(57)【要約】インクジェットヘッドＨに設けられたインク吐出用の圧電アクチュエータ２１を駆動するインクジェットヘッド駆動回路において、デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータ６２と、このＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧を入力すると共に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形を生成する一方、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、電圧立ち上がり波形を生成する波形生成部６４とを備える。
2002034528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータと、
上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を入力すると共に、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のうちの一方の波形を生成する一方、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、他方の波形を生成する波形生成部とを備えていることを特徴とする波形生成回路。
【請求項２】
所定電位と同じ一定電圧を出力する定電圧電源と、
Ｄ／Ａコンバータの出力電圧と上記定電圧電源の出力電圧とを切り換え状態で入力して該両出力電圧のいずれか一方を波形生成部へ出力する切換手段とを備え、
上記切換手段は、上記波形生成部により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号が上記Ｄ／Ａコンバータに入力されたときに、該切換手段の入力を上記定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の波形生成回路。
【請求項３】
切換手段は、Ｄ／Ａコンバータの出力が確定した後に、該切換手段の入力を定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の波形生成回路。
【請求項４】
インクジェットヘッドに設けられたインク吐出用のアクチュエータを駆動するインクジェットヘッド駆動回路であって、
デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータと、
上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を入力すると共に、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のうちの一方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する一方、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、他方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する波形生成部とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド駆動回路。
【請求項５】
所定電位と同じ一定電圧を出力する定電圧電源と、
Ｄ／Ａコンバータの出力電圧と上記定電圧電源の出力電圧とを切り換え状態で入力して該両出力電圧のいずれか一方を波形生成部へ出力する切換手段とを備え、
上記切換手段は、上記波形生成部により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号が上記Ｄ／Ａコンバータに入力されたときに、該切換手段の入力を上記定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド駆動回路。
【請求項６】
切換手段は、Ｄ／Ａコンバータの出力が確定した後に、該切換手段の入力を定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド駆動回路。
【請求項７】
インクが充填される圧力室と、該圧力室に連通するノズルと、電圧の印加により上記圧力室内のインクを上記ノズルから吐出させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、
上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段と、
上記インクジェットヘッドのアクチュエータを駆動するインクジェットヘッド駆動回路とを備え、
上記インクジェットヘッド駆動回路は、デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータと、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を入力すると共に、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のうちの一方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する一方、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、他方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する波形生成部とを有しており、
上記相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、上記インクジェットヘッド駆動回路の波形生成部により生成した電圧波形を上記アクチュエータへ出力することで、上記インクジェットヘッドのノズルからインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成されていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電圧波形を生成する波形生成回路、及び、インクジェットヘッドに設けられたインク吐出用のアクチュエータを駆動するインクジェットヘッド駆動回路、並びに、該インクジェットヘッド駆動回路により駆動されるアクチュエータを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置に関する技術分野に属する。
背景技術
