JP5653925B2 - インクジェットプリンタのプリントヘッドを駆動するドライバ回路 - Google Patents

Description

本発明は、インクダクトと、該インクダクトに動作上結合される圧電素子と、該圧電素子の作動による前記インクダクトからのインク滴噴出を制御する制御手段とを有するプリントヘッドを備えるインクジェット印刷装置に関する。

圧電素子を有するインクジェットプリンタが当該技術においてよく知られている。このようなプリンタにおいて、各インクダクトは、圧電素子に動作上接続されている。制御手段は、インクダクトを変形させて、該圧電素子に付随するインクダクト内で容量変化が起こるように、圧電素子の作動を制御する。それによってインクダクト内で生じる圧力波は、インクの滴をダクトのノズルから押し出す。キャパシタンスＣを有するキャパシタと同程度の特性を備えた圧電素子が電流源による充放電によって作動するたびに、（１／２）ＣＶ^２に等しい電力量が、圧電素子の充電ごとにドライバ回路において消費され、そして、（１／２）ＣＶ^２に等しい電力量が、圧電素子の放電ごとにドライバ回路において消費される。ここで、Ｖは、電流源に存在する電圧を表す。

例えば、プリントヘッドごとに１２８個のノズルを有するインクジェットプリンタでは、このような電力消失は相当量のエネルギ損失を引き起こす。プリントヘッドごとにより多くのノズル又はより高いジェット周波数を用いた場合、エネルギ損失は、より一層大きくなる。米国特許第７０４９７５６号明細書（特許文献１）より、容量性負荷駆動回路が、容量性負荷の充電及び放電のために知られている。容量性負荷駆動回路は、電源電圧Ｖ_Ａを複数の異なる電圧及びキャパシタンスＣ_Ａを有する複数のキャパシタに分ける分圧器を設けられる。この回路によれば、容量性負荷において蓄積されるエネルギを収集して再利用することが可能である。しかし、電源電圧が、（１／２）Ｃ_ＡＶ_Ａ ^２に等しい圧電素子の充電及び放電の間の電力消失を引き起こす複数のキャパシタにわたって常に存在するので、消失電力は依然として大きい。

米国特許第７０４９７５６号明細書

本発明の目的は、プリントヘッドにおける圧電素子の充電及び放電の間の電力消失を減らすことである。

本発明に従って、上記目的は、インクダクトと、該インクダクトに動作上結合される圧電素子と、該圧電素子の作動による前記インクダクトからのインク滴噴出を制御する制御手段とを有するプリントヘッドを備え、前記制御手段が、電流源と、複数の電源と、前記電流源と前記複数の電源との間に接続されるスイッチとを有するインクジェット印刷装置であって、前記電流源は、前記圧電素子を充放電により作動させる電流を生成するよう構成され、前記スイッチは、前記電流源と前記複数の電源の１つとを接続するよう構成され、該１つの電源は、前記電流源に対する最低電圧差が存在するように選択される、ことを特徴するインクジェット印刷装置によって達成される。

本出願人は、電流源によって発せられる電力消失が、該電流源にわたる電圧差を減らすことによって低減され得ると認識している。従って、低い電圧差が電流にわたって生じる。電流源は、充放電により圧電素子を作動させる電流を生成するよう設けられる。圧電素子にわたる負荷電圧がそれによって生じる。スイッチ及び複数の電源が設けられ、電流源は圧電素子とスイッチとの間に接続される。電流源にわたる電圧差は、負荷電圧と電源の１つの電圧との間の電圧差に等しく、該１つの電源はスイッチを通じて接続される。電流源にわたる低い電圧差は、圧電素子にわたる負荷電圧を上回る利用可能最低供給電圧が選択されるようなポジションにおいてスイッチを切り換えることによって、確立される。

用語「スイッチ」は、２つの論理レベルの間で出力状態を変化させたり、又は異なる信号ラインを接続したりする働きをするトランジスタ及び論理ゲート等の様々なデジタルアクティブデバイスに及んでいる。各種トランジスタがスイッチとして使用されてよい。しばしばスイッチとして使用されるトランジスタの例は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）又は電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ又はＪＦＥＴ）である。便宜上、本発明において意味されるスイッチは、１又はそれ以上の組の電気的なコンタクトを有する電気機械デバイスとして、本願の図面において表現される。各組のコンタクトは、２つの状態、すなわち、コンタクトが接しており、それらの間に電気が流れることができることを意味する「閉成」、及びコンタクトが離されており非導通である「開成」のうちの１つにある。図面は、本発明の実施形態において意味されるスイッチが、このような電気機械デバイスとして実施されることを示していない。更に、本発明の実施形態では、電子スイッチが好まれる。

