JP6836120B2 - 液体吐出装置および駆動回路 - Google Patents
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Description
なお、ローパスフィルターでリップルを除去しようとすれば、当該ローパスフィルターの構成素子として、大容量のコンデンサーおよびL値の大きなインダクターが必要となり、装置構成が肥大化する、という別の問題を引き起こす。
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、良好な波形再現性を有する液体吐出装置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、ローパスフィルターが不要であるので、装置構成の肥大化を抑えることができる。また、元駆動信号の電圧変化が小さい場合に、電圧出力部が元駆動信号に応じた電圧を出力端に向けて出力するので、リップルは乗りにくい上にスパイクノイズ等の発生も抑えられ、また、元駆動信号に対する駆動信号の誤差も小さくすることができる。
なお、…「に向けて出力する」とは、…までの経路途中に別の中間要素が介在しても良い、という意味である。
を含む構成としても良い。
なお、接続とは、2以上の要素間の直接的および間接的な結合を意味し、当該2つ以上の要素間に、1または2以上の中間要素が存在することも含む。上述の例でいえば、ハイサイドトランジスターと出力端との間に、逆流防止用のダイオードが設けられても良い。
また、差動増幅器、ハイサイドトランジスター、ローサイドトランジスターおよび選択部を含む構成において、前記選択部は、前記第1の場合、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、前記第2の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、前記元駆動信号の電圧変化の大きさが前記閾値以下の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給するとともに、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給しても良い。
さらに、前記選択部は、前記元駆動信号の電圧変化が閾値以下であるか否かを示す指定信号に基づいて、前記ハイサイドトランジスターおよび前記ローサイドトランジスターをともにオフさせても良い。
また、指定信号を用いる場合、前記可変抵抗は、当該指定信号に基づいてオンまたはオフするスイッチであることが好ましい。
なお、液体吐出装置とは、液体を吐出するものであれば良く、これには後述する印刷装置のほかに、立体造形装置(いわゆる3Dプリンター)、捺染装置なども含まれる。
また、本発明は、液体吐出装置に限られず、種々の態様で実現することが可能であり、例えば当該圧電素子のような容量性負荷を駆動する駆動回路や、駆動方法、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。
この図に示される印刷装置(その1)は、液体の一例であるインクを吐出することによって、紙などの媒体Pにインクドット群を形成し、これにより、画像(文字や図形等などを含む)を印刷する液体吐出装置の一種である。
なお、印刷装置については、便宜的に符号を1で統一するが、後述するように、いくつかの態様が存在する。このため、区別するために印刷装置(その1)、印刷装置(その2)というように符号の代わりに括弧書を付与する場合がある。
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を規定するデジタルのデータである。信号OEaおよびOCaの各々は、それぞれデータ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信号であり、詳細については後述する。
同様に、データdBは、駆動信号COM−Bを規定するデジタルのデータである。信号OEbおよびOCbの各々は、それぞれ、データdBで規定される駆動信号COM−Bの波形の電圧変化に応じた論理レベルとなる信号であり、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。
なお、駆動信号COM−A、COM−B(アナログ変換後の信号ain、bin、インピーダンス変換前の信号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。
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。
このため、DAC113a(113b)により変換された信号ain(bin)の電圧を、電圧増幅器115a(115b)が増幅し、当該電圧増幅した信号Ain(Bin)を、駆動回路120a(120b)がインピーダンス変換して、駆動信号COM−A(COM−B)として出力し、ある1つの圧電素子Pztに対応する選択部520が、吐出すべきインクの量に応じて、駆動信号COM−A、COM−Bを選択して(または、選択しないで)、当該圧電素子Pzt)の一端に印加する構成となっている。
