JP2018051810A - 液体吐出装置、駆動回路および駆動方法 - Google Patents

液体吐出装置、駆動回路および駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】元駆動信号に対する駆動信号の波形再現性を良好にする。【解決手段】ノードN2から出力される駆動信号COM−Aに基づいて容量性負荷を駆動する駆動回路120aは、ノードN2から容量性負荷に向けて駆動信号COM−Aを伝送する配線192aと、配線192aにより伝送された駆動信号COM−Aを帰還する配線193aと、信号Ainを増幅してノードN2に向けて出力する増幅部200aと、配線193aにより帰還された駆動信号CO−Mを微分するコンデンサーC31および抵抗素子R31と、信号Ainの電圧変化の大きさが閾値以下の場合に、微分した駆動信号の電圧が所定の範囲内となった否かを判定する判定部204aと、微分した駆動信号の電圧が所定の範囲内になったと判定された場合に、信号Ainの電圧を所定倍数例えば1倍に増幅してノードN2に向けて出力する電圧出力部202aとを具備する。【選択図】図16

Description

本発明は、液体吐出装置、駆動回路および駆動方法に関する。
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。このような駆動により、ノズルから所定のタイミングで所定量のインク(液体)が吐出されて、ドットが形成される。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、インクジェットプリンターでは、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。増幅回路としては例えば、D級増幅が提案されている(特許文献1参照)。D級増幅は、端的にいえば、元駆動信号をパルス変調するとともに、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。
特開2010−114711号公報
しかしながら、D級増幅では、装置構成が肥大化する、元駆動信号に対する駆動信号の波形再現性が悪い、という問題が指摘されている。詳細には、D級増幅では、たとえ出力電圧を一定とすべき場合であっても、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が交互にスイッチングするので、スイッチングに伴うリップルが乗りやすい。なお、ローパスフィルターでリップルを除去しようとすれば、当該ローパスフィルターの構成素子として、大容量のコンデンサーおよびL値の大きなインダクターが必要となり、装置構成が肥大化する、さらに、波形鈍りによって波形再現性が低下する、という問題を引き起こす。
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、良好な波形再現性を有する液体吐出装置、駆動回路および駆動方法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、所定の出力端から出力される駆動信号に基づいて駆動される圧電素子を含み、当該圧電素子の駆動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を増幅して前記出力端に向けて出力する増幅部と、前記出力端から前記圧電素子に向けて前記駆動信号を伝送する第1配線と、前記第1配線により伝送された駆動信号を帰還する第2配線と、前記第2配線により帰還された駆動信号を微分する微分回路と、前記元駆動信号の電圧変化の大きさが所定の閾値以下の場合に、前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内となった否かを判定する判定部と、前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内になったと判定された場合に、前記元駆動信号に応じた電圧を前記出力端に向けて出力する電圧出力部と、を具備する。
上記一態様に係る液体吐出装置によれば、D級増幅におけるローパスフィルターが不要であるので、装置構成の肥大化を抑えることができる。また、元駆動信号の電圧変化が小さい場合に、微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内となったとき、すなわち、出力である駆動信号の電流が少なくなったとき、電圧出力部が元駆動信号に応じた電圧を出力端に向けて出力するので、リップルが乗りにくい上にスパイクノイズ等の発生も抑えられ、また、元駆動信号に対する駆動信号の誤差も小さくすることができる。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記第2配線に隣り合い、所定の電圧が印加された第3配線および第4配線を含む構成としても良い。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記増幅部と、前記判定部と、前記電圧出力部と、が実装された第1基板と、前記第1基板と、前記第1配線および前記第2配線を介して接続される第2基板と、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、前記増幅部は、前記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、電源の高位側と前記出力端との間に接続されたハイサイドトランジスターと、前記出力端と前記電源の低位側との間に接続されたローサイドトランジスターと、前記元駆動信号の電圧変化に応じて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を選択し、選択したトランジスターのゲート端子に向けて前記制御信号を供給する選択部と、を含む構成としても良い。
なお、接続とは、2以上の要素間の直接的および間接的な結合を意味し、当該2つ以上の要素間に、1または2以上の中間要素が存在することも含む。上述の例でいえば、ハイサイドトランジスターと出力端との間に、逆流防止用のダイオードが設けられても良い。
上記ハイサイドトランジスター、ローサイドトランジスターおよび選択部を含む構成において、前記選択部は、前記元駆動信号の電圧変化が上昇方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第1の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記制御信号を供給し、前記元駆動信号の電圧変化が低下方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第2の場合、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記制御信号を供給しても良く、
さらに、前記選択部は、前記元駆動信号の電圧変化の大きさが前記閾値以下の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給するとともに、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、前記第1の場合、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、前記第2の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給しても良い。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記電圧出力部は、前記元駆動信号の電圧を所定倍数で増幅するリニア増幅器と、前記リニア増幅器と前記出力端との間に設けられ、
前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内になったと判定された場合に、オンするスイッチと、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、前記電圧出力部は、前記元駆動信号の電圧を前記吐出部と、前記増幅部と、前記判定部と、前記電圧出力部と、が可動式のキャリッジに搭載された構成としても良い。
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、駆動方法、さらには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(その1)の概略構成を示す図である。 印刷装置(その1)のヘッドユニットにおけるノズルの配列を示す図である。 ノズルの配列を拡大して示す図である。 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(その1)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(その1)に適用される駆動回路(その1)の構成を示す図である。 駆動回路(その1)の詳細な構成を示す図である。 駆動回路(その1)の動作を説明するための図である。 駆動回路(その1)の優位性を説明するための図である。 印刷装置(その2)の概略構成を示す図である。 印刷装置(その2)に適用される駆動回路(その2)の構成を示す図である。 駆動回路(その2)の第1応用例を示す図である。 駆動回路(その2)の第2応用例を示す図である。 駆動回路(その2)の第3応用例を示す図である。 駆動回路(その2)の第4応用例を示す図である。 駆動回路(その2)の第5応用例の詳細な構成を示す図である。 第5応用例の動作を説明するための図である。 印刷装置(その3)の電気的な構成を示すブロック図である。 印刷装置(その3)に適用される駆動回路(その2)の構成を示す図である。 比較例に係る駆動回路の問題点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。
