JP2016144883A

JP2016144883A - 液体吐出装置およびヘッドユニット

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Publication number: JP2016144883A
Application number: JP2015022441A
Authority: JP
Inventors: 彰阿部; Akira Abe; 博司杉田; Hiroshi Sugita
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2016-08-12

Abstract

【課題】吐出部の他端に設けられるコンデンサー１４０を大型化させない。【課題を解決するための手段】液体吐出装置２０は、駆動信号を生成する駆動回路１２０ａ、１２０ｂと、駆動信号が印加される第１電極と前記第１電極と異なる第２電極とを有し、駆動信号により液体を吐出させる圧電素子Ｐztと、第２電極に電圧ＶＢＳを印加するオフセット電圧生成回路１３０と、一端が第２電極に電気的に接続されたコンデンサー１４０と、コンデンサー１４０に蓄積される電荷を出力して、当該コンデンサーの保持電圧を低下させる電圧制御部１５０と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、液体吐出装置およびヘッドユニットに関する。

インクなどの液体を吐出して、画像や文書などを印刷する液体吐出装置が知られている。液体を吐出させる吐出部は、典型的には、ピエゾ素子のような圧電素子を含み、それぞれの一端に駆動回路から駆動信号が供給されることにより、ノズルから所定のタイミングで所定量のインク等の液体を吐出する。
このような液体吐出装置において、吐出部（圧電素子）の特性を有効に活用するために、吐出部の他端にオフセット電圧（バイアス電圧）を印加して、当該他端をグランドよりも高位に保つ技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許第３７５７８０６号

ところで、吐出部が複数、具体的には数百個程度設けられる場合、駆動回路から供給される駆動信号の電流は、各ノズルにおいて液体を吐出する、しないの組み合わせ次第で広い幅にわたって変動する。このような駆動信号の電流変動に対してオフセット電圧を一定に保つために、吐出部の他端に比較的大容量のコンデンサーを設ける必要がある。
しかしながら、このような大容量のコンデンサーは大型であり、回路規模を縮小することが困難になるほか、コスト高を招くという問題もある。
そこで、本発明のいくつかの態様の目的の一つは、吐出部の他端に設けられるコンデンサーを大型化させないで済む技術を提供することにある。

上記目的の一つを達成するために、本発明の一態様に係る液体吐出装置は、駆動信号を生成する駆動回路と、前記駆動信号が印加される第１電極と前記第１電極と異なる第２電極とを有し、前記駆動信号により液体を吐出させる吐出部と、前記第２電極にオフセット電圧を印加するオフセット電圧生成回路と、一端が前記第２電極に電気的に接続されたコンデンサーと、前記コンデンサーに蓄積される電荷を出力して、前記コンデンサーの保持電圧を低下させる電圧制御部と、を備えることを特徴とする。

電圧制御部を有しない構成では、吐出部の他端の電圧が低下するときには、オフセット電圧生成回路がオフセット電圧を低下しないように生成すれば良いが、吐出部の他端の電圧が増加（上昇）するときには、当該オフセット電圧の増加を吸収するためにコンデンサーの容量を大きくする必要がある。これに対して、一態様に係る液体吐出装置では、電圧制御部が、コンデンサーの保持電圧を低下させるので、コンデンサーの容量を大きくさせないで済む。

詳細には、上記一態様に係る液体吐出装置において、前記電圧制御部は、前記駆動信号の電圧が増加する場合に、前記コンデンサーに蓄積される電荷を出力して、前記コンデンサーの電圧を低下させるように制御する構成としても良い。
なお、ここでいう液体吐出装置とは、液体を吐出するものであれば良く、これには後述する印刷装置のほかに、立体造形装置（いわゆる３Ｄプリンター）、捺染装置なども含まれる。また、本発明は、液体吐出装置に限られず、例えばヘッドユニット単体としても概念することが可能である。

実施形態に係る印刷装置の概略構成を示す図である。ヘッドユニットにおけるノズルの配列等を示す図である。ヘッドユニットにおける要部構成を示す断面図である。印刷装置の電気的な構成を示す図である。電圧制御部等の回路構成を示す図である。電圧制御部の動作を示す図であり。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について、印刷装置を例にとって説明する。

