(57)【要約】      （修正有）【課題】デジタル電力増幅器を用いて電力増幅する際、平滑フィルタの次数を低くすることができると共に高精度な駆動信号を得ることが可能な電力増幅装置を提供する。【解決手段】パルス変調された２つの変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２をデジタル電力増幅器で多値の電力増幅変調信号ＡＰＷＭに電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑化してアクチュエータに向けて出力することにより、電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位のステップ間の電位差が小さくして平滑フィルタの次数を低くすると共に、多値の電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位の切替わり時を含む所定の期間、前後段のデジタル電力増幅器を同期させることにより、パルス変調の入出力応答の非線形部分を回避する。同期時には、パルス変調の変調周波数を高めて、平滑フィルタにより十分減衰されるようにする。【選択図】図２２
2010130340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを駆動するための基準となる駆動波形信号を複数の変調信号にパルス変調する変調回路と、プッシュプル接続されたスイッチング素子対からなるデジタル電力増幅器を複数段備え、前記変調回路でパルス変調された複数の変調信号を多値の電力増幅変調信号に電力増幅するデジタル電力増幅回路と、前記デジタル電力増幅回路で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化し、前記アクチュエータに向けて出力する平滑フィルタとを備え、前記変調回路は、同一の前記変調信号を少なくとも２つ以上の前記デジタル電力増幅器に接続する状態と、それぞれ異なる前記変調信号をそれぞれ異なる前記デジタル電力増幅器に接続する状態とを切り替える制御部を更に備えることを特徴とする電力増幅装置。
【請求項２】
前記制御部は、パルス変調の入出力応答が非線形な状態の期間に同一の前記変調信号を少なくとも２つ以上の前記デジタル電力増幅器に接続することを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
【請求項３】
前記変調回路は、前記所定の期間のパルス変調の周波数を、当該所定の期間外のパルス変調の周波数より高い周波数とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータを駆動するための基準となる駆動波形信号を電力増幅する電力増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液体噴射型印刷装置では、電力増幅装置で電力増幅された駆動信号を圧電素子などのノズルアクチュエータに印加してノズルから液体を噴射するが、例えばリニア駆動されるプッシュプル接続型トランジスタ等のアナログ電力増幅器で駆動信号を電力増幅すると、損失が大きく、放熱のための大きなヒートシンクが必要となる。そこで、下記特許文献１では、駆動信号をデジタル電力増幅器、所謂Ｄ級アンプで電力増幅することにより、損失を低減し、ヒートシンクを無用としている。
【特許文献１】特開２００５−３２９７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記特許文献１のように、デジタル電力増幅器を用いて駆動信号を電力増幅する場合、電力増幅する前の変調信号の周波数成分を平滑フィルタで除去する必要があり、変調信号周波数成分を十分に除去するためには駆動波形信号成分を安定して通過し且つ変調信号周波数成分を十分に除去するような急峻な周波数特性の平滑フィルタ、換言すれば高次な平滑フィルタが必要となり、その場合には、平滑フィルタに用いられるコイルの端子間電位差が大きくなり、ヒステリシスによる損失が大きくなってしまう。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、デジタル電力増幅器を用いて電力増幅する場合に、平滑フィルタの次数を低くすることができると共に高精度な駆動信号を得ることが可能な電力増幅装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記諸問題を解決するため、本発明の電力増幅装置は、アクチュエータを駆動するための基準となる駆動波形信号を複数の変調信号にパルス変調する変調回路と、プッシュプル接続されたスイッチング素子対からなるデジタル電力増幅器を複数段備え、前記変調回路でパルス変調された複数の変調信号を多値の電力増幅変調信号に電力増幅するデジタル電力増幅回路と、前記デジタル電力増幅回路で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化し、前記アクチュエータに向けて出力する平滑フィルタとを備え、前記変調回路は、同一の変調信号を少なくとも２つ以上のデジタル電力増幅器に接続する状態と、それぞれ異なる変調信号をそれぞれ異なるデジタル電力増幅器に接続する状態とを切り替える制御部を更に備えることを特徴とするものである。
本発明では、パルス変調された変調信号を複数段のデジタル電力増幅器で電力増幅し、それらの出力を組合せて電力増幅変調信号とするため、その電力増幅変調信号はパルス状又はステップ状になる。本発明の電力増幅変調信号の到達電位のステップ数とは、そのパルス状又はステップ状の電力増幅変調信号が到達する電位の数を示す。
【０００５】
