JP6477297B2 - Electromechanical transducer drive device and droplet discharge device - Google Patents
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Description
この発明は、電気機械変換素子の駆動装置及び液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to an electromechanical transducer drive device and a droplet discharge device.
従来、ノズルからインクや機能液を吐出させて画像や薄膜層などを形成させる液滴吐出装置がある。液滴吐出装置では、ノズルに連通して設けられた圧力室に供給された吐出対象の液体に対して適切な圧力を印加することで、所望の分量、タイミング及び速度で液滴を吐出させる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a droplet discharge device that discharges ink or functional liquid from a nozzle to form an image or a thin film layer. In a droplet discharge device, a droplet is discharged at a desired amount, timing, and speed by applying an appropriate pressure to a discharge target liquid supplied to a pressure chamber provided in communication with a nozzle.
液滴に対して圧力を印加させる構成の一つとして、圧電素子(ピエゾ素子)が広く用いられている。圧電素子のような電気機械変換素子を用いた液滴吐出装置では、圧力室の壁面に沿って又は振動板を介して設けられた電気機械変換素子に適切な波形パターンの駆動電圧を印加することで圧電素子を伸縮変形させて圧力室を変形させ、内部の液体にかかる圧力を増減させる。 As one configuration for applying pressure to droplets, piezoelectric elements (piezo elements) are widely used. In a droplet discharge device using an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element, a driving voltage having an appropriate waveform pattern is applied to an electromechanical conversion element provided along the wall surface of a pressure chamber or via a diaphragm. The pressure chamber is deformed by expanding and contracting the piezoelectric element to increase or decrease the pressure applied to the liquid inside.
しかしながら、電気機械変換素子に対して長時間同極性の電圧を印加し続けると、当該電気機械変換素子の内部構造が徐々に変化し、印加電圧に対する変形量といった特性が変化して、同一の電圧を印加したのにも関わらず吐出されるインク量が変化して画質に影響を及ぼすという問題がある。 However, if a voltage having the same polarity is continuously applied to the electromechanical conversion element for a long time, the internal structure of the electromechanical conversion element gradually changes, and the characteristics such as the amount of deformation with respect to the applied voltage change. However, there is a problem that the amount of ejected ink changes and the image quality is affected.
これに対し、特許文献1には、圧電素子の両端間を共通に短絡させるための回路及びスイッチ素子を設け、電圧を印加しない場合に当該スイッチング素子をオンさせて圧電素子の両端間を等電位とさせる技術について開示されている。また、特許文献2には、駆動電圧供給源に加え、圧電素子の他端に供給するバイアス用のDC電圧供給源を備え、スイッチ素子により、圧電素子の両端に対して接続する電圧供給源を入れ替えてインク吐出動作を行わせることが可能な構成が開示されている。
On the other hand,
しかしながら、従来の技術では、電圧供給源が複数必要になってサイズや消費電力の増加に繋がるという課題がある。また、上述のように、印加電圧に対する変形量に係る特性に変化が生じている場合に、電位差ゼロに対して同じ大きさの電圧が正負に印加されると、僅かな変化であっても液滴の吐出量に相対的な差が生じて問題が生じやすく、日常的に調整を行うといった手間が増大するという課題がある。 However, the conventional technique has a problem that a plurality of voltage supply sources are required, leading to an increase in size and power consumption. In addition, as described above, when a change occurs in the characteristics related to the deformation amount with respect to the applied voltage, if a voltage of the same magnitude is applied positively and negatively with respect to a potential difference of zero, even if the change is slight, the liquid There is a problem that a relative difference occurs in the discharge amount of the droplets and a problem is likely to occur, and the labor for performing daily adjustment increases.
この発明の目的は、消費電力やサイズの増大を避けつつ適切に液滴吐出量を制御することの出来る電気機械変換素子の駆動装置及び液滴吐出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electromechanical conversion element driving device and a droplet discharge device capable of appropriately controlling the droplet discharge amount while avoiding an increase in power consumption and size.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、
電圧が印加されることで変形して液体に圧力変化を生じさせ、ノズルから液滴として吐出させる電気機械変換素子の駆動装置であって、
前記電気機械変換素子に供給する駆動電圧信号を生成して出力する駆動電圧出力部と、
前記電気機械変換素子の第一端側の接続先と当該第一端とは反対側の第二端側の接続先とを、それぞれ前記駆動電圧出力部と接地面とで切り替える極性選択スイッチング部と、
入力される制御信号により前記極性選択スイッチング部における接続状態を定めるモード設定部と、
前記第一端側の接続先と前記第二端側の接続先とを対応付けて定める制御信号を前記モード設定部に出力して、当該モード設定部の動作を制御するモード設定制御手段と、
を備え、
前記モード設定制御手段は、前記駆動電圧出力部と前記第一端側とを接続し、前記第二端側を接地させる第1極性モードと、前記駆動電圧出力部と前記第二端側とを接続し、前記第一端側を接地させる第2極性モードとに各々応じた制御信号を出力し、
一の波形パターンに応じた駆動電圧信号の出力ごとに前記第1極性モードと前記第2極性モードとのいずれかを選択する
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to
A device for driving an electromechanical transducer that deforms by applying a voltage to cause a pressure change in the liquid and discharges the liquid as a droplet from a nozzle,
A drive voltage output unit for generating and outputting a drive voltage signal to be supplied to the electromechanical transducer;
A polarity selection switching unit that switches a connection destination on the first end side of the electromechanical conversion element and a connection destination on the second end side opposite to the first end between the drive voltage output unit and the ground plane, respectively; ,
A mode setting unit for determining a connection state in the polarity selection switching unit by an input control signal;
A mode setting control means for controlling the operation of the mode setting unit by outputting a control signal to the mode setting unit to determine a connection destination on the first end side and a connection destination on the second end side;
Equipped with a,
The mode setting control means connects the drive voltage output unit and the first end side, and connects the second end side to the first polarity mode, and the drive voltage output unit and the second end side. Connecting and outputting a control signal corresponding to each of the second polarity modes for grounding the first end side,
One of the first polarity mode and the second polarity mode is selected for each output of the drive voltage signal corresponding to one waveform pattern.
It is characterized a call.
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記電気機械変換素子の前記第一端に接続されて、当該電気機械変換素子への電圧印加の可否を切り替える吐出選択スイッチング素子を備え、
前記極性選択スイッチング部は、前記吐出選択スイッチング素子を介した前記第一端側の接続先と、前記第二端側の接続先とを、それぞれ前記駆動電圧出力部と接地面とで切り替える
ことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the electromechanical transducer drive device according to the first aspect,
A discharge selection switching element that is connected to the first end of the electromechanical conversion element and switches whether to apply a voltage to the electromechanical conversion element,
The polarity selection switching unit switches between the connection destination on the first end side and the connection destination on the second end side via the discharge selection switching element between the drive voltage output unit and the ground plane, respectively. It is a feature.
また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記極性選択スイッチング部は、
前記駆動電圧出力部と前記第一端側との接続有無を切り替える第1駆動スイッチング素子と、
前記駆動電圧出力部と前記第二端側との接続有無を切り替える第2駆動スイッチング素子と、
接地面と前記第二端側との接続有無を切り替える第1接地スイッチング素子と、
接地面と前記第一端側との接続有無を切り替える第2接地スイッチング素子と、
を備えることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the electromechanical transducer driving device according to the first or second aspect,
The polarity selection switching unit is
A first drive switching element for switching presence / absence of connection between the drive voltage output unit and the first end side;
A second drive switching element for switching presence / absence of connection between the drive voltage output unit and the second end side;
A first ground switching element for switching presence / absence of connection between the ground plane and the second end side;
A second ground switching element for switching presence / absence of connection between the ground plane and the first end side;
It is characterized by having.