図１は、印刷装置の概略構成を示す斜視図である。
この印刷装置１は、液体としてのインクを吐出することによって、紙などの媒体Ｐにインクドット群を形成し、これにより、画像（文字、図形等を含む）を印刷する液体吐出装置の一種である。

図１に示されるように、印刷装置１は、キャリッジ２０を、主走査方向（Ｘ方向）に移動（往復動）させる移動機構６を備える。
移動機構６は、キャリッジ２０を移動させるキャリッジモーター６１と、両端が固定されたキャリッジガイド軸６２と、キャリッジガイド軸６２とほぼ平行に延在し、キャリッジモーター６１により駆動されるタイミングベルト６３と、を有している。
キャリッジ２０は、キャリッジガイド軸６２に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６３の一部に固定されている。そのため、キャリッジモーター６１によりタイミングベルト６３を正逆走行させると、キャリッジ２０がキャリッジガイド軸６２に案内されて往復動する。

キャリッジ２０には、印刷ヘッド２２が搭載されている。この印刷ヘッド２２は、媒体Ｐと対向する部分に、インクを個別にＺ方向に吐出する複数のノズルを有する。なお、印刷ヘッド２２は、カラー印刷のために、概略的に４個のブロックに分かれている。個々のブロックは、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のインクをそれぞれ吐出する。
なお、キャリッジ２０には、フレキシブルフラットケーブル１９０を介してメイン基板（この図では省略）から各種の制御信号等が供給される構成となっている。

印刷装置１は、媒体Ｐを、プラテン８０上で搬送させる搬送機構８を備える。搬送機構８は、駆動源である搬送モーター８１と、搬送モーター８１により回転し、媒体Ｐを副走査方向（Ｙ方向）に搬送する搬送ローラー８２と、を備える。

このような構成において、キャリッジ２０の主走査に合わせて印刷ヘッド２２のノズルから印刷データに応じてインクを吐出させるとともに、媒体Ｐを搬送機構８によって搬送する動作を繰り返すことで、媒体Ｐの表面に画像が形成される。
なお、本実施形態において主走査は、キャリッジ２０を移動させることで実行されるが、媒体Ｐを移動させることで実行しても良く、キャリッジ２０と媒体Ｐとの双方を移動させても良い。要は、媒体Ｐとキャリッジ２０（印刷ヘッド２２）とが相対的に移動する構成であれば良い。

図２（ａ）は、印刷ヘッド２２におけるインクの吐出面を媒体Ｐからみた場合の図である。この図に示されるように、印刷ヘッド２２は、４個のヘッドユニット３を有する。４個のヘッドユニット３の各々は、それぞれブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）に対応し、主走査方向であるＸ方向に配列する。

図２（ｂ）は、１個のヘッドユニット３におけるノズルの配列を示す図である。
この図に示されるように、１個のヘッドユニット３では、複数のノズルＮが、２列で配列する。ここで、説明の便宜上、この２列をそれぞれノズル列Ｎａ、Ｎｂとする。

ノズル列Ｎａ、Ｎｂでは、それぞれ複数のノズルＮが、Ｙ方向に沿ってピッチＰ１で配列する。また、ノズル列Ｎａ、Ｎｂ同士は、Ｙ方向にピッチＰ２だけ離間する。ノズル列Ｎａに属するノズルＮとノズル列Ｎｂに属するノズルＮとは、Ｙ方向に、ピッチＰ１の半分だけシフトした関係となっている。
このようにノズルＮを、ノズル列Ｎａ、Ｎｂの２列で、Ｙ方向にピッチＰ１の半分だけシフトして配置させることにより、Ｙ方向の解像度を、１列の場合と比較して実質的に倍に高めることができる。

なお、ヘッドユニット３は、アクチュエーター基板に可撓性の回路基板が接続されるとともに、当該可撓性の回路基板に駆動ＩＣが実装される。そこで次に、アクチュエーター基板の構造について説明する。

