JP2006255977A - 液滴吐出ヘッドの駆動方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で液滴吐出ヘッドの吐出滴量の調整を可能とする。
【解決手段】 圧電素子Ｐｚの駆動は、スイッチング素子Ｑ_S1〜Ｑ_S4を選択的にオン／オフ駆動することにより可能となっている。このとき、スイッチング素子Ｑ_S1、Ｑ_S2を対で配置し、また、一対のスイッチング素子Ｑ_S3、Ｑ_S4を、スイッチング素子Ｑ_S1、Ｑ_S2に並列接続している。これにより、例えば、スイッチング素子Ｑ_S1、Ｑ_S3の少なくとも一方をオン駆動するときの組み合わせによって、スイッチング素子のオン抵抗と、圧電素子の静電容量によって定まる時定数を変化させることができる。圧電素子は、供給される電力の駆動波形に応じて液滴の吐出がなされるようにしており、圧電素子を駆動するときの駆動波形を変えることより、吐出滴量を調整することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電素子の駆動によって液滴イジェクタの圧力発生室を拡縮することにより液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。

液滴吐出装置には、ピエゾ素子などの圧電素子をアクチュエータとして、インクが充填された圧力発生室の膨張、収縮等を行うことにより体積（容積）変化させ、これによる内部圧力の変化によって、圧力発生室に連通させたノズルの先端からインクの液滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドが、液滴吐出ヘッドとして設けられたインクジェット記録装置などがある。

このようなインクジェット記録装置では、高速化と共に画質向上が望まれており、このために、液滴吐出ヘッドに複数の圧電素子を設け、多数のドットを並行して形成できるようにしている。

一方、液滴吐出ヘッドに複数の圧電素子を設けた場合、圧電素子ごとにインピーダンスや静電容量のバラツキがあると、吐出滴量にバラツキが生じ、画像品質の低下を招いてしまう。

ここから、圧電素子の特性のバラツキを抑えて、吐出滴量の均一化を図るための各種の提案がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。

例えば、特許文献１では、定電流波形形成用のコンデンサの静電容量と、充電波形の定電流用の抵抗値及び、放電波形の定電流波形形成用の抵抗値を、圧電素子ごとに設定することにより、圧電素子の駆動電圧の立ち上がり時定数及び立下り時定数を設定するようにしている。

また、特許文献２では、圧電素子ごとに、電気抵抗値の異なる複数の抵抗を設け、圧電素子ごとに少なくとも一つの電気抵抗を選択することにより、印加電圧などの駆動条件を設定できるようにして、画像の記録状態を圧電素子単位で補正可能としている。

さらに、特許文献３においては、圧電素子ごとに複数のアナログスイッチを設け、アナログスイッチのＯＮ抵抗と圧電素子の静電容量によって定まる時定数を、圧電素子ごとに設定することにより、電圧波形を揃えることにより、吐出滴量のバラツキを吸収するようにしている。

ところで、高品質の画像を形成するために、濃度に応じて吐出滴量を変化させる必要がある。圧電素子を用いたアクチュエータで吐出滴量を変化させるときのパラメータとしては、駆動パルスの電圧、電圧の変化幅、パルス幅、パルス数、パルス間隔があり、吐出滴量に応じて各パラメータを設定することにより、吐出滴量の制御を行って、高品質の画像を形成することが可能となる。
特開平６−１２６９５４号公報 特開２００１−１３８５２２号公報 特開２００３−１７０５８８号公報

しかしながら、吐出滴量に応じて多数のパラメータを設定し、設定したパラメータに基づいて生成した駆動波形は、複雑な波形となってしまい、そのような駆動波形を生成するためには、回路構成が複雑となると共に、駆動波形を生成する時の制御が複雑となってしまう。

このために、インクジェット記録装置の大型化やコストアップを招いてしまうという問題が生じている。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で液滴吐出ヘッドの吐出滴量の調整を可能とする液滴吐出ヘッドの駆動方法及び液滴吐出装置を提案することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、圧電素子及び液滴イジェクタが対で設けられ、圧電素子に印加される電圧変化に基づいて、液滴イジェクタに設けられているノズルから、液滴イジェクタ内の液を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、対で配置したスイッチング素子の一方をオン駆動することにより、入力される前記所定電圧の電力をオン又はオフして前記圧電素子へ出力するときに、それぞれが所定のオン抵抗である複数のスイッチング素子を並列接続して、各スイッチング素子のオン抵抗と前記圧電素子の静電容量から、並列接続したスイッチング素子から吐出滴量に応じて設定しているオン抵抗となるスイッチング素子を選択してオン駆動することにより、前記圧電素子に供給する前記電力をオン又はオフすることを特徴とする。

