液体排出装置以及头单元的制作方法

液体排出装置以及头单元的制作方法
【专利摘要】本发明提供在使用高频率的放大调制信号的液体喷射型打印装置中，能够选择可抑制对放大调制信号进行平滑化时的发热、损耗的转换效率高的线圈且低消耗电力的液体喷射型打印装置等。其特征在于，具有对源驱动信号(125)进行脉冲调制来生成调制信号(126)的信号调制部(26)、将调制信号放大来生成放大调制信号(128)的信号放大部(28)、对放大调制信号进行平滑化来生成驱动信号(COM)的线圈(L)、通过被施加驱动信号而变形的压电元件(PZT)、根据压电元件的变形而膨胀或者收缩的腔、以及与腔连通且根据腔内的压力的增减来排出液体的喷嘴，线圈是铁氧体芯型线圈，芯间隙被设置成1.1mm以上。
【专利说明】液体排出装置以及头单元

【技术领域】
[0001] 本发明涉及对致动器施加驱动信号来喷射液体的液体喷射装置以及头单元，例 如本发明适用于通过从液体喷射头的喷嘴喷射微小的液体，来在打印介质上形成微粒子 (点），从而打印规定的文字或者图像等的液体喷射型打印装置。

【背景技术】
[0002] 作为液体排出装置的一个例子，已知有从设于头的喷嘴朝向记录介质排出墨水 (液体）的喷墨打印机。通常，在头形成有多数的喷嘴在规定方向排列的喷嘴列，例如，已 知有通过头一边向头的扫描方向和记录介质的输送方向交差的方向相对移动，一边排出墨 水，来打印喷嘴列宽度的图像的串行式头方式、或者如专利文献1所述那样的、在与打印介 质的输送方向交差的方向呈列状配置喷嘴，并在打印介质通过其下方时打印图像的行式头 方式等。
[0003] 专利文献1 :日本特开2011-5733号公报
[0004] 这里，专利文献1例示了使用由一个电容器C和线圈L构成的2次滤波器来作为 平滑滤波器，但对于应该使用什么样的线圈L没有记载。
[0005] 用于对来自数字电力放大电路的放大调制信号进行平滑化的线圈通常有发热、损 耗变大的趋势，选择抑制发热、损耗的线圈是液体喷射型打印装置的设计中的一个大课题。 特别是，在打印机中，为了得到具有足够的品质以及分辨率的打印物，而使用MHz (兆赫）程 度这样的高频率的放大调制信号，所以难以直接使用其他的电子设备（例如，一般的音频 设备使用32kHz?400kHz程度的频率）中的线圈的选择方法。


【发明内容】

[0006] 本发明是为了解决上述的课题而作出的，其目的在于，提供在例如称为喷墨打印 机的使用有高频率的放大调制信号的液体喷射型打印装置中，能够选择可抑制对放大调制 信号进行平滑化时的发热、损耗的转换效率高的线圈且低消耗电力的液体喷射型打印装置 和使用于该装置的头单元。
[0007] (1)本发明的液体排出装置的特征在于，具有：信号调制部，其对源驱动信号进行 脉冲调制来生成调制信号；信号放大部，其将上述调制信号放大来生成放大调制信号；线 圈，其对上述放大调制信号进行平滑化来生成驱动信号；压电元件，其通过被施加上述驱 动信号而变形；腔，其根据上述压电元件的变形而膨胀或者收缩；以及喷嘴，其与上述腔连 通，并根据上述腔内的压力的增减而排出液体，上述线圈是铁氧体芯型线圈，芯间隙被设置 成I. 1謹以上。
[0008] 液体排出装置中，利用信号放大部（例如数字电力放大电路）生成的高频率的放 大调制信号被输入至线圈。因此，作为使线圈的发热或者消耗电力增大的重要因素，与铜损 (线材的损耗）相比，铁损（芯材的损耗）多为主导。占有铁损的多数的涡流损耗与磁通密 度的平方成比例，所以通过将线圈的芯间隙设置成I. Imm以上，能够降低该磁通密度而大 幅抑制铁损。因此，由于使用能够不使发热或者消耗电力增大而得到高转换效率的线圈，所 以本发明的液体排出装置能够实现低消耗电力。
[0009] 此外，所谓源驱动信号，是成为控制压电元件的变形的驱动信号的源的信号，即是 调制前的信号且成为波形的基准的信号。所谓调制信号，是对源驱动信号进行脉冲调制 (例如脉冲宽度调制、脉冲密度调制等）而得到的数字信号，所谓信号调制部，是进行该脉 冲调制的调制电路。所谓信号放大部，是例如具备半桥输出段的数字电力放大电路，所谓放 大调制信号，是被信号放大部放大了的调制信号。所谓驱动信号，是使用线圈对放大调制信 号进行平滑化而得到的信号，其被施加于压电元件。
[0010] ⑵另外，其特征还在于，上述线圈的匝数是3以上。
[0011] 本发明的液体排出装置的线圈通过使匝数成为3以上，在扩大了芯间隙的情况下 也能够保持电感值。因此，即使扩大线圈的芯间隙，也无需进行例如使用线圈的滤波器的设 计变更等，所以能够容易地实现低消耗电力的液体排出装置。
[0012] (3)另外，其特征还在于，上述放大调制信号的交流成分的频带是IMHz以上。
