JP4725307B2

JP4725307B2 - インクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP4725307B2
Application number: JP2005344139A
Authority: JP
Inventors: 俊行鈴木; 邦夫田端; 敦大島; 修新川; 智紀波多野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP2007144868A

Description

本発明は、例えば複数色の液体インクの微小なインク滴を複数のノズルから吐出してその微粒子（インクドット）を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像を描画するようにしたインクジェットプリンタの駆動装置及びその駆動方法に関するものである。

このようなインクジェットプリンタは、一般に安価で且つ高品質のカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
このようなインクジェットプリンタは、一般に、インクカートリッジと印字ヘッド(インクジェットヘッドともいう)とが一体的に備えられたキャリッジなどと称される移動体が印刷媒体上をその搬送方向と交差する方向に往復しながらその印字ヘッドのノズルから液体インク滴を吐出（噴射）して印刷媒体上に微小なインクドットを形成することで、当該印刷媒体上に所定の文字や画像を描画して所望の印刷物を作成するようになっている。そして、このキャリッジに黒色（ブラック）を含めた４色（イエロー、マゼンタ、シアン）のインクカートリッジと各色毎の印字ヘッドを備えることで、モノクロ印刷のみならず、各色を組み合わせたフルカラー印刷も容易に行えるようになっている（更に、これらの各色に、ライトシアンやライトマゼンタなどを加えた６色や７色、或いは８色のものも実用化されている）。

このようなインクジェットプリンタでは、駆動信号によってアクチュエータを駆動して圧力室内の圧力を変化せしめ、その圧力変化で当該圧力室内のインクを当該圧力室に連通するノズルからインク滴として吐出する。アクチュエータにも幾つかの種類があり、例えばピエゾ方式のインクジェットプリンタでは、アクチュエータであるピエゾ（圧電）素子に駆動信号を印加すると圧力室に接する振動板が変位し、これにより圧力室内の圧力が変化してインク滴が吐出される。

ところで、この種のインクジェットプリンタでは、印刷所要時間の短縮、駆動回路の簡素化、信号線数の低減化などを目的として、複数のノズルのアクチュエータに共通の駆動信号を印加するようにしている。つまり、同じ駆動信号を複数のアクチュエータに同時に供給するのであり、このような場合、一つの駆動信号に複数のアクチュエータが並列に接続されることになる。接続されるアクチュエータは、インク滴を吐出すべきノズル、つまり印字データに応じて選択される。このように一つの駆動信号に接続されるアクチュエータの数が変化する場合、その接続数に応じてインク滴の吐出特性が変化することが明らかになってきた。そこで、下記特許文献１に記載されるインクジェットプリンタでは、実際に駆動されるアクチュエータ（又はノズル）の数を求め、その数に応じて、インク滴吐出用の駆動信号そのものを変更設定している。具体的には、台形波状電圧信号からなる駆動信号の電圧増減の傾き或いは波高値そのものを変更することにより、インク滴吐出特性の安定化を図っている。
特開２０００−２３８２６２号公報

しかしながら、前記従来のインクジェットプリンタでは、インク滴吐出特性を或る程度安定化することができるものの、より一層の改善が望まれる。即ち、ピエゾ素子などからなるアクチュエータには、加工バラツキや発熱係数などの個体差があり、実際に駆動されるアクチュエータ数分の累積差が発生する上に、選択されるアクチュエータによっても累積値が異なる。これは、より多くのアクチュエータを同時に駆動するラインヘッド型インクジェットプリンタで顕著になる。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、実際に駆動されるアクチュエータを含む駆動回路の周波数特性と逆の周波数特性の成分を本来のインク滴吐出用駆動信号に加えることによってインク滴吐出特性を安定化することができるインクジェットプリンタを提供することを目的とするものである。

［発明１］上記課題を解決するために、発明１のインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するノズルのアクチュエータにインク滴吐出用駆動信号を印加する駆動手段を備えたインクジェットプリンタであって、前記インク滴を吐出するノズルのアクチュエータに対して周波数特性検出用駆動信号を印加したときの前記アクチュエータを含む駆動回路の周波数特性を検出し、前記周波数特性と逆の周波数特性のフィルタに前記インク滴吐出用駆動信号を通し、前記周波数特性と逆の周波数特性のフィルタ通過成分を前記インク滴吐出用駆動信号に加えて前記駆動回路に供給することを特徴とするものである。

