JP2017149075A - 液体吐出装置、駆動回路およびヘッドユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】液体吐出装置の消費電力化や駆動回路の小型化等を図る。
【解決手段】駆動回路120aは、信号Ainと駆動信号COM−Aに基づく信号との差電圧に基づいて制御信号を出力する差動増幅器221と、制御信号に基づいて制御され、駆動信号COM−AをノードN2から出力するトランジスター231、232と、いずれかのトランジスターを選択し、当該選択したトランジスターに制御信号を供給するセレクター223と、ノードN2をプルアップする抵抗素子Ruと、ノードN2をプルダウンする抵抗素子Rdと、トランジスター231のゲート・ドレイン間に接続されたコンデンサーC1、または、トランジスター232のゲート・ドレイン間に接続されたコンデンサーC2の少なくとも一方を備える。
【選択図】図10
【解決手段】駆動回路120aは、信号Ainと駆動信号COM−Aに基づく信号との差電圧に基づいて制御信号を出力する差動増幅器221と、制御信号に基づいて制御され、駆動信号COM−AをノードN2から出力するトランジスター231、232と、いずれかのトランジスターを選択し、当該選択したトランジスターに制御信号を供給するセレクター223と、ノードN2をプルアップする抵抗素子Ruと、ノードN2をプルダウンする抵抗素子Rdと、トランジスター231のゲート・ドレイン間に接続されたコンデンサーC1、または、トランジスター232のゲート・ドレイン間に接続されたコンデンサーC2の少なくとも一方を備える。
【選択図】図10
Description
本発明は、液体吐出装置、駆動回路およびヘッドユニットに関する。
インクを吐出して画像や文書を印刷するインクジェットプリンターには、圧電素子(例えばピエゾ素子)を用いたものが知られている。圧電素子は、ヘッドユニットにおいて複数のノズルのそれぞれに対応して設けられ、それぞれが駆動信号にしたがって駆動されることにより、ノズルから所定のタイミングで所定量のインク(液体)を吐出させて、ドットを形成させる。圧電素子は、電気的にみればコンデンサーのような容量性負荷であるので、各ノズルの圧電素子を動作させるためには十分な電流を供給する必要がある。
このため、駆動信号の元となる元駆動信号を増幅回路で増幅し、駆動信号としてヘッドユニットに供給して、圧電素子を駆動する構成となっている。増幅回路としては、元駆動信号をAB級などで電流増幅する方式(リニア増幅、特許文献1参照)が挙げられる。ただし、リニア増幅では消費電力が大きく、エネルギー効率が悪いので、近年では、D級増幅についても提案されている(特許文献2参照)。D級増幅は、端的にいえば、元駆動信号をパルス幅変調やパルス密度変調するとともに、当該変調信号にしたがって電源電圧間において直列に挿入されたハイサイドトランジスターおよびローサイドトランジスターをスイッチングし、このスイッチングによる出力信号をローパスフィルターで濾波することで、元駆動信号を増幅する、というものである。
しかしながら、D級増幅方式では、リニア増幅方式と比較してエネルギー効率が高いものの、ローパスフィルターで消費される電力が無視できないので、消費電力を改善する点において改良の余地がある。
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、消費電力を改善した液体吐出装置、駆動回路およびヘッドユニットを提供することにある。
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、消費電力を改善した液体吐出装置、駆動回路およびヘッドユニットを提供することにある。
上記目的の一つを達成するために、本発明の一態様に係る液体吐出装置は、駆動信号の印加により変位する圧電素子を含み、当該圧電素子の変位により液体を吐出する吐出部と、前記駆動信号の元となる元駆動信号と前記駆動信号に基づく信号とに基づいて制御信号を出力する差動増幅器と、前記制御信号に基づいて制御されるハイサイドトランジスターおよびローサイドトランジスターを含み、前記駆動信号を出力端から出力するトランジスター対と、前記ハイサイドトランジスターまたは前記ローサイドトランジスターのいずれかを選択し、当該選択したトランジスターに前記制御信号を供給する選択部と、一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に第1電圧が印加される第1抵抗素子と、一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に前記第1電圧よりも低位の第2電圧が印加される第2抵抗素子と、を備えることを特徴とする。
上記一態様に係る液体吐出装置によれば、D級増幅方式と比較して、ローパスフィルターが不要であるので、当該ローパスフィルターにおいて消費される電力を無視することができ、その分、低消費電力化が図られる。なお、差動増幅器としては、オペアンプやコンパレーター等を用いることができる。
上記一態様に係る液体吐出装置によれば、D級増幅方式と比較して、ローパスフィルターが不要であるので、当該ローパスフィルターにおいて消費される電力を無視することができ、その分、低消費電力化が図られる。なお、差動増幅器としては、オペアンプやコンパレーター等を用いることができる。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記選択部は、所定の選択信号に基づいて、前記制御信号を供給するトランジスターを選択し、前記選択信号は、前記元駆動信号の電圧に基づいて、前記選択部における選択を指定する構成としても良い。
また、上記一態様に係る液体吐出装置において、前記選択部は、前記駆動信号の電圧が上昇する期間では、前記ハイサイドトランジスターを選択し、前記駆動信号の電圧が低下する期間では、前記ローサイドトランジスターを選択する構成としても良い。
この構成において、前記駆動信号の電圧が上昇する期間では、前記ハイサイドトランジスターがスイッチング動作する期間を含み、前記駆動信号の電圧が低下する期間では、前記ローサイドトランジスターがスイッチング動作する期間を含んでも良い。
また、上記一態様に係る液体吐出装置において、前記選択部は、前記駆動信号の電圧が上昇する期間では、前記ハイサイドトランジスターを選択し、前記駆動信号の電圧が低下する期間では、前記ローサイドトランジスターを選択する構成としても良い。
この構成において、前記駆動信号の電圧が上昇する期間では、前記ハイサイドトランジスターがスイッチング動作する期間を含み、前記駆動信号の電圧が低下する期間では、前記ローサイドトランジスターがスイッチング動作する期間を含んでも良い。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記選択部は、前記駆動信号が所定の閾値以上の電圧で一定となる期間では、前記ハイサイドトランジスターを選択し、前記駆動信号が前記閾値よりも低い電圧で一定となる期間では、前記ローサイドトランジスターを選択する構成としても良い。
この構成において、前記閾値は、前記駆動信号の電圧の最高値よりも低く、前記駆動信号の電圧の最低値よりも高くしても良い。
前記駆動信号が前記閾値以上の電圧で一定となる期間では、前記ハイサイドトランジスターがリニア動作する期間を含み、前記駆動信号が前記閾値よりも低い電圧で一定となる期間では、前記ローサイドトランジスターがリニア動作する期間を含む構成としても良い。また、前記出力端に一端が電気的に接続されたコンデンサーをさらに備える構成としても良い。
この構成において、前記閾値は、前記駆動信号の電圧の最高値よりも低く、前記駆動信号の電圧の最低値よりも高くしても良い。
前記駆動信号が前記閾値以上の電圧で一定となる期間では、前記ハイサイドトランジスターがリニア動作する期間を含み、前記駆動信号が前記閾値よりも低い電圧で一定となる期間では、前記ローサイドトランジスターがリニア動作する期間を含む構成としても良い。また、前記出力端に一端が電気的に接続されたコンデンサーをさらに備える構成としても良い。
なお、液体吐出装置とは、液体を吐出するものであれば良く、これには後述する印刷装置のほかに、立体造形装置(いわゆる3Dプリンター)、捺染装置なども含まれる。
また、本発明は、液体吐出装置に限られず、種々の態様で実現することが可能であり、例えば当該圧電素子のような容量性負荷を駆動する駆動回路や、液体吐出装置におけるヘッドユニットなどとしても概念することが可能である。
また、本発明は、液体吐出装置に限られず、種々の態様で実現することが可能であり、例えば当該圧電素子のような容量性負荷を駆動する駆動回路や、液体吐出装置におけるヘッドユニットなどとしても概念することが可能である。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について、印刷装置を例にとって説明する。
図1は、印刷装置の概略構成を示す斜視図である。
この図に示される印刷装置は、液体の一例であるインクを吐出することによって、紙などの媒体Pにインクドット群を形成し、これにより、画像(文字、図形等を含む)を印刷する液体吐出装置の一種である。
この図に示される印刷装置は、液体の一例であるインクを吐出することによって、紙などの媒体Pにインクドット群を形成し、これにより、画像(文字、図形等を含む)を印刷する液体吐出装置の一種である。
図1に示されるように、印刷装置1は、キャリッジ20を、主走査方向(X方向)に移動(往復動)させる移動機構6を備える。
移動機構6は、キャリッジ20を移動させるキャリッジモーター61と、両端が固定されたキャリッジガイド軸62と、キャリッジガイド軸62とほぼ平行に延在し、キャリッジモーター61により駆動されるタイミングベルト63と、を有している。
キャリッジ20は、キャリッジガイド軸62に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト63の一部に固定されている。そのため、キャリッジモーター61によりタイミングベルト63を正逆走行させると、キャリッジ20がキャリッジガイド軸62に案内されて往復動する。
移動機構6は、キャリッジ20を移動させるキャリッジモーター61と、両端が固定されたキャリッジガイド軸62と、キャリッジガイド軸62とほぼ平行に延在し、キャリッジモーター61により駆動されるタイミングベルト63と、を有している。
キャリッジ20は、キャリッジガイド軸62に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト63の一部に固定されている。そのため、キャリッジモーター61によりタイミングベルト63を正逆走行させると、キャリッジ20がキャリッジガイド軸62に案内されて往復動する。
キャリッジ20には、印刷ヘッド22が搭載されている。この印刷ヘッド22は、媒体Pと対向する部分に、インクを個別にZ方向に吐出する複数のノズルを有する。なお、印刷ヘッド22は、カラー印刷のために、概略的に4個のブロックに分かれている。個々のブロックは、ブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)のインクをそれぞれ吐出する。
なお、キャリッジ20には、フレキシブルフラットケーブル190を介してメイン基板(この図では省略)から駆動信号を含む各種の制御信号等が供給される構成となっている。
