JP7358910B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。

液体吐出ヘッドの備える圧電素子を駆動させて液体を吐出する液体吐出装置において、圧電素子は、一方の面に設けられた個別電極と、他方の面に設けられた共通電極との電位差を含む駆動波形が、アンプ等の増幅部を介して供給されることで駆動される。

このような液体吐出装置では、高い周波数で液体を吐出させるために、圧電素子の個別電極側に設けられた複数の増幅部を介して、駆動波形を圧電素子に選択的に供給するものが知られている。

また、液体吐出ヘッドによる吐出状態の変動を抑制するために、圧電素子における個別電極に第１の駆動信号を印加し、共通電極に第２の駆動信号を印加する装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、複数の増幅部を備え、複数の増幅部のそれぞれが駆動波形を供給する液体吐出ヘッドでは、駆動波形を供給する圧電素子の数により負荷が異なることに起因して、複数の増幅部のそれぞれが供給する駆動波形毎で、圧電素子の共通電極の電位変動に伴う波形の歪みが異なる場合がある。そして、圧電素子に所望の駆動波形を供給できずに、吐出不良が生じる場合がある。

本発明は、複数の増幅部を備える液体吐出ヘッドの圧電素子に所望の駆動波形を供給することを課題とする。

本発明の一態様に係る液体吐出装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルに１対１で対応して連通する複数の液室と、前記複数の液室に１対１で対応して設けられた複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子のそれぞれに駆動波形を供給する第１増幅部と、第２増幅部とを含む複数の増幅部と、前記複数の圧電素子における共通電極の電位変動を検知する電位検知部と、前記電位検知部が検知した電位変動に基づいて、前記共通電極に所定の電圧を印加する第３増幅部と、を備える。

本発明によれば、複数の増幅部を備える液体吐出ヘッドの圧電素子に所望の駆動波形を供給できる。

実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を例示する図であり、（ａ）は透視斜視図、（ｂ）は透視側面図である。 同インクジェットプリンタのハードウェア構成例のブロック図である。 同インクジェットプリンタのインク吐出ヘッドの構成を例示する図である。 同インク吐出ヘッドの構成を例示する断面図であり、（ａ）は図３のＡＡ´断面図であり、図４（ｂ）は図３のＢＢ´断面図である。 印刷制御基板とヘッドドライバのハードウェア構成詳細例のブロック図である。 第１実施形態に係るコントローラの機能構成を例示するブロック図である。 共通電極の電位変動例の図であり、（ａ）は第１増幅部の供給する駆動波形例の図、（ｂ）は第２増幅部の供給する駆動波形例の図、（ｃ）は第１増幅部の駆動波形供給による電位変動例の図、（ｄ）は第２増幅部の駆動波形供給による電位変動例の図である。 第２実施形態に係るコントローラの機能構成を例示するブロック図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

実施形態では、複数の圧電素子のそれぞれに駆動波形を供給する複数の増幅部を備え、複数の圧電素子における共通電極の電位変動に基づいて、該共通電極に所定の電圧を印加する。これにより、複数の圧電素子のそれぞれに供給される駆動波形の歪みを抑制し、液体吐出ヘッドの圧電素子に所望の駆動波形を供給する。

以下では、マルチチャネル化されたインク吐出ヘッドを含むインクジェットプリンタ１を一例として実施形態を説明する。なお、インクジェットプリンタ１は、液体吐出装置によってインクを吐出して画像を形成する画像形成装置でもある。また、インクは液体の一例であり、インク吐出ヘッドは液体吐出ヘッドの一例である。

＜インクジェットプリンタ１の全体構成例＞
まず、実施形態に係るインクジェットプリンタ１の全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、インクジェットプリンタ１の全体構成の一例を説明する図であり、（ａ）は、インクジェットプリンタ１の透視斜視図、（ｂ）は、インクジェットプリンタ１の透視側面図である。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１と、キャリッジ１０１に搭載されたインク吐出ヘッド１０２と、インク吐出ヘッド１０２にインクを供給するインクカートリッジ１０３とを含んで構成される印字機構部等を備えている。インクジェットプリンタ１の装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙Ｐ等の記録媒体を積載可能な給紙カセット（あるいは給紙トレイでもよい）１０４を抜き差し可能に装着できる。また、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ１０５を開倒できる。

