(57)【要約】  １又は２以上のトランスデューサを再生駆動するための方法は、複数の駆動サイクルの各々について、いくつかのトランスデューサを、駆動するために使用可能にし、いくつかの使用可能なトランスデューサ及び所望の全容量に基づいて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するステップと、電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達するステップと、所定の量のエネルギーを第１の誘導性エネルギー伝達要素から構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素及び１又は２以上の他の容量性エネルギー貯蔵要素に分配するステップであって、他の容量性エネルギー貯蔵要素の各々が関連するトランスデューサに結合されるステップと、１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から、及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の誘導性エネルギー伝達要素にエネルギーを伝達するステップと、第２の誘導性エネルギー伝達要素から電源にエネルギーを伝達するステップとを含む。
2016532310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上のトランスデューサの再生駆動のための方法であって、
複数の駆動サイクルの各々について、
複数のトランスデューサのうちの１又は２以上を、駆動するために使用可能にし、いくつかの使用可能なトランスデューサをもたらすステップと、
前記いくつかの使用可能なトランスデューサ及び所望の全容量に基づいて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するステップと、
電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達するステップと、
前記第１の誘導性エネルギー伝達要素から前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素に、及び複数の容量性エネルギー貯蔵要素の１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に、前記所定の量のエネルギーを分配するステップであって、前記複数のエネルギー貯蔵要素の各エネルギー貯蔵要素が関連するトランスデューサに結合されるステップと、
前記１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から、及び前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から、第２の誘導性エネルギー伝達要素にエネルギーを伝達するステップと、
前記第２の誘導性エネルギー伝達要素から前記電源にエネルギーを伝達するステップと
を含む方法。
【請求項２】
電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達するステップが、前記所定の量のエネルギーを第１の変圧器の１次巻線に伝達するステップを含み、
前記第１の誘導性エネルギー伝達要素から構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素及び１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に前記所定の量のエネルギーを分配するステップが、前記所定の量のエネルギーを前記第１の変圧器の前記１次巻線から前記第１の変圧器の２次巻線を介して分配するステップを含み、
前記１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の誘導性エネルギー伝達要素にエネルギーを伝達するステップが、前記１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の変圧器の１次巻線を介して前記エネルギーを伝達するステップを含み、
前記第２の誘導性エネルギー伝達要素から前記電源に前記エネルギーを伝達するステップが、前記第２の変圧器の前記１次巻線から、前記第２の変圧器の２次巻線を介して、前記電源に前記エネルギーを伝達するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の誘導性エネルギー伝達要素と第２の誘導性エネルギー伝達要素が同じ要素である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
構成可能なコンデンサネットワークが、複数の選択可能なコンデンサを含み、前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するステップが、構成ビットの組に基づいて、前記複数の選択可能なコンデンサのいくつかのコンデンサを選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧に基づいて、所定の量のエネルギーを決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
さらに、所定の量のエネルギーを決定するステップ及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するステップが、いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧の、所望の変化率に基づく、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
所定の量のエネルギーを決定するステップが、いくつかの使用可能なトランスデューサに印加された以前の電圧の履歴を考慮するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
第１の変圧器及び第２の変圧器が、不連続導通モードで動作するフライバック変圧器である、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達するステップが、第１の２端子インダクタに前記所定の量のエネルギーを伝達するステップを含み、第２の誘導性エネルギー貯蔵要素から前記電源にエネルギーを伝達するステップが、第２の２端子インダクタから前記電源に前記エネルギーを伝達するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１の２端子インダクタと第２の２端子インダクタが同じ２端子インダクタである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数のトランスデューサの各々が圧電素子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
１又は２以上のトランスデューサの再生駆動のためのシステムであって、
複数のトランスデューサと、
構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素と、
第１の誘導性エネルギー伝達要素と、
第２の誘導性エネルギー伝達要素と、
複数の駆動サイクルを通してシステムを動作するためのコントローラであって、前記複数の駆動サイクルの各々について、
前記複数のトランスデューサのうちの１又は２以上を、駆動するために使用可能にして、いくつかの使用可能なトランスデューサをもたらし、
前記いくつかの使用可能なトランスデューサ及び所望の全容量に基づいて、前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成し、
電源から前記第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達し、
前記第１の誘導性エネルギー伝達要素から前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素に、及び複数の容量性エネルギー貯蔵要素の１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に、前記所定の量のエネルギーを分配して、前記複数のエネルギー貯蔵要素の各エネルギー貯蔵要素が関連するトランスデューサに結合され、
前記１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から、及び前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から、前記第２の誘導性エネルギー伝達要素にエネルギーを伝達し、
前記第２の誘導性エネルギー伝達要素から前記電源にエネルギーを伝達する
ように構成されたコントローラと
を備えるシステム。
【請求項１３】
第１の誘導性エネルギー伝達要素が第１の変圧器を含み、第２の誘導性エネルギー伝達要素が第２の変圧器を含み、コントローラが、
所定の量のエネルギーを電源から第１の変圧器の１次巻線に伝達し、