図３は、アクチュエーター基板４０の構造を示す断面図である。詳細には図２（ｂ）におけるｇ−ｇ線で破断した場合の断面を示す図である。
図３に示されるように、アクチュエーター基板４０は、流路基板４２のうち、Ｚ方向の負側の面上に圧力室基板４４と振動板４６とが設けられる一方、Ｚ方向の正側の面上にノズル板４１が設置された構造体である。
アクチュエーター基板４０の各要素は、概略的にはＹ方向に長尺な略平板状の部材であり、例えば接着剤を利用して互いに固定される。また、流路基板４２および圧力室基板４４は、例えばシリコンの単結晶基板で形成される。

ノズルＮは、ノズル板４１に形成される。ノズル列Ｎａに属するノズルに対応する構造と、ノズル列Ｎｂに属するノズルに対応する構造とは、Ｙ方向にピッチＰ１の半分だけシフトした関係にあるが、それ以外では、略対称に形成されるので、以下においてはノズル列Ｎａに着目してアクチュエーター基板４０の構造を説明することにする。

流路基板４２は、インクの流路を形成する平板材であり、開口部４２２と供給流路４２４と連通流路４２６とが形成される。供給流路４２４および連通流路４２６は、ノズル毎に形成され、開口部４２２は、複数のノズルにわたって連続するように形成されるとともに、対応する色のインクが供給される構造となっている。この開口部４２２は、液体貯留室Ｓｒとして機能し、当該液体貯留室Ｓｒの底面は、例えばノズル板４１によって構成される。具体的には、流路基板４２における開口部４２２と各供給流路４２４と連通流路４２６とを閉塞するように流路基板４２の底面に固定される。

圧力室基板４４のうち流路基板４２とは反対側の表面に振動板４６が設置される。振動板４６は、弾性的に振動可能な平板状の部材であり、例えば酸化シリコン等の弾性材料で形成された弾性膜と、酸化ジルコニウム等の絶縁材料で形成された絶縁膜との積層で構成される。振動板４６と流路基板４２とは、圧力室基板４４の各開口部４２２の内側で互い間隔をあけて対向する。各開口部４２２の内側で流路基板４２と振動板４６とに挟まれた空間は、インクに圧力を付与するキャビティ４４２として機能する。各キャビティ４４２は、流路基板４２の連通流路４２６を介してノズルＮに連通する。
振動板４６のうち圧力室基板４４とは反対側の表面には、ノズルＮ（キャビティ４４２）毎に圧電素子Ｐzt（吐出部）が形成される。

圧電素子Ｐztは、振動板４６の面上に形成された複数の圧電素子Ｐztにわたって共通の駆動電極７２（第２電極）と、当該駆動電極７２の面上に形成された圧電体７４と、当該圧電体７４の面上に圧電素子Ｐzt毎に形成された個別の駆動電極７６（第１電極）とを包含する。このような構成において、駆動電極７２、７６によって圧電体７４を挟んで対向する領域が圧電素子Ｐztとして機能する。

圧電体７４は、例えば加熱処理（焼成）を含む工程で形成される。具体的には、複数の駆動電極７２が形成された振動板４６の表面に塗布された圧電材料を、焼成炉内での加熱処理により焼成してから圧電素子Ｐzt毎に成形（例えばプラズマを利用したミーリング）することで圧電体７４が形成される。

なお、ノズル列Ｎｂに対応する圧電素子Ｐztも同様に、駆動電極７２と、圧電体７４と、駆動電極７６とを包含した構成である。
また、この例では、圧電体７４に対し、共通の駆動電極７２を下層とし、個別の駆動電極７６を上層としたが、逆に駆動電極７２を上層とし、駆動電極７６を下層とする構成としても良い。
また、アクチュエーター基板４０に、駆動ＩＣを直接実装した構成でも良い。

