JP5035986B2 - 波形を用いた個々の電圧のトリミング - Google Patents

Description

以下の開示は液滴射出装置に関する。

インクジェットプリンタは、液滴射出装置を用いる１つのタイプの装置である。１つのタイプのインクジェットプリンタでは、プリントされる基体の移動方向に対して垂直に配向された複数の直線状のインクジェットプリントヘッド装置から、インク液滴が送出される。各プリントヘッド装置は、一体の本体に形成された複数の液滴射出装置を含み、上面には（各個別の液滴射出装置につき１つの）複数のポンプチャンバが定められ、各ポンプチャンバは平坦な圧電アクチュエータで覆われている。各個別の液滴射出装置は、圧電アクチュエータへの電圧パルスによって作動される。電圧パルスによって圧電アクチュエータの形状が変形し、プリントヘッド装置を通過する基体の移動と同期した所望の時に液滴が放出される。

各個別の液滴射出装置はそれぞれ独立して駆動可能であり、画像を生成するために、他の液滴射出装置との適切なタイミングで必要に応じて作動できる。プリントは複数のプリントサイクルで行われる。各プリントサイクルでは、全ての液滴射出装置に１つの発射パルス（例えば１５０ボルト）が同時に印加され、そのプリントサイクルでインクを発射すべき個別の液滴射出装置のみに許可信号が送られる。

本発明の課題は、複数のスイッチと圧電アクチュエータとを備える液滴射出装置の応答を制御する方法、装置、及びインクジェットプリンタのプリントを制御するシステムを提供することである。

本願明細書に記載されるシステム及び技術は、概括的に、１つ以上のスイッチと圧電アクチュエータとを備える液滴射出装置の応答を制御する方法に関する。本方法は、スイッチを圧電アクチュエータに接続する工程を含む。各スイッチは、波形信号に接続する入力端子と、圧電アクチュエータに接続する出力端子と、制御信号でスイッチの接続を制御するための制御信号端子と、入力端子と出力端子との間の抵抗とを含む。本方法は、各スイッチの入力端子に印加すべき波形信号を選択する工程と、選択された波形信号を各スイッチの入力端子に印加する工程とを含む。各スイッチは、共通の出力端子で圧電アクチュエータに接続される。本方法は、各スイッチの制御信号端子を制御信号で制御する工程も含む。

複数の液滴射出装置を有する装置の実施形態も記載される。各液滴射出装置は、圧電アクチュエータに並列接続された複数のスイッチを有する。各スイッチは、波形信号に接続する入力端子と、圧電アクチュエータに接続する出力端子と、制御信号でスイッチの接続を制御するための制御信号端子と、入力端子と出力端子との間の抵抗とを含む。本装置は、各液滴射出装置の入力に入力波形信号を配分するための１組の波形情報を含んでもよい。波形信号情報は、ステップパルス、のこぎり波、及び／又は２つ以上の波形パターンの組み合わせの情報を含む。本装置は、出力端子に接続された圧電アクチュエータを入力波形信号で駆動するための、少なくとも１つのスイッチの入力端子に接続された増幅器を含む。増幅器は、圧電アクチュエータのキャパシタンスを充電及び放電するよう構成される。本装置は、圧電アクチュエータのキャパシタンスの電荷の変化の程度を制御するために、個々の充電制御信号を個々の制御信号端子に供給するための制御器も有する。本装置は、１組の波形情報と関連付けられた波形テーブルを含んでもよい。

別の実施形態では、システムがインクジェットプリンタのプリントを制御する。本システムは、入力波形信号中の高周波信号をフィルタリングするフィルタ回路を含む。フィルタ回路は、インク液滴射出用のアクチュエータに安定した発射波形信号を供給する。フィルタ回路は、電気的に並列接続された複数の抵抗器で構成される実効抵抗を含む。並列接続の第１の端部は入力波形端子に接続され、並列接続の第２の端部はインク液滴の射出用のアクチュエータに接続される。フィルタ回路は、複数のスイッチも有する。少なくとも１つのスイッチは、少なくとも１つの抵抗器を別の抵抗器と並列に接続するよう構成され、且つ、各スイッチが抵抗器と直列に電気的に接続されるよう構成される。本システムは、実効抵抗の抵抗値を決定するために複数のスイッチのどのスイッチが電気的に接続されるかを制御する制御器を含む。フィルタ回路の周波数応答は、実効抵抗及びアクチュエータのキャパシタンスに関係する。

特定の実施形態は、以下の長所の１つ以上を提供し得る。アクチュエータを所望の電荷まで充電して電源を切断することにより、装置を一定の電圧まで駆動してその電圧を保つ場合と比較して、電力を節約できる。均一な液滴体積や速度、及びグレースケール制御等といった様々な効果を達成するために、装置の帯電、電荷の変化勾配、並びに放電のタイミング及び勾配に対して個別の制御を提供できる。制御回路は、入力波形に対するローパスフィルタとして作用できる。ローパスフィルタは、高周波高調波をフィルタリングして、所与の入力波形パターンに対する、より予測可能且つ一貫した発射シーケンスを生じることができる。

異なる応答を生じて異なるスポットサイズを提供するために、インクジェットに異なる発射波形（例えば、ステップパルス、のこぎり波等）を印加してもよい。プリントヘッド上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）は、使用可能な発射波形の波形テーブルのデータを格納できる。コンピュータからプリントヘッドに送られる各画像走査線パケットは、その走査線に用いられるべき発射波形を指定するための、波形テーブルに対するポインタを含むことができる。或いは、画像走査線パケットは、所望のスポットサイズを生じるために用いられるべき発射波形をノズル毎に指定するための複数のポインタ（走査線内の各ノズルにつき１つのポインタ等というように）を含んでもよい。その結果、所望のスポットサイズに対するプリント制御を高めることができる。