なお、ヘッドユニット3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、DAC113a、113b、電圧増幅器115a、115b、駆動回路120a、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。
これにより、駆動信号COM−Aの台形波形において電圧が一定となる期間では、信号OEaがHレベルとなり、電圧が変化する期間では、信号OEaがLレベルとなる。さらに、駆動信号COM−Aの電圧が変化する期間(すなわち信号OEaがLレベルとなる期間)のうち、電圧が低下する期間では信号OCaがHレベルとなり、電圧が上昇する期間では信号OCaがLレベルとなる。
これにより、駆動信号COM−Bの台形波形において電圧が一定となる期間では、信号OEbがHレベルとなり、電圧が変化する期間では、信号OEbがLレベルとなる。さらに、駆動信号COM−Bの電圧が変化する期間(すなわち信号OEbがLレベルとなる期間)のうち、電圧が低下する期間では信号OCbがHレベルとなり、電圧が上昇する期間では信号OCbがLレベルとなる。
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。
なお、駆動回路120a、120bには、いくつかの態様が存在するので、印刷装置と同様に区別するために、駆動回路(その1)、駆動回路(その2)というように符号の代わりに括弧書を付与する場合がある。
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。
また、後述するように、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。
トランジスター231および232のドレイン端子同士は、互いに接続されて、駆動回路120aの出力端であるノードN2となっている。すなわち、ノードN2から駆動信号COM−Aが出力される構成となっている。
なお、駆動回路120aの出力であるノードN2の電圧をOutと表記し、入力である信号Ainの電圧をVinと表記する。
スイッチ293は、可変抵抗の一例であり、リニア増幅器222の出力端とノードN2との間において信号OEaがHレベルであればオンし、信号OEaがLレベルであればオフする。
また、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N2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。
図12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。
期間P1では、信号Gt1がHレベルであるので、Pチャネル型のトランジスター231はオフする。
一方、当該期間P1では、まず信号Ainの電圧VinがノードN2の電圧Outよりも先んじて低下する。逆にいえば、電圧Outは、電圧Vin以上となる。このため、信号Gt2として選択される差動増幅器221の出力信号の電圧は、両者の差電圧に応じて高くなり、ほぼHレベルに振れる。信号Gt2がHレベルになると、トランジスター232がオンするので、電圧Outが低下する。なお、電圧Outは、コンデンサーC0、および、負荷である圧電素子Pztの容量性により、実際には、一気にグランドGndに低下することはなく、緩慢に低下する。
トランジスター232がオフすると、ノードN2の電圧Outの低下が中断するが、電圧Vinの低下が継続しているので、再び電圧Outが電圧Vin以上となる。このため、信号Gt2がHレベルとなって、トランジスター232が再びオンすることになる。
期間P1では、信号Gt2がHおよびLレベルで交互に切り替えられ、これにより、トランジスター232は、オンオフを繰り返す動作、すなわちスイッチング動作をすることになる。このスイッチング動作により、電圧Outが電圧Vinの低下に追従するように制御されることになる。
一方、信号OEaがHレベルとなるので、スイッチ293がオンする結果、ノードN2には、リニア増幅器222の出力信号、すなわち、信号Ainの電圧Vinを1倍に増幅した信号が供給される。このため、電圧Outは、電圧Vinとなる。
期間P3では、信号Gt2がLレベルであるので、Nチャネル型のトランジスター232はオフする。
一方、当該期間P3では、まず電圧Vinが電圧Outよりも先んじて上昇する。逆にいえば、電圧Outは、電圧Vinよりも低くなる。このため、信号Gt1として選択される差動増幅器221の出力信号の電圧は、両者の差電圧に応じて低くなり、ほぼLレベルに振れる。信号Gt1がLレベルになると、トランジスター231がオンするので、電圧Outが上昇する。なお、電圧Outは、コンデンサーC0および圧電素子Pztにより、実際には、一気に電圧VDに上昇することはなく、緩慢に上昇する。
電圧Outが電圧Vin以上になると、信号Gt2がHレベルになり、トランジスター231がオフする。なお、トランジスター231がオフしても、ノードN2の電圧は、コンデンサーC0および圧電素子Pztの容量性により保持されるので、不定にはならない。
