(57)【要約】【課題】液体吐出安定性の低下および消費電力の増大を抑制する。【解決手段】液体吐出装置は、基駆動信号を生成する基駆動信号生成部と、基駆動信号を変調して変調基駆動信号を生成する信号変調部と、スイッチング素子を用いて変調基駆動信号を増幅して変調駆動信号を生成する信号増幅部と、変調駆動信号を駆動信号に変換する信号変換部と、駆動信号により変形する圧電素子と、圧電素子の変形によって膨張または収縮する圧力室と、圧力室に連通したノズル開口部とを備える。変調駆動信号に含まれる交流成分の周期は、基駆動信号に含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、スイッチング素子のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長い。【選択図】図４
2014076561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出装置であって、
基駆動信号を生成する基駆動信号生成部と、
前記基駆動信号を変調して変調基駆動信号を生成する信号変調部と、
スイッチング素子を用いて前記変調基駆動信号を増幅して変調駆動信号を生成する信号増幅部と、
前記変調駆動信号を駆動信号に変換する信号変換部と、
前記駆動信号により変形する圧電素子と、
前記圧電素子の変形によって膨張または収縮する圧力室と、
前記圧力室に連通したノズル開口部と、
を備え、
前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周期は、前記基駆動信号に含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、前記スイッチング素子のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長いことを特徴する液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記信号変調部は、前記基駆動信号と単一の波形を繰り返す三角波または鋸波からなる比較信号とを電圧比較器に入力することで、前記変調基駆動信号を生成し、
前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周波数は、前記比較信号の周波数と等しいことを特徴する液体吐出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記信号変調部は、前記基駆動信号と、前記基駆動信号の電圧に応じて周波数が変化する三角波または鋸波からなる比較信号とを電圧比較器に入力することで前記変調基駆動信号を生成し、
前記変調駆動信号には複数周波数の交流成分が含まれ、
前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周波数の内、最大周波数に対応する周期は、前記合計時間より長く、最小周波数に対応する周期は、前記継続時間より短いことを特徴する液体吐出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液体吐出装置であって、
前記信号変調部は、所定のサンプリング周波数で前記基駆動信号の振幅をパルス化することにより前記変調基駆動信号を生成し、
前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周波数は、前記サンプリング周波数と等しいことを特徴する液体吐出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記駆動信号の周期は、前記圧力室の固有振動周期の整数倍とほぼ等しいことを特徴する液体吐出装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記変調駆動信号に含まれる交流成分のうち、最も多く含まれる交流成分の周波数は、前記圧電素子の固有振動周波数の整数倍とほぼ等しいことを特徴する液体吐出装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記圧電素子は、
所定の電圧が印加されている定常状態と、
前記圧力室の体積を膨張させる膨張状態と、
前記膨張した圧力室の体積を保持する膨張ホールド状態と、
前記圧力室の体積を収縮させる収縮状態と、
前記収縮した圧力室の体積を保持する収縮ホールド状態と、
を順に遷移することで前記ノズル開口部から液滴を吐出させ、
前記収縮状態および前記収縮ホールド状態における前記圧電素子への前記駆動信号の印加に使用される前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周期の合計は、前記圧力室の固有振動周期にほぼ等しいことを特徴する液体吐出装置。
【請求項８】
液体吐出方法であって、
基駆動信号を生成する工程と、
前記基駆動信号を変調して変調基駆動信号を生成する工程と、
スイッチング素子を用いて前記変調基駆動信号を増幅して変調駆動信号を生成する工程と、
前記変調駆動信号を駆動信号に変換する工程と、
前記駆動信号によって圧電素子を変形させることにより、前記圧電素子の変形によって膨張または収縮する圧力室に連通したノズル開口部から液体を吐出する工程と、
を備え、
前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周期は、前記基駆動信号に含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、前記スイッチング素子のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長いことを特徴する液体吐出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の液体吐出方法であって、
前記駆動信号の周期は、前記圧力室の固有振動周期の整数倍とほぼ等しいことを特徴する液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置および液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷ヘッドに設けられた複数のノズルから印刷媒体上にインクを吐出して画像や文書を記録するインクジェットプリンターが広く普及している。このようなインクジェットプリンターでは、例えば印刷ヘッドの各ノズルに対応して設けられた圧電素子が駆動信号に従い駆動されることにより、所定のタイミングで所定量のインクがノズルから吐出される。
