JP6578884B2 - 液体吐出装置、駆動回路およびヘッドユニット - Google Patents
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Description
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、消費電力を改善した液体吐出装置、駆動回路およびヘッドユニットを提供することにある。
第1抵抗および第2抵抗は、駆動信号の降圧の機能と位相遅れ補償の機能を兼用するので、両機能を別々で構成するよりも、構成の簡易化を図ることができる。
また、前記出力ノードと前記第1抵抗との間にバッファアンプを有し、前記バッファアンプは、前記出力ノードの電圧に所定の係数を乗算して前記第1抵抗に供給する構成としても良い。第1抵抗および第2抵抗を介したリークにより、出力ノードの電圧が低下するのを抑えるができる。
また、上記一態様に係る液体吐出装置において、前記第1トランジスターおよび前記第2トランジスターは、それぞれ電界効果トランジスターである構成が好ましい。
上記一態様に係る液体吐出装置において、前記入力信号を第1電圧だけ低くする、または、前記帰還信号を前記第1電圧だけ高くする第1オフセット部と、前記入力信号を第2電圧だけ高くする、または、前記帰還信号を前記第2電圧だけ低くする第2オフセット部と、を有する構成としても良い。
この構成によれば、帰還信号の電圧が、入力信号の電圧から第1電圧を減じた電圧以上であって、かつ、入力信号の電圧に第2電圧を加えた電圧未満であれば、第1トランジスターおよび第2トランジスターはいずれもオフすることになる。
また、本発明は、液体吐出装置に限られず、種々の態様で実現することが可能であり、例えば当該圧電素子のような容量性負荷を駆動する駆動回路や、液体吐出装置におけるヘッドユニットなどとしても概念することが可能である。
この印刷装置1は、液体としてのインクを吐出することによって、紙などの媒体Pにインクドット群を形成し、これにより、画像(文字、図形等を含む)を印刷する液体吐出装置の一種である。
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。
なお、キャリッジ20には、フレキシブルフラットケーブル190を介してメイン基板(この図では省略)から駆動信号を含む各種の制御信号等が供給される構成となっている。
なお、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。
この図に示されるように、1個のヘッドユニット3では、複数のノズルNが、2列で配列する。ここで、説明の便宜上、この2列をそれぞれノズル列Na、Nbとする。
このようにノズルNを、ノズル列Na、Nbの2列で、Y方向にピッチP1の半分だけシフトして配置させることにより、Y方向の解像度を、1列の場合と比較して実質的に倍に高めることができる。
なお、1個のヘッドユニット3におけるノズルNの個数を便宜的にm(mは2以上の整数)とする。
図3に示されるように、アクチュエーター基板40は、流路基板42のうち、Z方向の負側の面上に圧力室基板44と振動板46とが設けられる一方、Z方向の正側の面上にノズル板41が設置された構造体である。
アクチュエーター基板40の各要素は、概略的にはY方向に長尺な略平板状の部材であり、例えば接着剤を利用して互いに固定される。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。
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。
また、この例では、圧電体74に対し、共通の駆動電極72を下層とし、個別の駆動電極76を上層としたが、逆に駆動電極72を上層とし、駆動電極76を下層とする構成としても良い。
アクチュエーター基板40については、駆動ICを直接実装した構成でも良い。
このため、圧電素子Pztは、駆動電極72、76に印加された電圧に応じて、上または下方向に変位する。詳細には、駆動電極76を介して印加される駆動信号の電圧Voutが低くなると、圧電素子Pztにおける中央部分が両端部分に対して上方向に撓む一方、当該電圧Voutが高くなると、下方向に撓む構成となっている。
ここで、上方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が拡大(圧力が減少)するので、インクが液体貯留室Srから引き込まれる一方、下方向に撓めば、キャビティ442の内部容積が縮小(圧力が増加)するので、縮小の程度によっては、インク滴がノズルNから吐出される。このように、圧電素子Pztに適切な駆動信号が印加されると、当該圧電素子Pztの変位によって、インクがノズルNから吐出される。このため、少なくとも圧電素子Pzt、キャビティ442、ノズルNによってインクを吐出する吐出部が構成されることになる。
