特開 2023-143689 液滴吐出装置および画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023143689

(43)【公開日】2023-10-06

(54)【発明の名称】液滴吐出装置および画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20230928BHJP

   B41J 2/045 20060101ALI20230928BHJP

【ＦＩ】

B41J2/015 101

B41J2/045

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206062

(22)【出願日】2022-12-22

(31)【優先権主張番号】P 2022047411

(32)【優先日】2022-03-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100107515

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 浩一

(72)【発明者】

【氏名】塚越 敏弘

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF42

2C057AG44

2C057AM16

2C057AR14

2C057AR16

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】大きな電力を発生させることなく、複数のノズル間の吐出速度のバラツキを抑制する。
【解決手段】複数の圧電素子のそれぞれに駆動信号を印加する波形生成部αは、複数のノズルにおける個別のノズル毎に任意で指定した駆動信号の電圧が変化する電圧遷移時における傾斜割合に基づいて駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替える複数の傾斜切替選択部を有し、複数の傾斜切替選択部の各傾斜切替選択部１３４は、高電圧電位ＶＨと接地電位ＧＮＤが入力され、高電圧電位ＶＨに接続されている期間立ち上がりの電圧遷移波形を発生するＰチャンネルＭＯＳトランジスタと、接地電位ＧＮＤに接続されている期間立ち下がりの電圧遷移波形を発生するＮチャンネルＭＯＳトランジスタと、を備え、各傾斜切替選択部では、圧電素子に印加される駆動信号の基準電位Ｖ１を、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ及びＮチャンネルＭＯＳトランジスタとは異なる経路で供給する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のノズルから液滴から記録媒体上に液滴を吐出する液滴吐出装置であって、
前記複数のノズルに液滴を吐出させる複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子のそれぞれに駆動信号を印加する波形生成部と、を備え、
前記波形生成部は、前記複数のノズルにおける個別のノズル毎に、任意で指定した、前記駆動信号の電圧が変化する電圧遷移時における傾斜割合に基づいて、駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替える複数の傾斜切替選択部を有し、
前記複数の傾斜切替選択部の各傾斜切替選択部は、高電圧電位と接地電位が入力され、
前記高電圧電位に接続されている期間、立ち上がりの電圧遷移波形を発生するＰチャンネルＭＯＳトランジスタと、
前記接地電位に接続されている期間、立ち下がりの電圧遷移波形を発生するＮチャンネルＭＯＳトランジスタと、を備え、
前記各傾斜切替選択部では、前記圧電素子に印加される駆動信号の基準電位を、前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ及び前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタとは異なる経路で供給する
液滴吐出装置。

【請求項2】

前記波形生成部は、前記複数の傾斜切替選択部の前段に設けられる、傾斜切替伝送部を有し、
前記傾斜切替伝送部は、前記駆動信号の遷移期間割合を算出する除算器を有し、
前記除算器が発生するアンダーフロー信号を発生した期間が、前記電圧遷移時において、前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ及び前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタがＯＦＦし、途中の電圧を維持する期間となる
請求項１に記載の液滴吐出装置。

【請求項3】

前記駆動信号の電圧遷移は、立ち上がりと立ち下がりを含み、
前記傾斜切替伝送部は、前記圧電素子の駆動信号の立ち上がり時の傾斜割合と立ち下がり時の傾斜割合を個別に設定でき、
前記駆動信号の電圧遷移期間中に連続して、２以上の途中電圧維持期間を挟むように切り替えられる
請求項２に記載の液滴吐出装置。

【請求項4】

前記波形生成部は、
複数の種類の駆動信号の電圧値と、ノズル出力毎に定めた傾斜割合に沿った信号切り替えタイミング情報を格納する出力情報記憶部を有し、
前記傾斜切替伝送部は、
前記駆動信号の立ち上がり又は立ち下がりの遷移の方向を示す選択信号と、
前記信号切り替えタイミング情報を基に、前記駆動信号の遷移期間を規定するアサート状態を示すイネーブル信号をノズル毎にそれぞれ出力する
請求項２又は３のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。

【請求項5】

前記圧電素子へ出力される駆動信号の立ち上がり時の傾斜割合と立ち下がり時の傾斜割合を計測するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部が計測した傾斜割合と、期待する所望の傾斜割合との差異を検出する出力比較部と、を備え、
前記出力情報記憶部は、前記出力比較部の比較結果に基づいて補正された前記ノズル毎の傾斜割合を格納する
請求項４に記載の液滴吐出装置。

【請求項6】

複数のノズルから液滴を吐出して記録媒体上に画像形成を行う画像形成装置であって、
前記複数のノズルに液滴を吐出させる複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子のそれぞれに駆動信号を印加する波形生成部と、を備え、
前記波形生成部は、前記複数のノズルにおける個別のノズル毎に、任意で指定した、前記駆動信号の電圧が変化する電圧遷移時における傾斜割合に基づいて、駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替える複数の傾斜切替選択部を有し、
前記複数の傾斜切替選択部の各傾斜切替選択部は、高電圧電位と、接地電位が入力され、
前記高電圧電位に接続されている期間、立ち上がりの電圧遷移波形を発生するＰチャンネルＭＯＳトランジスタと、
前記接地電位に接続されている期間、立ち下がりの電圧遷移波形を発生するＮチャンネルＭＯＳトランジスタと、を備え、
前記各傾斜切替選択部では、前記圧電素子に印加される駆動信号の基準電位を、前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ及び前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタとは異なる経路で供給する
画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液滴吐出装置および画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

