JP4811501B2

JP4811501B2 - 容量性負荷駆動回路、液体噴射装置及び印刷装置

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Description

本発明は、アクチュエータに駆動信号を印加して液体を噴射する液体噴射装置などに関し、例えば微小な液体を液体噴射ヘッドのノズルから噴射して、微粒子（ドット）を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像等を印刷するようにした液体噴射装置などに好適なものである。

プッシュプル接続されたトランジスタ対をリニア駆動するアナログ電力増幅回路に比べて、プッシュプル接続されたスイッチング素子をスイッチ動作、つまりデジタル駆動させて電力増幅するデジタル電力増幅回路、所謂Ｄ級アンプは、効率に優れ、広い範囲で使用されている。このデジタル電力増幅回路を用いて、例えば液体噴射型印刷装置のノズルから液体を噴射するためのアクチュエータに駆動信号を出力する場合、駆動信号の基準となる駆動波形信号を変調回路で変調信号にパルス変調し、その変調信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化して、駆動信号として出力する。平滑フィルタは、パルス変調の周波数成分を減衰する。その際、駆動するアクチュエータの数が変わると、平滑フィルタ及びアクチュエータの静電容量で構成されるフィルタの周波数特性が変化し、所望する駆動信号が得られない場合がある。そこで、本出願人は、下記特許文献１に記載されるように、駆動するアクチュエータの数に関わらず、所望する駆動信号を得ることができる逆フィルタを変調回路の前段に設けた。

国際公開公報ＷＯ２００７／０８３６６９

しかしながら、前記特許文献１に記載される液体噴射装置では、伝達特性の異なる逆フィルタを複数設け、駆動するアクチュエータの数に応じて、それら伝達特性の異なる複数の逆フィルタを切替えるようにしているため、逆フィルタの数だけ回路が必要となり、逆フィルタの回路規模が大きくなってしまう。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、構成が容易で且つ所望する駆動信号を得ることが可能な液体噴射装置などを提供することを目的とするものである。

上記諸問題を解決するため、本発明の容量性負荷駆動回路は、液体噴射装置の容量性負荷に駆動信号を印加する容量性負荷駆動回路であって、駆動波形信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、前記電力増幅変調信号を平滑化して前記駆動信号とする平滑フィルタと、前記変調回路の前段に設けられ且つ前記容量性負荷の静電容量の変化に応じて、前記駆動波形信号を補正する逆フィルタ回路とを備え、前記逆フィルタ回路は、入力信号の位相を遅延させる遅延器と、前記駆動波形信号から前記遅延器の出力信号を減じる減算器と、前記減算器の出力信号を所定の倍率で増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号と他の入力信号とを加算する加算器と、前記駆動波形信号及び前記加算器の出力信号のうちの一方を選択して前記遅延器の入力信号とする第１スイッチと、前記駆動波形信号及び前記遅延器の出力信号のうちの一方を選択して前記加算器の入力信号とする第２スイッチと、前記第１スイッチ及び第２スイッチの選択動作を制御するスイッチ接続制御部とを備え、前記スイッチ接続制御部は、前記逆フィルタ回路が第１の信号処理をする場合には、前記第１スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記遅延器の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記加算器の入力信号とし、前記逆フィルタ回路が第２の信号処理をする場合には、前記第１スイッチが前記加算器の出力信号を選択して前記遅延回路の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記遅延回路の出力信号を選択して前記加算器の入力信号とすることを特徴とするものである。

この容量性負荷駆動回路によれば、第１スイッチ及び第２スイッチによって遅延器の接続状態を切替えて、逆フィルタ回路の伝達特性を位相進み特性と位相遅れ特性とに切替える構成としたため、逆フィルタ回路の規模を小さくすることができ、これにより構成が容易で且つ所望する駆動信号を得ることができる。
更に、この容量性負荷駆動回路によれば、第１スイッチを用いて遅延器の入力を切替え、第２スイッチを用いて加算器の入力を切替える構成としたため、逆フィルタ回路の伝達特性を簡易な構成で位相進み特性と位相遅れ特性とに切替えることができる。

また、前記第１の信号処理をするのは、駆動する前記容量性負荷の静電容量が所定値以上の場合であり、前記第２の信号処理をするのは、駆動する前記容量性負荷の静電容量が所定値未満の場合であることを特徴とするものである。
この容量性負荷駆動回路によれば、駆動するアクチュエータの数に応じて逆フィルタ回路の伝達特性を位相進み特性と位相遅れ特性とに切替えることができる。
また、前記スイッチ接続制御部は、駆動される前記容量性負荷の静電容量に応じて前記増幅器の倍率を調整することを特徴とするものである。
この容量性負荷駆動回路によれば、駆動信号の波形精度をより一層高めることが可能となる。

