JP2016055549A - 液滴吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子を液滴の吐出制御手段として用いた記録ヘッドにおいて、圧電素子を駆動するための駆動経路の影響による液滴の吐出状態の変動を抑制することができる液滴吐出装置を提供する。【解決手段】液滴を吐出するノズルを有する液滴吐出装置であって、ノズルから液滴を吐出させるための吐出力を生じさせるアクチュエータ素子１６１と、アクチュエータ素子を駆動するための第１の駆動信号を出力する第１の信号出力部と、電気的に容量性であるアクチュエータ素子において第１の駆動信号に基づく電圧が印加される側とは反対側に、アクチュエータ素子を駆動するための第２の駆動信号を出力する第２の信号出力部とを含む。【選択図】図９

Description

本発明は、液滴吐出装置及び画像形成装置に関する。

近年、情報の電子化が推進される傾向にあり、電子化された情報の出力に用いられるプリンタやファクシミリ及び書類の電子化に用いるスキャナ等の画像処理装置は欠かせない機器となっている。このような画像処理装置は、撮像機能、画像形成機能及び通信機能等を備えることにより、プリンタ、ファクシミリ、スキャナ、複写機として利用可能な複合機として構成されることが多い。

このような画像処理装置のうち、電子化された情報の出力に用いられるプリンタの一態様として、インクジェット方式を採用したプリンタ（以降、インクジェットプリンタとする）がある。インクジェットプリンタにおいては、記録ヘッドが用紙等の記録媒体に対してインクを吐出することにより、画像が形成される。

記録ヘッドにおいてインクの吐出を制御する態様としては、圧電素子を用いるもの、インクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させるもの、静電気力を利用するもの等がある。このような吐出制御手段を用いた記録ヘッドにおいては、高密度のマルチノズル化を比較的容易に実現することが可能であり、高精細な画像を記録媒体上に形成することが可能である。

例えば、圧電素子を吐出制御手段として用いた記録ヘッドにおいては、圧電素子に所定の駆動波形を印加することにより、それぞれのノズルからインクの吐出が行われる。このようなマルチノズル化された記録ヘッドに用いられる圧電素子をより高いエネルギー利用効率で駆動させるための、駆動回路と圧電素子との接続の切り替え態様が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１においては、予め定められた波形の駆動信号を生成する生成回路から出力される駆動信号を出力させる。そして、駆動信号を圧電素子に伝送する伝送線に対して生成回路の出力を接続させて圧電素子を充電させた後、伝送線に対して接地レベルを接続させることが提案されている。

圧電素子に印加される駆動波形は、圧電素子を駆動するための駆動経路によっては鈍りや電圧降下が生じ、圧電素子に所定の駆動波形が印加されない場合がある。その場合、インクの吐出量や吐出速度等のインク吐出状態が変動して所望の状態とは異なってしまう。その結果、例えば、形成された画像の画質が低下する。また、例えば、画像形成とは関係しないインクを所定の装置に吐出して安定した吐出性能を維持する処理においても、所定の装置にインクが十分に吐出されずインク粘度が高くなる場合がある。また、特許文献１に開示された技術では、駆動経路による駆動波形の鈍りや電圧降下については考慮されていない。

