WO2017212868A1 - インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法 - Google Patents

インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法 Download PDF

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WO2017212868A1
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WO
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drive
signal
unit
drive waveform
voltage
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Application number
PCT/JP2017/018012
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English (en)
French (fr)
Inventor
稲葉　康範
宏昭 岡野
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/34—Negative-feedback-circuit arrangements with or without positive feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head drive waveform amplification circuit, an inkjet recording apparatus, and an inkjet head drive waveform amplification method.
  • an ink jet recording apparatus that records an image by ejecting ink from a nozzle.
  • a pressure change is generated in ink in a pressure chamber communicating with the nozzle, whereby ink is ejected from the nozzle as droplets having an appropriate shape and liquid amount.
  • One of the elements used to cause a pressure change in a pressure chamber in an ink jet recording apparatus is a piezoelectric element, and an appropriate voltage is applied to the piezoelectric element to control a deformation amount and a deformation time.
  • the piezoelectric element is a capacitive load, and switches whether or not ink is ejected from a large number of arranged nozzles, and applies a voltage to the piezoelectric element corresponding to each nozzle that ejects ink according to the switching. Then, the total amount of electric charge that flows from the drive circuit to the piezoelectric element and flows out of the piezoelectric element changes according to the number of piezoelectric elements to which a voltage is applied. Therefore, in order to supply the drive waveform stably, there is a problem that sufficient power supply is required and power consumption increases.
  • Patent Document 1 discloses that an output signal obtained by filtering a drive waveform signal obtained by class D amplification by an LC circuit is fed back by advancing the phase, and a differential signal is fed back independently, thereby filtering the LC circuit while suppressing power loss. A technique for maintaining a stable frequency and outputting an appropriate waveform is disclosed.
  • the magnitude of the current supplied to the piezoelectric element changes by several orders of magnitude. If a power supply unit capable of supplying sufficient power in accordance with such maximum current is prepared, there is a problem that the power supply unit becomes larger than necessary. On the other hand, when a drive waveform is applied at a high speed without corresponding to sufficient power supply, there is a problem that a drive waveform signal output by a large current becomes dull and ink may not be ejected appropriately.
  • An object of the present invention is to provide an inkjet head drive waveform amplification circuit, an inkjet recording apparatus, and an inkjet head drive waveform amplification method that can maintain a drive waveform output more appropriately without increasing the size of a power supply unit. There is.
  • a power amplifying unit that amplifies the power of the input drive signal of a predetermined drive waveform and outputs the amplified power to the capacitive load of the inkjet head;
  • a feedback unit that negatively feeds back a signal based on an output voltage signal output from the power amplification unit to the capacitive load with respect to the drive signal;
  • the feedback section includes a first emphasis section that emphasizes a frequency component equal to or higher than a predetermined lower limit frequency in the output voltage signal to be negatively fed back.
  • the feedback unit includes a second emphasizing unit that selectively emphasizes frequency components of the output voltage signal that are higher than the predetermined lower limit frequency and less than a predetermined upper limit frequency.
  • the power amplifier is A voltage amplifier for amplifying the voltage of the drive signal;
  • a current amplifying unit that amplifies the current of the drive signal and outputs the output voltage signal to the capacitive load;
  • the feedback unit is characterized in that a signal based on the output voltage signal is negatively fed back to the drive signal whose voltage has been amplified by the voltage amplification unit.
  • the current amplifying unit in the drive waveform amplifier circuit for an ink jet head according to the third aspect, generates the output voltage signal using a MOSFET.
  • an operational amplifier is used for the voltage amplification unit.
  • the invention described in claim 6 is the drive waveform amplifier circuit for an ink jet head according to any one of claims 1 to 5,
  • the input driving signal is an analog signal obtained by analog conversion from digital data indicating the predetermined driving waveform.
  • the invention according to claim 7 is the drive waveform amplifier circuit for an ink jet head according to any one of claims 1 to 6,
  • the drive signal is a trapezoidal wave.
  • the invention according to claim 8 is the drive waveform amplifier circuit of the ink jet head according to claim 7,
  • the predetermined lower limit frequency is characterized in that the half cycle is shorter than the rise time and fall time of the voltage value in the trapezoidal wave.
  • An inkjet head having a nozzle and a capacitive load that ejects ink from the nozzle by being deformed according to an applied voltage;
  • An ink jet recording apparatus comprising:
  • the invention according to claim 10 is: A power amplification step of amplifying the power of the input drive signal of a predetermined drive waveform and outputting it to the capacitive load of the inkjet head; A feedback step in which a signal based on an output voltage signal output to the capacitive load in the power amplification step is negatively fed back to the drive signal; Including In the feedback step, a frequency component of a predetermined lower limit frequency or higher is emphasized in the output voltage signal to be negatively fed back.
  • the drive waveform amplification circuit of the ink jet head there is an effect that the drive waveform to be output can be more appropriately maintained without increasing the size of the power supply unit.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a figure which illustrates typically the waveform pattern of the drive signal inputted into a drive waveform amplification circuit. It is a figure which illustrates typically the waveform pattern of the drive output signal output from a drive waveform amplifier circuit. It is a figure which shows the circuit structure of a drive waveform amplifier circuit. It is a figure which shows the modification of a drive waveform amplifier circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an ink jet recording apparatus 1 including a drive waveform amplifier circuit of the present invention.
  • the inkjet recording apparatus 1 includes a control unit 41, a movement control unit 42, a movement operation unit 51, a communication unit 52, an operation display unit 53, a notification output unit 54, a head drive control unit 20, and an inkjet head 30. These are connected via a bus 55 so that signals can be transmitted and received.
  • the control unit 41 controls the overall operation of the inkjet recording apparatus 1.
  • the control unit 41 includes a CPU 411 (Central Processing Unit), a RAM 412 (Random Access Memory), a storage unit 413, and the like.
  • the CPU 411 performs various arithmetic processes.
  • the CPU 411 reads out a control program stored in the storage unit 413 and performs various control processes related to image recording and setting thereof.
  • the RAM 412 provides a working memory space to the CPU 411 and stores temporary data.
  • the storage unit 413 includes a non-volatile memory that stores a control program, setting data, and the like. Further, the storage unit 413 may include a DRAM or the like that temporarily stores settings related to a droplet discharge command (print job) acquired from the outside via the communication unit 52, image data to be recorded, and the like.
  • the movement operation unit 51 moves a recording medium, which is a target for recording an image, in a predetermined direction to move the recording medium relative to the inkjet head 30, and performs at least operations related to supply and discharge of the recording medium.
  • Examples of the moving operation unit 51 include an outer periphery of a cylindrical drum carrying a recording medium on the surface and a rotary motor that rotates around the surface of an endless belt.
  • the moving operation unit 51 may be configured to move the recording medium and the inkjet head 30 relative to each other, that is, to move the inkjet head 30 relative to the stationary or moving recording medium.
  • the movement control unit 42 operates the movement operation unit 51 to perform a control operation for moving the carried recording medium at an appropriate timing and speed.
  • the movement control unit 42 may have a common configuration with the control unit 41.
  • the inkjet head 30 is provided with a plurality of nozzles for ejecting ink arranged in a predetermined pattern, and ejects ink droplets from the openings of the plurality of nozzles at an appropriate timing to form an image on a recording medium. Record.
  • the arrangement pattern of the nozzles is not particularly limited, and may be a one-dimensional array or a two-dimensional array.
  • the inkjet head 30 includes a piezoelectric element 31 that is a capacitive load, an ejection selection switching element 32, and the like.
  • the piezoelectric element 31 is provided for each of a plurality of nozzles, and is an actuator that discharges liquid droplets from the nozzles by changing the pressure applied to the liquid to be discharged by being deformed according to an applied voltage (drive voltage signal). It is.
