JP6662380B2 - 記録ヘッドの駆動回路及び画像記録装置 - Google Patents
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Description
記録ヘッドに設けられた記録素子の負荷要素に対し、当該負荷要素の動作に応じた駆動電圧を供給する記録ヘッドの駆動回路であって、
前記負荷要素の動作に応じたアナログ駆動波形信号の電圧を増幅して駆動電圧信号を生成する電圧増幅部と、
前記駆動電圧信号の電流を増幅して出力信号として出力する電流増幅部と、
前記出力信号の電圧に応じた帰還信号を前記電圧増幅部に負帰還させる帰還部と、
を備え、
前記電圧増幅部は、前段増幅部及び後段増幅部を含む複数段階で増幅動作を行い、
前記帰還部は、低域通過部を備え、前記前段増幅部で電圧増幅された電圧信号のうち、前記低域通過部の特性に応じた低周波数成分を前記帰還信号に合成する
ことを特徴としている。
請求項2記載の発明は、
記録ヘッドに設けられた記録素子の負荷要素に対し、当該負荷要素の動作に応じた駆動電圧を供給する記録ヘッドの駆動回路であって、
前記負荷要素の動作に応じたアナログ駆動波形信号の電圧を増幅して駆動電圧信号を生成する電圧増幅部と、
前記駆動電圧信号の電流を増幅して出力信号として出力する電流増幅部と、
前記出力信号の電圧に応じた帰還信号を前記電圧増幅部に負帰還させる帰還部と、
を備え、
前記帰還部は、前記電圧増幅部で電圧増幅された電圧信号を前記帰還信号に合成して前記電圧増幅部の入力へ負帰還させる
ことを特徴としている。
請求項3記載の発明は、
記録ヘッドに設けられた記録素子の負荷要素に対し、当該負荷要素の動作に応じた駆動電圧を供給する記録ヘッドの駆動回路であって、
前記負荷要素の動作に応じたアナログ駆動波形信号の電圧を増幅して駆動電圧信号を生成する電圧増幅部と、
前記駆動電圧信号の電流を2組のトランジスターのプッシュプル動作により増幅して出力信号として出力する電流増幅部と、
前記出力信号の電圧に応じた帰還信号を前記電圧増幅部に負帰還させる帰還部と、
前記電圧増幅部が生成する駆動電圧信号に対し、前記電流増幅部の前記2組のトランジスターがそれぞれ増幅動作を行うための最小の動作電圧差以上の電圧差であるバイアス電圧を付加して前記2組のトランジスターにそれぞれ供給するバイアス発生部と、
を備え、
前記バイアス発生部は、前記バイアス電圧を発生する素子に対して流す電流を一定にするための定電流発生部を備え、
前記2組のトランジスターは、各々ダーリントン接続された2つ以上のトランジスターにより構成されており、当該ダーリントン接続は、インバーテッドダーリントン接続であり、前記インバーテッドダーリントン接続されたトランジスターのうち前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流を定める抵抗素子が設けられており、前記定電流発生部には、前記バイアス電圧が付加された前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流と等しい電流を発生させる
ことを特徴としている。
前記帰還部は、前記電圧増幅部で電圧増幅された電圧信号を前記帰還信号に合成して前記電圧増幅部に負帰還させることを特徴としている。
前記帰還部は、低域通過部を備え、前記電圧増幅部で電圧増幅された電圧信号のうち、前記低域通過部の特性に応じた低周波数成分を前記帰還信号に合成することを特徴としている。
前記電圧増幅部は、前段増幅部及び後段増幅部を含む複数段階で増幅動作を行うことを特徴としている。
前記前段増幅部は、前記帰還信号に応じた差動増幅を行うことを特徴としている。
前記前段増幅部には、OPアンプが用いられることを特徴としている。
前記帰還部は、低域通過部を備え、前記前段増幅部で電圧増幅された電圧信号のうち、前記低域通過部の特性に応じた低周波数成分を前記帰還信号に合成することを特徴としている。
前記電圧増幅部は、前記後段増幅部の電圧増幅率が前記前段増幅部の電圧増幅率よりも大きく定められていることを特徴としている。
請求項11記載の発明は、請求項10記載の記録ヘッドの駆動回路において、
前記後段増幅部は、2段階のエミッター接地増幅の組み合わせであり、当該2段階のエミッター接地増幅のうち前段は、増幅率が1であることを特徴としている。
前記電圧増幅部は、所定の基準周波数よりも高周波数の成分の電圧増幅率が当該基準周波数よりも低周波数の成分の電圧増幅率よりも高くなるように構成されていることを特徴としている。
請求項13記載の発明は、請求項12記載の記録ヘッドの駆動回路において、
前記電圧増幅部は、直列に接続された第1抵抗素子及びキャパシターと、当該第1抵抗素子及びキャパシターに並列な第2抵抗素子とを有し、前記所定の基準周波数は、前記第1抵抗素子及び前記第2抵抗素子の合成抵抗により定められることを特徴としている。
前記電流増幅部は、2組のトランジスターのプッシュプル動作により電流増幅を行うことを特徴としている。
前記トランジスターには、バイポーラートランジスターが用いられることを特徴としている。
