説明

記録ヘッド駆動装置、駆動方法、駆動プログラム及びインクジェット記録装置

【課題】インクジェット記録装置の記録ヘッドのピエゾ駆動を高速で行う記録ヘッド駆動装置、駆動方法、駆動プログラム及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】記録ヘッドに設けられた複数のノズルと、インク滴を吐出するために前記複数のノズルに設けられたアクチュエータと、アクチュエータを駆動させるための信号を生成する駆動信号生成手段と、駆動信号生成手段で生成された駆動信号をデジタル増幅器にて電流増幅し、アクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅駆動手段と、デジタル増幅器に電源を供給する定電流回路手段と、を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、インクジェット記録装置の記録ヘッドのピエゾ駆動を高速で行う記録ヘッド駆動装置、駆動方法、駆動プログラム及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電圧を印加してピエゾ(アクチュエータ:圧電素子)を駆動することによりインク滴を吐出して記録媒体に印字を行うインクジェットプリンタにおいて、ピエゾ駆動電圧波形の電流増幅をバイポーラトランジスタを用いて行う方法が知られている。例えば図10に示すようなバイポーラトランジスタを用いたアナログアンプ回路により圧電素子駆動用の電流増幅を行っている。
【0003】
しかし、今までのバイポーラトランジスタを用いた電流増幅は、電流制御によりスイッチングを行うため、スイッチング速度が遅く、駆動波形を高速で変化させることができないという問題があった。
【0004】
また、バイポーラトランジスタと比較して、スイッチング速度が速い電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)を用いたD級アンプで電流増幅を行うことも検討されているが、FETスイッチング時に突入電流が発生するためアナログスイッチやFETが破損する可能性があるという問題があった。
【0005】
例えば特許文献1においては、D級アンプを用いて電流増幅する際に、消費電力を増大させることなく、駆動波形の特性変化を抑制する目的で、駆動波形をPWM(Pulse Width Modulation)変換し、D級アンプで電流増幅した後、平滑フィルタを介してピエゾに入力するという構成が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし特許文献1に記載されている方法では、FETスイッチング時に突入電流を抑制しつつ、駆動波形を高速に変化させるという問題は解消できていない。
【0007】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、インクジェット記録装置の記録ヘッドのピエゾ駆動を高速で行う記録ヘッド駆動装置、駆動方法、駆動プログラム及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明に係る記録ヘッド駆動装置は、記録ヘッドに設けられた複数のノズルと、インク滴を吐出するために前記複数のノズルに設けられたアクチュエータと、アクチュエータを駆動させるための信号を生成する駆動信号生成手段と、駆動信号生成手段で生成された駆動信号をデジタル増幅器にて電流増幅し、アクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅駆動手段と、デジタル増幅器に電源を供給する定電流回路手段と、を有することを特徴とする。
【0009】
また本発明に係る記録ヘッド駆動方法は、記録ヘッドに設けられた複数のノズルからインク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する駆動信号生成ステップと、駆動信号生成ステップで生成された駆動信号をデジタル増幅器にて電流増幅し、増幅された電流をアクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅駆動ステップと、デジタル増幅器に電源を供給する定電流回路ステップと、を有することを特徴とする。
【0010】
また本発明に係る記録ヘッド駆動プログラムは、インクジェット記録装置の記録ヘッド駆動装置に、記録ヘッドに設けられた複数のノズルからインク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する駆動信号生成処理と、駆動信号生成処理で生成された駆動信号をデジタル増幅器にて電流増幅し、増幅された電流を前記アクチュエータに供給してアクチュエータを駆動させる電流増幅駆動処理と、デジタル増幅器に電源を供給する定電流回路処理と、を実行させることを特徴とする。
【0011】