従来より、インク吐出用のアクチュエータを有するインクジェットヘッドはよく知られており、このインクジェットヘッドのアクチュエータは、例えば圧電素子の両面に電極をそれぞれ備えてなる圧電アクチュエータであって、インクが収容される圧力室の一部を構成している。そして、このアクチュエータの電極にパルス状の電圧を印加することで、アクチュエータを上記圧力室の容積が減少するように変形させ、これにより圧力室内に圧力を発生させ、この圧力により圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させるようになっている。
上記アクチュエータに印加される電圧波形は、例えば図８に示すように、接地電位から最小電位（−Ｖｆ）まで降下する第１波形Ｐ１′（電圧立ち下がり波形）と、この第１波形Ｐ１′に連続しかつ上記最小電位を維持する第２波形Ｐ２′と、この第２波形Ｐ２′に連続しかつ上記最小電位から最大電位（Ｖｆ）まで上昇する第３波形Ｐ３′（電圧立ち上がり波形）と、この第３波形Ｐ３′に連続しかつ上記最大電位を維持する第４波形Ｐ４′と、この第４波形Ｐ４′に連続しかつ上記最大電位から接地電位に復帰する第５波形Ｐ５′（電圧立ち下がり波形）とからなっている。これら一連の第１〜第５波形Ｐ１′〜Ｐ５′により、インク滴をノズルから１回だけ吐出させるための１つの駆動パルスＰ′が構成され、この駆動パルスＰ′が所定周期で繰り返し出力されるようになっている。
上記アクチュエータを駆動するための電圧波形（駆動パルスＰ′）を生成する波形生成回路（インクジェットヘッド駆動回路）の一例を図９に示す。この図において、１０１はＣＰＵであって、電圧波形を生成するためのデジタル信号（例えば８ビット）を出力する２つの端子を有している。このＣＰＵ１０１の各デジタル信号出力端子には、上記デジタル信号を正のアナログ電圧に変換して出力する第１のＤ／Ａコンバータ１０２と、上記デジタル信号を負のアナログ電圧に変換して出力する第２のＤ／Ａコンバータ１０３とが接続されている。上記第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１０２，１０３は、上記ＣＰＵ１０１から上記デジタル信号とは別の端子を介して該デジタル信号と共にデータセット信号を入力するようになっており、このデータセット信号を入力したときには、この入力から所定時間（データセットリングタイム）が経過した後（Ｄ／Ａコンバータ１０２（１０３）の出力が確定した後）に上記アナログ電圧を出力するようになっている。尚、上記第１のＤ／Ａコンバータ１０２は、正の電圧を出力する第１電源１０６に接続されている一方、第２のＤ／Ａコンバータ１０３は、負の電圧を出力する第２電源１０７に接続されている。
上記第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１０２，１０３の出力端子には、それぞれ第１及び第２の電圧電流変換器１０９，１１０が接続されており、この第１及び第２の電圧電流変換器１０９，１１０により、上記正及び負のアナログ電圧がそれぞれ電流に変換されるようになっている。この第１及び第２の電圧電流変換器１０９，１１０の出力端子は、電流電圧変換アンプ１１１に接続されており、この電流電圧変換アンプ１１１により、上記第１及び第２の電圧電流変換器１０９，１１０により変換された各電流が増幅されかつ該増幅電流が電圧に変換されるようになっている。尚、上記第１のＤ／Ａコンバータ１０２の出力端子に接続された第１の電圧電流変換器１０９は、上記第１電源１０６に接続されている一方、上記第２のＤ／Ａコンバータ１０３の出力端子に接続された第２の電圧電流変換器１１０は、上記第２電源１０７に接続されており、上記電流電圧変換アンプ１１１は上記第１及び第２電源１０６，１０７の両方に接続されている。
上記第１及び第２の電圧電流変換器１０９，１１０及び電流電圧変換アンプ１１１は、上記第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１０２，１０３の出力電圧に基づいて上記第１〜第５波形Ｐ１′〜Ｐ５′のような電圧波形を生成するものであり、具体的には、第１のＤ／Ａコンバータ１０２が正のアナログ電圧を出力していて第２のＤ／Ａコンバータ１０３が接地電位を出力しているときには、電圧立ち上がり波形（第３波形Ｐ３′）を生成する一方、第２のＤ／Ａコンバータ１０３が負のアナログ電圧を出力していて第１のＤ／Ａコンバータ１０２が接地電位を出力しているときには、電圧立ち下がり波形（第１及び第５波形Ｐ１′，Ｐ５′）を生成するようになっている。また、両Ｄ／Ａコンバータ１０２，１０３が共に接地電位を出力しているときには、該両接地電位の出力直前の電位を維持する波形（第２及び第４波形Ｐ２′，Ｐ４′）を生成すると共に、相隣接する駆動パルスＰ′間の電位を接地電位に維持するようになっている。
そして、上記生成された電圧波形は、２つのトランジスタ１１３ａからなる電流アンプ１１３及びドライバＩＣ１１４を介してインクジェットヘッドの多数のアクチュエータに印加されるようになっている。尚、上記ドライバＩＣ１１４は、各アクチュエータに対応して設けられたスイッチングトランジスタ等を有するものであって、上記ＣＰＵ１０１からの印刷信号を受けてインク滴を吐出すべきノズルに対応するアクチュエータを選択して、該選択したアクチュエータのみに上記電圧波形を印加するように構成されている。
しかしながら、上記従来の波形生成回路では、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形を生成するための２つのＤ／Ａコンバータ１０２，１０３を必要とすると共に、第１のＤ／Ａコンバータ１０２には正の電圧を、第２のＤ／Ａコンバータ１０３には負の電圧をそれぞれ供給しなければならないため、正及び負の電圧をそれぞれ出力する２つの電源１０６，１０７を必要とし、高コストでかなり多くのスペースを必要とするという問題がある。また、第１及び第２のＤ／Ａコンバータ１０２，１０３間の特性差（ばらつき量の差）により、生成される波形に誤差が生じてしまう。
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記のような波形生成回路に対して、その構成を改良することにより、安価で省スペースとなる簡単な構成とし、しかも、安定した電圧波形が得られるようにすることにある。
発明の開示
上記の目的を達成するために、本発明では、Ｄ／Ａコンバータを１つにすると共に、このＤ／Ａコンバータの出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電圧よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のうちの一方の波形を生成する一方、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、他方の波形を生成するようにした。
