JP2010243235A - 信号処理装置及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度の分解能が高く、かつ、湿度の検出範囲に対応したダイナミックレンジを有する、センサの信号を処理する信号処理装置、及び液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】基準電圧を抵抗して生成した＋４Ｖ及び＋５Ｖの直流電圧を制御信号に基づいてマルチプレクサ７２が切替える。これにより、矩形状の交番電圧をセンサ９０に印加することができる。また、センサ９０から出力された電流を電圧に変換する電流電圧変換回路７４が抵抗値の異なる複数のフィードバック抵抗７３を有しており、切替回路７６のアナログスイッチ７５を切替えることにより、フィードバック抵抗７３の種類（抵抗値）を選択する。
【選択図】図３

Description

本発明は、信号処理装置及び液滴吐出装置、特に温度センサまたは湿度センサより出力されたセンサ信号を処理するための信号処理装置及び液滴吐出装置に関する。

一般に、温度検知センサとして、温度によって抵抗値が変化するサーミスタ（抵抗変化型温度センサ）が知られている。当該サーミスタの抵抗値と温度とには、図８に具体的一例として示した関係がある。図８に示したように、室温環境におけるサーミスタの抵抗値は、１０ｋΩを中心として５０〜１５０％程度、変化する。サーミスタの抵抗値に対応する電圧を生成する温度センサ回路の一例を図９に示す。当該温度センサ回路では、サーミスタの抵抗と既知の抵抗とで基準電位Ｖｃｃを分割するようにして、サーミスタの抵抗値に依存する電圧を生成する。（例えば、特許文献１参照）

また、一般に、湿度検知センサとして、湿度によって抵抗値が変化する素子を用いた湿度センサが知られている。当該湿度センサの抵抗値と湿度とには、図１０に具体的一例として示した関係がある。図１０に示したように、湿度センサの抵抗値の変化量はサーミスタに比べて大きく、３〜４桁変化する。湿度センサの抵抗値に対応する電圧を生成する電圧を生成する湿度センサ回路の一例を図１１に示す。当該湿度センサ回路では、抵抗値の変化量が大きいため、半導体のＰＮ接合の特性を利用したダイオート゛を用いた対数圧縮を行う場合が多い。

特開２００１−２５５２１３号公報 特開２００１−２８１１８３号公報

図２に一例を示す、サーミスタと湿度センサとを一つずつ備えるインクジェットヘッドにおいて、センサの抵抗値に対応する電圧を生成する回路に、図９に例示した温度センサ回路及び図１１に例示した湿度センサ回路を適用する場合を考える。

当該インクジェットヘッドは、電気的に２つの同じ回路から成り、搭載されているセンサの種類がサーミスタであるのか、湿度センサであるのか、のみが異なっている。センサの種類に関係なく、インターフェースは同じとする。従って、サーミスタの抵抗値及び湿度センサの抵抗値の各々を同一の回路により検出する必要がある。なお、インクジェットヘッドには、メモリが搭載されており、サーミスタまたは湿度センサのいずれが搭載されているのかが記憶されている。

図９に示した温度センサ回路を湿度センサ回路に適用する場合、湿度センサ回路は湿度センサに１ｋＨｚの所定振幅（例えば、１Ｖｐｐ）の交番電圧を印加する必要があるため、基準電位Ｖｃｃを交流電源に変更する必要がある。また、センサに加わるバイアス電圧は、抵抗Ｒ１とセンサ抵抗の比によって変わることになり、所定振幅の交番電圧を印加することができない。さらに、湿度センサの抵抗値は上記したように３〜４桁も変化するが、電圧出力のダイナミックレンジはそれ以上でなければならない。さらに、１ｋＨｚの交流バイアスに対応するため、回路自体に高速な応答が求められる。これに対し、一般に高ダイナミックレンジ（低ノイズ）と高速性の両立は難しい。このように、温度センサ回路を湿度センサ回路に適用すると問題が生じる。

一方、図１１に示した湿度センサ回路を温度センサ回路に適用する場合、温度センサの抵抗値を対数変換してしまうため、検出温度の分解能を高めるためには、電圧出力のダイナミックレンジを大きくする必要がある。さらに、１ｋＨｚの交流バイアスに対応するため、温度を検出する場合と同様に、高速な応答が求められる。従って同様に、高ダイナミックレンジ（低ノイズ）と高速性の両立は難しい。このように、湿度センサ回路を温度センサ回路に適用すると問題が生じる。

本発明は、温度の分解能が高く、かつ、湿度の検出範囲に対応したダイナミックレンジを有する、センサの信号を処理するための信号処理装置、及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の信号処理装置は、複数の直流電圧から矩形状の交番電圧を生成し、温度検知センサまたは湿度検知センサであるセンサに印加する交番電圧生成手段と、前記センサから出力された出力信号の電流をアナログ電圧に変換する電流電圧変換手段と、前記電流電圧変換手段で変換可能な前記電流の範囲を、複数の電流範囲のいずれかに切り替える切替手段と、前記電流電圧変換手段で変換されたアナログ電圧の電圧値と、前記電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲と、前記交番電圧生成手段により生成された電圧の電圧値と、に基づいて前記センサの抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、を備える。

交番電圧生成は、複数の直流電圧から矩形状の交番電圧を生成し、温度検知センサまたは湿度検知センサのいずれかであるセンサに印加する。当該交番電圧の印加によりセンサ
には、温度または湿度に応じたセンサ抵抗値に基づいた電流が流れる。電流電圧変換手段は、センサ出力としての電流をアナログ電圧に変換する。切替手段は、電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲を複数の電流範囲のいずれかに切替える。抵抗値算出手段は、電流電圧変換手段で変換されたアナログ電圧の電圧値と、電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲と、交番電圧生成手段により生成された電圧の電圧値と、に基づいてセンサの抵抗値を算出する。

