JP5776237B2 - 容量性負荷駆動回路および流体噴射装置 - Google Patents
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Description
を印加することによって駆動する圧電素子は数多く存在する。これらの圧電素子を駆動す
る際には、駆動波形信号を電力増幅して生成した駆動信号を印加することによって駆動す
ることが通常である。
用いる方法とは別に、デジタル電力増幅器を用いる方法が知られている。デジタル電力増
幅器を用いた方法では、アナログ電力増幅器を用いるよりも少ない電力損失で増幅するこ
とが可能であり、小型化することも容易となる(特許文献1など)。デジタル電力増幅器
を用いて駆動信号を生成するには、先ず始めに、駆動波形信号をパルス変調してパルス波
状の変調信号に変換する。そして、得られた変調信号をデジタル電力増幅器で電力増幅す
ることによって電力増幅変調信号に変換する。その後、電力増幅変調信号に含まれる変調
成分を平滑フィルターで取り除くことによって、電力増幅された駆動信号を生成する。
加される圧電素子は容量性負荷であるから、駆動信号の電圧値が変化しない期間は電力を
供給する必要はない。換言すれば、このような期間では、デジタル電力増幅器は無駄に動
作していることになる。そこで、駆動信号の電圧値が変化しない期間ではデジタル電力増
幅器の動作を停止させることによって、駆動信号を生成する際の電力損失を更に低減させ
る技術も提案されている(特許文献2)。
が変動してしまうことがあるという問題があった。駆動信号の電圧値が一定であるべき期
間で電圧値が変動したのでは、圧電素子などの容量性負荷を精度良く駆動することができ
なくなる。
れたものであり、駆動信号の電圧値が一定値となる期間で、電圧値を変動させることなく
デジタル電力増幅器の動作を停止させることにより、容量性負荷を精度良く駆動しながら
、より一層の電力損失を低減可能な技術の提供を目的とする。
構成を採用した。すなわち、
所定の駆動信号を印加することによって容量性負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であ
って、
前記駆動信号の基準となる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することによって、第1電圧状態と前記第1電圧状態よ
りも電圧が低い第2電圧状態とが繰り返される変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅することによって電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増
幅器と、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって、前記容量性負荷に印加される前記駆
動信号を生成する平滑フィルターと、
前記駆動波形信号が一定値となる期間である信号不変期間では、前記デジタル電力増幅
器の動作を停止させる電力増幅停止手段と
を備え、
前記電力増幅停止手段は、前記信号不変期間になると、前記第1電圧状態となった前記
変調信号が該第1電圧状態を維持する時間の半分が経過したとき、あるいは前記第2電圧
状態となった前記変調信号が該第2電圧状態を維持する時間の半分が経過したときの何れ
かで、前記デジタル電力増幅器の動作を停止させる手段であることを要旨とする。
動波形信号をパルス変調することによって変調信号に変換する。そして、変調信号を電力
増幅した後、平滑フィルターで平滑化することによって駆動信号を生成する。ここで、圧
電素子などの容量性負荷では、負荷が蓄えている電荷量に相当する電圧が端子間の電圧と
して現れる。従って、印加する駆動信号の電圧値が変化しないのであれば、容量性負荷を
駆動回路から切り離しても、そのまま駆動信号が印加された状態となる。そこで、駆動信
号の電圧値が変化しない期間(すなわち、駆動波形信号の電圧値が変化しない信号不変期
間)になると、デジタル電力増幅器での電力増幅を、次のようなタイミングで停止する。
すなわち、第1電圧状態となった変調信号がその第1電圧状態を維持する時間の半分が経
過したとき、あるいは第2電圧状態となった変調信号がその第2電圧状態を維持する時間
の半分が経過したタイミングの何れかのときに、デジタル電力増幅器の動作を停止させる
。
の電力増幅を停止したときに、駆動信号に電圧変動が重畳する現象は、駆動信号の電圧値
が一定の期間(信号不変期間)でも平滑フィルターには電流が流れていることに起因する
。そして、信号不変期間では、第1電圧状態となった変調信号がその第1電圧状態を維持
する時間の半分が経過したとき、あるいは第2電圧状態となった変調信号がその第2電圧
状態を維持する時間の半分が経過したときの何れかでは、平滑フィルターを流れる電流が
0になる。従って、このときに(あるいは、この近傍で)デジタル電力増幅器の動作を停
止すれば、駆動信号に電圧変動を発生させることなく、デジタル電力増幅器での電力増幅
