JP2013039836A

JP2013039836A - インクジェットプリンティングのための電荷漏洩防止

Info

Publication number: JP2013039836A
Application number: JP2012229605A
Authority: JP
Inventors: Deane A Gardner; エイガードナーディーン
Original assignee: Fujifilm Dimatix Inc
Current assignee: Fujifilm Dimatix Inc
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-02-28
Also published as: CN101048284A; CN101048284B; US20090231373A1; US20060098036A1; KR20070085794A; EP1814738B1; EP1814738A1; JP2008518817A; WO2006052885A1; US7556327B2; KR101314743B1

Abstract

【課題】インクジェットプリンタ用液滴射出デバイスの電荷漏洩、及び電圧ドリフトを防止する。
【解決手段】スイッチ１０２２及び圧電アクチュエータ１０１４を有する液滴射出デバイスの電荷漏洩を防止するための一方法において、液滴発射期間中に圧電アクチュエータを波形入力信号で駆動するためのスイッチの制御及び非発射期間中に圧電アクチュエータを定電圧レベルで駆動するためのスイッチを制御する。
【選択図】図１１Ａ

Description

関連出願の説明

本出願は、ディーン・エイ・ガードナー（Deane A. Gardner）により２００４年１１月３日に出願された、名称を「波形による個別電圧調整（INDIVIDUAL VOLTAGE TRIMMING WITH WAVEFORMS）」とする、米国特許出願第１０/９８１８８８号に関する。

本発明は、インクジェットプリンタのような、液滴射出デバイスに関する。

インクジェットプリンタは液滴射出デバイスを用いる装置の一タイプである。インクジェットプリンタの一タイプにおいては、プリントされている基板の進行方向に垂直に配向された複数の線型インクジェットプリントヘッドデバイスからインク液滴が送出される。それぞれのプリントヘッドデバイスは上面に（単位液滴射出デバイスのそれぞれについて１つの）複数のポンピングチャンバを定めるモノリシック体に形成された複数の液滴射出デバイスを有する。平型圧電アクチュエータがそれぞれのポンピングチャンバを覆う。単位液滴射出デバイスのそれぞれは、圧電アクチュエータの形状を歪ませてプリントヘッドデバイスを通り過ぎる基板の運動に同期して所望の時点に液滴を放出する、電圧パルスを圧電アクチュエータに印加することによって作動する。

単位液滴射出デバイスのそれぞれは独立にアクセス可能であり、他の液滴射出デバイスとの適切なタイミングにおいてオンデマンドで作動させて画像を形成することができる。プリンティングはプリントサイクルにおいて行われる。プリントサイクルにおいては、全ての液滴射出デバイスに同時に発射パルスが印加され、そのプリントサイクルにおいてインクを噴射するべき液滴射出デバイスだけにイネーブル信号が送られる。

本発明の課題は、インクジェットプリンタにおける圧電変換器（ＰＺＴ）素子にかかる電圧を安定化させ、よってＰＺＴ素子の損傷及びプリント画像の品質劣化を防止するための手段を提供することである。

本開示は、インクジェットプリンタにおける圧電変換器（ＰＺＴ）素子にかかる電圧のドリフトを防止するための手法を実施する方法、装置及びシステムを説明する。

一つの全般的態様において、本手法の特徴は、波形入力信号を圧電アクチュエータに選択的に結合するスイッチを有する液滴射出デバイスを制御する方法である。本方法は、液滴発射期間中に波形入力信号により圧電アクチュエータを駆動するためのスイッチの制御及び非発射期間中に定電圧レベルで圧電アクチュエータを駆動するためのスイッチの制御を含む。

有利な実施形態は以下の特徴の１つまたはそれより多くを有することができる。スイッチの制御は相異なる２つの制御信号を用いて行うことができる。本方法は、波形入力信号による圧電アクチュエータの駆動のためにスイッチを制御するためのチャネル制御信号の使用及び定電圧レベルによる圧電アクチュエータの駆動のためにスイッチを制御するためのクランプ制御信号の使用を含むことができる。クランプ制御信号は液滴射出デバイスがオフのときの圧電アクチュエータへの電荷の蓄積を防止することができる。クランプ制御信号は液滴射出デバイスがオフのときの圧電アクチュエータからの電荷の漏洩を防止することができる。本方法は圧電電圧ドリフトを防止するためのチャネル制御信号またはクランプ制御信号の選択を含むことができる。チャネル制御信号及びクランプ制御信号は、２進加重型スイッチを含む、複数のスイッチを制御することもできる。

本方法はスイッチを制御するための単一駆動信号を発生するためのチャネル制御信号とクランプ制御信号の論理結合も含み、これはチャネル制御信号及びクランプ制御信号のＯＲゲートの入力端子への接続を含むことができる。ＯＲゲートの出力端子はスイッチを制御するための単一駆動信号を有することができる。

非発射期間中に圧電アクチュエータにかかる電圧は接地電位と電源電位の中間の範囲にあるとすることができる。

別の全般的態様において、本手法の特徴は、圧電アクチュエータ、波形入力信号を圧電アクチュエータと選択的に接続するためのスイッチ及び、液滴発射期間中は圧電アクチュエータを波形入力信号で駆動し、非液滴発射期間中は圧電アクチュエータを定電圧レベルで駆動するようにスイッチを制御するためのコントローラを有する、液滴射出デバイスのための装置である。

有利な実施形態は以下の特徴の１つまたはそれより多くを有することができる。スイッチは、波形入力信号を接続するための入力端子、圧電アクチュエータと接続するための出力端子及び第１の制御信号または第２の制御信号を用いてスイッチの電気的接続を制御するための制御信号端子を有することができる。波形入力信号は、第２の制御信号がスイッチを制御するときには、定電圧レベルにあるとすることができる。コントローラはスイッチの制御信号端子と接続することができ、スイッチを制御するために第１の制御信号及び第２の制御信号を用いることができる。コントローラは、スイッチの制御信号端子に第１の制御信号または第２の制御信号を論理接続するためのＯＲゲートを含むことができる。ＯＲゲートの第１の入力は第１の制御信号に接続することができ、ＯＲゲートの第２の入力は第２の制御信号に接続することができ、ＯＲゲートの出力はスイッチの制御端子に接続することができる。第２の制御信号は液滴射出デバイスの非液滴発射期間中のスイッチの電気的接続を制御することができ、第１の制御信号は液滴射出デバイスの発射期間中のスイッチの電気的接続を制御することができる。

