JP5070888B2 - 液滴吐出ヘッド駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタの液滴吐出ヘッド駆動装置に関する。

一般に、アクチュエータとして、ピエゾ素子等の圧電素子を用いたインクジェットプリンタが知られている。このインクジェットプリンタでは、圧電素子を変形させてインクが充填された圧力室の膨張、収縮等を行うことにより体積（容積）を変化させ、これによる内部圧力の変化によって、圧力室に連通されているノズルの先端からインクの液滴を吐出させるヘッドを備えている。

圧力室の膨張、収縮は、液滴吐出ヘッド駆動装置により圧電素子の両電極に電圧を印加することにより行っている。液的吐出ヘッド駆動装置により、圧電素子の片方の電極に所定の駆動波形の駆動電圧を印加し、他方の電極を接地する技術が知られている。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。また、圧電素子の両方の電極に電圧を印加して、印字中の圧電素子の自然放電を防止するためにグランドより高い電位を印加する技術（例えば、特許文献３参照）や、圧電素子の異常を検知する技術（例えば、特許文献４参照）や、低電力化のために駆動電圧に応じて電位を変える技術（例えば、特許文献５参照）や、低電力化のために駆動停止時にバイアス出力を遮断する技術（例えば、特許文献６参照）等が知られている。
特開昭５５−１２３４７６号公報 特開平０６−１９８８７４号公報 特開２００３−０７２０６９号公報 特開２００３−２１１６６５号公報 特開２００４−１７４８７２号公報 特開２００５−３１３６１２号公報

上記従来の技術では、例えば、インクの温度や、ヘッドユニットの特性等の環境情報に応じて、圧電素子の電極に印加する電圧を調整するためには、駆動波形の駆動電圧を変化させなくてはいけない。ヘッドが複数ある場合は、個々のヘッド毎に複雑な駆動電圧の生成を行う必要がある。また、液滴吐出ヘッドを形成後に、圧電素子の分極を行おうとすると、分極するために十分な電圧を電極に印加することができない場合がある。

本発明は、圧電素子に印加される電圧の制御を環境情報に対応して容易に行うことができる液滴吐出ヘッド駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液滴吐出ヘッド駆動装置は、印加される電圧に応じて変形し、液体が収容された圧力室に体積変化を発生させる圧電素子に電圧を印加するための一対の電極の一方の電極に、正の極性を持った電圧を印加する駆動電圧印加手段と、前記一対の電極の他方の電極に所定の電圧を印加する電源制御手段と、液滴吐出処理の指令が入力されたか、および前記圧電素子の分極処理の指令が入力されたかを判断し、前記液滴吐出処理の指令が入力されたと判断した場合、所定の駆動波形をなす正の極性を持った駆動電圧が前記一方の電極に印加されるように前記駆動電圧印加手段を制御し、かつ入力された前記液体の環境情報に応じて決定された変動電圧が前記他方の電極に印加されるように前記電源制御手段を制御し、前記分極処理の指令が入力されたと判断した場合、正の極性を持った一定の電圧が前記一方の電極に印加されるように前記駆動電圧印加手段を制御し、かつ負の極性を持った一定の電圧が前記他方の電極に印加されるように前記電源制御手段を制御するヘッド制御手段と、を備え、前記ヘッド制御手段は、前記分極処理の指令が入力されたと判断した場合において、前記液体の環境情報に応じて予め定められた、前記一対の電極の電圧を保持する保持時間が経過した場合に前記分極処理を終了することを特徴とする。

請求項１に記載の本発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、圧電素子に
印加される電圧の制御を環境情報に対応して容易に行うことができる、という効果が得ら
れる。また、一対の電極間の電位差を増大させることができる、という効果が得られる。つまり、ドライバＩＣの耐圧以上の電圧を圧電素子に印加することが可能になる。さらに、分極処理を終了するか否かの判断を行うことができる、という効果が得られる。
請求項２に記載の本発明によれば、吐出される液滴の体積を一定にできる、という効果が得られる。

請求項３に記載の本発明によれば、印加する電圧の可変を容易に行うことができる、と
いう効果が得られる。

請求項４に記載の本発明によれば、印字休止時は、圧電素子の電極にグランド電位を接
続させることができる、という効果が得られる。

請求項５に記載の本発明によれば、スイッチ部のオン、オフにより一対の電極間の電位
差を制御する、という効果が得られる。

請求項６に記載の本発明によれば、圧電素子に印加される電圧の制御を液体の粘度に関
する情報に対応して容易に行うことができる、という効果が得られる。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態の液滴吐出ヘッド駆動装置１０は、圧電素子を任意の波形形状で駆動するアナログ波形駆動する場合について説明する。

本実施の形態に係る液滴吐出ヘッド駆動装置１０の概略構成を図１に示す。本実施の形態の液滴吐出ヘッド駆動装置１０は、ヘッド制御部３０と、駆動電圧印加部３２と、ＳＷ（スイッチ）部３６と、電源制御部３４と、を備えており、液滴吐出ヘッド２０を駆動させる。