また、請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記モード設定制御手段は、前記ノズルから液滴を吐出させる波形パターンに応じた吐出駆動電圧信号が前記電気機械変換素子に供給される期間には、前記モード設定部により前記極性選択スイッチング部を前記第1極性モード及び前記第2極性モードのうち予め定められた一方の極性モードとさせることを特徴としている。
Further, the invention according to claim 4 is the electromechanical transducer drive device according to any one of
The mode setting control means sets the polarity selection switching unit to the mode setting unit during the period in which an ejection drive voltage signal corresponding to a waveform pattern for ejecting droplets from the nozzle is supplied to the electromechanical conversion element. One of the first polarity mode and the second polarity mode is a predetermined polarity mode.
また、請求項5記載の発明は、請求項4記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記モード設定制御手段は、前記ノズルから液滴を吐出させない波形パターンに応じた非吐出駆動電圧信号が前記電気機械変換素子に供給される期間の少なくとも一部では、前記モード設定部により前記極性選択スイッチング部を前記一方の極性モードとは異なる他方の極性モードとさせることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the drive device for the electromechanical transducer element according to the fourth aspect ,
The mode setting control means is configured to select the polarity by the mode setting unit in at least a part of a period during which a non-ejection driving voltage signal corresponding to a waveform pattern that does not eject droplets from the nozzle is supplied to the electromechanical transducer. The switching unit is characterized in that the other polarity mode is different from the one polarity mode.
また、請求項6記載の発明は、請求項5記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記モード設定制御手段は、前記非吐出駆動電圧信号が前記電気機械変換素子に供給される期間には、選択された各波形パターンに応じた前記非吐出駆動電圧信号の出力ごとに所定の条件で前記モード設定部により前記極性選択スイッチング部を前記他方の極性モードとさせることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the electromechanical transducer driving device according to the fifth aspect ,
The mode setting control unit is configured to perform a predetermined condition for each output of the non-ejection drive voltage signal corresponding to each selected waveform pattern during a period in which the non-ejection drive voltage signal is supplied to the electromechanical conversion element. The mode setting unit causes the polarity selection switching unit to be in the other polarity mode.
また、請求項7記載の発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記モード設定部は、前記第一端側を前記駆動電圧出力部及び接地面に対して同時に接続させず、且つ前記第二端側を前記駆動電圧出力部及び接地面に対して同時に接続させない接続制限部を有することを特徴としている。
The invention according to claim 7 is the electromechanical transducer drive device according to any one of
The mode setting unit does not connect the first end side to the drive voltage output unit and the ground plane at the same time, and does not connect the second end side to the drive voltage output unit and the ground plane at the same time. It has a limiting part.
また、請求項8記載の発明は、請求項1〜7の何れか一項に記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記モード設定部は、前記駆動電圧出力部から出力される駆動電圧が所定の基準電圧以上の場合には、前記第一端側及び前記第二端側を何れも接地させない接地制限部を有することを特徴としている。
The invention according to claim 8 is the electromechanical transducer drive device according to any one of
The mode setting unit includes a grounding limiting unit that grounds neither the first end side nor the second end side when the driving voltage output from the driving voltage output unit is equal to or higher than a predetermined reference voltage. It is characterized by.
また、請求項9記載の発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載の電気機械変換素子の駆動装置において、
前記モード設定部は、前記第1極性モードと前記第2極性モードとの間で切替動作を行う際に、前記吐出選択スイッチング素子の前記第一端及び前記電気機械変換素子の前記第二端を何れも前記駆動電圧出力部又は接地面に接続させない無接続状態を経由させることを特徴としている。
The invention according to claim 9 is the electromechanical transducer drive device according to any one of
The mode setting unit is configured to switch the first end of the ejection selection switching element and the second end of the electromechanical conversion element when performing a switching operation between the first polarity mode and the second polarity mode. Both are characterized by passing through a non-connection state in which they are not connected to the drive voltage output section or the ground plane.
また、請求項10記載の発明は、
請求項1〜9の何れか一項に記載の電気機械変換素子の駆動装置と、
液滴を吐出するノズルと、当該ノズルに対応して設けられ、前記駆動装置により駆動される電気機械変換素子と、を備える液滴吐出ヘッドと、
前記駆動装置の動作を制御する動作制御部と、
を備えることを特徴とする液滴吐出装置である。
The invention according to
A drive device for an electromechanical transducer according to any one of
A droplet discharge head comprising: a nozzle that discharges a droplet; and an electromechanical conversion element that is provided corresponding to the nozzle and is driven by the driving device;
An operation control unit for controlling the operation of the driving device;
A droplet discharge device comprising:
本発明に従うと、消費電力やサイズの増大を避けつつ適切に液滴吐出量を制御することが出来るという効果がある。 According to the present invention, there is an effect that the droplet discharge amount can be appropriately controlled while avoiding an increase in power consumption and size.
以下、本発明の液滴吐出装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態の液滴吐出装置1の機能構成を示すブロック図である。
