JP3711447B2 - インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子のグランド側を中間電位に保持するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、プリンタ本体内或いは印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（ヘッド駆動回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
【０００５】
ところで、このような圧電素子は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
【０００６】
このため、本出願人による特許第３０９７１５５号において、圧電素子に対して、駆動タイミングとは異なるタイミングで、充電電圧を印加して、充電電圧を維持するようにしたヘッドの駆動装置及び駆動方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式プリンタのヘッド駆動においては、各圧電素子に印加される駆動信号は、例えば、非駆動時に高い電圧に設定され、駆動時には電圧が低くなるように構成されている。この場合、消費電力が大きくなると共に、圧電素子に印加される電圧が比較的高くなってしまうために前述した放電による電圧降下も大きく、電力損失が大きい。
【０００８】
また、印刷品質の向上のために、印刷ドットの高密度化を実現しようとすると、互いに隣接する圧電素子の電極間のギャップが狭くなるが、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子とが隣接している場合に、これらの圧電素子の電極間電圧が高くなると、これらの圧電素子の電極間で放電が発生することがある。
【０００９】
さらに、高密度化により個々の圧電素子が小さくなって、その耐圧が低くなるため、より高密度化が進んだ場合には、駆動信号の最大電圧が圧電素子の耐圧を越えることになり、圧電素子が正常に動作しなくなるおそれがある。このため、圧電素子の電極間に、絶縁材料を充填する等の絶縁処理が必要になってしまう。
【００１０】
これに対して、各圧電素子のグランド側を駆動信号の中間電位に保持するようにするヘッド駆動方式もある。このようなヘッド駆動方式によれば、上述した高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止することができるが、駆動信号の変動に対応して、電圧を変動させると共に、充電及び放電の切換えが必要であることから、双方向の可変電源が必要となる。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、各圧電素子の電極間に印加される電圧を低下させるようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及びヘッド駆動方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、各圧電素子のグランド側の電極に、充電回路により充電される第一のコンデンサからのバイアス電圧を印加して、各圧電素子のグランド側をグランド電位より高い電位に保持するようにした。
【００１３】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、各圧電素子のグランド側の電極に所定のバイアス電圧を印加する第一のコンデンサと、各圧電素子の放電による電荷を利用して上記第一のコンデンサを充電する充電回路と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、各圧電素子のグランド側の電極に接続された第一のコンデンサを、各圧電素子の放電による電荷を利用して充電回路により充電して、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、圧電素子の放電電荷を利用して充電回路により充電された第一のコンデンサの充電電圧に基づいて、圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。従って、圧電素子より放電時に捨てていた電荷を電源として利用する事で、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、精度の高い波形を実現できる。
【００１６】
さらに、バイアス電圧を変更する場合には、充電回路の回路定数を適宜に変更することにより、容易にバイアス電圧の変更が可能であるので、充電回路を新たに設計したり、別の充電回路に交換する必要がなく、容易に対応することができる。
【００１７】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記充電回路が、各圧電素子の放電による電荷により充電される第二のコンデンサを含んでいることを特徴とする。請求項６記載のヘッド駆動方法においては、上記充電回路が、各圧電素子の放電による電荷により充電される第二のコンデンサを含んでいることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続された第一のコンデンサが、充電回路の第二のコンデンサを介して充電されることにより、圧電素子のグランド側の電極が第一のコンデンサから安定したバイアス電圧を印加されることになる。
【００１９】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記充電回路が、第二のコンデンサの充電電圧を安定化して第一のコンデンサに印加する定電圧回路を備えていることを特徴とする。請求項７記載のヘッド駆動方法においては、上記充電回路が、第二のコンデンサの充電電圧を安定化して第一のコンデンサに印加する定電圧回路を備えていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続された第一のコンデンサが、充電回路の第二のコンデンサから定電圧回路を介して充電電圧が印加されることにより、第一のコンデンサの充電電圧の変動が抑制されることになる。従って、圧電素子のグランド側の電極に印加されるバイアス電圧がより一層一定に保持されることになる。
