JP2016005560A - Control unit - Google Patents

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大島 敦
Atsushi Oshima
敦 大島
邦夫 田端
Kunio Tabata
邦夫 田端
新一 宮▲崎▼
Shinichi Miyazaki
新一 宮▲崎▼
浩行 吉野
Hiroyuki Yoshino
浩行 吉野
井出 典孝
Noritaka Ide
典孝 井出
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid injection device capable of reducing a power loss due to a damping resistor, and further to provide a liquid injection type printer.SOLUTION: When a signal from a drive waveform signal generation circuit 25 is subjected to pulse modulation in a modulation circuit 26, a pulse-modulated signal PWM is subjected to power amplification in a digital power amplification circuit 28 and a power-amplified and pulse-modulated signal APWM is smoothed by a smoothing filter 29 so as to obtain a drive signal COM, resonance characteristics can be compensated at the time of non-use of the a damping resistor for the smooth filter 29 by setting transfer characteristics β of a compensator 32 such that frequency characteristics of: electrostatic capacitance of the modulation circuit 26, the digital power amplifier circuit 28, the smooth filter 29 and an actuator 22 driven; and a drive signal feedback closed loop constituted of the compensator 32 are constant up to a predetermined attenuation starting frequency. Consequently, the damping resistor is unnecessary, and a power loss can be reduced.

Description

本発明は、液体を噴射するアクチュエータへの駆動信号を電力増幅する液体噴射装置に関し、微小な液体を液体噴射ヘッドのノズルから噴射して、微粒子(ドット)を印刷媒体上に形成することにより、文字や画像等を印刷するようにした液体噴射型印刷装置に好適なものである。   The present invention relates to a liquid ejecting apparatus that amplifies power of a drive signal to an actuator that ejects liquid, and ejects a minute liquid from a nozzle of a liquid ejecting head to form fine particles (dots) on a print medium. This is suitable for a liquid jet printing apparatus that prints characters, images, and the like.

液体噴射型印刷装置では、液体噴射ヘッドのノズルから液体を噴射するために、圧電素子などのアクチュエータが設けられ、このアクチュエータに所定の駆動信号を印加しなければならない。この駆動信号は、比較的電圧の高いものなので、駆動信号の基準となる駆動波形信号を電力増幅回路で電力増幅しなければならない。そこで、下記特許文献1では、アナログ電力増幅回路に比べて、電力損失が極めて小さく、小型化が可能なデジタル電力増幅回路を用い、駆動波形信号を変調回路でパルス変調して変調信号とし、その変調信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅して電力増幅変調信号とし、その電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化して、駆動信号としている。   In a liquid ejection type printing apparatus, an actuator such as a piezoelectric element is provided in order to eject liquid from a nozzle of a liquid ejection head, and a predetermined drive signal must be applied to the actuator. Since this drive signal has a relatively high voltage, the drive waveform signal that becomes the reference of the drive signal must be power amplified by the power amplification circuit. Therefore, in Patent Document 1 below, a digital power amplifier circuit that is extremely small in power loss and can be downsized as compared with an analog power amplifier circuit is used, and a drive waveform signal is pulse-modulated by a modulation circuit to obtain a modulation signal. The modulated signal is power amplified by a digital power amplifier circuit to obtain a power amplified modulated signal, and the power amplified modulated signal is smoothed by a smoothing filter to obtain a drive signal.

特開平11−204850号公報JP-A-11-204850

しかしながら、アクチュエータが圧電素子のような容量性負荷である場合、抵抗成分がないため平滑フィルタにダンピング抵抗が必要となり、このダンピング抵抗による電力損失が大きいという問題がある。即ち、周知のようにコイルとコンデンサで平滑フィルタを構成する場合、コイルのインダクタンスLとコンデンサの容量Cで表される共振周波数が存在し、この共振周波数があるが故に電力を貯えて変調周波数相当の電圧変動を減衰することができるのであるが、共振周波数故に共振が発生する場合もある。回路に抵抗成分が存在する場合には、その抵抗成分によって共振が抑制(減衰)されるが、圧電素子のような容量性負荷の場合、抵抗成分がない又は非常に小さいために共振が抑制(減衰)されず、残存する。この残存する共振を抑制(減衰)するためには、回路に共振を抑制(減衰)する目的のダンピング抵抗と呼ばれる抵抗を介装する必要が生じ、このダンピング抵抗で共振が消費(減衰)されるときに電力が消費されてしまう。
本発明は、これらの諸問題に着目してなされたものであり、ダンピング抵抗による電力損失を低減することが可能な液体噴射装置及び液体噴射型印刷装置を提供することを目的とするものである。
However, when the actuator is a capacitive load such as a piezoelectric element, since there is no resistance component, a damping resistor is required for the smoothing filter, and there is a problem that power loss due to this damping resistor is large. That is, as is well known, when a smoothing filter is constituted by a coil and a capacitor, there is a resonance frequency represented by the inductance L of the coil and the capacitance C of the capacitor. In this case, resonance may occur due to the resonance frequency. When there is a resistance component in the circuit, resonance is suppressed (attenuated) by the resistance component. However, in the case of a capacitive load such as a piezoelectric element, resonance is suppressed because there is no resistance component or it is very small ( Remains without being attenuated). In order to suppress (attenuate) this remaining resonance, it is necessary to insert a resistor called a damping resistor for the purpose of suppressing (attenuating) the resonance in the circuit, and the resonance is consumed (attenuated) by this damping resistor. Sometimes power is consumed.
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting apparatus and a liquid ejecting printing apparatus capable of reducing power loss due to a damping resistance. .

上記諸問題を解決するため、本発明の液体噴射装置は、駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路からの信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、前記電力増幅変調信号を平滑化してアクチュエータの駆動信号とする平滑フィルタと、前記駆動信号の位相を進めて負帰還信号とする補償器と、前記駆動波形信号と前記負帰還信号との差分信号を前記変調回路への入力信号とする減算器とを備えたことを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, a liquid ejecting apparatus according to the present invention includes a drive waveform signal generation circuit that generates a drive waveform signal, a modulation circuit that modulates a signal from the drive waveform signal generation circuit into a modulation signal, and A digital power amplification circuit that amplifies the modulation signal to obtain a power amplification modulation signal, a smoothing filter that smoothes the power amplification modulation signal to obtain an actuator drive signal, and negative feedback by advancing the phase of the drive signal And a subtractor using a difference signal between the drive waveform signal and the negative feedback signal as an input signal to the modulation circuit.

この液体噴射装置によれば、平滑フィルタにダンピング抵抗を用いないときの共振特性を負帰還信号によって補償することができるので、ダンピング抵抗が不要となり、電力損失を低減することが可能となる。即ち、駆動波形信号と負帰還信号との差分信号について変調回路でパルス変調することになるから、例えば駆動信号に共振が生じている場合、差分信号は駆動信号の共振分の反転信号分だけになり、これをパルス変調して電力増幅し、駆動信号に付加すれば本来の駆動信号が得られる。   According to this liquid ejecting apparatus, since the resonance characteristic when the damping resistor is not used in the smoothing filter can be compensated by the negative feedback signal, the damping resistor becomes unnecessary and the power loss can be reduced. That is, since the difference signal between the drive waveform signal and the negative feedback signal is subjected to pulse modulation by the modulation circuit, for example, when resonance occurs in the drive signal, the difference signal is only the inverted signal corresponding to the resonance of the drive signal. Thus, if this is pulse-modulated to amplify the power and added to the drive signal, the original drive signal can be obtained.