このように本発明の信号処理装置によれば、直流電圧から交番電圧を生成してセンサに印加することができるため、センサが湿度センサであっても適当に駆動させることができる。また、切替手段が電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲を複数の電流範囲のいずれかに切替えることができるため、電流電圧変換手段のダイナミックレンジを大きくすることができる。また、センサ抵抗値を対数圧縮する必要がなくなるため、温度の分解能が高く、かつ、湿度の検出範囲に対応したダイナミックレンジを有する。

従って、センサが温度センサであるか湿度センサであるかに関わらず、センサを駆動させ、センサからの出力信号からセンサ抵抗値を算出することができる。

請求項２に記載の信号処理装置は、請求項１に記載の信号処理装置において、前記抵抗値算出手段で算出された前記センサの抵抗値に応じて前記電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲を選択し、選択した電流の範囲に切替えるように前記切替手段を制御する制御手段を備える。

制御手段は、抵抗値算出手段で算出されたセンサ抵抗値に応じて電流の範囲を選択し、選択した範囲に切替えるように切替手段を制御する。センサ抵抗値に応じて電流の範囲を選択できるため、適当な電流の範囲が選択できる。

請求項３に記載の信号処理装置は、請求項１または請求項２に記載の信号処理装置において、前記抵抗値算出手段で算出された前記センサの抵抗値を前記センサの種類に応じて、温度または湿度に変換し、出力する出力手段を備える。

出力手段は、算出されたセンサの抵抗値をセンサが温度センサならば温度に変換し、センサが湿度センサならば湿度に変換し、出力する。これにより、温度または湿度を知ることができる。

請求項４に記載の信号処理装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理装置において、前記交番電圧生成手段により生成された矩形状の交番電圧の周期を示す周期信号が前記抵抗値変換手段に入力され、前記抵抗変換手段が、前記周期信号に同期して前記電流電圧変換手段により変換されたアナログ電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換手段を含み、ＡＤ変換手段により変換されたデジタル信号の電圧値と、前記電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲と、前記交番電圧生成手段により生成された電圧の電圧値と、に基づいて、前記センサの抵抗値を算出する。

ＡＤ変換手段は、矩形状の交番電圧の周期に同期して、電流電圧変換手段により変換されたアナログ電圧をデジタル信号に変換する。これにより、センサが湿度センサの場合に交流バイアスを印加することができる。

請求項５に記載の信号処理装置は、請求項４に記載の信号処理装置において、前記ＡＤ変換手段に前記周期信号が入力されるタイミングを、前記ＡＤ変換手段に前記電流電圧変換手段により変換されたアナログ電圧が入力されるタイミングより所定の時間遅延させる遅延手段を備える

遅延手段は、Ａ／Ｄ変換手段に周期信号が入力されるタイミングをアナログ電圧が入力されるタイミングより所定の時間遅延させる。一般に、アナログ回路の応答特性のために、アナログ出力が安定するまである程度の時間が必要とされる。安定するまでの時間を所定の時間として、同期するタイミングを遅延させることにより、安定したＡ／Ｄ変換が行える。

請求項６に記載の信号処理装置は、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の信号処理装置において、前記センサの種類を記憶する記憶手段を備え、前記出力手段が、前記抵抗値算出手段で算出された前記センサの抵抗値を前記記憶手段に記憶された前記センサの種類に基づいて、温度または湿度に変換する。

記憶手段は、センサの種類を記憶する。これにより、センサの種類がわかる。

請求項７に記載の信号処理装置は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の信号処理装置において、前記交番電圧生成手段が、直流電圧から所定の電圧を中間電圧とする矩形状の電圧を生成し、温度検知センサまたは湿度検知センサであるセンサに印加する交番電圧生成回路であり、前記電流電圧変換手段が、前記切替手段を含み、かつ、前記所定の電圧が非反転入力端子に印加され、前記センサから出力された出力信号が反転入力端子に接続されるオペアンプと、前記オペアンプの出力端子と前記オペアンプの反転入力端子との間に接続された複数種類のフィードバック抵抗と、前記オペアンプの出力がフィードバックされるフィードバック抵抗の種類を前記複数種類の中から切替える前記切替手段としての切替回路と、を有し、前記切替回路により切替えられたフィードバック抵抗により前記オペアンプの出力がフィードバックされる電流電圧変換回路である。

交番電圧生成手段を、直流電圧から所定の電圧を中間電圧とする矩形状の電圧を生成し、温度検知センサまたは湿度検知センサであるセンサに印加する交番電圧生成回路とすることができる。また、切替手段をオペアンプの出力がフィードバックされるフィードバック抵抗の種類を複数種類の中から切替える切替手段としての切替回路とすることができる。さらに、電流電圧変換手段を、切替回路を含み、かつ、所定の電圧が非反転入力端子に印加され、センサから出力された出力信号が反転入力端子に接続されるオペアンプと、オペアンプの出力端子とオペアンプの反転入力端子との間に接続された複数種類のフィードバック抵抗と、切替回路と、を有し、切替回路により切替えられたフィードバック抵抗によりオペアンプの出力がフィードバックされる電流電圧変換回路とすることができる。

請求項８に記載の液滴吐出装置は、ノズルから液滴を吐出して記録媒体に画像を記録する記録ヘッドと、前記記録ヘッドの内部及び外部のいずれか一方の温度を検知する温度検知センサまたは、前記記録ヘッドの内部及び外周部のいずれか一方の湿度を検知する湿度検知センサであるセンサと、前記センサに接続され、前記センサの抵抗値を算出する前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の信号処理装置と、を備える。

