JP5024145B2

JP5024145B2 - 液体噴射装置

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Publication number: JP5024145B2
Application number: JP2008076378A
Authority: JP
Inventors: 篤梅田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009226797A

Description

本発明は、微小な液体を複数のノズルから噴射して、その微粒子（ドット）を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像等を印刷するようにした液体噴射装置に関するものである。

このような液体噴射装置の１つである液体噴射型印刷装置は、一般に安価で且つ高品質なカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
このような液体噴射型印刷装置のうち、液体噴射ノズルの形成された液体噴射ヘッドをキャリッジと呼ばれる移動体に載せて印刷媒体の搬送方向と交差する方向に移動させるものを一般に「マルチパス型印刷装置」と呼んでいる。これに対し、印刷媒体の搬送方向と交差する方向に長尺な液体噴射ヘッドを配置して、所謂１パスでの印刷が可能なものを一般に「ラインヘッド型印刷装置」と呼んでいる。ラインヘッド型の液体噴射ヘッドを構成する場合には、複数のノズルが列状に形成されたブロック状の液体噴射ヘッドを印刷媒体搬送方向と交差する方向に複数配設してラインヘッド型の液体噴射ヘッドを構成する場合がある。

ところで、この種の液体噴射型印刷装置では、液体噴射ヘッドに液体を噴射するためのノズルを複数形成すると共に各ノズルに圧電素子などのノズルアクチュエータを配設し、液体噴射ヘッドのノズルアクチュエータに駆動信号を印加することで該当するノズルから搬送される印刷媒体に向けて液体を噴射する。圧電素子などのノズルアクチュエータを駆動するためには、比較的大きな電圧や電流が必要なので、駆動信号の電力を増幅するために、下記特許文献１に記載される液体噴射装置では、ノズルアクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号をアナログ変換回路でアナログ変換し、そのアナログ駆動波形信号をアナログ電力増幅回路で電力増幅するようにしている。また、下記特許文献２に記載される液体噴射装置では、前記駆動波形信号をアナログ変換回路でアナログ変換し、そのアナログ駆動波形信号をパルス変調し、その変調信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅するようにしている。
特開２００１−８００６９号公報特開平１１−２０４８５０号公報

しかしながら、圧電素子などのノズルアクチュエータは充放電型アクチュエータなので、例えば駆動信号が電圧台形波形信号である場合、アナログ電力増幅回路のプッシュプル接続されたトランジスタ対をリニア駆動して駆動信号を電力増幅する場合、充電元の電圧と駆動信号との電圧差、放電先の電圧と駆動信号との電圧差が損失となり、その殆どを熱として捨てなければならず、容量の大きなトランジスタや放熱量の大きなヒートシンクが必要となる。一方、デジタル電力増幅回路で駆動信号を電力増幅する場合、スイッチング素子は、単にオンオフされるだけであるから、放熱量を低減することが可能となる反面、パルス変調の変調周期、例えばサンプリング周期以上には駆動信号の波形精度を高めることができないという問題がある。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、駆動信号の波形精度を確保しながら、損失を低減することが可能な液体噴射装置を提供することを目的とするものである。

上記諸問題を解決するため、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッドに液体を噴射するためのノズルを複数形成すると共に各ノズルにノズルアクチュエータを配設し、液体噴射ヘッドの各ノズルアクチュエータを駆動信号で駆動することにより該当するノズルから印刷媒体に向けて液体を噴射する液体噴射装置であって、前記ノズルアクチュエータの駆動の基準となる駆動波形信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅してデジタル駆動信号を出力するデジタル駆動回路と、前記ノズルアクチュエータの駆動の基準となる駆動波形信号をアナログ電力増幅回路で電力増幅してアナログ駆動信号を出力するアナログ駆動回路と、前記デジタル駆動信号及びアナログ駆動信号の何れかを選択してノズルアクチュエータに印加する選択回路とを備え、前記噴射する液体滴のうちの、最も小さな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスを含む駆動信号を前記アナログ駆動回路から出力し、最も大きな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスを含む駆動信号を前記デジタル駆動回路から出力する、ことを特徴とするものである。