本願発明者等は、例えばピエゾ素子からなるアクチュエータのもつ静電容量と配線の寄生インダクタンスや抵抗成分が一種のローパスフィルタを形成し、これにより駆動信号の高周波成分が除去されて、所謂鈍りが発生し駆動信号に歪みが発生してしまうことを見出した。しかも、このローパスフィルタの周波数特性は、前述したように、選択されるアクチュエータ及びその数によって異なる。そこで、この発明１に係るインクジェットプリンタによれば、インク滴を吐出すべきノズルのアクチュエータに対して周波数特性検出用駆動信号を印加し、そのときのアクチュエータを含む駆動回路の周波数特性を検出し、その周波数特性と逆の周波数特性のフィルタにインク滴吐出用駆動信号を通し、そのフィルタ通過成分を本来のインク滴吐出用駆動信号に加えて前記アクチュエータを含む駆動回路に供給する構成としたため、実際にアクチュエータに印加される駆動信号は本来のインク滴吐出用駆動信号に一致又はほぼ一致し、個々のノズルのインク滴吐出特性を理想状態に近づけて安定化することができる。

［発明２］発明２のインクジェットプリンタは、ノズルに対して設けられたアクチュエータと、印刷データに基づいて何れのノズルからどの程度の量のインク滴を吐出するかを示す印字データを出力する印字データ出力手段と、前記印字データに基づいてインク滴を吐出するノズルのアクチュエータにインク滴吐出用駆動信号を印加して当該ノズルからインク滴を吐出する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記インク滴吐出用駆動信号の前段にインク滴非吐出の周波数特性検出用駆動信号を時系列的に配列する周波数特性検出用駆動信号設定手段、前記印字データに基づいて何れのアクチュエータに前記周波数特性検出用駆動信号及び前記インク滴吐出用駆動信号を印加するかを選択し選択された１つ又は複数のアクチュエータに同一の前記周波数特性検出用駆動信号及び前記インク滴吐出用駆動信号を印加する選択手段、前記周波数特性検出用駆動信号が印加されたときの前記アクチュエータを含む前記駆動回路の周波数特性を検出する周波数特性検出手段、前記周波数特性検出手段で検出された前記周波数特性と逆の周波数特性の逆周波数特性フィルタを設定する逆周波数特性フィルタ設定手段、前記インク滴吐出用駆動信号が前記逆周波数特性フィルタを通過した周波数成分を当初のインク滴吐出用駆動信号に加えて前記駆動回路に供給する周波数特性修正済駆動信号出力手段を備えたことを特徴とするものである。

この発明２に係るインクジェットプリンタによれば、アクチュエータを含む駆動回路の周波数特性を検出するためにインク滴吐出用駆動信号の前段にインク滴非吐出の周波数特性検出用駆動信号を時系列的に配列し、印字データに基づいて何れのアクチュエータに周波数特性検出用駆動信号及びインク滴吐出用駆動信号を印加するかを選択し、選択された１つ又は複数のアクチュエータに同一の周波数特性検出用駆動信号及びインク滴吐出用駆動信号を印加すると共に、周波数特性検出用駆動信号が印加されたときのアクチュエータを含む駆動回路の周波数特性を検出し、その検出された周波数特性と逆の周波数特性の逆周波数特性フィルタを設定し、その逆周波数特性フィルタにインク滴吐出用駆動信号を通し、その通過した成分を本来のインク滴吐出用駆動信号に加えてアクチュエータを含む駆動回路に供給する構成としたため、実際にアクチュエータに印加される駆動信号は本来のインク滴吐出用駆動信号に一致又はほぼ一致し、個々のノズルのインク滴吐出特性を理想状態に近づけて安定化することができる。

［発明３］発明３のインクジェットプリンタは、前記発明２のインクジェットプリンタにおいて、前記周波数特性検出用駆動信号設定手段は、前記インク滴吐出用駆動信号が時系列的に連結される場合には個々の前記インク滴吐出用駆動信号の前段全てに前記周波数特性検出用駆動信号を配列し、前記逆周波数特性フィルタ設定手段は、前記周波数特性検出手段で検出された個々の周波数特性検出用駆動信号印加時の周波数特性に基づいて前記周波数特性と逆の周波数特性の前記逆周波数特性フィルタを設定することを特徴とするものである。

この発明３に係るインクジェットプリンタによれば、インク滴吐出用駆動信号が時系列的に連結される場合には個々のインク滴吐出用駆動信号の前段全てに周波数特性検出用駆動信号を配列し、検出された個々の周波数特性検出用駆動信号印加時の周波数特性に基づいてその逆の周波数特性の逆周波数特性フィルタを設定する構成としたため、例えば異なる解像度のインク滴を吐出するためにインク滴吐出用駆動信号を時系列的に連結する場合でも、アクチュエータに印加される実際の各駆動信号を本来のインク滴吐出用駆動信号に一致又はほぼ一致させることができる。

