JP4408608B2 - ヘッド駆動制御装置及び画像記録装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はヘッド駆動制御装置及び画像記録装置に関し、特に電気機械変換素子を用いる液滴吐出ヘッドを駆動制御するためのヘッド駆動制御装置及び画像記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置(画像形成装置)として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路(吐出室、圧力室、加圧液室、液室、加圧室等とも称される。)と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【0003】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの(特開平2−51734号公報参照)、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの(特開昭61−59911号公報参照)、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの(特開平6−71882号公報参照)などが知られている。
【0004】
このようなインクジェットヘッドの中には、振動板を加圧室側に押し込み、加圧室内の容積を小さくすることでインク滴を吐出させる押し打ち法で駆動するものと、振動板を加圧室の外側方向の力で変形させ加圧室内の内容積を広げた状態から元の容積になるように振動板の変位を元に戻すことでインク滴を吐出させる引き打ち法で駆動するものとがある。
【0005】
引き打ち法でヘッドを駆動する場合には、初期状態で圧電素子にバイアス電圧を印加して充電状態にしておき、この状態から圧電素子に蓄積した電荷を放電して圧電素子を収縮させることで加圧室容積を拡大してインクを加圧室内に充填し、その後、圧電素子を急速に充電することによって再度圧電素子を伸長させることによって加圧室容積を急減に減少させてノズルからインク滴を吐出させる。
【0006】
ここで、圧電素子のd33モードを用いたヘッドを駆動制御することで3種類のドットを引き打ち動作で形成するヘッド駆動制御装置の一例について図12及び図13を参照して説明する。この駆動制御装置においては、駆動信号発生手段101から複数の駆動パルスを含む図13(a)に示す駆動信号Vcomを出力してスイッチ102を介して圧電素子103に入力し、このスイッチ102をデコーダ104の出力によってレベルシフタ105を介してオン/オフ制御するようにしている。
【0007】
デコーダ104は、図示しない記憶素子に蓄えられた印字信号L0、L1、L2と記録周期内で制御される信号M0、M1、M2を入力するゲート回路110〜112と、これらのゲート回路110〜112の出力をレベルシフタ105に出力するオア回路113とを有している。
【0008】
ここで、信号L0=1は小ドット、信号L1=1は中ドット、信号L2=1は大ドットを形成し,非吐出の場合は信号L0=L2=L3=0となる。このヘッド駆動回路における各ドットを形成するときの駆動信号波形及び圧電素子への信号波形と信号M0、M1、M2の信号シーケンスを図13に示している。
【0009】
すなわち、大ドットを形成する場合には信号L2=1であり、期間T10〜T11で同図(f)に示す信号M2=1とすることで同図(b)に示すように駆動信号Vcomの大ドット形成用の駆動パルスが圧電素子103に印加され、中ドットを形成する場合には信号L1=1であり、期間T11〜T12で同図(g)に示す信号M1=1とすることで同図(c)に示すように駆動信号Vcomの中ドット形成用の駆動パルスが圧電素子HNに印加され、小ドットを形成する場合には信号L0=1であり、期間T12〜T13で同図(h)に示す信号M0=1とすることで同図(d)に示すように駆動信号Vcomの中ドット形成用の駆動パルスが圧電素子HNに印加される。
【0010】
このように、共通の駆動信号Vcomを出力し、駆動信号Vcomが通過する期間を各チャンネルのスイッチをオン/オフ制御することによって、駆動信号Vcomの所定の波形要素(駆動パルス)を選択的に圧電素子に印加することができ、1つの駆動信号Vcomを用いて大きさの異なるインク滴を吐出させて多階調を持つドットを形成できる。
【0011】
このとき、今回の記録周期で吐出動作を行わない圧電素子に対しても圧電素子を伸長させておくバイアス電圧を印加して、バイアス電圧で充電された状態を保持しておくことが好ましく、また、今回の記録周期で吐出動作を行う圧電素子も駆動パルスが印加されるまでの間、バイアス電位で充電された状態にあることが好ましい。
【0012】
しかしながら、上述した構成のヘッド駆動回路にあっては、今回の記録周期において吐出動作を行わない圧電素子について、前回の記録周期のバイアス電位が印加され、このバイアス電位で充電された状態に保持するようにしても、自然放電によって当該圧電素子の電位が低下してしまうことになる。
【0013】
