【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２０００−２６３８１８号公報
【特許文献２】特開平１０−１５７１０２号公報
【０００３】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧液室（吐出室、圧力室、加圧室、液室、インク流路、流路等とも称される。）と、この加圧液室内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。
【０００４】
インクジェットヘッドとしては、加圧液室内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドを記録ヘッドとして搭載するインクジェット
記録装置におけるヘッド駆動制御装置としては、例えば
【特許文献１】に記載されているように、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各ヘッドを搭載し、すべてのヘッドのすべての圧電素子に対して共通の駆動波形（駆動信号）ＣＯＭを生成して、各圧電素子毎に記録信号に応じてオン／オフされるスイッチ回路を介して駆動信号ＣＯＭを印加するようにしたものが知られている。
【０００６】
また、
【特許文献２】に記載されているように、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各ヘッドを搭載し、各ヘッド毎に、駆動波形を生成する波形生成部と低インピーダンス出力回路とを備えて、低インピーダンス出力回路からの駆動波形を各ヘッド毎にすべての圧電素子に対して共通の駆動波形を印加するようにしたものも知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、
【特許文献１】に記載のインクジェット記録装置にあっては、駆動波形は１つの駆動信号発生回路によって生成されるが、近年、印刷速度が高速化するに従ってノズル数が増加しているため、駆動信号発生回路にかかる負荷（圧電素子）も増大している。
【０００８】
このように、駆動信号発生回路にかかる負荷が増大すると、駆動信号発生回路の圧電素子を駆動させるための負荷電流が大きくなり、電流供給源を構成する電気的素子が１つではまかないきれなくなり、より大電力用の素子を使用するか、複数の素子を使用しなければならなくなり、コストが増加する。
【０００９】
また、
【特許文献２】に記載のインクジェット記録装置にあっては、各色毎のヘッドを駆動するためにそれぞれに低インピーダンス出力回路（バッファアンプ、SEPP）を含む駆動回路を構成するため、例えばブラック（Ｂｋ）のみの画像を出力する場合には、Ｂｋ用の出力回路のみが作動しており、Ｂｋ用の出力回路の素子のみが大きな発熱を生ずることになる。Ｃ、Ｍ、Ｙの単色画像のみの出力の場合も同様になるので、トータル的には回路規模として膨大なものが必要になる。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、駆動波形を出力する回路の素子の稼動を均一化して、発熱を低減し、回路規模、放熱手段に要するコストを低減するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェット記録装置は、１つのヘッド内が複数の駆動ユニットに分割された複数のヘッドを駆動するヘッド駆動手段を備え、このヘッド駆動手段は、駆動波形を生成出力する波形生成部と、この波形生成部からの駆動波形を増幅する複数の電流増幅部とを有し、１つの電流増幅部の出力で異なるヘッドにまたがる複数の駆動ユニットを駆動する構成とした。
【００１２】
ここで、複数のヘッドは異なる色のインク毎に設けられ、１つの電流増幅部は異なる色のインクの駆動ユニットを駆動する構成とできる。
【００１３】
本発明に係るインクジェット記録装置は、複数のノズルからなる複数のノズル列を有し、１つのノズル列内が複数の駆動ユニットに分割されたヘッドを駆動するヘッド駆動手段を備え、このヘッド駆動手段は、駆動波形を生成出力する波形生成部と、この波形生成部からの駆動波形を増幅する複数の電流増幅部とを有し、１つの電流増幅部の出力で異なるノズル列にまたがる複数の駆動ユニットを駆動する構成とした。
【００１４】
ここで、複数のノズル列は、異なる色のインク毎に設けられ、１つの電流増幅部は異なる色のインクの駆動ユニットを駆動する構成とできる。
【００１５】
これらの本発明に係るインクジェット記録装置においては、複数の駆動ユニットは、それぞれほぼ同数のノズルに対応した圧力発生手段を駆動することが好ましい。
【００１６】
また、複数の電流増幅部の出力は、各ヘッドの駆動ユニットを構成する圧力発生手段及び駆動する圧力発生手段を選択する選択回路を有するヘッド基板に中継基板を介して結線され、中継基板は入出力コネクト部のパタ−ンが両者ともにストレ−ト配線で結線可能に基板内配線されていることが好ましい。この場合、ヘッド基板は中継基板に結線され、ヘッド基板内の駆動波形信号の配線は他の信号の配線と交差しないことが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００１８】
このインクジェット記録装置装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００１９】
印字機構部２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１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側には記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００２０】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１４へ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有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクを記録ヘッド１４内に供給する。
【００２１】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００２２】
また、記録ヘッド１４として、ここでは各色、すなわち４個のインクジェットヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出する複数のノズルからなる複数のノズル列を有する１個のインクジェットヘッドでもよい。さらに、記録ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板と、この振動板を圧電素子で変形させるピエゾ型インクジェットヘッドを用いているが、これに限らずサーマル型ヘッド、静電型ヘッドなども用いることができる。