［発明４］発明４のインクジェットプリンタは、前記発明２又は３のインクジェットプリンタにおいて、前記周波数特性検出手段は、前記周波数特性検出用駆動信号印加時の実際の信号値を検出して高速フーリエ変換を行い、前記逆周波数特性フィルタ設定手段は、前記高速フーリエ変換された実際の信号値の特定の高周波数成分のパワースペクトル値に基づいて前記逆周波数特性フィルタを設定することを特徴とするものである。

この発明４に係るインクジェットプリンタによれば、周波数特性検出用駆動信号印加時の実際の信号値を検出して高速フーリエ変換を行い、その高速フーリエ変換された実際の信号値の特定の高周波数成分のパワースペクトル値に基づいて逆周波数特性フィルタを設定する構成としたため、逆周波数特性フィルタを正確且つ容易に設定することが可能となる。

次に、本発明のインクジェットプリンタの駆動装置の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略構成を示す平面図である。このインクジェットプリンタ１は、図１に示すように、ヘッドユニット２及びインクカートリッジ３を搭載したキャリッジ４を備え、このキャリッジ４は１組のキャリッジ軸５に案内されて主走査方向に移動できるようになっている。また、キャリッジ４の一部は歯付きベルト９に固定され、且つ歯付きベルト９は、モータ６の回転軸に固定された駆動プーリ７と従動プーリ８との間に掛け渡されている。

更にキャリッジ４にはエンコーダ１０が取付けられ、キャリッジ４の移動方向に沿ってリニアスケール１１が設けられている。これにより、エンコーダ１０によりキャリッジ４上のヘッドユニット２の位置を検出するようになっている。なお、図１において、符号１２はヘッドユニット２とシステムコントローラなどとを電気的に接続するケーブルであり、符号１３は、後述するインクジェットヘッドの表面をクリーニングするワイパであり、符号１４は、そのインクジェットヘッドのノズル基板（図３参照）のキャッピングを行うキャップである。

このような構成からなるインクジェットプリンタ１では、エンコーダ１０の検出信号がモータ制御回路（図示せず）に入力されると、そのモータ制御回路によりモータ６の回転動作が、加速、一定速度、減速、反転、加速、一定速度、減速、反転…といったように制御される。このようなモータ６の動作に伴って、キャリッジ４が主走査方向に往復移動を繰り返し、一定速度の区間が印刷領域に相当するので、その一定速度の際にキャリッジ４に搭載されるヘッドユニット２のノズルから印刷媒体ａ上にインク滴が吐出される。この結果、印刷媒体ａには、そのインク滴からなるインクドットによって所定の文字や画像が記録（印字）される。

次に、図１に示すヘッドユニット２の具体的な構成について、図２ａ及び図３を参照して説明する。このヘッドユニット２は、図２ａに示すようなインクジェットヘッド（ノズルヘッド）２０を複数個備え、各インクジェットヘッド２０は圧電式アクチュエータを用いたものである。インクジェットヘッド２０は、図２ａに示すように、振動板２１と、この振動板２１を変位させる圧電式アクチュエータ２２と、内部に液体であるインクが充填され且つ振動板２１の変位により内部の圧力が増減されるキャビティ（圧力室）２３と、このキャビティ２３に連通し且つ当該キャビティ２３内の圧力の増減によりインクを液滴として吐出するノズル２４とを少なくとも備えている。

更に詳述すると、インクジェットヘッド２０は、ノズル２４が形成されたノズル基板２５と、キャビティ基板２６と、振動板２１と、複数の圧電素子２７を積層した積層型の圧電式アクチュエータ２２とを備えている。キャビティ基板２６は、図示のように所定形状に形成され、これにより、キャビティ２３と、これに連通するリザーバ２８とが形成されている。また、リザーバ２８は、インク供給チューブ２９を介してインクカートリッジ３に接続されている。圧電式アクチュエータ２２は、対向して配置される櫛歯状の電極３１、３２と、その電極３１、３２の各櫛歯と交互に配置される圧電素子２７とからなる。また、圧電式アクチュエータ２２は、その一端側が図２ａに示すように、中間層３０を介して振動板２１と接合されている。

