JP2017149076A - 液体吐出装置および駆動回路 - Google Patents

液体吐出装置および駆動回路 Download PDF

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Abstract

【課題】駆動回路においてノイズ等の影響を低減する。
【解決手段】駆動回路120は、駆動信号COM−Aを生成する単位回路120aと、駆動信号COM−Bを生成する単位回路120bと、調整部140とを含む。調整部140は、信号Gaのレベルが変化するタイミングと、信号Gbのレベルが変化するタイミングとが閾値時間内にある場合であって、かつ、所定条件を充足する場合に、例えば信号Gbを遅延させて、信号Gtbとして単位回路120bに戻す。
【選択図】図10

Description

本発明は、液体吐出装置および駆動回路に関する。
インクを吐出して画像や文書を印刷する印刷装置には、圧電素子、例えばピエゾ素子を用いたインクジェットプリンター(液体吐出装置)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、液体吐出装置では、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(特許文献2参照)などのようにハイサイドトランジスター、ローサイドトランジスターからなるトランジスター対のスイッチングにより元駆動信号を増幅する技術が提案されている。
一方、表現可能な階調数を高めるために複数の駆動信号を生成するとともに、複数の駆動信号に複数種類の駆動パルスを含ませ、これらの駆動パルスを1つ又は複数組み合わせて圧電素子に印加する技術も提案されている(特許文献3参照)。
そこで、複数の駆動信号の各々をトランジスター対のスイッチングによりそれぞれ増幅する構成が検討された。
特開2009−190287号公報 特開2010−114711号公報 特開2005−125804号公報
しかしながら、上記構成では、トランジスター対における一方のトランジスターのオンにより比較的大電流が流れる。このため、2つの以上の駆動回路にわたってトランジスターが同時にオンしたときに、当該オンによるノイズ等が他の回路に影響を及ぼし、駆動信号の波形の再現性を悪化させ、印刷品質を低下させるという問題が指摘された。
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、複数の駆動信号の各々をトランジスター対のスイッチングによりそれぞれ増幅する場合において、ノイズ等の影響を低減した液体吐出装置および駆動回路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、第1駆動信号または第2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、第1トランジスター対により前記第1駆動信号を生成する第1単位回路と、第2トランジスター対により前記第2駆動信号を生成する第2単位回路と、前記第1トランジスター対を制御するための第1制御信号のレベルが変化するタイミングと、前記第2トランジスター対を制御するための第2制御信号のレベルが変化するタイミングとが閾値時間内にある場合であって、かつ、所定条件を充足する場合に、前記第1制御信号および前記第2制御信号の少なくとも一方を遅延させて、対応する単位回路に供給する調整部と、を具備す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、第1単位回路と第2単位回路とにおいてスパイクノイズの発生が回避されて、誤動作や波形乱れの誘発が低減される。これにより、駆動信号を高精度に生成できるので、印刷品質の向上を図ることができる。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記第1トランジスター対は、第1ハイサイドトランジスターと第1ローサイドトランジスターとを含み、前記第2トランジスター対は、第2ハイサイドトランジスターと第2ローサイドトランジスターとを含み、前記所定条件は、前記第1ハイサイドトランジスターと第2ハイサイドトランジスターとがともにオンすること、または、前記第1ローサイドトランジスターと第2ローサイドトランジスターとがともにオンすることとしても良い。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記第1単位回路は、前記第1トランジスター対の複数と、複数の前記第1トランジスター対のいずれかを選択して、選択した前記第1トランジスター対に、前記調整部により遅延された、または、遅延されていな前記第1制御信号を供給する第1セレクターと、を含み、前記第2単位回路は、前記第2トランジスター対の複数と、複数の前記第2トランジスター対のいずれかを選択して、選択した前記第2トランジスター対に、前記調整部により遅延された、または、遅延されていない前記第2制御信号を供給する第2セレクターと、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、前記第1制御信号は、前記第1駆動信号の元となる第1元駆動信号と前記第1駆動信号に基づく信号とに基づいて出力され、前記第2制御信号は、前記第2駆動信号の元となる第2元駆動信号と前記第1駆動信号に基づく信号とに基づいて出力される構成としても良い。
なお、液体吐出装置としては、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。
印刷装置の概略構成を示す図である。 ヘッドユニットにおけるノズルの配列等を示す図である。 ヘッドユニットにおけるノズルの配列等を示す図である。 ヘッドユニットにおける要部構成を示す断面図である。 印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。 駆動信号の波形等を説明するための図である。 選択制御部の構成を示す図である。 デコーダーのデコード内容を示す図である。 選択部の構成を示す図である。 選択部から圧電素子に供給される駆動信号を示す図である。 印刷装置に適用される駆動回路(その1)を示す図である。 駆動回路(その1)の動作を説明するための図である。 印刷装置に適用可能な別の駆動回路(その2)の要部を示す図である。 駆動回路(その2)の動作を説明するための図である。 駆動回路(その2)の動作を説明するための図である。 印刷装置に適用可能な別の駆動回路(その3)を示す図である。 駆動回路(比較例)を示す図である。 駆動回路(比較例)の動作を説明するための図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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、駆動回路120、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。
具体的には、制御部110は、第1に、駆動回路120に、駆動信号COM−Aの波形を規定するデータdAと、駆動信号COM−Bの波形を規定するデータdBとをそれぞれ供給する。なお、後述するように、駆動信号COM−A、COM−Bの波形は、それぞれ台形波形であって周期性を有するので、制御部110は、これらの台形波形を規定するデータdA、dBをそれぞれ繰り返して供給する。
駆動回路120は、詳細については後述するが、単位回路120a、120bおよび調整部140を含む。このうち、単位回路120a(第1単位回路)は、データdAをアナログ信号に変換するとともに、電圧増幅して、容量性負荷である圧電素子Pztに対し、信号OCaを用いつつ駆動能力を高めて(低インピーダンスに変換して)駆動信号COM−A(第1駆動信号)として出力する。同様に、単位回路120b(第2単位回路)は、データdBをアナログ信号に変換するとともに、電圧増幅して、圧電素子Pztに対し、信号OCbを用いつつ低インピーダンスに変換して、駆動信号COM−B(第2駆動信号)として出力する。
また、駆動信号COM−A、COM−Bの台形波形に対して制御部110は、信号OCa、OCbを出力するが、これらの信号については、駆動信号COM−A、COM−Bの例の後に説明する。