を停止させて、電力増幅に伴う電力損失の発生を回避することが可能となる。
維持する時間の半分が経過したとき、あるいは該第2電圧状態を維持する時間の半分が経
過したときの何れで停止させるかを、次のようにして切り換えても良い。すなわち、信号
不変期間が開始されたときに、変調信号が第1電圧状態を維持する時間よりも第2電圧状
態を維持する時間の方が長かった場合には、変調信号が第1電圧状態を維持する時間の半
分が経過したときに、デジタル電力増幅器の動作を停止させる。これに対して、信号不変
期間が開始されたときに、変調信号が第1電圧状態を維持する時間よりも第2電圧状態を
維持する時間の方が短かった場合には、変調信号が第2電圧状態を維持する時間の半分が
経過したときに、デジタル電力増幅器の動作を停止させるようにしてもよい。
荷に印加されている駆動信号の電圧値は変動している。そして、信号不変期間でデジタル
電力増幅器での電力増幅を停止すると、厳密には電圧値が変動している駆動信号が、その
時点での電圧値で固定される。こうして固定された電圧値は、駆動波形信号に応じて容量
性負荷に印加するべき電圧値と一致するとは限らないから、そこには電圧偏差が発生する
。そして、この電圧偏差は、デジタル電力増幅器での電圧増幅を停止したとき(信号不変
期間が開始されたとき)の条件によって、次のように変化する。すなわち、信号不変期間
が開始されたのが、変調信号が第1電圧状態を維持する時間よりも第2電圧状態を維持す
る時間の方が長い条件下であった場合には、変調信号が第2電圧状態を維持する時間の半
分が経過した時点の電圧偏差よりも、変調信号が第1電圧状態を維持する時間の半分が経
過した時点での電圧偏差の方が小さくなる。また逆に、信号不変期間が開始されたのが、
変調信号が第1電圧状態を維持する時間よりも第2電圧状態を維持する時間の方が短い条
件下であった場合には、変調信号が第1電圧状態を維持する時間の半分が経過した時点で
の電圧偏差よりも、変調信号が第2電圧状態を維持する時間の半分が経過した時点での電
圧偏差の方が小さくなる。そこで、信号不変期間が開始されたときに、変調信号が第1電
圧状態を維持する時間よりも第2電圧状態を維持する時間の方が長かった場合には、変調
信号が第1電圧状態を維持する時間の半分が経過した時点で、デジタル電力増幅器の動作
を停止させ、逆に、変調信号が第1電圧状態を維持する時間よりも第2電圧状態を維持す
る時間の方が短かった場合には、変調信号が第2電圧状態を維持する時間の半分が経過し
た時点で、デジタル電力増幅器の動作を停止させるようにすれば、印加するべき電圧値に
対して電圧偏差の少ない駆動信号を、容量性負荷に印加することが可能となる。
駆動信号に電圧の変動が重畳することがないので、精度良く流体を噴射することが可能と
なる。
例を説明する。
A.装置構成:
A−1.全体構成:
A−2.容量性負荷駆動回路の概要:
B.駆動信号の電圧を変動させずに電力増幅を停止させるメカニズム:
C.許可信号出力処理:
図1は、本実施例の容量性負荷駆動回路200を搭載したインクジェットプリンター1
0を例示した説明図である。図示したインクジェットプリンター10は、主走査方向に往
復動しながら印刷媒体2上にインクドットを形成するキャリッジ20や、キャリッジ20
を往復動させる駆動機構や、印刷媒体2の紙送りを行うためのプラテンローラー40など
から構成されている。キャリッジ20には、インクを収容したインクカートリッジ26や
、インクカートリッジ26が装着されるキャリッジケース22、キャリッジケース22の
底面側(印刷媒体2に向いた側)に搭載されてインクを噴射する噴射ヘッド24などが設
けられており、インクカートリッジ26内のインクを噴射ヘッド24に導いて、噴射ヘッ
ド24から印刷媒体2にインクを噴射することによって画像を印刷する。プラテンローラ
ー40は、図示しない駆動モータやギア機構とともに、印刷媒体2の紙送りを行う紙送り
機構を構成しており、印刷媒体2を副走査方向に所定量ずつ紙送りすることが可能となっ
ている。また、インクジェットプリンター10には、全体の動作を制御するプリンター制
御回路50や、噴射ヘッド24を駆動するための容量性負荷駆動回路200も搭載されて
いる。
ド24を駆動する様子を示した説明図である。先ず始めに、噴射ヘッド24の内部構造に
ついて簡単に説明する。図示されている様に、噴射ヘッド24の底面(印刷媒体2に向い
ている面)には、インク滴を噴射する複数の噴射ノズル100が設けられている。噴射ノ
ズル100はインク室102に接続されており、インク室102には、インクカートリッ
ジ26からインクが供給される。それぞれのインク室102には圧電素子104が設けら
れており、圧電素子104に駆動信号(以下、COMと略称する)を印加すると、圧電素
子が変形してインク室102内のインクを加圧し、その結果、噴射ノズル100からイン
クが噴射される。本実施例では、圧電素子104が本発明の「容量性負荷」に該当する。
生成され、ゲートユニット300を介して圧電素子104に供給される。ゲートユニット