このような構成からなる圧電式アクチュエータ２２では、第１電極３１と第２電極３２との間に印加される駆動信号源からの駆動信号により、図２ａに矢印で示すように上下方向に伸び縮みするモードを利用している。従って、圧電式アクチュエータ２２では、例えば図２ａに示すような駆動信号が印加されると、振動板２１に変位が生じてキャビティ２３内の圧力が変化し、ノズル２４からインク滴が吐出されるようになっている。具体的には、後段に詳述するように、キャビティ２３の容積を拡大して（膨張させて）インクを引込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小して（収縮させて）インクを押出し、これによりノズルからインク滴を吐出する。なお、図２ａに示すノズル基板２６に形成されるインクジェットヘッド２０毎のノズル２４は、例えば図３に示すように配列されている。この図３の例では、４色のインク（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）に適用した場合のノズル２４の配列パターンを示しており、これらの色の組合せにより所謂フルカラー印刷が可能となる。

圧電式アクチュエータ２２の他の例を図２ｂに示す。図中の符号は、図２ａのものを流用している。この圧電式アクチュエータは、一般にユニモルフ型アクチュエータと呼ばれ、圧電素子２７を二つの電極３１、３２で挟んだ簡単な構造であるが、駆動信号を印加することによって、図２ａの積層型アクチュエータと同様に、図の上下方向に伸び縮みし、キャビティ２３の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ２３の容積を縮小してノズル２４からインク滴を吐出する。

前記インクジェットプリンタ１内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば図４に示すように、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ６０から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データを受取る入力インタフェース部６１と、この入力インタフェース部６１から入力された印刷データに基づいて印刷処理を実行する例えばマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、キャリッジモータ４１を駆動制御するキャリッジモータドライバ６３と、給紙モータ５１を駆動制御する給紙モータドライバ６４と、インクジェットヘッド２０を駆動制御するヘッドドライバ６５と、各ドライバ６３、６４、６５の出力信号を外部のキャリッジモータ４１、給紙モータ５１、インクジェットヘッド２０で使用する制御信号に変換して出力するインタフェース６７とを備えて構成される。

制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のアプリケーションプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄとを備えている。この制御部６２は、インタフェース部６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ６２ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルからインク滴を吐出するか或いはどの程度のインク滴を吐出するかという印字データを出力し、この印字データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ６３〜６５に制御信号を出力する。各ドライバ６３〜６５から制御信号が出力されると、これらがインタフェース部６７で駆動信号に変換されてインクジェットヘッド２０の複数のノズル２４に対応する圧電式アクチュエータ２２、キャリッジモータ４１、給紙モータ５１が夫々作動して、印刷媒体に印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。

また、制御部６２は、後述する駆動信号を形成するための波形形成用データＤＡＴＡを後述する波形メモリ７０１に書込むために、書込みイネーブル信号ＤＥＮと、書込みクロック信号ＷＣＬＫと、書込みアドレスデータＡ０〜Ａ３とを出力して、例えば１６ビットの波形形成用データＤＡＴＡを波形メモリ７０１に書込むと共に、この波形メモリ７０１に記憶された波形形成用データＤＡＴＡを読出すための読出しアドレスデータＡ０〜Ａ３、波形メモリ７０１から読出した波形形成用データＤＡＴＡをラッチするタイミングを設定する第１のクロック信号ＡＣＬＫ、ラッチした波形データを加算するためのタイミングを設定する第２のクロック信号ＢＣＬＫ及びラッチデータをクリアするクリア信号ＣＬＥＲをヘッドドライバ６５に出力する。