この電力増幅装置によれば、複数段のデジタル電力増幅器の出力を組合せて電力増幅変調信号とするため、当該電力増幅変調信号の到達電位のステップ間の電位差が小さくなり、その電力増幅変調信号から変調信号の周波数成分を除去するための平滑フィルタの次数を低くすることができると共に、電力増幅変調信号を多値信号とすることにより高精度な駆動信号を得ることが可能となる。また、平滑フィルタの次数を低くすることによって回路の構成を簡素化、小型化することができる。また、電力増幅変調信号の到達電位のステップ間の電位差が小さいので、デジタル電力増幅器のスイッチング素子の耐圧を低くすることができ、これにより回路の小型化が可能となる。また、消費電流は同じでも電源電位を低くすることができ、回路の小型化、省電力化が可能となる。また、特に前段のデジタル電力増幅器がオン、後段のデジタル電力増幅器がオフのとき、電力回生となり、更なる省電力化が可能となる。そして、同一の変調信号を少なくとも２つ以上のデジタル電力増幅器に接続する状態と、それぞれ異なる変調信号をそれぞれ異なるデジタル電力増幅器に接続する状態とを切り替えることにより、駆動信号を高精度化することができる。
【０００６】
また、本発明の電力増幅装置は、前記制御部は、パルス変調の入出力応答が非線形な状態の期間に同一の前記変調信号を少なくとも２つ以上の前記デジタル電力増幅器に接続することを特徴とするものである。
この電力増幅装置によれば、パルス変調の入出力応答の非線形部分を回避して駆動信号を高精度化することができる。
また、本発明の電力増幅装置は、前記変調回路は、前記所定の期間のパルス変調の周波数を、当該所定の期間外のパルス変調の周波数より高い周波数とすることを特徴とするものである。
この電力増幅装置によれば、平滑フィルタにより、パルス変調の変調周波数成分を確実に減衰することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の電力増幅装置の一実施形態として、液体噴射型印刷装置に用いられたものについて説明する。
図１は、本実施形態の印刷装置の概略構成図であり、図において、印刷媒体１は、図の左から右に向けて矢印方向に搬送され、その搬送途中の印刷領域で印刷される、ラインヘッド型印刷装置である。
液体噴射型印刷装置のうち、液体噴射ノズルの形成された液体噴射ヘッドをキャリッジと呼ばれる移動体に載せて印刷媒体の搬送方向と交差する方向に移動させるものを一般に「マルチパス型印刷装置」と呼んでいる。これに対し、印刷媒体の搬送方向と交差する方向に長尺な液体噴射ヘッドを配置して、所謂１パスでの印刷が可能なものを一般に「ラインヘッド型印刷装置」と呼んでいる。
【０００８】
図１中の符号２は、印刷媒体１の搬送ライン上方に設けられた複数の液体噴射ヘッドであり、印刷媒体搬送方向に２列になるように且つ印刷媒体搬送方向と交差する方向に並べて配設されて、夫々、ヘッド固定プレート１１に固定されている。各液体噴射ヘッド２の最下面には、多数のノズルが形成されており、この面がノズル面と呼ばれている。ノズルは、図２に示すように、噴射する液体の色毎に、印刷媒体搬送方向と交差する方向に列状に配設されており、その列をノズル列とし、その列方向をノズル列方向とする。そして、印刷媒体搬送方向と交差する方向に配設された全ての液体噴射ヘッド２のノズル列によって、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向の幅全長に及ぶラインヘッドが形成されている。印刷媒体１は、これらの液体噴射ヘッド２のノズル面の下方を通過するときに、ノズル面に形成されている多数のノズルから液体が噴射され、印刷が行われる。
【０００９】
液体噴射ヘッド２には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクなどの液体が、図示しない各色の液体タンクから液体供給チューブを介して供給される。そして、各液体噴射ヘッド２に形成されているノズルから同時に必要箇所に必要量の液体を噴射することにより、印刷媒体１上に微小なドットを出力する。これを各色毎に行うことにより、搬送部４で搬送される印刷媒体１を一度通過させるだけで、所謂１パスによる印刷を行うことができる。
液体噴射ヘッドの各ノズルから液体を噴射する方法としては、静電方式、ピエゾ方式、膜沸騰液体噴射方式などがあり、本実施形態ではピエゾ方式を用いた。ピエゾ方式は、ノズルアクチュエータである圧電素子に駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液滴がノズルから噴射されるというものである。そして、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することで液滴の噴射量を調整することが可能となる。なお、本発明は、ピエゾ方式以外の液体噴射方法にも、同様に適用可能である。
【００１０】
液体噴射ヘッド２の下方には、印刷媒体１を搬送方向に搬送するための搬送部４が設けられている。搬送部４は、駆動ローラ８及び従動ローラ９に搬送ベルト６を巻回して構成され、駆動ローラ８には図示しない電動モータが接続されている。また、搬送ベルト６の内側には、当該搬送ベルト６の表面に印刷媒体１を吸着するための図示しない吸着装置が設けられている。この吸着装置には、例えば負圧によって印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する空気吸引装置や、静電気力で印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する静電吸着装置などが用いられる。従って、給紙ローラ５によって給紙部３から印刷媒体１を一枚だけ搬送ベルト６上に送給し、電動モータによって駆動ローラ８を回転駆動すると、搬送ベルト６が印刷媒体搬送方向に回転され、吸着装置によって搬送ベルト６に印刷媒体１が吸着されて搬送される。この印刷媒体１の搬送中に、液体噴射ヘッド２から液体を噴射して印刷を行う。印刷の終了した印刷媒体１は、搬送方向下流側の排紙部１０に排紙される。なお、前記搬送ベルト６には、例えばリニアエンコーダなどで構成される印刷基準信号出力装置が取付けられている。この印刷基準信号出力装置は、例えば搬送ベルト６とそれに吸着されて搬送される印刷媒体１とが同期して移動されることに着目し、印刷媒体１が搬送経路中の所定位置を通過した後は、搬送ベルト６の移動に伴って要求される印刷解像度相当のパルス信号を出力し、このパルス信号に応じて、後述する駆動回路から駆動信号をノズルアクチュエータに出力することで印刷媒体１上の所定位置に所定の色の液体を噴射し、そのドットによって印刷媒体１上に所定の画像を描画する。
【００１１】
