JP5927769B2 - 液体噴出装置及び液体噴出方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴出装置及び液体噴出方法に関する。

ヘッド部から液体を噴出して媒体上に液滴（ドット）を着弾させることで画像等の記録を行う液体噴出装置が広く普及している。そして、ヘッド部から液体を噴出させる方法として、ヘッド部の内部に設けられた圧電素子等の素子に駆動波形信号を印加して、当該圧電素子を振動させることで液体を噴出させる方法が知られている。

このような液体噴出装置において、所定の電圧信号を生成する制御部からフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）等のケーブルを介してヘッド部に小振幅の電圧信号を入力し、ヘッド部において該電圧信号を電力増幅することで、駆動波形信号を生成する方法が提案されている。（例えば特許文献１）。

特開２０００−３４３６９０号公報

特許文献１の方法で、ヘッド上に電源用の十分大きなコンデンサを設けておけば、ヘッド駆動時に瞬間的に流れる大きなピークを有する電流を、ＦＦＣ等のケーブルに流す必要が無い。つまり、ＦＦＣ等のケーブルには平均的な電流が流れるので、該ケーブルにおける発熱を小さくすることができ、ＦＦＣの芯数を減らすことができる。しかし、小振幅の電圧波形信号を制御部からヘッド部に伝送する際に、伝送経路（ＦＦＣ）でノイズ等の外乱による影響を受けることによって電圧波形信号に歪等が生じ、ヘッド部において正確な駆動波形信号を生成することができなくなることがある。このような場合、液体噴出量を精度良く制御することができない。
本発明は、液体噴出装置において外乱に強く正確な駆動波形信号を生成することを課題としている。

上記目的を達成するための主たる発明は、（Ａ）信号の波形形状を規定するデジタル信号を生成するデジタル信号生成部と、前記デジタル信号に基づいてアナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成部と、前記アナログ電圧信号の波形に応じた大きさの電流信号を生成する電流信号生成部と、を有する制御部と、（Ｂ）前記電流信号が流れる経路において異なる２点間の電位差を検出し、該電位差を増幅して電圧信号を生成する電圧信号生成部と、前記電圧信号によって駆動され、ノズルから液体を噴出させる素子と、を有するヘッド部と、（Ｃ）前記電流信号を、前記制御部から前記ヘッド部に伝送する経路を有する伝送部と、を備え、前記伝送部は、前記制御部から前記ヘッド部に伝送された前記電流信号を、前記ヘッド部から前記制御部に戻す経路を更に有し、前記伝送部を介して前記電流信号を伝送する際に差動伝送を行う、ことを特徴とする液体噴出装置である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

プリンター１の全体構成を示すブロック図である。 図２Ａは、本実施形態のプリンターの構成を説明する図である。図２Ｂは、本実施形態のプリンターの構成を説明する側面図である。 ヘッドの構造を説明するための断面図である。 実施形態におけるコントローラー６０及びヘッド制御部ＨＣの構成とその動作について説明する図である。 デジタル信号から電位差信号ＣＯＭ´´が生成されるまでの流れを説明する図である。 駆動波形信号ＣＯＭについて説明する図である。 比較例におけるコントローラー６０及びヘッド制御部ＨＣの構成とその動作について説明する図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

（Ａ）信号の波形形状を規定するデジタル信号を生成するデジタル信号生成部と、前記デジタル信号に基づいてアナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成部と、前記アナログ電圧信号の波形に応じた大きさの電流信号を生成する電流信号生成部と、を有する制御部と、（Ｂ）前記電流信号が流れる経路において異なる２点間の電位差を検出し、該電位差を増幅して電圧信号を生成する電圧信号生成部と、前記電圧信号によって駆動され、ノズルから液体を噴出させる素子と、を有するヘッド部と、（Ｃ）前記電流信号を、前記制御部から前記ヘッド部に伝送する伝送部と、を備える液体噴出装置。
このような液体噴出装置によれば、外乱に強く正確な駆動波形信号を生成することができる。

かかる液体噴出装置であって、電位差を検出する前記異なる２点のうち、低電位側の点の電位がＧＮＤの電位よりも高いことが望ましい。
このような液体噴出装置によれば、電圧信号生成部の誤作動を抑制することができるので、より正確な駆動波形信号を生成しやすくなる。

かかる液体噴出装置であって、前記伝送部は、前記制御部から前記ヘッド部に伝送された前記電流信号を、前記ヘッド部から前記制御部に戻す経路を有することが望ましい。
このような液体噴出装置によれば、電流信号を伝送する際に、より歪のない転送が行われる。また、ノイズの影響をより小さくする差動転送を行なうこともできる。

かかる液体噴出装置であって、前記制御部は、前記デジタル信号生成部と前記アナログ電圧信号生成部とが一体的に形成されたチップを有することが望ましい。
このような液体噴出装置によれば、デジタル信号（ＤＡＣ値）の伝送過程においてノイズの影響を受ける可能性が小さくなるため、正確な波形形状を有する駆動波形信号ＣＯＭを生成しやすくなる。

かかる液体噴出装置であって、前記制御部は、前記デジタル信号生成部と前記アナログ電圧信号生成部と電流信号生成部とが一体的に形成されたチップを有することが望ましい。
このような液体噴出装置によれば、デジタル信号（ＤＡＣ値）またはアナログ電圧信号（ＣＯＭ´）の伝送過程においてノイズの影響を受ける可能性が小さくなるため、正確な波形形状を有する駆動波形信号ＣＯＭを生成しやすくなる。また、制御部の部品点数を減らしてコストを低減させることができる。