ここで、液滴吐出ヘッド２０の具体的な一例を図２に示す。本実施の形態の液滴吐出ヘッド２０は、ｍ個のヘッドユニット２４を含んでおり、ヘッドユニット２４は、それぞれ、液滴を吐出するためのｎ個のノズルを含んだ液滴イジェクタ５０（図３参照）で構成されている。なお、液滴吐出ヘッド２０の構成は、これに限らず、ヘッドユニット２４及びノズル４８は任意の個数でよく、また、ヘッドユニット２４やノズル４８の配置は、千鳥状等他の配置であってもよい。

なお、本実施の形態の液滴吐出ヘッド駆動装置１０では、各ヘッドユニット２４毎に、圧電素子４０の両極（共通電極４２及び個別電極４４）に印加する電圧を制御しており、図１には、ｍ個のヘッドユニット２４のうちの１個のみを図示している。

また、図３に、本実施の形態に係る液滴イジェクタ５０の具体的一例を示す。液滴イジェクタ５０は、アクチュエータとする圧力発生素子として、圧電素子（ピエゾ素子）４０を適用している。また、液滴イジェクタ５０は圧力室４６、共通電極（振動板）４２、及びノズル部４８を含んで構成されている。

圧電素子４０は、共通電極４２及び個別電極４４から印加された電圧によって変形して、液滴イジェクタ５０の圧力室４６の壁面の一部を形成している共通電極（振動板）４２を振動させる。このとき、圧電素子４０は、共通電極に対する個別電極の電圧が下降することにより、圧力室４６が膨張するように共通電極（振動板）４２を変形させ、また、前記電圧が上昇することにより圧力室４６を収縮させるように共通電極（振動板）４２を変形する。液滴イジェクタ５０は、共通電極（振動板）４２の膨張、収縮がなされることにより、圧力室４６内のインクをインク液滴５２としてノズル部４８から吐出する。なお、アクチュエータとしての圧電素子は、この例に限らず、積層体の片側を共通電極、他方を個別電極としてもよい。また、圧電素子の分極方向により、電位の下降、上昇による圧力室の膨張、収縮が本実施例と異なる場合があるが問題なく適用できる。

ヘッド制御部３０には、本実施の形態の液滴吐出ヘッド駆動装置１０が備えられたインクジェットプリンタ全体の駆動を制御する全体制御部（図示せず）が接続されており、印字（画像形成）の実行に関する指示や画像データ、インク温度などのセンサー情報等が入力される。また、ヘッド制御部３０は、図示しないＣＰＵ、メモリ、及びＲＯＭ等を備えており、ＣＰＵでは、液的吐出ヘッド２０の駆動を制御するために、詳細を後述する制御ルーチンが実行される。制御ルーチンのプログラムは、記憶媒体としてのＲＯＭに記憶されている。メモリには、インクの温度等の環境情報（詳細後述）や印字モード等と、圧電素子４０に印加するバイアス電圧及び駆動電圧（駆動波形）との関係が予め記憶されている。

駆動電圧印加部３２は、ヘッド制御部３０の指示に従って、駆動電圧（駆動波形）をＳＷ部３６を介して、圧電素子４０の個別電極４４に印加する。ＳＷ部３６は、ｎ個のスイッチング素子ＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷｎ）を含んで構成されている。スイッチング素子ＳＷは、各々、個別電極４４に接続されており、ヘッド制御部３０の指示によりオン、オフされる。オンされると、駆動電圧印加部３２から駆動電圧（駆動波形）が個別電極４４に印加され、オフされると駆動電圧（駆動波形）が遮断される。なお、スイッチング素子ＳＷがオンされた状態では、個別電極４４に電圧Ｖ１が印加され、共通電極４２に電圧Ｖ２が印加された場合、個別電極４４と共通電極４２との間の電位差はＶ１−Ｖ２になる。一方、スイッチング素子ＳＷがオフされた状態では、個別電極４４と共通電極４２との間の電位差はオフされる直前の（オン状態であったときの）電位差を維持する。なお、本実施の形態では、圧電素子４０の個々に対してスイッチング素子ＳＷをそれぞれ設けているが、複数の駆動波形印加部を備え、個別電極には複数のＳＷが接続される形態など、これに限らない。電源制御部３４は、可変電源５６（図５参照）を備えており、ヘッド制御部３０の指示に従って、共通電極４２にバイアス電圧の印加、または、グランド電圧の印加を行う。

次に、本実施の形態の液的吐出ヘッド駆動装置１０のヘッド制御部３０で実行される液滴吐出ヘッド駆動制御処理を図４〜図１１を参照して詳細に説明する。

図４は、液的吐出ヘッド駆動装置１０のヘッド制御部３０で実行される液滴吐出ヘッド駆動制御処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図４に示す液滴吐出ヘッド駆動制御処理は、例えば、印字指令や電源投入時の処理指令、一定時間経過後の分極処理指令などが全体制御部からヘッド制御部３０に入力された場合に実行される。