なお、このような課題は、インクジェット方式による画像形成装置に限らず、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出装置であれば同様に発生し得る。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、圧電素子を液滴の吐出制御手段として用いた記録ヘッドにおいて、圧電素子を駆動するための駆動経路の影響による液滴の吐出状態の変動を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、液滴を吐出するノズルを有する液滴吐出装置であって、前記ノズルから液滴を吐出させるための吐出力を生じさせるアクチュエータ素子と、前記アクチュエータ素子を駆動するための第１の駆動信号を出力する第１の信号出力部と、電気的に容量性である前記アクチュエータ素子において前記第１の駆動信号に基づく電圧が印加される側とは反対側に、前記アクチュエータ素子を駆動するための第２の駆動信号を出力する第２の信号出力部とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、圧電素子を液滴の吐出制御手段として用いた記録ヘッドにおいて、圧電素子を駆動するための駆動経路の影響による液滴の吐出状態の変動を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を例示する図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの機能構成を例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係る記録ヘッドの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態に係る印刷制御部及びヘッドドライバの機能構成を例示するブロック図である。 本発明の実施形態に係るヘッドドライバの駆動信号を例示する図である。 本発明の実施形態に係るヘッドドライバの駆動信号を例示する図である。 本発明の実施形態に係る駆動回路と比較のための従来の駆動回路を例示する図である。 本発明の実施形態に係る駆動回路を例示する図である。 本発明の実施形態に係る駆動回路と比較のための従来の駆動回路において各圧電素子を駆動する際の駆動波形及び駆動回路を流れる駆動電流波形を例示する図である。 本発明の実施形態に係る駆動回路において各圧電素子を駆動する際の駆動波形及び駆動回路を流れる駆動電流波形を例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態においては、液滴吐出装置の例として、マルチチャネル化されたインクジェット記録ヘッドを含むインクジェットプリンタについて説明する。なお、インクジェットプリンタは、液滴吐出装置によってインクを吐出して画像を形成する画像形成装置でもある。図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の全体構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は、インクジェットプリンタ１の透視斜視図、図１（ｂ）は、インクジェットプリンタ１の透視側面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１、キャリッジ１０１に搭載された記録ヘッド１０２、記録ヘッド１０２にインクを供給するインクカートリッジ１０３等で構成される印字機構部等を含む。インクジェットプリンタ１の装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙Ｐ等の記録媒体を積載可能な給紙カセット（あるいは給紙トレイでもよい）１０４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ１０５を開倒することができる。インクジェットプリンタ１は、給紙カセット１０４或いは手差しトレイ１０５から給送される用紙Ｐを取り込み、上述した印字機構部によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０６に排紙する。なお、以降、記録媒体は用紙である場合を例として説明するが、記録媒体としては、用紙の他、フィルム、プラスチック等のシート状の材料で、画像形成出力の対象物となるものであれば採用可能である。

また、印字機構部は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１０７と従ガイドロッド１０８とで、キャリッジ１０１を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。キャリッジ１０１に搭載されている記録ヘッド１０２は、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｄａ）、ブラック（ｂｌａｃＫ）の各色のインク滴を吐出する。これら各色のインクを吐出する複数のインク吐出口は主走査方向と交差する方向に配列されており、且つインク吐出口は下方に向けられている。

記録ヘッド１０２に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１０３は、キャリッジ１０１において交換可能に装着されている。また、インクカートリッジ１０３は、上方に待機と連通する大気口、下方には記録ヘッド１０２にインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド１０２へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。尚、本実施形態においては、記録ヘッド１０２が色ごとに設けられている場合を例としているが、各色のインクを吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

キャリッジ１０１は、後方側（用紙搬送方向下流側）が主ガイドロッド１０７に摺動自在に装着され、前方側（用紙搬送方向上流側）が従ガイドロッド１０８に摺動自在に装着されている。そして、キャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０９で回転駆動される駆動プーリ１１０と従動プーリ１１１との間にタイミングベルト１１２が架け渡されている。タイミングベルト１１２とキャリッジ１０１とは固定されており、主走査モータ１０９の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復駆動される。

一方、給紙カセットにセットされた用紙を記録ヘッド１０２の下方側に搬送するために、給紙カセット１０４から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４と、用紙Ｐを案内するガイド部材１１５と、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ１１６と、この搬送ローラ１１６の周面に押し付けられる搬送コロ１１７及び搬送ローラ１１６からの用紙Ｐの送り出し角度を規定する先端コロ１１８とが設けられている。搬送ローラ１１６は図示しない副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。

キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙Ｐを記録ヘッド１０２の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２０、拍車１２１が設けられ、更に用紙Ｐを排紙トレイ１０６に送り出す排紙ローラ１２２及び拍車１２３と、排紙経路を形成するガイド部材１２４、１２５とが配置されている。

そして、用紙Ｐへの画像記録時には、インクジェットプリンタ１のコントローラが、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０２を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１走査分を記録し、用紙Ｐを所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙Ｐを排紙する。

記録ヘッド１０２は、上述したように複数設けられたノズルを夫々駆動するための駆動素子として圧電素子を含む。即ち、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１においては、複数のノズル夫々からインク（液滴）を吐出させるための吐出力を生じさせるアクチュエータ素子として圧電素子が用いられる。この圧電素子に所定の駆動波形を印加することにより、夫々のノズルからインクの吐出が行われる。