而して、本発明の液体噴射装置によれば、最も大きな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスのように高い波形精度が要求されない駆動信号はデジタル駆動回路から出力し、最も小さな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスのように高い波形精度が要求される駆動信号はアナログ駆動回路から出力するようにすれば、駆動信号の波形精度を確保しながら、損失を低減することが可能となる。
また、本発明の液体噴射装置は、前記液体滴を噴射しない場合に使用する駆動パルスを含む駆動信号を、前記デジタル駆動回路から出力することを特徴とするものである。
本発明の液体噴射装置によれば、液体滴を噴射しない場合に使用する駆動パルスは高い波形精度が要求されないので、その駆動パルスを含む駆動信号をデジタル駆動回路から出力するようにすることで、より一層損失を低減することができる。

また、本発明の液体噴射装置は、前記デジタル駆動回路は、前記駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調回路と、前記変調回路でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅回路とを備え、前記デジタル電力増幅回路は、電力を増幅するためのスイッチング素子対からなるハーフブリッジＤ級出力段と、前記変調回路からの変調信号に基づいて、前記ハーフブリッジＤ級出力段のスイッチング素子のゲート−ソース間信号を調整するゲート駆動回路とを備えて構成されることを特徴とするものである。
本発明の液体噴射装置によれば、デジタル駆動回路の実施化が容易になる。

また、本発明の液体噴射装置は、前記アナログ駆動回路は、前記駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路で生成された駆動波形信号をアナログ変換するアナログ変換回路と、アナログ変換回路でアナログ変換されたアナログ駆動波形信号を電力増幅するアナログ電力増幅回路とを備え、前記アナログ電力増幅回路は、ノズルアクチュエータを充放電するプッシュプル接続されたトランジスタ対と、前記アナログ変換回路でアナログ変換されたアナログ駆動波形信号に基づいて、前記トランジスタ対のベース電圧を調整するプリドライバ回路とを備えて構成されることを特徴とするものである。
本発明の液体噴射装置によれば、アナログ駆動回路の実施化が容易になる。

次に、本発明の液体噴射装置の一実施形態について液体噴射型印刷装置を用いて説明する。
図１は、本実施形態の印刷装置の概略構成図であり、図において、印刷媒体１は、図の左から右に向けて矢印方向に搬送され、その搬送途中の印刷領域で印刷される、ラインヘッド型印刷装置である。

図１中の符号２は、印刷媒体１の搬送ライン上方に設けられた複数の液体噴射ヘッドであり、印刷媒体搬送方向に２列になるように且つ印刷媒体搬送方向と交差する方向に並べて配設されて、夫々、ヘッド固定プレート１１に固定されている。各液体噴射ヘッド２の最下面には、多数のノズルが形成されており、この面がノズル面と呼ばれている。ノズルは、図２に示すように、噴射する液体の色毎に、印刷媒体搬送方向と交差する方向に列状に配設されており、その列をノズル列と呼んだり、その列方向をノズル列方向と呼んだりする。そして、印刷媒体搬送方向と交差する方向に配設された全ての液体噴射ヘッド２のノズル列によって、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向の幅全長に及ぶラインヘッドが形成されている。印刷媒体１は、これらの液体噴射ヘッド２のノズル面の下方を通過するときに、ノズル面に形成されている多数のノズルから液体が噴射され、印刷が行われる。

液体噴射ヘッド２には、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクなどの液体が、図示しない各色の液体タンクから液体供給チューブを介して供給される。そして、各液体噴射ヘッド２に形成されているノズルから同時に必要箇所に必要量の液体を噴射することにより、印刷媒体１上に微小なドットを出力する。これを各色毎に行うことにより、搬送部４で搬送される印刷媒体１を一度通過させるだけで、所謂１パスによる印刷を行うことができる。

液体噴射ヘッドの各ノズルから液体を噴射する方法としては、静電方式、ピエゾ方式、膜沸騰液体噴射方式などがあり、本実施形態ではピエゾ方式を用いた。ピエゾ方式は、ノズルアクチュエータである圧電素子に駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液滴がノズルから噴射されるというものである。そして、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することで液滴の噴射量を調整することが可能となる。なお、ピエゾ方式に用いられる圧電素子は容量性負荷である。また、本発明は、ピエゾ方式以外の液体噴射方法にも、同様に適用可能である。