また本発明に係るインクジェット記録装置は、上記に記載の記録ヘッド駆動装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明により、インクジェット記録装置の記録ヘッドのピエゾ駆動を高速で行うために記録ヘッド駆動装置への突入電流を抑制しつつ、駆動波形を高速に変化させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の基本構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の機能ブロック図である。
【図3】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の記録ヘッド制御を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に係るデジタル増幅器、定電流回路、アクチュエータ駆動電圧観測手段の構成図である。
【図5】本発明の実施形態に係るデジタル増幅器の制御方法を説明する図である。
【図6】本発明の実施形態に係るデジタル増幅器、定電流回路、アクチュエータ駆動電圧観測手段、ヘッド周辺温度検出手段の構成図である。
【図7】本発明の実施形態に係る定電流回路の出力電流値を印刷条件に応じて変化させた場合のデジタル増幅器の制御方法を説明する図である。
【図8】本発明の実施形態に係る駆動するアクチュエータの数とヘッド駆動信号の電圧レベル関係を示す図である。
【図9】本発明の実施形態に係るインクの温度と粘度の関係を示す図である。
【図10】従来のバイポーラトランジスタを用いたアナログアンプ回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明は、アクチュエータ(ピエゾ)駆動波形の電流増幅に際して、以下の特徴を有する。つまり本発明は、アクチュエータ駆動波形の電流増幅を、任意に出力電流値を設定可能な定電流回路を電源とするD級アンプを用いて行うことが特徴である。
【0015】
ピエゾ(アクチュエータ)を駆動することによりノズルからインク滴を吐出して記録媒体に印字を行うインクジェットプリンタにおいて、D級アンプを用いてピエゾ駆動電圧波形の電流増幅回路を構成した。
【0016】
また、従来のバイポーラトランジスタと比較してスイッチング速度が速い電界効果トランジスタ(FET)を用いてピエゾ駆動電圧波形の電流増幅を行うように構成した。ここで、FETを用いて高電圧のパワー系出力を制御する場合、突入電流を抑制する必要がある。
【0017】
そこで、突入電流が大き過ぎるとピエゾ駆動回路上のアナログスイッチやFETが破損する可能性があるため、定電流回路の出力を電流増幅回路の電源として使用することにより、FETのスイッチング時に発生する突入電流を抑制することが可能となった。
【0018】
次に本発明の好適な実施の形態について、以下に図面を用いて詳細に説明する。
【0019】
図1は、本発明の一実施形態に係る、インクジェット記録装置の基本構成図である。
【0020】
本インクジェット記録装置は、キャリッジ1、ガイドロット2、主走査モータ3、プーリー4、エンコーダシート5、エンコーダセンサ6、副走査モータ7、空吐出受け8、記録ヘッド9、インク吐出ノズル10と、を備えて構成される。
【0021】
キャリッジ1は、ガイドロット2で保持されて、主走査モータ3との間に渡されたプーリー4を介して主走査方向に走査する。このキャリッジには、例えばイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出する記録ヘッド9が搭載されていて、記録ヘッドに配列されたインク吐出ノズル10からインクを吐出できる。
【0022】
キャリッジを主走査方向に移動させながら必要な位置でインク滴を吐出することによって記録媒体上に画像を形成する。キャリッジの位置情報は筐体に固定されたエンコーダシート5に等間隔で記録されたパターンを、キャリッジに固定されたエンコーダセンサ6で移動しながら読み取ってカウントを加算/減算することで得ることができる。
【0023】
このような主走査方向のキャリッジ移動とインク吐出動作を1回行うことで、ノズル列の長さと同じ幅のバンドに対して画像を形成することができ、1バンド分の画像形成が終了したら副走査モータ7を駆動して記録媒体を副走査方向に移動させて、再度1バンド分の画像形成動作をさせるように繰り返せば、記録媒体の任意の場所に画像を形成することができる。
【0024】
図2は、本発明の一実施形態に係る、インクジェット記録装置の機能ブロック図である。
【0025】
本インクジェット記録装置は、CPUとROMとRAMとホストインターフェイスと記録ヘッド制御部と主走査制御部と副走査制御部とを備える。
【0026】
プリンタのハードウェア制御を行うファームウェアや記録ヘッドの駆動波形データはROMに格納されており、ホストPCから印刷ジョブ(画像データ)を受信すると、CPUは画像データをRAMに格納し、記録ヘッドが搭載されたキャリッジを主走査制御部によって記録媒体上の任意の位置に移動する。
【0027】
