JP6379945B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。

従来、インクジェットプリンタなどの液体吐出装置において、装置への電源投入時には、電源装置で生成される電源電圧を、装置を使用するために必要な目標電圧まで昇圧する処理が行われる。その際に、その昇圧の途中で電源電圧が不安定にならないように、電圧変動のチェック、及び、フィードバック制御を繰り返し行いながら、徐々に電源電圧を昇圧させるのが一般的である。また、電源電圧が目標電圧で安定した後には、液体を吐出させるための駆動素子に電圧を印加して、ノズルのフラッシング等の準備動作を行う。これらの準備動作が完了して初めて、装置が使用可能な状態となる。

これに関して、特許文献１には、電源電圧が基準電圧で安定した状態になってから、インクジェットヘッドの圧電素子へパルス信号を印加することが開示されている。尚、特許文献１におけるパルス信号の印加は、プリンタの電源立ち上げ時に、圧電素子が急激に充電されてしまうことを防止するためであり、上述した電源安定後のフラッシング等の準備動作とは、少し目的が異なる。

特開２０１３−６３６３号公報

ところで、近年、特に、インクジェットプリンタの分野においては、電源投入後、装置が使用可能な状態になるまでの時間を短縮することが求められている。しかし、現状では、先に述べたように、電源電圧を昇圧して電圧が安定化した後に、フラッシングを行っている。そのため、電源電圧が安定するまでフラッシングを行うことができず、装置が使用可能となるまでの時間を短縮するにも限度があった。

本発明の目的は、電源が投入されてから、装置が使用可能となるまでの時間を短縮することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の液体吐出装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルからそれぞれ液体を吐出させる複数の駆動素子を有する液体吐出ヘッドと、前記複数の駆動素子に電圧を印加することにより、前記複数の駆動素子を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する駆動制御部と、前記駆動装置に、前記複数の駆動素子を駆動するための電圧を生成する電源装置と、前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給を行うためのスイッチ部と、前記電源装置と前記スイッチ部を制御する電源制御部と、を備え、
前記電源制御部は、前記電源装置の立ち上げ時に、前記電源電圧を複数の昇圧ステップを経て、所定の第１電圧まで段階的に昇圧させ、さらに、前記電源電圧の前記第１電圧への昇圧中に、前記スイッチ部に、前記電源装置から前記電源電圧の前記駆動装置への供給を開始させ、
前記駆動制御部は、前記電源電圧の昇圧状態が、前記電源電圧が前記第１電圧に昇圧される最終の昇圧ステップへ移行すると同時、又は、前記最終の昇圧ステップへ移行した直後に、前記電源装置から供給される電圧を前記駆動素子に印加するように、前記駆動装置を制御することを特徴とするものである。

本発明では、装置の電源立ち上げ時に、電源制御部は、電源装置で生成される電源電圧を、複数の昇圧ステップを経て、所定の第１電圧まで段階的に昇圧させる。ここで、最終の昇圧ステップに移行して、電源電圧が第１電圧に昇圧された瞬間に、電源電圧がオーバーシュートして大きな変動が生じ、その後、一定期間、電源電圧に変動が発生する。本発明では、上記の最終の昇圧ステップへの移行と同時、又は、移行直後に、駆動装置から駆動素子への電圧を印加する。尚、本発明において、「最終の昇圧ステップへの移行直後に、駆動素子への電圧を印加する」とは、電源電圧に発生する電圧変動が減衰してほぼ無くなってしまうまでに、駆動素子へ電圧を印加することを意味する。

このとき、電源電圧の変動によって駆動素子へ印加される電圧にも変動が生じるため、その印加電圧の変動によって駆動素子を駆動させて、ノズル内の液体にある程度のエネルギーを与えることができる。これにより、ノズルのメニスカスを振動させ、さらには、多少は液体を排出させることも可能となる。つまり、最終の昇圧ステップへの移行の際に、駆動素子へ電圧を印加するだけで、従来は、電源電圧が安定した後に行っていた、フラッシングの一部を前倒しで行うことができる。従って、電源電圧が安定した後のフラッシング時間を短縮でき、ひいては、電源が投入されてから、装置が使用可能となるまでの時間を短くすることが可能となる。

第２の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記電源電圧の昇圧状態が前記最終の昇圧ステップに移行したときに、前記電源電圧に発生する変動の周期をＴとしたときに、前記電源制御部は、前記電源電圧の昇圧状態が前記最終の昇圧ステップに移行してから、前記周期Ｔの半分の時間が経過したときに、前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給を開始させることを特徴とするものである。

最終の昇圧ステップへ移行して電源電圧を第１電圧に昇圧したときに、電源電圧には、瞬間的に第１電圧を大きく超える、オーバーシュートが発生する。そのオーバーシュートのピーク電圧が駆動装置に供給されると、駆動装置の定格を超える電圧が瞬間的に作用する虞がある。そこで、本発明では、最終の昇圧ステップへ移行した後に、電源電圧の変動の周期Ｔの半分の時間が経過したときに、電源装置から駆動装置への電圧供給を開始する。これにより、駆動装置に、電源電圧の変動のピーク電圧がかかってしまうことを防止する。