また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１０２の吐出不良を回復するための維持回復装置１２６が配置されている。維持回復装置１２６はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１０１は、印字待機中においてこの維持回復装置１２６側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１０２をキャッピングされる。これにより、吐出口部が湿潤状態に保たれ、インク乾燥による吐出不良が防止される。

また、記録ヘッド１０２は、記録途中などにおいて記録と関係しないインクを維持回復装置１２６に吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。詳細には、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段が記録ヘッド１０２の吐出口（ノズル）を密封し、吸引手段がチューブを通して吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

次に、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の機能構成を説明する。図２は、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の機能構成を例示するブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、コントローラ１００、キャリッジ１０１、主走査モータ１０９、センサ群１３３、搬送ベルト１３５、維持回復モータ１３６、帯電ローラ１３７及び操作パネル１３８を含む。なお、以降、図１に示した構成と同一の構成には図１と同一の符号が付されている。

操作パネル１３８は、インクジェットプリンタ１に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作部及び表示部として機能するユーザインタフェースである。キャリッジ１０１は、インクを吐出する記録ヘッド１０２及び記録ヘッド１０２を駆動するヘッドドライバ１３１が搭載されており、搬送ベルト１３５によって搬送される用紙に対して、用紙の搬送方向である副走査方向と直角な方向である主走査方向に動かされることにより、用紙の前面に対してインクを吐出して画像形成出力を行う。

主走査モータ１０９は、キャリッジ１０１を主走査方向に動かすための動力を供給するモータである。副走査モータ１３４は、画像の出力対象である用紙を搬送する搬送ベルト１３５に動力を供給するモータである。維持回復モータ１３６は、維持回復装置１２６を駆動するモータである。

センサ群１３３は、インクジェットプリンタ１における様々な情報を検知する各種センサであり、例えば、主走査モータ１０９及び副走査モータ１３４の回転を検知するための回転検知センサ、用紙の位置を検知するための光学センサ、装置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、カバーの開閉を検知するインターロックスイッチ等である。帯電ローラ１３７は、搬送ベルト１３５を帯電させることにより、画像の出力対象である用紙を搬送ベルト１３５に吸着させるための静電力を発生させる。

コントローラ１００は、インクジェットプリンタ１の動作を制御する制御部であり、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、ＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）１４、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１５、ホストＩ／Ｆ１６、印刷制御部１７、モータ駆動部１８、ＡＣバイアス供給部１９及びＩ／Ｏ２０を含む。

ＣＰＵ１１は演算手段であり、コントローラ１００各部の動作を制御する。ＲＯＭ１２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＲＡＭ１３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＮＶＲＡＭ１４は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、制御プログラムや制御用のパラメータが格納される。

ＡＳＩＣ１５は、画像形成出力に際して必要な画像処理を実行するハードウェア回路である。ホストＩ／Ｆ１６は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等のホスト装置から描画データを受信するためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。Ｉ／Ｏ２０は、センサ群１３３からの検出信号をコントローラ１００に入力するためのポートである。

印刷制御部１７は、キャリッジ１０１に含まれる記録ヘッド１０２を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動波形を生成する駆動波形生成手段を含む。モータ駆動部１８は、主走査モータ１０９及び副走査モータ１３４を駆動する。ＡＣバイアス供給部１９は、帯電ローラ１３７にＡＣバイアスを供給する。

ＰＣ等の情報処理装置、イメージスキャナ等の画像読取装置、デジタルカメラ等の撮像装置といったホスト側からの描画データは、コントローラ１００においてホストＩ／Ｆ１６に入力され、ホストＩ／Ｆ１６内の受信バッファに格納される。ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１３にロードされたプログラムに従って演算を行うことにより、ホストＩ／Ｆ１６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、ＡＳＩＣ１５を制御して必要な画像処理、データの並び替え処理等を行なう。その後、ＣＰＵ１１は、印刷制御部１７を制御することにより、ＡＳＩＣ１５において処理された描画データを、ヘッドドライバ１３１に転送する。