このため、次回の記録周期においてインク滴を吐出するための駆動パルスを印加しても、その直前の電位が低下しすぎていて所望量のインク滴を吐出できなくなる。また、同様のことは、吐出を行う直前の記録周期に吐出を行った圧電素子でも、インク吐出電位が印加されるまでの期間が長いと、インク滴を吐出しようと所定の電位を印加してもその直前の電位が低下しすぎていて所望量のインク滴を吐出できなくなる。
【0014】
そこで、特開2001−10035号公報に記載されているように、1記録周期における所定のタイミングにおいて駆動信号の電位と等しい電位に充電されている圧電素子に対して、選択的に、その電位を駆動信号から選択して圧力発生素子を再充電するようにしたインクジェット記録装置が知られている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェット記録装置にあっては、共通の駆動信号信号に、再充電のためのバイアス電位に一定時間保持された期間を設ける必要が必ず生じてしまことになる。この保持期間は、スイッチの反応時間(遷移の指示を出してから実際にスイッチがONからOFF又はOFFからONになるまでの時間)を考慮しなければならないので、ある程度長くとる必要がある。
【0016】
ところが、印字スピードをあげるためには、インク滴の吐出周期を短くする必要があり、インク滴吐出に直接関係のない再充電期間を確保することは難しい。また、高画質化のために階調数を増やすためには共通の駆動信号に含まれるパルス数を増やさなければならず、ますます再充電期間を確保することが困難になる。
【0017】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、吐出周期中に一定の再充電期間を設けずに、吐出パルスを利用して電気機械変換素子の再充電を行うヘッド駆動制御装置、このヘッド駆動制御装置を備えた画像記録装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るヘッド駆動制御装置は、
液滴を吐出するノズルが連通する加圧室の容積を変化させるための複数の電気機械変換素子を駆動制御するヘッド駆動制御装置において、
前記ノズルから液滴を吐出させる複数の駆動パルスからなる駆動信号を生成し、この駆動信号の内から前記駆動パルスを選択して前記電気機械変換素子に印加するヘッド駆動手段を備え、
前記駆動信号には、前記液滴を吐出させる第1波形要素と、前記第1波形要素の完了時点の電位から開始し、前記第1波形要素の完了直前の部分と同じ時間当たりの変化量で所定の電位まで連続して変化する第2波形要素を有する駆動パルスを含み、
吐出動作を行う前記電気機械変換素子に前記第1、第2波形要素を有する駆動パルスを印加するとき、前記所定の電位に保持しておく前記電気機械変換素子に対しては、前記第1、第2波形要素を有する駆動パルスのうちの前記第2波形要素を印加して再充電を行う
構成とした
【0019】
ここで再充電する電気機械変換素子は当該記録周期で液滴を吐出しないノズルに対応する電気機械変換素子であるものとすることができる。さらに、複数の電気機械変換素子のすべてに対して一括して再充電が可能である構成とできる。
【0021】
本発明に係る画像記録装置は、複数の電気機械変換素子を含むインクジェットヘッドと、このインクジェットヘッドを駆動制御するための本発明に係るヘッド駆動制御装置とを備えたものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図1は本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図2は同機構部の側面説明図である。
【0023】
このインクジェット記録装置装置は、記録装置本体1の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部2等を収納し、給紙カセット4或いは手差しトレイ5から給送される用紙3を取り込み、印字機構部2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6に排紙する。
【0024】
印字機構部2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11と従ガイドロッド12とでキャリッジ13を主走査方向(図2で紙面垂直方向)に摺動自在に保持し、このキャリッジ13にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド14をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ13の上側にはヘッド14に各色のインクを供給するための各インクタンク(インクカートリッジ)15を交換可能に装着している。
【0025】
インクカートリッジ15は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド14へ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インクジェットヘッド14へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ15からインクをヘッド14内に供給する。
