JP2014073678A - 液体吐出ヘッドの制御方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、印字開始時、印字終了時の圧電素子の電位変動を緩やかにしてヘッドから液滴が吐出されることを防止できる画像形成装置の提供。
【解決手段】ヘッド駆動回路７００の第１スイッチ素子７０１に対して給電する給電部７０３を備え、給電部７０３は、一方が電源Ｖｃｃに接続された第３スイッチ素子７１１と、一方がグランドに接続された第４スイッチ素子７１２とを有し、第３スイッチ素子７１１の他方及び第４スイッチ素子７１２の他方は、いずれも、第１スイッチ素子７０１への給電路７０４に接続され、給電路７０４とグランドとの間にはコンデンサ７１３が接続され、印字開始時には第３スイッチ素子７１１を介して圧電素子１２１Ａへの充電を行い、印字終了時には第４スイッチ素子７１２を介して圧電素子１２１Ａからの放電を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は液体吐出ヘッドの制御方法及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。

液体吐出ヘッドとしては、例えば、液滴を吐出するノズルと、ノズルが通じる圧力発生室と、圧力発生室内の液体を加圧して液滴を吐出させる圧力を発生する圧電素子とを有する圧電型ヘッドが知られている。

このような圧電型ヘッドの駆動回路としては、例えば、オン抵抗の異なる複数のスイッチング素子対を備えて、印字時に選択することで滴吐出量の制御を行うもの（特許文献１）、圧電素子の充放電時に充放電スイッチを繰り返しオン／オフ制御して段階的に圧電素子の電位の立ち上げ及び立ち下げを行うもの（特許文献２）などが知られている。

特開２００６−２５５９７７号公報 特開２００８−１３２６５７号公報

ところで、従前の液体吐出ヘッドの制御方法では、印字開始時及び印字終了時における圧電素子の電位の立ち上げ／下げを、印字時と同様に圧電素子を充放電することにより行っている。

しかしながら、印字時の圧電素子の電位変動は急峻であり、ヘッドのノズルのメニスカスが大きく変動するため、非印字動作時にもかかわらず、ヘッドから液滴が吐出されることがあるという問題がある。

そこで、上記問題に対し、電位変動を制御するための回路を駆動回路部に別途設ける、或いは、充放電のスイッチング制御を高速化することが行われる。

しかしながら、回路を追加することによって駆動回路のコストが高くなり、また、電位変動を緩やかにするようなスイッチング制御は非常に高速であるため、実現が困難であるという課題が生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、印字開始時、印字終了時の圧電素子の電位変動を緩やかにしてヘッドから液滴が吐出されることを防止することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出するノズルと、前記ノズルから前記液滴を吐出させる圧力を発生する圧電素子とを有する液体吐出ヘッドと、
前記圧電素子に対する充電路を開閉する第１スイッチ素子と、前記圧電素子からの放電路の開閉を行う第２スイッチ素子と、を有するヘッド駆動回路と、
前記ヘッド駆動回路の前記第１スイッチ素子に対して給電する給電手段と、を備え、
前記給電手段は、
一方が電源に接続された第３スイッチ素子と、一方がグランドに接続された第４スイッチ素子と、を有し、
前記第３スイッチ素子の他方及び前記第４スイッチ素子の他方は、いずれも、前記ヘッド駆動回路の前記第１スイッチ素子への給電路に接続され、
前記給電路とグランドとの間には、コンデンサが接続され、
印字開始時には、前記給電手段の前記第３スイッチ素子を介して前記圧電素子への充電を行い、
印字終了時には、前記給電手段の前記第４スイッチ素子を介して前記圧電素子からの放電を行う
構成とした。