後述するように、圧電素子Ｐztの一端である駆動電極７６には、吐出すべきインク量に応じた駆動信号の電圧Ｖoutが印加される一方、圧電素子Ｐztの他端である駆動電極７２には、電圧Ｖ_ＢＳの保持信号が印加される。
このため、圧電素子Ｐztは、駆動電極７２、７６に印加された電圧に応じて、上または下方向に変位する。詳細には、駆動電極７６を介して印加される駆動信号の電圧Ｖoutが低くなると、圧電素子Ｐztにおける中央部分が両端部分に対して上方向に撓む一方、当該電圧Ｖoutが高くなると、下方向に撓む構成となっている。
ここで、上方向に撓めば、キャビティ４４２の内部容積が拡大（圧力が減少）するので、インクが液体貯留室Ｓｒから引き込まれる一方、下方向に撓めば、圧力室Ｓｃの内部容積が縮小（圧力が増加）するので、縮小の程度によっては、インク滴がノズルＮから吐出される。このように、圧電素子Ｐztに適切な駆動信号が印加されると、当該圧電素子Ｐztの変位によって、インクがノズルＮから吐出される構成となっている。

次に、印刷装置１の電気的な構成について説明する。

図４は、印刷装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、印刷装置１は、メイン基板１００にヘッドユニット３が接続された構成となっている。ヘッドユニット３は、アクチュエーター基板４０と、駆動ＩＣ５０とに大別される。
メイン基板１００は、駆動ＩＣ５０に、制御信号Ｃtrや、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂを供給し、アクチュエーター基板４０に、電圧Ｖ_ＢＳ（オフセット電圧）の保持信号を、配線５５０を介して供給する。
なお、印刷装置１では、４個のヘッドユニット３が設けられ、メイン基板１００が、４個のヘッドユニット３をそれぞれ独立に制御する。４個のヘッドユニット３では、吐出するインクの色以外において異なることがないので、以下においては便宜的に１個のヘッドユニット３について代表して説明することにする。

図３に示されるように、メイン基板１００は、メイン制御部１１０と、駆動回路１２０ａ、１２０ｂと、オフセット電圧生成回路１３０、コンデンサー１４０と、電圧制御部１５０とを含む。
このうち、メイン制御部１１０は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを有する一種のマイクロコンピューターであり、印刷対象となる画像データがホストコンピューター等から供給されたときに、所定のプログラムを実行することによって、各部を制御するための各種の制御信号等を出力する。

具体的には、第１に、メイン制御部１１０は、駆動回路１２０ａにデジタルのデータｄＡを繰り返して供給し、駆動回路１２０ｂにデジタルのデータｄＢを同じく繰り返して供給する。ここで、データｄＡは、ヘッドユニット３に供給する駆動信号ＣＯＭ−Ａの波形を規定し、データｄＢは、駆動信号ＣＯＭ−Ｂの波形を規定する。また、メイン制御部１１０は、データｄＡ、ｄＢの供給に同期して後述するように電圧制御部１５０を制御する。
駆動回路１２０ａは、データｄＡをアナログ変換した後に、例えばＤ級増幅して、当該増幅した信号を駆動信号ＣＯＭ−Ａとして出力する。同様に、駆動回路１２０ｂは、データｄＢをアナログ変換した後に、Ｄ級増幅して、当該増幅した信号を駆動信号ＣＯＭ−Ｂとして出力する。
なお、駆動回路１２０ａ、１２０ｂについては、入力するデータ、および、出力する駆動信号の波形が異なるのみであり、回路的な構成は同一である。また、駆動回路１２０ａ、１２０ｂは、電源として電圧Ｖ_Ｈ（およびグランド）を用いる。

第２に、メイン制御部１１０は、移動機構６および搬送機構８に対する制御に同期して、ヘッドユニット３に各種の制御信号Ｃtrを供給する。なお、ヘッドユニット３に供給される制御信号Ｃtrには、ノズルＮから吐出させるインクの量を規定する印刷データ、当該印刷データの転送に用いるクロック信号、印刷周期等を規定するタイミング信号等が含まれる。
なお、メイン制御部１１０は、移動機構６および搬送機構８を制御するが、このための構成については既知であるので省略する。

メイン基板１００におけるオフセット電圧生成回路１３０は、電圧Ｖ_ＢＳの保持信号を生成して配線５５０に出力する。なお、電圧Ｖ_ＢＳは、アクチュエーター基板４０における複数の圧電素子の他端を、それぞれにわたって一定の状態に保持するためのものである。
コンデンサー１４０については、その一端が、オフセット電圧生成回路１３０の出力である配線５５０に接続され、他端がグランドに接地されている。
電圧制御部１５０は、後述するように配線５５０の電圧上昇を抑える機能を有する。

