JP4398121B2 - インクジェットヘッドの駆動装置、インクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的に容量性のアクチュエータに電気的エネルギーを供給することによりインク滴を吐出させる形式のインクジェットヘッドの駆動回路、インクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オンデマンド型のインクジェットプリンタは装置の簡便な構造とカラー化が容易なことが特徴である。オンデマンド型のインクジェットプリンタのインク滴吐出の方式には膜沸騰による熱エネルギーを利用したバブルジェット方式、圧電素子の歪み効果を利用したピエゾ方式、対向する電極間に電力を印加し静電引力を利用する静電方式が代表的である。なかでもピエゾ方式と静電方式はアクチュエータ部へ供給する駆動エネルギーを制御することによりノズル面でのインクメニスカスがコントロールされ、同一ノズルから体積の異なるインク滴の吐出が可能となるもので高画質化に優れているといえる。
【０００３】
ところで近年のインクジェットプリンタの市場要求はプリントアウトスピードの高速化と出力画像の高画質化である。プリントアウトスピードを高速化する方策の主たる項目はノズル数の増加、インクジェットヘッドの駆動周波数の高周波化である。高画質化する方策の主たる項目は印字記録画像の高密度化、吐出インク滴体積の高精度変調による高階調化である。高速化と高画質化を同時に行うためにはインクジェットヘッドのノズル数を増加させ駆動特性を向上させることである。ノズル数の増加は生産性や物理的なコストに影響し、コストと性能のバランスにより可能な範囲で増加すればよい。高周波化つまり高い駆動周波数での階調化はヘッド駆動特性という技術的側面が強くコストアップをせずに最も効率的に高速化、高画質化を行う可能性がある重要なファクターである。
【０００４】
ところで、インク滴体積に変調を加えて高画質化を行うには吐出時ノズル面でのインクメニスカスを正確に制御する必要からヘッドアクチュエータ部への印加波形は単純なパルス波形ではなく複雑なものとなる。また異なる体積のインク滴毎、すなわち階調毎にアクチュエータへの駆動波形は異なるので、表現しようとする階調数分の駆動波形が必要なのは当然のことである。複数種類の駆動波形から一つだけ選択的にアクチュエータへ印加可能とする駆動方法として次に示す２つの技術がある。
【０００５】
１つは時分割による方法である。まずドット記録周期内に異なる波形の複数の駆動パルスを出力する。これらの駆動パルスはパルス頂部がパルス幅方向に分割された２個の波形要素から構成されており、この２個の波形要素からなる複数の駆動パルスを複数のタイムスロットに分割し、各タイムスロットに階調毎の駆動パルスまたはそれらの駆動パルスの波形要素を割り当てる。すなわち、駆動信号源の信号をスイッチング素子を介してアクチュエータに接続し、ドット記録周期内において表現しようとする階調の駆動パルスが１つのタイムスロット内に割り当てられていればそのタイムスロットの期間のスイッチング素子をオン状態とし、それ以外をＯＦＦ状態とし、表現しようとする階調の駆動パルスが波形要素として複数のタイムスロットに点在する場合には必要なタイムスロット期間のみスイッチング素子をオン状態とし、それ以外をＯＦＦ状態としてアクチュエータへ入力する駆動方法である（特開平１０−８１０１４号公報参照）。
【０００６】
もう１つは複数の駆動信号源と複数のスイッチング素子を用いる方法である。すなわち、複数の駆動信号源を用いて必要とされる階調数の駆動信号を同時に発生し、各出力信号を各々独立的に設けたスイッチング素子を介してアクチュエータに接続し、記録時には表現したい階調の駆動信号が入力されるスイッチング素子をオン状態とし、他のスイッチング素子をＯＦＦ状態として駆動する方法である（特開平１０−２１７４５９号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開平１０−８１０１４号公報に示される駆動方法は一つの信号線に複数の駆動パルス、もしくは波形要素を記録周期に盛り込むことから実質的に１ドットを生成する時間が長くなってしまいプリントアウトスピードは遅くなるばかりである。特平１０−２１７４５９号公報に示される方法は、特平１０−８１４０１４号公報の場合のような問題点はないものの階調数に応じた複数の駆動信号源、及び信号線、多数の出力スイッチング素子が必要となるためコストアップを免れないという問題点がある。また上記２つの技術には駆動信号源から複雑な波形を出力しなければならないという共通の問題点がある。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、一種類の駆動信号から異なる波形の駆動信号を生成できるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェットヘッドの駆動装置は、
