(57)【要約】【課題】コストを低く抑えつつ、良好な吐出条件を維持したまま吐出量を調整することが可能な液体吐出装置を提供する。【解決手段】電圧生成回路１０２は、波形が異なる複数の駆動信号を生成する。スイッチ部１０７は、複数の駆動信号のいずれかを駆動電圧として出力する。ピエゾ素子１１０は、スイッチ部１０７から出力された駆動電圧に応じて液体を吐出するエネルギーを生成する。スイッチ部１０７は、オンオフを切り替えることで複数の駆動信号のそれぞれの出力と出力停止を切り替えるアナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂを有する。アナログスイッチ１０７ａは、ＮＭＯＳ２０１とＰＭＯＳ２０２とを備えたトランスファゲートである。アナログスイッチ１０７ｂ、ＮＭＯＳ３０１を備えたトランスファゲートである。【選択図】図３
2019077088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波形が異なる複数の駆動信号を生成する生成部と、前記複数の駆動信号のいずれかを駆動電圧として出力するスイッチ部と、前記駆動電圧に応じて液体を吐出するエネルギーを生成するエネルギー発生素子と、を備える液体吐出装置において、
前記スイッチ部は、オンオフを切り替えることで前記複数の駆動信号のそれぞれの出力と出力停止を切り替える複数のアナログスイッチを有し、
前記複数のアナログスイッチは、第１導電型のトランジスタと第２導電型のトランジスタとを備えたトランスファゲートである第１のアナログスイッチと、第１導電型または第２導電型のトランジスタを備えたトランスファゲートである第２のアナログスイッチを含むことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
吐出する液体の量を調整するための補整用データに基づいて、前記第１のアナログスイッチおよび第２のアナログスイッチのオンオフを切り替えて、前記スイッチ部から出力される駆動電圧を切り替える制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記補整用データに基づいて、前記駆動信号の１周期内で、前記複数のアナログスイッチのオンオフを固定する第１の駆動モードと、前記駆動信号の１周期内に、前記複数のアナログスイッチのオンオフを切り替える第２の駆動モードとのいずれかを実行することを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記複数の駆動信号は、１周期内に、互いに電圧が異なる第１の電圧期間と、互いに電圧が略等しい第２の電圧期間とを有し、
前記制御部は、前記第２の駆動モードでは、前記複数の駆動信号が前記第２の電圧期間のときに、前記複数のアナログスイッチのオンオフを切り替えることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記駆動信号は、１周期内に、前記第２のアナログスイッチのオン状態における抵抗値が閾値以上となる第１の抵抗期間と、前記抵抗値が前記閾値未満となる第２の抵抗期間とを有し、
前記制御部は、前記第１の抵抗期間では、前記第２のアナログスイッチがオフとなるように、前記複数のアナログスイッチのオンオフを切り替えることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
波形が異なる複数の駆動信号を生成する生成部と、前記複数の駆動信号のいずれかを駆動電圧として出力するスイッチ部と、前記駆動電圧に応じて液体を吐出するエネルギーを生成するエネルギー発生素子と、を備える液体吐出装置において、
前記スイッチ部は、オンオフを切り替えることで前記複数の駆動信号のそれぞれの出力と出力停止を切り替える複数のアナログスイッチを有し、
前記複数のアナログスイッチは、オン状態における抵抗値が閾値未満となる第１のアナログスイッチと、オン状態における抵抗値が前記駆動信号の電圧に応じて前記閾値以上または前記閾値未満となる第２のアナログスイッチとを含むことを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクなどの液体を吐出して被記録媒体に画像を記録する液体吐出装置は、液体を吐出するための液体吐出ヘッドを備えている。液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、吐出口から吐出する液体を蓄える圧力室と、液体を吐出するためのエネルギーを生じさせるエネルギー発生素子とを有する。エネルギー発生素子としては、圧力室の容積を変化させることで、圧力室内の液体を吐出口から液滴として吐出するピエゾ素子（ＰＺＴ：Piezoelectric Element）などが知られている。
近年、上記の液体吐出装置に対して、記録ムラのない高画質な画像を高速に記録することが求められており、それに伴い、多数の吐出口を高密度で配置し、かつ、吐出口間の吐出特性のばらつきを小さくすることが求められている。しかしながら、吐出口間の吐出特性のばらつきが小さい液体吐出ヘッドには、製造が難しく、製造コストの上昇や歩留まりの低下などが生じるという問題がある。
上記の問題に対して、エネルギー発生素子を駆動するための駆動電圧を補正することで、各吐出口から吐出される液体の吐出量を調整して、吐出口間の吐出特性に製造上のばらつきがある場合でも、高画質な画像を実現することが可能な技術が提案されている。
特許文献１には、波形がそれぞれ異なる複数の駆動電圧を生成し、吐出口ごとに設けられたセレクタを用いて、複数の駆動電圧の中からエネルギー発生素子に供給する駆動電圧を選択するインクジェット記録装置が開示されている。
また、特許文献２には、波形がそれぞれ異なる複数の駆動電圧を生成し、吐出口ごとに駆動電圧と同じ数だけ設けられたアナログスイッチを用いて、複数の駆動電圧の中からエネルギー発生素子に供給する駆動電圧を選択する駆動装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−５８７０４号公報