インクジェットプリンタ１は、給紙カセット１０４或いは手差しトレイ１０５から給送される用紙Ｐを取り込み、上述した印字機構部によって所要の画像を形成した後、後面側に装着された排紙トレイ１０６に排紙する。なお、以降、記録媒体は用紙である場合を例として説明するが、記録媒体としては、用紙の他、フィルム、プラスチック等のシート状の材料で、画像形成出力の対象物となるものであれば採用可能である。

また、印字機構部は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１０７と従ガイドロッド１０８とで、キャリッジ１０１を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動可能に保持している。

キャリッジ１０１に搭載されているインク吐出ヘッド１０２は、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｄａ）、ブラック（ｂｌａｃＫ）の各色のインク滴を吐出する。これら各色のインクを吐出する複数のインク吐出口は主走査方向と交差する方向に配列されており、且つインク吐出口は下方に向けられている。

インク吐出ヘッド１０２に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１０３は、キャリッジ１０１において交換可能に装着されている。また、インクカートリッジ１０３は、上方に外部と連通する大気口、下方にはインク吐出ヘッド１０２にインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を備え、多孔質体の毛管力によりインク吐出ヘッド１０２へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。なお、実施形態では、インク吐出ヘッド１０２が色ごとに設けられている場合を例としているが、各色のインクを吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

キャリッジ１０１は、後方側（用紙搬送方向下流側）が主ガイドロッド１０７に摺動可能に装着され、前方側（用紙搬送方向上流側）が従ガイドロッド１０８に摺動可能に装着されている。そして、キャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０９で回転駆動される駆動プーリ１１０と従動プーリ１１１との間にタイミングベルト１１２が架け渡されている。タイミングベルト１１２とキャリッジ１０１とは固定されており、主走査モータ１０９の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復駆動される。

一方、給紙カセットにセットされた用紙をインク吐出ヘッド１０２の下方側に搬送するために、給紙カセット１０４から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４と、用紙Ｐを案内するガイド部材１１５と、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ１１６と、この搬送ローラ１１６の周面に押し付けられる搬送コロ１１７及び搬送ローラ１１６からの用紙Ｐの送り出し角度を規定する先端コロ１１８とが設けられている。搬送ローラ１１６は図示しない副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。

キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙Ｐをインク吐出ヘッド１０２の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２０、拍車１２１が設けられ、更に用紙Ｐを排紙トレイ１０６に送り出す排紙ローラ１２２及び拍車１２３と、排紙経路を形成するガイド部材１２４、１２５とが配置されている。

そして、用紙Ｐへの画像形成時には、インクジェットプリンタ１のコントローラが、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じてインク吐出ヘッド１０２を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１走査分を画像形成し、用紙Ｐを所定量搬送後次の行の画像形成を行う。画像形成終了信号または、用紙Ｐの後端が画像形成領域に到達した信号を受けることにより、画像形成動作を終了させ用紙Ｐを排紙する。

インク吐出ヘッド１０２は、上述したように複数設けられたノズルをそれぞれ駆動するための駆動素子として圧電素子を含む。即ち、インクジェットプリンタ１においては、複数のノズルそれぞれからインクを吐出させるための吐出力を生じさせるアクチュエータ素子として圧電素子が用いられる。この圧電素子に所定の駆動波形を印加することで、それぞれのノズルからインクが吐出される。

また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の画像形成領域を外れた位置には、インク吐出ヘッド１０２の吐出不良を回復するための維持回復装置１２６が配置されている。維持回復装置１２６はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１０１は、印字待機中においてこの維持回復装置１２６側に移動されてキャッピング手段でインク吐出ヘッド１０２をキャッピングされる。これにより、吐出口部が湿潤状態に保たれ、インク乾燥による吐出不良が防止される。

また、インク吐出ヘッド１０２は、画像形成途中等において画像形成と関係しないインクを維持回復装置１２６に吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

詳細には、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段がインク吐出ヘッド１０２の吐出口（ノズル）を密封し、吸引手段がチューブを通して吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

＜インクジェットプリンタ１のハードウェア構成例＞
次に、インクジェットプリンタ１のハードウェア構成について、図２を参照して説明する。図２は、インクジェットプリンタ１のハードウェア構成を例示するブロック図である。

図２に示すように、インクジェットプリンタ１は、コントローラ２００と、キャリッジ１０１と、主走査モータ１０９と、センサ群１３３と、副走査モータ１３４と、搬送ベルト１３５と、維持回復モータ１３６と、帯電ローラ１３７と、操作パネル１３８とを備えている。なお、以降、図１に示した構成と同一の構成には図１と同一の符号が付されている。