300は、複数のゲート素子302が並列に接続された回路ユニットであり、それぞれの
ゲート素子302は、プリンター制御回路50からの制御の下で、個別に導通状態または
切断状態とすることが可能である。従って、容量性負荷駆動回路200から出力されたC
OMは、プリンター制御回路50によって予め導通状態に設定されたゲート素子302だ
けを通過して、対応する圧電素子104に印加され、その噴射ノズル100からインクが
噴射される。
図3は、本実施例の容量性負荷駆動回路200の回路構成を示した説明図である。容量
性負荷駆動回路200は大まかに分けると、駆動信号(COM)の基準となる駆動波形信
号(以下、WCOM)を発生する駆動波形信号発生回路210と、WCOMをパルス変調
することによって変調信号(以下、MCOM)を生成する変調回路230と、MCOMを
電力増幅して電力増幅変調信号(以下、ACOM)を生成するデジタル電力増幅器240
と、ACOMを平滑化してCOMを生成する平滑フィルター250とによって構成されて
いる。
いる波形メモリー216と、波形メモリー216のデジタルデータを読み出すコントロー
ラー214と、コントローラー214によって読み出されたデジタルデータを受け取って
デジタル/アナログ変換を行うことにより、アナログのWCOMを生成するDA変換器2
12などから構成されている。また、本実施例のコントローラー214は、電力増幅を行
うか否かを指定するための許可信号を生成して、デジタル電力増幅器240に出力してい
る。コントローラー214が許可信号を生成するための行う処理については後述する。
や、比較器が設けられている。そして、三角波と駆動波形信号発生回路210からのWC
OMとを比較することによって、WCOMのパルス変調を行い、得られた変調信号(MC
OM)をデジタル電力増幅器240に出力する。MCOMは、WCOMの方が三角波より
も大きい期間では高電圧状態(第1電圧状態)(以下「1」と表記する)となり、逆にW
COMの方が三角波よりも小さい期間では低電圧状態(第2電圧状態)(以下「0」と表
記する)となるような信号である。
れた2つのスイッチ素子(MOSFETなど)と、これらスイッチ素子を駆動するゲート
ドライバー242とを備えている。尚、二つのスイッチ素子のうち、電源Vdd側に接続
されたスイッチ素子を「TrP」と表記し、グランド側に接続されたスイッチ素子を「T
rN」と表記するものとする。また、電源Vddは電圧Vddを発生するものとし、グラ
ンドの電圧は電圧0であるものとする。
Pはスイッチ素子TrPのゲート電極に接続され、ゲート信号GNはスイッチ素子TrN
のゲート電極に接続されている。このため、ゲート信号GP,GNの出力を、高電圧状態
(以下「1」と表記する)または低電圧状態(以下「0」と表記する)の何れにするかに
よって、スイッチ素子TrP,TrNを、導通状態(ON状態)または切断状態(OFF
状態)の何れかの状態に、個別に切り換えることができる。その結果、たとえばスイッチ
素子TrPをON状態とし、スイッチ素子TrNをOFF状態とすると、電源Vddの発
生する電圧Vddが、デジタル電力増幅器240の出力として平滑フィルター250に供
給される。逆に、スイッチ素子TrPをOFF状態とし、スイッチ素子TrNをON状態
とすると、グランドの電圧0が、デジタル電力増幅器240の出力として平滑フィルター
250に供給される。
ー214からの許可信号とが入力されている。そして、許可信号の出力が、動作許可状態
(本実施例では、出力が「1」の状態)であった場合には、MCOMに基づいてゲート信
号GP,GNを出力することにより、スイッチ素子TrP,TrNを制御する。その結果
、MCOMが高電圧状態(出力が「1」)のときには電圧Vddを出力し、MCOMが低
電圧状態(出力が「0」)のときには電圧0を出力することによって、MCOMの電力増
幅が行われる。これに対して許可信号の出力が、動作非許可状態(本実施例では、出力が
「0」の状態)であった場合には、MCOMに拘わらずゲート信号GP,GNの出力を「
0」とすることにより、スイッチ素子TrP,TrNを何れもOFF状態とする。その結
果、デジタル電力増幅器240での電力増幅は停止される。
る。平滑フィルター250は、コイル252とコンデンサー254とによって構成された
ローパスフィルターであり、コイル252のインダクタンスLと、コンデンサー254の
キャパシタンスCとによって決まるカットオフ周波数fcよりも高い周波数の信号成分を
、大幅に減衰させる。このため、ACOMを平滑フィルター250に供給することで、A
COMに含まれるキャリア周波数成分を減衰させて、COMの成分を取り出すことができ
る。こうして得られたCOMを、ゲート素子302を介して圧電素子104に印加する。
つのスイッチ素子TrP,TrNのON/OFF状態を切り換える様子を示した説明図で
ある。尚、図4では、WCOM(従って、COM)が変化しない場合でも、MCOMに応
