JP4016252B2 - インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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所定のバイアス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、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、直流信号であって、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。このため、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
さらに、このような電源は、必要なバイアス電圧を、プリンタ本体の制御部における所謂ロジック電源を利用するため、電圧が最適でなかったり、あるいは駆動電圧から生成するようになっており、回路構成が複雑となり、コストが高くなってしまう。
【００１３】
他方、ヘッド駆動回路と同様の回路を用いて、Ｄ／Ａコンバータによりバイアス電圧を生成し、アンプで増幅して、圧電素子のグランド側の電極に印加するようにする方法もある。
【００１４】
しかしながら、この場合、ヘッド駆動回路と別に、バイアス電圧生成用のＩＣが必要になるため、部品コストが増大し、実装スペースが倍増してしまう。さらに、バイアス電圧生成用のＩＣに対して例えば１０ビット分の信号線を接続する必要があるので、配線及び接続スペースが必要になってしまう。
【００１５】
さらに、バイアス電圧生成用のＩＣが直接に圧電素子に接続されていることから、圧電素子の放電電流がＩＣ内に流れ込むことになり、ＩＣ内のアンプの発熱量が増大してしまう。
【００１６】
また、バイアス電圧生成用のＩＣから直接に圧電素子にバイアス電圧が印加されるようになっているので、所定のバイアス電圧を得るためには、高速で動作するアンプが必要になり、アンプのコストが高くなってしまう。
【００１７】
そこで、本発明の課題は、簡単で小型の構成により、低コストで、各圧電素子の所定のバイアス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を提供することにある。
【００１８】
【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所定のバイアス電圧を印加するためのＤ／Ａコンバータ及びアンプを備える。
【００１９】
即ち、請求項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インクに圧力を加える圧電素子を、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、ラッチ回路，Ｄ／Ａコンバータ及びアンプから成る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、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バイアス電源回路を備えており、このバイアス電源回路は、出力するバイアス電圧に対応するデータ信号をラッチするラッチ回路と、ラッチ回路に入力されたデータ信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、アナログ信号を増幅することにより前記バイアス電圧を出力するアンプから構成され、前記バイアス電源回路は、前記駆動信号の中間電位にほぼ等しいバイアス電圧に対応するデータ信号が前記ラッチ回路に入力されることにより、印刷時には、前記中間電位にほぼ等しいバイアス電圧を前記他方の電極に印加させることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、バイアス電源回路が、入力されるデータ信号に基づいて所定のバイアス電圧を生成して、このバイアス電圧を圧電素子のグランド側の電極に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。
【００２１】
従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が低減されることから、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。
【００２２】
また、圧電素子に印加される電圧が比較的低くなることによって、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電圧差による放電の発生も低減されると共に、高密度化によって圧電素子が小型化して耐圧が低くなったとしても、対応することができるので、圧電素子の電極間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドのより一層の高密度化が可能になる。
【００２３】
この構成によれば、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、圧電素子の自然放電による電圧降下がさらに小さく、電力損失がより低減される。
【００２４】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、前記ヘッド駆動回路と、前記バイアス電源回路とは、同一のＩＣ内に構成されていることを特徴とする。
請求項記載のヘッド駆動装置においては、前記ヘッド駆動回路のラッチ回路と、前記バイアス電源回路のラッチ回路とには、共通の接続端子からデータ信号を入力可能になっていることを特徴とする。
【００２５】
この場合、バイアス電源回路を構成するラッチ回路，Ｄ／Ａコンバータ及びアンプが、ヘッド駆動回路を構成するＩＣ内に一体に構成されているので、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路が一つのＩＣパッケージとして構成されることになり、実装スペースが低減され得ると共に、配線及び接続スペースも低減され得る。
【００２６】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路から圧電素子のグランド側の電極の間に、制限抵抗が接続されており、この制限抵抗と圧電素子のグランド側の電極の間からグランドに対して大容量のコンデンサが接続されていることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、バイアス電源回路からのバイアス電圧が制限抵抗を介してコンデンサに充電され、コンデンサの充電電圧がバイアス電圧になる。そして、このコンデンサの充電電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加され、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。
【００２８】
この場合、圧電素子にはコンデンサの充電電圧が印加されるので、バイアス電源回路のアンプは高速である必要はなく、低速で小容量のアンプを使用することができ、アンプのコストが低減され得る。
【００２９】
また、圧電素子の充放電時には、バイアス電源回路側には制限抵抗があり、充放電電流はコンデンサに流れることになる。従って、充放電電流がバイアス電源回路のアンプには殆ど流れないので、アンプの発熱量が大幅に少なくなる。
【００３０】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路が、対応するラッチ回路に入力されるデータ信号及びクロックパルスにより、制限抵抗を介してコンデンサを所定のバイアス電圧に充電し、このバイアス電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加されることを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、所定のバイアス電圧に対応するデータ信号が、クロックパルスによりラッチ回路を介してＤ／Ａコンバータに与えられることによって、Ｄ／Ａコンバータから所定のバイアス電圧が出力され、アンプにより増幅された後、制限抵抗を介してコンデンサに印加され、コンデンサに充電されたバイアス電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加されることになる。