トランジスター231がオフすると、電圧Outの上昇は停止するが、電圧Vinの上昇が継続しているので、再び電圧Outが電圧Vinよりも低くなる。このため、信号Gt1がLレベルとなって、トランジスター231が再びオンすることになる。
期間P3では、信号Gt1がHおよびLレベルで交互に切り替えられ、これにより、トランジスター231は、スイッチング動作をすることになる。このスイッチング動作により、電圧Outが電圧Vinの上昇に追従するように制御されることになる。
一方、信号OEaがHレベルとなるので、スイッチ293がオンする結果、ノードN2には、リニア増幅器222によって、信号Ainの電圧Vinを1倍に増幅した信号が供給される。このため、電圧Outは、電圧Vinとなる。
一方、信号OEaがHレベルとなるので、スイッチ293がオンする結果、ノードN2には、リニア増幅器222によって、信号Ainの電圧Vinを1倍に増幅した信号が供給される。このため、電圧Outは、電圧Vinに、すなわち期間P6では電圧Vcenになる。
すなわち、電圧Vinが低下する期間P1およびP5ではトランジスター232のスイッチング動作により、電圧Vinが上昇する期間P3ではトランジスター231のスイッチング動作により、それぞれ電圧Outが電圧Vinに追従するように制御される。
また、電圧Vinが一定となる期間P2、P4およびP6では、トランジスター231、232ではなく、リニア増幅器222により、信号Ainの電圧Vinが電圧増幅率1倍で増幅されて、電圧Outとして出力される。
一方、駆動信号COM−A(Ain)の電圧一定期間では、トランジスター231および232がともにオフするが、スイッチ293がオンしてリニア増幅器222がノードN2に信号Ainを電圧増幅率1倍で増幅し、電圧Outとして出力する。このため、トランジスター231および232がオフしても、ノードN2の電圧Outは電圧Vinで安定する。
特に、駆動信号COM−Aが電圧一定期間に転じたとき(詳細には、信号OEaがLレベルからHレベルに転じたとき)、上記スイッチング動作が停止して、トランジスター231および232がいずれもオフする。上記スイッチング動作が停止した直後において、なんら対策を施さないと、電圧Outが、電圧Vinに一致しないケースが発生する。
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、電圧Outが電圧Vinに一致しなくても、リニア増幅器222の出力信号によって直ちに電圧Vinに一致するように修正される。
また、駆動信号COM−Aの電圧Vout(信号Ainの電圧Vin)の変化が相対的に小さければ、具体的には、単位時間当たりの電圧変化が上記閾値以下であれば、信号OEaをHレベルとすれば良い。
なお、信号OEaがHレベルであれば、リニア増幅器222の出力信号が駆動信号COM−Aとなるので、当該リニア増幅器222には、駆動信号COM−A(信号Ain)が台形波形である場合と比較して、若干高い駆動能力が要求されることになる。
駆動回路(その1)では、駆動信号COM−Aを出力する駆動回路120aでいえば、信号OEaがHレベルである場合にスイッチ293がオンして、当該オンする期間においてのみリニア増幅器222の出力信号がノードN2に供給される構成であった。これに対して、駆動回路(その2)では、信号OEaの論理レベルにかかわらず、リニア増幅器222の出力信号がノードN2に常時供給される構成となっている。
なお、トランジスター231または232がスイッチング動作するとき、ノードN2とリニア増幅器222の出力端との電位差が発生するので、抵抗素子Rsが無ければ、ノードN2からリニア増幅器222の出力端に向かう方向に、または、リニア増幅器222の出力端からノードN2に向かう方向に、大電流が流れてしまう。これに対して、抵抗素子Rsを設けることによって、ノードN2とリニア増幅器230の出力端との間に流れる大電流が抑えられるので、当該リニア増幅器の破損が防止される。
例えば、当該別の回路は、当該データdA(dB)について、時間的に隣り合う離散値(データ)同士を比較した結果、当該離散値同士が互いに同じ場合、電圧一定期間であるので、信号OEaおよびOCa(OEbおよびOCb)をそれぞれHレベルで出力すれば良い。また、当該別の回路は、当該データdA(dB)について、時間的に隣り合う離散値同士を比較した結果、当該離散値同士が互い異なる場合であって、時間的に後の離散値が前の離散値よりも電圧変換したときに高い場合、電圧上昇期間であるので、信号OEaおよびOCa(OEbおよびOCb)をそれぞれLレベルで出力する一方、時間的に後の離散値が前の離散値よりも電圧変換したときに低い場合、電圧低下期間であるので、信号OEa(OEb)をLレベルで、信号OCa(OCb)をHレベルで、それぞれ出力すれば良い。
そこで次に、この点を改善した別構成に係る駆動回路(その3)について説明する。
なお、駆動回路(その3)については、駆動信号COM−Aを出力する駆動回路120aを例とって説明する。
図15に示されるように、駆動回路120aは、4つの基準電源E、差動増幅器221、リニア増幅器222、セレクター223、スイッチ293、およびコンデンサーC0に加えて、ゲートセレクター270a、270b、270cおよび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およびR2とを含む。
