JP2010173184A

JP2010173184A - インクジェット方式の印字ヘッド駆動装置、駆動方法及び駆動プログラム

Info

Publication number: JP2010173184A
Application number: JP2009018594A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Iijima; 秀晃飯島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP5287299B2

Abstract

【課題】インクジェット方式の画像形成装置の印字ヘッドのアクチュエータを低消費電力で高速で駆動させることを目的とする。
【解決手段】印字ヘッドに設けられた複数のノズルから液体インク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する信号生成手段と、信号生成手段で生成された駆動信号を複数個のデジタル増幅器にて電流増幅し、アクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅手段と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット方式の画像形成装置の印字ヘッドのアクチュエータを低消費電力で高速で駆動させる装置、駆動方法及び駆動プログラムに関する。

インクジェットプリンタなどのインクジェット方式の画像形成装置は、一般に安価で高品質のカラー印刷が容易にできるためにパソコンやデジタルカメラなどの普及に伴って個人にも広く普及してきている。一般的にインクジェットプリンタはインクカートリッジと印字ヘッドとが一体的になったキャリッジなどと称されるものが、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、印字ヘッドに設けられた多数のノズルから液体インク滴を吐出することにより印刷媒体上に文字や画像を形成する。

インクジェット方式のヘッドのノズルからインク滴を吐出する方法としては、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。このうちピエゾ方式とは電圧を印加することにより形状が変位する特性を有する素子である圧電素子（ピエゾ）によりインク滴を吐出する方法である。

従来のインクジェット方式の画像形成装置では、例えば図８に示すようなバイポーラトランジスタを用いたアナログアンプ回路により圧電素子駆動用の電流増幅を行っている。しかしバイポーラトランジスタを用いたアナログアンプ回路により圧電素子駆動用の電流増幅を行う方法は、アナログアンプの効率が悪いためトランジスタが著しく発熱してしまうので、ヒートシンクやファンを設置してトランジスタを冷却する必要があり、コストアップや装置サイズアップになってしまうという問題があった。

そこで効率が良いＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを使用したＤ級アンプを適用して電流増幅を行う方法などが検討されているが、スイッチング周波数が低いＦＥＴを使用すると突入電流が大きくなり過ぎてしまい、デバイス（アナログＳＷ）が破損してしまう可能性が高いという問題があった。一方、スイッチング周波数が高いＦＥＴは主に信号用のものが多く、高電圧のパワー系に対応できるものが少ない。

また突入電流を抑制するための方法としては一般にＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が知られているが、駆動波形の立ち上がりや立ち下りを１ＭＨｚ程度の高速で行う場合には、１ＭＨｚ程度の速度に対応可能で、かつ圧電素子駆動に必要な大電流に対応できるＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子は存在しないという問題があった。

これらの問題を解決するために、例えば特許文献１においては、冷却用放熱板などの冷却手段を使用しないでインクジェットプリンタのヘッド駆動装置を提供するという目的で、効率が良いＤ級アンプを使用してピエゾ駆動用の電力増幅を行うという発明が開示されている。

また特許文献２においては、オーディオアンプにおいて、スイッチで構成されたミュート回路を必要とせずにスピーカから発生するノイズを無くし、またボリュームを使用せずにスピーカの音量レベルを調整するという目的で、ＭＯＳＦＥＴを複数個使用したＤ級アンプの発明が開示されている。

しかしながら特許文献１に記載されている方法は、アクチュエータ（圧電素子）への駆動信号の早い立上がり、立下がりを可能としているもののＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ、電界効果トランジスタ）の駆動速度以上のピエゾ（圧電素子）駆動ができないことについては記載されていない。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、インクジェット方式の画像形成装置の印字ヘッドのアクチュエータを低消費電力で高速で駆動させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置は、印字ヘッドに設けられた複数のノズルから液体インク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する信号生成手段と、信号生成手段で生成された駆動信号を複数個のデジタル増幅器にて電流増幅し、アクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動方法は、印字ヘッドに設けられた複数のノズルから液体インク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する信号生成ステップと、信号生成ステップで生成された駆動信号を複数個のデジタル増幅器にて電流増幅し、アクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅ステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動プログラムは、インクジェット方式の印字ヘッド駆動装置に、印字ヘッドに設けられた複数のノズルから液体インク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する信号生成処理と、信号生成ステップで生成された駆動信号を複数個のデジタル増幅器にて電流増幅し、アクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅処理と、を実行させることを特徴とする。

