JP2004090500A - インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、簡単な構成により、圧電素子のリーク電流によるコンデンサの充電電圧が上昇したとき、コンデンサを放電させるようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のノズルに対応する圧電素子１１を、所定の印字タイミングで選択的に駆動信号ＣＯＭにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なうと共に、圧電素子の駆動電圧より低い基準電圧により充電されるコンデンサＣ１により、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧ＶＢＳを印加する、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置１０であって、上記コンデンサの充電電圧が上記バイアス電圧より僅かに高い所定電圧Ｖ１以上になったとき、コンデンサの電荷をグランドに流す放電回路３０を備えるように、ヘッド駆動装置１０を構成する。
【選択図】 図１
【解決手段】複数のノズルに対応する圧電素子１１を、所定の印字タイミングで選択的に駆動信号ＣＯＭにより駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なうと共に、圧電素子の駆動電圧より低い基準電圧により充電されるコンデンサＣ１により、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧ＶＢＳを印加する、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置１０であって、上記コンデンサの充電電圧が上記バイアス電圧より僅かに高い所定電圧Ｖ１以上になったとき、コンデンサの電荷をグランドに流す放電回路３０を備えるように、ヘッド駆動装置１０を構成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子のグランド側をコンデンサの充電電圧により所定のバイアス電位に保持すると共に、圧電素子の劣化によるリーク電流によるコンデンサの充電電圧の上昇を防止するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（駆動波形発生回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
このようなヘッド駆動装置は、例えば図５に示すように構成されている。
【０００５】
図５において、ヘッド駆動装置１は、インクジェット式プリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子２と、各圧電素子２の一方の電極２ａに対して駆動信号を供給するため駆動波形発生回路３と、この駆動波形発生回路３と各圧電素子２との間に設けられた電流増幅回路４及びスイッチ回路５と、から構成されている。
ここで、図５においては、圧電素子２は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。
そして、各圧電素子２に対して、駆動波形発生回路３からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。
【０００６】
圧電素子２は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極２ａ，２ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。
そして、圧電素子２は、常時中間電位（グラウンド［ＧＮＤ］と電源の間のある電位）付近に充電されており、駆動波形発生回路３から規定の電圧波形を有する駆動信号ＣＯＭに基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【０００７】
駆動波形発生回路３は、インクジェットプリンタのヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、例えばプリンタ本体内あるいはプリンタヘッド内に配置されている。
【０００８】
電流増幅回路４は、二つの駆動素子としてのトランジスタ４ａ，４ｂから構成されている。
このうち、第一のトランジスタ４ａは、コレクタが定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路３の一方の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路５の入力側に接続されている。これにより、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、定電圧電源より電荷をスイッチ回路５を介して圧電素子２に規定の電圧波形を伴いながら供給する。
【０００９】
また、第二のトランジスタ４ｂは、エミッタがスイッチ回路５の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路３の第二の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、圧電素子２をスイッチ回路５を介して規定の電圧波形を伴いながら放電させる。
【００１０】
スイッチ回路５は、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子２の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子２に出力する。
このスイッチ回路５は、実際には、各圧電素子２をそれぞれオンオフするための所謂トランスミッションゲートとして構成されている。
【００１１】
ところで、このような圧電素子２は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
このため、各圧電素子のグランド側を例えば駆動信号の中間電位等のバイアス電位に保持するようにしたヘッド駆動装置も知られており、例えば図６に示すように構成されている。
また、このような電位を設けることにより、特性が向上する圧電素子もある。また、このような電位を設ければ、圧電素子端子間にかかる電位の絶対値を最大半分にすることができ、素子の耐圧を下げられる。
【００１２】
図６において、ヘッド駆動装置６は、図５に示したヘッド駆動装置１とほぼ同様の構成であり、圧電素子２の他方の電極２ｂに対して、＋５Ｖ程度の定電圧Ｖｃ１からカップリング抵抗Ｒ１を介して充電されるコンデンサＣ１が接続されている。Ｖｃ１はロジック電源等に供用されることもある。
ここで、コンデンサＣ１は、大電流を供給できるように、大容量、例えば３３００μＦ程度のものが使用されていると共に、基準電圧Ｖｃ１に影響を与えないように、カップリング抵抗Ｒ１が接続されている。
【００１３】
このような構成により、圧電素子２の他方の電極２ｂが、コンデンサＣ１の充電電圧によるバイアス電圧ＶＢＳに保持されることになり、圧電素子２の双方の電極２ａ，２ｂ間の電圧が低減され、高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止し、或いは特性を向上させることができる。
【００１４】
しかしながら、このような構成のヘッド駆動装置６においては、各圧電素子の経年変化等の劣化により、端子間の抵抗が減少してリーク電流が発生することがある。定電圧Ｖｃｃから圧電素子２を通ってリーク電流が流れると、この電流が、コンデンサＣ１に流れ込んで、コンデンサＣ１を充電すると共に、カップリング抵抗Ｒ１を介して基準電圧側に流れることになる。
そして、圧電素子２の劣化が進んで、リーク電流が大きくなると、カップリング抵抗Ｒ１は例えば５００Ω程度であることから、例えば１００ｍＡ程度のリーク電流が抵抗Ｒ１を流れると、このカップリング抵抗Ｒ１の両端の電圧は、約５０Ｖ程度になってしまい、圧電素子２の他方の電極２ｂを略Ｖｃ１の電圧に保ちたい初期の目的から逸脱する。
【００１５】
他方、コンデンサＣ１は、例えば３３００μＦと大容量であることから、コストの面からできるだけ低い耐圧、例えば６．３Ｖ乃至１０Ｖ程度の耐圧のものが使用されている。
このため、上述したリーク電流が発生すると、このリーク電流によって、コンデンサＣ１が充電されることになり、充電電圧が耐圧を越えてしまうことがあり、コンデンサＣ１が破壊してしまう。
従って、リーク電流によるコンデンサＣ１の破壊を防止するために、従来は、図６にて矢印Ａで示すように、図示しない異常電圧検出回路等により、コンデンサＣ１の充電電圧を検出して、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧以上になったとき、ヘッド駆動装置６の電源を落として、ヘッド駆動装置６の動作を停止させるようになっている。
