JP4304910B2 - 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駆動素子の駆動電流を低減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（駆動波形発生回路）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】
このようなヘッド駆動装置は、例えば図３に示すように構成されている。図３において、ヘッド駆動装置１は、インクジェット式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２と、各圧電素子２の一方の電極２ａに対して駆動信号を供給するため駆動波形発生回路３と、この駆動波形発生回路３と各圧電素子２との間に設けられた電流増幅回路４及びスイッチ回路５と、から構成されている。
【０００６】
ここで、図３においては、圧電素子２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。
【０００７】
そして、各圧電素子２に対して、駆動波形発生回路３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。
【０００８】
圧電素子２は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極２ａ，２ｂ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。
【０００９】
そして、圧電素子２は、常時中間電位付近に充電されており、駆動波形発生回路３からの駆動信号ＣＯＭ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。
【００１０】
駆動波形発生回路３は、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あるいはプリンタヘッド内に配置されている。
【００１１】
電流増幅回路４は、二つのトランジスタ４ａ，４ｂから構成されている。このうち、第一のトランジスタ４ａは、コレクタが定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路３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５の入力側に接続されている。これにより、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、定電圧Ｖｃｃをスイッチ回路５を介して圧電素子２に供給する。
【００１２】
また、第二のトランジスタ４ｂは、エミッタがスイッチ回路５の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路３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、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、圧電素子２をスイッチ回路５を介して放電させる。
【００１３】
スイッチ回路５は、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子２の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子２に出力する。
【００１４】
このスイッチ回路５は、実際には、各圧電素子２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。
【００１５】
ここで、このような構成のヘッド駆動装置１においては、電流増幅回路４は、一組のトランジスタ４ａ，４ｂにより、接続されたすべての圧電素子２を駆動するようになっている。
【００１６】
このため、トランジスタ４ａ，４ｂとして、すべての圧電素子２を同時駆動する際に必要な電流を供給することができるような最大電流（例えば３０Ａ）のトランジスタを使用する必要があるので、大電力トランジスタが必要になり、高速化には限界が生じてしまう。
【００１７】
これに対して、電流増幅回路４を構成する二つのトランジスタ４ａ，４ｂに関して、それぞれ最大電流の比較的小さい複数個のトランジスタを所謂ダーリントン接続することも考えられるが、このようなトランジスタのダーリントン接続は、負荷が軽い場合でも、波形歪が増大してしまうという問題がある。
【００１８】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、電流増幅回路のピーク電流を低減させながら、駆動信号の電流増幅を行なうようにした、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。
【００１９】
【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、電流増幅回路の電流値が所定値以上になったときには、電流増幅回路の増幅素子と並列に接続された電流増幅素子を動作させて、駆動素子の一方の電極に印加して、電流増幅回路のピーク電流を低減させるようにした。
【００２０】
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駆動素子を、所定の印字タイミングで選択的に、駆動波形発生回路からの駆動信号を電流増幅回路により増幅して上記駆動素子の一方の電極に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、上記電流増幅回路の増幅素子に対して並列接続され、上記電流増幅回路の電流値が所定値以上になったときに動作して、上記駆動素子の前記一方の電極に電流を流す電流増幅素子を備え、上記電流増幅素子の上記駆動素子の上記一方の電極に電流を流す側は、上記電流増幅回路の増幅素子から上記駆動素子の一方の電極へ至る途中に、抵抗及びダイオードを介して接続されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、電流増幅回路を流れる電流値が小さい場合には、各駆動素子の一方の電極には、駆動波形発生回路からの駆動信号が、電流増幅回路により増幅されて印加されることになる。
