JP2009132161A

JP2009132161A - インクジェットプリンタ

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Publication number: JP2009132161A
Application number: JP2009063544A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Oshima; 敦大島; Kunio Tabata; 邦夫田端
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2027-02-20
Also published as: JP4840467B2

Abstract

【課題】駆動波形信号をパルス変調し、それをデジタル電力増幅器で増幅して駆動信号を出力するにあたり、駆動信号ＣＯＭの再現性を向上させる。
【解決手段】駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調タイミングを規定するためのパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔを変調回路２４に向けて出力することにより、駆動信号ＣＯＭを駆動波形信号ＷＣＯＭに再現させることが可能となる。駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調がパルス幅変調である場合、三角波信号の位相を規定する三角波位相基準信号をパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔとして出力する。駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調がパルス密度変調である場合、量子化誤差を初期化するためのリセット信号をパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔとして出力する。
【選択図】図２

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、印刷媒体と印刷ヘッド(インクジェットヘッドともいう)とを相対移動させながら、そのインクジェット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。インクジェットヘッドをキャリッジと呼ばれる移動体に載せて印刷媒体の搬送方向と交差する方向に移動させるものを一般にマルチパス型インクジェットプリンタと呼んでいる。これに対し、印刷媒体の搬送方向と交差する方向に長尺なインクジェットヘッド（一体である必要はない）を配置して、所謂１パスでの印刷が可能とするものを一般に「ラインヘッド型インクジェットプリンタ」と呼んでいる。特に、ラインヘッド型インクジェットプリンタでは、ローラに搬送ベルトを巻回して張架し、この搬送ベルトで印刷媒体を搬送しながら高速印刷を行うことで、印刷媒体一枚あたりの印刷所要時間を短縮することが提案されている。

ところで、この種のインクジェットプリンタでは、より一層高い階調が要求されている。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。階調度を変えるには、例えばインクジェットヘッドに設けられたアクチュエータへの駆動信号を変える必要がある。例えば、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（正確には振動板）の変位量（歪み）が大きくなるので、これを用いてインク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、例えば電圧波高値が異なる複数の駆動パルスを組合せて連結して駆動信号を生成し、これをインクジェット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、この駆動信号から、形成すべきインクドットの階調度に応じた駆動パルスをノズル毎に選択し、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インク滴を吐出するようにすることで、要求されるインクドットの階調度を達成するようにしている。

駆動信号（或いは駆動パルス）の生成方法は、例えば下記特許文献２の図２に記載されている。即ち、駆動信号のデータが記憶されているメモリからデータを読出し、それをＤ／Ａ変換器でアナログデータに変換し、電流増幅器を通してインクジェットヘッドに駆動信号を供給する。電流増幅器の回路構成は、同図３に示すように、プッシュプル接続されたトランジスタで構成され、所謂リニア駆動によって駆動信号を増幅している。しかしながら、このような構成の電流増幅器では、トランジスタのリニア駆動そのものが低効率であり、トランジスタ自体の発熱対策として大型トランジスタを使用する必要がある上、トランジスタの冷却用放熱板が必要となるなど、回路規模が大きくなるという欠点があり、特に冷却用放熱板の大きさは、レイアウト上、大きな障害となる。

この欠点を克服するため、駆動信号の増幅出力にデジタル電力増幅器、所謂Ｄ級アンプを用いることが考えられる。デジタル電力増幅器は、アナログ電力増幅器に比べて電力増幅効率に優れているために電力損失が少なく、また駆動信号の早い立ち上がりや立ち下がりにも十分に対応することが可能である。デジタル電力増幅器を用いて駆動信号を電力増幅する場合、例えばアクチュエータの駆動状態を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成し、その駆動波形信号をパルス変調し、パルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器で電力増幅し、電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化してアクチュエータに駆動信号として供給する。例えば、下記特許文献３に記載されるインクジェットプリンタでは、出力された駆動信号を帰還し、電源電圧の変動による駆動信号の電圧値の変動を、フィードバック補正するようにしている。

特開平１０−８１０１３号公報特開２００４−３０６４３４号公報特開２００５−３２９７１０号公報

しかしながら、デジタル電力増幅器を用いて駆動信号の増幅を行う場合、駆動波形信号のパルス変調が必要となるが、例えばパルス変調にパルス幅変調を用いる場合、三角波信号の位相と駆動波形信号の位相とがずれると変調信号のパルス幅が変化し、その変化によって生成される駆動信号の再現性が低下する恐れがあり、そのような場合にはインクジェットヘッドのノズルから吐出されるインク滴の重量が変化して印刷画質劣化の原因となる。
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、駆動波形信号をパルス変調し、それをデジタル電力増幅器で増幅して駆動信号を出力するにあたり、駆動信号の再現性を向上させ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。