スイッチは、複数の入力端子と、少なくとも１つの出力端子とを有する。前記複数の入力端子は、前記複数の電源に接続される。前記少なくとも１つの出力端子は、前記電流源に接続される。前記スイッチの各ポジションは、当該スイッチの入力端子に対応し、異なった電圧レベルを供給する。このような電圧レベルは、関与している入力端子に対応する前記複数の電源の設定に依存してよい。前記複数の入力端子のうちのどれに前記スイッチが切り換えられるのかに依存して、所定の供給電圧レベルが、前記電流源に接続されているスイッチの前記出力端子で供給される。前記スイッチのスイッチングポジションにおける入力端子の数に依存して、供給電圧のレベルは、０ボルトと所定の最大供給電圧との間にある複数の離散的な供給電圧レベルの中から選択されてよい。電源が回路に切り換えられない場合は、供給電圧は０ボルトであり、複数の電源が回路に切り換えられる場合は、供給電圧は０ボルトよりも高く所定の最大供給電圧以下であってよい。その供給電圧は、インク滴噴出を引き起こす圧電素子の作動を確立するほど十分に高い。

上述されるように電源を回路に切り換えることによって、圧電素子の充電及び放電の間に電流源によって発せられる電力消失は、有意に低減され得る。電流源の電力消失の低減は入力端子の数に依存することが知られる。概して、入力端子の数が多ければ多いほど、低減の量は多くなる。スイッチの入力端子における電圧レベルが等間隔に設定されている場合に、有意な低減は、入力端子の数に対応して達成され得る。

本発明の実施形態において、圧電素子の充電及び放電は、電流源、例えば、線形電流源によって行われる。該線形電流源からの電流は制御される。電流源は、スイッチの出力端子において切り換えられ、圧電素子の負荷電圧との利用可能最低電圧差を有する。これは、例えば、スイッチング基準としての電流源にわたる電圧降下に基づいて、従来の制御手段によって行われてよい。電圧降下が特定の最小値（例えば、略零）を下回る場合は、スイッチは、次の入力端子へと、より高いスイッチポジションに置かれてよく、より高い電圧を供給する。

充電相の間、スイッチは、所定電圧レベルを供給する入力端子から開始して、充電の最終部分の間利用可能最高電圧を供給する最後の入力端子まで１つのスイッチポジションから他のスイッチポジションへと進んでよい。

放電は、逆の方法で制御されてよい。放電する最初の端子は、２番目に高い電圧を供給する入力端子であってよく、最後の入力端子は０ボルトの電圧レベルを供給してよい。

各圧電素子は、それ自体の制御手段を有してよく、このアプローチに柔軟性を大いに与えるよう、他の制御手段から独立に動作してよい。電圧入力端子での偏差及びリップルは、前記制御手段がスイッチング基準として電流源にわたる電圧降下を用いるために、機能を乱さない。電圧ラダーは、複数の適切な電圧レベルを選択することによって構成されてよい。電圧ラダーは、圧電素子ごとに１つずつだけ構成されてよい。

実施形態において、前記電流源は、電圧制御型電流源又は電流制御型電流源等の可制御電流源であってよい。このことは、可制御電流源によって生成される電流が出力電圧波形を決定するので、有利である。電流が圧電素子の充電の間一定に保たれる場合に、圧電素子での電圧レベルの線形増大が達成される。しかし、任意の波形に関し、電流は、所望の波形が圧電素子にわたって確立されるように、制御されてよい。

実施形態において、前記複数の電源は、複数の直流電圧源（ＤＣ）であってよい。スイッチモード電源（ＳＭＰＳ）等の直流電圧源（ＤＣ）を適用することによって、直流電圧源における消失電力損失及び熱は、電流源によって生成される電力消失とともに、最小限にされる。良好な設計では、効率は最大で９５パーセントである。

実施形態において、前記複数の電源は、直列に接続される。前記複数の直列接続された電源は、当該複数の電源の電圧の合計までの電圧差レベルを生成してよい。前記電流源によって消費される電力は、圧電素子の充電及び放電の間、低減され得る。各電源が同じ電圧を生成することができる場合に、電力消失の低減は、電源の数に略等しい係数を有して達成され得る。例えば、同じ電圧レベルを有する４つの電源が直列に接続されて用いられる場合、圧電素子の充電の間、例えば４００ワットの電力消失は１００ワットまで低下する。概して、電源の数が多ければ多いほど、低減の量は多くなる。

実施形態において、インクジェット印刷装置は、複数の圧電素子と、複数の電流源とを有してよい。前記複数の電源と前記複数の電流源とは、マルチプレクサによって動作上接続されてよい。該マルチプレクサは、複数の入力端子と、複数の出力端子とを有してよい。各電源は、夫々の入力端子に接続されてよく、各電流源は、夫々の出力端子と前記複数の圧電素子の夫々１つとの間に接続されてよい。このようにして、ただ１つのスイッチ手段であるマルチプレクサが具現される。このことは、各圧電素子が、電圧ラダーの各ステップごとに、前記マルチプレクサの対応する入力端子に接続することで次に高い電圧レベルへと切り換えることによって、略同じ電圧ラダーに従って充電される必要がある場合に、有利でありうる。放電に関し、同じ利点が達成され得る。

実施形態において、インクジェット印刷装置は、複数の圧電素子を有してよく、各圧電素子は、夫々のスイッチを有する。先の実施形態とは対照的に、本実施形態は、圧電素子ごとに異なるタイプの充電が必要とされる場合に、有利でありうる。これは、例えば、プリントヘッドにおける圧電素子の配置に依存しうる。