  • the deformation mode of the piezoelectric element is not particularly limited as long as the applied voltage corresponds to the deformation amount of the piezoelectric element and the pressure applied to the ink changes according to the deformation.
  • the ejection selection switching element 32 switches whether each piezoelectric element 31 is supplied with a drive voltage signal from the head drive control unit 20.
  • the ejection selection switching element 32 switches the presence / absence of ejection of ink droplets from each nozzle by not supplying a drive voltage signal to the piezoelectric element 31 corresponding to the nozzle that does not eject droplets based on image data to be output. .
  • This switching is not limited to the ejection of ink droplets, but is similarly applied to drive voltage signals related to non-ejection waveforms with a small amplitude to the extent that ink droplets are not ejected.
  • the head drive control unit 20 outputs a drive voltage signal for driving the piezoelectric element 31 of the inkjet head 30 at an appropriate timing according to each pixel data of the output target image.
  • the head drive control unit 20 may be formed collectively on a substrate or the like, or may be arranged dispersedly in each part of the inkjet recording apparatus 1. A part or all of the configuration of the head drive control unit 20 may be provided in the inkjet head 30.
  • the head drive control unit 20 includes a head control unit 43, a drive waveform amplification circuit 21, and a DAC 22 (digital / analog converter).
  • the DAC 22 outputs an analog signal obtained by converting the waveform pattern data of the drive waveform output from the head control unit 43 at a predetermined clock frequency to the drive waveform amplification circuit 21.
  • the drive waveform amplification circuit 21 outputs a drive voltage signal having a predetermined waveform pattern to each piezoelectric element 31 according to the ink droplet discharge timing from the nozzle, the non-discharge state type, and the like.
  • a trapezoidal driving voltage signal is applied to the piezoelectric element 31, although not limited thereto.
  • An analog signal obtained by the DAC 22 is input to the drive waveform amplifier circuit 21, and the analog signal is power amplified and output.
  • the head control unit 43 controls the operation of the head drive control unit 20 in accordance with the presence / absence of image data to be recorded and the content of the image data.
  • the head control unit 43 includes a CPU 431, a storage unit 432, and the like.
  • the storage unit 432 holds in advance, as digital discrete value array data (digital data), a waveform pattern of a drive signal for ejecting ink from the nozzles and vibrating the liquid level (meniscus) of the ink in the nozzles.
  • the CPU 431 uses the head drive control unit 20 to drive a drive voltage signal having an appropriate waveform pattern according to whether or not droplets are ejected from each nozzle.
  • Waveform pattern data (predetermined drive waveform) is output and output at an appropriate timing according to a clock signal (synchronization signal) (not shown).
  • the head control unit 43 may be provided in common with the control unit 41.
  • the movement control unit 42 and the head control unit 43 constitute an operation control unit 40 related to image recording.
  • the head control unit 43 and the DAC 22 constitute a drive signal supply unit 20 a that supplies an analog signal Vin (drive signal) to the drive waveform amplification circuit 21.
  • the communication unit 52 communicates with an external device according to a predetermined communication standard, and transmits and receives data.
  • various standards such as LAN (Local Area Network) TCP / IP, near field communication such as wireless LAN, Bluetooth communication (registered trademark: Bluetooth), USB (Universal Serial Bus), etc. It is possible to use direct communication with an external device.
  • the communication unit 52 receives a print job which is a command related to image recording from an external device, and outputs status information of the inkjet recording apparatus 1 to the external device as necessary.
  • the operation display unit 53 accepts user operations and displays information and menus for the user.
  • a display unit provided with an LCD (liquid crystal display) as the display unit 532 is used, and various menus and statuses related to image formation are displayed on the display screen of the LCD.
  • a touch panel serving as the operation detection unit 531 is provided corresponding to the LCD, and the touch operation corresponding to the display on the display screen can be detected by arranging the touch panel so as to overlap the display screen of the LCD.
  • the operation display unit 53 may include a push button switch and detect a push operation of the push button switch.
  • the notification output unit 54 performs a predetermined notification operation when an abnormality occurs in the inkjet recording apparatus 1.
  • Examples of the notification output unit 54 include a sound generation unit that generates a predetermined beep sound using a piezoelectric element or the like, and a light emitting unit that blinks or lights an LED lamp.
  • the drive waveform amplification circuit 21 of the ink jet recording apparatus 1 of the present embodiment will be described.
  • the waveform pattern data stored and held in the storage unit 432 as digital discrete value array data is output from the head control unit 43 according to a predetermined clock frequency, and this is output by the DAC 22.
  • the drive waveform amplification circuit 21 amplifies power (voltage, then current) and outputs the amplified power to each piezoelectric element 31.
  • FIG. 2A is a diagram schematically illustrating an example of the analog signal Vin input from the DAC 22 to the drive waveform amplifier circuit 21.
  • FIG. 2B is a diagram schematically illustrating an example of a waveform pattern of the drive output signal Vcom output from the drive waveform amplification circuit 21.
  • a drive voltage signal having a drive waveform pattern having different amplitudes depending on the presence / absence of ink discharge or the discharge amount is output alone or in combination within a predetermined period, and the piezoelectric element 31 is output.
  • the pressure change with respect to the ink in the nozzle is selectively switched.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of the analog signal Vin input from the DAC 22 to the drive waveform amplifier circuit 21.
  • FIG. 2B is a diagram schematically illustrating an example of a waveform pattern of the drive output signal Vcom output from the drive waveform amplification circuit 21.
  • the drive signal of this drive waveform is output after the voltage and current are amplified.
  • Vcom output voltage signal
  • the drive output signal Vcom output voltage signal
  • the actual output voltage does not necessarily follow the drive waveform pattern of the original drive voltage signal (amplified by the voltage amplification unit 211) due to the flowing current (that is, the change in the charge amount of the piezoelectric element 31), and mainly.
  • the rise and fall are delayed and become a dull waveform.
  • this drive waveform amplification circuit 21 in consideration of the magnitude of this dullness, the high frequency component is emphasized in advance according to the change in the original drive waveform pattern and the signal is fed back, so that the original drive is achieved. Adjustment is performed so as to approximate the waveform pattern of the voltage signal (dotted line b2 in the figure).
  • FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the drive waveform amplification circuit 21 provided in the inkjet recording apparatus 1 of the present embodiment.
  • the drive waveform amplification circuit 21 includes a voltage amplification unit 211, a feedback unit 212, a current amplification unit 214, and the like.
  • the voltage amplification unit 211 amplifies the voltage of the analog signal Vin (drive signal) of the drive waveform input from the DAC 22 to the drive voltage. Since the voltage amplitude of the analog signal Vin output from the DAC 22 is smaller than the actual voltage for driving the piezoelectric element 31, the voltage amplifier 211 amplifies and outputs the amplified voltage.
  • the voltage amplification unit 211 includes an OP amplifier A1 (operational amplifier), resistance elements R11 and R13, and the like.
  • the OP amplifier A1 is connected to voltages + Vc1 and ⁇ Vc2 corresponding to the amplitude of the drive voltage, and voltage amplification is performed between the voltages + Vc1 and ⁇ Vc2 with an amplification factor according to the resistance ratio of the resistance elements R11 and R13.
  • the drive signal subjected to voltage amplification is sent to the feedback unit 212 via the resistance element R12.
  • the amplitude of the drive voltage is usually as large as several tens of volts (about 30 V to 45 V), and the OP amplifier A1 corresponding to such a high voltage usually has a slew rate and a gain bandwidth (GBW). ) Becomes low, the waveform of the output drive signal tends to become dull.
  • the voltage amplitude of the analog signal Vin output from the DAC 22 is set to be larger than that in the past (for example, an amplitude of about 3 V) so that the amplification factor is not excessively increased.
  • the feedback unit 212 (feedback step) adjusts the waveform of the drive signal output from the voltage amplification unit 211 by branching and negatively feeding back the drive output signal Vcom from the drive waveform amplification circuit 21 and performing the adjustment.
