(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子の各々を駆動してインク液滴を吐出することにより画像を形成するインクジェットプリンタの駆動回路において、
前記圧電素子と直列に接続された整流回路と、
前記圧電素子の静電容量により並列共振回路を構成するために、前記圧電素子と並列に接続されたインダクタンスと、
直流電源と、
前記インダクタンスと前記直流電源とを接続するスイッチ回路と、
前記整流回路と圧電素子との間に設けられ、入力される選択制御信号に基づいて、複数の圧電素子のうちの何れか１つの圧電素子が前記整流回路に接続されるように圧電素子を選択する選択回路と、
前記複数の圧電素子の各々によるインク液滴の吐出を制御するために、前記複数の圧電素子のうちの何れか１つの圧電素子が選択されるように前記選択回路へ選択制御信号を出力し、選択された圧電素子について、インク液滴を吐出するために前記直流電源の電圧レベルを越える電圧レベルのエネルギが前記圧電素子へ供給されるように前記スイッチ回路を制御しかつ、第１の所定時間だけ前記直流電源がインダクタンスに接続されるように前記スイッチ回路を第１の接続状態に制御すると共に、第２の所定時間だけ前記圧電素子が前記インダクタンスに接続されるように前記スイッチ回路を第２の接続状態に制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項２】
前記選択回路は、前記複数の圧電素子の各々に対応して設けられたアナログスイッチを複数含むアナログスイッチ群であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の接続状態及び第２の接続状態の生成を、複数繰り返すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項４】
前記制御手段は、前記繰り返すときの周波数を並列共振周波数以上とすることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項５】
前記制御手段は、選択された圧電素子に応じて、前記直流電源の電源電圧を変更すること、前記第１の接続状態の第１の所定時間を変更すること、前記第２の接続状態の第２の所定時間を変更すること、及び前記第１の接続状態と第２の接続状態の生成の繰り返し回数を変更することの少なくとも１つの変更を行う変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項６】
前記圧電素子と並列に接続された放電回路をさらに備え、前記制御手段は、第２の所定時間経過後に前記放電回路を作動させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項７】
前記圧電素子と直列に接続しかつ前記整流回路と整流方向が異なる追加整流回路と、
前記圧電素子の静電容量により並列共振回路を構成するために、前記追加整流回路側でかつ前記圧電素子と並列に接続された追加インダクタンスと、
前記直流電源と極性が異なる追加直流電源と、
前記追加インダクタンスと前記追加直流電源とを接続する追加スイッチ回路と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項８】
前記制御手段は、第３の所定時間だけ前記追加直流電源が追加インダクタンスに接続されるように前記追加スイッチ回路を第３の接続状態に制御すると共に、第４の所定時間だけ前記追加圧電素子が前記追加インダクタンスに接続されるように前記追加スイッチ回路を第４の接続状態に制御することを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリンタの駆動回路。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路を有するインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタ及び駆動回路にかかり、特に、本発明は、圧電素子を駆動してインク液滴を吐出させるインクジェットプリンタの駆動回路に関し、特には低電圧電源を用いてパルス信号を生成し圧電素子を駆動するインクジェットプリンタ及び駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インク液を小さな粒状（所謂、インク液滴）として記録媒体上に飛翔させることによりドットを形成して画像を記録する装置として、インクジェットプリンタが実用化されている。この液滴を記録媒体上に飛翔させる装置に圧電素子の作動を利用したものが知られている。
【０００３】
このような圧電素子を駆動して記録媒体上に画像を形成するインクジェットプリンタにおいて、圧電素子に印加する高電圧パルス生成回路の一例には、ＤＡ変換器で生成された低電圧パルス信号を電圧／電流増幅器で増幅する方法がある（特開平１１−２０１６５号公報参照）。
【０００４】
しかしながら、特開平１１‐２０１６５などの電圧／電流増幅器はコストの高い高電圧電源を必要とするので、実用上好ましくない。また、この技術ではインク液滴を吐出する圧電素子は常に通電状態となるため、圧電素子への印加エネルギが高くなるという問題がある。
【０００５】
高電圧電源を不要とする技術として、低電圧電源を用いた高電圧パルス生成回路を用いる技術がある。低電圧電源を用いた高電圧パルス生成回路としては、巻線トランスによる昇圧回路（特開昭６１‐４４６５３号公報参照）、圧電トランスによる昇圧回路（特開昭６１‐１３９４４８号公報参照）や、インダクタンスによる直列共振回路（特開平２‐１４５３４６号公報参照）が知られている。
【０００６】
