JP4714979B2 - インクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェットプリンタの性能向上は目覚しいものがあり、様々な工夫が凝らされている。この中で、画質精度の向上・印字スピードの向上などの為に、印字を行うヘッド部の圧電素子の高性能化が進展している。画質向上、印字スピードの向上の為に、実際のインクを吐出する圧電素子は、ますます敏感な動作を行う様になってきており、この敏感な動作を制御するヘッド駆動回路もこれにつれて性能向上が求められていく一方である。
【０００３】
インクジェットプリンタにおいて圧電素子を制御するヘッド駆動回路は、バイポーラやＭＯＳトランジスタによるアナログスイッチと、このアナログスイッチのオン・オフを制御する制御部と、アナログスイッチを通じて圧電素子に電位を与える電位源とから構成されることが多く、アナログスイッチのオン・オフにより電位源からの電位変化が圧電素子に伝達され、圧電素子はこの電位変化で内部のインクを吐出し、実際の印字を行う。最近のインクジェットプリンタにはこのアナログスイッチを核としたヘッド駆動回路を持つことが多くなってきている。
【０００４】
図８は従来のアナログスイッチを有するヘッド駆動回路の回路ブロック図である。１０１はヘッド駆動回路である。１０２はアナログスイッチ部であり、１０６に示すＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタの対によるアナログスイッチと、このアナログスイッチ１０６のオン・オフを制御する階調決定制御部１０５とからなっている。１０３はアンプなどで構成される電位源であり、アナログスイッチ１０６のソースとして接続されている。また１０４はデータ入力部であり、ここで処理されたデータが階調決定制御部１０５に入力して、階調を決定し、アナログスイッチ１０６のオン・オフ切り替えタイミングを実際に制御する。アナログスイッチ１０６の出力は圧電素子１０７に接続しており、アナログスイッチ１０６がオンとなることで電位源１０３の電位が、圧電素子１０７に付加されて、圧電素子中のインクが吐出インク１０８として吐出され、印字面である紙面１０９上に印字を行う仕組みとなっている。これが、従来用いられていたアナログスイッチ１０６を有するヘッド回路の一般的な構成である。
【０００５】
図９は従来のヘッド駆動回路に生じるノイズ生成の仕組みを示す図である。
【０００６】
２０１はアナログスイッチがオン状態を表わした模式図である。電位源は任意の正の電圧とする。オン状態であるので、アナログスイッチのＰＭＯＳのゲートには論理０が入力し、ＮＭＯＳには論理１が入力している。この時、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳのトランジスタにはそれぞれゲート−ドレイン間に物理的な寄生容量が存在し、ＰＭＯＳにおいてはゲートとドレイン間で電位差が生じるため、この寄生容量中に電荷が蓄積される。これに対して、ＮＭＯＳ側ではゲートとドレイン間で電位差が無いために、寄生容量中の電荷蓄積はない。
【０００７】
次に、２０２に示すようにアナログスイッチがオン状態からオフ状態に変化すると、ＰＭＯＳのゲート信号は論理０から１に変化するためにＰＭＯＳのゲート−ドレイン間の寄生容量に溜まっていた電荷が圧電素子側に放電し、これがスパイクノイズを引き起こす。更に、アナログスイッチがオフになることで圧電素子とアナログスイッチ間が高インピーダンス状態になり、圧電素子では切り替え時の電位よりも高い状態に電位が変動する。同時にオフ状態においてはＮＭＯＳのゲートには論理０が入力するために、ゲート−ドレイン間で電位差が生じゲート−ドレイン間の寄生容量に電荷が蓄積される。
【０００８】
次に２０３に示すように、アナログスイッチがオフ状態からオン状態に変化する時にはＮＭＯＳのゲート−ドレイン寄生容量に蓄積された電荷が圧電素子に放電され、再びスパイクノイズが生じる。但し、今度はアナログスイッチがオンであるので、電位源からの電位供給が生じ圧電素子上で電位変位は生じない。
【０００９】
アナログスイッチにおいては以上のメカニズムでノイズが発生する。これを波形図として表わしたのが図１０であり、図１０は従来のヘッド駆動回路の波形図である。３０１がアナログスイッチのＰＭＯＳのゲートに入力する信号であり、オンとオフを繰り返している。３０２は同様にアナログスイッチのＮＭＯＳのゲートに入力する信号であり、オンとオフを繰り返す。上から３番目の波形はアナログスイッチの出力の波形を示しており、図に示すようにノイズが乗っていることが表わされている。３０３はスイッチのオンとオフが切り替わる時に生じるスパイクノイズであり、３０４はスイッチと接続される圧電素子間が高インピーダンス状態になるために生じる電位変動を示している。この様なスパイクノイズや電位変動が生じると、敏感な動作をする圧電素子１０７が誤動作を起こし、結果として誤印字をも引き起こしかねない。図８に示したＰＭＯＳとＮＭＯＳの対からなるアナログスイッチ１０６を含むヘッド駆動回路では、以上の様な問題が生じうる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、高精細、高速印字を解決するために圧電素子はますます微細な制御が要求されてきており、上記のようなアナログスイッチを核とするヘッド駆動回路では、圧電素子の性能を十分に引き出せないなどの問題が生じていた。このため、アナログスイッチをＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタの対の構成にして圧電素子に対する電位変化の充放電を高速にしたりするなどの工夫も多く行われてきているが、トランジスタによるアナログスイッチには、どうしてもスイッチング時に寄生容量を原因とするスパイクノイズが生じる問題があった。このスパイクノイズがそのまま圧電素子に伝達されると、敏感な動作をする圧電素子は誤動作を起こすという問題が生じていた。また、スイッチはオンとオフが交互に繰り返されるが、スイッチがオフとなった時には圧電素子とスイッチとの間が高インピーダンス状態となり、切り替え時に生じるスパイクノイズを原因として、本来切り替え時と同一で一定の電位を保つ必要のある圧電素子とスイッチ間で、電位の変化が生じてしまい、これも敏感な動作を行う圧電素子の誤動作の原因となるなどの問題が生じていた。
【００１１】
すなわち、高精細、高速印字を目的とする圧電素子の進歩に対して、これを駆動するヘッド駆動回路の性能が追いついておらず、上記ノイズを原因とする圧電素子の誤動作を回避する必要が生じていた。また、スイッチのスパイクノイズはトランジスタを構成する半導体プロセスに依存しており、プロセスから解決することはコスト・時間の関係からも現実的では無い。このため、プロセスに依存しない手法でのノイズの解消が求められていた。
【００１２】