具体的には、第１の発明では、波形生成回路として、デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータと、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を入力すると共に、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のうちの一方の波形を生成する一方、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、他方の波形を生成する波形生成部とを備えているものとする。
上記の構成により、１つのＤ／Ａコンバータの出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位を基準として電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形が生成されるので、従来の回路のように２つのＤ／Ａコンバータを必要とせず、しかも、正及び負のいずれか一方の電圧を出力する１つの電源があればよい。また、従来の回路のように２つのＤ／Ａコンバータ間の特性差による波形生成誤差が生じることもない。よって、回路の低コスト化及び省スペース化を図ることができると共に、安定した電圧波形を生成することができる。
第２の発明では、上記第１の発明において、所定電位と同じ一定電圧を出力する定電圧電源と、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧と上記定電圧電源の出力電圧とを切り換え状態で入力して該両出力電圧のいずれか一方を波形生成部へ出力する切換手段とを備え、上記切換手段は、上記波形生成部により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号が上記Ｄ／Ａコンバータに入力されたときに、該切換手段の入力を上記定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されているものとする。
こうすれば、切換手段の入力は、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のいずれも生成しないときには、定電圧電源の出力電圧とされており、電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するときには、定電圧電源の出力電圧からＤ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えられる。この結果、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のいずれも生成しないときに、Ｄ／Ａコンバータがその特性ばらつきにより所定電位とは僅かに異なる電圧を出力するものであったとしても、正確な電圧を出力可能な定電圧電源から所定電位が波形生成部へ出力されるので、そのようなＤ／Ａコンバータの特性ばらつきによる波形生成部の誤作動を防止することができる。
第３の発明では、上記第２の発明において、切換手段は、Ｄ／Ａコンバータの出力が確定した後に、該切換手段の入力を定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されているものとする。
すなわち、データセット信号の入力からＤ／Ａコンバータの出力が確定するまでの時間は、その出力電圧や特性ばらつきによって変動するため、切換手段がなければ、又は、切換手段があっても、Ｄ／Ａコンバータの出力が確定する前に切換手段の入力をＤ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるようにすると、波形生成部による電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形の生成タイミング（出力タイミング）がばらついてしまう。しかし、この発明では、Ｄ／Ａコンバータの出力が確定した後に切換手段の入力をＤ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるので、その切換手段の入力の切換時と略同時に電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形が生成されて出力される。よって、Ｄ／Ａコンバータの出力確定時間の変動に伴う波形生成タイミングのばらつきを防止することができる。
第４の発明は、インクジェットヘッドに設けられたインク吐出用のアクチュエータを駆動するインクジェットヘッド駆動回路の発明であり、この発明では、デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータと、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を入力すると共に、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のうちの一方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する一方、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、他方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する波形生成部とを備えているものとする。
この発明により、上記第１の発明と同様の作用効果が得られる。
第５の発明では、上記第４の発明において、所定電位と同じ一定電圧を出力する定電圧電源と、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧と上記定電圧電源の出力電圧とを切り換え状態で入力して該両出力電圧のいずれか一方を波形生成部へ出力する切換手段とを備え、上記切換手段は、上記波形生成部により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号が上記Ｄ／Ａコンバータに入力されたときに、該切換手段の入力を上記定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されているものとする。
このことで、上記第２の発明と同様の作用効果が得られる。
第６の発明では、上記第５の発明において、切換手段は、Ｄ／Ａコンバータの出力が確定した後に、該切換手段の入力を定電圧電源の出力電圧から該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧に切り換えるように構成されているものとする。