ところで、圧電素子を駆動してインク液滴を吐出させるインクジェットプリンタでは、インク吐出口におけるインクメニスカス（インクの先端面）を制御して高画質を得るため、所定の期間だけ圧電素子の伸縮を保持する必要がある。ところが、巻線トランスや圧電トランスによる昇圧回路やインダクタンスによる直列共振回路では、圧電素子への印加エネルギーを低減できるものの、圧電素子の充電電圧を所定の期間保持できない問題がある。
【０００７】
これを解消する技術として、インダクタンスによる直列共振回路とインダクタンスと圧電素子間に整流素子を備えたフライバック電圧の保持回路とを併用した回路が知られている（特開平４‐１７６６６１号公報参照）。
【０００８】
この技術では、図１６に機能ブロック図として示すように、駆動回路２００は、圧電素子ＴＤに、整流回路２４０，インダクタンス２３０を直列接続し、インダクタンス２３０に低電圧電源２１０からの低電圧が供給されるようにスイッチ回路２２０が接続され構成される。整流回路２４０の圧電素子ＴＤ側に放電回路２５０が接続され、インダクタンス２３０側にはスイッチ回路２７０が接続される。
【０００９】
圧電素子を駆動して記録媒体上に画像を形成する場合の作動は、制御信号の入力によるスイッチ回路２２０の作動によって低電圧電源２１０から低電圧がインダクタンス２３０への供給が開始され、充電制御信号の入力によるスイッチ回路２７０の作動による充電制御と、放電制御信号の入力による放電制御とを行うことで、圧電素子への印加エネルギーを低減しつつ、圧電素子の充電電圧を所定の期間保持する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術では、低電圧電源２１０のオン／オフ制御のためのスイッチ回路２２０と、充電制御信号による充電制御のためのスイッチ回路２７０とを独立して備える必要があるため、回路が複雑になるとともに高コスト化する。また、容量値の大きい圧電素子に対しては、非常に小さな直列インダクタンスが必要となるため、駆動できる圧電素子が制限される問題がある。
【００１１】
本発明は、上記事実を考慮して、低電圧電源のみを用いて十分なエネルギを圧電素子へ印加することができかつ容易にインク液滴を生成することが可能な、インクジェットプリンタ及び駆動回路を得ることが目的である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、複数の圧電素子の各々を駆動してインク液滴を吐出することにより画像を形成するインクジェットプリンタの駆動回路において、前記圧電素子と直列に接続された整流回路と、前記圧電素子の静電容量により並列共振回路を構成するために、前記圧電素子と並列に接続されたインダクタンスと、直流電源と、前記インダクタンスと前記直流電源とを接続するスイッチ回路と、前記整流回路と圧電素子との間に設けられ、入力される選択制御信号に基づいて、複数の圧電素子のうちの何れか１つの圧電素子が前記整流回路に接続されるように圧電素子を選択する選択回路と、前記複数の圧電素子の各々によるインク液滴の吐出を制御するために、前記複数の圧電素子のうちの何れか１つの圧電素子が選択されるように前記選択回路へ選択制御信号を出力し、選択された圧電素子について、インク液滴を吐出するために前記直流電源の電圧レベルを越える電圧レベルのエネルギが前記圧電素子へ供給されるように前記スイッチ回路を制御しかつ、第１の所定時間だけ前記直流電源がインダクタンスに接続されるように前記スイッチ回路を第１の接続状態に制御すると共に、第２の所定時間だけ前記圧電素子が前記インダクタンスに接続されるように前記スイッチ回路を第２の接続状態に制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
前記選択回路は、請求項２にも記載したように、前記複数の圧電素子の各々に対応して設けられたアナログスイッチを複数含むアナログスイッチ群を用いることができる。
【００１３】
整流回路が直列接続された圧電素子に、インダクタンスを並列接続することで、圧電素子の静電容量とインダクタンスとによる並列共振回路が構成される。スイッチ回路は、直流電源をインダクタンスに接続すれば、インダクタンスのフライバック電圧が整流回路で保持される。従って、インク液滴を吐出するために前記直流電源の電圧レベルを越える電圧レベルのエネルギが圧電素子へ供給される。
【００１４】
このように、整流回路が直列接続された圧電素子に、インダクタンスが並列接続され、圧電素子の静電容量とインダクタンスとで並列共振回路を構成するので、スイッチ回路を用いて所定の期間だけ直流電源をインダクタンスに接続し、インダクタンスのフライバック電圧を整流回路で保持することによって、最終的にインク液滴の吐出に必要な高電圧パルス信号を生成できる。整流回路は、ダイオード、等価的に整流機能を有するトランジスタ、及びこれらを組み合わせた回路など、いずれを用いてもよい。インダクタンスのフライバック回数は、１回以上の任意の回数でよい。
【００１５】
請求項１の発明では、インク液滴を吐出するために前記直流電源の電圧レベルを越える電圧レベルのエネルギが前記圧電素子へ供給されるように前記スイッチ回路を制御する制御手段を備えており、前記制御手段は、所定時間だけ前記直流電源がインダクタンスに接続されるように前記スイッチ回路を第１の接続状態に制御すると共に、所定時間だけ前記圧電素子が前記インダクタンスに接続されるように前記スイッチ回路を第２の接続状態に制御することを特徴とする。
【００１６】