第３の発明の液体吐出装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルからそれぞれ液体を吐出させる複数の駆動素子を有する液体吐出ヘッドと、前記複数の駆動素子に電圧を印加することにより、前記複数の駆動素子を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御する駆動制御部と、前記駆動装置に、前記複数の駆動素子を駆動するための電圧を供給する電源装置と、前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給を行うためのスイッチ部と、前記電源装置と前記スイッチ部を制御する電源制御部と、を備え、
前記電源制御部は、前記電源装置の立ち上げ時に、前記電源電圧を複数の昇圧ステップを経て、所定の第１電圧まで段階的に昇圧させ、さらに、前記電源電圧の前記第１電圧への昇圧中に、前記スイッチ部に、前記電源装置から前記電源電圧の前記駆動装置への供給を開始させ、
前記駆動制御部は、前記電源電圧の昇圧状態が、前記電源電圧が前記第１電圧に昇圧される最終の昇圧ステップよりも、少なくとも１つ前の昇圧ステップにあるときに、前記電源装置から供給される電圧を前記駆動素子に印加するように、前記駆動装置を制御することを特徴とするものである。

本発明では、上述した第１の発明と同じく、電源電圧の昇圧状態が、最終の昇圧ステップに移行したときの、電源電圧の変動を利用して駆動素子を駆動し、ノズル内の液体にエネルギーを与える。但し、前記第１の発明とは異なり、電源電圧の最終の昇圧ステップの１つ前の昇圧ステップにおいて、駆動装置から駆動素子へ電圧を印加しておく。最終の昇圧ステップの前に、事前に、駆動素子へ電圧を印加しておくことで、最終の昇圧ステップへの移行時に発生する、電源電圧のオーバーシュートによって生じる大きな電圧変動を、駆動素子に確実に作用させることができ、ノズル内の液体に大きなエネルギーを付与することが可能となる。

第４の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記駆動制御部は、前記電源装置から供給される電圧を、全ての前記駆動素子に印加するように、前記駆動装置を制御することを特徴とするものである。

最終の昇圧ステップへの移行の際に、駆動装置から同時に電圧が印加される駆動素子の数が多いほど、これらの駆動素子を流れる電流が大きく変動するために、グランドの電位が瞬間的に揺れる。このグランド電位の揺れによって、各駆動素子への印加電圧が実質的にさらに変動することになるため、ノズル内の液体に大きなエネルギーを与えることが可能となる。そこで、本発明では、駆動制御部は、駆動装置に、電源装置から供給される電圧を全ての駆動素子に印加させる。

本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。 プリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。 インクジェットヘッドの上面図である。 図３のＡ部拡大図である。 図４のV-V線断面図である。 電源電圧昇圧時のタイミングチャートであり、（ａ）は電源電圧昇圧タイミング、（ｂ）はドライバＩＣへの電圧供給開始タイミング、（ｃ）は、活性部への印加電圧の変化をそれぞれ示す。 最終の昇圧ステップに移行するときの、電源電圧の電圧変動を示す図である。 圧電アクチュエータの１つの活性部と、この活性部を駆動するドライバＩＣの等価回路を示す図である。 別の変更形態の電源電圧昇圧時のタイミングチャートである。 さらに別の変更形態の電源電圧昇圧時のタイミングチャートである。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。図２は、プリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。尚、図１に示す紙面手前側を上側、紙面向こう側を下側と定義して、以下説明する。

（プリンタの構成）
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、電源装置６、制御装置７等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って図１の左右方向（以下、走査方向ともいう）に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４（本発明の液体吐出ヘッド）は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ８と、チューブ１６によってそれぞれ接続されている。インクジェットヘッド４は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に形成された複数のノズル４０を有する。各ノズル４０は、インクカートリッジ１７から供給されたインクを、プラテン２の上に載置された記録用紙１００に向けて吐出する。インクジェットヘッド４の詳細構成については、後で説明する。

図１に示すように、搬送機構５は、前後方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。２つの搬送ローラ１８，１９は、図示しない搬送モータによって同期して駆動される。この搬送機構５は、搬送モータにより２つの搬送ローラ１８，１９を駆動することにより、プラテン２に載置された記録用紙１００を、走査方向と直交する搬送方向に搬送する。

図２に示すように、電源装置６は、電源スイッチ２０、整流器２１、電圧生成回路２２、設定回路２３等を有する。電源スイッチ２０は、１００Ｖの交流電源との接続／遮断を行う。整流器２１は、交流電源から供給された交流を直流に変換する。また、その際に、電圧を１００Ｖから、それよりも低い電圧（例えば、３０Ｖ程度）まで降圧させる。整流器２１からの直流電圧は電圧生成回路２２に供給される。電圧生成回路２２では、所定電圧Ｖ１（本発明の第１電圧）の電源電圧（ＶＤＤ）を生成する。また、電圧生成回路２２は、生成した電源電圧を、プリンタ１を構成する様々な装置への電源電圧の供給／非供給を切り換える機能を兼ね備えている。即ち、本実施形態では、電圧生成回路２２が、本発明のスイッチ部の機能を備えている。設定回路２３は、電源電圧を所定電圧に維持するためのフィードバック制御の制御目標値を、電圧生成回路２２に対して設定するためのＰＭＷ回路である。

