増幅回路、ヘッド駆動回路、及び、液体噴射装置
【課題】増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ること。
【解決手段】入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、を備える増幅回路。
【解決手段】入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、を備える増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省電力化を実現する増幅回路、ヘッド駆動回路、及び、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力信号に応じた電力増幅の手法として、バイポーラトランジスタのプッシュプル接続で増幅する方法が知られている。バイポーラトランジスタは、一般に、消費される電力が大きいことから、近年ではＤ級アンプを用いて電力増幅する手法も考えられている。
特許文献１には、Ｄ級アンプを用いた電力増幅の手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パルス密度変調を採用したＤ級アンプにおいてスイッチングデバイスを理想状態とした場合、スイッチングデバイスで消費される電力はゼロである。しかしながら、実際のスイッチングデバイスでは電力が消費され、スイッチング周波数が高くなると消費電力が高くなるという問題がある。一方、スイッチング周波数が低いと入力信号に対する増幅信号の追従性が悪化する。
【０００５】
特に、このような増幅装置をインクジェットプリンターに適用した場合、入力信号に対する増幅信号の追従性が悪化した場合、噴射される液体量が所望の量にならないなどの問題を生ずる。よって、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることが望ましい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための主たる発明は、
入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調された密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電源を供給する電源供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電源供給部からの電源の供給のオンオフを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
を備える増幅回路である。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態におけるインクジェットプリンター１の斜視図である。
【図２】本実施形態におけるインクジェットプリンター１の内部側面図である。
【図３】ヘッドＨＤの構造を説明する図である。
【図４】本実施形態における増幅回路の説明図である。
【図５】パルス密度変調の説明図である。
【図６】遅延回路１１２における遅延時間を変化させたときの増幅回路１００の自励発信周波数の説明図である。
【図７】遅延時間ｔｄを２０ｎｓとしたときにおける駆動波形の説明図である。
【図８】遅延時間ｔｄを４０ｎｓとしたときにおける駆動波形の説明図である。
【図９】入力信号ＶＤＡＣに応じて自励発信周波数ｆを変更することの説明図である。
【図１０】本実施形態において改善された増幅信号の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。すなわち、
入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
を備える増幅回路である。
【００１０】
このようにすることで、入力信号と増幅信号との差分に応じて、密度変調パルスの出力を遅延させることができるので、例えば、入力信号に急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくすることで自励発信周波数を低くすることができる。一方、入力信号に急峻な波形の変化があったときには遅延時間を小さくすることで自励発信周波数を高くすることができる。これにより、急峻な波形の変化があるときには自励発信周波数を高く維持して入力信号に対する追従性を確保することができ、急峻な波形の変化がないときには自励発信周波数を低く抑えてスイッチ部における電力消費を小さくすることができる。つまり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることができる。
【００１１】
かかる増幅回路であって、前記遅延回路は、前記差分が第１差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を第１遅延量遅延させ、前記差分が前記第１差分よりも大きい第２差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を前記第１遅延量より小さい第２遅延量遅延させることが望ましい。
このようにすることで、入力信号に急峻な波形の変化があったときには差分が大きくなることから遅延時間を小さくして自励発信周波数を高くすることができる一方、急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくして自励発信周波数を低く抑えることができる。
【００１２】
また、前記スイッチ部は、ＭＯＳＦＥＴと前記ＭＯＳＦＥＴを駆動するゲートドライバーとを備えることが望ましい。
このようにすることで、出力された密度変調パルスに応じてスイッチ部を駆動して増幅信号を出力することができる。
【００１３】
また、前記スイッチ部の出力にローパスフィルターが設けられ、該ローパスフィルターから前記増幅信号が出力されることが望ましい。
このようにすることで、増幅信号のうち必要な成分のみを増幅信号として出力することができる。
【００１４】
また、さらに、前記遅延回路は、前記密度変調パルスの出力を前記入力信号に応じて遅延させることが望ましい。
このようにすることで、パルス密度変調において自励発信周波数が高くなる傾向にある電圧付近の周波数を低く抑えることができるようになる。
【００１５】
また、前記遅延回路は、前記入力信号の中間電圧における遅延時間を、前記入力信号の最高電圧における遅延時間及び前記入力信号の最低電圧における遅延時間よりも大きくすることが望ましい。
このようにすることで、パルス密度変調において自励発信周波数が高くなる傾向にある中間電圧付近において周波数を抑えてスイッチ部における消費電力を低く抑えることができる。
【００１６】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。すなわち、
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射させるヘッド駆動回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動され、前記液体を噴射させる駆動素子と、
を備えるヘッド駆動回路である。
【００１７】