また、本発明は、前記スイッチング素子の並列接続を、複数のスイッチング素子対を並列接続して形成していることを特徴とする。

この発明によれば、対で配置したスイッチング素子のオン／オフ（オン駆動／オフ駆動）によって圧電素子へ出力する電力をオン／オフして圧電素子を駆動するときに、複数のスイッチング素子を並列接続し、並列接続したスイッチング素子の中から選択したスイッチング素子をオン駆動する。

圧電素子を用いてノズルから液滴を吐出するとき、吐出滴量は、圧電素子に印加する電圧のみならず、電圧の変化（立下り、立ち上がりのカーブ）によって異なり、電圧変化を調整することにより吐出滴量の調整が可能となる。

一方、スイッチング素子（半導体スイッチング素子）には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などがあるが、このようなスイッチング素子では、通電（オン駆動）したときに電気抵抗あり、また、圧電素子には、静電容量がある。

このために、スイッチング素子をオン駆動して圧電素子へ供給する電力のオン／オフを行うときに、圧電素子に印加される電圧の立ち上がりや立下りは、スイッチング素子のオン抵抗と圧電素子の静電容量の影響を受ける。

すなわち、スイッチング素子のオン抵抗Ｒと、圧電素子の静電容量Ｃから、電圧変化時の時定数τは、τ＝Ｃ・Ｒ となり、この時定数を変えることにより、吐出滴量の調整が可能となる。

また、並列接続した複数のスイッチング素子から選択したスイッチング素子をオン駆動すると、オン駆動したスイッチング素子によって電気抵抗が変化することから、時定数τを変化させることができる。

例えば、図１（Ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ_S1、Ｑ_S2の対と、スイッチング素子Ｑ_S3、Ｑ_S4の対を並列接続しているとき、例えば、スイッチング素子Ｑ_S1、Ｑ_S3の少なくとも一方をオン駆動することにより、圧電素子Ｐｚへ供給する電力をオンすることができる。このときの等価回路を図１（Ｂ）に示す。

ここで、電圧変化に影響を与えるオン抵抗は、オン駆動するスイッチング素子によって異なる。すなわち、スイッチング素子Ｑ_S1、Ｑ_S2のオン抵抗を抵抗値Ｒ_S1、スイッチング素子Ｑ_S3、Ｑ_S4のオン抵抗を抵抗値Ｒ_S3とすると、合成抵抗値Ｒsxは、表１に示す値を取り得る。

このように、２個のスイッチング素子を並列接続した時には、少なくとも２通り（Ｒ_S1＝Ｒ_S2のとき）、Ｒ_S1≠Ｒ_S2であれば、３通りの合成抵抗Ｒsxが得られ、このときには、時定数τを３通りに変化させることができる。また、圧電素子Ｐｚへ供給する電力をオフするときを含めると、圧電素子Ｐｚを駆動するときの一つの駆動パルスから６通りの駆動波形を形成することが可能となる。

ここから、吐出滴量に応じて選択するスイッチング素子を設定しておけば、吐出滴量を段階的に変化させることが可能となる。

また、吐出滴量の調整を、オン駆動するスイッチング素子を選択する制御及び、選択したスイッチング素子を駆動する制御のみの簡単な構成で行うことができる。

なお、スイッチング素子の対を並列接続するのみでなく、出力電力のオンに用いるスイッチング素子と、オフに用いるスイッチング素子の数を換えたものであっても良い。

このような本発明では、前記圧電素子へ出力する電力をオン又はオフするごとに、前記スイッチング素子を選択するものであればよい。

また、本発明では、前記圧電素子ごとに、選択する前記スイッチング素子を設定することができ、これにより、複数の液滴イジェクタの間で、吐出滴量の均一化を測るための調整を行うことができる。

また、本発明では、前記ノズルから吐出する吐出滴量に応じて設定しているオン時間及びオフ時間に基づいて前記スイッチング素子をオン駆動することができ、前記吐出滴量に応じた前記オン時間及び前記オフ時間を、前記圧電素子ごとに設定することができる。

ノズルから吐出する吐出滴量は、圧電素子を駆動するときのオン時間、オフ時間によっても調整することができ、これを組み合わせることにより、吐出滴量の大まかな調整と、細かの調整をあわせることができる。

