JP4894333B2 - 液滴吐出ヘッドの駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの駆動装置にかかり、特に、圧電素子等の容量性素子の振動によって液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動装置に関する。

圧電素子をアクチュエータとして液滴を吐出するインクジェットプリンタ等の液滴吐出装置では、高画質化を重視するならば、液面（メニスカス）を自由に制御して液滴吐出を自由に行うことができるアナログ波形を用いて圧電素子を駆動することが有利であることが知られている。例えば、特許文献１に記載の技術では、圧電素子に並列に接続した複数のスイッチ素子の何れかをオンすることで複数のアナログ波形を選択可能としたものが提案されている。

一方、複数種類の電圧レベルからなる矩形のパルス波形を用いて圧電素子を駆動するものがあり、小型、低コスト化した駆動装置が提案されている（例えば、特許文献２、３）。

特許文献２に記載の技術では、インバータ類似型の片方向型スイッチ素子を用いてパルス駆動し、更に残留振動抑制用に負電圧を印加する片方向型スイッチ素子を並列追加している。

また、特許文献３に記載の技術では、第１パルスと第２パルスの波高値を第１パルス波高値＜第２パルス波高値とし、インバータ類似型の片方向型スイッチ素子で、電源電圧を第１パルスと第２パルスで異ならせて駆動している。
特許第３２２３９０１号明細書 特許第３４７８６４８号明細書 特開平９−０６６６０３号公報

しかしながら、アナログ波形駆動またはパルス駆動に特化した発想はあっても両方を両立するような折衷的な発想はなかった。

また、特許文献１に記載の技術において、アナログ波形の波形発生回路を直流電源に置き換えた場合には、アナログ波形では双方向型のスイッチ素子を用いるためコスト高となってしまう、という問題がある。

また、特許文献２に記載の技術では、片方向型スイッチ素子のみを使用しているため、場合によってはリーク電流が大きくなったり、短絡してしまうことが考えられる。

さらに、特許文献３に記載の技術では、基本的に２レベルの電圧値を組合わせて生成したパルス波形で圧電素子を駆動しており、メニスカス面を引いてから押し出すことによって液滴を吐出する所謂引き打ちができないため、階調制御範囲が狭くなり、高画質化には不利である。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、３種類以上の電圧レベルからなる矩形波を圧電素子に印加する液滴吐出ヘッドの駆動装置において、リーク電流の低減や短絡の防止等を低コストで実現することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、液滴を吐出するための容量性素子と、接地された第１電極と、接地電圧より大きい所定の電圧値である第１電圧値を発生する第１直流電源回路が接続された第２電極と、前記第１電圧値より大きい第２電圧値を発生する第２直流電源回路が接続された第３電極と、前記第１電極に対応して設けられ、前記容量性素子に接地電圧を印加するための片方向型の第１スイッチ素子と、前記第２電極に対応に対応して設けられ、前記容量性素子に前記第１電圧値を印加するための双方向型の第２スイッチ素子と、前記第３電極に対応に対応して設けられ、前記容量性素子に前記第２電圧値を印加するための片方向型の第３スイッチ素子と、前記第１直流電源回路と前記第２電極間に設けられ、前記第２電極に接続される接続先を、前記第１直流電源回路、アナログ電圧波形を発生するアナログ波形発生回路、又は前記容量性素子に印加される電圧を診断する診断手段に切り換える切換手段と、を備え、前記切換手段が、前記接続先を前記第１直流電源回路に切り換えた場合に、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第２スイッチ素子を排他的にオンすることによって３値の電圧レベルからなる矩形波を前記容量性素子に印加し、前記接続先を前記アナログ波形発生回路に切り換えた場合に、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子を排他的にオンすることによって、２値の電圧レベルの矩形波及びアナログの電圧波形の少なくとも一方の波形を前記容量性素子に印加し、前記接続先を前記診断手段に切り換えた場合に、双方向型の前記第２スイッチ素子をオンしながら片方向型の前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子を排他的にオンすることによって、前記容量性素子に印加される電圧波形を前記診断手段によって診断することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、容量性素子は、電圧を印加することによって変形するので、これを利用して液滴を吐出することができる。

複数（第１〜第３）の電極には、３種類以上の電圧値が入力され、複数の電極に対応して複数のスイッチが設けられている。すなわち、複数のスイッチのオンオフを制御することで、３種類以上の電圧レベルからなる矩形波を容量性素子に印加することができる。

