JP2008049699A - 液体噴射装置および印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動パルスの波形歪みを回避したり、液体の重量変動を抑制防止したり、液体噴射タイミングのずれを回避したりして高画質・高階調の印刷を可能とする。
【解決手段】駆動波形信号ＷＣＯＭを電力増幅するためのトランジスタ対をアクチュエータの数と同数設け、トランジスタ対とアクチュエータ２２との間に平滑フィルタ２６を介装することで、駆動回路に接続されるアクチュエータ２２を一つだけにして駆動パルスの波形歪みを回避する。駆動波形信号ＷＣＯＭの変調回路２４と、トランジスタ対を駆動するゲートドライブ回路３４とをトランジスタ対と同数備えることで、アクチュエータ２２やノズルに応じた駆動波形信号ＷＣＯＭを生成可能とし、ノズル間の液体の重量変動を抑制防止する。液体を噴射させるノズルのアクチュエータ２２に対して同時に駆動波形信号ＷＣＯＭを生成することで、液体噴射タイミングのずれを回避する。
【選択図】図６

Description

本発明は、微小な液体を複数のノズルから噴射して、その微粒子（ドット）を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像等を印刷するようにした印刷装置に関するものである。

このような印刷装置の一つである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。
さらに最近のインクジェットプリンタでは、高階調での印刷が要求されている。階調とは、液体ドットで表される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ドットの大きさを階調度といい、液体ドットで表現できる階調度の数を階調数と呼ぶ。高階調とは、階調数が大きいことを意味する。階調度を変えるには、液体噴射ヘッドに設けられたアクチュエータへの駆動パルスを変える必要がある。アクチュエータがピエゾ素子である場合には、ピエゾ素子に印加される電圧値が大きくなるとピエゾ素子の変位量（正確には振動板の歪み）が大きくなるので、これを用いて液体ドットの階調度を変えることができる。

そこで、以下に挙げる特許文献１では、電圧波高値が異なる複数の駆動パルスを組み合わせて連結し、これを液体噴射ヘッドに設けられた同じ色のノズルのピエゾ素子に共通して出力しておき、その中から、形成すべき液体ドットの階調度に応じた駆動パルスをノズルごとに選択し、その選択された駆動パルスを該当するノズルのピエゾ素子に供給して重量の異なる液体を噴射するようにすることで、要求される液体ドットの階調度を達成するようにしている。
特開２００３−１８２４号公報

しかしながら、従来のインクジェットプリンタでは、駆動回路の配線の寄生インダクタンスや寄生容量、抵抗分及びピエゾ素子などのアクチュエータの容量分によって駆動パルスの波形が歪むという問題があり、しかも波形の歪み量は、駆動されるピエゾ素子などのアクチュエータの数に応じて変化する。駆動パルスの波形歪みは、液体の重量変動につながり、液体ドットの大きさが変化して印刷画質の劣化につながる。なお、液体の重量変動は、ノズルやアクチュエータの個体差にもよる。また、複数の駆動パルスを時系列的に組み合わせて連結し、その中から、形成すべき液体ドットの階調度に応じた駆動パルスをノズルごとに選択し、その選択された駆動パルスを該当するノズルのアクチュエータに印加する場合には、異なる駆動パルスが選択されるアクチュエータのノズルごとに液体噴射タイミングのずれが生じ、液体ドットの形成（着弾ともいう）位置が変化して印刷画質が劣化する原因となる。
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、駆動パルスの波形歪みを回避したり、液体の重量変動を抑制防止したり、液体噴射タイミングのずれを回避したりすることで高画質・高階調の印刷を可能とする液体噴射装置および印刷装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッドに設けられた複数のノズルと、前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動パルスを印加する駆動手段とを備えた液体噴射装置であって、前記駆動手段は、前記アクチュエータへの駆動パルスの基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号を電力増幅するために前記アクチュエータの数と同数設けられ且つ２個一対のトランジスタをプッシュプル接続してなるトランジスタ対と、前記トランジスタ対の接続点とアクチュエータとの間に配設された前記アクチュエータの数と同数の平滑フィルタとを備えたことを特徴とするものである。

上記発明の液体噴射装置によれば、トランジスタ対及び平滑フィルタからなる駆動回路にはアクチュエータが一つだけ接続されることになるので、駆動パルスの波形歪みを回避することができ、これにより噴射される液体の重量変動を抑制防止して高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。
さらに、前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、前記変調手段でパルス変調された変調信号に基づいて前記トランジスタ対を駆動するゲート駆動手段とを前記トランジスタ対と同数備え、前記トランジスタ対を前記駆動波形信号に基づいて個別に制御することが望ましい。

さらに、前記アクチュエータに対応する波形データを記憶する波形データメモリを備え、前記駆動波形信号発生手段は、前記波形データメモリに記憶されている波形データに基づいて、対応するアクチュエータごとに駆動波形信号を生成することが望ましい。
上記発明の液体噴射装置によれば、個別の駆動回路のアクチュエータやノズルに応じた駆動波形信号を生成することでノズル間における噴射される液体の重量変動を抑制防止することができ、これにより高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。