本発明は、インクジェットプリンタにおけるアナログスイッチを用いたヘッド駆動回路において、スイッチノイズによる誤動作・誤印字を引き起こす問題を解消することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクジェットプリンタにおいて、印字階調の基となるデータ入力部と、入力されたデータを基に印字階調を決定する階調決定制御部と、印字を行う圧電素子に対して与える電位変化を作る電位源と、ＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタを対として前記階調決定制御部の出力により前記トランジスタをオン若しくはオフに切り替えることで前記圧電素子と前記電位源との導通を制御する第１のアナログスイッチと、前記第１のアナログスイッチと同様にＰＭＯＳとＮＭＯＳとから構成されるアナログスイッチであって前記第１のアナログスイッチに対して排他的にオンとオフが切り替わる第２のアナログスイッチと、前記第２のアナログスイッチを通じて同一圧電素子に電位を供給するバイアス電源とからなるペア型アナログスイッチを有し、前記第２のアナログスイッチに接続するバイアス電源の電圧値を前記第１のアナログスイッチの切り替え時に圧電素子が保持している電圧値とし、前記第１のアナログスイッチがオフになる時には、前記第２のアナログスイッチから前記バイアス電源の電圧が前記圧電素子に与えられる構成としたことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、スイッチノイズによる誤動作に対する耐性を持つインクジェットプリンタが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、インクジェットプリンタにおいて、印字階調の基となるデータ入力部と、入力されたデータを基に印字階調を決定する階調決定制御部と、印字を行う圧電素子に対して与える電位変化を作る電位源と、ＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタを対として階調決定制御部の出力によりトランジスタをオン若しくはオフに切り替えることで圧電素子と電位源との導通を制御する第１のアナログスイッチと、第１のアナログスイッチと同様にＰＭＯＳとＮＭＯＳとから構成されるアナログスイッチであって第１のアナログスイッチに対して排他的にオンとオフが切り替わる第２のアナログスイッチと、第２のアナログスイッチを通じて同一圧電素子に電位を供給するバイアス電源とからなるペア型アナログスイッチを有し、第２のアナログスイッチに接続するバイアス電源の電圧値を第１のアナログスイッチの切り替え時に圧電素子が保持している電圧値とし、第１のアナログスイッチがオフになる時には、第２のアナログスイッチからバイアス電源の電圧が圧電素子に与えられる構成としたことを特徴とするインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路であり、高インピーダンスを要因とする第１のアナログスイッチがオフの期間に生じる圧電素子上の電位変動を消滅させ、圧電素子の誤動作を回避できるという作用を有する。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、ペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路において、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が複数の電圧値となる場合に、これらの複数の電圧値を持つバイアス電源を持ち且つ複数の電位のいずれかを使用することを切り替える電位切り替え手段を持ち、第１のアナログスイッチが切り替わる時の複数の電圧値に合せた電位を第２のアナログスイッチにより圧電素子に与える構成としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路であり、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避することができるという作用を有する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、ペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路において、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が任意に変化する場合に、第１のアナログスイッチに接続する電位源から切り替え時の電位を抽出する切り替え時電位抽出手段を持ち、抽出された電位を第２のアナログスイッチの電位源として接続することで、スイッチ切り替え時の任意の電位変化にも対応して圧電素子に対して切り替え時の電位を与える構成としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路であり、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避できるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図である。４０１が請求項１に係るヘッド駆動回路である。１０３の電位源、１０４のデータ入力部、１０７の圧電素子、１０６のアナログスイッチ、１０５の階調決定制御部は従来の技術で説明したものと同じである。４０２がペア型アナログスイッチである。
【００２４】
４０３はＰＭＯＳとＮＭＯＳの対からなるアナログスイッチであり、アナログスイッチ１０６と排他的にオンとオフが切り替わるようになっている。すなわちアナログスイッチ１０６のＰＭＯＳのゲートに入力する信号と、アナログスイッチ４０３のＮＭＯＳのゲートに入力する信号とが同じであり、同一の信号が入力することから、アナログスイッチ１０６のＰＭＯＳがオンの時は、アナログスイッチ４０３のＮＭＯＳはオフでありアナログスイッチ１０６とアナログスイッチ４０３とは排他的にオンとオフが切り替わる。
【００２５】
４０４はバイアス電源であり、任意の電位を持ちアナログスイッチ４０３のソースに入力する。すなわち、アナログスイッチ１０６がオフになるとアナログスイッチ４０３がオンになり、電位源の電圧の代わりにバイアス電源４０４の電圧がアナログスイッチ４０３を通じて圧電素子１０７に伝達される。逆にアナログスイッチ４０３がオフになると今度はアナログスイッチ１０６がオンになり、電位源１０３から電圧が圧電素子１０７に付加される。時間軸上で考えればペア型アナログスイッチ４０２は常にオン状態にあり圧電素子１０７には電位源１０３、もしくはバイアス電源４０４のいずれかが接続されていることになり、高インピーダンス状態は生じ得ない。
【００２６】
この様に、アナログスイッチ１０６とは排他的にオン、オフに切り替わるアナログスイッチ４０３を設けたペア型アナログスイッチ４０２を有することで、圧電素子と電源間の高インピーダンス状態を回避することが可能となる。
【００２７】
（実施の形態２）
図１に示すように、回路構成に関しては実施の形態１に説明の通りである。実施の形態１に示した通りの方式により、圧電素子１０７にとっては電位源１０３との間で高インピーダンス状態が回避されている。アナログスイッチ１０６がオフになるとアナログスイッチ４０３がオンになり、アナログスイッチ４０３から圧電素子１０７に対してバイアス電源４０４の電圧が供給される。この供給する電圧はアナログスイッチ１０６がオフになる時に圧電素子１０７が保持している電位であり、これによりアナログスイッチ１０６がオフになっても圧電素子は、オフになった時の電位を保持し続けることが可能となり、アナログスイッチ１０６がオフの時に生じる電位変動は生じないことになる。
【００２８】
図２は本発明の実施の形態２におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す波形図である。波形は上から順番にアナログスイッチ１０６の切り替え信号、アナログスイッチ４０３の切り替え信号、電位源１０３、バイアス電源４０４、ヘッド駆動回路４０１の出力（圧電素子１０７への出力）となっている。５０１、５０２から分かるとおり、アナログスイッチ１０６とアナログスイッチ４０３とは排他的に交互にオン・オフが切り替わる。アナログスイッチ１０６に接続される電位源１０３は５０３の様に変化し、これが実際に圧電素子１０７を動作させる。このためアナログスイッチ１０６がオン状態である時は、電位源１０３の波形が出力に伝達されており、出力波形５０５を描く。この波形例では電位源１０３の電圧が最大の時にスイッチの切り替えが発生している。このためバイアス電源４０４にもバイアス電源波形５０４により同様の電圧を与える。アナログスイッチ１０６がオフとなるとアナログスイッチ４０３がオンとなるので、バイアス電源４０４の電圧が出力される。この電圧はバイアス電源波形５０４の通りの電圧であるから、このバイアス電源波形５０４の電圧が出力され、出力波形５０７のようになる。５０６で示す線はアナログスイッチ４０３の存在しないペア型でないスイッチの場合の電位変動ノイズであり、高インピーダンスによる電位変動が生じている。出力波形５０７で示すとおり、アナログスイッチ１０６のオフ時にはアナログスイッチ４０３がオンになるので、これによりバイアス電源４０４の電圧が供給され続けることで、出力波形５０７の波形となっている。請求項２の発明では、ペア型アナログスイッチ４０２を有するヘッド駆動回路４０１により、電位変動ノイズ５０６の様な電位変動といった状態が出力波形５０７となって消滅し、ヘッドの誤動作を回避することが可能となる。
