JP4710643B2 - インクジェットプリンタヘッドの駆動方法及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば複数色の液体インクの微小なインク滴を複数のノズルから吐出してその微粒子（インクドット）を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像を描画するようにしたインクジェットプリンタヘッドの駆動方法に関するものである。

インクジェットプリンタは、一般に安価で且つ高品質のカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。

この種のインクジェットプリンタは、一般に、インクカートリッジと印字ヘッドとが一体的に備えられたキャリッジなどと称される移動体が印刷媒体上をその搬送方向と交差する方向に往復しながらその印字ヘッドのノズルから液体インク滴を吐出（噴射）して印刷媒体上に微小なインクドットを形成することで、当該印刷媒体上に所定の文字や画像を描画して所望の印刷物を作成するようになっている。そして、このキャリッジに黒色（ブラック）を含めた４色（イエロー、マゼンタ、シアン）のインクカートリッジと各色毎の印字ヘッドを備えることで、モノクロ印刷のみならず、各色を組み合わせたフルカラー印刷も容易に行えるようになっている（更に、これらの各色に、ライトシアンやライトマゼンタなどを加えた６色や７色、或いは８色のものも実用化されている）。

このようなインクジェットプリンタでは、複数のノズルの夫々に圧力室とアクチュエータを備え、駆動パルスによってアクチュエータを駆動して圧力室内の圧力を変化せしめ、その圧力変化で当該圧力室内のインクを当該圧力室に連通するノズルからインク滴として吐出する。アクチュエータにも幾つかの種類があり、例えばピエゾ方式のインクジェットプリンタでは、アクチュエータであるピエゾ（圧電）素子に、駆動パルスに応じた電力信号を印加すると圧力室に接する振動板が変位し、これにより圧力室内の圧力が変化してインク滴が吐出される。駆動パルスは、電圧値を規定する波形データをクロックの動作単位で加減算して電圧値を階段状に増減し、もって全体で台形波状に成形されている。そして、この台形波を逆向きに組合せて駆動パルスとし、前段で圧力室を膨張してインクを引込み、後段で圧力室を収縮してインクを押出すようにすることでインク滴をノズルから吐出する。従って、駆動パルスの台形波の傾きと波高値がインクの引込み及び押出しを制御する要素となり、それらを調整することで吐出されるインク滴の容量を変化させて例えば多階調化を可能とする。

アクチュエータを駆動する駆動回路としては、例えば下記特許文献１に記載されるように、２つのトランジスタをプッシュプル接続した電流増幅回路を用い、一方のトランジスタのゲート（ベース）に前述した駆動パルスを供給することでその出力、即ち駆動パルスを増幅した電力信号を電源からアクチュエータに供給して容量性負荷であるアクチュエータを充電すると共に、他方のトランジスタを介して容量性負荷であるアクチュエータから放電する。
特開平６−８４２７号公報

しかしながら、前記駆動パルスを用いた電流増幅回路では、トランジスタの発熱が大きく、電力消費量も大きいという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、トランジスタの発熱を低減すると共に、省電力を可能とするインクジェットプリンタ及びその駆動方法を提供することを目的とするものである。

［発明１］上記課題を解決するために、発明１のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するノズルのアクチュエータに駆動パルスを印加するインクジェットプリンタヘッドの駆動方法であって、前記アクチュエータに駆動パルスを印加するか否かを切り換える選択スイッチと、電圧値を規定する波形データをクロックの動作単位で加減算して階段状に電圧値が増減する駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路と、を備え、前記駆動パルスの電圧値を保持する時間内で前記選択スイッチを遮断し且つ前記選択スイッチが遮断されている時間内で前記駆動パルスの電圧値を０とすることを特徴とするものである。

この発明１に係るインクジェットプリンタヘッドの駆動方法によれば、容量性負荷からなるアクチュエータが充電されているのに電源からの電流がトランジスタに流れるのを抑制防止することができると共に、充電された容量性負荷からなるアクチュエータからの放電を防止することができ、これによりトランジスタの発熱を低減し且つ省電力を可能とする。

［発明２］発明２のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法は、前記発明１のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法において、前記選択スイッチ遮断開始タイミングは、前記駆動パルスの電圧値の保持開始から前記アクチュエータの充電電位が所定値に達するタイミング以後に設定されていることを特徴とするものである。
この発明２に係るインクジェットプリンタヘッドの駆動方法によれば、容量性負荷からなるアクチュエータの充電状態を駆動パルス本来の電圧状態に応じたものとすることができる。

［発明３］発明３のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法は、前記発明１又は２のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法において、前記選択スイッチの遮断動作が終了してから前記駆動パルスの電圧値を０とし且つ前記駆動パルスの電圧値を保持すべき電圧値に戻してから選択スイッチを接続することを特徴とするものである。
この発明３に係るインクジェットプリンタによれば、プッシュプル接続された２つのトランジスタのうちの１つを介して、充電された容量性負荷からなるアクチュエータが接地されるのを防止することができ、もって容量性負荷からなるアクチュエータの放電を防止することができる。

［発明４］発明４のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法は、前記発明１乃至３のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法において、前記アクチュエータが自己放電する以前に前記駆動パルスの電圧値を保持すべき電圧値に戻し、次いで選択スイッチを接続することを特徴とするものである。
この発明４に係るインクジェットプリンタによれば、容量性負荷からなるアクチュエータの充電状態を駆動パルス本来の電圧状態に応じたものとすることができる。