この印刷装置内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば図３に示すように、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ６０から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データ読込むための入力インタフェース６１と、この入力インタフェース６１から入力された印刷データに基づいて印刷処理等の演算処理を実行する例えばマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、前記給紙ローラ５に接続されている給紙ローラモータ１７を駆動制御する給紙ローラモータドライバ６３と、各液体噴射ヘッド２を駆動制御するヘッドドライバ６５と、前記駆動ローラ８に接続されている電動モータ７を駆動制御する電動モータドライバ６６と、各ドライバ６３、６５、６６と外部の給紙ローラモータ１７、液体噴射ヘッド２、電動モータ７とを接続するインタフェース６７とを備えて構成される。
【００１２】
制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄを備えている。この制御部６２は、インタフェース６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ６２ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れの液体噴射ヘッド２の何れのノズルから液体を噴射するか或いはどの程度の液体を噴射するかというノズル選択データ（駆動信号選択データ）を算出し、この印刷データや駆動信号選択データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ６３、６５、６６に制御信号を出力する。各ドライバ６３、６５、６６からはアクチュエータを駆動するための駆動信号が出力され、給紙ローラモータ１７、電動モータ７、液体噴射ヘッド２内のノズルアクチュエータなどが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送及び排紙、並びに印刷媒体１への印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。
【００１３】
図４には、本実施形態の印刷装置の制御装置から液体噴射ヘッド２に供給され、圧電素子からなるノズルアクチュエータを駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。本実施形態では、中間電位を中心に電位が変化する信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、ノズルアクチュエータを駆動して液体を噴射する単位駆動信号としての駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に接続したものであり、各駆動パルスＰＣＯＭの立上がり部分がノズルに連通するキャビティ（圧力室）の容積を拡大して液体を引込む（液体の噴射面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動パルスＰＣＯＭの立下がり部分がキャビティの容積を縮小して液体を押出す（液体の噴射面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階であり、液体を押出した結果、液滴がノズルから噴射される。
【００１４】
この電圧台形波からなる駆動パルスＰＣＯＭの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、液体の引込量や引込速度、液体の押出量や押出速度を変化させることができ、これにより液滴の噴射量を変化させて異なる大きさのドットを得ることができる。従って、複数の駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータに供給し、液滴を噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータに供給し、液滴を複数回噴射したりすることで種々の大きさのドットを得ることができる。即ち、液体が乾かないうちに複数の液滴を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液滴を噴射するのと同じことになり、ドットの大きさを大きくすることができる。このような技術の組合せによって多階調化を図ることが可能となる。なお、図４の左端の駆動パルスＰＣＯＭ１は、液体を引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、液滴を噴射せずに、例えばノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。
【００１５】
各液体噴射ヘッド２には、前記駆動信号ＣＯＭの他、前記図３の制御装置から制御信号として、印刷データに基づいて噴射するノズルを選択すると共に圧電素子などのノズルアクチュエータの駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭと液体噴射ヘッド２のノズルアクチュエータとを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰをシリアル信号として液体噴射ヘッド２に送信するためのクロック信号ＣＬＫが入力されている。なお、これ以後、ノズルアクチュエータを駆動する駆動信号の最小単位を駆動パルスＰＣＯＭとし、駆動パルスＰＣＯＭが時系列的に連結された信号全体を駆動信号ＣＯＭと記す。即ち、ラッチ信号ＬＡＴで一連の駆動信号ＣＯＭが出力され始め、チャンネル信号ＣＨ毎に駆動パルスＰＣＯＭが出力されることになる。
【００１６】