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となる。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、電圧ゼロのグランドGnd以上電圧VA未満の範囲が第1範囲として規定され、電圧VA以上電圧VB未満の範囲が第2範囲として規定され、電圧VB以上電圧VC未満の範囲が第3範囲として規定され、電圧VC以上電圧VD未満の範囲が第4範囲として規定される。
なお、駆動回路(その3)における差動増幅器221は、駆動回路(その1)とは異なり、電源の高位側を電圧VAとしている。このため、差動増幅器221の出力電圧は、グランドGndから電圧VAまでの範囲となる。
ただし、駆動回路(その3)におけるセレクター223は、図示省略しているが、電源の高位側を電圧VAとしている。このため、セレクター223の出力電圧については、差動増幅器221の出力信号が選択されてときには、グランドGndから電圧VAまでの範囲であって、Hレベルが電圧VAとなり、LレベルがグランドGndとなる。
詳細には、セレクター280は、データdA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およびSdをLレベルとする。また、セレクター280は、データdA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およびSdをLレベルとする。同様に、セレクター280は、データdA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および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およびScをLレベルとする。
この例において、4つのトランジスター対は、トランジスター231a、232aの対、トランジスター231b、232bの対、トランジスター231c、232cの対、および、トランジスター231d、232dの対によって構成される。
4つのトランジスター対を構成する計8つのトランジスターのうち、ハイサイドのトランジスター231a、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、ローサイドのトランジスター232a、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る。
同様に、トランジスター231b(231c、231d)については、ソース端子に電圧VB(VC、VD)が印加され、ドレイン端子がノードN2に接続される。トランジスター232b(232c、232d)については、ソース端子に電圧VA(VB、VC)が印加され、ドレイン端子がノードN2に共通に接続される。
なお、スイッチ293は、リニア増幅器222の出力端とノードN2との間において信号OEaがHレベルであればオンし、信号OEaがLレベルであればオフする点において、駆動回路(その1、および、その2)と同様である。
なお、信号Gt1およびGt2の最低電圧から最高電圧までの範囲は第1範囲に一致しているので、ゲートセレクター270aは、イネーブルされたときに、信号Gt1を0Vシフトして(そのまま)トランジスター231aのゲート端子に、信号Gt2を0Vシフトしてトランジスター232aのゲート端子に、それぞれ供給する。
同様に、ゲートセレクター270dは、電源を電圧VB、VCとするものであり、イネーブルされたときに、信号Gt1の最低電圧から最高電圧までの範囲を、電源の電圧VCから電圧VDまでの第4範囲にレベルシフトして、トランジスター231dのゲート端子に供給し、信号Gt2の最低電圧から最高電圧までの範囲を、上記第4範囲にレベルシフトして、トランジスター232dのゲート端子に供給する。すなわち、ゲートセレクター270dに限っていえば、イネーブルされたときに、信号Gt1に31.5Vを上乗せしてトランジスター231dのゲート端子に供給し、信号Gt2に31.5Vを上乗せしてトランジスター232dのゲート端子に供給する。
ここでいうH、Lレベルは、ゲートセレクター270a、270b、270cおよび270dのそれぞれにおける電源の高位側電圧、低位側電圧である。例えば、ゲートセレクター270bは、電圧VBと電圧VAとを電源とするので、高位側の電圧VBがHレベルであり、低位側の電圧VAがLレベルである。
ノードN3は、抵抗素子R2を介してグランドGndに接地される。このため、ノードN3の電圧Out2は、ノードN2の電圧Outの電圧を、抵抗素子R1、R2の抵抗値で規定される比、すなわち、R2/(R1+R2)で分圧した電圧となる。本実施形態において、分圧比は、1/10に設定される。換言すれば、電圧Out2は、電圧Outの1/10という関係にある。
なお、ノードN2の電圧Outは電圧VDよりも高くならないので、逆流を考慮する必要がない。このため、トランジスター231dに対してダイオードd1は設けられていない。同様にノードN2の電圧Outは電圧ゼロのグランドGndよりも低くならないので、トランジスター232aに対してダイオードd2は設けられていない。