【0026】
ここで、キャリッジ13は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド11に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド12に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ13を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ17で回転駆動される駆動プーリ18と従動プーリ19との間にタイミングベルト20を張装し、このタイミングベルト20をキャリッジ13に固定しており、主走査モータ17の正逆回転によりキャリッジ13が往復駆動される。
【0027】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド14を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド14としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板と、この振動板を圧電素子(圧電素子)で変形させるピエゾ型インクジェットヘッドを用いている。
【0028】
一方、給紙カセット4にセットした用紙3をヘッド14の下方側に搬送するために、給紙カセット4から用紙3を分離給装する給紙ローラ21及びフリクションパッド22と、用紙3を案内するガイド部材23と、給紙された用紙3を反転させて搬送する搬送ローラ24と、この搬送ローラ24の周面に押し付けられる搬送コロ25及び搬送ローラ24からの用紙3の送り出し角度を規定する先端コロ26とを設けている。搬送ローラ24は副走査モータ27によってギヤ列を介して回転駆動される。
【0029】
そして、キャリッジ13の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ24から送り出された用紙3を記録ヘッド14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29を設けている。この印写受け部材29の用紙搬送方向下流側には、用紙3を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ31、拍車32を設け、さらに用紙3を排紙トレイ6に送り出す排紙ローラ33及び拍車34と、排紙経路を形成するガイド部材35,36とを配設している。
【0030】
記録時には、キャリッジ13を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド14を駆動することにより、停止している用紙3にインクを吐出して1行分を記録し、用紙3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3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3を排紙する。
【0031】
また、キャリッジ13の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド14の吐出不良を回復するための回復装置37を配置している。回復装置37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13は印字待機中にはこの回復装置37側に移動されてキャッピング手段でヘッド14をキャッピングされ、吐出口部(ノズル孔)を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する(パージする)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。
【0032】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド14の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で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。
【0033】
次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド14を構成するインクジェットヘッドについて図3乃至図6を参照して説明する。なお、図3は同ヘッドの分解斜視説明図、図4は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図5は図4の要部拡大説明図、図6は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【0034】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成基板(流路形成部材)41と、この流路形成基板41の下面に接合した振動板42と、流路形成基板41の上面に接合したノズル板43とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル45が連通するインク流路である加圧室46、加圧室46に流体抵抗部となるインク供給路47を介してインクを供給する共通液室48を形成し、これらの流路形成基板41のインクに接する面となる加圧室46、インク供給路47、共通液室48を各壁面には有機樹脂膜からなる耐液性薄膜50を成膜している。