なお、キャリッジ20には、フレキシブルフラットケーブル190を介してメイン基板(この図では省略)から駆動信号を含む各種の制御信号等が供給される構成となっている。
印刷装置1は、媒体Pを、プラテン80上で搬送させる搬送機構8を備える。搬送機構8は、駆動源である搬送モーター81と、搬送モーター81により回転し、媒体Pを副走査方向(Y方向)に搬送する搬送ローラー82と、を備える。
このような構成において、キャリッジ20の主走査に合わせて印刷ヘッド22のノズルから印刷データに応じてインクを吐出させるとともに、媒体Pを搬送機構8によって搬送する動作を繰り返すことで、媒体Pの表面に画像が形成される。
なお、本実施形態において主走査は、キャリッジ20を移動させることで実行されるが、媒体Pを移動させることで実行しても良く、キャリッジ20と媒体Pとの双方を移動させても良い。要は、媒体Pとキャリッジ20(印刷ヘッド22)とが相対的に移動する構成であれば良い。
なお、本実施形態において主走査は、キャリッジ20を移動させることで実行されるが、媒体Pを移動させることで実行しても良く、キャリッジ20と媒体Pとの双方を移動させても良い。要は、媒体Pとキャリッジ20(印刷ヘッド22)とが相対的に移動する構成であれば良い。
図2Aは、印刷ヘッド22におけるインクの吐出面を媒体Pからみた場合の構成を示す図である。この図に示されるように、印刷ヘッド22は、4個のヘッドユニット3を有する。4個のヘッドユニット3の各々は、それぞれブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)に対応し、主走査方向であるX方向に沿って配列する。
図2Bは、1個のヘッドユニット3におけるノズルの配列を示す図である。
この図に示されるように、1個のヘッドユニット3では、複数のノズルNが2列で配列する。ここで、説明の便宜上、この2列をそれぞれノズル列Na、Nbとする。
この図に示されるように、1個のヘッドユニット3では、複数のノズルNが2列で配列する。ここで、説明の便宜上、この2列をそれぞれノズル列Na、Nbとする。
ノズル列Na、Nbでは、それぞれ複数のノズルNが、副走査方向であるY方向に沿ってピッチP1で配列する。また、ノズル列Na、Nb同士は、X方向にピッチP2だけ離間する。ノズル列Naに属するノズルNとノズル列Nbに属するノズルNとは、Y方向に、ピッチP1の半分だけシフトした関係となっている。
このようにノズルNを、ノズル列Na、Nbの2列で、Y方向にピッチP1の半分だけシフトして配置させることにより、Y方向の解像度を、1列の場合と比較して実質的に倍に高めることができる。
なお、1個のヘッドユニット3におけるノズルNの個数を便宜的にm(mは2以上の整数)とする。
このようにノズルNを、ノズル列Na、Nbの2列で、Y方向にピッチP1の半分だけシフトして配置させることにより、Y方向の解像度を、1列の場合と比較して実質的に倍に高めることができる。
なお、1個のヘッドユニット3におけるノズルNの個数を便宜的にm(mは2以上の整数)とする。
ヘッドユニット3は、特に図示しないが、アクチュエーター基板に可撓性の回路基板が接続されるとともに、当該可撓性の回路基板に駆動ICが実装された構成である。そこで次に、アクチュエーター基板の構造について説明する。
図3は、アクチュエーター基板の構造を示す断面図である。詳細には図2Bにおけるg−g線で破断した場合の断面を示す図である。
図3に示されるように、アクチュエーター基板40は、流路基板42のうち、Z方向の負側の面上に圧力室基板44と振動板46とが設けられる一方、Z方向の正側の面上にノズル板41が設置された構造体である。
アクチュエーター基板40の各要素は、概略的にはY方向に長尺な略平板状の部材であり、例えば接着剤等により互いに固定される。また、流路基板42および圧力室基板44は、例えばシリコンの単結晶基板で形成される。
図3に示されるように、アクチュエーター基板40は、流路基板42のうち、Z方向の負側の面上に圧力室基板44と振動板46とが設けられる一方、Z方向の正側の面上にノズル板41が設置された構造体である。
アクチュエーター基板40の各要素は、概略的にはY方向に長尺な略平板状の部材であり、例えば接着剤等により互いに固定される。また、流路基板42および圧力室基板44は、例えばシリコンの単結晶基板で形成される。
ノズルNは、ノズル板41に形成される。ノズル列Naに属するノズルに対応する構造と、ノズル列Nbに属するノズルに対応する構造とは、Y方向にピッチP1の半分だけシフトした関係にあるが、それ以外では、略対称に形成されるので、以下においてはノズル列Naに着目してアクチュエーター基板40の構造を説明することにする。
流路基板42は、インクの流路を形成する平板材であり、開口部422と供給流路424と連通流路426とが形成される。供給流路424および連通流路426は、ノズル毎に形成され、開口部422は、複数のノズルにわたって連続するように形成されるとともに、対応する色のインクが供給される構造となっている。この開口部422は、液体貯留室Srとして機能し、当該液体貯留室Srの底面は、例えばノズル板41によって構成される。具体的には、流路基板42における開口部422と各供給流路424と連通流路426とを閉塞するように流路基板42の底面に固定される。
圧力室基板44のうち流路基板42とは反対側の表面に振動板46が設置される。振動板46は、弾性的に振動可能な平板状の部材であり、例えば酸化シリコン等の弾性材料で形成された弾性膜と、酸化ジルコニウム等の絶縁材料で形成された絶縁膜との積層で構成される。振動板46と流路基板42とは、圧力室基板44の各開口部422の内側で互い間隔をあけて対向する。各開口部422の内側で流路基板42と振動板46とに挟まれた空間は、インクに圧力を付与するキャビティ442として機能する。各キャビティ442は、流路基板42の連通流路426を介してノズルNに連通する。
振動板46のうち圧力室基板44とは反対側の表面には、ノズルN(キャビティ442)毎に圧電素子Pztが形成される。
振動板46のうち圧力室基板44とは反対側の表面には、ノズルN(キャビティ442)毎に圧電素子Pztが形成される。
圧電素子Pztは、振動板46の面上に形成された複数の圧電素子Pztにわたって共通の駆動電極72と、当該駆動電極72の面上に形成された圧電体74と、当該圧電体74の面上に圧電素子Pzt毎に形成された個別の駆動電極76とを包含する。このような構成において、駆動電極72、76によって圧電体74を挟んで対向する領域が圧電素子Pztとして機能する。
圧電体74は、例えば加熱処理(焼成)を含む工程で形成される。具体的には、複数の駆動電極72が形成された振動板46の表面に塗布された圧電材料を、焼成炉内での加熱処理により焼成してから圧電素子Pzt毎に成形(例えばプラズマを利用したミーリング)することで圧電体74が形成される。
なお、ノズル列Nbに対応する圧電素子Pztも同様に、駆動電極72と、圧電体74と、駆動電極76とを包含した構成である。
また、この例では、圧電体74に対し、共通の駆動電極72を下層とし、個別の駆動電極76を上層としたが、逆に駆動電極72を上層とし、駆動電極76を下層とする構成としても良い。
なお、アクチュエーター基板40については、駆動ICを直接実装した構成でも良い。
また、この例では、圧電体74に対し、共通の駆動電極72を下層とし、個別の駆動電極76を上層としたが、逆に駆動電極72を上層とし、駆動電極76を下層とする構成としても良い。
なお、アクチュエーター基板40については、駆動ICを直接実装した構成でも良い。
後述するように、圧電素子Pztの一端である駆動電極76には、吐出すべきインク量に応じた駆動信号の電圧Voutが個別に印加される一方、圧電素子Pztの他端である駆動電極72には、電圧VBSの保持信号が共通に印加される。
このため、圧電素子Pztは、駆動電極72、76に印加された電圧に応じて、上または下方向に変位する。詳細には、駆動電極76を介して印加される駆動信号の電圧Voutが低くなると、圧電素子Pztにおける中央部分が両端部分に対して上方向に撓む一方、当該電圧Voutが高くなると、下方向に撓む構成となっている。
ここで、上方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が拡大(圧力が減少)するので、インクが液体貯留室Srから引き込まれる一方、下方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が縮小(圧力が増加)するので、縮小の程度によっては、インク滴がノズルNから吐出される。このように、圧電素子Pztに適切な駆動信号が印加されると、当該圧電素子Pztの変位によって、インクがノズルNから吐出される。このため、少なくとも圧電素子Pzt、キャビティ442、ノズルNによってインクを吐出する吐出部が構成されることになる。
このため、圧電素子Pztは、駆動電極72、76に印加された電圧に応じて、上または下方向に変位する。詳細には、駆動電極76を介して印加される駆動信号の電圧Voutが低くなると、圧電素子Pztにおける中央部分が両端部分に対して上方向に撓む一方、当該電圧Voutが高くなると、下方向に撓む構成となっている。
ここで、上方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が拡大(圧力が減少)するので、インクが液体貯留室Srから引き込まれる一方、下方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が縮小(圧力が増加)するので、縮小の程度によっては、インク滴がノズルNから吐出される。このように、圧電素子Pztに適切な駆動信号が印加されると、当該圧電素子Pztの変位によって、インクがノズルNから吐出される。このため、少なくとも圧電素子Pzt、キャビティ442、ノズルNによってインクを吐出する吐出部が構成されることになる。
次に、印刷装置1の電気的な構成について説明する。
図4は、印刷装置1の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、印刷装置1は、メイン基板100にヘッドユニット3がフレキシブルフラットケーブル(図4では省略)を介して接続された構成となっている。ヘッドユニット3は、アクチュエーター基板40と、駆動IC50とに大別される。
メイン基板100は、駆動IC50に、制御信号Ctrや、駆動信号COM−A、COM−Bを供給し、アクチュエーター基板40に、電圧VBS(オフセット電圧)の保持信号を、配線550を介して供給する。
なお、印刷装置1では、4個のヘッドユニット3が設けられ、メイン基板100が、4個のヘッドユニット3をそれぞれ独立に制御する。4個のヘッドユニット3では、吐出するインクの色以外において異なることがないので、以下においては便宜的に1個のヘッドユニット3について代表して説明することにする。
この図に示されるように、印刷装置1は、メイン基板100にヘッドユニット3がフレキシブルフラットケーブル(図4では省略)を介して接続された構成となっている。ヘッドユニット3は、アクチュエーター基板40と、駆動IC50とに大別される。
メイン基板100は、駆動IC50に、制御信号Ctrや、駆動信号COM−A、COM−Bを供給し、アクチュエーター基板40に、電圧VBS(オフセット電圧)の保持信号を、配線550を介して供給する。
