JP2015058551A - 画像形成装置及びヘッド駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動周波数を低減することなく、消費電力を低減する。【解決手段】駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３を圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられ、吐出滴の滴サイズに応じて開閉される駆動パルス選択用スイッチＴＧ０〜ＴＧ３と、駆動パルス選択用スイッチＴＧ０〜ＴＧ３を迂回して、駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられた開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３と、前回の滴吐出を行った駆動パルスの終端電位と今回の滴吐出を行う駆動パルスの開始端電位を繋ぐ連結区間で、開始端電位制御信号ＳＮ０によって、今回の滴吐出を行う駆動パルスに対応する開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３を閉じて、圧電素子ＰＺＴの電位を、前回の滴吐出を行った駆動パルスの終端電位を今回の滴吐出を行う駆動パルスの開始端電位に遷移させる。【選択図】図９

Description

本発明は画像形成装置及びヘッド駆動制御方法に関する。

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を記録ヘッドに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。

液体吐出ヘッドの圧力発生手段として容量性を有する圧力発生素子、例えば圧電素子を使用するもの（以下、「圧電型ヘッド」という。）がある。

圧電型ヘッドは圧電素子に与える駆動パルスを変化させることで、複数の滴サイズ（滴体積）の液滴を打ち分ける（階調性を持たせる）ことができる。

この場合、駆動パルスを生成するための電源電位は、使用する複数の駆動パルスのダイナミックレンジに基づいて設定する。そのため、個々の駆動パルスについて見ると、駆動パルスの振幅と電源電位との差が大きいほど無駄に電力を消費する、つまり、無駄な消費電力が大きくなる。

そこで、従来、複数種類の駆動パルスと、中間波形とを有する駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を生成する駆動信号生成部３３４と、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の一部又は全部を選択して波形信号Ｗを生成し、当該波形信号Ｗを圧電振動子２７６に出力する駆動ユニットＵ１〜Ｕｎを備え、駆動信号生成部３３４は、複数種類の駆動パルスＤＰ１〜ＤＰ３の各々は開始と終了とで電位が一致し、且つ、開始の電位を揃えて複数種類の駆動パルスＤＰ１〜ＤＰ３の配置した場合と比較して、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の振幅が小さくなるように複数種類の駆動パルスの開始の電位を相違させて駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を生成するようにしたものが知られている（特許文献１）。

特開２０１１−２４０５０７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示の構成にあっては、複数の駆動パルスの開始電圧をつなぐための中間波形を駆動パルスの前後に配置しなければならず、駆動信号長が長くなり、駆動周波数が低減して、印字速度が低下するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、駆動周波数を低減することなく、消費電力を低減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、
液滴を吐出する複数のノズルが通じる個別液室の液体を加圧する圧力を発生する、電気的に容量性を示す圧力発生手段を有する液体吐出ヘッドと、
吐出滴の滴サイズに対応する複数の駆動波形を生成し、吐出滴に応じて前記駆動波形を選択して前記圧力発生手段に与えるヘッド駆動制御手段と、を備え、
前記ヘッド駆動制御手段は、
前記駆動波形を前記圧力発生手段に与える経路に設けられ、吐出滴の滴サイズに応じて開閉される第１スイッチ手段と、
前記第１スイッチ手段を迂回して、前記駆動波形を前記圧力発生手段に与える経路に設けられた第２スイッチ手段と、
前回の滴吐出を行った前記駆動波形の終端電位と今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位を繋ぐ連結区間で、今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位に対応する前記第２スイッチ手段を閉じて、前記圧力発生手段の電位を、前回の滴吐出を行った前記駆動波形の終端電位から今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位に遷移させる手段と、を有する
構成とした。

本発明によれば、駆動周波数を低減することなく、消費電力を低減することができる。

本発明に係る画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面概略構成図である。 同機構部の要部平面説明図である。 同画像形成装置の記録ヘッドを構成する液体吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向の断面説明図である。 同じく滴吐出動作の説明に供する断面説明図である。 同画像形成装置の制御部の概要を示すブロック説明図である。 本発明の第１実施形態における印刷制御部及びヘッドドライバ部分のブロック説明図である。 同じく駆動波形生成部のブロック説明図である。 吐出データと滴種類の割付の一例を説明する説明図である。 同じくヘッドドライバの１ノズルについてのレジスタ以降の部分の具体例の一例を示す回路図である。 駆動波形生成部から生成出力する駆動パルスの一例の説明図である。 パラレル方式で消費電力が最小となるように図１０の波形に中間波形を追加した比較例１の説明図である。 同実施形態の動作の一例の説明に供する説明図である。 本発明の第２実施形態における動作の一例の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態における印刷制御部及びヘッドドライバ部分のブロック説明図である。 同じくヘッドドライバの１ノズルについてのレジスタ以降の部分の具体例の一例を示す回路図である。 シリアル方式で消費電力が最小となるように各駆動パルスをつなぐ中間波形を追加した比較例２の説明図である。 同実施形態の共通駆動波形を比較例２の共通駆動波形とともに示す説明図である。