【０００３】
上記駆動信号は、例えば、アナログの基駆動信号をパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）方式やパルス密度変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＤＭ）方式、パルス振幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＡＭ）等によりパルス変調してデジタルの変調基駆動信号を生成し、変調基駆動信号を増幅して変調駆動信号を生成し、変調駆動信号を平滑化してアナログ信号である駆動信号に変換することにより生成される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のインクジェットプリンターは、インク吐出安定性の向上および消費電力の抑制の点で向上の余地があった。
【０００６】
なお、このような課題は、インクジェットプリンターに限らず、駆動信号に従い液体を吐出する液体吐出装置に共通の課題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
（１）本発明の一形態によれば、液体吐出装置が提供される。この液体吐出装置は、基駆動信号を生成する基駆動信号生成部と、前記基駆動信号を変調して変調基駆動信号を生成する信号変調部と、スイッチング素子を用いて前記変調基駆動信号を増幅して変調駆動信号を生成する信号増幅部と、前記変調駆動信号を駆動信号に変換する信号変換部と、
前記駆動信号により変形する圧電素子と、前記圧電素子の変形によって膨張または収縮する圧力室と、前記圧力室に連通したノズル開口部と、を備え、前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周期は、前記基駆動信号に含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、前記スイッチング素子のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長いことを特徴する。この形態の液体吐出装置によれば、駆動信号の波形再現性が低下して液体の吐出安定性が低下することを抑制することができると共に、スイッチング損失による電力消費量の増大を抑制することができる。
【０００９】
（２）上記形態の液体吐出装置において、前記信号変調部は、前記基駆動信号と単一の波形を繰り返す三角波または鋸波からなる比較信号とを電圧比較器に入力することで、前記変調基駆動信号を生成し、前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周波数は、前記比較信号の周波数と等しいとしてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、基駆動信号と単一の波形を繰り返す三角波または鋸波からなる比較信号とを電圧比較器に入力することで変調基駆動信号を生成する信号変調部を用いる場合に、駆動信号の波形再現性が低下して液体の吐出安定性が低下することを抑制することができると共に、スイッチング損失による電力消費量の増大を抑制することができる。
【００１０】
（３）上記形態の液体吐出装置において、前記信号変調部は、前記基駆動信号と、前記基駆動信号の電圧に応じて周波数が変化する三角波または鋸波からなる比較信号とを電圧比較器に入力することで前記変調基駆動信号を生成し、前記変調駆動信号には複数周波数の交流成分が含まれ、前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周波数の内、最大周波数に対応する周期は、前記合計時間より長く、最小周波数に対応する周期は、前記継続時間より短いとしてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、基駆動信号と基駆動信号の電圧に応じて周波数が変化する三角波または鋸波からなる比較信号とを電圧比較器に入力することで変調基駆動信号を生成する信号変調部を用いる場合に、駆動信号の波形再現性が低下して液体の吐出安定性が低下することを抑制することができると共に、スイッチング損失による電力消費量の増大を抑制することができる。
【００１１】
（４）上記形態の液体吐出装置において、前記信号変調部は、所定のサンプリング周波数で前記基駆動信号の振幅をパルス化することにより前記変調基駆動信号を生成し、前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周波数は、前記サンプリング周波数と等しいとしてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、所定のサンプリング周波数で基駆動信号の振幅をパルス化することにより変調基駆動信号を生成する信号変調部を用いる場合に、駆動信号の波形再現性が低下して液体の吐出安定性が低下することを抑制することができると共に、スイッチング損失による電力消費量の増大を抑制することができる。
【００１２】
（５）上記形態の液体吐出装置において、前記駆動信号の周期は、前記圧力室の固有振動周期の整数倍とほぼ等しいとしてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、駆動信号の周期毎のばらつきによる液体吐出安定性の低下を抑制することができる。
【００１３】
（６）上記形態の液体吐出装置において、前記変調駆動信号に含まれる交流成分のうち、最も多く含まれる交流成分の周波数は、前記圧電素子の固有振動周波数の整数倍とほぼ等しいとしてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、圧電素子の応答性を向上させることができる。
【００１４】