なお、実施形態に係る印刷装置1には、いくつかの態様が存在するので、区別するために印刷装置(その1)、印刷装置(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1は、印刷装置(その1)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(その1)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(文字や図形等などを含む)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(その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。4個のブロックの各々は、それぞれブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、およびイエロー(Y)のインクを吐出する。
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(その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2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)、およびイエロー(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3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およびNbとする。
ノズル列Naおよび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および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および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、後述するように、m個のノズルNと、これらm個のノズルNの各々に対応して設けられる圧電素子とを含むアクチュエーター基板に、COFが接続された構成である。そこで説明の便宜のために、アクチュエーター基板の構造について説明する。
図4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3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4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および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。
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が回路基板から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および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図におい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、およびノズル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(その1)の電気的な構成について説明する。
図5は、印刷装置(その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(その1)は、メイン基板100にフレキシブルフラットケーブル190を介してヘッドユニット3が接続された構成となっている。
印刷装置(その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ところがないので、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5に示されるように、メイン基板100は、制御部110および電圧生成回路130を含む。
このうち、制御部110は、特に図示しないがCPU、RAMおよび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信号等をそれぞれ出力する。
具体的には、第1に、制御部110は、データdAおよびdBと、信号群OaおよびObとを、それぞれフレキシブルフラットケーブル190を介してヘッドユニット3に供給する。ここで、データdAは、駆動信号COM−Aの波形を規定するデジタルのデータである。信号群Oaは、データdAで規定される信号の電圧変化に応じた論理レベルとなる信号の集合体であって、信号OEa、OCaおよびFLiaなどを含む。
データdB、駆動信号COM−Bの波形を規定するデジタルのデータである。信号群Obは、データdBで規定される信号の電圧変化に応じた論理レベルとなる信号の集合体であって、信号OEb、OCbおよびFLibなどを含む。
なお、信号群Oa(信号OEa、OCaおよびFLia)と、信号群Ob(信号OEb、OCbおよびFLib)については、後述する。
第2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、各種の制御信号Ctrを、フレキシブルフラットケーブル190を介してヘッドユニット3に供給する。なお、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SI(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Sck、印刷周期等を規定する信号LAT、CH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説明を省略する。
また、電圧生成回路130は、複数の圧電素子Pztの他端を互いに共通の状態に保つための電圧VBSの保持信号を生成する。
ヘッドユニット3は、アクチュエーター基板40と、回路基板50と、COF(Chip On Film)52とに大別される。
このうち、回路基板50(第1基板)は、D/A変換器(DAC、Digital to Analog Converter)113aおよび113bと、電圧増幅器115aおよび115bと、駆動回路120aおよび120bと、を含む。
COF52(第2基板)は、例えば変換部515a、515b、および半導体集積回路を実装したフィルム基板であり、このうち、当該半導体集積回路は、選択制御部510の機能と、圧電素子Pztに一対一に対応した選択部520の機能とを包含する。COF52は、フレキシブルフラットケーブル192を介して回路基板50に接続される一方、複数の選択部520の各出力端は、アクチュエーター基板40(圧電素子Pztの個別の駆動電極76)にそれぞれ接続される。
フレキシブルフラットケーブル192は、複数の配線をほぼ並行に配列させた状態で絶縁材により被覆したものであり、複数の配線の一部または全部が回路基板50とCOF52との接続に用いられる。
なお、本実施形態では、COF52が回路基板50にフレキシブルフラットケーブル192を介して間接的に接続された構成としているが、フレキシブルフラットケーブル192を無くして、COF52が回路基板50に直接的に接続された構成としても良い。
また、メイン基板100における電圧生成回路130により生成された電圧VBSの保持信号は、フレキシブルフラットケーブル190、回路基板50、フレキシブルフラットケーブル192およびCOF52を順に介して、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される。
さて、回路基板50において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、信号群Oaに基づいて駆動能力を高めて(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。なお、駆動回路120aから出力された駆動信号COM−Aは、フレキシブルフラットケーブル192、および、COF52におけるノードN11を介して複数の選択部520に供給される。
また、駆動回路120bは、信号Binを、信号群Obに基づいて駆動能力を高めて駆動信号COM−Bとして出力する。なお、駆動回路120bから出力された駆動信号COM−Bは、フレキシブルフラットケーブル192、および、COF52におけるノードN12を介して複数の選択部520に供給される。
なお、アナログ変換後の信号ainおよびbinと、インピーダンス変換前の信号AinおよびBinと、駆動信号COM−AおよびCOM−Bとについては、それぞれ後述するように台形波形である。
COF52において、変換部515aは、ノードN11に流れる駆動信号COM−Aの電流を電圧に変換する。なお、当該変換した電圧の信号Fbaは、フレキシブルフラットケーブル192を介して駆動回路120aに帰還される。
同様に、変換部515bは、ノードN12に流れる駆動信号COM−Bの電流を電圧に変換する。なお、当該変換した電圧の信号Fbbは、フレキシブルフラットケーブル192を介して駆動回路120bに帰還される。
変換部515a(515b)は、駆動信号COM−A(COM−B)の電流がゼロであるときに、後述する電圧Vcmを出力する構成となっている。本実施形態において駆動回路120a(120b)の負荷は、容量性の圧電素子Pztであるから、台形波形である駆動信号COM−A(COM−B)の電圧が一定である場合、当該駆動信号COM−A(COM−B)の電流はゼロである。
一方、台形波形である駆動信号COM−A(COM−B)の電圧が上昇する場合、駆動回路120a(120b)から容量素子Pztに向かって電流が流れる。この場合に、変換部515aは、信号Fba(Fbb)の電圧を、当該電流が大きくなるほど、電圧Vcmよりも高くする。
反対に、駆動信号COM−A(COM−B)の電圧が低下する場合、容量素子Pztから駆動回路120a(120b)に向かって電流が流れる。この場合に、変換部515aは、信号Fba(Fbb)の電圧を、当該電流が大きくなるほど、電圧Vcmよりも低くする。
なお、変換部515a(515b)の例としては、例えば駆動信号COM−A(COM−B)の供給経路であるノードN11(N12)に抵抗素子を挿入して、当該抵抗素子の両端電圧をアンプで増幅して出力する構成が挙げられる。ただし、この構成では当該抵抗素の発熱が問題になりやすいので、上記供給経路に流れる電流によって発生した磁界を、ホール素子で電圧に変換して、当該電圧をアンプで増幅して出力する構成としても良い。
また、COF52において、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。
