JP5974528B2 - 液滴吐出ヘッドモジュール及び液滴吐出装置 - Google Patents

液滴吐出ヘッドモジュール及び液滴吐出装置 Download PDF

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Description

本発明は、液滴吐出ヘッドモジュール及び液滴吐出装置に関する。
インク滴を吐出させて画像を形成するインクジェットプリンタなどでは、インクを充填した液室に振動板を設け、圧電素子により振動板を変位させてインクを吐出する方式や、発熱体に電圧を印加して発熱させ、発熱体の熱により発生する気泡によってインクを吐出する方式を採用することが知られている。
例えば、特許文献1には、2以上のノズルのセットに欠陥ノズルが含まれることの検出に応じて、セットの1以上のノズルへの1以上の駆動信号を調整し、他のノズルから吐出される印刷流体の量が欠陥ノズルから吐出される印刷流体の不足を補うようにした印刷方法が開示されている。
また、特許文献2には、最大階調の4階調より少ない2階調で印字を行う場合でも、4階調で印字をする際に使用するシリアルデータ線を全て使用するヘッド駆動装置が開示されている。
しかしながら、印加する電圧の大きさを変えなければ、圧電素子に付与する電圧の大きさを変えることができないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、印加する電圧の大きさを変えなくても、加圧部が液体に加える圧力が変化するように、加圧部に付与される電圧を変更することができる液滴吐出ヘッドモジュール及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、液体を収容する収容部と、外部からの電圧に応じて前記収容部が収容する液体に圧力を加える1つ以上の加圧部と、前記加圧部が加える圧力に応じて、前記収容部が収容する液体を液滴として吐出する1つ以上のノズルと、前記加圧部それぞれに対して外部から印加される電圧をオンの場合に通過させ、オフの場合に遮断するつ以上のアナログスイッチと、少なくとも前記つ以上のアナログスイッチに接続され、少なくとも前記1つ以上のアナログスイッチを通過する電圧の電位を下げる1つ以上の抵抗器と、前記アナログスイッチそれぞれのオンオフを切替える信号を生成する切替信号生成部と、前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障しているか否かを検知する検知部と、前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障していると前記検知部が検知した場合に、故障が検知された前記アナログスイッチ以外のアナログスイッチの少なくともいずれかのオンオフを切替える信号を前記切替信号生成部が生成するよう制御する制御部と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、液体を収容する収容部と、電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部が生成する電圧に応じて前記収容部が収容する液体に圧力を加える1つ以上の加圧部と、前記加圧部が加える圧力に応じて、前記収容部が収容する液体を液滴として吐出する1つ以上のノズルと、前記電圧生成部が生成した電圧をオンの場合に通過させ、オフの場合に遮断するつ以上のアナログスイッチと、少なくとも前記つ以上のアナログスイッチに接続され、少なくとも前記1つ以上のアナログスイッチを通過する電圧の電位を下げる1つ以上の抵抗器と、前記アナログスイッチそれぞれのオンオフを切替える信号を生成する切替信号生成部と、前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障しているか否かを検知する検知部と、前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障していると前記検知部が検知した場合に、故障が検知された前記アナログスイッチ以外のアナログスイッチの少なくともいずれかのオンオフを切替える信号を前記切替信号生成部が生成するよう制御する制御部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、印加する電圧の大きさを変えなくても、加圧部が液体に加える圧力が変化するように、加圧部に付与される電圧を変更することができるという効果を奏する。