【００２１】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記充電回路の第二のコンデンサが、印刷開始前に徐々に充電されることを特徴とする。請求項８記載のヘッド駆動方法においては、上記充電回路の第二のコンデンサが、印刷開始前に徐々に充電されることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、印刷開始前に第二のコンデンサが徐々に充電されることにより、第二のコンデンサの出力電圧そして第一のコンデンサの充電電圧が徐々に上昇するので、第一のコンデンサから各圧電素子のグランド側の電極に印加されるバイアス電圧も徐々に上昇することになる。従って、印刷開始前のバイアス電圧の上昇による各圧電素子の誤動作が防止される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２４】
図１は、本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェットプリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号を供給するためヘッド駆動回路１２と、このヘッド駆動回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びスイッチ回路１４と、圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定電圧を印加する第一のコンデンサ２０及び充電回路２１と、から構成されている。
【００２５】
ここで、図１においては、圧電素子１１は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。そして、各圧電素子１１に対して、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。
【００２６】
そして、圧電素子１１は、常時中間電位Ｖｃ付近に充電されており、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号に基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。ヘッド駆動回路１２は、ドライバＩＣとして構成されており、インクジェットプリンタのヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、例えばプリンタ本体内に配置されている。
【００２７】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１５，１６から構成されている。このうち、第一のトランジスタ１５は、コレクタが定電圧電源に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、定電圧をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００２８】
また、第二のトランジスタ１６は、エミッタがスイッチ回路１５の入力側に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、コレクタが後述するように充電回路２１に接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させ、その放電電荷を充電回路２１に供給する。
【００２９】
スイッチ回路１４は、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。第一のコンデンサ２０は、その充電電圧をバイアス電圧Ｖｂとして各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加するように、一端が圧電素子１１のグランド側の共通電極１１ｂに接続されていると共に、他端がグランドにアース接続されている。
【００３０】
尚、第一のコンデンサ２０の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧を供給することができるように、すべての圧電素子１１の総静電容量（数μＦ程度）に対して十分大きな容量、例えば、数１００μＦ乃至５６００μＦ程度に選定されている。
【００３１】
上記充電回路２１は、第三のトランジスタ２２，第二のコンデンサ２３と、定電圧回路３０と、から構成されている。第三のトランジスタ２２は、エミッタが前記電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６のコレクタに接続され、コレクタがグランドにアース接続されると共に、ベースが定電圧ダイオード２４を介してヘッド駆動回路１２に接続されている。
【００３２】
これにより、第三のトランジスタ２２のベースには、図２（Ａ）にて点線で示すように、駆動信号ＣＯＭより定電圧ダイオード２４による電圧分だけ低い電圧Ｖ３が印加されることになる。したがって、第三のトランジスタ２２は、駆動信号ＣＯＭに対して、上記電圧Ｖ３が中間電位Ｖｃより高いときのみ導通する。
【００３３】
上記第二のコンデンサ２３は、一端がダイオード２５を介して第三のトランジスタのエミッタ及び電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６のコレクタに接続されると共に、他端がグランドにアース接続されている。尚、第二のコンデンサ２３は、例えば高抵抗を介して定電圧が印加されることにより、常時あるいは印刷開始前に充電されていてもよく、また印刷開始時に図示しない手段により徐々に電圧が上昇するように充電されるようにしてもよい。
【００３４】
上記定電圧回路３０は、図示の場合、公知の構成の定電圧回路であって、第四のトランジスタ３１，定電圧ダイオード３２及び抵抗３３から構成されている。第四のトランジスタ３１は、コレクタが第二のコンデンサ２３の一端に接続され、エミッタが第一のコンデンサ２０の一端に接続されると共に、ベースが定電圧ダイオード３２に接続されている。定電圧ダイオード３２は、他端がグランドにアース接続されており、抵抗３３は、一端が第二のコンデンサ２３の一端に接続され、他端が第四のトランジスタ３１のベースに接続されている。
【００３５】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、本発明によるヘッド駆動方法に基づいて、以下のように動作する。先ず、印刷の際に駆動される圧電素子１１について説明すると、インクジェットプリンタの印刷開始（スタートアップ）時に、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図３（Ａ）に示すように、例えば１００μｓの時間だけチャージ信号ＮＣＨＧがＬレベルに反転することによって、中間電位Ｖｃまで上昇する。
