JP4227852B2 - インクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法に関し、さらに詳述すると、本発明は、インクを満たした圧力室へ圧力発生手段により圧力変化を発生させてノズルからインク滴を吐出させて、用紙に文字や画像を記録するインクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法では、インクジェットヘッドから吐出されるインク滴のサイズは、吐出時のノズルにおけるインクメニスカスの状態により決定されている。基本的なインク吐出のメカニズムを、図を用いて説明する。図９は、ピエゾ素子を用いたヘッドの断面図を示すものである。本図９のヘッドは、ピエゾ素子の変位によりインク室の下の振動板が変位し、インク室に発生する圧力波を利用してインクをノズルから吐出させるものである。
【０００３】
図１０〜図１２は、図９に示したヘッドの、基本的なインク吐出の動作の一例を示すものである。図１０は、ピエゾ素子の駆動電極に入力される駆動波形を表す。図１１は、図１０の駆動波形が入力された場合の、吐出時のインクメニスカスの状態を示すものであり、図９のヘッドにおいて、インク液室と反対側インクが吐出する方向にメニスカス変位の正の向きを取っている。
【０００４】
図１２は、時刻（ａ）、（ｂ）、（ｃ）におけるヘッドの状態を示すものである。図１０〜図１２を用いてインク吐出動作を説明する。図１０に示す駆動波形は、立ち下がり部（ａ−ｂの区間）と立ち上がり部（ｂ−ｃの区間）より構成されている。まず、区間ａ−ｂ駆動波形が入力されると、ピエゾ素子は収縮し、インク液室は減圧状態となり、一度メニスカスは後退する。インク液室には特定周期の圧力波が発生しており、その周期に従ってメニスカスは振動する。この特定周期は、固有周期（Ｔｃ）と呼ばれる。
【０００５】
ここで駆動波形の区間ａ−ｂの長さは、意図的に固有周期Ｔｃの半分の長さに設定してある。固有周期に従いメニスカスが前進を始めるタイミングで、今度は逆位相で立ち上がり部（ｂ−ｃ）が入力されるため、圧力振動の振幅はさらに大きくなり、インク滴が吐出する。以上は、基本的な引き打ち吐出の場合であるが、どのようなインク滴であれ、固有周期と駆動波形の関係により、出力インク滴の大きさは決定される。
【０００６】
ここでヘッドの固有周期がＴｃのヘッドにおいて、図１３ような駆動波形に対する吐出滴体積Ｍｊの関係を、駆動波形の形状を決めているＴ１をパラメータとして示すと、図１４ようになる。図１４は、ヘッドの吐出体積はパラメータＴ１が０．５×Ｔｃと一致する場合に、最もインクサイズが大きく、パラメータＴ１が０．５×Ｔｃからずれるに従い、サイズは小さくなることを示している。
【０００７】
ところで、近年のインクジェットプリンタは、高画質化が進んでおり画像のなめらかな階調性の実現の要求が高くなっている。そこで、ドットサイズが一定のインク滴を一定面積にどれだけ打ち込むかによる面積階調による方法から、ノズルから吐出するインク滴そのものに階調性を持たせるように、多種類の異なるインク滴を吐出させる技術が求められている。サイズを異ならせるためには、それぞれの滴サイズ毎に駆動波形が必要となる。
【０００８】
例えば、大、中、小３種類のドットの滴サイズが必要な場合には、それぞれの滴サイズ毎に３種類の駆動波形が必要とされる。また実際のプリンタでは、ヘッドのばらつきと、インク温度による補正が必要である。駆動波形としては、さらに多くの種類を用意しておかなければいけない。上記のように、多種類の駆動波形を生成する方式として、駆動波形を形成するデータ群をプログラマブルに活用する方法が、提案されている（参照；特許文献１）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３３４９４１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高画質化の要求、ヘッドばらつきを補正して精度を向上させる要求は、増加の一途を示しており、駆動波形データとして用意するべきデータは、増加するばかりである。従来の方式において駆動波形を増やすには、データを格納しておくメモリを増加すればよいが、それはコストアップを招いてしまうという課題点がある。
【００１１】