ヘッドドライバ６５は、駆動信号ＣＯＭを形成する駆動信号発生回路７０と、クロック信号ＳＣＫを出力する発振回路７１とを備えている。駆動信号発生回路７０は、図５に示すように、制御部６２から入力される駆動信号生成のための波形形成用データＤＡＴＡ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７０１と、この波形メモリ７０１から読出された波形形成用データＤＡＴＡを前述した第１のクロック信号ＡＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０２と、ラッチ回路７０２の出力と後述するラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡとを加算する加算器７０３と、この加算器７０３の加算出力を前述した第２のクロック信号ＢＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０４と、このラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡに所定のハイパスフィルタ処理を施すディジタルフィルタ回路７０８と、このディジタルフィルタ回路７０８から出力される波形生成データ高周波数成分ＷＤＡＴＡＨを選択信号ＷＮに応じて通過選択するスイッチ７０９と、前記ラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡとスイッチ７０９を通過した波形生成データ高周波数成分ＷＤＡＴＡＨとを加算する加算器７１０と、この加算器７１０の出力、つまり周波数特性修正済波形生成データＷＤＡＴＡＳをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７０５と、このＤ／Ａ変換器７０５から出力されるアナログ信号を電圧増幅する電圧増幅部７０６と、この電圧増幅部７０６の出力信号を電流増幅して駆動信号ＣＯＭを圧電式アクチュエータ２２に向けて出力する電流増幅部７０７と、圧電式アクチュエータ２２を含む駆動回路の実際の駆動信号ＣＯＭの周波数特性を高速フーリエ変換によって検出する周波数特性算出器７１２と、この周波数特性算出器７１２で検出された実際の駆動信号ＣＯＭの周波数特性と逆の周波数特性を備えた逆周波数特性フィルタ（高域通過フィルタ）を前記ディジタルフィルタ回路７０８中から選択する逆周波数特性フィルタ選択回路７１１とを備えている。ここで、ラッチ回路７０２、７０４には制御部６２から出力されるクリア信号ＣＬＥＲが入力され、このクリア信号ＣＬＥＲがオフ状態となったときに、ラッチデータがクリアされる。

波形メモリ７０１は、図６に示すように、指示したアドレスに夫々数ビットずつのメモリ素子が配列され、アドレスＡ０〜Ａ３と共に波形データＤＡＴＡが記憶される。具体的には、制御部６２から指示したアドレスＡ０〜Ａ３に対して、クロック信号ＷＣＬＫと共に波形データＤＡＴＡが入力され、書込みイネーブル信号ＤＥＮの入力のよってメモリ素子に波形データＤＡＴＡが記憶される。

インクジェットヘッド２０には、入出力インタフェース部６７を介して、駆動信号発生回路７０で生成された駆動信号ＣＯＭ、印刷データに基づいて吐出するノズルを選択すると共に圧電式アクチュエータ２２の駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動波形信号選択データ信号ＳＩ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動波形信号選択データＳＩに基づいて駆動信号ＣＯＭとインクジェットヘッド２０の圧電式アクチュエータ２２とを接続させるラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動波形信号選択データ信号ＳＩをシリアル信号としてインクジェットヘッド２０に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。

次に、前記駆動信号発生回路７０から出力される駆動信号ＣＯＭと圧電素子７１とを接続する構成について説明する。図７は、駆動信号ＣＯＭと圧電素子７１とを接続する選択部のブロック図である。この選択部は、インク滴を吐出させるべきノズル２４に対応した圧電式アクチュエータ２２を指定するための駆動波形信号選択データＳＩを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２の出力をレベル変換するレベルシフタ２１３と、レベルシフタの出力に応じて駆動信号ＣＯＭを圧電式アクチュエータ２２に接続する選択スイッチ２０１によって構成されている。

シフトレジスタ２１１には、駆動波形信号選択データ信号ＳＩが順次入力されると共に、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の駆動波形信号選択データＳＩがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存された信号は、レベルシフタ２１３によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号ＣＯＭが、ラッチ回路２１２の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。選択スイッチ２０１は、ＰチャンネルＦＥＴとＮチャンネルＦＥＴとを組合せたトランスミッションゲートによるアナログスイッチで構成されており、このアナログスイッチを十分に動作させるためにゲート電圧を高い値にレベル変換している。そして、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１のゲート電圧が印加されたノズルの圧電式アクチュエータ２２は駆動波形信号選択データＳＩの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭに接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動波形信号選択データ信号ＳＩがラッチ回路２１２に保存された後、次の印字情報をシフトレジスタ２１１に入力し、インク滴の吐出タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、圧電式アクチュエータ２２のグランド端である。また、この選択スイッチ２０１によれば、圧電式アクチュエータ２２を駆動信号ＣＯＭから切り離した後も、当該圧電式アクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。

次に、駆動信号生成の原理について説明する。まず、前述したアドレスＡ０には単位時間当たりの電圧変化量として０となる波形データが書込まれている。同様に、アドレスＡ１には＋ΔＶ１、アドレスＡ２には−ΔＶ２、アドレスＡ３には＋ΔＶ３の波形データが書込まれている。また、クリア信号ＣＬＥＲによってラッチ回路７０２、７０４の保存データがクリアされる。また、駆動信号ＣＯＭは、波形データによって中間電位（オフセット）まで立上げられている。