以上説明したように、本発明によれば、温度の分解能が高く、かつ、湿度の検出範囲に対応したダイナミックレンジを有する、センサの信号を処理するための信号処理装置、及び液滴吐出装置を提供することができる、という効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置により、画像を形成するための液滴が吐出される画像形成装置の一例の概略構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置に備えられるインクジェットヘッドの一例の概略構成図を示す。 本発明の実施の形態に係る信号処理装置の一例の概略構成を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る信号処理装置の動作の一例のフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るセンサのセンサ抵抗値Ｒｓを温度または湿度に変換する機能に関する構成の一例を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態に係るセンサの配置のその他の一例を示すためのインクジェットヘッドの外観の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る電流電圧変換回路のその他の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係るサーミスタの抵抗値と温度との関係の具体的一例を示す、説明図である。 本発明の実施の形態に係るサーミスタの抵抗値に対応する電圧を生成する温度センサ回路の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る湿度センサの抵抗値と湿度との関係の具体的一例を示す、説明図である。 本発明の実施の形態に係る湿度センサの抵抗値に対応する電圧を生成する湿度センサ回路の一例を示す回路図である。

以下、図面を参照して 本発明の実施の形態を詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態に係る液滴吐出装置により、画像を形成するための液滴が吐出される画像形成装置について説明する。図１は、当該画像形成装置の一例の概略を示す概略構成図である。

本実施の形態の画像形成装置１０は、記録媒体としての枚葉紙（以下、「用紙」という）の搬送方向上流側に用紙を給紙搬送する給紙搬送部１２、給紙搬送部１２の下流側に用紙の搬送方向に沿って用紙の記録面に処理液を塗布する処理液塗布部１４、用紙の記録面に画像を形成する画像形成部１６、記録面に形成された画像を乾燥させるインク乾燥部１８、乾燥した画像を用紙に定着させる画像定着部２０、及び画像が定着した用紙を排出する排出部２１を備えている。

以下、各処理部について説明する。

（給紙配送部）

給紙搬送部１２には、用紙が積載される積載部２２が設けられており、積載部２２の用紙搬送方向下流側（以下、「下流側」という場合もある）には、当該積載部２２に積載された用紙を一枚ずつ給紙する給紙部２４が設けられている。この給紙部２４によって、給紙された用紙は、複数のローラ対２６で構成された搬送部２８を経て処理液塗布部１４へ搬送される。

（処理液塗布部）

処理液塗布部１４では、処理液塗布ドラム３０が回転可能に配設されている。この処理液塗布ドラム３０には、用紙の先端部を狭持して用紙を保持する保持部材３２が設けられており、当該保持部材３２を介して、処理液塗布ドラム３０の表面に用紙を保持した状態で、処理液塗布ドラム３０の回転によって当該用紙を下流側へ搬送する。

なお、後述する中間搬送ドラム３４、画像形成ドラム３６、インク乾燥ドラム３８、及び画像定着ドラム４０についても、処理液塗布ドラム３０と同様に保持部材３２が設けられている。そして、この保持部材３２によって、上流側のドラムから下流側のドラムへの用紙の受け渡しが行われる。

処理液塗布ドラム３０の上部には、処理液塗布ドラム３０の周方向に沿って、処理液塗布装置４２及び処理液乾燥装置４４が配設されており、処理液塗布装置４２によって、用紙の記録面に処理液が塗布され、処理液乾燥装置４４によって、当該処理液が乾燥する。

ここで、処理液は画像を形成するためのインクと反応して色材（顔料）を凝集し、色材と溶媒を分離促進する効果を有している。処理液塗布装置４２には、処理液が貯留している貯留部４６が設けられており、グラビアローラ４８の一部が処理液に浸されている。

このグラビアローラ４８には、ゴムローラ５０が圧接して配置されており、当該ゴムローラ５０が用紙の記録面（表面）側に接触して処理液が塗布される。また、グラビアローラ４８には、スキージ（図示省略）が接触しており、用紙の記録面に塗布する処理液塗布量を制御する。

一方、処理液乾燥装置４４には、熱風ノズル５２及び赤外線ヒータ５４（以下、「ＩＲヒータ５６」という）が処理液塗布ドラム３０の表面に近接して配設されている。この熱風ノズル５２及びＩＲヒータ５６により、処理液中の水等の溶媒を蒸発させ、固体または薄膜処理液層を用紙の記録面側に形成する。処理液乾燥工程で処理液を薄層化することで、画像形成部１６でインク打滴したドットが用紙表面と接触して必要なドット径が得られると共に、薄層化した処理液と反応して色材凝集し、用紙表面に固定する作用が得られやすい。

このようにして、処理液塗布部１４で記録面に処理液が塗布、乾燥された用紙は、処理液塗布部１４と画像形成部１６との間に設けられた中間搬送部５６へ搬送される。

（中間搬送部）

中間搬送部５６には、中間搬送ドラム３４が回転可能に設けられており、中間搬送ドラム３４に設けられた保持部材３２を介して、中間搬送ドラム３４の表面に用紙を保持し、中間搬送ドラム３４の回転によって当該用紙を下流側へ搬送する。なお中間搬送部５６、中間搬送部５６は、中間搬送部５６と構成が略同一であるため詳細な説明を省略する。

（画像形成部）

画像形成部１６には、画像形成ドラム３６が回転可能に設けられており、画像形成ドラム３６に設けられた保持部材３２を介して、画像形成ドラム３６の表面に用紙を保持し、画像形成ドラム３６の回転によって当該用紙を下流側へ搬送する。