【特許文献２】特開平９−１１４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、三角波や台形波のような単純な波形を有する駆動電圧を、単一のトランジスタで形成される通常のセレクタで選択している。このような単純な構成では、サテライト（所望の液滴の後ろに形成される微小な液滴）の生成を抑制することができる良好な吐出条件（吐出速度など）を維持したまま、吐出量を調整することが困難である。
また、一般的に、急峻に変化する波形を有する駆動電圧を用いて容量性負荷であるピエゾ素子を正常に駆動させるためには、波形なまりのない駆動電圧をピエゾ素子に印加する必要がある。
特許文献２には、アナログスイッチとして、ＮＭＯＳ（Ｎ型ＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Efect）トランジスタ）およびＰＭＯＳ（Ｐ型ＭＯＳトランジスタ）で形成されたトランスファゲートが使用されている。このようなアナログスイッチを用いて波形なまりのない駆動電圧をピエゾ素子に印加するためには、トランスファゲートを形成するＮＭＯＳおよびＰＭＯＳとして、面積が大きいトランジスタが必要になる。したがって、特許文献２に記載の技術は、面積の大きいトランジスタを２つ用いたアナログスイッチを吐出口ごとに駆動電圧の数と同じだけ実装する必要がある。このため、大きい面積の基板が必要となり、コストが増加するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、コストを低く抑えつつ、良好な吐出条件を維持したまま吐出量を調整することが可能な液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による第１の液体吐出装置は、波形が異なる複数の駆動信号を生成する生成部と、前記複数の駆動信号のいずれかを駆動電圧として出力するスイッチ部と、前記駆動電圧に応じて液体を吐出するエネルギーを生成するエネルギー発生素子と、を備える液体吐出装置において、前記スイッチ部は、オンオフを切り替えることで前記複数の駆動信号のそれぞれの出力と出力停止を切り替える複数のアナログスイッチを有し、前記複数のアナログスイッチは、第１導電型のトランジスタと第２導電型のトランジスタとを備えたトランスファゲートである第１のアナログスイッチと、第１導電型または第２導電型のトランジスタを備えたトランスファゲートである第２のアナログスイッチとを含むことを特徴とする。
また、本発明による第２の液体吐出装置は、波形が異なる複数の駆動信号を生成する生成部と、前記複数の駆動信号のいずれかを駆動電圧として出力するスイッチ部と、前記駆動電圧に応じて液体を吐出するエネルギーを生成するエネルギー発生素子と、を備える液体吐出装置において、前記スイッチ部は、オンオフを切り替えることで前記複数の駆動信号のそれぞれの出力と出力停止を切り替える複数のアナログスイッチを有し、前記複数のアナログスイッチは、オン状態における抵抗値が閾値未満となる第１のアナログスイッチと、オン状態における抵抗値が前記駆動信号の電圧に応じて前記閾値以上または前記閾値未満となる第２のアナログスイッチとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、コストを低く抑えつつ、良好な吐出条件を維持したまま吐出量を調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の要部の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における駆動信号の一例を示す波形図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるアナログスイッチの構成例を示す図である。
【図４】アナログスイッチのオン抵抗値と入力電圧との関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における駆動電圧の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における駆動電圧の切替動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における駆動信号の別の例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における駆動信号の別の例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態におけるアナログスイッチの別の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるアナログスイッチの構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における駆動電圧の切替動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の要部の構成を示す図である。図１では、液体吐出装置の要部として、インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッド１００ａと、液体吐出ヘッド１００ａを駆動する駆動装置１００ｂとが示されている。
液体吐出ヘッド１００ａは、液体を吐出する複数の吐出口（図示せず）と、吐出口ごとに設けられた複数の圧力室（図示せず）と、吐出口ごと（圧力室ごと）に設けられた複数のピエゾ素子（圧電素子）１１０とを有する。圧力室は、吐出口から吐出する液体を蓄える。
ピエゾ素子１１０は、駆動装置１００ｂからの駆動電圧に応じて、吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生させるエネルギー発生素子である。具体的には、ピエゾ素子１１０は、駆動電圧に応じて圧力室の容積を変化させて、圧力室内の液体を吐出口から吐出する。駆動電圧の振幅が大きいほど、ピエゾ素子１１０が生成するエネルギーが大きくなり、液体の吐出量が増加する。
ピエゾ素子１１０の一端は、駆動装置１００ｂと電気的に接続され、他端は、共通化されて接地されている。ピエゾ素子１１０における駆動装置１００ｂと接続された一端に、駆動装置１００ｂから駆動電圧が供給（印加）される。
