JP6753246B2 - 液体吐出装置および駆動回路 - 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、良好な波形再現性を有する液体吐出装置および駆動回路を提供することにある。
上記一態様に係る液体吐出装置によれば、駆動信号のうち、電圧が変化する部分については、増幅回路による元駆動信号を増幅したものが用いられ、一定となる部分については、当該一定となる第1電圧を印加したものが用いられるので、変化から一定に遷移する際の誤差や、一定部分でのリプルの発生を抑えることができる結果、波形再現性を向上することができる。
上記構成において、前記定電圧出力回路は、前記第1電圧および前記第2電圧のうち、少なくとも一方を可変で出力しても良い。
上記構成において、前記セレクターは、前記第1の場合、前記ローサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ローサイドトランジスターのゲート端子に供給し、前記第2の場合、前記ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ハイサイドトランジスターのゲート端子に供給しても良い。
上記構成において、前記セレクターは、少なくとも前記第1期間にわたって、前記ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ハイサイドトランジスターのゲート端子に供給するとともに、前記ローサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ローサイドトランジスターのゲート端子に供給しても良い。
上記別の態様に係る液体吐出装置によれば、波形再現性を向上することができるほか、構成の簡素化を図ることがき、さらに、第1駆動回路および第2駆動回路での第1電圧のばらつきを抑えることができる。
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などとしても概念することが可能である。
この図に示される印刷装置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。
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およびNbとする。
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。
なお、本説明において、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、回路基板がアクチュエーター基板に例えばFPC(Flexible Printed Circuits)を介して接続される。
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。
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。
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。
この図に示されるように、印刷装置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。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とに大別される。
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。
ここで、データdAは、駆動信号COM−Aの波形を時系列で規定する。信号群Oaは、データdAで規定される駆動信号COM−Aの波形の電圧変化に応じた論理レベルとなる複数信号の集合体であり、詳細については後述する。
データdBは、駆動信号COM−Bの波形を時系列で規定する。信号群Obは、データdBで規定される駆動信号COM−Aの波形の電圧変化に応じた論理レベルとなる複数信号の集合体であり、詳細については後述する。
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。
第1駆動回路120aは、詳細については後述するが、データdAをアナログに変換し、当該変換した信号を、信号群Oaを用い駆動能力を高めて(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。
同様に、第2駆動回路120bは、データdBをアナログに変換し、当該変換した信号を、信号群Obを用い駆動能力を高めて(低インピーダンスに変換し)駆動信号COM−Bとして出力する。
なお、駆動信号COM−AおよびCOM−Bについては、それぞれ後述するように台形波形である。
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。
なお、ヘッドユニット3は、アクチュエーター基板40に、回路基板50が接続されるとともに、当該回路基板50に、第1駆動回路120a、第2駆動回路120b、選択制御部510、および複数の選択部520を構成する素子が、それぞれ実装される。
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。
駆動信号COM−Aには、一定となる電圧が上記Vcenを含めて3値ある。この3値を高位順に、Vmax、Vcen、Vminと表記している。なお、電圧Vmaxおよび電圧Vminは、いずれも台形波形Adp1およびAdp2の各々において存在する。
駆動信号COM−Bには、一定となる電圧が上記Vcenを含めて4値ある。この4値を高位順に、V1、Vcen、V2、V3と表記している。なお、電圧V1および電圧V3は、いずれも台形波形Bdp2において存在し、電圧V2は、台形波形Bdp1、Bdp2の双方に存在する。
このため、制御110は、駆動信号COM−Aおよび駆動信号COM−Bの台形波形については、それぞれ制御部110によって規定されることになる。