こうすることで、上記第３の発明と同様の作用効果が得られる。
第７の発明は、インクジェット式記録装置の発明であり、この発明では、
インクが充填される圧力室と、該圧力室に連通するノズルと、電圧の印加により上記圧力室内のインクを上記ノズルから吐出させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、
上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段と、
上記インクジェットヘッドのアクチュエータを駆動するインクジェットヘッド駆動回路とを備え、
上記インクジェットヘッド駆動回路は、デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータと、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を入力すると共に、該Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が該出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のうちの一方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する一方、上記Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が上記所定電位よりも小さいときには、他方の波形を生成して上記アクチュエータへ出力する波形生成部とを有しており、
上記相対移動手段によりインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、上記インクジェットヘッド駆動回路の波形生成部により生成した電圧波形を上記アクチュエータへ出力することで、上記インクジェットヘッドのノズルからインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成されているものとする。
この発明により、小型かつ低コストであってインク吐出性能の良好なインクジェット式記録装置が容易に得られる。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録装置を概略的に示し、このインクジェット式記録装置は、後述の如くインクを記録媒体としての記録紙５１に吐出するインクジェットヘッドＨを備えている。このインクジェットヘッドＨはキャリッジ３１に支持固定され、このキャリッジ３１には、図示を省略するキャリッジモータが設けられ、このキャリッジモータにより上記インクジェットヘッドＨ及びキャリッジ３１が主走査方向（図１に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸３２にガイドされてその方向に往復動するようになっている。このキャリッジ３１、キャリッジ軸３２及びキャリッジモータにより、インクジェットヘッドＨと記録紙５１とを相対移動させる相対移動手段が構成されている。
上記記録紙５１は、図示を省略する搬送モータによって回転駆動される２つの搬送ローラ５２に挟まれていて、この搬送モータ及び各搬送ローラ５２により、上記インクジェットヘッドＨの下側において上記主走査方向と垂直な副走査方向（図１に示すＹ方向）に搬送されるようになっている。
上記インクジェットヘッドＨは、図２に示すように、インクを供給するための供給口２ａ及びインクを吐出するための吐出口２ｂを有する複数の圧力室用凹部２が形成されたヘッド本体１を備えている。このヘッド本体１の各凹部２は、該ヘッド本体１の上面に上記主走査方向に延びるように開口されていて、互いに上記副走査方向に略等間隔をあけた状態で並設されている。
上記ヘッド本体１の各凹部２の側壁部は、約２００μｍ厚の感光性ガラス製の圧力室部品５で構成され、各凹部２の底壁部は、この圧力室部品５に固着されかつ複数のステンレス鋼薄板を貼り合せてなるインク流路部品６で構成されている。このインク流路部品６内には、上記各凹部２の供給口２ａにそれぞれ接続された供給用インク流路７と、上記吐出口２ｂにそれぞれ接続された吐出用インク流路８とが形成されている。上記各供給用インク流路７は、上記各凹部２が並ぶ方向（副走査方向）に延びるインク供給室１０に接続され、このインク供給室１０は、上記圧力室部品５及びインク流路部品６に形成されかつ図外のインクタンクと接続されるインク供給孔１１に接続されている。
上記インク流路部品６の圧力室部品５と反対側面（下面）には、インクジェットヘッドＨの下面を構成しかつポリイミド等の高分子樹脂からなる約２０μｍ厚のノズル板１３が設けられ、このノズル板１３には、上記各吐出用インク流路８を介して上記各吐出口２ｂとそれぞれ接続された直径約２０μｍのノズル１４が形成されている。この各ノズル１４は、副走査方向に列状に並ぶように設けられている。
上記ヘッド本体１の圧力室部品５におけるインク流路部品６と反対側面（上面）には、上記ヘッド本体１の各凹部２を塞いで該凹部２と共に圧力室３を構成する圧電アクチュエータ２１がそれぞれ設けられている。この各圧電アクチュエータ２１は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる１〜１０μｍ厚の圧電層２３と、該圧電層２３の上記圧力室３と反対側（上側）に設けられた０．０５〜０．６μｍ厚のＰｔ製上部電極層２４と、圧電層２３の上記圧力室３側（下側）に設けられた１〜１０μｍ厚のＣｒ製下部電極層２２とを有している。この下部電極層２２は、全ての圧電アクチュエータ２１に共通の１つのものからなっていて、接地された状態にあると共に、所謂振動板としての役割をも果たしている。
上記インクジェットヘッドＨに設けられたインク吐出用の圧電アクチュエータ２１を駆動するインクジェットヘッド駆動回路（波形生成回路）の第１例を、図３に示す。この第１例に係るインクジェットヘッド駆動回路は、電圧波形を生成するためのデジタル信号（例えば８ビット）を出力する端子を有するＣＰＵ６１と、このＣＰＵ６１のデジタル信号出力端子に接続され、上記デジタル信号をアナログ電圧に変換して出力する１つのＤ／Ａコンバータ６２と、このＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧（アナログ電圧）を入力すると共に、該出力電圧に基づいて、後述の如く電圧波形を生成して上記圧電アクチュエータ２１へ出力する波形生成部６４とを備えている。