インクジェット印刷装置を示す配置図である。 インクジェット印刷装置のインクダクトアセンブリ及びその関連する圧電素子を示す配置図である。 圧電素子を充電し放電するための本発明の実施形態に従う制御手段を示す略図である。 ａ〜ｃは、圧電素子の充電及び放電の処理における圧電素子の電圧を示す図である。 １よりも多い圧電素子が配置されている本発明の実施形態に従う制御手段を示す略図である。 圧電素子ごとにスイッチを有する本発明の実施形態に従う制御手段を示す略図である。 並列に配置された電源を有する本発明の実施形態に従う制御回路を示す略図である。 圧電素子の充電及び放電の処理における圧電素子の電圧を示す図である。 スイッチ端子と電源とが圧電素子の第１の端子に接続され、制御回路が圧電素子の第２の端子に接続される本発明の実施形態を示す略図である。 図８ａの例示に従う圧電素子の充電及び放電の処理における圧電素子の電圧を示す図である。

本発明について、限定されない実施形態を示す添付の図面を参照して、更に説明する。

インクジェット印刷装置が図１に示されている。この実施形態に従って、インクジェット印刷装置は、受容媒体２（例えば、用紙又は透明紙等）を支持して、それを方向Ａにおいてキャリッジ３に沿って移動するために使用されるローラ１を有する。キャリッジ３は、４つのプリントヘッド４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄが載せられた担体５を有する。各プリントヘッドは、それ自体の色、この場合には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）をそれぞれ有してよい。しかし、実施形態において、各プリントヘッドは、例えば、媒体２上に適用される同じ材料を有してよい。ローラ１は、矢印Ａによって示されるように、それ自体の軸の周りを回転してよい。このようにして、受容媒体２は、軸９に平行に担体５に対して、従って、プリントヘッド４ａ〜４ｄに対しても、副走査方向Ｃで動かされてよい。キャリッジ３は、ローラ１と略平行な太矢印Ｂによって示される方向において、適切な駆動メカニズム（図示せず。）により往復運動で動かされてよい。この目的のために、担体５は、ガイド棒６を横切って動かされる。この方向は、一般に、主走査方向と呼ばれる。このようにして、受容媒体２は、プリントヘッド４ａ〜４ｄによって完全に走査されてよい。

この図において示されている実施形態に従って、各プリントヘッド４ａ〜４ｄは、出口開口（ノズル）８をそれぞれ備えた複数の内部インクダクト（図示せず。）を有してよい。本実施形態におけるノズル８は、ロール１の軸に直交してプリントヘッドごとに１つの列を形成する（すなわち、当該列は、副走査方向Ｃにおいて延在する。）。インクジェットプリンタの実際の実施形態に従って、プリントヘッドごとのインクダクトの数はより多く、ノズルは２又はそれ以上の列にわたって配置される。各インクダクトは、インクダクト内で圧力波を生じさせることができる圧電素子（図示せず。）を有し、それにより、インク滴は、受容媒体の方向において、関連するダクトのノズルから噴出する。圧電素子は、関連する制御回路（図示せず。）を介して画像に関して作動してよい。このようにして、インク滴により構成される画像が、受容媒体２上に形成され得る。

圧電素子１６を有するインクダクト１３が図２に示されている。表されている実施形態において、インクダクト１３は、ベースプレート１４における溝によって形成され、上部において主として圧電素子１６によって制限されている。インクダクト１３は、終端において出口開口８に変化している。この開口８は、凹部がインクダクト１３の位置において作られているノズルプレート２０によって部分的に形成されている。信号発生器１８が作動回路１５を介して圧電素子１６に信号を適用するとき、圧電素子１６は、インクダクト１３の方向において変形する。この変形は、インクダクト１３において急な圧力上昇を生じさせて、インクダクト１３において圧力波を生成する。圧力波が十分に強い場合は、インク滴が出口開口８から噴出する。

図３は、制御回路３０、及び接地と電流源３６の第１の端子との間に接続される圧電素子３７の略図を示す。圧電素子３７は、電流源３６を用いて充電されてよい。電流源３６の第２の端子は、スイッチ３５の出力端子に接続されている。スイッチ３５は、ｘボルトの電圧をそれぞれ供給する複数の電源３１、３２、３３及び３４に接続されている。電源３１、３２、３３及び３４は直列に接続されている。スイッチ３５は、５つの入力端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ及び３５ｅを有する。第１の入力端子３５ａは、０ボルトの電圧レベルを供給する接地に接続されている。第２の入力端子３５ｂは、ｘボルトの電圧レベルを供給する第１の電源３１の端子に接続されている。第３の入力端子３５ｃは、２ｘボルトの電圧レベルを供給する第２の電源３２の端子に接続されている。第４の入力端子３５ｄは、３ｘボルトの電圧レベルを供給する第３の電源３３の端子に接続されている。第５の入力端子３５ｅは、４ｘボルトの電圧レベルを供給する第４の電源３４の端子に接続されている。

