JP5521315B2 - 電力増幅装置および液体噴射装置、液体噴射型印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばアクチュエータを駆動するための駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調し、その変調信号を電力増幅して駆動信号として出力する電力増幅装置に関するものである。

プッシュプル接続されたトランジスタ対をリニア駆動するアナログ電力増幅回路に比べて、プッシュプル接続されたスイッチング素子をスイッチ動作、つまりデジタル駆動させて電力増幅するデジタル電力増幅回路、所謂Ｄ級アンプは、効率に優れ、広い範囲で使用されている。このデジタル電力増幅回路を用いて、例えば液体噴射型印刷装置のノズルから液体を噴射するためのノズルアクチュエータに駆動信号を出力する場合、駆動信号の基準となる駆動波形信号を変調手段で変調信号にパルス変調し、その変調信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化して、駆動信号として出力する。平滑フィルタは、パルス変調の周波数成分を減衰する。その際、駆動するノズルアクチュエータの数が変わると、平滑フィルタ及びノズルアクチュエータの静電容量で構成されるフィルタの周波数特性が変化し、所望する駆動信号の波形精度が得られない場合がある。そこで、本出願人は、下記特許文献１に記載されるように、駆動するアクチュエータの数に関わらず、所望する駆動信号の波形精度を得ることができる逆フィルタを変調手段の前段に設けた。
国際公開公報ＷＯ２００７／０８３６６９

しかしながら、実際にデジタル電力増幅回路に用いられる平滑フィルタは３次以上の高次のフィルタであるため、１次とか２次といった低次の逆フィルタでは、所望する駆動信号の波形精度が得られない場合がある。逆に、逆フィルタを３次以上の高次のフィルタとすると、構成が複雑になるという問題が生じる。
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、構成が容易で且つ所望する駆動信号の波形精度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。

上記諸問題を解決するため、本発明の電力増幅装置は、アクチュエータの駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、前記変調手段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と、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給する平滑フィルタと、前記変調手段の前段に設けられ且つ少なくとも前記平滑フィルタ及び前記アクチュエータの静電容量で構成されるフィルタの周波数特性を、駆動するアクチュエータの数に関わらず、所定の周波数特性にする逆フィルタ手段と、を備え、前記逆フィルタ手段は、直列接続された複数の逆フィルタを有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、複数の逆フィルタのフィルタ定数を個々に設定可能とし、それらの組合せにより、平滑フィルタ及びアクチュエータの静電容量で構成されるフィルタの周波数特性が駆動するアクチュエータの数により変化しても、所望する駆動信号の波形精度を得ることが可能となり、各逆フィルタを低次のフィルタとすることで、構成が容易化される。

また、本発明の電力増幅装置は、前記複数の逆フィルタの夫々は、高域強調型フィルタと、高域減衰型フィルタと、前記高域強調型フィルタ及び高域減衰型フィルタの何れかを選択する選択手段とを備えた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、駆動するアクチュエータの数に応じて、高域強調型フィルタ及び高域減衰型フィルタの何れかを選択することにより、駆動するアクチュエータの数が多くなった場合及び少なくなった場合の何れにも対応して、所望する駆動信号の波形精度を得ることが可能となる。
また、本発明の電力増幅装置は、前記高域強調型フィルタ及び高域減衰型フィルタの何れもが一次フィルタであ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、構成を容易にすることができる。
また、本発明の電力増幅装置は、前記複数の逆フィルタは、フィルタ定数を夫々独立に設定可能であ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、逆フィルタから出力される駆動信号を、駆動するアクチュエータの数に応じて、細かく調整することが可能となり、より高精度な波形を得ることができる。
また、本発明の電力増幅装置は、前記複数の逆フィルタは、夫々、設定周波数で出力ゲインが０ｄＢになるように設定され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、各逆フィルタの設定周波数を個々に設定することで、駆動信号の波形精度を確保することが可能となる。
また、本発明の電力増幅装置は、前記複数の逆フィルタのうち、最後段の逆フィルタの設定周波数は、前記駆動信号の周波数帯域の最も高い周波数であ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、駆動信号の波形精度を確保することができる。
また、本発明の電力増幅装置は、前記設定周波数は、後段の逆フィルタほど、高く設定され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、各逆フィルタのフィルタ定数を設定し易く、駆動信号の波形精度を確保することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図６には、ノズルアクチュエータの駆動回路の概略構成を示す。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に逆フィルタ処理を施す逆フィルタ回路２４と、逆フィルタ回路２４で逆フィルタ処理が施された逆フィルタ処理済駆動波形信号ＦＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６と、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、所謂Ｄ級アンプ２８と、デジタル電力増幅器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）として選択スイッチ２０１から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。

