JP2009154477A - 液体噴射装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル電力増幅器を用いて電力増幅する場合に、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保して正確な駆動信号を出力可能とする。
【解決手段】液体噴射用のノズルアクチュエータ２２を駆動するための基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを駆動波形信号発生回路２５で発生し、その駆動波形信号ＷＣＯＭを変調回路２６でパルス変調し、そのパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器２８のプッシュプル接続されたスイッチング素子対により電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタ２９で平滑化してノズルアクチュエータ２２に向けて出力するにあたり、ノズルアクチュエータ２２を駆動するタイミングの基準となるリセット信号ｒｓｔと変調周期との位相差ΔＴに応じて変調回路２６のパルス変調の変調周期を調整する。
【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液体噴射装置に関するものである。

このような印刷装置の１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な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。
液体噴射ノズルの形成された液体噴射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「マルチパス型印刷装置」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液体噴射ヘッドを配置して、所謂１パスでの印刷が可能なものを一般に「ラインヘッド型印刷装置」と呼んでいる。

ところで、この種の液体噴射型印刷装置では、電力増幅回路で電力増幅された駆動信号を圧電素子などのノズルアクチュエータに印加してノズルから液体を噴射するが、例えばリニア駆動されるプッシュプル接続型トランジスタ等のアナログ電力増幅器で駆動信号を電力増幅すると、損失が大きく、放熱のための大きなヒートシンクが必要となる。そこで、下記特許文献１では、駆動信号をデジタル電力増幅器、所謂Ｄ級アンプで電力増幅することにより、損失を低減し、ヒートシンクを無用としている。
特開２００５−３２９７１０号公報

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、駆動信号の基準となる駆動波形信号をパルス変調し、その変調信号に対してデジタル電力増幅を行うのが一般的である。一方、ラインヘッド型印刷装置で１パスによる高画質な高速印刷を行う場合、１ドットの印刷所要時間は極めて短い。例えばノズルアクチュエータが圧電素子である場合、この短いドット印刷所要時間にノズル内の液体を引込み、次いで押出して噴射する必要があり、そのためには正確な台形波の駆動電圧信号が必要となる。この駆動信号と同程度に駆動波形信号は精密であるため、その精密な駆動波形信号を正確にパルス変調するためには、パルス変調のタイミング、例えばパルス幅変調であれば三角波信号の位相を駆動波形信号に対して常に一定の状態にする必要がある。そこで、ラインヘッド型印刷装置で印刷する場合に必須のノズルアクチュエータ駆動タイミングの基準となるリセット信号、換言すれば駆動信号発生タイミングの基準となるリセット信号を用いて、パルス変調のタイミング、例えば三角波信号そのものをリセットする方法が考えられる。しかしながら、単に三角波信号をリセット信号に合わせてリセットするだけでは、リセット信号近傍における変調信号のデューティ比が変化してしまい、正確な駆動信号が得られないという問題が発生する。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、デジタル電力増幅器を用いて電力増幅する場合に、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保して正確な駆動信号を出力可能な液体噴射装置及びその駆動方法を提供することを目的とするものである。

上記諸問題を解決するため、本発明の液体噴射装置は、液体噴射用のアクチュエータを駆動するための基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路で発生された駆動波形信号をパルス変調する変調回路と、プッシュプル接続されたスイッチング素子対により前記変調回路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、前記アクチュエータに向けて出力する平滑フィルタと、前記アクチュエータを駆動するタイミングの基準となるリセット信号に応じて前記変調回路のパルス変調の変調周期を調整する変調周期調整回路とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の変調周期とは、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）の三角波周波数、パルス密度変調（ＰＤＭ）のサンプリング周波数のように、パルス変調の基本単位周期を表す。なお、変調周期は、パルス周波数変調（ＰＦＭ）やパルス位相変調（ＰＰＭ）におけるパル変調の基本単位周期にも適用できる。
而して、本発明の液体噴射装置によれば、リセット信号と変調周期との位相差に応じて変調周期を調整することにより、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保して正確な駆動信号を出力することができる。