記録ヘッド制御部は、主走査エンコーダから得られるキャリッジの位置情報に連動し、RAMに格納された画像データ、ROMに格納された記録ヘッド駆動波形、および制御信号を記録ヘッド駆動部に転送する。記録ヘッド駆動部は、記録ヘッド制御部より転送されたデータをもとに、記録ヘッドを駆動し、インク滴を吐出する。
【0028】
図3は、本発明の一実施形態に係る、インクジェット記録装置の記録ヘッド制御を示す図である。
【0029】
本インクジェット記録装置は、記録ヘッド制御部と記録ヘッドと記録ヘッド駆動部とを備える。記録ヘッド制御部は、駆動波形制御部と画像データ制御部とを備える。また、記録ヘッド駆動部は、記録ヘッドに設置されたアクチュエータ(例えば圧電素子など)を変位させることによりインク滴を吐出する。
【0030】
アクチュエータの変位は、記録ヘッド制御部の駆動波形制御部からの情報に基づいて駆動波形制御部の信号を電流増幅部にて電流増幅を行うことにより生成したVcomの印加を、アナログスイッチにてON/OFFすることにより行う。アナログスイッチのON/OFFは、画像データ制御部からの情報に基づいて制御する。
【0031】
Vcomは、記録ヘッド制御部の駆動波形制御部からの情報に基づいて電流増幅を行うことにより生成する。
【0032】
またVcom電位監視部は、電流増幅部にて電流増幅を行ったVcomの電位をA/D変換部を介して駆動波形制御部にフィードバックすることによりVcomの電位を観測し、電圧波形に異常がみられた場合には駆動波形制御部にて波形の補正を行う。
【0033】
図4は、本発明の一実施形態に係る、デジタル増幅器、定電流回路、アクチュエータ駆動電圧観測手段の構成図である。
【0034】
電流増幅部は、インバータ構成で接続したFETと定電流回路を有するD級アンプから構成されている。また、定電流回路はオペアンプ、バイポーラトランジスタ、抵抗器から構成されている。
【0035】
FETのON/OFFを記録ヘッド制御部で制御することによりVcomを生成する。Vcomの電位監視部は、Vcomの電位をA/Dコンバータを介して記録ヘッド制御部にフィードバックすることによりVcomの電位を観測する。そして定電流回路の出力電流値が、アナログSWやFETが破損しない値となるように、Vref1、Vref2の電圧値を設定、制御することにより、突入電流を抑制しつつ、高速にVcomを変化させることができる。
【0036】
図5は、本発明の一実施形態に係る、デジタル増幅器の制御方法を説明する図である。
【0037】
図4で示した回路構成において、FETのON/OFFを制御するFETのゲート電圧Vg_*(*は例えばA、B、・・・を示す)とVcomおよびVcom電流(Vcom_I)の関係を示した図である。p形FET(A)はゲート電圧Vg_AがLowのときにONとなり、n形FET(B)はゲート電圧Vg_BがHighのときにONとなる。FETをONにすると、Vref1またはVref2で設定した電流値(Iin、Iout)のVcom_Iが流れる。そして、A/Dコンバータを介して観測したVcom電圧が予め設定した目標値に達した時点でFETをOFFにするように制御する。
【0038】
図6は、本発明の一実施形態に係る、デジタル増幅器、定電流回路、アクチュエータ駆動電圧観測手段、ヘッド周辺温度検出手段の構成図である。
【0039】
図4で示した構成に、ヘッド周辺温度検出部と定電流回路の出力電流調整用のD/Aコンバータを追加した構成となっている。電流増幅部は、インバータ構成で接続したFETと定電流回路を有するD級アンプから構成されている。定電流回路は、D/Aコンバータ、オペアンプ、バイポーラトランジスタ、抵抗器から構成されている。FETのON/OFFを、記録ヘッド制御部で制御することによりVcomを生成する。そして、Vcom電位監視部は、Vcomの電位をA/Dコンバータを介して記録ヘッド制御部にフィードバックすることによりVcomの電位を観測する。
【0040】
また、ヘッド温度検出部で検出した温度情報に基づいて、記録ヘッド制御部においてインク温度を算出する。また、コンバータの出力電圧を記録ヘッド制御部で設定可能なため、定電流回路の出力電流値を任意に変化させることができる。そして、定電流回路の出力電流値が、アナログSWやFETが破損しない値になるようにD/Aコンバータの出力電圧を記録ヘッド制御部で設定、制御することにより、突入電流を抑制しつつ、高速にVcomを変化させることができる。また、駆動するアクチュエータの数、検出したヘッド周辺温度、観測したVcom電位に基づいて、定電流回路の出力電流値を変化させることにより、Vcom電位の立ち上がり・立下り時間を調節することができる。
【0041】
図7は、本発明の一実施形態に係る定電流回路の出力電流値を印刷条件に応じて変化させた場合のデジタル増幅器の制御方法を説明する図である。
【0042】
