JP3770451B2 - インクジェット式プリントヘッドの駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生素子を駆動させることによりインク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタでは、例えば、圧電振動子等の圧力発生素子に所定の電圧変化を与えて伸縮させ、この伸縮に伴う圧力変化によってインク滴を吐出させるようになっている。例えば、縦振動横効果型のＰＺＴを用いた圧電振動子では、充電されると収縮し、放電すると伸長する。たわみ振動型のＰＺＴを用いた場合は、充電すると伸長し、放電すると伸縮する。ノズル穴に連なる圧力発生室の壁部に圧電振動子の一端を取り付ければ、圧電振動子の伸縮によって圧力変化を生じせしめることができ、インク滴を吐出させることができる。
【０００３】
従来技術によるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置について図１３及び図１４を参照しつつ説明する。
【０００４】
図１３（ａ）は、駆動装置の要部を示すブロック図である。プリントヘッド駆動装置は、電源回路１００，駆動波形発生回路１０１，ドライバ回路１０２，スイッチ回路１０３及び圧電振動子１０４を含んで構成されている。
【０００５】
電源回路１００は、例えば、４２Ｖ程度の直流電圧Ｖｓを出力する。駆動波形発生回路１０１は、図１３（ｂ）に示すような駆動波形信号を出力する。駆動波形信号は、例えば、図中左側に示す比較的小さな台形状の駆動波形ＤＳ１と、図中右側に示す比較的大きな略台形状の駆動波形ＤＳ２とから構成される。なお、正確には、図１３（ｂ）及び図１４は、圧電振動子１０４の端子電圧の変化を示している。
【０００６】
第１の駆動波形ＤＳ１は、例えば、１０Ｖ程度の中間電位Ｖｍからスタートして第１の最大電位ＶＨ１まで上昇し、該最大電位ＶＨ１を所定時間だけ維持した後、再び中間電位Ｖｍまで降下する。第２の駆動波形ＤＳ２は、中間電位Ｖｍからスタートして第２の最大電位ＶＨ２（ＶＨ２＞ＶＨ１）まで上昇し、該最大電位ＶＨ２を所定時間だけ維持した後、中間電位Ｖｍより低い最低電位ＶＬまで降下する。そして、第２の駆動波形ＤＳ２は、最低電位ＶＬを所定時間だけ保持した後、中間電位Ｖｍまで復帰する。
【０００７】
第１の駆動波形ＤＳ１の最大電位ＶＨ１は比較的小さいため、第１の駆動波形ＤＳ１に応じて圧電振動子１０４を充放電させることにより、微小なインク滴を吐出させることができる。これに対し、第２の最大電位ＶＨ２は比較的大きく、また比較的急峻な放電を行うため、第２の駆動波形ＤＳ２を用いれば、第１の駆動波形ＤＳ１の場合よりも大きなインク滴を吐出させることができる。
【０００８】
ドライバ回路１０２は、駆動波形発生回路１０１からの駆動波形信号に応じて充電用トランジスタ１０２Ａと放電用トランジスタ１０２Ｂとを作動させることにより、圧電振動子１０４への充放電を行うものである。電源回路１００の出力側とドライバ回路１０２との間に設けられたスイッチ回路１０３は、階調データに基づいて作動することにより、第１の駆動波形ＤＳ１，第２の駆動波形ＤＳ２のいずれかを選択するものである。例えば、第１の駆動波形ＤＳ１が発生している期間に同期させてスイッチ回路１０３に信号を入力すれば、第１の駆動波形ＤＳ１に応じた充放電を行うことができる。同様に、第２の駆動波形ＤＳ２が発生している期間に合わせてスイッチ回路１０３に信号を入力すれば、第２の駆動波形ＤＳ２に応じた充放電を行うことができる。また、スイッチ回路１０３を閉じたままにしておけば、第１の駆動波形ＤＳ１及び第２の駆動波形ＤＳ２の両方に応じた充放電を行わせることができる。従って、例えば、２ビットデータを採用することにより、充放電なし（［００］：階調１）、ＤＳ１のみ（［１０］：階調２）、ＤＳ２のみ（［０１］階調３）、ＤＳ１及びＤＳ２の双方（［１１］：階調４）の４段階でドット階調を行うことができる。
【０００９】
上述した通り、圧電振動子１０４は、ドライバ回路１０２を介して供給された電圧の変化に応じて伸縮するものである。圧電振動子１０４の伸縮によって圧力変動が発生し、インク滴が吐出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術によれば、駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２のいずれか又は双方を適宜選択することにより、１ドット単位での階調制御を実現することができ、印刷品質を高めることができる。しかし、従来技術では、４２Ｖ程度の比較的高い単一電圧源を用いているため、ドライバ回路１０２での電力損失が増大し易い。従って、消費電力が増大する上に、ドライバ回路１０２の発熱量が増大し、回路寿命等が低下するおそれもある。
【００１１】
図１３（ｃ）に示すように、各充電期間Ｃ１〜Ｃ３には充電用トランジスタ１０２Ａに充電電流が流れる。同様に、各放電期間Ｄ１，Ｄ２には放電用トランジスタ１０２Ｂに放電電流が流れる。そして、充電時には、充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ−エミッタ間に供給電圧Ｖｓと圧電振動子１０４の電圧（ＶＨ１，ＶＨ２）との差分電圧がかかる。また、放電時には、放電用トランジスタ１０２Ｂのコレクタ−エミッタ間に圧電振動子１０４の電圧（ＶＨ１，ＶＨ２）とグランド電位（０Ｖ）との差分電圧がかかる。従って、図１４（ａ）中に斜線部ＷＤ１，ＷＤ２で示すように、各放電期間Ｄ１，Ｄ２では、放電用トランジスタ１０２Ｂに差分電圧と放電電流の積による電力損失が生じる。同様に、図１４（ｂ）に斜線部ＷＣ１〜ＷＣ３で示すように、各充電期間Ｃ１〜Ｃ３では、充電用トランジスタ１０２Ａに差分電圧と充電電流の積による電力損失が生じる。
【００１２】
近年では、一回の主走査で印刷可能なライン数を増大させて印刷速度を向上させるべく、多ノズル化が進んでいるが、同時に駆動されるノズル数が増大するほど、ヘッド駆動回路全体の電力損失が大きくなる。また、特に、図１３（ｂ）に示すように、ドット階調を行うべく、複雑な駆動波形を圧電振動子１０４に印加する場合は、供給電圧よりも低い電圧値までしか充電されないことがある。具体的には、充電期間Ｃ１，Ｃ３では、供給電圧Ｖｓよりも大幅に低い最大電圧ＶＨ１までしか充電されないため、無駄な電力損失が生じている。
【００１３】
本発明は、上記のような種々の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、電力損失を低減することができるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係るインクジェット式プリントヘッドの駆動装置では、駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に、駆動波形信号の形状に合わせて電圧供給を制御している。
【００１５】
即ち、本発明では、複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧力発生素子を作動させることにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置において、１ドット単位での階調を表現するための形状の異なる複数の駆動波形信号を発生させる駆動波形信号発生手段と、階調データに基づいて前記各駆動波形信号のうちいずれか一つ又は複数の駆動波形信号を選択する波形選択手段と、供給された電圧を前記波形選択手段により選択された駆動波形信号に応じて前記圧力発生素子に印加する駆動手段と、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて複数の電圧源を切り換えることにより、前記駆動手段への供給電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異が少なくなるように、前記駆動手段への電圧供給を制御する制御手段と備え、前記電圧源の切換は、前記駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に行われ、前記制御手段は、所定のクロック信号のカウント値に基づいて前記複数の電圧源を切り換えることを特徴とする。