Hereinafter, embodiments of a droplet discharge device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a
この液滴吐出装置1は、ここでは、例えば、記録媒体上にインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録装置である。液滴吐出装置1は、制御部41と、移動制御部42と、移動動作部51と、通信部52と、操作表示部53と、報知出力部54と、ヘッド駆動制御部20と、液滴吐出ヘッド30などを備え、バス55を介して信号を送受信可能に接続されている。
Here, the
制御部41は、液滴吐出装置1の全体動作を統括制御する。制御部41は、CPU411(Central Processing Unit)と、RAM412(Random Access Memory)と、記憶部413などを備える。
The
CPU411は、各種演算処理を行う。CPU411は、記憶部413に記憶されている制御プログラムを読み出して画像記録やその設定などに係る各種制御処理を行う。
The
RAM412は、CPU411に作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。記憶部413は、制御プログラムや設定データなどを記憶する不揮発性メモリーを含む。また、記憶部413は、通信部52を介して外部から取得された液滴吐出命令(プリントジョブ)に係る設定や記録対象の画像データなどを一時的に記憶するDRAMなどを備えても良い。
The
移動動作部51は、画像を記録する対象である記録媒体を所定の方向に搬送することで液滴吐出ヘッド30に対して移動させ、少なくとも記録媒体の供給及び排出に係る動作を行う。移動動作部51としては、例えば、表面に記録媒体を担持する円筒形状のドラム外周や無端状ベルトの表面を周回動作させる回転モーターなどが挙げられる。なお、移動動作部51は、記録媒体と液滴吐出ヘッド30とが相対移動させられれば良く、即ち、液滴吐出ヘッド30が静止又は移動する記録媒体に対して移動することが可能であっても良い。
移動制御部42は、移動動作部51を動作させて、担持されている記録媒体を適切なタイミング及び速度で移動させる制御動作を行う。この移動制御部42は、制御部41と共通の構成であっても良い。
The moving
The
液滴吐出ヘッド30は、複数のノズルが所定のパターンで配列されて設けられ、当該複数のノズルの開口部から適切なタイミングで液滴、即ちインクを吐出させることで記録媒体上に画像を記録する。ノズルの配列パターンは、特には限られず、一次元配列でも二次元配列でも良い。液滴吐出ヘッド30は、電気機械変換素子31と、吐出選択スイッチング素子32などを備える。
The
電気機械変換素子31は、複数のノズルに対して各々設けられ、印加される電圧(駆動電圧信号)に応じて変形して吐出対象の液体にかかる圧力を変化させることでノズルから液滴を吐出させるアクチュエーターである。電気機械変換素子31としては、ここでは、圧電素子が用いられる。圧電素子の変形モードは、印加電圧と圧電素子の変形量とが対応し、当該変形に応じてインクに加えられる圧力が変化するモードであれば特には限られない。
The
吐出選択スイッチング素子32は、各電気機械変換素子31にヘッド駆動制御部20から駆動電圧信号をそれぞれ供給させるか否かを切り替える。吐出選択スイッチング素子32は、出力対象の画像データなどに基づいて液滴を吐出させないノズルに対応する電気機械変換素子31に駆動電圧信号を供給させないことで、各ノズルからの液滴吐出有無を切り替える。また、この切り替えは、液滴の吐出に限られず、液滴を吐出させない非吐出波形に係る駆動電圧信号にも同様に適用される。
The ejection
ヘッド駆動制御部20は、出力対象画像の各画素データに応じて適切なタイミングで液滴吐出ヘッド30の電気機械変換素子31を駆動する駆動電圧信号を出力する。ヘッド駆動制御部20は、基板上などにまとめて形成されても良いし、液滴吐出装置1の各部に分散して配置されていても良い。また、ヘッド駆動制御部20の構成の一部又は全部は、液滴吐出ヘッド30に設けられていても良い。ヘッド駆動制御部20は、ヘッド制御部43と、駆動電圧出力部21と、極性選択部22などを備える。
The head
駆動電圧出力部21は、各電気機械変換素子31に対してノズルからの液滴吐出タイミングや非吐出の状態種別などに応じて予め定められた波形パターンの駆動電圧信号をそれぞれ出力する。本実施形態の液滴吐出装置1では、複数種類のピーク電圧を有する台形波形状の駆動電圧信号が電気機械変換素子31に対して印加される。駆動電圧出力部21は、予め保持された波形パターンデータをアナログ電圧値に変換し、電力増幅して出力する。
The drive
極性選択部22は、駆動電圧出力部21が出力した駆動電圧信号を電気機械変換素子31に対して何れの向き(極性)で印加するかを選択して回路の接続を切り替える。極性選択部22は、極性選択スイッチング部220と、モード設定部227とを備える。極性選択部22の回路構成については後述する。
The
ヘッド制御部43は、記録対象の画像データの有無や画像データの内容に応じてヘッド駆動制御部20の動作を制御する。ヘッド制御部43は、CPU431と、記憶部432などを備える。CPU431は、記憶部432又は記憶部413に記憶された記録対象の画像データに基づいて、各ノズルから液滴を吐出させるか否かなどに従ってヘッド駆動制御部20に適切な波形パターンの駆動電圧信号を出力させるための波形パターンデータを図示略のクロック信号(同期信号)に応じた適切なタイミングで出力する。
このヘッド制御部43は、制御部41と共通に設けられても良い。
移動制御部42とヘッド制御部43とにより画像記録に係る動作制御部40が構成される。
また、ヘッド駆動制御部20の各構成と、吐出選択スイッチング素子32とにより、電気機械変換素子31の駆動装置10が構成される。
The
The
The
In addition, the
通信部52は、外部機器との間で所定の通信規格に従って通信し、データの送受信を行う。用いられる通信規格としては、LAN(Local Area Network)によるTCP/IPなどの各種規格の他、無線LAN、ブルートゥース通信(登録商標:Bluetooth)などの近距離無線通信や、USB(Universal Serial Bus)などによる外部機器との直接通信を用いることが可能である。通信部52は、外部機器から画像記録に係る命令であるプリントジョブを受信し、必要に応じて外部機器に対して液滴吐出装置1のステータス情報などを出力する。
The
操作表示部53は、ユーザー操作を受け付けたりユーザーに情報やメニューなどを示すための表示を行なったりする。操作表示部53としては、例えば、表示部532としてのLCD(液晶ディスプレイ)を備えたものが用いられ、当該LCDの表示画面上に画像形成に係る各種メニューやステータスなどを表示させる。また、このLCDに対応して操作検出部531としてのタッチパネルを備え、LCDの表示画面上に重ねて配置することで当該表示画面へ表示に応じたタッチ操作を検出可能としている。或いは、操作表示部53は、押しボタンスイッチを備え、当該押しボタンスイッチの押下操作を検出しても良い。
The
報知出力部54は、液滴吐出装置1に異常が生じた場合などに所定の報知動作を行う。報知出力部54としては、例えば、圧電素子などを用いて所定のビープ音を発生させる音声発生部やLEDランプを点滅又は点灯させる発光部などが挙げられる。
The
次に、本実施形態の液滴吐出装置1における液滴吐出ヘッド30からの液滴吐出に係る構成及び動作について説明する。
Next, the configuration and operation related to droplet ejection from the
図2は、本実施形態の液滴吐出装置1において、液滴吐出ヘッド30の各電気機械変換素子31への電圧印加に係る回路構成を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration relating to voltage application to each
各電気機械変換素子31は、個別電極(第一端)が各々吐出選択スイッチング素子32に接続されている。吐出選択スイッチング素子32における電気機械変換素子31と接続された側と反対側は、極性選択部22において極性選択スイッチング部220の第1駆動スイッチング素子221及び第2接地スイッチング素子223に接続されている。即ち、電気機械変換素子31の第一端側は、吐出選択スイッチング素子32を介して第1駆動スイッチング素子221及び第2接地スイッチング素子223に接続される。電気機械変換素子31において吐出選択スイッチング素子32と接続された側(第一端)とは反対側(第二端側)、即ち、共通電極は、極性選択部22において極性選択スイッチング部220の第2駆動スイッチング素子222及び第1接地スイッチング素子224に接続されている。
Each
駆動電圧出力部21から出力された駆動電圧Vdは、極性選択部22に入力され、モード設定部227を介して第1駆動スイッチング素子221及び第2駆動スイッチング素子222における液滴吐出ヘッド30と接続された側とは反対側に接続されている。一方、第2接地スイッチング素子223及び第1接地スイッチング素子224における液滴吐出ヘッド30と接続された側とは反対側は、接地されている。
以降、これら極性選択スイッチング部220に含まれる第1駆動スイッチング素子221、第2駆動スイッチング素子222、第1接地スイッチング素子224及び第2接地スイッチング素子223の一部又は全部をまとめてスイッチング素子221〜224のように記す。
The drive voltage Vd output from the drive
Thereafter, a part or all of the first
第1駆動スイッチング素子221及び第1接地スイッチング素子224は、ヘッド制御部43(モード設定制御手段)からモード設定部227に入力される共通の制御信号Cont1に基づいてオンオフ(接続状態)が同期して切り替えられる。ここでは、制御信号Cont1によりこれら第1駆動スイッチング素子221及び第1接地スイッチング素子224がオンされた状態を第1極性モードとする。第2駆動スイッチング素子222及び第2接地スイッチング素子223は、ヘッド制御部43からモード設定部227に入力される共通の制御信号Cont2に基づいてオンオフが同期して切り替えられる。ここでは、制御信号Cont2によりこれら第2駆動スイッチング素子222及び第2接地スイッチング素子223がオンされた状態を第2極性モードとする。
The first
この液滴吐出装置1では、スイッチング素子221〜224を全て同時にオンさせないため、制御信号Cont1、Cont2が同時にアクティブとされないように対応付けて制御が行われる。第1駆動スイッチング素子221及び第2接地スイッチング素子223が同時にオンされたり、第2駆動スイッチング素子222及び第1接地スイッチング素子224が同時にオンされたりすると、駆動電圧Vdが接地に短絡されるので、制御信号Cont1、Cont2の制御によりこのような短絡が防止される。これら制御信号Cont1、Cont2のうちアクティブとされたものに応じて電気機械変換素子31のうち一方の側に駆動電圧Vdが供給可能となり、他方の側が接地面と接続可能とされる。即ち、電気機械変換素子31には、制御信号Cont1、Cont2に応じて等しい大きさの駆動電圧Vdを両極性で印加させることが出来る。