さらに、前記駆動波形信号発生手段は、ノズルから液体を噴射するタイミングで、液体を噴射させるノズルに対応する全てのアクチュエータに対して同時に駆動波形信号を生成することが望ましい。
上記発明の液体噴射装置によれば、ノズル間における液体の噴射タイミングのずれを回避することができ、これにより高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。

さらに、前記変調手段、前記ゲート駆動手段、前記トランジスタ対、及び前記平滑フィルタを集積回路として前記アクチュエータの近傍に配設することが望ましい。
また、本発明の印刷装置は、前述の液体噴射装置を備えた印刷装置であることが望ましい。
上記発明の印刷装置によれば、噴射される液体の重量変動を抑制防止することができ、これにより高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。さらに、変調手段、ゲート駆動手段、トランジスタ対、及び平滑フィルタを集積回路としてアクチュエータの近傍に配設することにより、電力損失を低減して省電力化が可能となるとともに、複数の液体噴射ヘッドを効率よく配置することができ、これにより印刷装置の小型化が可能となる。

次に、本発明の一例として、液体を噴射して印刷媒体に文字や画像等を印刷する印刷装置を用いて、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の印刷装置の概略構成図であり、図１ａは、その平面図、図１ｂは正面図である。図１において、印刷媒体１は、図の右方から左方に向けて図の矢印方向に搬送され、その搬送途中の印字領域で印字される、ラインヘッド型印刷装置である。但し、本実施形態の液体噴射ヘッドは一カ所だけでなく、二カ所に分けて配設されている。

図中の符号２は、印刷媒体１の搬送方向上流側に設けられた第１液体噴射ヘッド、符号３は、同じく下流側に設けられた第２液体噴射ヘッドであり、第１液体噴射ヘッド２の下方には印刷媒体１を搬送するための第１搬送部４が設けられ、第２液体噴射ヘッド３の下方には第２搬送部５が設けられている。第１搬送部４は、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向（以下、ノズル列方向とも称す）に所定の間隔をあけて配設された４本の第１搬送ベルト６で構成され、第２搬送部５は、同じく印刷媒体１の搬送方向と交差する方向（ノズル列方向）に所定の間隔をあけて配設された４本の第２搬送ベルト７で構成される。

４本の第１搬送ベルト６と同じく４本の第２搬送ベルト７とは、互いに交互に隣り合うように配設されている。本実施形態では、これらの搬送ベルト６，７のうち、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７と、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７とを区分する。即ち、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の重合部に右側駆動ローラ８Ｒが配設され、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の重合部に左側駆動ローラ８Ｌが配設され、それより上流側に右側第１従動ローラ９Ｒ及び左側第１従動ローラ９Ｌが配設され、下流側に右側第２従動ローラ１０Ｒ及び左側第２従動ローラ１０Ｌが配設されている。これらのローラは、一連のように見られるが、実質的には図１ａの中央部分で分断されている。

そして、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６は右側駆動ローラ８Ｒ及び右側第１従動ローラ９Ｒに巻回され、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６は左側駆動ローラ８Ｌ及び左側第１従動ローラ９Ｌに巻回され、ノズル列方向右側２本の第２搬送ベルト７は右側駆動ローラ８Ｒ及び右側第２従動ローラ１０Ｒに巻回され、ノズル列方向左側２本の第２搬送ベルト７は左側駆動ローラ８Ｌ及び左側第２従動ローラ１０Ｌに巻回されており、右側駆動ローラ８Ｒには右側電動モータ１１Ｒが接続され、左側駆動ローラ８Ｌには左側電動モータ１１Ｌが接続されている。従って、右側電動モータ１１Ｒによって右側駆動ローラ８Ｒを回転駆動すると、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６で構成される第１搬送部４及び同じくノズル列方向右側２本の第２搬送ベルト７で構成される第２搬送部５は、互いに同期し且つ同じ速度で移動し、左側電動モータ１１Ｌによって左側駆動ローラ８Ｌを回転駆動すると、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６で構成される第１搬送部４及び同じくノズル列方向左側２本の第２搬送ベルト７で構成される第２搬送部５は、互いに同期し且つ同じ速度で移動する。

但し、右側電動モータ１１Ｒと左側電動モータ１１Ｌの回転速度を異なるものとすると、ノズル列方向左右の搬送速度を変えることができ、具体的には右側電動モータ１１Ｒの回転速度を左側電動モータ１１Ｌの回転速度よりも大きくすると、ノズル列方向右側の搬送速度を左側よりも大きくすることができ、左側電動モータ１１Ｌの回転速度を右側電動モータ１１Ｒの回転速度よりも大きくすると、ノズル列方向左側の搬送速度を右側よりも大きくすることができる。