【００１６】
例えば、台形状（略台形状も含む）の駆動波形信号に応じた電圧を、圧電振動子等の圧力発生素子に入力すると、圧力発生素子は、駆動波形信号の形状に応じて圧力変化を引き起こすため、この圧力変化によってインク滴がノズルから吐出される。従って、駆動波形信号を選択することにより、インク滴の大小、即ち、ドット径を調節することができる。ここで、駆動波形信号の形状とは、信号全体の形状や位置を示す。位置とは、初期電圧値又は基準電圧値等を意味する。なお、「駆動波形信号の形状」に代えて「駆動波形信号の仕様」と表現することもできる。駆動波形信号の形状によっては、圧力発生素子の端子電圧と供給電圧との差異が大きくなる可能性がある。供給電圧と圧力発生素子の端子電圧との差異が大きくなると、充電時に、駆動手段にかかる差分電圧と駆動手段を流れる電流との積による電力損失を生じる。一方、圧力発生素子の端子電圧と駆動手段が接続される放電先電位（例えばグランド電位）との差異が大きい場合も、放電時に、電力損失を生じる。そこで、制御手段は、駆動波形信号の形状に合わせて駆動手段への電圧供給を制御することにより、電力損失を低減させる。
【００１８】
例えば、最大電圧の大きい駆動波形信号用と最大電圧の小さい駆動波形信号用との２種類の電圧源を予め用意しておき、選択された駆動波形信号に応じて電圧源を切り換えれば、駆動手段にかかる差分電圧を少なくして電力損失を低減することができる。
【００１９】
前記制御手段は、前記駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて複数の電圧源を切り換えることにより、前記駆動手段の放電先電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異が少なくなるように、前記駆動手段への電圧供給を可変に制御することもできる。
【００２０】
駆動波形信号の形状に応じた複数の放電先電圧源を用意しておき、駆動波形信号に応じて放電先電圧源を切り換えることにより、駆動手段にかかる差分電圧を小さくして電力損失を低減することができる。
【００２１】
前記制御手段は、前記駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて複数の供給電圧源と複数の放電先電圧源とを切り換えることにより、前記駆動手段への供給電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異及び前記駆動手段の放電先電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異がそれぞれ少なくなるように、前記駆動手段への電圧供給を制御することもできる。
【００２２】
ここで、電圧源の切換方法については、少なくとも以下の２種類を採用することができる。第１の方法は、駆動波形信号の信号電圧が一定となった期間中に電圧源を切り換えるものである。第２の方法は、駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に電圧源を切り換えるものである。
【００２３】
電圧源切換のタイミングは、クロック信号の監視によって検出してもよいし、あるいは、駆動波形信号の信号電圧の監視によって検出してもよい。
【００２４】
複数の電圧源は、例えば、複数の電圧出力を有する電源装置を用いることにより実現することができる。あるいは、単一の電圧出力を有する電源装置の出力電圧を調整することにより実現することもできる。
【００２５】
また、本発明では、複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧電振動子を作動させることにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置において、それぞれ形状の異なる複数の台形状駆動波形信号を発生させる駆動波形信号発生手段と、階調データに基づいて前記各駆動波形信号のうちいずれか一つ又は複数の駆動波形信号を選択する波形選択手段と、供給された電圧を前記波形選択手段により選択された駆動波形信号に応じて前記圧力発生素子に印加する駆動手段と、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて前記駆動手段に供給する電圧値を調整することにより、前記駆動手段への供給電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異が少なくなるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記圧電振動子に充電を開始するときの初期電圧値をＶ１、供給電圧値をＶ２とした場合に、圧電振動子の端子電圧値が（Ｖ２−Ｖ１）／２となったときに、前記電圧値Ｖ２を出力する供給電圧源に切り換えることを特徴とする。
【００２６】
これにより、電圧値Ｖ２の供給電圧源に係る駆動波形信号において、充電時の電力損失を最小化することができる。
【００２７】
また、本発明は、インクジェット式プリントヘッドの駆動方法としても実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、従来技術で述べた構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００２９】
１．第１の実施の形態
図１及び図２に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、プリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【００３０】
本実施の形態による電源回路１は、２個の供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２を備えている。図２（ａ）に示すように、一方の供給電圧源Ｖｓ１は駆動波形ＤＳ１の最大電位ＶＨ１に対応し、他方の供給電圧源Ｖｓ２は駆動波形ＤＳ２の最大電位ＶＨ２に対応している。即ち、各供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２は、給電経路中の電圧降下分やドライバ回路１０２での損失分等を考慮して、各最大電位ＶＨ１，ＶＨ２よりもやや高くなるように設定されている。電源回路１の出力側には電圧切換回路２が設けられており、該電圧切換回路２は、制御部３からの切換信号によって供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２のいずれかに切り換えるようになっている。なお、以下の説明では、供給電圧の値を示す場合にもＶｓ１，Ｖｓ２の符号を用いることがある。
【００３１】
「制御手段」としての制御部３は、駆動波形に応じて電圧切換回路２に切換信号を出力することにより、駆動波形に応じた電圧をドライバ回路１０２に供給させるものである。
【００３２】
ここで、供給電圧源の切換タイミングを検出する方法としては、少なくとも以下に述べる２種類のいずれか又は双方を採用できる。第１の方法は、クロック信号を監視し、所定のクロック数がカウントされたときに、切換時期が到来したものとして供給電圧源を切り換えるものである。第２の方法は、駆動波形信号又は圧力発生素子１０４の電圧変化を監視し、所定の電圧値に達したときに供給電圧源を切り換えるものである。
【００３３】
また、供給電圧源の切換は、階調データに関連付けて行うこともできるし、あるいは、階調データとは無関係に行うこともできる。前者の方法では、例えば、駆動波形ＤＳ１のみが選択されている場合は、供給電圧源をＶｓ１に切り換えておけばよく、駆動波形ＤＳ２の発生期間に合わせて供給電圧源を切り換える必要はない。後者の方法では、階調データとは無関係に、駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２の発生に合わせて供給電圧源を切り換える。供給電圧源の切換を階調データと関連付ける場合は、切換回数を低減できるが、回路構造が複雑化する。階調データとは無関係に供給電圧源を切り換える場合は、切換回数が増大するものの、回路構造を簡素化することができる。本発明では、いずれを採用してもよい。