液体噴射ヘッド２の下方には、印刷媒体１を搬送方向に搬送するための搬送部４が設けられている。搬送部４は、駆動ローラ８及び従動ローラ９に搬送ベルト６を巻回して構成され、駆動ローラ８には図示しない電動モータが接続されている。また、搬送ベルト６の内側には、当該搬送ベルト６の表面に印刷媒体１を吸着するための図示しない吸着装置が設けられている。この吸着装置には、例えば負圧によって印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する空気吸引装置や、静電気力で印刷媒体１を搬送ベルト６に吸着する静電吸着装置などが用いられる。従って、給紙ローラ５によって給紙部３から印刷媒体１を一枚だけ搬送ベルト６上に送給し、電動モータによって駆動ローラ８を回転駆動すると、搬送ベルト６が印刷媒体搬送方向に回転され、吸着装置によって搬送ベルト６に印刷媒体１が吸着されて搬送される。この印刷媒体１の搬送中に、液体噴射ヘッド２から液体を噴射して印刷を行う。印刷の終了した印刷媒体１は、搬送方向下流側の排紙部１０に排紙される。

この印刷装置内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば図３に示すように、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ６０から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データ読込むための入力インタフェース６１と、この入力インタフェース６１から入力された印刷データに基づいて印刷処理等の演算処理を実行する例えばマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、前記給紙ローラ５に接続されている給紙ローラモータ１７を駆動制御する給紙ローラモータドライバ６３と、各液体噴射ヘッド２を駆動制御するヘッドドライバ６５と、前記駆動ローラ８に接続されている電動モータ７を駆動制御する電動モータドライバ６６と、各ドライバ６３、６５、６６と外部の給紙ローラモータ１７、液体噴射ヘッド２，３、電動モータ７とを接続するインタフェース６７とを備えて構成される。

制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄを備えている。この制御部６２は、インタフェース６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ６２ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れの液体噴射ヘッド２の何れのノズルから液体を噴射するか或いはどの程度の液体を噴射するかというノズル選択データ（駆動信号選択データ）を算出し、この印刷データや駆動信号選択データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ６３、６５、６６に制御信号を出力する。各ドライバ６３、６５、６６からはアクチュエータを駆動するための駆動信号が出力され、給紙ローラモータ１７、電動モータ７、液体噴射ヘッド２内のノズルアクチュエータなどが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送及び排紙、並びに印刷媒体１への印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。

図５には、本実施形態の印刷装置の制御装置から液体噴射ヘッド２に供給され、圧電素子からなるノズルアクチュエータを駆動するための駆動信号ＣＯＭの一例を示す。本実施形態では、中間電位を中心に電位が変化する信号とした。この駆動信号ＣＯＭは、ノズルアクチュエータを駆動して液体を噴射する単位駆動信号としての駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に接続したものであり、各駆動パルスＰＣＯＭの立上がり部分がノズルに連通するキャビティ（圧力室）の容積を拡大して液体を引込む（液体の噴射面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動パルスＰＣＯＭの立下がり部分がキャビティの容積を縮小して液体を押出す（液体の噴射面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階であり、液体を押出した結果、液滴がノズルから噴射される。

この電圧台形波からなる駆動パルスＰＣＯＭの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、液体の引込量や引込速度、液体の押出量や押出速度を変化させることができ、これにより液滴の噴射量を変化させて異なる大きさのドットを得ることができる。従って、複数の駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータに供給し、液滴を噴射したり、複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択してアクチュエータに供給し、液滴を複数回噴射したりすることで種々の大きさのドットを得ることができる。即ち、液体が乾かないうちに複数の液滴を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液滴を噴射するのと同じことになり、ドットの大きさを大きくすることができるのである。このような技術の組合せによって多階調化を図ることが可能となる。駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰで駆動信号を選択する仕組みとしては、例えば特開２００３−１８２４号公報に記載されるような形態で実現が可能である。本実施形態では、例えば駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰにより該当する画素に小さなドットを形成する場合には図の左から２番目の駆動パルスＰＣＯＭ２を小ドット用駆動信号としてノズルアクチュエータに印加し、該当する画素に大きなドットを形成する場合には図の右から２番目の駆動パルスＰＣＯＭ３を大ドット用駆動信号としてノズルアクチュエータに印加することとした。また、両者の中間的な大きさのドットを形成する場合には図の右端の駆動パルスＰＣＯＭ４を中ドット用駆動信号としてノズルアクチュエータに印加することとした。なお、図４の左端の駆動パルスＰＣＯＭ１は、液体を引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、液滴を噴射せずに、例えばノズルの増粘を抑制防止したりするのに用いられる。また、本実施形態では、ノズルアクチュエータを駆動する単位駆動信号を駆動パルスＰＣＯＭと定義し、これを所定数だけ連結した信号を駆動信号ＣＯＭと定義する。但し、駆動パルスＰＣＯＭも駆動信号であることに違いはない。