このため、電圧VA、VB、VC、および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、およびVD/10で規定される。詳細には、信号ainについては、0V以上電圧VA/10(=1.05V)未満の範囲が第1範囲に相当し、電圧VA/10以上電圧VB/10(=2.10V)未満の範囲が第2範囲に相当し、電圧VB/10以上電圧VC/10(=3.15V)未満の範囲が第3範囲に相当し、電圧VC/10以上電圧VD/10(=4.20V)未満の範囲が第4範囲に相当する。
一方、電圧Vinが低下すれば、信号OEaがLレベルになり、信号OCaがLレベルになるので、トランジスター231aは、差動増幅器221から出力される信号Gt1にしたがってスイッチング動作する。また、電圧Vinが上昇すれば、信号OEaがLレベルになり、信号OCaがLレベルになるので、トランジスター232aは、差動増幅器221から出力される信号Gt2にしたがってスイッチング動作する。
トランジスター231aまたは232aのスイッチング動作により、ノードN2の電圧Outを抵抗素子R1およびR2により1/10に降圧したノードN3の電圧が電圧Vinに追従するように制御される。逆にいえば、電圧Outは、電圧Vinを10倍した電圧となるように制御される。
いずれにしても、電圧Vinが第1範囲である場合、電圧Outは、リニア増幅器222、トランジスター231aまたは232aにより、電圧Vinを10倍した電圧でノードN2から出力される。
一方、電圧Vinが低下すれば、トランジスター231bがスイッチング動作し、電圧Vinが上昇すれば、トランジスター232bがスイッチング動作するので、電圧Outは、電圧Vinを10倍した電圧となるように制御される。
したがって、電圧Vinが第2範囲である場合においても、電圧Outは、リニア増幅器222、トランジスター231bまたは232bにより、電圧Vinを10倍した電圧で出力される。
信号ainの電圧Vinが第4範囲である場合、セレクター280は、選択信号SdのみをHレベルとし、これにより、ゲートセレクター270dがイネーブルされるので、電圧Outは、リニア増幅器222、トランジスター231dまたは232dにより、電圧Vinを10倍した電圧で出力される。
このように電圧Vinが推移する過程において、例えばタイミングt1において電圧Vinが低下して第3範囲から第2範囲へと移行したとき、イネーブルされるゲートセレクターが270cから270bに切り替わるので、スイッチング動作するトランジスターについても、232cから232bに切り替わる。このため、電圧Outは、電圧VB以上電圧VC未満の第3範囲から、電圧VA以上電圧VB未満の第2範囲に、連続して変化することができる。
また、電圧Vinが上昇して例えば第1範囲から第2範囲へと移行する場合であれば、イネーブルされるゲートセレクターが270aから270bに切り替わり、スイッチング動作するトランジスターが231aから231bに切り替わる。このため、電圧Outは、第1範囲から第2範囲に、連続して変化することができる。
また、駆動回路(その3)によれば、差動増幅器221およびセレクター223については、電源としては比較的低い電圧(VA−Gnd)で動作するので、素子サイズの肥大化などを抑制することができる。
この図に示されるように、駆動回路(その4)では、駆動回路(その3)におけるスイッチ293の代わりに抵抗素子Rsが設けられている。このため、駆動回路(その3)と駆動回路(その4)との関係は、駆動回路(その1)と駆動回路(その2)との関係と同じである。
セレクター223a、223b、223c、および223dの各々は、それぞれ図15におけるセレクター223と同様である。このため、セレクター223a、223b、223c、および223dの各々の出力電圧については、差動増幅器221の出力信号が選択されたときには、グランドGndから電圧VAまでの範囲となり、Hレベルが電圧VAとなり、LレベルがグランドGndとなる。
なお、ゲートセレクター270a、270b、270c、および270dの各々は、それぞれ図15における駆動回路(その3)と同様である。
この図に示されるように、駆動回路(その6)では、駆動回路(その5)におけるスイッチ293の代わりに抵抗素子Rsが設けられている。このため、駆動回路(その5)と駆動回路(その6)との関係は、駆動回路(その1)と駆動回路(その2)との関係や、駆動回路(その3)と駆動回路(その4)との関係と同じである。
一方、ノードN2の電圧Outは最高で40V程度であり高振幅である。このため、耐圧の低い差動増幅器221に、高振幅の電圧Outを直接帰還することができない。
そこで、駆動回路(その3、その4、その5、および、その6)では、電圧Outを抵抗素子R1、R2で分圧し、当該分圧した電圧Out2を差動増幅器221に帰還する構成となっている。
そこで次に、この問題を改善するための技術について説明する。
なお、コンデンサーC1、C2を設ける点は、駆動回路(その3)に限られず、駆動回路(その4)、駆動回路(その5)、および駆動回路(その6)にも適用可能である。