本発明によれば、印字開始時、印字終了時の圧電素子の電位変動を緩やかにしてヘッドから液滴が吐出されることを防止することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例の全体構成を説明する概略構成図である。 同装置の模式的平面説明図である。 同装置のヘッドユニット（ヘッドアレイ）の平面説明図である。 液体吐出ヘッドの一例のノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向に沿う方向の断面説明図である。 同装置の制御部のブロック説明図である。 本発明の一実施形態における１つのノズルに対するヘッド駆動回路及び給電部（給電手段）を説明する回路図である。 ヘッド駆動回路による圧電素子に対する充放電動作の説明に供する説明図である。 同じく圧電素子の電位の変化及び駆動パルス信号の一例を説明する説明図である。 同実施形態の作用説明に供する各部の波形の一例を示す説明図である。 同じく印字開始時の充電経路を説明する説明図である。 同じく印字動作時の充放電経路を説明する説明図である。 同じく印字終了時の放電経路を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る画像形成装置の一例について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同画像形成装置の全体構成を説明する概略構成図、図２は同装置の模式的平面説明図、図３は同装置のヘッドユニット（ヘッドアレイ）の平面説明図である。

この画像形成装置はライン型画像形成装置であり、用紙１に画像を形成する画像形成部２と、用紙１を画像形成部２に対向して搬送する搬送部３と、画像形成部２の維持回復を行うメンテナンス部４Ａ、４Ｂと、図示しないが、用紙１を給紙する給紙部及び画像が形成された用紙１を排紙する排紙部などを備えている。

画像形成部２は、ヘッドアレイである黒ヘッド（モノクロヘッド）部２１Ａ及びフルカラーヘッド部２１Ｂ（区別しないときは「ヘッド部２１」という。以下、他の部材についても同様とする。）を備えている。これらの黒ヘッド部２１Ａ及びフルカラーヘッド部２１Ｂは、それぞれ、アレイベース部材２３に１０個の液体吐出ヘッド１０を５個ずつ千鳥状に配置して１ライン分のノズル列を構成している。

ここで、液体吐出ヘッド１０としては、複数のノズルを配列した４つのノズル列１１を有している。そして、黒ヘッド部２１Ａは、いずれのノズル列１１もブラック（Ｋ）の液滴を吐出することでモノクロ画像を形成する。フルカラーヘッド部２１Ｂは、４つのノズル列１１で、ブラック（Ｋ），シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出することでフルカラー画像を形成する。

搬送部３は、駆動ローラ３１と従動ローラ３２と、これらのローラ３１、３２間に掛け回された無端状の搬送ベルト３３とを備えている。この搬送ベルト３３としては、複数の吸引穴を形成してエアー吸引で用紙１を吸着する吸引ベルト、あるいは、静電力で用紙１を吸着する静電ベルトなどを使用することができる。

メンテナンス部４Ａ、４Ｂは、黒ヘッド部２１Ａ、フルカラーヘッド部２１Ｂの各ヘッド１００のノズル面をキャッピングするキャップ部材やノズル面を払拭するワイパ部材などを有している。

ここでは、黒ヘッド部２１Ａ及びフルカラーヘッド部２１Ｂは、それぞれ上下方向に移動可能に配置され、メンテナンス部４Ａ、４Ｂは搬送方向に沿う方向に移動可能に配置されている。

そして、キャッピング時には、黒ヘッド部２１Ａ、フルカラーヘッド部２１Ｂが上方向に上昇して、その下方にメンテナンス部４Ａ、４Ｂが入り込むことでキャッピングを行う。画像形成時には、メンテナンス部４Ａ、４Ｂが黒ヘッド部２１Ａ、フルカラーヘッド部２１Ｂの下方から退避移動し、黒ヘッド部２１Ａ、フルカラーヘッド部２１Ｂが下方向に移動する。なお、図１では黒ヘッド部２１Ａはキャッピング位置を、フルカラーヘッド部２１Ｂは画像形成位置で図示している。

次に、液体吐出ヘッド１０の一例について図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドのノズル配列方向に沿う方向の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路板１０１と、この流路板１０１の下面に接合した振動板１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを接合して積層している。

これらによって、液滴（インク滴）を吐出するノズル１０４が通じる流路である通路１０５及び圧力発生室１０６、圧力発生室１０６に流体抵抗部（供給路）１０７を通じてインクを供給するための共通液室１０８に通じるインク供給口１０９などを形成している。各圧力発生室１０６は隔壁１０６ａによって隔てられている。

また、振動板１０２を変形させて圧力発生室１０６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての２個（図３では１列のみ図示）の積層型圧電部材１２１と、この圧電部材１２１を接合固定するベース基板１２２とを備えている。

