JP5691667B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は画像形成装置に関し、特に圧電素子を圧力発生手段とする液体吐出ヘッドを備える画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置(例えばインクジェット記録装置)が知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙(紙に限定するものではなく、OHPなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。)に対して吐出して、画像形成(記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。)を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。
なお、本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること(単に液滴を媒体に着弾させること)をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、DNA試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。また、「用紙」とは、材質を紙に限定するものではなく、上述したOHPシート、布なども含み、インク滴が付着されるものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含むものの総称として用いる。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
液体吐出ヘッドとしては、例えば液室内の液体であるインクを加圧し圧力を発生するための圧力発生手段としての圧電体、例えば圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電部材に溝加工を施して複数の柱状の圧電素子(圧電柱)を形成した圧電アクチュエータ、
あるいは、圧電層を挟んで電極を配設した薄膜型圧電部材からなる圧電アクチュエータを備え、圧電アクチュエータで液室に壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積、圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電型ヘッドが知られている。
このような圧電型ヘッドを駆動制御する駆動制御回路としては、複数の駆動パルスが時系列で並ぶ共通駆動波形を生成する駆動波形生成回路と、共通駆動波形から所要の駆動パルスを画像データに応じて選択して圧電アクチュエータを構成する個々の圧電素子に印加する選択手段(ドライバIC)とを備えるものが知られている。この場合、駆動波形生成回路とヘッドはフレキシブルフラットケーブル(FFC)によって共通駆動波形や選択された駆動パルスが伝送されるが、FFCには抵抗、容量及び誘導成分(インダクタンス成分)が含まれており、また、圧電型ヘッドの圧電素子は容量成分が主成分となる。
そのため、同時に駆動する圧電素子の数が増えることで駆動波形生成回路からヘッドの圧電素子を経て駆動波形生成回路に戻る閉ループ回路の共振周波数が変化し、他方、高速印字を行うためにヘッドの駆動周波数を上げることで、駆動波形の駆動周波数と共振周波数が一致すると、駆動波形のゲインが高くなり、所要の信号強度よりも振幅の大きな波形が圧電素子に印加され、吐出する滴の滴速度や滴量が大きくなって、形成されるドットが大きくなり、濃度ムラなどが発生して画像品質が低下するという課題がある。
従来、駆動波形の駆動周波数と駆動系の回路における共振周波数との関係に関して、例えば、圧電素子に印加する駆動波形の電圧の立上げ時間を圧電素子の固有の共振周期よりも長くする制御を行うものが知られている(特許文献1)。
また、駆動系における駆動波形の変動に対するものとして、複数の圧電素子の駆動回路として各圧電素子に並列接続された3つのアナログスイッチを並列接続したものを用い、画像データから一回の吐出タイミング毎に積算画像データを求め、設定されたしきい値に応じて選択するアナログスイッチを切り替えることにより波形の変動を抑えるものがある(特許文献2)。
また、駆動波形を変曲点情報として扱い同時に駆動する圧電素子数に応じて編曲点を変更することによって圧電素子への波形を一定にするものがある(特許文献3)。
特開平10−146970号公報 特開2008−254204号公報 特開2002−036535号公報
しかしながら、特許文献1に開示の構成にあっては、駆動電圧自体を変更しなければならないために制御が複雑になるという課題がある。
また、特許文献2に開示の構成にあっては、駆動波形発生回路と記録ヘッドを結ぶ伝送路の誘導成分によるピーキング(駆動波形の信号ゲインが極端に大きくなる現象)については考慮されておらず、同時に駆動する圧電素子の数の増加に伴う波形変動を抑制することができないという課題がある。
また、特許文献3に開示の構成にあっては、駆動波形の元の情報により補正を行うことができるが、変曲点を変更するため、駆動波形生成回路から生成出力される補正情報を含んだ駆動波形は、補正情報を含まない駆動波形に比べると、高周波成分をより多く含むことになり、より高性能な素子を使用しなければならなくなり、コストが高くなるという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、同時に駆動する圧電素子の数の変化による駆動波形の変動を低減して滴吐出特性をバラツキを低減し、画像品質を向上することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子を有する液体吐出ヘッドと、
前記複数の圧電素子を駆動する駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
前記駆動波形生成手段からの前記駆動波形を、前記圧電素子に対し、印刷画像に応じて選択的に印加する選択手段と、を備え、
前記複数の圧電素子と並列に接続される、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路と、
前記共振周波数調整回路の接続及び切断を切替える切替手段と、
同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、
前記切替制御手段は、同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときに、前記切替手段を前記共振周波数調整回路が接続される状態に切替え、