別の全般的態様において、本手法の特徴はインクジェットプリンタの圧電アクチュエータにかかる電圧のドリフトを防止するためのシステムである。本システムは、電圧波形を駆動するための波形駆動回路、波形駆動回路を圧電アクチュエータと電気的に接続するためのスイッチ及びインク射出段階中及び非インク射出段階中にスイッチを制御するためのコントローラを備える。波形駆動回路は非インク射出段階中に定電圧波形を駆動する。

有利な実施形態は以下の特徴の１つまたはそれより多くを有することができる。コントローラは、インク射出段階中及び非インク射出段階中に、スイッチの入力にある波形駆動回路をスイッチの出力にある圧電アクチュエータと電気的に接続することができる。コントローラは、スイッチがいつ圧電アクチュエータを波形駆動回路からの電圧波形と電気的に接続しているかを制御するための第１の制御信号を有することができる。コントローラは、非インク射出段階中に、スイッチの入力にある波形駆動回路をスイッチの出力にある圧電アクチュエータと電気的に接続するためにスイッチを制御するための第２の制御信号を有することができる。

特定の実施形態は以下の利点の１つまたはそれより多くを提供することができる。例えば、非発射期間中にＰＺＴ素子を駆動するための「全オン−クランプ」信号の使用により、スイッチの寄生電荷漏洩の効果を抑えることができ、生じ得るＰＺＴ素子への損傷を防止することもできる。別の利点では、スイッチがオンであるかオフであるかを制御するために全オン−クランプ信号を用いることができる。全オン−クランプ信号により、非発射期間中はＰＺＴ素子を定電圧レベルに保つことによってＰＺＴ素子への損傷を防止することができる。別の利点では、ＰＺＴ素子の急激な放電（または充電）を防止することによって、またインクジェットチャネル内部の対応する圧力波を防止することによって、画像品質の劣化を防止することができる。

本開示の１つまたはそれより多くの実施形態の詳細は添付図面に示され、以下の説明で述べられる。その他の特徴及び利点は説明及び図面から、また特許請求の範囲から、明らかであろう。

インクジェットプリンタのコンポーネントの概念図を示すプリントヘッドの単位液滴射出デバイスのポンピングチャンバを定める半導体ブロック及び付帯圧電アクチュエータを示す、図１のインクジェットプリンタのプリントヘッドの一部の、図１の２-２でとられた、縦断面を示す単位液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントを簡略に示す図３の電気コンポーネントの動作に対するタイミング図を示す図１のプリンタのプリントヘッドの回路の例示的ブロック図を示す単位液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントの別の実施形態を簡略に示す図６の電気コンポーネントの動作に対するタイミング図を示す単位液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントの別の実施形態を簡略に示す単位液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントの別の実施形態を簡略に示す液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントの実施形態を簡略に示すスイッチに付帯する電気コンポーネントを簡略に示す図１０Ａに対するタイミング図を示すスイッチに付帯する電気コンポーネントを簡略に示す図１１Ａに対するタイミング図を示す

図１に示されるように、プリントヘッド１２の１２８の単位液滴射出デバイス１０（図１には１つだけが示される）は、単位液滴射出デバイス１０の発射を制御するために、電源線路１４及び１５を通して供給され、オンボード制御回路１９によって分配される、定電圧によって駆動される。外部コントローラ２０が線路１４及び１５を通して電圧を供給し、別の線路１６を通して制御データ及びロジック電力及びタイミングをオンボード制御回路１９に供給する。単位射出デバイス１０によって噴射されるインクはプリントヘッド１２の下を移動する基板１８上にプリント線１７を形成するために送出することができる。単パスモードで静止プリントヘッド１２を通過している基板１８が示されているが、代りに、プリントヘッド１２が走査モードで基板１８の前面を移動することもできよう。

図２を参照すれば、それぞれの液滴射出デバイス１０はプリントヘッド１２の半導体ブロック２１の上面に細長ポンピングチャンバ３０を有する。ポンピングチャンバ３０は（側面に沿うインク源３４からの）インレット３２から、ブロック２１の上面２２から下層２９のノズル開口２８まで降下する降下路３６のノズル流路に向かって延びる。それぞれのポンピングチャンバ３０を覆う平型圧電アクチュエータ３８は、線路１４から供給される電圧によって作動し、プリントヘッドデバイス１２を通過する基板１８の相対運動と同期して所望の時点において、圧電アクチュエータの形状を歪ませ、よってチャンバ３０の容積を変えて液滴を放出するためのオンボード回路１９からの制御信号によってオンとオフが切り換えられる。それぞれのポンピングチャンバ３０にはフローレストリクター４０がインレット３２に設けられる。

図３はそれぞれの単位液滴射出デバイス１０に付帯する電気コンポーネントを示す。それぞれのデバイス１０のための回路は、充電制御スイッチ５０及び線路１４からのＤＣ充電電圧Ｘ_ｖｄｃと圧電アクチュエータ３８の電極の間に接続された充電抵抗器５２を有し、圧電アクチュエータ３８の（一方のコンデンサ板としてはたらく）電極は接地電位または異なる電位に接続された（他方のコンデンサ板としてはたらく）電極の近接部分とも相互作用する。コンデンサを形成する２つの電極は圧電材料の対向面上に配することができ、あるいは圧電材料の同一面上に平行して配することができるであろう。それぞれのデバイス１０のための回路は放電制御スイッチ５４及び、線路１５からの（接地電位とすることができるであろう）ＤＣ放電電圧Ｙ_ｖｄｃと圧電アクチュエータ３８の同じ側との間に接続された放電抵抗器５６も有する。スイッチ５０は制御線６０上のスイッチ制御充電信号に応答してオンとオフが切り換えられ、スイッチ５４は制御線６２上のスイッチ制御放電信号に応答してオンとオフが切り換えられる。