【００２２】
これに対して、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流増幅回路の増幅素子に並列接続された電流増幅素子が動作を開始して、その増幅電流が第二の駆動信号として、各駆動素子の一方の電極に流れ、電圧が印加されることになる。
【００２３】
従って、電流増幅回路を流れる電流値が所定値以上のときには、電流増幅回路及び電流増幅素子からの電流が各駆動素子に流れることになるため、電流増幅回路のピーク電流が低減され得るので、電流増幅回路を構成するトランジスタ等の増幅素子は小電力のものでよい。
【００２４】
これにより、電流増幅回路のコストが低減され得ると共に、例えばダーリントン接続が不要であるので、波形歪の発生も低減され得ることになり、駆動波形の精度が向上することになる。
【００２５】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅回路の電流値が所定値以上になったことを検出する電流検知回路を備えており、上記電流増幅素子が、電流検知回路が所定値以上の電流値を検出することにより、動作することを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路がこれを検出することにより、電流増幅素子が動作を開始する。これにより、電流増幅素子の増幅電流が第二の駆動信号として、各駆動素子の一方の電極に流れ、電圧が印加されることになる。
【００２７】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記電流検知回路が、電流増幅回路に直列接続された抵抗から構成されており、この抵抗に発生する電圧が、電流増幅素子の制御電極に印加されることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路としての抵抗に発生する電圧が所定電圧以上となって、電流増幅素子の制御電極に印加される。これにより、電流増幅回路の所定値の電流により抵抗に発生する電圧を、電流増幅素子のしきい値に設定しておくことにより、電流増幅回路の電流値が所定値以上になると、制御電極に印加される抵抗の電圧がしきい値以上となって、電流増幅素子が動作を開始することになる。従って、電流増幅素子の増幅電流が第二の駆動信号として、各駆動素子の一方の電極に流れ、電圧が印加されることになる。
【００２９】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅素子が、トランジスタであって、その制御電極がベースであることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路としての抵抗に発生する電圧が所定電圧以上となって、トランジスタのベースに印加される。これにより、トランジスタがオンとなって、動作を開始することになる。
【００３１】
請求項５記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅素子が、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であって、その制御電極がゲートであることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路としての抵抗に発生する電圧が所定電圧以上となって、ＦＥＴのゲートに印加される。これにより、ＦＥＴがオンとなって、動作を開始することになる。
【００３３】
この場合、電流増幅素子としてＦＥＴが使用されていることにより、トランジスタの場合と比較して、許容されるピーク電流が大きくなるため、より大きな電流を扱えることとなる。
【００３４】
更に、請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅素子の上記駆動素子の上記一方の電極に電流を流す側に接続された上記抵抗と上記ダイオードとの間に、接地されたコンデンサを接続し、上記電流増幅素子の電圧波形を擬似成形することを特徴とする。
【００３５】
【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インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置について説明する。
【００３６】
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。
【００３７】
図１は、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。
【００３８】
図１において、ヘッド駆動装置１０は、プリンタヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた駆動素子としての圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して第一の駆動信号ＣＯＭＡを供給するため駆動波形発生回路１２と、この第一の駆動波形発生回路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、電流増幅回路１３の電流値を検出する電流検知回路２０と、電流増幅回路１３に対して並列接続された電流増幅素子２１，２２と、から構成されている。
【００３９】
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。
【００４０】
そして、駆動波形発生回路１２からの第一の駆動信号ＣＯＭＡは、実際にはシフトレジスタ等を介して、各ノズル列の圧電素子に対して順次に出力されるようになっている。
【００４１】
上記圧電素子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、駆動波形発生回路１２からの第一の駆動信号ＣＯＭＡ及び電流増幅素子２１，２２からの第二の駆動信号ＣＯＭＢ（後述）の電圧の和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。
【００４３】