かかる液体噴出装置であって前記電流信号が流れる経路に抵抗を有し、前記電流信号が前記抵抗を流れる際に、該抵抗の両端に生じる電位の差を検出することが望ましい。
このような液体噴出装置によれば、簡単かつ正確に電位差を検出することができる。

また、信号の波形形状を規定するデジタル信号を生成することと、前記デジタル信号に基づいてアナログ電圧信号を生成することと、前記アナログ電圧信号の波形に応じた大きさの電流信号を生成することと、生成された前記電流信号を、ヘッド部に伝送することと、前記ヘッド部において、前記電流信号が流れる経路の異なる２点間の電位差を検出し、該電位差を増幅して電圧信号を生成することと、前記電圧信号によって素子を駆動することにより、ノズルから液体を噴出させることと、を有する液体噴出方法が明らかとなる。

＝＝＝実施形態＝＝＝
発明を実施するための液体噴出装置の形態として、インクジェットプリンター（プリンター１）を例に挙げて説明する。

＜プリンターの構成＞
図１は、プリンター１の全体構成を示すブロック図である。プリンター１は、紙・布・フィルム等の媒体に文字や画像を記録（印刷）する液体噴出装置であり、外部装置であるコンピューター１１０と通信可能に接続されている。

コンピューター１１０にはプリンタードライバーがインストールされている。プリンタードライバーは、表示装置（不図示）にユーザーインターフェースを表示させ、アプリケーションプログラムから出力された画像データを印刷データに変換させるためのプログラムである。このプリンタードライバーは、フレキシブルディスクＦＤやＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体（コンピューターが読み取り可能な記録媒体）に記録されている。また、プリンタードライバーはインターネットを介してコンピューター１１０にダウンロードすることも可能である。なお、このプログラムは、各種の機能を実現するためのコードから構成されている。

コンピューター１１０はプリンター１に画像を印刷させるため、印刷させる画像に応じた印刷データをプリンター１に出力する。印刷データは、プリンター１が解釈できる形式のデータであって、各種のコマンドデータと、画素データＳＩとを有する。コマンドデータとは、プリンター１に特定の動作の実行を指示するためのデータである。このコマンドデータには、例えば、給紙を指示するコマンドデータ、搬送量を示すコマンドデータ、排紙を指示するコマンドデータがある。また、画素データＳＩは、印刷される画像の画素に関するデータである。ここで、画素とは画像を構成する単位要素であり、この画素が２次元的に並ぶことにより画像が構成される。印刷データにおける画素データＳＩは、媒体（例えば紙Ｓなど）上に形成されるドットに関するデータ（例えば、階調値）である。画素データは画素毎に例えば２ビットのデータによって構成される。この２ビットの画素データは１つの画素を４階調で表現できる。すなわち、ドット無しに対応するデータ［００］と、小ドットに対応するデータ［０１］と、中ドットの形成に対応するデータ［１０］と、大ドットに対応するデータ［１１］とがある。

プリンター１は、搬送ユニット２０と、キャリッジユニット３０と、ヘッドユニット４０と、検出器群５０と、コントローラー６０と、伝送部７０とを有する。コントローラー６０は、外部装置であるコンピューター１１０から受信した印刷データに基づいてヘッドユニット４０等の各ユニットを制御し、媒体に画像を印刷する。プリンター１内の状況は検出器群５０によって監視されており、検出器群５０は検出結果をコントローラー６０に出力する。コントローラー６０は検出器群５０から出力された検出結果に基づいて各ユニットを制御する。

＜搬送ユニット２０＞
図２Ａは本実施形態のプリンター１の構成を表した鳥瞰図であり、図２Ｂはプリンター１の構成を表した側面図である。

搬送ユニット２０は、媒体（例えば紙Ｓなど）を所定の方向（以下、搬送方向という）に搬送させるためのものである。ここで、搬送方向はキャリッジの移動方向と交差する方向である。搬送ユニット２０は、給紙ローラー２１と、搬送モーター２２と、搬送ローラー２３と、プラテン２４と、排紙ローラー２５とを有する（図２Ａ及び図２Ｂ）。

給紙ローラー２１は、紙挿入口に挿入された紙をプリンター内に給紙するためのローラーである。搬送ローラー２３は、給紙ローラー２１によって給紙された紙Ｓを印刷可能な領域まで搬送するローラーであり、搬送モーター２２によって駆動される。搬送モーター２２の動作はプリンター側のコントローラー６０により制御される。プラテン２４は、印刷中の紙Ｓを、紙Ｓの裏側から支持する部材である。排紙ローラー２５は、紙Ｓをプリンターの外部に排出するローラーであり、印刷可能な領域に対して搬送方向下流側に設けられている。

＜キャリッジユニット３０＞
キャリッジユニット３０は、ヘッドユニット４０が取り付けられたキャリッジ３１を所定の方向（以下、移動方向という）に移動（「走査」とも呼ばれる）させるためのものである。キャリッジユニット３０は、キャリッジ３１と、キャリッジモーター３２（ＣＲモータとも言う）とを有する（図２Ａ及び図２Ｂ）。

キャリッジ３１は、移動方向に往復移動可能であり、キャリッジモーター３２によって駆動される。キャリッジモーター３２の動作はプリンター側のコントローラー６０により制御される。また、キャリッジ３１は、インクを収容するインクカートリッジを着脱可能に保持している。

＜ヘッドユニット４０＞
ヘッドユニット４０は、紙Ｓにインクを噴出するためのものである。ヘッドユニット４０は、複数のノズルを有するヘッド４１とヘッド制御部ＨＣとを備える。このヘッド４１はキャリッジ３１に設けられ、キャリッジ３１が移動方向に移動すると、ヘッド４１も移動方向に移動する。そして、ヘッド４１が移動方向に移動中にインクを断続的に噴出することによって、移動方向に沿ったドットライン（ラスタライン）が媒体上に形成される。

