对电容性负载进行驱动的电路的制作方法
【专利说明】对电容性负载进行驱动的电路
[0001 ] 本申请为，申请号为201410105785.9、申请日为2014年3月20日、发明名称为液体喷出装置的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种对电容性负载进行驱动的电路。
【背景技术】
[0003]在喷出油墨而印刷图像或文本的喷墨打印机中，已知一种使用了压电元件(例如，piezo元件)的喷墨打印机。压电元件对应于印刷头中的多个喷嘴中的各个喷嘴而设置，且各自按照控制信号而被驱动，从而在预定的时刻使预定量的油墨从喷嘴喷出。若从电学方面看，压电元件为像电容器那样的电容性负载，因此为了使各喷嘴的压电元件动作，而需要供给充足的电流。
[0004]因此，在现有技术中采用通过放大电路将原信号进行放大，并将放大后的控制信号供给于印刷头，从而驱动压电元件的结构。作为电流放大电路，可举出按AB级等对原信号进行电流放大的方式(线性放大，参照专利文献I)、利用脉冲宽度调制或脉冲密度调制等对原信号进行了调制后，用低通滤波器进行解调的方式(D级放大，参照专利文献2)等。
[0005]另外，除了通过放大电路将原信号进行放大以外，还提出了以多个阶段对施加于压电元件上的电压进行切换的方式(电压切换方式，参照专利文献3)。
[0006]然而，在线性放大中耗电量大，从而能量效率低。在D级放大中，虽然与线性放大相比，能量效率较高，但由于以高频率对大电流进行开关，从而存在发生EMI (ElectroMagnetic Interference:电磁干扰)的问题。另外，在上述电压切换方式中，虽然能够实现节省电力，但由于每次输入脉冲信号(CK)均要分阶段切换施加于压电元件上的电压，因此就施加于压电元件上的电压波形的初始电压和终止电压而言，无法选择预先准备好的多个电压以外的电压。因此，在上述电压切换方式中，存在难以精细地控制压电元件的问题。
[0007]专利文献I:日本特开2009-190287号公报
[0008]专利文献2:日本特开2010-114711号公报
[0009]专利文献3:日本特开2004-153411号公报
【发明内容】
[0010]因此，本发明的几个方式的目的之一在于，提供一种能量效率高、抑制EMI的发生、精细地控制如压电元件这样的电容性负载，并且抑制了印刷头中的耗电量的对电容性负载进行驱动的电路。
[0011]为了达到上述目的之一，本发明的一个方式所涉及的对电容性负载进行驱动的电路的特征在于，具备:电容性负载，其具有电容成分；电荷供给源;第一信号路径，其通过所述电荷供给源而被施加第一电压;第二信号路径，其通过所述电荷供给源而被施加与所述第一电压相比较高的第二电压;连接路径选择部，其使用所述第一信号路径或所述第二信号路径来对所述电容性负载和所述电荷供给源进行电连接，所述电荷供给源包括:η个电容元件，η为多个;以及切换部，其对所述η个电容元件以串联的方式被电连接的串联状态与所述η个电容元件以并联的方式被电连接的并联状态进行切换，在所述串联状态中，所述η个电容元件彼此之间的连接地点中的任意的第一地点与所述第一信号路径连接，所述η个电容元件的连接地点中的与所述第一地点相比电位较高的第二地点与所述第二信号路径连接。
[0012]根据上述一个方式所涉及的对电容性负载进行驱动的电路，关于电容性负载的充电或放电，通过将电容性负载与第一信号路径或第二信号路径进行电连接来执行，并且关于该电连接，考虑到电容性负载的保持电压而进行规定，因此能够精细地控制电容性负载。再有，关于电容性负载的充电和放电，由于是分阶段地进行，因此与在电源电压间一口气地进行的现有结构相比，能够提高能量效率。另外，由于从电容性负载放电到第一信号路径的电荷得到回收，并且通过电荷供给源中的串联状态与并联状态的切换，从而在其他电压，例如第二电压的生成中被再利用，因此能够抑制耗电量。再有，由于不像D级放大那样对大电流进彳丁开关，因此能够抑制EMI的发生。