上記駆動波形発生回路１２は、インクジェットプリンタのヘッドへの第一の駆動信号ＣＯＭＡを発生させるものであり、プリンタ本体の制御部またはプリンタヘッドに搭載されている。
【００４４】
上記電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂから構成されている。
【００４５】
このうち、第一のトランジスタ１３ａは、コレクタが電流検知回路２０の第一の抵抗２３を介して、定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路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、駆動波形発生回路１２からの信号に基づいて導通して、定電圧Ｖｃｃを抵抗２３及びスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００４６】
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、ベースが駆動波形発生回路１２の第二の出力に接続されると共に、コレクタが電流検知回路２０の第二の抵抗２４を介して、グランドにアース接続されている。これにより、駆動波形発生回路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。
【００４７】
ここで、上記スイッチ回路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。
【００４８】
上記電流検知回路２０は、それぞれ電流増幅回路１３の定電圧電源側及びグランド側の電流値を検出するために、第一のトランジスタ１３ａのコレクタと定電圧電源の間に、また第二のトランジスタ１３ｂのエミッタとグランドの間にそれぞれ直列に接続された二つの抵抗２３，２４から構成されている。
【００４９】
上記第一の電流増幅素子２１は、第一のトランジスタ１３ａに並列接続された第三のトランジスタから構成されており、エミッタが定電圧電源に接続され、ベースが第一の抵抗２３の第一のトランジスタ１３ａ側に接続されると共に、コレクタが抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介してスイッチ回路１４の入力側に接続されている。
【００５０】
これにより、第三のトランジスタ２１は、第一の抵抗２３の電圧が所定値以上になったときオンとなり、定電圧電源から抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して、スイッチ回路１４の入力側に増幅電流が第二の駆動信号ＣＯＭＢとして流れることになる。
【００５１】
上記第二の電流増幅素子２２は、第二のトランジスタ１３ｂに並列接続された第四のトランジスタから構成されており、コレクタがダイオードＤ２及び抵抗Ｒ２を介してスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースが第二の抵抗２４の第二のトランジスタ１３ｂ側に接続されると共に、エミッタがグランドにアース接続されている。
【００５２】
これにより、第四のトランジスタ２２は、第二の抵抗２４の電圧が所定値以上になったときオンとなり、第一のスイッチ回路１４の入力側からダイオードＤ２及び抵抗Ｒ２を介して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させることになる。
【００５３】
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。
【００５４】
通常は、即ち駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭＡが小さい場合には、電流増幅回路１３により増幅される電流値も小さいので、電流検知回路２０を構成する抵抗２３，２４の電圧が低い。従って、電流増幅素子２１，２２即ち第三及び第四のトランジスタはオフのままである。
【００５５】
これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭＡの変動に従って、駆動電圧が中間電位より高い場合には、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、また駆動電圧が中間電位より低い場合には、第一の電流増幅回路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ＣＯＭＡに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００５６】
これに対して、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭＡが大きい場合には、これに対応して電流増幅回路１３により増幅される電流値も大きくなる。そして、電流検知回路２０を構成する抵抗２３，２４の電圧が上昇して所定値以上になると、電流増幅素子２１，２２の第三及び第四のトランジスタのベース電圧がしきい値以上となる。従って、第三及び第四のトランジスタはオンとなる。
【００５７】
これにより、圧電素子１１には、電流増幅回路１３からの駆動信号ＣＯＭＡに対して、電流増幅素子２１，２２からの駆動信号ＣＯＭＢが付加して印加されることになる。従って、電流増幅回路１３のピーク電流値が低減され得ることになる。
【００５８】
この場合、電流増幅回路１３も動作しており、電流増幅回路１３の出力電圧即ち駆動信号ＣＯＭＡ及び出力電流Ｉ１は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すようになっており、第一のトランジスタ１３ａを流れる出力電流Ｉ１により駆動信号ＣＯＭＡの電圧が徐々に上昇し、あるいは第二のトランジスタ１３ｂを流れる出力電流Ｉ１により駆動信号ＣＯＭＡの電圧が徐々に低下するようになっている。
【００５９】
これに対して、電流増幅素子２１，２２である第三及び第四のトランジスタの出力電圧即ち駆動信号ＣＯＭＢ及び出力電圧Ｖ１は、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示すようになっている。