【００１６】
このようにして、圧電素子２のリーク電流によるコンデンサの破壊が防止され得るようになっているが、圧電素子２の劣化があまり進まないうちに、リーク電流によるコンデンサＣ１の充電により、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧を越えると、ヘッド駆動装置６の電源を落とすようにしていることから、まだ使用可能な圧電素子２を寿命まで使い切ることができないという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、圧電素子のリーク電流によるコンデンサの充電電圧が上昇したとき、コンデンサを放電させることにより、コンデンサの破壊を防止すると共に、圧電素子をできるだけ長く利用し得るようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、圧電素子のグランド側の電極に所定のバイアス電圧を印加するためのコンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったとき、コンデンサを放電させて、コンデンサの充電電圧の上昇を抑制するようにした。
【００１９】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なうと共に、圧電素子の駆動電圧より低い基準電圧により充電されるコンデンサにより、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加する、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、上記コンデンサの充電電圧が上記バイアス電圧より僅かに高い所定電圧以上になったとき、コンデンサの電荷をグランドに流す放電回路を備えていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、圧電素子の経年変化等の劣化によりリーク電流が発生すると、圧電素子を介してリーク電流がコンデンサに流れ込むことになる。そして、このリーク電流によってコンデンサがさらに充電されて、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になると、放電回路が動作して、コンデンサの電荷をグランドに流すことになる。
これにより、コンデンサの充電電圧は、ほぼ上記所定電圧以下に保持されることになるので、リーク電流によるコンデンサの充電によって、コンデンサの充電電圧が耐圧以上まで上昇して、コンデンサが破壊してしまうようなことはない。
従って、コンデンサは、リーク電流による充電電圧の上昇を見込まなくてもよいことから、バイアス電圧よりやや高い耐圧のものを使用することができるので、コストが上昇してしまうようなことはない。
【００２１】
このようにして、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置によれば、圧電素子のグランド側の電極に、コンデンサにより中間電位等のバイアス電圧が印加されている場合であっても、圧電素子の経年変化等の劣化によるリーク電流の発生時に、このリーク電流によるコンデンサの充電電圧の上昇が抑制されることになり、コンデンサの破壊を防止することができる。
【００２２】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記放電回路が、コンデンサとグランドとの間に接続され、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったときオンされるスイッチング素子を備えていることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったとき、スイッチング素子がオンすることにより、コンデンサがスイッチング素子を介してグランドと短絡され、コンデンサが放電されることになる。
【００２４】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記スイッチング素子が、ベースが基準電圧に接続され、エミッタがコンデンサに接続されると共に、コレクタがグランドに接続されたトランジスタから構成されていることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったとき、トランジスタのエミッタ・コレクタ間がオンすることにより、コンデンサがトランジスタを介してグランドと短絡され、コンデンサが放電されることになる。
【００２６】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記トランジスタのコレクタとグランド間に、電流制限抵抗が直列に接続されていることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、トランジスタのオン時に、コンデンサの電荷がトランジスタ及び電流制限抵抗を介してグランドに流されるので、コンデンサの放電電流が電流制限抵抗により制限されることになる。
従って、例えば圧電素子がショートして、大電流が圧電素子を介してコンデンサに流れ込んで、コンデンサの充電電圧が急激に上昇するような場合であっても、電流制限抵抗により放電電流が制限されることにより、コンデンサから大きな放電電流がトランジスタを介して流れることはなく、トランジスタが保護され得ることになる。
【００２８】
請求項５記載のヘッド駆動装置においては、上記コンデンサの充電電圧が上記所定電圧より高い第二の所定電圧になったとき、検出信号を出力する異常電圧検出回路を備えていることを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、前述したように、例えば圧電素子がショートして、大電流が圧電素子を介してコンデンサに流れ込んで、コンデンサの充電電圧が急激に上昇し、コンデンサからの放電電流が電流制限抵抗により制限されて、コンデンサの充電電圧が上昇して第二の所定電圧を越えた場合には、異常電圧検出回路が、これを検知して、検出信号を出力する。
従って、プリンタ本体の制御部が、この異常電圧検出回路からの検出信号に基づいて、ヘッド駆動装置の駆動電圧を落とすことにより、圧電素子の破壊等によるショートの際に、ヘッド駆動装置の破壊を防止することができる。
あるいは、プリンタ本体の制御部は、ヘッド駆動装置の異常電圧検出回路からの検出信号を受け取ったとき、ヘッド駆動装置を制御して、印刷動作を一時停止させたり、場合によっては印刷動作を強制終了させることにより、圧電素子の異常電流によるプリンタヘッドの破壊を防止することができる。
【００３０】
請求項６記載のヘッド駆動装置においては、上記トランジスタが、ＦＥＴであることを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、スイッチング素子であるトランジスタがＦＥＴにより構成されることにより、プリンタ本体の制御部内にて、他のロジック回路を構成する回路素子と一体化して構成され得るので、コストが低減され得ることになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３３】
図１は、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。
図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェット式プリンタのプリンタヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号ＣＯＭを供給するための駆動波形発生回路１２と、この駆動波形発生回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びノズル選択用スイッチ回路１４と、さらに圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路２０，放電回路３０及び異常電圧検出回路４０と、から構成されている。
【００３４】
ここで、図１においては、圧電素子１１は、実際にはインクジェット式プリンタのプリンタヘッドにて、各色毎にそれぞれ一つのノズル列が設けられており、各ノズル列に対してそれぞれ圧電素子が備えられている。
【００３５】
上記圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。
そして、圧電素子１１は、常時中間電位Ｖｃ付近に充電されており、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて充放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【００３６】