この状態から、例えば図８に示すようにアドレスＡ１の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に＋ΔＶ１のデジタルデータが保存される。保存された＋ΔＶ１のデジタルデータは加算器７０３を経てラッチ回路７０４に入力され、このラッチ回路７０４では、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりに同期して加算器７０３の出力を保存する。加算器７０３には、ラッチ回路７０４の出力も入力されるので、ラッチ回路７０４の出力、即ち駆動信号ＣＯＭは、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで＋ΔＶ１ずつ加算される。この例では、時間幅Ｔ１の間、アドレスＡ１の波形データが読込まれ、その結果、＋ΔＶ１のデジタルデータが３倍になるまで加算されている。

次いで、アドレスＡ０の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは０に切替わる。この０のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが０であるので、実質的には、それ以前の値が保持される。この例では、時間幅Ｔ０の間、駆動信号ＣＯＭが一定値に保持されている。

次いで、アドレスＡ２の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは−ΔＶ２に切替わる。この−ΔＶ２のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが−ΔＶ２であるので、実質的には第２クロック信号に合わせて駆動信号ＣＯＭは−ΔＶ２ずつ減算される。この例では、時間幅Ｔ２の間、−ΔＶ２のデジタルデータが６倍になるまで減算されている。

このようにして生成されアナログ変換・電圧電流増幅されて出力された駆動信号ＣＯＭが、前述した図２ａに示すような波形信号になる。このうち駆動信号ＣＯＭの立上がり部分がキャビティ２３の容積を拡大してインクを引込む（インクの吐出面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動信号ＣＯＭの立下がり部分がキャビティ２３の容積を縮小してインクを押出す（インクの吐出面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階であり、インクを押出した結果、インク滴がノズルから吐出される。ちなみに、駆動信号の波形は、前述からも容易に推察されるように、アドレスＡ０〜Ａ３に書込まれる波形データ０、＋ΔＶ１、−ΔＶ２、＋ΔＶ３、第１クロック信号ＡＣＬＫ、第２クロック信号ＢＣＬＫによって調整可能である。

この電圧台形波からなる駆動信号ＣＯＭの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、インクの引込量や引込速度、インクの押出量や押出速度を変化させることができ、これによりインク滴の吐出量を変化させて異なるインクドットの大きさを得ることができる。従って、例えば図９に示すように、複数の駆動信号ＣＯＭを時系列的に連結する場合でも、そのうちから単独の駆動信号ＣＯＭを選択して圧電式アクチュエータ２２に供給し、インク滴を吐出したり、複数の駆動信号ＣＯＭを選択して圧電式アクチュエータ２２に供給し、インク滴を複数回吐出したりすることで種々のインクドットの大きさを得ることができる。即ち、インクが乾かないうちに複数のインク滴を同じ位置に着弾すると、実質的に大きなインク滴を吐出するのと同じことになり、インクドットの大きさを大きくすることできるのである。

このような技術の組合せによって多階調化を図ることが可能となる。階調とは、インクドットで表される所謂画素に含まれる各色の濃度の状態であり、各画素の色の濃度に応じたインクドットの大きさを階調度といい、インクドットで表現できる階調度の数を階調数と呼ぶ。高い階調とは、階調数が大きいことを意味する。なお、図９の左端の駆動信号ＣＯＭは、インクを引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、インク滴を吐出せずに、例えばノズルの乾燥を抑制防止したり、後述するように実際の駆動信号の変化の仕方を検出したりするのに用いられる。

ところで、図１０ａに示すような台形波駆動信号ＣＯＭも、実際に複数の圧電式アクチュエータ２２を接続すると、図１０ｂのように台形の角がとれて、所謂なまってしまう。これは、前述した選択部によって圧電式アクチュエータ２２が並列に接続されるためである。圧電式アクチュエータ２２には静電容量Ｃがあり、例えば図１１ａに示す配線そのものの抵抗Ｒ或いは寄生インダクタンスに加えて、圧電式アクチュエータ２２が接続されるたびに、図１１ｂ、ｃ、ｄのように静電容量Ｃが次々に並列に接続され、駆動回路全体でローパスフィルタが構成されてしまう。当然、このローパスフィルタを構成する駆動回路に供給される駆動信号ＣＯＭは、高周波成分が除去され、つまり角が取れてなまってしまう。ここで問題なのは、圧電式アクチュエータ２２の静電容量Ｃが個体差によって個々に異なるということであり、駆動回路全体のローパスフィルタの周波数特性は、選択される圧電式アクチュエータ２２によって異なる。