第１液体噴射ヘッド２及び第２液体噴射ヘッド３は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の色単位に、印刷媒体１の搬送方向にずらして配設されている。各液体噴射ヘッド２，３には、図示しない各色の液体タンクから液体供給チューブを介して液体が供給される。各液体噴射ヘッド２，３には、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向に、複数のノズルが形成されており（即ちノズル列方向）、それらのノズルから同時に必要箇所に必要量の液体を噴射することにより、印刷媒体１上に微小な液体ドットを形成する。これを色単位に行うことにより、第１搬送部４及び第２搬送部５で搬送される印刷媒体１を一度通過させるだけで、１パスによる印刷を行うことができる。即ち、これらの液体噴射ヘッド２，３の配設領域が印字領域に相当する。

液体噴射ヘッドの各ノズルから液体を噴射する方法としては、静電方式、ピエゾ方式、膜沸騰ジェット方式などがある。静電方式は、アクチュエータである静電ギャップに駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。ピエゾ方式は、アクチュエータであるピエゾ素子に駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。膜沸騰ジェット方式は、キャビティ内に微小ヒータがあり、瞬間的に３００℃以上に加熱されて液体が膜沸騰状態となって気泡が生成し、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。本発明は、何れの液体噴射方法も適用可能であるが、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することで液体噴射量を調整可能なピエゾ素子に特に好適である。

第１液体噴射ヘッド２の液体噴射用ノズルは第１搬送部４の４本の第１搬送ベルト６の間にだけ形成されており、第２液体噴射ヘッド３の液体噴射用ノズルは第２搬送部５の４本の第２搬送ベルト７の間にだけ形成されている。これは、後述するクリーニング部によって各液体噴射ヘッド２，３をクリーニングするためであるが、このようにすると、どちらか一方の液体噴射ヘッドだけでは、１パスによる全面印刷を行うことができない。そのため、互いに印字できない部分を補うために第１液体噴射ヘッド２と第２液体噴射ヘッド３とを印刷媒体１の搬送方向にずらして配設しているのである。

第１液体噴射ヘッド２の下方に配設されているのが当該第１液体噴射ヘッド２をクリーニングする第１クリーニングキャップ１２、第２液体噴射ヘッド３の下方に配設されているのが当該第２液体噴射ヘッド３をクリーニングする第２クリーニングキャップ１３である。各クリーニングキャップ１２，１３は、何れも第１搬送部４の４本の第１搬送ベルト６の間、及び第２搬送部５の４本の第２搬送ベルト７の間を通過できる大きさに形成してある。これらのクリーニングキャップ１２，１３は、液体噴射ヘッド２，３の下面、即ちノズル面に形成されているノズルを覆い且つ当該ノズル面に密着可能な方形有底のキャップ体と、その底部に配設された液体吸収体と、キャップ体の底部に接続されたチューブポンプと、キャップ体を昇降する昇降装置とで構成されている。そこで、昇降装置によってキャップ体を上昇して液体噴射ヘッド２，３のノズル面に密着する。その状態で、チューブポンプによってキャップ体内を負圧にすると、液体噴射ヘッド２，３のノズル面に開設されているノズルから液体や気泡が吸い出され、液体噴射ヘッド２，３をクリーニングすることができる。クリーニングが終了したら、クリーニングキャップ１２，１３を下降する。

第１従動ローラ９Ｒ，９Ｌの上流側には、給紙部１５から供給される印刷媒体１の給紙タイミングを調整すると共に当該印刷媒体１のスキューを補正する、二個一対のゲートローラ１４が設けられている。スキューとは、搬送方向に対する印刷媒体１の捻れである。また、給紙部１５の上方には、印刷媒体１を供給するためのピックアップローラ１６が設けられている。なお、図中の符号１７は、ゲートローラ１４を駆動するゲートローラモータである。

駆動ローラ８Ｒ，８Ｌの下方にはベルト帯電装置１９が配設されている。このベルト帯電装置１９は、駆動ローラ８Ｒ，８Ｌを挟んで第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に当接する帯電ローラ２０と、帯電ローラ２０を第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に押し付けるスプリング２１と、帯電ローラ２０に電荷を付与する電源１８とで構成されており、帯電ローラ２０から第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に電荷を付与してそれらを帯電する。一般に、これらのベルト類は、中・高抵抗体又は絶縁体で構成されているので、ベルト帯電装置１９によって帯電すると、その表面に印加された電荷が、同じく高抵抗体又は絶縁体で構成される印刷媒体１に誘電分極を生じせしめ、その誘電分極によって発生する電荷とベルト表面の電荷との間に生じる静電気力でベルトに印刷媒体１を吸着することができる。なお、帯電手段としては、電荷を降らせるコロトロンなどでもよい。

従って、この印刷装置によれば、ベルト帯電装置１９で第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の表面を帯電し、その状態でゲートローラ１４から印刷媒体１を給紙し、図示しない拍車やローラで構成される紙押えローラで印刷媒体１を第１搬送ベルト６に押し付けると、前述した誘電分極の作用によって印刷媒体１は第１搬送ベルト６の表面に吸着される。この状態で、電動モータ１１Ｒ，１１Ｌによって駆動ローラ８Ｒ，８Ｌを回転駆動すると、その回転駆動力が第１搬送ベルト６を介して第１従動ローラ９Ｒ，９Ｌに伝達される。