（７）上記形態の液体吐出装置において、前記圧電素子は、所定の電圧が印加されている定常状態と、前記圧力室の体積を膨張させる膨張状態と、前記膨張した圧力室の体積を保持する膨張ホールド状態と、前記圧力室の体積を収縮させる収縮状態と、前記収縮した圧力室の体積を保持する収縮ホールド状態と、を順に遷移することで前記ノズル開口部から液滴を吐出させ、前記収縮状態および前記収縮ホールド状態における前記圧電素子への前記駆動信号の印加に使用される前記変調駆動信号に含まれる交流成分の周期の合計は、前記圧力室の固有振動周期にほぼ等しいとしてもよい。この形態の液体吐出装置によれば、液体の吐出安定性を向上させることができる。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、液体吐出装置、液体吐出方法、液体吐出装置の制御方法、液体吐出装置用駆動回路等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における印刷装置１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】印刷ヘッド１４０において用いられる各種信号の一例を示す説明図である。
【図３】印刷ヘッド１４０のスイッチングコントローラー１６０の構成を示す説明図である。
【図４】印刷装置１００における駆動信号ＣＯＭを生成するための構成を示す説明図である。
【図５】信号変調回路８２の構成の一例を示す説明図である。
【図６】パルス密度変調を用いた信号変調回路８２ａの構成の一例を示す説明図である。
【図７】パルス密度変調を用いた信号変調回路８２ａの発振周波数を示す説明図である。
【図８】パルス振幅変調を用いた信号変調回路８２ｂの構成の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の実施形態における印刷装置１００の概略構成を示す説明図である。本実施形態の印刷装置１００は、液体インクを吐出することによって印刷媒体上にインクドット群を形成し、これにより、ホストコンピューター２００から供給された画像データに応じた画像（文字、図形等を含む）を印刷するインクジェットプリンターである。
【００１８】
印刷装置１００は、印刷ヘッド１４０と、フレキシブルフラットケーブル１３９を介して印刷ヘッド１４０と接続された制御ユニット１１０とを備えている。制御ユニット１１０は、ホストコンピューター２００から画像データ等を入力するためのホストインターフェイス（ＩＦ）１１２と、ホストインターフェイス１１２を介して入力された画像データに基づいて画像の印刷のための所定の演算処理を実行するメイン制御部１２０と、印刷媒体の搬送のための紙送りモーター１７２を駆動制御する紙送りモータードライバー１１４と、印刷ヘッド１４０を駆動制御するヘッドドライバー１１６と、各ドライバー１１４、１１６と紙送りモーター１７２、印刷ヘッド１４０とをそれぞれ接続するメインインターフェイス（ＩＦ）１１９と、を有している。ヘッドドライバー１１６は、メイン側駆動回路８０を含んでいる。
【００１９】
メイン制御部１２０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ１２２と、プログラムやデータを一時的に格納・展開するＲＡＭ１２４と、ＣＰＵ１２２が実行するプログラム等を格納するＲＯＭ１２６と、を含んでいる。メイン制御部１２０の各種の機能は、ＣＰＵ１２２がＲＯＭ１２６に格納されたプログラムをＲＡＭ１２４上に読み出して実行することによって実現される。なお、メイン制御部１２０は電気回路を備えていてもよく、メイン制御部１２０の機能の少なくとも一部はメイン制御部１２０が備える電気回路がその回路構成に基づいて動作することによって実現されてもよい。
【００２０】
メイン制御部１２０は、ホストコンピューター２００からホストインターフェイス１１２を介して画像データを取得すると、画像データに基づいて画像展開処理、色変換処理、インク色分版処理、ハーフトーン処理といった印刷実行のための演算処理を行うことにより、印刷ヘッド１４０の何れのノズルからインクを吐出するか、あるいは、どの程度の量のインクを吐出するかを規定するノズル選択データ（駆動信号選択データ）を生成し、駆動信号選択データ等に基づいて各ドライバー１１４、１１６に制御信号を出力する。なお、メイン制御部１２０が実行する印刷実行のための各演算処理の内容は、印刷装置の技術分野において周知の事項であるため、ここでは説明を省略する。各ドライバー１１４、１１６は、それぞれ紙送りモーター１７２、印刷ヘッド１４０の動作を制御するための信号を出力する。例えば、ヘッドドライバー１１６は、印刷ヘッド１４０に対して、後述する基準クロック信号ＳＣＫとラッチ信号ＬＡＴと駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰとチャンネル信号ＣＨとを供給する。
【００２１】
印刷ヘッド１４０には、図示しない１つまたは複数のインク容器から１色または複数色のインクが供給される。印刷ヘッド１４０は、ヘッドインターフェイス（ＩＦ）１４２と、ヘッド側駆動回路９０と、スイッチングコントローラー１６０と、吐出部１５０と、を有している。ヘッド側駆動回路９０およびスイッチングコントローラー１６０は、ヘッドインターフェイス１４２を介して制御ユニット１１０から入力される各種信号に基づき動作する。吐出部１５０は、インクを吐出する複数のノズル開口部１５２と、複数のノズル開口部１５２に対応して設けられた複数の圧電素子１５６とを有している。本実施形態では、圧電素子１５６としてピエゾ素子が用いられる。ノズル開口部１５２は、インクが供給される圧力室１５４と連通している。圧電素子１５６は、ヘッド側駆動回路９０およびスイッチングコントローラー１６０を介して供給される駆動信号ＣＯＭ（後述）に従い変形することによって、圧力室１５４を膨張または収縮させる。圧力室１５４が膨張または収縮して圧力室１５４内に圧力変化が発生すると、その圧力変化によって対応するノズル開口部１５２からインクが吐出される。圧電素子１５６の駆動に用いられる駆動信号ＣＯＭの波高値や電圧増減傾きを調整することで、インクの吐出量（すなわち形成するドットの大きさ）を調整することができる。
【００２２】
図２は、印刷ヘッド１４０において用いられる各種信号の一例を示す説明図である。図２（ａ）には、駆動信号ＣＯＭと、ラッチ信号ＬＡＴと、チャンネル信号ＣＨと、駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰとの一例を示している。駆動信号ＣＯＭは、印刷ヘッド１４０の吐出部１５０に設けられた圧電素子１５６を駆動するための信号である。駆動信号ＣＯＭは、圧電素子１５６を駆動する駆動信号の最小単位（単位駆動信号）としての駆動パルスＰＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ１ないしＰＣＯＭ４）が時系列的に連続した信号である。駆動信号ＣＯＭの各周期Ｔｃｏｍ内に含まれる駆動パルスＰＣＯＭ１、ＰＣＯＭ２、ＰＣＯＭ３およびＰＣＯＭ４の４つの駆動パルスＰＣＯＭの組は、１つの画素（印刷画素）に対応している。
