JP2016032939A - Control apparatus and fluid ejection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子などの容量性負荷に駆動信号を印加して駆動する容量性負荷駆動回路に関し、容量性負荷をアクチュエーターとし、当該アクチュエーターに駆動信号を印加してインクを噴射することで印刷を行うインクジェットプリンターや、容量性負荷からなるアクチュエーターをダイヤフラムに接合し、当該アクチュエーターに駆動信号を印加して流体を噴射する液体噴射装置に好適なものである。 The present invention relates to a capacitive load drive circuit that drives by applying a drive signal to a capacitive load such as a piezoelectric element, and uses the capacitive load as an actuator and applies the drive signal to the actuator to eject ink. The present invention is suitable for an ink jet printer that performs the above and a liquid ejecting apparatus that ejects a fluid by joining a actuator with a capacitive load to a diaphragm and applying a drive signal to the actuator.
例えば所定の電圧波形からなる駆動波形信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅して容量性負荷からなるアクチュエーターへの駆動信号とする場合、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ーで平滑化して駆動信号としている。 For example, when a drive waveform signal having a predetermined voltage waveform is amplified by a digital power amplifier circuit to be a drive signal to an actuator consisting of a capacitive load, the drive waveform signal is pulse-modulated by a modulation circuit to be 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 be a drive signal.
駆動信号の波形が重要な場合、当該駆動信号の位相を進めて帰還信号とし、減算器で得られた帰還信号と駆動波形信号との差分値を変調回路への入力信号とすることがある。例えば下記特許文献１では、駆動信号の帰還回路に位相進みの補償器を介装することで、平滑フィルターの前後にダンピング抵抗を介装することなく、駆動信号の波形を補償しようとしている。なお、変調回路によるパルス変調の周波数を変調周波数、或いはキャリア周波数と呼んでいる。
When the waveform of the drive signal is important, the phase of the drive signal may be advanced to be a feedback signal, and a difference value between the feedback signal obtained by the subtracter and the drive waveform signal may be used as an input signal to the modulation circuit. For example, in
ところで、デジタル電力増幅回路と容量性負荷からなるアクチュエーターが離間している場合、基板配線を含め、アクチュエーターとデジタル電力増幅回路との間に配線が必要となる。このような場合、実際にアクチュエーターに印加される駆動信号を帰還するのは、個別の配線を必要とするなど、現実的でないから、例えばデジタル電力増幅回路の出力端にインダクタを設け、このインダクタと配線との接続点の信号を帰還する。しかしながら、この配線の入力信号を帰還する場合、単に位相進みの補償器を帰還回路に介装しただけでは、減算器や変調回路の動作範囲を超える変調周波数帯域の信号振幅が帰還信号に残ってしまう場合があり、このような場合、駆動信号を正確に補償することができないという問題が生じる。 Incidentally, when the digital power amplifier circuit and the actuator composed of the capacitive load are separated from each other, wiring is required between the actuator and the digital power amplifier circuit, including the substrate wiring. In such a case, it is not practical to feed back the drive signal actually applied to the actuator, for example, because an individual wiring is required. For example, an inductor is provided at the output end of the digital power amplifier circuit. The signal at the connection point with the wiring is fed back. However, when the input signal of this wiring is fed back, the signal amplitude in the modulation frequency band exceeding the operating range of the subtractor or the modulation circuit remains in the feedback signal simply by inserting a phase advance compensator in the feedback circuit. In such a case, there is a problem that the drive signal cannot be compensated accurately.
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、帰還信号に減算器や変調回路の動作範囲を超える変調周波数帯域の信号振幅が残るのを防止することが可能な容量性負荷駆動回路、インクジェットプリンター、及び流体噴射装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been developed by paying attention to these problems, and is capable of preventing the signal amplitude in the modulation frequency band exceeding the operating range of the subtractor or the modulation circuit from remaining in the feedback signal. An object of the present invention is to provide a load driving circuit, an ink jet printer, and a fluid ejecting apparatus.
上記諸問題を解決するため、本発明の容量性負荷駆動回路は、駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号と帰還信号との差分信号を出力する減算器と、前記差分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、インダクタと容量性負荷とを配線で接続して構成され且つ前記電力増幅変調信号を平滑化して前記容量性負荷の駆動信号とする平滑フィルターと、前記駆動信号よりも位相を進める補償器と、少なくとも前記変調信号の変調周波数を含んだ帯域の信号振幅を減衰する減衰器とを備え、前記インダクタと前記配線との接続部から出力される信号を、前記補償器及び前記減衰器に通過させた後、前記減算器への帰還信号とすることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a capacitive load drive circuit of the present invention includes a drive waveform signal generation circuit that generates a drive waveform signal, a subtractor that outputs a difference signal between the drive waveform signal and a feedback signal, A modulation circuit that pulse-modulates the differential signal to form a modulation signal; a digital power amplification circuit that amplifies the modulation signal to power-amplify the modulation signal; and an inductor and a capacitive load connected by wiring; and A smoothing filter that smoothes the power amplification modulation signal to drive the capacitive load, a compensator that advances the phase of the drive signal, and attenuates a signal amplitude in a band that includes at least the modulation frequency of the modulation signal And a signal output from a connection portion between the inductor and the wiring is passed through the compensator and the attenuator and then used as a feedback signal to the subtractor. The one in which the features.
この容量性負荷駆動回路によれば、例えばアクチュエーターを構成する容量性負荷とデジタル電力増幅回路との間に配線が必要な場合、インダクタと容量性負荷とを配線で接続して平滑フィルターとし、インダクタと配線との接続部から出力される信号を、補償器及び減衰器に通過させてから減算器への帰還信号とするため、駆動信号の伝達関数特性から共振ピークを除去しながら帰還信号中の変調周波数帯域の信号振幅を減衰器で減衰することができる。その結果、駆動信号の波形を補償しながら帰還信号に減算器や変調回路の動作範囲を超える変調周波数帯域の信号振幅が残るのを防止することができ、駆動信号の精度を確保することができる。 According to this capacitive load driving circuit, for example, when wiring is required between the capacitive load constituting the actuator and the digital power amplifier circuit, the inductor and the capacitive load are connected by wiring to form a smoothing filter. The signal output from the connection part between the wiring and the wiring is passed through the compensator and attenuator and then used as the feedback signal to the subtractor. The signal amplitude in the modulation frequency band can be attenuated by an attenuator. As a result, it is possible to prevent the signal amplitude in the modulation frequency band exceeding the operation range of the subtractor or the modulation circuit from remaining in the feedback signal while compensating the waveform of the drive signal, and to ensure the accuracy of the drive signal. .
また、前記補償器は、コンデンサーと抵抗とを備え、前記減衰器は、前記補償器の前記抵抗を含んで構成されていることを特徴とするものである。
この容量性負荷駆動回路によれば、回路を簡素化できると共に、減衰器の減衰特性を種々に設定することが可能となる。
また、前記減衰器は、前記減算器及び前記変調回路の少なくとも一方で信号振幅が動作可能範囲を超えないように減衰するものであることを特徴とするものである。
この容量性負荷駆動回路によれば、帰還信号に減算器や変調回路の動作範囲を超える変調周波数帯域の信号振幅が残るのをより確実に防止することができる。
The compensator includes a capacitor and a resistor, and the attenuator includes the resistor of the compensator.
According to this capacitive load drive circuit, it is possible to simplify the circuit and to set various attenuation characteristics of the attenuator.