In this
このようなスイッチング素子221〜224の動作の制限は、ヘッド制御部43のCPU431による制御だけでなく、回路としてハードウェア的にもなされ得る。
図3は、極性選択部22のモード設定部227が、共通電極側(即ち、電気機械変換素子31の第二端側)に接続される第2駆動スイッチング素子222と第1接地スイッチング素子224とを同時にオンさせないための保護回路225(接続制限部、接地制限部)を含む場合の回路構成を示す図である。なお、ここでは、個別電極側(電気機械変換素子31の第一端側、即ち、吐出選択スイッチング素子32)に接続される第1駆動スイッチング素子221及び第2接地スイッチング素子223に対する構成を省略しているが、同様の回路構成とすることが出来る。
Such limitation of the operation of the switching
FIG. 3 shows that the
ヘッド制御部43は、アクティブ状態でハイレベル「H」の制御信号Cont2を出力することで(即ち、アクティブハイ)、抵抗素子R11を介してnpn型バイポーラートランジスターTr1を動作させる。この結果、抵抗素子R13、R12及びバイポーラートランジスターTr1を流れる電流により抵抗素子R13の両端、即ち、第2駆動スイッチング素子222をなすpチャンネル型の電界効果トランジスター222T(PMOS)のゲート/ソース間に電圧差を生じて、この電界効果トランジスター222Tがオンする。これにより、駆動電圧Vdが共通電極への供給電圧Vcomとして出力される。制御信号Cont2がローレベル「L」(非アクティブ)となると、バイポーラートランジスターTr1及び電界効果トランジスター222Tの通電状態がオフとなり、駆動電圧Vdの共通電極への出力が遮断される。
The
一方、ヘッド制御部43は、論理積回路Ac1に対して非アクティブ状態でローレベル「L」の制御信号Cont1を出力し、アクティブ状態でハイレベル「H」の制御信号Cont1を出力する(即ち、アクティブハイ)。ローレベル「L」の制御信号Cont1が出力されている場合、反転回路Nc1の出力は、必ずハイレベル「H」となる。この結果、npn型バイポーラートランジスターTr2のコレクター/エミッター間をコレクター電流が流れ、第1接地スイッチング素子224をなすnチャンネル型の電界効果トランジスター224T(NMOS)のゲート電極に供給される電圧が電源電圧Vkより低くなる。この電圧が電界効果トランジスター224Tの動作電圧未満となるように抵抗素子R22の抵抗値が設定されることで、電界効果トランジスター224Tのソース/ドレイン間の導通が切断されて電流が流れず、共通電極が接地されない。
On the other hand, the
ヘッド制御部43からハイレベル「H」の制御信号Cont1が出力されている場合、制御信号Cont2がローレベル「L」であれば、論理和回路Oc1、論理積回路Ac1及び反転回路Nc1の論理演算に基づいてnpn型のバイポーラートランジスターTr2のベース端子にローレベル「L」が出力されて、バイポーラートランジスターTr2ではコレクター電流が流れない。これにより、電界効果トランジスター224Tのゲート端子には電源電圧Vkが供給されて、接地されたソースに対する電圧差によりこの電界効果トランジスター224Tのソース/ドレイン間を電流が流れ、共通電極には、接地電圧が供給される。
When the control signal Cont1 at the high level “H” is output from the
また、この保護回路225では、制御信号Cont1、Cont2が何れもハイレベル「H」であっても、駆動電圧Vdが所定の基準電圧Vrefよりも低い場合には、比較器Cp1から論理和回路Oc1に入力される比較結果に応じて反転回路Nc1の出力がローレベル「L」となり、電界効果トランジスター224Tのソース/ドレイン間に電流が流れる。即ち、この保護回路225では、駆動電圧Vdが基準電圧Vrefより低い場合に限り、第2駆動スイッチング素子222と第1接地スイッチング素子224とが同時にオンされ得る。この場合、基準電圧Vrefは、駆動電圧Vdと接地面との間を流れる短絡電流で電流路中の各構成に破壊等を起こさせない上限値以下に定められる。ヘッド制御部43の故障やリセット動作などにより意図せず制御信号Cont1、Cont2が何れもハイレベル「H」になったような場合や、メンテナンス、検査などにより意図的に制御信号Cont1、Cont2をハイレベル「H」にしたような場合に、この保護回路225により、破壊を引き起こす大電流が抑止されることになる。
Further, in the
図4は、第1極性モードと第2極性モードとの切り替えの例を示す図である。
ヘッド制御部43は、一の波形パターンに応じた駆動電圧信号ごとにこの切り替えを行うことが出来る。ここでは、タイミングt1、t2、t3といった各駆動電圧信号の継ぎ目で切り替えを行うための判断が当該タイミングに先駆けてそれぞれ行われる。ヘッド制御部43は、次に出力される駆動電圧信号に対応する波形パターンデータを参照し、図4(a)に示すように、ノズルから液滴を吐出させる波形パターンに係る駆動電圧信号(吐出駆動電圧信号)である場合(タイミングt2、ピーク電圧がVwH)には、制御信号Cont1をハイレベル「H」とし、制御信号Cont2をローレベル「L」とすることで、図4(b)に示すように第1極性モード(一方の極性モード)に設定する。これにより、インクを吐出させる際には、常に個別電極に駆動電圧信号が供給され、共通電極が接地される。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of switching between the first polarity mode and the second polarity mode.
The
一方、駆動電圧信号がノズルから液滴を吐出させないもの(非吐出駆動電圧信号)である場合(タイミングt1、t3)には、制御信号Cont1をローレベル「L」、制御信号Cont2をハイレベル「H」とすることにより設定される第2極性モード(一方の極性モードとは異なる極性モード)と、上述の第1極性モードとの間で適宜振り分けられる。第2極性モードでは、個別電極が接地され、共通電極に駆動電圧Vdが供給される。 On the other hand, when the drive voltage signal does not cause the droplets to be ejected from the nozzle (non-ejection drive voltage signal) (timing t1, t3), the control signal Cont1 is set to the low level “L” and the control signal Cont2 is set to the high level “ H ”is appropriately assigned between the second polarity mode (polarity mode different from one polarity mode) set and the first polarity mode described above. In the second polarity mode, the individual electrodes are grounded, and the drive voltage Vd is supplied to the common electrode.
ノズルから液滴を吐出させない波形パターンに係る駆動電圧信号の出力時におけるこれらの極性モードの振り分けは、第1極性モードの選択頻度と第2極性モードの選択頻度とが大きく異ならないように予め条件(所定の条件)を定めて行われる。ノズルから液滴を吐出させない駆動電圧信号としては、液滴を非吐出とさせつつノズル内の液体(インク)を微小振動させるために出力される小振幅の非吐出信号(タイミングt1〜t2、ピーク電圧がVwHより小さいVwL)、振幅がゼロの非動作信号(タイミングt3以降、上述の液滴吐出又は非吐出に係る駆動電圧信号におけるボトム電圧VwBで一定)や、インクを吐出させるための駆動電圧信号に先駆けて予備的に適切な液体の振動を行わせたり、液滴を吐出させた駆動電圧信号後にノズル内の液面の振動を適切に戻したりするための予備的な駆動電圧信号などが含まれる。 The distribution of these polarity modes at the time of outputting the drive voltage signal related to the waveform pattern that does not eject droplets from the nozzles is made in advance so that the selection frequency of the first polarity mode and the selection frequency of the second polarity mode do not differ greatly. (Predetermined conditions) are determined. The drive voltage signal that does not cause the liquid droplets to be ejected from the nozzle is a small amplitude non-ejection signal (timing t1 to t2, peak output) that is output to cause the liquid (ink) in the nozzle to vibrate slightly while not ejecting the liquid droplets. Non-operation signal with a voltage of VwL smaller than VwH) and an amplitude of zero (after timing t3, constant at the bottom voltage VwB in the drive voltage signal related to the above-described droplet ejection or non-ejection), or a drive voltage for ejecting ink Preliminary drive voltage signal to preferentially vibrate the liquid prior to the signal, or to properly return the vibration of the liquid level in the nozzle after the drive voltage signal that caused the droplet to be ejected, etc. included.
