喷墨打印机的头驱动装置及喷墨打印机的制作方法

专利名称：喷墨打印机的头驱动装置及喷墨打印机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过从多个喷嘴喷出多种颜色的液体墨的微小墨滴， 将其微粒子(墨点ink dot)形成在印刷介质上，从而描绘规定的文字与
图像的喷墨打印机。
背景技术：
由于这样的喷墨打印机通常比较廉价、且容易得到高品质的彩色印刷 物，所以，随着个人计算机与数码相机等的普及，除了办公场所以外，在 一般的用户中也广泛普及。
这种喷墨打印机一般通过一体具有墨盒(ink cartridge)和印字头的、 被称为油墨盒轨运器(carriage)等的移动体，在印刷介质上沿着与其搬送 方向交叉的方向往复移动，同时从其印字头的喷嘴喷出(喷射)液体墨滴， 在印刷介质上形成微小的墨点，从而在该印刷介质上描绘规定的文字与图 像，形成所希望的印刷物。并且，通过在该油墨盒轨运器中具备包括黑色 (black)在内的四种颜色(黄色、品红色、蓝绿色)的墨水盒与对应每种 颜色的印字头，除了黑白印刷之外，还能够容易地进行组合了各种颜色的 全色(foil color)印刷(进而在这些颜色中加入浅青色或浅品红等的6色、 7色或8色的打印机也正在被实用化)。
而且，在这样一边沿着与印刷介质的搬送方向交叉的方向使油墨盒轨 运器上的喷墨头往复移动， 一边执行印刷的类型的喷墨打印机中，为了干 净地印刷一整页，需要使喷墨头往复运动10次左右甚至几十次以上，因 此，与其他方式的印刷装置、例如利用了电子写真技术的激光打印机、复 印机等相比，存在着印刷时间长的缺点。
相对于此，在配置有与印刷介质的宽度相同尺寸的长条喷墨头(不需 要是一体的)、且不使用油墨盒轨运器的类型的喷墨打印机中，由于不需 要使喷墨头沿着印刷介质的宽度方向移动，就能够实现一次通印(onepass
printing)的印刷，因此，可以进行与激光打印机同样的高速印刷。另夕卜， 一般将前者方式的喷墨打印机称作"多遍(串行)式喷墨打印机"，将后者 方式的喷墨打印机称作"线头型喷墨打印机"。
不过，在这种喷墨打印机中，被要求更高的灰度等级。灰度等级是指 由墨点表示的像素中所包含的各色的浓度状态，将与各像素的色浓度对应 的墨点的大小称为灰度等级度，将能够由墨点表现的灰度等级度的数量称 为灰度等级数。高的灰度等级意味着灰度等级数大。为了改变灰度等级度， 需要改变设置于喷墨头的执行元件用的驱动脉冲。例如，在执行元件是压 电元件的情况下，如果增大对压电元件施加的电压值，则压电元件(准确 而言是振动板)的变位量(形变)增大，因此，可以利用该方法来改变墨 点的灰度等级度。
鉴于此，在以下所列举的专利文献l中，通过对电压峰值不同的多个 驱动脉冲进行组合连接，生成驱动信号，将该驱动信号公共输出给设置于 喷墨头的相同颜色的喷嘴的压电元件，并根据该驱动信号，按每个喷嘴选 择与应该形成的墨点的灰度等级度对应的驱动脉冲，将所选择的驱动脉冲 提供给相应的喷嘴的压电元件来喷出墨滴，由此实现被要求的墨点的灰度 等级度。
驱动信号(或驱动脉冲)的生成方法记载于下述专利文献2的图2中。 即，从存储有驱动信号的数据的存储器中读出数据，利用D/A变换器将其 变换为模拟数据，通过电流放大器向喷墨头供给驱动信号。电流放大器的 电路结构如该图3所示，由推挽(push-pull)连接的晶体管构成，通过线 性驱动来放大驱动信号。但是，在这种构成的电流放大器中，晶体管的线 性驱动自身效率较低，作为晶体管自身散热的应对措施，需要使用大型晶 体管，并且存在着需要晶体管的冷却用散热板等，导致电路规模增大的缺 点，尤其是冷却用散热板的大小在布局上成为大的障碍。
为了克服该缺点，在下述专利文献3所述的喷墨打印机中，控制 DC/DC转换器的参考电压，生成了驱动信号。该情况下，由于使用了效率 良好的DC/DC转换器，所以，不需要冷却用的散热机构，而且由于采用 了PWM信号，所以还能够以简单的低通滤波器构成D/A变换器，从而可
以使电路规模小型化。
专利文献l:日本特开平10 —81013号公报 专利文献2:日本特开2004—306434号公报 专利文献3:日本特开2005—35062号公报
然而，由于DC/DC转换器原本是为了生成恒定电压而设计的，所以， 在利用了该DC/DC转换器的上述专利文献3的喷墨打印机的头驱动装置 中，存在着无法得到从喷墨头良好地喷出墨滴所需要的驱动信号的波形， 例如提早上升或下降的问题。当然，在利用推挽式晶体管对执行元件驱动 信号的电流进行放大的上述专利文献2的喷墨打印机的头驱动装置中，冷 却用散热板过大，尤其是在喷嘴数、即执行元件数多的线头型喷墨打印机 中，存在着实质上无法进行布局的问题。

发明内容
本发明是着眼于上述问题点而提出，其目的在于，提供一种能够实现 驱动信号向执行元件的早期上升、下降，并不需要冷却用散热板等冷却机 构，能够使实际对执行元件施加的驱动信号恒定的喷墨打印机的头驱动装置。为了解决上述课题，发明1的喷墨打印机的头驱动装置具有 设置于喷墨头的用于喷出液滴的多个喷嘴、对应所述喷嘴设置的执行元 件、和对所述执行元件施加驱动信号的驱动机构，该头驱动装置还具备 驱动波形信号生成机构，其生成成为对所述执行元件的驱动进行控制的信 号的基准的驱动波形信号；调制机构，其对由所述驱动波形信号生成机构