【００２３】
図２（ｂ）には、駆動パルスＰＣＯＭ２の一例を拡大して示している。駆動パルスＰＣＯＭ２は、膨張要素Ｅ１と、膨張保持要素Ｅ２と、吐出要素Ｅ３と、収縮保持要素Ｅ４と、制振要素Ｅ５とから構成されている。駆動パルスＰＣＯＭ３およびＰＣＯＭ４についても同様である。各駆動パルスＰＣＯＭの膨張要素Ｅ１は、圧電素子１５６の定常状態に相当する中間電位Ｖｍから膨張電位（最大電圧）Ｖｈまで電位を上昇させて圧電素子１５６を変形させることにより圧力室１５４の体積を膨張させ、インクを引き込む（インクの吐出面で考えればメニスカスを引き込むとも言える）ための部分である。膨張保持要素Ｅ２は、膨張電位Ｖｈを保持して圧力室１５４の膨張状態を維持する部分である。吐出要素Ｅ３は、膨張電位Ｖｈから収縮電位（最小電圧）Ｖｌまで電位を下降させて圧電素子１５６を変形させることにより圧力室１５４の体積を収縮させ、インクを押し出す（インクの吐出面で考えればメニスカスを押し出すとも言える）ための部分である。収縮保持要素Ｅ４は、収縮電位Ｖｌを保持して圧力室１５４の収縮状態を維持する部分である。制振要素Ｅ５は、収縮電位Ｖｌから中間電位Ｖｍまで電位を上昇させて圧電素子１５６を定常状態に戻すことにより圧力室１５４の体積を定常状態に復帰させる（インクの吐出面で考えればメニスカスの振動を抑えるとも言える）部分である。圧電素子１５６は、各駆動パルスＰＣＯＭの各要素に従って、定常状態と、圧力室１５４の体積を膨張させる膨張状態と、膨張した圧力室１５４の体積を保持する膨張ホールド状態と、圧力室１５４の体積を収縮させる収縮状態と、収縮した圧力室１５４の体積を保持する収縮ホールド状態と、圧力室１５４の体積を定常状態まで復帰させる制振状態とを順に遷移する。駆動パルスＰＣＯＭ２、ＰＣＯＭ３およびＰＣＯＭ４の中から１つまたは複数の駆動パルスＰＣＯＭを選択して圧電素子１５６に供給することにより、種々の大きさのインクドットを形成することができる。なお、本実施形態では、駆動信号ＣＯＭに、微振動と呼ばれる駆動パルスＰＣＯＭ１が含まれる。駆動パルスＰＣＯＭ１は、インクを引き込むのみで押し出しを行わない場合、例えばノズル開口部１５２の増粘を抑制する場合に用いられる。また、後述するように、駆動信号ＣＯＭは基駆動信号ＷＣＯＭを増幅することにより生成されるのであり、基駆動信号ＷＣＯＭの信号波形も図２（ａ）に示した駆動信号ＣＯＭの波形と同様である。
【００２４】
駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰは、インクを吐出するノズル開口部１５２を選択すると共に、圧電素子１５６を駆動信号ＣＯＭへ接続させるタイミングを決定する信号である。ラッチ信号ＬＡＴおよびチャンネル信号ＣＨは、全てのノズル開口部１５２分のノズル選択データが入力された後、駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭと印刷ヘッド１４０の圧電素子１５６とを接続させる信号である。図２（ａ）に示すように、ラッチ信号ＬＡＴおよびチャンネル信号ＣＨは、駆動信号ＣＯＭに同期した信号である。すなわち、ラッチ信号ＬＡＴは、駆動信号ＣＯＭの開始タイミングに対応してハイレベルとなる信号であり、チャンネル信号ＣＨは、駆動信号ＣＯＭを構成する各駆動パルスＰＣＯＭの開始タイミングに対応してハイレベルとなる信号である。ラッチ信号ＬＡＴに応じて一連の駆動信号ＣＯＭの出力が開始され、チャンネル信号ＣＨに応じて各駆動パルスＰＣＯＭが出力される。また、基準クロック信号ＳＣＫは、駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰをシリアル信号として印刷ヘッド１４０に送信するための信号である。すなわち、基準クロック信号ＳＣＫは、印刷ヘッド１４０のノズル開口部１５２からインクを吐出するタイミングの決定に使用される信号である。
【００２５】
図３は、印刷ヘッド１４０のスイッチングコントローラー１６０（図１）の構成を示す説明図である。スイッチングコントローラー１６０は、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１５６に選択的に供給する。スイッチングコントローラー１６０は、駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰを保存するシフトレジスター１６２と、シフトレジスター１６２のデータを一時的に保存するラッチ回路１６４と、ラッチ回路１６４の出力をレベル変換して選択スイッチ１６８に供給するレベルシフター１６６と、駆動信号ＣＯＭを圧電素子１５６に接続する選択スイッチ１６８とを有している。
【００２６】
シフトレジスター１６２には、駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰが順次入力され、基準クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶される領域が順次後段にシフトする。ラッチ回路１６４は、ノズル数分の駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰがシフトレジスター１６２に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴに従いシフトレジスター１６２の各出力信号をラッチする。ラッチ回路１６４に保存された信号は、レベルシフター１６６によって次段の選択スイッチ１６８を切り替え（オン／オフ）できる電圧レベルに変換される。レベルシフター１６６の出力信号により閉じられる（接続状態となる）選択スイッチ１６８に対応する圧電素子１５６は、駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）に接続される。これにより、圧電素子１５６が変形し、駆動信号ＣＯＭに応じた量のインクがノズルから吐出される。また、シフトレジスター１６２に入力された駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰがラッチ回路１６４にラッチされた後、次の駆動信号選択信号ＳＩ＆ＳＰがシフトレジスター１６２に入力され、インクの吐出タイミングに合わせてラッチ回路１６４の保存データを順次更新する。この選択スイッチ１６８によれば、圧電素子１５６を駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）から切り離した後も、当該圧電素子１５６の入力電圧は切り離す直前の電圧に維持される。なお、図３中の符号ＨＧＮＤは、圧電素子１５６のグランド端である。
