JP2011025584A - 液体噴射装置及び液体噴射型印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減することが可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】駆動波形データＤＷＣＯＭがデューティ比３０％相当の所定電位ＶＡより大きく且つデューティ比７０％相当の所定電位ＶＢより小さい場合には、短い第１所定変調周期Ｔ１を変調周期Ｔｐｗｍとし、駆動波形データＤＷＣＯＭがデューティ比３０％相当の所定電位ＶＡ以下か、又はデューティ比７０％相当の所定電位ＶＢ以上である場合には、長い第２所定変調周期Ｔ２を変調周期Ｔｐｗｍに設定することで、中間電位における電流を低減すると共に、デューティ比が大きい領域、或いは小さい領域では、変調周期Ｔｐｗｍを長くしてパルス幅を確保することができ、正確な波形の駆動信号ＣＯＭを得ることができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、アクチュエータに駆動信号を印加して液体を噴射する液体噴射装置に関し、例えば微小な液体を液体噴射ヘッドのノズルから噴射して、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形成するようにした液体噴射型印刷装置に好適なものである。

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、リニア駆動されるプッシュプル接続型トランジスタなどのアナログ電力増幅器で駆動信号を電力増幅すると、電力損失が大きく、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で電力増幅することにより、電力損失を低減し、ヒートシンクを無用としている。なお、デジタル電力増幅器は、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子をオン・オフ制御し、その出力である電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化して駆動信号としている。

特開２００５−３２９７１０号公報

ところで、デジタル電力増幅器では、変調信号がデューティ比で５０％程度であるとき、つまり駆動信号或いは駆動波形信号が中間電位であるときに、電流が増大する。電流が増大すると、デジタル電力増幅器や、平滑フィルタで消費される電力が増大し、損失が大きくなる。
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、消費電力を低減することが可能な液体噴射装置及び液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置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、駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、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信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅器と、前記電力増幅変調信号を平滑化して駆動信号とする平滑フィルタと、を備え、前記変調回路は、前記駆動波形信号のデータに基づいて、当該駆動波形信号が所定の中間電位にあるときにパルス変調の変調周期を、前記所定の中間電位以外の電位のときの変調周期より短くすることを特徴とするものである。

また、駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、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信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅器と、前記電力増幅変調信号を平滑化して駆動信号とする平滑フィルタと、を備え、前記変調回路は、波形メモリに記憶されている変調周期データに基づいて前記パルス変調の変調周期を変更し、前記波形メモリに記憶されている変調周期データは、前記駆動波形信号が一定電位であり、かつ、所定の中間電位にあるときに、パルス変調の変調周期を前記所定の中間電位以外の領域の変調周期より短くすることを特徴とするものである。

これらの液体噴射装置によれば、駆動波形信号が所定の中間電位にあるとき、即ちデューティ比で５０％程度であるときに、パルス変調の変調周期を短くすることにより、電流値を低減することができ、これにより消費電力を低減することができると共に、駆動波形信号が所定の中間電位以外の電位のときには、駆動信号の追従性を確保して正確な駆動信号を得ることができる。
また、前記変調回路は、パルス変調の変調周期の完了を検出することを特徴とするものである。
この液体噴射装置によれば、正確な変調信号を確保して駆動信号の歪みを防止することができる。

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正面図である。 図１の液体噴射型印刷装置に用いられる液体噴射ヘッド近傍の平面図である。 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。 各液体噴射ヘッド内のアクチュエータを駆動する駆動信号の説明図である。 スイッチングコントローラのブロック図である。 アクチュエータの駆動回路のブロック図である。 変調信号のデューティ比に応じた出力電位、駆動信号電位、コイル電位、電流の説明図である。 変調信号のデューティ比に応じた電流の説明図である。 デューティ比に応じた変調周波数とパルス幅の説明図である。 駆動波形信号の電位と変調周期の説明図である。 三角波信号（基準信号）の説明図である。 本発明の第１実施形態を示す三角波信号（基準信号）出力のための演算処理のフローチャートである。 図１２の演算処理による電流低減効果の説明図である。 本発明の第２実施形態を示す三角波信号（基準信号）出力のための演算処理のフローチャートである。 本発明の第２実施形態の変形例を示す変調周波数データの説明図である。