インクジェット記録装置は、給紙される記録用紙の表面にインクジェットヘッドからインク液滴を吐出させて画素を形成する。この種の装置では、例えば圧電素子に駆動電圧波形を印加した際の圧電素子の伸縮を利用し、インク滴をノズルから吐出する。ここで、インクを個々のノズルへ供給する個別液室の物理構造、圧電素子や振動板の特性、駆動波形を伝達する回路素子の特性などにバラツキが生じると、同一の駆動電圧波形を同時に印加しても、複数のノズル間でインクの吐出速度にバラツキが生じてしまうことがある。ノズル間で吐出速度のバラツキが生じると、色ずれ画像、或いは鮮鋭性の劣る画像となってしまう。

【0003】

そこで、例えば、特許文献１では、吐出ヘッド内に設けられた駆動部であるドライバーＩＣにおいて、充電制御回路とＤＡＣが複数のノズルと同数設けられ、複数のノズルの各ノズルでの吐出速度がそろうように駆動波形のパルス幅を制御することが開示されている。

【0004】

しかし、特許文献１では、吐出ヘッド内の駆動部において部品点数が大幅に増大することにより大きな電力が発生する。

【0005】

一方、特許文献２では、ヘッドの上位に位置する駆動基板において、駆動波形生成部のための記憶部で、ノズルの吐出速度をそろえるための波形の最小値、中間値、最大値、波形の斜辺の傾きがそれぞれ記憶されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献２の構成では、駆動波形において変動するパラメータが多く、記憶するデータ量が多いため、駆動基板に記憶のための多くのスペースが必要となり、必要な電力も大きくなる。

【0007】

そこで、本発明は上記事情に鑑み、大きな電力を発生させることなく、複数のノズル毎での吐出速度のバラツキを抑制する、液滴吐出装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
複数のノズルから液滴から記録媒体上に液滴を吐出する液滴吐出装置であって、
前記複数のノズルに液滴を吐出させる複数の圧電素子と、
前記複数の圧電素子のそれぞれに駆動信号を印加する波形生成部と、を備え、
前記波形生成部は、前記複数のノズルにおける個別のノズル毎に、任意で指定した、前記駆動信号の電圧が変化する電圧遷移時における傾斜割合に基づいて、駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替える複数の傾斜切替選択部を有し、
前記複数の傾斜切替選択部の各傾斜切替選択部は、高電圧電位と接地電位が入力され、
前記高電圧電位に接続されている期間、立ち上がりの電圧遷移波形を発生するＰチャンネルＭＯＳトランジスタと、
前記接地電位に接続されている期間、立ち下がりの電圧遷移波形を発生するＮチャンネルＭＯＳトランジスタと、を備え、
前記各傾斜切替選択部では、前記圧電素子に印加される駆動信号の基準電位を、前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ及び前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタとは異なる経路で供給する
液滴吐出装置、を提供する。

【発明の効果】

【0009】

一態様によれば、液滴吐出装置において、大きな電力を発生させることなく、複数のノズル間の吐出速度のバラツキを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の記録ヘッドの一例の下面図。

【図2】記録ヘッド内におけるノズル周辺の動作説明図。

【図3】本発明におけるインクジェット記録モジュールの駆動制御の概略ブロック図。

【図4】比較例における駆動制御の概略ブロック図。

【図5】本発明における記録ヘッド内のドライバーＩＣの機能ブロック図。

【図6】図５のドライバーＩＣ内の、波形生成回路の傾斜切替選択部の構成を示す図。

【図7】傾斜切替伝送部の除算器と傾斜切替選択回路の回路例を示す図。

【図8】本発明における、ノズル毎の吐出速度バラツキのグループ分けを示す図。

【図9】記録媒体上に着弾したドットのバラツキ例を示す図。

【図10】本発明における、駆動波形の各パラメータの説明図。

【図11】基本的な駆動波形と制御信号の対応を示すグラフ。

【図12】電圧遷移期間中に１回の途中電圧保持期間を含む駆動波形と制御信号の対応を示すグラフ。

【図13】電圧遷移期間中に２回の途中電圧保持期間を含む駆動波形と制御信号の対応を示すグラフ。

【図14】電圧遷移期間中に４回の途中電圧保持期間を含む駆動波形と制御信号の対応を示すグラフ。

【図15】本発明における傾斜切替伝送部内の除算器で用いる除算テーブルを示す図。

【図16】本発明の制御信号と駆動波形のスルーレート調整の例を示すタイミングチャート。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

＜液滴吐出ヘッド構成＞
まず、図１を用いて、本発明の液滴吐出ヘッドの一例である記録ヘッド（インクジェットヘッド）について説明する。図１は、本発明の記録ヘッドの一例の下面図である。

【0013】

図１に示すように、記録ヘッド８１のノズル面（底面）には多数のノズル８２が列状に配置されている。なお、図１では、複数のノズル８２で構成されるノズル列は１列である例を示すが、２列以上であってもよく、２列以上の場合は、千鳥配列あってもよい。

【0014】

図１では、１つの記録ヘッド８１の下面拡大図を示しているが、本発明の液滴吐出装置では、ノズル列方向及び又はノズル列方向と直交する方向に記録ヘッドが複数設けられた、インクジェット記録モジュール８としてもよい。なお、記録ヘッドが複数である例として、例えば、カラー印刷用に、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色のインク滴が吐出可能な複数の記録ヘッド８１Ｋ、８１Ｃ、８１Ｍ、８１Ｙ（８１Ｃ～８１Ｙは不図示）が設けられていてもよい。

【0015】

また、図１のような記録ヘッドが搭載される液滴吐出装置では、記録ヘッドの位置が固定された、ライン走査型のインクジェット記録装置、又は１つ若しくは複数の記録ヘッド８１を、記録媒体の搬送方向の垂直方向である本紙面の奥行き方向（若しくは、手前方向）に移動しながら、更に記録媒体Ｓを搬送方向に搬送し、画像を形成するシリアル走査型プリンタのいずれであってもよい。