互いに対向配置された電極に電気エネルギーを供給することによりノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動装置において、
一方の前記電極は、基準電位が与えられる基準電位部に接続され、
他方の前記電極は、並列接続されて選択的にオンオフ制御される複数のスイッチング素子の一端に接続され、
並列接続された複数の前記スイッチング素子の他端は駆動信号源に接続され、
前記複数のスイッチング素子は各々の通電特性が異なる
構成とした。
【００１５】
ここで、前記複数のスイッチング素子の少なくとも一つの前記通電特性は、単独でオン状態に切り替えられた場合に、前記ノズルからインク吐出となる状態に至らしめない程度に前記駆動信号源から出力される駆動信号を制限するように定められている構成とできる。
【００１７】
また、前記スイッチング素子はＭＯＳアナログスイッチである構成とできる。
【００１９】
また、前記スイッチング素子は一つの半導体に一体に集積されている構成とできる。
【００２５】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インクジェットヘッドを有する印字機構と、本発明に係るインクジェットヘッドの駆動装置と、を具備する構成とした。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図９に基づいて説明する。図１はインクジェットプリンタの概略構造を示す斜視図、図２はインクジェットプリンタの概略構造を示す縦断側面図、図３はインクジェットヘッドの一部を示す縦断側面図、図４はインクジェットプリンタの電装系の構造を示すブロック図、図５はインクジェットヘッド及びヘッドドライバの回路図、図６はインクジェットヘッドのアクチュエータを駆動する駆動信号波形を示す説明図、図７は駆動信号波形の立ち上げ時間と階調レベルとの関係を示す説明図、図８は各信号のタイムチャート、図９は駆動信号波形の変化を示す説明図である。
【００２８】
まず、図１及び図２を参照してインクジェットヘッドについて説明する。インクジェットプリンタ１のケーシング２には、用紙Ｓを積層保持する給紙カセット３が装着される給紙口４と、手差用紙を給紙する開閉自在の手差しトレイ５と、印字済みの用紙Ｓが排出される排紙トレイ６とが設けられている。ケーシング２の上側には、その内部を開放するために支軸７を回動中心として上方に開放可能な上カバー８が設けられている。ケーシング２には、図示しないが電源スイッチや各種の操作キーが設けられている。ケーシング２内には、給紙カセット３または手差しトレイ５から印字機構９を経由して排紙トレイ６へ至る用紙搬送路１０と給紙機構１１とが設けられている。この給紙機構１１は、給紙ローラ１２とフリクションパッド１３とにより構成されており、給紙カセット３に積層保持された用紙Ｓを給紙ローラ１２とフリクションパッド１３とによって一枚ずつに分離して、用紙搬送路１０に給紙する機能を有する。用紙搬送路１０の手差しトレイ５側の端部には、手差しトレイ５に積層保持された用紙を一枚ずつ用紙搬送路１０に給紙する給紙ローラ１４が設けられている。用紙搬送路１０中には、給紙カセット３内の用紙Ｓを印字機構９に向けて反転させる搬送ローラ１５や複数対の搬送ローラ１６が設けられている。これらの搬送ローラ１５，１６はフィードモータ２６（図４参照）によって回転駆動され、用紙搬送路１０中で用紙Ｓを搬送する。
【００２９】
印字機構９は、主走査方向（図２において紙面垂直方向）に往復移動自在なキャリッジ１７、このキャリッジ１７に搭載されたインクジェットヘッド１８、このインクジェットヘッド１８に供給するインクを保持するインクカートリッジ１９等によって形成されている。キャリッジ１７は、ケーシング２内に設けられて主走査方向に延出する主ガイドロッド２０と、この主ガイドロッド２０に平行な従ガイドロッド２１とによって主走査方向へスライド自在に支持されている。図１に示すように、ケーシング２内には、駆動プーリー２２と従動プーリー２３とに巻回されて、主ガイドロッド２０の軸方向に沿って回転するタイミングベルト２４が設けられている。駆動プーリー２２は主走査モータ２５によって回転駆動される。タイミングベルト２４の一部には、キャリッジ１７が取り付けられている。これにより、主走査モータ２５を駆動してタイミングベルト２４を回転させることで、キャリッジ１７を主走査方向に移動させることが可能になる。この過程でインクジェットヘッド１８を駆動することにより用紙Ｓに印字がなされる。
