JP6221629B2 - Liquid ejection device and control circuit board for liquid ejection device - Google Patents
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Description
本発明は、液体吐出装置、当該液体吐出装置の制御回路基板に関する。 The present invention relates to a liquid ejection device and a control circuit board of the liquid ejection device.
インクジェットプリンターなどの液体吐出装置には、インク滴を吐出するためのアクチュエーターとして圧電素子を用いたものが知られている。この圧電素子を駆動するためには、ピーク値で数十ボルトの振動幅を持つ駆動信号を印加する必要がある。従来、この駆動信号を生成する駆動基板には、バイポーラトランジスターをプッシュプル接続したアナログアンプが実装されていたが、バイポーラトランジスターはコレクタ電流が増加するとそれに比して発熱するため、多くの容量性負荷を駆動させる為に大電流・高電圧がエミッターコネクター間に掛かる液体吐出装置においては電力変換効率が悪く発熱量が大きいため、放熱用のヒートシンクが必要となってしまうなどの問題があった。 2. Description of the Related Art Liquid ejecting apparatuses such as ink jet printers are known that use piezoelectric elements as actuators for ejecting ink droplets. In order to drive this piezoelectric element, it is necessary to apply a drive signal having a vibration width of several tens of volts at the peak value. Conventionally, analog amplifiers with push-pull connection of bipolar transistors have been mounted on the drive board that generates this drive signal. However, since bipolar transistors generate heat as the collector current increases, many capacitive loads are required. In the liquid discharge device in which a large current and high voltage are applied between the emitter connector and the heat sink, there is a problem that a heat sink for heat dissipation is required because of a low power conversion efficiency and a large amount of heat generation.
発明者等は、上述した問題を鑑み、アナログアンプよりも電力変換効率の優れたＭＯＳＦＥＴを用いたデジタルアンプを採用することを提案している（例えば、特許文献１）。ＭＯＳＦＥＴを用いたデジタルアンプは、パルス変調技術を用いているため、アナログアンプよりも電力変換効率が優れており、発熱も抑制することができる。バイポーラトランジスターではなく、ＭＯＳＦＥＴを用いている理由は、デジタルアンプで要求される高速のスイッチング動作に対応できるからである。仮に、バイポーラトランジスターを高速でスイッチングさせるためには、ベース幅を縮める必要があるが、ベース幅を縮めるとパンチスルーによる耐圧の劣化につながってしまい、十分な液体を吐出する為の高電圧をエミッターコネクター間に印加することが困難であった。つまり、ベース幅の短縮は実現性が乏しく、バイポーラトランジスターの採用は困難であった。
なお、本明細書においては、Ｄ級アンプとはＭＯＳＦＥＴを用いたデジタルアンプを意味するものとして、以下に説明する。
In view of the above-described problems, the inventors have proposed adopting a digital amplifier using a MOSFET having a power conversion efficiency superior to that of an analog amplifier (for example, Patent Document 1). Since a digital amplifier using a MOSFET uses a pulse modulation technique, the power conversion efficiency is superior to that of an analog amplifier, and heat generation can be suppressed. The reason why the MOSFET is used instead of the bipolar transistor is that it can cope with a high-speed switching operation required for the digital amplifier. Temporarily, in order to switch bipolar transistors at high speed, it is necessary to reduce the base width. However, if the base width is reduced, the breakdown voltage will deteriorate due to punch-through, and a high voltage for discharging sufficient liquid will be emitted from the emitter. It was difficult to apply between the connectors. That is, the reduction of the base width is not feasible, and it is difficult to employ a bipolar transistor.
In the present specification, the class D amplifier will be described below as meaning a digital amplifier using a MOSFET.
しかしながら、デジタルアンプを用いて、安定した液滴の吐出を実現するためには、液滴を吐出するために圧電素子に印加される駆動信号に含まれる周波数成分の数十倍以上の周波数成分を含む変調信号を増幅する高い分解能が求められる。
一方、液体吐出装置では、圧電素子に印加する駆動信号以外に、媒体送りモーターとキャリッジ移動モーターを採用しており、これらにＤＣモータを採用する場合、安定した印刷や出力結果を得るには、圧電素子に対する駆動信号と同様の周波数帯域での制御が必要になることが分かった。
そして、一つの制御回路基板上で、入力電源を共用しつつほぼ同じ周波数帯域で吐出部に対する駆動制御と、ＤＣモータに対する駆動制御を実行した結果、互いに影響を及ぼしあうことが分かった。いわゆるグランドが揺れるというような症状である。
そして、上述したように、印刷や出力結果に影響を及ぼすため、両者の周波数帯域を違えることもできない。
また、高周波駆動する必要があり、無視できないレベルの発熱が生じてしまうという課題も生じた。デジタルアンプにおける発熱量は、高分解能を実現するための高周波駆動に伴なうスイッチング損失に起因しており、液滴を吐出するだけであればヒートシンクを用いなくても良いレベルではあるが、回路の安定動作を確保しつつ、吐出する液滴の量を一定に安定させるためには、何らかの放熱対策が必要なレベルである。実際にインクを吐出する駆動信号に基づいて考えれば、変調信号はメガＨｚオーダーの信号となる故、デジタルアンプもメガＨｚオーダーで駆動する必要があり、この高周波駆動に伴なって、スイッチング素子のスイッチング損失による発熱が無視できないレベルで生じてしまうという課題があった。
さらに、液滴吐出装置を小型化したいという要求があり、何らかの放熱対策は必要ではがあるが、専用の放熱部品の追加や、大型化は困難であるという課題があった。
However, in order to achieve stable droplet ejection using a digital amplifier, a frequency component more than tens of times the frequency component included in the drive signal applied to the piezoelectric element to eject the droplet is used. A high resolution for amplifying the modulation signal is required.
On the other hand, in the liquid ejection device, in addition to the drive signal applied to the piezoelectric element, a medium feed motor and a carriage movement motor are employed. When a DC motor is employed for these, in order to obtain stable printing and output results, It has been found that control in the same frequency band as the drive signal for the piezoelectric element is required.
As a result of executing drive control for the ejection unit and drive control for the DC motor in substantially the same frequency band while sharing the input power supply on one control circuit board, it has been found that they influence each other. It is a symptom that the ground is shaking.
As described above, since the printing and output results are affected, the frequency bands of the two cannot be changed.
In addition, there is a problem that high-frequency driving is necessary and heat generation at a level that cannot be ignored occurs. The amount of heat generated in a digital amplifier is due to switching loss associated with high-frequency driving to achieve high resolution, and it is not necessary to use a heat sink as long as it only ejects droplets. In order to stabilize the amount of droplets to be discharged while ensuring the stable operation, it is necessary to take some heat dissipation measures. Considering the drive signal for actually ejecting ink, the modulation signal is a signal in the order of megahertz, so the digital amplifier must also be driven in the order of megahertz. There has been a problem that heat generation due to switching loss occurs at a level that cannot be ignored.
Furthermore, there is a demand for downsizing the droplet discharge device, and some heat dissipation measures are necessary, but there is a problem that it is difficult to add a dedicated heat dissipation component or increase the size.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples or forms.
（適用例）
一枚の制御回路基板上に、駆動用の電源を共用するヘッド駆動回路とモータードライバ回路とを備え、前記ヘッド駆動回路には、吐出部に対する元駆動信号を１〜８ＭＨｚの周波数帯域でパルス密度変調して変調信号を生成するＡ／Ｄコンバーターと、前記変調信号を増幅して増幅変調信号を生成するトランジスターと、前記増幅変調信号を平滑化して駆動信号を生成するフィルター回路とを備えるＤ級アンプ部が構成され、前記モータードライバ回路は、制御信号に基づいて１〜８ＭＨｚの周波数帯域でパルス幅変調してＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の一の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線されていることを特徴とする液体吐出装置。
(Application example)
On one control circuit board, a head driving circuit and a motor driver circuit sharing a driving power source are provided, and the head driving circuit has a pulse density of the original driving signal for the ejection unit in a frequency band of 1 to 8 MHz. A class D comprising an A / D converter that modulates to generate a modulated signal, a transistor that amplifies the modulated signal to generate an amplified modulated signal, and a filter circuit that smoothes the amplified modulated signal to generate a drive signal An amplifier unit is configured, and the motor driver circuit outputs a drive signal for a DC motor by performing pulse width modulation in a frequency band of 1 to 8 MHz based on a control signal, and an area where the class D amplifier unit is disposed Is formed with a dedicated ground pattern that is distinguished from the shared ground pattern of other regions. Are ground pattern and connection of only the shared predetermined primary path, the motor driver circuit, a liquid discharge apparatus characterized in that it is connected to the ground pattern of the common.
このように、少なくともヘッド駆動回路のＤ級アンプ部が配置される領域に専用のグランドパターンを形成しつつ、共用のグランドパターンとは一の経路でしか結線しないようにしたため、高周波帯での周波数帯域が重なる二つのヘッド駆動回路とモータードライバ回路を一枚の制御回路基板上に配置する場合でも、グランドパターンが異なるので互いに影響を及ぼさない。 In this way, a dedicated ground pattern is formed at least in the region where the class D amplifier section of the head drive circuit is disposed, and the common ground pattern is connected only through one path. Even when two head drive circuits and motor driver circuits with overlapping bands are arranged on one control circuit board, the ground patterns are different, so that they do not affect each other.
なお、元駆動信号とは、吐出部を駆動して液滴を吐出する駆動信号の元となる信号、すなわち変調前の基準となる信号である。変調信号とは、元駆動信号をパルス変調（例えばパルス幅変調、パルス密度変調等）して得られるデジタル信号である。増幅変調信号とは、トランジスターを含む増幅回路で増幅された変調信号である。駆動信号とは、コイルを用いて増幅変調信号を平滑化して得られる信号であって、吐出部に印加される信号のことである。
また、前記制御回路基板は、２層以上の多層として形成され、各層において前記専用のグランドパターンが、前記共用のグランドパターンと区別して形成される構成としても良い。
前記制御回路基板が両面基板で２層として形成されたり、３層以上の多層として形成される場合、各層において前記専用のグランドパターンを前記共用のグランドパターンと区別して形成されることで、グランドの変動を互いに及ぼし合わないようにさせることができる。
また、前記吐出部は圧電素子を備えており、前記吐出部に対する元駆動信号は、周波数成分として１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの帯域に主成分を含み、同元駆動信号を１〜８ＭＨｚの周波数帯域でパルス密度変調して前記圧電素子に対する駆動信号としての変調信号を生成する構成としても良い。
Note that the original drive signal is a signal that is a source of a drive signal that drives a discharge unit to discharge a droplet, that is, a signal that is a reference before modulation. The modulation signal is a digital signal obtained by performing pulse modulation (for example, pulse width modulation, pulse density modulation, etc.) on the original drive signal. An amplification modulation signal is a modulation signal amplified by an amplifier circuit including a transistor. The drive signal is a signal obtained by smoothing the amplified modulation signal using a coil, and is a signal applied to the ejection unit.
The control circuit board may be formed as a multilayer of two or more layers, and the dedicated ground pattern may be formed separately from the shared ground pattern in each layer.
When the control circuit board is formed as a double-layered double-layer board or a multi-layer structure of three or more layers, the dedicated ground pattern is formed separately from the common ground pattern in each layer. Variations can be prevented from affecting each other.
The ejection unit includes a piezoelectric element, and the original drive signal for the ejection unit includes a main component in a band of 10 kHz to 100 kHz as a frequency component, and the original drive signal has a pulse density in a frequency band of 1 to 8 MHz. A modulation signal may be generated as a drive signal for the piezoelectric element by modulation.
本適用例の液体吐出装置では、増幅変調信号を平滑化して駆動信号を生成し、駆動信号が印加される圧電素子の変形に基づいてノズルから液体を吐出する。ここで、液体吐出装置が小さなドット（小ドット）を吐出するための駆動信号の波形を周波数スペクトル解析すると、５０ｋＨｚ以下の周波数成分が含まれていることが解っている。この５０ｋＨｚの周波数成分を含む元駆動信号をデジタルアンプで増幅するためには、１ＭＨｚ以上の周波数成分を含む変調信号が必要になる。もし、１ＭＨｚ以下の周波数成分のみで元駆動信号を再現しようとすると、波形のエッジが鈍って丸くなってしまう。換言すれば、角が取れて波形が鈍ってしまう。駆動信号の波形が鈍ると、波形の立ち上り、立ち下りエッジに応じて動作する圧電素子の動きが緩慢になり、吐出時の尾引きや、吐出不良などの不安定な駆動が発生してしまう。本適用例の液体吐出装置では、増幅変調信号の交流成分の周波数帯域を１ＭＨｚ以上とするので、吐出時の尾引きや吐出不良などの不安定な駆動がなく、解像度の高い生成物を得られる液体吐出装置を実現できる。
本適用例の液体吐出装置では、吐出部に対する元駆動信号は、周波数成分として１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの帯域に主成分を含み、かつ、概ね８００ｋＨｚを超える成分はほぼ皆無であった。従って、余裕を含んだスイッチング周波数の選定として、その１０倍の範囲でスイッチング周波数を選定することが好ましいといえる。
In the liquid ejection device of this application example, the amplification modulation signal is smoothed to generate a drive signal, and the liquid is ejected from the nozzle based on the deformation of the piezoelectric element to which the drive signal is applied. Here, when the frequency spectrum analysis is performed on the waveform of the drive signal for the liquid ejection device to eject small dots (small dots), it is found that a frequency component of 50 kHz or less is included. In order to amplify the original drive signal including the frequency component of 50 kHz by the digital amplifier, a modulation signal including a frequency component of 1 MHz or more is required. If the original drive signal is to be reproduced with only a frequency component of 1 MHz or less, the waveform edge becomes dull and rounded. In other words, the corners are removed and the waveform becomes dull. When the waveform of the drive signal is dull, the movement of the piezoelectric element that operates in response to the rising and falling edges of the waveform becomes slow, and unstable driving such as tailing during discharge or defective discharge occurs. In the liquid ejection device of this application example, the frequency band of the AC component of the amplified modulation signal is 1 MHz or higher, so that there is no unstable driving such as tailing or ejection failure during ejection, and a product with high resolution can be obtained. A liquid discharge apparatus can be realized.
In the liquid ejection device of this application example, the original drive signal for the ejection unit includes a main component in the band of 10 kHz to 100 kHz as a frequency component, and there is almost no component exceeding approximately 800 kHz. Therefore, it can be said that it is preferable to select a switching frequency within a range of 10 times as a switching frequency including a margin.
一方、増幅変調信号の周波数として、８ＭＨｚ以上の高周波をサポートすれば、駆動信号の波形の分解能は高まるが、分解能の向上に伴いデジタルアンプにおけるスイッチング周波数が上昇する。スイッチング周波数が上昇するとスイッチング損失が大きくなり、デジタルアンプがアナログアンプ（ＡＢ級アンプ）と比して優位性を有する省電力性、省発熱性が損なわれて、ＡＢ級アンプによる増幅の方がよい場合がある。本適用例の液体吐出装置では、増幅変調信号の交流成分の周波数帯域を８ＭＨｚ未満とするので、ＡＢ級アンプを使用する場合と比べての低消費電力、省発熱といった優位性を保つことができる。 On the other hand, if a high frequency of 8 MHz or higher is supported as the frequency of the amplified modulation signal, the resolution of the waveform of the drive signal increases, but the switching frequency in the digital amplifier increases with the improvement of the resolution. When the switching frequency rises, the switching loss increases, and the digital amplifier has superiority over the analog amplifier (Class AB amplifier). The power saving and heat saving properties are impaired, and amplification by the Class AB amplifier is better. There is a case. In the liquid ejection device of this application example, the frequency band of the alternating current component of the amplified modulation signal is less than 8 MHz, so that the advantages of low power consumption and heat generation can be maintained as compared with the case where a class AB amplifier is used. .
また、前記モータードライバ回路部が駆動する前記ＤＣモータは、媒体送りモーターとキャリッジ移動モーターの少なくとも一方を採用可能である。
また、前記専用のグランドパターンは、前記Ｄ級アンプ部におけるグランドパターン以外の回路パターンを取り囲み、ＤＩＰタイプのＩＣにおける一列は前記専用のグランドパターンの外側の領域に位置し、他の一列は前記専用のグランドパターンの内側の領域に位置する構成としても良い。
この構成においては、Ｄ級アンプ部における回路パターンの周囲を、専用のグランドパターンで取り囲んでいる。そして、ＤＩＰタイプのＩＣが専用のグランドパターンを跨ぐように位置しているので、Ｄ級アンプ部の内部回路と外部回路とがこのＤＩＰタイプのＩＣでのみ接続させることが可能となり、内外の信号の干渉をさらに低減させることができる。
また、前記専用のグランドパターンと前記共用のグランドパターンとを結線するにあたり、前記所定の位置で抵抗素子を介して結線させることが可能である。直流成分としてのグランドの結線に有効である。
一方、前記所定の位置でキャパシタを介して結線させることも可能である。キャパシタで結線するので、交流成分としてのグランドの結線に有効である。
さらに、前記制御回路基板上で、前記Ｄ級アンプ部が形成される部位と、前記モータードライバ回路が形成される部位とは、所定の距離を隔てており、その間に他の回路素子が配置されるように構成しても良い。
前記制御回路基板上で、前記Ｄ級アンプ部が形成される部位と、前記モータードライバ回路が形成される部位との間に他の回路素子が配置できる程度に距離を隔てることにより、相互の影響をより少なくさせることができる。
また、前記制御回路基板は、所定の金属製のシャシーに固定されるものであり、同シャシーの一部を屈曲させて前記Ｄ級アンプ部の発熱部位に当接させた構成としても良い。
高周波駆動する結果、無視できないレベルの発熱が生じてしまうが、ヒートシンクなどの専用の放熱部品を用いることなく、シャシーの一部を屈曲させて前記Ｄ級アンプ部の発熱部位に当接させることで熱的に結合（接合）されることになり、効率的に金属製のシャシーに伝わって放熱される。よって、より放熱効果を高めることができる。
この場合、前記制御回路基板と前記シャシーとの当接部位には、絶縁性能を有する伝熱性部材を介在させて両者を固定してもよい。
絶縁性能を有するのでシャシーと回路パターンが直に接触してしまうことがない上、伝熱性を有するので放熱にも長ける。
さらに、前記制御回路基板が多層として形成される場合に、前記発熱部位を含む前記Ｄ級アンプ部には、回路形成に必要な数を超えるビアを形成する構成としても良い。
回路形成に必要なビア以外のビアは、実装面に配置された発熱素子が発した熱を多層基板としている他の層に伝えるため、発熱部位での温度上昇を妨げる。特に、他の層の回路パターンとしてベタパターンを形成しておけば、より多くの熱量を伝送でき、温度低下の効果が大きい。
従って、専用の放熱部品を用いることなく、簡単な構成で、吐出する液滴量の安定化と、かつ動作の安定性とを実現した液体吐出装置を提供することができる。なお、ビアは、一般的にはスルホールと呼ばれている。
The DC motor driven by the motor driver circuit unit can employ at least one of a medium feed motor and a carriage movement motor.
Further, the dedicated ground pattern surrounds a circuit pattern other than the ground pattern in the class D amplifier section, and one row in the DIP type IC is located in an area outside the dedicated ground pattern, and the other row is the dedicated row. It may be configured to be located in a region inside the ground pattern.
In this configuration, the circuit pattern in the class D amplifier is surrounded by a dedicated ground pattern. Since the DIP type IC is positioned so as to straddle the dedicated ground pattern, the internal circuit and the external circuit of the class D amplifier section can be connected only by this DIP type IC. Interference can be further reduced.
Further, when connecting the dedicated ground pattern and the shared ground pattern, it is possible to connect via a resistance element at the predetermined position. Effective for ground connection as a DC component.