じて二つのスイッチ素子TrP,TrNのON/OFF状態が切り換えられる場合を表し
ている。図4(a)には、駆動波形信号発生回路210が発生するWCOMが示されてお
り、図4(b)には、変調回路230がWCOMをパルス変調することによって生成した
MCOMが示されている。また、図4(c)には、デジタル電力増幅器240のゲートド
ライバー242が、MCOMに応じて出力するゲート信号GP,GNが示されている。
ト信号GPの出力を「1」とし、ゲート信号GNの出力を「0」とする。また、MCOM
の出力が「0」の時にはゲート信号GPの出力を「0」とし、ゲート信号GNの出力を「
1」とする。その結果、MCOMが、電源Vddの電圧(電圧Vdd)とグランドの電圧
(電圧0)との間で変化するACOMに増幅されて、平滑フィルター250に出力される
。そして、このようなACOMを平滑フィルター250で平滑化することによって、WC
OMを電力増幅したCOMを圧電素子104に印加することができる。
いうことは、その電圧に対応する電荷量を圧電素子104に蓄えることに他ならない。従
って、印加する電圧値が一定の時には、圧電素子104に電流を流して電荷を出し入れす
る必要はない。このことから、図4中で斜線を付した期間のように、WCOM(従ってC
OM)が変化しない期間(信号不変期間)では、スイッチ素子TrP,TrNのON/O
FFを無駄に切り換えていることになる。換言すれば、信号不変期間ではゲート信号GP
,GNをOFFにして、デジタル電力増幅器240での電力増幅を停止してしまえば、ス
イッチ素子TrP,TrNのON/OFFを切り換えることによる電力損失を抑制するこ
とが可能となる。
OMの電圧値が変動してしまう現象が生じる。信号不変期間は、一定の電圧値のCOMを
出力すべき期間であるから、出力する電圧値が変動したのでは、圧電素子104を精度良
く駆動することができなくなる。そこで、本実施例の容量性負荷駆動回路200では、C
OMの電圧値が一定値となる信号不変期間になると、以下のような方法でデジタル電力増
幅器240の動作を停止させることにより、電圧変動が発生することを回避している。
電圧変動を発生させることなくデジタル電力増幅器240の動作を停止させる方法を説
明する準備として、デジタル電力増幅器240の動作を停止したときに図5に示すような
現象が発生するメカニズムについて説明する。
は電圧0が印加された場合に、平滑フィルター250のコイル252に生じる電流(以下
、コイル電流)について考える。本実施例のデジタル電力増幅器240の出力(ACOM
)は、電圧Vddとグランドの電圧0とを繰り返すから、電圧Eを電圧Vddと読み替え
れば、そのまま本実施例の平滑フィルター250に適用することができる。
回路でスイッチを閉じたときにコイル252に流れるコイル電流Iと同じである。コイル
252のインダクタンスをL、コンデンサー254のキャパシタンスをC、コイル252
に流れる初期電流(電圧Eが印加される直前に流れていたコイル電流)をI0、コンデン
サー254の初期電圧(電圧Eが印加される直前のコンデンサー254の端子間電圧)を
E0とすると、電圧Eと、コイル電流Iとの間には、図6(a)中に(1)式で示した微
分方程式が成立する。そして、この方程式を解くと、コイル電流Iは図6(a)中に示し
た(2)式によって求められる。ここで、ω0は、平滑フィルター250の共振周波数(
=1/√(LC))である。また、共振周波数ω0と時間tとの積ω0tが十分小さく、
0の近傍である場合には、cosω0tはほぼ1とみなすことができ、sinω0tはほ
ぼω0tとみなすことができる。すると図6(a)中の(2)式は、同じく図6(a)中
の(3)式で近似することができ、コイル電流Iは時間tの経過とともに直線的に増加す
ることが分かる。尚、コイル電流Iは、コイル252からコンデンサー254に電流が流
れ込む場合にプラスの値となる。また、コンデンサー254からコイル252に電流が逆
流する場合には、コイル電流Iはマイナスの値となる。
滑フィルター250に電圧0が印加された場合のコイル電流Iは、図6(b)に示す回路
でスイッチを閉じたときにコイル252に流れるコイル電流Iと同じとなる。コイル25
2には電圧0が印加されるので、コイル電流Iについては、図6(b)中に(4)式で示
した微分方程式が成立する。そしてこの方程式を解くと、平滑フィルター250に出力す
る電圧を電圧0にしたときのコイル電流Iは、図6(b)中の(5)式によって求められ
る。また、sinω0tをω0tとみなして、cosω0tを1とみなすと、コイル電流
Iは、図6(b)中の(6)式で近似することができる。従って、平滑フィルター250
に出力する電圧が電圧0になっている期間では、コイル電流Iは時間tの経過とともに直
線的に減少することが分かる。
されたときに、平滑フィルター250のコイル252をコイル電流Iが流れる様子を示し
た説明図である。ACOMの電圧値が電圧Vddの期間では、図6(a)を用いて前述し
たように、コイル252のコイル電流Iは、ほぼ直線的に増加していく。また、ACOM