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及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の側面説明図、図２は同装置の要部平面説明図である。

この画像形成装置はシリアル型インクジェット記録装置である。装置本体１の左右の側板２１Ａ、２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド３１、３２でキャリッジ３３を主走査方向に摺動自在に保持している。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図２で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド３４ａ、３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド３４」という。他の部材も同様）が搭載されている。各記録ヘッド３４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド３４は、それぞれ２つのノズル列を有している。そして、記録ヘッド３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、それぞれ吐出する。また、記録ヘッド３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。なお、記録ヘッド３４としては、１つのノズル面に複数のノズルを並べた各色のノズル列を備えるものなどを用いることもできる。

また、キャリッジ３３には、記録ヘッド３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するための第２インク供給部としてのヘッドタンク３５ａ、３５ｂを搭載している。一方、カートリッジ装填部４には各色のインクカートリッジ（メインタンク）１０ｙ、１０ｍ、１０ｃ、１０ｋが着脱自在に装着される。そして、インクカートリッジ１０から供給ポンプユニット２４によって各色の供給チューブ３６を介して各ヘッドタンク３５に各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２の用紙積載部（圧板）４１上に積載した用紙４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）４３及び給紙コロ４３に対向する分離パッド４４を備えている。この分離パッド４４は給紙コロ４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙４２を記録ヘッド３４の下方側に送り込むために、用紙４２を案内するガイド部材４５と、カウンタローラ４６と、搬送ガイド部材４７と、先端加圧コロ４９を有する押さえ部材４８とを備える。そして、給送された用紙４２を静電吸着して記録ヘッド３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト５１を備えている。

この搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５２とテンションローラ５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。この帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ５２が回転駆動されることによって図２のベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド３４で記録された用紙４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪６１と、排紙ローラ６２及び排紙コロである拍車６３とを備え、排紙ローラ６２の下方に排紙トレイ３を備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット７１は搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ４６と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、この両面ユニット７１の上面は手差しトレイ７２としている。

さらに、キャリッジ３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構８１を配置している。

この維持回復機構８１には、記録ヘッド３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）８２ａ、８２ｂ（区別しないときは「キャップ８２」という。）を備えている。

また、維持回復機構８１は、ノズル面をワイピングするためのワイパ部材（ワイパブレード）８３を備えている。また、維持回復機構８１は、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け８４と、キャリッジ３３をロックするキャリッジロック８７などとを備えている。また、このヘッドの維持回復機構８１の下方側には維持回復動作によって生じる廃液を収容するための廃液タンク１００が装置本体に対して交換可能に装着される。

また、キャリッジ３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け８８を配置している。この空吐出受け８８には記録ヘッド３４のノズル列方向に沿った開口部８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２から用紙４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙４２はガイド４５で案内され、搬送ベルト５１とカウンタローラ４６との間に挟まれて搬送される。更に、用紙４２の先端は搬送ガイド３７で案内されて先端加圧コロ４９で搬送ベルト５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ５６によって搬送ベルト５１が交番する帯電電圧パターンで帯電されている。この帯電した搬送ベルト５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２が搬送ベルト５１に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動することにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙４２を排紙トレイ３に排紙する。

次に、記録ヘッド３４を構成している液体吐出ヘッドの一例について図３及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４は同ヘッドの液室長手方向（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。

この液体吐出ヘッドは、流路板１０１と、振動板部材１０２と、ノズル板１０３とを接合している。これにより、液滴を吐出するノズル１０４が貫通孔１０５を介して通じる個別液室１０６、個別液室１０６に液体を供給する流体抵抗部１０７、液体導入部１０８がそれぞれ形成される。そして、フレーム部材１１７に形成した共通液室１１０から振動板部材１０２に形成されたフィルタ１０９を介してインクが液体導入部１０８に導入され、液体導入部１０８から流体抵抗部１０７を介して個別液室１０６にインクが供給される。
なお、「個別液室」は、加圧室、加圧液室、圧力室、個別流路、圧力発生室などと称されるものを含む意味である。

流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板を積層して、貫通孔１０５、個別液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの開口部や溝部をそれぞれ形成している。振動板部材１０２は各液室１０６、流体抵抗部１０７、液体導入部１０８などの壁面を形成する壁面部材であるとともに、フィルタ部１０９を形成する部材である。なお、流路板１０１は、ＳＵＳなどの金属板に限らず、シリコン基板を異方性エッチングして形成することもできる。