【００６０】
ここで、駆動信号ＣＯＭＢは、出力電圧Ｖ１の上昇時及び下降時の図２（Ｄ）にて符号Ｘで示すふくらみが発生するが、出力電圧Ｖ１の上昇時のふくらみは、放電側の第二のトランジスタ１３ｂがオンとなることにより、整形され、ほぼ一定の傾きで上昇することになる。また、下降時のふくらみも、同様にして充電側の第一のトランジスタ１３ａのオンにより整形され、駆動信号ＣＯＭＢは、ほぼ一定の傾きで下降することになる。
【００６１】
このようにして、本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０によれば、電流増幅回路１３の電流値が所定値以上になると、電流増幅素子２１，２２が動作を開始して、電流増幅回路１３からの駆動信号ＣＯＭＡに加えて、駆動信号ＣＯＭＢを圧電素子１１に印加することになる。従って、電流増幅回路１３の電流値が所定値に限定されることになる。
【００６２】
これにより、電流増幅回路１３を構成する各トランジスタ１３ａ，１３ｂは、それぞれ増幅電流が比較的小さくて済むので、小型で低コストのトランジスタを使用することができる。
【００６３】
また、電流増幅素子２１，２２の各トランジスタは、電流増幅回路１３の電流値が所定値以上のときにのみ動作するので、あまり高精度のものは必要なく、低コストのものを使用することができる。
【００６４】
従って、上述した実施形態によれば、電流増幅回路１３の電流値が低い場合には、充電側及び放電側それぞれ一つづつのトランジスタ１３ａ，１３ｂにより電流増幅を行なうことができるので、高い波形精度が得られる。
【００６５】
さらに、電流増幅回路１３の電流値が高い場合には、電流増幅回路１３の各トランジスタ１３ａ，１３ｂに対して並列接続された電流増幅素子２１，２２としての第三及び第四のトランジスタを流れる電流により、電流増幅回路１３の電流値を補完することになる。従って、電流増幅回路１３の電流値が比較的小さく制限されることになるので、電流増幅回路１３の各トランジスタ１３ａ，１３ｂは、比較的小電力で低コストのものが使用され得る。
【００６６】
上述した実施形態においては、電流増幅素子２１，２２として、それぞれ第三のトランジスタ，第四のトランジスタが使用されているが、これに限らず、ＦＥＴ等の他の増幅素子が使用されてもよい。
【００６７】
尚、ＦＥＴを使用する場合には、トランジスタの場合と比較して、許容されるピーク電流が大きくなるため、より大きな電流を扱えることとなる。
【００６８】
また、上述した実施形態においては、駆動素子として、例えばピエゾ素子から成る圧電素子１１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。更に、駆動素子としての抵抗体に電流を流して発熱させ、この発熱によりインク中に発生する気泡の圧力によってインク滴を吐出する方式のインクジェット式プリンタにも本発明を適用し得るのは勿論である。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電流増幅回路を流れる電流値が所定値以上のときには、電流増幅回路及び電流増幅素子からの電流が各駆動素子に流れることになるため、電流増幅回路のピーク電流が低減され得るので、電流増幅回路を構成するトランジスタ等の増幅素子は小電力のものでよい。
【００７０】
これにより、電流増幅回路のコストが低減され得ると共に、例えばダーリントン接続が不要であるので、波形歪の発生も低減され得ることになり、駆動波形の精度が向上することになる。
【００７１】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、電流増幅回路のピーク電流を低減させながら、駆動信号の電流増幅を行なうようにした、極めて優れたインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェット式プリンタの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）電流増幅回路の駆動信号ＣＯＭＡ，（Ｂ）電流増幅回路の出力電流Ｉ１，（Ｃ）電流増幅素子の駆動信号ＣＯＭＢ及び（Ｄ）電流増幅素子の出力電圧Ｖ１を示すグラフである。
【図３】従来のヘッド駆動装置の一例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１２ 駆動波形発生回路
１３ 電流増幅回路
１３ａ 第一のトランジスタ
１３ｂ 第二のトランジスタ
１４ スイッチ回路
２０ 電流検知回路
２１ 電流増幅素子（第三のトランジスタ）
２２ 電流増幅素子（第四のトランジスタ）
２３ 第一の抵抗（電流検知回路）
２４ 第二の抵抗（電流検知回路）
【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駆動素子の駆動電流を低減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（駆動波形発生回路）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】
このようなヘッド駆動装置は、例えば図３に示すように構成されている。図３において、ヘッド駆動装置１は、インクジェット式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２と、各圧電素子２の一方の電極２ａに対して駆動信号を供給するため駆動波形発生回路３と、この駆動波形発生回路３と各圧電素子２との間に設けられた電流増幅回路４及びスイッチ回路５と、から構成されている。
【０００６】
ここで、図３においては、圧電素子２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。
【０００７】
そして、各圧電素子２に対して、駆動波形発生回路３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。
【０００８】
圧電素子２は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極２ａ，２ｂ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。