図５には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をノズルアクチュエータ２２に供給するために各液体噴射ヘッド２内に構築されたスイッチングコントローラの具体的な構成を示す。このスイッチングコントローラは、液体を噴射させるべきノズルに対応した圧電素子などのノズルアクチュエータ２２を指定するための駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２の出力をレベル変換して選択スイッチ２０１に供給することにより、駆動信号ＣＯＭをピエゾ素子などのノズルアクチュエータ２２に接続するレベルシフタ２１３を備えて構成されている。
【００１７】
シフトレジスタ２１１には、駆動信号選択データ信号ＳＩ＆ＳＰが順次入力されると共に、クロック信号ＣＬＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存された信号は、レベルシフタ２１３によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号ＣＯＭが、ラッチ回路２１２の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。従って、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１が閉じられる圧電素子などのノズルアクチュエータは駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰがラッチ回路２１２に保存された後、次の印刷情報をシフトレジスタ２１１に入力し、液体の噴射タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電素子などのノズルアクチュエータのグランド端である。また、この選択スイッチ２０１によれば、圧電素子などのノズルアクチュエータを駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後も、当該ノズルアクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。
【００１８】
図６には、前述したノズルアクチュエータ２２を駆動する駆動信号出力回路の概略構成の一例を示す。ラインヘッド型印刷装置を構成する液体噴射ヘッド２には多数のノズルが形成されており、図７に示すように、その夫々に、前述したノズルアクチュエータ２２が設けられており、それらのノズルアクチュエータ２２の上流側に例えばトランスミッションゲートで構成される選択スイッチ２０１が配設され、選択スイッチ２０１がオンされているノズルアクチュエータ２２にのみ駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が印加される。
【００１９】
この駆動信号出力回路は、予め記憶されている波形データに基づいて、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の元、つまりノズルアクチュエータ２２の駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成する駆動波形信号発生回路２５、駆動波形信号発生回路２５で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６、変調回路２６でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅回路２８、デジタル電力増幅回路２８で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）として液体噴射ヘッド２のノズルアクチュエータ２２に供給する平滑フィルタ２９とを備えて構成される。
【００２０】
駆動波形信号発生回路２５は、予め設定されたデジタル電位データを時系列に組合せて出力し、それをＤ／Ａ変換器でアナログ変換して駆動波形信号ＷＣＯＭとして出力する。本実施形態では、この駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６に、パルス幅変調（ＰＷＭ）回路を用いた。パルス幅変調は、周知のように、所定周波数の三角波信号やノコギリ波信号などの基準信号を発生し、この基準信号と駆動波形信号ＷＣＯＭとを比較して、例えば基準信号より駆動波形信号ＷＣＯＭが大きいときにオンデューティとなるパルス信号を変調信号として出力する。但し、本実施形態では、図８に示すように、例えば通常時は、三角波発生回路３３で発生され且つ波高値が電源電位ＶＨＶ程度の三角波信号がそのまま第１比較器３４ａに入力されて、駆動波形信号ＷＣＯＭとの比較結果が第１変調信号ＰＷＭ１として出力されると共に、当該三角波信号に電源電位ＶＨＶを加えた信号が第２比較器３４ｂに入力されて、駆動波形信号ＷＣＯＭとの比較結果が第２変調信号ＰＷＭ２として出力される。また、制御部３５によって選択スイッチ３６が切替えられると、三角波信号発生回路３３で発生された三角波信号の２倍値が第１及び第２比較器３４ａ、３４ｂに入力されて、共に駆動波形信号ＷＣＯＭとの比較結果が第１及び第２変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２として出力される。つまり、制御部３５による選択スイッチ３６の切替え時には、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２が同じ値となり、後述する電力増幅器は同期することになる。なお、三角波発生回路３３は、三角波信号の周波数を変更することが可能であり、制御部３５は、前記選択スイッチ３６の切替え時に、三角波信号の周波数を、それ以外の通常時よりも高い周波数に変更する。詳細については、後段に説明する。また、本実施形態では、デジタル電力増幅回路２８内に２段のデジタル電力増幅器を備えているので、変調回路２６は、デジタル電力増幅器の数分の変調信号を出力していることになる。
【００２１】