Further, the attenuator is characterized in that at least one of the subtractor and the modulation circuit attenuates so that the signal amplitude does not exceed the operable range.
According to this capacitive load driving circuit, it is possible to more reliably prevent the signal amplitude in the modulation frequency band exceeding the operation range of the subtractor or the modulation circuit from remaining in the feedback signal.
また、前記減衰器は、位相遅れ特性を有することを特徴とするものである。
この容量性負荷駆動回路によれば、位相遅れ特性が持つ積分機能によって帰還信号の歪みを除去することができる。
また、前記減衰器は、１つ以上の抵抗で構成されることを特徴とするものである。
この容量性負荷駆動回路によれば、より簡素な構成で、帰還信号の歪みを除去することができる。
また、前記減衰器は、複数の減衰器で構成されることを特徴とするものである。
この容量性負荷駆動回路によれば、より大きな帰還信号の歪みを除去することができる。
The attenuator has a phase lag characteristic.
According to this capacitive load driving circuit, the distortion of the feedback signal can be removed by the integration function of the phase delay characteristic.
The attenuator is composed of one or more resistors.
According to this capacitive load drive circuit, distortion of the feedback signal can be removed with a simpler configuration.
The attenuator is composed of a plurality of attenuators.
According to this capacitive load driving circuit, larger distortion of the feedback signal can be removed.
また、本発明のインクジェットプリンターは、容量性負荷からなるアクチュエーターをインクジェットヘッドに複数備え、前記アクチュエーターに駆動信号を印加すると圧力室の容積が縮小されて当該圧力室内のインクを噴射し、その噴射されたインクで印刷媒体に印刷を行うインクジェットプリンターであって、駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号と帰還信号との差分信号を出力する減算器と、前記差分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、インダクタと前記アクチュエーターとを配線で接続して構成され且つ前記電力増幅変調信号を平滑化して前記駆動信号とする平滑フィルターと、前記駆動信号よりも位相を進める補償器と、単体又は前記補償器との組合せで、少なくとも前記変調信号のキャリア周波数を含んだ帯域の信号振幅を減衰する減衰器とを備え、前記インダクタと前記配線との接続部から出力される信号を、前記補償器及び前記減衰器に通過させた後、前記減算器への帰還信号とすることを特徴とするものである。 The ink jet printer of the present invention includes a plurality of actuators having capacitive loads in an ink jet head, and when a drive signal is applied to the actuator, the volume of the pressure chamber is reduced and ink in the pressure chamber is ejected. An ink jet printer that prints on a print medium with the ink, a drive waveform signal generation circuit that generates a drive waveform signal, a subtractor that outputs a difference signal between the drive waveform signal and a feedback signal, and the difference signal The power amplification modulation comprising: a modulation circuit that performs pulse modulation to obtain a modulation signal; a digital power amplification circuit that amplifies the modulation signal to obtain a power amplification modulation signal; and an inductor and the actuator connected by wiring. A smoothing filter that smoothes the signal to make the drive signal, and a phase that is higher than the drive signal. A compensator and an attenuator for attenuating a signal amplitude in a band including at least the carrier frequency of the modulation signal, alone or in combination with the compensator, and output from a connection between the inductor and the wiring The signal to be processed is passed through the compensator and the attenuator and then used as a feedback signal to the subtractor.
このインクジェットプリンターによれば、容量性負荷からなるアクチュエーターに駆動信号を印加するとインクジェットヘッドの圧力室の容積が縮小されて当該圧力室内のインクを噴射し、その噴射されたインクで印刷媒体に印刷を行うにあたり、インダクタと容量性負荷からなるアクチュエーターとを配線で接続して平滑フィルターとし、インダクタと配線との接続部から出力される信号を、補償器及び減衰器に通過させてから減算器への帰還信号とするため、駆動信号の伝達関数特性から共振ピークを除去しながら帰還信号中の変調周波数帯域の信号振幅を減衰器で減衰することができる。その結果、駆動信号の波形を補償しながら帰還信号に減算器や変調回路の動作範囲を超える変調周波数帯域の信号振幅が残るのを防止することができ、駆動信号の精度を確保することができるため、高精度な印刷が可能となる。 According to this inkjet printer, when a drive signal is applied to an actuator composed of a capacitive load, the volume of the pressure chamber of the inkjet head is reduced and ink in the pressure chamber is ejected, and printing is performed on the print medium with the ejected ink. In doing so, the inductor and capacitive actuator are connected by wiring to form a smoothing filter, and the signal output from the connection between the inductor and wiring is passed through the compensator and attenuator before being sent to the subtractor. Since the feedback signal is used, the signal amplitude in the modulation frequency band in the feedback signal can be attenuated by the attenuator while removing the resonance peak from the transfer function characteristic of the drive signal. As a result, it is possible to prevent the signal amplitude in the modulation frequency band exceeding the operation range of the subtractor or the modulation circuit from remaining in the feedback signal while compensating the waveform of the drive signal, and to ensure the accuracy of the drive signal. Therefore, high-precision printing is possible.
また、本発明の流体噴射装置は、容量性負荷からなるアクチュエーターをダイヤフラムに接合し、前記アクチュエーターに駆動信号を印加するとダイヤフラムを介して流体室の容積が縮小されて当該流体室内の流体を噴射する流体噴射装置であって、駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号と帰還信号との差分信号を出力する減算器と、前記差分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、インダクタと前記アクチュエーターとを配線で接続して構成され且つ前記電力増幅変調信号を平滑化して前記駆動信号とする平滑フィルターと、前記駆動信号よりも位相を進める補償器と、単体又は前記補償器との組合せで、少なくとも前記変調信号のキャリア周波数を含んだ帯域の信号振幅を減衰する減衰器とを備え、前記インダクタと前記配線との接続部から出力される信号を、前記補償器及び前記減衰器に通過させた後、前記減算器への帰還信号とすることを特徴とするものである。 In the fluid ejecting apparatus of the present invention, an actuator composed of a capacitive load is joined to the diaphragm, and when a drive signal is applied to the actuator, the volume of the fluid chamber is reduced via the diaphragm and the fluid in the fluid chamber is ejected. A fluid ejection device, a drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal, a subtractor for outputting a difference signal between the drive waveform signal and a feedback signal, and pulse-modulating the difference signal to obtain a modulation signal A drive circuit configured to connect a modulation circuit, a digital power amplification circuit that amplifies the modulation signal to obtain a power amplification modulation signal, an inductor and the actuator, and smoothes the power amplification modulation signal; A smoothing filter, a compensator that advances the phase more than the drive signal, and a single unit or a combination of the compensator, and at least An attenuator for attenuating the signal amplitude of the band including the carrier frequency of the modulated signal, and after passing the signal output from the connection portion of the inductor and the wiring to the compensator and the attenuator , And a feedback signal to the subtractor.
