JP3424791B2 - プリンタヘッドの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットノ
ズルにピエゾ圧電素子を用いた、パルス電圧駆動式のイ
ンクジェットプリンタヘッドの駆動回路に関わり、特
に、ピエゾ圧電素子に印加される台形波電圧の発生回路
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のインクジェットプリンタヘッド
の駆動回路は、インクジェットノズルのピエゾ圧電素子
に台形波状のパルス電圧を印加し、インク室内の体積変
化によりインクの吸引と吐出を行うように構成されてい
る。

【０００３】図１は、この種のプリンタに従来から用い
られている、プリンタヘッド駆動回路の台形波電圧発生
回路の一例である。一般に知られた回路であるから、構
成及び動作の詳細説明は省略するが、概要は次の通りで
ある。

【０００４】この回路は台形波電圧生成部Ａと電流増幅
部Ｂとから構成されている。入力端子１から例えば４２
Ｖ程度の直流定電圧Ｖｃｃを電流増幅部Ｂに供給し、駆
動パルスの電流供給源とする。入力端子２から、例えば
１１〜３９Ｖ程度の範囲で可変の直流電圧Ｖｋを台形波
電圧生成部Ａに供給する。この直流電圧Ｖｋは、台形波
電圧のピークレベルを与えるもので、ヘッドの種類やヘ
ッドの温度に応じて最適なピーク電レベルが得られるよ
うに可変される。入力端子４には、台形波電圧の立上が
り期間を決めるパルス幅をもった充電パルスが印加さ
れ、入力端子３には、台形波電圧の立下がり期間を決め
るパルス幅をもった放電パルスが印加される。

【０００５】今、入力端子４に、所定幅を持った充電パ
ルスが印加されると、トランジスタＱ１、Ｑ４、Ｑ５、
Ｑ６、Ｑ７がオンして、台形波電圧生成部Ａの印加電圧
ＶｋよりトランジスタＱ７を通してコンデンサＣ２が充
電される。そして、この充電電圧は、トランジスタＱ７
のコレクターエミッタ間（ＣＥ間）のインピーダンス及
びコンデンサＣ２の容量による時定数で決まる勾配で、
充電パルスの期間中、ほぼリニヤに立ち上がる。以後、
充電パルスの休止期間は、トランジスタＱ６はオフして
いるため、コンデンサＣ１の電圧が一定のフラット期間
が続く。

【０００６】次に、入力端子３に所定幅を持った放電パ
ルスが印加されると、トランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ１
０、Ｑ１１、Ｑ８、Ｑ９がオンして、コンデンサＣ２の
電圧はトランジスタＱ９を通して放電される。コンデン
サＣ２の充電電圧は、コンデンサＣ２の容量とトランジ
スタＱ９のＣＥ間のインピーダンスによる時定数で決ま
る勾配で、放電パルスの期間中、ほぼリニアに立ち下が
る。

【０００７】この様にして、図２に示すように、ほぼリ
ニアな立ち上がり期間と、フラットなピークレベル期間
と、ほぼリニアな立ち下がり期間とから成る台形波電圧
パルスが生成され、ａ点に出力される。そして、ａ点か
らパワートランジスタＱ１２、Ｑ１３より成る電流増幅
部Ｂを経て、出力端子５に電流増幅された台形波電圧パ
ルスが出力され、ヘッドの駆動電圧パルスとなる。ヘッ
ドの種類毎に及びヘッドの温度に応じて、駆動電圧パル
スのピークレベルが常に最適になるように、入力端子２
の印加電圧Ｖｋが、約１１〜３９Ｖの範囲で変化させら
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インクジェ
ットノズルのピエゾ圧電素子は、駆動電圧パルスの立ち
上がり期間及び立ち下がり期間で動作する。そのため、
駆動電圧パルスのピークレベルに関わらず常に、駆動電
圧パルスの立ち上がり期間と立ち下がり期間は適正な一
定長であることが、インクジェットノズルを適正に動作
させる上で必要である。立ち上がり期間はコンデンサＣ
２の充電時定数によって決まり、立ち下り期間はコンデ
ンサＣ２の放電時定数によって決まる。