図5は、本実施形態の液滴吐出装置1で実行される極性モード切替処理のヘッド制御部43による制御手順を示すフローチャートである。
この極性モード切替処理は、液滴吐出ヘッド30の起動と共に呼び出されて、駆動波形電圧の出力に係る処理などと並行して継続的に実行される。或いは、駆動電圧Vdの出力に係る制御処理の一部としてまとめて制御されても良い。
FIG. 5 is a flowchart showing a control procedure by the
This polarity mode switching process is called when the
ヘッド制御部43(CPU431)は、先ず、駆動電圧信号の継ぎ目の所定時間前であるか否かを判別する(ステップS101)。所定時間前ではないと判別された場合には(ステップS101で“NO”)、ヘッド制御部43は、ステップS101の処理を繰り返す。
The head controller 43 (CPU 431) first determines whether or not it is a predetermined time before the joint of the drive voltage signal (step S101). If it is determined that it is not a predetermined time (“NO” in step S101), the
所定時間前であると判別された場合には(ステップS101で“YES”)、ヘッド制御部43は、次に出力する駆動電圧信号に係る駆動波形パターンの種別を取得する(ステップS102)。ヘッド制御部43は、この駆動波形パターンがインクの吐出に係る波形パターンであるか否かを判別する(ステップS103)。インクの吐出に係る波形パターンであると判別された場合には(ステップS103で“YES”)、ヘッド制御部43は、第1極性モードに設定し(ステップS104)、駆動電圧信号の継ぎ目のタイミングで必要に応じて極性選択部22に制御信号を出力して第1極性モードに係る接続に変更する。それから、ヘッド制御部43の処理は、ステップS101に戻る。
If it is determined that the predetermined time has passed (“YES” in step S101), the
インクの吐出に係る波形パターンではないと判別された場合には(ステップS103で“NO”)、ヘッド制御部43は、これまでの第2極性モードの設定頻度が上限以下であるか否かを判別する(ステップS105)。この設定頻度は、例えば、第1極性モードと第2極性モードの各設定回数を記憶部432にそれぞれ記憶させておくことで得られる。上限以下ではないと判別された場合には(ステップS105で“NO”)、ヘッド制御部43の処理は、ステップS104に移行する。
When it is determined that the waveform pattern is not related to ink ejection (“NO” in step S103), the
第2極性モードの設定頻度が上限以下であると判別された場合には(ステップS105で“YES”)、ヘッド制御部43は、第2極性モードに設定し(ステップS106)、駆動電圧信号の継ぎ目のタイミングで必要に応じて極性選択部22に制御信号を出力して第2極性モードに係る接続状態に変更する。それから、ヘッド制御部43の処理は、ステップS101に戻る。
When it is determined that the setting frequency of the second polarity mode is equal to or lower than the upper limit (“YES” in step S105), the
[変形例]
極性選択部22の保護回路225は、上記実施の形態の回路構成から適宜変更されても良い。
図6は、保護回路225の変形例1を示す図である。
変形例1の保護回路225aでは、図3に示した上記実施形態の保護回路225から比較器Cp1が削除され、論理和回路Oc1の代わりに制御信号Cont2を反転して論理積回路Ac1に入力させる反転回路Nc2が設けられている。この他の構成は、上記実施形態の保護回路225と同一であり、詳しい説明を省略する。
[Modification]
The
FIG. 6 is a diagram illustrating a first modification of the
In the
この保護回路225aでは、制御信号Cont2がハイレベル「H」であり、電界効果トランジスター222Tがオンされている場合には、制御信号Cont1によらず、電界効果トランジスター224Tは必ずオフされる。
また、上述の保護回路225と同様に、制御信号Cont2がローレベル「L」であって電界効果トランジスター222Tがオフされる期間に限り、制御信号Cont1がハイレベル「H」とされることで電界効果トランジスター224Tがオンされる。
In the
Similarly to the
即ち、この変形例1の保護回路225aでは、制御信号Cont1、Cont2によらず、電界効果トランジスター222Tと電界効果トランジスター224Tが同時にオンされることが回路構成として禁止される。
That is, in the
図7は、保護回路225の変形例2及び変形例3を示す図である。
図7(a)に示す変形例2の保護回路225bでは、論理回路を用いない構成としている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a second modification and a third modification of the
In the
第2駆動スイッチング素子222をなす電界効果トランジスター222Tは、上記実施形態の保護回路225と同様に、制御信号Cont2に基づいてオンオフが制御される。一方、第1接地スイッチング素子224をなす電界効果トランジスター224Tのゲート端子に供給される電圧は、比較器Cp2における駆動電圧Vdと基準電圧Vref2との比較結果と、制御信号Cont1に基づくバイポーラートランジスターTr2のオンオフとによって制御される。この変形例2の保護回路225bでは、制御信号Cont1、Cont2何れもがローレベル「L」の場合に電界効果トランジスター224Tがオンされる(即ち、制御信号Cont1はアクティブロー)。
The
この場合、電界効果トランジスター222Tがオンされている場合に、制御信号Cont1によらず電界効果トランジスター224Tをオンさせないために、制御信号Cont1がローレベル「L」であってバイポーラートランジスターTr2のコレクター電流が流れない場合であっても、電界効果トランジスター224Tのゲート端子に印加される電圧となる比較器Cp2の出力電圧をローレベル「L」にする必要がある。従って、駆動電圧Vdとして想定される最大値の抵抗素子R12、R13間の電圧が基準電圧Vref2以上とならないように抵抗素子R12、R13の抵抗値が設定される。一方で、制御信号Cont2がローレベルの場合に、制御信号Cont1がローレベル「L」となった場合には確実に電界効果トランジスター224Tをオンさせるため、基準電圧Vref2は、駆動電圧Vdの最小値よりも小さく設定される必要がある。比較器Cp2に供給される電源電圧は、駆動電圧Vdであっても良い。
In this case, when the
図7(b)に示すように、変形例3の保護回路225cでは、ヘッド制御部43から単一の制御信号Cont−modeを出力することで、2つの制御信号Cont1、Cont2を生成して出力する。
As shown in FIG. 7B, the
この変形例3の保護回路225cでは、ヘッド制御部43から出力された制御信号Cont−modeを直接制御信号Cont2として抵抗素子R11に入力させる代わりに、NOR回路NOc1を介して入力させる。制御信号Cont−modeは、2分割されて、一方が直接NOR回路NOc1に入力され、他方は、遅延回路228を介してNOR回路NOc1に入力される。遅延回路228は、所定時間遅延させた後に遅延信号Cont−delとして出力する。そして、NOR回路NOc1の出力が制御信号Cont2となる。
In the
また、制御信号Cont1は、上述の制御信号Cont−mode及び遅延信号Cont−delが入力されたNAND回路NAc1の出力によって生成されて、抵抗素子R21に入力される。抵抗素子R21に入力された以降の信号経路に係る回路構成は、上記実施の形態における保護回路225と同一である。従って、この変形例3では、制御信号Cont1は、アクティブローの構成となる。
The control signal Cont1 is generated by the output of the NAND circuit NAc1 to which the control signal Cont-mode and the delay signal Cont-del are input, and is input to the resistance element R21. The circuit configuration relating to the signal path after input to the resistance element R21 is the same as that of the
制御信号Cont−modeと遅延信号Cont−delのNOR回路NOc1の出力は、制御信号Cont−modeがハイレベル「H」からローレベル「L」への切り替わり、又はローレベル「L」からハイレベル「H」への切り替わりの後、遅延信号Cont−delが所定時間の遅延の後この切り替わりに追従するまでの間ローレベルとなって、電界効果トランジスター222Tがオフとなる。一方で、制御信号Cont−modeと遅延信号Cont−delのNAND回路NAc1の出力は、制御信号Cont−modeの切り替わりから遅延信号Cont−delの所定時間遅延後における切り替わりまでの間ハイレベルとなって、電界効果トランジスター224Tがやはりオフとなる。即ち、本変形例3の保護回路225cでは、第1極性モードと第2極性モードとの切り替わりの間に、電気機械変換素子31に駆動電圧Vd及び接地電圧の何れも接続(供給)されない無接続状態の期間が生じる。これにより、より確実に短絡の発生を防止している。
The output of the NOR circuit NOc1 of the control signal Cont-mode and the delay signal Cont-del is such that the control signal Cont-mode is switched from the high level “H” to the low level “L” or from the low level “L” to the high level “L”. After switching to “H”, the delay signal Cont-del becomes low level after a predetermined time delay and follows this switching, and the