上記Ｄ／Ａコンバータ６２は、上記ＣＰＵ６１から上記デジタル信号とは別の端子を介して該デジタル信号と共にデータセット信号を入力するようになっており、このデータセット信号が入力されたときには、この入力から所定時間（データセットリングタイム：出力電圧によって変わる）が経過した後（Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定した後）に上記アナログ電圧を出力するようになっている。そして、上記Ｄ／Ａコンバータ６２は、正の電圧Ｖ１を出力する電源６６に接続されていて、上記デジタル信号により接地電位からこの電源６６の出力電圧Ｖ１までの電圧を出力可能に構成されている。
上記Ｄ／Ａコンバータ６２の出力端子には上記波形生成部６４が接続されている。この波形生成部６４は、上記Ｄ／Ａコンバータ６２から出力されたアナログ電圧を電流に変換する電圧電流変換器６４ａと、この電圧電流変換器６４ａにより変換した電流を、２つの抵抗と２つのトランジスタとからなるカレントミラー回路により増幅（増幅比は上記２つの抵抗の抵抗比で決まる）しかつ該増幅電流をコンデンサにより電圧に変換する電流電圧変換アンプ６４ｂとを有している。尚、上記電圧電流変換器６４ａ及び電流電圧変換アンプ６４ｂは、上記Ｄ／Ａコンバータ６２と同じ電源６６に接続されている。
上記波形生成部６４は、上記Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が該出力電圧の最大値（Ｖ１）と最小値（接地電位）との中間にある所定電位Ｖ２（この実施形態では、最大値と最小値との中点の電位（Ｖ１／２）としているが、最大値と最小値との中間にある電位であれば、どのような値であってもよい）よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形を生成する一方、上記Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が上記所定電位Ｖ２よりも小さいときには、電圧立ち下がり波形を生成するように構成されている。また、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が上記所定電位Ｖ２であるときには、該所定電位Ｖ２の出力直前の電位を維持する波形を生成するようになっている。
上記波形生成部６４の出力端子は、２つのトランジスタ６８ａからなる電流アンプ６８及びドライバＩＣ６９を介してインクジェットヘッドＨの各圧電アクチュエータ２１の上部電極層２４に接続されている。このドライバＩＣ６９は、各圧電アクチュエータ２１に対応して設けられたスイッチングトランジスタ等を有するものであって、上記ＣＰＵ６１からの印刷信号を受けてインク滴を吐出すべきノズル１４に対応する圧電アクチュエータ２１を選択して、該選択したアクチュエータ２１のみに上記波形生成部６４により生成・出力された電圧波形を印加するようにするものである。
上記各圧電アクチュエータ２１に印加される電圧波形は、例えば図４に示すように、最大電位（Ｖａ）と最小電位（接地電位）との中間にある中間電位Ｖｂから最小電位まで降下する第１波形Ｐ１（電圧立ち下がり波形）と、この第１波形Ｐ１に連続しかつ上記最小電位を維持する第２波形Ｐ２と、この第２波形Ｐ２に連続しかつ上記最小電位から最大電位まで上昇する第３波形Ｐ３（電圧立ち上がり波形）と、この第３波形Ｐ３に連続しかつ上記最大電位を維持する第４波形Ｐ４と、この第４波形Ｐ４に連続しかつ上記最大電位から上記中間電位Ｖｂに復帰する第５波形Ｐ５（電圧立ち下がり波形）とからなっている。これら一連の第１〜第５波形Ｐ１〜Ｐ５により、インク滴をノズル１４から１回だけ吐出させるための１つの駆動パルスＰが構成され、この駆動パルスＰが所定周期（例えば５０μｓ程度：駆動周波数２０ｋＨｚ）で繰り返し出力されるようになっている（相隣接する駆動パルスＰ間の電位は上記中間電位Ｖｂに維持される）。すなわち、この駆動パルスＰは上記中間電位Ｖｂを基準とする引き押し引きタイプのものである。
次に、上記第１〜第５波形Ｐ１〜Ｐ５を生成するための第１例に係るインクジェットヘッド駆動回路の動作を図５により説明する。
すなわち、波形生成前の段階では、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２には、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を上記所定電位Ｖ２とするデジタル信号が出力されており、これにより、波形生成部６４は上記中間電位Ｖｂを出力している。
そして、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を上記所定電位Ｖ２よりも小さい値（この実施形態では、出力電圧の最小値（接地電位））にするデジタル信号とデータセット信号とが出力され（図５ではデータセット信号の出力中をＬｏ状態としている）、Ｄ／Ａコンバータ６２においては、このデータセット信号の入力から上記所定時間（図５のｔ時間）が経過した後にその出力が確定して、上記デジタル信号がアナログに変換されたアナログ電圧が出力される（図５ではアナログ電圧（所定電位Ｖ２を除く）の出力中をＬｏ状態とし、所定電位Ｖ２の出力中をＨｉ状態としている）。このアナログ電圧の出力により、波形生成部６４は、その電流電圧変換アンプ６４ｂによって中間電位Ｖｂから最小電位まで降下する第１波形Ｐ１を生成・出力する。尚、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定する前に、ドライバＩＣ６９は、ＣＰＵ６１からの印刷信号を受けてインク滴を吐出すべきノズル１４に対応する圧電アクチュエータ２１を選択しかつ該選択した圧電アクチュエータ２１に対応するスイッチングトランジスタをＯＮ状態に設定し、この状態を第５波形Ｐ５の生成完了後まで継続する。
続いて、上記第１波形Ｐ１の生成完了後に、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を上記所定電位Ｖ２にするデジタル信号が出力され、これにより、波形生成部６４は最小電位を維持する第２波形Ｐ２を生成・出力する。
次いで、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を上記所定電位Ｖ２よりも大きい値（この実施形態では、出力電圧の最大値Ｖ１）にするデジタル信号とデータセット信号とが出力され、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定すると、アナログ電圧が出力される。このアナログ電圧の出力により、波形生成部６４は、その電流電圧変換アンプ６４ｂによって最小電位から最大電位まで上昇する第３波形Ｐ３を生成・出力する。