  • the drive signal is output to the current amplifier 214.
  • the feedback unit 212 will be described in detail later.
  • the current amplifying unit 214 amplifies the power of the drive signal output from the feedback unit 212, and outputs and applies the drive output signal Vcom to the piezoelectric element 31 selected by the ejection selection switching element 32 via the resistance element R51. To do.
  • the current amplifying unit 214 includes resistance elements R41 and R42, an N channel FET 41T (field effect transistor), a P channel FET 42T, a capacitor C41, and the like.
  • the drive signal output from the feedback unit 212 is divided and input to the gate of the N-channel FET 41T and the gate of the P-channel FET 42T via the resistance elements R41 and R42, respectively.
  • the N-channel FET 41T has a drain connected to the power supply voltage Vp and a source connected to the output end.
  • the P-channel FET 42T has a drain grounded and a source connected to the output terminal. That is, the N-channel FET 41T and the P-channel FET 42T are source followers that output a drive output signal Vcom according to the drive signal by a push-pull operation.
  • the N-channel FET 41T and the P-channel FET 42T are MOSFETs that amplify power (current) and output a signal according to a voltage signal input to each gate terminal.
  • the voltages input to the N-channel FET 41T and the P-channel FET 42T are the same, and there is no configuration for generating a bias voltage. This reduces the number of components, that is, parts, and suppresses an increase in power consumption due to the through current.
  • the distortion of the output waveform is reduced by feedback (negative feedback) of the drive output signal Vcom to the feedback unit 212.
  • the capacitor C41 is for stabilizing the power supply voltage Vp, and a capacitor having a larger capacity than other capacitors such as an electrolytic capacitor is preferably used.
  • the power supply voltage Vp is equal to or higher than the operating voltage + Vc1 supplied to the OP amplifiers A1 and A2, and is the same here.
  • the voltage amplification unit 211 and the current amplification unit 214 constitute a power amplification unit 210 (power amplification step) that amplifies power.
  • the feedback unit 212 When the voltage of the drive output signal Vcom output from the drive waveform amplifier circuit 21 is applied to the piezoelectric element 31, a current corresponding to the capacitance of the piezoelectric element 31 flows through the piezoelectric element 31.
  • the number of piezoelectric elements 31 to which a voltage is applied varies depending on the ejection selection switching element 32. Since, for example, 1024 piezoelectric elements 31 are provided for one inkjet head 30, the magnitude of the flowing current can change by about three digits.
  • the drive output signal Vcom is fed back and input to the OP amplifier A2 together with the input signal (drive signal), so that the delay and waveform dullness of the drive output signal can be reduced.
  • the drive output signal is not fed back as it is, but is further adjusted to suppress delay and waveform dullness more effectively.
  • the feedback unit 212 includes an OP amplifier A2.
  • the drive signal output from the voltage amplifier 211 is input to the non-inverting input of the OP amplifier A2, and the drive output signal Vcom fed back from the current amplifier 214 is input to the inverting input. Entered. That is, here, the signals input to the OP amplifier A2 are all after being amplified to the drive voltage.
  • a capacitor C21 is further provided in series with the resistance element R21 between the node that branches the drive output signal Vcom from the output to the piezoelectric element 31 and the inverting input of the OP amplifier A2.
  • the capacitor C21 makes it easier to flow a signal having a frequency equal to or higher than the lower limit frequency corresponding to the resistance value of the resistance element R21 and the capacitance of the capacitor C21 out of the current corresponding to the resistance value ratio of the resistance elements R21 and R31. Yes.
  • These resistance elements R21 and R31 and the capacitor C21 are included in the high-frequency side enhancement selection unit 2121 (first enhancement unit).
  • the high frequency side emphasis selection unit 2121 selectively emphasizes a voltage fluctuation component (frequency component) related to rising or falling in the feedback drive output signal Vcom (feedback signal), that is, a differential component (D By obtaining the gain of the component), the influence of delay and dullness from the original drive voltage generated in the drive output signal Vcom is reduced or eliminated.
  • This lower limit frequency is determined based on the magnitude of dullness allowed at the rise or fall of the drive output signal.
  • the lower limit frequency is set to a frequency at which the half cycle of the lower limit frequency is at least shorter than the time required for the rise and fall of the trapezoidal wave that is the drive waveform pattern, so that the followability of the rise and fall is improved. It is improving.
  • the feedback signal output from the high frequency emphasis selection unit 2121 is input to the inverting input of the OP amplifier A2.
  • a resistance element R31 and a capacitor C31 are provided in parallel between the inverting input and the output of the OP amplifier A2. Similar to the OP amplifier A1, voltages + Vc1 and -Vc2 are connected to the OP amplifier A2.
  • the low frequency portion is selectively differentially amplified by the OP amplifier A2. That is, the OP amplifier A2, the resistance elements R22 and R31, and the capacitor C31 are included in the low-frequency side enhancement unit 2122 (second enhancement unit).
  • the difference between the low-frequency band voltage value that is, the input voltage of the integral component (I component)
  • the high-frequency emphasis selection unit 2121 Based on the voltage adjustment.
  • the upper limit frequency of the enhancement operation by the low frequency enhancement unit 2122 is set higher than the lower limit frequency in the high frequency enhancement selection unit 2121.
  • the amount of charge flowing between the piezoelectric elements 31 and the drive waveform amplifier circuit 21 increases, and a low frequency band that becomes a gradual increase / decrease component of the voltage, such as a rise delay.
  • the magnitude of voltage fluctuations of As described above, the rise and fall timings are improved by emphasizing the differential component (D component).
  • D component differential component
  • fluctuations in the medium and low frequency components, i.e., the applied voltage during the period when the voltage of the drive output signal does not change only by this. Since the deviation becomes conspicuous, here, the shape of the entire waveform is adjusted by selectively adjusting the low frequency band (I component).
  • the fluctuation portion such as the rise or fall of the drive waveform related to the delay or dullness of the drive output signal in which the delay or dullness occurs with respect to the input signal is emphasized more than the initial drive waveform.
  • a feedback signal is generated.
  • the drive signal output from the feedback unit 212 based on the feedback signal and the input signal is transformed from the input signal and output.
  • these emphasized portions are offset by the dullness or delay actually caused by the capacitance component of the piezoelectric element 31, and finally, a more appropriate drive waveform signal is applied to the piezoelectric element 31. That is, in the drive waveform amplifier circuit 21, voltage control corresponding to PID control is performed including voltage amplification (P component control) by the voltage amplifier 211.
  • P component control voltage amplification
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a modification of the drive waveform amplifier circuit of the present embodiment.
  • the drive waveform amplification circuit 21a further includes a PWM modulation unit 213 (Pulse Width Modulation), a waveform demodulation unit 215, and the like.
  • the drive signal converted into the analog signal by the DAC 22 is directly subjected to voltage amplification and power amplification, and the waveform is improved by using feedback of the analog signal.
  • the drive waveform amplifier circuit 21a of this modification converts the output signal of the feedback unit 212 into a rectangular wave having an on / off ratio corresponding to the signal intensity by PWM control once in the PWM modulation unit 213. Then, after amplifying the current of each rectangular wave, the waveform demodulator 215 returns the analog signal having the drive waveform again to output it as a drive output signal Vcom, and feeds it back to the feedback unit 212.
  • the PWM modulation unit 213 has a known configuration capable of outputting a rectangular wave corresponding to a voltage value, and includes, for example, a comparator.
  • the waveform demodulator 215 has a known configuration for smoothing the PWM modulated wave, and includes, for example, an LC filter. Thus, it is good also as reducing the power consumption of the current amplification part 230 by performing current amplification using PWM modulation.
  • the drive waveform amplification circuit 21 of the inkjet head 30 of the present embodiment is a capacitive load of the inkjet head 30 by amplifying the power of the input drive signal (analog signal Vin) having a predetermined drive waveform.