また、前記駆動波形信号発生回路と前記減算器との間に設けられ且つ前記変調回路、前記デジタル電力増幅回路、前記平滑フィルタ、前記アクチュエータの静電容量、及び前記補償器で構成される閉ループの周波数特性が所定の周波数領域で一定となるように補正する逆フィルタを備えたことを特徴とするものである。
この液体噴射装置によれば、例えば駆動されるアクチュエータの数に応じて変化する、変調回路、デジタル電力増幅回路、平滑フィルタ、アクチュエータの静電容量、及び補償器で構成される閉ループの周波数特性を、逆フィルタにより、所定の周波数領域で一定となるように補正することにより、駆動信号の精度を確保することができる。
また、本発明の液体噴射型印刷装置は、前記液体噴射装置を用いたことを特徴とするものである。
A closed loop provided between the drive waveform signal generation circuit and the subtracter and configured by the modulation circuit, the digital power amplification circuit, the smoothing filter, the capacitance of the actuator, and the compensator; An inverse filter for correcting the frequency characteristics so as to be constant in a predetermined frequency region is provided.
According to this liquid ejecting apparatus, for example, a closed-loop frequency characteristic composed of a modulation circuit, a digital power amplification circuit, a smoothing filter, an actuator capacitance, and a compensator, which changes according to the number of actuators to be driven, is obtained. The accuracy of the drive signal can be ensured by correcting it so as to be constant in a predetermined frequency region by the inverse filter.
Further, the liquid jet printing apparatus of the present invention is characterized by using the liquid jet apparatus.

本発明の体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の第1実施形態を示す概略構成正面図である。1 is a schematic front view showing a first embodiment of a liquid jet printing apparatus using a body jet device of the present invention. 図1の液体噴射型印刷装置に用いられる液体噴射ヘッド近傍の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the vicinity of a liquid jet head used in the liquid jet printing apparatus of FIG. 1. 図1の液体噴射型印刷装置の制御装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a control device of the liquid jet printing apparatus of FIG. 1. 各液体噴射ヘッド内のアクチュエータを駆動する駆動信号の説明図である。6 is an explanatory diagram of a drive signal for driving an actuator in each liquid ejecting head. FIG. スイッチングコントローラのブロック図である。It is a block diagram of a switching controller. アクチュエータの駆動回路の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the drive circuit of an actuator. 図6の変調回路のブロック図である。It is a block diagram of the modulation circuit of FIG. 図6のデジタル電力増幅回路のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of the digital power amplifier circuit of FIG. 6. 図6の平滑フィルタのブロック図である。It is a block diagram of the smoothing filter of FIG. 図6の補償器のブロック図である。It is a block diagram of the compensator of FIG. 図9の平滑フィルタの周波数特性の説明図である。It is explanatory drawing of the frequency characteristic of the smoothing filter of FIG. 変調回路、デジタル電力増幅回路、平滑フィルタ、アクチュエータ、補償器による閉ループの説明図である。It is explanatory drawing of the closed loop by a modulation circuit, a digital power amplifier circuit, a smoothing filter, an actuator, and a compensator. 補償器による閉ループの周波数特性補正の説明図である。It is explanatory drawing of frequency characteristic correction | amendment of the closed loop by a compensator. 本発明の体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の第2実施形態を示すアクチュエータ駆動回路のブロック図である。It is a block diagram of an actuator drive circuit showing a second embodiment of a liquid jet printing apparatus using the body jet device of the present invention. 図14のアクチュエータ駆動回路における閉ループの説明図である。It is explanatory drawing of the closed loop in the actuator drive circuit of FIG. 逆フィルタによる閉ループの周波数特性補正の説明図である。It is explanatory drawing of the frequency characteristic correction | amendment of the closed loop by an inverse filter.

次に、本発明の液体噴射装置の第1実施形態として、液体噴射型印刷装置に用いられたものについて説明する。
図1は、第1実施形態の液体噴射型印刷装置の概略構成図であり、図1において、印刷媒体1は、図の左から右に向けて矢印方向に搬送され、その搬送途中の印刷領域で印刷される、ラインヘッド型印刷装置である。
Next, as a first embodiment of the liquid ejecting apparatus of the present invention, a liquid ejecting type printing apparatus used will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the liquid jet printing apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, a print medium 1 is transported in the direction of an arrow from the left to the right in the figure, and a printing area in the middle of the transport It is a line head type printing apparatus printed by

図1中の符号2は、印刷媒体1の搬送ライン上方に設けられた複数の液体噴射ヘッドであり、印刷媒体搬送方向に2列になるように且つ印刷媒体搬送方向と交差する方向に並べて配設されて、夫々、ヘッド固定プレート11に固定されている。各液体噴射ヘッド2の最下面には、多数のノズルが形成されており、この面がノズル面と呼ばれている。ノズルは、図2に示すように、噴射する液体の色毎に、印刷媒体搬送方向と交差する方向に列状に配設されており、その列をノズル列と呼んだり、その列方向をノズル列方向と呼んだりする。そして、印刷媒体搬送方向と交差する方向に配設された全ての液体噴射ヘッド2のノズル列によって、印刷媒体1の搬送方向と交差する方向の幅全長に及ぶラインヘッドが形成されている。印刷媒体1は、これらの液体噴射ヘッド2のノズル面の下方を通過するときに、ノズル面に形成されている多数のノズルから液体が噴射され、印刷が行われる。   Reference numeral 2 in FIG. 1 denotes a plurality of liquid ejecting heads provided above the conveyance line of the print medium 1, arranged in two rows in the print medium conveyance direction and in a direction intersecting the print medium conveyance direction. And fixed to the head fixing plate 11, respectively. A large number of nozzles are formed on the lowermost surface of each liquid jet head 2, and this surface is called a nozzle surface. As shown in FIG. 2, the nozzles are arranged in rows in the direction intersecting the print medium conveyance direction for each color of the liquid to be ejected. The rows are called nozzle rows, or the row directions are nozzles. Sometimes called the row direction. A line head that extends over the entire length in the direction intersecting the transport direction of the print medium 1 is formed by the nozzle rows of all the liquid jet heads 2 arranged in the direction intersecting the print medium transport direction. When the print medium 1 passes below the nozzle surfaces of these liquid ejecting heads 2, printing is performed by ejecting liquid from a large number of nozzles formed on the nozzle surfaces.

液体噴射ヘッド2には、例えばイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色のインクなどの液体が、図示しない液体タンクから液体供給チューブを介して供給される。そして、液体噴射ヘッド2に形成されているノズルから同時に必要箇所に必要量の液体を噴射することにより、印刷媒体1上に微小なドットを形成する。これを各色毎に行うことにより、搬送部4で搬送される印刷媒体1を一度通過させるだけで、1パスによる印刷を行うことができる。   For example, liquid such as yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) ink is supplied to the liquid ejecting head 2 from a liquid tank (not shown) via a liquid supply tube. The Then, by ejecting a necessary amount of liquid from a nozzle formed in the liquid ejecting head 2 to a necessary portion at the same time, minute dots are formed on the print medium 1. By performing this for each color, printing by one pass can be performed only by passing the print medium 1 conveyed by the conveyance unit 4 once.

