(57)【要約】      （修正有）【課題】ダンピング抵抗による電力損失を低減することが可能な液体噴射装置及び液体噴射型印刷装置を提供する。【解決手段】駆動波形信号発生回路２５からの信号を変調回路２６でパルス変調し、その変調信号ＰＷＭをデジタル電力増幅回路２８で電力増幅し、その電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑フィルタ２９で平滑化して駆動信号ＣＯＭとする場合、変調回路、デジタル電力増幅回路、平滑フィルタ、駆動されるアクチュエータの静電容量、及び補償器で構成される駆動信号フィードバック閉ループの周波数特性が所定の減衰開始周波数まで一定となるように、補償器の伝達特性βを設定することにより、平滑フィルタにダンピング抵抗を用いないときの共振特性を補償する。【選択図】図６
2014097663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形信号発生回路からの信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、
前記電力増幅変調信号を平滑化してアクチュエータの駆動信号とする平滑フィルタと、
前記駆動信号の位相を進めて負帰還信号とする補償器と、
前記駆動波形信号と前記負帰還信号との差分信号を前記変調回路への入力信号とする減算器とを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記駆動波形信号発生回路と前記減算器との間に設けられ且つ前記変調回路、前記デジタル電力増幅回路、前記平滑フィルタ、前記アクチュエータの静電容量、及び前記補償器で構成される閉ループの周波数特性が所定の周波数領域で一定となるように補正する逆フィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体噴射装置を備えた液体噴射型印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射するアクチュエータへの駆動信号を電力増幅する液体噴射装置に関し、微小な液体を液体噴射ヘッドのノズルから噴射して、微粒子（ドット）を印刷媒体上に形成することにより、文字や画像等を印刷するようにした液体噴射型印刷装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射型印刷装置では、液体噴射ヘッドのノズルから液体を噴射するために、圧電素子などのアクチュエータが設けられ、このアクチュエータに所定の駆動信号を印加しなければならない。この駆動信号は、比較的電圧の高いものなので、駆動信号の基準となる駆動波形信号を電力増幅回路で電力増幅しなければならない。そこで、下記特許文献１では、アナログ電力増幅回路に比べて、電力損失が極めて小さく、小型化が可能なデジタル電力増幅回路を用い、駆動波形信号を変調回路でパルス変調して変調信号とし、その変調信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅して電力増幅変調信号とし、その電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化して、駆動信号としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０４８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アクチュエータが圧電素子のような容量性負荷である場合、抵抗成分がないため平滑フィルタにダンピング抵抗が必要となり、このダンピング抵抗による電力損失が大きいという問題がある。即ち、周知のようにコイルとコンデンサで平滑フィルタを構成する場合、コイルのインダクタンスＬとコンデンサの容量Ｃで表される共振周波数が存在し、この共振周波数があるが故に電力を貯えて変調周波数相当の電圧変動を減衰することができるのであるが、共振周波数故に共振が発生する場合もある。回路に抵抗成分が存在する場合には、その抵抗成分によって共振が抑制（減衰）されるが、圧電素子のような容量性負荷の場合、抵抗成分がない又は非常に小さいために共振が抑制（減衰）されず、残存する。この残存する共振を抑制（減衰）するためには、回路に共振を抑制（減衰）する目的のダンピング抵抗と呼ばれる抵抗を介装する必要が生じ、このダンピング抵抗で共振が消費（減衰）されるときに電力が消費されてしまう。
本発明は、これらの諸問題に着目してなされたものであり、ダンピング抵抗による電力損失を低減することが可能な液体噴射装置及び液体噴射型印刷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】
【０００５】
上記諸問題を解決するため、本発明の液体噴射装置は、駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路からの信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅回路と、前記電力増幅変調信号を平滑化してアクチュエータの駆動信号とする平滑フィルタと、前記駆動信号の位相を進めて負帰還信号とする補償器と、前記駆動波形信号と前記負帰還信号との差分信号を前記変調回路への入力信号とする減算器とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
この液体噴射装置によれば、平滑フィルタにダンピング抵抗を用いないときの共振特性を負帰還信号によって補償することができるので、ダンピング抵抗が不要となり、電力損失を低減することが可能となる。即ち、駆動波形信号と負帰還信号との差分信号について変調回路でパルス変調することになるから、例えば駆動信号に共振が生じている場合、差分信号は駆動信号の共振分の反転信号分だけになり、これをパルス変調して電力増幅し、駆動信号に付加すれば本来の駆動信号が得られる。
【０００７】
また、前記駆動波形信号発生回路と前記減算器との間に設けられ且つ前記変調回路、前記デジタル電力増幅回路、前記平滑フィルタ、前記アクチュエータの静電容量、及び前記補償器で構成される閉ループの周波数特性が所定の周波数領域で一定となるように補正する逆フィルタを備えたことを特徴とするものである。
この液体噴射装置によれば、例えば駆動されるアクチュエータの数に応じて変化する、変調回路、デジタル電力増幅回路、平滑フィルタ、アクチュエータの静電容量、及び補償器で構成される閉ループの周波数特性を、逆フィルタにより、所定の周波数領域で一定となるように補正することにより、駆動信号の精度を確保することができる。
また、本発明の液体噴射型印刷装置は、前記液体噴射装置を用いたことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の第１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】アクチュエータの駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図７】図６の変調回路のブロック図である。