この図に示されるように、印刷装置1は、メイン基板100にヘッドユニット3が接続された構成となっている。ヘッドユニット3は、アクチュエーター基板40と、駆動IC50とに大別される。
メイン基板100は、駆動IC50に、制御信号Ctrや、駆動信号COM−A、COM−Bを供給し、アクチュエーター基板40に、電圧VBS(オフセット電圧)の保持信号を、配線550を介して供給する。
なお、印刷装置1では、4個のヘッドユニット3が設けられ、メイン基板100が、4個のヘッドユニット3をそれぞれ独立に制御する。4個のヘッドユニット3では、吐出するインクの色以外において異なることがないので、以下においては便宜的に1個のヘッドユニット3について代表して説明することにする。
このうち、制御部110は、CPUや、RAM、ROMなどを有する一種のマイクロコンピューターであり、印刷対象となる画像データがホストコンピューター等から供給されたときに、所定のプログラムを実行することによって、各部を制御するための各種の制御信号等を出力する。
なお、駆動信号COM−A、COM−B(および増幅前の信号Ain、Bin)については、それぞれ後述するように台形波形である。
なお、駆動回路120a、120bについては、入力する信号、および、出力する駆動信号の波形がそれぞれ異なるのみであり、回路的な構成は同一である。
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、このための構成については既知であるので省略する。
各選択部520は、選択制御部510による指示にしたがって、駆動信号COM−A、COM−Bのいずれかを選択し(または、いずれも選択せずに)、電圧Voutの駆動信号として、対応する圧電素子Pztの一端に印加する。
アクチュエーター基板40には、上述したようにノズルN毎に圧電素子Pztが1個ずつ設けられる。圧電素子Pztの各々における他端は共通接続されて、当該他端には配線550を介してオフセット電圧生成回路130による電圧VBSが印加される。
そこで先に、駆動信号COM−A、COM−Bについて説明し、この後、駆動信号COM−A、COM−Bを選択するための選択制御部510および選択部520の詳細な構成について説明する。
図に示されるように、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。
なお、駆動回路120a(120b)は、上述したように信号Ain(Bin)の電圧を10倍に増幅して出力するので、入力である信号Ain(Bin)は、後述する誤差を伴うものの、駆動信号COM−A(COM−B)の電圧をそのまま1/10とした波形である。
この図に示されるように、選択制御部510には、クロック信号Sck、印刷データSI、制御信号LAT、CHが供給される。選択制御部510では、シフトレジスタ(S/R)512とラッチ回路514とデコーダー516との組が、圧電素子Pzt(ノズルN)のそれぞれに対応して設けられている。
印刷データSIは、クロック信号Sckに同期してノズルN(圧電素子Pzt)毎に、媒体Pの搬送に合わせて供給される。当該印刷データSIを、ノズルNに対応して2ビット分、一旦保持するための構成がシフトレジスタ512である。
詳細には、m個の圧電素子Pzt(ノズル)の各々に対応した計m段のシフトレジスタ512が縦続接続されるとともに、図において左端に位置する1段のシフトレジスタ512に供給された印刷データSIが、クロック信号Sckにしたがって順次後段(下流側)に転送される構成となっている。
なお、図では、シフトレジスタ512を区別するために、印刷データSIが供給される上流側から順番に1段、2段、…、m段と表記している。
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。
この図において、ラッチされた2ビットの印刷データSIについては(MSB、LSB)と表記している。デコーダー516は、例えばラッチされた印刷データSIが(0、1)であれば、選択信号Sa、Sbの論理レベルを、期間T1ではそれぞれH、Lレベルで、期間T2ではそれぞれL、Hレベルで、出力するということを意味している。
なお、選択信号Sa、Sbの論理レベルについては、クロック信号Sck、印刷データSI、制御信号LAT、CHの論理レベルよりも、レベルシフター(図示省略)によって、高振幅論理にレベルシフトされる。
この図に示されるように、選択部520は、インバーター(NOT回路)522a、522bと、トランスファーゲート524a、524bとを有する。
デコーダー516からの選択信号Saは、トランスファーゲート524aにおいて丸印が付されていない正制御端に供給される一方で、インバーター522aによって論理反転されて、トランスファーゲート524aにおいて丸印が付された負制御端に供給される。同様に、選択信号Sbは、トランスファーゲート524bの正制御端に供給される一方で、インバーター522bによって論理反転されて、トランスファーゲート524bの負制御端に供給される。
