(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された一方の端子と該一方の端子との間に静電容量が生じるように配置された他方の端子とからなる一対の端子を備えた圧電素子を有し、前記圧電素子が充電される際に、前記一対の端子間の充電直前の電圧と充電終了後の電圧との電位差に応じた吐出滴量の液滴を吐出する液滴イジェクタと、
所定電圧の充電用の電源と前記圧電素子の前記他方の端子との間に接続され、前記圧電素子の充電時にオン駆動され、かつオフ駆動されることにより前記圧電素子の充電を停止する第１のスイッチング素子と、
前記圧電素子と並列接続された放電抵抗を有し、オン駆動されていた前記第１のスイッチング素子がオフ駆動されることにより前記圧電素子を放電し、放電時間に応じて前記一対の端子間の電圧を下げる放電手段と、
画像データに基づき所定の印字周期で周期的に前記第１のスイッチング素子を前記オン駆動するのに先立ち、前記画像データに基づいて記録するドット径に応じ、前記記録するドット径が大きい程長くなるように前記放電時間を設定し、該設定した放電時間が経過して前記圧電素子の前記一対の端子間の前記充電直前の電圧と前記充電終了後の電圧との電圧差が前記記録するドット径に応じた前記吐出滴量が得られる値となった後に前記オン駆動されるように前記第１のスイッチング素子をオフ駆動し、前記放電時間が経過した後に前記オフ駆動されている前記第１のスイッチング素子を前記オン駆動することにより、前記印字周期内の一定のタイミングで前記画像データに基づき前記第１のスイッチング素子を前記オン駆動する駆動手段と、
を含む液滴吐出装置。
【請求項２】
前記放電手段が、前記放電抵抗と直列接続され、前記第１のスイッチング素子がオフ駆動されているときに、オン駆動されることにより前記圧電素子を放電し、オフ駆動されることにより前記圧電素子の放電を停止する第２のスイッチング素子を含み、
前記駆動手段が、前記放電時間に応じて前記第２のスイッチング素子の前記オン駆動及び前記オフ駆動を行う請求項１に記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴イジェクタからインク液滴などの液滴を吐出する液滴吐出装置に係り、詳細には、液滴イジェクタにアクチュエータとして圧電素子が設けられた液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置には、液滴吐出ヘッドとしてインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置があり、このインクジェット記録装置には、サーマル方式に加え、ピエゾ素子などの圧電素子をアクチュエータとする圧電方式がある。
【０００３】
アクチュエータとして圧電素子が用いられる液滴イジェクタでは、圧電素子によってインクが充填された圧力室の膨張、収縮等を行うことにより体積（容積）変化させ、これによる内部圧力の変化によって、圧力室に連通されているノズルの先端からインクの液滴を吐出させる所謂ドロップオンデマンド方式となっている。
【０００４】
このようなインクジェット記録装置では、印字速度の高速化と共に、高画質化が要求されており、ここから、インク液滴を吐出するノズルの高密度化が図られている。また、インクジェット記録装置では、吐出滴量を制御することによる印字階調の向上が図られる。このとき、ノズルごとの特性に合わせた吐出滴量の補正を行うことが好ましい。
【０００５】
ところで、アクチュエータとして圧電素子が用いられる液滴イジェクタでは、圧電素子を任意の波形形状で駆動するアナログ波形駆動が行われるときに、波形の波高値を調整することで、任意の滴径、滴速でインク液滴を吐出することが可能であり、これにより、印字階調の向上と共に、液滴イジェクタごとに特性にあわせた吐出滴量の補正が可能となる。
【０００６】
このとき、それぞれが異なる複数のアナログ駆動波形を発生する駆動波形発生手段を設け、圧電素子ごとに、任意に選択した駆動波形を印加する提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかし、液滴イジェクタごとの特性に応じた圧電素子のアナログ駆動波形を生成するためには、高価で消費電力の大きい複数の波形発生回路が必要となり、このために、インクジェット記録装置の製造コストの上昇や、消費電力の増加が生じることになる。
【０００８】
一方、圧電素子は、駆動波形に応じて充電及び放電を行うようになっており、定電圧のパルス状の駆動波形を用いて矩形波形駆動を行うときに、ロジック信号でパルス幅やオン／オフのタイミングなどの波形形状の調整を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
これにより、高価な波形発生回路を必要とせず、また、振幅は同じであるがオン／オフタイミングの異なる多数の駆動波形を容易に得ることができる。
【００１０】
しかし、特許文献２の提案では、充電と放電の特性が略同じになるため、放電時間や充電時間を制御しても、階調制御や液滴イジェクタごとの吐出滴量の補正が困難である。すなわち、圧電素子による圧力発生タイミングの制御は容易であるが、駆動波形の波高値の制御が困難であり、このために、吐出滴量の調整範囲が狭いという問題がある。
【００１１】
一方、波形発生回路を設け、ロジックの制御信号によるトランジスタのオン／オフによってコンデンサへの充放電を滑らかに、つまり台形波状に行うことにより、圧電素子に印加する駆動波形の立ち上がり時間、立下り時間に加え波高値までを制御する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