制御手段は、インク液滴を吐出するために前記直流電源の電圧レベルを越える電圧レベルのエネルギが前記圧電素子へ供給されるようにするため、所定時間だけ前記直流電源がインダクタンスに接続されるようにスイッチ回路を第１の接続状態に制御すると共に、所定時間だけ圧電素子がインダクタンスに接続されるようにスイッチ回路を第２の接続状態に制御する。この作動は、所定時間だけ直流電源をインダクタンスに接続する充電プロセスと、インダクタンスのフライバック電圧を保持する保持プロセスと、からなることに相当する。充電プロセスの完了と共にフライバック電圧が発生し、これを整流回路で保持する。ここで、第１の接続状態と第２の接続状態との所定時間の設定により、インク液滴の吐出に相当する時間を設定できる。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のインクジェットプリンタの駆動回路において、前記制御手段は、前記第１の接続状態及び第２の接続状態の生成を、複数繰り返すことを特徴とする。
【００１８】
１回のフライバック電圧では、圧電素子を駆動するのに充分な電圧が得られないことがある。そこで、第１の接続状態及び第２の接続状態の生成を、複数繰り返すことで、フライアック電圧の上昇を得ることができる。この場合、フライバックによる充電期間には直流電源が遮断されるため、省エネルギー化できる。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項３に記載のインクジェットプリンタの駆動回路において、前記制御手段は、前記繰り返すときの周波数を並列共振周波数以上とすることを特徴とする。
【００２０】
フライバックを繰り返す場合、フライバック電圧の上昇は並列共振回路の周波数に依存する。従って、フライバックを繰り返すときの周波数を並列共振周波数以上とすることで、上昇率を向上することができる。
【００２１】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路において、前記制御手段は、選択された圧電素子に応じて、前記直流電源の電源電圧を変更すること、前記第１の接続状態の第１の所定時間を変更すること、前記第２の接続状態の第２の所定時間を変更すること、及び前記第１の接続状態と第２の接続状態の生成の繰り返し回数を変更することの少なくとも１つの変更を行う変更手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２２】
フライバックを繰り返す場合、その繰り返し状態に応じて生成される信号波形を変化させることができる。このためには、直流電源を電源電圧を変更したり、第１の接続状態や第２の接続状態の所定時間を変更したり、第１の接続状態と第２の接続状態の生成の繰り返し回数を変更したりすればよい。例えば、フライバックを繰り返して高電圧パルス信号を生成するとき、充電制御信号をパルス信号で形成した場合、そのパルス数及びデューティ比を可変にする。このため、圧電素子に対して任意波形を与えることができる。このため、インクジェットプリンタに適用した場合にインク液滴の吐出量を常に一定にすることができ、高画質の画像を得ることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路において、前記圧電素子と並列に接続された放電回路をさらに備え、前記制御手段は、第２の所定時間経過後に前記放電回路を作動させることを特徴とする。
【００２４】
フライバック電圧は、放電することが好ましい。そこで、放電回路を圧電素子と並列に接続することで構成する。制御手段は、所定時間経過後に前記放電回路を作動させることで保持された電圧を放電させる。すなわち、制御手段は保持された電圧を放電する放電プロセスを有する。従って、充電プロセスの完了と共にフライバック電圧が発生し、これを整流回路で保持し、所定の期間に至るすなわちインク液滴の吐出に相当する時間を経過するとこれを放電する。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路において、前記圧電素子と直列に接続しかつ前記整流回路と整流方向が異なる追加整流回路と、前記圧電素子の静電容量により並列共振回路を構成するために、前記追加整流回路側でかつ前記圧電素子と並列に接続された追加インダクタンスと、前記直流電源と極性が異なる追加直流電源と、前記追加インダクタンスと前記追加直流電源とを接続する追加スイッチ回路と、さらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
上記フライバック電圧は、直流電源のみから生成されるので、単一極性である。この場合、前記直流電源と極性が異なる追加直流電源を備えることができる。そこで、整流方向が異なる追加整流回路、追加インダクタンス、逆極性の追加直流電源、そして圧電素子と追加直流電源とを接続する追加スイッチ回路をさらに備えることによって、逆特性の信号を生成し追加することができるので、圧電素子に与えられる電圧は波高値として、より大きい振幅の信号となり、作動電圧を増加することができる。
【００２７】
請求項８の発明は、請求項７に記載のインクジェットプリンタの駆動回路において、前記制御手段は、第３の所定時間だけ前記追加直流電源が追加インダクタンスに接続されるように前記追加スイッチ回路を第３の接続状態に制御すると共に、第４の所定時間だけ前記追加圧電素子が前記追加インダクタンスに接続されるように前記追加スイッチ回路を第４の接続状態に制御することを特徴とする。
【００２８】
制御手段は、前記スイッチ回路を制御すると共に、追加スイッチ回路を制御するが、各々電圧が異なるので、対応する制御が必要である。そこで、制御手段が、所定時間だけ追加直流電源が追加インダクタンスに接続されるように追加スイッチ回路を第３の接続状態に制御すると共に、所定時間だけ追加圧電素子が追加インダクタンスに接続されるように追加スイッチ回路を第４の接続状態に制御することで、追加した制御が容易となる。
【００２９】