駆動装置１００ｂは、液体吐出ヘッド１００ａの各ピエゾ素子１１０に駆動電圧を供給することで各ピエゾ素子１１０を駆動して、各吐出口から液体を吐出させる。本実施形態では、駆動装置１００ｂは、波形がそれぞれ異なる複数の駆動信号を生成し、ピエゾ素子１１０のそれぞれに対して複数の駆動信号のいずれかを駆動電圧として供給する。
駆動装置１００ｂは、描画制御回路１０１と、電圧生成回路１０２と、駆動回路１０３とを有する。
描画制御回路１０１は、電圧生成回路１０２および駆動回路１０３を制御して、ピエゾ素子１１０のそれぞれに供給する駆動電圧を調整する制御部である。具体的には、描画制御回路１０１は、動作命令を電圧生成回路１０２に出力することで、電圧生成回路１０２を制御する。また、描画制御回路１０１は、記録する画像と予め保持した補整用データとに応じた論理信号を生成し、その論理信号を駆動回路１０３に出力することで駆動回路１０３を制御する。
補整用データは、吐出口から吐出される液体の量を調整して、吐出口間の吐出特性（駆動電圧と吐出量の関係）のばらつきを補正するためのデータである。補整用データは、具体的には、液体を吐出する吐出時（ピエゾ素子１１０を駆動する駆動時）にピエゾ素子１１０に供給する駆動電圧を吐出口ごと（ピエゾ素子１１０ごと）に示す。
論理信号は、記録データＤＡＴＡと、クロックＣＬＫと、ラッチ信号ＬＴと、タイミング信号ＳＥＬとを有する。記録データＤＡＴＡは、記録する画像を示す。具体的には、記録データＤＡＴＡは、ピエゾ素子１１０に供給する駆動電圧をピエゾ素子１１０ごとに（吐出口ごとに）示す。また、記録データＤＡＴＡは、本実施形態では、１ピエゾ素子１１０当たり（１吐出口当たり）２ビットのシリアルデータ（シリアル方式のデータ）である。タイミング信号ＳＥＬは、ピエゾ素子１１０に供給する駆動電圧を切り替えるタイミングを示す。
電圧生成回路１０２は、描画制御回路１０１からの動作命令に従って、波形が異なる複数の駆動信号を生成し、その複数の駆動信号を駆動回路１０３に出力する生成部である。本実施形態では、電圧生成回路１０２は、波形が異なる２種類の駆動信号１および２を生成する。
【００１０】
駆動回路１０３は、描画制御回路１０１からの論理信号と、電圧生成回路１０２からの駆動信号１および２とに応じて、液体吐出ヘッド１００ａのピエゾ素子１１０に駆動電圧を供給することで、ピエゾ素子１１０を駆動させる。具体的には、駆動回路１０３は、論理信号に応じて、駆動信号１および２のいずれかを駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給する。
駆動回路１０３は、シフトレジスタ１０４と、ラッチ回路１０５と、デコーダ１０６と、スイッチ部１０７とを有する。
シフトレジスタ１０４は、描画制御回路１０１からの記録データＤＡＴＡをクロックＣＬＫに同期して取り込み、パラレルデータ（パラレル方式のデータ）である記録データ信号に変換して出力する。記録データ信号は、記録データＤＡＴＡと同様に、１ピエゾ素子１１０当たり２ビットのデータである。
ラッチ回路１０５は、シフトレジスタ１０４から出力された記録データ信号を、ラッチ信号ＬＴに同期してラッチする。
デコーダ１０６は、ピエゾ素子１１０ごとに（吐出口ごとに）設けられる。各デコーダ１０６には、ラッチ回路１０５でラッチされた記録データ信号のうち、当該デコーダ１０６に対応するピエゾ素子１１０に供給する駆動電圧を示す２ビットのデータが入力される。各デコーダ１０６は、入力された２ビットのデータに応じて、スイッチ部１０７の状態（オンオフ）を切り替えるスイッチ信号を出力する。このとき、デコーダ１０６は、描画制御回路１０１からのタイミング信号ＳＥＬに従って、出力するスイッチ信号を切り替える。
スイッチ部１０７は、ピエゾ素子１１０ごとに（吐出口ごとに）設けられる。各スイッチ部１０７には、同じピエゾ素子１１０と対応するデコーダ１０６からのスイッチ信号が入力される。各スイッチ部１０７は、入力されたスイッチ信号に応じて、電圧生成回路１０２からの駆動信号１および２のいずれかを駆動電圧として、液体吐出ヘッド１００ａのピエゾ素子１１０に出力（供給）する。
各スイッチ部１０７は、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂを有する。アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂは、デコーダ１０６からのスイッチ信号に応じて状態（オンオフ）を切り替えることで、駆動信号１および２のそれぞれの出力と出力停止とを切り替える。
【００１１】
次に液体吐出装置の動作を説明する。
先ず、記録動作が開始されると、描画制御回路１０１は、記録する画像と保持している補整用データとに基づいて論理信号を生成する。描画制御回路１０１は、論理信号に含まれる記録データＤＡＴＡおよびクロックＣＬＫを駆動回路１０３のシフトレジスタ１０４に出力する。
シフトレジスタ１０４は、描画制御回路１０１からの記録データＤＡＴＡをクロックＣＬＫに同期して取り込み、その取り込んだ記録ＤＡＴＡをパラレルデータの記録データ信号に変換してラッチ回路１０５に出力する。
描画制御回路１０１は、１吐出周期分の記録データＤＡＴＡ（吐出口分の記録データＤＡＴＡ）を出力すると、ラッチ信号ＬＴをラッチ回路１０５に出力する。ラッチ回路１０５は、シフトレジスタ１０４からの記録データ信号を、ラッチ信号ＬＴに同期してラッチし、そのラッチした記録データ信号をデコーダ１０６に出力する。なお、描画制御回路１０１は、ラッチ信号ＬＴの出力後、次の吐出周期分の記録データＤＡＴＡを出力する。
ラッチ信号を出力すると、描画制御回路１０１は、動作命令を電圧生成回路１０２に出力する。電圧生成回路１０２は、動作命令を受け付けると、波長が互いに異なる駆動信号１および２を生成して出力する。
動作命令を出力すると、描画制御回路１０１は、タイミング信号ＳＥＬをデコーダ１０６に出力する。デコーダ１０６は、ラッチ回路１０５でラッチされた記録データ信号に応じたスイッチ信号を、タイミング信号ＳＥＬに従って出力する。
アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂは、デコーダ１０６からのスイッチ信号に応じて状態を切り替えることで、電圧生成回路１０２からの駆動信号１および２のいずれかを駆動電圧として液体吐出ヘッド１００ａのピエゾ素子１１０に供給する。