上記課題を解決するために、本発明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アクチュエータと、インク滴を吐出すべきノズルのアクチュエータに駆動信号を印加する駆動手段とを備えたインクジェットプリンタであって、前記アクチュエータの駆動状態を制御する信号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を電力増幅するデジタル電力増幅器と、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給する平滑フィルタと、前記変調手段による駆動波形信号のパルス変調タイミングを規定するためのパルス変調基準信号を当該変調手段に向けて出力するパルス変調基準信号発生手段とを備え、前記変調手段による駆動波形信号のパルス変調がパルス密度変調であり、当該パルス密度変調が、駆動波形信号を量子化し、その入出力誤差である量子化誤差を遅延し、その遅延量子化誤差を駆動波形信号に加算するものである場合、前記パルス変調基準信号発生手段は、量子化誤差を初期化するためのリセット信号をパルス変調基準信号として出力することを特徴とするものである。

このインクジェットプリンタによれば、駆動波形信号のパルス変調タイミングを規定するためのパルス変調基準信号を当該変調手段に向けて出力することにより駆動信号の再現性を向上させることが可能となる。
また、駆動波形信号のパルス変調がパルス密度変調である場合には、変調シーケンス又は変調パラメータをリセットするためのリセット信号をパルス変調基準信号として出力することで駆動信号の再現性を向上させることが可能となる。

本発明のインクジェットプリンタを適用したラインヘッド型インクジェットプリンタの第１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のインクジェットプリンタ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。時系列的に連結された駆動波形信号又は駆動信号の説明図である。駆動信号をアクチュエータに接続する選択部のブロック図である。駆動信号発生回路のブロック構成図である。パルス幅変調回路の作用の説明図である。図６のデジタル電力増幅器の作用の説明図である。図７のパルス幅変調回路で三角波信号の位相がずれた場合の駆動信号の説明図である。図９の駆動信号を重ね合わせた説明図である。三角波位相基準信号からなるパルス変調基準信号の作用の説明図である。本発明のインクジェットプリンタの第２実施形態を示すパルス密度変調回路のブロック図である。図１２のパルス密度変調回路で行われる処理のフローチャートである。本発明のインクジェットプリンタの第３実施形態を示す制御装置のブロック構成図である。

次に、本発明のインクジェットプリンタの第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、図の右から左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、ラインヘッド型インクジェットプリンタである。但し、本実施形態のインクジェット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インクジェットヘッド、符号３は、同じく下流側に設けられた第２インクジェットヘッドであり、第１インクジェットヘッド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インクジェットヘッド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インクジェットヘッド２及び第２インクジェットヘッド３は、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の各色毎に、印刷媒体１の搬送方向にずらして配設されている。各インクジェットヘッド２，３には、図示しない各色のインクタンクからインク供給チューブを介してインクが供給される。各インクジェットヘッド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インク滴を吐出することにより、印刷媒体１上に微小なインクドットを形成出力する。これを各色毎に行うことにより、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、所謂ワンパスによる印刷を行うことができる。即ち、これらのインクジェットヘッド２，３の配設領域が印字領域に相当する。

インクジェットヘッドの各ノズルからインクを吐出出力する方法としては、静電方式、ピエゾ方式、膜沸騰インク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インク滴がノズルから吐出出力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インク滴がノズルから吐出出力されるというものである。膜沸騰インクジェット方式は、キャビティ内に微小ヒータがあり、瞬間的に３００℃以上に加熱されてインク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インク滴がノズルから吐出出力されるというものである。本発明は、何れのインク出力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インク滴の吐出量を調整可能なピエゾ素子に特に好適である。

第１インクジェットヘッド２のインク滴吐出用ノズルは第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インクジェットヘッド３のインク滴吐出用ノズルは第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インクジェットヘッド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、どちらか一方のインクジェットヘッドだけでは、ワン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インクジェットヘッド２と第２インクジェットヘッド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インクジェットヘッド２の下方に配設されているのが当該第１インクジェットヘッド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インクジェットヘッド３の下方に配設されているのが当該第２インクジェットヘッド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、例えばインクジェットヘッド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インク吸収体と、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インクジェットヘッド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、インクジェットヘッド２，３のノズル面に開設されているノズルからインク滴や気泡が吸い出され、インクジェットヘッド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、ベルト帯電装置１９としては、所謂電荷を降らせるコロトロンなどでもよい。