前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときには、前記複数の圧電素子と並列にインダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを接続して、前記駆動波形生成手段から前記液体吐出ヘッドを経て前記駆動波形生成手段に戻る閉ループ回路の共振周波数を、前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数未満であるときよりも低くする
構成とした。
本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子を有する液体吐出ヘッドと、
前記複数の圧電素子を駆動する駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
前記駆動波形生成手段からの前記駆動波形を、前記圧電素子に対し、印刷画像に応じて選択的に印加する選択手段と、を備え、
前記複数の圧電素子と並列に接続される、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路と、
前記共振周波数調整回路の接続及び切断を切替える切替手段と、
同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、
前記切替制御手段は、同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときに、前記切替手段を前記共振周波数調整回路が切断される状態に切替え、
前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときには、前記複数の圧電素子と並列に接続されているインダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを切断して、前記駆動波形生成手段から前記液体吐出ヘッドを経て前記駆動波形生成手段に戻る閉ループ回路の共振周波数を、前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数未満であるときよりも高くする
構成とした。
本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子を有する液体吐出ヘッドと、
前記複数の圧電素子を駆動する駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
前記駆動波形生成手段からの前記駆動波形を、前記圧電素子に対し、印刷画像に応じて選択的に印加する選択手段と、を備え、
前記駆動波形生成手段から前記液体吐出ヘッドを経て前記駆動波形生成手段に戻る閉ループ回路内に接続及び切断可能に配設された、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む回路と、
前記回路を接続及び切断を切替える切替手段と、
同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、
前記切替制御手段は、同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御して前記回路の接続又は切断を行わせる制御をし、
前記閉ループ回路の共振周波数を、前記同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて変更する
構成とした。
本発明に係る画像形成装置によれば、同時に駆動する圧電素子の数の変化による駆動波形の変動を低減して滴吐出特性バラツキを低減し、画像品質を向上することができる。
本発明に係る画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図である。 同機構部の要部平面説明図である。 同画像形成装置の記録ヘッドを構成する液体吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向の断面説明図である。 同液体吐出ヘッドの液室短手方向の断面説明図である。 同画像形成装置の制御部の概要を示すブロック説明図である。 同制御部の印刷制御部及びヘッドドライバの一例を示すブロック説明図である。 本発明の第1実施形態の説明に供する回路説明図である。 同じく切替制御の説明に供するフロー図である。 同じく作用説明に供する説明図である。 本発明の第2実施形態の説明に供する回路説明図である。 本発明の第3実施形態の説明に供する回路説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供するブロック説明図である。 比較例の説明に供するブロック説明図である。 同比較例における同時駆動チャンネル数と出力駆動波形と入力駆動波形の説明に供する説明図である。 駆動波形の電圧振幅Vppと滴速度Vjの関係の説明に供する説明図である。 比較例における同時駆動チャンネル数と滴速度Vjの関係の説明に供する説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供する伝送路部分の回路説明図である。 同じく同時駆動チャンネル数とスイッチのON/OFF状態の説明に供する説明図である。 同じく同時駆動チャンネル数と滴速度Vjの関係の説明に供する説明図である。 同じく同時駆動チャンネル数と共振周波数の関係の説明に供する説明図である。 同じく同時駆動チャンネル数と出力駆動波形と入力駆動波形の説明に供する説明図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る画像形成装置の一例について図1及び図2を参照して説明する。なお、図1は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図2は同装置の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型インクジェット記録装置であり、装置本体1の左右の側板21A、21Bに横架したガイド部材である主従のガイドロッド31、32でキャリッジ33を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図2で矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ33には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出するための液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド34a、34b(区別しないときは「記録ヘッド34」という。)を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
記録ヘッド34は、それぞれ2つのノズル列を有し、記録ヘッド34aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を、記録ヘッド34bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を、それぞれ吐出する。なお、記録ヘッド34としては、1つのノズル面に複数のノズルを並べた各色のノズル列を備えるものなどを用いることもできる。