[0013] 本发明的液体排出装置中，对放大调制信号进行平滑化来生成驱动信号，并基于 被施加了驱动信号的压电元件的变形而从喷嘴排出液体。这里，若对用于使液体排出装置 排出较小的点（小点）的驱动信号的波形进行频谱解析，则可知包含有50kHz以下的频率 成分。为了利用数字电力放大电路（对应信号放大部）对包括该50kHz的频率成分的源驱 动信号进行放大，需要包括IMHz以上的频率成分的调制信号（放大调制信号）。若仅利用 IMHz以下的频率成分再现源驱动信号，则波形的边沿变钝变圆。换言之，角消失且波形变 钝。若驱动信号的波形变钝，则根据波形的上升、下降沿动作的压电元件的动作变得缓慢， 从而产生排出时的拖尾、排出不良等不稳定的驱动。本发明的液体排出装置由于使放大调 制信号的交流成分的频带成为IMHz以上，所以没有排出时的拖尾或者排出不良等不稳定 的驱动，能够实现得到分辨率高的生成物的液体排出装置。
[0014] (4)另外，其特征还在于，上述放大调制信号的交流成分的频带小于8MHz。
[0015] 作为放大调制信号的频率，如果支持8MHz以上的高频，则驱动信号的波形的分辨 能力提高，但伴随分辨能力的提高，数字电力放大电路（对应信号放大部）中的开关频率上 升。若开关频率上升，则开关损耗变大，存在数字放大器相比AB级放大器具有优势的节电 性、低发热性被损害，基于AB级放大器的放大的一方较好的情况。由于本发明的液体排出 装置使放大调制信号的交流成分的频带小于8MHz，所以能够保持与使用AB级放大器的情 况相比的低消耗电力、低发热这样的优势。
[0016] (5)另外，其特征还在于，上述线圈在通常动作时，芯材的损耗比线材的损耗高。
[0017] 所谓通常动作时，是指利用通常的用途使用液体排出装置，通过其液体排出来得 到生成物的状态。此时，规定的频带（例如1?8MHz)的放大调制信号被输入至本实施方 式的液体排出装置的线圈。而且，本实施方式的液体排出装置的线圈的特征在于，对于其全 部的频率，铁损（芯材的损耗）比铜损（线材的损耗）高。本实施方式的液体排出装置的 线圈通过I. Imm以上的芯间隙而能够在通常动作时特别抑制主导的铁损。因此，本发明的 液体排出装置能够实现低消耗电力。
[0018] (6)另外，其特征还在于，上述线圈的芯材是Mn -Zn系铁氧体。
[0019] 本发明的液体排出装置使用与其他的种类的线圈相比将电阻成分（后述的Rs)较 大的Mn - Zn系铁氧体作为芯材的线圈，所以能够抑制占有铁损多数的涡流损耗。因此，由 于使用不使发热或者消耗电力增大就能够得到高转换效率的线圈，所以本发明的液体排出 装置还能够实现低消耗电力。
[0020] (7)本发明的头单元的特征在于，具有压电元件，其通过被施加驱动信号而变形； 腔，其通过上述压电元件的变形而膨胀或者收缩；以及喷嘴，其与上述腔连通，并根据上述 腔内的压力的增减而排出液体，上述压电元件被施加通过将芯间隙设置成I. Imm以上的铁 氧体芯型的线圈对放大调制信号进行平滑化而生成的驱动信号。
[0021] 该头单元包括施加了由将芯间隙设置成I. Imm以上的线圈生成的驱动信号的压 电元件。因此，由于包括该头单元的液体排出装置使用抑制铁损来不使发热或者消耗电力 增大就能够得到高转换效率的线圈，所以能够实现低消耗电力。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] 图1是表示打印系统的整体构成的框图。
[0023] 图2是打印机的概要剖视图。
[0024] 图3是打印机的概要俯视图。
[0025] 图4是用于说明头的构造的图。
[0026] 图5是用于说明来自驱动信号生成部的驱动信号COM以及点形成所使用的控制信 号的图。
[0027] 图6是说明头控制部的构成的框图。
[0028] 图7是说明到驱动信号COM的生成为止的流程的图。
[0029] 图8是驱动信号生成部等的详细框图。
[0030] 图9是说明Rs根据芯材的种类而不同的图。
[0031] 图10是说明Rs中的铁损和铜损的比率的图。
[0032] 图11 (A)是说明磁滞损耗和涡流损耗的比率的图，图11 (B)是用于说明涡流的图。
[0033] 图12 (A)、图12⑶是用于说明使用Mn - Zn系铁氧体的芯材的线圈的Rs和消耗 电力的相关关系的图。
[0034] 图13(A)是线圈的外观俯视图，图13 (B)、图13(C)是图13(A)的A -A剖视图，是 用于说明芯间隙以及线圈的匝数的图。
[0035] 图14是例示根据芯间隙、线圈的匝数的不同的频率一Rs特性的变化的图。
[0036] 图15是源驱动信号的频谱解析图。

【具体实施方式】
[0037] 1.打印系统的构成
[0038] 作为本发明的液体喷射装置的实施方式，对应用于液体喷射型打印装置的液体喷 射装置进行说明。
[0039] 图1是表示包括本实施方式的液体喷射型打印装置（打印机1)的打印系统的整 体构成的框图。如后述，打印机1是将纸张 S(参照图2、图3)向规定的方向输送，并在其输 送途中的打印区域进行打印的行式头打印机。
