JP2007203493A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動パルス供給線に接続される圧電式アクチュエータ及び容量性負荷の総静電容量を一定にすることで、インク滴吐出特性を安定化する。
【解決手段】駆動パルスＰＣＯＭの供給線に並列に断続可能な複数の容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０と、温度を検出する温度センサ１５とを備え、インク滴を吐出すべきノズル２４の数又はそれを駆動する圧電式アクチュエータ２２の数に応じて駆動パルスＰＣＯＭの供給線への容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の断続状態を設定すると共に温度センサ１５で検出される温度に応じて当該容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の断続状態を補正することで、駆動パルスＰＣＯＭ供給線に接続される総静電容量を一定にする。
【選択図】図１３

Description

本発明は、例えば複数色の液体インクの微小なインク滴を複数のノズルから吐出してその微粒子（インクドット）を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像を描画するようにしたインクジェットプリンタに関するものである。

このようなインクジェットプリンタは、一般に安価で且つ高品質のカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
このようなインクジェットプリンタは、一般に、インクカートリッジと印字ヘッド(インクジェットヘッドともいう)とが一体的に備えられたキャリッジなどと称される移動体が印刷媒体上をその搬送方向と交差する方向に往復しながらその印字ヘッドのノズルから液体インク滴を吐出（噴射）して印刷媒体上に微小なインクドットを形成することで、当該印刷媒体上に所定の文字や画像を描画して所望の印刷物を作成するようになっている。そして、このキャリッジに黒色（ブラック）を含めた４色（イエロー、マゼンタ、シアン）のインクカートリッジと各色毎の印字ヘッドを備えることで、モノクロ印刷のみならず、各色を組み合わせたフルカラー印刷も容易に行えるようになっている（更に、これらの各色に、ライトシアンやライトマゼンタなどを加えた６色や７色、或いは８色のものも実用化されている）。

このようなインクジェットプリンタでは、駆動パルスによってアクチュエータを駆動して圧力室内の圧力を変化せしめ、その圧力変化で当該圧力室内のインクを当該圧力室に連通するノズルからインク滴として吐出する。アクチュエータにも幾つかの種類があり、例えばピエゾ方式のインクジェットプリンタでは、アクチュエータであるピエゾ（圧電）素子に駆動パルスを印加すると圧力室に接する振動板が変位し、これにより圧力室内の圧力が変化してインク滴が吐出される。

ところで、この種のインクジェットプリンタでは、印刷所要時間の短縮、駆動回路の簡素化、信号線数の低減化などを目的として、複数のノズルのアクチュエータに共通の駆動パルスを印加するようにしている。つまり、同じ駆動パルスを複数のアクチュエータに同時に供給するのであり、このような場合、一つの駆動パルス（或いはその供給線）に複数のアクチュエータが並列に接続されることになる。接続されるアクチュエータは、インク滴を吐出すべきノズル、つまり印字データに応じて選択される。このように一つの駆動パルスに接続されるアクチュエータの数が変化する場合、その接続数に応じてインク滴の吐出特性が変化することが明らかになってきた。そこで、下記特許文献１に記載されるインクジェットプリンタでは、容量の異なる複数の容量性負荷を駆動パルス供給線に対して並列に断続可能に配設し、実際に駆動されるアクチュエータ（又はインク滴を吐出すべきノズル）の数に応じて、駆動パルス供給線への容量性負荷の断続状態を設定し、これにより駆動パルス供給線に接続されるアクチュエータ及び容量性負荷の総容量が一定になるようにしてインク滴吐出特性の安定化を図っている。
特開平１１−３２０８７２号公報

しかしながら、前記従来のインクジェットプリンタでは、圧電式アクチュエータの比誘電率と容量性負荷の比誘電率とが温度によって変化するため、両者の容量は温度によって変化する。従って、単に駆動されるアクチュエータ（又はインク滴を吐出すべきノズル）の数に応じて駆動パルス供給線への容量性負荷の断続状態を設定しても、必ずしも駆動パルス供給線に接続されるアクチュエータ及び容量性負荷の総容量を一定にすることができず、その結果、インク滴吐出特性が安定しないという問題が生じる。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、駆動パルス供給線への容量性負荷の断続状態を温度に応じて補正することで、駆動パルス供給線に接続されるアクチュエータ及び容量性負荷の総容量を一定にし、インク滴吐出特性を安定化することができるインクジェットプリンタを提供することを目的とするものである。