信号ain(bin)は、低耐圧の半導体回路のDAC113a(113b)により変換されるので、例えば電圧0〜4V程度で比較的小さく振幅する。これに対して、圧電素子Pztに印加される駆動信号の組み合わせ元である駆動信号COM−A(COM−B)には、圧電素子Pztを十分に駆動するために0〜40V程度の比較的大きな電圧振幅が必要となる。
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、当該電圧増幅された信号Ain(Bin)を、駆動回路120a(120b)がインピーダンス変換して、駆動信号COM−A(COM−B)として出力し、1つの圧電素子Pztに対応する選択部520が、吐出すべきインクの量に応じて、駆動信号COM−A、COM−Bを選択して(または、選択しないで)、当該圧電素子Pzt)の一端に印加する構成となっている。
なお、ヘッドユニット3におけるアクチュエーター基板40は、図4で説明したように、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および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および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およびCOM−Bについて説明し、この後、駆動信号COM−Aおよび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6は、駆動信号COM−Aおよび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および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、およびBdp2の開始タイミングにおける電圧と、終了タイミングにおける電圧とは、いずれも電圧Vcenで共通である。すなわち、台形波形Adp1、Adp2、Bdp1、およびBdp2の各々は、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。
また、台形波形Adp1、Adp2のうち、電圧最高値を便宜的にVmaxと表記し、電圧最低値をVminと表記している。
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の台形波形に応じて、次のような論理レベルとなる信号OEa、OCaおよびFLiaをそれぞれ駆動回路120aに供給する。
詳細には、第1に、制御部110は、信号OEaを、駆動信号COM−A(信号ain)について電圧を低下させる期間と電圧を上昇させる期間とにわたってLレベルとし、それ以外の駆動信号COM−Aの電圧を一定とさせる期間にわたってHレベルとする。換言すれば、駆動信号COM−Aの台形波形において電圧が変化する期間では、信号OEaがLレベルとなり、電圧が一定となる期間では、信号OEaがHレベルとなる。
第2に、制御部110は、信号OCaを、駆動信号COM−Aの電圧を上昇させる期間にわたってLレベルとし、それ以外の期間にわたってHレベルとする。これにより、駆動信号COM−Aの台形波形において電圧が一定となる期間では、信号OEaがHレベルとなり、電圧が変化する期間では、信号OEaがLレベルとなる。さらに、駆動信号COM−Aの電圧が変化する期間(すなわち信号OEaがLレベルとなる期間)のうち、電圧が低下する期間では信号OCaがHレベルとなり、電圧が上昇する期間では信号OCaがLレベルとなる。
第3に、制御部110は、信号FLiaを、駆動信号COM−Aについて電圧を低下させる期間と電圧を上昇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の電圧を一定とさせる期間にわたってLレベルとする。信号FLiaについては、信号OEaの論理レベルをNOT回路などによって反転させた信号を用いることができるが、この説明では、別信号として制御部110が供給する構成としている。
同様に、制御部110は、駆動信号COM−Bの台形波形に応じて、次のような論理レベルとなる信号OEb、OCbおよびFLibをそれぞれ駆動回路120bに供給する。
詳細には、第1に、制御部110は、信号OEbを、駆動信号COM−B(信号bin)について電圧を低下させる期間と電圧を上昇させる期間とにわたってLレベルとし、それ以外の駆動信号COM−Bの電圧を一定とさせる期間にわたってHレベルとする。
第2に、制御部110は、信号OCbを、駆動信号COM−Bの電圧を上昇させる期間にわたってLレベルとし、それ以外の期間にわたってHレベルとする。
第3に、制御部110は、信号FLibを、駆動信号COM−Bについて電圧を低下させる期間と電圧を上昇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の電圧を一定とさせる期間にわたってLレベルとする。
図7は、図5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および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の搬送に合わせて制御部110から供給される。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8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および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9は、図5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および522bと、トランスファーゲート524aおよび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および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6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6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8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10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6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、回路基板50における駆動回路120aおよび120bについて説明する。
なお、駆動回路120aおよび120bには、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。
まず、駆動回路(その1)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およびその周辺部を示す図である。
この図に示されるように、駆動回路120aは、増幅部200a、電圧出力部202a、判定部204a、およびコンデンサーC0を含む。
増幅部200aは、信号Ainを、信号群Oaのうちの信号OEaおよびOCaに基づいて低インピーダンスに変換した信号を出力する。
電圧出力部202aは、信号Ainを電圧増幅率1倍で増幅した信号を、信号FLsaがLレベルであるときに出力する。
ノードN2は、増幅部200aの出力端と電圧出力部202aの出力端との共通接続部であり、フレキシブルフラットケーブル192の配線192a(第1配線)を介してCOF52における変換部515a(ノードN11)に接続される。
なお、ノードN2には、コンデンサーC0の一端が接続され、コンデンサーC0の他端は、一定電位の、例えばグランドGndに接地されている。
ノードN11は、変換部515aにおける駆動信号COM−Aの電流検出ポイントであり、駆動回路120aからみてCOF52における選択部520の入力端の手前に位置する。変換部515aにより変換された電圧の信号Fbaがフレキシブルフラットケーブル192の配線193a(第2配線)を介して駆動回路120aに帰還される。
判定部204aは、信号群Oaのうちの信号FLiaと信号Fbaとに基づいて信号FLsaを出力する。
なお、図においてノードN2からノードN11に至るまでの配線192aのうち、抵抗成分がR91で、インダクタンス成分がL91である。同様に、ノードN11からコンデンサーC31の一端に至るまでの配線193aのうち、抵抗成分がR92であり、インダクタンス成分がL92である。
図12は、駆動回路120aにおける増幅部200a、電圧出力部202aおよび判定部204aの各々について詳細な構成を示す図である。
まず、増幅部200aは、差動増幅器221と、セレクター223と、トランジスター対と、を含む。
差動増幅器221にあっては、負入力端(−)に信号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。
なお、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V(=42V)とし、低位側をグランドGnd(=0V)としている。このため、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120aでは、駆動信号COM−A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場合もあるので、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OEaがLレベルであって、かつ、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て、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OEaがLレベルであって、かつ、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。
なお、セレクター223は、信号OEaがHレベルであれば、信号OCaの論理レベルとは無関係に、信号Gt1としてHレベルをトランジスター231のゲート端子に供給し、信号Gt2としてLレベルをトランジスター232のゲート端子に供給する。