[0040] 打印机1以可进行通信的方式与计算机80连接，安装于计算机80内的打印机驱 动器作成用于使打印机1打印图像的打印数据，并输出至打印机1。打印机1具有：控制器 10、纸张输送机构30、头单元40、以及检测器组70。此外，如后述那样，打印机1也可以包括 多个头单元40,但这里以一个头单元40作为代表在图1示出进行说明。
[0041] 打印机1内的控制器10用于进行打印机1中的整体的控制。接口部11在与作为 外部装置的计算机80之间进行数据的收发。而且，接口部11将从计算机80接受的数据中 的打印数据111输出至CPU12。打印数据111包括例如图像数据、指定打印模式的数据等。
[0042] CPU12是用于进行打印机1的整体的控制的运算处理装置，其经由驱动信号生成 部14、控制信号生成部15、输送信号生成部16来控制头单元40、纸张输送机构30。存储器 13用于确保储存CPU12的程序、数据的区域或者作业区域等。由检测器组70监视打印机1 内的状况，控制器10根据来自检测器组70的检测结果进行控制。此外，也可以将CPU12的 程序、数据储存于存储介质113。存储介质113可以是例如硬盘等磁盘、DVD等光学磁盘、闪 存等非易失性存储器的任一个，并不特别限定。如图1所示，CPU12也可以能够访问与打印 机1连接的存储介质113。另外，也可以将存储介质113与计算机80连接，使CPU12能够经 由接口部11以及计算机80而访问存储介质113(路径未图示）。
[0043] 驱动信号生成部14生成使包含于头41的压电元件PZT位移的驱动信号COM。如 后述那样，驱动信号生成部14包括：源驱动信号生成部25的一部分、信号调制部26、信号 放大部28 (数字电力放大电路）、以及信号转换部29 (平滑滤波器）（参照图7)。驱动信号 生成部14根据来自CPU12的指示，利用源驱动信号生成部25生成源驱动信号125,利用信 号调制部26对源驱动信号125进行脉冲调制来生成调制信号126,利用信号放大部28对调 制信号126进行放大，利用信号转换部29对放大调制信号128 (已放大的调制信号126)进 行平滑化来生成驱动信号COM。
[0044] 控制信号生成部15根据来自CPU12的指示生成控制信号。控制信号是例如用于 选择喷射的喷嘴这样的头41的控制的信号。在本实施方式中，控制信号生成部15生成包 括时钟信号SCK、锁存信号LAT、通道信号CH、驱动脉冲选择数据SI&SP的控制信号，但之后 详细叙述这些信号。此外，控制信号生成部15也可以是包含于CPU12的构成（S卩，是CPU12 兼有控制信号生成部15的功能的构成）。
[0045] 这里，驱动信号生成部14生成的驱动信号COM是电压连续地变化的模拟信号，作 为控制信号的时钟信号SCK、锁存信号LAT、通道信号CH、驱动脉冲选择数据SI&SP是数字信 号。驱动信号COM和控制信号经由作为柔性扁平电缆（以下，也记载为FFC)的电缆20向 头单元40的头41传送。对于控制信号，也可以使用差动串行方式时间分割地传送多种类 的信号。此时，与按照各种类并行地传送控制信号的情况相比，能够减少所需的传送线的数 量，避免较多的FFC的重合而造成的滑动性的降低，并且设于控制器10以及头单元40的连 接器的尺寸也变小。
[0046] 输送信号生成部16根据来自CPU12的指示，生成控制纸张输送机构30的信号。纸 张输送机构30可旋转地支承例如被卷成辊状的连续的纸张 S，并且通过旋转来输送纸张 S， 以使得在打印区域打印规定的文字或者图像等。例如纸张输送机构30基于由输送信号生 成部16生成的信号将纸张 S向规定的方向输送。此外，输送信号生成部16也可以是包含 于CPU12的构成（S卩，是CPU12兼有输送信号生成部16的功能的构成）。
[0047] 头单元40包括作为液体排出部的头41。由于篇幅限制，图1中仅示出一个头41， 但本实施方式的头单元40为包括多个头41的头单元。头41至少包括2个包括压电元件 PZT、腔CA、喷嘴NZ的致动器部，还包括控制压电元件PZT的位移的头控制部HC。致动器部 包括：能够根据驱动信号COM来位移的压电元件PZT、内部填充有液体，且内部的压力通过 压电元件PZT的位移进行增减的腔CA、以及与腔CA连通，且根据腔CA内的压力的增减将液 体作为液滴排出的喷嘴NZ。头控制部HC基于来自控制器10的驱动信号COM以及控制信号 来控制压电元件PZT的位移。
[0048] 这里，在区别包含于各致动器部的要素的情况下，在附图标记上附带括号的数字。 图1的例中，致动器部有3个，第1致动器部包括：第1压电元件PZT (1)、第1腔CA⑴、第1 喷嘴NZ (1)，第2致动器部包括：第2压电元件PZT (2)、第2腔CA (2)、第2喷嘴NZ (2)，第3 致动器部包括：第3压电素子PZT (3)、第3腔CA (3)、第3喷嘴NZ (3)。此外，致动器部并不 局限于3个，例如既可以是2个，也可以是4个以上。另外，图1中，为了图示方便，第1? 第3致动器部包含于一个头41，但其一部分也可以包含于未图示的其它的头41。