【００２９】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す回路図である。６０１は電位源１０３に接続するアナログスイッチであり、６０２はバイアス電源４０４に接続するアナログスイッチである。実施の形態２で説明したようにアナログスイッチ６０１とアナログスイッチ６０２とは排他的にオンとオフが切り替わる。アナログスイッチ６０１がオンの時には電位源と圧電素子１０７とが導通する。導通の状態を模式的に矢印で表わしたのが充放電導通６０３である。逆にアナログスイッチ６０１がオフとなり、アナログスイッチ６０２がオンとなった場合には、バイアス電源と圧電素子が導通し、充放電導通６０４に示すように電位の導通が成立する。
【００３０】
ここで実施の形態１にて説明したように、アナログスイッチの切り替え時には、寄生容量を原因とするスパイクノイズが発生する。従来の技術で示した図１０のスパイクノイズ３０３の状態である。このスパイクノイズは寄生容量中に蓄積された電荷が、瞬時に圧電素子側に放電される為に生じる。特にこの時実施の形態１で説明したペア型のアナログスイッチでなければ、オフになった場合には寄生容量に蓄積された電荷の行き先は圧電素子側しかなく、結果としてスパイクノイズのレベルが大きくなる方向にある。これに対して、実施の形態１にて説明したペア型のアナログスイッチであれば、アナログスイッチ６０１がオフになってもアナログスイッチ６０２がオンになるので、アナログスイッチ６０１の寄生容量に蓄積されていた電荷は充放電導通６０５の導通路に従って、バイアス電源４０４側にも放電される結果となる。これにより、結果としてスパイクノイズのレベルも減ずることが可能となり（６０６に示すスパイク減衰の波形図）、スパイクノイズによる圧電素子の誤動作を回避することが可能となる。
【００３１】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図である。
【００３２】
実施の形態１においてアナログスイッチ４０３にはバイアス電源４０４が接続されており、このバイアス電源４０４はスイッチの切り替え時に圧電素子１０７が保持している電圧レベルをアナログスイッチ４０３を通じて供給する。この時、次のような問題が生じる。電位源１０３の電圧がいかなる値の時にスイッチの切り替えを実行するのかは、ヘッド駆動回路４０１を含むインクジェットプリンタのシステムを組みあげた後に決められることも多い。あるいは、同じヘッド駆動回路４０１でもシステムに応じて該電圧が変わる可能性もある。このような場合にバイアス電源４０４が出力できる電位が単一であると、システムによりスイッチの切り替え時の電圧が異なる場合に対応が出来なくなり、発明の主旨が没却してしまう。あるいは同一のシステムの中でも、処理のシーケンス中にスイッチ切り替え時の電圧の値を変化させて使いたい場合も生じるが、この様な場合にも、バイアス電源４０４が単一電圧しか対応していないとするとアナログスイッチ１０６がオフとなりアナログスイッチ４０３がオンとなる切り替えをする時に、切り替え時に圧電素子１０７が保持していた電圧と異なる電圧がバイアス電源４０４より供給されて、瞬間的な電位変化が圧電素子１０７上で生じる。この状態を図５の波形図に示す。図５は本発明の実施の形態４、５におけるスイッチ切り替え時の電位変動を示す波形図である。電位源１０３はアナログスイッチ１０６の切り替え時の電圧の値が電位源波形切り替え時電位変動８０１に示す様に変化している。これに対してバイアス電源４０４の電圧値はバイアス電源波形８０２に示すように一定である。このため、圧電素子１０７に対して出力される電圧の波形においては、切り替え時出力波形８０４に示すように、スイッチ切り替え時においては電位源１０３の電圧値とバイアス電源４０４の電圧値との差を埋めるように、瞬時に電位変化が生じる。この様な電位変化は圧電素子１０７に対して有効に働き、圧電素子の誤動作を生じさせる可能性がある。
【００３３】
そこで、図４に示すようにバイアス電源７０１を任意の種類持つこととする。
任意の種類とは、スイッチの切り替え時の電位源１０３の電圧として考えられる種類の電圧に対応する種類である。７０３はこの複数種類のバイアス電源７０１の内、いずれの電圧のものを選択するかの電位切り替え手段であり、外部からの切り替え命令を受けて切り替えパターンを選択する。あるいは、図５に示すように一つのシーケンスの中でスイッチ切り替え時の電圧値が変化していく場合には、この情報を外部から電位切り替え手段に与えることでいずれの電圧値のバイアス電源７０１を選択するかを決定する。実際の選択はマルチプレクサ７０２において実行され、アナログスイッチ４０３に供給される。
【００３４】
以上の構成により、アナログスイッチ１０６の切り替え時の電圧値が変化する場合であっても、バイアス電源７０１からの電位供給をこれに合せることで、ヘッド駆動回路４０１の出力信号のスイッチ切り替え時に発生する電位変化の弊害を回避することができる。
【００３５】
（実施の形態５）
実施の形態４で説明したとおり、スイッチの切り替え時の電位源１０３の電圧値は、システムによってあるいは動作シーケンスによって変化することが考えられる。実施の形態４においてはバイアス電源７０１を複数持ち、これを任意に切り替えてスイッチ切り替え時の電圧値に合せることで、スイッチ切り替え時の電位源電圧の変動を原因とするヘッド駆動回路４０１の出力信号の電位変化の弊害を回避していた。しかしながら、電位源１０３のスイッチ切り替え時の電圧値が複数ある場合に、この種類全ての電圧値に対応したバイアス電源７０１を複数持つことは、回路規模等の面で適切では無い場合もありうる。
【００３６】
そこで図６に示すように、バイアス電源として必要な電圧を電位源から抽出して用いることで、上記の問題を解決する。
【００３７】
図６は本発明の実施の形態５におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図である。１０３は電位源であり、オペアンプなどで構成される。９０１はスイッチ切り替え時の電位源１０３の電圧を抽出する電位抽出手段であり、まず電位源１０３の出力を受信する。更に、スイッチ切り替え時を抽出するためにスイッチ切り替えのタイミングを生成している階調決定制御部１０５から、その切り替えタイミングの情報を受信する。電位抽出手段９０１では、例えば記憶素子（フリップフロップ等）を設けておき、電位源からの信号をデータとして、階調決定部からの信号を記憶時刻として電圧を記憶させる。これによりスイッチ切り替え時の電位源の電圧値が保持され、これをバイアス電源としてアナログスイッチ４０３に与えることが可能となる。スイッチ切り替えタイミング毎に対応する電位源の電圧値を抽出することが可能であるので、動作シーケンス中に電位源の電圧値が次々変動しても対応が可能である。
【００３８】
これにより、図５に示すようなスイッチ切り替え時の電位源の電圧変動を起因とする、ヘッド駆動回路出力信号のスイッチ切り替え時の電位変動を回避することが可能となる。
【００３９】
（実施の形態６）
実施の形態１で説明したとおり、通常のアナログスイッチにおいてはスイッチがオフとなることから圧電素子とスイッチ間が高インピーダンス状態となり、これとスイッチ切り替え時にアナログスイッチのＭＯＳトランジスタの寄生容量を原因としたスパイクノイズとにより、電位が変動した状態が生じる。この様に電位が変動した状態となると圧電素子へ付加される電位が、本来のスイッチの切り替え時の電位とは異なることとなり、電位差によって電流が流れることになる。
【００４０】