【0016】

＜ノズルの構成例＞
図２は、記録ヘッド内におけるノズル周辺の動作説明図である。図２において、（ａ）は定常時の状態を示し、（ｂ）は吐出時の過渡状態を示す。

【0017】

図２に示すように、記録ヘッド８１Ｋにおいて、流路板８６に形成された穴によって、ノズル８２及び液室８３が構成されている。液室８３には、インクＩがインクチューブ等によって供給され、ノズル８２及び液室８３の内部にはインクＩが収容されている。そして、液室８３の上方（インク上流側）には、振動板８４及び圧電素子８５が設けられている。

【0018】

図２（ａ）は、圧電素子８５へ印加される駆動信号が基準電位の場合の定常状態を示す。収容されたいインクＩのインク面（メニスカス）はノズル８２の内側に位置しており、安定状態を保っている。

【0019】

圧電素子８５は、駆動信号が基準電位から電圧を指定した電圧レベルに変化すると、電圧値に応じて、物理的に形状が変化する（図２（ａ）→図２（ｂ））。そして、圧電素子８５の形状変化は、振動板８４を介して、液室８３に伝えられる。液室８３にあるインクＩは、図２（ｂ）のように、圧電素子８５によって、液室８３内の容積が狭まると、液面がノズル８２よりも外側に位置する過渡状態になる。

【0020】

さらに圧電素子８５が変形すると、圧力を受けたインクＩがノズル８２から滴状に記録媒体Ｍに向かって吐出する。記録ヘッド８１Ｋ，８１Ｃ，８１Ｍ，８１Ｙでは、図２に示すような内部構造を有するノズル８２が列状に複数設けられている。

【0021】

＜制御ブロック＞
図３は、本発明におけるインクジェット記録モジュール８の駆動制御の概略ブロック図である。

【0022】

インクジェット記録モジュール８の駆動制御構成として、ドライバーＩＣ（Integrated Circuit）１００と、ヘッド制御ボード２００とを有している。ドライバーＩＣ１００は、記録ヘッド８１Ｙの内部であって、複数の圧電素子８５の集合体である圧電素子群の近傍に位置する駆動基板に配置される。ヘッド制御ボード２００は、記録ヘッド８１Ｙよりも前段であって上位に位置する上位制御基板（外部プリント基板）である。ヘッド制御ボード２００と、ドライバーＩＣ１００との間は、配線ケーブルで接続されており、電圧値等の送受信を担っている。

【0023】

なお、図３では、１つの記録ヘッド８１Ｋ内において、対応するドライバーＩＣ１００を１つのみ示しているが、液滴吐出装置に複数の記録ヘッドが設けられる場合、ドライバーＩＣ１００は、それぞれの記録ヘッド内に、必要な数量設けられている。例えば、１つの記録ヘッドあたり４つ又は８つ、設けられている。

【0024】

ヘッド制御ボード２００は、吐出制御回路２１０と、定電圧発生回路２２０とを有している。この構成により、本発明では、前段のヘッド制御ボード２００上では駆動波形を生成することなく、最終的な駆動波形に必要な電圧を生成している。

【0025】

記録ヘッド８１Ｋ内のドライバーＩＣ１００は、波形生成回路（波形生成部）αと、出力信号観測部１４０を有している。出力信号観測部１４０は、ＡＤ変換部１４１と、出力比較部１４２を有している。

【0026】

本発明の構成では、後段のドライバーＩＣ１００が駆動波形を生成し出力している間、前段のヘッド制御ボード２００では固定電圧を生成している。

【0027】

ここで、駆動波形が正しく電圧が生成できているかは、ドライバーＩＣ１００から圧電素子８５ｎへの出力端子ＯＴｎへ出力する端子電圧ＯＵＴｎを、出力信号観測部１４０によって計測することによって検証可能である。なお、本明細書において、ｎは１つの記録ヘッド内の圧電素子の数であって、数ｎは、２以上の整数であって、２桁や３桁（１０～９９９）であってもよい。

【0028】

また、ドライバーＩＣ１００では、ヘッド制御ボード２００上の定電圧発生回路２２０により生成された、高電圧の高電圧電位ＶＨと、駆動波形の基準電圧となる基準電圧電位Ｖ１などの２つ以上の複数の固定電圧が入力されている。

【0029】

ドライバーＩＣ１００内の波形生成回路αでは、設定された時刻に、高電圧電位ＶＨを時分割でＯＮ／ＯＦＦすることで所望の電圧傾斜で駆動電圧を生成する。そして、生成された駆動電圧、又は基準電圧Ｖ１のどちらか一方の出力すべき信号を選択して、出力端子ＯＴ１～ＯＴｎから圧電素子８５１～８５ｎへ駆動波形を供給する。

【0030】

あるいは、ドライバーＩＣ１００内に出力電圧選択部を設け、後述の図４（ａ）のように上位のヘッド制御ボードで生成された駆動波形信号をアナログ信号として入力し、アナログスイッチをＯＮ／ＯＦＦすることで、駆動波形を出力することも可能である。

【0031】

また、本構成のドライバーＩＣ１００では、固定電圧とアナログ信号を組み合わせることで、インクを吐出する駆動波形に加えて、記録ヘッド８１Ｋの液室８３内のインクをリフレッシュするための微駆動波形を圧電素子８５ｎへ供給することも可能である。

【0032】

なお、図３では、高電圧電位ＶＨや基準電圧電位Ｖ１は、上位制御基板であるヘッド制御ボード２００で生成される例を示しているが、高電圧電位ＶＨや基準電圧Ｖ１は、プリンタ本体のＰＳＵ（Power Supply Unit）や、ドライバーＩＣ１００内部で生成されてもよい。