図1は、実施形態にかかる画像形成装置(液滴吐出装置)のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図2は、吐出ヘッドの構成例を示す部分断面図である。 図3は、ヘッドドライバ及びその周辺の構成例を示す構成図である。 図4は、液滴吐出ヘッドモジュールが有する変更部の詳細及びその周辺を示す構成図である。 図5は、ヘッドドライバの実装例を示す外観図である。 図6は、画像形成装置の第1の動作例を示す図表である。 図7は、画像形成装置の第2の動作例を示す図表である。 図8は、変更部の第1及び第2の変形例を示す構成図である。 図9は、変更部の第3の変形例を示す構成図である。 図10は、画像形成装置の第3の動作例を示すグラフである。
以下に添付図面を参照して、液滴吐出装置を備えた画像形成装置の実施の形態を詳細に説明する。図1は、実施形態にかかる画像形成装置(液滴吐出装置)1のハードウェア構成例を示すブロック図である。図1に示すように、画像形成装置1は、液滴吐出ヘッドモジュール2、温度センサ3、操作部4、制御部5及び機構部7を有する。
液滴吐出ヘッドモジュール2は、ヘッドドライバ20及び吐出ヘッド26を有する。吐出ヘッド26は、例えばシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の4色の液体のインクを図示しないインクカートリッジなどからぞれぞれ受入れ、ヘッドドライバ20によって駆動されることにより、各色のインクを液滴として吐出する。ヘッドドライバ20は、制御部5の制御に応じて吐出ヘッド26を駆動する電圧(駆動波形)を出力する。
温度センサ3は、画像形成装置1が配置された環境の温度を検出し、制御部5に対して出力する。操作部4は、タッチパネルなどの画像形成装置1に対する入出力装置であり、ユーザの操作(動作指示など)を受け入れて制御部5へ出力するとともに、画像形成装置1の動作状態などを表示する。
制御部5は、CPU50、メモリ52、入出力I/F54、処理部56、ヘッド駆動制御部58、機構制御部60及びホストI/F62を有する。CPU50は、制御部5を構成する各部を制御する。メモリ52は、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)などを含み、画像形成装置1において実行されるプログラム及びデータを記憶する。
入出力I/F54は、温度センサ3などのペリフェラル装置と、CPU50とを接続するインターフェイスである。処理部56は、例えば画像データに対する補正、解像度変換及び階調処理などを行う。ヘッド駆動制御部58は、上述したヘッドドライバ20を制御する。機構制御部60は、後述する機構部7を制御する。ホストI/F62は、ホスト装置となる例えばパーソナルコンピュータ、スキャナ及びデジタルカメラなどと、画像形成装置1とを接続するインターフェイスである。
機構部7は、例えば液滴吐出ヘッドモジュール2を主走査方向に移動させる機構、及び用紙などの記録媒体を搬送する機構などを含み、機構制御部60の制御により動作する。つまり、画像形成装置1は、機構部7が液滴吐出ヘッドモジュール2及び記録媒体などを移動させつつ、液滴吐出ヘッドモジュール2が各色のインクを吐出することにより、記録媒体に画像を形成するように構成されている。
図2は、吐出ヘッド26の構成例を示す部分断面図である。図2に示すように、ノズル260は、インク流路の一部を形成する流路板262の下面に接合されたノズル板264に形成されている。流路板262は、上面の一部に振動板266が接合され、振動板266と共に液室268を形成する。液室268は、インクを収容する収容部となっている。
振動板266は、電圧に応じて変形する圧電素子270が上部に配置され、周縁部にフレーム部材272が接合されている。圧電素子270は、上部がベース基板274に接合されて固定されている。フレーム部材272は、内部にインク供給穴276が形成されており、図示しないインクカートリッジなどが収容しているインクがインク供給穴276を通って液室268へ供給されるようになっている。
圧電素子270は、例えば圧電材料278と内部電極280とを交互に積層(上下方向に積層)した積層型圧電素子(PZT:チタン酸ジルコン酸鉛)である。この圧電素子270の交互に異なる端面に引き出された各内部電極280には、個別電極282及び共通電極284が接続されている。個別電極282は、FPC(フレキシブルプリント基板)からなるケーブル286を介してヘッドドライバ20(図1)に接続される。