  • the power amplification unit 210 (voltage amplification unit 211 and current amplification unit 214) that outputs to the piezoelectric element 31 and a signal based on the drive output signal Vcom that is output from the power amplification unit 210 to the piezoelectric element 31 are negatively fed back to the drive signal.
  • a feedback unit 212 is a capacitive load of the inkjet head 30 by amplifying the power of the input drive signal (analog signal Vin) having a predetermined drive waveform.
  • the power amplification unit 210 (voltage amplification unit 211 and current amplification unit 214) that outputs to the piezoelectric element 31 and a signal based on the drive output signal Vcom that is output from the power amplification unit 210 to the
  • the feedback unit 212 includes a high-frequency emphasis selection unit 2121 that emphasizes a frequency component equal to or higher than a predetermined lower limit frequency in the drive output signal Vcom to be negatively fed back.
  • the high-frequency component that forms the rise and fall of the drive output signal Vcom with respect to the decrease in the followability of the original drive voltage signal is stronger than that of the drive voltage signal and negatively fed back, so that the capacitance of the piezoelectric element 31 can be reduced.
  • the result of the waveform dullness can be the same as the waveform of the original drive voltage signal. Therefore, without increasing the size of the power supply unit, it is possible to maintain a drive waveform with high accuracy and appropriately apply it to the piezoelectric element 31 to perform a desired ink ejection operation, a meniscus surface vibration operation, and the like.
  • the feedback unit 212 includes a low-frequency side emphasizing unit 2122 that selectively emphasizes a frequency component of the drive output signal Vcom that is higher than a predetermined lower limit frequency and lower than a predetermined upper limit frequency.
  • a low-frequency side emphasizing unit 2122 that selectively emphasizes a frequency component of the drive output signal Vcom that is higher than a predetermined lower limit frequency and lower than a predetermined upper limit frequency.
  • the power amplification unit 210 includes a voltage amplification unit 211 that amplifies the voltage of the drive signal (analog signal Vin), a current amplification unit 214 that amplifies the current of the drive signal and outputs the drive output signal Vcom to the piezoelectric element 31.
  • the feedback unit 212 negatively feeds back a signal based on the drive output signal Vcom to the drive signal whose voltage is amplified by the voltage amplification unit 211. That is, the drive waveform amplification circuit 21 appropriately corrects the waveform distortion of the drive output signal Vcom by correcting the fluctuation component (D component) and the integral component (I component) without returning the voltage amplified once. It is possible to generate and output a drive output signal Vcom with higher accuracy by performing a corresponding correction.
  • the current amplifying unit 214 since the current amplifying unit 214 generates the drive output signal Vcom using a MOSFET, it is possible to effectively reduce power consumption. Further, in this drive waveform amplifier circuit 21, the current amplifier 214 can be operated more stably while simplifying the countermeasures against the occurrence of thermal runaway that tends to occur when bipolar transistors are used.
  • the OP amplifier A1 is used for the voltage amplification unit 211, the number of components related to power amplification can be reduced, and the amplification operation can be performed more compactly.
  • the input drive signal (analog signal Vin) is an analog signal that is analog-converted by the DAC 22 from digital data indicating a predetermined drive waveform. Therefore, the drive signal can be supplied to the drive waveform amplifier circuit 21 easily and accurately.
  • the input drive signal is a trapezoidal wave.
  • the present invention functions more effectively and drives with high accuracy.
  • An output signal Vcom can be generated and output.
  • the lower limit frequency related to the emphasis range by the high frequency side emphasis selection unit 2121 is a frequency whose half cycle is shorter than the rise time and fall time of the voltage value in the trapezoidal wave.
  • the inkjet recording apparatus 1 includes the inkjet head 30 including the nozzle and the piezoelectric element 31 that ejects ink from the nozzle by being deformed according to the applied voltage, and the drive waveform amplification circuit described above. 21 and a drive signal supply unit 20a that supplies an analog signal Vin having a predetermined drive waveform to the drive waveform amplifier circuit 21.
  • a stable drive output voltage Vcom can be applied to each piezoelectric element 31 and desired ink droplets can be ejected from the nozzles. Therefore, the accuracy of the image formed by the inkjet recording apparatus 1 can be improved more stably.
  • the power supply unit can be easily and stably generated with a highly accurate drive voltage waveform without increasing the size of the power supply unit.
  • the piezoelectric element 31 can be driven to perform a desired ink ejection operation.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the current amplification is performed by the push-pull configuration using the MOSFET and the drive output signal Vcom is output.
  • the current amplification may be performed by combining bipolar transistors.
  • the number of transistors is not limited to two. Three or more transistors may be used, for example, Darlington connection or the like.
  • the voltage amplification unit 211 performs voltage amplification by the OP amplifier A1.
  • voltage amplification may be performed using a bipolar transistor or the like, or a combination of these may be used in multiple stages. Voltage amplification may be performed. Further, the amplification order, the feedback destination, and the like can be appropriately set by performing various known processes as necessary within a range where amplification is possible.
  • the resistance value of each resistance element and the capacitance of the capacitor that determine the upper limit frequency and the lower limit frequency of the high-frequency enhancement unit 2121 and the low-frequency enhancement unit 2122 are fixed. You may make it variable according to the number of the piezoelectric elements 31 to be input, the input drive voltage signal, or the like. For example, a plurality of resistance elements and switching elements connected in series to the respective resistance elements are arranged in parallel, and the overall combined resistance is changed by controlling the opening and closing of the switching elements, whereby the upper limit frequency and the lower limit frequency are changed. May be changed.
  • the drive waveform amplifier circuit 21 shown in the above embodiment may be manufactured, traded, used, etc. independently of the inkjet recording apparatus 1.
  • the specific details shown in the above embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
  • the present invention can be used in an inkjet head drive waveform amplification circuit, an inkjet recording apparatus, and an inkjet head drive waveform amplification method.