また、本発明の液体噴射装置は、前記変調回路によるパルス変調がパルス幅変調である場合、前記変調周期調整回路は、変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差を検出し、その位相差に応じてパルス変調の変調周期を調整することを特徴とするものである。
本発明の液体噴射装置によれば、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保して正確な駆動信号を出力することができる。

また、本発明の液体噴射装置は、前記変調周期調整回路は、前記変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差が三角波信号の周期の半分以下である場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を予め設定された基準周期と前記位相差との加算値に設定することを特徴とするものである。
本発明の液体噴射装置によれば、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保することができる。

また、本発明の液体噴射装置は、前記変調周期調整回路は、前記変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差が三角波信号の周期の半分より大きい場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を前記位相差に設定することを特徴とするものである。
本発明の液体噴射装置によれば、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保することができる。

また、本発明の液体噴射装置の駆動方法は、液体噴射用のアクチュエータを駆動するための基準となる駆動波形信号を発生し、その駆動波形信号を変調回路でパルス変調し、そのパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器のプッシュプル接続されたスイッチング素子対により電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化して前記アクチュエータに向けて出力するにあたり、前記変調回路によるパルス変調がパルス幅変調である場合、変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差を検出し、前記変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差が三角波信号の周期の半分以下である場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を予め設定された基準周期と前記位相差との加算値に設定し、前記位相差が三角波信号の周期の半分より大きい場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を当該位相差に設定することを特徴とするものである。
本発明の液体噴射装置の駆動方法によれば、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保して正確な駆動信号を出力することができる。

次に、本発明の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の一実施形態について説明する。
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、図の右から左に向けて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。

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。そして、このようにノズル列方向、即ち搬送方向と交差する方向の搬送速度を調整することにより、印刷媒体１の搬送姿勢を制御することが可能となる。なお、第１搬送部４の４本の第１搬送ベルト６のうち、図１ａの下端の第１搬送ベルト６には、ベルト幅方向外側に向けてタブ５８が突設されており、このタブ５８の通過をタブセンサ５９で検出し、その検出信号（リセット信号ｒｓｔ）をノズルアクチュエータの駆動タイミングの基準、即ち後述する駆動信号（又は駆動パルス）の発生タイミングの基準として用いる。

第１液体噴射ヘッド２及び第２液体噴射ヘッド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インク等の液体が供給される。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滴を噴射することにより、印刷媒体１上に微小なドットを出力する。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１パスによる印刷を行うことができる。

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、膜沸騰液体噴射方式などがあり、本実施形態ではピエゾ方式を用いた。ピエゾ方式は、アクチュエータである圧電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滴がノズルから噴射されるというものである。そして、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することで液滴の噴射量を調整することが可能となる。なお、圧電素子からなるアクチュエータは静電容量を有する容量性負荷である。

第１液体噴射ヘッド２のノズルは第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、例えば液体噴射ヘッド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、所謂電荷を降らせるコロトロンなどでもよい。

従って、この印刷装置によれば、ベルト帯電装置で第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て印刷媒体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滴を噴射して印刷を行う。この第１液体噴射ヘッド２による印刷が終了したら、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て印刷媒体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３に形成されているノズルから液滴を噴射して印刷を行う。この第２液体噴射ヘッド３による印刷が終了したら、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。

この印刷装置内には、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、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ったりタブセンサ５９からのリセット信号ｒｓｔを入力したりするための入力インタフェース６１と、この入力インタフェース６１から入力された印刷データやリセット信号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、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と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とを接続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滴を吐出するか或いはどの程度の液滴を吐出するかというノズル選択データやノズルアクチュエータへの駆動信号出力データを算出し、この印刷データや駆動信号出力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からはアクチュエータを駆動するための駆動信号が出力され、液体噴射ヘッド２，３の複数のノズルに対応するノズルアクチュエータ、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。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。

図３には、本実施形態の印刷装置の制御装置から液体噴射装置２、３に供給され、圧電素子からなるノズルアクチュエータを駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。本実施形態では、中間電位を中心に電位が変化する信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、ノズルアクチュエータを駆動して液体を噴射する単位駆動信号としての駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に接続したものであり、各駆動パルスＰＣＯＭ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、駆動パルスＰＣＯＭ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、液滴がノズルから噴射される。