そして、上記第３波形Ｐ３の生成完了後に、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を上記所定電位Ｖ２にするデジタル信号が出力され、これにより、波形生成部６４は最大電位を維持する第４波形Ｐ４を生成・出力する。
次いで、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を最小値にするデジタル信号とデータセット信号とが出力され、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定すると、アナログ電圧が出力される。このアナログ電圧の出力により、波形生成部６４は、その電流電圧変換アンプ６４ｂによって最大電位から中間電位まで降下する第５波形Ｐ５を生成・出力する。
続いて、上記第５波形Ｐ５の生成完了後に、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を上記所定電位Ｖ２にするデジタル信号が出力され、これにより、波形生成部６４は、次の駆動パルスＰを生成するまでの間、上記中間電位Ｖｂを出力する。
ここで、上記インクジェットヘッドＨの動作について説明すると、上記波形生成部６４により生成・出力された第１波形Ｐ１が圧電アクチュエータ２１に印加されると、圧電層２３が該圧電層２３内部に生じる電界によりその厚み方向と垂直な方向に伸長するのに対し、下部電極層２２と上部電極層２４とは伸長しないので、いわゆるバイメタル効果により圧電アクチュエータ２１の圧力室３に対応する部分が圧力室３と反対側に凸状となるように撓んで変形する。
そして、第３波形Ｐ３が圧電アクチュエータ２１に印加されると、圧電層２３が収縮して圧電アクチュエータ２１の圧力室３に対応する部分が圧力室３側に凸状となるように撓んで変形する。この撓み変形により圧力室３内に圧力が生じ、この圧力で圧力室３内のインクのうちの所定量が上記吐出口２ｂ及び吐出用インク流路８を経由してノズル１４より記録紙５１へ吐出されて、記録紙５１上にドット状に付着することとなる。
次いで、第５波形Ｐ５が圧電アクチュエータ２１に印加されると、圧電層２３が伸長して圧電アクチュエータ２１の圧力室３に対応する部分が元の状態に復帰する。上記第１及び第５波形Ｐ１，Ｐ５の印加時には、圧力室３内に、上記インク供給室１０より供給用インク流路７及び供給口２ａを介してインクが充填される。
上記圧電アクチュエータ２１への電圧波形の印加は、インクジェットヘッドＨ及びキャリッジ３１を主走査方向において記録紙５１の一端から他端まで略一定速度で移動させているときに上記駆動パルスＰの出力周期で繰り返し行われ（但し、インクジェットヘッドＨが記録紙５１におけるインク滴を着弾させない箇所に達したときには上記ドライバＩＣ６９により印加されない）、このことで、記録紙５１の所定位置にインク滴を着弾させる。そして、１走査分の記録が終了すると、搬送モータ及び各搬送ローラ５２により記録紙５１を副走査方向に所定量搬送し、再度、インクジェットヘッドＨ及びキャリッジ３１を主走査方向に移動させながらインク滴を吐出させて、新たな１走査分の記録を行う。この動作を繰り返すことによって、記録紙５１全体に所望の画像が形成される。
したがって、上記第１例に係るインクジェットヘッド駆動回路では、１つのＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧の最大値と最小値との中間にある所定電位Ｖ２を基準として電圧立ち上がり及び立ち下がり波形が生成されるので、従来の回路のように２つのＤ／Ａコンバータを必要とせず、しかも、負の電圧を出力する電源は不要であり、正の電圧を出力する１つの電源６６があればよい。また、従来の回路のように２つのＤ／Ａコンバータ間の特性差（ばらつき量の差）による波形生成誤差が生じることもない。この結果、回路の低コスト化及び低スペース化を図ることができると共に、安定した電圧波形を生成することができる。よって、小型かつ低コストであってインク吐出性能の良好なインクジェット式記録装置が容易に得られる。
図６は、第２例に係るインクジェットヘッド駆動回路を示し（尚、図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、Ｄ／Ａコンバータ６２と波形生成部６４との間に切換手段としてのアナログスイッチ７１を設けたものである。
すなわち、この第２例では、上記所定電位Ｖ２と同じ一定電圧を出力する定電圧電源７２が設けられており、上記アナログスイッチ７１は、ＣＰＵ６１からの作動信号により、上記Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧と上記定電圧電源７２の出力電圧とを切り換え状態で入力して該両出力電圧のいずれか一方を波形生成部６４へ出力するようになっている。具体的には、上記アナログスイッチ７１の入力は、波形生成部６４により電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のいずれも生成しないとき（波形生成部６４により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号がＤ／Ａコンバータ６２に入力されていないとき）には、定電圧電源７２の出力電圧とされており（アナログスイッチ７１を図６において実線で示す状態にする）、波形生成部６４により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号がＤ／Ａコンバータ６２に入力されたとき（ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を最大値又は最小値にするデジタル信号が入力されたとき）には、定電圧電源７２の出力電圧からＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えられる（アナログスイッチ７１を図６において二点鎖線で示す状態にする）。そして、この入力の切り換えは、波形生成部６４により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号が入力されてＤ／Ａコンバータ６２の出力が確定した後に行われるようになっている。
尚、Ｄ／Ａコンバータ６２は、ＣＰＵ６１からデジタル信号及びデータセット信号とは別の端子を介してラッチ信号を入力するようになっており、このラッチ信号の入力によりアナログ電圧の出力状態が維持されるようになっている。
次に、上記第１〜第５波形Ｐ１〜Ｐ５を生成するための第２例に係るインクジェットヘッド駆動回路の動作を図７により説明する。