従って、このインクジェットプリンタによれば、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インクジェットヘッド２の下方に移動し、当該第１インクジェットヘッド２に形成されているノズルからインク滴を吐出して印字を行う。この第１インクジェットヘッド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インクジェットヘッド３の下方に移動し、当該第２インクジェットヘッドに形成されているノズルからインク滴を吐出して印字を行う。この第２インクジェット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インクジェットヘッド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インクジェットヘッド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インクジェットヘッド２，３のノズルからインク滴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。

前記インクジェットプリンタ内には、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２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、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、インクジェットヘッド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、インクジェットヘッド２、３、右側電動モータ１１Ｒ、左側電動モータ１１Ｌで使用する駆動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（駆動信号選択データ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６７で駆動信号に変換されてインクジェットヘッドの複数のノズルに対応するアクチュエータ、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。

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、パルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔを出力するパルス変調基準信号発生回路７１とを備えている。駆動波形信号発生回路７０は、例えば図３に示すように、駆動波形信号ＷＣＯＭが中間電位（オフセット）まで立ち上げられている状態から、時間幅Ｔ１の間、クロック信号の立上がりのタイミングで波形データ＋ΔＶ１ずつ駆動波形信号ＷＣＯＭを加算し、次いで時間幅Ｔ０の間、駆動波形信号ＷＣＯＭを一定値に保持し（波形データ０）、次いで時間幅Ｔ２の間、クロック信号の立上がりのタイミングで波形データ−ΔＶ２ずつ駆動波形信号ＷＣＯＭを減算する。このようにして生成された駆動波形信号ＷＣＯＭを、例えばインタフェース６７でパルス変調し、電力増幅して駆動信号ＣＯＭとしてインクジェットヘッド２、３に供給することで、各ノズル毎に設けられているピエゾ素子などのアクチュエータを駆動することが可能となり、各ノズルからインク滴を吐出することができる。また、パルス変調基準信号発生回路７１から出力されるパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔは、駆動波形信号のパルス変調タイミングを規定するためのものであるが、その詳細は後段に説明する。

この駆動信号ＣＯＭ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、駆動信号ＣＯＭの立下がり部分がキャビティ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、駆動信号ＣＯＭ又は駆動波形信号ＷＣＯＭ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信号ＣＯＭ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４に示すように、複数の駆動信号ＣＯＭ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信号ＣＯＭを選択してピエゾ素子などのアクチュエータ２２に供給し、インク滴を吐出したり、複数の駆動信号ＣＯＭを選択してピエゾ素子などのアクチュエータ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。このような技術の組み合わせによって多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、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したりするのに用いられる。

これらの結果、インクジェットヘッド２、３には、インタフェース６７で生成された駆動信号ＣＯＭ、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ピエゾ素子などのアクチュエータの駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動信号選択データ信号ＳＩ＆ＳＰ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭとインクジェットヘッド２、３のアクチュエータとを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動信号選択データ信号ＳＩ＆ＳＰをシリアル信号としてインクジェットヘッド２、３に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。なお、これ以後、複数の駆動信号ＣＯＭを時系列的に連結して出力する場合、単独の駆動信号ＣＯＭを駆動パルスＰＣＯＭとし、駆動パルスＰＣＯＭが時系列的に連結された信号全体を駆動信号ＣＯＭと記す。

次に、前記駆動回路から出力される駆動信号ＣＯＭとピエゾ素子などのアクチュエータを接続する構成について説明する。図５は、駆動信号ＣＯＭとピエゾ素子などのアクチュエータ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に対応したピエゾ素子などのアクチュエータを指定するための駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰ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、レベルシフタの出力に応じて駆動信号ＣＯＭをピエゾ素子などのアクチュエータ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、駆動信号選択データ信号ＳＩ＆ＳＰ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、ノズル数分の駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰ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、駆動信号ＣＯＭ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。従って、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１が閉じられるピエゾ素子などのアクチュエータは駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭに接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰ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、ピエゾ素子などのアクチュエータのグランド端である。また、この選択スイッチ２０１によれば、ピエゾ素子などのアクチュエータを駆動信号ＣＯＭから切り離した後も、当該アクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。