また、駆動波形信号に対して所望のフィルタ処理を行う第１フィルタ回路と、前記フィルタ処理された信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、前記電力増幅変調信号を平滑化して駆動信号とする第２フィルタ回路と、を備え、前記第１フィルタ回路は、入力信号の位相を遅延させる遅延器と、前記駆動波形信号から前記遅延器の出力信号を減じる減算器と、前記減算器の出力信号を所定の倍率で増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号に対して、前記駆動波形信号又は前記遅延器の出力信号を加算する加算器と、前記遅延器に対して、前記駆動波形信号又は前記加算器の出力信号を選択的に入力させる第１スイッチと、前記加算器に対して、前記駆動波形信号又は前記遅延器の出力信号を選択的に入力させる第２スイッチと、前記第１スイッチおよび第２スイッチの選択動作を制御するスイッチ接続制御部とを備え、前記スイッチ接続制御部は、前記第１フィルタ回路が第１のフィルタ処理をする場合には、前記第１スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記遅延器の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記加算器の入力信号とし、前記第１フィルタ回路が第２のフィルタ処理をする場合には、前記第１スイッチが前記加算器の出力信号を選択して前記遅延回路の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記遅延回路の出力信号を選択して前記加算器の入力信号とすることを特徴とするものである。

また、前記第１のフィルタ処理をするのは、駆動するアクチュエータの数が所定数以上の場合であり、前記第２のフィルタ処理をするのは、駆動するアクチュエータの数が所定数未満の場合であることを特徴とするものである。

また、前記所望のフィルタ処理は、駆動する前記アクチュエータの数が所定数以上の場合には、所定の高周波数帯域を強調するフィルタ処理であることを特徴とするものである。
また、前記所望のフィルタ処理は、駆動する前記アクチュエータの数が所定数未満の場合には、所定の高周波数帯域を減衰させるフィルタ処理であることを特徴とするものである。

本発明の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の一実施形態を示す概略構成正面図である。図１の液体噴射型印刷装置に用いられる液体噴射ヘッド近傍の平面図である。図１の液体噴射型印刷装置の制御装置のブロック図である。各液体噴射ヘッド内のアクチュエータを駆動する駆動信号の説明図である。スイッチングコントローラのブロック図である。アクチュエータの駆動回路の一例を示すブロック図である。図６の逆フィルタ回路のブロック図である。図６のデジタル電力増幅回路のブロック図である。図６の平滑フィルタのブロック図である。平滑フィルタ及びアクチュエータの静電容量で構成されるフィルタの周波数特性の説明図である。逆フィルタによって変化する周波数特性の説明図である。図７の逆フィルタ回路におけるスイッチ切替えの説明図である。図１２ａの逆フィルタの周波数特性の説明図である。図１２ｂの逆フィルタの周波数特性の説明図である。

次に、本発明の液体噴射装置の一実施形態として、液体噴射型印刷装置に用いられたものについて説明する。
図１は、本実施形態の液体噴射型印刷装置の概略構成図であり、図１において、印刷媒体１は、図の左から右に向けて矢印方向に搬送され、その搬送途中の印刷領域で印刷される、ラインヘッド型印刷装置である。

図１中の符号２は、印刷媒体１の搬送ライン上方に設けられた複数の液体噴射ヘッドであり、印刷媒体搬送方向に２列になるように且つ印刷媒体搬送方向と交差する方向に並べて配設されて、夫々、ヘッド固定プレート１１に固定されている。各液体噴射ヘッド２の最下面には、多数のノズルが形成されており、この面がノズル面と呼ばれている。ノズルは、図２に示すように、噴射する液体の色毎に、印刷媒体搬送方向と交差する方向に列状に配設されており、その列をノズル列と呼んだり、その列方向をノズル列方向と呼んだりする。そして、印刷媒体搬送方向と交差する方向に配設された全ての液体噴射ヘッド２のノズル列によって、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向の幅全長に及ぶラインヘッドが形成されている。印刷媒体１は、これらの液体噴射ヘッド２のノズル面の下方を通過するときに、ノズル面に形成されている多数のノズルから液体が噴射され、印刷が行われる。

液体噴射ヘッド２には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクなどの液体が、図示しない液体タンクから液体供給チューブを介して供給される。そして、液体噴射ヘッド２に形成されているノズルから同時に必要箇所に必要量の液体を噴射することにより、印刷媒体１上に微小なドットを形成する。これを各色毎に行うことにより、搬送部４で搬送される印刷媒体１を一度通過させるだけで、１パスによる印刷を行うことができる。

