JP3757808B2 - 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
【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、プリンタ本体内あるいは、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い。
【0008】
各圧電素子のグランド側を駆動信号の一定の固定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。
【0009】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、各圧電素子の中間電位を容易に保持し得るようにした、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。
【0010】
【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コンデンサからの中間電位を印加して、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。
【0011】
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、当該圧電素子の一方の電極に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を供給することにより駆動し、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、複数の圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の電極は、駆動信号の中間電位に保持され、各圧電素子の他方のグランド側の電極に中間電位を印加するコンデンサと、ヘッド駆動回路からの駆動信号を利用して上記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。
【0012】
また、請求項6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、当該圧電素子の一方の電極に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を供給することにより駆動し、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、複数の圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の電極は、駆動信号の中間電位に保持され、各圧電素子の他方のグランド側の電極に接続されたコンデンサを、ヘッド駆動回路からの駆動信号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中間電位を印加することを特徴とする。
【0013】
この構成によれば、充電回路が駆動信号を利用してコンデンサを充電するので、こ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中間電位を印加することにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧がほぼ0になることから、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、電力損失が低減される。
【0014】
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、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで駆動信号の中間電位をコンデンサに印加して充電するスイッチ回路を有することを特徴とする。
【0015】
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、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで駆動信号の中間電位をコンデンサに印加して充電するスイッチ回路を有することを特徴とする。
【0016】
この構成によれば、スイッチ回路が各圧電素子の印字タイミングとは異なるタイミングで駆動信号の中間電位をコンデンサに印加することにより、コンデンサが中間電位に充電されるので、圧電素子のグランド側の電極が、コンデンサから印加される中間電位によって、この中間電位に保持される。
【0017】
請求項3記載のヘッド駆動装置においては、上記スイッチ回路が、スイッチング素子であることを特徴とする。
【0018】
請求項8記載のヘッド駆動方法においては、上記スイッチ回路が、スイッチング素子であることを特徴とする。
【0019】
この構成によれば、スイッチング素子を制御することにより、駆動信号の中間電位がコンデンサに印加されることになるので、スイッチング素子の制御が微小信号でよいことから、スイッチング素子すなわちスイッチ回路が簡単に制御され得る。
【0020】
請求項4記載のヘッド駆動装置においては、上記スイッチング素子が、駆動信号に基づいて制御されることを特徴とする。
【0021】
請求項9記載のヘッド駆動方法においては、上記スイッチング素子が、駆動信号に基づいて制御されることを特徴とする。
【0022】
この構成によれば、スイッチング素子が、駆動信号に基づいて、その波形に従って制御されることにより、駆動信号の中間電位を容易にコンデンサに印加して、コンデンサを充電することができる。
請求項5記載のヘッド駆動装置においては、上記駆動信号は、インク吐出終了時、圧電素子のコンデンサと対向する電極に、前記中間電位を基準として少なくとも負方向の電圧を印加することを特徴とする。
請求項10記載のヘッド駆動方法においては、上記駆動信号は、インク吐出終了時、圧電素子のコンデンサと対向する電極に、前記中間電位を基準として少なくとも負方向の電圧を印加することを特徴とする。
この構成によれば、圧電素子に印加される駆動信号の最大電圧値を低下させることができ、圧電素子の消費電力を減少させることができる。
【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。
【0026】
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。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。
【0027】
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。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。
【0028】
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。
【0029】
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、コレクタがグランドにアース接続されている。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を介して放電させる。
【0030】
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。コンデンサ20は、その充電電圧すなわち中間電位Vcを各圧電素子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。
【0031】
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乃至数1000μF程度に選定されている。
【0032】