液体噴射ヘッド2のノズルから液体を噴射する方法としては、静電方式、ピエゾ方式、膜沸騰液体噴射方式などがあり、本実施形態ではピエゾ方式を用いた。ピエゾ方式は、アクチュエータである圧電素子に駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。そして、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することで液体の噴射量を調整することが可能となる。なお、本発明は、ピエゾ方式以外の液体噴射方法にも、同様に適用可能である。   As a method for ejecting the liquid from the nozzle of the liquid ejecting head 2, there are an electrostatic method, a piezo method, a film boiling liquid ejecting method, and the like. In this embodiment, the piezo method is used. In the piezo method, when a drive signal is given to a piezoelectric element that is an actuator, the diaphragm in the cavity is displaced to cause a pressure change in the cavity, and the liquid is ejected from the nozzle by the pressure change. The liquid ejection amount can be adjusted by adjusting the peak value of the drive signal and the voltage increase / decrease slope. Note that the present invention can be similarly applied to liquid ejection methods other than the piezo method.

液体噴射ヘッド2の下方には、印刷媒体1を搬送方向に搬送するための搬送部4が設けられている。搬送部4は、駆動ローラ8及び従動ローラ9に搬送ベルト6を巻回して構成され、駆動ローラ8には図示しない電動モータが接続されている。また、搬送ベルト6の内側には、当該搬送ベルト6の表面に印刷媒体1を吸着するための図示しない吸着装置が設けられている。この吸着装置には、例えば負圧によって印刷媒体1を搬送ベルト6に吸着する空気吸引装置や、静電気力で印刷媒体1を搬送ベルト6に吸着する静電吸着装置などが用いられる。従って、給紙ローラ5によって給紙部3から印刷媒体1を一枚だけ搬送ベルト6上に送給し、電動モータによって駆動ローラ8を回転駆動すると、搬送ベルト6が印刷媒体搬送方向に回転され、吸着装置によって搬送ベルト6に印刷媒体1が吸着されて搬送される。この印刷媒体1の搬送中に、液体噴射ヘッド2から液体を噴射して印刷を行う。印刷の終了した印刷媒体1は、搬送方向下流側の排紙部10に排紙される。なお、前記搬送ベルト6には、例えばリニアエンコーダなどで構成される印刷基準信号出力装置が取付けられている。この印刷基準信号出力装置は、搬送ベルト6とそれに吸着されて搬送される印刷媒体1とが同期して移動されることに着目し、印刷媒体1が搬送経路中の所定位置を通過した後は、搬送ベルト6の移動に伴って要求される印刷解像度相当のパルス信号を出力し、このパルス信号に応じて、後述する駆動回路から駆動信号をアクチュエータ22に出力することで印刷媒体1上の所定位置に所定の色の液体を噴射し、そのドットによって印刷媒体1上に所定の画像を描画する。   Below the liquid jet head 2, a transport unit 4 for transporting the print medium 1 in the transport direction is provided. The conveying unit 4 is configured by winding a conveying belt 6 around a driving roller 8 and a driven roller 9, and an electric motor (not shown) is connected to the driving roller 8. An adsorption device (not shown) for adsorbing the print medium 1 to the surface of the conveyance belt 6 is provided inside the conveyance belt 6. As this adsorption device, for example, an air suction device that adsorbs the print medium 1 to the conveyance belt 6 by negative pressure, an electrostatic adsorption device that adsorbs the print medium 1 to the conveyance belt 6 by electrostatic force, or the like is used. Accordingly, when only one sheet of the printing medium 1 is fed from the sheet feeding unit 3 to the conveying belt 6 by the sheet feeding roller 5 and the driving roller 8 is rotationally driven by the electric motor, the conveying belt 6 is rotated in the printing medium conveying direction. The print medium 1 is adsorbed to the conveyance belt 6 by the adsorption device and conveyed. While the printing medium 1 is being conveyed, printing is performed by ejecting liquid from the liquid ejecting head 2. The print medium 1 that has finished printing is discharged to the paper discharge unit 10 on the downstream side in the transport direction. The transport belt 6 is attached with a printing reference signal output device composed of, for example, a linear encoder. This printing reference signal output device pays attention to the fact that the transport belt 6 and the print medium 1 that is attracted and transported by the transport belt 6 are moved synchronously, and after the print medium 1 passes through a predetermined position in the transport path. A pulse signal corresponding to the printing resolution required in accordance with the movement of the conveying belt 6 is output, and a drive signal is output from the drive circuit described later to the actuator 22 in accordance with the pulse signal, whereby a predetermined signal on the print medium 1 is output. A liquid of a predetermined color is ejected to the position, and a predetermined image is drawn on the print medium 1 by the dots.

本実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置内には、液体噴射型印刷装置を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、図3に示すように、ホストコンピュータ60から入力された印刷データ読込むための入力インタフェース61と、この入力インタフェース61から入力された印刷データに基づいて印刷処理等の演算処理を実行するマイクロコンピュータで構成される制御部62と、前記給紙ローラ5に接続されている給紙ローラモータ17を駆動制御する給紙ローラモータドライバ63と、液体噴射ヘッド2を駆動制御するヘッドドライバ65と、前記駆動ローラ8に接続されている電動モータ7を駆動制御する電動モータドライバ66と、給紙ローラモータドライバ63、ヘッドドライバ65、電動モータドライバ66と給紙ローラモータ17、液体噴射ヘッド2、電動モータ7とを接続するインタフェース67とを備えて構成される。   A control device for controlling the liquid jet printing apparatus is provided in the liquid jet printing apparatus using the liquid jet apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the control device executes an input interface 61 for reading print data input from the host computer 60, and arithmetic processing such as print processing based on the print data input from the input interface 61. A control unit 62 constituted by a microcomputer, a paper feed roller motor driver 63 for driving and controlling the paper feed roller motor 17 connected to the paper feed roller 5, and a head driver 65 for driving and controlling the liquid ejecting head 2 An electric motor driver 66 for driving and controlling the electric motor 7 connected to the drive roller 8, a paper feed roller motor driver 63, a head driver 65, an electric motor driver 66 and a paper feed roller motor 17, the liquid ejecting head 2, An interface 67 for connecting the electric motor 7 is provided.

制御部62は、印刷処理等の各種処理を実行するCPU(Central Processing Unit)62aと、入力インタフェース61を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のプログラムを一時的に展開するRAM(Random Access Memory)62cと、CPU62aで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるROM(Read-Only Memory)62dを備えている。この制御部62は、入力インタフェース61を介してホストコンピュータ60から印刷データ(画像データ)を入手すると、CPU62aが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルから液体を噴射するか或いはどの程度の液体を噴射するかというノズル選択データ(駆動パルス選択データ)を算出し、この印刷データや駆動パルス選択データ及び各種センサからの入力データに基づいて、給紙ローラモータドライバ63、ヘッドドライバ65、電動モータドライバ66に駆動信号及び制御信号を出力する。これらの駆動信号及び制御信号により、給紙ローラモータ17、電動モータ7、液体噴射ヘッド2内のアクチュエータ22などが夫々作動して、印刷媒体1の給紙及び搬送及び排紙、並びに印刷媒体1への印刷処理が実行される。なお、制御部62内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。   The control unit 62 temporarily stores a CPU (Central Processing Unit) 62a that executes various processes such as a print process, and print data input through the input interface 61 or various data when the print data print process is executed. A random access memory (RAM) 62c that temporarily stores a program such as a print process or a nonvolatile semiconductor memory that stores a control program executed by the CPU 62a. ) 62d. When the control unit 62 obtains print data (image data) from the host computer 60 via the input interface 61, the CPU 62a executes a predetermined process on the print data, and from which nozzle the liquid is ejected. Alternatively, nozzle selection data (drive pulse selection data) indicating how much liquid is to be ejected is calculated, and based on the print data, drive pulse selection data, and input data from various sensors, the paper feed roller motor driver 63, the head A drive signal and a control signal are output to the driver 65 and the electric motor driver 66. By these drive signals and control signals, the paper feed roller motor 17, the electric motor 7, the actuator 22 in the liquid ejecting head 2, etc. are actuated to feed, convey and discharge the print medium 1, and the print medium 1. The printing process is executed. Each component in the control unit 62 is electrically connected through a bus (not shown).