このようにノズルアクチュエータに印加される駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）は共通しているが、本実施形態では、前記制御装置のヘッドドライバ６５内に二種類の駆動信号生成回路、即ち駆動回路を設けた。図５に駆動回路の具体的構成を示す。図中の符号２３はデジタル駆動回路、符号２４はアナログ駆動回路である。デジタル駆動回路２３は、駆動信号を創成出力するために制御部６２から出力されたデジタル駆動用駆動波形データＤＷＣＯＭｄに基づいて、駆動信号の元、つまりノズルアクチュエータ２２の駆動を制御する信号の基準となるデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄを生成する駆動波形信号発生回路２５と、駆動波形信号発生回路２５で生成されたデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄをパルス変調する変調回路２６と、変調回路２６でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅回路、所謂Ｄ級アンプ２８と、デジタル電力増幅回路２８で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して、デジタル駆動信号ＣＯＭｄとして後述する選択スイッチからノズルアクチュエータ２２に供給する平滑フィルタ２９とを備えて構成される。

駆動波形信号発生回路２５は、制御部６２から出力されたデジタル駆動用駆動波形データＤＷＣＯＭｄを電圧信号に変換して所定サンプリング周期分ホールドすると共に、それをＤ／Ａ変換器でアナログ変換してデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄとして出力する。本実施形態では、このデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄをパルス変調する変調回路２６に、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を用いた。パルス幅変調は、周知のように、三角波信号発生回路で所定周波数の三角波信号を発生し、この三角波信号とデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄとをコンパレータで比較して、例えば三角波信号よりデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄが大きいときにオンデューティとなるパルス信号を変調信号として出力する。デジタル電力増幅回路２８は、実質的に電力を増幅するためのハイサイドのスイッチング素子Ｑ１及びローサイドのスイッチング素子Ｑ２からなるハーフブリッジＤ級出力段２１と、変調回路２６からの変調信号に基づいて、それらのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＨ、ＧＬを調整するためのゲート駆動回路３０とを備えて構成されている。また、平滑フィルタ２９は例えばコイルとコンデンサの組合せからなるローパスフィルタ（低域通過フィルタ）で構成され、このローパスフィルタによって電力増幅変調信号の変調周期成分、この場合は三角波信号の周波数成分が除去される。

デジタル電力増幅回路２８では、変調信号がハイレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはハイレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはローレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオン状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオフ状態となり、その結果、ハーフブリッジＤ級出力段２１の出力は、供給電圧ＶＤＤとなる。一方、変調信号がローレベルであるとき、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１のゲート−ソース間信号ＧＨはローレベルとなり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２のゲート−ソース間信号ＧＬはハイレベルとなるので、ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はオン状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段２１の出力は０となる。

このようにハイサイド及びローサイドのスイッチング素子がデジタル駆動される場合には、オン状態のスイッチング素子に電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、損失は殆ど発生しない。また、オフ状態のスイッチング素子には電流が流れないので損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅回路２８の損失そのものは極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を使用することができる。

一方、アナログ駆動回路２４は、駆動信号を創成出力するために制御部６２から出力されたアナログ駆動用駆動波形データＤＷＣＯＭａに基づいて、駆動信号の元、つまりノズルアクチュエータ２２の駆動を制御する信号の基準となるアナログ駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭａを生成する駆動波形信号発生回路３１と、駆動波形信号発生回路３１で発生されたアナログ駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭａをアナログ変換するＤ／Ａ変換回路（アナログ変換回路）３２と、Ｄ／Ａ変換回路２４でアナログ変換されたアナログ駆動波形信号ＡＷＣＯＭを電力増幅するアナログ電力増幅回路３３とを備えて構成される。電力増幅回路３３は、プッシュプル接続されたトランジスタ対３５と、当該トランジスタ対３５の各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を駆動するためのプリドライバ回路３４とを備えて構成される。