各液滴射出装置は、電源と電気的に作動される変位装置との間に並列接続された１つ以上の抵抗を含むことができる。電源と１つ以上の抵抗の各抵抗との経路内にスイッチを配置して、装置を充電する際の並列抵抗の実効抵抗を制御することができる。或いは、スイッチは、内部抵抗を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。各液滴射出装置は、放電電気端子と電気的に作動される変位装置との間に並列接続された１つ以上の抵抗を含むことができる。放電電気端子と１つ以上の抵抗の各抵抗との経路内にスイッチを配置して、装置を放電する際の並列抵抗の実効抵抗を制御することができる。

一実施形態では、並列接続された抵抗器の実効抵抗Ｒｅｆｆ及びプリント装置のキャパシタンスによって、ローパスフィルタの応答を決定できる。どのスイッチが作動状態で並列接続されるかに応じて実効抵抗を調節できるので、ローパスフィルタの時間定数を変えることができ、それに応じてキャパシタで得られる波形を調節（例えば整形）できる。

経路のスイッチが作動されている各抵抗器の個々の経路内の全ての抵抗に、単一の波形を流すことができる。或いは、個々の経路のスイッチが作動されている各抵抗器の経路が、異なる波形を用いてもよい。この場合には、装置において得られる波形を、複数の波形を重畳した波形とすることができる。この態様では、波形テーブルに格納されていない波形を供給できる。よって、波形テーブルに格納されている波形データからの波形と、１組の並列抵抗器の経路にわたって波形を重畳した結果として生成された波形とを供給できる。１つの長所として、波形テーブルを格納するためのプリントヘッド上のメモリの量を、特定の波形パターンを生成するための最小限の量にでき、制御スイッチを用いて更なる波形パターンを生成できる。別の長所として、液滴射出装置は、格納されている波形データ及び／又は制御スイッチに対する機械的データに基づいてトリミング又は調節された応答を有することができる。

波形テーブルは、各プリントジョブに対するプリント制御を高め、異なる応答及びスポットサイズを生じるための複数のパラメータも含むことができる。これらのパラメータは、例えば、様々なタイプの基体（例えば、普通紙、光沢紙、透明フィルム、新聞紙、雑誌用紙）及びそれらの基体のインク吸収率に基づくものであり得る。その他のパラメータは、プリントヘッドのタイプ（電気機械的トランスデューサ若しくは圧電ト実行スデューサ（ＰＺＴ）を有するプリントヘッド、又は発熱素子を有するサーマルインクジェットプリントヘッド等）に応じたものであり得る。波形テーブルは、様々なタイプのインク（例えば、フォトプリントインク、普通紙インク、特定の色のインク、特定のインク濃度のインク）やインクチャンバの共振周波数に応じたパラメータを有してもよい。波形テーブルは、インクノズル間のインク噴出方向のばらつきを補償するためのパラメータや、湿度の違いに対する補正等といったプリントプロセスを較正するための他のパラメータを有することもできる。

添付の図面及び以下の説明において、本開示の１つ以上の実施形態の詳細を述べる。他の特徴及び長所は、これらの説明及び図面並びに特許請求の範囲から明らかである。

図１に示されるように、プリントヘッド１２の１２８個の個別の液滴射出装置１０（図１には１つのみを示す）は、供給ライン１４及び１５を介して供給され個別の液滴射出装置１０の射出を制御するために装置上制御回路１９によって分配される定電圧によって駆動される。外部制御器２０は、ライン１４及び１５を介して電圧を供給すると共に、更なるライン１６を介して、装置上制御回路１９に制御データ、ロジック用電力及びタイミングを供給する。個別の射出装置１０によって射出されたインクは、プリントヘッド１２の下方を移動する基体１８上にプリントライン１７を形成するよう送出され得る。図面には、単一パスモードで静止したプリントヘッド１２を通過する基体１８が示されているが、或いは、走査モードでプリントヘッド１２が基体１８を横断するよう移動してもよい。

図２を参照すると、各液滴射出装置１０は、プリントヘッド１２の半導体ブロック２１の上面に細長いポンプチャンバ３０を含む。ポンプチャンバ３０は、（側面に沿ったインク供給源３４からの）入口３２から、ブロック２１の上面２２からより低い層２９にあるノズル開口部２８へと下行する下行通路３６内のノズル流路へと延在する。各ポンプチャンバ３０を覆う平坦な圧電アクチュエータ３８は、ライン１４から供給される電圧によって作動され、装置上の回路１９からの制御信号によってオン・オフが切り替えられて、圧電アクチュエータの形状が変形し、それによりチャンバ３０の容積が変わって、プリントヘッド装置１２を通過する基体１８の相対移動と同期した所望の時に液滴が放出される。各ポンプチャンバ３０への入口３２には、流れ制限部４０が設けられている。

図３には、各個別の液滴射出装置１０と関連付けられた電気的構成要素が示されている。各装置１０の回路は、ライン１４からのＤＣ充電電圧Ｘｖｄｃと圧電アクチュエータ３８の電極（一方のキャパシタプレートとして作用する）との間に接続された充電制御スイッチ５０及び充電抵抗器５２を含む。圧電アクチュエータ３８の電極は、接地又は異なる電位に接続された電極（他方のキャパシタプレートとして作用する）の近傍部分と相互作用する。キャパシタを構成するこれら２つの電極は圧電材料の両側にあってもよく、又は圧電材料の同一面上の並列配線であってもよい。各装置１０の回路は、ライン１５からのＤＣ放電電圧Ｙｄｃ（接地であってもよい）と圧電アクチュエータ３８の同じ側との間に接続された放電制御スイッチ５４及び放電抵抗器５６も含む。スイッチ５０は、制御ライン６０上のスイッチ制御充電信号に応答してオン・オフが切り替えられ、スイッチ５４は、制御ライン６２上のスイッチ制御放電信号に応答してオン・オフが切り替えられる。