前記第１の変圧器の前記１次巻線から前記第１の変圧器の２次巻線を介して構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素及び１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に前記所定の量のエネルギーを分配し、
前記１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び前記構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から前記第２の変圧器の１次巻線にエネルギーを伝達し、
前記第２の変圧器の前記１次巻線から、前記第２の変圧器の２次巻線を介して、前記電源に前記エネルギーを伝達する
ようにさらに構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
第１の誘導性エネルギー伝達要素と第２の誘導性エネルギー伝達要素が同じ要素である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
構成可能なコンデンサネットワークが、複数の選択可能なコンデンサを含み、コントローラが、構成ビットの組に基づいて、前記複数の選択可能なコンデンサのいくつかのコンデンサを選択することを含めて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
コントローラが、いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧に基づいて、所定の量のエネルギーを決定するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
コントローラが、所定の量のエネルギーを決定し、いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧の、所望の変化率に基づいて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するように構成される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
コントローラが、いくつかの使用可能なトランスデューサに印加された以前の電圧の履歴を考慮することを含めて、所定の量のエネルギーを決定するように構成される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
第１の変圧器及び第２の変圧器が、不連続導通モードで動作するように構成されたフライバック変圧器である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
第１の誘導性エネルギー伝達要素が第１の２端子インダクタを含み、第２の誘導性エネルギー伝達要素が第２の２端子インダクタを含み、コントローラが、電源から前記第１の２端子インダクタに所定の量のエネルギーを伝達し、前記第２の２端子インダクタから前記電源に前記エネルギーを伝達するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２１】
第１の２端子インダクタと第２の２端子インダクタが同じ２端子インダクタである、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
複数のトランスデューサの各々が圧電素子を含む、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その内容が参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年９月１０日出願の米国特許出願第１４／０２２，６６９号明細書の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、圧電トランスデューサのための再生駆動部に関する。
【背景技術】
【０００３】
圧電トランスデューサは、流体小滴放出器、特に圧電ドロップオンデマンド（ＤＯＤ, drop on demand）技術を使用するインクジェットプリンタの設計で採用されることが多い。このタイプのインクジェットプリンタは、中に圧電素子を配設するインク充填チャンバを各々が有するいくつかのプリントジェットを使用する。圧電素子に電圧を印加することによって、素子を変形させる。圧電素子の変形によって、インク充填チャンバ内に圧力のパルスを生じて、プリントジェットからインクの小滴を排出させる。圧電素子に異なるタイプの電圧波形を印加することによって、プリントジェットから出されるインクの量及びパターンを変えることができる。
【０００４】
従来型のインクジェットプリンタでは、典型的には、駆動器により消費される電力の約１０％が圧電素子に送達される際に電力損失を呈する、線形増幅器又はレールツーレールパルス発生器などの抵抗級駆動部を使用して圧電素子が駆動される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般的な態様では、１又は２以上のトランスデューサを再生駆動するための方法は、複数の駆動サイクルの各々について、複数のトランスデューサのうちの１又は２以上を、駆動するために使用可能にし、いくつかの使用可能なトランスデューサをもたらすステップと、いくつかの使用可能なトランスデューサ及び所望の全容量に基づいて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するステップと、電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達するステップと、第１の誘導性エネルギー伝達要素から構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素及び複数の容量性エネルギー貯蔵要素の１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に所定の量のエネルギーを分配するステップであって、複数のエネルギー貯蔵要素の各エネルギー貯蔵要素が関連するトランスデューサに結合されるステップと、１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の誘導性エネルギー伝達要素にエネルギーを伝達するステップと、第２の誘導性エネルギー伝達要素から電源にエネルギーを伝達するステップとを含む。
【０００６】
態様は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含むことができる。
【０００７】
電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達するステップが、所定の量のエネルギーを第１の変圧器の１次巻線に伝達するステップを含む場合があり、第１の誘導性エネルギー伝達要素から構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素及び１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に所定の量のエネルギーを分配するステップが、所定の量のエネルギーを第１の変圧器の１次巻線から第１の変圧器の２次巻線を介して分配するステップを含む場合があり、１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の誘導性エネルギー伝達要素にエネルギーを伝達するステップが、１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の変圧器の１次巻線を介してエネルギーを伝達するステップを含む場合があり、第２の誘導性エネルギー伝達要素から電源にエネルギーを伝達するステップが、第２の変圧器の１次巻線から、第２の変圧器の２次巻線を介して、電源にエネルギーを伝達するステップを含む場合がある。
【０００８】
第１の誘導性エネルギー伝達要素と第２の誘導性エネルギー伝達要素が同じ要素であってよい。構成可能なコンデンサネットワークは、複数の選択可能なコンデンサを含むことができ、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するステップは、構成ビットの組に基づいて、複数の選択可能なコンデンサのいくつかのコンデンサを選択することを含むことができる。方法は、いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧に基づいて、所定の量のエネルギーを決定するステップを含む場合もある。
【０００９】
所定の量のエネルギーを決定するステップ及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するステップは、いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧の、所望の変化率に基づく場合がある。所定の量のエネルギーを決定するステップは、いくつかの使用可能なトランスデューサに印加される以前の電圧の履歴を考慮するステップを含む場合がある。第１の変圧器及び第２の変圧器は、不連続導通モードで動作する、フライバック変圧器であってよい。