【００３０】
なお、インクジェットヘッド１８は、それぞれイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するために複数設けられている。各色毎のインクジェットヘッド１８に各色のインクを供給するためのインクカートリッジ１９はキャリッジ１７に交換可能に装着されている。
【００３１】
さらに、従ガイドロッド２１の端部には、キャリッジ１７をホームポジションに待機させたときに、インクジェットヘッド１８の信頼性を回復するための信頼性維持装置Ａが設けられている。この信頼性維持装置Ａは、公知の技術であるため各部の図示および詳細な説明を省略するが、インクジェットヘッド１８のノズルにキャップを被せるキャッピング機構と、キャッピングされたインクジェットヘッド１８のノズルからインクを吸引する吸引機構と、ノズルおよびノズル周辺のクリーニングを行うクリーニング機構とにより構成されている。キャッピング機構は、キャリッジ１７がホームポジションにある状態でノズルにキャップを被せ、ノズル周辺を湿潤状態に維持するためのものである。吸引機構は、キャッピング機構によりノズルがキャッピングされている状態で駆動され、キャップ内に負圧を発生させることで、インクとともに後述する加圧室内の気泡等をノズルから吸引するためのものである。吸引機構は、吸引したインクを回収する廃インク溜めを備えている。廃インク溜めは、図示しない廃インクケース内に、多孔質体により形成されたインク吸収体(図示せず)を備えている。
【００３２】
クリーニング機構は、例えば図示しないワイパー等でノズルおよびノズル周辺を払拭することで、ノズル周辺に付着したインクやゴミ等を除去してノズルの詰りを防止する。
【００３３】
次に、インクジェットヘッド１８について説明する。インクジェットヘッド１８はイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色毎に設けられているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のインクジェットヘッドでもよい。さらに、モノラル印字を目的とするプリンタの場合には一色のインク滴を吐出する１個のインクジェットでもよい。さらに、本発明は、圧電素子などの電気機械変換素子で液室壁面を形成する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型、或いはインク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する静電型などに適用することができるが、本実施形態ではピエゾ型インクジェットヘッド１８を用いている。
【００３４】
図３に示すように、インクジェットヘッド１８は、駆動ユニット２７とフレーム２８と振動板２９と感光性フィルム樹脂３０とノズルプレート３１との積層構造である。
【００３５】
駆動ユニット２７は、セラミック、ガラスエポキシ樹脂等からなる絶縁性の材料により形成された基板３２と多数の圧電素子３３とを有する。圧電素子３３はこの例ではそれぞれ電極としての複数の個別電極３４と複数の共通電極３５とを互い違いに層状に配列してなる積層型を用いている。圧電素子３３はノズル数に対応する数をもって図３の紙面に対して垂直方向に多数配列されている。ノズルが複数列に配列されている場合には圧電素子３３を図３における左右方向に複数列配列してもかまわない。この例では圧電素子３３は複数列に配列されている。圧電素子３３の個別電極３４は個別電極パターン３６に接続され、共通電極３５は導電膜３６ａを介して共通電極パターン（図示せず）に接続されている。個別電極パターン３６及び共通電極パターンは基板３２のデバイス実装面にＮｉ・Ａｌ等のパターンを印刷することにより形成されている。
【００３６】