【００２３】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２４】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４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２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２５】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００２６】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７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１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）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。
【００２７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１４の各インクジェットヘッドの吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で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。
【００２８】
次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２９】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路板４１と、この流路板４１の下面に接合した振動板４２と、流路板４１の上面に接合したノズル板４３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４５がノズル連通路４５ａを介して連通するインク流路である加圧室４６、加圧室４６にインクを供給するための共通液室４８にインク供給口４９を介して連通する流体抵抗部となるインク供給路４７を形成している。
【００３０】
そして、振動板４２の外面側（液室と反対面側）に各加圧室４６に対応して加圧室４６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積層型圧電素子５２を接合し、この圧電素子５２をベース基板５３に接合している。また、圧電素子５２の間には加圧室４６、４６間の隔壁部４１ａに対応して支柱部５４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子５２と支柱部５４して形成している。支柱部５４も構成は圧電素子５１と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００３１】
さらに、振動板４２の外周部はフレーム部材４４にギャップ材を含む接着剤５０にて接合している。このフレーム部材４４には、共通液室４８となる凹部、この共通液室４８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材４４は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００３２】
ここで、流路板４１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ノズル連通路４５ａ、加圧室４６、インク供給路４７となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。
【００３３】
振動板４２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板４２は加圧室４６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部（ダイアフラム部）５５及び圧電素子５２と接合するための厚肉部（島状凸部）５６を形成するとともに、支柱部５４に対応する部分及びフレーム部材４４との接合部にも厚肉部５７を形成し、平坦面側を流路板４１に接着剤接合し、島状凸部５６を圧電素子５２に接着剤接合し、更に厚肉部５７を支柱部５４及びフレーム部材４４に接着剤５０で接合している。なお、ここでは、振動板４２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部５５の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３４】
ノズル板４３は各加圧室４６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４５を形成し、流路板４１に接着剤接合している。このノズル板４３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４３の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４５の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
【００３５】
また、ノズル板４３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３６】
圧電素子５２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層６１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極層６２とを交互に積層したものであり、内部電極６２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極６３、共通電極６４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子５２の伸縮により加圧室４６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子５２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子５２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３７】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極６３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子５２で導通した共通電極６４となる。