また、同様に波形発生回路を設けて、電圧変化の傾斜が緩やかな領域を有する電圧波形を生成し、この波形発生回路と圧電素子の間にスイッチング素子を設け、スイッチング素子のオン／オフタイミングを制御することにより、任意の波高値の駆動波形を圧電素子に印加する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【００１３】
この特許文献４の提案を適用することにより、スイッチング素子のオン／オフの制御によって滴径変調による印字階調の向上や、液滴イジェクタごとの特性のばらつきに対する補正が可能となる。
【００１４】
しかしながら、特許文献３及び特許文献４の提案は、矩形波ではなくアナログ波形を生成する波形発生回路を必要とするものであり、何れの提案においても、圧電素子を駆動するために、複雑な構成の波形発生回路を必要とするものである。
【特許文献１】特開２００１−２６１０２号公報
【特許文献２】特許第２６８９４１５号
【特許文献３】特許第３１８６８７３号
【特許文献４】特許第３２１１９１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、複雑な構成の波形発生回路を用いることなく、簡単な構成で圧電素子を駆動するときの駆動電圧の波高値の制御を行い、階調性に優れた印字などを可能とする液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成する本発明の液滴吐出装置は、接地された一方の端子と該一方の端子との間に静電容量が生じるように配置された他方の端子とからなる一対の端子を備えた圧電素子を有し、前記圧電素子が充電される際に、前記一対の端子間の充電直前の電圧と充電終了後の電圧との電位差に応じた吐出滴量の液滴を吐出する液滴イジェクタと、所定電圧の充電用の電源と前記圧電素子の前記他方の端子との間に接続され、前記圧電素子の充電時にオン駆動され、かつオフ駆動されることにより前記圧電素子の充電を停止する第１のスイッチング素子と、前記圧電素子と並列接続された放電抵抗を有し、オン駆動されていた前記第１のスイッチング素子がオフ駆動されることにより前記圧電素子を放電し、放電時間に応じて前記一対の端子間の電圧を下げる放電手段と、 画像データに基づき所定の印字周期で周期的に前記第１のスイッチング素子を前記オン駆動するのに先立ち、前記画像データに基づいて記録するドット径に応じ、前記記録するドット径が大きい程長くなるように前記放電時間を設定し、該設定した放電時間が経過して前記圧電素子の前記一対の端子間の前記充電直前の電圧と前記充電終了後の電圧との電圧差が前記記録するドット径に応じた前記吐出滴量が得られる値となった後に前記オン駆動されるように前記第１のスイッチング素子をオフ駆動し、前記放電時間が経過した後に前記オフ駆動されている前記第１のスイッチング素子を前記オン駆動することにより、前記印字周期内の一定のタイミングで前記画像データに基づき前記第１のスイッチング素子を前記オン駆動する駆動手段と、を含む。
【００１７】
この発明によれば、所定電圧に充電された圧電素子を、放電抵抗を用いて放電するときに、放電時間を制御することにより、次に圧電素子を充電したときに、圧電素子の一対の端子の間に、所定の電圧変化が得られるようにする。
【００１８】
この一対の端子間の電圧変化による電圧差は、圧電素子を駆動するとき駆動波形の波高値となるので、充電された圧電素子を放電し、再度、充電するときに、放電時間を適正に制御することにより、所望の波高値が得られる。
【００２０】
また、発明に適用される液滴イジェクタは、圧電素子の一対の端子間の電圧が上昇されたときに圧力室が収縮して液滴を吐出するように使用される。このときに、本発明では、放電時間によって吐出滴量に応じた電圧変化すなわち電圧差が得られるようにしている。
【００２２】
これと共に、本発明では、圧電素子の充電を開始するタイミングを合わせる。これにより、所定の印字周期内で液滴を吐出するタイミングを揃えることができ、液滴としてインク液を吐出して画像を記録するときに、ドット位置を揃えることができる。
【００２３】
このような本発明においては、前記放電手段が、前記放電抵抗と直列接続され、前記第１のスイッチング素子がオフ駆動されているときに、オン駆動されることにより前記圧電素子を放電し、オフ駆動されることにより前記圧電素子の放電を停止する第２のスイッチング素子を含み、前記駆動手段が、前記放電時間に応じて前記第２のスイッチング素子の前記オン駆動及び前記オフ駆動を行うことができる。
【００２５】
このように発明によれば、第１のスイッチング素子のオン／オフ駆動操作によって、圧電素子と電源の間を開閉することにより、圧電素子への充電及び、放電抵抗を介した放電を制御することができる。
【００２６】
これにより、簡単な構成で、例えば、パルス状のオン・オフ信号を第１のスイッチング素子の操作信号として、圧電素子を駆動するときの波高値の制御を行うことができる。
【００３４】
このように、圧電素子を放電するときの時定数は、圧電素子の静電容量、放電抵抗の抵抗値によって定まり、電圧変化は放電時間によって定まる。また、吐出滴量は、圧電素子を充電したときの電圧差によって定まる。
【００３５】
したがって、吐出滴量に応じた放電時間で第１のスイッチング素子をオフ駆動して放電することにより、所望の吐出滴量を得ることができる。
【００３７】
また、第２のスイッチング素子をオフ駆動することにより、任意の電圧で放電を停止することができ、また、所望の電位差が生じるように一対の端子間の電圧を維持して任意のタイミングで液滴の吐出を行うことができる。
【００３８】
ここから、本発明の液滴吐出装置では、駆動手段が、前記第１のスイッチング素子の駆動によって放電開始及び充電開始タイミングを制御すると共に、圧電素子の静電容量、放電抵抗の抵抗値、及び液滴イジェクタからの吐出滴量に応じて前記第２のスイッチング素子の駆動を制御するか、所定のタイミングで前記第１のスイッチング素子をオフ駆動からオン駆動に切り換えるように制御する、ことができる。