【0033】

＜比較例＞
次に、図４を用いて比較例の駆動制御の回路構成について説明する。

【0034】

（比較例１）
図４（ａ）の比較例１では、ドライバーＩＣ１００Ｘの前段に位置するヘッド制御ボード２００Ｘに、駆動波形生成用アンプ２３２を含む駆動波形生成回路２３０を配置した構成例である。

【0035】

この比較例１の構成では、ドライバーＩＣ１００Ｘへ入力されるインクジェット駆動波形は、前段のヘッド制御ボード２００Ｘ上で生成される。ドライバーＩＣ１００Ｘは、記録ヘッド８１Ｋ内に配置されるが、ヘッド制御ボード２００Ｘは記録ヘッド８１Ｋから離れた場所に設置される。ドライバーＩＣ１００Ｘの出力端子から出力される出力電圧ＶＯＵＴｎは、インクを吐出するための振動を引き起こす圧電素子８５へ入力される。

【0036】

駆動波形は、ヘッド制御ボード２００Ｘ上のＤＡＣ２３１とアンプ２３２で構成される任意波形発生機能デバイスである駆動波形生成回路２３０で生成され、数十ｃｍ以上の配線を経由して、ドライバーＩＣ１００Ｘへ入力される。

【0037】

そのため、図４（ａ）の構成では、ヘッド制御ボード２００ＸからドライバーＩＣ１００Ｘへ至る配線において、ＬＣＲ（インダクタンス、コンダクタンス、インピーダンス）の影響により、波形なまりや位相変動を生じる可能性がある。また、駆動波形はドライバーＩＣ１００Ｘに接続される全ての圧電素子８５１～８５ｎへ供給される可能性があり、同時に駆動波形を供給する圧電素子の数が多くなると、圧電素子の持つ容量成分の影響を多く受け、駆動波形になまりが生じる可能性が高くなる。

【0038】

その一方、図４（ａ）の構成では、大電力を消費する回路である駆動波形生成回路２３０は、ヘッド制御ボード２００Ｘ上に配置されており、ドライバーＩＣ１００Ｘ内で発生する発熱は、スイッチＳＷのＯＮ時のインピーダンス成分による発熱に限定されている。

【0039】

（比較例２）
図４（ｂ）に示す比較例２では、駆動波形生成用アンプ１９２を含む駆動波形生成回路１９０をドライバーＩＣ１００Ｙ内部に配置した構成例である。

【0040】

この比較例２の構成では、駆動波形を生成するＤＡＣ１９１およびアンプ１９２をドライバーＩＣ１００Ｙ内部に配置している。そのため、駆動波形がドライバーＩＣ１００Ｙまでに至る長距離の配線を伝搬することなく、ドライバーＩＣ１００Ｙ内で生成したアナログ信号を、後段の圧電素子へ出力することで、ＬＣＲによる駆動波形のなまりといった影響を排除することができている。

【0041】

しかしながら、この構成では、ドライバーＩＣ１００Ｙ内に、接続される圧電素子の数と同数（例えばＮ個）のアンプ１９２が設けられる。よって、ドライバーＩＣ１００Ｙの半導体チップサイズの肥大化と、アンプ１９２などアナログ回路が常時大きな電流を消費することから生じる大きな発熱量が課題となる。

【0042】

本発明の図３の構成を、図４の比較例１、比較例２の構成と比較すると、ドライバーＩＣ１００側でアンプやＤＡＣを圧電素子と同数設けないため、発熱量を抑制できるとともに、ヘッド制御ボード２００内で駆動波形の全てを生成しないため、信号なまりも発生しにくい。

【0043】

＜ドライバーＩＣ＞
図５は、本発明におけるインク吐出機能を実現する、記録ヘッド８１Ｋ内のドライバーＩＣ１００の機能ブロック図である。

【0044】

ドライバーＩＣ１００は、出力電圧制御部１１０と、出力波形制御部１２０と、出力波形生成部１３０と、出力信号観測部１４０とを実行可能に有している。ドライバーＩＣ１００における、出力電圧制御部１１０と、出力波形制御部１２０と、出力波形生成部１３０は、図３に示す波形生成回路αとして機能する。

【0045】

ドライバーＩＣ１００は、複数の圧電素子８５１～８５ｎをそれぞれ駆動することで、複数のノズル８２のノズル毎にインクを吐出する機能を実現する。また、ドライバーＩＣ１００は、圧電素子８５１～８５ｎに駆動波形を供給する際、ノズル毎に駆動波形とそのタイミングを位相制御することができる。

【0046】

出力波形生成部１３０は、インクを吐出する複数のノズル８２の夫々に対応する圧電素子８５１～８５ｎへ複数の電圧を指定順序で供給する。出力電圧制御部１１０は、ドライバーＩＣ１００内部で出力波形を生成するために必要な複数の電圧を供給する。出力波形制御部１２０は、出力位相制御部としても機能し、駆動波形として出力すべき指定電圧と時刻を出力毎に制御する。出力信号観測部１４０は、ノズル８２毎に、生成され出力される駆動波形を選択して、その波形の電圧状態を計測する。

【0047】

出力電圧制御部１１０は、駆動電圧入力部１１１と、出力電圧供給回路１１２とを有する。駆動電圧入力部１１１は、２つ以上の複数の固定電圧が入力される。

【0048】

出力電圧供給回路１１２は、後段の出力波形生成部１３０へ供給する複数の電圧を生成する。この際、出力電圧供給回路１１２は、ドライバーＩＣ１００の動作状態に応じて、駆動電圧入力部１１１から供給される電圧を同一電位で出力する場合と、駆動電圧入力部１１１からの電圧を元に新たな電圧を生成して出力する場合がある。また、駆動電圧入力部１１１から可変電圧を受け入れた場合は、可変電圧を出力することもできる。さらに入力された高電圧電位ＶＨを元に、出力電圧供給回路１１２内部で、駆動波形の基準電位Ｖ１を生成することも可能である。