換言すれば、セレクター223は、第1に、駆動信号COM−A(信号Ain)の電圧上昇期間であれば、トランジスター231のゲート端子に差動増幅器221の出力信号を供給し、トランジスター232のゲート端子に当該トランジスター232がオフする信号を供給し、第2に、駆動信号COM−Aの電圧低下期間であれば、トランジスター231のゲート端子に当該トランジスター231がオフする信号を供給し、トランジスター232のゲート端子に差動増幅器221の出力信号を供給し、第3に、駆動信号COM−Aの電圧平坦期間であれば、トランジスター231のゲート端子に、当該トランジスター231がオフする信号を供給し、トランジスター232のゲート端子に、当該トランジスター232がオフする信号を供給する。
トランジスター対は、トランジスター231および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V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および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と表記している。
次に、電圧出力部202aは、リニア増幅器222とスイッチ293とを含む。
リニア増幅器222は、信号Ainの電圧Vinを本実施形態では電圧増幅率1倍で出力する。
スイッチ293は、リニア増幅器222の出力端とノードN2との間において、信号FLsaがLレベルであればオンし、信号FLsaがHレベルであればオフする。
判定部204aは、基準電源E11およびE12と、抵抗素子R11、R12、R21、およびR22と、演算増幅器241および251と、NOT回路242および261と、NOR回路263と、Dフリップフロップ(以下「DFF」と略称する)265とを含む。
基準電源E11(第1オフセット部)は、正端子および負端子の間で電圧V11を出力する。基準電源E11においては、負端子に電圧Vcmが印加され、正端子が、抵抗素子R11を介して演算増幅器241の正入力端(+)に接続される。電圧Vcmは、例えば1.5Vである。
一方、演算増幅器241の負入力端(−)には、信号Fbaが入力される。演算増幅器241の出力端は、抵抗素子R12を介して演算増幅器241の正入力端(+)に正帰還される。
このため、演算増幅器241は、信号Fbaの電圧と、電圧(Vcm+V11)とを比較するヒステリシスコンパレーターとして機能する。詳細には、演算増幅器241の出力電圧を抵抗素子R11およびR12で分圧した電圧がヒステリシス幅となり、信号Fbaの電圧が、電圧(Vcm+V11)よりも上記ヒステリシス幅の分だけ高位または低位となったときに、演算増幅器241の出力電圧が反転する。
ただし、ここでは説明を簡略化するために、演算増幅器241は、信号Fbaの電圧が電圧(Vcm+V11)以上となったときにLレベルを出力し、信号Fbaが電圧(Vcm+V11)未満になったときにHレベルを出力するものとする。
演算増幅器241の出力端はNOT回路242の入力端に接続され、NOT回路242の出力端はNOR回路263における2つの入力端のうちの一方に接続される。
基準電源E12(第2オフセット部)は、正端子および負端子の間で電圧V12を出力する。基準電源E12においては、正端子に電圧Vcmが印加され、負端子が、抵抗素子R21を介して演算増幅器251の正入力端(+)に接続される。
一方、演算増幅器251の負入力端(−)には、信号Fbaが入力される。演算増幅器251の出力端は、抵抗素子R22を介して演算増幅器251の正入力端(+)に正帰還される。
このため、演算増幅器251の出力電圧は、信号Fbaの電圧が電圧(Vcm−V12)よりも上記ヒステリシス幅の分だけ高位または低位となったときに反転するヒステリシスコンパレーターとして機能する。
ただし、ここでは説明を簡略化するために、演算増幅器251は、信号Fbaの電圧が電圧(Vcm−V12)以上となったときにLレベルを出力し、信号Fbaが電圧(Vcm−V12)未満になったときにHレベルを出力するものとする。
演算増幅器251の出力端は、NOR回路263における2つの入力端のうちの他方に接続される。
NOR回路263の出力端は、DFF265のクロック入力端Clkに接続される。
NOT回路261の入力端には信号FLiaが供給され、NOT回路261の出力端は、DFF265における負論理のリセット入力端Rに接続される。
DFF265の入力端DはHレベルに保持され、負論理のセット入力端Sには、信号Xrstが供給される。なお、信号Xrstは、動作時においてはHレベルに保持されているが、電源投入時やエラーからの復帰時などでシステムリセットする際に所定期間(例えば1秒)Lレベルとなる信号である。この信号Xrstは、例えば制御部110からフレキシブルフラットケーブル190を介して供給される。
DFF265の出力端/Qからは、信号FLsaが出力される。なお、DFF265は、実際には、正転の出力端Qを有するが、図面では省略されている。また、「/Q」は、正転の出力端Qの反転を意味する。信号FLsaは、電圧出力部202aにおけるスイッチ293のオンオフを制御する点については上述した通りである。
DFF265は、クロック入力端Clkに入力される信号がHレベルに立ち上がったときに、入力端Dのレベルの反転信号を出力端/Qから出力する一方、セット入力端SがHレベルであって、リセット入力端RがLレベルになったときに、出力端/Qから出力される信号をHレベルにセットする。
このため、DFF265は、信号FLiaがHレベルに転じたときに、出力端/Qから出力される信号FLsaをHレベルにセットして、スイッチ293をオフにさせ、NOR回路263から出力される否定論理和信号がHレベルに立ち上がったときに信号FLsaをLレベルに反転させて、スイッチ293をオンにさせる構成となっている。
ここで、NOR回路263による否定論理和信号がHレベルである場合とは、NOT回路242の出力信号がLレベルの場合(すなわち、演算増幅器241の出力信号がHレベルの場合)であって、かつ、演算増幅器251の出力信号がLレベルの場合である。前者の演算増幅器241の出力信号がHレベルの場合とは、上述したように信号Fbaの電圧が電圧(Vcm+V11)未満の場合であり、後者の演算増幅器251の出力信号がLレベルになる場合とは、上述したように信号Fbaの電圧が電圧(Vcm−V12)以上の場合である。
一方、信号Fbaは、上述したように駆動信号COM−Aの電流がゼロである場合、電圧Vcmとなり、駆動信号COM−Aの電圧が上昇する場合に、当該駆動信号COM−Aの電流が大きくなるほど、電圧Vcmよりも高くなり、駆動信号COM−Aの電圧が低下する場合に、当該駆動信号COM−Aの電流が大きくなるほど、電圧Vcmよりも低くなる。
したがって、NOR回路263による否定論理和信号がLレベルからHレベルに転じる場合とは、駆動信号COM−Aの電圧が上昇または低下から一定に転じた後に、電圧(Vcm+V11)未満であって電圧(Vcm−V12)以上の範囲内に収まった場合をいうことになる。
次に、駆動回路120aの動作について説明する。
図13は、駆動回路120aの動作を説明するための各部における電圧波形を示す図である。
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。
なお、図13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、台形波形における電圧Vmin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が電圧Vmin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が電圧Vminから電圧Vmax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が電圧Vmax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が電圧Vmaxから電圧Vcenまで低下する期間である。
なお、駆動信号COM−Aにおける電圧の関係は、
>Vmax>Vcen>Vmin>Gnd
である。
また、図13における複数の電圧波形の各々については、説明の便宜上、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OEaがLレベルになり、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、コンデンサーC0、および、負荷である圧電素子Pztの容量性により、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。なお、トランジスター232がオフしても、ノードN2の電圧は、コンデンサーC0および圧電素子Pztの容量性により保持されるので、不定にはならない。
トランジスター232がオフすると、ノードN2の電圧Outの低下が中断するが、電圧Vinの低下が継続しているので、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および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が電圧Vinの低下に追従するように制御されることになる。
また、期間P1では、駆動信号COM−Aの電圧がほぼ一定の割合で低下することから、信号Fbaは、電圧Vcmを基準にして負側に振れることになる。なお、期間P1では、信号FLiaがHレベルである。このため、DFF265は、出力端/Qから出力される信号FLsaをHレベルにセットして、スイッチ293をオフにさせる。このため、期間P1では、リニア増幅器222の出力は、ノードN2からの駆動信号COM−Aに影響を与えない。
次に、期間P2は、駆動信号COM−A(Ain)が電圧Vminで一定となる期間である。このため、期間P2では、信号OEaがHレベルとなるので、セレクター223が、信号Gt1としてHレベルを選択し、信号Gt2としてLレベルを選択する結果、トランジスター231および232がともにオフとなる。