ヘッドユニット３のうち、駆動ＩＣ５０は、選択制御部５１０と、圧電素子Ｐztに一対一に対応した選択部５２０と、を有する。このうち、選択部５２０は、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂのいずれかを選択し（または選択しないで）、圧電素子Ｐztの一端に供給する。
選択制御部５１０は、これらの選択部５２０における選択をそれぞれ制御する。詳細には、選択制御部５１０は、メイン制御部１１０からクロック信号に同期して供給される印刷データを、ヘッドユニット３のノズル（圧電素子Ｐzt）の数個分、一旦蓄積するとともに、各選択部５２０に対し、印刷データにしたがって駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂの選択を、タイミング信号で規定される印刷周期（前半期間、後半期間）の開始タイミングで指示する。
各選択部５２０は、選択制御部５１０による指示にしたがって、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂのいずれかを選択し（または、いずれも選択せずに）、電圧Ｖoutの駆動信号として、対応する圧電素子Ｐztの一端に印加する。
アクチュエーター基板４０には、上述したようにノズルＮ毎に圧電素子Ｐztが１個ずつ設けられる。圧電素子Ｐztの各々における他端は共通接続されて、当該他端には配線５５０を介してオフセット電圧生成回路１３０による電圧Ｖ_ＢＳが印加される。

本実施形態では、１つのドットについて、印刷周期に１つのノズルＮからインクを最多で２回吐出させることで、大ドット、中ドット、小ドットおよび非記録の４階調を表現する。この４階調を表現するために、本実施形態では、２種類の駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂを用意するとともに、それぞれに印刷周期を前半期間と後半期間とに分けている。そして、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂを、印刷周期のうち、前半・後半において表現すべき階調に応じた選択して（または選択しないで）、圧電素子Ｐztの一端に供給する構成となっている。
ここで、説明の便宜上、駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂの波形について説明する。

図３に示されるように、駆動信号ＣＯＭ−Ａは、印刷周期のうち、前半期間に配置された台形波形Ａｄｐ１と、後半期間に配置された台形波形Ａｄｐ２とを連続させた波形となっている。台形波形Ａｄｐ１、Ａｄｐ２とは、互いにほぼ同一の波形であり、仮にそれぞれが圧電素子Ｐztの一端に供給されたとしたならば、当該圧電素子Ｐztに対応するノズルＮから所定量、具体的には中程度の量のインクをそれぞれ吐出させる波形である。

駆動信号ＣＯＭ−Ｂは、前半期間に配置された台形波形Ｂｄｐ１と、後半期間に配置された台形波形Ｂｄｐ２とを連続させた波形となっている。台形波形Ｂｄｐ１、Ｂｄｐ２とは、互いに異なる波形であり、このうち、台形波形Ｂｄｐ１は、ノズルＮの付近におけるインクを微振動させてインクの粘度の増大を防止するための波形である。このため、仮に台形波形Ｂｄｐ１が圧電素子Ｐztの一端に供給されたとしても、当該圧電素子Ｐztに対応するノズルＮからインク滴が吐出されない。また、台形波形Ｂｄｐ２は、仮に圧電素子Ｐztの一端に供給されたとしたならば、当該圧電素子Ｐztに対応するノズルＮから上記所定量よりも少ない量のインクを吐出させる波形である。