また、キャリッジ33には、記録ヘッド34のノズル列に対応して各色のインクを供給するための第2インク供給部としてのヘッドタンク35a、35b(区別しないときは「ヘッドタンク35」という。)を搭載している。このヘッドタンク35には、カートリッジ装填部4に着脱自在に装着される各色のインクカートリッジ(メインタンク)10y、10m、10c、10kから、供給ポンプユニット24によって各色の供給チューブ36を介して、各色の記録液が補充供給される。
一方、給紙トレイ2の用紙積載部(圧板)41上に積載した用紙42を給紙するための給紙部として、用紙積載部41から用紙42を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)43及び給紙コロ43に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド44を備え、この分離パッド44は給紙コロ43側に付勢されている。
そして、この給紙部から給紙された用紙42を記録ヘッド34の下方側に送り込むために、用紙42を案内するガイド部材45と、カウンタローラ46と、搬送ガイド部材47と、先端加圧コロ49を有する押さえ部材48とを備えるとともに、給送された用紙42を静電吸着して記録ヘッド34に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト51を備えている。
この搬送ベルト51は、無端状ベルトであり、搬送ローラ52とテンションローラ53との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。また、この搬送ベルト51の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ56を備えている。この帯電ローラ56は、搬送ベルト51の表層に接触し、搬送ベルト51の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト51は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ52が回転駆動されることによって図2のベルト搬送方向に周回移動する。
さらに、記録ヘッド34で記録された用紙42を排紙するための排紙部として、搬送ベルト51から用紙42を分離するための分離爪61と、排紙ローラ62及び排紙コロである拍車63とを備え、排紙ローラ62の下方に排紙トレイ3を備えている。
また、装置本体1の背面部には両面ユニット71が着脱自在に装着されている。この両面ユニット71は搬送ベルト51の逆方向回転で戻される用紙42を取り込んで反転させて再度カウンタローラ46と搬送ベルト51との間に給紙する。また、この両面ユニット71の上面は手差しトレイ72としている。
さらに、キャリッジ33の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド34のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構81を配置している。この維持回復機構81には、記録ヘッド34の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材(以下「キャップ」という。)82a、82b(区別しないときは「キャップ82」という。)と、ノズル面をワイピングするためのワイパ部材(ワイパブレード)83と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け84と、キャリッジ33をロックするキャリッジロック87などとを備えている。また、このヘッドの維持回復機構81の下方側には維持回復動作によって生じる廃液を収容するための廃液タンク100が装置本体に対して交換可能に装着される。
また、キャリッジ33の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け88を配置し、この空吐出受け88には記録ヘッド34のノズル列方向に沿った開口部89などを備えている。
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ2から用紙42が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙42はガイド45で案内され、搬送ベルト51とカウンタローラ46との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド37で案内されて先端加圧コロ49で搬送ベルト51に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
このとき、帯電ローラ56に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように電圧が印加され、搬送ベルト51が交番する帯電電圧パターンで帯電され、この帯電した搬送ベルト51上に用紙42が給送されると、用紙42が搬送ベルト51に吸着され、搬送ベルト51の周回移動によって用紙42が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ33を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド34を駆動することにより、停止している用紙42にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙42を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙42の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙42を排紙トレイ3に排紙する。
そして、記録ヘッド34のノズルの維持回復を行うときには、キャリッジ33をホーム位置である維持回復機構81に対向する位置に移動して、キャップ部材82によるキャッピングを行ってノズルからの吸引を行うノズル吸引、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出動作などの維持回復動作を行うことにより、安定した液滴吐出による画像形成を行うことができる。
次に、記録ヘッド34を構成している液体吐出ヘッドの一例について図3及び図4を参照して説明する。なお、図3は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図4は同ヘッドの液室短手方向(ノズルの並び方向)の断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、流路板101と、この流路板101の下面に接合した振動板102と、流路板101の上面に接合したノズル板103とを接合して積層し、これらによって液滴(インク滴)を吐出するノズル104が連通する流路であるノズル連通路105及び圧力発生室である加圧液室106、液室106に流体抵抗部(供給路)107を通じてインクを供給するための共通液室108に連通するインク供給口109などを形成している。