図３及び図４を参照すると、圧電アクチュエータ３８はキャパシタとして機能する。従って、ライン６０上のスイッチ充電パルス６４に応答してスイッチ５０が閉じると、圧電アクチュエータの電圧はＶｐｚｔ＿ｓｔａｒｔから上昇する。パルス６４が終了するとスイッチ５０は開き、電圧の上昇はＶｐｚｔ＿ｆｉｎｉｓｈ（Ｘｖｄｃよりも低い電圧）で終了する。そして、圧電アクチュエータ３８（キャパシタとして作用する）は、放電制御スイッチ５４がライン６２上のスイッチ放電パルス６６に応答して閉じることによって低い電圧Ｙｄｃに接続されて放電されるまで、その電圧Ｖｐｚｔ＿ｆｉｎｉｓｈを概ね保つ（図４に示すように僅かに減衰し得る）。上昇及び下降の速度は、ライン１４及び１５上の電圧と、圧電アクチュエータ３８のキャパシタンス並びに抵抗器５２及び５６の抵抗から得られる時間定数とによって決定される。図４には、プリントサイクル６８の開始及び終了が示されている。このように、パルス６４及び６６は、圧電アクチュエータ３８の電圧を所望の時間の長さだけ保つよう互いに関してタイミング調節されると共に、基体１８の移動及び他の射出装置１０からの液滴の射出に対して所望の時に液滴を射出するようプリントサイクル６８に関してタイミング調節される。パルス６４の長さは、Ｖｐｚｔの大きさを制御するよう設定される。Ｖｐｚｔの大きさは、パルス６４、６６間のＰＺＴ電圧の幅と共に、液滴の体積及び速度を制御する。Ｙｖｄｃまで放電する場合には、パルス６６の長さは、出力電圧を必要なだけＹｖｄｃに近づけるのに十分な長さであるべきである。中間の電圧まで放電する場合には、パルス６６の長さは、その中間の電圧に達するために設定された時間に終了するよう設定されるべきである。

一実施形態では、液滴射出装置１０に印加される充電電圧は単極電圧を含み、この場合、ライン１４ではＤＣ充電電圧Ｘｖｄｃが印加され、ライン１５では接地電位が印加される。別の実施形態では、射出装置１０に印加される充電電圧は両極電圧を含み、この場合、ライン１４ではＤＣ充電電圧Ｘｖｄｃが印加され、ライン１５では逆の電位の（例えば−Ｘｖｄｃ、即ち位相が１８０°異なる）ＤＣ充電電圧が印加される。別の実施形態では、ライン１４に印加される充電電圧は波形であってもよい。波形は、矩形パルス、のこぎり波（例えば三角波）、及び正弦波であり得る。これらの波形は、可変周期の波形、１つ以上のＤＣオフセット電圧を有する波形、及び複数の波形を重畳した波形であり得る。

異なる応答を生じて異なるスポットサイズを提供するために、１つのインクジェットに異なる発射波形（例えば、ステップパルス、のこぎり波等）が印加され得る。プリントヘッド上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）は、使用可能な発射波形の波形テーブルを格納できる。コンピュータからプリントヘッドに送られる各画像走査線パケットは、その走査線に用いられるべき発射波形を指定するための、波形テーブルに対するポインタを含むことができる。或いは、画像走査線パケットは、特定の装置毎に所望のスポットサイズを生じるために用いられるべき発射波形を指定するための複数のポインタ（その走査線における各装置に対して１つのポインタ等というように）を含んでもよい。その結果、所望のスポットサイズに対するプリント制御を高めることができる。

波形テーブルは、プリント制御を高めて各プリントジョブのために異なる応答及びスポットサイズを生じるための複数のパラメータも含むことができる。これらのパラメータは、様々なタイプの基体（例えば、普通紙、光沢紙、透明フィルム、新聞紙、雑誌用紙）及びそれらの基体のインク吸収率に基づくものであり得る。その他のパラメータは、プリントヘッドのタイプ（電気機械的ト実行スデューサ若しくは圧電ト実行スデューサ（ＰＺＴ）を有するプリントヘッド、又は発熱素子を有するサーマルインクジェットプリントヘッド等）に応じたものであり得る。波形テーブルは、様々なタイプのインク（例えば、フォトプリントインク、普通紙インク、特定の色のインク、特定のインク濃度のインク）やインクチャンバの共振周波数に応じたパラメータを有してもよい。波形テーブルは、インクノズル間のインク噴出方向のばらつきを補償するためのパラメータや、湿度の違いに対する補正等といったプリントプロセスを較正するための他のパラメータを有することもできる。

図５を参照すると、装置上制御回路１９は、ライン１４、１５をそれぞれ介した定電圧Ｘｖｄｃ及びＹｄｃの入力と、Ｄ０〜Ｄ７データ入力７０と、（基体１８とプリントヘッド１２との相対移動に対して液滴の射出を同期させるための）ロジックレベル発射パルストリガ７２と、ロジック用電力７４と、オプションのプログラミングポート７６とを含む。回路１９は、受信器７８と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）８０と、ト実行ジスタスイッチアレイ８２と、抵抗器アレイ８４と、クリスタル８６と、メモリ８８とを更に含む。各ト実行ジスタスイッチアレイ８２は、６４個の液滴射出装置１０に対する充電及び放電スイッチ５０、５４を含む。