制御部110は、第2に、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。
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は、上述したようにアクチュエーター基板40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IC50が実装された構成である。このうち、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。
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。
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。
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。
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を駆動回路120に出力する。詳細には、制御部110は、信号OCaを、駆動信号COM−A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。
ここで、本例では、駆動信号COM−A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。
また、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120に出力する。詳細には、制御部110は、信号OCbを、駆動信号COM−B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4におけるヘッドユニット3の各部、特に駆動IC50の説明に戻す。
図6は、駆動IC50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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(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。
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。
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。
次に、メイン基板100における駆動回路120について説明する。
なお、駆動回路の符号については120で統一するが、後述するように、いくつかの態様が存在するので、区別するために、駆動回路(その1)、駆動回路(その2)というように符号の代わりに括弧書を付与する場合がある。
図10は、駆動回路(その1)を示す図である。
駆動回路(その1)は、単位回路120a、120b、および調整部140を含み、このうち、単位回路120aは、データdA、信号OCaを入力して、駆動信号COM−Aを出力し、単位回路120bは、データdB、信号OCbを入力して、駆動信号COM−Bを出力する。また、単位回路120aは中間的な信号として信号Ga(第1制御信号)を、単位回路120bは信号Gb(第2制御信号)を、それぞれ調整部140に供給し、調整部140は、信号Gaを信号Gtaとして単位回路120aに、信号Gbを信号Gtbとして単位回路120bに、それぞれ戻す。
ここで、単位回路120a、120bについては、構成的には同一であり、入力および出力信号のみ異なるので、単位回路120aを中心に説明することにする。
単位回路120aは、図10に示されるように、DAC(Digital Analog Converter)211aと、電圧増幅器213aと、差動増幅器221aと、セレクター223aと、トランジスター231a、232aと、抵抗素子Ru、Rdと、コンデンサーC0と、を含む。
DAC211a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213aは、信号ainの電圧を例えば10倍に増幅して、信号Ain(第1元駆動信号)として差動増幅器221aの負入力端(−)に供給する。なお、差動増幅器221aの負入力端(−)に印加される電圧(ここでは、信号Ain)の電圧をVinと表記する。
また、DAC211aにより変換された信号ainは例えば電圧0〜4ボルト程度で比較的小さく振幅するのに対し、駆動信号COM−Aの電圧は0〜40ボルト程度で比較的大きく振幅する。このため、DAC211aにより変換された信号ainの電圧を電圧増幅器213aが増幅し、当該電圧増幅した信号Ainを、インピーダンス変換する構成となっている。
なお、単位回路120aは、本例では信号Ainをインピーダンス変換して駆動信号COM−Aとして出力するものであるから、入力である信号Ainの波形は、多少の誤差を伴うものの、駆動信号COM−Aの波形とほぼ同じと考えて良い。一方で、信号Ainは、信号ainの電圧を10倍に増幅したものであるから、信号ainの波形は、信号Ainの電圧を1/10倍とした関係にある。信号ainは、データdAをアナログ変換したものであるので、駆動信号COM−Aの電圧波形は、制御部110によって出力するデータdAによって規定されることになる。
差動増幅器221aにあっては、正入力端(+)に、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221aは、正入力端(+)の電圧から負入力端(−)の電圧Vin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、入力である信号Ainの電圧Vinを減算した差電圧の信号Gaを出力することになる。
ただし、差動増幅器221aは、特に図示しないが例えば電源の高位側を電圧Vとし、低位側をグランドGndとしている。このため、信号Gaの出力電圧は、グランドGndから電圧Vまでの範囲となる。
なお、差動増幅器221aから出力される信号Ga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V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221aによる信号Gaは、結局のところ、後述するようにトランジスター231a、232a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221aに帰還される、と言っても良い。
調整部140は、詳細については後述するが、単位回路120aからの信号Gaのレベル、および、単位回路120bからの信号Gbのレベルの変化をそれぞれ検出して、信号Gaまたは信号Gbのいずれかを一方を、信号OCa、OCbを考慮しつつ遅延させる。
なお、調整部140は、信号Gaを遅延させた、または、遅延させていない信号Gtaを、単位回路120aに戻す一方で、信号Gbを遅延させた、または、遅延させていない信号Gtbを、単位回路120bに戻す。
単位回路120aにおけるセレクター(選択部)223aは、信号OCaがLレベルであれば、信号Gt1aとして信号Gtaを選択してトランジスター231aのゲート端子に供給するとともに、信号Gt2bとしてLレベルを選択してトランジスター232aのゲート端子に供給する。一方、単位回路120aにおけるセレクター223aは、信号OCaがHレベルであれば、信号Gt1aとしてHレベルを選択してトランジスター231aのゲート端子に供給するとともに、信号Gt2aとして信号Gtaを選択してトランジスター232aのゲート端子に供給する。
換言すれば、セレクター223aは、信号OCaがLレベルであれば、トランジスター231aのゲート端子への信号Gt1aとして信号Gtaを供給し、トランジスター232aのゲート端子への信号Gt2aとして当該トランジスター232aをオフさせるLレベルを供給する一方、信号OCaがHレベルであれば、信号Gt1aとしてトランジスター231aをオフさせるHレベルを供給し、信号Gt2aとして信号Gtaを供給する。