印刷制御部１７は、上述した描画データをシリアルデータでヘッドドライバ１３１に転送するとともに、この描画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（マスク信号）などをヘッドドライバ１３１に出力する。また、印刷制御部１７は、ＲＯＭ１２に格納されている駆動信号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及びヘッドドライバ１３１に与える駆動波形選択手段を含み、１の駆動パルス（駆動信号）或いは複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形を生成してヘッドドライバ１３１に対して出力する。

ヘッドドライバ１３１は、シリアルに入力される１行分の描画データに基づき、印刷制御部１７から与えられる駆動波形を構成する駆動信号を、記録ヘッド１０２から液滴を吐出させるためのエネルギーを発生する駆動素子に対して選択的に印加することで記録ヘッド１０２を駆動する。このとき、ヘッドドライバ１３１は、駆動波形を構成する駆動パルスを選択することによって、例えば、大滴（大ドット）、中滴（中ドット）、小滴（小ドット）など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

ここで、キャリッジ１０１における記録ヘッド１０２の構成について説明する。図３は、本実施形態におけるキャリッジ１０１における記録ヘッド１０２の構成を模式的に示す図である。図３に示すように、本実施形態に係るキャリッジ１０１には、記録ヘッド１０２として、ＣＮＹＫ（Ｃｙａｎ，Ｍａｇｅｎｔａ，Ｙｅｌｌｏｗ，ｂｌａｃＫ）夫々の色毎に、記録ヘッド１０２Ｋ、１０２Ｃ、１０２Ｍ、１０２Ｙが搭載されている。

図４（ａ）は、図３の切断線ＡＡ´における断面図であり、図４（ｂ）は、図３の切断線ＢＢ´における断面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係る記録ヘッド１０２は、例えば単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板１５１と、この流路板１５１の下面に接合した例えばニッケル電鋳で形成した振動板１５２と、流路板１５１の上面に接合したノズル板１５３とを接合して積層し、これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル１５４が連通する流路であるノズル連通路１５５及び圧力発生室である液室１５６、液室１５６に流体抵抗部（供給路）１５７を通じてインクを供給するための共通液室１５８に連通するインク供給口１５９などを形成している。

また、振動板１５２を変形させて液室１５６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列の積層型圧電素子１６１と、この圧電素子１６１を接合固定するベース基板１６２とを備えている。なお、圧電素子１６１の間には支柱部１６３を設けている。この支柱部１６３は圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１６１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。

さらに、圧電素子１６１には図示しない駆動ＩＣを搭載したＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）ケーブル１６４が接続されている。そして、振動板１５２の周縁部をフレーム部材１６５に接合し、このフレーム部材１６５には、圧電素子１６１及びベース基板１６２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１６６及び共通液室１５８となる凹部、この共通液室１５８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１６７を形成している。

ノズル板１５３は各液室１５６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１５４を形成し、流路板１５１に接着剤接合している。このノズル板１５３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。

圧電素子１６１は、圧電材料１６８と内部電極１６９とを交互に積層した積層型圧電素子であり、ここではＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）素子である。この圧電素子１６１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１６９には個別電極１７０及び共通電極１７１が接続されている。なお、この実施形態では、圧電素子１６１の圧電方向として、図面上方への変位を用いて液室１５６内インクを加圧する構成としている。また、１つの基板１６２に１列の圧電素子１６１が設けられる構造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、例えば圧電素子１６１に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１６１が収縮し、振動板１５２が下降して液室１５６の容積が膨張することで、液室１５６内にインクが流入し、その後圧電素子１６１に印加する電圧を上げて圧電素子１６１を積層方向に伸長させ、振動板１５２をノズル１５４方向に変形させて液室１５６の容積／体積を収縮させることにより、液室１５６内の記録液が加圧され、ノズル１５４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１６１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板１５２が初期位置に復元し、液室１５６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１５８から液室１５６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１５４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、印刷制御部１７及びヘッドドライバ１３１の詳細を説明する。図５は、印刷制御部１７及びヘッドドライバ１３１の機能構成を例示するブロック図である。図５に示すように、印刷制御部１７は、上述したように、１印刷周期内に複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形（共通駆動波形）を生成して出力する駆動波形生成部２０１と、印刷画像に応じた２ビットの印字データ（階調信号０、１）と、クロック信号、ラッチ信号（ＬＡＴ）、滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３を出力するデータ転送部２０２とを備えている。