このようにして印刷媒体１を吸着した状態で第１搬送ベルト６を搬送方向下流側に移動し、印刷媒体１を第１液体噴射ヘッド２の下方に移動し、当該第１液体噴射ヘッド２に形成されているノズルから液体を噴射して印字を行う。この第１液体噴射ヘッド２による印字が終了したら、印刷媒体１を搬送方向下流側に移動して第２搬送部５の第２搬送ベルト７に乗り移らせる。前述したように、第２搬送ベルト７もベルト帯電装置１９によって表面が帯電しているので、前述した誘電分極の作用によって印刷媒体１は第２搬送ベルト７の表面に吸着される。

この状態で、第２搬送ベルト７を搬送方向下流側に移動し、印刷媒体１を第２液体噴射ヘッド３の下方に移動し、当該第２液体噴射ヘッドに形成されているノズルから液体を噴射して印字を行う。この第２液体噴射ヘッドによる印字が終了したら、印刷媒体１を更に搬送方向下流側に移動し、図示しない分離装置で印刷媒体１を第２搬送ベルト７の表面から分離しながら排紙部に排紙する。

また、第１及び第２液体噴射ヘッド２，３のクリーニングが必要なときには、前述したように第１及び第２クリーニングキャップ１２，１３を上昇して第１及び第２液体噴射ヘッド２，３のノズル面にキャップ体を密着し、その状態でキャップ体内を負圧にすることで第１及び第２液体噴射ヘッド２，３のノズルから液体や気泡を吸い出してクリーニングし、然る後、第１及び第２クリーニングキャップ１２，１３を下降する。

前記印刷装置内には、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、図２に示すように、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マイクロコンピュータで構成される制御部６２と、ゲートローラモータ１７を駆動制御するゲートローラモータドライバ６３と、ピックアップローラ１６を駆動するためのピックアップローラモータ５１を駆動制御するピックアップローラモータドライバ６４と、液体噴射ヘッド２、３を駆動制御するヘッドドライバ６５と、右側電動モータ１１Ｒを駆動制御する右側電動モータドライバ６６Ｒと、左側電動モータ１１Ｌを駆動制御する左側電動モータドライバ６６Ｌと、各ドライバ６３〜６５、６６Ｒ、６６Ｌの出力信号を外部のゲートローラモータ１７、ピックアップローラモータ５１、液体噴射ヘッド２、３、右側電動モータ１１Ｒ、左側電動モータ１１Ｌ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、何れのノズルから液体を噴射するか或いはどの程度の液体を噴射するかという印字データ（駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ）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、６６Ｒ、６６Ｌに制御信号を出力する。各ドライバ６３〜６５、６６Ｒ、６６Ｌ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で駆動信号に変換されて液体噴射ヘッドの複数のノズルに対応するアクチュエータ（本実施形態では、その前段の駆動回路）、ゲートローラモータ１７、ピックアップローラモータ５１、右側電動モータ１１Ｒ、左側電動モータ１１Ｌが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送、印刷媒体１の姿勢制御、並びに印刷媒体１への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。

ヘッドドライバ６５は、駆動波形信号ＷＣＯＭを形成する駆動波形信号発生回路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。駆動波形信号発生回路７０は、後段に詳述するように、アクチュエータ２２への駆動パルスの基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成するものであり、図３に示すように、クリア信号ＣＬＥＲの入力後、クロック信号ＣＬＫで規定される所定サンプリング周期ΔＴごとに、後述する波形データメモリに記憶されている波形データを読込み、その波形データからなる電圧値信号を出力して駆動波形信号ＷＣＯＭとなす。この駆動波形信号ＷＣＯＭが、後述するデジタル電力増幅器や平滑フィルタからなる駆動回路で電力増幅されてアクチュエータ２２への駆動パルスに変換される。

このようにして生成される駆動波形信号ＷＣＯＭは、波形データを調整することにより、図４に示すように種々の波形の電圧台形波信号が得られる。これを図５に示す駆動回路で電力増幅して液体噴射ヘッド２、３のアクチュエータ２２に駆動パルスとして供給することで、アクチュエータを駆動することが可能となり、そのアクチュエータに対応するノズルから液体を噴射することができる。この駆動回路は、後段に詳述するようにアクチュエータごとに、駆動波形信号発生回路７０で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２４と、変調回路２４でパルス変調された変調（ＰＷＭ）信号を電力増幅するデジタル電力増幅器２５と、デジタル電力増幅器２５で電力増幅された変調（ＰＷＭ）信号を平滑化する平滑フィルタ２６とを備えて構成される。

この駆動波形信号ＷＣＯＭ又は駆動パルスの立上がり部分がノズルに連通するキャビティ（圧力室）の容積を拡大して液体を引込む（液体の噴射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、駆動信号ＣＯＭの立下がり部分がキャビティの容積を縮小して液体を押出す（液体の噴射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、液体を押出した結果、液体がノズルから噴射される。この液体を引込んでから、必要に応じて液体を押出す一連の波形信号を駆動パルスとする。