また、期間P2の開始タイミングでは、駆動信号COM−Aの電圧が低下から一定に転じるので、信号Fbaは、電圧Vcmに向かう。ここで、信号Fbaが電圧(Vcm+V11)未満であって電圧(Vcm−V12)以上の範囲内に収まったときに、DFF265の出力端/Qから出力される信号FLsaがLレベルに立ち下がる。これにより、スイッチ293がオンするので、ノードN2には、リニア増幅器222の出力信号、すなわち、信号Ainの電圧Vinを1倍に増幅した信号が供給される。このため、電圧Outは、電圧Vinとなる。
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OEaがLレベルになり、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、コンデンサーC0および圧電素子Pzt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Gt2がHレベルになり、トランジスター231がオフする。なお、トランジスター231がオフしても、ノードN2の電圧は、コンデンサーC0および圧電素子Pztの容量性により保持されるので、不定にはならない。
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の上昇が継続しているので、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および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が電圧Vinの上昇に追従するように制御されることになる。
また、期間P3では、駆動信号COM−Aの電圧がほぼ一定の割合で上昇することから、信号Fbaは、電圧Vcmを基準にして正側に振れることになる。なお、期間P3では、信号FLiaがHレベルである。このため、DFF265は、出力端/Qから出力される信号FLsaをHレベルにセットして、スイッチ293をオフにさせる。このため、期間P3では、リニア増幅器222の出力は、ノードN2からの駆動信号COM−Aに影響を与えない。
期間P4は、駆動信号COM−A(Ain)が電圧Vmaxで一定となる期間である。このため、期間P4では、信号OEaがHレベルになるので、セレクター223が、信号Gt1としてHレベルを選択し、信号Gt2としてLレベルを選択する結果、トランジスター231および232がともにオフとなる。
また、期間P4の開始タイミングでは、駆動信号COM−Aの電圧が上昇から一定に転じるので、信号Fbaは、電圧Vcmに向かう。ここで、信号Fbaが電圧(Vcm+V11)未満であって電圧(Vcm−V12)以上の範囲内に収まったときに、DFF265の出力端/Qから出力される信号FLsaがLレベルに立ち下がる。これにより、スイッチ293がオンするので、ノードN2には、リニア増幅器222の出力信号が供給される結果、電圧Outは、電圧Vinとなる。
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、電圧Outが電圧Vinの低下に追従するように制御されることになる。
また、期間P5において、信号Fbaは、電圧Vcmを基準にして負側に振れる一方、信号FLiaがHレベルであるので、DFF265は、スイッチ293をオフにさせる。このため、期間P5では、リニア増幅器222の出力は、ノードN2からの駆動信号COM−Aに影響を与えない。
期間P5の後の期間P6は、駆動信号COM−A(Ain)が電圧Vcenで一定となる期間である。このため、期間P6では、信号OEaがHレベルになるので、セレクター223が、信号Gt1としてHレベルを選択し、信号Gt2としてLレベルを選択する結果、トランジスター231、232がともにオフとなる。
また、期間P6の開始タイミングでは、駆動信号COM−Aの電圧が低下から一定に転じるので、信号Fbaは電圧Vcmに向かう。信号Fbaが電圧(Vcm+V11)未満であって電圧(Vcm−V12)以上の範囲内に収まったときに、DFF265の出力端/Qから出力される信号FLsaがLレベルに立ち下がる。これにより、スイッチ293がオンするので、ノードN2には、リニア増幅器222の出力信号が供給される結果、電圧Outは、電圧Vinとなる。
図11および図12に示した駆動回路120aによれば、期間P1〜P6毎に、次のような動作となる。
すなわち、電圧Vinが低下する期間P1および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、それぞれ電圧Outが電圧Vinに追従するように制御される。
また、電圧Vinが一定となる期間P2、P4およびP6では、トランジスター231、232ではなく、リニア増幅器222により、信号Ainの電圧Vinが電圧増幅率1倍で増幅されて、電圧Outとして出力される。
なお、駆動回路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。ここでいうトランジスターのリニア動作とは、差動増幅器221の出力信号がゲート端子に供給されて、当該トランジスターがゲート端子およびソース端子の電圧に応じた電流をソース・ドレイン間に流す、という動作をいう。
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。
また、駆動信号COM−A(Ain)の電圧変化期間では、トランジスター231または232のスイッチング動作によって、電圧Outが電圧Vinの低下に追従するように制御される。
一方、駆動信号COM−A(Ain)の電圧一定期間では、トランジスター231および232がともにオフするが、スイッチ293がオンしてリニア増幅器222がノードN2に信号Ainを電圧増幅率1倍で増幅し、電圧Outとして出力する。このため、トランジスター231および232がオフしても、ノードN2の電圧Outは電圧Vinで安定する。
駆動回路120aでは、駆動信号COM−Aの電圧が上昇または低下から一定に転じたときに、直ちにスイッチ293をオンにするのではなく、信号Fbaが電圧(Vcm+V11)未満であって電圧(Vcm−V12)以上の範囲内に収まったときにオンする構成となっている。
以下、このような構成を採用している理由について説明する。
すでに説明したように駆動回路120aにおけるノードN2からCOF52におけるノードN11に至るまでの配線192aには、抵抗成分R91およびインダクタンス成分L91が寄生する。このうち、インダクタンス成分L91は、駆動信号COM−Aの電流波形を電圧波形に対して遅れさせる方向に作用するので、駆動信号COM−Aの電圧が上昇または低下から一定に転じても、ノードN11では電流が直ちにゼロにはならない。
このため、駆動信号COM−Aの電圧が例えば低下から一定に転じた直後では、比較的大きな電流が依然として流れている場合がある。このような場合に、スイッチ293をオンにさせてしまうと、図25に示されるように、駆動信号COM−Aにスパイクノイズが重畳されて、液体吐出の精度を悪化させる。
ここで、図25は、比較例に係る駆動回路の動作を説明するための図である。
なお、電圧出力部202aの駆動能力を高めれば、そのようなスパイクノイズに打ち勝つ可能性もある。しかしながら、電圧出力部202aの本来の目的は、駆動信号COM−Aの電圧が一定である場合(または、単位時間当たりの電圧変化の大きさが比較的小さい場合、詳細には後述する閾値以下の場合)に、トランジスター231および232がともにオフしても、圧電素子Pztのような容量性負荷に、目的とする電圧を給電する、ということにある。このため、電圧出力部202aの駆動能力を高めることは、本来の目的から逸脱するだけでなく、回路自体の肥大化および消費電力の悪化を招く。
そこで、駆動信号COM−Aの電圧が上昇または低下から一定に転じた後であって、前記元駆動信号の電圧変化の大きさが所定の閾値以下の場合に、信号Fbaが電圧(Vcm+V11)未満であって電圧(Vcm−V12)以上の範囲内に収まって、ノードN11に流れる電流が十分に小さくなったと想定されたときに、スイッチ293をオンにさせる構成としている。
このため、駆動回路120aでは、図14に示されるように、駆動信号COM−Aにスパイクノイズが重畳されるのを防いで、液体吐出の精度を良好に保つことができる。
駆動信号COM−Aの電流、すなわちノードN11に流れる電流は、当該駆動信号COM−Aが印加される圧電素子Pztの個数、すなわち印刷データSIで規定される印刷内容に応じて変化する。詳細には、当該電流は、駆動信号COM−Aが選択される圧電素子Pztの個数が多くなるほど大きくなる。
ノードN11に流れる電流が大きくなるほど、電圧Vcmを基準にした所定範囲内に収まるまでの時間が長くなる。
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、駆動回路120aと同一であって、入出力信号だけが異なる。すなわち、駆動回路120bには、信号OEaの代わりに信号OEbが、信号OCaの代わりに信号OCbが、信号Ainの代わりに信号Binが、信号FLiaの代わりに信号FLibが、それぞれ入力される一方、ノードN2から駆動信号COM−Bが出力されるとともに、変換部515bにより変換された電圧の信号Fbbが当該駆動回路120bにフレキシブルフラットケーブル192を介して帰還される構成となる。
なお、電源投入時やエラーからの復帰時などでシステムリセットする場合、駆動信号COM−A(COM−B)を電圧Vcenにセットした上で、動作を開始または再開する必要がある。この場合、信号Ain(Bin)が電圧Vcenで一定となっていると、トランジスター231および232がともにオフになって、増幅部200a(200b)が動作しないことになる。ただし、上述したように信号XrstがLレベルとなるので、DFFの265の出力端/Qから出力される信号FLsaは、Lレベルにセットされる。このため、駆動回路120aおよび120bでは、強制的にスイッチ293がオンされるので、駆動信号COM−A(COM−B)は、リニア増幅器222により直ちに電圧Vcenにセットされることになる。
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。このような波形を駆動回路120aが出力する場合、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ければ、具体的には、単位時間当たりの電圧変化の大きさが予め定められた閾値を超えているのであれば、信号OEaをLレベルとし、そのうち、電圧の低下時に信号OCaをHレベルとし、電圧の上昇時に信号OCaをLレベルとすれば良い。