このような本発明が適用される液滴吐出装置は、圧電素子及び液滴イジェクタが対で設けられた液滴吐出ヘッドを備え、圧電素子に印加される電圧を変化させることにより、該液滴イジェクタに設けられているノズルから液滴イジェクタ内の液を吐出する液滴吐出装置であって、複数対のスイッチング素子を並列接続して形成され、対で配置される一方のスイッチング素子のオン駆動によって、前記圧電素子へ供給する電力をオン又はオフするドライバ回路と、前記スイッチング素子ごとのオン抵抗、前記圧電素子の静電容量及び前記ノズルから吐出する吐出滴量に基づいてオン駆動するスイッチング素子を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択した前記スイッチング素子をオン駆動する駆動制御手段と、を含むものであればよく、また、前記駆動制御手段が、前記ノズルから吐出する吐出滴量に応じて設定しているオン時間及びオフ時間に基づいて前記スイッチング素子をオン駆動することがより好ましい。

以上説明したように本発明によれば、複数のスイッチング素子を並列接続して、並列接続したスイッチング素子から選択したスイッチング素子を用いて圧電素子を駆動可能としているので、複雑ハードウェアを用いたり、複雑な制御を行うことなく、吐出滴量の調整が可能となるという優れた効果が得られる。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図２には、本実施の形態に液滴吐出装置として適用した液滴吐出記録装置であるインクジェット記録装置１０の概略構成を示している。

本実施の形態に適用したインクジェット記録装置１０は、吐出液として、例えば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）及びＫ（ブラック）の少なくとも４色のインクを用い、画像データに応じて各色のインクを記録用紙に吐出して印字することにより、画像データに応じた画像を記録用紙に形成する。なお、各色のインクの吐出機構の基本構成は同じであり、以下では、１色分の構成を例に説明する。また、画像形成に用いるインクの色及び色数は、これに限るものではなく、４色以上の色を使用するときには、その色数分の吐出機構を用いればよい。

インクジェット記録装置１０は、液滴吐出ヘッドとしてインクジェット記録ヘッド１２及び、インクジェット記録ヘッド１２を用いたインク滴の吐出を制御するコントローラ１４を備えている。また、インクジェット記録装置１０は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの画像処理装置から、画像データが入力される。

図３には、インクジェット記録装置１０に適用可能なインクジェット記録ヘッド１２の一例を示している。インクジェット記録ヘッド１２は、記録用紙（図示省略）の最大幅に対応する長さに設定されたヘッドバー１６を備え、ヘッドバー１６に複数のヘッドユニット１８が個別に固定されて一列に配置されている。

図４に示すように、各ヘッドユニット１８には、略平行四辺形部分に、液滴イジェクタ群からなる２つのイジェクタ基体２０Ａ、２０Ｂ（以下、総称するときはイジェクタ基板２０とする）が配設されている。

イジェクタ基体２０（２０Ａ、２０Ｂ）には、多数の液滴イジェクタ（図３では、図示省略）が二次元配置されており、各液滴イジェクタに一つずつ設けられているノズル２２が、イジェクタ基体２０に対応するヘッドユニット１８の表面に形成されている。なお、イジェクタ基体２０は、例えば、５１２個の液滴イジェクタを３２段に２次元配置して、左右で非対称となっており、インクジェット記録ヘッド１２では、全部の液滴イジェクタを駆動して１ラインを印字するときに、重ならないようなノズル２２の配置となっている。

これにより、インクジェット記録装置１０では、インクジェット記録ヘッド１２を走査移動させることなく記録用紙の全幅に印字可能であり、インクジェット記録ヘッド１２の下（ノズル２２側）を記録用紙が１回通過するだけで、該記録用紙の全面への印字が完了する構成としている。なお、本発明が適用される液滴吐出ヘッドの構成は、これに限るものではなく、任意の構成を適用することができる。

一方、図２に示すように、インクジェット記録装置１０のインクジェット記録ヘッド１２には、インク液を吐出するアクチュエータとして圧電素子２４及び液滴イジェクタ２６が設けられている。前記した如く、イジェクタ基板２０（図３、図４参照）には、多数の液滴イジェクタ２６が配列されている。

圧電素子２４は、印加された電圧によって変形し、液滴イジェクタ２６の図示しない圧力発生室の壁面の一部を形成している振動板を振動させる。液滴イジェクタ２６は、この振動板の振動によって圧力発生室の膨張、収縮がなされることにより、圧力発生室内のインクの液滴をノズル２２から吐出する。

また、インクジェット記録ヘッド１２には、イジェクタ基板２０の各々に対応して駆動ＩＣ（Integrated Circuit）などを用いて形成した駆動回路２８が設けられている。

