JP2007268754A - 液滴吐出ヘッドの駆動装置、駆動方法、及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出ばらつきを吸収した擬似アナログ波形を生成することを目的とする。
【解決手段】各ノズル２４に対応して設けた圧電素子１２の電極の一端を、充電用スイッチ１４を介して電源１８に接続される経路と、放電用スイッチ１６を介してグランド（ＧＮＤ）に接続される経路に接続する。また、圧電素子１２の電極の他端を、全ての圧電素子１２の共通電極としてのグランドに接続する。そして、コントローラ２０の制御によって１吐出周期の間に充電用スイッチ１４と放電用スイッチ１６のオンオフが繰り返す。すなわち、コントローラ２０が充電制御信号によって充電用スイッチ１４のオンオフを制御し、放電制御信号によって放電用スイッチ１６のオンオフを制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの駆動装置、駆動方法、及び液滴吐出装置にかかり、特に、ピエゾ素子等の圧電素子の振動によって液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動装置、駆動方法、及び液滴吐出装置に関する。

ピエゾ素子をアクチュエータとして液滴を吐出するインクジェットプリンタ等の液滴吐出装置では、液滴が充填されたチャンバー内の圧力発生において、任意の圧力を任意の時刻に発生できるアナログ波形駆動（例えば、図１２（Ａ）に示す駆動波形）と、圧力は一定で時刻のみ制御可能な矩形波駆動（例えば、図１２（Ｂ）に示す駆動波形）が知られている。

吐出安定性向上やドット径変調の実現による高画質化のためには任意の傾き長さとすることができるアナログ波形駆動の方が適しているが、そのためには階調数を増やす必要があり、階調数を増やすためには、波形数を増やす必要がある。例えば、特許文献１に記載の技術では、インク吐出量に対応した複数の駆動電圧波形を発生する共通波形発生手段の１つの電圧波形を、システム制御手段が出力する階調データ信号により選択して圧電素子に印加する構成とすることにより、階調表現を行うようにしている。

これに対して、強さや波形の傾きをほぼ一定でタイミングのみを任意に設定できる矩形波駆動の一例としては、例えば、特許文献２に記載の技術が提案されているが、特許文献２に記載の技術では、複数の波形発生回路によって発生された複数の駆動波形を選択して圧電素子に印加するようにしているが、増粘防止のための予備波形が作りにくい、圧力の発生タイミングのみしか制御できない。そこで、特許文献３に記載の技術では、一印刷周期毎に出力される駆動信号を、複数のパルスで構成して、時分割により選択するパルスを選択するようにすることで安価な駆動装置を実現している。

ところで、アナログ波形駆動では液滴の制御性が優れ、矩形波駆動では駆動回路の構成が簡単という利点があるが、アナログ波形駆動では駆動回路が複雑で高価となり、矩形波駆動では液滴の制御が難しいという問題がそれぞれある。そこで、低コストかつ小型の駆動装置を実現するためには、矩形波駆動のような簡単な構成で、アナログ波形駆動のような液滴制御性に優れる駆動方法が必要となる。

そこで、特許文献４に記載の技術では、圧電素子への充放電パルスを制御して擬似アナログ波形を生成する技術が提案されている。特許文献４に記載の技術では、圧電素子の共通電極側に充電（放電）用のスイッチを設け、グランド（ＧＮＤ）側に各圧電素子に対応して個別にスイッチを持たせて、共通電極側に設けたスイッチをパルス制御して駆動波形を生成している。
特開平９−１１４５７号公報 特開２００２−１９１０６号公報 特開平１０−８１０１２号公報 特開平９−３９２３１号公報

しかしながら、特許文献４に記載の技術では、共通電極側のスイッチをパルス制御するため、圧電素子毎の波形の制御を個別にできず、吐出ばらつきを吸収できない、という問題がある。また、負荷の変動によりＣＲの時定数が変化してしまい、充放電特性が変化してしまう、という問題もある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、吐出ばらつきを吸収した擬似アナログ波形を生成することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置は、一方の電極が所定電圧に接続され、液滴を吐出するイジェクタから液滴を吐出させるための圧電素子と、前記圧電素子の他方の電極に接続され、前記圧電素子の充電状態、前記圧電素子の放電状態、及び開放状態の３状態に切換可能なスイッチ手段と、前記スイッチ手段による前記圧電素子の充電時間あるいは放電時間よりも短い周期で前記スイッチ手段の切り換えを制御する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、圧電素子は、一方の電極が所定電圧（例えば、共通グランド等）に接続され、圧電素子に電圧が印加されることによって、圧電素子の振動でイジェクタから液滴が吐出される。