【０００９】
そして、圧電素子２は、常時中間電位付近に充電されており、駆動波形発生回路３からの駆動信号ＣＯＭ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。
【００１０】
駆動波形発生回路３は、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あるいはプリンタヘッド内に配置されている。
【００１１】
電流増幅回路４は、二つのトランジスタ４ａ，４ｂから構成されている。このうち、第一のトランジスタ４ａは、コレクタが定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路３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５の入力側に接続されている。これにより、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、定電圧Ｖｃｃをスイッチ回路５を介して圧電素子２に供給する。
【００１２】
また、第二のトランジスタ４ｂは、エミッタがスイッチ回路５の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路３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、駆動波形発生回路３からの信号に基づいて導通して、圧電素子２をスイッチ回路５を介して放電させる。
【００１３】
スイッチ回路５は、制御信号が入力されることにより、対応する圧電素子２の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子２に出力する。
【００１４】
このスイッチ回路５は、実際には、各圧電素子２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。
【００１５】
ここで、このような構成のヘッド駆動装置１においては、電流増幅回路４は、一組のトランジスタ４ａ，４ｂにより、接続されたすべての圧電素子２を駆動するようになっている。
【００１６】
このため、トランジスタ４ａ，４ｂとして、すべての圧電素子２を同時駆動する際に必要な電流を供給することができるような最大電流（例えば３０Ａ）のトランジスタを使用する必要があるので、大電力トランジスタが必要になり、高速化には限界が生じてしまう。
【００１７】
これに対して、電流増幅回路４を構成する二つのトランジスタ４ａ，４ｂに関して、それぞれ最大電流の比較的小さい複数個のトランジスタを所謂ダーリントン接続することも考えられるが、このようなトランジスタのダーリントン接続は、負荷が軽い場合でも、波形歪が増大してしまうという問題がある。
【００１８】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、電流増幅回路のピーク電流を低減させながら、駆動信号の電流増幅を行なうようにした、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。
【００１９】
【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、電流増幅回路の電流値が所定値以上になったときには、電流増幅回路の増幅素子と並列に接続された電流増幅素子を動作させて、駆動素子の一方の電極に印加して、電流増幅回路のピーク電流を低減させるようにした。
【００２０】
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駆動素子を、所定の印字タイミングで選択的に、駆動波形発生回路からの駆動信号を電流増幅回路により増幅して上記駆動素子の一方の電極に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、上記電流増幅回路の増幅素子に対して並列接続され、上記電流増幅回路の電流値が所定値以上になったときに動作して、上記駆動素子の前記一方の電極に電流を流す電流増幅素子を備え、上記電流増幅素子の上記駆動素子の上記一方の電極に電流を流す側は、上記電流増幅回路の増幅素子から上記駆動素子の一方の電極へ至る途中に、抵抗及びダイオードを介して接続されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、電流増幅回路を流れる電流値が小さい場合には、各駆動素子の一方の電極には、駆動波形発生回路からの駆動信号が、電流増幅回路により増幅されて印加されることになる。
【００２２】
これに対して、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流増幅回路の増幅素子に並列接続された電流増幅素子が動作を開始して、その増幅電流が第二の駆動信号として、各駆動素子の一方の電極に流れ、電圧が印加されることになる。
【００２３】
従って、電流増幅回路を流れる電流値が所定値以上のときには、電流増幅回路及び電流増幅素子からの電流が各駆動素子に流れることになるため、電流増幅回路のピーク電流が低減され得るので、電流増幅回路を構成するトランジスタ等の増幅素子は小電力のものでよい。
【００２４】
これにより、電流増幅回路のコストが低減され得ると共に、例えばダーリントン接続が不要であるので、波形歪の発生も低減され得ることになり、駆動波形の精度が向上することになる。
【００２５】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅回路の電流値が所定値以上になったことを検出する電流検知回路を備えており、上記電流増幅素子が、電流検知回路が所定値以上の電流値を検出することにより、動作することを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路がこれを検出することにより、電流増幅素子が動作を開始する。これにより、電流増幅素子の増幅電流が第二の駆動信号として、各駆動素子の一方の電極に流れ、電圧が印加されることになる。
【００２７】
