズル51に対応する圧力室52等からなる複数のインク室ユニット53を千鳥でマトリクス状に(2次元的に)配置させた構造を有し、これにより、ヘッド50の長手方向(紙送り方向と直交する主走査方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
In order to increase the dot pitch printed on the
記録紙16の送り方向と略直交する主走査方向に記録紙16の全幅に対応する長さにわたり1列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図3(a)の構成に代えて、図3(c)に示すように、複数のノズル51が2次元的に配列された短尺のヘッドユニット50’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙16の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドユニットを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。
The form in which one or more nozzle rows are configured over a length corresponding to the entire width of the
各ノズル51に対応して設けられている圧力室52は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル51と供給口54が設けられている。各圧力室52は供給口54を介して共通流路55と連通されている。共通流路55はインク供給源たるインク供給タンク(図3(a)〜(c)中不図示、図5に符号60で図示)と連通しており、該インク供給タンクから供給されるインクは図4の共通流路55を介して各圧力室52に分配供給される。
The
圧力室52の天面を構成し共通電極と兼用される振動板56には個別電極57を備えた圧電素子58が接合されており、個別電極57に駆動信号を印加することによって圧電素子58が変形してノズル51からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路55から供給口54を通って新しいインクが圧力室52に供給される。
A
かかる構造を有するインク室ユニット53を図5に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
As shown in FIG. 5, the
即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット53を一定のピッチdで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチPはd×cosθとなり、主走査方向については、各ノズル51が一定のピッチPで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が1インチ当たり2400個(2400ノズル/インチ)におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
That is, with a structure in which a plurality of
なお、印字可能幅の全幅に対応した長さのノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時には、(1)全ノズルを同時に駆動する、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、(3)ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、記録紙16の幅方向(記録紙16の搬送方向と直交する方向)に1ライン(1列のドットによるラインまたは複数列のドットから成るライン)を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。 When the nozzles are driven by a full line head having a nozzle row having a length corresponding to the entire printable width, (1) all the nozzles are driven simultaneously, (2) the nozzles are sequentially moved from one side to the other. (3) The nozzle is divided into blocks, each block is sequentially driven from one side to the other, and the like in the width direction of the recording paper 16 (direction perpendicular to the conveyance direction of the recording paper 16). The driving of the nozzle that prints one line (one line of dots or a line of dots of a plurality of lines) is defined as main scanning.
特に、図3(a),(b)に示すようなマトリクス状に配置されたノズル51を駆動する場合は、上記(3)のような主走査が好ましい。即ち、ノズル51-11、51-12、51-13、51-14、51-15、51-16を1つのブロックとし(他にはノズル51-21、…、51-26を1つのブロック、ノズル51-31、…、51-36を1つのブロック、…として)、記録紙16の搬送速度に応じてノズル51-11、51-12、…、51-16を順次駆動することで記録紙16の幅方向に1ラインを印字する。
In particular, when driving the
一方、上述したフルラインヘッドと記録紙16とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された1ライン(1列のドットによるラインまたは複数列のドットから成るライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。
On the other hand, by moving the full line head and the
そして、上述の主走査によって記録される1ライン(或いは帯状領域の長手方向)の示す方向を主走査方向といい、上述の副走査を行う方向を副走査方向という。即ち、本実施形態では、記録紙16の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する記録紙16の幅方向が主走査方向ということになる。なお、本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に1列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
The direction indicated by one line (or the longitudinal direction of the belt-like region) recorded by the main scanning is referred to as a main scanning direction, and the direction in which the sub scanning is performed is referred to as a sub scanning direction. In other words, in the present embodiment, the conveyance direction of the
〔インク供給系の構成〕
図6は、インクジェット記録装置10におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インク供給タンク60はヘッド50にインクを供給する基タンクであり、図1で説明したインク貯蔵/装填部14に含まれる。インク供給タンク60の形態には、インク残量が少なくなった場合に不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
[Configuration of ink supply system]
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the ink supply system in the
図6に示すように、インク供給タンク60とヘッド50の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ62が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下(一般的には、20μm程度)とすることが好ましい。
As shown in FIG. 6, a
なお、図6には示さないが、ヘッド50の近傍又はヘッド50と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
Although not shown in FIG. 6, a configuration in which a sub tank is provided in the vicinity of the
また、インクジェット記録装置10には、ノズル51の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ64が設けられている。キャップ64は、不図示の移動機構によってヘッド50に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置からヘッド50下方のメンテナンス位置に移動される。
Further, the
キャップ64は、図示せぬ昇降機構によってヘッド50に対して相対的に昇降変位される。電源OFF時や印刷待機時にキャップ64を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド50に密着させることにより、ノズル面をキャップ64で覆う。
The
印字中又は待機中において、特定のノズル51の使用頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、圧電素子58が動作してもノズル51からインクを吐出できなくなってしまう。
During printing or standby, if the frequency of use of a
このような状態になる前に(圧電素子58の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で)圧電素子58を動作させ、その劣化インク(粘度が上昇したノズル近傍のインク)を排出すべくキャップ64(インク受け)に向かって予備吐出(パージ、空吐出、つば吐き、ダミー吐出)が行われる。
Before such a state is reached (within the range of viscosity that can be discharged by the operation of the piezoelectric element 58), the
また、ヘッド50内のインク(圧力室52内)に気泡が混入した場合、圧電素子58が動作してもノズルからインクを吐出させることができなくなる。このような場合にはヘッド50にキャップ64を当て、吸引ポンプ67で圧力室52内のインク(気泡が混入したインク)を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク68へ送液する。
Further, when air bubbles are mixed into the ink in the head 50 (in the pressure chamber 52), the ink cannot be ejected from the nozzle even if the
この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇(固化)した劣化インクの吸い出しが行われる。なお、吸引動作は圧力室52内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。したがって、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が好ましい。
In this suction operation, the deteriorated ink with increased viscosity (solidified) is sucked out when the ink is initially loaded into the head or when the ink is used after being stopped for a long time. Since the suction operation is performed on the entire ink in the
〔制御系の説明〕
図7は、インクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、メモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。
[Explanation of control system]
FIG. 7 is a principal block diagram showing the system configuration of the
通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはUSB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦メモリ74に記憶される。
The
メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
The
システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置10の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、システムコントローラ72は、通信インターフェース70、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、等の各部を制御し、ホストコンピュータ86との間の通信制御、メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒータ89を制御する制御信号を生成する。
The
メモリ74には、システムコントローラ72のCPUが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。なお、メモリ74は、書換不能な記憶手段であってもよいし、EEPROMのような書換可能な記憶手段であってもよい。メモリ74は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びCPUの演算作業領域としても利用される。
The
モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示にしたがってモータ88を駆動するドライバである。図7では、装置内の各部に配置されるモータ(アクチュエータ)を代表して符号88で図示している。例えば、図7に示すモータ88には、図1のベルト33の駆動ローラ31(32)を駆動するモータや、図6のキャップ64を移動させる移動機構のモータなどが含まれている。
The
ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示にしたがって、図1に示す加熱ファン40の熱源たるヒータや、後乾燥部42のヒータなどを含むヒータ89を駆動するドライバである。
The
プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字データ(ドットデータ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいて、ヘッドドライバ84を介してヘッド50のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
The
プリント制御部80にはメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータがメモリ82に一時的に格納されるとともに、駆動信号の波形データ列が記憶されている。なお、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
The
ヘッドドライバ84は、プリント制御部80から与えられる画像データに基づいてヘッド50の圧電素子58に印加される駆動信号を生成するとともに、該駆動信号を圧電素子58に印加して圧電素子58駆動する駆動回路を含んで構成される。なお、図7に示すヘッドドライバ84には、ヘッド50の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
The
印字検出部24は、図1で説明したようにラインセンサを含むブロックであり、記録紙16に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供する。