の電圧値が電圧0の期間では、図6(b)を用いて前述したように、コイル252のコイ
ル電流Iは、ほぼ直線的に減少していく。従って、デジタル電力増幅器240からのAC
OMが供給されることによって平滑フィルター250のコイル252には、ACOMが電
圧Vddの期間では直線的に増加し、ACOMが電圧0の期間では直線的に減少するよう
な、ノコギリ刃状のコイル電流Iが流れることになる。
電圧値は一定値となる。そして、COMによって駆動される電気負荷が、圧電素子やコン
デンサーのような容量性負荷である場合、COMが一定値であると言うことは、容量性負
荷に蓄えられている電荷量も一定であると言うことに他ならないから、パルス変調の周期
Tの期間では、容量性負荷に出入りする電荷が等しくなる。従って、図7中で荒い斜線を
付した部分の面積(容量性負荷に対して供給した電荷量に相当)と、細かい斜線を付した
部分の面積(容量性負荷から回収した電荷量に相当)とが等しくなる。このことから、W
COMが変化しない期間(COMの電圧値が一定値となる期間)では、コイル252に流
れるコイル電流Iは、プラス側への最大値とマイナス側への最大値とが等しくなるような
ノコギリ刃状の電流となる。
従って、COMの電圧値が一定値の場合)でも、図7に示すようなノコギリ刃状の電流が
流れている。従って、コイル252に電流が流れている状態で、ゲートドライバー242
がスイッチ素子TrP,TrNを突然OFFにすると、その瞬間に、コイル252の自己
誘導現象によって発生した起電力が発生する。その結果、コイル252のインダクタンス
Lと、コンデンサー254あるいは容量性負荷のキャパシタンスCとによって定まる共振
周波数の電圧変動が、COMに重畳するようになる。図5に示したように、WCOMが変
化しない期間(信号不変期間)でデジタル電力増幅器240の電力増幅を停止したときに
、COMに電圧変動が発生するのは、このようなメカニズムによるものと考えられる。ま
た、ACOMが電圧0から電圧Vddに切り換わる瞬間や、電圧Vddから電圧0に切り
換わる瞬間では、コイル電流Iが最も大きくなるから、このようなタイミングで電力増幅
を停止すると、COMには大きな電圧変動が重畳することになる。
ナス側(コンデンサー254あるいは容量性負荷から電流が逆流する方向)からプラス側
(コンデンサー254あるいは容量性負荷に電流が流れる方向)に電流の向きが切り換わ
る。従って、その間にコイル電流Iが0になるタイミング(若しくはたいへん小さくなる
タイミング)が存在する。同様に、ACOMが電圧0の期間では、コイル電流Iがプラス
側からマイナス側に切り換わるので、その間にコイル電流Iが0になるタイミング(若し
くはたいへん小さくなるタイミング)が存在する。そして、このようなタイミングでデジ
タル電力増幅器240の電力増幅を停止させれば、コイル252の自己誘導現象による電
圧変動をCOMに重畳させることなく、電力増幅を停止させることが可能となる。
値とが変化する様子が示されている。図8では、ACOMの出力が電圧0の期間よりも電
圧Vddの期間の方が短い場合(期間Tonが、パルス変調の周期Tの半分以下の場合。
すなわち、デューティー比が50%以下の場合)を示している。コイル電流については、
図7に示したように、ACOMの出力が電圧Vddの期間(期間Ton)ではほぼ直線的
に増加し、ACOMの出力が電圧0の期間(期間Toff)ではほぼ直線的に減少する。
また、コイル電流がプラスの時には、コンデンサー254あるいは容量性負荷に電流が流
れ込むから、COMの電圧値は少しずつ上昇し、コイル電流がマイナスの時には、コンデ
ンサー254あるいは容量性負荷から電流が流れ出すから、COMの電圧値は少しずつ低
下する。その結果、COMの電圧値は、図8(c)に示すような電圧波形となる。尚、図
8(c)では、電圧の変化が誇張された状態で表示されている。
出力が電圧Vddとなっている期間(期間Ton)の中間のタイミング、あるいはACO
Mの出力が電圧0となっている期間(期間Toff)の中間のタイミングで0となる。従
って、この何れかのタイミングで、デジタル電力増幅器240での電力増幅を停止すれば
(スイッチ素子TrP、TrNを何れもOFFにすれば)、そのときの電圧値でCOMを
保持しておくことができる。また、保持されたCOMの電圧値と、WCOMによって指定
された目標とする電圧値との偏差dVは、期間Tonで電力増幅を停止した方が小さくな
っている。従って、より高い精度のCOMを出力する観点からは、デューティー比が50
%以下の場合には、期間Tonが半分だけ過ぎたタイミングで、デジタル電力増幅器24
0の電力増幅を停止することが望ましいと言うことができる。
。すなわち、デューティー比が50%よりも大きい場合が示されている。デューティー比
が50%よりも大きい場合も、ACOMの出力が電圧Vddの期間(期間Ton)ではコ
イル電流がほぼ直線的に増加し、ACOMの出力が電圧0の期間(期間Toff)ではほ
ぼ直線的に減少する。これに伴って、コイル電流がプラスの時にはCOMの電圧値が少し