このようにすることで、入力信号と増幅信号との差分に応じて、密度変調パルスの出力を遅延させることができるので、例えば、入力信号に急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくすることで自励発信周波数を低くすることができる。一方、入力信号に急峻な波形の変化があったときには遅延時間を小さくすることで自励発信周波数を高くすることができる。これにより、急峻な波形の変化があるときには自励発信周波数を高く維持して入力信号に対する追従性を確保することができ、急峻な波形の変化がないときには自励発信周波数を低く抑えてスイッチ部における電力消費を小さくすることができる。つまり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることができる。
【００１８】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。すなわち、
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射する液体噴射装置であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動される駆動素子と前記液体を噴射するノズルとを有するヘッドと、
を備える液体噴射装置である。
【００１９】
このようにすることで、入力信号と増幅信号との差分に応じて、密度変調パルスの出力を遅延させることができるので、例えば、入力信号に急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくすることで自励発信周波数を低くすることができる。一方、入力信号に急峻な波形の変化があったときには遅延時間を小さくすることで自励発信周波数を高くすることができる。これにより、急峻な波形の変化があるときには自励発信周波数を高く維持して入力信号に対する追従性を確保することができ、急峻な波形の変化がないときには自励発信周波数を低く抑えてスイッチ部における電力消費を小さくすることができる。つまり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることができる。
【００２０】
＝＝＝実施形態＝＝＝
図１は、本実施形態におけるインクジェットプリンター１の斜視図である。図２は、本実施形態におけるインクジェットプリンター１の内部側面図である。このインクジェットプリンター１は、長手方向が水平に配置された記録部４０を備える。
【００２１】
記録部４０は、トップカバー４２およびフロントカバー４４によりその内部機構が覆われている。記録部４０の内部にはヘッドＨＤを含むヘッドユニットＨＤ等が配置され、装填部１０のロールＲからから引き出されて記録部４０に給送された媒体に対してインクが噴射され、画像が形成される。記録部４０において画像を形成された媒体は、記録部４０の下方に形成された排出部６０から外部に排出される。
【００２２】
図３は、ヘッドＨＤの構造を説明する図である。図には、ノズルＮｚ、ピエゾ素子ＰＺＴ、インク供給路４０２、ノズル連通路４０４、及び、弾性板４０６が示されている。
【００２３】
インク供給路４０２には、不図示のインクタンクからインクが供給される。そして、これらのインク等は、ノズル連通路４０４に供給される。ピエゾ素子ＰＺＴには、後述する駆動信号（後述する入力信号ＶＤＡＣの増幅信号に対応する）が印加される。駆動信号が印加されると、その電圧に従ってピエゾ素子ＰＺＴが伸縮し、弾性板４０６を振動させる。そして、駆動パルスの振幅に対応する量のインク滴がノズルＮｚから吐出されるようになっている。
【００２４】
ところで、ピエゾ素子ＰＺＴの総数は数千にものぼる。駆動信号は入力信号が増幅され生成される。電力増幅はバイポーラトランジスタを用いることも考えられるが、その場合、電力損失が大きく効率は３０％〜４０％程度にとどまる。従って、６０〜７０％は熱として消費されてしまう。そうすると、放熱のためにヒートシンク及びファンが必要となり、大型化し、コストも増大する。したがって、増幅回路の省電力化が望まれ、特に図１及び図２に示されるような大判のインクジェット式プリンターでは、駆動するピエゾ素子の数も多いため、さらなる省電力化が求められている。
本実施形態では、以下のような増幅回路を用いて省電力化を図っている。
【００２５】
図４は、本実施形態における増幅回路の説明図である。図には、増幅回路１００とヘッドユニットＨＤＵが示されている。本実施形態における増幅回路１００は、Ｄ級アンプの動作を利用しつつも、後述する遅延回路１１２を導入することにより消費電力の減少を図る。なお、本実施形態で用いられるＤ級アンプでは、４〜５ＭＨｚの変調周波数が用いられる。
【００２６】
増幅回路１００は、電圧比較器１１０と、第１分岐点１１１と、遅延回路１１２と、ゲートドライバー１１４と、２つのパワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂと、第２分岐点１１７と、ローパスフィルターＬＰＦと、アッテネーター１１８と、第３分岐点１１９と、加算器１２０を含む。
【００２７】
デジタル−アナログ変換された電圧信号が入力信号ＶＤＡＣとして増幅回路１００に入力される。入力信号ＶＤＡＣの端子は、第３分岐点１１９において２系統に分岐され、一方は遅延回路１１２に接続し、他方は加算器１２０に接続される。
【００２８】
加算器１２０には、アッテネーター１１８の出力端が接続される。そして、加算器１２０においてアッテネーター１１８からの出力信号から入力信号ＶＤＡＣを減算した信号が出力される。加算器１２０の出力端は、第１分岐点１１１に接続される。
【００２９】
第１分岐点１１１では２系統に分岐され、一方は電圧比較器１１０に接続され、他方は遅延回路１１２に接続される。また、電圧比較器１１０の出力端も遅延回路１１２に接続される。なお、電圧比較器１１０の機能及び遅延回路の機能１１２については、後述する。
【００３０】
遅延回路１１２の出力端はゲートドライバー１１４に接続される。ゲートドライバー１１４の出力端には、２つのパワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂが接続される。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａには、電源ＰＷが接続されており、電力増幅に用いられる電力が供給される。ゲートドライバー１１４は、遅延回路１１２の出力に応じてパワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂのいずれか一方をオンさせる。
【００３１】
パワーＭＯＳＦＥＴの出力端１１５は、ローパスフィルターＬＰＦに接続される。ローパスフィルターＬＰＦは、インダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ１を含む。インダクタンスＬ１の一端とキャパシタンスＣ１一端は、第２分岐点１１７を介して接続される。インダクタンスＬ１の他端は、パワーＭＯＳＦＥＴの出力端１１５に接続される。キャパシタンスＣ１の他端はアースに接続される。第２分岐点１１７において接続線は分岐され、一方がヘッドユニットＨＤＵに接続され、他方がアッテネーター１１８に接続される。アッテネーター１１８の出力端は、前述の通り加算器１２０に接続される。
【００３２】
ヘッドユニットＨＤＵは、フレキシブルケーブルＦＣとヘッドＨＤを含む。フレキシブルケーブルＦＣには、寄生インダクタンスＬ２と抵抗Ｒ２が含まれる。また、フレキシブルケーブルを介して増幅回路１００からの増幅信号はヘッドＨＤに入力される。ヘッドＨＤには、抵抗Ｒ３とインクを噴射するために駆動されるピエゾ素子ＰＺＴが含まれる。
【００３３】