As described with reference to FIG. 1, the
プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られた情報に基づいてヘッド50に対する各種補正やヘッド50のメンテナンスを行うように各部を制御する。
The
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース70を介して外部から入力され、メモリ74に蓄えられる。この段階では、RGBの画像データがメモリ74に記憶される。
Data of an image to be printed is input from the outside via the
メモリ74に蓄えられた画像データは、システムコントローラ72を介してプリント制御部80に送られ、該プリント制御部80においてインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部80は、入力されたRGB画像データをKCMYの4色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部80で生成されたドットデータは、メモリ82に蓄えられる。
The image data stored in the
プログラム格納部90には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ72の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部90はROMやEEPROMなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやPCカードを用いてもよい。もちろん、これらの記録媒体のうち、複数の記録媒体を備えてもよい。なお、プログラム格納部90は動作パラメータ等の記録手段(不図示)と兼用してもよい。
Various control programs are stored in the
図7に破線で図示した電流検出部92は、該駆動信号線に流れる電流を検出するものであり、駆動信号線が設けられる基板(駆動回路基板、フレキシブルフラット基板、ヘッド)上に形成された配線パターンの構造を利用した電流センサである。
The
電流検出部92の詳細な構成及び機能については後述するが、本例に示す電流検出部92は駆動信号線と電気的に絶縁され、電磁界現象を利用して駆動信号の電流をモニタするものである。
Although the detailed configuration and function of the
電流検出部92により得られた検出信号は、信号処理部94に送られてノイズ除去や増幅などの所定の信号処理が施される。信号処理部94によって所定の信号処理が施された検出信号は判定部96に送られる。
The detection signal obtained by the
判定部96は、駆動信号の電流検出信号に基づいて、各圧電素子の静電容量の変位、駆動信号線の短絡及びオープンの有無を判定する機能ブロックである。図7には、システムコントローラ72が判定部96の機能を有する態様を例示したが、システムコントローラ72と独立に判定部96を設けてもよい。
The
判定部96による判定結果は、判定結果表示部98に表示される。判定結果表示部98には、LCDモニタやLEDディスプレイなどの表示装置に文字情報の判定結果を表示する態様や、判定結果を表すLEDやランプを点灯(消灯)させる態様などを適用することができる。また、判定部96による判定結果を所定のメモリに書き込む(記憶する)態様や、判定結果情報として通信インターフェースを介して外部へ出力する態様なども可能である。
The determination result by the
〔駆動回路及び電流検出の説明〕
次に、ヘッド50の吐出力発生素子である圧電素子(図4参照)の駆動回路の構成、及び駆動信号の電流検出について詳細に説明する。
[Description of drive circuit and current detection]
Next, the configuration of the drive circuit of the piezoelectric element (see FIG. 4) that is the ejection force generating element of the
本例に示すインクジェット記録装置10には、各圧電素子58に共通の駆動信号を印加し、各圧電素子58の吐出タイミングに応じて各圧電素子58の個別電極に接続されたスイッチ素子59のオンオフを切り換えることで、各圧電素子58に対応するノズルからインクを吐出させる駆動方式が適用される。
In the
図8は、駆動回路100の構成図である。同図に示すように、駆動回路100は、波形データ記憶部(図7のメモリ82)から出力されたデジタル形式の波形データ列102をアナログ信号に変換するD/Aコンバータ104と、アナログ信号に変換された波形データ(波形信号)を電圧増幅するオペアンプ106と、駆動用電源供給部+V2から電気エネルギーの供給を受けて、オペアンプ106によって電圧増幅された波形信号を電流増幅するとともに、圧電素子58の駆動に適した電圧に変換する駆動信号変換部108と、抵抗器110,112を含み、駆動信号変換部108の出力電圧をオペアンプ106の入力にフィードバックする帰還回路(フィードバックループ)114と、を備えている。
FIG. 8 is a configuration diagram of the
駆動信号変換部108は、トーテムポール接続されたNPNトランジスタ116及びPNPトランジスタ118を含むプッシュプル回路を含み、トランジスタ116及びトランジスタ118のベースには、抵抗器120,122及びダイオード124,128により構成されたバイアス回路(入力回路)115が接続されている。バイアス回路115には、電源+V1(5V〜12V)及び−V(−5V〜−12V)から電源が供給されている。
The drive signal conversion unit 108 includes a push-pull circuit including an NPN transistor 116 and a
駆動回路100(駆動信号変換部108)の出力は、駆動回路基板101に形成される駆動信号線130、狭ピッチ多ピンコネクタ132のピン(端子)、フレキシブルフラット基板134に形成される駆動信号線136、ヘッド50に形成される駆動信号線138、及びスイッチ素子59を介して圧電素子58(個別電極)のと電気接続がなされている。また、圧電素子58の共通電極(図4参照)は、ヘッド50に形成されるリターン信号線140、フレキシブルフラット基板134に形成されるリターン信号線142、及び駆動回路基板101に形成されるリターン信号線144を介して駆動回路100のグランド146との電気接続がなされている。
The output of the drive circuit 100 (drive signal conversion unit 108) is output from
さらに、駆動回路基板101には、駆動信号線130(136,138)に流れる電流を検出し、ヘッド50に搭載される圧電素子58の状態や、駆動信号が伝送される駆動信号線130,136,138の状態、すなわち、駆動信号線130,136,138上の異常を表す信号を生成する機能ブロックが設けられている。
Further, a current flowing through the drive signal line 130 (136, 138) is detected on the
なお、「圧電素子58の状態」には、少なくとも圧電素子58の静電容量の変位が含まれる。また、「駆動信号線130,136,138の状態」には、少なくとも駆動信号線130,136,138とリターン信号線140,142,144(グランド146)とのショートが含まれる。
The “state of the
図8には、圧電素子58の等価回路モデルとして、静電容量を表すコンデンサ58Bに絶縁抵を表す抵抗器が並列接続された構成を図示した。
FIG. 8 shows an equivalent circuit model of the
すなわち、本例に示す駆動電流検出部は、駆動信号線130に流れる駆動電流によって誘起された誘導電流を電流検出信号として取り出す電流検出部92を具備している。電流検出部92は、誘電体を介して駆動信号線130に近接して設けられた複数の検出信号線147を含んで構成されている。
That is, the drive current detection unit shown in this example includes a
図8には、3本の検出信号線147を駆動信号線130の周りに配設した態様を示している。検出信号線147の端部はまとめて短絡処理が施され、一方の端部から電流検出信号を取り出すように構成されている。
FIG. 8 shows an aspect in which three
すなわち、検出信号線147は駆動信号線130と電磁界結合(容量結合及び誘導結合)され、駆動信号線130に流れる電流が変化すると誘導電流が誘起される。検出信号線147は1本でもよく、駆動信号線130の両側に検出信号線147が設けられる態様が好ましい。検出感度を上げるという観点から、駆動信号線130と検出信号線147との距離は、駆動信号線130と検出信号線147との間の絶縁性能を確保できる範囲でより小さいことが好ましい。
That is, the
また、駆動電流検出部は、電流検出部92によって得られた電流検出信号を電圧変換する電圧変換部150、及び電圧変換された電流検出信号を増幅する増幅部152と、該信号処理部によって所定の信号処理が施された電流検出信号に基づいて、ヘッド50に設けられる圧電素子の静電容量の変位を判定するとともに、駆動信号線130,136,138にショートやオープンが発生しているか否かを判定する判定部96と、判定部96の判定結果を所定の期間保持する保持部154が設けられている。
In addition, the drive current detector includes a
図7に図示した信号処理部94は、図8の電圧変換部150及び増幅部152を含んで構成されている。なお、電流検出信号は高周波ノイズの影響を受けるために、一定期間内の信号を取得するか、高周波ノイズを除去するフィルタ回路を付加するなどの対策を行う態様が好ましい。
The
判定部96には、判定のしきい値となる判定信号が入力される。判定信号には、駆動信号線130,136,138の短絡を判定する短絡判定電圧155、駆動信号線130,136,138の開放を判定する開放判定電圧156、圧電素子58の静電容量の変位量の判定に用いる容量規定値判定電圧157、容量変位クラス1判定電圧158、及び容量変位クラス2判定電圧159が含まれ、それぞれの判定電圧による判定結果は別々に保持部154へ送られる。
A determination signal serving as a determination threshold value is input to the
容量規定値判定電圧157とは、圧電素子58の仕様(規格)で規定された静電容量変位で許される下限値である。この上限値を超えていれば、圧電素子58の静電容量の変位は素子固有のバラツキ範囲であり、許容できるということになる。一方、この下限値以下となった場合は異常レベルの初段階と判断する。
The specified capacity value determination voltage 157 is a lower limit value allowed by the capacitance displacement specified by the specification (standard) of the
容量変位クラス1判定電圧158とは、仕様で規定された正常範囲外の静電容量変位であって、第1段階の補正限度値のことをいう。静電容量の低下により圧電素子58への充電電流が低下し、その結果、判定部96に入力される電圧が容量規定値判定電圧157以下となった場合、規定の静電容量を想定した駆動信号波形を印加したとしても、吐出量の低下などの吐出性能の低下により所望の画像形成に影響を与えてしまう。そこで、静電容量の変位(低下)を駆動信号波形の補正(電圧増加)で補うことにより吐出性能の低下を補正し、所望の画像を形成させる。容量変位クラス1判定電圧158は、この第1段階の補正の下限を判定するものである、異常レベルの中段階と判断するしきい値である。
The
容量変位クラス2判定電圧159とは、容量変位クラス1判定電圧158未満となった補正限界値のことをいう。容量変位クラス1判定電圧158未満であり容量変位クラス2判定電圧159以上の場合は、第2段階の補正による駆動信号波形が出力され(上述した第1段階の補正よりもさらに補正の程度を大きくしたもの)、静電容量の低下分を駆動信号波形の補正によって補償する。一方、容量変位クラス2判定電圧159未満の場合は、補正限界値を超える異常レベルの高段階であり、異常の圧電素子58を含むヘッド50の交換や、該当する圧電素子28を未使用とするなどの処理を行う判断基準になる。
The
保持部154に保持された判定結果は、図7に図示したシステムコントローラ72やプリント制御部80などの装置内の上位ブロックに通知され、状態に応じた処理が適宜行われる。また、判定部96の判定結果は、図7に図示した判定結果表示部98によって表示される。さらに、保持部154に保持されている情報はリセット信号(reset)によりリセットされる。リセット信号は、装置のリセット時や駆動信号のタイミングで入力される。
The determination result held in the holding
判定結果を通知された処理の一例を挙げると、静電容量が所定の適正範囲外の圧電素子58が発見された場合には、当該圧電素子58に対応するノズルのID(識別番号)を記憶しておき、当該ノズルを使用しないように画像データが変更される。また、駆動信号線130,136,138にショート又はオープンがあると判断されると、その旨のエラーメッセージを判定結果表示部98に表示させるとともに、駆動回路の動作を停止させるといった処理が挙げられる。
As an example of the process notified of the determination result, when a
また、本例に示す駆動回路基板101には、駆動信号線130,136,138上の異常を検査するための試験用駆動回路160が設けられている。試験用駆動回路160は、駆動回路100によって生成される駆動信号よりも高いスリューレートを有する試験用駆動信号を生成する。
Further, the
試験用駆動回路160の構成は、駆動回路100と共通しているので詳細な説明は省略するが、アナログ信号に変換された波形データを増幅するオペアンプ162と、電源+V1及び−Vから電源供給を受けてバイアス信号を生成するバイアス回路163を構成する抵抗器164,166、ダイオード168,170と、バイアス回路163によって生成されたバイアス信号が入力されると、駆動用電源供給部+V2から電気エネルギーの供給を受けて、オペアンプ106によって電圧増幅された波形データの信号を電流増幅するとともに、圧電素子58の駆動に適した電圧に変換する駆動信号変換部172を構成するトランジスタ174,176と、駆動信号変換部172の出力電圧をオペアンプ162の入力にフィードバックする帰還回路を構成する抵抗器177,178と、を備えている。
Since the configuration of the
D/Aコンバータ104の出力部にはスイッチ180が設けられるとともに、駆動回路100の出力部及び試験用駆動回路160の出力部と駆動信号線130の接続部にはスイッチ182が設けられている。スイッチ180,182を切り換えることで、駆動回路100を用いる通常動作モードと、試験用駆動回路160を用いる試験モードと、の切り換えが可能となっている。
A
すなわち、装置の立ち上げ時や非常停止(一時休止)後の立ち上げ時、メンテナンス時などの非画像記録時には、試験用駆動回路160に切り換えて検査を実行し、通常の画像記録時には駆動回路100に切り換えて画像記録と並行して検査が実行される。
That is, when the apparatus is started up, at the time of startup after an emergency stop (temporary pause), or during non-image recording, such as during maintenance, the
図9(a)には、インクジェットヘッドに適用される圧電素子58の駆動信号の波形例を図示する。図9(a)に示す駆動信号波形200は、電圧値が50Vであり、スリューレートが50V/μsecである。一般的な駆動信号は、電圧値が数十V程度、スリューレートが数十V/μsec程度である。
FIG. 9A illustrates a waveform example of a drive signal of the
また、本例に適用されるようなフルライン型のインクジェットヘッドは、ノズル数(圧電素子数)が数百〜数千個程度、圧電素子1素子あたりの静電容量は数百pF程度である。 In addition, the full line type ink jet head applied to this example has several hundred to several thousand nozzles (number of piezoelectric elements), and the capacitance per one piezoelectric element is about several hundred pF. .