そして、振動板部材１０２の液室１０６と反対側の面に個別液室１０６のインクを加圧してノズル１０４から液滴を吐出させるエネルギーを発生するアクチュエータ手段（圧力発生手段）としての柱状の積層型の圧電部材１１２が接合されている。この圧電部材１１２の一端部はベース部材１１３に接合され、また、圧電部材１１２には駆動波形を伝達するＦＰＣ１１５が接続されている。これらによって、圧電アクチュエータ１１１を構成している。

なお、この例では、圧電部材１１２は積層方向に伸縮させるｄ３３モードで使用しているが、積層方向と直交する方向に伸縮させるｄ３１モードでもよい。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば、図３に示すように、圧電部材１１２に印加する電圧を下げることによって圧電部材１１２が収縮し、振動板部材１０２が変形して個別液室１０６の容積が膨張する。これにより、個別液室１０６内にインクが流入する。

その後、図４に示すように、圧電部材１１２に印加する電圧を上げて圧電部材１１２を積層方向に伸長させ、振動板部材１０２をノズル１０４方向に変形させて個別液室１０６の容積を収縮させる。これにより、個別液室１０６内のインクが加圧され、ノズル１０４から液滴３０１が吐出される。

そして、圧電部材１１２に印加する電圧を戻すことによって振動板部材１０２が初期位置に復元し、液室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１１０から液室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。

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。なお、図５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を含む各種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とを備えている。また、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、記録ヘッド３４を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動波形生成手段を含む印刷制御部５０８と、キャリッジ３３側に設けた記録ヘッド３４を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）５０９とを備えている。また、キャリッジ３３を移動走査する主走査モータ５５４、搬送ベルト５１を周回移動させる副走査モータ５５５、維持回復機構８１のキャップ８２やワイパ部材８３の移動、吸引ポンプ８１２などを行なう維持回復モータ５５６を駆動するためのモータ駆動部５１０とを備えている。また、帯電ローラ５６にＡＣバイアスを供給するＡＣバイアス供給部５１１と、送液ポンプ２４１を駆動する供給系駆動部５１２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、画像読み取り装置、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、滴制御信号などをヘッドドライバ５０９に出力する。また、ＲＯＭ５０２に格納されている駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動波形生成部を含む。そして、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルスで構成される駆動波形を生成してヘッドドライバ５０９に対して出力する。

ヘッドドライバ５０９は、シリアルに入力される記録ヘッド３４の１行分に相当する画像データに基づいて駆動パルスを記録ヘッド３４の圧力発生手段としての圧電部材（以下、「圧電素子」という。）１１２に対して与える。これにより、記録ヘッド３４を駆動する。このとき、駆動パルスを選択することによって、例えば、大滴、中滴、小滴など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

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、プリンタ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、ＡＣバイアス供給部５１１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、帯電ベルトの電圧を監視するセンサ、カバーの開閉を検出するためのインターロックスイッチなどがある。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、本発明の第１実施形態について図６ないし図８を参照して説明する。図６は同実施形態における印刷制御部及びヘッドドライバ部分のブロック説明図、図７は同じく駆動波形生成部のブロック説明図、図８は吐出データと滴種類の割付の一例を説明する説明図である。

本実施形態は、滴種類毎の駆動波形を独立して生成出力し、印刷データと滴種類（滴サイズ）から所要の駆動波形を選択して圧電素子に与えるパラレル方式の実施形態である。なお、本実施形態の説明では、駆動波形を「駆動パルス」と表記する。

場
印刷制御部５０８は、駆動波形生成部７０１と、データ転送部７０２とを備えている。

駆動波形生成部７０１は、滴サイズ（滴種類）ごとに独立した４個の駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３を生成してヘッドドライバ５０９に出力する。ここでは、駆動パルスＶｐ０は微駆動（非吐出）用、駆動パルスＶｐ１は小滴吐出用、駆動パルスＶｐ２は中滴吐出用、駆動パルスＶｐ３は大滴吐出用とする。

この駆動波形生成部７０１は、例えば図７に示すように、ＲＯＭ５０２に格納された駆動波形データをＤ／Ａ変換するＤＡＣ７０３と、Ｄ／ＡＣ７０３の出力を増幅する電圧増幅器（増幅回路）７０４と、電源電位ＶＨが与えられるトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２からなる電流増幅器７０５を備えている。

データ転送部７０２は、印刷画像に応じた２ビットの吐出データ（階調信号０、１）と、クロック信号（図示省略）、ラッチ信号（ＬＡＴ）、滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３、開始端電位制御信号ＳＮ０などをヘッドドライバ５０９に出力する。

ここで、吐出データは、各ノズル毎の吐出滴種を表す信号である。本実施形態では、４値（大滴、中滴、小滴の３種類の滴と、非吐出又は微駆動）を表す。ノズル毎の２ビットのデータと吐出滴種類の割付けの一例を図８に示している。

滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３は、ヘッドドライバ５０９の駆動パルスを圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられ、吐出滴の滴サイズに応じて開閉される第１スイッチ手段を開閉するタイミングを規定する信号である。

開始端電位制御信号ＳＮ０は、ヘッドドライバ５０９の第１スイッチ手段を迂回して、駆動パルスを圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられた第２スイッチ手段を開閉するタイミングを規定する信号である。

一方、ヘッドドライバ５０９は、シフトレジスタ７１１Ａ、７１１Ｂと、ラッチ回路であるレジスタ７１２Ａ、７１２Ｂと、滴制御信号生成回路７１３と、レベルシフタ７１４と、選択用スイッチ回路７１５を備えている。

シフトレジスタ７１１Ａ、７１１Ｂは、印刷制御部５０８のデータ転送部７０２からの転送クロック（シフトクロック）でシリアル画像データ（吐出データ：２ビット／１チャンネル（１ノズル）を入力する。レジスタ７１２Ａ、７１２Ｂは、シフトレジスタ７１１Ａ、７１１Ｂの各レジスト値をラッチ信号ＬＡＴによってラッチする。

滴制御信号生成回路７１３は、ラッチ回路７１２Ａ、７１２Ｂにラッチされた吐出データＬ０、Ｌ１と滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３から選択用スイッチ回路７１５内の第１スイッチ手段を開閉する信号を生成し、開始端電位制御信号ＳＮ０から選択用スイッチ回路７１５内の第２スイッチを開閉する信号を生成する滴制御信号生成回路７１３を備えている。

レベルシフタ７１４は、滴制御信号生成回路７１３で生成した信号を選択用スイッチ回路７１５のスイッチ手段が動作可能なレベルにレベル変換する。

選択用スイッチ回路７１５には駆動波形生成部７０１からの各駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３が入力されている。選択用スイッチ回路７１５は、各駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３をそれぞれ圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられ、吐出データＬ０、Ｌ１と滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３から生成された信号で開閉される第１スイッチ手段を備えている。また、第１スイッチ手段を迂回して、各駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３をそれぞれ圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられ、開始端電位制御信号ＳＮ０から生成された信号で開閉される第２スイッチ手段を備えている。

そして、前回の滴吐出を行った駆動パルスの終端電位と今回の滴吐出を行う駆動パルスの開始端電位を繋ぐ連結区間で、開始端電位制御信号ＡＮ０によって第２スイッチ手段を閉じて、圧力発生素子ＰＺＴの電位Ｖｐｚｔを、前回の滴吐出を行った駆動パルスの終端電位と今回の滴吐出を行う駆動パルスの開始端電位に遷移させる。

次に、ヘッドドライバの具体例の一例について図９の回路図を参照して説明する。図９は１つのノズル部分についてのレジスタ以降の回路図である。

滴制御信号生成回路７１３は、ラッチ回路７１２Ａ、７１２Ｂにラッチされた吐出データＬ０、Ｌ１と滴制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３から選択用スイッチ回路７１５の第１スイッチ手段である駆動パルス選択用スイッチＴＧ０〜ＴＧ３を開閉するスイッチ開閉タイミング信号（スイッチ制御信号）ＳＴＧ０〜ＳＴＧ３を生成する論理回路Ｇ００〜Ｇ３０を有する。

また、滴制御信号生成回路７１３は、開始端電位制御信号ＳＮ０から選択用スイッチ回路７１５の第２スイッチ手段である開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３を開閉するスイッチ制御信号ＳＳＷ０〜ＳＳＷ３を生成する論理回路Ｇ０１〜Ｇ３１を有する。

また、選択用スイッチ回路７１５には、前述したように、印刷制御部５０８に含まれる駆動波形生成部７０１からの滴種類毎の駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３が与えられている。

そして、駆動パルス選択用スイッチＴＧ０〜ＴＧ３は、駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３を圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられている。

また、開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３は、駆動パルス選択用スイッチＴＧ０〜ＴＧを迂回して、駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３を圧電素子ＰＺＴに与える経路に設けられている。

ここで、駆動波形選択用スイッチＴＧ０〜ＴＧ３は、駆動パルスＶｐ〜Ｖｐ３を選択的に圧電素子ＰＺＴに与えるためのスイッチであり、図９の例では、ＣＭＯＳトランジスタのトランスファーゲート回路から構成される。

開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３は、滴種類毎に異なる駆動パルスＶｐ〜Ｖｐ３の開始端電位を繋ぐために動作するスイッチであり、図９の例では、ＮＭＯＳトランジスタから構成されている。

次に、駆動波形生成部から生成出力する駆動パルスの一例について図１０を参照して説明する。

本実施形態では、駆動波形生成部７０１から図１０（ａ）ないし（ｄ）に示すような駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３を生成出力する。