上記駆動波形発生回路１２は、インクジェット式プリンタのプリンタヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、プリンタ本体の制御部またはプリンタヘッド内に配置されている。
【００３７】
上記電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂから構成されている。
このうち、第一のトランジスタ１３ａは、コレクタが定電圧電源（例えば＋４２Ｖの直流電源）に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の一方の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、第一のトランジスタ１３ａは、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて導通して、定電圧Ｖｃｃより電荷をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に規定の電圧波形を伴いながら供給する。
【００３８】
また、第二のトランジスタ１３ｂは、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の第二の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、第二のトランジスタ１３ｂは、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して規定の電圧波形を伴いながら放電させる。
【００３９】
上記スイッチ回路１４は、プリンタ本体の制御部から制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。
このスイッチ回路１４は、実際には、各圧電素子１１をそれぞれオンオフするための所謂トランスミッションゲートとして構成されている。
【００４０】
上記バイアス電源回路２０は、図２に示すように、コンデンサＣ１から構成されている。
上記コンデンサＣ１は、電解コンデンサであって、その充電電圧すなわちバイアス電圧ＶＢＳを各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加するように、一端が圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに接続されると共に、また他端がグランドにアース接続されている。
尚、コンデンサＣ１の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧ＶＢＳを供給することができるように、すべての圧電素子１１の総静電容量（数μＦ、例えば１．４μＦ程度）に対して十分大きな容量、即ち数１０００μＦ（例えば３３００μＦ程度）に選定されている。
【００４１】
さらに、上記コンデンサＣ１は、その一端がカップリング抵抗Ｒ１（例えば５００Ω）を介して第二の定電圧電源に接続されている。
この第二の定電圧電源は、例えばプリンタ本体内の制御部１５のロジック電源としての＋５Ｖの直流電源であり、定電圧Ｖｃ２を電流制限抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に印加して、コンデンサＣ１を充電するようになっている。
このようにして、バイアス電源回路２０は、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに対して、所定のバイアス電圧ＶＢＳ、好ましくは駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃにほぼ等しい電圧を出力するようになっている。
【００４２】
上記放電回路３０は、図２に示すように、スイッチング素子としてのトランジスタＴＲ１から構成されており、トランジスタＴＲ１のベースが、電流制限抵抗Ｒ２を介して、基準電圧としての定電圧Ｖｃ２に接続され、エミッタがコンデンサＣ１に接続されると共に、コレクタが電流制限抵抗Ｒ３を介してグランドに接続されている。
ここで、上記電流制限抵抗Ｒ３は、トランジスタＴＲ１を流れる電流を制限するものであり、その抵抗値は、圧電素子２のリーク電流が大きくなったときには、コンデンサＣ１の充電電圧が上昇するように、適宜に、例えば１００Ω程度に選定されている。
また、上記電流制限抵抗Ｒ２は、トランジスタＴＲ１を流れる電流が電流制限抵抗Ｒ３により制限されているときに、トランジスタＴＲ１のエミッタからベースに大電流が流れることを防止するものであり、その抵抗値は、例えば１ｋΩ程度に選定されている。
【００４３】
このようにして、放電回路３０においては、コンデンサＣ１の充電電圧が定電圧Ｖｃ２に対して所定の電圧差、例えば０．７Ｖになったとき、即ちコンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１（＝５．０Ｖ＋０．７Ｖ）になったとき、トランジスタＴＲ１のエミッタ・コレクタ間が導通して、コンデンサＣ１がグランドに放電されるようになっている。
【００４４】
上記異常電圧検出回路４０は、図３に示すように、コンパレータ４１から構成されており、非反転入力端子には、バイアス電圧ＶＢＳが入力されると共に、反転入力端子には、第二の所定電圧Ｖ２（例えば７Ｖ）が入力されており、出力信号がプリンタ本体内の制御部に送出されるようになっている。
そして、通常は、バイアス電圧ＶＢＳはほぼ５Ｖ程度であることから、コンパレータ４１の出力信号はＬレベルであるが、圧電素子１１の異常電流によりバイアス電圧ＶＢＳが第二の所定電圧Ｖ２以上になったとき、コンパレータ４１の出力信号は、Ｈレベルに反転する。
これにより、プリンタ本体内の制御部１５は、異常電圧検出回路４０からの出力信号に基づいて、この出力信号がＨレベルに反転したときには、圧電素子１１に異常が発生したとして、例えばヘッド駆動装置１０の駆動電圧を落とすことにより、圧電素子の破壊等によるショートの際に、ヘッド駆動装置の破壊を防止したり、あるいはヘッド駆動装置１０を制御して、印刷動作を一時停止させたり、場合によっては印刷動作を強制終了させることにより、圧電素子１１の異常電流によるプリンタヘッドの破壊を防止することができる。
【００４５】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、以下のように動作する。
先ず、電源投入時には、駆動波形発生回路１２から駆動信号ＣＯＭが出力されると、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１３ａがオンして、第一の定電圧電源からスイッチ回路１４を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、中間電位Ｖｃまで徐々に上昇する。
【００４６】
他方、バイアス電源回路２０にて、コンデンサＣ１が第二の定電圧電源Ｖｃ２により充電され、その充電電圧がバイアス電圧ＶＢＳとして、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加され、バイアス電圧ＶＢＳに達する。
従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差はほぼ０になる。
以上で、電源投入時の動作が完了する。
【００４７】
次に、印刷が開始されると、駆動波形発生回路１２から駆動信号ＣＯＭが出力され、この駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて充放電され作動して、インク滴を吐出する。
【００４８】
このとき、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂは、バイアス電源回路２０からバイアス電圧ＶＢＳが印加されることにより、常にバイアス電圧ＶＢＳに保持されている。
従って、放電回路３０では、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧は、第二の定電圧電源の定電圧Ｖｃ２とほぼ等しいバイアス電圧ＶＢＳであり、他方ベース電圧は第二の定電圧電源の定電圧Ｖｃ２がそのまま印加されているので、ベース電圧とエミッタ電圧がほぼ同じであることから、トランジスタＴＲ１はオフになっている。
このため、コンデンサＣ１は、トランジスタＴＲ１を介して放電されるようなことはない。
【００４９】
これに対して、圧電素子１１の経年変化等の劣化により電極間の抵抗が減少して、圧電素子１１の電極１１ａ，１１ｂ間にリーク電流が発生すると、駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより高い場合に、このリーク電流が圧電素子１１を介してバイアス電源回路２０のコンデンサＣ１に流れ込む。これにより、コンデンサＣ１が充電されて、第二の定電圧電源の定電圧Ｖｃ２より高い充電電圧となる。