このため、トランジスター対を元駆動信号に基づく信号に応じて選択する、といった場合の当該信号には、データdA(dB)の場合もあるし、当該データdA(dB)をアナログ変換した信号ain(bin)の場合もあるし、データdA(dB)と信号ain(bin)とを重み付けした信号の場合もある。
なお、元駆動信号に基づく信号に応じてセレクター280がゲートセレクター270a、270b、270c、または270dのいずれかをイネーブルとし、4つのトランジスター対のうち、イネーブルされたゲートセレクターに対応するトランジスター対がスイッチング動作に用いられるので、セレクター280およびゲートセレクター270a、270b、270c、270dをトランジスター対切替部として概念することができる。
また、駆動回路(その3、その4、その5、および、その6)においては、電圧VA、VB、VC、および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15、図18、図19および図20参照)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も良い。
電圧範囲については、第1範囲から第4範囲までのうち、隣り合う範囲については一部重複させても良い。
この図に示される印刷装置(その3)では、図5に示した印刷装置(その1)と比較して、DAC113aおよび113bと、電圧増幅器115aおよび115bと、が存在しないが、駆動信号COM−Aを出力する側でいえば、DAC113aおよび電圧増幅器115aが駆動回路120aの側に移設されている。
このうち、DAC113aは、デジタルのデータdAをアナログで小振幅の信号ainに変換し、電圧増幅器115aは、当該信号ainの電圧を例えば10倍に増幅して大振幅の信号Ainとして出力する。
詳細には、電圧切替器300は、電圧選択器350と、スイッチS−AHおよびS−ALの組と、スイッチS−BHおよびS−BLの組と、スイッチS−CHおよびS−CLの組と、スイッチS−DHおよびS−DLの組と、を含み、電圧選択器350がデータdAに応じて選択信号Sel-A、Sel-B、Sel-C、およびSel-Dを次のように出力する。
すなわち、トランジスター対の電源電圧が相違するだけであり、ノードN2の電圧Outが、電源電圧の範囲にある信号Ainの電圧Vinに追従するように制御する点については共通である。
なお、単位回路200についても、いくつかの態様が存在するので、区別するために、図24に示した単位回路200を、単位回路(その1)と表記し、他の単位回路を単位回路(その2)というように符号の代わりに括弧書を付与して表記する場合がある。
これに対して、駆動回路(その7)によれば、データdA(電圧Vin)に応じて電圧セットが切り替えられて、単位回路200の電源電圧として給電される。このため、本実施形態では、0〜40V程度の電圧Outを出力するのにもかかわらず、単位回路200における電源電圧は、10.5Vに抑えられるので、高コスト化や、回路規模の肥大化を防ぐことができる。
図25に示される単位回路(その2)は、図24に示した単位回路(その1)におけるスイッチ293の代わりに抵抗素子Rsが設けられている。
このため、単位回路(その1)と単位回路(その2)との関係は、駆動回路(その1)と駆動回路(その2)との関係や、駆動回路(その3)と駆動回路(その4)との関係と同じである。
なお、電圧選択器350のおける推定は、例えば次のようなものである。
すなわち、電圧選択器350は、選択制御部510(図7参照)におけるシフトレジスタ512およびラッチ回路514と同様な回路によって、制御部110からの制御信号Ctrに含まれる印刷データSIをラッチするとともに、当該ラッチした印刷データSIを解析し、印刷周期Taの期間T1、T2のそれぞれにおいて駆動信号COM−Aが一端に印加される圧電素子Pztの個数を求めることによって容量性負荷の大きさを推定する。
また、ここでいう遅延量とは、選択信号の論理レベルを切り替えるタイミングでの遅れ時間をいう。
すなわち、駆動回路120a(120b)における容量性の負荷は、印刷データSIで規定される印刷内容によって大きく変動する。
このため、圧電素子Pztの容量や、インダクタンス成分、抵抗成分などで形成される積分回路によって、最終的に圧電素子Pztの一端に印加される駆動信号COM−A(COM−B)の波形が鈍る。この波形の鈍りの程度は、選択される圧電素子Pztの個数が多くなるにつれて、すなわち容量性負荷が大きくなるにつれて、酷くなり(大きくなり)、信号Ain(Bin)に対して、圧電素子Pztの一端に印加される駆動信号が遅延することになる。
このため、駆動信号COM−A(COM−B)の遅延を想定していない構成では、当該駆動信号COM−A(COM−B)の目標電圧と電圧切替器300で選択される電圧セットとが不整合となり、波形を歪ませる可能性が高くなる。
また、リニア増幅器220がノードN2に向けて出力信号を供給する期間は、多少、出力する駆動信号の波形精度が悪くなるものの、信号OEaがLレベルからHレベルに変化するタイミングを含まなくても良い。
ただし、駆動回路120aおよび120bがメイン基板100に実装された構成では、大振幅の信号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、駆動回路120aおよび120bがヘッドユニット3に搭載された構成では、大振幅の信号をフレキシブルフラットケーブル190に供給する必要がないので、消費電力および耐ノイズ性で有利である。
