JP4992723B2 - インクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動制御方法、並びにインクジェットプリンタ - Google Patents

インクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動制御方法、並びにインクジェットプリンタ Download PDF

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Description

本発明は、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に関するものである。
このような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。
このような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）。
また、このようにキャリッジ上のインクジェットヘッドを印刷媒体の搬送方向と交差する方向に往復させながら印刷を実行するようにしたタイプのインクジェットプリンタでは、１頁全体をきれいに印刷するためにインクジェットヘッドを１０回程度から数十回以上も往復運動させる必要があるため、他の方式の印刷装置、例えば電子写真技術を用いたレーザプリンタ、複写機などに比べて印刷時間がかかるといった欠点がある。
これに対し、印刷媒体の幅と同じ寸法の長尺のインクジェットヘッド（一体である必要はない）を配置してキャリッジを使用しないタイプのインクジェットプリンタでは、インクジェットヘッドを印刷媒体の幅方向に移動させる必要がなく、１パスでの印刷が可能となるため、レーザプリンタと同様な高速な印刷が可能となる。なお、前者方式のインクジェットプリンタを一般に「マルチパス（シリアル）型インクジェットプリンタ」、後者方式のインクジェットプリンタを一般に「ラインヘッド型インクジェットプリンタ」と呼んでいる。
ところで、この種のインクジェットプリンタでは、より一層高い階調が要求されている。階調とは、インクドットで表される画素に含まれる各色の濃度の状態であり、各画素の色の濃度に応じたインクドットの大きさを階調度といい、インクドットで表現できる階調度の数を階調数と呼ぶ。高い階調とは、階調数が大きいことを意味する。階調度を変えるには、インクジェットヘッドに設けられたアクチュエータへの駆動パルスを変える必要がある。例えば、アクチュエータが圧電素子である場合には、圧電素子に印加される電圧値が大きくなると圧電素子（正確には振動板）の変位量（歪み）が大きくなるので、これを用いてインクドットの階調度を変えることができる。
そこで、以下に挙げる特許文献１では、電圧波高値が異なる複数の駆動パルスを組み合わせて連結して駆動信号を生成し、これをインクジェットヘッドに設けられた同じ色のノズルの圧電素子に共通して出力しておき、この駆動信号から、形成すべきインクドットの階調度に応じた駆動パルスをノズル毎に選択し、その選択された駆動パルスを該当するノズルの圧電素子に供給してインク滴を吐出するようにすることで、要求されるインクドットの階調度を達成するようにしている。
駆動信号（或いは駆動パルス）の生成方法は、下記特許文献２の図２に記載されている。即ち、駆動信号のデータが記憶されているメモリからデータを読出し、それをＤ／Ａ変換器でアナログデータに変換し、電流増幅器を通してインクジェットヘッドに駆動信号を供給する。電流増幅器の回路構成は、同図３に示すように、プッシュプル接続されたトランジスタで構成され、リニア駆動によって駆動信号を増幅している。しかしながら、このような構成の電流増幅器では、トランジスタのリニア駆動そのものが低効率であり、トランジスタ自体の発熱対策として大型トランジスタを使用する必要がある上、トランジスタの冷却用放熱板が必要となるなど、回路規模が大きくなるという欠点があり、特に冷却用放熱板の大きさは、レイアウト上、大きな障害となる。
この欠点を克服するため、下記特許文献３に記載されるインクジェットプリンタでは、ＤＣ／ＤＣコンバータのリファレンス電圧を制御して駆動信号を生成している。この場合、効率のよいＤＣ／ＤＣコンバータを使用しているので、冷却のための放熱手段が必要なく、またＰＷＭ信号を用いているので、Ｄ／Ａ変換器も簡単なローパスフィルタで構成でき、これらにより回路規模を小型化できる。
特開平１０−８１０１３号公報 特開２００４−３０６４３４号公報 特開２００５−３５０６２号公報
しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータは、本来、定電圧を発生するために設計されたものであるから、このＤＣ／ＤＣコンバータを用いた前記特許文献３のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置では、インクジェットヘッドから良好にインク滴を吐出するのに必要な駆動信号の波形、例えば早い立上がりや立下がりを得ることができないという問題がある。勿論、プッシュプル型トランジスタでアクチュエータ駆動信号の電流を増幅する前記特許文献２のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置では、冷却用放熱板が大きすぎて、特にノズル数、つまりアクチュエータ数が多いラインヘッド型インクジェットプリンタでは実質的にレイアウトできな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、アクチュエータへの駆動信号の早い立上がり、立下がりを可能としながら冷却用放熱板などの冷却手段を必要とせず、合わせて駆動信号の歪みや電力損失などを抑制防止可能なインクジェットプリンタのヘッド駆動装置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のヘッド駆動装置は、インクジェットヘッドに設けられた液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を印加する駆動手段とを有し、前記駆動手段は、前記アクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、前記変調手段でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器と、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給する平滑フィルタと、を備え、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された前記電力増幅変調信号を、前記平滑フィルタで平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給するまで、フィードフォワードで信号処理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のヘッド駆動装置によれば、駆動波形信号発生手段でアクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成し、この生成された駆動波形信号を変調手段でパルス変調し、このパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器で電力増幅し、この電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化してアクチュエータに駆動信号として供給する構成としたため、平滑フィルタのフィルタ特性を電力増幅変調信号成分のみ十分に平滑化できるものとすることでアクチュエータへの駆動信号の早い立上がり、立下がりを可能としながら、電力増幅効率に優れたデジタル電力増幅器によって駆動信号を効率よく電力増幅できるので、冷却用放熱板などの冷却手段が不要となる。