ここで、図１０（ａ）に示す微駆動（非吐出）用駆動パルスＶｐ０は、開始端電位Ｖｐ０ｓから電位ｖｐ０だけ立ち下がって個別液室１０６を膨張させ、開始端電位まで立ち上がって個別液室１０６を収縮させる。この駆動パルスＶｐ０は滴を吐出させることなくメニスカスを振動させる波形である。

図１０（ｂ）に示す小滴用駆動パルスＶｐ１は、開始端電位Ｖｐ１ｓから電位ｖｐ１だけ立ち下がって個別液室１０６を膨張させ、開始端電位まで２段階で立ち上がって個別液室１０６を収縮させることで、小滴を吐出させる。

図１０（ｃ）に示す小滴用駆動パルスＶｐ２は、開始端電位Ｖｐ２ｓから電位ｖｐ２だけ立ち下がって個別液室１０６を膨張させ、開始端電位まで１段階で立ち上がって個別液室１０６を収縮させることで、中滴を吐出させる。

図１０（ｄ）に示す大滴用駆動パルスＶｐ３は、開始端電位Ｖｐ３ｓから電位ｖｐ３ｐｌだけ立ち下がって個別液室１０６を膨張させ、開始端電位を超えて、開始端電位に対して電位ｖｐ３ｕまで立ち上がって個別液室１０６を収縮させることで、大滴を吐出させる。なお、電位ｖｐ３ｕを保持した後開始端電位まで立ち下がる。

次に、駆動波形生成部の電源電位ＶＨと消費電力について説明する。

まず、各滴の駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３の開始端電位Ｖｐ０ｓ、Ｖｐ１ｓ、Ｖｐ２ｓ、Ｖｐ３ｓは合わせておく必要があるので、上記の例では、各駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３の開始端電圧Ｖｐ０ｓ、Ｖｐ１ｓ、Ｖｐ２ｓ、Ｖｐ３ｓが同じであれば良い。

ここで、駆動波形生成部７０１は、上述した図７に示すようにＤＡＣ７０３は与えられたデジタルデータから上記図１０の元となる電圧波形を生成し、電圧増幅器７０４によって定倍して図１０の電圧波形を生成する。この場合、電圧増幅器７０４の駆動能力は低いため、駆動能力の高いトランジスタペアＴｒ１，Ｔｒ２からなる電流増幅器７０５で電流増幅して、最終的な駆動波形（駆動パルス）とする。

このとき、電源電位ＶＨは、駆動波形（駆動パルス）のダイナミックレンジと、電流増幅器７０５の各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を活性領域で動作させるためのバイアス分Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２を考慮して与える必要がある。

したがって、上述した各駆動波形（駆動パルス）の開始端電位及び終端電位が同一である場合には、最低限必要な電源電位ＶＨは、図１０の例では、ＶＨ＝Ｖｂ３ｕ＋Ｖｐ１＋Ｖｂｉａｓ、となる。

一方、記録ヘッドを駆動するためのエネルギー、すなわち回路の消費電力を考えると、負荷は容量性素子であることから、上述した駆動波形生成部７０１の構成では、充電時にトランジスタＴｒ１、放電時にはトランジスタＴｒ２で発生するコレクタ損失が主な消費エネルギーとなる。

このとき、個々の吐出滴毎の駆動パルスで見た場合に、駆動パルスの振幅と電源電位ＶＨとの差が大きいほど、無駄に電力を消費することになる。

そこで、駆動波形のダイナミックレンジを個々の駆動パルス電位のなかの最大振幅以上にならないように、開始端電位が異なる駆動パルスであっても、終端電位と開始端電位を連結するための中間波形を追加することが考えられる。

ここで、パラレル方式で消費電力が最小となるように中間波形を追加した比較例１について図１１を参照して説明する。

この比較例１は、駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３のうちの駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ２の前後に中間波形を追加することで、ダイナミックレンジを最大振幅を有する駆動パルスＶｐ３内に収まるようにしている。

この比較例１の構成では、駆動周波数ないし印刷速度は、駆動波形（駆動パルス）長さが最も長くなる図１１（ｂ）に示す小滴用駆動パルスの波形長によって決まることになり、図１０（ｂ）に示す小滴用駆動パルスの波形長よりも長くなる。つまり、印刷速度が低下することになることが分かる。

このように、駆動波形の開始端電圧を連結するためには駆動波形に吐出に直接かかわらない連結のための専用波形部分（中間波形）を個々の駆動波形に追加する必要が生じてしまう。そのため、消費電力を抑えることは可能になるものの、駆動波形長さが長くなり、生産性が損なわれる（駆動周波数が低くなり、印刷速度が低下する）ことになる。

そこで、本実施形態では、駆動パルス選択用スイッチＴＧ０〜ＴＧ３と並列に、駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３を圧電素子ＰＺＴに与える迂回経路と、この迂回経路を開閉する開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３とを設けている。