[0013]在上述方式所涉及的对电容性负载进行驱动的电路中，可以采用如下结构，S卩，在所述串联状态中，预定的电源电压被施加于串联连接的所述η个电容元件的两端。根据该结构，能够将对电源电压进行了η分割后的电压的I?η倍的倍增电压用作为第一电压和第二电压。
[0014]在上述方式所涉及的对电容性负载进行驱动的电路中，既可以采用如下结构，SP，在所述串联状态中，预定的电源电压被施加于所述η个电容元件中的任意一个电容元件的两端的结构，也可以采用如下结构，即，预定的电源电压被施加于所述η个电容元件中的连续的两个以上的电容元件的两端的结构。按照该结构，能够用超过电源电压的电压来驱动电容性负载。
【附图说明】
[0015]图1为表示印刷装置的概要结构的图。
[0016]图2为表示印刷头中的喷出部的主要部位结构的图。
[0017]图3为表示供给于印刷头的控制信号COM等的一个示例的波形图。
[0018]图4为表示印刷装置的主要部位结构的框图。
[0019]图5为表示印刷头中的驱动器的结构的一个示例的图。
[0020]图6为驱动器的动作说明图。
[0021]图7为驱动器中的电平移动器的动作说明图。
[0022]图8为用于说明驱动器中的电流(电荷)的流动的图。
[0023]图9为用于说明驱动器中的电流(电荷)的流动的图。
[0024]图10为用于说明驱动器中的电流(电荷)的流动的图。
[0025]图11为用于说明驱动器中的电流(电荷)的流动的图。
[0026]图12为驱动器的充放电时的损耗的说明图。
[0027]图13为表示辅助电源电路的结构的一个示例的图。
[0028]图14为辅助电源电路的动作说明图。
[0029]图15为表示辅助电源电路的电压变更的图。
[0030]图16为表示辅助电源电路的另一方式(之I)的结构的图。
[0031]图17为辅助电源电路的另一方式(之I)的动作说明图。
[0032]图18为表示辅助电源电路的另一方式(之2)的结构的图。
[0033]图19为辅助电源电路的另一方式(之2)的动作说明图。
[0034]图20为表示印刷头的结构例的图。
【具体实施方式】
[0035]以下，参照【附图说明】用于实施本发明的方式。
[0036]印刷装置的总体结构
[0037]本发明的实施方式的印刷装置为，根据从主机所供给的图像数据而喷出液体的油墨，从而在纸等被记录材料上形成油墨点组，由此，印刷与该图像数据对应的图像(包括文字、图形等)的喷墨打印机，即液体喷出装置。
[0038]图1为表示印刷装置I的概要结构的图。
[0039]如该图所示，印刷装置I被构成为，包括基于从主机所供给的图像数据来执行用于图像的印刷的运算处理的控制单元10、和具有多个喷嘴的印刷头20。再有，控制单元10和印刷头20经由柔性电缆190而电连接。另外，印刷头20被装载在能够沿与被记录材料的输送方向(副扫描方向)大致正交的方向(主扫描方向)移动的滑架(图示省略)上。
[0040]控制单元?ο包括主控制部120、DAC(Digital to Analog Converter:数字模拟转换器)160和主电源电路180。
[0041]主控制部120基于从主机所取得的图像数据，来执行图像展开处理、颜色转换处理、墨色分版处理、半色调处理等用于印刷的运算处理，并生成用于使油墨从印刷头20的喷嘴喷出的多种信号。在多种信号中，包含供给于DAC160的数字的控制数据dCOM及供给于后述的头控制部220的各种信号。
[0042]再有，主控制部120所执行的用于印刷的各运算处理的内容在印刷装置的技术领域中是众所周知的事项，因此其说明予以省略。另外，作为印刷装置I，包括使装载了印刷头20的滑架在主扫描方向上进行移动的滑架电机、用于在副扫描方向上对被记录材料进行输送的输送电机等，另外，作为控制单元10，包括向这些电机供给驱动信号的结构，同样是众所周知的事项，因此其说明予以省略。
[0043]DAC160将控制数据dCOM转换为模拟的驱动信号COM并供给于印刷头20。