［発明１］上記課題を解決するために、発明１のインクジェットプリンタは、インクジェットヘッドに設けられた複数のノズルと、各ノズルに対応して設けられた圧電式アクチュエータと、インク滴を吐出すべきノズルの圧電式アクチュエータに駆動パルスを印加して当該ノズルからインク滴を吐出する駆動手段とを備えたインクジェットプリンタにおいて、前記駆動パルスの供給線に並列に断続可能な複数の容量性負荷と、温度を検出する温度検出手段とを備え、前記駆動手段は、インク滴を吐出すべきノズルの数又はそれを駆動する圧電式アクチュエータの数に応じて前記駆動パルスの供給線への容量性負荷の断続状態を設定すると共に前記温度検出手段で検出される温度に応じて当該容量性負荷の断続状態を補正することを特徴とするものである。

この発明１に係るインクジェットプリンタによれば、駆動パルスの供給線に並列に断続可能な複数の容量性負荷と、温度を検出する温度検出手段とを備え、インク滴を吐出すべきノズルの数又はそれを駆動する圧電式アクチュエータの数に応じて駆動パルスの供給線への容量性負荷の断続状態を設定すると共に温度検出手段で検出される温度に応じて当該容量性負荷の断続状態を補正する構成としたため、駆動パルス供給線に接続されるアクチュエータ及び容量性負荷の総容量を一定にすることができ、もってインク滴吐出特性を安定化することができる。

［発明２］発明２のインクジェットプリンタは、前記発明１のインクジェットプリンタにおいて、前記駆動手段は、前駆駆動パルスの供給線に接続される圧電式アクチュエータ及び容量性負荷の総容量が一定になるように当該駆動パルス供給線への容量性負荷の断続状態を設定又は補正することを特徴とするものである。
この発明２に係るインクジェットプリンタによれば、駆動パルスの供給線に接続される圧電式アクチュエータ及び容量性負荷の総容量が一定になるように当該駆動パルス供給線への容量性負荷の断続状態を設定又は補正する構成としたため、インク滴吐出特性をより一層安定化することができる。

次に、本発明のインクジェットプリンタの駆動装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略構成を示す平面図である。このインクジェットプリンタ１は、図１に示すように、ヘッドユニット２及びインクカートリッジ３を搭載したキャリッジ４を備え、このキャリッジ４は１組のキャリッジ軸５に案内されて主走査方向に移動できるようになっている。また、キャリッジ４の一部は歯付きベルト９に固定され、且つ歯付きベルト９は、モータ６の回転軸に固定された駆動プーリ７と従動プーリ８との間に掛け渡されている。

更にキャリッジ４にはエンコーダ１０が取付けられ、キャリッジ４の移動方向に沿ってリニアスケール１１が設けられている。これにより、エンコーダ１０によりキャリッジ４上のヘッドユニット２の位置を検出するようになっている。なお、図１において、符号１２はヘッドユニット２とシステムコントローラなどとを電気的に接続するケーブルであり、符号１３は、後述するインクジェットヘッドの表面をクリーニングするワイパであり、符号１４は、そのインクジェットヘッドのノズル基板（図３参照）のキャッピングを行うキャップである。

このような構成からなるインクジェットプリンタ１では、エンコーダ１０の検出信号がモータ制御回路（図示せず）に入力されると、そのモータ制御回路によりモータ６の回転動作が、加速、一定速度、減速、反転、加速、一定速度、減速、反転…といったように制御される。このようなモータ６の動作に伴って、キャリッジ４が主走査方向に往復移動を繰り返し、一定速度の区間が印刷領域に相当するので、その一定速度の際にキャリッジ４に搭載されるヘッドユニット２のノズルから印刷媒体ａ上にインク滴が吐出される。この結果、印刷媒体ａには、そのインク滴からなるインクドットによって所定の文字や画像が記録（印字）される。

次に、図１に示すヘッドユニット２の具体的な構成について、図２ａ及び図３を参照して説明する。このヘッドユニット２は、図２ａに示すようなインクジェットヘッド（ノズルヘッド）２０を複数個備え、各インクジェットヘッド２０は圧電式アクチュエータを用いたものである。インクジェットヘッド２０は、図２ａに示すように、振動板２１と、この振動板２１を変位させる圧電式アクチュエータ２２と、内部に液体であるインクが充填され且つ振動板２１の変位により内部の圧力が増減されるキャビティ（圧力室）２３と、このキャビティ２３に連通し且つ当該キャビティ２３内の圧力の増減によりインクを液滴として吐出するノズル２４とを少なくとも備えている。