デジタル電力増幅回路２８は、図９に示すように、第１変調信号ＰＷＭ１を電力増幅する第１デジタル電力増幅器２７ａと、第２変調信号ＰＷＭ２を電力増幅する第２デジタル電力増幅器２７ｂを備えている。第１デジタル電力増幅器２７ａのハイサイドは電源ＶＨＶに接続され、ローサイドは接地されている。第１デジタル電力増幅器２７ａと第２デジタル電力増幅器２７ｂの間にはブートストラップ回路３２が介装され、当該第２デジタル電力増幅器２７ｂのハイサイドはブートストラップ回路３２の整流子Ｄを介して電源ＶＨＶに接続され、ローサイドは第１デジタル電力増幅器２７ａの出力端に接続されている。即ち、後段に相当する第２デジタル電力増幅器２７ｂのローサイドは、前段に相当する第１デジタル電力増幅器２７ａの出力でバイアスされる。ブートストラップ回路３２は、第２デジタル電力増幅器２７ｂのハイサイドからの電流を規制する整流子Ｄと、電源ＶＨＶと第１デジタル電力増幅器２７ａの出力間の電位差で充電されるコンデンサＣＢを備えている。なお、このコンデンサＣＢの容量は、圧電素子からなる容量性負荷であるノズルアクチュエータ２２を駆動するのに十分な容量とする。具体的には、前段の第１デジタル電力増幅器２７ａがオンの状態で、後段の第２デジタル電力増幅器２７ｂをオンオフする場合に、ブートストラップ電位を確保する容量とする。
【００２２】
第１及び第２デジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂは、図１０に示すように、実質的に電力を増幅するためのハイサイドのスイッチング素子Ｑ１及びローサイドのスイッチング素子Ｑ２からなるハーフブリッジＤ級出力段３１と、変調回路２６からの変調信号に基づいて、それらのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＨ、ＧＬを調整するためのゲートドライバ回路３０とを備えて構成されている。２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＨ、ＧＬは反転信号になっている。デジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂでは、変調信号がＨｉレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはＨｉレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはＬｏレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はＯＮ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はＯＦＦ状態となり、その結果、ハーフブリッジＤ級出力段３１の出力は、ハイサイド電位となる。一方、変調信号がＬｏレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはＬｏレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはＨｉレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はＯＦＦ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はＯＮ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段３１の出力はローサイド電位となる。
【００２３】
このようにハイサイド及びローサイドのスイッチング素子がデジタル駆動される場合には、ＯＮ状態のスイッチング素子に電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、損失は殆ど発生しない。また、ＯＦＦ状態のスイッチング素子には電流が流れないので損失は発生しない。従って、これらのデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂの損失は極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を使用することができ、冷却用放熱板などの冷却手段も不要である。ちなみに、トランジスタをリニア駆動するときの効率が３０％程度であるのに対し、デジタル電力増幅器の効率は９０％以上である。また、トランジスタの冷却用放熱板は、トランジスタ一つに対して６０ｍｍ角程度の大きさが必要になるので、こうした冷却用放熱板が不要になると、実際のレイアウト面で圧倒的に有利である。
【００２４】
また、平滑フィルタ２９は、図１１に示すように、コイルＬとコンデンサＣの組合せからなるローパスフィルタ（低域通過フィルタ）で構成され、このローパスフィルタによって電力増幅変調信号ＡＰＷＭの変調周波数成分、この場合は前記三角波信号の周波数成分が除去される。
本実施形態では、ハイサイドが電源ＶＨＶに接続された前段の第２デジタル電力増幅器２７ｂの後段に第１デジタル電力増幅器２７ａが配設され、且つ第１デジタル電力増幅器２７ａのローサイドはブートストラップ回路３２によって電源ＶＨＶ電位までブートストラップされているので、第１デジタル電力増幅器２７ａがオフであるときには、第２デジタル電力増幅器２７ｂの出力がそのまま第１デジタル電力増幅器２７ａから電力増幅変調信号ＡＰＷＭとして出力されるが、第１デジタル電力増幅器２７ａがオンであるときには第１デジタル電力増幅器２７ａの出力と第２デジタル電力増幅器２７ｂの出力との加算値が当該第１デジタル電力増幅器２７ａから電力増幅変調信号ＡＰＷＭとして出力される。
【００２５】
次に、前記変調回路２６の制御部３５の作用について説明する。前述したように、制御部３５によって選択スイッチ３６が切替えられていない通常時には、図１２に示すように、三角波発生回路３３で発生され且つ波高値が電源電位ＶＨＶ程度の三角波信号がそのまま第１比較器３４ａに入力されると共に、当該三角波信号に電源電位ＶＨＶを加えた信号が第２比較器３４ｂに入力される。この２つの三角波信号の電圧は、互いに重なり合う部分がないので、それらと駆動波形信号ＷＣＯＭとの比較結果としての第１及び第２変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２は、図１３に示すようになり、駆動波形信号ＷＣＯＭ（図では駆動信号ＣＯＭ）が電源電位ＶＨＶ以上となる領域では、第１変調信号ＰＷＭ１はＨｉレベルを維持する。
【００２６】