［発明５］発明５のインクジェットプリンタは、前記発明１乃至４のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法を用いたことを特徴とするものである。

この発明５に係るインクジェットプリンタによれば、プッシュプル接続された二つのトランジスタに駆動波形信号を供給し、その出力を駆動パルスとして各アクチュエータに印加することによって、対応するノズルからインク滴を吐出するにあたり、電圧値を規定する波形データをクロックの動作単位で加減算して階段状に電圧値が増減する駆動パルスを発生する場合に、容量性負荷からなるアクチュエータの充放電状態に応じ、駆動パルスの電圧値を保持すべき時間内で所定時間選択スイッチを遮断し且つ少なくともこの選択スイッチが遮断されている時間内の所定時間駆動パルスの電圧値を０とする構成としたため、容量性負荷からなるアクチュエータが充電されているのに電源からの電流がトランジスタに流れるのを抑制防止することができると共に、充電された容量性負荷からなるアクチュエータからの放電を防止することができ、これによりトランジスタの発熱を低減し且つ省電力を可能とする。

次に、本発明のインクジェットプリンタの一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略構成を示す平面図である。このインクジェットプリンタ１は、図１に示すように、ヘッドユニット２及びインクカートリッジ３を搭載したキャリッジ４を備え、このキャリッジ４は１組のキャリッジ軸５に案内されて主走査方向に移動できるようになっている。また、キャリッジ４の一部は歯付きベルト９に固定され、且つ歯付きベルト９は、モータ６の回転軸に固定された駆動プーリ７と従動プーリ８との間に掛け渡されている。ヘッドユニット２には複数個のインクジェットヘッドが搭載されている。

更にキャリッジ４にはエンコーダ１０が取付けられ、キャリッジ４の移動方向に沿ってリニアスケール１１が設けられている。これにより、エンコーダ１０によりキャリッジ４上のヘッドユニット２の位置を検出するようになっている。なお、図１において、符号１２はヘッドユニット２とシステムコントローラなどとを電気的に接続するケーブルであり、符号１３は、後述するインクジェットヘッドの表面をなでてノズルのメニスカス（meniscus：インク液面を意味する）を整えるワイパであり、符号１４は、そのインクジェットヘッドのノズル基板（図３参照）の後述するクリーニングを行うキャップである。

このような構成からなるインクジェットプリンタ１では、エンコーダ１０の検出信号がモータ制御回路（図示せず）に入力されると、そのモータ制御回路によりモータ６の回転動作が、加速、一定速度、減速、反転、加速、一定速度、減速、反転…といったように制御される。このようなモータ６の動作に伴って、キャリッジ４が主走査方向に往復移動を繰り返し、一定速度の区間が印刷領域に相当するので、その一定速度の際にキャリッジ４に搭載されるヘッドユニット２の複数個のインクジェットヘッドのノズルから印刷媒体ａ上にインク滴が吐出される。この結果、印刷媒体ａには、そのインク滴からなるインクドットによって所定の文字や画像が記録（印字）される。

インクジェットヘッドの各ノズルからインクを吐出出力する方法としては、静電方式、ピエゾ方式などがある。ピエゾ方式は、アクチュエータであるピエゾ素子に駆動パルスを与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によってインク滴がノズルから吐出されるというものである。静電方式は、アクチュエータである静電ギャップに駆動パルスを与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によってインク滴がノズルから吐出されるというものである。本発明は、容量性負荷からなるアクチュエータを有するものであれば、何れのインク出力方法も適用可能である。

本実施形態のインクジェットヘッドの具体的な構成について、図２ａ及び図４を参照して説明する。このインクジェットヘッド２０は圧電式アクチュエータを用いたものであり、図２ａに示すように、振動板２１と、この振動板２１を変位させる圧電式アクチュエータ２２と、内部に液体であるインクが充填され且つ振動板２１の変位により内部の圧力が増減されるキャビティ（圧力室）２３と、このキャビティ２３に連通し且つ当該キャビティ２３内の圧力の増減によりインクを液滴として吐出するノズル２４とを少なくとも備えている。

更に詳述すると、インクジェットヘッド２０は、ノズル２４が形成されたノズル基板２５と、キャビティ基板２６と、振動板２１と、複数の圧電素子２７を積層した積層型の圧電式アクチュエータ２２とを備えている。キャビティ基板２６は、図示のように所定形状に形成され、これにより、キャビティ２３と、これに連通するリザーバ２８とが形成されている。また、リザーバ２８は、インク供給チューブ２９を介してインク貯留部であるインクカートリッジ３に接続されている。圧電式アクチュエータ２２は、対向して配置される櫛歯状の電極３１、３２と、その電極３１、３２の各櫛歯と交互に配置される圧電素子２７とからなる。また、圧電式アクチュエータ２２は、その一端側が図２ａに示すように、中間層３０を介して振動板２１と接合されている。