液体噴射ヘッド２のノズルから液体を噴射する方法としては、静電方式、ピエゾ方式、膜沸騰液体噴射方式などがあり、本実施形態ではピエゾ方式を用いた。ピエゾ方式は、アクチュエータである圧電素子に駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。そして、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することで液体の噴射量を調整することが可能となる。なお、本発明は、ピエゾ方式以外の液体噴射方法にも、同様に適用可能である。

液体噴射ヘッド２の下方には、印刷媒体１を搬送方向に搬送するための搬送部４が設けられている。搬送部４は、駆動ローラ８及び従動ローラ９に搬送ベルト６を巻回して構成され、駆動ローラ８には図示しない電動モータが接続されている。また、搬送ベルト６の内側には、当該搬送ベルト６の表面に印刷媒体１を吸着するための図示しない吸着装置が設けられている。この吸着装置には、例えば負圧によって印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する空気吸引装置や、静電気力で印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する静電吸着装置などが用いられる。従って、給紙ローラ５によって給紙部３から印刷媒体１を一枚だけ搬送ベルト６上に送給し、電動モータによって駆動ローラ８を回転駆動すると、搬送ベルト６が印刷媒体搬送方向に回転され、吸着装置によって搬送ベルト６に印刷媒体１が吸着されて搬送される。この印刷媒体１の搬送中に、液体噴射ヘッド２から液体を噴射して印刷を行う。印刷の終了した印刷媒体１は、搬送方向下流側の排紙部１０に排紙される。なお、前記搬送ベルト６には、例えばリニアエンコーダなどで構成される印刷基準信号出力装置が取付けられている。この印刷基準信号出力装置は、搬送ベルト６とそれに吸着されて搬送される印刷媒体１とが同期して移動されることに着目し、印刷媒体１が搬送経路中の所定位置を通過した後は、搬送ベルト６の移動に伴って要求される印刷解像度相当のパルス信号を出力し、このパルス信号に応じて、後述する駆動回路から駆動信号をアクチュエータ２２に出力することで印刷媒体１上の所定位置に所定の色の液体を噴射し、そのドットによって印刷媒体１上に所定の画像を描画する。

本実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置内には、液体噴射型印刷装置を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、図３に示すように、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データを読込むための入力インタフェース６１と、この入力インタフェース６１から入力された印刷データに基づいて印刷処理等の演算処理を実行するマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、前記給紙ローラ５に接続されている給紙ローラモータ１７を駆動制御する給紙ローラモータドライバ６３と、液体噴射ヘッド２を駆動制御するヘッドドライバ６５と、前記駆動ローラ８に接続されている電動モータ７を駆動制御する電動モータドライバ６６と、給紙ローラモータドライバ６３、ヘッドドライバ６５、電動モータドライバ６６と給紙ローラモータ１７、液体噴射ヘッド２、電動モータ７とを接続するインタフェース６７とを備えて構成される。

制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データの印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄを備えている。この制御部６２は、入力インタフェース６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ６２ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルから液体を噴射するか或いはどの程度の液体を噴射するかというノズル選択データ（駆動パルス選択データ）を算出し、この印刷データや駆動パルス選択データ及び各種センサからの入力データに基づいて、給紙ローラモータドライバ６３、ヘッドドライバ６５、電動モータドライバ６６に駆動信号及び制御信号を出力する。これらの駆動信号及び制御信号により、給紙ローラモータ１７、電動モータ７、液体噴射ヘッド２内のアクチュエータ２２などが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送及び排紙、並びに印刷媒体１への印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。

図４には、本実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の制御装置から液体噴射ヘッド２に供給され、圧電素子からなるアクチュエータ２２を駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。本実施形態では、中間電位を中心に電位が変化する信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、アクチュエータ２２を駆動して液体を噴射する単位駆動信号としての駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に接続したものであり、駆動パルスＰＣＯＭの立上がり部分がノズルに連通するキャビティ（圧力室）の容積を拡大して液体を引込む（液体の噴射面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動パルスＰＣＯＭの立下がり部分がキャビティの容積を縮小して液体を押出す（液体の噴射面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階であり、液体を押出した結果、液体がノズルから噴射される。