図9(b)には、駆動信号の電流波形を示す。同図に示すように、駆動信号の立ち上がりで圧電素子の容量成分を充電する充電電流が流れ、駆動信号の立ち下がりで圧電素子の容量成分を放電する放電電流が流れる。すなわち、駆動信号線(図8の符号130,136,138)には、高周波のパルス電流が流れる。
FIG. 9B shows the current waveform of the drive signal. As shown in the figure, a charging current for charging the capacitive component of the piezoelectric element flows at the rising edge of the driving signal, and a discharging current for discharging the capacitive component of the piezoelectric element flows at the falling edge of the driving signal. That is, a high-frequency pulse current flows through the drive signal line (
駆動信号線に流れる駆動信号の電流値iは、次式(1)により算出される。 The current value i of the drive signal flowing through the drive signal line is calculated by the following equation (1).
i=C×(dv/dt) …(1)
静電容量Cの変位を電流iで検知するために、駆動回路のスリューレート(dV/dt)を高くするとCの変位量を識別しやすい。
i = C × (dv / dt) (1)
If the slew rate (dV / dt) of the drive circuit is increased in order to detect the displacement of the capacitance C with the current i, the displacement amount of C can be easily identified.
以下に、上記(1)式を用いた駆動電流値iの算出例を示す。算出条件は次のとおりである。 An example of calculating the drive current value i using the above equation (1) is shown below. The calculation conditions are as follows.
(算出条件)
圧電素子1素子の静電容量:500pF
圧電素子の絶縁抵抗 :1GΩ(絶縁不良時:10kΩ〜100kΩ)
駆動信号のスリューレート:50V/μsec
駆動電圧 :50V(最大値)
インクジェットヘッドのノズル数(圧電素子素子数):256個
1ノズル(圧電素子1素子)を駆動する場合の駆動電流iは、駆動電圧を最大値(50V)とすると、
i=(500×10−12)×(50×106)=2.5×10−2[A]
である。
(Calculation conditions)
Capacitance of one piezoelectric element: 500 pF
Insulation resistance of piezoelectric element: 1 GΩ (when insulation is defective: 10 kΩ to 100 kΩ)
Drive signal slew rate: 50 V / μsec
Drive voltage: 50V (maximum value)
Number of nozzles of inkjet head (number of piezoelectric element elements): 256 When the driving current i when driving one nozzle (one piezoelectric element) is the maximum driving voltage (50 V),
i = (500 × 10 −12 ) × (50 × 10 6 ) = 2.5 × 10 −2 [A]
It is.
また、絶縁抵抗値が1GΩ(正常時)の場合の駆動電流iは、
i=V/R=50/(1×109)=5×10−8[A]
となる。
The drive current i when the insulation resistance value is 1 GΩ (normal) is
i = V / R = 50 / (1 × 10 9 ) = 5 × 10 −8 [A]
It becomes.
一方、絶縁抵抗値が100kΩ(絶縁不良時)の場合の駆動電流iは、
i=V/R=50/105=5×10−4[A]
であり、絶縁抵抗が10kΩ(絶縁不良時)の場合の駆動電流iは、
i=V/R=50/104=5×10−3[A]
である。
On the other hand, when the insulation resistance value is 100 kΩ (when insulation is defective), the drive current i is
i = V / R = 50/10 5 = 5 × 10 −4 [A]
When the insulation resistance is 10 kΩ (when insulation is defective), the drive current i is
i = V / R = 50/10 4 = 5 × 10 −3 [A]
It is.
256ノズル(圧電素子256素子)を駆動する場合の駆動電流iは、
i=(500×10−12×256)×(50×106)=6.4[A]
絶縁抵抗値が1GΩの場合の駆動電流iは、
i=V/R=50/(109/256)=1.28×10−5[A]
である。また、絶縁抵抗値が100kΩ(絶縁不良時)のときの駆動電流iは、
i=V/R=50/(105/256)=1.28×10−1[A]
であり、絶縁抵抗値が10kΩ(絶縁不良時)の場合の駆動電流iは、
i=V/R=50/(104/256)=1.28[A]
である。
The drive current i when driving 256 nozzles (piezoelectric elements 256 elements) is:
i = (500 × 10 −12 × 256) × (50 × 10 6 ) = 6.4 [A]
When the insulation resistance value is 1 GΩ, the drive current i is
i = V / R = 50 / (10 9 /256)=1.28×10 −5 [A]
It is. The drive current i when the insulation resistance value is 100 kΩ (when insulation is defective) is
i = V / R = 50 / (10 5 /256)=1.28×10 −1 [A]
When the insulation resistance value is 10 kΩ (when insulation is defective), the drive current i is
i = V / R = 50 / (10 4 /256)=1.28 [A]
It is.
上述したように、駆動回路からインクジェットヘッドをみた異常のケースとして、(1)短絡、(2)オープン又はコネクタはずれ、(3)静電容量の変位が考えられる。それぞれの異常時に応じた駆動信号の電流波形を図10に図示する。 As described above, as an abnormal case when the ink jet head is viewed from the drive circuit, (1) short circuit, (2) open or connector disconnection, and (3) capacitance displacement can be considered. FIG. 10 shows the current waveform of the drive signal corresponding to each abnormality.
図10に符号220を付した曲線は、短絡時における充電時の駆動信号の電流波形である。また、符号222を付し破線で図示した曲線は、複数(本例では256個)の圧電素子を充電したときの正常時における駆動信号の電流波形であり、符号224を付した曲線は、1つの圧電素子を充電したときの正常時における駆動信号の電流波形であり、符号226を付した曲線は、1つの圧電素子を充電したときの静電容量変位時(静電容量低下時)における駆動信号の電流波形である。
A curve denoted by
これら駆動電流波形の電流値の差異に着目して適切なしきい値を設定し、検出された電流値としきい値とを比較することによって上記(1)〜(3)の異常を検出することができる。 It is possible to detect the abnormalities (1) to (3) by setting an appropriate threshold value by paying attention to the difference between the current values of the drive current waveforms and comparing the detected current value with the threshold value. it can.
図10には、しきい値の設定例として、しきい値電流Ip0〜Ip4を示す。同図に示すしきい値電流Ip0〜Ip4は電圧値に変換され、図8の短絡判定電圧155、開放判定電圧156、容量規定値判定電圧157、容量変位クラス1判定電圧158、容量変位クラス2判定電圧159として、判定部96に送られる。
FIG. 10 shows threshold currents Ip 0 to Ip 4 as threshold setting examples. The threshold currents Ip 0 to Ip 4 shown in the figure are converted into voltage values, and the short
駆動回路から圧電素子までの伝送路(図8の駆動信号線130,136,138)上の短絡時、及び圧電素子自体の短絡時は大電流が流れるため、検出電圧は他の異常時に比べはるかに高いレベルを示す。図10のIp0は、図8の短絡判定電圧155に対応する電流値である。
Since a large current flows when the transmission circuit (drive
なお、圧電素子が多数接続されているため、これら多数の圧電素子を充電するための正常の電流も大きくなる。つまり充電電流と短絡電流の判別はかなり高い電流値が流れたところになる。よって短絡検出は、隣接する数個の圧電素子を1つの検出ブロックとして、ブロック単位あるいは圧電素子1素子単位で駆動し、低い電流値における早い段階で判別することが望ましい。ショート時は急激に大電流が流れるため、通常時とは明らかに違うレベルの電流を検出するので、駆動回路や圧電素子が故障するような危険な電流値まで到達する前に異常を早く検出することが可能である。 In addition, since many piezoelectric elements are connected, the normal electric current for charging these many piezoelectric elements also becomes large. In other words, the discrimination between the charging current and the short-circuit current is where a considerably high current value flows. Therefore, it is desirable that short-circuit detection is performed at an early stage in a low current value by driving several adjacent piezoelectric elements as one detection block and driving in units of blocks or in units of one piezoelectric element. Since a large current flows suddenly during a short circuit, a current level that is clearly different from the normal state is detected. Therefore, abnormalities are detected early before reaching a dangerous current value that causes the drive circuit or piezoelectric element to fail. It is possible.