【００２７】
図４は、印刷装置１００における駆動信号ＣＯＭを生成するための構成を示す説明図である。図４では、印刷装置１００の構成の内、駆動信号ＣＯＭの生成に直接関係のない構成の図示を適宜省略している。本実施形態では、駆動信号ＣＯＭは、制御ユニット１１０のメイン側駆動回路８０と印刷ヘッド１４０のヘッド側駆動回路９０とによって生成される。メイン側駆動回路８０は、基駆動信号生成回路８１と、信号変調回路８２と、信号増幅回路８３と、を含んでいる。また、ヘッド側駆動回路９０は、信号変換回路９１を含んでいる。
【００２８】
基駆動信号生成回路８１は、上述した駆動信号ＣＯＭの基となるアナログ信号である基駆動信号ＷＣＯＭを生成する回路である。基駆動信号生成回路８１は、例えば、特開２０１１−２０７２３４号公報に記載されているように、メイン制御部１２０から入力される波形形成用データを所定のアドレスに対応する記憶素子に記憶する波形メモリーと、波形メモリーから読出された波形形成用データを第１のクロック信号によってラッチする第１のラッチ回路と、第１のラッチ回路の出力と後述する第２のラッチ回路から出力される波形生成データＷとを加算する加算器と、加算器の加算出力を第２のクロック信号によってラチする第２のラッチ回路と、第２のラッチ回路から出力される波形生成データをアナログ信号である基駆動信号ＷＣＯＭに変換するＤ／Ａ変換器と、を含むように構成される。
【００２９】
信号変調回路８２は、基駆動信号生成回路８１から基駆動信号ＷＣＯＭを受け取り、基駆動信号ＷＣＯＭに対するパルス変調を行ってデジタル信号である変調基駆動信号ＭＳを生成する回路である。本実施形態では、信号変調回路８２における変調方式として、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いている。図５は、信号変調回路８２の構成の一例を示す説明図である。図５（ａ）に示すように、信号変調回路８２は、単一の波形を所定の周波数で繰り返す三角波（または鋸波）からなる比較信号を出力する比較信号生成回路５１と、基駆動信号ＷＣＯＭと比較信号とを比較する電圧比較器５２とを含んでいる。図５（ｂ）には、比較信号生成回路５１の構成の一例を示している。この信号変調回路８２によれば、基駆動信号ＷＣＯＭが比較信号以上であるときにＨｉとなり、基駆動信号ＷＣＯＭが比較信号未満であるときにＬｏとなる変調基駆動信号ＭＳが生成される。
【００３０】
信号増幅回路８３は、信号変調回路８２から変調基駆動信号ＭＳを受け取り、変調基駆動信号ＭＳを電力増幅して変調駆動信号ＭＡＳを生成する回路（いわゆるＤ級アンプ）である。信号増幅回路８３は、実質的に電力を増幅するための２つのスイッチング素子（ハイサイド側スイッチング素子Ｑ１およびローサイド側スイッチング素子Ｑ２）からなるハーフブリッジ出力段８５と、信号変調回路８２からの変調基駆動信号ＭＳに基づいてスイッチング素子Ｑ１およびＱ２のゲート−ソース間信号ＧＨおよびＧＬを調整するゲート駆動回路８４とを含んでいる。信号増幅回路８３では、変調基駆動信号ＭＳ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はゲート−ソース間信号ＧＨがハイレベルとなってオン状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はゲート−ソース間信号ＧＬがローレベルとなってオフ状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段８５の出力は供給電圧ＶＤＤとなる。一方、変調基駆動信号ＭＳ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はゲート−ソース間信号ＧＨがローレベルとなってオフ状態となり、ローサイド側スイッチング素子Ｑ２はゲート−ソース間信号ＧＬがハイレベルとなってオン状態となり、その結果、ハーフブリッジ出力段８５の出力は０となる。このように、信号増幅回路８３では、変調基駆動信号ＭＳに基づくハイサイド側スイッチング素子Ｑ１およびローサイド側スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作により電力増幅が行われ、変調駆動信号ＭＡＳが生成される。
【００３１】
信号変換回路９１は、信号増幅回路８３から変調駆動信号ＭＡＳを受け取り、変調駆動信号ＭＡＳを平滑化してアナログ信号である駆動信号ＣＯＭ（駆動パルスＰＣＯＭ）を生成する回路（いわゆる平滑フィルター）である。本実施形態では、信号変換回路９１として、コンデンサＣとコイルＬとの組み合わせを用いたローパスフィルター（低域通過フィルター）を用いている。信号変換回路９１は、信号変調回路８２で生じた変調周波数成分を減衰させて、上述したような波形特性の駆動信号ＣＯＭを出力する。信号変換回路９１により生成された駆動信号ＣＯＭは、スイッチングコントローラー１６０の選択スイッチ１６８を介して吐出部１５０の圧電素子１５６に供給される。
【００３２】
ここで、信号増幅回路８３から出力される変調駆動信号ＭＡＳには、信号変調回路８２によるパルス変調に由来する交流成分（リップルノイズとも呼ばれる）が含まれる。本実施形態では、信号変調回路８２における変調方式としてパルス幅変調（ＰＷＭ）が用いられているため、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周波数は、比較信号生成回路５１から出力される比較信号の周波数に等しい。換言すれば、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期は、比較信号生成回路５１から出力される比較信号の周期に等しい。
【００３３】