生成的驱动波形信号进行脉冲调制；数字功率放大器，其对所述调制机构 脉冲调制后的调制信号进行功率放大；平滑滤波器，其使被所述数字功率 放大器功率放大后的功率放大调制信号平滑化，并作为驱动信号提供给所 述执行元件；和频率特性调整机构，其根据所述执行元件的数量来调整所 述平滑滤波器的频率特性。
根据本发明1所涉及的喷墨打印机的头驱动装置，由于由驱动波形信 号生成机构生成成为对执行元件的驱动进行控制的信号的基准的驱动波 形信号，由调制机构脉冲调制该生成的驱动波形信号，利用数字功率放大 器功率放大该被脉冲调制的调制信号，并通过平滑滤波器使该功率放大后
的功率放大调制信号平滑化，作为驱动信号提供给执行元件，所以，通过 能够将平滑滤波器的滤波特性只充分平滑化为功率放大调制信号成分，不 仅能够实现提供给执行元件的驱动信号的早期上升、下降，而且由于通过 功率放大效率出色的数字功率放大器能够高效功率放大驱动信号，所以， 不需要冷却用散热板等冷却机构。
而且，由于根据执行元件的数量调整了平滑滤波器的频率特性，所以， 可以将被驱动电路的低通滤波器除去的成分抑制为恒定或规定的范围内， 由此，能够使实际对执行元件施加的驱动信号恒定。而且，发明2的喷墨打印机的头驱动装置根据上述发明1的 喷墨打印机的头驱动装置提出，其特征在于，所述频率特性调整机构具备.-能够相对所述功率放大调制信号并联连接的多个静电电容、和将所述多个 静电电容分别独立地与功率放大调制信号连接的开关。
根据本发明2的喷墨打印机的头驱动装置，由于具备能够相对功率
放大调制信号并联连接的多个静电电容、和将这些静电电容分别独立地与 功率放大调制信号连接的开关，所以，如果执行元件的数量越少、越增大 与功率放大调制信号并联连接的静电电容，则可将驱动电路的低通滤波器 所除去的成分抑制为恒定或规定的范围内，由此，能够使实际对执行元件 施加的驱动信号恒定。另外，发明3的喷墨打印机的头驱动装置根据上述发明2的 喷墨打印机的头驱动装置提出，其特征在于，所述执行元件的数量越少， 所述频率特性调整机构越增大相对功率放大调制信号并联连接的静电电 谷。
根据本发明3的喷墨打印机的头驱动装置，由于执行元件的数量越少， 越增大相对功率放大调制信号并联连接的静电电容，所以，可将驱动电路 的低通滤波器所除去的成分抑制为恒定或规定的范围内，由此，能够使实 际对执行元件施加的驱动信号恒定。


图1是表示应用了本发明的喷墨打印机的头驱动装置的线头(line head)型喷墨打印机的一个实施方式的概略构成图，(a)是俯视图，(b)
是主视图。
图2是图1的喷墨打印机的控制装置的模块构成图。
图3是图2的驱动波形信号产生电路的模块构成图。 图4是图3的波形存储器的说明图。 图5是驱动波形信号生成的说明图。
图6是时间序列上连接的驱动波形信号或驱动信号的说明图。
图7是驱动信号输出电路的模块构成图。
图8是将驱动信号与执行元件连接的选择部的框图。
图9是表示图7的驱动信号输出电路的调制电路、数字功率放大器、
平滑滤波器的详细情况的框图。
图10是图9的调制电路的作用的说明图。
图11是图9的数字功率放大器的作用的说明图。
图12 (a)是驱动信号基于连接的执行元件数而发生变化的状态的说
明图，(b)是驱动电路的频率特性的说明图。
图13是由连接的执行元件构成的低通滤波器的说明图。
图14是表示开关驱动信号的设定用的运算处理的流程图。
图15是由图14的运算处理算出的驱动电路总静电电容的说明图。
图16表示本发明的喷墨打印机的头驱动装置的其他实施方式，是驱
动波形信号产生机构及调制机构的框图。
图17表示本发明的喷墨打印机的头驱动装置的其他实施方式，是平
滑滤波器的框图。
图中l一印刷介质，2 —第一喷墨头，3 —第二喷墨头，4一第一搬送 部，5—第二搬送部，6—第一搬送带，7—第二搬送带，8R、 8L—驱动辊， 9R、 9L一第一从动辊，IOR、 10L—第二从动辊，IIR、 IIL一电动马达，24 一调制电路，25 —数字功率放大器，26—平滑滤波器，31 —比较器，32 — 三角波振荡器，33 —半桥驱动级，34—栅极驱动电路，41一存储器控制部， 42 —存储部，43 —数值生成部，44一比较部，70 —驱动波形信号生成电路。
具体实施例方式
接着，参照附图对本发明的喷墨打印机的第一实施方式进行说明。
图1是本实施方式的喷墨打印机的概略构成图，图la是其俯视图， 图lb是主视图。图1中，印刷介质1从图的右侧向左侧沿着图中的箭头 方向被搬送，表示了一种在其搬送途中的印字区域被印字的线头型喷墨打 印机。其中，本实施方式的喷墨头不是仅设置于一处、而是分为两处设置 的。
图中的符号2是在印刷介质1的搬送方向上游侧设置的第一喷墨头， 符号3是同样地设置在下游侧的第二喷墨头，在第一喷墨头2的下方设置 有用于搬送印刷介质1的第一搬送部4，在第二喷墨头3的下方设置有第 二搬送部5。第一搬送部4由在与印刷介质1的搬送方向交叉的方向(下 面也称作喷嘴列方向)隔开规定间隔配置的4个第一搬送带6构成，第二 搬送部5同样由在与印刷介质1的搬送方向交叉的方向(喷嘴列方向)隔 开规定间隔配置的4个第二搬送带7构成。