このような構成からなる圧電式アクチュエータ２２では、第１電極３１と第２電極３２との間に印加される駆動パルス源からの駆動パルスにより、図２ａに矢印で示すように上下方向に伸び縮みするモードを利用している。従って、圧電式アクチュエータ２２では、例えば図２ａに示すような駆動パルスが印加されると、振動板２１に変位が生じてキャビティ２３内の圧力が変化し、ノズル２４からインク滴が吐出されるようになっている。具体的には、後段に詳述するように、キャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小してインク滴を吐出する。なお、図２ａに示すノズル基板２６に形成されるインクジェットヘッド２０毎のノズル２４は、例えば図４に示すように配列されている。この図３の例では、４色のインク（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンダ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）に適用した場合のノズル２４の配列パターンを示しており、これらの色の組合せにより所謂フルカラー印刷が可能となる。

図２ｂには、圧電式アクチュエータ２２の他の例を示す。図中の符号は、図２ａのものを流用している。この圧電式アクチュエータは、一般にユニモルフ型アクチュエータと呼ばれ、圧電素子２７を二つの電極３１、３２で挟んだ簡単な構造であるが、駆動パルスを印加することによって、図２ａの積層型アクチュエータと同様に、図の上下方向に伸び縮みし、キャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小してノズル２４からインク滴を吐出する。このインクジェットヘッド２０も、図示しないインク供給チューブを介してインクカートリッジに接続されている。

図３には、静電式アクチュエータ２２を用いたインクジェットヘッドの例を示す。図中の符号のうち、図２ａ，ｂと同機能、同名称のものには同等の符号を附してある。インクタンク３内のインクはリザーバ２８内に流入し、狭い流路１０１を経てキャビティ２３に導入される。流路１０１及びキャビティ２３には、共通電極１０２に導通する導電性の振動板２１が接している。また、この振動板２１に対して、ギャップ（空隙）１０３を介して個別電極１０４が配設されている。この結果、共通電曲１０２と個別電極１０４の間にギャップ１０３が介装されていることになり、このギャップ１０３の静電容量を用いて静電式アクチュエータ２２が構成される。従って、この静電式アクチュエータ２２に駆動パルスを印加するとギャップ１０３の静電吸引力により振動板２１が個別電極１０４側に吸引されて弾性エネルギーが貯えられ、その弾性エネルギーを解放することで振動板２１が個別電極１０４と反対側に撓み、キャビティ２３内の圧力が高くなってノズル２４からインク滴が吐出される。

前記インクジェットプリンタ１内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば図５に示すように、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ６０から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データを受取る入力インタフェース部６１と、この入力インタフェース部６１から入力された印雑データに基づいて印刷処理を実行する例えばマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、キャリッジモータ４１を駆動制御するキャリッジモータドライバ６３と、給紙モータ５１を駆動制御する給紙モータドライバ６４と、インクジェットヘッド２０を駆動制御するヘッドドライバ６５と、各ドライバ６３、６４、６５の出力信号を外部のキャリッジモータ４１、給紙モータ５１、インクジェットヘッド２０で使用する制御信号に変換して出力するインタフェース６７とを備えて構成される。

制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のアプリケーションプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄとを備えている。この制御部６２は、インタフェース部６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ６２ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルからインク滴を吐出するか或いはどの程度のインク滴を吐出するかという印字データを出力し、この印字データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ６３〜６５に制御信号を出力する。各ドライバ６３〜６５から制御信号が出力されると、これらがインタフェース部６７で駆動信号に変換されてインクジェットヘッド２０の複数のノズル２４に対応するアクチュエータ２２、キャリッジモータ４１、給紙モータ５１が夫々作動して、印刷媒体に印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。

また、制御部６２は、後述する駆動信号を形成するための波形形成用データＤＡＴＡを後述する波形メモリ７０１に書込むために、書込みイネーブル信号ＤＥＮと、書込みクロック信号ＷＣＬＫと、書込みアドレスデータＡ０〜Ａ３とを出力して、例えば１６ビットの波形形成用データＤＡＴＡを波形メモリ７０１に書込むと共に、この波形メモリ７０１に記憶された波形形成用データＤＡＴＡを読出すための読出しアドレスデータＡ０〜Ａ３、波形メモリ７０１から読出した波形形成用データＤＡＴＡをラッチするタイミングを設定する第１のクロック信号ＡＣＬＫ、ラッチした波形データを加算するためのタイミングを設定する第２のクロック信号ＢＣＬＫ、ラッチデータをクリアするクリア信号ＣＬＥＲ及びラッチデータを有効な状態にしたり一時的に無効な状態にしたりするためのマスク信号ＭＳをヘッドドライバ６５に出力する。なお、マスク信号ＭＳは、第２クロック信号ＢＣＬＫと同期するクロック信号であるが、後段に詳述するように、ＯＮ／ＯＦＦのタイミングはわずかに異なる。