ところで、最大の電圧値に対応するスイッチ素子がオンされて最大の電圧が容量性素子に印加された時には、他のスイッチ素子を介して他の電極にリークや短絡することが考えられるが、請求項１に記載の発明では、最大及び最小の電圧値を除く電圧値を印加するための電極に対応するスイッチ素子を、双方向型スイッチ素子としているので、他の電極に対するリークや短絡等を防止することができる。

また、全てのスイッチ素子ではなく、一部のスイッチ素子により大きな面積を占める双方向型スイッチを適用するので、駆動ＩＣの大型化を最小限に抑制でき、低コスト化することができる。

さらに、双方向型スイッチを用いた電極についてはアナログ波形を入力することが可能であるので、容量性素子にアナログ波形を印加することも可能となる。

従って、３種類以上の電圧レベルからなるパルス波形を容量性素子に印加する液滴吐出ヘッドの駆動装置において、リーク電流の低減や短絡の防止等を低コストで実現することができると共に、アナログ波形を容量性素子に印加することができる。

そして、複数の電極は、接地された第１電極と、所定の電圧値である第１電圧値を発生する第１直流電源回路が接続された第２電極と、第１電圧値より大きい第２電圧値を発生する第２直流電源回路が接続された第３電極と、で構成し、第１電極に対応するスイッチ素子及び第３電極に対応するスイッチ素子として片方向型スイッチ素子を用い、第２電極に対応するスイッチ素子として双方向型スイッチ素子を用いて、第１直流電源回路と第２電極間に設けられ、第２電極に接続される接続先を、第１直流電源回路、アナログ電圧波形を発生するアナログ波形発生回路、又は容量性素子に印加される電圧を診断する診断手段に切り換える切換手段を備えている。そして、切換手段が接続先を第１直流電源回路に切り換えた場合には、第スイッチ素子、第２スイッチ素子、及び第３スイッチ素子のスイッチ素子を排他的にオンすることによって３値の電圧レベルからなる矩形波を容量性素子に印加することで、所謂引き打ち等が可能となり、複数種類の液滴を吐出することができる。また、切換手段が接続先をアナログ波形発生回路に切り換えた場合には、２値の電圧レベルの矩形波及びアナログの電圧波形の少なくとも一方の波形を容量性素子に印加することで、アナログ波形やアナログ波形と矩形波を組合わせた波形を容量性素子に印加することができるので、液滴の吐出を自由に制御することができる。さらに、切換手段が接続先を診断手段に切り換えた場合には、双方向型の第２スイッチ素子をオンしながら片方向型の第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を排他的にオンすることで、双方向型の第２スイッチ素子を介して診断手段が接続されているので、容量性素子に印加される電圧波形を診断手段に出力することができ、容量性素子に印加される電圧波形の診断を診断手段によって行うことが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、３種類以上の電圧レベルからなるパルス波形を容量性素子に印加する液滴吐出ヘッドの駆動装置において、リーク電流の低減や短絡の防止等を低コストで実現することができる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。なお、本実施の形態はインクジェット記録装置に本発明を適用したものである。

まず、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の構成について、図１〜５を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置１０の要部構成を示す図であり、ここでは記録用紙の搬送系を除き、主としてインクジェット記録ヘッド周辺部の構成を示している。図１に示すように、本実施の形態に係わるインクジェット記録装置１０は、インクジェット記録装置１０全体の動作を司るコントローラ１２と、供給された印刷データに基づいてインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッド１４と、を備えている。また、インクジェット記録ヘッド１４は、各々個別に設けられた圧電素子（ピエゾ素子）１６の変形によってインク滴を吐出する複数のイジェクタ１８が２次元配置されて構成された複数のイジェクタ群２０と、イジェクタ群２０の各々に対応して設けられた駆動ＩＣ（Integrated Circuit）２２と、を備えている。

また、本実施の形態に係わるインクジェット記録装置１０は、インクが充填される圧力発生室と、当該圧力発生室と連通し、インクを吐出可能なインク吐出口と、圧力発生室の壁面の一部を構成し、振動することによって圧力発生室を膨張又は収縮させる振動板、及び記録すべき画像を表す画像データに応じて印加された電圧によって変形することにより振動板を振動させる圧電素子１６を備えたアクチュエータと、を含んで構成されている。

コントローラ１２にはインクジェット記録ヘッド１４に設けられた全ての駆動ＩＣ２２が接続されており、駆動ＩＣ２２の作動の制御は、クロック信号、波形選択信号、ラッチ信号、第１〜第３波形セット信号、モード切換信号等が用いられてコントローラ１２によって行われる。