【００３６】
これにより、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５からスイッチ回路１４を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図３（Ｂ）にて実線で示すように、中間電位Ｖｃまで上昇することになる。
【００３７】
このとき、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、第一のコンデンサ２０の充電電圧がバイアス電圧Ｖｂとして印加されることにより、図３（Ｂ）にて点線で示すように、所定電圧Ｖｂに保持されている。
【００３８】
ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、所定電圧Ｖｂに保持されているので、印刷開始時には、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、Ｖｂであるが、この電位差Ｖｂは、駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃより低いので、圧電素子１１が誤動作してインク滴を吐出してしまうようなことはない。
【００３９】
そして、印刷中は、駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより高い場合には、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの充電が行なわれ、また駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより低い場合には、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの放電が行なわれる。これにより、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００４０】
そして、上記放電による放電電荷は、図２（Ｂ）に示すように、充電回路２１のダイオード２５を介して、第二のコンデンサ２３に蓄積され、第二のコンデンサ２３が充電される。
【００４１】
ここで、図３（Ｂ）にて符号Ｘで示すように、圧電素子１１が途中で自己放電により電圧降下を生じて、その一方の電極１１ａの電位が中間電位Ｖｃより低くなることを防止するために、チャージ信号ＮＣＨＧは、図３（Ｃ）にて符号Ｙで示すように、駆動信号ＣＯＭの一定周期で、即ち駆動信号ＣＯＭの変動のないタイミングで、Ｌレベルのパルスを発生する。
【００４２】
これにより、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａが充電され、非駆動の圧電素子１１であっても、中間電位Ｖｃに保持されるようになっている。
【００４３】
これに対して、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、第一のコンデンサ２０からバイアス電圧Ｖｂが印加されることにより、この電圧に保持されることになる。従って、各圧電素子１１は、その双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が（Ｖｃ−Ｖｂ）となる。
【００４４】
尚、第一のコンデンサ２０の充電電圧すなわちバイアス電圧Ｖｂを駆動信号の中間電位Ｖｃと同じになるように調整すれば、各圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は０となる。さらに、印刷終了（ストップエンド）時には、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図３（Ａ）に示すように、圧電素子１１の一方の電極１１ａから電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して放電されることにより、電位０まで低下する。
【００４５】
これに対して、非駆動の圧電素子１１については、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭによって、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、常に中間電位Ｖｃに充電され、保持されている。
【００４６】
このようにして、各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、第一のコンデンサ２０の充電電圧により、所定のバイアス電圧Ｖｂに保持されるので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が低く保持されると共に、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子が隣接する場合、これらの圧電素子１１の一方の電極１１ａ間の電圧差も低く保持されることになる。従って、圧電素子１１における消費電力が低減されると共に、圧電素子１１の自己放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減されることになる。
【００４７】
また、駆動される圧電素子１１と非駆動の圧電素子１１との間の電位差が低くなるので、このような圧電素子１１が隣接する場合であっても、圧電素子１１間の放電の発生が低減されると共に、高密度化によって個々の圧電素子１１の耐圧が低くなったとしても、圧電素子１１間の絶縁処理を行なう必要がないので、ヘッドの高密度化を容易に実現することが可能になる。
【００４８】
さらに、第一のコンデンサ２０及び充電回路２１における第二のコンデンサ２３は、各圧電素子１１の放電による放電電荷を利用して充電されるので、特にバイアス電圧Ｖｂを生成するための電源回路を必要としない。
【００４９】