【００３９】
これにより、吐出滴量が異なっても、吐出タイミングを揃えて液滴を吐出することができる。
【００４０】
このような本発明では、個々の圧電素子の充電及び放電を個別に制御することにより、所望の波高値での駆動が可能となるので、圧電素子や液滴イジェクタの吐出能力に個体差があるときや、吐出滴量が環境温度、環境湿度などによって変化するときにも、個体差や変化を、圧電素子ごとの放電時間によって吸収することが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、圧電素子の充電及び放電を行って圧電素子の一対の端子間に印加する電圧を変化させるときに、圧電素子を放電する放電時間を制御することにより、所望の波高値で圧電素子を駆動することができる。
【００４２】
このとき、本発明では、例えば、スイッチング素子のパルス駆動による簡単な構成で放電時間の適切な制御が可能となるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１には、第１の本実施の形態に、液滴吐出装置として適用したインクジェット記録装置１０の概略構成を示している。
【００４４】
インクジェット記録装置１０には、筐体１２内の下部に給紙トレイ１４が設けられている。この給紙トレイ１４には、記録媒体である用紙１６が積層されて収容されるようになっており、給紙トレイ１４に収容された用紙１６は、ピックアップロール１８によって最上層から１枚ずつ取り出される。
【００４５】
給紙トレイ１４から取り出された用紙１６は、複数の搬送ローラ対２０によって筐体１２内に形成された給紙用の搬送路２２に沿って搬送される。
【００４６】
筐体１２内には、給紙トレイ１４の上方に、駆動ロール２４と従動ロール２６に張架された無端の搬送ベルト２８が配置されている。この搬送ベルト２８は、駆動ロール２４の回転駆動によって周回移動されるようになっている。
【００４７】
また、この搬送ベルト２８の上方には、液滴吐出ヘッドとする記録ヘッドアレイ３０が配設されている。記録ヘッドアレイ３０は、駆動ロール２４と従動ロール２６の間の搬送ベルト２８の平坦部分に対向されており、記録ヘッドアレイ３０の対向領域が、記録ヘッドアレイ３０からインク液滴が吐出される吐出領域となっている。
【００４８】
搬送路２２を搬送された用紙１６は、搬送ベルト２８に保持されて、吐出領域へ向けて搬送される。記録ヘッドアレイ３０は、この用紙１６が吐出領域を通過するタイミングで、画像情報に応じてインク液滴を吐出し、吐出したインク液滴を用紙１６に付着させることにより、用紙１６に画像情報に応じた画像記録を行なう。
【００４９】
また、インクジェット記録装置１０では、用紙１６を、搬送ベルト２８で保持した状態で周回させることで、吐出領域内を複数回通過させ、所謂マルチパスによる画像記録が可能となっている。
【００５０】
なお、搬送ベルト２８を設けず、例えば円筒状あるいは円柱状に形成された搬送ロールの外周に、用紙１６を吸着するなどして保持して回転させることにより、用紙１６を吐出領域に対向させる構成としたものであっても良く、このときには、吐出領域を、搬送ローラの周面に沿って湾曲させるなどして、記録ヘッドアレイと用紙１６の間隔が、吐出領域内で略均一になるようにすれば良い。
【００５１】
本実施の形態に適用したインクジェット記録装置１０の記録ヘッドアレイ３０は、有効な画像記録領域（インク液滴の吐出領域）が用紙１６の搬送方向と直交する方向の長さである幅以上となる長尺とされており、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び、ブラック（Ｋ）の４色に対応した４つのインクジェット記録ヘッドユニット（以下、単にヘッドユニット３２とする）が、搬送方向に沿って配列されている。これにより、インクジェット記録装置１０では、フルカラーの画像記録が可能となっている。
【００５２】
記録ヘッドアレイ３０は、搬送方向と直交する方向に沿って不動とされているが、必要に応じて移動可能な構成であっても良く、これにより、マルチパスによる画像記録で、より解像度の高い画像記録を行ったり、液滴吐出の不具合を記録結果に現れることがないようにすることができる。なお、記録ヘッドアレイ３０としては、これに限らず、用紙１６の幅方向を主走査方向として、主走査方向へ移動されるものであっても良い。
【００５３】
筐体１２内には、Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＫのインク液が貯留されるインクタンク３４が設けられ、ヘッドユニット３２のそれぞれには、インクタンク３４に対応するリザーバタンク３４Ａが設けられている。インクタンク３４内のインク液は、リザーバタンク３４Ａ内のインク液が、ヘッドユニット３２のそれぞれから用紙１６へ向けて吐出されるのに応じて、図示しないインク供給パイプを介してリザーバタンク３４Ａ内に補充される。
【００５４】
また、記録ヘッドアレイ３０の近傍には、４つのヘッドユニット３２のそれぞれに対応する４つのメンテナンスユニット３６が配置されている。このメンテナンスユニット３６を用いてヘッドユニット３２のメンテナンスを行うときには、メンテナンスユニット３６を搬送ベルト２８と記録ヘッドアレイ３０の間に形成される隙間へ移動し、メンテナンスユニット３６のそれぞれを、ヘッドユニット３２のノズル面（搬送ベルト２８側の面）に対向させる。
【００５５】
この状態で、メンテナンスユニット３６がバキューム、ダミージェット、ワイピング、キャッピング等の所定のメンテナンス動作を行う。なお、メンテナンスユニット３６は、２つずつの２組に分けられて、記録ヘッドアレイ３０を挟んで用紙１６の搬送方向上流側と下流側に配置されている。