この圧電部材１２１には、分割しないスリット加工で溝を形成することで複数の圧電柱１２１Ａ、１２１Ｂを形成している。この例では、圧電柱１２１Ａは駆動波形を印加する駆動圧電柱とし、圧電柱１２１Ｂは駆動波形を印加しない非駆動圧電柱としている。また、圧電部材１２１の駆動圧電柱１２１Ａには図示しない駆動回路（駆動ＩＣ）を搭載したＦＰＣケーブル１２６を接続している。

そして、振動板１０２の周縁部をフレーム部材１３０に接合し、このフレーム部材１３０には、圧電部材１２１及びベース基板１２２などで構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部及び共通液室１０８となる凹部、この共通液室１０８に外部からインクを供給するための液体供給口であるインク供給穴１３２を形成している。

ここで、流路板１０１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、通路１０５、圧力発生室１０６となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。

振動板１０２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他、金属板や金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板１０２に圧電部材１２１の圧電柱１２１Ａ、１２１Ｂを接着剤接合し、更にフレーム部材１３０を接着剤接合している。

ノズル板１０３は各圧力発生室１０６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１０４を形成し、流路板１０１に接着剤接合している。このノズル板１０３は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。

圧電部材１２１は、圧電材料１５１と内部電極１５２とを交互に積層した積層型圧電素子（ここではＰＺＴ）である。この圧電部材１２１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１５２には個別電極１５３及び共通電極１５４が接続されている。

なお、この実施形態では、圧電部材１２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて圧力発生室１０６内インクを加圧する構成としているが、圧電部材１２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて圧力発生室１０６内インクを加圧する構成とすることもできる。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動圧電柱１２１Ａに印加する電圧を基準電位Ｖｅから下げることによって駆動圧電柱１２１Ａが収縮し、振動板１０２が下降して圧力発生室１０６の体積が膨張することで、圧力発生室１０６内にインクが流入する。その後、駆動圧電柱１２１Ａに印加する電圧を上げて駆動圧電柱１２１Ａを積層方向に伸長させ、振動板１０２をノズル１０４方向に変形させて圧力発生室１０６の体積を収縮させることにより、圧力発生室１０６内のインクが加圧され、ノズル１０４からインク滴が吐出（噴射）される。

そして、駆動圧電柱１２１Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板１０２が初期位置に復元し、圧力発生室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０８から圧力発生室１０６内にインクが充填される。そこで、ノズル１０４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行うこともできる。

なお、液体吐出ヘッドとしては、上述したように圧力発生手段として圧電素子を使用する圧電型ヘッドに限らず、発熱抵抗体を使用するサーマルヘッド、振動板と対向電極を使用する静電型ヘッドなどを使用することもできる。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図６を参照して説明する。図６は同制御部のブロック説明図である。

この制御部５００は、この装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムなどの固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ５０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ５０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５とを備えている。

また、黒ヘッド部２１Ａ、２１Ｂを駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号発生手段を含む印刷制御部５０８Ａ，５０８Ｂと、黒ヘッド部２１Ａ、２１Ｂの各ヘッド１０を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９Ａ，５０９Ｂと、搬送ベルト３３を周回移動させる用紙送りモータ５３０などを駆動するためのモータ駆動部５１０などを備えている。

また、この制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５１４が接続されている。

この制御部５００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を持っていて、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト６００側から、ケーブル或いはネットワークを介してＩ／Ｆ５０６で受信する。

そして、制御部５００のＣＰＵ５０１は、Ｉ／Ｆ５０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ５０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、この画像データを印刷制御部５０８からヘッドドライバ５０９に転送する。なお、画像を出力するためドットパターンデータの生成（本発明に係るデータ又は画像データの生成）はホスト６００側のプリンタドライバ６０１で行なうことも、制御部５００で行なうこともできる。

印刷制御部５０８は、上述した画像データをシリアルデータで転送するとともに、この画像データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、制御信号などをヘッドドライバ５０９に出力する。また、ＲＯＭに格納されている駆動パルス信号のパターンデータに基づきパルス信号を生成し、ヘッドドライバ５０９に対して出力する

ヘッドドライバ５０９は、ヘッド部２１の１ライン分に相当する画像データに基づいて印刷制御部５０８から与えられる駆動パルス信号を選択して吐出パルスを生成し、ヘッド１０の液滴を吐出させるエネルギーを発生する圧力発生手段としての圧電柱に対して印加することでヘッド１０を駆動する。