本発明は、必要とする駆動波形データを増加させずに簡単な設定のみで様々な駆動波形を生成する、インクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置は、インクジェットヘッド駆動波形のデジタルデータを、入力されるサンプリングクロックに対応してデジタル／アナログ変換するＤＡコンバータと、ＤＡコンバータのアナログ出力信号を増幅する増幅回路とを備え、サンプリングクロックを変えることによりＤＡコンバータのアナログ出力信号の出力タイミングを可変としたことを特徴としている。
【００１３】
また、上記サンプリングクロックの出力タイミングは、インクジェットヘッドのインク液室の固有周期により、またはインク温度により補正され、吐出滴のサイズに合わせて制御し、ＤＡコンバータへ入力されるサンプリングクロックは、カウンタ回路により生成するとよい。
【００１４】
請求項６記載の発明のインクジェットヘッド駆動波形の生成方法は、ＤＡコンバータによりインクジェットヘッド駆動波形のデジタルデータをデジタル／アナログ変換するデジタル／アナログ変換ステップと、増幅回路によりアナログ出力信号を増幅するアナログ出力信号増幅ステップと、ＤＡコンバータのサンプリングクロックを変えるサンプリングクロック変更ステップとを有し、前記アナログ出力信号の出力タイミングを可変としたことを特徴としている。
【００１５】
また、上記サンプリングクロックの出力タイミングは、インクジェットヘッドのインク液室の固有周期により補正され、またはインク温度に基づき補正され、吐出滴のサイズに合わせて制御され、ＤＡコンバータへ入力されるサンプリングクロックは、カウンタ回路により生成されるとよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による、インクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法の実施の形態を、詳細に説明する。図１から図８を参照すると、本発明のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法の一実施形態が示されている。
【００１７】
本発明の第１の実施例を、図を用いて説明する。図１は、本発明のプリンタ全体構成例を表す図である。プリンタ１は、コンピュータ２から画像印刷の指示、またそれに伴う画像データを受信して印字を行うものであり、ＩＦ部１１はケーブル等を介してコンピュータ２とつながっている。プリンタ１は、コンピュータ２からの指示に従いプリンタ全体を制御するコントローラ回路１０と、紙送り用の副走査モータ２１と、キャリッジを移動させる主走査モータ２０と、インクを吐出させるヘッド２２を備えている。
【００１８】
コントローラ回路１０は、コンピュータ１からの印刷指示や画像信号を受け取るインタフェース１１と、各種データの記憶を行うＲＡＭ１２と、各種処理のためのプログラムやデバイスの設定を記憶したＲＯＭ１３と、プログラムに従い演算処理を行うＣＰＵ１４と、駆動波形生成回路１５と、モータ、ヘッド等のプリンタ上のデバイスとのインタフェース部１６を備えている。
【００１９】
ＲＡＭ１２は、コンピュータ２からの画像データを蓄え、蓄えられたデータはＲＯＭ１３内のプログラムに従いＣＰＵ１４により演算されてヘッド駆動用のラスターデータとなり、再びＲＡＭ１２に蓄えられる。ラスターデータは、インタフェース１６を介してヘッド２２に送られる。
【００２０】
ＲＯＭ１３には、駆動波形生成回路を制御するための駆動波形データ、サンプリングクロック信号の補正データなども格納されている。
図２は、ヘッド駆動の電気的な構成に関わる部分を示すものである。本実施例におけるヘッドは複数のノズルを持っており、各々のチャンネルのインク吐出に関わる物理的な構成は、図９に示すものと同一である。
図２において、ヘッドドライバー２２１はＩＣ化されて、ヘッドの近傍に実装されている。ドライバーＩＣのシフトレジスタは、記録周期ごとに本体ＣＰＵ側から送信される記録データを記憶する。記憶されたデータは、ラッチパルスによりラッチへと転送される。ここでプリンタが多階調のインク滴を打ち分けるものであれば、印字データは各チャンネル毎に、それに対応したｂｉｔ数のデータが送信される。
【００２１】
デコーダは、ラッチにストアされたデータ及び制御信号を入力として、その出力をレベルシフタに入力する。レベルシフタは、デコーダ部出力のロジックレベル電圧信号をスイッチが動作可能なレベルへとレベル変換を行い、スイッチの開閉動作を行う。スイッチは、その入力端が各ピエゾ素子２２２とも共通となっており、駆動信波形生成回路から駆動波形信号が入力されている。各々のスイッチの出力側は、各ノズル毎のピエゾの駆動電極に接続される。
【００２２】