上述した実施形態においては、圧電素子１１として例えばピエゾ素子が使用されているが、これに限らず、他の圧電素子、例えば電歪素子，磁歪素子等を使用してもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態においては、定電圧回路３０は、定電圧ダイオード３２を利用した構成のものが例示されているが、これに限らず、定電圧回路３０は、例えば図４に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２を利用した構成、あるいは図５に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び基準電源Ｐを利用した構成等、種々の公知の構成の定電圧回路を利用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電素子の放電電荷を利用して充電回路により充電された第一のコンデンサの充電電圧に基づいて、圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。このバイアス電圧はヘッドから捨てている電荷を利用している為電源を作り出した事になり、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、精度の高い波形が再現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）充電回路の第三のコンデンサのベース電圧及び（Ｂ）ダイオードの電流の変動を示すタイムチャートである。
【図３】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）駆動信号，（Ｂ）圧電素子の双方の電極電圧及び（Ｃ）チャージ信号の変動を示すタイムチャートである。
【図４】図１のヘッド駆動装置における充電回路の定電圧回路の他の構成例を示す部分回路図である。
【図５】図１のヘッド駆動装置における充電回路の定電圧回路のさらに他の構成例を示す部分回路図である。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ ヘッド駆動回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
１５ 第一のトランジスタ
１６ 第二のトランジスタ
２０ 第一のコンデンサ
２１ 充電回路
２２ 第三のトランジスタ
２３ 第二のコンデンサ
２４ 定電圧ダイオード
２５ ダイオード
３０ 定電圧回路
３１ 第四のトランジスタ
３２ 定電圧ダイオード
３３ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子のグランド側を中間電位に保持するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、プリンタ本体内或いは印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（ヘッド駆動回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
【０００５】
ところで、このような圧電素子は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
【０００６】
このため、本出願人による特許第３０９７１５５号において、圧電素子に対して、駆動タイミングとは異なるタイミングで、充電電圧を印加して、充電電圧を維持するようにしたヘッドの駆動装置及び駆動方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式プリンタのヘッド駆動においては、各圧電素子に印加される駆動信号は、例えば、非駆動時に高い電圧に設定され、駆動時には電圧が低くなるように構成されている。この場合、消費電力が大きくなると共に、圧電素子に印加される電圧が比較的高くなってしまうために前述した放電による電圧降下も大きく、電力損失が大きい。
【０００８】
また、印刷品質の向上のために、印刷ドットの高密度化を実現しようとすると、互いに隣接する圧電素子の電極間のギャップが狭くなるが、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子とが隣接している場合に、これらの圧電素子の電極間電圧が高くなると、これらの圧電素子の電極間で放電が発生することがある。
【０００９】
さらに、高密度化により個々の圧電素子が小さくなって、その耐圧が低くなるため、より高密度化が進んだ場合には、駆動信号の最大電圧が圧電素子の耐圧を越えることになり、圧電素子が正常に動作しなくなるおそれがある。このため、圧電素子の電極間に、絶縁材料を充填する等の絶縁処理が必要になってしまう。
【００１０】
これに対して、各圧電素子のグランド側を駆動信号の中間電位に保持するようにするヘッド駆動方式もある。このようなヘッド駆動方式によれば、上述した高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止することができるが、駆動信号の変動に対応して、電圧を変動させると共に、充電及び放電の切換えが必要であることから、双方向の可変電源が必要となる。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、各圧電素子の電極間に印加される電圧を低下させるようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及びヘッド駆動方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、各圧電素子のグランド側の電極に、充電回路により充電される第一のコンデンサからのバイアス電圧を印加して、各圧電素子のグランド側をグランド電位より高い電位に保持するようにした。
【００１３】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、各圧電素子のグランド側の電極に所定のバイアス電圧を印加する第一のコンデンサと、各圧電素子の放電による電荷を利用して上記第一のコンデンサを充電する充電回路と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、各圧電素子のグランド側の電極に接続された第一のコンデンサを、各圧電素子の放電による電荷を利用して充電回路により充電して、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、圧電素子の放電電荷を利用して充電回路により充電された第一のコンデンサの充電電圧に基づいて、圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。従って、圧電素子より放電時に捨てていた電荷を電源として利用する事で、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、精度の高い波形を実現できる。
【００１６】
さらに、バイアス電圧を変更する場合には、充電回路の回路定数を適宜に変更することにより、容易にバイアス電圧の変更が可能であるので、充電回路を新たに設計したり、別の充電回路に交換する必要がなく、容易に対応することができる。