なお、印刷装置1では、4個のヘッドユニット3が設けられ、メイン基板100が、4個のヘッドユニット3をそれぞれ独立に制御する。4個のヘッドユニット3では、吐出するインクの色以外において異なることがないので、以下においては便宜的に1個のヘッドユニット3について代表して説明することにする。
図4に示されるように、メイン基板100は、制御部110、D/A変換器(DAC)113a、113b、電圧増幅器115a、115b、駆動回路120a、120b、および、オフセット電圧生成回路130を含む。
このうち、制御部110は、CPUや、RAM、ROMなどを有する一種のマイクロコンピューターであり、印刷対象となる画像データがホストコンピューター等から供給されたときに、所定のプログラムを実行して各部を制御するための各種の制御信号等を出力する。
このうち、制御部110は、CPUや、RAM、ROMなどを有する一種のマイクロコンピューターであり、印刷対象となる画像データがホストコンピューター等から供給されたときに、所定のプログラムを実行して各部を制御するための各種の制御信号等を出力する。
具体的には、制御部110は、第1に、DAC113aにデジタルのデータdAを繰り返して供給し、DAC113bにデジタルのデータdBを同じく繰り返して供給する。ここで、データdAは、ヘッドユニット3に供給する駆動信号COM−Aの波形を規定し、データdBは、駆動信号COM−Bの波形を規定する。
制御部110は、第2に、データdAの供給に合わせて信号OCaを出力し、データdBの供給に合わせて信号OCbを出力する。
制御部110は、第2に、データdAの供給に合わせて信号OCaを出力し、データdBの供給に合わせて信号OCbを出力する。
DAC113aは、デジタルのデータdAをアナログの信号ainに変換する。電圧増幅器115aは、信号ainの電圧を例えば10倍に増幅し、信号Ainとして駆動回路120aに供給する。同様に、DAC113bは、デジタルのデータdBをアナログの信号binに変換し、電圧増幅器115bは、信号binの電圧を例えば10倍に増幅し、信号Binとして駆動回路120bに供給する。
駆動回路120aは、詳細については後述するが、信号Ainを、容量性負荷である圧電素子Pztに対し、駆動能力を高めて(低インピーダンスに変換して)駆動信号COM−Aとして出力する。同様に、駆動回路120bは、信号Binを、駆動能力を高めて駆動信号COM−Bとして出力する
駆動信号COM−A(アナログ変換後の信号ain、インピーダンス変換前の信号Ain)については、後述するように台形波形であり、この台形波形にしたがって信号OCaが出力される。同様に、駆動信号COM−B(アナログ変換後の信号bin、インピーダンス変換前の信号Bin)についても台形波形であり、この台形波形にしたがって信号OCbが出力される。なお、駆動信号COM−A、COM−B、信号OCa、OCbの波形については後述する。
駆動信号COM−A(アナログ変換後の信号ain、インピーダンス変換前の信号Ain)については、後述するように台形波形であり、この台形波形にしたがって信号OCaが出力される。同様に、駆動信号COM−B(アナログ変換後の信号bin、インピーダンス変換前の信号Bin)についても台形波形であり、この台形波形にしたがって信号OCbが出力される。なお、駆動信号COM−A、COM−B、信号OCa、OCbの波形については後述する。
DAC113a(113b)により変換された信号ain(bin)は例えば電圧0〜4V程度で比較的小さく振幅するのに対し、駆動信号COM−A(COM−B)の電圧は0〜40V程度で比較的大きく振幅する。このため、DAC113a(113b)により変換された信号ain(bin)の電圧を電圧増幅器115a(115b)が増幅し、当該電圧増幅した信号Ain(Bin)を、駆動回路120a(120b)がインピーダンス変換する構成となっている。
第3に、制御部110は、移動機構6および搬送機構8に対する制御に同期して、ヘッドユニット3に各種の制御信号Ctrを供給する。なお、ヘッドユニット3に供給される制御信号Ctrには、ノズルNから吐出させるインクの量を規定する印刷データ(吐出制御信号)、当該印刷データの転送に用いるクロック信号、印刷周期等を規定するタイミング信号等が含まれる。
なお、制御部110は、移動機構6および搬送機構8を制御するが、このような構成については既知であるので省略する。
なお、制御部110は、移動機構6および搬送機構8を制御するが、このような構成については既知であるので省略する。
メイン基板100におけるオフセット電圧生成回路130は、電圧VBSの保持信号を生成して、配線550を介してアクチュエーター基板40における複数の圧電素子Pztの他端にわたって共通に印加する。電圧VBSの保持信号は、複数の圧電素子Pztの他端を、それぞれ一定の状態に保つためのものである。
一方、ヘッドユニット3において、駆動IC50は、選択制御部510と、圧電素子Pztに一対一に対応した選択部520と、を有する。このうち、選択制御部510は、選択部520の各々における選択をそれぞれ制御する。詳細には、選択制御部510は、制御部110からクロック信号に同期して供給される印刷データを、ヘッドユニット3のノズル(圧電素子Pzt)の数個分、一旦蓄積するとともに、各選択部520に対し、印刷データにしたがって駆動信号COM−A、COM−Bの選択を、タイミング信号で規定される印刷周期の開始タイミングで指示する。
各選択部520は、選択制御部510による指示にしたがって、駆動信号COM−A、COM−Bのいずれかを選択し(または、いずれも選択せずに)、電圧Voutの駆動信号として、対応する圧電素子Pztの一端に印加する。
アクチュエーター基板40には、上述したようにノズルN毎に圧電素子Pztが1個ずつ設けられる。圧電素子Pztの各々における他端は共通接続されて、当該他端には配線550を介してオフセット電圧生成回路130による電圧VBSが印加される。
各選択部520は、選択制御部510による指示にしたがって、駆動信号COM−A、COM−Bのいずれかを選択し(または、いずれも選択せずに)、電圧Voutの駆動信号として、対応する圧電素子Pztの一端に印加する。
アクチュエーター基板40には、上述したようにノズルN毎に圧電素子Pztが1個ずつ設けられる。圧電素子Pztの各々における他端は共通接続されて、当該他端には配線550を介してオフセット電圧生成回路130による電圧VBSが印加される。
本実施形態において、1つのドットについては、1つのノズルNからインクを最多で2回吐出させることで、大ドット、中ドット、小ドットおよび非記録の4階調を表現させる。この4階調を表現するために、本実施形態では、2種類の駆動信号COM−A、COM−Bを用意するとともに、各々の1周期にそれぞれ前半パターンと後半パターンとを持たせている。そして、1周期のうち、前半・後半において駆動信号COM−A、COM−Bを、表現すべき階調に応じた選択して(または選択しないで)、圧電素子Pztに供給する構成となっている。
そこで先に、駆動信号COM−A、COM−Bについて説明し、この後、駆動信号COM−A、COM−Bを選択するための選択制御部510および選択部520の詳細な構成について説明する。
そこで先に、駆動信号COM−A、COM−Bについて説明し、この後、駆動信号COM−A、COM−Bを選択するための選択制御部510および選択部520の詳細な構成について説明する。
図5は、駆動信号COM−A、COM−Bの波形等を示す図である。
図に示されるように、駆動信号COM−Aは、印刷周期Taのうち、制御信号LATが出力されて(立ち上がって)から制御信号CHが出力されるまでの期間T1に配置された台形波形Adp1と、印刷周期Taのうち、制御信号CHが出力されてから次の制御信号LATが出力されるまでの期間T2に配置された台形波形Adp2とを繰り返す波形となっている。
図に示されるように、駆動信号COM−Aは、印刷周期Taのうち、制御信号LATが出力されて(立ち上がって)から制御信号CHが出力されるまでの期間T1に配置された台形波形Adp1と、印刷周期Taのうち、制御信号CHが出力されてから次の制御信号LATが出力されるまでの期間T2に配置された台形波形Adp2とを繰り返す波形となっている。
本実施形態において台形波形Adp1、Adp2とは、互いにほぼ同一の波形であり、仮にそれぞれが圧電素子Pztの一端である駆動電極76に供給されたとしたならば、当該圧電素子Pztに対応するノズルNから所定量、具体的には中程度の量のインクをそれぞれ吐出させる波形である。
駆動信号COM−Bは、期間T1に配置された台形波形Bdp1と、期間T2に配置された台形波形Bdp2とを繰り返す波形となっている。本実施形態において台形波形Bdp1、Bdp2とは、互いに異なる波形である。このうち、台形波形Bdp1は、ノズルN付近のインクを微振動させてインクの粘度の増大を防止するための波形である。このため、仮に台形波形Bdp1が圧電素子Pztの一端に供給されたとしても、当該圧電素子Pztに対応するノズルNからインク滴が吐出されない。また、台形波形Bdp2は、台形波形Adp1(Adp2)とは異なる波形となっている。仮に台形波形Bdp2が圧電素子Pztの一端に供給されたとしたならば、当該圧電素子Pztに対応するノズルNから上記所定量よりも少ない量のインクを吐出させる波形である。
台形波形Adp1、Adp2、Bdp1、Bdp2の開始タイミングでの電圧と、終了タイミングでの電圧とは、いずれも電圧Vcenで共通である。すなわち、台形波形Adp1、Adp2、Bdp1、Bdp2は、それぞれ電圧Vcenで開始し、電圧Vcenで終了する波形となっている。
なお、駆動回路120a(120b)は、本例では信号Ain(Bin)をインピーダンス変換するものであるから、入力である信号Ain(Bin)の波形は、多少の誤差を伴うものの、駆動信号COM−A(COM−B)の波形そのままである。一方で、信号Ain(Bin)は、信号ain(bin)の電圧を10倍に増幅したものであるから、信号ain(bin)の波形は、信号Ain(Bin)の電圧を1/10倍とした関係にある。信号ain(bin)は、データdA(dB)をアナログ変換したものであるので、駆動信号COM−A(COM−B)の電圧波形は、制御部110によって規定されることになる。
制御部110は、駆動信号COM−Aの台形波形に対して、次のような論理レベルとなる信号OCa(選択信号)を駆動回路120aに出力する。
詳細には、制御部110は、信号OCaについては、駆動信号COM−A(信号ain)の電圧を低下させる期間と駆動信号COM−Aを閾値Vthよりも低い電圧で一定にさせる期間とにわたってHレベルとし、それ以外の駆動信号COM−Aの電圧を上昇させる期間と駆動信号COM−Aを閾値Vth以上の電圧で一定にさせる期間とにわたってLレベルとする。
本例では、駆動信号COM−A(信号Ain)の電圧の最高値をmaxとし、最低値をminとしたときに、便宜的にmax>Vth>Vcen>minとして説明する。なお、max>Vcen>Vth>minとしても良い。
詳細には、制御部110は、信号OCaについては、駆動信号COM−A(信号ain)の電圧を低下させる期間と駆動信号COM−Aを閾値Vthよりも低い電圧で一定にさせる期間とにわたってHレベルとし、それ以外の駆動信号COM−Aの電圧を上昇させる期間と駆動信号COM−Aを閾値Vth以上の電圧で一定にさせる期間とにわたってLレベルとする。