【０００９】ところが、実際には、駆動電圧パルスのピ
ークレベルを調節するために印加電圧Ｖｋを変化させる
と、トランジスタＱ７及びＱ９のＣＥ間のインピーダン
スが変化するため、コンデンサＣ２の充放電の時定数が
変わってしまう。つまり、印加電圧Ｖｋの変化に対し
て、充放電の電流がリニヤに変化しないので、印加電圧
Ｖｋに対応したピークレベルまでの駆動電圧パルスの立
ち上がり期間及び立ち下がり期間が一定でなくなってし
まう。そこで、従来回路では、印加電圧Ｖｋに応じて充
電及び放電パルスのレベルを調整することにより、トラ
ンジスタＱ７及びＱ９のインピーダンスを調整して、駆
動電圧パルスの立ち上がり期間及び立ち下がり期間を常
に一定にするための付加回路が必要であり、結果とし
て、回路構成が複雑になる。

【００１０】さらに、図１の従来回路において、最終的
に出力端子５に現れる駆動電圧パルスの立ち上がり及び
立ち下がり時点は、電流増幅部Ｂの入力端であるａ点の
台形波電圧パルスの立ち上がり及び立ち下がりに対して
若干遅れる。その原因は、ａ点の台形波電圧が立ち上が
りを開始しても電流増幅部Ｂは直ちに動作開始せず、ａ
点の電圧レベルが電流増幅部ＢのパワートランジスタＱ
１２、Ｑ１３のＢＥ間の等価ダイオードによる順方向電
圧降下（約０、９Ｖ）を越えて初めて、トランジスタＱ
１２、Ｑ１３にベース電流が流れ電流増幅部Ｂが動作開
始するからである。

【００１１】この遅れ時間は、印加電圧Ｖｋつまり駆動
電圧パルスのピークレベルによって変化する。何故な
ら、ピークレベルが高くなればａ点の電圧が約０．９Ｖ
に達する時間は短くなり、逆に低ければ長くなるからで
ある。従って、ピークレベルが低いほど遅れ時間は大き
く、高いほど遅れ時間は小さくなる。この遅れ時間の変
化によって、プリンタヘッドの動作タイミングがばらつ
くことになる。

【００１２】従って、本発明の第１の目的は、インクジ
ェットノズル駆動用の台形波駆動電圧パルスを発生する
プリンタヘッドの駆動回路において、比較的に簡単な回
路構成をもって、ピーク電圧が変化しても常に一定の立
ち上がり期間と立ち下がり期間をもった駆動電圧パルス
を発生できるようにすることにある。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、駆動電圧パ
ルスのピーク電圧が変化しても駆動電圧パルスの出力タ
イミングが変動しないようにすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、プリンタヘッ
ドを駆動するための台形波状の駆動電圧パルスを生成す
るものにおいて、一定のピークレベルをもつ第１の台形
波電圧パルスを生成する台形波生成回路と、可変の増幅
率を有し、第１の台形波電圧パルスを電圧増幅して第２
の台形波電圧パルスを生成する電圧増幅回路と、第２の
台形波電圧パルスを電流増幅して前記駆動電圧パルスを
生成する電流増幅回路と、第２の台形波電圧パルスに対
する駆動電圧回路の遅れ時間を確実に解消するために、
駆動電圧パルスの所望のピークレベルに応じて台形波生
成回路の作動タイミングを補正する遅れ時間補正回路と
を備えたプリンタヘッドの駆動回路を提供する。

【００１５】本発明のプリンタヘッド駆動回路によれ
ば、一定のピークレベルをもった台形波電圧パルスをま
ず生成して、これを電圧増幅することにより所望のピー
クレベルをもった台形波電圧パルスを得ているため、ピ
ークレベルに関わりなく一定の立ち上がり期間と立ち下
がり期間をもった駆動電圧パルスが得られる。

【００１６】電圧増幅回路は、電流増幅回路から駆動電
圧パルスを帰還入力する差動増幅回路を含むことができ
る。この差動増幅回路は、第２の台形波電圧パルスに対
する駆動電圧パルスの遅れ時間を低減するように働く。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】図３は、本発明の第１の実施形態
にかかるプリンタヘッド駆動回路の台形波発生回路を示
す。