図4には、本実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の制御装置から液体噴射ヘッド2に供給され、圧電素子からなるアクチュエータ22を駆動するための駆動信号COMの一例を示す。本実施形態では、中間電圧を中心に電圧が変化する信号とした。この駆動信号COMは、アクチュエータ22を駆動して液体を噴射する単位駆動信号としての駆動パルスPCOMを時系列的に接続したものであり、駆動パルスPCOMの立上がり部分がノズルに連通するキャビティ(圧力室)の容積を拡大して液体を引込む(液体の噴射面を考えればメニスカスを引き込むとも言える)段階であり、駆動パルスPCOMの立下がり部分がキャビティの容積を縮小して液体を押出す(液体の噴射面を考えればメニスカスを押出すとも言える)段階であり、液体を押出した結果、液体がノズルから噴射される。   FIG. 4 shows an example of a drive signal COM that is supplied to the liquid ejecting head 2 from the control device of the liquid ejecting type printing apparatus using the liquid ejecting apparatus according to the present embodiment and drives the actuator 22 made of a piezoelectric element. . In the present embodiment, a signal whose voltage changes centering on the intermediate voltage is used. This drive signal COM is a time series connection of drive pulses PCOM as unit drive signals for driving the actuator 22 to eject liquid, and a cavity (pressure chamber) in which the rising portion of the drive pulse PCOM communicates with the nozzle. ) Is expanded and the liquid is drawn in (it can be said that the meniscus is drawn in considering the liquid ejection surface), and the falling portion of the drive pulse PCOM reduces the volume of the cavity to push out the liquid (the liquid Considering the ejection surface, it can be said that the meniscus is extruded). As a result of the liquid being extruded, the liquid is ejected from the nozzle.

この電圧台形波からなる駆動パルスPCOMの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、液体の引込量や引込速度、液体の押出量や押出速度を変化させることができ、これにより液体の噴射量を変化させて異なる大きさのドットを得ることができる。従って、複数の駆動パルスPCOMを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動パルスPCOMを選択してアクチュエータ22に供給し、液体を噴射したり、複数の駆動パルスPCOMを選択してアクチュエータ22に供給し、液体を複数回噴射したりすることで種々の大きさのドットを得ることができる。即ち、液体が乾かないうちに複数の液体を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液体を噴射するのと同じことになり、ドットの大きさを大きくすることができるのである。このような技術の組合せによって多階調化を図ることが可能となる。なお、図4の左端の駆動パルスPCOM1は、液体を引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、液体を噴射せずに、ノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。   By variously changing the voltage increase / decrease slope and peak value of the drive pulse PCOM consisting of this voltage trapezoidal wave, it is possible to change the amount of liquid drawn in, the speed of drawing in, the amount of liquid pushed out, and the speed of extrusion. Different sizes of dots can be obtained by changing the ejection amount. Therefore, even when a plurality of drive pulses PCOM are connected in time series, a single drive pulse PCOM is selected and supplied to the actuator 22 to eject liquid or select a plurality of drive pulses PCOM to select the actuator. It is possible to obtain dots of various sizes by supplying the liquid 22 and ejecting the liquid a plurality of times. That is, if a plurality of liquids are landed at the same position before the liquid is dried, it is substantially the same as ejecting a large liquid, and the size of the dots can be increased. By combining such techniques, it is possible to increase the number of gradations. Note that the driving pulse PCOM1 at the left end in FIG. This is called microvibration and is used to suppress or prevent the increase in the viscosity of the nozzle without ejecting liquid.

液体噴射ヘッド2には、前記駆動信号COMの他、前記図3の制御装置から制御信号として、印刷データに基づいて噴射するノズルを選択すると共に圧電素子などのアクチュエータ22の駆動信号COMへの接続タイミングを決定する駆動パルス選択データSI&SP、全ノズルにノズル選択データが入力された後に、駆動パルス選択データSI&SPに基づいて駆動信号COMと液体噴射ヘッド2のアクチュエータ22とを接続させるラッチ信号LAT及びチャンネル信号CH、駆動パルス選択データSI&SPをシリアル信号として液体噴射ヘッド2に送信するためのクロック信号SCKが入力されている。なお、これ以後、アクチュエータ22を駆動する駆動信号の最小単位を駆動パルスPCOMとし、駆動パルスPCOMが時系列的に連結された信号全体を駆動信号COMと記す。即ち、ラッチ信号LATで一連の駆動信号COMが出力され始め、チャンネル信号CH毎に駆動パルスPCOMが出力されることになる。また、駆動パルス選択データSI&SPのうち、駆動パルス選択特定データSIは、前述した駆動パルスPCOMのうち、どの駆動パルスPCOMを選択するかを示す2bitのデータであり、SPは、選択された駆動パルスPCOMのタイミングに合わせて後述の選択スイッチをオンオフ制御するための16bitの選択スイッチ制御データである。   In addition to the drive signal COM, the liquid ejection head 2 selects a nozzle to be ejected based on print data as a control signal from the control device of FIG. 3 and connects to the drive signal COM of an actuator 22 such as a piezoelectric element. Drive pulse selection data SI & SP for determining timing, latch signal LAT and channel for connecting the drive signal COM and the actuator 22 of the liquid ejecting head 2 based on the drive pulse selection data SI & SP after nozzle selection data is input to all nozzles A clock signal SCK for transmitting the signal CH and the drive pulse selection data SI & SP to the liquid jet head 2 as a serial signal is input. Hereinafter, the minimum unit of the drive signal for driving the actuator 22 is referred to as a drive pulse PCOM, and the entire signal in which the drive pulses PCOM are connected in time series is referred to as a drive signal COM. That is, a series of drive signals COM starts to be output in response to the latch signal LAT, and a drive pulse PCOM is output for each channel signal CH. Of the drive pulse selection data SI & SP, the drive pulse selection specific data SI is 2-bit data indicating which drive pulse PCOM is selected from the drive pulses PCOM described above, and SP is the selected drive pulse. This is 16-bit selection switch control data for on / off control of a selection switch described later in accordance with the timing of PCOM.

図5には、駆動信号COM(駆動パルスPCOM)をアクチュエータ22に供給するために液体噴射ヘッド2内に構築されたスイッチングコントローラの具体的な構成を示す。このスイッチングコントローラは、液体を噴射させるノズルに対応した圧電素子などのアクチュエータ22を指定するための駆動パルス選択データSI&SPを保存するレジスタ211と、レジスタ211のデータを一時的に保存するラッチ回路212と、ラッチ回路212の出力をレベル変換して選択スイッチ201に供給することにより、駆動信号COM(駆動パルスPCOM)をピエゾ素子などのアクチュエータ22に接続するレベルシフタ213を備えて構成されている。   FIG. 5 shows a specific configuration of a switching controller built in the liquid ejecting head 2 in order to supply the drive signal COM (drive pulse PCOM) to the actuator 22. This switching controller includes a register 211 that stores drive pulse selection data SI & SP for designating an actuator 22 such as a piezoelectric element corresponding to a nozzle that ejects liquid, and a latch circuit 212 that temporarily stores data in the register 211. The level shifter 213 connects the drive signal COM (drive pulse PCOM) to the actuator 22 such as a piezo element by converting the level of the output of the latch circuit 212 and supplying the output to the selection switch 201.