【００１７】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記充電回路が、各圧電素子の放電による電荷により充電される第二のコンデンサを含んでいることを特徴とする。請求項６記載のヘッド駆動方法においては、上記充電回路が、各圧電素子の放電による電荷により充電される第二のコンデンサを含んでいることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続された第一のコンデンサが、充電回路の第二のコンデンサを介して充電されることにより、圧電素子のグランド側の電極が第一のコンデンサから安定したバイアス電圧を印加されることになる。
【００１９】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記充電回路が、第二のコンデンサの充電電圧を安定化して第一のコンデンサに印加する定電圧回路を備えていることを特徴とする。請求項７記載のヘッド駆動方法においては、上記充電回路が、第二のコンデンサの充電電圧を安定化して第一のコンデンサに印加する定電圧回路を備えていることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、圧電素子のグランド側の電極に接続された第一のコンデンサが、充電回路の第二のコンデンサから定電圧回路を介して充電電圧が印加されることにより、第一のコンデンサの充電電圧の変動が抑制されることになる。従って、圧電素子のグランド側の電極に印加されるバイアス電圧がより一層一定に保持されることになる。
【００２１】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記充電回路の第二のコンデンサが、印刷開始前に徐々に充電されることを特徴とする。請求項８記載のヘッド駆動方法においては、上記充電回路の第二のコンデンサが、印刷開始前に徐々に充電されることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、印刷開始前に第二のコンデンサが徐々に充電されることにより、第二のコンデンサの出力電圧そして第一のコンデンサの充電電圧が徐々に上昇するので、第一のコンデンサから各圧電素子のグランド側の電極に印加されるバイアス電圧も徐々に上昇することになる。従って、印刷開始前のバイアス電圧の上昇による各圧電素子の誤動作が防止される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００２４】
図１は、本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェットプリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号を供給するためヘッド駆動回路１２と、このヘッド駆動回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びスイッチ回路１４と、圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定電圧を印加する第一のコンデンサ２０及び充電回路２１と、から構成されている。
【００２５】
ここで、図１においては、圧電素子１１は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。そして、各圧電素子１１に対して、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。
【００２６】
そして、圧電素子１１は、常時中間電位Ｖｃ付近に充電されており、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号に基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。ヘッド駆動回路１２は、ドライバＩＣとして構成されており、インクジェットプリンタのヘッドへの駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、例えばプリンタ本体内に配置されている。
【００２７】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１５，１６から構成されている。このうち、第一のトランジスタ１５は、コレクタが定電圧電源に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、定電圧をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００２８】
また、第二のトランジスタ１６は、エミッタがスイッチ回路１５の入力側に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の出力に接続されると共に、コレクタが後述するように充電回路２１に接続されている。これにより、ヘッド駆動回路１２からの信号に基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させ、その放電電荷を充電回路２１に供給する。
【００２９】
スイッチ回路１４は、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。第一のコンデンサ２０は、その充電電圧をバイアス電圧Ｖｂとして各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加するように、一端が圧電素子１１のグランド側の共通電極１１ｂに接続されていると共に、他端がグランドにアース接続されている。
【００３０】
尚、第一のコンデンサ２０の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧を供給することができるように、すべての圧電素子１１の総静電容量（数μＦ程度）に対して十分大きな容量、例えば、数１００μＦ乃至５６００μＦ程度に選定されている。
【００３１】
上記充電回路２１は、第三のトランジスタ２２，第二のコンデンサ２３と、定電圧回路３０と、から構成されている。第三のトランジスタ２２は、エミッタが前記電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６のコレクタに接続され、コレクタがグランドにアース接続されると共に、ベースが定電圧ダイオード２４を介してヘッド駆動回路１２に接続されている。
