JP3743301B2 - インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子のグランド側を中間電位に保持するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（ヘッド駆動回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
【０００５】
ところで、このような圧電素子は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
【０００６】
このため、本出願人による特許第３０９７１５５号において、圧電素子に対して、駆動タイミングとは異なるタイミングで、充填電圧を印加して、充電電圧を維持するようにしたヘッドの駆動装置及び駆動方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式プリンタのヘッド駆動においては、各圧電素子に印加される駆動信号は、例えば、非駆動時に高い電圧に設定され、駆動時には電圧が低くなるように構成されている。この場合には、消費電力が大きくなると共に、圧電素子に印加される電圧が比較的高くなってしまうために前述した放電による電圧降下も大きく、電力損失が大きい。
【０００８】
また、印刷品質の向上のために、印刷ドットの高密度化を実現しようとすると、互いに隣接する圧電素子の電極間のギャップが狭くなるが、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電極間電圧が高くなると、これらの圧電素子の電極との間で放電が発生することがある。このため、圧電素子の電極間に絶縁処理が必要になってしまう。
【０００９】
これに対して、各圧電素子のグランド側を駆動信号の中間電位に保持するようにするヘッド駆動方式もある。このようなヘッド駆動方式によれば、上述した高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止することができるが、駆動信号の変動に対応して、電圧を変動させると共に、充電及び放電の切換えが必要であることから、双方向の可変電源が必要となる。
【００１０】
さらに、温度によって圧電素子の動作特性が変化することから、温度による中間電位の補正のために、電源を変動させる必要がある。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、各圧電素子の中間電位を容易に保持し得るようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及びヘッド駆動方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、各圧電素子のグランド側の電極に基準電圧発生回路からの基準電圧を印加して、各圧電素子のグランド側を中間電位に保持するようにした。
【００１３】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的に駆動波形発生回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、各圧電素子のグランド側の電極に中間電位を印加する基準電圧発生回路を備え、前記圧電素子は、充電時、分極電圧が発生する方向と同方向に印加され、放電時、前記分極電圧が発生する方向と逆方向に印加されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的に駆動波形発生回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、基準電圧発生回路は、各圧電素子のグランド側の電極に中間電位を印加し、前記圧電素子は、充電時、分極電圧が発生する方向と同方向に印加され、放電時、前記分極電圧が発生する方向と逆方向に印加されることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、基準電圧発生回路から圧電素子のグランド側の電極に直接に中間電位を供給することにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が比較的低くなることから、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減される。
【００１６】
また、圧電素子に印加される電圧が比較的低くなることによって、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電圧差による放電の発生も低減され、圧電素子の電極間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドの高密度化が容易に行なわれる。
【００１７】
さらに、圧電素子の発熱が低減されることになり、温度変化による圧電素子の特性変化が減少すると共に、温度により圧電素子の動作特性が変化したとしても、基準電圧発生回路が、常に圧電素子のグランド側を中間電位に保持することから、温度補正が不要となる。
【００１８】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記基準電圧発生回路が、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで充電電圧を各圧電素子に印加して、圧電素子の放電による電荷の減少を補正する圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、駆動波形発生回路からの駆動信号の任意の電圧をラッチする電圧ホールド回路と、電圧ホールド回路の出力を電流増幅する電流増幅回路と、を含んでいることを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載のヘッド駆動方法においては、上記基準電圧発生回路にて、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで充電電圧を各圧電素子に印加して、圧電素子の放電による電荷の減少を補正する圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、電圧ホールド回路により駆動波形発生回路からの駆動信号の任意の電圧をラッチし、電圧ホールド回路の出力を電流増幅回路により電流増幅することを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、圧電素子の充電電圧を保持するための圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、基準電圧発生回路の電圧ホールド回路が駆動信号の任意の電圧をラッチすることにより、所望の基準電圧を発生させることができると共に、その基準電圧に基づいて電流増幅回路により電流増幅することによって、比較的大きな電流により圧電素子のグランド側の電極を充電して、圧電素子のグランド側の電極を中間電位に保持することができる。従って、従来のように充電電圧を変動させる必要がなく、可変電源が不要である。
【００２１】
また、駆動波形発生回路からの駆動信号に基づいて、電流増幅により基準電圧を発生させることから、駆動信号の電流増幅に使用される定電圧電源を利用することにより、別の電源ラインを引き回す必要がないので、従来の回路をそのまま利用することができる。
【００２２】
請求項３記載のヘッド駆動装置において、上記基準電圧発生回路は、駆動信号が中間電位より高いとき、圧電素子の放電を行ない、駆動信号が中間電位より低いとき、圧電素子の充電を行なうことを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載のヘッド駆動方法において、上記基準電圧発生回路は、駆動信号が中間電位より高いとき、圧電素子の放電を行ない、駆動信号が中間電位より低いとき、圧電素子の充電を行なうことを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、基準電圧発生回路が、駆動信号に基づいて、圧電素子に対する放電及び充電を行なうことにより、圧電素子のグランド側の電極を中間電位に保持するので、双方向の可変電源が不要となる。