本例では、駆動信号COM−A(信号Ain)の電圧の最高値をmaxとし、最低値をminとしたときに、便宜的にmax>Vth>Vcen>minとして説明する。なお、max>Vcen>Vth>minとしても良い。
同様に、制御部110は、駆動信号COM−Bの台形波形に対して、次のような論理レベルとなる信号OCbを駆動回路120bに出力する。詳細には、制御部110は、信号OCbを、駆動信号COM−B(信号Bin)の電圧を低下させる期間と、駆動信号COM−Bを閾値電圧Vthよりも低い電圧で一定にさせる期間とにわたってHレベルとし、それ以外の駆動信号COM−Bの電圧を上昇させる期間と駆動信号COM−Bを閾値電圧Vth以上の電圧で一定にさせる期間とにわたってLレベルとする。
図6は、図4における選択制御部510の構成を示す図である。
この図に示されるように、選択制御部510には、クロック信号Sck、印刷データSI、制御信号LAT、CHが供給される。選択制御部510では、シフトレジスタ(S/R)512とラッチ回路514とデコーダー516との組が、圧電素子Pzt(ノズルN)のそれぞれに対応して設けられている。
この図に示されるように、選択制御部510には、クロック信号Sck、印刷データSI、制御信号LAT、CHが供給される。選択制御部510では、シフトレジスタ(S/R)512とラッチ回路514とデコーダー516との組が、圧電素子Pzt(ノズルN)のそれぞれに対応して設けられている。
印刷データSIは、印刷周期Taにわたって、着目しているヘッドユニット3において、すべてのノズルNによって形成すべきドットを規定するデータである。本実施形態では、非記録、小ドット、中ドットおよび大ドットの4階調を表現するために、ノズル1個分の印刷データは、上位ビット(MSB)および下位ビット(LSB)の2ビットで構成される。
印刷データSIは、クロック信号Sckに同期してノズルN(圧電素子Pzt)毎に、媒体Pの搬送に合わせて供給される。当該印刷データSIを、ノズルNに対応して2ビット分、一旦保持するための構成がシフトレジスタ512である。
詳細には、m個の圧電素子Pzt(ノズル)の各々に対応した計m段のシフトレジスタ512が縦続接続されるとともに、図において左端に位置する1段のシフトレジスタ512に供給された印刷データSIが、クロック信号Sckにしたがって順次後段(下流側)に転送される構成となっている。
なお、図では、シフトレジスタ512を区別するために、印刷データSIが供給される上流側から順番に1段、2段、…、m段と表記している。
印刷データSIは、クロック信号Sckに同期してノズルN(圧電素子Pzt)毎に、媒体Pの搬送に合わせて供給される。当該印刷データSIを、ノズルNに対応して2ビット分、一旦保持するための構成がシフトレジスタ512である。
詳細には、m個の圧電素子Pzt(ノズル)の各々に対応した計m段のシフトレジスタ512が縦続接続されるとともに、図において左端に位置する1段のシフトレジスタ512に供給された印刷データSIが、クロック信号Sckにしたがって順次後段(下流側)に転送される構成となっている。
なお、図では、シフトレジスタ512を区別するために、印刷データSIが供給される上流側から順番に1段、2段、…、m段と表記している。
ラッチ回路514は、シフトレジスタ512で保持された印刷データSIを制御信号LATの立ち上がりでラッチする。
デコーダー516は、ラッチ回路514によってラッチされた2ビットの印刷データSIをデコードして、制御信号LATと制御信号CHとで規定される期間T1、T2ごとに、選択信号Sa、Sbを出力して、選択部520での選択を規定する。
デコーダー516は、ラッチ回路514によってラッチされた2ビットの印刷データSIをデコードして、制御信号LATと制御信号CHとで規定される期間T1、T2ごとに、選択信号Sa、Sbを出力して、選択部520での選択を規定する。
図7は、デコーダー516におけるデコード内容を示す図である。
この図において、ラッチされた2ビットの印刷データSIについては(MSB、LSB)と表記している。デコーダー516は、例えばラッチされた印刷データSIが(0、1)であれば、選択信号Sa、Sbの論理レベルを、期間T1ではそれぞれH、Lレベルで、期間T2ではそれぞれL、Hレベルで、出力するということを意味している。
なお、選択信号Sa、Sbの論理レベルについては、クロック信号Sck、印刷データSI、制御信号LAT、CHの論理レベルよりも、レベルシフター(図示省略)によって、高振幅論理にレベルシフトされる。
この図において、ラッチされた2ビットの印刷データSIについては(MSB、LSB)と表記している。デコーダー516は、例えばラッチされた印刷データSIが(0、1)であれば、選択信号Sa、Sbの論理レベルを、期間T1ではそれぞれH、Lレベルで、期間T2ではそれぞれL、Hレベルで、出力するということを意味している。
なお、選択信号Sa、Sbの論理レベルについては、クロック信号Sck、印刷データSI、制御信号LAT、CHの論理レベルよりも、レベルシフター(図示省略)によって、高振幅論理にレベルシフトされる。
図8は、図4における選択部520の構成を示す図である。
この図に示されるように、選択部520は、インバーター(NOT回路)522a、522bと、トランスファーゲート524a、524bとを有する。
デコーダー516からの選択信号Saは、トランスファーゲート524aにおいて丸印が付されていない正制御端に供給される一方で、インバーター522aによって論理反転されて、トランスファーゲート524aにおいて丸印が付された負制御端に供給される。同様に、選択信号Sbは、トランスファーゲート524bの正制御端に供給される一方で、インバーター522bによって論理反転されて、トランスファーゲート524bの負制御端に供給される。
トランスファーゲート524aの入力端には、駆動信号COM−Aが供給され、トランスファーゲート524bの入力端には、駆動信号COM−Bが供給される。トランスファーゲート524a、524bの出力端同士は、共通接続されるとともに、対応する圧電素子Pztの一端に接続される。
トランスファーゲート524aは、選択信号SaがHレベルであれば、入力端および出力端の間を導通(オン)させ、選択信号SaがLレベルであれば、入力端と出力端との間を非導通(オフ)させる。トランスファーゲート524bについても同様に選択信号Sbに応じて、入力端および出力端の間をオンオフさせる。
この図に示されるように、選択部520は、インバーター(NOT回路)522a、522bと、トランスファーゲート524a、524bとを有する。
デコーダー516からの選択信号Saは、トランスファーゲート524aにおいて丸印が付されていない正制御端に供給される一方で、インバーター522aによって論理反転されて、トランスファーゲート524aにおいて丸印が付された負制御端に供給される。同様に、選択信号Sbは、トランスファーゲート524bの正制御端に供給される一方で、インバーター522bによって論理反転されて、トランスファーゲート524bの負制御端に供給される。
トランスファーゲート524aの入力端には、駆動信号COM−Aが供給され、トランスファーゲート524bの入力端には、駆動信号COM−Bが供給される。トランスファーゲート524a、524bの出力端同士は、共通接続されるとともに、対応する圧電素子Pztの一端に接続される。
トランスファーゲート524aは、選択信号SaがHレベルであれば、入力端および出力端の間を導通(オン)させ、選択信号SaがLレベルであれば、入力端と出力端との間を非導通(オフ)させる。トランスファーゲート524bについても同様に選択信号Sbに応じて、入力端および出力端の間をオンオフさせる。
図5に示されるように、印刷データSIは、ノズル毎に、クロック信号Sckに同期して供給されて、ノズルに対応するシフトレジスタ512において順次転送される。そして、クロック信号Sckの供給が停止すると、シフトレジスタ512のそれぞれには、各ノズルに対応した印刷データSIが保持された状態になる。
ここで、制御信号LATが立ち上がると、ラッチ回路514のそれぞれは、シフトレジスタ512に保持された印刷データSIを一斉にラッチする。図5において、L1、L2、…、Lm内の数字は、1段、2段、…、m段のシフトレジスタ512に対応するラッチ回路514によってラッチされた印刷データSIを示している。
ここで、制御信号LATが立ち上がると、ラッチ回路514のそれぞれは、シフトレジスタ512に保持された印刷データSIを一斉にラッチする。図5において、L1、L2、…、Lm内の数字は、1段、2段、…、m段のシフトレジスタ512に対応するラッチ回路514によってラッチされた印刷データSIを示している。
デコーダー516は、ラッチされた印刷データSIで規定されるドットのサイズに応じて、期間T1、T2のそれぞれにおいて、選択信号Sa、Saの論理レベルを図7に示されるような内容で出力する。
すなわち、第1に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(1、1)であって、大ドットのサイズを規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてH、Lレベルとし、期間T2においてもH、Lレベルとする。第2に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(0、1)であって、中ドットのサイズを規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてH、Lレベルとし、期間T2においてL、Hレベルとする。第3に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(1、0)であって、小ドットのサイズを規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてL、Lレベルとし、期間T2においてL、Hレベルとする。第4に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(0、0)であって、非記録を規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてL、Hレベルとし、期間T2においてL、Lレベルとする。
すなわち、第1に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(1、1)であって、大ドットのサイズを規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてH、Lレベルとし、期間T2においてもH、Lレベルとする。第2に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(0、1)であって、中ドットのサイズを規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてH、Lレベルとし、期間T2においてL、Hレベルとする。第3に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(1、0)であって、小ドットのサイズを規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてL、Lレベルとし、期間T2においてL、Hレベルとする。第4に、デコーダー516は、当該印刷データSIが(0、0)であって、非記録を規定する場合、選択信号Sa、Sbを、期間T1においてL、Hレベルとし、期間T2においてL、Lレベルとする。