ステップ９８で上位の全体制御部からの指令を待つ。指令があると次のステップ９９で環境情報等の読取りを行う。

本実施の形態において環境情報とは、インクの粘度に関する情報等であり、例えば、インクの温度、湿度、制御するヘッドユニット２４等の特性、及び休止状態継続時間等をいう。インクの温度とは、具体的には、ヘッドユニット２４や液的吐出ヘッド２０に設けられたセンサや、ヘッドユニット２４や液的吐出ヘッド２０の近傍に設けられたセンサ、液的吐出ヘッド駆動装置１０内のその他の場所に設けられたセンサ等が検知した温度であり、予めインク温度との関連性が得られていれば、インク温度そのものでなくてよい。また、湿度とは、具体的には、ヘッドユニット２４や液的吐出ヘッド２０に設けられたセンサや、ヘッドユニット２４や液的吐出ヘッド２０の近傍に設けられたセンサ、液的吐出ヘッド駆動装置１０内のその他の場所に設けられたセンサ等が検知した湿度である。なお、湿度が高ければ、インクは増粘しにくい。

ヘッドユニット２４等の特性とは、ヘッドユニット２４を構成する、圧電素子４０や、ノズル部４８等の製造上のばらつき等により生じる特性である。また、休止状態継続時間とは、当該印字を開始する前に休止状態であった時間のことをいい、具体的には、例えば、前回の印字もしくは、増粘したインクを吐出させるパージ処理（記録媒体ではなくインク吸収体などに吐出する動作を言う）から当該印字を開始するまでの時間をいう。なお、休止時間に比例してインクは増粘する。

なお、環境情報だけではなく、印字モード（吐出液滴のサイズ）等の印字情報等が設定されている場合は、これも読取るようにする。

次のステップ１００では、指令が印字（画像形成）であるか否かを判断する。全体制御部から印字指示が入力された場合等は肯定され、ステップ１１２へ進む。一方、否定されるとステップ１０２へ進む。ステップ１０２では、圧電素子４０の分極を行う指令か否かを判断する。全体制御部からの分極の指令は、例えば、図示しないタイマー等を読取って前回の分極実行時から一定時間経過したか否かや、図示しない分極状態検出器の値とあらかじめ設定した値との比較結果等により実行される。肯定されるとステップ１０４へ進み、分極処理１０４を行った後、ステップ１２６へ進む。なお、分極及び分極処理１０４については詳細を後述する。

一方、ステップ１０２で否定されると休止指令であると判断しステップ１０６へ進む。ステップ１０６では、ＳＷ部３６にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎをオフ状態にするよう指示し、次のステップ１０８では、電源制御部３４に液滴吐出ヘッド２０を休止状態にするよう指示し、ステップ１２６へ進む。なお、本実施の形態では、休止状態とは、印字（画像形成）及び分極のいずれも行わない状態を意味しており、液滴吐出ヘッド２０の駆動が休止している状態である。なお、図４のフローチャートは一実施例であり、全体制御部からの指令の種類は他にもあり、それに従った駆動制御部の動作があってもかまわない。

休止状態のときに、圧電素子４０に電界（電圧）が印加されていると、つまり長い時間圧電素子に電圧が印加された状態で放置すると、圧電素子の分極状態が劣化する等の問題が生じるため、圧電素子４０に電圧が印加されないように制御する。本実施の形態では、休止指示が入力されると、電源制御部３４では、共通電極４２にグランド電圧が印加されるようにする。具体的な例を図５に示す。図５（Ａ）に示した場合では、電源制御部３４は、可変電源５６を備えており、ヘッド制御部３０から休止指示が可変電源５６に入力されると、可変電源５６はＧＮＤ電位を発生し、共通電極４２にＧＮＤ電位を出力する。また、図５（Ｂ）に示した場合では、電源制御部３４は、可変電源５６及びスイッチ５８を備えており、ヘッド制御部３０から休止指示が可変電源５６に入力されると、スイッチ５８により、共通電極４２の接続先を可変電源５６の出力部からＧＮＤに切替える。

一方、ステップ１００で肯定判断された場合のステップ１１２では、ステップ９９で読取った環境情報等により、駆動電圧及びバイアス電圧を決定する。バイアス電圧とは、吐出時に圧電素子に印加する駆動電圧（駆動波形とも言う）の始点＝終点の電圧、正確には圧電素子に印加される電位差のことを言う。

ここで、環境情報とバイアス電圧との関係を図６及び図７を参照して説明する。インク温度と印字濃度（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ、ＯＤ値）との関係の一例を図６に示す。この場合のインク温度とは、具体的には、ヘッドユニット２４に設けられたセンサが検知した温度のことである。図６から解るように、インク温度が増加すると、印字濃度も増加する。印字濃度は、吐出される液滴の量にほぼ比例するため、インク温度が増加すると、吐出される液滴の量も増加する。また、圧電素子４０に印加されるバイアス電圧と吐出される液滴の体積（液滴の量）との関係の一例を図７に示す。図７には液滴のサイズが大きい場合、中程度の場合、小さい場合の３つの場合を例示している。図７から解るように、液滴のサイズにかかわらず、バイアス電圧が増加すると、液滴の体積（液滴の量）が減少する。

従って、吐出される液滴の体積を一定にするためには、バイアス電圧とインク温度とには所定の関係があり、インク温度が高くなると、バイアス電圧を上昇させ、一方、インク温度が低くなると、バイアス電圧を下降させる。