前記2組のトランジスターは、各々ダーリントン接続された2つ以上のトランジスターにより構成されていることを特徴としている。
前記ダーリントン接続は、インバーテッドダーリントン接続であることを特徴としている。
前記インバーテッドダーリントン接続されたトランジスターのうち前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流を定める抵抗素子が設けられていることを特徴としている。
前記電圧増幅部が生成する駆動電圧信号に対し、前記電流増幅部の前記2組のトランジスターがそれぞれ増幅動作を行うための最小の動作電圧差以上の電圧差であるバイアス電圧を付加して前記2組のトランジスターにそれぞれ供給するバイアス発生部を備えることを特徴としている。
前記バイアス発生部は、前記2組のトランジスターに各々対応したバイアス用トランジスターを有し、当該バイアス用トランジスターの前記動作電圧差を前記2組のトランジスターの前記バイアス電圧として前記駆動電圧信号に付加することを特徴としている。
前記プッシュプル動作による電流増幅を行うトランジスターと、当該トランジスターに前記バイアス電圧を付加した電圧を供給する前記バイアス用トランジスターとは、熱結合されていることを特徴としている。
前記バイアス用トランジスター及び前記電流増幅部における前記トランジスターの少なくとも一部には、特性を揃えて製造されているものが用いられることを特徴としている。
前記バイアス発生部は、前記バイアス電圧を発生する素子に対して流す電流を一定にするための定電流発生部を備えることを特徴としている。
前記2組のトランジスターは、各々ダーリントン接続された2つ以上のトランジスターにより構成されており、当該ダーリントン接続は、インバーテッドダーリントン接続であり、前記インバーテッドダーリントン接続されたトランジスターのうち前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流を定める抵抗素子が設けられており、前記定電流発生部には、前記バイアス電圧が付加された前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流と等しい電流を発生させることを特徴としている。
デジタル/アナログ変換部を備え、
前記アナログ駆動波形信号は、入力された駆動波形に係るデジタル信号を前記デジタル/アナログ変換部によりアナログ変換して得られる
ことを特徴としている。
請求項1〜25の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路と、
前記記録ヘッドと、
前記記録ヘッドの駆動回路の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像記録装置である。
図1は、本発明の画像記録装置の実施形態であるインクジェット記録装置の機能構成を示すブロック図である。
出力選択部40は、制御部80から入力された形成対象画像の画素データに応じて出力信号Voutの出力対象とされるアクチュエーター51を選択する切替信号を出力する。
通信規格としては、LAN(Local Area Network)ケーブルを用いた通信に係るTCP/IP接続、無線LAN(IEEE802.11)、Bluetooth(登録商標)などの近距離無線通信(IEEE802.15など)やUSB(Universal Serial Bus)接続など各種周知の方式を用いることが出来、通信部73は、利用可能とする通信規格に係る接続端子及び通信接続に係るドライバーのハードウェア(ネットワークカード)などを備える。
図2は、駆動部100の機能構成を示すブロック図である。
なお、ここでは、アクチュエーター51として抵抗素子とキャパシターとを直列接続して模式的に表示させているが、実際のアクチュエーター51に応じて適宜並列接続されたり、コイル成分が含まれたりしても良い。
DAC20から出力された入力信号Vinは、前段増幅部311のOPアンプ311aの非反転入力に入力される。また、OPアンプ311aの反転入力には、フィードバック部34からの帰還信号が入力される。このように前段増幅部311により差動増幅が行われて出力電圧の安定化が図られる。OPアンプ311aで増幅された信号は、フィードバック部34に送られると共に、後段増幅部312に送られる。
このようにOPアンプ311aの出力電圧が当該OPアンプ311aへの供給電圧に比して小さい振幅範囲となるように電圧増幅率G1を低く抑えることで、OPアンプ311aの出力信号の歪みを防ぎ、駆動回路30の信号の安定化を図っている。一方で、後段増幅部312による電圧増幅率G2は、出力電圧が供給電圧Vpに近い電圧振幅となるように定められることで、無駄に供給電圧Vpを上げずに効率良く増幅を行うことが出来るが、この電圧増幅率G2を大きく取り過ぎると高周波数帯域におけるゲインが低下するので、上述のように高周波数帯域の電圧増幅率を上昇させることで波形を歪ませずに補うことが出来る範囲で当該後段増幅部312による電圧増幅率G2が設定され、残りが前段増幅部311により増幅される。バイポーラートランジスターには、高電圧及び高いスルーレートに対応するものが適宜選択される。この後段増幅部312以降の各構成で用いられるバイポーラートランジスターも同様である。高周波数帯域におけるゲインの確保には、当該バイポーラートランジスターの入力容量が小さいことが好ましい。