【0035】
そして、振動板42の外面側(液室と反対面側)に各加圧室46に対応して積層型圧電素子52を接合し、この積層型圧電素子42はベース基板53に接合して固定し、この圧電素子52の列の周囲にはスペーサ部材54をベース基板53に接合している。
【0036】
この圧電素子52は、図5にも示すように、圧電材料55と内部電極56とを交互に積層したものである。この圧電常数がd33である圧電素子52の伸縮により加圧室46を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子52に駆動信号が印加され充電が行われると、図5の矢示A方向に伸長し、また圧電素子52に充電された電荷が放電すると矢示A方向と反対方向に収縮するようになっている。ベース基板53及びスペーサ部材54には共通液室48に外部からインクを供給するためのインク供給口49を形成する貫通穴を形成している。
【0037】
また、流路形成基板41の外周部及び振動板42の下面側外縁部をエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したヘッドフレーム57に接着接合し、このヘッドフレーム57とベース基板53とは図示しない部分で接着剤などで相互に固定している。さらに、圧電素子52には駆動信号を与えるために半田接合又はACF(異方導電性膜)接合若しくはワイヤボンディングでFPCケーブル58を接続し、このFPCケーブル58には各圧電素子52に選択的に駆動信号を印加するための駆動回路(ドライバIC)59を実装している。
【0038】
ここで、流路形成基板51は、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、各加圧室56となる貫通穴、インク供給路57となる溝部、共通液室58となる貫通穴をそれぞれ形成している。
【0039】
振動板42はニッケルの金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法で製造している。この振動板42は加圧室46に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部61及び圧電素子52と接合するための厚肉部62を形成するとともに、液室間隔壁に対応する部分にも厚肉部23を形成し、平坦面側を流路形成基板41に接着剤接合し、厚肉部をフレーム17に接着剤接合している。この振動板2の液室間隔壁に対応する厚肉部63とベース基板53との間には支柱部64を介設している。この支柱部64は圧電素子52と同じ構成である。
【0040】
ノズル板43は各加圧室46に対応して直径10〜30μmのノズル45を形成し、流路形成基板41に接着剤接合している。このノズル板43としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面(吐出方向の表面:吐出面)には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【0041】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図7を参照して説明する。
この制御部は、プリンタコントローラ70とヘッド駆動回路71を含むエンジンコントローラとから構成されている。プリンタコントローラ70は、ホストコンピュータ等からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介して受信するインターフェース(以下「I/F」という)72と、CPU等からなる主制御部73と、各種データの記憶等を行うRAM74と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したROM75と、発振回路76と、インクジェットヘッド14への駆動信号Vcomを発生させる駆動信号発生回路77と、ドットパターンデータ(ビットマップデータ)に展開された印字データ及び駆動信号等をヘッド駆動回路71に送信するためのI/F78とを備えている。
【0042】
RAM74は各種バッファ及びワークメモリ等として用いる。ROM75は主制御部73によって実行する各種制御ルーチンとフォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。主制御部73は、I/F72に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデータをRAM74の所定のエリアで構成した中間バッファに記憶し、読み出した中間コードデータをROM75に格納したフォントデータを用いてドットパターンデータに展開し、RAM74の異なる所定のエリアに再び記憶する。
【0043】