【００５０】
そして、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１を越えて高くなると、放電回路３０にて、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧が、ベース電圧より高くなって、トランジスタＴＲ１のエミッタ・コレクタ間が導通し、オンとなる。これにより、コンデンサＣ１の電荷がトランジスタＴＲ１及び電流制限抵抗Ｒ３を介してグランドに流され、コンデンサＣ１が放電されることになる。
従って、圧電素子１１にリーク電流が発生したとしても、このリーク電流によって、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１よりも高くなるようなことはなく、異常電圧検出回路４０が働くことはない。
【００５１】
また、圧電素子１１の経年変化が進んで、リーク電流が大きくなったり、あるいは圧電素子１１にショートまたはレアショート等の異常が発生して、圧電素子１１が短絡した場合には、定電圧Ｖｃｃから大きなリーク電流あるいは大きな短絡電流が流れて、圧電素子１１を介してコンデンサＣ１に流れ込む。
そして、コンデンサＣ１の充電電圧が高くなると、放電回路３０のトランジスタＴＲ１がオンとなって、コンデンサＣ１が放電されるが、その際、電流制限抵抗Ｒ３により放電電流が制限されるので、コンデンサＣ１の充電電圧はさらに上昇することになる。
これにより、コンデンサＣ１の充電電圧が７Ｖを越えると、異常電圧検出回路４０のコンパレータ４１が反転して、出力信号がＨレベルになる。
従って、プリンタ本体内の制御部１５は、Ｈレベルの出力信号に基づいて、例えばヘッド駆動装置１０の駆動電圧を落とすことにより、圧電素子の破壊等によるショートの際に、ヘッド駆動装置の破壊を防止する。
【００５２】
このようにして、圧電素子１１に大きなリーク電流が発生したり、あるいは異常電流が発生したときには、コンデンサＣ１の充電電圧が上昇するので、異常電圧検出回路４０がこれを検出して、Ｈレベルの出力信号を出力することにより、プリンタ本体の制御部１５に知らせる。従って、プリンタ本体の制御部１５は、圧電素子１１の経年変化等の劣化による大きなリーク電流が発生した場合や、圧電素子１１の短絡等による異常電流が発生した場合には、異常電圧検出回路４０からのＨレベルの出力信号に基づいて、ヘッド駆動装置１０を制御することにより、圧電素子１１，プリンタヘッドそしてヘッド駆動装置１０の破壊等の不安全を防止することができる。
【００５３】
上述した実施形態においては、放電回路３０は、トランジスタＴＲ１により構成されているが、このトランジスタＴＲ１は、ＦＥＴとして構成されていてもよく、この場合、放電回路３０は、プリンタ本体の制御部を構成するＩＣ内に一体に構成することができるので、コストが低減され得ることになる。
また、トランジスタＴＲ１の代わりに、コンデンサＣ１の放電を可能にする他のスイッチング素子から構成されていてもよいことは明らかである。
【００５４】
さらに、上述した実施形態においては、放電回路３０は、トランジスタＴＲ１のコレクタとグランド間に電流制限抵抗Ｒ３を備えているが、これに限らず、電流制限抵抗Ｒ３は省略されても良い。この場合、コンデンサＣ１が所定電圧Ｖ１以上になると、コンデンサＣ１が放電されることにより、圧電素子１１に異常電流が流れたとしても、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１以下に保持され、コンデンサＣ１の破壊が防止され得ることになる。
【００５５】
上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０は、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電圧Ｖｃに等しいバイアス電圧ＶＢＳを出力するようになっているが、これに限らず、中間電圧Ｖｃからずれたバイアス電圧ＶＢＳを出力するようにしてもよい。
この場合、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電圧はほぼ０にはならないが、バイアス電圧のない場合と比較して、電位差が小さくなるので、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さくなり、電力損失が低減される。
【００５６】
また、上述した実施形態においては、異常電圧発生回路４０は、正常時にはＬレベルの信号を出力し、圧電素子１１に異常が発生したとき、Ｈレベルの信号を出力するようになっているが、これに限らず、正常時にはＨレベルの信号を出力し、圧電素子１１に異常が発生したとき、Ｌレベルの信号を出力するようにしてもよい。
【００５７】
さらに、上述した実施形態においては、異常電圧検出回路４０にて、コンデンサＣ１の充電電圧の上昇を検出するために、コンパレータにより構成されているが、これに限らず、図４に示すように構成されていてもよい。
即ち、図４において、異常電圧検出回路５０は、コンデンサＣ１の充電電圧即ちバイアス電圧ＶＢＳに対して、互いに直列に接続された分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５と、分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧電圧が入力されるＡＤコンバータ５１とから構成されており、バイアス電圧ＶＢＳが例えば７Ｖを越えたとＡＤコンバータ５１の値を制御部１５が読み取った時、同様にしてヘッド駆動装置１０を制御することができる。
尚、この場合、ＡＤコンバータ５１は、プリンタ本体の制御部１５を構成するＩＣ内に設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態においては、異常電圧検出回路４０または５０が備えられているが、これに限らず、異常電圧検出回路４０または５０は省略されてもよい。この場合、他の任意の手段により、圧電素子１１の異常が検出され、それに基づいて、プリンタ本体の制御部１５がヘッド駆動装置１０を適宜に制御する。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電素子の経年変化等の劣化によりリーク電流が発生すると、圧電素子を介してリーク電流がコンデンサに流れ込むことになる。そして、このリーク電流によってコンデンサがさらに充電されて、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になると、放電回路が動作して、コンデンサの電荷をグランドに流すことになる。
これにより、コンデンサの充電電圧は、ほぼ上記所定電圧以下に保持されることになるので、リーク電流によるコンデンサの充電によって、コンデンサの充電電圧が耐圧以上まで上昇して、コンデンサが破壊してしまうようなことはない。従って、コンデンサは、リーク電流による充電電圧の上昇を見込まなくてもよいことから、バイアス電圧よりやや高い耐圧のものを使用することができるので、コストが上昇してしまうようなことはない。
このようにして、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置によれば、圧電素子のグランド側の電極に、コンデンサにより中間電位等のバイアス電圧が印加されている場合であっても、圧電素子の経年変化等の劣化によるリーク電流の発生時に、このリーク電流によるコンデンサの充電電圧の上昇が抑制されることになり、コンデンサの破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置におけるバイアス電源回路と放電回路の構成を示す回路図である。
【図３】図１のヘッド駆動装置における異常電圧検出回路の一例の構成を示す回路図である。
【図４】図１のヘッド駆動装置における異常電圧検出回路の他の例の構成を示す回路図である。
【図５】従来のヘッド駆動装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図６】従来のバイアス電源回路を備えたヘッド回路の一例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ 駆動波形発生回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
２０ バイアス電源回路
３０ 放電回路
４０，５０ 異常電圧検出回路
４１ コンパレータ
５１ ＡＤコンバータ
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 電流制限抵抗
Ｒ４，Ｒ５ 分圧抵抗