第1トランジスター対がトランジスター231a、232aによって構成される。このうち、高位側のトランジスター231a(第1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Vが印加されている。低位側のトランジスター232a(第1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。
単位回路120aにおいて、トランジスター231a、232aのドレイン端子同士は、互いに接続されて、出力端のノード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。
ノードN2は、差動増幅器221aの正入力端(+)に接続されるとともに、抵抗素子Ruを介して電圧Vにプルアップされる一方で、抵抗素子Rdを介してグランドにプルダウンされている。
コンデンサーC0(出力コンデンサー)は、異常発振の防止等のために設けられ、一端がノードN2に接続され、他端が一定電位の、例えばグランドGndに接地されている。
なお、駆動信号COM−Bを出力する単位回路120bにおいて、DAC211bは、データdBをアナログで小振幅の信号binに変換し、電圧増幅器213bは、信号binの電圧を同じく10倍に増幅して、大振幅に変換し信号Bin(第2元駆動信号)として差動増幅器221bの負入力端(−)に供給する。また、当該差動増幅器221bは、信号Gbを出力し、セレクター223bは、信号OCbがLレベルであれば、信号Gt1bとして信号Gtbを選択してトランジスター231bのゲート端子に供給するとともに、信号Gt2bとしてLレベルを選択してトランジスター232bのゲート端子に供給する一方、信号OCbがHレベルであれば、信号Gt1bとしてHレベルを選択してトランジスター231bのゲート端子に供給するとともに、信号Gt2bとして信号Gtbを選択してトランジスター232bのゲート端子に供給する構成となっている。
なお、単位回路120bにおいて、トランジスター231b(第2ハイサイドトランジスター)およびトランジスター232b(第2ローサイドトランジスター)によって第2トランジスター対が構成される。
ここで、駆動回路120の動作の前に、比較例に係る駆動回路について説明する。
図16は、比較例に係る駆動回路の構成を示す図である。この図に示される駆動回路(比較例)が図10に示した駆動回路(その1)と相違する点は、調整部140を有さずに、差動増幅器221aから出力される信号Gaがセレクター223aに、差動増幅器221bから出力される信号Gbがセレクター223bに、それぞれ直接供給される点である。
このような駆動回路(比較例)の動作について、駆動信号COM−Aを出力する側を例にとって説明する。
図17は、比較例に係る駆動回路の単位回路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、小振幅の信号ainを電圧増幅した大振幅の信号であって、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、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17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223aは、信号Gt1aとしてHレベルを選択し、信号Gt2aとして差動増幅器221aから出力される信号Gaを選択する。
期間P1では、信号Gt1aがHレベルであるので、Pチャネル型のトランジスター231a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Gt2aとして選択される信号Ga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Gt2aがHレベルになると、トランジスター232aがオンするので、電圧Outが低下する。なお、電圧Outは、コンデンサーC0や容量性を有する圧電素子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Gt2aがLレベルになり、トランジスター232a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Gt2aがHレベルとなって、トランジスター232aが再びオンすることになる。
期間P1では、信号Gt2a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232a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。
次の期間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223aは、信号Gt1aとしてHレベルを選択し、信号Gt2として差動増幅器221aから出力される信号Ga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232a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Gt2aの電圧も高くなるので、トランジスター232a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Gt2aの電圧も低くなるので、トランジスター232a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ように、すなわち、電圧Vin(最低値min)に一致するようにバランスする。このとき、トランジスター232aは線形(リニア)動作となり、信号Gt2aは、電圧Outが電圧Vinとなるような電圧でバランスする。
なお、図17では、期間P1から期間P2にかけての信号Gt2a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223aは、信号Gt1aとして信号Gaを選択し、信号Gt2aとしてLレベルを選択する。期間P3では、信号Gt2aがLレベルであるので、Nチャネル型のトランジスター232a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Gt1aとして選択される信号Ga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Gt1aがLレベルになると、トランジスター231aがオンするので、電圧Outが上昇する。なお、電圧Outは、コンデンサーC0や容量性を有する圧電素子Pztなどにより、実際には、一気に電圧V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Gt2aがHレベルになり、トランジスター231aがオフする。トランジスター231a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Gt1aがLレベルとなって、トランジスター231a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231a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223aは、信号Gt1aとして差動増幅器221aから出力される信号Gaを選択し、信号Gt2a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231a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Gt1aの電圧も高くなるので、トランジスター231a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Gt1aの電圧も低くなるので、トランジスター231a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ように、すなわち、電圧Vin(最高値max)に一致するようにバランスする。このとき、トランジスター232aはリニア動作となり、信号Gt1aは、電圧Outが電圧Vinとなるような電圧でバランスする。