図３は、ヘッド４１の構造を示した断面図である。ヘッド４１は、ケース４１１と、流路ユニット４１２と、ピエゾ素子群とを有する。ケース４１１はピエゾ素子群を収納し、ケース４１１の下面に流路ユニット４１２が接合されている。流路ユニット４１２は、流路形成板４１２aと、弾性板４１２ｂと、ノズルプレート４１２ｃとを有する。流路形成板４１２aには、圧力室４１２ｄとなる溝部、ノズル連通口４１２eとなる貫通口、共通インク室４１２ｆとなる貫通口、インク供給路４１２ｇとなる溝部が形成されている。弾性板４１２ｂはピエゾ素子ＰＺＴの先端が接合されるアイランド部４１２ｈを有する。そして、アイランド部４１２ｈの周囲には弾性膜４１２ｉによる弾性領域が形成されている。インクカートリッジに貯留されたインクが、共通インク室４１２ｆを介して、各ノズルＮｚに対応した圧力室４１２ｄに供給される。ノズルプレート４１２ｃはノズルＮｚが形成されたプレートである。ノズル面では、イエローインクを吐出するイエローノズル列Ｙと、マゼンタインクを吐出するマゼンタノズル列Ｍと、シアンインクを吐出するシアンノズル列Ｃと、ブラックインクを吐出するブラックノズル列Ｋと、が形成されている。各ノズル列では、複数のノズルＮｚが搬送方向に所定間隔にて並ぶことによって構成されている。

ピエゾ素子群は、櫛歯状の複数のピエゾ素子ＰＺＴ（駆動素子）を有し、ノズルＮｚに対応する数分だけ設けられている。ヘッド制御部ＨＣなどが実装された配線基板（以下、ヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈとも呼ぶ）によって、電圧信号である駆動波形信号ＣＯＭがピエゾ素子ＰＺＴに印加されると、該電圧信号に応じてピエゾ素子ＰＺＴは上下方向に伸縮（駆動）する。ピエゾ素子ＰＺＴが伸縮すると、アイランド部４１２ｈは圧力室４１２ｄ側に押されたり、反対方向に引かれたりする。このとき、アイランド部４１２ｈ周辺の弾性膜４１２ｉが変形し、圧力室４１２ｄ内の圧力が上昇・下降することにより、ノズルからインク滴が吐出される。

ヘッド制御部ＨＣは、ピエゾ素子群ＰＺＴの駆動を制御するための制御用ＩＣであり、ヘッド４１に固定されたヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈ上に設けられる。ヘッド制御部ＨＣの詳細については、後で説明する。

＜検出器群５０＞
検出器群５０は、プリンター１の状況を監視するためのものである。検出器群５０には、リニア式エンコーダ５１、ロータリー式エンコーダ５２、紙検出センサ５３、及び光学センサ５４等が含まれる（図２Ａ及び図２Ｂ）。

リニア式エンコーダ５１は、キャリッジ３１の移動方向の位置を検出する。ロータリー式エンコーダ５２は、搬送ローラー２３の回転量を検出する。紙検出センサ５３は、給紙中の媒体（紙Ｓ）の先端の位置を検出する。光学センサ５４は、キャリッジ３１に取付けられている発光部と受光部により、対向する位置の媒体の有無を検出し、例えば、移動しながら紙の端部の位置を検出し、紙の幅を検出することができる。また、光学センサ５４は、状況に応じて、媒体の先端（搬送方向下流側の端部であり、上端ともいう）・後端（搬送方向上流側の端部であり、下端ともいう）も検出できる。

＜コントローラー６０＞
コントローラー６０は、プリンター１の制御を行うための制御ユニット（制御部）である。コントローラー６０は、インターフェース部６１と、ＳＯＣ（System-on-a-chip）と、電流信号生成部６７とを有し、プリンター１の本体に固定されたメイン基板Ｂａｓｅ＿Ｍ上に搭載されている。

インターフェース部６１は、外部装置であるコンピューター１１０とプリンター１との間でデータの送受信を行う。

ＳＯＣは、ＣＰＵ６２と、メモリー６３と、ユニット制御回路６４と、アナログ電圧信号生成回路６５とが一体的に形成されたチップである（図１）。

ＣＰＵ６２は、プリンター１の全体の制御を行うための演算処理装置である。メモリー６３は、ＣＰＵ６２のプログラムを格納する領域や作業領域等を確保するためのものであり、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶素子によって構成される。そして、ＣＰＵ６２は、メモリー６３に格納されているプログラムに従って、ユニット制御回路６４を介して搬送ユニット２０やキャリッジユニット３０等の各ユニットを制御する。

また、ＣＰＵ６２は所定の波形を有する信号の波形形状を規定するデジタル信号を生成し、ＳＯＣ内においてアナログ電圧信号生成回路６５に出力する。このデジタル信号はＤＡＣ値と呼ばれ、本実施形態においては、ピエゾ素子ＰＺＴを駆動させる駆動波形信号ＣＯＭの波形を定めるための波形情報に相当する。すなわち、ＣＰＵ６２は、デジタル信号（ＤＡＣ値）を生成するデジタル信号生成部にも相当する。

また、ＣＰＵ６２は、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ、転送用クロック信号ＳＣＫ等の各種制御信号を生成し、ヘッドユニット４０へ出力する。これらの制御信号は、後述するヘッド制御部ＨＣにおいて、前述の画素データＳＩと共に駆動波形信号ＣＯＭをピエゾ素子ＰＺＴへ印加するのを制御するＳＷ信号を生成する際に用いられる。