【００３２】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路が、対応するラッチ回路に入力されるデータ信号及びクロックパルスにより、制限抵抗を介してコンデンサを放電させて、圧電素子のグランド側の電極をゼロにすることを特徴とする。
【００３３】
この構成によれば、コンデンサの放電時には、電圧０に対応するデータ信号が、クロックパルスによりラッチ回路を介してＤ／Ａコンバータに与えられることによって、Ｄ／Ａコンバータから０電圧が出力され、アンプにより増幅された後、制限抵抗を介してコンデンサに印加される。これにより、コンデンサが制限抵抗を介してグランド側に放電されるので、大きな放電電流がバイアス電源回路側には流れず、バイアス電源回路のアンプの発熱が低減されることになる。
【００３４】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、バイアス電源回路に入力されるデータ信号が、ヘッド駆動回路に入力されるデータ信号と同じビット数であることを特徴とする。
【００３５】
この構成によれば、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路には、同じビット数のデータ信号が入力されればよいので、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路を構成するＩＣの共通接続端子から、データ信号が入力され得ることになる。従って、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路に対して、それぞれ別個にデータ信号を入力する必要がなく、配線及び接続スペースが低減され得る。
【００３６】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、バイアス電源回路に入力されるデータ信号が、ヘッド駆動回路に入力されるデータ信号より少ないビット数であることを特徴とする。
【００３７】
この構成によれば、バイアス電源回路のバイアス電圧の設定精度が、ヘッド駆動回路の駆動信号に比較して、低くてもよいことから、より少ないビット数のデータ信号によりバイアス電圧が設定され得ることになる。従って、バイアス電源回路を構成するＤ／Ｃコンバータがより小型で低価格のもので済むことになる。
【００３８】
【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。
【００３９】
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のヘッド駆動回路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、さらに圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路２０，制限抵抗２１及びコンデンサ２２と、から構成されている。
【００４０】
ここで、図１においては、圧電素子１１は、実際にはインクジェット式プリンタ１０のプリンタヘッドにて、各色毎にそれぞれ一つのノズル列が設けられており、各ノズル列に対してそれぞれ圧電素子が備えられている。
【００４１】
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。
【００４２】
そして、圧電素子１１は、非吐出時中間電位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充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。
【００４３】
ヘッド駆動回路１２は、ドライバＩＣ３０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。
【００４４】
この場合、ヘッド駆動回路１２は、ラッチ回路１２ａ，Ｄ／Ａコンバータ１２ｂ及びアンプ１２ｃから構成されている。
【００４５】
ラッチ回路１２ａは、図示の場合、インクジェット式プリンタのプリンタ本体の制御部からの１０ビットのデータ信号ＤＡＴＡ０〜９が入力されると共に、クロック端子ＣＬＫ１に、クロック信号が入力されるようになっている。
【００４６】
また、Ｄ／Ａコンバータ１２ｂは、ラッチ回路１２ａを介して入力されるデータ信号ＤＡＴＡ０〜９に基づいて、Ｄ／Ａ変換により駆動電圧に対応するアナログ信号を出力するようになっている。
【００４７】
さらに、アンプ１２ｃは、Ｄ／Ａコンバータ１２ｂからのアナログ信号を増幅して、所定の駆動電圧波形を生成するようになっている。
【００４８】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂから構成されている。
【００４９】
このうち、第一のトランジスタ１３ａ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の一方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、駆動波形の立ち上り時に、充電電流をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００５０】
また、第二のトランジスタ１３ｂは、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の第二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、駆動波形の立ち下り時に、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させる。
【００５１】
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。
【００５２】
このスイッチ回路１４は、実際には、各圧電素子１１をそれぞれオンオフするための所謂トランスミッションゲートとして構成されている。
【００５３】
上記バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２と同様に、ラッチ回路２３，Ｄ／Ａコンバータ２４及びアンプ２５から構成されている。
【００５４】
ラッチ回路２３は、図示の場合、インクジェット式プリンタのプリンタ本体の制御部からの１０ビットのデータ信号ＤＡＴＡ０〜９が入力されると共に、クロック端子ＣＬＫ２に、クロック信号が入力されるようになっている。
【００５５】
また、Ｄ／Ａコンバータ２４は、ラッチ回路２３を介して入力されるデータ信号ＤＡＴＡ０〜９に基づいて、Ｄ／Ａ変換によりバイアス電圧に対応するアナログ電圧を出力するようになっている。
【００５６】
さらに、アンプ２５は、Ｄ／Ａコンバータ２４からのアナログ電圧を増幅して、所定のバイアス電圧を生成するようになっている。
【００５７】
尚、上記ラッチ回路２３，Ｄ／Ａコンバータ２４及びアンプ２５から成るバイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２を構成するドライバＩＣ３０内に収容され、一つのＩＣパッケージとして構成されている。
【００５８】
このようにして、バイアス電源回路２０は、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに対して、所定のバイアス電圧Ｖｂ、好ましくは図２に示すように、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃにほぼ等しい電圧を出力するようになっている。
【００５９】
上記制限抵抗２１は、所謂カップリング抵抗であって、バイアス電源回路２０からのバイアス電圧Ｖｂをコンデンサ２２に充電させると共に、コンデンサ２２の放電時には、コンデンサ２２からの放電電流を制限するものである。
【００６０】
尚、制限抵抗２１は、コンデンサ２２の充電を円滑に行なわせると共に、放電電電流を有効に制限し得るように、数１００Ω（例えば２００Ω程度）に選定されている。
【００６１】
上記コンデンサ２２は、電解コンデンサであって、その充電電圧すなわちバイアス電圧Ｖｂ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。
【００６２】