この流体噴射装置によれば、容量性負荷からなるアクチュエーターに駆動信号を印加するとダイヤフラムを介して流体室の容積が縮小されて当該流体室内の流体を噴射するにあたり、インダクタと容量性負荷からなるアクチュエーターとを配線で接続して平滑フィルターとし、インダクタと配線との接続部から出力される信号を、補償器及び減衰器に通過させてから減算器への帰還信号とするため、駆動信号の伝達関数特性から共振ピークを除去しながら帰還信号中の変調周波数帯域の信号振幅を減衰器で減衰することができる。その結果、駆動信号の波形を補償しながら帰還信号に減算器や変調回路の動作範囲を超える変調周波数帯域の信号振幅が残るのを防止することができ、駆動信号の精度を確保することができるため、高精度な流体噴射が可能となる。 According to this fluid ejecting apparatus, when a drive signal is applied to an actuator composed of a capacitive load, the volume of the fluid chamber is reduced via the diaphragm, and an actuator composed of an inductor and a capacitive load is ejected when ejecting the fluid in the fluid chamber. Are connected to each other with a wiring to form a smoothing filter, and the signal output from the connection between the inductor and the wiring is passed through a compensator and an attenuator and then used as a feedback signal to the subtractor. The signal amplitude in the modulation frequency band in the feedback signal can be attenuated by the attenuator while removing the resonance peak from the characteristics. As a result, it is possible to prevent the signal amplitude in the modulation frequency band exceeding the operation range of the subtractor or the modulation circuit from remaining in the feedback signal while compensating the waveform of the drive signal, and to ensure the accuracy of the drive signal. Therefore, highly accurate fluid ejection is possible.
次に、本発明の容量性負荷駆動回路の第１実施形態として、インクジェットプリンターに適用されたものについて説明する。
図１は、本実施形態のインクジェットプリンター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、ラインヘッド型インクジェットプリンターである。
Next, a capacitive load drive circuit according to a first embodiment of the present invention applied to an ink jet printer will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ink jet printer according to the present embodiment. In FIG. 1, a
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インクジェットヘッドであり、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７に固定されている。各インクジェットヘッド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、噴射するインクの色毎に、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インクジェットヘッド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。
インクジェットヘッド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色のインクが、図示しないインクタンクからインク供給チューブを介して供給される。そして、インクジェットヘッド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インク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。本実施形態では、インクジェットヘッド２のノズルからインクを噴射する方法としてピエゾ方式を用いた。ピエゾ方式は、アクチュエーターである圧電素子に駆動信号を与えると、圧力室内の振動板が変位して圧力室内の容積が変化し、そのときに生じる圧力変化によって圧力室内のインク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インクの噴射量を調整することが可能となる。なお、本発明は、ピエゾ方式以外のインク噴射方法にも、同様に適用可能である。
For example, four colors of ink of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) are supplied to the
インクジェットヘッド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、駆動ローラー８及び従動ローラー９に搬送ベルト６を巻回して構成され、駆動ローラー８には図示しない電動モーターが接続されている。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、給紙ローラー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、電動モーターによって駆動ローラー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、インクジェットヘッド２からインク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ー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おり、この印刷基準信号出力装置から出力される要求解像度相当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ー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インクを噴射し、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
本実施形態のインクジェットプリンター内には、インクジェットプリンターを制御するための制御装置１１が設けられている。この制御装置１１を、図３に示す。まず、ホストコンピューター１２から入力された印刷データを読込む。その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コンピューターシステムで構成される制御部１３と、前記給紙ローラー５に接続されている給紙ローラーモーター１４を駆動制御する給紙ローラーモータードライバー１５と、インクジェットヘッド２を駆動制御するヘッドドライバー１６と、前記駆動ローラー８に接続されている電動モーター１７を駆動制御する電動モータードライバー１８とを備えて構成される。
A
制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３ａと、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３ｂと、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３ｃを備えている。ＣＰＵ１３ａが印刷処理等の各種処理を実行すると、ＲＡＭ１３ｂは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。そして、ＲＯＭ１３ｃはＣＰＵ１３ａ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ーで構成されている。この制御部１３は、ホストコンピューター１２から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ１３ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルからインクを噴射するか或いはどの程度のインク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）を算出する。そして、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ーからの入力データに基づいて、給紙ローラーモータードライバー１５、ヘッドドライバー１６、電動モータードライバー１８に制御信号及び駆動信号を出力する。これらの制御信号及び駆動信号により、給紙ローラーモーター１４、電動モーター１７、インクジェットヘッド２内のアクチュエーター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１３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
図４には、前記制御装置１１内のヘッドドライバー１６からインクジェットヘッド２に供給され、圧電素子からなるアクチュエーター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、アクチュエーターを駆動してインク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圧力室の容積を拡大してインクを引込む段階であり、駆動パルスＰＣＯＭの立下がり部分が圧力室の容積を縮小してインクを押出す段階であり、インクを押出した結果、インクがノズルから噴射される。
FIG. 4 shows an example of a drive signal COM that is supplied from the
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、インクの引込量や引込速度、インクの押出量や押出速度を変化させることができ、これによりインク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ー１９に供給し、インクを噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエーター１９に供給し、インク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、インクが乾かないうちに複数のインクを同じ位置に着弾すると、実質的に大きなインク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、インクを引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、インクを噴射せずに、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, the ink drawing amount and drawing speed, the ink pushing amount and the pushing speed can be changed. 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