ＴＲ１ トランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子のグランド側をコンデンサの充電電圧により所定のバイアス電位に保持すると共に、圧電素子の劣化によるリーク電流によるコンデンサの充電電圧の上昇を防止するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（駆動波形発生回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
このようなヘッド駆動装置は、例えば図５に示すように構成されている。
【０００５】
図５において、ヘッド駆動装置１は、インクジェット式プリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子２と、各圧電素子２の一方の電極２ａに対して駆動信号を供給するため駆動波形発生回路３と、この駆動波形発生回路３と各圧電素子２との間に設けられた電流増幅回路４及びスイッチ回路５と、から構成されている。
ここで、図５においては、圧電素子２は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。
そして、各圧電素子２に対して、駆動波形発生回路３からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。
【０００６】
圧電素子２は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極２ａ，２ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。
そして、圧電素子２は、常時中間電位（グラウンド［ＧＮＤ］と電源の間のある電位）付近に充電されており、駆動波形発生回路３から規定の電圧波形を有する駆動信号ＣＯＭに基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【０００７】
駆動波形発生回路３は、インクジェットプリンタのヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、例えばプリンタ本体内あるいはプリンタヘッド内に配置されている。
【０００８】
電流増幅回路４は、二つの駆動素子としてのトランジスタ４ａ，４ｂから構成されている。
このうち、第一のトランジスタ４ａは、コレクタが定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路３の一方の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路５の入力側に接続されている。これにより、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、定電圧電源より電荷をスイッチ回路５を介して圧電素子２に規定の電圧波形を伴いながら供給する。
【０００９】
また、第二のトランジスタ４ｂは、エミッタがスイッチ回路５の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路３の第二の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、圧電素子２をスイッチ回路５を介して規定の電圧波形を伴いながら放電させる。
【００１０】
スイッチ回路５は、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子２の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子２に出力する。
このスイッチ回路５は、実際には、各圧電素子２をそれぞれオンオフするための所謂トランスミッションゲートとして構成されている。
【００１１】
ところで、このような圧電素子２は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
このため、各圧電素子のグランド側を例えば駆動信号の中間電位等のバイアス電位に保持するようにしたヘッド駆動装置も知られており、例えば図６に示すように構成されている。
また、このような電位を設けることにより、特性が向上する圧電素子もある。また、このような電位を設ければ、圧電素子端子間にかかる電位の絶対値を最大半分にすることができ、素子の耐圧を下げられる。
【００１２】
図６において、ヘッド駆動装置６は、図５に示したヘッド駆動装置１とほぼ同様の構成であり、圧電素子２の他方の電極２ｂに対して、＋５Ｖ程度の定電圧Ｖｃ１からカップリング抵抗Ｒ１を介して充電されるコンデンサＣ１が接続されている。Ｖｃ１はロジック電源等に供用されることもある。
ここで、コンデンサＣ１は、大電流を供給できるように、大容量、例えば３３００μＦ程度のものが使用されていると共に、基準電圧Ｖｃ１に影響を与えないように、カップリング抵抗Ｒ１が接続されている。
【００１３】
このような構成により、圧電素子２の他方の電極２ｂが、コンデンサＣ１の充電電圧によるバイアス電圧ＶＢＳに保持されることになり、圧電素子２の双方の電極２ａ，２ｂ間の電圧が低減され、高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止し、或いは特性を向上させることができる。
【００１４】
しかしながら、このような構成のヘッド駆動装置６においては、各圧電素子の経年変化等の劣化により、端子間の抵抗が減少してリーク電流が発生することがある。定電圧Ｖｃｃから圧電素子２を通ってリーク電流が流れると、この電流が、コンデンサＣ１に流れ込んで、コンデンサＣ１を充電すると共に、カップリング抵抗Ｒ１を介して基準電圧側に流れることになる。
そして、圧電素子２の劣化が進んで、リーク電流が大きくなると、カップリング抵抗Ｒ１は例えば５００Ω程度であることから、例えば１００ｍＡ程度のリーク電流が抵抗Ｒ１を流れると、このカップリング抵抗Ｒ１の両端の電圧は、約５０Ｖ程度になってしまい、圧電素子２の他方の電極２ｂを略Ｖｃ１の電圧に保ちたい初期の目的から逸脱する。
【００１５】
他方、コンデンサＣ１は、例えば３３００μＦと大容量であることから、コストの面からできるだけ低い耐圧、例えば６．３Ｖ乃至１０Ｖ程度の耐圧のものが使用されている。
このため、上述したリーク電流が発生すると、このリーク電流によって、コンデンサＣ１が充電されることになり、充電電圧が耐圧を越えてしまうことがあり、コンデンサＣ１が破壊してしまう。
従って、リーク電流によるコンデンサＣ１の破壊を防止するために、従来は、図６にて矢印Ａで示すように、図示しない異常電圧検出回路等により、コンデンサＣ１の充電電圧を検出して、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧以上になったとき、ヘッド駆動装置６の電源を落として、ヘッド駆動装置６の動作を停止させるようになっている。
【００１６】
このようにして、圧電素子２のリーク電流によるコンデンサの破壊が防止され得るようになっているが、圧電素子２の劣化があまり進まないうちに、リーク電流によるコンデンサＣ１の充電により、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧を越えると、ヘッド駆動装置６の電源を落とすようにしていることから、まだ使用可能な圧電素子２を寿命まで使い切ることができないという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、圧電素子のリーク電流によるコンデンサの充電電圧が上昇したとき、コンデンサを放電させることにより、コンデンサの破壊を防止すると共に、圧電素子をできるだけ長く利用し得るようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、圧電素子のグランド側の電極に所定のバイアス電圧を印加するためのコンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったとき、コンデンサを放電させて、コンデンサの充電電圧の上昇を抑制するようにした。
【００１９】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なうと共に、圧電素子の駆動電圧より低い基準電圧により充電されるコンデンサにより、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加する、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、上記コンデンサの充電電圧が上記バイアス電圧より僅かに高い所定電圧以上になったとき、コンデンサの電荷をグランドに流す放電回路を備えていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、圧電素子の経年変化等の劣化によりリーク電流が発生すると、圧電素子を介してリーク電流がコンデンサに流れ込むことになる。そして、このリーク電流によってコンデンサがさらに充電されて、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になると、放電回路が動作して、コンデンサの電荷をグランドに流すことになる。
