(57)【要約】【課題】  異常発生時に容量性負荷の駆動電流を速やかに停止することができる容量性負荷駆動装置及びこれを使用した液滴噴射装置を提供する。【解決手段】  駆動信号供給部１２から容量性負荷２４に供給される駆動電流を電流検出部１４で検出し、信号処理部１６で積分する。信号処理部１６の積分出力を比較部１８で過電流規定値と比較し、積分出力が過電流規定値を超えた場合に、停止部２０が駆動信号供給部１２からの駆動電流の供給を停止する。【選択図】        図１
2008119915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期の開始時点と終了時点の電圧が等しい電圧信号に基づいて容量性負荷に駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、
前記容量性負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段の出力信号に対して積分処理を行う信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力信号を、予め定められた過電流規定値と比較する比較手段と、
を備えることを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の容量性負荷駆動装置において、前記容量性負荷は圧電ヘッドに含まれる容量性負荷であることを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の容量性負荷駆動装置において、前記駆動信号供給手段は、スイッチ素子を介して前記容量性負荷に駆動信号を供給することを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項４】
請求項３記載の容量性負荷駆動装置が、前記駆動信号供給手段の出力をアノードに、前記スイッチ素子の駆動電源をカソードに接続するダイオードを備えることを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項記載の容量性負荷駆動装置において、前記電流検出手段には、ホール素子が使用されることを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項記載の容量性負荷駆動装置において、前記駆動信号供給手段は、前記電圧信号と前記容量性負荷に印加される駆動信号の電圧値との差分を増幅する電圧増幅回路と、前記電圧増幅回路の負荷として設けられたカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路を介して前記電圧増幅回路の出力信号を受け取り、前記容量性負荷に供給する電流信号に変換する電圧電流変換回路と、を備え、
前記信号処理手段の出力信号が予め定められた過電流規定値を超えた場合に、前記カレントミラー回路の電流を停止する停止手段により前記容量性負荷に供給する駆動信号を停止することを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項記載の容量性負荷駆動装置において、前記駆動信号供給手段は、前記電圧信号と前記容量性負荷に印加される駆動信号の電圧値との差分をパルス信号に変調するパルス変調回路と、前記パルス変調回路が出力するパルス信号の電圧を増幅する電圧増幅回路と、前記電圧増幅回路の出力電圧を平滑して駆動信号とし、前記容量性負荷に供給するフィルタ回路と、を備え、
前記信号処理手段の出力信号が予め定められた過電流規定値を超えた場合に、前記パルス変調回路から前記電圧増幅回路へのパルス信号の出力を停止する停止手段により前記容量性負荷に供給する駆動信号を停止することを特徴とする容量性負荷駆動装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項記載の容量性負荷駆動装置により容量性負荷を駆動して液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性負荷駆動装置及びこれを使用した液滴噴射装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、印刷装置等には、インクの液滴を吐出するための液滴吐出装置が使用されており、液滴を吐出する手段の一つとして容量性負荷であるピエゾ素子を用いる方法がある。このような印刷装置等において、液滴吐出ヘッドの不具合あるいはピエゾ素子等の容量性負荷を選択するスイッチ素子の不具合により、容量性負荷に異常電流が流れることがある。特に、スイッチ素子をＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）で構成した場合には、スイッチ素子の入力電圧（容量性負荷の駆動電圧）がスイッチ素子の電源電圧を超えたり、スイッチ素子の入力電圧が負の値になった場合に異常電流が流れるラッチアップが発生する場合もある。