トランスファーゲート524aの入力端には、駆動信号COM−Aが供給され、トランスファーゲート524bの入力端には、駆動信号COM−Bが供給される。トランスファーゲート524a、524bの出力端同士は、共通接続されるとともに、対応する圧電素子Pztの一端に接続される。
トランスファーゲート524aは、選択信号SaがHレベルであれば、入力端および出力端の間を導通(オン)させ、選択信号SaがLレベルであれば、入力端と出力端との間を非導通(オフ)させる。トランスファーゲート524bについても同様に選択信号Sbに応じて、入力端および出力端の間をオンオフさせる。
ここで、制御信号LATが立ち上がると、ラッチ回路514のそれぞれは、シフトレジスタ512に保持された印刷データSIを一斉にラッチする。図5において、L1、L2、…、Lm内の数字は、1段、2段、…、m段のシフトレジスタ512に対応するラッチ回路514によってラッチされた印刷データSIを示している。
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。
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。
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。
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。
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。
なお、図5に示した駆動信号COM−A、COM−Bはあくまでも一例である。実際には、媒体Pの性質や搬送速度などに応じて、予め用意された様々な波形の組み合わせが用いられる。
また、ここでは、圧電素子Pztが、電圧の下降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、電圧の下降に伴って下向に撓むことになる。このため、圧電素子Pztが、電圧の下降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。
この図に示されるように、駆動回路120aは、4つの基準電源Eと、基準電源211、212と、比較器221、222と、レベルシフター270a、270b、270c、270dと、セレクター280と、4つのトランジスター対と、抵抗素子R1、R2と、コンデンサーC0、C1、C2とを含む。
端子N3は、抵抗素子R1(第1抵抗)を介し、電圧Out1が出力される端子N2(出力ノード)に接続される一方、抵抗素子R2(第2抵抗)を介して電圧ゼロのグランドGndに接地されている。このため、端子N3の電圧Out2は、電圧Out1の電圧を、抵抗素子R1、R2の抵抗値で規定される比で降圧(分圧)した電圧となる。本実施形態において、降圧比は、駆動回路120aの電圧増幅率の逆数の1/10に設定される。換言すれば、電圧Out2は、電圧Out1の1/10という関係にある。
また、コンデンサーC1(第1コンデンサー)にあっては、一端が端子N3に接続され、他端がグランドGndに接地されている。このため、端子N2から端子N3をみたときに、抵抗素子R1とコンデンサーC1とによって積分回路が構成されることになる。コンデンサーC2(第2コンデンサー)にあっては、一端が端子N2に接続され、他端が端子N2に接続されている。このため、端子N2から端子N3をみたときに、抵抗素子R2とコンデンサーC2とによって微分回路が構成されることになる。
本例では、このような微分回路および積分回路を組み合わせた微積回路を構成することにより、端子N3には、端子Nの信号において積分回路を通過した信号と微分回路を通過した信号との合成信号が供給されることになる。
比較器222は、正入力端(+)の印加電圧と負入力端(−)の印加電圧との比較結果に応じた信号Gt2を第2制御信号として出力するものであり、詳細には、正入力端(+)に印加された電圧Out2が入力端(−)に印加された電圧(Vin+V2)以上であれば信号Gt2をHレベルで出力し、電圧Out2が電圧(Vin+V2)よりも低ければ信号Gt2をLレベルで出力する。
この図に示されるように、電圧Eを例えば10.5Vとしたとき、電圧VA、VB、VC、VDの各々は、それぞれ10.5V、21.0V、31.5V、42.0Vである。本実施形態では、電圧VA、VB、VC、VDで次のような電圧範囲が規定される。すなわち、電圧ゼロ以上電圧VA未満が第1範囲として規定され、電圧VA以上電圧VB未満が第2範囲として規定され、電圧VB以上電圧VC未満が第3範囲として規定され、電圧VC以上電圧VD未満が第4範囲として規定される。