操作パネル１３８は、インクジェットプリンタ１に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作部及び表示部として機能するユーザインタフェースである。キャリッジ１０１は、インクを吐出するインク吐出ヘッド１０２及びインク吐出ヘッド１０２を駆動するヘッドドライバ１３１が搭載されている。搬送ベルト１３５によって搬送される用紙に対して、用紙の搬送方向である副走査方向と直角な方向である主走査方向に動かされながら、用紙の前面に対してインクを吐出して画像形成を行う。

主走査モータ１０９は、キャリッジ１０１を主走査方向に動かすための動力を供給するモータである。副走査モータ１３４は、画像の出力対象である用紙を搬送する搬送ベルト１３５に動力を供給するモータである。維持回復モータ１３６は、維持回復装置１２６を駆動するモータである。

センサ群１３３は、インクジェットプリンタ１における様々な情報を検知する各種センサである。例えば、主走査モータ１０９及び副走査モータ１３４の回転を検知するための回転検知センサ、用紙の位置を検知するための光学センサ、装置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、カバーの開閉を検知するインターロックスイッチ等が挙げられる。帯電ローラ１３７は、搬送ベルト１３５を帯電させることにより、画像の出力対象である用紙を搬送ベルト１３５に吸着させるための静電力を発生させる。

コントローラ２００は、インクジェットプリンタ１の動作を制御する制御部である。図２に示すように、コントローラ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile RAM）１４とを備えている。また、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１５と、ホストＩ／Ｆ（Interface）１６と、印刷制御基板１７と、モータ駆動回路１８と、ＡＣバイアス供給回路１９と、Ｉ／Ｏ（Input／Output）２０とを備えている。

ＣＰＵ１１はプロセッサであり、コントローラ２００各部の動作を制御する。ＲＯＭ１２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＲＡＭ１３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＮＶＲＡＭ１４は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、制御プログラムや制御用のパラメータが格納される。

ＡＳＩＣ１５は、画像形成出力に際して必要な画像処理を実行するハードウェア回路である。ホストＩ／Ｆ１６は、ＰＣ（Personal Computer）等のホスト装置から形成対象の画像データを受信するためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェースが用いられる。Ｉ／Ｏ２０は、センサ群１３３からの検出信号をコントローラ２００に入力するためのポートである。

印刷制御基板１７は、キャリッジ１０１に含まれるインク吐出ヘッド１０２を駆動制御するためのデータ転送回路、駆動波形を生成する駆動波形生成回路、駆動波形を増幅するアンプ等を含んで構成されている。なお、これらの構成については、別途、図５を用いて詳述する。

印刷制御基板１７は、上述した画像データをシリアルデータでインク吐出ヘッド１０２のヘッドドライバ１３１に転送するとともに、この画像データの転送及び転送の確定等に必要な転送クロックやラッチ信号、滴制御信号（マスク信号）等をヘッドドライバ１３１に出力する。

また、印刷制御基板１７は、１つの駆動パルス（駆動信号）或いは複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形をヘッドドライバ１３１に対して出力する。

モータ駆動回路１８は、主走査モータ１０９及び副走査モータ１３４を駆動する電気回路である。ＡＣバイアス供給回路１９は、帯電ローラ１３７にＡＣバイアスを供給する電気回路である。

ＰＣ等の情報処理装置、イメージスキャナ等の画像読取装置、デジタルカメラ等の撮像装置といったホスト側からの画像データは、コントローラ２００においてホストＩ／Ｆ１６に入力され、ホストＩ／Ｆ１６内の受信バッファに格納される。

ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１３にロードされたプログラムに従って演算を行うことにより、ホストＩ／Ｆ１６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、ＡＳＩＣ１５を制御して必要な画像処理、データの並び替え処理等を行なう。

その後、ＣＰＵ１１は、印刷制御基板１７を制御することで、ＡＳＩＣ１５において処理された画像データを、ヘッドドライバ１３１に転送する。

ヘッドドライバ１３１は、シリアルに入力される１行分の画像データに基づき、印刷制御基板１７から与えられる駆動波形を構成する駆動信号を、インク吐出ヘッド１０２からインクを吐出させるためのエネルギーを発生する圧電素子１６１に対して選択的に印加することでインク吐出ヘッド１０２を駆動させる。

このとき、ヘッドドライバ１３１は、駆動波形を構成する駆動パルスを選択することによって、例えば、大滴（大ドット）、中滴（中ドット）、小滴（小ドット）など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

＜インク吐出ヘッド１０２の構成例＞
ここで、キャリッジ１０１におけるインク吐出ヘッド１０２の構成について、図３を参照して説明する。図３は、キャリッジ１０１におけるインク吐出ヘッド１０２の構成の一例を示す図である。

