JP2004174872A

JP2004174872A - インクジェット式プリンタヘッドの駆動回路

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Publication number: JP2004174872A
Application number: JP2002343183A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Imai; 晴之今井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP4218324B2

Abstract

【課題】プリンタヘッドの駆動回路において、電力損失を抑制する。
【解決手段】複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた圧力発生素子を駆動することにより、各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリンタのプリンタヘッドの駆動回路に関する。そして、圧力発生素子の第１の電極を駆動し、充電用トランジスタと放電用トランジスタとを有する駆動回路と、階調データに応じて前記駆動回路により生成される異なる複数の駆動信号の印加を選択する駆動信号選択手段と、圧力発生素子の第２の電極に設けられ、選択された駆動信号に応じて異なる電源電圧を当該第２の電極に供給する電源電圧供給手段とを有する。圧力発生素子の第２の電極側に異なる電源電圧を供給する電源電圧供給手段を設けたので、スイッチ手段を一箇所に集中して設けることができ、構成が簡単になる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生素子を駆動させることによりインク滴を吐出させるインクジェット方式のプリンタヘッドの駆動回路に関し、特に、圧力発生素子の駆動に伴う消費電力を低減することができるプリンタヘッドの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタは、画素データに対応するドットをインク滴により形成する。そのために、プリンタヘッドは、ピエゾ素子などの圧電振動子からなる圧力発生素子を壁に設けた圧力発生室を有し、その圧力発生素子を伸縮させることに伴う圧力発生室内の圧力変化により、圧力発生室に連なるノズルからインク滴を吐出させる。例えば、たわみ振動型のピエゾ素子を用いた圧力発生素子は、コンデンサと同様の構成であり、充電されると伸長し、放電されると収縮する。従って、圧力発生素子には、画素データに対応した駆動電圧が印加され、それによって伸長、収縮し、圧力発生室に圧力変化が生じて、画素データに対応したインク滴がノズルから吐出される。
【０００３】
図１は、従来のプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。圧電振動子１０４は、コンデンサと等価であり、駆動回路１０２がその圧電振動子１０４を充電、放電する。駆動回路１０２は、充電用のＮＰＮトランジスタ１０２Ａと放電用のＰＮＰトランジスタ１０２Ｂとからなり、電源回路１００が生成する電源Ｖｃｃ（例えば４２Ｖ）がスイッチ回路１０３を介して供給され、放電用トランジスタ１０２Ｂはグランドに接続される。そして、駆動回路１０２の両トランジスタ１０２Ａ，Ｂのベースには、制御信号発生回路１０１から制御信号が印加され、それに伴い圧電振動子１０４に所望の駆動波形の電圧が印加される。
【０００４】
図２は、図１の圧電振動子の駆動波形、駆動に伴う充放電電流の変化、及び充電側トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の変化を示す図である。図２（１）は、圧電振動子１０４に印加される駆動電圧Ｖｐの波形が示される。この駆動波形は、制御信号発生回路１０１からの制御信号によって圧電振動子１０４間に印加される電圧波形であり、比較的小さな台形状の第１の駆動波形ＤＳ１と比較的大きな台形状の第２の駆動波形ＤＳ２とを有する。第１の駆動波形ＤＳ１は、１０Ｖ程度の中間電圧Ｖｍから始まり第１の最大電圧ＶＨ１に上昇し、所定時間維持した後、中間電圧Ｖｍに戻る。また、第２の駆動波形ＤＳ２は、中間電圧Ｖｍから始まり第２の最大電圧ＶＨ２に上昇し、所定時間維持した後、中間電圧よりも低い最低電圧ＶＬまで下降し、その後中間電圧Ｖｍに戻る。駆動波形を台形状にして充電と放電にある程度の時間をかけることで、圧電振動子１０４に所望の収縮と伸長動作を生じさせて、所望のインク滴の吐出を可能にする。
【０００５】
第１の駆動波形ＤＳ１により比較的小さいインク滴が吐出され、第２の駆動波形ＤＳ２により比較的大きいインク滴が吐出される。従って、画素データの階調データに応じてトランジスタスイッチ１０３をオン・オフさせることで、記録用紙の画素には、（１）インク滴の吐出なし、（２）小インク滴のみ吐出、（３）大インク滴のみ吐出、（４）小と大インク滴の両方吐出の４階調を再現することができる。