そして、前回の滴吐出を行った駆動パルスの終端電位と今回の滴吐出を行う駆動パルスの開始端電位を繋ぐ連結区間を設け、開始端電位制御信号ＳＮ０によって開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３を閉じ、今回の滴吐出を行う駆動パルスを圧電素子ＰＺＴに与えることで、圧電素子ＰＺＴの電位Ｖｐｚｔを、前回の滴吐出を行った駆動パルスの終端電位と今回の滴吐出を行う駆動パルスの開始端電位に遷移させる。

本実施形態の動作の一例について図１２を参照して説明する。図１２は同実施形態における動作の一例の説明に供する説明図である。

この図１２の例は、ノズルから小滴を吐出し、次の駆動で大滴を吐出させる場合の状態を示している。

まず、時刻ｔ１〜ｔ２では、小滴用駆動パルスＶｐ１を与える。つまり、図１２（ｄ）に示す滴制御信号ＭＮ０と、図１２（ａ）に示す小滴用吐出データＬ０、Ｌ１によって、図９に示す論理回路Ｇ０１の出力であるスイッチ制御信号ＳＴＧ１が駆動パルス選択用スイッチＴＧ１をＯＮ状態にする（閉じる）ように動作する。

駆動パルス選択用スイッチＴＧ１には図１２（ｅ）に示す小滴用駆動パルスＶｐ１が与えられている。駆動パルス選択用スイッチＴＧ１がＯＮ状態になることで、図１２（ｇ）に示すように、小滴用駆動パルスＶｐ１が駆動パルス選択用スイッチＴＧ１介して圧電素子ＰＺＴに与えられ、当該ノズルからは小滴が吐出される。

次に、時刻ｔ２〜ｔ３では、図１２（ｂ）に示すラッチ信号ＬＡＴによって、次回吐出データをレジスタ７１２Ａ、７１２Ｂにストアさせる。このとき、図１２（ａ）に示すように吐出データＬ０＝１、Ｌ１＝１に遷移する。この期間では、スイッチＴＧ０〜ＴＧ３、スイッチＳＷ０〜ＳＷ３は、全てＯＦＦ状態にある。なお、説明の都合上、図１２では長い区間で示しているが、実際は他区間に比較して極めて短い区間である。

次の時刻ｔ３〜ｔ４は、開始端電位制御信号ＳＮ０によって、前回の小滴吐出の行った小滴駆動パルスＶｐ１の終端電位から今回の大滴吐出を行う大滴駆動パルスＶｐ３の開始端電位へと圧電素子ＰＺＴに与える電圧を遷移させる区間である。

開始端電位制御信号ＳＮ０がアサートされること、及び、吐出データがＬ０＝１、Ｌ１＝１となることから、論理回路Ｇ３１からのスイッチ制御信号ＳＳＷ３がＯＮとなることで、開始端電位選択用スイッチＳＷ３がオン状態に遷移する。

開始端電位選択用スイッチＳＷ３には図１２（ｆ）に示す大滴用駆動パルスＶｐ３が与えられている。開始端電位選択用スイッチＳＷ３がオン状態に遷移する（閉じる）ことで、開始端電位選択用スイッチＳＷ３がオン状態のときの入出力間の抵抗値と圧電素子ＰＺＴの容量によって決まる時定数に従って、図１２（ｇ）に示すように、圧電素子ＰＺＴの電位Ｖｐｚｔが小滴用駆動パルスＶｐ１の終端電位から大滴用駆動パルスＶｐ３の開始端電位へと遷移する。

次の時刻ｔ４〜ｔ５では、大滴用駆動パルスＶｐ３を圧電素子ＰＺＴに与える。滴制御信号ＭＮ３と吐出データＬ０、Ｌ１によって、図９に示す論理回路Ｇ０３の出力であるスイッチ制御信号ＳＴＧ３が駆動パルス選択用スイッチＴＧ３をＯＮ状態にするように動作する。

駆動パルス選択用スイッチＴＧ１には図１２（ｃ）に示す大滴用駆動パルスＶｐ３が与えられている。駆動パルス選択用スイッチＴＧ３がＯＮ状態になることで、図１２（ｄ）に示すように、大滴用駆動パルスＶｐ３が駆動パルス選択用スイッチＴＧ３介して圧電素子ＰＺＴに与えられ、当該ノズルからは大滴が吐出される。

このように、前述した図１１の比較例１では小滴用駆動パルスＶｐ１以外に時間ｔ０、ｔ１の部分が必要になるのに対し、図１２に示す本実施形態では時刻ｔ３からｔ４の区間で小滴用駆動パルスＶｐ１の終端電位から大滴用駆動パルスＶｐ３の開始端電位に遷移させることができる。

これにより、駆動周波数を低減することなく、消費電力を低減することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における動作の一例の説明に供する説明図である。