上記充電回路21は、スイッチ回路22と、制御回路23と、から構成されている。スイッチ回路22は、スイッチング素子22a、例えばトランジスタ,FET,サイリスタ,トライアック等の各種スイッチング素子から構成されている。制御回路23は、ヘッド駆動回路12からの駆動信号COMに基づいて、図2に示すように、駆動信号COMの印字タイミングと異なるタイミングで、すなわち駆動信号COMが中間電位にあるときに、スイッチ回路22をオンさせるように構成されている。尚、制御回路23は、印刷開始時には、スイッチ回路22をオンさせて、コンデンサ20を徐々に中間電位Vcまで上昇させるようになっている。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
このとき、充電回路21の制御回路23がスイッチ回路22のスイッチング素子22をオンさせることにより、コンデンサ20が駆動信号COMにより充電される。これにより、コンデンサ20の充電電圧が中間電位Vcまで上昇するので、図3(B)にて点線で示すように、圧電素子11のグランド側の電極11bの電位も徐々に上昇して、中間電位Vcに達する。
【0036】
ここで、圧電素子11のグランド側の電極11bの電位は、図3(B)に示すように、駆動信号COMと同様に中間電位に達するので、圧電素子の双方の電極11a,11b間の電位差は低く抑えられる。従って、この電位差は、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。
【0037】
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。
【0038】
これに対して、コンデンサ20は、前述したように、駆動信号COMの中間電位Vcがスイッチ回路22のオンによって印加されて充電されることにより、中間電位Vcに保持されている。これにより、各圧電素子11の他方のグランド側の共通電極11bは、コンデンサ20から中間電位Vcが印加されることにより、中間電位Vc保持されることになる。
【0039】
従って、各圧電素子11は、その双方の電極11a,11b間の電位差がほぼ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。
【0040】
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。
【0041】
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、コンデンサ20の充電電圧により、中間電位Vcに保持されるので、圧電素子11の双方の電極11a,11b間の電位差がほぼ0に保持されると共に、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間の電圧差もほぼ0に保持されることになる。
【0042】
さらに、コンデンサ20は、ヘッド駆動回路12からの駆動信号COMの中間電位Vcを利用して充電されるので、特に中間電位Vcを生成するための電源回路を必要としない。
【0043】
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。
【0044】
また、上述した実施形態においては、充電回路21は、スイッチ回路22と制御回路23とから構成されているが、これに限らず、駆動信号COMの印刷タイミングとは異なるタイミングで駆動信号COMの中間電位Vcのみをコンデンサ20に供給することができれば、他の任意の構成の充電回路を使用することが可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、駆動信号の中間電位を利用して充電回路により充電された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中間電位を印加することにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧がほぼ0になることから、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、電力損失が低減される。
【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)ヘッド駆動回路の駆動信号及び(B)スイッチ回路のオンオフ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を示すタイムチャートである。
【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 コンデンサ
21 充電回路
22 スイッチ回路
22a スイッチング素子
23 制御回路
Claims (10)
- 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、当該圧電素子の一方の電極に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を供給することにより駆動し、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、
複数の前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、
各圧電素子の他方のグランド側の電極に中間電位を印加するコンデンサと、ヘッド駆動回路からの駆動信号を利用して上記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、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで駆動信号の中間電位をコンデンサに印加して充電するスイッチ回路を有す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。
- 上記スイッチ回路が、スイッチング素子であ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。
- 上記スイッチング素子が、駆動信号に基づいて制御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。
- 前記駆動信号は、インク吐出終了時、前記圧電素子の前記コンデンサと対向する電極に、前記中間電位を基準として少なくとも負方向の電圧を印加することを特徴とする請求項1乃至4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、当該圧電素子の一方の電極に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を供給することにより駆動し、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、
複数の前記圧電素子中の非駆動の圧電素子の一方の前記電極は、前記駆動信号の中間電位に保持され、
各圧電素子の他方のグランド側の電極に接続されたコンデンサを、ヘッド駆動回路からの駆動信号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中間電位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、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで駆動信号の中間電位をコンデンサに印加して充電するスイッチ回路であ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。
- 上記スイッチ回路が、スイッチング素子であることを特徴とする、請求項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。
- 上記スイッチング素子が、駆動信号に基づいて制御されることを特徴とする、請求項8に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
- 前記駆動信号は、インク吐出終了時、前記圧電素子の前記コンデンサと対向する電極に、前記中間電位を基準として少なくとも負方向の電圧を印加することを特徴とする請求項6乃至9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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