バイアス電圧発生部32は、npnトランジスターTr21と、pnpトランジスターTr22と、定電流回路Ic1、Ic2(定電流発生部)とを含む。
npnトランジスターTr21及びpnpトランジスターTr22(まとめて、バイアス用トランジスターとも記す)は、それぞれエミッターフォロワーをなす。pnpトランジスターTr22は、駆動電圧信号Vdの電圧値よりもベース/エミッター間電圧(即ち、増幅動作する最小の動作電圧差)高い高圧側駆動電圧信号Vdhを電流増幅部33に出力し、npnトランジスターTr21は、駆動電圧信号Vdの電圧値よりもベース/エミッター間電圧低い低圧側駆動電圧信号Vdlを電流増幅部33に出力する。即ち、高圧側駆動電圧信号Vdhと低圧側駆動電圧信号Vdlとの電圧差は、ベース/エミッター間電圧の2倍である。これによって、後述するように電流増幅部33で用いられるプッシュプル回路における2つのトランジスターにそれぞれ当該トランジスターのベース/エミッター間電圧に応じたバイアス電圧を付加したベース電圧(即ち、ベース/エミッタ間電圧)を供給し、適切なベース電流を流してこれらのトランジスターをオン状態に保つと共に、当該プッシュプル回路における2つのトランジスターのアイドリング電流を低減させる。
電流増幅部33は、エミッターフォロワーのプッシュプル回路(SEPP)であり、また、エミッターフォロワーをなす各バイポーラートランジスター(npnトランジスターTr31及びpnpトランジスターTr32)に対して各々1つずつ更にバイポーラートランジスター(pnpトランジスターTr33、npnトランジスターTr34)がインバーテッドダーリントン接続されて電流増幅率を増大させている。電流増幅部33は、高圧側駆動電圧信号Vdhがベース端子に入力されるnpnトランジスターTr31と、低圧側駆動電圧信号Vdlがベース端子に入力されるpnpトランジスターTr32と、npnトランジスターTr31にインバーテッドダーリントン接続されたpnpトランジスターTr33と、pnpトランジスターTr32にインバーテッドダーリントン接続されたnpnトランジスターTr34と、npnトランジスターTr31のコレクター端子と供給電圧Vpとの間に設けられた抵抗素子R31と、pnpトランジスターTr32のコレクター端子と接地電圧との間に設けられた抵抗素子R32と、待機時の電流を低減させるための抵抗素子R33及び抵抗素子R34と、を有し、pnpトランジスターTr33のエミッター端子が供給電圧Vpに接続され、npnトランジスターTr34のエミッター端子が接地されている。
出力信号Voutは、出力選択部40への出力に加えて、帰還信号としてフィードバック部34に出力(帰還)される。
フィードバック部34は、抵抗素子R41、R42、R43及びキャパシターC41を有する。
これにより、出力信号Voutの波形を入力信号Vinの波形から歪まないようにしつつ、且つ適切に所望の電圧振幅に増幅することが出来る。従って、電圧波形の劣化を防ぎながら、インクジェットヘッド50の負荷要素(アクチュエーター51)に対してより容易且つ安定して電力(即ち、歪みの少ない電圧波形及び十分な電流)を供給することが出来る。従って、インクジェットヘッド50を適切に動作させて記録画像に画質の劣化を生じさせない。
これにより、電流増幅部33のトランジスターにおけるベース/エミッター間電圧と、バイアス電圧発生部32におけるベース/エミッター間電圧とを等しくすることが出来るので、適切な最低限の電流量に抑えることで、効率良く電力消費を低減させながら歪みの少ない出力信号Voutを生成、出力することが出来る。
例えば、上記実施の形態では、OPアンプ311aの出力と電流増幅部33の出力とを合成してフィードバック部34を介してOPアンプ311aに帰還させたが、必ずしも両者を合成して帰還させる必要はない。但し、電圧増幅部31にOPアンプを用いる場合には、発振防止などの観点から当該OPアンプ311aの出力を帰還させることがより好ましい。
その他、上記実施の形態で示した具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
10 駆動波形信号出力部
11 コントローラー
12 記憶部
20 DAC(デジタル/アナログ変換部)
30 駆動回路
31 電圧増幅部
32 バイアス電圧発生部
33 電流増幅部
34 フィードバック部
40 出力選択部
50 インクジェットヘッド
51 アクチュエーター
60 直流電圧変換部
71 搬送駆動部
72 操作表示部
73 通信部
80 制御部
81 CPU
82 RAM
83 記憶部
90 バス
100 駆動部
311 前段増幅部
311a OPアンプ
312 後段増幅部
C11、C41 キャパシター
Ic1、Ic2 定電流回路
R11〜R15、R31〜R34、R41〜R43 抵抗素子
Tr11、Tr12、Tr21、Tr22、Tr31〜Tr34 トランジスター
Vd 駆動電圧信号
Vdd 電源電圧