駆動波形信号発生回路３１は、制御部６２から出力されたアナログ駆動用駆動波形データＤＷＣＯＭａを読込み、それを電圧信号に変換して所定サンプリング周期分ホールドすることで、デジタルデータのアナログ駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭａを出力する。Ｄ／Ａ変換回路３２には、一般的なデジタル−アナログ変換回路を用い、これによってデジタルデータのアナログ駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭａをアナログ駆動波形信号ＡＷＣＯＭに変換出力する。プリドライバ回路３４は、プッシュプル接続されたトランジスタ対３５の各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電圧を制御することで、例えば接続されるノズルアクチュエータの数が変化することにより上昇する充電用トランジスタのベース電流を抑制する。このプリドライバ回路３４としては、例えば本出願人が先に提案した特開２００４−３０６４３４号公報に記載されるものが適用可能である。トランジスタ対３５は、充電用トランジスタＴｒ１と放電用トランジスタＴｒ２とをプッシュプル接続して構成され、一方のＮＰＮ型充電用トランジスタＴｒ１のコレクタは電源電圧ＶＤＤが供給され、エミッタは後述の選択スイッチを介してノズルアクチュエータに接続され、ベースがプリドライバ回路３４の一方の出力に接続されている。また、他方のＰＮＰ型放電用トランジスタＴｒ２のエミッタが後述する選択スイッチを介してノズルアクチュエータに接続され、コレクタが接地され、ベースがプリドライバ回路２５の他方の出力に接続されている。このトランジスタ対３３では、一方の充電用トランジスタＴｒ１は、後述する選択スイッチを介して、アナログ駆動信号ＣＯＭａに応じた電圧波形を伴いながら電源電圧ＶＤＤから容量性負荷であるノズルアクチュエータ２２に電荷を供給する、即ち充電し、他方の放電用トランジスタＴｒ２は、後述する選択スイッチを介して、アナログ駆動信号ＣＯＭａに応じた電圧波形を伴いながら容量性負荷であるノズルアクチュエータ２２の電荷を放電する。

そして、本実施形態では、図６に示すように、デジタル駆動回路２３から出力されるデジタル駆動信号ＣＯＭｄでは、前記小ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ２を生成せず、アナログ駆動回路２４から出力されるアナログ駆動信号ＣＯＭａでのみ、当該小ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ２を生成する。また、前記中ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ４もアナログ駆動回路２４から出力されるアナログ駆動信号ＣＯＭａで生成する。これら駆動パルスＰＣＯＭ１〜ＰＣＯＭ４とアナログ駆動信号ＣＯＭａ、デジタル駆動信号ＣＯＭｄとの関係を定義する前記駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰの内容は下記表１に示す通りである。なお、図中の符号ＣＨは、各駆動パルスＰＣＯＭの生成タイミングを設定するチャンネル信号、符号ＬＡＴは、駆動パルスＰＣＯＭを時系列的に連結してなる駆動信号ＣＯＭの生成タイミングを設定するラッチ信号である。この駆動パルスＰＣＯＭのデジタル駆動信号ＣＯＭｄとアナログ駆動信号ＣＯＭａへの振り分けによる効果は後段に詳述する。

各液体噴射ヘッド２には、図３の制御装置から制御信号として、印刷データに基づいて噴射するノズルを選択すると共に圧電素子などのノズルアクチュエータの駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭと液体噴射ヘッド２のノズルアクチュエータとを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰをシリアル信号として液体噴射ヘッド２に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。即ち、ラッチ信号ＬＡＴで一連の駆動信号ＣＯＭｄ，ＣＯＭａが出力され始め、チャンネル信号ＣＨ毎に駆動パルスＰＣＯＭが出力されることになる。