そこで、本実施形態では、図１２に示すように、各駆動信号ＣＯＭの前段に、前述した微振動駆動信号を配列し、圧電式アクチュエータ２２を含む駆動回路に、この微振動駆動信号を供給したときの周波数特性を周波数特性算出器７１２で検出し、この周波数特性算出器７１２で検出された駆動回路の周波数特性と逆の周波数特性のディジタルフィルタ、つまりハイパス（高周波）フィルタをディジタルフィルタ回路７０８中から選択し、このディジタルフィルタ回路７０８を通過したインク滴吐出用の駆動信号ＣＯＭの成分をスイッチ７０９から通過させて、加算器７１０で本来の駆動信号ＣＯＭに加え、これを周波数特性修正済駆動信号として圧電式アクチュエータ２２を含む駆動回路に供給する。即ち、微振動駆動信号が、本発明の周波数特性検出用駆動信号に相当する。また、スイッチ７０９は選択信号ＷＮが供給されているときだけ閉じられる。また、ディジタルフィルタ回路７０８中には、複数の周波数特性のハイパス（高周波）フィルタが内装されている。

即ち、本実施形態では、印字データに基づいてインク滴を吐出すべきノズルの圧電式アクチュエータ２２を含む駆動回路には微振動駆動信号、即ち周波数特性検出用駆動信号と周波数特性修正済駆動信号が供給されるが、ディジタルフィルタ７０８を通過した成分は駆動回路で除去されるので、圧電式アクチュエータ２２には本来のインク滴吐出用駆動信号が印加される。周波数特性算出器７１２は、ラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨが入力されたときにだけ検出した微振動駆動信号ＣＯＭに高速フーリエ変換ＦＦＴを施す。周知のように、高速フーリエ変換すると、図１３に示すように、周波数ｆ毎にパワースペクトルＰＳが得られる。本実施形態では、予め設定された高周波数ｆａのパワースペクトルＰＳを求め、そのパワースペクトルＰＳの値に基づいて逆周波数特性フィルタを設定する。逆周波数特性フィルタは、通過周波数帯域とゲインが調整されている。

従って、本実施形態のインクジェットプリンタによれば、圧電式アクチュエータ２２を含む駆動回路の周波数特性を検出するためにインク滴吐出用駆動信号の前段にインク滴非吐出の周波数特性検出用駆動信号（微振動駆動信号）を時系列的に配列し、印字データに基づいて何れの圧電式アクチュエータ２２に周波数特性検出用駆動信号及びインク滴吐出用駆動信号を印加するかを選択し、選択された１つ又は複数のアクチュエータに同一の周波数特性検出用駆動信号及びインク滴吐出用駆動信号を印加すると共に、周波数特性検出用駆動信号が印加されたときの圧電式アクチュエータ２２を含む駆動回路の周波数特性を検出し、その検出された周波数特性と逆の周波数特性の逆周波数特性フィルタを設定し、その逆周波数特性フィルタにインク滴吐出用駆動信号を通し、その通過した成分を本来のインク滴吐出用駆動信号に加えて圧電式アクチュエータ２２を含む駆動回路に供給することとしたため、実際に圧電式アクチュエータ２２に印加される駆動信号は本来のインク滴吐出用駆動信号に一致又はほぼ一致し、個々のノズルのインク滴吐出特性を理想状態に近づけて安定化することができる。

また、インク滴吐出用駆動信号が時系列的に連結される場合に個々のインク滴吐出用駆動信号の前段全てに周波数特性検出用駆動信号を配列し、検出された個々の周波数特性検出用駆動信号印加時の周波数特性に基づいてその逆の周波数特性の逆周波数特性フィルタを設定することとしたため、例えば異なる解像度のインク滴を吐出するためにインク滴吐出用駆動信号を時系列的に連結する場合でも、圧電式アクチュエータ２２に印加される実際の各駆動信号を本来のインク滴吐出用駆動信号に一致又はほぼ一致させることができる。

また、周波数特性検出用駆動信号印加時の実際の信号値を検出して高速フーリエ変換を行い、その高速フーリエ変換された実際の信号値の特定の高周波数成分のパワースペクトル値に基づいて逆周波数特性フィルタを設定することとしたため、逆周波数特性フィルタを正確且つ容易に設定することが可能となる。
図１４には、本発明のインクジェットプリンタの駆動信号発生回路７０の異なる実施形態を示す。本実施形態では、図５の駆動信号発生回路７０のディジタルフィルタ回路７０８がアナログのフィルタ回路７１８に変更されている。これに伴って、Ｄ／Ａ変換器７０５の位置が変更され、加算器７１０や逆周波数特性フィルタ選択回路７１１がアナログ対応機能となっているが、駆動信号発生回路７０としての作用はほぼ同様である。