【0049】

出力波形制御部１２０は、位相制御部であって、波形情報入力部１２１と、クロック入力部１２２と、出力毎波形伝送部１２３と、傾斜切替伝送部１２４と、基準周期カウント部１２５と、出力情報記憶領域１２６とを有している。

【0050】

クロック入力部１２２は、ドライバーＩＣ１００の動作の基準となる基準クロックＣＬＫが入力される。基準周期カウント部１２５は、その基準クロックＣＬＫを数え、必要なタイミングでドライバーＩＣ１００の内部状態を遷移させる、基準周期クロック信号ＴＣＫを出力する。本発明では、基準クロックＣＬＫを複数サイクルカウントすることで、インクの吐出サイクルを構成する。

【0051】

波形情報入力部１２１は、特定のノズル８２で、必要なインク滴を吐出するために、画像制御情報に基づいて複数の駆動波形情報ＤＩＮを受け入れる。出力毎波形伝送部１２３は、波形情報入力部１２１に入力された駆動波形情報ＤＩＮに基づいて、出力先のノズル８２毎に駆動波形（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）を選択し伝送する。

【0052】

傾斜切替伝送部１２４は、出力電圧の立ち上がり／立ち下がり時の電圧傾斜割合（スルーレート）を、出力先のノズル８２毎にそれぞれ設定する。

【0053】

出力情報記憶領域１２６は、複数種類の駆動波形と、出力ノズル毎に出力すべき時刻と電圧情報とを格納しておく。出力情報記憶領域１２６には、記憶容量面で効率よく、全ノズル出力に共通な複数の波形情報を格納する機能と、ノズル出力毎に定めたタイミングで出力電圧を切り替えるための波形を伝送制御する機能を有している。

【0054】

出力波形生成部１３０は、ノズル８２の数ｎと同数の、出力駆動信号生成部ＯＧ１～ＯＧｎと、出力端子ＯＴ１～ＯＴｎを有している。

【0055】

出力駆動信号生成部ＯＧ１～ＯＧｎは、出力波形制御部１２０から受けたノズル出力毎の波形番号情報と位相情報と出力電圧選択と傾斜切替選択情報に基づいて、出力電圧制御部１１０から順次選択した電圧（出力電圧ＶＯＵＴ１～ＶＯＵＴｎ）を、各出力端子ＯＴ１～ＯＴｎから出力する。

【0056】

出力駆動信号生成部ＯＧ１～ＯＧｎの夫々は、波形番号選択部１３１と、位相情報選択部１３２と、出力電圧選択部１３３と、傾斜切替選択部１３４とを有している。

【0057】

出力電圧選択部１３３は、駆動波形の基準電圧となるＶ１と、出力電圧の立ち上がり／立ち下がりで生成される駆動波形を含む駆動信号とを選択する。

【0058】

波形番号選択部１３１は、波形番号を選択する。位相情報選択部１３２は位相を選択する。波形番号とは、吐出する液滴の滴量サイズや、環境変化に応じて形状変更された駆動波形、など複数種類の駆動波形に対応した番号であり、出力端子ＯＴ１～ＯＴｎそれぞれにおいて、どの駆動波形を出力するかを定めるために設定するものである。

【0059】

また、波形番号選択部１３１では、出力毎の波形番号のみを保有し、変化時刻や電圧レベルなどデータ量の多い情報は共通情報として前段の出力情報記憶領域１２６から参照することで、発熱を最小限にして駆動波形を生成できる。

【0060】

傾斜切替選択部１３４は、電圧遷移時において、駆動波形を、途中電圧維持期間を挟んで段状に変化させるように切り替えて傾斜割合を変化させ、傾斜割合に基づいて対応する圧電素子８５ｎの駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。傾斜切替選択部１３４の詳細については、図６、図７とともに後述する。

【0061】

出力信号観測部１４０は、ＡＤ変換部１４１と、出力比較部１４２とを有している。任意に選択された出力端子ＯＴｎの電気信号である出力電圧ＶＯＵＴｎがＡＤ変換部１４１に入力される。そしてＡＤ変換部１４１でデジタル値へ変換し、出力比較部１４２で、変換したデジタル値を期待するスルーレートと比較した差異を計測する。スルーレートの差異情報から期待するスルーレートを実現するための補正情報を算出する補正演算は、ドライバーＩＣ１００内部で構成する演算回路で求めてもよいし、あるいは、ドライバーＩＣ１００外部の上位のヘッド制御ボード２００に搭載された演算回路で求めてもよい。

【0062】

また、計測結果である期待値との差異情報は、ドライバーＩＣ１００から判定信号ＣＭＰとして出力することが可能であるが、デジタル変換値をドライバーＩＣ１００外部から読み取る機能や、ＡＤ変換器をドライバーＩＣ１００内部に配置せずアンプを経由した電気信号をそのままアナログ信号として出力する機能を構成しても、同様の効果が得られる。

【0063】

＜傾斜切替選択部＞
図６は、図５のドライバーＩＣ１００に含まれる波形生成回路αの傾斜切替選択部１３４の構成を示す図である。

【0064】

傾斜切替選択部１３４は、前段の傾斜切替伝送部１２４より供給されるＳＬ信号、ＥＮ信号、ＢＳ信号、ＵＦ信号を元に、出力電圧制御部１１０の出力電圧供給回路１１２から供給される定電圧Ｖ１、ＶＨ、ＧＮＤの各電位を用いて、後段の圧電素子８５１～８５ｎへ供給する駆動波形を生成する。