また、振動板102を変形させて液室106内のインクを加圧するための圧力発生手段(アクチュエータ手段)である電気機械変換素子としての2個(図3では1列のみ図示)の積層型圧電部材121と、この圧電部材121を接合固定するベース基板122とを備えている。この圧電部材121には、分割しないスリット加工で溝を形成することで複数の圧電柱121A、121Bを形成している。この例では、圧電柱121Aは駆動波形を印加する駆動圧電柱とし、圧電柱121Bは駆動波形を印加しない非駆動圧電柱としている。また、圧電部材121の駆動圧電柱121Aには図示しない駆動回路(駆動IC)を搭載したFPCケーブル126を接続している。
そして、振動板102の周縁部をフレーム部材130に接合し、このフレーム部材130には、圧電部材121及びベース基板122などで構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部131及び共通液室108となる凹部、この共通液室108に外部からインクを供給するための液体供給口であるインク供給穴132を形成している。
ここで、流路板101は、例えば結晶面方位(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、ノズル連通路105、液室106となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。
振動板102は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法(電鋳法)で作製しているが、この他、金属板や金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板102に圧電部材121の圧電柱121A、121Bを接着剤接合し、更にフレーム部材130を接着剤接合している。
ノズル板103は各液室106に対応して直径10〜30μmのノズル104を形成し、流路板101に接着剤接合している。このノズル板103は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。
圧電部材121は、圧電材料151と内部電極152とを交互に積層した積層型圧電素子(ここではPZT)である。この圧電部材121の交互に異なる端面に引き出された各内部電極152には個別電極153及び共通電極154が接続されている。なお、この実施形態では、圧電部材121の圧電方向としてd33方向の変位を用いて液室106内インクを加圧する構成としているが、圧電部材121の圧電方向としてd31方向の変位を用いて加圧液室106内インクを加圧する構成とすることもできる。
このように構成した液体吐出ヘッドヘッドにおいては、例えば駆動圧電柱121Aに印加する電圧を基準電位Veから下げることによって駆動圧電柱121Aが収縮し、振動板102が下降して液室106の体積が膨張することで、液室106内にインクが流入し、その後駆動圧電柱121Aに印加する電圧を上げて駆動圧電柱121Aを積層方向に伸長させ、振動板102をノズル104方向に変形させて液室106の体積を収縮させることにより、液室106内のインクが加圧され、ノズル104からインク滴が吐出(噴射)される。
そして、駆動圧電柱121Aに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板102が初期位置に復元し、液室106が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室108から液室106内にインクが充填される。そこで、ノズル104のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
なお、このヘッドの駆動方法については上記の例(引き−押し打ち)に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行うこともできる。
次に、この画像形成装置の制御部の概要について図5を参照して説明する。なお、同図は同制御部のブロック説明図である。
この制御部500は、この装置全体の制御を司るCPU511と、CPU511が実行するプログラムなどの固定データを格納するROM502と、画像データ等を一時格納するRAM503と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ504と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC505とを備えている。
また、記録ヘッド34を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動波形生成手段を含む印刷制御部508と、キャリッジ33側に設けた記録ヘッド34を駆動するためのヘッドドライバ(ドライバIC)509と、キャリッジ33を移動走査する主走査モータ554、搬送ベルト51を周回移動させる副走査モータ555、維持回復機構81のキャップ82やワイパ部材83の移動などを行なう維持回復モータ556を駆動するためのモータ駆動部510と、帯電ローラ56にACバイアスを供給するACバイアス供給部511などを備えている。
また、この制御部500には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル514が接続されている。
この制御部500は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのI/F506を持っていて、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト600側から、ケーブル或いはネットワークを介してI/F506で受信する。
そして、制御部500のCPU501は、I/F506に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ASIC505にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、この画像データを印刷制御部508からヘッドドライバ509に転送する。なお、画像を出力するためドットパターンデータの生成はホスト600側のプリンタドライバ601で行なうことも、制御部500で行なうこともできる。
印刷制御部508は、上述した画像データをシリアルデータで転送するとともに、この画像データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、制御信号などをヘッドドライバ509に出力する以外にも、ROMに格納されている駆動パルスのパターンデータをD/A変換するD/A変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動信号生成部を含み、1の駆動パルス或いは複数の駆動パルスで構成される駆動波形を共通駆動波形としてヘッドドライバ509に対して出力する。