[0049] 驱动信号COM如图1那样由驱动信号生成部14生成，经由电缆20、头控制部HC而 向第1压电元件PZT(l)、第2压电元件PZT(2)、第3压电元件PZT(3)传送。另外，包括时 钟信号SCK、锁存信号LAT、通道信号CH、驱动脉冲选择数据SI&SP的控制信号如图1那样由 控制信号生成部15生成，经由电缆20,用于头控制部HC中的控制。
[0050] 2.打印机的构成
[0051] 图2是打印机1的概要剖视图。图2的例子中，以纸张 S作为卷成辊状的连续纸 进行说明，但打印机1打印图像的记录介质并不局限于连续纸，既可以是单页纸，也可以是 布或者胶片等。
[0052] 打印机1具有通过旋转不断放出纸张 S的卷轴21、以及卷绕被从卷轴21不断放 出的纸张 S并导向上游侧输送辊对31的中继辊22。而且，打印机1具有：卷绕纸张 S来输 送的多个中继辊32、33、相比打印区域配设于输送方向的上游侧的上游侧输送辊对31、以 及相比打印区域配设于输送方向的下游侧的下游侧输送辊对34。上游侧输送辊对31和下 游侧输送辊对34分别具有：与马达（未图示）连结而驱动旋转的驱动辊31a、34a、以及随 着驱动辊31a、34a的旋转而旋转的从动辊31b、34b。而且，上游侧输送辊对31和下游侧输 送辊对34分别在夹持纸张 S的状态下通过驱动辊31a、34a驱动旋转来赋予纸张 S输送力。 打印机1具有卷绕从下游侧输送辊对34输送来的纸张 S进行输送的中继辊61、以及卷绕从 中继辊61输送来的纸张 S的卷绕驱动轴62。随着卷绕驱动轴62的旋转驱动，打印完毕的 纸张 S被依次卷绕成辊状。此外，这些辊、未图示的马达与图1的纸张输送机构30对应。
[0053] 打印机1具有：头单元40、以及在打印区域从打印面的相反侧面支承纸张 S的压 印盘42。打印机1也可以具备多个头单元40。打印机1也可以例如按照墨水的颜色准备头 单元40,还可以是在输送方向排列能够排出黄色（Y)、品红色（M)、青色（C)、黑色（K)4色的 墨水的4个头单元40的构成。此外，以下的说明中，以一个头单元40作为代表进行说明， 但也可以为能够按照其喷嘴分配墨水的颜色来进行彩色打印的装置。
[0054] 如图3所示，头单元40中，多个头41(1)?41 (4)在与纸张 S的输送方向交差的 纸张 S的宽度方向（Υ方向）排列。此外，为了说明，从Y方向的里侧的头41开始依次赋予 小的编号。另外，在各头41中的与纸张 S的对置面（下面），排出墨水的多数的喷嘴NZ在 Y方向以规定的间隔排列。此外，图3中，假设地示出从上观察头单元40时的头41和喷嘴 NZ的位置。在Y方向相邻的头41(例如，41 (1)和41 (2))的端部的喷嘴NZ的位置至少一 部分重复，在头单元40的下面，遍及纸张 S的宽度长度以上，喷嘴NZ在Y方向以规定的间 隔排列。因此，针对以不在头单元40下停留的方式输送的纸张 S，通过头单元40从喷嘴NZ 排出墨水，从而在纸张 S打印2维的图像。
[0055] 此外，图3中，由于篇幅限制，将属于头单元40的头41作为四个示出，但并不局限 于此。换句话说，头41既可以比4个多也可以比4个少。另外，图3的头41配置成千鸟格 状，但并不局限于这样的配置。这里，墨水从喷嘴NZ的排出方式在本实施方式中是通过对 压电元件PZT施加电压使墨水室膨胀、收缩，从而使墨水排出的压电方式，但也可以是使用 发热元件来使喷嘴NZ内产生气泡，并利用该气泡使墨水排出的热方式。
[0056] 另外，在本实施方式中，并不局限于在压印盘42的水平的面支承纸张 S，例如，也 可以将以纸张 S的宽度方向作为旋转轴旋转的旋转鼓作为压印盘42,在回转鼓卷绕纸张 S 来输送的同时，从头41排出墨水。该情况下，头单元40以沿旋转鼓的圆弧形状的外周面倾 斜的方式配置。另外，在从头41排出的墨水例如是通过照射紫外线而固化的UV墨水的情 况下，也可以在头单元40的下游侧设置照射紫外线的照射器。
[0057] 这里，打印机1为了进行头单元40的清洁而设置维护区域。打印机1的维护区域 中存在擦拭器51、多个盖52、以及墨水接受部53。维护区域与压印盘42 (即打印区域）相 比位于Y方向的里侧，清洁时，头单元40向Y方向的里侧移动。
[0058] 擦拭器51和盖52被墨水接受部53支承，通过墨水接受部53能够向X方向（纸 张 S的输送方向）移动。擦拭器51是从墨水接受部53坚立设置的板状的部件，由弹性部 件或者布、毡等形成。盖52是由弹性部件等形成的立方体的部件，按照各个头41设置。而 且，盖52(1)?52⑷也按照头单元40中的头41(1)?41⑷的配置在宽度方向排列。因 此，若头单元40向Y方向的里侧移动，则头41和盖52对置，若头单元40下降（或者盖52 上升），则盖52与头41的喷嘴开口面紧贴，能够密封喷嘴NZ。墨水接受部53也担当接受 在头41的清洁时从喷嘴NZ排出的墨水的作用。