画像形成ドラム３６の上部には、画像形成ドラム３６の表面に近接して、本実施の形態の液滴吐出装置である、シングルパス方式のインクジェットヘッド９４で構成されたヘッドユニット６０が配設されている。当該ヘッドユニット６０では、少なくとも基本色であるＹＭＣＫのインクジェットヘッド９４が画像形成ドラム３６の周方向に沿って配列され、処理液塗布部１４で用紙の記録面に形成された処理液層上にノズルからインクを吐出（打滴）することにより、各色の画像を形成する。なお、インクジェットヘッド９４を備えた本実施の形態の液滴吐出装置７１については詳細を後述する。

処理液はインク中に分散する色材とラテックス粒子とを処理液に凝集する効果を持たせ、用紙上で色材流れ等が発生しない凝集体を形成する。インクと処理液の反応の一例として、処理液内に酸を含有しＰＨダウンにより顔料分散を破壊し、凝集するメカニズムを用いて色材の滲み、各色インク間の混色、及びインク滴の着弾時の液合一等による打滴干渉を回避する。

インクジェットヘッド９４は、画像形成ドラム３６に配置された回転速度を検出するエンコーダ（図示省略）に同期して打滴を行うことで、高精度に着弾位置を決定すると共に、画像形成ドラム３６の振れ、回転軸６２の精度、及びドラム表面速度等に依存せず、打滴ムラを低減することが可能となる。

なお、ヘッドユニット６０は、画像形成ドラム３６の上部から退避可能とされており、インクジェットヘッド９４のノズル面清掃や増粘インク排出等のメンテナンス動作は、当該ヘッドユニット６０を画像形成ドラム３６の上部から退避させることで実施される。

記録面に画像が形成された用紙は、画像形成ドラム３６の回転によって、画像形成部１６とインク乾燥部１８との間に設けられた中間搬送部５６を介してインク乾燥部１８へ搬送される。

（インク乾燥部）

インク乾燥部１８には、インク乾燥ドラム３８が回転可能に設けられており、インク乾燥ドラム３８の上部には、インク乾燥部の表面に近接して、熱風ノズル６４及びＩＲヒータ６６が複数配設されている。

本実施の形態では、一例として、上流側と下流側に熱風ノズル６４が配設されるようにして、熱風ノズル６４と平行配列された一つのＩＲヒータ６６を交互に配設している。これに限らず、例えば、上流側にＩＲヒータ６６を多く配設して上流側で熱エネルギーを多く照射し水分の温度を上昇させ、下流側に熱風ノズル６４を多く配設して、飽和水蒸気を吹き飛ばすようにしても良い。

熱風ノズル６４及びＩＲヒータ６６による温風によって、用紙の画像形成部では、色材凝集作用により分離された溶媒が乾燥され、薄膜の画像層が形成される。

記録面の画像が乾燥した用紙は、インク乾燥ドラム３８の回転によってインク乾燥部と画像定着部２０との間に設けられた中間搬送部５６を介して画像定着部２０へ搬送される。

（画像定着部）

画像定着部２０には、画像定着ドラム４０が回転可能に設けられており、画像定着部２０では、インク乾燥ドラム３８上で形成された薄層の画像層内のラテックス粒子が加熱及び加圧されて溶融し、用紙上に固着定着する機能を有する。

画像定着ドラム４０の上部には、画像定着ドラム４０の表面に近接して、加熱ローラ６８が配設されている。当該加熱ローラ６８は熱伝導率の良いアルミ等の金属パイプ内にハロゲンランプが組み込まれており、当該加熱ローラ６８によって、ラテックスのガラス転移温度Ｔｇ以上の熱エネルギーが付与される。これにより、ラテックス粒子を溶融し、用紙上の凹凸に押し込み定着を行うと共に、画像表面の凹凸をレベリングし、光沢性を得ることを可能とする。

加熱ローラ６８の下流側には、定着ローラ６９が設けられている。当該定着ローラ６９は、画像定着ドラム４０の表面に圧接した状態で配設され、画像定着ドラム４０との間でニップ力を得るようにしている。このため、定着ローラ６９または画像定着ドラム４０のうち少なくとも一方は表面に弾性層を持ち、用紙に対して均一なニップ幅を持つ構成とする。

以上のような工程により、記録面の画像が定着した用紙は、画像定着ドラム４０の回転によって、画像定着部２０の下流側に設けられた排出部２１側へ搬送される。

なお、本実施の形態では、画像定着部２０について説明したが、インク乾燥部１８で記録面に形成された画像を乾燥・定着させることができれば良いため、当該画像定着部２０を備えない構成としても良い。

次に、本実施の形態の液滴吐出装置について詳細に説明する。図２に、本実施の形態の液滴吐出装置に備えられるインクジェットヘッドの一例の概略構成図を示す。

本実施の形態の液滴吐出装置７１に備えられるインクジェットヘッド９４は、基板９１上に搭載されるセンサの種類が異なる他は同一の回路（一対の回路）が搭載されている。本実施の形態のインクジェットヘッド９４では、メモリ等の記憶部８９、温度センサまたは湿度センサであるセンサ９０、液滴を吐出するためのピエゾアクチュエータ９５、及び画像データに基づいてピエゾアクチュエータ９５のオンまたはオフを切り替えるアナログスイッチ９６が搭載されている。
図２では、温度センサ及び湿度センサが１つずつインクジェットヘッド９４の内部に搭載された場合を示している。温度センサはインクジェットヘッド９４の内部空間の温度を検知し、湿度センサはインクジェットヘッド９４の内部空間の湿度を検知する。なお、これに限らず、いずれか一方の種類のセンサのみを搭載するものであってもよい。また、本実施の形態では、記憶部８９をそれぞれのセンサ９０に対して設けているがこれに限らず、１つの記憶部８９に、ピエゾアクチュエータ９５に搭載されている全てのセンサ９０の種類に関する情報を記憶させておいてもよい。また、本実施の形態では、同一基板上に一対の回路が搭載されている構成としているがこれに限らず、一つの回路のみが搭載されるものであってもよいし、さらに複数の回路が搭載されるものであってもよい。