本実施形態では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期は、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、かつ、信号増幅回路８３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長くなっている。なお、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧の継続時間は、図２（ｂ）に示す膨張保持要素Ｅ２の継続時間であり、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最小電圧の継続時間は、図２（ｂ）に示す収縮保持要素Ｅ４の継続時間である。また、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間およびターンオフ遅延時間は、使用するスイッチング素子の種類（品番）に応じて一意に決定される。本実施形態では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期が、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、かつ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長くなるように、基駆動信号ＷＣＯＭの波形と、使用するスイッチング素子の種類と、比較信号生成回路５１から出力される比較信号の周期との少なくとも１つを調整するものとしている。
【００３４】
基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧（または最小電圧）の継続時間が過度に短いと、信号増幅回路８３による増幅の際に波形に歪みが発生し、駆動信号ＣＯＭの波形再現性が低下してインクの吐出安定性が低下する場合がある。本実施形態では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期が、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短い（すなわち、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間が、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期より長い）ため、駆動信号ＣＯＭの波形再現性が低下してインクの吐出安定性が低下することを抑制することができる。
【００３５】
また、信号増幅回路８３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間が長いと、スイッチング損失が増大する。特に、例えば高速高画質印刷を実現するために、印刷ヘッド１４０に多くのノズル開口部１５２を設けると、圧電素子１５６の数も多くなるために印刷ヘッド１４０の総静電容量が増大し、印刷ヘッド１４０の駆動のために要する電流量も増大して、スイッチング損失が増大しやすい。本実施形態では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期が、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長い（すなわち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間が、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期より短い）ため、スイッチング損失による電力消費量の増大を抑制することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、駆動信号ＣＯＭの周期Ｔｃｏｍ（図２（ａ））は、圧力室１５４の固有振動周期の整数倍とほぼ等しい。そのため、本実施形態では、駆動信号ＣＯＭと圧力室１５４内のインクの状態（特にメニスカスの状態）との関係を、各周期Ｔｃｏｍでほぼ同じ関係に揃えることができ、駆動信号ＣＯＭの周期毎のばらつきによるインク吐出安定性の低下を抑制することができる。なお、圧力室１５４の固有振動周期の整数倍とは、圧力室１５４の固有振動周期そのもの（圧力室１５４の固有振動周期の１倍）を含む。また、駆動信号ＣＯＭの周期Ｔｃｏｍが圧力室１５４の固有振動周期の整数倍とほぼ等しいとは、駆動信号ＣＯＭの周期Ｔｃｏｍが圧力室１５４の固有振動周期の整数倍の９０％から１１０％の範囲内に収まることを意味する。圧力室１５４の固有振動周期は、例えば、圧電素子１５６に正弦波状の入力信号を周波数を変えながら加え、ノズル開口部１５２におけるメニスカスの挙動を入力に同期させて発光するストロボスコープを用いて観察し、メニスカスが大きく振動する周波数を特定することにより測定することができる。あるいは、圧力室１５４の固有振動周期は、通常駆動によるインク吐出後のメニスカスの残留振動を観察することによっても測定することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分のうち、最も多く含まれる交流成分の周波数は、圧電素子１５６の固有振動周波数の整数倍とほぼ等しい。そのため、本実施形態では、駆動信号ＣＯＭによる圧電素子１５６の応答性を向上させることができる。なお、本実施形態では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分のうちの最も多く含まれる交流成分の周波数は、比較信号生成回路５１から出力される比較信号の周波数と同一である。圧電素子１５６の固有振動周波数は、レーザー変位計を用いて圧電素子１５６の振動状態を観察することにより実測することができる。あるいは、圧電素子１５６の固有振動周波数は、圧電素子１５６に電圧を印加した際に生ずる逆起電力を測定することによっても実測することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、駆動信号ＣＯＭの吐出要素Ｅ３（図２（ｂ））に対応する収縮状態の圧電素子１５６および駆動信号ＣＯＭの収縮保持要素Ｅ４に対応する収縮ホールド状態の圧電素子１５６への駆動信号ＣＯＭの印加に使用される変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期の合計は、圧力室１５４の固有振動周期にほぼ等しい。そのため、本実施形態では、インクの吐出安定性を向上させることができる。
【００３９】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４０】