【０００３】
このような異常電流が発生すると容量性負荷が破損する可能性があるので、異常電流を速やかに検出し、停止する必要がある。しかしながら、一般に液滴吐出装置に流れる正常時の瞬時電流値に較べて上記異常電流の平均値が小さい場合が多いので、異常電流を正確に検出できない可能性が高い。そこで、下記特許文献１には、インクジェット記録装置において、回路の異常を容易に検出することができる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２８７３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来の技術においては、インクジェット記録装置の消費電力を測定し、測定された消費電力に基づいて異常の発生を検出する構成となっているので、検出時間が長くなり、異常発生時に容量性負荷の駆動電流を速やかに停止することが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、異常発生時に容量性負荷の駆動電流を速やかに停止することができる容量性負荷駆動装置及びこれを使用した液滴噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の容量性負荷駆動装置の発明は、周期の開始時点と終了時点の電圧が等しい電圧信号に基づいて容量性負荷に駆動信号を供給する駆動信号供給手段と、前記容量性負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段の出力信号に対して積分処理を行う信号処理手段と、前記信号処理手段の出力信号を、予め定められた過電流規定値と比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記容量性負荷が圧電ヘッドに含まれる容量性負荷であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、上記請求項１または請求項２記載の発明において、前記駆動信号供給手段が、スイッチ素子を介して前記容量性負荷に駆動信号を供給することを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、上記請求項３記載の発明において、前記駆動信号供給手段の出力をアノードに、前記スイッチ素子の駆動電源をカソードに接続するダイオードを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、上記請求項１から請求項４のいずれか一項記載の発明において、前記電流検出手段にホール素子が使用されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、上記請求項１から請求項５のいずれか一項記載の発明において、前記駆動信号供給手段が、前記電圧信号と前記容量性負荷に印加される駆動信号の電圧値との差分を増幅する電圧増幅回路と、前記電圧増幅回路の負荷として設けられたカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路を介して前記電圧増幅回路の出力信号を受け取り、前記容量性負荷に供給する電流信号に変換する電圧電流変換回路と、を備え、前記信号処理手段の出力信号が予め定められた過電流規定値を超えた場合に、前記カレントミラー回路の電流を停止する停止手段が前記容量性負荷に供給する駆動信号を停止することを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、上記請求項１から請求項５のいずれか一項記載の容量性負荷駆動装置において、前記駆動信号供給手段が、前記電圧信号と前記容量性負荷に印加される駆動信号の電圧値との差分をパルス信号に変調するパルス変調回路と、前記パルス変調回路が出力するパルス信号の電圧を増幅する電圧増幅回路と、前記電圧増幅回路の出力電圧を平滑して駆動信号とし、前記容量性負荷に供給するフィルタ回路と、を備え、前記信号処理手段の出力信号が予め定められた過電流規定値を超えた場合に、前記パルス変調回路から前記電圧増幅回路へのパルス信号の出力を停止する停止手段が前記容量性負荷に供給する駆動信号を停止することを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の液滴吐出装置の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項記載の容量性負荷駆動装置により容量性負荷を駆動して液滴を吐出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、容量性負荷の駆動電流を積分することにより、正常時の瞬時電流と異常時の電流の判別を可能とし、微小な異常電流を速やかに検出することができる。
【００１５】