この場合、前記直流電源及び追加直流電源は、互いに逆極性であるので、同時に使用すると相殺されることが考えられる。このため、制御手段は、前記スイッチ回路を制御した後に、追加スイッチ回路を制御するようにすれば、確実に各電源をインダクタンスに接続したことによるフライバック電圧を得ることができる。なお、追加スイッチ回路を制御した後に、スイッチ回路を制御してもよい。
【００３０】
請求項９の発明のインクジェットプリンタは、請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載のインクジェットプリンタの駆動回路を有する。すなわち、前述のインクジェットプリンタの駆動回路を有することで、インク液滴の吐出に必要な高電圧信号を生成するのに直流電源のみで構成可能なインクジェットプリンタを得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態はインクジェットプリンタのイジェクタを駆動する駆動回路に本発明を適用したものである。
【００３２】
〔第１実施の形態〕
図１は、本発明の実施の形態にかかる、圧電素子を駆動してインク液滴を吐出させるイジェクタＪの概略構造を断面図として示したものである。イジェクタＪは、インク室１６と、圧電素子ＴＤとから構成されている。インク室１６は、振動板１３、及び開口部分であるインタ吐出口１７が設けられた天板１５が隔壁１４により所定間隔離間するべく振動板１３及び天板１５の対峙する側に固定されることで構成されている。インク室１６には、インクが充填され、インクが保持される。圧電素子ＴＤは、第１電極１１と第２電極１２とに挟持された圧電体１０により構成されており、第１電極１１の圧電体１０側との反対側が振動板１３に装着されている。
【００３３】
第１電極１１は接地され、第２電極１２はイジェクタＪを駆動するための駆動回路２０に接続されている。詳細は後述するが、駆動回路２０では高電圧パルス信号が生成され、この高電圧パルス信号が圧電素子ＴＤに印加される。この駆動回路２０から入力された高電圧パルス信号は、圧電素子ＴＤに印加されることで、圧電体１０が変形し、圧電素子ＴＤに装着されている振動板１３が変形する。この振動板１３の変形により、インク室１６が加圧され、インク吐出口１７からインク液滴１８が吐出される。
【００３４】
プリントヘッドは、複数の上記イジェクタＪが所定位置に配置されて構成される。
【００３５】
図２には、駆動回路２０の概略構成図を示した。駆動回路２０は、低電圧電源２１、スイッチ回路２２、インダクタンス２３、整流回路２４、放電回路２５、選択回路２６から構成される。スイッチ回路２２には、圧電素子ＴＤを駆動するための充電制御信号が入力される（後述）。このスイッチ回路２２は、一端が接地された低電圧電源２１の供給側に接続されると共に、整流回路２４を介して選択回路２６に接続されている。スイッチ回路２２と整流回路２４の間には、一端が接地されたインダクタンス２３の他端が接続されている。また、整流回路２４と選択回路２６の間には、一端が接地された放電回路２５の他端が接続されている。選択回路２６の制御側には、複数の圧電素子ＴＤ（イジェクタＪ）が接続されている。選択回路２６には、複数の圧電素子ＴＤのうち駆動する圧電素子ＴＤを選択するための選択制御信号が入力される（後述）。また、放電回路２５には、放電を指示するための放電制御信号が入力される（後述）。
【００３６】
上記駆動回路２０では、入力される充電制御信号によってスイッチ回路２２が低電圧電源２１をオン／オフ制御し、スイッチ回路２２から出力される低電圧パルス信号がインダクタンス２３に印加される。このインダクタンス２３は圧電素子ＴＤの静電容量との間に並列共振回路を構成する。インダクタンス２３と圧電素子ＴＤとの間に設けられかつ圧電素子ＴＤに直列接続された整流回路２４は、充電電圧を保持する。整流回路２４と圧電素子ＴＤとの間に設けられかつ圧電素子ＴＤに直列接続された選択回路２６は、入力された選択制御信号によって複数の圧電素子ＴＤの各々の作動をオン／オフする選択を行い、整流回路２４によって保持された充電電圧を該当する（オン選択した）圧電素子ＴＤに印加する。整流回路２４と圧電素子ＴＤとの間に設けられかつ圧電素子ＴＤに並列接続された放電回路２５は、放電制御信号によってオン／オフ作動し、整流回路２４によって保持された充電電圧を放電する。
【００３７】
なお、本実施の形態の駆動回路２０には、上述のように、各種信号が入力される。このために、駆動回路２０は、コンピュータなどの装置から転送される画像データに基づいて、イジェクタＪをコントロールするコントローラ５０に接続されている。詳細には、コントローラ５０は、充電制御信号生成部５２を介してスイッチ回路２２に接続され、放電制御信号生成部５４を介して放電回路２５に接続され、選択信号生成部５６を介して選択回路２６に接続されている。これら充電制御信号生成部５２、放電制御信号生成部５４、及び選択信号生成部５６は、コントローラ５０から出力された各々の制御信号を出力先の回路とマッチングさせるための増幅器などで構成されるが、コントローラ５０から駆動回路２０に直接接続する場合には不要である。
【００３８】
画像データがコントローラ５０に入力されると、コントローラ５０は、イジェクタＪで出力可能な駆動データを生成し、これに基づいて、充電制御信号、放電制御信号、及び選択信号を生成し、出力する。これによって、駆動回路２０が制御され、所定の圧電素子ＴＤ（イジェクタＪ）が選択されて接続され、記録媒体上に所望の画像を形成することができる。
【００３９】
従って、イジェクタＪからなるプリントヘッド、プリントヘッドを駆動する駆動回路２０、及び記録するための画像データが入力されて制御を実行するコントローラ５０を含んでインクジェットプリンタを構成することができる。
【００４０】