例えば圧電素子の容量とＭＯＳトランジスタの寄生容量の比が１００対１であると、電位変動は１％の値となり、この１％分の電位が、圧電素子とスイッチ間との電流発生を引き起こす結果になる。一つのヘッド駆動回路には複数の圧電素子を制御するスイッチがあり、各スイッチ−圧電素子間での電流の総和が、ヘッド駆動回路全体の消費電流となる。この様な消費電流は基本的に不要な消費電流であり、ヘッド駆動回路にとってデメリットである。
【００４１】
これに対し、実施の形態２の発明によれば、アナログスイッチ１０６がオフになってもアナログスイッチ４０３よりバイアス電源が圧電素子に与えられる、ペア型アナログスイッチを採用しているので電位変動が生じない。このため、圧電素子とスイッチ間の電位差が無くなり不要な消費電流を削減することが可能となる。
【００４２】
（実施の形態７）
図７は本発明の実施の形態７におけるヘッド駆動回路とクロストークを表わしたブロック図である。
【００４３】
１００１はアナログスイッチであり１００２もアナログスイッチである。今、アナログスイッチ１００１において、スイッチ切り替え時のスパイクノイズ１００３が生じたとする。ヘッド駆動回路１０１は複数のスイッチが並列に並べられる構成になる場合が多く考えられ、スパイクノイズ１００３が隣接するスイッチの出力上の配線に影響を与えるクロストークの現象が生じ、隣接するスイッチが動作していないにも関わらず出力配線上にノイズが生じる現象が起こり、クロストークによるスパイクノイズ１００４が発生する。この様に、従来のアナログスイッチでは、ノイズが大きいためにこの様な隣接スイッチ間でのクロストークの影響が大きく、不要なノイズによる圧電素子の誤動作の可能性が大きい。
【００４４】
これに対して、図１に示すペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路によればノイズを低減する効果が大きく、この様にクロストークによる影響が少なくなる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の発明では、印字階調の基となるデータ入力部と、入力されたデータを基に印字階調を決定する階調決定制御部と、印字を行う圧電素子に対して与える電位変化を作る電位源と、ＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタを対として階調決定制御部の出力によりトランジスタをオン若しくはオフに切り替えることで圧電素子と電位源との導通を制御する第１のアナログスイッチと、第１のアナログスイッチと同様にＰＭＯＳとＮＭＯＳとから構成されるアナログスイッチであって第１のアナログスイッチに対して排他的にオンとオフが切り替わる第２のアナログスイッチと、第２のアナログスイッチを通じて同一圧電素子に電位を供給するバイアス電源とからなるペア型アナログスイッチを有し、第２のアナログスイッチに接続するバイアス電源の電圧値を第１のアナログスイッチの切り替え時に圧電素子が保持している電圧値とし、第１のアナログスイッチがオフになる時には、第２のアナログスイッチからバイアス電源の電圧が圧電素子に与えられる構成としたことで、高インピーダンスを要因とする第１のアナログスイッチがオフの期間に生じる圧電素子上の電位変動を消滅させ、圧電素子の誤動作を回避する効果を有する。
【００４８】
請求項２の発明では、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が複数の電圧値となる場合に、これらの複数の電圧値を持つバイアス電源を持ち且つ複数の電位のいずれかを使用することを切り替える電位切り替え手段を持つことで、第１のアナログスイッチが切り替わる時の複数の電圧値に合せた電位を第２のアナログスイッチにより圧電素子に与える構成としたことで、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避する効果を有する。
【００４９】
請求項３に記載の発明では、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が任意に変化する場合において、第１のアナログスイッチに接続する電位源から切り替え時の電位を抽出する切り替え時電位抽出手段を持ち、抽出された電位を第２のアナログスイッチの電位源として接続することで、スイッチ切り替え時の任意の電位変化にも対応して圧電素子に対して切り替え時の電位を与える構成としたことで、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す波形図
【図３】本発明の実施の形態３におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す回路図
【図４】本発明の実施の形態４におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図５】本発明の実施の形態４、５におけるスイッチ切り替え時の電位変動を示す波形図
【図６】本発明の実施の形態５におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図７】本発明の実施の形態７におけるヘッド駆動回路とクロストークを表わしたブロック図
【図８】従来のアナログスイッチを有するヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図９】従来のヘッド駆動回路に生じるノイズ生成の仕組みを示す図
【図１０】従来のヘッド駆動回路の波形図
【符号の説明】
１０１ ヘッド駆動回路
１０２ アナログスイッチ部
１０３ 電位源
１０４ データ入力部
１０５ 階調決定制御部
１０６ アナログスイッチ
１０７ 圧電素子
１０８ 吐出インク
１０９ 紙面
２０１ アナログスイッチオン状態
２０２ アナログスイッチオンからオフへの切り替え状態
２０３ アナログスイッチオフ状態
３０１ ＰＭＯＳへのゲート信号波形
３０２ ＮＭＯＳへのゲート信号波形
３０３ スパイクノイズ
３０４ 電位変動ノイズ
４０１ ヘッド駆動回路
４０２ ペア型アナログスイッチ
４０３ アナログスイッチ
４０４ バイアス電源
５０１ アナログスイッチ切り替え信号波形
５０２ アナログスイッチ切り替え信号波形
５０３ 電位源波形
５０４ バイアス電源波形
５０５ 出力波形
５０６ 電位変動ノイズ
５０７ 出力波形
６０１ アナログスイッチ
６０２ アナログスイッチ
６０３ 充放電導通
６０４ 充放電導通
６０５ 充放電導通
７０１ バイアス電源
７０２ マルチプレクサ
７０３ 電位切り替え手段
８０１ 電位源波形切り替え時電位変動
８０２ バイアス電源波形
８０３ 出力波形
８０４ 切り替え時出力波形
９０１ 電位抽出手段
１００１ アナログスイッチ
１００２ アナログスイッチ
１００３ スパイクノイズ
１００４ クロストークによるスパイクノイズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェットプリンタの性能向上は目覚しいものがあり、様々な工夫が凝らされている。この中で、画質精度の向上・印字スピードの向上などの為に、印字を行うヘッド部の圧電素子の高性能化が進展している。画質向上、印字スピードの向上の為に、実際のインクを吐出する圧電素子は、ますます敏感な動作を行う様になってきており、この敏感な動作を制御するヘッド駆動回路もこれにつれて性能向上が求められていく一方である。
【０００３】
インクジェットプリンタにおいて圧電素子を制御するヘッド駆動回路は、バイポーラやＭＯＳトランジスタによるアナログスイッチと、このアナログスイッチのオン・オフを制御する制御部と、アナログスイッチを通じて圧電素子に電位を与える電位源とから構成されることが多く、アナログスイッチのオン・オフにより電位源からの電位変化が圧電素子に伝達され、圧電素子はこの電位変化で内部のインクを吐出し、実際の印字を行う。最近のインクジェットプリンタにはこのアナログスイッチを核としたヘッド駆動回路を持つことが多くなってきている。
【０００４】