なお、滴制御信号は、ヘッドドライバ１３１の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ２１５の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号であり、共通駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべき波形でＨレベル（ＯＮ）に状態遷移し、非選択時にはＬレベル（ＯＦＦ）に状態遷移する。

ヘッドドライバ１３１は、データ転送部２０２からの転送クロック（シフトクロック）及びシリアル印字データ（階調データ：２ビット／ＣＨ）を入力するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１の各レジスト値をラッチ信号によってラッチするためのラッチ回路２１と、階調データと滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコードして結果を出力するデコーダ２１３と、デコーダ２１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ２１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ２１４と、レベルシフタ２１４を介して与えられるデコーダ２１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ２１５とを備えている。

このアナログスイッチ２１５は、各圧電素子１６１の選択電極（個別電極）１７０に接続され、駆動波形生成部２０１からの共通駆動波形が入力されている。したがって、シリアル転送された印字データ（階調データ）及び滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３をデコーダ２１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチ２１５がオンされることにより、共通駆動波形を構成する所要の駆動信号が通過して（選択されて）圧電素子１６１に印加される。すなわち、印刷制御部１７は、アクチュエータ素子である圧電素子１６１を駆動するための駆動信号を第１の駆動信号として出力する第１の信号出力部として機能する。

次に、駆動波形の一例について説明する。図６及び図７は、ヘッドドライバ１３１の駆動信号を例示する図である。駆動波形生成部２０１からは１印刷周期（１駆動周期）内に、図６に示すように、基準電位Ｖｅから立ち下がる波形要素と、立下り後の状態から立ち上がる波形要素などで構成される、８個の駆動パルスＰ１ないしＰ８からなる駆動信号（駆動波形）を生成して出力する。１印刷周期は、最大の駆動周波数により決まる。一方、データ転送部２０２からの滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３によって使用する駆動パルスを選択する。

データ転送部２０２からの滴制御信号Ｍ０〜Ｍ３によって、小滴（小ドット）を形成するときには図７（ａ）に示すように駆動パルスＰ１を選択し、中滴（中ドット）を形成するときには図７（ｂ）に示すように駆動パルスＰ４ないしＰ６を選択し、大滴（大ドット）を形成するときには図７（ｃ）に示すように駆動パルスＰ２ないしＰ８を選択し、微駆動の（滴吐出を伴わないでメニスカスを振動させる）ときには図７（ｄ）に示すように微駆動パルスＰ２を選択して、それぞれ記録ヘッド１０２の圧電素子１６１に印加させるようにする。

このようなインクジェットプリンタ１において、圧電素子１６１を駆動するための駆動経路による駆動波形の鈍りや電圧降下によるインクの吐出状態の変動を抑制するための駆動回路の構成が本実施形態に係る要旨である。

次に、記録ヘッド１０２の複数のノズルからのインクの吐出を制御する駆動波形を実現するための駆動回路の構成を説明する。図８は、本実施形態に係る駆動回路と比較のための従来の駆動回路を例示する図である。図９は、本実施形態に係る駆動回路を例示する図である。図８及び図９に示すように、従来の駆動回路は、インクジェットプリンタ１のコントローラ側基板、配線基板及びキャリッジ側基板から構成される。

図８及び図９に示したキャリッジ側基板は、図２に示した記録ヘッド１０２の基板であり、図５に示したアナログスイッチ２１５及び圧電素子１６１から構成される。図８及び図９に示すように、キャリッジ側基板は、複数の圧電素子１６１−１〜１６１−ｎ（ｎは１以上の整数であり常に同じ数であるとは限らない）及び各圧電素子への信号の印加状態を切り替えるスイッチ２１５−１〜２１５−ｎを含む。すなわち、図８及び図９に示した駆動回路の例において、記録ヘッド１０２は、各色ｎ個のノズルすなわちｎチャンネルで構成される。

図９に示したキャリッジ側基板は、上述した構成の負極側に、駆動信号源２３１及びキャパシタ２３２が追加された構成をとる。この構成が本実施形態に係る要旨である。詳細は後述する。