【００２５】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記基準電圧発生回路が、上記電圧ホールド回路の出力に基づいて、圧電素子充電手段による各圧電素子への充電時に、基準電圧を出力することを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載のヘッド駆動方法においては、上記基準電圧発生回路が、上記電圧ホールド回路の出力に基づいて、圧電素子充電手段による各圧電素子への充電時に、基準電圧を出力することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、印刷前に圧電素子充電手段が圧電素子への充電を行なう際に、基準電圧発生回路が、圧電素子のグランド側の電極に対して基準電圧を出力することにより、圧電素子の双方の電極が、相互の電圧差を殆ど生ずることなく、それぞれ充電されるので、圧電素子の誤動作が防止されることになる。従って、印刷前の圧電素子充電手段による圧電素子への充電がより短時間で迅速に行なうことが可能になる。
【００２８】
請求項５記載のヘッド駆動装置においては、上記基準電圧発生装置が、圧電素子の放電を行なうための放電手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、圧電素子のグランド側が中間電位より高い電圧である場合に、この放電手段を介して放電が行なわれることにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持され得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３１】
図１は、本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェット式プリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号を供給するため駆動波形発生回路１２と、この駆動波形発生回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びスイッチ回路１４と、圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定電圧を印加する基準電圧発生回路２０と、から構成されている。かかるヘッド駆動装置１０を構成する要素のうち、駆動波形発生回路１２と、基準電圧発生回路２０と、電流増幅回路１３は、本実施形態では、プリンタ本体部分１００に設けられ、一方、圧電素子１１と、スイッチ回路１４は、ヘッド部分２００に設けられている。ここで、図１においては、圧電素子１１は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。そして、図１に示すように、制御信号ＣＳが入力されることによりスイッチ回路１４は、複数の圧電素子のうち対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、後述する駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。尚、各圧電素子１１に対して、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。
【００３２】
圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。そして、圧電素子１１は、常時中間電位付近に充電されており、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【００３３】
駆動波形発生回路１２は、インクジェット式プリンタのヘッドへ駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、上述したように、本実施形態では、プリンタ本体部分１００に配置されている。
【００３４】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１５，１６から構成されている。このうち、第一のトランジスタ１５は、コレクタが図示しない定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号に基づいて導通して、ＶＨ電圧をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００３５】
また、第二のトランジスタ１６は、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号に基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させる。
【００３６】
スイッチ回路１４は、制御信号ＣＳが入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。
【００３７】
基準電圧発生回路２０は、所定電圧を圧電素子１１の他方の電極１１ｂに印加するように構成されている。ここで、この所定電圧は、例えば、圧電素子１１の駆動信号ＣＯＭによる中間電位にほぼ等しい電圧に設定することが可能である。かかる構成例について、図２を参照して説明する。
【００３８】
図２に示す例では、基準電圧発生回路２０は、中間電圧発生回路２０Ａとして構成され、この中間電圧発生回路２０Ａの出力側は、圧電素子１１の他方の電極１１ｂに接続されている。また、中間電圧発生回路２０Ａの入力側は、駆動波形発生回路１２の駆動波形ＣＯＭの出力側に接続されており、駆動波形発生回路１２から駆動信号ＣＯＭが入力される。
【００３９】
ここで、中間電圧発生回路２０Ａは、具体的には、例えば、図３に示すように、電圧ホールド回路２１と、電流増幅回路２２と、から構成されている。
【００４０】
電圧ホールド回路２１は、圧電素子１１に対するチャージ信号ＮＣＨＧに基づいて圧電素子１１を充電するタイミングで、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭにより、充電されるように構成されている。電流増幅回路２２は、二つのトランジスタ２３，２４から構成されている。
【００４１】
一方の第三のトランジスタ２３は、コレクタが図示しない定電圧電源に接続され、ベースが電圧ホールド回路２１の出力に接続されると共に、エミッタが順方向のダイオード２３ａを介して圧電素子１１のグランド側の電極（共通端子）に接続されている。これにより、電圧ホールド回路２１からの信号に基づいて導通して、ＶＨ電圧を圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加する。
【００４２】
また、他方の第四のトランジスタ２４は、エミッタが逆方向のダイオード２４ａを介して圧電素子１１のグランド側の電極（共通端子）に接続され、ベースが電圧ホールド回路２１の出力に接続されると共に、エミッタがグランドにアース接続されている。これにより、電圧ホールド回路２１からの信号に基づいて導通して、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂを放電させる。
【００４３】
図４は、上記電圧ホールド回路２１の具体的な構成例を示している。図４において、電圧ホールド回路２１は、アナログスイッチ２５と、充電用コンデンサ２６と、ホールドリセット回路２９と、アナログアンプ２７と、から構成されている。
【００４４】
アナログスイッチ２５は、公知の構成であって、二つの対向して接続されたＦＥＴ２５ａ，２５ｂと、インバータ２５ｃと、から構成されており、一方のＦＥＴ２５ａのゲート電極にはインバータ２５ｃを介して、また他方のＦＥＴ２５ｂのゲート電極には直接に前記チャージ信号ＮＣＨＧが入力されるようになっていると共に、双方のＦＥＴ２５ａ，２５ｂのソース電極には、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭが入力されるようになっている。
【００４５】