Ｉ／Ｏ部５１３は、装置に装着されている各種のセンサ群５１５からの情報を取得し、装置の制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８やモータ駆動部５１０などの制御に使用する。センサ群５１５は、用紙の位置を検出するための光学センサや、機内の温度を監視するためのサーミスタ等を含み、Ｉ／Ｏ部５１３は様々のセンサ情報を処理することができる。

次に、本発明の一実施形態について図７を参照して説明する。図７は１つのノズルに対するヘッド駆動回路及び給電部（給電手段）を説明する回路図である。

本実施形態では、ヘッド１０の圧電柱１２１Ａ（以下では「圧電素子１２１Ａ」という。）を駆動するヘッド駆動回路７００と、給電手段である給電部７０３とを備えている。

ヘッド駆動回路７００は、圧電素子（圧電柱）１２１Ａへの充電路の開閉を行う第１スイッチ素子７０１と、圧電素子１２１Ａからの放電路の開閉を行う第２スイッチ素子７０２とを有している。

そして、第１スイッチ素子７０１と第２スイッチ素子７０２との接続部ａに圧電素子１２１Ａが接続されている。

また、第１スイッチ素子７０１の一方の端子には後述する給電部７０３から給電路７０４を介して電位ＶＨが与えられる。

これらの第１スイッチ素子７０１、第２スイッチ素子７０２の各ゲート部には、画像データに応じた駆動パルス信号Ｐが与えられる。

そして、駆動パルス信号Ｐが「Ｌ」レベル（以下、単に「Ｌ」と表記する。）のときに、第１スイッチ素子７０１がオン状態になって電位ＶＨで圧電素子１２１Ａが充電される。また、駆動パルス信号Ｐが「Ｈ」レベル（以下、単に「Ｈ」と表記する。）のときに、第２スイッチ素子７０２がオン状態になってグランドに圧電素子１２１Ａから放電される。

給電部７０３は、一方が電源電圧Ｖｃｃに接続された第３スイッチ素子７１１と、一方がグランドに接続された第４スイッチ素子７１２とを有している。

第３スイッチ素子７１１の他方と第４スイッチ素子７１２の他方とを接続した接続点ｂは、ヘッド駆動回路７００の第１スイッチ素子７０１への給電路７０４に接続されている。

また、給電路７０４（接続点ｂ）とグランドとの間にはコンデンサ７１３が接続されている。このコンデンサ７１３の静電容量は、圧電素子１２１Ａの静電容量に対して充分大きい値のものを使用している。

第３スイッチ素子７１１及び第４スイッチ素子７１２のベース部には、スイッチ制御信号Ｓが与えられる。

ここでは、スイッチ制御信号Ｓが「Ｌ」のときに第３スイッチ素子７１１がオン状態、第４スイッチ素子７１２がオフ状態になる。また、スイッチ制御信号Ｓが「Ｈ」のときに第３スイッチ素子７１１がオフ状態、第４スイッチ素子７１２がオン状態になる。

次に、ヘッド駆動回路７００による圧電素子１２１Ａに対する充放電動作について図８及び図９を参照して説明する。図８は充放電動作の説明に供する説明図、図９は同じく圧電素子の電位の変化及び駆動パルス信号の一例を説明する説明図である。

図９（ｂ）に示すように駆動パルス信号Ｐが「Ｌ」であるときには、図８（ａ）に示すように、第１スイッチ素子７０１がオン状態、第２スイッチ素子７０２がオフ状態となる。したがって、第１スイッチ素子７０１を介して給電部７０３からの電位ＶＨが圧電素子１２１Ａに与えられ、図９（ａ）に示すように、圧電素子１２１Ａは電位ＶＨのレベルに充電される。

また、図９（ｂ）に示すように駆動パルス信号Ｐが「Ｈ」であるときには、図８（ｂ）に示すように、第１スイッチ素子７０１がオフ状態、第２スイッチ素子７０２がオン状態となる。したがって、第２スイッチ素子７０２を介して圧電素子１２１Ａとグランド（ＧＮＤ）が接続されて、圧電素子１２１Ａから放電されて、圧電素子１２１Ａの電位はグランドレベル（０Ｖ）となる。