したがって、大ドットを形成すべき場合には、当該大ドットを形成するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間および後半期間にわたって駆動信号ＣＯＭ−Ａ（Ａｄｐ１、Ａｄｐ２）を選択して供給すれば、中程度の量のインクが２回にわけて吐出されるので、媒体Ｐにはそれぞれのインクが着弾し合体して、結果的に、目標通りの大ドットが形成されることになる。
また、中ドットを形成すべき場合には、当該中ドットを形成するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間に駆動信号ＣＯＭ−Ａ（Ａｄｐ１）を選択し、後半期間に駆動信号ＣＯＭ−Ｂ（Ｂｄｐ２）を選択して供給すれば、中程度および小程度のインクが２回にわけて吐出されるので、媒体Ｐにはそれぞれのインクが着弾し合体して、結果的に、目標通りの中ドットが形成されることになる。
一方、小ドットを形成すべき場合には、当該小ドットを形成するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間では駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂのいずれも選択せず、後半期間に駆動信号ＣＯＭ−Ｂ（Ｂｄｐ２）を選択して供給すれば、小程度のインクが１回のみ吐出されるので、媒体Ｐには目標通りの小ドットが形成されることになる。
そして、非記録とする場合には、対応するノズルＮの圧電素子Ｐztの一端に、印刷周期の前半期間では駆動信号ＣＯＭ−Ｂ（Ｂｄｐ１）を選択し、後半期間に駆動信号ＣＯＭ−−Ａ、ＣＯＭ−Ｂのいずれも選択しなければ、前半期間において当該ノズルＮの付近のインクが微振動するのみであり、インクが吐出されないので、結果的に、目標通り非記録になる。

なお、図４に示した駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂはあくまでも一例である。実際には、媒体Ｐの性質や搬送速度などに応じて、予め用意された様々な波形の組み合わせが用いられる。
また、ここでは、圧電素子Ｐztが、電圧の上昇に伴って下方向に撓んでインクを吐出するものとして説明したが、電極７２、７６に印加する電圧を逆転させると、圧電素子Ｐztは、電圧の下降に伴って下方向に撓むことになる。圧電素子Ｐztが、電圧の下降に伴って下方向に撓む構成では、図に例示した駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂが、開始点・終了点の電圧を基準に反転した波形となる。

次に、メイン基板１００におけるオフセット電圧生成回路１３０、コンデンサー１４０および電圧制御部１５０の詳細について説明する。

図５は、その構成の一例を示す回路図である。
この図に示されるように、オフセット電圧生成回路１３０は、基準電源１３２と、演算回路１３４と、Ｐチャネル型のトランジスター１３６と、抵抗素子１３８とを含む。
このうち、基準電源１３２は、基準電圧Ｖrefを発生させる。演算回路１３４は、当該基準電圧Ｖrefと端子Ａの電圧とを入力して、両者の差に応じた電圧をトランジスター１３６のゲート端子に印加する。詳細には、演算回路１３４の出力電圧は、端子Ａの電圧が基準電圧Ｖrefより低くなるにつれて低くなり（ゲート・ソース間電圧が高くなり）、反対に、端子Ａの電圧が基準電圧Ｖrefに近づくにつれて高くなる（ゲート・ソース間電圧が低くなる）ように構成されている。トランジスター１３６については、ソース端子には電源の電圧Ｖ_Ｍが印加され、ドレイン端子が抵抗素子１３８の一端である端子Ａに接続されている。また、抵抗素子１３８の他端はグランドに接地されている。そして、オフセット電圧生成回路１３０では、端子Ａが配線５５０に接続されて、アクチュエーター基板５０に電圧Ｖ_ＢＳの保持信号を供給する構成となっている。

このようなオフセット電圧生成回路１３０において、端子Ａの電圧が低下し、演算回路１３４の出力電圧が低下すると、トランジスター１３６のソース・ドレイン間の抵抗が低くなるので、当該トランジスターと抵抗素子１３８との分圧点である端子Ａの電圧が高くなる方向に制御される。反対に、端子Ａの電圧が上昇し、演算回路１３４の出力電圧が上昇すると、トランジスター１３６のソース・ドレイン間の抵抗が高くなるので、当該端子Ａの電圧が低くなる方向に制御される。
したがって、端子Ａは、基準電圧Ｖrefに応じた電圧（この電圧をＶ_ＢＳとしている）で均衡するはずである。ただし、実際には、オフセット電圧生成回路１３０における出力応答性が十分に高くはないので、電圧Ｖ_ＢＳのバックアップ用としてコンデンサー１４０が配線５５０（端子Ａ）とグランドとの間に電気的に介挿される。