各駆動ＩＣ２２は、クロック信号、波形選択信号、ラッチ信号、第１〜第３波形セット信号、モード切換信を共用し、波形選択信号及びモード切換信号が独立して各駆動ＩＣ２２に入力される。なお、波形選択信号は、本実施の形態では、真理値０（００）は波形なしを表し、真理値１（０１）は第１波形セットを表し、真理値２（１０）は第２波形セットを表し、真理値３（１１）は第３波形セットを表す。

各駆動ＩＣ２２は、共通電極を有しており、該共通電極には、コントローラ１２に接続された直流電源回路（ＨＶ１）２４、３種類の接続先を切り換えて駆動ＩＣ２２に入力する切換手段２６、及びグランド（ＧＮＤ）がそれぞれ接続されている。

切換手段２６は、矩形波駆動を行う駆動モード、アナログ波形駆動を行うアナログ駆動モード、及びインク滴の吐出特性等の診断を行う診断モードの切換を行い、切換手段２６には、直流電源回路（ＨＶ２：ＨＶ１＞ＨＶ２）２８、吐出特性等を診断するための診断手段３０、及びアナログ電圧波形を発生するアナログ波形発生回路３２が接続されており、３種類の接続先をコントローラ１２からの選択信号に応じて切り換えて各駆動ＩＣ２２の共通電極に出力するようになっている。なお、直流電源回路（ＨＶ２）２８にはコントローラ１２から電圧制御信号が入力され、診断手段３０にはコントローラ１２から診断データ及び制御信号が入力され、アナログ波形発生回路３２にはコントローラ１２から基準波形信号が入力される。

図２は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録ヘッド１４の概略構成を示す図である。

図２に示すように、本実施の形態に係わるインクジェット記録ヘッド１４は、複数のイジェクタ１８が２次元配置されて構成されたイジェクタ群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ・・・の各々を単位構造として、複数の単位構造が、所定の一方向（インクジェット記録ヘッド１４の長手方向（長尺方向））に対して、隣接する単位構造に配置されているイジェクタ群の端部の一部領域が互いに重なり合うように配置されている。

そして、各イジェクタ群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ・・・には、駆動ＩＣ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ・・・が１対１で個別に設けられており、イジェクタ群と、対応する駆動ＩＣとの間は、各々接続線３４によって電気的に接続されている。なお、以下では、特定のものを示したい場合を除き、イジェクタ群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ・・・を「イジェクタ群２０」と略して表記する場合がある。また、同様に、駆動ＩＣ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ・・・についても特定のものを示したい場合を除き、「駆動ＩＣ２２」と略して表記する場合がある。

本実施の形態に係わるイジェクタ群２０は、配置領域の形状が、上底と下底とを結ぶ２つの斜辺の角度が互いに異なる台形形状とされている。そして、本実施の形態に係わるインクジェット記録ヘッド１４では、一対のイジェクタ群２０が、各々上底同士がインクジェット記録ヘッドの長手方向中心線に向かって互いに対向するように配設されると共に、各々に対応する駆動ＩＣ２２も一体的に配設されることにより、単体部品としてヘッドユニット３６を構成している。そして、インクジェット記録ヘッド１４は、複数の当該ヘッドユニット３６が長手方向に配列された状態で構成されている。

図３は、本発明の実施の形態に係わる駆動ＩＣ２２の構成を示す図である。

図３に示すように、駆動ＩＣ２２は、シフトレジスタＡ３８と、ラッチ回路４０と、シフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６と、選択・デコード４８と、レベルシフタ５０と、ドライバ５２と、を備えている。

選択・デコード４８、レベルシフタ５０、及びドライバ５２はそれぞれ圧電素子１６毎に設けられており、上記イジェクタ群２０に対応したブロック５４として構成されている。

コントローラ１２から出力されたクロック信号及び波形選択信号はシフトレジスタＡ３８に入力され、ラッチ信号はラッチ回路４０に入力される。

波形選択信号は、第１〜第３波形セット信号の何れか１つ（一対の信号）を選択するものとされており、波形信号と波形選択信号からなるシリアルデータとされ、第１波形セット信号がシフトレジスタＢ４２に入力され、第２波形セット信号がシフトレジスタＣ４４に入力され、第３波形セット信号がシフトレジスタＤ４６に入力される。