電力増幅変調信号ＡＰＷＭは、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２とを加算した値となり、第１デジタル電力増幅器２７ａの電力増幅した第１変調信号ＰＷＭ１の電力増幅変調信号ＡＰＷＭは電源電位ＶＨＶと電位０間のパルスとなり、これに加算される第２デジタル電力増幅器２７ｂの電力増幅した第２変調信号ＰＷＭ２の電力増幅変調信号ＡＰＷＭは電源電位ＶＨＶとその２倍値ＶＨＶ×２間のパルスとなる。従って、２つの電力増幅変調信号の加算値からなる電力増幅変調信号ＡＰＷＭは電位０、電源電位ＶＨＶ、電源電位の２倍値ＶＨＶ×２を到達電位とするから、到達電位のステップ数は“３”となり、デジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂの段数“２”よりも多い。平滑フィルタ２９で平滑化する前の電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位のステップ数が多いほど、平滑化された後の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度は向上する。
【００２７】
また、電源電位ＶＨＶは、駆動信号ＣＯＭ、即ち電力増幅変調信号ＡＰＷＭの波高値の半分程度でよいので、平滑フィルタ２９の周波数特性は比較的緩やかな周波数特性であっても、変調周波数を十分に除去することができる。換言すれば、平滑フィルタ２９の次数を低くすることが可能となり、回路構成の簡素化、小型化を可能とすると共に、合わせてコイルＬの端子間電位差が小さくなるため、ヒステリシスによる損失も小さい。また、２段のデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂに流れる総電流は同じでも、電源電位ＶＨＶを駆動信号ＣＯＭ、即ち電力増幅変調信号ＡＰＷＭの波高値の半分程度でよいので、省電力化が可能となると共に、デジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の耐圧を低くすることができ、回路の小型化も可能となる。また、ブートストラップ回路３２により、前段の第１デジタル電力増幅器２７ａがオン、後段の第２デジタル電力増幅器２７ｂがオフの時、容量性負荷であるノズルアクチュエータ２２及びブートストラップ回路３２のコンデンサＣＢの電荷が電源ＶＨＶ側に流れる回生が起きるため、更なる省電力化が可能となる。
【００２８】
しかしながら、パルス幅変調の入出力応答には、オンデューティ或いはオフデューティのパルス幅が狭く、十分に応答できない関係から、図１４ａに示すように、パルスデューティ比（図ではＤｕｔｙ比）の０％或いは１００％の近傍に非線形領域があり、例えば図１２のように、二つの三角波信号を重合せずに、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２の夫々がパルスデューティ比を０〜１００％まで使用すると、図１４ｂに示すように、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２の切替わり部分に非線形領域ができてしまう（同じく非線形な出力電圧０Ｖ及びＶＨＶ×２Ｖ近傍は、デューティ比の設定により使用しないようにすることができる）。この第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２の切替わり部分は、前段の第１デジタル電力増幅器２７ａと後段の第２デジタル電力増幅器２７ｂの切替わり部分でもあり、それは即ち電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位、具体的には電源電位ＶＨＶにおける切替わり時及びその近傍でもある。その結果、図１５に示すように、電力増幅変調信号ＡＰＷＭに歪みが生じ、これにより駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）にも歪みが生じる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、図１６に示すように、パルス幅変調の入出力応答が非線形な電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位の切替わり時及びその切替わり時を含む所定の期間、当該切替わりに係る前段の第１デジタル電力増幅器２７ａと第２デジタル電力増幅器２７ｂを同期させ、二つのデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂから同じ電力増幅ＡＰＷＭＳＹＮＣが出力されるようにする。具体的には、図１６に示すように、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２の切替わり時及びその切替わり時を含む所定期間、つまり駆動波形信号ＷＣＯＭが所定の領域にあるときに、前記制御部３５によって選択スイッチ３６を切替えて、図１６に示すように、波高値が２倍の三角波信号を第１比較器３４ａ及び第２比較器３４ｂの双方に入力する。この波高値が２倍の三角波信号が第１比較器３４ａ及び第２比較器３４ｂの双方に入力されると、２つの比較器３４ａ、３４ｂから出力される第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２は同じ値、つまり同期変調信号ＰＷＭＳＹＮＣとなり、即ち２つのデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂが同期して同期電圧増幅変調信号ＡＰＷＭＳＹＮＣが出力される。即ち、制御部３５は、同一の変調信号ＡＰＷＭＳＹＮＣを２つのデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂに接続する状態と、それぞれ異なる変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２をそれぞれ異なるデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂに接続する状態とを切り替える制御を行う。