アナログ電圧信号生成回路６５は、ＣＰＵ６２から入力されるデジタル信号（ＤＡＣ値）に基づいて、駆動波形信号ＣＯＭの基となる電圧変化パターンであるアナログ電圧信号ＣＯＭ´を生成するアナログ波形信号生成部である。例えば、デジタル信号（ＤＡＣ値）について、当該デジタル信号の値が大きいほど高い電圧となり、デジタル信号の値が小さいほど低い電圧となるように、デジタル信号の値に応じた波形を有するアナログ電圧信号を生成する。本実施形態において、アナログ電圧信号ＣＯＭ´は３．３Ｖ程度の電圧を有する電圧波形信号である。

上述のように、本実施形態ではＣＰＵ６２と、アナログ電圧信号生成回路６５とがＳＯＣ内で一体的に形成されているため、正確なアナログ電圧信号ＣＯＭ´を生成することができる。

ＣＰＵ６２とアナログ電圧信号生成回路６５とが別個のユニットとして離れた位置に設置される場合、ＣＰＵ６２で生成されたデジタル信号（ＤＡＣ値）をアナログ電圧信号生成回路６５に伝送する際に、その伝送経路においてノイズ等の影響を受けてＤＡＣ値に歪が生じることがある。ＤＡＣ値に歪が生じると、アナログ電圧信号生成回路６５において当該ＤＡＣ値から生成されるアナログ電圧信号ＣＯＭ´にもその歪が伝播するので、正確な波形とすることが難しくなる。したがって、最終的に生成される駆動波形信号ＣＯＭも不正確な波形となり、ピエゾ素子ＰＺＴの伸縮動作に乱れが生じ、インク噴出量の制御が困難になる。

一方、本実施形態では、ＣＰＵ６２とアナログ電圧信号生成回路６５とがＳＯＣとして一体的に構成されるため、ＤＡＣ値の伝送過程においてノイズの影響を受ける可能性は非常に小さくなる。したがって、アナログ電圧信号ＣＯＭ´を正確に生成することが可能となり、正確な波形形状を有する駆動波形信号ＣＯＭを生成しやすくなる。

電流信号生成回路６７は、電圧信号に対応した電流信号を生成する電流信号生成部である。言い換えると、電流信号生成回路６７は、電圧信号を電流信号に変換するＶ／Ｉ変換部にも相当する。なお、電流信号生成回路６７は、オペアンプや抵抗器を組み合わせて構成される一般的なＶ／Ｉ変換回路である。

本実施形態において、電流信号生成回路６７は、アナログ電圧信号生成回路６５から入力されるアナログ電圧信号ＣＯＭ´をＶ／Ｉ変換してＣＯＭ´に対応した電流信号を生成し、後述する伝送部７０を介してヘッドユニット４０へ出力する。具体的には、アナログ電圧信号ＣＯＭ´の波形（電圧）に応じた大きさの電流の信号を生成することにより、電圧波形情報を電流値の情報としてヘッドユニット４０に伝送する。伝送された電流信号から駆動波形信号ＣＯＭを生成する方法については、後で説明する。

なお、電流信号生成回路６７がＳＯＣ内に含まれるようにしてもよい。すなわち、ＳＯＣは、ユニット制御回路６４と、アナログ電圧信号生成回路６５と、電流信号生成回路６７とが一体的に形成されたチップであり、デジタル信号の生成から電流信号の生成までを１チップ内で実行することとしてもよい。これにより、アナログ電圧信号生成回路６５と電流信号生成回路６７との間の信号経路において、ＣＯＭ´がノイズの影響を受ける可能性を減らすことができる。また、コントローラー６０における部品点数を減らすことができる。

＜伝送部７０＞
伝送部７０は、コントローラー６０のメイン基板Ｂａｓｅ＿Ｍと、ヘッドユニット４０のヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈとを接続する複数の伝送線によって構成される。コントローラー６０から出力される電流信号や、画素データＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ、転送用クロック信号ＳＣＫ等の各種制御信号は、伝送部７０の各伝送線を介してヘッドユニット４０側に伝送される。本実施形態では、伝送部７０として図２Ｂに示されるようなフレキシブルフラットケーブル（以下、ＦＦＣとも呼ぶ）を用いる。ＦＦＣは複数の平板型伝送線を並列に並べることで、ケーブル自体の厚さを薄くしつつ、該複数の平板型伝送線を一体的に可動できるようにしたリボン状の伝送部材である。

また、ＦＦＣには電源（例えば、主電源Ｖｄｄ）からヘッドユニット４０に電力を供給するための伝送線、及び、グランド（ＧＮＤ）の電圧を印加するグランド線等も含まれる。なお、本実施形態において、主電源Ｖｄｄとグランドとの電位差は４２Ｖ程度である。

＜プリンターの印刷動作＞
プリンター１の印刷動作について簡単に説明する。コントローラー６０は、コンピューター１１０からインターフェース部６１を介して印刷命令を受信し、各ユニットを制御することにより、給紙処理・ドット形成処理・搬送処理等を行う。

給紙処理は、印刷すべき紙をプリンター内に供給し、印刷開始位置（頭出し位置とも言う）に紙を位置決めする処理である。コントローラー６０は、給紙ローラー２１を回転させ、印刷すべき紙を搬送ローラー２３まで送る。続いて、搬送ローラー２３を回転させ、給紙ローラー２１から送られてきた紙を印刷開始位置に位置決めする。

ドット形成処理は、移動方向（走査方向）に沿って移動するヘッドからインクを断続的に噴出させ、紙上にドットを形成する処理である。コントローラー６０は、キャリッジ３１を移動方向に移動させ、キャリッジ３１が移動している間に、印刷データに基づいてヘッド４１からインクを噴出させる。噴出されたインク滴が紙上に着弾すると、紙上にドットが形成され、紙上には移動方向に沿った複数のドットからなるドットラインが形成される。