図6で示した回路構成において、FETのON/OFFを制御するFETのゲート電圧Vg_*(*は例えばA、B、・・・を示す)とVcomおよびVcom電流(Vcom_I)の関係を表した図である。p形FET(A)はゲート電圧Vg_AがLowのときにONとなり、n形FET(B)はゲート電圧Vg_BがHighのときにONとなる。また、FETをONにすると、記録ヘッド制御部で設定した電流値(Iin1、Iin2、Iout1、Iout2)のVcom_Iが流れる。そして定電流回路の出力電流値を変化させることが可能なので、Vcom_Iを任意の値に変化させることができる。そして、A/Dコンバータを介して観測したVcom電圧が予め設定した目標値に達した時点でFETをOFFにするように制御する。
【0043】
図8は、本発明の一実施形態に係る駆動するアクチュエータの数とヘッド駆動信号の電圧レベル関係を示す図である。
【0044】
駆動するアクチュエータの数が多くなると、負荷が大きくなるためにアクチュエータ駆動信号の立ち上がり・立下り時間が遅くなる。そこで、電流値を大きくするように変化させることにより、立ち上がり・立下り時間を早くするように調整することができる。また、駆動するアクチュエータの数が変動した場合に、立ち上がり・立下り時間を一定にするためには、電流値(Vcom_I)を駆動するアクチュエータの数に応じて変化させるように制御する。例えば、アクチュエータの数が少ない場合は、予め設定した基準値より電流値(Vcom_I)を小さくするように制御し、アクチュエータの数が多い場合は、予め設定した基準値より電流値(Vcom_I)を大きくするように制御する。
【0045】
図9は、本発明の一実施形態に係るインクの温度と粘度の関係を示す図である。
【0046】
一般的に、インクは温度の変動に応じて粘度が変動する。例えば、インク温度が低いとインク粘度は高くなり、インク温度が高いとインク粘度は低くなる。そこで、インク温度が変動した場合に、狙い通りのインク量を吐出するためにヘッド周辺温度検出部(図6参照)により、観測したヘッド周辺温度に基づいてアクチュエータ駆動信号の電圧レベルを変化させるように制御する。例えば、インク温度が低い場合は電圧レベルを予め設定した基準値より電圧レベルを高くするように制御し、インク温度が高い場合は電圧レベルを予め設定した基準値より電圧レベルを低くするように制御する。
【0047】
上記の実施形態によれば、駆動するアクチュエータのチャンネル数が変化し、負荷が変動した場合も、駆動波形の立ち上がり・立ち下り時間を一定に保つことができる。
【0048】
また、上記の実施形態によれば、スイッチング速度が速いFETを用いたD級アンプで電流増幅を行うので駆動波形を高速で変化させることができる。
【0049】
また、上記の実施形態によれば、D級アンプの電源として、定電流回路を使用するのでFETスイッチング時の突入電流を抑制できる。
【0050】
また、上記の実施形態によれば、定電流回路の出力電流値を任意に設定できるので負荷が変動しても駆動波形の立ち上がり・立ち下り時間を一定にすることができる。
【0051】
また、上記の実施形態によれば、駆動波形を高速に変化させることが可能であり、また、スイッチング時の突入電流抑制が可能となる。
【0052】
また、上記の実施形態によれば、制御部にアクチュエータ駆動信号の電圧レベルをフィードバックしてデジタル増幅器を制御するので、制御部にアクチュエータ駆動信号の電圧レベルをフィードバックして定電流回路の出力電流値を変化させることができる。
【0053】
また、上記の実施形態によれば、制御部にアクチュエータ駆動信号の電圧レベルをフィードバックしてデジタル増幅器を制御することができる。
【0054】
また、上記の実施形態によれば、負荷が変動しても駆動波形の立ち上がり・立ち下り時間を一定にすることができる。
【0055】
また、上記の実施形態によれば、ヘッド周辺の温度を検出して、インク温度を算出できる。
【0056】
なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【0057】
また本発明に係る記録ヘッド駆動装置は、前記記録ヘッド周辺の温度を検出するヘッド温度検出手段を有することを特徴とする。
【0058】
また本発明に係る記録ヘッド駆動装置は、前記定電流回路手段は、駆動するアクチュエータの数と前記電圧レベル監視手段により得られた電圧値と前記ヘッド温度検出手段により検出されたヘッド周辺温度と、の少なくとも1以上の印刷条件に基づいて、前記定電流回路の出力電流値を変化させることを特徴とする。
【0059】
また本発明に係る記録媒体は、上記に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。
【0060】
また、プログラムは、記録メディアを介さず、通信回線を通じて直接にコンピュータにロードし実行することもでき、これによっても同様に本発明の目的は達成される。
【0061】
この場合、記憶メディアから読み出された又は通信回線を通じてロードし実行されたプログラムコード自体が前述の実施形態の機能を実現することになる。そして、そのプログラムコードを記憶した記憶メディアは本発明を構成する。
【0062】