【００３０】
このように、パルス幅変調の入出力応答が非線形な電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位の切替わり時及びその切替わり時を含む所定の期間、当該切替わりに係る前段の第１デジタル電力増幅器２７ａと後段の第２デジタル電力増幅器２７ｂを同期させ、二つのデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂから同じ電力増幅ＡＰＷＭＳＹＮＣが出力されるようにすれば、第１変調信号ＰＷＭ１及び第２変調信号ＰＷＭ２の入出力応答の非線形領域を回避して駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を高めることができる。図１８には、図１７の三角波信号によって、歪みを除去することが可能となった電力増幅変調信号ＡＰＷＭ及び駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を示す。
【００３１】
しかしながら、前記図１７の三角波信号によって、歪みを除去することができても、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の十分な波形精度が得られない場合が考えられる。図１９に、その一例を示す。これは、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２が同じ同期変調信号ＰＷＭＳＹＮＣとなり、電圧振幅が２倍になったため、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に三角波信号の周波数成分、即ち変調周波数成分が残存してしまった例であり、要するに平滑フィルタ２９で変調周波数成分を十分に減衰できなかった例である。この残存する変調周波数成分を平滑フィルタ２９で十分に減衰するようにするためには、ローパスフィルタの周波数特性を急峻なものとする、つまり変調周波数領域のゲインを極度に小さくする必要があり、そのようにするためには、前述のように、ローパスフィルタを高次化する必要が生じ、本来の問題が再発してしまう。
【００３２】
そこで、本実施形態では、図２０に示すように、同じ周波数特性の低次のローパスフィルタでも、変調周波数成分ｆＰＷＭＳＹＮＣを十分に減衰できるように、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２の同期時に、それらの周波数を高くする。具体的には、前記選択スイッチ３６の切替え制御を行う制御部３５が三角波発生回路３３の動作周波数を制御して、三角波信号の周波数を高くする。図２１には、第１変調信号ＰＷＭ１と第２変調信号ＰＷＭ２の切替わり時及びその切替わり時を含む所定期間、つまり駆動波形信号ＷＣＯＭが所定の領域にあるときに、前記制御部３５によって選択スイッチ３６を切替えると共に、三角波発生回路３３の動作周波数を制御して、波高値が２倍で且つ周波数の高い三角波信号が第１比較器３４ａ及び第２比較器３４ｂの双方に入力される状態を示す。図２２は、このように第１変調信号ＰＷＭ１及び第２変調信号ＰＷＭ２の非線形期間に、前段の第１デジタル電力増幅器２７ａと後段の第２デジタル電力増幅器２７ｂを同期させ、且つ変調周波数を高くしたときの駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）である。この駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）からは変調周波数成分が十分に減衰され、高い波形精度が得られている。
【００３３】
このように本実施形態の電力増幅装置によれば、ノズルアクチュエータ２２を駆動するための基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを２つ（複数）の変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２にパルス変調し、パルス変調された２つ（複数）の変調信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２を多値の電力増幅変調信号ＡＰＷＭに電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑化してノズルアクチュエータ２２に向けて出力することとしたため、複数段のデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂの出力を組合せて電力増幅変調信号ＡＰＷＭとすることにより、当該電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位のステップ間の電位差が小さくなり、その電力増幅変調信号ＡＰＷＭから変調信号の周波数成分を除去するための平滑フィルタ２９の次数を低くすることができると共に、電力増幅変調信号ＡＰＷＭを多値信号とすることにより高精度な駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を得ることが可能となる。また、平滑フィルタ２９の次数を低くすることによって回路の構成を簡素化、小型化することができる。また、電力増幅変調信号ＡＰＷＭの到達電位のステップ間の電位差が小さいので、デジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の耐圧を低くすることができ、これにより回路の小型化が可能となる。また、消費電流は同じでも電源電位ＶＨＶを低くすることができ、回路の小型化、省電力化が可能となる。また、特に前段のデジタル電力増幅器２７ａがオン、後段のデジタル電力増幅器２７ｂがオフのとき、電力回生となり、更なる省電力化が可能となる。そして、制御部３５が、同一の変調信号を２つのデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂに接続する状態と、それぞれ異なる変調信号をそれぞれ異なるデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂに接続する状態とを切り替えることにより、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を高精度化することができる。