次に、本発明の液体噴射装置の第１実施形態として、液体噴射型印刷装置に適用されたものについて説明する。
図１は、第１実施形態の液体噴射型印刷装置の概略構成図であり、図１において、印刷媒体１は、図の左から右に向けて矢印方向に搬送され、その搬送途中の印刷領域で印刷される、ラインヘッド型印刷装置である。

図１中の符号２は、印刷媒体１の搬送ライン上方に設けられた複数の液体噴射ヘッドであり、印刷媒体搬送方向に２列になるように且つ印刷媒体搬送方向と交差する方向に並べて配設されて、夫々、ヘッド固定プレート１１に固定されている。各液体噴射ヘッド２の最下面には、多数のノズルが形成されており、この面がノズル面と呼ばれている。ノズルは、図２に示すように、噴射する液体の色毎に、印刷媒体搬送方向と交差する方向に列状に配設されており、その列をノズル列と呼んだり、その列方向をノズル列方向と呼んだりする。そして、印刷媒体搬送方向と交差する方向に配設された全ての液体噴射ヘッド２のノズル列によって、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向の幅全長に及ぶラインヘッドが形成されている。印刷媒体１は、これらの液体噴射ヘッド２のノズル面の下方を通過するときに、ノズル面に形成されている多数のノズルから液体が噴射され、印刷が行われる。

液体噴射ヘッド２には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクなどの液体が、図示しない液体タンクから液体供給チューブを介して供給される。そして、液体噴射ヘッド２に形成されている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上に微小なドットを形成する。これを色毎に行うことにより、搬送部４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。

液体噴射ヘッド２の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、第１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体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体の噴射量を調整することが可能となる。なお、本発明は、ピエゾ方式以外の液体噴射方法にも、同様に適用可能である。

液体噴射ヘッド２の下方には、印刷媒体１を搬送方向に搬送するための搬送部４が設けられている。搬送部４は、駆動ローラ８及び従動ローラ９に搬送ベルト６を巻回して構成され、駆動ローラ８には図示しない電動モータが接続されている。また、搬送ベルト６の内側には、当該搬送ベルト６の表面に印刷媒体１を吸着するための図示しない吸着装置が設けられている。この吸着装置には、例えば負圧によって印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する空気吸引装置や、静電気力で印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する静電吸着装置などが用いられる。従って、給紙ローラ５によって給紙部３から印刷媒体１を一枚だけ搬送ベルト６上に送給し、電動モータによって駆動ローラ８を回転駆動すると、搬送ベルト６が印刷媒体搬送方向に回転され、吸着装置によって搬送ベルト６に印刷媒体１が吸着されて搬送される。この印刷媒体１の搬送中に、液体噴射ヘッド２から液体を噴射して印刷を行う。印刷の終了した印刷媒体１は、搬送方向下流側の排紙部１０に排紙される。なお、前記搬送ベルト６には、例えばリニアエンコーダなどで構成される印刷基準信号出力装置が取付けられている。この印刷基準信号出力装置は、搬送ベルト６とそれに吸着されて搬送される印刷媒体１とが同期して移動されることに着目し、印刷媒体１が搬送経路中の所定位置を通過した後は、搬送ベルト６の移動に伴って要求される印刷解像度相当のパルス信号を出力し、このパルス信号に応じて、後述する駆動回路から駆動信号をアクチュエータ２２に出力することで印刷媒体１上の所定位置に所定の色の液体を噴射し、そのドットによって印刷媒体１上に所定の画像を描画する。

第１実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置内には、液体噴射型印刷装置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３に示すように、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データ読込む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に基づいて印刷処理等の演算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、前記給紙ローラ５に接続されている給紙ローラモータ１７を駆動制御する給紙ローラモータドライバ６３と、液体噴射ヘッド２を駆動制御するヘッドドライバ６５と、前記駆動ローラ８に接続されている電動モータ７を駆動制御する電動モータドライバ６６と、給紙ローラモータドライバ６３、ヘッドドライバ６５、電動モータドライバ６６と給紙ローラモータ１７、液体噴射ヘッド２、電動モータ７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、入力インタフェース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ノズル選択データ（駆動パルス選択データ）を算出し、この印刷データや駆動パルス選択データ及び各種センサからの入力データに基づいて、給紙ローラモータドライバ６３、ヘッドドライバ６５、電動モータドライバ６６に駆動信号及び制御信号を出力する。これらの駆動信号及び制御信号により、給紙ローラモータ１７、電動モータ７、液体噴射ヘッド２内のアクチュエータ２２などが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送及び排紙、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４には、第１実施形態の液体噴射装置を用いた液体噴射型印刷装置の制御装置から液体噴射ヘッド２に供給され、圧電素子からなるアクチュエータ２２を駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。第１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、アクチュエータ２２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、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、液体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、これにより液体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２２に供給し、液体を噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータ２２に供給し、液体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体を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液体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４の左端の駆動パルスＰＣＯＭ１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、ノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。