［発明２］発明２のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、インクジェットヘッドに設けられた液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を印加する駆動手段とを有し、前記駆動手段は、前記アクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、前記変調手段でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器と、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給する平滑フィルタとを備え、前記変調手段は、駆動波形信号の入力信号レベルに応じてパルス変調方法を変更するパルス変調方法変更手段を備えたことを特徴とするものである。
パルス変調方法としては、アナログ信号と基準三角波とを比較してＨｉ−Ｌｏを決定する三角波比較型パルス幅変調がよく知られている。この三角波比較型パルス幅変調によれば、入力信号に比例したパルスデューティを持った変調信号を得ることができる。しかしながら、この三角波比較型パルス幅変調による変調信号を用いてデジタル電力増幅器の二つのスイッチングトランジスタを同時に且つ逆向きにＯＮ−ＯＦＦ制御すると電力損失が大きい。そのため、スイッチングトランジスタのＯＮ−ＯＦＦ制御のタイミングをずらすと、ＯＮデューティの小さい領域（＝ＯＦＦデューティが大きい）又はＯＦＦデューティの小さい（＝ＯＮデューティが大きい）領域で電力増幅変調信号が生成されず、駆動信号に歪みが生じる。一方、自励発振型パルス幅変調では、ＯＮデューティの小さい領域やＯＦＦデューティの小さい領域でも電力増幅変調信号を生成できるという利点がある反面、デューティ比５０％に近づくにつれてパルス周波数が高くなり、スイッチング損失が増大するというトレードオフがある。
この発明２に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、駆動波形信号発生手段でアクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成し、この生成された駆動波形信号を変調手段でパルス変調し、このパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器で電力増幅し、この電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタで平滑化してアクチュエータに駆動信号として供給する構成としたため、平滑フィルタのフィルタ特性を電力増幅変調信号の高調波成分のみ十分に平滑化できるものとすることでアクチュエータへの正確な駆動信号の生成を可能としながら、電力増幅効率に優れたデジタル電力増幅器によって駆動信号を効率よく電力増幅できるので、冷却用放熱板などの冷却手段が不要となる。
また、駆動波形信号の入力信号レベルに応じてパルス変調方法を変更する構成としたため、ＯＮデューティの小さい（＝ＯＦＦデューティが大きい）領域、駆動波形信号の入力信号レベルが小さい領域やＯＦＦデューティの小さい（＝ＯＮデューティが大きい）領域、駆動波形信号の入力信号レベルが大きい領域では自励発振型パルス幅変調方法を用い、それ以外の領域で三角波比較型パルス幅変調方法を用いることで、駆動信号の歪みや電力損失などを抑制防止することができる。
［発明３］発明３のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、前記発明２のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置において、前記パルス変調方法変更手段は、前記駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、且つ前記駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より小さい場合に自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行う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のヘッド駆動装置によれば、駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、且つ駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より小さい場合に自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行う構成としたため、駆動信号の歪みや電力損失などを効果的に抑制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のヘッド駆動装置は、前記発明２又は３のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置において、前記パルス変調方法変更手段は、前記駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、且つ前記駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より大きい場合に自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行う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のヘッド駆動装置によれば、駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、且つ駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より大きい場合に自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行う構成としたため、駆動信号の歪みや電力損失などを効果的に抑制防止することができる。
［発明５］発明５のインクジェットプリンタのヘッド駆動制御方法は、インクジェットヘッドに設けられた液滴を吐出する複数のノズルに対応して設けられたアクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生ステップと、前記駆動波形信号発生ステップで生成された駆動波形信号をパルス変調する変調ステップと、前記変調ステップでパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器により電力増幅するステップと、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給するステップとにより、前記アクチュエータの駆動を制御する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のヘッド駆動制御方法によれば、発明１と同様にアクチュエータへの駆動信号の早い立上がり、立下がりを可能としながら、駆動信号を効率よく電力増幅できるので、冷却用放熱板などの冷却が不要となる。
［発明６］発明６のインクジェットプリンタのヘッド駆動制御方法は、前記変調ステップは、前記駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、前記駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より小さい場合又は大きい場合には自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行うことを特徴とするものである。