ここで、第１スイッチ素子７０１、第２スイッチ素子７０２にはそれぞれオン抵抗がある。

そのため、図９（ａ）に示すように、圧電素子１２１Ａの電位は、駆動パルス信号Ｐが「Ｌ」から「Ｈ」に遷移する（立ち上がる）ときには、第１スイッチ素子７０１のオン抵抗と圧電素子１２１Ａの静電容量で定まる立ち下がり時定数Ｔｆに従って変化する。同様に、駆動パルス信号が「Ｈ」から「Ｌ」に遷移する（立ち下がる）ときには、第２スイッチ素子７０２のオン抵抗と圧電素子１２１Ａの静電容量で定まる立ち上がり時定数Ｔｒに従って変化する。

例えば、圧電素子１２１Ａの静電容量が１０００ｐＦ、第１、第２スイッチ素子７０１、７０２のオン抵抗がいずれも２００Ωとすると、立ち下がり時定数Ｔｆ、立ち上がり時定数Ｔｒは約４５０ｎｓ程度となる。

この圧電素子１２１Ａの電位変化によって圧電素子１２１Ａが伸縮して前述したように液滴が吐出される。

なお、ここでは、簡単にするため、駆動パルス信号は単パルスで説明しているが、パルス数とパルス幅を変化させることによって滴吐出量、滴吐出速度を制御できる。また、環境温度等の変化による滴吐出量、滴吐出速度の変動を防ぐために、電位ＶＨの調整を行う制御する。

次に、本実施形態の作用について図１０ないし図１３を参照して説明する。図１０は同説明に供する各部の波形の一例を示す説明図、図１１は同じく印字開始時の充電経路を説明する説明図、図１２は同じく印字動作時の充放電経路を説明する説明図、図１３は同じく印字終了時の放電経路を説明する説明図である。

まず、印字動作中は、図１０（ａ）に示すように、スイッチ制御信号Ｓは「Ｌ」にされる。これにより、図１２に示すように、給電部７０３の第３スイッチ素子７１１はオン状態、第４スイッチ素子７１２はオフ状態となる。

したがって、印字動作中は、電源電圧Ｖｃｃが第３スイッチ素子７１１から給電路７０４に与えられ、給電路７０４における電位ＶＨがヘッド駆動回路７００の第１スイッチ素子７０１に与えられる。

このとき、前述したように、駆動パルス信号の状態に応じて、第１スイッチ素子７０１がオン状態になり、第２スイッチ素子７０２がオフ状態になったときには、圧電素子１２１Ａが図１２の実線矢印８０１で示す充電経路で充電される。また、第１スイッチ素子７０１がオフ状態になり、第２スイッチ素子７０２がオン状態になったときには、圧電素子１２１Ａから図１２の破線矢印８０２で示す放電経路で放電される。

この印字動作中に、コンデンサ７１３は、ヘッド駆動時においてデカップリングコンデンサとして機能し、印字動作中のヘッド駆動回路７００への給電路７０４の電位ＶＨの変動を抑制する。

次に、印字開始前の状態では、図１０（ａ）に示すように、スイッチ制御信号Ｓは「Ｈ」であり、給電部７０３の第３スイッチ素子７１１はオフ状態、第４スイッチ素子７１２はオン状態となる。

これにより、電源電圧Ｖｃｃが遮断され、第４スイッチ素子７１２を介してコンデンサ７１３とグランドが短絡されるため、コンデンサ７１３の電位はグランドレベルとなる。そのため、図１０（ｃ）に示すように、コンデンサ７１３と並列接続の関係にある給電路７０４の電位ＶＨもグランドレベルとなる。

このとき、ヘッド駆動回路７００の第１スイッチ素子７０１はオン状態、第２スイッチ素子７０２はオフ状態となり、圧電素子１２１Ａが第１スイッチ素子７０１を介してグランドと短絡しているため、図１０（ｄ）に示すように、圧電素子１２１Ａの電位もグランドレベル（０Ｖ）となる。