ヘッドドライバ６５は、駆動パルスＣＯＭを形成する駆動パルス発生回路７０と、クロック信号ＳＣＫを出力する発振回路７１とを備えている。駆動パルス発生回路７０は、図６に示すように、制御部６２から入力される駆動パルス生成のための波形形成用データＤＡＴＡを所定のアドレスに対応する記憶素子に記憶する波形メモリ７０１と、この波形メモリ７０１から読出された波形形成用データＤＡＴＡを前述した第１のクロック信号ＡＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０２と、ラッチ回路７０２の出力と後述するラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡとを加算する加算器７０３と、この加算器７０３の加算出力を前述した第２のクロック信号ＢＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０４と、このラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡとマスク信号ＭＳを入力とするアンドゲート７０８と、アンドゲート７０８の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７０５と、このＤ／Ａ変換器７０５から出力されるアナログ信号を電圧増幅する電圧増幅部７０６と、この電圧増幅部７０６の出力信号を電流増幅して駆動パルスＣＯＭを出力する電流増幅部７０７とを備えている。ここで、ラッチ回路７０２、７０４には制御部６２から出力されるクリア信号ＣＬＥＲが入力され、このクリア信号ＣＬＥＲがオフ状態となったときに、ラッチデータがクリアされる。

波形メモリ７０１は、図７に示すように、指示したアドレスに夫々数ビットずつのメモリ素子が配列され、アドレスＡ０〜Ａ３と共に波形データＤＡＴＡが記憶される。具体的には、制御部６２から指示したアドレスＡ０〜Ａ３に対して、クロック信号ＷＣＬＫと共に波形データＤＡＴＡが入力され、書込みイネーブル信号ＤＥＮの入力のよってメモリ素子に波形データＤＡＴＡが記憶される。

インクジェットヘッド２０には、インタフェース６７を介して、駆動パルス発生回路７０で生成された駆動パルスＣＯＭ、印刷データに基づいて吐出するノズルを選択し、どの程度のインク滴を吐出するかを設定する印字データＳＩ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、これらのデータにより駆動パルスＣＯＭとインクジェットヘッド２０のアクチュエータ２２とを接続するラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、これらの印字データＳＩをシリアル信号としてインクジェットヘッド２０に送信するためのクロック信号ＳＣＫ、及び駆動パルスＣＯＭとアクチュエータ２２とを断続するための選択スイッチ２０１を強制的に断続するスイッチ信号ＳＳが入力されている。なお、スイッチ信号ＳＳは、第２クロック信号ＢＣＬＫやマスク信号ＭＳと同期するクロック信号であるが、後段に詳述するように、ＯＮ／ＯＦＦのタイミングはわずかに異なる。

次に、前記駆動パルス発生回路７０から出力される駆動パルスＣＯＭとアクチュエータ２２とを接続する構成について説明する。図８は、駆動パルスＣＯＭとアクチュエータ２２とを接続する選択部のブロック図である。この選択部は、インク滴を吐出させるべきノズル２４に対応したアクチュエータ２２を指定すると共にインク滴を吐出しないノズル２４に対応した圧電式アクチュエータ２２も指定する印字データＳＩを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２の出力とスイッチ信号ＳＳとを入力とするアンドゲート２１４と、アンドゲート２１４の出力をレベル変換するレベルシフタ２１３と、レベルシフタの出力に応じて駆動パルスＣＯＭをアクチュエータ２２に接続する選択スイッチ２０１によって構成されている。

シフトレジスタ２１１には、印字データＳＩが順次入力されると共に、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の印字データＳＩがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存され、且つアンドゲート２１４から出力された信号は、レベルシフタ２１３によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動パルスＣＯＭが、ラッチ回路２１２及びアンドゲート２１４の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。選択スイッチ２０１は、ＰチャンネルＦＥＴとＮチャンネルＦＥＴとを組合せたトランスミッションゲートによるアナログスイッチで構成されており、このアナログスイッチを十分に動作させるためにゲート電圧を高い値にレベル変換している。そして、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１のゲート電圧が印加されたノズルのアクチュエータ２２は駆動パルスＣＯＭに接続される。また、シフトレジスタ２１１の印字データＳＩがラッチ回路２１２に保存された後、次の印字情報をシフトレジスタ２１１に入力し、インク滴の吐出タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電式アクチュエータ２２のグランド端である。

次に、駆動パルス生成の原理について説明する。まず、前述したアドレスＡ０には単位時間当たりの電圧変化量として０となる波形データが書込まれている。同様に、アドレスＡ１には＋ΔＶ１、アドレスＡ２には−ΔＶ２、アドレスＡ３には＋ΔＶ３の波形データが」書込まれている。また、クリア信号ＣＬＥＲによってラッチ回路７０２、７０４の保存データがクリアされる。また、駆動パルスＣＯＭは、所望の波形データによって中間電位（オフセット）まで立上げられている。

この状態から、例えば図９に示すようにアドレスＡ１の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に＋ΔＶ１のデジタルデータが保存される。保存された＋ΔＶ１のデジタルデータは加算器７０３を経てラッチ回路７０４に入力され、このラッチ回路７０４では、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりに同期して加算器７０３の出力を保存する。加算器７０３には、ラッチ回路７０４の出力も入力されるので、ラッチ回路７０４の出力（ＣＯＭ）は、第２クロック信号ＢＣＬＫが閾値ＬＶ０以上となるタイミングで＋ΔＶ１ずつ加算される。この例では、時間幅Ｔ１の間、アドレスＡ１の波形データが読込まれ、その結果、＋ΔＶ１のデジタルデータが３倍になるまで加算されている。

次いで、アドレスＡ０の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは０に切替わる。この０のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫが閾値ＬＶ０以上となるタイミングで加算されるが、デジタルデータが０であるので、実質的には、それ以前の値が保持される。この例では、時間幅Ｔ０の間、駆動パルスＣＯＭが一定値に保持されている。