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Abstract

電力供給部を大型化せずに出力する駆動波形をより適切に維持することの出来るインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法を提供する。インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路は、入力された所定の駆動波形の駆動信号の電力を増幅してインクジェットヘッドの容量性負荷に出力する電力増幅部（２１０）と、電力増幅部（２１０）から容量性負荷に出力する出力電圧信号に基づく信号を駆動信号に対して負帰還させる帰還部（２１２）と、を備え、帰還部（２１２）は、負帰還させる出力電圧信号のうち、所定の下限周波数以上の周波数成分を強調する高域側強調選択部（２１２１）を備える。

Description

インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法
　この発明は、インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法に関する。
　従来、ノズルから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がある。インクジェット記録装置では、ノズルに連通する圧力室でインクに圧力変化を生じさせることでインクを適宜な形状や液量の液滴としてノズルから吐出させている。インクジェット記録装置において圧力室における圧力変化を生じさせるものとして用いられる一つに圧電素子があり、この圧電素子に適切な電圧を印加して変形量や変形時間を制御する。
　しかしながら、圧電素子は、容量性の負荷であり、多数配列されたノズルからのインク吐出有無を各々切り替え、当該切り替えに応じてインクを吐出させるノズルに各々対応する圧電素子に電圧を印加していくと、駆動回路から圧電素子に流れ、また、圧電素子から流出する電荷の総量が電圧印加対象の圧電素子の数に応じて変化することになる。従って、安定的に駆動波形を供給するには、十分な電力供給が必要になり、消費電力が増大するという問題があった。
　これに対し、従来、出力信号を帰還させて信号を安定化させる技術がある。特許文献１には、Ｄ級増幅した駆動波形信号をＬＣ回路でフィルタリングした出力信号を、位相を進めて帰還させるとともに、微分信号を独立に帰還させることで、電力損失を抑えつつＬＣ回路のフィルタリング周波数を安定的に保ち、適切な波形を出力する技術が開示されている。
特開２００９－１５３２７２号公報
　しかしながら、インクジェット記録装置におけるノズル数の増加に従って、圧電素子に供給される電流の大きさは、数桁変化する。このような最大電流に合わせて十分な電力を供給可能な電力供給部を用意すると、電力供給部が必要以上に大型化するという課題がある。反対に、十分な電力供給に対応せずに高速で駆動波形を印加すると、大きな電流によって出力される駆動波形信号が鈍り、適切にインクが吐出されない場合が生じるという課題がある。
　この発明の目的は、電力供給部を大型化せずに出力する駆動波形をより適切に維持することの出来るインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
　入力された所定の駆動波形の駆動信号の電力を増幅してインクジェットヘッドの容量性負荷に出力する電力増幅部と、
　前記電力増幅部から前記容量性負荷に出力する出力電圧信号に基づく信号を前記駆動信号に対して負帰還させる帰還部と、
　を備え、
　前記帰還部は、負帰還させる前記出力電圧信号のうち、所定の下限周波数以上の周波数成分を強調する第１の強調部を備える
　ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路である。
　請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、
　前記帰還部は、前記出力電圧信号のうち、前記所定の下限周波数よりも高い所定の上限周波数未満の周波数成分を選択的に強調する第２の強調部を備えることを特徴としている。
　請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、
　前記電力増幅部は、
　前記駆動信号の電圧を増幅する電圧増幅部と、
　前記駆動信号の電流を増幅して前記出力電圧信号を前記容量性負荷に出力する電流増幅部と、
　を備え、
　前記帰還部は、前記電圧増幅部で電圧が増幅された前記駆動信号に対して前記出力電圧信号に基づく信号を負帰還させる
　ことを特徴としている。
　請求項４記載の発明は、請求項３記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、
　前記電流増幅部は、ＭＯＳＦＥＴを用いて前記出力電圧信号を生成することを特徴としている。
　請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、
　前記電圧増幅部には、オペアンプが用いられていることを特徴としている。
　請求項６記載の発明は、請求項１～５の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、
　入力される前記駆動信号は、前記所定の駆動波形を示すデジタルデータからアナログ変換されたアナログ信号であることを特徴としている。
　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インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、
　前記駆動信号は、台形波であることを特徴としている。
　請求項８記載の発明は、請求項７記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、
　前記所定の下限周波数は、前記台形波における電圧値の立ち上がり時間及び立下がり時間よりも半周期が短い周波数であることを特徴としている。
　請求項９記載の発明は、
　ノズルと、印加される電圧に応じて変形することで前記ノズルからインクを吐出させる容量性負荷と、を有するインクジェットヘッドと、
　請求項１～８の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路と、
　前記駆動波形増幅回路に前記所定の駆動波形の駆動信号を供給する駆動信号供給部と、
　を備えることを特徴とするインクジェット記録装置である。
　請求項１０記載の発明は、
　入力された所定の駆動波形の駆動信号の電力を増幅してインクジェットヘッドの容量性負荷に出力する電力増幅ステップ、
　前記電力増幅ステップで前記容量性負荷に出力する出力電圧信号に基づく信号を前記駆動信号に対して負帰還させる帰還ステップ、
　を含み、
　前記帰還ステップでは、負帰還させる前記出力電圧信号のうち、所定の下限周波数以上の周波数成分を強調する
　ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法である。
　本発明に従うと、インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路において、電力供給部を大型化せずに出力する駆動波形をより適切に維持することが出来るという効果がある。
本発明の実施形態のインクジェット記録装置の構成を示すブロック図である。 駆動波形増幅回路へ入力される駆動信号の波形パターンを模式的に説明する図である。 駆動波形増幅回路から出力される駆動出力信号の波形パターンを模式的に説明する図である。 駆動波形増幅回路の回路構成を示す図である。 駆動波形増幅回路の変形例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の駆動波形増幅回路を含むインクジェット記録装置１の機能構成を示すブロック図である。
　インクジェット記録装置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、インクジェットヘッド３０などを備え、これらは、バス５５を介して信号を送受信可能に接続されている。
　制御部４１は、インクジェット記録装置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。
　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。
　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。
　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インクジェットヘッド３０に対して相対的に移動させ、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、記録媒体とインクジェットヘッド３０とが相対移動させられれば良く、即ち、インクジェットヘッド３０を静止又は移動する記録媒体に対して移動させる構成であっても良い。
　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。