インクジェットヘッド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、駆動パルス選択特定データＳＩと、ラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨと、駆動パルス選択特定データＳＩをシリアル信号としてインクジェットヘッド２に送信するためのクロック信号ＳＣＫとが入力されている。駆動パルス選択特定データＳＩは、印刷データに基づいて駆動パルスＰＣＯＭのうちどの駆動パルスＰＣＯＭを選択するかを示すデータである。また、ラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨは、全ノズルにノズル選択データが入力された後に、駆動パルス選択特定データＳＩに基づいて駆動信号ＣＯＭとインクジェットヘッド２のアクチュエーターとを接続させる。なお、これ以後、アクチュエーター１９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。
In addition to the drive signal COM, the
図５には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をアクチュエーター１９に供給するためにインクジェットヘッド２内に構築されたスイッチングコントローラーの具体的な構成を示す。このスイッチングコントローラーは、レジスター２０と、レジスター２０のデータを一時的に保存するラッチ回路２１と、ラッチ回路２１の出力をレベル変換して選択スイッチ２３に供給することにより、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を圧電素子からなるアクチュエーター１９に接続するレベルシフター２２とを備えて構成されている。なお、レジスター２０は、インク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ー１９を指定するための駆動パルス選択特定データＳＩを保存する。
FIG. 5 shows a specific configuration of the switching controller constructed in the
レベルシフター２２は選択スイッチ２３をオンオフできる電圧レベルに変換する。これは、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が、ラッチ回路２１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２３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、レベルシフター２２によって選択スイッチ２３が閉じられるアクチュエーター１９は、駆動パルス選択特定データＳＩに基づき所定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、レジスター２０の駆動パルス選択特定データＳＩがラッチ回路２１に保存された後、次の印刷情報をレジスター２０に入力し、インクの噴射タイミングに合わせてラッチ回路２１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ー１９のグランド端である。また、この選択スイッチ２３により、圧電素子などのアクチュエーター１９を駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後（選択スイッチ２３がオフ）も、当該アクチュエーター１９の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。すなわち、前記圧電素子からなるアクチュエーター１９は、容量性負荷である。
The
図６には、アクチュエーター１９の駆動回路の概略構成を示す。このアクチュエーター駆動回路は、前記制御装置１１のヘッドドライバー１６内に構築されている。本実施形態の駆動回路は、駆動波形信号発生回路２４と、減算器２５と、変調回路２６と、デジタル電力増幅回路２７と、平滑フィルター２８と、前記減算器２５への帰還回路に介装された補償器２９及び減衰器３０とを備えて構成される。ここで、駆動波形信号発生回路２４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ー１９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。そして、減算器２５は駆動波形信号発生回路２４で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭから帰還信号Ｒｅｆを減じて差分信号Ｄｉｆｆを出力し、変調回路２６は減算器２５から出力された差分信号Ｄｉｆｆをパルス変調する。デジタル電力増幅回路２７は、変調回路２６でパルス変調された変調信号ＰＷＭを電力増幅する。また、平滑フィルター２８は、デジタル電力増幅回路２７で電力増幅された電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑化して、圧電素子からなるアクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭとして出力する。
FIG. 6 shows a schematic configuration of a drive circuit of the
駆動波形信号発生回路２４は、デジタルデータからなる駆動波形データＤＷＣＯＭを電圧信号に変換して所定サンプリング周期分ホールド出力する。減算器２５は、比例定数用の抵抗を介装した一般的なアナログ減算回路である。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３１と、三角波信号と差分信号Ｄｉｆｆを比較し、例えば差分信号Ｄｉｆｆが三角波信号より大きいときにオンデューティーとなるパルスデューティーの変調信号ＰＷＭを出力する比較器３２とを備えて構成される。なお、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。また、本実施形態では、前記アナログ減算回路からなる減算器２５の動作電圧範囲は０〜５Ｖである。
The drive waveform
デジタル電力増幅回路２７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３３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３４とを備えて構成されている。デジタル電力増幅回路２７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３３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３３の出力電圧Ｖａは０となる。
As shown in FIG. 8, the digital
このように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２７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。
In this way, when the high-side switching element Q1 and the low-side switching element Q2 are digitally driven, current flows through the on-state switching element, but the resistance value between the drain and the source is very small, and the loss is almost none. Does not occur. Further, since no current flows through the switching element in the off state, no loss occurs. Therefore, the loss itself of the digital
平滑フィルター２８は、図６に示すように、１つのインダクタＬと、容量性負荷である圧電素子からなるアクチュエーター１９と、配線３５とで２次のローパスフィルターを構成する。本実施形態では、１つの制御装置１１に対して、アクチュエーター１９を含むインクジェットヘッド２は複数であり、しかも分離して離間しているので、制御装置１１とインクジェットヘッド２との間には、基板配線である場合を含めて配線３５が必要となる。配線３５は、一般的に抵抗成分とインダクタ成分を有するので、本実施形態の平滑フィルター２８は、インダクタＬのインダクタ成分、配線の抵抗成分及びインダクタ成分、アクチュエーター１９の容量成分を備えた２次のローパスフィルターが構成されることになる。この平滑フィルター２８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の信号振幅を減衰して除去し、アクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を出力する。
As shown in FIG. 6, the smoothing
帰還信号は、最終的に出力される駆動信号を帰還するのが理想であるが、本実施形態のように制御装置１１とアクチュエーター１９の間に配線３５が必要な場合、アクチュエーター１９への駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を帰還するには個別の配線が必要となり、現実的でない。そこで、本実施形態では、平滑フィルター２８のインダクタＬと配線３５との接続部のインダクタ出力信号ＳＬを取出し、これを帰還回路に帰還する。この帰還回路には、前述したように補償器２９と減衰器３０が介装されている。本実施形態では、図９ａに示すように、補償器２９にはコンデンサーＣ1及び抵抗Ｒ1からなる１次のハイパスフィルターを適用し、減衰器３０には抵抗Ｒ2及びコンデンサーＣ2からなる１次のローパスフィルターを適用した。周知のようにハイパスフィルターには位相進み特性があり、この特性を生かして帰還信号Ｒｅｆの位相進めて補償することができる。位相進み特性は微分特性とも呼ばれる。一方、ローパスフィルターには位相遅れ特性がある。位相遅れ特性は積分特性とも呼ばれる。
The feedback signal is ideally fed back to the drive signal that is finally output, but when the
このハイパスフィルターからなる補償器２９とローパスフィルターからなる減衰器３０の組合せからなる帰還回路は図９ｂに示すような周波数特性を有し、特に減衰器３０によって変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarで負の所定ゲイン−ｙAが得られる。即ち、アクチュエーター１９の容量成分で構成される平滑フィルター２８によって、アクチュエーター１９に印加される駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）中の変調周波数又は変調周波数帯域の信号振幅が十分に減衰されるように設計しても、インダクタＬと配線３５の接続部の信号、即ちインダクタ出力信号ＳＬには変調周波数又は変調周波数帯域の信号振幅が残存している恐れがある。なお、アクチュエーター１９は、インダクタＬのインダクタ成分、配線３５のインダクタ成分及び抵抗成分、圧電素子（容量性負荷）からなる。しかしながら、帰還回路中の減衰器３０の周波数特性を調整することにより、インダクタ出力信号ＳＬ中の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの信号振幅を減衰することができ、ひいては減算器２５の出力信号である差分信号Ｄｉｆｆや変調回路２６の出力信号である変調信号ＰＷＭを適正なものとすることができる。ちなみに、デジタル電力増幅回路２７の出力信号であるＡＰＷＭは変調周波数帯域が減衰されていない信号が出てくるので、この信号を帰還しようとすると、伝達関数の共振ピークを抑えるための設計が難しい。一方、インダクタ出力信号ＳＬは減算器２５の出力信号Ｄｉｆｆや変調回路２６の出力信号ＰＷＭの動作範囲にするには十分な減衰量ではないが変調周波数成分が減衰される形となるので、帰還するときに共振ピークを抑えるための設計がしやすい。このため、本発明ではインダクタ出力信号ＳＬを帰還する。
The feedback circuit composed of the combination of the
図１０には減算器２５に入力される帰還信号Ｒｅｆ及び減算器２５から出力される差分信号Ｄｉｆｆの一例を示す（図は、前述した台形波電圧信号からなる駆動波形信号ではなく、一般的な駆動波形信号で説明してある）。同図から明らかなように、帰還信号Ｒｅｆ中の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarに相当する高周波の信号振幅はよく減衰されており、その結果、差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲である０〜５Ｖを超えることもない。このように差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲を超えなければ、当然ながら、変調回路２６でも動作電圧範囲を超えることがなく、ひいてはデジタル電力増幅回路２７の出力信号である電力増幅変調信号ＡＰＷＭも、アクチュエーター１９に印加される駆動信号ＣＯＭ（駆動波形信号ＰＣＯＭ）も適正なものとなり、帰還回路による補償が成立する。