駆動波形信号発生回路２５は、ＣＰＵ６２ａから出力された駆動波形データＤＷＣＯＭを電圧信号に変換して所定サンプリング周期分ホールドすると共に、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。逆フィルタ回路２４は、図７に示すように、第１〜第ｎ段の複数の逆フィルタ３２ａ〜３２ｎを直列に接続して構成され、後述するように逆フィルタ３２ａ〜３２ｎ内に設けられた選択スイッチを切替える選択部３３が設けられている。逆フィルタ３２ａ〜３２ｎについては、後段に詳述する。

図８に示すように、前記逆フィルタ装置２４で逆フィルタ処理が施された逆フィルタ処理済駆動波形信号ＦＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６には、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、例えば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と入力信号、この場合は逆フィルタ済駆動波形信号ＦＷＣＯＭを比較し、例えば逆フィルタ済駆動波形信号ＦＷＣＯＭが基準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を出力する。なお、基準信号の周波数を変調周波数（一般にキャリア周波数などと呼ばれている）と定義する。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。また、何れの場合も、プログラムによる演算処理によって変調回路２６を構成することができる。

デジタル電力増幅回路２８は、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２１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駆動回路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Ｄ級出力段２１の出力は、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の出力は０となる。

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、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器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。
平滑フィルタ２９には、図９に示すように、２つのコンデンサＣ１、Ｃ２、コイルＬ、抵抗Ｒからなる３次のフィルタを用いた。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、前述したような波形特性の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を出力する。

ノズルアクチュエータ２２である圧電素子は容量性素子であり、個々のノズルアクチュエータ２２が所定の静電容量ＣＮＺＬを有する。液体を噴射するために駆動されるノズルアクチュエータ２２は、選択スイッチ２０１によって駆動回路に接続されるので、図９の場合、駆動されるノズルアクチュエータ２２の数によって、等価的に第２コンデンサＣ２の静電容量が変化する。具体的には、平滑フィルタ２９と駆動されるノズルアクチュエータ２２の静電容量ＣＮＺＬによって構成されるフィルタの伝達関数Ｔ（ｓ）は、下記１式で表れる。

１式から明らかなように、このフィルタの伝達関数Ｔ（ｓ）、つまり周波数特性は、駆動されるアクチュエータ２２の数ＮＮＺＬによって変化する。図１０には、このフィルタの周波数特性の一例を示す。図中の目標特性は、例えば全ノズルアクチュエータ２２の半分を駆動する際に設定した平滑フィルタ２９の周波数特性であり、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域全域でゲインが０ｄＢとなっている。つまり、この出力周波数帯域では、電力増幅変調信号ＡＰＷＭは減衰も強調もされないが、これより高い周波数帯域では、特に変調周波数成分を減衰する。この目標特性に対し、駆動されるノズルアクチュエータ２２の数が多い（図では駆動ノズル数大）と、高域減衰型フィルタの特性が変化し、カットオフ周波数が低周波数側へ移行する。一方、駆動されるノズルアクチュエータ２２の数が少ない（駆動ノズル数小）と、カットオフ周波数は高周波数側へ移行し、ピークを持つ特性となる。

このような平滑フィルタ２９及び駆動されるノズルアクチュエータ２２の静電容量によって構成されるフィルタの周波数特性に対し、例えばカットオフ周波数が低周波数側へ移行した場合に、１次の高域強調型フィルタを逆フィルタとして用いると、図１１ａに示すように、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最高周波数ｆ０でゲインが０ｄＢになるように調整しても、それより周波数の低い帯域で、逆フィルタの周波数特性によってゲイン特性にピークが生じてしまい、所望する周波数特性が得られない。また、逆に、周波数特性にピークを生じた場合に、１次の高域減衰型フィルタを逆フィルタとして用いると、図１１ｂに示すように、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最高周波数ｆ０でゲインが０ｄＢになるように調整しても、それより周波数の低い領域で、逆フィルタの周波数特性によってゲインが下がってしまい、やはり所望する周波数特性が得られない。所望する周波数特性が得られなければ、所望する駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度も得られない。