インクダクトからのインク滴噴出を達成するには、圧電素子３７が作動する必要がある。作動は、電流源３６を介して圧電素子３７を充電することによって確立される。作動による圧力波は、図２を参照して上述されたように、インクダクトのノズルからインク滴を噴出させるほど十分に強い。圧電素子３７の充電は、制御回路３０によって管理される。制御回路３０は、第１の向きの矢印３８に従う圧電素子３７への電流を生成する電流源３６を有する。圧電素子の両端の電圧差が所定最大レベル（例えば、４ｘボルト）まで増大するとき、作動が起こり、インクダクト内で圧力波が発生して、インクダクトのノズルからインク滴が噴出する。作動の開始時に、圧電素子３７は充電されていないことがあり、スイッチ３５は第１の入力端子３５ａに切り替えられてよい。次いで、電流源３６は圧電素子３７を充電し始め、同時に、スイッチ３５は第２の入力端子３５ｂに切り替えられ、それにより、電流源３６の両端にはｘボルトの電圧差が現れる。圧電素子３７の両端の電圧差が増大する。電流源３６の両端の電圧差は電力消失を引き起こす。電流源３６の両端の電圧差は、圧電素子３７の両端の電圧差がｘボルトに達することにより０ボルトのレベルまで下がる。電流源３６の両端の電圧差が０ボルトのレベルに達すると直ぐに、スイッチ３５はスイッチポジションを第２の入力端子３５ｂから第３の入力端子３５ｃに変更する。第３の入力端子３５ｃは、２ｘボルトの電圧を供給している。そのようにすることで、スイッチポジションの変更直後に、電流源３６の両端の電圧差は略ｘボルトに増大し、電流源３６において電力が消費される。電力消失は、圧電素子３７の両端の電圧差が更に増大する場合に、再び低減し始めることができる。

電流源３６からの電流は、依然として、圧電素子３７の両端の電圧差がより大きくなるよう、圧電素子３７を充電している。電流源３６の両端には電圧差が現れるので、電流源３６によって再び電力が消費され始める。圧電素子３７の両端の電圧差が２ｘボルトのレベルまで増大し、電流源３６の両端の電圧差がそれによって０ボルトのレベルまで低減するとき、スイッチ３５は、スイッチポジションを第３の入力端子３５ｃから第４の入力端子３５ｄに変更する。第４の入力端子３５ｄは、３ｘボルトの電圧を供給している。そうすることによって、電流源３６の両端の電圧差は略ｘボルトに増大し、それによって、電流源３６において電力消失が起こる。上記と同じく、スイッチ３５は、４ｘボルトの電圧を供給する第５の入力端子３５ｅに切り替えられてよい。第５の入力端子３５ｅに切り換えることによって、電流源３６の両端の電圧差は略ｘボルトととなり、圧電素子の両端の電圧差は４ｘボルトまで増大する。圧電素子３７の両端での４ｘボルトの電圧差において、インク滴の噴出が起こる。短時間の間、電圧差は４ｘボルトの最大電圧差のままである。

圧電素子３７の次の作動の前に、圧電素子３７は放電される必要がある。圧電素子３７の放電を達成するよう、電流源３６からの電流は、スイッチ３５に向かって、第２の矢印３９によって示される逆方向に変更される。圧電素子３７を放電する目的は、圧電素子３７を充電する目的に対して可逆である。放電が開始された後、圧電素子３７の両端の電圧差が低下する。電流源３６の両端の電圧差は増大しており、再び電力が消費される。圧電素子３７の両端の電圧が３ｘボルトのレベルまで下がると直ぐに、スイッチ３５は第４の入力端子３５ｄに切り換えられる。第４の入力端子３５ｄは３ｘボルトの電圧を供給するので、電流源３６の両端の電圧差は略０ボルトになる。スイッチ３５は、更に、圧電素子３７の両端の電圧差２ｘボルトまで下がるときに、第３の入力端子３５ｃに切り換えられ、圧電素子３７の両端の電圧がｘボルトまで下がるときに、第２の入力端子３５ｂに切り換えられ、最後に、圧電素子３７の両端の電圧差が０ボルトまで下がるときに、第１の入力端子３５ａに切り替えられる。圧電素子３７の両端に存在する電圧に応じて、低い電圧差を有する電圧を供給する入力端子３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ及び３５ｅに切り替えることによって、電流源３６の両端の電圧差は、充電及び放電の間、ｘボルトのレベルを下回ったままである。このように、電流源３６の両端の電圧差は、圧電素子３７の充電及び放電の間の電力消失が有意に低減されるように、制限される。上述される充電及び放電の間の電力消失の低減の量の計算は、図４ａ〜４ｃに基づいて説明される。

電流源３６は、スイッチ３５と圧電素子３７との間に接続されている。従来の回路では、作動時における圧電素子の両端の電圧は、電流源に一度に印加される。これは図４ａに表されている。図４ａにおいて、グラフは、縦軸が電圧レベルを表し、横軸が時間を表す。太線４０は、１つの電圧ステップにおける作動中のスイッチ３５（図３参照）の出力端子での電圧を示す。破線４１は、充電中に時間とともに変化する圧電素子３７（図３参照）の両端での電圧差を示し、第２の破線４２は、圧電素子の放電中の電圧差を示す。第１の時点ｔ_０で、スイッチ３５のスイッチは接地３５ａ〜第５の入力端子３５ｅに切り替えられ、一度に最大電圧Ｖ_ｍａｘをスイッチ３５の出力端子に供給する。第１の時点ｔ_０から第２の時点ｔ_１までは、電流源３６は圧電素子３７を充電しており、圧電素子３７の両端電圧は０ボルトから最大電圧Ｖ_ｍａｘへと増大する。第２の時点ｔ_１から第３の時点ｔ_２まで、圧電素子３７の両端電圧は、圧電素子３７の作動を確立するために、最大レベルＶ_ｍａｘで略一定のままである。作動後、第３の時点ｔ_２で、電流源３６は圧電素子３７を放電し始め、それにより、圧電素子３７の両端の電圧差は、Ｖ_ｍａｘから第４の時点ｔ_３での０ボルトへと低下する。ハッチングされている領域４３ａの面積は、圧電素子３７の充電の間の電流源３６における電力消失の大きさであり、ハッチングされている領域４３ｂの面積は、圧電素子３７の放電の間の電流源３６における電力消失の大きさである。

