JP6379946B2 - 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、前記電源電圧を所定の第１電圧まで昇圧させ、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、前記電源電圧の前記第１電圧への昇圧中に、前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給が開始されたときに、前記電源装置から供給された電圧をパルス信号にして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、電源装置の電源電圧を目標の第１電圧まで昇圧させる途中で、駆動装置への電圧の供給を開始する。さらに、駆動装置への電圧供給が開始されたときに、駆動装置は、電源装置から供給された電圧を、パルス信号にして駆動素子に印加する。電源電圧の昇圧中に、駆動素子に対してパルス信号を印加することで、ノズル４０内のインクにエネルギーを与えることができる。尚、電源電圧の昇圧中においては、駆動素子に印加されるパルス信号の電圧レベルは低いものの、駆動素子によっ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はできる。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、従来は、電源電圧を昇圧させて、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、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、前記駆動制御部は、前記パルス信号に関して、その電圧レベルを前記電源電圧の昇圧に従って上昇させ、前記パルス信号の電圧レベルが低いときほど、前記パルス信号の単位時間あたりのパルス数を多くさせることを特徴とするものである。

電源電圧の昇圧中は、駆動装置から駆動素子へ印加するパルス信号の電圧レベルも低い状態である。そこで、低い電圧レベルのパルス信号でも、ノズル内の液体に大きなエネルギーを与えることができるようすることが望ましい。この点、本発明では、特に、パルス信号の電圧レベルが低いときに、その単位時間あたりのパルス数が大きくなっている。これにより、パルス信号の電圧レベルの低さを、パルスを数多く印加することで補って、大きなエネルギーを液体に与えることが可能となる。

第３の発明の液体吐出装置は、前記第１又は第２の発明において、前記駆動制御部は、前記電源電圧が前記第１電圧に達した状態で前記ノズルから液体を吐出させる際に、前記駆動装置に、前記ノズルに対応する前記駆動素子に対して吐出パルス信号を印加させ、前記駆動制御部は、前記電源電圧の昇圧中に前記駆動装置が前記駆動素子に印加する前記パルス信号の、単位時間当たりのパルス数を、前記吐出パルス信号よりも多くさせることを特徴とするものである。

電源電圧が第１電圧に達した状態でノズルから液体を吐出させる際には、駆動装置は、駆動素子に対して吐出パルス信号を印加する。このときは、電源電圧が第１電圧で安定しているため、吐出パルス信号の電圧レベルも高い状態である。これに対して、電源電圧の昇圧中に印加するパルス信号は電圧レベルが高くない。そこで、本発明では、電源電圧の昇圧中に印加するパルス信号については、その電圧レベルの低さを補うために、吐出パルス信号と比べて、単位時間あたりのパルス数を多くする。

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、前記電源制御部は、前記電源電圧の昇圧中に、前記電源電圧が、前記第１電圧よりも低い所定の第２電圧以上になったときに、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ものである。

電源電圧がかなり低い状態だと、駆動装置へ供給しても駆動装置が正常に作動しない虞がある。そこで、本発明では、電源電圧の昇圧中に、電源電圧が、目標の第１電圧よりも低い所定の第２電圧以上になったときに、前記スイッチ部に、電源装置から駆動装置への電圧供給を開始させる。

第５の発明の液体吐出装置は、前記第４の発明において、前記駆動素子が圧電素子であり、前記駆動装置は、前記電源装置に連なる電源線とグランドとの間に設置され、前記圧電素子に電圧を印加して充電するための第１スイッチと、同じく前記電源線とグランドとの間に設置され、前記圧電素子の電圧をグランドに落として放電するための第２スイッチと、を有し、
前記駆動装置は、前記第１スイッチと前記第２スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、前記圧電素子に前記パルス信号を印加し、前記駆動制御部は、前記電源電圧が、前記第２電圧よりも高く、且つ、前記第１電圧よりも低い、所定の第３電圧以上になったときに、前記駆動装置に、前記駆動素子への前記パルス信号の印加を開始させることを特徴とするものである。

電源電圧が第２電圧に達して、駆動装置の動作が可能な状態になった状態でも、駆動装置への供給電圧がまだ低いために、圧電素子の充電用の第１スイッチと放電用の第２スイッチの応答性が十分ではなく、スイッチのＯＮ／ＯＦＦの反応に遅れが生じることも考えられる。それぞれのスイッチの応答が遅れると、電源線から供給されてきた電圧が、圧電素子へ印加されずに、瞬間的にグランドと繋がってしまう可能性もある。そこで、本発明では、電源電圧が、第２電圧よりも高い、第３電圧以上になったときに、駆動装置から駆動素子へパルス信号を印加する。これにより、電源装置から供給される電圧が上がってスイッチの応答性が良好な状態で、第１スイッチと第２スイッチとを動作させるため、電源線とグランドとが瞬間的に繋がってしまうことを防止できる。

