JP2008284850A - 液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体吐出装置としてのプリンタは、ノズルから液体を吐出させるための動作をする素子54と、素子を動作させるための電圧変化パターンを有する第1駆動信号COM_Aを生成する第1駆動信号生成部41と、第1駆動信号の電圧変化パターンとは異なる他の電圧変化パターンを有する、第2駆動信号COM_Bを生成する第2駆動信号生成部42と、第1駆動信号の生成に用いられる第1電源を生成するとともに、第2駆動信号の生成に用いられ、電源電圧が第1電源の電源電圧とは異なる第2電源を生成する、電源生成部とを有する。
【選択図】図4
Description
(A)ノズルから液体を吐出させるための動作をする素子と、
(B)前記素子を動作させるための電圧変化パターンを有する第1駆動信号を生成する第1駆動信号生成部と、
(C)前記素子を動作させるための前記第1駆動信号の電圧変化パターンとは異なる他の電圧変化パターンを有する、第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成部と、
(D)前記第1駆動信号の生成に用いられる第1電源を生成するとともに、前記第2駆動信号の生成に用いられ、電源電圧が前記第1電源の電源電圧とは異なる第2電源を生成する、電源生成部と、
(E)を有する、液体吐出装置である。
本発明の他の特徴は、本明細書、及び添付図面の記載により、明らかにする。
このような液体吐出装置によれば、第1電源の電圧と第2電源の電圧とを、対応する駆動信号に応じて定めることができる。これにより、生成する駆動信号の電圧変化パターンに適した電源電圧にでき、装置の省電力化が図れる。
このような液体吐出装置によれば、第1電源の電圧と第2電源の電圧とをそれぞれ最適化でき、装置の省電力が図れる。
このような液体吐出装置によれば、第1デジタルデータや第2デジタルデータの与え方次第で、所望の電圧変化パターンを有する第1駆動信号や第2駆動信号を生成できる。
このような液体吐出装置によれば、第1電源及び第2電源の電源電圧の設定次第で、電流増幅時における消費電力を抑制することができる。
このような液体吐出装置によれば、駆動信号の与え方次第で素子の変形パターンを定めることができ、種々の動作をさせることができる。
このような液体吐出装置によれば、第2駆動信号には、素子を動作させる複数種類のパルスのうちの、消費電力の大きい最大量吐出パルス以外のパルスが含まれる。このため、第2電源の与え方次第で、第2駆動信号に関わる電力の消費を抑制することができる。
このような液体吐出装置によれば、第2駆動信号には、素子を動作させる複数種類のパルスのうちの、消費電力の小さい増粘抑制パルスが含まれる。このため、第2電源の与え方次第で、第2駆動信号に関わる電力の消費を抑制することができる。
このような液体吐出装置によれば、液体の増粘を効率よく抑制することができる。
このような液体吐出装置によれば、前記第2駆動信号には、最大量吐出パルスよりも消費電力の小さい他の吐出パルスが含まれる。このため、第2電源の与え方次第で、第2駆動信号に関わる電力の消費を抑制することができる。
<液体吐出装置について>
液体吐出装置には、印刷装置、カラーフィルタ製造装置、ディスプレイ製造装置、半導体製造装置、及びDNAチップ製造装置など、様々な種類がある。本明細書では、液体吐出装置の一種であるインクジェットプリンタ(以下、単にプリンタともいう。)を例に挙げて説明する。このプリンタでは、液体の一種であるインクを用紙等の媒体に向けて吐出することにより、用紙の表面に画像を印刷する。
<印刷システムについて>
図1は、印刷システムの構成を説明するブロック図である。例示した印刷システムは、プリンタ1と、コンピュータ110と、表示装置120と、入力装置130と、記録再生装置140とを有する。プリンタ1は印刷装置に相当し、用紙、布、フィルム等の媒体に画像を印刷する。媒体は、液体が吐出される対象となる対象物であり、例えば用紙である。コンピュータ110は、プリンタ1と通信可能に接続されている。プリンタ1に画像を印刷させるため、コンピュータ110は、その画像に応じた印刷データをプリンタ1に送信する。表示装置120は、液晶ディスプレイ等である。入力装置130は、キーボード等である。記録再生装置140は、フレキシブルディスクドライブ装置等である。