ずつ上昇し、コイル電流がマイナスの時にはCOMの電圧値が少しずつ低下する。その結
果、COMの電圧値は、図9(c)に示すような電圧波形となる。尚、図9(c)でも、
電圧の変化は誇張された状態で表示されている。
イミング、あるいは期間Toffの中間のタイミングではコイル電流が0となる。従って
、この何れかのタイミングで、デジタル電力増幅器240での電力増幅を停止すれば、そ
のときの電圧値でCOMを保持しておくことができる。また、保持されたCOMの電圧値
と、WCOMによって指定された目標とする電圧値との偏差dVは、デューティー比が5
0%よりも大きい場合には、期間Toffで電力増幅を停止した方が小さくなる。従って
、より高い精度のCOMを出力する観点からは、デューティー比が50%よりも大きい場
合には、期間Toffが半分だけ過ぎたタイミングで、デジタル電力増幅器240の電力
増幅を停止することが望ましいと言うことができる。
号発生回路210のコントローラー214から、デジタル電力増幅器240のゲートドラ
イバー242に向かって許可信号を出力する。その結果、WCOMが変化しない期間にな
ると、COMの電圧を変動させることなく、デジタル電力増幅器240での電力増幅を停
止することが可能となっている。以下では、駆動波形信号発生回路210のコントローラ
ー214が許可信号を出力する処理について説明する。
図10は、本実施例の駆動波形信号発生回路210のコントローラー214が許可信号
を出力するために実行する許可信号出力処理のフローチャートである。許可信号出力処理
では、先ず始めにWCOMが平坦部であるか否かを判断する(ステップS100)。すな
わち、図3を用いて前述したように、駆動波形信号発生回路210のコントローラー21
4は、波形メモリー216からWCOMのデータを読み出してDA変換器212に供給す
ることによってWCOMを出力している。従ってコントローラー214は、今から出力し
ようとしているWCOMが平坦部(データの値が変化しない部分)であるか否かを判断す
ることができる。たとえば、現時点でDA変換器212に供給するWCOMのデータだけ
でなく、その後の一定期間に供給するデータも読み出して、それらデータを比較すること
により、WCOMが平坦部であるか否かを判断することができる。あるいは、波形メモリ
ー216に記憶されているWCOMのデータに、平坦部であるか否かを示すフラグを設定
しておき、そのフラグの設定に基づいて、WCOMが平坦部であるか否かを判断しても良
い。
デジタル電力増幅器240のゲートドライバー242に向かって、許可信号「1」を出力
する(ステップS120)。ここで許可信号「1」は、デジタル電力増幅器240での電
力増幅を許可する旨の信号である。デジタル電力増幅器240のゲートドライバー242
は、許可信号「1」を受け取っている期間中は、図4を用いて前述したように、MCOM
に応じてゲート信号GP,GNを切り換えることによって、MCOMの電力増幅を実行す
る。
)、MCOMのデューティー比が50%以下になるか否かを判断する(ステップS102
)。ここでデューティー比とは、パルス変調周期Tの中で、MCOMの出力が「1」とな
っている期間(期間Ton)が占める時間比率である。前述したようにMCOMは、駆動
波形信号発生回路210からのWCOMを、変調回路230の中で三角波と比較すること
によって生成しているから、WCOMの電圧値が決まればMCOMのデューティー比を算
出することができる。
:yes)、MCOMの立上がりエッジになったか否かを判断する(ステップS104)
。ここでMCOMの立上がりエッジとは、MCOMの出力が「0」から「1」に切り換わ
ることを言う。また、図3に示すように、変調回路230から出力されたMCOMはコン
トローラー214にも入力されているので、コントローラー214は、MCOMが立上が
りエッジになったことを直ちに検出することができる。その結果、立上がりエッジではな
いと判断した場合は(ステップS104:no)、同じ判断を繰り返しながら、立上がり
エッジとなるまで待機する。MCOMの出力は「0」と「1」とを繰り返しているから、
待機しているうちにやがて出力が「0」から「1」に切り換わるので、立上がりエッジに
なったと判断して(ステップS104:yes)、コントローラー214に内蔵されたタ
イマーでの計時を開始する(ステップS106)。
判断する(ステップS108)。期間Tonの時間は、ステップS102で求めたデュー
ティー比に、パルス変調の周期Tを乗算することによって算出することができる。MCO
Mの立上がりエッジを検出して(ステップS104:yes)、計時を開始した直後は、
期間Tonの半分の時間は経過していないので、ステップS108では「no」と判断す
るが、このような判断を繰り返しているうちに、やがては期間Tonの半分の時間が経過
して、ステップS108で「yes」と判断することになる。すると、コントローラー2
14は、デジタル電力増幅器240のゲートドライバー242に向かって、許可信号「0