【００１２】
以上説明したように描画制御回路１０１は、記録する画像と補整用データとに応じた論理信号を生成して駆動回路１０３に入力することで、駆動回路１０３のスイッチ部１０７を制御している。このとき、描画制御回路１０１は、吐出口ごとに第１の駆動モードと第２の駆動モードとのいずれかを実行する。第１の駆動モードは、駆動信号の１周期内で、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂのオンオフを固定する。第２の駆動モードは、駆動信号の１周期内に、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂ２のオンオフを切り替える。なお、本実施形態の第１の駆動モードでは、アナログスイッチ１０７ａをオンに固定し、アナログスイッチ１０７ｂをオフに固定する。
以下、描画制御回路１０１によるスイッチ部１０７の制御についてより詳細に説明する。
先ず、駆動信号１および２についてより詳細に説明する。
図２は、電圧生成回路１０２で生成される２種類の駆動信号１および２を示す波形図である。図２（ａ）は駆動信号１を示し、図２（ｂ）は駆動信号２を示す。
図２（ａ）に示す駆動信号１は、基準波形を有する基準駆動電圧をピエゾ素子１１０に供給した場合に、吐出量が予め定められた標準量未満となる吐出口から液体を吐出させるために使用する駆動信号である。基準駆動電圧は、所定の基準吐出特性を有する吐出口に対応するピエゾ素子１１０に供給された際に、その吐出口から標準量の液体が吐出される駆動電圧である。
図２（ｂ）に示す駆動信号２は、基準駆動電圧をピエゾ素子１１０に供給した場合に、吐出量が標準量以上となる吐出口から液体を吐出させるために使用する第２の駆動信号である。
図示されたように駆動信号１および２は、液体を吐出する吐出周期と同じ周期の波形を有する。駆動信号１および２には、１周期内に、互いに電圧が異なる第１の電圧期間である異電圧期間と、互いに電圧が略等しい第２の電圧期間である同電圧期間とがある。本実施形態では、１吐出周期の中で、異電圧期間、同電圧期間の順に並んでいる。
また、駆動信号２は、駆動信号１と比べて振幅が小さい。上述したように駆動電圧の振幅が大きいほど吐出量が増加するため、ピエゾ素子１１０に供給する駆動電圧として駆動信号２を用いることで、駆動信号１を用いた場合と比べて吐出量を少なくすることが可能になる。このため、基準吐出特性を有する吐出口と比べて、駆動電圧に応じた吐出量が多い吐出口に対応するピエゾ素子１１０に駆動信号２を印加する。基準吐出特性を有する吐出口と比べて、駆動電圧に応じた吐出量が等しいか少ない吐出口に対応するピエゾ素子１１０に駆動信号１を印加する。これにより、各吐出口から吐出される吐出量を標準量に近付けることが可能になる。したがって、駆動信号１および２を吐出特性に応じて使い分けることによって、吐出口間の吐出特性のばらつきを抑制することが可能になる。
【００１３】
続いて、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂについてより詳細に説明する。
アナログスイッチ１０７ａは、第１導電型のトランジスタと第２導電型のトランジスタとを備えたトランスファゲートである第１のアナログスイッチである。アナログスイッチ１０７ｂは、第１導電型または第２導電型のトランジスタを備えたトランスファゲートである第２のアナログスイッチである。本実施形態では、第１導電型はＮ型（Ｎチャネル）であり、第２導電型はＰ型（Ｐチャネル）である。
図３は、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの具体的な構成を示す図である。図３に示すようにアナログスイッチ１０７ａは、ＮＭＯＳ（Ｎ型ＭＯＳトランジスタ）２０１と、ＰＭＯＳ（Ｐ型ＭＯＳトランジスタ）２０２と、インバータ２０３とを有する。
ＮＭＯＳ２０１およびＰＭＯＳ２０２は互いに並列に接続されている。具体的には、ＮＭＯＳ２０１およびＰＭＯＳ２０２のソースは、駆動信号１が入力される入力端子４０１と共通接続され、ＮＭＯＳ２０１およびＰＭＯＳ２０２のドレインは、ピエゾ素子１１０と共通接続される。ＮＭＯＳ２０１のゲートは、スイッチ信号が入力される制御端子５０１と接続され、ＰＭＯＳ２０２のゲートは、インバータ２０３を介して制御端子５０１と接続される。
制御端子５０１に入力されるスイッチ信号がＨレベルの場合、ＮＭＯＳ２０１およびＰＭＯＳ２０２が共にオン、つまりアナログスイッチ１０７ａがオンとなり、入力端子４０１に入力された駆動信号１が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。一方、スイッチ信号がＬレベルの場合、ＮＭＯＳ２０１およびＰＭＯＳ２０２が共にオフ、つまりアナログスイッチ１０７ａがオフとなり、駆動信号１のピエゾ素子１１０への供給が停止される。
また、アナログスイッチ１０７ｂは、ＮＭＯＳ３０１を有する。ＮＭＯＳ３０１のソースは、駆動信号２が入力される入力端子４０２と接続され、ＮＭＯＳ３０１のドレインは、ピエゾ素子１１０と接続され、ＮＭＯＳ３０１のゲートは、スイッチ信号が入力される制御端子５０２と接続される。
制御端子５０２に入力されるスイッチ信号がＨレベルの場合、ＮＭＯＳ３０１がオン、つまりアナログスイッチ１０７ｂがオンとなり、入力端子４０１に入力された駆動信号２が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。スイッチ信号がＬレベルの場合、ＮＭＯＳ３０１がオフ、つまりアナログスイッチ１０７ｂがオフとなり、駆動信号２のピエゾ素子１１０への供給が停止される。
【００１４】
図４は、オン状態におけるアナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの抵抗値であるオン抵抗値と入力電圧との関係を示す図である。図４における閾値は、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂがスイッチとして精度良く機能できる抵抗値の上限値以下の値である。