なお、図17では、期間P3から期間P4にかけての信号Gt1a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Gt2a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232a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。
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223aは、信号Gt1aとしてHレベルを選択し、信号Gt2aとして信号Ga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。この場合、期間P2に転じた直後と同様に、電圧Outは、電圧Vin(Vcen)に一致するようにバランスする。このとき、トランジスター232aはリニア動作となり、信号Gt2aは、電圧Outが電圧Vin(Vcen)となるような電圧でバランスする。
なお、図17では、期間P5から期間P6にかけての信号Gt2aの電圧変化については簡略化して、直ちにバランスした状態を示している。
図10に示した単位回路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232a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232a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231a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231a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。
なお、単位回路120a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231a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232a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。
同様に、単位回路120a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231a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232a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。
ここで、ノードN2のプルアップおよびプルダウンについて説明する。
プルアップが特に必要となる場合とは、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232a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231aがオフであるので、低位側のトランジスター232a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からである。
一方、プルダウンが特に必要となる場合とは、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231a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232aがオフであるので、ハイサイドのトランジスター231a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からである。
なお、ここでは、単位回路120aについて説明したが、データdBから駆動信号COM−Bを生成する単位回路120bについても、入出力される信号の波形が異なる以外、動作は同じである。
ただし、このような駆動回路(比較例)では、次のような問題点が指摘された。上述したように、単位回路120a、120bにおいてスイッチング動作する際に、同サイドのトランジスターが同時にオンすると、当該オンに伴うノイズが倍加して周辺に伝播するので、駆動回路の誤動作や波形乱れを誘発させる。
例えば、駆動信号COM−A、COM−Bがともに電圧上昇する場合のスイッチング動作において、偶発的に信号Ga、Gbが同時にHからLレベルになって、トランジスター231a、231bが同時にオンするとき、信号Ga、Gbにおける同方向のレベル変化に伴い、スパイクノイズが発生する。また、単位回路120aにおけるノードN2と、単位回路120bにおけるノードN2とが同時に電圧上昇するので、同様にスパイクノイズが発生する。
反対に、駆動信号COM−A、COM−Bがともに電圧低下する場合のスイッチング動作において、偶発的に信号Ga、Gbが同時にLからHレベルになって、トランジスター232a、232bが同時にオンするとき、信号Ga、Gbにおける同方向のレベル変化に伴い、スパイクノイズが発生する。また、単位回路120aにおけるノードN2と、単位回路120bにおけるノードN2とが同時に電圧低下するので、同様にスパイクノイズが発生する。
なお、異サイドのトランジスターの同時オンは、同サイドのトランジスターの同時オンと比較して問題にならないと考えられる。これは、単位回路120aにおけるノードN2と、単位回路120bにおけるノードN2とのうち、一方が電圧上昇し、他方が電圧低下するので、逆方向のスパイクノイズ同士が互いに打ち消し合うためである。
このようなスパイクノイズの影響を低減するために、駆動回路(その1)は、駆動回路(比較例)に対して、図10に示されるように、調整部140が設けられる。
単位回路120aにおいてトランジスター231aまたは232aの一方の動作(スイッチング動作、リニア動作)を規定するのが信号OCaであり、単位回路120bにおいてトランジスター231bまたは232bの一方の動作を規定するのが信号OCbである。このため、信号OCa、OCbの論理レベルが同じであれば、単位回路120a、120bの同サイドのトランジスターが同時オンする可能性がある、ということを示している。
そこで、調整部140は、信号OCa、OCbの論理レベルが同じである場合に、信号Ga、Gbが同時に同方向にレベル変化するとき、信号Ga、Gbのうち一方を時間dsだけ遅延させる構成となっている。
なお、本実施形態では、次のような理由により、信号Gbを時間dsだけ遅延させる構成としている。すなわち、本実施形態において信号Gbを遅延させる構成としている理由は、単位回路120bが生成する駆動信号COM−Bにおける台形波形の傾きが、単位回路120aが生成する駆動信号COM−Aにおける台形波形の傾きよりも小さいので、スイッチングが多少遅れて、電圧Binに対して電圧Outの追従が遅延しても影響が少ないためである。
逆にいえば、仮に、駆動信号COM−Bにおける台形波形の傾きが、駆動信号COM−Aにおける台形波形の傾きよりも大きければ、信号Gaを遅延させる構成とすれば良い。また、駆動信号COM−Aにおける波形の傾きと、駆動信号COM−Bにおける波形の傾きとを、信号Ain、Bin(データdA、dB)等からリアルタイムで検出し、比較して、傾きの小さい方に対応する信号Ga、Gbの一方を遅延させる構成としても良い。
また、ここでいう同時にオンの、「同時」とは、厳密に同一タイミングという意味ではなく、閾値時間内で、という意味である。すなわち、信号Ga、Gbのうち、一方の信号のレベル変化に対し、他方の信号が同方向に閾値時間内でレベル変化することを許容する趣旨である。
結局、駆動回路(その1)において調整部140は、信号OCa、OCbの論理レベルが同じである場合に、信号Ga、Gbが同時に同方向にレベル変化するとき、信号Gtaとして信号Gaをそのまま出力し、信号Gtbとして信号Gbを時間dsだけ遅延させて出力することになる。なお、調整部140は、信号OCa、OCbの論理レベルが異なる場合、または、信号OCa、OCbの論理レベルが同じで場合であって、信号Ga、Gbが同時に異方向にレベル変化するときには、信号Gtaとして信号Gaをそのまま出力し、信号Gtbとして信号Gbをそのまま出力する。
図11は、駆動回路(その1)の動作を説明するための図である。