これにより、コンデンサの充電電圧は、ほぼ上記所定電圧以下に保持されることになるので、リーク電流によるコンデンサの充電によって、コンデンサの充電電圧が耐圧以上まで上昇して、コンデンサが破壊してしまうようなことはない。
従って、コンデンサは、リーク電流による充電電圧の上昇を見込まなくてもよいことから、バイアス電圧よりやや高い耐圧のものを使用することができるので、コストが上昇してしまうようなことはない。
【００２１】
このようにして、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置によれば、圧電素子のグランド側の電極に、コンデンサにより中間電位等のバイアス電圧が印加されている場合であっても、圧電素子の経年変化等の劣化によるリーク電流の発生時に、このリーク電流によるコンデンサの充電電圧の上昇が抑制されることになり、コンデンサの破壊を防止することができる。
【００２２】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記放電回路が、コンデンサとグランドとの間に接続され、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったときオンされるスイッチング素子を備えていることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったとき、スイッチング素子がオンすることにより、コンデンサがスイッチング素子を介してグランドと短絡され、コンデンサが放電されることになる。
【００２４】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記スイッチング素子が、ベースが基準電圧に接続され、エミッタがコンデンサに接続されると共に、コレクタがグランドに接続されたトランジスタから構成されていることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったとき、トランジスタのエミッタ・コレクタ間がオンすることにより、コンデンサがトランジスタを介してグランドと短絡され、コンデンサが放電されることになる。
【００２６】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記トランジスタのコレクタとグランド間に、電流制限抵抗が直列に接続されていることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、トランジスタのオン時に、コンデンサの電荷がトランジスタ及び電流制限抵抗を介してグランドに流されるので、コンデンサの放電電流が電流制限抵抗により制限されることになる。
従って、例えば圧電素子がショートして、大電流が圧電素子を介してコンデンサに流れ込んで、コンデンサの充電電圧が急激に上昇するような場合であっても、電流制限抵抗により放電電流が制限されることにより、コンデンサから大きな放電電流がトランジスタを介して流れることはなく、トランジスタが保護され得ることになる。
【００２８】
請求項５記載のヘッド駆動装置においては、上記コンデンサの充電電圧が上記所定電圧より高い第二の所定電圧になったとき、検出信号を出力する異常電圧検出回路を備えていることを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、前述したように、例えば圧電素子がショートして、大電流が圧電素子を介してコンデンサに流れ込んで、コンデンサの充電電圧が急激に上昇し、コンデンサからの放電電流が電流制限抵抗により制限されて、コンデンサの充電電圧が上昇して第二の所定電圧を越えた場合には、異常電圧検出回路が、これを検知して、検出信号を出力する。
従って、プリンタ本体の制御部が、この異常電圧検出回路からの検出信号に基づいて、ヘッド駆動装置の駆動電圧を落とすことにより、圧電素子の破壊等によるショートの際に、ヘッド駆動装置の破壊を防止することができる。
あるいは、プリンタ本体の制御部は、ヘッド駆動装置の異常電圧検出回路からの検出信号を受け取ったとき、ヘッド駆動装置を制御して、印刷動作を一時停止させたり、場合によっては印刷動作を強制終了させることにより、圧電素子の異常電流によるプリンタヘッドの破壊を防止することができる。
【００３０】
請求項６記載のヘッド駆動装置においては、上記トランジスタが、ＦＥＴであることを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、スイッチング素子であるトランジスタがＦＥＴにより構成されることにより、プリンタ本体の制御部内にて、他のロジック回路を構成する回路素子と一体化して構成され得るので、コストが低減され得ることになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３３】
図１は、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。
図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェット式プリンタのプリンタヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号ＣＯＭを供給するための駆動波形発生回路１２と、この駆動波形発生回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びノズル選択用スイッチ回路１４と、さらに圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路２０，放電回路３０及び異常電圧検出回路４０と、から構成されている。
【００３４】
ここで、図１においては、圧電素子１１は、実際にはインクジェット式プリンタのプリンタヘッドにて、各色毎にそれぞれ一つのノズル列が設けられており、各ノズル列に対してそれぞれ圧電素子が備えられている。
【００３５】
上記圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。
そして、圧電素子１１は、常時中間電位Ｖｃ付近に充電されており、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて充放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【００３６】
上記駆動波形発生回路１２は、インクジェット式プリンタのプリンタヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、プリンタ本体の制御部またはプリンタヘッド内に配置されている。
【００３７】
上記電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂから構成されている。
このうち、第一のトランジスタ１３ａは、コレクタが定電圧電源（例えば＋４２Ｖの直流電源）に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の一方の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、第一のトランジスタ１３ａは、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて導通して、定電圧Ｖｃｃより電荷をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に規定の電圧波形を伴いながら供給する。
【００３８】
また、第二のトランジスタ１３ｂは、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の第二の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、第二のトランジスタ１３ｂは、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して規定の電圧波形を伴いながら放電させる。
【００３９】
上記スイッチ回路１４は、プリンタ本体の制御部から制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。
このスイッチ回路１４は、実際には、各圧電素子１１をそれぞれオンオフするための所謂トランスミッションゲートとして構成されている。
【００４０】