尚、コンデンサ２２の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧Ｖｂ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、例えば１．４μＦ程度）に対して十分大きな容量、即ち数１０００μＦ（例えば３３００μＦ程度）に選定されている。
【００６３】
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、以下のように動作する。
【００６４】
先ず、インクジェット式プリンタの電源投入時の動作を、図３のフローチャートに従って説明する。
【００６５】
図３のフローチャートにおいて、インクジェット式プリンタの電源がオンされると、プリンタ本体の制御部は、ステップＡ１にて、温度を測定して、ステップＡ２にて、この温度に対応した中間電圧Ｖｃ１を計算し決定する。
【００６６】
その後、プリンタ本体の制御部は、ステップＡ３にて、プリンタヘッドのすべてのノズルをオンし、ステップＡ４にて、クロック端子ＣＬＫ１にクロック信号を入力しながら、データ信号ＤＡＴＡ０〜９によるデジタル値を徐々に大きくし、ヘッド駆動回路１２のＤ／Ａコンバータを制御する。
【００６７】
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１３ａ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４（Ａ）にて符号Ａで示すように、中間電位Ｖｃ１まで上昇することになる。
【００６８】
続いて、プリンタ本体の制御部は、ステップＡ５にて、上記中間電位Ｖｃ１のデジタル値をＤＡＴＡ０〜９に出力し、ステップＡ６にて、バイアス電源回路２０のラッチ回路２３のＣＬＫ２端子に一つクロックパルスを出力して、バイアス電源回路２０のＤ／Ａコンバータ２４を制御する。
【００６９】
これにより、バイアス電源回路２０からバイアス電圧Ｖｂ（＝Ｖｃ１）が制限抵抗２１を介してコンデンサ２２に印加され、コンデンサ２２が充電され、コンデンサ２０の充電電圧が制限抵抗２１及びコンデンサ２２の時定数に基づいて徐々に中間電位Ｖｃ１まで上昇することになり、図４（Ｂ）にて符号Ｂ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Ｖｃ１に達する。従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差はほぼ０になる。以上で、電源投入時の動作が完了する。
【００７０】
尚、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂには、コンデンサ２２に充電されたバイアス電圧Ｖｂが印加されることから、バイアス電源回路２０のアンプ２５は高速である必要はなく、また小電流出力のものでよい。
【００７１】
次に、印刷開始時の動作について、図５のフローチャートに従って説明する。図５のフローチャートにおいて、インクジェット式プリンタの印刷開始が指示されると、プリンタ本体の制御部は、ステップＢ１にて、温度を測定して、ステップＢ２にて、この温度に対応した中間電圧Ｖｃ２を計算し決定する。
【００７２】
その後、プリンタ本体の制御部は、ステップＢ３にて、プリンタヘッドのすべてのノズルをオンし、ステップＢ４にて、データ信号ＤＡＴＡ０〜９によるデジタル値を徐々に変化させ、且つクロック端子ＣＬＫ１にクロック信号を入力することにより、ヘッド駆動回路１２のＤ／Ａコンバータを制御する。
【００７３】
これにより、Ｖｃ１<Ｖｃ２ならば駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１３ａ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し、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図４（Ａ）にて符号Ｃで示すように、中間電位Ｖｃ２に至る。Ｖｃ２<Ｖｃ１ならば電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１３ｂを通して圧電素子１１の一方の電極１１ａより電流を放電し、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。
【００７４】
続いて、プリンタ本体の制御部は、ステップＢ５にて、上記中間電位Ｖｃ２のデジタル値をＤＡＴＡ０〜９に出力し、ステップＢ６にて、バイアス電源回路２０のラッチ回路２３のＣＬＫ２端子に一つクロックパルスを出力して、バイアス電源回路２０のＤ／Ａコンバータ２４を制御する。
【００７５】
これにより、バイアス電源回路２０からバイアス電圧Ｖｂ（＝Ｖｃ２）が制限抵抗２１を介してコンデンサ２２に印加され、コンデンサ２２が充電され、コンデンサ２０の充電電圧が制限抵抗２１及びコンデンサ２２の時定数に基づいて徐々に中間電位Ｖｃ２まで変化することになり、図４（Ｂ）にて符号Ｄで示すように、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位も徐々に変化して、中間電位Ｖｃ２に達する。従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差はほぼ０になる。以上で、印刷開始時の動作が完了する。
【００７６】
この状態から印刷が行なわれると、駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭの電圧が上昇している間は、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１３ａ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の電圧が下降している間は、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１３ｂ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。
【００７７】
次に、電源オフ時の動作について、図６のフローチャートに従って説明する。図６のフローチャートにおいて、インクジェット式プリンタの電源オフが指示されると、プリンタ本体の制御部は、ステップＣ１にて、プリンタヘッドのすべてのノズルをオンし、ステップＣ２にて、データ信号ＤＡＴＡ０〜９をゼロに設定して、ステップＣ３にて、バイアス電源回路２０のラッチ回路２３のクロック端子ＣＬＫ２に対して一つのクロックパルスを与える。
【００７８】
これにより、バイアス電源回路２０のＤ／Ａコンバータ２４は、バイアス電圧Ｖｂ＝０に対応するアナログ信号を出力するので、アンプ２５からバイアス電圧Ｖｂ（＝０）が出力される。
【００７９】
従って、コンデンサ２２は放電されることになるが、その際制限抵抗２１を通して、コンデンサ２２からの放電電流は、バイアス電源回路２０からグランド側に徐々に放電される。これに伴って、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂも、図４（Ｂ）にて符号Ｅで示すように、０電位に下がることになる。
【００８０】
続いて、ステップＣ４にて、前もって設定されたコンデンサ２２の放電に必要な所定時間の経過後に、ステップＣ５にて、プリンタ本体の制御部は、データ信号ＤＡＴＡ０〜９によるデジタル値を徐々に小さくし、且つクロック端子ＣＬＫ１にクロック信号を入力することにより、ヘッド駆動回路１２のＤ／Ａコンバータを制御する。
【００８１】
これにより、駆動信号ＣＯＭにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａからスイッチ回路１４及び電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１３ｂを介してグランドに電流が流れることにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図４（Ａ）にて符号Ｅで示すように、０電位まで下降することになる。
【００８２】
従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂが共に０電位まで下降することにより、電源オフ時の動作が完了し、その後電源がオフとなる。
【００８３】
以上で、電源オフ時の動作が完了する。
【００８４】