次いで、アドレスＡ２の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは−ΔＶ２に切替わる。この−ΔＶ２のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫが閾値ＬＶ０以上となるタイミングで加算されるが、デジタルデータが−ΔＶ２であるので、実質的には第２クロック信号に合わせて駆動パルスＣＯＭは−ΔＶ２ずつ減算される。この例では、時間幅Ｔ２の間、駆動パルスＣＯＭは、−ΔＶ２のデジタルデータが６倍になるまで減算されている。

このようにして生成されアナログ変換・電圧電流増幅されて出力された駆動パルスＣＯＭが、前述した図９に示すような波形信号になる。このうち駆動パルスＣＯＭの立上がり部分がキャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込む（インクの吐出面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動パルスＣＯＭの立下がり部分がキャビティ２３の容積を縮小してインク滴を吐出する（インクの吐出面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階である。ちなみに、駆動パルスの波形は、前述からも容易に推察されるように、アドレスＡ０〜Ａ３に書込まれる波形データ０、＋ΔＶ１、−ΔＶ２、＋ΔＶ３、第１クロック信号ＡＣＬＫ、第２クロック信号ＢＣＬＫによって調整可能である。

図１０には、電圧増幅部７０６、電流増幅部７０７、選択スイッチ２０１、アクチュエータ２２、レベルシフタ２１３、アンドゲート２４０の構成を示す。前述したように、電流増幅部７０７は、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２をプッシュプル接続して構成され、そのうち一方のＮＰＮ型トランジスタＴｒ１のコレクタが、例えば＋４２Ｖの直流電源からなる定電圧電源Ｖｃｃに接続され、エミッタが選択スイッチ２０１の入力側に接続され、ベースが電圧増幅部７０６の一方の出力Ｑ１に接続されている。また、他方のＰＮＰ型トランジスタＴｒ２のエミッタが選択スイッチ２０１の入力側に接続され、コレクタが接地され、ベースが電圧増幅部７０６の他方の出力Ｑ２に接続されている。この電流増幅部７０７では、一方のトランジスタＴｒ１は、選択スイッチ２０１を介して、駆動パルスＣＯＭに応じた電圧波形を伴いながら定電圧電源Ｖｃｃから容量性負荷であるアクチュエータ２２に電荷を供給する、即ち充電し、他方のトランジスタＴｒ２は、選択スイッチ２０１を介して、駆動パルスＣＯＭに応じた電圧波形を伴いながら容量性負荷であるアクチュエータ２２の電荷を放電する。従って、電圧増幅部７０６の出力を駆動波形信号と定義すると、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に駆動波形信号を供給することで、それを電流増幅した駆動パルスＣＯＭを選択スイッチ２０１からアクチュエータ２２に印加することができる。

ちなみに、本実施形態では、電流増幅部７０７の出力電圧を電圧増幅部７０６にフィードバックしている。これは、前述したようにアクチュエータ２２が静電容量を有するため、例えば配線の寄生インピーダンスとの組合せによって駆動回路にローパスフィルタが構築され、しかもそのローパスフィルタの特性が、接続されるアクチュエータ２２の数によって変化することに起因している。このように、駆動回路にローパスフィルタが構築されると、実際にアクチュエータ２２に印加される駆動パルスＣＯＭが、駆動波形信号に応じた駆動パルスＣＯＭと異なるものになり、更に接続されるアクチュエータ２２の数によってローパスフィルタの特性が変化すると、駆動パルスＣＯＭ自体も接続アクチュエータ数によって変化してしまう。このようなアクチュエータ２２への駆動パルスＣＯＭの変化をフィードバック補正するため、駆動パルスＣＯＭを電圧増幅部７０６にフィードバックしているのである。

このような構成により、インク滴を吐出すべきノズルの選択スイッチ２０１をＯＮし、その状態で、図９のような駆動パルスＣＯＭを出力すれば、該当するアクチュエータ２２には駆動パルスＣＯＭが印加されるはずである。しかしながら、単にそのようにしたのでは、前述したように、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の発熱が大きく、電力消費量も多くなってしまう。そこで、本実施形態では、単に波形データを加算して駆動パルスＣＯＭを生成したり、インク滴を吐出すべきノズルの選択スイッチ２０１をＯＮしたままにしたりするのではなく、図１１のロジック（実際にはハードウエアで達成される）に従って、駆動パルスＣＯＭを一時的に０としたり、選択スイッチ２０１を一時的にＯＦＦしたりすることで、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の発熱を低減したり、電力消費量を低減したりする。

このロジックでは、まずステップＳ１で、波形メモリ７０１から波形データＤＡＴＡを読出す。
次にステップＳ２に移行して、ラッチ回路７０２に波形データＤＡＴＡを保存する。
次にステップＳ３に移行して、加算器７０３の出力をラッチ回路７０４に保存する。
次にステップＳ４に移行して、マスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以下であるか否かを判定し、マスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以下である場合にはステップＳ５に移行し、そうでない場合にはステップＳ１０に移行する。