Vdh 高圧側駆動電圧信号
Vdl 低圧側駆動電圧信号
Vin 入力信号
Vout 出力信号
Vp 供給電圧
Claims (26)
- 記録ヘッドに設けられた記録素子の負荷要素に対し、当該負荷要素の動作に応じた駆動電圧を供給する記録ヘッドの駆動回路であって、
前記負荷要素の動作に応じたアナログ駆動波形信号の電圧を増幅して駆動電圧信号を生成する電圧増幅部と、
前記駆動電圧信号の電流を増幅して出力信号として出力する電流増幅部と、
前記出力信号の電圧に応じた帰還信号を前記電圧増幅部に負帰還させる帰還部と、
を備え、
前記電圧増幅部は、前段増幅部及び後段増幅部を含む複数段階で増幅動作を行い、
前記帰還部は、低域通過部を備え、前記前段増幅部で電圧増幅された電圧信号のうち、前記低域通過部の特性に応じた低周波数成分を前記帰還信号に合成する
ことを特徴とする記録ヘッドの駆動回路。 - 記録ヘッドに設けられた記録素子の負荷要素に対し、当該負荷要素の動作に応じた駆動電圧を供給する記録ヘッドの駆動回路であって、
前記負荷要素の動作に応じたアナログ駆動波形信号の電圧を増幅して駆動電圧信号を生成する電圧増幅部と、
前記駆動電圧信号の電流を増幅して出力信号として出力する電流増幅部と、
前記出力信号の電圧に応じた帰還信号を前記電圧増幅部に負帰還させる帰還部と、
を備え、
前記帰還部は、前記電圧増幅部で電圧増幅された電圧信号を前記帰還信号に合成して前記電圧増幅部の入力へ負帰還させる
ことを特徴とする記録ヘッドの駆動回路。 - 記録ヘッドに設けられた記録素子の負荷要素に対し、当該負荷要素の動作に応じた駆動電圧を供給する記録ヘッドの駆動回路であって、
前記負荷要素の動作に応じたアナログ駆動波形信号の電圧を増幅して駆動電圧信号を生成する電圧増幅部と、
前記駆動電圧信号の電流を2組のトランジスターのプッシュプル動作により増幅して出力信号として出力する電流増幅部と、
前記出力信号の電圧に応じた帰還信号を前記電圧増幅部に負帰還させる帰還部と、
前記電圧増幅部が生成する駆動電圧信号に対し、前記電流増幅部の前記2組のトランジスターがそれぞれ増幅動作を行うための最小の動作電圧差以上の電圧差であるバイアス電圧を付加して前記2組のトランジスターにそれぞれ供給するバイアス発生部と、
を備え、
前記バイアス発生部は、前記バイアス電圧を発生する素子に対して流す電流を一定にするための定電流発生部を備え、
前記2組のトランジスターは、各々ダーリントン接続された2つ以上のトランジスターにより構成されており、当該ダーリントン接続は、インバーテッドダーリントン接続であり、前記インバーテッドダーリントン接続されたトランジスターのうち前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流を定める抵抗素子が設けられており、前記定電流発生部には、前記バイアス電圧が付加された前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流と等しい電流を発生させる
ことを特徴とする記録ヘッドの駆動回路。 - 前記帰還部は、前記電圧増幅部で電圧増幅された電圧信号を前記帰還信号に合成して前記電圧増幅部に負帰還させることを特徴とする請求項3記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記帰還部は、低域通過部を備え、前記電圧増幅部で電圧増幅された電圧信号のうち、前記低域通過部の特性に応じた低周波数成分を前記帰還信号に合成することを特徴とする請求項2〜4の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記電圧増幅部は、前段増幅部及び後段増幅部を含む複数段階で増幅動作を行うことを特徴とする請求項2〜4の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記前段増幅部は、前記帰還信号に応じた差動増幅を行うことを特徴とする請求項1又は6記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記前段増幅部には、OPアンプが用いられることを特徴とする請求項7記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記帰還部は、低域通過部を備え、前記前段増幅部で電圧増幅された電圧信号のうち、前記低域通過部の特性に応じた低周波数成分を前記帰還信号に合成することを特徴とする請求項6〜8の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記電圧増幅部は、前記後段増幅部の電圧増幅率が前記前段増幅部の電圧増幅率よりも大きく定められていることを特徴とする請求項1、6〜9の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記後段増幅部は、2段階のエミッター接地増幅の組み合わせであり、当該2段階のエミッター接地増幅のうち前段は、増幅率が1であることを特徴とする請求項10記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記電圧増