充電用コンデンサ２６は、一方の電極が双方のＦＥＴ２５ａ，２５ｂのドレイン電極に接続されると共に、他方の電極がグランドにアース接続されている。尚、充電用コンデンサ２６の容量は、アナログアンプ２７の入力インピーダンスによる自己放電に対応して、チャージ信号の周期に対して影響のないような時定数となるように、適宜に選定される。尚、ホールドリセット回路２９は、第五のトランジスタ３０から構成されており、第五のトランジスタ３０のベースにホールドリセット信号が入力されることにより、コレクタ・エミッタ間が導通して充電用コンデンサ２６の残り電圧を放電させる。
【００４６】
アナログアンプ２７は、一方の入力端子に充電用コンデンサ２６の一方の電極が接続されると共に、二つの出力端子がそれぞれ前記電流増幅回路２２の二つのトランジスタ２３，２４のベースに接続されている。さらに、アナログアンプ２７の他方の入力端子は、前記電流増幅回路２２の出力がフィードバック入力されている。
【００４７】
ここで、電流増幅回路２２の定電圧電源からの電流は、圧電素子の充電時には、第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１に流れる電流と、圧電素子１１から第四のトランジスタ２４を介して放電される電流とが同じピーク電流となるように、また圧電素子の放電時には、第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１から放電される電流と、第三のトランジスタ２３を介して圧電素子１１に流れる電流とが同じピーク電流となるように、適宜に選定される。
【００４８】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、本発明によるヘッド駆動方法に基づいて、以下のように動作する。以下、本発明の実施形態に係るヘッド駆動方法について、図５のタイミングチャート及び図６のフローチャートを参照して、詳しく説明する。
【００４９】
先ず、インクジェット式プリンタの印字開始（スタートアップ）時に、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭを、図５（Ａ）に示すように、例えば１００μｓの時間だけチャージ信号ＮＣＨＧがＬｏｗレベルに反転する（図６、ステップＳ１）ことによって、中間電位まで上昇させる（図６、ステップＳ２）。これにより、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５からスイッチ回路１４を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図５（Ｂ）にて実線で示すように、中間電位まで上昇することになる。
【００５０】
このとき、チャージ信号ＮＣＨＧの反転により、アナログスイッチ２５を介して電圧ホールド回路２１の充電用コンデンサ２６が充電されることにより、駆動信号ＣＯＭの任意の電圧がラッチされ、アナログアンプ２７から出力される。これにより、電流増幅回路２２の第三のトランジスタ２３が導通し、上述した図示しない定電圧電源から電流がダイオード２３ａを介して圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに流れる。これにより、図５（Ｂ）にて点線で示すように、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位も徐々に上昇して、中間電位に達する（図６、ステップＳ３）。
【００５１】
ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、図５（Ｂ）に示すように、駆動信号ＣＯＭとほぼ同様の勾配で中間電位に達するので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、ほぼ０に保持されることになる。従って、スタートアップ時の圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂの中間電位までの時間は、従来のように例えば１００μｓである必要はなく、より短い時間、例えば２０μｓや１０μｓ程度に設定しても、圧電素子１１が誤動作してインク滴を吐出してしまうようなことはない。
【００５２】
そして、印刷中は、電圧ホールド回路２１に駆動信号ＣＯＭが出力され（図６、ステップＳ４）、この駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭが中間電位より高い場合には、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの充電が行なわれ、また駆動信号ＣＯＭが中間電位より低い場合には、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの放電が行なわれる（図６、ステップＳ５でＮｏ）。これにより、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００５３】
ここで、図５（Ｂ）にて符号Ｘで示すように、充電用コンデンサ２６が途中で自己放電により電圧降下を生じ、中間電位より低くなるのを防止するため、チャージ信号ＮＣＨＧが出力される（図６、ステップＳ６）。即ち、チャージ信号ＮＣＨＧは、図５（Ｃ）にて符号Ｙで示すように、駆動信号ＣＯＭの一定周期で、即ち、駆動信号ＣＯＭの変動のない各タイミングで、Ｌレベルのパルスを発生する。これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａが充電され、その都度、中間電位まで昇圧されるようになっている。
【００５４】
このとき、同時に、このチャージ信号ＮＣＨＧのＬレベルのパルスにより、基準電圧発生回路２０の電流増幅回路２２の第三のトランジスタ２３を介して圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに所定電圧が印加されることにより、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂが充電され、同様に中間電位に保持されることになる。
【００５５】
これにより、充電用コンデンサ２６が自己放電したとしても、チャージ信号ＮＣＨＧの各ＬレベルのパルスＹに基づいて、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂが、それぞれ充電されることにより、中間電位に保持され得る。以上のステップＳ４〜Ｓ６の動作が印字終了まで繰り返される（図６、ステップＳ７でＮｏ）。
【００５６】
さらに、印字終了時には（図６、ステップＳ７でＹｅｓ）、所定のストップエンドの動作が行われる（図６、ステップＳ８）。即ち、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図５（Ａ）に示すように、圧電素子１１の一方の電極１１ａから電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して放電されることにより、Ｌｏｗレベルまで低下する。このとき、同時に、基準電圧発生回路２０の電流増幅回路２２の第四のトランジスタ２４が導通し、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂが第四のトランジスタ２４を介して放電され、Ｌｏｗレベルになる。ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、図５（Ｂ）に示すように、駆動信号ＣＯＭとほぼ同様の勾配でＬｏｗレベルに達するので、圧電素子１１の双方の電極間の電位差は、ほぼ０に保持されることになる。
【００５７】
また、駆動信号ＣＯＭがＬｏｗレベルになったら、上述したホールドリセット回路２９にホールドリセット信号が出される（図６、ステップＳ９）。即ち、ホールドリセット回路２９の第五のトランジスタ３０のベースにホールドリセット信号が入力されることにより、第五のトランジスタ３０のコレクタ・エミッタ間が導通して充電用コンデンサ２６の残り電圧を放電させる。これにより、本実施形態によるヘッド駆動方法のシーケンスが終了する。
【００５８】