請求項３記載のヘッド駆動装置においては、上記電流検知回路が、電流増幅回路に直列接続された抵抗から構成されており、この抵抗に発生する電圧が、電流増幅素子の制御電極に印加されることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路としての抵抗に発生する電圧が所定電圧以上となって、電流増幅素子の制御電極に印加される。これにより、電流増幅回路の所定値の電流により抵抗に発生する電圧を、電流増幅素子のしきい値に設定しておくことにより、電流増幅回路の電流値が所定値以上になると、制御電極に印加される抵抗の電圧がしきい値以上となって、電流増幅素子が動作を開始することになる。従って、電流増幅素子の増幅電流が第二の駆動信号として、各駆動素子の一方の電極に流れ、電圧が印加されることになる。
【００２９】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅素子が、トランジスタであって、その制御電極がベースであることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路としての抵抗に発生する電圧が所定電圧以上となって、トランジスタのベースに印加される。これにより、トランジスタがオンとなって、動作を開始することになる。
【００３１】
請求項５記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅素子が、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であって、その制御電極がゲートであることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、駆動波形発生回路からの駆動信号が大きくなって、それに対応して電流増幅回路を流れる電流値が大きくなると、電流検知回路としての抵抗に発生する電圧が所定電圧以上となって、ＦＥＴのゲートに印加される。これにより、ＦＥＴがオンとなって、動作を開始することになる。
【００３３】
この場合、電流増幅素子としてＦＥＴが使用されていることにより、トランジスタの場合と比較して、許容されるピーク電流が大きくなるため、より大きな電流を扱えることとなる。
【００３４】
更に、請求項記載のヘッド駆動装置においては、上記電流増幅素子の上記駆動素子の上記一方の電極に電流を流す側に接続された上記抵抗と上記ダイオードとの間に、接地されたコンデンサを接続し、上記電流増幅素子の電圧波形を擬似成形することを特徴とする。
【００３５】
【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インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置について説明する。
【００３６】
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。
【００３７】
図１は、本発明によるインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。
【００３８】
図１において、ヘッド駆動装置１０は、プリンタヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた駆動素子としての圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して第一の駆動信号ＣＯＭＡを供給するため駆動波形発生回路１２と、この第一の駆動波形発生回路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、電流増幅回路１３の電流値を検出する電流検知回路２０と、電流増幅回路１３に対して並列接続された電流増幅素子２１，２２と、から構成されている。
【００３９】
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。
【００４０】
そして、駆動波形発生回路１２からの第一の駆動信号ＣＯＭＡは、実際にはシフトレジスタ等を介して、各ノズル列の圧電素子に対して順次に出力されるようになっている。
【００４１】
上記圧電素子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、駆動波形発生回路１２からの第一の駆動信号ＣＯＭＡ及び電流増幅素子２１，２２からの第二の駆動信号ＣＯＭＢ（後述）の電圧の和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。
【００４３】
上記駆動波形発生回路１２は、インクジェットプリンタのヘッドへの第一の駆動信号ＣＯＭＡを発生させるものであり、プリンタ本体の制御部またはプリンタヘッドに搭載されている。
【００４４】
上記電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１３ａ，１３ｂから構成されている。
【００４５】
このうち、第一のトランジスタ１３ａは、コレクタが電流検知回路２０の第一の抵抗２３を介して、定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路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、駆動波形発生回路１２からの信号に基づいて導通して、定電圧Ｖｃｃを抵抗２３及びスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００４６】
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、ベースが駆動波形発生回路１２の第二の出力に接続されると共に、コレクタが電流検知回路２０の第二の抵抗２４を介して、グランドにアース接続されている。これにより、駆動波形発生回路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。
【００４７】
ここで、上記スイッチ回路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。
【００４８】