駆動ユニット２７は、基板３２のデバイス実装面の全面にＮｉ・Ａｌ等の導電膜を印刷により形成し、多数の圧電素子３３の元となる長さの長い圧電部材を基板３２に絶縁した状態で接合し、この圧電部材を多数の溝によって分割することにより、図３における紙面に対して垂直方向に配列された圧電素子３３を形成するなどの方法により製作される。このときに圧電部材を分割するためにダイサー或いはワイヤソー等を用いて切削加工した溝により基板３２上のＮｉ・Ａｌ膜を切断することにより、このＮｉ・Ａｌの導電膜による多数の個別電極パターン３６と共通電極パターンとが非導通状態で形成される。このため個別電極パターン３６は図３における紙面と垂直な方向に平行に配列されているが、一つおきに電圧が印加されるようにフレキシブルケーブル（図示せず）に接続されている。すなわち、本実施の形態における圧電素子３３は、電圧印加により駆動される圧電素子３３と、電圧が印加されない非駆動の圧電素子３３とが図３における紙面に対して垂直方向で交互に配列されるように構成されている。非駆動の圧電素子３３は、振動板２９を支える柱部材として機能する。
【００３７】
圧電素子３３は１層の厚さが２０〜５０μｍのＰＺＴ（＝Ｐb（Ｚr・Ｔi）Ｏ3）により形成され、個別電極３４と共通電極３５とは１層の厚さが数μｍの銀・パラジューム（ＡgＰd）により形成されている。このように１層の厚さを２０〜５０μｍとした積層型の圧電素子３３を用いることにより駆動信号の低電圧化が行える。例えば２０〜５０Ｖのパルス電圧で圧電素子３３の電界強度１０００Ｖ／mmを得ることができる。
【００３８】
振動板２９は、電圧が印加される駆動部を構成する圧電素子３３に接合された変位部となるダイアフラム部２９ａと、電圧が印加されない非駆動部の柱状部材を構成する圧電素子３３に接合する梁（図示せず）及びフレーム２８に接合するベース２９ｂと、各ダイアフラム部２９ａの周囲に形成された薄膜部分２９ｃとを有し、金属或いは樹脂の薄膜により形成されている。ダイアフラム部２９ａは薄膜部分２９ｃによって島状に突出されている。
【００３９】
感光性フィルム樹脂３０はフォトレジストフィルムにより形成され、ノズルプレート３１は多数のノズル３７を有して金属又は樹脂などにより形成されている。そして振動板２９と感光性フィルム樹脂３０とノズルプレート３１とを順次積層して熱融着することにより、ノズル３７と連通する多数の加圧液室３８を有する液室ユニット３９が形成されている。感光性フィルム樹脂３０は各加圧液室３８の隔壁部材として機能する。感光性フィルム樹脂３０の内方における加圧液室３８以外の空間は共通インク室４０で、この共通インク室４０と加圧液室３８とは比較的に流体抵抗の大きなインク供給路（図示せず）により連通されている。
【００４０】
ノズルプレート３１は例えばエレクトロンフォーミング工法（電鋳）によって製造したＮi（ニッケル）の金属プレートを用いているが、Ｓi或いはその他の金属材料を用いることもできる。ノズルプレート３１の品質は、インクの滴形状、飛翔特性を決定し、画像品質に大きな影響を与えるものであり、より高品位の画像品質を得る上で表面の均一化処理が不可欠であるので、インク吐出側面に撥水層が成膜されている。駆動ユニット２７と液室ユニット３９とは別々に組み立てた後に接着剤によって接着されている。
【００４１】
次に、図４を参照してインキジェットプリンタの電装系の構造について説明する。外部ホストから送信されたコマンドもしくは画像データはＩ／Ｆ回路４１により受信される。Ｉ／Ｆ回路４１からはプリンタ側からの情報を外部に送信することも可能である。Ｉ／Ｆ回路４１からのデータはＣＰＵ４２、コントローラ４３等で送受信が可能である。ＣＰＵ４２はＲＯＭ４４に書きこまれたプログラムを実行して送信されたコマンドの処理や画像データの演算処理などを実行する。このＣＰＵ４２の動作に際しワークデータがＲＡＭ４５に更新自在に書き込まれる。コントローラ４３はプリンタ全体の動作シーケンスを制御する。前述した主走査モータ２５、フィードモータ２６の動作もコントローラ４３によって制御される。そしてまた、コントローラ４３は記録周期毎に駆動信号発生部としてのヘッド駆動信号発生回路４６に駆動信号の発生を促し、さらにタイミングを合わせて色毎に設けたインクジェットヘッド１８（図４では単にヘッドとして記載し（Ｙ），（Ｍ），（Ｃ），（Ｋ）により色を区別する）毎の記録データをヘッドドライバ４７に送信する。これらのヘッドドライバ４７はインクジェットヘッド１８とともにキャリッジ１７（図１参照）に搭載されている。温度等プリンタ側の使用環境情報はその情報の項目毎に設けられたセンサ４８の検出信号によってコントローラ４３にフィードバックされる。図４において、ＣＰＵ４２、コントローラ回路４３、ヘッド駆動信号発生回路４６、ヘッドドライバ４７によって、インクジェットヘッド１８を駆動するための駆動装置Ｄが形成されている。