図３及び４を参照すれば、圧電アクチュエータ３８はコンデンサとして機能する。すなわち、線路６０上のスイッチ充電パルス６４に応答してスイッチ５０が閉じられた後、圧電アクチュエータにかかる電圧はＶ_{ｐｚｔ_始点}から定率で上昇する。パルス６４の終点でスイッチ５０が開き、電圧の定率上昇は（Ｘ_ｖｄｃより低い電圧）Ｖ_{ｐｚｔ_終点}で止まる。次いで（コンデンサとしてはたらく）圧電アクチュエータ３８は、線路６２上のスイッチ放電パルス６６に応答して閉じられる放電制御スイッチ５４による、より低い電圧Ｙ_ｖｄｃへの接続によって放電されるまで、（図４に示されるように若干減衰し得る）電圧Ｖ_{ｐｚｔ_終点}を概ね維持する。定率電圧上昇及び降下の速度は、線路１４及び１５上の電圧並びに圧電アクチュエータ３８の静電容量と抵抗器５２及び５６の抵抗値から得られる時定数によって決定される。プリントサイクル６８の始点及び終点が図４に示される。パルス６４及び６６は、圧電アクチュエータ３８にかかる電圧を所望の時間維持するように互いにタイミングが合され、基板１８の移動及び別の射出デバイス１０からの液滴射出に対して所望の時点で液滴を射出するようにプリントサイクル６８に対してタイミングが合される。パルス６４の幅は、パルス６４，６６間のＰＺＴ電圧の幅とともに、降下の大きさ及び速度を制御する、Ｖ_ｐｚｔの絶対値を制御するように設定される。Ｙ_ｖｄｃまで放電させ続けるならば、パルス６６の幅は出力電圧をＹ_ｖｄｃに望むだけ近くまで到達させるに十分に広くするべきである。中間の電圧まで放電させ続けさせるならば、パルス６６の幅は中間電圧を達成するように設定された時間に終るように設定すべきである。

一実施形態において、液滴射出デバイス１０に印加される充電電圧には、ＤＣ充電電圧Ｘ_ｖｄｃが線路１４に印加され、接地電位が線路１５に印加される単極性電圧が含まれる。別の実施形態において、射出デバイス１０に印加される充電電圧には、ＤＣ充電電圧Ｘ_ｖｄｃが線路１４に印加され、逆極性の（例えば、−Ｘ_ｖｄｃであるかまたは位相が１８０°異なる）ＤＣ充電電圧が線路１５に印加される双極性電圧が含まれる。別の実施形態において、線路１４に印加される充電電圧は波形とすることができよう。波形は、方形パルス、鋸歯状（例えば三角）波及び正弦波とすることができる。波形は、周期が変わる波形、１つまたはそれより多くのＤＣオフセット電圧をもつ波形、及び複数の波形の重畳である波形とすることができる。

様々な応答を生じさせ、また様々なスポット径を与えるために、様々な発射波形（例えば、階段パルス、鋸歯状等）をインクジェットに印加することができる。プリントヘッド上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が、利用できる発射波形の波形テーブルを格納することができる。コンピュータからプリントヘッドに送られる画像走査線パケットのそれぞれは、どの発射波形がその走査線に用いられるべきであるかを指定するための波形テーブルへのポインタを有することができる。あるいは、画像走査線パケットは、所望のスポット径を生じさせるためにどの発射波形が用いられるべきであるかをデバイス特定ベースで指定するための、走査線においてそれぞれのデバイスについて１つであるような、複数のポインタを有することができよう。この結果、所望のスポット径にかけてプリント制御を強めることができる。

波形テーブルは、プリント制御を強めるため及びそれぞれのプリントジョブに対して様々な応答及びスポット径を生じさせるためのいくつかのパラメータを含むことができる。これらのパラメータは様々なタイプの基板（例えば、普通紙、光沢紙、透明フィルム、新聞用紙、雑誌用紙）及びこれらの基板のインク吸収率に基づくことができる。その他のパラメータは、電気機械変換器または圧電変換器（ＰＺＴ）をもつプリントヘッド、あるいは発熱素子をもつ熱インクジェットプリントヘッドのような、プリントヘッドの対応に依存することができる。波形テーブルは様々なタイプのインク（例えば、写真プリントインク、普通紙インク、特定の色のインク、特定のインク密度のインク）またはインクチャンバの共振周波数に依存するパラメータを有することができる。波形テーブルはインクノズル間のインクジェット方向の変動を補償するためのパラメータを有することができ、湿度変化の補整のような、プリントプロセスの較正のためのその他のパラメータも有することができる。

図５を参照すれば、オンボード制御回路１９は、線路１４，１５のそれぞれを通じる定電圧Ｘ_ｖｄｃ及びＹ_ｖｄｃに対する入力、Ｄ０〜Ｄ７データ入力７０，（基板１８とプリントヘッド１２の相対運動に液滴射出を同期させるための）論理レベル発射パルストリガ７２，ロジック電力７４及び、必要に応じて、プログラミングポート７６を有する。回路１９は、受信器７８，フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）８０，トランジスタスイッチアレイ８２，抵抗器アレイ８４，水晶発振子８６及びメモリ８８も有する。トランジスタスイッチアレイ８２はそれぞれ６４−液滴射出デバイス１０のための充電スイッチ５０及ぶ放電スイッチ５４を有する。