【００１０】
電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達するステップが、第１の２端子インダクタに所定の量のエネルギーを伝達するステップを含む場合があり、第２の誘導性エネルギー貯蔵要素から電源にエネルギーを伝達するステップが、第２の２端子インダクタから電源にエネルギーを伝達するステップを含む場合がある。第１の２端子インダクタと第２の２端子インダクタが同じ２端子インダクタであってよい。複数のトランスデューサの各々が、圧電素子を含む場合がある。
【００１１】
別の一般的な態様では、１又は２以上のトランスデューサの再生駆動のためのシステムが、複数のトランスデューサと、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素と、第１の誘導性エネルギー伝達要素と、第２の誘導性エネルギー伝達要素と、複数の駆動サイクルを通してシステムを動作するためのコントローラとを含む。コントローラは、複数の駆動サイクルの各々について、複数のトランスデューサのうちの１又は２以上を、駆動するために使用可能にして、いくつかの使用可能なトランスデューサをもたらし、いくつかの使用可能なトランスデューサ及び所望の全容量に基づいて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成し、電源から第１の誘導性エネルギー伝達要素に所定の量のエネルギーを伝達し、第１の誘導性エネルギー伝達要素から構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素及び複数の容量性エネルギー貯蔵要素の１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に所定の量のエネルギーを分配して、複数のエネルギー貯蔵要素の各エネルギー貯蔵要素が関連するトランスデューサに結合され、１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の誘導性エネルギー伝達要素にエネルギーを伝達し、第２の誘導性エネルギー伝達要素から電源にエネルギーを伝達するように構成される。
【００１２】
態様は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含むことができる。
【００１３】
第１の誘導性エネルギー伝達要素が第１の変圧器を含む場合があり、第２の誘導性エネルギー伝達要素が第２の変圧器を含む場合があり、コントローラが、所定の量のエネルギーを電源から第１の変圧器の１次巻線に伝達し、第１の変圧器の１次巻線から第１の変圧器の２次巻線を介して構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素及び１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素に所定の量のエネルギーを分配し、１又は２以上の容量性エネルギー貯蔵要素から及び構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素から第２の変圧器の１次巻線にエネルギーを伝達し、第２の変圧器の１次巻線から、第２の変圧器の２次巻線を介して、電源にエネルギーを伝達するようにさらに構成される場合がある。
【００１４】
第１の誘導性エネルギー伝達要素と第２の誘導性エネルギー伝達要素が同じ要素であってよい。構成可能なコンデンサネットワークは、複数の選択可能なコンデンサを含む場合があり、コントローラは、構成ビットの組に基づいて、複数の選択可能なコンデンサのいくつかのコンデンサを選択することを含めて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するように構成される場合がある。コントローラは、いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧に基づいて、所定の量のエネルギーを決定するように構成される場合がある。コントローラは、所定の量のエネルギーを決定し、いくつかの使用可能なトランスデューサへ印加するための所望の電圧の、所望の変化率に基づいて、構成可能な容量性エネルギー貯蔵要素を構成するように構成される場合がある。
【００１５】
コントローラは、いくつかの使用可能なトランスデューサに印加される以前の電圧の履歴を考慮することを含み、所定の量のエネルギーを決定するように構成される場合がある。第１の変圧器及び第２の変圧器は、不連続導通モードで動作するように構成されたフライバック変圧器であってよい。第１の誘導性エネルギー伝達要素が第１の２端子インダクタを含む場合があり、第２の誘導性エネルギー伝達要素が第２の２端子インダクタを含む場合があり、コントローラが、電源から第１の２端子インダクタに所定の量のエネルギーを伝達し、第２の２端子インダクタから電源にエネルギーを伝達するように構成される場合がある。第１の２端子インダクタと第２の２端子インダクタが同じ２端子インダクタであってよい。複数のトランスデューサの各々が、圧電素子を含む場合がある。
【００１６】
別の態様では、一般的に、圧電インクジェットプリントヘッドの配列を制御するための手法が、エネルギー伝達手法を使用し、そこでは、一連の通電サイクルの各々で、エネルギーが電源からインダクタに最初に伝達され、次いで、インダクタと、アクチュエータの選択されたサブセットにしたがって構成可能であり、エネルギーの伝達の前のそれらのアクチュエータの状態にしたがって任意に構成されてもよい、プリントヘッドの圧電アクチュエータ要素の選択されたサブセットと構成可能なコンデンサとの組合せとの間で伝達される。いくつかの例では、アクチュエータ及び構成されたコンデンサ中のエネルギーは、コンデンサ及びアクチュエータ中のエネルギーのインダクタ（例えば、同じインダクタ又は第２のインダクタ）への伝達と、そのインダクタから電源への戻しにより、通電サイクルの終わりに回復される。
【００１７】
選択されたアクチュエータ及び構成可能な容量の総合容量、アクチュエータ上の何らかの初期電圧及び／又は充電、インダクタのインダクタンス及びインダクタが充電されるときインダクタ上に誘起される電流が、エネルギーが伝達された後のアクチュエータ上の電圧、並びにエネルギーがインダクタからコンデンサ及びアクチュエータに伝達されるときの移行期間の、電圧及び／又は電荷の変化率（例えば、時定数）の両方を決定する。いくつかの例では、コンデンサは、アクチュエータと構成可能なコンデンサとの組合せが、異なる数のアクチュエータについて、同じ総合容量を提供するように構成される。インダクタ上に誘起される電流は、インダクタからコンデンサ及び選択されたアクチュエータへのエネルギーの放電後に達する電圧を決定するために、（例えば、インダクタの両端に供給電圧が印加される時間を変化させ、及び／又は通電するいくつかの並列インダクタを選択することにより）制御される。
【００１８】
いくつかの例では、物理的に局所的なグループ中の、個別のアクチュエータ又はプリントヘッドの容量が（例えば、製造時において、又は動作期間に適応的なやり方で）推定され、その結果、アクチュエータの選択されるグループの容量は、より正確に知られ、したがって、コンデンサは、選択されたアクチュエータの推定される容量の合計にしたがって構成され得る。
【００１９】
いくつかの例では、アクチュエータの非直線的な容量特性及び／又はヒステリシス特性が、容量を構成する際に考慮され、構成されるコンデンサ及び選択されるアクチュエータの所望の有効容量をもたらす。
【００２０】
別の態様では、一般的に、圧電アクチュエータの配列（例えば、圧電インクジェットプリントヘッド中のアクチュエータの配列）を制御するための手法が、エネルギー伝達手法を使用し、そこでは、一連の通電サイクルの各々で、エネルギーは、電源から第１のエネルギー貯蔵要素に最初に伝達され、次いで、第１のエネルギー貯蔵デバイスとアクチュエータの選択されたサブセットと第２のエネルギー貯蔵要素との組合せとの間で伝達される。第２のエネルギー貯蔵要素は、アクチュエータの選択されたサブセットにしたがって構成可能であり、任意選択で、エネルギーの伝達の前のそれらのアクチュエータの状態にさらにしたがって構成可能である。
【００２１】
いくつかの例では、第１の貯蔵要素は、インダクタ（又は、より一般的に、インダクタのネットワーク、又はさらにより一般的に、磁場の中にエネルギーを貯蔵する要素）を備える。第２の貯蔵要素は、例えば、デジタル制御可能なコンデンサ配列といった、構成可能なコンデンサである。
【００２２】
いくつかの例では、圧電アクチュエータは、容量特性を有する。より詳細には、いくつかの例で、圧電アクチュエータは、非直線的な容量特性及び／又はヒステリシス特性を呈する。
【００２３】