On the other hand, it is also possible to connect via a capacitor at the predetermined position. Since it is connected by a capacitor, it is effective for connecting a ground as an AC component.
Further, on the control circuit board, the part where the class D amplifier unit is formed and the part where the motor driver circuit is formed are separated by a predetermined distance, and other circuit elements are arranged therebetween. You may comprise so that.
On the control circuit board, mutual influence is obtained by separating the distance so that other circuit elements can be arranged between the part where the class D amplifier unit is formed and the part where the motor driver circuit is formed. Can be reduced.
Further, the control circuit board may be fixed to a predetermined metal chassis, and a part of the chassis may be bent and brought into contact with the heat generating portion of the class D amplifier section.
As a result of high-frequency driving, heat generation at a level that cannot be ignored occurs. However, by using a part of the chassis that is bent and brought into contact with the heat generation part of the class D amplifier unit without using a dedicated heat dissipation component such as a heat sink. It will be thermally coupled (joined) and efficiently transferred to the metal chassis for heat dissipation. Therefore, the heat dissipation effect can be further enhanced.
In this case, a heat transfer member having insulating performance may be interposed between the control circuit board and the chassis to fix them.
Since it has an insulating performance, the chassis and the circuit pattern do not come into direct contact with each other, and since it has heat transfer properties, it can be used for heat radiation.
Furthermore, when the control circuit board is formed as a multilayer, the D-class amplifier section including the heat generating portion may be configured to have vias exceeding the number necessary for circuit formation.
Vias other than those necessary for circuit formation transmit the heat generated by the heating elements arranged on the mounting surface to the other layers of the multilayer substrate, thus preventing the temperature rise at the heat generating part. In particular, if a solid pattern is formed as a circuit pattern of another layer, a larger amount of heat can be transmitted, and the effect of lowering the temperature is great.
Therefore, it is possible to provide a liquid ejection apparatus that realizes stabilization of the amount of liquid droplets to be ejected and stability of operation with a simple configuration without using a dedicated heat dissipation component. The via is generally called a through hole.
また、吐出部は、圧電素子と、内部に液体が充填され、圧電素子の変位により内部の圧力が増減される圧力室と、圧力室に連通し、圧力室内の圧力の増減により、液体を液滴として吐出するノズルと、を有することが好ましい。 The discharge unit communicates with the piezoelectric element, the pressure chamber in which the liquid is filled and the internal pressure is increased or decreased by the displacement of the piezoelectric element, and the pressure chamber. It is preferable to have a nozzle that discharges as droplets.
液体を吐出する方式としては、圧力室内に充填された液体をヒーター等の抵抗素子に電流を流し加熱しその熱エネルギーを液体に伝達することで液体を吐出させるサーマル方式や、圧力室内の壁面の少なくとも一部を変化可能なように設計し、電圧を加えると変化する圧電素子の変化により壁面を変化させることで圧力室内の体積を変化させ、圧力室内に充填された液体を吐出させるピエゾ方式などがあるが、サーマル方式に比べ、ピエゾ方式の方が、液体の吐出に伴い大きい電圧変化が必要となる都合上、トランジスターを含む増幅回路における発熱が大きい為、本発明における効果をより強く享受することができる。 As a method for discharging the liquid, a thermal method in which the liquid filled in the pressure chamber is heated by passing an electric current through a resistance element such as a heater and the thermal energy is transferred to the liquid, or a wall surface in the pressure chamber is discharged. Piezo system that is designed so that at least a part of it can be changed, the volume in the pressure chamber is changed by changing the wall surface by the change in the piezoelectric element that changes when voltage is applied, and the liquid filled in the pressure chamber is discharged. However, compared with the thermal method, the piezo method has a greater heat generation in the amplifier circuit including the transistor because of the large voltage change required as the liquid is discharged. be able to.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならしめてある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each part is different from the actual scale so that each layer and each part can be recognized on the drawing.
（実施形態１）
《液体吐出装置の概要》
図１は、実施形態１に係る液体吐出装置の概要を示す斜視図である。まず、本実施形態に係る液体吐出装置としてのプリンター１００の概要について説明する。
プリンター１００は、背面の給紙トレイ２から送り出される印刷媒体としての用紙１に対して、印刷ヘッドユニット２０で印刷した後、前面の排紙トレイ６側に搬出するインクジェット式プリンターである。なお、以降の説明において、用紙１が搬送される方向を搬送方向４とし、搬送方向と交差する方向（用紙１の幅方向）を紙幅方向５として説明する。また、搬送方向４において、給紙トレイ２側を上流側、搬出（前面）側を下流側という。
(Embodiment 1)
<Outline of liquid ejection device>
FIG. 1 is a perspective view illustrating an outline of the liquid ejection apparatus according to the first embodiment. First, an outline of the printer 100 as a liquid ejection apparatus according to the present embodiment will be described.
The printer 100 is an ink jet printer that prints on a sheet 1 as a printing medium sent out from the rear paper feed tray 2 by the print head unit 20 and then carries it out to the front paper discharge tray 6 side. In the following description, the direction in which the paper 1 is conveyed is referred to as a conveyance direction 4, and the direction intersecting the conveyance direction (the width direction of the paper 1) is described as the paper width direction 5. In the transport direction 4, the paper feed tray 2 side is referred to as the upstream side, and the carry-out (front side) side is referred to as the downstream side.
印刷ヘッドユニット２０は、ラインヘッドを備えており、紙幅方向５への走査（往復動作）を行わずに、用紙１を搬送方向４に搬送する動作だけで印刷を行う、いわゆるシングルパスで印刷を完了することができる。印刷ヘッドユニット２０には、複数色（シアン、マゼンタ、イエロー、ライトシアン、ライトマゼンタなど）インクに対応した３列のラインヘッドに加えて、黒インク用も搭載されており、計４つのラインヘッドが設けられている。詳細は後述するが、各ラインヘッドには、用紙１の幅方向（紙幅方向５）に渡って、複数の印刷ヘッドモジュールが一定のピッチで配置されている。 The print head unit 20 includes a line head, and performs printing in a so-called single pass in which printing is performed only by the operation of transporting the paper 1 in the transport direction 4 without performing scanning (reciprocating operation) in the paper width direction 5. Can be completed. The print head unit 20 is equipped with black ink in addition to three rows of line heads corresponding to inks of multiple colors (cyan, magenta, yellow, light cyan, light magenta, etc.). Is provided. Although details will be described later, a plurality of print head modules are arranged at a constant pitch in each line head in the width direction of the paper 1 (paper width direction 5).
印刷ヘッドユニット２０には、複数本のＦＰＣ５１（Flexible printed circuits）が接続されている。ＦＰＣ５１は、複数の吐出ユニットを吐出駆動するための駆動信号や、タイミング信号などの制御信号をメイン基板５０から印刷ヘッドユニット２０に供給する。ここで、メイン基板５０には、駆動信号を生成する駆動回路が搭載されている。駆動回路には、電力変換効率の優れたデジタルアンプ（増幅回路）を採用しているが、スイッチング素子のスイッチング損失による発熱が無視できないレベルで生じてしまう。プリンター１００では、メイン基板５０の駆動回路領域に複数のスルホールを形成することにより、この熱を放熱している。さらに、メイン基板５０をケース３の金属製のシャシーを介してフレーム（図示せず）に固定して、放熱効果を高めて安定した動作を実現している。以下、これらの構成について詳しく説明する。 A plurality of FPCs 51 (Flexible printed circuits) are connected to the print head unit 20. The FPC 51 supplies drive signals for driving the plurality of discharge units and control signals such as timing signals from the main substrate 50 to the print head unit 20. Here, a drive circuit for generating a drive signal is mounted on the main board 50. The drive circuit employs a digital amplifier (amplifier circuit) with excellent power conversion efficiency, but heat generation due to switching loss of the switching element occurs at a level that cannot be ignored. In the printer 100, this heat is radiated by forming a plurality of through holes in the drive circuit region of the main substrate 50. Further, the main board 50 is fixed to a frame (not shown) through the metal chassis of the case 3 to enhance the heat dissipation effect and realize a stable operation. Hereinafter, these configurations will be described in detail.
図２は、印刷機構の概要図である。
続いて、印刷機構の概要、および印刷の流れについて説明する。
プリンター１００の印刷機構は、給紙トレイ２、給紙ローラー７、搬送部１０、印刷ヘッドユニット２０、排紙トレイ６などから構成されている。
給紙ローラー７は、給紙トレイ２の下流側に設けられた一対のローラーであり、給紙トレイ２の用紙１を１枚ずつ搬送部１０に送り出す。
搬送部１０は、搬送駆動ローラー１１、搬送ベルト１２、従動ローラー１３などから構成されている。搬送駆動ローラー１１と従動ローラー１３との間（外周）には、搬送ベルト１２が巻きかけられ（かけ渡しされ）ている。搬送ベルト１２は、帯状のベルトであり、矢印で示すように、給紙ローラー７から供給された用紙１を載置するとともに、搬送駆動ローラー１１の回転に伴ない、用紙１を下流側に搬送する。
FIG. 2 is a schematic diagram of the printing mechanism.
Next, the outline of the printing mechanism and the flow of printing will be described.
The printing mechanism of the printer 100 includes a paper feed tray 2, a paper feed roller 7, a transport unit 10, a print head unit 20, a paper discharge tray 6, and the like.
The paper feed rollers 7 are a pair of rollers provided on the downstream side of the paper feed tray 2, and send out the sheets 1 of the paper feed tray 2 to the transport unit 10 one by one.
The transport unit 10 includes a transport drive roller 11, a transport belt 12, a driven roller 13, and the like. A transport belt 12 is wound (passed) between the transport drive roller 11 and the driven roller 13 (outer periphery). The conveyor belt 12 is a belt-like belt, and, as indicated by an arrow, places the sheet 1 supplied from the sheet feeding roller 7 and conveys the sheet 1 downstream as the conveyance drive roller 11 rotates. To do.
搬送ベルト１２には、当該搬送ベルト１２の表面に用紙１を吸着するための吸着装置や、搬送方向４における用紙１の位置を検出するための位置検出装置（いずれも図示せず）などが設けられている。吸着装置としては、空気の負圧を利用して用紙１を吸着する空気吸引装置や、静電気力を利用して用紙１を吸着する静電吸着装置などが用いられる。位置検出装置としては、リニアエンコーダーなどが用いられる。
搬送駆動ローラー１１には、電動モーター（図示せず）が接続されており、後述する制御部からの制御信号に従って回転して、搬送ベルト１２を動かす。従動ローラー１３は、搬送ベルト１２の動きに従って回転する。
印刷ヘッドユニット２０は、搬送ベルト１２上の用紙１に対して、搬送移動（静止状態含む）に同期したタイミングでインクを吐出して印刷を行う。詳しくは、印刷ヘッドユニット２０における搬送部１０側のヘッド配置面２７に配置された複数の吐出ユニットのノズルからインクを吐出する。印刷が終了した用紙１は、搬送ベルト１２により、下流側の排紙トレイ６に送り出される。
The conveyance belt 12 is provided with an adsorption device for adsorbing the paper 1 on the surface of the conveyance belt 12, a position detection device (none of which is shown) for detecting the position of the paper 1 in the conveyance direction 4, and the like. It has been. As the suction device, an air suction device that sucks the paper 1 using negative pressure of air, an electrostatic suction device that sucks the paper 1 using electrostatic force, or the like is used. A linear encoder or the like is used as the position detection device.
An electric motor (not shown) is connected to the transport driving roller 11 and rotates according to a control signal from a control unit described later to move the transport belt 12. The driven roller 13 rotates according to the movement of the conveyor belt 12.
The print head unit 20 performs printing by ejecting ink on the paper 1 on the transport belt 12 at a timing synchronized with the transport movement (including the stationary state). Specifically, ink is ejected from the nozzles of a plurality of ejection units arranged on the head arrangement surface 27 on the transport unit 10 side in the print head unit 20. The paper 1 on which printing has been completed is sent out to the paper discharge tray 6 on the downstream side by the transport belt 12.
図３は、ヘッド配置面の平面図である。詳しくは、印刷ヘッドユニット２０を搬送部１０側から観察した際におけるヘッド配置面２７の平面図である。
前述したように、印刷ヘッドユニット２０には、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなどの複数色のインクに対応した複数列のラインヘッド２２が形成されている。ヘッド配置面２７側から観察すると、搬送方向４の上流側から下流側に向かって、シアン用のラインヘッド２２（Ｃ）、マゼンタ用のラインヘッド２２（Ｍ）、イエロー用のラインヘッド（図示省略）、ブラック用のラインヘッド（図示省略）…の順に配置されている。ラインヘッドの基本構成はインク色に拘らず共通なので、以下、代表としてシアン用のラインヘッド２２（Ｃ）を用いて「ラインヘッド２２」と称して説明する。
FIG. 3 is a plan view of the head arrangement surface. Specifically, it is a plan view of the head arrangement surface 27 when the print head unit 20 is observed from the conveyance unit 10 side.
As described above, the print head unit 20 has a plurality of lines of line heads 22 corresponding to inks of a plurality of colors such as cyan, magenta, yellow, and black. When observed from the head arrangement surface 27 side, the cyan line head 22 (C), the magenta line head 22 (M), and the yellow line head (not shown) from the upstream side to the downstream side in the transport direction 4. ), Black line heads (not shown), and so on. Since the basic configuration of the line head is common regardless of the ink color, the cyan line head 22 (C) will be used as a representative and will be described as “line head 22”.
ラインヘッド２２は、紙幅方向５においてジグザグ（チドリ）に配置された複数の印刷ヘッドモジュール２３から構成されている。
印刷ヘッドモジュール２３は、細長い長方形をなしており、その長辺方向を紙幅方向５とした状態で配置されている。換言すれば、ラインヘッド２２には、搬送方向４において並行する２列の印刷ヘッドモジュール２３列が配置されており、紙幅方向５においては各列の印刷ヘッドモジュール２３が交互に配置されている。印刷ヘッドモジュール２３の長方形の両端（短辺側）には、基準穴２４が形成されている。
ヘッド配置面２７において、印刷ヘッドモジュール２３は、この２つの基準穴２４を平面的な位置基準として配置されている。このように複数の印刷ヘッドモジュール２３を配置することにより、紙幅方向５に渡って吐出ユニット（吐出ヘッド）が一定のピッチで配置されたラインヘッド２２を構成している。つまり、独立した構成部位ではなく、複数の印刷ヘッドモジュール２３からなる紙幅方向５に渡る吐出ユニット列（ノズル列）のことをラインヘッド２２と称している。
The line head 22 includes a plurality of print head modules 23 arranged in a zigzag pattern in the paper width direction 5.
The print head module 23 has an elongated rectangular shape, and is arranged with the long side direction set to the paper width direction 5. In other words, in the line head 22, two rows of print head modules 23 arranged in parallel in the transport direction 4 are arranged, and in the paper width direction 5, the print head modules 23 in each row are arranged alternately. Reference holes 24 are formed at both ends (short sides) of the rectangle of the print head module 23.
On the head arrangement surface 27, the print head module 23 is arranged with these two reference holes 24 as a planar position reference. By arranging a plurality of print head modules 23 in this way, a line head 22 in which ejection units (ejection heads) are arranged at a constant pitch in the paper width direction 5 is configured. That is, an ejection unit row (nozzle row) extending in the paper width direction 5 composed of a plurality of print head modules 23 is referred to as a line head 22 instead of an independent component.
個々の印刷ヘッドモジュール２３は、紙幅方向５に一定のピッチで配置された複数のノズル２５からなるノズル列２６を２列備えている。紙幅方向５において２本のノズル列２６は、２つの基準穴２４の間に配置されている。２本のノズル列２６は、搬送方向４において並列しているが、紙幅方向５においては半ピッチずれて（シフトして）配置されている。換言すれば、搬送方向４におけるノズル列２６における配置ピッチの半分の位置に、隣り合うノズル列のノズル２５が位置するように、ジグザグ（交互）に配置されている。千鳥配置ともいう。この構成により、紙幅方向５における印刷ドット密度（解像度）を高めている。なお、２本のノズル列２６による紙幅方向５のノズル長さを「バンド長」ともいう。ラインヘッド２２では、このバンド長を紙幅方向５に連続配置することにより、ラインヘッド２２を構成している。また、詳しくは後述するが、駆動回路を含めた吐出駆動は、印刷ヘッドモジュール２３単位で行われる。 Each print head module 23 includes two nozzle rows 26 including a plurality of nozzles 25 arranged at a constant pitch in the paper width direction 5. In the paper width direction 5, the two nozzle rows 26 are arranged between the two reference holes 24. The two nozzle rows 26 are juxtaposed in the transport direction 4 but are shifted (shifted) by a half pitch in the paper width direction 5. In other words, they are arranged in a zigzag (alternate) manner so that the nozzles 25 of the adjacent nozzle rows are located at half the arrangement pitch of the nozzle rows 26 in the transport direction 4. Also called staggered arrangement. With this configuration, the print dot density (resolution) in the paper width direction 5 is increased. The nozzle length in the paper width direction 5 by the two nozzle rows 26 is also referred to as “band length”. In the line head 22, the line head 22 is configured by continuously arranging the band length in the paper width direction 5. As will be described in detail later, ejection driving including a driving circuit is performed in units of the print head module 23.
《吐出ユニットの構成》
図４は、図３のＢ−Ｂ断面における断面図である。詳しくは、印刷ヘッドモジュール２３の搬送方向４におけるノズル列２６（吐出ユニット）の側断面図である。
ここでは、印刷ヘッドモジュール２３を構成する吐出ユニット３０の単品構造、およびインクの吐出動作について説明する。
吐出ユニット３０は、インクを吐出（噴射）するインクジェット式記録ヘッド（吐出ヘッド）であり、ノズルプレート２１側から、流路ユニット２８と、駆動ユニット２９とを、積層した構成となっている。
<Configuration of discharge unit>
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Specifically, it is a side sectional view of the nozzle row 26 (ejection unit) in the transport direction 4 of the print head module 23.
Here, a single product structure of the ejection unit 30 constituting the print head module 23 and an ink ejection operation will be described.
The discharge unit 30 is an ink jet recording head (discharge head) that discharges (jets) ink, and has a configuration in which a flow path unit 28 and a drive unit 29 are stacked from the nozzle plate 21 side.
流路ユニット２８は、ノズルプレート２１、リザーバープレート３１、封止プレート３２などから構成されている。
ノズルプレート２１には、各吐出ユニットの吐出用のノズル２５が図面（紙面）の奥行き方向（紙幅方向５）に形成されている。
リザーバープレート３１は、ノズルプレート２１上に重ねて配置されており、第２連通穴３９と、共通インク室９３とを有している。第２連通穴３９は、ノズル２５と重なる位置に形成された貫通穴である。共通インク室９３は、搬送方向４の上流側に形成された共通のインク室であり、リザーバーともいう。共通インク室９３は、図面の奥行き方向（紙幅方向５）において連続する吐出ユニットに跨って形成されている。共通インク室９３には、インクタンク（図示省略）からチューブなどの供給経路（図示せず）を介してインクが供給されている。
封止プレート３２は、リザーバープレート３１の蓋となる部材であり、共通供給口３４と、第１連通穴３８とを有している。共通供給口３４は、共通インク室９３のインク供給口であり、図面の奥行き方向（紙幅方向５）において共通インク室９３に沿ってスリット状に形成されている。第１連通穴３８は、第２連通穴３９と重なる位置に形成された貫通穴である。
The flow path unit 28 includes a nozzle plate 21, a reservoir plate 31, a sealing plate 32, and the like.
In the nozzle plate 21, discharge nozzles 25 of the respective discharge units are formed in the depth direction (paper width direction 5) in the drawing (paper surface).