【００３８】
そして、圧電素子５２の個別電極６３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル６５を接続し、このＦＰＣケーブル６５には各圧電素子５２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極６４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル６５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３９】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子５２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子５２に積層方向の変位が生起し、振動板４２を介して加圧室４６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００４０】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧室４６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧室４６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室４８に流入し、共通液室４７からインク供給口４９を経て流体抵抗部４７を通り、加圧室４６内に充填される。
【００４１】
なお、流体抵抗部４７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部４７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００４２】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図６を参照して説明する。
この制御部は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュータ（以下、「ＣＰＵ」と称する。）８０と、所要の固定情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等として使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像データ（ドットデータ或いはドットパターンデータと称する。）を格納する画像メモリ（ラスデータメモリ）８３と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、ヘッド駆動回路８８及びドライバ８９等を備えている。
【００４３】
ここで、ＰＩＯポート８４にはホストのプリンタドライバ側から転送される画像データなどの各種情報及びデータ、操作パネル９０からの各種指示、選択情報、環境温度を検出する温度センサ９２などの各種センサからの検知信号等が入力され、またこのＰＩＯポート８４を介してホスト側や操作パネル９０側に対して所要の情報が送出される。
【００４４】
ヘッド駆動回路８８は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる各種データ及び信号に基づいて、記録ヘッド１４を構成する各インクジェットヘッドの圧電素子５２に対して選択的に駆動波形を印加してインク滴を吐出させる。さらに、ドライバ８９は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる駆動データに応じて主走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制御することで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査し、搬送ローラ２４を回転させて用紙３を所定量搬送させる。
【００４５】
この制御部のうちのヘッド駆動制御装置に係わる部分について図７を参照して説明する。なお、同図では、本発明の１つの駆動ユニットの駆動制御に係る部分のみを図示している。
ここで、記録ヘッド１４を構成する４個のインクジェットヘッドＨは、上述したように複数（ここでは１２８個とする。）のノズル４５に対応する１２８個の圧力発生手段である圧電素子５２を有し、各圧電素子５２の一方の電極は共通化して共通電極Ｃｏｍ（上記の共通電極６４である。）としてグランドに接続し、他方の電極は各圧電素子５２毎に個別化して選択電極ＳＥＬ（上記の個別電極６３である。）としている。なお、実際にはノズル４５は２列設けているので、２５６個のノズル４５を有することになる。
【００４６】
ヘッド駆動制御部は、前記ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び周辺回路を含む主制御部１０１と記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドを駆動するためのヘッド駆動部８８ａを備えている。
【００４７】
主制御部１０１は、パ−ソナルコンピュ−タなどの情報処理端末、デジタルカメラ、スキャナなどの画像処理端装置等のホスト側から与えられる画像情報を入力して、ヘッド駆動部８８に対してヘッドを駆動するタイミングに合わせて、８ｂｉｔの電圧デ−タを順次、波形生成部であるＤ／Ａ変換回路（ＤＡＣ）１０３に出力する。
【００４８】
ＤＡＣ１０３は、与えられた電圧デ−タを例えば０Ｖ〜２Ｖの出力範囲を８ｂｉｔの分解能で出力する。８ｂｉｔのデ−タ入力ステップが２５０ｎｓの場合、駆動波形（駆動信号）の立ち上がり時定数ｔｒ＝５μｓ、駆動電圧Ｖｐ＝３０Ｖ（フルスケ−ル）のとき、ＤＡＣ１０３の出力は２０ステップの時間刻みで、約０．１Ｖ／ステップで０〜２Ｖまで上昇する。
【００４９】
また、駆動波形の立下り時も同様に、立下り時定数ｔｆ＝１０μｓであれば４０ステップで５〜３Ｖまで下降する。さらに、駆動波形に要する時間（立ち上がり開始から、立下り終了までの時間）が５０μｓとすると、２００ステップでフルスケ−ル５Ｖの駆動波形が形成され、ヘッドの駆動タイミングに合わせて繰り返し出力される。
【００５０】
このＤＡＣ１０３から出力される駆動波形はアンプ１０４を介して３〜３０Ｖ（フルスケ−ル時）の範囲でＤＡＣ出力レベルに応じて電圧増幅される。電圧増幅された駆動波形は、ＳＥＰＰ回路（ＮＰＮトランジスタＱ１及びＰＮＰトランジスタＱ２）等で構成される低インピ−ダンス回路からなる電流増幅部１０５を介して、選択回路であるＰＺＴ選択回路１０６へ与えられる。
【００５１】