なお、前記各実施形態では、所謂マルチパス型インクジェットプリンタを対象として本発明のインクジェットプリンタの駆動装置を適用した例についてのみ詳述したが、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、ラインヘッド型プリンタを始めとして、あらゆるタイプのインクジェットプリンタを対象として適用可能である。

本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の一実施形態を示すインクジェットプリンタの平面図である。図１のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの概略構成図である。図２のインクジェットヘッドのノズルの説明図である。図１のインクジェットプリンタに設けられた制御装置のブロック図である。図４の駆動信号発生回路のブロック図である。図５の波形メモリの説明図である。駆動信号を圧電式アクチュエータに接続する選択部のブロック図である。駆動信号生成の説明図である。インク滴吐出用駆動信号を時系列的に配列した駆動信号の一例を示す説明図である。接続されるアクチュエータ数によって駆動信号が変化する状態の説明図である。接続されるアクチュエータによって構成されるローパスフィルタの説明図である。インク滴吐出用駆動信号と周波数特性検出用駆動信号の配列の一例を示す説明図である。高速フーリエ変換された周波数特性検出用駆動信号のパワースペクトルの説明図である。図４の駆動信号発生回路の他の例を示すブロック図である。

符号の説明

１はインクジェットプリンタ、１５は選択スイッチ、２０はインクジェットヘッド、２１は振動板、２２は圧電式アクチュエータ、２３はキャビティ、２４はノズル、６２は制御部、７０は駆動信号発生回路、ａは印刷媒体

Claims

インク滴を吐出するノズルのアクチュエータにインク滴吐出用駆動信号を印加する駆動手段を備えたインクジェットプリンタであって、
前記インク滴を吐出するノズルのアクチュエータに対して周波数特性検出用駆動信号を印加したときの前記アクチュエータを含む駆動回路の周波数特性を検出し、前記周波数特性と逆の周波数特性のフィルタに前記インク滴吐出用駆動信号を通し、前記周波数特性と逆の周波数特性のフィルタ通過成分を前記インク滴吐出用駆動信号に加えて前記駆動回路に供給することを特徴とするインクジェットプリンタ。
ノズルに対して設けられたアクチュエータと、印刷データに基づいて何れのノズルからどの程度の量のインク滴を吐出するかを示す印字データを出力する印字データ出力手段と、前記印字データに基づいてインク滴を吐出するノズルのアクチュエータにインク滴吐出用駆動信号を印加して当該ノズルからインク滴を吐出する駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、前記インク滴吐出用駆動信号の前段にインク滴非吐出の周波数特性検出用駆動信号を時系列的に配列する周波数特性検出用駆動信号設定手段、前記印字データに基づいて何れのアクチュエータに前記周波数特性検出用駆動信号及び前記インク滴吐出用駆動信号を印加するかを選択し選択された１つ又は複数のアクチュエータに同一の前記周波数特性検出用駆動信号及び前記インク滴吐出用駆動信号を印加する選択手段、前記周波数特性検出用駆動信号が印加されたときの前記アクチュエータを含む前記駆動回路の周波数特性を検出する周波数特性検出手段、前記周波数特性検出手段で検出された前記周波数特性と逆の周波数特性の逆周波数特性フィルタを設定する逆周波数特性フィルタ設定手段、前記インク滴吐出用駆動信号が前記逆周波数特性フィルタを通過した周波数成分を当初のインク滴吐出用駆動信号に加えて前記駆動回路に供給する周波数特性修正済駆動信号出力手段を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
前記周波数特性検出用駆動信号設定手段は、前記インク滴吐出用駆動信号が時系列的に連結される場合には個々の前記インク滴吐出用駆動信号の前段全てに前記周波数特性検出用駆動信号を配列し、
前記逆周波数特性フィルタ設定手段は、前記周波数特性検出手段で検出された個々の周波数特性検出用駆動信号印加時の周波数特性に基づいて前記周波数特性と逆の周波数特性の前記逆周波数特性フィルタを設定することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタ。
前記周波数特性検出手段は、前記周波数特性検出用駆動信号印加時の実際の信号値を検出して高速フーリエ変換を行い、
前記逆周波数特性フィルタ設定手段は、前記高速フーリエ変換された実際の信号値の特定の高周波数成分のパワースペクトル値に基づいて前記逆周波数特性フィルタを設定することを特徴とする請求項２又は３に記載のインクジェットプリンタ。