The reservoir plate 31 is disposed on the nozzle plate 21 and has a second communication hole 39 and a common ink chamber 93. The second communication hole 39 is a through hole formed at a position overlapping the nozzle 25. The common ink chamber 93 is a common ink chamber formed on the upstream side in the transport direction 4 and is also referred to as a reservoir. The common ink chamber 93 is formed across the discharge units that are continuous in the depth direction of the drawing (paper width direction 5). Ink is supplied to the common ink chamber 93 from an ink tank (not shown) via a supply path (not shown) such as a tube.
The sealing plate 32 is a member that serves as a lid for the reservoir plate 31, and has a common supply port 34 and a first communication hole 38. The common supply port 34 is an ink supply port of the common ink chamber 93 and is formed in a slit shape along the common ink chamber 93 in the depth direction (paper width direction 5) of the drawing. The first communication hole 38 is a through hole formed at a position overlapping the second communication hole 39.
駆動ユニット２９は、圧力室基板４０、振動板４１、ヘッド基板１５などから構成されている。圧力室基板４０には、搬送方向４に長い長方形状の溝からなる圧力室３６が形成されている。圧力室３６は、吐出ユニットごとに形成されているため、平面視における圧力室基板４０には紙幅方向５において複数の圧力室３６が櫛歯状に形成されている。圧力室３６の上流側には、共通供給口３４と重なる位置に貫通穴からなる供給孔３５が形成されている。圧力室３６の下流側には、第１連通穴３８と重なる位置に貫通穴からなる連通孔３７が形成されている。なお、圧力室３６のことをキャビティともいう。
振動板４１は、圧力室基板４０（圧力室３６）の蓋となる部材であり、圧力室３６とは反対側の面（上面）に、アクチュエーターとしての圧電素子３３が貼り付けられている。
The drive unit 29 includes a pressure chamber substrate 40, a vibration plate 41, a head substrate 15, and the like. In the pressure chamber substrate 40, a pressure chamber 36 formed of a rectangular groove long in the transport direction 4 is formed. Since the pressure chamber 36 is formed for each discharge unit, a plurality of pressure chambers 36 are formed in a comb shape in the paper width direction 5 on the pressure chamber substrate 40 in plan view. On the upstream side of the pressure chamber 36, a supply hole 35 including a through hole is formed at a position overlapping the common supply port 34. A communication hole 37 including a through hole is formed on the downstream side of the pressure chamber 36 at a position overlapping the first communication hole 38. The pressure chamber 36 is also referred to as a cavity.
The vibration plate 41 is a member that serves as a lid of the pressure chamber substrate 40 (pressure chamber 36), and a piezoelectric element 33 as an actuator is attached to a surface (upper surface) opposite to the pressure chamber 36.
ヘッド基板１５は、駆動ユニット２９の上方に配置されており、圧電素子３３に選択的に駆動信号を供給する。詳しくは後述するが、ヘッド基板１５には、複数の吐出ユニット３０（圧電素子３３）に対して順次、選択的に駆動信号を供給するためのスイッチセレクト回路が搭載されている。ヘッド基板１５は、印刷ヘッドモジュール２３（図３）に対して１枚取り付けられている。換言すれば、印刷ヘッドモジュール２３を構成する複数の吐出ユニット３０に対して（跨って）１枚セットされている。ヘッド基板１５には、ＦＰＣ５１が接続されている。 The head substrate 15 is disposed above the drive unit 29 and selectively supplies a drive signal to the piezoelectric element 33. As will be described in detail later, the head substrate 15 is mounted with a switch select circuit for selectively supplying a drive signal to the plurality of ejection units 30 (piezoelectric elements 33) sequentially. One head substrate 15 is attached to the print head module 23 (FIG. 3). In other words, one sheet is set with respect to the plurality of discharge units 30 constituting the print head module 23. An FPC 51 is connected to the head substrate 15.
続いて、インクの吐出動作について説明する。
まず、上述した吐出ユニット３０の初期状態としては、共通インク室９３、共通供給口３４、供給孔３５、圧力室３６、連通孔３７、第１連通穴３８、第２連通穴３９までが連通しており、かつ、同じ液圧のインクで満たされた状態となっている。
圧電素子３３に駆動信号が印加されると、圧電素子３３が収縮振動する。当該収縮振動に伴ない振動板４１が撓んで圧力室３６の体積が小さくなると、インクが押し出されてノズル２５からインク滴として吐出される。なお、インクが吐出された後、圧力室３６の体積が元に戻ると、負圧が生じるため、吐出されたインク分のインクが共通インク室９３から圧力室３６に吸い込まれる。
Next, the ink ejection operation will be described.
First, as the initial state of the discharge unit 30 described above, the common ink chamber 93, the common supply port 34, the supply hole 35, the pressure chamber 36, the communication hole 37, the first communication hole 38, and the second communication hole 39 communicate with each other. And filled with ink of the same hydraulic pressure.
When a drive signal is applied to the piezoelectric element 33, the piezoelectric element 33 contracts and vibrates. When the diaphragm 41 is bent due to the contraction vibration and the volume of the pressure chamber 36 is reduced, ink is pushed out and ejected from the nozzle 25 as ink droplets. When the volume of the pressure chamber 36 returns to the original state after the ink is ejected, a negative pressure is generated. Therefore, the ink for the ejected ink is sucked into the pressure chamber 36 from the common ink chamber 93.
《制御回路の構成》
図５は、プリンターの制御回路の構成を示すブロック図である。
ここでは、プリンター１００を制御する制御装置（回路）の構成について説明する。プリンター１００の制御装置は、メイン基板５０（図１）に搭載された複数の回路部位から構成されている。よって、以下、図５に示すメイン基板５０の回路ブロック構成図を用いて制御装置の概要を説明する。
<Control circuit configuration>
FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the control circuit of the printer.
Here, the configuration of a control device (circuit) that controls the printer 100 will be described. The control device of the printer 100 includes a plurality of circuit parts mounted on the main board 50 (FIG. 1). Therefore, the outline of the control device will be described below using the circuit block diagram of the main board 50 shown in FIG.
メイン基板５０（制御装置）には、インターフェイス回路４２、制御回路４３、駆動回路４４、給紙ローラー駆動回路４５、搬送ローラー駆動回路４６などが実装されている。インターフェイス回路４２は、ＰＣ（Personal Computer）１６などの外部機器から入力される印刷データ１７を制御回路４３で処理可能なデータに整え、印刷データ１８として制御回路４３に送信する。
制御回路４３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、ヘッドの駆動回路４４、給紙ローラー駆動回路４５、搬送ローラー駆動回路４６など各部を制御する。制御回路４３には、記憶部としてＲＯＭ（Read-Only Memory）４７、およびＲＡＭ（Random Access Memory）４８が付属している。ＲＯＭ４７には、プリンター１００の動作を制御するための様々な制御プログラム、および付随するデータなどが記憶されている。なお、付随するデータには、吐出ユニット３０の圧電素子３３（図４）を駆動するための駆動信号データ６１のデータテーブルも含まれている。当該テーブルには、解像度（ドットサイズ）、階調、色調などに応じた複数の駆動信号データが格納されている。
An interface circuit 42, a control circuit 43, a drive circuit 44, a paper feed roller drive circuit 45, a transport roller drive circuit 46, and the like are mounted on the main substrate 50 (control device). The interface circuit 42 arranges print data 17 input from an external device such as a PC (Personal Computer) 16 into data that can be processed by the control circuit 43, and transmits the print data 18 to the control circuit 43.
The control circuit 43 is a CPU (Central Processing Unit) and controls each part such as a head drive circuit 44, a paper feed roller drive circuit 45, and a transport roller drive circuit 46. The control circuit 43 includes a ROM (Read-Only Memory) 47 and a RAM (Random Access Memory) 48 as storage units. The ROM 47 stores various control programs for controlling the operation of the printer 100 and accompanying data. The accompanying data includes a data table of drive signal data 61 for driving the piezoelectric element 33 (FIG. 4) of the discharge unit 30. The table stores a plurality of drive signal data corresponding to resolution (dot size), gradation, color tone, and the like.
ＲＡＭ４８には、入力された印刷データ、および当該印刷データを印刷する際に必要な処理データなどが一時的に格納される。また、印刷処理などのプログラムが一時的に展開されることもある。なお、この構成に限定するものではなく、ＲＯＭ、およびＲＡＭを含んだＭＣＵ（Micro Controller Unit）など、１チップの専用システムＩＣ（IntegratedCircuit）を用いても良い。
さらに、制御回路４３では、インターフェイス回路４２を介して入力された印刷データ１８を印字データ６０と駆動信号データ６１との２つに区分け（生成）して、印字データ６０をヘッド基板１５に送信し、駆動信号データ６１を駆動回路４４に送信する。印字データ６０は、印刷ヘッドにおける吐出ユニット３０（図４）のON/OFF切り替えや、吐出タイミングの制御といった情報である。駆動信号データ６１は、吐出ユニット３０の圧電素子３３（図４）に印加する電圧（駆動信号）の情報である。
The RAM 48 temporarily stores input print data and processing data necessary for printing the print data. In addition, a program such as print processing may be temporarily expanded. The configuration is not limited to this, and a single-chip dedicated system IC (Integrated Circuit) such as an MCU (Micro Controller Unit) including ROM and RAM may be used.
Further, the control circuit 43 divides (generates) the print data 18 input via the interface circuit 42 into two print data 60 and drive signal data 61, and transmits the print data 60 to the head substrate 15. The drive signal data 61 is transmitted to the drive circuit 44. The print data 60 is information such as ON / OFF switching of the ejection unit 30 (FIG. 4) in the print head and ejection timing control. The drive signal data 61 is information on a voltage (drive signal) applied to the piezoelectric element 33 (FIG. 4) of the discharge unit 30.
ヘッドの駆動回路４４については、後述する。なお、図５では、簡略化して１つの印刷ヘッドモジュール２３（図３）を駆動するための駆動回路４４を図示しているが、実際は、印刷ヘッドモジュール２３（ヘッド基板１５）の数に対応した数の駆動回路４４が、メイン基板５０に実装されている。
給紙ローラー駆動回路４５は、給紙ローラー７（図２）を回転駆動するためのモーターの駆動回路であり、制御回路４３からの制御信号に基づいてＤＣモータである給紙ローラーモーター５２を駆動する。
搬送ローラー駆動回路４６は、搬送駆動ローラー１１（図２）を回転駆動するモーターの駆動回路であり、制御回路４３からの制御信号に基づいてＤＣモータである搬送ローラーモーター５３を駆動する。
なお、給紙ローラー駆動回路４５も搬送ローラー駆動回路４６も、一般的にはモータードライバ回路と称されるものである。
本実施形態においては、ラインプリンターに適用されているため、モータードライバ回路は、ＤＣモータである給紙ローラーモーター５２と、搬送ローラーモーター５３を駆動している。しかし、紙幅方向５（主走査方向）に往復運動しながら印刷を行うキャリッジを備えた、いわゆるオンキャリッジ型のインクジェットプリンターであっても良い。この場合、キャリッジを紙幅方向に往復動させるため、ＤＣモータで構成されるキャリッジ移動モーターが備えられているし、その場合には、紙送りのためにＤＣモータで構成される媒体送りモーターが備えられている。そして、これらのＤＣモータは、いずれも同様のモータードライバ回路によって駆動制御されている。
ＤＣモータに対する駆動制御は一般的にパルス幅変調が利用される。パルス幅変調後の積分成分でＤＣモータを駆動することが可能なため、構成が簡易となるからである。一方、パルス幅変調で必要となるスイッチング周波数と吐出機構とは一見無縁のように思われる。しかし、発明者らの実験と検討による結果、吐出機構の駆動制御に使用するスイッチング周波数と同等の制御を行わないと、安定した高精度の印刷品質を得られにくいことが分かった。さらに、回路設計においても、スイッチング周波数を吐出機構の駆動制御と同等の周波数帯域にしておく方が容易でもある。
また、図示していないが、ヘッドの駆動回路（ヘッド駆動回路）４４と、給紙ローラー駆動回路４５も搬送ローラー駆動回路４６には、駆動電源として４２Ｖの出力電圧が供給されており、共用している。
このように、本実施形態のメイン基板（制御回路基板）５０では、ヘッドの駆動回路（ヘッド駆動回路）４４と、モータードライバ回路は、一枚の制御回路基板上に、駆動用の電源を共用するヘッド駆動回路とモータードライバ回路とを備え、かつ、同等の周波数帯域のスイッチング周波数で前者はパルス密度変調が行われ、後者はパルス幅変調が行われている。
The head drive circuit 44 will be described later. In FIG. 5, a drive circuit 44 for driving one print head module 23 (FIG. 3) is illustrated in a simplified manner, but actually corresponds to the number of print head modules 23 (head substrates 15). A number of drive circuits 44 are mounted on the main board 50.
The paper feed roller drive circuit 45 is a motor drive circuit for rotationally driving the paper feed roller 7 (FIG. 2), and drives the paper feed roller motor 52, which is a DC motor, based on a control signal from the control circuit 43. To do.
The transport roller drive circuit 46 is a motor drive circuit that rotationally drives the transport drive roller 11 (FIG. 2), and drives the transport roller motor 53 that is a DC motor based on a control signal from the control circuit 43.
The paper feed roller drive circuit 45 and the transport roller drive circuit 46 are generally called motor driver circuits.
In this embodiment, since the present invention is applied to a line printer, the motor driver circuit drives a paper feed roller motor 52 that is a DC motor and a transport roller motor 53. However, a so-called on-carriage type inkjet printer including a carriage that performs printing while reciprocating in the paper width direction 5 (main scanning direction) may be used. In this case, in order to reciprocate the carriage in the paper width direction, a carriage movement motor constituted by a DC motor is provided. In that case, a medium feed motor constituted by a DC motor is provided for paper feeding. It has been. These DC motors are all driven and controlled by a similar motor driver circuit.
In general, pulse width modulation is used for drive control of a DC motor. This is because the DC motor can be driven with the integral component after the pulse width modulation, and the configuration becomes simple. On the other hand, the switching frequency required for the pulse width modulation and the discharge mechanism seem to have no relation. However, as a result of experiments and examinations by the inventors, it has been found that stable high-accuracy print quality is difficult to obtain unless control equivalent to the switching frequency used for drive control of the ejection mechanism is performed. Further, in the circuit design, it is easier to set the switching frequency to the same frequency band as the drive control of the ejection mechanism.
Although not shown, the head drive circuit (head drive circuit) 44 and the paper feed roller drive circuit 45 are also supplied with a 42V output voltage as a drive power supply to the transport roller drive circuit 46, and are shared. ing.
As described above, in the main board (control circuit board) 50 of the present embodiment, the head drive circuit (head drive circuit) 44 and the motor driver circuit share a drive power supply on a single control circuit board. In the former, pulse density modulation is performed at a switching frequency in the same frequency band, and pulse width modulation is performed in the latter.
《ヘッドの駆動回路の構成》
図６は、ヘッドの駆動回路の構成を示すブロック図である。
続いて、駆動回路４４の回路構成について詳細に説明する。
駆動回路４４は、駆動ＩＣ５４、スイッチング回路５５、フィルター回路５６などから構成された、いわゆるＤ級アンプ（デジタルアンプ）である。このＤ級アンプは、機能的には、吐出部に対する元駆動信号を１〜８ＭＨｚの周波数帯域でパルス密度変調して変調信号を生成するＡ／Ｄコンバーターと、前記変調信号を増幅して増幅変調信号を生成するトランジスターと、前記増幅変調信号を平滑化して駆動信号を生成するフィルター回路とを備えるＤ級アンプ部を構成している。
駆動ＩＣ５４は、制御回路４３から供給されるデジタル形式の駆動信号データ６１をＤ／Ａ変換して元駆動信号６２を生成し、パルス密度変調を行い、当該変調データに基づいてスイッチング回路５５をスイッチング駆動する。
<Configuration of head drive circuit>
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the head drive circuit.
Next, the circuit configuration of the drive circuit 44 will be described in detail.
The drive circuit 44 is a so-called class D amplifier (digital amplifier) composed of a drive IC 54, a switching circuit 55, a filter circuit 56, and the like. This class D amplifier is functionally an A / D converter that generates a modulated signal by pulse density modulating the original drive signal for the ejection unit in a frequency band of 1 to 8 MHz, and amplifying and modulating the modulated signal. A class D amplifier unit is provided that includes a transistor that generates a signal and a filter circuit that smoothes the amplified modulation signal to generate a drive signal.
The drive IC 54 D / A converts the digital drive signal data 61 supplied from the control circuit 43 to generate an original drive signal 62, performs pulse density modulation, and switches the switching circuit 55 based on the modulation data. To drive.
駆動ＩＣ５４は、記憶部５７、制御部５８、Ｄ／Ａ変換部５９、三角波発振器６３、比較器６４、ゲートドライブ回路６５などから構成されている。
記憶部５７は、ＲＡＭであり、デジタル電位データなどで構成される駆動信号データ６１を記憶する。
制御部５８は、記憶部５７から読み込んだ駆動信号データ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、後述する三角波発振器６３に向けて三角波信号の周波数や、駆動信号、および駆動信号出力タイミングなどを指示する。また、ゲートドライブ回路６５の動作を停止する動作停止信号６６（動作時：ハイレベル）も出力する。
Ｄ／Ａ変換部５９は、制御部５８から出力される電圧信号をアナログ変換して元駆動信号６２として出力する。つまり、記憶部５７、制御部５８、およびＤ／Ａ変換部５９で、元駆動信号生成回路の機能を果たしている。
The drive IC 54 includes a storage unit 57, a control unit 58, a D / A conversion unit 59, a triangular wave oscillator 63, a comparator 64, a gate drive circuit 65, and the like.
The storage unit 57 is a RAM and stores drive signal data 61 composed of digital potential data and the like.
The control unit 58 converts the drive signal data read from the storage unit 57 into a voltage signal, holds it for a predetermined sampling period, and outputs the frequency of the triangular wave signal, the drive signal, and the drive signal output to the triangular wave oscillator 63 described later. Instruct the timing. Further, an operation stop signal 66 for stopping the operation of the gate drive circuit 65 (during operation: high level) is also output.
The D / A converter 59 converts the voltage signal output from the controller 58 into an analog signal and outputs it as the original drive signal 62. That is, the storage unit 57, the control unit 58, and the D / A conversion unit 59 serve as the original drive signal generation circuit.
三角波発振器６３は、制御部５８の指示に基づく周波数、駆動信号、および駆動信号出力タイミングに応じて、基準信号となる三角波信号を出力する。
比較器６４は、Ｄ／Ａ変換部５９から出力される元駆動信号６２と、三角波発振器６３から出力された三角波信号とを比較し、元駆動信号６２が三角波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（高周波）を出力する。このように、三角波発振器６３、および比較器６４で、変調回路（Ａ／Ｄコンバーター）の機能を果たしている。
ゲートドライブ回路６５は、比較器６４からの変調信号に基づき、後述するスイッチング回路５５の２つのトランジスター６８，７１のいずれかを選択的にオンとする。換言すれば、スイッチング用のトランジスター６８，７１を交互にスイッチング（ON/OFF）駆動する。なお、制御部５８からの動作停止信号６６がローレベルの場合には、２つのトランジスター６８，７１ともにオフとする。
The triangular wave oscillator 63 outputs a triangular wave signal serving as a reference signal in accordance with the frequency, the drive signal, and the drive signal output timing based on an instruction from the control unit 58.
The comparator 64 compares the original drive signal 62 output from the D / A converter 59 with the triangular wave signal output from the triangular wave oscillator 63, and becomes on-duty when the original drive signal 62 is larger than the triangular wave signal. Outputs a pulse duty modulation signal (high frequency). As described above, the triangular wave oscillator 63 and the comparator 64 function as a modulation circuit (A / D converter).