本発明により、インクジェット方式の画像形成装置の印字ヘッドのアクチュエータを高速で駆動させ、かつ消費電力を低減することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の基本構成図である。本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る記録ヘッド、記録ヘッド駆動部、記録ヘッド制御部の構成図である。本発明の一実施形態に係る電流増幅部の回路構成の例である。本発明の一実施形態に係るＦＥＴ駆動タイミングとＶｃｏｍ波形および増幅された電流波形の関係を表した図である。本発明の一実施形態に係る電流増幅部の回路構成の例である。本発明の一実施形態に係るＦＥＴ駆動タイミングとＶｃｏｍ波形および増幅された電流波形の関係を表した図である。従来のアナログアンプ回路による電流増幅の構成例である。本発明の一実施形態に係る電流増幅部の回路構成の例である。

図１は、本発明の一実施形態に係る、インクジェット記録装置の基本構成図である。

本インクジェット記録装置は、キャリッジ１、ガイドロット２、主走査モータ３、プーリー４、エンコーダシート５、エンコーダセンサ６、副走査モータ７、空吐出受け８、記録ヘッド９、インク吐出ノズル１０と、を備えて構成される。

キャリッジ１はガイドロット２で保持されて、主走査モータ３との間に渡されたプーリー４を介して主走査方向に走査する。このキャリッジには、例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する記録ヘッド９が搭載されていて、記録ヘッドに配列されたインク吐出ノズル１０からインクを吐出できる。

キャリッジを主走査方向に移動させながら必要な位置でインク滴を吐出することによって記録媒体上に画像を形成する。キャリッジの位置情報は筐体に固定されたエンコーダシート５に等間隔で記録されたパターンを、キャリッジに固定されたエンコーダセンサ６で移動しながら読み取ってカウントを加算／減算することで得ることができる。

このような主走査方向のキャリッジ移動とインク吐出動作を１回行うことで、ノズル列の長さと同じ幅のバンドに対して画像を形成することができ、１バンド分の画像形成が終了したら副走査モータ７を駆動して記録媒体を副走査方向に移動させて、再度１バンド分の画像形成動作をさせるように繰り返せば、記録媒体の任意の場所に画像を形成することができる。

図２は、本発明の一実施形態に係る、インクジェット記録装置の機能ブロック図である。

プリンタのハードウェア制御を行うファームウェアや記録ヘッドの駆動波形データはＲＯＭに格納されており、ホストＰＣから印刷ジョブ（画像データ）を受信すると、ＣＰＵは画像データをＲＡＭに格納し、記録ヘッドが搭載されたキャリッジを主走査制御部によって記録媒体上の任意の位置に移動する。

記録ヘッド制御部は、主走査エンコーダから得られるキャリッジの位置情報に連動し、ＲＡＭに格納された画像データ、ＲＯＭに格納された記録ヘッド駆動波形、および制御信号を記録ヘッド駆動部に転送する。記録ヘッド駆動部は、記録ヘッド制御部より転送されたデータをもとに、記録ヘッドを駆動し、インク滴を吐出する。

図３は、本発明の一実施形態に係る、記録ヘッド、記録ヘッド駆動部、記録ヘッド制御部の構成図である。

記録ヘッド駆動部は、記録ヘッドに設置されたアクチュエータ（例えば圧電素子など）を変位させることによりインク滴を吐出する。

アクチュエータの変位は、記録ヘッド制御部の駆動波形制御部からの情報に基づいて駆動波形制御部の信号を電流増幅部にて電流増幅を行うことにより生成したＶｃｏｍの印加をアナログスイッチにてＯＮ／ＯＦＦすることにより行う。アナログスイッチのＯＮ／ＯＦＦは画像データ制御部からの情報に基づいて制御する。

またＶｃｏｍ電位監視部は電流増幅部にて電流増幅を行ったＶｃｏｍの電位をＡ／Ｄ変換部を介して駆動波形制御部にフィードバックすることによりＶｃｏｍの電位を観測し電圧波形に異常がみられた場合には駆動波形制御部にて波形の補正を行う。

図４は、本発明の一実施形態に係る、電流増幅部の回路構成の例である。

電流増幅部はインバータ構成で接続した複数個のＦＥＴを有するＤ級アンプから構成されている。本実施形態においてはｐ形ＦＥＴ（Ａ〜Ｄ）とｎ形ＦＥＴ（Ｅ〜Ｈ）を４個ずつ有する場合の電流増幅部の例である。

各ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦを記録ヘッド制御部で個別に制御することによりＶｃｏｍを生成する。そしてＶｃｏｍの電位監視部は生成したＶｃｏｍの電位をＡ／Ｄ変換部を介して駆動波形制御部にフィードバックすることによりＶｃｏｍの電位を観測し電圧波形に異常がみられた場合には記録ヘッド制御部にて波形の補正を行う。