【０００６】
この駆動波形によれば、圧電振動子１０４が充電される期間Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３と、放電される期間Ｄ１，Ｄ２とが存在する。図１（２）は、圧電振動子１０４の充放電電流を示し、期間Ｔｃ１では、充電用トランジスタ１０２Ａが導通して圧電振動子１０４を充電し、期間Ｔｄ４では、放電用トランジスタ１０２Ｂが圧電振動子１０４を放電する。同様に、期間Ｔｃ２、Ｔｃ３では充電電流が発生し、期間Ｔｄ５では放電電流が発生する。
【０００７】
図１（３）は、充電トランジスタ１０２Ａのエミッタ・コレクタ間の電圧ＶＣＥの変動を示す。階調データが最大値でありスイッチ１０３が常時導通状態と仮定すると、充電トランジスタ１０２Ａのコレクタ端子には、電源Ｖｃｃが常に印加され、エミッタ端子には圧電振動子１０４の充電電圧が印加されるので、充電トランジスタ１０２Ａのエミッタ・コレクタ間電圧ＶＣＥは、駆動波形Ｖｐと電源電圧Ｖｃｃとの間の電圧となる。
【０００８】
前述したとおり、駆動波形は、大きな波形ＤＳ２と小さな波形ＤＳ１とが混在しているが、大きな波形ＤＳ２を実現できるように、電源回路１００は、４２Ｖという非常に高い電源電圧を発生し、駆動トランジスタ１０２に供給する。
【０００９】
期間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３において、図１（２）の充電電流が発生するので、充電トランジスタ１０２Ａでの電力消費は、図１（３）中の斜線領域ＷＣ１、ＷＣ２、ＷＣ３の面積で表されることになる。この電力損失ＷＣ１、ＷＣ２、ＷＣ３は、充電トランジスタの発熱量の増大を招き、それに伴って駆動回路装置にヒートシンクを設ける必要がでて、コストアップにつながり、最悪、充電トランジスタの寿命を縮めることにもなる。特に、期間Ｔｃ１，Ｔｃ３では、駆動電圧がさほど高くないにもかかわらず、電源電圧Ｖｃｃが非常に高いので、それに伴って電力損失ＷＣ１、ＷＣ３も必要以上に大きくなっている。
【００１０】
上記の消費電力の問題は、放電トランジスタ１０２Ｂにも同様に存在し、期間Ｔｄ４、Ｔｄ５において放電トランジスタ１０２Ｂに電力損失が発生する。
【００１１】
かかる駆動トランジスタの電力損失を少なくするために、電源回路１００が異なるレベルの電源電圧を発生し、駆動波形に応じて電源電圧を選択し、充電トランジスタのエミッタ・コレクタ間電圧を低く抑えることが提案されている。例えば、下記の公知文献に記載されている。この公知文献によれば、駆動トランジスタ回路１０２のグランド端子側の電圧も、駆動波形に応じて選択し、放電トランジスタのエミッタ・コレクタ間電圧を低く抑えることが示されている。
【００１２】
図３は、下記の公知文献に記載されている駆動回路図である。この回路では、電源回路１が２種類の充電用電源電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２を生成し、スイッチ２により切り換えられる。また、駆動回路のグランド型にも放電先電圧回路２１を設け、それが生成する２種類の放電先電源電圧Ｖｇ１，Ｖｇ２がスイッチ２２により切り換えられる。そして、制御信号発生回路１０１の制御信号を監視する制御部４１が、圧電振動子１０４への充電と放電、及び第１の駆動波形、第２の駆動波形に応じて、スイッチ２，２２を制御し、適切な電源電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２と放電先電圧Ｖｇ１，Ｖｇ２とを選択する。これにより、過剰な充電電圧が充電用トランジスタ１０２Ａに印加されることはなく、過剰な放電電圧が放電用トランジスタ１０２Ｂに印加されることもなく、よって、電力損失を適度に抑制することができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−２１８８３４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例によれば、駆動トランジスタの高電位電源を切り換えて駆動トランジスタの充電時の電圧を抑制し、駆動トランジスタの低電位電源を切り換えて駆動トランジスタの放電時の電圧を抑制して、それぞれの消費電力を削減する。従って、充電時と放電時の両方で消費電力を削減するためには、制御回路が高電位電源側と低電位電源側の両方のスイッチ回路を制御する必要がある。その分、スイッチ回路の制御が複雑化してコストアップを招いている。
【００１５】