【００５６】
インクジェット記録装置１０には、記録ヘッドアレイ３０の搬送路２２側に、搬送ベルト２８に対向して帯電ロール３８が設けられている。帯電ロール３８は、従動ロール２６との間で搬送ベルト２８と共に用紙１６を挟みつつ従動して、用紙１６を搬送ベルト２８へ押圧する押圧位置と、搬送ベルト２８から離間した離間位置との間を移動される。
【００５７】
この帯電ロール３８は、図示しない電源から所定電圧の電力が供給されることにより、接地された従動ロール２６との間で電位差が生じ、この電位差によって用紙１６に電荷を与えることにより、用紙１６を搬送ベルト２８へ静電吸着させるようにしている。なお、インクジェット記録装置１０には、帯電ロール３８よりも用紙１６の搬送方向上流側に図示しないレジロールが設けられており、このレジロールによって搬送ベルト２８と帯電ロール３８の間に送り込む用紙１６の位置合わせが行われるようになっている。
【００５８】
記録ヘッドアレイ３０より、用紙１６の搬送方向下流側には、剥離プレート４０が設けられており、画像記録された用紙１６は、この剥離プレート４０によって搬送ベルト２８から剥離される。なお、剥離プレート４０の下方側には、駆動ロール２４との間で搬送ベルト２８を挟持するクリーニングロール（図示省略）が配置されており、用紙１６が剥離された搬送ベルト２８の表面が、クリーニングロールによってクリーニングされるようにしている。
【００５９】
筐体１２の上部には、排紙トレイ４２が設けられ、剥離プレート４０の用紙搬送方向下流側には、用紙１６を排紙トレイ４２へ向けて搬送する排紙搬送路４４が形成されている。
【００６０】
排紙搬送路４４は、複数の搬送ローラ対４６を備えており、剥離プレート４０によって搬送ベルト２８から剥離された用紙１６は、搬送ローラ対４６によって搬送されて、排紙トレイ４２上に排出されて集積される。
【００６１】
また、給紙トレイ１４と搬送ベルト２８の間には、複数の搬送ローラ対４８によって反転搬送路５０が形成されている。
【００６２】
一方の面に画像記録がなされて排紙搬送路４４へ送り込まれた用紙１６が、この反転搬送路５０へ送り込まれることにより、反転されて給紙用の搬送路２２へ送り込まれる。これにより、インクジェット記録装置１０では、用紙１６の両面への画像記録が可能となっている。
【００６３】
一方、図２に示されるように、インクジェット記録装置１０には、記録ヘッドアレイ３０を用いたインク液滴の吐出を制御するコントローラ６０が設けられている。インクジェット記録装置１０には、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの画像処理装置から画像データが入力されるようになっており、コントローラ６０は、入力された画像データに応じて記録ヘッドアレイ３０の各ヘッドユニット３２によるインク液滴の吐出を制御することにより、用紙１６に画像データに応じた画像記録を行う。
【００６４】
前記したごとく、記録ヘッドアレイ３０は、用紙１６の幅よりも長尺となっており、各色のヘッドユニット３２は、用紙１６の幅方向に沿ってインク滴を吐出するノズルが緊密に配列されている。
【００６５】
なお、ヘッドユニット３２は、例えばノズルを４列などの複数列として、各列のノズルが用紙１６の搬送方向に沿って重ならないように二次元的に配列することにより、用紙１６の幅方向に対してノズルが緊密に配列されるようにしている。また、本発明が適用される液滴吐出ヘッドの構成は、これに限るものではなく、任意の構成を適用することができる。
【００６６】
このように構成されているインクジェット記録装置１０では、画像データが入力されることにより、給紙トレイ１４に収容されて装填されている用紙１６が、搬送路２２を、従動ロール２６と帯電ロール３８の間へ向けて搬送される。この用紙１６が従動ロール２６と帯電ロール３８の間へ送り込まれることにより、搬送ベルト２８と共に従動ロール２６と帯電ロール３８によって挟持され、搬送ベルト２８へ押し付けられることにより搬送ベルト２８に保持される。
【００６７】
搬送ベルト２８に保持された用紙１６は、搬送ベルト２８の周回移動によって記録ヘッドアレイ３０のヘッドユニット３２に対向する吐出領域を通過するときに、ヘッドユニット３２から画像データに応じてインク液滴が吐出されることにより、画像データに基づいた画像記録がなされる。
【００６８】
ここで、１パスのみで画像記録がなされるときには、剥離プレート４０によって搬送ベルト２８から用紙１６が剥離され、剥離された用紙１６を排紙搬送路４４に沿って搬送して、排紙トレイ４２へ排出する。また、マルチパスで画像記録を行うときには、搬送ベルト２８を周回移動することにより、用紙１６を、複数回吐出領域を通過させて画像記録が行われ、画像記録が終了すると用紙１６を搬送ベルト２８から剥離し、排紙トレイ４２へ排出する。
【００６９】
ところで、ヘッドユニット３２には、インク液滴を吐出する液滴イジェクタ６４が配置されている。図３に示されるように、この液滴イジェクタ６４では、アクチュエータとする圧力発生素子として、ピエゾ素子を用いた圧電素子６２を適用している。また、液滴イジェクタ６４は、振動板６６、圧力室（圧力発生室）６８及びノズル部７０を含んで形成されている。
【００７０】
圧電素子６２は、印加された電圧によって変形して、液滴イジェクタ６４の圧力室６８の壁面の一部を形成している振動板６６を振動させる。このとき、圧電素子６２は、印加電圧が下降されることにより、圧力室６８が拡張するように振動板６６を振動させ、また、印加電圧が上昇されることにより圧力室６８を収縮させるように振動板６６を振動する。
【００７１】
液滴イジェクタ６４は、振動板６６の振動によって圧力室６８の膨張、収縮がなされることにより、圧力室６６内のインクをインク液滴としてノズル部７０から吐出する。