ＦＰＧＡ８０はそれぞれ所望の時点にそれぞれの圧電アクチュエータ３８に対してパルス６４，６６を与えるためのロジックを有する。Ｄ０〜Ｄ７データ入力７０は、パルスがプリントサイクル６８の所望の時点に開始及び終了するように、ＦＰＧＡ８０において個々のスイッチ５０，５４に対するタイミングを設定するために用いられる。あるラン全体にわたって同じ径の液滴が射出デバイスから射出されるであろう場合は、ランの開始に先立ち、入力Ｄ０〜Ｄ７を通じてタイミング情報が１回入力されさえすればよい。例えばグレイスケール制御を与えるために、液滴毎ベースで液滴径が変えられるならば、それぞれのプリントサイクルの開始時にタイミング情報がＤ０〜Ｄ７を通して渡され、ＦＰＧＡにおいて更新される必要があろう。プリントサイクル中にどの液滴射出デバイス１０を作動させるかを識別するため、プリントサイクル中には、シリアルビットストリームで、発射情報を与えるために入力Ｄ０だけが用いられる。ＦＰＧＡの代りに別のロジックデバイス、例えばディスクリートロジックまたはマイクロプロセッサを用いることができる。

抵抗器アレイ８４は、それぞれの液滴射出デバイス１０のための抵抗器５２，５６を有する。アレイ８４で制御される６４−射出デバイスのそれぞれに対して２つの入力及び１つの出力がある。

プログラミングポート７６は、Ｄ０〜Ｄ７データ入力７０に代えて、ＦＰＧＡ８０を設定するためのデータを入力するために用いることができる。メモリ８８はＦＰＧＡ８０に対するタイミング情報をバッファするかまたは前もって格納するために用いることができる。

通常のプリントモード下での動作において、単位液滴射出デバイス１０はそれぞれのデバイス１０が所望の体積及び所望の速度をもつ液滴を射出するであろうようにそれぞれのデバイスについてのパルス６４，６６に対する適切なタイミングを決定するために較正することができ、この情報はＦＰＧＡ８０をプログラムするために用いられる。この動作は、適切なタイミングが既に決定されている限り、無較正で用いることもできる。次いでプリントジョブを指定するデータがシリアルでデータ入力７２のＤ０端子を通じて送られ、そのプリントジョブにおいてプリントするために特定のデバイスが指定されるそれぞれのプリントサイクルにおいてパルス６４，６６をトリガするようにＦＰＧＡ内のロジックを制御するために用いられる。

グレイスケールプリントモードにおいて、あるいは液滴毎変化を用いる動作において、それぞれのデバイス１０に対するタイミングを設定する情報は、それぞれのプリントサイクルの開始時点において、それぞれのデバイスがそのプリントサイクル中に所望の液滴体積を有するであろうように、データ入力７０の８つの端子Ｄ０〜Ｄ７の全てを通じて渡される。

ＦＰＧＡ８０はタイミング情報を受け取り、液滴を射出するには不十分であるが、メニスカスを動かし、頻繁には発射させられていない単位射出デバイスの乾燥を防止するには十分である、いわゆるチクラー電圧パルスを与えるように制御されることもできる。

ＦＰＧＡ８０はタイミング情報を受け取り、液滴射出情報にノイズを注入して生じ得るプリントパターン及びバンディングを解消するように制御されることもできる。

ＦＰＧＡ８０はタイミング情報を受け取り、例えば射出デバイス１０のからの最初の液滴について、またジョブ中のその後の液滴についても、速度及び体積を達成するために、振幅（すなわちＶ_{ｐｚｔ_終点}）及び幅（充電パルス６４と放電パルス６６の間の時間）のいずれをも変えるために制御されることもできる。

１つは充電のため、また１つは放電のための、２つの抵抗器５２，５６の使用により、圧電アクチュエータ３８にかかる電圧の定率上昇及び定率降下の勾配を独立に制御することが可能になる。あるいは、スイッチ５０，５４の出力を結合して圧電アクチュエータ３８に接続されている共通抵抗器に接続することができ、あるいは結合された出力をアクチュエータ３８自体に直接に接続し、アクチュエータ３８にはどこか他に抵直列抗値を与えることができよう。

圧電アクチュエータ３８にかかる電圧を所望の電圧（Ｖ_{ｐｚｔ_終点}）まで充電し、電源電圧Ｘ_ｖｄｃを切り離してアクチュエータの静電容量に依存することで維持することにより、プリントヘッドで使用される電力は、発射パルス持続中（Ｘ_ｖｄｃであろう）電圧にアクチュエータが維持されるならば使用されることになるであろう電力より少ない。

例えば、スイッチ及び抵抗器をオンとオフが切り換えられる電流源で置き換えることができよう。また、複数の液滴射出デバイスを駆動するために共通の回路（例えばスイッチ及び抵抗器）を用いることもできよう。また、液滴射出の頻度の関数としての液滴体積の変動を小さくするために駆動パルスパラメータを頻度の関数として変えることもできよう。また、それぞれのポンピングチャンバに第３のスイッチを設けて、例えば発射させていないときは、圧電アクチュエータ３８の電極を接地に接続する一方で、第２のスイッチを用いて放電速度を速めるためにアクチュエータ３８の電極を接地より低い電圧に接続することもできよう。

さらに複雑な波形をつくることも可能である。例えば、スイッチ５０を閉じて電圧をＶ１まで上げ、次いで開いてある時間この電圧を維持し、次いで再び閉じて電圧をＶ２まで上げることができよう。スイッチ５０及びスイッチ５４を適切に閉じることで複雑な波形をつくることができる。

図６及び７に示されるように、一液滴射出デバイス当りに複数の抵抗器、電圧及びスイッチを用いて様々なスルーレートを得ることができよう。それぞれの液滴射出デバイスは電源と電気作動型排出デバイスの間で並列接続された１つまたはそれより多くの抵抗器を有することができる。電源と１つまたはそれより多くの抵抗器のそれぞれを含む経路にスイッチを配置して、デバイスを充電するときの並列抵抗器の実効抵抗値を制御することができる。あるいは抵抗値をスイッチの要素とすることができる。例えば、抵抗値をＭＯＳ（金属−酸化物−半導体）型スイッチのソース−ドレイン抵抗値とすることができ、ＭＯＳスイッチのゲートにかかる電圧を切り換えることによってＭＯＳスイッチを作動させることができる。それぞれの液滴射出デバイスは放電端子と電気作動型排出デバイスの間に並列接続された１つまたは複数の抵抗器を有することができる。放電端子と１つまたはそれより多くの抵抗器のそれぞれを含む経路にスイッチを配置して、デバイスを放電させるときの並列抵抗器の実効抵抗値を制御することができる。