そこで、本実施形態では、図１２に示すように、第１〜第ｎ逆フィルタ３２ａ〜３２ｎの夫々に、高域強調型フィルタ３４と、高域減衰型フィルタ３５を並列に配設し、両者に選択スイッチ３６を設け、前記選択部３３によって選択スイッチ３６を切替えて、高域強調型フィルタ３４及び高域減衰型フィルタ３５の何れかを選択して用いるように構成した。駆動されるノズルアクチュエータ２２の数は、駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰによって検出することができるので、その駆動されるノズルアクチュエータ２２の数に応じて選択部３３が選択スイッチ３６を切替える構成とした。なお、高域強調型フィルタ３４や高域減衰型フィルタ３５は、所謂デジタルフィルタとして、プログラムによる演算処理で構築した。従って、各フィルタのフィルタ定数は可変である。また、選択スイッチ３６も、実質的にはプログラムによる演算処理で構築される。
ここで、この逆フィルタにおける高域強調型フィルタ（１次ハイパスフィルタ）の時定数Ｔの設定方法について説明する。この１次ハイパスフィルタの伝達関数Ｇ（ｓ）、Ｇ（ｊω）、ゲインＧａｉｎは下記２式のように表れる。

そして、後述するようにして、所定の設定周波数ｆｍ（ｍは添字）でのゲインが所定値、この場合は０ｄＢになるように１次ハイパスフィルタのゲインＧａｉｎを設定し、それを解いて時定数Ｔｍを設定する。例えば、平滑フィルタ２９及びノズルアクチュエータ２２の静電容量ＣＮＺＬで構成されるフィルタの設定周波数ｆｍでのゲインをＧｍ、ωｍ＝２πｆｍとすると、時定数Ｔは下記３式で求まる。

次に、この逆フィルタにおける高域減衰型フィルタ（１次ローパスフィルタ）の時定数Ｔの設定方法について説明する。この１次ローパスフィルタの伝達関数Ｇ（ｓ）、Ｇ（ｊω）、ゲインＧａｉｎは下記４式のように表れる。

この場合も、所定の設定周波数ｆｍ（ｍは添字）でのゲインが所定値、この場合は０ｄＢになるように１次ローパスフィルタのゲインＧａｉｎを設定し、それを解いて時定数Ｔが求まる。例えば平滑フィルタ２９及びノズルアクチュエータ２２の静電容量ＣＮＺＬで構成されるフィルタの所定周波数ｆｍでのゲインをＧｍ、ωｍ＝２πｆｍとすると、時定数Ｔｍは下記５式で求まる。

次に、各逆フィルタのフィルタ定数の設定方法について説明する。前述したように、平滑フィルタ２９及びノズルアクチュエータ２２の静電容量によるフィルタ（以下、全体フィルタとも記す）の目標周波数特性に対し、駆動されるノズルアクチュエータ２２の数が決まると、当該全体フィルタの実際の周波数特性も決まる。そこで、例えば図１３ａに示すように、目標周波数特性（図では目標特性）に対して全体フィルタの周波数特性（図では全体フィルタ特性）のカットオフ周波数が低周波数側に移行している場合には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最も高い周波数をｆ０としたとき、それより低い設定周波数ｆ１のゲインが０になるように、例えば第１逆フィルタ３２ａの周波数特性、この場合は高域強調型フィルタの時定数Ｔ１を前記３式に従って設定する。

この場合、図１３ｂに示す第１逆フィルタ３２ａの出力（図では第１逆フィルタ出力）は、前述したようにピークを生じているはずであるから、この第１逆フィルタ３２ａの出力を目標周波数特性に近づけるために、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最も高い周波数ｆ０のゲインが０になるように、例えば第２逆フィルタ３２ｂの周波数特性、この場合は高域減衰型フィルタの時定数Ｔ２を前記５式に従って設定する。
一方、例えば図１４ａに示すように、目標周波数特性（図では目標特性）に対して全体フィルタの周波数特性（図では全体フィルタ特性）のカットオフ周波数が高周波数側へ移行し、ピークを生じている場合には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最も高い周波数ｆ０より低い設定周波数ｆ１のゲインが０になるように、例えば第１逆フィルタ３２ａの周波数特性、この場合は高域減衰型フィルタの時定数Ｔ１を前記５式に従って設定する。