図８及び図９に示したコントローラ側基板は、図２に示したコントローラ１００の基板であり、図５に示した印刷制御部１７の駆動波形生成部２０１及び抵抗Ｒ１を含む。駆動波形生成部２０１は、配線基板及びキャリッジ側基板の正極側の配線経路（充放電経路）を介して、各スイッチ２１５−１〜２１５−ｎのうちオンされているスイッチ２１５に接続されている圧電素子１６１に共通駆動波形を構成する駆動信号を印加する。すなわち、駆動波形生成部２０１は、アクチュエータ素子である圧電素子１６１を駆動するための駆動信号を第１の駆動信号として出力する第１の信号出力部として機能する。

また、図８及び図９に示すように、配線基板は、例えば、正極側に抵抗Ｒ２〜Ｒ５及びインダクタＬ１、Ｌ２、負極側に抵抗Ｒ６〜Ｒ９及びインダクタＬ３、Ｌ４が配置されて構成される。

図１０は、図８に示した駆動回路において各圧電素子１６１を駆動する際の駆動波形及び駆動回路を流れる駆動電流波形を例示する図である。具体的には、図１０は、図８に示した駆動回路において駆動波形生成部２０１により生成される駆動波形（以降、駆動電圧（正極）とする）、正極側を流れる電流（以降、駆動電流（正極）とする）の波形、負極側を流れる電流である負極側電流（以降、駆動電流（負極）とする）の波形及び、圧電素子１６１に実際に印加される電圧である正極負極間駆動電圧を例示する図である。

図８に示した駆動回路においては、図１０に示した駆動電圧（正極）が駆動回路に印加されると、図１０に示した駆動電流（正極）が正極側の配線経路を流れ、スイッチ２１５がオンされている圧電素子１６１への正極側からの充放電が行われる。これに伴い、図１０に示した駆動電流（負極）が負極側の配線経路を流れ、スイッチ２１５がオンされている圧電素子１６１への負極側からの充放電が行われる。

図１０に示すように、駆動電流（正極）と駆動電流（負極）とは反転した波形であり、正極負極間駆動電圧は、駆動電圧（正極）と同じである。そのため、スイッチ２１５がオンされている圧電素子１６１には、駆動波形生成部２０１により生成された駆動波形と同じ波形を構成する駆動信号が印加される。

しかしながら、これは理論上の動作であり、実際には、図１０に示した駆動電圧（正極）は、図８及び図９に示した配線基板の回路構成（回路の抵抗値、インダクタンス値、経路長等）によって鈍りや電圧降下が生じる場合がある。この場合、図１０に示した駆動電圧（正極）が各圧電素子１６１に共通して印加されたとしても、圧電素子１６１に実際に印加される正極負極間駆動電圧は、図１０に示したように駆動電圧（正極）と同じにはならない。その結果、例えば、形成された画像の画質が低下したり、維持回復装置１２６へインクを吐出する場合であってもインクが十分に吐出されずインク粘度が高くなったりする。

図９に示した駆動信号源２３１及びキャパシタ２３２は、このような課題を解決するための構成である。駆動信号源２３１は、予め定められた波形の変動制御信号を生成する。駆動信号源２３１により生成された駆動信号（以降、「変動制御信号」とする）がキャパシタ２３２に印加されて充放電が行われると、キャパシタ２３２から流れる電流（以降、「変動電流」とする）が、駆動電流（負極）に重畳される。

図１１は、図９に示した駆動回路において各圧電素子１６１を駆動する際の駆動波形及び駆動回路を流れる駆動電流波形を例示する図である。具体的には、図１１は、図９に示した駆動回路において駆動波形生成部２０１により生成される駆動電圧（正極）、駆動信号源２３１により生成される変動制御信号、変動制御信号により負極側に印加される電圧（以降、「変動電圧（負極）」とする）、駆動電流（正極）、駆動電流（負極）、正極負極間電圧を例示する図である。

図９に示した駆動回路においては、図１１に示した駆動電圧（正極）が駆動回路に印加されると、図１１に示した駆動電流（正極）が正極側の配線経路を流れ、スイッチ２１５がオンされている圧電素子１６１への正極側からの充放電が行われる。これに伴い、図１０に示した駆動電流（負極）が負極側の配線経路を流れ、スイッチ２１５がオンされている圧電素子１６１への負極側からの充放電が行われる。