図３に示すように、キャリッジ１０１には、インク吐出ヘッド１０２として、ＣＭＹＫ（Ｃｙａｎ，Ｍａｇｅｎｔａ，Ｙｅｌｌｏｗ，ｂｌａｃＫ）のそれぞれの色毎に、インク吐出ヘッド１０２Ｋ，１０２Ｃ，１０２Ｍ，１０２Ｙが搭載されている。

図４（ａ）は、図３の切断線ＡＡ´における断面図であり、図４（ｂ）は、図３の切断線ＢＢ´における断面図である。図４に示すように、インク吐出ヘッド１０２は、単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板１５１と、この流路板１５１の下面に接合したニッケル電鋳で形成した振動板１５２と、流路板１５１の上面に接合したノズル板１５３とを接合して積層している。これらによってインクを吐出するノズル１５４が連通する流路であるノズル連通路１５５及び圧力発生室である液室１５６、液室１５６に流体抵抗部（供給路）１５７を通じてインクを供給するための共通液室１５８に連通するインク供給口１５９等を形成している。

また、振動板１５２を変形させて液室１５６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列の積層型の圧電素子１６１と、この圧電素子１６１を接合固定するベース基板１６２とを備えている。なお、圧電素子１６１の間には支柱部１６３を設けている。この支柱部１６３は圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１６１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。

さらに、圧電素子１６１には図示しない駆動ＩＣを搭載したＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）ケーブル１６４が接続されている。そして、振動板１５２の周縁部をフレーム部材１６５に接合し、このフレーム部材１６５には、圧電素子１６１及びベース基板１６２等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１６６及び共通液室１５８となる凹部、この共通液室１５８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１６７を形成している。

ノズル板１５３は各液室１５６に対応して直径１０～３０μｍのノズル１５４を形成し、流路板１５１に接着接合している。このノズル板１５３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。

圧電素子１６１は、圧電材料１６８と内部電極１６９とを交互に積層した積層型圧電素子であり、ここではＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３－ＰｂＴｉＯ３）素子である。この圧電素子１６１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１６９には個別電極１７０及び共通電極１７１が接続されている。なお、この実施形態では、圧電素子１６１の圧電方向として、図面上方への変位を用いて液室１５６内インクを加圧する構成としている。また、１つのベース基板１６２に１列の圧電素子１６１が設けられる構造とすることもできる。

このように構成したインク吐出ヘッド１０２では、圧電素子１６１に印加する電圧を基準電位から下げることで圧電素子１６１が収縮する。そして、振動板１５２が下降して液室１５６の容積が膨張することで、液室１５６内にインクが流入する。その後圧電素子１６１に印加する電圧を上げて圧電素子１６１を積層方向に伸長させ、振動板１５２をノズル１５４方向に変形させて液室１５６の容積／体積を収縮させることで、液室１５６内のインクが加圧され、ノズル１５４からインクが吐出される。

その後、圧電素子１６１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板１５２が初期位置に復元し、液室１５６が膨張して負圧が発生する。このとき、共通液室１５８から液室１５６内にインクが充填される。そこで、ノズル１５４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。

＜印刷制御基板とヘッドドライバの詳細構成例＞
次に、印刷制御基板１７とヘッドドライバ１３１の構成の詳細を、図５を参照して説明する。図５は、印刷制御基板１７とヘッドドライバ１３１のハードウェア構成例の詳細を示すブロック図である。

図５に示すように、印刷制御基板１７は、駆動波形生成部１８０と、第１増幅部１８１と、第２増幅部１８２と、電圧検出部１８３と、第３増幅部１８４と、画像データ処理部１８５とを備えている。

これらのうち、駆動波形生成部１８０は、ＲＯＭ１２に格納されている駆動信号のパターンデータをＤ／Ａ（Digital／Analog）変換するＤ／Ａ変換器等で構成され、１印刷周期内に、１つの駆動パルス（駆動信号）或いは複数の駆動パルスで構成される駆動波形を生成して、第１増幅部１８１又は第２増幅部１８２に出力する。

第１増幅部１８１及び第２増幅部１８２のそれぞれは、各圧電素子１６１の個別電極（選択電極）１７０に接続され、駆動波形生成部１８０から入力した駆動波形を増幅して、アナログスイッチ２１５を介して各圧電素子１６１の個別電極１７０に供給する増幅回路である。第１増幅部１８１及び第２増幅部１８２のそれぞれから供給される駆動波形により、各圧電素子１６１が駆動される。