すなわち、制御部110は、信号群Oaとして、信号O1a、ODa、O2a、およびOCaを出力し、このうち、信号O1aについては、駆動信号COM−Aが電圧Vmaxで一定となる期間P4においてHレベルとし、それ以外の期間においてLレベルとして出力し、信号ODaについては、駆動信号COM−Aが電圧Vcenで一定となる期間P3、P4、P5、およびP6においてHレベルとし、それ以外の期間においてLレベルとして出力し、信号O2aについては、駆動信号COM−Aが電圧Vminで一定となる期間P2においてHレベルとし、それ以外の期間においてLレベルとして出力する。なお、信号OCa、および期間P1からP6までの詳細については後述する。
すなわち、制御部110は、信号群Obとして、信号O1b、ODb、O2b、O3ba、およびOCbを出力し、このうち、信号O1bについては、駆動信号COM−Bが電圧V1で一定となる期間においてHレベルとし、それ以外の期間においてLレベルとして出力し、信号ODbについては、駆動信号COM−Bが電圧Vcenで一定となる期間においてHレベルとし、それ以外の期間においてLレベルとして出力し、信号O2bについては、駆動信号COM−Bが電圧V2で一定となる期間においてHレベルとし、それ以外の期間においてLレベルとして出力し、信号O3bについては、駆動信号COM−Bが電圧V3で一定となる期間においてHレベルとし、それ以外の期間においてLレベルとして出力する。なお、信号ODbについては後述する。
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、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。
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。
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。
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。
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。
このうち、DAC122aは、デジタルのデータdAをアナログ信号に変換し、電圧増幅器124aは、当該アナログ信号の電圧を例えば10倍に増幅して信号Ainとして出力する。増幅回路200aは、入力端に入力された信号Ainを、少なくとも当該信号Ainの電圧変化期間において低インピーダンスに変換して、出力端から出力する。
なお、増幅回路200bの詳細については後述する。
スイッチSw1aは、信号O1aがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフする。同様に、スイッチSwDaは、信号ODaがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフし、スイッチSw3aは、信号O2aがHレベルのときにオンし、Lレベルのときにオフする。
なお、電圧源E1a、EDa、およびE2aと、スイッチSw1a、SwDa、およびSw2aとが、定電圧出力回路(または第1定電圧出力回路)として機能する。
このうち、DAC122bは、デジタルのデータdBをアナログ信号に変換し、電圧増幅器124bは、当該アナログ信号の電圧を例えば10倍に増幅して信号Binとして出力する。増幅回路200bは、入力端に入力された信号Binを、少なくとも当該信号Binの電圧変化期間において低インピーダンスに変換して、出力端から出力する。
なお、増幅回路200bの詳細については後述する。
なお、第1駆動回路120aにおける電圧源E2aによる電圧Vcenが、スイッチSwDbの一端に印加される。
なお、電圧源E1b、(EDa)、E2b、およびE3bと、スイッチSw1b、SwDb、Sw2b、およびSw3bとが、第2定電圧出力回路として機能する。
この図に示されるように、増幅回路(その1)は、差動増幅器221と、セレクター223と、トランジスター対と、コンデンサーC0とを含む。
ただし、差動増幅器221の出力信号は、本実施形態ではトランジスター対をスイッチングさせるために用いられるので、Hレベル(電圧VD)およびLレベル(グランドGnd)の2値的な論理信号である。すなわち、差動増幅器221は、コンパレーターとして機能する。
また、駆動信号を降圧して帰還する一方、元駆動信号を電圧増幅して駆動信号として出力する場合もあるので、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。
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。
また、信号OCaは、駆動信号COM−Aの電圧が上昇する期間にわたってLレベルとし、それ以外の期間にわたってHレベルとなる。この信号OEaが制御部110から供給される点については上述した通りである。
なお、図13では、増幅回路200aに信号OEaおよびOCaが供給される点が示されているが、図11では、便宜的にその点が省略されている。
一方、セレクター223は、駆動信号COM−Aの電圧下降期間である第2の場合であれば、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の出力信号を供給する。
なお、セレクター223は、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231および232のドレイン端子同士は、互いに接続されて、第1駆動回路120aの出力端であるノードN1となっている。
コンデンサーC0は、異常発振の防止等のために設けられ、一端がノードN1に接続され、他端が一定電位の、例えばグランドGndに接地されている。
ここで、信号OEbは、駆動信号COM−Bの電圧が変化する期間にわたってLレベルとなり、それ以外の駆動信号COM−Bの電圧が一定となる期間にわたってHレベルとなる。この信号OEaについては、制御部110から供給される構成としても良いし、上述した信号O1b、ODb、O2bおよびO3bの論理和を論理回路(図示省略)により求めて用いる構成としても良い。
また、信号OCbは、駆動信号COM−Bの電圧が上昇する期間にわたってLレベルとし、それ以外の期間にわたってHレベルとなる。この信号OCaが制御部110から供給される点については上述した通りである。