この発明６に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動制御方法によれば、発明２乃至と４と同様に駆動信号の歪みや電力損失などを効果的に抑制防止することができる。
［発明７］発明７のインクジェットプリンタは、発明１乃至４の何れかに記載のヘッド駆動装置を備えるものである。
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ラインヘッド型インクジェットプリンタの第１実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１のインクジェットプリンタの制御装置のブロック構成図である。 図２の駆動波形信号発生回路のブロック構成図である。 図３の波形メモリの説明図である。 駆動波形信号生成の説明図である。 時系列的に連結された駆動波形信号又は駆動信号の説明図である。 駆動信号出力回路のブロック構成図である。 駆動信号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。 図７の駆動信号出力回路の変調回路、デジタル電力増幅器、平滑フィルタの詳細を示すブロック図である。 図９の変調回路の作用の説明図である。 図９のデジタル電力増幅器の作用の説明図である。 本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の他の実施形態を示すものであり、駆動波形信号発生手段及び変調手段のブロック図である。 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ラインヘッド型インクジェットプリンタの第２実施形態を示すものであり、駆動信号出力回路の変調回路、デジタル電力増幅器、平滑フィルタの詳細を示すブロック図である。 三角波比較型パルス幅変調回路を用いた駆動信号出力回路の概略構成図である。 三角波比較型パルス幅変調回路を用いた場合のデジタル電力増幅器内のＭＯＳＦＥＴゲート信号の説明図である。 デットタイムを設けた場合のデジタル電力増幅機内のＭＯＳＦＥＴゲート信号及び出力信号の説明図である。 図１６のゲート信号による入力信号レベルとパルスデューティの関係の説明図である。 図１７のパルスデューティによる駆動信号の歪みの説明図である。 自励発振型パルス幅変調回路の一例の説明図である。 自励発振型パルス幅変調における周波数及びパルス幅特性の説明図である。 図１３の変調回路のブロック図である。 図２１のパルス幅変調における周波数及びパルス幅特性の説明図である。 本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の他の実施形態を示す変調手段のブロック図である。
符号の説明
１は印刷媒体、２は第１インクジェットヘッド、３は第２インクジェットヘッド、４は第１搬送部、５は第２搬送部、６は第１搬送ベルト、７は第２搬送ベルト、８Ｒ，８Ｌは駆動ローラ、９Ｒ，９Ｌは第１従動ローラ、１０Ｒ，１０Ｌは第２従動ローラ、１１Ｒ，１１Ｌは電動モータ、２４は変調回路、２５はデジタル電力増幅器、２６は平滑フィルタ、３１は比較器、３２は三角波発振器、３３はハーフブリッジドライバ段、３４はゲートドライブ回路、５１はメモリコントロール部、５２はメモリ部、５３は数値発生部、５４は比較部、７０は駆動波形信号発生回路
次に、本発明のインクジェットプリンタの第１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の概略構成図であり、図１ａは、その平面図、図１ｂは正面図である。図１において、印刷媒体１は、図の右から左に向けて図の矢印方向に搬送され、その搬送途中の印字領域で印字される、ラインヘッド型インクジェットプリンタである。但し、本実施形態のインクジェットヘッドは一カ所だけでなく、二カ所に分けて配設されている。
図中の符号２は、印刷媒体１の搬送方向上流側に設けられた第１インクジェットヘッド、符号３は、同じく下流側に設けられた第２インクジェットヘッドであり、第１インクジェットヘッド２の下方には印刷媒体１を搬送するための第１搬送部４が設けられ、第２インクジェットヘッド３の下方には第２搬送部５が設けられている。第１搬送部４は、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向（以下、ノズル列方向とも称す）に所定の間隔をあけて配設された４本の第１搬送ベルト６で構成され、第２搬送部５は、同じく印刷媒体１の搬送方向と交差する方向（ノズル列方向）に所定の間隔をあけて配設された４本の第２搬送ベルト７で構成される。
４本の第１搬送ベルト６と同じく４本の第２搬送ベルト７とは、互いに交互に隣り合うように配設されている。本実施形態では、これらの搬送ベルト６，７のうち、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７と、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７とを区分する。即ち、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の重合部に右側駆動ローラ８Ｒが配設され、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の重合部に左側駆動ローラ８Ｌが配設され、それより上流側に右側第１従動ローラ９Ｒ及び左側第１従動ローラ９Ｌが配設され、下流側に右側第２従動ローラ１０Ｒ及び左側第２従動ローラ１０Ｌが配設されている。これらのローラは、一連のように見られるが、実質的には図１ａの中央部分で分断されている。そして、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６は右側駆動ローラ８Ｒ及び右側第１従動ローラ９Ｒに巻回され、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６は左側駆動ローラ８Ｌ及び左側第１従動ローラ９Ｌに巻回され、ノズル列方向右側２本の第２搬送ベルト７は右側駆動ローラ８Ｒ及び右側第２従動ローラ１０Ｒに巻回され、ノズル列方向左側２本の第２搬送ベルト７は左側駆動ローラ８Ｌ及び左側第２従動ローラ１０Ｌに巻回されており、右側駆動ローラ８Ｒには右側電動モータ１１Ｒが接続され、左側駆動ローラ８Ｌには左側電動モータ１１Ｌが接続されている。従って、右側電動モータ１１Ｒによって右側駆動ローラ８Ｒを回転駆動すると、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６で構成される第１搬送部４及び同じくノズル列方向右側２本の第２搬送ベルト７で構成される第２搬送部５は、互いに同期し且つ同じ速度で移動し、左側電動モータ１１Ｌによって左側駆動ローラ８Ｌを回転駆動すると、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６で構成される第１搬送部４及び同じくノズル列方向左側２本の第２搬送ベルト７で構成される第２搬送部５は、互いに同期し且つ同じ速度で移動する。但し、右側電動モータ１１Ｒと左側電動モータ１１Ｌの回転速度を異なるものとすると、ノズル列方向左右の搬送速度を変えることができ、具体的には右側電動モータ１１Ｒの回転速度を左側電動モータ１１Ｌの回転速度よりも大きくすると、ノズル列方向右側の搬送速度を左側よりも大きくすることができ、左側電動モータ１１Ｌの回転速度を右側電動モータ１１Ｒの回転速度よりも大きくすると、ノズル列方向左側の搬送速度を右側よりも大きくすることができる。