図４に示すように、アナログスイッチ１０７ａがオン状態の場合、入力端子４０１に入力される入力電圧が低い領域では、ＮＭＯＳ２０１の抵抗値は閾値よりも低くなるが、ＰＭＯＳ２０２の抵抗値は閾値よりも高くなる。一方、入力電圧が高い領域では、ＮＭＯＳ２０１の抵抗値は閾値よりも高くなるが、ＰＭＯＳ２０２の抵抗値は閾値よりも低くなる。アナログスイッチ１０７ａのオン抵抗値は、ＮＭＯＳ２０１およびＰＭＯＳ２０２が互いに並列に接続されているため、入力電圧が低い領域でも、入力電圧が高い領域でも閾値未満にすることができる。
図５は、アナログスイッチ１０７ａから出力される駆動電圧を示す図である。図５では、アナログスイッチ１０７ａがオン状態のときに入力電圧として駆動信号１が入力された際の駆動電圧が示されている。
駆動信号１の電圧が低い領域１ａでは、ＮＭＯＳ２０１のオン抵抗値が低いため、主にＮＭＯＳ２０１から出力される電圧が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。一方、駆動信号１の電圧が高い領域１ｂでは、ＰＭＯＳ２０２のオン抵抗値が低いため、主にＰＭＯＳ２０２から出力される電圧が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。このため、駆動電圧の波形は駆動信号１の波形と略等しくなり、駆動電圧のなまりを抑制することが可能になる。
図４の説明に戻る。アナログスイッチ１０７ｂのオン抵抗値は、ＮＭＯＳ３０１のオン抵抗値となるため、入力電圧に応じて閾値以上または閾値未満となる。具体的には、アナログスイッチ１０７ｂのオン抵抗値は入力電圧が小さい領域で閾値未満となり、入力電圧が大きい領域で閾値以上となる。したがって、アナログスイッチ１０７ａがオン状態のときに入力電圧として駆動信号２が入力されると、駆動信号２の電圧が低い領域では、駆動電圧の波形は駆動信号２の波形と略等しくなり、駆動電圧のなまりを抑制することが可能になる。
【００１５】
続いて、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂを制御してピエゾ素子１１０に供給する駆動電圧を切り替える切替動作についてより詳細に説明する。
上述したようにアナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂは、デコーダ１０６から出力されたスイッチ信号に応じて状態が切り替えられる。また、デコーダ１０６は、描画制御回路１０１からのタイミング信号ＳＥＬに従って、ラッチ回路１０５からの記録データ信号に応じたスイッチ信号を出力する。記録データ信号は、記録データＤＡＴＡをパラレルデータに変換したものである。したがって、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの状態は、記録データＤＡＴＡおよびタイミング信号ＳＥＬに応じて切り替えられる。
表１は、記録データＤＡＴＡの値と、タイミング信号ＳＥＬの値と、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの状態と、ピエゾ素子１１０に供給される駆動電圧との関係を示す。表１において、ＳＷ１はアナログスイッチ１０７ａの状態を示し、ＳＷ２はアナログスイッチ１０７ｂの状態を示す。
【表１】
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記録データＤＡＴＡは、上述したように１吐出口当たり２ビットのデータで構成され、それらの値によって、ピエゾ素子１１０に供給する駆動電圧を示す。表１では、記録データＤＡＴＡを構成する２ビットのデータのうち第１のビットデータをＢ１、第２のビットデータをＢ２と表記している。
以下、記録データＤＡＴＡにおいて、第１のビットデータＢ１および第２のビットデータＢ２が共にＬレベルの場合、ＬＬレベルと称する。また、第１のビットデータＢ１がＬレベル、第２のビットデータＢ２がＨレベルの場合、ＬＨレベルと称し、第１のビットデータＢ１がＨレベル、第２のビットデータＢ２がＬレベルの場合、ＨＬレベルと称する。なお、本実施形態では、第１のビットデータＢ１および第２のビットデータＢ２が共にＨレベルとなることはない。
記録データＤＡＴＡがＬＬレベルの場合、デコーダ１０６は、タイミング信号ＳＥＬの値に関わらず、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの両方にＬレベルのスイッチ信号を出力して、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂをオフにする。この場合、駆動信号１も駆動信号２もピエゾ素子１１０には供給されず、液体の吐出は行われない。
記録データ信号がＬＨレベルの場合、デコーダ１０６は、タイミング信号ＳＥＬの値に関わらず、アナログスイッチ１０７ａにＨレベル、アナログスイッチ１０７ｂにＬレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、アナログスイッチ１０７ａがオンとなり、アナログスイッチ１０７ｂがオフとなる。したがって、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂは、オンオフが駆動信号の１周期内で固定される第１の駆動モードで駆動することとなり、アナログスイッチ１０７ａから駆動信号１が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。
記録データ信号がＨＬレベルの場合、デコーダ１０６は、タイミング信号ＳＥＬに応じてスイッチ信号を切り替える。
具体的には、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルの場合、デコーダ１０６は、アナログスイッチ１０７ａにＬレベル、アナログスイッチ１０７ｂにＨレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、アナログスイッチ１０７ａがオフとなり、アナログスイッチ１０７ｂがオンとなる。この場合、アナログスイッチ１０７ｂから駆動信号２が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。