Based on the modulation signal from the comparator 64, the gate drive circuit 65 selectively turns on one of two transistors 68 and 71 of the switching circuit 55 described later. In other words, the switching transistors 68 and 71 are alternately switched (ON / OFF). When the operation stop signal 66 from the control unit 58 is at a low level, both the two transistors 68 and 71 are turned off.
スイッチング回路５５は、２つのトランジスター６８，７１、コンデンサー７２、抵抗７３、コンデンサー７４、抵抗７５などから構成されている。なお、ゲートドライブ回路６５とスイッチング回路５５とで、デジタル電力増幅回路の機能を果たしている。
トランジスター６８は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、ゲート端子はゲートドライブ回路６５のハイサイド側の出力端子ＧＨに接続され、ソース端子はハーフブリッジ出力段となる中間ノード６９（中間電位６９ともいう）に接続され、ドレイン端子はＶＤＤに接続されている。好適例として、出力端子ＧＨとゲート端子との間には、抵抗６７が挿入（介在）されている。
トランジスター７１は、ＭＯＳＦＥＴであり、ゲート端子はゲートドライブ回路６５のローサイド側の出力端子ＧＬに接続され、ソース端子はＧＮＤに接続され、ドレイン端子は中間ノード６９に接続されている。好適例として、出力端子ＧＬとゲート端子との間には、抵抗７０が挿入（介在）されている。なお、抵抗６７，７０は、ゲート端子への過電流を防止するための、過電流防止抵抗である。
The switching circuit 55 includes two transistors 68 and 71, a capacitor 72, a resistor 73, a capacitor 74, a resistor 75, and the like. The gate drive circuit 65 and the switching circuit 55 function as a digital power amplifier circuit.
The transistor 68 is a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), the gate terminal is connected to the output terminal GH on the high side of the gate drive circuit 65, and the source terminal is an intermediate node 69 (intermediate potential) serving as a half-bridge output stage. 69), and the drain terminal is connected to VDD. As a preferred example, a resistor 67 is inserted (intervened) between the output terminal GH and the gate terminal.
The transistor 71 is a MOSFET, the gate terminal is connected to the output terminal GL on the low side of the gate drive circuit 65, the source terminal is connected to GND, and the drain terminal is connected to the intermediate node 69. As a preferred example, a resistor 70 is inserted (intervened) between the output terminal GL and the gate terminal. The resistors 67 and 70 are overcurrent prevention resistors for preventing overcurrent to the gate terminal.
また、好適例として、トランジスター６８のソース端子とドレイン端子との間には、コンデンサー７２、抵抗７３が、この順番で直列に接続されている。同様に、トランジスター７１のソース端子とドレイン端子との間には、コンデンサー７４、抵抗７５が、この順番で直列に接続されている。これらのコンデンサー、抵抗は、スイッチング時の高周波ノイズを低減するための回路である。なお、この構成に限定するものではなく、２つのトランジスター６８，７１だけの構成であっても良い。
スイッチング回路５５の出力信号は、中間ノード６９からフィルター回路５６に出力される。この出力信号は、変調信号を増幅した増幅変調信号であり、ＧＮＤを基準としたＶＤＤ電位（波高）のパルス（方形波）が連続した高周波パルス信号となる。
As a preferred example, a capacitor 72 and a resistor 73 are connected in series between the source terminal and the drain terminal of the transistor 68 in this order. Similarly, a capacitor 74 and a resistor 75 are connected in series in this order between the source terminal and the drain terminal of the transistor 71. These capacitors and resistors are circuits for reducing high-frequency noise during switching. Note that the present invention is not limited to this configuration, and a configuration including only two transistors 68 and 71 may be used.
The output signal of the switching circuit 55 is output from the intermediate node 69 to the filter circuit 56. This output signal is an amplified modulated signal obtained by amplifying the modulated signal, and becomes a high-frequency pulse signal in which pulses (square waves) of VDD potential (wave height) with reference to GND are continuous.
フィルター回路５６は、コイル７６、コンデンサー７７などから構成されたローパスフィルターである。
コイル７６の一端は中間ノード６９に接続されており、他端はコンデンサー７７の一端に接続されている。コンデンサー７７の他端はＧＮＤに接続されている。そして、コイル７６の他端は駆動信号７８の出力ラインとなる。詳しくは、スイッチング回路５５からフィルター回路５６に入力された増幅変調信号は、高周波域がカットされ、元駆動信号６２を増幅したアナログ信号に復調されて駆動信号７８となり、ＦＰＣ５１を介して、ヘッド基板１５に供給される。
The filter circuit 56 is a low-pass filter including a coil 76, a capacitor 77, and the like.
One end of the coil 76 is connected to the intermediate node 69, and the other end is connected to one end of the capacitor 77. The other end of the capacitor 77 is connected to GND. The other end of the coil 76 serves as an output line for the drive signal 78. Specifically, the amplified modulation signal input from the switching circuit 55 to the filter circuit 56 is cut in a high frequency range, demodulated into an analog signal obtained by amplifying the original drive signal 62, and becomes a drive signal 78, and the head substrate via the FPC 51. 15 is supplied.
《駆動信号（波形）の詳細》
図７は、駆動信号、および印字データの一例を示す図である。
ここでは、駆動回路４４が生成する駆動信号（波形）について説明する。
代表的な駆動信号７８は、波形PCOM2のように中間電位６９から立ち上り、暫く高電位(VDD)を維持した後、中間電位６９を下回って立ち下り、暫く低電位(GND)を維持した後、再度中間電位６９まで立ち上り、暫く中間電位６９を維持する波形である。また、波形PCOM1のように、中間電位６９から立ち上り、暫く高電位を維持した後、中間電位６９まで立ち下り（戻り）、暫く中間電位６９を維持する波形も駆動波形である。つまり、駆動信号７８は、時系列で連続する単位波形PCOM1，PCOM2，PCOM3…から構成されている。
<Details of drive signal (waveform)>
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a drive signal and print data.
Here, the drive signal (waveform) generated by the drive circuit 44 will be described.
A typical drive signal 78 rises from the intermediate potential 69 as shown by the waveform PCOM2, maintains a high potential (VDD) for a while, falls below the intermediate potential 69, and maintains a low potential (GND) for a while. The waveform rises again to the intermediate potential 69 and maintains the intermediate potential 69 for a while. Further, a waveform that rises from the intermediate potential 69 and maintains a high potential for a while and then falls (returns) to the intermediate potential 69 and maintains the intermediate potential 69 for a while as shown by a waveform PCOM1 is also a drive waveform. That is, the drive signal 78 is composed of unit waveforms PCOM1, PCOM2, PCOM3.
波形PCOM2の場合、立ち上り部分がノズル２５（図４）に連通する圧力室３６（図４）の容積を拡大してインクを引き込む（インクの吐出面を考えればメニスカスを引き込む）段階であり、立ち下がり部分が圧力室３６の容積を縮小してインクを押出す（メニスカスを押出す）段階となる。この動作によりインク滴がノズルから吐出される。また、波形PCOM1は、微振動と呼ばれる単位波形であり、ノズル付近のインクを吐出しないレベルで揺動（メニスカスを出し入れ）することで、インクを攪拌して増粘を抑制するための波形である。 In the case of the waveform PCOM2, the rising portion is a stage in which the volume of the pressure chamber 36 (FIG. 4) communicating with the nozzle 25 (FIG. 4) is expanded and ink is drawn in (considering the ink discharge surface, the meniscus is drawn). The descending portion is a step of reducing the volume of the pressure chamber 36 and extruding ink (extruding a meniscus). By this operation, ink droplets are ejected from the nozzles. The waveform PCOM1 is a unit waveform called micro-vibration, and is a waveform for suppressing viscosity increase by agitating ink (in and out of the meniscus) at a level that does not eject ink near the nozzle, thereby stirring the ink. .
また、単独の波形PCOM2だけでインク滴を吐出させても良い。電圧台形波からなる波形PCOM2の電圧増減傾きや、波高値を種々に変更することにより、インクの引き込み量や引き込み速度、押し出し量や押し出し速度を変化させることが可能となり、異なる大きさのインク滴を得ることができる。
図７の駆動信号７８のように、複数の駆動波形を時系列的に連結することにより、先に着弾したインクが乾かないうちに、次のインク滴を同じ位置に着弾させることができるため、印刷ドットのサイズを大きくすることも可能となる。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。
Ink droplets may be ejected using only the single waveform PCOM2. By variously changing the voltage increase / decrease slope and peak value of waveform PCOM2 consisting of a voltage trapezoidal wave, it is possible to change the amount of ink drawn in, the speed of drawing, the amount of pushing out and the speed of pushing out, and ink droplets of different sizes Can be obtained.
By connecting a plurality of drive waveforms in time series like the drive signal 78 in FIG. 7, the next ink droplet can be landed at the same position before the previously landed ink has dried. It is also possible to increase the size of printing dots. By combining such techniques, it is possible to increase the number of gradations.
続いて、駆動信号７８の波形品質などについて、図６を交えて説明する。
前述した通り、駆動信号７８は、Ｄ／Ａ変換部５９で生成された元駆動信号６２を増幅した信号である。詳しくは、駆動信号７８は、振動幅（peak to peak）が数ボルト（例えば約３Ｖ）の元駆動信号６２を数十ボルト（例えば約４２Ｖ）の振動幅に増幅した信号である。例えば、波形PCOM2は、元駆動信号６２における波形COMA（図７の上方拡大図）を増幅した波形である。
ここで、駆動信号７８の波形品質（増幅前後の相似度合）は、元駆動信号６２の波形をジャギーを抑えて略忠実に再現したものとなっている。
Next, the waveform quality and the like of the drive signal 78 will be described with reference to FIG.
As described above, the drive signal 78 is a signal obtained by amplifying the original drive signal 62 generated by the D / A converter 59. Specifically, the drive signal 78 is a signal obtained by amplifying the original drive signal 62 having a vibration width (peak to peak) of several volts (for example, about 3V) to a vibration width of several tens of volts (for example, about 42V). For example, the waveform PCOM2 is a waveform obtained by amplifying the waveform COMA (upper enlarged view of FIG. 7) in the original drive signal 62.
Here, the waveform quality (similarity before and after amplification) of the drive signal 78 is a faithful reproduction of the waveform of the original drive signal 62 while suppressing jaggies.
これは、パルス密度変調方式を採用しているからである。詳しくは、例えば電源電圧４２Ｖとしたときに、駆動信号７８の振動幅は約２〜３７Ｖと広いレンジが必要となる。波形品質を確保してパルス変調を行うためには、メガヘルツオーダーの高周波の変調信号で駆動することが求められるが、発明者等の実験結果によれば、周期が一定のパルス幅変調方式よりも、パルス密度変調方式の方が、より高周波駆動に適しているからである。すなわち、パルス幅変調方式で波形品質を確保しようとする場合、元駆動信号の周波数成分のうち、最も高い周波数に対応して余裕を持った周波数を維持してパルス幅を変調する必要がある。これに対してパルス密度変調方式であれば、元駆動信号のうちの最も高い周波数の周波数成分を生成する時だけスイッチング周波数を上げればよく、常に最も高い周波数に対応したスイッチング周波数を維持する必要がないからである。なお、一般のオーディオ機器では、３２ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ程度の周波数が用いられている。 This is because a pulse density modulation method is employed. Specifically, for example, when the power supply voltage is 42 V, the vibration width of the drive signal 78 needs to be a wide range of about 2 to 37 V. In order to perform pulse modulation while ensuring waveform quality, it is required to drive with a high frequency modulation signal on the order of megahertz, but according to the results of experiments by the inventors, compared to a pulse width modulation method with a constant period. This is because the pulse density modulation method is more suitable for high-frequency driving. That is, when trying to ensure waveform quality by the pulse width modulation method, it is necessary to modulate the pulse width while maintaining a frequency with a margin corresponding to the highest frequency among the frequency components of the original drive signal. On the other hand, in the case of the pulse density modulation method, it is only necessary to increase the switching frequency only when generating the highest frequency component of the original drive signal, and it is necessary to always maintain the switching frequency corresponding to the highest frequency. Because there is no. In general audio equipment, a frequency of about 32 kHz to 400 kHz is used.
図８は、元駆動信号のスペクトル解析図である。詳しくは、図７の元駆動信号における波形COMA（増幅後の波形PCOM2）を周波数スペクトル解析した図である。グラフ９５に示すように、周波数スペクトル解析された元駆動信号COMAには約１０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ程度の周波数が含まれていることがわかる。 FIG. 8 is a spectrum analysis diagram of the original drive signal. Specifically, FIG. 8 is a diagram obtained by frequency spectrum analysis of the waveform COMA (the amplified waveform PCOM2) in the original drive signal of FIG. As shown in the graph 95, it can be seen that the original drive signal COMA subjected to frequency spectrum analysis includes a frequency of about 10 kHz to 400 kHz.
駆動信号をデジタルアンプで増幅するためには最低でも増幅前の駆動信号に含まれる周波数成分の１０倍以上のスイッチング周波数でデジタルアンプを駆動させてやる必要がある。もし、駆動信号に含まれる周波数スペクトルに比して、デジタルアンプのスイッチング周波数が１０倍未満である場合、駆動信号に含まれる高周波スペクトル成分を変調し増幅することができず、駆動信号の角（エッジ）が鈍り丸くなってしまう。駆動信号が鈍ると波形の立ち上り、立ち下りエッジに応じて動作する圧電素子の動きが緩慢になり、吐出量が不安定になったり、吐出しなかったりする可能性がある。つまり、不安定な駆動が発生してしまう虞がある。 In order to amplify the drive signal with the digital amplifier, it is necessary to drive the digital amplifier with a switching frequency at least 10 times the frequency component included in the drive signal before amplification. If the switching frequency of the digital amplifier is less than 10 times the frequency spectrum included in the drive signal, the high frequency spectrum component included in the drive signal cannot be modulated and amplified, and the angle ( Edge) becomes dull and rounded. When the drive signal is dull, the movement of the piezoelectric element that operates according to the rising and falling edges of the waveform becomes slow, and the discharge amount may become unstable or may not discharge. That is, unstable driving may occur.
本実施形態においては、図８のグラフ９５に示されるように約６０ｋＨｚにピークを有し、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの帯域に主成分を含んでいるといえる。そして、多くの成分が１００ｋＨｚ未満にあるゆえ、最低でも１００ｋＨｚの１０倍である１ＭＨｚ程度のスイッチング周波数で駆動可能なデジタルアンプであることが望ましい。
一方、同グラフ９５に示されるように８００ｋＨｚを超す周波数帯域ではほぼ成分がないため、最高でも８００ｋＨｚの１０倍である８ＭＨｚ程度以上のスイッチング周波数で駆動する必要はないといえる。
In this embodiment, as shown in the graph 95 of FIG. 8, it can be said that it has a peak at about 60 kHz and contains the main component in the band of 10 kHz to 100 kHz. Since many components are below 100 kHz, it is desirable that the digital amplifier be capable of being driven at a switching frequency of about 1 MHz that is at least 10 times 100 kHz.
On the other hand, as shown in the graph 95, since there is almost no component in the frequency band exceeding 800 kHz, it can be said that it is not necessary to drive at a switching frequency of about 8 MHz or more which is 10 times 800 kHz at the maximum.
ここで、元駆動信号に含まれる周波数成分は、吐出させるインク滴の大きさや、印刷ドットのサイズに応じた元駆動信号の波形によって異なる。例えば、波形COMAは、標準よりも小さいサイズのインク滴を吐出させるための元駆動信号であるため、図８に示すように振動幅が約２Ｖ程度と小さくなっている。このように、小さいサイズのインク滴を吐出させるためには、圧電素子を急峻に動かし少量のインク滴を吐出させなければいけない為、そのための駆動信号には、高周波スペクトル成分を多く含む必要があるゆえ、また、高速印刷を行うためには、圧電素子を速く動かさなければいけない都合上、高周波スペクトル成分を多く含む必要がある。つまり、高速高画質印刷を追求すればするほど、要求される最低限度の周波数は高くなる傾向にある。 Here, the frequency component included in the original drive signal varies depending on the size of the ink droplet to be ejected and the waveform of the original drive signal in accordance with the size of the print dot. For example, since the waveform COMA is an original drive signal for ejecting ink droplets having a size smaller than the standard, the vibration width is as small as about 2V as shown in FIG. As described above, in order to eject ink droplets of a small size, it is necessary to rapidly move the piezoelectric element to eject a small amount of ink droplets. Therefore, a drive signal for that purpose needs to include a lot of high-frequency spectral components. Therefore, in order to perform high-speed printing, it is necessary to include a lot of high-frequency spectral components for the convenience of moving the piezoelectric element quickly. In other words, the required minimum frequency tends to increase as the high-speed and high-quality printing is pursued.
なお、本実施形態における駆動信号は一般的な家庭およびオフィスでの使用を目的として設計されたものであって、１８０個の圧電素子を用いて５７６０×１４４０ｄｐｉ程度のＡ４サイズの印刷物を毎分５枚程度印刷することを想定して設計されたものである。 The drive signal in the present embodiment is designed for use in general homes and offices, and 180 piezoelectric elements are used to print an A4 size printed matter of about 5760 × 1440 dpi per minute. It is designed on the assumption that about a sheet will be printed.
また、スイッチング周波数が高い場合も異なる問題が発生する。圧電素子を駆動させるような高圧、且つ、高周波でスイッチングを行おうとするとスイッチング用のトランジスターの構造上の理由から、接合容量が増加しそれに起因するノイズが発生したり、高周波駆動によるスイッチング損失が増加したり、など種々の問題が発生してしまう。特に、デジタルアンプにおいてスイッチング損失の増加は大きな問題となり得る。つまり、スイッチング損失の増加は、デジタルアンプがＡＢ級アンプ（アナログアンプ）と比して優位性を確保している省電力性・省発熱性と言うメリットが損なわれてしまう恐れがあるからである。 Different problems also occur when the switching frequency is high. If switching is performed at a high voltage and high frequency that drives a piezoelectric element, the junction capacitance increases due to the structural reasons of the transistor for switching, and noise due to it increases, or switching loss due to high frequency driving increases. Various problems occur. In particular, an increase in switching loss in a digital amplifier can be a big problem. In other words, the increase in switching loss is because there is a risk that the advantages of power saving and heat saving that a digital amplifier has secured superiority to a class AB amplifier (analog amplifier) may be impaired. .
本実施形態においては、従来から使用していたアナログアンプ（ＡＢ級アンプ）と比した場合、８ＭＨｚまでは、デジタルアンプの方が優位であるとの結果が得られたが、それ以上の周波数でトランジスターを駆動させた場合には、ＡＢ級アンプの方が優位となることもあり得ることが解っている。 In the present embodiment, when compared with an analog amplifier (Class AB amplifier) that has been used in the past, a result that the digital amplifier is superior to 8 MHz was obtained, but at a frequency higher than that, It has been found that when a transistor is driven, a class AB amplifier may be superior.
これらを鑑みて、変調信号の周波数は、１ＭＨｚ以上で、かつ、８ＭＨｚ未満であることがより好ましい。本実施形態では、吐出ユニット（圧電素子）の仕様や、吐出品質に応じて、１ＭＨｚ以上、または、８ＭＨｚ未満の範囲内で設定すれば良い。 In view of these, the frequency of the modulation signal is more preferably 1 MHz or more and less than 8 MHz. In the present embodiment, it may be set within a range of 1 MHz or more or less than 8 MHz according to the specification of the discharge unit (piezoelectric element) and the discharge quality.