更に詳述すると、インクジェットヘッド２０は、ノズル２４が形成されたノズル基板２５と、キャビティ基板２６と、振動板２１と、複数の圧電素子２７を積層した積層型の圧電式アクチュエータ２２とを備えている。キャビティ基板２６は、図示のように所定形状に形成され、これにより、キャビティ２３と、これに連通するリザーバ２８とが形成されている。また、リザーバ２８は、インク供給チューブ２９を介してインクカートリッジ３に接続されている。圧電式アクチュエータ２２は、対向して配置される櫛歯状の電極３１、３２と、その電極３１、３２の各櫛歯と交互に配置される圧電素子２７とからなる。また、圧電式アクチュエータ２２は、その一端側が図２ａに示すように、中間層３０を介して振動板２１と接合されている。

このような構成からなる圧電式アクチュエータ２２では、第１電極３１と第２電極３２との間に印加される駆動パルス源からの駆動パルスにより、図２ａに矢印で示すように上下方向に伸び縮みするモードを利用している。従って、圧電式アクチュエータ２２では、例えば図２ａに示すような駆動パルスが印加されると、振動板２１に変位が生じてキャビティ２３内の圧力が変化し、ノズル２４からインク滴が吐出されるようになっている。具体的には、後段に詳述するように、キャビティ２３の容積を拡大して（膨張させて）インクを引込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小して（収縮させて）インクを押出し、これによりノズルからインク滴を吐出する。なお、図２ａに示すノズル基板２６に形成されるインクジェットヘッド２０毎のノズル２４は、例えば図３に示すように配列されている。この図３の例では、４色のインク（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）に適用した場合のノズル２４の配列パターンを示しており、これらの色の組合せにより所謂フルカラー印刷が可能となる。また、本実施形態では、各色毎に１４４０個のノズル２４及び圧電式アクチュエータ２２を備えている。

圧電式アクチュエータ２２の他の例を図２ｂに示す。図中の符号は、図２ａのものを流用している。この圧電式アクチュエータは、一般にユニモルフ型アクチュエータと呼ばれ、圧電素子２７を二つの電極３１、３２で挟んだ簡単な構造であるが、駆動パルスを印加することによって、図２ａの積層型アクチュエータと同様に、図の上下方向に伸び縮みし、キャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小してノズル２４からインク滴を吐出する。ちなみに、圧電素子２７は、何れもＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系材料からなる。

前記インクジェットプリンタ１内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば図４に示すように、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ６０から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データを受取る入力インタフェース部６１と、この入力インタフェース部６１から入力された印刷データに基づいて印刷処理を実行する例えばマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、キャリッジモータ４１を駆動制御するキャリッジモータドライバ６３と、給紙モータ５１を駆動制御する給紙モータドライバ６４と、インクジェットヘッド２０を駆動制御するヘッドドライバ６５と、各ドライバ６３、６４、６５の出力信号を外部のキャリッジモータ４１、給紙モータ５１、インクジェットヘッド２０で使用する制御信号に変換して出力するインタフェース６７とを備えて構成される。

制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のアプリケーションプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄとを備えている。この制御部６２は、インタフェース部６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ６２ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルからインク滴を吐出するか或いはどの程度のインク滴を吐出するかという印字データ（駆動パルス選択データ）を出力し、この印字データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ６３〜６５に制御信号を出力する。各ドライバ６３〜６５から制御信号が出力されると、これらがインタフェース部６７で駆動信号（駆動パルス）に変換されてインクジェットヘッド２０の複数のノズル２４に対応する圧電式アクチュエータ２２、キャリッジモータ４１、給紙モータ５１が夫々作動して、印刷媒体に印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。また、インクジェットヘッド２０内には、後述する圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の温度や容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の温度を検出するための温度センサ１５が設けられており、この温度センサ１５で検出された圧電素子２７の温度及び容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の温度が制御部６２に読込まれる。

また、制御部６２は、後述する駆動パルスを形成するための波形形成用データＤＡＴＡを後述する波形メモリ７０１に書込むために、書込みイネーブル信号ＤＥＮと、書込みクロック信号ＷＣＬＫと、書込みアドレスデータＡ０〜Ａ３とを出力して、例えば１６ビットの波形形成用データＤＡＴＡを波形メモリ７０１に書込むと共に、この波形メモリ７０１に記憶された波形形成用データＤＡＴＡを読出すための読出しアドレスデータＡ０〜Ａ３、波形メモリ７０１から読出した波形形成用データＤＡＴＡをラッチするタイミングを設定する第１のクロック信号ＡＣＬＫ、ラッチした波形データを加算するためのタイミングを設定する第２のクロック信号ＢＣＬＫ及びラッチデータをクリアするクリア信号ＣＬＥＲをヘッドドライバ６５に出力する。