なお、以下では、１つの圧電素子１６に駆動波形を供給する場合について説明するが、他の圧電素子１６についても同様であるので、説明を省略する。

シフトレジスタＡ３８は、入力されたシリアルデータである波形選択信号をパラレルデータに変換してラッチ回路４０に出力する。

ラッチ回路４０は、シフトレジスタＡ３８から出力されたパラレルデータをコントローラ１２から入力されるラッチ信号に応じてラッチする。

各シフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６は、イジェクタ群２０のブロック５４毎に駆動タイミングをずらす。本実施の形態では、台形状のイジェクタ群２０が５１２個で１６個のイジェクタ１８ずつ３２ブロックに分割されている。また、各シフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６の段数はブロック数（３２）とされ、各ブロック５４の駆動タイミングは第２クロック分づつずれ、例えば、周波数１０ＭＨｚでずれ時間が０．１μｓとされ、総ずれ時間が３．２μｓ（駆動時間≧２０μｓ）となる。

選択・デコード４８には、コントローラ１２からシフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６を介して第１〜第３波形セット信号が入力されると共に、ラッチ回路４０によってラッチされた波形選択信号のパラレルデータがセレクト端子に入力される。従って、選択・デコード４８は、第１〜第３波形セット信号から波形選択信号によって選択が指示されたものを選択して出力することになる。

また、選択・デコード４８は、診断モードの診断結果に応じてドライバ制御信号を修正する機能を有する。なお、診断モードは、各イジェクタを所定の波形で駆動した場合の各イジェクタの吐出特性を診断するモードであり、例えば、圧電素子１６に印加される電圧波形を診断する。

選択・デコード４８はレベルシフタ５０に接続されており、選択・デコード４８から出力された波形セット信号はレベルシフタ５０によってレベル変換されて出力される。なお、レベルシフタ５０には、図示しない電源から所定電圧レベル（本実施の形態では、４０Ｖ以上の所定レベル）ＨＶＤＤの電力が供給されており、レベルシフタ５０では、波形選択信号によって選択された波形セット信号の振幅を、電圧レベルＨＶＤＤまでレベル変換する。なお、レベルシフタ５０としては、従来既知のものを適用することができる。

図４は、ドライバ５２の詳細な構成を示す図である。

本実施の形態に係わるドライバ５２は、図４に示すように、２つの片方型スイッチ素子（ＰＭＯＳ及びＮＭＯＳ）５６、５８と１つの双方向型スイッチ素子（例えば、ＣＭＯＳ伝送ゲート等）６０によって構成されている。

ＰＭＯＳの片方向型スイッチ素子５６のソース端子が共通電極を介して直流電源回路（ＨＶ１）２４に接続され、ＮＭＯＳの片方向型スイッチ素子５８のソース端子が共通電極を介してグランドに接続され、双方向型スイッチ素子６０の一方のソースまたはドレインとなる端子が共通電極を介して切換手段２６に接続されている。

また、２つの片方向型スイッチ素子５６、５８のドレイン端子及び双方向型スイッチ素子６０の他方のソースまたはドレインとなる端子が、一端がグランドされた圧電素子１６にそれぞれ接続されている。

図５は、選択・デコード４８の詳細な構成を示す図である。

選択・デコード４８は、図５に示すように、デコード６２、セレクト６４、論理演算回路（ＯＲ回路６６、ＡＮＤ回路６８、反転回路７０）によって構成されている。

セレクト６４には、波形選択信号が入力され、本実施の形態では、第１〜第３波形セットを選択する場合には真理値０〜３の信号（第１〜第３波形セットの何れかを選択する信号）をデコード６２に出力し、診断モードの場合にはセレクト６４は０（「Ｌ」出力）を反転回路７０を介してＡＮＤ回路６８に出力する。

また、モード切換信号は、ＡＮＤ回路６８に入力され、ＡＮＤ回路６８の出力は、ＯＲ回路６６に入力される。モード切換信号は、本実施の形態では、診断モードの場合「Ｈ」出力され、駆動モードの場合「Ｌ」出力される。

また、デコード６２の出力は、２つの片方向型スイッチ素子５６、５８に接続されると共に、ＯＲ回路６６を介して双方向型スイッチ素子６０に接続される。

すなわち、各イジェクタ１８を駆動する駆動モードの場合には、モード切換信号が「Ｌ」、ＡＮＤ回路６８出力が「Ｌ」となり、ＯＲ回路６６出力がデコード出力となる。従って、波形選択信号によって選択された波形セットとなるようにドライバ５２の各スイッチ素子がデコード６２出力によって制御される。