コンピュータ110は、ホスト側コントローラ111を有する。ホスト側コントローラ111は、コンピュータ110における各種の制御を行うものである。ホスト側コントローラ111は、インタフェース部112と、CPU113と、メモリ114とを有する。インタフェース部112は、プリンタ1との間でデータの受け渡しを行う。CPU113は、コンピュータ110の全体的な制御を行う。メモリ114は、CPU113が使用するコンピュータプログラムを格納する領域や作業領域等を確保する。そして、CPU113は、メモリ114に格納されているコンピュータプログラムに従って、各種の制御を行う。
プリンタ1は、用紙搬送機構20、キャリッジ移動機構30、駆動信号生成回路40、ヘッドユニット50、検出器群60、プリンタ側コントローラ70、及び、電源生成部80を有する。
<ヘッド51について>
ヘッド51は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの一種である。この実施形態のヘッド51は、4種類のインクを吐出することができる。例えば、図7や図8に示すように、ブラックインク(Nk)、イエローインク(Ny)、シアンインク(Nc)、及び、マゼンタインク(Nm)からなる4種類のインクを吐出することができる。図2に例示したヘッド51は、ノズルNzと、圧力室52と、共通インク室53と、ピエゾ素子54とを有する。ノズルNzは、所定ピッチで複数設けられる。圧力室52は、インクを貯留する室であり、複数のノズルNzのそれぞれに対応して複数設けられる。なお、対応関係にあるノズルNzと圧力室52とは、互いに連通されている。共通インク室53は、インクカートリッジからのインクが貯留される部分である。共通インク室53には、複数の圧力室52がそれぞれ連通される。従って、このヘッド51には、共通インク室53から圧力室52を通ってノズルNzに至る一連の流路が、ノズルNzに対応する複数設けられている。なお、プリンタ1の使用時において、この流路はインクで満たされている。圧力室52は、その容積がピエゾ素子54の動作によって変化される。このため、圧力室52の一部は、区画膜の一種である振動板55によって区画されている。
ヘッド制御部90は、用紙にドットを形成するドット形成動作時において、プリンタ側コントローラ70からのドット形成データSI(吐出指令)に基づき、第1駆動信号COM_A及び第2駆動信号COM_Bにおける必要な部分を選択し、ピエゾ素子54へ印加させる。このようなヘッド制御部90は、印加制御部に相当し、ドット形成データSIに基づき、駆動信号のピエゾ素子54への印加を制御する。
駆動信号生成回路40は、複数のピエゾ素子54について共通に用いられる駆動信号を生成する。図4に示すように、駆動信号生成回路40は、第1駆動信号生成回路41と、第2駆動信号生成回路42とを有する。第1駆動信号生成回路41は、第1駆動信号COM_Aを生成するための回路であり、第1駆動信号生成部に相当する。第2駆動信号生成回路42は、第2駆動信号COM_Bを生成するための回路であり、第2駆動信号生成部に相当する。本実施形態において、第1駆動信号COM_Aは、最大量のインクを吐出させる際にピエゾ素子54へ印加される最大量吐出パルス(後述する。)を複数含む。また、第2駆動信号COM_Bは、最大量吐出パルスを含まない。なお、生成される各駆動信号COM_A,COM_Bについては、後で詳しく説明する。
第1駆動信号生成回路41は、第1波形生成回路411と第1電流増幅回路412とを有する。第1波形生成回路411は、第1DACデータに基づいて第1波形信号COM_A´を生成する。第1DACデータは、第1駆動信号COM_Aにおける制御上の電圧を示すデジタルデータであり、例えば10ビットのデジタルデータによって構成されている。具体的には、第1DACデータが[0000000000]のとき、第1駆動信号COM_Aの制御上の電圧は1.40Vである。第1駆動信号COM_Aの制御上の電圧は、DACデータが値[1]大きくなる毎に約0.036V高くなる。そして、第1DACデータが[1111111111]のとき、第1駆動信号COM_Aの制御上の電圧は37.40Vになる。よって、第1駆動信号COM_Aは、最大で36.00Vの振幅を実現することができる。