更に、第２の駆動信号を印加する場合は、充電用トランジスタ１０２Ａや放電用トランジスタ１０２Ｂに、過大な電圧がエミッタ・コレクタ間に印加されることになり、それらのトランジスタの耐圧を高くする必要があり、コストアップにつながっている。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、電力損失を抑えることができ、それに伴うコストアップを抑制することができるプリンタヘッドの駆動回路を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた圧力発生素子を駆動することにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリンタのプリンタヘッドの駆動回路において、前記圧力発生素子の第１の電極を駆動し、充電用トランジスタと放電用トランジスタとを有する駆動回路と、階調データに応じて前記駆動回路により生成される異なる複数の駆動信号の印加を選択する駆動信号選択手段と、前記圧力発生素子の第２の電極に設けられ、前記選択された駆動信号に応じて異なる電源電圧を当該第２の電極に供給する電源電圧供給手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
上記発明の第１の側面によれば、圧力発生素子の第２の電極側に異なる電源電圧を供給する電源電圧供給手段を設けたので、スイッチ手段を一箇所に集中して設けることができ、構成が簡単になる。
【００１９】
上記第１の側面の好ましい実施例では、複数の駆動信号が、第１の電圧を有する第１の駆動信号と、第１の電圧より高い第２の電圧を有する第２の駆動信号とを少なくとも有し、前記電源電圧供給手段は、前記第１の駆動信号が選択されるときに第１の充電用電源電圧を供給し、前記第２の駆動信号が選択されるときに前記第１の充電用電源電圧より低い第２の充電用電源電圧を供給することを特徴とする。
【００２０】
上記第１の側面の別の好ましい実施例では、複数の駆動信号が、第１の電圧を有する第１の駆動信号と、第１の電圧より高い第２の電圧を有する第２の駆動信号とを少なくとも有し、前記電源電圧供給手段は、前記第１の駆動信号が選択されるときに第１の放電用電源電圧を供給し、前記第２の駆動信号が選択されるときに前記第１の放電用電源電圧より高い第２の放電用電源電圧を供給することを特徴とする。
【００２１】
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面は、複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた圧力発生素子を駆動することにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリンタのプリンタヘッドの駆動回路において、前記圧力発生素子の第１の電極を駆動し、第１の充電用トランジスタと第１の放電用トランジスタとを有する第１の駆動回路と、階調データに応じて前記駆動回路により生成される異なる複数の駆動信号の印加を選択する駆動信号選択手段と、前記圧力発生素子の第２の電極を駆動し、前記選択された駆動信号に応じて異なる電源電圧を前記第２の電極に供給する第２の充電用トランジスタと第２の放電用トランジスタとを含む第２の駆動回路とを有し、前記駆動信号による充電時は、前記第１及び第２の充電用トランジスタを導通させて前記圧力発生素子を充電し、前記駆動信号による放電時は第１及び第２の放電用トランジスタを導通させて前記圧力発生素子を放電することを特徴とする。
【００２２】
上記第２の側面によれば、圧力発生素子の第１の電極を駆動する第１の駆動回路と、第２の電極を駆動する第２の駆動回路とを設けて、第２の駆動回路から選択された駆動信号に応じて異なる電源電圧を供給する。従って、高い電圧の駆動信号で圧力発生素子を駆動するとき、その高い駆動電圧が第１及び第２の駆動回路のトランジスタに分散されるので、それぞれのトランジスタの耐圧を低くすることができる。或いは、それらのトランジスタの耐圧を高くすることなく駆動電圧をより高くすることができる。しかも、選択された駆動信号に応じて異なる電源電圧を供給するので、電力損失も抑制することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００２４】
図４は、第１の実施の形態におけるプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。この駆動回路は、従来例と同様にピエゾ素子などの圧電振動子１０４の第１の電極を駆動する駆動回路１０２と、それを制御する制御信号生成回路１０１とを有する。駆動回路１０２は、充電用のＮＰＮトランジスタ１０２Ａと放電用のＰＮＰトランジスタ１０２Ｂとを有し、例えば４２Ｖの電源ＶｃｃとグランドＧＮＤとに接続されている。更に、圧電振動子１０４の第２の電極側に、電源電圧切替スイッチ１０７を介して電源回路１０５が設けられている。電源回路１０５は２種類の電源電圧Ｖ１，Ｖ２を生成し、それらの電源電圧Ｖ１，Ｖ２が、電源電圧切替スイッチ１０７により選択されて、第２の電極に供給される。
【００２５】