FIG. 10 shows an example of the feedback signal Ref input to the
図１１は、前記特許文献１のように帰還回路に補償器２９だけを介装した一般的な駆動回路及び帰還回路の一例である。平滑フィルター２８として、インダクタのインダクタ成分及びコンデンサーの容量成分を有する２次のローパスフィルターを必要とする場合、系の安定性を考慮すると、図のインダクタＬの出力側でコンデンサーを接地し、且つインダクタの前後にダンピング抵抗を介装するのが理想的であるが、コンデンサーを接地したり、ダンピング抵抗を介装したりすると電力消費が大きくなる。そこで、コンデンサーの代わりにアクチュエーター１９の容量成分Ｃを用い、出力信号を帰還することでダンピング抵抗を不要とすると、図１１の駆動回路及び帰還回路が考えられる。
FIG. 11 shows an example of a general drive circuit and feedback circuit in which only the
平滑フィルター２８では、アクチュエーター１９に印加される駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が重要なので、アクチュエーター１９と配線３５の接続部における周波数特性が、変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarで負の所定ゲイン−ｙとなるように設計する。しかしながら、平滑フィルター２８のインダクタＬと配線３５の接続部では、平滑フィルター２８としての機能が十分に発揮されておらず、変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarで負の所定ゲイン−ｙが得られていない。そのため、インダクタ出力信号ＳＬには変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの信号振幅が残存する場合がある。
In the smoothing
図１２ａは、図１１の帰還回路であり、前記図９と同様に、補償器２９がコンデンサーＣ1及び抵抗Ｒ1からなる１次のハイパスフィルターであるとすると、帰還回路の周波数特性（この場合は補償器２９の周波数特性に等しい）は変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarでゲインが０、即ち全く減衰しないから帰還信号Ｒｅｆにも前記変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの信号振幅が残存する。例えば図１３に示すように帰還信号Ｒｅｆに前記変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの信号振幅が残存すると、例えば減算器２５から出力される差分信号Ｄｉｆｆが当該減算器２５の動作電圧範囲０〜５Ｖを超え、本来、二点鎖線のように表れる差分信号Ｄｉｆｆが実線で示すように動作電圧上限値である５Ｖでカットされ、歪みが生じる。このように差分信号Ｄｉｆｆに歪みが生じると、当然ながら、変調信号ＰＷＭにも、電力増幅変調信号ＡＰＷＭにも歪みが生じ、結果として駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）にも歪みが生じるので、帰還回路による補償が成立しない。
FIG. 12a is the feedback circuit of FIG. 11. As in FIG. 9, assuming that the
これに対し、本実施形態の帰還回路では、位相を進める補償器２９と変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの信号振幅を減衰する減衰器３０の組合せによって補償を成立させることができ、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の精度を確保することができる。前述のように、ハイパスフィルターには位相進み特性があり、一方、ローパスフィルターには位相遅れ特性がある。補償器２９をハイパスフィルター、減衰器３０をローパスフィルターで構成すると、定数の設定によって両者の伝達特性を設定することが可能となり、周波数特性を細かく調整することができる。
On the other hand, in the feedback circuit of the present embodiment, compensation can be established by the combination of the
図１４ａは、前記図６のアクチュエーター駆動回路の等価回路である。図１４ａでは、入力信号ｘが駆動波形信号ＷＣＯＭ、出力信号ｙ1が駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に相当する。また、出力信号ｙ2はインダクタ出力信号ＳＬ、出力信号ｙ3は帰還信号Ｒｅｆである。平滑フィルター２８の伝達関数をＨ2とし、変調回路２６からデジタル電力増幅回路２７までのゲインをＡとし、補償器２９の伝達関数をβ、減衰器３０の伝達関数をγとした。また、図１４ｂは、配線３５からアクチュエーター１９までの等価回路であり、この等価回路の伝達関数をＨ1とした。
入力信号ｘに対する出力信号ｙ1、即ち駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の伝達関数をＧｙ1、入力信号ｘに対する出力信号ｙ2、即ちインダクタ出力信号ＳＬの伝達関数をＧｙ2とすると、下記１式及び２式から下記３式が得られる。
FIG. 14a is an equivalent circuit of the actuator drive circuit of FIG. In Figure 14a, the input signal x is the drive waveform signal WCOM, the output signal y 1 corresponds to the drive signal COM (the drive pulse PCOM). The output signal y 2 is an inductor output signal SL, and the output signal y 3 is a feedback signal Ref. The transfer function of the smoothing
Assuming that the transfer function of the output signal y 1 with respect to the input signal x, that is, the drive signal COM (drive pulse PCOM) is Gy 1 , and the output signal y 2 with respect to the input signal x, that is, the transfer function of the inductor output signal SL is Gy 2 , The following three formulas are obtained from the formulas and the two formulas.
また、出力信号ｙ2と出力信号ｙ3は下記４式の関係にあるから、出力信号ｙ2を前記伝達関数Ｇｙ2で表すことで下記５式が得られ、入力信号ｘに対する出力信号ｙ3、即ち帰還信号Ｒｅｆの伝達関数Ｇｙ3は下記６式で表れる。 Since the output signal y 2 and the output signal y 3 are in the relationship of the following four formulas, the following five formulas are obtained by expressing the output signal y 2 by the transfer function Gy 2 , and the output signal y 3 with respect to the input signal x. That is, the transfer function Gy 3 of the feedback signal Ref is expressed by the following six equations.
また、出力信号ｙ2については、下記７式から８式が得られ、その結果、入力信号ｘに対する出力信号ｙ2の伝達関数Ｇｙ2は下記９式で表れる。 As for the output signal y 2 , the following seven formulas are obtained. As a result, the transfer function Gy 2 of the output signal y 2 with respect to the input signal x is expressed by the following nine formulas.
図１５には、入力信号ｘに対する出力信号ｙ1、即ち駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の伝達関数Ｇｙ1及び配線３５からアクチュエーター１９までの伝達関数Ｈ1の一例を示す。伝達関数Ｇｙ1は目標値であり、設計値でもある。一方、伝達関数Ｈ1は既定値である。従って、入力信号ｘに対する出力信号ｙ2、即ちインダクタ出力信号ＳＬの伝達関数Ｇｙ2は図に破線で示すように表れる。
FIG. 15 shows an example of the output signal y 1 with respect to the input signal x, that is, the transfer function Gy 1 of the drive signal COM (drive pulse PCOM) and the transfer function H 1 from the
前述のように二次のローパスフィルターで構成される平滑フィルター２８に対し、帰還を行うのは、前記入力信号ｘに対する出力信号ｙ1、即ち駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の伝達関数Ｇｙ1の特性から共振ピークをなくすのが目的である。従って、その伝達関数Ｇｙ1の特性から共振ピークがなくなるように補償器２９の伝達特性（ゲイン）βを設定する。その場合、まずは減衰器３０の伝達特性（ゲイン）γを１とするとよい。例えば、前記３式で表れる伝達関数Ｇｙ1から共振ピークをなくすには、図１６ａに示すように、共振特性を持つＡ・Ｈ1・Ｈ2の逆数の伝達関数に対し、γ・β／Ｈ1を加えて１／Ｇｙ1の共振ピークがなくなるように補償器２９の伝達特性（ゲイン）βを設定する。
As described above, the feedback to the smoothing
ここで、変調周波数成分はデジタル電力増幅回路の出力から発生する為、変調周波数成分の振幅減衰量は、デジタル電力増幅回路の出力を基準として考える。例えば、図１６ｂの場合、入力ｘから見た変調周波数成分のゲインはデジタル電力増幅回路の出力Ａ（ｄＢ）であり、入力ｘから見た減衰器３０の後の変調周波数成分のゲインは−ｙs（ｄＢ）となる。すなわち、変調周波数成分のゲインはＡ（ｄＢ）から−ｙs（ｄＢ）に変化したことになり、変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの振幅減衰量は（Ａ＋ｙs）（ｄＢ）となる。
Here, since the modulation frequency component is generated from the output of the digital power amplifier circuit, the amplitude attenuation amount of the modulation frequency component is considered based on the output of the digital power amplifier circuit. For example, in the case of FIG. 16b, the gain of the modulation frequency component viewed from the input x is the output A (dB) of the digital power amplifier circuit, and the gain of the modulation frequency component after the