図３には、上記駆動回路２０の回路図の一例を示した。スイッチ回路２２は、ｎチャネル型電界効果のトランジスタＱ１と、抵抗Ｒ１とから構成される。抵抗Ｒ１は、充電制御信号が入力されないときにトランジスタＱ１をオフ状態に保持するためのものである。トランジスタＱ１は、ゲートに充電制御信号が入力されるように構成され、このゲートは抵抗Ｒ１を介して低電圧電源２１を構成する負電源（−ＬＶ）のマイナス側に接続されている。この負電源（−ＬＶ）のプラス側は接地されている。負電源（−ＬＶ）は‐ＬＶの電圧を発生する。また、トランジスタＱ１のソースも負電源（−ＬＶ）のマイナス側に接続されており、ドレインは選択回路２６を構成するダイオードＤ１のアノードに接続されている。
【００４１】
トランジスタＱ１のドレインとダイオードＤ１のアノードとの間に接続されるインダクタンス２３は、インダクタンスＬ１と抵抗Ｒ２とから構成されている。抵抗Ｒ２はインダクタンスＬ１のＱダンプ抵抗である。選択回路２６は、複数のアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ（ｎは自然数）から構成されている。複数のアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの各々の一端はダイオードＤ１のカソードに接続され、他端は各々を担当する圧電素子ＴＤ１〜圧電素子ＴＤｎに接続されている。これらアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの各々の制御端には、選択制御信号が入力されるように接続されている。従って、アナログスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの各々は、入力される選択制御信号によってオン／オフされる。このアナログスイッチの作動により、正の高電圧パルス信号が圧電素子ＴＤに印加される。
【００４２】
図４は、本実施の形態における放電回路２５の回路図の一例である。放電回路２５は、ｎチャネル型電界効果のトランジスタＱ３と、抵抗Ｒ５と、抵抗Ｒ６とから構成されている。トランジスタＱ３のゲートは、放電制御信号が入力されるように構成されると共に、抵抗Ｒ５を介して接地される。トランジスタＱ３のソースは、抵抗Ｒ６を介して接地されることで抵抗Ｒ６が直列接続され、ドレインはインダクタンス２３へ接続される。抵抗Ｒ５は、放電制御信号が入力されないときにトランジスタＱ３をオフ状態に保持するための抵抗であり、抵抗Ｒ６は放電速度を制御するための抵抗である。これら抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ６は、放電制御信号に適した抵抗値が選択される。
【００４３】
次に、本実施の形態の駆動回路２０の動作を説明する。以下、説明を簡単にするため、圧電素子ＴＤ１のみが駆動される場合について説明する。
【００４４】
図５には、本実施の形態の駆動回路２０の第１の動作図（タイミングチャート）を示した。インダクタンスＬ１と圧電素子ＴＤ１とで構成される並列共振回路において、インダクタンスＬ１による１回のフライバック電圧が圧電素子ＴＤ１に所定の充電電圧ＶTDを与える場合、充電制御信号は単パルス信号で与えられる。
【００４５】
図５（Ａ）に示すように選択制御信号がハイレベルの期間では、圧電素子ＴＤ１はオン状態にあり、充電及び放電が行われる。すなわち、コントローラ５０は、選択信号生成部５６へ制御信号を出力することで、選択信号生成部５６から選択制御信号が出力される。図５（Ｂ）に示すように、選択制御信号の立ち上がりに同期して、コントローラ５０は充電制御信号生成部５２へ制御信号を出力することで、充電制御信号生成部５２からパルス信号である充電制御信号が出力される。この充電制御信号がハイレベルの期間には、インダクタンスＬ１に誘導エネルギが蓄積される。すなわち、充電制御信号の立ち上がりでトランジスタＱ１がオンし、低電圧電源２１とインダクタンス２３とが接続される。
【００４６】
図５（Ｄ）に示すように、フライバックは充電制御信号の立ち下がりでトランジスタＱ１がオフされることによって開始され、ダイオードＤ１の出力側にフライバック電圧が徐々に上昇して所定の充電電圧ＶTDで保持される。この充電電圧ＶTDは低電圧電源２１の電圧レベルより大きいものである。
【００４７】
そして、図５（Ｃ）に示すように、一定期間を経過した後、コントローラ５０は放電制御信号生成部５４ｈ制御信号を出力することで放電制御信号生成部５４から放電制御信号が出力される。この放電制御信号を出力するまでの所定時間は、圧電素子を駆動してインク液滴を吐出させるインクジェットプリンタにおいて、インク吐出口におけるインクメニスカス（インクの先端面）を制御して高画質を得るためのイジェクタＪに対して予め定めた所定時間の圧電素子の伸縮を保持する時間として定めることができる。
【００４８】
放電制御信号がハイレベルの期間では、トランジスタＱ３がオンし、抵抗Ｒ４によって所定の速度で徐々に放電される。放電完了後、選択制御信号がローレベルとなり、圧電素子ＴＤ１はオフ状態となる。これにより、圧電素子ＴＤ１の印加電圧波形は略台形パルス信号となる。
【００４９】
上記では、充電制御信号を単パルス信号で与えて、インダクタンスＬ１による１回のフライバック電圧により圧電素子ＴＤ１に所定の充電電圧ＶTDを与える場合を説明した。ところが、低電圧電源２１の電圧レベルによっては、１回のフライバック電圧では充電電圧ＶTDが得られない場合もある。この場合、充電制御信号を複数のパルス信号からなるパルス列信号を与えることで容易に達成できる。
【００５０】
図６には、パルス列信号を与えることで所定の充電電圧ＶTDを与える駆動回路２０の第２の動作図（タイミングチャート）を示した。図６（Ｂ）に示すように、選択制御信号の立ち上がりに同期して、コントローラ５０は充電制御信号生成部５２へ制御信号を出力することで、充電制御信号生成部５２から複数のパルス信号からなるパルス列信号である充電制御信号が出力される。充電制御信号がハイレベルの期間すなわち各々のパルス信号がハイレベルの期間には、トランジスタＱ１がオンして低電圧電源２１とインダクタンス２３とが接続されることで、インダクタンスＬ１に誘導エネルギが蓄積される。