このような第1DACデータは第1デジタルデータに相当する。第1波形信号COM_A´は、第1駆動信号COM_Aに倣った電圧変化パターンのアナログ信号であり、第1アナログ信号に相当する。第1駆動信号COM_Aとの大きな違いは電流量にある。すなわち、第1波形信号COM_A´の電流量は、第1駆動信号COM_Aの電流量に比べて小さく定められている。例えば、第1駆動信号COM_Aの電流量は最大で20A程度であるのに対し、第1波形信号COM_A´の電流量は最大で150mA程度である。そして、第1波形生成回路411は、第1デジタルデータで表される電圧値の第1アナログ信号を出力する第1アナログ信号出力部に相当する。
第2駆動信号生成回路42は、第2波形生成回路421と第2電流増幅回路422とを有する。第2波形生成回路421は、第1波形生成回路411と同じ構成であり、第2DACデータに基づいて第2波形信号COM_B´を生成する。第2DACデータは、第2駆動信号COM_Bにおける制御上の電圧を示すデジタルデータであり、第1DACデータと同じく10ビットのデジタルデータによって構成される。この第2DACデータは、第2デジタルデータに相当する。第2波形信号COM_B´は、第2DACデータの変換で得られるアナログ信号であり、第2アナログ信号に相当する。そして、第2波形信号COM_B´の電流量は、最大で150mA程度である。このような第2波形生成回路421は、第2デジタルデータをアナログ変換した第2アナログ信号を出力する第2アナログ信号出力部に相当する。
電源生成部80は、各種の電源を生成する。例えば、ロジックレベルの電源、各種センサの動作用電源、各種モータの動作用電源、及び、各駆動信号を生成するための電源を生成する。このプリンタ1において、各駆動信号を生成するための電源には、第1駆動信号COM_Aを生成する際に用いられる第1高圧電源VH_Aと、第2駆動信号COM_Bを生成する際に用いられる第2高圧電源VH_Bとが含まれる。図1には、第1高圧電源VH_Aを生成する第1電源生成部81と、第2高圧電源VH_Bを生成する第2電源生成部82とが記載されている。そして、これらの第1電源生成部81と第2電源生成部82は、生成する各高圧電源VH_A,VH_Bの電圧を個別に設定できる。
<生成される各駆動信号COM_A,COM_Bについて>
次に、生成される各駆動信号COM_A,COM_Bについて説明する。図5に示すように、第1駆動信号COM_A及び第2駆動信号COM_Bはそれぞれ、繰り返し単位でもある印刷期間T毎に繰り返し生成される。この印刷期間Tは、インクを吐出可能な期間でもある。本実施形態において、第1駆動信号COM_Aは3つの駆動パルスを含んで構成され、第2駆動信号COM_Bは4つの駆動パルスを含んで構成されている。ここで、駆動パルスとは、ヘッド51が有するピエゾ素子54に所定の動作をさせるための電圧変化パターンである。この駆動パルスには、ノズルNzからインクを吐出させるための吐出パルスと、インクの増粘を抑制するための微振動パルス(増粘抑制パルス)とが含まれる。
次に、インク吐出動作及び微振動動作について説明する。前述したように、第1駆動信号COM_Aは、印刷期間内に3つの吐出パルスPS1〜PS3を有する。そして、ヘッド制御部90は、形成すべきドットの大きさに応じてピエゾ素子54へ印加する吐出パルスを特定している。この実施形態においてヘッド制御部90は、小ドットの形成指令(ドット形成データSI[01])に対応して、第2吐出パルスPS2をピエゾ素子54に印加する。これにより、ノズルNzからは、小ドットの形成に適した量のインクが吐出される。また、ヘッド制御部90は、中ドットの形成指令(ドット形成データSI[10])に対応して、第1吐出パルスPS1をピエゾ素子54に印加する。これにより、ノズルNzからは、中ドットの形成に適した量のインクが吐出される。この例では、大ドットを形成するために必要な量の半分のインクが吐出される。同様に、ヘッド制御部90は、大ドットの形成指令(ドット形成データSI[11])に対応して、第1吐出パルスPS1と第3吐出パルスPS3をピエゾ素子54に印加する。これにより、ノズルNzからは、大ドットの形成に適した量のインクが吐出される。なお、各ドットの形成指令と印加される駆動パルスの関係は、インクの種類に関わらず共通である。