ヘッドドライバ509は、シリアルに入力される記録ヘッド34の1行分に相当する画像データに基づいて印刷制御部508から与えられる共通駆動波形を構成する駆動パルスを選択して吐出パルスを生成し、記録ヘッド34の液滴を吐出させるエネルギーを発生する圧力発生手段としての圧電素子に対して印加することで記録ヘッド34を駆動する。このとき、駆動波形を構成する駆動パルスの一部又は全部或いはパルスを形成する波形用要素の全部又は一部を選択することによって、例えば、大滴、中滴、小滴など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。
I/O部513は、装置に装着されている各種のセンサ群515からの情報を取得し、プリンタの制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部508やモータ制御部510、ACバイアス供給部511の制御に使用する。センサ群515は、用紙の位置を検出するための光学センサや、機内の温度を監視するためのサーミスタ、帯電ベルトの電圧を監視するセンサ、カバーの開閉を検出するためのインターロックスイッチなどがあり、I/O部513は様々のセンサ情報を処理することができる。
次に、印刷制御部508及びヘッドドライバ509の一例について図6を参照して説明する。
印刷制御部508は、画像形成時に1印刷周期(1駆動周期)内に複数の駆動パルス(駆動信号)で構成される駆動波形(共通駆動波形)を生成して出力する駆動波形生成部701と、印刷画像に応じた2ビットの画像データ(階調信号0、1)と、クロック信号、ラッチ信号(LAT)、滴制御信号M0〜M3を出力するデータ転送部702を備えている。
なお、滴制御信号M0〜M3は、ヘッドドライバ209の後述するスイッチ手段であるアナログスイッチ715の開閉を滴毎に指示する2ビットの信号であり、共通駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべきパルス又は波形要素でHレベル(ON)に状態遷移し、非選択時にはLレベル(OFF)に状態遷移する。
また、装置本体側の印刷制御部508とキャリッジ33側のヘッドドライバ509とはFFC703にて接続されている。
ヘッドドライバ509は、データ転送部702からの転送クロック(シフトクロック)及びシリアル画像データ(階調データ:2ビット/1チャンネル(1ノズル)を入力するシフトレジスタ711と、シフトレジスタ711の各レジスト値をラッチ信号によってラッチするためのラッチ回路712と、階調データと制御信号M0〜M3をデコードして結果を出力するデコーダ713と、デコーダ713のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ715が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ714と、レベルシフタ714を介して与えられるデコーダ713の出力でオン/オフ(開閉)されるアナログスイッチ715を備えている。
このアナログスイッチ715は、各駆動圧電柱121Aの選択電極(個別電極)154に接続され、駆動波形生成部701からの共通駆動波形が入力されている。したがって、シリアル転送された画像データ(階調データ)と制御信号M0〜M3をデコーダ713でデコードした結果に応じてアナログスイッチ715がオンにすることにより、共通駆動波形を構成する所要のパルス(あるいは波形要素)が通過して(選択されて)駆動圧電柱121Aに印加される。
次に、本発明の第1実施形態について図7を参照して説明する。なお、図7は同実施形態の説明に供する回路説明図である。
ここでは、液体吐出ヘッドである記録ヘッド34には、複数(n個)のノズル104(これを、第1チャンネル〜第nチャンネル:1ch〜nchと表記する。)を有している。そして、各チャンネルに対応して駆動圧電柱121A(これを、圧電素子C(C1〜Cn)と表記する。)を有し、前述したように、ヘッドドライバ509内には、画像データに応じてオン/オフされるアナログスイッチ715(これをスイッチSWと表記する。)を有している。
スイッチSWは、電気的には、圧電素子Cと直列に接続されて、スイッチSW側に駆動波形生成部701からの駆動波形Vcomが与えられ、スイッチSWがON状態になったときに、駆動波形Vcom(正確には選択された駆動パルス)が圧電素子Cに印加される。また、等価的には、圧電素子CのスイッチSWと反対側はチャンネル間抵抗Rcomchを介して相互に接続され、前述した共通電極27を介してGNDに接続される。
これにより、駆動波形生成部701から見たとき、駆動波形生成部701から伝送路であるFFC703、ヘッド34の各圧電素子Cを経て、駆動波形生成部701に戻る(戻るとは、「GND」に接続されていることを意味する)閉ループ回路が形成される。
この閉ループ回路において、駆動波形生成部701とヘッドドライバ509とを接続する伝送路を構成するFFC703は抵抗成分R及びインクダクタンス成分Lを有している。
そして、各圧電素子Cと並列に、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路721と切替手段であるスイッチ722の直列回路を接続している。
ここで、スイッチ722は、印刷制御部508側に設けられる切替制御部723からのオン/オフ信号(データ)によってON/OFF制御される。切替制御部723は、同時に駆動する圧電素子Cの数が予め定めた所定数m未満であるときには、スイッチ722をオフにして共振周波数調整回路721を切り離し(切断し)、同時に駆動する圧電素子Cの数が予め定めた所定数m以上であるときには、スイッチ722をオン状態にし、共振周波数調整回路721を圧電素子Cと並列に接続させる。
次に、切替制御部723を含む印刷制御部508による切替制御について図8のフロー図を参照して説明する。
印刷制御部508は画像データから同じ駆動周期で同時に駆動する圧電素子Cの数(これを、以下「同時駆動チャンネル数」又は「同時駆動ch数」という。)を算出し、算出した同時駆動チャンネル数が所定数m以上であるか否かを判別する。
そして、同時駆動チャンネル数が所定数m以上であるときには、切替制御部723でスイッチ722をオン状態にする信号を出力する。これにより、当該駆動周期においては、スイッチ722がオン状態になり、圧電素子Cと並列に、インダクタンス成分及び静電容量成の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路721が接続される。
また、同時駆動チャンネル数が所定数m未満であるときには、スイッチ722をオフ状態のままにする。これにより、当該駆動周期においては、インダクタンス成分及び静電容量成の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路721が切り離されたままとなる。