コントローラ１４は、駆動回路２８のそれぞれに、クロック信号、画像データに応じた印刷データ及びラッチ信号と共に、波形信号を出力する。また、駆動回路２８のそれぞれには、図示しない電源から所定電圧の電力が供給されるようになって、コントローラ１４は、駆動回路２８から圧電素子２４へ出力する電力制御を行うことにより、インクジェット記録ヘッド１２の吐出液滴を制御して、画像データに応じた画像を記録用紙に形成する。

駆動回路２８には、選択回路３０及びドライバ回路３２が形成されており、コントローラ１４から出力される駆動信号が選択回路３０に入力される。選択回路３０は、この制御信号に基づいた選択信号をドライバ回路３２へ出力する。また、ドライバ回路３２には、図示しない電源から所定電圧（以下、電圧ＨＶとする）の電力が入力される。

これにより、ドライバ回路３２は、供給される電力を選択信号に応じてオン／オフしながら圧電素子２４へ出力する。液滴イジェクタ２６は、ドライバ回路３２から入力される電力によって圧電素子２４が駆動されることにより、液滴を吐出するようになっている。

なお、クロック信号、画像データに応じた印刷データ、ラッチ信号及び波形信号等を含む制御信号に基づいた各液滴イジェクタ２６からの液滴吐出の基本的構成は、従来公知の構成を適用でき、ここでは、詳細な説明を省略する。

ところで、インクジェット記録装置１０では、圧電素子２４を駆動するときの駆動波形として、ドライバ回路３２に入力される電圧ＨＶの電力をオン／オフするようになっており、これによりドライバ回路３２から出力される駆動波形で圧電素子２４を駆動するようにしている。

すなわち、インクジェット記録装置１０では、圧電素子２４の駆動波形として略矩形形状のパルス信号を用いるようにしている。

また、インクジェット記録装置１０では、この駆動波形のパルス数、パルス幅（オン時間）、パルス間隔（オフ時間）を制御することにより、液滴イジェクタ２６のノズル２２から吐出する液滴）インク液滴）の量（吐出滴量）を変化させるようにしている。

図５には、駆動回路２８で、コントローラ１４から入力される制御信号に基づいて、圧電素子２４の駆動波形を生成するための選択回路３０の要部と、ドライバ回路３２の概略構成を示している。

本実施の形態に適用したドライバ回路３２では、一例として、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇と、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチング素子Ｑ₂、Ｑ₄、Ｑ₆、Ｑ₈を備えている（以下、総称するときには、スイッチング素子Ｑとする）。なお、本実施の形態では、スイッチング素子としてＰ−ＭＯＳＦＥＴとＮ−ＭＯＳＦＥＴを用いて説明するが、スイッチング素子は、これに限らず、任意の構成の半導体素子を用いることができる。

また、ドライバ回路３２では、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₂による対、スイッチング素子Ｑ₃、Ｑ₄による対、スイッチング素子Ｑ₅、Ｑ₆による対及び、スイッチング素子Ｑ₇、Ｑ₈による対が、並列接続されている。なお、ここでは、一例として４対のスイッチング素子を用いて説明するが、本発明は、少なくとも２対以上のスイッチング素子を並列接続したものであれば良い。

このドライバ回路３２には、圧電素子２４を駆動する電圧ＨＶの電力が入力されるようになっており、ドライバ回路３２では、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₈を選択的にオン／オフ駆動することにより、電圧ＨＶの電力をオン／オフしながら圧電素子３２に供給可能となっている。

一方、選択回路３０には、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₈のそれぞれに対して、ＡＮＤ回路３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ、３４Ｅ、３４Ｆ、３４Ｇ、３４Ｈ（以下、総称するときは、ＡＮＤ回路３４とする）が形成されている。

ＡＮＤ回路３４のそれぞれの一方の入力端子には、圧電素子２４をオン／オフする駆動信号Ｓ_ONが入力されるようになっている。また、ＡＮＤ回路３４の他方の入力端子には、駆動するスイッチング素子Ｑを選択する選択信号Ｓが入力されるようになっている。

すなわち、ＡＮＤ回路３４Ａ、３４Ｃ、３４Ｅ、３４Ｇには、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇をオン駆動するときの選択信号Ｓ_P1、Ｓ_P2、Ｓ_P3、Ｓ_P4が入力され、ＡＮＤ回路３４Ｂ、３４Ｄ、３４Ｆ、３４Ｈには、スイッチング素子Ｑ₂、Ｑ₄、Ｑ₆、Ｑ₈をオン駆動するときの選択信号Ｓ_N1、Ｓ_N2、Ｓ_N3、Ｓ_N4が入力される。なお、以下では、選択信号Ｓ_P1〜Ｓ_P4、Ｓ_N1〜Ｓ_N4を総称するときに選択信号Ｓとする。