液体噴射ヘッド２には、前記駆動信号ＣＯＭの他、前記図３の制御装置から制御信号として、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アクチュエータ２２の駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ、全ノズルにノズル選択データが入力された後に、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭと液体噴射ヘッド２のアクチュエータ２２とを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動パルス選択データ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、アクチュエータ２２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。即ち、ラッチ信号ＬＡＴで一連の駆動信号ＣＯＭが出力され始め、チャンネル信号ＣＨ毎に駆動パルスＰＣＯＭが出力されることになる。

図５には、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）をアクチュエータ２２に供給するために液体噴射ヘッド２内に構築されたスイッチングコントローラの具体的な構成を示す。このスイッチングコントローラは、液体を噴射させるノズルに対応した圧電素子などのアクチュエータ２２を指定するための駆動パルス選択データ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して選択スイッチ２０１に供給することにより、駆動信号ＣＯＭをピエゾ素子などのアクチュエータ２２に接続するレベルシフタ２１３を備えて構成されている。

シフトレジスタ２１１には、駆動パルス選択データ信号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、ノズル数分の駆動パルス選択データ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アクチュエータ２２は駆動パルス選択データ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の駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰがラッチ回路２１２に保存された後、次の印刷情報をシフトレジスタ２１１に入力し、液体の噴射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、圧電素子などのアクチュエータ２２のグランド端である。また、この選択スイッチ２０１により、圧電素子などのアクチュエータ２２を駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）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。

図６には、アクチュエータ２２の駆動回路の概略構成を示す。このアクチュエータ駆動回路は、前記制御回路内の制御部６２及びヘッドドライバ６５内に構築されている。第１実施形態の駆動回路は、波形メモリ２４に予め記憶されている駆動波形データＤＷＣＯＭに基づいて、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の元、つまりアクチュエータ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）として液体噴射ヘッド２に供給する平滑フィルタ２９とを備えて構成され、この駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が前記選択スイッチ２０１からアクチュエータ２２に供給される。

駆動波形信号発生回路２５は、波形メモリ２４に記憶されている電位データなどで構成される駆動波形データＤＷＣＯＭを所定のクロック周期毎に読込み、その駆動波形データＤＷＣＯＭを電圧信号に変換して次のクロック信号までホールドすると共に、その電圧信号をアナログ変換して駆動波形信号ＷＣＯＭとして出力する。また、変調回路２６には、周知のパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を用いた。そのため、この変調回路２６は、所定のクロックタイミングで基準信号となる三角波信号を出力する三角波発振器３４と、駆動波形信号発生回路２５から出力された駆動波形信号ＷＣＯＭと三角波発振器３４から出力された三角波信号（基準信号）とを比較し、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波信号（基準信号）より大きいときにオンデューティとなるパルスデューティの変調信号を出力する比較部３５とを備えて構成される。なお、三角波信号（基準信号）の周期を変調周期、三角波信号（基準信号）の周波数を変調周波数（一般にキャリア周波数などと呼ばれている）と定義する。

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側スイッチング素子Ｑ１及びローサイド側スイッチング素子Ｑ２からなるハーフブリッジ出力段２１と、変調回路２６からの変調信号に基づいて、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１、ローサイド側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ブ回路３０とを備えて構成されている。デジタル電力増幅器２８では、変調信号がハイレベルであるとき、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はハイレベルとなり、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はローレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオン状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオフ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段２１の出力Ｖａは、供給電圧ＶＤＤとなる。一方、変調信号がローレベルであるとき、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はローレベルとなり、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はハイレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオン状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段２１の出力Ｖａは０となる。