本実施の形態のインクジェットヘッド９４では、駆動電圧が入力されると、画像信号に基づいてアナログスイッチ９６がオンまたはオフし、ピエゾアクチュエータ９５が駆動され、ノズルから液滴が吐出される。一方のセンサ９０は、ピエゾアクチュエータ９５周辺の温度を検出し、他方のセンサ９０は、ピエゾアクチュエータ９５周辺の湿度を検出する。センサ９０は、温度または湿度に応じた電流を出力信号として、信号処理装置の電流電圧変換回路に出力する。

次に、本実施の形態の信号処理装置について詳細に説明する。図３に、本実施の形態の信号処理装置の一例の概略構成図を示す。

本実施の形態の信号処理装置７０は、マルチプレクサ７２、電流電圧変換回路７４、切替回路７６、Ａ／Ｄ変換器７８、センサ抵抗値変換部８０、温度または湿度変換部８２、基準電源８５、抵抗分圧８６Ａ、８６Ｂ、及びバッファ８７を含んで構成されている。

本実施の形態の電流電圧変換回路７４は、複数種類のフィードバック抵抗７３、フィードバック抵抗７３の各々に接続されたアナログスイッチ７５（切替回路７６）、及びオペアンプ７７を有している。

本実施の形態の信号処理装置７０の動作について詳細に説明する。図４に、本実施の形態の信号処理装置７０の動作の一例のフローチャートを示す。

ステップ１００では、基準電源８５から基準電圧を印加する。基準電源８５は、基準電圧が＋５Ｖの直流電源である。当該基準電圧を抵抗分圧８６Ａ、８６Ｂにより分圧して、＋４Ｖ（＝＋４．５−０．５Ｖ）と、＋５Ｖ（＋４．５＋０．５Ｖ）と、を作る。当該＋４Ｖの信号線及び当該＋５Ｖの信号線は、アナログのマルチプレクサ７２に接続されている。マルチプレクサ７２の出力には、センサ９０の一端が接続されている。

次のステップ１０２では、１ｋＨｚ（デューティー比５０％）の制御信号によりマルチプレクサ７２が制御され、２つの信号線（＋４Ｖ、＋５Ｖ）が交互に切り替えられてセンサ９０に接続される。従って、図３に示したようにセンサ９０の一方の電位は、１ｋＨｚの周波数で＋４Ｖと＋５Ｖとが繰り返された電位となる。

一方、センサ９０の他端は、電流電圧変換回路７４に含まれるオペアンプ７７の反転端子に接続される。オペアンプ７７の非反転端子には、＋４．５Ｖが接続されている。オペアンプ７７の反転端子と非反転端子とは、仮想接地により実質的に同電位となるため、センサ９０の他端の電位は＋４．５Ｖになる。従って、センサ９０の両端の電位差は、１ｋＨｚの周波数で±０．５Ｖとなる。このようにすることにより、センサ９０に対し、±０．５Ｖを精密に印加することができる。即ち、＋４Ｖと＋５Ｖの直流電圧から擬似的に矩形状の交番電圧を生成し、センサ９０に印加することができる。なお、予めセンサ９０が温度センサと解っている場合は、交番電圧を生成せず（マルチプレクサ７２を固定）に、いずれか一方の直流電圧を印加するようにしてもよい。

次のステップ１０４では、切替回路７６のアナログスイッチ７５を複数有る中から選択する。これにより、電流電圧変換回路７４の抵抗値の異なるフィードバック抵抗７３が複数有る中から選択される。このようにフィードバック抵抗７３を選択することにより、電流電圧変換回路７４で対応できる、センサ９０から入力されるセンサ電流Ｉｓ（センサ抵抗値Ｒｓ）の範囲を切替えることができる。

なお、図３に示した本実施の形態の信号処理装置７０では、フィードバック抵抗７３及びアナログスイッチ７５の組を２個（２組）示しているがこれに限らず、ダイナミックレンジを大きくするためにはさらに複数のフィードバック抵抗７３及びアナログスイッチ７５の組を備えた構成とするとよい。

なお、アナログスイッチ７５の選択は、ここではデフォルトとして予め設定されている抵抗値のフィードバック抵抗７３によりフィードバックされるように、アナログスイッチ７５がオンされる。また、本実施の形態では、アナログスイッチ７５を用いているがこれに限らず、例えば、マルチプレクサであってもよい。

アナログスイッチ７５がオンすることにより、センサ９０から出力されたセンサ電流Ｉｓが電流電圧変換された電圧が出力される。センサ９０において、センサ電流Ｉｓは、下記の式（１）の関係がある。