次に、各部の動作について説明を行う。加算器１２０は、アッテネーター１１８から出力された信号から入力信号ＶＤＡＣの信号を減算し、誤差信号を出力する機能を有する。電圧比較器１１０は、入力電圧と基準電圧（例えば、ＤＣ１．５Ｖ）を比較し、比較結果に応じたパルス電圧を出力する。基準電圧は、本図では省略する。
【００３４】
遅延回路１１２は、第１分岐点１１１から入力された誤差信号に応じて密度変調パルスを遅延させる。また、遅延回路１１２は、入力信号ＶＤＡＣに応じて密度変調パルスを遅延させる。
【００３５】
ゲートドライバー１１４は、遅延された密度変調パルスに応じて、パワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂを駆動する。これらのパワーＭＯＳＦＥＴには、電源ＰＷから４２Ｖの電源電圧が供給されており、スイッチングにより密度変調パルスに応じた増幅信号を出力端１１５に出力する。
【００３６】
ローパスフィルターＬＰＦは、出力端１１５における増幅信号の高周波成分をカット（高周波成分は、コンデンサＣ１を通って捨てられることになる）し、滑らかな増幅信号を出力する。滑らかな増幅信号（駆動信号）は、フレキシブルケーブルＦＣを通り、ヘッドＨＤのピエゾ素子ＰＺＴに印加される。
【００３７】
アッテネーター１１８は、入力された増幅信号の電圧を減衰させる。増幅信号を減衰させているのは、電圧レベルを入力信号ＶＤＡＣの電圧に合わせるためである。このようにして、増幅信号が加算器１２０にフィードバックされることで、増幅回路１００は、自励発振することになる。
【００３８】
図５は、パルス密度変調の説明図である。図には、入力信号としての台形波がデューティとして示されており、またその下には、変調に用いられる「のこぎり波」が示され、さらにその下にはパルス密度変調におけるパルスが示されている。横軸は時間軸である。ここでは、本図を用いてパルス密度変調について説明する。
【００３９】
例示の台形波は、時刻０から中間電圧（すなわちデューティ５０％）が入力され平坦を保つ。その後、デューティが９０％にまで上昇し平坦を保った後、デューティは６％まで下降し再度平坦を保つ。そして、再度、中間電圧のデューティである５０％にまで上昇して、平坦を保つ。
【００４０】
パルス密度変調において、デューティ５０％のときに最もパルスの周波数が高くなる。よって、デューティ５０％のときにおいて、のこぎり波も密度高く並んでいる。その後、デューティが上昇するとパルスの平均周波数自体は低下するので、のこぎり波の密度も低くなる。一方でパルスがオンになっている平均時間は長くなる。
【００４１】
次に、デューティが９０％から５０％に下がる過程において、再びのこぎり波の密度は徐々に高くなり、さらに、デューティが５０％から６％にまで下がる過程において、のこぎり波の密度は徐々に低くなる。一方、デューティが９０％から６％に下がると、パルスがオンになっている平均時間は短くなる。
【００４２】
そして、再び、デューティが６％から５０％に上昇すると、のこぎり波の密度は高くなる。そして、パルスがオンになっている平均時間は５０％となる。
【００４３】
このように、パルス密度変調を行うと、デューティの高いとき（例えば９０％のとき）及びデューティの低いとき（例えば６％のとき）におけるパルスの周波数が低くなる。一方、デューティが５０％に近いときにおけるパルスの周波数が高くなる。
【００４４】
図６は、遅延回路１１２における遅延時間を変化させたときにおける増幅回路１００の自励発信周波数の説明図である。図４に示す本実施形態の増幅回路では、遅延回路１１２に入力される信号（誤差信号、入力信号ＶＤＡＣ）に応じて遅延時間が変化させられるが、ここでは仮に遅延時間を所定の遅延時間に固定した場合において、増幅回路１００の自励発信周波数がどのようになるかを説明する。
【００４５】
図において横軸には増幅回路１００における増幅電圧値ＶＡＭＰが示され、縦軸に自励発信周波数ｆが示されている。ここでは、仮に、遅延時間ｔｄを１０ｎｓにした場合と、２０ｎｓにした場合と、３０ｎｓにした場合の自励発信周波数が示されている。なお、増幅電圧値ＶＡＭＰの最低電圧は０Ｖであり、最高電圧は４２Ｖとする。
【００４６】
結果として共通して言えるのは、増幅電圧値ＶＡＭＰが最低電圧及び最高電圧においてその自励発信周波数は低くなり、一方、増幅電圧値ＶＡＭＰが中間電圧（２１Ｖ）においてその自励発振周波数は最高になる点である。これは、既に説明を行ったとおり、パルス密度変調を行っているためであり、パルスの平均周波数がデューティ５０％のときに最高になることに起因する。
【００４７】
ところで、図６を参照するとわかる通り、遅延時間が小さいときほど自励発振周波数ｆは高くなり、遅延時間ｔｄが大きいほど自励発信周波数は低くなる。前述のパワーＭＯＳＦＥＴでは、自励発信周波数に関連する周波数でスイッチング動作が行われる。
【００４８】
理想状態におけるＭＯＳＦＥＴでは、スイッチングに関わる損失はゼロである。しかし実際には、ゲート駆動損失とドレイン損失があるのでゼロにはならない。前者はＦＥＴゲート寄生容量充放電に要する電力損失であり、後者はＦＥＴオン時のオン抵抗（ＲＤＳ（ＯＮ））による電力損失である。両者共にその電力損失量はスイッチング周波数に比例する。よって、スイッチング周波数が高くなればＭＯＳＥＴにおける消費電力は多くなる。そして、その消費電力が大きくなりすぎるとすれば、ＭＯＳＦＥＴを採用したことによる省電力の利点が損なわれる。特に、増幅電圧値ＶＡＭＰが中間電圧周辺であると、自励発信周波数が高くなるため電力消費量の上昇も顕著になる。
【００４９】
一方、遅延時間ｔｄを大きくして自励発信周波数を低くすると、スイッチング動作による消費電力は減るものの、単位時間あたりのフィードバック回数が減ることになるため、入力信号ＶＤＡＣに対する増幅信号の追従性が悪化するという問題がある。特に、図６に示されるように増幅電圧値ＶＡＭＰが最低電圧の周辺又は最高電圧の周辺であると、自励発信周波数が低くなるため、追従性悪化がより顕著になる。
【００５０】
図７は、遅延時間ｔｄを２０ｎｓとしたときにおける増幅信号の説明図である。本図において、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧である。また、図には、入力信号が仮に正確に増幅された場合の波形として破線の波形が示されており、遅延時間ｔｄを２０ｎｓとしたときの増幅信号のシミュレーション結果が実線で示されている。
【００５１】
図に示されるように、実線はほぼ破線に重なっており、増幅信号は入力信号に適度に追従している様子がわかる。特に、高周波となる２１Ｖ付近の追従能力は高い。しかしながら、前述の通り、自励発信周波数が高いため消費電力は高い。
【００５２】
図８は、遅延時間ｔｄを４０ｎｓとしたときにおける増幅信号の説明図である。本図においても、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧である。図に示されるように、前述の図７と比較して、明らかに実線と破線との重複度合いが悪化している。特に、最高電圧に近い部分及び最低電圧に近い部分では、実線（増幅信号）の上下に振れる幅が許容できない程度にまで大きくなっていることが分かる。これは、遅延時間ｔｄを大きくしすぎたために自励発振周波数が下がりすぎ、その結果として入力信号に対する追従性が悪化し、波形が荒くなったものと考えられる。一方、自励発信周波数が下がっているため、パワーＭＯＳＦＥＴにおいて消費される電力は減少し、省電力化は図られることとなる。
【００５３】
＜誤差信号に応じて遅延時間を調整＞