ヘッド制御部３０の図示しないメモリには、予め、所定のバイアス電圧、駆動電圧（駆動波形）、環境情報に応じた変動電圧が記憶されており、ステップ１１２では、メモリからこれを読取って、駆動電圧印加部３２から個別電極４４に印加する電圧及び電源制御部３４から共通電極４２に印加する電圧を決定する。

次のステップ１１４では、ＳＷ部３６にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎをオンする（Ｈレベル信号送信）よう指示し、次のステップ１１６では、駆動電圧印加部３２に個別電極４４へ電圧の印加を開始するよう指示し、電源制御部３４に共通電極４２へ電圧の印加を開始するよう指示する。さらに次のステップ１１８では、駆動電圧印加部３２による電圧の印加、電源制御部３４による電圧の印加の制御、及び、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎを画像データに合わせたオン、オフの制御を行い記録媒体への液滴の吐出を行う。

次のステップ１２０では、印字を終了するか否か判断する。例えば、全体制御部から入力された印字データ（画像データ）の印字が未だ残っている場合は、否定され、ステップ１１８に戻り、駆動電圧印加部３２及び電源制御部３４の制御、及び、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎの制御を繰返す。一方、印字が全て終了した場合等は、肯定され、ステップ１２１へ進む。

ステップ１２１では、全スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎをオンにし、次のステップ１２２で全電圧の印加を停止するように、駆動電圧印加部３２及び電源制御部３４に指示実行し、ステップ１２４ではＳＷ部３６にスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎをオフする（Ｌレベル信号送信）よう指示し、ステップ１２６へ進む。

ここで、ステップ１１２〜ステップ１２４の制御の一例を図８及び図９を参照して説明する。図８は駆動電圧印加部３２から、バイアス電圧を加味した駆動電圧（駆動波形）が圧電素子４０の個別電極４４に印加され、環境情報に応じた変動電圧が電源制御部３４から共通電極４２に印加される場合を示している。なお、本実施の形態では、圧電素子４０の共通電極４２と個別電極４４との電位差が０からバイアス電圧値になるまでを充電時といい、液滴の吐出を行っている間を吐出時といい、指示された全印字が終了（液滴の吐出が終了）した後、電位差がバイアス電圧から０になるまでを放電時という。

図８に示すように、駆動電圧印加部３２は、充電時は、所定の傾斜を持った波形によりバイアス電圧を個別電極４４に印加する。吐出時は、駆動電圧（駆動波形）を印加し、放電時は、所定の傾斜を持った波形により、印加電圧を減少させる。また、電源制御部３４は、充電時、吐出時、及び放電時とも通常、共通電極に印加する電圧は０であり、環境情報に応じた変動電圧のみを共通電極に印加する。図８では、当該変動電圧を考慮しない場合を示している。環境情報に応じて電源制御部３４が発生する変動電圧の幅の例を図９に示す。０電圧（電圧値＝０）を基準としている。

従って、圧電素子４０の共通電極４２及び個別電極４４の間の電位差は、図８に示すようになる。

また、当該制御の他の一例を図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は駆動電圧印加部３２から、駆動電圧（駆動波形）が圧電素子４０の個別電極４４に印加され、環境情報に応じた変動電圧及びバイアス電圧が電源制御部３４から共通電極４２に印加される場合を示している。なお、本実施の形態では、電源制御部３４からは負の極性を持ったバイアス電圧が印加される。

図１０に示すように、駆動電圧印加部３２は、充電時は、０Ｖを出力し、吐出時は、駆動電圧（駆動波形）を印加し、放電時は、充電時と同様に０Ｖを出力する。また、電源制御部３４は、充電時は、所定の傾斜を持った波形によりバイアス電圧を共通電極４２に印加する。吐出時は、一定の電圧（バイアス電圧）を印加し、放電時は、充電時とは逆に所定の傾斜を持った波形によりバイアス電圧の印加を停止する。さらに、電源制御部３４は、充電時、吐出時、及び放電時とも、環境情報に応じた変動電圧をさらに、共通電極４２に印加する。図１０では、当該変動電圧を考慮しない場合を示している。環境情報に応じて電源制御部３４が発生する変動電圧の幅の例を図１１に示す。バイアス電圧値を基準としている。

従って、圧電素子４０の共通電極４２及び個別電極４４の間の電位差は、図１０に示すようになる。

ステップ１２６では、本処理を終了するか否か判断する。否定されると、ステップ９８に戻り、本体制御部からの指令待ちとなる。一方、肯定されると、本処理を終了する。

なお、本実施の形態では、環境情報に応じて、電源制御部３４から出力する電圧（共通電極４２に印加する電圧）を変化させているが、例えば、インク温度の大幅な変動等、環境情報の変動が大きい場合は、さらに、駆動電圧印加部３２から印加する駆動電圧（駆動波形）を変動するようにしてもよい。

また、インクの増粘防止等のために、バイアス電圧に充電した後、印字トリガ（液滴吐出タイミング）になるまでの間や、吐出時の間ではあるものの、例えば、ページプリンタにおいて次のページに切替わるまでの間であり、液滴吐出が一時停止されている間等に、電源制御部３４から、液滴が吐出しない程度の、通常時の１／８〜１／４程度の電圧を印加する制御を細かく行うことにより、微振動波形（微振動電圧）を共通電極４２に印加させてもよい。