レジスタ211には、クロック信号SCKの入力パルスに応じて駆動パルス選択データ信号SI&SPが入力され、そのうちの選択スイッチ制御データSPが所定のアドレスに記憶される。ラッチ回路212は、全アクチュエータ数分の選択スイッチ制御データSPがレジスタ211に格納された後、入力されるラッチ信号LATによってレジスタ211の各出力信号をラッチする。ラッチ回路212に保存された信号は、レベルシフタ213によって次段の選択スイッチ201をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号COM(駆動パルスPCOM)が、ラッチ回路212の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ201の動作電圧範囲も高く設定されているためである。従って、レベルシフタ213によって選択スイッチ201が閉じられる圧電素子などのアクチュエータ22は駆動パルス選択データSI&SP(選択スイッチ制御データSP)の接続タイミングで駆動信号COM(駆動パルスPCOM)に接続される。また、レジスタ211の駆動パルス選択データSI&SP(選択スイッチ制御データSP)がラッチ回路212に保存された後、次の印刷情報をレジスタ211に入力し、液体の噴射タイミングに合わせてラッチ回路212の保存データを順次更新する。なお、図中の符号HGNDは、圧電素子などのアクチュエータ22のグランド端である。また、この選択スイッチ201により、圧電素子などのアクチュエータ22を駆動信号COM(駆動パルスPCOM)から切り離した後も、当該アクチュエータ22の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。   The register 211 receives the drive pulse selection data signal SI & SP in accordance with the input pulse of the clock signal SCK, and the selection switch control data SP among them is stored at a predetermined address. The latch circuit 212 latches each output signal of the register 211 by the input latch signal LAT after the selection switch control data SP for the total number of actuators is stored in the register 211. The signal stored in the latch circuit 212 is converted by the level shifter 213 to a voltage level at which the selection switch 201 at the next stage can be turned on / off. This is because the drive signal COM (drive pulse PCOM) is higher than the output voltage of the latch circuit 212, and the operating voltage range of the selection switch 201 is set higher accordingly. Therefore, the actuator 22 such as a piezoelectric element whose selection switch 201 is closed by the level shifter 213 is connected to the drive signal COM (drive pulse PCOM) at the connection timing of the drive pulse selection data SI & SP (selection switch control data SP). Further, after the drive pulse selection data SI & SP (selection switch control data SP) of the register 211 is stored in the latch circuit 212, the next print information is input to the register 211, and stored in the latch circuit 212 in accordance with the liquid ejection timing. Update data sequentially. In addition, the code | symbol HGND in a figure is a ground end of actuators 22, such as a piezoelectric element. Further, even after the actuator 22 such as a piezoelectric element is disconnected from the drive signal COM (drive pulse PCOM) by the selection switch 201, the input voltage of the actuator 22 is maintained at the voltage just before the disconnection.

図6には、アクチュエータ22の駆動回路の概略構成を示す。このアクチュエータ駆動回路は、前記制御回路内の制御部62及びヘッドドライバ65内に構築されている。本実施形態の駆動回路は、予め記憶されている駆動波形データDWCOMに基づいて、駆動信号COM(駆動パルスPCOM)の元、つまりアクチュエータ22の駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号WCOMを生成する駆動波形信号発生回路25と、駆動波形信号発生回路25で生成された駆動波形信号WCOMと後述する補償器からの負帰還信号との差分、具体的には駆動波形信号WCOMから負帰還信号を減じた差分信号WCOMdefを出力する減算器としての加減算器31と、加減算器31からの差分信号WCOMdefをパルス変調して変調信号PWMを出力する変調回路26と、変調回路26からの変調信号PWMを電力増幅して電力増幅変調信号APWMを出力するデジタル電力増幅回路28と、デジタル電力増幅回路28からの電力増幅変調信号APWMを平滑化して、駆動信号COMとして出力する平滑フィルタ29と、駆動信号COMの位相を進めて負帰還信号CPSTを出力する補償器32とを備えて構成される。   FIG. 6 shows a schematic configuration of the drive circuit of the actuator 22. This actuator drive circuit is constructed in the control unit 62 and the head driver 65 in the control circuit. The drive circuit according to the present embodiment generates a drive waveform signal WCOM serving as a reference of a signal for controlling the drive of the actuator 22 based on the drive waveform data DWCOM stored in advance, that is, based on the drive signal COM (drive pulse PCOM). Drive waveform signal generation circuit 25 to be generated, a difference between the drive waveform signal WCOM generated by the drive waveform signal generation circuit 25 and a negative feedback signal from a compensator described later, specifically, a negative feedback signal from the drive waveform signal WCOM An adder / subtractor 31 as a subtractor that outputs a difference signal WCOMdef obtained by subtracting the signal, a modulation circuit 26 that outputs a modulation signal PWM by pulse-modulating the difference signal WCOMdef from the adder / subtractor 31, and a modulation signal PWM from the modulation circuit 26 A digital power amplification circuit 28 that amplifies the power of the signal and outputs a power amplification modulation signal APWM, and a digital power amplification A smoothing filter 29 that smoothes the power amplification modulation signal APWM from the path 28 and outputs it as the drive signal COM, and a compensator 32 that advances the phase of the drive signal COM and outputs the negative feedback signal CPST. .

駆動波形信号発生回路25は、波形メモリから読出した駆動波形データDWCOMを所定サンプリング周期分ホールド出力する。
駆動波形信号WCOMをパルス変調する変調回路26には、図7に示すように、周知のパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)回路を用いた。パルス幅変調は、所定周波数の三角波信号を出力する三角波発振器34と、三角波信号と駆動波形信号WCOMを比較し、例えば駆動波形信号WCOMが三角波信号より大きいときにオンデューティとなるパルスデューティの変調信号PWMを出力する比較部35とを備えて構成される。
なお、前記駆動波形信号発生回路25も、減算器である加減算器31も、変調回路26も、プログラムによる演算処理によって構成することができる。また、変調回路26には、この他にパルス密度変調(PDM)回路などの周知のパルス変調回路を用いることができる。
The drive waveform signal generation circuit 25 holds and outputs the drive waveform data DWCOM read from the waveform memory for a predetermined sampling period.
As the modulation circuit 26 that performs pulse modulation of the drive waveform signal WCOM, as shown in FIG. 7, a known pulse width modulation (PWM) circuit is used. In the pulse width modulation, the triangular wave oscillator 34 that outputs a triangular wave signal having a predetermined frequency is compared with the triangular wave signal and the drive waveform signal WCOM. And a comparator 35 that outputs PWM.
The drive waveform signal generation circuit 25, the adder / subtractor 31 as a subtractor, and the modulation circuit 26 can be configured by arithmetic processing by a program. The modulation circuit 26 may be a known pulse modulation circuit such as a pulse density modulation (PDM) circuit.