第１インクジェットヘッド２及び第２インクジェットヘッド３は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の各色毎に、印刷媒体１の搬送方向にずらして配設されている。各インクジェットヘッド２，３には、図示しない各色のインクタンクからインク供給チューブを介してインクが供給される。各インクジェットヘッド２，３には、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向に、複数のノズルが形成されており（即ちノズル列方向）、それらのノズルから同時に必要箇所に必要量のインク滴を吐出することにより、印刷媒体１上に微小なインクドットを形成出力する。これを各色毎に行うことにより、第１搬送部４及び第２搬送部５で搬送される印刷媒体１を一度通過させるだけで、１パスによる印刷を行うことができる。即ち、これらのインクジェットヘッド２，３の配設領域が印字領域に相当する。
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、膜沸騰インクジェット方式などがある。静電方式は、アクチュエータである静電ギャップに駆動信号を与えると、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出力されるというものである。ピエゾ方式は、アクチュエータであるピエゾ素子に駆動信号を与えると、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出力されるというものである。膜沸騰インクジェット方式は、キャビティ内に微小ヒータがあり、瞬間的に３００℃以上に加熱されてインクが膜沸騰状態となって気泡が生成し、その圧力変化によってインク滴がノズルから吐出出力されるというものである。本発明は、何れのインク出力方法も適用可能であるが、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することでインク滴の吐出量を調整可能なピエゾ素子に特に好適である。
第１インクジェットヘッド２のインク滴吐出用ノズルは第１搬送部４の４本の第１搬送ベルト６の間にだけ形成されており、第２インクジェットヘッド３のインク滴吐出用ノズルは第２搬送部５の４本の第２搬送ベルト７の間にだけ形成されている。これは、後述するクリーニング部によって各インクジェットヘッド２，３をクリーニングするためであるが、このようにすると、どちらか一方のインクジェットヘッドだけでは、ワンパスによる全面印刷を行うことができない。そのため、互いに印字できない部分を補うために第１インクジェットヘッド２と第２インクジェットヘッド３とを印刷媒体１の搬送方向にずらして配設しているのである。
第１インクジェットヘッド２の下方に配設されているのが当該第１インクジェットヘッド２をクリーニングする第１クリーニングキャップ１２、第２インクジェットヘッド３の下方に配設されているのが当該第２インクジェットヘッド３をクリーニングする第２クリーニングキャップ１３である。各クリーニングキャップ１２，１３は、何れも第１搬送部４の４本の第１搬送ベルト６の間、及び第２搬送部５の４本の第２搬送ベルト７の間を通過できる大きさに形成してある。これらのクリーニングキャップ１２，１３は、インクジェットヘッド２，３の下面、即ちノズル面に形成されているノズルを覆い且つ当該ノズル面に密着可能な方形有底のキャップ体と、その底部に配設されたインク吸収体と、キャップ体の底部に接続されたチューブポンプと、キャップ体を昇降する昇降装置とで構成されている。そこで、昇降装置によってキャップ体を上昇してインクジェットヘッド２，３のノズル面に密着する。その状態で、チューブポンプによってキャップ体内を負圧にすると、インクジェットヘッド２，３のノズル面に開設されているノズルからインク滴や気泡が吸い出され、インクジェットヘッド２，３をクリーニングすることができる。クリーニングが終了したら、クリーニングキャップ１２，１３を下降する。
第１従動ローラ９Ｒ，９Ｌの上流側には、給紙部１５から供給される印刷媒体１の給紙タイミングを調整すると共に当該印刷媒体１のスキューを補正する、二個一対のゲートローラ１４が設けられている。スキューとは、搬送方向に対する印刷媒体１の捻れである。また、給紙部１５の上方には、印刷媒体１を供給するためのピックアップローラ１６が設けられている。なお、図中の符号１７は、ゲートローラ１４を駆動するゲートローラモータである。
駆動ローラ８Ｒ，８Ｌの下方にはベルト帯電装置１９が配設されている。このベルト帯電装置１９は、駆動ローラ８Ｒ，８Ｌを挟んで第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に当接する帯電ローラ２０と、帯電ローラ２０を第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に押し付けるスプリング２１と、帯電ローラ２０に電荷を付与する電源１８とで構成されており、帯電ローラ２０から第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に電荷を付与してそれらを帯電する。一般に、これらのベルト類は、中・高抵抗体又は絶縁体で構成されているので、ベルト帯電装置１９によって帯電すると、その表面に印加された電荷が、同じく高抵抗体又は絶縁体で構成される印刷媒体１に誘電分極を生じせしめ、その誘電分極によって発生する電荷とベルト表面の電荷との間に生じる静電気力でベルトに印刷媒体１を吸着することができる。なお、帯電手段としては、電荷を降らせるコロトロンなどでもよい。
従って、このインクジェットプリンタによれば、ベルト帯電装置１９で第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の表面を帯電し、その状態でゲートローラ１４から印刷媒体１を給紙し、図示しない拍車やローラで構成される紙押えローラで印刷媒体１を第１搬送ベルト６に押し付けると、前述した誘電分極の作用によって印刷媒体１は第１搬送ベルト６の表面に吸着される。この状態で、電動モータ１１Ｒ，１１Ｌによって駆動ローラ８Ｒ，８Ｌを回転駆動すると、その回転駆動力が第１搬送ベルト６を介して第１従動ローラ９Ｒ，９Ｌに伝達される。
このようにして印刷媒体１を吸着した状態で第１搬送ベルト６を搬送方向下流側に移動し、印刷媒体１を第１インクジェットヘッド２の下方に移動し、当該第１インクジェットヘッド２に形成されているノズルからインク滴を吐出して印字を行う。この第１インクジェットヘッド２による印字が終了したら、印刷媒体１を搬送方向下流側に移動して第２搬送部５の第２搬送ベルト７に乗り移らせる。前述したように、第２搬送ベルト７もベルト帯電装置１９によって表面が帯電しているので、前述した誘電分極の作用によって印刷媒体１は第２搬送ベルト７の表面に吸着される。
この状態で、第２搬送ベルト７を搬送方向下流側に移動し、印刷媒体１を第２インクジェットヘッド３の下方に移動し、当該第２インクジェットヘッドに形成されているノズルからインク滴を吐出して印字を行う。この第２インクジェットヘッドによる印字が終了したら、印刷媒体１を更に搬送方向下流側に移動し、図示しない分離装置で印刷媒体１を第２搬送ベルト７の表面から分離しながら排紙部に排紙する。
また、第１及び第２インクジェットヘッド２，３のクリーニングが必要なときには、前述したように第１及び第２クリーニングキャップ１２，１３を上昇して第１及び第２インクジェットヘッド２，３のノズル面にキャップ体を密着し、その状態でキャップ体内を負圧にすることで第１及び第２インクジェットヘッド２，３のノズルからインク滴や気泡を吸い出してクリーニングし、然る後、第１及び第２クリーニングキャップ１２，１３を下降する。