また、プログラムコードを供給するための記憶メディアとしては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、不揮発性のメモリカード、ROM、磁気テープ等を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【0063】
本発明によれば、インクジェットプリンタ、インクジェット記録装置、インクジェット方式を用いた画像形成装置などの用途に適用できる。
【符号の説明】
【0064】
1 キャリッジ
2 ガイドロッド
3 主走査モータ
4 プーリー
5 エンコーダシート
6 エンコーダセンサ
7 副走査モータ
8 空吐出受け
9 記録ヘッド
10 インク吐出ノズル
【先行技術文献】
【特許文献】
【0065】
【特許文献1】特開2009−154478号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
記録ヘッドに設けられた複数のノズルと、
インク滴を吐出するために前記複数のノズルに設けられたアクチュエータと、
アクチュエータを駆動させるための信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段で生成された駆動信号をデジタル増幅器にて電流増幅し、前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動させる電流増幅駆動手段と、
前記デジタル増幅器に電源を供給する定電流回路手段と、
を有することを特徴とする記録ヘッド駆動装置。
【請求項2】
前記電流増幅駆動手段により増幅されたアクチュエータ駆動信号の電圧レベルを監視する電圧レベル監視手段を有し、
前記電圧レベル監視手段は、得られた前記電圧値と予め設定された目標電圧値とに基づいて前記デジタル増幅器を制御することを特徴とする請求項1に記載の記録ヘッド駆動装置。
【請求項3】
前記記録ヘッド周辺の温度を検出するヘッド温度検出手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の記録ヘッド駆動装置。
【請求項4】
前記定電流回路手段は、駆動するアクチュエータの数と前記電圧レベル監視手段により得られた電圧値と前記ヘッド温度検出手段により検出されたヘッド周辺温度と、の少なくとも1以上の印刷条件に基づいて、前記定電流回路の出力電流値を変化させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の記録ヘッド駆動装置。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1項に記載の記録ヘッド駆動装置を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項6】
記録ヘッドに設けられた複数のノズルからインク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する駆動信号生成ステップと、
前記駆動信号生成ステップで生成された駆動信号をデジタル増幅器にて電流増幅し、前記増幅された電流を前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動させる電流増幅駆動ステップと、
前記デジタル増幅器に電源を供給する定電流回路ステップと、
を有することを特徴とする記録ヘッド駆動方法。
【請求項7】
インクジェット記録装置の記録ヘッド駆動装置に、
記録ヘッドに設けられた複数のノズルからインク滴を吐出するために各ノズルに設けられたアクチュエータを駆動させるための信号を生成する駆動信号生成処理と、
前記駆動信号生成処理で生成された駆動信号をデジタル増幅器にて電流増幅し、前記増幅された電流を前記アクチュエータに供給して前記アクチュエータを駆動させる電流増幅駆動処理と、
前記デジタル増幅器に電源を供給する定電流回路処理と、を実行させることを特徴とする記録ヘッド駆動プログラム。
【請求項8】
請求項7に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【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】
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【図10】
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【公開番号】特開2011−143658(P2011−143658A)
【公開日】平成23年7月28日(2011.7.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−7342(P2010−7342)
【出願日】平成22年1月15日(2010.1.15)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】