《吐出ユニットの選択（切り換え）方法》
図９は、ヘッド基板の回路ブロック図である。
続いて、ヘッド基板１５の回路構成、および印刷ヘッドモジュール２３（図３）の複数の吐出ユニット３０（圧電素子３３）を順次、選択する切り替え方法について説明する。
図７において、駆動信号７８の下方には、印字データ６０の一例が示されている。印字データ６０は、印刷ヘッドにおける吐出ユニットのON/OFF切り替えや、吐出タイミングの制御を行うための信号であり、駆動パルス選択信号ＳＩ＆ＳＰ、ラッチ信号ＬＡＴ、チャンネル信号ＣＨ、クロック信号（図示せず）などがある。
図９に示すように、印字データ６０は、駆動信号７８と同様に、ＦＰＣ５１を介してヘッド基板１５に供給される。
<< Discharge unit selection (switching) >>
FIG. 9 is a circuit block diagram of the head substrate.
Next, a circuit configuration of the head substrate 15 and a switching method for sequentially selecting the plurality of ejection units 30 (piezoelectric elements 33) of the print head module 23 (FIG. 3) will be described.
In FIG. 7, an example of the print data 60 is shown below the drive signal 78. The print data 60 is a signal for switching ON / OFF of the discharge unit in the print head and controlling discharge timing, and includes a drive pulse selection signal SI & SP, a latch signal LAT, a channel signal CH, and a clock signal (not shown). and so on.
As shown in FIG. 9, the print data 60 is supplied to the head substrate 15 via the FPC 51, similarly to the drive signal 78.
ヘッド基板１５は、シフトレジスター７９、ラッチ回路８０、レベルシフター８１、選択スイッチ８２などから構成されている。
シフトレジスター７９には、駆動パルス選択信号ＳＩ＆ＳＰが順次入力されると共に、クロック信号（図示せず）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８０は、ノズル数分の駆動パルス選択信号ＳＩ＆ＳＰがシフトレジスター７９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ー７９の各出力信号をラッチする。ラッチ回路８０に保存された信号は、レベルシフター８１によって次段の選択スイッチ８２をオン／オフできる電圧レベルに変換される。この電圧変換は、駆動信号７８が、ラッチ回路８０の出力電圧に比べて高い電圧であるため、このレベルに合せて選択スイッチ８２の動作電圧も高く設定されているからである。なお、ラッチ回路８０には、チャンネル信号ＣＨも入力されている。チャンネル信号ＣＨは、駆動信号７８の個別波形PCOMをラッチする。つまり、ラッチ信号ＬＡＴで一連の駆動信号７８が出力され始め、チャンネル信号ＣＨごとに個別波形PCOMが出力される。
The head substrate 15 includes a shift register 79, a latch circuit 80, a level shifter 81, a selection switch 82, and the like.
The drive pulse selection signal SI & SP is sequentially input to the shift register 79, and the storage area is sequentially shifted from the first stage to the subsequent stage in response to an input pulse of a clock signal (not shown). The latch circuit 80 latches each output signal of the shift register 79 by the input latch signal LAT after the drive pulse selection signals SI & SP for the number of nozzles are stored in the shift register 79. The signal stored in the latch circuit 80 is converted by the level shifter 81 into a voltage level that can turn on / off the selection switch 82 in the next stage. This is because the drive signal 78 is higher than the output voltage of the latch circuit 80 in this voltage conversion, so that the operating voltage of the selection switch 82 is also set higher in accordance with this level. Note that a channel signal CH is also input to the latch circuit 80. The channel signal CH latches the individual waveform PCOM of the drive signal 78. That is, a series of drive signals 78 starts to be output in response to the latch signal LAT, and an individual waveform PCOM is output for each channel signal CH.
このようにして、対応する個別スイッチがオンとなった吐出ユニットの圧電素子３３には、駆動パルス選択信号ＳＩ＆ＳＰの接続タイミングで、駆動信号７８が供給される。
また、シフトレジスター７９の駆動パルス選択信号ＳＩ＆ＳＰがラッチ回路８０に保存された後、次の印刷情報がシフトレジスター７９に入力され、インク滴の吐出タイミングに合せてラッチ回路８０の保存データが順次更新される。
In this manner, the drive signal 78 is supplied to the piezoelectric element 33 of the discharge unit in which the corresponding individual switch is turned on at the connection timing of the drive pulse selection signal SI & SP.
Further, after the drive pulse selection signal SI & SP of the shift register 79 is stored in the latch circuit 80, the next print information is input to the shift register 79, and the stored data of the latch circuit 80 is sequentially updated in accordance with the ink droplet ejection timing. Is done.
《メイン基板における駆動回路の配線態様》
図１０は、メイン基板における駆動回路領域の平面図である。
まず、メイン基板５０の基本仕様について説明する。
本実施形態では、好適例としてメイン基板５０は、ガラエポ（ガラスエポキシ）基板（例えばＦＲ４）の４層基板を採用している。初期状態では、各層の全面に銅箔が貼り付けられており、エッチング法や、フォトリソ法などの公知の方法で、銅箔をパターニングして必要な配線パターンを形成した上で一枚の制御回路基板となるように積層して形成されている。
ここで、メイン基板５０には、表面と裏面との間を貫通するとともに、各層の配線間の電気的な接続を取るスルホール８５（以降、ＴＨ８５ともいう）が複数個形成されている。なお、本実施形態における「スルホール」とは、日本工業規格プリント回路用語(JIS:C5603-1993)における『バイア（ビア）』のことであり、層間を接続するために用いられる穴である。ＴＨ８５は、基板に穴を開けて、穴の内壁にメッキを施すことによって形成されている。
<< Wiring mode of drive circuit on main board >>
FIG. 10 is a plan view of a drive circuit area on the main board.
First, basic specifications of the main board 50 will be described.
In this embodiment, as a suitable example, the main substrate 50 employs a four-layer substrate of a glass epoxy (glass epoxy) substrate (for example, FR4). In the initial state, copper foil is pasted on the entire surface of each layer, and after forming the necessary wiring pattern by patterning the copper foil by a known method such as etching method or photolithography method, one control circuit It is formed by being laminated so as to become a substrate.
Here, a plurality of through-holes 85 (hereinafter also referred to as TH85) are formed in the main substrate 50 so as to penetrate between the front surface and the back surface and to make electrical connection between the wirings of each layer. The “through hole” in the present embodiment is a “via” in Japanese Industrial Standard printed circuit terminology (JIS: C5603-1993), and is a hole used to connect layers. TH85 is formed by making a hole in the substrate and plating the inner wall of the hole.
図１０には、メイン基板５０の表面（１層目）において駆動回路４４が実装（配置）されている実装領域が示されている。駆動回路４４は、駆動ＩＣ実装領域１５４、スイッチング回路実装領域１５５、およびフィルター回路実装領域１５６の連続する３領域に跨って実装されている。なお、本実施形態では、メイン基板５０のことを駆動基板あるいは制御回路基板ともいう。
駆動ＩＣ実装領域１５４には、ＤＩＰタイプの駆動ＩＣ５４が実装されている。当該領域の紙面（図面）に向かって右隣りには、スイッチング回路実装領域１５５が配置されている。
スイッチング回路実装領域１５５には、抵抗６７，７０、トランジスター６８，７１、コンデンサー７２、抵抗７３、コンデンサー７４、抵抗７５が実装されている。当該領域の右隣りには、フィルター回路実装領域１５６が配置されている。
フィルター回路実装領域１５６には、コイル７６、コンデンサー７７が実装されている。このように、駆動回路４４を構成する全ての部品が表面に実装されているが、スイッチング回路実装領域１５５を中心に多くのＴＨ８５が設けられており、これらの部品間の電気的接続にもＴＨ８５が用いられている。
FIG. 10 shows a mounting area where the drive circuit 44 is mounted (arranged) on the surface (first layer) of the main substrate 50. The drive circuit 44 is mounted over three continuous regions of the drive IC mounting region 154, the switching circuit mounting region 155, and the filter circuit mounting region 156. In the present embodiment, the main board 50 is also referred to as a drive board or a control circuit board.
A DIP type driving IC 54 is mounted in the driving IC mounting area 154. A switching circuit mounting region 155 is arranged on the right side of the region (the drawing).
In the switching circuit mounting region 155, resistors 67 and 70, transistors 68 and 71, a capacitor 72, a resistor 73, a capacitor 74, and a resistor 75 are mounted. A filter circuit mounting area 156 is arranged on the right side of the area.
In the filter circuit mounting area 156, a coil 76 and a capacitor 77 are mounted. As described above, all the components constituting the drive circuit 44 are mounted on the surface, but many TH85s are provided around the switching circuit mounting region 155, and TH85 is also used for electrical connection between these components. Is used.
図１１は、駆動回路の配線規模を示す平面図であり、図１０に対応している。
図１１は、図１０から駆動回路４４の部品だけを抜き出して、各部品の端子間を図６の回路配線の通り実線で接続してみた図面である。この図から解るように、実線が交差する部分はなく、配線が片面（表面）で完結している。つまり、駆動回路４４は、ＴＨ８５を設け（用い）なくても、片面基板で十分に実装できる配線規模であることが解る。
他方、実際のメイン基板５０では、前述したように、高価な多層基板を用いた上に、多くのＴＨ８５を形成している。また、発熱部位を含むＤ級アンプ部では、ＴＨ８５は本来の回路形成に必要な数を超えている。これは、ＴＨ８５を放熱用として用いているからである。発明者等の実験結果によれば、発熱部にＴＨ８５を形成することによって、放熱効果が得られることが解っている。詳しくは、以下に説明する。
FIG. 11 is a plan view showing the wiring scale of the drive circuit, and corresponds to FIG.
FIG. 11 is a drawing in which only the components of the drive circuit 44 are extracted from FIG. 10 and the terminals of each component are connected by solid lines as in the circuit wiring of FIG. As can be seen from this figure, there is no portion where the solid lines intersect, and the wiring is completed on one side (surface). That is, it is understood that the drive circuit 44 has a wiring scale that can be sufficiently mounted on a single-sided board without providing (using) TH85.
On the other hand, in the actual main board 50, as described above, an expensive multilayer board is used, and many TH85 are formed. Further, in the class D amplifier unit including the heat generating portion, TH85 exceeds the number necessary for the original circuit formation. This is because TH85 is used for heat dissipation. According to the experiment results of the inventors, it has been found that a heat dissipation effect can be obtained by forming TH85 in the heat generating portion. Details will be described below.
（発熱分布）
図１２は、駆動回路の発熱分布を示す平面図であり、図１０に対応している。
発明者等は、駆動回路４４の発熱分布を調べるために、評価用のガラエポ基板に駆動回路４４を実装し、実際の駆動と略同等となる試験条件で駆動回路４４に負荷を掛けた状態で、サーモグラフィーで温度分布を調査した。なお、評価用基板の配線パターンは、実際のメイン基板５０（図１０）とは異なり、放熱用のスルホールは設けられておらず、電気配線および評価用に必要な配線を施した簡素な仕様とした。
図１２は、前記試験の結果を示したものであり、最も温度が高い部分はスイッチング回路実装領域１５５であった。その中でも、２つのトランジスター６８，７１を中心に網掛けの楕円で示した発熱領域９７が高温となっていた。詳しくは、トランジスター６８，７１のパッケージの温度が最も高くて約７０℃であり、次いで、各トランジスターのドレイン端子周辺パターンの温度が６５〜７０℃という結果だった。他の領域は、温度が高い部分でも５０℃未満であったが、順番付けすると、次がフィルター回路実装領域１５６で、駆動ＩＣ実装領域１５４（３領域の中で一番低い）の順番であった。
(Fever distribution)
FIG. 12 is a plan view showing the heat generation distribution of the drive circuit, and corresponds to FIG.
In order to investigate the heat generation distribution of the drive circuit 44, the inventors mounted the drive circuit 44 on a glass epoxy substrate for evaluation, and applied a load to the drive circuit 44 under test conditions substantially equivalent to actual driving. The temperature distribution was investigated by thermography. Unlike the actual main board 50 (FIG. 10), the wiring pattern of the evaluation board is not provided with a through hole for heat dissipation, and has a simple specification with electrical wiring and wiring necessary for evaluation. did.
FIG. 12 shows the result of the test, and the portion with the highest temperature was the switching circuit mounting region 155. Among them, the heat generating region 97 indicated by the shaded ellipse centered on the two transistors 68 and 71 was at a high temperature. Specifically, the temperature of the package of the transistors 68 and 71 was the highest at about 70 ° C., and then the temperature of the drain terminal peripheral pattern of each transistor was 65 to 70 ° C. In other areas, the temperature was lower than 50 ° C. even when the temperature was high, but when ordered, the filter circuit mounting area 156 was the next, followed by the drive IC mounting area 154 (the lowest of the three areas). It was.
この実験結果による最大で約７０℃という発熱が問題になるレベルか否かというと、駆動回路４４が１つだけの構成であれば支障ないかも知れないが、前述したように、実際は、メイン基板５０に複数の駆動回路４４が隣り合って実装されることになる。メイン基板５０は、ケース３（図１）内の底部側に取り付けられるため熱が篭り易く、さらに隣り合う複数の駆動回路４４も発熱することに加えて、電源回路など他の発熱源からの熱も加わることなどを考慮すると、ヒートシンクまでは不要であっても、何らかの放熱対策の必要があると判断した。
２つのトランジスター６８，７１自体が最大の発熱部位となる最大の要因は、スイッチング損失であると考察している。詳しくは、スイッチング時にドレイン・ソース間を流れる電流によって、トランジスター内部のオン抵抗で電力が熱として消費されるからである。特に、このスイッチング損失はスイッチングごとに発生するため、オーディオ機器などと比べて１０倍以上となるメガヘルツオーダーの高周波で駆動される駆動回路４４においては、無視できない発熱量となってしまう。
As a result of this experimental result, whether or not the heat generation of about 70 ° C. at the maximum is a problem, it may be no problem if the drive circuit 44 has only one configuration. 50, a plurality of drive circuits 44 are mounted next to each other. Since the main board 50 is attached to the bottom side in the case 3 (FIG. 1), heat is easily generated, and in addition to the plurality of adjacent drive circuits 44 generating heat, heat from other heat sources such as a power supply circuit is also generated. Considering that the heat sink is added, even if the heat sink is unnecessary, it was determined that some heat dissipation measures are necessary.
It is considered that the largest factor that causes the two transistors 68 and 71 themselves to generate the largest heat generation is switching loss. Specifically, the current flowing between the drain and source during switching consumes power as heat at the on-resistance inside the transistor. In particular, since this switching loss occurs at each switching, the driving circuit 44 driven at a high frequency on the order of megahertz, which is 10 times or more that of an audio device or the like, generates a heat generation amount that cannot be ignored.
（放熱用スルホールの検証）
図１３は、理論検証における基板設定を示す図である。図１４は、基板の裏面への放熱特性を示すグラフである。
発明者等は、前記発熱分布結果を踏まえ、様々な放熱対策を模索する中で、基板に放熱用のスルホールを設けることに想到し、スルホールでの放熱効果について理論検証（シミュレーション）を行った。理論検証に当たり、図１３に示すように、検証用基板の条件設定をしている。
(Verification of heat dissipation through hole)
FIG. 13 is a diagram illustrating board setting in theoretical verification. FIG. 14 is a graph showing the heat dissipation characteristics to the back surface of the substrate.
The inventors, while searching for various heat dissipation measures based on the heat generation distribution results, conceived of providing through holes for heat dissipation in the substrate, and conducted theoretical verification (simulation) on the heat dissipation effect in the through holes. In the theoretical verification, as shown in FIG. 13, the conditions of the verification substrate are set.
図１３の検証用基板では、ＴＨ８５を４行×４列（計１６個）に配置している。この配置領域における長さを「Ｌ」とする。なお、シミュレーションでは、ＴＨ８５の数を変化させるため、ＴＨ８５の数に応じて長さＬも変化する。この際、ＴＨ８５の配置ピッチは一定としている。
また、ＴＨ８５の数を「Ｎ」とし、直径（穴径）を「φ」、メッキの厚さを「ｔ」とした。基板の厚さを「Ｈ」とし、Ｈ＝１ｍｍで固定値とした。
配線およびメッキを構成する銅の熱伝導率を「Ｋａ」とし、Ｋａ＝３８０Ｗ／ｍＫで固定値とした。
ガラエポ基板における樹脂の熱伝導率を「Ｋｂ」として、Ｋｂ＝０．３Ｗ／ｍＫで固定値とした。
In the verification substrate of FIG. 13, TH85 are arranged in 4 rows × 4 columns (16 in total). The length in this arrangement area is “L”. In the simulation, since the number of TH85 is changed, the length L also changes according to the number of TH85. At this time, the arrangement pitch of TH85 is constant.
The number of TH85 is “N”, the diameter (hole diameter) is “φ”, and the thickness of the plating is “t”. The thickness of the substrate was “H”, and a fixed value was set at H = 1 mm.
The thermal conductivity of copper constituting the wiring and plating was set to “Ka”, and Ka = 380 W / mK was set to a fixed value.
The thermal conductivity of the resin in the glass epoxy substrate is “Kb”, and Kb = 0.3 W / mK, which is a fixed value.
前記設定条件に基づき、以下の理論式を導出した。
まず、スルホール部分の熱抵抗Ｒａは、次の数式（１）で求められる。
Based on the setting conditions, the following theoretical formula was derived.
First, the thermal resistance Ra of the through hole portion is obtained by the following mathematical formula (1).
同様に、基板の樹脂部分の熱抵抗Ｒｂは、次の数式（２）で求められる。
Similarly, the thermal resistance Rb of the resin portion of the substrate can be obtained by the following formula (2).
そして、基板の表面から裏面への熱抵抗Ｒは、次の数式（３）で求められる。
And the thermal resistance R from the surface of a board | substrate to a back surface is calculated | required by following Numerical formula (3).
図１４のグラフ８６は、上述した数式（１）〜（３）を用いて、ＴＨ８５の数を変化させた場合における基板の表面から裏面への熱抵抗Ｒの変化をシミュレーションした結果である。横軸はスルホールの数、縦軸は熱抵抗Ｒとしている。
グラフ８６から解るように、ＴＨ８５の数が１個の場合は熱抵抗Ｒ＝３２℃／Ｗで、放熱効果は殆ど期待できないが、数を１０個にすると熱抵抗Ｒ＝３．２℃／Ｗとなり、１個のときの１／１０の熱抵抗となるため、かなりの放熱能力を期待できる結果となった。また、ＴＨ８５の数を増やす程、熱抵抗が下がることも理論検証できた。
スルホールが放熱作用を奏する理由は、主にＴＨ８５の内壁に施された銅メッキ（金属）による熱伝導によるものと考察している。詳しくは、表面パターンの熱がＴＨ８５の銅メッキを解して裏面パターンに移動（伝導）する。また、本シミュレーションでは考慮しなかったが、大径のスルホールなど内部が充填されていない中空（貫通穴）のスルホールを形成した場合には、さらに空気の対流による放熱効果も期待できる。
A graph 86 in FIG. 14 is a result of simulating a change in the thermal resistance R from the front surface to the back surface of the substrate when the number of TH85 is changed using the above-described mathematical expressions (1) to (3). The horizontal axis represents the number of through holes, and the vertical axis represents the thermal resistance R.
As can be seen from the graph 86, when the number of TH85 is 1, the thermal resistance R = 32 ° C./W, and almost no heat dissipation effect can be expected, but when the number is 10, the thermal resistance R = 3.2 ° C./W. As a result, the thermal resistance is 1/10 of that of one, so that a considerable heat radiation capability can be expected. It was also theoretically verified that the thermal resistance decreases as the number of TH85 is increased.
It is considered that the reason why the through hole exerts a heat radiation effect is mainly due to heat conduction by copper plating (metal) applied to the inner wall of TH85. Specifically, the heat of the surface pattern moves (conducts) to the back surface pattern through the TH85 copper plating. Although not considered in this simulation, when a hollow (through hole) through-hole such as a large-diameter through-hole is not filled, a heat dissipation effect by air convection can be expected.