そして、画像データを転送することで、前述したように当該画像データに応じた圧電素子Cが駆動されて液滴が吐出される。その後、次の画像データがあれば、同時駆動チャンネル数の算出処理に戻る。
したがって、同時駆動チャンネル数が所定数m以上であるときには、圧電素子Cと並列に、インダクタンス成分及び静電容量成の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路721が接続されることで、当該駆動チャンネル数に対応する共振周波数よりも更に共振周波数が低下する。
すなわち、図9に示すように、スイッチ722がオフ状態のとき(共振周波数調整回路721が接続されていないとき)、同時駆動チャンネル数が少ない時の共振周波数は実線図示のように駆動波形の周波数(駆動周波数)よりも高いが、同時駆動チャンネル数が多くなると、破線図示のように共振周波数が低下し、駆動周波数と一致することがある。共振周波数が駆動周波数と一致すると、駆動波形のゲインが極端に大きくなるピーキングが発生し、濃度ムラ等の吐出不安定が生じることになる。
そこで、共振周波数が駆動周波数と一致するとき、又は、駆動周波数に近くなるときの同時駆動チャンネル数を所定数mとし、同時駆動チャンネル数が所定数m以上になったときには、スイッチ722をオン状態にして共振周波数調整回路721を並列接続することで、共振周波数を例えば仮想線図示の位置まで低下させる。これにより、共振周波数と駆動周波数の一致を防止して、駆動波形のゲインが極端に大きくなるピーキングの発生を防止することができ、滴吐出特性のバラツキが低減する。
このように、複数の圧電素子と並列に接続される、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路と、共振周波数調整回路の接続及び切断を切替える切替手段と、同時に駆動する圧電素子の数に応じて切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、切替制御手段は、同時に駆動する圧電素子の数が所定数以上であるときに、切替手段を共振周波数調整回路が接続される状態に切替え、同時に駆動する圧電素子の数が所定数以上であるときには、複数の圧電素子と並列にインダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを接続して、駆動波形生成手段から液体吐出ヘッドを経て駆動波形生成手段に戻る閉ループ回路の共振周波数を、同時に駆動する圧電素子の数が所定数未満であるときよりも低くする構成とすることで、同時に駆動する圧電素子の数の変化による駆動波形の変動を低減して滴吐出特性をバラツキを低減し、画像品質を向上することができる。
また、このように、同時駆動チャンネル数が所定数以上に共振周波数を低下させる方向に変更することで、共振周波数調整回路は必要なときのみに接続されることになり、常時接続しておき、同時駆動チャンネル数が所定数以上になったときに切り離す構成とした場合よりも、発熱や消費電力が少なくなる。
次に、本発明の第2実施形態について図10を参照して説明する。なお、図10は同実施形態の説明に供する回路説明図である。
ここでは、共振周波数調整回路721は、インダクタンス成分L0と静電容量成分C0の並列回路とからなり、インダクタンス成分L0と直列に切替手段であるスイッチ(アナログスイッチ)722aを、静電容量成分C0と直列にスイッチ(アナログスイッチ)722bを、それぞれ接続している。
スイッチ722a、722bは、印刷制御部508側の切替制御部723からのオン/オフ信号(データ)によってON/OFFされる。切替制御部723は、同時駆動チャンネル数が所定数m未満であるときにはスイッチ722a、722bをオフにし、同時駆動チャンネル数が所定数m以上であるときにはスイッチ722a、722bをオン状態にする。
これにより、前記第1実施形態と同様に、同時駆動チャンネル数が所定数m以上であるときに、複数の圧電素子Cと並列に、共振周波数調整回路721のインダクタンス成分L0及び静電容量成分C0の並列回路が接続されて閉ループ回路の共振周波数が、共振周波数調整回路721が切り離されているときよりも低下することで、閉ループ回路における共振周波数が駆動周波数と一致しなくなる。
したがって、前記第1実施形態と同様に、同時に駆動する圧電素子の数の変化による駆動波形の変動を低減して滴吐出特性をバラツキを低減し、画像品質を向上することができる。
次に、本発明の第3実施形態について図11を参照して説明する。なお、図11は同実施形態の説明に供する回路説明図である。
本実施形態では、前記第2実施形態において、常開型のスイッチ722a、722bに代えて、常閉型のスイッチ722c、722dを使用し、切替制御部723は、同時駆動チャンネル数が予め定めた所定数m未満であるときにはスイッチ722c、722dをオン状態のままとし、同時駆動チャンネル数が予め定めた所定数m以上であるときにはスイッチ722c、722dをオフ状態にする。なお、共振周波数調整回路721のインダクタンス成分及び静電容量成分はLa、Caとし、共振周波数調整回路721が接続された状態で同時駆動チャンネル数が予め定めた所定数m未満であるときに共振周波数が駆動波形の駆動周波数と一致しない値としている。
これにより、同時駆動チャンネル数が所定数m未満であるときには共振周波数調整回路721のインダクタンス成分L0及び静電容量成分C0の並列回路が接続されており、同時駆動チャンネル数が増加して共振周波数が低下するとき、つまり、同時駆動チャンネル数が所定数m以上になったときには、共振周波数調整回路721を切り離すことで、共振周波数を高くする(戻す方向にする)ことで、閉ループ回路における共振周波数が駆動周波数と一致しなくなる。
したがって、前記第1実施形態と同様に、同時に駆動する圧電素子の数の変化による駆動波形の変動を低減して滴吐出特性をバラツキを低減し、画像品質を向上することができる。
次に、本発明の第4実施形態について図12を参照して説明する。なお、図12は同実施形態の説明に供するブロック説明図である。
本実施形態では、駆動波形生成部701からヘッドドライバ509に至る伝送路として、並列接続された第1の伝送路731と第2の伝送路732と、第1、第2の伝送路731、732を切り替える切替手段としてのスイッチ733とを有している。ここで、第1の伝送路731のインピーダンス成分は第2の伝送路732のインピーダンス成分より小さく構成されている。
スイッチ733は、印刷制御部508側の切替制御部734からの切替信号(データ)によって切替え制御され、切替制御部734は同時に駆動する圧電素子の数が予め定めた所定数m未満であるときにはスイッチ733を第2の伝送路732側に切り替え、同時に駆動する圧電素子Cの数が予め定めた所定数m以上であるときにはスイッチ733を第1の伝送路731側に切り替える。