このように各ＦＥＴの動作タイミングを適宜組み合わせることにより、スイッチング時の突入電流を抑制できるので高速にアクチュエータを駆動できる。

図５は、本発明の一実施形態に係る、ＦＥＴ駆動タイミングとＶｃｏｍ波形および増幅された電流波形の関係を表した図である。

この実施形態においては、図４に示した回路構成例のＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦを制御する各ＦＥＴのゲート電圧Ｖ_G＿Ａ〜ＨとＶｃｏｍおよびＶｃｏｍ電流（Ｖｃｏｍ＿Ｉ）の関係を示している。例えばｐ形ＦＥＴ（Ａ〜Ｄ）はゲート電圧Ｖ_G＿Ａ〜ＤがＬｏｗのときにＯＮとなり、ｎ形ＦＥＴ（Ｅ〜Ｈ）はゲート電圧Ｖ_G＿Ｅ〜ＨがＨｉｇｈのときにＯＮとなる。これらのＦＥＴ駆動タイミングの組み合わせにより得られるのが図に示すＶｃｏｍ波形およびＶｃｏｍ電流の波形である。

このようにＦＥＴのＯＮ/ＯＦＦのタイミングを適宜調節する（タイミングをずらす）ことによりスイッチング時の突入電流を抑制することが可能となる。そしてＡ／Ｄ変換部を介してＶｃｏｍの電位監視部が観測したＶｃｏｍ電圧が目標値に達した時点で全てのＦＥＴをＯＦＦにする。

図６は、本発明の一実施形態に係る、電流増幅部の回路構成の例である。図６で示した回路構成は、図４のｐ形ＦＥＴ（Ａ〜Ｄ）とｎ形ＦＥＴ（Ｅ〜Ｈ）を４個ずつ有する場合の電流増幅部の回路構成に電流制限抵抗Ｒ_A〜Ｒ_Hを追加した構成となっている。

電流増幅部はインバータ構成で接続した複数個のＦＥＴを有するＤ級アンプと各ＦＥＴの上流に設けられた電流制限抵抗とからなっている。

各ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦを記録ヘッド制御部で個別に制御することによりＶｃｏｍを生成する。そしてＶｃｏｍの電位監視部は生成したＶｃｏｍの電位をＡ／Ｄ変換部を介して記録ヘッド制御部にフィードバックすることによりＶｃｏｍの電位を観測し電圧波形に異常がみられた場合には記録ヘッド制御部にて波形の補正を行う。

このように電流制限抵抗の抵抗値が大きいＦＥＴから順に動作させたり、各ＦＥＴの動作タイミングを適宜組み合わせたりすることにより、スイッチング時の突入電流を抑制しながら高速にアクチュエータを駆動できる。

図７は、本発明の一実施形態に係る、ＦＥＴ駆動タイミングとＶｃｏｍ波形および増幅された電流波形の関係を表した図である。

この実施形態においては、図６に示した回路構成例のＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦを制御する各ＦＥＴのゲート電圧Ｖ_G＿Ａ〜ＨとＶｃｏｍおよびＶｃｏｍ電流（Ｖｃｏｍ＿Ｉ）の関係を示している。例えばｐ形ＦＥＴ（Ａ〜Ｄ）はゲート電圧Ｖ_G＿Ａ〜ＤがＬｏｗのときにＯＮとなり、ｎ形ＦＥＴ（Ｅ〜Ｈ）はゲート電圧Ｖ_G＿Ｅ〜ＨがＨｉｇｈのときにＯＮとなる。これらのＦＥＴ駆動タイミングの組み合わせにより得られるのが図７に示すＶｃｏｍおよびＶｃｏｍ電流の波形である。

電流制限抵抗の抵抗値がＲ_A＞Ｒ_B＞Ｒ_C＞Ｒ_DおよびＲ_E＞Ｒ_F＞Ｒ_G＞Ｒ_Hのときに、図７に示すように電流制限抵抗の抵抗値が大きいＦＥＴから順にＯＮすることによりスイッチング時の突入電流を抑制できる。この実施形態においてはＦＥＴの動作のタイミングは、ｎ形ＦＥＴはＶ_G＿Ｅ→Ｖ_G＿Ｆ→Ｖ_G＿Ｇ→Ｖ_G＿Ｈの順であり、ｐ形ＦＥＴはＶ_G＿Ａ→Ｖ_G＿Ｂ→Ｖ_G＿Ｃ→Ｖ_G＿Ｄの順である。

このように電流制限抵抗の抵抗値が大きいＦＥＴから順番にＯＮ/ＯＦＦのタイミングを適宜調節する（タイミングをずらす）ことによりスイッチング時の突入電流を抑制することが可能となる。そしてＡ／Ｄ変換部を介してＶｃｏｍの電位監視部が観測したＶｃｏｍ電圧が目標値に達した時点で全てのＦＥＴをＯＦＦにする。