図8は、保護回路225cを用いた場合の制御信号Cont−mode、Cont1、Cont2の時間変化を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating temporal changes in the control signals Cont-mode, Cont1, and Cont2 when the
制御信号Cont−mode及び遅延信号Cont−delが何れもローレベル電圧VLの場合、制御信号Cont1及び制御信号Cont2は何れもハイレベル電圧VHであり、第2駆動スイッチング素子222(電界効果トランジスター222T)がオンされ、第1接地スイッチング素子224(電界効果トランジスター224T)がオフされる。
When the control signal Cont-mode and the delay signal Cont-del are both the low level voltage VL, the control signal Cont1 and the control signal Cont2 are both the high level voltage VH, and the second driving switching element 222 (
制御信号Cont−modeがハイレベル電圧VHに変更された後、遅延回路228の出力する遅延信号Cont−delがローレベル電圧VLからハイレベル電圧VHに変わるまでの間、制御信号Cont2は、ローレベル電圧VLに変化して電界効果トランジスター222Tがオフされる一方、制御信号Cont1は、ハイレベル電圧VHに維持されて、電界効果トランジスター224Tのオフ状態が維持される。
遅延信号Cont−delがハイレベル電圧VHに変化すると、制御信号Cont2はローレベル電圧VLに維持され、制御信号Cont1がローレベル電圧VLに変化する。これにより、電界効果トランジスター224Tがオン状態に変化する。
After the control signal Cont-mode is changed to the high level voltage VH, the control signal Cont2 is kept at the low level until the delay signal Cont-del output from the
When the delay signal Cont-del changes to the high level voltage VH, the control signal Cont2 is maintained at the low level voltage VL, and the control signal Cont1 changes to the low level voltage VL. As a result, the
制御信号Cont−modeがローレベル電圧VLに戻ると、遅延信号Cont−delがハイレベル電圧VHからローレベル電圧VLに戻るまでは、制御信号Cont1のみがハイレベル電圧VHに変化し、電界効果トランジスター224Tがオフとなる。その後、遅延信号Cont−delがローレベル電圧VLになると、制御信号Cont2もハイレベル電圧VHに変化し、電界効果トランジスター222Tがオンとなる。
When the control signal Cont-mode returns to the low level voltage VL, only the control signal Cont1 changes to the high level voltage VH until the delay signal Cont-del returns from the high level voltage VH to the low level voltage VL. 224T is turned off. Thereafter, when the delay signal Cont-del becomes the low level voltage VL, the control signal Cont2 also changes to the high level voltage VH, and the
以上のように、本実施形態の液滴吐出装置1における電気機械変換素子31の駆動装置10は、電気機械変換素子31に供給する駆動電圧信号を生成して出力する駆動電圧出力部21と、電気機械変換素子31の個別電極側(第一端側)の接続先と当該個別電極側とは反対側の共通電極側(第二端側)の接続先とを、それぞれ駆動電圧出力部21と接地面とで切り替える極性選択スイッチング部220と、を備える。
これにより、消費電力やサイズの増大を避けつつ、適宜電気機械変換素子31に印加する電圧の極性を反転させることが出来るので、印加電圧に対する電気機械変換素子31の特性の経年劣化を抑え、適切に液滴吐出量を制御することが出来る。
As described above, the driving
Accordingly, the polarity of the voltage applied to the
また、電気機械変換素子31の個別電極(第一端)に接続されて、当該電気機械変換素子31への電圧印加の可否を切り替える吐出選択スイッチング素子32を備え、極性選択スイッチング部220は、吐出選択スイッチング素子32を介した個別電極端側の接続先と、共通電極側(第二端側)の接続先とを、それぞれ駆動電圧出力部21と接地面とで切り替える。
このように、印加電圧の供給元と個別電極との間に吐出選択スイッチング素子32が挟まれている場合であっても同様に電気機械変換素子31に印加する電圧の極性を反転させることが出来、従って、印加電圧に対する電気機械変換素子31の特性の経年劣化を抑えることが出来る。また、吐出選択スイッチ素子32を設けることで、複数(多数)のノズルからの吐出可否に係る制御を容易に行うことが出来る。
The
Thus, even when the discharge
また、極性選択スイッチング部220は、駆動電圧出力部21と吐出選択スイッチング素子32の第一端との接続有無を切り替える第1駆動スイッチング素子221と、駆動電圧出力部21と電気機械変換素子31の第二端との接続有無を切り替える第2駆動スイッチング素子222と、接地面と電気機械変換素子31の第二端との接続有無を切り替える第1接地スイッチング素子224と、接地面と吐出選択スイッチング素子32の第一端との接続有無を切り替える第2接地スイッチング素子223と、を備える。このように、スイッチング素子を4個設けて各々のオンオフを切り替えることで、容易に切替が可能になる。特に、このようなスイッチング素子の構成により電界効果トランジスターなどのアナログスイッチを用いることが出来るので、小型で高速且つ確実なスイッチング動作により適切なタイミングで極性の入れ替えを行うことが出来る。
In addition, the polarity
また、入力される制御信号Cont1、Cont2などにより極性選択スイッチング部220における接続状態を定めるモード設定部227と、吐出選択スイッチング素子32の第一端の接続先と電気機械変換素子31の第二端の接続先とを対応付けて定める制御信号Cont1、Cont2をモード設定部227に出力して、当該モード設定部227の動作を制御するモード設定制御手段として機能するヘッド制御部43と、を備える。
従って、複数のスイッチング素子221〜224をトラブルなく確実に対応付けて切り替えることが可能になる。
In addition, a
Therefore, it becomes possible to switch the plurality of switching
また、モード設定制御手段としてのヘッド制御部43は、駆動電圧出力部21と吐出選択スイッチング素子32の第一端とを接続し、電気機械変換素子31の第二端を接地させる第1極性モードと、駆動電圧出力部21と電気機械変換素子31の第二端とを接続し、吐出選択スイッチング素子32の第一端を接地させる第2極性モードとに各々応じた制御信号Cont1、Cont2を出力する。従って、極性選択スイッチング部220における望ましい接続状態に対応したモードを設定することで容易に当該接続状態に切り替えることが出来る。特に、少ない制御信号の数で容易に好ましい接続状態への切り替えを行いやすい。
The
また、モード設定制御手段としてのヘッド制御部43は、ノズルから液滴を吐出させる波形パターンに応じた吐出駆動電圧信号が電気機械変換素子31に供給される期間には、モード設定部227により極性選択スイッチング部220を第1極性モード及び第2極性モードのうち予め定められた一方の極性モード(ここでは、第1極性モード)とさせる。
このように、電気機械変換素子31の特性変化を抑え、絶対値としては問題にならない程度に特性のずれを収めつつ、更に、電気機械変換素子31に対する印加電圧の極性を揃えて液滴の吐出を行わせるので、極性の反転により相対的に特性のずれが吐出される液滴に影響するのを防ぐことが出来る。また、このような相対的な特性のずれを抑えるためのバイアス電圧を印加するというような調整を避けることが出来るので、より液滴吐出装置1の制御が容易になる。
In addition, the
As described above, the change in the characteristics of the
また、モード設定制御手段としてのヘッド制御部43は、ノズルから液滴を吐出させない波形パターンに応じた非吐出駆動電圧信号が電気機械変換素子31に供給される期間の少なくとも一部では、モード設定部227により極性選択スイッチング部220を上述の一方の極性モード(第1極性モード)とは異なる他方の極性モード(第2極性モード)とさせる。これにより、液滴の吐出動作の合間において、液滴が吐出されていない間に随時印加電圧の極性を反転させることが出来るので、吐出される液滴には影響を与えずに、容易且つ効率良く電気機械変換素子31の特性変化を抑えることが出来る。特に、極性反転させた電圧印加を別途メンテナンス、起動時や終了時などに時間を設けて行う必要が無く、速やかに動作を開始、終了させることが出来る。
In addition, the
また、モード設定制御手段としてのヘッド制御部43は、非吐出駆動電圧信号が電気機械変換素子31に供給される期間には、選択された各波形パターンに応じた非吐出駆動電圧信号の出力ごとに所定の条件でモード設定部227により極性選択スイッチング部220を第2極性モードとさせる。
従って、駆動電圧波形に影響を与えずに細かく頻繁に極性反転を行わせるので、特性変化が大きくなる前に速やかに解消させることが出来る。
In addition, the
Accordingly, the polarity inversion is finely and frequently performed without affecting the drive voltage waveform, so that it can be quickly eliminated before the characteristic change becomes large.