電圧制御回路１５０は、スイッチ制御部１５２と、Ｎチャネル型のトランジスター１５４と、インダクター１５６と、ダイオード１５８とを含む。
このうち、スイッチ制御部１５２は、メイン１１０による指示にしたがってトランジスター１５４のゲート端子に制御信号Ｇtを供給するものである。インダクター１５６の一端は、配線５５０（端子Ａ）に接続され、インダクター１５６の他端は、トランジスター１５４のドレイン端子およびダイオード１５８のアノード端子にそれぞれ接続されている。トランジスター１５４のソース端子は接地され、また、ダイオード１５８のカソード端子は高位電源の電圧Ｖ_Ｈの給電線１１２に接続されている。

この電圧制御回路１５０では、制御信号ＧtがＨレベルになってトランジスター１５４がオンしたときに、配線５５０からインダクター１５６、トランジスター１５４を介してグランドに流れる電流が徐々に増加する。制御信号ＧtがＬレベルになってトランジスター１５４がオフしたとき、インダクター１５６に流れる電流は急にはゼロにならず、ダイオード１５８を介して配線１１２に流れ込む。このため、電圧制御回路１５０は、配線５５０の電圧Ｖ_ＢＳを昇圧するチョッパ型の昇圧回路として機能する。

図６は、電圧制御回路１５０等の動作を説明するための図である。
メイン制御部１１０は、上述した駆動信号ＣＯＭ−Ａの波形に対して、スイッチ制御部１５２を次のように制御する。すなわち、メイン制御部１１０は、スイッチ制御部１５２に対し、駆動信号ＣＯＭ−Ａの電圧上昇ａ１に対応する期間ｂ１、および、電圧上昇ａ２に対応する期間ｂ２のそれぞれにおいて、制御信号Ｇtを出力するように制御する。
これにより、制御信号Ｇtは、図に示されるように期間ｂ１、ｂ２においてＨ、Ｌレベルで交互に繰り返し変化する。
なお、駆動信号ＣＯＭ−Ａを出力するのは駆動回路１２０ａであるが、駆動信号ＣＯＭ−Ａの波形を規定するのはデータｄＡである。このため、データｄＡを出力するメイン制御部１１０が、当該データｄＡにより電圧上昇ａ１（ａ２）が規定される期間ｂ１（ｂ２）を通知することで、上記制御が可能である。

圧電素子Ｐztは、電気的にはコンデンサーのような容量負荷である。このため、ヘッドユニット３における複数個の圧電素子Ｐztにおいて、一端にドットサイズに応じて駆動信号ＣＯＭ−Ａ、ＣＯＭ−Ｂが個別に印加されて電圧変動したとき、圧電素子Ｐztの他端である共通の配線５５０の電圧Ｖ_ＢＳは、オフセット電圧生成回路１３０における出力応答性が十分に高くなければ、変動しやすくなる。ただし、ある程度の電圧変動は、コンデンサー１４０によって抑えられる。
ここで、大ドット、中ドットを多く形成するために、一端に駆動波形ＣＯＭ−Ａが選択される圧電素子Ｐztの個数が多い場合、図において破線で示されるように、配線５５０の電圧Ｖ_ＢＳは、電圧上昇ａ１（ａ２）に対応して変動する場合がある。

駆動信号ＣＯＭ−Ａにおける電圧の下降時では、電圧Ｖ_ＢＳの変動方向は下降方向となるが、この場合、トランジスター１３６のソース・ドレイン間の抵抗を小さくする方向の制御であるので、応答が比較的速く、あまり問題にならない。一方、駆動信号ＣＯＭ−Ａにおける電圧の上昇時では、電圧Ｖ_ＢＳの変動方向が上昇方向となるが、この場合、トランジスター１３６のソース・ドレイン間の抵抗を大きくする方向の制御であるので、応答が比較的遅い。このため、電圧Ｖ_ＢＳは、駆動信号ＣＯＭ−Ａの電圧上昇に伴って変動しやすいのである。
また、駆動信号ＣＯＭ−Ｂについては、駆動信号ＣＯＭ−Ａと比較して全体的に傾きが小さく、振れ幅も小さい。このため、電圧Ｖ_ＢＳの変動で支配的となるのは、大ドット、中ドットの形成に用いられる駆動信号ＣＯＭ−Ａの電圧上昇時と考えることができる。