[0044]主电源电路180向控制单元10的各部及印刷头20供给电源电压。特别是，主电源电路180向印刷头20供给Vh、G，以作为相对于印刷头20的电源电压。
[0045]再有，G(Ground)为接地电位，在该说明中只要未特别进行说明，即作为电压零的基准。另外，电压Vh在实施方式中相对于接地电位G为高电位侧。
[0046]虽然未特别图示，但从油墨容器经由流道而向印刷头20供给一种色或多种颜色的油墨。印刷头20除辅助电源电路50、头控制部220和选择部230以外，还包括驱动器30和压电元件(piezo元件)40的多个组。
[0047]头控制部220按照从主控制部120所供给的各种信号，来控制选择部230的选择。
[0048]选择部230具有与驱动器30和压电元件40的多个组中的每个组对应的开关232，各开关232的一端相互连接，共同被供给控制信号COM，而另一端分别与相对应的驱动器30的输入端连接。各开关232按照由头控制部220进行的控制而导通/断开，并且在导通时将控制信号COM供给于驱动器30，而在断开时切断控制信号COM。因此，选择部230按照头控制部220而选择从控制单元10供给的控制信号C0M，并供给于驱动器30。为了说明方便起见，将控制信号COM中按照头控制部220而被选择并供给于驱动器30的控制信号记作Vin。
[0049]驱动器30按照从选择部230供给的控制信号Vin，而使用由辅助电源电路50供给的多个电压和电源电压Vh、G来驱动压电兀件40。
[0050]压电元件40的一端与对应的驱动器30的输出端连接，而压电元件40的另一端共同接地于接地电位G。因此，压电元件40所保持的电压兼具驱动器30的输出电压的意义，故而记作电压Vout。
[0051]关于辅助电源电路50的具体的结构将在以后叙述，辅助电源电路50通过利用电荷栗电路对由主电源电路180所供给的电源电压Vh、G进行分压和再分配，从而生成电压Vh/6、2Vh/6、3Vh/6、4Vh/6和5Vh/6，并共同供给于多个驱动器30。
[0052]如上所述，压电元件40与印刷头20中的多个喷嘴中的各喷嘴对应地设置，通过压电元件40的驱动而使油墨喷出。因此，接下来简单地对用于通过对压电元件40的驱动而使油墨喷出的结构进行说明。
[0053]图2为表示在印刷头20中，与一个喷嘴对应的喷出部400的概要结构的图。
[0054]如图所示，喷出部400包括压电元件40、振动板421、空腔(压力室)431、贮液器441和喷嘴451。其中，振动板421因在图中被设置于上表面上的压电元件40而变形，从而使充填有油墨的空腔431的内部容积扩大或缩小。喷嘴451是与空腔431连通的开口部。
[°°55] 该图中所示的压电元件40—般称为单晶(Monomorph)型，且为用一对电极411、412夹持压电体401的结构。在该结构的压电体401中，根据向电极411、412之间所施加的电压，即控制信号Vin的电压，电极411、412、振动板421—起以图中的中央部分相对于两端部分在上下方向上弯曲。具体而言，当控制信号Vin的电压上升使，压电元件40将上方弯曲，而在控制信号Vin的电压下降时，压电元件40将向下方弯曲。根据该结构，当压电元件40向上方弯曲时，空腔431的容积将扩大，从而油墨将从贮液器441中被引入，而在向下方弯曲时，空腔431的容积将缩小，从而油墨将从喷嘴451喷出。
[0056]再有，压电元件40不限于单晶型，也可以是双晶型或层压型等，只需为能够使压电元件变形从而使油墨之类的液体喷出的类型即可。
[0057]图3为表示供给于印刷头20的控制信号COM等的一个示例的图。
[0058]如该图所示，控制信号COM中，从作为驱动压电元件40的信号的最小单位的驱动脉冲PCOMl至PC0M4在印刷周期Ta内按时间序列连续。再有，控制信号COM实际上是以该印刷周期Ta为一个周期的重复的波形。
[0059 ]在该印刷期间Ta内，在最初的第一个期间TI内驱动脉冲PCOMl在列