【図８】図６のデジタル電力増幅回路のブロック図である。
【図９】図６の平滑フィルタのブロック図である。
【図１０】図６の補償器のブロック図である。
【図１１】図９の平滑フィルタの周波数特性の説明図である。
【図１２】変調回路、デジタル電力増幅回路、平滑フィルタ、アクチュエータ、補償器による閉ループの説明図である。
【図１３】補償器による閉ループの周波数特性補正の説明図である。
【図１４】本発明の体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の第２実施形態を示すアクチュエータ駆動回路のブロック図である。
【図１５】図１４のアクチュエータ駆動回路における閉ループの説明図である。
【図１６】逆フィルタによる閉ループの周波数特性補正の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の液体噴射装置の第１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、第１実施形態の液体噴射型印刷装置の概略構成図であり、図１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。
【００１０】
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呼んだり、その列方向をノズル列方向と呼んだりする。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。
【００１１】
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、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形成する。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、１パスによる印刷を行うことができる。
【００１２】
液体噴射ヘッド２の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、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体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体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。
【００１３】
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、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アクチュエータ２２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。
【００１４】
本実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置内には、液体噴射型印刷装置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、図３に示すように、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、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、給紙ローラモータドライバ６３、ヘッドドライバ６５、電動モータドライバ６６と給紙ローラモータ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。
【００１５】
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、入力インタフェース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（駆動パルス選択データ）を算出し、この印刷データや駆動パルス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、給紙ローラモータドライバ６３、ヘッドドライバ６５、電動モータドライバ６６に駆動信号及び制御信号を出力する。これらの駆動信号及び制御信号により、給紙ローラモータ１７、電動モータ７、液体噴射ヘッド２内のアクチュエータ２２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。
【００１６】
図４には、本実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の制御装置から液体噴射ヘッド２に供給され、圧電素子からなるアクチュエータ２２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、中間電圧を中心に電圧が変化する信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、アクチュエータ２２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、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、液体がノズルから噴射される。
【００１７】
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、これにより液体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２２に供給し、液体を噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータ２２に供給し、液体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体を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液体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のである。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、液体を噴射せずに、ノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。
【００１８】