この電圧台形波からなる駆動パルスの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、液体の引込量や引込速度、液体の押出量や押出速度を変化させることができ、これにより液体の噴射量を変化させて異なる液体ドットの大きさを得ることができ、異なる大きさのインクドットを形成することで高階調化を図ることが可能となる。なお、図４の左端の駆動パルスは、液体を引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、液体を噴射せずに、ノズルの乾燥を抑制防止したりするのに用いられる。

図６には、全てのアクチュエータ２２に対して、個別に設けられた駆動回路の全体構成を示す。前述のように、本実施形態では、駆動波形信号発生回路７０によって全てのアクチュエータ２２に対する個別の駆動波形信号ＷＣＯＭが設定されるので、アクチュエータ２２の数がＮである場合には、Ｎ個の駆動波形信号ＷＣＯＭ(1)〜ＷＣＯＭ(N)が出力され、個別の駆動回路を介してＮ個のアクチュエータ２２に印加される。

図７には、前述した駆動信号出力回路の変調回路２４から平滑フィルタ２６までの具体的な構成を示す。駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２４には、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を用いた。この変調回路２４は、周知の三角波発振器３２と、この三角波発振器３２から出力される三角波と駆動波形信号ＷＣＯＭとを比較する比較器３１とで構成される。この変調回路２４によれば、図８に示すように、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波以上であるときにＨｉ、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波未満であるときにＬｏとなる変調（ＰＷＭ）信号が出力される。なお、本実施形態では、パルス変調回路にパルス幅変調回路を用いたが、これに代えてパルス密度変調（ＰＤＭ）回路を用いてもよい。

デジタル電力増幅器２５は、実質的に電力を増幅するための二つのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮからなるハーフブリッジドライバ段３３と、変調回路２４からの変調（ＰＷＭ）信号に基づいて、それらのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＰ、ＧＮを調整するためのゲートドライブ回路３４とを備えて構成され、ハーフブリッジドライバ段３３は、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰとローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮをプッシュプル型に組み合わせたものである。このうち、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号をＧＰ、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号をＧＮ、ハーフブリッジドライバ段３３の出力をＶａとしたとき、それらが変調（ＰＷＭ）信号に応じてどのように変化するかを図９に示す。なお、各ＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＰ、ＧＮの電圧値Ｖｇｓは、それらのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮをＯＮするのに十分な電圧値とする。

変調（ＰＷＭ）信号がＨｉレベルであるとき、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号ＧＰはＨｉレベルとなり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＮはＬｏレベルとなるので、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰはＯＮ状態となり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮはＯＦＦ状態となり、その結果、ハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａは、供給電力ＶＤＤとなる。一方、変調（ＰＷＭ）信号がＬｏレベルであるとき、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号ＧＰはＬｏレベルとなり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＮはＨｉレベルとなるので、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰはＯＦＦ状態となり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮはＯＮ状態となり、その結果、ハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａは０となる。

このデジタル電力増幅回路２５のハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａが平滑フィルタ２６を介して選択スイッチ２０１に駆動信号ＣＯＭとして供給される。平滑フィルタ２６は、二つのコイルＬ１、Ｌ２と二つのコンデンサＣ１、Ｃ２の組み合わせからなるローパスフィルタで構成される。このローパスフィルタからなる平滑フィルタ２６は、デジタル電力増幅回路２５のハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａの高周波成分、即ち電力増幅変調（ＰＷＭ）信号成分を十分に減衰し且つ駆動信号成分ＣＯＭ（若しくは駆動波形成分ＷＣＯＭ）を減衰しないように設計される。

前述のようにデジタル電力増幅器２５のＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮが、デジタル駆動される場合には、ＭＯＳＦＥＴがスイッチ素子として作用するため、ＯＮ状態のＭＯＳＦＥＴに電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、電力損失は殆ど発生しない。また、ＯＦＦ状態のＭＯＳＦＥＴには電流が流れないので電力損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅器２５の電力損失は極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴを使用することができ、冷却用放熱板などの冷却手段も不要である。ちなみに、トランジスタをリニア駆動するときの効率が３０％程度であるのに対し、デジタル電力増幅器の効率は９０％以上である。また、トランジスタの冷却用放熱板は、トランジスタ一つに対して６０ｍｍ角程度の大きさが必要になるので、こうした冷却用放熱板が不要になると、実際のレイアウト面で圧倒的に有利である。