この電圧台形波からなる駆動パルスＰＣＯＭの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、液体の引込量や引込速度、液体の押出量や押出速度を変化させることができ、これにより液体の噴射量を変化させて異なる大きさのドットを得ることができる。従って、複数の駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータ２２に供給し、液体を噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータ２２に供給し、液体を複数回噴射したりすることで種々の大きさのドットを得ることができる。即ち、液体が乾かないうちに複数の液体を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液体を噴射するのと同じことになり、ドットの大きさを大きくすることができるのである。このような技術の組合せによって多階調化を図ることが可能となる。なお、図４の左端の駆動パルスＰＣＯＭ１は、液体を引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、液体を噴射せずに、ノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。

液体噴射ヘッド２には、前記駆動信号ＣＯＭの他、前記図３の制御装置から制御信号として、印刷データに基づいて噴射するノズルを選択すると共に圧電素子などのアクチュエータ２２の駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭと液体噴射ヘッド２のアクチュエータ２２とを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰをシリアル信号として液体噴射ヘッド２に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。なお、これ以後、アクチュエータ２２を駆動する駆動信号の最小単位を駆動パルスＰＣＯＭとし、駆動パルスＰＣＯＭが時系列的に連結された信号全体を駆動信号ＣＯＭと記す。即ち、ラッチ信号ＬＡＴで一連の駆動信号ＣＯＭが出力され始め、チャンネル信号ＣＨ毎に駆動パルスＰＣＯＭが出力されることになる。

図５には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をアクチュエータ２２に供給するために液体噴射ヘッド２内に構築されたスイッチングコントローラの具体的な構成を示す。このスイッチングコントローラは、液体を噴射させるノズルに対応した圧電素子などのアクチュエータ２２を指定するための駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２の出力をレベル変換して選択スイッチ２０１に供給することにより、駆動信号ＣＯＭをピエゾ素子などのアクチュエータ２２に接続するレベルシフタ２１３を備えて構成されている。

シフトレジスタ２１１には、駆動パルス選択データ信号ＳＩ＆ＳＰが順次入力されると共に、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存された信号は、レベルシフタ２１３によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号ＣＯＭが、ラッチ回路２１２の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。従って、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１が閉じられる圧電素子などのアクチュエータ２２は駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰがラッチ回路２１２に保存された後、次の印刷情報をシフトレジスタ２１１に入力し、液体の噴射タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電素子などのアクチュエータ２２のグランド端である。また、この選択スイッチ２０１により、圧電素子などのアクチュエータ２２を駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後も、当該アクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。

図６には、アクチュエータ２２の駆動回路の概略構成を示す。このアクチュエータ駆動回路は、前記制御回路内の制御部６２及びヘッドドライバ６５内に構築されている。本実施形態の駆動回路は、予め記憶されている駆動波形データＤＷＣＯＭに基づいて、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の元、つまりアクチュエータ２２の駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成する駆動波形信号発生回路２５と、駆動波形信号発生回路２５で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭに逆フィルタ処理を施す逆フィルタ回路２４（第１フィルタ回路）と、逆フィルタ回路２４で逆フィルタ処理が施された逆フィルタ処理済駆動波形信号ＦＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６と、変調回路２６でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅回路２８と、デジタル電力増幅器２８で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）として、液体噴射ヘッド２に供給する平滑フィルタ２９（第２フィルタ回路）とを備えて構成される。この駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が前記選択スイッチ２０１からアクチュエータ２２に供給される。
駆動波形信号発生回路２５は、ＣＰＵ６２ａから出力された駆動波形データＤＷＣＯＭを電圧信号に変換して所定サンプリング周期分ホールドすると共に、それをＤ／Ａ変換器でアナログ変換して駆動波形信号ＷＣＯＭとして出力する。

逆フィルタ回路２４は、図７に示すように、遅延器３１と、駆動波形信号ＷＣＯＭから前記遅延器３１の出力を減じる減算器３２と、前記減算器３２の出力を所定の倍率で増幅する増幅器３３と、前記増幅器３３の出力と他の入力とを加算して逆フィルタ処理済駆動波形信号ＦＷＣＯＭとして出力する加算器３４と、前記駆動波形信号ＷＣＯＭ及び前記加算器３４の出力を切替えて前記遅延器３１の入力とする第１スイッチ３５と、前記駆動波形信号ＷＣＯＭ及び前記遅延器３１の出力を切替えて前記加算器３４の他の入力とする第２スイッチ３６と、前記第１スイッチ３５及び第２スイッチ３６の切替え接続を制御するスイッチ接続制御部３７を備えている。このうち、スイッチ接続制御部３７は、前記駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ、ラッチ信号ＬＡＴ、チャンネル信号ＣＨを読込み、駆動するアクチュエータ２２の数に応じて、第１スイッチ３５及び第２スイッチ３６の切替え接続制御を行う。なお、第１スイッチ３５を駆動波形信号ＷＣＯＭに接続するときには、第２スイッチ３６も駆動波形信号ＷＣＯＭに接続し、第１スイッチ３５を加算器３４の出力に接続するときには、第２スイッチ３６を遅延器３１の出力に接続する。これにより、逆フィルタ回路２４の伝達特性が位相進み特性と位相遅れ特性とに切替えられるのであるが、その制御については後段に詳述する。なお、スイッチ接続制御部３７は、前記制御部６２内で行われるプログラミングによって構築される。