搬送処理は、紙をヘッドに対して搬送方向に沿って相対的に移動させる処理である。コントローラー６０は、搬送ローラー２３を回転させて紙を搬送方向に搬送する。この搬送処理により、ヘッド４１は、先ほどのドット形成処理によって形成されたドットの位置とは異なる位置に、ドットを形成することが可能になる。

コントローラー６０は、印刷すべきデータがなくなるまで、ドット形成処理と搬送処理とを交互に繰り返し、ドットラインにより構成される画像を徐々に紙に印刷する。そして、印刷すべきデータがなくなると、排紙ローラー２５を回転させてその紙を排紙する。なお、排紙を行うか否かの判断は、印刷データに含まれる排紙コマンドに基づいても良い。

次の紙に印刷を行う場合は同処理を繰り返し、行わない場合は、印刷動作を終了する。

＝＝＝駆動波形信号ＣＯＭの生成について＝＝＝
＜ヘッド制御部ＨＣの説明＞
まず、ヘッド制御部ＨＣの構成及びその動作について説明する。図４に、本実施形態におけるコントローラー６０及びヘッド制御部ＨＣの構成とその動作について説明する図を示す。

ヘッド制御部ＨＣは、ヘッド制御回路４２と、電位差検出部４３と、駆動波形信号生成回路４４とを有し、ヘッド４１に固定されたヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈ上に設けられる（図４）。また、駆動波形信号生成回路４４は、電圧増幅部４４１と、スイッチ４４２と、電流増幅部４４３とを有する。なお、図４ではピエゾ素子ＰＺＴが二つのみ描かれているが、プリンター１は実際には多数のピエゾ素子を備える。図４に示される構成の場合、スイッチ４４２及び電流増幅部４４３は各ピエゾ素子ＰＺＴについて設けられる。

ヘッド制御回路４２は、コントローラー６０から送信される転送用クロック信号ＳＣＫ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ等の各種制御信号、及び、画素データＳＩに応じてスイッチ４４２を制御するためのＳＷ信号を出力する。

電位差検出部４３は、コントローラー６０の電流信号生成回路６７からＦＦＣを介して伝送された電流信号について、その伝送経路中の異なる２点間の電位差を検出し、電位差信号ＣＯＭ´´として出力する。本実施形態では、所定の抵抗値を有する抵抗器を用いて電位差を検出する。具体的には、電流信号が流れる経路中に抵抗器を設け、電流信号が当該抵抗器を流れる際に抵抗器の両端に生じる電位の差を検出する。これにより、簡単かつ正確に電位差を検出することが可能となる。なお、電流信号の伝送経路中の異なる２点間の電位差を検出できるものであれば抵抗器以外の素子を用いることも可能である。例えば、トランジスタ、フォトトランジスタ等の素子を用いて電位差を検出するようにしてもよい。

図５は、デジタル信号から電位差信号ＣＯＭ´´が生成されるまでの流れを説明する図である。はじめに、ＣＰＵ６２が駆動波形信号ＣＯＭの波形形状を規定するデジタル信号（ＤＡＣ値）を生成する。次に、アナログ電圧信号生成回路６５が該ＤＡＣ値に基づいてアナログ電圧信号ＣＯＭ´を生成する。このＣＯＭ´の或る瞬間における電圧値がＶｄで表されるものとする。続いて、電流信号生成回路６７がＣＯＭ´をＶ／Ｉ変換し、電流信号を生成する。前述のように、電流信号の電流値はＣＯＭ´の電圧波形に応じた大きさの値であり、例えば、或る瞬間における電流値はＩａ（＝α・Ｖｄ）で表される。このように、電流信号生成回路６７によって電流値が制御され（電流制御）、電流信号として伝送部７０（ＦＦＣ）を経由して、ヘッドユニット４０に設けられた電位差検出部４３に伝送される。

ここで、電流が流れる回路において、任意の点に流入する電流の総和は、流出する電流の総和に等しい（キルヒホッフの第一法則）。したがって、ある瞬間において電流信号生成回路６７によって電流制御された電流値がＩａである場合、当該伝送経路中のどの点においても、ある瞬間に流れる電流値はＩａである。

図５において、電位差検出部４３として抵抗値Ｒの抵抗器を用いた場合、当該抵抗器の端子Ａ（電流の入力側端子）及びＢ（電流の出力側端子）の間でＲ・Ｉａの電位差が発生する。このＡＢの端子間で検出される電位差によって電位差信号ＣＯＭ´´が生成される。すなわち、電位差信号ＣＯＭ´´の電圧値は、電流信号の電流値に比例する値となる。

なお、本実施形態では、後述する駆動波形信号生成回路４４の各素子にＧＮＤよりも低い電圧が入力されることによって、誤動作が生じたり入力自体を感知できなくなったりすることを抑制する。例えば、電位差を検出する２点（図５のＡ点及びＢ点）のうち低電位側の点（Ｂ点）とＧＮＤとの間に抵抗等の素子を設けることで、Ｂ点の最低電位をＧＮＤよりも十分高くすることができる。図５に示されるように、Ｂ点とＧＮＤとの間に抵抗値ｒを有する抵抗器を設けると、低電位側の点であるＢ点における電位はｒ・Ｉａとなり、確実にＧＮＤの電位よりも高い電位を有するようになる。これにより、駆動波形信号生成回路４４の誤動作を抑制しやすくなる。ただし、Ｂ点とＧＮＤとの間の抵抗がない場合でも、駆動波形信号ＣＯＭを生成することは可能である。