上記電流検知回路２０は、それぞれ電流増幅回路１３の定電圧電源側及びグランド側の電流値を検出するために、第一のトランジスタ１３ａのコレクタと定電圧電源の間に、また第二のトランジスタ１３ｂのエミッタとグランドの間にそれぞれ直列に接続された二つの抵抗２３，２４から構成されている。
【００４９】
上記第一の電流増幅素子２１は、第一のトランジスタ１３ａに並列接続された第三のトランジスタから構成されており、エミッタが定電圧電源に接続され、ベースが第一の抵抗２３の第一のトランジスタ１３ａ側に接続されると共に、コレクタが抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介してスイッチ回路１４の入力側に接続されている。
【００５０】
これにより、第三のトランジスタ２１は、第一の抵抗２３の電圧が所定値以上になったときオンとなり、定電圧電源から抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して、スイッチ回路１４の入力側に増幅電流が第二の駆動信号ＣＯＭＢとして流れることになる。
【００５１】
上記第二の電流増幅素子２２は、第二のトランジスタ１３ｂに並列接続された第四のトランジスタから構成されており、コレクタがダイオードＤ２及び抵抗Ｒ２を介してスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースが第二の抵抗２４の第二のトランジスタ１３ｂ側に接続されると共に、エミッタがグランドにアース接続されている。
【００５２】
これにより、第四のトランジスタ２２は、第二の抵抗２４の電圧が所定値以上になったときオンとなり、第一のスイッチ回路１４の入力側からダイオードＤ２及び抵抗Ｒ２を介して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させることになる。
【００５３】
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。
【００５４】
通常は、即ち駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭＡが小さい場合には、電流増幅回路１３により増幅される電流値も小さいので、電流検知回路２０を構成する抵抗２３，２４の電圧が低い。従って、電流増幅素子２１，２２即ち第三及び第四のトランジスタはオフのままである。
【００５５】
これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭＡの変動に従って、駆動電圧が中間電位より高い場合には、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、また駆動電圧が中間電位より低い場合には、第一の電流増幅回路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ＣＯＭＡに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００５６】
これに対して、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭＡが大きい場合には、これに対応して電流増幅回路１３により増幅される電流値も大きくなる。そして、電流検知回路２０を構成する抵抗２３，２４の電圧が上昇して所定値以上になると、電流増幅素子２１，２２の第三及び第四のトランジスタのベース電圧がしきい値以上となる。従って、第三及び第四のトランジスタはオンとなる。
【００５７】
これにより、圧電素子１１には、電流増幅回路１３からの駆動信号ＣＯＭＡに対して、電流増幅素子２１，２２からの駆動信号ＣＯＭＢが付加して印加されることになる。従って、電流増幅回路１３のピーク電流値が低減され得ることになる。
【００５８】
この場合、電流増幅回路１３も動作しており、電流増幅回路１３の出力電圧即ち駆動信号ＣＯＭＡ及び出力電流Ｉ１は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すようになっており、第一のトランジスタ１３ａを流れる出力電流Ｉ１により駆動信号ＣＯＭＡの電圧が徐々に上昇し、あるいは第二のトランジスタ１３ｂを流れる出力電流Ｉ１により駆動信号ＣＯＭＡの電圧が徐々に低下するようになっている。
【００５９】
これに対して、電流増幅素子２１，２２である第三及び第四のトランジスタの出力電圧即ち駆動信号ＣＯＭＢ及び出力電圧Ｖ１は、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示すようになっている。
【００６０】
ここで、駆動信号ＣＯＭＢは、出力電圧Ｖ１の上昇時及び下降時の図２（Ｄ）にて符号Ｘで示すふくらみが発生するが、出力電圧Ｖ１の上昇時のふくらみは、放電側の第二のトランジスタ１３ｂがオンとなることにより、整形され、ほぼ一定の傾きで上昇することになる。また、下降時のふくらみも、同様にして充電側の第一のトランジスタ１３ａのオンにより整形され、駆動信号ＣＯＭＢは、ほぼ一定の傾きで下降することになる。
【００６１】
このようにして、本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０によれば、電流増幅回路１３の電流値が所定値以上になると、電流増幅素子２１，２２が動作を開始して、電流増幅回路１３からの駆動信号ＣＯＭＡに加えて、駆動信号ＣＯＭＢを圧電素子１１に印加することになる。従って、電流増幅回路１３の電流値が所定値に限定されることになる。
【００６２】
これにより、電流増幅回路１３を構成する各トランジスタ１３ａ，１３ｂは、それぞれ増幅電流が比較的小さくて済むので、小型で低コストのトランジスタを使用することができる。
【００６３】
また、電流増幅素子２１，２２の各トランジスタは、電流増幅回路１３の電流値が所定値以上のときにのみ動作するので、あまり高精度のものは必要なく、低コストのものを使用することができる。
【００６４】
従って、上述した実施形態によれば、電流増幅回路１３の電流値が低い場合には、充電側及び放電側それぞれ一つづつのトランジスタ１３ａ，１３ｂにより電流増幅を行なうことができるので、高い波形精度が得られる。
【００６５】