また、駆動信号COM−Aの電圧Vout(信号Ainの電圧Vin)の変化が相対的に小さければ、具体的には、単位時間当たりの電圧変化の大きさが上記閾値以下であれば、信号OEaをHレベルとすれば良い。
なお、信号FLsaがHレベルであれば、スイッチ293がオンして、リニア増幅器222の出力信号が駆動信号COM−Aとなるので、当該リニア増幅器222には、駆動信号COM−A(信号Ain)が台形波形である場合と比較して、若干高い駆動能力が要求されることになる。
ところで、駆動信号COM−A(COM−B)は、最大で40V程度の電圧で振幅し、流れる電流も小さくない。このため、変換部515a(515b)として抵抗素子やホール素子を用いる構成では、装置が大型化および複雑化する原因になり得る。
そこで、大型化および複雑化を回避した印刷装置(その2)について説明する。
図15は、印刷装置(その2)の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示される印刷装置(その2)が、図5に示した印刷装置(その1)と相違する点は、変換部515aおよび515bを有さず、ノードN11の駆動信号COM−Aが駆動回路120aにフレキシブルフラットケーブル192を介して帰還される点、および、ノードN12の駆動信号COM−Bが駆動回路120bにフレキシブルフラットケーブル192を介して帰還される点である。
なお、印刷装置(その2)に適用される駆動回路120aおよび120bは、図11に示した駆動回路(その1)とは異なる。そこで、印刷装置(その2)に適用される駆動回路120aおよび120bを、駆動回路(その2)として説明する。
図16は、駆動信号COM−Aを出力する駆動回路(その2)およびその周辺部を示す図である。この図に示される駆動回路(その2)が、図11に示した駆動回路置(その1)と相違する点は、コンデンサーC31および抵抗素子R31を有する点にある。
この点について詳細に説明すると、ノードN11は、フレキシブルフラットケーブル192の配線193a(第2配線)を介してコンデンサーC31の一端に接続される。すなわち、コンデンサーC31の一端は、ノードN11から配線193aを介して駆動信号COM−Aを入力する。コンデンサーC31の他端は、抵抗素子R31の一端および判定部204aに入力端に接続される。抵抗素子R31の他端は、電圧Vcmにプルダウンされる。
このため、コンデンサーC31および抵抗素子R31は、ノードN11からフレキシブルフラットケーブル192の配線193aを介して帰還された駆動信号COM−Aを微分する微分回路として機能する。
なお、コンデンサーC31の他端と抵抗素子R31の一端との接続点をノードN31と表記している。
台形波形である駆動信号COM−Aの電圧が一定である場合、当該駆動信号COM−Aを微分した信号の電圧は変化しないので、ノードN31の電圧はプルダウンされた電圧Vcmとなる。
一方、駆動信号COM−Aの電圧が上昇する場合、ノードN31の電圧は、駆動信号COM−Aの電圧上昇の割合に応じた分だけ電圧Vcmより高位となる。
反対に、駆動信号COM−Aの電圧が低下する場合、ノードN31の電圧は、駆動信号COM−Aの電圧低下の割合に応じた分だけ電圧Vcmより低位となる。
このため、ノードN31に表れる信号は、図11に示した駆動回路(その1)における信号Fbaとほぼ同じとなり、図12に示した判定部204aにより処理することができる。
ここでは、駆動回路(その2)の例として、駆動信号COM−Aを出力する側で説明したが、駆動信号COM−Bを出力する側についても、同様に、ノードN12からフレキシブルフラットケーブル192を介して帰還された駆動信号COM−Bが微分されるとともに、電圧Vcmにプルダウンされ、信号Fbbとして判定部204bに入力される構成となっている。
駆動回路(その2)においては、液体吐出の精度を良好に保つことができるとともに、駆動回路(その1)のような変換部515a(515b)が不要なので、装置の大型化および複雑化を回避することができる。
また、駆動回路(その2)については、次のような応用例が可能である。
図17は、駆動回路(その2)の第1応用例についての構成を示す図である。
駆動回路(その2)の第1応用例については、図12に示した駆動回路(その1)と比較して、演算増幅器271、抵抗素子R41およびR42を有し、演算増幅器271の出力が信号Fbaとして演算増幅器241の負入力端(−)および演算増幅器251の負入力端(−)にそれぞれ供給される点において相違する。
この相違点について詳述すると、コンデンサーC31の他端および抵抗素子R31の一端が演算増幅器271の正入力端(+)に接続されている。演算増幅器271の出力端は、抵抗素子R41およびR42を順に介して微分の基準となる電圧Vcmの給電点に接続されるとともに、抵抗素子R41およびR42の接続点が演算増幅器271の負入力端(−)に帰還されている。
このため、演算増幅器271は、駆動信号COM−Aの微分信号を非反転増幅し、信号Fbaとして出力することになる。
演算増幅器271で増幅しない構成(図12の構成)では、基準電源E11の電圧V11および基準電源E12の電圧V12で定まる電圧範囲を非常に狭く設定しなければならず、ノイズや演算増幅器241および251のオフセット電圧などの影響を受ける可能性がある。これに対して、演算増幅器271で増幅する構成(図17の構成)では、上記電圧範囲が拡大されるので、ノイズやオフセット電圧などの影響を低減することができる。
図18は、駆動回路(その2)の第2応用例についての構成を示す図である。
駆動回路(その2)の第2応用例については、図12に示した駆動回路(その1)と比較して、抵抗素子R31がなくなる一方、演算増幅器281、抵抗素子R41、R42、R51およびR52を有し、演算増幅器281の出力が信号Fbaとして演算増幅器241の負入力端(−)および演算増幅器251の負入力端(−)にそれぞれ供給される点において相違する。
この相違点について詳述すると、コンデンサーC31の他端が抵抗素子R51を介して演算増幅器281の負入力端(−)に接続されている。演算増幅器281の出力端は、抵抗素子R41およびR42を順に介して微分の基準となる電圧Vcmの給電点に接続されるとともに、抵抗素子R41およびR42の接続点が抵抗素子R52を介して演算増幅器281の負入力端(−)に帰還されている。
また、演算増幅器281の正入力端(+)には上記電圧Vcmが印加されている。
このため、演算増幅器281は、駆動信号COM−Aの微分信号を反転増幅し、信号Fbaとして出力することになる。
したがって、第2応用例においても第1応用例と同様に、ノイズやオフセット電圧などの影響を低減することができる。
なお、第2応用例では、演算増幅器241の負入力端(−)および演算増幅器251の負入力端(−)には駆動信号COM−Aの微分信号が反転されて供給される点において、図12および図17に示される構成と比較して相違する。ただし、駆動信号COM−Aの電圧が上昇または低下から一定に転じた後、電圧(Vcm+V11)未満であって電圧(Vcm−V12)以上の範囲内に収まったときに、NOR回路263の否定論理和信号がHレベルに転じる点において図12および図17に示される構成と変わりはない。
図19は、駆動回路(その2)の第3応用例についての構成を示す図である。
駆動回路(その2)の第3応用例については、図16に示した構成と比較して、コンデンサーCaおよびC30と、抵抗素子RaおよびR30とが追加された構成となっている。
詳細には、コンデンサーCaの一端は、フレキブルフラットケーブル192の配線193aに接続され、ノードN11から帰還された駆動信号COM−Aを入力し、コンデンサーCaの他端は、抵抗素子Raの一端および抵抗素子R30の一端にそれぞれ接続されている。抵抗素子Raの他端はグランドGndに接地されている一方、抵抗素子R30の他端はコンデンサーC30の一端およびコンデンサーC31の一端にそれぞれ接続されている。コンデンサーC30の他端はグランドGndに接地されている。
この構成では、配線193aを介して帰還した駆動信号COM−Aが、コンデンサーCaおよび抵抗素子Raからなる微分回路によりグランドGndを基準として微分される。微分後の信号は、抵抗素子R30およびコンデンサーC30からなるローパスフィルターを通過して後、コンデンサーC31および抵抗素子R31からなる微分回路により電圧Vcmを基準として微分され、信号Fbaとして判定部204aに供給される。
フレキシブルフラットケーブル192の配線193aを介して帰還する際に駆動信号COM−Aにはノイズ成分が重畳されて、判定部204aでの電圧判定の精度を低下させる可能性もある。これに対して、この第3応用例によれば、ノイズ成分が、抵抗素子R30およびコンデンサーC30からなるローパスフィルターで除去されるので、判定部204aでの判定精度の低下を抑えることができる。
図20は、駆動回路(その2)の第4応用例について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(その2)の第4応用例では、フレキシブルフラットケーブル192における複数の配線のうち、駆動信号COM−Aの帰還経路となる配線193aの両側で隣り合う配線193c(第3配線)および配線193d(第4配線)が例えばグランドGndに接地されて、当該帰還経路である配線193aをシールドする構成となっている。
この応用例によれば、配線193aを介して帰還する際において、駆動信号COM−Aにノイズ成分が重畳されにくくなるので、判定部204aでの判定精度の低下を抑えることができる。
なお、シールドについては一定の電位あれば良いので、グランドGndに限られず、例えば電圧Vcmであっても良い。
また、特に図示を省略するが、フレキシブルフラットケーブル192を複数枚に重ねる場合に、例えば3枚重ねて、中階のフレキシブルフラットケーブル192に帰還経路として配線193aを設ける場合に、当該中階における配線193aの両側の配線193cおよび配線193dに加えて、当該帰還経路に対して上階に位置する配線と、当該帰還経路に対して下階に位置する配線と、をシールド配線として用いても良い。これにより、シールドの機能をより高めることができる。