また、診断モードの場合には、診断対象のイジェクタ１８については、セレクト６４から「０」すなわち「Ｌ」が出力されて反転回路７０を介してＡＮＤ回路６８に「Ｈ」が出力される。また、モード切換信号は、診断モードの場合に「Ｈ」が出力されるので、ＡＮＤ回路６８出力が「Ｈ」となり、双方向型スイッチ素子６０が強制的にオンとなる。これによって、双方向型スイッチ素子６０を介して圧電素子１６に印加される波形の診断が可能となる。また、診断対象以外のイジェクタ１８については、セレクト６４出力「０」が出力され反転回路７０を介して「Ｈ」がＡＮＤ回路６８に出力され、モード切換信号が「Ｌ」であるのでＡＮＤ回路６８出力が「Ｌ」となり、ＯＲ回路６６出力がデコード６２の出力となる。

続いて、上述のように構成された本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置１０の作用について説明する。

まず、矩形波を圧電素子１６に印加してインク滴を各イジェクタ１８から吐出する駆動モードについて説明する。

駆動モードの場合には、コントローラ１２から出力される選択信号によって、切換手段２６が制御され、直流電源回路（ＨＶ２）２８と駆動ＩＣ２２の共通電極が接続される。この時、コントローラ１２から電圧制御信号が直流電源回路（ＨＶ２）２８に出力され、直流電源回路（ＨＶ２）２８が制御される。

すなわち、ドライバ５２は、図６に示すように、直流電源回路からの電位ＨＶ２が双方向型スイッチ素子６０に印加される。また、片方向型スイッチ素子５６のソース端子はは直流電源回路（ＨＶ１）２４に接続され、片方向型スイッチ素子５８はソース端子はＧＮＤに接続されているので、各スイッチ素子を排他的にオンすることによって３値（０、ＨＶ１、ＨＶ２）の電圧レベルの矩形のパルス波形を圧電素子１６に印加することができる。

一方、クロック信号、波形選択信号、ラッチ信号、第１〜第３波形セット信号、第２クロック信号、モード切換信号が各駆動ＩＣ２２に入力されると、シフトレジスタＡ３８によって入力されたシリアルデータである波形選択信号がパラレルデータに変換されてラッチ回路４０に出力され、ラッチ回路４０によってシフトレジスタＡ３８から出力されたパラレルデータがコントローラ１２から入力されるラッチ信号に応じてラッチされ、シフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６に出力される。

そして、シフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６に入力される第１〜第３波形セットの駆動タイミングがイジェクタ群２０のブロック５４毎に駆動タイミングがシフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６によってずらされて選択・デコード４８に出力される。

選択・デコード４８では、コントローラ１２からシフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６を介して第１〜第３波形セット信号がデコード６２に入力されると共に、ラッチ回路４０によってラッチされた波形選択信号のパラレルデータがセレクト６４に入力される。

また、この時モード切換信号が駆動モードの場合には、「Ｌ」がＡＮＤ回路６８に入力され、ＡＮＤ回路６８が「Ｌ」となり、ＯＲ回路６６出力がデコード６２出力となる。従って、波形選択信号によって選択された波形セットとなるようにドライバ５２の各スイッチ素子がデコード６２出力によって制御される。

例えば、波形セットの真理値「０」（００）をドライバ５２の全てのスイッチ素子をオフ、真理値「１」（０１）を片方向型スイッチ素子５８をオン（ＧＮＤ）、真理値「２」（１０）を片方向型スイッチ素子５６をオン（ＨＶ１）、真理値「３」（１１）を双方向型スイッチ素子６０をオン（ＨＶ２）とし、第１波形セットを図７（Ａ）に示すように（真理値２→３→１→３→２）とし、第２波形セットを図７（Ｂ）に示すように（真理値２→３→１→２→３→２）とし、第３波形セットを図７（Ｃ）に示すように（真理値２→１→３→１→２）とすると、各波形セットに応じてドライバ５２の各スイッチ素子が制御されて、圧電素子１６に波形セットに応じた電圧波形が印加される。従って、圧電素子１６に印加された波形に応じてインク滴が各イジェクタ１８から吐出される。