図８は従来のアナログスイッチを有するヘッド駆動回路の回路ブロック図である。１０１はヘッド駆動回路である。１０２はアナログスイッチ部であり、１０６に示すＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタの対によるアナログスイッチと、このアナログスイッチ１０６のオン・オフを制御する階調決定制御部１０５とからなっている。１０３はアンプなどで構成される電位源であり、アナログスイッチ１０６のソースとして接続されている。また１０４はデータ入力部であり、ここで処理されたデータが階調決定制御部１０５に入力して、階調を決定し、アナログスイッチ１０６のオン・オフ切り替えタイミングを実際に制御する。アナログスイッチ１０６の出力は圧電素子１０７に接続しており、アナログスイッチ１０６がオンとなることで電位源１０３の電位が、圧電素子１０７に付加されて、圧電素子中のインクが吐出インク１０８として吐出され、印字面である紙面１０９上に印字を行う仕組みとなっている。これが、従来用いられていたアナログスイッチ１０６を有するヘッド回路の一般的な構成である。
【０００５】
図９は従来のヘッド駆動回路に生じるノイズ生成の仕組みを示す図である。
【０００６】
２０１はアナログスイッチがオン状態を表わした模式図である。電位源は任意の正の電圧とする。オン状態であるので、アナログスイッチのＰＭＯＳのゲートには論理０が入力し、ＮＭＯＳには論理１が入力している。この時、ＰＭＯＳ、ＮＭＯＳのトランジスタにはそれぞれゲート−ドレイン間に物理的な寄生容量が存在し、ＰＭＯＳにおいてはゲートとドレイン間で電位差が生じるため、この寄生容量中に電荷が蓄積される。これに対して、ＮＭＯＳ側ではゲートとドレイン間で電位差が無いために、寄生容量中の電荷蓄積はない。
【０００７】
次に、２０２に示すようにアナログスイッチがオン状態からオフ状態に変化すると、ＰＭＯＳのゲート信号は論理０から１に変化するためにＰＭＯＳのゲート−ドレイン間の寄生容量に溜まっていた電荷が圧電素子側に放電し、これがスパイクノイズを引き起こす。更に、アナログスイッチがオフになることで圧電素子とアナログスイッチ間が高インピーダンス状態になり、圧電素子では切り替え時の電位よりも高い状態に電位が変動する。同時にオフ状態においてはＮＭＯＳのゲートには論理０が入力するために、ゲート−ドレイン間で電位差が生じゲート−ドレイン間の寄生容量に電荷が蓄積される。
【０００８】
次に２０３に示すように、アナログスイッチがオフ状態からオン状態に変化する時にはＮＭＯＳのゲート−ドレイン寄生容量に蓄積された電荷が圧電素子に放電され、再びスパイクノイズが生じる。但し、今度はアナログスイッチがオンであるので、電位源からの電位供給が生じ圧電素子上で電位変位は生じない。
【０００９】
アナログスイッチにおいては以上のメカニズムでノイズが発生する。これを波形図として表わしたのが図１０であり、図１０は従来のヘッド駆動回路の波形図である。３０１がアナログスイッチのＰＭＯＳのゲートに入力する信号であり、オンとオフを繰り返している。３０２は同様にアナログスイッチのＮＭＯＳのゲートに入力する信号であり、オンとオフを繰り返す。上から３番目の波形はアナログスイッチの出力の波形を示しており、図に示すようにノイズが乗っていることが表わされている。３０３はスイッチのオンとオフが切り替わる時に生じるスパイクノイズであり、３０４はスイッチと接続される圧電素子間が高インピーダンス状態になるために生じる電位変動を示している。この様なスパイクノイズや電位変動が生じると、敏感な動作をする圧電素子１０７が誤動作を起こし、結果として誤印字をも引き起こしかねない。図８に示したＰＭＯＳとＮＭＯＳの対からなるアナログスイッチ１０６を含むヘッド駆動回路では、以上の様な問題が生じうる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一方、高精細、高速印字を解決するために圧電素子はますます微細な制御が要求されてきており、上記のようなアナログスイッチを核とするヘッド駆動回路では、圧電素子の性能を十分に引き出せないなどの問題が生じていた。このため、アナログスイッチをＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタの対の構成にして圧電素子に対する電位変化の充放電を高速にしたりするなどの工夫も多く行われてきているが、トランジスタによるアナログスイッチには、どうしてもスイッチング時に寄生容量を原因とするスパイクノイズが生じる問題があった。このスパイクノイズがそのまま圧電素子に伝達されると、敏感な動作をする圧電素子は誤動作を起こすという問題が生じていた。また、スイッチはオンとオフが交互に繰り返されるが、スイッチがオフとなった時には圧電素子とスイッチとの間が高インピーダンス状態となり、切り替え時に生じるスパイクノイズを原因として、本来切り替え時と同一で一定の電位を保つ必要のある圧電素子とスイッチ間で、電位の変化が生じてしまい、これも敏感な動作を行う圧電素子の誤動作の原因となるなどの問題が生じていた。
【００１１】
すなわち、高精細、高速印字を目的とする圧電素子の進歩に対して、これを駆動するヘッド駆動回路の性能が追いついておらず、上記ノイズを原因とする圧電素子の誤動作を回避する必要が生じていた。また、スイッチのスパイクノイズはトランジスタを構成する半導体プロセスに依存しており、プロセスから解決することはコスト・時間の関係からも現実的では無い。このため、プロセスに依存しない手法でのノイズの解消が求められていた。
【００１２】
本発明は、インクジェットプリンタにおけるアナログスイッチを用いたヘッド駆動回路において、スイッチノイズによる誤動作・誤印字を引き起こす問題を解消することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インクジェットプリンタにおいて、印字階調の基となるデータ入力部と、入力されたデータを基に印字階調を決定する階調決定制御部と、印字を行う圧電素子に対して与える電位変化を作る電位源と、ＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタを対として前記階調決定制御部の出力により前記トランジスタをオン若しくはオフに切り替えることで前記圧電素子と前記電位源との導通を制御する第１のアナログスイッチと、前記第１のアナログスイッチと同様にＰＭＯＳとＮＭＯＳとから構成されるアナログスイッチであって前記第１のアナログスイッチに対して排他的にオンとオフが切り替わる第２のアナログスイッチと、前記第２のアナログスイッチを通じて同一圧電素子に電位を供給するバイアス電源とからなるペア型アナログスイッチを有し、前記第２のアナログスイッチに接続するバイアス電源の電圧値を前記第１のアナログスイッチの切り替え時に圧電素子が保持している電圧値とし、前記第１のアナログスイッチがオフになる時には、前記第２のアナログスイッチから前記バイアス電源の電圧が前記圧電素子に与えられる構成としたことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、スイッチノイズによる誤動作に対する耐性を持つインクジェットプリンタが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、インクジェットプリンタにおいて、印字階調の基となるデータ入力部と、入力されたデータを基に印字階調を決定する階調決定制御部と、印字を行う圧電素子に対して与える電位変化を作る電位源と、ＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタを対として階調決定制御部の出力によりトランジスタをオン若しくはオフに切り替えることで圧電素子と電位源との導通を制御する第１のアナログスイッチと、第１のアナログスイッチと同様にＰＭＯＳとＮＭＯＳとから構成されるアナログスイッチであって第１のアナログスイッチに対して排他的にオンとオフが切り替わる第２のアナログスイッチと、第２のアナログスイッチを通じて同一圧電素子に電位を供給するバイアス電源とからなるペア型アナログスイッチを有し、第２のアナログスイッチに接続するバイアス電源の電圧値を第１のアナログスイッチの切り替え時に圧電素子が保持している電圧値とし、第１のアナログスイッチがオフになる時には、第２のアナログスイッチからバイアス電源の電圧が圧電素子に与えられる構成としたことを特徴とするインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路であり、高インピーダンスを要因とする第１のアナログスイッチがオフの期間に生じる圧電素子上の電位変動を消滅させ、圧電素子の誤動作を回避できるという作用を有する。