図３に、本実施例の駆動波形生成部１５の構成例を示す。本図３において、ＤＡ１５０は、入力デジタルデータをサンプリングクロックに従い所定のレベルのアナログ信号に変換するＤＡコンバータである。クロック制御回路１５１は、ＣＰＵ１４から指示された値に従い所定の周期でクロック信号を発生する回路である。ＡＭＰは、ＤＡコンバータからのアナログ出力を所定の増幅率でインク吐出可能なレベルに変換する増幅回路である。この増幅回路出力は、ＩＦ部１６を介して図２に於けるヘッドドライバーＩＣ２２のスイッチ部へと入力される。
【００２３】
図４は、クロック制御部１５１の機能を示す概念的な回路構成図である。クロック制御部１５１は、カウンタ回路からなり、ＣＰＵ１４のクロックに応じてカウント動作を行う。ＣＰＵ１４のクロックは、駆動波形生成のクロックに比べて充分高速であり、例えば２００ＭＨｚとする、駆動波形生成の標準のサンプリングクロックを４ＭＨｚとすると、標準値を出力する場合には、ｄａｔａとして５０が設定される。
【００２４】
上記カウンタは、設定されたカウント値５０に従ってＣＰＵクロック５０パルス毎に、規則的な信号をデコーダに出力する。デコーダでは、想定される駆動波形のサンプリングクロック周期とＤＡコンバータが認識できるパルス信号にカウント出力をデコードし、ＤＡ１５０のクロック信号とする。このことにより、４ＭＨｚのサンプルレートで駆動波形生成が可能となる。
【００２５】
図５は、図３に示される駆動波形生成回路１５の信号動作例を表すタイムチャートである。なお、図５の駆動波形は、図１０に示した場合と同じねらいのもので、標準的なヘッドの固有周期をＴｃとして最適化したものを出力する場合を想定している。図５を用いて、図３の駆動波形生成回路の信号動作を説明する。ＣＰＵ１４には、装着されたヘッドの固有周期が予め標準値であることが解っており、製造過程においてその設定がＲＯＭ１３に書き込まれる。
【００２６】
ＣＰＵ１４は、クロック制御回路１５１に周期Ｔｓｃｋ（＝２５０ｎｓｅｃ) にてサンプリングクロックが出力されるように設定を行う。設定により、クロック制御回路１５１は、周期Ｔｓｃｋのパルス信号をＤＡ１５０及びＣＰＵ１４に出力する。ＣＰＵ１４は、出力されたＤＡ用クロック信号のタイミングに従って、ＲＯＭ１３に対して駆動波形データが格納されたアドレスを順次出力する。ＲＯＭ１３は、ＣＰＵ１４より出力されるアドレスに従って、順次駆動波形データをＤＡ１５０に入力する。結果として、ＤＡ１５０からは駆動波形に対応したアナログ信号が送出される。
【００２７】
ＤＡ１５０から出力されたアナログ信号は、増幅回路（ＡＭＰ）によって増幅される。このとき、増幅回路は入出力特性に周波数特性を持っており、ヘッドのピエゾ素子が応答しない周波数成分に関しては、信号が減衰するような特性としてあり、ＤＡ出力の高周波成分がカットされた状態の出力が得られる。
【００２８】
増幅回路（ＡＭＰ）の出力は、ヘッド駆動信号波形としてコントロール回路１０のＩＦ部１６を介してヘッド２２に入力される。ここで、ヘッド２２の持つ固有周期が製造のばらつきにより１０％長くなっていた場合の補正と、その動作例を図６を用いて説明する。
ヘッド固有周期が１０％長い場合には、カウンタ設定としてＣＰＵ１４は“５５”を設定する。その結果、周期Ｔｓｃｋは、標準値の１．１倍の周期（＝２７５ｎｓｅｃ）サンプリングクロックとなる。その結果、増幅回路の出力の固有周期は、Ｔｃ×１．１のヘッドに最適化された駆動波形として生成されることになる（請求項１、２、５に対応した実施例）。
【００２９】
上記のような構成において、ヘッドのインク温度により変動する吐出滴の特性を、サンプリングクロックを可変して吐出体積を一定にすることも可能である。図７は、固有周期が標準値Ｔｃ（＝２５０ｎｓｅｃ）のヘッドに図１０の駆動波形を入力した場合の、波形パラメータＴ１、温度、吐出体積の関係を示すものである。プリンタに固有周期として標準値をもつものが装着されているとして、吐出体積をＭｊ１を一定値に保つ場合で説明する。ここで、ＣＰＵ１４はインク温度を検出可能であり、例えば２５℃の時にはサンプリングクロックが周期Ｔｓｃｋとなるよう、クロック制御部１５１のカウント設定に標準値５０を出力する。
【００３０】
このとき、図７において、Ｔ１の値は０．５×Ｔｃとなり、吐出体積はＭｊ１である。インク温度が３０℃に上昇すると、ＣＰＵ１４はそれを知って、カウント設定を４０とする。このとき、駆動波形のサンプルレートは早くなり、結果としてＴ１＝０．４×Ｔｃの駆動波形が生成される。このとき、図７からの吐出体積は、Ｍｊ１に保たれることがわかる（請求項３に対応した実施例）。