この場合、図１４ｂに示す第１逆フィルタ３２ａの出力（図では第１逆フィルタ出力）は、前述したように目標周波数特性よりもカットオフ周波数が低周波数側へ移行しているはずであるから、この第１逆フィルタ３２ａの出力を目標周波数特性に近づけるために、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最も高い周波数ｆ０のゲインが０になるように、例えば第２逆フィルタ３２ｂの周波数特性、この場合は高域強調型フィルタの時定数Ｔ２を前記３式に従って設定する。

図１５は、以上のような逆フィルタ３２ａ〜３２ｎのフィルタ特性設定ロジックをフローチャート化したものである。但し、フローチャート中の時定数Ｔ１、Ｔ２は、夫々、３式或いは５式によって別途設定される。このフローチャートでは、まずステップＳ１で、前記全体フィルタの伝達関数ＧＬＰＦから、前記駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最も高い周波数ｆ０より低い設定周波数ｆ１におけるゲインＧａｉｎ１を算出する。
次にステップＳ２に移行して、前記ステップＳ１で算出された設定周波数ｆ１におけるゲインＧａｉｎ１が０であるか否かを判定し、ゲインＧａｉｎ１が０である場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合にはステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、前記ステップＳ１で算出された設定周波数ｆ１におけるゲインＧａｉｎ１が正値であるか否かを判定し、ゲインＧａｉｎ１が正値である場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、例えば第１逆フィルタ２３ａのフィルタ特性を時定数Ｔ１の高域強調型フィルタに設定してからステップＳ７に移行する。
ステップＳ６では、例えば第１逆フィルタ３２ａのフィルタ特性を時定数Ｔ１の高域減衰型フィルタに設定してからステップ７に移行する。
ステップＳ４では、例えば第１逆フィルタ３２ａのフィルタ特性をスルーの状態に設定してからステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、前記全体フィルタの伝達関数ＧＬＰＦ及び設定された例えば第１逆フィルタの伝達関数ＧＩｎｖから、前記駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の出力周波数帯域の最も高い周波数ｆ０におけるゲインＧａｉｎ０を算出する。
次にステップＳ８に移行して、前記ステップＳ７で算出された設定周波数ｆ０におけるゲインＧａｉｎ０が０であるか否かを判定し、ゲインＧａｉｎ０が０である場合にはステップＳ１０に移行し、そうでない場合にはステップＳ９に移行する。
ステップＳ９では、前記ステップＳ７で算出された設定周波数ｆ０におけるゲインＧａｉｎ０が正値であるか否かを判定し、ゲインＧａｉｎ０が正値である場合にはステップＳ１２に移行し、そうでない場合にはステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、例えば第２逆フィルタ３２ｂのフィルタ特性を時定数Ｔ２の高域強調型フィルタに設定してからメインプログラムに復帰する。
ステップＳ１２では、例えば第２逆フィルタ３２ｂのフィルタ特性を時定数Ｔ２の高域減衰型フィルタに設定してからメインプログラムに復帰する。
ステップＳ４では、例えば第２逆フィルタ３２ｂのフィルタ特性をスルーの状態に設定してからメインプログラムに復帰する。
そして、このように複数の逆フィルタ３２ａ〜３２ｎのフィルタ特性を、駆動されるノズルアクチュエータ２２の数に応じて設定し、選択部３３が、駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰから駆動されるノズルアクチュエータ２２の数を求めて、その数に応じた逆フィルタ３２ａ〜３２ｎを機能させるようにすれば、ノズルアクチュエータ２２のあらゆる駆動数に対して所望する駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を得ることができる。

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の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを変調回路２６でパルス変調し、パルス変調された変調信号をデジタル電力増幅回路２８で電力増幅し、電力増幅された電力増幅変調信号ＡＰＷＭを平滑フィルタ２９で平滑化してノズルアクチュエータ２２に駆動信号として供給するにあたり、変調回路２６の前段に、複数の逆フィルタ３２ａ〜３２ｎを直列接続した逆フィルタ回路２４を設け、それら複数の逆フィルタ３２ａ〜３２ｎのフィルタ定数を個々に設定可能とし、それらの組合せにより、平滑フィルタ２９及びノズルアクチュエータ２２の静電容量で構成される全体フィルタの周波数特性が駆動するノズルアクチュエータ２２の数により変化した場合でも、所望する駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を得ることが可能となり、各逆フィルタ３２ａ〜３２ｎを低次のフィルタとすることで、構成が容易化される。