センサ電流Ｉｓ＝センサ電圧Ｖｓ（＋０．５Ｖ）／センサ抵抗値Ｒｓ ・・・（１）

また、電流電圧変換回路７４には、下記の式（２）の関係がある。

オペアンプ７７の出力電圧Ｖｏ＝＋４．５＋センサ電流Ｉｓ×フィードバック抵抗値Ｒｆ ・・・（２）

従って（１）、（２）式より、センサ抵抗値Ｒｓは下記の式（３）により算出される。

センサ抵抗値Ｒｓ＝センサ電圧Ｖｓ×フィードバック抵抗値Ｒｆ／（オペアンプ出力Ｖｏ−４．５）（Ω） ・・・（３）

オペアンプ７７の出力電圧（オペアンプ出力）Ｖｏは、図３に示したように、＋４．５Ｖを中心とする矩形状の信号となる。その振幅は、上記（２）式からわかるように、センサ９０のセンサ抵抗に依存する。例えば、選択されたフィードバック抵抗７３の抵抗値が９ｋΩの場合は、センサ抵抗値Ｒｓ＝１ｋΩの場合ではオペアンプ出力Ｖｏは０Ｖと＋９Ｖとの矩形波になり、センサ抵抗値Ｒｓ＝９ｋΩの場合ではオペアンプ出力Ｖｏは４Ｖと＋５Ｖとの矩形波になる。同様に、選択されたフィードバック抵抗７３の抵抗値が８１ｋΩの場合は、センサ抵抗値Ｒｓ＝９ｋΩの場合ではオペアンプ出力Ｖｏは０Ｖと＋９Ｖとの矩形波になり、センサ抵抗値Ｒｓ＝８１ｋΩの場合ではオペアンプ出力Ｖｏは４Ｖと＋５Ｖとの矩形波になる。従って、適切なフィードバック抵抗７３を制御部（詳細後述）選択することで、１〜８１ｋΩのセンサ抵抗値Ｒｓに対応することができる。

なお、本実施の形態では、＋４．５Ｖを中心とした±０．５Ｖの矩形電圧を用いているため、フィードバック抵抗７３により対応できるセンサ抵抗値Ｒｓの範囲は、センサ抵抗値Ｒｓ＝フィードバック抵抗値Ｒｆ〜１／９Ｒｆとなる。

なお、実施には、個々の回路部品の特性のばらつき等を考慮し、各フィードバック抵抗７３のときのセンサ抵抗値Ｒｓの検出範囲を互いにオーバーラップさせることが望ましい。具体的一例としては、３０％程度オーバーラップさせるとよい。

このように本実施の形態では、ダイナミックレンジが大きいため、センサ９０のセンサ抵抗値Ｒｓを対数圧縮しなくてよい。従って、精密な基準電源８５、オペアンプ７７、及び適切な抵抗値のフィードバック抵抗７３を選定することにより、センサ９０がサーミスタの場合であっても、分解能の高い、正確な温度検出を行うことができる。

アナログスイッチ７５を選択することにより、電流電圧変換回路７４からオペアンプ出力Ｖｏが出力されるため、次のステップ１０６では、Ａ／Ｄ変換器７８によりオペアンプ出力ＶｏをＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換する。

一般に、このような回路においては、オペアンプから出力されたアナログ電圧をＡ／Ｄ変換することが行われている。本実施の形態では、出力される１ｋＨｚの矩形波に同期して、Ａ／Ｄ変換を行う。具体的には、矩形波の立ち上がりまたは、立ち下がりのエッジに対して所定の時間だけ遅れた後、Ａ／Ｄ変換を行うことが望ましい。本実施の形態では、所定の時間だけ制御信号が遅延部８４で遅延された信号が、Ａ／Ｄ変換器７８に入力され、入力された信号に同期してＡ／Ｄ変換を行う。

矩形波の立ち上がりまたは立ち下がりのエッジ直後は、アナログ回路の応答特性のために、アナログ出力が安定しないため、安定するまである程度の時間が必要とされる。安定するまでの時間を予め得ておき、これを所定の時間として、同期するタイミングを遅延させることにより、安定したＡ／Ｄ変換が行える。

また、一般に、Ａ／Ｄ変換器７８は、＋９Ｖのような高電圧を直接入力することができないため、例えば、抵抗分圧により１／４倍してから、Ａ／Ｄ変換することが必要となる。

次のステップ１０８では、センサ抵抗値変換部８０によりセンサ抵抗値Ｒｓを算出する。Ａ／Ｄ変換後は、変換したデジタルデータと、選択したフィードバック抵抗Ｒｓの情報に基づいて、センサ９０の抵抗値を求める。具体的一例として、図３において、オペアンプ出力Ｖｏの１／４倍を、フルスケール電圧＋２．５Ｖの１２ｂｉｔＡ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換する場合を考える。ここで、矩形波のピーク電圧をＡ／Ｄ変換するものとする。このとき、Ａ／Ｄ変換器７８の入力電圧は下記の式（４）となる。