【００３４】
本実施の形態における制御部３は、図２（ａ）に示すように、駆動波形ＤＳ１と駆動波形ＤＳ２との間の信号電圧が変化していない期間中に、供給電圧源を切り換えるようになっている。即ち、初期状態では、供給電圧源をＶｓ１に設定しておき、駆動波形ＤＳ１の最大電位ＶＨ１から中間電位Ｖｍまで降下した後の所定時点ｔ１で、供給電圧源をＶｓ１からＶｓ２に切り換える。そして、駆動波形ＤＳ２の最大電位ＶＨ２から最低電位ＶＬまで降下した後の所定時点ｔ２で、供給電圧源をＶｓ２からＶｓ１に切り換える。
【００３５】
従って、最初の充電期間Ｃ１は、目標電圧である最大電位ＶＨ１に近い供給電圧Ｖｓ１の下で行われ、次の充電期間Ｃ２は、目標電圧である最大電位ＶＨ２に近い供給電圧Ｖｓ２の下で行われる。さらに次の充電期間Ｃ３は、目標電圧である中間電位Ｖｍに比較的近い供給電圧Ｖｓ１の下で行われる。これにより、充電期間Ｃ１，Ｃ３では、（Ｖｓ２−Ｖｓ１）の分だけ充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ−エミッタ間にかかる差分電圧が少なくなるため、図２（ｂ）中に斜線部ＷＣ１ａ，ＷＣ３ａで示す充電時の電力損失が低減される。駆動波形ＤＳ２に関しては、従来の供給電圧ＶｓとＶｓ２が略等しいため、充電期間Ｃ２での電力損失に変化はない。なお、上述した通り、充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ−エミッタ間には、供給電圧と圧電振動子１０４の端子電圧との差分電圧が印加されるため、コレクタ−エミッタ間の電圧変化を示す図２（ｂ）では、差分電圧に合わせて反転させたものとなる。
【００３６】
このように構成される本実施の形態によれば、予め用意された複数の供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２を、制御部３が駆動波形信号の形状に応じて適宜切り換えるため、充電用トランジスタ１０２Ａにかかる差分電圧を少なくできる。従って、充電時の電力損失を低減することができ、ドライバ回路１０２の発熱量を抑えて回路寿命や安定性等を改善することができる。特に、例えば、６４個や１２８個等の多数のノズルを備え、ドット階調が可能なプリントヘッドにおいては、同時駆動されるノズル数も多いため、充電時の電力損失低減による効果は大きい。
【００３７】
２．第２の実施の形態
次に、図３は、第２の実施の形態における供給電圧の切換方法を示す波形図である。本実施の形態の特徴は、駆動波形信号の変化中（圧電振動子の端子電圧変化中）に供給電圧源を切り換える点にある。なお、以下の各実施の形態は、上述した構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
即ち、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、（１）初期状態として供給電圧源Ｖｓ１を設定しておき、（２）駆動波形ＤＳ２の充電期間Ｃ２中の所定時点ｔ１ａで、供給電圧源をＶｓ１からＶｓ２に切り換える。（３）そして、前記実施の形態と同様に、最低電圧ＶＬを維持する期間中の所定時点ｔ２で供給電圧源をＶｓ２からＶｓ１に切り換える。
【００３９】
従って、図３（ｂ）に示すように、各充電期間Ｃ１，Ｃ３における電力損失ＷＣ１ａ，ＷＣ３ａは、第１の実施の形態と同様である。しかし、充電期間Ｃ２では、その途中で供給電圧源が切り換えられるため、供給電圧源がＶｓ１のときの電圧損失ＷＣ２ｂ（ｔ１ｂ−ｔ１ａ間）と供給電圧源がＶｓ２のときの電力損失ＷＣ２ｃ（ｔ１ａ−ｔ１ｃ間）とに分けられる。これら各電力損失ＷＣ２ｂ，ＷＣ２ｃの合計は、第１の実施の形態における電力損失ＷＣ２ａよりも少ない。低い方の供給電圧源Ｖｓ１の使用期間が長いため（ｔ１ａ＞ｔ１）、その分だけ充電用トランジスタ１０２Ａにかかる差分電圧を少なくできるからである。
【００４０】
このように構成される本実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。これに加えて、本実施の形態では、駆動波形信号の信号変化中に供給電圧源を切り換えるため、供給電圧源の使用期間を延ばすことができ、電力損失をより一層低減することができる。
【００４１】
ここで、図４と共に充電期間Ｃ２中の電力損失を最小化する条件を考える。図４（ａ）に示すように、駆動波形ＤＳ２の充電期間Ｃ２における電力損失は、斜線部ＷＣ２ｂ，ＷＣ２ｃで示す面積と等価であり、これら斜線部の面積を最小化する条件が充電期間Ｃ２における電力損失を最小化するための条件となる。従って、空白の四角形部分ＢＳの面積を最大化する条件を求めればよい。
【００４２】
図４（ｂ）は、充電期間Ｃ２の電力損失部分を抜き出して幾何的に表現したものである。図４（ｂ）中の太線で示す斜めの線は、Ｖ＝−ａｔ＋ｂと表すことができる。四角形部分ＢＳに係る電圧をＶｘ、時間をｔｘとおくと、Ｖｘは、Ｖｘ＝−ａ・ｔｘ＋ｂと求めることができ（式１）、四角形部分ＢＳの面積Ｓ(BS)は、Ｓ(BS)＝ｔｘ・Ｖｘと求めることができる（式２）。式１をｔｘについて整理し、式２に代入すると、
Ｓ(BS)＝−（Ｖｘ−ｂ）／ａ・Ｖｘ…（式３）
を得る。第３式を整理すると、
Ｓ(BS)＝−（１−ａ）・｛（Ｖｘ−ｂ／２）＾２＋ｂ＾２／４｝…（式４）
を得る。式４が最大値をとる条件は、Ｖｘ＝ｂ／２のときである（式５）。ここで、傾きａは、充電特性の傾きを示しているから、充電電流の値をＩchg、圧電振動子１０４のピエゾ容量をＣとすれば、ａ＝Ｉchg／Ｃとなる。一方、充電開始時の初期電圧値はＶｍ、供給電圧値はＶｓ２なので、ｂ＝Ｖｓ２−Ｖｍとなる。従って、電力損失を最小化するためには、Ｖｘ＝（Ｖｓ２−Ｖｍ）／２を満たすように電圧供給を制御すればよい（式６）。即ち、式６を満たすように供給電圧源Ｖｓ１の値を設定するか、又は、時間ｔｘを設定すればよい。
【００４３】
３．第３の実施の形態
図５は、第３の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の特徴は、電源回路１１の出力電圧を可変に制御する点にある。即ち、本電源回路１１は単一の出力端子を備えているが、制御部３からの切換信号に応じて出力する電圧値を可変に制御するようになっている。例えば、電源回路１１内に、複数の基準電圧を用意しておき、制御部３からの切換信号に応じて使用する基準電圧を切り換えることにより出力電圧値を可変制御することができる。このように構成される本実施の形態でも上述した各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
４．第４の実施の形態
次に、図６，図７を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態の特徴は、放電先電圧源を複数用意しておき、駆動波形信号の形状に応じて放電先電圧源を切り換える点にある。
【００４５】
即ち、本実施の形態におけるプリントヘッド駆動装置では、放電用トランジスタ１０２Ｂを圧電振動子１０４と同じグランド電位に接地するのではなく、放電先切換回路２２を介して放電先電圧回路２１に接続している。放電先電圧回路２１は、図７（ａ）に示すように、グランド電位に等しい電圧値を有する放電先電圧源Ｖｇ１と、中間電位Ｖｍよりもやや低い電圧値を有する放電先電圧源Ｖｇ２とを備えている。
【００４６】
制御部２３は、所定のタイミングで放電先切換回路２２に切換信号を出力することにより、ドライバ回路１０２の放電先を制御する。図７（ａ）に示すように、制御部２３は、中間電位Ｖｍまで降下する放電期間Ｄ１では放電先電圧源をＶｇ２とし、最低電位ＶＬまで降下する放電期間Ｄ２では放電先電圧源をＶｇ１とするように、放電先電圧源を切り換える。即ち、初期状態では、放電先電圧源Ｖｇ２に設定しておき、駆動波形ＤＳ２が最大電位ＶＨ２を維持している期間中の所定時点ｔ３で、放電先電圧源をＶｇ２からＶｇ１に切り換える。次に、最低電位ＶＬから中間電位Ｖｍに復帰した後の所定時点ｔ４で、放電先電圧源をＶｇ１からＶｇ２に切り換える。前記実施の形態で述べたと同様に、切換タイミングの検出は、クロック数や信号電圧の監視により行うことができる。