Claims (8)
- 所定の出力端から出力される駆動信号に基づいて駆動される圧電素子を含み、前記圧電素子の駆動により液体を吐出する吐出部と、
前記駆動信号の元となる元駆動信号を増幅して前記出力端に向けて出力する増幅部と、
前記元駆動信号の電圧変化の大きさが閾値以下となる期間の一部または全部の所定期間に、前記元駆動信号に応じた電圧を前記出力端に向けて出力する電圧出力部と、
を具備し、
前記増幅部は、
前記元駆動信号と前記駆動信号に基づく信号との差電圧を増幅した差信号を出力する差動増幅器と、
電源の高位側と前記出力端との間に接続されたハイサイドトランジスターと、
前記出力端と前記電源の低位側との間に接続されたローサイドトランジスターと、
前記元駆動信号の電圧変化が上昇方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第1の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記差信号を供給する一方、前記元駆動信号の電圧変化が低下方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第2の場合、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記差信号を供給する選択部と、
を含むことを特徴とする液体吐出装置。 - 前記電圧出力部は、
前記元駆動信号の電圧を所定倍数で増幅するリニア増幅器と、
前記リニア増幅器と前記出力端との間に設けられ、前記所定期間における抵抗値が前記所定期間以外の期間における抵抗値よりも小さくなる可変抵抗と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記可変抵抗は、前記所定期間にオンするスイッチである
ことを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。 - 前記選択部は、
前記第1の場合、
前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、
前記第2の場合、
前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給し、
前記元駆動信号の電圧変化の大きさが前記閾値以下の場合、
前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ハイサイドトランジスターをオフさせる信号を供給するとともに、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて、当該ローサイドトランジスターをオフさせる信号を供給する、
ことを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。 - 前記選択部は、
前記元駆動信号の電圧変化が閾値以下であるか否かを示す指定信号に基づいて、前記ハイサイドトランジスターおよび前記ローサイドトランジスターをともにオフさせる
ことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。 - 前記可変抵抗は、前記指定信号に基づいてオンまたはオフするスイッチである
ことを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。 - 前記吐出部と、前記増幅部と、前記電圧出力部と、が可動式のキャリッジに搭載された ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の液体吐出装置。
- 所定の出力端から出力される駆動信号に基づい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増幅して前記出力端に向けて出力する増幅部と、
前記元駆動信号の電圧変化の大きさが閾値以下となる期間の一部または全部の所定期間に、前記元駆動信号に応じた電圧を前記出力端に向けて出力する電圧出力部と、
を具備し、
前記増幅部は、
前記元駆動信号と前記駆動信号に基づく信号との差電圧を増幅した差信号を出力する差動増幅器と、
電源の高位側と前記出力端との間に接続されたハイサイドトランジスターと、
前記出力端と前記電源の低位側との間に接続されたローサイドトランジスターと、
前記元駆動信号の電圧変化が上昇方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第1の場合、前記ハイサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記差信号を供給する一方、前記元駆動信号の電圧変化が低下方向であって、かつ、前記電圧変化の大きさが前記閾値を超える第2の場合、前記ローサイドトランジスターのゲート端子に向けて前記差信号を供給する選択部と、
を含むことを特徴とする駆動回路。
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