圧電素子が容量性負荷と等価であるので、圧電素子の他方の電極に接続されたスイッチ手段を充電状態、放電状態、及び開放状態の３状態に切り換えることにより、圧電素子の充放電が行われる。すなわち、スイッチ手段の切換によって圧電素子の充電や放電が行われ、圧電素子へ印加する電圧を制御することができる。

そして、制御手段では、スイッチ手段による圧電素子の充電時間あるいは放電時間よりも短い周期でスイッチ手段の切り換えが制御される。すなわち、スイッチ手段のオン抵抗と圧電素子の静電容量で主に定まる充電時間や放電時間よりも短い周期でスイッチ手段の切り換えが制御される。これによって圧電素子に印加される電圧波形は、スイッチ手段の切り換えに応じた電圧波形となる。従って、吐出する液滴等に応じた電圧波形となるようにスイッチ手段の切り換えを制御することによって、擬似アナログ波形を生成して圧電素子に印加することができる。

また、スイッチ手段が圧電素子の所定電圧が接続された電極ではない方の電極に接続されているので、圧電素子毎に印加する電圧波形を変更することができるので、イジェクタの吐出ばらつきを吸収することができる。

従って、イジェクタの吐出ばらつきを吸収した擬似アナログ波形を生成することができる。

例えば、スイッチ手段は、請求項２に記載の発明のように、圧電素子の電極に接続され、圧電素子の充電を行うための第１スイッチ手段と、圧電素子の他方の電極に接続され、圧電素子の放電を行うための第２スイッチ手段と、で構成するようにしてもよいし、請求項３に記載の発明のように、圧電素子の他方の電極に接続された第１スイッチ手段と、第１スイッチ手段に接続され、圧電素子の充電または放電を切り換える第２スイッチ手段と、で構成するようにしてもよいし、請求項４に記載の発明のように、３状態に切換可能な単一のスイッチで構成するようにしてもよい。

なお、制御手段は、請求項５に記載の発明のように、吐出する液滴に応じた電圧波形となるように、スイッチ手段を制御するための制御信号を生成して、該制御信号に応じてスイッチ手段を制御することによって、液滴の適量や大きさに応じた電圧波形が圧電素子に印加されるので、所望の液滴をイジェクタから吐出することが可能となる。例えば、制御手段が、請求項６に記載の発明のように、液滴を吐出する液量、液滴速度、または液滴を吐出させない程度の微振動に応じた前記制御信号を生成することで、イジェクタから吐出する液量、液滴速度、液滴を吐出させない程度の微振動などを制御することができる。

また、制御手段は、請求項７に記載の発明のように、イジェクタ間の特性差に応じた制御信号を生成してもよいし、請求項８に記載の発明のように、液滴吐出ヘッドの装置環境に応じた制御信号を生成するようにしてもよい。これによって、イジェクタ間の特性差による液滴の吐出ばらつきや、装置環境の変換による液滴吐出ばらつきを抑制することができる。

なお、スイッチ手段は、請求項９に記載の発明のように、半導体集積回路で構成する場合には、半導体集積回路内に制御手段を設けるようにしてもよい。制御手段により、複数のスイッチ手段を制御する信号をあらかじめ記録、もしくは、上位から受信して記憶でき、この記憶した信号と外部コントローラからの画像データにより各スイッチ手段を制御するようにしてもよい。これにより、外部のコントローラからは、吐出周期ごとには画像データの転送だけでよく、配線数が少なくでき、制御が容易になる。

また、制御手段は、請求項１０に記載の発明のように、複数の圧電素子をグループ分けし、グループ間で少なくともスイッチ手段のオンオフを行うクロックを１以上ずらしてスイッチ手段を制御するようにしてもよい。このように複数の圧電素子をグループ分けして、グループ間で１クロック以上のずれを持たせてスイッチ手段を制御することによって、全ての圧電素子に電圧が印加されることがなくなるので、圧電素子へ印加する電圧を負荷分散させることができる。