電圧検出部１８３は、各圧電素子１６１の共通電極１７１に接続され、この共通電極１７１で生じる電位変動を検出する電気回路である。ここで、電圧検出部１８３は電位変動検出部の一例であり、また電位検知部の一例である。第３増幅部１８４は、各圧電素子１６１の共通電極１７１に接続され、電圧検出部１８３により検出された電位変動に基づき所定の電圧を生成し、これを増幅して各圧電素子１６１の共通電極１７１に印加する電気回路である。

画像データ処理部１８５は、形成対象の画像に応じた２ビットの印字データ（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を出力する電気回路である。

ここで、滴制御信号は、ヘッドドライバ１３１のスイッチ手段であるアナログスイッチ２１５の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号である。共通駆動波形の画像形成周期に合わせて選択すべき波形で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。

ヘッドドライバ１３１は、画像データ処理部１８５からの転送クロック（シフトクロック）及びシリアル印字データ（階調データ：２ビット／ＣＨ）を入力するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１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２１とを備えている。また、階調データと滴制御信号Ｍ０～Ｍ３をデコードして結果を出力するデコーダ２１３と、デコーダ２１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチ２１５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ２１４とを備えている。さらに、レベルシフタ２１４を介して与えられるデコーダ２１３の出力でオン／オフ（開閉）されるアナログスイッチ２１５を備えている。

このアナログスイッチ２１５は、各圧電素子１６１の個別電極１７０に接続され、駆動波形生成部２０１からの共通駆動波形が入力されている。従って、シリアル転送された印字データ（階調データ）及び滴制御信号Ｍ０～Ｍ３をデコーダ２１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチ２１５がオンされることにより、共通駆動波形を構成する所要の駆動信号が通過して（選択されて）圧電素子１６１に印加される。

［第１実施形態］
＜コントローラ２００の機能構成例＞
次に、第１実施形態に係るコントローラ２００の機能構成について、図６を参照して説明する。図６は、コントローラ２００の機能構成の一例を説明するブロック図である。図６に示すように、コントローラ２００は、駆動波形生成部１８０と、第１増幅部１８１と、第２増幅部１８２と、電圧検出部１８３と、第３増幅部１８４とを備えている。

また、インク吐出ヘッド１０２は、制御部２１６を備えている。制御部２１６は図５のアナログスイッチ２１５を除くヘッドドライバ１３１が該当する。したがって、制御部２１６が全てのアナログスイッチ２１５に対して制御信号を与えることになる。

コントローラ２００における駆動波形生成部１８０は、１印刷周期内に、１つの駆動パルス（駆動信号）或いは複数の駆動パルスで構成される駆動波形を生成して、第１増幅部１８１又は第２増幅部１８２に出力する。

第１増幅部１８１は、駆動波形生成部１８０から入力した駆動波形を増幅し、アナログスイッチ２１５を介して各圧電素子１６１の個別電極１７０に供給する。第２増幅部１８２は、駆動波形生成部１８０から入力した駆動波形を増幅し、アナログスイッチ２１５を介して各圧電素子１６１の個別電極１７０に供給する。

ここで、インク吐出ヘッド１０２は、複数の駆動パルスで駆動波形を構成することで複数のインク滴の連続吐出や微駆動が可能である。連続吐出された複数のインク滴を用紙Ｐへの着弾前に合体（マージ）させることで、インク滴のサイズを大滴、中滴、小滴等のように変化させ、用紙Ｐに形成される画像を階調表現できるようになっている。なお、微駆動とは、振幅の小さい駆動パルスにより液室１５６（図４参照）を微小に収縮させ、液室１５６内のインクを攪拌することでインクの乾燥を抑制するための駆動をいう。

一方、画像形成を高速に行う場合、インク吐出ヘッド１０２による吐出周期を短くすることが好ましい。しかし、駆動波形の周期より吐出周期を短くできないため、多様な駆動パターンを実現できるように複数の駆動パルスを含んで駆動波形を構成すると、吐出周期を短くすることが制限され、画像形成の高速化が制限される場合がある。

そのため、実施形態では、第１増幅部１８１と第２増幅部１８２の２つの増幅部を設けている。第１増幅部１８１と第２増幅部１８２のそれぞれが、異なる駆動パターンを担当する駆動波形を増幅し、ヘッドドライバ１３１に選択的に供給するようにすることで、駆動波形の周期が長くなることを抑えている。これにより、吐出周期を短くすることに対する制限が緩和され、画像形成の高速化が図られる。