ヘッドドライバ６５は、駆動パルスＰＣＯＭを形成する駆動信号発生回路７０と、クロック信号ＳＣＫを出力する発振回路７１とを備えている。駆動信号発生回路７０は、図５に示すように、制御部６２から入力される駆動パルス生成のための波形形成用データＤＡＴＡを所定のアドレスに対応する記憶素子に記憶する波形メモリ７０１と、この波形メモリ７０１から読出された波形形成用データＤＡＴＡを前述した第１のクロック信号ＡＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０２と、ラッチ回路７０２の出力と後述するラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡとを加算する加算器７０３と、この加算器７０３の加算出力を前述した第２のクロック信号ＢＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０４と、このラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７０５と、このＤ／Ａ変換器７０５から出力されるアナログ信号を電圧増幅する電圧増幅部７０６と、この電圧増幅部７０６の出力信号を電流増幅して駆動パルスＰＣＯＭを圧電式アクチュエータ２２に向けて出力する電流増幅部７０７とを備えている。ここで、ラッチ回路７０２、７０４には制御部６２から出力されるクリア信号ＣＬＥＲが入力され、このクリア信号ＣＬＥＲがオフ状態となったときに、ラッチデータがクリアされる。

波形メモリ７０１は、図６に示すように、指示したアドレスに夫々数ビットずつのメモリ素子が配列され、アドレスＡ０〜Ａ３と共に波形データＤＡＴＡが記憶される。具体的には、制御部６２から指示したアドレスＡ０〜Ａ３に対して、クロック信号ＷＣＬＫと共に波形データＤＡＴＡが入力され、書込みイネーブル信号ＤＥＮの入力のよってメモリ素子に波形データＤＡＴＡが記憶される。

インクジェットヘッド２０には、入出力インタフェース部６７を介して、駆動信号発生回路７０で生成された駆動パルスＰＣＯＭ、印刷データに基づいて吐出するノズルを選択すると共に圧電式アクチュエータ２２の駆動パルスＰＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動パルス選択データ信号ＳＩ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動パルス選択データＳＩに基づいて駆動パルスＰＣＯＭとインクジェットヘッド２０の圧電式アクチュエータ２２とを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動パルス選択データ信号ＳＩをシリアル信号としてインクジェットヘッド２０に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。

次に、前記駆動信号発生回路７０から出力される駆動パルスＰＣＯＭと圧電素子７１とを接続する構成について説明する。図７は、駆動パルスＰＣＯＭと圧電素子７１とを接続する選択部のブロック図である。この選択部は、インク滴を吐出させるべきノズル２４に対応した圧電式アクチュエータ２２を指定するための駆動パルス選択データＳＩを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２に保存されたデータをラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨに基づいて解読するデコーダ２１４と、デコーダ２１４の出力をレベル変換するレベルシフタ２１３と、レベルシフタ２１３の出力に応じて駆動パルスＰＣＯＭを圧電式アクチュエータ２２に接続する選択スイッチ２０１によって構成されている。

シフトレジスタ２１１には、駆動パルス選択データ信号ＳＩが順次入力されると共に、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の駆動パルス選択データＳＩがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存された信号は、レベルシフタ２１３によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動パルスＰＣＯＭが、ラッチ回路２１２の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。選択スイッチ２０１は、ＰチャンネルＦＥＴとＮチャンネルＦＥＴとを組合せたトランスミッションゲートによるアナログスイッチで構成されており、このアナログスイッチを十分に動作させるためにゲート電圧を高い値にレベル変換している。そして、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１のゲート電圧が印加されたノズルの圧電式アクチュエータ２２は駆動パルス選択データＳＩの接続タイミングで駆動パルスＰＣＯＭに接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動パルス選択データ信号ＳＩがラッチ回路２１２に保存された後、次の印字情報をシフトレジスタ２１１に入力し、インク滴の吐出タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電式アクチュエータ２２のグランド端である。また、この選択スイッチ２０１によれば、圧電式アクチュエータ２２を駆動パルスＰＣＯＭから切り離した後も、当該圧電式アクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。

また、本実施形態では、駆動パルスＰＣＯＭ供給線に対して、複数の容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を並列に接続可能に配設し、それらと駆動パルスＰＣＯＭ供給線との夫々の間にスイッチＳＷ０〜ＳＷ１０が介装されている。容量性負荷とは、個々に静電容量を有する電気的負荷である。これらの容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の各静電容量ｋｃ〜ｋｃ１１は全て異なるが、その詳細については後段に詳述する。ちなみに、これらの容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０は、何れもＢａＴｉＯ₃（チタン酸バリウム）系材料からなる。