すなわち、波形生成前の段階では、アナログスイッチ７１が、ＣＰＵ６１からの作動信号（図７ではＨｉ状態）を受けて、定電圧電源７２と波形生成部６４とを接続状態にしており、これにより、波形生成部６４には定電圧電源７２の出力電圧が入力されている。この定電圧電源７２の出力電圧は所定電位Ｖ２と同じであるので、上記第１例と同様に、波形生成部６４は中間電位Ｖｂを出力している。
次いで、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を最小値にするデジタル信号とデータセット信号とが出力され、Ｄ／Ａコンバータ６２においては、このデータセット信号の入力から所定時間経過後にその出力が確定してアナログ電圧が出力される。尚、この出力状態を上記ラッチ信号により維持しておく。
そして、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定してアナログ電圧が出力された後に（データセット信号の入力からデータセットリングタイムの最大値よりも僅かに長い時間経過後に）、ＣＰＵ６１からの作動信号（図７ではＬｏ状態）により、アナログスイッチ７１の入力が定電圧電源７２の出力電圧からＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えられる。これにより、Ｄ／Ａコンバータ６２と波形生成部６４とが接続状態になって上記アナログ電圧が波形生成部６４に入力され、この結果、上記第１例と同様に、波形生成部６４は第１波形Ｐ１を生成・出力する。尚、ドライバＩＣ６９は、この第２例では、上記アナログスイッチ７１の入力の切り換えと略同時に、選択した圧電アクチュエータ２１に対応するスイッチングトランジスタをＯＮ状態に設定して、この状態を第５波形Ｐ５の生成完了と略同じタイミングまで継続するようになされている。
その後、第１波形Ｐ１の生成完了と略同時に、アナログスイッチ７１の入力がＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧から定電圧電源７２の出力電圧に切り換えられ、これにより、波形生成部６４は第２波形Ｐ２を生成・出力する。尚、第１波形Ｐ１の生成完了と略同時か又はその後に、ラッチ信号によるＤ／Ａコンバータ６２の出力状態の維持を解除する。
続いて、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を最大値にするデジタル信号とデータセット信号とが出力され、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定すると、アナログ電圧が出力される。そして、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定してアナログ電圧が出力された後に（データセット信号の入力からデータセットリングタイムの最大値よりも僅かに長い時間経過後に）、アナログスイッチ７１の入力が定電圧電源７２の出力電圧からＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えられる。これにより、Ｄ／Ａコンバータ６２と波形生成部６４とが接続状態になって上記アナログ電圧が波形生成部６４に入力され、波形生成部６４は第３波形Ｐ３を生成・出力する。
その後、第３波形Ｐ３の生成完了と略同時に、アナログスイッチ７１の入力がＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧から定電圧電源７２の出力電圧に切り換えられ、これにより、波形生成部６４は第４波形Ｐ４を生成・出力する。
次いで、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を最小値にするデジタル信号とデータセット信号とが出力され、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定すると、アナログ電圧が出力される。そして、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定してアナログ電圧が出力された後に（データセット信号の入力からデータセットリングタイムの最大値よりも僅かに長い時間経過後に）、アナログスイッチ７１の入力が定電圧電源７２の出力電圧からＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えられる。これにより、波形生成部６４は第５波形Ｐ５を生成・出力する。
続いて、第５波形Ｐ５の生成完了と略同時に、アナログスイッチ７１の入力がＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧から定電圧電源７２の出力電圧に切り換えられ、これにより、波形生成部６４は、次の駆動パルスＰを生成するまでの間、上記中間電位Ｖｂを出力する。
尚、アナログスイッチ７１が定電圧電源７２の出力電圧を入力している間は、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧は、上記第１例のように所定電位Ｖ２であってもよく、接地電位等の他の電位であってもよい。
したがって、上記第２例に係るインクジェットヘッド駆動回路では、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形のいずれも生成しないとき（波形生成部６４により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号がＤ／Ａコンバータ６２に入力されていないとき）には、アナログスイッチ７１の入力が定電圧電源７２の出力電圧となるので、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧に関係なく、定電圧電源７２から所定電位Ｖ２が波形生成部６４へ出力される。すなわち、ＣＰＵ６１からＤ／Ａコンバータ６２に、該Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧を所定電位Ｖ２にするデジタル信号が出力されても、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力はその特性ばらつきにより所定電位Ｖ２から僅かにずれる可能性があるが、この第２例では、正確な電圧を出力可能な定電圧電源７２から所定電位Ｖ２が波形生成部６４へ出力されるので、Ｄ／Ａコンバータ６２の特性ばらつきによる波形生成部６４の誤作動を防止することができる。これにより、インクジェット式記録装置のインク吐出性能を向上させることができる。