【００７２】
なお、液滴イジェクタ６４としては、圧電素子６２を用いた公知の一般的構成を適用できる。また、記録ヘッドアレイ３０に設けるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のヘッドユニット３２の基本的構成は、同じであり、以下では、１色分のヘッドユニット３２について説明する。
【００７３】
図２に示されるように、コントローラ６０には、駆動制御回路７２が接続されており、この駆動制御回路７２には、電源回路７４及び、ヘッドユニット３２が接続している。
【００７４】
電源回路７４は、定電圧電源となっており、ヘッドユニット３２へ、圧電素子６２の駆動用電力として、予め設定している電圧Ｖｓの電力を出力する。
【００７５】
また、ヘッドユニット３２には、駆動回路７６が設けられており、この駆動回路７６に圧電素子６２のそれぞれが接続されている。なお、駆動制御回路７２は、例えば、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のヘッドユニット３２ごとに設けられ、それぞれがコントローラ６０に接続されていてもよく、また、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のヘッドユニット３２が一つの駆動制御回路７２に接続されていても良い。
【００７６】
コントローラ６０は、駆動制御回路７２へクロック信号、画像データに応じた印刷データ及びラッチ信号等を出力し、駆動制御回路７２からヘッドユニット３２の各圧電素子６２の駆動を制御する制御信号を駆動回路７６へ出力する。
【００７７】
駆動回路７６は、駆動制御回路７２から入力される制御信号に基づいて、電源回路７４から供給される電力を圧電素子６２へ出力する。圧電素子６２は、駆動回路７６から入力される電力に応じて駆動されるようになっている。
【００７８】
図４には、第１の実施の形態に係る駆動回路７６を示している。この駆動回路７６には、第１のスイッチング素子として適用されたゲートスイッチ７８が圧電素子６２のそれぞれに対応して設けられている。ゲートスイッチ７８は、圧電素子６２に直列接続されており、ゲートスイッチ７８を介して、電源回路７４から出力される電圧Ｖｓが、圧電素子６２に印加されるようになっている。
【００７９】
ゲートスイッチ７８には、駆動制御回路７２からの制御信号が入力されるようになっており、ゲートスイッチ７８は、この制御信号に基づいてオン／オフ駆動され、オン状態で、電源回路７４の電圧Ｖｓが圧電素子６２に印加される。
【００８０】
一方、駆動回路７６には、放電要素として抵抗８０が設けられている。この抵抗８０は、圧電素子６２のそれぞれに並列接続されている。
【００８１】
ピエゾ素子を用いた圧電素子６２は、静電容量があり、これにより、ゲートスイッチ７８がオンされることにより、電源回路７４から供給される電力が蓄積され、端子電圧Ｖが電源回路７４から出力する電圧Ｖｓとなる。
【００８２】
また、駆動回路７６では、ゲートスイッチ７８がオフされると、圧電素子６２に並列接続されている抵抗８０を介して、圧電素子６２に蓄積されている電荷が放電され、これにより、時間経過に伴って、圧電素子６２の端子電圧が低下されるようになっている。
【００８３】
このときの時定数τは、圧電素子６２の静電容量Ｃｐと抵抗８０の抵抗値Ｒによって定まる（τ＝Ｃｐ・Ｒ）。
【００８４】
図５には、駆動回路７６における圧電素子６２の放電特性の概略を示している。この放電特性は、一例として、圧電素子６２の静電容量Ｃｐを６００ｐＦ、抵抗８０の抵抗値Ｒを２５ＫΩとし、圧電素子６２を電圧Ｖｓ＝２０ｖで充電した時を示している。
【００８５】
また、図４に示す駆動回路７６では、圧電素子６２からの放電中に、ゲートスイッチ７８がオンされることにより放電が停止され、これと共に、電源回路７４から供給される電力により圧電素子６２の充電が行われ、圧電素子６２の端子電圧Ｖが電圧Ｖｓまで急激に上昇されるようにしている。
【００８６】
このときの電圧変化（電位差ΔＶ）は、放電時間によって変化する。すなわち、ゲートスイッチ７８をオフしている時間Δｔによって、圧電素子６２の端子電圧Ｖが変化することにより、充電時の端子電圧との間の電位差ΔＶが変化する。この電位差ΔＶは、ゲートスイッチ７８をオン／オフしたときに圧電素子６２に印加される電圧の振幅（波高値）となる。
【００８７】
これにより、圧電素子６２は、ゲートスイッチ７８をオフしている時間（オフ時間）Δｔに応じて、印加される電圧の振幅が変化する。
【００８８】
一方、圧電素子６２は、端子電圧Ｖが上昇されると液滴イジェクタ６４の振動板６６を振動させて圧力室６８を収縮させ、端子電圧Ｖが下降すると圧力室６８を拡張（膨張）させる。液滴イジェクタ６４は、圧力室６８の急激な収縮または膨張によってノズル部７０からインク液滴が吐出される。また、インク液滴の吐出量（吐出滴量）は、端子電圧の電位差ΔＶ、すなわち、端子電圧Ｖが変化するときの振幅（波高値）によって変化する。
【００８９】
すなわち、図６に示されるように、スイッチングゲート７８のオフ時間Δｔ1、Δｔ2、Δｔ3が、Δｔ1＜Δｔ2＜Δｔ3であるときには、電位差ΔＶ1、ΔＶ2、ΔＶ3は、ΔＶ1＜ΔＶ2＜ΔＶ3となる。
【００９０】
これにより、オフ時間Δｔ1のときに吐出滴量が少なく、オフ時間Δｔ2、Δｔ3の順に吐出滴量が多くなる。
【００９１】
ここから、駆動制御回路７２では、コントローラ６０から入力される制御信号に基づいて、圧電素子６２ごとのオフ時間Δｔを設定し、設定したオフ時間Δｔに基づいてゲートスイッチ７８をオン／オフすることにより、圧電素子６２を駆動して、液滴イジェクタ７４からインク液滴を吐出するようにしている。なお、以下では、ゲートスイッチ７８の制御信号を、放電制御信号とする。