本実施形態では入力信号に対する増幅信号の追従性を向上させるために、入力信号と増幅信号との間に生ずる誤差（誤差信号）に応じて、遅延回路１１２における遅延時間ｔｄをフレキシブルに変更することを行っている。
【００５４】
具体的には、入力信号と増幅信号との間に生ずる誤差が大きい場合（図４の第１分岐点１１１における誤差信号が大きい場合）には、より早く入力信号に追従させるべく、自励発信周波数を高くした方が好ましいことになる。よって、遅延回路１１２は、誤差信号の値が大きいときには遅延時間ｔｄを小さく設定する。一方、遅延回路１１２は、誤差信号の値が小さいときには遅延時間ｔｄを大きくするように設定する。
【００５５】
このようにすることによって、急激に入力信号の値が変化するときには遅延時間ｔｄを小さくして自励発信周波数を高めて追従性を高める一方、入力信号の値の変化が小さいときには遅延時間ｔｄを大きくして自励発信周波数を低くして省電力化を図ることができる。
【００５６】
特に、ピエゾ素子を駆動してインクを噴射させるインクジェット式のプリンターにおいて、インクを噴射させるのは電圧が急激に変化する際であり、入力信号と増幅信号との間に生ずる誤差が最も大きくなりやすい箇所である。インクを噴射するにあたり、増幅信号の形状は重要であり、入力信号に対する増幅信号の追従性が低いと噴射するインクのサイズが所望のサイズと異なってしまったり、噴射タイミングがずれてしまうなどの問題を生ずる。これに対して、本実施形態のような動作を行わせることで、省電力化を図りつつ入力信号の追従性を向上させることができる。
【００５７】
＜入力信号ＶＤＡＣに応じて遅延時間を調整＞
図９は、入力信号ＶＤＡＣに応じて自励発信周波数ｆを変更することの説明図である。前述のように、パルス密度変調において、増幅電圧（又は入力電圧ＶＤＡＣ）の中間電圧付近において発信周波数が高くなることから、スイッチングにおける電力消費が高くなっていた。
【００５８】
本実施形態では、図９に示されるように、入力電圧ＶＤＡＣが中間電圧に近づくにつれて、あえて自励発信周波数を下げる構成としている。具体的には、入力電圧ＶＤＡＣが中間電圧に近づくほど、遅延回路１１２の遅延時間ｔｄを大きくすることとして、自励発信周波数を下げる構成としている。このようにすることによって、中間電圧付近において、要求する以上に自励発振周波数を高めることなく、結果としてスイッチング素子における消費電力を低くすることができる。
【００５９】
図１０は、本実施形態において改善された増幅信号の説明図である。本図において、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧である。また、図には、増幅信号が時間軸に関して区間Ａから区間Ｉに分けて表示されている。
【００６０】
区間Ａ、区間Ｃ、区間Ｅ、及び、区間Ｇでは、上記のような動作が行われた結果、追従性が適度に担保されている。また、区間Ｂ及び区間Ｈでは、電圧が中間電圧から離れているにもかかわらず追従性は良好である。
【００６１】
区間Ｄ、及び、区間Ｆでは、さほど追従性が必要とされない（高い追従性が必要とされるのは、インク噴射の観点から電圧変化が大きい箇所である）。そのため、上記のような動作が行われた結果、リップルがある程度発生しているが、その分、省電力化が図られていることになる。
【００６２】
このように、追従性を担保しつつも省電力化を図ることができることにより、ヒートシンクレス化・小型化・低コスト化を図ることができるという利点がある。
【００６３】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上述の実施形態では、液体噴射装置としてインクジェットプリンター１に応用するように説明されていたが、これに限られるものではなくインク以外の他の流体（液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような流状体）を噴射したり吐出したりする液体噴射装置に具現化することもできる。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、気体気化装置、有機ＥＬ製造装置（特に高分子ＥＬ製造装置）、ディスプレイ製造装置、成膜装置、ＤＮＡチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の装置に、上述の実施形態と同様の技術を適用してもよい。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。また、増幅回路は液体噴射装置に用いられるだけでなく、他の装置に用いることもできる。
【００６４】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６５】
１ インクジェットプリンター、
４０ 記録部、４２ トップカバー、４４ フロントカバー、
６０ 排出部、
１００ 増幅回路、１１０ 電圧比較器、
１１１ 第１分岐点、１１２ 遅延回路、
１１４ ゲートドライバー、１１５ 出力端、
１１６Ａ パワーＭＯＳＦＥＴ、１１６Ｂ パワーＭＯＳＦＥＴ、
１１７ 第２分岐点、１１８ アッテネーター、
１１９ 第３分岐点、１２０ 加算器、
４０２ インク供給路、４０４ ノズル連通路、４０６ 弾性板、
ＨＤ ヘッド、ＨＤＵ ヘッドユニット、
ＬＰＦ ローパスフィルター、
Ｎｚ ノズル、
ＰＺＴ ピエゾ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省電力化を実現する増幅回路、ヘッド駆動回路、及び、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力信号に応じた電力増幅の手法として、バイポーラトランジスタのプッシュプル接続で増幅する方法が知られている。バイポーラトランジスタは、一般に、消費される電力が大きいことから、近年ではＤ級アンプを用いて電力増幅する手法も考えられている。
特許文献１には、Ｄ級アンプを用いた電力増幅の手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パルス密度変調を採用したＤ級アンプにおいてスイッチングデバイスを理想状態とした場合、スイッチングデバイスで消費される電力はゼロである。しかしながら、実際のスイッチングデバイスでは電力が消費され、スイッチング周波数が高くなると消費電力が高くなるという問題がある。一方、スイッチング周波数が低いと入力信号に対する増幅信号の追従性が悪化する。
【０００５】
特に、このような増幅装置をインクジェットプリンターに適用した場合、入力信号に対する増幅信号の追従性が悪化した場合、噴射される液体量が所望の量にならないなどの問題を生ずる。よって、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることが望ましい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための主たる発明は、
入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調された密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電源を供給する電源供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電源供給部からの電源の供給のオンオフを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