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、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、これにより液滴の噴射量を変化させて異なる大きさのドットを得ることができる。従って、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を選択してアクチュエータに供給し、液滴を噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータに供給し、液滴を複数回噴射したりすることで種々の大きさのドットを得ることができる。即ち、液体が乾かないうちに複数の液滴を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液滴を噴射するのと同じことになり、ドットの大きさを大きくすることができるのである。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。なお、図３の左端の駆動信号ＣＯＭ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、液滴を噴射せずに、例えばノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。

これらの結果、液体噴射ヘッド２，３には、後述する駆動信号出力回路から出力される駆動信号ＣＯＭ、印刷データに基づいて噴射するノズルを選択すると共に圧電素子などのノズル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と液体噴射ヘッド２，３のノズル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ＳＩ＆ＳＰをシリアル信号として液体噴射ヘッド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、ノズルアクチュエータを駆動する駆動信号の最小単位を駆動パルス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と圧電素子などのノズルアクチュエータを接続する構成について説明する。図４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圧電素子などのノズル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ノズルアクチュエータ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が閉じられる圧電素子などのノズル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（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、圧電素子などのノズル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、圧電素子などのノズルアクチュエータを駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後も、当該ノズルアクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。

図５には、ノズルアクチュエータ２２を駆動するヘッドドライバ６５内の駆動信号出力回路の具体的な構成の一例を示す。ラインヘッド型印刷装置を構成する液体噴射ヘッド２，３には多数のノズルが形成されており、その夫々に、前述したノズルアクチュエータ２２が設けられている。これらのノズルアクチュエータ２２の上流側には、夫々、トランスミッションゲートで構成される選択スイッチ２３が配設されており、各選択スイッチ２３は図示しないノズル選択制御回路により印刷データに応じてオンオフされ、選択スイッチ２３がオンされているノズルアクチュエータ２２にのみ駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が印加される。

一方、駆動信号出力回路は、制御部６２からの駆動信号出力データに基づいて、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の元、つまりノズルアクチュエータ２２の駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成する駆動波形信号発生回路２５と、駆動波形信号発生回路２５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２６と、変調回路２６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２８と、デジタル電力増幅器２８で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）としてノズルアクチュエータ２２に供給する平滑フィルタ２９とを備えて構成される。

駆動波形信号発生回路２５は、予め設定されたデジタルデータを時系列に組合せて出力し、それをＤ／Ａ変換器でアナログ変換して駆動波形信号ＷＣＯＭとして出力する。本実施形態では、この駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２６に、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を用いた。パルス幅変調は、三角波信号発生回路２３で所定周波数の三角波信号を発生し、この三角波信号と駆動波形信号ＷＣＯＭとをコンパレータ２４で比較して、例えば三角波信号より駆動波形信号ＷＣＯＭが大きいときにオンデューティとなるパルス信号を変調信号として出力する。デジタル電力増幅器２８は、実質的に電力を増幅するためのハイサイドのスイッチング素子Ｑ１及びローサイドのスイッチング素子Ｑ２からなるハーフブリッジＤ級出力段３１と、変調回路２６からの変調信号に基づいて、それらのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＨ、ＧＬを調整するためのゲートドライバ回路３０とを備えて構成されている。また、平滑フィルタ２９はインダクタＬと静電容量Ｃの組合せからなるローパスフィルタで構成され、このローパスフィルタによって電力増幅変調信号の変調周期成分、この場合は三角波信号の周波数成分が除去される。

デジタル電力増幅器２８では、変調信号がＨｉレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはＨｉレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはＬｏレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はＯＮ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はＯＦＦ状態となり、その結果、ハーフブリッジＤ級出力段３１の出力は、供給電力ＶＤＤとなる。一方、変調信号がＬｏレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはＬｏレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはＨｉレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はＯＦＦ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はＯＮ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段３１の出力は０となる。