図６は、複数（ここでは２つ）の充電制御スイッチ１０２，１０４が充電抵抗器１０６，１０８とともに圧電アクチュエータのコンデンサ１１０を充電するために用いられ、複数（ここでは２つ）の放電制御スイッチ１１２，１１４が放電抵抗器１１６，１１８とともにコンデンサ１１０を放電させるために用いられる、インクジェットデバイスのための別の制御回路１００を示す。

制御回路１００は入り波形に対して低域フィルタとしてはたらくことができる。低域フィルタは高周波成分をフィルタリングして、与えられた入力に対してより予測可能で一貫した発射シーケンスを生じさせることができる。一実施形態において、低域フィルタの時定数は「Ｒ_実効×Ｃ」と表すことができ、ここで、Ｒ_実効は並列接続された抵抗器の実効抵抗値であり、Ｃはコンデンサ１１０の静電容量である。Ｒ_実効は実際にどのスイッチを並列に接続するかに依存して調節することができるから、低域フィルタの時定数を変えることができ、したがって、得られる、コンデンサ１１０にかかる波形を調節（例えば整形）することができる。

充電／放電段階中の定率電圧上昇／下降の勾配は、コンデンサ１１０を充電または放電するために送ることができる電流の大きさで決定することができる。コンデンサ１１０の充電（または放電）は、制御回路１００を駆動する内部回路（図示せず）がコンデンサ１１０を充電する（または放電させる）ために制御回路１００に送ることができる電流の大きさで制限される。「スルーレート」はコンデンサ１１０が充電される（または放電する）レートを指すことができ、充電（または放電）の勾配を決定することができる。一態様において、スルーレートは静電容量に対する電流の比（スルーレート＝Ｉ/Ｃ）として表すことができる。あるいは、スルーレートはコンデンサ１１０にかかる電圧の変化を実効抵抗値の静電容量倍で割った値（スルーレート＝ΔＶ/（Ｒ_実効×Ｃ））として表すことができる。したがって、放電及び充電のスルーレート及び勾配はＲ_実効を変えることで調整することができる。例えば、スイッチ１０２及び１０４が閉じられれば、Ｒ_実効は抵抗器１０６及び１０８の並列結合の実効抵抗値を表すことができる。しかし、スイッチ１０２が開かれてスイッチ１０４が閉じられれば、Ｒ_実効は抵抗器１０８の抵抗値を表すことができる。

図７は入力Ｘ_ｖｄｃに印加された定入力電圧に基づくアクチュエータコンデンサに結果としてかかる電圧のタイミング図を示す。参照数字１２０で示される定率電圧上昇はスイッチ１０２を閉じ、他のスイッチは開くことによって生じる。参照数字１２１で示される平坦部分は、定率電圧上昇１２０の期間中にスイッチ１０２によってコンデンサをある程度充電した後に全てのスイッチを開いたときの、ある程度充電されたコンデンサにかかる電圧を表す。参照数字１２２で示される定率電圧上昇はスイッチ１０４を閉じ、他のスイッチは開くことによって生じる。参照数字１２５で示される平坦部分は、入力電圧Ｘ_ｖｄｃの値がコンデンサ１１０にかかっている、完全に充電されたコンデンサを表す。コンデンサ１１０にかかる電圧が最終電圧Ｘ_ｖｄｃに達すると、電力を節約するために回路内の全てのスイッチを開くことができる。この時点で、コンデンサ上の電荷は変化しないから、コンデンサ１１０は実効的に電圧Ｘ_ｖｄｃを「保持」する。参照数字１２４で示される定率電圧降下はスイッチ１１２を閉じ、他のスイッチは開くことによって生じる。参照数字１２６で示される定率電圧降下はスイッチ１１４を閉じ、他のスイッチは開くことによって生じる。定率電圧上昇１２０，１２２の勾配及び定率電圧降下１２４，１２６の勾配は作動させているスイッチの抵抗値に依存して変わることができる。図７は一時に１つのスイッチを作動させている状態を示すが、実効抵抗を変え、定率電圧上昇／下降の勾配を変えるために１つより多くのスイッチを同時に作動させることができる。

一実施形態において、回路内で作動させられるスイッチは回路の入力に波形が印加される前に選択される。この実施形態においては、発射持続期間全体にわたって実効抵抗値が固定される。あるいは、発射持続期間中にスイッチを作動させることができる。この別の実施形態では、回路の入力に印加される波形を回路の応答を変えることによって整形することができる。どのスイッチが回路内で接続されるかを選択することによって発射期間中の様々な時点において選択することができる、実効抵抗値Ｒ_実効にしたがって回路の応答を変えることができる。

別の実施形態において、それぞれの抵抗器を含む経路のそれぞれのスイッチが作動されているそれぞれの経路の抵抗器の全てにかけて単一の波形を印加することができる。あるいは、それぞれの抵抗器を含む経路のそれぞれのスイッチが作動されているそれぞれの経路に相異なる波形を用いることができる。この場合、デバイスに結果としてかかる波形は複数の波形の重畳とすることができる。この態様において、波形テーブルに格納されていない波形を与えることができる。したがって、波形テーブルに格納されている波形データから波形を供給することができ、一組の並列抵抗器経路にかけて重畳された波形の結果として発生された波形も供給することができる。この態様において、プリントヘッド上の波形テーブルを格納するためのメモリの大きさは限られた数の基本波形パターンを発生するように最小限に抑えることができ、別の波形パターン及び／または複雑な波形パターンを発生するために制御スイッチを用いることができる。この結果、液滴射出デバイスは格納された波形データ及び／または制御スイッチのための機械的データに基づいて調整または調節された応答を有することができる。