」を出力する(ステップS110)。ここで許可信号「0」は、デジタル電力増幅器24
0での電力増幅を許可しない(停止させる)旨の信号である。デジタル電力増幅器240
のゲートドライバー242は、許可信号「0」を受け取っている期間中は、MCOMの出
力に拘わらず、ゲート信号GP,GNの出力を「0」とする。その結果、スイッチ素子T
rP,TrNが何れもOFFの状態となって、デジタル電力増幅器240での電力増幅が
停止される。
yes)について説明した。これに対して、MCOMのデューティー比が50%より大き
かった場合は(ステップS102:no)、MCOMの立下がりエッジになったか否かを
判断する(ステップS112)。MCOMの立下がりエッジとは、MCOMの出力が「1
」から「0」に切り換わることを言う。すなわち、MCOMのデューティー比が50%以
下の場合には、MCOMの立上がりエッジを検出するのに対して、デューティー比が50
%を超える場合は、立下がりエッジを検出する。その結果、立下がりエッジではないと判
断した場合は(ステップS112:no)、同じ判断を繰り返しながら、立下がりエッジ
となるまで待機する。その後、MCOMの出力が「1」から「0」に切り換わったら立下
がりエッジになったと判断して(ステップS112:yes)、コントローラー214に
内蔵されたタイマーでの計時を開始する(ステップS114)。
を判断する(ステップS116)。期間Toffの時間は、パルス変調の周期Tから、期
間Tonの時間を減算した時間である。従って、ステップS102で求めたデューティー
比から容易に算出することができる。その結果、期間Toffの半分の時間が経過してい
ない場合は(ステップS116:no)、同じ判断を繰り返しながらそのまま待機状態と
なる。すると、やがて、期間Toffの半分の時間が経過するので、コントローラー21
4はステップS116で「yes」と判断して、デジタル電力増幅器240での電力増幅
を停止する旨の許可信号「0」を、のゲートドライバー242に向かって出力する(ステ
ップS110)。
器240での電力増幅を停止したら、WCOMの平坦部が終了したか否かを判断する(ス
テップS118)。平坦部が継続中であった場合は(ステップS118:no)、波形メ
モリー216から読み出したWCOMをDA変換器212に供給しながら、平坦部が終了
するまで同様の判断を繰り返す。そして、平坦部が終了したら(ステップS118:ye
s)、デジタル電力増幅器240のゲートドライバー242に向かって、電力増幅を許可
する旨の許可信号「1」を出力する(ステップS120)。すると、ゲートドライバー2
42は、再びMCOMに応じてゲート信号GP,GNの出力を切り換えるようになって、
デジタル電力増幅器240での電力増幅が再開される。こうして電力増幅が再開されたら
、駆動波形信号発生回路210のコントローラー214は、図10の許可信号出力処理の
先頭に戻って、上述した一連の処理を繰り返す。
ート信号GP,GNの出力を切り換える様子をまとめた説明図である。図示されるように
、許可信号の出力が「1」の場合は、MCOMの出力に応じてゲート信号GP,GNの出
力が切り換わる。その結果、デジタル電力増幅器240では電力増幅が行われる。これに
対して、許可信号の出力が「0」になると、MCOMの出力に関わらず、ゲート信号GP
,GNの出力が常に「0」となる。その結果、スイッチ素子TrP,TrNは常にOFF
の状態となって、デジタル電力増幅器240での電力増幅は停止された状態となる。
ート信号GP,GNの出力を切り換える様子を示した説明図である。たとえば、WCOM
が比較的小さな一定値(MCOMのデューティー比が50%以下となる値)に保たれてい
る間は、許可信号の出力は「0」になっている。このため、MCOMの出力は「0」と「
1」とを交互に繰り返しているものの、ゲート信号GP、GNの出力は何れも「0」にな
っている。従って、デジタル電力増幅器240での電力増幅は行われない。
換わる。その結果、その時点でのMCOMの出力に応じて、図11に示す対応関係に基づ
いてゲート信号GP,GNが出力される。たとえば、許可信号が「1」に切り換わったと
きのMCOMが「0」であれば、ゲート信号GPは「0」が、ゲート信号GNは「1」が
出力される。そして、これらゲート信号GP,GNの出力に応じてスイッチ素子TrP,
TrNがON/OFFに切り換わることにより、デジタル電力増幅器240での電力増幅
が行われる。
デューティー比が50%より大きくなる値)で一定値を保つようになっても、本実施例で
は直ちに許可信号を「1」から「0」に切り換えるのではなく、先ず、MCOMの立下が
りエッジを検出する。そして、その立下がりエッジから、期間Toffの半分の時間が経
過したタイミングで、許可信号を「1」から「0」に切り換える。換言すれば、WCOM
が一定値の期間(平坦部)に移行しても、その後の立下がりエッジから期間Toffの半
分の時間が経過するまでの間は、デジタル電力増幅器240での電力増幅を継続しておき