次に、駆動波形信号発生回路７０の構成並びに作用について説明する。この駆動波形信号発生回路７０は、図１０のように構成されており、液体を噴射させるノズルに対応したアクチュエータを指定するための駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰを順次保存するシフトレジスタ１１１と、シフトレジスタ１１１のデータをラッチ信号ＬＡＴに基づいて一時的に保存するラッチ回路１１２と、ラッチ回路１１２のデータを解読するデコーダ１１３と、前述したようにアクチュエータ２２に対応する波形データを記憶する波形データメモリ１１５と、後述する図１２の演算処理などを行うことで、デコーダ１１３で解読されたデータ及びラッチ信号ＬＡＴに基づいて波形データメモリ１１５に記憶されている波形データを読込み、アクチュエータ２２に対応するキャッシュメモリ１１６に格納するメモリコントローラ１１４と、ラッチ信号ＬＡＴ及びデコーダ１１３で解読されたデータに基づいてキャッシュメモリ１１６に格納された波形データを駆動回路の変調回路２４に向けて出力するＩ／Ｏポート１１７とを備える。

ここで、駆動波形信号発生回路７０で、アクチュエータ２２に応じた駆動波形信号ＷＣＯＭを出力する理由について説明する。ピエゾ素子などからなるアクチュエータ２２には静電容量があるため、１つの駆動パルスに液体を噴射する全てのアクチュエータを並列に接続すると、それらのアクチュエータ及び駆動回路の配線の寄生インダクタンスや寄生容量、抵抗分によって低域通過（ローパス）フィルタが形成されて駆動パルスが歪む。しかも、液体を噴射させるノズル数、即ち駆動させるアクチュエータの数が変化すると、アクチュエータの静電容量で構成される低域通過（ローパス）フィルタの特性が変化するため、駆動パルスの歪み状態も変化する。平滑フィルタ２３に対して、ピエゾ素子などのアクチュエータ２２が接続されるたびに、静電容量が次々に並列に接続され、平滑フィルタ及びアクチュエータの静電容量で構成される低域通過（ローパス）フィルタの特性が変化するのである。駆動パルスの歪み状態が変化すれば、当然ながら、ノズルから噴射される液体の重量も変動する。

そこで、本実施形態では、全てのアクチュエータ２２に対し、個別の駆動回路を配設し、且つ全ての駆動回路及びアクチュエータ２２に対し、個別の駆動波形信号ＷＣＯＭを出力する。全てのアクチュエータ２２に対し、個別の駆動回路を配設すれば、アクチュエータ２２の増減に伴う駆動パルスの歪み変動がないので、駆動波形信号ＷＣＯＭは共通のものであっても、ノズルから噴射される液体の重量変動を抑制することが可能となる。しかしながら、ノズル及びアクチュエータ２２そのものにも個体差があり、アクチュエータ２２の駆動回路を個別化しても、駆動波形信号ＷＣＯＭが共通であっては、異なるノズルから噴射される液体には重量変動がある。

このノズル及びアクチュエータ２２の個体差を考慮し、本実施形態では、図１１ａに示すように、Ｎ個のノズル及びアクチュエータに対し、小さい液体ドットを形成するときの駆動パルスに最適な駆動波形信号の小液体ドット用波形データ（図では小インク滴用波形データ）、中くらいの液体ドットを形成するときの駆動パルスに最適な駆動波形信号の中液体ドット用波形データ（図では中インク滴用波形データ）、大きい液体ドットを形成するときの駆動パルスに最適な駆動波形信号の大液体ドット用波形データ（図では大インク滴用波形データ）を測定して求め、それを波形データメモリ１１５のアドレス番号１〜Ｍに対し、ノズル番号１〜Ｎの順番に記憶しておく。

この場合、メモリコントローラ１１４は、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰに基づき、図１１ａで、ノズル番号１に中くらいの液体ドットが要求されているときには波形データメモリ１１５のアドレス番号２にアクセスし、ノズル番号２に小さい液体ドットが要求されているときには波形データメモリ１１５のアドレス番号４にアクセスし、それらのアドレス番号に記憶されている波形データを対応するキャッシュメモリ１１６に格納する。全てのキャッシュメモリ１１６に格納された波形データは、ラッチ信号ＬＡＴから所定時間ｔ以後、所定サンプリング周期ごとに、同時に駆動波形信号ＷＣＯＭとしてＩ／Ｏポート１１７から出力される。

なお、波形データメモリ１１５の記憶容量を減少するためには、図１１ａの全ノズルのアクチュエータ２２への波形データの類似するものをまとめ、図１１ｂに示すように、小インク滴用波形データＡ、中インク滴用波形データＡ、大インク滴用波形データＡ、小インク滴用波形データＢ、中インク滴用波形データＢ…といったように形態ごとにアドレスに記憶する。この場合、メモリコントローラ１１４は、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰに基づき、図１１ｂで、ノズル番号１に中くらいの液体ドットが要求されているときには波形データメモリ１１５のアドレス番号５にアクセスし、ノズル番号２に小さい液体ドットが要求されているときには波形データメモリ１１５のアドレス番号１にアクセスし、それらのアドレス番号に記憶されている波形データを対応するキャッシュメモリ１１６に格納する。全てのキャッシュメモリ１１６に格納された波形データは、ラッチ信号ＬＡＴから所定時間ｔ以後、所定サンプリング周期ごとに、同時に駆動波形信号ＷＣＯＭとしてＩ／Ｏポート１１７から出力される。