ＡＮＤ回路３４は、駆動信号Ｓ_ONがオンした時に、選択信号Ｓがオンしていることにより、ＯＮ信号を出力して、該当スイッチング素子Ｑをオン駆動するようにしている。

一方、選択回路３０では、コントローラ１４（図２参照）から入力される制御信号に基づいて、駆動信号Ｓ_ONを生成すると共に、選択信号Ｓを生成し、生成した駆動信号Ｓ_ONおよび選択信号Ｓが、ＡＮＤ回路３４に入力されるようにしている。

制御信号には、クロック信号やラッチ信号などの同期用信号と共に、画像データを二次元的に展開した印刷データ及び、駆動波形を波形信号が含まれるようになっており、選択回路３０では、この制御信号に基づいて駆動信号ＳＯＮを生成する。

図６には、駆動信号Ｓ_ONの概略を示している。インクジェット記録装置１０では、吐出滴量の調整パラメータとして、パルスのオン時間であるパルス幅Ｐｗ、オフ時間であるパルス間隔Ｐｄ及びパルス数を用いている。

例えば、吐出滴量を少なくするとき（小滴を吐出するときなど）には、オンパルスＰ_ONのパルス幅Ｐｗを狭めてオン時間を短くすると共に、前後のパルスとの間隔であるパルス間隔Ｐｄを狭くするようにしている。

選択回路３０では、制御信号に基づいてパルス数、パルス幅Ｐｗ、パルス間隔Ｐｄを設定し、所定のタイミングでＡＮＤ回路３４へ出力するようになっており、ドライバ回路３２では、この駆動信号Ｓ_ONに応じてスイッチング素子Ｑを駆動することにより、駆動信号ＳＯＮに応じた駆動波形を出力する。

これと共に、インクジェット記録装置１０では、吐出液滴の調整に、スイッチング素子Ｑを用いるようにしている。

このスイッチング素子Ｑには、通電するときの電気抵抗（オン抵抗）があり、また、圧電素子２４には、静電容量がある。ここから、圧電素子２４に印加される駆動波形は、スイッチング素子Ｑのオン抵抗と圧電素子２４の静電容量に応じて、立下り時及び立ち上がり時が変化する。

すなわち、スイッチング素子Ｑのオン抵抗と、圧電素子２４の静電容量によって、駆動波形が変化するときの時定数が定まる。例えば、駆動波形で、立下り時の時定数が大きく、電圧の下降度合いが緩やかになると、急激に下降するときに比べて、吐出滴量が少なくなる。

ドライバ回路３２では、複数のスイッチング素子Ｑを並列に接続し、それぞれが個別にオン駆動可能となっており、少なくとも一つのスイッチング素子Ｑをオン駆動させることにより、圧電素子２４の駆動波形のオン又はオフが可能となっている。

ここで、インクジェット記録装置１０では、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇及びスイッチング素子Ｑ₂、Ｑ₄、Ｑ₆、Ｑ₈のそれぞれの間で、オン抵抗に基づいて、時定数を選択可能となるように組み合わせが設定されている。

これにより、インクジェット記録装置１０では、圧電素子２４を駆動するときのスイッチング素子Ｑを選択することより、駆動波形の立ち上がり及び立下りを変化されることにより、吐出滴量の調整を行うようにしている。

選択回路３０では、波形信号に基づいて駆動信号Ｓ_ONを生成すると共に、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₈に対する選択信号Ｓ_P1〜Ｓ_P4、Ｓ_N1〜Ｓ_N4を生成して、生成した選択信号Ｓ_P1〜Ｓ_P4、Ｓ_N1〜Ｓ_N4を、対応するＡＮＤ回路３４Ａ〜３４Ｇへ出力するようにしている。

これにより、駆動回路２８では、ドライバ回路３２に駆動信号Ｓ_ONが入力されたときに、選択信号Ｓ_P1〜Ｓ_P4、Ｓ_N1〜Ｓ_N4に基づいてスイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₈の何れかがオン駆動して、吐出滴量に応じた駆動波形の電力を、圧電素子２４へ出力するようになっている。

このように構成されているインクジェット記録装置１０では、画像処理装置などから印刷すべき画像データが入力されると、例えばＲＩＰ処理を行うことにより、画像データを二次元的に展開して記録用紙１ページ分ずつの印刷データを生成する。