【００４２】
次に、チャンネル毎に対向配置した個別電極３４と共通電極３５とは、図５に示すように容量性のコンデンサＣを形成するので、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１８は、前述のコンデンサＣと圧電素子３３とにより形成された電気的に容量性のアクチュエータ４９をもつ構成である。各チャンネル毎の共通電極３５は、低インピーダンスの基準電位が与えられる基準電位部としてのグランドＧＮＤに接続され、個別電極３４はヘッドドライバ４７に接続される。図４に示したヘッドドライバ４７は、図５に示すように、コントローラから送られた記録データを各チャンネルに伝送するシフトレジスタ５０と、記録データをラッチするラッチ回路５１と、デコーダ５２と、ラッチ回路５１の出力を昇圧するレベルシフタ５３と、アナログスイッチ回路５４とにより構成されている。
【００４３】
本実施の形態におけるインクジェットヘッド１８の個別電極３４に印加される駆動信号は、３種類の大きさのインク滴を選択的に吐出させる状態と、インク滴を吐出させない状態との４通りの状態が得られるように、ラッチ回路５１はチャンネル単位に２ビット分のラッチＬ１，Ｌ２により構成されている。アナログスイッチ回路５４はチャンネル単位に二つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を並列に接続した構成であり、チャンネル毎に並列に接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２はインクジェットヘッド１８の個別電極３４とレベルシフタ５３との間に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれＰＭＯＳ，ＮＭＯＳからなるいわゆるＣＭＯＳアナログスイッチで構成され、シフトレジスタ５０、ラッチ回路５１、デコーダ５２、レベルシフタ５３とともにＩＣとして半導体基板に一体に集積されている。
【００４４】
本実施例におけるインクジェットヘッド１８は、周期がＴで、立ち上がり時間と立ち下がり時間とが異なるパルス状の駆動信号を印加することによりインク滴の吐出を可能とするもので、駆動信号のパルスの立ち上がり時にノズル３７からインク吐出を行いそれ以降の波形によってノズル３７でのインク液面の安定化を行ういわゆる押し打ちを行うインクジェットヘッド１８である。図６はインクジェットヘッド１８に印加する駆動信号の波形を表したものである。インクジェットヘッド１８に立ち上がり時間ＴｒにてＶＰまで急峻に電圧を印加することによりインク滴がノズル３７より吐出する。さらに電圧がＶＰに到達後一定時間（Ｔｐ）電圧をＶＰに維持して圧電素子３３の応答時間遅れによる変位の減少を抑制し、Ｔｆ以上の時間をかけて電圧を緩やかに立ち下げてグランドＧＮＤの共通電位に戻すことによりノズル３７での液面の安定化を行う。
【００４５】
ここで、Ｔｒは電圧を０．１ＶＰより０．９ＶＰまで立ち上げる時間、Ｔｆは電圧を０．９ＶＰより０．１ＶＰまで立ち下げる時間として定義している。図７は図６における立上がり時間Ｔｒをパラメータとしたときのインク滴の吐出体積を表わしている。ここで本実施例に示されるインクジェットヘッド１８は３値の階調レベル１，２，３となるインク吐出体積Ｍｊａ，Ｍｊｂ，Ｍｊｃを同一のノズル３７から吐出可能とするもので図６に示される特性を利用している。具体的な値として例えばＶＰ＝２５Ｖ、Ｔｐ＝２０μsec、Ｔｒａ＝２．０μsec、Ｔｒｂ＝１μsec、Ｔｒｃ＝０．６６μsec、Ｔｆ＝１５μsecにおいて、Ｍｊａ＝１４pl、Ｍｊｂ＝１８pl、Ｍｊｃ＝２５plである。各チャンネル毎のコンデンサＣの容量値は約２．５ｎFである。
【００４６】
本実施の形態では、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は通電時の通電特性が異なる。具体的にはスイッチング素子ＳＷ１の抵抗は９０Ω、スイッチング素子ＳＷ２の抵抗は１８０Ωに定められている。これらの抵抗値は各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のＰＭＯＳ，ＮＭＯＳのゲート長Ｗを選ぶことにより設定できる。
【００４７】
ここで、ストローブ信号ＳＴＢの出力、ラッチＬ１，Ｌ２の出力、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のオンオフの組み合わせによる吐出インク滴体積の関係を表１に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