4个第一搬送带6和相同的4个第二搬送带7被相互邻接配置。本实 施方式中，将这些搬送带6、 7区分为喷嘴列方向右侧的两个第一搬送带6 及第二搬送带7、和喷嘴列方向左侧的两个第一搬送带6及第二搬送带7。 即，在喷嘴列方向右侧的两个第一搬送带6及第二搬送带7的重合部配置 右侧驱动辊8R，在喷嘴列方向左侧的两个第一搬送带6及第二搬送带7 的重合部配置左侧驱动辊8L，由此，在上游侧配置有右侧第一从动辊9R 及左侧第一从动辊9L，在下游侧配置有右侧第二从动辊10R及左侧第二 从动辊IOL。虽然这些辊可以看作一连串，但实质上在图la的中央部分被 分断。并且，喷嘴列方向右侧的两个第一搬送带6巻绕在右侧驱动辊8R 及右侧第一从动辊9R上，喷嘴列方向左侧的两个第一搬送带6巻绕在左 侧驱动辊8L及左侧第一从动辊9L上，喷嘴列方向右侧的两个第二搬送带 7巻绕在右侧驱动辊8R及右侧第二从动辊10R上，喷嘴列方向左侧的两 个第二搬送带7巻绕在左侧驱动辊8L及左侧第二从动辊10L上，右侧驱 动辊8R上连接着右侧电动马达IIR，左侧驱动辊8L上连接着左侧电动马 达11L。因此，如果通过右侧电动马达IIR旋转驱动右侧驱动辊8R，则 由喷嘴列方向右侧的两个第一搬送带6构成的第一搬送部4、及同样由喷 嘴列方向右侧的两个第二搬送带7构成的第二搬送部5，相互同步且以相 同的速度移动，如果通过左侧电动马达IIL旋转驱动左侧驱动辊8L，则 由喷嘴列方向左侧的两个第一搬送带6构成的第一搬送部4、及同样由喷 嘴列方向左侧的两个第二搬送带7构成的第二搬送部5，相互同步且以相 同速度移动。其中，如果使右侧电动马达IIR和左侧电动马达11L的旋转 速度不同，则可以改变喷嘴列方向左右的搬送速度，具体而言，如果设右 侧电动马达11R的转速比左侧电动马达11L的转速大，则可以使喷嘴列方 向右侧的搬送速度比左侧大；如果设左侧电动马达11L的转速比右侧电动 马达11R的转速大，则可以使喷嘴列方向左侧的搬送速度比右侧大。
第一喷墨头2及第二喷墨头3按黄色(Y)、品红色(M)、蓝绿色 (C)、黑色(K) 4种颜色的各种颜色，在印刷介质1的搬送方向错位配 置。可以从未图示的各色的墨容器，借助墨供给管向各喷墨头2、 3供给 墨。在各喷墨头2、 3中，沿着与印刷介质1的搬送方向交叉的方向形成 有多个喷嘴(即喷嘴列方向)，通过从这些喷嘴同时向必要位置喷出必要 量的墨滴，会在印刷介质l上输出、形成微小的墨点。通过按各色进行上 述动作，只使由第一搬送部4及第二搬送部5搬送的印刷介质1通过一次 就可以进行一次通印。即，这些喷墨头2、 3的配置区域相当于印字区域。
作为从喷墨头的各喷嘴喷出、输出墨的方法，有静电方式、压电方式、 膜沸腾喷墨方式等。静电方式是指如果对作为执行元件的静电间隙(gap) 赋予驱动信号，则腔(cavity)内的振动板会变位，在腔内将产生压力变 化，基于该压力变化从喷嘴喷出输出墨滴。压电方式是指如果对作为执 行元件的压电元件赋予驱动信号，则腔内的振动板会变位，在腔内将产生
压力变化，基于该压力变化从喷嘴喷出输出墨滴。膜沸腾喷墨方式是指
在腔内具有微小的加热器，使得墨被瞬间加热到30(TC以上成为膜沸腾状 态，从而产生气泡，基于该压力变化从喷嘴喷出输出墨滴。本发明能够应 用任意的墨输出方法，但特别优选采用能够通过调整驱动信号的峰值或电 压增减斜率来调整墨滴的喷出量的压电元件。
第一喷墨头2的墨滴喷出用喷嘴仅形成在第一搬送部4的四个第一搬 送带6之间，第二喷墨头3的墨滴喷出用喷嘴仅形成在第二搬送部5的四 个第二搬送带7之间。这是为了通过后述的清洁部对各喷墨头2、 3进行 清洁，但如果这样设置，则无法仅通过任意一方的喷墨头进行基于一次通 印(onepass)的全面印刷。因此，为了对无法相互印字的部分进行补充，
将第一喷墨头2和第二喷墨头2沿着印刷介质1的搬送方向错移配置。
配置在第一喷墨头2的下方的是对该第一喷墨头2进行清洁的第一清 洁罩(cap) 12，配置在第二喷墨头3的下方的是对该第二喷墨头3进行 清洁的第二清洁罩13。各清洁罩12、 13都被形成为能够在第一搬送部4 的四个第一搬送带6之间、及第二搬送带5的四个第二搬送带7之间通过 的大小。这些清洁罩12、 13由以下部分构成对在喷墨头2、 3的下面、 即喷嘴面形成的喷嘴进行覆盖，且能够与该喷嘴面密接的方形有底罩体； 配置在其底部的墨水吸收体；与罩体的底部连接的管式泵(tube pump); 和使罩体升降的升降装置。因此，利用升降装置使罩体上升，可与喷墨头 2、 3的喷嘴面密接。如果在该状态下利用管式泵使罩体内成为负压，则会 从喷墨头2、 3的喷嘴面上开设的喷嘴吸出墨滴与气泡，能够对喷墨头2、 3进行清洁。在清洁结束之后，使清洁罩12、 13下降。
在第一从动辊9R、 9L的上游侧设置有两个为一对的门辊(gate roller) 14，用于对从供纸部15供给的印刷介质1的供纸定时进行调整，并且修 正该印刷介质1的偏离(skew)。偏离是指印刷介质1相对搬送方向的扭 转。而且，在供纸部15的上方设置有用于供给印刷介质1的拾取辊16。 其中，图中的符号17是驱动门辊14的门辊电机。
在驱动辊8R、 8L的下方配置有传送带带电装置19。该传送带带电装 置19由隔着驱动辊8R、8L与第一搬送带6及第二搬送带7抵接的带电辊 20、将带电辊20向第一搬送带6及第二搬送带7按压的弹簧21、和对带 电辊20赋予电荷的电源18构成，从带电辊20向第一搬送带6及第二搬 送带7赋予电荷，使它们带电。 一般而言，由于这些带类由中、高电阻体 或绝缘体构成，所以，如果通过传送带带电装置19使其带电，则对其表 面施加的电荷同样会使由高电阻体或绝缘体构成的印刷介质1产生感应极 化，通过由该感应极化产生的电荷与带表面的电荷之间所产生的静电力， 可以将印刷介质1吸附在带上。另外，作为传送带带电机构19可以是使 电荷降低的电晕管(corotron)。