吐出ヘッド26は、例えばn個のノズル260を有し、ノズル260それぞれに液室268及び圧電素子270などが設けられている(n個の圧電素子270−1〜270−n:図3参照)。
したがって、ヘッドドライバ20が出力する電圧がケーブル286を介してn個の圧電素子270に個別に印加されると、圧電素子270それぞれは、電圧の変化に応じてd33の方向(積層方向)に変形する。振動板266は、圧電素子270の変形(振動)に応じて液室268内のインクに圧力を加え、インクをノズル260から液滴として吐出させる。
次に、ヘッドドライバ20及びヘッド駆動制御部58について詳述する。図3は、ヘッドドライバ20及びその周辺の構成例を示す構成図である。ヘッド駆動制御部58は、データ転送部580、駆動波形生成部582及び検知部584を有し、ヘッドドライバ20を制御する。
データ転送部580は、画像データの階調に対応する階調信号、信号をシフトさせるクロック信号、値を保持させるラッチ信号及びヘッドドライバ20を制御する制御信号をヘッドドライバ20に対して出力する。なお、データ転送部580が出力する制御信号には、温度センサ3が検出した温度を示す信号及び操作部4を介して入力された設定(印刷条件など)を示す信号などが含まれる。
駆動波形生成部582は、ヘッドドライバ20を介して吐出ヘッド26の圧電素子270(図2参照)に印加する駆動電圧(駆動波形)を生成する。検知部584は、図4を用いて後述する複数のアナログスイッチSWそれぞれの動作状態を検知する。例えば検知部584は、後述するアナログスイッチ208を制御し、アナログスイッチSWそれぞれが故障しているか否かを検知する。検知部584が検知した結果は、アナログスイッチSWを制御するための制御情報として、ヘッド駆動制御部58(又はCPU50及びメモリ52など)がヘッドドライバ20(制御情報取得部204)に対して出力する。
なお、検知部584は、ヘッド駆動制御部58の外部に設けられてもよい。例えば、制御部5は、検知部584が検知結果をヘッド駆動制御部58に対して出力し、ヘッド駆動制御部58が検知部584の検知結果に応じて制御情報を制御情報取得部204に対して出力するように構成されてもよい。
ヘッドドライバ20は、切替信号生成部200、変更部202、制御情報取得部204及びアナログスイッチ208を有する。制御情報取得部204は、ヘッド駆動制御部58が出力した制御情報を取得し、取得した制御情報を切替信号生成部200に対して出力する。切替信号生成部200は、データ転送部580が出力した階調信号、クロック信号、ラッチ信号、制御信号、及び制御情報取得部204が出力した制御情報を受入れ、複数のアナログスイッチSW(図4参照)を個別に制御する複数の開閉信号を変更部202に対して出力する。
上述したように、データ転送部580が出力する制御信号には、温度センサ3が検出した温度及び操作部4を介して入力された設定(解像度などの印刷条件)等が含まれる。つまり、切替信号生成部200は、温度センサ3が検出した温度及び操作部4を介して入力された設定(後述する条件)を取得する条件取得部にもなっている。
変更部202は、複数のアナログスイッチSW(図4参照)を有する。アナログスイッチSWは、切替信号生成部200が出力する開閉信号に応じてそれぞれ個別にオンオフし、駆動波形生成部582が出力する駆動波形を、吐出ヘッド26が有するn個の圧電素子270−1〜270−nに付与する。具体的には、アナログスイッチSWは、圧電素子270−1〜270−nに対して駆動波形生成部582から印加される電圧をオンの場合に通過させ、オフの場合に遮断する。以下、圧電素子270−1〜270−nのように複数ある構成のいずれかを特定せずに示す場合、単に圧電素子270などと記すことがある。なお、変更部202は、アナログスイッチSWを有する構成に替えて、後述する第1の変形例〜第3の変形例(図8及び図9参照)に示された構成であってもよい。
アナログスイッチ208は、検知部584の制御に応じてオンオフし、オンにされた場合に、アナログスイッチSWが圧電素子270−1〜270−nに対して付与する電圧を検知部584に付与する。例えば、圧電素子270−1〜270−nのいずれか1つに対して順次に電圧が印加されるように変更部202が動作するテストモードなどにおいて、アナログスイッチ208はオンするようにされている。