また、図５において、電流Ｉａが抵抗Ｒを流れ出た後、メイン基板Ｂａｓｅ＿Ｍに戻るための経路が伝送部７０にある。すなわち、伝送部７０は、電流信号を、ヘッドユニット４０からコントローラー６０に伝送する（戻す）経路を有する。この経路と、メイン基板Ｂａｓｅ＿Ｍからヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈに向かう経路とがいわゆる差動となっている。したがって、抵抗Ｒと伝送部７０の特性インピーダンスを整合させることにより歪のない転送が行われる。また、メイン基板Ｂａｓｅ＿Ｍからヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈに向かう経路とその反対向きの経路とを接近させておけば、外部からのノイズに二つの経路が同等の影響を受けるためノイズの影響をより小さく出来るという、差動転送の特長も有する。

駆動波形信号生成回路４４は、電位差検出部４３において電流信号から検出された電位差に基づく電位差信号ＣＯＭ´´を電圧増幅および電流増幅して電圧信号である駆動波形信号ＣＯＭを生成し、ピエゾ素子ＰＺＴに印加して該ピエゾ素子ＰＺＴを駆動させる。すなわち、駆動波形信号生成回路４４は、電圧信号生成部に相当する（図４）。

電圧増幅部４４１は、電位差信号ＣＯＭ´´の電圧を増幅して、電位差信号ＣＯＭ´´´を生成する。例えば、３Ｖ程度の電圧を、各ピエゾ素子ＰＺＴを駆動するのに必要な電圧である３０Ｖ程度まで増幅する。電圧増幅部４３１には、オペアンプ等を用いた一般的な電圧増幅回路を使用することができる。

スイッチ４４２は、ヘッド制御回路４２から入力されるＳＷ信号に応じて、電圧増幅部４４１で電圧増幅された電位差信号ＣＯＭ´´´を電流増幅部４４３へ入力する。例えば、ＳＷ信号がＨレベルのとき、スイッチ４４２はＯＮ状態になり、電位差信号ＣＯＭ´´´が電流増幅部４４３へ入力される。一方、ＳＷ信号がＬレベルのとき、スイッチ４４２はＯＦＦ状態になり、電位差信号ＣＯＭ´´´は電流増幅部４４３へ入力されない。

電流増幅部４４３は、電位差信号ＣＯＭ´´´の入力を受けて、その電流を増幅して駆動波形信号ＣＯＭを生成し、ピエゾ素子ＰＺＴへ印加する。電流増幅部４４３は、ＮＰＮ型トランジスタとＰＮＰ型トランジスタとを相補的に接続することによって構成される。ＮＰＮ型トランジスタのコレクタは主電源Ｖｄｄに接続され、ＰＮＰ型トランジスタのコレクタはグランド（ＧＮＤ）に接続される。また、トランジスタ以外の素子を用いて電流増幅部４４３を構成することも可能である。

なお、電圧増幅部４４１、スイッチ４４２、電流増幅部４４３の配置は、図４に示される例には限られない。例えば、電圧増幅部４４１とスイッチ４４２との位置が逆であったり、スイッチ４４２と電流増幅部４４３との位置が逆であったりしてもよい。ただし、その場合は電圧増幅部４４１や電流増幅部４４３の数を適宜変更する必要がある点に留意する。

また、ヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈには、十分な容量のコンデンサ（不図示）があってＶｄｄに接続されており、多くのピエゾ素子ＰＺＴに同時に大きな電流を流しても、瞬時にはコンデンサより電流が供給され、伝送部７０に大きな電流が流れることがないので、伝送部７０の電流容量を小さく出来る。

図６に、生成される駆動波形信号ＣＯＭについて説明する図を示す。図に示すように、駆動波形信号ＣＯＭは、ラッチ信号ＬＡＴの立ち上がりタイミングを区切りとした期間Ｔを１つの単位として生成される。期間Ｔには、ラッチ信号ＬＡＴ又はチェンジ信号ＣＨの立ち上がりタイミングによって区切られる区間Ｔ１〜Ｔ４が含まれる。また、区間Ｔ１〜Ｔ４には後述する駆動パルスがそれぞれ含まれる。繰り返し周期である期間Ｔは、ノズルが１画素分移動する間の期間に対応する。例えば、印刷解像度が７２０ｄｐｉの場合、期間Ｔは、ノズルが１／７２０インチ移動するための期間に相当する。そして、画素データＳＩに基づいて、期間Ｔに含まれる各区間の駆動パルスＰＳ１〜ＰＳ４をピエゾ素子ＰＺＴに印加することによって、ノズルから噴出されるインクの量を調節し、複数階調からなる画像の表現を可能としている。

駆動波形信号ＣＯＭは、繰り返し周期における区間Ｔ１で生成される第１波形部ＳＳ１と、区間Ｔ２で生成される第２波形部ＳＳ２と、区間Ｔ３で生成される第３波形部ＳＳ３と、区間Ｔ４で生成される第４波形部ＳＳ４とを有する。ここで、第１波形部ＳＳ１は駆動パルスＰＳ１を有している。また、第２波形部ＳＳ２は駆動パルスＰＳ２を、第３波形部ＳＳ３は駆動パルスＰＳ３を、第４波形部ＳＳ４は駆動パルスＰＳ４をそれぞれ有している。
各駆動パルスは電圧波形であり、主電源Ｖｄｄとグランド（ＧＮＤ）との電位差を用いて生成される。

画素データＳＩが［００］の場合、駆動波形信号ＣＯＭの第１区間信号ＳＳ１がピエゾ素子ＰＺＴへ印加され、ピエゾ素子ＰＺＴは駆動パルスＰＳ１により駆動される。この駆動パルスＰＳ１に応じてピエゾ素子ＰＺＴが駆動すると、インクが噴出されない程度の圧力変動がインクに生じて、インクメニスカス（ノズル部分で露出しているインクの自由表面）が微振動する。