また、このプリンタヘッド駆動回路は、駆動回路１０２と圧電振動子１０４との間に、駆動信号を圧電振動子１０４に供給するか否かを選択する駆動信号選択手段としてのスイッチ１０３が設けられ、この選択スイッチ１０３は、画素データの階調データＰＸに応じて、オン・オフ制御される。更に、圧電振動子１０４の両電極間に印加された駆動電圧Ｖｐを監視して制御信号生成回路１０１に供給する駆動電圧監視回路１０６とを有する。制御信号生成回路１０１は、駆動回路１０２に図２で示したような駆動信号Ｖｐを生成させるようにそのベース端子を制御する制御信号を生成すると共に、駆動信号Ｖｐに応じて圧電振動子１０４の第２の電極側に供給する電源電圧として、電源電圧Ｖ１，Ｖ２のいずれかを選択する電圧切替信号Ｓ１０５を切替スイッチ１０７に供給する。
【００２６】
図５は、図４の駆動回路の変形例を示す図である。この例では、図４の電源回路１０５と電源電圧切替スイッチ１０７の代わりに、電圧切替信号Ｓ１０５に応答して、圧電振動子１０４の第２の電極に可変電源電圧を供給する可変型電圧源回路１０８が設けられている。それ以外の構成は図４と同じである。
【００２７】
図６は、充電時の電力損失を抑制する場合の電源電圧の変化及び充電側トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の変化を示す図である。図６（１）は、圧電振動子１０４の第２の電極の電圧Ｖｐ２の変化を示し、図２（１）に示した駆動電圧波形の第１の駆動信号ＤＳ１が印加される時は、第２の電極の電圧Ｖｐ２が第１の電圧Ｖ１に制御され、第２の駆動信号ＤＳ２が印加される時は、第２の電極の電圧Ｖｐ２が第１の電圧Ｖ１より低い第２の電圧Ｖ２に制御され、それ以外の時は、第１の電圧Ｖ１に制御される。
【００２８】
図６（２）は、図２（３）の充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥの波形に、図６（１）の第２の電極の電圧Ｖｐ２の波形を重ねたものである。更に、図６（３）は、充電用トランジスタ１０２Ａの実際のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ１を示す。
【００２９】
つまり、駆動回路１０２の電源電圧Ｖｃｃが４２Ｖと高い電圧であっても、第１の駆動信号ＤＳ１が印加される時は、第２の電極の電圧Ｖｐ２がグランドより高い第１の電圧Ｖ１になる。その為、充電用トランジスタ１０２Ａに印加されるコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ１は、図２（３）のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥよりも電圧Ｖ１だけ低くなる。それに伴って、期間Ｔｃ１の充電時における電力損失ＷＣ１は、大きく抑制されることになる。
【００３０】
更に、第２の駆動信号ＤＳ２が印加される時は、第２の電極の電圧Ｖｐ２がグランドより高いが、第１の電圧Ｖ１より低い第２の電圧になる。この切替は、第１の駆動信号ＤＳ１の印加が終了したタイミングＴｄｏｗｎで行われている。これに伴って、充電用トランジスタ１０２Ａに印加されるコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ１は、図２（３）のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥよりも電圧Ｖ２だけ低くなる。従って、充電期間Ｔｃ２での電力損失ＷＣ２も抑制される。そして、第２の駆動信号ＤＳ２の印加が終了すると、タイミングＴｕｐで第２の電力の電圧Ｖｐ２は元の第１の電圧Ｖ１に戻される。この時も、充電期間Ｔｃ３における電力損失ＷＣ３は、図２（３）の場合よりも抑制される。
【００３１】
図７は、図６の変形例を示す図である。図７においても、（１）が圧電振動子１０４の第２の電極の電圧Ｖｐ２の変化を示し、（２）が図２（３）の充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥの波形に、図７（１）の第２の電極の電圧Ｖｐ２の波形を重ねたものである。更に、図７（３）は、充電用トランジスタ１０２Ａの実際のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ１を示す。
【００３２】
但し、図７においては、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２への切替のタイミングＴｄｏｗｎが、第２の駆動信号ＤＳ２の充電期間Ｔｃ２の途中まで遅れている。つまり、図７（２）の充電期間Ｔｃ２の前半は第１の電圧Ｖ１に制御され、後半は第２の電圧Ｖ２に制御される。それに伴って、充電期間Ｔｃ２での電力損失ＷＣ２は、図７（３）に示されるとおり、図６の場合よりも更に抑制される。
【００３３】