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、ペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路において、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が複数の電圧値となる場合に、これらの複数の電圧値を持つバイアス電源を持ち且つ複数の電位のいずれかを使用することを切り替える電位切り替え手段を持ち、第１のアナログスイッチが切り替わる時の複数の電圧値に合せた電位を第２のアナログスイッチにより圧電素子に与える構成としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路であり、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避することができるという作用を有する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、ペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路において、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が任意に変化する場合に、第１のアナログスイッチに接続する電位源から切り替え時の電位を抽出する切り替え時電位抽出手段を持ち、抽出された電位を第２のアナログスイッチの電位源として接続することで、スイッチ切り替え時の任意の電位変化にも対応して圧電素子に対して切り替え時の電位を与える構成としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路であり、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避できるという作用を有する。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図である。４０１が請求項１に係るヘッド駆動回路である。１０３の電位源、１０４のデータ入力部、１０７の圧電素子、１０６のアナログスイッチ、１０５の階調決定制御部は従来の技術で説明したものと同じである。４０２がペア型アナログスイッチである。
【００２４】
４０３はＰＭＯＳとＮＭＯＳの対からなるアナログスイッチであり、アナログスイッチ１０６と排他的にオンとオフが切り替わるようになっている。すなわちアナログスイッチ１０６のＰＭＯＳのゲートに入力する信号と、アナログスイッチ４０３のＮＭＯＳのゲートに入力する信号とが同じであり、同一の信号が入力することから、アナログスイッチ１０６のＰＭＯＳがオンの時は、アナログスイッチ４０３のＮＭＯＳはオフでありアナログスイッチ１０６とアナログスイッチ４０３とは排他的にオンとオフが切り替わる。
【００２５】
４０４はバイアス電源であり、任意の電位を持ちアナログスイッチ４０３のソースに入力する。すなわち、アナログスイッチ１０６がオフになるとアナログスイッチ４０３がオンになり、電位源の電圧の代わりにバイアス電源４０４の電圧がアナログスイッチ４０３を通じて圧電素子１０７に伝達される。逆にアナログスイッチ４０３がオフになると今度はアナログスイッチ１０６がオンになり、電位源１０３から電圧が圧電素子１０７に付加される。時間軸上で考えればペア型アナログスイッチ４０２は常にオン状態にあり圧電素子１０７には電位源１０３、もしくはバイアス電源４０４のいずれかが接続されていることになり、高インピーダンス状態は生じ得ない。
【００２６】
この様に、アナログスイッチ１０６とは排他的にオン、オフに切り替わるアナログスイッチ４０３を設けたペア型アナログスイッチ４０２を有することで、圧電素子と電源間の高インピーダンス状態を回避することが可能となる。
【００２７】
（実施の形態２）
図１に示すように、回路構成に関しては実施の形態１に説明の通りである。実施の形態１に示した通りの方式により、圧電素子１０７にとっては電位源１０３との間で高インピーダンス状態が回避されている。アナログスイッチ１０６がオフになるとアナログスイッチ４０３がオンになり、アナログスイッチ４０３から圧電素子１０７に対してバイアス電源４０４の電圧が供給される。この供給する電圧はアナログスイッチ１０６がオフになる時に圧電素子１０７が保持している電位であり、これによりアナログスイッチ１０６がオフになっても圧電素子は、オフになった時の電位を保持し続けることが可能となり、アナログスイッチ１０６がオフの時に生じる電位変動は生じないことになる。
【００２８】
図２は本発明の実施の形態２におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す波形図である。波形は上から順番にアナログスイッチ１０６の切り替え信号、アナログスイッチ４０３の切り替え信号、電位源１０３、バイアス電源４０４、ヘッド駆動回路４０１の出力（圧電素子１０７への出力）となっている。５０１、５０２から分かるとおり、アナログスイッチ１０６とアナログスイッチ４０３とは排他的に交互にオン・オフが切り替わる。アナログスイッチ１０６に接続される電位源１０３は５０３の様に変化し、これが実際に圧電素子１０７を動作させる。このためアナログスイッチ１０６がオン状態である時は、電位源１０３の波形が出力に伝達されており、出力波形５０５を描く。この波形例では電位源１０３の電圧が最大の時にスイッチの切り替えが発生している。このためバイアス電源４０４にもバイアス電源波形５０４により同様の電圧を与える。アナログスイッチ１０６がオフとなるとアナログスイッチ４０３がオンとなるので、バイアス電源４０４の電圧が出力される。この電圧はバイアス電源波形５０４の通りの電圧であるから、このバイアス電源波形５０４の電圧が出力され、出力波形５０７のようになる。５０６で示す線はアナログスイッチ４０３の存在しないペア型でないスイッチの場合の電位変動ノイズであり、高インピーダンスによる電位変動が生じている。出力波形５０７で示すとおり、アナログスイッチ１０６のオフ時にはアナログスイッチ４０３がオンになるので、これによりバイアス電源４０４の電圧が供給され続けることで、出力波形５０７の波形となっている。請求項２の発明では、ペア型アナログスイッチ４０２を有するヘッド駆動回路４０１により、電位変動ノイズ５０６の様な電位変動といった状態が出力波形５０７となって消滅し、ヘッドの誤動作を回避することが可能となる。
【００２９】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す回路図である。６０１は電位源１０３に接続するアナログスイッチであり、６０２はバイアス電源４０４に接続するアナログスイッチである。実施の形態２で説明したようにアナログスイッチ６０１とアナログスイッチ６０２とは排他的にオンとオフが切り替わる。アナログスイッチ６０１がオンの時には電位源と圧電素子１０７とが導通する。導通の状態を模式的に矢印で表わしたのが充放電導通６０３である。逆にアナログスイッチ６０１がオフとなり、アナログスイッチ６０２がオンとなった場合には、バイアス電源と圧電素子が導通し、充放電導通６０４に示すように電位の導通が成立する。
【００３０】