を備える増幅回路である。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態におけるインクジェットプリンター１の斜視図である。
【図２】本実施形態におけるインクジェットプリンター１の内部側面図である。
【図３】ヘッドＨＤの構造を説明する図である。
【図４】本実施形態における増幅回路の説明図である。
【図５】パルス密度変調の説明図である。
【図６】遅延回路１１２における遅延時間を変化させたときの増幅回路１００の自励発信周波数の説明図である。
【図７】遅延時間ｔｄを２０ｎｓとしたときにおける駆動波形の説明図である。
【図８】遅延時間ｔｄを４０ｎｓとしたときにおける駆動波形の説明図である。
【図９】入力信号ＶＤＡＣに応じて自励発信周波数ｆを変更することの説明図である。
【図１０】本実施形態において改善された増幅信号の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。すなわち、
入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
を備える増幅回路である。
【００１０】
このようにすることで、入力信号と増幅信号との差分に応じて、密度変調パルスの出力を遅延させることができるので、例えば、入力信号に急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくすることで自励発信周波数を低くすることができる。一方、入力信号に急峻な波形の変化があったときには遅延時間を小さくすることで自励発信周波数を高くすることができる。これにより、急峻な波形の変化があるときには自励発信周波数を高く維持して入力信号に対する追従性を確保することができ、急峻な波形の変化がないときには自励発信周波数を低く抑えてスイッチ部における電力消費を小さくすることができる。つまり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることができる。
【００１１】
かかる増幅回路であって、前記遅延回路は、前記差分が第１差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を第１遅延量遅延させ、前記差分が前記第１差分よりも大きい第２差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を前記第１遅延量より小さい第２遅延量遅延させることが望ましい。
このようにすることで、入力信号に急峻な波形の変化があったときには差分が大きくなることから遅延時間を小さくして自励発信周波数を高くすることができる一方、急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくして自励発信周波数を低く抑えることができる。
【００１２】
また、前記スイッチ部は、ＭＯＳＦＥＴと前記ＭＯＳＦＥＴを駆動するゲートドライバーとを備えることが望ましい。
このようにすることで、出力された密度変調パルスに応じてスイッチ部を駆動して増幅信号を出力することができる。
【００１３】
また、前記スイッチ部の出力にローパスフィルターが設けられ、該ローパスフィルターから前記増幅信号が出力されることが望ましい。
このようにすることで、増幅信号のうち必要な成分のみを増幅信号として出力することができる。
【００１４】
また、さらに、前記遅延回路は、前記密度変調パルスの出力を前記入力信号に応じて遅延させることが望ましい。
このようにすることで、パルス密度変調において自励発信周波数が高くなる傾向にある電圧付近の周波数を低く抑えることができるようになる。
【００１５】
また、前記遅延回路は、前記入力信号の中間電圧における遅延時間を、前記入力信号の最高電圧における遅延時間及び前記入力信号の最低電圧における遅延時間よりも大きくすることが望ましい。
このようにすることで、パルス密度変調において自励発信周波数が高くなる傾向にある中間電圧付近において周波数を抑えてスイッチ部における消費電力を低く抑えることができる。
【００１６】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。すなわち、
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射させるヘッド駆動回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動され、前記液体を噴射させる駆動素子と、
を備えるヘッド駆動回路である。
【００１７】
このようにすることで、入力信号と増幅信号との差分に応じて、密度変調パルスの出力を遅延させることができるので、例えば、入力信号に急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくすることで自励発信周波数を低くすることができる。一方、入力信号に急峻な波形の変化があったときには遅延時間を小さくすることで自励発信周波数を高くすることができる。これにより、急峻な波形の変化があるときには自励発信周波数を高く維持して入力信号に対する追従性を確保することができ、急峻な波形の変化がないときには自励発信周波数を低く抑えてスイッチ部における電力消費を小さくすることができる。つまり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることができる。
【００１８】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。すなわち、
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射する液体噴射装置であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動される駆動素子と前記液体を噴射するノズルとを有するヘッドと、
を備える液体噴射装置である。
【００１９】
このようにすることで、入力信号と増幅信号との差分に応じて、密度変調パルスの出力を遅延させることができるので、例えば、入力信号に急峻な波形の変化がないときには遅延時間を大きくすることで自励発信周波数を低くすることができる。一方、入力信号に急峻な波形の変化があったときには遅延時間を小さくすることで自励発信周波数を高くすることができる。これにより、急峻な波形の変化があるときには自励発信周波数を高く維持して入力信号に対する追従性を確保することができ、急峻な波形の変化がないときには自励発信周波数を低く抑えてスイッチ部における電力消費を小さくすることができる。つまり、増幅される波形の精度を高めつつ省電力を図ることができる。
【００２０】
＝＝＝実施形態＝＝＝
図１は、本実施形態におけるインクジェットプリンター１の斜視図である。図２は、本実施形態におけるインクジェットプリンター１の内部側面図である。このインクジェットプリンター１は、長手方向が水平に配置された記録部４０を備える。
【００２１】
記録部４０は、トップカバー４２およびフロントカバー４４によりその内部機構が覆われている。記録部４０の内部にはヘッドＨＤを含むヘッドユニットＨＤ等が配置され、装填部１０のロールＲからから引き出されて記録部４０に給送された媒体に対してインクが噴射され、画像が形成される。記録部４０において画像を形成された媒体は、記録部４０の下方に形成された排出部６０から外部に排出される。
【００２２】
図３は、ヘッドＨＤの構造を説明する図である。図には、ノズルＮｚ、ピエゾ素子ＰＺＴ、インク供給路４０２、ノズル連通路４０４、及び、弾性板４０６が示されている。