【００３４】
また、パルス変調の入出力応答が非線形な状態の期間に同一の前記変調信号を２つのデジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂに接続することにより、パルス変調の入出力応答の非線形部分を回避して駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を高精度化することができる。
また、所定の期間のパルス変調の周波数を、当該所定の期間外のパルス変調の周波数より高い周波数とすることにより、平滑フィルタ２９により、パルス変調の変調周波数成分を確実に減衰することが可能となる。
なお、前記実施形態では、デジタル電力増幅器２７ａ、２７ｂを２段だけ設けているが、デジタル電力増幅器の数は３段以上であってもよく、夫々、後段のデジタル電力増幅器にブートストラップ回路を設けて、前段のデジタル電力増幅器によって電圧がバイアスされるようにすれば、小さな電源電位で大きな出力電圧を得ることが可能となる。
また、ブートストラップ回路は必ずしも必要ではなく、複数の変調信号を複数のデジタル電力増幅器で電力増幅するものであれば、如何様なものにも適用できる。
【００３５】
また、変調回路には、パルス幅変調回路に代えて、パルス密度変調（Pulse Density Modulation：ＰＤＭ）回路を用いてもよく、そのようにすれば、より一層、高精度の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を得ることができる。
また、前記実施形態では、複数段のデジタル電力増幅器を同一の電源に接続することにより、複数段のデジタル電力増幅器の電源を共通化することで回路の小型化が可能となるというメリットを有するが、複数段のデジタル電力増幅器を、夫々異なる電位の電源に接続してもよく、そのようにすれば、電力増幅変調信号の更なる多値化が可能となり、更に高精度の駆動信号を得ることが可能となる。
また、前記実施形態では、本発明の電力増幅装置をラインヘッド型の液体噴射型印刷装置に用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の電力増幅装置は、マルチパス型の液体噴射型印刷装置にも同様に適用可能である。
【００３６】
また、前記実施形態では、本発明の電力増幅装置を液体噴射型印刷装置に具体化したが、この限りではなく、インク以外の他の液体（液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む）や液体以外の流体（流体として流して噴射できる固体など）を噴射したり吐出したりする液体噴射装置に具体化することもできる。例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッサンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体を噴射する液状体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられて試料となる液体を噴射する液体噴射装置であってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液を噴射する液体噴射装置、ジェルを噴射する流状体噴射装置、トナーなどの粉体を例とする固体を噴射する流体噴射式記録装置であってもよい。そして、これらのうち何れか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の電力増幅装置を用いた液体噴射型印刷装置の一実施形態を示す概略構成正面図である。
【図２】図１の液体噴射型印刷装置に用いられる液体噴射ヘッド近傍の平面図である。
【図３】図１の液体噴射型印刷装置の制御装置のブロック図である。
【図４】各液体噴射ヘッド内のノズルアクチュエータを駆動する駆動信号の説明図である。
【図５】スイッチングコントローラのブロック図である。
【図６】ノズルアクチュエータの駆動信号出力回路の一例を示すブロック図である。
【図７】図６の液体噴射ヘッドのブロック図である。
【図８】図６の変調回路のブロック図である。
【図９】図６のデジタル電力増幅回路のブロック図である。
【図１０】図９のデジタル電力増幅器のブロック図である。
【図１１】図６の平滑フィルタのブロック図である。
【図１２】三角波信号の一例を示す説明図である
【図１３】図１２の三角波信号による駆動信号の説明図である。
【図１４】パルス幅変調の入出力応答の説明図である。
【図１５】図１４の三角波信号による駆動信号の説明図である。
【図１６】図１８の変調回路で行われるパルス幅変調の入出力応答の説明図である。
【図１７】図１６のパルス幅変調を可能とする三角波信号の説明図である。
【図１８】図１７の三角波信号による駆動信号の説明図である。
【図１９】図１７の三角波信号による駆動信号の説明図である。
【図２０】図１１の平滑フィルタの周波数応答特性の説明図である。
【図２１】図８の変調回路で用いられる三角波信号の説明図である。
【図２２】図１９の三角波信号による駆動信号の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１は印刷媒体、２は液体噴射ヘッド、３は給紙部、４は搬送部、５は給紙ローラ、６は搬送ベルト、７は電動モータ、８は駆動ローラ、９は従動ローラ、１０は排紙部、１１は固定プレート、２２はノズルアクチュエータ、２５は駆動波形信号発生回路、２６は変調回路、２７ａ、２７ｂはデジタル電力増幅器、２８はデジタル電力増幅回路、２９は平滑フィルタ、３０はゲートドライバ回路、３１はハーフブリッジＤ級出力段、３２はブートストラップ回路、３３は三角波発生回路、３４ａ、３４ｂは比較器、３５は制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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