次に、ピエゾ素子54の動作に起因する消費電力について説明する。前述したように、第1駆動信号生成回路41は第1電流増幅回路412を有し、第2駆動信号生成回路42は第2電流増幅回路422を有する。そして、これらの第1電流増幅回路412及び第2電流増幅回路422は、バイポーラトランジスタ対によって構成されている。このため、ピエゾ素子54の動作に起因する消費電力は、主に、各電流増幅回路412,422が有するバイポーラトランジスタのコレクタ損失に依存する。このコレクタ損失は、コレクタ−エミッタ間の電圧差とコレクタ−エミッタ間の電流との積で表される。このため、対応する高圧電源の電圧を調整することにより、コレクタ−エミッタ間の電圧差を過不足なく定めることができる。その結果、消費電力を抑えることができる。
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態のプリンタ1は、第1駆動信号COM_Aと第2駆動信号COM_Bのそれぞれが第1実施形態のものと相違している。なお、ハードウェア構成は第1実施形態と共通であるので、その説明を省略する。
次に、消費電力について説明する。ここで、図12は、第2駆動信号COM_Bの消費電力を説明する図である。図13は、比較例の消費電力を説明する図である。この実施形態と比較例との違いは、第2高圧電源VH_Bの電圧にある。すなわち、この実施形態における第2高圧電源VH_Bの電圧は、前述したように36Vである。これに対し、比較例における第2高圧電源VH_Bの電圧は、第1高圧電源VH_Aと同じ42Vである。また、この実施形態と比較例において、駆動対象となるピエゾ素子54の全体的な容量は0.2μFとしている。
以上説明したように各実施形態のプリンタ1では、第1駆動信号COM_Aと第2駆動信号COM_Bとを異なる電圧変化パターンで構成し、第1駆動信号COM_Aを生成する際に用いられる第1高圧電源VH_Aと、第2駆動信号COM_Bを生成する際に用いられる第2高圧電源VH_Bとを、それぞれ異なる電圧に定めている。これにより、使用する電源電圧を適正化でき、ピエゾ素子54の動作時における消費電力を抑制できる。また、第2駆動信号COM_Bは、最大吐出量パルスを含んでいない。このため、第2高圧電源VH_Bの電圧を、第1高圧電源VH_Aの電圧よりも低く定めることができる。その結果、第2駆動信号COM_Bの生成時における消費電力を効率的に抑制できる。
前述した実施形態は、プリンタ1を有する印刷システムについて記載されているが、その中には、液体の吐出方法や液体吐出システム等の開示が含まれている。また、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
前述した各実施形態では、2種類の駆動信号を生成していた。ここで、生成する駆動信号は2種類に限定されるものではなく、3種類以上であってもよい。例えば、3種類の駆動信号を用いる場合、2種類の駆動信号をインクの吐出に用い、1種類の駆動信号を微振動動作に用いてもよい。
前述した各実施形態において、第2高圧電源VH_Bは、第1高圧電源VH_Aに対して独立した形態として説明をした。ここで、第2高圧電源VH_Bの電圧は、第1高圧電源VH_Aの電圧よりも低い関係にある。このため、第1高圧電源VH_Aから第2高圧電源VH_Bを生成する形態であってもよい。
前述した各実施形態におけるプリンタ1は、ヘッド51をキャリッジ移動方向に往復移動させて印刷を行う形式のものであったが、この構成に限定されない。例えば、媒体の幅方向に亘って複数のノズルNzを配置したラインヘッドを有するラインヘッドプリンタであってもよい。
40 駆動信号生成回路,41 第1駆動信号生成回路,
411 第1波形生成回路,412 第1電流増幅回路,
413 第1DAC回路,414 第1プリアンプ,
415 NPN型トランジスタ,416 PNP型トランジスタ,
42 第2駆動信号生成回路,421 第2波形生成回路,
422 第2電流増幅回路,423 第2DAC回路,
424 第2プリアンプ,425 NPN型トランジスタ,
426 PNP型トランジスタ,50 ヘッドユニット,
51 ヘッド,52 圧力室,53 共通インク室,
54 ピエゾ素子,55 振動板,60 検出器群,
70 プリンタ側コントローラ,71 インタフェース部,
72 CPU,73 メモリ,74 制御ユニット,
80 電源生成部,81 第1電源生成部,82 第2電源生成部,