このようにハイサイド及びローサイドのスイッチング素子がデジタル駆動される場合には、ＯＮ状態のスイッチング素子に電流が流れるが、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状態のスイッチング素子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２８の損失は極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子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。

三角波信号発生回路２３から発生される三角波信号の周期、即ち変調周期は、変調周期調整回路２７によって変更設定される。この変調周期調整回路２７では、図６の演算処理が所定周期毎に実行される。図６の演算処理では、まずステップＳ１で、三角波信号の立下がりを検出したか否かを判定し、三角波信号の立下がりを検出した場合にはステップＳ２に移行し、そうでない場合にはステップＳ３に移行する。

ステップＳ２では、三角波信号とリセット信号の位相差ΔＴを０にリセットしてからステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、三角波信号とリセット信号ｒｓｔの位相差ΔＴを計測（カウントアップ）する。
次にステップＳ４に移行して、リセット信号ｒｓｔを検出したか否かを判定し、リセット信号ｒｓｔを検出した場合にはステップＳ５に移行し、そうでない場合にはステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、次の三角波信号の周期を予め設定された基準周期Ｔに設定してからメインプログラムに移行する。
ステップＳ５では、三角波信号とリセット信号ｒｓｔの位相差ΔＴが基準周期Ｔの半分値Ｔ／２以下であるか否かを判定し、当該位相差ΔＴが基準周期Ｔの半分値Ｔ／２以下である場合にはステップＳ７に移行し、そうでない場合にはステップＳ８に移行する。
ステップＳ７では、次の三角波信号の周期を基準周期Ｔと位相差ΔＴとの加算値Ｔ＋ΔＴに設定してからメインプログラムに復帰する。
一方、ステップＳ８では、次の三角波信号の周期を三角波信号とリセット信号ｒｓｔの位相差ΔＴに設定してからメインプログラムに復帰する。

図７は、三角波信号の立下がりとリセット信号の立上がりの位相差ΔＴが三角波信号の基準周期Ｔの半分値Ｔ／２以下である場合を想定し、図７ａには、リセット信号ｒｓｔに関わりなく三角波信号を出力し続けたときの変調信号を、図７ｂには、リセット信号ｒｓｔの立上がりに合わせて三角波信号をリセットしたときの変調信号を、図７ｃには、本実施形態における変調信号を示す。同様に、図８は、三角波信号の立下がりとリセット信号の立上がりの位相差ΔＴが三角波信号の基準周期Ｔの半分値Ｔ／２より大きい場合を想定し、図８ａには、リセット信号ｒｓｔに関わりなく三角波信号を出力し続けたときの変調信号を、図８ｂには、リセット信号ｒｓｔの立上がりに合わせて三角波信号をリセットしたときの変調信号を、図８ｃには、本実施形態における変調信号を示す。なお、理解を容易にするために、駆動波形信号ＷＣＯＭは一定値とした。

例えば、リセット信号ｒｓｔの立上がりを駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の発生タイミングとすると、リセット信号ｒｓｔに関わりなく三角波信号を出力し続けたのでは、図７ａ及び図８ａに示すように、駆動波形信号ＷＣＯＭに対する三角波信号の位相状態が一定でなくなるために変調信号が変化してしまう。これに対し、図７ｂ及び図８ｂに示すように、リセット信号ｒｓｔの立上がりに合わせて三角波信号をリセットしてしまえば、駆動波形信号ＷＣＯＭに対する三角波信号の位相状態を常に一定にすることができ、変調信号も一定の状態にすることができる。しかしながら、特に図７ｂに示すように、リセット信号の立上がりに合わせて三角波信号をリセットした場合、変調信号のオンデューティ時間が長くなり、デューティ比が大きくなる可能性があり、最大で駆動波形信号ＷＣＯＭ本来のデューティ比の２倍近くになる可能性もある。一方、図７ｃ及び図８ｃに示すように、リセット信号ｒｓｔと三角波信号の位相差ΔＴに応じて、リセット信号ｒｓｔの次の三角波信号の変調周期を調整する場合、リセット信号ｒｓｔの立上がり時の三角波信号による駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調は位相ズレしてしまうが、次以降の三角波信号による駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調は、リセット信号ｒｓｔの立上がりに合わせて三角波信号をリセットした場合と同じになる。特に、リセット信号ｒｓｔと三角波信号の位相差ΔＴが基準周期Ｔの半分値Ｔ／２以下である場合にはリセット信号ｒｓｔの次の三角波信号の周期を基準周期Ｔと位相差ΔＴとの加算値Ｔ＋ΔＴとし、リセット信号ｒｓｔと三角波信号の位相差ΔＴが基準周期Ｔの半分値Ｔ／２より大きい場合にはリセット信号ｒｓｔの次の三角波信号の周期を位相差ΔＴとすることにより、当該リセット信号ｒｓｔの次の三角波信号による駆動波形信号ＷＣＯＭのパルス変調のデューティ比変動を抑制することができる。