次に、駆動パルス生成の原理について説明する。まず、前述したアドレスＡ０には単位時間当たりの電圧変化量として０となる波形データが書込まれている。同様に、アドレスＡ１には＋ΔＶ１、アドレスＡ２には−ΔＶ２、アドレスＡ３には＋ΔＶ３の波形データが書込まれている。また、クリア信号ＣＬＥＲによってラッチ回路７０２、７０４の保存データがクリアされる。また、駆動パルスＰＣＯＭは、波形データによって中間電位（オフセット）まで立上げられている。

この状態から、例えば図８に示すようにアドレスＡ１の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に＋ΔＶ１のデジタルデータが保存される。保存された＋ΔＶ１のデジタルデータは加算器７０３を経てラッチ回路７０４に入力され、このラッチ回路７０４では、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりに同期して加算器７０３の出力を保存する。加算器７０３には、ラッチ回路７０４の出力も入力されるので、ラッチ回路７０４の出力、即ち駆動パルスＰＣＯＭは、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで＋ΔＶ１ずつ加算される。この例では、時間幅Ｔ１の間、アドレスＡ１の波形データが読込まれ、その結果、＋ΔＶ１のデジタルデータが３倍になるまで加算されている。

次いで、アドレスＡ０の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは０に切替わる。この０のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが０であるので、実質的には、それ以前の値が保持される。この例では、時間幅Ｔ０の間、駆動パルスＰＣＯＭが一定値に保持されている。

次いで、アドレスＡ２の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは−ΔＶ２に切替わる。この−ΔＶ２のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが−ΔＶ２であるので、実質的には第２クロック信号に合わせて駆動パルスＰＣＯＭは−ΔＶ２ずつ減算される。この例では、時間幅Ｔ２の間、−ΔＶ２のデジタルデータが６倍になるまで減算されている。

このようにして生成されアナログ変換・電圧電流増幅されて出力された駆動パルスＰＣＯＭが、前述した図２ａに示すような波形信号になる。このうち駆動パルスＰＣＯＭの立上がり部分がキャビティ２３の容積を拡大してインクを引込む（インクの吐出面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動パルスＰＣＯＭの立下がり部分がキャビティ２３の容積を縮小してインクを押出す（インクの吐出面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階であり、インクを押出した結果、インク滴がノズルから吐出される。ちなみに、駆動パルスの波形は、前述からも容易に推察されるように、アドレスＡ０〜Ａ３に書込まれる波形データ０、＋ΔＶ１、−ΔＶ２、＋ΔＶ３、第１クロック信号ＡＣＬＫ、第２クロック信号ＢＣＬＫによって調整可能である。

この電圧台形波からなる駆動パルスＰＣＯＭの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、インクの引込量や引込速度、インクの押出量や押出速度を変化させることができ、これによりインク滴の吐出量を変化させて異なるインクドットの大きさを得ることができる。従って、例えば図９に示すように、複数の駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動パルスＰＣＯＭを選択して圧電式アクチュエータ２２に供給し、インク滴を吐出したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択して圧電式アクチュエータ２２に供給し、インク滴を複数回吐出したりすることで種々のインクドットの大きさを得ることができる。即ち、インクが乾かないうちに複数のインク滴を同じ位置に着弾すると、実質的に大きなインク滴を吐出するのと同じことになり、インクドットの大きさを大きくすることできるのである。なお、駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結したものを駆動信号ＣＯＭともいう。

このような技術の組合せによって多階調化を図ることが可能となる。階調とは、インクドットで表される所謂画素に含まれる各色の濃度の状態であり、各画素の色の濃度に応じたインクドットの大きさを階調度といい、インクドットで表現できる階調度の数を階調数と呼ぶ。高い階調とは、階調数が大きいことを意味する。なお、図９の左端の駆動パルスＰＣＯＭは、インクを引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、インク滴を吐出せずに、例えばノズルの乾燥を抑制防止するのに用いられる。

ところで、図１０ａに示すような台形波駆動パルスＰＣＯＭも、実際に複数の圧電式アクチュエータ２２を接続すると、図１０ｂのように台形の角がとれて、所謂なまってしまう。これは、前述した選択部によって圧電式アクチュエータ２２が並列に接続されるためである。圧電式アクチュエータ２２には静電容量Ｃがあり、例えば図１１ａに示す配線そのものの抵抗Ｒ或いは寄生インダクタンスに加えて、圧電式アクチュエータ２２が接続されるたびに、図１１ｂ、ｃ、ｄのように静電容量Ｃが次々に並列に接続され、駆動回路全体でローパスフィルタが構成されてしまう。当然、このローパスフィルタを構成する駆動回路に供給される駆動パルスＰＣＯＭは、高周波成分が除去され、つまり角が取れてなまってしまう。