また、モード設定部227は、保護回路225、225a〜225cなどを備えることで、吐出選択スイッチング素子32の第一端を駆動電圧出力部21及び接地面に対して同時に接続させず、且つ電気機械変換素子31の第二端を駆動電圧出力部21及び接地面に対して同時に接続させない。従って、ヘッド制御部43のCPU431の動作異常や、ヘッド制御部43の立ち上げ時などにおける意図しない制御信号Cont1、Cont2などの出力による駆動電圧出力部21と接地面との短絡を防ぐことが出来、吐出選択スイッチング素子32や各スイッチング素子221〜224が大電流により故障したりするのを防止することが出来る。
Further, the
また、変形例1で示したモード設定部227の保護回路225は、駆動電圧出力部21から出力される駆動電圧Vdが所定の基準電圧Vref2以上の場合には、吐出選択スイッチング素子32の第一端及び電気機械変換素子31の第二端を何れも接地させない。従って、制御信号Cont1、Cont2が適切に出力されていても、大きな駆動電圧Vdが極性選択スイッチング部220の第一端や第二端に接続され得る状況で、短絡電流が生じるスイッチング素子223、224をオンさせないことで、意図しない大電流によるスイッチング素子221〜224などの故障をより確実に防ぐことが出来る。
Further, the
また、変形例3の保護回路225cを備えるモード設定部227は、第1極性モードと第2極性モードとの間で切替動作を行う際に、吐出選択スイッチング素子32の第一端及び電気機械変換素子31の第二端を何れも駆動電圧出力部21又は接地面に接続させない無接続状態を経由させるので、スイッチング素子221〜224の閾値電圧などにより切り替え対象のスイッチング素子が意図せず同時に接続されるのをより確実に防ぐことが出来、これにより、短絡電流によるスイッチング素子221〜224などの破壊を防ぐことが出来る。
Further, the
また、本実施形態の液滴吐出装置1は、上述の電気機械変換素子31の駆動装置10と、液滴を吐出するノズル及び当該ノズルに対応して設けられ、駆動装置10により駆動される電気機械変換素子31と、を備える液滴吐出ヘッド30と、駆動装置10の動作を制御する動作制御部40と、を備える。即ち、電気機械変換素子31に一方向の極性のみで電圧が印加されることによる特性の変化をより容易に抑えることが出来るので、消費電力や液滴吐出装置1のサイズを増大させずに、液滴の吐出量に影響を与えず精度の良い適切な液滴吐出を従来より長期間に亘り安定して行わせることが出来る。
In addition, the
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、第1駆動スイッチング素子221、第2駆動スイッチング素子222、第2接地スイッチング素子223及び第1接地スイッチング素子224により駆動電圧出力部21との接続先及び接地面との接続先を定めることとしたが、このように4つのスイッチング素子を用いた構成に限られない。例えば、第1駆動スイッチング素子221及び第2駆動スイッチング素子222に代えて、択一的に駆動電圧出力部21の接続先を定める単一のスイッチング素子が設けられても良い。或いは、第1駆動スイッチング素子221及び第2接地スイッチング素子223に代えて、択一的に吐出選択スイッチング素子32の第一端の接続先を定める単一のスイッチング素子が設けられても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, the first
また、上記実施の形態では、第1駆動スイッチング素子221、第2駆動スイッチング素子222、第1接地スイッチング素子224及び第2接地スイッチング素子223として電界効果トランジスターを用いたが、他のアナログスイッチが用いられても良いし、或いは、機械的に切り替えられるスイッチング素子が用いられても良い。
In the above embodiment, field effect transistors are used as the first
また、上記実施の形態では、ヘッド制御部43のCPU431による制御動作により極性選択部22の各スイッチング素子221〜224の切替動作が行われたが、次に出力される波形パターンに係る情報が入力される論理回路を用いてCPU処理を介さずにスイッチング素子221〜224の切替が行われるように構成されても良い。
In the above embodiment, the switching operation of each switching
また、ヘッド制御部43の処理により適切に極性の反転が行われる場合に加えて又は代えて、ユーザーが手動で極性を反転させて駆動装置10を動作させることも出来る。
Further, in addition to or instead of the case where the polarity is appropriately reversed by the processing of the
また、液滴を吐出させない駆動電圧信号の出力時における第1極性モードと第2極性モードの切替の判断基準は、上記実施の形態における基準と異なっていても良い。例えば、非吐出の駆動電圧信号の場合には第2極性モードとし、定電圧信号の場合には第1極性モードとしても良い。 Further, the criterion for switching between the first polarity mode and the second polarity mode at the time of outputting a drive voltage signal that does not cause droplets to be ejected may be different from the criterion in the above embodiment. For example, in the case of a non-ejection drive voltage signal, the second polarity mode may be set, and in the case of a constant voltage signal, the first polarity mode may be set.
また、上記実施の形態では、液滴の吐出動作の合間における非吐出動作期間に極性を反転させる場合を例に挙げて説明したが、液滴吐出装置1の起動時、終了時やメンテナンス時など、液滴の吐出が全く行われない場合や、詰まり防止用の液滴吐出動作などで液滴吐出量の変化に大きな問題が生じない場合に印加電圧の極性を反転させても良い。 In the above-described embodiment, the case where the polarity is reversed during the non-ejection operation period between the droplet ejection operations has been described as an example. The polarity of the applied voltage may be reversed when no droplet is ejected or when a large problem does not occur in the variation of the droplet ejection amount due to the droplet ejection operation for clogging prevention.
また、上記実施の形態では、非吐出動作期間の駆動電圧信号における波形パターンの繋ぎ目で第1極性モードと第2極性モードとを反転させることとしたが、一の波形パターンに応じた駆動電圧信号の途中で反転されることを一律に禁止するものではない。また、予め連続して第2極性モードで出力可能な波形パターンの数を定めておき、途中で液滴の吐出動作に切り替わった場合や、当該数の波形パターンに応じた駆動電圧信号の供給が終了した場合にのみ、次の極性を定めることとしても良い。 In the above embodiment, the first polarity mode and the second polarity mode are inverted at the connection between the waveform patterns in the drive voltage signal in the non-ejection operation period. However, the drive voltage corresponding to one waveform pattern is used. Inversion in the middle of the signal is not uniformly prohibited. In addition, the number of waveform patterns that can be output in the second polarity mode in advance is determined in advance, and when switching to a droplet discharge operation in the middle or when a drive voltage signal is supplied according to the number of waveform patterns. Only when it is finished, the next polarity may be determined.