本実施形態では、開始端電位制御信号ＳＮ０によって動作する開始端電位選択用スイッチＳＷ０〜ＳＷ３は、駆動パルスの終端電位と開始点電位を繋ぐ連結区間以外でも、つまり、今回の吐出滴用の駆動パルスを印加する期間（時刻ｔ４〜ｔ５の期間）中も動作し続けている。

すなわち、吐出用駆動パルスを与えているときの電気的な動作を考える。各駆動パルス選択用スイッチＴＧ（ＴＧ０〜ＴＧ３）のＯＮ時の抵抗をＲｔｇ、各開始端電位選択用スイッチＳＷ（ＳＷ０〜ＳＷ３）のＯＮ時の抵抗をＲｓｗとする。

このとき、駆動パルスを与えている状態での駆動波形生成部７０１からみた伝送路（給電路）のインピーダンスＺは、次のとおりとなる。

Ｚ= （Ｒｔｇ×Ｒｓｗ）／（Ｒｔｇ＋Ｒｓｗ）

これは２つの抵抗ＲｔｇとＲｓｗが並列に伝送路（給電路）を形成することを表している。ここで、伝送路のインピーダンスＺは、圧電素子ＰＺＴに与えられる駆動波形（駆動パルス）に許容される波形劣化を考慮して決定されるものであるが、波形劣化させないためには小さいことが好ましい。必要な抵抗値を抵抗Ｒｔｇのみで構成した場合に比べて、抵抗Ｒｓｗも同時に伝送路を形成する場合には、インピーダンスを下げる効果がある。

これにより、ドライバＩＣのサイズを小さくできる。

次に、本発明の第３実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は同実施形態における印刷制御部及びヘッドドライバ部分のブロック説明図、図１５は同じくヘッドドライバの１ノズルについてのラッチ回路（レジスタ）以降の部分の具体例の一例を示す回路図である。

本実施形態は、駆動波形生成部７０１から１駆動周期内で上述した駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３を時系列で配置した共通駆動波形Ｖｃｏｍを生成出力するパラレル方式の実施形態である。

ヘッドドライバ５０９の構成は基本的に前記第１実施形態の構成と同じである。

ただし、選択用スイッチ回路７１５には、１つのノズル（圧電素子ＰＺＴ）について、上述した共通駆動波形Ｖｃｏｍの伝送路中に、１つの駆動パルス選択用スイッチＴＧ０と、１つの開始端電位選択用スイッチＳＷ０とが設けられる。

そして、論理回路Ｇ００〜Ｇ３０の出力はゲート回路Ｇ１を介して駆動パルス選択用スイッチＴＧ０に与えられる。また、論理回路Ｇ０１〜Ｇ３１の出力はゲート回路Ｇ２を介して開始端電位選択用スイッチＳＷ０に与えられる。

ここで、まず、シリアル方式で消費電力が最小となるように各駆動パルスＶｐ０〜Ｖｐ３をつなぐ中間波形を追加した比較例２について図１６を参照して説明する。

この比較例２の共通駆動波形Ｖｃｏｍは、図１６（ａ）に示すように、大滴用駆動パルスＶｐ３と小滴用駆動パルスＶｐ１との間に、終端電位を開始端電位に遷移させるために電位を段階的に変化させる期間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を設けている。同様に、小滴用駆動パルスＶｐ１と中滴用駆動パルスＶｐ２との間に、終端電位を開始端電位に遷移させるために電位を変化させる期間Ｓ４を設けている。同様に、中滴用駆動パルスＶｐ２と微駆動パルスＶｐ０との間に、終端電位を開始端電位に遷移させるために電位を変化させる期間Ｓ５を設けている。同様に、微駆動パルスＶｐ０の終わり（すなわち、大滴用駆動パルスＶｐ３との間）に、終端電位を開始端電位に遷移させるために電位を変化させる期間Ｓ６を設けている。

そして、この共通駆動波形Ｖｃｏｍから滴制御信号ＭＮ０〜Ｎ３によって各駆動パルスを遷移期間Ｓ１〜Ｓ６の所要の期間を含めて切り出すことで、図１６（ｂ）〜（ｅ）に示す各駆動パルスＶｐ３、Ｖｐ１、Ｖｐ２、Ｖｐ０が選択される

この共通駆動波形Ｖｃｏｍ例では、駆動パルスのレンジは電位差ｖｐ３内に抑えることができて消費電力を低減できるものの、共通駆動波形Ｖｃｏｍの波形長が著しく長くなり、駆動周波数が低下して、印刷速度が低下することになる。

そこで、本実施形態では、駆動パルス選択用スイッチＴＧ０と並列に、駆動パルス選択用スイッチＴＧ０を迂回して共通駆動波形Ｖｖｏｍを圧電素子ＰＺＴに与える迂回経路を開閉する開始端電位選択用スイッチＳＷ０とを設けている。