前記インクジェットプリンタ内には、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、図２に示すように、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から入力された印刷データに基づいて印刷処理を実行するマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、ゲートローラモータ１７を駆動制御するゲートローラモータドライバ６３と、ピックアップローラ１６を駆動するためのピックアップローラモータ５１を駆動制御するピックアップローラモータドライバ６４と、インクジェットヘッド２、３を駆動制御するヘッドドライバ６５と、右側電動モータ１１Ｒを駆動制御する右側電動モータドライバ６６Ｒと、左側電動モータ１１Ｌを駆動制御する左側電動モータドライバ６６Ｌと、各ドライバ６３〜６５、６６Ｒ、６６Ｌの出力信号を外部のゲートローラモータ１７、ピックアップローラモータ５１、インクジェットヘッド２、３、右側電動モータ１１Ｒ、左側電動モータ１１Ｌ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（駆動信号選択データＳＩ）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、６６Ｒ、６６Ｌに制御信号を出力する。各ドライバ６３〜６５、６６Ｒ、６６Ｌ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の複数のノズルに対応するアクチュエータ、ゲートローラモータ１７、ピックアップローラモータ５１、右側電動モータ１１Ｒ、左側電動モータ１１Ｌが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送、印刷媒体１の姿勢制御、並びに印刷媒体１への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、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及びラッチデータをクリアするクリア信号ＣＬＥＲをヘッドドライバ６５に出力する。
ヘッドドライバ６５は、駆動波形信号ＷＣＯＭを形成する駆動波形信号発生回路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。駆動波形信号発生回路７０は、図３に示すように、制御部６２から入力される駆動波形信号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をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７０５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４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。
次に、この駆動波形信号発生回路７０による駆動波形信号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、駆動波形信号ＷＣＯＭは、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、図５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、即ち駆動信号ＣＯＭは、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで＋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の立上がりの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、駆動信号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の立上がりの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信号ＣＯＭは−ΔＶ２ずつ減算される。この例では、時間幅Ｔ２の間、−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たデジタル信号をＤ／Ａ変換器７０５でアナログ変換すると、図６に示すような駆動波形信号ＷＣＯＭが得られる。これを図７に示す駆動信号出力回路で電力増幅してインクジェットヘッド２、３に駆動信号ＣＯＭとして供給することで、各ノズルに設けられているピエゾ素子などのアクチュエータを駆動することが可能となり、各ノズルからインク滴を吐出することができる。この駆動信号出力回路は、駆動波形信号発生回路７０で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２４と、変調回路２４でパルス変調された変調（ＰＷＭ）信号を電力増幅するデジタル電力増幅器２５と、デジタル電力増幅器２５で電力増幅された変調（ＰＷＭ）信号を平滑化する平滑フィルタ２６とを備えて構成される。
この駆動信号ＣＯＭの立上がり部分がノズルに連通するキャビティ（圧力室）の容積を拡大してインクを引込む（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、駆動信号ＣＯＭの立下がり部分がキャビティの容積を縮小してインクを押出す（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）段階であり、インクを押出した結果、インク滴がノズルから吐出される。ちなみに、駆動信号ＣＯＭ又は駆動波形信号ＷＣＯＭ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。
この電圧台形波からなる駆動信号ＣＯＭの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、インクの引込量や引込速度、インクの押出量や押出速度を変化させることができ、これによりインク滴の吐出量を変化させて異なるインクドットの大きさを得ることができる。従って、図６に示すように、複数の駆動信号ＣＯＭを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動信号ＣＯＭを選択して圧電式アクチュエータ２２に供給し、インク滴を吐出したり、複数の駆動信号ＣＯＭを選択して圧電式アクチュエータ２２に供給し、インク滴を複数回吐出したりすることで種々のインクドットの大きさを得ることができる。即ち、インクが乾かないうちに複数のインク滴を同じ位置に着弾すると、実質的に大きなインク滴を吐出するのと同じことになり、インクドットの大きさを大きくすることできるのである。このような技術の組み合わせによって多階調化を図ることが可能となる。なお、図６の左端の駆動パルスは、インクを引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、インク滴を吐出せずに、ノズルの乾燥を抑制防止したりするのに用いられる。
これらの結果、インクジェットヘッド２、３には、駆動信号出力回路で生成された駆動信号ＣＯＭ、印刷データに基づいて吐出するノズルを選択すると共にピエゾ素子などのアクチュエータの駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動信号選択データＳＩ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動信号選択データＳＩに基づいて駆動信号ＣＯＭとインクジェットヘッド２、３のアクチュエータとを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動信号選択データＳＩをシリアル信号としてインクジェットヘッド２、３に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。