【００９２】
ここで、例えば、インク液滴の吐出滴量を、小滴、中滴、大滴の三段階とするときに、それぞれに対するゲートスイッチ７８のオフ時間Δｔ（例えば、オフ時間Δｔ1、Δｔ2、Δｔ3）が予め設定され、駆動制御回路７２に記憶されている。
【００９３】
これにより、駆動制御回路７２では、液滴イジェクタ６４から吐出するインク液滴によって用紙１６に形成するドット径に基づいた制御信号がコントローラ６０から入力されることにより、入力された制御信号に基づいてゲートスイッチ７８のオフ時間Δｔを設定し、設定したオフ時間Δｔで、ゲートスイッチ７８をオフするように制御信号（放電制御信号）を出力する。
【００９４】
このように構成されているインクジェット記録装置１０では、ヘッドユニット３２に設けるノズル（ノズル部７８）の密度、副走査速度から、所望の解像度及び印字速度を得るための各液滴イジェクタ６４の吐出周期が設定される。この吐出周期から、１ドット分のインク液滴を吐出する印字周期Ｔが定まる。駆動回路７６では、例えば、この印字周期Ｔから、圧電素子６２の放電時の時定数τを定めることができる。
【００９５】
ここで、吐出周期を１８ｋＨｚとするときに、１５μsecの時定数τが必要であれば、この時定数τが得られるように抵抗８０の抵抗値Ｒが設定される。この抵抗値Ｒの設定は、液滴イジェクタ６４の圧電素子６２の静電容量Ｃｐを測定し、その静電容量Ｃｐと時定数τに基づいて演算され、例えば、圧電素子６２の静電容量Ｃｐが６００ｐＦであれば、この静電容量Ｃｐと時定数τから、抵抗値Ｒが２５ｋΩと定まる。
【００９６】
これにより、電源回路７４の出力する電圧Ｖｓを２０ｖとしたときに、印字周期Ｔ内で、圧電素子６２の端子電圧Ｖが２０ｖ〜１ｖの間で変化可能となる。すなわち、圧電素子６２を駆動するときの波高値を２０ｖ〜１ｖの範囲で制御可能となる。
【００９７】
また、インクジェット記録装置１０では、ドット径変調を行うときのゲートスイッチ７８のオフ時間Δｔを、ドット径、すなわち、吐出滴量ごとに設定する。
【００９８】
ここで、例えば、ドット径を、小滴、中滴、大滴の３段階とするときには、それぞれのドット径を得るための吐出滴量から、オフ時間Δｔ（Δｔ1、Δｔ2、Δｔ3）が設定され、設定されたオフ時間Δｔのテーブルが駆動制御回路７２に記憶され、駆動制御回路７２は、液滴イジェクタ６４ごとの吐出滴量からゲートスイッチ７８のオフ時間Δｔを設定し、設定したオフ時間Δｔで放電制御信号を出力することによりゲートスイッチ７８を駆動する。
【００９９】
なお、ここでは、オフ時間Δｔのテーブルを、駆動制御回路７２に記憶するが、これは、コントローラ６０に記憶され、コントローラ６０が吐出適量に応じて設定したオフ時間Δｔに基づいた制御信号を、駆動制御回路７２に出力するものであっても良く、また、駆動回路７６にメモリを持たせ、オフ時間Δｔのテーブルをそのメモリに記憶させておいても良い。
【０１００】
一方、駆動制御回路７２は、駆動回路７６のゲートスイッチ７８のそれぞれをオンして、圧電素子６２を電圧Ｖｓで充電した状態で、印字処理を開始する。なお、印字処理に先立って圧電素子６２を充電するときには、ゲートスイッチ７８をオンした状態で、電源回路７４の出力電圧を徐々に上昇させるなどして、圧電素子６２の端子電圧Ｖに急峻な変化を生じさせないようにすることが好ましい。
【０１０１】
コントローラ６０から入力される制御信号から、液滴イジェクタ６４からインク液滴を吐出する印字タイミングとなると、駆動制御回路７２は、駆動回路７６へ出力する放電制御信号によって、駆動回路７６のゲートスイッチ７８をオフし、所定のオフ時間Δｔが経過すると、ゲートスイッチ７８をオンする。
【０１０２】
圧電素子６２は、駆動回路７６のゲートスイッチ７８がオンしていることにより、電源回路７４から供給される電力によって充電されて端子電圧Ｖが、電源回路７４の電圧Ｖｓに保持されているが、ゲートスイッチ７８がオフすることより、並列に接続されている抵抗８０を介して放電されて、時定数τと経過時間に応じて端子電圧Ｖが下降する。また、放電中にゲートスイッチ７８がオンされると、圧電素子６２への充電が開始され、圧電素子６２の端子電圧Ｖが電圧Ｖｓに復帰する。
【０１０３】
これにより、圧電素子６２の一対の端子間には、ゲートスイッチ７８のオフ時間Δｔに応じた波高値の電圧変化が生じ、こので電圧変化によって液滴イジェクタ６４の圧力室６６が縮小されてノズル部７０からインク液滴が吐出される。
【０１０４】
図６に示されるように、圧電素子６２の端子電圧Ｖは、ゲートスイッチ７８のオフ時間Δｔによって変化する。このときの端子電圧Ｖの変化幅である電位差ΔＶは、オフ時間Δｔ1で電位差ΔＶ1であるのに対して、オフ時間Δｔ2（Δｔ2＞Δｔ1）で電位差ΔＶ2（ΔＶ2＞ΔＶ1）となり、オフ時間Δｔ3（Δｔ3＞ΔＶ2）で電位差ΔＶ3（ΔＶ3＞ΔＶ2）となる。
【０１０５】
このようなオフ時間Δｔは、３段階以上の任意の段階で設定することができ、これにより、インクジェット記録装置１０では、印字階調の向上を図り、高画質の画像を用紙１６に形成することができる。
【０１０６】
また、放電時の時定数τは、圧電素子６２に放電要素として設ける抵抗８０の抵抗値Ｒによって調整することができるので、時定数τを短くすることにより、印字周期Ｔの短縮を図ることができるので、印字速度の向上が可能となる。
【０１０７】
また、このような圧電素子６２の駆動を、ゲートスイッチ７８と抵抗８０を用いた簡単な構成の駆動回路７６によって達成することができる。
【０１０８】
一方、液滴イジェクタ６４には、圧電素子６２に印加される電圧の波高値（電位差ΔＶ）が同じであっても、吐出滴量に個体差がある。また、圧電素子６２の静電容量Ｃｐにも個体差があると、この液滴イジェクタ６４の個体差及び圧電素子６２の静電容量Ｃｐの個体差が、用紙１６への印字ムラなどの画像品質の低下を招くことがある。