【００４７】
このように構成される本実施の形態では、図７（ｂ）中の斜線部ＷＤ１ａに示すように、放電期間Ｄ１中に、放電用トランジスタ１０２Ｂを中間電位Ｖｍに近い電圧値の放電先電圧源Ｖｇ２に接続するため、（Ｖｇ２−Ｖｇ１）の分だけ放電用トランジスタ１０２Ｂのコレクタ−エミッタ間にかかる差分電圧を低減することができ、電力損失を少なくすることができる。なお、放電期間Ｄ２における電力損失に変化はない。
【００４８】
５．第５の実施の形態
次に、図８に基づいて本発明の第５の実施の形態を説明する。本実施の形態の特徴は、３種類の放電先電圧源を用いると共に、信号電圧の変化中に電圧源の切換を行う点にある。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、本実施の形態では、上述した放電先電圧源Ｖｇ１，Ｖｇ２に加えて、新たな放電先電圧源Ｖｇ３を設けている。この放電先電圧源Ｖｇ３の電圧値は、例えば、最大電位ＶＨ２と最低電位ＶＬとの差の略半分程度に設定することができる。制御部２３は、最初は放電先電圧源をＶｇ２に設定しておき、駆動波形ＤＳ２が最大電位ＶＨ２を維持する所定時点ｔ３で放電先電圧源をＶｇ２からＶｇ３に切り換える。次に、制御部２３は、放電期間Ｄ２中の所定時点ｔ５で、放電先電圧源をＶｇ３からＶｇ１に切り換える。最後に、制御部２３は、最低電位ＶＬから中間電位Ｖｍに復帰した後の所定時点ｔ４で、放電先電圧源をＶｇ１からＶｇ２に切り換える。
【００５０】
このように構成される本実施の形態でも第４の実施の形態と同様に、放電期間Ｄ１における電力損失を低減することができる。これに加えて、本実施の形態では、放電期間Ｄ２中に２種類の放電先電圧源Ｖｇ１，Ｖｇ３を用いて放電させるため、放電先電圧源Ｖｇ３に接続している期間（ｔ５−ｔ３）中の差分電圧をより一層少なくすることができ、同期間内の電力損失ＷＤ２ｂを大幅に低減することができる。従って、放電期間Ｄ２における電力損失を、先の実施の形態における電力損失ＷＤ２ａよりも低減することができる（ＷＤ２ａ＞ＷＤ２ｂ＋ＷＤ２ｃ）。
【００５１】
６．第６の実施の形態
次に、図９は、第６の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置のブロック図である。本実施の形態の特徴は、上述した第３の実施の形態と同様に、放電先電圧回路３１の電圧源の値を可変に制御する点にある。即ち、本放電先電圧回路３１は、単一の入力端子を備えているが、制御部２３からの切換信号に応じて、電圧源の値を可変に制御するようになっている。このように構成される本実施の形態でも上述した第４，第５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
７．第７の実施の形態
次に、図１０は、第７の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置のブロック図である。本実施の形態の特徴は、駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２に応じて、各充電期間Ｃ１〜Ｃ３における供給電圧源の切換と各放電期間Ｄ１，Ｄ２における放電先電圧源の切換との両方を行う点にある。
【００５３】
即ち、本制御装置４１は、供給電圧源の切換制御を行う機能と放電先電圧源の切換制御を行う機能とを有しており、駆動波形信号に合わせて所定のタイミングで電圧源を切り換えるようになっている。このように構成される本実施の形態では、充電期間及び放電期間の双方で電力損失を低減させることができる。
【００５４】
なお、当業者であれば、各実施の形態に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の追加、変更等が可能である。例えば、各駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２を含んだ単一の駆動波形信号を用いるのではなく、図１１（ａ）に示すように、各駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２をそれぞれ発生させる駆動波形発生回路５１，５２を設け、選択回路５３が階調データに基づいて駆動波形発生回路を選択するように構成することもできる。
【００５５】
また、図１１（ｂ）に示すように、２種類又は３種類の電圧源に限らず、Ｖｓｎ，Ｖｓｎ＋１，Ｖｓｎ＋２，．．．のように、より多くの電圧源を用意し、適宜切り換えることもできる。
【００５６】
さらに、図１２（ａ）に示すように、階調データに基づいて駆動波形信号を選択するスイッチ回路６１は、駆動波形発生回路１０１とドライバ回路１０２との間に設けることも可能であるし、図１２（ｂ）に示すように、ドライバ回路１０２と圧電振動子１０４との間に設けることもできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係るインクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法によれば、駆動波形信号の形状に応じて駆動手段への電圧供給を制御するため、圧力発生素子の端子電圧との差異を少なくできる。従って、駆動手段における電力損失を低減でき、消費電力や回路寿命及び回路の安定性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図２】圧電振動子の端子電圧（駆動波形信号の信号電圧。以下同様）の変化と充電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における圧電振動子の端子電圧の変化と充電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図４】電力損失が最小となるように供給電圧源を切り換える方法を示し、図４（ａ）は充電期間Ｃ２中の電力損失を示す波形図、同（ｂ）は前記電力損失を最小化させる条件を求めるための説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図７】圧電振動子の端子電圧と放電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態における圧電振動子の端子電圧変化と放電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図１１】本発明の変形例に係り、図１１（ａ）は第１の変形例を示すブロック図、同（ｂ）は第２の変形例を示す説明図である。
【図１２】本発明の変形例に係り、図１２（ａ）は第３の変形例を示すブロック図、同（ｂ）は第４の変形例を示すブロック図である。
【図１３】従来技術に係り、図１３（ａ）は従来技術によるプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図、同（ｂ）は圧電振動子の端子電圧の変化を示す波形図、同（ｃ）は圧電振動子の放電電流及び充電電流の関係を示す説明図である。
【図１４】図１４（ａ）は放電時の電力損失を示す波形図、同（ｂ）は充電時の電力損失を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 電源回路
２ 電圧切換回路
３ 制御部
１１ 電源回路
２１ 放電先電圧回路
２２ 放電先切換回路
２３ 制御部
３１ 放電先電圧回路
４１ 制御部
５１ 駆動波形発生回路
５２ 駆動波形発生回路
５３ 選択回路
６１ スイッチ回路
１０１ 駆動波形発生回路
１０２ ドライバ回路
１０２Ａ 充電用トランジスタ
１０２Ｂ 放電用トランジスタ
１０３ スイッチ回路
１０４ 圧電振動子
Ｖｓ 供給電圧源
Ｖｇ 放電先電圧源
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生素子を駆動させることによりインク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタでは、例えば、圧電振動子等の圧力発生素子に所定の電圧変化を与えて伸縮させ、この伸縮に伴う圧力変化によってインク滴を吐出させるようになっている。例えば、縦振動横効果型のＰＺＴを用いた圧電振動子では、充電されると収縮し、放電すると伸長する。たわみ振動型のＰＺＴを用いた場合は、充電すると伸長し、放電すると伸縮する。ノズル穴に連なる圧力発生室の壁部に圧電振動子の一端を取り付ければ、圧電振動子の伸縮によって圧力変化を生じせしめることができ、インク滴を吐出させることができる。