【００５１】
図６（Ｄ）に示すように、フライバックは上記と同様に充電制御信号の立ち下がりでトランジスタＱ１がオフされることによって開始され、ダイオードＤ１の出力側にフライバック電圧が徐々に上昇して１つのパルス信号による充電電圧Ｖtdが保持される。そして、順次パルス信号の印加による充電電圧Ｖtdが加算される。すなわち、充電制御御信号の最初のパルス信号の立ち下がりでインダクタンスＬ１のフライバック電圧Ｖtdが保持され、続く充電制御信号（次のパルス信号）の立ち下がりで前回を上回るフライバック電圧（Ｖtd＋Ｖtd）が保持され、この過程を繰り返すことによって所定の充電電圧ＶTDを与えることができる。図６はフライバックを計４回繰り返して所定の充電電圧ＶTDを得る場合を示した。これにより、圧電素子ＴＤ１の印加電圧波形は略階段状の台形パルス信号となる。
【００５２】
ここで、圧電素子ＴＤ１の充電電圧ＶTDは充電制御信号をパルス列信号とすることで、その値を制御することができる。すなわち、圧電素子ＴＤ１の充電電圧ＶTDは充電制御信号のパルス数に依存する。従って、充電制御信号生成部５２において出力されるパルス列信号のパルス数を変更するようにすれば、圧電素子ＴＤ１の充電電圧ＶTDを容易に調整することができる。このため、イジェクタの作製バラツキ、温湿度や機械振動などによる動作環境変化、電源電圧などの電気的揺らぎなど、からなる外部掻乱が生じる場合、この外部掻乱を、充電制御信号のパルス数を可変にすることによって吸収することができ、インク液滴の吐出量を常に一定に保つことができる。特に、複数のイジェクタを駆動する場合、イジェクタＪ毎に調整することが可能となり、各イジェクタ間で均一なインク液滴を得ることができる。
【００５３】
次に、駆動回路２０の充電過程をさらに説明する。ここでは、パルス列信号を与えることで所定の充電電圧ＶTDを与える駆動回路２０について説明する。
【００５４】
図７には、駆動回路２０の充電過程の動作図（タイミングチャート）を示した。パルス列信号を与えることで所定の充電電圧ＶTDを与えるとき、圧電素子ＴＤあたりの容量値が大きい場合や複数個の圧電素子の並列接続などによって、負荷容量が大きくなる場合に並列共振周波数に等しい周波数の充電制御信号を用いると、図７（Ｂ）に示すように、所定の期間内に十分な高電圧パルス信号を生成することが困難になる。この場合、充電制御信号の周波数を並列共振周波数よりも高くするとフライバック期間における電圧変化が小さくなると予想される。これを解消するためには、充電制御信号のデューティー比や電源電圧を調整すればよい。
【００５５】
すなわち、インダクタンスＬ１における電圧ＶL1は、次式で表すことができる。
ＶL1＝Ｌ１・（ｄｉL1／ｄｔ）
【００５６】
このため、インダクタンスＬ１に流れる電流ｉL1が増大するよう充電制御信号のデューティー比や電源電圧の適切な調整手段によって、フライバック期間における電圧変化を大きくすることができる。一例としては、低電圧電源２１を外部からの制御信号により出力電圧を調整可能に構成する。そして、コントローラ５０を低電圧電源２１に接続し、コントローラ５０からの制御信号による出力電圧を調整する。また、充電制御信号生成部５２でデューティを変更可能に構成し、コントローラ５０からの制御信号によってデューティを調整する。これによて、圧電素子ＴＤ１に所定の充電電圧ＶTDを与えることができる。
【００５７】
〔第２実施の形態〕
次に、第２実施の形態を説明する。本実施の形態は、上記実施の形態とほぼ同様の構成のため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。なお、本実施の形態は、インク室１６を減圧後加圧したり、逆に加圧後減圧する場合に有効である。
【００５８】
図８には、本実施の形態にかかる駆動回路２０−１の構成図の一例を示したものである。具体的には、図２に示した構成の駆動回路２０と同様の２つの駆動回路２０Ａ、２０Ｂを並列接続に構成したものである。駆動回路２０Ａは、駆動回路２０と同様の構成の低電圧電源２１Ａ、スイッチ回路２２Ａ、インダクタンス２３Ａ、整流回路２４Ａ、放電回路２５Ａ、及び選択回路２６Ａから構成され、この駆動回路２０Ａにおいて正の高電圧パルス信号を生成する。一方、駆動回路２０Ｂも、駆動回路２０と同様の構成の低電圧電源２１Ｂ、スイッチ回路２２Ｂ、インダクタンス２３Ｂ、整流回路２４Ｂ、放電回路２５Ｂ及び選択回路２６Ｂから構成され、駆動回路２０Ｂにおいて負の高電圧パルス信号を生成する。これらの各回路の基本動作は図２の駆動回路２０と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００５９】
なお、本実施の形態の駆動回路２０−１では、駆動回路２０Ａにおいて正の高電圧パルス信号を生成するべく充電制御信号Ａが入力され、かつ駆動回路２０Ｂにおいて負の高電圧パルス信号を生成するべく充電制御信号Ｂが入力される。また、本実施の形態の駆動回路２０−１では、選択制御信号Ａ及び選択制御信号Ｂを切り換えることによって、選択回路２６Ａ及び２６Ｂの一方だけがオン状態となるように、選択制御信号が入力される。
【００６０】