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、バイアス電源回路２０によるコンデンサ２２の充電電圧により、バイアス電圧Ｖｂ、好ましくは中間電位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。
【００８５】
従って、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。
【００８６】
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。
【００８７】
さらに、バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２と共に、一つのドライバＩＣ３０として一体に構成されているので、実装スペースが少なくて済み、またバイアス電源回路２０及びヘッド駆動回路１２に入力されるデータ信号が共に１０ビットの共通のデータ信号であることから、配線及び接続スペースも少なくて済む。
【００８８】
また、バイアス電源回路２０のバイアス電圧が制限抵抗２１を介してコンデンサ２２に印加されることにより、バイアス電源回路２０のアンプ２５が高速アンプである必要はなく、低コストで小容量のアンプを使用することができる。
【００８９】
さらに、コンデンサ２２の放電電流が制限抵抗２１により制限されて、バイアス電源回路２０には大きな電流が流れないことから、バイアス電源回路２０のアンプ２５の発熱が大幅に低減され得ることになる。
【００９０】
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。
【００９１】
また、上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電圧Ｖｃに等しいバイアス電圧Ｖｂを出力するようになっているが、これに限らず、中間電圧Ｖｃからずれたバイアス電圧Ｖｂを出力するようにしてもよい。
【００９２】
この場合、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電圧はほぼ０にはならないが、バイアス電圧のない場合と比較して、電位差が小さくなるので、圧電素子における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なり、電力損失が低減される。また、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電圧差による放電の発生も低減され、高密度化によって圧電素子が小型化して耐圧が低くなったとしても、対応することができるので、圧電素子の電極間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドのより一層の高密度化が可能になる。
【００９３】
さらに、上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０には、ヘッド駆動回路１２と同じ１０ビットのデータ信号ＤＡＴＡ０〜９が入力されるようになっているが、これに限らず、これより小さいビット数のデータ信号が使用されても良い。
【００９４】
この場合、バイアス電圧は、駆動信号のほぼ中間電圧付近まででよく、また駆動信号に比較して、精度が低くてもよいので、例えば最大値を半分とし、且つ分解能を半分にすることにより、８ビットのデータ信号でもよい。従って、８ビットのラッチ回路２３及びＤ／Ａコンバータ２４を使用することにより、コストが低減され得ることになる。
【００９５】
また、図3のＡ３、図5のＢ３、図６のＣ１で全ノズルをＯＮにしているが、全ノズルをＯＦＦにしても良い。この場合、電流増幅回路１３の二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂには殆ど電流が流れずに同様の結果を得る。更に、ノズルのＯＮ／ＯＦＦを規定しなくても良い。但し、この場合、充放電過程で流れる電流が決まらないという問題がある。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、バイアス電源回路を備えたインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置において、バイアス電源回路を構成するラッチ回路，Ｄ／Ａコンバータ及びアンプが、ヘッド駆動回路を構成するＩＣ内に一体に構成されているので、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路が一つのＩＣパッケージとして構成されることになり、実装スペースが低減され得ると共に、配線及び接続スペースも低減され得る。
【００９７】
さらに、上記バイアス電源回路から圧電素子のグランド側の電極の間に、制限抵抗が接続されており、この制限抵抗と圧電素子のグランド側の電極の間からグランドに対して大容量のコンデンサが接続されている場合には、バイアス電源回路からのバイアス電圧が制限抵抗を介してコンデンサに充電され、このコンデンサの充電電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加され、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。
【００９８】
従って、圧電素子にはコンデンサの充電電圧が印加されるので、バイアス電源回路のアンプは高速である必要はなく、低速で小容量のアンプを使用することができ、アンプのコストが低減され得る。また、コンデンサの放電時には、バイアス電源回路側には制限抵抗があることから、放電電流がバイアス電源回路のアンプには殆ど流れないので、アンプの発熱量が大幅に少なくなる。
【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ヘッド駆動回路の駆動信号ＣＯＭとバイアス電圧Ｖｂとの関係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電源投入時の動作を示すフローチャートである。
【図４】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）バイアス電源回路のバイアス電圧を示すタイムチャートである。
【図５】図１のヘッド駆動装置における印刷開始時の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１のヘッド駆動装置における電源オフ時の動作を示すフローチャートである。
【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
１２ａ ラッチ回路
１２ｂ Ｄ／Ａコンバータ
１２ｃ アンプ
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
２０ バイアス電源回路
２１ 制限抵抗
２２ コンデンサ
２３ ラッチ回路
２４ Ｄ／Ａコンバータ
２５ アンプ
３０ ドライバＩＣ
【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所定のバイアス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、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、直流信号であって、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。このため、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
さらに、このような電源は、必要なバイアス電圧を、プリンタ本体の制御部における所謂ロジック電源を利用するため、電圧が最適でなかったり、あるいは駆動電圧から生成するようになっており、回路構成が複雑となり、コストが高くなってしまう。
【００１３】
他方、ヘッド駆動回路と同様の回路を用いて、Ｄ／Ａコンバータによりバイアス電圧を生成し、アンプで増幅して、圧電素子のグランド側の電極に印加するようにする方法もある。
【００１４】
しかしながら、この場合、ヘッド駆動回路と別に、バイアス電圧生成用のＩＣが必要になるため、部品コストが増大し、実装スペースが倍増してしまう。さらに、バイアス電圧生成用のＩＣに対して例えば１０ビット分の信号線を接続する必要があるので、配線及び接続スペースが必要になってしまう。
【００１５】