図４ｂ〜４ｃは、本発明の実施形態に従う図を示し、各図は、圧電素子３７（図３参照）の充電の開始時間から圧電素子３７の放電の終了時間までにスイッチ３５（図３参照）の出力端子により出力される、横軸上の時間に対する縦軸上の電圧レベルのグラフを有する。グラフは、２つの、いわゆる電圧ラダー（voltage ladders）を形成している。電圧ラダーは、圧電素子３７を充電する工程又は圧電素子３７を放電する工程においてスイッチ３５を通じて電流源３６（図３参照）に適用される電圧レベルステップを有してよい。

図４ｂは、本発明の実施形態に従って、２つの電圧ラダー４４及び４５のグラフを示し、各電圧ラダーは、２つの電圧レベルステップを有する。スイッチ３５の出力端子での電圧は、離散的なステップにおいて破線台形曲線４９に従う太線４８によって表される。第１のステップの開始時に、第１の時点ｔ_０で、第１の電圧V_１が、例えば、スイッチング手段を第３の入力端子３５ｃに切り替えることによって、設定される。第１の時点ｔ_０と第２の時点ｔ_１との間の時間期間の間、圧電素子３７は充電され、圧電素子３７の両端の電圧差は０ボルトからＶ_１ボルトへと増大する。第２のステップの開始時に、第２の時点ｔ_１で、第２の電圧Ｖｍａｘが、例えば、スイッチング手段を第５の入力端子３５ｅに切り替えることによって、設定される。第１及び第２の電圧は、Ｖ_１＝Ｖ_ｍａｘ／２であるように選択される。第２の時点ｔ_１と第３の時点ｔ_２との間の時間期間の間、圧電素子３７は充電され、圧電素子３７の両端の電圧差はＶ_１ボルトからＶ_ｍａｘボルトへと増大する。破線台形曲線４９は、作動サイクルの間の圧電素子３７の両端電圧を表す。ハッチングされている領域４４ａ、４４ｂ、４５ａ及び４５ｂの総面積は、作動サイクルの間の電流源３６における電力消失の大きさであるから、電流源３６における電力消失は、図４ａのハッチング領域４３ａ及び４３ｂの総面積を図４ｂのハッチング領域４４ａ、４４ｂ、４５ａ及び４５ｂの総面積と比較する場合に計算されるように、２つの電圧レベルステップの場合には略半分にされる。

図４ｃは、図４ｂに表される実施形態と比較される実施形態を表す。図４ｃは、２つの電圧ラダー４６及び４７を示し、各電圧ラダーは、図３に示される構成に従って４つの電圧レベルステップを有し、一方、図４ｂの実施形態は、２つの電圧レベルステップを有する。しかし、図４ｃの実施形態の動作は、図４ｂの実施形態の動作と原則的には同じである。４つの電圧レベルステップの場合に、スイッチ３５の各入力端子３５ａ〜３５ｅは、圧電素子３７の充電の間に使用される。第１のステップの開始時に、第１の電圧Ｖ_１が設定される。第２のステップの開始時に、第２の電圧Ｖ_２が設定される。第３のステップの開始時に、第３の電圧Ｖ_３が設定される。第４のステップの開始時に、第４の電圧Ｖ_ｍａｘが設定される。第１の電圧Ｖ_１、第２の電圧Ｖ_２、第３の電圧Ｖ_３及び第４の電圧Ｖ_ｍａｘは、Ｖ_１＝Ｖ_２／２＝Ｖ_３／３＝Ｖ_ｍａｘ／４であるように、選択される。ハッチングされている領域４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ及び４７ｄの面積は、作動サイクルの間の電流源３６における電力消失の大きさであるから、電流源３６における電力消失は、図４ａのハッチング領域４３ａ及び４３ｂの総面積を図４ｃのハッチング領域４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ及び４７ｄの総面積を比較する場合に計算されるように、電圧ラダーごとの４つの電圧レベルステップの場合には略４分の１である。

一般に、電流源３６における図４ａに示されるような元の電力消失量がおおよそｎで割られることは、容易に計算可能である。ここで、ｎは、電圧ラダーごとの電圧レベルステップの数を表す。無限数の電圧レベルステップに係る理想的な状態では電力消失は起こらないことが分かる。その場合に、調整可能な電源が使用されてよい。しかし、実際には、調整可能な電源の欠点は、電力消失が電流源から調整可能な電源へと移動され得るほど、内部電力消失が比較的大きいことである。本発明に従って、電圧レベルステップの数は、電流源における電力消失と、ドライバ回路で用いられる電源における電力消失とに基づいて、電力消失の低減量を最適化するよう計算されてよい。