【０００３】
従来技術によるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置について図１３及び図１４を参照しつつ説明する。
【０００４】
図１３（ａ）は、駆動装置の要部を示すブロック図である。プリントヘッド駆動装置は、電源回路１００，駆動波形発生回路１０１，ドライバ回路１０２，スイッチ回路１０３及び圧電振動子１０４を含んで構成されている。
【０００５】
電源回路１００は、例えば、４２Ｖ程度の直流電圧Ｖｓを出力する。駆動波形発生回路１０１は、図１３（ｂ）に示すような駆動波形信号を出力する。駆動波形信号は、例えば、図中左側に示す比較的小さな台形状の駆動波形ＤＳ１と、図中右側に示す比較的大きな略台形状の駆動波形ＤＳ２とから構成される。なお、正確には、図１３（ｂ）及び図１４は、圧電振動子１０４の端子電圧の変化を示している。
【０００６】
第１の駆動波形ＤＳ１は、例えば、１０Ｖ程度の中間電位Ｖｍからスタートして第１の最大電位ＶＨ１まで上昇し、該最大電位ＶＨ１を所定時間だけ維持した後、再び中間電位Ｖｍまで降下する。第２の駆動波形ＤＳ２は、中間電位Ｖｍからスタートして第２の最大電位ＶＨ２（ＶＨ２＞ＶＨ１）まで上昇し、該最大電位ＶＨ２を所定時間だけ維持した後、中間電位Ｖｍより低い最低電位ＶＬまで降下する。そして、第２の駆動波形ＤＳ２は、最低電位ＶＬを所定時間だけ保持した後、中間電位Ｖｍまで復帰する。
【０００７】
第１の駆動波形ＤＳ１の最大電位ＶＨ１は比較的小さいため、第１の駆動波形ＤＳ１に応じて圧電振動子１０４を充放電させることにより、微小なインク滴を吐出させることができる。これに対し、第２の最大電位ＶＨ２は比較的大きく、また比較的急峻な放電を行うため、第２の駆動波形ＤＳ２を用いれば、第１の駆動波形ＤＳ１の場合よりも大きなインク滴を吐出させることができる。
【０００８】
ドライバ回路１０２は、駆動波形発生回路１０１からの駆動波形信号に応じて充電用トランジスタ１０２Ａと放電用トランジスタ１０２Ｂとを作動させることにより、圧電振動子１０４への充放電を行うものである。電源回路１００の出力側とドライバ回路１０２との間に設けられたスイッチ回路１０３は、階調データに基づいて作動することにより、第１の駆動波形ＤＳ１，第２の駆動波形ＤＳ２のいずれかを選択するものである。例えば、第１の駆動波形ＤＳ１が発生している期間に同期させてスイッチ回路１０３に信号を入力すれば、第１の駆動波形ＤＳ１に応じた充放電を行うことができる。同様に、第２の駆動波形ＤＳ２が発生している期間に合わせてスイッチ回路１０３に信号を入力すれば、第２の駆動波形ＤＳ２に応じた充放電を行うことができる。また、スイッチ回路１０３を閉じたままにしておけば、第１の駆動波形ＤＳ１及び第２の駆動波形ＤＳ２の両方に応じた充放電を行わせることができる。従って、例えば、２ビットデータを採用することにより、充放電なし（［００］：階調１）、ＤＳ１のみ（［１０］：階調２）、ＤＳ２のみ（［０１］階調３）、ＤＳ１及びＤＳ２の双方（［１１］：階調４）の４段階でドット階調を行うことができる。
【０００９】
上述した通り、圧電振動子１０４は、ドライバ回路１０２を介して供給された電圧の変化に応じて伸縮するものである。圧電振動子１０４の伸縮によって圧力変動が発生し、インク滴が吐出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術によれば、駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２のいずれか又は双方を適宜選択することにより、１ドット単位での階調制御を実現することができ、印刷品質を高めることができる。しかし、従来技術では、４２Ｖ程度の比較的高い単一電圧源を用いているため、ドライバ回路１０２での電力損失が増大し易い。従って、消費電力が増大する上に、ドライバ回路１０２の発熱量が増大し、回路寿命等が低下するおそれもある。
【００１１】
図１３（ｃ）に示すように、各充電期間Ｃ１〜Ｃ３には充電用トランジスタ１０２Ａに充電電流が流れる。同様に、各放電期間Ｄ１，Ｄ２には放電用トランジスタ１０２Ｂに放電電流が流れる。そして、充電時には、充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ−エミッタ間に供給電圧Ｖｓと圧電振動子１０４の電圧（ＶＨ１，ＶＨ２）との差分電圧がかかる。また、放電時には、放電用トランジスタ１０２Ｂのコレクタ−エミッタ間に圧電振動子１０４の電圧（ＶＨ１，ＶＨ２）とグランド電位（０Ｖ）との差分電圧がかかる。従って、図１４（ａ）中に斜線部ＷＤ１，ＷＤ２で示すように、各放電期間Ｄ１，Ｄ２では、放電用トランジスタ１０２Ｂに差分電圧と放電電流の積による電力損失が生じる。同様に、図１４（ｂ）に斜線部ＷＣ１〜ＷＣ３で示すように、各充電期間Ｃ１〜Ｃ３では、充電用トランジスタ１０２Ａに差分電圧と充電電流の積による電力損失が生じる。
【００１２】
近年では、一回の主走査で印刷可能なライン数を増大させて印刷速度を向上させるべく、多ノズル化が進んでいるが、同時に駆動されるノズル数が増大するほど、ヘッド駆動回路全体の電力損失が大きくなる。また、特に、図１３（ｂ）に示すように、ドット階調を行うべく、複雑な駆動波形を圧電振動子１０４に印加する場合は、供給電圧よりも低い電圧値までしか充電されないことがある。具体的には、充電期間Ｃ１，Ｃ３では、供給電圧Ｖｓよりも大幅に低い最大電圧ＶＨ１までしか充電されないため、無駄な電力損失が生じている。
【００１３】
本発明は、上記のような種々の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、電力損失を低減することができるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係るインクジェット式プリントヘッドの駆動装置では、駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に、駆動波形信号の形状に合わせて電圧供給を制御している。
【００１５】
即ち、本発明では、複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧力発生素子を作動させることにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置において、１ドット単位での階調を表現するための形状の異なる複数の駆動波形信号を発生させる駆動波形信号発生手段と、階調データに基づいて前記各駆動波形信号のうちいずれか一つ又は複数の駆動波形信号を選択する波形選択手段と、供給された電圧を前記波形選択手段により選択された駆動波形信号に応じて前記圧力発生素子に印加する駆動手段と、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて複数の電圧源を切り換えることにより、前記駆動手段への供給電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異が少なくなるように、前記駆動手段への電圧供給を制御する制御手段と備え、前記電圧源の切換は、前記駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に行われ、前記制御手段は、所定のクロック信号のカウント値に基づいて前記複数の電圧源を切り換えることを特徴とする。
【００１６】