平滑フィルタ２９には、１つのコンデンサＣとコイルＬからなる２次のフィルタを用いた。この平滑フィルタ２９によって、前記変調回路２６で生じた変調周波数、即ちパルス変調の周波数成分を減衰して除去し、前述したような波形特性の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を出力する。なお、図６は、理解を容易にするために回路化して示してあるが、駆動波形信号発生回路２５及び変調回路２６は、図３の制御部６２内で行われるプログラミングによって構築されている。また、平滑フィルタ２９は回路配線で発生する寄生インダクタンスや浮遊容量、若しくはアクチュエータなどを利用して構成可能であり、必ずしも回路化する必要はない。また、波形メモリ２４は、前記ＲＯＭ６２ｄ内に形成されている。

例えば、前記平滑フィルタ２９のコイルＬの両端の電位差をコイル電位差Ｖｃｏｉｌとしたとき、コイル電位差Ｖｃｏｉｌは、駆動信号電位ＶＣＯＭからデジタル電力増幅器２８の出力電位Ｖａを減じた値となる。図７は、デューティ比が５０％（＝０．５）及び２５％（＝０．２５）のときの出力電位Ｖａ、駆動信号電位ＶＣＯＭ、コイル電位差Ｖｃｏｉｌ、コイルＬに流れる電流Ｉｐｗｍを示す。図７から明らかなように、デューティ比が５０％のときのコイル電流Ｉｐｗｍは、デューティ比が２５％のときのコイル電流Ｉｐｗｍより大きい。この傾向は、デューティ比が５０％を超えると逆転し、デューティ比が大きくなるほど、コイル電流Ｉｐｗｍは小さくなる。このコイル電流Ｉｐｗｍは、コイルＬのインダクタンスをＬ（説明を容易にするためにコイルと同符号を付した）、変調周期、即ち三角波信号（基準信号）の周期をＴ、デューティ比をＤとして下記１式で表れる。

コイルＬのインダクタンスＬ、変調周期Ｔを一定として、デューティ比に応じたコイル電流Ｉｐｗｍを図８に示す。前記１式では、デューティ比Ｄと、１からデューティ比Ｄを減じた値（１−Ｄ）の積、換言すればオンデューティ比とオフデューティ比の積が存在しているので、デューティ比Ｄが０．５（＝５０％）のとき、コイル電流Ｉｐｗｍは最大となり、それよりデューティ比が大きくても小さくても、コイル電流Ｉｐｗｍは小さくなる。コイル電流Ｉｐｗｍはハイサイド側スイッチング素子Ｑ１、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２にも同様に流れるので、コイル電流Ｉｐｗｍが大きいと、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のスイッチングロス及びコイルＬの消費電力が増大してしまう。

前記１式で、コイル電流Ｉｐｗｍを小さくするためには、コイルＬのインダクタンスＬを大きくする方法と、変調周期Ｔを小さくする（短くする）方法がある。しかしながら、コイルＬのインダクタンスＬを大きくすると、平滑フィルタ２９のカットオフ周波数が下がるため、正確な波形の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が得られなくなる恐れがある。そこで、第１実施形態では、変調周期Ｔを短くしてコイル電流Ｉｐｗｍを小さくする。但し、常時、変調周期Ｔを短くしたのでは、デューティ比の小さい領域やデューティ比の大きい領域で、駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）の波形が正確でなくなる恐れがある。図９には、デューティ比が３０％、２０％、１０％のときの変調周波数とオンデューティのパルス幅の関係を示す。変調周波数を高くするとデジタル電力増幅器２８にて出力するパルス幅は狭くなり、特にデューティ比の小さい領域においてオンデューティのパルス幅が非常に狭くなってしまう。これは、デューティ比が大きい領域のオフデューティのパルス幅でも同じである。デジタル電力増幅器２８が出力可能なパルス幅には限度があり、それ以下のパルス幅を出力することができない。このため、デューティ比の小さい領域、デューティ比の大きい領域において、変調周波数が高いと、パルス幅が非常に狭いため、デジタル電力増幅器２８が出力するべきパルス幅を出力することができず、正確な波形の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）が得られなくなる。第１実施形態では、デューティ比が３０％（＝０．３）から７０％（＝０．７）のときには変調周期Ｔを短くし、それ以外のときには変調周期Ｔを長くする。勿論、デューティ比が３０％から７０％の間に限らず、例えば、２０％から８０％の間に変調周期を短くするなどしてもよい。また、三つ以上の変調周期を有してもよい。