図４ｂ〜４ｃに示される実施形態よりも好ましい他の実施形態が考えられてよい。このような実施形態が図７に示されている。２つの電圧ラダー６４及び６５のグラフが図７には示されており、各電圧ラダーは２つの電圧レベルステップを有する。スイッチ３５の出力端子での電圧は、離散的なステップにおいて破線台形曲線６９に従う太線６９によって表される。図４ｂに示される２つの電圧ラダー４４及び４５との相違は、スイッチポジションが変更される時点である。スイッチポジションは、圧電素子３７の両端電圧が第１の時点ｔ_０で増大し始めるときに変更されない。スイッチポジションは、圧電素子３７の両端電圧の増大開始時以降であって、スイッチ３５の次のスイッチポジションで存在する電圧に等しい電圧レベルＶ_１に圧電素子３７の両端電圧が達する前の時点、すなわち、第２の時点ｔ_１で変更される。図７は、第２の時点ｔ_１、すなわち、圧電素子３７の両端電圧がＶ_１／２のレベルに達するときの好ましい時を示す。スイッチポジションを変更する次の時点は、同じように選択されてよい。ハッチングされている領域６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄの総面積は、作動サイクルの間の電流源３６における電力消失の大きさであるから、電流源３６における電力消失は、図４ｂのハッチング領域４４ａ、４４ｂ、４５ａ及び４５ｂの総面積を図７のハッチング領域６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ及び６５ｄの総面積と比較する場合に計算されるように、２つの電圧レベルステップの場合に略半分にされる。図７からは、電流源３６の両端電圧はおおよそ−Ｖ_１／２から＋Ｖ_１／２の間のレベルであると知られ、それにより、電圧符号は負であっても交流であってもよい。負電圧が、充電及び放電の間の相当部分の時間中に電流源３６の両端に存在しうるという事実のために、電流源３６は、電流源３６にかかる負電圧又は電流源３６にかかる交流電圧において機能するよう、特別の要件を設けられてよい。

一般に、電流源３６における図７に示されるような元の電力消失量がおおよそ２ｎで割られることは、容易に計算可能である。ここで、ｎは、電圧ラダーごとの電圧レベルステップの数を表す。これは、図４ｂ〜４ｃに従う実施形態における略ｎによる除算と比べて、電力消失の量に関して、より有利である。

図３では、圧電素子３７は１つしか示されていなかった。実際には、インクジェット印刷装置は、複数のノズルを独立に駆動するよう、複数の圧電素子及び複数の電流源を有してよい。第１の実施形態が図５ａに示されている。ｘボルトの電圧をそれぞれ供給する複数の電源３１１、３２１、３３１及び３４１が、電圧レベル０ボルト、ｘボルト、２ｘボルト、３ｘボルト及び４ｘボルトをそれぞれ出力する第１の入力端子３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ、３５１ｄ及び３５１ｅを有するスイッチ３５１に直列に接続されてよい。スイッチ３５１の出力端子は、複数の電流源に接続されてよい。複数の電流源のうち第１の電流源３６１ａ及び第２の電流源３６１ｎが図５ａには示されている。電流源３６１ａ及び３６１ｎは、図３に関して上述されたように、それぞれ圧電素子３７１ａ及び３７１ｎを充電及び放電してよい。第１の圧電素子３７１ａ及び第２の圧電素子３７１ｎが図５ａには示されている。圧電素子３７１ａ及び３７１ｎの充電は、第１の向きの矢印３８１ａ及び３８１ｂによって示され、圧電素子３７１ａ及び３７１ｎの放電は、第２の向きの矢印３９１ａ及び３９１ｂによって示される。この実施形態に従って、圧電素子の作動は、圧電素子を充電するのに必要とされる時間に依存してよい。理想的な電流源の場合には、各圧電素子の作動は略同時であってよい。また、１つのスイッチ３５１の存在のために、各電流源３６１ａ、３６１ｎの電力消失は略同じであってよい。ノズルは、それぞれの電流源３６１ａ及び３６１ｎを選択的に制御することによって、独立に駆動される。

図５ａでは、スイッチ３５１は１つしか示されていなかった。複数の圧電素子とともに使用される制御回路の第２の実施形態が図５ｂに示されている。図５ｂでは、少なくとも２つのスイッチ３５２ａ及び３５２ｎが制御回路において配置されている。ｘボルトの電圧をそれぞれ供給する複数の電源３１２、３２２、３３２及び３４２は、少なくとも２つのスイッチ３５２ａ及び３５２ｎに直列に接続されてよい。第１のスイッチ３５２ａ及び第２のスイッチ３５２ｎが図５ｂには示されている。第１のスイッチ３５２ａは、電圧レベル０ボルト、ｘボルト、２ｘボルト、３ｘボルト及び４ｘボルトをそれぞれ出力する５つの入力端子３５２ｂ、３５２ｃ、３５２ｄ、３５２ｅ及び３５２ｆを有して構成される。第２のスイッチ３５２ｎは、２ｘボルト、３ｘボルト及び４ｘボルトをそれぞれ出力する５つの入力端子３５２ｖ、３５２ｗ、３５２ｘ、３５２ｙ及び３５２ｚを有して構成される。第１のスイッチ３５２ａは第１の電流源３６２ａに接続されている。第２のスイッチ３５２ｎは第２の電流源３６２ｎに接続されている。第１の電流源３６２ａは第１の圧電素子３７２ａを充電及び放電してよい。第２の電流源３６２ｎは第２の圧電素子３７２ｎを充電及び放電してよい。充電及び放電は、図３に関して上述された実施形態に従って制御されてよい。この実施形態は、ダクトで生成される圧力波をそれぞれの対応する圧電素子ごとに異ならせて、インク滴の最適な噴出を得るようそれぞれの圧電素子及び対応するダクトごとに圧力を調整することを可能にするという利点を有する。