さらに、バイアス電圧生成用のＩＣが直接に圧電素子に接続されていることから、圧電素子の放電電流がＩＣ内に流れ込むことになり、ＩＣ内のアンプの発熱量が増大してしまう。
【００１６】
また、バイアス電圧生成用のＩＣから直接に圧電素子にバイアス電圧が印加されるようになっているので、所定のバイアス電圧を得るためには、高速で動作するアンプが必要になり、アンプのコストが高くなってしまう。
【００１７】
そこで、本発明の課題は、簡単で小型の構成により、低コストで、各圧電素子の所定のバイアス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を提供することにある。
【００１８】
【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所定のバイアス電圧を印加するためのＤ／Ａコンバータ及びアンプを備える。
【００１９】
即ち、請求項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インクに圧力を加える圧電素子を、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、ラッチ回路，Ｄ／Ａコンバータ及びアンプから成る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、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バイアス電源回路を備えており、このバイアス電源回路は、出力するバイアス電圧に対応するデータ信号をラッチするラッチ回路と、ラッチ回路に入力されたデータ信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、アナログ信号を増幅することにより前記バイアス電圧を出力するアンプから構成され、前記バイアス電源回路は、前記駆動信号の中間電位にほぼ等しいバイアス電圧に対応するデータ信号が前記ラッチ回路に入力されることにより、印刷時には、前記中間電位にほぼ等しいバイアス電圧を前記他方の電極に印加させることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、バイアス電源回路が、入力されるデータ信号に基づいて所定のバイアス電圧を生成して、このバイアス電圧を圧電素子のグランド側の電極に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。
【００２１】
従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が低減されることから、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。
【００２２】
また、圧電素子に印加される電圧が比較的低くなることによって、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電圧差による放電の発生も低減されると共に、高密度化によって圧電素子が小型化して耐圧が低くなったとしても、対応することができるので、圧電素子の電極間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドのより一層の高密度化が可能になる。
【００２３】
この構成によれば、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、圧電素子の自然放電による電圧降下がさらに小さく、電力損失がより低減される。
【００２４】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、前記ヘッド駆動回路と、前記バイアス電源回路とは、同一のＩＣ内に構成されていることを特徴とする。
請求項記載のヘッド駆動装置においては、前記ヘッド駆動回路のラッチ回路と、前記バイアス電源回路のラッチ回路とには、共通の接続端子からデータ信号を入力可能になっていることを特徴とする。
【００２５】
この場合、バイアス電源回路を構成するラッチ回路，Ｄ／Ａコンバータ及びアンプが、ヘッド駆動回路を構成するＩＣ内に一体に構成されているので、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路が一つのＩＣパッケージとして構成されることになり、実装スペースが低減され得ると共に、配線及び接続スペースも低減され得る。
【００２６】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路から圧電素子のグランド側の電極の間に、制限抵抗が接続されており、この制限抵抗と圧電素子のグランド側の電極の間からグランドに対して大容量のコンデンサが接続されていることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、バイアス電源回路からのバイアス電圧が制限抵抗を介してコンデンサに充電され、コンデンサの充電電圧がバイアス電圧になる。そして、このコンデンサの充電電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加され、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。
【００２８】
この場合、圧電素子にはコンデンサの充電電圧が印加されるので、バイアス電源回路のアンプは高速である必要はなく、低速で小容量のアンプを使用することができ、アンプのコストが低減され得る。
【００２９】
また、圧電素子の充放電時には、バイアス電源回路側には制限抵抗があり、充放電電流はコンデンサに流れることになる。従って、充放電電流がバイアス電源回路のアンプには殆ど流れないので、アンプの発熱量が大幅に少なくなる。
【００３０】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路が、対応するラッチ回路に入力されるデータ信号及びクロックパルスにより、制限抵抗を介してコンデンサを所定のバイアス電圧に充電し、このバイアス電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加されることを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、所定のバイアス電圧に対応するデータ信号が、クロックパルスによりラッチ回路を介してＤ／Ａコンバータに与えられることによって、Ｄ／Ａコンバータから所定のバイアス電圧が出力され、アンプにより増幅された後、制限抵抗を介してコンデンサに印加され、コンデンサに充電されたバイアス電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加されることになる。
【００３２】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記バイアス電源回路が、対応するラッチ回路に入力されるデータ信号及びクロックパルスにより、制限抵抗を介してコンデンサを放電させて、圧電素子のグランド側の電極をゼロにすることを特徴とする。
【００３３】
この構成によれば、コンデンサの放電時には、電圧０に対応するデータ信号が、クロックパルスによりラッチ回路を介してＤ／Ａコンバータに与えられることによって、Ｄ／Ａコンバータから０電圧が出力され、アンプにより増幅された後、制限抵抗を介してコンデンサに印加される。これにより、コンデンサが制限抵抗を介してグランド側に放電されるので、大きな放電電流がバイアス電源回路側には流れず、バイアス電源回路のアンプの発熱が低減されることになる。
【００３４】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、バイアス電源回路に入力されるデータ信号が、ヘッド駆動回路に入力されるデータ信号と同じビット数であることを特徴とする。
【００３５】
この構成によれば、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路には、同じビット数のデータ信号が入力されればよいので、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路を構成するＩＣの共通接続端子から、データ信号が入力され得ることになる。従って、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路に対して、それぞれ別個にデータ信号を入力する必要がなく、配線及び接続スペースが低減され得る。