幅部は、所定の基準周波数よりも高周波数の成分の電圧増幅率が当該基準周波数よりも低周波数の成分の電圧増幅率よりも高くなるように構成されていることを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記電圧増幅部は、直列に接続された第1抵抗素子及びキャパシターと、当該第1抵抗素子及びキャパシターに並列な第2抵抗素子とを有し、前記所定の基準周波数は、前記第1抵抗素子及び前記第2抵抗素子の合成抵抗により定められることを特徴とする請求項12記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記電流増幅部は、2組のトランジスターのプッシュプル動作により電流増幅を行うことを特徴とする請求項1、2、4〜13の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記トランジスターには、バイポーラートランジスターが用いられることを特徴とする請求項14記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記2組のトランジスターは、各々ダーリントン接続された2つ以上のトランジスターにより構成されていることを特徴とする請求項14又は15記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記ダーリントン接続は、インバーテッドダーリントン接続であることを特徴とする請求項16記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記インバーテッドダーリントン接続されたトランジスターのうち前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流を定める抵抗素子が設けられていることを特徴とする請求項17記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記電圧増幅部が生成する駆動電圧信号に対し、前記電流増幅部の前記2組のトランジスターがそれぞれ増幅動作を行うための最小の動作電圧差以上の電圧差であるバイアス電圧を付加して前記2組のトランジスターにそれぞれ供給するバイアス発生部を備えることを特徴とする請求項14〜18の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記バイアス発生部は、前記2組のトランジスターに各々対応したバイアス用トランジスターを有し、当該バイアス用トランジスターの前記動作電圧差を前記2組のトランジスターの前記バイアス電圧として前記駆動電圧信号に付加することを特徴とする請求項3又は19記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記プッシュプル動作による電流増幅を行うトランジスターと、当該トランジスターに前記バイアス電圧を付加した電圧を供給する前記バイアス用トランジスターとは、熱結合されていることを特徴とする請求項20記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記バイアス用トランジスター及び前記電流増幅部における前記トランジスターの少なくとも一部には、特性を揃えて製造されているものが用いられることを特徴とする請求項20又は21記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記バイアス発生部は、前記バイアス電圧を発生する素子に対して流す電流を一定にするための定電流発生部を備えることを特徴とする請求項19〜22の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。
- 前記2組のトランジスターは、各々ダーリントン接続された2つ以上のトランジスターにより構成されており、当該ダーリントン接続は、インバーテッドダーリントン接続であり、前記インバーテッドダーリントン接続されたトランジスターのうち前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流を定める抵抗素子が設けられており、前記定電流発生部には、前記バイアス電圧が付加された前記駆動電圧信号が入力されるトランジスターの増幅電流と等しい電流を発生させることを特徴とする請求項23記載の記録ヘッドの駆動回路。
- デジタル/アナログ変換部を備え、
前記アナログ駆動波形信号は、入力された駆動波形に係るデジタル信号を前記デジタル/アナログ変換部によりアナログ変換して得られる
ことを特徴とする請求項1〜24の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路。 - 請求項1〜25の何れか一項に記載の記録ヘッドの駆動回路と、
前記記録ヘッドと、
前記記録ヘッドの駆動回路の動作を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像記録装置。
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