ステップＳ５では駆動パルスＣＯＭを一時的に０としてからステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、マスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以上であるか否かを判定し、マスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以上である場合にはステップＳ７に移行し、そうでない場合にはステップＳ５に移行する。
ステップＳ７では、駆動パルスＣＯＭを本来の値に復帰してからステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、駆動パルスＣＯＭが目標値に到達したか否かを判定し、駆動パルスＣＯＭが目標値に到達した場合にはステップＳ９に移行し、そうでない場合にはステップＳ３に移行する。
ステップＳ９では、駆動パルスＣＯＭの出力が完了したか否かを判定し、駆動パルスＣＯＭの出力が完了した場合には処理を終了し、そうでない場合にはステップＳ１に移行する。

一方、ステップＳ１０では、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上であるか否かを判定し、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上である場合にはステップＳ１１に移行し、そうでない場合にはステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１１では、選択スイッチ２０１をＯＮしてからステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２では、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以下であるか否かを判定し、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以下である場合にはステップＳ１３に移行し、そうでない場合にはステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１３では、選択スイッチ２０１をＯＦＦしてからステップＳ４に移行する。
このロジックによる駆動パルスＣＯＭ、選択スイッチ２０１のＯＮ／ＯＦＦ信号ＳＷ、アクチュエータ２２の充電電位Ｖａの経時変化を図１２に示す。なお、マスク信号ＭＳは、第２クロック信号ＢＣＬＫより立上がりが遅く且つ立下がりが早い、つまりマスク信号ＭＳのパルス幅は第２クロック信号ＢＣＬＫのパルス幅より狭い。また、スイッチ信号ＳＳは、マスク信号ＭＳより立上がりが遅く且つ立下がりが早い、つまりスイッチ信号ＳＳのパルス幅はマスク信号ＭＳのパルス幅より狭い。従って、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上となるより早いタイミングでマスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以上となり、これにより図６のアンドゲート７０８のマスク信号ＭＳがハイレベルになるのでラッチ回路７０４の保存データがＤ／Ａ変換器７０５以後に出力され、例えば波形データＤＡＴＡがないか若しくは０である場合には駆動パルスＣＯＭが中間電位まで立上がる。その後、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上となり、これにより図８のアンドゲート２１４のスイッチ信号ＳＳがハイレベルになるのでラッチ回路２１２の保存データがレベルシフタ２１３以後に出力され、選択スイッチ２０１がＯＮされる。但し、駆動パルスＣＯＭが中間電位であるからアクチュエータ２２の充電電位Ｖａは変化しない。そして、マスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以下となるより早いタイミングでスイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以下となり、これにより図８のアンドゲート２１４のスイッチ信号ＳＳがローレベルになってラッチ回路２１２の保存データが遮断され、その結果、選択スイッチ２０１がＯＦＦされる。その後、マスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以下となり、これにより図６のアンドゲート７０８のマスク信号ＭＳがローレベルになるのでラッチ回路７０４の保存データが遮断され、その結果、駆動パルスＣＯＭが０（Ｖ）となる。

一方、図６のラッチ回路７０２に保存されている波形データＤＡＴＡがアドレス１に相当する＋ΔＶ１である場合に、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上となるより早いタイミングでマスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以上となると、ラッチ回路７０４の出力にラッチ回路７０２の波形データＤＡＴＡ（＝＋ΔＶ１）を加算した電圧値が駆動パルスＣＯＭとなる。そして、その後、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上となって選択スイッチ２０１がＯＮされると、当該駆動パルスＣＯＭに応じた電荷が容量性負荷であるアクチュエータ２２に供給されて充電される。従って、アクチュエータ２２の充電電位Ｖａが所定の電位まで充電されていれば、その後、選択スイッチ２０１がＯＦＦとなり、駆動パルスＣＯＭが０（Ｖ）となっても、自己放電が起きない限り、アクチュエータ２２の充電電位Ｖａは保持される。

また、図６のラッチ回路７０２に保存されている波形データＤＡＴＡがアドレス２に相当する−ΔＶ２である場合に、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上となるより早いタイミングでマスク信号ＭＳが閾値ＬＶ１以上となると、ラッチ回路７０４の出力にラッチ回路７０２の波形データＤＡＴＡ（＝−ΔＶ２）を加算した電圧値が駆動パルスＣＯＭとなる。そして、その後、スイッチ信号ＳＳが閾値ＬＶ２以上となって選択スイッチ２０１がＯＮされると、当該駆動パルスＣＯＭに応じた電荷が容量性負荷であるアクチュエータ２２から放電される。従って、この場合もアクチュエータ２２の充電電位Ｖａが所定の電位まで充電されていれば、その後、選択スイッチ２０１がＯＦＦとなり、駆動パルスＣＯＭが０（Ｖ）となっても、自己放電が起きない限り、アクチュエータ２２の充電電位Ｖａは保持される。

この充放電状態並びに充電電位保持状態を図１３ａ、ｂに模式的に示す。駆動パルスＣＯＭに応じて容量性負荷であるアクチュエータ２２を充放電している状態は、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を、夫々、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２に置き換えて考えることができる。即ち、可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２の抵抗値を駆動波形信号に応じて調整することで、定電圧電源Ｖｃｃの電圧を可変抵抗ＶＲ１、ＶＲ２による分圧比で調整して駆動パルスＣＯＭを創成し、この創成された駆動パルスＣＯＭでアクチュエータ２２を充放電する。しかしながら、アクチュエータ２２の電位が駆動パルスＣＯＭ相当の電圧値まで充電されると、それ以後は、アクチュエータ２２には電流は流れず、にも関わらず、電流増幅部７７内には一定の電流（Ｖｃｃ／（ＶＲ１＋ＶＲ２））が流れ続け、これがトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の発熱につながり、同時に電力消費量の増大につながる。