請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法は、一方の電極が所定電圧に接続され、液滴を吐出するイジェクタから液滴を吐出させるための圧電素子と、前記圧電素子の他方の電極に接続され、前記圧電素子の充電、放電、及び開放の３状態に切換可能なスイッチ手段と、を備えた液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記スイッチ手段による前記圧電素子の充電時間あるいは放電時間よりも短い周期で前記スイッチ手段のオンオフを制御することを特徴としている。

請求項１１に記載の発明によれば、圧電素子は、一方の電極が所定電圧（例えば、共通グランド等）に接続され、圧電素子に電圧が印加されることによって、圧電素子の振動でイジェクタから液滴が吐出される。

圧電素子が容量性負荷と等価であるので、圧電素子の他方の電極に接続されたスイッチ手段を充電状態、放電状態、及び開放状態の３状態に切換えることにより、圧電素子の充放電が行われる。すなわち、スイッチ手段の切換によって圧電素子の充電や放電が行われ、圧電素子へ印加する電圧を制御することができる。

そこで、スイッチ手段による圧電素子の充電時間あるいは放電時間よりも短い周期でスイッチ手段の切り換えをを制御することによって圧電素子に印加される電圧波形は、スイッチ手段の切り換えに応じた電圧波形となる。従って、吐出する液滴等に応じた電圧波形となるようにスイッチ手段の切り換えを制御することによって、擬似アナログ波形を生成して圧電素子に印加することができる。

また、スイッチ手段が圧電素子の所定電圧が接続された電極ではない方の電極に接続されているので、圧電素子毎に印加する電圧波形を変更することができるので、イジェクタの吐出ばらつきを吸収することができる。

従って、イジェクタの吐出ばらつきを吸収した擬似アナログ波形を生成することができる。

なお、請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置は、請求項１２に記載の発明のように液滴吐出装置に搭載するようにしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、圧電素子の共通電極とは異なる電極側に、圧電素子の充電及び放電の少なくとも一方を行うスイッチ手段を設けて、圧電素子の充放電時間よりも短い周期でスイッチ手段のオンオフを制御することにより、共通電極とは異なる方の電極側でスイッチ手段のオンオフを制御して擬似アナログ波形を生成するので、吐出ばらつきを吸収した擬似アナログ波形を生成することができる、という効果がある。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドの１ノズルあたりの液滴を吐出するイジェクタ構造の概略を示す図である。

図１に示すように、イジェクタ３０は、液滴を吐出するための液体（例えば、インクなど）を蓄える図示しない液滴タンクから供給路３２を介して液体が圧力室３４に充填され、圧力室３４に連通したノズル２４から液滴が吐出される。

圧力室３４の壁面の一部は振動板３４Ａからなり、該振動板３４Ａにピエゾ素子等の圧電素子１２が設けられており、圧電素子１２によって振動板３４Ａを変形させて振動させることで、圧力室３４内に圧力波が発生する。すなわち、圧電素子１２による振動によって発生する圧力波によって、圧力室３４内に蓄えられた液体がノズル２４から液滴として吐出され、圧力室３４には供給路３２を介して図示しない液滴タンクから液体が補給されるようになっている。

ノズル２４は、例えば、記録紙幅方向に複数配列した記録ヘッドすることで、記録紙幅方向の画像を記録し、記録紙と記録ヘッドとを相対的に移動することで記録紙に画像を記録することができる。

図２は、本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドを駆動する駆動装置を示す図である。

本実施の形態では、複数のノズル２４を配列することで液滴吐出ヘッドが構成されているので、複数のノズル２４に対応して複数の圧電素子１２を有している。複数の圧電素子１２は、駆動装置１０によって駆動される。

各ノズル２４に対応して設けられた圧電素子１２の電極の一端は、充電用スイッチ１４を介して電源１８に接続される経路と、放電用スイッチ１６を介してグランド（ＧＮＤ）に接続される経路を有している。また、圧電素子１２の電極の他端は、全ての圧電素子１２の共通電極としてのグランドに接続されている。なお、各充電用スイッチ１４及び放電用スイッチ１６は、スイッチの集合体であるスイッチＩＣ２２で構成されている。また、各充電用スイッチ１４及び放電用スイッチ１６は、単純なトランジスタ１つで構成してもよいし、双方向に電流が流せる（双方向ゲート）トランスミッションゲートで構成してもよい。