図９は、本実施の形態の駆動回路２０−１の回路図の一例を示した。駆動回路２０Ａは上記実施の形態の駆動回路２０の図３と図４に示した回路例と同様の構成である。一方、駆動回路２０Ｂの構成は、駆動回路２０Ａの構成に比べて負の高電圧パルス信号を生成することに関係する構成が異なる点のみである。具体的には、低電圧電源２１Ｂは十ＬＶの電圧を発生する正電源を用いる。スイッチ回路２２Ｂは、ｐチャネル型電界効果のトランジスタＱ２と、充電制御信号Ｂが入力されないときにトランジスタＱ２をオフ状態に保持する抵抗Ｒ３と、で構成し、抵抗Ｒ４をインダクタンスＬ２のＱダンプ抵抗とし、整流回路２４ＢはダイオードＤ２を整流回路２４Ａとは逆の整流方向になるように用いる。選択回路２６Ｂとしては選択制御信号Ｂによってオン／オフするアナログスイッチＳＷ１Ｂ〜ＳＷｎＢを用いる。
【００６１】
図１０は、本実施の形態における放電回路２５の回路図の一例である。放電回路２５Ｂは、ｐチャネル型電界効果のトランジスタＱ４と、抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ８とから構成されている。トランジスタＱ４のゲートは、放電制御信号が入力されるように構成されると共に、抵抗Ｒ７を介して接地される。トランジスタＱ４のソースは、抵抗Ｒ８を介して接地されることで抵抗Ｒ８が直列接続され、ドレインはインダクタンス２３Ｂへ接続される。抵抗Ｒ７は、放電制御信号が入力されないときにトランジスタＱ４をオフ状態に保持するための抵抗であり、抵抗Ｒ８は放電速度を制御するための抵抗である。これら抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８は、放電制御信号に適した抵抗値が選択される。
【００６２】
次に、本実施の形態の駆動回路２０−１の動作を説明する。本実施の形態でも上記実施の形態と同様に、説明を簡単にするため、圧電素子ＴＤ１のみが駆動される場合について説明する。
【００６３】
図１１は、駆動回路２０−１の第１の動作図である。本実施の形態では、充電制御信号は駆動回路２０Ａ及び駆動回路２０Ｂの各々に単パルス信号で与えられ、駆動回路２０Ａにより初めに負の高電圧パルス信号（−Ｖ１TD）を生成した後、直ちに駆動回路２０Ｂにより正の高電圧パルス信号（＋Ｖ２TD）を生成する。
【００６４】
図１１（Ａ）に示すように、駆動回路２０Ｂに入力される選択制御信号Ｂがハイレベルの期間では、圧電素子ＴＤ１はオン状態にあり、充電及び放電が行われる。すなわち、コントローラ５０からの制御信号による選択制御信号Ｂがスイッチ回路２２Ｂに入力されると、図１１（Ｃ）に示すように、選択制御信号Ｂの立ち上がりに同期して、コントローラ５０からの制御信号による充電制御信号Ｂが入力される。この充電制御信号Ｂがローレベルの期間には、インダクタンスＬ２に誘導エネルギが蓄積される。
【００６５】
図１１（Ｇ）に示すように、フライバックは充電制御信号の立ち上がりでトランジスタＱ２がオフされることによって開始され、ダイオードＤ２の出力側にフライバック電圧が徐々に下降して所定の充電電圧（−Ｖ１TD）で保持される。
【００６６】
そして、図１１（Ｄ）に示すように、一定期間を経過した後、コントローラ５０からの制御信号による放電制御信号Ｂが入力され、放電制御信号Ｂがローレベルの期間では、トランジスタＱ４がオンし、抵抗Ｒ４によって所定の速度で徐々に放電される。放電完了後に選択制御信号Ｂがローレベルとなり、圧電素子ＴＤ１はオフ状態となる。これにより、圧電素子ＴＤ１の印加電圧波形は図５とは逆の略台形パルス信号となる。上記に続いて、駆動回路２０Ａの駆動が開始される。駆動回路２０Ａの作動は図５と同様である。すなわち、図５（Ａ）が図１１（Ｂ）に対応し、図５（Ｂ）が図１１（Ｅ）に対応し、図５（Ｃ）が図１１（Ｆ）に対応する。
【００６７】
これによって、圧電素子ＴＤ１の電位は、負の高電圧パルス（−Ｖ１TD）と正の高電圧パルス（＋Ｖ２TD）との間に、充電制御信号Ａがハイレベルの期間だけゼロ電位となる。
【００６８】
次に、充電制御信号をパルス列信号で与える場合を説明する。
【００６９】
図１２は、パルス列信号を与えることで所定の充電電圧ＶTDを与える駆動回路２０−１の第２の動作図（タイミングチャート）を示した。負の高電圧パルス信号（−Ｖ１TD）については、充電制御信号Ｂは略クロック状の複数のパルス信号からなるパルス列信号で与えられ、充電制御信号Ｂの最初の立ち上がりでインダクタンスＬ２のフライバック電圧が保持され、続く充電制御信号Ｂの立ち上がりで前回を下回るフライバック電圧が保持される。この過程を繰り返す（本実施の形態では４回）ことによって所定の充電電圧（−Ｖ１TD）に達する。正の高電圧パルス（＋Ｖ２TD）の基本動作は、図６と同様であるので説明を省略する。なお、図１１と同様、負の高電圧パルス（−Ｖ１TD）と正の高電圧パルス（＋Ｖ２TD）との間に、充電制御信号Ａの最初のパルスがハイレベルの期間だけゼロ電位となる期間が存在する。
【００７０】
本実施の形態においても上記実施の形態と同様に、イジェクタの作製バラツキ、温湿度や機械振動などによる動作環境変化、電源電圧などの電気的揺らぎなど、からなる外部攪乱とを、充電制御信号Ｂ及び発電制御信号Ａのパルス数を可変にすることによって吸収し、インタ液滴の吐出量を常に一定に保つことができ、複数のイジェクタを駆動する場合、各イジェクタ間で均一なインク液滴を得ることができる。
【００７１】
また、圧電素子あたりの容量値が大きい場合や複数個の圧電素子の並列接続などによって、負荷容量が大きくなる場合についても、充電制御信号Ａ及び充電制御信号Ｂの周波数を共に並列共振周波数よりも高くすると共に、インダクタンスＬ１及びインダクタンスＬ２に流れる電流が増大するよう充放電制御信号Ａ及び充放電制御信号Ｂのデューティ比や電源電圧の適切な調整手段によって、フライバック期間における電圧変化を大きくできる。
【００７２】
なお、図１２では、負の高電圧パルス（−Ｖ１TD）及び正の高電圧パルス（＋Ｖ２TD）を生成するのに必要な充電制御信号Ａ及び充電制御信号Ｂのパルス数は互いに等しい場合を示したが、各高電圧パルスの生成に必要な制御信号は独立して設定できる。すなわち、パルス幅を異ならせたりパルス数を異ならせたりして各高電圧パルスを生成してもよい。また、図１１に示した動作と図１２に示した動作とを組み合わせて各高電圧パルス信号を生成してもよい。