次に、図１６ｂに示すように、減算器２５や変調回路２６、所謂アナログ信号系の動作電圧範囲（本実施形態では０〜５Ｖ）を超えないように帰還信号Ｒｅｆ中の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの信号振幅減衰量Ａ＋ｙs（ｄＢ）を設定する。そして、入力信号ｘに対する出力信号ｙ3、即ち帰還信号Ｒｅｆの伝達関数Ｇｙ3の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの信号振幅減衰量がＡ＋ｙs（ｄＢ）以下となるように減衰器３０の伝達特性（ゲイン）γを設定する。このとき、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の伝達関数Ｇｙ1の特性が大きく変わらないようにする必要があるから、減衰器３０の伝達特性（ゲイン）γによる帰還信号Ｒｅｆの伝達関数Ｇｙ3の調整は、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の伝達関数Ｇｙ1の特性変化も同時に確認しながら行うべきである。
Next, as shown in FIG. 16b, the modulation frequency or the modulation frequency in the feedback signal Ref so as not to exceed the operating voltage range (0 to 5 V in this embodiment) of the
本実施形態の容量性負荷駆動回路及びインクジェットプリンターでは、容量性負荷からなるアクチュエーター１９に駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を印加するとインクジェットヘッド２の圧力室の容積が縮小されて当該圧力室内のインクを噴射する。そして、その噴射されたインクで印刷媒体１に印刷を行う場合に、インダクタＬと容量性負荷からなるアクチュエーター１９とを配線３５で接続して平滑フィルター２８とし、インダクタＬと配線３５との接続部から出力されるインダクタ出力信号ＳＬを、補償器２９及び減衰器３０に通過させてから減算器２５への帰還信号Ｒｅｆとする。これにより、駆動信号の伝達関数特性から共振ピークを除去しながら帰還信号Ｒｅｆ中の変調周波数帯域ｆcarの信号振幅を減衰器３０で減衰することができる。その結果、駆動信号の波形を補償しながら帰還信号Ｒｅｆに減算器２５や変調回路２６の動作範囲を超える変調周波数帯域ｆcarの信号振幅が残るのを防止することができ、駆動信号の精度を確保することができるため、高精度な印刷が可能となる。
In the capacitive load drive circuit and the ink jet printer of this embodiment, when a drive signal COM (drive pulse PCOM) is applied to the
また、減算器２５及び変調回路２６の少なくとも一方で信号振幅が動作電圧範囲を超えないように帰還信号Ｒｅｆを減衰するように減衰器３０を設定することにより、帰還信号Ｒｅｆに減算器２５や変調回路２６の動作電圧範囲を超える変調周波数帯域ｆcarの信号振幅が残るのを確実に防止することができる。
また、位相遅れ特性を有する減衰器３０を用いることにより、位相遅れ特性が持つ積分機能によって帰還信号Ｒｅｆの歪みを除去することができる。さらに、減衰器３０の位相遅れ特性の調整により帰還回路の周波数特性を調整することで、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の周波数特性を調整することが可能となる。
なお、前記実施形態では、本発明の容量性負荷駆動回路をラインヘッド型のインクジェットプリンターに用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の容量性負荷駆動回路は、マルチパス型のインクジェットプリンターにも同様に適用可能である。
Further, by setting the
Further, by using the
In the above embodiment, only the case where the capacitive load driving circuit of the present invention is used in a line head type ink jet printer has been described in detail. However, the capacitive load driving circuit of the present invention is applied to a multi-pass type ink jet printer. Is equally applicable.
次に、本発明の容量性負荷駆動回路の第２実施形態について説明する。本実施形態の説明にあたっては、前述した実施形態１と同様の構成部分については、先に説明した実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施形態では、前記アクチュエーター駆動回路に併設された帰還回路の構成が異なる。また、帰還回路には、第１実施形態と同様に、補償器２９及び減衰器３０が設けられているのであるが、それらの構成の実体が異なる。図１７ａは、本実施形態の帰還回路に設けられた補償器２９及び減衰器３０の一例を示すブロック図である。この例に示す補償器２９の構成は、前記第１実施形態の補償器と同様に、１つのコンデンサーＣ1と１つの抵抗Ｒ1で構成される１次のハイパスフィルターであるが、減衰器３０は、回路中に介装した１つの抵抗Ｒ3と、その出力側で接地された抵抗Ｒ4で構成される分圧器からなる。従って、図１７ａの帰還回路の周波数特性は図１７ｂのように表れる。この実施例では、前記第１実施形態のような位相遅れ特性がないので、例えば変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarの高周波数帯域での積極的な減衰は望めないが、２つの抵抗の組合せという単純な構成でも、当該変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarで負の所定ゲイン−ｙBが得られ、これにより変調周波数帯域の減衰が期待できる。
Next, a second embodiment of the capacitive load driving circuit of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals as those of the previously described embodiment, and detailed description thereof is omitted.
In the present embodiment, the configuration of the feedback circuit provided in the actuator drive circuit is different. Further, the feedback circuit is provided with the
また、図１８ａは、本実施形態の帰還回路に設けられた補償器２９及び減衰器３０の他の例を示すブロック図である。この例に示す補償器２９の構成は、前記第１実施形態の補償器と同様に、１つのコンデンサーＣ1と１つの抵抗Ｒ1で構成される１次のハイパスフィルターであるが、減衰器３０は、回路中に介装した１つの抵抗Ｒ5と、前記補償器２９内の接地抵抗Ｒ1で構成される分圧器からなる。つまり、補償器２９との組合せで減衰器３０が構成されている。この図１８ａの帰還回路の周波数特性は図１８ｂのように表れる。この実施例でも、前記前記図１７と同様に、２つの抵抗の組合せという単純な構成でも、当該変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarで負の所定ゲイン−ｙCが得られ、これにより変調周波数帯域の減衰が期待でき、更には使用される抵抗の数を低減できる。本実施形態のアクチュエーター駆動回路では、帰還回路を簡素化することができる。
FIG. 18A is a block diagram showing another example of the
図１９には減算器２５に入力される本実施形態の帰還信号Ｒｅｆ及び減算器２５から出力される差分信号Ｄｉｆｆの一例を示す（図は、前述した台形波電圧信号からなる駆動波形信号ではなく、一般的な駆動波形信号で説明してある）。同図から明らかなように、帰還信号Ｒｅｆ中の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarに相当する高周波の信号振幅はよく減衰されており、その結果、差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲である０〜５Ｖを超えることもない。このように差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲を超えなければ、当然ながら、変調回路２６でも動作電圧範囲を超えることがなく、ひいてはデジタル電力増幅回路２７の出力信号である電力増幅変調信号ＡＰＷＭも、アクチュエーター１９に印加される駆動信号ＣＯＭ（駆動波形信号ＰＣＯＭ）も適正なものとなり、帰還回路による補償が成立する。
FIG. 19 shows an example of the feedback signal Ref of the present embodiment input to the
このように、本実施形態の容量性負荷駆動回路を用いた場合でも、駆動信号の伝達関数特性から共振ピークを除去しながら帰還信号Ｒｅｆ中の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarに相当する高周波の信号振幅を減衰することができる。その結果、差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲である０〜５Ｖを超えることもないことから、帰還回路による補償を成立可能とすると共に、減衰器を１つ以上の抵抗で構成することにより、より簡素な構成で帰還信号Ｒｅｆの歪みを除去することができる。
As described above, even when the capacitive load driving circuit of the present embodiment is used, a high frequency corresponding to the modulation frequency or the modulation frequency band f car in the feedback signal Ref while removing the resonance peak from the transfer function characteristic of the drive signal. The signal amplitude can be attenuated. As a result, the difference signal Diff does not exceed 0 to 5 V, which is the operating voltage range of the
次に、本発明の容量性負荷駆動回路の第３実施形態について説明する。本実施形態の説明にあたっては、前述した実施形態１と同様の構成部分については、先に説明した実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施形態では、前記アクチュエーター駆動回路に併設された帰還回路の構成が第１実施形態および第２実施形態とさらに異なる。また、帰還回路には、第１実施形態および第２実施形態と同様に、補償器２９及び減衰器３０が設けられているのであるが、それらの構成の実体が異なる。
Next, a third embodiment of the capacitive load driving circuit of the present invention will be described. In the description of the present embodiment, the same components as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals as those of the previously described embodiment, and detailed description thereof is omitted.