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。 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。 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。 別の変更形態における活性部への印加電圧の変化を示す図である。

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。尚、本実施形態において、「電源電圧の昇圧中」とは、電源電圧が目標電圧Ｖ１で安定したと判断する前の状態のことを言う。

（昇圧途中での活性部６１へのパルス印加）
電源投入時には、上記の電源電圧の昇圧処理の他、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、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に、さらに以下のような制御を行う。

即ち、電源電圧の昇圧中に、ドライバＩＣ７１から活性部６１にパルス信号を印加することにより、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。

図６に示すように、まず、電源電圧の昇圧中に、電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給を開始する。具体的には、図６に示すように、電源電圧を電圧Ｖｔ２に昇圧する、第２ステップに移行したときに（時間Ｔ１）に、制御装置７は、電源装置６の電圧生成回路２２を制御して、ドライバＩＣ７１へ、圧電アクチュエータ４２を駆動するための電源電圧の供給を開始させる。

電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給が開始されたら、ドライバＩＣ７１は、供給された電圧をパルス信号にして、圧電アクチュエータの複数の活性部６１のそれぞれに印加する。具体的には、図６に示すように、電源電圧を電圧Ｖｔ３に昇圧する、第３ステップに移行したときに（時間Ｔ２）に、制御装置７のＡＳＩＣ３３は、ドライバＩＣ７１を制御して、複数の活性部６１に対してそれぞれパルス信号を印加させる。尚、電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給が開始されるときに、同時に、ドライバＩＣ７１から活性部６１へのパルス信号の印加を開始してもよいのだが、本実施形態では、敢えて、活性部６１への電圧印加タイミングを遅らせている。この理由については、後で説明する。

パルス信号が印加されるときの活性部６１の動作について説明する。図７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７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７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。

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。これら２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦをある時間間隔で切り換えたときの電圧変化が、活性部６１に印加される、図６（ｃ）のパルス信号Ｐａ（Ｐａ３，Ｐａ４）である。このパルス信号Ｐａが活性部６１に印加されると、ある時間間隔で、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。

ドライバＩＣ７１は、電源装置６から供給された電圧を用いて、活性部６１に印加するパルス信号を生成することから、電源電圧の昇圧中にドライバＩＣ７１から活性部６１に印加されるパルス信号Ｐａは、電源電圧の昇圧に従って上昇する。詳細には、図６（ｃ）に示すように、３段目の昇圧ステップでは、ドライバＩＣ７１に供給される電源電圧は目標電圧Ｖ１にまで達していないためにドライバＩＣ７１から活性部６１に印加される電圧は低くなり、パルス信号Ｐａ３の電圧レベルはＶ１よりも低い。一方、４段目の昇圧ステップでは、ドライバＩＣ７１に供給される電源電圧は、多少の変動があるものの、目標電圧Ｖ１近辺まで達しているため、４段目の昇圧ステップでのパルス信号Ｐａ４の電圧レベルは、３段目の昇圧ステップでのパルス信号Ｐａ３よりも高い。

電源電圧の昇圧中に、活性部６１に対してパルス信号を印加することで、活性部６１に変形を生じさせて、ノズル４０内のインクにエネルギーを与えることができる。尚、昇圧途中で印加されるパルス信号Ｐａ（特に、３段目の昇圧ステップでのパルス信号Ｐａ３）の電圧レベルはまだ低い状態であるが、それでも、パルス信号Ｐａが印加されたときに活性部６１には多少の伸縮が生じるため、ノズル４０内のインクに、ある程度のエネルギーを与えることができる。即ち、パルス信号Ｐａによるエネルギーによってノズル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。

このように、電源電圧の昇圧中に活性部６１にパルス信号を印加して、ノズル４０のメニスカスを振動させる、あるいは、ノズル４０からインクを少しでも排出させることで、電源電圧の昇圧完了後（時間Ｔ４）のフラッシングで、増粘したインクを排出しやすくなる。従って、昇圧完了後のフラッシングにおいて、各ノズル４０のフラッシングでのインク吐出回数（フラッシング発数）を少なくすることができ、フラッシングに要する時間を短くすることができる。つまり、従来においては、電源電圧の昇圧完了後（電圧安定後）に行っていたフラッシングの一部を、本実施形態では、電源電圧の昇圧中に前倒しで行っているとも言える。従って、電源電圧が安定した後のフラッシングの時間を短縮することができ、ひいては、プリンタ１が使用可能な状態となるまでの時間を短くすることができる。