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アクチュエータ２２の駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ、全ノズルにノズル選択データが入力された後に、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭと液体噴射ヘッド２のアクチュエータ２２とを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動パルス選択データ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ＳＣＫが入力されている。なお、これ以後、アクチュエータ２２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。また、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰのうち、駆動パルス選択特定データＳＩは、前述した駆動パルスＰＣＯＭのうち、どの駆動パルスＰＣＯＭを選択するかを示す２ｂｉｔのデータであり、ＳＰは、選択された駆動パルスＰＣＯＭのタイミングに合わせて後述の選択スイッチをオンオフ制御するための１６ｂｉｔの選択スイッチ制御データである。
【００１９】
図５には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をアクチュエータ２２に供給するために液体噴射ヘッド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、液体を噴射させるノズルに対応した圧電素子などのアクチュエータ２２を指定するための駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰを保存するレジスタ２１１と、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（駆動パルスＰＣＯＭ）をピエゾ素子などのアクチュエータ２２に接続するレベルシフタ２１３を備えて構成されている。
【００２０】
レジスタ２１１には、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて駆動パルス選択データ信号ＳＩ＆ＳＰが入力され、そのうちの選択スイッチ制御データＳＰが所定のアドレスに記憶される。ラッチ回路２１２は、全アクチュエータ数分の選択スイッチ制御データＳＰがレジスタ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（駆動パルスＰＣＯＭ）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アクチュエータ２２は駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ（選択スイッチ制御データ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、レジスタ２１１の駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ（選択スイッチ制御データＳＰ）がラッチ回路２１２に保存された後、次の印刷情報をレジスタ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、圧電素子などのアクチュエータ２２のグランド端である。また、この選択スイッチ２０１により、圧電素子などのアクチュエータ２２を駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後も、当該アクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。
【００２１】
図６には、アクチュエータ２２の駆動回路の概略構成を示す。このアクチュエータ駆動回路は、前記制御回路内の制御部６２及びヘッドドライバ６５内に構築されている。本実施形態の駆動回路は、予め記憶されている駆動波形データＤＷＣＯＭに基づいて、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の元、つまりアクチュエータ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と、駆動波形信号発生回路２５で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭと後述する補償器からの負帰還信号との差分、具体的には駆動波形信号ＷＣＯＭから負帰還信号を減じた差分信号ＷＣＯＭｄｅｆを出力する減算器としての加減算器３１と、加減算器３１からの差分信号ＷＣＯＭｄｅｆをパルス変調して変調信号ＰＷＭを出力する変調回路２６と、変調回路２６からの変調信号ＰＷＭを電力増幅して電力増幅変調信号ＡＰＷＭを出力するデジタル電力増幅回路２８と、デジタル電力増幅回路２８からの電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑化して、駆動信号ＣＯＭとして出力する平滑フィルタ２９と、駆動信号ＣＯＭの位相を進めて負帰還信号ＣＰＳＴを出力する補償器３２とを備えて構成される。
【００２２】
駆動波形信号発生回路２５は、波形メモリから読出した駆動波形データＤＷＣＯＭを所定サンプリング周期分ホールド出力する。
駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６には、図７に示すように、周知のパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）回路を用いた。パルス幅変調は、所定周波数の三角波信号を出力する三角波発振器３４と、三角波信号と駆動波形信号ＷＣＯＭを比較し、例えば駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波信号より大きいときにオンデューティとなるパルスデューティの変調信号ＰＷＭを出力する比較部３５とを備えて構成される。
なお、前記駆動波形信号発生回路２５も、減算器である加減算器３１も、変調回路２６も、プログラムによる演算処理によって構成することができる。また、変調回路２６には、この他にパルス密度変調（ＰＤＭ）回路などの周知のパルス変調回路を用いることができる。
【００２３】