図１２には、図１０のメモリコントローラ１１４で行われる波形データ読込み出力のための演算処理を示す。この演算処理では、まずステップＳ１で駆動パルス選択データ（図では印字データ）ＳＩ＆ＳＰを受信する。
次にステップＳ２に移行して、ラッチ信号ＬＡＴが入力されたか否かを判定し、ラッチ信号ＬＡＴが入力された場合にはステップＳ３に移行し、そうでない場合にはステップＳ１に移行する。

ステップＳ３では、受信した駆動パルス選択データ（印字データ）ＳＩ＆ＳＰをラッチ回路１１２でラッチし、更にデコーダ１１３で解読（図ではデコード）する。
次にステップＳ４に移行して、タイマカウントＴｃを開始する。
次にステップＳ５に移行して、デコーダ１１３で解読されたデータ（図ではデコーダ信号）を取得する。

次にステップＳ６に移行して、各アクチュエータに必要な波形データを取得する波形データメモリ１１５のアドレスを指定する。
次にステップＳ７に移行して、波形データメモリ１１５のアドレスにアクセスして各アクチュエータに必要な波形データを取得する。
次にステップＳ８に移行して、ステップＳ７で取得した波形データを該当するキャッシュメモリ１１６に格納する。

次にステップＳ９に移行して、タイマカウントＴｃが所定時間ｔになったか否かを判定し、タイマカウントＴｃが所定時間ｔになった場合にはステップＳ１０に移行し、そうでない場合には待機する。
ステップＳ１０では、サンプリング周期ごとにキャッシュメモリ１１６から波形データを読出し、Ｉ／Ｏポート１１７から出力する。

次にステップＳ１１に移行して、全ての波形データの送信が終了したか否かを判定し、全ての波形データの送信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Ｓ１０に移行する。
この演算処理によれば、図１３に示すように、ラッチ信号ＬＡＴから所定時間ｔ以後、所定サンプリング時間ごとに波形データが出力され、これにより液体を噴射させる全てのノズルのアクチュエータ２２に対して同時に駆動波形信号ＷＣＯＭが出力され、それが、個々の駆動回路で電力増幅されて駆動パルスに変換され、個々のアクチュエータ２２に印加される。１つの駆動パルスに接続されるアクチュエータ２２の数が１つだけだから、駆動パルスが歪むことはない。

このように、本実施形態の印刷装置によれば、アクチュエータ２２への駆動パルスの基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを電力増幅するために２個一対のトランジスタＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮをプッシュプル接続してなるハーフブリッジドライバ段３３（トランジスタ対）をアクチュエータの数と同数設け、それらハーフブリッジドライバ段３３（トランジスタ対）の一対のトランジスタＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮの接続点とアクチュエータ２２との間に平滑フィルタ２６を介装したことにより、ハーフブリッジドライバ段３３（トランジスタ対）及び平滑フィルタ２６からなる駆動回路にはアクチュエータ２２が一つだけ接続されることになるので、駆動パルスの波形歪みを回避することができ、これにより液体の重量変動を抑制防止して高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。

また、駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２４と、パルス変調された変調信号に基づいてハーフブリッジドライバ段３３（トランジスタ対）を駆動するゲートドライブ（駆動）回路３４とをハーフブリッジドライバ段３３（トランジスタ対）と同数備え、ハーフブリッジドライバ段３３（トランジスタ対）を駆動波形信号ＷＣＯＭに基づいて個別に制御することにより、駆動回路のアクチュエータ２２やノズルに応じた駆動波形信号ＷＣＯＭを生成することでノズル間の液体の重量変動を抑制防止することができ、これにより高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。

また、波形データメモリ１１５に記憶されているアクチュエータ２２に応じた波形データに基づいて、対応するアクチュエータ２２ごとに駆動波形信号ＷＣＯＭを生成することにより、ノズル間の液体の重量変動を抑制防止することができ、これにより高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。
また、ノズルから液体を噴射させるタイミングで、液体を噴射させるノズルに対応する全てのアクチュエータ２２に対して同時に駆動波形信号ＷＣＯＭを生成する構成としたため、ノズル間における液体の噴射タイミングのずれを回避することができ、これにより高画質・高階調の印刷を可能とすることができる。

また、変調回路２４、ゲートドライブ（駆動）回路３４、ハーフブリッジドライバ段３３（トランジスタ対）、及び平滑フィルタ２６を集積回路としてアクチュエータ２２の近傍に配設したことにより、電力損失を低減して省電力化が可能となるとともに、複数の液体噴射ヘッドを効率よく配置することができ、これにより印刷装置の小型化が可能となる。