[0059] 墨水从设于头41的喷嘴NZ排出时，微小的墨水滴与主要的墨水滴一起产生，该微 小的墨水滴作为水雾上升，附着于头41的喷嘴开口面。另外，头41的喷嘴开口面不仅附着 墨水，还附着尘埃、纸粉等。若保持使这些异物附着于头41的喷嘴开口面地放置堆积，则喷 嘴NZ被堵塞，阻碍墨水从喷嘴NZ的排出。因此，本实施方式的打印机1中，作为头单元40 的清洁，定期地进行擦拭处理。
[0060] 3.驱动信号以及控制信号
[0061] 以下对利用电缆20传送的来自控制器10的驱动信号COM以及控制信号详细地进 行说明。首先，说明头41的构造，在例示驱动信号COM以及控制信号的波形后，说明头控制 部HC的构成。
[0062] 3. 1.头的构造
[0063] 图4是用于说明头41的构造的图。图4示出有喷嘴NZ、压电元件PZT、墨水供给 路径402、喷嘴连通路径404、以及弹性板406。墨水供给路径402、喷嘴连通路径404与腔 CA对应。
[0064] 将墨水滴从未图示的墨盒供给至墨水供给路径402。而且，将墨水滴供给至喷嘴连 通路径404。向压电元件PZT施加驱动信号COM的驱动脉冲PC0M。若施加驱动脉冲PC0M， 则压电元件PZT根据波形而伸缩（位移），使弹性板406振动。然后，使与驱动脉冲PCOM的 振幅对应的量的墨水滴从喷嘴NZ排出。这样的由喷嘴NZ、压电元件PZT等构成的致动器部 如图3那样排列，构成具有喷嘴列的头41。
[0065] 3.2.信号的波形
[0066] 图5是用于说明来自驱动信号生成部14的驱动信号COM以及用于点形成的控制 信号的图。驱动信号COM是将作为施加于压电兀件PZT使液体喷射的单位驱动信号的驱动 脉冲PCOM按时间序列连接的信号，驱动脉冲PCOM的上升部分是扩大与喷嘴连通的腔CA的 容积而引入液体的阶段，驱动脉冲PCOM的下降部分是缩小腔CA的容积而按出液体的阶段， 按出液体的结果是，液体从喷嘴喷射。
[0067] 通过对由该电压梯形波构成的驱动脉冲PCOM的电压增减倾斜度或者波高值进行 各种变更，能够使液体的引入量或者引入速度、液体的按出量或者按出速度变化，由此，能 够使液体的喷射量变化来获得不同大小的点。因此，即使在将多个驱动脉冲PCOM按时间序 列连结的情况下，也能够通过从其中选择单独的驱动脉冲PCOM并施加于压电元件PZT，使 其喷射液体，或者选择多个驱动脉冲PCOM并施加于压电元件PZT，使其多次喷射液体，来获 得各种大小的点。即，若液体未干时将多个液体滴到相同的位置，则实际上与喷射大的液体 相同，能够使点的大小变大。通过这样的技术的组合能够实现多灰度化。此外，图5的左端 的驱动脉冲PCOMl与驱动脉冲PC0M2?PC0M4不同，仅引入液体而不按出。这被称为微振 动，用于不喷射液体地抑制防止喷嘴的增粘。
[0068] 在头控制部HC，除了来自驱动信号生成部14的驱动信号C0M，还输入有时钟信号 SCK、锁存信号LAT、通道信号CH、驱动脉冲选择数据SI&SP，作为来自控制信号生成部15的 控制信号。其中，锁存信号LAT、通道信号CH是决定驱动信号COM的定时的控制信号，如图 5所不，通过锁存信号LAT开始输出一系列的驱动信号COM,并按照通道信号CH输出驱动脉 冲PC0M。驱动脉冲选择数据SI&SP包括指定与要使墨水滴排出的喷嘴对应的压电元件PZT 的像素数据SI (SIH、SIL)以及驱动信号COM的波形图案数据SP。SIH、SIL分别与2比特的 像素数据SI的高位比特、低位比特对应。
[0069] 3.3.头控制部
[0070] 图6是说明头控制部HC的构成的框图。头控制部HC构成为具备：移位寄存器211， 其保存用于指定与使液体喷射的喷嘴对应的压电元件PZT的驱动脉冲选择数据SI&SP ;锁 存电路212,其暂时保存移位寄存器211的数据；以及电平转换器213,其通过将锁存电路 212的输出进行电平转换并供给至选择开关201，从而将驱动信号COM的电压施加于压电元 件 PZT。
[0071] 在移位寄存器211依次输入有驱动脉冲选择数据SI&SP，并且，根据时钟信号SCK 的输入脉冲，存储区域从初段依次向后段移位。锁存电路212在喷嘴数量的驱动脉冲选择 数据SI&SP被储存到移位寄存器211后，通过输入的锁存信号LAT来锁存移位寄存器211 的各输出信号。保存于锁存电路212的信号通过电平转换器213转换为能够使下一段的选 择开关201接通断开的电压电平。这是因为驱动信号COM与锁存电路212的输出电压相比 是高电压，与此对应，选择开关201的动作电压范围也设定得较高。因此，通过电平转换器 213,选择开关201被关闭的压电元件PZT在驱动脉冲选择数据SI&SP的连接定时与驱动信 号COM (驱动脉冲PC0M)连接。