【0065】

傾斜切替選択部１３４は、傾斜切替選択回路４１と、アナログスイッチ４２と、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ４３と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４４とを有している。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ４３と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４４の一対で、相補型トランジスタとなる。

【0066】

選択信号（ＳＬ信号）は、スルーレート制御の向きを表し、例えばＬＯＷレベルが立ち下がり波形、ＨＩＧＨレベルが立ち上がり波形であることを示す。

【0067】

イネーブル信号（ＥＮ信号）は、駆動波形の遷移期間の間にアサートされる信号を示す。

【0068】

ＢＳ信号は、駆動波形の遷移期間以外のいずれかのタイミングにアサートすることで、基準電圧となるＶ１レベルを供給することが可能となる信号を示す。

【0069】

ＵＦ信号は、出力電位が、高電圧電位ＶＨまたは接地電位ＧＮＤへ向けて遷移する期間において、途中電圧維持期間を規定する。

【0070】

傾斜切替選択回路４１がＳ２信号を出力すると、高電圧電位ＶＨに接続されるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ４３がＯＮすることで、駆動波形の立ち上がり信号を生成する。

【0071】

傾斜切替選択回路４１がＳ３信号を出力すると、接地電位ＧＮＤに接続されるＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４４がＯＮすることで、駆動波形の立ち下がり信号を生成する。

【0072】

また、傾斜切替選択回路４１がＳ１信号を出力すると、アナログスイッチ４２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、駆動波形の基準となる固定電圧Ｖ１の電圧レベル（基準電位）を供給し、後段の圧電素子８５ｎへ所望の駆動波形を出力する。

【0073】

また、図６に示す傾斜切替選択部１３４の回路構成では、傾斜切替選択部１３４では、圧電素子８５ｎに印加される駆動信号の基準電位Ｖ１を、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ４３と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４４とは異なる経路を用いて出力端子ＯＴｎに供給している。よって、基準電位を規定する固定電圧Ｖ１は、トランジスタ４３、４４には供給されない。そのため、複数の圧電素子８５１～８５ｎに対応するそれぞれの出力駆動信号生成部ＯＧ１～ＯＧｎ間で、トランジスタ４３、４４の特性が異なっても、特性変動による影響を受けずに、基準電位を固定電圧Ｖ１にそろえることができる。これにより、駆動波形の変動要因も減らして、安定した駆動波形を生成することができる。

【0074】

図７は、傾斜切替伝送部１２４の除算器と傾斜切替選択回路４１の回路例を示す図である。

【0075】

傾斜切替伝送部１２４は、除算器２４０を有しており、除算器２４０は減算器２４１と加算器２４２で構成されている。

【0076】

傾斜切替選択回路４１は、ＮＯＴ回路４１１と、ＡＮＤ回路４１２と、ＮＡＮＤ回路４１３と、ＡＮＤ回路４１４とを有している。

【0077】

ＵＦ信号は、傾斜切替伝送部１２４において、被除数を除数で割る除算器２４０を、基準周期クロック信号ＴＣＫのクロック同期の減算器２４１と加算器２４２で構成した際のアンダーフローによって生成される。後述の図１５の除算テーブルに示す商の割合が、圧電素子を駆動する時間の割合で、立ち上がり／立ち下がりのスルーレート（傾斜割合）を示す。除数と被除数は、前段の出力情報記憶領域１２６に格納されており、複数の駆動波形のスルーレートに対応する数値の組み合わせから選択して除算器２４０へ供給される。

【0078】

図６と同様に、ＳＬ信号は、駆動波形の立ち上がり／立ち下がりの向きを表し、ＥＮ信号は電圧遷移期間においてアサートする信号であり、ＢＳ信号は遷移期間外に基準電圧供給の際にアサートする信号である。

【0079】

出力されるＳ１信号は、駆動波形の基準電圧レベルであるＶ１を出力するための制御信号で、ＢＳ信号とＥＮ信号の論理回路であるＡＮＤ回路４１２の論理積により生成される。

【0080】

出力されるＳ２信号は、駆動波形を高電圧電位ＶＨ側へ立ち上げるための制御信号である。出力されるＳ３信号は、駆動波形を接地電位ＧＮＤ側へ立ち下げるための制御信号である。

【0081】

出力されるＳ２信号及びＳ３信号は共に、ＥＮ信号がＨＩＧＨレベルで駆動波形を遷移することができるが、ＵＦ信号がＬＯＷレベルの間は出力の遷移を停止することができる（図１１、図１２参照）。

【0082】

＜吐出速度と着弾バラツキ＞
図８は、本発明における、ノズル毎の吐出速度バラツキのグループ分けを示す図である。

【0083】

生産工程によって製作された記録ヘッド８１Ｋは、次の工程である検査工程にて、各ノズルから吐出されるインク滴の吐出性能が検査され、評価される。そして、記録ヘッド８１の各ノズルからのインク吐出速度にはバラつきがあり、一般には生産工程の加工精度や組立精度を向上させることを狙っているが、プラスマイナス数％から十数％のバラつきが検査工程で検出されている。

【0084】

本発明では、ノズル毎のインク吐出速度のバラツキに応じてグループ化し、図８の例では、吐出速度の少し速いＡ１グループ、さらに速いＡ２グループ、さらに規格以上に速いＡ３グループ、少し遅いＢ１グループ、さらに遅いＢ２グループ、に分類できる。

【0085】

本発明の駆動波形の調整によって、このように検査で検出したノズル毎の情報に基づいて、Ａ１，Ａ２，Ａ３グループに含まれるノズルはそれぞれの吐出速度の進みに応じて吐出速度を遅らせ、Ｂ１，Ｂ２グループはそれぞれの吐出速度の遅れに応じて吐出速度を速くする制御によって、０％前後の目標の吐出速度近傍へ速度を調整する。