駆動回路から圧電素子までの伝送路上の開放時、例えば、伝送路上のコネクタはずれや断線発生時は電流が流れないため、しきい値は他の異常時に比べはるかに低いレベルに設定できる。図10のIp4は、図8の開放判定電圧156に対応する電流値である。
When the transmission line from the drive circuit to the piezoelectric element is open, for example, when the connector on the transmission line is disconnected or disconnected, the current does not flow, so the threshold value can be set to a much lower level than in other abnormal cases. Ip 4 in FIG. 10 is a current value corresponding to the
圧電アクチュエータの静電容量状態(容量の変位)時は、正常時の充放電電流値に応じた検出電圧からある一定の変位レベルと比較して異常信号を出力する。 When the piezoelectric actuator is in an electrostatic capacity state (capacity displacement), an abnormal signal is output in comparison with a certain displacement level from a detection voltage corresponding to a normal charge / discharge current value.
ヘッド50をいくつかのブロックに分けて、ブロックごとに検査が行われる場合には、例えば、ノズル51(圧電素子58)を数個から数十個の集まりにて1ブロックとすると、1つのブロックあたりの総静電容量は1素子当りの静電容量×ブロック内の素子数となる。このようにブロック単位で検査を行うことで検出される電流値が大きくなり検出電圧も大きくなる。すなわち、圧電素子の正常時と異常時における検出電圧の差も大きくなることから、正常と異常を明確に切り分けられるメリットがある。
When the
また、ブロックごとの検査のため1素子ごとの検査に比べて検査時間が短縮される。異常と判断されたブロックでは、当該ブロックに含まれる圧電素子を1つずつ検査することで、異常となった圧電素子が特定される。 In addition, since the inspection is performed for each block, the inspection time is shortened compared with the inspection for each element. In a block that is determined to be abnormal, the piezoelectric elements that are abnormal are identified by inspecting the piezoelectric elements included in the block one by one.
ブロック及び圧電素子の選択は、上位装置(例えば、図7のシステムコントローラ72及びプリント制御部80)の指示により、図8に図示したスイッチ59の切り換え制御によって可能である。
The block and the piezoelectric element can be selected by switching control of the
図10のIp1は、ブロック単位で検出を行う場合の規定値判定電圧157(図8参照)に対応している。ブロック単位で検出を行う場合には、ブロックに含まれる圧電素子の合成静電容量を充電する充電電流が基準となる。また、Ip2は1素子ごとに検査を行う場合の規定値判定電圧157に対応している。 Ip1 in FIG. 10 corresponds to a specified value determination voltage 157 (see FIG. 8) when detection is performed in units of blocks. When detection is performed in units of blocks, the charging current for charging the combined capacitance of the piezoelectric elements included in the block is a reference. Further, I p2 corresponds to the specified value determination voltage 157 when the inspection is performed for each element.
Ip3は、容量変位クラス1判定電圧158、或いは容量変位クラス2判定電圧159に対応している。容量変位クラス1判定電圧158や容量変位クラス2判定電圧159による判定は1素子ごとに行われる。
I p3 corresponds to the
〔電流検出部の具体例〕
次に、図7及び図8に示す電流検出部92の具体な構造例について説明する。先に説明したように、本例に適用される電流検出部92は、駆動回路基板101の配線パターン構造によって構成され、駆動信号線130,136,138とは電気接続されずに、電磁界現象を利用して、駆動信号線130,136,138に流れる電流を検出するものである。
[Specific example of current detector]
Next, a specific structural example of the
図11は、駆動回路基板101に4層基板を適用した場合の電流検出部92の構造例を示す断面図である。なお、図11中、図8と同一又は類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a structure example of the
同図に示すように、図8の電流検出部92は、駆動回路100の出力部からインクジェットヘッドのコネクタ132の端子までの駆動信号線130(破線で図示)のパターン構造によって形成される。具体的には、駆動信号線130のパターン線を囲むようにして電流検出用の信号パターン線(検出信号線)147を配置する。駆動信号線130のパターンは駆動回路基板101の内層242を通る。その内層242に配置された駆動信号線130のパターンの直上層(表層)244及び直下層246に検出信号線147のパターンを配置する。
As shown in the figure, the
この検出信号線147のパターンと駆動信号線130のパターンの間には、誘電体層(駆動回路基板101の配線層間の絶縁層)248,250を挟んでおり、駆動信号線130と検出信号線147は絶縁の関係にある。この構造は、駆動信号線130及び検出信号線147の相互のパターン間において電磁界結合を得るほか、駆動信号線130のパターンを流れる駆動信号の電流によって検出信号線147のパターンに誘導電流を誘起する。図11の誘電体層248,250に図示したコンデンサのシンボルマークは、駆動信号線130と検出信号線147が容量結合されていることを表している。
Between the pattern of the
特に、駆動信号線130のパターンが内層242から表層244の駆動回路の出力端子(コネクタ132の端子)に接続する際のビア接続においては、そのビア130Aを囲むように電流検出用のビア147Aが配置される。すなわち、異なる配線層間の誘電体層(絶縁層)を貫通し、当該異なる配線層間に設けられる駆動信号線130と電気接続されるビア(垂直配線)130Aの周囲を囲むように、異なる配線層間の誘電体層(絶縁層)を貫通し、当該異なる配線層間に設けられる検出信号線147に電気接続されるビア147Aが配設されている。
In particular, in the via connection when the pattern of the
なお、上述した「ビア130Aを囲むように電流検出用のビア147Aが配置される」という形態には、「駆動信号線が閉曲線状の検出信号線を貫く」形態が含まれる。 The above-described form “the current detection via 147 </ b> A is disposed so as to surround the via 130 </ b> A” includes a form “the drive signal line passes through the detection signal line having a closed curve”.
一般的なプリント配線基板を使用した場合の駆動信号線130と検出信号線147の距離は、基板の厚み1.6mm、内層導電体35μmとすると、図11に示す3層基板では、{1600−(35+35+35)}/2(誘電体2層)=747.5(μm)となる。すなわち、駆動信号線130と検出信号線147の距離は数十μm〜数百μm程度(1mm以下)となる。
The distance between the
また、検出信号線147の面積は、駆動信号線130と検出信号線147の間の誘電体の誘電率(後述する式(2)のC)と誘導起電力(後述する式(3)のVN)により求めることができる。なお、式(2)においてε0:8.854×10−12、εr=4.7とすると、□1.1mmである。
The area of the
図12には、駆動回路基板101の表層244から見たビア130A,147Aの配置例を図示する。図12に示す配置例では、駆動信号線130と電気接続される9本のビア130Aの周りを囲むように、9本の検出信号線147のビア147Aを配置している。ビア130Aとビア147Aは略平行に互いに交差しないように配置されるとともに、9本のビア147Aはビア130Aの周囲方向に等間隔に配置されている。
FIG. 12 illustrates an arrangement example of the
なお、駆動信号線130と電気接続されるビア130Aの周囲を囲むためには、検出信号線147のビア147Aは3本以上であればよいが、電流検出感度を向上させるためには、検出信号線147のビア147Aはできる限り高密度に配置することが好ましい。
In order to surround the periphery of the via 130A electrically connected to the
検出信号線147のビア147Aは、検出信号線147のパターンよりもインダクタンス成分が高くなるためにインピーダンスが大きくなり、相対的に検出感度が高感度となるので、S/Nの低下を抑制することができる。
The via 147A of the
駆動回路基板101の配線層間の浮遊容量は、次式(2)で表すことができる。
The stray capacitance between the wiring layers of the
C=ε0×εr×S/d …(2)
上記(2)式におけるεは配線層間の絶縁材料(基板の基材)誘電率、Sは配線パターンの面積(複数のパターンを用いる場合には合計の面積)、dは配線層の間隔である。
C = ε 0 × ε r × S / d (2)
In the above equation (2), ε is the dielectric constant of the insulating material (substrate base material) between the wiring layers, S is the area of the wiring pattern (the total area when a plurality of patterns are used), and d is the distance between the wiring layers. .
(1)式によれば検出感度を向上させるに浮遊容量Cを大きくするとよい。(2)式によれば、配線層間の浮遊容量Cは配線層間の間隔d(駆動信号線と検出信号線との間隔)に反比例するので、配線層間の距離dをより小さくすることで浮遊容量Cをより大きくすることができる。 According to the equation (1), the stray capacitance C is preferably increased in order to improve the detection sensitivity. According to the equation (2), the stray capacitance C between the wiring layers is inversely proportional to the distance d between the wiring layers (the distance between the drive signal line and the detection signal line), so that the stray capacitance can be reduced by reducing the distance d between the wiring layers. C can be made larger.
なお、基板全体の厚みが1mm程度の4層基板の場合には、配線層間の間隔dは100μm程度であり、dの値は所定の絶縁性能を確保するという観点から決められており、dの値を小さくするには基板の構造上の限界がある。多層基板の構造を用いる場合には、配線層間の絶縁層の材料に誘電率の大きな材料を用いて浮遊容量Cをより大きくするとよい。 In the case of a four-layer board having a total thickness of about 1 mm, the distance d between the wiring layers is about 100 μm, and the value of d is determined from the viewpoint of ensuring a predetermined insulation performance. There is a limit on the structure of the substrate to reduce the value. When a multilayer substrate structure is used, the stray capacitance C is preferably increased by using a material having a high dielectric constant as the material of the insulating layer between the wiring layers.