そこで、本実施形態では、常時、全ての圧電式アクチュエータ２２が並列に接続されている状態での駆動回路の総容量と同じになるように、前述した容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１１を選択的に接続する。このとき、計１１個の容量的負荷は、表１に示すように、基準容量性負荷Ｃ０の静電容量を基準静電容量ｋｃとしたとき、第１容量性負荷Ｃ１の静電容量ｋｃ１を２ｋｃとし、第２容量性負荷Ｃ２の静電容量ｋｃ２を４ｋｃ（＝２²ｋｃ）とし、第３容量性負荷Ｃ３の静電容量ｋｃ３を８ｋｃ（＝２³ｋｃ）とし、第４容量性負荷Ｃ４の静電容量ｋｃ４を１６ｋｃ（＝２⁴ｋｃ）とし、第５容量性負荷Ｃ５の静電容量ｋｃ５を３２ｋｃ（＝２⁵ｋｃ）とし、第６容量性負荷Ｃ６の静電容量ｋｃ６を６４ｋｃ（＝２⁶ｋｃ）とし、第７容量性負荷Ｃ７の静電容量ｋｃ７を１２８ｋｃ（＝２⁷ｋｃ）とし、第８容量性負荷Ｃ８の静電容量ｋｃ８を２５６ｋｃ（＝２⁸ｋｃ）とし、第９容量性負荷Ｃ９の静電容量ｋｃ９を５１２ｋｃ（＝２⁹ｋｃ）とし、第１０容量性負荷Ｃ１０の静電容量ｋｃ１０を１０２４ｋｃ（２¹⁰ｋｃ）とする。従って、これらの容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の組合せによって、総静電容量をｋｃ〜２０４７ｋｃまで、基準静電容量ｋｃ毎に、静電容量の組合せを自在に設定することができる。

また、本実施形態では、図１２に示すように、基準温度ｔ０のときの基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量ｋｃを圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の静電容量ｋｐと同じにする。従って、各色毎の１４４０ノズルの全てのノズルからインク滴を吐出する場合であって駆動ノズル数１４４０相当の全ての圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されるときには容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を駆動パルス供給線に全く接続せず、駆動ノズル数１４３９相当の圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されるときには基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量ｋｃだけを駆動パルス供給線に接続し、駆動ノズル数１４３８相当の圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されるときには第１容量性負荷Ｃ１の静電容量ｋｃ１（＝２ｋｃ）を駆動パルス供給線に接続し、駆動ノズル数１４３７相当の圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されるときには基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量ｋｃと第１容量性負荷Ｃ１の静電容量ｋｃ１（＝２ｋｃ）を駆動パルス供給線に接続する、といったように、駆動パルス供給線に接続されない圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の総静電容量を容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の静電容量の組合せによって構成し、その組合せに選出された容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を駆動パルス供給線に接続すれば、駆動パルス供給線に接続される圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の総静電容量及び容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の総静電容量の和（以下、全静電容量とも記す）を一定又はほぼ一定にすることが可能となる（表２の温度補正なしの欄参照）。

但し、前述したように、圧電素子２７の誘電体材料は、比誘電率が温度によって変化するため、静電容量ｋｐも温度によって変化する（図１２参照）。また、図１２に示すように、圧電素子２７の誘電体材料であるＰＺＴ系材料と、容量性負荷の誘電体材料であるＢａＴｉＯ₃系材料とでも比誘電率が異なり、且つ夫々温度によって変化するため、両者の静電容量ｋｐ、ｋｃも温度によって変化する。この静電容量ｋｐ、ｋｃの温度依存性を、温度Ｔを用いてｋｐ（Ｔ）、ｋｃ（Ｔ）と表す。そして、本実施形態では、所定の温度範囲毎に、全静電容量の誤差を算出し、その誤差が最小になるように容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の静電容量の組合せを求め、その組合せに選出された容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０のスイッチＳＷ０〜ＳＷ１０をＯＮして該当する容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を駆動パルス供給線に接続する。この容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の静電容量の組合せは、例えば或る温度ｔｘのときの圧電素子２７の静電容量ｋｐ（ｔｘ）と基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量Ｋｃ（ｔｘ）との静電容量差ΔＸの所定範囲毎に、例えば表２の温度補正有りの欄のようにテーブルに記憶され、このテーブルを変更設定することで、駆動パルス供給線に接続する容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を選出する。このようにすれば、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の温度と容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の温度が異なる場合であっても、両者の静電容量差ΔＸによって容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の組合せを設定することができ、全静電容量誤差を可及的に小さくすることが可能となる。