【0086】

特にＡ３グループに属するノズル群のように、目標値との乖離が大きく、駆動波形の傾斜電圧制御だけでは調整しきれない場合、本発明の駆動波形の位相制御を加えることで、目標値へ近づけて、全体としてバラツキを調整することが可能になる。

【0087】

図９は、本発明における、記録媒体Ｍ上に着弾したドットのバラツキ例を示す図である。
図９では、特定の記録ヘッドから吐出されたインク滴が、記録媒体Ｍ上に一列にドットとして着弾した状態を示している。

【0088】

図９の下方向の矢印が記録媒体Ｍの搬送方向の場合、（１）は吐出速度低下などの理由で、記録媒体Ｍへの着弾が遅れたドットを示している。（２）は吐出速度上昇などの理由で記録媒体Ｍへの着弾が速くなったドットを示している。

【0089】

本発明では、同一の滴サイズの液滴を、同一の温度で吐出させる場合、（１）のように吐出速度が遅くなる場合のノズルに対応する圧電素子における傾斜割合を基準として、吐出速度が早くなるノズルに対応する圧電素子の傾斜割合を、途中電圧保持期間を割り込むことによって遷移期間を長くするように制御する。

【0090】

（３）は、記録媒体Ｍへの着弾時刻は目標通りであるが、インク滴量が少ないなどの理由で、液滴サイズが小さくなったインク滴を示している。（３）に対応するノズルに対しては、図１０に示す駆動波形で示す底辺期間（底辺ホールドパラメータ）の時間幅を広げるなどの調整により、液滴サイズを調整することが可能である。

【0091】

＜駆動波形＞
図１０は、本発明における、駆動波形の各パラメータの説明図である。
図１０に示す駆動波形（駆動信号）において、（１）は駆動波形の基準電位維持期間、（２）は駆動波形のパルス幅（振幅）、（３）は立ち上がり／立ち下がり波形のスルーレート（傾斜割合）、（４）はインク滴を吐出する直前の底辺ホールド時間幅を示している。

【0092】

これらのパラメータのうち、本発明では、底辺電位Ｖ２から基準電位Ｖ１へ遷移する電圧のパルス幅（２）と、遷移に要する電圧遷移期間によって定まる（３）のスルーレート（傾斜割合）を、上述の除数・被除数、および駆動波形の遷移の開始時刻を設定することで調整する。

【0093】

＜駆動波形と制御信号＞
図１１は、基本的な駆動波形と制御信号の対応を示すグラフである。
図１１に示すように、ＳＬ信号とＥＮ信号によって生成されるＳ２信号およびＳ３信号のアサート期間に、駆動波形の電圧レベルを遷移させている。Ｓ２信号のアサート期間（Ｌの期間）では、駆動波形において立ち上がりの電圧遷移波形が発生し、Ｓ３信号のアサート期間（Ｈの期間）では、立ち下がりの電圧遷移波形が発生している。

【0094】

＜調整駆動波形＞
図１２は、電圧遷移期間中に１回の途中電圧保持期間を含む駆動波形と制御信号の対応を示すグラフである。
図１２の駆動波形は、傾斜切替伝送部１２４内の除算器２４０へ与える、被除数と除数の組み合わせ選択によって、駆動波形の遷移期間中に除算器２４０からアンダーフローを一度発生させてＵＦ信号をＬにした期間に、駆動波形のスルーレートが階段状に変化した波形を示している。

【0095】

図１２の駆動波形では、途中電圧保持期間を設けることで遷移に要する時間が増え、図１１の基本波形よりも、電圧遷移期間におけるスルーレートが緩やかになる。

【0096】

なお、図１２～図１４ではスルーレートは、はっきりと階段状にかつ直線的に変化している例を示したが、実際の圧電素子８５ｎへ供給する駆動信号ＶＯＵＴｎでは、ＣＲ成分によるフィルター効果により滑らかな波形となる。

【0097】

図１３は、電圧遷移期間中に２回の途中電圧保持期間を含む駆動波形と制御信号の対応を示すグラフである。
図１３の駆動波形は、傾斜切替伝送部１２４内の除算器２４０へ与える、被除数と除数の組み合わせ選択によって、駆動波形の遷移期間中に除算器２４０からアンダーフローを２度発生させることで生成している。アンダーフローの回数を増やすことで、駆動波形のスルーレートがさらに緩やかになる。

【0098】

図１４は、電圧遷移期間中に４回の途中電圧保持期間を含む駆動波形と制御信号の対応を示すグラフである。
図１４の駆動波形は、傾斜切替伝送部１２４内の除算器２４０へ与える、被除数と除数の組み合わせ選択によって、駆動波形の遷移期間中に除算器２４０からアンダーフローを４度発生させることで生成している。アンダーフローの回数を増やすことで、駆動波形のスルーレートがさらに緩やかになる。

【0099】

＜除算テーブル＞
図１５は、本発明における傾斜切替伝送部１２４内の除算器２４０で用いる除算テーブルを示す図である。

【0100】

各数値には、被除数÷除数の１の補数（１－（被除数÷除数））を示しており、小数の値は、アンダーフロー信号（ＵＦ信号）により間引きされた後の駆動波形が駆動素子を駆動する時間の割合（スルーレート）を示している。なお、図１５の表で暗く示す、負の数、および、ゼロの組み合わせは推奨しない。

【0101】

例えば、被除数２、除数１０を選択した結果の０．８００は、スルーレート傾斜が８０％となる駆動波形が出力されることを示している。

【0102】

なお、割合を厳密に計算しなくてもよく、例えば１０％単位のスルーレートとなる組合せを表から選択することが可能である。なお、目的の割合に近い組合せが複数ある場合は任意に選択してよい。