駆動信号COM−A(信号Ain)および駆動信号COM−B(信号Bin)の電圧がともに低下する場合に、単位回路120aではトランジスター232aがスイッチング動作し、単位回路120bではトランジスター232bがスイッチング動作する。このため、図11におけるタイミングT11のように、信号Ga、GbがともにLからHレベルに変化する場合がある。
この場合に、図16に示した駆動回路(比較例)では、トランジスター232a、232bがともにオンするので、上述したようにスパイクノイズが倍加して周辺に伝播して、駆動回路の誤動作や波形乱れを誘発させる。
これに対して、駆動回路(その1)によれば、図11に示されるように、信号GbがタイミングT11から時間dsだけ遅延して信号Gtbとして出力されるので、トランジスター232a、232bの同時オンが回避される。
一方、駆動信号COM−A(信号Ain)および駆動信号COM−B(信号Bin)の電圧がともに上昇する場合に、単位回路120aではトランジスター231aがスイッチング動作し、単位回路120bではトランジスター231bがスイッチング動作する。このため、図11におけるタイミングT21のように、信号Ga、GbがともにHからLレベルに変化する場合がある。
この場合に、駆動回路(比較例)では、トランジスター231a、231bがともにオンするので、上述したようにスパイクノイズ発生して、駆動回路の誤動作や波形乱れを誘発させるが、駆動回路(その1)によれば、信号GbがタイミングT21から時間dsだけ遅延して信号Gtbとして出力されるので、トランジスター231a、231bの同時オンが回避される。
このため、駆動回路(その1)によれば、トランジスターの同時オンに起因するスパイクノイズの発生が回避されて、駆動回路の誤動作や波形乱れの誘発を低減することができる。
なお、信号OCa(OCb)については、制御部110が出力するのではなく、データdA(dB)を次のように解析することで、別の回路が生成することが可能である。
例えば、データdA(dB)についての、時間的に隣り合う離散値(データ)同士を比較し、当該離散値同士が同じであれば、電圧一定区間であるし、当該一定区間における離散値を判別することで、一定区間の電圧が閾値Vth以上であるか否かを判別することができる。また、当該離散値同士のうち、時間的に後の離散値が前の離散値よりも電圧変換したときに高くなっていれば、電圧上昇区間であるし、時間的に後の離散値が前の離散値よりも電圧変換したときに低くなっていれば、電圧低下区間である。
データdA(dB)ではなく、アナログ変換後の信号を同様に解析しても良い。
また、単位回路120aにおいて、ノードN2からトランジスター231a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と、トランジスター232a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とをそれぞれ設けても良い。単位回路120bについても同様である。
さて、駆動回路(その1)における単位回路120aでは、駆動信号COM−Aの振幅に合わせて一対のトランジスター231a、232aが電源電圧(V−Gnd)で動作する。上述したように駆動信号COM−Aの電圧は最大で40ボルト程度であるので、セレクター223aおよび差動増幅器221aに対して高耐圧が要求される。その理由は、トランジスター231aのゲート端子に信号Gt1aを供給するとともに、トランジスター232aのゲート端子に信号Gt2aを供給する必要があるからである。
単位回路120bについても構成が同一であるので、同じようにセレクター223bおよび差動増幅器221bに対して高耐圧が要求される。
そこで次に、この点を改善した別構成に係る駆動回路(その2)について説明する。なお、この駆動回路(その2)は、図4に示した印刷装置1の構成がそのまま適用される。
図12は、駆動回路(その2)のうち、単位回路120aの構成を示す図である。なお、図については省略するが、単位回路120bについても同様な構成である。
図12に示されるように、単位回路120aは、4つの基準電源Eと、差動増幅器221aおよびセレクター223aに加えて、ゲートセレクター270A、270B、270C、270Dと、セレクター280aと、4つのトランジスター対と、抵抗素子Ru、R1、R2と、コンデンサーC0とを含む。
駆動回路(その2)の単位回路120aでは、電圧Eを出力する基準電源の4段直列接続によって電圧E、2E、3E、4Eがそれぞれ電圧V、V、V、Vとして出力される。
図13は、電圧V、V、V、Vについて説明するための図である。
この図に示されるように、電圧Eを例えば10.5Vとしたとき、電圧V、V、V、Vの各々は、それぞれ10.5V、21.0V、31.5V、42.0Vである。この例では、電圧V、V、V、Vで次のような電圧範囲が規定される。すなわち、電圧ゼロのグランドGnd以上電圧V未満の範囲が第1範囲として規定され、電圧V以上電圧V未満の範囲が第2範囲として規定され、電圧V以上電圧V未満の範囲が第3範囲として規定され、電圧V以上電圧V未満の範囲が第4範囲として規定される。
図12の説明に戻すと、差動増幅器221aの負入力端(−)には小振幅の信号ainが供給される一方、正入力端(+)にはノードN3の電圧Out2が印加されている。すなわち、駆動回路(その2)の単位回路120aでは、電圧増幅器213a(図10参照)を有さず、DAC211aの出力である小振幅の信号ainが差動増幅器221aの負入力端(−)には直接供給されている。このため、この例では、信号ainの電圧がVinとなり、差動増幅器221aは、電圧Out2から電圧Vinを減算した差電圧を増幅し、当該増幅した電圧の信号をGaとして調整部140に供給することになる。
なお、駆動回路(その2)における差動増幅器221aは、駆動回路(その1)とは異なり、電源の高位側を電圧Vとしている。このため、差動増幅器221aの出力電圧は、グランドGndから電圧Vまでの範囲となる。また、駆動回路(その2)における単位回路120aのセレクター223aについては、駆動回路(その1)と同様であり、調整部140からの信号Gtaおよび信号OCaに基づいて信号Gt1a、Gt2aを出力する。
セレクター280aは、制御部110(図4参照)から供給されるデータdAから、信号ainの電圧Vinの範囲を判別して、当該判別の結果に応じて、それぞれ次のように選択信号Sa、Sb、Sc、Sdを出力する。
詳細には、セレクター280aは、データdAで規定される信号ainの電圧Vinが0V以上1.05V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第1範囲に含まれる場合、選択信号SaのみをHレベルとし、他の選択信号Sb、Sc、SdをLレベルとする。また、セレクター280aは、データdAで規定される電圧Vinが1.05V以上2.10V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第2範囲に含まれる場合、選択信号SbのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sc、SdをLレベルとする。同様に、セレクター280aは、データdAで規定される電圧Vinが2.10V以上3.15V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第3範囲に含まれる場合、選択信号ScのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sb、SdをLレベルとし、当該電圧Vinが3.15V以上4.20V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第4範囲に含まれる場合、選択信号SdのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sb、ScをLレベルとする。
ここで説明の便宜上、4つのトランジスター対について説明する。
この例において、4つのトランジスター対は、トランジスター231A、232Aのペア、トランジスター231B、232Bのペア、トランジスター231C、232Cのペア、および、トランジスター231D、232Dのペアによって構成される。