このように構成したので、前記第1実施形態で説明したと同様に、切替制御部734は画像データから同じ駆動周期で同時に駆動する圧電素子Cの数(同時駆動チャンネル数)を算出し、同時駆動チャンネル数が所定数m以上であるか否かを判別する。
そして、同時駆動チャンネル数が所定数m未満であるときには、スイッチ733を第2の伝送路732側に切り替える信号を出力することで、当該駆動周期においては、駆動波形生成部701からの駆動波形Vcomは第2の伝送路732を介してヘッドドライバ508に駆動波形Vcomhとして入力されて、アナログスイッチ715から圧電素子に印加される。
また、同時駆動チャンネル数が所定数m以上であるときには、スイッチ733を第1の伝送路731側に切り替える信号を出力することで、当該駆動周期においては、駆動波形生成部701からの駆動波形Vcomは第1の伝送路731を介してヘッドドライバ508に駆動波形Vcomhとして入力されて、アナログスイッチ715から圧電素子に印加される。
したがって、同時駆動チャンネル数が所定数m未満であるときには高いインピーダンス成分を含む第2の伝送路732を介して駆動波形が伝送されるが、同時駆動チャンネル数が所定数m以上になって共振周波数が低下すると、低いインピーダンス成分を含む第1の伝送路731を介して駆動波形が伝送され、共振周波数が高くなることで駆動波形の駆動周波数と一致することがなくなる。前述した図9の例で説明すると、実線図示の共振周波数が同時駆動チャンネル数の増加によって低下して駆動波形の駆動周波数と一致する状態になる前に第1の伝送路731に切り替わることで、共振周波数が実施図示の共振周波数に戻る方向に変化し、駆動周波数と一致することが防止される。
ここで、比較例について図13ないし図15を参照して説明する。まず、図13に示すように、この比較例では、駆動波形生成部701からの駆動波形Vcomを、抵抗成分R及びインダクタンス成分Lを有するFFC703を介して、ヘッドドライバ509のアナログスイッチ715に入力する。つまり、駆動波形生成部701からヘッドドライバ509への伝送路は1つである。
この場合、駆動波形生成部701から図14(a)に示す駆動波形(出力駆動波形)Vcomを生成出力したとき、同時に駆動する圧電素子が1つであるときには、圧電素子に入力される駆動波形(入力駆動波形)Vcomhは、図14(b)に示すように駆動波形Vcomとほぼ同様な波形となる。これに対し、同時に駆動する圧電素子がすべての圧電素子であるときには、各圧電素子に入力される入力駆動波形Vcomhは、図14(c)に示すように、共振周波数の影響によってピーキングが現れる。
一方、入力駆動波形Vcomhの波高値Vppと滴速度Vjとの関係は図15に示すように、波高値Vppが大きくなると滴速度Vjを速くなり、滴速度Vjと比例関係にある滴体積Mjも大きくなる。
その結果、図16に示すように、同時駆動チャンネル数が増加するに従って波高値Vppが大きくなることから滴速度Vjは増加する。このような滴吐出特性の変動は着弾位置ずれや濃度ムラとなって画像品質を低下させる。
そこで、上述したように、同時駆動チャンネル数に応じてインピーダンス成分の異なる複数の伝送路を選択して共振周波数の変動を抑えることで、駆動周波数と共振周波数の一致を防止することができる、滴吐出特性の変動による着弾位置ずれや濃度ムラを低減し、画像品質の低下を防止できる。
このように、駆動波形生成手段からの駆動波形を同じ圧電素子に伝送する第1、第2の伝送路と、第1、第2の伝送路を切り替える切替手段と、同時に駆動する圧電素子の数に応じて切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、第1の伝送路のインピーダンス成分は第2の伝送路のインピーダンス成分より小さく、切替制御手段は、同時に駆動する圧電素子の数が所定数未満であるときには切替手段を第1の伝送路側に切替え、同時に駆動する圧電素子の数が所定数以上であるときには切替手段を第2の伝送路側に切替える構成とすることで、同時に駆動する圧電素子の数の変化による駆動波形の変動を低減して滴吐出特性をバラツキを低減し、画像品質を向上することができる。
次に、本発明の第5実施形態について図17を参照して説明する。なお、図17は同実施形態の説明に供する伝送路部分の回路図である。
駆動波形生成部701からの駆動波形Vcomは、4本の信号線703a〜703dを有するFFC703を含む伝送路730を介して、駆動波形Vcomhとしてヘッドドライバ509のアナログスイッチ715から圧電素子に入力される。なお、FFC703の各信号線702a〜702dは抵抗成分Rc1及びインダクタンス成分Lc1を有している。
ここで、FFC703の信号線703aの前段側にインダクタンス成分を同時駆動チャンネル数に応じて変更する回路735を設けている。この回路735は、スイッチSW0、スイッチSW1〜SW5及びコイルL1〜L5のそれぞれの直列回路が並列接続されたものである。なお、SW0〜SW5は、開放、短絡を切り替える2極のスイッチであり、これはアナログスイッチなどの半導体素子を用いている。
また、FFC703の残りの3本の信号線703b〜703dはスイッチSW6〜SW11によって接続及び切り離し(切断)可能に接続されている。SW6〜SW11は、駆動波形(Vcom、Vcomh)入出力側又は接地状態のいずれかとなる3極のスイッチであり、アナログスイッチを2つ用いて排他的に動作させることで構成としている。
ここで、FFC703の抵抗成分Rc1、インダクタンス成分Lc1は、例えば、Rc1=0.025Ω、Lc1=1.2uHである。コイルL1〜L5は、例えば、それぞれL1=46.8uH、L2=18uH、L3=9.5uH、L4=3.6uH、L5=1.2uHである。
このように構成した本実施形態の作用について図18を参照して説明する。図18は同時駆動チャンネル数における各スイッチSW0〜SW11の状態を示している。SW0〜5の「○」は短絡、「×」は開放を表している。スイッチSW6〜SW11の「○」は駆動波形側、「×」は接地側への接続を表している。これらのスイッチSW0〜SW11は前述したように印刷制御部508によって制御される。
図18において、同時駆動チャンネル数が1〜40までの場合にはスイッチSW0〜SW5のいずれか一つが短絡状態となり、FFC703の一本の信号線を通して駆動波形Vcomが伝送される。このとき、スイッチSW6〜SW11は常に接地側となっており、低インピーダンス状態となる。同時駆動チャンネル数が41以上となるとスイッチSW0〜SW5のうちのスイッチSW0のみが導通状態となり、伝送路730の状態は、スイッチSW6〜SW11を切替制御して選択される。
この図18に示す切替動作を行ったときの同時駆動チャンネル数と滴速度の関係を図19に実線で示している。なお、図19の破線は従来の滴吐出特性の変動を表している。ここで、従来の滴吐出動作とは、上記図18において、同時駆動チャンネル数が161〜320の場合に選択される伝送路の状態で、同時駆動数チャンネル数が1〜160で動作した場合である。これにより、本実施形態では滴吐出特性の変動が抑えられていることが分かる。これは、圧電素子を電気的な負荷として含めた場合の回路の共振周波数対が抑えられていることに由来する。