このようにして、基準電圧発生回路２０の出力、即ち、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、印刷開始から印刷終了まで、印刷タイミング時のパルス波形を除いて、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに追従して、中間電位に保持されるので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、ほぼ０に保持されることになる。
【００５９】
従って、印刷開始時の圧電素子１１の中間電位までの上昇時間は、従来の１００μｓからより短い時間に短縮しても、圧電素子１１の誤動作が発生することがなく、印刷開始から印刷終了までの印刷時間が短縮され得ることになる。
【００６０】
また、基準電圧発生回路２０が圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの充電及び放電を行なうことから、従来の電源回路を使用して圧電素子１１のグランド側を中間電位に保持する場合と比較して、双方向の可変電源が不要となる。
【００６１】
さらに、圧電素子１１の充電及び放電時の電流は、駆動信号ＣＯＭによる圧電素子１１の一方の電極への充電及び放電時のピーク電流の最大値でよいことから、別の電源ラインを引き回す必要がない。従って、ヘッド駆動装置１０を印刷ヘッドに搭載する場合、電源ラインが少なくて済み、ヘッド駆動装置１０とプリンタ本体を接続するために、従来と同じＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）を使用することができると共に、Ｌ分の発生が低減され得ることになる。
【００６２】
また、基準電圧発生回路２０の電圧ホールド回路２１は、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて作動するので、調整が容易である。
【００６３】
さらに、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂが常に中間電位に保持されていることから、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される駆動電圧が低くなる。従って、圧電素子１１における消費電力が低減されると共に、圧電素子１１の自己放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減されることになる。また、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電位差が低くなるので、このような圧電素子が隣接する場合であっても、圧電素子間の放電の発生が低減されるので、圧電素子間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドの高密度化を容易に実現することが可能になる。
【００６４】
さらに、圧電素子の発熱が低減されることになり、温度変化による圧電素子の特性変化が減少すると共に、温度により圧電素子の動作特性が変化したとしても、基準電圧発生回路が、常に圧電素子のグランド側を中間電位に保持することから、基準電圧を可変電源にした場合のような温度補正が不要となる。
【００６５】
上述した実施形態においては、圧電素子１１として例えばピエゾ素子が使用されているが、これに限らず、他の圧電素子、例えば電歪素子，磁歪素子等を使用してもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基準電圧発生回路から圧電素子のグランド側の電極に直接に中間電位を供給することにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が比較的低くなることから、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置における基準電圧発生回路を中間電圧発生回路とした構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の中間電圧発生回路の電圧ホールド回路による構成例を示すブロック図である。
【図４】図３の電圧ホールド回路の具体的構成例を示すブロック図である。
【図５】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）駆動信号，（Ｂ）圧電素子の双方の電極電圧及び（Ｃ）チャージ信号の変動を示すタイムチャートである。
【図６】図１のヘッド駆動装置の駆動方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ 駆動波形発生回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
１５ 第一のトランジスタ
１６ 第二のトランジスタ
２０ 基準電圧発生回路
２１ 電圧ホールド回路
２２ 電流増幅回路
２３ 第三のトランジスタ
２４ 第四のトランジスタ
２５ アナログスイッチ
２６ 充電用コンデンサ
２７ アナログアンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式プリンタのヘッドにてインク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられた圧電素子のグランド側を中間電位に保持するようにしたインクジェット式プリンタのヘッド駆動技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンピュータの出力装置として、数色のインクを記録ヘッドから吐出するタイプのインクジェット式カラープリンタが普及してきており、コンピュータ等が処理した画像を多色多階調で印刷するために広く用いられている。
【０００３】
例えば、インク吐出のための駆動素子として圧電素子を用いたインクジェット式プリンタでは、印刷ヘッドの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた複数個の圧電素子を選択的に駆動することにより、各圧電素子の動圧に基づいてノズルからインク滴を吐出させ、印刷用紙にインク滴を付着させることにより、印刷用紙にドットを形成して、印刷を行なうようにしている。
【０００４】
ここで、各圧電素子は、インク滴を吐出するためのノズルに対応して設けられており、印刷ヘッド内に実装されたドライバＩＣ（ヘッド駆動回路）から供給される駆動信号により駆動され、インク滴を吐出させるようになっている。
【０００５】
ところで、このような圧電素子は、非駆動時（すなわち印刷を行なわないとき）には、充電により蓄積された電荷が、絶縁抵抗により放電して、その電圧が低下してしまうことにより、インクの吐出に影響を与えることがある。
【０００６】
このため、本出願人による特許第３０９７１５５号において、圧電素子に対して、駆動タイミングとは異なるタイミングで、充填電圧を印加して、充電電圧を維持するようにしたヘッドの駆動装置及び駆動方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式プリンタのヘッド駆動においては、各圧電素子に印加される駆動信号は、例えば、非駆動時に高い電圧に設定され、駆動時には電圧が低くなるように構成されている。この場合には、消費電力が大きくなると共に、圧電素子に印加される電圧が比較的高くなってしまうために前述した放電による電圧降下も大きく、電力損失が大きい。
【０００８】
また、印刷品質の向上のために、印刷ドットの高密度化を実現しようとすると、互いに隣接する圧電素子の電極間のギャップが狭くなるが、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電極間電圧が高くなると、これらの圧電素子の電極との間で放電が発生することがある。このため、圧電素子の電極間に絶縁処理が必要になってしまう。
【０００９】
これに対して、各圧電素子のグランド側を駆動信号の中間電位に保持するようにするヘッド駆動方式もある。このようなヘッド駆動方式によれば、上述した高密度化の際の圧電素子電極間の放電を防止することができるが、駆動信号の変動に対応して、電圧を変動させると共に、充電及び放電の切換えが必要であることから、双方向の可変電源が必要となる。