また、インク吐出ヘッド１０２では、圧電素子１６１は電気回路上の負荷となるため、駆動させる圧電素子１６１の数に伴い、負荷の数も増加する。そのため、多くの負荷を同時に駆動させると、大きな瞬間消費電流が生じる場合がある。大きな瞬間消費電流の発生により、共通電極１７１に、配線抵抗等による電位変動が生じ、圧電素子１６１に印加される駆動波形が歪む場合がある。駆動波形の歪みは、不吐出や吐出曲がり、吐出速度変動等の吐出不良を生じさせ、画像品質を低下させる。

一方、実施形態のように、第１増幅部１８１と第２増幅部１８２の複数の増幅部を設けた場合、第１増幅部１８１により圧電素子１６１に供給する駆動波形と、第２増幅部１８２により圧電素子１６１に供給する駆動波形とで、波形の歪みが異なる場合がある。このような駆動波形の歪みにより、圧電素子１６１に所望の駆動波形を供給できなくなる場合がある。

そのため、実施形態では、電圧検出部１８３は、共通電極１７１における電位変動を検出して検出結果を第３増幅部１８４に出力する。第３増幅部１８４は、電位変動の検出結果として電圧検出部１８３から入力した電圧に基づき、所定の電圧を生成し、これを増幅して共通電極１７１に出力する。

ここで、この所定の電圧等について、図７を参照して説明する。図７は、共通電極１７１の電位変動の一例を示す図である。（ａ）は第１増幅部１８１の供給する駆動波形の一例を示す図、（ｂ）は第２増幅部１８２の供給する駆動波形の一例を示す図である。また、（ｃ）は第１増幅部１８１の駆動波形供給による電位変動の一例を示す図、（ｄ）は第２増幅部１８２の駆動波形供給による電位変動の一例を示す図である。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、第１増幅部１８１の供給する駆動波形７１と第２増幅部１８２の供給する駆動波形７２は、異なる駆動パターンを担当するために、異なる駆動波形となっている。駆動波形７１と駆動波形７２は、第１増幅部１８１または第２増幅部１８２から選択的に供給される。

第１増幅部１８１により圧電素子１６１に駆動波形７１が供給されると、共通電極１７１では瞬間消費電流に起因した電位変動７３が生じる。この電位変動７３は、駆動波形７１のパターンによって異なる。

圧電素子１６１の共通電極１７１で発生した電位変動７３は、個別電極１７０と共通電極１７１との電位差に対応した形状の電位変動７３が共通電極１７１に現れる。

電圧検出部１８３は、この電位変動７３を検出して第３増幅部１８４に出力する。第３増幅部１８４は、電圧検出部１８３から入力した電位変動７３に基づき、電位変動７３を打ち消すような印加電圧７４を生成する。具体的には、電位変動７３を正負反転し、オフセット電圧を電位変動７３に合せる処理等を実行して印加電圧７４を生成する。

図７（ｃ）において、電位変動７３の下方に示した印加電圧７４は、第３増幅部１８４により生成され、共通電極１７１に印加される電圧を示している。印加電圧７４は、電位変動７３に対応する電圧波形として生成される。印加電圧７４が共通電極１７１に印加されることで、電位変動７３が打ち消され、電位７５に示すようにフラットな電位が得られる。これにより駆動波形７１による共通電極１７１の電位変動が除去される。

同様に、第２増幅部１８２により圧電素子１６１に駆動波形７２が供給されると、共通電極１７１では瞬間消費電流に起因した電位変動７６が生じる。電位変動７６は、電圧検出部１８３により検出され、第３増幅部１８４は、検出された電位変動７６に基づき、電位変動７６を打ち消すような印加電圧７７を生成する。印加電圧７７が共通電極１７１に印加されることで、電位変動７６が打ち消され、電位７８に示すようにフラットな電位が得られる。これにより駆動波形７２による共通電極１７１の電位変動が除去される。

駆動波形７１又は駆動波形７２がヘッドドライバ１３１に選択的に供給される毎に、電圧検出部１８３により電位変動がリアルタイムで検出される。そして、検出結果に基づき生成された印加電圧が共通電極１７１に印加されることで、電位変動が打ち消されて除去される。

なお、電位変動７３を打ち消すような印加電圧７４の生成処理は、上述した「電位変動７３を正負反転し、オフセット電圧を電位変動７３に合せる処理」に限定されるものではなく、電位変動７３を打ち消すことができる処理であればよい。