（スルホールの詳細な配置態様）
図１５は、図１０のスイッチング回路実装領域の拡大図である。なお、図面全体の尺度は拡大しているが、部品とパターンサイズ（ＴＨ含む）との相対尺度は設計値の比率を維持している。これは、図１０以降の各図においても同様である。また、図面に向かって、スイッチング回路実装領域１５５を中心としたときに、駆動ＩＣ実装領域１５４側を左側、フィルター回路実装領域１５６側を右側とし、左右方向を横方向として以下説明する。同様に、トランジスター６８を中心としたときに、トランジスター７１側を下側、その反対側を上側とし、上下方向を縦方向として説明する。なお、図１５では、配線（パターン）を見易くするために、電子部品の外形（パッケージ）を点線で示している。
駆動回路４４の配線レイアウト（パターン、ＴＨ配置）は、上述した発熱分布調査、および放熱用スルホールの理論検証で得られた知見から設計されている。
ここでは、トランジスターの実装端子周辺の配線レイアウトについて説明する。まず、トランジスター６８のドレイン端子に接続する配線（第１配線）から説明する。ドレイン端子は、トランジスターのパッケージに次いで発熱量が多い部位である。
(Detailed arrangement of through holes)
FIG. 15 is an enlarged view of the switching circuit mounting region of FIG. Although the scale of the entire drawing is enlarged, the relative scale between the part and the pattern size (including TH) maintains the ratio of the design value. The same applies to each figure after FIG. Further, referring to the drawings, when the switching circuit mounting area 155 is the center, the drive IC mounting area 154 side is the left side, the filter circuit mounting area 156 side is the right side, and the horizontal direction is the horizontal direction. Similarly, when the transistor 68 is the center, the transistor 71 side is the lower side, the opposite side is the upper side, and the vertical direction is the vertical direction. In FIG. 15, the outline (package) of the electronic component is indicated by a dotted line in order to make the wiring (pattern) easy to see.
The wiring layout (pattern, TH arrangement) of the drive circuit 44 is designed based on the knowledge obtained by the above-described heat generation distribution investigation and the theoretical verification of the heat dissipation through hole.
Here, the wiring layout around the mounting terminals of the transistors will be described. First, the wiring (first wiring) connected to the drain terminal of the transistor 68 will be described. The drain terminal is a portion that generates the largest amount of heat after the transistor package.
図１５に示すように、トランジスター６８のドレイン端子Ｄは、横長の長方形パッケージの２つの短辺に沿って配置されている。パッケージの左右に分かれて配置されているが、電気的には同一端子であるため、パッケージの上側に広がるベタパターンがパッケージの３辺を囲うようにして左右のドレイン端子Ｄを接続している。なお、一般的な配線パターンは、例えば約０．５ｍｍ幅の線状（配線ライン）であり、これで電気接続的には十分であるが、本実施形態ではスルホールの形成（配置）領域として、かつ、表面からの放熱機能を得るために、電気的に必要な線幅よりも広い領域（ベタパターン）を設けている。また、トランジスターの各端子に、直に接続する配線を第１配線という。このベタパターンは、電源電位における高電位ＶＤＤ（図６）配線である。なお、以降、このベタパターン（領域）をベタパターンＶＤＤａという。 As shown in FIG. 15, the drain terminal D of the transistor 68 is disposed along two short sides of the horizontally long rectangular package. Although it is arranged separately on the left and right sides of the package, since it is electrically the same terminal, the left and right drain terminals D are connected so that the solid pattern extending on the upper side of the package surrounds the three sides of the package. A general wiring pattern is, for example, a line shape (wiring line) having a width of about 0.5 mm, which is sufficient for electrical connection. In this embodiment, as a through hole formation (arrangement) region, In addition, in order to obtain a heat dissipation function from the surface, a region (solid pattern) wider than the electrically required line width is provided. A wiring directly connected to each terminal of the transistor is referred to as a first wiring. This solid pattern is a high potential VDD (FIG. 6) wiring at the power supply potential. Hereinafter, this solid pattern (region) is referred to as a solid pattern VDDa.
ここで、ベタパターンＶＤＤａには、スイッチング回路実装領域１５５内だけでも、ＴＨ８５が１８個形成されている。詳しくは、左側のドレイン端子Ｄ近傍に１５個、右側のドレイン端子Ｄから抵抗７３を介した部分に３個形成されている。なお、抵抗７３の３個は、フィルター回路実装領域１５６側にも連続するＴＨ８５群の一部であり、当該群の数（６個）も加えると２４個となる。つまり、トランジスター６８を実装するために必要な端子数（ゲートＧ、ソースＳ、ドレインＤ×２つで計４つ）よりも、多い数のＴＨ８５が形成されている。また、図中、トランジスター６８のゲート端子Ｇ、ソース端子Ｓ、ドレイン端子Ｄの実装用端子をハッチングで示しているが、これは、部品仕様における推奨ランド（パターン）サイズで示している。ドレイン端子Ｄのランドサイズは、縦１．３ｍｍ×横１．０ｍｍである。なお、図面の通り、ドレイン端子Ｄの推奨ランドは上下に２つに分かれているが、パッケージ側のドレイン端子は１つ（一体）なので、必要な端子数は４つとしている。仮に、２分割分もカウントしても合計６つなので、ＴＨ８５の数の方が多い。 Here, 18 pieces of TH85 are formed in the solid pattern VDDa only in the switching circuit mounting region 155. Specifically, fifteen are formed near the left drain terminal D and three are formed from the right drain terminal D through the resistor 73. Note that the three resistors 73 are part of the TH85 group that also continues on the filter circuit mounting area 156 side, and when the number of the group (six) is added, it becomes 24. In other words, a larger number of TH85 is formed than the number of terminals necessary for mounting the transistor 68 (a total of four gates G, sources S, and drains D × 2). Further, in the figure, the mounting terminals of the gate terminal G, source terminal S, and drain terminal D of the transistor 68 are indicated by hatching, but this is indicated by the recommended land (pattern) size in the component specifications. The land size of the drain terminal D is 1.3 mm long × 1.0 mm wide. As shown in the drawing, the recommended land of the drain terminal D is divided into two vertically, but since the drain terminal on the package side is one (integrated), the required number of terminals is four. Even if the number of two divisions is counted, the total is six, so the number of TH85 is larger.
また、第１配線としてのベタパターンＶＤＤａの面積は、ドレイン端子Ｄのランドサイズよりも広く（大きく）設定されている。これは、ベタパターンＶＤＤａの領域内に、全てのドレイン端子Ｄのランドが含まれていることからも明確である。なお、実際の基板では、ベタパターンＶＤＤａの略全面に絶縁性のレジスト層が形成されており、ドレイン端子Ｄのランドを含む実装用端子部分だけレジストが開口して、銅パターンが露出している。つまり、図中ハッチングで示された実装用端子（ランド）部分以外の領域には、全てレジストが掛かっている。また、図１５ではトランジスター以外の部品における実装用端子のハッチングを省略しているが、同様である。さらに、ベタパターンＶＤＤａの面積は、トランジスター６８のパッケージのサイズ（平面積）よりも、広く形成されている。スイッチング回路実装領域１５５内だけでも、パッケージの約２倍の広さを持っている。 Further, the area of the solid pattern VDDa as the first wiring is set wider (larger) than the land size of the drain terminal D. This is also clear from the fact that all the drain terminal D lands are included in the region of the solid pattern VDDa. In an actual substrate, an insulating resist layer is formed on substantially the entire surface of the solid pattern VDDa, and the resist is opened only in the mounting terminal portion including the land of the drain terminal D, and the copper pattern is exposed. . That is, the resist is applied to all regions other than the mounting terminal (land) portion indicated by hatching in the drawing. In FIG. 15, the hatching of the mounting terminals in the components other than the transistor is omitted, but the same applies. Furthermore, the area of the solid pattern VDDa is formed wider than the package size (planar area) of the transistor 68. Even in the switching circuit mounting region 155 alone, it is about twice as large as the package.
次に、トランジスター６８のソース端子Ｓに接続する配線（第１配線）について説明する。ソース端子Ｓは、パッケージの底面（下部）に形成されている。ソース端子Ｓのランドサイズは、縦１．０ｍｍ×横０．７ｍｍに設定されている。ソース端子Ｓから引き出された第１配線は、始点からランドサイズよりも広いベタパターン状をなしており、トランジスター７１側に大きく広がり、トランジスター７１のドレイン端子Ｄを含むベタパターン１６９ａを形成している。換言すれば、ベタパターン１６９ａは、中間ノード６９（図６）配線であり、トランジスター６８のソース端子Ｓと、トランジスター７１のドレイン端子Ｄとの間を電気的に接続している。
ここで、ベタパターン１６９ａには、ＴＨ８５が２６個形成されている。詳しくは、トランジスター６８とトランジスター７１との間に６個、トランジスター６８の右下に６個、さらに、トランジスター７１のパッケージの左側に１４個のＴＨ８５が形成されている。つまり、トランジスター６８を実装するために必要な端子数よりも、多い数のＴＨ８５が形成されている。
Next, a wiring (first wiring) connected to the source terminal S of the transistor 68 will be described. The source terminal S is formed on the bottom surface (lower part) of the package. The land size of the source terminal S is set to 1.0 mm long × 0.7 mm wide. The first wiring drawn from the source terminal S has a solid pattern shape that is wider than the land size from the starting point, and spreads widely toward the transistor 71 to form a solid pattern 169a including the drain terminal D of the transistor 71. . In other words, the solid pattern 169a is an intermediate node 69 (FIG. 6) wiring, and electrically connects the source terminal S of the transistor 68 and the drain terminal D of the transistor 71.
Here, 26 TH85 are formed in the solid pattern 169a. Specifically, six TH85s are formed between the transistor 68 and the transistor 71, six on the lower right side of the transistor 68, and 14 on the left side of the transistor 71 package. That is, a larger number of TH 85 is formed than the number of terminals necessary for mounting the transistor 68.
また、第１配線としてのベタパターン１６９ａの面積は、ソース端子Ｓ（ドレイン端子Ｄ）のランドサイズよりも広く（大きく）設定されている。これは、ベタパターン１６９ｂの領域内に、ソース端子Ｓ（ドレイン端子Ｄ）のランドが含まれていることからも明確である。さらに、ベタパターン１６９ａの面積は、トランジスター６８のパッケージのサイズ（平面積）よりも、広く形成されている。詳しくは、パッケージの約２倍の広さを持っている。
次に、トランジスター６８のゲート端子Ｇに接続する配線（第１配線）について説明する。なお、前述したようにゲート端子は発熱源ではないが、トランジスター６８の端子なので合せて説明しておく。ゲート端子Ｇも、パッケージの底面（下部）に形成されている。ゲート端子Ｇのランドサイズは、縦０．７ｍｍ×横０．７ｍｍに設定されている。ゲート端子Ｇから引き出された第１配線は、始点からランドサイズよりも広いベタパターン状をなしており、左下側に幅広に広がって、抵抗６７の他端に接続している。
The area of the solid pattern 169a as the first wiring is set to be larger (larger) than the land size of the source terminal S (drain terminal D). This is clear from the fact that the land of the source terminal S (drain terminal D) is included in the region of the solid pattern 169b. Further, the area of the solid pattern 169a is formed wider than the package size (planar area) of the transistor 68. Specifically, it is about twice as large as the package.
Next, a wiring (first wiring) connected to the gate terminal G of the transistor 68 will be described. Although the gate terminal is not a heat source as described above, it will be described together because it is a terminal of the transistor 68. The gate terminal G is also formed on the bottom surface (lower part) of the package. The land size of the gate terminal G is set to 0.7 mm long × 0.7 mm wide. The first wiring led out from the gate terminal G has a solid pattern shape wider than the land size from the starting point, spreads wide on the lower left side, and is connected to the other end of the resistor 67.
続いて、トランジスター７１について説明する。なお、トランジスター７１は、トランジスター６８と同一部品であるので、端子の位置や、ランドサイズなど重複する説明は省略する。
トランジスター７１のドレイン端子Ｄに接続する配線は、トランジスター６８のソース端子Ｓのベタパターン１６９ａと同一である。前述した通り、ベタパターン１６９ａには、ＴＨ８５が２６個形成されており、その多くはトランジスター７１のドレイン端子Ｄの近傍に配置されている。
Next, the transistor 71 will be described. Note that since the transistor 71 is the same component as the transistor 68, overlapping description such as the position of the terminal and the land size is omitted.
The wiring connected to the drain terminal D of the transistor 71 is the same as the solid pattern 169 a of the source terminal S of the transistor 68. As described above, the solid pattern 169a is formed with 26 TH85, and many of them are arranged near the drain terminal D of the transistor 71.
トランジスター７１のソース端子Ｓから引き出された第１配線は、始点からランドサイズよりも広いベタパターン状をなしており、下側に幅広に広がっている。下側に幅広に広がる途中で左右に分割されているが、左右それぞれでさらに広範囲のベタパターンＧＮＤａを形成している。このベタパターンＧＮＤａは、電源電位における低電位ＧＮＤ（図６）配線である。ベタパターンＧＮＤａには、スイッチング回路実装領域１５５内だけでも、ＴＨ８５が２２個形成されている。詳しくは、ソース端子Ｓ直近の下側に１１個、右下側に分かれた領域に６個、左下側に分かれた領域に５個が形成されている。つまり、トランジスター７１を実装するために必要な端子数よりも、多い数のＴＨ８５が形成されている。なお、ベタパターンＧＮＤａは、電源電位でもあるため、左右にさらに広がっており、そこのＴＨも入れると数はさらに多くなる。 The first wiring drawn from the source terminal S of the transistor 71 has a solid pattern shape wider than the land size from the starting point, and widens downward. Although it is divided into left and right in the middle of widening downward, a wider solid pattern GNDa is formed on each of the left and right. This solid pattern GNDa is a low potential GND (FIG. 6) wiring at the power supply potential. Twenty-two TH85s are formed in the solid pattern GNDa only in the switching circuit mounting region 155. More specifically, 11 are formed immediately below the source terminal S, 6 are formed in the lower right region, and 5 are formed in the lower left region. In other words, a larger number of TH 85 is formed than the number of terminals necessary for mounting the transistor 71. Since the solid pattern GNDa is also a power supply potential, it spreads further to the left and right.
また、第１配線としてのベタパターンＧＮＤａの面積は、ソース端子Ｓのランドサイズよりも広く（大きく）設定されている。これは、ベタパターンＧＮＤａの領域内に、ソース端子Ｓのランドが含まれていることからも明確である。さらに、ベタパターンＧＮＤａの面積は、トランジスター７１のパッケージのサイズ（平面積）よりも、広く形成されている。詳しくは、スイッチング回路実装領域１５５内だけでも、パッケージの５倍以上の広さを持っている。
次に、トランジスター７１のゲート端子Ｇに接続する配線（第１配線）について説明する。ゲート端子Ｇから引き出された第１配線は、始点からランドサイズよりも広いベタパターン状をなしており、左下側に幅広に広がって、抵抗７０の他端に接続している。トランジスター６８のゲート端子Ｇの配線態様と略同様である。
The area of the solid pattern GNDa as the first wiring is set wider (larger) than the land size of the source terminal S. This is also clear from the fact that the land of the source terminal S is included in the area of the solid pattern GNDa. Further, the area of the solid pattern GNDa is formed wider than the package size (planar area) of the transistor 71. Specifically, even in the switching circuit mounting region 155 alone, it is five times as large as the package.
Next, a wiring (first wiring) connected to the gate terminal G of the transistor 71 will be described. The first wiring drawn out from the gate terminal G has a solid pattern shape wider than the land size from the starting point, spreads wide on the lower left side, and is connected to the other end of the resistor 70. This is substantially the same as the wiring mode of the gate terminal G of the transistor 68.
続いて、トランジスター６８，７１の周辺部品の配線態様について説明する。
トランジスター６８のソース端子Ｓとドレイン端子Ｄとの間に接続されているコンデンサー７２、および抵抗７３は、ベタパターン１６９ａとベタパターンＶＤＤａとに囲まれて配置されている。つまり、ベタパターン１６９ａおよびベタパターンＶＤＤａに形成された複数のＴＨ８５に囲まれるように配置されている。
同様に、トランジスター７１のソース端子Ｓとドレイン端子Ｄとの間に接続されているコンデンサー７４、および抵抗７５も、ベタパターンＧＮＤａとベタパターン１６９ａとに囲まれて配置されている。つまり、ベタパターンＧＮＤａおよびベタパターン１６９ａに形成された複数のＴＨ８５に囲まれるように配置されている。
Subsequently, a wiring mode of peripheral parts of the transistors 68 and 71 will be described.
The capacitor 72 and the resistor 73 connected between the source terminal S and the drain terminal D of the transistor 68 are disposed so as to be surrounded by the solid pattern 169a and the solid pattern VDDa. That is, they are arranged so as to be surrounded by a plurality of TH 85 formed in the solid pattern 169a and the solid pattern VDDa.
Similarly, the capacitor 74 and the resistor 75 connected between the source terminal S and the drain terminal D of the transistor 71 are also surrounded by the solid pattern GNDa and the solid pattern 169a. That is, they are arranged so as to be surrounded by a plurality of TH 85 formed in the solid pattern GNDa and the solid pattern 169a.
（フィルター回路の配線態様）
図１０に戻る。
続いて、スイッチング回路実装領域１５５に次いで発熱量が多いフィルター回路実装領域１５６の配線態様について説明する。
コイル７６は、略正方形のパッケージを有しており、左側（左辺）に入力端子７６ａと、出力端子７６ｂとが設けられている。また、右側（右辺）には、実装用端子を備えている。パッケージのサイズは、トランジスター６８の２つ分よりさらに大きい。
左辺の上側に位置する入力端子７６ａは、複数のＴＨ８７を介してベタパターン１６９ａと電気的に接続している。ＴＨ８７は、ＴＨ８５よりも大径のスルホールであり、内部が空間（空気通り抜け可能）となっている。入力端子７６ａの実装用ランドは、ＴＨ８７が形成されている略正方形状のベタパターンの角部に内包されている。換言すれば、略正方形状のベタパターンの角部が実装用ランドとなっている。そして当該ベタパターンには、ＴＨ８７が１０個形成されている。
(Wiring mode of filter circuit)
Returning to FIG.
Subsequently, a wiring mode of the filter circuit mounting region 156 having the second largest heat generation amount after the switching circuit mounting region 155 will be described.
The coil 76 has a substantially square package, and an input terminal 76a and an output terminal 76b are provided on the left side (left side). In addition, a mounting terminal is provided on the right side (right side). The package size is even larger than two transistors 68.
The input terminal 76a located on the upper side of the left side is electrically connected to the solid pattern 169a via a plurality of TH87. TH87 is a through hole having a diameter larger than that of TH85, and the inside is a space (which allows air to pass through). The mounting land of the input terminal 76a is included in a corner portion of a substantially square solid pattern in which TH87 is formed. In other words, the corner of the substantially square solid pattern is the mounting land. In the solid pattern, ten TH87 are formed.
出力端子７６ｂの近傍にも複数のＴＨ８７が形成されている。出力端子７６ｂの実装用ランドは、ＴＨ８７が形成されている略長方形状のベタパターンの角部に内包されている。このベタパターンの下側には、コンデンサー７７の一端の実装ランドが形成されている。当該ベタパターンには、ＴＨ８７が１０個に加えて、コンデンサー７７の近傍にＴＨ８５が２個形成されている。
コンデンサー７７の他端の実装ランドはベタパターンＧＮＤａに形成されている。コンデンサー７７の他端の実装ランド近くにも、ＴＨ８５が１０個以上形成されている。
A plurality of THs 87 are also formed in the vicinity of the output terminal 76b. The mounting land of the output terminal 76b is included in the corner of a substantially rectangular solid pattern in which TH87 is formed. A mounting land at one end of the capacitor 77 is formed below the solid pattern. In the solid pattern, two TH85 are formed in the vicinity of the capacitor 77 in addition to ten TH87.