（分極処理）
次に、上記ステップ１０４において実行される分極処理について、図１２〜図１４を参照して詳細に説明する。図１２は、上記ステップ１０４の分極処理のフローチャートである。

まず、ステップ２００では、ＳＷ部３６にスイッチング素子ＳＷをオン状態にするように指示する。ステップ１００で読取った環境情報に応じて、次のステップ２０２では、駆動電圧印加部３２に個別電極４４へ電圧Ｖ１（正極性）を印加するよう指示し、次のステップ２０４では、電源制御部３４に共通電極４２へ電圧Ｖ２（負極性）を印加するよう指示する。

さらに次のステップ２０６では、駆動電圧印加部３２による電圧の印加及び電源制御部３４による電圧の印加の制御を行う。次のステップ２０８では分極処理を終了するか否かを判断する。分極処理を終了するか否かの判断は、例えば、圧電素子の分極を十分行うために、読取った環境情報に応じて、あるいは、図示しない分極状態に応じて分極電圧を保持する保持時間（例えば、１分程度）を予め定めておき、図示しないタイマーを読取って保持時間が経過した場合は分極処理を終了するものと判断するようにすればよい。まだ保持時間が経過していない場合等は否定され、ステップ２０６に戻り、駆動電圧印加部３２による電圧の印加及び電源制御部３４による電圧の印加の制御を行う。一方、保持時間が経過した場合等は肯定され、ステップ２１０へ進む。

ステップ２１０では、全電圧（電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２）の印加を停止するように駆動電圧印加部３２及び電源制御部３４に指示し、次のステップ２１２では、ＳＷ部３６にスイッチング素子ＳＷをオフするように指示し、本処理を終了する。

ここで、分極処理の一例を図１３を参照して詳細に説明する。図１３は分極処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。スイッチング素子ＳＷがオンされると、駆動電圧印加部３２により、個別電極４４へ電圧Ｖ１の印加が開始される。さらに、電源制御部３４により、共通電極４２へ電圧Ｖ２の印加が開始される。これにより、圧電素子４０の共通電極４２及び個別電極４４の間の電位差はまず、駆動電圧印加部３２から電圧Ｖ１が印加されることにより、電圧Ｖ１になり、さらに、電源制御部３４から電圧Ｖ２が印加されることにより、電圧Ｖ１−Ｖ２になる。従って、分極電圧はＶ１−Ｖ２になる。但し、電圧Ｖ２が負極性であるため、分極電圧は電圧Ｖ１よりも大きくなる。

保持時間が経過すると、まず、駆動電圧印加部３２による、電圧Ｖ１の印加が停止され、さらに、電源制御部３４による電圧Ｖ２の印加が停止される。これにより、圧電素子４０の共通電極４２及び個別電極４４の間の電位差はまず、駆動電圧印加部３２による電圧Ｖ１の印加が停止されることにより、電圧−Ｖ２になり、さらに、電源制御部３４による電圧Ｖ２の印加が停止されることにより、電圧０になる。従って、分極電圧は０になり、スイッチング素子ＳＷがオフされ、分極処理が終了する。

また、分極処理の他の一例を図１４を参照して詳細に説明する。図１４は分極処理の他の一例を説明するためのタイミングチャートである。スイッチング素子ＳＷがオンされると、駆動電圧印加部３２により、個別電極４４へ電圧が徐々に印加され、電圧Ｖ１が印加されるようになる。さらに、電源制御部３４により、共通電極４２へ電圧が徐々に印加され、電圧Ｖ２が印加されるようになる。これにより、圧電素子４０の共通電極４２及び個別電極４４の間の電位差は徐々に増加し、分極電圧がＶ１−Ｖ２になる。

保持時間が経過すると、駆動電圧印加部３２による電圧Ｖ１の印加及び、電源制御部３４による電圧Ｖ２の印加が停止される。これにより、圧電素子４０の共通電極４２及び個別電極４４の間の電位差は、徐々に減少する。従って、分極電圧は０になり、スイッチング素子ＳＷがオフされ、分極処理が終了する。