各充電用スイッチ１４及び放電用スイッチ１６は、それぞれ上位のコントローラ２０に接続されており、コントローラ２０の制御によって１吐出周期の間にオンオフが繰り返される。すなわち、コントローラ２０は、充電制御信号によって充電用スイッチ１４のオンオフを制御し、放電制御信号によって放電用スイッチ１６のオンオフを制御する。

各充電用スイッチ１４がオンとなったときの立ち上がり特性、及び初期状態として電源電圧を保持してＧＮＤと繋がる放電用スイッチ１６がオンされたときの立ち下がり特性は、およそトランジスタのオン抵抗と圧電素子１２の静電容量から計算される時定数に従った特性となり、例えば、トランジスタのオン抵抗が１ｋΩ、圧電素子１２の静電容量が５００ｐＦの場合の０〜２０Ｖの充電特性は図３（Ａ）に示すようになり、放電特性は図３（Ｂ）に示すようになる。

コントローラ２０から出力される充電制御信号及び放電制御信号は、上述の充電特性の充電時間及び放電特性の放電時間よりも短い周期でオンオフ制御する信号とされ、本実施の形態では、１０ＭＨｚ、つまり０．１［μｓｅｃ］毎に、各スイッチのオンオフができる構成とされている。また、時定数は、５００［ｐＦ］×１［ＫΩ］＝０．５［μｓｅｃ］で電源電圧が２０［Ｖ］とされている。

ここで、充電用スイッチ１４をある瞬間にオンとし、その状態を保持した場合、図３（Ａ）に示すような充電特性が得られるので、０．１［μｓｅｃ］毎に充電用スイッチ１４をオンオフ制御すると、圧電素子１２にはあたかも図３（Ａ）の充電特性が時間方向に２倍に伸びたような図４に示す電圧波形を印加することができる。さらに、オンに対するオフの区間を長くすることで、更に傾きが緩やかな電圧波形を生成することができる。逆に、放電用スイッチ１６をある瞬間にオンとし、その状態を保持した場合には、圧電素子１２の静電容量が放電して電圧が下がるので、放電用スイッチ１６のオンオフを制御することで、充電用スイッチ１４のオンオフとは逆の電圧波形を生成することができる。なお、各スイッチのオンオフによって電圧波形に多少のがたつきが発生するが、圧電素子１２やイジェクタ３０内の圧力発生の応答性には大きな影響はない。

従って、コントローラ２０から出力する充電制御信号及び放電制御信号のオンオフパターンを任意に設定することによって、傾きや電圧振幅幅を自由に設定した電圧波形（圧電素子１２に印加する波形）を生成することができる。

本実施の形態では、大滴、中滴、及び小滴のそれぞれ吐出する電圧波形となる充電制御信号及び放電制御信号（以下、特に区別しない場合には単に制御信号という。）をコントローラ２０に含まれるメモリに記憶しておき、画像を表す画像データ等の入力データに応じて制御信号を出力し、各ノズル２４から大滴、中滴、小滴の何れかの液滴を吐出する。

続いて、本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドの駆動装置１０による具体的な波形の生成方法について説明する。なお、ここでは、液滴吐出前の準備動作や入力データの処理、液滴吐出後の処理などは省略して、圧電素子１２に印加される電圧波形の生成についてのみ説明する。なお、生成する電圧波形は、バイアス電圧１５［Ｖ］を設け、そこから上下に振幅する波形とする。

まず液滴吐出に先立って、全ノズル２４の充電用スイッチ１４を制御して、バイアス電位まで圧電素子１２を充電する。なお、充電用スイッチ１４をオンオフ制御して生成した波形が、吐出しない程度の傾きを持った波形であればよく、また、吐出周期とは無関係なので、任意の時間をかけても良い。そこで、本実施の形態では、図５に示すように、６［μｓｅｃ］の最初の０．１［μｓｅｃ］のみ充電制御信号をオンとするデータを繰り返すようにコントローラ２０が全スイッチ（充電用スイッチ１４及び放電用スイッチ１６）を制御する。そしてこれを７回繰り返すことで全圧電素子１２は約４０［μｓｅｃ］で１５［Ｖ］のバイアス電位を持つことになる。

