JP7003450B2 - 液体吐出装置及び印刷装置 - Google Patents
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Description
特許文献1は、駆動素子としてのピエゾ素子を台形波状のパルス電圧により駆動して、ノズルからインクを吐出するプリンタヘッドの駆動回路を開示する。
本発明は、ケーブルに生じる共振の影響を低減して、液体吐出装置を安定して動作させることを目的とする。
本発明によれば、発振抑制部によりフィードバックループから信号出力部への入力の発振が抑制される。このため、ケーブルに生じる共振の影響を低減して、液体吐出装置を安定して動作させるができる。
本発明によれば、フィルターによりフィードバックループから信号出力部への入力の発振が抑制される。このため、簡易な構成で信号出力部への入力の発振を抑制することができる。
本発明によれば、フィルターによってケーブルのインダクタンス及び容量に対応する周波数成分を減衰させることができる。このため、ケーブルに生じる共振の影響をより効果的に低減して、液体吐出装置を安定して動作させるができる。
本発明によれば、誘導素子によって信号出力部への入力の発振が抑制される。このため、簡易な構成で信号出力部への入力の発振を抑制することができる。
本発明によれば、発振抑制部によりフィードバックループから信号出力部への入力の発振が抑制される。このため、ケーブルに生じる共振の影響を低減して、液体吐出装置を安定して動作させるができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、印刷装置1の構成を示す構成図である。
印刷装置1は、外部のホストコンピューター(図示略)から供給された印刷データに基づいてインクを吐出させることにより印刷媒体にインクドット群を形成する。これにより、印刷媒体には、印刷データに応じた画像(文字や記号、図形等を含む)が印刷される。インクは、本発明の「液体」に相当する。
ヘッド駆動回路200Aには、制御部100から制御信号が入力される。ヘッド駆動回路200Aは、入力された制御信号に基づき、印刷ヘッド170の各ノズル175から吐出されるインクの噴射量や噴射タイミングを制御する駆動信号を生成して印刷ヘッド170に出力する。
また、ヘッド駆動回路200Aは、フレキシブルフラットケーブル50を介して印刷ヘッド170に接続される。つまり、ヘッド駆動回路200Aは、フレキシブルフラットケーブル50を介して駆動信号を印刷ヘッド170に出力する。フレキシブルフラットケーブル50を、以下ではFFC50と表記する。FFC50は、本発明の「ケーブル」に相当する。
印刷部150は、キャリッジ160を主走査方向に往復させながら、インクタンクから供給されたインク滴を印刷ヘッド170により吐出させて、印刷位置に搬送されたロール紙に文字や記号、図形等の画像を印刷する。印刷ヘッド170は、本発明の「液体吐出ヘッド」に相当する。
オペアンプ213は、反転入力端子の電圧を積分し、非反転入力端子に入力されるアナログ信号の電圧から反転入力端子の積分した電圧を差し引いた偏差を求め、求めた偏差を示す信号を電圧増幅部215に出力する。
図2には、電圧増幅部215の出力が直接トランジスター対220に入力される構成を示したが、電圧増幅部215とトランジスター対220との間に、トランジスター対220のゲートを駆動するゲートドライバーを設ける構成であってもよい。すなわち、電圧増幅部215から出力される信号をゲートドライバーに入力させ、ゲートドライバーは、入力される信号に基づいてトランジスター対220を構成する充電トランジスター221及び放電トランジスター222を駆動する構成であってもよい。
充電トランジスター221及び放電トランジスター222のエミッターは接続点225に互いに接続される。接続点225は、駆動信号の出力端となり、この接続点225には、駆動信号を印刷ヘッド170に供給する信号線である駆動信号供給ラインLが接続される。駆動信号供給ラインLの一部は、FFC50により構成される。
充電トランジスター221のコレクターには、電圧Vh(例えば42ボルト)が印加される。放電トランジスター222のコレクターは、グラウンドに接地される。また、充電トランジスター221及び放電トランジスター222のベースには、信号出力部210からアナログ信号が入力される。
また、信号出力部210から出力されるアナログ信号の電圧がハイレベルとローレベルの中間の電圧となると、充電トランジスター221及び放電トランジスター222は共にオフ状態となる。