また、タイミング信号ＳＥＬがＨレベルの場合、デコーダ１０６は、アナログスイッチ１０７ａにＨレベル、アナログスイッチ１０７ｂにＬレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、アナログスイッチ１０７ａがオンとなり、アナログスイッチ１０７ｂがオフとなる。この場合、アナログスイッチ１０７ａから駆動信号１が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。
したがって、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂは、オンオフが駆動信号の１周期内に切り替えられる第２の駆動モードで駆動することになる。
【００１６】
図６は、切替動作を説明するための図である。
図６（ａ）に示すように、電圧生成回路１０２は、１吐出周期の中で、異電圧期間、同電圧期間の順に並んだ波形を有する駆動信号１および２を生成する。描画制御回路１０１は、タイミング信号ＳＥＬの値を、駆動信号１および２の１吐出周期内に変化させる。具体的には、描画制御回路１０１は、タイミング信号ＳＥＬの値を、異電圧期間中はＬレベルに設定し、同電圧期間にＬレベルからＨレベルに変化させ、さらに同じ同電圧期間にＨレベルからＬレベルに戻す。
図６（ｂ）は、記録データＤＡＴＡがＬＨレベルの場合における、ピエゾ素子１１０に供給される駆動電圧を示す。記録データＤＡＴＡがＬＨレベルの場合、タイミング信号ＳＥＬの値に関わらず、アナログスイッチ１０７ａがオン、かつ、アナログスイッチ１０７ｂがオフであるため、駆動信号１がアナログスイッチ１０７ａから駆動電圧として出力される。
図６（ｃ）は、記録データ信号がＨＬレベルの場合における、ピエゾ素子１１０に供給される駆動電圧を示す。記録データ信号がＨＬレベルの場合、吐出周期が開始した時点では、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルのため、アナログスイッチ１０７ａがオフ、かつ、アナログスイッチ１０７ｂがオンとなる。このため、アナログスイッチ１０７ｂから駆動信号２が駆動電圧として出力される。その後、タイミング信号ＳＥＬがＨレベルになると、アナログスイッチ１０７ａがオン、かつ、アナログスイッチ１０７ｂがオフになり、アナログスイッチ１０７ａから駆動信号１が駆動電圧として出力される。
したがって、１吐出周期における駆動電圧は、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルである期間の駆動信号２とタイミング信号ＳＥＬがＨレベルである期間の駆動信号１とが合体した波形を有することなる。タイミング信号ＳＥＬがＬレベルからＨレベルに変化するタイミングは、異電圧期間の後の同電圧期間であるため、１吐出周期における駆動電圧は駆動信号２と同じ波形となる。
以上により、記録データＤＡＴＡがＬＨレベルの場合、ピエゾ素子１１０には、振幅の大きい駆動信号１が駆動電圧として供給され、記録データＤＡＴＡがＨＬレベルの場合、ピエゾ素子１１０には、振幅の小さい駆動信号２が駆動電圧として供給される。このため、駆動信号１および２を吐出特性に応じて使い分けることが可能になり、吐出口間の吐出特性のばらつきを抑制することが可能になる。
また、アナログスイッチ１０７ｂは上述したように駆動信号２の電圧が高い領域では、ＮＭＯＳ３０１のオン抵抗値が高くなり、出力される駆動電圧がなまる恐れがある。このため、描画制御回路１０１は、ＮＭＯＳ３０１のオン抵抗値が閾値以上となる第１の抵抗期間にアナログスイッチ１０７ｂをオフとし、ＮＭＯＳ３０１のオン抵抗値が閾値未満となる第２の抵抗期間にアナログスイッチ１０７ｂをオンとすることが望ましい。つまり、描画制御回路１０１は、タイミング信号ＳＥＬの値を、第２の抵抗期間にＬレベルからＨレベルに変化させることが望ましい。
また、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの状態が駆動信号１および２が同電圧期間で切り替わる。このため、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの切り替えによりピエゾ素子１１０に印加される電圧が急激に変化し、過大な電流がピエゾ素子１１０に流れることを抑制することが可能になる。
【００１７】
以上説明した本実施形態では、タイミング信号ＳＥＬがＨレベルとなる期間の駆動信号２の波形は、同じ期間の駆動信号１と同じであった。しかしながら、この期間では、駆動信号２が駆動電圧として出力されることはないため、この期間の駆動信号の波形は駆動信号１と同じである必要はない。
図７は、駆動信号１および２の別の例を示す図である。図７（ａ）に示す駆動信号１は、図６で示した駆動信号１と同じ波形を有する。図７（ｂ）に示す駆動信号２は、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルの期間では、図６に示した駆動信号２と同じ波形を有するが、タイミング信号ＳＥＬがＨレベルの期間では、図６に示した駆動信号２と異なる波形を有する。
具体的には、駆動信号１および２は、１吐出周期の中で、異電圧期間Ｐ１、同電圧期間Ｐ２、異電圧期間Ｐ３、同電圧期間Ｐ４の順に並んだ波形を有する。この場合、描画制御回路１０１は、タイミング信号ＳＥＬの値を、同電圧期間Ｐ２にＬレベルからＨレベルに変化させ、同電圧期間Ｐ４にＨレベルからＬレベルに戻す。これにより、記録データ信号がＨＬレベルの場合における１吐出周期分の駆動電圧は図６に示した駆動信号２と同じ波形となる。
【００１８】
また、本実施形態では、２種類の駆動信号１および２と２つのアナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂとを用いて、吐出特性のばらつきを補正したが、駆動信号の数およびアナログスイッチの数は、２に限定されず、複数あればよい。駆動信号の数およびアナログスイッチの数が３つ以上の場合、アナログスイッチのいずれか１つをＮＭＯＳおよびＰＭＯＳを有する第１のアナログスイッチとし、他のアナログスイッチをＮＭＯＳからなる第２のアナログスイッチとすればよい。