ここで、図８に駆動波形の一例を示している。本実施形態におけるヘッドの駆動方式においては、駆動波形の立下り波形要素（ａ→ｂ）の時間に圧電素子５２はヘッド基板（ベース基板）５３方向に収縮変位するので、加圧液室４６内の容積は拡大し、加圧液室４６は減圧される。そして、上記拡大された加圧液室４６は駆動波形のホールド波形要素（ｂ→ｃ）時間の間、保持された後、立ち上がり波形要素（ｃ→ｄ）の時間に圧電素子５２がノズル板４３方向に拡大変位するので、加圧液室４６は縮小し、発生される加圧圧力でノズル４５からインク滴が噴射される。
【００５２】
一方、主制御部１０１は、インク滴を噴射させるノズル４５を指定するためのシリアルデ−タＳＤ（ノズルデ−タ）とシフトクロックＳＣＬＫ、ラッチ信号/ＬＡＴをＰＺＴ選択回路１０６へ入力する。
【００５３】
ＰＺＴ選択回路１０６は、シフトクロックＳＣＬＫ、およびノズルデータＳＤを入力とするシフトレジスタ回路（２５６ｂｉｔ）と、シフトレジスタ回路の各レジスト値をラッチ信号/ＬＡＴによってラッチするためのラッチ回路（２５６ｂｉｔ）と、２５６ビットのレベルシフタ回路と、レベルシフタ回路でオン/オフが制御されるアナログスイッチ群とからなる。
【００５４】
アナログスイッチ群は、各圧電素子５２の選択電極６３に接続され、駆動波形が入力されている。そしてシフトレジスタ回路にシフトクロックＳＣＬＫ、ノズルデータＳＤを取りこみ、ラッチ信号/ＬＡＴによって取りこんだシリアルデ−タをラッチ回路でラッチしてレベルシフタ回路に入力する。このレベルシフタ回路は、データの内容に応じて各圧電素子５２に接続されるアナログスイッチをオンすることで、駆動波形が選択された圧電素子５２に印加される。
【００５５】
このように各圧電素子に印加される駆動波形は、前記ＤＡＣ１０３に入力される８ｂｉｔの電圧デ−タ値を２５０ｎｓの時間刻みで制御されるので、駆動電圧Ｖｐ及び立ち上げ時定数ｔｒは、ＤＡＣ１０３に入力する電圧デ−タを可変することで容易に制御することができる。
【００５６】
そこで、上述したインクジェット記録装置における記録ヘッド１４の４個のインクジェットヘッド（以下「ヘッドＨＢｋ、ヘッドＨＣ、ヘッドＨＭ、ヘッドＨＹ」とする。）を駆動する本発明に係るヘッド駆動手段であるヘッド駆動部の全体構成について図９及び図１０を参照して説明する。
【００５７】
ヘッド駆動部８８は、４個のヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹで共有する前述した主制御部１０１からの電圧データをＤ／Ａ変換して駆動波形を生成する波形生成手段としてのＤＡＣ１０３及びＯＰアンプ等で構成した電圧増幅部１０４と、電圧増幅部１０４から出力される駆動波形Ｖｃｏｍを入力して電流増幅するＮＰＮトランジスタＱ１及びＰＮＰトランジスタＱ２等から構成される３個の電流増幅部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとを有している。
【００５８】
ここで、４個のヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹについて、それぞれ１つのヘッドは複数（この例では３個）の駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに分割している。すなわち、ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹのノズル列のノズルに対応する複数の圧電素子５２を所要数毎にグループ化して、各グループを1つの駆動ユニットとしている。
【００５９】
そして、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの駆動ユニット１１１ａに対応する各ＰＺＴ選択回路１０６ａには、電流増幅部１０５ａからの出力Ｖｃｏｍａが結線されている（印加されるようにしている）。同様に、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの駆動ユニット１１１ｂに対応する各ＰＺＴ選択回路１０６ｂには、電流増幅部１０５ｂからの出力Ｖｃｏｍｂが結線されている。また、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの駆動ユニット１１１ｃに対応する各ＰＺＴ選択回路１０６ｃには、電流増幅部１０５ｃからの出力Ｖｃｏｍｃが結線されている。したがって、１つの電流増幅部の出力で異なるヘッドにまたがる駆動ユニットを駆動するようにしている。
【００６０】
一方、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹの１つのヘッドに含まれるＰＺＴ選択回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃには主制御部１０１からの対応するシフトクロックＳＣＬＫ、ノズルデータＳＤ、ラッチ信号/ＬＡＴが共通に入力される。
【００６１】
このように構成したヘッド駆動部の作用について説明する。
先ず、モノクロのみの画像を印刷するとき、ヘッドＨＢｋのみが駆動されるが、上述したような結線になっているので、ヘッド（圧電素子）駆動のための充放電電流は、ヘッドＨＢｋの各駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに対して電流増幅部１０５ａ、１０５ｂ、１０７ｃから供給されることになる。
【００６２】
このため、従来のように１組の電流増幅部からの電流供給ではなく、３組の電流増幅部から電流供給されることになるので、各電流増幅部を構成するトランジスタの発熱は分散されることになる。
【００６３】
また、カラ−画像、特にポスター画像のように背景色にベタ画像部分が多い場合も同様で、従来は使用するインク色に依存して電流増幅部のトランジスタが稼動するので、発熱が特定のトランジスタに集中していたが、上記のヘッド駆動部では稼動するトランジスタが分散されるので、各トランジスタの発熱は小さくなる。
【００６４】
すなわち、１つのヘッドの１つのノズル列に対応する複数の圧力発生手段を所要数毎に複数の駆動ユニットとして分割して、各分割ユニットをそれぞれ異なる電流増幅部の出力で駆動する。
【００６５】
このように、１つの電流増幅部が異なるヘッドにまたがる複数の駆動ユニットを駆動することで、印刷画像に出力される色（インク）が偏っても、特定の電流増幅部に電流が集中しないので、電流増幅部の発熱を分散させることができ、放熱手段の簡素化、低コスト化を図れる。
【００６６】