このような電圧Ｖ_ＢＳの変動を抑えるためには、コンデンサー１４０を、より大容量化すれば済むが、そのため、コンデンサー１４０が大型化するので、回路規模を縮小することが困難になるだけでなく、コスト高をも招いてしまう。

これに対して、本実施形態では、駆動波形ＣＯＭ−Ａの電圧上昇ａ１（ａ２）に対応した期間ａ１（ａ２）では、電圧制御部１５０において、制御信号Ｇtによりトランジスター１５４がオンオフされるので、配線５５０の電圧Ｖ_ＢＳが昇圧されたうえで、コンデンサー１１４に保持される。この結果、コンデンサー１４０に蓄積された電荷が放出（出力）されて、当該コンデンサー１４０の保持電圧である電圧Ｖ_ＢＳの変動（上昇）分が低下するので、コンデンサー１４０を大容量化させなくても、電圧Ｖ_ＢＳを図において実線で示されるように、ほぼ一定に保つことができるのである。

なお、実施形態においては、形成するドットのサイズ（吐出するインク量）に応じて制御信号Ｇtのデューティ比を変更させる構成としても良い。具体的には、印刷周期で形成するドットサイズを規定する印刷データを解析することによって、ヘッドユニット３を構成する複数の圧電素子Ｐztのうち、一端に駆動信号ＣＯＭ−Ａ（ＣＯＭ−Ｂ）が供給される個数、すなわち電圧Ｖ_ＢＳの変動の大きさが印刷周期毎に推測することができる。このため、例えば駆動信号ＣＯＭ−Ａが供給される個数が多ければデューティ比を大きくし、少なければデューティ比を小さくしても良い。

また、実施形態において、電圧制御回路１５０をチョッパ側の昇圧回路として説明したが、コンデンサー１４０の保持電圧を下げることができれば十分なので、例えば配線５５０とグランドとの間に介挿された可変抵抗素子であっても良い。

実施形態では、媒体Ｐに対して印刷ヘッド２２をＸ方向に移動させる構成であったが、逆に、印刷ヘッド２２に対して媒体Ｐを移動させる構成であっても良い。要は、印刷ヘッド２２に対して媒体Ｐが相対的に移動する構成であれば良い。
実施形態では液体吐出装置として印刷装置を例に挙げて説明したが、液体を吐出して立体を造形する立体造形装置や、液体を吐出して布地を染める捺染装置などであっても良い。

１…印刷装置（液体吐出装置）、３…ヘッドユニット、５０ａ、５０ｂ…駆動回路、１００…メイン基板、１３０…オフセット電圧生成回路、１４０…コンデンサー、１５０…電圧制御部、５５０…配線、Ｐzt…圧電素子（吐出部）、Ｎ…ノズル。

Claims

駆動信号を生成する駆動回路と、
前記駆動信号が印加される第１電極と前記第１電極と異なる第２電極とを有し、前記駆動信号により液体を吐出させる吐出部と、
前記第２電極にオフセット電圧を印加するオフセット電圧生成回路と、
一端が前記第２電極に電気的に接続されたコンデンサーと、
前記コンデンサーに蓄積される電荷を出力して、前記コンデンサーの保持電圧を低下させる電圧制御部と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。
前記電圧制御部は、
前記駆動信号の電圧が増加する場合に、前記コンデンサーに蓄積される電荷を出力して、前記コンデンサーの電圧を低下させるように制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
駆動信号を生成する駆動回路と、オフセット電圧生成回路と、コンデンサーと、電圧制御部と、
を含む液体吐出装置のヘッドユニットであって、
前記駆動信号が印加される第１電極と前記第１電極と異なる第２電極とを有し、前記駆動信号により液体を吐出させる吐出部を有し、
前記オフセット電圧生成回路は、前記第２電極にオフセット電圧を印加し、
前記コンデンサーは、一端が前記第２電極に電気的に接続され、
前記電圧制御部は、前記コンデンサーに蓄積される電荷を出力して、前記コンデンサーの保持電圧を低下させる、
ことを特徴とするヘッドユニット。