図１０に示すように、デューティ比３０％に相当する駆動波形信号ＷＣＯＭの電位をＶＡ、デューティ比７０％に相当する駆動波形信号ＷＣＯＭの電位をＶＢとしたとき、駆動波形信号ＷＣＯＭの電位がＶＡからＶＢの間にあるとき、変調周期Ｔを短くする。変調周期Ｔの調整には、三角波信号（基準信号）の周期と傾きを調整する。図１１に示すように、三角波信号（基準信号）の電位をＶｓａｗとしたとき、所定のクロック周期Ｔｃｋで、三角波信号（基準信号）電位Ｖｓａｗを所定増加電位Ｖｓｔｅｐだけ増加するので、変調周期Ｔｐｍｗを変更する場合、三角波信号（基準信号）の波高値Ｖｄｄを変調周期Ｔｐｗｍで除して所定増加電位Ｖｓｔｅｐを算出し、これを三角波信号（基準信号）電位Ｖｓａｗに所定クロック周期Ｔｃｋ毎に加算すればよい。なお、第１実施形態では、変調周期Ｔｐｗｍは、第１所定変調周期Ｔ１と、それより長い第２所定変調周期Ｔ２の何れかとし、第１所定変調周期Ｔ１が選択されたときには、当該第１所定変調周期Ｔ１に適応する第１所定増加電位Ｖ１ｓｔｅｐが選択され、第２所定変調周期Ｔ２が選択されたときには、当該第２所定変調周期ｔ２に適応する第２所定増加電位Ｖ２ｓｔｅｐが選択されるものとする。

図１２は、前記三角波発振器３４で行われる三角波信号（基準信号）発生のための演算処理を示すフローチャートである。この演算処理は、三角波信号（基準信号）発生指令の度に実行され、まずステップＳ１で、電位データからなる駆動波形信号の駆動波形データＤＷＣＯＭを読込む。
次にステップＳ２に移行して、ステップＳ１で読込まれた駆動波形データＤＷＣＯＭが駆動波形信号の終了を示す波形終了データであるか否かを判定し、波形終了データである場合には演算処理を終了し、そうでない場合にはステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、ステップＳ１で読込まれた駆動波形データＤＷＣＯＭが前記所定電位ＶＡより大きく且つ所定電位ＶＢより小さいか否かを判定し、駆動波形データＤＷＣＯＭが所定電位ＶＡより大きく且つ所定電位ＶＢより小さい場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合にはステップＳ５に移行する。
ステップＳ４では、前記第１所定変調周期Ｔ１を変調周期Ｔｐｗｍに設定すると共に、前記第１所定増加電位Ｖ１ｓｔｅｐを所定増加電位Ｖｓｔｅｐに設定してからステップＳ６に移行する。

ステップＳ５では、前記第２所定変調周期Ｔ２を変調周期Ｔｐｗｍに設定すると共に、前記第２所定増加電位Ｖ２ｓｔｅｐを所定増加電位Ｖｓｔｅｐに設定してからステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、タイマカウンタＣｏｕｎｔをリセットすると共に三角波信号（基準信号）電位Ｖｓａｗを０Ｖにクリアする。

次にステップＳ７に移行して、タイマカウンタＣｏｕｎｔが変調周期Ｔｐｗｍと等しいか否かを判定し、タイマカウンタＣｏｕｎｔが変調周期Ｔｐｗｍと等しい場合にはステップＳ３に移行し、そうでない場合にはステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、タイマカウンタＣｏｕｎｔをクロック周期Ｔｃｋに相当する１つ分だけインクリメントすると共に、三角波信号（基準信号）電位Ｖｓａｗに所定増加電位Ｖｓｔｅｐを加算した値を新たな三角波信号（基準信号）電位ＶｓａｗとしてからステップＳ７に移行する。