この時、本実施の形態では、片方向型スイッチ素子５６（ＨＶ１）がオンされている場合、双方向型スイッチ素子６０の代わりに片方向型スイッチ素子５６と同等のスイッチ素子を用いると、ＨＶ１＞ＨＶ２であるので、前記５６と同等のスイッチ素子をオフにする制御信号が入力されているにもかかわらず、電源ＨＶ１〜片方向型スイッチ素子５６〜前記５６と同等のスイッチ素子〜電源ＨＶ２の経路でリーク電流の増大や、最悪の場合には短絡が発生し、駆動ＩＣ２２を破壊に至らしめる可能性がある。しかしながら、双方向型スイッチ素子６０を用いているので、双方向型スイッチ６０の各端子にかかる電圧によらず、入力される制御信号でオンオフできるため、前述のリーク電流の増大を抑制したり、短絡の発生を防止したりすることができる。

また、本実施の形態では、全てのスイッチ素子により大きな面積を占める双方向型スイッチを適用するのではなく、一部のスイッチ素子に双方向型スイッチを適用したので、駆動ＩＣ２２の大型化を最小限に抑制でき、低コスト化することができる。

なお、波形セットの駆動期間の開始値と終了値を等しくしてシリアル入力とし、開始値及び終了値を真理値「２」としたが、これに限るものではなく、例えば、開始値及び終了値を真理値「１」または「３」とした波形セットを用いるようにしてもよい。また、電圧の最小維持時間は、ブロックの駆動ずれ時間となり、例えば、０．１μｓとなる。維持時間が短い場合には、所定電圧まで放電しないこともあるので、充放電振幅を小さくするよう積極利用するようにしてもよい。

次に、アナログ波形を圧電素子１６に印加してインク滴を各イジェクタ１８から吐出するアナログ駆動モードについて説明する。

アナログ駆動モードの場合には、コントローラ１２から出力される選択信号によって、切換手段２６が制御され、アナログ波形発生回路３２と駆動ＩＣ２２の共通電極とが接続される。この時、コントローラ１２から制御信号がアナログ波形発生回路３２に出力され、アナログ波形発生回路３２が制御される。

すなわち、ドライバ５２は、図８に示すように、アナログ波形発生回路３２によって発生されたアナログ波形が双方向型スイッチ素子６０に印加される。また、片方向型スイッチ素子５６のソース端子はは直流電源回路（ＨＶ１）２４に接続され、片方向型スイッチ素子５８はソース端子はＧＮＤに接続されているので、各スイッチ素子を排他的にオンすることによってアナログ波形のみ或いはアナログ波形と矩形波を組合わせた電圧レベルを圧電素子１６に印加することができる。

選択・デコード４８では、コントローラ１２からシフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６を介して第１〜第３波形セット信号がデコード６２に入力されると共に、ラッチ回路４０によってラッチされた波形選択信号のパラレルデータがセレクト６４に入力される。

また、この時モード切換信号がアナログ駆動モードの場合には、上記の駆動モードと同様に「Ｌ」がＡＮＤ回路６８に入力され、ＡＭＤ回路６８が「Ｌ」となり、ＯＲ回路６６出力がデコード６２出力となる。従って、波形選択信号によって選択された波形セットとなるようにドライバ５２の各スイッチ素子がデコード６２出力によって制御される。

例えば、波形セットの真理値「０」（００）をドライバ５２の全てのスイッチ素子をオフ、真理値「１」（０１）を片方向型スイッチ素子５８をオン（ＧＮＤ）、真理値「２」（１０）を片方向型スイッチ素子５６をオン（ＨＶ１）、真理値「３」（１１）を双方向型スイッチ素子６０をオン（アナログ波形）とすることで、矩形波とアナログ波形を組み合わせた波形セットを生成することができる。また、アナログ波形のみで駆動する波形セットを生成することも可能となる。

図９は、アナログ波形セットの一例を示す。この場合には、第１アナログ波形セットを図９（Ａ）に示すように（常に真理値３）とし、第２アナログ波形セットを図９（Ｂ）に示すように（真理値３→０）とし、第３アナログ波形セットを図９（Ｃ）に示すように（真理値０→３）とすると、各波形セットに応じてドライバ５２の各スイッチ素子が制御されて、圧電素子１６にアナログ波形セットに応じた電圧が印加される。従って、圧電素子１６に印加された波形に応じてインク滴が各イジェクタ１８から吐出される。また、このようにアナログ波形駆動を行うことができるので、液面を自由に制御することができ、イジェクタ１８からの液滴吐出特性を自由に制御することができる。