詳細には、セレクター280は、データdA(dB)で規定される電圧Vinが0V以上1.05V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第1範囲に含まれる場合、選択信号SaのみをHレベルとし、他の選択信号Sb、Sc、SdをLレベルとする。また、セレクター280は、データdA(dB)で規定される電圧Vinが1.05V以上2.10V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第2範囲に含まれる場合、選択信号SbのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sc、SdをLレベルとする。同様に、セレクター280は、データdA(dB)で規定される電圧Vinが2.10V以上3.15V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第3範囲に含まれる場合、選択信号ScのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sb、SdをLレベルとし、当該電圧Vinが3.15V以上4.20V未満であると判別した場合、すなわち、電圧Vinを10倍で増幅したときの電圧が上記第4範囲に含まれる場合、選択信号SdのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sb、ScをLレベルとする。
同様に、レベルシフター270cは、選択信号ScがHレベルのときにイネーブルされて、信号Gt1のHレベルを例えば電圧VC(=31.5V)に、Lレベルを例えば電圧VB(=21.0V)にそれぞれレベルシフトして、トランジスター231cのゲート電極に供給し、信号Gt2のHレベルを電圧VCに、Lレベルを電圧VBにそれぞれレベルシフトして、トランジスター232cのゲート電極に供給する。
そして、レベルシフター270dは、選択信号SdがHレベルのときにイネーブルされて、信号Gt1のHレベルを例えば電圧VD(=42.0V)に、Lレベルを例えば電圧VC(=31.5V)にそれぞれレベルシフトして、トランジスター231dのゲート電極に供給し、信号Gt2のHレベルを電圧VDに、Lレベルを電圧VCにそれぞれレベルシフトして、トランジスター232dのゲート電極に供給する。
同様に、トランジスター231b(231c、231d)は、例えばPチャネル型の電界効果トランジスターであり、ソース端子には電圧VB(VC、VD)が印加され、ドレイン端子がダイオードd1を介して端子N2に接続され、トランジスター232b(232c、232d)は、例えばNチャネル型の電界効果トランジスターであり、ソース端子には電圧VA(VB、VC)が印加され、ドレイン端子がダイオードd2を介して端子N2に接続される。
この構成では、トランジスター231a、232aの電源電圧、トランジスター231b、232bの電源電圧、トランジスター231c、232cの電源電圧、および、トランジスター231d、232dの電源電圧は、それぞれ10.5Vとなる。
上述したように駆動信号COM−Aの印刷周期Taにおいて2つの同じ台形波形Adp1、Adp2が繰り返される波形となっているので、駆動信号COM−Aの電圧増幅前の信号Ainも同様な波形となっている。
ただし、信号Ainは、駆動信号COM−Aの電圧を1/10としたものである。このため、電圧VA、VB、VC、VDで規定される第1範囲から第4範囲までを、信号Ainの電圧範囲に換算する場合、電圧VA/10、VB/10、VC/10、VD/10で規定すれば良い。すなわち、電圧Vinが、0V以上電圧VA/10(=1.05V)未満が第1範囲に相当し、電圧VA/10以上電圧VB/10(=2.10V)未満が第2範囲に相当し、電圧VB/10以上電圧VC/10(=3.15V)未満が第3範囲に相当し、電圧VC/10以上電圧VD/10(=4.20V)未満が第4範囲に相当する。
次に、電圧Vinがタイミングt1からタイミングt2までの期間にわたって第2範囲となったとき、セレクター280は、選択信号SbのみをHレベルとし、他の選択信号Sa、Sc、SdをLレベルとするので、レベルシフター270bがイネーブルされ、他のレベルシフター270a、270c、270dがディセーブルされる。したがって、この場合、トランジスター231b、232bが電源電圧として電圧VB、VAを用いて駆動信号COM−Aを出力することになる。
電圧Vinがタイミングt2からタイミングt3までの期間にわたって第1範囲となったとき、セレクター280は、選択信号SaのみをHレベルとし、この結果、レベルシフター270aのみがイネーブルされるので、トランジスター231a、232aが電源電圧として電圧VA、グランドGndを用いて駆動信号COM−Aを出力することになる。