各ＦＰＧＡ８０は、個々の圧電アクチュエータ３８に所望の時にパルス６４、６６を供給するためのロジックを含む。Ｄ０〜Ｄ７データ入力７０は、パルスがプリントサイクル６８における所望の時に開始して終了するよう、ＦＰＧＡ８０において個別のスイッチ５０、５４のためのタイミングを設定するために用いられる。１回の実行を通して１つの射出装置から同じサイズの液滴が射出される場合には、このタイミング情報は、実行の開始前に入力Ｄ０〜Ｄ７を介して１回入力されればよい。例えばグレースケール制御を提供するために、液滴毎に液滴サイズを変える場合には、各プリントサイクルの開始時に、Ｄ０〜Ｄ７を介してタイミング情報が渡され、ＦＰＧＡで更新される必要がある。プリント中には、入力Ｄ０のみを用いて、プリントサイクル中に動作させるべき液滴射出装置１０を識別するための発射情報がシリアルビットストリームとして供給される。ＦＰＧＡの代わりに、例えば、ディスクリートロジックやマイクロプロセッサ等の他の論理装置を用いることもできる。

抵抗器アレイ８４は、個々の液滴射出装置１０に対する抵抗器５２、５６を含む。アレイ８４によって制御される６４個の射出装置の各々につき、２つの入力及び１つの出力がある。

Ｄ０〜Ｄ７データ入力７０の代わりに、プログラミングポート７６を用いて、ＦＰＧＡ８０を設定するためのデータを入力することもできる。メモリ８８を用いて、ＦＰＧＡ８０のためのタイミング情報をバッファリング又は予め格納することもできる。

通常のプリントモードでの動作では、個別の液滴射出装置１０を較正して、各装置が所望の体積及び所望の速度の液滴を射出するように各装置１０に対するパルス６４、６６の適切なタイミングを決定することができ、この情報を用いてＦＰＧＡ８０がプログラムされる。適切なタイミングが決定されている限りにおいて、較正を行わずにこの動作を用いることもできる。次に、プリントジョブを指定するデータがデータ入力７０のＤ０端子を介してシリアル送信され、ＦＰＧＡでは、そのデータを用いて、そのプリントジョブで特定の装置がプリントするよう指定された各プリントサイクルにパルス６４、６６をトリガするようロジックを制御する。

グレースケールプリントモード又は液滴毎のバリエーションを用いる動作では、各プリントサイクルの開始時に、そのプリントサイクル中に各装置が所望の液滴の体積を有するように各装置１０のタイミングを設定する情報が、データ入力７０の８個の端子Ｄ０〜Ｄ７の全てを介して渡される。

ＦＰＧＡ８０は、タイミング情報を受け取って、液滴を射出するには不十分であるが、頻繁に発射されない個別の射出装置のメニスカスを移動させて乾燥を防止するには十分な電圧の、いわゆる「くすぐりパルス（tickler pulses）」を供給するよう制御されることも可能である。

ＦＰＧＡ８０は、タイミング情報を受け取って、発生し得るプリントパターン及び縞を壊すために液滴射出情報にノイズを発するよう制御されることも可能である。

ＦＰＧＡ８０は、タイミング情報を受け取って、例えば、１つのジョブにおける後続の液滴に関して、射出装置１０から出る最初の液滴の速度及び体積を達成するために、振幅（即ち、Ｖｐｚｔ＿ｆｉｎｉｓｈ）及び幅（充電パルス６４と放電パルス６６との間の時間）を変えるよう制御されることも可能である。

充電用と放電用の２つの抵抗器５２、５６を用いることにより、圧電アクチュエータ３８の電圧の上昇及び下降の勾配を独立して制御することができる。或いは、スイッチ５０、５４の出力を結合して、圧電アクチュエータ３８に接続された共通の抵抗器に接続してもよく、又は、結合された出力を直接アクチュエータ３８に接続し、アクチュエータ３８の他の場所に抵抗を直列に設けてもよい。

所望の電圧（Ｖｐｚｔ＿ｆｉｎｉｓｈ）まで充電してから、ソース電圧Ｘｖｄｃを切断してアクチュエータのキャパシタンスに依存することによって圧電アクチュエータ３８の電圧を維持すれば、発射パルスの持続時間の間にアクチュエータをその電圧（Ｘｖｄｃ）に保つ場合よりも、プリントヘッドが用いる電力が少なくなる。

例えば、スイッチ及び抵抗器を、オン・オフが切り替えられる電流源と置き換えてもよい。また、複数の液滴射出装置を駆動するための共通の回路（例えば、スイッチ及び抵抗器）を用いてもよい。更に、射出頻度の関数としての液滴の体積のばらつきを低減するために、駆動パルスパラメータを液滴射出頻度の関数として変化させてもよい。また、各ポンプチャンバに第３のスイッチを関連付け、例えば、発射しない時には圧電アクチュエータ３８の電極が接地に接続されるよう制御してもよく、放電を速めるために、第２のスイッチを用いて圧電アクチュエータ３８の電極が接地より低い電圧に接続される。

より複雑な波形を生成することも可能である。例えば、スイッチ５０を閉じて電圧をＶ１まで上昇させ、次に、スイッチ５０をある時間だけ開いてこの電圧を保ち、再びスイッチ５０を閉じて電圧Ｖ２まで上昇させることもできる。スイッチ５０及びスイッチ５４を適切に閉じることにより、複雑な波形を生成できる。