なお、液滴吐出終了時も、充電と同様に放電制御信号を制御することで、吐出しないで圧電素子１２の電位を０［Ｖ］にすることができる。また、圧電素子１２はコンデンサと等価であるので、各スイッチがオフの状態では電荷が保持され、バイアス電位やＧＮＤ電位は保持される。

続いて、充電制御信号または放電制御信号をオンとする時間を制御することで図４に示すような任意の傾きの電圧変化を作り出すことができるので、充電制御信号及び放電制御信号によって擬似アナログ波形を生成する。

例えば、大滴を吐出する場合には、図６に示すような充電制御信号及び放電制御信号を生成して各スイッチのオンオフ制御することで、図６に示すような電圧波形を生成して圧電素子１２に印加する。これによって、ノズル２４から大滴（例えば、１０ｐｌ）の液滴を吐出することができる。

また、中滴を吐出する場合には、図７に示すような充電制御信号及び放電制御信号を生成して各スイッチのオンオフを制御することで、図７に示すような電圧波形を生成して圧電素子１２に印加する。これによって、ノズル２４から中滴（例えば、６ｐｌ）の液滴を吐出することができる。

さらに、小滴を吐出する場合には、図８に示すような充電制御信号及び放電制御信号を生成して各スイッチのオンオフを制御することで、図８に示すような電圧波形を生成して圧電素子１２に印加する。これによって、ノズル２４から小滴（例えば、２．５ｐｌ）の液滴を吐出することができる。

すなわち、コントローラ２０が、入力データから変換された個々のノズル２４毎の液滴吐出データ（例えば、大滴、中滴、小滴、吐出無し）に合わせて、各ノズル２４の制御信号データを生成して各スイッチを制御することにより、媒体上に任意の画像を記録することができる。

このように本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドの駆動装置１０では、通常必要となる波形発生回路や波形増幅回路を必要せずに、ロジック信号（充電制御信号及び放電制御信号）の制御のみで擬似的にアナログ波形を生成して圧電素子１２を駆動することができるので、低コストで小さい簡単な駆動装置とすることができる。また、複数の駆動波形を同時に異なる圧電素子１２に印加することが可能であるため、複雑なスイッチ構成を持つスイッチＩＣも必要としない。

また、本実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドの駆動装置１０では、製造ばらつき、部品ばらつき（スイッチのオン抵抗ばらつき、圧電素子１２の静電容量ばらつき等）などによるノズル２４毎の特性差がある場合には、共通電極とは異なる電極側に各スイッチが接続されていることにより、圧電素子１２毎に各スイッチを制御することができるので、ノズル２４毎に異なる制御信号を用いて吐出ばらつきを補正することができ、高精度の吐出が可能となる。さらには、環境変化（温度や湿度等）により液体やイジェクタ３０の特性が変化することが考えられるが、これに合わせてセンサ等を設けて、センサの検出結果に応じて制御信号を変更することで画像品質の安定性を向上することができる。

なお、上記の実施の形態では、コントローラ２０から各スイッチ（充電用スイッチ１４及び放電用スイッチ１６）に制御信号を送るようにしたが、これに限るものではなく、例えば、図９に示すように、スイッチＩＣ２２に制御部４０を設けた構成として、制御信号（充電制御信号及び放電制御信号）をスイッチＩＣ２２に予め転送しておいて、コントローラ２０からは大中小もしくは滴無しの２ビットのデータをスイッチＩＣ２２に送るだけで、スイッチＩＣ２２の制御部４０がそれぞれのスイッチを制御するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、制御信号（充電制御信号及び放電制御信号）をコントローラ２０に含まれるメモリに予め記憶するようにしたが、これに限るものではなく、コントローラ２０には、波形データとして時間や電圧からなるパラメータを記憶しておき、必要に応じて制御信号に変換するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、単純にオンの時間比率を変化させることで任意の傾きの駆動波形を生成するようにしたが、これに限るものではなく、例えば、充電特性や放電特性を考慮して、図１０に示すように、オンオフの比率を変化させた制御信号を用いるようにしてもよい。このようにオンオフの比率を変化させた制御信号を用いることによって、上記の実施の形態よりも台形波に近い駆動波形を生成することができる。