ここで、ヘッドの駆動ユニットによるノズル分割例について図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１に示す例は、前述したように各色のインクを吐出する各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹで記録ヘッドを構成し、各ヘッドＨＢｋ、ＨＣ、ＨＭ、ＨＹについて１つのヘッド内を複数の駆動ユニットに分割した例であり、各駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに対応するノズル領域Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃのノズル数がほぼ均等になるように３分割した例である。この場合には、電流増幅部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを構成するトランジスタの電力容量は略同じでよい。勿論、２分割でも４分割以上でもよい。
【００６７】
また、図１２に示す例は、ブラックインクを吐出するヘッドＨＢｋと、シアン、マゼンタ、イエローのインクを吐出するカラ−ヘッドＨＣＡとで記録ヘッドを構成したものである。カラーヘッドＨＣＡはシアンインクを吐出する複数のノズルからなるノズル列ＮＣ、マゼンタインクを吐出する複数のノズルからなるノズル列ＮＭ、イエローインクを吐出する複数のノズルからなるノズル列ＮＹを有している。
【００６８】
そして、ヘッドＢｋについては前述したように１つのヘッド内を３つの駆動ユニットに分割している。また、カラーヘッドＨＣＡについても複数のノズル列ＮＣ、ＮＭ、ＮＹについて、１つのノズル列を３つの駆動ユニットに分割している。、これらのヘッドＢｋ、ＨＣＡの各駆動ユニット１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに対応するノズル領域Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃのノズル数はほぼ均等になるように決定している。
【００６９】
このようにヘッドＨＢｋが有するノズル数よりもカラーヘッドＨＣＡが有するノズル数が多い場合でも、各駆動ユニットが担うノズル数を均等にすることで各電流増幅部を構成するトランジスタは同じサイズのものを使うことができる。
【００７０】
なお、本発明において各駆動ユニットが担うノズル数は必ずしも均等にする必要はなく、担うノズル数に応じてトランジスタサイズを選定すればよい。ただし、複数の駆動ユニットは、それぞれほぼ同数のノズルに対応した圧力発生手段を駆動することで、各電流増幅部を構成するトランジスタとして同サイズの品種を選定することができ、異なるサイズのトランジスタが混在する場合に比べて、低コストで、搭載面積も小さくできる。
【００７１】
また、上記図１２の説明からも分かるように、複数のノズルからなる複数のノズル列を有するヘッドを用いる場合、つまり、各色のインクを吐出する複数のノズル列を有するヘッドを備える場合も、１つのノズル列を複数の駆動ユニットに分割して、波形生成部及び複数の電流増幅部を備えて、１つの電流増幅部が異なるノズル列にまたがって複数の駆動ユニットを駆動するように構成することで、印刷画像に出力される色（インク）が偏っても、特定の電流増幅部に電流が集中しないので、電流増幅部の発熱を分散させることができ、放熱手段の簡素化、低コスト化を図れる。
【００７２】
次に、実装の形態について図１３及び図１４を参照して説明する。
先ず、図１３に示すように、上述した主制御部１０１、波形生成部（ＤＡＣ）１０３、、電圧増幅部１０４、電流増幅部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを本体制御基板に実装し、この本体制御基板側から、駆動波形信号Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、ＶｃｏｍｃをＦＦＣ又はＦＰＣなどの伝達手段１２１を介して、キャリッジ１３内に設けた中継基板１２２に電送する構成とする。
【００７３】
一方、図１４に示すように、圧電素子（ＰＺＴ）５２及びＰＺＴ選択回路１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが搭載される各ヘッド基板１２３Ｂｋ、１２３Ｃ、１２３Ｍ、１２３Ｙは、駆動波形信号Ｖｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、Ｖｃｏｍｃを供給する配線（パターン）が、ストレ−トになるように、すなわち、スルーホールで基板裏面を介して他の信号の配線（パターン）と立体交差することがないようにパタ−ニングされ、ＦＦＣ又はＦＰＣなどの伝達手段１２４Ｂｋ、１２４Ｃ、１２４Ｍ、１２４Ｙを介して中継基板１２２に結線される。なお、駆動波形信号Ｖｃｏｍ以外の他の制御信号は図示を省略する。
【００７４】
また、中継基板１２２は、各ヘッド基板１２３Ｂｋ、１２３Ｃ、１２３Ｍ、１２３Ｙから結線されたＶｃｏｍａ、Ｖｃｏｍｂ、Ｖこｍｃが本体制御基板にストレ−トで受信できるように配線される。この場合、中継基板１２２として、両面基板、４層基板等の多層基板を用いれば、容易にパタ−ニングできる。また、上記ヘッド基板１２３Ｂｋ、１２３Ｃ、１２３Ｍ、１２３Ｙはパタ−ニングがストレ−ト配線で済むので、片面のみのパタ−ニングで済む。
【００７５】
このように、中継基板は、入出力コネクト部のパタ−ンが両者ともにストレ−ト配線で結線できるように基板内配線しているので、汎用で安価なＦＦＣやＦＰＣを入出力ケ−ブルと接続することができるので、ハ−ネスコストを低減することができる。また、ヘッド基板は、駆動波形信号（電流増幅部の出力）は他の信号と交差しないので、信号間の干渉（ノイズ）を受けにくく、波形品質を向上させることができる。
【００７６】
なお、ここでの説明では、電圧増幅部及び電流増幅部を本体制御基板に搭載しているが、必要に応じて中継基板に搭載することも可能であり、この場合も本発明を適用することができる。
【００７７】
また、上記実施形態では電気機械変換素子を用いるインクジェットヘッドの駆動について説明したが、これに限るものではなく、前述したように静電型ヘッドやサーマル型ヘッド、その他形状記憶合金を用いるヘッドなど、その他の圧力発生手段を用いるヘッドの駆動にも適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つの電流増幅部が異なるヘッド又はノズル列にまたがる複数の駆動ユニットを駆動することができるので、特定のヘッド又はノズル列を使用する場合でも駆動波形を出力する回路の素子の稼動が均一化され、発熱が低減し、回路規模、放熱手段に要するコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の一例を示す斜視説明図
【図２】同記録装置の機構部の側断面説明図