因此，根据该喷墨打印机，如果利用传送带带电装置19使第一搬送 带6及第二搬送带7的表面带电，并在该状态下从门辊14供给印刷介质1 ， 利用由未图示的加速器或辊构成的压纸辊将印刷介质1压向第一搬送带 6，则印刷介质1会基于上述感应极化的作用而被吸附在第一搬送带6的 表面。如果在该状态下利用电动马达IIR、 11L对驱动辊8R、 8L进行旋 转驱动，则该旋转驱动力会经由第一搬送带6传递到第一从动辊9R、 9L。 这样，在吸附着印刷介质1的状态下向搬送方向下游侧移动第一搬送 带6，使印刷介质1移动到第一喷墨头2的下方，从该第一喷墨头2上形 成的喷嘴喷出墨滴来进行印字。如果基于该第一喷墨头2的印字结束，则 向搬送方向下游侧移动印刷介质1，使其移动载置到第二搬送部5的第二 搬送带7。如上所述，由于第二搬送带7也通过传送带带电装置9使得表 面带电，所以，印刷介质1会基于上述感应极化的作用被吸附于第二搬送 带7的表面。
在该状态下，向搬送方向下游侧移动第二搬送带7，使印刷介质l移 动到第二喷墨头3的下方，从形成于该第二喷墨头的喷嘴喷出墨滴来进行 印字。如果基于该第二喷墨头的印字结束，则迸一步向搬送方向下游侧移 动印刷介质1， 一边利用未图示的分离装置使印刷介质1从第二搬送带7 的表面分离， 一边将其排出到排纸部。
另外，在需要对第一及第二喷墨头2、 3迸行清洁时，如上所述，使 第一及第二清洁罩12、 13上升，通过让罩体与第一及第二喷墨头2、 3的 喷嘴面密接，并在该状态下使罩体内成为负压，从而从第一及第二喷墨头 2、 3的喷嘴吸出墨滴与气泡来进行清洁，然后，使第一及第二清洁罩12、 13下降。
在所述喷墨打印机内设置有用于控制自身的控制装置。该控制装置如 图2所示，通过根据从个人计算机、数码相机等主机60输入的印刷数据， 控制印刷装置与供纸装置等，对印刷介质进行印刷处理。并且，包括输 入接口部61，其用于接收从主机60输入的印刷数据；控制部62，其由根 据从该输入接口部61输入的印刷数据来执行印刷处理的微机构成；门辊 电机驱动器63，其用于驱动控制门辊电机17;拾取辊电机驱动器64，其 对用于驱动拾取辊16的拾取辊电机51进行驱动控制；头驱动器65，其用 于驱动控制喷墨头2、 3;右侧电动马达驱动器66R，其用于驱动控制右侧 电动马达11R;左侧电动马达驱动器66L，其用于驱动控制左侧电动马达 11L;和接口 67，其将各驱动器63 65、 66R、 66L的输出信号，变换为
外部的门辊电机17、拾取辊电机5K喷墨头2、 3、右侧电动马达11R、 左侧电动马达11L所使用的控制信号，并进行输出。
控制部62具备执行印刷处理等各种处理的CPU (Central Processing Unit) 62a;暂时存储经由输入接口 61输入的印刷数据或执行该印刷数据 印刷处理等时的各种数据，或暂时展开印刷处理等的应用程序的RAM (Random Access Memory) 62c;和由对CPU62a所执行的控制程序等进 行存储的非易失性半导体存储器构成的ROM (Read—Only Memory) 62d。 如果该控制部62借助接口部61从主机60获得了印刷数据(图像数据)， 则CPU62a对该印刷数据执行规定的处理，输出从任意的喷嘴喷出墨水或 喷出某种程度墨滴的印字数据(驱动信号选择数据SI&SP)，根据该印字 数据及来自各种传感器的输入数据，向各驱动器63 65、 66R、 66L输出 控制信号。如果从各驱动器63 65、 66R、 66L输出控制信号，则这些控 制信号都被接口部67变换为驱动信号，使得与喷墨头的多个喷嘴对应的 执行元件、门辊电机17、拾取辊电机51、右侧电动马达IIR、左侧电动 马达IIL分别动作，以执行印刷介质1的供纸及搬送、印刷介质1的姿势 控制和对印刷介质1的印刷处理。而且，控制部62向接口部67内设置的 后述驱动信号输出电路的平滑滤波器输出开关驱动信号swl、 sw2，将能 够被该平滑滤波器及包括为了喷出墨滴的喷嘴的执行元件的驱动电路的 低通滤波器除去的成分，抑制在恒定或规定的范围内，由此，使得实际施 加给执行元件的驱动信号恒定。其中，控制部62内的各构成要素经由未 图示的总线被电连接。
另外，控制部62为了将用于形成后述的驱动信号的波形形成用数据 DATA写入到后述的波形存储器701中，输出写入使能信号DEN、写入时 钟信号WCLK、写入地址数据A0 A3，将16位的波形形成用数据DATA 写入到波形存储器701中，并且，向头驱动器65输出用于读出在该波 形存储器701中存储的波形形成用数据DATA的读出地址数据A0 A3、 设定对从波形存储器701读出的波形形成用数据DATA进行锁存的定时的 第一时钟信号ACLK、设定用于对锁存的波形数据进行加法运算的定时的 第二时钟信号BCLK及清空锁存数据的清空信号CLER。
头驱动器65具备驱动波形信号产生电路70，其形成驱动波形信号