デジタル電力増幅回路28は、図8に示すように、実質的に電力を増幅するためのハイサイド側スイッチング素子Q1及びローサイド側スイッチング素子Q2からなるハーフブリッジ出力段21と、変調回路26からの変調信号PWMに基づいて、ハイサイド側スイッチング素子Q1、ローサイド側スイッチング素子Q2のゲート−ソース間信号GH、GLを調整するためのゲートドライブ回路30とを備えて構成されている。デジタル電力増幅回路28では、変調信号がハイレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Q1のゲート−ソース間信号GHはハイレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Q2のゲート−ソース間信号GLはローレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Q1はオン状態となり、ローサイド側スイッチング素子Q2はオフ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段21の出力電圧Vaは、供給電圧VDDとなる。一方、変調信号がローレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Q1のゲート−ソース間信号GHはローレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Q2のゲート−ソース間信号GLはハイレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Q1はオフ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Q2はオン状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段21の出力電圧Vaは0となる。   As shown in FIG. 8, the digital power amplifier circuit 28 includes a half-bridge output stage 21 composed of a high-side switching element Q1 and a low-side switching element Q2 for substantially amplifying power, and a modulation from the modulation circuit 26. A gate drive circuit 30 is provided for adjusting the gate-source signals GH and GL of the high-side switching element Q1 and the low-side switching element Q2 based on the signal PWM. In the digital power amplifier circuit 28, when the modulation signal is at a high level, the gate-source signal GH of the high-side switching element Q1 is at a high level, and the gate-source signal GL of the low-side switching element Q2 is at a low level. Therefore, the high-side switching element Q1 is turned on and the low-side switching element Q2 is turned off. As a result, the output voltage Va of the half bridge output stage 21 becomes the supply voltage VDD. On the other hand, when the modulation signal is at a low level, the gate-source signal GH of the high-side switching element Q1 is at a low level, and the gate-source signal GL of the low-side switching element Q2 is at a high level. The side switching element Q1 is turned off and the low side switching element Q2 is turned on. As a result, the output voltage Va of the half-bridge output stage 21 becomes zero.

このようにハイサイドスイッチング素子Q1及びローサイド側スイッチング素子Q2がデジタル駆動される場合には、オン状態のスイッチング素子に電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、損失は殆ど発生しない。また、オフ状態のスイッチング素子には電流が流れないので損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅回路28の損失そのものは極めて小さく、小型のMOSFET等のスイッチング素子を使用することができる。   When the high-side switching element Q1 and the low-side switching element Q2 are digitally driven in this way, a current flows through the on-state switching element, but the resistance value between the drain and source is very small, and almost no loss occurs. do not do. Further, since no current flows through the switching element in the off state, no loss occurs. Accordingly, the loss itself of the digital power amplifier circuit 28 is extremely small, and a switching element such as a small MOSFET can be used.

平滑フィルタ29には、図9に示すように、1つのコンデンサCと1つのコイルLからなる2次のローパスフィルタを用いた。この平滑フィルタ29によって、前記変調回路26で生じた変調周波数、即ちパルス変調の周波数成分を減衰して除去し、前記選択スイッチ201を介してアクチュエータ22に駆動信号COMを出力する。
補償器32は、図10に示すように、1つのコンデンサC1と1つの抵抗Rから構成され、駆動信号COMの位相を進めて負帰還信号CPSTを出力するハイパスフィルタで構成される。なお、この補償器32の抵抗Rを大きな抵抗値のものとすることで、抵抗Rに流れる電流値を小さくすることができ、電力損失を低減することができる。
As the smoothing filter 29, a secondary low-pass filter including one capacitor C and one coil L was used as shown in FIG. The smoothing filter 29 attenuates and removes the modulation frequency generated by the modulation circuit 26, that is, the frequency component of pulse modulation, and outputs a drive signal COM to the actuator 22 via the selection switch 201.
As shown in FIG. 10, the compensator 32 includes a single capacitor C1 and a single resistor R, and includes a high-pass filter that advances the phase of the drive signal COM and outputs a negative feedback signal CPST. Note that by making the resistor R of the compensator 32 have a large resistance value, the value of the current flowing through the resistor R can be reduced, and the power loss can be reduced.

ダンピング抵抗を持たない第1実施形態の平滑フィルタ29の周波数特性は、図11に実線で示すように、ローパスフィルタの減衰開始周波数近傍で共振が生じる。このようなゲインの変動は、勿論、望ましいものではなく、減衰開始周波数までゲインが一定な、図11に二点鎖線で示すような周波数特性が理想である。オーディオの分野などでは、浮遊抵抗などの影響で、ダンピング抵抗を加えなくても理想的な周波数特性が得られることもあるが、圧電素子などの容量性負荷からなる第1実施形態のアクチュエータ22には抵抗成分がないので、平滑フィルタ29自体で、二点鎖線に示すような周波数特性を達成するためにはダンピング抵抗が不可欠となり、このダンピング抵抗により電力損失が大きくなってしまう。   In the frequency characteristic of the smoothing filter 29 of the first embodiment having no damping resistance, resonance occurs in the vicinity of the attenuation start frequency of the low-pass filter, as shown by a solid line in FIG. Of course, such a fluctuation in gain is not desirable, and a frequency characteristic as indicated by a two-dot chain line in FIG. 11 where the gain is constant up to the attenuation start frequency is ideal. In the audio field and the like, an ideal frequency characteristic may be obtained without adding a damping resistor due to the influence of floating resistance, but the actuator 22 according to the first embodiment including a capacitive load such as a piezoelectric element may be used. Since there is no resistance component, a damping resistance is indispensable in order to achieve the frequency characteristics as shown by the two-dot chain line by the smoothing filter 29 itself, and the power loss increases due to this damping resistance.

第1実施形態のアクチュエータ駆動回路のうち、加減算器31、変調回路26、デジタル電力増幅回路28、平滑フィルタ29(実質的には、平滑フィルタ29内のコンデンサCに、圧電素子などの容量性負荷からなるアクチュエータ22の静電容量が並列に接続される)、及び補償器32による閉ループは、図12のように表れる。変調回路26、デジタル電力増幅回路28、平滑フィルタ29(駆動されるアクチュエータ22の静電容量を含む)からなる駆動信号出力系のゲインをA、伝達特性をHとすると、前述した共振を有する周波数特性は、図13に示すように、AHと表れる。一方、補償器32の伝達特性をβとすると、図12に示す閉ループの伝達特性Gは下記1式で表れる。   Of the actuator drive circuit of the first embodiment, the adder / subtractor 31, the modulation circuit 26, the digital power amplifier circuit 28, the smoothing filter 29 (substantially, a capacitive load such as a piezoelectric element is added to the capacitor C in the smoothing filter 29). 12) and the closed loop by the compensator 32 appear as shown in FIG. A frequency having the above-described resonance, where A is a gain of a drive signal output system including a modulation circuit 26, a digital power amplifier circuit 28, and a smoothing filter 29 (including the capacitance of the driven actuator 22) and H is a transfer characteristic. The characteristic appears as AH as shown in FIG. On the other hand, when the transfer characteristic of the compensator 32 is β, the closed loop transfer characteristic G shown in FIG.

Figure 2016005560
Figure 2016005560

従って、この閉ループの伝達特性Gが、図13に二点鎖線で示すように、所定の減衰開始周波数まで一定となるように、補償器32の伝達特性βを設定すればよい。具体的には、例えば1式の1/(A・H)は図に破線のように表れるので、補償器32の伝達特性βを実線のように設定し、β+1/(A・H)が図の一点鎖線のようになれば、閉ループの伝達関数Gが二点鎖線のように設定できる。なお、前述したように、補償器32の抵抗Rに流れる電流によって電力損失が発生するが、この抵抗Rの抵抗値を大きくすることで電流値を小さくすることができ、もって電力損失を抑制することができる。   Accordingly, the transfer characteristic β of the compensator 32 may be set so that the closed-loop transfer characteristic G is constant up to a predetermined attenuation start frequency, as indicated by a two-dot chain line in FIG. Specifically, for example, 1 / (A · H) of the equation 1 appears as a broken line in the figure. Therefore, the transfer characteristic β of the compensator 32 is set as a solid line, and β + 1 / (A · H) is If it becomes like a one-dot chain line, the closed loop transfer function G can be set like a two-dot chain line. As described above, a power loss occurs due to the current flowing through the resistor R of the compensator 32. By increasing the resistance value of the resistor R, the current value can be reduced, thereby suppressing the power loss. be able to.