なお、印加電圧Ｖ１−印加電圧Ｖ２が分極に必要な電圧で有れば、即ち、共通電極４２と個別電極４４との間に分極に必要な電位差が発生すればよい。

また、分極処理は、圧電素子４０毎に行ってもよいし、ヘッドユニット２４毎に行ってもよいし、ヘッド２０に含まれる圧電素子４０全部に対し同時に行ってもよい。

このように、本実施の形態では、電源制御部３４が可変電源５６を備えており、電源制御部３４から、負の極性を持った電圧を共通電極４２へ印加することができるため、圧電素子４０に発生する電位差が駆動電圧印加部３２から印加した電圧−電源制御部３４から印加した電圧となる。これにより、ヘッド２０の形成後であっても分極するために十分な電圧を印加することができる。例えば、分極を行うためには、素子を駆動させるための駆動電圧の数倍の電圧を印加しなくてはいけない場合があり、特に圧電素子４０として薄膜ピエゾ素子を用いている場合、薄膜ピエゾ素子等のハード材を分極するに大きな電圧が必要とされる。ヘッド２０形成前に分極を行った場合、製造工程において圧電素子のキュリー温度を超えないような制約が必要となる。また、ヘッド２０を形成後にそのような大きな電圧を駆動電圧印加部３２から印加しようとすると、例えば、駆動のためのＩＣの耐圧を越えてしまうため、電圧を印加できないことがある。この場合でも、電源制御部３４から負の極性を持った電圧を共通電極４２に印加することができるため、圧電素子４０の両電極間の電位差を増加させることができ、十分な大きさの分極電圧により分極を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態では、電源制御部３４が可変電源５６を備えており、環境情報等に応じた電圧を共通電極４２に印加することができるため、圧電素子４０に印加される電圧の制御を容易に行うことができる。これにより、駆動波形（駆動電圧）を変化させることなく、容易に環境情報等に応じた電圧を圧電素子４０に印加することができる。また、圧電素子４０個々の特性に合わせた電圧制御や、ヘッドユニット２４毎の電圧制御が容易に行える。さらに、製造工程上の温度の制約がなくなり、駆動のためのＩＣの耐圧を越える電圧での分極処理が可能となる。

［第２の実施の形態］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態の液滴吐出ヘッド駆動装置１０’は、圧電素子を定電圧のパルス状の駆動波形を用いて矩形波駆動する場合について説明する。なお、本実施の形態は、第１の実施の形態と略同様の構成であるので、同一部分及び同一処理には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１５は、本実施の形態に係る液滴吐出ヘッド駆動装置１０’の概略構成を示す図である。本実施の形態の液滴吐出ヘッド駆動装置１０’は、ヘッド制御部３０と、駆動電圧印加部３２と、ＳＷ（スイッチ）部３６と、電源制御部３４と、を備えており、液滴吐出ヘッド２０を駆動させる。ＳＷ部３６は、充電スイッチＳＷＣ１〜ｎ、及び放電スイッチＳＷＤ１〜ｎを含んでいる。充電スイッチＳＷＣは、駆動電圧印加部３２と個別電極４４との間に接続され、ヘッド制御部３０の指示により、オン、オフ動作する。放電スイッチＳＷＤは、共通電極４２と個別電極４４との間に接続され、ヘッド制御部３０の指示により、オン、オフ動作する。なお、図１５には、ｎ個のＳＷＤのうちの１個のみ、ｎ個のＳＷＣのうちの１個のみ、ヘッド２０（ヘッドユニット２４）のうちのそれぞれｎ個の圧電素子４０、共通電極４２、及び個別電極４４のうちの各１個のみを図示している。

次に、本実施の形態の液的吐出ヘッド駆動装置１０’のヘッド制御部３０で実行される液滴吐出ヘッド駆動制御処理を図１６〜図２０を参照して詳細に説明する。

図１６は、液的吐出ヘッド駆動装置１０’のヘッド制御部３０で実行される液滴吐出ヘッド駆動制御処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１６に示す液滴吐出ヘッド駆動制御処理は、第１の実施の形態と、ステップ１１４’のＳＷＣ１〜ｎ及びＳＷＤ１〜ｎ、制御指示（第１の実施の形態のステップ１１４に対応）、ステップ１１８’の駆動電圧印加部３２による電圧の印加及び電源制御部３４による電圧の印加の制御（第１の実施の形態のステップ１１８に対応）、ステップ１２１’のＳＷＣ１〜ｎ及びＳＷＤ１〜ｎ制御指示（第１の実施の形態のステップ１２１に対応）、及びステップ１２４’のＳＷＣ１〜ｎ及びＳＷＤ１〜ｎ、制御指示終了（第１の実施の形態のステップ１２４に対応）のみが異なるため、ここでは、異なる処理のみを図１７〜図２０を参照して詳細に説明する。

まず、一例として、駆動電圧印加部３２から、駆動電圧が圧電素子４０の個別電極４４に印加され、環境情報に応じた変動電圧が電源制御部３４から共通電極４２に印加される場合を図１７を参照して説明する。

図１７に示すように、駆動電圧印加部３２は、充電時、吐出時、及び放電時とも、一定の駆動電圧を個別電極４４に印加する。また、電源制御部３４は、充電時、吐出時、及び放電時とも、通常、共通電極４２に印加する電圧は０であり、環境情報に応じた変動電圧のみを共通電極４２に印加する。図１７では、当該変動電圧を考慮しない場合を示している。環境情報に応じて電源制御部３４が発生する変動電圧の幅の例を図１８に示す。０電圧（電圧値＝０）を基準としている。

充電スイッチＳＷＣは、充電時は、短いパルス信号（矩形波）により、細かくオン、オフされる。吐出時は、印字に合わせた液滴吐出を行うための所定幅のパルス信号によりオン、オフする。放電時は、オフされる。放電スイッチＳＷＤは、充電時は、オフされている。吐出時は、充電スイッチＳＷＣがオフされている間にオンされるように所定幅のパルス信号によりオン、される。放電時は、短いパルス信号により、細かくオン、オフされる。なお、充電スイッチＳＷＣがオンされている間のみ、駆動電圧印加部３２から共通電極４２に駆動電圧が印加され、共通電極４２と個別電極４４と間の電位差は増加する。一方、放電スイッチＳＷＤがオンされている間は、共通電極４２と個別電極４４と間に発生した電位差が減少する。