この状態から、印字を開始するとき、図１０（ａ）に示すように、スイッチ制御信号Ｓを「Ｈ」から「Ｌ」に遷移させる。これにより、図１１に示すように、給電部７０３の第３スイッチ素子７１１はオン状態、第４スイッチ素子７１２はオフ状態となる。

印字動作を開始するとき、図１０（ａ）に示すようにスイッチ制御信号Ｓを「Ｈ」から「Ｌ」にして、第３スイッチ素子７１１をオン状態、第４スイッチ素子７１２をオフ状態に切り替える。第３スイッチ素子７１１がオン状態になると、第３スイッチ素子７１１を介してコンデンサ７１３と電源電圧Ｖｃｃの電源が短絡されるため、コンデンサ７１３が電源電圧Ｖｃｃに充電される。

このとき、ヘッド駆動回路７００の給電路７０４の電圧ＶＨは、図１０（ｃ）に示すように、コンデンサ電位と同様に上昇し最終的に電源電圧Ｖｃｃとなる。また、ヘッド駆動回路７００の第１スイッチ素子７０１はオン状態であるため、圧電素子１２１Ａが充電され、給電部７０３の電位ＶＨの変動と同期するように圧電素子１２１Ａの電位が上昇する。

つまり、印字開始時には、図１１に実線矢印８０３で示す経路でコンデンサ７１３及び圧電素子１２１Ａが充電される。

ここで、コンデンサ７１３の静電容量は、圧電素子１２１Ａの静電容量に対して充分大きい値のものを使用している。そのため、圧電素子１２１Ａの電位の立ち上がり時定数ｔｒ（図１０（ｄ））は、給電部７０３の第３スイッチ素子７１１のオン抵抗とコンデンサ７１３の静電容量によって定まる。

例えば、コンデンサ７１３の静電容量が１０００μＦ、第３スイッチ素子７１１のオン抵抗が５０ｍΩの場合、コンデンサ充電時の立ち上がり時定数ｔｒは約１１０μｓ程度となり、ヘッド駆動回路７００の第１スイッチ素子７０１のオン抵抗と圧電素子１２１Ａの静電容量で定まる時定数に対して充分大きいものとなる。

したがって、印字開始時における圧電素子の電位変動が緩やかになり、ヘッドから液滴が吐出されることが防止される。

次に、印字動作が終了するときには、図１０（ａ）に示すように、スイッチ制御信号Ｓは「Ｌ」から「Ｈ」に遷移される。これにより、図１３に示すように、給電部７０３の第３スイッチ素子７１１はオフ状態、第４スイッチ素子７１２はオン状態に切り替わる。

また、第３スイッチ素子７１１、第４スイッチ素子７１２のオン・オフが切り替わるときに、ヘッド駆動回路７００では第１スイッチ素子７０１が常時オン状態となっている。この動作により、第４スイッチ素子７１２を介してコンデンサ７１３が放電されて、図１０（ｃ）に示すように、電位ＶＨが下がる。これにより、図１０（ｄ）に示すように、圧電素子１２１Ａの電位は、第１スイッチ素子７０１から第４スイッチ素子７１２を介して放電され、電位ＶＨと同様に圧電素子電位が下がり、印字開始前の状態に戻る。

つまり、印字終了時は、図１３に破線矢印８０４で示す放電経路で、コンデンサ７１３及び圧電素子１２１から放電される。

ここで、コンデンサ７１３の静電容量は、圧電素子１２１Ａの静電容量に対して充分大きい値のものを使用している。そのため、圧電素子１２１Ａの電位の立ち下がり時定数ｔｆ（図１０（ｄ））は、給電部７０３の第４スイッチ素子７１２のオン抵抗とコンデンサ７１３の静電容量によって定まる。

例えば、コンデンサ７１３の静電容量が１０００μＦ、第４スイッチ素子７１２のオン抵抗が５０ｍΩの場合、コンデンサ充電時の立ち下がり時定数ｔｆは約１１０μｓ程度となり、ヘッド駆動回路７００の第２スイッチ素子７０２のオン抵抗と圧電素子１２１Ａの静電容量で定まる時定数に対して充分大きいものとなる。