そして、主制御部76は、記録ヘッド14の1行分に相当するドットパターンデータが得られると、この1行分のドットパターンデータを、発振回路76からのクロック信号CKに同期して、I/F78を介してヘッド駆動回路71にシリアルデータSDで送出する。
【0044】
ヘッド駆動回路71は、ドライバIC59上に実装され、プリンタコントロー70からのクロック信号CK及び印字信号であるシリアルデータSDを入力するシフトレジスタ81と、シフトレジスタ81のレジスト値をプリンタコントローラ70からのラッチ信号LATでラッチするラッチ回路82と、ラッチ回路82にストアされたデータをプリンタコントローラ70からの制御信号SCに基づいてデコードするデコーダ83と、デコーダ83の出力値をレベル変化するレベル変換回路(レベルシフタ)84と、このレベルシフタ84でオン/オフが制御されるアナログスイッチアレイ(スイッチ回路)85とからなる。
【0045】
スイッチ回路85は、プリンタコントローラ70の駆動信号発生回路77からの共通の駆動信号Vcomを入力するスイッチアレイからなり、記録ヘッド(インクジェットヘッド)の各ノズルに対応する各圧電素子52に接続されている。
【0046】
ここで、この記録装置は、4階調のインク滴を1記録周期内で打ち分けるために印字データSDは各チャンネルごとに2bitのデータD0、D1で構成している。そして、シフトレジスタ81にシリアル転送された印字データSDは、一旦、ラッチ回路82によってラッチされる。ラッチされた印字データSD(2ビットのデータD0、D1)はプリンタコントローラ70からの制御信号SC(信号M0N、M1N、M2N、M3Nで構成)を入力するデコーダ83でデコードされて、レベルシフタ84によってスイッチ回路85のスイッチを駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧値まで昇圧されてスイッチ手段としてのスイッチ回路85に与えられる。
【0047】
このスイッチ回路85の入力側には、駆動信号発生回路77からの駆動信号Vcomが印加されており、スイッチ回路85の出力側には、圧力発生手段としての圧電素子52が接続されている。したがって、例えば、スイッチ回路85に加わる印字データが「1」である期間中は、駆動信号Vcomから得られる駆動パルスが圧電素子52に印加され、この駆動パルスに応じて圧電素子52は伸縮を行う。一方、スイッチ回路85に加わる印字データが「0」の期間中は、圧電素子52への駆動パルスの供給が遮断される。
【0048】
ここで、デコーダ83以降の部分の具体的一例を図8に示している。なお、同図は1チャンネル分の構成を示している。
前述したようにラッチ回路82には1チャンネルついて2ビットのデータD0、D1からなる吐出データがラッチされる。ここで一例としてデータD0,D1の組み合せと滴の大きさとの関係は、D1=1,D0=1は大ドットの滴吐出を、D1=1,D0=0は中ドットの滴吐出を、D1=0,D0=1は小ドットの滴吐出を、D1=0,D1=1は非吐出をそれぞれ意味するよう割り当てている。
【0049】
デコーダ83を構成するデコード部DCNにはプリンタコントローラ70から信号M0N、M1N、M2N、M3Nを含む制御信号SCが与えられる。これらの信号M0N、M1N、M2N、M3Nは、それぞれの階調値を実現すること及び再充電を行うための信号で各チャンネルのデコード部DCNに共通な信号である。
【0050】
そして、デコード部DCNはデータD1、D0をそれぞれ入力するとともに、信号M0N、M1N、M2N、M3Nを各入力する4個のゲート回路G0〜G3と、これらのゲート回路G1〜G4の出力を入力するオア回路G4とで構成している。このデコード部DCNからの出力はレベルシフタ84を構成するレベルシフタLSNを介してスイッチ回路85を構成するアナログスイッチASNに与えられる。
【0051】
このアナログスイッチASNには共通の駆動信号Vcomが与えられており、オン状態になったときに、当該駆動信号Vcomをヘッド駆動信号として圧電素子HNに出力する。
【0052】
したがって、大ドットが割り当てられたチャンネルは信号M3N、中ドットが割り当てられたチャンネルは信号M2N、小ドットが割り当てられたチャンネルは信号M1N、非吐出が割り当てられたチャンネルは信号M0Nによって、対応するスイッチ回路85を構成するアナログスイッチASNのON/OFFが決定される。
【0053】
そして、デコード部DCNの出力が「1」の場合にアナログスイッチASNはON状態となり共通の駆動信号Vcomが圧電素子HNに印加される。デコード部DCNの出力が「0」の場合にアナログスイッチASNはOFF状態となり共通の駆動信号Vcomとは切り離されてハイインピーダンス状態となる。
【0054】
次に、このように構成したヘッド駆動制御装置におけるインク滴吐出動作の駆動制御について図9以降をも参照して説明する。
まず、図9及び図10を参照して引き打ち駆動法による圧電素子とインク室内の動作状態を簡単に説明する。なお、ここで例示しているヘッドは本実施形態のヘッド構成と各部の形状において異なるが基本構成は同一であるので、同じ符号を付して説明する。