ここでは、増幅回路200bに信号OEbおよびOCbが供給されると説明したが、図12では、信号OEbおよびOCbの供給について便宜的に省略されている。
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14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。
また、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、図13において、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の電圧がノードN1の電圧よりも先んじて低下する。逆にいえば、ノードN1の電圧は、信号Ainの電圧以上となる。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、ノードN1の電圧が低下する。なお、ノードN1の電圧は、コンデンサーC0、および、負荷である圧電素子Pztの容量性によって、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。
トランジスター232がオフすると、ノードN1の電圧の低下が中断するが、信号Ainの電圧低下が継続しているので、再びノードN1の電圧が信号Ainの電圧以上となる。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、ノードN1の電圧が信号Ainの電圧低下に追従するように制御されることになる。
一方、期間P2では、信号O2aがHレベルとなるので(図5参照)、スイッチSw2aがオンする。このため、ノードN1は電圧Vminとなる。
また、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、まず信号Ainの電圧がノードN1の電圧よりも先んじて上昇する。逆にいえば、ノードN1の電圧は、信号Ainの電圧よりも低くなる。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、ノードN1の電圧が上昇する。なお、ノードN1の電圧は、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VDに上昇することはなく、緩慢に上昇する。
ノードN1の電圧が信号Ainの電圧以上になると、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N1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、ノードN1の電圧の上昇は停止するが、信号Ainの電圧上昇が継続しているので、再びノードN1の電圧が信号Ainの電圧よりも低くなる。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、ノードN1の電圧が信号Ainの電圧の上昇に追従するように制御されることになる。
一方、期間P4では、信号O1aがHレベルとなるので(図5参照)、スイッチSw1aがオンする。このため、ノードN1は電圧Vmaxとなる。
一方、期間P6では、信号ODaがHレベルとなるので(図5参照)、スイッチSwDaがオンする。このため、ノードN1は電圧Vcenとなる。
すなわち、信号Ainの電圧が低下する期間P1およびP5では、増幅回路200aにおけるトランジスター232のスイッチング動作により、それぞれノードN1の電圧が信号Ainの電圧低下に追従するように制御される。
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、ノードN1の電圧が信号Ainの電圧上昇に追従するように制御される。
また、信号Ainの電圧が一定となる期間P2、P4、またはP6においては、トランジスター231、232ではなく、電圧源E1a、EDa、またはE2aのいずれかの印加によりノードN1の電圧が決定される。
詳細には、ノードN1は、期間P2においては、スイッチSw2aのオンによって電圧源E2aの電圧Vminとなり、期間P4においては、スイッチSw1aのオンによって電圧源E1aの電圧Vmaxとなり、期間P6においては、スイッチSwDaのオンによって電圧源EDaの電圧Vcenとなる。
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、第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bの各々では、そのようなLPFが不要である。
このため、第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bの各々によれば、それぞれ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。
一方、第1駆動回路120aにおいて、信号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Sw1a、SwDa、またはSw2aのいずれかのオンにより、当該オンしたスイッチに対応する電圧源の電圧がノードN1に印加される。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N1は、いずれかの電圧源の電圧にて安定する。
これに対して、本実施形態では、トランジスター231または232のスイッチング動作が停止した直後において、当該スイッチSw1a、SwDa、またはSw2aのいずれかがオンして、当該オンしたスイッチに対応する電圧源の電圧がノードN1に印加されるので、上述したような乖離を防止して、波形再現性を向上させることできる。
第2駆動回路120bにおいても同様に、 波形再現性を向上させることできる。
ここで、信号Ainを増幅回路200aだけで増幅し、信号Binを増幅回路200bだけで増幅する構成において、増幅回路200aおよび200bの特性に差が生じていると、例えば期間T1から期間T2にかけて、駆動信号COM−AおよびCOM−Bの一方から他方に切り替えたときに、圧電素子Pztの一端に印加される電圧が変化することになるので、インクの誤吐出などの印刷品位の低下を招くことになる。