【００２３】
インク供給路４０２には、不図示のインクタンクからインクが供給される。そして、これらのインク等は、ノズル連通路４０４に供給される。ピエゾ素子ＰＺＴには、後述する駆動信号（後述する入力信号ＶＤＡＣの増幅信号に対応する）が印加される。駆動信号が印加されると、その電圧に従ってピエゾ素子ＰＺＴが伸縮し、弾性板４０６を振動させる。そして、駆動パルスの振幅に対応する量のインク滴がノズルＮｚから吐出されるようになっている。
【００２４】
ところで、ピエゾ素子ＰＺＴの総数は数千にものぼる。駆動信号は入力信号が増幅され生成される。電力増幅はバイポーラトランジスタを用いることも考えられるが、その場合、電力損失が大きく効率は３０％〜４０％程度にとどまる。従って、６０〜７０％は熱として消費されてしまう。そうすると、放熱のためにヒートシンク及びファンが必要となり、大型化し、コストも増大する。したがって、増幅回路の省電力化が望まれ、特に図１及び図２に示されるような大判のインクジェット式プリンターでは、駆動するピエゾ素子の数も多いため、さらなる省電力化が求められている。
本実施形態では、以下のような増幅回路を用いて省電力化を図っている。
【００２５】
図４は、本実施形態における増幅回路の説明図である。図には、増幅回路１００とヘッドユニットＨＤＵが示されている。本実施形態における増幅回路１００は、Ｄ級アンプの動作を利用しつつも、後述する遅延回路１１２を導入することにより消費電力の減少を図る。なお、本実施形態で用いられるＤ級アンプでは、４〜５ＭＨｚの変調周波数が用いられる。
【００２６】
増幅回路１００は、電圧比較器１１０と、第１分岐点１１１と、遅延回路１１２と、ゲートドライバー１１４と、２つのパワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂと、第２分岐点１１７と、ローパスフィルターＬＰＦと、アッテネーター１１８と、第３分岐点１１９と、加算器１２０を含む。
【００２７】
デジタル−アナログ変換された電圧信号が入力信号ＶＤＡＣとして増幅回路１００に入力される。入力信号ＶＤＡＣの端子は、第３分岐点１１９において２系統に分岐され、一方は遅延回路１１２に接続し、他方は加算器１２０に接続される。
【００２８】
加算器１２０には、アッテネーター１１８の出力端が接続される。そして、加算器１２０においてアッテネーター１１８からの出力信号から入力信号ＶＤＡＣを減算した信号が出力される。加算器１２０の出力端は、第１分岐点１１１に接続される。
【００２９】
第１分岐点１１１では２系統に分岐され、一方は電圧比較器１１０に接続され、他方は遅延回路１１２に接続される。また、電圧比較器１１０の出力端も遅延回路１１２に接続される。なお、電圧比較器１１０の機能及び遅延回路の機能１１２については、後述する。
【００３０】
遅延回路１１２の出力端はゲートドライバー１１４に接続される。ゲートドライバー１１４の出力端には、２つのパワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂが接続される。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａには、電源ＰＷが接続されており、電力増幅に用いられる電力が供給される。ゲートドライバー１１４は、遅延回路１１２の出力に応じてパワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂのいずれか一方をオンさせる。
【００３１】
パワーＭＯＳＦＥＴの出力端１１５は、ローパスフィルターＬＰＦに接続される。ローパスフィルターＬＰＦは、インダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ１を含む。インダクタンスＬ１の一端とキャパシタンスＣ１一端は、第２分岐点１１７を介して接続される。インダクタンスＬ１の他端は、パワーＭＯＳＦＥＴの出力端１１５に接続される。キャパシタンスＣ１の他端はアースに接続される。第２分岐点１１７において接続線は分岐され、一方がヘッドユニットＨＤＵに接続され、他方がアッテネーター１１８に接続される。アッテネーター１１８の出力端は、前述の通り加算器１２０に接続される。
【００３２】
ヘッドユニットＨＤＵは、フレキシブルケーブルＦＣとヘッドＨＤを含む。フレキシブルケーブルＦＣには、寄生インダクタンスＬ２と抵抗Ｒ２が含まれる。また、フレキシブルケーブルを介して増幅回路１００からの増幅信号はヘッドＨＤに入力される。ヘッドＨＤには、抵抗Ｒ３とインクを噴射するために駆動されるピエゾ素子ＰＺＴが含まれる。
【００３３】
次に、各部の動作について説明を行う。加算器１２０は、アッテネーター１１８から出力された信号から入力信号ＶＤＡＣの信号を減算し、誤差信号を出力する機能を有する。電圧比較器１１０は、入力電圧と基準電圧（例えば、ＤＣ１．５Ｖ）を比較し、比較結果に応じたパルス電圧を出力する。基準電圧は、本図では省略する。
【００３４】
遅延回路１１２は、第１分岐点１１１から入力された誤差信号に応じて密度変調パルスを遅延させる。また、遅延回路１１２は、入力信号ＶＤＡＣに応じて密度変調パルスを遅延させる。
【００３５】
ゲートドライバー１１４は、遅延された密度変調パルスに応じて、パワーＭＯＳＦＥＴ１１６Ａ、１１６Ｂを駆動する。これらのパワーＭＯＳＦＥＴには、電源ＰＷから４２Ｖの電源電圧が供給されており、スイッチングにより密度変調パルスに応じた増幅信号を出力端１１５に出力する。
【００３６】
ローパスフィルターＬＰＦは、出力端１１５における増幅信号の高周波成分をカット（高周波成分は、コンデンサＣ１を通って捨てられることになる）し、滑らかな増幅信号を出力する。滑らかな増幅信号（駆動信号）は、フレキシブルケーブルＦＣを通り、ヘッドＨＤのピエゾ素子ＰＺＴに印加される。
【００３７】
アッテネーター１１８は、入力された増幅信号の電圧を減衰させる。増幅信号を減衰させているのは、電圧レベルを入力信号ＶＤＡＣの電圧に合わせるためである。このようにして、増幅信号が加算器１２０にフィードバックされることで、増幅回路１００は、自励発振することになる。
【００３８】
図５は、パルス密度変調の説明図である。図には、入力信号としての台形波がデューティとして示されており、またその下には、変調に用いられる「のこぎり波」が示され、さらにその下にはパルス密度変調におけるパルスが示されている。横軸は時間軸である。ここでは、本図を用いてパルス密度変調について説明する。
【００３９】
例示の台形波は、時刻０から中間電圧（すなわちデューティ５０％）が入力され平坦を保つ。その後、デューティが９０％にまで上昇し平坦を保った後、デューティは６％まで下降し再度平坦を保つ。そして、再度、中間電圧のデューティである５０％にまで上昇して、平坦を保つ。
【００４０】
パルス密度変調において、デューティ５０％のときに最もパルスの周波数が高くなる。よって、デューティ５０％のときにおいて、のこぎり波も密度高く並んでいる。その後、デューティが上昇するとパルスの平均周波数自体は低下するので、のこぎり波の密度も低くなる。一方でパルスがオンになっている平均時間は長くなる。
【００４１】
次に、デューティが９０％から５０％に下がる過程において、再びのこぎり波の密度は徐々に高くなり、さらに、デューティが５０％から６％にまで下がる過程において、のこぎり波の密度は徐々に低くなる。一方、デューティが９０％から６％に下がると、パルスがオンになっている平均時間は短くなる。
【００４２】
そして、再び、デューティが６％から５０％に上昇すると、のこぎり波の密度は高くなる。そして、パルスがオンになっている平均時間は５０％となる。