図８Ａは、単位液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントの別の実施形態を簡略に示す。図８Ａは、複数（ここではＮ個）の充電制御スイッチＳ_{ｃ_１}８０２，Ｓ_{ｃ_２}８１２及びＳ_{ｃ_Ｎ}８２４並びに付帯する充電抵抗器Ｒ_{ｃ_１}８１０，Ｒ_{ｃ_２}８１６及びＲ_{ｃ_Ｎ}８１４が圧電アクチュエータのコンデンサＣ８６０を充電するために用いられ、複数（ここではＮ個）の放電制御スイッチＳ_{ｄ_１}８３２，Ｓ_{ｄ_２}８３４及びＳ_{ｄ_Ｎ}８３６並びに付帯する放電抵抗器Ｒ_{ｄ_１}８４０，Ｒ_{ｄ_２}８４２及びＲ_{ｄ_Ｎ}８４４がコンデンサを放電させるために用いられる、射出デバイスのための別の制御回路８５０を示す。

図７は波形が定率電圧上昇１２０の開始前に印加され、定率電圧降下１２６の終了後に取り除かれる場合の、結果としての、方形パルス波形Ｘ_{ｖ_波形}の１サイクルに対するコンデンサにかかる電圧変化を示すこともできる。例えば、定率電圧上昇１２０はスイッチ８０２を閉じ、他のスイッチは開くことで生じさせることができる。定率電圧上昇１２２はスイッチ８１２を閉じ、他のスイッチは開くことで生じさせることができる。定率電圧降下１２４はスイッチ８３２を閉じ、他のスイッチは開くことで形成することができる。定率電圧降下１２６はスイッチ８３４を閉じ、他のスイッチは開くことで形成することができる。あるいは、定率電圧上昇または低率電圧降下中に、いかなる数のスイッチも開くかまたは閉じることができる。また、定率電圧上昇または低率電圧降下中に、複数のスイッチを開くかまたは閉じることもできる。

一実施形態において、制御回路８５０内の全ての抵抗器が同じ抵抗値をもつ。別の実施形態において、制御回路８５０内の抵抗器は相異なる抵抗値をもつ。例えば、充電抵抗器Ｒ_{ｃ_１}８１０，Ｒ_{ｃ_２}８１６及びＲ_{ｃ_Ｎ}８１４並びに対応する放電抵抗器Ｒ_{ｄ_１}８４０，Ｒ_{ｄ_２}８４２及びＲ_{ｄ_Ｎ}８４４は、（並列）経路の抵抗値を別の（並列）経路の抵抗値に対して２の羃乗倍で変えることができる、２進加重抵抗器である。あるいは、それぞれの抵抗器は、実効抵抗値Ｒ_実効を２の羃乗倍で変えることが可能になる（例えば、Ｒ_実効をＲ，２Ｒ，４Ｒ，８Ｒ,...,３２Ｒ等とすることができる）ような抵抗値を有することができる。

図８Ｂは単位液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントの別の実施形態の略図を示す。図８Ｂは、複数（ここではＮ個）の充電制御スイッチＳ_{ｃ_１}８０２，Ｓ_{ｃ_２}８１２及びＳ_{ｃ_Ｎ}８２４並びに付帯する充電抵抗器Ｒ_{ｃ_１}８１０，Ｒ_{ｃ_２}８１６及びＲ_{ｃ_Ｎ}８１４が圧電アクチュエータのコンデンサＣ８６０を充電するために用いられ、複数（ここではＮ個）の放電制御スイッチＳ_{ｄ_１}８３２，Ｓ_{ｄ_２}８３４及びＳ_{ｄ_Ｎ}８３６並びに付帯する放電抵抗器Ｒ_{ｄ_１}８４０，Ｒ_{ｄ_２}８４２及びＲ_{ｄ_Ｎ}８４４がコンデンサを放電させるために用いられる、射出デバイスのための別の制御回路８５１を示す。制御回路８５１への入力波形として複数の波形（例えば、Ｘ_{ｖ_波形_１}，Ｘ_{ｖ_波形_２}及びＸ_{ｖ_波形_Ｎ}）を用いて、コンデンサＣ８６０にかかる重畳波形を生成することができる。

図８Ａにおいては、それぞれのスイッチ−抵抗器経路に対する共通波形として１つの波形が用いられる。例えば、Ｓ_{ｃ_１}８０２とＲ_{ｃ_１}８１０を含む経路はスイッチＳ_{ｃ_１}８０２の入力において、Ｓ_{ｃ_２}８１２とＲ_{ｃ_２}８１６を含む経路のスイッチＳ_{ｃ_２}８１２の入力と同じ波形を有する。図８Ｂにおいては、それぞれの充電制御スイッチＳ_{ｃ_１}８０２，Ｓ_{ｃ_２}８１２，Ｓ_{ｃ_Ｎ}８２４はスイッチの入力に異なる波形（例えば、Ｘ_{ｖ_波形_１}，Ｘ_{ｖ_波形_２}及びＸ_{ｖ_波形_Ｎ}）を有することができる。したがって、それぞれのスイッチ−抵抗器経路（例えば、Ｓ_{ｃ_１}８０２とＲ_{ｃ_１}８１０を含む経路，Ｓ_{ｃ_２}８１２とＲ_{ｃ_２}８１６を含む経路及びＳ_{ｃ_Ｎ}８２４とＲ_{ｃ_Ｎ}８１４を含む経路）は経路にかかる相異なる波形を有することができる。

一実施形態において、並列スイッチは、図３に示されるような単一スイッチの使用に比較して、図６（または、図８Ａ，８Ｂ）の回路の総チップ面積を大きくすることはないであろう。別の実施形態において、図６（または、図８Ａ，８Ｂ）の回路に必要な電力が図３に示される回路構成で消費される電力をこえることはないであろう。