図６及び図７に示されるように、１つの液滴射出装置につき複数の抵抗器、電圧、及びスイッチを用いて、異なるスルーレートを得ることもできる。各液滴射出装置は、電源と電気的に作動される変位装置との間に並列接続された１つ以上の抵抗を含むことができる。装置を充電させる際の並列抵抗の実効抵抗を制御するために、電源と１つ以上の抵抗の各々との経路内にスイッチを配置できる。或いは、抵抗をスイッチの一部とすることができる。例えば、抵抗は、ＭＯＳタイプ（金属酸化物半導体）スイッチのソース−ドレイン抵抗であってもよく、ＭＯＳスイッチは、スイッチのゲート電圧を切り替えることによって作動されてもよい。各液滴射出装置は、放電電気端子と電気的に作動される変位装置との間に並列接続された１つ以上の抵抗を含むことができる。装置を放電させる際の並列抵抗の実効抵抗を制御するために、放電電気端子と１つ以上の抵抗の各々との経路内にスイッチを配置できる。

図６には、射出装置に対する別の制御回路１００が示されており、ここでは、複数（ここでは２つ）の充電制御スイッチ１０２、１０４及びそれらと関連付けられた充電抵抗器１０６、１０８を用いて圧電アクチュエータのキャパシタンス１１０が充電されると共に、複数（ここでは２つ）の放電制御スイッチ１１２、１１４及びそれらと関連付けられた放電抵抗器１１６、１１８を用いてキャパシタンスが放電される。

制御回路１００は、入力波形に対するローパスフィルタとして作用できる。ローパスフィルタは、高周波高調波をフィルタリングして、所与の入力に対する、より予測可能且つ一貫した発射シーケンスを得ることができる。一実施形態では、ローパスフィルタの時間定数を「Ｒｅｆｆ×Ｃ」と記載でき、ここで、Ｒｅｆｆは並列接続された抵抗器の実効抵抗であり、Ｃはキャパシタ１１０のキャパシタンスである。Ｒｅｆｆは、どのスイッチが作動状態で並列接続されているかに応じて調節可能であるので、ローパスフィルタの時間定数を変えることができ、キャパシタ１１０において得られる波形を適宜調節（例えば整形）できる。

充電フェーズにおける上昇の勾配は、キャパシタ１１０を充電又は放電させるために送出される電流の量によって決定できる。キャパシタ１１０の充電（又は放電）は、制御回路１００を駆動する内部回路（図示せず）がキャパシタ１１０の充電（又は放電）用に制御回路１００に送出可能な電流の量によって制限される。「スルーレート」は、キャパシタ１１０が充電（又は放電）する速度を指し得るものであり、充電（又は放電）の勾配を決定し得る。１つの態様では、スルーレートは、キャパシタンスに対する電流の割合である（スルーレート＝Ｉ／Ｃ）と記載できる。或いは、スルーレートは、キャパシタ１１０の電圧の変化を、キャパシタンスを掛けた実効抵抗で割ったもの（スルーレート＝ΔＶ／（Ｒｅｆｆ＊Ｃ））として記載できる。従って、スルーレート並びに充電及び放電の勾配は、Ｒｅｆｆを変えることによって調節できる。例えば、スイッチ１０２及び１０４が閉じている場合には、Ｒｅｆｆは、抵抗器１０６及び１０８の並列の組み合わせの実効抵抗を表し得る。しかし、スイッチ１０２が開いていて、スイッチ１０４が閉じている場合には、Ｒｅｆｆは、抵抗器１０８の抵抗を表し得る。

図７には、入力Ｘｖｄｃで印加される一定の入力電圧に基づく、アクチュエータのキャパシタで得られる電圧のタイミング図が示されている。１２０の上昇は、スイッチ１０２を閉じ、他のスイッチを開くことによって生じる。１２１の平坦部は、部分的に充電されたキャパシタの電圧を表し、ここでは、１２０においてスイッチ１０２でキャパシタを部分的に充電した後、全てのスイッチが開かれる。１２２の上昇は、スイッチ１０４を閉じ、他のスイッチを開くことによって生じる。１２５の平坦部は、完全に充電されたキャパシタを表し、ここでは、キャパシタ１１０の電圧は入力電圧Ｘｖｄｃの値になっている。キャパシタ１１０の電圧が最終的な電圧であるＸｖｄｃに達したら、電力を節約するために回路内の全てのスイッチを開くことができる。この時点では、キャパシタ上の電荷は変化しないので、キャパシタ１１０は電圧Ｘｖｄｃを実効的に「保つ」。１２４の下降は、スイッチ１１２を閉じ、他のスイッチを開くことによって生じる。１２６の下降は、スイッチ１１４を閉じ、他のスイッチを開くことによって生じる。上昇１２０、１２２の勾配、及び下降１２４、１２６の勾配は、作動されるスイッチの抵抗に応じて変えることができる。図７では、実効抵抗を変えて上昇・下降の勾配を変えるために一度に１つのスイッチが作動されるが、複数のスイッチを同時に作動させることもできる。

一実施形態では、回路内で作動されるスイッチは、回路の入力に波形が印加される前に選択される。この実施形態では、発射インターバルの全持続時間において実効抵抗が固定される。或いは、発射インターバルの持続時間にスイッチが作動されてもよい。この別の実施形態では、回路の入力に印加される波形を、回路の応答を変えることにより整形できる。回路の応答は実効抵抗Ｒｅｆｆに応じて変更でき、実効抵抗Ｒｅｆｆは、発射インターバル中の様々な場合に、回路内のどのスイッチを接続するかを選択することによって選択できる。