デジタル電力増幅回路２８は、図８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側スイッチング素子Ｑ１及びローサイド側スイッチング素子Ｑ２からなるハーフブリッジ出力段２１と、変調回路２６からの変調信号ＰＷＭに基づいて、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１、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ＧＨ、ＧＬを調整するためのゲートドライブ回路３０とを備えて構成されている。デジタル電力増幅回路２８では、変調信号がハイレベルであるとき、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はハイレベルとなり、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はローレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオン状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオフ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段２１の出力電圧Ｖａは、供給電圧ＶＤＤとなる。一方、変調信号がローレベルであるとき、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はローレベルとなり、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はハイレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオン状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段２１の出力電圧Ｖａは０となる。
【００２４】
このようにハイサイドスイッチング素子Ｑ１及びローサイド側スイッチング素子Ｑ２がデジタル駆動される場合には、オン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、オフ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、このデジタル電力増幅回路２８の損失そのものは極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を使用することができる。
【００２５】
平滑フィルタ２９には、図９に示すように、１つのコンデンサＣと１つのコイルＬからなる２次のローパスフィルタを用いた。この平滑フィルタ２９によって、前記変調回路２６で生じた変調周波数、即ちパルス変調の周波数成分を減衰して除去し、前記選択スイッチ２０１を介してアクチュエータ２２に駆動信号ＣＯＭを出力する。
補償器３２は、図１０に示すように、１つのコンデンサＣ１と１つの抵抗Ｒから構成され、駆動信号ＣＯＭの位相を進めて負帰還信号ＣＰＳＴを出力するハイパスフィルタで構成される。なお、この補償器３２の抵抗Ｒを大きな抵抗値のものとすることで、抵抗Ｒに流れる電流値を小さくすることができ、電力損失を低減することができる。
【００２６】
ダンピング抵抗を持たない第１実施形態の平滑フィルタ２９の周波数特性は、図１１に実線で示すように、ローパスフィルタの減衰開始周波数近傍で共振が生じる。このようなゲインの変動は、勿論、望ましいものではなく、減衰開始周波数までゲインが一定な、図１１に二点鎖線で示すような周波数特性が理想である。オーディオの分野などでは、浮遊抵抗などの影響で、ダンピング抵抗を加えなくても理想的な周波数特性が得られることもあるが、圧電素子などの容量性負荷からなる第１実施形態のアクチュエータ２２には抵抗成分がないので、平滑フィルタ２９自体で、二点鎖線に示すような周波数特性を達成するためにはダンピング抵抗が不可欠となり、このダンピング抵抗により電力損失が大きくなってしまう。
【００２７】
第１実施形態のアクチュエータ駆動回路のうち、加減算器３１、変調回路２６、デジタル電力増幅回路２８、平滑フィルタ２９（実質的には、平滑フィルタ２９内のコンデンサＣに、圧電素子などの容量性負荷からなるアクチュエータ２２の静電容量が並列に接続される）、及び補償器３２による閉ループは、図１２のように表れる。変調回路２６、デジタル電力増幅回路２８、平滑フィルタ２９（駆動されるアクチュエータ２２の静電容量を含む）からなる駆動信号出力系のゲインをＡ、伝達特性をＨとすると、前述した共振を有する周波数特性は、図１３に示すように、ＡＨと表れる。一方、補償器３２の伝達特性をβとすると、図１２に示す閉ループの伝達特性Ｇは下記１式で表れる。
【００２８】
【数１】
2014097663.tif 000003
【００２９】
従って、この閉ループの伝達特性Ｇが、図１３に二点鎖線で示すように、所定の減衰開始周波数まで一定となるように、補償器３２の伝達特性βを設定すればよい。具体的には、例えば１式の１／（Ａ・Ｈ）は図に破線のように表れるので、補償器３２の伝達特性βを実線のように設定し、β＋１／（Ａ・Ｈ）が図の一点鎖線のようになれば、閉ループの伝達関数Ｇが二点鎖線のように設定できる。なお、前述したように、補償器３２の抵抗Ｒに流れる電流によって電力損失が発生するが、この抵抗Ｒの抵抗値を大きくすることで電流値を小さくすることができ、もって電力損失を抑制することができる。
【００３０】
このように第１実施形態の液体噴射装置では、駆動波形信号発生回路２５で駆動波形信号ＷＣＯＭを発生し、駆動波形信号発生回路２５からの信号を変調回路２６でパルス変調し、その変調信号ＰＷＭをデジタル電力増幅回路２８で電力増幅し、その電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑フィルタ２９で平滑化してアクチュエータ２２の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）とするにあたり、補償器３２で駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の位相を進めて負帰還信号ＣＰＳＴとし、減算器である加減算器３１で駆動波形信号ＷＣＯＭと負帰還信号ＣＰＳＴとの差分信号ＷＣＯＭｄｅｆを変調回路２６への入力信号とすることとしたため、平滑フィルタ２９にダンピング抵抗を用いないときの共振特性を負帰還信号ＣＰＳＴによって補償することができるので、ダンピング抵抗が不要となり、電力損失を低減することが可能となる。
【００３１】
次に、本発明の液体噴射装置の第２実施形態について説明する。本実施形態の液体噴射装置は、前記第１実施形態と同様に、液体噴射型印刷装置に適用されたものであり、その概略構成、液体噴射ヘッド近傍、制御装置、駆動信号、スイッチングコントローラは、前記第１実施形態と同様である。よって以降の説明では、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。第２実施形態では、駆動波形信号発生回路２５と加減算器３１との間に逆フィルタ２３が介装されている。この逆フィルタ２３は、内部に制御部を備え、駆動されるアクチュエータ２２の数に応じて、自身の周波数特性を制御することができる。なお、逆フィルタ２３は、プログラムによる演算処理によって構築することができる。従って、制御部を含む逆フィルタ２３を、前記制御回路中の制御部６２内に構築することもできる。つまり、駆動波形信号発生回路２５から変調回路２６までは、全てデジタル化することができる。