【００１０】
さらに、温度によって圧電素子の動作特性が変化することから、温度による中間電位の補正のために、電源を変動させる必要がある。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、簡単な構成により、各圧電素子の中間電位を容易に保持し得るようにした、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及びヘッド駆動方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、各圧電素子のグランド側の電極に基準電圧発生回路からの基準電圧を印加して、各圧電素子のグランド側を中間電位に保持するようにした。
【００１３】
即ち、請求項１記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的に駆動波形発生回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、各圧電素子のグランド側の電極に中間電位を印加する基準電圧発生回路を備え、前記圧電素子は、充電時、分極電圧が発生する方向と同方向に印加され、放電時、前記分極電圧が発生する方向と逆方向に印加されることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法では、複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインクに圧力を加える圧電素子を、所定の印字タイミングで選択的に駆動波形発生回路からの駆動信号により駆動し、対応するノズルからインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、基準電圧発生回路は、各圧電素子のグランド側の電極に中間電位を印加し、前記圧電素子は、充電時、分極電圧が発生する方向と同方向に印加され、放電時、前記分極電圧が発生する方向と逆方向に印加されることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、基準電圧発生回路から圧電素子のグランド側の電極に直接に中間電位を供給することにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が比較的低くなることから、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減される。
【００１６】
また、圧電素子に印加される電圧が比較的低くなることによって、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電圧差による放電の発生も低減され、圧電素子の電極間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドの高密度化が容易に行なわれる。
【００１７】
さらに、圧電素子の発熱が低減されることになり、温度変化による圧電素子の特性変化が減少すると共に、温度により圧電素子の動作特性が変化したとしても、基準電圧発生回路が、常に圧電素子のグランド側を中間電位に保持することから、温度補正が不要となる。
【００１８】
請求項２記載のヘッド駆動装置においては、上記基準電圧発生回路が、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで充電電圧を各圧電素子に印加して、圧電素子の放電による電荷の減少を補正する圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、駆動波形発生回路からの駆動信号の任意の電圧をラッチする電圧ホールド回路と、電圧ホールド回路の出力を電流増幅する電流増幅回路と、を含んでいることを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載のヘッド駆動方法においては、上記基準電圧発生回路にて、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで充電電圧を各圧電素子に印加して、圧電素子の放電による電荷の減少を補正する圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、電圧ホールド回路により駆動波形発生回路からの駆動信号の任意の電圧をラッチし、電圧ホールド回路の出力を電流増幅回路により電流増幅することを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、圧電素子の充電電圧を保持するための圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、基準電圧発生回路の電圧ホールド回路が駆動信号の任意の電圧をラッチすることにより、所望の基準電圧を発生させることができると共に、その基準電圧に基づいて電流増幅回路により電流増幅することによって、比較的大きな電流により圧電素子のグランド側の電極を充電して、圧電素子のグランド側の電極を中間電位に保持することができる。従って、従来のように充電電圧を変動させる必要がなく、可変電源が不要である。
【００２１】
また、駆動波形発生回路からの駆動信号に基づいて、電流増幅により基準電圧を発生させることから、駆動信号の電流増幅に使用される定電圧電源を利用することにより、別の電源ラインを引き回す必要がないので、従来の回路をそのまま利用することができる。
【００２２】
請求項３記載のヘッド駆動装置において、上記基準電圧発生回路は、駆動信号が中間電位より高いとき、圧電素子の放電を行ない、駆動信号が中間電位より低いとき、圧電素子の充電を行なうことを特徴とする。
【００２３】
請求項９記載のヘッド駆動方法において、上記基準電圧発生回路は、駆動信号が中間電位より高いとき、圧電素子の放電を行ない、駆動信号が中間電位より低いとき、圧電素子の充電を行なうことを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、基準電圧発生回路が、駆動信号に基づいて、圧電素子に対する放電及び充電を行なうことにより、圧電素子のグランド側の電極を中間電位に保持するので、双方向の可変電源が不要となる。
【００２５】
請求項４記載のヘッド駆動装置においては、上記基準電圧発生回路が、上記電圧ホールド回路の出力に基づいて、圧電素子充電手段による各圧電素子への充電時に、基準電圧を出力することを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載のヘッド駆動方法においては、上記基準電圧発生回路が、上記電圧ホールド回路の出力に基づいて、圧電素子充電手段による各圧電素子への充電時に、基準電圧を出力することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、印刷前に圧電素子充電手段が圧電素子への充電を行なう際に、基準電圧発生回路が、圧電素子のグランド側の電極に対して基準電圧を出力することにより、圧電素子の双方の電極が、相互の電圧差を殆ど生ずることなく、それぞれ充電されるので、圧電素子の誤動作が防止されることになる。従って、印刷前の圧電素子充電手段による圧電素子への充電がより短時間で迅速に行なうことが可能になる。
【００２８】
請求項５記載のヘッド駆動装置においては、上記基準電圧発生装置が、圧電素子の放電を行なうための放電手段を備えていることを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、圧電素子のグランド側が中間電位より高い電圧である場合に、この放電手段を介して放電が行なわれることにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持され得る。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態に係るヘッド駆動装置について説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３１】