上述した検出の構造は、一般的に公知とされている伝送線路のクロストーク等価回路をモデルとしている。クロストークモデル(隣接ノイズ結合モデル)は、容量性と誘導性の両方の電気的な結合を伴う。 The detection structure described above is modeled on a transmission line crosstalk equivalent circuit that is generally known. The crosstalk model (adjacent noise coupling model) involves both capacitive and inductive electrical coupling.
図13(a),(b)は、導体1及び導体2間の浮遊容量C12による導体間の容量結合を示す。図13(a)は、物理的に表現したものであり、図13(b)は、等価回路で表現したものである。負荷抵抗R(R<<1/[j×ω×(C12+C2G)])の結合電圧VNは、次式(3)で近似することができる。
Figure 13 (a), (b) shows the capacitive coupling between conductors due to the stray capacitance C 12 between the
VN=j×ω×R×C12×V1 …(3)
図13におけるC12は導体1と導体2の導体間の浮遊容量であり、導体1に流れる信号の電圧が時間的に変化すればC12の両端には時間的に変化する電位差が生じ、その電位差を起電力としてで導体2には変位電流が流れる。すなわち、導体1の電圧V1の変化が導体間容量C12の存在により導体2に変位電流が流れ、負荷抵抗Rによって誘起電圧VNが誘起される。
V N = j × ω × R × C 12 × V 1 (3)
Figure 13 C 12 in is the stray capacitance between conductors of the
すなわち、図13(a),(b)の導体1は、駆動信号線130,136,138に対応し、導体2は検出信号線147に対応している。負荷抵抗Rの両端に発生する誘起電圧VNにより導体2(検出信号線147)に誘導電流が誘起される。
That is, the
図14(a),(b)は導体の誘導結合を示す。図14(a)は、物理的に表現したものであり、図14(b)は、等価回路で表現したものである。結合電圧VNは、次式(4)で近似することができる。 FIGS. 14A and 14B show inductive coupling of conductors. FIG. 14A is a physical representation, and FIG. 14B is an equivalent circuit. The coupling voltage V N can be approximated by the following equation (4).
VN=j×ω×M×I=M×(dI/dt) …(4)
ここで、図14(c)を用いて、電磁誘導について簡単に解説する。図14(c)に示す回路270に流れる電流Iによって発生する磁束Φが、回路272の閉回路に鎖交した場合、回路270に流れる電流Iと回路272の磁束Φ12を結びつける比例定数は相互インダクタンスMである。磁束Φ12は、相互インダクタンスMと電流Iを用いて、次式(5)のように表される。
V N = j × ω × M × I = M × (dI / dt) (4)
Here, electromagnetic induction will be briefly described with reference to FIG. If Figure 14 the magnetic flux generated by the current I flowing through the
Φ12=M×I …(5)
電流Iが時間的に変化すると磁束ΦとΦ12が変化し、Φ12の時間的変化を打ち消す方向の起電圧VNが発生する。図14(b)に示す等価回路モデルにおいて、この起電圧VNとR2により誘導電流が誘起される。
Φ 12 = M × I (5)
Current I temporally flux [Phi and [Phi 12 is changed when changing electromotive voltage V N in a direction of canceling the temporal change in [Phi 12 occurs. In the equivalent circuit model shown in FIG. 14 (b), the induced current is induced by the electromotive voltage V N and R 2.
すなわち、図14(c)の回路270は図12のビア130Aに対応し、図14(c)の回路272は図12のビア147Aに対応している。
That is, the
上記の如く構成されたインクジェットヘッドを駆動する駆動信号の電流検出によれば、駆動信号線により伝送される駆動信号の電流を、駆動信号と電気的に絶縁された検出信号線に発生する誘導電流によって検出するので、駆動信号の波形なまり、電圧降下、スリューレートの低下などが発生せず、駆動信号の電流検出に起因するインクジェットヘッドの吐出性能の低下を防止することができる。 According to the current detection of the drive signal for driving the ink jet head configured as described above, the current of the drive signal transmitted by the drive signal line is generated in the detection signal line electrically insulated from the drive signal. Therefore, the drive signal waveform rounding, voltage drop, slew rate decrease, etc. do not occur, and it is possible to prevent the discharge performance of the inkjet head from being deteriorated due to the current detection of the drive signal.
また、電球検出部に基板の配線パターンを利用することで、ホール素子のような電流範囲及び電圧範囲の制限がなく、インクジェットヘッドに設けられた圧電素子のように数十ボルト、数アンペアの駆動信号を検出することが可能である。さらに、配線パターンの間隔、面積等を工夫することで、検出特性を自由に設計することができる。 In addition, by using the wiring pattern of the substrate for the bulb detection unit, there is no limitation on the current range and voltage range as in the Hall element, and it is driven at several tens of volts and several amperes like the piezoelectric element provided in the inkjet head. It is possible to detect the signal. Furthermore, the detection characteristics can be freely designed by devising the interval and area of the wiring pattern.
本実施形態では、電流検出センサとして機能する電流検出部92を駆動回路基板101に形成する態様を例示したが、電流検出部92は駆動信号線130,136,138が形成される基板であればよく、フレキシブルフラット基板134や、ヘッド50の駆動信号線が配設される領域にも形成可能である。もちろん、電流検出部92のみを1つの基板内に構成してもよい。また、駆動信号線130,136,138と検出信号線147を同一の面内(配線層内)に形成してもよい。
In the present embodiment, an example in which the
また、本実施形態では、インクジェットヘッドの吐出力発生素子として用いられる圧電素子を駆動する駆動信号の電流検出を例示したが、他の用途に用いられる圧電素子など、容量性負荷を含む被駆動素子の駆動信号の電流検出にも適用可能である。 Further, in the present embodiment, the current detection of the drive signal for driving the piezoelectric element used as the ejection force generating element of the ink jet head is exemplified, but the driven element including a capacitive load such as a piezoelectric element used for other applications The present invention can also be applied to current detection of the drive signal.
本実施形態では、本発明が適用される装置例として記録媒体上にカラー画像を形成するインクジェット記録装置を示したが、本発明は吐出ヘッドから媒体上に液体を吐出する液体吐出装置(ディスペンサーなど)など、圧電アクチュエータを吐出力発生素子に適用した構成に広く適用可能である。 In the present embodiment, an inkjet recording apparatus that forms a color image on a recording medium is shown as an example of an apparatus to which the present invention is applied. However, the present invention is a liquid ejecting apparatus (dispenser or the like) that ejects liquid from the ejection head onto the medium. Etc.) and can be widely applied to configurations in which a piezoelectric actuator is applied to an ejection force generating element.
本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 The present invention is not limited to the above examples, and it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
<付記>
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は少なくとも以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
<Appendix>
As will be understood from the description of the embodiments of the invention described in detail above, the present specification includes disclosure of various technical ideas including at least the invention described below.
(発明1):容量性負荷を含む被駆動素子に駆動電流を供給する駆動回路の出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、前記駆動信号線に誘電体を介して近接配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、を備え、前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする電流検出センサ基板。 (Invention 1): a drive signal line that is electrically connected to an output terminal of a drive circuit that supplies a drive current to a driven element including a capacitive load and transmits the drive signal; and a dielectric is connected to the drive signal line And a detection signal line that induces an induced current by a current of a drive signal transmitted by the drive signal line, and a detection signal extraction unit that extracts the induced current induced in the detection signal line as a detection signal; The drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction portion are formed in the same substrate. Current detection sensor board to be used.
本発明によれば、駆動信号が伝送される駆動信号線に対して電気的に接続される検出素子を備えることなく、駆動信号線と電磁界結合された検出信号線に誘導電流を誘起して、該誘導電流を検出信号として取り出すので、波形なまりや発振、電圧降下などの駆動信号への影響を回避することができ、かつ、広い電流範囲にわたって駆動電流の検出が可能である。 According to the present invention, an induction current is induced in a detection signal line that is electromagnetically coupled to the drive signal line without providing a detection element that is electrically connected to the drive signal line through which the drive signal is transmitted. Since the induced current is extracted as a detection signal, influences on the drive signal such as waveform rounding, oscillation, and voltage drop can be avoided, and the drive current can be detected over a wide current range.
すなわち、誘電体をはさんで駆動信号線と検出信号線を数十μmから数百μm程度に近接配置して電磁界結合させ、この構造を電流検出センサとしている。かかる構造によれば、駆動信号線とは電気的に絶縁されている電流センサを用いて、駆動信号線に流れる電流の変化に応じて検出信号線に誘導電流を励起させ、該誘導電流を検出信号として取り出すことで、駆動信号線に流れる電流に応じた検出信号を得ることができる。 In other words, the drive signal line and the detection signal line are disposed in the vicinity of several tens to several hundreds of micrometers with a dielectric interposed therebetween, and are electromagnetically coupled, and this structure is used as a current detection sensor. According to such a structure, a current sensor that is electrically insulated from the drive signal line is used to excite an induced current in the detection signal line in response to a change in the current flowing through the drive signal line, and the induced current is detected. By taking it out as a signal, a detection signal corresponding to the current flowing through the drive signal line can be obtained.
このような構造を有する電流検出センサは、基板の配線構造を利用した簡単な構造であって故障する可能性が極めて低く、かつ、経時変化もなく、好ましい。 The current detection sensor having such a structure is preferable because it has a simple structure using the wiring structure of the substrate, has a very low possibility of failure, and does not change with time.
駆動信号発生部は、波形データを所定のアナログ信号に変換する低電圧回路(小信号を取り扱う回路)と、アナログ信号に変換された波形データを入力信号として圧電アクチュエータの駆動に必要な電流及び電圧を有する駆動信号に変換するパワー回路(高電圧、大電流を取り扱う回路)と、を含む概念である。 The drive signal generator includes a low voltage circuit (circuit that handles small signals) that converts waveform data into a predetermined analog signal, and current and voltage required to drive the piezoelectric actuator using the waveform data converted into the analog signal as an input signal. And a power circuit (a circuit that handles a high voltage and a large current) that converts the drive signal into a drive signal having the above.