図２に示すように、制御装置７は、図２に示されるように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３１、ＲＡＭ（Random Access Memory）３２、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）３３等を備える。また、制御装置７は、図示しないＰＣ等の外部装置とデータ通信可能に接続されている。

ＲＯＭ３１に格納されたプログラムに従い、ＣＰＵ３０及びＡＳＩＣ３３により、記録用紙１００への印刷等の各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、制御装置７は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４やキャリッジ駆動モータ１５等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。また、後で詳述するが、制御装置７は、プリンタ１への電源投入時に、電源装置６の電源電圧の立ち上げに関する制御も行う。

尚、上の説明では、制御装置７が、ＣＰＵ３０及びＡＳＩＣ３３によって各種の処理を行う例を挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、制御装置７を他の構成で実現してもよい。例えば、ＣＰＵのみ又はＡＳＩＣ３３のみで処理を行ってもよい。また、２以上のＣＰＵや、２以上のＡＳＩＣ３３に機能を分担して実現してもよい。

（インクジェットヘッドの詳細構成）
次に、インクジェットヘッド４について詳細に説明する。図３は、インクジェットヘッド４の上面図である。図４は、図３のＡ部拡大図である。図５は、図４のV-V線断面図である。尚、図３では、図面をわかりやすくするために、圧電アクチュエータ４２を覆うように配置されているＣＯＦ７０を二点鎖線で示している。また、図４では、ＣＯＦ７０の図示を省略している。

図３〜図５に示すように、インクジェットヘッド４は、流路ユニット４１と、圧電アクチュエータ４２とを備えている。尚、図５では、流路ユニット４１に形成されたインク流路内に、インク（符号Ｉで示す）が充填されている状態が示されている。

（流路ユニット）
図５に示すように、流路ユニット４１は、複数枚のプレート５１〜５９が積層された構造を有する。複数枚のプレート５１〜５９は、互いに積層された状態でそれぞれ接着剤によって接合されている。複数枚のプレート５１〜５９のうちの、最下層のプレート５９は、ポリイミド等の合成樹脂からなるノズルプレートである。このノズルプレート５９には、複数のノズル４０が形成されている。複数のノズル４０は、搬送方向に配列されており、また、走査方向に並ぶ４列のノズル列を構成している。４列のノズル列は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクをそれぞれ吐出するものである。

流路ユニット４１を構成する、ノズルプレート５９以外の他のプレート５１〜５８は、ステンレス鋼などの金属材料からなるプレートである。これらのプレート５１〜５８には、複数のノズル４０に連通する、次述のマニホールド４６や圧力室４７等を含む、インク流路が形成されている。

図３に示すように、流路ユニット４１の上面を構成する最上層のプレート５１には、４つのインク供給孔４５が走査方向に並んで形成されている。４つのインク供給孔４５には、ホルダ８の４つのインクカートリッジ１７（図１参照）から４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクがそれぞれ供給される。また、図５において、上から４番目から７番目のプレート５４〜５７には、搬送方向に延在する４本のマニホールド４６が形成されている。４つのインク供給孔４５と４本のマニホールド４６は、プレート５２，５３に形成された連通孔（図示省略）によって、それぞれ接続されている。

流路ユニット４１の最上層のプレート５１には、複数のノズル４０にそれぞれ対応する複数の圧力室４７が形成されている。各圧力室４７は、走査方向に長い、略楕円の平面形状を有する。複数の圧力室４７は、４本のマニホールド４６に対応して４列に配列されている。複数の圧力室４７は、圧電アクチュエータ４２の振動板６０によって覆われている。図３、図４に示すように、上から２番目に位置するプレート５２には、マニホールド４６と複数の圧力室４７を接続する、複数の絞り流路４９が形成されている。また、最上層のプレート５１とノズルプレート５９との間に位置する合計７枚のプレート５２〜５８には、圧力室４７とノズル４０とを接続する連通流路４３が形成されている。

以上説明したプレート５１〜５９が積層された状態で接合されることで、流路ユニット４１が構成されている。そして、流路ユニット４１内には、１つのマニホールド４６から分岐して、絞り流路４９、圧力室４７、及び、連通流路４３を経てノズル４０に至る個別流路４４が、複数形成されている。

（圧電アクチュエータ）
圧電アクチュエータ４２は、上述した流路ユニット４１の上面に配置されている。図３〜図５に示すように、圧電アクチュエータ４２は、振動板６０と、圧電層６４，６５と、複数の個別電極６２と、共通電極６６を備えている。

振動板６０は、複数の圧力室４７を覆うように、流路ユニット４１の上面に接合されている。振動板６０は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。