【0055】
このヘッドは図9に示す状態が駆動電圧を印加していない状態であり、この状態から電源投入によって図10(a)に示す初期状態に移行し、圧電素子52にはバイアス電圧が印加されて充電状態に保持され、厚み方向の変位であるd33モードに伸長し、加圧室(インク室)46の容積が平衡状態(図9に示す状態)より減少した状態となる。
【0056】
そして、ノズル45からインク滴を吐出させる場合には、同図(b)に示すように、ノズル45からインク滴を吐出するための準備である”引き”動作に入り、初期状態において圧電素子52に蓄積した電荷を放電して圧電素子52を収縮させ、加圧室46の容積を拡大することによって、インクをインクタンクより加圧室46内に充填するとともに、ノズル45のメニスカスを加圧室46内方に引き込む。
【0057】
次いで、同図(c)に示すように、圧電素子52に駆動パルスを印加して急速に充電し再度伸長させることで、加圧室46内の容積が急激に減少して、ノズル45からインク滴が吐出される。
【0058】
この場合、図10(c)での圧電素子52の伸張のレベルを同図(a)の伸張のレベルよりも小さくすることで微少なドットを形成できる。また、伸張のレベルをより細かくコントロールすれば微少なドットをより細かくコントロール可能となり階調を持たせることができる。
【0059】
そこで、図11を参照して、駆動信号発生回路77からは同図(a)に示すような共通の駆動信号Vcomを生成して出力する。この駆動信号Vcomは、期間T0〜T1の間の大ドットを吐出するための波形要素(駆動パルス)P1と、期間T1〜T2の間の中ドットを吐出するための波形要素(駆動パルス)P2と、期間T2〜T3の間の小ドットを吐出するための波形要素(駆動パルス)P3とを含む波形である。ここで、駆動パルスP3は、時点T3までの液滴を吐出する第1波形要素と、時点T3以降第1波形要素の完了時点の電位から開始し、第1波形要素の完了直前の部分と同じ時間当たりの変化量(傾き)で所定の電位Vbまで連続して変化する第2波形要素P31を含み、この第2波形要素P31の変化ではインク滴を吐出しない
【0060】
また、大ドットを吐出するためのチャンネルの圧電素子HNの応答信号(圧電素子HNの電位)は同図(b)に示すような信号Vh11となり、中ドットを吐出するためのチャンネルの圧電素子HNの応答信号は同図(c)に示すような信号Vh10となり、小ドットを吐出するためのチャンネルの圧電素子HNの応答信号は同図(d)に示すような信号Vh01となり、インク滴を吐出しない非吐出のチャンネルの圧電素子HNの応答信号は同図(e)に示すような信号Vh00となる。
【0061】
さらに、デコーダ部DCNに与える信号M3Nは、同図(f)に示すように期間T0〜T1及び期間T3〜T4で「0」となる信号、信号M2Nは同図(g)に示すように期間T1〜T2及び期間T3〜T4で「0」となる信号、信号M1Nは同図(h)に示すように期間T2〜T4で「0」となる信号、信号M0Nは同図(i)に示すように期間T3〜T4の間「0」となる信号である。
【0062】
ここで、上記構成において各階調におけるヘッドの吐出動作を説明する。同図の当該記録周期における期間T0〜T1においては、大ドットを形成するためのインク滴を吐出させる圧電素子HNに対応するアナログスイッチASNがON状態となる。すなわち、大ドットを形成するためのインク滴を吐出させるチャンネルのデコーダ部DCNには、印字データSDとしてデータD1=1、D0=1が与えられるとともに制御信号SCとして信号M3N=0が与えられるので、対応するアナログスイッチASNが期間T0〜T1でオン状態となり、駆動信号Vcomのうちの期間T0〜T1に対応する駆動パルスP1が圧電素子HNに印加されて、ノズルから大ドットを形成するためのインク滴が吐出される。
【0063】
このとき、大ドットを形成するためのインク滴を吐出しないチャンネル、すなわち中ドットあるいは小ドットを形成するためのインク滴を吐出するチャンネル及び当該記録周期ではインク滴を吐出しないチャンネルのアナログスイッチASNはオフ状態になるので、これらのチャンネルの圧電素子HNからはわずかながら放電が始まるので、同図(c)〜(e)に示すように、時点T0から、圧電素子HNが保持している電位(信号Vh10、Vh01、Vh00)は所定の電位Vb(保持すべき電位)から低下を始める。
【0064】
また、同図の当該記録周期における期間T1〜T2においては、中ドットを形成するためのインク滴を吐出させる圧電素子HNに対応するアナログスイッチASNがON状態となる。すなわち、中ドットを形成するためのインク滴を吐出させるチャンネルのデコーダ部DCNには、印字データSDとしてデータD1=1、D0=0が与えられるとともに制御信号SCとして信号M2N=0が与えられるので、対応するアナログスイッチASNが期間T1〜T2でオン状態となり、駆動信号Vcomのうちの期間T1〜T2に対応する駆動パルスP2が圧電素子HNに印加されて、ノズルから中ドットを形成するためのインク滴が吐出される。
【0065】