画素データＳＩが［０１］の場合、駆動波形信号ＣＯＭの第３区間信号ＳＳ３がピエゾ素子ＰＺＴへ印加され、ピエゾ素子ＰＺＴは駆動パルスＰＳ３により駆動される。この駆動パルスＰＳ３に応じてピエゾ素子ＰＺＴが駆動すると、小程度の量のインクが噴出され、媒体に小ドットが形成される。

画素データＳＩが［１０］の場合、駆動波形信号ＣＯＭの第２区間信号ＳＳ２がピエゾ素子ＰＺＴへ印加され、ピエゾ素子ＰＺＴが駆動パルスＰＳ２により駆動される。この駆動パルスＰＳ２に応じてピエゾ素子ＰＺＴが駆動すると、中程度の量のインクが噴出され、媒体に中ドットが形成される。

画素データＳＩが［１１］の場合、駆動波形信号ＣＯＭの第２区間信号ＳＳ２及び第４区間信号ＳＳ４がピエゾ素子ＰＺＴへ印加され、ピエゾ素子ＰＺＴが駆動パルスＰＳ２及び駆動パルスＰＳ４により駆動される。これらの駆動パルスＰＳ２及び駆動パルスＰＳ４に応じてピエゾ素子ＰＺＴが駆動すると、媒体に大ドットが形成される。

＜電流信号を伝送する場合の効果について＞
まず、比較例として、アナログ電圧信号生成回路６５で生成されるアナログ電圧信号ＣＯＭ´を電流信号に変換せず、そのままヘッドユニット４０に伝送することによって駆動波形信号ＣＯＭを生成して印刷を行う場合について、説明する。

図７は、比較例におけるコントローラー６０及びヘッド制御部ＨＣの構成とその動作について説明する図である。比較例のプリンターでは、電流信号生成回路６７及び電位差検出部４３を備えていない。それ以外の構成は実施形態のプリンター１と基本的に同様である。

比較例では、アナログ電圧信号ＣＯＭ´を駆動波形信号生成回路４４へ直接伝送している。その際、アナログ電圧信号ＣＯＭ´は、コントローラー６０のメイン基板Ｂａｓｅ＿Ｍと、ヘッドユニット４０のヘッド基板Ｂａｓｅ＿Ｈとの間を接続するＦＦＣ（伝送部７０）において比較的長い距離を伝送されるため、該ＦＦＣを伝送中にノイズを受けるおそれがある。ＣＯＭ´はアナログ信号であることから、ノイズの影響を受けると電圧波形の形状に歪や乱れが生じやすい。ＣＯＭ´の波形に乱れ等が生じると、ＣＯＭ´に基づいて生成される駆動波形信号ＣＯＭの波形も変形されるため、ピエゾ素子ＰＺＴから噴出されるインク液滴の量や速度を正確に制御することができなくなる。

したがって、比較例の場合、駆動波形信号ＣＯＭを生成するためのアナログ電圧信号ＣＯＭ´が、ＦＦＣ内を伝送される際に受けるノイズの影響により、正確な駆動波形信号ＣＯＭを生成することができないという問題が生じる。

これに対して、本実施形態では、図４に示されるように、電流信号生成回路６７においてアナログ電圧信号ＣＯＭ´をＶ／Ｉ変換して電流信号を生成し、電流信号としてＦＦＣ内を伝送させている。前述のように電流値は、ある回路中においてどの地点でも等しいことから、電流値自体は同じ値となる。そして、電流信号は、電流信号生成回路６７によって電流値を制御されているため、電流信号生成回路６７の出口において所定の電流値が出力されれば、ＦＦＣ伝送中にノイズの影響を受けたとしても、その後の回路中のどの地点でも電流値は等しい値となる。

例えば、図５において、電流信号生成回路６７から出力された電流信号の或る瞬間における電流値がＩａで表される場合、ＦＦＣを伝送された後の電位差検出部４３の入力側端子Ａにおいても電流値はＩａである。また、電位差検出部４３の出力側端子Ｂにおいても電流値はＩａである。したがって、ＦＦＣ伝送中に電流信号がノイズの影響を受けた場合であっても、電位差検出部４３で検出されるＡＢ端子間の電位差はＲ・Ｉａとなる。
また、図５のように差動で信号を送っているので、差動転送の長所を有する。

つまり、本実施形態においてＡＢ間の端子間電圧として検出される電圧値は、ノイズの影響によらない値であるので、該端子間電圧を増幅することで生成される駆動波形信号ＣＯＭもノイズの影響の小さい信号であるといえる。これにより、外乱に強く正確な駆動波形信号ＣＯＭが生成され、ピエゾ素子ＰＺＴの駆動を精度良く制御することができる。

＜まとめ＞
本実施形態では、所定の信号の波形形状を規定するデジタル信号であるＤＡＣ値をＣＰＵ６２で生成し、アナログ電圧信号生成回路６５において該ＤＡＣ値に基づいてアナログ電圧信号ＣＯＭ´を生成し、電流信号生成回路６７において該アナログ電圧信号ＣＯＭ´の波形に応じた大きさの電流信号を生成する。生成された電流信号は、ＦＦＣを介して制御ユニット６０からヘッドユニット４０へ伝送される。伝送された電流信号は、電位差検出部４３内の電流経路において異なる２点間の電位差が検出され、その電位差を駆動波形信号生成回路４４で電圧増幅および電流増幅することにより、駆動波形信号ＣＯＭが生成される。そして、該駆動波形信号ＣＯＭを印加してピエゾ素子ＰＺＴを駆動させることでインクを噴出させる。