【0103】

また、圧電素子８５ｎへ直結する傾斜切替選択部１３４のＰチャンネルＭＯＳトランジスタ４３の電気的特性と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ４４の電気的特性は、半導体製造工程のバラツキに依存して変動する。よって、上述のスルーレートが変動することにより、記録ヘッド８１Ｋ内のノズルのインク吐出性能の個体差を生じることになる。

【0104】

この個体差は、出力信号観測部１４０によって、計測することが可能となり、期待するトランジスタ４３、４４の駆動能力を１とした場合の特定個体のトランジスタ駆動能力比率Ｒを算出することで、駆動波形の個体バラツキを抑えることができる。

【0105】

トランジスタ駆動能力の個体差を補正するには、図１５の各数値に対して、駆動能力比率Ｒを乗じることで得られる数値から、例えば１０％単位に最も近い除数、被除数の組み合わせを選択することで実現できる。

【0106】

演算処理を簡略化し回路規模を削減するために、Ｒを乗じる乗算器でなく、（Ｒ－（被除数÷除数））といった加減算器によって代用することでも、同様の補正効果が期待することができる。

【0107】

＜実際の駆動波形の調整例＞
図１６は、本発明の制御信号と駆動波形のスルーレート調整の例を示すタイミングチャートである。

【0108】

図１６の左側の周期「Ｃｙｃｌｅ Ｎ」では、駆動波形を含む出力電圧ＶＯＵＴｎは、基準電圧Ｖ１レベルから始まり、期間Ｔｄ１経過後、ｆ１の期間に設定された除数・被除数の組み合わせにより決定されたＳ３信号のスルーレートによりＶ３レベルまで立ち下がる。

【0109】

続くＳ２信号のスルーレートｒ１，ｒ２の期間に設定される二組の除数・被除数によって、駆動波形の出力電圧ＶＯＵＴｎは、二段階のスルーレートを経てＶ３からＶ４レベルまで立ち上がる。立ち上がり／立ち下がり時の駆動波形の遷移は、ひとつのスルーレートでも、二つ以上の複数のスルーレートの組み合わせで実現してもよい。

【0110】

Ｓ２およびＳ３信号がどちらもアサートされない期間は、出力電圧ＶＯＵＴｎはハイインピーダンス（Ｈｉ－Ｚ）状態となる。これにより、圧電素子８５ｎへ入力される出力電圧ＶＯＵＴｎに対する電位の充電（チャージ）、放電（ディスチャージ）が停止することから、Ｓ２信号およびＳ３信号がネゲートされる直前の電位を維持する、途中電圧保持期間となる。

【0111】

また、出力電圧ＶＯＵＴｎの信号経路上で漏れ電流（リーク電流）が異常に大きく発生すると、インク吐出機能に障害が起きるリスクがあるため、１周期内で駆動波形印加後に、Ｓ１信号によって出力電圧ＶＯＵＴｎへ基準電位のＶ１レベルを供給する。これにより、一連の駆動波形の開始時刻に、出力電圧ＶＯＵＴｎの電位をＶ１レベルへ統一することができるため、障害リスクを低減することと同時に、駆動波形の変動要因も減らすことができ、安定した駆動波形を生成することができる。

【0112】

図１６の右側の周期「Ｃｙｃｌｅ Ｎ＋１」では、駆動波形の出力電圧ＶＯＵＴｎは、期間Ｔｄ２経過後、Ｓ２信号のスルーレートｒ３，ｒ２によって、前サイクルとは異なるスルーレートでＶ３からＶ４レベルまで立ち上がることを示している。

【0113】

さらに、基準周期クロック信号ＴＣＫを基準とした位相制御によって、駆動波形の開示時刻を制御する手段と、スルーレート制御を組み合わせて、インク滴の吐出速度や吐出開始時刻を、ノズル個別に制御可能となる。

【0114】

このように、本発明では、圧電素子へ出力する電圧信号を、所望の電圧傾斜割合（スルーレート）に応じて、駆動のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより吐出信号を変化させることで、従来のインクジェットドライバーＩＣの半導体デバイス上で多くの領域を必要としていたアナログスイッチ数を減らすことができる。さらに、ノズル毎に個別の駆動波形の立ち上がり／立ち下がりのスルーレート制御の自由度を向上させることができる。

【0115】

さらに、このような制御では、ドライバーＩＣ内で、ＤＡＣやＡＭＰによって大きな電力を発生させることなく、ノズル毎の特性に応じた駆動波形を生成し、複数のノズル間の吐出速度のバラツキを抑制できる。その結果、記録媒体Ｍ上での着滴位置バラツキを抑制できる。

【0116】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

【符号の説明】

【0117】

８ インクジェット記録モジュール（液滴吐出装置）
８１Ｋ、８１Ｃ、８１Ｍ、８１Ｙ 記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
８２ ノズル
８３ 液室
８５ 圧電素子
１００ ドライバーＩＣ
１１０ 出力電圧制御部
１２０ 出力波形制御部
１２４ 傾斜切替伝送部
１３０ 出力波形生成部
１３４ 傾斜切替選択部
１４０ 出力信号観測部
２００ ヘッド制御ボード（上位制御基板）
２４０ 除算器
Ｍ 記録媒体（用紙）
α 波形生成回路（波形生成部）
ＳＬ 選択信号
ＥＮ イネーブル信号
ＵＦ アンダーフロー信号
Ｖ１ 基準電位
Ｖ２ 底辺電位
ＶＨ 高電圧電位
ＧＮＤ 接地電位

【先行技術文献】

【特許文献】

【0118】

【特許文献1】特開２０１６－１２４２４５号公報

【特許文献2】特開平１１－３４２６０２号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】