【００３１】
さらに、ヘッドに対してサンプリングクロックを意図的にずらしてドットサイズをコントロールすることも考えられる。プリンタ１には、固有周期として標準値のものが装着されており、インク温度は一定の場合で説明する。
【００３２】
図８は、固有周期が標準値Ｔｃ（＝２５０ｎｓｅｃ）のヘッドにおいて、図１０の駆動波形を入力した場合の波形パラメータＴ１と、吐出体積との関係を示すものである。プリンタがＭｊ１、及びＭｊ２の２種類の吐出体積を出力する場合、サンプリングクロック設定として周期Ｔｓｃｋ＝５０にすればＭｊ１の吐出体積が得られ、周期Ｔｓｃｋ＝４０とすれば吐出体積Ｍｊ２の出力が得られることになる（請求項４に対応した実施例）。
【００３３】
（実施例の構成の要点）
本実施例のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同制御方法では、駆動波形を表すデジタルデータをＤＡコンバータがサンプリングクロックに従ってアナログ信号に変換し、このＤＡコンバータからの出力を増幅回路（ＡＭＰ）により所定レベルの信号に増幅する。本構成において、サンプリングクロックを可変設定可能とする。このような構成にすると、出力駆動波形の形状は、元データが一つでもサンプリングクロックにより様々な駆動波形を提供可能となる。
【００３４】
また、駆動波形生成装置のサンプリングクロックをヘッドのインク液室固有周期に対応させて設定し、駆動波形を生成する。前述したように、駆動波形の電圧遷移のタイミングは、固有周期の値との関係で設計されている。よって、固有周期がヘッド毎に異なれば、当然ヘッドに対する波形の最適形状も変わるはずであり、サンプリングクロックの補正値を固有周期に対応させて補正すれば、標準値で設計された波形のみで、さまざまな固有周期を持ったヘッドが装着されても、最適な駆動波形データを生成することが可能となる。
【００３５】
さらに、サンプリングクロックをインク温度により補正する。ヘッドから吐出されるインク滴は、駆動波形が同じ場合にその温度により変動してしまうが、サンプリングクロックを可変とすることにより、インク滴の吐出体積を一定に保つようにすることが可能になる。これに加えて、サンプリングクロックを吐出滴のサイズにあわせて制御することも効果的である。すなわち、一つの駆動波形データによって、滴サイズの異なるインク滴を吐出させることが可能となる。
【００３６】
なお、サンプリングクロックの生成回路としてカウンタ回路を用いるとよい。このカウンタ回路によりサンプリングクロックを生成することにより、簡単な構成で上記実施例を実現することが可能になる。
【００３７】
（実施例の第１の効果）
インクジェットヘッド駆動波形の生成装置において、駆動波形のデジタルデータをデジタルアナログ変換するＤＡコンバータと、ＤＡコンバータのアナログ出力を増幅する増幅回路を備え、ＤＡコンバータの出力タイミングを決定するタイミンググクロックを可変とするので、少ない駆動波形データで様々な駆動波形データを提供できる。
【００３８】
（実施例の第２の効果）
サンプリングクロックをヘッドのインク液室の固有周期により補正しているので、少ない駆動波形データでヘッドのばらつきに対応した駆動波形を生成することができる。
【００３９】
（実施例の第３の効果）
サンプリングクロックをインク温度によって制御しているので、駆動波形データを増やすことなく、インク温度変動による補正がなされた駆動波形を生成することができる。
【００４０】
（実施例の第４の効果）
サンプリングクロックを吐出滴のサイズに合わせて制御しているので、駆動波形データを増やすことなく、ドットサイズの異なる駆動波形を生成することができる。
【００４１】
（実施例の第５の効果）
ＤＡコンバータへのサンプリングクロック生成にカウンタ回路を用いているので、簡単な回路でサンプリングクロックの変更が可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法は、ＤＡコンバータによりインクジェットヘッド駆動波形のデジタルデータをデジタル／アナログ変換し、増幅回路によりアナログ出力信号を増幅してＤＡコンバータのサンプリングクロックを変化している。これにより、アナログ出力信号の出力タイミングが可変となる。本構成により、ヘッドに最適化された駆動波形の波形生成が容易に可能となり、ヘッドのインク温度により変動する吐出滴の吐出体積を一定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置及び同生成方法の実施形態に適用される、プリンタ全体の構成部を表すブロック図である。