次に、上記構成に基づくインクジェットプリンタ１の印字時の動作を説明する。外部ホストより印字要求のコマンドが送られると、ＣＰＵ４２は続いて送信される印字モード等のコマンドを解析してインクジェットプリンタ１を印字可能状態とする。画像データが送信されるとＣＰＵ４２は適切な画像処理を行い所定の記録データに変換してＲＡＭ４５にデータを蓄える。同時にフィードモータ２６によって用紙Ｓをインクジェットヘッド１８に搬送する。キャリッジ１７の一回往復走査分のデータがＲＡＭ４５蓄えられるとコントローラ４３は主走査モータ２５を駆動し印字動作に移行する。印字動作時にコントローラ４３は記録周期ごとにヘッド駆動信号発生回路４６に信号発生を促しさらにタイミングを合わせてインクジェットヘッド１８毎の記録データを各ヘッドドライバ４７に送信する。ここでヘッド駆動信号発生回路４６からは立ち上がり時間が急峻で（０．１μsec以下）、立下り時間が緩やかな（１５μsec）信号が出力される。
【００５０】
この記録時のヘッドドライバ４７の信号及びラッチＬ１，Ｌ２の出力に応じた各チャンネルの電圧印加状態を図８及び図９に示す。ヘッドドライバ４７のシフトレジスタ５０の素子Ｓ１，Ｓ２にシリアルデータＤａｔａ１ｉ，Ｄａｔａ２ｉ（ｉ＝１〜ｎ）が入力された後、Ｌａｔｃｈ信号によりチャンネル毎の２つのラッチＬ１，Ｌ２にデータがラッチされる。データラッチ後ＳＴＢ信号がアクティブとなりラッチＬ１，Ｌ２より出力された信号はデコーダ５２を通過してレベルシフタ５３によってスイッチンク素子ＳＷ１，ＳＷ２を動作可能とするレベルに昇圧され、これにより、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の開閉動作を制御する。表１に示したように、ラッチＬ１，Ｌ２出力＝０出力の場合はスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２はともにオフとなりインクジェットヘッド１８に電圧は印加されず吐出動作はおこらない。ラッチＬ１出力＝１、ラッチＬ２出力＝０の場合はスイッチング素子ＳＷ１のみオンなり、Ｔｒａ＝２μsecの立ち上がりにてインクジェットヘッド１８に電圧が印加され、ノズル３７より吐出体積Ｍｊａ（１４pl）のインク滴が吐出される。ラッチＬ１出力＝０、ラッチＬ２出力＝１の場合はスイッチング素子ＳＷ２のみオンなり、Ｔｒｂ＝１μsecの立ち上がりにてインクジェットヘッド１８に電圧が印加され、ノズル３７より吐出体積Ｍｊｂ（１８pl）のインク滴が吐出される。ラッチＬ１出力＝１、ラッチＬ２出力＝１の場合はスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２ともにオンなり、Ｔｒｃ＝０．６６μsecの立ち上がりにてインクジェットヘッド１８に電圧が印加され、ノズル３７より吐出体積Ｍｊｃ（２５pl）のインク滴が吐出される。Ｔｒをパラメータとする駆動信号の波形は図９に示す通りである。各吐出状態が割り当てられたチャンネルは上記動作によりインク滴が吐出すると一定時間ＶＰの電圧が保持され駆動信号がゆっくりとした立ち下がり波形に追従しノズル面のインクメニスカスが安定状態となり一回の記録動作が終了する。上記動作を一走査分行い以下同様の繰り返しにより印字動作が完了する。
【００５１】
次に、本発明の第二の実施の形態を図１０ないし図１２に基づいて説明する。前記実施の形態と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。図１０はインクジェットヘッド及びヘッドドライバの回路図、図１１は各信号のタイムチャート、図１２は駆動信号波形の変化を示す説明図である。
【００５２】
図１０に示すように、本実施の形態では、それぞれ通電時の抵抗が異なる３個のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が並列に接続されてチャンネル毎に個別電極３４に接続されている。具体的に、スイッチング素子ＳＷ１の抵抗は９３Ω、スイッチング素子ＳＷ２の抵抗は１８６Ω、スイッチング素子ＳＷ３の抵抗は２．７kΩである。各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３によるＩＣに占めるトランジスタサイズの総和は第一の実施の形態と比してほとんど変わらない。
【００５３】