この場合、中ドットを形成するためのインク滴を吐出させるための圧電素子HNには駆動信号(駆動パルスP2)が与えられることで、その圧電素子HNの信号Vh10は同図(c)に示すように放電状態から所定の電位Vbまで再充電された状態に戻されてから中ドットのインク滴を吐出するための変化をする。
【0066】
一方、大ドットを形成するためのインク滴を吐出させたチャンネルのアナログスイッチASNはオフ状態になるので、そのチャンネルの圧電素子HNが保持している電位(信号Vh11)は、同図(b)に示すように、所定の電位Vbから低下し始める。また、小ドットを形成するためのインク滴を吐出するチャンネル及び当該記録周期ではインク滴を吐出しないチャンネルのアナログスイッチASNはオフ状態になるので、これらのチャンネルの圧電素子HNからは継続して放電が行われており、同図(d)、(e)に示すように、圧電素子HNが保持している電位(信号Vh01、Vh00)は低下を続ける。ただし、期間T0〜T1でオン状態で大ドットを吐出したチャンネルはその放電の度合いが他の2つの場合(小ドット、非吐出)とくらべて低くなる。
【0067】
さらに、同図の当該記録周期における期間T2〜T3においては、小ドットを形成するためのインク滴を吐出させる圧電素子HNに対応するアナログスイッチASNがON状態となる。すなわち、小ドットを形成するためのインク滴を吐出させるチャンネルのデコーダ部DCNには、印字データSDとしてデータD1=0、D0=1が与えられるとともに制御信号SCとして信号M1N=0が与えられるので、対応するアナログスイッチASNが期間T1〜T2でオン状態となり、駆動信号Vcomのうちの期間T2〜T3に対応する駆動パルスP3が圧電素子HNに印加されて、ノズルから小ドットを形成するためのインク滴が吐出される。
【0068】
この場合、小ドットを形成するためのインク滴を吐出させるための圧電素子HNには駆動信号(駆動パルスP3)が与えられることで、その圧電素子HNの信号Vh10は同図(c)に示すように放電状態から所定の電位Vbまで再充電された状態に戻されてから中ドットのインク滴を吐出するための変化をする。
【0069】
一方、中ドットを形成するためのインク滴を吐出させたチャンネルのアナログスイッチASNはオフ状態になるので、そのチャンネルの圧電素子HNが保持している電位(信号Vh10)は、同図(c)に示すように、所定の電位Vbから低下し始める。また、大ドットを形成するためのインク滴を吐出するチャンネル及び当該記録周期ではインク滴を吐出しないチャンネルのアナログスイッチASNはオフ状態のままであるので、これらのチャンネルの圧電素子HNからは継続して放電が行われており、同図(b)、(e)に示すように、圧電素子HNが保持している電位(信号Vh01、Vh00)は低下を続ける。この期間T2〜T3においてアナログスイッチASNがオフ状態にある圧電素子HNでの放電状態は、非吐出、大ドット、中ドットの順に大きくなる。
【0070】
ここで小ドットを形成するためにインク滴を吐出するための駆動パルスP3は時点T3で所定の電位Vbまで上昇しない。すなわち、吐出自体は行われているが動作としては圧電素子HNの伸張動作が完了しない状態であり、ひきつづき時点T3以降もその動作を継続する。
【0071】
そして、期間T3〜T4においてはアナログスイッチASNはデータD1、D0の如何に関わらず、信号M3N=M2N=M1N=M0N=0となるので、全てオン状態となる小ドットを吐出したチャンネル以外は全て再充電が行われる。
【0072】
この再充電は、時点T3直後の小ドット形成のための駆動パルスP3の一部であり、吐出タイミングとは異なる部分の第2波形要素P31を使って行われる。また、時点T3直後の駆動パルスP3の第2波形要素P31は保持すべき電圧レベル(所定の電位Vb)よりもわずかながら低いレベルから保持電圧Vbへと変位する途中である。このとき放電しているレベルは階調値により差はあるがその差は吐出動作にはいたらないレベルとなっている。
【0073】
このように、所定の電位に保持しておく電気機械変換素子に対し、駆動信号が当該所定の電位に変位する前の状態にあるときの駆動信号を印加して再充電を行うことによって、駆動信号が保持すべき電位以前であっても再充電を開始することができ、所定の電位に保持すべき保持期間を短くすることが可能になる。
【0074】
ここで、駆動信号が当該所定の電位に変位する前の電位と所定の電位に保持すべき電気機械変換素子が実際に保持している電位は、所定の電位を境に二分される電圧領域において同じ領域にあることで、駆動信号と再充電を行う電気機械変換素子との電位差が小さくなり、次回吐出への影響を低減することができる。
【0075】
また、複数の電気機械変換素子のすべてに対して一括して再充電を行うようにすることで、回路構成が簡単になる。
【0076】
さらに、駆動信号が所定の電位に変位する前の駆動信号は、吐出動作を行う電気機械変換素子に印加されている駆動パルスの一部の波形要素とすることで、駆動信号をすべて吐出用駆動パルスで構成することができ、高速化、高画質化を両立することができる。
【0077】
さらにまた、駆動信号が所定の電位に変位する前の駆動信号は、吐出動作を行う電気機械変換素子に印加されている駆動パルスの吐出タイミングに対応する部分と異なる部分の波形要素とすることで、再充電による誤吐出を防止することができる。