WCOM;和振荡电路71,其输出时钟信号SCK。驱动波形信号产生电路 70如图3所示，具备波形存储器701，其将从控制部62输入的驱动波 形信号生成用的波形形成用数据DATA，存储到与规定的地址对应的存储 元件中；锁存电路702，其通过所述第一时钟信号ACLK对从该波形存储 器701读出的波形形成用数据DATA进行锁存；加法器703，其使锁存电 路702的输出与从后述的锁存电路704输出的波形生成数据WDATA相 加；锁存电路704，其根据上述第二时钟信号BCLK对该加法器703的加 法输出进行锁存；和D/A变换器705，其将从该锁存电路704输出的波形 生成数据WDATA变换为模拟信号。其中，锁存电路702、 704被输入从 控制部62输出的清空信号CLER，在该清空信号CLER处于截止(off) 状态时，锁存数据被清空。
波形存储器701如图4所示，在所指示的地址中分别排列有几位的存 储元件，与地址A0 A3—同存储有波形数据DATA。具体而言，对由控 制部62指示的地址A0 A3，输入时钟信号WCLK和波形数据DATA， 基于写入使能信号DEN的输入，在存储元件中存储波形数据DATA。
接着，对该驱动波形信号生成电路70的驱动波形信号生成的原理进 行说明。首先，在上述的地址AO中写入单位时间的电压变化量为0的波 形数据。同样，在地址A1中写入+ AVl的波形数据、在地址A2中写入 一AV2的波形数据，在地址A3中写入+AV3的波形数据。而且，基于 清空信号CLER使得锁存电路702、 704的保存数据被清空。并且，驱动 波形信号WCOM基于波形数据上升到中间电位(补偿(offset))。
从该状态开始，若如图5所示那样，读入地址A1的波形数据、且输 入第一时钟信号ACLK，则可在锁存电路702中保存+ AVl的数字数据。 所保存的+ AVl的数字数据经过加法器703被输入到锁存电路704，在该 锁存电路704中，与第二时钟信号BCLK的上升同步，保存加法器703的 输出。由于加法器703还被输入锁存电路704的输出，所以，锁存电路704 的输出、即驱动信号COM以第二时钟信号BCLK的上升的定时被逐次加 上+ AVl。该实例中，在时间宽度T1的期间中，读入了地址A1的波形 数据，结果，+AV1的数字数据被相加成为3倍。
接着，如果读入地址AO的波形数据、且被输入第一时钟信号ACLK，
则锁存电路702中保存的数字数据被切换为0。该0的数字数据与上述同 样，经由加法器703在第二时钟信号BCLK的上升的定时被加法运算，但 由于数字数据为0，所以，实质上保持着这之前的值。该实例中，在时间 宽度TO的期间中，驱动信号COM被保持为恒定值。
然后，如果读入地址A2的波形数据、且被输入第一时钟信号ACLK， 则锁存电路702中保存的数字数据被切换为一AV2。该一AV2的数字数 据与上述同样，经过加法器703在第二时钟信号BCLK的上升的定时被加 法运算，但由于数字数据为一AV2，所以，实质上驱动信号COM对应第 二时钟信号被逐次减去一AV2。该实例中，在时间宽度T2的期间中，一 △V2的数字数据被减法运算为6倍。
如果利用D/A变换器705对如此生成的数字信号进行模拟变换，则可 以得到图6所示的驱动波形信号WCOM。通过利用图7所示的驱动信号 输出电路对其进行功率放大，作为驱动信号COM提供给喷墨头2、 3，能 够对设置于各喷嘴的压电元件等执行元件进行驱动，从而可以从各喷嘴喷 出墨滴。该驱动信号输出电路具备对由驱动波形信号生成电路70生成 的驱动波形信号WCOM进行脉冲调制的调制电路24、对被调制电路24 脉冲调制的调制(PWM)信号进行功率放大的数字功率放大器25、和使 被数字功率放大器25功率放大的调制信号平滑化的平滑滤波器26。
该驱动信号COM的上升部分是扩大与喷嘴连通的腔室(压力室)的 容积并吸入墨(如果考虑墨的喷出面，这也可以说是吸入弯月面)的阶段， 驱动信号COM的下降部分是縮小腔室的容积并挤出墨(如果考虑墨的喷 出面，这也可以说是挤出弯月面)的阶段，挤出墨的结果是，从喷嘴喷出 墨滴。顺便说一句，也可根据上述说明容易地推测出，驱动信号COM或 驱动波形信号WCOM的波形能够根据写入到地址A0 A3的波形数据0、 十AV1、 一AV2、十AV3、第一时钟信号ACLK、第二时钟信号BCLK 进行调整。
通过对由该电压梯形波构成的驱动信号COM的电压增减斜率、峰值 进行各种变更，可以改变墨的吸入量与吸入速度、墨的挤出量与挤出速度， 由此，能够使墨滴的喷出量变化而得到不同的墨点大小。因此，如图6所 示，即使在时间序列上连结多个驱动信号COM的情况下，也能够通过从
其中选择单独的驱动信号COM提供给压电元件等执行元件22，来喷出墨 滴；或选择多个驱动信号COM提供给压电元件等执行元件22，来多次喷 出墨滴，从而能够获得各种墨点的大小。gp，如果在墨水未干的期间内于 相同的位置滴落多个墨滴，则实质上与喷出大的墨滴的情况相同，由此可 以增大墨点的大小。通过这种技术的组合，能够实现多灰度等级化。其中， 图6的左端的驱动脉冲只吸入墨而不挤出。这被称为微振动，用于在不喷 出墨滴的情况下防止喷嘴的干燥。