図７には、駆動信号ＣＯＭｄ，ＣＯＭａ（駆動パルスＰＣＯＭ）をノズルアクチュエータ２２に供給するために各液体噴射ヘッド２内に構築された選択回路３６の構成を示す。この選択回路３６は、本出願人が先に提案した特開２００６−５６１０１号公報に記載される選択回路を概略的に示したものであり、１つのノズルアクチュエータ２２に２つのトランスミッションゲートからなる選択スイッチ２０１が接続され、その何れか一方を閉じて、デジタル駆動信号ＣＯＭｄ又はアナログ駆動信号ＣＯＭａの何れか（の駆動パルスＰＣＯＭ）をノズルアクチュエータ２２に印加するものである。この選択回路は、液体を噴射させるべきノズルに対応した圧電素子などのノズルアクチュエータ２２を指定するための駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２の出力を解読するデコーダ２１３と、デコーダ２１３で解読された出力をレベル変換して選択スイッチ２０１に供給し、２つの選択スイッチ２０１の何れか一方を閉じることにより、駆動信号ＣＯＭｄ，ＣＯＭａをピエゾ素子などのノズルアクチュエータ２２に接続するレベルシフタ２１４を備えて構成されている。

シフトレジスタ２１１には、駆動信号選択データ信号ＳＩ＆ＳＰが順次入力されると共に、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存された信号は、デコーダ２１３で解読された後、レベルシフタ２１４によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号ＣＯＭｄ，ＣＯＭａが、ラッチ回路２１２の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。従って、レベルシフタ２１４によって選択スイッチ２０１が閉じられる圧電素子などのノズルアクチュエータ２２は駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭｄ，ＣＯＭａ（の駆動パルスＰＣＯＭ）に接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動信号選択データＳＩ＆ＳＰがラッチ回路２１２に保存された後、次の印刷情報をシフトレジスタ２１１に入力し、液体の噴射タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電素子などのノズルアクチュエータのグランド端である。また、この選択スイッチ２０１によれば、圧電素子などのノズルアクチュエータを駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後も、当該ノズルアクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。

図８には、アナログ駆動回路２４で生成出力されるアナログ駆動信号ＣＯＭａと電源電圧ＶＤＤ並びに接地電圧の関係を示す。図８ａは、アナログ駆動信号ＣＯＭａの電圧が増加しているので、圧電素子からなるノズルアクチュエータ２２には電荷が貯えられ、つまり充電され、図８ｂは、アナログ駆動信号ＣＯＭａの電圧が減少しているので、圧電素子からなるノズルアクチュエータ２２の電荷が放出され、つまり放電されている。ノズルアクチュエータ２２が充電されているときには、図８ａの斜線部、つまりアナログ駆動信号ＣＯＭａと電源電圧ＶＤＤ、即ち充電元電圧との差が損失となり、ノズルアクチュエータ２２から放電しているときには、図８ｂの斜線部、つまりアナログ駆動信号ＣＯＭａと接地電圧、即ち０Ｖとの差が損失となる。損失は、殆どが熱となるので、この熱を放出するための大型のヒートシンクが必要となったり、容量の大きいトランジスタが必要になったりする。これらは、構成やコスト面だけでなく、レイアウトの点でも不利である。

これに対し、デジタル駆動回路２３で生成出力されるデジタル駆動信号ＣＯＭｄは、前述したようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフするだけなので、損失が小さく、発熱量も少ない。しかしながら、デジタル駆動信号ＣＯＭｄは、その波形精度を高めるのに限界がある。図９には、デジタル駆動回路２３で生成出力されるデジタル駆動信号ＣＯＭｄと変調信号、本実施形態ではパルス幅変調信号ＰＷＭの関係を示す。例えば、パルス変調がパルス幅変調である場合、そのパルス幅変調信号ＰＷＭの精度は三角波信号によるサンプリング周期、即ち変調周期以上にはならない。

例えば前記小ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ２は、複雑な電圧台形波形信号であり、デジタル駆動回路２３によってデジタル駆動信号ＣＯＭｄとして生成出力するには限界がある。これに対し、アナログ駆動回路２４は、高精度の電圧台形波形信号を生成出力することができる。そこで、本実施形態では、小ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ２は、アナログ駆動回路２４でのみ生成出力する。勿論、アナログ駆動回路２４は、さほど波形精度が高くない微振動に相当する駆動パルスＰＣＯＭ１や大ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ３を生成出力することも可能なので、タイミングに空きがあれば、前記図６に示すように、これらの駆動パルスもアナログ駆動回路２４で生成出力する。勿論、さほど波形精度が高くない駆動パルスをデジタル駆動回路２３で生成出力することにより、損失を低減することが可能となる。ちなみに、本実施形態では、アナログ駆動回路２４で中ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ４を生成出力することとしたが、当該中ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ４は、小ドットに相当する駆動パルスＰＣＯＭ２ほどには波形精度が要求されないので、必要に応じて、デジタル駆動回路２３で生成出力するようにしてもよい。