　インクジェットヘッド３０は、インクを吐出する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インクの液滴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。インクジェットヘッド３０は、容量性負荷である圧電素子３１と、吐出選択スイッチング素子３２などを備える。
　圧電素子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。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。
　吐出選択スイッチング素子３２は、各圧電素子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圧電素子３１に駆動電圧信号を供給させないことで、各ノズルからのインク液滴の吐出有無を切り替える。また、この切り替えは、インク液滴の吐出に限られず、インク液滴を吐出させない程度に小振幅の非吐出波形に係る駆動電圧信号にも同様に適用される。
　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インクジェットヘッド３０の圧電素子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、インクジェット記録装置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、インクジェットヘッド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、駆動波形増幅回路２１と、ＤＡＣ２２（デジタルアナログ変換器）などを備える。
　ＤＡＣ２２は、ヘッド制御部４３から所定のクロック周波数で出力された駆動波形の波形パターンデータをアナログ変換して得られたアナログ信号を駆動波形増幅回路２１に出力する。
　駆動波形増幅回路２１は、各圧電素子３１に対してノズルからのインク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。本実施形態のインクジェット記録装置１では、特に限られるものではないが、台形波形状の駆動電圧信号が圧電素子３１に対して印加される。駆動波形増幅回路２１には、ＤＡＣ２２で得られたアナログ信号が入力され、このアナログ信号を電力増幅して出力する。
　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。記憶部４３２は、ノズルからインクを吐出させたりノズル内のインクの液面（メニスカス）を振動させたりするための駆動信号の波形パターンをデジタル離散値配列データ（デジタルデータ）として予め保持する。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により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（所定の駆動波形）を選択し、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、ヘッド制御部４３とＤＡＣ２２とにより駆動波形増幅回路２１にアナログ信号Ｖｉｎ（駆動信号）を供給する駆動信号供給部２０ａが構成される。
　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インクジェット記録装置１のステータス情報などを出力する。
　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、このタッチパネルを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。
　報知出力部５４は、インクジェット記録装置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。
　次に、本実施形態のインクジェット記録装置１の駆動波形増幅回路２１について説明する。
　本実施形態のインクジェット記録装置１では、上述のように、デジタル離散値配列データとして記憶部４３２に記憶保持された波形パターンデータを所定のクロック周波数に従ってヘッド制御部４３から出力し、これをＤＡＣ２２でデジタルアナログ変換（Ｄ／Ａ変換）したのち、駆動波形増幅回路２１で電力（電圧、次いで電流）を増幅して各圧電素子３１に出力する。
　図２Ａは、ＤＡＣ２２から駆動波形増幅回路２１へ入力されるアナログ信号Ｖｉｎの例を模式的に説明する図である。また、図２Ｂは、駆動波形増幅回路２１から出力される駆動出力信号Ｖｃｏｍの波形パターンの例を模式的に説明する図である。
　本実施形態のインクジェット記録装置１では、インクの吐出有無や吐出量などに応じて異なる振幅を有する駆動波形パターンの駆動電圧信号を所定周期内で単独で又は組み合わせて出力して、圧電素子３１を変形動作させることで、ノズル内のインクに対する圧力変化を選択的に切り替える。ここでは、図２Ａに示すように、電圧ＶＢから電圧ＶＬ及び電圧ＶＷまで上昇して一定電圧になった後、それぞれ電圧ＶＢへ戻る２種類の台形波形状の駆動波形パターンが示されている。このとき、電圧上昇時の傾きと電圧下降時の傾きとは異なっていても良い。或いは、電圧ＶＢに対して正負の方向にそれぞれ変動する駆動波形パターンが単独で又は組み合わされて出力されるものであっても良い。
　この駆動波形の駆動信号は、電圧及び電流が増幅されて出力される。しかしながら、図２Ｂの実線ｂ１に示すように、このままの駆動波形の駆動出力信号Ｖｃｏｍ（出力電圧信号）が容量性負荷である圧電素子３１に印加されると、当該圧電素子３１の容量に応じて流れる電流（即ち、圧電素子３１の電荷量の変化）によって、実際の出力電圧は、必ずしも本来の駆動電圧信号（電圧増幅部２１１で増幅されたもの）の駆動波形パターンに追従せず、主に立ち上がりや立下がりが遅れて鈍った波形になる。
　これに対し、この駆動波形増幅回路２１では、この鈍りの大きさを考慮して予め本来の駆動波形パターンにおける変化に応じた高周波数成分の強調を行って信号を帰還させることで、本来の駆動電圧信号の波形パターンに近づける調整を行う（同図の点線ｂ２）。
　図３は、本実施形態のインクジェット記録装置１が備える駆動波形増幅回路２１の回路構成を示す図である。
　駆動波形増幅回路２１は、電圧増幅部２１１と、帰還部２１２と、電流増幅部２１４などを備える。
　電圧増幅部２１１は、ＤＡＣ２２から入力された駆動波形のアナログ信号Ｖｉｎ（駆動信号）の電圧を駆動電圧にまで増幅する。ＤＡＣ２２から出力されるアナログ信号Ｖｉｎの電圧振幅は、圧電素子３１を駆動する実際の電圧よりも小さいので、電圧増幅部２１１は、これを増幅して出力する。
　電圧増幅部２１１は、ＯＰアンプＡ１（オペアンプ）と、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１３などを有する。ＯＰアンプＡ１は、駆動電圧の振幅に対応した電圧＋Ｖｃ１、－Ｖｃ２に接続されて、当該電圧＋Ｖｃ１、－Ｖｃ２の間で抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１３の抵抗比に応じた増幅率で電圧増幅が行われる。電圧増幅がなされた駆動信号は、抵抗素子Ｒ１２を介して帰還部２１２に送られる。なお、インクジェットヘッド３０では、駆動電圧の振幅が通常では数十ボルト（約３０Ｖ～４５Ｖなど）と大きく、このような高電圧に対応するＯＰアンプＡ１は、通常、スルーレートや利得帯域幅（ＧＢＷ）が低くなるので、出力される駆動信号の波形が鈍りやすい。インクジェット記録装置１では、増幅率を大きくし過ぎないようにＤＡＣ２２から出力されるアナログ信号Ｖｉｎの電圧振幅を従来（例えば３Ｖ程度の振幅）に比して大きく定めるのが好ましい。また、ここでは、＋Ｖｃ１＞０、－Ｖｃ２＜０である。
　帰還部２１２（帰還ステップ）は、駆動波形増幅回路２１からの駆動出力信号Ｖｃｏｍを分岐させて負帰還させることで電圧増幅部２１１から出力された駆動信号の波形を調整して、当該調整された駆動信号を電流増幅部２１４へ出力する。帰還部２１２については、後に詳述する。
　電流増幅部２１４は、帰還部２１２から出力された駆動信号の電力を増幅し、駆動出力信号Ｖｃｏｍとして吐出選択スイッチング素子３２により選択された圧電素子３１に対して抵抗素子Ｒ５１を介して出力、印加する。電流増幅部２１４は、抵抗素子Ｒ４１、Ｒ４２と、ＮチャンネルＦＥＴ４１Ｔ（電界効果トランジスター）と、ＰチャンネルＦＥＴ４２Ｔと、キャパシターＣ４１などを備える。
　帰還部２１２から出力された駆動信号は、分割されて抵抗素子Ｒ４１、Ｒ４２を介してそれぞれＮチャンネルＦＥＴ４１Ｔのゲート及びＰチャンネルＦＥＴ４２Ｔのゲートに入力される。ＮチャンネルＦＥＴ４１Ｔは、ドレインが電源電圧Ｖｐに接続され、ソースが出力端に接続されている。ＰチャンネルＦＥＴ４２Ｔは、ドレインが接地され、ソースが出力端に接続されている。
　即ち、ＮチャンネルＦＥＴ４１Ｔ及びＰチャンネルＦＥＴ４２Ｔは、プッシュプル動作により駆動信号に従った駆動出力信号Ｖｃｏｍを出力するソースフォロワーである。
　ＮチャンネルＦＥＴ４１Ｔ及びＰチャンネルＦＥＴ４２Ｔは、各ゲート端子に入力される電圧信号に従った信号を電力（電流）増幅して出力するＭＯＳＦＥＴである。ここでは、ＮチャンネルＦＥＴ４１Ｔ及びＰチャンネルＦＥＴ４２Ｔに入力される電圧は同一であり、バイアス電圧を生じさせる構成を有しない。これにより、構成要素、即ち、部品の点数を削減するとともに、貫通電流による電力消費の増大を抑える。出力波形の歪みは、駆動出力信号Ｖｃｏｍの帰還部２１２への帰還（負帰還）により低減される。