例えば、台形状（略台形状も含む）の駆動波形信号に応じた電圧を、圧電振動子等の圧力発生素子に入力すると、圧力発生素子は、駆動波形信号の形状に応じて圧力変化を引き起こすため、この圧力変化によってインク滴がノズルから吐出される。従って、駆動波形信号を選択することにより、インク滴の大小、即ち、ドット径を調節することができる。ここで、駆動波形信号の形状とは、信号全体の形状や位置を示す。位置とは、初期電圧値又は基準電圧値等を意味する。なお、「駆動波形信号の形状」に代えて「駆動波形信号の仕様」と表現することもできる。駆動波形信号の形状によっては、圧力発生素子の端子電圧と供給電圧との差異が大きくなる可能性がある。供給電圧と圧力発生素子の端子電圧との差異が大きくなると、充電時に、駆動手段にかかる差分電圧と駆動手段を流れる電流との積による電力損失を生じる。一方、圧力発生素子の端子電圧と駆動手段が接続される放電先電位（例えばグランド電位）との差異が大きい場合も、放電時に、電力損失を生じる。そこで、制御手段は、駆動波形信号の形状に合わせて駆動手段への電圧供給を制御することにより、電力損失を低減させる。
【００１８】
例えば、最大電圧の大きい駆動波形信号用と最大電圧の小さい駆動波形信号用との２種類の電圧源を予め用意しておき、選択された駆動波形信号に応じて電圧源を切り換えれば、駆動手段にかかる差分電圧を少なくして電力損失を低減することができる。
【００１９】
前記制御手段は、前記駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて複数の電圧源を切り換えることにより、前記駆動手段の放電先電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異が少なくなるように、前記駆動手段への電圧供給を可変に制御することもできる。
【００２０】
駆動波形信号の形状に応じた複数の放電先電圧源を用意しておき、駆動波形信号に応じて放電先電圧源を切り換えることにより、駆動手段にかかる差分電圧を小さくして電力損失を低減することができる。
【００２１】
前記制御手段は、前記駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて複数の供給電圧源と複数の放電先電圧源とを切り換えることにより、前記駆動手段への供給電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異及び前記駆動手段の放電先電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異がそれぞれ少なくなるように、前記駆動手段への電圧供給を制御することもできる。
【００２２】
ここで、電圧源の切換方法については、少なくとも以下の２種類を採用することができる。第１の方法は、駆動波形信号の信号電圧が一定となった期間中に電圧源を切り換えるものである。第２の方法は、駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に電圧源を切り換えるものである。
【００２３】
電圧源切換のタイミングは、クロック信号の監視によって検出してもよいし、あるいは、駆動波形信号の信号電圧の監視によって検出してもよい。
【００２４】
複数の電圧源は、例えば、複数の電圧出力を有する電源装置を用いることにより実現することができる。あるいは、単一の電圧出力を有する電源装置の出力電圧を調整することにより実現することもできる。
【００２５】
また、本発明では、複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧電振動子を作動させることにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置において、それぞれ形状の異なる複数の台形状駆動波形信号を発生させる駆動波形信号発生手段と、階調データに基づいて前記各駆動波形信号のうちいずれか一つ又は複数の駆動波形信号を選択する波形選択手段と、供給された電圧を前記波形選択手段により選択された駆動波形信号に応じて前記圧力発生素子に印加する駆動手段と、前記選択された駆動波形信号の形状に応じて前記駆動手段に供給する電圧値を調整することにより、前記駆動手段への供給電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異が少なくなるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記圧電振動子に充電を開始するときの初期電圧値をＶ１、供給電圧値をＶ２とした場合に、圧電振動子の端子電圧値が（Ｖ２−Ｖ１）／２となったときに、前記電圧値Ｖ２を出力する供給電圧源に切り換えることを特徴とする。
【００２６】
これにより、電圧値Ｖ２の供給電圧源に係る駆動波形信号において、充電時の電力損失を最小化することができる。
【００２７】
また、本発明は、インクジェット式プリントヘッドの駆動方法としても実現することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、従来技術で述べた構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００２９】
１．第１の実施の形態
図１及び図２に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、プリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【００３０】
本実施の形態による電源回路１は、２個の供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２を備えている。図２（ａ）に示すように、一方の供給電圧源Ｖｓ１は駆動波形ＤＳ１の最大電位ＶＨ１に対応し、他方の供給電圧源Ｖｓ２は駆動波形ＤＳ２の最大電位ＶＨ２に対応している。即ち、各供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２は、給電経路中の電圧降下分やドライバ回路１０２での損失分等を考慮して、各最大電位ＶＨ１，ＶＨ２よりもやや高くなるように設定されている。電源回路１の出力側には電圧切換回路２が設けられており、該電圧切換回路２は、制御部３からの切換信号によって供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２のいずれかに切り換えるようになっている。なお、以下の説明では、供給電圧の値を示す場合にもＶｓ１，Ｖｓ２の符号を用いることがある。
【００３１】
「制御手段」としての制御部３は、駆動波形に応じて電圧切換回路２に切換信号を出力することにより、駆動波形に応じた電圧をドライバ回路１０２に供給させるものである。
【００３２】
ここで、供給電圧源の切換タイミングを検出する方法としては、少なくとも以下に述べる２種類のいずれか又は双方を採用できる。第１の方法は、クロック信号を監視し、所定のクロック数がカウントされたときに、切換時期が到来したものとして供給電圧源を切り換えるものである。第２の方法は、駆動波形信号又は圧力発生素子１０４の電圧変化を監視し、所定の電圧値に達したときに供給電圧源を切り換えるものである。
【００３３】
また、供給電圧源の切換は、階調データに関連付けて行うこともできるし、あるいは、階調データとは無関係に行うこともできる。前者の方法では、例えば、駆動波形ＤＳ１のみが選択されている場合は、供給電圧源をＶｓ１に切り換えておけばよく、駆動波形ＤＳ２の発生期間に合わせて供給電圧源を切り換える必要はない。後者の方法では、階調データとは無関係に、駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２の発生に合わせて供給電圧源を切り換える。供給電圧源の切換を階調データと関連付ける場合は、切換回数を低減できるが、回路構造が複雑化する。階調データとは無関係に供給電圧源を切り換える場合は、切換回数が増大するものの、回路構造を簡素化することができる。本発明では、いずれを採用してもよい。
【００３４】
本実施の形態における制御部３は、図２（ａ）に示すように、駆動波形ＤＳ１と駆動波形ＤＳ２との間の信号電圧が変化していない期間中に、供給電圧源を切り換えるようになっている。即ち、初期状態では、供給電圧源をＶｓ１に設定しておき、駆動波形ＤＳ１の最大電位ＶＨ１から中間電位Ｖｍまで降下した後の所定時点ｔ１で、供給電圧源をＶｓ１からＶｓ２に切り換える。そして、駆動波形ＤＳ２の最大電位ＶＨ２から最低電位ＶＬまで降下した後の所定時点ｔ２で、供給電圧源をＶｓ２からＶｓ１に切り換える。