そして、ヘッド駆動制御部58(又はCPU50及びメモリ52など)は、検知部584がアナログスイッチ208をオンにし、データ転送部580がアナログスイッチSWを順次にオンオフさせることにより、アナログスイッチSWが故障しているか否かを個別に検知することができるようにされている。
次に、変更部202について詳述する。図4は、液滴吐出ヘッドモジュール2が有する変更部202の詳細及びその周辺を示す構成図である。図4において、変更部202が有する各Rはそれぞれ所定の抵抗値の抵抗器であり、各SW1(SW1−1、SW1−2、SW1−3・・・)・SW2(SW2−1、SW2−2、SW2−3・・・)・SW3(SW3−1、SW3−2、SW3−3・・・)はそれぞれアナログスイッチ(アナログスイッチSW)である。各SW1・SW2・SW3は、それぞれ切替信号生成部200(図3)が出力する開閉信号(図示せず)によって個別にオンオフされる。各Rは、それぞれ接続されているアナログスイッチSWの動作に応じて、アナログスイッチSWの少なくともいずれかを通過する電圧の電位を下げる。
図4において、吐出ヘッド26が有する各rはそれぞれ所定の抵抗値の抵抗器であり、圧電素子270は図2及び図3に示した圧電素子270に対応する。
つまり、変更部202は、直列及び並列に配置された複数のアナログスイッチSW(各SW1・SW2・SW3)のオンオフを任意に組み合わせ可能にされており、駆動波形(Vcom)の大きさが変わらなくても、圧電素子270がインクに加える圧力が変化するように、圧電素子270に付与される電圧を変更することができる。
例えば、圧電素子270−1を単独で駆動させる場合には、変更部202は、SW1−1及びSW3−1がオンにされ、他のアナログスイッチSWがオフにされることにより、圧電素子270−1の単独駆動を可能にする。また、変更部202は、SW1−1、SW1−2、SW2−1及びSW3−1がオンにされ、他のアナログスイッチSWがオフにされることにより、Rを並列に付加して変化(低下)させた電圧での圧電素子270−1の単独駆動を可能にする。
つまり、変更部202は、ヘッド駆動制御部58の制御により、例えば操作部4を介して入力された印刷条件などの設定、又は温度センサ3を介して検出された環境温度などに応じて、オン抵抗の値の変更、発熱量の変更及び圧電素子270に付与する電圧の変更が可能となる。例えば仕様が異なる複数の画像形成装置に対し、変更部202は、それぞれの仕様に応じて、オン抵抗の値、発熱量及び圧電素子270に付与する電圧を変更することが可能である。なお、液滴吐出ヘッドモジュール2は、ヘッド駆動制御部58と、ヘッド駆動制御部58の外部に設けられた検知部584とを有するように構成されてもよい。
次に、ヘッドドライバ20の実装例について説明する。図5は、ヘッドドライバ20の実装例を示す外観図である。図5に示すように、ヘッドドライバ20は、例えばFPC(フレキシブルプリント基板)210上に実装される。FPC210は、入力電極212、入力配線部214、出力配線部216及び出力電極218を有する。
入力電極212は、例えば液滴吐出ヘッドモジュール2がMID(Molded Interconnect Device)であって回路パターンを有している場合には、当該回路パターンに接続されて液滴吐出ヘッドモジュール2の端子となりうる。
入力配線部214は、FPC210上で入力電極212とヘッドドライバ20とを接続する。出力配線部216は、FPC210上でヘッドドライバ20と出力電極218とを接続する。出力電極218は、例えばn個の電極を含み、n個の電極がそれぞれ圧電素子270−1〜270−nに接続される。なお、出力配線部216は、FPC210上で配線パターンが集結(図8参照)される構成であってもよい。
次に、画像形成装置1の動作例について説明する。図6は、画像形成装置1の第1の動作例(高温時)を示す図表である。画像形成装置1は、例えば環境温度が所定の温度よりも高い場合(高温時)には、図4に示した変更部202に対して、各SW1(SW1−1、SW1−2、SW1−3・・・)及び各SW3(SW3−1、SW3−2、SW3−3・・・)をオンにし、各SW2(SW2−1、SW2−2、SW2−3・・・)をオフにする。つまり、全ての圧電素子270は、直列に配列されたSW1及びSW3がオンにされて駆動波形が付与される。よって、画像形成装置1の第1の動作例では、全てのノズル260が駆動波形に応じてインクを吐出する(例えば300dpi)。