そこで、本実施形態では、図１３ｂに示すように、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を、夫々、スイッチＳＷ１、ＳＷ２として用い、アクチュエータ２２への充放電が終了したら選択スイッチ２０１をＯＦＦとし、次いで定電圧電源Ｖｃｃ側のスイッチＳＷ１（＝Ｔｒ１）をＯＦＦとする。このようにすれば、電流増幅部７０７内では電流が流れず、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が発熱することも、電力を消費することもない。従って、選択スイッチ２０１の遮断開始タイミングは、駆動パルスＣＯＭの電圧値の保持開始から少なくともアクチュエータ２２の充電電位Ｖａが駆動パルスＣＯＭ相当の所定の充電電位に達するタイミング以後に設定する必要がある。なお、２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２はプッシュプル接続されているので、定電圧電源Ｖｃｃ側のスイッチＳＷ１（＝Ｔｒ１）をＯＦＦとすると、接地側のスイッチＳＷ２（＝Ｔｒ２）はＯＮ状態となる。

このように本実施形態のインクジェットプリンタによれば、プッシュプル接続された二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に駆動波形信号を供給し、その出力を駆動パルスＣＯＭとして各アクチュエータ２２に印加することによって、対応するノズル２４からインク滴を吐出するにあたり、電圧値を規定する波形データＤＡＴＡを第２クロック信号ＢＣＬＫの動作単位で加減算して階段状に電圧値が増減する駆動パルスＣＯＭを発生する場合に、容量性負荷からなるアクチュエータ２２の充放電状態に応じ、駆動パルスＣＯＭの電圧値を保持すべき時間内で所定時間選択スイッチ２０１を遮断し且つ少なくともこの選択スイッチ２０１が遮断されている時間内の所定時間駆動パルスＣＯＭの電圧値を０とすることにより、容量性負荷からなるアクチュエータ２２が充電されているのに定電圧電源Ｖｃｃからの電流がトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に流れるのを抑制防止することができると共に、充電された容量性負荷からなるアクチュエータ２２からの放電を防止することができ、これによりトランジスタの発熱を低減し且つ省電力を可能とする。

また、選択スイッチ２０１の遮断開始タイミングは、駆動パルスＣＯＭの電圧値の保持開始から少なくとも容量性負荷からなるアクチュエータ２２の充電電位が所定値に達するタイミング以後に設定することにより、容量性負荷からなるアクチュエータ２２の充電状態を駆動パルスＣＯＭ本来の電圧状態に応じたものとすることができ、これによりアクチュエータ２２を駆動パルスＣＯＭ本来の状態に駆動することができる。

また、選択スイッチ２０１の遮断動作が終了してから駆動パルスＣＯＭの電圧値を０とし且つ駆動パルスＣＯＭの電圧値を保持すべき電圧値に戻してから選択スイッチ２０１を接続することにより、プッシュプル接続された２つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のうちの１つ、つまり接地側のトランジスタＴｒ２を介して、充電された容量性負荷からなるアクチュエータ２２が接地されるのを防止することができ、もって容量性負荷からなるアクチュエータ２２の放電を防止することができる。

次に、本発明のインクジェットプリンタの第２実施形態について説明する。本実施形態のインクジェットプリンタの構成や作用は、前述した第１実施形態とほぼ同様であるが、前記第１実施形態におけるマスク信号ＭＳやスイッチ信号ＳＳの出力形態が異なる。具体的には、駆動パルスＣＯＭの電圧値を変化させるときにはマスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳをＨｉレベルに保持し、駆動パルスＣＯＭの電圧値が変化しないときには、第２クロック信号ＢＣＬＫ１パルス分、マスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳをＬｏレベルに保持する。つまり、駆動パルスＣＯＭの電圧値を変化する必要があるときには、波形データＤＡＴＡを積極的に取り入れて駆動パルスＣＯＭの電圧値を確実に変化せしめ、駆動パルスＣＯＭの電圧値を変化する必要がないときには、電流増幅部７０７のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に流れる電流を極力低減して発熱や電力消費量を低減する。但し、アクチュエータ２２を長く放置しておくと自己放電が生じて電位が低下するので、第２クロック信号ＢＣＬＫ１パルス分、アクチュエータ２２への充電を休止したら再び充電を行う。