【００３６】
請求項記載のヘッド駆動装置においては、バイアス電源回路に入力されるデータ信号が、ヘッド駆動回路に入力されるデータ信号より少ないビット数であることを特徴とする。
【００３７】
この構成によれば、バイアス電源回路のバイアス電圧の設定精度が、ヘッド駆動回路の駆動信号に比較して、低くてもよいことから、より少ないビット数のデータ信号によりバイアス電圧が設定され得ることになる。従って、バイアス電源回路を構成するＤ／Ｃコンバータがより小型で低価格のもので済むことになる。
【００３８】
【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。
【００３９】
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のヘッド駆動回路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、さらに圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定のバイアス電圧を印加するバイアス電源回路２０，制限抵抗２１及びコンデンサ２２と、から構成されている。
【００４０】
ここで、図１においては、圧電素子１１は、実際にはインクジェット式プリンタ１０のプリンタヘッドにて、各色毎にそれぞれ一つのノズル列が設けられており、各ノズル列に対してそれぞれ圧電素子が備えられている。
【００４１】
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。
【００４２】
そして、圧電素子１１は、非吐出時中間電位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充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。
【００４３】
ヘッド駆動回路１２は、ドライバＩＣ３０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。
【００４４】
この場合、ヘッド駆動回路１２は、ラッチ回路１２ａ，Ｄ／Ａコンバータ１２ｂ及びアンプ１２ｃから構成されている。
【００４５】
ラッチ回路１２ａは、図示の場合、インクジェット式プリンタのプリンタ本体の制御部からの１０ビットのデータ信号ＤＡＴＡ０〜９が入力されると共に、クロック端子ＣＬＫ１に、クロック信号が入力されるようになっている。
【００４６】
また、Ｄ／Ａコンバータ１２ｂは、ラッチ回路１２ａを介して入力されるデータ信号ＤＡＴＡ０〜９に基づいて、Ｄ／Ａ変換により駆動電圧に対応するアナログ信号を出力するようになっている。
【００４７】
さらに、アンプ１２ｃは、Ｄ／Ａコンバータ１２ｂからのアナログ信号を増幅して、所定の駆動電圧波形を生成するようになっている。
【００４８】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂから構成されている。
【００４９】
このうち、第一のトランジスタ１３ａ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の一方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、駆動波形の立ち上り時に、充電電流をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００５０】
また、第二のトランジスタ１３ｂは、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースがヘッド駆動回路１２の第二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、駆動波形の立ち下り時に、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させる。
【００５１】
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。
【００５２】
このスイッチ回路１４は、実際には、各圧電素子１１をそれぞれオンオフするための所謂トランスミッションゲートとして構成されている。
【００５３】
上記バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２と同様に、ラッチ回路２３，Ｄ／Ａコンバータ２４及びアンプ２５から構成されている。
【００５４】
ラッチ回路２３は、図示の場合、インクジェット式プリンタのプリンタ本体の制御部からの１０ビットのデータ信号ＤＡＴＡ０〜９が入力されると共に、クロック端子ＣＬＫ２に、クロック信号が入力されるようになっている。
【００５５】
また、Ｄ／Ａコンバータ２４は、ラッチ回路２３を介して入力されるデータ信号ＤＡＴＡ０〜９に基づいて、Ｄ／Ａ変換によりバイアス電圧に対応するアナログ電圧を出力するようになっている。
【００５６】
さらに、アンプ２５は、Ｄ／Ａコンバータ２４からのアナログ電圧を増幅して、所定のバイアス電圧を生成するようになっている。
【００５７】
尚、上記ラッチ回路２３，Ｄ／Ａコンバータ２４及びアンプ２５から成るバイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２を構成するドライバＩＣ３０内に収容され、一つのＩＣパッケージとして構成されている。
【００５８】
このようにして、バイアス電源回路２０は、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに対して、所定のバイアス電圧Ｖｂ、好ましくは図２に示すように、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電位Ｖｃにほぼ等しい電圧を出力するようになっている。
【００５９】
上記制限抵抗２１は、所謂カップリング抵抗であって、バイアス電源回路２０からのバイアス電圧Ｖｂをコンデンサ２２に充電させると共に、コンデンサ２２の放電時には、コンデンサ２２からの放電電流を制限するものである。
【００６０】
尚、制限抵抗２１は、コンデンサ２２の充電を円滑に行なわせると共に、放電電電流を有効に制限し得るように、数１００Ω（例えば２００Ω程度）に選定されている。
【００６１】
上記コンデンサ２２は、電解コンデンサであって、その充電電圧すなわちバイアス電圧Ｖｂ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。
【００６２】
尚、コンデンサ２２の容量は、各圧電素子１１に対して安定したバイアス電圧Ｖｂ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、例えば１．４μＦ程度）に対して十分大きな容量、即ち数１０００μＦ（例えば３３００μＦ程度）に選定されている。
【００６３】
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、以下のように動作する。
【００６４】
先ず、インクジェット式プリンタの電源投入時の動作を、図３のフローチャートに従って説明する。
【００６５】
図３のフローチャートにおいて、インクジェット式プリンタの電源がオンされると、プリンタ本体の制御部は、ステップＡ１にて、温度を測定して、ステップＡ２にて、この温度に対応した中間電圧Ｖｃ１を計算し決定する。
【００６６】
その後、プリンタ本体の制御部は、ステップＡ３にて、プリンタヘッドのすべてのノズルをオンし、ステップＡ４にて、クロック端子ＣＬＫ１にクロック信号を入力しながら、データ信号ＤＡＴＡ０〜９によるデジタル値を徐々に大きくし、ヘッド駆動回路１２のＤ／Ａコンバータを制御する。
【００６７】
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１３ａ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４（Ａ）にて符号Ａで示すように、中間電位Ｖｃ１まで上昇することになる。
【００６８】
続いて、プリンタ本体の制御部は、ステップＡ５にて、上記中間電位Ｖｃ１のデジタル値をＤＡＴＡ０〜９に出力し、ステップＡ６にて、バイアス電源回路２０のラッチ回路２３のＣＬＫ２端子に一つクロックパルスを出力して、バイアス電源回路２０のＤ／Ａコンバータ２４を制御する。