他の実施形態において、図５ｂに示されるような複数のスイッチを有する制御回路は、１よりも多い入力端子及び１よりも多い出力端子を備える１又はそれ以上のマルチプレクサを有する制御回路によって具現されてよい。具体的に、１つのマルチプレクサが、複数の電流源に等しい数の出力端子と、異なった電圧をそれぞれ供給する複数の入力端子とを有して使用されてよい。各出力端子は、独立に、複数の入力端子で供給される電圧の１つを供給されてよい。

電源は図３、５ａ及び５ｂに従って直列接続されるが、これは本発明に対する限定ではない。並列接続される電源を有する実施形態が図６に示されている。複数の電源５１、５２、５３及び５４が並列に接続され、且つ、複数の入力端子５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ及び５５ｅを有するスイッチ５５に接続されている。また、スイッチ５５は電流源５６に接続されており、電流源５６は圧電素子５７に接続されて、圧電素子５７を充電及び放電することができる。圧電素子５７の充電は、第１の向きの矢印５８によって示され、圧電素子５７の放電は、第２の向きの矢印５９によって示される。図３、５ａ及び５ｂに示される実施形態との相違は、電源が異なった電圧を供給してよい点である。第１の電源５１は４ｘボルトの電圧を供給してよく、第２の電源５２は３ｘボルトの電圧を供給してよく、第３の電源５３は２ｘボルトの電圧を供給してよく、第４の電源５４はｘボルトの電圧を供給してよい。このようにして、スイッチ５５は、５つの入力端子５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ及び５５ｅがそれぞれ電圧レベル０ボルト、ｘボルト、２ｘボルト、３ｘボルト及び４ｘボルトを出力するように構成されてよい。図５に示される実施形態が、例えば、図３に示される実施形態に対する変形例（図５ａ〜５ｂに示されている変形例）と同じように変形されてよいことは、当業者には明らかである。

他の実施形態が図８ａに示されている。圧電素子７７は、第１の端子においてスイッチ端子７４に結合され、第２の端子において制御回路７０に結合されている。スイッチ端子７４はスイッチの部分であり、該スイッチは、接地と第１の電源７３との間のスイッチであってよい。制御回路７０は、電流源７６と、スイッチ７５と、複数の電源７１及び７２とを有する。スイッチ７６は、接地、第２の電源７１及び第３の電源７２にそれぞれ結合されている複数の入力端子７５ａ、７５ｂ及び７５ｃを有する。第２の電源７１の供給電圧は、例えば、２０ボルトである。第３の電源７２の供給電圧は、例えば、２０ボルトである。第１の電源７３の供給電圧は、例えば、１０ボルトである。原則的に、第１の電源７３の供給電圧はより低く、望ましくは、第２の電源７１及び第３の電源７２の供給電圧の半分である。

図８ｂは図８ａに対応し、圧電素子７７の充電及び放電の間の電流源７６の両端電圧を示す。２つの電圧ラダー８６及び８７の電圧レベルは、以下、時点ｔ_０、ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５、ｔ_６、ｔ_７、ｔ_８及びｔ_９によって説明される。破線台形曲線８３は、作動サイクルの間の圧電素子７７の両端の電圧差を示す。

圧電素子７７を充電する前に、スイッチ７５のスイッチポジションは、接地に接続されている入力端子７５ａに接続される。また、スイッチ端子７４は接地に接続される。電源７６が第１の時点ｔ_０で圧電素子７７を充電し始めるとき、スイッチポジションは入力端子７５ｂに切り替えられ、２０ボルトの電圧が電流源７６及び圧電素子７７の第２の端子に供給される。同じ第１の時点ｔ_０で、スイッチ端子７４は第１の電源７３に切り替えられる。第１の電源７３は、圧電素子７７の第１の端子で１０ボルトの電圧を供給する。従って、電流源７６の両端の電圧差は、第１の時点ｔ_０から第２の時点ｔ_１までの時間期間の間、１０ボルト以下である。

圧電素子７７の両端電圧が時点ｔ_１で１０ボルトに達すると直ぐに、スイッチ端子７４は接地に接続される。圧電素子７７の両端電圧は、時点ｔ_２で２０ボルトに増大する。従って、先と同じく、電流源７６は、時点ｔ_１から時点ｔ_２までの時間期間の間、１０ボルト以下である。