この後、コントローラ１４は、印刷データを、インクジェット記録ヘッド１２のイジェクタ基板２０ごとに分割し、イジェクタ基板２０ごとの駆動回路２８にシリアル出力する。

これと共にコントローラ１４では、所定のタイミングでラッチ信号及び、画像データに基づいた駆動波形の波形信号を駆動回路２８へ出力する。駆動回路２８では、これらの制御信号が入力されることにより、入力された制御信号に基づいて、ドライバ回路３２のスイッチング素子Ｑを駆動し、電圧ＨＶの電力をオン／オフした所定の駆動波形の電力を、圧電素子２４へ出力する。

これにより、インクジェット記録ヘッド１２の各ノズルから、印刷データに応じた滴量のインク液滴を吐出し、記録用紙に、画像データに応じた画像を１ライン分ずつ形成する。

ところで、インクジェット記録装置１０では、複数のスイッチング素子Ｑを並列接続したドライバ回路３２を設け、選択回路３０から出力するパルス状の駆動信号Ｓ_ONと、スイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₈の選択信号Ｓによって、インクジェット記録ヘッド１２のノズル２２から吐出するインクの滴量を制御するようにしている。

ここで、複数のスイッチング素子Ｑを用いて吐出滴量の調整を説明する。

ドライバ回路３２には、オン抵抗の抵抗値が既知のスイッチング素子Ｑ₁〜Ｑ₈を用いており、ドライバ回路３２では、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇の中から選択したスイッチング素子Ｑ及び、スイッチング素子Ｑ₂、Ｑ₄、Ｑ₆、Ｑ₈の中から選択したスイッチング素子Ｑを用いて駆動波形のオン／オフを行うようになっている。

また、選択するスイッチング素子Ｑは、駆動波形のオン／オフごとに切換えることができる。

ここで、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₂のオン抵抗を抵抗値Ｒ₁、スイッチング素子Ｑ₃、Ｑ₄のオン抵抗を抵抗値Ｒ₂、スイッチング素子Ｑ₅、Ｑ₆のオン抵抗を抵抗値Ｒ₃、スイッチング素子Ｑ₇、Ｑ₈のオン抵抗を抵抗値Ｒ４とすると、駆動波形を立ち上げるとき（オン時）には、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇が用いられ、駆動波形を立ち下げるとき（オフ時）には、スイッチング素子Ｑ₂、Ｑ₄、Ｑ₆、Ｑ₈が用いられ、立ち下げ時を例にとると、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇から選択した少なくとも一つのスイッチング素子Ｑを用いることができる。

このために、時定数に影響を与える抵抗値は、選択したスイッチング素子Ｑの組み合わせによって異ならせることができる。なお、ここでは、対となるスイッチング素子Ｑの抵抗値を同じにして説明しているが、それぞれ異なる抵抗値であっても良い。

すなわち、オン駆動するスイッチング素子Ｑの合成抵抗を抵抗値Ｒｘ、圧電素子２４の静電容量を静電容量Ｃとすると、時定数τは、
τ＝Ｒｘ・Ｃ
となる。

また、例えば、スイッチング素子Ｑ₁のみをオン駆動したときの抵抗値Ｒｘは、Ｒｘ＝Ｒ₁となるが、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇の全てを選択してオン駆動したときの抵抗値Ｒｘは、
Ｒｘ＝１／（１／Ｒ₁＋１／Ｒ₂＋１／Ｒ₃＋１／Ｒ₄）
となる。

これにより、選択するスイッチング素子Ｑの組み合わせから、時定数τを複数段階に設定することができる。

このようにして設定しているスイッチング素子Ｑの組み合わせから、波形信号などに基づいて、オン駆動するスイッチング素子Ｑの組み合わせを選択することにより、波形信号に基づいた吐出滴量の調整を行うことができる。

ここで、圧電素子２４の静電容量ＣをＣ＝５００ｐＦ、抵抗値Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄のそれぞれを、Ｒ₁＝１ｋΩ、Ｒ₂＝２ｋΩ、Ｒ₃＝２ｋΩ、Ｒ₄＝４ｋΩとして、図７を参照しながら、具体的に説明する。

図７に示す駆動信号Ｓ_ONでは、時間ｔ₁、ｔ₃でオンし、時間ｔ₂、ｔ₄でオフするようにし（０＜ｔ₁＜ｔ₂＜ｔ₃＜ｔ₄）としており、これにより、圧電素子２４に印加する駆動波形（ＯＵＴ）は、時間ｔ₁、ｔ₃で立下り（オフ）、時間ｔ₂、ｔ₄で立ち上がる（オン）。

このとき、最初に時間ｔ₁で駆動波形をオフするときに、スイッチング素子Ｑ₂のみを用いるようにすると、時間ｔ₁に先立ってスイッチング素子Ｑ₂に対する選択信号Ｓ_N1をオンし、スイッチング素子Ｑ₄、Ｑ₆、Ｑ₈に対する選択信号Ｓ_N2、Ｓ_N3、Ｓ_N4をオフしておく。