【００３２】
これにより、第三のトランジスタ２２のベースには、図２（Ａ）にて点線で示すように、駆動信号ＣＯＭより定電圧ダイオード２４による電圧分だけ低い電圧Ｖ３が印加されることになる。したがって、第三のトランジスタ２２は、駆動信号ＣＯＭに対して、上記電圧Ｖ３が中間電位Ｖｃより高いときのみ導通する。
【００３３】
上記第二のコンデンサ２３は、一端がダイオード２５を介して第三のトランジスタのエミッタ及び電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６のコレクタに接続されると共に、他端がグランドにアース接続されている。尚、第二のコンデンサ２３は、例えば高抵抗を介して定電圧が印加されることにより、常時あるいは印刷開始前に充電されていてもよく、また印刷開始時に図示しない手段により徐々に電圧が上昇するように充電されるようにしてもよい。
【００３４】
上記定電圧回路３０は、図示の場合、公知の構成の定電圧回路であって、第四のトランジスタ３１，定電圧ダイオード３２及び抵抗３３から構成されている。第四のトランジスタ３１は、コレクタが第二のコンデンサ２３の一端に接続され、エミッタが第一のコンデンサ２０の一端に接続されると共に、ベースが定電圧ダイオード３２に接続されている。定電圧ダイオード３２は、他端がグランドにアース接続されており、抵抗３３は、一端が第二のコンデンサ２３の一端に接続され、他端が第四のトランジスタ３１のベースに接続されている。
【００３５】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、本発明によるヘッド駆動方法に基づいて、以下のように動作する。先ず、印刷の際に駆動される圧電素子１１について説明すると、インクジェットプリンタの印刷開始（スタートアップ）時に、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図３（Ａ）に示すように、例えば１００μｓの時間だけチャージ信号ＮＣＨＧがＬレベルに反転することによって、中間電位Ｖｃまで上昇する。
【００３６】
これにより、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５からスイッチ回路１４を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図３（Ｂ）にて実線で示すように、中間電位Ｖｃまで上昇することになる。
【００３７】
このとき、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、第一のコンデンサ２０の充電電圧がバイアス電圧Ｖｂとして印加されることにより、図３（Ｂ）にて点線で示すように、所定電圧Ｖｂに保持されている。
【００３８】
ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、所定電圧Ｖｂに保持されているので、印刷開始時には、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、Ｖｂであるが、この電位差Ｖｂは、駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃより低いので、圧電素子１１が誤動作してインク滴を吐出してしまうようなことはない。
【００３９】
そして、印刷中は、駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより高い場合には、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの充電が行なわれ、また駆動信号ＣＯＭが中間電位Ｖｃより低い場合には、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの放電が行なわれる。これにより、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００４０】
そして、上記放電による放電電荷は、図２（Ｂ）に示すように、充電回路２１のダイオード２５を介して、第二のコンデンサ２３に蓄積され、第二のコンデンサ２３が充電される。
【００４１】
ここで、図３（Ｂ）にて符号Ｘで示すように、圧電素子１１が途中で自己放電により電圧降下を生じて、その一方の電極１１ａの電位が中間電位Ｖｃより低くなることを防止するために、チャージ信号ＮＣＨＧは、図３（Ｃ）にて符号Ｙで示すように、駆動信号ＣＯＭの一定周期で、即ち駆動信号ＣＯＭの変動のないタイミングで、Ｌレベルのパルスを発生する。
【００４２】
これにより、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａが充電され、非駆動の圧電素子１１であっても、中間電位Ｖｃに保持されるようになっている。
【００４３】
これに対して、各圧電素子１１の他方のグランド側の共通電極１１ｂは、第一のコンデンサ２０からバイアス電圧Ｖｂが印加されることにより、この電圧に保持されることになる。従って、各圧電素子１１は、その双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が（Ｖｃ−Ｖｂ）となる。
【００４４】
尚、第一のコンデンサ２０の充電電圧すなわちバイアス電圧Ｖｂを駆動信号の中間電位Ｖｃと同じになるように調整すれば、各圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は０となる。さらに、印刷終了（ストップエンド）時には、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図３（Ａ）に示すように、圧電素子１１の一方の電極１１ａから電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して放電されることにより、電位０まで低下する。
【００４５】
これに対して、非駆動の圧電素子１１については、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭによって、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、常に中間電位Ｖｃに充電され、保持されている。
【００４６】