90 ヘッド制御部,91A 第1シフトレジスタ,
91B 第2シフトレジスタ,92A 第1ラッチ回路,
92B 第2ラッチ回路,93 制御ロジック,94 デコーダ,
95A 第1スイッチ,95B 第2スイッチ,
110 コンピュータ,111 ホスト側コントローラ,
112 インタフェース部,113 CPU,114 メモリ,
120 表示装置,130 入力装置,140 記録再生装置,
Nz ノズル,SI ドット形成データ,VH_A 第1高圧電源,
VH_B 第2高圧電源,VC 中間電圧,VL 最低電圧,
VU 最高電圧,VV 微振動電圧,T 印刷期間,
COM_A 第1駆動信号,COM_B 第2駆動信号,
COM_A´ 第1波形信号,COM_B´ 第2波形信号,
PS1 第1吐出パルス,PS2 第2吐出パルス,
PS3 第3吐出パルス,PS4 第1微振動パルス,
PS5 第2微振動パルス,PS6 第3微振動パルス,
PS7 第4微振動パルス,PS11 第1吐出パルス,
PS12 第2吐出パルス,PS13 微振動パルス,
PS14 第3吐出パルス
Claims (9)
- (A)ノズルから液体を吐出させるための動作をする素子と、
(B)前記素子を動作させるための電圧変化パターンを有する第1駆動信号を生成する第1駆動信号生成部と、
(C)前記素子を動作させるための前記第1駆動信号の電圧変化パターンとは異なる他の電圧変化パターンを有する、第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成部と、
(D)前記第1駆動信号の生成に用いられる第1電源を生成するとともに、前記第2駆動信号の生成に用いられ、電源電圧が前記第1電源の電源電圧とは異なる第2電源を生成する、電源生成部と、
(E)を有する、液体吐出装置。 - 請求項1に記載の液体吐出装置であって、
前記電源生成部は、
前記第1駆動信号の振幅に応じた電源電圧に定められた第1電源を生成する第1電源生成部と、
前記第2駆動信号の振幅に応じた電源電圧に定められた第2電源を生成する第2電源生成部とを有する、液体吐出装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の液体吐出装置であって、
前記第1駆動信号生成部は、
第1デジタルデータで表される電圧値に対応する第1アナログ信号を出力する第1アナログ信号出力部と、
前記第1アナログ信号の電流を増幅する第1電流増幅部とを有し、
前記第2駆動信号生成部は、
第2デジタルデータで表される電圧値に対応する第2アナログ信号を出力する第2アナログ信号出力部と、
前記第2アナログ信号の電流を増幅する第2電流増幅部とを有する、液体吐出装置。 - 請求項3に記載の液体吐出装置であって、
前記第1電流増幅部は、
相補的に接続されたバイポーラトランジスタ対を有し、
前記第2電流増幅部は、
相補的に接続された他のバイポーラトランジスタ対を有する、液体吐出装置。 - 請求項1から請求項4の何れかに記載の液体吐出装置であって、
前記素子は、
充電レベルに応じた度合いで変形し、変形によって前記ノズルに連通された圧力室内の液体に圧力変化を与えるものである、液体吐出装置。 - 請求項1から請求項5の何れかに記載の液体吐出装置であって、
前記第1駆動信号は、
最大量の液体を前記ノズルから吐出させる際に前記素子へ印加される最大量吐出パルスを含み、
前記第2駆動信号は、
前記最大量吐出パルス以外のパルスを含む、液体吐出装置。 - 請求項6に記載の液体吐出装置であって、
前記第2駆動信号は、
前記液体の増粘を抑制する際に前記素子へ印加される増粘抑制パルスを含む、液体吐出装置。 - 請求項7に記載の液体吐出装置であって、
前記素子は、
充電レベルに応じた度合いで変形し、変形によって前記ノズルに連通された圧力室内の液体に圧力変化を与えるものであり、
前記増粘抑制パルスは、
前記液体が吐出されない程度の圧力変化を前記圧力室の液体に与えるための動作を、前記素子に行わせる、液体吐出装置。 - 請求項6に記載の液体吐出装置であって、
前記第2駆動信号は、
前記最大量よりも少ない量の液体を前記ノズルから吐出させる際に前記素子へ印加される他の吐出パルスを含む、液体吐出装置。
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