２枚の圧電層６４，６５は、それぞれ圧電材料からなる。圧電層６４，６５を構成する圧電材料としては、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を採用することができる。その他、非鉛の圧電材料である、チタン酸バリウムや、ニオブ系の圧電材料を採用することもできる。圧電層６４，６５は互いに積層された状態で、振動板６０の上面に接合されている。

複数の個別電極６２は、圧電層６４の、圧電層６５と反対側の面である上面において、複数の圧力室４７にそれぞれ対応して搬送方向（ノズル配列方向）に配列されている。個別電極６２は、圧力室４７よりも一回り小さい、走査方向に長い略楕円の平面形状を有し、対応する圧力室４７の中央部と対向して配置されている。個別電極６２の長手方向一端部には、接続端子６２ａが設けられている。接続端子６２ａは、圧電層６４の上面において、個別電極６２から、圧力室４７と対向しない領域まで走査方向に延びている。

共通電極６６は、２枚の圧電層６４，６５の間において、ほぼ全面的に配置されている。共通電極６６は、上側の圧電層６４を挟んで複数の個別電極６２のそれぞれと対向している。この共通電極６６は、圧電層６４の上面に配置された、図示しない接続端子と導通している。

また、図５に示される、圧電層６４の、個別電極６２と共通電極６６に挟まれた部分を、特に、活性部６１と呼ぶ。活性部６１は、厚み方向において下向き、即ち、個別電極６２から共通電極６６に向かう方向に分極されている。尚、上記の、１つの個別電極６２と共通電極６６とに挟まれた活性部６１が、本発明における「駆動素子」及び「圧電素子」に相当する。

図３、図５に示すように、圧電アクチュエータ４２の上面には、配線部材であるＣＯＦ（Chip On Film）７０が配置されている。このＣＯＦ７０は、制御装置７及び電源装置６と、インクジェットヘッド４の圧電アクチュエータ４２とを電気的に接続するものである。また、ＣＯＦ７０には、圧電アクチュエータ４２を駆動するドライバＩＣ７１（本発明の駆動装置）が実装され、また、ＣＯＦ７０には複数の配線７２が形成されている。図２、図３に示すように、ＣＯＦ７０の複数の配線７２には、電源装置６で生成された電源電圧をドライバＩＣ７１へ供給する電源線７２ａ、ドライバＩＣ７１をグランドと接続するためのグランド線７２ｂ、制御装置７のＡＳＩＣ３３からドライバＩＣ７１へ制御信号を入力する入力配線７２ｃ、ドライバＩＣ７１から圧電アクチュエータ４２へパルス状の駆動信号を出力する出力配線７２ｄ等が含まれる。

図５に示すように、ＣＯＦ７０の複数の出力配線７２ｄの端部は、複数の個別電極６２の接続端子６２ａと、それぞれバンプ７３によって接合されている。これにより、ＣＯＦ７０のドライバＩＣ７１と、圧電アクチュエータ４２の複数の個別電極６２とが電気的に接続される。ドライバＩＣ７１は、制御装置７のＡＳＩＣ３３からの制御信号に基づいて個別電極６２に対してパルス状の駆動信号を出力し、各個別電極６２に印加させる電圧を、Ｈｉｇｈレベル（電源線７２ａを通じて供給される電源電圧レベル）とＬｏｗレベル（グランドレベル）との間で切り換える。尚、本実施形態では、制御装置７のＡＳＩＣ３３が、ドライバＩＣ７１を制御する、本発明の「駆動制御部」に相当する。また、ＣＯＦ７０のグランド線７２ｂは、共通電極６６から圧電層６４の上面に引き出された、図示しない接続端子と接続されている。つまり、共通電極６６は、接続端子を介してグランド線７２ｂと接続されており、共通電極６６は、常にグランド電位に維持されている。

上記の圧電アクチュエータ４２の、ノズル４０からインクを吐出させる際の動作は、以下の通りである。ドライバＩＣ７１により、ある個別電極６２の電圧がＬｏｗ（グランドレベル）からＨｉｇｈ（電源電圧レベル）に切り換えられたとする。このとき、個別電極６２と共通電極６６の間に電位差が生じ、圧電層６４の活性部６１に厚み方向の電界が生じる。また、活性部６１の分極方向と電界の方向とが一致するために、活性部６１はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この活性部６１の収縮変形に伴って、２つの圧電層６４，６５が圧力室４７側に凸となるように撓む。これにより、圧力室４７の容積が減少してその内部のインクに圧力が付与され、圧力室４７に連通するノズル４０からインクの液滴が吐出される。

（電源投入後の電源電圧の昇圧制御）
ところで、上記のプリンタ１において、ユーザによって電源スイッチ２０（図２参照）がＯＮにされたときには、制御装置７は、電源装置６で生成される電源電圧を、所定の目標電圧Ｖ１まで昇圧する処理を行う。ここで、電源電圧を急激に昇圧すると、昇圧途中に電源電圧が不安定になる虞があるため、電源電圧を段階的に昇圧して徐々に電圧を上げていく。