これらの容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の選出並びに駆動パルス供給線への接続（スイッチＳＷ０〜ＳＷ１０のＯＮ指令）を含む印刷処理のための演算処理を図１３のフローチャートに示す。この演算処理は、ホストコンピュータ６から印刷指令が入力されたときに実行され、まずステップＳ１で、温度センサ１５で検出された圧電素子２７の温度及び容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の温度を読込む。

次にステップＳ２に移行して、予めＲＯＭ６２ｄに記憶されている温度補正のためのデータ、具体的にはステップＳ１で読込まれた温度における静電容量差ΔＸを読出す。
次にステップＳ３に移行して、ステップＳ２で読出された静電容量差ΔＸに基づいて、前述した表２の温度補正有りの欄のような容量性負荷選択テーブルを設定する。
次にステップＳ４に移行して、例えば印刷媒体ａが所定位置に搬送された印字開始タイミングであるか否かを判定し、印字開始タイミングである場合にはステップＳ５に移行し、そうでない場合には待機する。

ステップＳ５では、インクジェットヘッド２０に設けられた１４４０ノズル分、今回印字されるヘッド１ライン分の駆動パルス選択データＳＩを送信する。
次にステップＳ６に移行して、ステップＳ５で送信した駆動パルス選択データＳＩから駆動ノズル数Ｎを算出する。
次にステップＳ７に移行して、ステップＳ６で算出された駆動ノズル数Ｎを用い、ステップＳ３で設定された容量性負荷選択テーブルに従って、駆動パルス供給線に接続すべき、即ちスイッチＳＷ０〜ＳＷ１０をＯＮする容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の組合せを選出する。

次にステップＳ８に移行して、ステップＳ７で選出された容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０のスイッチＳ０〜Ｓ１０をＯＮする。
次にステップＳ９に移行して、今回印字すべきヘッド１ライン分の印字指令を出力する。
次にステップＳ１０に移行して、全ラインの印字が終了したか否かを判定し、全ラインの印字が終了した場合にはメインプログラムに復帰し、そうでない場合にはステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、印字すべきヘッドラインを次のラインに移行してからステップＳ５に移行する。
複数の駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結した駆動信号ＣＯＭでインク滴を複数回吐出する場合は、各駆動パルスＰＣＯＭ毎に、駆動ノズル数Ｎを算出し、容量性負荷選択テーブルに従って、スイッチＳＷ０〜ＳＷ１０をＯＮする容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の組合せを選出し、ＯＮを繰り返す。

この演算処理の作用を表２及び図１４を用いて説明する。表２及び図１４では、温度ｔｘにおいて、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の静電容量ｋｐ（ｔｘ）と基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量ｋｃ（ｔｘ）との静電容量差ΔＸ＝（１／２１）ｋｐ（ｔｘ）の場合を想定している。即ち、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の静電容量ｋｐ（ｔｘ）と基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量ｋｃ（ｔｘ）との比は２１：２０である。このような場合、１４４０ノズル全ての圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されている状態から、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線から１つずつ外れていく毎に、駆動パルス供給線に接続する容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の静電容量設定値をｋｃずつ増加しても、全静電容量の誤差は（−１／２１）ｋｐ（ｔｘ）ずつ減少（絶対値としては増大）してしまう。そこで、１４４０ノズル全ての圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されている状態から、全静電容量の誤差が（−２０／２１）ｋｐ（ｔｘ）となる、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の除去数２０個毎に、本来、２０ｋｃ（ｔｘ）の整数倍となる容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の静電容量設定値を２１ｋｃ（ｔｘ）の整数倍とし、つまり圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７を２０個除去する毎に基準静電容量ｋｃ分だけ容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を余分に付加し、全静電容量を、１４４０ノズル全ての圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されている状態、即ち１４４０ｋｐ（ｔｘ）とする。これにより、全静電容量は、１４３９ｋｐ（ｔｘ）から１４４０ｋｐ（ｔｘ）の範囲内に納まる。同様の考え方を用いて、全静電容量を１４４０ｋｐ（ｔｘ）から１４４１ｋｐ（ｔｘ）の範囲内に納まるようにしてもよい。

これに対し、容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の選択に温度補正を行わない場合には、１４４０ノズル全ての圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されている状態から、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線から１つずつ外れていく毎に、全静電容量の誤差が減少（絶対値としては増大）し続け、駆動ノズル数が１ノズルである場合には、全静電容量の誤差は、−６８．５２ｋｐ（ｔｘ）となる。これは、凡そ６９個の圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の総静電容量になるので、前述したローパスフィルタの除去周波数特性も大きく異なる。