このように本実施形態の液体噴射装置によれば、液体噴射ヘッド２に液体を噴射するためのノズルを複数形成すると共に各ノズルにノズルアクチュエータ２２を配設し、液体噴射ヘッド２２の各ノズルアクチュエータを駆動信号ＣＯＭで駆動することにより該当するノズルから印刷媒体１に向けて液体を噴射するにあたり、ノズルアクチュエータ２２の駆動の基準となるデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄをデジタル電力増幅回路２８で電力増幅してデジタル駆動信号ＣＯＭｄを出力するデジタル駆動回路２３と、ノズルアクチュエータ２２の駆動の基準となるアナログ駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭａをアナログ電力増幅回路３３で電力増幅してアナログ駆動信号ＣＯＭａを出力するアナログ駆動回路２４と、デジタル駆動信号ＣＯＭｄ及びアナログ駆動信号ＣＯＭａの何れかを選択してノズルアクチュエータ２２に印加する選択回路３６とを備え、噴射する液体滴のうちの、最も小さな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスＰＣＯＭ２を含む駆動信号ＣＯＭａをアナログ駆動回路２４から出力し、最も大きな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスＰＣＯＭ３を含む駆動信号ＣＯＭｄをデジタル駆動回路２３から出力することとしたため、最も大きな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスＰＣＯＭ３のように高い波形精度が要求されない駆動信号はデジタル駆動回路２３から出力し、最も小さな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスＰＣＯＭ２のように高い波形精度が要求される駆動信号ＣＯＭａはアナログ駆動回路２４から出力することができるので、駆動信号ＣＯＭａの波形精度を確保しながら、損失を低減することが可能となる。

また、液体滴を噴射しない場合に使用する駆動パルスＰＣＯＭ１を含む駆動信号ＣＯＭｄを、デジタル駆動回路２３から出力することとしたため、液体滴を噴射しない場合に使用する駆動パルスＰＣＯＭ１は高い波形精度が要求されないので、その駆動パルスＰＣＯＭ１を含む駆動信号ＣＯＭｄをデジタル駆動回路２３から出力するようにすることで、より一層損失を低減することができる。

また、デジタル駆動回路２３は、デジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄを生成する駆動波形信号発生回路２５と、駆動波形信号発生回路２５で生成されたデジタル駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭｄをパルス変調する変調回路２６と、変調回路２６でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅回路２８とを備え、デジタル電力増幅回路２８は、電力を増幅するためのスイッチング素子対からなるハーフブリッジＤ級出力段２１と、変調回路２６からの変調信号に基づいて、ハーフブリッジＤ級出力段２１のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート−ソース間信号を調整するゲート駆動回路３０とを備えて構成することにより、デジタル駆動回路２３の実施化が容易になる。

また、アナログ駆動回路２４は、アナログ駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭａを生成する駆動波形信号発生回路３１と、駆動波形信号発生回路３１で生成されたアナログ駆動用駆動波形信号ＷＣＯＭａをアナログ変換するアナログ変換回路３２と、アナログ変換回路３２でアナログ変換されたアナログ駆動波形信号ＡＷＣＯＭを電力増幅するアナログ電力増幅回路３３とを備え、アナログ電力増幅回路３３は、ノズルアクチュエータ２２を充放電するプッシュプル接続されたトランジスタ対３５と、アナログ変換回路３２でアナログ変換されたアナログ駆動波形信号ＡＷＣＯＭに基づいて、トランジスタ対のベース電圧を調整するプリドライバ回路３４とを備えて構成することにより、アナログ駆動回路２４の実施化が容易になる。
なお、前記実施形態では、本発明の液体噴射装置をラインヘッド型印刷装置に用いた場合についてのみ詳述したが、本発明の液体噴射装置は、マルチパス型印刷装置にも同様に適用可能である。