図１は、本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示している。図１において、ヘッド駆動装置１０は、インクジェット式プリンタの複数のノズルに対応してそれぞれ設けられた圧電素子１１と、各圧電素子１１の一方の電極１１ａに対して駆動信号を供給するため駆動波形発生回路１２と、この駆動波形発生回路１２と各圧電素子１１との間に設けられた電流増幅回路１３及びスイッチ回路１４と、圧電素子１１の他方のグランド側の電極１１ｂに対して所定電圧を印加する基準電圧発生回路２０と、から構成されている。かかるヘッド駆動装置１０を構成する要素のうち、駆動波形発生回路１２と、基準電圧発生回路２０と、電流増幅回路１３は、本実施形態では、プリンタ本体部分１００に設けられ、一方、圧電素子１１と、スイッチ回路１４は、ヘッド部分２００に設けられている。ここで、図１においては、圧電素子１１は一つのみが示されているが、実際には、インクジェット式プリンタのヘッドには、複数個のノズルが設けられており、各ノズルに対してそれぞれ一つの圧電素子が備えられている。そして、図１に示すように、制御信号ＣＳが入力されることによりスイッチ回路１４は、複数の圧電素子のうち対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、後述する駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。尚、各圧電素子１１に対して、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、実際にはシフトレジスタ等を介して、順次に出力されるようになっている。
【００３２】
圧電素子１１は、例えばピエゾ素子であって、双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される電圧により変位するように構成されている。そして、圧電素子１１は、常時中間電位付近に充電されており、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて放電する際に対応するノズル内のインクに圧力を加えることにより、このノズルからインク滴を吐出するように構成されている。
【００３３】
駆動波形発生回路１２は、インクジェット式プリンタのヘッドへ駆動信号ＣＯＭを発生させるものであり、上述したように、本実施形態では、プリンタ本体部分１００に配置されている。
【００３４】
電流増幅回路１３は、二つのトランジスタ１５，１６から構成されている。このうち、第一のトランジスタ１５は、コレクタが図示しない定電圧電源に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の出力に接続されると共に、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続されている。これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号に基づいて導通して、ＶＨ電圧をスイッチ回路１４を介して圧電素子１１に供給する。
【００３５】
また、第二のトランジスタ１６は、エミッタがスイッチ回路１４の入力側に接続され、ベースが駆動波形発生回路１２の出力に接続されると共に、コレクタがグランドにアース接続されている。これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号に基づいて導通して、圧電素子１１をスイッチ回路１４を介して放電させる。
【００３６】
スイッチ回路１４は、制御信号ＣＳが入力されることにより、対応する圧電素子１１の駆動タイミングでオンされ、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１１に出力するようになっている。
【００３７】
基準電圧発生回路２０は、所定電圧を圧電素子１１の他方の電極１１ｂに印加するように構成されている。ここで、この所定電圧は、例えば、圧電素子１１の駆動信号ＣＯＭによる中間電位にほぼ等しい電圧に設定することが可能である。かかる構成例について、図２を参照して説明する。
【００３８】
図２に示す例では、基準電圧発生回路２０は、中間電圧発生回路２０Ａとして構成され、この中間電圧発生回路２０Ａの出力側は、圧電素子１１の他方の電極１１ｂに接続されている。また、中間電圧発生回路２０Ａの入力側は、駆動波形発生回路１２の駆動波形ＣＯＭの出力側に接続されており、駆動波形発生回路１２から駆動信号ＣＯＭが入力される。
【００３９】
ここで、中間電圧発生回路２０Ａは、具体的には、例えば、図３に示すように、電圧ホールド回路２１と、電流増幅回路２２と、から構成されている。
【００４０】
電圧ホールド回路２１は、圧電素子１１に対するチャージ信号ＮＣＨＧに基づいて圧電素子１１を充電するタイミングで、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭにより、充電されるように構成されている。電流増幅回路２２は、二つのトランジスタ２３，２４から構成されている。
【００４１】
一方の第三のトランジスタ２３は、コレクタが図示しない定電圧電源に接続され、ベースが電圧ホールド回路２１の出力に接続されると共に、エミッタが順方向のダイオード２３ａを介して圧電素子１１のグランド側の電極（共通端子）に接続されている。これにより、電圧ホールド回路２１からの信号に基づいて導通して、ＶＨ電圧を圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに印加する。
【００４２】
また、他方の第四のトランジスタ２４は、エミッタが逆方向のダイオード２４ａを介して圧電素子１１のグランド側の電極（共通端子）に接続され、ベースが電圧ホールド回路２１の出力に接続されると共に、エミッタがグランドにアース接続されている。これにより、電圧ホールド回路２１からの信号に基づいて導通して、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂを放電させる。
【００４３】
図４は、上記電圧ホールド回路２１の具体的な構成例を示している。図４において、電圧ホールド回路２１は、アナログスイッチ２５と、充電用コンデンサ２６と、ホールドリセット回路２９と、アナログアンプ２７と、から構成されている。
【００４４】
アナログスイッチ２５は、公知の構成であって、二つの対向して接続されたＦＥＴ２５ａ，２５ｂと、インバータ２５ｃと、から構成されており、一方のＦＥＴ２５ａのゲート電極にはインバータ２５ｃを介して、また他方のＦＥＴ２５ｂのゲート電極には直接に前記チャージ信号ＮＣＨＧが入力されるようになっていると共に、双方のＦＥＴ２５ａ，２５ｂのソース電極には、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭが入力されるようになっている。
【００４５】
充電用コンデンサ２６は、一方の電極が双方のＦＥＴ２５ａ，２５ｂのドレイン電極に接続されると共に、他方の電極がグランドにアース接続されている。尚、充電用コンデンサ２６の容量は、アナログアンプ２７の入力インピーダンスによる自己放電に対応して、チャージ信号の周期に対して影響のないような時定数となるように、適宜に選定される。尚、ホールドリセット回路２９は、第五のトランジスタ３０から構成されており、第五のトランジスタ３０のベースにホールドリセット信号が入力されることにより、コレクタ・エミッタ間が導通して充電用コンデンサ２６の残り電圧を放電させる。
【００４６】
アナログアンプ２７は、一方の入力端子に充電用コンデンサ２６の一方の電極が接続されると共に、二つの出力端子がそれぞれ前記電流増幅回路２２の二つのトランジスタ２３，２４のベースに接続されている。さらに、アナログアンプ２７の他方の入力端子は、前記電流増幅回路２２の出力がフィードバック入力されている。
【００４７】