また、上記の実施の形態における、充放電特性や制御信号の切換タイミング（動作クロック）は、一例として説明したが、上記に限るものではなく、実際のシステムに合わせて、時定数や動作クロックを適宜設定することができる。

また、上記の実施の形態では、電源電圧を一例として２０［Ｖ］として説明したが、これに限るものではなく、環境に合わせて可変するようにしてもよいし、バイアス電位についても１５［Ｖ］としたが、これについても任意の値を適用することができる。

また、本実施の形態では、充放電特性のばらつきにより、吐出周期毎に、開始電圧や終了電圧が異なることが考えられるが、各圧電素子１２に基準電圧との接続スイッチを更に設けて、吐出周期の終わりあるいは始めに基準電圧に初期化するように、接続スイッチをオンすることで、一定電圧からの電圧変化を実現することができる。

更に、上記の実施の形態は、複数の圧電素子１２を複数のグループに分割して、各グループ毎に１クロック以上ずつずらしたタイミングでオンオフデータが送られて駆動される構成としてもよい。ここで、複数の圧電素子１２を複数のグループに分割して各グループ毎に１クロックずつオンオフデータが送られて駆動する場合について説明する。例えば、図１１は、４つのノズル２４を１つのブロックとして、全１２８ノズルを３２ブロックで構成し、ブロック毎に波形が１クロックずつ遅延する場合の例を示す。

この場合、各圧電素子１２に対応して画像データ転送用シフトレジスタ４２、ラッチ回路４４、デコーダ４６、充電用レベルシフタ４８、放電用レベルシフタ５０、及びドライバ５２を備える。

画像データ転送用シフトレジスタ４２は、１クロックずつ隣のレジスタにデータをシフトし、各画像データ転送用シフトレジスタ４２からラッチ回路４４に画像データを出力し、ラッチ回路４４でラッチしてデコーダ４６に出力する。なお、画像データとしては、一例として０（滴無し）、１（滴有り）の場合を説明するが、上記の実施の形態のように４値（大滴、中滴、小滴、滴無し）などを適用するようにしてもよい。

デコーダ４６には、波形データ転送用シフトレジスタ５４が接続されており、波形データ転送用シフトレジスタ５４は、各ブロックに対応した数設ける。また、波形データ転送用シフトレジスタ５４は、例えば、１６列備えて、各列それぞれ異なる種類の予め定めた波形データ（制御信号）を転送し、各圧電素子１２の吐出特性や画像データ等に応じてた波形データを選択するように予め設定する。すなわち、デコーダ４６は、波形データ転送用シフトレジスタ５４から画像データに応じた波形を選択して充電用レベルシフタ４８及び放電用レベルシフタ５０に出力する。なお、波形データ転送用シフトレジスタ５４は１クロック毎に隣のレジスタへ波形データを転送する。すなわち、ブロック単位で波形データが充電用レベルシフタ４８及び放電用レベルシフタ５０に転送される。

また、充電用スイッチ１４に対応して充電用レベルシフタ４８が設けられ、放電用スイッチ１６に対応して放電用レベルシフタ５０が設けられており、各レベルシフタを介してドライバ５２に制御信号（充電制御信号及び放電制御信号）を出力する。

ドライバ５２は、充電用レベルシフタ４８及び放電用レベルシフタ５０から出力される制御信号に応じて各充電用スイッチ１４及び放電用スイッチ１６のオンオフを制御する。

このように構成することによって、波形データ転送用シフトレジスタ５４が１クロック毎に隣のレジスタへ波形データを転送するので、ブロック毎に波形が選択されて液滴が吐出されるようになり、一度に全てのノズル２４から液滴が吐出されるのではなく、ブロック単位で液滴を吐出することができるので、液滴吐出時のピーク電流を分散することができ電源回路の設計が容易になる。