また、前記実施形態では、本発明の液体噴射装置をインクジェット式印刷装置に具体化したが、この限りではなく、インク以外の他の液体（液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む）や液体以外の流体（流体として流して噴射できる固体など）を噴射したり吐出したりする液体噴射装置に具体化することもできる。例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッサンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体を噴射する液状体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられて試料となる液体を噴射する液体噴射装置であってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液を噴射する液体噴射装置、ジェルを噴射する流状体噴射装置、トナーなどの粉体を例とする固体を噴射する流体噴射式記録装置であってもよい。そして、これらのうち何れか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。

本発明の液体噴射装置を用いた印刷装置の一実施形態を示す概略構成正面図である。図１の液体噴射装置に用いられる液体噴射ヘッド近傍の平面図である。図１の液体噴射型印刷装置の制御装置のブロック図である。各液体噴射ヘッド内のノズルアクチュエータを駆動する駆動信号の説明図である。図３のヘッドドライバ内にデジタル駆動回路及びアナログ駆動回路のブロック図である。図５の駆動回路から出力されるデジタル駆動信号及びアナログ駆動信号の説明図である。図６のデジタル駆動信号及びアナログ駆動信号を選択してノズルアクチュエータに印加する選択回路のブロック図である。アナログ駆動信号の損失の説明図である。デジタル駆動信号の波形精度の説明図である。

符号の説明

１は印刷媒体、２は液体噴射ヘッド、３は給紙部、４は搬送部、５は給紙ローラ、６は搬送ベルト、７は電動モータ、８は駆動ローラ、９は従動ローラ、１０は排紙部、１１は固定プレート、２１はハーフブリッジＤ級出力段、２２はノズルアクチュエータ、２３はデジタル駆動回路、２４はアナログ駆動回路、２５は駆動波形信号発生回路、２６は変調回路、２８はデジタル電力増幅器、２９は平滑フィルタ、３０はゲート駆動回路、３１は駆動波形信号発生回路、３２はＤ／Ａ変換回路（アナログ変換回路）、３３はアナログ電力増幅回路、３４はプリドライバ回路、３５はトランジスタ対、６２は制御部、６５はヘッドドライバ

Claims

液体噴射ヘッドに液体を噴射するためのノズルを複数形成すると共に各ノズルにノズルアクチュエータを配設し、液体噴射ヘッドの各ノズルアクチュエータを駆動信号で駆動することにより該当するノズルから印刷媒体に向けて液体を噴射する液体噴射装置であって、前記ノズルアクチュエータの駆動の基準となる駆動波形信号をデジタル電力増幅回路で電力増幅してデジタル駆動信号を出力するデジタル駆動回路と、前記ノズルアクチュエータの駆動の基準となる駆動波形信号をアナログ電力増幅回路で電力増幅してアナログ駆動信号を出力するアナログ駆動回路と、前記デジタル駆動信号及びアナログ駆動信号の何れかを選択してノズルアクチュエータに印加する選択回路とを備え、前記噴射する液体滴のうちの、最も小さな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスを含む駆動信号を前記アナログ駆動回路から出力し、最も大きな量の液体滴の噴射に用いる駆動パルスを含む駆動信号を前記デジタル駆動回路から出力する、ことを特徴とする液体噴射装置。
前記液体滴を噴射しない場合に使用する駆動パルスを含む駆動信号を、前記デジタル駆動回路から出力することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
前記デジタル駆動回路は、前記駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調回路と、前記変調回路でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅回路とを備え、前記デジタル電力増幅回路は、電力を増幅するためのスイッチング素子対からなるハーフブリッジＤ級出力段と、前記変調回路からの変調信号に基づいて、前記ハーフブリッジＤ級出力段のスイッチング素子のゲート−ソース間信号を調整するゲート駆動回路とを備えて構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射装置。
前記アナログ駆動回路は、前記駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生回路と、前記駆動波形信号発生回路で生成された駆動波形信号をアナログ変換するアナログ変換回路と、アナログ変換回路でアナログ変換されたアナログ駆動波形信号を電力増幅するアナログ電力増幅回路とを備え、前記アナログ電力増幅回路は、ノズルアクチュエータを充放電するプッシュプル接続されたトランジスタ対と、前記アナログ変換回路でアナログ変換されたアナログ駆動波形信号に基づいて、前記トランジスタ対のベース電圧を調整するプリドライバ回路とを備えて構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体噴射装置。