结果，在对喷墨头2、 3输入了由驱动信号输出电路生成的驱动信号 COM、根据印刷数据选择进行喷出的喷嘴并且决定压电元件等执行元件向 驱动信号OCM的连接定时的驱动信号选择数据信号SI&SP，且所有的喷 嘴被输入了喷嘴选择数据之后，根据驱动信号选择数据SI&SP，将使驱动 信号COM与喷墨头2、3的执行元件连接的锁存信号LAT及通道信号CH、 驱动信号选择数据信号SI&SP作为串行信号，输入用于对喷墨头2、 3进 行发送的时钟信号SCK。另外，之后在时间序列上连结多个驱动信号COM 并进行输出的情况下，将单独的驱动信号COM记做驱动脉冲PCOM，将 时间序列上连结了驱动脉冲PCOM的信号整体记做驱动信号COM。
接着，对连接从所述驱动信号输出电路输出的驱动信号COM与压电 元件等执行元件的构成进行说明。图8是连接驱动信号COM与压电元件 等执行元件的选择部的框图。该选择部由保存驱动信号选择数据SI&SP 的移位寄存器211、暂时保存移位寄存器211的数据的锁存电路212、对 锁存电路212的输出迸行电平变换的电平移位器213、和根据电平移位器 的输出将驱动信号COM与压电元件等执行元件22连接的选择开关201 构成，其中，所述驱动信号选择数据SI&SP用于指定与应该喷出墨滴的喷
嘴对应的压电元件等执行元件。
移位寄存器211被依次输入驱动信号选择数据SI&SP，并且，对应时
钟信号SCK的输入脉冲，使得存储区域从初级依次向后级移动。锁存电 路212在对应喷嘴个数的驱动信号选择数据信号SI&SP被存储到移位寄存 器211中之后，基于被输入的锁存信号LAT对移位寄存器211的各输出 信号进行锁存。锁存电路212中保存的信号被电平移位器213变换成能够 接通、断开下一级的选择开关201的电压电平。其原因在于，驱动信号
COM是比锁存电路212的输出电压高的电压，与之对应，选择开关201 的动作电压范围也可以设定得高。因此，可通过电平移位器213关闭选择 开关201的压电元件等执行元件，能够以驱动信号选择数据SI&SP的连接 定时与驱动信号COM连接。并且，在移位寄存器211的驱动信号选择数 据SI&SP被保存在锁存电路212之后，向移位寄存器211输入下一个印字 数据，对应墨滴的喷出定时，依次更新锁存电路212的保存数据。其中， 图中的符号HGND是压电元件等执行元件的接地端。另外，根据该选择 开关201，在将压电元件等执行元件从驱动信号COM断开之后，该执行 元件22的输入电压也能够维持成断开之前的电压。
图9表示上述的驱动信号输出电路的从调制电路24到平滑滤波器26 的具体构成。在对驱动波形信号WCOM进行脉冲调制的调制电路24中利 用了一般的脉冲宽度调制(PWM)电路。该脉冲宽度调制电路24由公知 的三角波振荡器32、和对从该三角波振荡器32输出的三角波与驱动波形 信号WCOM进行比较的比较器31构成。根据该脉冲宽度调制电路24， 如图10所示，在驱动波形信号WCOM为三角波以上时输出成为Hi的调 制信号，在驱动波形信号WCOM小于三角波时输出成为Lo的调制(PWM) 信号。另外，本实施方式中利用了脉冲宽度调制电路作为脉冲调制电路， 但也可以取代该脉冲宽度调制电路，而使用脉冲密度调制(PDM)电路。
数字功率放大器25具备半桥驱动级33，其实质上由用于放大功率 的两个MOSFETTrP、 TrN构成；和栅极驱动电路34，其用于根据来自脉 冲宽度调制电路24的调制信号，调整这些MOSFETTrP、 TrN的栅极一源 极间信号gp、 gn，半桥驱动级33通过将高边侧MOSFETTrP和低边侧 MOSFETTrp组合成推挽式而成。其中，在设高边侧MOSFETTrP的栅极 一源极间信号为GP,低边侧MOSFETTrN的栅极一源极间信号为GN，半 桥驱动级33的输出为Va时，图11表示了它们对应调制(PWM)信号是 怎样变化的。另外，为了导通这些MOSFETTrP、 TrN，各MOSFETTrP、 TrN的栅极一源极间信号GP、 GN的电压值Vgs被设为足够的电压值。
由于当调制信号为Hi电平时，高边侧MOSFETTrP的栅极一源极间 信号GP变为Hi电平，低边侧MOSFETTrN的栅极一源极间信号GN变为 Lo电平，所以，高边侧MOSFETTrP处于导通状态，低边侧MOSFETTrN
处于截止状态，结果，半桥驱动级33的输出Va成为供给电力VDD。另 一方面，由于当调制信号为Lo电平时，高边侧MOSFETTrP的栅极一源 极间信号GP变为Lo电平，低边侧MOSFETTrN的栅极一源极间信号GN 变为Hi电平，所以，高边侧MOSFETTrP处于截止状态，低边侧 MOSFETTrN处于导通状，结果，半桥驱动级33的输出Va为0。
该数字功率放大电路25的半桥驱动级33的输出Va，经由平滑滤波 器26作为驱动信号COM被提供给选择开关201。平滑滤波器26由一个 电阻R、 一个电感L和两个静电电容C1、 C2的组合所形成的低通(低域 通过)滤波器构成。该由低通滤波器构成的平滑滤波器26被设计成使 数字功率放大器25的半桥驱动级33的输出Va的高次谐波成分、即功率 放大调制信号成分充分衰减，且不使驱动信号成分COM (或驱动波形成 分WCOM)衰减。另外，在两个静电电容C1、 C2与功率放大调制信号的 信号线之间，分别夹设有将各静电电容Cl、 C2与该信号线连接的开关 SW1、 SW2，根据来自所述控制部62的开关驱动信号swl、 sw2分别被开 闭。而且，在本实施方式中，第一静电电容C1比第二静电电容C2大。