さらに、電流増幅回路１３の電流値が高い場合には、電流増幅回路１３の各トランジスタ１３ａ，１３ｂに対して並列接続された電流増幅素子２１，２２としての第三及び第四のトランジスタを流れる電流により、電流増幅回路１３の電流値を補完することになる。従って、電流増幅回路１３の電流値が比較的小さく制限されることになるので、電流増幅回路１３の各トランジスタ１３ａ，１３ｂは、比較的小電力で低コストのものが使用され得る。
【００６６】
上述した実施形態においては、電流増幅素子２１，２２として、それぞれ第三のトランジスタ，第四のトランジスタが使用されているが、これに限らず、ＦＥＴ等の他の増幅素子が使用されてもよい。
【００６７】
尚、ＦＥＴを使用する場合には、トランジスタの場合と比較して、許容されるピーク電流が大きくなるため、より大きな電流を扱えることとなる。
【００６８】
また、上述した実施形態においては、駆動素子として、例えばピエゾ素子から成る圧電素子１１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。更に、駆動素子としての抵抗体に電流を流して発熱させ、この発熱によりインク中に発生する気泡の圧力によってインク滴を吐出する方式のインクジェット式プリンタにも本発明を適用し得るのは勿論である。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電流増幅回路を流れる電流値が所定値以上のときには、電流増幅回路及び電流増幅素子からの電流が各駆動素子に流れることになるため、電流増幅回路のピーク電流が低減され得るので、電流増幅回路を構成するトランジスタ等の増幅素子は小電力のものでよい。
【００７０】
これにより、電流増幅回路のコストが低減され得ると共に、例えばダーリントン接続が不要であるので、波形歪の発生も低減され得ることになり、駆動波形の精度が向上することになる。
【００７１】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、電流増幅回路のピーク電流を低減させながら、駆動信号の電流増幅を行なうようにした、極めて優れたインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェット式プリンタの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）電流増幅回路の駆動信号ＣＯＭＡ，（Ｂ）電流増幅回路の出力電流Ｉ１，（Ｃ）電流増幅素子の駆動信号ＣＯＭＢ及び（Ｄ）電流増幅素子の出力電圧Ｖ１を示すグラフである。
【図３】従来のヘッド駆動装置の一例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１２ 駆動波形発生回路
１３ 電流増幅回路
１３ａ 第一のトランジスタ
１３ｂ 第二のトランジスタ
１４ スイッチ回路
２０ 電流検知回路
２１ 電流増幅素子（第三のトランジスタ）
２２ 電流増幅素子（第四のトランジスタ）
２３ 第一の抵抗（電流検知回路）
２４ 第二の抵抗（電流検知回路）
Claims (5)
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた駆動素子を、所定の印字タイミングで選択的に、駆動波形発生回路からの駆動信号を電流増幅回路により増幅して前記駆動素子の一方の電極に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、
前記電流増幅素子は、充電側の第1の増幅素子と放電側の第２の増幅素子とを有し、
前記電流増幅回路の第1の増幅素子に対して並列接続される電流増幅素子を備え、
前記電流増幅回路の電流値が所定値より小さい場合には、前記電流増幅素子は動作せず、前記電流増幅回路により増幅した前記駆動信号を前記一方の電極に供給し、
前記電流増幅回路の電流値が所定値より大きい場合には、前記電流増幅素子が動作し、前記電流増幅回路により電流増幅した前記駆動信号に対して、前記電流増幅素子によって電流増幅した駆動信号を付加して、前記一方の電極に供給し、
前記電流増幅素子の前記駆動素子の前記一方の電極に電流を流す側は、前記電流増幅回路の第1の増幅素子から前記駆動素子の一方の電極へ至る途中に、抵抗及びダイオードを介して接続されており、当該抵抗と当該ダイオードとの間に、接地されたコンデンサを接続しており、
前記電流増幅回路により電流増幅した前記駆動信号は、一定の傾きで電圧が上昇する上昇時を有し、
前記電流増幅素子によって電流増幅した駆動信号は、前記上昇時において、前記一定の傾きで上昇する電圧に対して、上方にふくらんで電圧が上昇する駆動信号であり、
前記電流増幅素子の動作時に、前記上昇時に、前記電流増幅回路の第２の増幅素子が動作することにより、前記上昇時において一定の傾きで電圧が上昇する前記駆動信号を、前記駆動素子へ供給する、
インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。 - 前記電流増幅回路の電流値が所定値より大きくなったことを検出する電流検知回路を備えており、
前記電流増幅素子が、電流検知回路が所定値より大きい電流値を検出することにより、動作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。 - 前記電流検知回路が、前記電流増幅回路に直列接続された抵抗から構成されており、
この抵抗に発生する電圧が、前記電流増幅素子の制御電極に印加され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。 - 前記電流増幅素子が、トランジスタであって、その制御電極がベースであることを特徴とする、請求項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。
- 前記電流増幅素子が、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であって、その制御電極がゲートであることを特徴とする、請求項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。
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