【0078】
この場合、もし保持電位に充電された圧電素子HNのアナログスイッチがオフ状態になる時間と放電のレベルが分かっており、非吐出の圧電素子HNのみ期間T3〜T4間で再充電さえすれば、他のチャンネルでは誤吐出を起こさないときには、期間T3〜T4において信号M0NとM1Nのみ「0」として再充電動作を行わせる構成も考えられる。
【0079】
このようにすることで、すべての電気機械変換素子が放電状態を2周期以上継続することがなくなり、安定した記録動作を行うことができ、また、再充電による電流が各周期に分散するという効果があり、更に制御信号の煩雑さも軽減できることになる。
【0080】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る画像記録装置としてインク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置に適用したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドなどを搭載する画像記録装置にも適用することできる。
【0081】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るヘッド駆動制御装置によれば、吐出周期中に一定の再充電期間を設けずに、吐出パルスを利用して電気機械変換素子の再充電を行うので、保持期間を短くすることができ、高速化及び高画質化を図ることができる。
【0082】
本発明に係る画像記録装置によれば、インクジェットヘッドを駆動制御する本発明に係るヘッド駆動制御装置を備えたので、高速で高画質記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の機構部の一例を示す斜視説明図
【図2】同記録装置の機構部の側断面説明図
【図3】同記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの一例を説明する分解斜視説明図
【図4】同ヘッドの液室長辺方向に沿う断面説明図
【図5】図4の要部拡大説明図
【図6】同ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図
【図7】同記録装置の制御部の概要を説明するブロック図
【図8】同制御部のデコーダ以降の部分の具体例を説明する説明図
【図9】引き打ち法の動作説明に供するヘッドの要部断面説明図
【図10】同ヘッドにおける引き打ち法で駆動したときの動作説明に供する説明図
【図11】同制御部のヘッド駆動回路の作用説明に供する波形説明図
【図12】従来のヘッド駆動制御装置の説明に供する説明図
【図13】同ヘッド駆動制御装置の作用説明に供する説明図
【符号の説明】
13…キャリッジ、14…記録ヘッド、41…流路形成基板、42…振動板、43…ノズル板、45…ノズル、46…加圧室、47…インク供給路、48…共通液室、49…インク供給口、52…圧電素子、77…駆動信号発生回路、83…デコーダ、85…スイッチ回路。

Claims (4)

  1. 液滴を吐出するノズルが連通する加圧室の容積を変化させるための複数の電気機械変換素子を駆動制御するヘッド駆動制御装置において、
    前記ノズルから液滴を吐出させる複数の駆動パルスからなる駆動信号を生成し、この駆動信号の内から前記駆動パルスを選択して前記電気機械変換素子に印加するヘッド駆動手段を備え、
    前記駆動信号には、前記液滴を吐出させる第1波形要素と、前記第1波形要素の完了時点の電位から開始し、前記第1波形要素の完了直前の部分と同じ時間当たりの変化量で所定の電位まで連続して変化する第2波形要素を有する駆動パルスを含み、
    吐出動作を行う前記電気機械変換素子に前記第1、第2波形要素を有する駆動パルスを印加するとき、前記所定の電位に保持しておく前記電気機械変換素子に対しては、前記第1、第2波形要素を有する駆動パルスのうちの前記第2波形要素を印加して再充電を行う
    ことを特徴とするヘッド駆動制御装置。
  2. 請求項1に記載のヘッド駆動制御装置において、前記再充電する電気機械変換素子は当該記録周期で液滴を吐出しないノズルに対応する電気機械変換素子であることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
  3. 請求項1に記載のヘッド駆動制御装置において、前記複数の電気機械変換素子のすべてに対して一括して再充電が可能であることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
  4. 複数の電気機械変換素子を含むインクジェットヘッドを搭載し、このインクジェットヘッドからインク滴を吐出させることで画像を記録する画像記録装置において、前記インクジェットヘッドの複数の電気機械変換素子を駆動制御するための前記請求項1ないし3のいずれかに記載のヘッド駆動制御装置を備えていることを特徴とする画像記録装置。
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