如上所述，在数字功率放大器25的MOSFETTrP、 TrN被数字驱动的 情况下，由于MOSFET作为开关元件发挥作用，所以，会在导通状态的 MOSFET中流动电流，但漏极一源极间的电阻值非常小，几乎不产生功率 损失。另外，由于在截止状态的MOSFET中不流动电流，所以，不发生 功率损失。因此，该数字功率放大器25中的功率损失极小，可以使用小 型的MOSFET，从而不需要冷却用散热板等冷却机构。艮口，线性驱动晶体 管时的效率为30%左右，而数字功率放大器的效率为90%以上。另外， 由于晶体管的冷却用散热板相对一个晶体管需要60mm见方左右的大小， 所以，如果不需要这样的冷却用散热板，则十分有利于实际的布局。
接着，对从控制部62输出的开关驱动信号swl、 sw2进行说明。例如， 在所连接的压电元件等执行元件22仅为一个时，即使如图12a所示，驱 动脉冲PCOM或驱动信号COM为梯形波状(图中的l个喷嘴)，如果连 接多个压电元件等执行元件22，则梯形的角也会被消除(图中的1440个 喷嘴)。如果实际对连接着压电元件等执行元件22的状态的驱动电路的 频率特性进行测量，则所连接的执行元件22的数量越多，增益越降低。
这是因为通过上述的选择部，使得压电元件等执行元件22并联连接。压 电元件等执行元件22具有静电电容Cn。例如每当在图13a所示的平滑滤 波器26的电阻R及电感L的基础上，连接压电元件等执行元件22时，都 如图13b、 c、 d所示，该压电元件等执行元件22的静电电容Cn依次并联 连接，由驱动电路整体构成了低通滤波器。当然，构成该低通滤波器的驱 动电路被供给的驱动信号COM或驱动脉冲PCOM都被除去高次谐波成 分，消除了角。
鉴于此，在本实施方式中，将设置于平滑滤波器26内的静电电容C1、 C2选择性地与驱动电路连接，使驱动电路整体的低通滤波特性被抑制在 恒定或规定的范围内，由此，可使实际上对执行元件施加的驱动信号恒定。 具体而言，通过在控制部62内进行图14所示的运算处理，根据其结果创 建输出开关驱动信号swl、 sw2，从而将平滑电容器26内的静电电容C1、 C2与驱动电路恰当连接。该运算处理中，首先在步骤S1中根据驱动信号 选择数据SI&SP，算出墨滴喷出喷嘴的执行元件数(以下也标记为驱动执 行元件数)n。
接着，转移到步骤S2，判定步骤S1中算出的驱动执行元件数n是否 是0以上、第一规定值N1以下，在驱动执行元件数n是0以上、第一规 定值N1以下时，转移到步骤S3，否则转移到步骤S4。
在步骤S4中，判定步骤S1中算出的驱动执行元件数n是否大于第一 规定值N1且为大于该第一规定值N1的第二规定值N2以下，在驱动执行 元件数n是大于第一规定值Nl且为第二规定值N2以下的情况下，转移 到步骤S5，否则转移到步骤S6。
在步骤S6中，判定步骤S1中算出的驱动执行元件数n是否大于第二 规定值N2、且为大于该第二规定值N2的第三规定值N3以下，在驱动执 行元件数n是大于第二规定值N2、且为第三规定值N3以下的情况下，转 移到步骤S7，否则转移到步骤S8。
在步骤S3中，将第一开关驱动信号swl设定为ON、将第二开关驱 动信号sw2设定为ON，然后转移到步骤S9。
在步骤S5中，将第一开关驱动信号swl设定为OFF，将第二开关驱 动信号sw2设定为ON，然后转移到步骤S9。
在步骤S7中，将第一开关驱动信号swl设定为ON，将第二开关驱 动信号sw2设定为OFF，然后转移到步骤S9。
在步骤S8中，将第一开关驱动信号swl设定为OFF，将第二开关驱 动信号sw2设定为OFF，然后转移到步骤S9。
步骤S9中，在输出了第一及第二开关驱动信号swl、 sw2之后返回到 主程序。
根据该运算处理，在驱动执行元件数n、即与驱动信号COM (驱动电 路)连接的压电元件等执行元件22的数量为0以上第一规定值N1以下的 情况下，第一静电电容C1及第二静电电容C2与驱动电路连接；在驱动执 行元件22的数量大于第一规定值N1且为第二规定值N2以下的情况下， 第二静电电容C2与驱动电路连接；在驱动执行元件22的数量大于第二规 定值N2且为第三规定值N3以下的情况下，第一静电电容C1与驱动电路 连接；在驱动执行元件22的数量大于第三规定值N3 (最大值N4以下) 的情况下，不连接任何的静电电容。如上所述，且如图15中以虚线表示 那样，由于和驱动信号COM (驱动电路)连接的驱动执行元件22的数量 越多，驱动电路的静电电容越增大，所以，本实施方式中的驱动电路的总 静电电容CTOTAL如图15中虚线所示那样变化。
因此，在本实施方式中，通过驱动执行元件22的数量越少越增大与 驱动电路连接的静电电容，从而可将驱动电路整体的静电电容抑制在规定 的范围内，因此，通过将驱动电路的低通滤波器所除去的成分抑制在规定 的范围内，可以使实际对驱动执行元件22施加的驱动信号COM恒定。即， 本实施方式中通过根据驱动执行元件22的数量，使与驱动电路(驱动信 号COM)连接的静电电容的大小变化，可以调整驱动电路自身的频率特 性，由此，可使实际对执行元件22施加的驱动信号COM恒定。当然，如 果增大能够与驱动电路(驱动信号COM)并联连接的静电电容的数量， 来根据驱动执行元件22的数量细致调节所连接的静电电容，则能够使驱 动电路整体的静电电容恒定或近似恒定，由此，可使驱动电路的低通滤波 器所除去的成分恒定，使得实际对执行元件22施加的驱动信号恒定。另 外，由于本实施方式中无法避免驱动电路的低通滤波器除去驱动信号 COM的规定低域频率成分，所以，只要预先将相应的量添加到驱动信号