第１のエネルギー貯蔵要素と、選択されたアクチュエータと第２の貯蔵要素との組合せとの間のエネルギーの伝達は、アクチュエータ中のエネルギーの変化及び第２の貯蔵要素中のエネルギーの変化をもたらす。いくつかの例では、選択されたアクチュエータの状態の所望の変化は、アクチュエータのエネルギーの所望の変化と関連する。第２の貯蔵要素は、第２の貯蔵要素のエネルギー貯蔵容量にしたがって構成され、その結果、第１の貯蔵要素中のエネルギーの実質的に全てが、構成された第２の貯蔵要素と選択されたアクチュエータとの組合せに伝達され、その結果、選択されたアクチュエータがそれらの最終状態に達する。いくつかの例では、この所望の最終状態は、選択された圧電アクチュエータにかかる所望の最終電圧によって特徴付けられる。
【００２４】
いくつかの例では、選択されたアクチュエータの各々の、初期状態及び／又は最終状態は、アクチュエータ上の電圧及び／又は電荷に依存する。いくつかの例では、初期状態は、例えば電圧及び／又は電荷の変化率の符号にしたがって、電圧及び／又は電荷の以前の履歴にさらに依存する。
【００２５】
いくつかの例では、アクチュエータの状態の所望の変化は、（ａ）第２の貯蔵要素及び選択されたアクチュエータへの伝達の前に、第１のエネルギー貯蔵要素中に貯蔵されるエネルギーの量を制御すること、及び（ｂ）第２の貯蔵要素の特性を制御することの一方又は両方により達成される。例えば、第１のエネルギー貯蔵要素中のエネルギーの量を制御することは、誘導性の第１の貯蔵要素にかかる供給電圧を印加するための時間を制御すること、及び／又は前記貯蔵要素のインダクタンスを制御することにより成し遂げられる。第２の貯蔵要素の特性を制御することは、例えば、前記第２の貯蔵要素の全容量を制御することを含むことができる。
【００２６】
いくつかの例では、状態の所望の変化率は、（ａ）第２の貯蔵要素及び選択されたアクチュエータへの伝達の前に、第１のエネルギー貯蔵要素中に貯蔵されるエネルギーの量を制御すること、及び（ｂ）第２の貯蔵要素の特性を制御することの一方又は両方により達成される。いくつかの例では、状態の変化率は、第１の貯蔵要素並びに第２の貯蔵要素と選択されたアクチュエータとの組合せの特性によって決定される電気的時定数により決定される。いくつかの例では、第１の貯蔵要素のインダクタンスと構成された第２の貯蔵要素及び選択されたアクチュエータの総合容量との組合せが、電気的時定数を特徴付ける。
【００２７】
本発明の実施形態は、以下の利点のうちの１又は２以上を有することができる。
【００２８】
利点のうちでもとりわけ、圧電素子をインダクタンスを通して駆動することは、回路のトポロジーによるのでなく、回路の寄生要素にのみ制限されて、電力の約９５％を電源から圧電素子に送達する、本質的に低損失の方法である。具体的には、プリントヘッドの負荷容量を専用インダクタを通して充放電することによって、抵抗性の充電損失をなくし、アイドル状態において、ほぼゼロの電力を消費する。プリントヘッドの負荷容量がインダクタを通してのみ充放電されるので、唯一の駆動回路の損失は、寄生要素、すなわちダイオードの電圧低下、変圧器の巻線ＥＳＲ及びもれインダクタンス損失、並びにＭＯＳＦＥＴスイッチの「オン」抵抗に起因する。これは、約９０％の電力損失を呈する場合がある従来型の抵抗性駆動法に対する改善である。
【００２９】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の記載及び請求項から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】再生駆動部を含む、圧電ドロップオンデマンド印刷システムの図である。
【図２】エナジャイザ及びプリントヘッドの簡単な例の図である。
【図３】図２のエナジャイザとプリントヘッドとの間のエネルギー伝達を図示する簡単なタイミング図である。
【図４】いくつかの追加要素を含む、図３のエナジャイザ及びプリントヘッドの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
抵抗性駆動部を使用して圧電（例えば、「ＰＺＴ」、チタン酸ジルコン酸鉛）素子を駆動するときにこうむる電力損失により、圧電素子のための低損失駆動器が必要である。本明細書に記載される実施形態は、１又は２以上の誘導性エネルギー伝達要素を通したエネルギー伝達を使用して、圧電素子を休止させるように駆動及び回復させることにより、そのような低損失駆動器を供給する。
【００３２】
１  概要
図１を参照すると、圧電ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）印刷システム１００は、ホスト１０２（例えば、汎用コンピュータ）、再生駆動部１０４、及び圧電ＤＯＤプリントヘッド１０６を含む。再生駆動部１０４は、電源１０８、デジタルコントローラ１１０（例えば、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、又はこの２つの何らかの組合せ）、及びエナジャイザ１１２を含む。エナジャイザ１１２は、１又は２以上の誘導性エネルギー伝達要素１１４（例えば、１又は２以上の変圧器）及び構成可能なコンデンサ１１８を含む。プリントヘッド１０６は、いくつか（例えば、１０２４）の「プリントジェット」１１６を含み、各ジェット１１６は、対応するコンデンサを形成する圧電素子を含む。
【００３３】
非常に一般的に、動作において、ホスト１０２は、プリントデータを、再生駆動部１０４のコントローラ１１０に提供する。プリントデータは、プリントヘッド１０６のどのジェット１１６を使用可能にするかについての仕様、及びジェットの圧電素子を刺激するためジェット１１６に提供する駆動電圧波形の仕様を含む。プリントデータに基づいて、コントローラ１１０は、いくつかのジェット１１６を使用可能にすること、いくつかの他のジェット１１６を使用不可能にすることによってプリントヘッド１０６を構成し、構成可能なコンデンサ１１８を（下で詳細に記載されるように）構成する。
【００３４】
コントローラ１１０は、次いで、誘導性エネルギー伝達要素１１４を介して、ジェット１１６のコンデンサの充放電のタイミングを制御することにより、駆動電圧波形を生成させる。いくつかの例では、駆動電圧波形を生成させるために、コントローラ１１０は、最初に充電フェーズを開始し、そこでは、誘導性エネルギー伝達要素１１４が電源に短い時間接続され、その結果、制御された量のエネルギーは、電源１０８から誘導性エネルギー伝達要素１１４に伝達され、誘導性要素（図示せず）中に磁気エネルギーとして貯蔵される。誘導性エネルギー伝達要素１１４中に貯蔵されたエネルギーで、コントローラは装荷フェーズを開始し、そこでは、誘導性エネルギー伝達要素１１４の誘導性要素中のエネルギーは、使用可能にされたジェット１１６に対応するコンデンサに、及び構成可能なコンデンサ１１８に放電される。装荷フェーズは、ジェット１１６の圧電素子に、指定された電圧波形の立ち上がりエッジの印加をもたらす。
【００３５】
所定の時間後に、コントローラ１１０は放電フェーズを開始し、そこでは、使用可能にされたジェット１１６に対応するコンデンサ中及び構成可能なコンデンサ１１８中に貯蔵されたエネルギーは、誘導性エネルギー伝達要素１１４に戻るように伝達され、誘導性要素中に磁気エネルギーとして貯蔵される。放電フェーズは、ジェット１１６の圧電素子に、指定された電圧波形の立ち下がりエッジの印加をもたらす。誘導性エネルギー伝達要素１１４中に貯蔵されたエネルギーで、コントローラ１１０が再取込フェーズを開始し、そこでは、誘導性エネルギー伝達要素１１４中に貯蔵されたエネルギーは、電源１０８によって再取込され、再生を成し遂げる。
【００３６】
図２を参照して、エナジャイザ２１２の一例は、２つの誘導性エネルギー伝達要素２１４、すなわち充電変圧器２１４ａ及び放電変圧器２１４ｂを含む。いくつかの例では、充電変圧器２１４ａ及び放電変圧器２１４ｂは、不連続導通モードにおける標準的なフライバックスイッチング電源に類似したやり方で動作する。
【００３７】
図１の場合と同様に、プリントヘッド２０６は、いくつか（すなわち、Ｎ）のジェット２１６を含み、各々は、対応する圧電コンデンサ２１７（Ｃ１…ＣＮ）を含み、構成可能なコンデンサ２１８（ＣＣ）（例えば、１０ビットプログラム可能容量ネットワーク）に並列に接続される。
【００３８】
１．１  誘導性エネルギー伝達要素
充電変圧器２１４ａは、共通のコアの周りに巻かれる２つの巻線、すなわち１次巻線Ｌ１，１及び２次巻線Ｌ１，２を含む。１次巻線及び２次巻線上に生じる任意の電圧は同相であり、１次巻線及び２次巻線上に生じる任意の電流は位相が１８０°ずれる。充電変圧器２１４ａは、その１次巻線Ｌ１，１とグランドとの間に配設される充電スイッチ２２０（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ, field effect transistor）スイッチ）も含む。一般的に、充電変圧器２１４ａは、駆動電圧波形の立ち上がりエッジを生成するために使用される。
【００３９】