In the present embodiment, the configuration of the feedback circuit provided in the actuator drive circuit is further different from the first embodiment and the second embodiment. Further, the feedback circuit is provided with the
図２０ａは、本実施形態の帰還回路に設けられた補償器２９及び減衰器３０を示すブロック図である。同図に示す補償器２９及び減衰器３０は、前記第１実施形態の補償器及び減衰器と同様に、１つのコンデンサーＣ1と１つの抵抗Ｒ1で構成される１次のハイパスフィルターと、１つの抵抗Ｒ2と１つのコンデンサーＣ2で構成される１次のローパスフィルターを備えている。更に、本実施形態では、補償器２９を構成するハイパスフィルターの入力側に１つの抵抗Ｒ6を介装し、この抵抗Ｒ6と補償器２９中の接地抵抗Ｒ1とで分圧器からなる減衰器３０を構成する。従って、図２０ａの帰還回路の周波数特性は図２０ｂのように表れ、前記第１実施形態の図９の帰還回路に対し、例えば変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarのゲインを更に小さな負の所定ゲイン−ｙ4とすることができる。
本実施形態のアクチュエーター駆動回路では、減衰器３０の減衰特性を種々に設定することが可能となる。
FIG. 20A is a block diagram showing a
In the actuator drive circuit of the present embodiment, the attenuation characteristics of the
図２１には減算器２５に入力される本実施形態の帰還信号Ｒｅｆ及び減算器２５から出力される差分信号Ｄｉｆｆの一例を示す（図は、前述した台形波電圧信号からなる駆動波形信号ではなく、一般的な駆動波形信号で説明してある）。同図から明らかなように、帰還信号Ｒｅｆ中の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarに相当する高周波の信号振幅はよく減衰されており、その結果、差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲である０〜５Ｖを超えることもない。このように差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲を超えなければ、当然ながら、変調回路２６でも動作電圧範囲を超えることがなく、ひいてはデジタル電力増幅回路２７の出力信号である電力増幅変調信号ＡＰＷＭも、アクチュエーター１９に印加される駆動信号ＣＯＭ（駆動波形信号ＰＣＯＭ）も適正なものとなり、帰還回路による補償が成立する。
FIG. 21 shows an example of the feedback signal Ref of the present embodiment input to the
このように、本実施形態の容量性負荷駆動回路を用いた場合でも、駆動信号の伝達関数特性から共振ピークを除去しながら帰還信号Ｒｅｆ中の変調周波数又は変調周波数帯域ｆcarに相当する高周波の信号振幅を減衰することができる。その結果、差分信号Ｄｉｆｆが減算器２５の動作電圧範囲である０〜５Ｖを超えることもないことから、帰還回路による補償を成立可能とすると共に、複数の減衰器を備えることにより、より大きな帰還信号Ｒｅｆの歪みを除去することができる。
As described above, even when the capacitive load driving circuit of the present embodiment is used, a high frequency corresponding to the modulation frequency or the modulation frequency band f car in the feedback signal Ref while removing the resonance peak from the transfer function characteristic of the drive signal. The signal amplitude can be attenuated. As a result, since the differential signal Diff does not exceed 0 to 5 V, which is the operating voltage range of the
なお、前述の実施形態では、本発明の容量性負荷駆動回路をインクジェットプリンターの容量性負荷であるアクチュエーターの駆動に適用した場合についてのみ詳述したが、その他の流体噴射を行う装置に用いる容量性負荷の駆動にも同様に適用可能である。
例えば、容量性負荷を用いた流体噴射装置として、血管内に挿入し、血栓などを除去する目的で用いるカテーテルの先端に設置することに適したウォーターパルスメス、或いは生体組織を切開又は切除することに好適なウォーターパルスメスが挙げられる。これらのウォーターパルスメスにて用いる流体は、水又は生理食塩水であり、以降、これらを総称して液体と表す。
In the above-described embodiment, the capacitive load driving circuit of the present invention has been described in detail only when applied to driving of an actuator that is a capacitive load of an ink jet printer. However, the capacitive load used in other fluid ejecting apparatuses is described. The same applies to driving of a load.
For example, as a fluid ejection device using a capacitive load, a water pulse scalpel suitable for being inserted into a blood vessel and installed at the tip of a catheter used for the purpose of removing a thrombus, or incising or excising a living tissue A water pulse knife suitable for the above is mentioned. The fluid used in these water pulse knives is water or physiological saline, and these are hereinafter collectively referred to as a liquid.
上記のウォーターパルスメスでは、ポンプから供給される高圧の液体をパルス流として噴射する。そして、パルス流を噴射するにあたっては、容量性負荷である圧電素子を駆動させることによって流体室を構成するダイヤフラムを変位させ、パルス流を生成する。ウォーターパルスメスにおいても、容量性負荷である圧電素子と圧電素子を制御する流体噴射制御部とは、分離・離間して設けられる。従って、本発明の容量性負荷回路を上記のウォーターパルスメスに適用することによって、容量性負荷の駆動信号の精度を確保することができるため、高精度な流体噴射が可能になる。 In the water pulse knife, the high-pressure liquid supplied from the pump is ejected as a pulse flow. And in injecting a pulse flow, the diaphragm which comprises a fluid chamber is displaced by driving the piezoelectric element which is a capacitive load, and a pulse flow is produced | generated. Also in the water pulse knife, the piezoelectric element that is a capacitive load and the fluid ejection control unit that controls the piezoelectric element are provided separately from each other. Therefore, by applying the capacitive load circuit of the present invention to the water pulse knife, the accuracy of the drive signal of the capacitive load can be ensured, so that highly accurate fluid ejection is possible.
なお、本発明の容量性負荷駆動回路を用いた流体噴射装置は、前記インクや生理食塩水以外の他の液体（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）を噴射する流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、カラーフィルター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流体噴射装置、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流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流体噴射装置、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流体噴射装置であってもよい。更に、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流体噴射装置、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。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。 The fluid ejecting apparatus using the capacitive load driving circuit according to the present invention may be a liquid other than the ink or the physiological saline (a liquid material in which particles of a functional material are dispersed in addition to the liquid, a gel, etc. It is also possible to embody the present invention in a fluid ejecting apparatus that ejects a fluid (including a fluid) or a fluid other than a liquid (such as a solid that can be ejected by flowing as a fluid). 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, and color filters in a dispersed or dissolved form. Further, it may be a fluid ejecting apparatus that ejects biological organic materials used in biochip manufacturing, or a fluid ejecting apparatus that ejects a liquid as a sample that is used as a precision pipette. In addition, transparent resin liquids such as UV curable resin for forming fluid injection devices that inject lubricating oil pinpoint onto precision machines such as watches and cameras, and micro hemispherical lenses (optical lenses) used in optical communication elements. May be a fluid ejecting apparatus that ejects the liquid onto the substrate. Furthermore, a fluid ejecting apparatus that ejects an etching solution such as an acid or an alkali to etch a substrate, a fluid ejecting apparatus that ejects a gel, and a fluid ejecting type recording that ejects a solid such as toner powder It may be a device. The present invention can be applied to any one of these injection devices.