電気配線には、駆動信号が伝送される駆動信号線とリターン信号(グランド電位の信号)が伝送されるリターン信号線を含む態様がある。 There is a mode in which the electrical wiring includes a drive signal line through which a drive signal is transmitted and a return signal line through which a return signal (ground potential signal) is transmitted.
容量性負荷を有する被駆動素子には、圧電アクチュエータが含まれる。圧電アクチュエータとは、電極となる金属膜の間に圧電材料がはさみ込まれた構造を有する圧電素子を含んでいる。また、圧電素子の変形に応じて動作する部材を含んでいてもよい。 A driven element having a capacitive load includes a piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator includes a piezoelectric element having a structure in which a piezoelectric material is sandwiched between metal films serving as electrodes. Moreover, the member which operate | moves according to a deformation | transformation of a piezoelectric element may be included.
(発明2):発明1に記載の電流検出センサ基板において、少なくとも3層の配線層を有するとともに各配線層の間に誘電体を含む絶縁層が設けられ、前記駆動信号線が設けられる配線層は、前記絶縁層を介して前記検出信号線が設けられる配線層にはさまれる構造を有し、前記検出信号線は前記駆動信号線との電磁界結合の特性を得ることを特徴とする。
(Invention 2): The current detection sensor substrate according to
かかる態様によれば、基板の多層配線構造を用いることで、駆動信号線及び検出信号線の配線の自由度が高くなるとともに、構造が簡素化される。 According to this aspect, by using the multilayer wiring structure of the substrate, the freedom of wiring of the drive signal line and the detection signal line is increased, and the structure is simplified.
検出感度を上げるために、絶縁層には誘電率が高い材料を適用する態様が好ましい。 In order to increase the detection sensitivity, a mode in which a material having a high dielectric constant is applied to the insulating layer is preferable.
(発明3):発明2に記載の電流検出センサ基板において、前記検出信号線は、所定の面積を有することを特徴とする。
(Invention 3): In the current detection sensor substrate according to
かかる態様において、検出信号線の面積は、駆動信号線と検出信号線の間の静電容量と検出信号線に誘起される誘導起電力から求めることが可能である。 In this aspect, the area of the detection signal line can be obtained from the electrostatic capacitance between the drive signal line and the detection signal line and the induced electromotive force induced in the detection signal line.
(発明4):発明2又は3に記載の電流検出センサ基板において、前記駆動信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して異なる配線層に設けられた駆動信号線を電気接続させる駆動信号層間配線を含み、前記検出信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して前記駆動信号層間配線を囲むように配設される検出信号層間配線を含むことを特徴とする。
(Invention 4): In the current detection sensor substrate according to
かかる態様によれば、層間配線は配線層に形成される面の配線パターンよりもインピーダンスを下げることができ、検出感度の向上に寄与する。 According to this aspect, the interlayer wiring can lower the impedance than the wiring pattern on the surface formed in the wiring layer, which contributes to improvement in detection sensitivity.
(発明5):容量性負荷に駆動電流を供給する駆動回路の出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、絶縁体を介して前記駆動信号線の周囲を囲むように配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、を備え、前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする電流検出センサ基板。 (Invention 5): A drive signal line that is electrically connected to an output terminal of a drive circuit that supplies a drive current to the capacitive load and transmits the drive signal, and surrounds the periphery of the drive signal line via an insulator. A detection signal line in which an induced current is induced by a current of a drive signal transmitted by the drive signal line, and a detection signal extraction unit that extracts the induced current induced in the detection signal line as a detection signal; The drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction part are formed in the same substrate. Current detection sensor board.
本発明によれば、絶縁体を介して駆動信号線の周囲に検出信号線を近接配置して誘導結合させ、この構造を電流検出センサとして用い、駆動信号線とは電気的に絶縁されている電流センサを用いて、駆動信号線に流れる電流の変化に応じて検出信号線に誘導電流を励起させ、該誘導電流を検出信号として取り出すことで、駆動信号線に流れる電流に応じた検出信号を得ることができる。 According to the present invention, the detection signal line is disposed in proximity to and inductively coupled around the drive signal line via the insulator, and this structure is used as a current detection sensor, which is electrically insulated from the drive signal line. By using the current sensor, an induced current is excited in the detection signal line according to a change in the current flowing in the drive signal line, and the induced current is taken out as a detection signal, thereby detecting a detection signal corresponding to the current flowing in the drive signal line. Obtainable.
(発明6):発明5に記載の電流検出センサ基板において、少なくとも2つの配線層を有し、前記駆動信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して異なる配線層に設けられた駆動信号線を電気接続させる駆動信号層間配線を含み、前記検出信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して前記駆動信号層間配線を囲むように配設される検出信号層間配線を含み、電磁界結合の特性を得ること特徴とする。 (Invention 6): In the current detection sensor substrate according to Invention 5, the drive signal line includes at least two wiring layers, and the driving signal line is provided in a different wiring layer through an insulating layer between different wiring layers. Drive signal interlayer wiring for electrically connecting the lines, and the detection signal line includes a detection signal interlayer wiring disposed so as to surround the drive signal interlayer wiring through an insulating layer between different wiring layers, and an electromagnetic field It is characterized by obtaining the characteristics of bonding.
かかる態様における駆動信号層間配線及び検出信号層間配線には、積層構造を有する配線層間を電気接続させるビアが含まれる。 The drive signal interlayer wiring and the detection signal interlayer wiring in this aspect include vias that electrically connect the wiring layers having a laminated structure.
(発明7):駆動信号を生成する駆動信号生成部と、容量性負荷を有する被駆動素子へ前記駆動信号生成部によって生成された駆動信号を供給する出力端と、前記被駆動素子及び前記出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、前記駆動信号線に誘電体を介して近接配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、を備え、前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする容量性負荷駆動装置。 (Invention 7): a drive signal generation unit that generates a drive signal, an output terminal that supplies a drive signal generated by the drive signal generation unit to a driven element having a capacitive load, the driven element, and the output Inductive current is induced by the current of the drive signal line electrically connected to the end and disposed close to the drive signal line via a dielectric, and the drive signal line transmitted through the drive signal line. A detection signal line, and a detection signal extraction unit that extracts an induced current induced in the detection signal line as a detection signal, and the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and The capacitive load driving device, wherein the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction unit are formed in the same substrate.
本発明によれば、駆動信号が伝送される駆動信号線に対して電気的に接続される検出素子を備えることなく、駆動信号線と電磁界結合された検出信号線に誘導電流を誘起して、該誘導電流を検出信号として取り出すので、波形なまりや発振、電圧降下などの駆動信号への影響を回避することができ、かつ、広い電流範囲にわたって駆動電流の検出が可能である。 According to the present invention, an induction current is induced in a detection signal line that is electromagnetically coupled to the drive signal line without providing a detection element that is electrically connected to the drive signal line through which the drive signal is transmitted. Since the induced current is extracted as a detection signal, influences on the drive signal such as waveform rounding, oscillation, and voltage drop can be avoided, and the drive current can be detected over a wide current range.
(発明8):発明7に記載の容量性負荷駆動装置において、前記基板は、発明2乃至4のいずれかに記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする。
(Invention 8): In the capacitive load driving device described in
(発明9):駆動信号を生成する駆動信号生成部と、容量性負荷を有する被駆動素子へ前記駆動信号生成部によって生成された駆動信号を供給する出力端と、前記被駆動素子及び前記出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、絶縁体を介して前記駆動信号線の周囲を囲むように配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、を備え、前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする容量性負荷駆動装置。 (Invention 9): a drive signal generation unit that generates a drive signal, an output terminal that supplies a drive signal generated by the drive signal generation unit to a driven element having a capacitive load, the driven element, and the output A drive signal line that is electrically connected to the end and that transmits the drive signal, and is disposed so as to surround the periphery of the drive signal line via an insulator, and is driven by a current of the drive signal that is transmitted by the drive signal line A detection signal line that induces an induced current; and a detection signal extraction unit that extracts the induced current induced in the detection signal line as a detection signal. The drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern. And the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction portion are formed in the same substrate.
本発明によれば、絶縁体を介して駆動信号線の周囲に検出信号線を近接配置して電磁界結合させ、この構造を電流検出センサとして用い、駆動信号線とは電気的に絶縁されている電流センサを用いて、駆動信号線に流れる電流の変化に応じて検出信号線に誘導電流を励起させ、該誘導電流を検出信号として取り出すことで、駆動信号線に流れる電流に応じた検出信号を得ることができる。 According to the present invention, the detection signal line is arranged close to the periphery of the drive signal line via the insulator and electromagnetically coupled, and this structure is used as a current detection sensor and is electrically insulated from the drive signal line. Detection signal corresponding to the current flowing in the drive signal line by exciting the induced current in the detection signal line in accordance with the change in the current flowing in the drive signal line and taking out the induced current as a detection signal. Can be obtained.
(発明10):発明9に記載の容量性負荷駆動装置において、前記基板は、発明6に記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする。 (Invention 10): In the capacitive load driving device described in Invention 9, the substrate includes the current detection sensor substrate described in Invention 6.
(発明11):ノズルから吐出させる液体に吐出圧力を付与する圧電アクチュエータを具備する液体吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに供給される駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号生成部の出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、前記駆動信号線に誘電体を介して近接配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、を備え、前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 (Invention 11): a liquid discharge head including a piezoelectric actuator that applies discharge pressure to liquid discharged from a nozzle, a drive signal generation unit that generates a drive signal supplied to the piezoelectric actuator, and a drive signal generation unit A drive signal line that is electrically connected to the output end and transmits the drive signal, and is disposed in proximity to the drive signal line via a dielectric, and an induced current is generated by the current of the drive signal transmitted through the drive signal line. A detection signal line that is induced, and a detection signal extraction unit that extracts an induced current induced in the detection signal line as a detection signal, and the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, The liquid ejection head drive device, wherein the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction unit are formed in the same substrate.