このように上述した本発明の実施形態によれば、アクチュエータを駆動する圧電素子（ピエゾ）駆動用の電流増幅する際の消費電力を低減できる。

また、デバイスの発熱を抑制できるとともに、デバイスを冷却する冷却用部品が不要となるためにコストダウンおよびサイズダウンすることができるなどの効果も期待できる。

また、現在使用されているバイポーラトランジスタに比べて効率が良いＦＥＴを用いたＤ級アンプを使用するので、ピエゾ駆動用の電流増幅を行う際の消費電力を低減できる。

また、図９に示すように電流制限抵抗を上流に設けたＦＥＴを複数個使用し、電流制限抵抗の抵抗値が大きいＦＥＴから順に動作させたり、各ＦＥＴの動作タイミングを適宜組み合わせたりするので、スイッチング時の突入電流を抑制しつつ高速なピエゾ駆動ができる。

また本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置の電流増幅手段は、複数個のデジタル増幅器のＯＮ／ＯＦＦのタイミングをずらすことによりデジタル増幅器のスイッチング時の突入電流を抑制するようにしても良い。

また本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置の電流増幅手段は、複数個のデジタル増幅器の上流側に抵抗値が異なる電流制限抵抗を有するようにしても良い。

また本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置の電流増幅手段は、電流制限抵抗の抵抗値が大きいデジタル増幅器から順番にタイミングをずらしてＯＮすることによりデジタル増幅器のスイッチング時の突入電流を抑制するようにしても良い。

また本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置は、電流増幅手段で増幅されたアクチュエータを駆動させるための信号の電圧レベルを測定してアクチュエータを駆動させるための信号を制御する駆動波形制御部にフィードバックしてデジタル増幅器のＯＮ／ＯＦＦを制御する電圧レベル監視手段を有するようにしても良い。

また本発明に係るインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置の電圧レベル監視手段は、測定した電圧レベルが、予め定められた電圧レベルになった時点で全てのデジタル増幅器をＯＦＦにするようにしても良い。

また本発明に係るインクジェット記録装置は、上記記載のインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置を備えるようにしても良い。

本発明によれば、インクジェットプリンタ、インクジェット記録装置、インクジェット方式を用いた画像形成装置などの用途に適用できる。

１キャリッジ
２ガイドロッド
３主走査モータ
４プーリー
５エンコーダシート
６エンコーダセンサ
７副走査モータ
８空吐出受け
９記録ヘッド
１０インク吐出ノズル

特開２００７−１６８１７２号公報特許第３４１００６１号公報

Claims

印字ヘッドに設けられた複数のノズルから液体インク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段で生成された駆動信号を複数個のデジタル増幅器にて電流増幅し、前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動させる電流増幅手段と、
を有することを特徴とするインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置。
前記電流増幅手段は、複数個の前記デジタル増幅器のＯＮ／ＯＦＦのタイミングをずらすことにより前記デジタル増幅器のスイッチング時の突入電流を抑制することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置。
前記電流増幅手段は、複数個の前記デジタル増幅器の上流側に抵抗値が異なる電流制限抵抗を有することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置。
前記電流増幅手段は、前記電流制限抵抗の抵抗値が大きい前記デジタル増幅器から順番にタイミングをずらしてＯＮすることにより前記デジタル増幅器のスイッチング時の突入電流を抑制することを特徴とする請求項３に記載のインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置。
前記電流増幅手段で増幅された前記アクチュエータを駆動させるための信号の電圧レベルを測定してアクチュエータを駆動させるための信号を制御する駆動波形制御部にフィードバックして前記デジタル増幅器のＯＮ／ＯＦＦを制御する電圧レベル監視手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置。
前記電圧レベル監視手段は、測定した前記電圧レベルが、予め定められた前記電圧レベルになった時点で全ての前記デジタル増幅器をＯＦＦにすることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置。
請求項１から６のいずれか１項記載のインクジェット方式の印字ヘッド駆動装置を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
印字ヘッドに設けられた複数のノズルから液体インク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する信号生成ステップと、
前記信号生成ステップで生成された駆動信号を複数個のデジタル増幅器にて電流増幅し、前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動させる電流増幅ステップと、
を有することを特徴とするインクジェット方式の印字ヘッド駆動方法。
インクジェット方式の印字ヘッド駆動装置に、
印字ヘッドに設けられた複数のノズルから液体インク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する信号生成処理と、
前記信号生成ステップで生成された駆動信号を複数個のデジタル増幅器にて電流増幅し、前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動させる電流増幅処理と、を実行させることを特徴とするインクジェット方式の印字ヘッド駆動プログラム。