放電変圧器２１４ｂは、共通のコアの周りに巻かれる２つの巻線（すなわち、インダクタ）、すなわち１次巻線Ｌ２，１及び２次巻線Ｌ２，２を含む。充電変圧器２１４ａの場合のように、１次巻線及び２次巻線上に生じる任意の電圧は同相であり、１次巻線及び２次巻線上に生じる任意の電流は位相が１８０°ずれる。放電変圧器２１４ｂは、その１次巻線Ｌ２，１とグランドとの間に配設される放電スイッチ２２２（例えば、ＦＥＴスイッチ）、（２次巻線Ｌ２，２を通るＤＣ電流をブロックするための）ＤＣ阻止ダイオード２４１、及び整流ダイオード２４３も含む。一般的に、放電変圧器２１４ｂは、駆動電圧波形の立ち下がりエッジを生成するために使用される。
【００４０】
１．２  プリントジェット
プリントヘッド２０６の各ジェット２１６及びその対応する圧電コンデンサ２１７は、ジェットトグルスイッチ２２４を通して、充電変圧器２１４ａ及び放電変圧器２１４ｂの両方に並列に接続される。いくつかの例では、ジェットトグルスイッチ２２４は、ＡＳＩＣ内のＦＥＴデバイスとして実装される。いくつかの例では、プリントヘッド２０６は、例えば１２８〜４０９６の範囲で、対応する圧電容量及び関連するスイッチと同じ数を有する、多くのジェットを含む。いくつかの例では、個別の圧電容量は、５０ｐＦ〜１ｎＦの範囲である。
【００４１】
１．３  構成可能なコンデンサ
構成可能なコンデンサ２１８は、充電変圧器２１４ａ及び放電変圧器２１４ｂの両方に接続され、ジェット２１６の圧電コンデンサ２１７に並列に接続される。上述のように、いくつかの例では、構成可能なコンデンサ２１８は、意図される最高温度で動作するときの、プリントヘッド２０６の最悪の場合の容量（すなわち、最大ジェット容量の点）を包含する容量の範囲内で構成することができる、１０ビットコンデンサネットワークである。いくつかの例では、構成可能なコンデンサ２１８の１０の制御ビットは、３ビットの粗い値のネットワーク、３ビットの中間の値のネットワーク、３ビットの細かい値のネットワーク、及び最後の最小のコンデンサに機能的に分割される。中間の値、細かい値、及び最小のネットワークは、容量公差ばらつきを許容するために、標準的な２進数の数列よりも約４０％大きい容量を有する。いくつかの例では、３ビットネットワークの各々は、保証された単調動作を有するが、個別のネットワークは、単一の１０ビット単調２進ネットワークを形成するのに十分に一致しない。
【００４２】
構成可能なコンデンサ２１８の有効容量は、数ボルトのＤＣバイアス設定で、外部容量計を使用して、１０ビット制御値の各々において、製造期間中に測定される。容量値をもたらす１０２４の表（すなわち、２１０）が、次いで、外部アルゴリズムによってソートされる。アルゴリズムは、最大容量値（すなわち、全ビットがオン）から最小容量値（すなわち、全ビットがオフ）の範囲である、直線的な容量の数列に最も良好に一致する直線を表す、このリストからの容量値のサブセット（例えば、５１２の値）を選択する。構成可能なコンデンサ２１８中に使用されるコンデンサの公差及び利用可能な構成要素の選択により、直線への一致は、一般的に不完全である。いくつかの例では、コードは、順序が乱れ、いくつかは重複する可能性さえある。いくつかの例では、容量値の表は、個別のコンデンサの公差に依存して、８．４〜８．８ビットを実現できる構成可能なコンデンサ２１８の範囲の精度を有する。しかし、いくつかの例では、構成可能なコンデンサ２１８は、製造及び温度におけるプリントヘッド容量ばらつきを許容するために、約４０％余分の全容量範囲を含む。この余分の容量範囲は、構成可能なコンデンサ２１８の使用可能な精度を約７．９〜８．３ビットに減少させる。いくつかの例では、構成可能なコンデンサ２１８は、その動作範囲内で、１％の調整能力よりも良好な調整能力を有する。
【００４３】
いくつかの例では、最小のコンデンサ以外の、構成可能なコンデンサ中に使用されるコンデンサの全ては、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ, polyethylene naphthalate）フィルムタイプコンデンサである。ＰＥＮフィルムタイプコンデンサは、温度変化に対し互いに良好に追従し、温度変化により構成可能なコンデンサ２１８を再直線化する必要をなくす。他の例では、温度補償コンデンサ（ＮＰ０／ＣＯＧ）が使用される。いくつかの例では、構成可能なコンデンサ２１８の個別の要素が互いの近傍に配置され、それらが同様の温度であることを確実にする。
【００４４】
いくつかの例では、構成可能なコンデンサについての５１２の１０ビット構成のコードの表は、上に記載された直線的な容量一致から生成される。表は、コントローラ１１０に提供され、コントローラ１１０は、構成可能なコンデンサについての直線化表として将来使用するために、表を記憶する。構成可能なコンデンサ２１８の最大容量値（すなわち、構成コードの全１０ビットが１に設定されるときの容量値）は、「ＣｏｎｆｉｇＭａｘｉｍｕｍ」（ｎＦ単位）と呼ばれる工場測定定数として、コントローラにやはり提供されて、コントローラによって記憶される。ＣｏｎｆｉｇＭａｘｉｍｕｍは、ホスト１０２に、選択された電圧状態において、プリントヘッド２０６の測定された等価容量を正確に報告するために使用される。
【００４５】
２  動作の詳細
一般的に、エナジャイザ２１２及びプリントヘッド２０６は、コントローラ１１０により動作され、その結果、エナジャイザ２１２は、ホスト１０２により指定された形状を有する一連のパルスを含む波形をプリントヘッド２０６に提供する。いくつかの例では、各パルスについて、エナジャイザ２１２及びプリントヘッド２１６は、初期化フェーズ（Ｉ）、及び図２で（１）〜（５）と標示される５つのエネルギー伝達フェーズを通して繰り返される。より複雑な他の例では、パルス当たりに６以上のフェーズが必要な、（例えば、より長い台形の頂部上の短い台形といった）複合パルス形状が使用される。
【００４６】
初期化フェーズでは、コントローラ１１０は、ホスト１０２からのプリント要求を示す、エンコーダ（図示せず）からのエンコードトリガ３５６を受け取る。コントローラ１１０は、その後、プリントヘッド２０６にコマンドを送信し、コマンドは、ジェット２１６の第１のサブセットを使用可能にさせ（すなわち、それらのジェットトグルスイッチ２２４を閉にし）、ジェット２１６の第２のサブセットを使用不可能にさせる（すなわち、それらのジェットトグルスイッチ２２４を開にする）。いくつかの例では、コントローラ１１０からのコマンドは、ホスト１０２から受け取ったプリントデータに基づく。
【００４７】
ジェット２１６の各々が対応する圧電コンデンサ２１７を有するので、異なる数のジェット２１６を使用可能にすることによって、ジェット２１６により、誘導性電荷伝達要素２１４に接続される全容量を変化させる。この変化する容量を補償しないと、ジェット２１６に提供される駆動電圧波形は、プリントデータにより指定される所望の駆動電圧波形からずれることになる。例えば、駆動電圧波形のスルーレート及び駆動電圧波形の最終電圧は、所望のスルーレート及び所望の電圧からずれる可能性がある。ジェット２１６により提示される変化する容量を補償するために、構成可能なコンデンサ２１８は、ジェット２１６の圧電コンデンサ２１７と並列に接続される。一般的に、駆動電圧波形中の各パルスについて、使用可能にされたジェット２１６の数にかかわらず、使用可能にされたジェット２１６の容量と構成可能なコンデンサ２１８の容量との合計がほぼ一定の容量値で維持されるように、構成可能なコンデンサ２１８が構成される。
【００４８】
構成可能なコンデンサ２１８を構成するために、コントローラ１１０は、５１２の１０ビット構成可能なコンデンサ構成コードの表へと９ビットアドレス索引を計算し、アドレスに対応する１０ビット構成コードを取り出すためにアドレスを使用する。１０ビット構成コードは、構成可能なコンデンサ２１８の制御線に適用され、それによって、構成可能なコンデンサ２１８の容量が構成される。いくつかの例では、コントローラ１１０により計算されたアドレスは、表中の要素の数に基づいて異なる数のビットを有する（例えば、１０２４の要素には１０ビット、又は２５６の要素には８ビット）。
【００４９】
コントローラ１１０は、次式を使用して、波形の各パルスについて９ビットアドレス検索を動的に計算する。
ConfigAddress = ConfigCoefficient * (NumJets - NumEnabledJets)
ここで、ＮｕｍＪｅｔｓは、プリントヘッド２０６に含まれるジェット２１６の総数であり、ＮｕｍＥｎａｂｌｅｄＪｅｔｓは、現在のパルスについて使用可能にされるジェット２１６の数である。ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔは、特定のプリントヘッド２０６及び構成可能なコンデンサ２１８に依存する。ＮｕｍＪｅｔｓ＝１０２４の場合、典型的なプリントヘッド及び対応する回路設計では、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔは、約３３０／１０２４の典型値から５１１／１０２４の最大値までの範囲である。一般的に、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔは、変化するプリントヘッドジェットの容量を補償するために使用される、構成可能なコンデンサ２１８の全範囲の量を制御する。