[0072] 另外，移位寄存器211的驱动脉冲选择数据SI&SP被保存于锁存电路212后，将下 一个打印信息输入至移位寄存器211，按照液体的喷射定时依次更新锁存电路212的保存 数据。此外，通过该选择开关201，在将压电元件PZT从驱动信号COM(驱动脉冲PC0M)断开 后，该压电元件PZT的输入电压也维持在将要断开前的电压。
[0073] 3.4.驱动信号
[0074] 图7是说明到驱动信号COM的生成为止的流程的图。如上述那样，图7的源驱动 信号生成部25的一部分、信号调制部26、信号放大部28 (数字电力放大电路）、信号转换部 29 (平滑滤波器）与驱动信号生成部14对应。源驱动信号生成部25基于来自接口部11的 打印数据111生成例如图7那样的源驱动信号125。
[0075] 源驱动信号生成部25如后述那样包括CPU12、DAC39等，CPU12基于打印数据111 选择源驱动数据，并输出至DAC39,由此生成源驱动信号125。
[0076] 若信号调制部26接受来自源驱动信号生成部25的源驱动信号125,则进行 规定的调制并生成调制信号126。如后述那样，在本实施方式中作为规定的调制，进 行使用误差放大器37(Error amplifier)的调制，但其基本调制动作与脉冲密度调制 (Pulse-Density Modulation, PDM)相同。此外，作为规定的调制，也可以使用例如脉冲宽 度调制（Pulse-Width Modulation, PWM)这样的其他调制方式。
[0077] 信号放大部28接受调制信号126并进行电力放大，信号转换部29对放大调制信 号128进行平滑化来生成模拟的驱动信号COM。
[0078] 这里，对于图7所示的功能模块的详细的构成进行说明。图8是本实施方式的打 印机1的驱动信号生成部14等的详细框图。图8也示出接受驱动信号生成部14生成的驱 动信号COM的头单元40。
[0079] 源驱动信号生成部25包括：存储由数字电位数据等构成的源驱动信号125的源 驱动数据的存储器13、基于来自接口部11的打印数据111从存储器13读取源驱动数据的 CPU12、以及对从CPU12输出的电压信号进行模拟转换并作为源驱动信号125输出的DAC39。
[0080] 信号调制部26是作为基本调制动作与脉冲密度调制方式（以下，为PDM方式）相 同的生成调制信号126的电路，包括对误差进行放大的误差放大器37和比较器35。
[0081] 这里，PDM方式是通过比较输出波形和输入波形使其自激发荡来对脉冲密度进行 调制的方式。通常，实现利用PDM方式的调制的电路由积分电路、比较器以及延迟器构成， 基本的构成与通常已知的△ Σ调制器相同。所谓△ Σ调制是对信号进行量子化的A/D转 换的一个。Λ Σ调制利用过冲取样和噪声整形这样的2个特性，使由量子化器（比较器） 产生的误差，即量子化噪声向比输入信号高的频带移位，所以使针对低域信号的精度好，向 高频带移位的量子化噪声分布在宽带域。而且，脉冲频率与输入信号电平对应地变化。
[0082] 本实施方式的信号调制部26中，调制信号126经由信号放大部28等反馈的路径 与延迟器对应。另外，代替多在PDM方式的调制电路中使用的积分器，信号调制部26使用 对2个输入信号的差进行放大的误差放大器37。此时，对信号调制部26的反馈信号不是放 大调制信号128而是驱动信号C0M，基于驱动信号COM和源驱动信号125的差进行量子化。 本实施方式的信号调制部26因为无需积分器所以能够减小延迟时间（延迟要素），能够实 现调制处理的高速化。另外，信号调制部26能够通过例如误差放大器37的相位超前校正 使针对驱动信号COM的源驱动信号125的相位延迟减少。通过减小延迟要素从而使振荡频 率提高，所以信号调制部26能够进行波形再现性高的调制。
[0083] 信号放大部28是数字电力放大电路，构成为具备：由实际用于对电力进行放大的 高边侧的开关元件QH以及低边侧的开关元件QL构成的半桥输出段、以及用于基于来自信 号调制部26的调制信号126来调整高边侧的开关元件QH、低边侧的开关元件QL的栅极输 入信号GH、GL的栅极驱动电路38。作为开关元件QH、QL，能够使用例如功率M0SFET，但并 不局限于此。
[0084] 信号放大部28中，当调制信号126是高电平时，高边侧的开关元件QH的栅极输入 信号GH成为高电平，低边侧的开关元件QL的栅极输入信号GL成为低电平，所以高边侧的 开关元件QH为接通状态，低边侧的开关元件QL为断开状态，其结果，半桥输出段的输出成 为供给电压VdcL另一方面，当调制信号126是低电平时，高边侧的开关元件QH的栅极输入 信号GH为低电平，低边侧的开关元件QL的栅极输入信号GL为高电平，所以高边侧的开关 元件QH为断开状态，低边侧的开关元件QL为接通状态，其结果，半桥输出段的输出为0。
[0085] 此外，在根据从CPU12输出的放大指示信号112,指示动作的停止的情况下，栅极 驱动电路38使高边侧的开关元件QH、低边侧的开关元件QL -起成为断开状态。使高边侧 的开关元件QH、低边侧的开关元件QL -起成为断开状态的情况与停止信号放大部28的动 作的情况为相同意思，电方面，由作为容量性负载的压电元件PZT电构成的致动器被维持 在高阻抗状态。