したがって、印字終了時の圧電素子の電位変動が緩やかになり、ヘッドから液滴が吐出されることが防止される。

以上のように、給電手段は、一方が電源に接続された第３スイッチ素子と、一方がグランドに接続された第４スイッチ素子と、を有し、第３スイッチ素子の他方及び第４スイッチ素子の他方は、いずれも、ヘッド駆動回路の第１スイッチ素子への給電路に接続され、給電路とグランドとの間には、圧電素子の静電容量よりも大きな静電容量のコンデンサが接続され、印字開始時には、給電手段の第３スイッチ素子を介して前記圧電素子への充電を行い、印字終了時には、給電手段の第４スイッチ素子を介して圧電素子からの放電を行うことで、印字開始時、印字終了時の圧電素子の急激な電位変動を抑制してヘッドからの液滴吐出を防止することができる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味である。被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。

また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。

また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

１ 用紙
１０ 液体吐出ヘッド
２１Ａ 黒ヘッド部
２１Ｂ フルカラーヘッド部
１０４ ノズル
１０６ 圧力発生室
１２１ 圧電部材（圧力発生手段）
１２１Ａ 圧電柱（圧電素子）
５００ 制御部
５０８Ａ、５０８Ｂ 印刷制御部
５０９Ａ、５０９Ｂ ヘッドドライバ（ヘッド駆動回路）
７００ ヘッド駆動回路
７０１ 第１スイッチ素子
７０２ 第２スイッチ素子
７０３ 給電部（給電手段）
７０４ 給電路
７１１ 第３スイッチ素子
７１２ 第４スイッチ素子
７１３ コンデンサ

Claims (5)

1. 液滴を吐出するノズルと、前記ノズルから前記液滴を吐出させる圧力を発生する圧電素子とを有する液体吐出ヘッドと、
   前記圧電素子に対する充電路を開閉する第１スイッチ素子と、前記圧電素子からの放電路の開閉を行う第２スイッチ素子と、を有するヘッド駆動回路と、
   前記ヘッド駆動回路の前記第１スイッチ素子に対して給電する給電手段と、を備え、
   前記給電手段は、
   一方が電源に接続された第３スイッチ素子と、一方がグランドに接続された第４スイッチ素子と、を有し、
   前記第３スイッチ素子の他方及び前記第４スイッチ素子の他方は、いずれも、前記ヘッド駆動回路の前記第１スイッチ素子への給電路に接続され、
   前記給電路とグランドとの間には、コンデンサが接続され、
   印字開始時には、前記給電手段の前記第３スイッチ素子を介して前記圧電素子への充電を行い、
   印字終了時には、前記給電手段の前記第４スイッチ素子を介して前記圧電素子からの放電を行う
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記給電手段の前記第３、第４スイッチ素子を介して充放電を行うときの充放電時間は、前記駆動回路の前記第１、第２スイッチ素子を介して行う充放電時間よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記給電手段の前記第３、第４スイッチ素子を介して充放電を行うときの充放電時間は、前記第３、第４スイッチ素子のオン抵抗と前記コンデンサの静電容量により設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記コンデンは、印字動作中は、前記駆動回路による前記圧電素子に対する充放電時のカップリングコンデンサとなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 液滴を吐出するノズルと、前記ノズルから前記液滴を吐出させる圧力を発生する圧電素子とを有する液体吐出ヘッドと、
   前記圧電素子に対する充電路を開閉する第１スイッチ素子と、前記圧電素子からの放電路の開閉を行う第２スイッチ素子と、を有するヘッド駆動回路と、
   前記ヘッド駆動回路の前記第１スイッチ素子に対して給電する給電手段と、を備え、
   前記給電手段は、
   一方が電源に接続された第３スイッチ素子と、一方がグランドに接続された第４スイッチ素子と、を有し、
   前記第３スイッチ素子の他方及び前記第４スイッチ素子の他方は、いずれも、前記ヘッド駆動回路の前記第１スイッチ素子への給電路に接続され、
   前記給電路とグランドとの間には、コンデンサが接続された、画像形成装置における前記液体吐出ヘッドの制御方法であって、
   印字開始時には、前記給電手段の前記第３スイッチ素子を介して前記圧電素子への充電を行い、
   印字終了時には、前記給電手段の前記第４スイッチ素子を介して前記圧電素子からの放電を行う
   ことを特徴とする液体吐出ヘッドの制御方法。

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