次に、駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調し、更に電力増幅して駆動信号ＣＯＭを生成出力する、インタフェース６７内に構築された駆動信号発生回路について説明する。この駆動信号発生回路は、図６に示すように、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信号を電力増幅するデジタル電力増幅器、所謂Ｄ級アンプ２５と、デジタル電力増幅器２５で電力増幅された電力増幅変調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。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。このパルス幅変調回路２４は、周知の三角波発振器と、この三角波発振器から出力される三角波信号と駆動波形信号ＷＣＯＭとを比較する比較器とで構成される。このパルス幅変調回路２４によれば、例えば図７に示すように、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波信号以上であるときにＨｉ、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波信号未満であるときにＬｏとなる変調信号、所謂ＰＷＭ信号が出力される。なお、本実施形態では、パルス変調基準信号発生回路７１から出力されるパルス変調基準信号、具体的には三角波位相基準信号によって三角波信号の位相を規定することができるようになっている。

次に、デジタル電力増幅器、所謂Ｄ級アンプ２５の作用について説明する。この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、パルス幅変調回路２４からの変調信号に基づいて、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８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、例えば一つの抵抗Ｒと一つのインダクタンスＬと一つの静電容量Ｃの組み合わせからなるローパス（低域通過）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、所謂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、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損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅器２５の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。

図７は、前述したように、本実施形態のパルス幅変調回路２４におけるパルス幅変調の作用を示すものであるが、同図ａ，ｂに示すように、場合によっては三角波信号の位相がずれる可能性がある。三角波信号の位相がずれると、駆動波形信号ＷＣＯＭとの比較タイミングにずれが生じ、その結果、図９、図１０に示すように、駆動信号ＣＯＭにずれが生じる、つまり駆動信号ＣＯＭの再現性が低下する。駆動信号の再現性が低下すると、当然ながら、インクジェットヘッド２，３のノズルから吐出されるインク滴の重量が変化して印刷画質劣化の原因となる。

そこで、本実施形態では、図１１に示すように、三角波位相基準信号からなるパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔの立上がりに合わせて三角波信号を出力し始めるように構成されている。その結果、三角波位相基準信号からなるパルス変調基準信号を駆動波形信号ＷＣＯＭと同期させることで、駆動波形信号ＷＣＯＭと三角波信号との位相ずれがなくなり、駆動信号ＣＯＭの再現性が向上し、もってインクジェットヘッド２，３のノズルから吐出されるインク滴の重量を確保して印刷画質劣化を防止することが可能となる。

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、インクジェットヘッド２，３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アクチュエータと、インク滴を吐出すべきノズルのアクチュエータに駆動信号ＣＯＭを印加する駆動手段とを備えたインクジェットプリンタにあって、アクチュエータの駆動状態を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成し、その駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調し、パルス変調された変調信号を電力増幅し、電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化してアクチュエータに駆動信号ＣＯＭとして供給するに際し、駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調タイミングを規定するためのパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔを当該変調手段に向けて出力する構成としたため、駆動信号ＣＯＭの再現性を向上させることが可能となる。
また、駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調がパルス幅変調である場合、三角波信号の位相を規定する三角波位相基準信号をパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔとして出力する構成としたため、発明を実施化し易い。

次に、本発明のインクジェットプリンタの第２実施形態として、第１実施形態のパルス幅変調回路に代えてパルス密度変調回路を用いた場合について説明する。パルス密度変調回路は、周知のように、アナログ信号を量子化器で量子化（２値化）し、その結果に基づいて、クロック長相当のパルスをＯＮ・ＯＦＦ制御するものである。図１２には、本実施形態で駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス密度変調（ＰＤＭ：Pulse Density Modulation）するパルス密度変調回路のブロック図を示す。基本的なパルス密度変調回路は、駆動波形信号ＷＣＯＭを量子化器４１で量子化（２値化）し、その入出力誤差を量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）として加減算器４２で抽出し、その量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）を遅延素子４４で遅延し、遅延量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ−１）を加算器４５で駆動波形信号ＷＣＯＭに加算する。

しかしながら、この既存のパルス密度変調回路では、算出される量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）が常に変化しているため、駆動波形信号ＷＣＯＭがパルス密度変調回路に入力される度に、その量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）が異なる。そのため、ピエゾ素子などのアクチュエータを駆動する度に、駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス密度変調ＰＤＭした変調信号が異なるものとなってしまう。そこで、本実施形態では、加減算器４２と遅延素子４４との間に初期化器４３を介装し、リセット信号からなるパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔを駆動波形信号ＷＣＯＭと同期して出力し、このリセット信号からなるパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔを入力したら、初期化器４３で量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）を一定値に初期化して、変調シーケンス又は変調パラメータをリセットしてしまう。
図１３は、このパルス密度変調回路の機能をフローチャートで示したものである。この演算処理では、まずステップＳ１で、時間ｔにおける駆動波形信号ＷＣＯＭ（ｔ）を読込む。