【００３５】
従って、最初の充電期間Ｃ１は、目標電圧である最大電位ＶＨ１に近い供給電圧Ｖｓ１の下で行われ、次の充電期間Ｃ２は、目標電圧である最大電位ＶＨ２に近い供給電圧Ｖｓ２の下で行われる。さらに次の充電期間Ｃ３は、目標電圧である中間電位Ｖｍに比較的近い供給電圧Ｖｓ１の下で行われる。これにより、充電期間Ｃ１，Ｃ３では、（Ｖｓ２−Ｖｓ１）の分だけ充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ−エミッタ間にかかる差分電圧が少なくなるため、図２（ｂ）中に斜線部ＷＣ１ａ，ＷＣ３ａで示す充電時の電力損失が低減される。駆動波形ＤＳ２に関しては、従来の供給電圧ＶｓとＶｓ２が略等しいため、充電期間Ｃ２での電力損失に変化はない。なお、上述した通り、充電用トランジスタ１０２Ａのコレクタ−エミッタ間には、供給電圧と圧電振動子１０４の端子電圧との差分電圧が印加されるため、コレクタ−エミッタ間の電圧変化を示す図２（ｂ）では、差分電圧に合わせて反転させたものとなる。
【００３６】
このように構成される本実施の形態によれば、予め用意された複数の供給電圧源Ｖｓ１，Ｖｓ２を、制御部３が駆動波形信号の形状に応じて適宜切り換えるため、充電用トランジスタ１０２Ａにかかる差分電圧を少なくできる。従って、充電時の電力損失を低減することができ、ドライバ回路１０２の発熱量を抑えて回路寿命や安定性等を改善することができる。特に、例えば、６４個や１２８個等の多数のノズルを備え、ドット階調が可能なプリントヘッドにおいては、同時駆動されるノズル数も多いため、充電時の電力損失低減による効果は大きい。
【００３７】
２．第２の実施の形態
次に、図３は、第２の実施の形態における供給電圧の切換方法を示す波形図である。本実施の形態の特徴は、駆動波形信号の変化中（圧電振動子の端子電圧変化中）に供給電圧源を切り換える点にある。なお、以下の各実施の形態は、上述した構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
即ち、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、（１）初期状態として供給電圧源Ｖｓ１を設定しておき、（２）駆動波形ＤＳ２の充電期間Ｃ２中の所定時点ｔ１ａで、供給電圧源をＶｓ１からＶｓ２に切り換える。（３）そして、前記実施の形態と同様に、最低電圧ＶＬを維持する期間中の所定時点ｔ２で供給電圧源をＶｓ２からＶｓ１に切り換える。
【００３９】
従って、図３（ｂ）に示すように、各充電期間Ｃ１，Ｃ３における電力損失ＷＣ１ａ，ＷＣ３ａは、第１の実施の形態と同様である。しかし、充電期間Ｃ２では、その途中で供給電圧源が切り換えられるため、供給電圧源がＶｓ１のときの電圧損失ＷＣ２ｂ（ｔ１ｂ−ｔ１ａ間）と供給電圧源がＶｓ２のときの電力損失ＷＣ２ｃ（ｔ１ａ−ｔ１ｃ間）とに分けられる。これら各電力損失ＷＣ２ｂ，ＷＣ２ｃの合計は、第１の実施の形態における電力損失ＷＣ２ａよりも少ない。低い方の供給電圧源Ｖｓ１の使用期間が長いため（ｔ１ａ＞ｔ１）、その分だけ充電用トランジスタ１０２Ａにかかる差分電圧を少なくできるからである。
【００４０】
このように構成される本実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。これに加えて、本実施の形態では、駆動波形信号の信号変化中に供給電圧源を切り換えるため、供給電圧源の使用期間を延ばすことができ、電力損失をより一層低減することができる。
【００４１】
ここで、図４と共に充電期間Ｃ２中の電力損失を最小化する条件を考える。図４（ａ）に示すように、駆動波形ＤＳ２の充電期間Ｃ２における電力損失は、斜線部ＷＣ２ｂ，ＷＣ２ｃで示す面積と等価であり、これら斜線部の面積を最小化する条件が充電期間Ｃ２における電力損失を最小化するための条件となる。従って、空白の四角形部分ＢＳの面積を最大化する条件を求めればよい。
【００４２】
図４（ｂ）は、充電期間Ｃ２の電力損失部分を抜き出して幾何的に表現したものである。図４（ｂ）中の太線で示す斜めの線は、Ｖ＝−ａｔ＋ｂと表すことができる。四角形部分ＢＳに係る電圧をＶｘ、時間をｔｘとおくと、Ｖｘは、Ｖｘ＝−ａ・ｔｘ＋ｂと求めることができ（式１）、四角形部分ＢＳの面積Ｓ(BS)は、Ｓ(BS)＝ｔｘ・Ｖｘと求めることができる（式２）。式１をｔｘについて整理し、式２に代入すると、
Ｓ(BS)＝−（Ｖｘ−ｂ）／ａ・Ｖｘ…（式３）
を得る。第３式を整理すると、
Ｓ(BS)＝−（１−ａ）・｛（Ｖｘ−ｂ／２）＾２＋ｂ＾２／４｝…（式４）
を得る。式４が最大値をとる条件は、Ｖｘ＝ｂ／２のときである（式５）。ここで、傾きａは、充電特性の傾きを示しているから、充電電流の値をＩchg、圧電振動子１０４のピエゾ容量をＣとすれば、ａ＝Ｉchg／Ｃとなる。一方、充電開始時の初期電圧値はＶｍ、供給電圧値はＶｓ２なので、ｂ＝Ｖｓ２−Ｖｍとなる。従って、電力損失を最小化するためには、Ｖｘ＝（Ｖｓ２−Ｖｍ）／２を満たすように電圧供給を制御すればよい（式６）。即ち、式６を満たすように供給電圧源Ｖｓ１の値を設定するか、又は、時間ｔｘを設定すればよい。
【００４３】
３．第３の実施の形態
図５は、第３の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の特徴は、電源回路１１の出力電圧を可変に制御する点にある。即ち、本電源回路１１は単一の出力端子を備えているが、制御部３からの切換信号に応じて出力する電圧値を可変に制御するようになっている。例えば、電源回路１１内に、複数の基準電圧を用意しておき、制御部３からの切換信号に応じて使用する基準電圧を切り換えることにより出力電圧値を可変制御することができる。このように構成される本実施の形態でも上述した各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
４．第４の実施の形態
次に、図６，図７を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態の特徴は、放電先電圧源を複数用意しておき、駆動波形信号の形状に応じて放電先電圧源を切り換える点にある。
【００４５】
即ち、本実施の形態におけるプリントヘッド駆動装置では、放電用トランジスタ１０２Ｂを圧電振動子１０４と同じグランド電位に接地するのではなく、放電先切換回路２２を介して放電先電圧回路２１に接続している。放電先電圧回路２１は、図７（ａ）に示すように、グランド電位に等しい電圧値を有する放電先電圧源Ｖｇ１と、中間電位Ｖｍよりもやや低い電圧値を有する放電先電圧源Ｖｇ２とを備えている。
【００４６】
制御部２３は、所定のタイミングで放電先切換回路２２に切換信号を出力することにより、ドライバ回路１０２の放電先を制御する。図７（ａ）に示すように、制御部２３は、中間電位Ｖｍまで降下する放電期間Ｄ１では放電先電圧源をＶｇ２とし、最低電位ＶＬまで降下する放電期間Ｄ２では放電先電圧源をＶｇ１とするように、放電先電圧源を切り換える。即ち、初期状態では、放電先電圧源Ｖｇ２に設定しておき、駆動波形ＤＳ２が最大電位ＶＨ２を維持している期間中の所定時点ｔ３で、放電先電圧源をＶｇ２からＶｇ１に切り換える。次に、最低電位ＶＬから中間電位Ｖｍに復帰した後の所定時点ｔ４で、放電先電圧源をＶｇ１からＶｇ２に切り換える。前記実施の形態で述べたと同様に、切換タイミングの検出は、クロック数や信号電圧の監視により行うことができる。
【００４７】
このように構成される本実施の形態では、図７（ｂ）中の斜線部ＷＤ１ａに示すように、放電期間Ｄ１中に、放電用トランジスタ１０２Ｂを中間電位Ｖｍに近い電圧値の放電先電圧源Ｖｇ２に接続するため、（Ｖｇ２−Ｖｇ１）の分だけ放電用トランジスタ１０２Ｂのコレクタ−エミッタ間にかかる差分電圧を低減することができ、電力損失を少なくすることができる。なお、放電期間Ｄ２における電力損失に変化はない。
【００４８】
５．第５の実施の形態