【００４３】
このように、パルス密度変調を行うと、デューティの高いとき（例えば９０％のとき）及びデューティの低いとき（例えば６％のとき）におけるパルスの周波数が低くなる。一方、デューティが５０％に近いときにおけるパルスの周波数が高くなる。
【００４４】
図６は、遅延回路１１２における遅延時間を変化させたときにおける増幅回路１００の自励発信周波数の説明図である。図４に示す本実施形態の増幅回路では、遅延回路１１２に入力される信号（誤差信号、入力信号ＶＤＡＣ）に応じて遅延時間が変化させられるが、ここでは仮に遅延時間を所定の遅延時間に固定した場合において、増幅回路１００の自励発信周波数がどのようになるかを説明する。
【００４５】
図において横軸には増幅回路１００における増幅電圧値ＶＡＭＰが示され、縦軸に自励発信周波数ｆが示されている。ここでは、仮に、遅延時間ｔｄを１０ｎｓにした場合と、２０ｎｓにした場合と、３０ｎｓにした場合の自励発信周波数が示されている。なお、増幅電圧値ＶＡＭＰの最低電圧は０Ｖであり、最高電圧は４２Ｖとする。
【００４６】
結果として共通して言えるのは、増幅電圧値ＶＡＭＰが最低電圧及び最高電圧においてその自励発信周波数は低くなり、一方、増幅電圧値ＶＡＭＰが中間電圧（２１Ｖ）においてその自励発振周波数は最高になる点である。これは、既に説明を行ったとおり、パルス密度変調を行っているためであり、パルスの平均周波数がデューティ５０％のときに最高になることに起因する。
【００４７】
ところで、図６を参照するとわかる通り、遅延時間が小さいときほど自励発振周波数ｆは高くなり、遅延時間ｔｄが大きいほど自励発信周波数は低くなる。前述のパワーＭＯＳＦＥＴでは、自励発信周波数に関連する周波数でスイッチング動作が行われる。
【００４８】
理想状態におけるＭＯＳＦＥＴでは、スイッチングに関わる損失はゼロである。しかし実際には、ゲート駆動損失とドレイン損失があるのでゼロにはならない。前者はＦＥＴゲート寄生容量充放電に要する電力損失であり、後者はＦＥＴオン時のオン抵抗（ＲＤＳ（ＯＮ））による電力損失である。両者共にその電力損失量はスイッチング周波数に比例する。よって、スイッチング周波数が高くなればＭＯＳＥＴにおける消費電力は多くなる。そして、その消費電力が大きくなりすぎるとすれば、ＭＯＳＦＥＴを採用したことによる省電力の利点が損なわれる。特に、増幅電圧値ＶＡＭＰが中間電圧周辺であると、自励発信周波数が高くなるため電力消費量の上昇も顕著になる。
【００４９】
一方、遅延時間ｔｄを大きくして自励発信周波数を低くすると、スイッチング動作による消費電力は減るものの、単位時間あたりのフィードバック回数が減ることになるため、入力信号ＶＤＡＣに対する増幅信号の追従性が悪化するという問題がある。特に、図６に示されるように増幅電圧値ＶＡＭＰが最低電圧の周辺又は最高電圧の周辺であると、自励発信周波数が低くなるため、追従性悪化がより顕著になる。
【００５０】
図７は、遅延時間ｔｄを２０ｎｓとしたときにおける増幅信号の説明図である。本図において、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧である。また、図には、入力信号が仮に正確に増幅された場合の波形として破線の波形が示されており、遅延時間ｔｄを２０ｎｓとしたときの増幅信号のシミュレーション結果が実線で示されている。
【００５１】
図に示されるように、実線はほぼ破線に重なっており、増幅信号は入力信号に適度に追従している様子がわかる。特に、高周波となる２１Ｖ付近の追従能力は高い。しかしながら、前述の通り、自励発信周波数が高いため消費電力は高い。
【００５２】
図８は、遅延時間ｔｄを４０ｎｓとしたときにおける増幅信号の説明図である。本図においても、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧である。図に示されるように、前述の図７と比較して、明らかに実線と破線との重複度合いが悪化している。特に、最高電圧に近い部分及び最低電圧に近い部分では、実線（増幅信号）の上下に振れる幅が許容できない程度にまで大きくなっていることが分かる。これは、遅延時間ｔｄを大きくしすぎたために自励発振周波数が下がりすぎ、その結果として入力信号に対する追従性が悪化し、波形が荒くなったものと考えられる。一方、自励発信周波数が下がっているため、パワーＭＯＳＦＥＴにおいて消費される電力は減少し、省電力化は図られることとなる。
【００５３】
＜誤差信号に応じて遅延時間を調整＞
本実施形態では入力信号に対する増幅信号の追従性を向上させるために、入力信号と増幅信号との間に生ずる誤差（誤差信号）に応じて、遅延回路１１２における遅延時間ｔｄをフレキシブルに変更することを行っている。
【００５４】
具体的には、入力信号と増幅信号との間に生ずる誤差が大きい場合（図４の第１分岐点１１１における誤差信号が大きい場合）には、より早く入力信号に追従させるべく、自励発信周波数を高くした方が好ましいことになる。よって、遅延回路１１２は、誤差信号の値が大きいときには遅延時間ｔｄを小さく設定する。一方、遅延回路１１２は、誤差信号の値が小さいときには遅延時間ｔｄを大きくするように設定する。
【００５５】
このようにすることによって、急激に入力信号の値が変化するときには遅延時間ｔｄを小さくして自励発信周波数を高めて追従性を高める一方、入力信号の値の変化が小さいときには遅延時間ｔｄを大きくして自励発信周波数を低くして省電力化を図ることができる。
【００５６】
特に、ピエゾ素子を駆動してインクを噴射させるインクジェット式のプリンターにおいて、インクを噴射させるのは電圧が急激に変化する際であり、入力信号と増幅信号との間に生ずる誤差が最も大きくなりやすい箇所である。インクを噴射するにあたり、増幅信号の形状は重要であり、入力信号に対する増幅信号の追従性が低いと噴射するインクのサイズが所望のサイズと異なってしまったり、噴射タイミングがずれてしまうなどの問題を生ずる。これに対して、本実施形態のような動作を行わせることで、省電力化を図りつつ入力信号の追従性を向上させることができる。
【００５７】
＜入力信号ＶＤＡＣに応じて遅延時間を調整＞
図９は、入力信号ＶＤＡＣに応じて自励発信周波数ｆを変更することの説明図である。前述のように、パルス密度変調において、増幅電圧（又は入力電圧ＶＤＡＣ）の中間電圧付近において発信周波数が高くなることから、スイッチングにおける電力消費が高くなっていた。
【００５８】
本実施形態では、図９に示されるように、入力電圧ＶＤＡＣが中間電圧に近づくにつれて、あえて自励発信周波数を下げる構成としている。具体的には、入力電圧ＶＤＡＣが中間電圧に近づくほど、遅延回路１１２の遅延時間ｔｄを大きくすることとして、自励発信周波数を下げる構成としている。このようにすることによって、中間電圧付近において、要求する以上に自励発振周波数を高めることなく、結果としてスイッチング素子における消費電力を低くすることができる。
【００５９】
図１０は、本実施形態において改善された増幅信号の説明図である。本図において、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧である。また、図には、増幅信号が時間軸に関して区間Ａから区間Ｉに分けて表示されている。
【００６０】
区間Ａ、区間Ｃ、区間Ｅ、及び、区間Ｇでは、上記のような動作が行われた結果、追従性が適度に担保されている。また、区間Ｂ及び区間Ｈでは、電圧が中間電圧から離れているにもかかわらず追従性は良好である。
【００６１】