【００７３】
上記では、充電についてフライバック電圧を採用した場合を説明したが、フライバックは放電にも採用することができる。このフライバックを放電に採用した場合を図１３を参照して説明する。
【００７４】
図１３は、駆動回路２０−１の第３の動作図である。所定の充電電圧（−Ｖ１TD）または充電電圧（＋Ｖ２TD）を放電するとき、放電回路２５Ｂまたは放電回路２５Ａではなく、逆極性の電圧を段階的に充電するよう駆動回路２０Ａまたは駆動回路２０Ｂを駆動することによって、任意波形が得られる。すなわち、図１３（Ｃ）、（Ｅ）に示すように、コントローラ５０によって放電時に充電制御信号を出力する。これによって、充電電圧は段階的に放電される。従って、放電回路２５Ａ及び放電回路２５Ｂを、その用途すなわち用いる波形によって省略することができるため、駆動回路２０をさらに簡略化でき、また、単極性のみの高電圧パルスを生成できる（図示省略）ことは容易に理解されよう。
【００７５】
図１１乃至図１３では、負の高電圧パルス信号の生成後、正の高電圧パルス信号を生成する側を示すが、本発明の趣旨はこれに限定されるものではなく、正の高電圧パルス信号を生成の後、負の高電圧パルス信号の生成してもよい。
【００７６】
〔第３実施の形態〕
次に、第３実施の形態を説明する。本実施の形態は、上記実施の形態とほぼ同様の構成のため、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。なお、本実施の形態は、インク室１６を減圧後加圧したり、逆に加圧後減圧する場合に有効である。
【００７７】
図１４は、本実施の形態にかかる駆動回路２０−２の構成図の一例を示したものである。具体的には、図８に示した構成の駆動回路２０−１と同様の構成であり、駆動回路２０Ａに逆流防止回路２８Ａ、駆動回路２０Ｂに逆流防止回路２８Ｂを設けたものである。また、選択回路２６Ａおよび選択回路２６Ｂを選択回路２６に統合する。これによって、駆動回路２０Ａまたは駆動回路２０Ｂのいずれか一方が動作中、他方の駆動回路に流れ込む電流を阻止し、短絡による充電電圧の流出を防止することができる。
【００７８】
図１５は、上記駆動回路２０−２の回路図の一例である。ここでは、逆流防止回路２８Ａは、ゲート接地されたｐチャネル型電界効果トランジスタＱ５で構成され、逆流防止回路２８Ｂは、同じくゲート接地されたｎチャネル型電界効果トランジスタＱ６で構成される。
【００７９】
駆動回路２０−１の動作は、選択制御信号が簡略化される以外は、図１１〜図１３で説明した動作および効果と同様のため、説明を省略する。なお、図１３に相当する動作例においては、場合によって放電回路２５Ａ及び放電回路２５Ｂを省略することもできるため、駆動回路２０をさらに簡略化できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧電素子の静電容量とインダクタンスとで並列共振回路を構成し、該インダクタンスのフライバック電圧を整流回路で保持することによって、圧電素子の駆動に必要な高電圧信号を低電圧電源のみで生成できるため、高電圧電源が不要となり低コストで駆動回路を構成することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  圧電素子を駆動してインク液滴を吐出させるイジェクタの断面図である。
【図２】  駆動回路の第１の構成図である。
【図３】  駆動回路の第１の構成の回路図である。
【図４】  放電回路の第１の回路図である。
【図５】  駆動回路の第１の構成の回路図における第１の動作図である。
【図６】  駆動回路の第１の構成の回路図における第２の動作図である。
【図７】  駆動回路の発電過程図である。
【図８】  駆動回路の第２の構成図である。
【図９】  駆動回路の第２の構成の回路図である。
【図１０】  放電回路の第２の回路図である。
【図１１】  駆動回路の第２の構成の回路図における第１の動作図である。
【図１２】  駆動回路の第２の構成の回路図における第２の動作図である。
【図１３】  駆動回路の第２の構成の回路図における第３の動作図である。
【図１４】  駆動回路の第３の構成図である。
【図１５】  駆動回路の第３の構成の回路図である。
【図１６】  従来の駆動回路の構成図である。
【符号の説明】
Ｊ…イジェクタ
ＴＤ…圧電素子
２０…駆動回路
２１…低電圧電源
２２…スイッチ回路
２３…インダクタンス
２４…整流回路
２５…放電回路
２６…選択回路
５０…コントローラ
５２…充電制御信号生成部
５４…放電制御信号生成部
５６…選択信号生成部
【図１】
0004123736.tif 000002
【図２】
0004123736.tif 000003
【図３】
0004123736.tif 000004
【図４】
0004123736.tif 000005
【図５】
0004123736.tif 000006
【図６】
0004123736.tif 000007
【図７】
0004123736.tif 000008
【図８】
0004123736.tif 000009
【図９】
0004123736.tif 000010
【図１０】
0004123736.tif 000011
【図１１】
0004123736.tif 000012
【図１２】
0004123736.tif 000013
【図１３】
0004123736.tif 000014
【図１４】
0004123736.tif 000015
【図１５】
0004123736.tif 000016
【図１６】
0004123736.tif 000017