フィルター231は、コイルL1と、コンデンサーC1と、抵抗R1とを備える。コイルL1、コンデンサーC1及び抵抗R1によりLPF(Low Pass Filter)が構成される。図2には、コイルL1、コンデンサーC1及び抵抗R1により構成される一般的に知られたローパスフィルターを示したが、ローパスフィルターは図1に示すものに限定されることはない。後述するように、FFC50に構成されるLC共振の共振点付近(5MHz付近)の周波数成分を抑制することができるフィルターであればよい。
各スイッチ素子SSは、一端を駆動信号供給ラインLに接続し、他端を圧電素子Pztに接続する。
スイッチ素子SSは、導通状態である場合、駆動信号供給ラインLから供給される駆動信号を、対応する圧電素子Pztに出力して印加する。また、スイッチ素子SSは、非導通状態である場合、駆動信号供給ラインLから供給される駆動信号を、対応する圧電素子Pztには出力しない。従って、インク滴を噴射するノズル175に対応するスイッチ素子SSを導通状態とすることで、導通状態となったスイッチ素子SSに対応する圧電素子Pztだけに駆動信号が印加され、ノズル175からインク滴が吐出される。
制御部100は、印刷対象の印刷データに基づいて、インク滴を噴射するノズル175と、噴射するインク滴のサイズとを決定する。また、制御部100は、噴射するインク滴のサイズに応じて、そのサイズのインク滴を噴射するための駆動信号の波形を決定する。制御部100は、ヘッド駆動回路200Aに制御信号を出力して、決定した波形の駆動信号が圧電素子Pztに印加されるようにする。また、制御部100は、決定した圧電素子Pztに対応するスイッチ素子SSの状態を導通状態とする制御信号を選択制御部179に出力する。
ところが、10V/μs程度のスルーレートに対応できるように、ゼロクロス周波数が5MHz以上のアンプを使用しても、FFC50の持つ寄生容量や寄生インダクタンスの影響により、アンプの高周波特性が悪化する場合がある。ゼロクロス周波数とは、ゲインが0dBを横切る周波数である。例えば、ヘッド駆動回路200Aと印刷ヘッド170とを接続するケーブルとして、数m以上の長さを有するFFC50を使用した場合、FFC50の持つ寄生容量及び寄生インダクタンスが大きくなり、アンプの高周波特性が悪化する要因となった。すなわち、FFC50の長さが長くなると、寄生容量及び寄生インダクタンスにより形成されるLC共振の共振点が、FFC50の長さが短い場合と比較して低周波側に形成され、このLC共振の影響によりアンプの高周波特性が悪化する場合があった。
従来のヘッド駆動回路とは、駆動信号を信号出力部210に帰還させる帰還経路Rに、発振抑制部230が設けられていない回路である。また、図3には、位相の周波数特性を実線で示し、ゲインの周波数特性を破線で示す。
ゲインの周波数特性は、電圧増幅部215のアンプの電圧利得と、周波数との関係を示す。また、位相とは、電圧増幅部215から出力される信号(アナログ信号)と、電圧増幅部215に入力される信号との位相差を示し、位相の周波数特性とは、この位相差と周波数との関係を示す。
図4においても、位相の周波数特性を実線で示し、ゲインの周波数特性を破線で示す。
本実施形態のヘッド駆動回路200Aは、フィードバックループの一部を構成する帰還経路Rであって、FFC50と信号出力部210との間に、発振抑制部230としてのフィルター231を設けた。
このフィルター231は、オペアンプ213にフィードバックされる帰還信号のうち、FFC50に構成されるLC共振の共振点付近(5MHz付近)の周波数成分を抑制する。これにより、位相の急峻な変化を抑制し、ヘッド駆動回路200Aの動作が不安定にはならない位相余裕を確保することができる。
印刷ヘッド170は、インクを吐出するノズル175と、ノズル175に対応して設けられ、駆動信号に従いインクを加圧することによりインクを吐出させる圧電素子Pztと、を備える。
また、ヘッド駆動回路200Aは、信号出力部210と、トランジスター対220と、帰還経路Rと、を備える。信号出力部210は、アナログ信号を出力する。トランジスター対220は、信号出力部210とFFC50とに接続され、信号出力部210が出力するアナログ信号により駆動されて駆動信号をケーブルに出力する。帰還経路Rは、FFC50に接続され、トランジスター対220が出力する駆動信号を信号出力部210にフィードバックする。
また、液体吐出装置250Aは、帰還経路Rから信号出力部210への入力の発振を抑制する発振抑制部230を備える。このため、FFC50に生じる共振の影響を低減して、液体吐出装置250Aを安定して動作させるができる。