別の実施形態では、全ての抵抗にわたって、経路の各スイッチが作動されている各抵抗器の個々の経路に単一の波形を印加できる。或いは、経路の各スイッチが作動されている各抵抗器の経路が、異なる波形を用いてもよい。この場合には、装置で得られる波形を、複数の波形を重畳した波形とすることができる。この態様では、波形テーブルに格納されていない波形を供給できる。よって、波形テーブルに格納されている波形データからの波形と、１組の並列抵抗器の経路にわたって波形を重畳した結果として生成された波形とを供給できる。この態様では、波形テーブルを格納するためのプリントヘッド上のメモリの量を、限られた数の基本的波形パターンを生成するための最小限のものにでき、制御スイッチを用いて更なる及び／又は複雑な波形パターンを生成できる。その結果、液滴射出装置は、格納されている波形データ及び／又は制御スイッチに対する機械的データに基づいてトリミング又は調節された応答を有することができる。

図８Ａは、個別の液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素の別の実施形態を示す模式図である。図８Ａは、射出装置に対する別の制御回路８５０を示しており、ここでは、複数（ここではＮ個）の充電制御スイッチＳｃ＿１（８０２）、Ｓｃ＿２（８１２）及びＳｃ＿Ｎ（８２４）と、関連付けられた充電抵抗器Ｒｃ＿１（８１０）、Ｒｃ＿２（８１６）及びＲｃ＿Ｎ（８１４）とを用いて圧電アクチュエータのキャパシタンスＣ（８６０）を充電し、複数（ここではＮ個）の放電制御スイッチＳｄ＿１（８３２）、Ｓｄ＿２（８３４）及びＳｄ＿Ｎ（８３６）と、関連付けられた放電抵抗器Ｒｄ＿１（８４０）、Ｒｄ＿２（８４２）及びＲｄ＿Ｎ（８４４）とを用いてキャパシタンスを放電する。

図７は、矩形パルス波形Ｘｖ＿ｗａｖｅｆｏｒｍの１つのサイクルについて、この波形が１２０の前に印加され、１２６の後に除かれた場合の、キャパシタンスで得られる電圧の電荷も示し得る。例えば、１２０の上昇は、スイッチ８０２を閉じ、他のスイッチを開くことによって生じ得る。８１２の上昇は、スイッチ１０４を閉じ、他のスイッチを開くことによって生じ得る。１２４の下降は、スイッチ８３２を閉じ、他のスイッチを開くことによって形成され得る。１２６の下降は、スイッチ８３４を閉じ、他のスイッチを開くことによって形成され得る。或いは、上昇又は下降中に任意の数のスイッチを開いても又は閉じてもよい。また、上昇又は下降中に複数のスイッチを開いても又は閉じてもよい。

一実施形態では、制御回路８５０内の全ての抵抗器は同じ抵抗を有する。別の実施形態では、制御回路８５０内の抵抗器はそれぞれ異なる抵抗を有する。例えば、充電抵抗器Ｒｃ＿１（８１０）、Ｒｃ＿２（８１６）及びＲｃ＿Ｎ（８１４）、並びにそれと対応する放電抵抗器Ｒｄ＿１（８４０）、Ｒｄ＿２（８４２）及びＲｄ＿Ｎ（８４４）は２進重み付き（binary-weighted）抵抗器であり、この場合、１つの（並列）経路内の抵抗は、別の（並列）経路内の抵抗器の２倍で変化し得る。或いは、各抵抗器は、実効抵抗Ｒｅｆｆが２倍で変化するのを可能にする抵抗を有し得る（例えば、ＲｅｆｆはＲ、２Ｒ、４Ｒ、８Ｒ…３２Ｒ等になり得る）。

図８Ｂは、個別の液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素の別の実施形態を示す模式図である。図８Ｂは、射出装置に対する別の制御回路８５１を示しており、ここでは、複数（ここではＮ個）の充電制御スイッチＳｃ＿１（８０２）、Ｓｃ＿２（８１２）及びＳｃ＿Ｎ（８２４）と、関連付けられた充電抵抗器Ｒｃ＿１（８１０）、Ｒｃ＿２（８１６及びＲｃ＿Ｎ（８１４）とを用いて圧電アクチュエータのキャパシタンスＣ（８６０）を充電し、複数（ここではＮ個）の放電制御スイッチＳｄ＿１（８３２）、Ｓｄ＿２（８３４）及びＳｄ＿Ｎ（８３６）と、関連付けられた放電抵抗器Ｒｄ＿１（８４０）、Ｒｄ＿２（８４２）及びＲｄ＿Ｎ（８４４）とを用いてキャパシタンスを放電する。複数の波形（例えば、Ｘｖ＿ｗａｖｅｆｏｒｍ＿１、Ｘｖ＿ｗａｖｅｆｏｒｍ＿２、及びＸｖ＿ｗａｖｅｆｏｒｍ＿Ｎ）を制御回路８５１への入力波形として用いて、キャパシタＣ８６０において重畳された波形を生成することができる。

図８Ａでは、１つの波形を、各スイッチ−抵抗経路に対する共通の波形として用いている。例えば、Ｓｃ＿１（８０２）及びＲｃ＿１（８１０）の経路のスイッチＳｃ＿１（８０２）の入力における波形は、Ｓｃ＿２（８１２）及びＲｃ＿２（８１６）の経路のスイッチＳｃ＿２（８１２）の入力における波形と同じである。図８Ｂでは、各充電制御スイッチＳｃ＿１（８０２）、Ｓｃ＿２（８１２）、Ｓｃ＿Ｎ（８２４）は、スイッチの入力において、異なる波形（例えば、Ｘｖ＿ｗａｖｅｆｏｒｍ＿１、Ｘｖ＿ｗａｖｅｆｏｒｍ_２及びＸｖ＿ｗａｖｅｆｏｒｍ＿Ｎ）を有し得る。よって、切り替えられる各抵抗経路（例えば、Ｓｃ＿１（８０２）及びＲｃ＿１（８１０）の経路、Ｓｃ＿２（８１２）及びＲｃ＿２（８１６）の経路、並びに、Ｓｃ＿Ｎ（８２４）及びＲｃ＿Ｎ（８１４）の経路）における波形はそれぞれ異なり得る。