これに対して、本実施形態における第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bが出力する電圧Vcenは、共用されている電圧源EDaの出力電圧であるから、駆動信号COM−AおよびCOM−Bの一方から他方に切り替えたときに差が生じることはない。
このため、第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bによれば、電圧源EDaの共用による構成の簡素化とともに、インクの誤吐出などの印刷品位の低下を抑えることができる。
この図に示される第1駆動回路が図11と相違する点は、電圧源E1aの出力である電圧Vmax、電圧源EDaの出力である電圧Vcen、および電圧源E2aの出力である電圧Vminをそれぞれ可変となっている点にある。第1駆動回路120aについて、各電圧源の出力電圧を可変とする理由は、次の通りである。
すなわち、経年劣化や周辺環境などに起因して電圧源の出力電圧が変動するのを補償するため、および、圧電素子Pztの特性に合わせて駆動信号COM−Aの電圧振幅を設定可能とするためである。
圧電素子Pztの特性に合わせて駆動信号COM−Aの電圧振幅を設定する理由について以下に説明する。
まず、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、効率が高い結果、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、効率が悪い結果、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までの範囲をいう。
圧電素子Pztの特性に合わせて駆動信号COM−Aの電圧振幅を設定するために、制御部110は、例えばオリジナルのデータdA(の各離散値)に所定係数を乗じて出力する。一方、駆動信号COM−Aの電圧振幅を設定するために、第1駆動回路120aでは、
設定される電圧振幅において、一定値となる3電圧に合致するように、電圧源E1aの出力である電圧Vmax、電圧源EDaの出力である電圧Vcen、および電圧源E2aの出力である電圧Vminを、それぞれ変更する必要があるためである。
具体的には、第1駆動回路120aでいえば、電圧増幅器124aを無くして、DAC122aの出力信号を直接、増幅回路200aに供給するとともに、増幅回路200aでは、ノードN1の電圧を例えば1/10に降圧して、差動増幅器221が、当該降圧電圧と、DAC122の出力信号との差電圧を出力する構成とすれば良い。
そこで次に、第1駆動回路120a(第2駆動回路120b)に適用可能な増幅回路200a(200b)の他の例について説明する。
この図に示されるように、増幅回路(その2)は、図13に示した増幅回路(その1)における電圧増幅器221およびセレクター223の代わりに、比較器241および242を有する構成となっている。
増幅回路(その2)において、信号Ainは、比較器241の負入力端(−)および比較器242の負入力端(−)の各々に供給される。また、ノードN1は、トランジスター231のドレイン端子、トランジスター232のドレイン端子とともに、比較器241の正入力端(+)および比較器242の正入力端(+)に接続される。
なお、コンデンサーC0の一端がノードN1に接続され、コンデンサーC0の他端がグランドGndnに接地されているのは、増幅回路(その1)と同様である。
詳細には、信号Ainの電圧をVinと表記し、ノードN1の電圧をOutと表記した場合、比較器241は、電圧Outが電圧(Vin−V1)以上であれば信号Gt1をHレベルで出力し、電圧Outが電圧(Vin−V1)よりも低ければ信号Gt1をLレベルで出力する。なお、電圧V1は、比較器241に設定されるオフセット量である。
比較器242は、電圧Outが電圧(Vin+V2)以上であれば信号Gt2をHレベルで出力し、電圧Out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。なお、電圧V2は、比較器242に設定されるオフセット量である。
また、ノードN1の電圧Outが電圧(Vin−V1)以上であって、かつ、電圧(Vin+V2)よりも低ければ、すなわち、電圧Outが信号Ainの電圧Vinに対して下方向にV1だけシフトした電圧から、上方向にV2だけシフトした電圧までの範囲に収まっていれば、トランジスター231および232がともにオフする。
すなわち、増幅回路(その2)では、電圧Outが電圧Vinに対して、
Vin−V1≦Out<Vin+V2
となるように制御される。
なお、増幅回路(その2)をそれぞれ適用した第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bにおいても電圧Vcenを出力する電圧源EDaが共用される。また、増幅回路(その2)をそれぞれ適用した第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bにおいて、同様に、各電圧源の出力電圧を可変としても良い。
この図に示されるように、増幅回路(その3)は、図13に示した増幅回路(その1)における電圧増幅器221、セレクター223、およびコンデンサーC0の代わりに、変調回路251、ゲートドライバー252、インダクターL1、およびコンデンサーC1を有する構成となっている。
変調回路251は、信号Ainを、当該信号Ainの電圧に応じたパルス幅を有する変調信号(パルス幅変調信号)に変換する。例えば、変調回路251は、信号Ainの電圧と三角波信号の電圧とを比較することにより、上記変調信号を出力する。
なお、変調回路251は、パルス幅変調信号ではなくパルス密度変調信号を、すなわち信号Ainの電圧に応じた密度の変調信号を出力しても良い。また、変調回路251は、ノードN1の電圧を帰還して、パルス幅またはパルス密度を補正しても良い。
インダクターL1の一端は、トランジスター231および232のドレイン端子に接続され、インダクターL1の他端は、コンデンサーC1の一端およびノードN1に接続されている。コンデンサーC1の他端はグランドGndに接地されている。これにより、インダクターL1およびコンデンサーC1は、増幅変調信号を平滑化(復調)し、駆動信号COM−Aとして出力するローパスフィルターとして機能する。