一方、環境温度が所定の温度よりも低い場合(低温時)には、インクの粘度が高くなり、インクの吐出に高温時よりも高い圧力が必要になる。圧電素子270(図2)がインクに高い圧力を加えるためには、高い駆動波形(多くの電流)が必要である。つまり、低温時には、駆動波形生成部582(図3)が出力する駆動波形が変更されず、且つアナログスイッチSWのオンオフの組み合わせの変更だけでは全てのノズル260からのインクの吐出が困難になる場合がある。
図7は、画像形成装置1の第2の動作例(低温時)を示す図表である。画像形成装置1は、環境温度が所定の温度よりも低い場合(低温時)には、図4に示した変更部202に対して、各SW1(SW1−1、SW1−2、SW1−3・・・)、各SW2(SW2−1、SW2−2、SW2−3・・・)及びSW3−1、SW3−3、SW3−5・・・をオンにし、SW3−2、SW3−4、SW3−6・・・をオフにする。つまり、圧電素子270−1、270−3、270−5・・・は電流が集結された駆動波形が付与され、270−2、270−4、270−6・・・は駆動波形が付与されない。
低温時のように、駆動波形生成部582(図3)が出力する駆動波形が変更されず、且つアナログスイッチSWのオンオフの組み合わせの変更だけでは全てのノズル260からのインクの吐出が困難になる場合には、画像形成装置1は、全ノズル260の1/2がインクを吐出するように変更部202を制御する。つまり、第1の動作例(高温時)に対し、第2の動作例(低温時)では、解像度が1/2の150dpiとなっている。
図8は、変更部202の第1及び第2の変形例を示す構成図である。図8(A)に示すように、例えばC1(圧電素子270−1)は単独で駆動波形が付与されて駆動され、C2(圧電素子270−2)も単独で駆動波形が付与されて駆動されてもよい。また、図8(B)に示すように、例えばC1は、複数の駆動波形が集結されて駆動されてもよい。
なお、図8(A)及び図8(B)に示した変形例は、各駆動波形がそれぞれ異なる駆動波形生成部582によって生成されたものであってもよいし、同一の駆動波形生成部582によって生成されたものであってもよい。また、図8(A)及び図8(B)に示した変形例は、図4に示した変更部202を一部変更した構成であってもよい。例えば、図8(A)及び図8(B)に示した変形例は、図4に示した変更部202に対し、アナログスイッチSWの接続及びオンオフの組合せを変更することにより構成されてもよい。
図9は、変更部202の第3の変形例を示す構成図である。図9に示すように、変更部202は、C1(圧電素子270−1)に対し、SW−1又はSW−2のいずれか1つがオンにされた場合に駆動波形を付与するように構成されてもよい。つまり、SW−1又はSW−2のいずれか一方が故障したことを検知部584(図3)が検知した場合、ヘッド駆動制御部58(又はCPU50及びメモリ52など)は、他方のSW−1又はSW−2を制御することにより、C1に駆動波形を付与する。また、変更部202は、C2(圧電素子270−2)に対しても、SW−3又はSW−4のいずれか1つがオンにされた場合に駆動波形を付与するように構成されてもよい。
次に、画像形成装置1の第3の動作例について説明する。図10は、画像形成装置1の第3の動作例(変更部202による電圧変更例)を示すグラフである。図10に示すように、画像形成装置1は、例えば環境温度に応じて駆動波形生成部582(図3)が生成する駆動波形を図4に示した変更部202などが例えば8段階(電圧a〜電圧h)に変更する。電圧aは、環境温度が最も高温である場合に変更部202などが圧電素子270に付与する電圧である。また、電圧hは、環境温度が最も低温である場合に変更部202などが圧電素子270に付与する電圧である。
また、環境温度が低下して、駆動波形生成部582(図3)が出力する駆動波形が変更されず、且つアナログスイッチSWのオンオフの組み合わせの変更だけでは全てのノズル260(図2)からのインクの吐出が困難になる場合がある。この場合、画像形成装置1は、図7に示したように、全ノズル260の1/2がインクを吐出するように変更部202を制御する。つまり、温度センサ3が検出する環境の温度(又は操作部4を介して入力される設定)が圧電素子270に印加される電圧を変更する条件の1つとなっている。