従って、圧電素子４０の共通電極４２と個別電極４４と間の電位差は図１７のようになる。充電時は、充電スイッチＳＷＣをオン、オフさせるためのパルス信号数に応じた多段階で徐々に充電され、吐出時は、充電スイッチＳＷＣのオン、オフ、及び放電スイッチＳＷＤのオン、オフに合わせて駆動され、これによりノズル４８から液滴５２が吐出される。また、放電時は、放電スイッチＳＷＤをオン、オフさせるためのパルス信号数に応じた多段階で徐々に放電される。

また、他の一例として、駆動電圧印加部３２から、圧電素子４０の個別電極４４に印加される所定の駆動電圧が、所定の傾斜を持った波形により増加（充電時）及び減少（放電時）し、環境情報に応じた変動電圧が電源制御部３４から共通電極４２に印加される場合を図１９を参照して説明する。

図１９に示すように、駆動電圧印加部３２は、充電時は、所定の傾斜を持った波形により個別電極４４に電圧を印加する。吐出時は、一定電圧を印加し、放電時は、所定の傾斜を持った波形により、印加電圧を減少させる。また、電源制御部３４は、充電時、吐出時、及び放電時とも、通常、共通電極４２に印加する電圧は０であり、環境情報に応じた変動電圧のみを共通電極４２に印加する。図１７では、当該変動電圧を考慮しない場合を示している。

充電スイッチＳＷＣは、充電時は、パルス信号（矩形波）により、オンされ、吐出時は、印字に合わせた液滴吐出を行うための所定幅のパルス信号によりオン、オフする。放電時は、オフされる。放電スイッチＳＷＤは、充電時は、オフされており、吐出時は、充電スイッチＳＷＣがオフされている間にオンされるように所定幅のパルス信号によりオン、オフされ、放電時は、オンされる。

従って、圧電素子４０の共通電極４２と個別電極４４と間の電位差は図１９のようになる。充電時は、駆動電圧印加部３２から電圧が印加されるのに従って所定の傾斜を持った波形で充電され、吐出時は、充電スイッチＳＷＣのオン、オフ、及び放電スイッチＳＷＤのオン、オフに合わせて駆動され、これによりノズル４８から液滴５２が吐出される。また、放電時は、駆動電圧印加部３２から電圧が印加されるのに従って所定の傾斜を持った波形で放電される。

さらに、別の一例として、駆動電圧印加部３２から、圧電素子４０の個別電極４４に、一定の駆動電圧（例えば必要な駆動電圧の１／２）を印加し、電源制御部３４から共通電極４２に一定電圧（例えば必要な駆動電圧の１／２）に環境情報に応じた変動電圧がプラスされた電圧が印加される場合を図２０を参照して説明する。

図２０に示すように、駆動電圧印加部３２は、充電時は、個別電極４４に、所定の駆動電圧の１／２の電圧の印加を開始し、吐出時は、そのまま所定の駆動電圧の１／２の電圧を印加し、放電時は、電圧の印加を停止する。また、電源制御部３４は、充電時は、駆動電圧印加部３２が電圧の印加を開始した後に、所定の駆動電圧の１／２の電圧（但し、負極性）の印加を開始し、吐出時は、そのまま所定の駆動電圧の１／２の電圧を印加し、放電時は、駆動電圧印加部３２が電圧の印加を停止した後に、電圧の印加を停止する。なお、図２０では、環境情報に応じた変動電圧を考慮しない場合を示している。

充電スイッチＳＷＣは、充電時は、パルス信号（矩形波）により、オンされ、吐出時は、印字に合わせた液滴吐出を行うための所定幅のパルス信号によりオン、オフする。放電時は、オンされる。放電スイッチＳＷＤは、充電時は、オフされており、吐出時は、充電スイッチＳＷＣがオフされている間にオンされるように所定幅のパルス信号によりオン、オフされ、放電時は、オフされる。

従って、圧電素子４０の共通電極４２と個別電極４４と間の電位差は図２０のようになる。充電時は、駆動電圧印加部３２からの電圧印加開始及び電源制御部３４からの電圧印加開始に従って２段階で充電され、吐出時は、充電スイッチＳＷＣのオン、オフ、及び放電スイッチＳＷＤのオン、オフに合わせて駆動され、これによりノズル４８から液滴５２が吐出される。また、放電時は、駆動電圧印加部３２の電圧印加停止及び電源制御部３４の電圧印加停止に従って２段階で放電される。なお、駆動電圧印加部３２から個別電極４４に印加する電圧、電源制御部３４から共通電極４２に印加する電圧は、それぞれ駆動電圧の１／２でなくても、圧電素子４０の共通電極４２と個別電極４４との間の電位差が所定の電位（電圧）になっていればよい。また、電圧の印加開始及び印加停止ともに駆動電圧印加部３２及び電源制御部３４のいずれが先に行ってもよい。

なお、本実施の形態では充電スイッチＳＷＣ及び放電スイッチＳＷＤのオン、オフを制御しているが、それぞれのスイッチをオン、オフしている時間と間隔等の組み合わせとして、例えば、充電時用、放電時用等を図示しないＳＷ部３６内部のメモリに記憶させておき、当該組み合わせをメモリから読取って充電スイッチＳＷＣ及び放電スイッチＳＷＤの制御を行うようにしてもよい。