各トランジスター対のうち、ハイサイドのトランジスター231A、231B、231C、231D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、ローサイドのトランジスター232A、232B、232C、232Dは、例えばNチャネル型の電界効果トランジスターである。
トランジスター231Aについては、ソース端子に電圧Vが印加され、ドレイン端子がノードN2に接続される。トランジスター232Aについては、ソース端子がグランドGndに接地され、ドレイン端子がノードN2に共通に接続される。
同様に、トランジスター231B(231C、231D)については、ソース端子に電圧V(V、V)が印加され、ドレイン端子がノードN2に接続される。トランジスター232B(232C、232CD)については、ソース端子に電圧V(V、V)が印加され、ドレイン端子がノードN2に共通に接続される。
詳細については後述するが、トランジスター231A、232Aは、ゲートセレクター270Aがイネーブルされたときに、電圧VとグランドGndとを電源電圧として駆動信号を出力し、トランジスター231B、232Bは、ゲートセレクター270Bがイネーブルされたときに、電圧Vと電圧Vとを電源電圧として駆動信号を出力する。同様に、トランジスター231C、232Cは、ゲートセレクター270Cがイネーブルされたときに、電圧Vと電圧Vとを電源電圧として駆動信号を出力し、トランジスター231D、232Dは、ゲートセレクター270Dがイネーブルされたときに、電圧Vと電圧Vとを電源電圧として駆動信号を出力する構成となっている。
この構成では、トランジスター231A、232Aの電源電圧、トランジスター231B、232Bの電源電圧、トランジスター231C、232Cの電源電圧、および、トランジスター231D、232Dの電源電圧は、それぞれ10.5Vとなる。
ゲートセレクター270Aは、入力端Enbに供給された選択信号SaがHレベルになってイネーブルされたときに、セレクター223aから出力される信号Gt1a、Gt2aをそれぞれレベルシフトして、トランジスター231A、232Aのゲート端子に供給する。詳細には、ゲートセレクター270Aは、イネーブルされたときに、信号Gt1aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、グランドGndから電圧Vまでの第1範囲にレベルシフトして、トランジスター231Aのゲート端子に供給し、信号Gt2aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、上記第1範囲にレベルシフトして、トランジスター232Aのゲート端子に供給する。
なお、ゲートセレクター270Aに限っていえば、信号Gt1a、Gt2aの最低電圧から最高電圧までの範囲は第1範囲に一致しているので、イネーブルされたときに、信号Gt1a、Gt2aをそのままトランジスター231A、232Aのゲート端子に供給する。
ゲートセレクター270Bは、イネーブルされたときに、信号Gt1aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、電圧Vから電圧Vまでの第2範囲にレベルシフトして、トランジスター231Bのゲート端子に供給し、信号Gt2aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、上記第2範囲にレベルシフトして、トランジスター232Bのゲート端子に供給する。すなわち、ゲートセレクター270Bに限っていえば、イネーブルされたときに、信号Gt1a、Gt2aに10.5Vを上乗せして、トランジスター231B、232Bのゲート端子に供給する。
同様に、ゲートセレクター270Cは、イネーブルされたときに、信号Gt1aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、電圧Vから電圧Vまでの第3範囲にレベルシフトして、トランジスター231Cのゲート端子に供給し、信号Gt2aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、上記第3範囲にレベルシフトして、トランジスター232Cのゲート端子に供給する。すなわち、ゲートセレクター270Cに限っていえば、イネーブルされたときに、信号Gt1a、Gt2aに21.0Vを上乗せして、トランジスター231C、232Cのゲート端子に供給する。
ゲートセレクター270Dについても同様に、イネーブルされたときに、信号Gt1aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、電圧Vから電圧Vまでの第4範囲にレベルシフトして、トランジスター231Dのゲート端子に供給し、信号Gt2aの最低電圧から最高電圧までの範囲を、上記第4範囲にレベルシフトして、トランジスター232Dのゲート端子に供給する。すなわち、ゲートセレクター270Dに限っていえば、イネーブルされたときに、信号Gt1a、Gt2aに31.5Vを上乗せして、トランジスター231D、232Dのゲート端子に供給する。
なお、ゲートセレクター270A、270B、270C、270Dは、それぞれの入力端Enbに供給された選択信号がLレベルになってディセーブルされたとき、それぞれに対応する2つのトランジスターをそれぞれオフとさせる信号を出力する。すなわち、ゲートセレクター270A、270B、270C、270Dは、ディセーブルにされると、信号Gt1aを強制的にHレベルに変換し、信号Gt2aを強制的にLレベルに変換する。
ここでいうH、Lレベルは、ゲートセレクター270A、270B、270C、270Dのそれぞれにおける電源電圧の高位側電圧、低位側電圧である。例えば、ゲートセレクター270Bは、電圧Vと電圧Vとを電源電圧とするので、高位側の電圧VがHレベルであり、低位側の電圧VがLレベルである。
ノードN2は、抵抗素子R1を介して差動増幅器221aの正入力端(+)に帰還される。この例では、便宜的に、差動増幅器221aの正入力端(+)をノードN3と表記する一方、当該ノードN3の電圧をOut2と表記している。
ノードN3は、抵抗素子R2を介してグランドGndに接地される。このため、ノードN3の電圧Out2は、電圧Outの電圧を、抵抗素子R1、R2の抵抗値で規定される比、すなわち、R2/(R1+R2)で分圧した電圧となる。本実施形態において、降圧比は、1/10に設定される。換言すれば、電圧Out2は、電圧Outの1/10という関係にある。
また、駆動回路(その2)では、図10に示した駆動回路(その1)と同様に、ノードN2が、抵抗素子Ruを介して電圧Vにプルアップされている。一方で、ノードN2のプルダウンは、ノードN2の電圧Outを降圧して差動増幅器221aに帰還する抵抗素子R1、R2が担っている。すなわち、駆動回路(その2)における抵抗素子R1、R2は、ノードN2をプルダウンする機能と、電圧Outを降圧して差動増幅器221aに帰還する機能との双方を担っている。
ダイオードd1、d2は逆流防止用である。ダイオードd1の順方向は、トランジスター231A、231B、231Cのドレイン端子からノードN2に向かう方向であり、ダイオードd2の順方向は、ノードN2からトランジスター231B、231C、231Dのドレイン端子に向かう方向である。
なお、ノードN2の電圧Outは電圧Vよりも高くならないので、逆流を考慮する必要がない。このため、トランジスター231Dに対してダイオードd1は設けられていない。同様にノードN2の電圧Outは電圧ゼロのグランドGndよりも低くならないので、トランジスター232Aに対してダイオードd2は設けられていない。
なお、ここでは、単位回路120aについて説明したが、単位回路120bについても入出力信号が異なる以外同一である。
次に、駆動回路(その2)における単位回路120aの動作を説明する。
図14は、駆動回路(その2)における単位回路120aの動作を説明するための図である。この図に示されるように、また上述したように信号ainは、駆動信号COM−Aの相似形であるが、DAC211aによりアナログ変換した直後の小振幅の信号であって、駆動信号COM−Aの電圧の1/10の関係にある。