なお、信号Ainの電圧が一定となる期間において、ローパスフィルターの出力点A13に現れるリップルが大きいと、当該出力点A13から電圧源に(または逆方向に)向かって流れる電流が無視できない場合がある。この場合、出力点A13とノードN1との間に、信号OEaがHレベルであればオフし、Lレベルであればオンするスイッチを設けても良い。
なお、増幅回路(その3)をそれぞれ適用した第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bにおいても電圧Vcenを出力する電圧源EDaが共用される。また、増幅回路(その2)をそれぞれ適用した第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bにおいて、同様に、各電圧源の出力電圧を可変としても良い。
ただし、第1駆動回路120aおよび第2駆動回路120bがメイン基板100に実装された構成では、大振幅の信号が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、第1駆動回路120aおよび第2駆動回路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。
Claims (8)
- 所定の出力端から出力されるとともに、第1期間にわたって第1電圧で一定となる駆動信号によって駆動される圧電素子を含み、当該圧電素子の駆動によって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、当該元駆動信号の電圧が変化する期間に増幅して、前記出力端に供給する増幅回路と、
前記第1期間の一部または全部にわたって前記第1電圧を前記出力端に印加する定電圧出力回路と、
を具備することを特徴とする液体吐出装置。 - 前記駆動信号は、前記第1期間とは異なる第2期間にわたって前記第1電圧とは異なる第2電圧で一定となり、
前記定電圧出力回路は、
前記第2期間の一部または全部にわたって前記第2電圧を前記出力端に印加する、
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記定電圧出力回路は、前記第1電圧および前記第2電圧のうち、少なくとも一方を可変で出力する
ことを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。 - 前記増幅回路は、
前記出力端と電源高位側電圧の給電点との間に接続されたハイサイドトランジスターと、
前記出力端と電源低位側電圧の給電点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と前記駆動信号に応じた電圧との差電圧を増幅した制御信号を出力する差動増幅器と、
前記元駆動信号の電圧変化が上昇方向である第1の場合、前記制御信号を選択して、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に供給し、
前記元駆動信号の電圧変化が低下方向である第2の場合、前記制御信号を選択して、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に供給するセレクターと、
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。 - 前記セレクターは、
前記第1の場合、前記ローサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ローサイドトランジスターのゲート端子に供給し、
前記第2の場合、前記ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ハイサイドトランジスターのゲート端子に供給する、
ことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。 - 前記セレクターは、
少なくとも前記第1期間にわたって、
前記ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ハイサイドトランジスターのゲート端子に供給するとともに、
前記ローサイドトランジスターをオフさせる信号を選択して、当該ローサイドトランジスターのゲート端子に供給する、
ことを特徴とする請求項4または5に記載の液体吐出装置。 - 第1出力端から出力されるととともに、第1期間にわたって第1電圧で一定となり、第2期間にわたって第2電圧で一定となる第1駆動信号を出力する第1駆動回路と、
第2出力端から出力されるととともに、前記第1期間の一部と重なる第3期間にわたって前記第1電圧で一定となる第2駆動信号を出力する第2駆動回路と、
前記第1駆動信号または前記第2駆動信号により液滴を吐出する吐出部と、
を有し、
前記第1駆動回路は、
前記第1駆動信号の元となる第1元駆動信号を、当該第1元駆動信号の電圧が変化する期間に増幅して、前記第1出力端に供給する第1増幅回路と、
前記第1期間の一部または全部にわたって前記第1電圧を前記出力端に印加し、前記第2期間の一部または全部にわたって前記第2電圧を前記第1出力端に印加する第1定電圧出力回路と、
を含み、
前記第2駆動回路は、
前記第2駆動信号の元となる第2元駆動信号を、当該第2元駆動信号の電圧が変化する期間に増幅して、前記第2出力端に供給する第2増幅回路と、
前記第3期間の一部または全部にわたって前記第1電圧を前記第2出力端に印加する第2定電圧出力回路と、
を含む、
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 所定の出力端から出力されるとともに、第1期間にわたって第1電圧で一定となる駆動信号によって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、当該元駆動信号の電圧が変化する期間に増幅して、前記出力端から出力する増幅回路と、
前記第1期間の一部または全部にわたって前記第1電圧を前記出力端に印加する定電圧出力回路と、
を具備することを特徴とする駆動回路。
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