圧電素子７７の両端電圧が時点ｔ_２で２０ボルトに達すると直ぐに、スイッチ端子７４は、１０ボルトの電圧を供給する第１の電源７３に接続される。同じ時点ｔ_２で、スイッチ７５のスイッチポジションは入力端子７５ｃに接続され、４０ボルト電圧が電流源７６及び圧電素子７７の第２の端子に供給される。時点ｔ_３で、圧電素子７７の両端電圧は３０ボルトのレベルに達する。従って、先と同じく、電流源７６の両端の電圧差は、時点ｔ_２から時点ｔ_３までの時間期間の間、１０ボルト以下である。

圧電素子７７の両端電圧が時点ｔ_３で３０ボルトに達すると直ぐに、スイッチ端子７４は接地に接続される。圧電素子７７の両端電圧が時点ｔ_４で４０ボルトの電圧に達するとき、圧電素子７７は作動する。

圧電素子７７の放電は、時点ｔ_５で開始され、３０ボルト、２０ボルト、１０ボルト及び０ボルトの続いて起こる電圧へのスイッチングにそれぞれ対応する時点ｔ_６、ｔ_７、ｔ_８及びｔ_９でのスイッチングによって、圧電素子７７の充電を制御することと同じように制御される。

圧電素子７７の充電の間、電流源７６の両端の電圧差は１０ボルト以下であることが分かる。このようにして、ブロック電圧は圧電素子７７の第１の端子に供給される。ハッチングされている領域８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８７ａ、８７ｂ、８７ｃ及び８７ｄの面積は、電源７６の電力消失の大きさである。電源７６にわたる電力消失は、圧電素子の第１の端子がスイッチ端子に接続されず、直接に接地に接続されている実施形態に対して、先と同じく略半分にされる。圧電素子の第１の端子がスイッチ端子に接続されず、直接に接地に接続されている実施形態では、電圧は、充電の間は電圧ライン８１に、放電の間は電圧ライン８２に従う。

スイッチ端子７４及び第１の電源７３が第２の電源７１と接地との間に配置され、圧電素子７７の第１の端子が直接に接地に接続される実施形態は、同様の電力消失低減を達成することができる。複数の電源が圧電素子７７の第１の端子又は第２の端子のいずれか一方に接続されるところの変形例は、当業者には明らかである。第１の電源７３は、制御される複数の圧電素子を備えた制御回路の場合に、コモン電源であってよい。

以上本発明について記載してきたが、本発明は多種多様に変形されてよいことは自明である。このような変形は、本発明の技術的範囲内にあり、当業者にとって自明である全ての変更は、特許請求の範囲の適用範囲内に含まれるよう意図される。

Claims (7)

1. インクダクトと、該インクダクトに動作上結合される圧電素子と、該圧電素子の作動による前記インクダクトからのインク滴噴出を制御する制御手段とを有するプリントヘッドを備え、前記制御手段が、電流源と、複数の電源と、前記電流源と前記複数の電源との間に接続されるスイッチとを有するインクジェット印刷装置であって、
   前記電流源は、前記圧電素子を充放電により作動させる電流を生成するよう構成され、
   前記スイッチは、前記充放電の間に前記電流源と前記複数の電源の１つとを接続するよう構成され、該１つの電源は、前記電流源に対する最低電圧差が存在するように選択され、
   前記インクジェット印刷装置は、
   複数の圧電素子を有し、
   夫々の圧電素子は、夫々の電流源に接続され、
   夫々の電流源は、夫々のスイッチに接続される、
   ことを特徴するインクジェット印刷装置。
2. インクダクトと、該インクダクトに動作上結合される圧電素子と、該圧電素子の作動による前記インクダクトからのインク滴噴出を制御する制御手段とを有するプリントヘッドを備え、前記制御手段が、電流源と、複数の電源と、前記電流源と前記複数の電源との間に接続されるスイッチとを有するインクジェット印刷装置であって、
   前記電流源は、前記圧電素子を充放電により作動させる電流を生成するよう構成され、
   前記スイッチは、前記充放電の間に前記電流源と前記複数の電源の１つとを接続するよう構成され、該１つの電源は、前記電流源に対する最低電圧差が存在するように選択され、
   前記インクジェット印刷装置は、
   複数の圧電素子を有し、
   夫々の圧電素子は、夫々の電流源に接続され、
   夫々の電流源は、同じスイッチに接続される、
   ことを特徴とするインクジェット印刷装置。
3. 前記電流源は、前記圧電素子での電圧レベルの線形増大が達成されるように、前記圧電素子を充電する際に一定電流を前記圧電素子に供給するように構成される、
   請求項１又は２に記載のインクジェット印刷装置。
4. 前記電流源は、電圧制御型電流源及び電流制御型電流源のグループから選択される、
   請求項１又は２に記載のインクジェット印刷装置。
5. 前記電流源は、電流制御型電圧源である、
   請求項１又は２に記載のインクジェット印刷装置。
6. 前記複数の電源は、直列に接続されている、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
7. 複数の圧電素子及び複数の電流源を有し、
   前記複数の電源と前記複数の電流源とは、複数の入力端子と複数の出力端子とを有するマルチプレクサによって動作上接続され、
   夫々の電源は、夫々の入力端子に接続され、夫々の電流源は、夫々の出力端子と前記複数の圧電素子の夫々１つとの間に接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
   
   
   

Images