【００１９】この台形波発生回路は、台形波電圧生成部
Ａと、台形波電圧生成部Ａの出力に接続された電圧増幅
部Ｃ１と、電圧増幅部Ｃ１の出力に接続された電流増幅
部Ｂとを備える。台形波電圧生成部Ａは図１の従来の回
路のそれと同じ回路構成ではあるが、入力端子２への印
加電圧Ｖｋは例えばＤＣ１２Ｖの一定電圧であり、よっ
て、一定のピークレベルを持つ台形波電圧パルスを発生
する。電圧増幅部Ｃ１は、増幅率が可変であり、台形波
電圧生成部Ａからの台形波電圧パルスを電圧増幅して、
例えば約１１〜３９Ｖの範囲で可変のピークレベルをも
った台形波電圧パルスを生成する。電流増幅部Ｂは図１
の従来の回路のそれと同じ回路構成であり、その出力端
子５に最終的な駆動電圧パルスが現れる。電圧増幅部Ｃ
１と電流増幅部Ｂには、入力端子１より例えば４２Ｖの
直流電圧Ｖｃｃが供給される。

【００２０】台形波電圧生成部Ａでは、ＤＣ１２Ｖ一定
の印加電圧Ｖｋの下で各トランジスタが能動領域で動作
するように回路定数が選定されている。入力端子４に加
えられる充電パルスの期間中、トランジスタＱ７を通じ
てコンデンサＣ２が充電され、コンデンサＣ２の充電電
圧はほぼリニアに立ち上がる。同様に、その後に入力端
子３に加えられる放電パルスの期間中、トランジスタＱ
９を通じてコンデンサＣ２が放電され、コンデンサＣ２
の充電電圧はほぼリニアに立ち下がる。従って、図２に
示したような波形の台形波電圧パルスがａ点に生成され
る。この台形波電圧パルスは、一定のピークレベルと、
一定の立ち上がり期間と、一定の立ち下がり期間とをも
つ。

【００２１】電圧増幅部Ｃ１は、トランジスタＱ１４、
Ｑ１５、Ｑ１６、Ｑ１７を含む正帰還差動増幅回路であ
る。この差動増幅回路は、帰還信号を受けるトランジス
タＱ１７のベースに接続した可変抵抗ＶＲ１によって、
帰還信号に対するこの差動増幅回路の入力インピーダン
スを変えることにより、電圧増幅率を可変できるように
構成されており、結果として、約１１〜３９Ｖの範囲で
可変のピークレベルをもった台形波電圧パルスを生成す
る。この台形波電圧パルスは、ａ点の一定波形の台形波
電圧パルスを電圧増幅したものであるから、そのピーク
レベルに関わらず、ａ点の台形波電圧パルスと同じ一定
の立ち上がり期間と一定の立ち下がり期間とをもつ。

【００２２】電圧増幅部Ｃ１からの台形波電圧パルス
は、電流増幅部Ｂで電流増幅されて最終的な駆動電圧パ
ルスとなる。この駆動電圧パルスは抵抗Ｒ１４を通じて
電圧増幅部Ｃ１の差動増幅回路にフィードバックされ
る。従って、電圧増幅部Ｃ１の差動増幅回路の出力電圧
は、台形波生成部Ａからのａ点の台形波電圧パルスと、
電流増幅部Ｂからの最終的な駆動電圧パルスとの差に比
例することになる。結果として、ａ点の台形波電圧パル
スに対する最終的な駆動電圧パルスの立ち上がり及び立
ち下がりの遅れが緩和される。