以降については簡単に説明すると、タイミングt3からタイミングt4までの期間では、レベルシフター270bのみがイネーブルされるので、トランジスター231b、232bが電源電圧として電圧VB、VAを用い、タイミングt4からタイミングt5までの期間では、レベルシフター270cのみがイネーブルされるので、トランジスター231c、232cが電源電圧として電圧VC、VBを用い、タイミングt5からタイミングt6までの期間では、レベルシフター270dのみがイネーブルされるので、トランジスター231d、232dが電源電圧として電圧VD、VCを用い、タイミングt6からは、レベルシフター270cのみがイネーブルされるので、トランジスター231c、232cが電源電圧として電圧VC、VBを用いて、それぞれ駆動信号COM−Aを出力することになる。
この動作について概略すれば、端子N3の電圧Out2が電圧(Vin−V1)よりも低ければ、信号Gt1がLレベルになってトランジスター231aがオンするので、当該電圧Out2(Out1)を高くする方向に制御される一方、電圧Out2が電圧(Vin+V2)以上であれば、信号Gt2がHレベルになってトランジスター232aがオンするので、当該電圧Out2(Out1)を低くする方向に制御される。
詳細について、図13および図14を参照して説明する。
上昇から平坦への変化(第1パターン)、
平坦から下降への変化(第2パターン)、
下降から平坦への変化(第3パターン)、
平坦から上昇への変化(第4パターン)、
である。なお、この4パターンは、必ずしもこの順番で電圧Vinが変化することを意味するのではない。
電圧Vinが上昇する場合に、電圧(Vin−V1)も当該電圧Vinにしたがって上昇する。このような電圧Vinの上昇に対し、電圧Out2が上昇する電圧(Vin−V1)よりも低くなったときに、信号Gt1がLレベルになってトランジスター231aがオンするので、当該電圧Out2が高くなるが、直ちに電圧(Vin−V1)以上となるので、信号Gt1がHレベルになってトランジスター231aがオフすることになる。電圧Vinの上昇時には、このような動作が繰り返されるので、電圧Out2は、理想的には図において破線で示されるように階段状に変化するはずである。ただし、端子N2から出力側をみた場合、駆動信号COM−Aを供給する配線抵抗やインダクタンス成分、コンデンサーC0、負荷である圧電素子Pztなどにより一種の積分回路が形成されるので、実際の電圧Out1の波形は、階段状の波形に対して鈍る。このため、電圧Out1を降圧した電圧Out2についても鈍る。
なお、電圧Vinの上昇が停止して平坦になったとき、電圧(Vin−V1)も平坦になるので、電圧Out1は、最後にトランジスター231aがオンからオフしたときの値に、負荷である容量性を有する圧電素子Pztや、コンデンサーC0等によって保持されるので、電圧Out2についても保持される。
電圧Vinが平坦から下降に転じる場合に、電圧(Vin+V2)も当該電圧Vinにしたがって下降する。このような電圧Vinの下降に対し、平坦に保持されていた電圧Out2が下降する電圧(Vin+V2)以上になれば、トランジスター232aがオンするので、当該電圧Out2が低くなるが、直ちに電圧(Vin+V2)よりも低くなるので、トランジスター232aがオフすることになる。電圧Vinの下降時には、このような動作が繰り返されるので、電圧Out2は、理想的には図において破線で示されるように階段状に変化するが、実際の電圧Out2の波形は、上記積分回路によって鈍る。
したがって、電圧Vinが第1範囲にあれば、電圧Out2は電圧Vinに追従するように制御されるので、結局のところ、電圧Out1は、電圧Vinに対して10倍となるように制御されることになる。
電圧Vinが第2範囲あれば、レベルシフター270bがイネーブルされるので、同様にして、電圧Out1は、トランジスター231b、232bによって電圧Vinに対して10倍となるように制御される。
電圧Vinが第3範囲あれば、レベルシフター270cがイネーブルされるので、トランジスター231c、232cによって、また、電圧Vinが第4範囲あれば、レベルシフター270dがイネーブルされるので、トランジスター231d、232dによって、それぞれ電圧Vinに対して10倍となるように制御される。
電圧Vinが第3範囲であれば、レベルシフター270cがイネーブルされるので、トランジスター231c、232cによって、当該電圧Vinに対して電圧Out1が10倍となるように制御される。タイミングt1において電圧Vinが第3範囲から第2範囲に移行したとき、レベルシフター270cがディセーブルになり、レベルシフター270bがイネーブルされるので、トランジスター231b、232bによって、当該電圧Vinに対して引き続き電圧Out1が10倍となるように制御される。
