JP4408608B2

JP4408608B2 - ヘッド駆動制御装置及び画像記録装置

Info

Publication number: JP4408608B2
Application number: JP2002182284A
Authority: JP
Inventors: 右顕青木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: WO2004000560A1; EP1515854A4; KR20070122529A; CN100368201C; KR100841416B1; US20050237350A1; JP2004025510A; EP1515854A1; KR20070032826A; EP1515854B1; CN1662379A; US7494199B2

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波形要素と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

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波形要素と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。
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。
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。
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。