また、図９に示した駆動回路においては、駆動信号源２３１により図１１に示した変動制御信号が生成されて変動電圧（負極）がキャパシタ２３２に印加されると、キャパシタ２３２への充放電が行われる。そして、キャパシタ２３２から流れる電流が負極側に流れる図１０に示した駆動電流（負極）に重畳されて、図１１に示した駆動電流（負極）が負極側の配線経路を流れる。

そのため、スイッチ２１５がオンされている圧電素子１６１には、駆動波形生成部２０１により生成された駆動波形とは異なる波形を構成する図１１に示した正極負極間電圧が印加される。すなわち、駆動信号源２３１は、電気的に容量性であるアクチュエータ素子において駆動波形生成部２０１により生成された第１の駆動信号に基づく電圧が印加される側とは反対側に、アクチュエータ素子を駆動するための第２の駆動信号を出力する第２の信号出力部として機能する。

なお、駆動信号源２３１により生成される変動制御信号の大きさやタイミングは、例えば、駆動波形生成部２０１を含む印刷制御部１７である信号出力部からアクチュエータ素子である圧電素子１６１までの駆動経路の構成（駆動回路上の配線の長さ、駆動回路上の抵抗値、インダクタンス値等）に基づいて設定される。本実施形態においては、例えば、図１１に示した駆動電圧（正極）の立ち上がり後の保持期間のうちの１つ目のタイミングで変動電流が駆動電流（負極）に重畳される場合を例としている。その他、駆動回路の状態に応じて、立ち上がり後の保持期間のうちの２つ目のタイミングで変動電流が駆動電流（負極）に重畳されてもよいし、両方のタイミングで変動電流が駆動電流（負極）に重畳されてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、記録ヘッド１０２の各ノズルを駆動する各圧電素子１６１に共通の駆動信号を選択的に印加する際に、負極側で生成した変動電圧により流れる変動電流を負極側の駆動電流に重畳させる。これにより、圧電素子１６１を駆動するための駆動経路の影響により駆動波形の鈍りや電圧降下が起こった場合であっても、正極側で設定された駆動信号に対して負極側から変動を起こすことで、正極負極間においては所定の電圧変化パターンを確保することができるので、圧電素子を駆動するための駆動経路の影響による液滴の吐出状態の変動を抑制することが可能になる。

また、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、正極側で設定された駆動信号に対して負極側から変動を起こして、変動電流を負極側の駆動電流に重畳させるので、正極側で設定される駆動信号の電圧を上げることなく、液滴の吐出状態の変動を抑制することが可能になる。

また、本実施形態においては、キャパシタ２３２により電流を制御して負極側の変動電圧を生成するので、変動電圧を直接印加することで正極側の駆動電流と負極側の駆動電流とが短絡に等しくなり駆動回路に大電流が流れることを防止することができる。例えば、配線基板における抵抗値が０．１Ω、インダクタンス値が５０ｎＨである場合、キャパシタ２３２を用いた場合の駆動電流は２Ａ以下であるが、変動電圧を直接印加する場合の駆動電流は１０Ａ以上の大電流となる。また、配線基板における抵抗値及びインダクタンス値がさらに小さい場合、変動電圧を直接印加する場合の駆動電流はさらに大きくなる。

なお、上記実施形態においては、負極側の変動制御信号（変動信号）の生成に駆動信号源２３１が用いられる場合を例として説明したが、その他、駆動信号源２３１の代わりにチャージポンプ回路が用いられてもよい。

また、上記実施形態においては、第１の信号出力部である駆動波形生成部２０１が所定の電圧変化パターンを有する信号を第１の駆動信号として出力し、第２の信号出力部である駆動信号源２３１が所定の電圧変化パターンを補助するための信号を第２の駆動信号として出力する場合を例として説明した。すなわち、上記実施形態において、駆動信号源２３１は、駆動波形生成部２０１により生成された駆動波形（第１の駆動信号）の鈍りや電圧降下が起こった場合に駆動信号を補正する第２の駆動信号を出力する。