図６は、電源電圧昇圧時のタイミングチャートであり、（ａ）は電源電圧昇圧タイミング、（ｂ）はドライバＩＣ７１への電圧供給開始タイミング、（ｃ）は、活性部６１への印加電圧の変化をそれぞれ示す。

電源スイッチ２０がＯＮにされると、制御装置７は、電源装置６に対して電源電圧の昇圧に関する制御指令を送り、電源装置６の電圧生成回路２２を制御して、電源電圧を徐々に昇圧させる。尚、制御装置７が、本発明の電源制御部に相当する。制御装置７による電源電圧の昇圧制御は、ソフトウェアでもハードウェアでも実現可能である。即ち、ＲＯＭ３１に格納された昇圧制御用のプログラムをＣＰＵ３０が実行して演算することによって制御を行ってもよいし、あるいは、制御装置７内に設けられた電源制御用の回路によって制御を実現してもよい。また、ドライバＩＣ７１等の制御を行うＡＳＩＣ３３が、電源装置６の制御も併せて行う構成であってもよい。

（１）電源電圧昇圧の詳細
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、制御装置７は、電源電圧を、個々に制御目標値Ｖｔ（Ｖｔ１，Ｖｔ２，Ｖｔ３，Ｖｔ４（＝Ｖ１））が設定された４段階の昇圧ステップを経て、電源電圧を目標電圧Ｖ１まで段階的に昇圧させる。

各昇圧ステップでは、制御装置７は、設定回路２３に対して、その昇圧ステップに対して設定された制御目標値Ｖｔを、電圧生成回路２２に設定させる。すると、電圧生成回路２２は、電源電圧を制御目標値Ｖｔまで上昇させるが、そのときの上昇の反動で、電圧生成回路２２から出力される電源電圧に電圧変動が生じる。そこで、制御装置７は、電圧生成回路２２から出力される電源電圧のチェックを行い、そのチェック結果に応じて電圧生成回路２２にフィードバック制御を行わせる。また、この電源電圧チェックは、各昇圧ステップにおいて、その昇圧ステップに対して、予め個別に設定された所定の回数ｎ（ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４）だけ繰り返す。尚、昇圧ステップでの制御目標値Ｖｔ（Ｖｔ１，Ｖｔ２，Ｖｔ３，Ｖｔ４）や、電圧チェックの回数ｎ（ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４）は、制御装置７のＲＯＭ３１に予め記憶されている。

制御装置７は、各昇圧ステップで、所定回数ｎの電源電圧チェックを行ったら、設定回路２３に対して、昇圧ステップの制御目標値を変更させて、次の昇圧ステップへ移行させる。即ち、図６（ａ）に示すように、以下のような順で４段の昇圧ステップを移行して電源電圧を昇圧する。
（１段目）Ｖｔ１へ昇圧、ｎ１回の電圧チェック
→（２段目）Ｖｔ２へ昇圧→ｎ２回の電圧チェック
→（３段目）Ｖｔ３へ昇圧→ｎ３回の電圧チェック
→（４段目）Ｖｔ４へ昇圧→ｎ４回の電圧チェック
４段目の制御目標値のＶｔ４は、電源電圧の最終的な目標電圧であるＶ１である。４段目の昇圧ステップにおいて、ｎ４回の電圧チェックが完了したときに（時間Ｔ４）、制御装置７は、電源電圧が目標電圧Ｖ１で安定したと判断する。

（２）最終の昇圧ステップ移行時の、活性部への電圧印加
ところで、電源投入時には、上記の電源電圧の昇圧の他、プリンタ１の各部について様々な準備動作を行う必要がある。そのような準備動作の１つとして、インクジェットヘッド４の各ノズル４０からインクを吐出させるフラッシングがある。プリンタ１の停止状態が続くと、各ノズル４０内のインクが乾燥によって増粘する。そこで、プリンタ１の電源投入時には、複数のノズル４０のそれぞれについてフラッシングを行って、ノズル４０内の増粘したインクを排出させる。

従来では、電源電圧が所定の目標電圧Ｖ１に昇圧されて安定してから、上記のフラッシング等の準備動作を行っている。この場合、電源電圧の昇圧が完了するまでフラッシングを行うことができないため、その分、プリンタ１が使用可能な状態となるまでに時間を要していた。

そこで、本実施形態では、制御装置７は、電源を投入してからプリンタ１が使用可能となるまでの時間を短縮するため、以下の制御を行う。即ち、電源電圧が目標電圧Ｖ１に昇圧される最終の昇圧ステップに移行する際に、電源電圧に生じる電圧変動を利用して、活性部６１を駆動する。この活性部６１の駆動により、電源電圧の昇圧が完了する前にノズル４０内のインクにエネルギーを与えることで、後のフラッシングに要する時間を短縮する。以下、この制御について詳細に説明する。