なお、上記の実施の形態は、簡易的に表すと、図１３（Ａ）に示すように、充電用電源６０と圧電素子１２への接続を行うための第１スイッチ６４と、放電用電源６２と圧電素子１２への接続を行うための第２スイッチ６６と、を用いて、圧電素子１２への電圧の印加状態を３状態（充電状態、放電状態、及び開放状態）に可能とし、充電制御信号に応じて第１スイッチ６４をオンオフを制御し、放電制御信号に応じて第２スイッチ６６をオンオフを制御するようにしたが、これに限るものではなく、例えば、図１３（Ｂ）や図１３（Ｃ）のような構成としても上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図１３（Ｂ）の場合には、充電用電源６０または放電用電源６２を圧電素子１２に接続するか否かを切り換える第１スイッチ６８と、第１スイッチ６８と充電用電源６０との接続または第１スイッチ６８と放電用電源６２との接続を切り換える第２スイッチ７０と、を用いて、圧電素子１２への電圧の印加状態を３状態（充電状態、放電状態、及び開放状態）に可能とし、充放電制御信号に応じて第１スイッチ６８を制御し、充放電切換信号に応じて第２スイッチ７０を制御することで、上記の実施形態と同様の動作を行うことができ、図１３（Ｃ）の場合には、単一のスイッチ７２を用いて、圧電素子１２の接続を充電用電源６０、接続無し（開放）、放電用電源６２に切換可能とし、充放電制御信号に応じてスイッチ７２の接続状態を切り換えることで上記の実施の形態と同様に動作を行うことができる。

続いて、本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドを駆動する駆動装置を搭載した液滴吐出装置の一例について説明する。図１４は、本発明の実施の形態に係わる液滴吐出装置１００の一例を示す図である。

本発明の実施の形態に係わる液滴吐出装置１００は、図１４に示すように、用紙Ｐの搬送方向に対して上流側から配列されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の色の記録ヘッド１０２（１０２Ｙ〜１０２Ｋ）、各色の記録ヘッド１０２に供給するインクを収容するインクタンク１０４Ｙ〜１０４Ｋを備えている。以下では、各色の記録ヘッド１０２Ｙ〜１０２Ｋ及びインクタンク１０４Ｙ〜１０４Ｋを特に区別しないで説明する場合には、符号末尾の添字を省略し、記録ヘッド１０２及びインクタンク１０４と称する。

また、液滴吐出装置１００は、記録媒体としての用紙Ｐを収容する給紙トレイ１０６、記録ヘッド１０２に対向して配置され、用紙Ｐを搬送する無端ベルト状の搬送体１０８、印刷後の用紙Ｐを排出する排紙トレイ１１０、及び記録ヘッド１０２のノズル２４を清掃するメンテナンスユニット１１２を備えている。

更に、液滴吐出装置１００は、給紙トレイ１０６から搬送体１０８に至る経路１１４Ａ及び搬送体１０８から排紙トレイ１１０に至る経路１１４Ｂにより構成されている第１の搬送経路と、第１の搬送経路の経路１１４Ｂから反対方向に搬送体１０８に至る第２の搬送経路１１６とが形成されるように、複数の搬送ローラが設けられている。

また、第１の搬送経路の経路１１４Ａでは、給紙トレイ１０６から用紙Ｐが１枚づつ複数の搬送ローラによって搬送体１０８まで搬送され、さらに、経路１１４Ｂでは、複数の搬送ローラによって排紙トレイ１１０まで用紙Ｐが搬送される。本実施の形態では、第２の搬送経路１１６を設けて、用紙Ｐを反転させて両面印字を可能としている。

更に、搬送体１０８は、２本のロールに巻かけられたベルトを備えている。この搬送体１０８により用紙Ｐを保持する方法としては、給電吸着力を使用することができる。すなわち、帯電ロールで用紙Ｐをベルトに押圧すると共に用紙Ｐに電荷を与え吸着力を発生させるものである。

記録ヘッド１０２は、用紙Ｐの幅に対応する長さのヘッドバー（図示省略）に、ヘッドユニットが用紙搬送方向と直交する方向（主走査方向と称する）に複数個に繋ぎ合わされて構成され、用紙Ｐの最大幅に対応する印字領域を有している。各ヘッドユニットには、上記の実施の形態のインク滴を吐出するイジェクタ３０（ノズル２４）が各ヘッドユニットの配列方向と同方向に複数個配列されている。この液滴吐出装置１００は、記録ヘッド１０２を主走査することなく固定したまま、用紙Ｐのみを搬送しながら記録を行うことで用紙Ｐの全幅に印字することができる。なお、使用するインクとしては、公知の各種インクを適用することができる。例えば、水性インク、油性インク、溶剤系インク等を適用可能である。