【００５０】
コントローラ１１０は、システム起動自己較正試行に基づいて、最初にＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ値を計算する。ゼロ個のプリントヘッドジェット２１６が使用可能にされるときの構成可能なコンデンサ２１８の容量が、ジェット２１６の全てが使用可能にされるときのジェット２１６の容量の合計とほぼ等しいように、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ値が、動作期間に周期的に（例えば、各初期化フェーズの期間に）調整される。
【００５１】
ＣｏｎｆｉｇＡｄｄｒｅｓｓは、上式に従い、駆動電圧波形の各パルスについて計算される。ＣｏｎｆｉｇＡｄｄｒｅｓｓを容量直線化表を通して構成可能なコンデンサ２１８にマッピングすることによって、構成可能なコンデンサ２１８は、全プリントヘッド容量Ｃｔｏｔａｌ（すなわち、使用可能にされたジェット容量と構成可能なコンデンサの容量の合計）に適切な量の容量を追加させ、そのことによって、全体として一定な全負荷容量を維持する。いくつかの例では、流体の噴出を最適化するために、全負荷容量は、全体として一定な容量からずれることが許容される。実際には、ジェット２１６に関連する容量は印加される電圧で変化するので、一定の全容量は、駆動波形の生成期間に１点又は２点においてのみ達成することができる。
【００５２】
いくつかの例では、構成可能なコンデンサ２１８の制御線は、コントローラ１１０がプリントヘッド２０６の個別のジェット２１６を使用可能にすること及び使用不可能にすることと同時に、コントローラ１１０により更新される。いくつかの例では、構成可能なコンデンサ２１８についての構成コードの表が直線化されるので、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔを計算する副作用は、全てのジェット２１６が使用可能にされる状態のプリントヘッドの有効容量は、式ＣｏｎｆｉｇＭａｘｉｍｕｍ＊ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ＊ＮｕｍＪｅｔｓにより計算される容量値と等しいことである。この容量値は、診断及び試行の目的のために、システムによってホスト１０２に報告される場合がある。
【００５３】
図２への参照を続け、図３へも参照して、ジェット２１６が使用可能にされ、構成可能なコンデンサ２１８が構成された状態で、コントローラ１１０は、エネルギーが電源１０８から充電変圧器２１４ａに伝達される、第１ステージ（１）を開始する。第１ステージでは、コントローラ１１０は、制御可能幅充電コマンドパルス３２４を充電スイッチ２２０に提供し、充電スイッチ２２０に、制御可能時間間隔の間、閉じさせる。
【００５４】
充電スイッチ２２０が閉じられた間、充電変圧器２１４ａの１次巻線Ｌ１，１中の電流は、以下のように、充電変圧器２１４ａの１次巻線のインダクタンスＬによって、電源電圧ＶＣＣを除算することにより決定される割合で、直線的な様態で立ち上がる。
【００５５】
【数１】
2016532310.tif 000003
【００５６】
充電変圧器の１次巻線中の電流の直線的な立ち上がりは、貯蔵されるエネルギーの量が、充電コマンドパルス３２４の長さの２乗で、時間で増加することを表す。
【００５７】
【数２】
2016532310.tif 000004
【００５８】
充電変圧器の１次巻線中の電流が増加する間、充電ダイオード２３２が、充電変圧器の２次巻線中の反対の電流の発生を防止する。
【００５９】
充電コマンドパルス３２４の立ち下がりエッジにおいて、第２のフェーズ（２）が開始し、そこでは、充電スイッチ２２０が開き、充電変圧器２１４ａの１次巻線Ｌ１，１中に貯蔵されたエネルギーが、充電変圧器２１４ａの２次巻線Ｌ１，２及びダイオード２３２を通して、プリントヘッド２０６の総合容量負荷のコンデンサ（すなわち、使用可能にされたジェット２１６の圧電コンデンサ２１７）及び構成可能なコンデンサ２１８の中に伝達される。総合負荷へのエネルギーの伝達によって、使用可能にされたジェット２１６の圧電コンデンサ２１７上の電圧を、疑似サイン波３２８の第１の１／４サイクルの形で立ち上がらせる。充電変圧器２１４ａの２次巻線Ｌ１，２上の電流は、疑似コサイン波３３０の第１の１／４サイクルの形で同時に下降する（両方の波形は、ジェット有効容量の非線形の電荷対電圧特性により、純然たるサイン又はコサインではなく、単なる疑似サイン又はコサインである）。使用可能にされたジェット２１６の圧電コンデンサ２１７及び構成可能なコンデンサ２１８が直線的である場合、電圧波形３２８の立ち上がりエッジ（及び充電変圧器２１４ａの２次巻線Ｌ１，２上の電流の立ち下がりエッジ）の基本周期は、
【００６０】
【数３】
2016532310.tif 000005
【００６１】
であり、ここでＬは、充電変圧器のインダクタンス（例えば、３５μＨ）であり、Ｃｔｏｔａｌは、プリントヘッド２０６と構成可能なコンデンサ２１８との総合容量である。
【００６２】
充電変圧器２１４ａの１次巻線中に貯蔵されたエネルギーは、コンデンサ２１７、２１８にほぼ完全に伝達され、コンデンサ２１７、２１８上に貯蔵される（１／２）ＣｔｏｔａｌＶ２の全エネルギーをもたらす。
【００６３】
上述の充電イベントは、プリントヘッド２０６のコンデンサ２１６、２１７に制御された量のエネルギーを追加するので、充電コマンドパルス幅計算は、コンデンサ２１６、２１７の開始電圧を考慮にいれなければならない。初期電圧Ｖ０からの、最終電圧Ｖ１の産出は、長さＴＣＨＡＲＧＥの充電コマンドパルスを必要とする。
【００６４】
【数４】
2016532310.tif 000006
【００６５】
ここで、構成要素の寄生損失を無視して、ＶＣＣが電源電圧であり、Ｌが充電変圧器２１４ａの１次巻線のインダクタンスであり、Ｃｔｏｔａｌが有効プリントヘッド容量プラス構成可能なコンデンサ容量である。
【００６６】
コントローラ１１０のクロックサイクルの点で時間を再スケーリングすると次式となる。
【００６７】
【数５】
2016532310.tif 000007
【００６８】
ここで、ＮＣＨＡＲＧＥは、コントローラのクロックサイクルで測定した充電コマンドパルス長であり、ＦＣＬＯＣＫは、コントローラのクロック周波数（例えば、６２．５ＭＨｚ）である。いくつかの例では、ゼロボルトから開始するとき、圧電コンデンサ２１７上で到達するピーク電圧は、単位マイクロ秒の充電時間当たりおよそ２０ボルトである。
【００６９】
いくつかの例では、プリントヘッド２０６の有効容量は、発射パルスターゲット電圧で変わり、また別途、電圧履歴（すなわち、各ジェット２１６についての、以前の充放電動作の大きさ及び方向）でも変わる。特に、ジェット２１６は、マルチパルスのグレースケール波形の進展を通して、異なるオン／オフ履歴を有する場合がある。
【００７０】
電圧でのジェットの容量変化に対応するため、元々の電圧波形仕様におけるあらゆる充電イベントについて、コントローラ１１０は、構成可能なコンデンサ２１８の選択された最大容量を所望の最終電圧Ｖに充電するために必要なエネルギーＥＣＣ（ｖ）の量を計算し、プリントヘッドの全てオンのジェット容量を同じ最終電圧に充電するために必要なエネルギーＥＪＥＴＳ（ｖ）を別途計算する。印刷期間に、２つのエネルギー値は、瞬間的な「使用可能にされた」ジェット数部分により、コントローラ１１０中でスケーリングされ、以下のように合計される。
ETOT = DEJETS+ (1 - D)ECC
ここで、ＥＴＯＴは、合計の必要な充電エネルギーであり、Ｄは、瞬間的なジェットの「使用可能にされた」部分である（すなわち、プリントヘッド中のジェットの総数で割ったプリントヘッド中の現在使用可能にされたジェットの数であり、０〜１の範囲の実数である）。（１−Ｄ）項は、充電イベントにおいて使用可能にされたジェットの数とほぼ無関係な、この充電イベントについてのエネルギー入力要件を達成するため、構成可能なコンデンサの選択された最大容量の補償部分を計算するために使用される。
【００７１】
コントローラ１１０は、次いで、以下のように、システムクロック周期中の、要求される充電コマンドパルス長を計算する。
【００７２】
【数６】
2016532310.tif 000008
【００７３】
コントローラのハードウェアリソース要件を減少させ、整数値にスケーリングするために、コントローラ１１０は、ＥＪＥＴＳ及びＥＣＣからスケーリングされた量ＰＪＥＴＳ及びＰＣＣを計算する。
【００７４】
【数７】
2016532310.tif 000009
2016532310.tif 000010
【００７５】
コントローラは、次いで次式を計算する。
PTOT = DPJETS+ (1 - D)PCC
【００７６】
コントローラ１１０は、次いで、以下のように、（システムクロックサイクルで）充電コマンドパルス長を計算する。
【００７７】
【数８】
2016532310.tif 000011
【００７８】