このため、電圧V、V、V、Vで規定される第1範囲から第4範囲までを、信号ainの電圧範囲に換算する場合、電圧V/10、V/10、V/10、V/10で規定される。詳細には、信号ainについては、0V以上電圧V/10(=1.05V)未満の範囲が第1範囲に相当し、電圧V/10以上電圧V/10(=2.10V)未満の範囲が第2範囲に相当し、電圧V/10以上電圧V/10(=3.15V)未満の範囲が第3範囲に相当し、電圧V/10以上電圧V/10(=4.20V)未満の範囲が第4範囲に相当する。
まず、セレクター280aは、電圧Vinがタイミングt1よりも前において第3範囲であるとデータdAから判別した場合、選択信号ScのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sb、SdをLレベルとするので、ゲートセレクター270Cがイネーブルされ、他のゲートセレクター270A、270B、270Dがディセーブルされる。したがって、この場合、トランジスター231C、232Cが、電源電圧として電圧V、Vを用いて駆動信号COM−Aを出力することになる。
次に、電圧Vinがタイミングt1からタイミングt2までの期間にわたって第2範囲となったとき、セレクター280aは、選択信号SbのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sc、SdをLレベルとするので、ゲートセレクター270Bがイネーブルされ、他のゲートセレクター270A、270C、270Dがディセーブルされる。したがって、この場合、トランジスター231B、232Bが電源電圧として電圧V、Vを用いて駆動信号COM−Aを出力することになる。
電圧Vinがタイミングt2からタイミングt3までの期間にわたって第1範囲となったとき、セレクター280aは、選択信号SaのみをHレベルとし、この結果、ゲートセレクター270Aのみがイネーブルされるので、トランジスター231A、232Aが電源電圧として電圧V、グランドGndを用いて駆動信号COM−Aを出力することになる。
以降については簡単に説明すると、タイミングt3からタイミングt4までの期間では、ゲートセレクター270Bのみがイネーブルされるので、トランジスター231B、232Bが電源電圧として電圧V、Vを用い、タイミングt4からタイミングt5までの期間では、ゲートセレクター270Cのみがイネーブルされるので、トランジスター231C、232Cが電源電圧として電圧V、Vを用い、タイミングt5からタイミングt6までの期間では、ゲートセレクター270Dのみがイネーブルされるので、トランジスター231D、232Dが電源電圧として電圧V、Vを用い、タイミングt6からは、ゲートセレクター270Cのみがイネーブルされるので、トランジスター231C、232Cが電源電圧として電圧V、Vを用いて、それぞれ駆動信号COM−Aを出力することになる。
一方、ノードN3の電圧Out2は、電圧Outの1/10なので、差電圧を求めるにあたって両者のスケールが揃えられている。
駆動回路(その2)における単位回路120aでは、信号ainの電圧Vinに応じてゲートセレクター270A、270B、270C、270Dのいずれかがイネーブルされるとともに、イネーブルされたいずれか1つのゲートセレクターに対応するトランジスター対によって、電圧Outを1/10に降圧した電圧Out2が電圧Vinに追従するような動作、逆にいえば、電圧Vinに対して電圧Outが10倍となるように動作が実行される。
例えば、電圧Out2が電圧Vinに追従するような動作は、電圧Vinが第1範囲に相当する場合であれば、ゲートセレクター270Aがイネーブルされるので、トランジスター231A、232Aによって実行される。同様に、電圧Out2が電圧Vinに追従するような動作は、電圧Vinが第2範囲に相当する場合であれば、ゲートセレクター270Bがイネーブルされるので、トランジスター231B、232Bによって、電圧Vinが第3範囲に相当する場合であれば、ゲートセレクター270Cがイネーブルされるので、トランジスター231C、232Cによって、電圧Vinが第4範囲に相当する場合であれば、ゲートセレクター270Dがイネーブルされるので、トランジスター231D、232Dによって、それぞれ実行される。
信号ainの電圧Vinについては、第1範囲から第4範囲までにおいて隣り合う領域を跨ぐ(移行)場合がある。例えば図14でいえば、電圧Vinは、タイミングt1において第3範囲から第2範囲へと移行する。電圧Vinが第3範囲であれば、ゲートセレクター270Cがイネーブルされるので、トランジスター231C、232Cによって、当該電圧Vinに対して電圧Outが10倍となるように制御される。タイミングt1において電圧Vinが第3範囲から第2範囲に移行したとき、ゲートセレクター270Cがディセーブルになり、ゲートセレクター270Bがイネーブルされるので、トランジスター231B、232Bによって、電圧Out2が電圧Vinに追従するように制御される。
ここでは、電圧Vinが第3範囲から第2範囲へと移行する場合を例にとって説明したが、他の場合でも同様であり、例えば第2範囲から第1範囲への移行であれば、ゲートセレクター270Bがディセーブルになり、ゲートセレクター270Aがイネーブルされるので、トランジスター231A、232Aによって、引き続き電圧Out2が電圧Vinに追従するように制御される。
これにより、単位回路120aでは、信号ainの電圧を10倍とした駆動信号COM−AがノードN2から出力される。
なお、4つのトランジスター対については、信号ainに応じてセレクター280aによって選択されるとともに、選択されたトランジスター対に、信号Gt1a、Gt2aがゲートセレクター270A、270B、270C、270Dによって供給される。このため、セレクター280a、ゲートセレクター270A、270B、270Cが、第1セレクターとして概念される。
駆動回路(その2)における単位回路120bでも、特に図示しないが、信号binの電圧Vinに応じて4つのゲートセレクターのいずれかがイネーブルされるとともに、イネーブルされたいずれか1つのゲートセレクターに対応するトランジスター対によって、電圧Outを1/10に降圧した電圧Out2が電圧Vinに追従するような動作、逆にいえば、電圧Vinに対して電圧Outが10倍となるように動作が実行される。これにより、単位回路120bでは、信号binの電圧を10倍とした駆動信号COM−Bが出力される。
なお、駆動回路(その2)における単位回路120bでは、セレクター280a、ゲートセレクター270A、270B、270Cに相当するものが第2セレクターとして概念される。
駆動回路(その2)における単位回路120a(120b)では、差動増幅器221a(221b)およびセレクター223a(223b)については、電源としては比較的低い電圧(V−Gnd)で動作するので、素子サイズの肥大化などを抑制することができる。
また、駆動回路(その2)における単位回路120a(120b)では、トランジスター対が4組存在するが、動作しているトランジスター対は、常に1組であり、他のトランジスター対はオフしているので、低消費電力化を図ることができる。
D級増幅では、常に、ハイサイドトランジスターとローサイドトランジスターとがオンオフするのに対して、駆動回路(その1、その2)によれば、駆動信号COM−A(COM−B)の電圧が一定である期間では、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の一方がリニア動作し、他方がオフし、駆動信号の電圧が変化する期間では、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の一方がスイッチング動作し、他方がオフする。このため、D級増幅と比較して、駆動回路(その1、その2)によれば、低消費電力化が期待できる。