また、異常電流を検出した場合に、駆動電流を供給する回路を停止することにより、駆動電流の供給を速やかに停止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１７】
図１には、本発明にかかる容量性負荷駆動装置の一実施形態における機能ブロック図が示される。図１において、容量性負荷駆動装置１０は、駆動信号供給部１２、電流検出部１４、信号処理部１６、比較部１８及び停止部２０を含んで構成されている。
【００１８】
駆動信号供給部１２は、信号生成部２２から受け取った電圧信号に基づいて、容量性負荷２４に駆動信号を供給する機能である。この駆動信号は、周期の開始時点の電圧（Ｖ１）と終了時点の電圧（Ｖ２）とが等しい値とされている。図２には、駆動信号の波形の例が示されている。
【００１９】
なお、上記信号生成部２２が発生する電圧信号は、容量性負荷２４を駆動するための波形を有する信号であり、駆動信号と同様に周期の開始時点と終了時点の電圧が等しい値とされている。
【００２０】
電流検出部１４は、駆動信号供給部１２から容量性負荷２４に供給される駆動信号の電流値（駆動電流値）を検出する機能であり、例えばホール素子等により構成することができる。
【００２１】
信号処理部１６は、電流検出部１４が検出した電流値を積分する機能である。容量性負荷２４の静電容量をＣ、駆動信号供給部１２の出力電圧をＶ（ｔ）とすれば、電流検出部１４が検出する電流値Ｉ（ｔ）は
【数１】
2008119915.tif 000003
となる。
【００２２】
ここで、上述したように、電圧信号は周期の開始時点と終了時点の電圧が等しい値とされているので、以下の式に示すように、容量性負荷２４に供給される駆動電流も、１駆動周期（０＜ｔ＜Ｔ））の積分値Ｙが０（零）となる。
【数２】
2008119915.tif 000004
【００２３】
これに対し、容量性負荷２４に異常電流が流れるとＹ≠０となるので、異常電流を検知することができる。例えば、容量性負荷２４がＧＮＤ（接地）に対して抵抗Ｒｓで短絡して異常電流が流れたとすると、
【数３】
2008119915.tif 000005
となる。
【００２４】
比較部１８は、一般的なヒステリシスコンパレータである比較回路を含んで構成され、信号処理部１６の積分出力Ｙを予め定められた過電流規定値と比較して積分出力Ｙが過電流規定値を超えた場合に停止指示を発生する機能である。ここで、停止指示とは、比較部１８が出力する停止信号を“Ｌ”レベル（０Ｖ）とすることである。なお、Ｙが過電流規定値を超えていない（正常状態）場合には、上記停止信号は“Ｈ”レベルとなる。
【００２５】
停止部２０は、比較部１８が停止指示を発生した場合に、駆動信号供給部１２に容量性負荷２４への駆動信号の供給を停止させる機能である。具体的な構成については後述する。
【００２６】
また、上記容量性負荷２４は、例えばピエゾ素子等が相当し、圧電ヘッド等に使用される。
【００２７】
図３には、本実施形態にかかる容量性負荷駆動装置を使用した液滴吐出装置の構成例が示され、図１と同一要素には同一符号を付している。図３において、駆動信号供給部１２は、スイッチ素子２６を介して複数の容量性負荷２４に駆動信号を供給する。スイッチ素子２６は、例えばＣＭＯＳにより構成することができ、容量性負荷２４と同数設けられる。スイッチ素子２６は、選択信号により開閉され、駆動信号供給部１２から駆動信号を供給して動作させる容量性負荷２４が選択される。
【００２８】
駆動信号供給部１２からスイッチ素子２６を介して容量性負荷２４に供給される駆動電流値は、電流検出部１４で検出される。電流検出部１４をホール素子で構成することにより、容量性負荷２４に供給される電流の波形が劣化することを防止できる。
【００２９】
また、信号処理部１６は、フィルタ２８と積分回路３０を含んで構成されている。フィルタ２８は低域通過フィルタであり、電流検出部１４の検出信号に含まれる不要な雑音を除去する。積分回路３０は、容量性負荷２４に供給される電流値の積分処理を行う。
【００３０】
図３の例では、駆動信号供給部１２が一つであり、信号処理部１６の入力信号数も一つの例が示されているが、これには限定されない。例えば、１つの印字ヘッドに対して複数の駆動信号を用いて滴径変調を行う場合、あるいは複数のヘッドを用いて（例えば紙幅分をアレー状に並べる）高速に印刷する場合等には駆動信号供給部１２が複数設けられる。この場合には、各駆動信号供給部１２毎に電流検出部１４を設け、各検出信号を加算してフィルタ２８に入力する。このような構成により、一つの信号処理部１６で何れかの駆動信号供給部１２からの駆動電流が異常になったことを検出することができる。
【００３１】
なお、スイッチ素子２６をＣＭＯＳで構成した場合には、ラッチアップによって駆動信号供給部１２からＧＮＤ（接地）に過電流が流れる場合がある。このラッチアップは、スイッチ素子２６の駆動信号供給部１２側の端子電圧ＶＡＭＰと、スイッチ素子２６を駆動する電圧ＶＤＤとの間にＶＡＭＰ＞ＶＤＤの関係が成立する場合に発生する。ダイオード３２は、駆動信号供給部１２の出力側をアノードに、ＶＤＤをカソード側にに接続され、上記条件が成立したときに、ＶＡＭＰとＶＤＤを短絡してラッチアップの要因を取り除く機能を有する。