図９は、単位液滴射出デバイスに付帯する電気コンポーネントの別の実施形態を別の略図で示す。図９は、複数（ここでは４つ）の制御スイッチＳ_{ｃ_１}９０２，Ｓ_{ｃ_２}９１２，Ｓ_{ｃ_３}９２２及びＳ_{ｃ_４}９４４並びに付帯する抵抗器Ｒ_{ｃ_１}９０６，Ｒ_{ｃ_２}９１６，Ｒ_{ｃ_３}９２６及びＲ_{ｃ_４}９３６が圧電アクチュエータのコンデンサＣ９６０を充放電するために用いられる、射出デバイスのための制御回路９００を示す。図３，６，８Ａ及び８Ｂに示されるように放電制御スイッチ及び付帯する放電抵抗器を別個に用いる代りに、制御スイッチＳ_{ｃ_１}９０２，Ｓ_{ｃ_２}９１２，Ｓ_{ｃ_３}９２２及びＳ_{ｃ_４}９４４並びに付帯する抵抗器Ｒ_{ｃ_１}９０６，Ｒ_{ｃ_２}９１６，Ｒ_{ｃ_３}９２６及びＲ_{ｃ_４}９３６を用いてコンデンサＣ９４０を充放電するための入力信号Ｘ_入力を駆動するために、増幅器９５０を用いることができる。増幅器９５０はコンデンサ９６０に対して充電電流及び放電電流のいずれをも供給することができる。入力信号Ｘ_入力は定電圧入力（すなわちＤＣ入力）とすることができ、あるいは鋸歯状波形または正弦波型波形等のような別のタイプの波形とすることができる。一実施形態において、制御スイッチのそれぞれは、入力信号が印加されて増幅器９５０で駆動される前に、開位置または閉位置にあらかじめ設定しておくことができる。入力信号が印加され、コンデンサＣ９６０が増幅器９５０によって最終値まで充電または放電された後に、制御スイッチのそれぞれは、回路９００に印加されることになる次の入力信号に対して異なる開位置または閉位置に再設定することができる。次の入力は、前の信号に対して印加されたものと同じタイプの入力信号とすることができ、あるいは正弦波型波形が後続する鋸歯状波形のような、異なるタイプの入力信号とすることができる。

図１０Ａはスイッチに付帯する電気コンポーネントの略図を示す。図１０Ｂは図１０Ａにおけるスイッチに対応するタイミング図を示す。スイッチの入力は駆動波形信号１０１０で駆動され、スイッチの出力はＰＺＴ素子１０１４に接続される。チャネル制御信号１０２０がスイッチ１０２２を「オン」（または「オフ」）に切り換え、駆動波形信号１０１０をＰＺＴ素子１０１４に電気的に接続する（またはＰＺＴ素子１０１４から電気的に切り離す）。アナログスイッチ１０２２は、ＰＺＴコンデンサ素子１０１４に貯えられた電荷量を変えることができ、その結果、ＰＺＴ素子１０１４が駆動波形信号１０１０で駆動されていないときにＰＺＴ電圧１０１２を変えることができる、寄生漏洩電流Ｉ_１１０２６及びＩ_２１０２８を有する。

理想ＰＺＴ電圧１０６４（すなわちスイッチからの漏洩電流がない（Ｉ_１＝Ｉ_２＝０である）場合）に対し、非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中は−すなわち、液滴射出デバイスがインクを射出していないときには−ＰＺＴ素子は電荷を失わないから、ＰＺＴ電圧は定電圧に保たれる。この実施形態については、充電制御信号がハイに保たれているときに駆動波形１０６０にしたがって液滴射出デバイスがインクを射出する。この結果、理想ＰＺＴ電圧１０６４が液滴発射サイクル１０４０，１０４４，１０４８にあるときに、チャネル制御がハイに保たれているかまたは「オン」に切り換えられると、液滴射出デバイスは駆動波形１０６０にしたがって発射する。理想的には、非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中、チャネル制御がローに保たれているかまたは「オフ」に切り換えられれば、漏洩電流がないから、ＰＺＴ素子上の電荷量は同じままである。

実ＰＺＴ電圧１０６６がＩ_１＞Ｉ_２の漏洩電流を有する場合は、電源１０２４からの電流漏洩Ｉ_１１０２６が接地電位１０１６への電流漏洩Ｉ_２１０２４より大きい。この結果、チャネル制御が「オフ」であるとき（１０４２，１０４４，１０４６，１０５０において）、ＰＺＴ素子１０１４上の電荷量は増加し、ＰＺＴ電圧は、ＰＺＴ電圧１０６６が（１０５０の終点に示される）電源レベルに達するまで、上昇する。

実ＰＺＴ電圧１０６８がＩ_１＜Ｉ_２の漏洩電流を有する場合は、電源１０２４からの電流漏洩Ｉ_１１０２６が接地電位１０１６への電流漏洩Ｉ_２１０２８より小さい。この結果、チャネル制御が「オフ」であるとき（１０４２，１０４４，１０４６，１０５０において）、ＰＺＴ素子１０１４上の電荷量は減少し、ＰＺＴ電圧は、ＰＺＴ電圧１０６８が（１０５０の終点に示される）接地電位レベルに達するまで、低下する。

実ＰＺＴ素子電圧１０６６，１０６８の長時間の非発射期間１０５０中に、結果としてＰＺＴ素子にかかる電圧はＰＺＴ素子に損傷を与え得る。ＰＺＴ電圧が接地レベルまたは電源レベルに達しない、より短時間の非発射期間１０４２，１０４６中は、チャネル制御信号１０６２がオンに切り換えられたときに、ＰＺＴ素子上の電荷は駆動波形電圧１０６０の電圧レベルまで急激に放電（または充電）され得る。駆動波形電圧の電圧レベルまでのＰＺＴ素子の急激な放電（または充電）はインクジェットチャネル内部に圧力波を生成することができ、この圧力波は以降の発射サイクルにおいて意図的に導入されるエネルギーと増加的または減殺的に干渉し得る。ＰＺＴ素子の急激な放電（または充電）の結果、総合画像品質が劣化し得る。