The mounting land at the other end of the capacitor 77 is formed in a solid pattern GNDa. Near the mounting land at the other end of the capacitor 77, 10 or more TH85s are formed.
（基板裏面の配線態様）
図１６は、メイン基板５０の裏面（４層目）において駆動回路４４が実装されている実装領域の拡大平面図であり、図１０に対応している。なお、表面の部品配置との関係を解り易くするために、表面側から裏面の配線を透過した透過図としている。部品の外形は、点線で示している。
４層目としての裏面の駆動回路４４の実装領域には、部品は実装されておらず、略フラットな面となっている。まず、２つのトランジスター６８，７１の間において横長に形成されている第２配線としてのベタパターン１６９ｂから説明する。ベタパターン１６９ｂは、複数のＴＨ８５を介して表面のベタパターン１６９ａ（図１０、図１５）と（電気的に）接続された配線（第２配線）である。ベタパターン１６９ｂは、駆動ＩＣ５４の近傍から、コイル７６の中程まで横長に配置されている。コイル７６に重なる部分では、複数のＴＨ８７により、コイル７６の入力端子７６ａの実装用ランドと接続を取っている。
ここで、ベタパターン１６９ｂの面積は、トランジスター６８（７１）のパッケージ（外形）のサイズよりも、広く形成されている。詳しくは、パッケージの約６〜７倍の広さを持っている。
(Wiring mode on the back of the board)
FIG. 16 is an enlarged plan view of a mounting area where the drive circuit 44 is mounted on the back surface (fourth layer) of the main substrate 50, and corresponds to FIG. In addition, in order to make it easy to understand the relationship with the component arrangement on the front surface, a transmission diagram is shown in which wiring on the back surface is transmitted from the front surface side. The outline of the part is indicated by a dotted line.
In the mounting area of the drive circuit 44 on the back surface as the fourth layer, no components are mounted, and the surface is substantially flat. First, the solid pattern 169b as the second wiring formed in a horizontally long manner between the two transistors 68 and 71 will be described. The solid pattern 169b is a wiring (second wiring) connected (electrically) to the solid pattern 169a (FIGS. 10 and 15) on the surface via a plurality of TH85. The solid pattern 169 b is arranged horizontally from the vicinity of the drive IC 54 to the middle of the coil 76. In the portion overlapping with the coil 76, a plurality of THs 87 are connected to the mounting land of the input terminal 76 a of the coil 76.
Here, the area of the solid pattern 169b is formed wider than the size of the package (outer shape) of the transistor 68 (71). Specifically, it is about 6-7 times as large as the package.
ベタパターン１６９ｂの上側には、第２配線としてのベタパターンＶＤＤｂが形成されている。ベタパターンＶＤＤｂは、複数のＴＨ８５を介して表面のベタパターンＶＤＤａ（図１０）と接続された配線（第２配線）である。ベタパターンＶＤＤｂは、駆動ＩＣ５４の近傍から、フィルター回路実装領域１５６に掛かる領域まで横長に配置されている。ベタパターンＶＤＤｂの面積は、トランジスター６８のパッケージのサイズよりも広く形成されている。詳しくは、パッケージの約３倍の広さを持っている。
ベタパターン１６９ｂの下側には、第２配線としてのベタパターンＧＮＤｂが形成されている。ベタパターンＧＮＤｂは、複数のＴＨ８５を介して表面のベタパターンＧＮＤａ（図１０）と接続された配線（第２配線）である。ベタパターンＧＮＤｂは、駆動ＩＣ５４の近傍から、フィルター回路実装領域１５６を超えた領域まで広範囲に渡って横長に配置されている。ベタパターンＧＮＤｂの面積は、トランジスター６８のパッケージのサイズよりも、広く形成されている。詳しくは、パッケージの約１０倍以上の広さを持っている。
A solid pattern VDDb as a second wiring is formed on the upper side of the solid pattern 169b. The solid pattern VDDb is a wiring (second wiring) connected to the solid pattern VDDa (FIG. 10) on the surface via a plurality of TH85. The solid pattern VDDb is arranged horizontally long from the vicinity of the driving IC 54 to the area covering the filter circuit mounting area 156. The area of the solid pattern VDDb is formed wider than the size of the package of the transistor 68. Specifically, it is about three times as large as the package.
A solid pattern GNDb as a second wiring is formed below the solid pattern 169b. The solid pattern GNDb is a wiring (second wiring) connected to the solid pattern GNDa (FIG. 10) on the surface via a plurality of TH85. The solid pattern GNDb is arranged horizontally in a wide range from the vicinity of the drive IC 54 to the area beyond the filter circuit mounting area 156. The area of the solid pattern GNDb is formed wider than the package size of the transistor 68. Specifically, it is about 10 times larger than the package.
（専用のグランドパターンと共用のグランドパターン）
図１７は、メイン基板全体の平面図である。
一枚のメイン基板５０上に、前述したＤ級アンプ部を含む駆動回路４４と共に、給紙ローラー駆動回路４５と搬送ローラー駆動回路４６とが実装されている。図上、破線Ａで囲まれた領域がヘッドの駆動回路４４が実装されている領域であり、破線Ｂで囲まれた領域が給紙ローラー駆動回路４５と搬送ローラー駆動回路４６とを含むモータードライバ回路が実装されている領域である。図から明らかなように、ヘッドの駆動回路４４が実装されている領域（部位）と、破線Ｂで囲まれたモータードライバ回路が実装されている領域（部位）とは、距離Ｌだけ隔てて配置されているし、その間に他の回路素子が配置されていることが分かる。
同等の周波数帯域のスイッチング周波数で変調し、かつ、共通の電源を用いているため、両者は影響を及ぼしがちである。特に、４２Ｖの駆動電源を制御するメイン基板５０上では、何らの対策もすることなく両者がそれぞれの駆動制御を行うこととすれば、互いに影響を受け、この結果、グランドレベルが変動するという症状が起きがちであった。
しかし、このようにそれぞれの部位を、間に他の回路素子を配置できる程度の余裕を持った所定の距離だけ隔てて配置することで、両者間の影響の低下を計っている。
次に、図１８〜図２１は、それぞれ４層基板で形成されているメイン基板５０における、前記Ｄ級アンプ部の形成部位の回路パターンを示している。それぞれ、１層目の回路パターン、２層目の回路パターン、３層目の回路パターン、４層目の回路パターンである。そして、１層目のＡ１ＧＰ、２層目のＡ２ＧＰ、３層目のＡ３ＧＰ、４層目のＡ４ＧＰは、このＤ級アンプ部のためのグランドパターンであり、Ｄ級アンプ部の領域以外の共用のグランドパターンＣ１ＧＰ〜Ｃ４ＧＰと区別された専用のグランドパターンとして形成されている。
１層目〜４層目の専用のグランドパターンＡ１ＧＰ〜Ａ４ＧＰは、スルホールを介して互いに回路的に結線されている。また、それぞれ、形状が全く同じではないものの、概略的にはＤ級アンプ部が配置される領域の全体にわたって、必要な回路パターンの形成位置を除いて配置されている。なお、１層目と４層目にはグランド以外の回路パターンの形成部位が多いが、２層目と３層目においては、Ｄ級アンプ部が配置される領域の外枠の形状にほぼ一致する形状となっている。このように内側の層でベタパターンのグランドパターンを形成しつつ、表面層にグランド以外の回路パターンが形成されている場合、表面層の回路パターンは隣接しているグランドパターンの影響を受けて外部からのノイズなどを受けにくい。このことも、モータードライバ回路の周波数帯域が駆動回路４４の周波数帯域と重なる場合でも影響を受けにくいという効果を奏している。
ところで、１層目において、駆動ＩＣ５４の実装領域ＡＲ５４の近傍では、共用のグランドパターンＣ１ＧＰと連続して形成された共用側結線ランドＣ１Ｌと、専用のグランドパターンＡ１ＧＰと連続して形成された専用側結線ランドＡ１Ｌとが形成されている。この二つの共用側結線ランドＣ１Ｌと専用側結線ランドＡ１Ｌの間には、実装部品として実質０Ωの抵抗値を有する抵抗素子が配置される。すなわち、専用のグランドパターンＡ１ＧＰと共用のグランドパターンＣ１ＧＰとは、共用側結線ランドＣ１Ｌと専用側結線ランドＡ１Ｌの形成位置で抵抗素子を介して結線されている。両者は他の部位では結線されておらず、この抵抗素子でのみ結線されている。
本実施形態においては、専用のグランドパターンＡ１ＧＰと共用のグランドパターンＣ１ＧＰとと、抵抗素子で結線しているが、交流成分での結線が望ましい場合もある。このような場合には、共用側結線ランドＣ１Ｌと専用側結線ランドＡ１Ｌとをキャパシタを介して結線することが有効である。このようにすれば、共用側結線ランドＣ１Ｌと専用側結線ランドＡ１Ｌとの間を直流成分は流れず、交流成分のみ流れることができるようになるからである。
駆動ＩＣ５４はＤＩＰタイプであり、いわゆるＩＣの足は二列に形成されている。
ここで実装領域ＡＲ５４には、二列の足のためのランドが形成されているが、一方の列は１層目の専用のグランドパターンＡ１ＧＰに沿いつつも、その外側の領域に形成されている。この専用のグランドパターンＡ１ＧＰは、Ｄ級アンプ部におけるグランドパターン以外の回路パターンを取り囲むものであり、ＤＩＰタイプの駆動ＩＣ５４における一列はこの専用のグランドパターンＡ１ＧＰの外側の領域に位置していることになる。また、他の一列はこの専用のグランドパターンＡ１ＧＰの内側の領域に位置している。言い換えると、駆動ＩＣ５４が専用のグランドパターンＡ１ＧＰを跨ぐように位置しており、Ｄ級アンプ部の内部回路と外部回路とがこのＤＩＰタイプのＩＣでのみ接続されている。この結果、内外の信号の干渉をさらに低減させることができる。
(Dedicated ground pattern and shared ground pattern)
FIG. 17 is a plan view of the entire main board.
A sheet feed roller drive circuit 45 and a transport roller drive circuit 46 are mounted on a single main board 50 together with the drive circuit 44 including the class D amplifier unit described above. In the figure, a region surrounded by a broken line A is a region where the head drive circuit 44 is mounted, and a region surrounded by a broken line B is a motor driver including a paper feed roller drive circuit 45 and a transport roller drive circuit 46. This is the area where the circuit is mounted. As is apparent from the figure, the region (part) where the head drive circuit 44 is mounted and the region (part) where the motor driver circuit enclosed by the broken line B is mounted are separated by a distance L. It can be seen that other circuit elements are arranged between them.
Since modulation is performed at a switching frequency in an equivalent frequency band and a common power source is used, both tend to have an influence. In particular, on the main board 50 that controls the drive power supply of 42V, if both perform drive control without any countermeasure, they are affected by each other, and as a result, the ground level fluctuates. Tended to get up.
However, the influence between the two parts is reduced by arranging the respective parts separated by a predetermined distance with a margin sufficient to arrange other circuit elements therebetween.
Next, FIG. 18 to FIG. 21 show circuit patterns of the formation site of the class D amplifier section in the main board 50 formed of a four-layer board. The first layer circuit pattern, the second layer circuit pattern, the third layer circuit pattern, and the fourth layer circuit pattern, respectively. The A1GP in the first layer, the A2GP in the second layer, the A3GP in the third layer, and the A4GP in the fourth layer are ground patterns for the class D amplifier unit. It is formed as a dedicated ground pattern distinguished from the ground patterns C1GP to C4GP.
The first to fourth layer dedicated ground patterns A1GP to A4GP are connected to each other in a circuit manner through through holes. In addition, although the shapes are not exactly the same, they are generally arranged except for the necessary circuit pattern formation positions over the entire region where the class D amplifier section is arranged. There are many circuit pattern formation parts other than the ground on the first and fourth layers, but the second and third layers are almost identical to the shape of the outer frame of the area where the class D amplifier section is arranged. It becomes the shape to do. In this way, when a ground pattern of a solid pattern is formed on the inner layer and a circuit pattern other than the ground is formed on the surface layer, the circuit pattern on the surface layer is affected by the adjacent ground pattern and is externally affected. It is hard to receive the noise from. This also brings about an effect that the motor driver circuit is hardly affected even when the frequency band of the motor driver circuit overlaps the frequency band of the drive circuit 44.
By the way, in the first layer, in the vicinity of the mounting area AR54 of the drive IC 54, the shared side connection land C1L formed continuously with the shared ground pattern C1GP and the dedicated side formed continuously with the dedicated ground pattern A1GP. A connection land A1L is formed. Between the two shared side connection lands C1L and the dedicated side connection land A1L, a resistance element having a resistance value of substantially 0Ω is disposed as a mounting component. That is, the dedicated ground pattern A1GP and the shared ground pattern C1GP are connected via the resistance element at the position where the shared side connection land C1L and the dedicated side connection land A1L are formed. Both are not connected in other parts, but are connected only by this resistance element.
In the present embodiment, the dedicated ground pattern A1GP and the shared ground pattern C1GP are connected by a resistance element, but there are cases where connection by an AC component is desirable. In such a case, it is effective to connect the shared side connection land C1L and the dedicated side connection land A1L via a capacitor. This is because the DC component does not flow between the shared-side connection land C1L and the dedicated-side connection land A1L, and only the AC component can flow.
The driving IC 54 is a DIP type, and so-called IC legs are formed in two rows.
Here, lands for two rows of legs are formed in the mounting region AR54, but one row is formed in a region outside the ground layer along the first-layer dedicated ground pattern A1GP. . This dedicated ground pattern A1GP surrounds circuit patterns other than the ground pattern in the class D amplifier section, and one row in the DIP type drive IC 54 is located in an area outside the dedicated ground pattern A1GP. Become. The other row is located in a region inside the dedicated ground pattern A1GP. In other words, the drive IC 54 is positioned so as to straddle the dedicated ground pattern A1GP, and the internal circuit and the external circuit of the class D amplifier unit are connected only by this DIP type IC. As a result, the interference between internal and external signals can be further reduced.
（シャシーへの放熱構造）
図２２は、金属製のシャシーへの放熱構造の一態様を示す斜視図であり、図２３は断面図である。
図１でも説明したように、メイン基板５０は、プリンター１００の金属製のシャシーを介してフレームに取り付けられている。シャシーは、金属製であり、金属板にプレス加工や、板金加工を施すことにより形成されている。シャシーは材質的にはフレームと大差はない。
図２２と図２３に示すように、メイン基板５０は、裏面（第２面）をシャシー９０に向けた状態で、シャシー９０に組み付けられている。メイン基板５０が取り付けられているのは、矩形状の平板の両側辺を所定幅ずつ９０゜屈曲して形成されたシャシー９０であり、このシャシー９０には中程の部位を断面がクランク状となるように異方向に二段階に９０゜ずつ屈曲せしめた保持部９１が形成されている。メイン基板５０は保持部９１におけるフラットな金属板面となっている部分に保持される。すなわち、メイン基板５０は、シャシー９０の保持部９１に対してネジ穴８８（図１０）を介してネジ９１でしっかりと密着固定されている。なお、このネジ止めは、Ｄ級アンプ部の形成部位である発熱部位の領域で複数ヶ所行われている。
(Heat dissipation structure to chassis)
FIG. 22 is a perspective view showing an embodiment of a heat dissipation structure for a metal chassis, and FIG. 23 is a cross-sectional view.
As described with reference to FIG. 1, the main board 50 is attached to the frame via the metal chassis of the printer 100. The chassis is made of metal and is formed by subjecting a metal plate to press processing or sheet metal processing. The chassis is not much different from the frame in terms of material.
As shown in FIGS. 22 and 23, the main board 50 is assembled to the chassis 90 with the back surface (second surface) facing the chassis 90. The main board 50 is attached to a chassis 90 formed by bending both sides of a rectangular flat plate by 90 ° by a predetermined width. The chassis 90 has a crank-shaped cross section in the middle. Thus, a holding portion 91 is formed that is bent by 90 ° in two steps in different directions. The main substrate 50 is held by a portion of the holding portion 91 that is a flat metal plate surface. That is, the main board 50 is firmly fixed to the holding portion 91 of the chassis 90 with the screws 91 through the screw holes 88 (FIG. 10). In addition, this screwing is performed in a plurality of places in the region of the heat generation part which is the formation part of the class D amplifier part.
ここで、メイン基板５０とシャシー９０との間には、伝熱部材８９が配置（介在）されている。伝熱部材８９は、柔軟性、伝熱性、および絶縁性を有するシート状の部材である。好適例では、伝熱部材８９として熱伝導性に優れたセラミックス系の材料を配合したシリコーンゴム製の放熱シートを用いている。なお、この部材に限定するものではなく、柔軟性、伝熱性、および絶縁性を有するシート状の部材であれば良い。
好適例では、伝熱部材８９は、メイン基板５０の全面に渡って配置されている。なお、この構成に限定するものではなく、駆動回路４４の実装領域に重なる部分を含んで配置されていれば良い。
Here, a heat transfer member 89 is disposed (intervened) between the main board 50 and the chassis 90. The heat transfer member 89 is a sheet-like member having flexibility, heat transfer, and insulation. In a preferred example, a heat dissipation sheet made of silicone rubber containing a ceramic material having excellent thermal conductivity is used as the heat transfer member 89. In addition, it is not limited to this member, What is necessary is just a sheet-like member which has a softness | flexibility, heat conductivity, and insulation.
In the preferred example, the heat transfer member 89 is disposed over the entire surface of the main board 50. Note that the present invention is not limited to this configuration, and it is only necessary to include a portion overlapping the mounting area of the drive circuit 44.
以上述べたように、本実施形態に係るプリンター１００によれば、以下の効果を得ることができる。
発明者等は、高周波駆動に伴なう発熱対策として、トランジスターの配置領域に放熱用のスルホールを形成することに想到した。これにより、ヒートシンクなどの大型（高価）の放熱部品を用いることなく、高周波駆動を行う駆動回路４４の動作を安定させることができる。換言すれば、駆動回路４４の信頼性を向上させることができる。詳しくは、図１２の発熱分布調査では、トランジスターのパッケージの温度が最も高くて約７０℃であったが、メイン基板５０の配線態様（スルホール配置含む）によれば約６０℃となり、約１０℃もの温度低下（放熱効果）を達成することができる。同様に、ドレイン端子周辺パターンの温度も約１０℃の低下を実現できる。
よって、高周波駆動を行う駆動回路４４を備えながらも、ヒートシンクなどの専用の放熱部品を用いることなく、簡単な構成で、かつ動作の安定性を実現（確保）したメイン基板５０（駆動基板）を提供することができる。換言すれば、小型で、信頼性に優れたメイン基板５０（駆動基板）を提供することができる。
従って、専用の放熱部品を用いることなく、簡単な構成で、かつ動作の安定性を実現したプリンター１００を提供することができる。
As described above, according to the printer 100 according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The inventors have conceived that a through hole for heat dissipation is formed in a region where a transistor is disposed as a countermeasure against heat generation associated with high-frequency driving. As a result, the operation of the drive circuit 44 that performs high-frequency driving can be stabilized without using a large (expensive) heat dissipation component such as a heat sink. In other words, the reliability of the drive circuit 44 can be improved. Specifically, in the heat generation distribution investigation of FIG. 12, the temperature of the transistor package was the highest at about 70 ° C., but according to the wiring mode (including through hole arrangement) of the main substrate 50, the temperature was about 60 ° C. A temperature drop (heat dissipation effect) can be achieved. Similarly, the temperature of the drain terminal peripheral pattern can be reduced by about 10 ° C.