上記実施形態における印刷装置１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、信号変調回路８２における変調方式としてパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いているが、代わりにパルス密度変調（ＰＤＭ）を用いるとしてもよい。図６は、パルス密度変調を用いた信号変調回路８２ａの構成の一例を示す説明図である。図６に示すように、信号変調回路８２ａは、基駆動信号ＷＣＯＭと、基駆動信号ＷＣＯＭの電圧に応じて周波数が変化する三角波または鋸波からなる比較信号とを電圧比較器に入力することで、変調基駆動信号ＭＳを生成する。一般に、パルス密度変調は、入力信号と所定値とを比較して入力信号が所定値以上であるときにハイレベルとなる信号を出力する比較器と、比較器の入力信号と出力信号との誤差を算出する減算器と、誤差を遅延する遅延器と、遅延された誤差を原信号に加算または減算する加減算器と、を備えるいわゆるΔΣ変調回路を用いて実行される。しかし、図６に示した例では、パルス密度変調を用いた信号変調回路８２ａは、遅延器を有していない。信号変換回路９１として構成されたローパスフィルターは表現を変えれば遅延器でもあるので、図６にＶＦＢとして示すように、遅延器の代わりにＬＣローパスフィルター出力（ＣＯＭ）を遅延信号として用いている。また、図６に示す変形例では、高域成分を強調する回路（ハイパスフィルタ（ＨＰ−Ｆ）および高域ブースト（Ｇ））と、高域成分を帰還する回路（「ＩＦＢ」として示す）とが追加されている。すなわち、この例では、信号変調回路８２ａは、信号増幅回路８３による増幅後の変調信号を帰還信号として受け取り、生成する変調基駆動信号ＭＳを補正する。なお、信号変調回路８２ａは、ΔΣ変調回路を用いた回路を含め、パルス密度変調を行うことができる他の回路を用いて構成するとしてもよい。
【００４１】
パルス密度変調を用いた信号変調回路８２ａでは、図７に示すように、発振周波数が、基駆動信号ＷＣＯＭの電圧レベル（パルスデューティ比）に応じて変動する。具体的には、信号変調回路８２ａにおける発振周波数は、基駆動信号ＷＣＯＭの電圧レベルが中間値である場合に最も高くなり、基駆動信号ＷＣＯＭの電圧レベルが中間値から大きくあるいは小さくなるにつれて低くなる。すなわち、信号変調回路８２ａにおける発振特性は、基駆動信号ＷＣＯＭの電圧レベルが所定のレベルＬｔ以下の範囲では基駆動信号ＷＣＯＭの電圧レベル増加に伴い発振周波数が増加し、基駆動信号ＷＣＯＭの電圧レベルが所定のレベルＬｔ以上の範囲では基駆動信号ＷＣＯＭの電圧レベル増加に伴い発振周波数が減少する特性である。
【００４２】
図６に示した変形例では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周波数は、信号変調回路８２ａの発振周波数に相当するため、変調駆動信号ＭＡＳには複数周波数の交流成分が含まれることとなる。図６に示した変形例では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期のうちの最長周期（最小周波数ｆ（ｂ）に対応する周期）は、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期のうちの最短周期（最大周波数ｆ（ｔ）に対応する周期）は、信号増幅回路８３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長い。そのため、図６に示した変形例では、上記実施形態と同様に、駆動信号ＣＯＭの波形再現性が低下してインクの吐出安定性が低下することを抑制することができると共に、スイッチング損失による電力消費量の増大を抑制することができる。
【００４３】
また、図６に示した変形例では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分のうち、最も多く含まれる交流成分の周波数は、圧電素子１５６の固有振動周波数の整数倍とほぼ等しいため、上記実施形態と同様に、駆動信号ＣＯＭによる圧電素子１５６の応答性を向上させることができる。
【００４４】
また、信号変調回路８２における変調方式として、パルス振幅変調（ＰＡＭ）を用いるとしてもよい。図８は、パルス振幅変調を用いた信号変調回路８２ｂの構成の一例を示す説明図である。図８に示すように、信号変調回路８２ｂは、所定のサンプリング周波数で基駆動信号ＷＣＯＭの振幅をパルス化することにより、変調基駆動信号ＭＳを生成する。
【００４５】
具体的には、図８に示す信号変調回路８２ｂは、３つのオペアンプ（Ａ１，Ａ２，Ａ３）を有するビデオアンプＩＣ１（例えば、米Analog Devices社製の「ADA4856-3」）を用いて構成されている。オペアンプＡ１，Ａ２，Ａ３のそれぞれには、２個の抵抗が接続されている。図示した配線により、オペアンプＡ１およびＡ３はゲイン（増幅度）が１の正転増幅器として機能し、オペアンプＡ２はゲインが−１の反転増幅器として機能する。ＩＣ２は、ＢＢＭ（Break-Before-Make：先切り後入れ）型の高速マルチプレクサ（例えば、米Analog Devices社製の「ADG772」）であり、オペアンプＡ３の入力への接続先を、オペアンプＡ１の出力とオペアンプＡ２の出力とで交互に切り替える。ＩＣ２の制御用ロジック信号ＩＮ２は、デューティサイクルが５０％近くに保たれる。これにより、オペアンプＡ３の出力電圧の平均値は、ほぼ０Ｖとなる。例えば、変調速度、つまり制御用ロジック信号の周波数が約６ＭＨｚの場合、出力電圧のＤＣ成分は、わずかに平均４ｍＶ以下の低周波オフセット電圧だけとなる。スイッチの接点Ｓ２ＡとＳ２Ｂは、典型的には５ｎｓのｔＢＢＭ（Break-Before-Make Time Delay：遮断から接続までの遅延時間）で両方が一時的にオフになる。制御周波数が６０ＭＨｚの場合、各スイッチがオンしているのはその半周期の約８．３ｎｓとなるはずだが、実際のオン状態の期間はｔＢＢＭが存在するため３．３ｎｓとなる。また、スイッチの接点Ｓ２ＡとＳ２Ｂのターンオン時間に違いがあると、それもＤＣ成分として結果に現れる。図８に示す回路によれば、入力端子ＩＮに入力された基駆動信号ＷＣＯＭを、各パルスの振幅の絶対値が基駆動信号ＷＣＯＭの波形の瞬時電圧レベルに等しく、その符号が交互に正負に変わるパルス振幅変調波としての変調基駆動信号ＭＳを生成することができる。生成された変調基駆動信号ＭＳの波形は、平均値がほぼ０Ｖになるため、トランスによって絶縁した状態で容易に伝送可能な信号となる。なお、図８の回路に使用するマルチプレクサとして、ＭＢＢ（Make-Before-Break：先入れ後切り）型動作を行う他のマルチプレクサを用いるとしてもよい。このタイプのマルチプレクサであれば、周波数が６０ＭＨｚでの導通期間が３倍以上にもなり、スイッチ間のターンオン時間の差がもたらす影響も小さくなる。なお、ＭＢＢ型のマルチプレクサを使用する場合、オペアンプＡ１およびＡ２の出力が短絡することによる過負荷を防ぐ必要があるため、オペアンプＡ１およびＡ２の出力に、表面実装抵抗（例えば約20Ω）を挿入するのが望ましい。なお、信号変調回路８２ｂは、パルス振幅変調を行うことができる他の回路を用いて構成するとしてもよい。