上記バイアス電源回路２０は、図２に示すように、コンデンサＣ１から構成されている。
上記コンデンサＣ１は、電解コンデンサであって、その充電電圧すなわちバイアス電圧ＶＢＳを各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加するように、一端が圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに接続されると共に、また他端がグランドにアース接続されている。
尚、コンデンサＣ１の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧ＶＢＳを供給することができるように、すべての圧電素子１１の総静電容量（数μＦ、例えば１．４μＦ程度）に対して十分大きな容量、即ち数１０００μＦ（例えば３３００μＦ程度）に選定されている。
【００４１】
さらに、上記コンデンサＣ１は、その一端がカップリング抵抗Ｒ１（例えば５００Ω）を介して第二の定電圧電源に接続されている。
この第二の定電圧電源は、例えばプリンタ本体内の制御部１５のロジック電源としての＋５Ｖの直流電源であり、定電圧Ｖｃ２を電流制限抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１に印加して、コンデンサＣ１を充電するようになっている。
このようにして、バイアス電源回路２０は、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに対して、所定のバイアス電圧ＶＢＳ、好ましくは駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃにほぼ等しい電圧を出力するようになっている。
【００４２】
上記放電回路３０は、図２に示すように、スイッチング素子としてのトランジスタＴＲ１から構成されており、トランジスタＴＲ１のベースが、電流制限抵抗Ｒ２を介して、基準電圧としての定電圧Ｖｃ２に接続され、エミッタがコンデンサＣ１に接続されると共に、コレクタが電流制限抵抗Ｒ３を介してグランドに接続されている。
ここで、上記電流制限抵抗Ｒ３は、トランジスタＴＲ１を流れる電流を制限するものであり、その抵抗値は、圧電素子２のリーク電流が大きくなったときには、コンデンサＣ１の充電電圧が上昇するように、適宜に、例えば１００Ω程度に選定されている。
また、上記電流制限抵抗Ｒ２は、トランジスタＴＲ１を流れる電流が電流制限抵抗Ｒ３により制限されているときに、トランジスタＴＲ１のエミッタからベースに大電流が流れることを防止するものであり、その抵抗値は、例えば１ｋΩ程度に選定されている。
【００４３】
このようにして、放電回路３０においては、コンデンサＣ１の充電電圧が定電圧Ｖｃ２に対して所定の電圧差、例えば０．７Ｖになったとき、即ちコンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１（＝５．０Ｖ＋０．７Ｖ）になったとき、トランジスタＴＲ１のエミッタ・コレクタ間が導通して、コンデンサＣ１がグランドに放電されるようになっている。
【００４４】
上記異常電圧検出回路４０は、図３に示すように、コンパレータ４１から構成されており、非反転入力端子には、バイアス電圧ＶＢＳが入力されると共に、反転入力端子には、第二の所定電圧Ｖ２（例えば７Ｖ）が入力されており、出力信号がプリンタ本体内の制御部に送出されるようになっている。
そして、通常は、バイアス電圧ＶＢＳはほぼ５Ｖ程度であることから、コンパレータ４１の出力信号はＬレベルであるが、圧電素子１１の異常電流によりバイアス電圧ＶＢＳが第二の所定電圧Ｖ２以上になったとき、コンパレータ４１の出力信号は、Ｈレベルに反転する。
これにより、プリンタ本体内の制御部１５は、異常電圧検出回路４０からの出力信号に基づいて、この出力信号がＨレベルに反転したときには、圧電素子１１に異常が発生したとして、例えばヘッド駆動装置１０の駆動電圧を落とすことにより、圧電素子の破壊等によるショートの際に、ヘッド駆動装置の破壊を防止したり、あるいはヘッド駆動装置１０を制御して、印刷動作を一時停止させたり、場合によっては印刷動作を強制終了させることにより、圧電素子１１の異常電流によるプリンタヘッドの破壊を防止することができる。
【００４５】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、以下のように動作する。
先ず、電源投入時には、駆動波形発生回路１２から駆動信号ＣＯＭが出力されると、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１３ａがオンして、第一の定電圧電源からスイッチ回路１４を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、中間電位Ｖｃまで徐々に上昇する。
【００４６】
他方、バイアス電源回路２０にて、コンデンサＣ１が第二の定電圧電源Ｖｃ２により充電され、その充電電圧がバイアス電圧ＶＢＳとして、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加され、バイアス電圧ＶＢＳに達する。
従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差はほぼ０になる。
以上で、電源投入時の動作が完了する。
【００４７】
次に、印刷が開始されると、駆動波形発生回路１２から駆動信号ＣＯＭが出力され、この駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて充放電され作動して、インク滴を吐出する。
【００４８】
このとき、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂは、バイアス電源回路２０からバイアス電圧ＶＢＳが印加されることにより、常にバイアス電圧ＶＢＳに保持されている。
従って、放電回路３０では、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧は、第二の定電圧電源の定電圧Ｖｃ２とほぼ等しいバイアス電圧ＶＢＳであり、他方ベース電圧は第二の定電圧電源の定電圧Ｖｃ２がそのまま印加されているので、ベース電圧とエミッタ電圧がほぼ同じであることから、トランジスタＴＲ１はオフになっている。
このため、コンデンサＣ１は、トランジスタＴＲ１を介して放電されるようなことはない。
【００４９】
これに対して、圧電素子１１の経年変化等の劣化により電極間の抵抗が減少して、圧電素子１１の電極１１ａ，１１ｂ間にリーク電流が発生すると、駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより高い場合に、このリーク電流が圧電素子１１を介してバイアス電源回路２０のコンデンサＣ１に流れ込む。これにより、コンデンサＣ１が充電されて、第二の定電圧電源の定電圧Ｖｃ２より高い充電電圧となる。
【００５０】
そして、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１を越えて高くなると、放電回路３０にて、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧が、ベース電圧より高くなって、トランジスタＴＲ１のエミッタ・コレクタ間が導通し、オンとなる。これにより、コンデンサＣ１の電荷がトランジスタＴＲ１及び電流制限抵抗Ｒ３を介してグランドに流され、コンデンサＣ１が放電されることになる。
従って、圧電素子１１にリーク電流が発生したとしても、このリーク電流によって、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１よりも高くなるようなことはなく、異常電圧検出回路４０が働くことはない。
【００５１】
また、圧電素子１１の経年変化が進んで、リーク電流が大きくなったり、あるいは圧電素子１１にショートまたはレアショート等の異常が発生して、圧電素子１１が短絡した場合には、定電圧Ｖｃｃから大きなリーク電流あるいは大きな短絡電流が流れて、圧電素子１１を介してコンデンサＣ１に流れ込む。
そして、コンデンサＣ１の充電電圧が高くなると、放電回路３０のトランジスタＴＲ１がオンとなって、コンデンサＣ１が放電されるが、その際、電流制限抵抗Ｒ３により放電電流が制限されるので、コンデンサＣ１の充電電圧はさらに上昇することになる。
これにより、コンデンサＣ１の充電電圧が７Ｖを越えると、異常電圧検出回路４０のコンパレータ４１が反転して、出力信号がＨレベルになる。
従って、プリンタ本体内の制御部１５は、Ｈレベルの出力信号に基づいて、例えばヘッド駆動装置１０の駆動電圧を落とすことにより、圧電素子の破壊等によるショートの際に、ヘッド駆動装置の破壊を防止する。
【００５２】