また、複数の逆フィルタ３２ａ〜３２ｎの夫々は、駆動するノズルアクチュエータ２２の数に応じて、高域強調型フィルタ３４及び高域減衰型フィルタ３５の何れかを選択スイッチ３６によって選択することにより、駆動するノズルアクチュエータ２２の数が多くなった場合及び少なくなった場合の何れにも対応して、所望する駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を得ることが可能となる。
また、高域強調型フィルタ３４及び高域減衰型フィルタ３５の何れも一次フィルタとすることにより、構成を容易にすることができる。
また、複数の逆フィルタ３２ａ〜３２ｎは、フィルタ定数を夫々独立に設定可能としたことにより、より高精度な波形を得ることができる。
また、複数の逆フィルタ３２ａ〜３２ｎを、夫々、設定周波数で出力ゲインが０ｄＢになるように設定することにより、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を確保することが可能となる。

また、最後段の逆フィルタ３２ｎの設定周波数を、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の周波数帯域の最も高い周波数ｆ０とすることにより、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形精度を確保することができる。
また、後段の逆フィルタほど、設定周波数を高く設定することにより、各逆フィルタのフィルタ定数を設定し易く、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形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。

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のデジタル電力増幅器の駆動回路に具体化したが、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。

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。 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。 スイッチングコントローラのブロック図である。 ノズル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６の逆フィルタ回路のブロック図である。 図６のデジタル電力増幅回路のブロック図である。 図６の平滑フィルタのブロック図である。 平滑フィルタ及びノズルアクチュエータの静電容量で構成されるフィルタの周波数特性の説明図である。 １段の逆フィルタによって変化する周波数特性の説明図である。 図７の各逆フィルタのブロック図である。 逆フィルタのフィルタ定数設定の説明図である。 逆フィルタのフィルタ定数設定の説明図である。 逆フィルタのフィルタ定数設定のロジックを示すフローチャートである。

符号の説明

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、２１はハーフブリッジＤ級出力段、２２はノズルアクチュエータ、２４は逆フィルタ回路、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はゲート駆動回路、３２ａ〜３２ｎは逆フィルタ、３３は選択部、３４は高域強調型フィルタ、３５は高域減衰型フィルタ、３６は選択スイッチ、６５はヘッドドライバ

Claims (6)

1. アクチュエータに印加する駆動信号の基準となる第１の駆動波形信号を出力する駆動波形信号発生回路と、
   前記第１の駆動波形信号が入力され、第２の駆動波形信号として出力する複数の逆フィルタと、
   前記第２の駆動波形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前記駆動信号とする平滑フィルタと、
   を備え、
   前記複数の逆フィルタは、直列接続され、且つ前記第２の駆動波形信号のゲインが０ｄＢとなる設定周波数であることを特徴とする電力増幅装置。
2. 前記複数の逆フィルタは、第１の逆フィルタと第２の逆フィルタとを含み、
   前記第２の逆フィルタは、前記変調回路と前記第１の逆フィルタとの間に設けられ、
   前記第２の逆フィルタの前記設定周波数は、前記駆動信号の最も高い周波数であることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
3. 前記複数の逆フィルタは、第１の逆フィルタと第２の逆フィルタと第３の逆フィルタを含み、
   前記第２の逆フィルタと前記変調回路との間に前記第３の逆フィルタを備え、
   前記第３の逆フィルタの設定周波数は、前記第１の逆フィルタの前記設定周波数および前記第２の逆フィルタの前記設定周波数より高く設定され、
   前記第２の逆フィルタの前記設定周波数は、前記第１の逆フィルタの前記設定周波数より高く設定されることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
4. 前記第１の逆フィルタおよび前記第２の逆フィルタは、フィルタ定数を独立して設定可能であることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅装置。
5. 請求項１乃至４の電力増幅装置を用いた液体噴射装置。
6. 請求項１乃至５の電力増幅装置を用いた液体噴射型印刷装置。

Images