[0086] 信号转换部29是平滑滤波器，使用由线圈L和电容器C构成的2次的滤波器。通 过该信号转换部29,使在信号调制部26产生的调制频率，S卩，脉冲调制的频率成分逐渐减 少并除去，生成驱动?目号C0M，并向头单兀40输出。
[0087] 头单元40具有头41，与排出液体的喷嘴对应地包括多个压电元件PZT。第1压电 元件PZT(I)、第2压电元件PZT (2)、第3压电元件PZT (3)是整体的压电元件PZT (例如数 千个）的一部分。头41包括头控制部HC，头控制部HC包括选择是否对压电元件PZT的每 一个施加驱动信号COM的电压的选择开关201。此外，图8中，省略腔CA、喷嘴NZ、头控制部 HC的选择开关201以外的功能|旲块（例如移位寄存器211等，参照图6)的图不。
[0088] 如以上说明，线圈L用于对来自信号放大部28 (数字电力放大电路）的放大调制 信号128进行平滑化来生成驱动信号C0M，但通常，存在用于对来自数字电力放大电路的放 大调制信号128进行平滑化的线圈的发热、损耗在液体喷射型打印装置的整体的发热、消 耗电力中占有大部分的倾向。因此，选择抑制发热、损耗的线圈是液体喷射型打印装置的设 计中的一个大课题。
[0089] 特别是，在打印机1中，为了得到足够的品质、分辨率的打印物，而使用MHz程度这 样的高频的放大调制信号128,所以消耗电力根据线圈L的选择有较大不同。因此，以下，对 适于打印机1中的使用的线圈的选择方法进行研究。
[0090] 4.线圈的选择
[0091] 4. 1.芯材的种类
[0092] 通常，线圈能够大致分为将电线卷成圆筒形，且圆筒中什么也不放入的空芯型线 圈和在芯卷绕了卷线的芯线圈。芯线圈多使用作为磁性材料的铁氧体，被称为铁氧体线圈。 空芯型低形变但因为损耗大所以不适于打印机1的使用。因此，如以下那样，从铁氧体线圈 中评价芯材不同的多个线圈，来研究适于线圈L的芯材的种类。
[0093] 作为芯材,通常为Mn - Zn系铁氧体（以下，仅为Mn - Zn系）、Ni - Zn系铁氧 体（以下，仅为Ni - Zn系）、压粉芯系3种。这里，所谓压粉芯系，是使用利用高压压制而 成型的磁性粉作为芯材。图9是对于使用上述3种芯材的线圈测定了 Rs的图，并示出根据 芯材的种类的Rs的不同。这里，Rs是线圈的电阻成分，包括有助于铁损（芯的损耗）的电 阻成分和有助于铜损（线材的损耗）的电阻成分。此外，以下，有时将"有助于铁损（芯的 损耗）的电阻成分"仅表现为"铁损（芯的损耗）"，将"有助于铜损（线材的损耗）的电阻 成分"仅表现为"铜损（线材的损耗）"。另外，作为电阻成分，也有线圈的直流电阻（例如 2πιΩ左右），但因为与Rs相比十分（例如2位）小，所以可以从研究的对象除去。
[0094] 如图9所不，使用Mn - Zn系的芯材的线圈（以下，仅称为Mn - Zn系线圈）与使 用Ni - Zn系的芯材的线圈（以下，仅称为Ni - Zn系线圈）或者使用压粉芯系的芯材的 线圈（以下，仅称为压粉芯系线圈）相比，Rs的值大。详细后述，但若Rs大则能够减小涡 流损耗，所以优选选择Mn - Zn系线圈作为线圈L。
[0095] 另外，作为根据芯材种类的其他的特征，列举有Ni - Zn系线圈的饱和磁通密度 低。该情况下，意味着为了得到所希望的电感值，与其他的种类的线圈相比例如需要增加匝 数。但是，因为打印机1中使用小型的线圈L，所以难以使匝数大幅增加。因此，从饱和磁通 密度的观点来看，不能说Ni - Zn系线圈适合作为打印机1的线圈L。而且，若比较Mn - Zn系线圈和压粉芯系线圈，则通常压粉芯系线圈有涡流损耗比较大的倾向。因此，除非能够 使用充分抑制涡流损耗的压粉芯系线圈，否则可以说优选选择Mn - Zn系线圈。
[0096] 这里，图9的Rs的值是将4MHz动作，即频率4MHz的脉冲信号分别给予Mn - Zn 系线圈、Ni - Zn系线圈、压粉芯系线圈的情况下的评价结果。放大调制信号128的交流成 分的频带是IMHz以上并且小于8MHz，但在该频带中，Mn - Zn系线圈的Rs的值相对较大的 情况不变。
[0097] 此外，放大调制信号128的交流成分的频带为IMHz以上是由于以下的理由。图15 的COM表示对源驱动信号125中的脉冲波形（例如，与图5的PC0M2对应的源驱动信号 125的一部分的波形）进行了频谱解析的结果。根据图15,可知包括有约IOkHz?400kHz 左右的频率。为了利用作为数字电力放大电路的信号放大部28进行放大来得到驱动信号 COM，最低也需要用源驱动信号125所包含的频率成分的10倍以上的开关频率来驱动信号 放大部28。如果在与源驱动信号125所包含的频谱相比，信号放大部28的开关频率小于10 倍的情况下，不能对源驱动信号125所包含的高频频谱成分进行调制并放大，驱动信号COM 的角（边沿）变钝变圆。若驱动信号COM变钝，则根据波形的上升、下降边沿动作的压电元 件PZT的动作变得缓慢，有从喷嘴NZ的排出量变得不稳定，或者排不出的可能性。换句话 说，可能产生不稳定的驱动。这里，根据图15,源驱动信号125中的脉冲波形的高频频谱成 分在约60kHz具有峰值，多数的成分小于IOOkHz。因此，最低也希望用IOOkHz的10倍亦即 IMHz左右的开关频率来驱动信号放大部28。