以上の通り、図６，図７の例では、図４に示された電源回路１０５が、第１及び第２の電源電圧Ｖ１，Ｖ２を生成し、制御信号生成回路１０１が、電圧切替信号Ｓ１０５により、第１の駆動信号ＤＳ１が印加される時は第１の電源電圧Ｖ１が選択され、第２の駆動信号ＤＳ２が印加される時は第２の電源電圧Ｖ２が選択される。従って、駆動回路１０２に供給される電源電圧Ｖｃｃは最大駆動電圧に対応して４２Ｖと大きくなっているが、第１の駆動信号ＤＳ１が印加されるときは、圧電振動子１０４の第２電極の電圧が第１の電圧Ｖ１と高く制御されるので、充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ２の電圧は、低く抑えられる。同様に、第２の駆動信号ＤＳ２が印加されるときは、その駆動に支障を生じない程度の第２の電圧Ｖ２に圧電振動子１０４の第２電極の電圧が制御されるので、その分充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ２も抑えられる。充電時のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ１を抑えることで、充電時の電力損失を抑えることができる。
【００３４】
図８は、放電時の電力損失を抑制する場合の電源電圧の変化及び充電側トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の変化を示す図である。図８（１）は、図２（１）と同じであり、圧電振動子１０４の第２電極をグランドに固定した時の放電用トランジスタ１０２Ｂのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥを示す。駆動信号ＤＳ１，ＤＳ２が降下する時に放電用トランジスタ１０２Ｂが導通するので、その時の電力損失ＷＤ１，ＷＤ２は図示される通りである。そこで、本実施の形態では、図８（２）に示されるとおり、圧電振動子１０４の第２電極の電圧Ｖｐ２を、第１の駆動信号ＤＳ１が降下するときは第４の電圧Ｖ４に制御し、第２の駆動信号ＤＳ２が降下するときは第４の電圧Ｖ４よりの高い第５の電圧Ｖ５に制御する。
【００３５】
図４では、電源回路１０５は、第１及び第２の電圧Ｖ１，Ｖ２を生成しているが、本実施の形態では、電源回路１０５は、第４及び第５の電圧Ｖ４，Ｖ５を生成する。第１の駆動信号ＤＳ１が降下するときに、第２の電極電圧Ｖｐ２がグランドレベルより低い第４の電圧Ｖ４（負電圧）に制御されると、それに伴って、圧電振動子１０４のキャパシタのカップリング作用により、第１の電極電圧Ｖｐ１が引き下げられる。その結果、放電用トランジスタ１０２Ｂのエミッタ電圧が引き下げられることになり、図８（３）に示されるとおり、そのトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ２は、図８（１）のコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥより低くなる。同様に、第２の駆動信号ＤＳ２が降下するときに、第２の電極電圧Ｖｐ２がグランドより低い第５の電圧Ｖ５（負電圧）に制御されることにより、放電トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧ＶＣＥ２は図８（１）よりも低く抑えられる。但し、第２の駆動信号ＤＳ２は、第１の駆動信号ＤＳ１より低いレベルまで降下するので、第５の電圧Ｖ５は、第４の電圧Ｖ５より浅いレベル、即ち高いレベルに設定される。その結果、放電時の電力損失ＷＤ２は、従来例より低く抑えられる。
【００３６】
図９は、図８の変形例を示す図である。図９の例では、圧電振動子１０４の第２電極電圧Ｖｐ２の第４の電圧Ｖ４から第５の電圧Ｖ５に切り換えるタイミングＴｕｐが、第２の駆動信号ＤＳ２の降下中まで遅らされている。即ち、第１の駆動信号ＤＳ１の降下中は、第２電極電圧Ｖｐ２が第４の電圧Ｖ４に制御され、第２の駆動信号ＤＳ２の降下途中まではその第４の電圧Ｖ４に維持され、その後第５の電圧Ｖ５に切り換えられる。第５の電圧Ｖ５から第４の電圧Ｖ４への切替タイミングＴｄｏｗｎは、図８と同じである。
【００３７】
このように、第２電極電圧Ｖｐ２のＶ４からＶ５への切替タイミングＴｕｐを遅らせることにより、第２の駆動信号ＤＳ２の放電期間における電力損失ＷＤ２を図８よりも低くすることができる。その原理は、図７の図６に対するものと同じである。
【００３８】
以上のとおり、放電時の圧電振動子の第２電極電圧をグランドよりも低く制御することにより、放電期間における放電トランジスタ１０２Ｂでの電力損失も低く抑えることができる。更に、第２電極電圧を、駆動信号ＤＳ１，ＤＳ２に応じて最適化することにより、電力損失をより低く抑えることができる。
【００３９】
尚、第４及び第５の電圧Ｖ４，Ｖ５を負電圧としたが、共通電位であるグランドを所定の正の共通電位にすることで、第４及び第５の電圧Ｖ４，Ｖ５を正電圧にすることができる。その場合は、駆動回路１０２の放電用トランジスタ１０２Ｂのコレクタ端子も正の共通電位に接続され、それに伴って電源電圧Ｖｃｃは更に高い電圧に設定される。
［第２の実施の形態］
図１０は、第２の実施の形態におけるプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。図１０の例では、３個の圧電振動子１０４に対して駆動信号を供給する駆動回路の例である。実際のプリンタヘッドの場合は、１つのノズルに１つの圧電振動子１０４が設けられる。そして、それら複数の圧電振動子に対して、共通の駆動回路から駆動信号が供給される。更に、各圧電振動子１０４に対応して設けられた駆動信号選択スイッチ１０３を、対応する階調データ信号ＰＸでオン・オフ制御することで、駆動回路が生成する複数種類の駆動信号を、階調データに応じて適宜選択する。