図９は、図７と同様に、三角波信号の立下がりとリセット信号の立上がりの位相差ΔＴが三角波信号の基準周期Ｔの半分値Ｔ／２以下である場合を想定し、図９ａには、本実施形態における変調信号を、図９ｂには、本実施形態における駆動信号ＣＯＭを示す。駆動波形信号ＷＣＯＭは、デューティ比が５０％となる一定電圧値とした。本実施形態のパルス変調によれば、リセット信号ｒｓｔの立上がりの近傍でもデューティ比は一定であり、駆動信号ＣＯＭも駆動波形信号ＷＣＯＭによく追従している。

これに対し、図１０は、図７と同様に、三角波信号の立下がりとリセット信号の立上がりの位相差ΔＴが三角波信号の基準周期Ｔの半分値Ｔ／２以下である場合を想定し、図１０ａには、リセット信号ｒｓｔの立上がりに合わせて三角波信号をリセットしたときの変調信号を、図１０ｂには、その場合の駆動信号ＣＯＭを示す。この比較例では、リセット信号の立上がり近傍で変調信号のデューティ比（オンデューティ）が大きくなり、その結果、駆動信号ＣＯＭが一時的に駆動波形信号ＷＣＯＭより大きくなってしまっている。このような駆動信号ＣＯＭの不適合は、例えばノズル内の振動として残存し、メニスカスが不安定になって液体噴射に障害となる恐れがある。

このように本実施形態の液体噴射装置によれば、ノズルアクチュエータ２２を駆動するための基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを駆動波形信号発生回路２５で発生し、その駆動波形信号ＷＣＯＭを変調回路２６でパルス変調し、そのパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器２８のプッシュプル接続されたスイッチング素子対により電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタ２９で平滑化してノズルアクチュエータ２２に向けて出力するにあたり、ノズルアクチュエータ２２を駆動するタイミングの基準となるリセット信号ｒｓｔに応じて変調回路２６のパルス変調の変調周期を変調周期調整回路２７で調整する構成としたため、リセット信号ｒｓｔと変調周期との位相差ΔＴに応じて変調周期を調整することにより、駆動波形信号ＷＣＯＭに適合する変調信号のデューティ比を確保して正確な駆動信号ＣＯＭを出力することができる。

また、変調回路２６によるパルス変調がパルス幅変調である場合、変調周期調整回路２７は、変調回路２６の三角波信号とリセット信号ｒｓｔとの位相差ΔＴを検出し、その位相差ΔＴに応じてパルス変調の変調周期を調整する構成としたため、駆動波形信号ＷＣＯＭに適合する変調信号のデューティ比を確保して正確な駆動信号ＣＯＭを出力することができる。
また、変調回路２６の三角波信号とリセット信号ｒｓｔとの位相差ΔＴが三角波信号の周期の半分以下である場合には、リセット信号ｒｓｔの次の三角波信号の周期を予め設定された基準周期Ｔと位相差ΔＴとの加算値に設定する構成としたため、駆動波形信号ＷＣＯＭに適合する変調信号のデューティ比を確保することができる。