このように第1実施形態の液体噴射装置では、駆動波形信号発生回路25で駆動波形信号WCOMを発生し、駆動波形信号発生回路25からの信号を変調回路26でパルス変調し、その変調信号PWMをデジタル電力増幅回路28で電力増幅し、その電力増幅変調信号APWMを平滑フィルタ29で平滑化してアクチュエータ22の駆動信号COM(駆動パルスPCOM)とするにあたり、補償器32で駆動信号COM(駆動パルスPCOM)の位相を進めて負帰還信号CPSTとし、減算器である加減算器31で駆動波形信号WCOMと負帰還信号CPSTとの差分信号WCOMdefを変調回路26への入力信号とすることとしたため、平滑フィルタ29にダンピング抵抗を用いないときの共振特性を負帰還信号CPSTによって補償することができるので、ダンピング抵抗が不要となり、電力損失を低減することが可能となる。   As described above, in the liquid ejecting apparatus according to the first embodiment, the drive waveform signal generation circuit 25 generates the drive waveform signal WCOM, the signal from the drive waveform signal generation circuit 25 is pulse-modulated by the modulation circuit 26, and the modulation signal PWM is generated. Is amplified by the digital power amplification circuit 28, and the power amplification modulation signal APWM is smoothed by the smoothing filter 29 to be used as the drive signal COM (drive pulse PCOM) of the actuator 22. The compensator 32 drives the drive signal COM (drive pulse). PCOM) is advanced to a negative feedback signal CPST, and the adder / subtractor 31 as a subtractor uses the difference signal WCOMdef between the drive waveform signal WCOM and the negative feedback signal CPST as an input signal to the modulation circuit 26. Resonance characteristics when no damping resistor is used for the filter 29 are compensated by the negative feedback signal CPST. It is possible, damping resistor is not required, it is possible to reduce the power loss.

次に、本発明の液体噴射装置の第2実施形態について説明する。本実施形態の液体噴射装置は、前記第1実施形態と同様に、液体噴射型印刷装置に適用されたものであり、その概略構成、液体噴射ヘッド近傍、制御装置、駆動信号、スイッチングコントローラは、前記第1実施形態と同様である。よって以降の説明では、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。第2実施形態では、駆動波形信号発生回路25と加減算器31との間に逆フィルタ23が介装されている。この逆フィルタ23は、内部に制御部を備え、駆動されるアクチュエータ22の数に応じて、自身の周波数特性を制御することができる。なお、逆フィルタ23は、プログラムによる演算処理によって構築することができる。従って、制御部を含む逆フィルタ23を、前記制御回路中の制御部62内に構築することもできる。つまり、駆動波形信号発生回路25から変調回路26までは、全てデジタル化することができる。
第2実施形態におけるアクチュエータ駆動回路のうち、加減算器31、変調回路26、デジタル電力増幅回路28、平滑フィルタ29、アクチュエータ22の静電容量、及び補償器32による閉ループを図15に示す。逆フィルタ23の伝達特性をcとする。逆フィルタ23を含む系全体の伝達特性G0は、下記2式で表れる。
Next, a second embodiment of the liquid ejecting apparatus of the invention will be described. The liquid ejecting apparatus of the present embodiment is applied to the liquid ejecting printing apparatus as in the first embodiment. The schematic configuration, the vicinity of the liquid ejecting head, the control device, the drive signal, and the switching controller are as follows. The same as in the first embodiment. Therefore, in the following description, the same code | symbol is attached | subjected about the structure same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted. In the second embodiment, an inverse filter 23 is interposed between the drive waveform signal generation circuit 25 and the adder / subtractor 31. The inverse filter 23 includes a control unit inside, and can control its own frequency characteristics according to the number of actuators 22 to be driven. The inverse filter 23 can be constructed by a calculation process by a program. Therefore, the inverse filter 23 including the control unit can be constructed in the control unit 62 in the control circuit. That is, the drive waveform signal generation circuit 25 to the modulation circuit 26 can all be digitized.
FIG. 15 shows a closed loop of the adder / subtractor 31, the modulation circuit 26, the digital power amplifier circuit 28, the smoothing filter 29, the capacitance of the actuator 22, and the compensator 32 in the actuator drive circuit according to the second embodiment. Let c be the transfer characteristic of the inverse filter 23. The transfer characteristic G0 of the entire system including the inverse filter 23 is expressed by the following two expressions.

Figure 2016005560
Figure 2016005560

例えば国際公開公報WO2007/083669に記載されるように、駆動されるアクチュエータ22の数が変化すると、閉ループの周波数特性が変化する。図16に、その特徴を示す。この場合は、前述したように、補償器32からの負帰還信号CPSTによって閉ループの共振は抑制されるので、減衰開始周波数が変化するように周波数特性が変化し、駆動するアクチュエータ22の数が大きいほど(負荷が大きいほど)減衰開始周波数が低くなる。   For example, as described in International Publication No. WO2007 / 083669, when the number of actuators 22 to be driven changes, the frequency characteristics of the closed loop change. FIG. 16 shows the features. In this case, as described above, the closed-loop resonance is suppressed by the negative feedback signal CPST from the compensator 32. Therefore, the frequency characteristics change so that the attenuation start frequency changes, and the number of actuators 22 to be driven is large. As the load increases, the attenuation start frequency decreases.

そこで、逆フィルタ23の特性として、図16に破線で示すように、高周波数帯域が強調される、所謂ハイパスフィルタを用い、アクチュエータ22の数が大きいとき(負荷が大きいとき)の減衰開始周波数を高くすればよい。駆動されるアクチュエータ22の数は、駆動パルス選択データSI&SPから求めることができるので、例えば逆フィルタ23がハイパスフィルタである場合、駆動されるアクチュエータ22の数に応じてハイパスフィルタのゲインを制御すれば、所定の周波数領域で閉ループのゲインを一定にすることができ、これにより平滑フィルタ29に必要な減衰開始周波数を一定に保持することができる。   Therefore, as a characteristic of the inverse filter 23, as shown by a broken line in FIG. 16, a so-called high-pass filter in which a high frequency band is emphasized is used, and an attenuation start frequency when the number of actuators 22 is large (when the load is large) is used. You can make it higher. Since the number of actuators 22 to be driven can be obtained from the drive pulse selection data SI & SP, for example, when the inverse filter 23 is a high-pass filter, if the gain of the high-pass filter is controlled according to the number of actuators 22 to be driven. The gain of the closed loop can be made constant in a predetermined frequency region, and thereby the attenuation start frequency necessary for the smoothing filter 29 can be kept constant.

このように第2実施形態の液体噴射装置では、駆動されるアクチュエータ22の数に応じて変化する、変調回路26、デジタル電力増幅回路28、平滑フィルタ29、アクチュエータ22の静電容量、及び補償器32で構成される閉ループの周波数特性を、逆フィルタ23により、所定の周波数領域で一定となるように補正することにより、駆動信号の精度を確保することができる。
なお、前記実施形態では、本発明の液体噴射装置をラインヘッド型の液体噴射型印刷装置に用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の液体噴射装置は、マルチパス型の液体噴射型印刷装置にも同様に適用可能である。
As described above, in the liquid ejecting apparatus according to the second embodiment, the modulation circuit 26, the digital power amplification circuit 28, the smoothing filter 29, the capacitance of the actuator 22, and the compensator, which change according to the number of actuators 22 to be driven. The accuracy of the drive signal can be ensured by correcting the frequency characteristic of the closed loop composed of 32 so as to be constant in a predetermined frequency region by the inverse filter 23.
In the above embodiment, only the case where the liquid ejecting apparatus of the present invention is used in a line head type liquid ejecting printing apparatus has been described in detail. However, the liquid ejecting apparatus of the present invention is a multi-pass liquid ejecting type printing apparatus. The same applies to the apparatus.