次に、前記駆動信号出力回路から出力される駆動信号ＣＯＭとピエゾ素子などのアクチュエータとを接続する構成について説明する。図８は、駆動信号ＣＯＭとピエゾ素子などのアクチュエータ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に対応したピエゾ素子などのアクチュエータを指定するための駆動信号選択データ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信号ＣＯＭをピエゾ素子などのアクチュエータ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、駆動信号選択データ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、ノズル数分の駆動信号選択データ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、駆動信号ＣＯＭが、ラッチ回路２１２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。従って、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１が閉じられるピエゾ素子などのアクチュエータは駆動信号選択データＳＩの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭに接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動信号選択データ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、ピエゾ素子などのアクチュエータのグランド端である。また、この選択スイッチ２０１によれば、ピエゾ素子などのアクチュエータを駆動信号ＣＯＭから切り離した後も、当該アクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。
図９には、前述した駆動信号出力回路の変調回路２４から平滑フィルタ２６までの具体的な構成を示す。駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２４には、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を用いた。この変調回路２４は、周知の三角波発振器３２と、この三角波発振器３２から出力される三角波と駆動波形信号ＷＣＯＭとを比較する比較器３１とで構成される。この変調回路２４によれば、図１０に示すように、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波以上であるときにＨｉ、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波未満であるときにＬｏとなる変調（ＰＷＭ）信号が出力される。なお、本実施形態では、変調回路にパルス幅変調回路を用いたが、これに代えてパルス密度変調（ＰＤＭ）回路を用いてもよい。
デジタル電力増幅器２５は、実質的に電力を増幅するための二つのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮからなるハーフブリッジドライバ段３３と、変調回路２４からの変調（ＰＷＭ）信号に基づいて、それらのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＰ、ＧＮを調整するためのゲートドライブ回路３４とを備えて構成され、ハーフブリッジドライバ段３３は、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰとローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮをプッシュプル型に組み合わせたものである。このうち、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号をＧＰ、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号をＧＮ、ハーフブリッジドライバ段３３の出力をＶａとしたとき、それらが変調（ＰＷＭ）信号に応じてどのように変化するかを図１１に示す。なお、各ＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＰ、ＧＮの電圧値Ｖｇｓは、それらのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮをＯＮするのに十分な電圧値とする。
変調（ＰＷＭ）信号がＨｉレベルであるとき、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号ＧＰはＨｉレベルとなり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＮはＬｏレベルとなるので、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰはＯＮ状態となり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮはＯＦＦ状態となり、その結果、ハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａは、供給電力ＶＤＤとなる。一方、変調（ＰＷＭ）信号がＬｏレベルであるとき、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号ＧＰはＬｏレベルとなり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＮはＨｉレベルとなるので、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰはＯＦＦ状態となり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮはＯＮ状態となり、その結果、ハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａは０となる。
このデジタル電力増幅回路２５のハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａが平滑フィルタ２６を介して選択スイッチ２０１に駆動信号ＣＯＭとして供給される。平滑フィルタ２６は、二つのコイルＬ１、Ｌ２と二つのコンデンサＣ１、Ｃ２の組み合わせからなるローパスフィルタで構成される。このローパスフィルタからなる平滑フィルタ２６は、デジタル電力増幅回路２５のハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａの高周波成分、即ち電力増幅変調（ＰＷＭ）信号成分を十分に減衰し且つ駆動信号成分ＣＯＭ（若しくは駆動波形成分ＷＣＯＭ）を減衰しないように設計される。
前述のようにデジタル電力増幅器２５のＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮが、デジタル駆動される場合には、ＭＯＳＦＥＴがスイッチ素子として作用するため、ＯＮ状態のＭＯＳＦＥＴに電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、電力損失は殆ど発生しない。また、ＯＦＦ状態のＭＯＳＦＥＴには電流が流れないので電力損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅器２５の電力損失は極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴを使用することができ、冷却用放熱板などの冷却手段も不要である。ちなみに、トランジスタをリニア駆動するときの効率が３０％程度であるのに対し、デジタル電力増幅器の効率は９０％以上である。また、トランジスタの冷却用放熱板は、トランジスタ一つに対して６０ｍｍ角程度の大きさが必要になるので、こうした冷却用放熱板が不要になると、実際のレイアウト面で圧倒的に有利である。