【図２】ヘッド駆動の電気的な構成に関わる部分を示すブロック図である。
【図３】駆動波形生成部の構成例を示す。
【図４】クロック制御部の機能例を示す概念的な回路構成図である。
【図５】駆動波形生成回路の信号動作例を表すタイムチャートである。
【図６】ヘッドの持つ固有周期が製造のばらつきにより１０％長くなっていた場合の補正と、その動作を説明するための図である。
【図７】ヘッドにおける波形パラメータＴ１と温度と吐出体積との関係例を示す。
【図８】ヘッドにおける、波形パラメータＴ１と、吐出体積との関係例を示す。
【図９】ピエゾ素子を用いたヘッドの断面構成図を示す。
【図１０】ピエゾ素子の駆動電極に入力される駆動波形例を表す。
【図１１】吐出時のインクメニスカスの状態例を示す。
【図１２】時刻（ａ）、（ｂ）、（ｃ）におけるヘッドの状態例を示す。
【図１３】駆動波形に対する吐出滴体積Ｍｊの関係例を示す。
【図１４】駆動波形の形状を決めているＴ１をパラメータとして示した図である。
【符号の説明】
１ プリンタ
２ コンピュータ
１０ コントローラ回路
１１ ＩＦ部
１２ ＲＡＭ
１３ ＲＯＭ
１４ ＣＰＵ
１５ 駆動波形生成回路
１６ インタフェース部
２０ 主走査モータ
２１ 紙送り用の副走査モータ
２２ ヘッド
１５０ ＤＡコンバータ
１５１ クロック制御回路
２２１ ヘッドドライバー
２２２ ピエゾ素子

Claims (10)

1. インクジェットヘッド駆動波形のデジタルデータを、入力されるサンプリングクロックに対応してデジタル／アナログ変換するＤＡコンバータと、
   前記ＤＡコンバータのアナログ出力信号を増幅する増幅回路とを備え、
   前記サンプリングクロックを変えることによりＤＡコンバータのアナログ出力信号の出力タイミングを可変としたことを特徴とするインクジェットヘッド駆動波形の生成装置。
2. 前記サンプリングクロックの出力タイミングは、インクジェットヘッドのインク液室の固有周期により補正可能とした、ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置。
3. 前記サンプリングクロックの出力タイミングは、インク温度により補正される、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ヘッド駆動波形の生成装置。
4. 前記サンプングクロックの出力タイミングは、吐出滴のサイズに合わせて制御される、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ヘッド駆動波形の生成装置。
5. 前記ＤＡコンバータへ入力されるサンプリングクロックは、カウンタ回路により生成される、ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のインクジェットヘッド駆動波形の生成装置。
6. ＤＡコンバータによりインクジェットヘッド駆動波形のデジタルデータを、デジタル／アナログ変換するデジタル／アナログ変換ステップと、
   増幅回路により前記アナログ出力信号を増幅するアナログ出力信号増幅ステップと、
   前記ＤＡコンバータのサンプリングクロックを変えるサンプリングクロック変更ステップとを有し、
   前記アナログ出力信号の出力タイミングを可変としたことを特徴とするインクジェットヘッド駆動波形の生成方法。
7. 前記サンプリングクロックの出力タイミングは、インクジェットヘッドのインク液室の固有周期により補正される、ことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド駆動波形の生成方法。
8. 前記サンプリングクロックの出力タイミングは、インク温度に基づき補正される、ことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド駆動波形の生成方法。
9. 前記サンプングクロックの出力タイミングは、吐出滴のサイズに合わせて制御される、ことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド駆動波形の生成方法。
10. 前記ＤＡコンバータへ入力されるサンプリングクロックは、カウンタ回路により生成される、ことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド駆動波形の生成方法。

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