また、印加電圧７４により、電位変動７３が打ち消され、電位７５に示すようなフラットな電位が得られる例を示したが、完全にフラットな電位が得られなくてもよく、ノイズと認められる程度の電位の変動が残ることは許容される。

さらに、印加電圧７４は「電位変動７３を打ち消す電圧」に限定されるものではなく、画質を確保可能な範囲で駆動波形の歪みを抑制できれば、電位変動７３を低減させる電圧であってもよい。

＜インクジェットプリンタ１の作用効果＞
以上説明してきたように、本実施形態では、複数の圧電素子１６１のそれぞれに駆動波形を供給する第１増幅部１８１と第２増幅部１８２とを備え、複数の圧電素子１６１における共通電極の電位変動に基づいて、共通電極に所定の電圧を印加する。

これにより、共通電極の電位変動を低減させることができる。

ここで、インク吐出ヘッドとして、液室の体積を小型化して共振周期を短縮したものがある。このようなインク吐出ヘッドでは、駆動波形に含まれる駆動パルスの単位時間あたりの電圧変化幅が大きくなり、電位変動が発生しやすくなる場合がある。この電位変動を低減させるために、インク吐出ヘッドに含まれる複数の圧電素子に、共通電極を個別に設けることも考えられるが、圧電素子の加工及び配線難易度が高くなる場合がある。

このように、液室の体積を小型化して共振周期を短縮したインク吐出ヘッドにおいても、実施形態を適用することで、上述した効果を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係るインクジェットプリンタ１ａについて説明する。

本実施形態では、複数の増幅部のそれぞれが供給する駆動波形に対応付けられた、駆動波形情報を駆動波形選択部で選択する。圧電素子における共通電極の電位変動情報は、画像データ処理部から出力された画像データに基づいて負荷波形検知部が算出する。すなわち、複数の増幅部のそれぞれが供給する駆動波形のうちの最も負荷が大きい駆動波形を画像データから算出して、算出結果に基づき駆動波形情報を上記記憶部に記憶させる。算出された共通電極の電位変動情報に基づき、個別電極および共通電極に所定の電圧を印加することで、複数の圧電素子のそれぞれに供給される駆動波形の歪みを抑制し、圧電素子に所望の駆動波形を供給する。

＜コントローラ２００ａの機能構成例＞
ここで、インクジェットプリンタ１ａの備えるコントローラ２００ａの機能構成について、図８を参照して説明する。図８は、コントローラ２００ａの機能構成の一例を説明するブロック図である。図８に示すように、コントローラ２００ａは、記憶部２０６と、負荷波形検知部２０７ａと、駆動波形選択部２０８とを備えている。

これらのうち、記憶部２０６の機能は、図２のＲＯＭ１２又はＮＶＲＡＭ１４等により実現され、負荷波形検知部２０７a及び駆動波形選択部２０８のそれぞれの機能はＣＰＵ１１が所定のプログラムを実行すること等により実現される。

記憶部２０６は、第１増幅部１８１、第２増幅部１８２および第３増幅部１８４のそれぞれが供給する駆動波形情報を記憶する。この電位変動情報は、画像データ処理部１８５から送られた画像データに基づいて負荷波形検知部２０７ａによって算出されたものであり、駆動波形選択部２０８はこの算出結果に基づいて選択した駆動波形情報を記憶部２０６に出力する。この駆動波形情報は、第１増幅部１８１、第２増幅部１８２および第３増幅部１８４のそれぞれが供給する駆動波形毎に記憶部２０６に記憶される。

負荷波形検知部２０７aは、第１増幅部１８１及び第２増幅部１８２のそれぞれが供給する駆動波形のうちの最も負荷が大きい駆動波形を画像データから算出して、最も負荷が大きい駆動波形を示す情報を駆動波形選択部２０８に出力する。この負荷波形検知部２０７ａは電位検知部の一例である。

より具体的には、負荷波形検知部２０７ａは、ＰＣ等の外部装置からホストＩ／Ｆ１６（図２参照）および画像データ処理部１８５（図５参照）を介して入力された画像データから、インク吐出ヘッド１０２に含まれる複数のノズルのうちのインクを吐出するノズルを示す情報と、このインクを吐出するノズルにより吐出されるインクの滴種情報とを取得する処理を実行する。そして取得された情報に基づいて、最も負荷が大きい駆動波形を検知する。

換言すると、負荷波形検知部２０７aは、インク吐出ヘッド１０２に含まれる圧電素子のうちのどの圧電素子に対して、どの増幅部からどのような駆動波形が選択されるかを検知することで、最も多い圧電素子に対して供給される駆動波形を検知する。