図9は、印刷データSIに応じて選択されて、圧電素子Pztの一端に供給される駆動信号の電圧波形を示す図である。
印刷データSIが(1、1)であるとき、選択信号Sa、Sbは、期間T1においてH、Lレベルとなるので、トランスファーゲート524aがオンし、トランスファーゲート524bがオフする。このため、期間T1において駆動信号COM−Aの台形波形Adp1が選択される。選択信号Sa、Sbは期間T2においてもH、Lレベルとなるので、選択部520は、駆動信号COM−Aの台形波形Adp2を選択する。
このように期間T1において台形波形Adp1が選択され、期間T2において台形波形Adp2が選択されて、駆動信号として圧電素子Pztの一端に供給されると、当該圧電素子Pztに対応したノズルNから、中程度の量のインクが2回にわけて吐出される。このため、媒体Pにはそれぞれのインクが着弾し合体して、結果的に、印刷データSIで規定される通りの大ドットが形成されることになる。
印刷データSIが(1、1)であるとき、選択信号Sa、Sbは、期間T1においてH、Lレベルとなるので、トランスファーゲート524aがオンし、トランスファーゲート524bがオフする。このため、期間T1において駆動信号COM−Aの台形波形Adp1が選択される。選択信号Sa、Sbは期間T2においてもH、Lレベルとなるので、選択部520は、駆動信号COM−Aの台形波形Adp2を選択する。
このように期間T1において台形波形Adp1が選択され、期間T2において台形波形Adp2が選択されて、駆動信号として圧電素子Pztの一端に供給されると、当該圧電素子Pztに対応したノズルNから、中程度の量のインクが2回にわけて吐出される。このため、媒体Pにはそれぞれのインクが着弾し合体して、結果的に、印刷データSIで規定される通りの大ドットが形成されることになる。
印刷データSIが(0、1)であるとき、選択信号Sa、Sbは、期間T1においてH、Lレベルとなるので、トランスファーゲート524aがオンし、トランスファーゲート524bはオフする。このため、期間T1において駆動信号COM−Aの台形波形Adp1が選択される。次に、選択信号Sa、Sbは期間T2においてL、Hレベルとなるので、駆動信号COM−Bの台形波形Bdp2が選択される。
したがって、ノズルから、中程度および小程度の量のインクが2回にわけて吐出される。このため、媒体Pには、それぞれのインクが着弾して合体して、結果的に、印刷データSIで規定された通りの中ドットが形成されることになる。
したがって、ノズルから、中程度および小程度の量のインクが2回にわけて吐出される。このため、媒体Pには、それぞれのインクが着弾して合体して、結果的に、印刷データSIで規定された通りの中ドットが形成されることになる。
印刷データSIが(1、0)であるとき、選択信号Sa、Sbは、期間T1においてともにLレベルとなるので、トランスファーゲート524a、524bがオフする。このため、期間T1において台形波形Adp1、Bdp1のいずれも選択されない。トランスファーゲート524a、524bがともにオフする場合、当該トランスファーゲート524a、524bの出力端同士の接続点から圧電素子Pztの一端までの経路は、電気的にどの部分にも接続されないハイ・インピーダンス状態になる。ただし、圧電素子Pztの両端では、自己が有する容量性によって、トランスファーゲートがオフする直前の電圧(Vcen−VBS)が保持される。
次に、選択信号Sa、Sbは期間T2においてL、Hレベルとなるので、駆動信号COM−Bの台形波形Bdp2が選択される。このため、ノズルNから、期間T2においてのみ小程度の量のインクが吐出されるので、媒体Pには、印刷データSIで規定された通りの小ドットが形成されることになる。
次に、選択信号Sa、Sbは期間T2においてL、Hレベルとなるので、駆動信号COM−Bの台形波形Bdp2が選択される。このため、ノズルNから、期間T2においてのみ小程度の量のインクが吐出されるので、媒体Pには、印刷データSIで規定された通りの小ドットが形成されることになる。
印刷データSIが(0、0)であるとき、選択信号Sa、Sbは、期間T1においてL、Hレベルとなるので、トランスファーゲート524aがオフし、トランスファーゲート524bがオンする。このため、期間T1において駆動信号COM−Bの台形波形Bdp1が選択される。次に、選択信号Sa、Sbは期間T2においてともにLレベルとなるので、台形波形Adp2、Bdp2のいずれも選択されない。
このため、期間T1においてノズルN付近のインクが微振動するのみであり、インクは吐出されないので、結果的に、ドットが形成されない、すなわち、印刷データSIで規定された通りの非記録になる。
このため、期間T1においてノズルN付近のインクが微振動するのみであり、インクは吐出されないので、結果的に、ドットが形成されない、すなわち、印刷データSIで規定された通りの非記録になる。
このように、選択部520は、選択制御部510による指示にしたがって駆動信号COM−A、COM−Bを選択し(または選択しないで)、圧電素子Pztの一端に印加する。このため、各圧電素子Pztは、印刷データSIで規定されるドットのサイズに応じて駆動されることになる。
なお、図5に示した駆動信号COM−A、COM−Bはあくまでも一例である。実際には、媒体Pの性質や搬送速度などに応じて、予め用意された様々な波形の組み合わせが用いられる。
また、ここでは、圧電素子Pztが、電圧の低下に伴って上方向に撓む例で説明したが、駆動電極72、76に印加する電圧を逆転させると、圧電素子Pztは、電圧の低下に伴って下向に撓むことになる。このため、圧電素子Pztが、電圧の低下に伴って下方向に撓む構成では、図に例示した駆動信号COM−A、COM−Bが、電圧Vcenを基準に反転した波形となる。
なお、図5に示した駆動信号COM−A、COM−Bはあくまでも一例である。実際には、媒体Pの性質や搬送速度などに応じて、予め用意された様々な波形の組み合わせが用いられる。
また、ここでは、圧電素子Pztが、電圧の低下に伴って上方向に撓む例で説明したが、駆動電極72、76に印加する電圧を逆転させると、圧電素子Pztは、電圧の低下に伴って下向に撓むことになる。このため、圧電素子Pztが、電圧の低下に伴って下方向に撓む構成では、図に例示した駆動信号COM−A、COM−Bが、電圧Vcenを基準に反転した波形となる。
次に、メイン基板100における駆動回路120a、120bについて説明する。
なお、駆動回路120a、120bについては、入力される信号および出力される信号だけが異なり、構成上の差異はない。そこで、駆動回路については、駆動信号COM−Aを出力する側の駆動回路120aを例にとって説明する。
なお、駆動回路120a、120bについては、入力される信号および出力される信号だけが異なり、構成上の差異はない。そこで、駆動回路については、駆動信号COM−Aを出力する側の駆動回路120aを例にとって説明する。
図10は、駆動回路120aの構成を示す図である。
この図に示されるように、駆動回路120aは、差動増幅器221と、セレクター223と、トランジスター対と、抵抗素子Ru、Rd、コンデンサーC1、C2とを含む。
この図に示されるように、駆動回路120aは、差動増幅器221と、セレクター223と、トランジスター対と、抵抗素子Ru、Rd、コンデンサーC1、C2とを含む。
差動増幅器221にあっては、負入力端(−)には信号Ainが供給される一方、正入力端(+)には出力である駆動信号COM−Aが帰還されている。このため、差動増幅器221は、正入力端(+)の電圧から負入力端(−)の電圧を減算した差電圧、つまり、出力である駆動信号COM−Aの電圧Outから、入力である大振幅の信号Ain(元駆動信号)の電圧Vinを減算した差電圧を、増幅して出力することになる。
ただし、差動増幅器221は、特に図示しないが例えば電源の高位側を電圧VDとし、低位側をグランドGndとしている。このため、出力電圧は、グランドGndから電圧VDまでの範囲となる。
なお、差動増幅器221の出力信号は、後述するスイッチング動作のための信号として用いられる場合もあれば、リニア動作のための信号として用いられる場合もある。スイッチング動作のための信号として用いられる場合、Hレベルは電圧VDであり、Lレベルは電圧ゼロのグランドGndである。
なお、差動増幅器221の出力信号は、後述するスイッチング動作のための信号として用いられる場合もあれば、リニア動作のための信号として用いられる場合もある。スイッチング動作のための信号として用いられる場合、Hレベルは電圧VDであり、Lレベルは電圧ゼロのグランドGndである。
また、差動増幅器221による出力信号は、結局のところ、後述するようにトランジスター231、232のスイッチング動作およびリニア動作を制御するので、トランジスターの制御信号と言うことができる。また、駆動信号を降圧して帰還する一方、元駆動信号を電圧増幅して駆動信号として出力する構成でも良いので、駆動信号に基づく信号が差動増幅器221に帰還される、と言っても良い。
セレクター(選択部)223は、信号OCaがLレベルであれば、信号Gt1として差動増幅器221の出力信号を選択し、トランジスター231のゲート端子に供給するとともに、信号Gt2としてLレベルを選択し、トランジスター232のゲート端子に供給する。一方、セレクター223は、信号OCaがHレベルであれば、信号Gt1としてHレベルを選択し、トランジスター231のゲート端子に供給するとともに、信号Gt2として差動増幅器221の出力信号を選択し、トランジスター232のゲート端子に供給する。
換言すれば、セレクター223は、駆動信号COM−A(信号Ain)の電圧上昇期間であれば、信号OCaがLレベルであれば、トランジスター231を選択して、差動増幅器221の出力信号である差信号を当該トランジスター231のゲート端子に供給し、駆動信号COM−Aの電圧低下期間であれば、トランジスター232を選択して、上記差信号を当該トランジスター232のゲート端子に供給する一方、選択しなかったトランジスターのゲート端子には、後述するように当該トランジスターをオフにさせる信号を供給する構成となっている。
換言すれば、セレクター223は、駆動信号COM−A(信号Ain)の電圧上昇期間であれば、信号OCaがLレベルであれば、トランジスター231を選択して、差動増幅器221の出力信号である差信号を当該トランジスター231のゲート端子に供給し、駆動信号COM−Aの電圧低下期間であれば、トランジスター232を選択して、上記差信号を当該トランジスター232のゲート端子に供給する一方、選択しなかったトランジスターのゲート端子には、後述するように当該トランジスターをオフにさせる信号を供給する構成となっている。
トランジスター対は、トランジスター231、232によって構成される。このうち、高位側のトランジスター231(ハイサイドトランジスター)は、例えばPチャネル型の電界効果トランジスターであり、ソース端子には電源の高位側電圧VDが印加されている。低位側のトランジスター232(ローサイドトランジスター)は、例えばNチャネル型の電界効果トランジスターであり、ソース端子が電源の低位側となるグランドGndに接地されている。
トランジスター231、232のドレイン端子同士は、互いに接続されて、駆動回路120aの出力端であるノードN2となっている。すなわち、ノードN2から駆動信号COM−Aが出力される構成となっている。