【００６９】
これにより、バイアス電源回路２０からバイアス電圧Ｖｂ（＝Ｖｃ１）が制限抵抗２１を介してコンデンサ２２に印加され、コンデンサ２２が充電され、コンデンサ２０の充電電圧が制限抵抗２１及びコンデンサ２２の時定数に基づいて徐々に中間電位Ｖｃ１まで上昇することになり、図４（Ｂ）にて符号Ｂ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Ｖｃ１に達する。従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差はほぼ０になる。以上で、電源投入時の動作が完了する。
【００７０】
尚、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂには、コンデンサ２２に充電されたバイアス電圧Ｖｂが印加されることから、バイアス電源回路２０のアンプ２５は高速である必要はなく、また小電流出力のものでよい。
【００７１】
次に、印刷開始時の動作について、図５のフローチャートに従って説明する。図５のフローチャートにおいて、インクジェット式プリンタの印刷開始が指示されると、プリンタ本体の制御部は、ステップＢ１にて、温度を測定して、ステップＢ２にて、この温度に対応した中間電圧Ｖｃ２を計算し決定する。
【００７２】
その後、プリンタ本体の制御部は、ステップＢ３にて、プリンタヘッドのすべてのノズルをオンし、ステップＢ４にて、データ信号ＤＡＴＡ０〜９によるデジタル値を徐々に変化させ、且つクロック端子ＣＬＫ１にクロック信号を入力することにより、ヘッド駆動回路１２のＤ／Ａコンバータを制御する。
【００７３】
これにより、Ｖｃ１<Ｖｃ２ならば駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１３ａ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し、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図４（Ａ）にて符号Ｃで示すように、中間電位Ｖｃ２に至る。Ｖｃ２<Ｖｃ１ならば電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１３ｂを通して圧電素子１１の一方の電極１１ａより電流を放電し、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。
【００７４】
続いて、プリンタ本体の制御部は、ステップＢ５にて、上記中間電位Ｖｃ２のデジタル値をＤＡＴＡ０〜９に出力し、ステップＢ６にて、バイアス電源回路２０のラッチ回路２３のＣＬＫ２端子に一つクロックパルスを出力して、バイアス電源回路２０のＤ／Ａコンバータ２４を制御する。
【００７５】
これにより、バイアス電源回路２０からバイアス電圧Ｖｂ（＝Ｖｃ２）が制限抵抗２１を介してコンデンサ２２に印加され、コンデンサ２２が充電され、コンデンサ２０の充電電圧が制限抵抗２１及びコンデンサ２２の時定数に基づいて徐々に中間電位Ｖｃ２まで変化することになり、図４（Ｂ）にて符号Ｄで示すように、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位も徐々に変化して、中間電位Ｖｃ２に達する。従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差はほぼ０になる。以上で、印刷開始時の動作が完了する。
【００７６】
この状態から印刷が行なわれると、駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭの電圧が上昇している間は、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１３ａ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の電圧が下降している間は、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１３ｂ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。
【００７７】
次に、電源オフ時の動作について、図６のフローチャートに従って説明する。図６のフローチャートにおいて、インクジェット式プリンタの電源オフが指示されると、プリンタ本体の制御部は、ステップＣ１にて、プリンタヘッドのすべてのノズルをオンし、ステップＣ２にて、データ信号ＤＡＴＡ０〜９をゼロに設定して、ステップＣ３にて、バイアス電源回路２０のラッチ回路２３のクロック端子ＣＬＫ２に対して一つのクロックパルスを与える。
【００７８】
これにより、バイアス電源回路２０のＤ／Ａコンバータ２４は、バイアス電圧Ｖｂ＝０に対応するアナログ信号を出力するので、アンプ２５からバイアス電圧Ｖｂ（＝０）が出力される。
【００７９】
従って、コンデンサ２２は放電されることになるが、その際制限抵抗２１を通して、コンデンサ２２からの放電電流は、バイアス電源回路２０からグランド側に徐々に放電される。これに伴って、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂも、図４（Ｂ）にて符号Ｅで示すように、０電位に下がることになる。
【００８０】
続いて、ステップＣ４にて、前もって設定されたコンデンサ２２の放電に必要な所定時間の経過後に、ステップＣ５にて、プリンタ本体の制御部は、データ信号ＤＡＴＡ０〜９によるデジタル値を徐々に小さくし、且つクロック端子ＣＬＫ１にクロック信号を入力することにより、ヘッド駆動回路１２のＤ／Ａコンバータを制御する。
【００８１】
これにより、駆動信号ＣＯＭにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａからスイッチ回路１４及び電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１３ｂを介してグランドに電流が流れることにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図４（Ａ）にて符号Ｅで示すように、０電位まで下降することになる。
【００８２】
従って、圧電素子の双方の電極１１ａ，１１ｂが共に０電位まで下降することにより、電源オフ時の動作が完了し、その後電源がオフとなる。
【００８３】
以上で、電源オフ時の動作が完了する。
【００８４】
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、バイアス電源回路２０によるコンデンサ２２の充電電圧により、バイアス電圧Ｖｂ、好ましくは中間電位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。
【００８５】
従って、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。
【００８６】
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。
【００８７】
さらに、バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２と共に、一つのドライバＩＣ３０として一体に構成されているので、実装スペースが少なくて済み、またバイアス電源回路２０及びヘッド駆動回路１２に入力されるデータ信号が共に１０ビットの共通のデータ信号であることから、配線及び接続スペースも少なくて済む。
【００８８】
また、バイアス電源回路２０のバイアス電圧が制限抵抗２１を介してコンデンサ２２に印加されることにより、バイアス電源回路２０のアンプ２５が高速アンプである必要はなく、低コストで小容量のアンプを使用することができる。
【００８９】
さらに、コンデンサ２２の放電電流が制限抵抗２１により制限されて、バイアス電源回路２０には大きな電流が流れないことから、バイアス電源回路２０のアンプ２５の発熱が大幅に低減され得ることになる。
【００９０】
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。
【００９１】
また、上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０は、ヘッド駆動回路１２からの駆動信号ＣＯＭの中間電圧Ｖｃに等しいバイアス電圧Ｖｂを出力するようになっているが、これに限らず、中間電圧Ｖｃからずれたバイアス電圧Ｖｂを出力するようにしてもよい。