このようにして、各圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、第一のコンデンサ２０の充電電圧により、所定のバイアス電圧Ｖｂに保持されるので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差が低く保持されると共に、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子が隣接する場合、これらの圧電素子１１の一方の電極１１ａ間の電圧差も低く保持されることになる。従って、圧電素子１１における消費電力が低減されると共に、圧電素子１１の自己放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減されることになる。
【００４７】
また、駆動される圧電素子１１と非駆動の圧電素子１１との間の電位差が低くなるので、このような圧電素子１１が隣接する場合であっても、圧電素子１１間の放電の発生が低減されると共に、高密度化によって個々の圧電素子１１の耐圧が低くなったとしても、圧電素子１１間の絶縁処理を行なう必要がないので、ヘッドの高密度化を容易に実現することが可能になる。
【００４８】
さらに、第一のコンデンサ２０及び充電回路２１における第二のコンデンサ２３は、各圧電素子１１の放電による放電電荷を利用して充電されるので、特にバイアス電圧Ｖｂを生成するための電源回路を必要としない。
【００４９】
上述した実施形態においては、圧電素子１１として例えばピエゾ素子が使用されているが、これに限らず、他の圧電素子、例えば電歪素子，磁歪素子等を使用してもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態においては、定電圧回路３０は、定電圧ダイオード３２を利用した構成のものが例示されているが、これに限らず、定電圧回路３０は、例えば図４に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２を利用した構成、あるいは図５に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３及び基準電源Ｐを利用した構成等、種々の公知の構成の定電圧回路を利用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、圧電素子の放電電荷を利用して充電回路により充電された第一のコンデンサの充電電圧に基づいて、圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加することにより、圧電素子のグランド側がバイアス電圧に保持されることになる。このバイアス電圧はヘッドから捨てている電荷を利用している為電源を作り出した事になり、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、精度の高い波形が再現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）充電回路の第三のコンデンサのベース電圧及び（Ｂ）ダイオードの電流の変動を示すタイムチャートである。
【図３】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）駆動信号，（Ｂ）圧電素子の双方の電極電圧及び（Ｃ）チャージ信号の変動を示すタイムチャートである。
【図４】図１のヘッド駆動装置における充電回路の定電圧回路の他の構成例を示す部分回路図である。
【図５】図１のヘッド駆動装置における充電回路の定電圧回路のさらに他の構成例を示す部分回路図である。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ ヘッド駆動回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
１５ 第一のトランジスタ
１６ 第二のトランジスタ
２０ 第一のコンデンサ
２１ 充電回路
２２ 第三のトランジスタ
２３ 第二のコンデンサ
２４ 定電圧ダイオード
２５ ダイオード
３０ 定電圧回路
３１ 第四のトランジスタ
３２ 定電圧ダイオード
３３ 抵抗
Claims (8)
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、
各圧電素子のグランド側の電極に所定のバイアス電圧を印加する第一のコンデンサと、各圧電素子の放電による電荷を利用して上記第一のコンデンサを充電する充電回路と、を備えていることを特徴とする、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。 - 上記充電回路が、各圧電素子の放電による電荷により充電される第二のコンデンサを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記充電回路が、第二のコンデンサの充電電圧を安定化して第一のコンデンサに印加する定電圧回路を備えていることを特徴とする、請求項２に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記充電回路の第二のコンデンサが、印刷開始前に徐々に充電されることを特徴とする、請求項２または３に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的にヘッド駆動回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、
各圧電素子のグランド側の電極に接続された第一のコンデンサを、各圧電素子の放電による電荷を利用して充電回路により充電して、各圧電素子のグランド側の電極にバイアス電圧を印加することを特徴とする、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。 - 上記充電回路が、各圧電素子の放電による電荷により充電される第二のコンデンサを含んでいることを特徴とする、請求項５に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
- 上記充電回路が、第二のコンデンサの充電電圧を安定化して第一のコンデンサに印加する定電圧回路を備えていることを特徴とする、請求項６に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
- 上記充電回路の第二のコンデンサが、印刷開始前に徐々に充電されることを特徴とする、請求項６または７に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
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