ここで、電流増幅回路２２の定電圧電源からの電流は、圧電素子の充電時には、第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１に流れる電流と、圧電素子１１から第四のトランジスタ２４を介して放電される電流とが同じピーク電流となるように、また圧電素子の放電時には、第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１から放電される電流と、第三のトランジスタ２３を介して圧電素子１１に流れる電流とが同じピーク電流となるように、適宜に選定される。
【００４８】
本発明実施形態によるヘッド駆動装置１０は、以上のように構成されており、本発明によるヘッド駆動方法に基づいて、以下のように動作する。以下、本発明の実施形態に係るヘッド駆動方法について、図５のタイミングチャート及び図６のフローチャートを参照して、詳しく説明する。
【００４９】
先ず、インクジェット式プリンタの印字開始（スタートアップ）時に、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭを、図５（Ａ）に示すように、例えば１００μｓの時間だけチャージ信号ＮＣＨＧがＬｏｗレベルに反転する（図６、ステップＳ１）ことによって、中間電位まで上昇させる（図６、ステップＳ２）。これにより、駆動信号ＣＯＭにより電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５からスイッチ回路１４を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａに電流が流れて充電することにより、圧電素子１１の一方の電極１１ａは、図５（Ｂ）にて実線で示すように、中間電位まで上昇することになる。
【００５０】
このとき、チャージ信号ＮＣＨＧの反転により、アナログスイッチ２５を介して電圧ホールド回路２１の充電用コンデンサ２６が充電されることにより、駆動信号ＣＯＭの任意の電圧がラッチされ、アナログアンプ２７から出力される。これにより、電流増幅回路２２の第三のトランジスタ２３が導通し、上述した図示しない定電圧電源から電流がダイオード２３ａを介して圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに流れる。これにより、図５（Ｂ）にて点線で示すように、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位も徐々に上昇して、中間電位に達する（図６、ステップＳ３）。
【００５１】
ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、図５（Ｂ）に示すように、駆動信号ＣＯＭとほぼ同様の勾配で中間電位に達するので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、ほぼ０に保持されることになる。従って、スタートアップ時の圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂの中間電位までの時間は、従来のように例えば１００μｓである必要はなく、より短い時間、例えば２０μｓや１０μｓ程度に設定しても、圧電素子１１が誤動作してインク滴を吐出してしまうようなことはない。
【００５２】
そして、印刷中は、電圧ホールド回路２１に駆動信号ＣＯＭが出力され（図６、ステップＳ４）、この駆動信号ＣＯＭの変動に基づいて、駆動信号ＣＯＭが中間電位より高い場合には、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの充電が行なわれ、また駆動信号ＣＯＭが中間電位より低い場合には、電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａの放電が行なわれる（図６、ステップＳ５でＮｏ）。これにより、圧電素子１１が駆動信号ＣＯＭに基づいて作動して、インク滴を吐出する。
【００５３】
ここで、図５（Ｂ）にて符号Ｘで示すように、充電用コンデンサ２６が途中で自己放電により電圧降下を生じ、中間電位より低くなるのを防止するため、チャージ信号ＮＣＨＧが出力される（図６、ステップＳ６）。即ち、チャージ信号ＮＣＨＧは、図５（Ｃ）にて符号Ｙで示すように、駆動信号ＣＯＭの一定周期で、即ち、駆動信号ＣＯＭの変動のない各タイミングで、Ｌレベルのパルスを発生する。これにより、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて、電流増幅回路１３の第一のトランジスタ１５を介して圧電素子１１の一方の電極１１ａが充電され、その都度、中間電位まで昇圧されるようになっている。
【００５４】
このとき、同時に、このチャージ信号ＮＣＨＧのＬレベルのパルスにより、基準電圧発生回路２０の電流増幅回路２２の第三のトランジスタ２３を介して圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂに所定電圧が印加されることにより、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂが充電され、同様に中間電位に保持されることになる。
【００５５】
これにより、充電用コンデンサ２６が自己放電したとしても、チャージ信号ＮＣＨＧの各ＬレベルのパルスＹに基づいて、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂが、それぞれ充電されることにより、中間電位に保持され得る。以上のステップＳ４〜Ｓ６の動作が印字終了まで繰り返される（図６、ステップＳ７でＮｏ）。
【００５６】
さらに、印字終了時には（図６、ステップＳ７でＹｅｓ）、所定のストップエンドの動作が行われる（図６、ステップＳ８）。即ち、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭは、図５（Ａ）に示すように、圧電素子１１の一方の電極１１ａから電流増幅回路１３の第二のトランジスタ１６を介して放電されることにより、Ｌｏｗレベルまで低下する。このとき、同時に、基準電圧発生回路２０の電流増幅回路２２の第四のトランジスタ２４が導通し、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂが第四のトランジスタ２４を介して放電され、Ｌｏｗレベルになる。ここで、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、図５（Ｂ）に示すように、駆動信号ＣＯＭとほぼ同様の勾配でＬｏｗレベルに達するので、圧電素子１１の双方の電極間の電位差は、ほぼ０に保持されることになる。
【００５７】
また、駆動信号ＣＯＭがＬｏｗレベルになったら、上述したホールドリセット回路２９にホールドリセット信号が出される（図６、ステップＳ９）。即ち、ホールドリセット回路２９の第五のトランジスタ３０のベースにホールドリセット信号が入力されることにより、第五のトランジスタ３０のコレクタ・エミッタ間が導通して充電用コンデンサ２６の残り電圧を放電させる。これにより、本実施形態によるヘッド駆動方法のシーケンスが終了する。
【００５８】
このようにして、基準電圧発生回路２０の出力、即ち、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの電位は、印刷開始から印刷終了まで、印刷タイミング時のパルス波形を除いて、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに追従して、中間電位に保持されるので、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間の電位差は、ほぼ０に保持されることになる。
【００５９】
従って、印刷開始時の圧電素子１１の中間電位までの上昇時間は、従来の１００μｓからより短い時間に短縮しても、圧電素子１１の誤動作が発生することがなく、印刷開始から印刷終了までの印刷時間が短縮され得ることになる。
【００６０】
また、基準電圧発生回路２０が圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂの充電及び放電を行なうことから、従来の電源回路を使用して圧電素子１１のグランド側を中間電位に保持する場合と比較して、双方向の可変電源が不要となる。