Ａ／Ｄ変換器入力電圧＝０．２５×（４．５＋Ｒｆ／Ｒｓ×０．５）（Ｖ） ・・・（４）

これにより、Ａ／Ｄ変換したデジタルデータをＤとすると、センサ抵抗値Ｒｓは、下記式（５）により算出される。

センサ抵抗値Ｒｓ＝（Ｒｆ×０．５）／（Ｄ／４０９５×１０−４．５）（Ω） ・・・（５）

次のステップ１１０では、温度または湿度変換部８２によりセンサ抵抗値Ｒｓを温度または湿度に変換するために、センサ９０が湿度センサであるか否か判断する。以下、センサ９０のセンサ抵抗値Ｒｓを温度または湿度に変換する機能に関する構成の一例の機能ブロック図を図５に示し、これによりまず、信号処理装置７０の動作の概略を示す。制御部８８が切替回路７６のフィードバック抵抗７３を切替える。制御部８８は、切替えたフィードバック抵抗７３の抵抗値Ｒｆをセンサ抵抗値変換部８０に出力する。センサ抵抗値変換部８０は制御部から入力されたフィードバック抵抗Ｒｓに基づいて上記のようにセンサ抵抗値Ｒｓを算出し、制御部８８及び温度または湿度変換部８２に出力する。制御部８８では、記憶部８９に記憶されているセンサ９０の種類が湿度センサである場合に、センサ抵抗値Ｒｓが適当な値か判断（図４のステップ１１４）し、適当でない場合は切替回路７６に他の抵抗値のフィードバック抵抗７３が選択されるようにアナログスイッチ７５を切替えるよう指示する（図４のステップ１１８）。また、温度または湿度変換部８２は、センサ抵抗値変換部８０から入力されたセンサ抵抗値Ｒｓと記憶部８９から取得したセンサ９０の種類とに基づいて温度または湿度に変換し、（図４ステップ１２０）出力する（図４のステップ１２２）。また制御部８８は、センサ抵抗値Ｒｓが所定の範囲内に収まらない場合、異常があると判断（図４のステップ１１６で肯定、及びステップ１１２で否定）して上位システムにエラーを出力する。

以下、センサ抵抗値Ｒｓの温度または湿度への変換について詳細に説明する。

センサ抵抗値Ｒｓから温度または湿度を求める場合には、一例として、図８及び図１０等のルックアップテーブルを用いる。さらに、センサ抵抗値Ｒｓに最も近い直近の２つのテーブルデータに基づいて、内挿により直線補完して最終的な温度または湿度を求める方法がある。湿度センサの場合には、複数の所定の環境温度に対するセンサ抵抗値Ｒｓと湿度との対応関係を表すデータを格納しておくことが望ましい。湿度センサの特性は環境温度により変化するため、同じインクジェットヘッド９４内にある温度センサであるセンサ９０でインクジェットヘッド９４内部の温度を検知し、その結果に基づいて湿度センサの適切なデーブルデータを取得し、最終的な湿度を求める方法がある。

なお、本実施の形態では、インクジェットヘッド９４のメモリに格納されている情報がセンサ９０の種類が温度センサ（サーミスタ）であることを示す情報である場合は、センサ抵抗値変換部８０で変換されたセンサ抵抗値Ｒｓが所定の範囲を越えている場合は異常と判定する。なお本実施の形態では、異常と判定した場合、上位システム（例えば、画像形成装置１０を制御する制御部等）に異常である旨を出力する。一方、記憶部８９に格納されている情報がセンサ９０の種類が湿度センサであることを示す情報である場合は、センサ抵抗値Ｒｓが所定の範囲を下回るまたは上回る場合は、切替回路７６によりフィードバック抵抗７３を異なる抵抗値のフィードバック抵抗７３に切替えて再度、センサ抵抗値Ｒｓを取得し、所定の範囲内となるまで繰り返す。また、センサ抵抗値Ｒｓが各フィードバック抵抗７３におけるオーバーラップする範囲内である場合は、いずれか一方の計算値を選択してもよいし、両方の平均をとり、最終的なセンサ抵抗値Ｒｓとしてもよい。なお、フィードバック抵抗７３を切替えた後、電流電圧変換回路７４のダイナミックレンジの最大値または最小値において、センサ抵抗値Ｒｓが所定の範囲を下回るまたは上回る場合は、異常と判定し、温度センサの場合と同様に、上位システムにエラーを出力する。

なお、本実施の形態では、図２に示したように、インクジェットヘッド９４内に備えた温度センサ９０によりインクジェットヘッド９４内部の温度を検知し、湿度センサ９０によりインクジェットヘッド９４内部空間の湿度を検知する場合について説明したが各センサ９０の配置等はこれに限らない。例えば、図６に示すように、センサ９０をインクジェットヘッド９４の外部に配置してもよい。図６は、インクジェットヘッド９４の外観の概略構成図である。なお、ノズル９３の配置及び数等は一例であり、本実施の形態に限定されない。また、ここではＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）９９を一つ備えている場合について示しているが、これに限らず複数のＩＣ９９を備えた構成としてもよい。また、インクジェットヘッド９４は、通常、インクが触れて電気配線をショートすることがないように、カバーがされているがここでは図示を省略している。本実施の形態のインクジェットヘッド９４は、複数のノズル９３を備えており、各ノズル９３からインクを吐出させるためのピエゾアクチュエータ９５とアナログスイッチ９６とを接続する配線パターン９７がフレキシブル基板９８上に形成されている。また、ＩＣ９９を備えている。ＩＣ９９は、画像データであるシリアル信号をパラレル信号に変換するためのものであり、またアナログスイッチ９６を含んで構成されている。

図６に示した場合では、温度センサ９０は、インクジェットヘッド９４の外部温度を検知する。また、湿度センサ９０は、インクジェットヘッド９４の外周部の湿度を検知する。なお、センサ９０をインクジェットヘッド９４の外部に配置する場合の位置は図６に示した場合に限らない。例えば、ノズル９３が形成されている面に配置するようにしてもよいが、インク等が付着しない位置に配置することが好ましい。
また、本実施の形態では、種類の異なるフィードバック抵抗７３が互いに並列に接続されている電流電圧変換回路７４について説明したが、電流電圧変換回路７４の構成はこれに限らない。例えば、図７に示すように、種類の異なるフィードバック抵抗７３が直列に接続されている構成とし、切替回路７６によりフィードバック抵抗７３を切り替えるようにしてもよい。図７では、切替回路７６のアナログスイッチ７５がＡ側に接続されている場合は、９ｋΩのフィードバック抵抗７３がオペアンプ７７に接続された状態になる。一方、アナログスイッチ７５がＢ側に接続されている場合は、９ｋΩのフィードバック抵抗７３及び７２ｋΩのフィードバック抵抗７３がオペアンプ７７に接続された状態になる。すなわち、オペアンプ７７に、９＋７２＝８１ｋΩのフィードバック抵抗が接続された状態になる。