【００４０】
さて、第２の実施の形態では、圧電振動子１０４の第１電極側の電圧Ｖｐ１と第２電極側の電圧Ｖｐ２とを、共に制御することで、圧電振動子１０４の両電極間に第１及び第２の駆動信号ＤＳ１，ＤＳ２を供給する。つまり、電圧Ｖｐ１と電圧Ｖｐ２とを逆相信号にすることで、それらの差動電圧が圧電振動子１０４に駆動信号として印加される。
【００４１】
図１１は、第２の実施の形態における駆動信号Ｖｐ１，ＶＰ２を示す図である。図１１（１）は、圧電振動子１０４に印加されるべき駆動信号Ｖｐの波形を示す。この駆動信号Ｖｐは、比較的低い電圧の第１の駆動信号ＤＳ１と比較的高い電圧の第２の駆動信号ＤＳ２とを有する。この点は、図２（１）と同じである。
【００４２】
このような駆動信号Ｖｐを印加するために、本実施の形態では、圧電振動子１０４の第１電極電圧ＶＰ１を、図１１（２）に示すように、共通電位Ｖｃに対して正極性の信号に制御し、第２電極電圧ＶＰ２を、図１１（３）に示すように、共通電位Ｖｃに対して負極性の信号に制御する。これらの第１及び第２の電極電圧ＶＰ１，ＶＰ２の差動電圧が、図１１（１）の駆動電圧Ｖｐになる。
【００４３】
そこで、図１０に戻ると、第１電極側の駆動回路は、２つのトランジスタ駆動回路１０２Ｘ１と１０２Ｘ２とで構成された正極側駆動回路であり、それぞれの電源電圧Ｖ２１，Ｖ２４，Ｖ２２，Ｖ２５は、図１１（２）に示される電圧関係になっている。また、第２の電極側の駆動回路は、２つのトランジスタ駆動回路１０２Ｙ１と１０２Ｙ２とで構成された負極側駆動回路であり、それぞれの電源電圧Ｖ１１，Ｖ１４，Ｖ１２，Ｖ１５は、図１１（３）に示される電圧関係になっている。図１１（２）（３）には、それぞれの駆動回路において発生する電力損失が、斜線で示されている。そして、それらの電源は、電源回路２１０によりそれぞれ生成される。
【００４４】
以下、第２の実施の形態の駆動回路の動作について説明する。まず、第１の駆動信号ＤＳ１を印加するときは、充電期間Ｔｃ１において、充電用トランジスタ２０１と２０６が導通する。その結果、第１の電極電圧ＶＰ１は、正側の第１の電圧Ｖ２１、トランジスタ２０１の経路で昇圧され、第２の電極電圧ＶＰ２は、負側の第１の電圧Ｖ１１、トランジスタ２０６の経路で降圧される。それに伴い、充電期間Ｔｃ１では、図１１（２）（３）の斜線に示されるような電力損失が発生する。しかし、この場合、充電用トランジスタ２０１，２０６に印加されるコレクタ・エミッタ間電圧は、第１の電圧（Ｖ２１−Ｖ１１）に制御されているので、電力損失は少ない。しかも、２つのトランジスタに分散されるので、それぞれのトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧は少ない。
【００４５】
次に、第１の駆動信号ＤＳ１の印加が終了する放電期間Ｔｄ４において、放電用トランジスタ２０２と２０５とが導通する。その結果、第１の電極電圧ＶＰ１は、正側の第４の電圧Ｖ２４、トランジスタ２０２の経路で降圧され、第２の電極電圧ＶＰ２は、負側の第４の電圧Ｖ１４、トランジスタ２０５の経路で昇圧される。それに伴い、放電期間Ｔｄ４では、図１１（２）（３）の斜線に示されるような電力損失が発生する。しかし、この場合、放電用トランジスタ２０２，２０５に印加されるコレクタ・エミッタ間電圧は、第４の電圧（Ｖ２４−Ｖ１４）に制御されているので、電力損失は少ない。
【００４６】
次に、より高い電圧の第２の駆動信号ＤＳ２の印加に伴う充電期間Ｔｃ２において、充電用トランジスタ２０３と２０８が導通する。その結果、第１の電極電圧ＶＰ１は、正側の第２の電圧Ｖ２２、トランジスタ２０３の経路で昇圧され、第２の電極電圧ＶＰ２は、負側の第２の電圧Ｖ１２、トランジスタ２０８の経路で降圧される。それに伴い、充電期間Ｔｃ２では、図１１（２）（３）の斜線領域に示されるような電力損失が発生する。しかし、この場合、充電用トランジスタ２０３，２０８に印加されるコレクタ・エミッタ間電圧は、第２の電圧（Ｖ２２−Ｖ１２）に制御されているので、電力損失は少ない。しかも、この高い電圧が２つのトランジスタに分散されるので、それぞれのトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧は少ない。これにより、充電用トランジスタの耐圧特性を低いものにすることができる。または、より高い電圧を駆動電圧に利用することも可能になる。
【００４７】
更に、第２の駆動信号ＤＳ２の印加が終了する放電期間Ｔｄ５において、放電用トランジスタ２０４と２０７とが導通する。その結果、第１の電極電圧ＶＰ１は、正側の第５の電圧Ｖ２５、トランジスタ２０４の経路で降圧され、第２の電極電圧ＶＰ２は、負側の第５の電圧Ｖ１５、トランジスタ２０７の経路で昇圧される。それに伴い、放電期間Ｔｄ５では、図１１（２）（３）の斜線領域に示されるような電力損失が発生する。しかし、この場合、放電用トランジスタ２０４，２０７に印加されるコレクタ・エミッタ間電圧は、第５の電圧（Ｖ２５−Ｖ１５）に制御されているので、電力損失は少ない。