このようにして、圧電素子１１に大きなリーク電流が発生したり、あるいは異常電流が発生したときには、コンデンサＣ１の充電電圧が上昇するので、異常電圧検出回路４０がこれを検出して、Ｈレベルの出力信号を出力することにより、プリンタ本体の制御部１５に知らせる。従って、プリンタ本体の制御部１５は、圧電素子１１の経年変化等の劣化による大きなリーク電流が発生した場合や、圧電素子１１の短絡等による異常電流が発生した場合には、異常電圧検出回路４０からのＨレベルの出力信号に基づいて、ヘッド駆動装置１０を制御することにより、圧電素子１１，プリンタヘッドそしてヘッド駆動装置１０の破壊等の不安全を防止することができる。
【００５３】
上述した実施形態においては、放電回路３０は、トランジスタＴＲ１により構成されているが、このトランジスタＴＲ１は、ＦＥＴとして構成されていてもよく、この場合、放電回路３０は、プリンタ本体の制御部を構成するＩＣ内に一体に構成することができるので、コストが低減され得ることになる。
また、トランジスタＴＲ１の代わりに、コンデンサＣ１の放電を可能にする他のスイッチング素子から構成されていてもよいことは明らかである。
【００５４】
さらに、上述した実施形態においては、放電回路３０は、トランジスタＴＲ１のコレクタとグランド間に電流制限抵抗Ｒ３を備えているが、これに限らず、電流制限抵抗Ｒ３は省略されても良い。この場合、コンデンサＣ１が所定電圧Ｖ１以上になると、コンデンサＣ１が放電されることにより、圧電素子１１に異常電流が流れたとしても、コンデンサＣ１の充電電圧が所定電圧Ｖ１以下に保持され、コンデンサＣ１の破壊が防止され得ることになる。
【００５５】
上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０は、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電圧Ｖｃに等しいバイアス電圧ＶＢＳを出力するようになっているが、これに限らず、中間電圧Ｖｃからずれたバイアス電圧ＶＢＳを出力するようにしてもよい。
この場合、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電圧はほぼ０にはならないが、バイアス電圧のない場合と比較して、電位差が小さくなるので、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さくなり、電力損失が低減される。
【００５６】
また、上述した実施形態においては、異常電圧発生回路４０は、正常時にはＬレベルの信号を出力し、圧電素子１１に異常が発生したとき、Ｈレベルの信号を出力するようになっているが、これに限らず、正常時にはＨレベルの信号を出力し、圧電素子１１に異常が発生したとき、Ｌレベルの信号を出力するようにしてもよい。
【００５７】
さらに、上述した実施形態においては、異常電圧検出回路４０にて、コンデンサＣ１の充電電圧の上昇を検出するために、コンパレータにより構成されているが、これに限らず、図４に示すように構成されていてもよい。
即ち、図４において、異常電圧検出回路５０は、コンデンサＣ１の充電電圧即ちバイアス電圧ＶＢＳに対して、互いに直列に接続された分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５と、分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５の分圧電圧が入力されるＡＤコンバータ５１とから構成されており、バイアス電圧ＶＢＳが例えば７Ｖを越えたとＡＤコンバータ５１の値を制御部１５が読み取った時、同様にしてヘッド駆動装置１０を制御することができる。
尚、この場合、ＡＤコンバータ５１は、プリンタ本体の制御部１５を構成するＩＣ内に設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態においては、異常電圧検出回路４０または５０が備えられているが、これに限らず、異常電圧検出回路４０または５０は省略されてもよい。この場合、他の任意の手段により、圧電素子１１の異常が検出され、それに基づいて、プリンタ本体の制御部１５がヘッド駆動装置１０を適宜に制御する。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電素子の経年変化等の劣化によりリーク電流が発生すると、圧電素子を介してリーク電流がコンデンサに流れ込むことになる。そして、このリーク電流によってコンデンサがさらに充電されて、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になると、放電回路が動作して、コンデンサの電荷をグランドに流すことになる。
これにより、コンデンサの充電電圧は、ほぼ上記所定電圧以下に保持されることになるので、リーク電流によるコンデンサの充電によって、コンデンサの充電電圧が耐圧以上まで上昇して、コンデンサが破壊してしまうようなことはない。従って、コンデンサは、リーク電流による充電電圧の上昇を見込まなくてもよいことから、バイアス電圧よりやや高い耐圧のものを使用することができるので、コストが上昇してしまうようなことはない。
このようにして、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置によれば、圧電素子のグランド側の電極に、コンデンサにより中間電位等のバイアス電圧が印加されている場合であっても、圧電素子の経年変化等の劣化によるリーク電流の発生時に、このリーク電流によるコンデンサの充電電圧の上昇が抑制されることになり、コンデンサの破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置におけるバイアス電源回路と放電回路の構成を示す回路図である。
【図３】図１のヘッド駆動装置における異常電圧検出回路の一例の構成を示す回路図である。
【図４】図１のヘッド駆動装置における異常電圧検出回路の他の例の構成を示す回路図である。
【図５】従来のヘッド駆動装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図６】従来のバイアス電源回路を備えたヘッド回路の一例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ 駆動波形発生回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
２０ バイアス電源回路
３０ 放電回路
４０，５０ 異常電圧検出回路
４１ コンパレータ
５１ ＡＤコンバータ
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 電流制限抵抗
Ｒ４，Ｒ５ 分圧抵抗
ＴＲ１ トランジスタ
Claims (6)
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なうと共に、圧電素子の駆動電圧より低い基準電圧により充電されるコンデンサにより、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加する、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、
上記コンデンサの充電電圧が上記バイアス電圧より僅かに高い所定電圧以上になったとき、コンデンサの電荷をグランドに流す放電回路を備えていることを特徴とする、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。 - 上記放電回路が、コンデンサとグランドとの間に接続され、コンデンサの充電電圧が所定電圧以上になったときオンされるスイッチング素子を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記スイッチング素子が、ベースが基準電圧に接続され、エミッタがコンデンサに接続されると共に、コレクタがグランドに接続されたトランジスタから構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記トランジスタのコレクタとグランド間に、電流制限抵抗が直列に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記コンデンサの充電電圧が上記所定電圧より高い第二の所定電圧になったとき、検出信号を出力する異常電圧検出回路を備えていることを特徴とする、請求項４に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記トランジスタが、ＦＥＴであることを特徴とする、請求項３から５の何れかに記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
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