ここでは、電圧Vinが第3範囲から第2範囲へと移行する場合を例にとって説明したが、他の場合でも同様であり、例えば第2範囲から第1範囲への移行であれば、レベルシフター270bがディセーブルになり、レベルシフター270aがイネーブルされるので、トランジスター231a、232aによって、当該電圧Vinに対して引き続き電圧Out1が10倍となるように制御されることになる。
なお、ここでトランジスター231、232とは、トランジスター231a、232a、トランジスター231b、232b、トランジスター231c、232c、または、トランジスター231d、232dを特に電圧範囲を特定しない場合に一般化して説明するためのものである。
この図に示されるように、電圧(Out2−Vin)が、−V1よりも低くなれば、トランジスター231のみがオンし、電圧(Out2−Vin)がV2以上になれば、トランジスター232のみがオンする。
一方、電圧(Out2−Vin)が、−V1以上であって、かつ、V2未満であれば、トランジスター231、232がいずれもオフする。このため、第1範囲から第4電圧までにおいて電圧Out2(Out1)が変化しない領域(不感帯)が存在する。この不感帯のため、電圧Out2が電圧Vinに対して、マイナス方向では最大でV1、プラス方向では最大でV2の誤差を伴うことになり、端子N2の電圧Out1でみれば、電圧増幅率の10倍、すなわちマイナス方向では最大で10V1、プラス方向では最大で10V2の誤差を伴うことになる。
ただし、基準電源211による電圧V1および基準電源212による電圧V2の設定次第で当該誤差を小さくすることができる。具体的には、電圧V1、V2を例えば0.01V程度に設定すれば、40V程度で振幅する駆動信号COM−Aの波形において実用上問題ない程度の誤差に抑えることができる。
このため、本実施形態では、トランジスター対の各々に対応して比較ユニットが設けられる構成と比較して、比較器221、222の比較ユニットの1組で足りる。
さらに、入力信号の電圧が平坦の場合、トランジスター231a、231b、231c、231d、232a、232b、232c、232dがすべてオフするので、スイッチングにより電力が無駄に消費される、という問題も発生しない。
上述したように、比較器221、222の電源は低振幅の4V程度である。このため、比較器221、222を構成するトランジスター等の耐圧も低振幅の電源に合わせて低く設計される。一方、端子N2の電圧Out1は最高で40V程度であり高振幅である。したがって、耐圧の低い比較器221、222に、高振幅の電圧Out1を直接帰還することができないので、本実施形態では、電圧Out1を抵抗素子R1、R2で分圧し、当該分圧した電圧Out1を比較器221、222に帰還する構成となっている。
この微積回路における特性の具体例について説明する。
なお、図17において縦軸は、位相(度)であり、周波数が10MHz付近をピークにして位相が相対的に進んでいることを示している。したがって、微積回路では、トランジスター対がスイッチングする周波数帯にわたって位相が進むので、帰還経路における位相遅れが補償される。
図10における微積回路を、入力側を左側に、出力側を右側にそれぞれ書き改めると、図18に示される通りとなり、抵抗素子R1とコンデンサーC2との並列接続と、抵抗素子R2とコンデンサーC1との並列接続とで表現することができる。
また、端子N2には、異常発振防止用のコンデンサーC0が接続されるが、このコンデンサーC0は、端子N2からみたときに負荷になるので、無駄に電力が消費される原因の1つとなる。コンデンサーC0の容量を小さくすれば、無駄な消費電力を抑えることができるが、コンデンサーC1、C2が存在しない構成では、異常発振の可能性が高くなる。これに対して、本実施形態によれば、コンデンサーC1、C2を含む微積回路によって、異常発振を抑えた上でコンデンサーC0の容量を小さくすることができるので、低消費電力化を図ることが可能になる。
このように演算増幅器290を設けると、端子N2の電圧Out2が抵抗素子R1、R2を介したリークによって低下してしまうのを防止することができる。
また、これらのトランジスターについてはオンまたはオフするスイッチング素子として説明したが、本発明は、これに限られない。例えば、ゲート・ソース間の電圧に応じてドレイン電流(ソース・ドレイン間の抵抗)を変化させる構成としても良い。すなわち、信号Gt1(Gt2)によってトランジスター231(232)の動作が制御される構成であれば良い。
この例では、電圧VinをダイオードD1の順方向電圧だけ高位側にオフセットした電圧から、電圧VinをダイオードD2の順方向電圧だけ低位側にオフセットした電圧までを、抵抗分割することによって電圧(Vin−V1)、(Vin+V2)が得ることができる。
すなわち、比較器221は、