まず、図６に示すように、制御装置７は、電源電圧の昇圧中に、電源装置６の電圧生成回路２２を制御して、電源装置６からドライバＩＣ７１への電源電圧の供給を開始させる。尚、図６では、電源電圧の昇圧が、最終の４段目の昇圧ステップに移行する瞬間に、電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給を開始させているが、もっと前の段階で電圧供給を開始させてもよい。但し、あまりにもかなり早い段階で、ドライバＩＣ７１の電圧供給を開始させた場合、ドライバＩＣ７１へ供給される電源電圧が低いと、ドライバＩＣ７１が正常に動作しない場合がある。そこで、少なくとも、電源電圧が、ドライバＩＣ７１が正常に動作する所定の電圧Ｖ２（保証電圧）以上まで昇圧されてから、ドライバＩＣ７１への電圧供給を行うことが好ましい。

さらに、電源電圧の昇圧状態が、目標電圧Ｖ１に昇圧される最終４段目の昇圧ステップへ移行すると同時、又は、最終の昇圧ステップに移行した直後に、制御装置７のＡＳＩＣは、ドライバＩＣ７１に、圧電アクチュエータ４２の複数の活性部６１に対してそれぞれ電圧を印加させ、その電圧印加状態を継続させる。図７は、最終の昇圧ステップに移行するときの、電源電圧の電圧変動を示す図である。図７に示すように、電源電圧が目標電圧Ｖ１まで昇圧された瞬間に、電源電圧に、電圧Ｖ１を大きく超える変動（オーバーシュート）が生じ、その後、ある期間、電源電圧に変動が発生する。そこで、電源電圧に、上記のような電圧変動が生じるタイミングで、電源装置６からドライバＩＣ７１に供給される電圧を活性部６１へ電圧を印加してやれば、電源電圧の変動に応じて、活性部６１へ印加される電圧も変動させることができる。

活性部６１に印加される電圧が変動したときの、活性部６１が示す挙動については、インクを吐出させる際に、活性部６１に電圧を印加した場合と、基本は同じである。図８は、圧電アクチュエータ４２の１つの活性部６１と、この活性部６１を駆動するドライバＩＣ７１の等価回路を示す図である。まず、強誘電体である圧電材料で形成された、圧電アクチュエータ４２の活性部６１は、この活性部６１を挟む個別電極６２と共通電極６６間に電位差が生じたときには電荷を蓄え（充電）、電位差が解消したときに蓄えた電荷を放出する（放電）。つまり、図８に示すように、活性部６１は、ある静電容量を有するコンデンサＣとみなすことができる。

図８に示すように、ドライバＩＣ７１は、トランジスタで構成された一種のスイッチング回路である。ドライバＩＣ７１は、電源装置６に連なる電源線７２ａとグランド線７２ｂとの間に設置された第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを有する。第１スイッチＳＷ１は、活性部６１に電圧を印加して充電するためのスイッチであり、第２スイッチＳＷ２は、活性部６１の電圧をグランドに落として放電するためのスイッチである。

ノズル４０からインクを吐出させる場合には、ドライバＩＣ７１は、制御装置７からＣＯＦ７０の入力配線７２ｃによって伝送された制御信号に基づいて、図７に示される２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。これにより、活性部６１に対して印加する電圧（図７におけるＡ点の電圧）が、電源電圧（ＶＤＤ）とグランド（ＧＮＤ）との間で切り換えられる。先の圧電アクチュエータ４２の動作説明のところでも説明したが、活性部６１に印加される電圧が変化すると、活性部６１が圧電層６４の面方向に伸縮することで、圧力室４７内のインクに圧力が付与される。

一方、最終の昇圧ステップへの移行時に生じた電源電圧に電圧変動が生じたときに、その電源電圧がドライバＩＣ７１に供給されると、ドライバＩＣ７１の２つのスイッチＯＮ／ＯＦＦを切り換えなくても、活性部６１の印加電圧が変動することになる。この場合も、ドライバＩＣ７１の２つのスイッチＯＮ／ＯＦＦを切り換える場合と同様、印加電圧の変動に応じて活性部６１が圧電層６４の面方向に伸縮し、圧力室４７内のインクに圧力が付与される。これにより、ノズル４０のメニスカスを振動させることにより、ノズル４０の吐出口付近の増粘したインクを揺らして、その後のフラッシングで、増粘したインクを排出させやすくすることができる。あるいは、ノズル４０内のインクの振動４０によってメニスカスを破壊することができれば、増粘したインクの一部をノズル４０から排出することができる。

図７に示すように、最終の昇圧ステップへの移行時に生じる電源電圧の電圧変動は、一定の時間（Ｔａ）が経過すれば減衰してなくなる。そのため、活性部６１の駆動は一時的なものとなり、前記の時間が経過した後は、圧力室４７内のインクに圧力は付与されなくなる。しかし、本実施形態においては、電源電圧が安定化する前に、インクにある程度のエネルギーを付与する点が重要である。つまり、電源電圧の昇圧が最終の昇圧ステップへ移行する際に、ドライバＩＣ７１から活性部６１へ電圧を印加するだけで、従来は、電源電圧が安定した後に行っていた、フラッシングの一部を、電源電圧の昇圧中に前倒しで行うことができる。従って、電源電圧が安定した後のフラッシング時間を短縮でき、ひいては、電源が投入されてから、プリンタ１が使用可能となるまでの時間を短くすることが可能となる。