従って、簡易な構成で信号出力部210への入力の発振を抑制することができる。
本発明の第2実施形態について説明する。
図5は、第2実施形態のヘッド駆動回路200B及び印刷部150の構成を示す構成図である。ヘッド駆動回路200B及び印刷部150は、第2実施形態の液体吐出装置250Bとして動作する。第2実施形態において、上述した第1実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
誘導素子であるコイルL2は、信号の低周波成分に対してはインピーダンスが低く、高周波成分に対してはインピーダンスが高くなる。このため、駆動信号供給ラインLに直列にコイルL2を挿入することで、帰還経路Rを介してオペアンプ213の反転入力端子に帰還される帰還信号に高周波成分が重畳されるのを抑制することができる。
図6においても、位相の周波数特性を実線で示し、ゲインの周波数特性を破線で示す。
本実施形態のヘッド駆動回路200Bは、駆動信号供給ラインLにコイルL2を挿入した。このため、数m以上の長さのFFC50によりヘッド駆動回路200Bと印刷ヘッド170とを接続した場合であっても、このFFC50に構成されるLC共振の共振点付近(5MHz付近)の周波数成分を抑制することができる。従って、位相の急峻な変化を抑制して、位相余裕を確保することができる。このため、ヘッド駆動回路200Bを安定して動作させることができる。特に、本実施形態では、図6に示すように73deg.もの位相余裕を確保することができた。また、ゼロクロス周波数は、5.0MHz以上となり、インクの吐出特性を良好に保つことができる。
例えば、図1、図2、図5に示す機能ブロックは、本願発明を理解容易にするために、各装置の機能構成を主な処理内容に応じて分類して示した概略図である。各装置の構成は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。また、1つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。また、各構成要素の処理は、1つのハードウェアで実行されてもよいし、複数のハードウェアで実行されてもよい。また、各構成要素の処理は、1つのプログラムで実現されてもよいし、複数のプログラムで実現されてもよい。
Claims (3)
- 液体を吐出するノズルと、前記ノズルに対応して設けられ、駆動信号に従い前記液体を加圧することにより前記液体を吐出させる駆動素子と、を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドにケーブルを介して接続され、前記駆動信号を前記液体吐出ヘッドに出力する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、
第1トランジスターと第2トランジスターとを備え、直列に接続された前記第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に前記ケーブルが接続されたトランジスター対と、
前記第1トランジスター及び前記第2トランジスターのオンと、オフとを切り替えるアナログ信号を出力する信号出力部と、
前記接続点に接続され、前記駆動信号を前記信号出力部に帰還させる帰還経路と、
前記帰還経路に設けられ、前記駆動信号の発振を抑制するフィルターと、
を備える液体吐出装置。 - 前記フィルターは、前記ケーブルのインダクタンス及び容量に対応する周波数成分を減衰させるローパスフィルターである請求項1記載の液体吐出装置。
- インクを吐出するノズルと、前記ノズルに対応して設けられ、駆動信号に従い前記インクを加圧することにより前記インクを吐出させる駆動素子と、を有する印刷ヘッドと、
前記印刷ヘッドにケーブルを介して接続され、前記駆動信号を前記印刷ヘッドに出力する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、
第1トランジスターと第2トランジスターとを備え、直列に接続された前記第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に前記ケーブルが接続されたトランジスター対と、
前記第1トランジスター及び前記第2トランジスターのオンと、オフとを切り替えるアナログ信号を出力する信号出力部と、
前記接続点に接続され、前記駆動信号を前記信号出力部に帰還させる帰還経路と、
前記帰還経路に設けられ、前記駆動信号の発振を抑制するフィルターと、
を備える、印刷装置。
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