Therefore, the main board 50 (driving board) having a simple configuration and realizing (stabilizing) the operation stability without using a dedicated heat radiating component such as a heat sink while having the driving circuit 44 that performs high-frequency driving. Can be provided. In other words, it is possible to provide a main board 50 (drive board) that is small in size and excellent in reliability.
Therefore, it is possible to provide the printer 100 that has a simple configuration and realizes operational stability without using a dedicated heat dissipation component.
さらに、図１７で説明したように、メイン基板５０は、裏面をシャシー９０に向けた状態で、シャシー９０に組み付けられており、メイン基板５０とシャシー９０との間に、伝熱部材８９を配置（介在）した構成としている。この構成により、メイン基板５０の熱をシャシー９０に確実に放熱することができる。シャシー９０は、熱容量が大きいことに加えて、外気に触れる面積も広いため放熱板として十分な機能を果たすことができる。 Further, as described in FIG. 17, the main board 50 is assembled to the chassis 90 with the back surface facing the chassis 90, and the heat transfer member 89 is disposed between the main board 50 and the chassis 90. (Intervening) configuration. With this configuration, the heat of the main board 50 can be reliably radiated to the chassis 90. The chassis 90 has a large heat capacity and also has a large area in contact with the outside air, so that it can function sufficiently as a heat sink.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below.
（変形例１）
図１３を用いて説明する。
実施形態１では、メイン基板５０にガラエポ基板を用いることとして説明したが、この構成に限定するものではなく、スルホールを形成可能な基板であれば良い。例えば、セラミック基板、テフロン（登録商標）基板、ガラス・コンポジット基板、紙エポキシ基板、フレキシブル基板などを用いても良い。
また、多層基板においても、スルホールは、表面から裏面に貫通している必要はなく、例えば表面のスルホールから中間層の（ベタ）パターンを介して、他のスルホールで裏面に接続されていても良い。換言すれば、表面から裏面まで熱を伝達可能な経路が形成されていれば良い。
また、内壁がメッキ配線されているスルホール（めっきスルーホール）に限定するものではなく、表面から裏面までの間を熱伝達可能なスルホールであれば良い。例えば、内部に導電ペーストを充填したスルホールでも良いし、内壁にはんだメッキしたスルホールでも良い。
これらの構成であっても、前述した放熱の作用効果は得られるため、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(Modification 1)
This will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, a glass epoxy substrate is used as the main substrate 50. However, the present invention is not limited to this configuration, and any substrate that can form a through hole may be used. For example, a ceramic substrate, a Teflon (registered trademark) substrate, a glass composite substrate, a paper epoxy substrate, a flexible substrate, or the like may be used.
Also, in the multilayer substrate, the through hole does not need to penetrate from the front surface to the back surface, and may be connected to the back surface by another through hole, for example, from the through hole on the front surface through the (solid) pattern of the intermediate layer. . In other words, it is only necessary to form a path capable of transferring heat from the front surface to the back surface.
Moreover, it is not limited to a through hole (plated through hole) in which the inner wall is plated and wired, and any through hole that can transfer heat from the front surface to the back surface may be used. For example, a through hole filled with a conductive paste inside may be used, or a through hole solder plated on the inner wall may be used.
Even with these configurations, the effects of heat dissipation described above can be obtained, and therefore the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.
（変形例２）
図１６を用いて説明する。
実施形態１、および変形例１では、駆動回路４４をメイン基板５０に実装するものとして説明したが、この構成に限定するものではなく、スルホール基板を用いていれば単独構成（基板）であっても良い。例えば、図１の印刷ヘッドユニット２０に独立した駆動基板（駆動回路４４が実装されている）を組み込んだ構成であっても良い。この構成の場合、駆動基板を印刷ヘッドユニット２０の金属部品に取り付ける。または、駆動基板にヘッド基板１５の回路も実装して一体化した基板を、印刷ヘッドユニット２０に組み込む構成であっても良い。
これらの構成であっても、前述した放熱の作用効果は得られるため、前述の実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
(Modification 2)
This will be described with reference to FIG.
In the first embodiment and the first modification, the drive circuit 44 is described as being mounted on the main substrate 50. However, the present invention is not limited to this configuration, and if a through-hole substrate is used, a single configuration (substrate) is used. Also good. For example, a configuration in which an independent driving substrate (a driving circuit 44 is mounted) may be incorporated in the print head unit 20 of FIG. In the case of this configuration, the drive substrate is attached to the metal part of the print head unit 20. Alternatively, a structure in which the circuit of the head substrate 15 is also mounted on the driving substrate and integrated is incorporated in the print head unit 20.
Even with these configurations, since the above-described heat radiation effect can be obtained, the same effects as those of the above-described embodiments and modifications can be obtained.
（変形例３）
図１を用いて説明する。
前記実施形態、および変形例では、プリンター１００は、搬送方向４（副走査方向）へのシングルパスで印刷を行うラインプリンターとして説明したが、この構成に限定するものではなく、印刷ヘッドモジュール２３を備えたプリンターであれば良い。例えば、紙幅方向５（主走査方向）に往復運動しながら印刷を行うキャリッジを備えた、いわゆるオンキャリッジ型のインクジェットプリンターであっても良い。この場合、キャリッジには、インクカートリッジおよび印刷ヘッドモジュール２３が搭載され、上述したキャリッジモーターによって往復駆動される。印刷ヘッドモジュール２３におけるノズル列（バンド長）の延在方向は搬送方向４となり、用紙１の紙送りはバンド長単位で行われる。この紙送りは、上述した媒体送りモーターによって行われる。また、印刷媒体についても単票紙（用紙）に限定するものではなく、ロール紙や、連続用紙であっても良い。また、印刷媒体の材質も紙に限らず、布や、フィルムであっても良い。
これらの構成であっても、前述した放熱の作用効果は得られるため、前述の実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
(Modification 3)
This will be described with reference to FIG.
In the embodiment and the modification, the printer 100 has been described as a line printer that performs printing in a single pass in the transport direction 4 (sub-scanning direction). However, the printer 100 is not limited to this configuration. Any printer provided is acceptable. For example, it may be a so-called on-carriage type ink jet printer provided with a carriage that performs printing while reciprocating in the paper width direction 5 (main scanning direction). In this case, an ink cartridge and a print head module 23 are mounted on the carriage, and are reciprocated by the carriage motor described above. The nozzle row (band length) extending direction in the print head module 23 is the transport direction 4, and the paper 1 is fed in band length units. This paper feeding is performed by the medium feeding motor described above. Also, the print medium is not limited to a cut sheet (paper), and may be roll paper or continuous paper. The material of the print medium is not limited to paper, but may be cloth or film.
Even with these configurations, since the above-described heat radiation effect can be obtained, the same effects as those of the above-described embodiments and modifications can be obtained.
（変形例４）
図１を用いて説明する。
前記実施形態、および変形例では、メイン基板５０（駆動基板）を印刷用のインク吐出用途に用いているが、この用途に限定するものではなく、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）を噴射する液体噴射装置にも適用しても良い。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、カラーフィルター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。
これらの装置に適用した場合であっても、前述した放熱の作用効果は得られるため、前述の実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
(Modification 4)
This will be described with reference to FIG.
In the embodiment and the modification, the main substrate 50 (driving substrate) is used for printing ink ejection, but is not limited to this usage, and other liquids other than ink (in addition to liquids, The present invention may also be applied to a liquid ejecting apparatus that ejects a fluid other than a liquid (including a fluid in which particles of functional material are dispersed, a fluid such as a gel), or a fluid other than a liquid (such as a solid that can be ejected as a fluid). For example, a liquid material ejecting apparatus that ejects a liquid material that contains materials such as electrode materials and color materials used in the manufacture of liquid crystal displays, EL (electroluminescence) displays, surface-emitting displays, and color filters in a dispersed or dissolved form. Further, it may be a liquid ejecting apparatus that ejects a bio-organic matter used for biochip manufacturing, or a liquid ejecting apparatus that ejects a liquid that is used as a precision pipette to become a sample. In addition, transparent resin liquids such as UV curable resins for forming liquid injection devices that inject lubricating oil onto precision machines such as watches and cameras, micro hemispherical lenses (optical lenses) used in optical communication elements, etc. Examples include a liquid ejecting apparatus that ejects a liquid onto a substrate, a liquid ejecting apparatus that ejects an etching solution such as acid or alkali to etch the substrate, a fluid ejecting apparatus that ejects a gel, and a powder such as toner. It may be a fluid ejection recording apparatus that ejects a solid.
Even when applied to these devices, the effects of heat dissipation described above can be obtained, and therefore the same effects as those of the above-described embodiments and modifications can be obtained.
Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments. It goes without saying for those skilled in the art,
・ Applying mutually interchangeable members and configurations disclosed in the above embodiments by appropriately changing the combination thereof.− Although not disclosed in the above embodiments, it is a publicly known technique and the above embodiments. The members and configurations that can be mutually replaced with the members and configurations disclosed in the above are appropriately replaced, and the combination is changed and applied. It is an embodiment of the present invention that a person skilled in the art can appropriately replace the members and configurations that can be assumed as substitutes for the members and configurations disclosed in the above-described embodiments, and change the combinations and apply them. It is disclosed as.
１５…ヘッド基板、２０…印刷ヘッドユニット、２１…ノズルプレート、２２…ラインヘッド、２３…印刷ヘッドモジュール、２４…基準穴、２５…ノズル、２６…ノズル列、２８…流路ユニット、２９…駆動ユニット、３０…吐出ユニット、３３…圧電素子、３６…圧力室、４４…ヘッドの駆動回路、５０…駆動基板としてのメイン基板、５１…ＦＰＣ、５４…駆動ＩＣ、５５…スイッチング回路、５６…フィルター回路、６２…元駆動信号、６７，７０…抵抗、６８，７１…トランジスター、６９…中間電位（中間ノード）、７３，７５…抵抗、７２，７４…コンデンサー、７６…コイル、７６ａ…入力端子、７６ｂ…出力端子、７７…コンデンサー、７８…駆動信号、８５，８７…ＴＨ（スルホール）、８９…伝熱部材、９０…シャシー、９１…保持部、９７…発熱領域、１００…プリンター、１５４…駆動ＩＣ実装領域、１５５…スイッチング回路実装領域、１５６…フィルター回路実装領域、１６９ａ…ベタパターン（表面）、１６９ｂ…ベタパターン（裏面）、ＶＤＤａ…ベタパターン（表面）、ＶＤＤｂ…ベタパターン（裏面）、ＧＮＤａ…ベタパターン（表面）、ＧＮＤｂ…ベタパターン（裏面）、Ｃ１ＧＰ〜Ｃ４ＧＰ…共用のグランドパターン、Ａ１ＧＰ〜Ａ４ＧＰ…専用のグランドパターン、Ｃ１Ｌ…共用側結線ランド、Ａ１Ｌ…専用側結線ランド。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Head substrate, 20 ... Print head unit, 21 ... Nozzle plate, 22 ... Line head, 23 ... Print head module, 24 ... Reference hole, 25 ... Nozzle, 26 ... Nozzle row, 28 ... Flow path unit, 29 ... Drive Unit: 30 ... Discharge unit, 33 ... Piezoelectric element, 36 ... Pressure chamber, 44 ... Drive circuit for head, 50 ... Main board as drive board, 51 ... FPC, 54 ... Drive IC, 55 ... Switching circuit, 56 ... Filter Circuit, 62 ... Original drive signal, 67, 70 ... Resistor, 68, 71 ... Transistor, 69 ... Intermediate potential (intermediate node), 73, 75 ... Resistor, 72, 74 ... Capacitor, 76 ... Coil, 76a ... Input terminal, 76b ... Output terminal, 77 ... Condenser, 78 ... Drive signal, 85, 87 ... TH (through hole), 89 ... Heat transfer member, 90 ... Chassis 91 ... Holding part, 97 ... Heat generation area, 100 ... Printer, 154 ... Drive IC mounting area, 155 ... Switching circuit mounting area, 156 ... Filter circuit mounting area, 169a ... Solid pattern (front surface), 169b ... Solid pattern (back surface) ), VDDa ... solid pattern (front surface), VDDb ... solid pattern (back surface), GNDa ... solid pattern (front surface), GNDb ... solid pattern (back surface), C1GP-C4GP ... common ground pattern, A1GP-A4GP ... dedicated ground Pattern, C1L ... Shared side connection land, A1L ... Dedicated side connection land.
Claims (11)
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、吐出部に対して駆動信号を出力し、
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線され、
前記制御回路基板の各層において前記専用のグランドパターンが、前記共用のグランドパターンと区別して形成されていることを特徴とする液体吐出装置。 On one control circuit board formed as a multilayer of two or more layers, a head driving circuit and a motor driver circuit sharing a driving power source are provided.
The head drive circuits to the Class D amplifier unit is configured to pair the discharge unit outputs a drive signal,
The motor driver circuit has output the drive signal to the D C motor,
In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
The motor driver circuit is connected to the common ground pattern ,
The liquid ejection apparatus according to claim 1 , wherein the dedicated ground pattern is formed separately from the shared ground pattern in each layer of the control circuit board .
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、吐出部に対して駆動信号を出力し、 The head drive circuit configured with the class D amplifier unit outputs a drive signal to the ejection unit,
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、 The motor driver circuit outputs a drive signal for the DC motor,
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、 In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線されており、 The motor driver circuit is connected to the common ground pattern,
前記吐出部は圧電素子を備えており、 The discharge unit includes a piezoelectric element,
前記Ｄ級アンプ部は、周波数成分として１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの帯域に主成分を含む前記吐出部に対する元駆動信号を、１〜８ＭＨｚの周波数帯域でパルス密度変調して前記圧電素子に対する駆動信号としての変調信号を生成することを特徴とする液体吐出装置。 The class D amplifier unit modulates the original drive signal for the ejection unit including a main component in a frequency band of 10 kHz to 100 kHz as a frequency component by pulse density modulation in a frequency band of 1 to 8 MHz as a drive signal for the piezoelectric element. A liquid ejection apparatus that generates a signal.
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、吐出部に対して駆動信号を出力し、 The head drive circuit configured with the class D amplifier unit outputs a drive signal to the ejection unit,
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、 The motor driver circuit outputs a drive signal for the DC motor,
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、 In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線されており、 The motor driver circuit is connected to the common ground pattern,
前記専用のグランドパターンは、前記Ｄ級アンプ部におけるグランドパターン以外の回路パターンを取り囲み、ＤＩＰタイプのＩＣにおける一列は前記専用のグランドパターンの外側の領域に位置し、他の一列は前記専用のグランドパターンの内側の領域に位置していることを特徴とする液体吐出装置。 The dedicated ground pattern surrounds a circuit pattern other than the ground pattern in the class D amplifier unit, and one row in the DIP type IC is located in a region outside the dedicated ground pattern, and the other row is the dedicated ground pattern. A liquid ejection apparatus, wherein the liquid ejection apparatus is located in a region inside a pattern.
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、吐出部に対して駆動信号を出力し、 The head drive circuit configured with the class D amplifier unit outputs a drive signal to the ejection unit,
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、 The motor driver circuit outputs a drive signal for the DC motor,
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、 In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線されており、 The motor driver circuit is connected to the common ground pattern,
前記制御回路基板上で、前記Ｄ級アンプ部が形成される部位と、前記モータードライバ回路が形成される部位とは、所定の距離を隔てており、その間に他の回路素子が配置されていることを特徴とする液体吐出装置。 On the control circuit board, a portion where the class D amplifier unit is formed and a portion where the motor driver circuit is formed are separated from each other by a predetermined distance, and other circuit elements are arranged therebetween. A liquid discharge apparatus characterized by that.
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、吐出部に対して駆動信号を出力し、
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線され、
各層において前記専用のグランドパターンが、前記共用のグランドパターンと区別して形成されていることを特徴とする液体吐出装置の制御回路基板。 A control circuit board for a liquid ejection apparatus comprising a head drive circuit and a motor driver circuit sharing a driving power source on a single circuit board formed as a multilayer of two or more layers ,
The head drive circuits to the Class D amplifier unit is configured to pair the discharge unit outputs a drive signal,
The motor driver circuit has output the drive signal to the D C motor,
In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
The motor driver circuit is connected to the common ground pattern ,
A control circuit board for a liquid ejection apparatus , wherein the dedicated ground pattern is formed separately from the shared ground pattern in each layer .
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、圧電素子を備える吐出部に対して駆動信号を出力し、 The head driving circuit in which the class D amplifier unit is configured outputs a driving signal to the ejection unit including the piezoelectric element,
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、 The motor driver circuit outputs a drive signal for the DC motor,
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、 In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線されており、 The motor driver circuit is connected to the common ground pattern,
前記Ｄ級アンプ部は、周波数成分として１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの帯域に主成分を含む前記吐出部に対する元駆動信号を、１〜８ＭＨｚの周波数帯域でパルス密度変調して前記圧電素子に対する駆動信号としての変調信号を生成することを特徴とする液体吐出装置の制御回路基板。 The class D amplifier unit modulates the original drive signal for the ejection unit including a main component in a frequency band of 10 kHz to 100 kHz as a frequency component by pulse density modulation in a frequency band of 1 to 8 MHz as a drive signal for the piezoelectric element. A control circuit board for a liquid ejection apparatus, characterized in that a signal is generated.
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、吐出部に対して駆動信号を出力し、 The head drive circuit configured with the class D amplifier unit outputs a drive signal to the ejection unit,
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、 The motor driver circuit outputs a drive signal for the DC motor,
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、 In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線されており、 The motor driver circuit is connected to the common ground pattern,
前記専用のグランドパターンは、前記Ｄ級アンプ部におけるグランドパターン以外の回路パターンを取り囲み、ＤＩＰタイプのＩＣにおける一列は前記専用のグランドパターンの外側の領域に位置し、他の一列は前記専用のグランドパターンの内側の領域に位置していることを特徴とする液体吐出装置の制御回路基板。 The dedicated ground pattern surrounds a circuit pattern other than the ground pattern in the class D amplifier unit, and one row in the DIP type IC is located in a region outside the dedicated ground pattern, and the other row is the dedicated ground pattern. A control circuit board for a liquid ejection apparatus, wherein the control circuit board is located in a region inside a pattern.
Ｄ級アンプ部が構成された前記ヘッド駆動回路は、吐出部に対して駆動信号を出力し、 The head drive circuit configured with the class D amplifier unit outputs a drive signal to the ejection unit,
前記モータードライバ回路は、ＤＣモーターに対する駆動信号を出力しており、 The motor driver circuit outputs a drive signal for the DC motor,
前記Ｄ級アンプ部が配置される領域には、他の領域の共用のグランドパターンとは区別された専用のグランドパターンが形成されており、前記専用のグランドパターンは、所定の位置の経路でのみ前記共用のグランドパターンと結線され、 In the region where the class D amplifier unit is disposed, a dedicated ground pattern is formed which is distinguished from a shared ground pattern in other regions, and the dedicated ground pattern is only in a route at a predetermined position. Connected to the common ground pattern,
前記モータードライバ回路は、前記共用のグランドパターンに結線されており、 The motor driver circuit is connected to the common ground pattern,
前記Ｄ級アンプ部が形成される部位と、前記モータードライバ回路が形成される部位とは、所定の距離を隔てており、その間に他の回路素子が配置されていることを特徴とする液体吐出装置の制御回路基板。 The liquid ejection, wherein the portion where the class D amplifier section is formed and the portion where the motor driver circuit is formed are separated from each other by a predetermined distance, and other circuit elements are arranged therebetween. Device control circuit board.
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