尚、図７において、ドライバＩＣ７１から活性部６１への電圧の印加は、電源電圧の昇圧状態が最終の昇圧ステップへ移行すると同時に行ってもよいし、最終の昇圧ステップへ移行した直後（移行時から僅かな時間が経過した後）に行ってもよい。

最終の昇圧ステップへの移行と同時（時間Ｔ３）に行った場合には、電源電圧に発生するオーバーシュートのピーク電圧Ｖｐを、活性部６１に印加することができる。そのため、活性部６１を瞬間的に大きく変形させて、ノズル４０内のインクに大きな圧力を付与することが可能である。

その一方で、オーバーシュートのピーク電圧Ｖｐがかなり高くなる場合は、ドライバＩＣ７１にその定格電圧を超える高い電圧が瞬間的に作用し、ドライバＩＣ７１が破壊する虞がある。そこで、ピーク電圧ＶｐがドライバＩＣ７１の定格電圧を超えることが予想される場合は、制御装置７は、最終の昇圧ステップへの移行直後、即ち、移行から僅かな時間が経過した後に、電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給、及び、ドライバＩＣ７１から活性部６１への電圧印加を行わせることが好ましい。

但し、最終の昇圧ステップへの移行時から活性部６１へ電圧を印加するまでに、あまり時間をあけすぎると、電源電圧に発生した電圧変動が減衰して無くなってしまうため、電圧変動の減衰時間Ｔ０が経過する間（時間Ｔｂまでの期間）に、活性部６１へ電圧を印加することが好ましい。さらに、ピーク電圧ＶｐがドライバＩＣ７１に作用するのを避けつつ、電源電圧の電圧変動を効果的に利用するためには、電源電圧の電圧変動の周期Ｔの半分の時間（Ｔ／２）が経過したとき（時間Ｔａ）に、電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給と、ドライバＩＣ７１から活性部６１への電圧印加を行わせることが好ましい。

尚、最終の昇圧ステップに移行したときの、電源電圧の電圧変動の周期Ｔ、減衰期間Ｔ０、ピーク電圧Ｖｐは、最終の昇圧ステップへ移行するときの昇圧幅などの条件から、ある程度事前に予測することができる。そこで、その予測結果に応じて、ドライバＩＣ７１への電圧供給、及び、ドライバＩＣ７１から活性部６１への電圧印加を行わせるかを、どのタイミングで行うかを、適切に決定することができる。尚、上記のピーク電圧Ｖｐ、電圧変動の周期Ｔ、減衰時間Ｔ０等の一例を以下に示す。３段目の制御目標値Ｖｔ３＝２５Ｖ、４段目の制御目標値Ｖｔ４＝Ｖ１＝２８Ｖとしたときに、例えば、ピーク電圧Ｖｐは、２８．１Ｖ、周期Ｔは数ｎｓ、減衰期間Ｔ０は数十ｎｓ程度となる。

最終の昇圧ステップへの移行の際に、ドライバＩＣ７１から同時に電圧が印加される活性部６１の数が多いほど、これらの活性部６１の充放電で流れる電流が大きく変動するために、グランドの電位が瞬間的に揺れる。このグランド電位の揺れによって、各駆動素子への印加電圧（個別電極６２に印加される電圧と共通電極６６のグランドとの差）が実質的にさらに変動することになるため、ノズル４０内のインクに大きなエネルギーを与えることが可能となる。そこで、電源電圧の昇圧状態が最終ステップへの移行する際に、制御装置７のＡＳＩＣ３３は、ドライバＩＣ７１に、電源装置６から供給される電圧を全ての駆動素子に印加させることが好ましい。

次に、前記実施形態に対して種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、電源電圧の昇圧状態が、最終の昇圧ステップに移行する際に、ドライバＩＣ７１から活性部６１へ電圧を印加しているが、最終の昇圧ステップの１つ前の昇圧ステップの段階で、先に活性部６１へ電圧を印加させておいてもよい。

図９は、この変更形態の電源電圧昇圧時のタイミングチャートである。まず、図９（ａ）の電源電圧の昇圧は、前記実施形態と同じである。その上で、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、電源電圧の昇圧状態が、３段目の昇圧ステップに移行してから４段目の昇圧ステップに移行する前（時間Ｔ３から時間Ｔ４）の時間Ｔｃに、電源装置６にドライバＩＣ７１へ電圧供給を開始させ、さらに、ドライバＩＣ７１に活性部６１への電圧印加を行わせる。

このように、最終の昇圧ステップの前に、事前に、活性部６１へ電圧を印加しておくことで、最終の昇圧ステップへの移行時に発生する、電源電圧のオーバーシュートによる大きな電圧変動を、活性部６１に確実に作用させることができる。これにより、ノズル４０内のインクに大きなエネルギーを付与することが可能となる。