【００４８】
このように、第２の実施の形態では、圧電振動子の両電極側に駆動回路を設け、それぞれの充電用電源と放電用電源とを駆動信号の大きさに依存して切り換えるので、電力損失を抑えることができると共に、トランジスタの耐圧をより低いものにすることができ、コストダウンに寄与することができる。或いは、同じ耐圧特性のトランジスタであれば、駆動電圧をより大きくすることができ、プリンタヘッドのインク滴制御をより適切なものにすることができる。
【００４９】
図１２は、第３の実施の形態例におけるプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。この実施の形態例は、図４の駆動回路の変形例であり、圧電振動子１０４の第２電極電圧ＶＰ２の電圧を、充電時において第１、第２の電圧Ｖ１，Ｖ２に制御すると共に、放電時においては第４、第５の電圧Ｖ４，Ｖ５に制御する。そのために、充電用電源回路１０５Ｃとその切替スイッチ１０７Ｃ、放電用電源回路１０５Ｄとその切替スイッチ１０７Ｄをそれぞれ設ける。また、駆動トランジスタ１０２Ａ，１０２Ｂの耐圧を下げるために、第２電極電圧ＶＰ２側にも駆動トランジスタ２２０，２２１よりなる駆動回路を設けて、圧電振動子１０４の両電極側の駆動トランジスタで印加電圧が分圧されるようにする。従って、充電時はトランジスタ２２１が導通し、放電時はトランジスタ２２０が導通するように切替制御回路２１２が制御する。
【００５０】
第１〜第４の電源電圧Ｖ１〜Ｖ４の切替制御は、上記にて説明した通りである。このように充電時と放電時において第２電極側の電圧を切替制御することにより、充電時と放電時の電力損失を抑制することができる。しかも、第２電極側に駆動トランジスタを設けることで、トランジスタの耐圧を下げることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、プリンタヘッドの駆動回路において、電力損失を抑制することができる。更に、駆動トランジスタの耐圧を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。
【図２】図１の圧電振動子の駆動波形、駆動に伴う充放電電流の変化、及び充電側トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の変化を示す図である。
【図３】公知文献に記載されている駆動回路図である。
【図４】第１の実施の形態におけるプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。
【図５】図４の駆動回路の変形例を示す図である。
【図６】充電時の電力損失を抑制する場合の電源電圧の変化及び充電側トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の変化を示す図である。
【図７】図６の変形例を示す図である。
【図８】放電時の電力損失を抑制する場合の電源電圧の変化及び充電側トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧の変化を示す図である。
【図９】図８の変形例を示す図である。
【図１０】第２の実施の形態におけるプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。
【図１１】第２の実施の形態における駆動信号Ｖｐ１，ＶＰ２を示す図である。
【図１２】第３の実施の形態例におけるプリンタヘッドの駆動回路を示す図である。
【符号の説明】
１０２：駆動回路、１０２Ａ：充電用トランジスタ、１０２Ｂ：放電用トランジスタ、１０３：駆動信号選択手段、１０４：圧電振動子、Ｖ１：第１の充電用電源電圧、Ｖ２：第２の充電用電源電圧、Ｖ４：第１の放電用電源電圧、Ｖ５：第２の放電用電源電圧

Claims

複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた圧力発生素子を駆動することにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリンタのプリンタヘッドの駆動回路において、
前記圧力発生素子の第１の電極を駆動し、充電用トランジスタと放電用トランジスタとを有する駆動回路と、
階調データに応じて前記駆動回路により生成される複数の駆動信号の印加を選択する駆動信号選択手段と、
前記圧力発生素子の第２の電極に設けられ、前記選択された駆動信号に応じて異なる電源電圧を当該第２の電極に供給する電源電圧供給手段とを有することを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。
請求項１において、