次に、図８に基づいて本発明の第５の実施の形態を説明する。本実施の形態の特徴は、３種類の放電先電圧源を用いると共に、信号電圧の変化中に電圧源の切換を行う点にある。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、本実施の形態では、上述した放電先電圧源Ｖｇ１，Ｖｇ２に加えて、新たな放電先電圧源Ｖｇ３を設けている。この放電先電圧源Ｖｇ３の電圧値は、例えば、最大電位ＶＨ２と最低電位ＶＬとの差の略半分程度に設定することができる。制御部２３は、最初は放電先電圧源をＶｇ２に設定しておき、駆動波形ＤＳ２が最大電位ＶＨ２を維持する所定時点ｔ３で放電先電圧源をＶｇ２からＶｇ３に切り換える。次に、制御部２３は、放電期間Ｄ２中の所定時点ｔ５で、放電先電圧源をＶｇ３からＶｇ１に切り換える。最後に、制御部２３は、最低電位ＶＬから中間電位Ｖｍに復帰した後の所定時点ｔ４で、放電先電圧源をＶｇ１からＶｇ２に切り換える。
【００５０】
このように構成される本実施の形態でも第４の実施の形態と同様に、放電期間Ｄ１における電力損失を低減することができる。これに加えて、本実施の形態では、放電期間Ｄ２中に２種類の放電先電圧源Ｖｇ１，Ｖｇ３を用いて放電させるため、放電先電圧源Ｖｇ３に接続している期間（ｔ５−ｔ３）中の差分電圧をより一層少なくすることができ、同期間内の電力損失ＷＤ２ｂを大幅に低減することができる。従って、放電期間Ｄ２における電力損失を、先の実施の形態における電力損失ＷＤ２ａよりも低減することができる（ＷＤ２ａ＞ＷＤ２ｂ＋ＷＤ２ｃ）。
【００５１】
６．第６の実施の形態
次に、図９は、第６の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置のブロック図である。本実施の形態の特徴は、上述した第３の実施の形態と同様に、放電先電圧回路３１の電圧源の値を可変に制御する点にある。即ち、本放電先電圧回路３１は、単一の入力端子を備えているが、制御部２３からの切換信号に応じて、電圧源の値を可変に制御するようになっている。このように構成される本実施の形態でも上述した第４，第５の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
７．第７の実施の形態
次に、図１０は、第７の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置のブロック図である。本実施の形態の特徴は、駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２に応じて、各充電期間Ｃ１〜Ｃ３における供給電圧源の切換と各放電期間Ｄ１，Ｄ２における放電先電圧源の切換との両方を行う点にある。
【００５３】
即ち、本制御装置４１は、供給電圧源の切換制御を行う機能と放電先電圧源の切換制御を行う機能とを有しており、駆動波形信号に合わせて所定のタイミングで電圧源を切り換えるようになっている。このように構成される本実施の形態では、充電期間及び放電期間の双方で電力損失を低減させることができる。
【００５４】
なお、当業者であれば、各実施の形態に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の追加、変更等が可能である。例えば、各駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２を含んだ単一の駆動波形信号を用いるのではなく、図１１（ａ）に示すように、各駆動波形ＤＳ１，ＤＳ２をそれぞれ発生させる駆動波形発生回路５１，５２を設け、選択回路５３が階調データに基づいて駆動波形発生回路を選択するように構成することもできる。
【００５５】
また、図１１（ｂ）に示すように、２種類又は３種類の電圧源に限らず、Ｖｓｎ，Ｖｓｎ＋１，Ｖｓｎ＋２，．．．のように、より多くの電圧源を用意し、適宜切り換えることもできる。
【００５６】
さらに、図１２（ａ）に示すように、階調データに基づいて駆動波形信号を選択するスイッチ回路６１は、駆動波形発生回路１０１とドライバ回路１０２との間に設けることも可能であるし、図１２（ｂ）に示すように、ドライバ回路１０２と圧電振動子１０４との間に設けることもできる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係るインクジェット式プリントヘッドの駆動装置及び駆動方法によれば、駆動波形信号の形状に応じて駆動手段への電圧供給を制御するため、圧力発生素子の端子電圧との差異を少なくできる。従って、駆動手段における電力損失を低減でき、消費電力や回路寿命及び回路の安定性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図２】圧電振動子の端子電圧（駆動波形信号の信号電圧。以下同様）の変化と充電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における圧電振動子の端子電圧の変化と充電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図４】電力損失が最小となるように供給電圧源を切り換える方法を示し、図４（ａ）は充電期間Ｃ２中の電力損失を示す波形図、同（ｂ）は前記電力損失を最小化させる条件を求めるための説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図７】圧電振動子の端子電圧と放電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態における圧電振動子の端子電圧変化と放電時の電力損失との関係を示す波形図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態に係るプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図である。
【図１１】本発明の変形例に係り、図１１（ａ）は第１の変形例を示すブロック図、同（ｂ）は第２の変形例を示す説明図である。
【図１２】本発明の変形例に係り、図１２（ａ）は第３の変形例を示すブロック図、同（ｂ）は第４の変形例を示すブロック図である。
【図１３】従来技術に係り、図１３（ａ）は従来技術によるプリントヘッド駆動装置の要部を示すブロック図、同（ｂ）は圧電振動子の端子電圧の変化を示す波形図、同（ｃ）は圧電振動子の放電電流及び充電電流の関係を示す説明図である。
【図１４】図１４（ａ）は放電時の電力損失を示す波形図、同（ｂ）は充電時の電力損失を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 電源回路
２ 電圧切換回路
３ 制御部
１１ 電源回路
２１ 放電先電圧回路
２２ 放電先切換回路
２３ 制御部
３１ 放電先電圧回路
４１ 制御部
５１ 駆動波形発生回路
５２ 駆動波形発生回路
５３ 選択回路
６１ スイッチ回路
１０１ 駆動波形発生回路
１０２ ドライバ回路
１０２Ａ 充電用トランジスタ
１０２Ｂ 放電用トランジスタ
１０３ スイッチ回路
１０４ 圧電振動子
Ｖｓ 供給電圧源
Ｖｇ 放電先電圧源
Claims (1)
- 複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧力発生素子を作動させることにより、前記各ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドの駆動装置において、
１ドット単位での階調を表現するための形状の異なる複数の駆動波形信号を発生させる駆動波形信号発生手段と、
階調データに基づいて前記各駆動波形信号のうちいずれか一つ又は複数の駆動波形信号を選択する波形選択手段と、
供給された電圧を前記波形選択手段により選択された駆動波形信号に応じて前記圧力発生素子に印加する駆動手段と、
前記選択された駆動波形信号の形状に応じて複数の電圧源を切り換えることにより、前記駆動手段への供給電圧と前記圧力発生素子の端子電圧との差異が少なくなるように、前記駆動手段への電圧供給を制御する制御手段とを備え、
前記電圧源の切換は、前記駆動波形信号の信号電圧が変化している期間中に行われ、前記制御手段は、所定のクロック信号のカウント値に基づいて前記複数の電圧源を切り換えることを特徴とするインクジェット式プリントヘッドの駆動装置。
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