また、D級増幅では、ハイサイドトランジスターとローサイドトランジスターとによってスイッチングされた信号を復調する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(その1、その2)によれば、そのようなLPFは不要である。このため、D級増幅と比較して、駆動回路(その1、その2)によれば、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。
ただし、本発明は、D級増幅への適用を否定するものではない。すなわち、本発明の目的の1つは、複数の駆動信号を生成する単位回路において、ハイサイドトランジスターまたはローサイドトランジスターの一方同士が同時オンすることによるスパイクノイズの発生を抑えることであるから、D級増幅回路にも適用可能である。
そこで次に、D級増幅の駆動回路(その3)について説明する。
図15は、駆動回路(その3)を示す図である。
この図に示されるように、駆動回路(その3)は、単位回路120a、120b、および調整部140を有する点において、駆動回路(その1、その2)と共通である。ただし、駆動回路(その3)における単位回路120aは、DAC211a、電圧増幅器213a、トランジスター231a、232aを有するが、差動増幅器221aおよびセレクター223a(図10参照)に代えて、変調器(MOD)291aと、インダクターL1、コンデンサーC1とを有する点と、信号OCa、OCbが不要である点において、駆動回路(その1、その2)と異なる。
変調器291aは、信号Ainをパルス幅変調した信号Gaで、トランジスター231a、232aを排他的にオンオフさせる。ノードN1での変調信号は、インダクターL1およびコンデンサーC1のLPF(Low Pass Filter)により復調されて、ノードN2から駆動信号COM−Aとして出力されるとともに、変調器291aに帰還される。
また、単位回路120bについても、単位回路120aと同様な構成となっている。すなわち、変調器291bは、信号Binをパルス幅変調した信号Gbで、トランジスター231b、232bを排他的にオンオフさせ、ノードN1での変調信号がLPFにより復調されて、ノードN2から駆動信号COM−Bとして出力されるとともに、変調器291bに帰還される。
駆動回路(その3)では信号OCa、OCbが用いられないので、調整部140が信号Ga、Gbが同時に同方向にレベル変化するかだけを検出する。調整部140は、信号Ga、Gbが同時に同方向のレベル変化を検出したならば、上述したように信号Gbを所定時間dsだけ遅延させて、信号Gtbとして単位回路120bに戻す。
これにより、駆動回路(その3)によっても、単位回路120a、120bにおいてハイサイドトランジスターまたはローサイドトランジスターの一方同士の同時オンが回避されるので、ノイズに伴う駆動回路の誤動作や波形乱れの発生を抑えることができる。
以上説明した駆動回路(その1、その2、その3)では、ハイサイドトランジスターをPチャネル型とし、ローサイドトランジスターをNチャネル型としたが、ハイサイドおよびローサイドトランジスターをPチャネル型またはNチャネル型で揃えても良い。ただし、差動増幅器221a(221b)等による出力信号や、信号OCa、OCbによってオフさせられるときのゲート信号などを適宜合わせる必要がある。また、調整部140についても、トランジスターの同時オンを検出するために、信号OCa、OCbにあわせて信号Ga、Gbのレベル変化方向を判定する必要がある。
また、上記説明では、調整部140は、単位回路120a、120bにおいて同サイドのトランジスターが同時にオンする場合に、信号Gbのみを遅延させたが、信号Gbの遅延量よりも短いのであれば、信号Gaも遅延させても良い。
単位回路の個数については「2」以外であっても良い。
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120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120を設けると、大振幅の振幅の信号を、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(その1、その2、その3)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、当該駆動回路を印刷装置1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、
120…単位回路、120a、120b…単位回路、140…調整部、221a、221b…差動増幅器、223a、223b…セレクター、231a、231b…トランジスター(ハイサイドトランジスター)、232a、232b…トランジスター(ローサイドトランジスター)、442…キャビティ、Pzt…圧電素子、N…ノズル、R1、R2、Ru…抵抗素子、C0…コンデンサー。

Claims (5)

  1. 第1駆動信号または第2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、
    第1トランジスター対により前記第1駆動信号を生成する第1単位回路と、
    第2トランジスター対により前記第2駆動信号を生成する第2単位回路と、
    前記第1トランジスター対を制御するための第1制御信号のレベルが変化するタイミングと、前記第2トランジスター対を制御するための第2制御信号のレベルが変化するタイミングとが閾値時間内にある場合であって、かつ、所定条件を充足する場合に、前記第1制御信号および前記第2制御信号の少なくとも一方を遅延させて、対応する単位回路に供給する調整部と、
    を具備することを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記第1トランジスター対は、第1ハイサイドトランジスターと第1ローサイドトランジスターとを含み、
    前記第2トランジスター対は、第2ハイサイドトランジスターと第2ローサイドトランジスターとを含み、
    前記所定条件は、
    前記第1ハイサイドトランジスターと第2ハイサイドトランジスターとがともにオンすること、または、前記第1ローサイドトランジスターと第2ローサイドトランジスターとがともにオンすること、
    であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記第1単位回路は、
    前記第1トランジスター対の複数と、
    複数の前記第1トランジスター対のいずれかを選択して、選択した前記第1トランジスター対に、前記調整部により遅延された、または、遅延されていない前記第1制御信号を供給する第1セレクターと、
    を含み、
    前記第2単位回路は、
    前記第2トランジスター対の複数と、
    複数の前記第2トランジスター対のいずれかを選択して、選択した前記第2トランジスター対に、前記調整部により遅延された、または、遅延されていな前記第2制御信号を供給する第2セレクターと、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  4. 前記第1制御信号は、
    前記第1駆動信号の元となる第1元駆動信号と前記第1駆動信号に基づく信号とに基づいて出力され、
    前記第2制御信号は、
    前記第2駆動信号の元となる第2元駆動信号と前記第1駆動信号に基づく信号とに基づいて出力される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  5. 第1駆動信号または第2駆動信号のいずれかにより容量性負荷を駆動する駆動回路であって、
    第1トランジスター対により前記第1駆動信号を生成する第1単位回路と、
    第2トランジスター対により前記第2駆動信号を生成する第2単位回路と、
    前記第1トランジスター対を制御するための第1制御信号のレベルが変化するタイミングと、前記第2トランジスター対を制御するための第2制御信号のレベルが変化するタイミングとが閾値時間内にある場合であって、かつ、所定条件を充足する場合に、前記第1制御信号および前記第2制御信号の少なくとも一方を遅延させて、対応する単位回路に供給する調整部と、
    を具備することを特徴とする駆動回路。
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