２］最終の昇圧ステップへの移行時に発生する電源電圧の電圧変動だけでなく、それよりも前の昇圧ステップの移行時に発生する電圧変動を利用することも可能である。例えば、図１０では、２段目の昇圧ステップの途中で、ドライバＩＣ７１への電圧供給開始と、ドライバＩＣ７１から活性部６１への電圧印加開始を行っている。３段目の昇圧ステップにおける制御目標値Ｖｔ３が、多少でも活性部６１を変形させることのできる電圧であれば、この３段目の昇圧ステップへ移行する際に電源電圧に生じる電圧変動も利用して、活性部６１を駆動することが可能となる。

３］前記実施形態では、電源装置６の電圧生成回路２２で生成された電圧Ｖ１の電源電圧が、そのまま、ドライバＩＣ７１に供給されているが、電圧Ｖ１の電源電圧を、降圧回路によってＶ１よりも低い電圧まで落としてから、ドライバＩＣ７１に供給してもよい。

４］前記実施形態では、ノズル４０からインクを吐出させる駆動素子の例として、活性部６１（圧電素子）を挙げているが、本発明における駆動素子は、圧電素子には限られない。例えば、発熱体によってインクを加熱して膜沸騰を生じさせ、そのときのエネルギーによってノズル４０からインクの液滴を吐出させる方式の、上記発熱体にも本発明を適用できる。即ち、電源電圧の昇圧時に、電源装置６から供給された電圧を、パルス信号の形で発熱体へ供給することによって、低い電圧ではあるが、発熱体に電流を流してある程度の熱を発生させることができる。

５］前記実施形態では、電源装置６の電圧生成回路２２が、電源電圧をドライバＩＣ７１に供給する、スイッチ部の機能を兼ね備えている。これに対して、電源装置６とは別に、電源装置６とドライバＩＣ７１との間、あるいは、ドライバＩＣ７１内に、スイッチ部が設けられていてもよい。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。

１ インクジェットプリンタ
４ インクジェットヘッド
６ 電源装置
７ 制御装置
４０ ノズル
４２ 圧電アクチュエータ
６１ 活性部
７１ ドライバＩＣ

Claims (4)

1. 複数のノズルと、前記複数のノズルからそれぞれ液体を吐出させる複数の駆動素子を有する液体吐出ヘッドと、
   前記複数の駆動素子に電圧を印加することにより、前記複数の駆動素子を駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を制御する駆動制御部と、
   前記駆動装置に、前記複数の駆動素子を駆動するための電圧を生成する電源装置と、
   前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給を行うためのスイッチ部と、
   前記電源装置と前記スイッチ部を制御する電源制御部と、を備え、
   前記電源制御部は、
   前記電源装置の立ち上げ時に、
   前記電源電圧を複数の昇圧ステップを経て、所定の第１電圧まで段階的に昇圧させ、
   さらに、前記電源電圧の前記第１電圧への昇圧中に、前記スイッチ部に、前記電源装置から前記電源電圧の前記駆動装置への供給を開始させ、
   前記駆動制御部は、
   前記電源電圧の昇圧状態が、前記電源電圧が前記第１電圧に昇圧される最終の昇圧ステップへ移行すると同時、又は、前記最終の昇圧ステップへ移行した直後に、前記電源装置から供給される電圧を前記駆動素子に印加するように、前記駆動装置を制御することを特徴とする、液体吐出装置。
2. 前記電源電圧の昇圧状態が前記最終の昇圧ステップに移行したときに、前記電源電圧に発生する変動の周期をＴとしたときに、
   前記電源制御部は、前記電源電圧の昇圧状態が前記最終の昇圧ステップに移行してから、前記周期Ｔの半分の時間が経過したときに、前記スイッチ部に、前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給を開始させることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 複数のノズルと、前記複数のノズルからそれぞれ液体を吐出させる複数の駆動素子を有する液体吐出ヘッドと、
   前記複数の駆動素子に電圧を印加することにより、前記複数の駆動素子を駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を制御する駆動制御部と、
   前記駆動装置に、前記複数の駆動素子を駆動するための電圧を生成する電源装置と、
   前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給を行うためのスイッチ部と、
   前記電源装置と前記スイッチ部を制御する電源制御部と、を備え、
   前記電源制御部は、
   前記電源装置の立ち上げ時に、
   前記電源電圧を複数の昇圧ステップを経て、所定の第１電圧まで段階的に昇圧させ、
   さらに、前記電源電圧の前記第１電圧への昇圧中に、前記スイッチ部に、前記電源装置から前記電源電圧の前記駆動装置への供給を開始させ、
   前記駆動制御部は、
   前記電源電圧の昇圧状態が、前記電源電圧が前記第１電圧に昇圧される最終の昇圧ステップよりも、少なくとも１つ前の昇圧ステップにあるときに、前記電源装置から供給される電圧を前記駆動素子に印加するように、前記駆動装置を制御することを特徴とする、液体吐出装置。
4. 前記駆動制御部は、前記電源装置から供給される電圧を、全ての前記駆動素子に印加するように、前記駆動装置を制御することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体吐出装置。

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