これにより、駆動信号ＳＯＮがオンしたときにスイッチング素子Ｑ２がオンして、駆動波形ＯＵＴが電圧ＨＶから下降する。

このときの時定数τ₁は、
τ₁＝Ｒ１・Ｃ
＝１×１０³×５００×１０^-12
＝０．５×１０^-6（sec）（＝０．５μsec）
となる。

また、時間ｔ₂で、スイッチング素子Ｑ₁、Ｑ₃、Ｑ₅、Ｑ₇を用いて駆動波形をオンするときには、選択信号Ｓ_P1、Ｓ_P2、Ｓ_P3、Ｓ_P4をオンする。

これにより、立ち上げ時の時定数τ₂は、
τ₂＝Ｒｘ・Ｃ
＝１／｛１／（１×１０³）＋１／（１×１０³）＋１（１×１０³）＋１（１×１０³）｝×５００×１０^-12
≒０．２２×１０^-6（sec）（＝０．２２μsec）
となる。

次に、時間ｔ₃で、スイッチング素子Ｑ₄、Ｑ₆を用いて駆動波形をオフするときには、選択信号Ｓ_N2、Ｓ_N3をオンする。

これにより、立ち下げ時の時定数τ₃は、
τ₃＝Ｒｘ・Ｃ
＝１／｛１／（２×１０³）＋１／（２×１０³）｝×５００×１０^-12
＝０．５×１０^-6（sec）（＝０．５μsec）
となる。

さらに、時間ｔ₄で、スイッチング素子Ｑ５を用いて駆動波形をオンするときには、選択信号Ｓ_P3をオンする。

これにより、立ち下げ時の時定数τ₄は、
τ₄＝Ｒｘ・Ｃ
＝１／｛１／（２×１０³）｝×５００×１０^-12
＝１×１０^-6（sec）（＝１μsec）
となる。

圧電素子２４へ出力される駆動波形ＯＵＴは、駆動信号ＳＯＮと共に、これらの時定数τ１、τ２、τ３、τ４に応じて変化し、この駆動波形によって圧電素子２４が駆動されることにより、駆動波形に応じた吐出滴量でインクが吐出される。

このように、複数のスイッチング素子Ｑを並列接続して形成しているドライバ回路３２を用いた駆動回路２８では、オン駆動するスイッチング素子Ｑ又はスイッチング素子Ｑの組み合わせによって、圧電素子２４へ出力する駆動波形の立ち上げ、立下りを変化させることができる。

このとき、駆動波形の立ち上がりごと、立下りごとに異なる時定数τの設定が可能となるので、駆動波形を多彩に変化させることができるので、所望の吐出滴量が得られる駆動波形の生成が可能となる。

これにより、インクジェット記録ヘッド１２のノズルから吐出するインクの吐出滴量の調整（機差調整）を行うことができる。

また、インクジェット記録装置１０では、駆動波形の時定数を変更できることにより、パルス幅、パルス間隔、パルス数などによる吐出滴量の調整と合わせて行うことにより、吐出滴量の調整を細かく行うことができる。このとき、駆動用のパルス（駆動信号Ｓ_ON）と時定数τを合わせてノズル２２ごとの機差調整を行うことも可能である。

また、インクジェット記録装置１０では、立ち上がり、立下りを変化させた多彩な駆動波形を生成するときに、スイッチング素子Ｑをオン／オフ駆動するパルス状の選択信号Ｓを用いるので、簡単なハードウェア構成で、かつ、簡単な制御で達成できるので、記録用紙の幅方向に沿って多数のノズルを配置したインクジェット記録ヘッド１２を用いたときにも、装置の大型化やコストアップを防止することができる。

一方、インクジェット記録装置１０では、圧電素子２４ごとに駆動波形の調整を行うことができるので、例えば、インクジェット記録ヘッド１２に設けている多数のノズル２２の吐出滴量を均一にするための、ノズル２２ごとの吐出滴量の補正に用いることができる。

すなわち、圧電素子２４や液滴イジェクタ２６の特性の差から、同じ駆動波形でも、ノズル２２からの吐出滴量に差が生じることがある。このときに、圧電素子２４ごとに駆動波形の時定数を変更して、複数の圧電素子２４の間で吐出滴量が均一となるように補正を行うことができる。