【０１０９】
駆動回路７６では、圧電素子６２ごとにゲートスイッチ７８のオン／オフを行うことから、圧電素子６２ごとに、吐出滴量に応じたオフ時間Δｔを設定することができる。
【０１１０】
ここから、液滴イジェクタ６４ごとに圧電素子６２のオフ時間Δｔを設定するときに、液滴イジェクタ６４の吐出滴量の個体差を考慮する。このとき、例えば、吐出滴量の少ない液滴イジェクタ６４の圧電素子６２に対して、オフ時間Δｔが長くなるように補正する。
【０１１１】
これにより、液滴イジェクタ６４や液滴イジェクタ６４に対して設ける圧電素子６２の個体差による吐出滴量のムラを抑えて高画質の画像記録が可能となる。
【０１１２】
また、圧電素子６２の静電容量Ｃｐやインクの粘度（流動性）、ノズル部７０からの液滴の吐出状態は、環境温度、環境湿度によって変化することがあり、これらの変化は、用紙１６に印字する画像の濃度変化を生じさせることがある。
【０１１３】
このとき、例えば、筐体１２内の温度（環境温度）、湿度（環境湿度）などを検出し、検出結果に基づいて放電制御信号のオフ時間Δｔの補正を行うことにより、環境温度、環境湿度に応じた印字品質の変化を確実に防止することが可能となる。
【０１１４】
一方、ここでは、１印字周期Ｔの最初にゲートスイッチ７８をオフするようにしたが、ゲートスイッチ７８のオン／オフのタイミングは、１印字周期内で任意に設定することができる。
【０１１５】
液滴イジェクタ６４は、圧電素子６２の端子電圧Ｖが、電圧Ｖｓに上昇するタイミングでインク液滴を吐出する。このために、１印字周期の最初のタイミングでゲートスイッチ７８をオフすると、吐出滴量に応じてインク液滴が吐出されるタイミングが変化する。
【０１１６】
ここから、１印字周期内でオフ状態のゲートスイッチ７８をオンするタイミングを一定にすることにより、インク液滴の着弾位置、すなわち、ドットの形成位置を揃えることができる。
【０１１７】
このときには、図７に示されるように、１印字周期Ｔ内でのゲートスイッチ７８をオンするタイミング（オンタイミングｔON）が一定となるように、オフ時間Δｔに応じて、ゲートスイッチ７８をオフするタイミング（オフタイミングｔOFF）を設定すればよい。すなわち、１印字周期Ｔ内で、
ｔON＝Δｔ＋ｔOFF
＝Δｔ1＋ｔOFF1（小滴）
＝Δｔ2＋ｔOFF2（中滴）
＝Δｔ3＋ｔOFF3（大滴）
とするオフタイミングｔOFFを、オフ時間Δｔごとに設定する。なお、図７では、ｔON＝Δｔ3としており、これにより、オフタイミングｔOFF3＝０となっている。
【０１１８】
このようにして設定したオフ時間Δｔ及びオフタイミングｔOFFに基づいてゲートスイッチ７８のオフ・オンを制御することにより、用紙１６上へのインク液滴の着弾位置を均一に揃えたドットを形成することができ、高品質の印字が可能となる。
〔第２の実施の形態〕
次に本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、第２の実施の形態の基本的構成は、前記した第１の実施の形態と同じであり、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の部品には、同一の符号を付与してその説明を省略する。
【０１１９】
図８には、第１の実施の形態の駆動回路７６に換えて、第２の実施の形態に適用する駆動回路８２の概略構成を示している。
【０１２０】
この駆動回路８２には、第２のスイッチング素子として、ゲートスイッチ８４を設けている。このゲートスイッチ８４は、抵抗８０に直列接続されている。
【０１２１】
これにより、駆動回路８２では、ゲートスイッチ７８をオフしたときに生じる圧電素子６２からの放電を、ゲートスイッチ８４をオフすることにより停止できるようになっている。
【０１２２】
図９に示されるように、圧電素子６２は、ゲートスイッチ７８がオフされた状態で、ゲートスイッチ８４がオフされることにより放電が停止されると、そのときの端子電圧Ｖが保持される。
【０１２３】
図８に示されるように、この駆動回路８２は、駆動制御回路７２に換えて設けられている駆動制御回路７２Ａに接続されている。駆動制御回路７２Ａは、ゲートスイッチ７８のそれぞれを駆動する放電制御信号と共に、ゲートスイッチ８４のそれぞれに対する駆動操作信号として放電制限信号を出力する。ゲートスイッチ８４は、この放電制限信号によってオン・オフ駆動される。
【０１２４】
これにより、図９に示されるように、駆動回路８２では、放電制限信号に応じてゲートスイッチ８４をオンすると共に、放電制御信号に応じてゲートスイッチ７８をオフすることにより、圧電素子６２からの放電が開始される。
【０１２５】
また、駆動回路８２では、ゲートスイッチ７８のオフ状態を保持しながら、放電制限信号に応じてゲートスイッチ８４がオフされると、圧電素子６２からの放電が停止される。これにより、圧電素子６２の端子電圧Ｖは、ゲートスイッチ８４をオフした時点の電圧に保持される。
【０１２６】
この後、ゲートスイッチ７８がオンされて、圧電素子６２の充電が開始されると、圧電素子６２は、端子電圧Ｖが、電源回路７４から供給される電圧Ｖｓに上昇される。
【０１２７】
このような構成の駆動回路８４は、例えば、吐出滴量が、小滴、中滴、大滴とするときの電位差ΔＶが、電位差ΔＶ1、ΔＶ2、ΔＶ3であり、その電位差ΔＶ1、ΔＶ2、ΔＶ3を得るために必要なオフ時間Δｔが、オフ時間Δｔ1、Δｔ2、Δｔ3であるときに、ゲートスイッチ８４のオフ時間Δｔを、圧電素子６２への充電を開始するときのオンタイミングｔONとすることができる。
【０１２８】
これにより、吐出滴量、ゲートスイッチ７８のオフ時間Δｔに関わらず、１印字周期Ｔ内の同一のオンタイミングｔONで、液滴イジェクタ６４を作動させてインク液滴を吐出することができ、用紙１６上へのインク液滴の着弾位置を一定位置に揃うように印字することができる。