図１１Ａはスイッチに付帯する電気コンポーネントの略図を示す。図１１Ｂは図１１Ａにおけるスイッチに対応するタイミング図を示す。略図は、アナログスイッチ１０２２の「オン」及び「オフ」機能を制御するために、チャネル制御信号１０２０と全オン−クランプ信号１０３０をＯＲゲート１０１８で接続できることを示す。スイッチ１０２２は、チャネル制御信号１０２０または全オン−クランプ信号１０３０が「オン」またはハイに切り換えられたときは必ず、駆動波形信号１０１０をＰＺＴ素子１０１４に電気的に接続できる。一態様において、全オン−クランプ信号１０３０は、非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中にＰＺＴ素子電圧１０１２を定電圧レベルに保つことによる図１０Ａ〜１０Ｂに説明したようなＰＺＴ素子１０１４への損傷を防止することができる。別の態様において、全オン−クランプ信号は、ＰＺＴ阻止の急激な放電（及び充電）及びインクジェットチャネル内部の対応する圧力波を防止することによって、画像品質の劣化を防止することができる。

スイッチからの漏洩電流がない（Ｉ_１＝Ｉ_２＝０）理想ＰＺＴ電圧１０７４については、液滴射出デバイスがインクを射出しない非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中は、ＰＺＴ素子１０１４は電荷を失わないから、及び／または全オン−クランプ信号が電圧を一定に保つことができるから、ＰＺＴ電圧は定電圧に保たれる。全オン−クランプ信号１０８０は、非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中、ＰＺＴ電圧を駆動波形信号のレベルに保つためにオンに切り換えることができる。この実施形態では、液滴射出デバイスは充電制御信号１０７２がハイに保たれているときに駆動波形１０７０にしたがってインクを射出する。この結果、理想ＰＺＴ電圧１０７４が液滴発射サイクル１０４０，１０４４，１０４８にあるときに、液滴射出デバイスは、チャネル制御１０７２がハイに保たれているかまたは「オン」に切り換えられると、駆動波形１０７０にしたがって発射する。ＰＺＴ電圧は、非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中、チャネル制御がローに保たれているかまたは「オフ」に切り換えられると、一定のままでいることができる。ＰＺＴ電圧は、非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中、全オン−クランプ信号がオンに切り換えられると定電圧に駆動することもできる。

Ｉ_１＞Ｉ_２の漏洩電流を有する実ＰＺＴ電圧１０７６またはＩ_１＜Ｉ_２の漏洩電流を有する実ＰＺＴ電圧１０７８の場合は、非発射期間１０４２，１０４６，１０５０中、ＰＺＴ電圧を一定に保つために全オン−クランプ信号１０８０をオンに切り換えることができる。これらの非発射期間１０４２，１０４６，１０５０の間、駆動波形は定電圧レベルに保たれ、全オン−クランプ信号１０８０はスイッチ１０２２をオンに切り換えて駆動波形１０７０をＰＺＴ素子に電気的に接続する。チャネル制御信号１０７２及び全オン−クランプ信号１０８０がオフであり、液滴射出デバイスが液滴発射サイクル１０４４にあるときには、ＰＺＴ素子は駆動波形に電気的に接続されず、電荷がＰＺＴ素子に蓄積（またはＰＺＴ素子から流出）し始めるとともに、電流漏洩がＰＺＴ電圧を変え始め得る。実ＰＺＴ電圧１０７６または１０７８は、チャネル制御信号１０７２または全オン−クランプ信号１０８０がオンに切り換えられてＰＺＴ素子が駆動波形信号に接続されれば、（非発射期間１０４６において）駆動波形電圧まで回復することができる。

一態様において、非発射期間中にＰＺＴ素子を駆動するために全オン−クランプ信号を用いることにより、スイッチへの寄生電荷漏洩効果を抑えることができる。別の態様において、全オン−クランプ信号を用いてチャネル制御信号のスイッチ制御を無効にすることができる。

本開示のその他の実施形態は添付される特許請求の範囲内にある。例えば、スイッチ及び抵抗器は個別素子とすることができ、あるいは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチの抵抗のような、単一素子の要素とすることができる。図３，６，８Ａ〜８Ｂ及び９に示される抵抗器の値は、滴射出デバイスの電力消費に基づいて設計することができる。図３，６，８Ａ〜８Ｂ及び９に示される抵抗器の値は、液滴射出デバイスの実効充電及び／または放電時定数に基づいて設計することができる。図１０Ａ及び１０Ｂにおいて、スイッチ１０２２は相補型金属−酸化物−半導体（ＣＭＯＳ）デバイスとすることができる。別の実施形態において、図１１ＡのＯＲゲート１０１８の代りに別のタイプの論理機能を用いることができる。また、アレイを形成する複数のスイッチの機能を１つの全オン−クランプ信号１０３０で制御することができる。

１０液滴射出デバイス
１２プリントヘッド
１９オンボード制御回路
３８圧電アクチュエータ
１０１０駆動波形信号
１０１２ＰＺＴ電圧
１０１４ＰＺＴ素子
１０１６接地
１０１８ＯＲゲート
１０２０チャネル制御信号
１０１６接地
１０２２スイッチ
１０２４電源
１０２６，１０２８寄生漏洩電流
１０３０全オン−クランプ信号

Claims

液滴を射出するノズルと、該ノズルから液滴を射出するために、前記ノズルに連通するチャンバの容積をその形状を変形させることにより変動させる圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータに波形入力信号を接続するスイッチを有する液滴射出デバイスを制御する方法において、
（Ａ）液滴発射期間中、前記圧電アクチュエータを前記波形入力信号で駆動するように前記スイッチを制御する工程、及び
（Ｂ）非発射期間中、前記圧電アクチュエータを接地電位と電源電位の中間の範囲の定電圧波形入力信号で駆動するように前記スイッチを制御する工程、
を含み、
（Ａ）工程が、前記圧電アクチュエータを前記波形入力信号で駆動するように前記スイッチを電気的に接続するためにチャネル制御信号を用いるものであり、
（Ｂ）工程が、前記圧電アクチュエータへの電荷の蓄積を防止するために実施され、前記圧電アクチュエータを前記定電圧波形入力信号で駆動するように前記スイッチを電気的に接続するためにクランプ制御信号を用いるものであることを特徴とする方法。