COM或驱动波形信号WCOM即可。
这样，根据本实施方式的喷墨打印机的头驱动装置，由于利用驱动波 形信号生成电路70生成成为对压电元件等执行元件的驱动进行控制的信 号的基准的驱动波形信号WCOM，由脉冲宽度调制电路等调制电路24对 该生成的驱动波形信号WCOM进行脉冲调制，利用数字功率放大器25功 率放大该脉冲调制后的调制信号，并通过平滑滤波器26使该被功率放大 的功率放大调制信号平滑化、作为驱动信号提供给执行元件，所以，通过 能够将平滑滤波器26的滤波特性只充分平滑化为功率放大调制信号成分， 不仅能够实现驱动信号向执行元件的早期上升、下降，而且由于通过功率 放大效率出色的数字功率放大器25能够高效功率放大驱动信号，所以， 不需要冷却用散热板等冷却机构。
而且，由于根据用于喷出墨滴的喷嘴的执行元件22的数量，调整了 平滑滤波器26的频率特性，所以，可以将被驱动电路的低通滤波器除去 的成分抑制为恒定或规定的范围内，由此，能够使实际对执行元件22施 加的驱动信号COM恒定。
并且，由于具备能够相对功率放大调制信号并联连接的多个静电电容 Cl、 C2、和使这些静电电容C1、 C2单独与功率放大调制信号连接的开关 SW1、 SW2，所以，通过用于喷出墨滴的喷嘴的执行元件22的数量越少， 越增大与功率放大调制信号并联连接的静电电容，能够将可被驱动电路的 低通滤波器除去的成分抑制为恒定或规定的范围内，从而，可使实际对执 行元件施加的驱动信号恒定。
图16表示本发明的喷墨打印机的头驱动装置的驱动波形信号生成机 构及调制机构的其他实施方式。在图3的驱动波形信号生成电路70中， 利用D/A变换器705对数字合成后的驱动波形信号进行了模拟变换并输 出。与之相对，图16中由存储器控制部41从存储部42读出数字波形数 据，在比较部44中对该读出的数字波形数据和相当于三角波的数值生成 部43的数值进行比较，来决定调制信号的Hi、 Lo，并将其作为调制信号 进行输出。该情况下，由于到调制信号的输出为止，全都以数字方式进行， 所以，可以将存储器控制部41、存储部42、数值生成部43、比较部44 组入到CPU或门阵列(gate array)内。该情况下，存储器控制部41、存
储部42相当于本发明的驱动波形信号生成机构，数值生成部43、比较部 44构成调制机构。
另外，图17表示平滑滤波器26的其他的实施方式。该实施方式中， 利用可变静电电容Cv，根据来自控制部62的控制信号cvar对可变静电电 容Cv的静电电容进行调整。根据该实施方式，由于可以细致地调整平滑 滤波器的静电电容，所以，能够使驱动电路的低通滤波器可除去的成分恒 定，由此，可使实际对执行元件施加的驱动信号恒定或近似恒定。
此外，在上述实施方式中仅详细说明了以线头型喷墨打印机为对象， 应用本发明的喷墨打印机的头驱动装置的例子，但本发明的喷墨打印机的 头驱动装置能够以多遍式打印机为代表，将所有类型的喷墨打印机作为应 用对象。
权利要求
1.一种喷墨打印机的头驱动装置，其具有设置于喷墨头并用于喷出液滴的多个喷嘴、对应所述喷嘴设置的执行元件、和对所述执行元件施加驱动信号的驱动机构，该头驱动装置还具备驱动波形信号生成机构，其生成成为对所述执行元件的驱动进行控制的信号的基准的驱动波形信号；调制机构，其对由所述驱动波形信号生成机构生成的驱动波形信号进行脉冲调制；数字功率放大器，其对所述调制机构脉冲调制后的调制信号进行功率放大；平滑滤波器，其使被所述数字功率放大器功率放大后的功率放大调制信号平滑化，并作为驱动信号提供给所述执行元件；和频率特性调整机构，其根据所述执行元件的数量来调整所述平滑滤波器的频率特性。
2、 根据权利要求1所述的喷墨打印机的头驱动装置，其特征在于， 所述频率特性调整机构具备能够相对所述功率放大调制信号并联连接的多个静电电容、和将所述多个静电电容分别独立地与功率放大调制信 号连接的开关。
3、 根据权利要求2所述的喷墨打印机的头驱动装置，其特征在于， 所述执行元件的数量越少，所述频率特性调整机构越增大相对功率放大调制信号并联连接的静电电容。
4、 一种喷墨打印机，其具备权利要求1 3中任意一项所述的头驱动装置。
全文摘要
本发明提供一种喷墨打印机的头驱动装置，由调制电路(24)对执行元件驱动控制用的模拟驱动波形信号(WCOM)进行调制，以作为调制信号，利用数字功率放大器(25)功率放大该调制信号，并通过平滑滤波器(26)使该功率放大后的功率放大调制信号平滑化后作为执行元件的驱动信号(COM)。由于数字功率放大器(25)内的MOSFET作为开关元件来使用，所以可减少功率损失，不需要冷却用散热板。而且，通过在平滑滤波器(25)内设置多个静电电容(C1、C2)，根据被驱动的执行元件(22)的数量将这些静电电容(C1、C2)与驱动电路并联连接，由此，可将来自驱动信号(COM)的低通滤波器除去成分抑制为恒定或规定的范围内。从而，不需要晶体管的冷却用散热板等，并使得实际对执行元件施加的驱动信号恒定。
文档编号B41J2/055GK101370664SQ2007800030
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月17日 优先权日2006年1月20日
发明者大岛敦, 新川修, 波多野智纪, 田端邦夫, 铃木俊行 申请人:精工爱普生株式会社