区間Ｄ、及び、区間Ｆでは、さほど追従性が必要とされない（高い追従性が必要とされるのは、インク噴射の観点から電圧変化が大きい箇所である）。そのため、上記のような動作が行われた結果、リップルがある程度発生しているが、その分、省電力化が図られていることになる。
【００６２】
このように、追従性を担保しつつも省電力化を図ることができることにより、ヒートシンクレス化・小型化・低コスト化を図ることができるという利点がある。
【００６３】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上述の実施形態では、液体噴射装置としてインクジェットプリンター１に応用するように説明されていたが、これに限られるものではなくインク以外の他の流体（液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルのような流状体）を噴射したり吐出したりする液体噴射装置に具現化することもできる。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、気体気化装置、有機ＥＬ製造装置（特に高分子ＥＬ製造装置）、ディスプレイ製造装置、成膜装置、ＤＮＡチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の装置に、上述の実施形態と同様の技術を適用してもよい。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。また、増幅回路は液体噴射装置に用いられるだけでなく、他の装置に用いることもできる。
【００６４】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６５】
１ インクジェットプリンター、
４０ 記録部、４２ トップカバー、４４ フロントカバー、
６０ 排出部、
１００ 増幅回路、１１０ 電圧比較器、
１１１ 第１分岐点、１１２ 遅延回路、
１１４ ゲートドライバー、１１５ 出力端、
１１６Ａ パワーＭＯＳＦＥＴ、１１６Ｂ パワーＭＯＳＦＥＴ、
１１７ 第２分岐点、１１８ アッテネーター、
１１９ 第３分岐点、１２０ 加算器、
４０２ インク供給路、４０４ ノズル連通路、４０６ 弾性板、
ＨＤ ヘッド、ＨＤＵ ヘッドユニット、
ＬＰＦ ローパスフィルター、
Ｎｚ ノズル、
ＰＺＴ ピエゾ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
を備える増幅回路。
【請求項２】
前記遅延回路は、
前記差分が第１差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を第１遅延量遅延させ、
前記差分が前記第１差分よりも大きい第２差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を前記第１遅延量より小さい第２遅延量遅延させる、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記スイッチ部は、ＭＯＳＦＥＴと前記ＭＯＳＦＥＴを駆動するゲートドライバーとを備える、請求項１又は２に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記スイッチ部の出力にローパスフィルターが設けられ、該ローパスフィルターから前記増幅信号が出力される、請求項１〜３のいずれかに記載の増幅回路。
【請求項５】
さらに、前記遅延回路は、前記密度変調パルスの出力を前記入力信号に応じて遅延させる、請求項１〜４のいずれかに記載の増幅回路。
【請求項６】
前記遅延回路は、前記入力信号の中間電圧における遅延時間を、前記入力信号の最高電圧における遅延時間及び前記入力信号の最低電圧における遅延時間よりも大きくする、請求項５に記載の増幅回路。
【請求項７】
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射させるヘッド駆動回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動され、前記液体を噴射させる駆動素子と、
を備えるヘッド駆動回路。
【請求項８】
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射する液体噴射装置であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動される駆動素子と前記液体を噴射するノズルとを有するヘッドと、
を備える液体噴射装置。
【請求項１】
入力信号を増幅信号に増幅する増幅回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
を備える増幅回路。
【請求項２】
前記遅延回路は、
前記差分が第１差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を第１遅延量遅延させ、
前記差分が前記第１差分よりも大きい第２差分のときにおいて前記密度変調パルスの出力を前記第１遅延量より小さい第２遅延量遅延させる、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記スイッチ部は、ＭＯＳＦＥＴと前記ＭＯＳＦＥＴを駆動するゲートドライバーとを備える、請求項１又は２に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記スイッチ部の出力にローパスフィルターが設けられ、該ローパスフィルターから前記増幅信号が出力される、請求項１〜３のいずれかに記載の増幅回路。
【請求項５】
さらに、前記遅延回路は、前記密度変調パルスの出力を前記入力信号に応じて遅延させる、請求項１〜４のいずれかに記載の増幅回路。
【請求項６】
前記遅延回路は、前記入力信号の中間電圧における遅延時間を、前記入力信号の最高電圧における遅延時間及び前記入力信号の最低電圧における遅延時間よりも大きくする、請求項５に記載の増幅回路。
【請求項７】
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射させるヘッド駆動回路であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動され、前記液体を噴射させる駆動素子と、
を備えるヘッド駆動回路。
【請求項８】
入力信号を増幅信号に増幅し、該増幅信号に応じて液体を噴射する液体噴射装置であって、
前記入力信号と前記増幅信号との差分に応じて密度変調した密度変調パルスを出力するパルス密度変調部と、
前記密度変調パルスの出力を前記差分に応じて遅延させる遅延回路と、
前記増幅のための電力を供給する電力供給部と、
前記遅延回路から出力されたパルスに応じて、前記電力供給部からの電力供給のスイッチを切り替えて前記増幅信号を出力するスイッチ部と、
前記増幅信号に応じて駆動される駆動素子と前記液体を噴射するノズルとを有するヘッドと、
を備える液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−３８４５７（Ｐ２０１３−３８４５７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０３１７（Ｐ２０１１−１７０３１７）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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