【０１２９】
すなわち、前記した駆動回路７６では、インク液滴の着弾位置を揃えるためには、オフ時間Δｔと、オンタイミングｔONに基づいて、圧電素子６２から放電を開始させるためのゲートスイッチ７８のオフタイミングｔOFFを設定し、設定したオフタイミングｔOFF及びオフ時間Δｔに基づいて、ゲートスイッチ７８を駆動するようにしている。
【０１３０】
これに対して、駆動回路８２では、オフ時間Δｔに基づいてゲートスイッチ７８を駆動すると共に、オンタイミングｔONに基づいてゲートスイッチ８４を駆動するのみで、液滴イジェクタ６４から吐出するインク液滴が、用紙１６へ着弾する位置を揃えることができる。
【０１３１】
すなわち、オンタイミングｔONを設定して、設定したオンタイミングｔONに基づいてゲートスイッチ８４を駆動するのみで、インク液滴の着弾位置を、オンタイミングｔONに基づいた位置に設定することができる。
【０１３２】
このような駆動回路８２を用いることにより、簡単にドット位置を均一に揃えた高品質の画像形成が可能となる。
【０１３３】
さらに、放電制御信号によってゲートスイッチ７８をオンするときに、放電制限信号によってゲートスイッチ８４をオフすることで、圧電素子６２への充電時に、放電要素である抵抗８０を流れる電流を制限できるため、無駄な電力消費を抑えることができるという効果が得られる。
【０１３４】
一方、駆動回路８２では、単一の放電制限信号によって複数のゲートスイッチ８４の駆動操作を行うものであっても良いが、ゲートスイッチ８４ごと、すなわち、液滴イジェクタ６４ごとにオンタイミングｔONが設定されるものであっても良い。
【０１３５】
これにより、複数の液滴イジェクタ６４の間で、インク液滴の着弾位置に、用紙１６の副走査方向に沿ったズレがあるときに、そのズレに基づいて、オンタイミングｔONを補正することにより、インク液滴の着弾位置の調整を行えば、副走査方向に沿った着弾位置のズレを抑えて、高品質の画像形成が可能となる。
【０１３６】
なお、以上の説明で放電要素として設ける抵抗８０は、ゲートスイッチ７８などを集積して形成してゲート制御を行うＩＣの内部に抵抗要素として設けてもよく、また、ＩＣの外部に圧電素子６２と並列に設けるようにしても良く、特に圧電素子と並列に設けることにより、ＩＣ内部に抵抗要素をもうける場合と比較して、ＩＣの発熱を抑えることができるという利点が得られる。
【０１３７】
また、以上説明した本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本実施の形態では、インクジェット記録装置１０を例に説明したが本発明は、これに限らず、圧電素子を用いてインク液滴を吐出する任意の構成のインクジェット記録装置に適用することが可能である。
【０１３８】
さらに、本実施の形態に適用した駆動回路７８、８２は、本発明が適用された駆動回路の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではなく、本発明は、圧電素子６２への充電及び充電を制御する任意の構成を適用することができる。
【０１３９】
さらに、本実施の形態では、液滴吐出装置としてインク液滴を吐出して画像記録を行うインクジェット記録装置を例に説明したが、本発明はこれに限らず、アクチュエータとしてピエゾ素子などの圧電素子を用いて液滴を吐出する任意の構成の液滴吐出装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本実施の形態に適用したインクジェット記録装置の概略構成図である。
【図２】インク液滴の吐出制御の概略構成図である。
【図３】液滴イジェクタの一例を示す概略構成図である。
【図４】第１の実施の形態に係る駆動回路の概略構成図である。
【図５】図４の駆動回路における圧電素子の放電特性の一例とする時間経過に対する端子電圧の変化の概略を示す線図である。
【図６】第１の実施の形態で、放電制御信号に対する圧電素子の端子電圧の変化の概略を示す線図である。
【図７】第１の実施の形態で、放電制御信号に対する圧電素子の端子電圧の変化の他の一例を示す線図である。
【図８】第１の実施の形態に係る駆動回路の概略構成図である。
【図９】第２の実施の形態で、放電制御信号及び放電制限信号に対する圧電素子の端子電圧の変化の概略を示す線図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０    インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
３０    記録ヘッドアレイ（液滴吐出ヘッド）
３２    ヘッドユニット（液滴吐出ヘッド）
６０    コントローラ（駆動制御手段）
６２    圧電素子
６４    液滴イジェクタ
６６    振動板
６８    圧力室
７０    ノズル部
７２、７２Ａ    駆動制御回路（駆動制御手段）
７４    電源回路（電源）
７６、８２    駆動回路
７８    ゲートスイッチ（放電手段、充電手段、第１のスイッチング素子）
８０    抵抗（放電要素）
８２    ゲートスイッチ（放電制限手段、第２のスイッチング素子）
【図１】
0004765527.tif 000002
【図２】
0004765527.tif 000003
【図３】
0004765527.tif 000004
【図４】
0004765527.tif 000005
【図５】
0004765527.tif 000006
【図６】
0004765527.tif 000007
【図７】
0004765527.tif 000008
【図８】
0004765527.tif 000009
【図９】
0004765527.tif 000010