その他、駆動波形生成部２０１及び駆動信号源２３１は、互いに符号が反転された信号を第１の駆動信号と第２の駆動信号として出力してもよい。これにより、駆動波形生成部２０１は、従来よりも低電圧で波形の鈍り等の影響を受けにくい第１の駆動信号を出力したとしても、第１の駆動信号と符号が反転された第２の駆動信号を出力することで、正極負極間においては所定の電圧変化パターンを確保することができる。したがって、このような構成によっても、圧電素子を駆動するための駆動経路の影響による液滴の吐出状態の変動を抑制することが可能になる。

また、本実施形態は、図１に示したインクジェットプリンタ１であるシリアル方式の画像形成装置に限らず、隣接するヘッドの端部ノズルを重複させて配置し、重複部分の画像を重複ノズルでドットを打ち分けて形成するオーバーラップ処理が実施するライン方式の画像形成装置や繋ぎヘッド構成をもつシリアル方式の画像形成装置にも同様に適用可能である。また、本実施形態は、インクジェット方式による画像形成装置に限らず、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出装置に対しても同様に適用可能である。

１ インクジェットプリンタ
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ ＮＶＲＡＭ
１５ ＡＳＩＣ
１６ ホストＩ／Ｆ
１７ 印刷制御部
１８ モータ駆動部
１９ ＡＣバイアス供給部
２０ Ｉ／Ｏ
１００ コントローラ
１０１ キャリッジ
１０２ インクジェットヘッド
１０３ インクカートリッジ
１０４ 給紙カセット
１０５ 手差しトレイ
１０６ 排紙トレイ
１０７ 主ガイドロッド
１０８ 従ガイドロッド
１０９ 主走査モータ
１１０ 駆動プーリ
１１１ 従動プーリ
１１２ タイミングベルト
１１３ 給紙ローラ
１１４ フリクションパッド
１１５ ガイド部材
１１６ 搬送ローラ
１１７ 搬送コロ
１１８ 先端コロ
１１９ 印写受け部材
１２０ 搬送コロ
１２１ 拍車
１２２ 排紙ローラ
１２３ 拍車
１２４ ガイド部材
１２６ 維持回復装置
１３１ ヘッドドライバ
１３３ センサ群
１３４ 副走査モータ
１３５ 搬送ベルト
１３６ 維持回復モータ
１３７ 帯電ローラ
１３８ 操作パネル
１５１ 流路板
１５２ 振動板
１５３ ノズル板
１５４ ノズル
１５５ 連通路
１５６ 液室
１５７ 流体定航部
１５８ 共通液室
１５９ インク供給口
１６１ 圧電素子
１６２ ベース基板
１６３ 支柱部
１６４ ＦＰＣケーブル
１６５ フレーム部材
１６６ 貫通部
１６７ インク供給穴
１６８ 圧電素材
１６９ 内部電極
１７０ 個別電極
１７１ 共通電極
２０１ 駆動波形生成部
２０２ データ転送部
２１１ シフトレジスタ
２１２ ラッチ回路
２１３ デコーダ
２１４ レベルシフタ
２１５ アナログスイッチ
２３１ 駆動信号源
２３２ キャパシタ

特開２０１３−０５９９１７号公報

Claims (4)

1. 液滴を吐出するノズルを有する液滴吐出装置であって、
   前記ノズルから液滴を吐出させるための吐出力を生じさせるアクチュエータ素子と、
   前記アクチュエータ素子を駆動するための第１の駆動信号を出力する第１の信号出力部と、
   電気的に容量性である前記アクチュエータ素子において前記第１の駆動信号に基づく電圧が印加される側とは反対側に、前記アクチュエータ素子を駆動するための第２の駆動信号を出力する第２の信号出力部と
   を含むことを特徴とする液滴吐出装置。
2. 第１の信号出力部は、前記アクチュエータ素子を駆動するための予め定められた電圧変化パターンを有する信号を前記第１の駆動信号として出力し、
   第２の信号出力部は、前記予め定められた電圧変化パターンを補助するための信号を前記第２の駆動信号として出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号とは、符号が反転された信号である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴吐出装置によって液滴を吐出して画像を形成することを特徴とする画像形成装置。