【００２３】図４は、電圧増幅部Ｃ１の可変抵抗ＶＲ１
の構成を示す。

【００２４】この可変抵抗ＶＲ１は、抵抗値Ｒ、Ｒ、Ｒ
／３、Ｒ／７…Ｒ／２５５をぞれぞれもった９個の固定
抵抗を有し、それら抵抗の一端が電圧増幅部Ｃ１のトラ
ンジスタＱ１７のベースに接続される。それら９個の抵
抗の内、抵抗値Ｒをもつ一つの抵抗の他端は接地され、
残りの８個の抵抗の他端は８ビットのラッチ１０に接続
される。ラッチ１０は、ヘッド種類やヘッド温度に応じ
た駆動電圧パルスの適正なピークレベルを指定する８ビ
ットワードを入力してラッチし、ラッチしたワードの各
ビットの値に応じて、上記８個の抵抗の各々の他端を接
地するか浮かすかを選択する。それにより、８ビットワ
ードの指定するピークレベルに応じた、ＲからＲ／２５
５までの２５６段階の抵抗値が得られる。結果として、
駆動電圧パルスのピークレベルを２５６段階に可変する
ことができる。

【００２５】図５は、本発明の第２の実施形態にかかる
プリンタヘッド駆動回路の台形波発生回路を示す。

【００２６】この回路は、図３に示した実施形態におい
て、帰還型の電圧増幅部Ｃ１を帰還型でない簡単な電圧
増幅部Ｃ２に置き換えたものである。この電圧増幅部Ｃ
２は、トランジスタＱ１８、トランジスタＱ１８への入
力抵抗Ｒ１５、トランジスタＱ１８のベースのバイアス
抵抗Ｒ１６、ＶＲ２を有し、バイアス抵抗である可変抵
抗ＶＲ２の抵抗値を変えることにより電圧増幅率を可変
する。可変抵抗ＶＲ２は図４に示したものと同様の構成
である。出力端子５に現れる駆動電圧パルスは、ピーク
レベルが変わっても、一定の立ち上がり及び立ち下り期
間をもつ。

【００２７】しかし、この実施形態では、ａ点の台形波
電圧パルスに対する出力端子５の駆動電圧パルスの遅れ
時間の問題が、図１に示した従来回路と同程度に存在す
る。

【００２８】図６は、上述した遅れ時間の問題を確実に
解消するための遅れ時間補正回路を示す。

【００２９】この補正回路は、上記の遅れ時間を補償す
るように充電パルス及び放電パルスの発生タイミングを
シフトさせるものであり、上述した２つの実施形態のい
ずれにも適用できる。図示のように、補正回路は、基本
タイマテーブル１１、充電タイマ補正テーブル１３及び
放電タイマ補正テーブル１５を有する。

【００３０】基本タイマテーブル１１は、図７（ａ）に
示すように、充電時間、ＷＡＩＴ時間及び放電時間が格
納されている。充電時間とは、駆動電圧パルスの立ち上
がり時間の設定値であり、これにより充電パルスの幅が
決まる。ＷＡＩＴ時間とは、駆動電圧パルスのフラット
期間の設定値であり、これにより充電パルスの終了から
放電パルスの開始までの時間が決まる。放電時間とは、
駆動電圧パルスの立ち下がり時間の設定値であり、これ
により放電パルスの幅が決まる。

【００３１】充電タイマ補正テーブル部１３及び放電タ
イマ補正テーブル部１５には、図７（ｂ）に示すよう
に、駆動電圧パルスの２５６段階の各ピークレベルに対
応した充電補正値及び放電補正値が格納される。充電補
正値及び放電補正値は、充電パルス及び放電パルスの基
準的な出力時期に対する、実際の出力時期の時間的なシ
フト量をそれぞれ示したもので、数値のマイナスは実際
の出力時期を基準の時期より早めることを意味し、プラ
スは遅らせることを意味する。図から分るように、ピー
クレベルが低くなるほど、遅れ時間が大きくなるため、
充電パルス及び放電パルスの出力時期をより早めること
になる。

【００３２】制御回路１７は、インクジェットヘッドの
温度などに応じて駆動電圧パルスのピークレベルを決定
し、そして、基本タイマテーブル１１の値と、決定した
ピークレベルに対応した充電及び放電タイマテーブル１
３、１５の値とを読み込んで、それら読み込んだ値に基
づいて波形タイマ部１９を制御する。