ここで実施の形態１にて説明したように、アナログスイッチの切り替え時には、寄生容量を原因とするスパイクノイズが発生する。従来の技術で示した図１０のスパイクノイズ３０３の状態である。このスパイクノイズは寄生容量中に蓄積された電荷が、瞬時に圧電素子側に放電される為に生じる。特にこの時実施の形態１で説明したペア型のアナログスイッチでなければ、オフになった場合には寄生容量に蓄積された電荷の行き先は圧電素子側しかなく、結果としてスパイクノイズのレベルが大きくなる方向にある。これに対して、実施の形態１にて説明したペア型のアナログスイッチであれば、アナログスイッチ６０１がオフになってもアナログスイッチ６０２がオンになるので、アナログスイッチ６０１の寄生容量に蓄積されていた電荷は充放電導通６０５の導通路に従って、バイアス電源４０４側にも放電される結果となる。これにより、結果としてスパイクノイズのレベルも減ずることが可能となり（６０６に示すスパイク減衰の波形図）、スパイクノイズによる圧電素子の誤動作を回避することが可能となる。
【００３１】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図である。
【００３２】
実施の形態１においてアナログスイッチ４０３にはバイアス電源４０４が接続されており、このバイアス電源４０４はスイッチの切り替え時に圧電素子１０７が保持している電圧レベルをアナログスイッチ４０３を通じて供給する。この時、次のような問題が生じる。電位源１０３の電圧がいかなる値の時にスイッチの切り替えを実行するのかは、ヘッド駆動回路４０１を含むインクジェットプリンタのシステムを組みあげた後に決められることも多い。あるいは、同じヘッド駆動回路４０１でもシステムに応じて該電圧が変わる可能性もある。このような場合にバイアス電源４０４が出力できる電位が単一であると、システムによりスイッチの切り替え時の電圧が異なる場合に対応が出来なくなり、発明の主旨が没却してしまう。あるいは同一のシステムの中でも、処理のシーケンス中にスイッチ切り替え時の電圧の値を変化させて使いたい場合も生じるが、この様な場合にも、バイアス電源４０４が単一電圧しか対応していないとするとアナログスイッチ１０６がオフとなりアナログスイッチ４０３がオンとなる切り替えをする時に、切り替え時に圧電素子１０７が保持していた電圧と異なる電圧がバイアス電源４０４より供給されて、瞬間的な電位変化が圧電素子１０７上で生じる。この状態を図５の波形図に示す。図５は本発明の実施の形態４、５におけるスイッチ切り替え時の電位変動を示す波形図である。電位源１０３はアナログスイッチ１０６の切り替え時の電圧の値が電位源波形切り替え時電位変動８０１に示す様に変化している。これに対してバイアス電源４０４の電圧値はバイアス電源波形８０２に示すように一定である。このため、圧電素子１０７に対して出力される電圧の波形においては、切り替え時出力波形８０４に示すように、スイッチ切り替え時においては電位源１０３の電圧値とバイアス電源４０４の電圧値との差を埋めるように、瞬時に電位変化が生じる。この様な電位変化は圧電素子１０７に対して有効に働き、圧電素子の誤動作を生じさせる可能性がある。
【００３３】
そこで、図４に示すようにバイアス電源７０１を任意の種類持つこととする。
任意の種類とは、スイッチの切り替え時の電位源１０３の電圧として考えられる種類の電圧に対応する種類である。７０３はこの複数種類のバイアス電源７０１の内、いずれの電圧のものを選択するかの電位切り替え手段であり、外部からの切り替え命令を受けて切り替えパターンを選択する。あるいは、図５に示すように一つのシーケンスの中でスイッチ切り替え時の電圧値が変化していく場合には、この情報を外部から電位切り替え手段に与えることでいずれの電圧値のバイアス電源７０１を選択するかを決定する。実際の選択はマルチプレクサ７０２において実行され、アナログスイッチ４０３に供給される。
【００３４】
以上の構成により、アナログスイッチ１０６の切り替え時の電圧値が変化する場合であっても、バイアス電源７０１からの電位供給をこれに合せることで、ヘッド駆動回路４０１の出力信号のスイッチ切り替え時に発生する電位変化の弊害を回避することができる。
【００３５】
（実施の形態５）
実施の形態４で説明したとおり、スイッチの切り替え時の電位源１０３の電圧値は、システムによってあるいは動作シーケンスによって変化することが考えられる。実施の形態４においてはバイアス電源７０１を複数持ち、これを任意に切り替えてスイッチ切り替え時の電圧値に合せることで、スイッチ切り替え時の電位源電圧の変動を原因とするヘッド駆動回路４０１の出力信号の電位変化の弊害を回避していた。しかしながら、電位源１０３のスイッチ切り替え時の電圧値が複数ある場合に、この種類全ての電圧値に対応したバイアス電源７０１を複数持つことは、回路規模等の面で適切では無い場合もありうる。
【００３６】
そこで図６に示すように、バイアス電源として必要な電圧を電位源から抽出して用いることで、上記の問題を解決する。
【００３７】
図６は本発明の実施の形態５におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図である。１０３は電位源であり、オペアンプなどで構成される。９０１はスイッチ切り替え時の電位源１０３の電圧を抽出する電位抽出手段であり、まず電位源１０３の出力を受信する。更に、スイッチ切り替え時を抽出するためにスイッチ切り替えのタイミングを生成している階調決定制御部１０５から、その切り替えタイミングの情報を受信する。電位抽出手段９０１では、例えば記憶素子（フリップフロップ等）を設けておき、電位源からの信号をデータとして、階調決定部からの信号を記憶時刻として電圧を記憶させる。これによりスイッチ切り替え時の電位源の電圧値が保持され、これをバイアス電源としてアナログスイッチ４０３に与えることが可能となる。スイッチ切り替えタイミング毎に対応する電位源の電圧値を抽出することが可能であるので、動作シーケンス中に電位源の電圧値が次々変動しても対応が可能である。
【００３８】
これにより、図５に示すようなスイッチ切り替え時の電位源の電圧変動を起因とする、ヘッド駆動回路出力信号のスイッチ切り替え時の電位変動を回避することが可能となる。
【００３９】
（実施の形態６）
実施の形態１で説明したとおり、通常のアナログスイッチにおいてはスイッチがオフとなることから圧電素子とスイッチ間が高インピーダンス状態となり、これとスイッチ切り替え時にアナログスイッチのＭＯＳトランジスタの寄生容量を原因としたスパイクノイズとにより、電位が変動した状態が生じる。この様に電位が変動した状態となると圧電素子へ付加される電位が、本来のスイッチの切り替え時の電位とは異なることとなり、電位差によって電流が流れることになる。
【００４０】
例えば圧電素子の容量とＭＯＳトランジスタの寄生容量の比が１００対１であると、電位変動は１％の値となり、この１％分の電位が、圧電素子とスイッチ間との電流発生を引き起こす結果になる。一つのヘッド駆動回路には複数の圧電素子を制御するスイッチがあり、各スイッチ−圧電素子間での電流の総和が、ヘッド駆動回路全体の消費電流となる。この様な消費電流は基本的に不要な消費電流であり、ヘッド駆動回路にとってデメリットである。
【００４１】
これに対し、実施の形態２の発明によれば、アナログスイッチ１０６がオフになってもアナログスイッチ４０３よりバイアス電源が圧電素子に与えられる、ペア型アナログスイッチを採用しているので電位変動が生じない。このため、圧電素子とスイッチ間の電位差が無くなり不要な消費電流を削減することが可能となる。
【００４２】
（実施の形態７）
図７は本発明の実施の形態７におけるヘッド駆動回路とクロストークを表わしたブロック図である。
【００４３】
１００１はアナログスイッチであり１００２もアナログスイッチである。今、アナログスイッチ１００１において、スイッチ切り替え時のスパイクノイズ１００３が生じたとする。ヘッド駆動回路１０１は複数のスイッチが並列に並べられる構成になる場合が多く考えられ、スパイクノイズ１００３が隣接するスイッチの出力上の配線に影響を与えるクロストークの現象が生じ、隣接するスイッチが動作していないにも関わらず出力配線上にノイズが生じる現象が起こり、クロストークによるスパイクノイズ１００４が発生する。この様に、従来のアナログスイッチでは、ノイズが大きいためにこの様な隣接スイッチ間でのクロストークの影響が大きく、不要なノイズによる圧電素子の誤動作の可能性が大きい。