一般的に、上の全エネルギーの計算は、非グレースケール駆動電圧波形、又は比較的均一なパルス電圧を有するグレースケール駆動電圧波形については良好に動作し、その結果、各ジェット２１６についての電圧履歴が同様であり、単一の値ＥＪＥＴＳのマイクロコントローラの計算期間について補償され得る。
【００７９】
いくつかの例では、異なるジェットが異なる電圧履歴を有するとき、上述の全エネルギーの計算の拡張が使用される。詳細には、各ジェット２１６の、上に記載された非ゼロのグレーレベル設定がコントローラ１１０により記憶され、各ジェットの現在のグレーレベルとともに使用される。以前の非ゼロレベル及び現在のグレーレベルが一緒に（例えば、４つの個別のレベル又は各々２ビット）、各充電コマンドパルスにおける所与のジェットについて、エネルギー要件を決定する。
【００８０】
一例では、電流と以前の電圧履歴としては、４×４＝１６の可能性がある。１６の電圧履歴グループの各々に属する、ジェットの総数（すなわち、数）は、１６のジェット履歴数バケットへと計算される。コントローラ１１０により充たされた表は、１６の電圧履歴の可能性の各々について、ジェット２１６がターゲット電圧を達成するために必要な充電エネルギーの量を列挙する。表中の１６の必要な充電エネルギーは、その対応する履歴グループに属するジェット２１６の数（すなわち、１６の履歴バケットの各々の中の数）で個別に乗算され（すなわち、重み付けされ）、乗算の結果は、重み付けされた全エネルギーに加算される。重み付けされた全ジェットエネルギープラス同じターゲット電圧へと構成可能なコンデンサの補償部分を充電するのに必要なエネルギーは、現在の充電サイクルについての、プリントヘッドについての必要な充電エネルギー（すなわち、ＥＴＯＴ）として使用される。ジェット履歴の１６の履歴バケットの各々の中の数は、コントローラ１１０による分析のためのデータ点としての将来の読み戻しのため、コントローラ電荷伝達サイクルにより記憶される。
【００８１】
いくつかの例では、駆動電圧波形形状が、ゼロが印刷されたグレーレベルにおいて、全てのジェットに供給される特殊化されたパルス（例えば、メニスカス制御又はティックルパルス）を含まない場合、各ジェットについて、前回のグレーレベルではなく、前回の非ゼロのグレーレベルが記憶される。というのは、ゼロのグレーレベルパルスは、ジェットの電圧履歴を変更しないからである。
【００８２】
いくつかの例では、プリントヘッド２１６上の異なる位置の圧電コンデンサ２１７のグループは、異なる充電対電圧特性を有する。そのような例では、通電されたジェットの数のバケットを、圧電コンデンサ２１７の各グループについて維持することができる。次いで、個別のジェットではなく、各グループについて、必要な量のエネルギーを計算することができる。
【００８３】
いくつかの例では、４８ｖの供給電圧、構成要素の公差、及び動作温度における実際のプリントヘッド容量に依存して、１３０ｖの駆動パルスを作り出すための、典型的な充電コマンドパルス長は、およそ６マイクロ秒（約３８４システムクロック）の定格値の範囲にある。
【００８４】
いくつかの例では、第１のエネルギー貯蔵要素中であるエネルギーレベル（及びあるピーク電流）を達成するために充電コマンドパルス長を計算するのではなく、第１のエネルギー貯蔵要素について、所望のピーク電流の計算を最初に行う場合がある。第１のエネルギー貯蔵要素は、次いで、電流検知回路を通して、その制御されたピーク電流に充電される。
【００８５】
いくつかの例では、ホストの印刷システムが、エンコーダトリガ３５６を書き込んだ直後、又はエンコーダトリガ３５６後に固定の遅延時間で、又は好ましくは、エンコーダ期間（例えば、一定のサブピクセル遅延）で長さを自動的に調整するエンコーダトリガ３５６後の可変調整期間で、実際のジェット励起電圧（駆動電圧波形の台形パルスの前縁）が開始することが重要である。駆動電圧波形は充電コマンドパルスの終了後にのみ立ち上がりを開始し、充電コマンドパルスが可変長であるので、駆動電圧波形は、エンコーダトリガ３５６の直後には開始することができない。その代わりに、駆動電圧波形の開始は、制御ロジックにより固定量の時間、又は好ましくは印刷スピードで自動的にスケーリングする固定のサブピクセル遅延時間（すなわち、書込みエンコーダ期間の固定部分）だけ遅延される。第１の充電コマンドパルスは、制御ロジックによりスケジュールされて、遅延期間の終わりに終了し、適正な時間において駆動電圧波形の移行を開始する。この遅延期間は、全ての公差を含む、最も長いと予想される充電コマンドパルスよりも長い。いくつかの例では、遅延期間は、９マイクロ秒よりも長い。
【００８６】
第３のフェーズ（３）では、放電イベントが発生するまで、ピーク電圧３３４は、プリントヘッド容量２１７及び構成可能なコンデンサ２１８上に貯蔵されたままとなる。
【００８７】
所定の長さの時間後に、コントローラ１１０は、ジェット２１６の圧電コンデンサ２１７及び構成可能なコンデンサ２１８上のピーク電圧３３４が放電変圧器２１４ｂを使用して放電される、第４の電荷伝達ステージ（４）を開始する。放電変圧器２１４ｂへのこの電圧放電は、駆動電圧波形中の立ち下がりエッジ３３６を生じる。
【００８８】
第４の電荷伝達ステージを始めるために、コントローラ１１０は、放電変圧器２１４ｂの放電スイッチ２２２に、制御可能な幅の放電コマンドパルス３３８を発行し、放電スイッチ２２２を閉じさせる。放電スイッチ２２２が閉じると、コンデンサ２１７、２１８上の電圧は、疑似コサイン波の第１の１／４サイクルの形でゼロボルトに下降する。放電変圧器２１４ｂの１次巻線Ｌ２，１中の電流は、疑似サイン波３４０の第１の１／４サイクルの形で同時に立ち上がる。理想的な（すなわち、直線的な）全プリントヘッド容量では、立ち下がるプリントヘッドコンデンサ電圧及び立ち上がる１次巻線電流の両方の基本周期は、
【００８９】
【数９】
2016532310.tif 000012
【００９０】
であり、ここで、Ｌは放電変圧器２１４ｂの１次巻線のインダクタンス（例えば、３５μＨ）であり、Ｃｔｏｔａｌは、プリントヘッドの全容量（例えば、約１４５ｐＦ＊１０２４ジェット）である。いくつかの例では、周期は、プリントヘッドパラメータ、温度、及び構成要素公差に依存して、約１４マイクロ秒である。実際の立ち下がりエッジ持続時間は、その全周期の１／４である。
【００９１】
いくつかの例では、コンデンサ２１７、２１８上に貯蔵される電圧の全てが放電されるとは限らない。例えば、理想的なプリントヘッド容量では、実際の最終電圧Ｖ１は、初期電圧Ｖ０及び放電コマンドパルス長ｔ（秒単位）の関数として表され得る。
【００９２】
【数１０】
2016532310.tif 000013
【００９３】
放電コマンドパルス長ｔ（秒）について解くと、以下である。
【００９４】
【数１１】
2016532310.tif 000014
【００９５】
システムクロック周期の点で時間を再スケーリングすると、次式となる。
【００９６】
【数１２】
2016532310.tif 000015
【００９７】
ここで、ＱＤは、システムクロック周期で測定された放電コマンドパルス長であり、ＦＣは、システムクロック周波数である（例えば、６２．５ＭＨｚ）。
【００９８】
コンデンサ２１７、２１８上の電圧が完全に放電されるいくつかの例では、一度電圧がゼロボルトよりも下がると、コンデンサ２１７、２１８の両端に接続された整流ダイオード２４３が導通を始め、放電変圧器の１次巻線上に蓄積された電流を維持し、放電スイッチ２２２が開かれるまでコンデンサ２１７、２１８上の電圧をゼロ近くにクランプする。一般的に、コンデンサ２１７、２１８の電圧がゼロボルトに等しいときに正確に放電スイッチ２２２が開くことを必要とするのではなく、整流ダイオード２４３は、コンデンサ２１７、２１８の電圧がゼロボルトに到達した後の時間に放電スイッチ２２２が開くことを許容する。このやり方では、整流ダイオード２４３は、放電スイッチ２２２についてのタイミング要件を簡略化する。いくつかの例では、整流ダイオード２４３は、エナジャイザ回路２１２に含まれない。
【００９９】
放電コマンドパルス３３８の終わりに、放電変圧器２１４ｂの１次巻線中に貯蔵されたエネルギーは、ゼロ電流３４４への直線的なランプダウンの形で、放電変圧器２１４ｂの２次巻線Ｌ２，２を介して電源１０８の中に戻すように伝達される。整流ダイオード２４３が存在することにより、目標がコンデンサ２１７、２１８をゼロボルトに常に放電することである場合、放電コマンドパルス３３８幅は、固定の持続時間であってよい（すなわち、そのような放電は、開始電圧にかかわらず固定の長さの時間を要し、実際には、放電コマンドパルス３３８は、例えば、公差を許容するため、約１４マイクロ秒の基本周期の１／４より２０％長く固定される持続時間を有することができる）。
【０１００】
いくつかの例では、ジェット２１６に関連するＰＺＴ容量は、印加電圧及び電圧履歴で変化し、そのため、上式は近似である。
【０１０１】
３  追加の特徴