この演算処理によれば、駆動波形データＤＷＣＯＭがデューティ比３０％相当の所定電位ＶＡより大きく且つデューティ比７０％相当の所定電位ＶＢより小さい場合には、短い第１所定変調周期Ｔ１が変調周期Ｔｐｗｍに設定されると共に、大きい第１所定増加電位Ｖ１ｓｔｅｐが所定増加電位Ｖｓｔｅｐに設定され、駆動波形データＤＷＣＯＭがデューティ比３０％相当の所定電位ＶＡ以下か、又はデューティ比７０％相当の所定電位ＶＢ以上である場合には、長い第２所定変調周期Ｔ２が変調周期Ｔｐｗｍに設定されると共に、小さい第２所定増加電位Ｖ２ｓｔｅｐが所定増加電位Ｖｓｔｅｐに設定される。例えば、図１３に示すように、第１所定変調周期Ｔ１を第２所定変調周期Ｔ２の１．２倍とすると、変調周期Ｔｐｗｍが第２所定変調周期Ｔ２のままのときの前記１式で得られるデューティ比５０％時のコイル電流Ｉｐｗｍは、０．１２５Ｖｄｄ×Ｔ／Ｌであるのに対し、デューティ比が３０％〜７０％の間だけ変調周期Ｔｐｗｍを第１変調周期Ｔ１とした場合にはデューティ比５０％時のコイル電流Ｉｐｗｍを０．１０４Ｖｄｄ×Ｔ／Ｌとすることができ、これにより中間電位における消費電力を低減することができる。また、デューティ比が大きい領域、或いは小さい領域では、変調周期Ｔｐｗｍを長い第２所定変調周期Ｔ２とすることにより、パルス幅を確保することができ、正確な波形の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を得ることができる。また、パルス変調の変調周期の完了を検出することにより、正確な変調信号を確保して駆動信号の歪みを防止することができる。

次に、本発明の液体噴射装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態の液体噴射装置は、前記第１実施形態と同様に、液体噴射型印刷装置に適用されたものであり、その概略構成、液体噴射ヘッド近傍、制御装置、駆動信号、スイッチングコントローラ、アクチュエータ駆動回路、変調信号、ゲート−ソース間信号、出力信号は、前記第１実施形態と同様である。第２実施形態では、波形メモリ２４に記憶されているデータの内容、並びにその記憶データを用いて三角波発振器３４で行われる演算処理が異なる。

第２実施形態では、波形メモリ２４に駆動波形データＤＷＣＯＭと共に変調周期Ｔｐｗｍが記憶されており、三角波発振器３４では、そのときの変調周期Ｔｐｗｍを読込んで三角波信号（基準信号）を創生する。
なお、波形メモリ２４に記憶されている変調周期Ｔｐｗｍは、前記第１実施形態と同じく、第１所定変調周期Ｔ１と、それより長い第２所定変調周期Ｔ２の何れかとし、駆動波形信号が一定電位であり且つ駆動波形データＤＷＣＯＭがデューティ比３０％相当の所定電位ＶＡより大きく且つデューティ比７０％相当の所定電位ＶＢより小さい場合には、短い第１所定変調周期Ｔ１が変調周期Ｔｐｗｍに設定されており、駆動波形データＤＷＣＯＭの電位が一定ではない場合、又はデューティ比３０％相当の所定電位ＶＡ以下か、デューティ比７０％相当の所定電位ＶＢ以上である場合には、長い第２所定変調周期Ｔ２が変調周期Ｔｐｗｍに設定されている。尚、デューティ比が３０％から７０％にある場合に変調周期を短く、それ以外デューティ比では変調周期を長くしているが、勿論、デューティ比は上記値に限らず、例えば２０％から８０％の間に変調周期を短くするなどとしてもよい。また、三つ以上の変調周期を有し切り替えるとしてもよい。
図１４は、三角波発振器３４で行われる三角波信号（基準信号）発生のための第２実施形態の演算処理を示すフローチャートである。この演算処理は、三角波信号（基準信号）発生指令の度に実行され、まずステップＳ１１で、波形メモリ２４に記憶されている駆動波形データＤＷＣＯＭ及び変調周期Ｔｐｗｍを読込む。

次にステップＳ１２に移行して、ステップＳ１１で読込んだ駆動波形データＤＷＣＯＭが波形終了データであるか否かを判定し、駆動波形データＤＷＣＯＭが波形終了データである場合には演算処理を終了し、そうでない場合にはステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１３では、タイマカウンタＣｏｕｎｔをリセットすると共に、三角波信号（基準信号）電位Ｖｓａｗを０Ｖにクリアし、三角波信号（基準信号）の波高値Ｖｄｄを変調周期Ｔｐｗｍで除して所定増加電位Ｖｓｔｅｐを算出する。