尚、上でも述べたが、電源電圧の昇圧中は、ドライバＩＣ７１から活性部６１へ印加するパルス信号Ｐａ（特に、パルス信号Ｐａ３）の電圧レベルも低い状態である。そこで、低い電圧レベルのパルス信号でも、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できるようになっていることが好ましい。具体的には、電圧レベルが低いパルス信号Ｐａの、単位時間当たりのパルス数を多くすることにより、電圧レベルの低さを、パルスを数多く印加することで補うことが好ましい。これにより、低い電圧レベルでも大きなエネルギーをインクに与えることが可能となる。その例を以下に挙げる。

（１）電源電圧の昇圧中には、制御装置７のＡＳＩＣ３３は、ドライバＩＣ７１に、パルス信号Ｐａの電圧レベルが低いときほど、パルス信号の単位時間あたりのパルス数を多くさせる。具体的には、図６（ｃ）に示すように、３段目の昇圧ステップに移行したときに、ドライバＩＣ７１は、活性部６１へパルス信号Ｐａの印加を開始しているが、３段目の昇圧ステップで印加するパルス信号Ｐａ３の周波数ｆ３を、４段目の昇圧ステップで印加するパルス信号Ｐａ４の周波数ｆ４よりも大きくする。

（２）電源電圧が電圧Ｖ１に達した後の状態で、ノズル４０からインクを吐出させる際にも、ドライバＩＣ７１は、活性部６１に対してパルス信号（以下、吐出パルス信号Ｐｂという）を印加する。この吐出パルス信号Ｐｂは、例えば、記録用紙１００へ画像を記録する際に活性部６１に印加するパルス信号である。また、図６（ｃ）における、電源電圧の昇圧完了後のフラッシングのために活性部６１に印加するパルス信号も、上記の吐出パルス信号Ｐｂに含まれる。吐出パルス信号Ｐｂの印加時は、電源電圧は電圧Ｖ１で安定しているため、吐出パルス信号Ｐｂの電圧レベルも高い状態である。この吐出パルス信号Ｐｂと比べると、電源電圧の昇圧中に印加するパルス信号Ｐａ（特に、３段目の昇圧ステップで印加されるパルス信号Ｐａ３）は電圧レベルが高くない。そこで、電源電圧の昇圧中に印加するパルス信号Ｐａ３は、吐出パルス信号Ｐｂよりも、単位時間当たりのパルス数を多くする。

尚、一般的なＩＣには、そのＩＣが正常に動作するために最低限必要とされる電圧（保証電圧）というものが存在する。そして、本実施形態において、電源電圧の昇圧中に、ドライバＩＣ７１への電源電圧の供給を開始したときに、電源電圧が、ドライバＩＣ７１の保証電圧未満の場合では、ドライバＩＣ７１が正常に動作しない虞がある。例えば、トランジスタで構成されたスイッチＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦ切り換えが正常に行われない場合などが考えられる。

この観点からは、電源スイッチ２０がＯＮになって、電源電圧の昇圧が開始された直後に、ドライバＩＣ７１への電圧供給を行うことはあまり好ましくない。そこで、本実施形態では、電源電圧の昇圧中に、電源電圧が目標電圧Ｖ１よりも低い、ドライバＩＣ７１の保証電圧Ｖ２（本発明の第２電圧）以上になったときに、ドライバＩＣ７１への電圧供給を開始させる。具体的には、図６に示すように、２段目の昇圧ステップの制御目標値Ｖｔ２が、ドライバＩＣ７１の保証電圧Ｖ２よりも高い場合であれば、２段目の昇圧ステップに移行したときに（時間Ｔ１）、制御装置７は、電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給を開始させる。

また、電源電圧がドライバＩＣ７１の保証電圧Ｖ２に達して、ドライバＩＣ７１の動作が可能な状態になったとしても、ドライバＩＣ７１への供給電圧がまだ低いために、活性部６１の充電用の第１スイッチＳＷ１と放電用の第２スイッチＳＷ２の応答性が十分ではなく、スイッチのＯＮ／ＯＦＦの反応に遅れが生じる場合がある。それぞれのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の応答が遅れると、電源線７２ａから供給されてきた電圧が、活性部６１へ印加されずに、電源線７２ａとグランド線７２ｂと瞬間的に繋がってしまう可能性もある。そこで、本実施形態では、電源電圧が、電圧Ｖ２よりも高い、所定の電圧Ｖ３（本発明の第３電圧）以上になったときに、ドライバＩＣ７１から活性部６１へパルス信号を印加する。