上記実施形態においては、液室268(図2)が収容するインクに対し、圧電素子270(及び振動板266)が加圧部として圧力を加える場合を例に説明したが、これに限定されることなく、例えば電圧に応じて発熱するヒータなどが加圧部であってもよい。すなわち、画像形成装置1は、ヒータの発熱によって生じる気泡が液室268内のインクに圧力を加える構成であってもよい。
1 画像形成装置(液滴吐出装置)
2 液滴吐出ヘッドモジュール
20 ヘッドドライバ
200 切替信号生成部
202 変更部
204 制御情報取得部
208 アナログスイッチ
210 FPC
212 入力電極
214 入力配線部
216 出力配線部
218 出力電極
26 吐出ヘッド
260 ノズル
262 流路板
264 ノズル板
266 振動板
268 液室
270 圧電素子
272 フレーム部材
274 ベース基板
276 インク供給穴
278 圧電材料
280 内部電極
282 個別電極
284 共通電極
286 ケーブル
3 温度センサ
4 操作部
5 制御部
50 CPU
52 メモリ
54 入出力I/F
56 処理部
58 ヘッド駆動制御部
580 データ転送部
582 駆動波形生成部
584 検知部
60 機構制御部
62 ホストI/F
7 機構部
SW アナログスイッチ
R 抵抗器
特開2010−241115号公報 特開2009−056732号公報

Claims (3)

  1. 液体を収容する収容部と、
    外部からの電圧に応じて前記収容部が収容する液体に圧力を加える1つ以上の加圧部と、
    前記加圧部が加える圧力に応じて、前記収容部が収容する液体を液滴として吐出する1つ以上のノズルと、
    前記加圧部それぞれに対して外部から印加される電圧をオンの場合に通過させ、オフの場合に遮断するつ以上のアナログスイッチと、
    少なくとも前記つ以上のアナログスイッチに接続され、少なくとも前記1つ以上のアナログスイッチを通過する電圧の電位を下げる1つ以上の抵抗器と、
    前記アナログスイッチそれぞれのオンオフを切替える信号を生成する切替信号生成部と、
    前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障しているか否かを検知する検知部と、
    前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障していると前記検知部が検知した場合に、故障が検知された前記アナログスイッチ以外のアナログスイッチの少なくともいずれかのオンオフを切替える信号を前記切替信号生成部が生成するよう制御する制御部と、 を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドモジュール。
  2. 前記アナログスイッチは、
    前記加圧部に接続されるフレキシブルプリント基板上に設けられていること
    を特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッドモジュール。
  3. 液体を収容する収容部と、
    電圧を生成する電圧生成部と、
    前記電圧生成部が生成する電圧に応じて前記収容部が収容する液体に圧力を加える1つ以上の加圧部と、
    前記加圧部が加える圧力に応じて、前記収容部が収容する液体を液滴として吐出する1つ以上のノズルと、
    前記電圧生成部が生成した電圧をオンの場合に通過させ、オフの場合に遮断するつ以上のアナログスイッチと、
    少なくとも前記つ以上のアナログスイッチに接続され、少なくとも前記1つ以上のアナログスイッチを通過する電圧の電位を下げる1つ以上の抵抗器と、
    前記アナログスイッチそれぞれのオンオフを切替える信号を生成する切替信号生成部と、
    前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障しているか否かを検知する検知部と、
    前記アナログスイッチの少なくともいずれかが故障していると前記検知部が検知した場合に、故障が検知された前記アナログスイッチ以外のアナログスイッチの少なくともいずれかのオンオフを切替える信号を前記切替信号生成部が生成するよう制御する制御部と、
    を有することを特徴とする液滴吐出装置。
JP2012031875A 2012-02-16 2012-02-16 液滴吐出ヘッドモジュール及び液滴吐出装置 Expired - Fee Related JP5974528B2 (ja)

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