次にステップＳ１４に移行して、タイマカウンタＣｏｕｎｔが変調周期Ｔｐｗｍと等しいか否かを判定し、タイマカウンタＣｏｕｎｔが変調周期Ｔｐｗｍと等しい場合にはステップＳ１３に移行し、そうでない場合にはステップＳ１５に移行する。
ステップＳ１５では、タイマカウンタＣｏｕｎｔをクロック周期Ｔｃｋに相当する１つ分だけインクリメントすると共に、三角波信号（基準信号）電位Ｖｓａｗに所定増加電位Ｖｓｔｅｐを加算した値を新たな三角波信号（基準信号）電位ＶｓａｗとしてからステップＳ１４に移行する。

この際に出力される駆動波形信号と、三角波信号を図１５に示す。
この演算処理によれば、駆動波形データＤＷＣＯＭが一定電位であり、デューティ比３０％相当の所定電位ＶＡより大きく且つデューティ比７０％相当の所定電位ＶＢより小さい場合には、短い第１所定変調周期Ｔ１が変調周期Ｔｐｗｍに設定され、駆動波形データＤＷＣＯＭが一定電位ではない場合又は、デューティ比３０％相当の所定電位ＶＡ以下か、又はデューティ比７０％相当の所定電位ＶＢ以上である場合には、長い第２所定変調周期Ｔ２が変調周期Ｔｐｗｍに設定されるので、中間電位における電流を低減し、これにより消費電力を低減することができる。
また、デューティ比が大きい領域、或いは小さい領域では、変調周期Ｔｐｗｍを長い第２所定変調周期Ｔ２とすることにより、パルス幅を確保することができ、正確な波形の駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を得ることができる。また、パルス変調の変調周期の完了を検出することにより、正確な変調信号を確保して駆動信号の歪みを防止することができる。

更に、第２実施形態によれば、第１実施形態と異なり、駆動波形データが所定の中間電位にあるかどうかを、逐次判定する必要がないため、より容易に構成することができる。
又、第２の実施形態は駆動波形データが一定電位である場合に変調周波数を変更するため、液体の吐出特性を安定させることができる。
つまり、駆動波形データの電位が傾きを持つ部分は、アクチュエータに動圧与え液体を制御している領域であるため、この領域で波形歪が発生すると液体の吐出特性を損なう可能性があるが、第２実施形態においては、一定電位の領域で変調周波数を変更するため、変調周波数を変更することにより発生しうる波形歪みが液体の吐出特性に悪影響を与えることがない。
なお、前記第１〜第２実施形態では、本発明の液体噴射装置をラインヘッド型の液体噴射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、マルチパス型の液体噴射型印刷装置にも同様に適用可能である。

また、本発明の液体噴射装置は、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噴射する液体噴射装置、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。

１は印刷媒体、２は液体噴射ヘッド、３は給紙部、４は搬送部、５は給紙ローラ、６は搬送ベルト、７は電動モータ、８は駆動ローラ、９は従動ローラ、１０は排紙部、１１はヘッド固定プレート、２１はハーフブリッジ出力段、２２はアクチュエータ、２４は波形メモリ、２５は駆動波形信号発生回路、２６は変調回路、２８はデジタル電力増幅器、２９は平滑フィルタ、３０はゲートドライブ回路、３４は三角波発振器、３５は比較部、６５はヘッドドライバ

Claims (4)

1. 駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
   前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、
   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信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅器と、
   前記電力増幅変調信号を平滑化して駆動信号とする平滑フィルタと、
   を備え、
   前記変調回路は、前記駆動波形信号のデータに基づいて、当該駆動波形信号が所定の中間電位にあるときにパルス変調の変調周期を、前記所定の中間電位以外の電位のときの変調周期より短くすることを特徴とする液体噴射装置。
2. 駆動波形信号を発生する駆動波形信号発生回路と、
   前記駆動波形信号をパルス変調して変調信号とする変調回路と、
   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信号を電力増幅して電力増幅変調信号とするデジタル電力増幅器と、
   前記電力増幅変調信号を平滑化して駆動信号とする平滑フィルタと、
   を備え、
   前記変調回路は、波形メモリに記憶されている変調周期データに基づいて前記パルス変調の変調周期を変更し、
   前記波形メモリに記憶されている変調周期データは、前記駆動波形信号が一定電位であり、かつ、所定の中間電位にあるときに、パルス変調の変調周期を前記所定の中間電位以外の領域の変調周期より短くすることを特徴とする液体噴射装置。
3. 前記変調回路は、パルス変調の変調周期の完了を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体噴射装置を備えた液体噴射型印刷装置。

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