ここで、ストローブ信号ＳＴＢの出力、ラッチＬ１，Ｌ２の出力、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフの組み合わせによる吐出インク滴体積の関係を表２に示す。
【００５４】
【表２】

【００５５】
本実施の形態における記録時のヘッドドライバ４７の動作を説明する。シフトレジスタ５０の素子Ｓ１，Ｓ２にシリアルデータＤａｔａ1ｉ，Ｄａｔａ２ｉが入力された後Ｌａｔｃｈ信号によりチャンネルごとの２つのラッチＬ１，Ｌ２にデータがラッチされる。データラッチ後ＳＴＢ信号がアクティブとなりラッチＬ１，Ｌ２より出力された信号はデコーダ５２を通過してレベルシフタ５３によってスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を動作可能とするレベルに昇圧されスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフ動作を制御する。ヘッド駆動信号発生回路４６はデータラッチ後に０．１μsec以下の急峻な立ち上がり時間及び立ち下がり時間をもつパルス信号が出力される。ラッチＬ１，Ｌ２出力＝０の場合にはスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の全てがオフのため吐出動作はおこらない。ラッチＬ１出力＝１、ラッチＬ２出力＝０の場合はスイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ３がオンとなりＴｒａ＝２μsecの立ち上がりにてインクジェットヘッド１８に電圧が印加されノズル３７より吐出体積Ｍｊａのインク滴が吐出される。ラッチＬ１出力＝０、ラッチＬ２出力＝１の場合にはスイッチングＳＷ２，ＳＷ３がオンとなりＴｒｂ＝１μsecの立ち上がりでインクジェットヘッド１８に電圧が印加されノズル３７より吐出体積Ｍｊｂのインク滴が吐出される。ラッチＬ１出力＝１、ラッチＬ２出力＝１の場合にはスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３の全てがオンとなりＴｒｃ＝０．６６μsecの立ち上がりでインクジェットヘッド１８に電圧が印加されノズル３７より吐出体積Ｍｊｃのインク滴が吐出される。Ｔｒをパラメータとする駆動信号の波形は図１２に示す通りである。
【００５６】
図１０に示す本実施の形態においては、ラッチＬ１出力＝１、ラッチＬ２出力＝０の場合で、スイッチング素子ＳＷ１及びＳＷ３がオンとなり（表２参照）、駆動信号の立ち上がり時間がＴｒａ＝２μsec（図１２参照）と最も遅い場合の吐出体積Ｍｊａのインク吐出を行うチャンネルの電圧がＶｐとなった充電時間経過後にＳＴＢをインアクティブにすることにより、吐出チャンネルのスイッチング素子ＳＷ３のみがオンとなる。ここでＳＴＢが変化してからスイッチング素子ＳＷ３が変化するまでの時間は駆動信号のレベルは一定で変化しない状態である。所定時間経過後には駆動信号が急峻に立ち下がるがスイッチング素子ＳＷ３の通電時の抵抗により電流値が制限されるため吐出後にチャンネルに印加される駆動信号は一様に緩やかに立ち下がり波形に追従しノズル面のインクメニスカスが安定状態となり一回の記録動作が終了する。上記動作を一走査分行い以下繰り返し行うことにより印字動作が完了する。
【００５７】
以上のように、インクジェットヘッドの電極は所望の通電特性をもつ２つ以上の並列接続されて選択的にオンオフ制御されるスイッチング素子を介して駆動信号源に接続されているので、導通状態にする複数のスイッチング素子を選択することにより、単一の駆動信号源から出力される一種類の駆動信号から異なる波形の駆動信号を生成してインクジェットヘッドを駆動することができ、これにより、出力波形が単純な一つの駆動信号源を用いて階調表現を実現し、印字の高速化とコストダウンとを図ることができる。
また、複数のスイッチング素子は各々の通電特性が異なるので、導通状態にするスイッチング素子の組み合わせを選択することにより、駆動信号源から出力される一種類の駆動信号からさらに多くの波形の異なる駆動信号を生成することができ、これにより、階調数を高めることができる。
また、複数のスイッチング素子の少なくとも一つの通電特性は、単独でオン状態に切り替えられた場合に、ノズルからインク吐出となる状態に至らしめない程度に駆動信号源から出力される駆動信号を制限するように定められているので、ノズルからインク吐出となる状態に至らしめることができない通電特性のスイッチング素子をオン状態に制御することによりノズルにおけるインクのメニスカスを安定させることができ、このメニスカスが安定した状態で他のスイッチング素子をオン状態に制御することでインク滴を安定して飛翔させることができる。