また、上記実施の形態では、複数のノズルからのインクの吐出可否を各々定める吐出選択スイッチング素子32を設けた場合の例を挙げて説明したが、吐出選択スイッチング素子32を用いずに電気機械変換素子31に対して各々個別にインクの吐出状態に応じた駆動電圧信号を供給しても良い。この場合には、第1駆動スイッチング素子221及び第2接地スイッチング素子223は、直接個別電極に接続される。また、ノズル及びこれに対応する電気機械変換素子31は、各々1つであっても良い。
In the above embodiment, an example in which the ejection
また、上記実施の形態で示した保護回路225などは、設けられていなくても良く、或いは、同様に機能する他の周知の回路構成であっても良い。
Further, the
また、上記実施の形態では、保護回路225cにより回路構成上第1極性モードと第2極性モードの何れでもない無接続の状態が生じる例について説明したが、ヘッド制御部43の制御動作により無接続状態が設定されても良い。
In the above embodiment, the
また、電気機械変換素子としては、圧電素子のほか、電歪素子など同様に変形可能で且つ変形に係る特性が変化し得るものについて本発明を適用可能である。 Further, as the electromechanical conversion element, in addition to a piezoelectric element, the present invention can be applied to an electrostrictive element that can be similarly deformed and whose characteristics related to the deformation can be changed.
また、上記実施の形態では、液滴吐出装置として記録媒体にインクを吐出するインクジェット記録装置を例に挙げたが、その他の機能液が吐出されても良いし、薄膜層又は電気回路の配線や端子などを形成するための材料を基板上に吐出し、又は実験や検査などに用いられる液体試料などを検査プレート上に吐出する液滴吐出装置や、3Dプリンターなどにも本発明を適用することが出来る。
その他、上記実施の形態で示した具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
In the above embodiment, an ink jet recording apparatus that ejects ink onto a recording medium has been described as an example of a droplet ejecting apparatus. However, other functional liquids may be ejected, wiring of a thin film layer or an electric circuit, The present invention is also applied to a droplet discharge device, a 3D printer, or the like that discharges a material for forming a terminal or the like onto a substrate, or discharges a liquid sample used for an experiment or inspection onto an inspection plate. I can do it.
In addition, the specific details shown in the above embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
1 液滴吐出装置
10 駆動装置
20 ヘッド駆動制御部
21 駆動電圧出力部
22 極性選択部
220 極性選択スイッチング部
221 第1駆動スイッチング素子
222 第2駆動スイッチング素子
222T 電界効果トランジスター
223 第2接地スイッチング素子
224 第1接地スイッチング素子
224T 電界効果トランジスター
225 保護回路
225a 保護回路
225b 保護回路
225c 保護回路
227 モード設定部
228 遅延回路
30 液滴吐出ヘッド
31 電気機械変換素子
32 吐出選択スイッチング素子
40 動作制御部
41 制御部
411 CPU
412 RAM
413 記憶部
42 移動制御部
43 ヘッド制御部
431 CPU
432 記憶部
51 移動動作部
52 通信部
53 操作表示部
531 操作検出部
532 表示部
54 報知出力部
55 バス
Ac1 論理積回路
Cont−mode 制御信号
Cont−del 遅延信号
Cont1 制御信号
Cont2 制御信号
Cp1 比較器
Cp2 比較器
NAc1 NAND回路
Nc1 反転回路
Nc2 反転回路
NOc1 NOR回路
Oc1 論理和回路
R11 抵抗素子
R12 抵抗素子
R13 抵抗素子
R21 抵抗素子
R22 抵抗素子
Tr1 バイポーラートランジスター
Tr2 バイポーラートランジスター
Vcom 供給電圧
Vd 駆動電圧
VH ハイレベル電圧
Vk 電源電圧
VL ローレベル電圧
Vref 基準電圧
Vref2 基準電圧
DESCRIPTION OF
412 RAM
413
432
Claims (10)
前記電気機械変換素子に供給する駆動電圧信号を生成して出力する駆動電圧出力部と、
前記電気機械変換素子の第一端側の接続先と当該第一端とは反対側の第二端側の接続先とを、それぞれ前記駆動電圧出力部と接地面とで切り替える極性選択スイッチング部と、
入力される制御信号により前記極性選択スイッチング部における接続状態を定めるモード設定部と、
前記第一端側の接続先と前記第二端側の接続先とを対応付けて定める制御信号を前記モード設定部に出力して、当該モード設定部の動作を制御するモード設定制御手段と、
を備え、
前記モード設定制御手段は、前記駆動電圧出力部と前記第一端側とを接続し、前記第二端側を接地させる第1極性モードと、前記駆動電圧出力部と前記第二端側とを接続し、前記第一端側を接地させる第2極性モードとに各々応じた制御信号を出力し、
一の波形パターンに応じた駆動電圧信号の出力ごとに前記第1極性モードと前記第2極性モードとのいずれかを選択する
ことを特徴とする電気機械変換素子の駆動装置。 A device for driving an electromechanical transducer that deforms by applying a voltage to cause a pressure change in the liquid and discharges the liquid as a droplet from a nozzle,
A drive voltage output unit for generating and outputting a drive voltage signal to be supplied to the electromechanical transducer;
A polarity selection switching unit that switches a connection destination on the first end side of the electromechanical conversion element and a connection destination on the second end side opposite to the first end between the drive voltage output unit and the ground plane, respectively; ,
A mode setting unit for determining a connection state in the polarity selection switching unit by an input control signal;
A mode setting control means for controlling the operation of the mode setting unit by outputting a control signal to the mode setting unit to determine a connection destination on the first end side and a connection destination on the second end side;
Equipped with a,
The mode setting control means connects the drive voltage output unit and the first end side, and connects the second end side to the first polarity mode, and the drive voltage output unit and the second end side. Connecting and outputting a control signal corresponding to each of the second polarity modes for grounding the first end side,
One of the first polarity mode and the second polarity mode is selected for each output of the drive voltage signal corresponding to one waveform pattern.
Driving device for an electromechanical transducer, wherein the this.
前記極性選択スイッチング部は、前記吐出選択スイッチング素子を介した前記第一端側の接続先と、前記第二端側の接続先とを、それぞれ前記駆動電圧出力部と接地面とで切り替える
ことを特徴とする請求項1記載の電気機械変換素子の駆動装置。 A discharge selection switching element that is connected to the first end of the electromechanical conversion element and switches whether to apply a voltage to the electromechanical conversion element,
The polarity selection switching unit switches between the connection destination on the first end side and the connection destination on the second end side via the discharge selection switching element between the drive voltage output unit and the ground plane, respectively. The drive device for an electromechanical transducer according to claim 1.
前記駆動電圧出力部と前記第一端側との接続有無を切り替える第1駆動スイッチング素子と、
前記駆動電圧出力部と前記第二端側との接続有無を切り替える第2駆動スイッチング素子と、
接地面と前記第二端側との接続有無を切り替える第1接地スイッチング素子と、
接地面と前記第一端側との接続有無を切り替える第2接地スイッチング素子と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の電気機械変換素子の駆動装置。 The polarity selection switching unit is
A first drive switching element for switching presence / absence of connection between the drive voltage output unit and the first end side;
A second drive switching element for switching presence / absence of connection between the drive voltage output unit and the second end side;
A first ground switching element for switching presence / absence of connection between the ground plane and the second end side;
A second ground switching element for switching presence / absence of connection between the ground plane and the first end side;
The drive device for an electromechanical transducer according to claim 1 or 2, further comprising:
液滴を吐出するノズルと、当該ノズルに対応して設けられ、前記駆動装置により駆動される電気機械変換素子と、を備える液滴吐出ヘッドと、
前記駆動装置の動作を制御する動作制御部と、
を備えることを特徴とする液滴吐出装置。 A drive device for an electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 9 ,
A droplet discharge head comprising: a nozzle that discharges a droplet; and an electromechanical conversion element that is provided corresponding to the nozzle and is driven by the driving device;
An operation control unit for controlling the operation of the driving device;
A droplet discharge apparatus comprising:
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