【００３２】
図４（ａ）、（ｂ）には、駆動信号供給部１２から容量性負荷２４に流れる駆動電流値が正常の場合と異常が発生した場合における、信号処理部１６及び比較部１８の動作の説明図が示される。なお、図４（ａ）、（ｂ）では、縦軸左が電圧を示し、縦軸右が電流を示す。また、横軸は時刻（μ秒）である。
【００３３】
図４（ａ）において、駆動電流値が正常の場合には、周期的な電圧信号に対し、これを微分した電流が容量性負荷２４に流れ、駆動電流値の時間平均は０となる。信号処理部１６では、この駆動電流値を積分するので、積分出力Ｙは０となり、過電流規定値Ｔｈを超えることはない。このため、比較部１８は、停止信号を“Ｈ”レベルに維持する。
【００３４】
一方、図４（ｂ）において、時刻２５０μ秒のタイミングから異常電流が流れた場合には、容量性負荷２４に流れる駆動電流に異常電流である直流成分が重畳する。このため、周期的な駆動電流に対しては信号処理部１６の積分動作による出力が０となるが、直流成分は積分されて信号処理部１６の積分出力Ｙが時間の経過とともに増加する。また、比較部１８は、過電流規定値Ｔｈと信号処理部１６の出力Ｙとを比較しているが、図４の例では時刻３００μ秒近傍で信号処理部１６の積分出力Ｙが過電流規定値Ｔｈを超えている。このとき、比較部１８は、停止信号を“Ｌ”レベルとし、停止部２０に停止指示を出力する。
【００３５】
以上の動作により、印字ヘッドの故障あるいはスイッチ素子２６のラッチアップ等による異常電流を速やかに検出し、停止することができる。図４（ｂ）の例では、検出時間は約５０μ秒であり、ほぼ１駆動周期で異常電流を検出することができる。
【００３６】
図５には、駆動信号供給部１２及び停止部２０の回路例が示される。図５において、トランジスタＱ１、Ｑ２は差動増幅回路３４を構成し、信号生成部２２が生成した電圧信号と帰還回路３６を介して帰還した容量性負荷２４の駆動電圧とを比較して誤差電圧を出力する。また、トランジスタＱ３はエミッタ接地型の電圧増幅回路を構成し、その負荷はトランジスタＱ４、Ｑ５で構成されるカレントミラー回路３８である。このカレントミラー回路３８は、上記電圧増幅回路の定電流源として機能する。また、トランジスタＱ１１は、抵抗Ｒ６、Ｒ７とともにバイアス回路を構成する。トランジスタＱ９及びＱ１０は、トランジスタＱ３が出力する電圧信号を上記カレントミラー回路３８を介して受け取り、電流信号に変換する電圧電流変換回路であり、容量性負荷２４に駆動電流を供給する。なお、トランジスタＱ７、Ｑ８は、電圧増幅回路と電圧電流変換回路を緩衝するバッファ回路を構成している。
【００３７】
以上に述べた差動増幅回路３４、帰還回路３６及びトランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９、Ｑ１０、Ｑ１１により構成される増幅回路４０により、動信号供給部１２が構成されている。
【００３８】
また、上記カレントミラー回路３８を構成するトランジスタＱ４とＧＮＤとの間には、カレントミラー回路３８の起動、停止を制御するためのトランジスタＱ１２が接続されている。トランジスタＱ１２のベースには、抵抗Ｒ１５を介して駆動電源Ｖｃｃが接続されるとともに、比較部１８が出力する停止信号も入力される。このトランジスタＱ１２が停止部２０として機能する。
【００３９】
ここで、図４（ａ）に示される正常状態においては、比較部１８から停止指示が出力されず、比較部１８が出力する停止信号が“Ｈ”レベルとなり、トランジスタＱ１２がＯＮ（導通可能）状態となる。なお、本例における停止信号の“Ｈ”レベルは、ハイインピーダンス状態である。トランジスタＱ１２がＯＮ状態になると、トランジスタＱ４、Ｑ５も通電可能状態となり、カレントミラー回路３８として動作する。これに対し、図４（ｂ）に示される異常電流が発生した状態においては、上記停止信号が“Ｌ”レベルとなり、トランジスタＱ１２のベース電圧も“Ｌ”レベルとなってＯＦＦ（非導通）状態となる。従って、トランジスタＱ４のエミッタ−コレクタ間には電流が流れない。この場合、トランジスタＱ５のベース電位はＶＤＤとなり、ＯＦＦ状態となる。この動作によりトランジスタＱ７、Ｑ９もＯＦＦ状態となり、トランジスタＱ３が構成する電圧増幅回路からスイッチ素子２６及び容量性負荷２４への駆動電流が停止する。これにより、スイッチ素子２６及び容量性負荷２４に流れる異常電流が速やかに停止され、スイッチ素子２６及び容量性負荷２４を保護することができる。
【００４０】
図５に示されるように、ＶＤＤにはノイズ除去のためのデカップリングコンデンサが設けられており、その容量が大きいので、ＶＤＤからの電流供給を停止しても電圧が下がるのに時間が掛かり（数１０ｍ秒以上）、異常電流が直ぐには停止しない。これに対して本実施形態では、停止信号を“Ｌ”レベルとし、カレントミラー回路３８を停止することにより、速やかに異常電流を停止することができる。