一実施形態では、並列スイッチは、図３に示される単一のスイッチを用いる場合と比べて、図６（又は図８Ａ、図８Ｂ）の回路のダイの全体面積を必ずしも増加させない。別の実施形態では、図６（又は図８Ａ、図８Ｂ）の回路が要する電力は、図３に示される回路の設計の消費電力を必ずしも増加させない。

図９は、個別の液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素の別の実施形態を示す更に別の模式図である。図９は、射出装置に対する制御回路９００を示しており、ここでは、複数（ここでは４個）の制御スイッチＳｃ＿１（９０２）、Ｓｃ＿２（９１２）、Ｓｃ＿３（９２２）及びＳｃ＿４（９３２）と、関連付けられた抵抗器Ｒｃ＿１（９０６）、Ｒｃ＿２（９１６）、Ｒｃ＿３（９２６）及びＲｃ＿４（９３６）とを用いて圧電アクチュエータのキャパシタンスＣ（９６０）を充電及び放電する。図３、図６、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように別に設けられた放電制御スイッチ及び関連付けられた放電抵抗器を用いる代わりに、１つの増幅器９５０を用いて入力信号Ｘｉｎｐｕｔを駆動し、制御スイッチＳｃ＿１（９０２）、Ｓｃ＿２（９１２）、Ｓｃ＿３（９２２）及びＳｃ＿４（９３２）並びに関連付けられた抵抗器Ｒｃ＿１（９０６）、Ｒｃ＿２（９１６）、Ｒｃ＿３（９２６）及びＲｃ＿４（９３６）を用いて、キャパシタンスＣ（９６０）を充電及び放電させることができる。増幅器９５０は、キャパシタＣ（９６０）に対する充電電流及び放電電流の両方を供給できる。入力信号Ｘｉｎｐｕｔは定電圧入力（即ち、ＤＣ入力）であってもよく、又はのこぎり波や正弦波タイプの波形等といった別のタイプの波形であってもよい。一実施形態では、増幅器９５０によって入力信号が印加されて駆動される前に、各制御スイッチを開位置又は閉位置に予め設定できる。増幅器９５０によって入力信号が印加され、キャパシタンスＣ（９６０）が充電又は放電されて最終的な値に達したら、回路９００に印加される次の入力信号のために、各制御スイッチを異なる開位置又は閉位置に再設定できる。次の入力信号は、前の信号について印加されたのと同じタイプの入力信号であってもよく、又は、正弦波タイプの波形の後にのこぎり波等というように異なるタイプの入力信号であってもよい。

本開示の他の実施形態も、添付の特許請求の範囲の範囲内である。例えば、スイッチ及び抵抗器は個別素子であってもよく、又は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチの抵抗等といった単一の素子の一部であってもよい。図３、図６、図８Ａ、図８Ｂ及び図９に示されている抵抗は、液滴射出装置の電力消費に基づいて設計され得る。別の例では、図３、図６、図８Ａ、図８Ｂ及び図９に示されている抵抗は、液滴射出装置の効果的な充電及び／又は放電時間定数に基づいて設計され得る。

インクジェットプリンタの構成要素を示す図。 プリントヘッドの個別の液滴射出装置のポンプチャンバを定める半導体本体及び関連付けられた圧電アクチュエータを示す、図１のインクジェットプリンタのプリントヘッドの一部分を図１の２―２で切り取った縦断面図。 個別の液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素を示す模式図。 図３の電気的構成要素の動作のタイミング図。 図１のプリンタのプリントヘッドの回路の例示的なブロック図。 個別の液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素の別の実施形態を示す模式図。 図６の電気的構成要素の動作のタイミング図。 個別の液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素の別の実施形態を示す模式図。 個別の液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素の別の実施形態を示す模式図。 液滴射出装置と関連付けられた電気的構成要素の実施形態を示す模式図。

Claims (14)