第２実施形態におけるアクチュエータ駆動回路のうち、加減算器３１、変調回路２６、デジタル電力増幅回路２８、平滑フィルタ２９、アクチュエータ２２の静電容量、及び補償器３２による閉ループを図１５に示す。逆フィルタ２３の伝達特性をｃとする。逆フィルタ２３を含む系全体の伝達特性Ｇ０は、下記２式で表れる。
【００３２】
【数２】
2014097663.tif 000004
【００３３】
例えば国際公開公報ＷＯ２００７／０８３６６９に記載されるように、駆動されるアクチュエータ２２の数が変化すると、閉ループの周波数特性が変化する。図１６に、その特徴を示す。この場合は、前述したように、補償器３２からの負帰還信号ＣＰＳＴによって閉ループの共振は抑制されるので、減衰開始周波数が変化するように周波数特性が変化し、駆動するアクチュエータ２２の数が大きいほど（負荷が大きいほど）減衰開始周波数が低くなる。
【００３４】
そこで、逆フィルタ２３の特性として、図１６に破線で示すように、高周波数帯域が強調される、所謂ハイパスフィルタを用い、アクチュエータ２２の数が大きいとき（負荷が大きいとき）の減衰開始周波数を高くすればよい。駆動されるアクチュエータ２２の数は、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰから求めることができるので、例えば逆フィルタ２３がハイパスフィルタである場合、駆動されるアクチュエータ２２の数に応じてハイパスフィルタのゲインを制御すれば、所定の周波数領域で閉ループのゲインを一定にすることができ、これにより平滑フィルタ２９に必要な減衰開始周波数を一定に保持することができる。
【００３５】
このように第２実施形態の液体噴射装置では、駆動されるアクチュエータ２２の数に応じて変化する、変調回路２６、デジタル電力増幅回路２８、平滑フィルタ２９、アクチュエータ２２の静電容量、及び補償器３２で構成される閉ループの周波数特性を、逆フィルタ２３により、所定の周波数領域で一定となるように補正することにより、駆動信号の精度を確保することができる。
なお、前記実施形態では、本発明の液体噴射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、本発明の液体噴射装置は、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、本発明の液体噴射装置は、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。さらに、水や食塩水等の液体をパルス状に噴射して生体組織を切開または切除する手術具としての液体噴射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。
【符号の説明】
【００３７】
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はヘッド固定プレート、２１はハーフブリッジ出力段、２２はアクチュエータ、２３は逆フィルタ、２５は駆動波形信号発生回路、２６は変調回路、２８はデジタル電力増幅回路、２９は平滑フィルタ、３０はゲートドライブ回路、３１は加減算器、３２は補償器、３４は三角波発振器、３５は比較部、６２は制御部、６５はヘッドドライバ。
【図１】
2014097663.tif 000005
【図２】
2014097663.tif 000006
【図３】
2014097663.tif 000007
【図４】
2014097663.tif 000008
【図５】
2014097663.tif 000009
【図６】
2014097663.tif 000010
【図７】
2014097663.tif 000011
【図８】
2014097663.tif 000012
【図９】
2014097663.tif 000013
【図１０】
2014097663.tif 000014
【図１１】
2014097663.tif 000015
【図１２】
2014097663.tif 000016
【図１３】
2014097663.tif 000017
【図１４】
2014097663.tif 000018
【図１５】
2014097663.tif 000019
【図１６】
2014097663.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月4日(2014.3.4)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号に基づきアクチュエータを駆動する手術具であって、
駆動波形データが記憶された記憶部と、
前記駆動波形データに基づいて駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号を出力する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅して電力増幅変調信号を出力するデジタル電力増幅回路と、
前記電力増幅変調信号を平滑化して駆動信号を出力する平滑フィルタと、
前記駆動信号の位相を進めて負帰還信号を出力する補償器と、
前記駆動波形信号から前記負帰還信号を減じた差分信号を、前記変調回路に入力する減算器と、を備え、
前記変調回路と前記デジタル電力増幅回路と前記平滑フィルタと前記補償器と前記減算器と、を閉ループで構成する手術具。
【請求項２】
請求項１に記載の手術具であって、
前記閉ループは、前記駆動信号の所定の周波数から減衰開始周波数まで、ゲインが一定となる伝達特性であることを特徴とする手術具。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の手術具であって、
前記補償器は、前記駆動信号の所定の周波数におけるゲインを大きくする設定であることを特徴とする手術具。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載の手術具であって、
前記アクチュエータを複数備え、
前記平滑フィルタは、コンデンサを含み、
前記コンデンサに前記アクチュエータが並列に接続されていることを特徴とする手術具。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の手術具であって、
前記補償器は、コンデンサと抵抗とを含むことを特徴とする手術具。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の手術具であって、
前記平滑フィルタは、ダンピング抵抗を含まないことを特徴とする手術具。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の手術具であって、
前記デジタル電力増幅器は、ハイサイド側スイッチング素子とローサイド側スイッチングとゲートドライブ回路とを含むことを特徴とする手術具。