このように本実施の形態では、双方向型スイッチ素子６０を用いているので、アナログ波形を圧電素子１６に印加することもでき、階調範囲を広くできる。

さらに、矩形波とアナログ波形を組合わせた波形セットを生成することができると共に、アナログ波形のみで駆動する波形セットを生成することも可能となり、矩形波駆動とアナログ波形駆動を両立することができる。

なお、アナログ波形を用いる場合には、１個の駆動ＩＣ２２に対して、アナログ波形は共通であり、パルス駆動のようにブロック５４毎に駆動タイミングをずらすことができず一括駆動となるため、ブロック駆動ずれ時間を予め考慮して波形の開始点を設定する必要がある。例えば、総ずれ時間が３．２μｓの場合には、波形の開始点を３．２μｓ以上（ラッチに対する遅延時間分）ずらしておく。

また、アナログ波形を複数個、時系列に配置するようにしてもよい。この場合には駆動周期が長くなるため、高速化には不向きとなるので、２〜３個程度のアナログ波形を時系列に並べるのが適当である。例えば、２個の場合には、波形セットとしては、常に「真理値３」、「真理値３→０」、「真理値０→３」の何れかとすることができる。

続いて、各イジェクタ１８から吐出特性の診断等を行う診断モードについて説明する。

診断モードの場合には、コントローラ１２から出力される選択信号によって、切換手段２６が制御され、診断手段３０と駆動ＩＣ２２の共通電極が接続される。この時、コントローラ１２から診断データが診断手段３０に出力され、診断手段３０が制御される。

すなわち、ドライバ５２は、図１０に示すように、診断手段３０が双方向型スイッチ素子６０の一方のドレインまたはソースとなる端子に接続される。また、片方向型スイッチ素子５６のソース端子はは直流電源回路（ＨＶ１）２４に接続され、片方向型スイッチ素子５８のソース端子はＧＮＤに接続されているので、各スイッチ素子のオンオフを制御する（例えば、双方向型スイッチ６０をオンしながら、片方向型スイッチ５６、５８を排他的にオンする）ことによって圧電素子１６に印加される電圧特性を診断手段３０が検出して各イジェクタ１８の吐出特性を診断することができる。

選択・デコード４８では、コントローラ１２からシフトレジスタＢ〜Ｄ４２〜４６を介して第１〜第３波形セット信号がデコード６２に入力されると共に、ラッチ回路４０によってラッチされた波形選択信号のパラレルデータがセレクト６４に入力される。

また、この時モード切換信号が診断モードの場合には、「Ｈ」がＡＮＤ回路６８に入力され、ＡＮＤ回路６８が「Ｈ」となり、ＯＲ回路６６出力が「Ｈ」となるので、双方向型スイッチ素子６０がオンとなり、出力端子として機能する。

例えば、波形セットの真理値「０」（００）をドライバ５２の全てのスイッチ素子をオフ、真理値「１」（０１）を片方向型スイッチ素子５８をオン（ＧＮＤ）、真理値「２」（１０）を片方向型スイッチ素子５６をオン（ＨＶ１）、真理値「３」（１１）を双方向型スイッチ素子６０を出力端子として機能させるために未使用とすることで、各圧電素子１６に印加される電圧特性を診断することが可能となる。

診断用の波形セットとしては、図１１（Ａ）に示す診断波形（真理値１→２→１）を適用することができる。この場合には、診断手段３０には、図１１（Ｂ）に示すような出力波形が入力されるので、診断手段３０は、圧電素子１６に印加される実際の鈍った波形を得ることができるので、波形の立ち上がり時間（Ｔｒ）や立ち下がり時間（Ｔｆ）等を測定してコントローラ１２にフィードバックすることによって、各イジェクタ１８からの吐出ばらつきを補正することができる。

なお、上記の実施の形態における診断モードでは、双方向型スイッチ素子の診断手段２６に接続される端子を出力端子として機能させた例を説明したが、これに限るものではなく、例えば、双方向型スイッチ素子６０の診断手段２６に接続される端子を入出力端子として機能させ、診断手段として、例えば、インピーダンスアナライザー等の計測機器を接続するようにしてもよい。