また、本発明の液体噴射装置は、インク以外の他の液体(液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む)や液体以外の流体(流体として流して噴射できる固体など)を噴射する液体噴射装置に具体化することもできる。例えば、液晶ディスプレイ、EL(エレクトロルミネッサンス)ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体を噴射する液状体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられて試料となる液体を噴射する液体噴射装置であってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液を噴射する液体噴射装置、ジェルを噴射する流状体噴射装置、トナーなどの粉体を例とする固体を噴射する流体噴射式記録装置であってもよい。さらに、水や食塩水等の液体をパルス状に噴射して生体組織を切開または切除する手術具としての液体噴射装置であってもよい。そして、これらのうち何れか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。   In addition, the liquid ejecting apparatus of the present invention may be a liquid other than ink (including a liquid material in which particles of functional material are dispersed and a fluid such as a gel) and a fluid other than a liquid (fluid) It is also possible to embody a liquid ejecting apparatus that ejects a solid that can be ejected as For example, a liquid material ejecting apparatus that ejects a liquid material that contains materials such as electrode materials and color materials used in the manufacture of liquid crystal displays, EL (electroluminescence) displays, surface-emitting displays, color filters, and the like in a dispersed or dissolved form. Further, it may be a liquid ejecting apparatus that ejects a bio-organic matter used for biochip manufacturing, or a liquid ejecting apparatus that ejects a liquid that is used as a precision pipette and serves as a sample. In addition, transparent resin liquids such as UV curable resins for forming liquid injection devices that inject lubricating oil onto precision machines such as watches and cameras, micro hemispherical lenses (optical lenses) used in optical communication elements, etc. Examples include a liquid ejecting apparatus that ejects a liquid onto a substrate, a liquid ejecting apparatus that ejects an etching solution such as acid or alkali to etch the substrate, a fluid ejecting apparatus that ejects a gel, and a powder such as toner. It may be a fluid ejection recording apparatus that ejects a solid. Furthermore, it may be a liquid ejecting apparatus as a surgical tool for incising or excising a living tissue by ejecting a liquid such as water or saline in pulses. The present invention can be applied to any one of these injection devices.

1は印刷媒体、2は液体噴射ヘッド、3は給紙部、4は搬送部、5は給紙ローラ、6は搬送ベルト、7は電動モータ、8は駆動ローラ、9は従動ローラ、10は排紙部、11はヘッド固定プレート、21はハーフブリッジ出力段、22はアクチュエータ、23は逆フィルタ、25は駆動波形信号発生回路、26は変調回路、28はデジタル電力増幅回路、29は平滑フィルタ、30はゲートドライブ回路、31は加減算器、32は補償器、34は三角波発振器、35は比較部、62は制御部、65はヘッドドライバ。   1 is a print medium, 2 is a liquid ejecting head, 3 is a paper feed unit, 4 is a transport unit, 5 is a paper feed roller, 6 is a transport belt, 7 is an electric motor, 8 is a drive roller, 9 is a driven roller, 10 is A paper discharge unit, 11 is a head fixing plate, 21 is a half-bridge output stage, 22 is an actuator, 23 is an inverse filter, 25 is a drive waveform signal generation circuit, 26 is a modulation circuit, 28 is a digital power amplification circuit, and 29 is a smoothing filter , 30 is a gate drive circuit, 31 is an adder / subtractor, 32 is a compensator, 34 is a triangular wave oscillator, 35 is a comparison unit, 62 is a control unit, and 65 is a head driver.

Claims (7)

液体を噴射するノズルと連通するキャビティと、
駆動信号に基づき前記キャビティ内の圧力を変化させ、前記ノズルから液体をパルス状に噴射させるアクチュエータと、
駆動波形データが記憶された記憶部と、
前記駆動波形データに基づいて駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号を出力する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号を出力するデジタル電力増幅回路と、
前記電力増幅変調信号を平滑化して前記駆動信号を出力する平滑フィルタと、
前記駆動信号の位相を進めて負帰還信号を出力する補償器と、
前記駆動波形信号から前記負帰還信号を減じた差分信号を、前記変調回路に入力する減算器と、を備え、
前記変調回路と前記デジタル電力増幅回路と前記平滑フィルタと前記補償器と前記減算器と、を閉ループで構成する手術具。
A cavity communicating with a nozzle for injecting liquid;
An actuator that changes the pressure in the cavity based on a drive signal and ejects liquid from the nozzle in a pulsed manner;
A storage unit storing drive waveform data; and
A drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal based on the drive waveform data;
A modulation circuit for pulse-modulating the drive waveform signal and outputting a modulation signal;
A digital power amplifier circuit that amplifies the modulated signal to output a power amplified modulated signal;
A smoothing filter for smoothing the power amplification modulation signal and outputting the drive signal;
A compensator that advances the phase of the drive signal and outputs a negative feedback signal;
A subtractor that inputs a difference signal obtained by subtracting the negative feedback signal from the drive waveform signal to the modulation circuit;
A surgical instrument in which the modulation circuit, the digital power amplification circuit, the smoothing filter, the compensator, and the subtractor are configured in a closed loop.
請求項1に記載の手術具であって、
前記閉ループは、前記駆動信号の所定の周波数から減衰開始周波数まで、ゲインが一定となる伝達特性であることを特徴とする手術具。
The surgical instrument according to claim 1,
The closed loop has a transfer characteristic in which a gain is constant from a predetermined frequency of the drive signal to an attenuation start frequency.
請求項1または請求項2に記載の手術具であって、
前記補償器は、前記駆動信号の所定の周波数におけるゲインを大きくする設定であることを特徴とする手術具。
The surgical instrument according to claim 1 or 2, wherein
The surgical instrument, wherein the compensator is set to increase a gain at a predetermined frequency of the drive signal.
請求項1から請求項3に記載の手術具であって、
前記アクチュエータを複数備え、
前記平滑フィルタは、コンデンサを含み、
前記コンデンサに前記アクチュエータが並列に接続されていることを特徴とする手術具。
The surgical instrument according to claim 1, wherein
A plurality of the actuators;
The smoothing filter includes a capacitor,
A surgical instrument, wherein the actuator is connected in parallel to the capacitor.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の手術具であって、
前記補償器は、コンデンサと抵抗とを含むことを特徴とする手術具。
The surgical instrument according to any one of claims 1 to 4,
The compensator includes a capacitor and a resistor.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の手術具であって、
前記平滑フィルタは、ダンピング抵抗を含まないことを特徴とする手術具。
The surgical instrument according to any one of claims 1 to 5,
The surgical tool, wherein the smoothing filter does not include a damping resistor.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の手術具であって、
前記デジタル電力増幅器は、ハイサイド側スイッチング素子とローサイド側スイッチングとゲートドライブ回路とを含むことを特徴とする手術具。
The surgical instrument according to any one of claims 1 to 6,
The digital power amplifier includes a high-side switching element, a low-side switching, and a gate drive circuit.
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JP2009153272A (en) * 2007-12-19 2009-07-09 Fuji Xerox Co Ltd Driving circuit for capacitive load and droplet ejection apparatus

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