Out2≧Vin−V1、または、
Out2<Vin−V1、
を判別する構成であった。
ここで、上記不等式は、
Out2+V1≧Vin、または、
Out2+V1<Vin、
に変形できるので、比較器221は、電圧(Out2+V1)が電圧Vin以上であるか、または、未満であるかを判別しても良い。
また、ここでの不等式は、例えば
Out+V1/2≧Vin−V1/2、または、
Out+V1/2<Vin−V1/2、
にも変形できる。
このため、比較器221は、電圧(Out2+V1/2)が電圧(Vin−V1/2)以上であるか、未満であるかを判別しても良い。
要は、比較器221は、入力信号である電圧Vinまたは出力の駆動信号に基づく電圧Out2のうち、少なくとも一方をレベルシフトして、一方に対して他方を相対的に電圧V1だけオフセットした電圧同士を比較する構成であれば良い。
Out2≧Vin+V2、または、
Out2<Vin+V2、
を判別する構成であった。
ここで、上記不等式は、
Out2−V2≧Vin、または、
Out2−V2<Vin、
に変形できるので、比較器222は、電圧(Out2−V2)が電圧Vin以上であるか、または、未満であるかを判別しても良い。
また、ここでの不等式は、例えば
Out2−V2/2≧Vin+V2/2、または、
Out2−V2/2<Vin+V2/2、
にも変形できる。
このため、比較器222は、電圧(Out2−V2/2)が電圧(Vin+V2/2)以上であるか、未満であるかを判別しても良い。
要は、比較器222は、入力信号である電圧Vinまたは出力の駆動信号に基づく電圧Out2のうち、少なくとも一方をレベルシフトして、一方に対して他方を相対的に電圧V2だけオフセットした電圧同士を比較する構成であれば良い。
このため、電圧Vinに応じて(入力信号に応じて)とは、データdA(dB)にしたがって、当該データdA(dB)をアナログ変換した信号にしたがって、それぞれ判別して(トランジスター対を選択する)と同義である。
また、データdA(dB)、当該データdA(dB)をアナログ変換した信号Ain(Bin)の2つの信号を重み付けして、組み合わせて判別しても良い。
また、実施形態では、電圧VA、VB、VC、VDについて、電圧Eを出力する基準電源の4段直列接続(図11参照)によって出力する構成としたので、各電圧セットにおける高位側電圧と低位側電圧との差を電圧E(=10.5V)で揃えたが、不揃いとした構成であっても良い。
Claims (10)
- 駆動信号の印加により変位する圧電素子を含み、当該圧電素子の変位により液体を吐出する吐出部と、
第1比較部と第2比較部とを含み、入力信号と前記駆動信号に基づく帰還信号とが入力され、第1制御信号と第2制御信号とを出力する比較ユニットと、
前記第1制御信号をレベルシフトした第1信号に基づいて制御される第1トランジスターと前記第2制御信号をレベルシフトした第2信号に基づいて制御される第2トランジスターとからなり、前記第1トランジスターと前記第2トランジスターとの接続点から前記駆動信号を出力するトランジスター対と、
前記接続点に一端が接続された出力コンデンサーと、
前記帰還信号の電圧を降圧させるとともに、所定の周波数帯にわたって位相を進ませて前記帰還信号として出力する微積回路と、
を備え、
前記第1比較部は、第1比較信号と第2比較信号とを比較して、前記第1制御信号を出力し、
前記第1比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の一方をオフセットした信号であり、
前記第2比較部は、第3比較信号と第4比較信号とを比較して、前記第2制御信号を出力し、
前記第3比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の一方をオフセットした信号である、
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 前記微積回路は、
第1抵抗、第2抵抗、第1コンデンサーおよび第2コンデンサーを含み、
前記第1抵抗および前記第2コンデンサーは、前記駆動信号の出力ノードと前記比較ユニットへの前記帰還信号の入力ノードとの間で電気的に並列に接続され、
前記第2抵抗および前記第1コンデンサーは、前記入力ノードと所定の電位の給電線との間で電気的に並列に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記第1抵抗は、前記第2抵抗よりも大きい抵抗値である、
ことを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。 - 前記出力ノードと前記第1抵抗との間にバッファアンプを有し、