この場合には、選択・デコード４８の動作は、上記の診断モードと同様に動作させ、診断手段２６及び波形セットを異なるものとする。

すなわち、波形選択信号としては、対象イジェクタ１８については、診断用に予め設定した波形セットを選択する。診断波形としては、例えば、０以外の所定の波形セットとして、診断対象該のイジェクタ１８については、波形無し「０」とする。所定の波形セットとしては、上記の診断モードでは、真理値「３」を未使用としたが、真理値「３」を常に選択する波形セットとして、片方向型スイッチ素子５６、５８はオフして、双方向型スイッチ素子６０のみオンにする。これによって、双方向型スイッチ素子６０の診断手段２６が接続される端子を入出力端子として機能させることができると共に、片方向型スイッチ素子５６、５８から入力される外乱因子を排除して、双方向型スイッチ素子の接続された共通電極のみを利用することができる。従って、診断手段２６として様々な計測機器を接続することができ、様々な診断が可能となる。

例えば、診断手段２６としてインピーダンスアナライザなどの計測機器を接続することによって、時定数以外の特性、例えば、イジェクタの固有周期（液室共振周波数）や圧電素子１６の特性（静電容量、誘電損失、共振周波数等）の様々な測定を正確に行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、最大及び最小電圧を印加するための共通電極に対応するスイッチ素子として片方向型スイッチ素子５６、５８を用い、最大と最小の間の中間電圧を印加するための共通電極に対応するスイッチ素子として双方向型スイッチ素子６０を用いたが、最小電圧を印加するための共通電極に対応するスイッチ素子は、双方向型スイッチ素子を用いるようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、３つのスイッチ素子を用いた例を説明したが、これに限るものではなく、例えば、４つ以上のスイッチ素子を用いるようにしてもよい。例えば、４つ以上のスイッチ素子を用いる場合には、最大の電圧値を除く電圧値を印加するための共通電極に対応するスイッチ素子、または、最大及び最小の電圧値を除く電圧値を印加するための共通電極に対応するスイッチ素子が、双方向型のスイッチ素子となるようにすればよい。

前述した実施の形態では、容量性素子として圧電素子を用いる例をとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電素子に代えて、例えば対向電極の一方を弾性体電極として、静電気力による前記弾性体電極の変位を利用する静電アクチュエータを用いても同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の要部構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係わる駆動ＩＣの構成を示す図である。 ドライバの詳細な構成を示す図である。 選択・デコードの詳細な構成を示す図である。 駆動モード時のドライバの状態を示す図である。 駆動モードの波形セットの一例を示す図である。 アナログ駆動モード時のドライバの状態を示す図である。 アナログ駆動モードの波形セットの一例を示す図である。 診断モード時のドライバｎ状態を示す図である。 診断モードの波形セットの一例を示す図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置
１４ 記録ヘッド
１６ 圧電素子
２２ 駆動ＩＣ
２４ 直流電源回路（ＨＶ１）
２６ 切換手段
２８ 直流電源回路（ＨＶ２）
３０ 診断手段
３２ アナログ波形発生回路
５２ ドライバ
５６、５８ 片方向型スイッチ素子
６０ 双方向型スイッチ素子

Claims (1)

1. 液滴を吐出するための容量性素子と、
   接地された第１電極と、
   接地電圧より大きい所定の電圧値である第１電圧値を発生する第１直流電源回路が接続された第２電極と、
   前記第１電圧値より大きい第２電圧値を発生する第２直流電源回路が接続された第３電極と、
   前記第１電極に対応して設けられ、前記容量性素子に接地電圧を印加するための片方向型の第１スイッチ素子と、
   前記第２電極に対応に対応して設けられ、前記容量性素子に前記第１電圧値を印加するための双方向型の第２スイッチ素子と、
   前記第３電極に対応に対応して設けられ、前記容量性素子に前記第２電圧値を印加するための片方向型の第３スイッチ素子と、
   前記第１直流電源回路と前記第２電極間に設けられ、前記第２電極に接続される接続先を、前記第１直流電源回路、アナログ電圧波形を発生するアナログ波形発生回路、又は前記容量性素子に印加される電圧を診断する診断手段に切り換える切換手段と、
   を備え、
   前記切換手段が、前記接続先を前記第１直流電源回路に切り換えた場合に、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第２スイッチ素子を排他的にオンすることによって３値の電圧レベルからなる矩形波を前記容量性素子に印加し、前記接続先を前記アナログ波形発生回路に切り換えた場合に、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、及び前記第３スイッチ素子を排他的にオンすることによって、２値の電圧レベルの矩形波及びアナログの電圧波形の少なくとも一方の波形を前記容量性素子に印加し、前記接続先を前記診断手段に切り換えた場合に、双方向型の前記第２スイッチ素子をオンしながら片方向型の前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子を排他的にオンすることによって、前記容量性素子に印加される電圧波形を前記診断手段によって診断することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。