[0098] 这里，源驱动信号125所包含的频率成分根据与排出的墨水滴的大小、打印点的 尺寸对应的源驱动信号125的波形而不同。例如在图15的频谱解析使用的源驱动信号125 的一部分的波形是用于排出比标准小的尺寸的墨水滴的源驱动信号125,因此如图15那 样，振动宽度减小为约2V左右。这样，为了排除小尺寸的墨水滴，使压电元件PZT急剧地动 作而排出少量的墨水滴。因此用于此的驱动信号COM需要包含很多高频频谱成分，另外，为 了进行高速打印，必须使压电元件PZT快速动作，因此需要包括很多高频频谱成分。换句话 说,越追求高速高画质打印,所要求的最低限度的频率处于越高的趋势。此外,本实施方式 中的驱动信号COM是以在一般的家庭以及办公室中的使用为目的而设计的信号，且假定使 用180个的压电元件PZT每分钟打印5张左右5760X 1440dpi程度的A4尺寸的打印物而 设计的信号。
[0099] 另外，放大调制信号128的交流成分的频带小于8MHz是由于以下的理由。在开关 频率高的情况下，若利用驱动压电元件PZT这样的高压且高频进行开关，则由于开关用的 晶体管（QH、QL)的构造上的原因，接合容量增加并且产生由此而引起的噪声，或者由于高 频驱动而造成的开关损耗增加等各种问题产生。特别是，开关损耗的增加能够成为大问题。 换句话说，开关损耗的增加是因为数字电力放大电路（数字放大器）与AB级放大器相比， 确保优势的节电性、低发热性这样的优点可能被损害。
[0100] 本实施方式中，是因为在与从以往使用的模拟放大器（AB级放大器）相比的情况 下，到8MHz为止，能够得到数字放大的一方占优势的结果，但在以这以上的频率驱动晶体 管的情况下，也能有AB级放大器的一方占优势的情况。
[0101] 以下，参照图10?图Il(B)对优选选择上述3种中Rs大的Mn -Zn系线圈的理 由进行说明。图10是说明Rs中的铁损和铜损的比率的图。此外，图10的纵轴（电阻值） 使用对数刻度。
[0102] 按照上述，Rs是包括铁损和铜损的线圈的电阻成分。由图10的实线表示的Rs是 基于用阻抗分析器测定出的数据的值。输入至打印机1的线圈L的放大调制信号128在打 印机1进行打印的通常动作时，能够获取图10的Fmin?Fmax的范围的频率。换句话说， 本实施方式中Fmin是IMHz，Fmax约是8MHz。
[0103] 这里，Rs中铜损的电阻Re使用电阻率P、导体的长度L、导体的剖面积Stl利用式 (1)计算。
[0104] 【数1】

【权利要求】
1. 一种液体排出装置，其特征在于，具有： 信号调制部，其对源驱动信号进行脉冲调制来生成调制信号； 信号放大部，其对所述调制信号进行放大来生成放大调制信号； 线圈，其对所述放大调制信号进行平滑化来生成驱动信号； 压电元件，其通过被施加所述驱动信号而变形； 腔，其根据所述压电元件的变形而膨胀或者收缩；以及 喷嘴，其与所述腔连通，并根据所述腔内的压力的增减来排出液体， 所述线圈是铁氧体芯型线圈， 芯间隙被设置成1. 1mm以上。
2. 根据权利要求1所述的液体排出装置，其特征在于， 所述线圈的匝数是3以上。
3. 根据权利要求1或者2所述的液体排出装置，其特征在于， 所述放大调制信号的交流成分的频带在1MHz以上。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的液体排出装置，其特征在于， 所述放大调制信号的交流成分的频带小于8MHz。
5. 根据权利要求1?4中任一项所述的液体排出装置，其特征在于， 所述线圈在通常动作时，芯材的损耗比线材的损耗高。
6. 根据权利要求1?5中任一项所述的液体排出装置，其特征在于， 所述线圈的芯材是Mn - Zn系铁氧体。
7. -种头单元，其特征在于，具有： 压电元件，其通过被施加驱动信号而变形； 腔，其根据所述压电元件的变形而膨胀或者收缩；以及 喷嘴，其与所述腔连通，并根据所述腔内的压力的增减来排出液体， 所述压电元件被施加驱动信号，该驱动信号是通过芯间隙被设置成1. 1_以上的铁氧 体芯型线圈对放大调制信号进行平滑化而生成的。
【文档编号】B41J2/045GK104417061SQ201410427821
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】樫村透, 杉田博司 申请人:精工爱普生株式会社