具体的には、図６に示すように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の応答性に問題が生じない電圧のレベルＶ３が、２段目の昇圧ステップの制御目標値Ｖｔ２よりも高く、３段目の昇圧ステップの制御目標値Ｖｔ３よりも低いとする。この場合、電源電圧の昇圧が、３段目の昇圧ステップに移行したときに、電源電圧が電圧Ｖ３よりも高くなる。そこで、３段目の昇圧ステップへ移行したときに（時間Ｔ２）、制御装置７は、ドライバＩＣ７１に、活性部６１へのパルス信号の印加を開始させる。これにより、電源装置６から供給される電圧が上がってスイッチＳＷ１，ＳＷ２の応答性が良好な状態で、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを動作させるため、電源線７２ａとグランド線７２ｂとが瞬間的に繋がってしまうことを防止できる。

次に、前記実施形態に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］前記実施形態の図６（ｂ）、（ｃ）では、電源装置６からドライバＩＣ７１への電圧供給が開始されてから（時間Ｔ１）、さらに、電源電圧が電圧Ｖ３以上となってから（時間Ｔ２）、ドライバＩＣ７１から活性部６１へのパルス信号の印加を行っている。これに対して、ドライバＩＣ７１の保証電圧Ｖ２以上であれば、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の応答性についても問題が生じない場合は、図８に示すように、２段目の昇圧ステップに移行して電源電圧がＶ２以上となったとき（時間Ｔ１）に、ドライバＩＣ７１への電圧供給開始と同時に、活性部６１へのパルス信号の印加を行ってもよい。

尚、図８のように、２段目の昇圧ステップから、活性部６１にパルス信号を印加する場合は、２段目の昇圧ステップで印加するパルス信号の周波数ｆ２（単位時間当たりのパルス数）は、３段目の昇圧ステップで印加するパルス信号の周波数ｆ３よりも、さらに大きいことが好ましい。

２］前記実施形態では、電源電圧の昇圧中に活性部６１に印加するパルス信号Ｐａの、単位時間当たりのパルス数は、電圧レベルが低いときほど多くなっていたが、図９に示すように、パルス信号Ｐａの、単位時間当たりのパルス数が電源電圧の昇圧中に一定であってもよい。また、パルス信号Ｐａの単位時間当たりのパルス数が、吐出パルス信号Ｐｂと同じであってもよい。

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
７２ａ 電源線
７２ｂ グランド線
６１ ドライバＩＣ
ＳＷ１ 第１スイッチ
ＳＷ２ 第２スイッチ

Claims (5)

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、
   前記電源電圧を所定の第１電圧まで昇圧させ、
   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、
   前記電源電圧の前記第１電圧への昇圧中に、前記電源装置から前記駆動装置への電圧供給が開始されたときに、前記電源装置から供給された電圧をパルス信号にして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. 前記駆動制御部は、
   前記駆動装置に、前記パルス信号の電圧レベルを、前記電源電圧の昇圧に従って上昇させ、
   前記パルス信号の電圧レベルが低いときほど、前記パルス信号の単位時間あたりのパルス数を多く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. 前記駆動制御部は、前記電源電圧が前記第１電圧に達した状態で前記ノズルから液体を吐出させる際に、前記駆動装置に、前記ノズルに対応する前記駆動素子に対して吐出パルス信号を印加させ、
   前記駆動制御部は、前記電源電圧の昇圧中に前記駆動装置が前記駆動素子に印加する前記パルス信号の、単位時間当たりのパルス数を、前記吐出パルス信号よりも多くさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記電源制御部は、前記電源電圧の昇圧中に、前記電源電圧が、前記第１電圧よりも低い所定の第２電圧以上になったときに、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１〜３の何れかに記載の液体吐出装置。
5. 前記駆動素子が圧電素子であり、
   前記駆動装置は、
   前記電源装置に連なる電源線とグランドとの間に設置され、前記圧電素子に電圧を印加して充電するための第１スイッチと、
   同じく前記電源線とグランドとの間に設置され、前記圧電素子の電圧をグランドに落として放電するための第２スイッチと、を有し、
   前記駆動装置は、前記第１スイッチと前記第２スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、前記圧電素子に前記パルス信号を印加し、
   前記駆動制御部は、前記電源電圧が、前記第２電圧よりも高く、且つ、前記第１電圧よりも低い、所定の第３電圧以上になったときに、前記駆動装置に、前記駆動素子への前記パルス信号の印加を開始させることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。

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