なお、実施例の図において、充電スイッチＳＷＣ、放電スイッチＳＷＤについて、アナログＳＷの記号を用いたが、単純なＴｒ構成であってもかまわない。また、本例では充電スイッチ、放電スイッチがそれぞれ１つの例を示したが、駆動波形の傾き調整や、電圧振幅の調整用に、複数のスイッチを持つ構成であってもかまわない。以上説明したように、本実施の形態では、充電スイッチＳＷＣ及び放電スイッチＳＷＤのオン、オフを制御することができるため、これにより、圧電素子４０に印加される電圧の制御を行うことができる。従って、圧電素子４０を定電圧のパルス状の駆動波形を用いて矩形波駆動させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド駆動装置の概略構成を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド駆動装置が駆動するヘッドの具体的一例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出イジェクタの具体的な一例を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド駆動制御処理の制御ルーチンを示すフローチャートの一例である。 本発明の第１の実施の形態に係る電源制御部の休止状態を説明するための説明図である。 インク温度と印字濃度との関係を説明する説明図である。 バイアス電圧と液滴体積との関係を説明する説明図である。 駆動電圧印加部及び電源制御部の制御を説明するためのタイミングチャートの一例である。 環境情報に応じて電源制御部が発生する電圧の幅の一例を説明する説明図である。 駆動電圧印加部及び電源制御部の制御を説明するためのタイミングチャートの他の一例である。 環境情報に応じて電源制御部が発生する電圧の幅の他の一例を説明する説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る分極処理を示すフローチャートである。 分極処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。 分極処理の他の例を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド駆動装置の概略構成を示す構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド駆動制御処理の制御ルーチンを示すフローチャートの一例である。 充電スイッチＳＷＣ、放電スイッチＳＷＤ、駆動電圧印加部、及び電源制御部の制御を説明するためのタイミングチャートの一例である。 環境情報に応じて電源制御部が発生する電圧の幅の一例を説明する説明図である。 充電スイッチＳＷＣ、放電スイッチＳＷＤ、駆動電圧印加部、及び電源制御部の制御を説明するためのタイミングチャートの他の一例である。 充電スイッチＳＷＣ、放電スイッチＳＷＤ、駆動電圧印加部、及び電源制御部の制御を説明するためのタイミングチャートの別の一例である。

符号の説明

１０ 液的吐出ヘッド駆動装置
２０ 液滴吐出ヘッド
３０ ヘッド制御部
３２ 駆動電圧印加部
３４ 電源制御部
３６ ＳＷ（スイッチ）部
４０ 圧電素子（ピエゾ素子）
４２ 共通電極（振動板）
４４ 個別電極
５６ 可変電源

Claims (6)

1. 印加される電圧に応じて変形し、液体が収容された圧力室に体積変化を発生させる圧電素子に電圧を印加するための一対の電極の一方の電極に、正の極性を持った電圧を印加する駆動電圧印加手段と、
   前記一対の電極の他方の電極に所定の電圧を印加する電源制御手段と、
   液滴吐出処理の指令が入力されたか、および前記圧電素子の分極処理の指令が入力されたかを判断し、
   前記液滴吐出処理の指令が入力されたと判断した場合、所定の駆動波形をなす正の極性を持った駆動電圧が前記一方の電極に印加されるように前記駆動電圧印加手段を制御し、かつ入力された前記液体の環境情報に応じて決定された変動電圧が前記他方の電極に印加されるように前記電源制御手段を制御し、
   前記分極処理の指令が入力されたと判断した場合、正の極性を持った一定の電圧が前記一方の電極に印加されるように前記駆動電圧印加手段を制御し、かつ負の極性を持った一定の電圧が前記他方の電極に印加されるように前記電源制御手段を制御するヘッド制御手段と、を備え、
   前記ヘッド制御手段は、前記分極処理の指令が入力されたと判断した場合において、前記液体の環境情報に応じて予め定められた、前記一対の電極の電圧を保持する保持時間が経過した場合に前記分極処理を終了することを特徴とする液滴吐出ヘッド駆動装置。
2. 前記液体の環境情報は前記液体の温度を示す情報であり、
   前記ヘッド制御手段は、前記液体の温度が高くなると上昇させるように、前記液体の温
   度が低くなると下降させるように、前記変動電圧を変化させることを特徴とする
   請求項１に記載の液滴吐出ヘッド駆動装置。
3. 前記電源制御手段は、可変電源を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液滴吐出ヘッド駆動装置。
4. 前記ヘッド制御手段は、印字休止時は前記他方の電極に印加する電圧の電位がグランド
   電位になるように前記電源制御手段を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド駆動装置。
5. 前記圧電素子に印加される電圧を制御するスイッチ部をさらに備え、
   前記ヘッド制御手段は、前記スイッチ部のオン及びオフを制御することにより、前記一
   対の電極間の電位差を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記
   載の液滴吐出ヘッド駆動装置。
6. 前記環境情報は、前記液体の粘度に関する情報であることを特徴とする請求項１乃至請
   求項５の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド駆動装置。

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