また、波形生成部６４により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するとき（波形生成部６４により電圧立ち下がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号がＤ／Ａコンバータ６２に入力されたとき）には、アナログスイッチ７１の入力を定電圧電源７２の出力電圧からＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えるが、このとき、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定した後に、アナログスイッチ７１の入力を切り換えるので、アナログスイッチ７１により波形生成タイミングをコントロールすることができる。すなわち、データセット信号の入力からＤ／Ａコンバータ６２の出力が確定するまでの時間（所定時間ｔ）は、その出力電圧や特性ばらつきによって変動するため、アナログスイッチ７１がなければ、又は、アナログスイッチ７１があっても、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定する前にアナログスイッチ７１の入力をＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えるようにすると、波形生成部６４による電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形の生成・出力タイミングがばらついてしまう。しかし、この第２例では、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定した後にアナログスイッチ７１の入力をＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えるので、アナログスイッチ７１の入力の切換時と略同時に電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成・出力することができる。この結果、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力確定時間の変動に伴う波形生成タイミングのばらつきを防止して常に一定のタイミングで電圧波形を生成・出力することができる。よって、インク吐出量のばらつきをかなり小さく抑えることができると共に、記録紙５１上においてインク滴の着弾位置精度を向上させることができ、高画質が得られる。
尚、上記第２例では、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定した後に、アナログスイッチ７１の入力を定電圧電源７２の出力電圧からＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えたが、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力が確定する前に（例えば、波形生成部６４により電圧立ち上がり波形又は立ち下がり波形を生成するためのデジタル信号がＤ／Ａコンバータ６２に入力されたときと同時に）、アナログスイッチ７１の入力をＤ／Ａコンバータ６２の出力電圧に切り換えるようにしてもよい。このようにしても、Ｄ／Ａコンバータ６２の特性ばらつきによる波形生成部６４の誤作動を防止することができる。但し、インク滴の着弾位置精度を向上させる等の観点からは上記第２例のようにするのが望ましい。
また、上記実施形態では、駆動パルスＰを引き押し引きタイプのものとしたが、電圧立ち上がり波形と立ち下がり波形とを１つずつ有する押し引きタイプや引き押しタイプのものにも本発明を適用することができる。
さらに、上記実施形態では、波形生成部６４を、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が所定電位Ｖ２よりも大きいときには、電圧立ち上がり波形を生成する一方、上記Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が上記所定電位Ｖ２よりも小さいときには、電圧立ち下がり波形を生成するように構成したが、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が所定電位Ｖ２よりも大きいときには、電圧立ち下がり波形を生成する一方、Ｄ／Ａコンバータ６２の出力電圧が上記所定電位Ｖ２よりも小さいときには、電圧立ち上がり波形を生成するように構成してもよい。
さらにまた、上記実施形態では、波形生成回路を、インクジェット式記録装置におけるインクジェットヘッドＨの圧電アクチュエータ２１を駆動するインクジェットヘッド駆動回路に適用したが、電圧立ち上がり波形及び立ち下がり波形を有する電圧パルスを印加して駆動させるものであれば、どのようなものにも本発明の波形生成回路を適用することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、電圧パルスを印加して駆動させるアクチュエータを搭載したもの、特にインク吐出用のアクチュエータを備えたインクジェット式記録装置に有用であり、回路の低コスト化及び低スペース化を図ることができると共に、安定した電圧波形を生成することができる点で産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録装置を示す概略斜視図である。
図２は、図１のインクジェット式記録装置のインクジェットヘッドを主走査方向に切断した断面図である。
図３は、インクジェットヘッドに設けられたインク吐出用の圧電アクチュエータを駆動するインクジェットヘッド駆動回路の第１例を示す概略回路図である。
図４は、圧電アクチュエータに印加される電圧波形の一例を示す波形図である。
図５は、第１例に係るインクジェットヘッド駆動回路により図４の電圧波形を生成するためのタイムチャートである。
図６は、インクジェットヘッド駆動回路の第２例を示す概略回路図である。
図７は、第２例に係るインクジェットヘッド駆動回路により図４の電圧波形を生成するためのタイムチャートである。
図８は、従来のインクジェットヘッド駆動回路により生成される電圧波形の一例を示す波形図である。
図９は、従来のインクジェットヘッド駆動回路を示す概略回路図である。
【図１】
2002034528.tif 000003
【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】
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【国際調査報告】
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