本発明によれば、駆動信号が伝送される駆動信号線に対して電気的に接続される検出素子を備えることなく、駆動信号線と電磁界結合された検出信号線に誘導電流を誘起して、該誘導電流を検出信号として取り出すので、波形なまりや発振、電圧降下などの駆動信号への影響を回避することができ、かつ、広い電流範囲にわたって駆動電流の検出が可能である。 According to the present invention, an induction current is induced in a detection signal line that is electromagnetically coupled to the drive signal line without providing a detection element that is electrically connected to the drive signal line through which the drive signal is transmitted. Since the induced current is extracted as a detection signal, influences on the drive signal such as waveform rounding, oscillation, and voltage drop can be avoided, and the drive current can be detected over a wide current range.
液体吐出ヘッドには、圧電アクチュエータなどの容量性負荷を有する吐出力発生素子から付与された吐出圧力を利用して、ノズルから液体を吐出するインクジェット方式の吐出ヘッドが含まれる。 The liquid discharge head includes an ink jet type discharge head that discharges a liquid from a nozzle by using a discharge pressure applied from a discharge force generating element having a capacitive load such as a piezoelectric actuator.
(発明12):発明11に記載の液体吐出ヘッド駆動装置において、前記基板は、発明2乃至4のいずれか1項に記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする。
(Invention 12): In the liquid ejection head driving device according to Invention 11, the substrate includes the current detection sensor substrate according to any one of
(発明13):ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドに設けられる圧電アクチュエータに供給される駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号生成部の出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、絶縁体を介して前記駆動信号線の周囲を囲むように配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、を備え、前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 (Invention 13): a drive signal generation unit that generates a drive signal supplied to a piezoelectric actuator provided in a liquid discharge head that discharges liquid from a nozzle, and an output terminal of the drive signal generation unit, and the drive signal And a detection signal line that is disposed so as to surround the drive signal line via an insulator, and an induced current is induced by the current of the drive signal transmitted by the drive signal line And a detection signal extraction unit that extracts an induced current induced in the detection signal line as a detection signal, and the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line and the detection signal line A liquid ejection head driving device, wherein the detection signal line and the detection signal extraction portion are formed in the same substrate.
本発明によれば、絶縁体を介して駆動信号線の周囲に検出信号線を近接配置して電磁界結合させ、この構造を電流検出センサとして用い、駆動信号線とは電気的に絶縁されている電流センサを用いて、駆動信号線に流れる電流の変化に応じて検出信号線に誘導電流を励起させ、該誘導電流を検出信号として取り出すことで、駆動信号線に流れる電流に応じた検出信号を得ることができる。 According to the present invention, the detection signal line is arranged close to the periphery of the drive signal line via the insulator and electromagnetically coupled, and this structure is used as a current detection sensor and is electrically insulated from the drive signal line. Detection signal corresponding to the current flowing in the drive signal line by exciting the induced current in the detection signal line in accordance with the change in the current flowing in the drive signal line and taking out the induced current as a detection signal. Can be obtained.
(発明14):発明13に記載の液体吐出ヘッド駆動装置において、前記基板は、発明6に記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする。 (Invention 14): In the liquid ejection head driving device according to Invention 13, the substrate includes the current detection sensor substrate according to Invention 6.
(発明15):発明11乃至14のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド駆動装置において、前記検出信号線によって検出された駆動信号の電流に基づいて、前記圧電アクチュエータ及び前記駆動信号線の少なくともいずれかの異常の有無を判断する異常判断部を備えたことを特徴とする。 (Invention 15): In the liquid ejection head drive device according to any one of Inventions 11 to 14, at least one of the piezoelectric actuator and the drive signal line based on a current of the drive signal detected by the detection signal line. An abnormality determination unit for determining the presence or absence of any abnormality is provided.
かかる態様によれば、駆動信号の電流値を用いて、圧電アクチュエータ、駆動信号線の異常を検出することで、液体吐出ヘッドの吐出性能を低下させる原因を発見することが可能となる。 According to this aspect, it is possible to detect the cause of the deterioration of the discharge performance of the liquid discharge head by detecting the abnormality of the piezoelectric actuator and the drive signal line using the current value of the drive signal.
(発明16):発明15に記載の液体吐出ヘッド駆動装置において、前記異常判断部は、前記圧電アクチュエータにおける基準の静電容量に対する静電容量の変位量を判断する静電容量判断部、及び前記駆動信号線の短絡の有無を判断する短絡判断部、前記駆動信号線の開放の有無を判断する開放判断部のうち少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする。 (Invention 16): In the liquid ejection head drive device according to Invention 15, the abnormality determination unit includes a capacitance determination unit that determines a displacement amount of a capacitance with respect to a reference capacitance in the piezoelectric actuator, and the It includes at least one of a short-circuit determination unit that determines whether or not a drive signal line is short-circuited and an open-circuit determination unit that determines whether or not the drive signal line is open.
かかる態様によれば、圧電アクチュエータの静電容量の変位、駆動信号線の短絡の有無、前記駆動信号線の開放の有無を判断することで、液体吐出ヘッドの吐出性能を低下させる原因を発見することが可能となる。 According to this aspect, the cause of the decrease in the discharge performance of the liquid discharge head is discovered by determining the displacement of the capacitance of the piezoelectric actuator, the presence or absence of a short circuit of the drive signal line, and the presence or absence of the release of the drive signal line. It becomes possible.
駆動信号線の短絡とは、駆動信号線とリターン信号が伝送されるリターン信号線(基準電位)との間の抵抗値がほぼ0Ωとなって接続される状態や、ある抵抗値(数Ω〜数百Ω程度の抵抗値)を持って接続される状態のいずれも含んでいる。 A short circuit of a drive signal line means a state in which the resistance value between the drive signal line and the return signal line (reference potential) to which the return signal is transmitted is approximately 0Ω, or a certain resistance value (several Ω to All of the states that are connected with a resistance value of about several hundred ohms are included.
(発明17):発明11乃至16のいずれかに記載の液体吐出ヘッド駆動装置において、前記異常判断部は、異常状態を所定の期間記憶しておく異常状態記憶部と、前記圧電アクチュエータ及び前記駆動信号線の少なくともいずれかが異常である場合に、異常状態を報知する報知手段と、を含むことを特徴とする。 (Invention 17): In the liquid ejection head drive device according to any one of Inventions 11 to 16, the abnormality determination unit includes an abnormal state storage unit that stores an abnormal state for a predetermined period, the piezoelectric actuator, and the drive And an informing means for informing an abnormal state when at least one of the signal lines is abnormal.
かかる態様によれば、異常であると判断されたときには、異常状態を報知するので、異常の原因を取り除くことができ、液体吐出ヘッドの吐出性能の低下を未然に防ぐことが可能である。 According to such an aspect, when it is determined that there is an abnormality, the abnormal state is notified, so that the cause of the abnormality can be removed and it is possible to prevent a decrease in the discharge performance of the liquid discharge head.
(発明18):発明11乃至17のいずれかに記載の液体吐出ヘッド駆動装置において、前記駆動回路により生成される駆動信号よりも高いスリューレートを有する試験用駆動信号を生成する試験用駆動回路を備えたことを特徴とする。 (Invention 18): The liquid ejection head drive device according to any one of Inventions 11 to 17, wherein the test drive circuit generates a test drive signal having a slew rate higher than the drive signal generated by the drive circuit. It is provided with.
かかる態様によれば、高いスリューレートを有する試験用駆動信号を生成する試験用駆動回路を用いることで、駆動電流の検出感度を向上させることが可能となる。 According to this aspect, it is possible to improve the detection sensitivity of the drive current by using the test drive circuit that generates the test drive signal having a high slew rate.
かかる態様において、通常の駆動回路と試験用駆動回路とを切り換える切り換え手段を備える態様が好ましい。 In such an aspect, an aspect including switching means for switching between a normal drive circuit and a test drive circuit is preferable.
(発明19):ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、発明11乃至18のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド駆動装置と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置。 (Invention 19): A liquid ejection apparatus comprising: a liquid ejection head that ejects liquid from a nozzle; and the liquid ejection head driving device according to any one of Inventions 11 to 18.
液体吐出装置には、ノズルからカラーインクを吐出させて、記録媒体上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置が含まれる。 The liquid ejecting apparatus includes an ink jet recording apparatus that ejects color ink from a nozzle to form a desired image on a recording medium.
12K,12C,12M,12Y,50…ヘッド、58…圧電素子、84…ヘッドドライバ、92…電流検出部、96…判定部、98…表示部、100…駆動回路、101…駆動回路基板、130…駆動信号線、130A,147A…ビア、147…検出信号線、160…試験用駆動回路 12K, 12C, 12M, 12Y, 50 ... head, 58 ... piezoelectric element, 84 ... head driver, 92 ... current detection unit, 96 ... determination unit, 98 ... display unit, 100 ... drive circuit, 101 ... drive circuit board, 130 ... Drive signal line, 130A, 147A ... Via, 147 ... Detection signal line, 160 ... Test drive circuit
Claims (19)
前記駆動信号線に誘電体を介して近接配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、
前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、
を備え、
前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする電流検出センサ基板。 A drive signal line that is electrically connected to an output terminal of a drive circuit that supplies a drive current to a driven element including a capacitive load, and that transmits the drive signal;
A detection signal line that is disposed in proximity to the drive signal line via a dielectric, and an induced current is induced by a current of the drive signal transmitted by the drive signal line;
A detection signal extraction unit for extracting an induced current induced in the detection signal line as a detection signal;
With
The drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction part are formed in the same substrate. substrate.