図８および図９は、駆動信号の数およびアナログスイッチの数が３の場合における駆動信号とスイッチ部１０７とを示す図である。
図８では、３種類の駆動信号１〜３が示されている。駆動信号１〜３は、図６の例と同様に、１吐出周期の中で、異電圧期間、同電圧期間の順に並んだ波形を有する。
駆動信号１および２は、図６に示した波形と同じ波形を有する。駆動信号３は、駆動信号１と比べて振幅が大きい。このため、駆動電圧に応じた吐出量が少ない吐出口に対応するピエゾ素子１１０に駆動信号３を印加することで、吐出量を標準量に近付けることが可能になる。したがって、駆動信号１〜３を吐出特性に応じて使い分けることによって、吐出口間の吐出特性のばらつきをさらに抑制することが可能になる。
図９は、３つのアナログスイッチ１０７ａ〜１０７ｃの構成を示す図である。アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂは、図３に示した構成を同じ構成を有する。
アナログスイッチ１０７ｃは、アナログスイッチ１０７ｂと同様に第２のアナログスイッチである。具体的には、アナログスイッチ１０７ｃは、ＮＭＯＳ３０２を有する。ＮＭＯＳ３０２のソースは、駆動信号３が入力される入力端子４０３と接続され、ＮＭＯＳ３０２のドレインは、ピエゾ素子１１０と接続され、ＮＭＯＳ３０２のゲートは、スイッチ信号が入力される制御端子５０３と接続される。
【００１９】
図８および図９の例では、記録データＤＡＴＡがＬＬレベル、ＬＨレベルおよびＨＬレベルの場合、表１および図６を用いて説明した動作に加えて、以下の動作を行う。つまり、デコーダ１０６は、タイミング信号ＳＥＬの値に関わらず、さらにアナログスイッチ１０７ｃにＬレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧は、図６の例と同じになる。
記録データＤＡＴＡが第１のビットデータＢ１および第２のビットデータＢ２が共にＨレベルとなるＨＨレベルの場合、デコーダ１０６は、タイミング信号ＳＥＬに応じて以下のようにスイッチ信号を切り替える。
つまり、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルの場合、デコーダ１０６は、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂにＬレベル、アナログスイッチ１０７ｃにＨレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂがオフとなり、アナログスイッチ１０７ｃがオンとなる。この場合、アナログスイッチ１０７ｃから駆動信号３が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。
また、タイミング信号ＳＥＬがＨレベルの場合、デコーダ１０６は、アナログスイッチ１０７ａにＨレベル、アナログスイッチ１０７ｂおよび１０７ｃにＬレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、アナログスイッチ１０７ａがオンとなり、アナログスイッチ１０７ｂおよび１０７ｃがオフとなる。この場合、アナログスイッチ１０７ａから駆動信号１が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。
したがって、１吐出周期における駆動電圧は、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルである期間の駆動信号３とタイミング信号ＳＥＬがＨレベルである期間の駆動信号１とが合体した波形を有することなる。図８の例では、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルからＨレベルに変化するタイミングは同電圧期間であるため、１吐出周期における駆動電圧は駆動信号３と同じ波形となる。
なお、駆動信号の数およびアナログスイッチの数が４つ以上の場合、記録データＤＡＴＡを１ピエゾ素子１１０当たり３ビット以上のデータとすればよい。
【００２０】
以上説明したように本実施形態によれば、電圧生成回路１０２は、波形が異なる複数の駆動信号を生成する。スイッチ部１０７は、複数の駆動信号のいずれかを駆動電圧として出力する。ピエゾ素子１１０は、スイッチ部１０７から出力された駆動電圧に応じて液体を吐出するエネルギーを生成する。スイッチ部１０７は、オンオフを切り替えることで複数の駆動信号のそれぞれの出力と出力停止を切り替えるアナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂを有する。アナログスイッチ１０７ａは、ＮＭＯＳ２０１とＰＭＯＳ２０２とを備えたトランスファゲートである。アナログスイッチ１０７ｂ、ＮＭＯＳ３０１を備えたトランスファゲートである。
したがって、ピエゾ素子１１０ごとにＮＭＯＳ２０１とＰＭＯＳ２０２とを備えたトランスファゲートを駆動信号と同じ数だけ設けなくても、吐出特性のばらつきを抑制することが可能になる。したがって、コストを低く抑えつつ、良好な吐出条件を維持したまま吐出量を調整することが可能になる。
【００２１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型であったが、本実施形態では、第１導電型がＰ型であり、第２導電型がＮ型である。
図１０は、本実施形態のアナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの具体的な構成を示す図である。図１０に示すアナログスイッチ１０７ａは、図３で示した第１の実施形態と同じ構成を有する。
また、アナログスイッチ１０７ｂは、ＰＭＯＳ３１１と、インバータ３１２とを有する。ＰＭＯＳ３１１のソースは、駆動信号２が入力される入力端子４０２と接続され、ＰＭＯＳ３１１のドレインは、ピエゾ素子１１０と接続される。ＰＭＯＳ３１１のゲートは、インバータ３１２を介してスイッチ信号が入力される制御端子５０２と接続される。
【００２２】