これにより、インクジェット記録ヘッド１２からインクの吐出ムラをなくして、高品質の画像形成が可能となるようにすることができる。

なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本実施の形態では、４対のスイッチング素子Ｑを並列接続したドライバ回路３２を用いて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、一対のスイッチング素子の少なくとも一方に、少なくとも一つのスイッチング素子を並列接続したものであればよく、好ましくは、１対以上のスイッチング素子を並列接続した構成を適用したものであれば良い。

また、選択手段としては、選択回路３０に限らず、任意の構成を適用することができる。

さらに、本実施の形態では、電圧ＨＶの駆動波形を出力するように説明したが、出力する駆動波形の電圧は、２段階以上に変化するものであればよい。そのときには、電圧ごとにスイッチング素子を並列接続したドライバ回路を設ければ良く、これにより、簡単な構成のハードウェアと制御によって複雑な駆動波形も生成することが可能となる。

なお、以上説明した本実施の形態では、液滴吐出装置として、吐出液滴によって記録用紙などに画像を形成する液滴吐出記録装置であるインクジェット記録装置１０を例に説明した、本発明は、これに限らず、任意の構成のインクジェット記録装置などの液滴吐出記録装置に適用することができる。また、本発明は、液滴吐出記録装置に限らず、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた任意の構成の液滴吐出装置に適用することができる。

（Ａ）は本発明の基本構成の一例を示す概略回路図、（Ｂ）は（Ａ）の概略等価回路図である。 本実施の形態に適用したインクジェット記録装置の要部の概略構成図である。 インクジェット記録ヘッドの一例を示す要部の概略斜視図である。 インクジェット記録ヘッドに設けるヘッドユニットの一例を示す要部の概略構成図である。 本実施の形態に適用した選択回路の要部とドライバ回路の一例を示す概略構成図である。 駆動信号の一例を示す概略線図である。 駆動信号及び選択信号と、これに基づいた駆動波形の一例を示す線図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
１２ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１４ コントローラ（選択手段、駆動制御手段）
２０（２０Ａ、２０Ｂ） イジェクタ基板
２２ ノズル
２４ 圧電素子
２６ 液滴イジェクタ
２８ 駆動回路
３０ 選択回路（選択手段、駆動制御手段）
３２ ドライバ回路
３４（３４Ａ〜３４Ｈ） ＡＮＤ回路（選択手段）
Ｑ（Ｑ₁〜Ｑ₈） スイッチング素子

Claims (8)

1. 圧電素子及び液滴イジェクタが対で設けられ、圧電素子に印加される電圧変化に基づいて、液滴イジェクタに設けられているノズルから、液滴イジェクタ内の液を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
   対で配置したスイッチング素子の一方をオン駆動することにより、入力される前記所定電圧の電力をオン又はオフして前記圧電素子へ出力するときに、それぞれが所定のオン抵抗である複数のスイッチング素子を並列接続して、
   各スイッチング素子のオン抵抗と前記圧電素子の静電容量から、並列接続したスイッチング素子から吐出滴量に応じて設定しているオン抵抗となるスイッチング素子を選択してオン駆動することにより、
   前記圧電素子に供給する前記電力をオン又はオフすることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
2. 前記スイッチング素子の並列接続を、複数のスイッチング素子対を並列接続して形成してい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方法。
3. 前記圧電素子へ出力する電力をオン又はオフするごとに、前記スイッチング素子を選択することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
4. 前記圧電素子ごとに、選択する前記スイッチング素子を設定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
5. 前記ノズルから吐出する吐出滴量に応じて設定しているオン時間及びオフ時間に基づいて前記スイッチング素子をオン駆動することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
6. 前記吐出滴量に応じた前記オン時間及び前記オフ時間を、前記圧電素子ごとに設定してい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方法。
7. 圧電素子及び液滴イジェクタが対で設けられた液滴吐出ヘッドを備え、圧電素子に印加される電圧を変化させることにより、該液滴イジェクタに設けられているノズルから液滴イジェクタ内の液を吐出する液滴吐出装置であって、
   複数対のスイッチング素子を並列接続して形成され、対で配置される一方のスイッチング素子のオン駆動によって、前記圧電素子へ供給する電力をオン又はオフするドライバ回路と、
   前記スイッチング素子ごとのオン抵抗、前記圧電素子の静電容量及び前記ノズルから吐出する吐出滴量に基づいてオン駆動するスイッチング素子を選択する選択手段と、
   前記選択手段によって選択した前記スイッチング素子をオン駆動する駆動制御手段と、
   を含むことを特徴とする液滴吐出装置。
8. 前記駆動制御手段が、前記ノズルから吐出する吐出滴量に応じて設定しているオン時間及びオフ時間に基づいて前記スイッチング素子をオン駆動することを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出装置。

Images