、立下がりエッジから期間Toffの半分の時間が経過した時点で電力増幅を停止する。
ジタル電力増幅器240での電力増幅を停止させることができる。すなわち、図7を用い
て前述したように、WCOMが一定値となる期間(信号不変期間)では、平滑フィルター
250のコイル252にはノコギリ波状のコイル電流が流れている。このため、デジタル
電力増幅器240での電力増幅を停止しようとしてスイッチ素子TrP,TrNを何れも
OFFにすると、コイル252の自己誘導現象に起因した電圧変動がCOMに重畳する。
しかし、MCOMが「1」となっている期間(期間Ton)が半分だけ経過したタイミン
グ、あるいはMCOMが「0」となっている期間(期間Toff)が半分だけ経過したタ
イミングでは、コイル電流Iが「0」となる。従って、この何れかのタイミング(あるい
はその付近)でスイッチ素子TrP,TrNをOFFにしてやれば、コイル電流Iが「0
」あるいはほとんど流れていないので、コイル252の自己誘導現象に起因した電圧変動
がCOMに重畳することはない。その結果、圧電素子104などの容量性負荷の駆動精度
を損なうことなく、デジタル電力増幅器が無駄に行う電力増幅を停止させることにより、
より一層の電力損失を低減させることが可能となる。
下の場合には、期間Tonが半分だけ経過したタイミングで電力増幅を停止した方が、期
間Toffの半分が経過したタイミングで停止した場合よりも、電圧偏差dVが小さくな
る。逆に、MCOMのデューティー比が50%よりも大きい場合には、期間Toffが半
分だけ経過したタイミングで電力増幅を停止した方が、期間Tonの半分が経過したタイ
ミングで停止した場合よりも、電圧偏差dVが小さくなる。図12に示した例では、MC
OMのデューティー比が50%よりも大きい条件で、WCOMの値が一定値となる期間(
信号不変期間)に移行していることから、期間Toffが半分経過した時点で許可信号を
「0」にすることによって、電力増幅を停止している。従って、MCOMのデューティー
比が50%以下の条件で信号不変期間に移行する場合には、期間Tonが半分経過した時
点で許可信号を「0」にすることによって電力増幅を停止すればよい。このようにすれば
、単に信号不変期間中での電力増幅を停止するだけでなく、信号不変期間中に保持される
COMの電圧と、WCOMによって指示された電圧との偏差を小さくすることが可能とな
る。
限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが
可能である。例えば、薬剤や栄養剤を内包するマイクロカプセルを形成することに用いる
流体噴射装置など、医療機器を含む様々な電子機器に本実施例の容量性負荷駆動回路を適
用することができる。
20…キャリッジ、 22…キャリッジケース、 24…噴射ヘッド、
26…インクカートリッジ、 40…プラテンローラー、
50…プリンター制御回路、 100…噴射ノズル、 102…インク室、
104…圧電素子、 200…容量性負荷駆動回路、
210…駆動波形信号発生回路、212…DA変換器、 214…コントローラー、
216…波形メモリー、 230…変調回路、
240…デジタル電力増幅器、 242…ゲートドライバー、
250…平滑フィルター、 252…コイル、 254…コンデンサー、
300…ゲートユニット、 302…ゲート素子、 GN…ゲート信号、
GP…ゲート信号
Claims (2)
- 所定の駆動信号を印加することによって容量性負荷を駆動する容量性負荷駆動回路であって、
前記駆動信号の基準となる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することによって、第1電圧状態と前記第1電圧状態よりも電圧が低い第2電圧状態とが繰り返される変調信号を生成する変調回路と、
前記変調信号を電力増幅することによって電力増幅変調信号を生成するデジタル電力増幅器と、
前記電力増幅変調信号を平滑化することによって、前記容量性負荷に印加される前記駆動信号を生成する平滑フィルターと、
前記駆動波形信号が一定値となる期間である信号不変期間では、前記デジタル電力増幅器の動作を停止させる電力増幅停止手段と
を備え、
前記電力増幅停止手段は、
前記変調信号が前記第1電圧状態を維持する時間よりも前記第2電圧状態を維持する時間の方が長い条件で、前記信号不変期間が開始された場合には、該第1電圧状態となった変調信号が該第1電圧状態を維持する時間の半分が経過したときに、前記デジタル電力増幅器の動作を停止させ、
前記変調信号が前記第1電圧状態を維持する時間よりも前記第2電圧状態を維持する時間の方が短い条件で、前記信号不変期間が開始された場合には、該第2電圧状態となった変調信号が該第2電圧状態を維持する時間の半分が経過したときに、前記デジタル電力増幅器の動作を停止させる手段である容量性負荷駆動回路。 - 請求項1に記載の容量性負荷駆動回路を備えた流体噴射装置。
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