表２は、本実施形態における、記録データＤＡＴＡの値と、タイミング信号ＳＥＬの値と、アナログスイッチ１０７ａおよび１０７ｂの状態と、ピエゾ素子１１０に供給される駆動電圧との関係を示す。
【表２】
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記録データＤＡＴＡがＬＬレベルおよびＬＨレベルの駆動電圧は、表１に示した第１の実施形態と同じである。
記録ＤＡＴＡがＨＬレベルの場合、デコーダ１０６は、タイミング信号ＳＥＬに応じてスイッチ信号を切り替える。
具体的には、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルの場合、デコーダ１０６は、アナログスイッチ１０７ａにＨレベル、アナログスイッチ１０７ｂにＬレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、アナログスイッチ１０７ａがオンとなり、アナログスイッチ１０７ｂがオフとなる。この場合、アナログスイッチ１０７ｂから駆動信号１が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。
また、タイミング信号ＳＥＬがＨレベルの場合、デコーダ１０６は、アナログスイッチ１０７ａにＬレベル、アナログスイッチ１０７ｂにＨレベルのスイッチ信号を出力する。これにより、アナログスイッチ１０７ａがオフとなり、アナログスイッチ１０７ｂがオンとなる。この場合、アナログスイッチ１０７ａから駆動信号２が駆動電圧としてピエゾ素子１１０に供給される。
【００２３】
図１１は、本実施形態における切替動作を説明するための図である。
図１１（ａ）に示すように駆動信号１は、図６に示した第１の実施形態の駆動信号１と同じ波形を有する。駆動信号２は、図６に示した第１の実施形態の駆動信号２とは波形が異なる。具体的には、駆動信号１および２は、１吐出周期の中で、同電圧期間Ｑ１、異電圧期間Ｑ２、同電圧期間Ｑ３の順に並んでいる。描画制御回路１０１は、タイミング信号ＳＥＬの値を、同電圧期間Ｑ１にＬレベルからＨレベルに変化させ、さらに同電圧期間Ｑ３にＨレベルからＬレベルに戻す。
図１１（ｂ）は、記録データＤＡＴＡがＬＨレベルの場合における、ピエゾ素子１１０に供給される駆動電圧を示す。記録データＤＡＴＡがＬＨレベルの場合、第１の実施形態と同様に、タイミング信号ＳＥＬの値に関わらず、アナログスイッチ１０７ａがオン、かつ、アナログスイッチ１０７ｂがオフである。このため、駆動信号１がアナログスイッチ１０７ａから駆動電圧として出力される。
図１１（ｃ）は、記録データ信号がＨＬレベルの場合における、ピエゾ素子１１０に供給される駆動電圧を示す。記録データ信号がＨＬレベルの場合、吐出周期が開始した時点では、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルのため、アナログスイッチ１０７ａがオン、かつ、アナログスイッチ１０７ｂがオフとなる。このため、アナログスイッチ１０７ａから駆動信号１が駆動電圧として出力される。その後、タイミング信号ＳＥＬがＨレベルになると、アナログスイッチ１０７ａがオフ、かつ、アナログスイッチ１０７ｂがオンになり、アナログスイッチ１０７ａから駆動信号２が駆動電圧として出力される。
したがって、１吐出周期における駆動電圧は、タイミング信号ＳＥＬがＬレベルである期間の駆動信号１とタイミング信号ＳＥＬがＨレベルである期間の駆動信号２とが合体した波形を有することなる。タイミング信号ＳＥＬがＬレベルからＨレベルに変化するタイミングは、駆動信号１および２の波形が略等しい同電圧期間であるため、１吐出周期における駆動電圧は駆動信号２と同じ波形となる。
以上により、記録データＤＡＴＡがＬＨレベルの場合、ピエゾ素子１１０には、振幅の大きい駆動信号１が駆動電圧として供給され、記録データＤＡＴＡがＨＬレベルの場合、ピエゾ素子１１０には、振幅の小さい駆動信号２が駆動電圧として供給される。このため、駆動信号１および２を吐出特性に応じて使い分けることが可能になり、吐出口間の吐出特性のばらつきを抑制することが可能になる。
また、本実施形態のアナログスイッチ１０７ｂは、駆動信号２の電圧が低い領域では、ＰＭＯＳ３１１のオン抵抗値が高くなり、出力される駆動電圧がなまる恐れがある。このため、描画制御回路１０１は、ＰＭＯＳ３１１のオン抵抗値が閾値以上となる第１の抵抗期間にアナログスイッチ１０７ｂをオフとし、ＮＭＯＳ３０１のオン抵抗値が閾値未満となる第２の抵抗期間にアナログスイッチ１０７ｂをオンとすることが望ましい。つまり、描画制御回路１０１は、タイミング信号ＳＥＬの値を、第２の抵抗期間にＬレベルからＨレベルに変化させることが望ましい。
【００２４】
以上説明した本実施形態では、アナログスイッチ１０７ａは、ＮＭＯＳ２０１とＰＭＯＳ２０２とを備えたトランスファゲートであり、アナログスイッチ１０７ｂ、ＰＭＯＳ３１１を備えたトランスファゲートである。この場合でも、ピエゾ素子１１０ごとにＮＭＯＳ２０１とＰＭＯＳ２０２とを備えたトランスファゲートを駆動信号と同じ数だけ設けなくても、吐出特性のばらつきを抑制することが可能になる。したがって、コストを低く抑えつつ、良好な吐出条件を維持したまま吐出量を調整することが可能になる。
【００２５】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２６】
１０１  描画制御回路（制御部）
１０２  電圧生成回路（生成部）
１０７  スイッチ部
１０７ａ  アナログスイッチ（第１のアナログスイッチ）
１０７ｂ、１０７ｃ  アナログスイッチ（第２のアナログスイッチ）
１１０  ピエゾ素子（エネルギー発生素子）
２０１、３０１、３０２  ＮＭＯＳ（トランジスタ）
２０２、３１１  ＰＭＯＳ（トランジスタ）
【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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【図９】
2019077088.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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