電流信号は、ＦＦＣを伝送される間にノイズを受ける可能性があるが、該電流信号の電流値自体は、回路中のどの地点でも等しくなるので、電流経路中の異なる２点間の電位差はノイズの影響によらず電流値に比例した値として検出することができる。したがって、該電位差を増幅することで、外乱に強く正確な駆動波形信号ＣＯＭを生成することが可能となる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてのプリンター等を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜液体噴出装置について＞
前述の各実施形態では、液体噴出装置の一例としてプリンターが説明されていたが、これに限られるものではない。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造型機、液体気化装置、有機ＥＬ製造装置（特に高分子ＥＬ製造装置）、ディスプレイ製造装置、成膜装置、ＤＮＡチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の液体噴出装置に、本実施形態と同様の技術を適用してもよい。

＜ピエゾ素子について＞
前述の各実施形態では、液体を噴出させるための動作を行う素子としてピエゾ素子ＰＺＴを例示したが、他の素子であってもよい。例えば、発熱素子や静電アクチュエーターを用いてもよい。

＜電流増幅部４４３のトランジスタについて＞
前述の各実施形態では、電流増幅部４４３が有するトランジスタとしてＮＰＮ型トランジスタ及びＰＮＰ型トランジスタを例示した。しかし、アナログ電圧信号ＣＯＭ´について電流の増幅を行えるものであれば、他の種類のトランジスタを用いてもよい。

＜他の装置について＞
前述の各実施形態では、ヘッド４１をキャリッジとともに移動させるタイプのインクジェットプリンター（シリアルプリンター）を例に挙げて説明したが、プリンターはヘッドが固定された、いわゆるラインプリンターであってもよい。

１ プリンター、
２０ 搬送ユニット、２１ 給紙ローラー、２２ 搬送モーター、
２３ 搬送ローラー、２４ プラテン、２５ 排紙ローラー、
３０ キャリッジユニット、３１ キャリッジ、３２ キャリッジモーター、
４０ ヘッドユニット、４１ ヘッド、４１１ ケース、４１２ 流路ユニット、
４１２ａ 流路形成板、４１２ｂ 弾性板、４１２ｃ ノズルプレート、
４１２ｄ 圧力室、４１２e ノズル連通口、４１２ｆ 共通インク室、
４１２ｇ インク供給路、４１２ｈ アイランド部、４１２ｉ 弾性膜、
４２ ヘッド制御回路、４３ 電位差検出部、４４ 駆動波形信号生成回路、
４４１ 電圧増幅部、４４２ スイッチ、４４３ 電流増幅部、
５０ 検出器群、５１ リニア式エンコーダ、５２ ロータリー式エンコーダ、
５３ 紙検出センサ、５４ 光学センサ、
６０ コントローラー、６１ インターフェース部、
６２ ＣＰＵ、６３ メモリー、６４ ユニット制御回路、
６５ アナログ電圧信号生成回路、６７ 電流信号生成回路、
７０ 伝送部、
１１０ コンピューター、
ＳＯＣ System-on-a-tip、
ＰＺＴ ピエゾ素子

Claims (6)

1. （Ａ）信号の波形形状を規定するデジタル信号を生成するデジタル信号生成部と、
   前記デジタル信号に基づいてアナログ電圧信号を生成するアナログ電圧信号生成部と、
   前記アナログ電圧信号の波形に応じた大きさの電流信号を生成する電流信号生成部と、
   を有する制御部と、
   （Ｂ）前記電流信号が流れる経路において異なる２点間の電位差を検出し、該電位差を増幅して電圧信号を生成する電圧信号生成部と、
   前記電圧信号によって駆動され、ノズルから液体を噴出させる素子と、
   を有するヘッド部と、
   （Ｃ）前記電流信号を、前記制御部から前記ヘッド部に伝送する経路を有する伝送部と、
   を備え、
   前記伝送部は、前記制御部から前記ヘッド部に伝送された前記電流信号を、前記ヘッド部から前記制御部に戻す経路を更に有し、
   前記伝送部を介して前記電流信号を伝送する際に差動伝送を行う、ことを特徴とする液体噴出装置。
2. 請求項１に記載の液体噴出装置であって、
   電位差を検出する前記異なる２点のうち、低電位側の点の電位がＧＮＤの電位よりも高いことを特徴とする液体噴出装置。
3. 請求項１または２に記載の液体噴出装置であって、
   前記制御部は、
   前記デジタル信号生成部と前記アナログ電圧信号生成部とが一体的に形成されたチップを有することを特徴とする液体噴出装置。
4. 請求項１または２に記載の液体噴出装置であって、
   前記制御部は、
   前記デジタル信号生成部と前記アナログ電圧信号生成部と電流信号生成部とが一体的に形成されたチップを有することを特徴とする液体噴出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の液体噴出装置であって、
   前記電流信号が流れる経路に抵抗を有し、
   前記電流信号が前記抵抗を流れる際に、該抵抗の両端に生じる電位の差を検出することを特徴とする液体噴出装置。
6. 信号の波形形状を規定するデジタル信号を生成することと、
   前記デジタル信号に基づいてアナログ電圧信号を生成することと、
   前記アナログ電圧信号の波形に応じた大きさの電流信号を生成することと、
   前記電流信号を制御部からヘッド部に伝送する経路と、前記制御部から前記ヘッド部に伝送された前記電流信号を前記ヘッド部から前記制御部に戻す経路と、を有する伝送部を介して前記電流信号を伝送する際に差動伝送を行うことと、
   前記ヘッド部において、前記電流信号が流れる経路の異なる２点間の電位差を検出し、該電位差を増幅して電圧信号を生成することと、
   前記電圧信号によって素子を駆動することにより、ノズルから液体を噴出させることと、
   を有する液体噴出方法。

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