【００９２】
この場合、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電圧はほぼ０にはならないが、バイアス電圧のない場合と比較して、電位差が小さくなるので、圧電素子における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なり、電力損失が低減される。また、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電圧差による放電の発生も低減され、高密度化によって圧電素子が小型化して耐圧が低くなったとしても、対応することができるので、圧電素子の電極間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドのより一層の高密度化が可能になる。
【００９３】
さらに、上述した実施形態においては、バイアス電源回路２０には、ヘッド駆動回路１２と同じ１０ビットのデータ信号ＤＡＴＡ０〜９が入力されるようになっているが、これに限らず、これより小さいビット数のデータ信号が使用されても良い。
【００９４】
この場合、バイアス電圧は、駆動信号のほぼ中間電圧付近まででよく、また駆動信号に比較して、精度が低くてもよいので、例えば最大値を半分とし、且つ分解能を半分にすることにより、８ビットのデータ信号でもよい。従って、８ビットのラッチ回路２３及びＤ／Ａコンバータ２４を使用することにより、コストが低減され得ることになる。
【００９５】
また、図3のＡ３、図5のＢ３、図６のＣ１で全ノズルをＯＮにしているが、全ノズルをＯＦＦにしても良い。この場合、電流増幅回路１３の二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂには殆ど電流が流れずに同様の結果を得る。更に、ノズルのＯＮ／ＯＦＦを規定しなくても良い。但し、この場合、充放電過程で流れる電流が決まらないという問題がある。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、バイアス電源回路を備えたインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置において、バイアス電源回路を構成するラッチ回路，Ｄ／Ａコンバータ及びアンプが、ヘッド駆動回路を構成するＩＣ内に一体に構成されているので、ヘッド駆動回路及びバイアス電源回路が一つのＩＣパッケージとして構成されることになり、実装スペースが低減され得ると共に、配線及び接続スペースも低減され得る。
【００９７】
さらに、上記バイアス電源回路から圧電素子のグランド側の電極の間に、制限抵抗が接続されており、この制限抵抗と圧電素子のグランド側の電極の間からグランドに対して大容量のコンデンサが接続されている場合には、バイアス電源回路からのバイアス電圧が制限抵抗を介してコンデンサに充電され、このコンデンサの充電電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加され、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。
【００９８】
従って、圧電素子にはコンデンサの充電電圧が印加されるので、バイアス電源回路のアンプは高速である必要はなく、低速で小容量のアンプを使用することができ、アンプのコストが低減され得る。また、コンデンサの放電時には、バイアス電源回路側には制限抵抗があることから、放電電流がバイアス電源回路のアンプには殆ど流れないので、アンプの発熱量が大幅に少なくなる。
【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ヘッド駆動回路の駆動信号ＣＯＭとバイアス電圧Ｖｂとの関係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電源投入時の動作を示すフローチャートである。
【図４】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）バイアス電源回路のバイアス電圧を示すタイムチャートである。
【図５】図１のヘッド駆動装置における印刷開始時の動作を示すフローチャートである。
【図６】図１のヘッド駆動装置における電源オフ時の動作を示すフローチャートである。
【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
１２ａ ラッチ回路
１２ｂ Ｄ／Ａコンバータ
１２ｃ アンプ
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
２０ バイアス電源回路
２１ 制限抵抗
２２ コンデンサ
２３ ラッチ回路
２４ Ｄ／Ａコンバータ
２５ アンプ
３０ ドライバＩＣ
Claims (8)
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、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、ラッチ回路，Ｄ／Ａコンバータ及びアンプから成る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、
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バイアス電源回路を備えており、
このバイアス電源回路は、出力するバイアス電圧に対応するデータ信号をラッチするラッチ回路と、ラッチ回路に入力されたデータ信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、アナログ信号を増幅することにより前記バイアス電圧を出力するアンプから構成され、
前記バイアス電源回路は、前記駆動信号の中間電位にほぼ等しいバイアス電圧に対応するデータ信号が前記ラッチ回路に入力されることにより、印刷時には、前記中間電位にほぼ等しいバイアス電圧を前記他方の電極に印加させ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。 - 前記ヘッド駆動回路と、前記バイアス電源回路とは、同一のＩＣ内に構成されて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。
- 前記ヘッド駆動回路のラッチ回路と、前記バイアス電源回路のラッチ回路とには、共通の接続端子からデータ信号を入力可能になっ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。
- 上記バイアス電源回路から圧電素子のグランド側の電極の間に、制限抵抗が接続されており、
この制限抵抗と圧電素子のグランド側の電極の間からグランドに対して大容量のコンデンサが接続されていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。 - 上記バイアス電源回路が、対応するラッチ回路に入力されるデータ信号及びクロックパルスにより、制限抵抗を介してコンデンサを所定のバイアス電圧に充電し、このバイアス電圧が圧電素子のグランド側の電極に印加されることを特徴とする、請求項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。
- 上記バイアス電源回路が、対応するラッチ回路に入力されるデータ信号及びクロックパルスにより、制限抵抗を介してコンデンサを放電させて、圧電素子のグランド側の電極をゼロにすることを特徴とする、請求項４または５に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- バイアス電源回路に入力されるデータ信号が、ヘッド駆動回路に入力されるデータ信号と同じビット数であることを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- バイアス電源回路に入力されるデータ信号が、ヘッド駆動回路に入力されるデータ信号より少ないビット数であることを特徴とする、請求項１から７の何れかに記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
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