なお、この容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の組合せ選出は一例であり、例えば温度ｔｘにおける圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の静電容量ｋｐ（ｔｘ）と基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量ｋｃ（ｔｘ）との静電容量差ΔＸ＝（１／４１）ｋｐ（ｔｘ）の場合には、１４４０ノズル全ての圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されている状態から、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７を４０個除去する毎に基準静電容量ｋｃ分だけ容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を余分に付加することになる。逆に、温度ｔｘにおける圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７の静電容量ｋｐ（ｔｘ）と基準容量性負荷Ｃ０の基準静電容量ｋｃ（ｔｘ）との静電容量差ΔＸ＝（−１／４１）ｋｐ（ｔｘ）の場合には、１４４０ノズル全ての圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７が駆動パルス供給線に接続されていない状態から、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７を１個増加する毎に容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の静電容量設定値を基準静電容量ｋｃ分だけ増加し、圧電式アクチュエータ２２の圧電素子２７を４０個除去する毎に基準静電容量ｋｃ分だけ容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０を減少することになる。

このように本実施形態のインクジェットプリンタによれば、駆動パルスＰＣＯＭの供給線に並列に断続可能な複数の容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０と、温度を検出する温度センサ（温度検出手段）１５とを備え、インク滴を吐出すべきノズル２４の数又はそれを駆動する圧電式アクチュエータ２２の数に応じて駆動パルスＰＣＯＭの供給線への容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の断続状態を設定すると共に温度センサ１５で検出される温度に応じて当該容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の断続状態を補正することとしたため、駆動パルスＰＣＯＭ供給線に接続される圧電式アクチュエータ２２及び容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の総静電容量を一定にすることができ、もってインク滴吐出特性を安定化することができる。

また、駆動パルスＰＣＯＭの供給線に接続される圧電式アクチュエータ２２及び容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の総静電容量が一定になるように当該駆動パルスＰＣＯＭ供給線への容量性負荷Ｃ０〜Ｃ１０の断続状態を設定又は補正することにより、インク滴吐出特性をより一層安定化することができる。
なお、前記各実施形態では、所謂マルチパス型インクジェットプリンタを対象として本発明のインクジェットプリンタを適用した例についてのみ詳述したが、本発明のインクジェットプリンタは、ラインヘッド型プリンタを始めとして、あらゆるタイプのインクジェットプリンタを対象として適用可能である。

本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の一実施形態を示すインクジェットプリンタの平面図である。 図１のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの概略構成図である。 図２のインクジェットヘッドのノズルの説明図である。 図１のインクジェットプリンタに設けられた制御装置のブロック図である。 図４の駆動信号発生回路のブロック図である。 図５の波形メモリの説明図である。 駆動パルスを圧電式アクチュエータに接続する選択部のブロック図である。 駆動パルス生成の説明図である。 インク滴吐出用駆動パルスを時系列的に配列した駆動信号の一例を示す説明図である。 接続されるアクチュエータ数によって駆動パルスが変化する状態の説明図である。 接続されるアクチュエータによって構成されるローパスフィルタの説明図である。 圧電式アクチュエータの圧電素子の静電容量及び容量性負荷の静電容量の温度依存性の説明図である。 容量性負荷の選出並びに駆動パルス供給線への接続を含む印刷処理のための演算処理のフローチャートである。 図１３の演算処理による駆動パルス供給線に接続される全静電容量の説明図である。

符号の説明

１はインクジェットプリンタ、１５は選択スイッチ、２０はインクジェットヘッド、２１は振動板、２２は圧電式アクチュエータ、２３はキャビティ、２４はノズル、２７は圧電素子、６２は制御部、７０は駆動信号発生回路、ａは印刷媒体、Ｃ０〜Ｃ１０は容量性負荷、ＳＷ０〜ＳＷ１０はスイッチ

Claims (2)

1. インクジェットヘッドに設けられた複数のノズルと、各ノズルに対応して設けられた圧電式アクチュエータと、インク滴を吐出すべきノズルの圧電式アクチュエータに駆動パルスを印加して当該ノズルからインク滴を吐出する駆動手段とを備えたインクジェットプリンタにおいて、前記駆動パルスの供給線に並列に断続可能な複数の容量性負荷と、温度を検出する温度検出手段とを備え、前記駆動手段は、インク滴を吐出すべきノズルの数又はそれを駆動する圧電式アクチュエータの数に応じて前記駆動パルスの供給線への容量性負荷の断続状態を設定すると共に前記温度検出手段で検出される温度に応じて当該容量性負荷の断続状態を補正することを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記駆動手段は、前駆駆動パルスの供給線に接続される圧電式アクチュエータ及び容量性負荷の総容量が一定になるように当該駆動パルス供給線への容量性負荷の断続状態を設定又は補正することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。

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