図８に示すように、前記逆フィルタ回路２４で逆フィルタ処理が施された逆フィルタ処理済駆動波形信号ＦＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６には、周知のパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）回路を用いた。パルス幅変調は、例えば所定周波数の三角波信号やノコギリ波信号などの基準信号と入力信号（この場合は逆フィルタ済駆動波形信号ＦＷＣＯＭ）を比較し、逆フィルタ済駆動波形信号ＦＷＣＯＭが基準信号より大きいときにオンデューティとなるパルスデューティの変調信号を出力する。なお、基準信号の周波数を変調周波数（一般にキャリア周波数などと呼ばれている）と定義する。また、変調回路２６には、この他にパルス密度変調（ＰＤＭ）回路などの周知のパルス変調回路を用いることができる。

デジタル電力増幅回路２８は、実質的に電力を増幅するためのハイサイド側スイッチング素子Ｑ１及びローサイド側スイッチング素子Ｑ２からなるハーフブリッジ出力段２１と、変調回路２６からの変調信号に基づいて、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＨ、ＧＬを調整するためのゲート駆動回路３０とを備えて構成されている。デジタル電力増幅回路２８では、変調信号がハイレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはハイレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはローレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオン状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオフ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段２１の出力は、供給電圧ＶＤＤとなる。一方、変調信号がローレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはローレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはハイレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオン状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段２１の出力は０となる。

このようにハイサイドスイッチング素子Ｑ１及びローサイドスイッチング素子Ｑ２がデジタル駆動される場合には、オン状態のスイッチング素子に電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、損失は殆ど発生しない。また、オフ状態のスイッチング素子には電流が流れないので損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅器２８の損失そのものは極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を使用することができる。

平滑フィルタ２９には、図９に示すように、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２、コイルＬ、抵抗Ｒからなる３次のフィルタを用いた。この平滑フィルタ２９によって、前記変調回路２６で生じた変調周波数、即ちパルス変調の周波数成分を減衰して除去し、前述したような波形特性の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を出力する。
アクチュエータ２２である圧電素子は容量性素子であり、個々のアクチュエータ２２が所定の静電容量ＣＮＺＬを有する。液体を噴射するために駆動されるアクチュエータ２２は、選択スイッチ２０１によって駆動回路に接続されるので、図９の場合、駆動されるアクチュエータ２２の数によって、等価的に第２コンデンサＣ２の静電容量が変化する。具体的には、平滑フィルタ２９と駆動されるアクチュエータ２２の静電容量Ｃ_ＮＺＬによって構成されるフィルタの伝達関数Ｔ（ｓ）は、下記（１）式で表れる。１式において、Ｎ_ＮＺＬは駆動されるアクチュエータ２２の数を表し、ｓはラプラス演算子を表す。

１式から明らかなように、このフィルタの伝達関数Ｔ（ｓ）、つまり周波数特性は、駆動されるアクチュエータ２２の数Ｎ_ＮＺＬによって変化する。図１０には、このフィルタの周波数特性の一例を示す。図中の目標特性は、全アクチュエータ２２の半分を駆動する際に設定した平滑フィルタ２９の周波数特性であり、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域全域でゲインが０ｄＢとなっている。つまり、この出力周波数帯域では、電力増幅変調信号ＡＰＷＭは減衰も強調もされないが、これより高い周波数帯域では、特に変調周波数成分を減衰する。この目標特性に対し、駆動されるアクチュエータ２２の数が多い（図１０では駆動ノズル数大）と、高域減衰型フィルタの特性が変化し、カットオフ周波数が低周波数側へ移行する。一方、駆動されるアクチュエータ２２の数が少ない（駆動ノズル数小）と、カットオフ周波数は高周波数側へ移行し、ピークを持つ特性となる。