なお、駆動回路120aの出力であるノードN2の電圧をOutと表記し、入力である信号Ainの電圧をVinと表記する。
トランジスター231、232のドレイン端子同士は、互いに接続されて、駆動回路120aの出力端であるノードN2となっている。すなわち、ノードN2から駆動信号COM−Aが出力される構成となっている。
なお、駆動回路120aの出力であるノードN2の電圧をOutと表記し、入力である信号Ainの電圧をVinと表記する。
ノードN2は、差動増幅器221の正入力端(+)に接続されるとともに、抵抗素子Ru(第1抵抗素子)を介して電圧VDにプルアップされる一方で、抵抗素子Rd(第2抵抗素子)を介してグランドにプルダウンされている。
また、コンデンサーC1(第1コンデンサー)については、一端がトランジスター231のゲート端子に接続され、他端がノードN2に接続されている。コンデンサーC2(第2コンデンサー)については、一端がトランジスター232のゲート端子に接続され、他端がノードN2に接続されている。
また、コンデンサーC1(第1コンデンサー)については、一端がトランジスター231のゲート端子に接続され、他端がノードN2に接続されている。コンデンサーC2(第2コンデンサー)については、一端がトランジスター232のゲート端子に接続され、他端がノードN2に接続されている。
ここでは、駆動信号COM−Aを出力する駆動回路120aについて説明したが、駆動信号COM−Bを出力する駆動回路120bの構成については、図10の括弧書きで示されるように、差動増幅器221の負入力端(−)に信号Binが供給され、セレクター223に信号OCbが供給される一方、ノードN2から駆動信号COM−Bが出力されることになる。
次に、駆動回路120a、120bの動作について、駆動信号COM−Aを出力する駆動回路120aを例にとって説明する。
図11は、駆動回路120aの動作を説明するための図である。
この図において、信号Ainは、駆動信号COM−Aのインピーダンス変換前の信号であるので、当該駆動信号COM−Aとほぼ同波形である。また、上述したように、駆動信号COM−Aは、印刷周期Taにおいて2つの同じ台形波形Adp1、Adp2が繰り返された波形であるので、信号Ainも同様な繰り返し波形である。
この図において、信号Ainは、駆動信号COM−Aのインピーダンス変換前の信号であるので、当該駆動信号COM−Aとほぼ同波形である。また、上述したように、駆動信号COM−Aは、印刷周期Taにおいて2つの同じ台形波形Adp1、Adp2が繰り返された波形であるので、信号Ainも同様な繰り返し波形である。
なお、図11は、このような繰り返し波形のうち、1つの台形波形を示している。また、この図において、期間P1は、信号Ainの電圧Vinが電圧Vcenから最低値minまで低下する期間であり、当該期間P1に続く期間P2は、電圧Vinが最低値minで一定となる期間であり、当該期間P2に続く期間P3は、電圧Vinが最低値minから最高値maxまで上昇する期間であり、当該期間P3に続く期間P4は、電圧Vinが最高値maxで一定となる期間であり、当該期間P4に続く期間P5は、電圧Vinが最高値maxから電圧Vcenまで低下する期間である。
図11における電圧波形のそれぞれについて、説明の便宜上、電圧を示す縦スケールは必ずしも揃っていない。
図11における電圧波形のそれぞれについて、説明の便宜上、電圧を示す縦スケールは必ずしも揃っていない。
まず、期間P1は、駆動信号COM−A(Ain)の電圧低下期間である。このため、期間P1では、信号OCaがHレベルであるので、セレクター223は、信号Gt1としてHレベルを選択し、信号Gt2として差動増幅器221の出力信号を選択する。
期間P1では、信号Gt1がHレベルであるので、Pチャネル型のトランジスター231はオフする。
一方、当該期間P1では、まず信号Ainの電圧VinがノードN2の電圧Outよりも先んじて低下する。逆にいえば、電圧Outは、電圧Vin以上となる。このため、信号Gt2として選択される差動増幅器221の出力信号の電圧は、両者の差電圧に応じて高くなり、ほぼHレベルに振れる。信号Gt2がHレベルになると、トランジスター232がオンするので、電圧Outが低下する。なお、電圧Outは、容量性負荷である圧電素子Pztなどにより、実際には、一気にグランドGndに低下することはなく、緩慢に低下する。
電圧Outが電圧Vinよりも低くなると、信号Gt2がLレベルになり、トランジスター232がオフするが、電圧Vinが低下しているので、再び電圧Outが電圧Vin以上となる。このため、信号Gt2がHレベルとなって、トランジスター232が再びオンすることになる。
期間P1では、信号Gt2がH、Lレベルで交互に切り替えられ、これにより、トランジスター232は、オンオフを繰り返す動作、すなわちスイッチング動作をすることになる。このスイッチング動作により、電圧Outを電圧Vinの低下に追従させる制御が実行されることになる。
期間P1では、信号Gt1がHレベルであるので、Pチャネル型のトランジスター231はオフする。
一方、当該期間P1では、まず信号Ainの電圧VinがノードN2の電圧Outよりも先んじて低下する。逆にいえば、電圧Outは、電圧Vin以上となる。このため、信号Gt2として選択される差動増幅器221の出力信号の電圧は、両者の差電圧に応じて高くなり、ほぼHレベルに振れる。信号Gt2がHレベルになると、トランジスター232がオンするので、電圧Outが低下する。なお、電圧Outは、容量性負荷である圧電素子Pztなどにより、実際には、一気にグランドGndに低下することはなく、緩慢に低下する。
電圧Outが電圧Vinよりも低くなると、信号Gt2がLレベルになり、トランジスター232がオフするが、電圧Vinが低下しているので、再び電圧Outが電圧Vin以上となる。このため、信号Gt2がHレベルとなって、トランジスター232が再びオンすることになる。
期間P1では、信号Gt2がH、Lレベルで交互に切り替えられ、これにより、トランジスター232は、オンオフを繰り返す動作、すなわちスイッチング動作をすることになる。このスイッチング動作により、電圧Outを電圧Vinの低下に追従させる制御が実行されることになる。
次に、期間P2は、駆動信号COM−A(Ain)が閾値電圧Vthよりも低い電圧の最低値minで一定となる期間である。このため、期間P2では、期間P1から引き続いて信号OCaがHレベルであるので、セレクター223は、信号Gt1としてHレベルを選択し、信号Gt2として差動増幅器221の出力信号を選択する。
前の期間P1では、電圧Outが電圧Vinに追従するように制御されるが、その制御内容は、上述したようにトランジスター232のスイッチング動作である。このため、期間P2の開始直後、すなわち電圧Vinが最低値minで一定に転じた直後では、電圧Outが、電圧Vinに一致していない場合がある。
前の期間P1では、電圧Outが電圧Vinに追従するように制御されるが、その制御内容は、上述したようにトランジスター232のスイッチング動作である。このため、期間P2の開始直後、すなわち電圧Vinが最低値minで一定に転じた直後では、電圧Outが、電圧Vinに一致していない場合がある。
この場合において、電圧Outが電圧Vinに対して高ければ、信号Gt2の電圧、すなわち差動増幅器221の出力電圧も高くなるので、トランジスター232のソース・ドレイン間の抵抗が小さくなり、ノードN2の電圧Outを低下させるように働く。一方、電圧Outが電圧Vinに対して低ければ、信号Gt2の電圧も低くなるので、トランジスター232のソース・ドレイン間の抵抗が大きくなり、電圧Outを上昇させる方向に働く。
したがって、期間P2において、電圧Outは、当該電圧Outを低下させる方向と上昇させる方向とが均衡する地点、すなわち、電圧Vin(最低値min)に一致する地点で一定になる。このとき、トランジスター232は線形(リニア)動作となり、信号Gt2は、トランジスター232におけるソース・ドレイン間の抵抗、および、抵抗素子Ru、Rdで定まる電圧Outが電圧Vinとなるような電圧で一定となる。
なお、図11では、期間P1から期間P2にかけての信号Gt2の電圧変化については簡略化して、直ちに一定となった状態を示している。
したがって、期間P2において、電圧Outは、当該電圧Outを低下させる方向と上昇させる方向とが均衡する地点、すなわち、電圧Vin(最低値min)に一致する地点で一定になる。このとき、トランジスター232は線形(リニア)動作となり、信号Gt2は、トランジスター232におけるソース・ドレイン間の抵抗、および、抵抗素子Ru、Rdで定まる電圧Outが電圧Vinとなるような電圧で一定となる。
なお、図11では、期間P1から期間P2にかけての信号Gt2の電圧変化については簡略化して、直ちに一定となった状態を示している。
期間P3は、駆動信号COM−A(Ain)の電圧上昇期間である。このため、期間P3では、信号OCaがLレベルになるので、セレクター223は、信号Gt1として差動増幅器221の出力信号を選択し、信号Gt2としてLレベルを選択する。
期間P3では、信号Gt2がLレベルであるので、Nチャネル型のトランジスター232はオフする。
一方、当該期間P3では、まず電圧Vinが電圧Outよりも先んじて上昇する。逆にいえば、電圧Outは、電圧Vinよりも低くなる。このため、信号Gt1として選択される差動増幅器221の出力信号の電圧は、両者の差電圧に応じて低くなり、ほぼLレベルに振れる。信号Gt1がLレベルになると、トランジスター231がオンするので、電圧Outが上昇する。なお、電圧Outは、容量性の負荷である圧電素子Pztなどにより、実際には、一気に電圧VDに上昇することはなく、緩慢に上昇する。
電圧Outが電圧Vin以上になると、信号Gt2がHレベルになり、トランジスター231がオフする。トランジスター231がオフすると、電圧Outの上昇は停止するが、電圧Vinが上昇しているので、再び電圧Outが電圧Vinよりも低くなる。このため、信号Gt1がLレベルとなって、トランジスター231が再びオンすることになる。
期間P3では、信号Gt1がH、Lレベルで交互に切り替えられ、これにより、トランジスター231は、スイッチング動作をすることになる。このスイッチング動作により、電圧Outを電圧Vinの上昇に追従させる制御が実行されることになる。
期間P3では、信号Gt2がLレベルであるので、Nチャネル型のトランジスター232はオフする。
一方、当該期間P3では、まず電圧Vinが電圧Outよりも先んじて上昇する。逆にいえば、電圧Outは、電圧Vinよりも低くなる。このため、信号Gt1として選択される差動増幅器221の出力信号の電圧は、両者の差電圧に応じて低くなり、ほぼLレベルに振れる。信号Gt1がLレベルになると、トランジスター231がオンするので、電圧Outが上昇する。なお、電圧Outは、容量性の負荷である圧電素子Pztなどにより、実際には、一気に電圧VDに上昇することはなく、緩慢に上昇する。
電圧Outが電圧Vin以上になると、信号Gt2がHレベルになり、トランジスター231がオフする。トランジスター231がオフすると、電圧Outの上昇は停止するが、電圧Vinが上昇しているので、再び電圧Outが電圧Vinよりも低くなる。このため、信号Gt1がLレベルとなって、トランジスター231が再びオンすることになる。