1. 複数のスイッチと該複数のスイッチに接続する圧電アクチュエータとを備える液滴射出装置であって、各前記スイッチが、波形信号が印加される入力端子と、前記圧電アクチュエータに接続する出力端子と、制御信号で前記スイッチの接続を制御するための制御信号端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の抵抗を含むものであり、前記複数のスイッチの抵抗は異なり、且つ２進重み付けされている前記液滴射出装置の応答を制御する方法であって、
   前記複数のスイッチが並列接続されており、前記圧電アクチュエータがキャパシタンスを有し、前記複数のスイッチの各スイッチからの前記抵抗と前記圧電アクチュエータの前記キャパシタンスとがローパスフィルタ回路を構成するよう構成され、
   前記複数のスイッチの各スイッチの前記入力端子に印加すべき、ステップパルス、のこぎり波、及び２つ以上の波形パターンの組み合わせのいずれかを含む波形信号を波形テーブルから選択する工程と、
   前記選択された波形信号を前記複数のスイッチの各スイッチの前記入力端子に印加する工程と、
   各前記スイッチの前記制御信号端子を前記制御信号で制御する工程と、
   前記アクチュエータにおける、同じパターンの入力波形信号に対する一貫した発射波形を提供するために、前記ローパスフィルタ回路で高周波高調波をフィルタリングする工程と、
   前記ローパスフィルタ回路の並列接続された１つ以上の抵抗器に基づく実効抵抗Ｒｅｆｆを構成するために、前記ローパスフィルタ回路の前記１つ以上のスイッチの各スイッチの前記制御信号端子を制御する工程と、
   前記波形テーブルに、各プリントジョブに対するプリント制御を高めるため、異なる応答を生じるため、及び異なるスポットサイズを生じるための１つ以上のパラメータを含める工程と、
   を備え、
   前記実効抵抗が、前記ローパスフィルタ回路内の作動されているスイッチの並列の組み合わせで構成され、前記作動されているスイッチが、前記スイッチの前記制御信号端子に高い電圧を有するスイッチであり、該スイッチが電気的に接続されていることを特徴とする方法。
2. 前記圧電アクチュエータが、該圧電アクチュエータと関連付けられた電荷が作動状態と非作動状態との間で変化すると、変位位置と非変位位置との間を移動して流体チャンバの容積を変えるよう構成された電気的に作動される変位装置であり、前記流体チャンバが容積及び射出ノズルを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記波形信号が、少なくとも２つの前記スイッチの前記入力端子に対して選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記作動されるスイッチの選択を変えることにより前記ローパスフィルタ回路の周波数応答を変える工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記１つ以上のパラメータが、１つ以上のタイプのプリントされる基体及び該１つ以上のタイプのプリントされる基体のインク吸収率に基づくパラメータを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 波形発射インターバルの持続時間の後で前記複数のスイッチの１つ以上を電気的に切断する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記複数のスイッチが２進重み付きスイッチで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 複数の液滴射出装置であって、各前記液滴射出装置が、圧電アクチュエータに並列接続された複数のスイッチを含み、各前記スイッチが、波形信号が印加される入力端子と、前記圧電アクチュエータに接続する出力端子と、制御信号で前記スイッチの接続を制御するための制御信号端子と、前記入力端子と前記出力端子との間の抵抗とを含むものであり、前記複数のスイッチの抵抗は異なり、且つ２進重み付けされている前記複数の液滴射出装置と、
   前記複数の液滴射出装置の各液滴射出装置の入力への入力波形信号を含む１組の波形信号情報であって、ステップパルス、のこぎり波、又は２つ以上の波形パターンの組み合わせを含む１つ以上の波形パターンの情報を含む前記１組の波形信号情報と、
   前記圧電アクチュエータを駆動するための、前記複数のスイッチの少なくとも１つのスイッチの前記入力端子に接続された増幅器であって、前記圧電アクチュエータのキャパシタンスを充電するよう構成されると共に前記圧電アクチュエータのキャパシタンスを放電するよう更に構成される前記増幅器と、
   前記圧電アクチュエータの前記キャパシタンスの電荷の変化の程度を制御するために、個々の充電制御信号を個々の制御信号端子に供給する制御器と
   を備え、
   前記波形信号情報が波形テーブルから得られるものであり、該波形テーブルには、各プリントジョブに対するプリント制御を高めるため、異なる応答を生じるため、及び異なるスポットサイズを生じるための１つ以上のパラメータが含まれていることを特徴とする装置。
9. 前記複数のスイッチの各スイッチからの前記抵抗と前記圧電アクチュエータの前記キャパシタンスとが、前記入力波形信号に付随する高周波高調波をフィルタリングするためのローパスフィルタ回路を構成するよう構成されることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記ローパスフィルタ回路内の各前記スイッチの前記抵抗が、前記ローパスフィルタ回路の実効抵抗Ｒｅｆｆを構成するために並列接続されるよう構成されることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記ローパスフィルタ回路が、前記複数のスイッチのどのスイッチを前記入力波形信号及び前記圧電アクチュエータに電気的に接続するかの選択に基づき前記実効抵抗を変えるよう構成されることを特徴とする請求項９記載の装置。
12. インクジェットプリンタのプリントを制御するシステムにおいて、
    入力波形信号中の高周波信号をフィルタリングし、インク液滴の射出用のアクチュエータに安定した発射波形信号を供給するよう構成されたフィルタ回路であって、該フィルタ回路が電気的に並列接続された複数の抵抗器で構成される実効抵抗を含み、前記並列接続の第１の端部が入力波形端子に接続され、前記並列接続の第２の端部が前記インク液滴射出用のアクチュエータに接続され、前記複数の抵抗器が異なる抵抗を有するとともに２進重み付けされ、前記フィルタ回路が複数のスイッチを含み、少なくとも１つのスイッチが前記複数の抵抗器の少なくとも１つの抵抗器を別の抵抗器と並列に接続するよう構成され、各スイッチが抵抗器と直列に電気的に接続されるよう構成された、前記フィルタ回路と、
    前記実効抵抗の抵抗値を決定するために前記複数のスイッチのどのスイッチが電気的に接続されるかを制御する制御器と、
    前記圧電アクチュエータを発射波形信号で駆動するための、前記入力波形端子に接続された増幅器であって、前記アクチュエータのキャパシタンスを充電するよう構成されると共に前記アクチュエータのキャパシタンスを放電するよう更に構成される前記増幅器と、
    を備え、
    前記フィルタ回路の周波数応答が、前記実効抵抗及び前記アクチュエータのキャパシタンスに関係することを特徴とするシステム。
13. 各前記スイッチが前記抵抗器を含むことを特徴とする請求項１２記載のシステム。
14. 前記入力波形信号が、ステップパルス、のこぎり波、及び２つ以上の波形パターンの組み合わせのいずれかを含むことを特徴とする請求項１２記載のシステム。

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