このような平滑フィルタ２９及び駆動されるアクチュエータ２２の静電容量によって構成されるフィルタの周波数特性に対し、例えばカットオフ周波数が低周波数側へ移行した場合、即ち駆動されるアクチュエータ２２の数が所定数よりも多い場合に、逆フィルタ回路２４の伝達特性を位相進み特性に切替えて用いると、図１１ａに示すように、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最高周波数ｆ_０でゲインが０ｄＢになるように増幅器３３の倍率Ａを調整することにより、補正された周波数特性を目標特性に近づけることができる。また、逆に、周波数特性にピークを生じた場合、即ち駆動されるアクチュエータ２２の数が所定数よりも少ない場合に、逆フィルタ回路２４の伝達特性を位相遅れ特性に切替えて用いると、図１１ｂに示すように、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最高周波数ｆ_０でゲインが０ｄＢになるように増幅器３３の倍率Ａを調整することにより、補正された周波数特性を目標特性に近づけることができる。

図１２は、前記逆フィルタ回路２４のフィルタ機能部分だけを抽出したものである。前述したように、第１スイッチ３５を駆動波形信号ＷＣＯＭに接続するときには、第２スイッチ３６も駆動波形信号ＷＣＯＭに接続するので、そのときの回路状態は図１２ａのようになる。図１２ａの回路状態は、逆フィルタ回路２４の伝達特性を位相進み特性に切替えて用いる場合に相当する。一方、第１スイッチ３５を加算器３４の出力に接続するときには、第２スイッチ３６を遅延器３１の出力に接続するので、そのときの回路状態は図１２ｂのようになる。図１２ｂの回路状態は、逆フィルタ回路２４の伝達特性を位相遅れ特性に切替えて用いる場合に相当する。

図１３ａは、図１２ａからスイッチ類や余分な配線を除去したブロック図である。図１４ａは、図１２ｂからスイッチ類や余分な配線を除去したブロック図である。両者から明らかなように、図１３ａは、遅延器３１を入力信号Ｘ(z)の並列回路に接続している。一方、図１４ａは、遅延器３１を入力信号Ｘ(z)の帰還回路に接続している。つまり、両者は遅延器３１の接続状態が切替えられている。そして、図１３ａでは、遅延器３１の出力を減算器３２で入力信号Ｘ(z)から減じ、その出力を増幅器３３でＡ倍し、その出力を加算器３４で入力信号Ｘ(z)に加えている。従って、このフィルタの伝達特性は下記２式で与えられる。

２式で与えられた離散システムにおけるサンプリング周波数ｆｓ（サンプリング周期Ｔｓの逆数）が出力周波数帯域の最高周波数ｆ_０よりも十分高いとき、ラプラス演算子ｓは、下記３式のように離散化して表すことができる。

従って、３式を２式に代入して、図１３ａのフィルタ回路の伝達関数として下記４式が得られる。

この４式で表れる伝達関数は、周知の位相進み特性を示すフィルタであり、式中の増幅器３３の倍率Ａを調整することで、ゲインや位相を調整することも可能である。図１３ｂには、図１３ａのフィルタのゲインの周波数特性の一例を、図１３ｃには、位相の周波数特性の一例を示す。
一方、図１４ａでは、出力信号Ｙ(z)を遅延器３１で遅延し、その出力を入力信号Ｘ(z)から減算器３２で減じ、その出力を増幅器３３でＡ倍し、その出力信号に加算器３４で遅延器３１の出力を加えて出力信号Ｙ(z)としている。従って、このフィルタの伝達特性は、下記５式で与えられる。

この５式に前記３式を代入して下記６式が得られる。

６式で得られた離散システムにおけるサンプリング周波数ｆｓが出力周波数帯域の最高周波数ｆ_０よりも十分高いとき、つまりサンプリング時間Ｔｓが十分小さいとすると、ｚ^-1＝１となるので、これを前記６式に代入して、下記７式のフィルタ伝達特性が得られる。

この７式で表れる伝達関数は、周知の位相遅れ特性を示すフィルタであり、式中の増幅器３３の倍率Ａを調整することで、ゲインや位相を調整することも可能である。図１４ｂには、図１４ａのフィルタのゲインの周波数特性の一例を、図１４ｃには、位相の周波数特性の一例を示す。