期間P3では、信号Gt1がH、Lレベルで交互に切り替えられ、これにより、トランジスター231は、スイッチング動作をすることになる。このスイッチング動作により、電圧Outを電圧Vinの上昇に追従させる制御が実行されることになる。
期間P4は、駆動信号COM−A(Ain)が閾値電圧Vth以上の電圧で一定となる期間である。このため、期間P2では、期間P3から引き続いて信号OCaがLレベルであるので、セレクター223は、信号Gt1として差動増幅器221の出力信号を選択し、信号Gt2としてLレベルを選択する。
前の期間P3では、電圧Outが電圧Vinに追従するように制御されるが、その制御内容は、上述したようにトランジスター231によるスイッチング動作であるので、期間P4において電圧Vinが最高値maxで一定に転じた直後では、電圧Outが、信号Ainの電圧Vinに一致していない場合がある。
前の期間P3では、電圧Outが電圧Vinに追従するように制御されるが、その制御内容は、上述したようにトランジスター231によるスイッチング動作であるので、期間P4において電圧Vinが最高値maxで一定に転じた直後では、電圧Outが、信号Ainの電圧Vinに一致していない場合がある。
この場合において、電圧Outが電圧Vinに対して高ければ、信号Gt1の電圧、すなわち差動増幅器221の出力電圧も高くなるので、トランジスター231のソース・ドレイン間の抵抗が大きくなり、ノードN2の電圧Outを低下させるように働く。一方、電圧Outが電圧Vinに対して低ければ、信号Gt1の電圧も低くなるので、トランジスター231のソース・ドレイン間の抵抗が小さくなり、電圧Outを上昇させる方向に働く。
したがって、期間P4において、電圧Outは、当該電圧Outを低下させる方向と上昇させる方向とが均衡する地点、すなわち、電圧Vin(最高値max)に一致する地点で一定になる。このとき、トランジスター232はリニア動作となり、信号Gt2は、トランジスター232におけるソース・ドレイン間の抵抗、および、抵抗素子Ru、Rdで定まる電圧Outが電圧Vin(最高値max)となるような電圧で一定となる。
なお、図11では、期間P3から期間P4にかけての信号Gt2の電圧変化については簡略化して、直ちに一定となった状態を示している。
したがって、期間P4において、電圧Outは、当該電圧Outを低下させる方向と上昇させる方向とが均衡する地点、すなわち、電圧Vin(最高値max)に一致する地点で一定になる。このとき、トランジスター232はリニア動作となり、信号Gt2は、トランジスター232におけるソース・ドレイン間の抵抗、および、抵抗素子Ru、Rdで定まる電圧Outが電圧Vin(最高値max)となるような電圧で一定となる。
なお、図11では、期間P3から期間P4にかけての信号Gt2の電圧変化については簡略化して、直ちに一定となった状態を示している。
期間P5は、駆動信号COM−A(Ain)の電圧低下期間である。このため、期間P5は、期間P1と同様な動作となる。すなわち、信号Gt2がH、Lレベルで交互に切り替えられ、これによりトランジスター232がスイッチング動作となり、ノードN2の電圧Outを電圧Vinの電圧低下に追従させる制御が実行される。なお、期間P5は、期間P4との関係でいえば、信号OCaがHレベルに切り替わるので、セレクター223は、信号Gt1としてHレベルを選択し、信号Gt2として差動増幅器221の出力信号を選択する。
期間P5の後の期間P6は、駆動信号COM−A(Ain)が閾値電圧Vthよりも低い電圧Vcenで一定となる期間である。このため、期間P6では、期間P5から引き続いて信号OCaがHレベルであるので、セレクター223は、信号Gt1としてHレベルを選択し、信号Gt2として差動増幅器221の出力信号を選択する。
期間P5では、電圧Outを信号Ainの電圧Vinに追従させる制御が実行されるが、期間P6において電圧Vinが電圧Vcenで一定に転じた直後では、電圧Outが、信号Ainの電圧Vinに一致していない場合があるが、期間P2に転じた直後と同様に、電圧Outは、電圧Vin(Vcen)に一致する地点で一定になる。このとき、トランジスター232はリニア動作となり、信号Gt2は、トランジスター232におけるソース・ドレイン間の抵抗、および、抵抗素子Ru、Rdで定まる電圧Outが電圧Vin(Vcen)となるような電圧で一定となる。
なお、図11では、期間P5から期間P6にかけての信号Gt2の電圧変化については簡略化して、直ちバランスした状態を示している。
期間P5では、電圧Outを信号Ainの電圧Vinに追従させる制御が実行されるが、期間P6において電圧Vinが電圧Vcenで一定に転じた直後では、電圧Outが、信号Ainの電圧Vinに一致していない場合があるが、期間P2に転じた直後と同様に、電圧Outは、電圧Vin(Vcen)に一致する地点で一定になる。このとき、トランジスター232はリニア動作となり、信号Gt2は、トランジスター232におけるソース・ドレイン間の抵抗、および、抵抗素子Ru、Rdで定まる電圧Outが電圧Vin(Vcen)となるような電圧で一定となる。
なお、図11では、期間P5から期間P6にかけての信号Gt2の電圧変化については簡略化して、直ちバランスした状態を示している。
図10に示した駆動回路120aによれば、期間P1〜P6毎に、次のような動作によって駆動信号COM−Aの電圧Outを、信号Ainの電圧Vinに追従させる制御が実行される。
すなわち、電圧Vinが低下する期間P1、P5ではトランジスター232のスイッチング動作により、電圧Vinが閾値Vthよりも低い値で一定となる期間P2、P6では、トランジスター232のリニア動作により、電圧Vinが上昇する期間P3ではトランジスター231のスイッチング動作により、電圧Vinが閾値Vth以上の値で一定となる期間P4では、トランジスター231のリニア動作により、それぞれ電圧Outを電圧Vinに追従させる制御が実行される。
すなわち、電圧Vinが低下する期間P1、P5ではトランジスター232のスイッチング動作により、電圧Vinが閾値Vthよりも低い値で一定となる期間P2、P6では、トランジスター232のリニア動作により、電圧Vinが上昇する期間P3ではトランジスター231のスイッチング動作により、電圧Vinが閾値Vth以上の値で一定となる期間P4では、トランジスター231のリニア動作により、それぞれ電圧Outを電圧Vinに追従させる制御が実行される。
このような駆動回路120aによれば、常時スイッチングするD級増幅と比較して、電圧Vinが一定である期間P2、P4、P6では、トランジスター231、232がスイッチング動作をしない。また、D級増幅では、スイッチング信号を復調するLPF(Low Pass Filter)、特にコイルのようなインダクターが必要となるが、駆動回路120aでは、そのようなLPFは不要である。このため、駆動回路120aによれば、D級増幅と比較して、スイッチング動作やLPFで消費される電力を抑えることができるほか、回路の簡略化、小型化を図ることができる。
なお、駆動回路において、駆動信号COM−Aの電圧Vout(信号Ainの電圧Vin)が上昇する期間P3では、トランジスター231がスイッチング動作し、電圧Voutが低下する期間P1、P5では、トランジスター232がスイッチング動作すると説明したが、接続される圧電素子Pztの個数が多い場合、トランジスターのオン抵抗と負荷容量で決まる時定数の関係で、リニア動作する場合もあり得る。
また、駆動回路において、電圧Voutが閾値Vth以上の電圧で一定となる期間P4では、トランジスター231がリニア動作し、電圧Voutが閾値Vthよりも低い電圧で一定となる期間P2、P6では、トランジスター232がリニア動作すると説明したが、同様な理由により、スイッチング動作する場合もあり得る。
また、駆動回路において、電圧Voutが閾値Vth以上の電圧で一定となる期間P4では、トランジスター231がリニア動作し、電圧Voutが閾値Vthよりも低い電圧で一定となる期間P2、P6では、トランジスター232がリニア動作すると説明したが、同様な理由により、スイッチング動作する場合もあり得る。
駆動信号COM−A(COM−B)については台形波形に限られず、正弦波などのように傾きに連続性を有する波形であっても良い。このような波形を出力させる場合、駆動回路では、駆動信号COM−Aの電圧Vout(信号Ainの電圧Vin)の変化が相対的に大きい場合、具体的には、単位時間当たりにおいて所定電圧以上で電圧が変化する期間(第1期間)でトランジスター231、232の一方がスイッチング動作する一方で、電圧Voutの変化が相対的に小さい場合、具体的には、単位時間当たりにおいて所定電圧よりも低い電圧で変化する、または、変化しない一定の期間(第2期間)でトランジスター231、232の一方がリニア動作することになる。
ここで、ノードN2のプルアップおよびプルダウンの役割について検討する。
プルアップが特に必要なる場合とは、信号Ain(駆動信号COM−A)が閾値Vthよりも低い電圧で一定となる期間P2、P6、すなわちトランジスター232をリニア動作させる場合である。この場合、高位側のトランジスター231がオフであるので、低位側のトランジスター232によってノードN2の電圧Outを信号Ainに追従させるためには、ノードN2を高位側にプルアップする必要がある。
一方、プルダウンが特に必要なる場合とは、信号Ain(駆動信号COM−A)が閾値Vth以上の電圧で一定となる期間P4、すなわちトランジスター231をリニア動作させる場合である。この場合、ローサイドのトランジスター232がオフであるので、ハイサイドのトランジスター231によってノードN2の電圧Outを電圧Ainに追従させるために、ノードN2を低位側にプルダウンする必要がある。
プルアップが特に必要なる場合とは、信号Ain(駆動信号COM−A)が閾値Vthよりも低い電圧で一定となる期間P2、P6、すなわちトランジスター232をリニア動作させる場合である。この場合、高位側のトランジスター231がオフであるので、低位側のトランジスター232によってノードN2の電圧Outを信号Ainに追従させるためには、ノードN2を高位側にプルアップする必要がある。
一方、プルダウンが特に必要なる場合とは、信号Ain(駆動信号COM−A)が閾値Vth以上の電圧で一定となる期間P4、すなわちトランジスター231をリニア動作させる場合である。この場合、ローサイドのトランジスター232がオフであるので、ハイサイドのトランジスター231によってノードN2の電圧Outを電圧Ainに追従させるために、ノードN2を低位側にプルダウンする必要がある。
なお、抵抗素子Ruのプルアップ先は、駆動信号COM−Aの最高電圧以上の電圧であれば良いので、この例では、電圧VDの給電線としている。また、抵抗素子Rdのプルダウン先は、駆動信号COM−Aの最低電圧以下の電圧であれば良いので、この例では、グランドGndとしている。
ここでは、駆動信号COM−Aを出力する駆動回路120aを例にとって説明したが、駆動信号COM−Bを出力する駆動回路120bについても同様な動作となる。駆動信号COM−Bの波形については図5で説明した通りであり、信号OCbについては上述した通りであるので、波形についての図示を省略する。そして、駆動回路120bについても、信号Binの電圧に追従するような電圧Voutの駆動信号COM−Bを出力することになる。