また、ローパスフィルターによるノイズの除去と、フレキシブルフラットケーブル192によるシールドとを併用しても良い。
図21は、駆動回路(その2)の第5応用例についての構成を示す図である。
駆動回路(その2)の第5応用例では、基準電源E11の電圧V11および基準電源E12の電圧V12がそれぞれ可変に設定される構成となっている。
ここで、電圧V11およびV12をそれぞれ可変としている理由について説明する。
圧電素子Pztの特性、詳細には圧電素子Pztの電圧変化に対する撓みの特性は、同じ1個のアクチュエーター基板40における複数個の圧電素子Pzt同士では比較的揃うが、異なるアクチュエーター基板40の圧電素子Pzt同士では、製造バラツキなどにより揃わないことがある。このため、例えばあるアクチュエーター基板40における圧電素子Pztは、他のアクチュエーター基板40における圧電素子Pztと比較して、より小さい電圧振幅で同じ量だけ撓む、換言すれば、同じ量の液体を吐出するのに、より小さい電圧振幅で済む、ということが起こり得る。
逆に、あるアクチュエーター基板40における圧電素子Pztは、他のアクチュエーター基板40における圧電素子Pztと比較して、同じ量の液体を吐出するのに、より大きな電圧振幅が必要となる、ということが起こり得る。
なお、ここでいう電圧振幅とは、駆動信号の電圧最高値から電圧最低値までの電圧範囲をいい、駆動信号COM−Aでいえば最高の電圧Vmaxから最低の電圧Vminまでをいう。
圧電素子Pztの特性がアクチュエーター基板40(ヘッドユニット3)毎に異なる場合に対処するために、圧電素子Pztの特性を事前に測定し、測定した特性に合わせて駆動信号の電圧振幅を設定する、という方策が採られる。
なお、あるアクチュエーター基板40における圧電素子Pztが、他のアクチュエーター基板40における圧電素子Pztと比較して、より小さい電圧振幅で同じ量だけ撓む場合、あるアクチュエーター基板40における圧電素子Pztの感度が高い、と称される場合がある。
図22は、圧電素子Pztの特性に合わせて駆動信号の電圧振幅が設定される例を示す図である。
この図において駆動信号COM−Aの細線は、圧電素子Pztの感度が比較的低いので、大きな電圧振幅に設定された例であり、駆動信号COM−Aの太線は、圧電素子Pztの感度が高いので、小さな電圧振幅に設定された例である。
なお、このような電圧振幅の設定においては、同図に示されるように、例えば電圧ゼロのグランドGndを基準(固定)として電圧振幅が設定される。グランドGndを基準とする理由は、例えば圧電素子Pztの感度が高ければ、図に示されるように、中間の電圧Vcen、最高の電圧Vmaxを低く抑えることができるためである。さらに、駆動信号を生成する際の高位側電圧、すなわち(具体的には電圧V)が低く抑えることができるので、電圧Vを生成する電源回路(図示省略)の負担をすることができる。
電圧振幅の設定については、グランドGnd基準ではなく、電圧Vminとしても良い。
さて、圧電素子Pztの感度が高いために、駆動信号COM−Aの電圧振幅が図22に示されるように小さく設定されると、当該駆動信号COM−Aを帰還して微分した信号Fbaの電圧振幅も電圧Vcmを基準に小さくなる。
このため、駆動信号COM−Aの電流が閾値以下になった否かについて、当該駆動信号を微分して当該微分信号の基準である電圧Vcmを高位方向に電圧V11だけシフトした電圧(Vcm+V11)未満から、電圧Vcmを低位方向に電圧V12だけシフトした電圧(Vcm−V12)以上までの範囲内に収束したか否かを判定する場合に、当該電圧範囲も感度に応じて調整する必要がある。
そこで、第5応用例に係る駆動回路120aでは、駆動信号COM−Aの最高の電圧Vmaxが低ければ、基準電源E11の電圧V11および基準電源E12の電圧V12が低く設定され、逆に、電圧Vmaxが高ければ、電圧V11およびV12が高く設定される。
同様な効果は、相対比較の対象を逆転させる構成でも可能である。すなわち、基準電源E11の電圧V11および基準電源E12の電圧V12をそれぞれ固定とした上で、演算増幅器241の負入力端(−)および演算増幅器251の負入力端(−)に入力される信号の電圧振幅を変更するのである。
詳細には、上述したように圧電素子Pztの感度が高い場合、駆動信号COM−Aの電圧振幅が小さく設定されるので、当該駆動信号COM−Aを帰還して微分した信号Fbaの電圧振幅も電圧Vcmを基準に小さくなる一方、感度が低い場合、駆動信号COM−Aの電圧振幅が大きく設定されるので、信号Fbaの電圧振幅も大きくなる。このため、例えば圧電素子Pztの感度が高ければ、演算増幅器281のゲインを高くする一方、感度が低ければゲインを低くすれば良い。
なお、演算増幅器281のゲインは、抵抗素子R41およびR42の分圧比で規定されるので、演算増幅器281のゲインを可変とするには、抵抗素子R41およびR42のうち少なくとも一方を可変抵抗として、感度に応じた抵抗値に設定することで可能である。
また、上述したように、駆動信号COM−A(およびCOM−B)の波形を規定するデータdA(およびdB)を出力するのは、制御部110である。このため、圧電素子Pztの感度を複数に分類しておくとともに、複数の分類毎に応じてデータdA(およびdB)を予め用意しておく一方、適用する圧電素子Pztの感度に応じたデータdA(およびdB)を制御部110が出力するとともに、当該適用する圧電素子Pztの感度を示すデータを駆動回路120aに供給して、駆動回路120aにおいて当該データに応じて電圧V11およびV12(または、演算増幅器281のゲイン)が設定される構成としても良い。
また、制御部110が分類に応じたデータdA(およびdB)を出力するのではなく、適用する圧電素子Pztの感度に応じて電圧Vを生成するとともに、当該電圧Vに比例した電圧をV11、V12として用いても良い。
5つの応用例では、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についても上述したように入出力信号だけが異なり、構成自体は、駆動回路120aと同一である。
上述したように、駆動信号COM−Aが、電圧変化から電圧一定に転じても、駆動信号の電流は、インダクタンス成分L91により直ちにゼロにはならない。詳細には、駆動信号COM−Aの電圧が変化している際に流れている電流が大きいほど、駆動信号COM−Aの電圧が一定に転じてから、電流がゼロになるまでの時間が長くなる。
ここで、駆動信号COM−Aの電圧が変化している際に流れる電流は、当該駆動信号COM−Aが印加される圧電素子Pztの個数、すなわち印刷データSIで規定される印刷内容に応じて変化する。このため、駆動信号COM−Aの電圧が変化している際に流れている電流は、印刷データSIを解析することによって推定することができる。
そこで次に、印刷データSIを解析するとともに、解析結果に応じてスイッチ293をオンさせるタイミングを決定する駆動回路(その3)について説明する。
図23は、駆動回路(その3)が適用される印刷装置(その3)の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示される印刷装置(その3)が図5に示した印刷装置(その1)と相違する点は、制御信号Ctrの一部である印刷データSI等が駆動回路120a、120bにそれぞれ供給される点である。
図24は、駆動回路(その3)の構成を示す図である。この図に示される駆動回路(その2)が、図11に示した駆動回路(その1)と相違する主な点は、判定部204aが立下遅延部206aに置き換わるとともに、当該立下遅延部206aに印刷データSI等が供給される点である。
この点について詳述すると、駆動回路(その3)における立下遅延部206aは、印刷データSIから電流の大きさを推定し、推定した電流の大きさに応じて信号FLiaの立ち下がりを遅延させ、信号FLsaとして出力する。
具体的には次の通りである。
すなわち、立下遅延部206aは、第1に、選択制御部510(図8参照)におけるシフトレジスタ512およびラッチ回路514と同様な回路によって、制御部110からの制御信号Ctrに含まれる印刷データSIをラッチするとともに、当該ラッチした印刷データSIを解析し、印刷周期Taの期間T1、T2のそれぞれにおいて駆動信号COM−Aが一端に印加される圧電素子Pztの個数を求める。立下遅延部206aは、第2に、求めた圧電素子Pztの個数が多くなるにつれて、信号FLiaの立ち下がりの遅延量を長くして、信号FLsaとして出力する(図13参照)。
信号FLiaは、駆動信号COM−Aの電圧変化期間でHレベルとなり、電圧一定期間でLレベルとなる信号であるから、HレベルからLレベルへの立ち下がりを、求めた個数(推定した電流の大きさ)に応じた遅延させることで、駆動回路(その1、および、その2)と同様な効果が期待できる。
なお、立下遅延部206aは、信号FLiaの立ち上がりについては、個数に関係なく変更しない。
駆動回路(その1、その2、および、その3)の駆動対象は、圧電素子Pztのような容量性負荷であるので、電圧Outが一定になった後、ノードN2がハイ・インピーダンス状態になっても、当該電圧Outは一定に保持される。このため、スイッチ293のオンについては、次回トランジスター231または232がスイッチング動作するまで継続させなくても良い。例えば、駆動信号COM−Aの電圧が上昇または低下から一定に転じた後、当該駆動信号COM−Aの電流を変換した電圧が所定の範囲に収まったときに(または、当該駆動信号COM−Aを微分した信号の電圧が所定の範囲に収まったときに)、スイッチ293をオンにさせた後において、当該スイッチ293のオンについては、次に、トランジスター231または232がスイッチング動作する前に解除しても良い。
駆動回路(その1、その2、および、その3)において増幅部202として求められる機能は、信号Ainの電圧が変化する場合(または電圧変化が相対的に大きい場合)に当該信号Ainを低インピーダンスに変換してノードN2に出力する一方、信号Ainの電圧が一定である場合(または電圧変化が相対的に小さい場合)に、その出力端をノードN2から切り離すことである。
このため、同等な機能を有するのであれば、増幅部202についてAB級増幅器とスイッチとを含む構成としても良い。
駆動回路(その1、その2、および、その3)では、電圧出力部202aにおけるリニア増幅器222の電圧増幅率を1倍としたが、これは、増幅部200aの電圧増幅率の1倍と揃えているためである。仮に、増幅部200aの電圧増幅率が10倍に設定されるのであれば、リニア増幅器222の電圧増幅率についても10倍に設定すれば良い。