このように、本実施形態のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、駆動波形信号発生回路７０で圧電素子などのアクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成し、この生成された駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス幅変調回路などの変調回路２４でパルス変調し、このパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器２５で電力増幅し、この電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタ２６で平滑化してアクチュエータに駆動信号として供給することとしたため、平滑フィルタ２６のフィルタ特性を電力増幅変調信号成分のみ十分に平滑化できるものとすることでアクチュエータへの駆動信号の早い立上がり、立下がりを可能としながら、電力増幅効率に優れたデジタル電力増幅器２５によって駆動信号を効率よく電力増幅できるので、冷却用放熱板などの冷却手段が不要となる。
図１２には、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の駆動波形信号発生手段及び変調手段の他の実施形態を示す。図３の駆動波形信号発生回路７０では、デジタル合成された駆動波形信号をＤ／Ａ変換器７０５でアナログ変換して出力した。これに対し、図１２では、メモリコントロール部５１がメモリ部５２からデジタル波形データを読出し、この読出されたデジタル波形データと三角波に相当する数値発生部５３の数値とを比較部５４で比較して変調（ＰＷＭ）信号のＨｉ、Ｌｏを決定し、それを変調（ＰＷＭ）信号として出力する。この場合、変調（ＰＷＭ）信号の出力までが全てデジタルで行われるので、メモリコントロール部５１、メモリ部５２、数値発生部５３、比較部５４をＣＰＵやゲートアレイ内に組込むことができる。この場合、メモリコントロール部５１、メモリ部５２が本発明の駆動波形信号発生手段に相当し、数値発生部５３、比較部５４が変調手段を構成する。
次に、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の第２実施形態について説明する。本実施形態では、前記第１実施形態の図９の駆動信号出力回路の変調回路から平滑フィルタまでの構成が図１３のものに変更されている。具体的には、変調回路２４の内容が変更されているのである。この変調回路２４の内容について以下に説明する。
図１４には、変調回路２４として三角波比較型パルス幅変調回路４１を用いた場合の駆動信号出力回路の概略構成を示す。この三角波比較型パルス幅変調回路４１は、周知の三角波発振器３２と、この三角波発振器３２から出力される三角波と駆動波形信号ＷＣＯＭとを比較する比較器３１とで構成される。この三角波比較型パルス幅変調回路４１によれば、前述のように、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波以上であるときにＨｉ、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波未満であるときにＬｏとなる変調（ＰＷＭ）信号が出力される。
この三角波比較型パルス幅変調回路４１からの変調信号をＩＨ及びＩＬとすると、図１５に示すように、変調信号ＩＨ、ＩＬが完全な矩形波（パルス）であっても、ゲートドライバ３４の出力信号、即ちＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート信号ＧＰ、ＧＮは僅かながら立上がり時間Ｔｒ、立下がり時間Ｔｆが生じて台形波状になってしまう。前述したように、ゲート信号ＧＰ、ＧＮは同時に逆向き（逆転しているという意味）なので、二つのゲート信号ＧＰ、ＧＮがオーバラップしている時間が生じる。このゲート信号ＧＰ、ＧＮがオーバラップすると、ハーフブリッジドライバ段３３のＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮが同時にＯＮ状態となり、シュートスルー電流が流れて電力損失が生じる。この電力損失を遷移損失、或いはスイッチング損失と称するが、この電力損失は、ＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮがＯＮ−ＯＦＦするたびに生じるので、周波数が高いほど大きくなる。
これを回避するためには、図１６に示すように、変調信号ＩＨ、ＩＬにデットタイムＴｄを設定してゲートドライバ３４への入力タイミングをずらし、ゲートドライバ３４からのゲート信号ＧＰ、ＧＮが実質的にオーバラップしないようにすればよい。しかしながら、そのようにすると変調信号ＩＨ、ＩＬのＯＮ（Ｈｉ）時間に対してＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート信号ＧＰ、ＧＮの何れかのＯＮ（Ｈｉ）時間が短くなる、つまりＯＮデューティが小さい（＝ＯＦＦデューティが大きい）領域ではハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａが０となってしまい、ＯＦＦデューティが小さい（＝ＯＮデューティが大きい）領域では、ハーフブリッジドライバ段３３の出力ＶａがＶＤＤとなってしまう。
これを入力信号レベル、即ち駆動波形信号レベルとパルスデューティとの関係として捉えると、図１７に破線で示すように、本来、駆動波形信号レベルとパルスデューティとはリニアであるべきなのに、図１７に実線で示すように、駆動波形信号レベルの小さい領域や大きい領域ではパルスデューティがリニアではなくなり、図１８に実線で示すように、駆動信号ＣＯＭに歪みが生じる。
これに対し、自励発振型パルス幅変調（ＰＷＭ）回路では、駆動波形信号レベルの小さい領域や大きい領域でパルス幅を大きくすることができ、その結果、ハーフブリッジドライバ段３３の電力増幅変調信号を生成できるという利点がある。図１９に自励発振型パルス幅変調回路４２の一例を、図２０には、自励発振型パルス幅変調回路４２の出力特性を示す。この自励発振型パルス幅変調回路４２では、入力信号、この場合は駆動波形信号ＷＣＯＭのレベルが小さくなると三角波の周波数が小さくなり、その結果、入力信号、つまり駆動波形信号ＷＣＯＭの入力信号レベルの小さな領域で変調信号のパルス幅を大きくすることができ、これによりハーフブリッジドライバ段３３の電力増幅変調信号を生成することができる。また、この特性をインバータで反転すれば、入力信号、つまり駆動波形信号ＷＣＯＭの入力信号レベルの大きな領域でも変調信号のパルス幅を大きくすることができ、これによりハーフブリッジドライバ段３３の電力増幅変調信号を生成することができる。しかし、その一方で、自励発振型パルス幅変調回路４２では、入力信号、この場合は駆動波形信号ＷＣＯＭの入力信号レベルの中央値、つまりデューティ比５０％近傍で三角波の周波数が大きくなり、スイッチングトランジスタの動作周波数も大きくなるため、前述したようなスイッチング損失が増大する。また、出力Ｖａの高調波成分の周波数帯域が広くなるので、後段の平滑フィルタの設計が困難になる。
そこで、本実施形態では、図２１に示すように、変調回路２４内に三角波比較型パルス幅変調回路４１と自励発振型パルス幅変調回路４２を併設し、変調方法選択回路４３で選択された何れかのパルス幅変調回路に駆動波形信号ＷＣＯＭを入力し、その出力を変調信号ＩＨとし、更にインバータ４４で反転した出力を変調信号ＩＬとする。変調方法選択回路４３は、駆動波形信号ＷＣＯＭそのものを参照してパルス幅変調回路を選択する。具体的には、図２２に示すように、駆動波形信号ＷＣＯＭの入力信号レベルが低電圧所定値ＶＬから高電圧所定値ＶＨまでの所定領域では三角波比較型パルス幅変調（ＰＷＭ）方法を選択し、駆動波形信号ＷＣＯＭが所定領域より小さい領域並びに大きい領域では自励発振型パルス幅変調（ＰＷＭ）方法を選択する。