【００４１】
図６には、駆動信号供給部１２及び停止部２０の他の回路例が示され、図１と同一要素には同一符号を付している。図６において、演算増幅器４２は差動増幅回路３４を構成し、信号生成部２２が生成した電圧信号と帰還回路３６を介して帰還した容量性負荷２４の駆動電圧とを比較して誤差電圧Ｓ１を出力する。また、コンパレータ４４は、上記誤差電圧Ｓ１と基準三角波Ｓ２の電圧とを比較して、誤差電圧Ｓ１に応じたパルス幅変調信号Ｓ３を発生し、ゲート回路４６に出力する。ここで、上記差動増幅回路３４とコンパレータ４４により、本発明のパルス変調回路が構成される。
【００４２】
図７（ａ）、（ｂ）には、コンパレータ４４におけるパルス幅変調及びゲート回路４６における停止制御の説明図が示される。図７（ａ）が正常動作時を示し、図７（ｂ）が異常電流が発生した場合を示している。図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、誤差電圧Ｓ１と基準三角波Ｓ２との比較結果に応じてパルス幅変調信号Ｓ３が生成される。
【００４３】
ここで、図７（ａ）に示される正常動作時においては、比較部１８が出力する停止信号が“Ｈ”レベルとなり、ゲート回路４６の出力も、パルス幅変調信号Ｓ３に応じたゲート出力パルス信号Ｓ４、Ｓ５となっている。このゲート出力パルス信号Ｓ４、Ｓ５の振幅は数Ｖのオーダであるので、次段のデジタル電圧増幅回路４８によって電圧を増幅する。
【００４４】
図８には、上記デジタル電圧増幅回路４８の回路例が示される。図８において、トランジスタＱ１３、Ｑ１４はゲート出力パルス信号Ｓ４の電圧増幅回路を構成し、トランジスタＱ２３、Ｑ２４はゲート出力パルス信号Ｓ５の電圧増幅回路を構成する。トランジスタＱ１７及びＱ２７は、上記電圧増幅回路が出力する電圧信号を受け取り、電流信号に変換する電圧電流変換回路であり、容量性負荷２４に駆動電流を供給する。なお、トランジスタＱ１５、Ｑ１６及びトランジスタＱ２５、Ｑ２６は、電圧増幅回路と電圧電流変換回路を緩衝するバッファ回路を構成している。
【００４５】
デジタル電圧増幅回路４８により増幅されたゲート出力パルス信号Ｓ４、Ｓ５は、インダクタＬ１、抵抗Ｒ１７及び容量性負荷２４により構成されるフィルタ回路５０で平滑され、図２に示される駆動信号となる。
【００４６】
一方、異常電流が発生した場合には、上記停止信号が“Ｌ”レベルとなる。この場合、ゲート回路４６の動作により、図７（ｂ）に示されるように、ゲート出力パルス信号Ｓ４がＨ”レベル、Ｓ５が“Ｌ”レベルとなる。このため、図８に示されたトランジスタＱ１４が常時ＯＮ状態となり、トランジスタＱ１５のベース電圧が“Ｌ”レベルとなってＯＦＦ（非道通状態）となる。この結果、容量性負荷２４へ駆動電流を供給するトランジスタＱ１７がＯＦＦになり、容量性負荷２４への駆動電流の供給が停止する。なお、この場合のゲート回路４６は、停止部２０として機能している。
【００４７】
以上に述べた図６、図８の構成によっても、異常電流発生時に容量性負荷２４への駆動電流の供給を速やかに異常電流を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる容量性負荷駆動装置の一実施形態における機能ブロック図である。
【図２】駆動信号の波形の例を示す図である。
【図３】本発明にかかる容量性負荷駆動装置を使用した液滴吐出装置の構成例を示す図である。
【図４】駆動信号供給部から容量性負荷に流れる駆動電流値が正常の場合と異常が発生した場合における、信号処理部及び比較部の動作の説明図である。
【図５】駆動信号供給部及び停止部の回路例を示す図である。
【図６】駆動信号供給部及び停止部の他の回路例を示す図である。
【図７】コンパレータにおけるパルス幅変調及びゲート回路における停止制御の説明図である。
【図８】デジタル電圧増幅回路の回路例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 容量性負荷駆動装置、１２ 駆動信号供給部、１４ 電流検出部、１６
信号処理部、１８ 比較部、２０  停止部、２２  信号生成部、２４  容量性負荷、２６  スイッチ素子、２８  フィルタ、３０  積分回路、３２  ダイオード、３４  差動増幅回路、３６  帰還回路、３８  カレントミラー回路、４０  増幅回路、４２  演算増幅器、４４  コンパレータ、４６  ゲート回路、４８  デジタル電圧増幅回路、５０  フィルタ回路。
【図１】
2008119915.tif 000006
【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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