前記複数の駆動信号が、第１の電圧を有する第１の駆動信号と、第１の電圧より高い第２の電圧を有する第２の駆動信号とを少なくとも有し、前記電源電圧供給手段は、前記第１の駆動信号が選択されるときに第１の充電用電源電圧を前記第２の電極に供給し、前記第２の駆動信号が選択されるときに前記第１の充電用電源電圧より低い第２の充電用電源電圧を前記第２の電極に供給することを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。
請求項２において、
前記第１の充電用電源電圧から第２の充電用電源電圧への切替が、前記第１の駆動信号の後の第２の駆動信号による充電期間中に行われることを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。
請求項１において、
前記複数の駆動信号が、第１の電圧を有する第１の駆動信号と、第１の電圧より高い第２の電圧を有する第２の駆動信号とを少なくとも有し、前記電源電圧供給手段は、前記第１の駆動信号が選択されるときに第１の放電用電源電圧を前記第２の電極に供給し、前記第２の駆動信号が選択されるときに前記第１の放電用電源電圧より高い第２の放電用電源電圧を前記第２の電極に供給することを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。
請求項４において、
前記第１の放電用電源電圧から第２の放電用電源電圧への切替が、前記第１の駆動信号の後の第２の駆動信号による放電期間中に行われることを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。
複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた圧力発生素子を駆動することにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリンタのプリンタヘッドの駆動回路において、
前記圧力発生素子の第１の電極を駆動し、第１の充電用トランジスタと第１の放電用トランジスタとを有する第１の駆動回路と、
階調データに応じて前記駆動回路により生成される複数の駆動信号の印加を選択する駆動信号選択手段と、
前記圧力発生素子の第２の電極を駆動し、前記選択された駆動信号に応じて異なる電源電圧を前記第２の電極に供給する第２の充電用トランジスタと第２の放電用トランジスタとを含む第２の駆動回路とを有し、
前記駆動信号による充電時は、前記第１及び第２の充電用トランジスタを導通させて前記圧力発生素子を充電し、前記駆動信号による放電時は第１及び第２の放電用トランジスタを導通させて前記圧力発生素子を放電することを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。
複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた圧力発生素子を駆動することにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリンタのプリンタヘッドの駆動回路において、
前記圧力発生素子の第１の電極に正極側駆動信号を供給し、第１の充電用トランジスタと第１の放電用トランジスタとを有する正極側駆動回路と、
階調データに応じて前記駆動回路により生成される複数の駆動信号の印加を選択する駆動信号選択手段と、
前記圧力発生素子の第２の電極に負極側駆動信号を供給し、第２の充電用トランジスタと第２の放電用トランジスタとを有する負極側駆動回路とを有し、
前記圧力発生素子には、前記正極側駆動信号と負極側駆動信号との差電圧が前記駆動信号として印加され、
前記圧力発生素子の充電時は、前記第１及び第２の充電用トランジスタを導通させ、前記選択された駆動信号に応じて異なる電圧が当該両充電用トランジスタに印加され、
前記圧力発生素子の放電時は、前記第１及び第２の放電用トランジスタを導通させ、前記選択された駆動信号に応じて異なる電圧が当該両放電用トランジスタに印加されることを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。
複数のノズルにそれぞれ対応して設けられた圧力発生素子を駆動することにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリンタのプリンタヘッドの駆動回路において、
前記圧力発生素子の第１の電極に正極側駆動信号を供給し、第１の充電用トランジスタと第１の放電用トランジスタとを有する正極側駆動回路と、
前記圧力発生素子の第２の電極に負極側駆動信号を供給し、第２の充電用トランジスタと第２の放電用トランジスタとを有する負極側駆動回路とを有し、
前記圧力発生素子には、前記正極側駆動信号と負極側駆動信号との差電圧が前記駆動信号として印加され、
前記駆動信号による充電時は、前記第１及び第２の充電用トランジスタを導通させて前記圧力発生素子を充電し、前記駆動信号による放電時は第１及び第２の放電用トランジスタを導通させて前記圧力発生素子を放電することを特徴とするプリンタヘッドの駆動回路。