一方、本実施形態の共通駆動波形Ｖｃｏｍは、例えば図１７（ａ）に示すように、時系列で連続する駆動パルスＶｐ３、Ｖｐ１、Ｖｐ２、Ｖｐ０の終端電位と開始端電位とを繋ぐ連結区間（動作期間）Ｓ１１、Ｓ２２、Ｓ３３、Ｓ４４が設けられている。

期間Ｓ１１は、微駆動パルスＶｐ０の終端電位を大滴用駆動パルスＶｐ３の開始端電位に遷移させる連結区間（期間）である。期間Ｓ２２は、大滴用駆動パルスＶｐ３の終端電位を小滴用駆動パルスＶｐ１の開始端電位に遷移させる連結区間（期間）である。期間Ｓ３３は、小滴用駆動パルスＶｐ１の終端電位を中滴用駆動パルスＶｐ２の開始端電位に遷移させる連結区間（期間）である。期間Ｓ４４は、中滴用駆動パルスＶｐ２の終端電位を微駆動パルスＶｐ０の開始端電位に遷移させる連結区間（期間）である。

これらの動作期間Ｓ１１〜Ｓ４４では開始端電位選択用スイッチＳＷ０をオン状態に遷移させることで、終端電位は開始端電位まで遷移することになる。

そして、図１７（ａ）に示す本実施形態の共通駆動波形Ｖｃｏｍと図１７（ｂ）に示す比較例２の共通駆動波形Ｖｃｏｍとを対比すると、全体的な駆動波形長は本実施形態の共通駆動波形Ｖｃｏｍの方が短くなる。

このように構成することで、終端電位は開始端電位をつなぐための期間が短くなり、共通駆動波形の波形長の増加を抑制することができるので、消費電力を低減しつつ、駆動周波数の低下を抑制して、印刷速度の低下を抑えることができる。

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。

３３ キャリッジ
３４、３４ａ、３４ｂ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
５００ 制御部
５０８ 印刷制御部
７０１ 駆動波形生成部
７０２ データ転送部
ＴＧ０〜ＴＧ３ 駆動パルス選択用スイッチ（第１スイッチ手段）
ＳＷ０〜ＳＷ３ 開始端電位選択用スイッチ（第２スイッチ手段）

Claims (6)

1. 液滴を吐出する複数のノズルが通じる個別液室の液体を加圧する圧力を発生する、電気的に容量性を示す圧力発生手段を有する液体吐出ヘッドと、
   吐出滴の滴サイズに対応する複数の駆動波形を生成し、吐出滴に応じて前記駆動波形を選択して前記圧力発生手段に与えるヘッド駆動制御手段と、を備え、
   前記ヘッド駆動制御手段は、
   前記駆動波形を前記圧力発生手段に与える経路に設けられ、吐出滴の滴サイズに応じて開閉される第１スイッチ手段と、
   前記第１スイッチ手段を迂回して、前記駆動波形を前記圧力発生手段に与える経路に設けられた第２スイッチ手段と、
   前回の滴吐出を行った前記駆動波形の終端電位と今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位を繋ぐ連結区間で、今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位に対応する前記第２スイッチ手段を閉じて、前記圧力発生手段の電位を、前回の滴吐出を行った前記駆動波形の終端電位から今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位に遷移させる手段と、を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２スイッチ手段は、今回の滴吐出を行う前記駆動波形が前記圧力発生手段に与えられている間も閉じている状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ヘッド駆動制御手段は、前記複数の駆動波形をそれぞれ独立して生成出力す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. 前記ヘッド駆動制御手段は、前記複数の駆動波形を時系列で含む共通駆動波形を生成出力することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記第２スイッチ手段は、ＮＭＯＳトランジスタで構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 液滴を吐出する複数のノズルが通じる個別液室の液体を加圧する圧力を発生する、電気的に容量性を示す圧力発生手段を有する液体吐出ヘッドを駆動制御するヘッド駆動制御方法であって、
   吐出滴の滴サイズに対応する複数の駆動波形を生成し、
   前記駆動波形を前記圧力発生手段に与える経路に設けられた第１スイッチ手段を、吐出滴の滴サイズに応じて開閉して、前記駆動波形を選択して、前記圧力発生手段に与え、
   前回の滴吐出を行った前記駆動波形の終端電位と今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位を繋ぐ連結区間で、前記第１スイッチ手段を迂回して、前記駆動波形を前記圧力発生手段に与える経路に設けられた、今回の滴吐出を行う前記駆動波形に対応する第２スイッチ手段を閉じて、前記圧力発生手段の電位を、前回の滴吐出を行った前記駆動波形の終端電位から今回の滴吐出を行う前記駆動波形の開始端電位に遷移させる
   ことを特徴とするヘッド駆動制御方法。

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