また、アクチュエータ２２ごとにトランジスタ対を接続したことにより、トランジスタ対に流れる電流値が少なくなるため、より高速動作が可能なトランジスタを用いてトランジスタ対を構成することが可能となり、変調周波数を上げて平滑フィルタを簡略化することができ、例えば１次のＲＣフィルタで構成したり、又はアクチュエータの静電容量を利用して抵抗器のみで構成したり、配線やトランジスタの抵抗成分とアクチュエータの静電容量成分で構成して実質的に平滑フィルタを別途設けない構成も可能となる。

なお、本実施形態ではラインヘッド型印刷装置を対象として本発明のを適用した例についてのみ詳述したが、本発明の液体噴射装置および印刷装置は、マルチパス型印刷装置を始めとして、液体を噴射して印刷媒体に文字や画像等を印刷するあらゆるタイプの印刷装置を対象として適用可能である。また、本発明の液体噴射装置あるいは印刷装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置き換えてもよいし、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の液体噴射装置から噴射する液体としては、特に限定されず、例えば以下のような各種の材料を含む液体（サスペンション、エマルジョン等の分散液を含む）とすることができる。すなわち、カラーフィルタのフィルタ材料を含むインク、有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置におけるＥＬ発光層を形成するための発光材料、電子放出装置における電極上に蛍光体を形成するための蛍光材料、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）装置における蛍光体を形成するための蛍光材料、電気泳動表示装置における泳動体を形成する泳動体材料、基板Ｗの表面にバンクを形成するためのバンク材料、各種コーティング材料、電極を形成するための液状電極材料、２枚の基板間に微小なセルギャップを構成するためのスペーサを構成する粒子材料、金属配線を形成するための液状金属材料、マイクロレンズを形成するためのレンズ材料、レジスト材料、光拡散体を形成するための光拡散材料などである。
また、本発明では、液体を噴射する対象となる印刷媒体は、記録用紙のような紙に限らず、フィルム、織布、不織布等の他のメディアや、ガラス基板、シリコン基板等の各種基板のようなワークであってもよい。

本発明の液体噴射装置を適用したラインヘッド型印刷装置の実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１の印刷装置の制御装置のブロック構成図である。 駆動波形信号生成の説明図である。 種々の形態の駆動波形信号の説明図である。 駆動回路単独のブロック構成図である。 駆動回路の全体構成を示すブロック図である。 図５の駆動回路の変調回路、デジタル電力増幅器、平滑フィルタの詳細を示すブロック図である。 図７の変調回路の作用の説明図である。 図８のデジタル電力増幅器の作用の説明図である。 駆動波形信号発生回路のブロック図である。 波形データメモリの説明図である。 図１０のメモリコントローラで行われる波形データ出力の演算処理を示すフローチャートである。 図１２の演算処理による駆動波形信号の説明図である。

符号の説明

１は印刷媒体、２は第１液体噴射ヘッド、３は第２液体噴射ヘッド、４は第１搬送部、５は第２搬送部、６は第１搬送ベルト、７は第２搬送ベルト、８Ｒ，８Ｌは駆動ローラ、９Ｒ，９Ｌは第１従動ローラ、１０Ｒ，１０Ｌは第２従動ローラ、１１Ｒ，１１Ｌは電動モータ、２４は変調回路、２５はデジタル電力増幅器、２６は平滑フィルタ、３１は比較器、３２は三角波発振器、３３はハーフブリッジブロック段、３４はゲートドライブ回路、７０は駆動波形信号発生回路、１１１はシフトレジスタ、１１２はラッチ回路、１１３はデコーダ、１１４はメモリコントローラ、１１５は波形データメモリ、１１６はキャッシュメモリ、１１７はＩ／Ｏポート

Claims (6)

1. 液体噴射ヘッドに設けられた複数のノズルと、
   前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、
   前記アクチュエータに駆動パルスを印加する駆動手段と
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記駆動手段は、
   前記アクチュエータへの駆動パルスの基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、
   前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号を電力増幅するために前記アクチュエータの数と同数設けられ且つ２個一対のトランジスタをプッシュプル接続してなるトランジスタ対と、
   前記トランジスタ対の接続点とアクチュエータとの間に配設された前記アクチュエータの数と同数の平滑フィルタと
   を備えたことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、
   前記変調手段でパルス変調された変調信号に基づいて前記トランジスタ対を駆動するゲート駆動手段とを前記トランジスタ対と同数備え、
   前記トランジスタ対を前記駆動波形信号に基づいて個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記アクチュエータに対応する波形データを記憶する波形データメモリを備え、
   前記駆動波形信号発生手段は、前記波形データメモリに記憶されている波形データに基づいて、対応するアクチュエータごとに駆動波形信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 前記駆動波形信号発生手段は、ノズルから液体を噴射するタイミングで、液体を噴射させるノズルに対応する全てのアクチュエータに対して同時に駆動波形信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の液体噴射装置。
5. 前記変調手段、前記ゲート駆動手段、前記トランジスタ対、及び前記平滑フィルタを集積回路として前記アクチュエータの近傍に配設したことを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の液体噴射装置。
6. 前記請求項１乃至５の何れか一項に記載の液体噴射装置を備えた印刷装置。

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