ここで、説明の便宜上、駆動回路120a(120b)の優位性を説明するための比較例について説明する。
図13は、比較例に係る駆動回路の構成を示す図である。
この図に示される比較例が、図10に示した駆動回路120a(120b)と相違する点は、一端がノードN2に接続され、他端がグラウンドGndに接地されたコンデンサーC0を有する点と、逆に、駆動回路120a(120b)におけるコンデンサーC1、C2を有さない点である。
この図に示される比較例が、図10に示した駆動回路120a(120b)と相違する点は、一端がノードN2に接続され、他端がグラウンドGndに接地されたコンデンサーC0を有する点と、逆に、駆動回路120a(120b)におけるコンデンサーC1、C2を有さない点である。
図12の比較例において、コンデンサーC0の役目は、ノードN2から差動増幅器221への帰還に伴う位相回転を補償して異常発振を抑えることにあるが、ノードN2の負荷である圧電素子Pztの個数は、印刷内容(印刷データSI)によって大きく変動する。この変動に対処するため、コンデンサーC0には、比較的大容量であることが要求される。
これに対して、本実施形態では、トランジスター231のゲート端子とドレイン端子(ノードN2)との間にコンデンサーC1が電気的に接続され、トランジスター232のゲート端子とノードN2との間にコンデンサーC2が電気的に接続されているので、ミラー(Miller)効果により、ノードN2とグラウンドGndとの間に、当該トランジスター231の増幅率の倍数に応じた値の容量が等価的に出現する。
このため、本実施形態では、コンデンサーC0の容量よりも小さい容量のコンデンサーC1、C2が、当該コンデンサーC0を代用するので、駆動回路の規模の小型化を図ることができる。
これに対して、本実施形態では、トランジスター231のゲート端子とドレイン端子(ノードN2)との間にコンデンサーC1が電気的に接続され、トランジスター232のゲート端子とノードN2との間にコンデンサーC2が電気的に接続されているので、ミラー(Miller)効果により、ノードN2とグラウンドGndとの間に、当該トランジスター231の増幅率の倍数に応じた値の容量が等価的に出現する。
このため、本実施形態では、コンデンサーC0の容量よりも小さい容量のコンデンサーC1、C2が、当該コンデンサーC0を代用するので、駆動回路の規模の小型化を図ることができる。
なお、トランジスター231、232はチャネル型が互いに異なるので、ゲート・ドレイン間の寄生容量も異なる場合がある。本実施形態のように、キャリアが正孔(ホール)であるPチャネル型のトランジスター231では、キャリアが電子であるNチャネル型のトランジスター232と比較して、ゲート・ドレイン間の寄生容量が大きくなる場合がある。このため、コンデンサーC1の容量については、コンデンサーC2の容量に対して当該寄生容量の差の分だけ小さくすることができる。
さらに、トランジスター231におけるゲート・ドレイン間の寄生容量が比較的大きいのであれば、コンデンサーC2を設けるだけで、コンデンサーC1を省略することができる。
さらに、トランジスター231におけるゲート・ドレイン間の寄生容量が比較的大きいのであれば、コンデンサーC2を設けるだけで、コンデンサーC1を省略することができる。
以上の説明では、トランジスター対のうち、トランジスター231をPチャネル型とし、トランジスター232をNチャネル型としたが、トランジスター231、232をPチャネル型またはNチャネル型のいずれか一方のチャネル型で揃えても良い。なお、差動増幅器221による出力信号(正転、反転)や、オフさせる場合の信号Gt1、Gt2(H、Lレベル)については、信号OCa(OCb)や、トランジスター231、232のチャネル型に対して適宜変更する必要がある。
また、駆動回路120a(120b)において、ノードN2からトランジスター231のドレイン端子に向かう電流を阻止するためのダイオード、および、トランジスター232のドレイン端子からノードN2に向かう電流を阻止するためのダイオードを、それぞれ図12に示されるように設けても良い。
駆動回路120a(120b)については、DAC113a、113b、電圧増幅器115a、115bとともにメイン基板100に設けたが、駆動IC50とともに可動のキャリッジ20(またはヘッドユニット3)に設ける構成としても良い。ヘッドユニット3の側に駆動回路120a(120b)を設けると、大振幅の振幅の信号を、FPC190を介して供給する必要がなくなるので、耐ノイズ性を高めることができる。
上記説明では、液体吐出装置を印刷装置として説明したが、液体を吐出して立体を造形する立体造形装置や、液体を吐出して布地を染める捺染装置などであっても良い。
また、駆動回路120a(120b)については、メイン基板100に設けたが、駆動IC50とともにキャリッジ20(またはヘッドユニット3)に設ける構成としても良い。ヘッドユニット3の側に駆動回路120a(120b)を設けると、大振幅の信号を、フレキシブルフラットケーブル190を介して供給する必要がなくなるので、耐ノイズ性を高めることができる。
さらに、上記説明では、駆動回路120a(120b)の駆動対象としてインクを吐出するための圧電素子Pztを例にとって説明したが、駆動回路120a(120b)を印刷装置から切り離して考えてみたときに、駆動対象としては、圧電素子Pztに限られず、例えば超音波モーターや、タッチパネル、静電スピーカー、液晶パネルなどの容量性成分を有する負荷のすべてに適用可能である。
1…印刷装置(液体吐出装置)、3…ヘッドユニット、100…メイン基板、120a、120b…駆動回路、221…差動増幅器、223…セレクター、231、232…トランジスター、442…キャビティ、Pzt…圧電素子、N…ノズル、C0、C1、C2…コンデンサー、Ru、Rd…抵抗素子。
Claims (6)
- 駆動信号の印加により変位する圧電素子を含み、当該圧電素子の変位により液体を吐出する吐出部と、
前記駆動信号の元となる元駆動信号と前記駆動信号に基づく信号とに基づいて制御信号を出力する差動増幅器と、
前記制御信号に基づいて制御されるハイサイドトランジスターおよびローサイドトランジスターを含み、前記駆動信号を出力端から出力するトランジスター対と、
前記ハイサイドトランジスターまたは前記ローサイドトランジスターのいずれかを選択し、当該選択したトランジスターに前記制御信号を供給する選択部と、
一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に第1電圧が印加される第1抵抗素子と、
一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に前記第1電圧よりも低位の第2電圧が印加される第2抵抗素子と、
一端が前記ハイサイドトランジスターのゲート端子またはローサイドトランジスターのゲート端子の一方に電気的に接続され、他端が前記出力端に電気的に接続される第1コンデンサーと、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。 - 一端が前記ハイサイドトランジスターのゲート端子またはローサイドトランジスターのゲート端子の他方に電気的に接続され、他端が前記出力端に電気的に接続される第2コンデンサーを有し、
前記ハイサイドトランジスターはPチャネル型の電界効果トランジスターであり、
前記ローサイドトランジスターはNチャネル型の電界効果トランジスターであり、
前記第1コンデンサーの容量は、前記第2コンデンサーの容量よりも小さい
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記選択部は、
前記駆動信号の電圧が上昇する期間では、前記ハイサイドトランジスターを選択し、
前記駆動信号の電圧が低下する期間では、前記ローサイドトランジスターを選択する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出装置。 - 前記吐出部と、前記差動増幅器と、前記トランジスター対と、前記選択部と、が可動式のキャリッジに搭載された
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の液体吐出装置。 - 駆動信号により容量性負荷を駆動する駆動回路であって、
前記駆動信号の元となる元駆動信号と前記駆動信号に基づく信号とに基づいて制御信号を出力する差動増幅器と、
前記制御信号に基づいて制御されるハイサイドトランジスターおよびローサイドトランジスターを含み、前記駆動信号を出力端から出力するトランジスター対と、
前記ハイサイドトランジスターまたは前記ローサイドトランジスターのいずれかを選択し、当該選択したトランジスターに前記制御信号を供給する選択部と、
一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に第1電圧が印加される第1抵抗素子と、
一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に前記第1電圧よりも低位の第2電圧が印加される第2抵抗素子と、
一端が前記ハイサイドトランジスターのゲート端子またはローサイドトランジスターのゲート端子の一方に電気的に接続され、他端が前記出力端に電気的に接続される第1コンデンサーと、
を備えることを特徴とする駆動回路。 - 駆動信号の印加により変位する圧電素子を含み、当該圧電素子の変位により液体を吐出する吐出部を含むヘッドユニットであって、
前記吐出部は、
前記駆動信号の元となる元駆動信号と前記駆動信号に基づく信号との差電圧に基づいて制御信号を出力する差動増幅器と、
前記制御信号に基づいて制御されるハイサイドトランジスターおよびローサイドトランジスターを含み、前記駆動信号を出力端から出力するトランジスター対と、
前記ハイサイドトランジスターまたは前記ローサイドトランジスターのいずれかを選択し、当該選択したトランジスターに前記制御信号を供給する選択部と、
一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に第1電圧が印加される第1抵抗素子と、
一端が前記出力端に電気的に接続され、他端に前記第1電圧よりも低位の第2電圧が印加される第2抵抗素子と、
一端が前記ハイサイドトランジスターのゲート端子またはローサイドトランジスターのゲート端子の一方に電気的に接続され、他端が前記出力端に電気的に接続される第1コンデンサーと、
を備える駆動回路によって駆動されることを特徴とするヘッドユニット。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2016034998A JP2017149075A (ja) | 2016-02-26 | 2016-02-26 | 液体吐出装置、駆動回路およびヘッドユニット |
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JP2019147247A (ja) * | 2018-02-26 | 2019-09-05 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置 |
JP2021014796A (ja) * | 2019-07-10 | 2021-02-12 | 株式会社デンソー | 容量性負荷制御装置 |
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