【００４６】
図８に示した変形例では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周波数は、上記サンプリング周波数と等しい。図８に示した変形例では、上記実施形態と同様に、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分の周期は、基駆動信号ＷＣＯＭに含まれる最大電圧または最小電圧の継続時間より短く、かつ、信号増幅回路８３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間との合計時間より長いため、駆動信号ＣＯＭの波形再現性が低下してインクの吐出安定性が低下することを抑制することができると共に、スイッチング損失による電力消費量の増大を抑制することができる。
【００４７】
また、図８に示した変形例では、変調駆動信号ＭＡＳに含まれる交流成分のうち、最も多く含まれる交流成分の周波数は、圧電素子１５６の固有振動周波数の整数倍とほぼ等しいため、上記実施形態と同様に、駆動信号ＣＯＭによる圧電素子１５６の応答性を向上させることができる。
【００４８】
また、上記実施形態において例示した各種信号は、あくまで一例である、種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、駆動信号ＣＯＭは複数の台形状の波形から構成された信号であるとしているが、駆動信号ＣＯＭは、複数の矩形状の波形から構成された信号であるとしてもよいし、曲線状の波形を含む信号であるとしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、信号増幅回路８３が制御ユニット１１０のメイン側駆動回路８０内に配置されるとしているが、信号増幅回路８３が印刷ヘッド１４０のヘッド側駆動回路９０内に配置されるとしてもよい。また、上記実施形態では、信号変換回路９１が印刷ヘッド１４０のヘッド側駆動回路９０内に配置されるとしているが、信号変換回路９１が制御ユニット１１０と印刷ヘッド１４０とを結ぶフレキシブルフラットケーブル１３９上に配置されるとしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、印刷装置１００は、ホストコンピューター２００から画像データを受信して印刷処理を行うとしているが、これに代えて、印刷装置１００は、例えば、メモリーカードから取得した画像データや所定のインターフェイスを介してデジタルカメラから取得した画像データ、スキャナーによって取得した画像データ等に基づき印刷処理を行うものとしてもよい。また、上記実施形態では、画像データを受信した印刷装置１００のメイン制御部１２０が、画像展開処理、色変換処理、インク色分版処理、ハーフトーン処理といった印刷実行のための演算処理を行うものとしているが、これらの演算処理はホストコンピューター２００により実行されるとしてもよい。この場合には、印刷装置１００は、ホストコンピューター２００による演算処理によって生成された印刷コマンドを受信して、印刷コマンドに従った印刷処理を実行する。また、本発明は、印刷の際に印刷ヘッド１４０を搭載するキャリッジが往復移動するシリアルプリンタにも適用可能であるし、そのような往復移動を伴わないラインプリンタにも適用可能である。また、本発明は、インク容器がキャリッジと共に往復移動するオンキャリッジ方式のプリンターにも適用可能であるし、インク容器を装着するホルダーがキャリッジとは別の場所に設けられ、インク容器から可撓性チューブ等を介して印刷ヘッド１４０にインクを供給するオフキャリッジ方式のプリンターにも適用することが可能である。また、本発明は、インク以外の液体（機能材料の粒子が分散された液状体やジェルなどの流状体を含む）を用いて印刷媒体に画像を形成する印刷装置にも適用可能である。
【００５１】
また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。また、本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータープログラム）は、コンピューター読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピューター内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピューターに固定されている外部記憶装置も含んでいる。
【符号の説明】
【００５２】
５１…比較信号生成回路
５２…電圧比較器
８０…メイン側駆動回路
８１…基駆動信号生成回路
８２…信号変調回路
８３…信号増幅回路
８４…ゲート駆動回路
８５…ハーフブリッジ出力段
９０…ヘッド側駆動回路
９１…信号変換回路
１００…印刷装置
１１０…制御ユニット
１１２…ホストインターフェイス
１１４…紙送りモータードライバー
１１６…ヘッドドライバー
１２０…メイン制御部
１２２…ＣＰＵ
１２４…ＲＡＭ
１２６…ＲＯＭ
１３９…フレキシブルフラットケーブル
１４０…印刷ヘッド
１４２…ヘッドインターフェイス
１５０…吐出部
１５２…ノズル開口部
１５４…圧力室
１５６…圧電素子
１６０…スイッチングコントローラー
１６２…シフトレジスター
１６４…ラッチ回路
１６６…レベルシフター
１６８…選択スイッチ
１７２…紙送りモーター
２００…ホストコンピューター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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