また、本実施の形態では、インクジェットヘッド９４が、ピエゾアクチュエータ９５によりノズルからインクを吐出させるピエゾインクジェットヘッドの場合について説明したが、これに限らない。例えば、発熱するアクチュエータを加熱することにより管内のインクに気泡を発生させてインクを吐出させるサーマルインクジェットヘッド等であってもよい。

以上説明したように、本実施の形態の信号処理装置７０では、基準電圧を抵抗して生成した＋４Ｖ及び＋５Ｖの直流電圧を制御信号に基づいてマルチプレクサ７２が切替える。これにより、矩形状の交番電圧をセンサ９０に印加することができる。また、センサ９０から出力された電流を電圧に変換する電流電圧変換回路７４が抵抗値の異なる複数のフィードバック抵抗７３を有しており、切替回路７６のアナログスイッチ７５を切替えることにより、フィードバック抵抗７３の種類（抵抗値）を選択する。これにより、センサ抵抗値Ｒｓに応じてフィードバック抵抗７３を切替えられ、ダイナミックレンジを大きくすることができる。従って、本実施の形態の信号処理装置７０では、同一の回路において、温度の分解能が高く、かつ、湿度の検出範囲に対応したダイナミックレンジを有することができる。

また、温度センサ回路と湿度センサ回路とを同一の回路とすることができるため、別々の回路を搭載する場合に比べて、信号線等の削減や回路製造にかかるコストを抑制することができる。

１０ 画像形成装置
７０ 信号処理装置
７１ 液滴吐出装置
７２ マルチプレクサ
７３ フィードバック抵抗
７４ 電流電圧変換回路
７５ アナログスイッチ
７６ 切替回路
７７ オペアンプ
７８ Ａ／Ｄ変換器
８０ センサ抵抗値変換部
８２ 温度または湿度変換部
８４ 遅延部
８８ 制御部
８９ 記憶部
９０ センサ
９４ インクジェットヘッド

Claims (8)

1. 複数の直流電圧から矩形状の交番電圧を生成し、温度検知センサまたは湿度検知センサであるセンサに印加する交番電圧生成手段と、
   前記センサから出力された出力信号の電流をアナログ電圧に変換する電流電圧変換手段と、
   前記電流電圧変換手段で変換可能な前記電流の範囲を、複数の電流範囲のいずれかに切り替える切替手段と、
   前記電流電圧変換手段で変換されたアナログ電圧の電圧値と、前記電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲と、前記交番電圧生成手段により生成された電圧の電圧値と、に基づいて前記センサの抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
   を備えた、信号処理装置。
2. 前記抵抗値算出手段で算出された前記センサの抵抗値に応じて前記電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲を選択し、選択した電流の範囲に切替えるように前記切替手段を制御する制御手段を備えた、請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記抵抗値算出手段で算出された前記センサの抵抗値を前記センサの種類に応じて、温度または湿度に変換し、出力する出力手段を備えた、請求項１または請求項２に記載の信号処理装置。
4. 前記交番電圧生成手段により生成された矩形状の交番電圧の周期を示す周期信号が前記抵抗値変換手段に入力され、前記抵抗変換手段が、前記周期信号に同期して前記電流電圧変換手段により変換されたアナログ電圧をデジタル信号に変換するＡＤ変換手段を含み、ＡＤ変換手段により変換されたデジタル信号の電圧値と、前記電流電圧変換手段で変換可能な電流の範囲と、前記交番電圧生成手段により生成された電圧の電圧値と、に基づいて、前記センサの抵抗値を算出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
5. 前記ＡＤ変換手段に前記周期信号が入力されるタイミングを、前記ＡＤ変換手段に前記電流電圧変換手段により変換されたアナログ電圧が入力されるタイミングより所定の時間遅延させる遅延手段を備えた、請求項４に記載の信号処理装置。
6. 前記センサの種類を記憶する記憶手段を備え、前記出力手段が、前記抵抗値算出手段で算出された前記センサの抵抗値を前記記憶手段に記憶された前記センサの種類に基づいて、温度または湿度に変換する、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
7. 前記交番電圧生成手段が、直流電圧から所定の電圧を中間電圧とする矩形状の電圧を生成し、温度検知センサまたは湿度検知センサであるセンサに印加する交番電圧生成回路であり、前記電流電圧変換手段が、前記切替手段を含み、かつ、前記所定の電圧が非反転入力端子に印加され、前記センサから出力された出力信号が反転入力端子に接続されるオペアンプと、前記オペアンプの出力端子と前記オペアンプの反転入力端子との間に接続された複数種類のフィードバック抵抗と、前記オペアンプの出力がフィードバックされるフィードバック抵抗の種類を前記複数種類の中から切替える前記切替手段としての切替回路と、を有し、前記切替回路により切替えられたフィードバック抵抗により前記オペアンプの出力がフィードバックされる電流電圧変換回路である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
8. ノズルから液滴を吐出して記録媒体に画像を記録する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドの内部及び外部のいずれか一方の温度を検知する温度検知センサまたは、前記記録ヘッドの内部及び外周部のいずれか一方の湿度を検知する湿度検知センサであるセンサと、
   前記センサに接続され、前記センサの抵抗値を算出する前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の信号処理装置と、
   を備えた液滴吐出装置。

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