また、図20に同時駆動チャンネル数と共振周波数の関係を示している。この図20より、従来の場合には共振周波数は570kHz〜10.3MHzの範囲で変動しているが、伝送路の選択によって570kHz〜810kHzの範囲においてしか変動しない。
このような系での応答波形を図21に示している。図21(a)は、図14(a)の駆動波形生成部701の駆動波形Vcomに対して図20のA点にある場合の圧電素子への入力駆動波形Vcomh、図21(b)は図20のB点にある場合の圧電素子への入力駆動波形Vcomhである。このように、駆動波形Vcomにピーキングが生じた状態が維持されて駆動波形Vcomhの波高値Vppが変動することが低減する。また、圧電素子に入力される駆動波形Vcomhの波高値Vppは駆動波形生成部701の出力駆動波形Vcomの波高値よりも大きい出力が得られる。
ここで、同時駆動チャンネル数が少ないときには、画像として認識されにくい場合などはFFC703の信号線702a〜703dのみでの選択で行うこともできる。このようにすれば、上記実施形態の場合よりも部品点数を削減することができる。
なお、上記実施形態では本発明の画像形成装置としてシリアル型画像形成装置を例に説明しているが、ライン型画像形成装置にも同様に実施することができる。
33 キャリッジ
34、34a、34b 記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
500 制御部
508 印刷制御部
701 駆動波形生成部
702 データ転送部
703 FFC
721 共振周波数調整回路
722、722a、722b スイッチ(切替手段)
723 切替制御部
731 第1の伝送路
732 第2の伝送路
733 スイッチ(切替手段)
734 切替制御部

Claims (4)

  1. 液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子を有する液体吐出ヘッドと、
    前記複数の圧電素子を駆動する駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
    前記駆動波形生成手段からの前記駆動波形を、前記圧電素子に対し、印刷画像に応じて選択的に印加する選択手段と、を備え、
    前記複数の圧電素子と並列に接続される、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路と、
    前記共振周波数調整回路の接続及び切断を切替える切替手段と、
    同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、
    前記切替制御手段は、同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときに、前記切替手段を前記共振周波数調整回路が接続される状態に切替え、
    前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときには、前記複数の圧電素子と並列にインダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを接続して、前記駆動波形生成手段から前記液体吐出ヘッドを経て前記駆動波形生成手段に戻る閉ループ回路の共振周波数を、前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数未満であるときよりも低くする
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子を有する液体吐出ヘッドと、
    前記複数の圧電素子を駆動する駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
    前記駆動波形生成手段からの前記駆動波形を、前記圧電素子に対し、印刷画像に応じて選択的に印加する選択手段と、を備え、
    前記複数の圧電素子と並列に接続される、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む共振周波数調整回路と、
    前記共振周波数調整回路の接続及び切断を切替える切替手段と、
    同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、
    前記切替制御手段は、同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときに、前記切替手段を前記共振周波数調整回路が切断される状態に切替え、
    前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数以上であるときには、前記複数の圧電素子と並列に接続されているインダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを切断して、前記駆動波形生成手段から前記液体吐出ヘッドを経て前記駆動波形生成手段に戻る閉ループ回路の共振周波数を、前記同時に駆動する前記圧電素子の数が所定数未満であるときよりも高くする
    ことを特徴とする画像形成装置。
  3. 前記切替制御手段は、画像データから同時に駆動する前記圧電素子の数を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 液滴を吐出させる圧力を発生させる複数の圧電素子を有する液体吐出ヘッドと、
    前記複数の圧電素子を駆動する駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、
    前記駆動波形生成手段からの前記駆動波形を、前記圧電素子に対し、印刷画像に応じて選択的に印加する選択手段と、を備え、
    前記駆動波形生成手段から前記液体吐出ヘッドを経て前記駆動波形生成手段に戻る閉ループ回路内に接続及び切断可能に配設された、インダクタンス成分及び静電容量成分の少なくともいずれかを含む回路と、
    前記回路を接続及び切断を切替える切替手段と、
    同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御する切替制御手段と、を有し、
    前記切替制御手段は、同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて前記切替手段を切替制御して前記回路の接続又は切断を行わせる制御をし、
    前記閉ループ回路の共振周波数を、前記同時に駆動する前記圧電素子の数に応じて変更する
    ことを特徴とする画像形成装置。
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