本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドの１ノズルあたりの液滴を吐出するイジェクタ構造の概略を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドを駆動する駆動装置を示す図である。 （Ａ）は圧電素子の充電特性を示すグラフであり、（Ｂ）は圧電素子の放電特性を示すグラフである。 スイッチ制御による電圧波形の変化を示す図であり、オンに対するオフの時間比率を０、１、２、３、５、１０、２０と変化された時の傾きの変化の例を示す。 バイアス電位までの充電波形の一例を示す図であり、充電制御信号を６［μｓｅｃ］のうち０．１［μｓｅｃ］だけオンとした場合を示す。 大滴を吐出する駆動波形の一例を示す図である。 中滴を吐出する駆動波形の一例を示す図である。 小滴を吐出する駆動波形の一例を示す図である。 スイッチＩＣ中に制御部を設けた一例を示す図である。 スイッチのオンオフの比率を変化させて直線に近い傾きを生成した例を示す図である。 ４ノズルを１ブロックとして、全１２８ノズルを３２ブロックで構成してブロック毎に波形が１クロックずつ遅延する場合の構成例を示す図である。 （Ａ）はアナログ波形駆動のアナログ波形の一例を示す図であり、（Ｂ）は矩形波駆動の矩形波の一例を示す図である。 （Ａ）は本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドを駆動する駆動装置を簡易的に示した図を示し、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドを駆動する駆動装置の変形例を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係わる液滴吐出ヘッドを駆動する駆動装置を搭載した液滴吐出装置の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 駆動装置
１２ 圧電素子
１４ 充電用スイッチ
１６ 放電用スイッチ
１８ 電源
２０ コントローラ
２２ スイッチＩＣ
２４ ノズル
３０ イジェクタ
４０ 制御部
４２ 画像データ転送用シフトレジスタ
４４ ラッチ回路
４６ デコーダ
４８ 充電用レベルシフタ
５０ 放電用レベルシフタ
５２ ドライバ

Claims (12)

1. 一方の電極が所定電圧に接続され、液滴を吐出するイジェクタから液滴を吐出させるための圧電素子と、
   前記圧電素子の他方の電極に接続され、前記圧電素子の充電状態、前記圧電素子の放電状態、及び開放状態の３状態に切換可能なスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段による前記圧電素子の充電時間あるいは放電時間よりも短い周期で前記スイッチ手段の切り換えを制御する制御手段と、
   を備えた液滴吐出ヘッドの駆動装置。
2. 前記スイッチ手段は、前記圧電素子の他方の電極に接続され、前記圧電素子の充電を行うための第１スイッチ手段と、前記圧電素子の他方の電極に接続され、前記圧電素子の放電を行うための第２スイッチ手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
3. 前記スイッチ手段は、前記圧電素子の他方の電極に接続された第１スイッチ手段と、前記第１スイッチ手段に接続され、前記圧電素子の充電または放電を切り換える第２スイッチ手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
4. 前記スイッチ手段は、前記３状態に切換可能な単一のスイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
5. 前記制御手段は、吐出する液滴に応じた電圧波形となるように、前記スイッチ手段を制御するための制御信号を生成して、該制御信号に応じて前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
6. 前記制御手段は、液滴を吐出する液量、液滴速度、または液滴を吐出させない程度の微振動に応じた前記制御信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
7. 前記制御手段は、前記イジェクタ間の特性差に応じた前記制御信号を生成することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
8. 前記制御手段は、液滴吐出ヘッドの装置環境に応じた前記制御信号を生成することを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
9. 前記スイッチ手段が半導体集積回路からなり、前記半導体集積回路内に前記制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
10. 前記制御手段は、複数の圧電素子をグループ分けし、前記グループ間で少なくとも前記スイッチ手段のオンオフを行うクロックを１以上ずらして前記スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置。
11. 一方の電極が所定電圧に接続され、液滴を吐出するイジェクタから液滴を吐出させるための圧電素子と、前記圧電素子の他方の電極に接続され、前記圧電素子の充電、放電、及び開放の３状態に切換可能なスイッチ手段と、を備えた液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
    前記スイッチ手段による前記圧電素子の充電時間あるいは放電時間よりも短い周期で前記スイッチ手段のオンオフを制御することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
12. 請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置を備えた液滴吐出装置。