図１０に示した目標特性は、例えば駆動されるアクチュエータ２２の数がアクチュエータ２２の全数の半分であるとき、といったように設定されており、フィルタの伝達特性Ｔ（ｓ）は、それよりも駆動されるアクチュエータ２２の数が多いときに位相遅れ、それよりも駆動されるアクチュエータ２２の数が少ないときに位相進みとなる。この目標特性を設定したときの駆動アクチュエータ数を基準駆動アクチュエータ数と定義すると、この基準駆動アクチュエータ数より駆動アクチュエータ数の多いときに、逆フィルタ回路２４のフィルタ特性を位相進み特性とし、つまり第１スイッチ３５を駆動波形信号ＷＣＯＭに接続すると共に、第２スイッチ３６も駆動波形信号ＷＣＯＭに接続すればよい。一方、基準駆動アクチュエータ数より駆動アクチュエータ数の少ないときに、逆フィルタ回路２４のフィルタ特性を位相遅れ特性とし、つまり第１スイッチ３５を加算器３４の出力に接続すると共に、第２スイッチ３６を遅延器３１の出力に接続すればよい。更に、前述のように、逆フィルタ回路２４の位相進み及び位相遅れの伝達特性は、夫々、増幅器３３の倍率Ａによって調整可能であるので、例えば逆フィルタ回路２４がプログラミングによって構築されているような場合に、基準駆動アクチュエータ数に対する駆動アクチュエータ数の差に応じて倍率Ａを調整すれば、逆フィルタ回路２４によって補正された駆動信号出力系の周波数特性をより一層目標特性に近づけることができる。

このように、本実施形態の液体噴射装置によれば、液体を噴射するためのアクチュエータ２２の駆動信号ＣＯＭの基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを変調回路２６でパルス変調し、変調回路２６でパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅回路２８で電力増幅し、デジタル電力増幅回路２８で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタ２９で平滑化してアクチュエータ２２に駆動信号ＣＯＭとして供給する場合に、変調回路２６の前段に、少なくとも平滑フィルタ２９及びアクチュエータ２２の静電容量で構成されるフィルタの周波数特性が駆動するアクチュエータ２２の数により変化しても所望する駆動信号ＣＯＭを得ることができる逆フィルタ回路２４を備え、その逆フィルタ回路２４に設けられた遅延器３１と、駆動波形信号ＷＣＯＭから遅延器３１の出力を減じる減算器３２と、減算器３２の出力を所定の倍率Ａで増幅する増幅器３３と、増幅器３３の出力と他の入力とを加算する加算器３４と、駆動波形信号ＷＣＯＭ及び加算器３４の出力を切替えて遅延器３１の入力とする第１スイッチ３５と、駆動波形信号ＷＣＯＭ及び遅延器３１の出力を切替えて加算器３４の他の入力とする第２スイッチ３６とを備え、第１スイッチ３５及び第２スイッチ３６によって遅延器３１の接続状態を切替えて、逆フィルタ回路２４の伝達特性を位相進み特性と位相遅れ特性とに切替えることにより、逆フィルタ回路の規模を小さくすることができ、これにより構成が容易で且つ所望する駆動信号ＣＯＭを得ることができる。

また、スイッチ接続制御部３７は、第１スイッチ３５を駆動波形信号ＷＣＯＭに接続するとき、第２スイッチ３６も駆動波形信号ＷＣＯＭに接続し、第１スイッチ３５を加算器３４の出力に接続するとき、第２スイッチ３６を遅延器３１の出力に接続することとしたため、逆フィルタ回路２４の伝達特性を位相進み特性と位相遅れ特性とに確実に切替えることができる。

また、スイッチ接続制御部３７は、駆動されるアクチュエータ２２の数に応じて増幅器３３の倍率Ａを調整することとしたため、駆動信号ＣＯＭの波形精度をより一層高めることが可能となる。
なお、本実施形態では、本発明の液体噴射装置をラインヘッド型の液体噴射型印刷装置に用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の液体噴射装置は、マルチパス型の液体噴射型印刷装置にも同様に適用可能である。

また、本発明の液体噴射装置は、インク以外の他の液体（液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む）や液体以外の流体（流体として流して噴射できる固体など）を噴射する液体噴射装置に具体化することもできる。例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッサンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体を噴射する液状体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられて試料となる液体を噴射する液体噴射装置であってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液を噴射する液体噴射装置、ジェルを噴射する流状体噴射装置、トナーなどの粉体を例とする固体を噴射する流体噴射式記録装置であってもよい。そして、これらのうち何れか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。

１は印刷媒体、２は液体噴射ヘッド、３は給紙部、４は搬送部、５は給紙ローラ、６は搬送ベルト、７は電動モータ、８は駆動ローラ、９は従動ローラ、１０は排紙部、１１はヘッド固定プレート、２１はハーフブリッジ出力段、２２はアクチュエータ、２４は逆フィルタ回路、２５は駆動波形信号発生回路、２６は変調回路、２８はデジタル電力増幅回路、２９は平滑フィルタ、３０はゲート駆動回路、３１は遅延器、３２は減算器、３３は増幅器、３４は加算器、３５は第１スイッチ、３６は第２スイッチ、３７はスイッチ接続制御部、６５はヘッドドライバ