図１４には、マスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳ生成のための演算処理のフローチャートを示す。この演算処理では、まずステップＳ２１で、図６の波形メモリ７０１に記憶されている波形データＤＡＴＡが０であるか否か、即ちラッチ回路７０４の出力が変化しないか否かを判定し、波形データＤＡＴＡが０である場合にはステップＳ２２に移行し、そうでない場合にはステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２２では、タイマＴが作動中であるか否かを判定し、タイマＴが作動中である場合にはステップＳ２３に移行試、そうでない場合にはステップＳ２７に移行する。
ステップＳ２７ではタイマＴを起動してからステップＳ２４に移行する。
ステップＳ２３では、タイマＴのカウント値が第２クロック信号ＢＣＬＫ１パルス分に相当する所定値Ｔｍ以上であるか否かを判定し、タイマＴのカウント値が所定値Ｔｍ以上である場合にはステップＳ２５に移行し、そうでない場合にはステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２４では、マスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳを共にＬｏレベルとしてからメインプログラムに復帰する。
また、ステップＳ２５では、通常のクロック信号からなるマスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳを出力すると共にタイマＴをクリアし、且つ停止してからメインプログラムに復帰する。
ステップＳ２６では、マスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳを共にＨｉレベルとしてからメインプログラムに復帰する。

この演算処理によれば、図１５に示すように、波形メモリ７０１に記憶されている波形データＤＡＴＡが０でないとき、つまり駆動パルスＣＯＭの電圧値を変化させるときには、マスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳをＨｉレベルに保持して波形データＤＡＴＡを積極的に取り入れ、駆動パルスＣＯＭの電圧値を確実に変化させてアクチュエータ２２への充放電を行う。一方、波形メモリ７０１に記憶されている波形データＤＡＴＡが０であるとき、つまり駆動パルスＣＯＭの電圧値が変化しないときには、通常のクロック信号からなるマスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳを出力した後、第２クロック信号ＢＣＬＫ１パルス分、マスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳをＬｏレベルに保持する。これにより、電流増幅部７０７のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に流れる電流を極力低減して発熱や電力消費量を低減することができる。また、アクチュエータ２２の自己放電が生じる以前にマスク信号ＭＳ及びスイッチ信号ＳＳを復帰してアクチュエータ２２を充電する。

このように、本実施形態のインクジェットプリンタによれば、前記第１実施形態の効果に加えて、駆動パルスＣＯＭが変化しないときには電流増幅部７０７のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２への電流を積極的に停止して発熱や電力消費量を低減することができる。但し、容量性負荷からなるアクチュエータ２２が自己放電する以前に駆動パルスＣＯＭの電圧値を保持すべき電圧値に戻し、次いで選択スイッチ２０１を接続することにより、容量性負荷からなるアクチュエータ２２の充電状態を駆動パルスＣＯＭ本来の電圧状態に応じたものとすることができ、これによりアクチュエータ２２を駆動パルスＣＯＭ本来の状態に駆動することができる。

なお、前記各実施形態では、所謂マルチパス型インクジェットプリンタを対象として本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置を適用した例についてのみ詳述したが、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、ラインヘッド型プリンタを始めとして、あらゆるタイプのインクジェットプリンタを対象として適用可能である。

本発明のインクジェットプリンタの一実施形態を示す平面図である。 図１のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの概略構成図である。 図１のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの他の例を示す概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドのノズルの説明図である。 図１のインクジェットプリンタに設けられた制御装置のブロック図である。 図５の駆動パルス発生回路のブロック図である。 図６の波形メモリの説明図である。 駆動パルスをアクチュエータに接続する選択部のブロック図である。 駆動パルス生成の説明図である。 図６の電流増幅部の構成図である。 駆動パルス生成及び選択スイッチ制御のロジックを示すフローチャートである。 本発明のインクジェットプリンタの第１実施形態による駆動パルス及びアクチュエータ充電電位のタイミングチャートである。 図１２の駆動パルス及びアクチュエータ充電電位の説明図である。 本発明のインクジェットプリンタの第２実施形態を示すマスク信号及びスイッチ信号生成のための演算処理のフローチャートである。 図１３の演算処理による駆動パルス及びアクチュエータ充電電位のタイミングチャートである。

符号の説明

１はインクジェットプリンタ、２０はインクジェットヘッド、２１は振動板、２２はアクチュエータ、２３はキャビティ、２４はノズル、６０はホストコンピュータ、６２は制御部、７０は駆動パルス発生回路、７０７は電流増幅部、ａは印刷媒体、Ｔｒ１、Ｔｒ２はトランジスタ

Claims (5)

1. インク滴を吐出するノズルのアクチュエータに駆動パルスを印加するインクジェットプリンタヘッドの駆動方法であって、
   前記アクチュエータに駆動パルスを印加するか否かを切り換える選択スイッチと、
   電圧値を規定する波形データをクロックの動作単位で加減算して階段状に電圧値が増減する駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路と、
   を備え、
   前記駆動パルスの電圧値を保持する時間内で前記選択スイッチを遮断し且つ前記選択スイッチが遮断されている時間内で前記駆動パルスの電圧値を０とすることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
2. 前記選択スイッチ遮断開始タイミングは、前記駆動パルスの電圧値の保持開始から前記アクチュエータの充電電位が所定値に達するタイミング以後に設定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プリンタヘッドの駆動方法。
3. 前記選択スイッチの遮断動作が終了してから前記駆動パルスの電圧値を０とし且つ前記駆動パルスの電圧値を保持すべき電圧値に戻してから前記選択スイッチを接続することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
4. 前記アクチュエータが自己放電する以前に前記駆動パルスの電圧値を保持すべき電圧値に戻し、次いで前記選択スイッチを接続することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法を用いたインクジェットプリンタ。

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