ここで、インクの滴種情報とは、大滴、中滴、小滴等のようなインク滴の種類を示す情報をいう。

駆動波形選択部２０８は、負荷波形検知部２０７aから入力した、最も負荷が大きい駆動波形を示す情報に基づき、駆動波形情報を選択する。そして、選択された駆動波形情報を記憶部２０６に出力する。記憶部２０６は、第1増幅部１８１、第２増幅部１８２および第３増幅部１８４に駆動波形情報を出力する。

第３増幅部１８４は、記憶部２０６から入力した駆動波形情報に基づき、電位変動を打ち消すような印加電圧を生成する。

そして、第３増幅部１８４により共通電極１７１に印加電圧が印加されることで、電位変動が打ち消される。

＜インクジェットプリンタ１ａの作用効果＞
以上説明したように、本実施形態では、画像データ処理部１８５から出力される画像データに基づいて負荷波形検知部２０７aが電位変動情報を算出する。この算出に基づいて駆動波形選択部２０８は個別電極１７０および共通電極１７１に付与する駆動波形情報を選択して記憶部２０６に記憶させておく。そして、第１増幅部１８１、第２増幅部１８２および第３増幅部１８４のそれぞれが供給する駆動波形情報を記憶部２０６から出力する。

画像データから算出した電位変動情報に基づいた駆動波形情報に基づいて駆動波形を個別電極１７０および共通電極１７１に印加することで、各圧電素子１６１のそれぞれに供給される駆動波形の歪みを抑制し、インク吐出ヘッド１０２の各圧電素子１６１に所望の駆動波形を供給することができる。

また、電位変動情報を画像データから算出した駆動波形情報を、記憶させることで、電圧検出部１８３等の構成を省略できる。

以上、実施形態を説明したが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

なお、実施形態では、複数の増幅部の一例として、第１増幅部１８１及び第２増幅部１８２の２つの増幅部を示したが、これに限定されるものではなく、インク吐出ヘッド１０２は３以上の増幅部を備えても良い。

また、実施形態における「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、等を含む溶液、懸濁液、エマルジョン等であり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC（Application Specific Integrated Circuit）、DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

１ インクジェットプリンタ（液体吐出装置の一例）
１７ 印刷制御基板
７１，７２ 駆動波形
７３，７６ 電位変動
７４，７７ 印加電圧
７５，７８ 電位
１０２ インク吐出ヘッド
１３１ ヘッドドライバ
１６１ 圧電素子
１７０ 個別電極
１７１ 共通電極
１８０ 駆動波形生成部
１８１ 第１増幅部
１８２ 第２増幅部
１８３ 電圧検出部（電位変動検出部の一例、電位検知部の一例）
１８４ 第３増幅部
１８５ 画像データ処理部
２００ コントローラ
２０６ 記憶部
２０７ａ 負荷波形検知部（電位検知部の一例）
２０８ 駆動波形選択部
２１５ アナログスイッチ

特開２０１６－０５５５４９号公報

Claims (7)

1. 複数のノズルと、
   前記複数のノズルに１対１で対応して連通する複数の液室と、
   前記複数の液室に１対１で対応して設けられた複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子のそれぞれに駆動波形を供給する第１増幅部と、第２増幅部とを含む複数の増幅部と、
   前記複数の圧電素子における共通電極の電位変動を検知する電位検知部と、
   前記電位検知部が検知した電位変動に基づいて、前記共通電極に所定の電圧を印加する第３増幅部と、を備える
   液体吐出装置。
2. 前記所定の電圧は、
   前記共通電極の電位変動を打ち消す電圧である
   請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記電位検知部は、前記共通電極の電位変動を検出する電位変動検出部である
   請求項１、又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記電位検知部は、前記共通電極の電位変動を画像データから算出する負荷波形検知部である
   請求項１、又は２に記載の液体吐出装置。
5. 前記負荷波形検知部は、
   前記複数のノズルのうちの液体を吐出するノズルを示す情報と、前記液体を吐出するノズルにより吐出される前記液体の滴種情報と、に基づいて、最も負荷が大きい前記駆動波形を検知する
   請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 前記負荷波形検知部が算出した前記電位変動に基づき、駆動波形情報を選択する駆動波形選択部をさらに有する
   請求項４又は５に記載の液体吐出装置。
7. 前記駆動波形情報を記憶する記憶部をさらに有する
   請求項６に記載の液体吐出装置。

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