Claims

液体噴射装置の容量性負荷に駆動信号を印加する容量性負荷駆動回路であって、
駆動波形信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、
前記電力増幅変調信号を平滑化して前記駆動信号とする平滑フィルタと、
前記変調回路の前段に設けられ且つ前記容量性負荷の静電容量の変化に応じて、前記駆動波形信号を補正する逆フィルタ回路とを備え、
前記逆フィルタ回路は、
入力信号の位相を遅延させる遅延器と、
前記駆動波形信号から前記遅延器の出力信号を減じる減算器と、
前記減算器の出力信号を所定の倍率で増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号と他の入力信号とを加算する加算器と、
前記駆動波形信号及び前記加算器の出力信号のうちの一方を選択して前記遅延器の入力信号とする第１スイッチと、
前記駆動波形信号及び前記遅延器の出力信号のうちの一方を選択して前記加算器の入力信号とする第２スイッチと、
前記第１スイッチ及び第２スイッチの選択動作を制御するスイッチ接続制御部とを備え、
前記スイッチ接続制御部は、
前記逆フィルタ回路が第１の信号処理をする場合には、前記第１スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記遅延器の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記加算器の入力信号とし、
前記逆フィルタ回路が第２の信号処理をする場合には、前記第１スイッチが前記加算器の出力信号を選択して前記遅延回路の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記遅延回路の出力信号を選択して前記加算器の入力信号とすることを特徴とする容量性負荷駆動回路。
前記第１の信号処理をするのは、駆動する前記容量性負荷の静電容量が所定値以上の場合であり、
前記第２の信号処理をするのは、駆動する前記容量性負荷の静電容量が所定値未満の場合であることを特徴とする請求項１に記載の容量性負荷駆動回路。
前記スイッチ接続制御部は、駆動される前記容量性負荷の静電容量に応じて前記増幅器の倍率を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の容量性負荷駆動回路。
駆動波形信号に対して所望のフィルタ処理を行う第１フィルタ回路と、
前記フィルタ処理された信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、
前記電力増幅変調信号を平滑化して駆動信号とする第２フィルタ回路と、を備え、
前記第１フィルタ回路は、
入力信号の位相を遅延させる遅延器と、
前記駆動波形信号から前記遅延器の出力信号を減じる減算器と、
前記減算器の出力信号を所定の倍率で増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号に対して、前記駆動波形信号又は前記遅延器の出力信号を加算する加算器と、
前記遅延器に対して、前記駆動波形信号又は前記加算器の出力信号を選択的に入力させる第１スイッチと、
前記加算器に対して、前記駆動波形信号又は前記遅延器の出力信号を選択的に入力させる第２スイッチと、
前記第１スイッチおよび第２スイッチの選択動作を制御するスイッチ接続制御部とを備え、
前記スイッチ接続制御部は、
前記第１フィルタ回路が第１のフィルタ処理をする場合には、前記第１スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記遅延器の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記駆動波形信号を選択して前記加算器の入力信号とし、
前記第１フィルタ回路が第２のフィルタ処理をする場合には、前記第１スイッチが前記加算器の出力信号を選択して前記遅延回路の入力信号とし、かつ、前記第２スイッチが前記遅延回路の出力信号を選択して前記加算器の入力信号とすることを特徴とする液体噴射装置。
前記第１のフィルタ処理をするのは、駆動するアクチュエータの数が所定数以上の場合であり、
前記第２のフィルタ処理をするのは、駆動するアクチュエータの数が所定数未満の場合であることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
前記の所望のフィルタ処理は、駆動する前記アクチュエータの数が所定数以上の場合には、所定の高周波数帯域を強調するフィルタ処理であることを特徴とする請求項４又は５に記載の液体噴射装置。
前記所望のフィルタ処理は、駆動する前記アクチュエータの数が所定数未満の場合には、所定の高周波数帯域を減衰させるフィルタ処理であることを特徴とする請求項４乃至６の何れか一項に記載の液体噴射装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の容量性負荷駆動回路を備えた液体噴射装置。
印刷媒体を搬送する搬送部と、前記印刷媒体を前記搬送部へ供給する給紙部と、を備えた液体噴射型印刷装置であって、
請求項４乃至８の何れか一項に記載の液体噴射装置を備えた液体噴射型印刷装置。