１は印刷媒体、２はインクジェットヘッド、３は給紙部、４は搬送部、５は給紙ローラー、６は搬送ベルト、７はヘッド固定プレート、８は駆動ローラー、９は従動ローラー、１０は排紙部、１１は制御装置、１３は制御部、１６はヘッドドライバー、１９はアクチュエーター（容量性負荷）、２４は駆動波形信号発生回路、２５は減算器、２６は変調回路、２７はデジタル電力増幅回路、２８は平滑フィルター、２９は補償器、３０は減衰器、３１は三角波発振器、３２は比較器、３３はハーフブリッジ出力段、３４はゲートドライブ回路、３５は配線。 1 is a print medium, 2 is an ink jet 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 a head fixing plate, 8 is a drive roller, 9 is a driven roller, 10 is A paper discharge unit, 11 is a control device, 13 is a control unit, 16 is a head driver, 19 is an actuator (capacitive load), 24 is a drive waveform signal generation circuit, 25 is a subtractor, 26 is a modulation circuit, and 27 is digital power. Amplifying circuit, 28 is a smoothing filter, 29 is a compensator, 30 is an attenuator, 31 is a triangular wave oscillator, 32 is a comparator, 33 is a half-bridge output stage, 34 is a gate drive circuit, and 35 is wiring.
Claims (5)
前記圧電素子と離間して設けられ、前記圧電素子を駆動させる駆動信号を出力する駆動回路を有し、
前記駆動回路は、
駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形信号と帰還信号との差分信号を出力する減算器と、
前記差分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、
前記制御装置が前記流体噴射部と前記配線を介して接続された場合に前記配線と接続され、前記電力増幅変調信号を平滑化して前記駆動信号とする平滑フィルターを構成するインダクタと、
前記インダクタと前記配線との接続部から出力されるインダクタ出力信号を前記減算器への前記帰還信号とする帰還回路と、を備え、
前記帰還回路は、
第一の抵抗素子と、前記第一の抵抗素子に直列に接続された容量素子と、を含む第一部分と、第一端子および第二端子を有する第二の抵抗素子と、を含み、前記第一端子が前記第一部分の一方の端子に接続され、前記第二端子が基準電位に接続され、
前記減算器及び前記変調回路の少なくとも一方で信号振幅が動作可能範囲を超えないように前記インダクタ出力信号を減衰させ、前記帰還信号とするものである、制御装置。 A control device having a piezoelectric element and connectable via a wiring to a fluid ejecting unit that ejects fluid by driving the piezoelectric element,
A drive circuit provided apart from the piezoelectric element and outputting a drive signal for driving the piezoelectric element;
The drive circuit is
A drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal;
A subtractor that outputs a difference signal between the drive waveform signal and the feedback signal;
A modulation circuit that performs pulse modulation on the differential signal to obtain a modulation signal;
A digital power amplifier circuit that amplifies the modulated signal to obtain a power amplified modulated signal;
An inductor that is connected to the wiring when the control device is connected to the fluid ejecting unit via the wiring, and that constitutes a smoothing filter that smoothes the power amplification modulation signal to be the driving signal;
A feedback circuit that uses the inductor output signal output from the connection between the inductor and the wiring as the feedback signal to the subtractor, and
The feedback circuit is
A first portion including a first resistance element and a capacitance element connected in series to the first resistance element; a second resistance element having a first terminal and a second terminal; One terminal is connected to one terminal of the first part, the second terminal is connected to a reference potential,
The control device is configured to attenuate the inductor output signal so that the signal amplitude does not exceed an operable range at least one of the subtractor and the modulation circuit to be used as the feedback signal.
前記帰還回路は、前記インダクタ出力信号中の変調周波数又は変調周波数帯域に相当する信号を減衰させるものである、制御装置。 The control device according to claim 1,
The control device, wherein the feedback circuit attenuates a signal corresponding to a modulation frequency or a modulation frequency band in the inductor output signal.
前記帰還回路は、入力される前記インダクタ出力信号の位相を進めて出力する、制御装置。 A control device according to claim 1 or 2,
The feedback circuit is a control device that advances and outputs the phase of the input inductor output signal.
前記帰還回路は、前記第一部分および前記第二の抵抗素子を、複数備えたことを特徴とする、制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 3,
The feedback circuit includes a plurality of the first portion and the second resistance element.
前記流体室の容積を変化させる圧電素子と、
前記圧電素子と離間して設けられ、前記圧電素子を駆動させる駆動信号を出力する駆動回路と、
前記圧電素子と前記駆動回路とを接続するための配線と、を備え、
前記駆動回路は、
駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形信号と帰還信号との差分信号を出力する減算器と、
前記差分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、
前記配線と接続されるインダクタを有し、前記電力増幅変調信号を平滑化して前記駆動信号とする平滑フィルターと、
前記インダクタと前記配線との接続部から出力されるインダクタ出力信号を前記減算器への前記帰還信号とする帰還回路と、を備え、
前記帰還回路は、
第一の抵抗素子と、前記第一の抵抗素子に直列に接続された容量素子と、を含む第一部分と、第一端子および第二端子を有する第二の抵抗素子と、を含み、前記第一端子が前記第一部分の一方の端子に接続され、前記第二端子が基準電位に接続され、
前記減算器及び前記変調回路の少なくとも一方で信号振幅が動作可能範囲を超えないように前記インダクタ出力信号を減衰させ、前記帰還信号とするものである、流体噴射装置。 A fluid chamber in communication with a nozzle for injecting fluid and capable of containing the fluid;
A piezoelectric element for changing the volume of the fluid chamber;
A drive circuit provided apart from the piezoelectric element and outputting a drive signal for driving the piezoelectric element;
Wiring for connecting the piezoelectric element and the drive circuit,
The drive circuit is
A drive waveform signal generating circuit for generating a drive waveform signal;
A subtractor that outputs a difference signal between the drive waveform signal and the feedback signal;
A modulation circuit that performs pulse modulation on the differential signal to obtain a modulation signal;
A digital power amplifier circuit that amplifies the modulated signal to obtain a power amplified modulated signal;
A smoothing filter having an inductor connected to the wiring and smoothing the power amplification modulation signal to be the driving signal;
A feedback circuit that uses the inductor output signal output from the connection between the inductor and the wiring as the feedback signal to the subtractor, and
The feedback circuit is
A first portion including a first resistance element and a capacitance element connected in series to the first resistance element; a second resistance element having a first terminal and a second terminal; One terminal is connected to one terminal of the first part, the second terminal is connected to a reference potential,
The fluid ejecting apparatus, wherein at least one of the subtractor and the modulation circuit attenuates the inductor output signal so that a signal amplitude does not exceed an operable range, and serves as the feedback signal.
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