【００４４】
これに対して、図１に示すペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路によればノイズを低減する効果が大きく、この様にクロストークによる影響が少なくなる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の発明では、印字階調の基となるデータ入力部と、入力されたデータを基に印字階調を決定する階調決定制御部と、印字を行う圧電素子に対して与える電位変化を作る電位源と、ＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタを対として階調決定制御部の出力によりトランジスタをオン若しくはオフに切り替えることで圧電素子と電位源との導通を制御する第１のアナログスイッチと、第１のアナログスイッチと同様にＰＭＯＳとＮＭＯＳとから構成されるアナログスイッチであって第１のアナログスイッチに対して排他的にオンとオフが切り替わる第２のアナログスイッチと、第２のアナログスイッチを通じて同一圧電素子に電位を供給するバイアス電源とからなるペア型アナログスイッチを有し、第２のアナログスイッチに接続するバイアス電源の電圧値を第１のアナログスイッチの切り替え時に圧電素子が保持している電圧値とし、第１のアナログスイッチがオフになる時には、第２のアナログスイッチからバイアス電源の電圧が圧電素子に与えられる構成としたことで、高インピーダンスを要因とする第１のアナログスイッチがオフの期間に生じる圧電素子上の電位変動を消滅させ、圧電素子の誤動作を回避する効果を有する。
【００４８】
請求項２の発明では、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が複数の電圧値となる場合に、これらの複数の電圧値を持つバイアス電源を持ち且つ複数の電位のいずれかを使用することを切り替える電位切り替え手段を持つことで、第１のアナログスイッチが切り替わる時の複数の電圧値に合せた電位を第２のアナログスイッチにより圧電素子に与える構成としたことで、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避する効果を有する。
【００４９】
請求項３に記載の発明では、第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が任意に変化する場合において、第１のアナログスイッチに接続する電位源から切り替え時の電位を抽出する切り替え時電位抽出手段を持ち、抽出された電位を第２のアナログスイッチの電位源として接続することで、スイッチ切り替え時の任意の電位変化にも対応して圧電素子に対して切り替え時の電位を与える構成としたことで、スイッチ切り替え時に生じる圧電素子上の電位変化を回避し、圧電素子の誤動作を回避する効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態２におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す波形図
【図３】本発明の実施の形態３におけるヘッド駆動回路のノイズ効果を示す回路図
【図４】本発明の実施の形態４におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図５】本発明の実施の形態４、５におけるスイッチ切り替え時の電位変動を示す波形図
【図６】本発明の実施の形態５におけるヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図７】本発明の実施の形態７におけるヘッド駆動回路とクロストークを表わしたブロック図
【図８】従来のアナログスイッチを有するヘッド駆動回路の回路ブロック図
【図９】従来のヘッド駆動回路に生じるノイズ生成の仕組みを示す図
【図１０】従来のヘッド駆動回路の波形図
【符号の説明】
１０１ ヘッド駆動回路
１０２ アナログスイッチ部
１０３ 電位源
１０４ データ入力部
１０５ 階調決定制御部
１０６ アナログスイッチ
１０７ 圧電素子
１０８ 吐出インク
１０９ 紙面
２０１ アナログスイッチオン状態
２０２ アナログスイッチオンからオフへの切り替え状態
２０３ アナログスイッチオフ状態
３０１ ＰＭＯＳへのゲート信号波形
３０２ ＮＭＯＳへのゲート信号波形
３０３ スパイクノイズ
３０４ 電位変動ノイズ
４０１ ヘッド駆動回路
４０２ ペア型アナログスイッチ
４０３ アナログスイッチ
４０４ バイアス電源
５０１ アナログスイッチ切り替え信号波形
５０２ アナログスイッチ切り替え信号波形
５０３ 電位源波形
５０４ バイアス電源波形
５０５ 出力波形
５０６ 電位変動ノイズ
５０７ 出力波形
６０１ アナログスイッチ
６０２ アナログスイッチ
６０３ 充放電導通
６０４ 充放電導通
６０５ 充放電導通
７０１ バイアス電源
７０２ マルチプレクサ
７０３ 電位切り替え手段
８０１ 電位源波形切り替え時電位変動
８０２ バイアス電源波形
８０３ 出力波形
８０４ 切り替え時出力波形
９０１ 電位抽出手段
１００１ アナログスイッチ
１００２ アナログスイッチ
１００３ スパイクノイズ
１００４ クロストークによるスパイクノイズ
Claims (3)
- インクジェットプリンタにおいて、印字階調の基となるデータ入力部と、入力されたデータを基に印字階調を決定する階調決定制御部と、印字を行う圧電素子に対して与える電位変化を作る電位源と、ＰＭＯＳとＮＭＯＳのトランジスタを対として前記階調決定制御部の出力により前記トランジスタをオン若しくはオフに切り替えることで前記圧電素子と前記電位源との導通を制御する第１のアナログスイッチと、前記第１のアナログスイッチと同様にＰＭＯＳとＮＭＯＳとから構成されるアナログスイッチであって前記第１のアナログスイッチに対して排他的にオンとオフが切り替わる第２のアナログスイッチと、前記第２のアナログスイッチを通じて同一圧電素子に電位を供給するバイアス電源とからなるペア型アナログスイッチを有し、前記第２のアナログスイッチに接続するバイアス電源の電圧値を前記第１のアナログスイッチの切り替え時に圧電素子が保持している電圧値とし、前記第１のアナログスイッチがオフになる時には、前記第２のアナログスイッチから前記バイアス電源の電圧が前記圧電素子に与えられる構成としたことを特徴とするインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路。
- 前記ペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路において、前記第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が複数の電圧値となる場合に、これらの複数の電圧値を持つバイアス電源を持ち且つ複数の電位のいずれかを使用することを切り替える電位切り替え手段を持ち、前記第１のアナログスイッチが切り替わる時の複数の電圧値に合せた電位を前記第２のアナログスイッチにより前記圧電素子に与える構成としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路。
- 前記ペア型アナログスイッチを有するヘッド駆動回路において、前記第１のアナログスイッチの切り替え時の電位が任意に変化する場合に、前記第１のアナログスイッチに接続する電位源から切り替え時の電位を抽出する切り替え時電位抽出手段を持ち、抽出された電位を前記第２のアナログスイッチの電位源として接続することで、スイッチ切り替え時の任意の電位変化にも対応して前記圧電素子に対して切り替え時の電位を与える構成としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路。
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