なお、増幅部200aの電圧増幅率のa倍とするには、電源の電圧Vを増幅後の最大電圧以上に設定するとともに、ノードN2の電圧Outを(1/a)倍に降圧して、差動増幅器221の正入力端(+)に帰還する構成とすれば良い。
また、駆動回路(その1、その2、および、その3)が駆動信号として図6または図13に示されるような台形波形を出力する場合、リニア増幅器222が出力すべき電圧は期間毎に予め決まっている。詳細には図13で言えば、電圧一定期間のうち、期間P2では電圧Vminであり、期間P4では電圧Vmaxであり、期間P6では電圧Vcenである。
このため、リニア増幅器222については、期間P2では電圧Vminとなり、期間P4では電圧Vmaxとなり、期間P6では電圧Vcenとなる定電圧源に置き換えても良い。
駆動回路(その1、その2、および、その3)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設けても良い。
印刷装置(その1、その2、および、その3)では、印刷周期Taを期間T1およびT2に2分割するとともに、駆動信号COM−AおよびCOM−Bの2種類のうち、いずれかを選択して(または選択しないで)圧電素子Pztの一端に印加する構成(マルチコム)としたが、印刷周期Taの分割数は「2」に限られないし、また、駆動信号の数も「2」に限られない。
また、互いに異なる複数の台形波形を所定順に繰り返す1種類の駆動信号のなかから、印刷データSIに応じて1種以上の台形波形を抜き出して圧電素子Pztの一端に印加する構成(シングルコム)としても良い。
なお、シングルコムの構成においては、駆動信号の電流検出ポイントを、駆動回路120aからみて選択部520の手前であるノードN11ではなく、複数の圧電素子Pztの他端同士の共通接続点であっても良い。
リニア増幅器222がノードN2に向けて出力信号を供給しない期間については、当該リニア増幅器222への電源をカットして、当該リニア増幅器222の動作を停止させて、消費電力を抑える構成にしても良い。
駆動回路120aおよび120bの各々については、それぞれヘッドユニット3に搭載された構成としたが、それぞれメイン基板100に実装された構成として良い。
ただし、駆動回路120aおよび120bがメイン基板100に実装された構成では、大振幅の信号を長尺のフレキシブルフラットケーブル190を介してヘッドユニット3に供給する必要があるので、消費電力および耐ノイズ性で不利である。逆に言えば、駆動回路120aおよび120bがヘッドユニット3に搭載された構成では、大振幅の信号をフレキシブルフラットケーブル190に供給する必要がないので、消費電力および耐ノイズ性で有利である。
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。
さらに、上記説明では、駆動回路120aおよび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および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、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、192a…、193a、193c、193d…配線、200a…増幅部、202a…電圧出力部、204a…判定部、221…差動増幅器、222…リニア増幅器、223…セレクター、231、232…トランジスター、293…スイッチ、442…キャビティ、Pzt…圧電素子、N…ノズル。

Claims (10)

  1. 所定の出力端から出力される駆動信号に基づいて駆動される圧電素子を含み、当該圧電素子の駆動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を増幅して前記出力端に向けて出力する増幅部と、
    前記出力端から前記圧電素子に向けて前記駆動信号を伝送する第1配線と、
    前記第1配線により伝送された駆動信号を帰還する第2配線と、
    前記第2配線により帰還された駆動信号を微分する微分回路と、
    前記元駆動信号の電圧変化の大きさが所定の閾値以下の場合に、前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内となった否かを判定する判定部と、
    前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内になったと判定された場合に、前記元駆動信号に応じた電圧を前記出力端に向けて出力する電圧出力部と、
    を具備することを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記第2配線に隣り合い、所定の電圧が印加された第3配線および第4配線を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記増幅部と、前記判定部と、前記電圧出力部と、が実装された第1基板と、
    前記第1基板と、前記第1配線および前記第2配線を介して接続される第2基板と、
    を含む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。
  4. 前記増幅部は、
    前記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、
    電源の高位側と前記出力端との間に接続されたハイサイドトランジスターと、
    前記出力端と前記電源の低位側との間に接続されたローサイドトランジスターと、
    前記元駆動信号の電圧変化に応じて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を選択し、選択したトランジスターのゲート端子に向けて前記制御信号を供給する選択部と、
    を含む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。
  5. 前記選択部は、
    前記元駆動信号の電圧変化が上昇方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第1の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記制御信号を供給し、
    前記元駆動信号の電圧変化が低下方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第2の場合、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記制御信号を供給する、
    ことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
  6. 前記選択部は、
    前記元駆動信号の電圧変化の大きさが前記閾値以下の場合、
    前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給するとともに、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、
    前記第1の場合、
    前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、
    前記第2の場合、
    前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給する、
    ことを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。
  7. 前記電圧出力部は、
    前記元駆動信号の電圧を所定倍数で増幅するリニア増幅器と、
    前記リニア増幅器と前記出力端との間に設けられ、
    前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内になったと判定された場合に、オンするスイッチと、
    を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の液体吐出装置。
  8. 前記吐出部と、前記増幅部と、前記判定部と、前記電圧出力部と、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7のいずれかに記載の液体吐出装置。
  9. 所定の出力端から出力される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を増幅して前記出力端に向けて出力する増幅部と、
    前記出力端から前記圧電素子に向けて前記駆動信号を伝送する第1配線と、
    前記第1配線により伝送された駆動信号を帰還する第2配線と、
    前記第2配線により帰還された駆動信号を微分する微分回路と、
    前記元駆動信号の電圧変化の大きさが所定の閾値以下の場合に、前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内となった否かを判定する判定部と、
    前記微分回路により微分された駆動信号の電圧が所定の範囲内になったと判定された場合に、前記元駆動信号に応じた電圧を前記出力端に向けて出力する電圧出力部と、
    を具備することを特徴とする駆動回路。
  10. 所定の出力端から出力される駆動信号により容量性負荷を駆動する駆動方法であって、
    前記駆動信号の元となる元駆動信号を増幅部が増幅して前記出力端に向けて出力し、
    前記出力端から前記圧電素子に向けて第1配線を介して前記駆動信号を伝送し、
    前記第1配線により伝送された駆動信号を第2配線を介して帰還し、
    前記第2配線により帰還された駆動信号を微分し、
    前記元駆動信号の電圧変化の大きさが所定の閾値以下の場合に、前記微分した駆動信号の電圧が所定の範囲内となった否かを判定し、
    微分した駆動信号の電圧が所定の範囲内になったと判定した場合に、前記元駆動信号に応じた電圧を電圧出力部が前記出力端に向けて出力する
    ことを特徴とする駆動方法。
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