前記バッファアンプは、前記出力ノードの電圧に所定の係数を乗算して前記第1抵抗に供給する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の液体吐出装置。 - 前記第2比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の他方を、ゼロを含む電圧でオフセットした信号であり、
前記第4比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の他方を、ゼロを含む電圧でオフセットした信号である、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の液体吐出装置。 - 前記第1トランジスターおよび前記第2トランジスターは、それぞれ電界効果トランジスターである
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の液体吐出装置。 - 前記入力信号を第1電圧だけ低くする、または、前記帰還信号を前記第1電圧だけ高く
する第1オフセット部と、
前記入力信号を第2電圧だけ高くする、または、前記帰還信号を前記第2電圧だけ低くする第2オフセット部と、
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。 - 前帰還信号の電圧が、前記入力信号の電圧から前記第1電圧を減じた電圧よりも低ければ、前記第1信号は、前記第1トランジスターをオンさせる信号となり、
前記帰還信号の電圧が、前記入力信号の電圧に前記第2電圧を加えた電圧以上であれば、前記第2信号は、前記第2トランジスターをオンさせる信号となる
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。 - 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、
第1比較部と第2比較部とを含み、入力信号と前記駆動信号に基づく帰還信号とが入力され、第1制御信号と第2制御信号とを出力する比較ユニットと、
前記第1制御信号をレベルシフトした第1信号に基づいて制御される第1トランジスターと前記第2制御信号をレベルシフトした第2信号に基づいて制御される第2トランジスターとからなり、前記第1トランジスターと前記第2トランジスターとの接続点から前記駆動信号を出力するトランジスター対と、
前記接続点に一端が接続された出力コンデンサーと、
前記第1制御信号に基づいて制御される第1トランジスターと前記第2制御信号に基づいて制御される第2トランジスターとからなり、前記第1トランジスターと前記第2トランジスターとの接続点から前記駆動信号を出力するトランジスター対と、
前記接続点に一端が接続された出力コンデンサーと、
前記帰還信号の電圧を降圧させるとともに、所定の周波数帯にわたって位相を進ませて前記帰還信号として出力する微積回路と、
を備え、
前記第1比較部は、第1比較信号と第2比較信号とを比較して、前記第1制御信号を出力し、
前記第1比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の一方をオフセットした信号であり、
前記第2比較部は、第3比較信号と第4比較信号とを比較して、前記第2制御信号を出力し、
前記第3比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の一方をオフセットした信号である、
ことを特徴とする駆動回路。 - 駆動回路による駆動信号の印加により変位する圧電素子を含み、当該圧電素子の変位により液体をそれぞれ吐出する吐出部を含むヘッドユニットであって、
前記駆動回路は、
第1比較部と第2比較部とを含み、入力信号と前記駆動信号に基づく帰還信号とが入力され、第1制御信号と第2制御信号とを出力する比較ユニットと、
前記第1制御信号をレベルシフトした第1信号に基づいて制御される第1トランジスターと前記第2制御信号をレベルシフトした第2信号に基づいて制御される第2トランジスターとからなり、前記第1トランジスターと前記第2トランジスターとの接続点から前記駆動信号を出力するトランジスター対と、
前記接続点に一端が接続された出力コンデンサーと、
前記帰還信号の電圧を降圧させるとともに、所定の周波数帯にわたって位相を進ませて前記帰還信号として出力する微積回路と、
を備え、
前記第1比較部は、第1比較信号と第2比較信号とを比較して、前記第1制御信号を出力し、
前記第1比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の一方をオフセットした信号であり、
前記第2比較部は、第3比較信号と第4比較信号とを比較して、前記第2制御信号を出
力し、
前記第3比較信号は、前記入力信号または前記帰還信号の一方をオフセットした信号である、
ことを特徴とするヘッドユニット。
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