また、スイッチング素子はＭＯＳアナログスイッチであるので、スイッチング素子の動作を安定させることができ、さらに精度の高い階調表現をすることができる。
また、スイッチング素子は一つの半導体に一体に集積されているので、ノズル数に対応するチャンネル毎に設けるスイッチング素子の性能上の均一性を高め、印字品質を向上させることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドの駆動装置によれば、一方の電極は、基準電位が与えられる基準電位部に接続され、他方の電極は、並列接続されて選択的にオンオフ制御される複数のスイッチング素子の一端に接続され、並列接続された複数のスイッチング素子の他端は駆動信号源に接続され、複数のスイッチング素子は各々の通電特性が異なる構成としたので、一種類の駆動信号から異なる波形の駆動信号を生成できる。
【００６４】
本発明に係るインクジェットプリンタによれば、インクジェットヘッドを有する印字機構と、本発明に係るインクジェットヘッドの駆動装置と、を具備する構成としたので、出力波形が単純で安価な駆動信号源を用いて階調表現を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットプリンタの概略構造を示す斜視図である。
【図２】インクジェットプリンタの概略構造を示す縦断側面図である。
【図３】インクジェットヘッドの一部を示す縦断側面図である。
【図４】インクジェットプリンタの電装系の構造を示すブロック図である。
【図５】インクジェットヘッド及びヘッドドライバの回路図である。
【図６】インクジェットヘッドのアクチュエータを駆動する駆動信号波形を示す説明図である。
【図７】駆動信号波形の立ち上げ時間と階調レベルとの関係を示す説明図である。
【図８】各信号のタイムチャートである。
【図９】駆動信号波形の変化を示す説明図である。
【図１０】本発明の第二の実施の形態におけるインクジェットヘッド及びヘッドドライバの回路図である。
【図１１】各信号のタイムチャートである。
【図１２】駆動信号波形の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１８ インクジェットヘッド
３４，３５ 電極
３７ ノズル
４６ 駆動信号源
ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチング素子
ＧＮＤ 基準電位部
Ｄ 駆動装置

Claims (5)

1. 互いに対向配置された電極に電気エネルギーを供給することによりノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動装置において、
   一方の前記電極は、基準電位が与えられる基準電位部に接続され、
   他方の前記電極は、並列接続されて選択的にオンオフ制御される複数のスイッチング素子の一端に接続され、
   並列接続された複数の前記スイッチング素子の他端は駆動信号源に接続され、
   前記複数のスイッチング素子は各々の通電特性が異なる
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。
2. 前記複数のスイッチング素子の少なくとも一つの前記通電特性は、単独でオン状態に切り替えられた場合に、前記ノズルからインク吐出となる状態に至らしめない程度に前記駆動信号源から出力される駆動信号を制限するように定められて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ヘッドの駆動装置。
3. 前記スイッチング素子はＭＯＳアナログスイッチであることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
4. 前記スイッチング素子は一つの半導体に一体に集積されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
5. インクジェットヘッドを有する印字機構と、請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動装置と、を具備することを特徴とするインクジェットプリンタ。

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