図４を参照して、エナジャイザ４１２及びプリントヘッド４０６のより詳細な図は、電源フィルタ４４８、電源アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ, analog to digital converter）４４６、プリントヘッド電圧ＡＤＣ４５２、及び過電圧検出器４５０を含む。
【０１０２】
電源フィルタ４４８は、電源１０８から入力を受け取り、フィルタ（例えば、アナログＬＣ低域通過フィルタ）を適用して、エナジャイザ４１２に提供される電圧変動の割合を制限し、エナジャイザ４１２に良好に制御され減衰したインピーダンスを提供し、充放電電流パルスのための貯蔵器として働いて、充放電電流パルスが電源配線を通してエナジャイザ４１２を出る前に充放電電流パルスを減衰させる。電源フィルタ４４８の特性は、結果として得られるＬＣＲネットワーク応答を減衰するための、その直列インダクタ及びヒューズにより提供される等価直列抵抗に依存する。エナジャイザ４１２への入力電力が制限され（例えば、任意の印刷環境下で、２５０ｍＡ  ＤＣ未満が消費される可能性があり）、そのため、フィルタのインダクタンスは、物理的に非常に小さい。一例では、５つの２２μＦ  ６３ｖのセラミックコンデンサを使用する場合がある。
【０１０３】
電源ＡＤＣ４４６及びプリントヘッド電圧ＡＤＣ４５２は、実時間における電源変動、プリントヘッド及び構成要素公差についての自己較正、並びにプリントヘッド容量の温度でのドリフトの調節を可能にするために含まれる。いくつかの例では、実時間測定が必要であることにより、１マイクロ秒以下の、ＡＤＣの全アパーチャ及び変換時間が必要である。
【０１０４】
電源ＡＤＣ４４６は、各充電コマンドパルスが生成される直前の、電源フィルタ４４８から来る電源１０８の電圧を測定する。測定される電圧は、電源変動の影響に対して後続の充電コマンドパルス長を（ハードウェアで）補償するため使用される。各充電コマンドパルスが生成される直前の、瞬間的な電源電圧を測定することが重要である。というのは、測定された電圧及び電源入力フィルタの周波数応答が一緒に、電源電圧変動への耐性だけを提供するからである。このＡＤＣからの電源電圧の読取り値は、コントローラ１１０によって、上側及び下側電圧限界とも比較される。コントローラは、比較の結果を使用して、ホスト１０２に供給電圧範囲外エラーを信号伝達する。
【０１０５】
いくつかの例では、電源ＡＤＣ４４６からの各読取り値は、コントローラ中の専用ハードウェアレジスタ中に記憶される。レジスタは、ホスト１０２に電源電圧を報告する目的のために読み出され得る。
【０１０６】
いくつかの例では、コントローラ１１０は、電源電圧の可能な値を使用して索引付けされる、電圧補償表を含む。レジスタに記憶される電源電圧は、補償値を取り出すために、補償表に供給され得る。補償値は、あらゆるエントリにおける補償表中の、そのアドレスの逆数（すなわち、１／ＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＶｏｌｔａｇｅ）である。補償値は、電源電圧変化の影響をゼロにするため、充電コマンドパルス幅への最終調整を実施する乗算器に提供される。というのは、所望の充電コマンドパルス長は、電源電圧と反比例して変化するからである。
【０１０７】
いくつかの例では、ＡＤＣは、コントローラ１１０が後続の動作のため最適な充電制御タイミング値を計算して予測するのに後で使用するために、第１の貯蔵要素中で達成されるピーク電流を直接測定するために使用され得る。
【０１０８】
プリントヘッド電圧ＡＤＣ４５２は、各充放電イベント後の、プリントヘッドと構成可能なコンデンサ４１７、４１８の総合負荷上に貯蔵される瞬間的な電圧を測定する。プリントヘッド電圧ＡＤＣは、エナジャイザ４１２のソフトウェア自己較正のため、駆動電圧波形が実時間で進展するとき、駆動パルスの振幅を測定する。エナジャイザ４１２の調節のためのその主な使用以外に、プリントヘッド電圧ＡＤＣ４５２は、（例えば、欠落したプリントヘッド、又は欠陥があり、許容可能範囲の外であり、若しくはあまりに急速に変化する計算されたＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ値をもたらす可能性がある（回路が短絡した、又は回路が開放した）圧電コンデンサを含むプリントヘッドといった）予期しない負荷状態の実時間検出も可能にする。
【０１０９】
いくつかの例では、プリントヘッド電圧ＡＤＣ４５２は、各駆動パルスについて、各充電コマンドパルスが始まる前、各充電コマンドパルスが終わる直前、各後続の放電コマンドパルスが始まる直前、及び各後続の放電コマンドパルスが終わる直後に読取り値を取る。いくつかの例では、コントローラ１１０による後の読み戻し及び回帰分析のため、読取り値は、（１ビット動作用の）ジェットの「使用可能にされた」数又は（２ビットグレースケール動作用の）１６バケットのジェット履歴数とともに、ＦＩＦＯスタック中に記憶される。
【０１１０】
いくつかの例では、コントローラ１１０は、記憶された測定結果を使用して、ジェット容量２１７及び構成可能な容量２１８について、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ変数の動作推定、及び電圧曲線への充電エネルギーを周期的に再計算して調整する。いくつかの例では、コントローラ１１０が駆動電圧波形の実際の発生頻度に追随できない場合、回帰分析は、波形データのサンプリング上に実施される。例えば、波形データは、可能な駆動波形電圧及び電圧履歴の範囲にわたって、多くのプリントヘッドジェットが使用可能にされ、またほとんどのプリントヘッドジェットが使用可能にされない印刷を表すデータ点を集めるために、周期的にサンプリングされる。このことによって、コントローラ１１０が、使用中のその時点における電圧波形において、構成可能なコンデンサの通常の容量について、またジェット２１６の非直線的な有効容量について、別個の充電エネルギー要件を抽出することが可能になる。
【０１１１】
過電圧検出器４５０は、プリントヘッド４０６を損傷することを避けるために、障害状態下で、プリントヘッド４０６に供給される最大ピーク電圧を制限する。いくつかの例では、電圧は、約１５０ボルトに制限される。いくつかの例では、過電圧検出器４５０は、出力過電圧が検出されたときにコントローラ１１０に信号伝達するＮＰＮトランジスタを含む。コントローラ１１０は、このエラーをラッチして、充電コマンドパルスの発行を止めることにより、エナジャイザ４１２をシャットダウンする。
【０１１２】
いくつかの例では、プリントヘッドのジェットの有効容量が電圧及び電圧履歴で変動するが、構成可能なコンデンサの容量は変動しないので、プリントヘッドのジェットの有効容量に対して構成可能な容量を「一致させる」よう実践するのは、単純ではない。いくつかの例では、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔの値は、（例えば、１００Ｖから０Ｖへの最近の放電後の、０Ｖから１００Ｖへ充電するための）特定の電圧及び履歴の点で、プリントヘッドのジェットと構成可能なコンデンサへのエネルギー入力を一致させるように選択され得る。あるいは、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔは、構成可能なコンデンサ２１８の充放電時定数が、プリントヘッド容量の充電時定数又は放電時定数のいずれかと一致させるが、一般的に両方とは一致させないようにも選択され得る。代わりに、噴出特性を通して、ＣｏｎｆｉｇＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔの値は、噴出特性を安定化して、プリントヘッド通電されるジェット数を変動させ、一定の滴下量及び飛行時間を維持するように選択されることになる。
【０１１３】
４  代替実施形態
いくつかの例では、誘導性エネルギー伝達要素１１４が、プリントヘッドコンデンサを充放電の両方を行う、単一の変圧器のみを含む場合がある。
【０１１４】
いくつかの例では、変圧器以外の誘導性エネルギー伝達要素が使用されて、プリントヘッドコンデンサを充放電する。例えば、２端子インダクタの対、又は単一の２端子インダクタを使用することができる。
【０１１５】
上に記載された駆動電圧波形は、一連の孤立した台形パルスを含む。しかし、いくつかの例では、一連の複数の近接する振幅が変動するパルス、又はスタックした台形の組合せから形成されるパルス（階段状パルス）など、より複雑なパルス形状が使用される。
【０１１６】
上の記載は説明を意図しており、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を制限することを意図していないことが理解されよう。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内である。
【図１】
2016532310.tif 000016
【図２】
2016532310.tif 000017
【図３】
2016532310.tif 000018
【図４】
2016532310.tif 000019
【国際調査報告】
2016532310.tif 000020
2016532310.tif 000021