このように、本実施形態のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、駆動波形信号発生回路７０で圧電素子などのアクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号ＷＣＯＭを生成し、この生成された駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス幅変調回路などの変調回路２４でパルス変調し、このパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器２５で電力増幅し、この電力増幅された電力増幅変調信号を平滑フィルタ２６で平滑化してアクチュエータに駆動信号として供給することとしたため、平滑フィルタ２６のフィルタ特性を電力増幅変調信号の高調波成分のみ十分に平滑化できるものとすることでアクチュエータへの正確な駆動信号の生成を可能としながら、電力増幅効率に優れたデジタル電力増幅器２５によって駆動信号を効率よく電力増幅できるので、冷却用放熱板などの冷却手段が不要となる。
また、駆動波形信号の入力信号レベルに応じてパルス変調方法を変更するようにしたため、ＯＮデューティの小さい（＝ＯＦＦデューティが大きい）領域、駆動波形信号の入力信号レベルが小さい領域やＯＦＦデューティの小さい（＝ＯＮデューティが大きい）領域、駆動波形信号の入力信号レベルが大きい領域では自励発振型パルス幅変調方法を用い、それ以外の領域で三角波比較型パルス幅変調方法を用いることで、出力信号の歪みや電力損失などを抑制防止することができる。
図２３には、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の他の実施形態として、変調回路２４の他の例を示す。この実施形態では、パルス幅変調方法の異なる第１パルス幅変調回路４５と第２パルス幅変調回路４６とを変調回路２４内に併設し、変調方法選択回路４３で選択された何れかのパルス幅変調回路に駆動波形信号ＷＣＯＭを入力し、その出力を変調信号ＩＨとし、更にインバータ４４で反転した出力を変調信号ＩＬとする。変調方法選択回路４３は、個別の制御信号に応じて第１パルス幅変調回路４５又は第２パルス幅変調回路４６を選択するようになっている。このように、選択するパルス幅変調方法は、前述した三角波比較型や自励発振型に限定されない。また、パルス幅変調方法の選択方法も、個別の制御信号に応じて行うようにしてもよい。
なお、前記実施形態ではラインヘッド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、マルチパス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。

Claims (7)

  1. インクジェットヘッドに設けられた液滴を吐出する複数のノズルと、
    前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、
    前記アクチュエータに駆動信号を印加する駆動手段とを有し、
    前記駆動手段は、
    前記アクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、
    前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、
    前記変調手段でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器と、
    前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給する平滑フィルタと、
    を備え、
    前記デジタル電力増幅器で電力増幅された前記電力増幅変調信号を、前記平滑フィルタで平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給するまで、フィードフォワードで信号処理することを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
  2. インクジェットヘッドに設けられた液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動信号を印加する駆動手段とを有し、
    前記駆動手段は、前記アクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、
    前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、
    前記変調手段でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器と、
    前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給する平滑フィルタとを備え、
    前記変調手段は、駆動波形信号の入力信号レベルに応じてパルス変調方法を変更するパルス変調方法変更手段を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
  3. 前記パルス変調方法変更手段は、前記駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、前記駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より小さい場合に自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行うことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
  4. 前記パルス変調方法変更手段は、前期駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、前記駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より大きい場合に自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行うことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
  5. インクジェットヘッドに設けられた液滴を吐出する複数のノズルに対応して設けられたアクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生ステップと、
    前記駆動波形信号発生ステップで生成された駆動波形信号をパルス変調する変調ステップと、
    前記変調ステップでパルス変調された変調信号をデジタル電力増幅器により電力増幅するステップと、
    前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに駆動信号として供給するステップとにより、前記アクチュエータの駆動を制御することを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド駆動制御方法。
  6. 前記変調ステップは、前記駆動波形信号の入力信号レベルが予め設定された領域である場合に三角波比較型パルス幅変調方法でパルス変調を行い、前記駆動波形信号の入力信号レベルが前記予め設定された領域より小さい場合又は大きい場合には自励発振型パルス幅変調方法でパルス変調を行うことを特徴とする請求項５に記載のインクジェットプリンタのヘッド駆動制御方法。
  7. 前記請求項１乃至４の何れかに記載のヘッド駆動装置を備えるインクジェットプリンタ。
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