【００６１】
さらに、圧電素子１１の充電及び放電時の電流は、駆動信号ＣＯＭによる圧電素子１１の一方の電極への充電及び放電時のピーク電流の最大値でよいことから、別の電源ラインを引き回す必要がない。従って、ヘッド駆動装置１０を印刷ヘッドに搭載する場合、電源ラインが少なくて済み、ヘッド駆動装置１０とプリンタ本体を接続するために、従来と同じＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）を使用することができると共に、Ｌ分の発生が低減され得ることになる。
【００６２】
また、基準電圧発生回路２０の電圧ホールド回路２１は、駆動波形発生回路１２からの駆動信号ＣＯＭに基づいて作動するので、調整が容易である。
【００６３】
さらに、圧電素子１１のグランド側の電極１１ｂが常に中間電位に保持されていることから、圧電素子１１の双方の電極１１ａ，１１ｂ間に印加される駆動電圧が低くなる。従って、圧電素子１１における消費電力が低減されると共に、圧電素子１１の自己放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減されることになる。また、駆動される圧電素子と非駆動の圧電素子との間の電位差が低くなるので、このような圧電素子が隣接する場合であっても、圧電素子間の放電の発生が低減されるので、圧電素子間の絶縁処理を行なうことなく、ヘッドの高密度化を容易に実現することが可能になる。
【００６４】
さらに、圧電素子の発熱が低減されることになり、温度変化による圧電素子の特性変化が減少すると共に、温度により圧電素子の動作特性が変化したとしても、基準電圧発生回路が、常に圧電素子のグランド側を中間電位に保持することから、基準電圧を可変電源にした場合のような温度補正が不要となる。
【００６５】
上述した実施形態においては、圧電素子１１として例えばピエゾ素子が使用されているが、これに限らず、他の圧電素子、例えば電歪素子，磁歪素子等を使用してもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基準電圧発生回路から圧電素子のグランド側の電極に直接に中間電位を供給することにより、圧電素子のグランド側が中間電位に保持されることになる。従って、圧電素子の双方の電極間に印加される電圧が比較的低くなることから、消費電力が低減されると共に、圧電素子の自然放電による電圧降下が小さく、電力損失が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヘッド駆動装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のヘッド駆動装置における基準電圧発生回路を中間電圧発生回路とした構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の中間電圧発生回路の電圧ホールド回路による構成例を示すブロック図である。
【図４】図３の電圧ホールド回路の具体的構成例を示すブロック図である。
【図５】図１のヘッド駆動装置における（Ａ）駆動信号，（Ｂ）圧電素子の双方の電極電圧及び（Ｃ）チャージ信号の変動を示すタイムチャートである。
【図６】図１のヘッド駆動装置の駆動方法の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ヘッド駆動装置
１１ 圧電素子
１１ａ 一方の電極
１１ｂ グランド側の電極
１２ 駆動波形発生回路
１３ 電流増幅回路
１４ スイッチ回路
１５ 第一のトランジスタ
１６ 第二のトランジスタ
２０ 基準電圧発生回路
２１ 電圧ホールド回路
２２ 電流増幅回路
２３ 第三のトランジスタ
２４ 第四のトランジスタ
２５ アナログスイッチ
２６ 充電用コンデンサ
２７ アナログアンプ
Claims (10)
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインク室に圧力を加える圧電素子を、駆動波形発生回路からの駆動信号により所定の印字タイミングで選択的に駆動し、対応するノズルのインク室からインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置であって、
各圧電素子のグランド側の電極に中間電位を印加する基準電圧発生回路を備え、
前記圧電素子は、充電時、分極電圧が発生する方向と同方向に印加され、放電時、前記分極電圧が発生する方向と逆方向に印加されることを特徴とする、インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。 - 上記基準電圧発生回路が、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで充電電圧を各圧電素子に印加して、圧電素子の放電による電荷の減少を補正する圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、駆動波形発生回路からの駆動信号の任意の電圧をラッチする電圧ホールド回路と、電圧ホールド回路の出力を電流増幅する電流増幅回路と、を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記基準電圧発生回路は、駆動信号が中間電位より高いとき、圧電素子の放電を行ない、駆動信号が中間電位より低いとき、圧電素子の充電を行なうことを特徴とする、請求項１または２に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記基準電圧発生回路が、上記電圧ホールド回路の出力に基づいて、圧電素子充電手段による各圧電素子への充電時に、基準電圧を出力することを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 上記基準電圧発生装置が、圧電素子の放電を行なうための放電手段を備えていることを特徴とする、請求項３または４に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動装置。
- 請求項１から５の何れかに記載のヘッド駆動装置を有していることを特徴とするインクジェット式プリンタ。
- 複数のノズルに対応してそれぞれ設けられたインク室に圧力を加える圧電素子を、駆動波形発生回路からの駆動信号により所定の印字タイミングで選択的に駆動し、対応するノズルのインク室からインク滴を吐出させて記録を行なう、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法であって、
基準電圧発生回路は、各圧電素子のグランド側の電極に中間電位を印加し、
前記圧電素子は、充電時、分極電圧が発生する方向と同方向に印加され、放電時、前記分極電圧が発生する方向と逆方向に印加されることを特徴とする、インクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。 - 上記基準電圧発生回路にて、各圧電素子の印字タイミングと異なるタイミングで充電電圧を各圧電素子に印加して、圧電素子の放電による電荷の減少を補正する圧電素子充電手段からのチャージ信号に基づいて、電圧ホールド回路により駆動波形発生回路からの駆動信号の任意の電圧をラッチし、電圧ホールド回路の出力を電流増幅回路により電流増幅することを特徴とする、請求項７に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
- 上記基準電圧発生回路は、駆動信号が中間電位より高いとき、圧電素子の放電を行ない、駆動信号が中間電位より低いとき、圧電素子の充電を行なうことを特徴とする、請求項７または８に記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
- 上記基準電圧発生回路が、上記電圧ホールド回路の出力に基づいて、圧電素子充電手段による各圧電素子への充電時に、基準電圧を出力することを特徴とする、請求項７から９の何れかに記載のインクジェット式プリンタのヘッド駆動方法。
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