少なくとも3層の配線層を有するとともに各配線層の間に誘電体を含む絶縁層が設けられ、
前記駆動信号線が設けられる配線層は、前記絶縁層を介して前記検出信号線が設けられる配線層にはさまれる構造を有し、前記検出信号線は前記駆動信号線との電磁界結合の特性を得ることを特徴とする電流検出センサ基板。 The current detection sensor substrate according to claim 1,
An insulating layer including at least three wiring layers and including a dielectric is provided between the wiring layers,
The wiring layer provided with the drive signal line has a structure sandwiched between the wiring layers provided with the detection signal line via the insulating layer, and the detection signal line is electromagnetically coupled with the drive signal line. A current detection sensor substrate characterized by obtaining characteristics.
前記検出信号線は、所定の面積を有することを特徴とする電流検出センサ基板。 In the current detection sensor substrate according to claim 2,
The current detection sensor substrate, wherein the detection signal line has a predetermined area.
前記駆動信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して異なる配線層に設けられた駆動信号線を電気接続させる駆動信号層間配線を含み、
前記検出信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して前記駆動信号層間配線を囲むように配設される検出信号層間配線を含むことを特徴とする電流検出センサ基板。 In the current detection sensor substrate according to claim 2 or 3,
The drive signal lines include drive signal interlayer wirings that electrically connect drive signal lines provided in different wiring layers through insulating layers between different wiring layers,
The current detection sensor substrate, wherein the detection signal line includes a detection signal interlayer wiring disposed so as to pass through an insulating layer between different wiring layers and surround the drive signal interlayer wiring.
絶縁体を介して前記駆動信号線の周囲を囲むように配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、
前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、
を備え、
前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする電流検出センサ基板。 A drive signal line that is electrically connected to an output terminal of a drive circuit that supplies a drive current to the capacitive load and transmits the drive signal;
A detection signal line which is disposed so as to surround the drive signal line via an insulator, and an induced current is induced by a current of the drive signal transmitted by the drive signal line;
A detection signal extraction unit for extracting an induced current induced in the detection signal line as a detection signal;
With
The drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction part are formed in the same substrate. substrate.
少なくとも2つの配線層を有し、
前記駆動信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して異なる配線層に設けられた駆動信号線を電気接続させる駆動信号層間配線を含み、
前記検出信号線は、異なる配線層間の絶縁層を貫通して前記駆動信号層間配線を囲むように配設される検出信号層間配線を含み、電磁界結合の特性を得ること特徴とする電流検出センサ基板。 In the current detection sensor substrate according to claim 5,
Having at least two wiring layers;
The drive signal lines include drive signal interlayer wirings that electrically connect drive signal lines provided in different wiring layers through insulating layers between different wiring layers,
The detection signal line includes a detection signal interlayer wiring disposed so as to surround the drive signal interlayer wiring through an insulating layer between different wiring layers, and obtains electromagnetic coupling characteristics. substrate.
容量性負荷を有する被駆動素子へ前記駆動信号生成部によって生成された駆動信号を供給する出力端と、
前記被駆動素子及び前記出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、
前記駆動信号線に誘電体を介して近接配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、
前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、
を備え、
前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする容量性負荷駆動装置。 A drive signal generator for generating a drive signal;
An output terminal for supplying a drive signal generated by the drive signal generator to a driven element having a capacitive load;
A drive signal line that is electrically connected to the driven element and the output end and transmits the drive signal;
A detection signal line that is disposed in proximity to the drive signal line via a dielectric, and an induced current is induced by a current of the drive signal transmitted by the drive signal line;
A detection signal extraction unit for extracting an induced current induced in the detection signal line as a detection signal;
With
The capacitive load, wherein the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction portion are formed in the same substrate. Drive device.
前記基板は、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする容量性負荷駆動装置。 The capacitive load driving device according to claim 7,
5. The capacitive load driving device according to claim 2, wherein the substrate includes the current detection sensor substrate according to any one of claims 2 to 4.
容量性負荷を有する被駆動素子へ前記駆動信号生成部によって生成された駆動信号を供給する出力端と、
前記被駆動素子及び前記出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、
絶縁体を介して前記駆動信号線の周囲を囲むように配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、
前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、
を備え、
前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする容量性負荷駆動装置。 A drive signal generator for generating a drive signal;
An output terminal for supplying a drive signal generated by the drive signal generator to a driven element having a capacitive load;
A drive signal line that is electrically connected to the driven element and the output end and transmits the drive signal;
A detection signal line which is disposed so as to surround the drive signal line via an insulator, and an induced current is induced by a current of the drive signal transmitted by the drive signal line;
A detection signal extraction unit for extracting an induced current induced in the detection signal line as a detection signal;
With
The capacitive load, wherein the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction portion are formed in the same substrate. Drive device.
前記基板は、請求項6に記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする容量性負荷駆動装置。 The capacitive load driving device according to claim 9, wherein
The capacitive load driving device according to claim 6, wherein the substrate includes the current detection sensor substrate according to claim 6.
前記圧電アクチュエータに供給される駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記駆動信号生成部の出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、
前記駆動信号線に誘電体を介して近接配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、
前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、
を備え、
前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 A liquid discharge head comprising a piezoelectric actuator that applies discharge pressure to the liquid discharged from the nozzle;
A drive signal generator for generating a drive signal supplied to the piezoelectric actuator;
A drive signal line that is electrically connected to an output end of the drive signal generation unit and transmits the drive signal;
A detection signal line that is disposed in proximity to the drive signal line via a dielectric, and an induced current is induced by a current of the drive signal transmitted by the drive signal line;
A detection signal extraction unit for extracting an induced current induced in the detection signal line as a detection signal;
With
The liquid ejection head, wherein the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction portion are formed in the same substrate. Drive device.
前記基板は、請求項2乃至4のいずれか1項に記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 In the liquid discharge head drive device according to claim 11,
5. A liquid ejection head driving apparatus, wherein the substrate includes the current detection sensor substrate according to claim 2.
前記駆動信号生成部の出力端と電気接続され、前記駆動信号が伝送される駆動信号線と、
絶縁体を介して前記駆動信号線の周囲を囲むように配設され、前記駆動信号線により伝送される駆動信号の電流によって誘導電流が誘起される検出信号線と、
前記検出信号線に誘起される誘導電流を検出信号として取り出す検出信号取出部と、
を備え、
前記駆動信号線及び前記検出信号線が配線パターンとして形成されるとともに、前記駆動信号線及び前記検出信号線、前記検出信号取出部が同一の基板内に形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 A drive signal generating unit that generates a drive signal supplied to a piezoelectric actuator provided in a liquid discharge head that discharges liquid from a nozzle;
A drive signal line that is electrically connected to an output end of the drive signal generation unit and transmits the drive signal;
A detection signal line which is disposed so as to surround the drive signal line via an insulator, and an induced current is induced by a current of the drive signal transmitted by the drive signal line;
A detection signal extraction unit for extracting an induced current induced in the detection signal line as a detection signal;
With
The liquid ejection head, wherein the drive signal line and the detection signal line are formed as a wiring pattern, and the drive signal line, the detection signal line, and the detection signal extraction portion are formed in the same substrate. Drive device.
前記基板は、請求項6に記載の電流検出センサ基板を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 The liquid ejection head drive device according to claim 13,
The liquid discharge head driving device according to claim 6, wherein the substrate includes the current detection sensor substrate according to claim 6.
前記検出信号線によって検出された駆動信号の電流に基づいて、前記圧電アクチュエータ及び前記駆動信号線の少なくともいずれかの異常の有無を判断する異常判断部を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 The liquid discharge head drive device according to any one of claims 11 to 14,
A liquid ejection head drive comprising: an abnormality determination unit that determines whether or not there is an abnormality in at least one of the piezoelectric actuator and the drive signal line based on a current of a drive signal detected by the detection signal line apparatus.
前記異常判断部は、前記圧電アクチュエータにおける基準の静電容量に対する静電容量の変位量を判断する静電容量判断部、及び前記駆動信号線の短絡の有無を判断する短絡判断部、前記駆動信号線の開放の有無を判断する開放判断部のうち少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 The liquid discharge head driving device according to claim 15,
The abnormality determination unit includes a capacitance determination unit that determines a displacement amount of a capacitance with respect to a reference capacitance in the piezoelectric actuator, a short-circuit determination unit that determines whether or not the drive signal line is short-circuited, and the drive signal A liquid discharge head driving device comprising: at least one of open determination units for determining whether or not a line is open.
前記異常判断部は、異常状態を所定の期間記憶しておく異常状態記憶部と、
前記圧電アクチュエータ及び前記駆動信号線の少なくともいずれかが異常である場合に、異常状態を報知する報知手段と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 The liquid discharge head drive device according to any one of claims 11 to 16,
The abnormality determining unit stores an abnormal state for a predetermined period, and an abnormal state storage unit;
Informing means for informing an abnormal state when at least one of the piezoelectric actuator and the drive signal line is abnormal;
A liquid discharge head driving device comprising:
前記駆動回路により生成される駆動信号よりも高いスリューレートを有する試験用駆動信号を生成する試験用駆動回路を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド駆動装置。 The liquid discharge head driving device according to any one of claims 11 to 17,
A liquid ejection head drive device comprising: a test drive circuit that generates a test drive signal having a slew rate higher than a drive signal generated by the drive circuit.
請求項11乃至18のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド駆動装置と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。 A liquid discharge head for discharging liquid from a nozzle;
A liquid discharge head driving device according to any one of claims 11 to 18,
A liquid ejection apparatus comprising:
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