　また、バイポーラートランジスターの代わりにＭＯＳＦＥＴを用いることで、発熱（温度上昇）に伴ってバイアス電圧や増幅電流の変化が正帰還することによる熱暴走の発生を抑えながら適切な駆動出力信号Ｖｃｏｍを生成する。
　キャパシターＣ４１は、電源電圧Ｖｐの安定用のものであり、電解コンデンサーなど他のキャパシターと比較して容量が大きいものが好ましく用いられる。電源電圧Ｖｐは、ＯＰアンプＡ１、Ａ２に供給する動作電圧＋Ｖｃ１以上であり、ここでは同一である。
　これらのうち、電圧増幅部２１１と電流増幅部２１４とにより電力を増幅する電力増幅部２１０（電力増幅ステップ）が構成される。
　次に、帰還部２１２について説明する。
　駆動波形増幅回路２１から出力される駆動出力信号Ｖｃｏｍの電圧が圧電素子３１に印加される際に、圧電素子３１には、当該圧電素子３１の容量に応じた電流が流れる。電圧が印加される圧電素子３１の数は、吐出選択スイッチング素子３２に応じて変化する。圧電素子３１は、１つのインクジェットヘッド３０について例えば１０２４個が設けられるので、流れる電流の大きさは、３桁程度変化し得ることになる。そして、この電流が大きい場合には、電圧印加対象となる圧電素子３１が全て適切な電圧となるまでに時間を要することになり、これに応じて、圧電素子３１への印加電圧波形、即ち、駆動出力信号Ｖｃｏｍは、本来の駆動波形パターンと比較して立ち上がり及び立下がりの遅延や波形の鈍りが生じる。
　このような場合、この駆動出力信号Ｖｃｏｍを帰還させて入力信号（駆動信号）とともにＯＰアンプＡ２に入力させることにより当該駆動出力信号の遅延や波形の鈍りを低減することが出来る。本実施形態のインクジェット記録装置１では、このとき、駆動出力信号をそのまま帰還させるのではなく、更に調整することで、遅延や波形の鈍りをより効果的に抑える。
　帰還部２１２は、ＯＰアンプＡ２を備え、当該ＯＰアンプＡ２の非反転入力に電圧増幅部２１１から出力された駆動信号が入力され、反転入力に電流増幅部２１４から帰還される駆動出力信号Ｖｃｏｍが入力される。即ち、ここでは、ＯＰアンプＡ２に入力される信号は、何れも駆動電圧に電圧増幅された後のものである。
　帰還部２１２において、駆動出力信号Ｖｃｏｍを圧電素子３１への出力と分岐させるノードからＯＰアンプＡ２の反転入力までの間には、抵抗素子Ｒ２１に対して更に直列にキャパシターＣ２１が設けられている。このキャパシターＣ２１により、抵抗素子Ｒ２１、Ｒ３１の抵抗値の比に応じた電流のうち、抵抗素子Ｒ２１の抵抗値とキャパシターＣ２１の容量とに応じた下限周波数以上の周波数の信号がより流れやすくなっている。これらの抵抗素子Ｒ２１、Ｒ３１及びキャパシターＣ２１は、高域側強調選択部２１２１（第１の強調部）に含まれる。この高域側強調選択部２１２１により、帰還される駆動出力信号Ｖｃｏｍ（帰還信号）のうち特に立ち上がりや立下がりに係る電圧変動成分（周波数成分）が選択的に強調される、即ち微分成分（Ｄ成分）のゲインを得ることで、駆動出力信号Ｖｃｏｍに生じる本来の駆動電圧からの遅延や鈍りの影響を低減、除去する。この下限周波数は、駆動出力信号の立ち上がりや立下がり時に許容される鈍りの大きさに基づいて定められる。即ち、ここでは、下限周波数の半周期が少なくとも駆動波形パターンである台形波の立ち上がりや立下がりに要する時間よりも短くなる周波数に当該下限周波数が定められることで、立ち上がりや立下がりの追従性を向上させている。
　高域側強調選択部２１２１から出力された帰還信号は、ＯＰアンプＡ２の反転入力に入力される。ＯＰアンプＡ２の反転入力と出力との間には、抵抗素子Ｒ３１とキャパシターＣ３１とが並列に設けられている。ＯＰアンプＡ２には、ＯＰアンプＡ１と同様に、電圧＋Ｖｃ１、－Ｖｃ２が接続される。
　抵抗素子Ｒ３１の抵抗値とキャパシターＣ３１の容量とに応じた所定の上限周波数未満の周波数成分に係る電圧変動は、積分されてキャパシターＣ３１及び抵抗素子Ｒ３１の電圧を生じさせるので、当該上限周波数より低い低域部分は、ＯＰアンプＡ２により選択的に差動増幅されることになる。即ち、これらＯＰアンプＡ２、抵抗素子Ｒ２２、Ｒ３１及びキャパシターＣ３１は、低域側強調部２１２２（第２の強調部）に含まれる。この低域側強調部２１２２において、高域側強調選択部２１２１で強調された高周波数帯の変動を残したまま、低周波数帯の電圧値、即ち積分成分（Ｉ成分）の入力電圧との差分に基づいて電圧調整を行う。この低域側強調部２１２２による強調動作の上限周波数は、高域側強調選択部２１２１における下限周波数より高く定められる。電圧印加対象の圧電素子３１の数が多くなるにつれて圧電素子３１と駆動波形増幅回路２１との間で流れる電荷の量が多くなり、立ち上がりの遅延など、電圧の漸増／漸減成分となる低周波数帯の電圧変動の大きさが変化する。上述のように、立ち上がり及び立下がりのタイミングは微分成分（Ｄ成分）の強調で改善される一方、これだけでは駆動出力信号の電圧が変化しない期間に中低周波数成分の変動、即ち、印加電圧のずれが目立つことになるので、ここでは、低周波数帯（Ｉ成分）を選択的に調節することで、波形全体の形状を調節する。
　このように、帰還部２１２では、入力信号に対して遅延や鈍りの生じた駆動出力信号の当該遅延や鈍りに係る駆動波形の立ち上がりや立下がりといった変動部分が当初の駆動波形以上に強調された帰還信号が生成される。そして、この帰還信号と入力信号とにより帰還部２１２から出力される駆動信号は、入力信号から変形されて出力されることになる。その結果、これらの強調された部分は、圧電素子３１の容量成分により実際に生じる鈍りや遅延と相殺されて、最終的には、より適切な駆動波形信号が圧電素子３１に印加される。
　即ち、この駆動波形増幅回路２１では、電圧増幅部２１１による電圧増幅（Ｐ成分の制御）を含めてＰＩＤ制御に対応する電圧制御が行われる。
　なお、これら帰還部２１２において、帰還される信号の位相が反転するなどで発振が生じないように適切に抵抗値やキャパシターの容量が組み合わされて決定される必要がある。
［変形例］
　図４は、本実施形態の駆動波形増幅回路の変形例を示す構成図である。
　この駆動波形増幅回路２１ａは、ＰＷＭ変調部２１３（Pulse Width Modulation）と、波形復調部２１５などを更に備える。
　上記実施の形態では、ＤＡＣ２２でアナログ信号に変換された駆動信号に対してそのまま電圧増幅及び電力増幅を行い、当該アナログ信号の帰還を用いて波形の改善を行った。これに対し、この変形例の駆動波形増幅回路２１ａは、帰還部２１２の出力信号をＰＷＭ変調部２１３において一度ＰＷＭ制御により信号強度に応じたオン／オフ比の矩形波に変換する。そして、この各矩形波の電流を増幅した後に、波形復調部２１５で再び駆動波形を有するアナログ信号に戻して駆動出力信号Ｖｃｏｍとして出力するとともに、帰還部２１２に帰還させる。
　ＰＷＭ変調部２１３は、電圧値に応じた矩形波を出力可能な周知の構成を有し、例えば、コンパレーターを含む。波形復調部２１５は、ＰＷＭ変調波を平滑化する周知の構成を有し、例えば、ＬＣフィルターを含む。このようにＰＷＭ変調を用いて電流増幅を行うことで、電流増幅部２３０の消費電力を低減させることとしても良い。
　以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド３０の駆動波形増幅回路２１は、入力された所定の駆動波形の駆動信号（アナログ信号Ｖｉｎ）の電力を増幅してインクジェットヘッド３０の容量性負荷である圧電素子３１に出力する電力増幅部２１０（電圧増幅部２１１及び電流増幅部２１４）と、電力増幅部２１０から圧電素子３１に出力する駆動出力信号Ｖｃｏｍに基づく信号を駆動信号に対して負帰還させる帰還部２１２と、を備え、帰還部２１２は、負帰還させる駆動出力信号Ｖｃｏｍのうち、所定の下限周波数以上の周波数成分を強調する高域側強調選択部２１２１を備える。
　このように、駆動出力信号Ｖｃｏｍの本来の駆動電圧信号に対する追従性の低下に係る立ち上がり及び立下がりを形作る高周波数成分をその駆動電圧信号よりも強めて負帰還させることで、圧電素子３１の容量により波形の鈍りが生じた結果が本来の駆動電圧信号の波形と同様とすることが出来る。従って、電力供給部を大型化したりせずに、精度良く駆動波形を維持して圧電素子３１に適切に印加させ、所望のインク吐出動作やメニスカス面の振動動作などを行わせることが出来る。
　また、帰還部２１２は、駆動出力信号Ｖｃｏｍのうち、所定の下限周波数よりも高い所定の上限周波数未満の周波数成分を選択的に強調する低域側強調部２１２２を備える。これにより、下限周波数以上の全ての周波数成分を均等に持ち上げるのではなく、波形の鈍りの改善に必要な周波数帯を重点的に強調することが出来る。また、低域側の周波数も別途適切に持ち上げることで、立ち上がり後や立下がり後の一定周波数の出力時における電圧揺らぎや圧電素子３１の容量の変動に伴うオフセットなどを低減させることが出来る。
　また、電力増幅部２１０は、駆動信号（アナログ信号Ｖｉｎ）の電圧を増幅する電圧増幅部２１１と、駆動信号の電流を増幅して駆動出力信号Ｖｃｏｍを圧電素子３１に出力する電流増幅部２１４と、を備え、帰還部２１２は、電圧増幅部２１１で電圧が増幅された駆動信号に対して駆動出力信号Ｖｃｏｍに基づく信号を負帰還させる。