【００３３】波形タイマ部１９は、充電パルスを発生す
る充電タイマ回路２１と、充電パルスの終了から放電パ
ルスの開始までの時間を制御するＷＡＩＴタイマ回路２
３と、放電パルスを発生する放電タイマ回路２５とを有
する。制御回路１７は、まず、タイマデータとして、基
本タイマテーブル１１より読み込んだ充電時間、ＷＡＩ
Ｔ時間及び放電時間を充電タイマ回路２１、ＷＡＩＴタ
イマ回路２３及び放電タイマ回路２５にそれぞれセット
し、更に、充電及び放電タイマテーブル１３、１５から
読み込んだ充電補正時間及び放電補正時間を充電タイマ
回路２１及びＷＡＩＴタイマ回路２３に設定する。続い
て、制御回路１７は、クロック信号や基準的な出力タイ
ミングを決めるための信号などを含む制御信号を充電時
間、ＷＡＩＴ時間及び放電時間に供給する。

【００３４】充電タイマ回路２１は、制御信号に基づい
て決定される基準的な出力タイミングに対して充電補正
値だけ時間的にシフトさせた時点に、充電時間のパルス
幅を持つ充電パルスを発生する。また、ＷＡＩＴタイマ
回路２３は、充電タイマ回路２１からの充電パルスの終
了時点から時間カウントを開始し、ＷＡＩＴ時間を放電
補正値で修正した時間をカウントすると、放電タイマ回
路２５を起動する。放電タイマ回路２５は、起動される
と、放電時間のパルス幅をもつ放電パルスを発生する。
結果として、上述した遅れ時間を補償するように、充電
パルス及び放電パルスの出力時期が、実際の駆動電圧パ
ルスが立ち上がるべき時期及び立ち下がるべき時期より
早められるため、実際の駆動電圧パルスの立ち上がり時
期及び立ち下がり時期は常に適正になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプリンタヘッド駆動回路の台形波発生回
路の回路図。

【図２】台形波パルスを示す波形図。

【図３】本発明の第１の実施形態にかかるプリンタヘッ
ド駆動回路の台形波発生回路の回路図。

【図４】電圧増幅部の可変抵抗の回路図。

【図５】本発明の第２の実施形態にかかるプリンタヘッ
ド駆動回路の台形波発生回路の回路図。

【図６】遅れ時間補正回路のブロック図。

【図７】同図（ａ）は基本タイマテーブル、同図（ｂ）
は充電タイマ補正テーブル及び放電タイマ補正テーブル
を示す図。

【符号の説明】

Ａ台形波電圧生成部 Ｂ 電流増幅部 Ｃ１、Ｃ２ 電圧増幅部 Ｑ１〜Ｑ１８ トランジスタ Ｒ１〜Ｒ１６ 抵抗 Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ ＶＲ１ 可変抵抗 １０ ８ｂｉｔラッチ １１ 基本タイマテーブル １３ 充電タイマ補正テーブル １５ 放電タイマ補正テーブル １９ 波形タイマ部 ２１ 充電タイマ回路 ２３ ＷＡＩＴタイマ回路 ２５ 放電タイマ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 H03K 4/94

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリンタヘッドを駆動するための台形波
   状の駆動電圧パルスを生成するものにおいて、 一定のピークレベルをもつ第１の台形波電圧パルスを生
   成する台形波生成回路と、 可変の増幅率を有し、前記第１の台形波電圧パルスを電
   圧増幅して第２の台形波電圧パルスを生成する電圧増幅
   回路と、 前記第２の台形波電圧パルスを電流増幅して前記駆動電
   圧パルスを生成する電流増幅回路と、 前記第２の台形波電圧パルスに対する前記駆動電圧回路
   の遅れ時間を解消するように、前記駆動電圧パルスの所
   望のピークレベルに応じて前記台形波生成回路の作動タ
   イミングを補正する遅れ時間補正回路と を備えたプリン
   タヘッドの駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の駆動回路において、 前記電圧増幅回路が、前記電流増幅回路から駆動電圧パ
   ルスを帰還入力する差動増幅回路を含むプリンタヘッド
   の駆動回路。
3. 【請求項３】 請求項１記載の駆動回路において、 前記電圧増幅回路の増幅率を、前記駆動電圧パルスの所
   望のピークレベルに応じて可変する手段をさらに備えた
   プリンタヘッドの駆動回路。