また、変調回路２６の三角波信号とリセット信号ｒｓｔとの位相差ΔＴが三角波信号の周期の半分より大きい場合には、リセット信号ｒｓｔの次の三角波信号の周期を位相差ΔＴに設定する構成としたため、駆動波形信号に適合する変調信号のデューティ比を確保することができる。
なお、前記実施形態では、本発明の液体噴射装置をラインヘッド型印刷装置に用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の液体噴射装置は、マルチパス型印刷装置にも同様に適用可能である。

また、前記実施形態では、本発明の液体噴射装置をインクジェット式印刷装置に具体化したが、この限りではなく、インク以外の他の液体（液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む）や液体以外の流体（流体として流して噴射できる固体など）を噴射したり吐出したりする液体噴射装置に具体化することもできる。例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッサンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体を噴射する液状体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられて試料となる液体を噴射する液体噴射装置であってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液を基板上に吐出する液体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液を噴射する液体噴射装置、ジェルを噴射する流状体噴射装置、トナーなどの粉体を例とする固体を噴射する流体噴射式記録装置であってもよい。そして、これらのうち何れか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。

本発明の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の一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の液体噴射型印刷装置の制御装置のブロック図である。 ノズルアクチュエータを駆動する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。 図２のヘッドドライバに構築された駆動信号出力回路のブロック図である。 図５の変調周期調整回路で行われる演算処理のフローチャートである。 三角波信号とリセット信号の位相差が三角波信号の基準周期の半分値以下である場合の変調信号の説明図である。 三角波信号とリセット信号の位相差が三角波信号の基準周期の半分値より大きい場合の変調信号の説明図である。 三角波信号とリセット信号の位相差が三角波信号の基準周期の半分値以下である場合の図５の演算処理による変調信号及び駆動信号の説明図である。 三角波信号とリセット信号の位相差が三角波信号の基準周期の半分値以下である場合にリセット信号に合わせて三角波信号をリセットしたときの変調信号及び駆動信号の説明図である。

符号の説明

１は印刷媒体、２，３は液体噴射ヘッド、４，５は搬送部、２３は三角波信号発生回路、２４はコンパレータ、２５は駆動波形信号発生回路、２６は変調回路、２７は変調周期調整回路、２８はデジタル電力増幅器、２９は平滑フィルタ、３０はゲートドライバ回路、３１はハーフブリッジ出力段、５８はタブ、５９はタブセンサ、６２は制御部、６５はヘッドドライバ

Claims (5)

1. 液体噴射用のアクチュエータを駆動するための基準となる駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路で発生された駆動波形信号をパルス変調する変調回路と、プッシュプル接続されたスイッチング素子対により前記変調回路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、前記アクチュエータに向けて出力する平滑フィルタと、前記アクチュエータを駆動するタイミングの基準となるリセット信号に応じて前記変調回路のパルス変調の変調周期を調整する変調周期調整回路とを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記変調回路によるパルス変調がパルス幅変調である場合、前記変調周期調整回路は、変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差を検出し、その位相差に応じてパルス変調の変調周期を調整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. 前記変調周期調整回路は、前記変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差が三角波信号の周期の半分以下である場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を予め設定された基準周期と前記位相差との加算値に設定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. 前記変調周期調整回路は、前記変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差が三角波信号の周期の半分より大きい場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を前記位相差に設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の液体噴射装置。
5. 液体噴射用のアクチュエータを駆動するための基準となる駆動波形信号を発生し、その駆動波形信号を変調回路でパルス変調し、そのパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器のプッシュプル接続されたスイッチング素子対により電力増幅し、その電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化して前記アクチュエータに向けて出力するにあたり、前記変調回路によるパルス変調がパルス幅変調である場合、変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差を検出し、前記変調回路の三角波信号とリセット信号との位相差が三角波信号の周期の半分以下である場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を予め設定された基準周期と前記位相差との加算値に設定し、前記位相差が三角波信号の周期の半分より大きい場合には、リセット信号の次の三角波信号の周期を当該位相差に設定することを特徴とする液体噴射装置の駆動方法。

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