　即ち、一度電圧増幅した分の電圧を戻さず、変動成分（Ｄ成分）と積分成分（Ｉ成分）を補正することで、駆動波形増幅回路２１は、適切に駆動出力信号Ｖｃｏｍの波形の歪みに応じた補正を行って、より精度の高い駆動出力信号Ｖｃｏｍを生成出力することが出来る。
　また、電流増幅部２１４は、ＭＯＳＦＥＴを用いて駆動出力信号Ｖｃｏｍを生成するので、消費電力を効果的に低減させることが出来る。また、この駆動波形増幅回路２１では、バイポーラートランジスターを用いた場合に生じやすい熱暴走の発生に対する対策を簡略化しながら、より安定的に電流増幅部２１４を動作させることが出来る。
　また、電圧増幅部２１１には、ＯＰアンプＡ１が用いられているので、電力増幅に係る部品点数を低減させてよりコンパクトに増幅動作を行うことが出来る。
　また、入力される駆動信号（アナログ信号Ｖｉｎ）は、所定の駆動波形を示すデジタルデータからＤＡＣ２２によりアナログ変換されたアナログ信号である。よって、駆動信号を容易且つ精度良く駆動波形増幅回路２１に供給することが出来る。
　また、入力される駆動信号は、台形波である。このように、電圧の立ち上がりや立下がり部分と定圧部分とが明確に分かれ、また、立ち上がり時間や立下がり時間が有限時間である場合に、本発明がより効果的に機能して精度の良い駆動出力信号Ｖｃｏｍを生成出力することが出来る。
　また、高域側強調選択部２１２１による強調範囲に係る下限周波数は、台形波における電圧値の立ち上がり時間及び立下がり時間よりも半周期が短い周波数である。これにより、適切に強調すべき範囲の周波数帯の信号成分を効率良く強調して波形の歪みの小さい駆動出力信号Ｖｃｏｍを出力生成することが出来る。
　また、上記実施形態のインクジェット記録装置１は、ノズルと、印加される電圧に応じて変形することでノズルからインクを吐出させる圧電素子３１と、を有するインクジェットヘッド３０と、上述の駆動波形増幅回路２１と、駆動波形増幅回路２１に所定の駆動波形のアナログ信号Ｖｉｎを供給する駆動信号供給部２０ａと、を備える。
　これにより、各圧電素子３１に安定した駆動出力電圧Ｖｃｏｍを印加してノズルから所望のインク液滴を吐出させることが出来る。従って、インクジェット記録装置１により形成される画像の精度をより安定的に向上させることが出来る。
　また、上述の方法でインクジェットヘッド３０の圧電素子３１に対して印加する駆動出力電圧Ｖｃｏｍの増幅を行うことで、電力供給部を大型化せずに容易により安定して精度の高い駆動電圧波形で圧電素子３１を駆動させて、所望のインク吐出動作を行わせることが出来る。
　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、ＭＯＳＦＥＴを用いてプッシュプル型の構成により電流増幅を行って駆動出力信号Ｖｃｏｍを出力したが、バイポーラー型のトランジスターが組み合わされて電流の増幅を行っても良い。また、トランジスターの数は２つに限られない。３つ以上のトランジスターが用いられて、例えば、ダーリントン接続などがなされていても良い。
　また、上記実施の形態では、電圧増幅部２１１において、ＯＰアンプＡ１により電圧増幅を行ったが、バイポーラートランジスターなどを用いて電圧の増幅を行っても良く、或いは、これらを組み合わせて多段階で電圧増幅を行っても良い。
　また、増幅の順序や帰還先などは、増幅が可能な範囲で必要に応じて各種周知の処理を行って適宜配置設定することが可能である。
　また、上記実施の形態では、高域側強調選択部２１２１及び低域側強調部２１２２の上限周波数及び下限周波数を定める各抵抗素子の抵抗値やキャパシターの容量を固定としたが、インク吐出に用いられる圧電素子３１の数や入力される駆動電圧信号などに応じて可変とさせても良い。例えば、複数の抵抗素子と、当該抵抗素子に各々直列に接続されたスイッチング素子とを並列に配列し、スイッチング素子を開閉制御することで全体の合成抵抗を変更させ、これにより上限周波数や下限周波数を変化させても良い。
　また、上記実施の形態では、台形波の駆動波形パターンを出力する場合を例に挙げて説明したが、駆動波形パターンが矩形波の場合でも本発明を適用することが出来る。
　また、上記実施の形態で示した駆動波形増幅回路２１は、インクジェット記録装置１とは独立して製造、取引、使用などがなされても良い。
　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。
　この発明は、インクジェットヘッドの駆動波形増幅回路、インクジェット記録装置及びインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法に利用することができる。
１ インクジェット記録装置
２０ ヘッド駆動制御部
２０ａ 駆動信号供給部
２１ 駆動波形増幅回路
２１ａ 駆動波形増幅回路
２１０ 電力増幅部
２１１ 電圧増幅部
２１２ 帰還部
２１２１ 高域側強調選択部
２１２２ 低域側強調部
２１４ 電流増幅部
２１３ ＰＷＭ変調部
２１５ 波形復調部
２２ ＤＡＣ
３０ インクジェットヘッド
３１ 圧電素子
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
Ａ１、Ａ２ ＯＰアンプ
Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１ キャパシター
４１Ｔ ＮチャンネルＦＥＴ
４２Ｔ ＰチャンネルＦＥＴ
Ｒ１１～Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ５１ 抵抗素子

Claims (10)

  1. 　入力された所定の駆動波形の駆動信号の電力を増幅してインクジェットヘッドの容量性負荷に出力する電力増幅部と、
    　前記電力増幅部から前記容量性負荷に出力する出力電圧信号に基づく信号を前記駆動信号に対して負帰還させる帰還部と、
    　を備え、
    　前記帰還部は、負帰還させる前記出力電圧信号のうち、所定の下限周波数以上の周波数成分を強調する第１の強調部を備える
    　ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  2. 　前記帰還部は、前記出力電圧信号のうち、前記所定の下限周波数よりも高い所定の上限周波数未満の周波数成分を選択的に強調する第２の強調部を備えることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  3. 　前記電力増幅部は、
    　前記駆動信号の電圧を増幅する電圧増幅部と、
    　前記駆動信号の電流を増幅して前記出力電圧信号を前記容量性負荷に出力する電流増幅部と、
    　を備え、
    　前記帰還部は、前記電圧増幅部で電圧が増幅された前記駆動信号に対して前記出力電圧信号に基づく信号を負帰還させる
    　ことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  4. 　前記電流増幅部は、ＭＯＳＦＥＴを用いて前記出力電圧信号を生成することを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  5. 　前記電圧増幅部には、オペアンプが用いられていることを特徴とする請求項３又は４記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  6. 　入力される前記駆動信号は、前記所定の駆動波形を示すデジタルデータからアナログ変換されたアナログ信号であることを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  7. 　前記駆動信号は、台形波であることを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  8. 　前記所定の下限周波数は、前記台形波における電圧値の立ち上がり時間及び立下がり時間よりも半周期が短い周波数であることを特徴とする請求項７記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路。
  9. 　ノズルと、印加される電圧に応じて変形することで前記ノズルからインクを吐出させる容量性負荷と、を有するインクジェットヘッドと、
    　請求項１～８の何れか一項に記載のインクジェットヘッドの駆動波形増幅回路と、
    　前記駆動波形増幅回路に前記所定の駆動波形の駆動信号を供給する駆動信号供給部と、
    　を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
  10. 　入力された所定の駆動波形の駆動信号の電力を増幅してインクジェットヘッドの容量性負荷に出力する電力増幅ステップ、
    　前記電力増幅ステップで前記容量性負荷に出力する出力電圧信号に基づく信号を前記駆動信号に対して負帰還させる帰還ステップ、
    　を含み、
    　前記帰還ステップでは、負帰還させる前記出力電圧信号のうち、所定の下限周波数以上の周波数成分を強調する
    　ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動波形増幅方法。
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