次にステップＳ２に移行して、読込まれた駆動波形信号ＷＣＯＭ（ｔ）に遅延量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ−１）を加算する。
次にステップＳ３に移行して、遅延量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ−１）が加算された駆動波形信号ＷＣＯＭ（ｔ）を閾値と比較してパルス密度変調信号ＰＤＭを出力する。
次にステップＳ４に移行して、遅延量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ−１）が加算された駆動波形信号ＷＣＯＭ（ｔ）からパルス密度変調信号ＰＤＭを減算して量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）を算出する。

次にステップＳ５に移行して、リセット信号からなるパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔが入力されたか否かを判定し、リセット信号からなるパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔが入力された場合にはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ７に移行する。
ステップＳ６では、量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）を一定値に初期化してから、変調シーケンス又は変調パラメータをリセットしてからステップＳ７に移行する。
ステップＳ７では、量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）を遅延して遅延量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ−１）を算出してからステップＳ１に移行する。

この演算処理によれば、リセット信号からなるパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔが入力されたら量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ）が一定値に初期化されて変調シーケンス又は変調パラメータがリセットされるため、パルス密度変調開始時の駆動波形信号ＷＣＯＭに加算される遅延量子化誤差Ｅｒｒ（ｔ−１）が一定の値となり、パルス密度変調されて電力増幅された駆動信号ＣＯＭの再現性を向上させることができる。
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、前記第１実施形態の作用効果に加えて、駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調がパルス密度変調である場合、変調シーケンス又は変調パラメータをリセットするためのリセット信号をパルス変調基準信号ＣＯＭｒｓｔとして出力する構成としたため、発明を実施化し易い。

次に、本発明のインクジェットプリンタの第３実施形態について、図１４を用いて説明する。本実施形態では、前記第１実施形態の図２の制御装置のブロック図からパルス変調基準信号発生回路が削除されている。これに加えて、本実施形態では、駆動波形信号ＷＣＯＭの周期を、第１実施形態のパルス幅変調回路２４内の動作周期（キャリア周期）の整数倍としている。このように、駆動波形信号ＷＣＯＭの周期をパルス幅変調回路２４内の動作周期の整数倍とすることにより、パルス幅変調されて電力増幅された駆動信号ＣＯＭを駆動波形信号ＷＣＯＭに再現させることができる。

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、インクジェットヘッド２，３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アクチュエータと、インク滴を吐出すべきノズルのアクチュエータに駆動信号ＣＯＭを印加する駆動手段とを備えたインクジェットプリンタにあって、アクチュエータの駆動状態を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成し、その駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調し、変調された変調信号を電力増幅し、電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化してアクチュエータに駆動信号ＣＯＭとして供給するにあたり、駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調がパルス幅変調である場合、駆動波形信号ＷＣＯＭの周期を変調手段内の動作周期の整数倍としたことにより、駆動信号ＣＯＭの再現性を向上させることが可能となる。
なお、前記実施形態では所謂ラインヘッド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のヘッド駆動装置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のヘッド駆動装置は、マルチパス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。

１は印刷媒体、２は第１インクジェットヘッド、３は第２インクジェットヘッド、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、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、４１は量子化器、４２は加減算器、４３は初期化器、４４は遅延素子、４５は加算器、７０は駆動波形信号発生回路、７１はパルス変調基準信号発生回路

Claims

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アクチュエータと、インク滴を吐出すべきノズルのアクチュエータに駆動信号を印加する駆動手段とを備えたインクジェットプリンタであって、前記アクチュエータの駆動状態を制御する信号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を電力増幅するデジタル電力増幅器と、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給する平滑フィルタと、前記変調手段による駆動波形信号のパルス変調タイミングを規定するためのパルス変調基準信号を当該変調手段に向けて出力するパルス変調基準信号発生手段とを備え、前記変調手段による駆動波形信号のパルス変調がパルス密度変調であり、当該パルス密度変調が、駆動波形信号を量子化し、その入出力誤差である量子化誤差を遅延し、その遅延量子化誤差を駆動波形信号に加算するものである場合、前記パルス変調基準信号発生手段は、量子化誤差を初期化するためのリセット信号をパルス変調基準信号として出力することを特徴とするインクジェットプリンタ。