【図３】同記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの一例を説明するヘッドの液室長辺方向に沿う断面説明図
【図４】同ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図
【図５】同ヘッドの要部平面説明図
【図６】同記録装置の制御部の概要を説明するブロック図
【図７】同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分の１ヘッド分のブロック図
【図８】駆動波形の例を説明する説明図
【図９】同制御部のヘッド駆動部の説明に供するブロック図
【図１０】同じくヘッド駆動部の説明に供するブロック図
【図１１】ノズル領域と駆動ユニットの分割例の説明に供する説明図
【図１２】ノズル領域と駆動ユニットの他の分割例の説明に供する説明図
【図１３】同ヘッド駆動部の実装の形態の説明に供する説明図
【図１４】同じく実装の形態の説明に供する説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、４１…流路板、４２…振動板、４３…ノズル板、４５…ノズル、４６…加圧室、５２…圧電素子、８８…ヘッド駆動部、１０３…ＤＡＣ（波形生成部）、１０４…電圧増幅部、１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ…電流増幅部、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ…駆動ユニット。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an inkjet recording device.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] JP-A-2000-263818
[Patent Document 2] JP-A-10-157102
[0003]
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a plotter includes a nozzle for ejecting ink droplets and a pressurized liquid chamber (ejection chamber, pressure chamber, heating chamber) communicating with the nozzle. A pressure chamber, a liquid chamber, an ink flow path, a flow path, etc.) and a pressure generating means for pressurizing the ink in the pressurized liquid chamber, and an inkjet head as a droplet discharge head. It is.
[0004]
The ink jet head uses an electromechanical transducer such as a piezoelectric element as a pressure generating means to pressurize the ink in the pressurized liquid chamber and changes the volume inside the ink flow path by deforming the diaphragm that forms the wall of the ink flow path. A so-called piezo-type that discharges ink droplets by discharging ink droplets, or a so-called thermal-type that discharges ink droplets by pressure by heating ink in an ink flow path using an exothermic resistor to generate bubbles. The vibration plate and the electrode forming the wall surface of the ink flow path are arranged to face each other, and the vibration plate is deformed by an electrostatic force generated between the vibration plate and the electrode, thereby changing the volume in the ink flow path and causing the ink droplet to change. There is known an electrostatic type that discharges the ink.
[0005]
Inkjet mounting such an inkjet head as a recording head
As a head drive control device in a recording device, for example,
As described in Patent Document 1, black (Bk), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) heads are mounted, and all piezoelectric elements of all heads are mounted. It is known that a common drive waveform (drive signal) COM is generated and the drive signal COM is applied to each piezoelectric element via a switch circuit that is turned on / off according to a recording signal.
[0006]
Also,
As described in Patent Document 2, a waveform for mounting a black (Bk), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) head and generating a drive waveform for each head It is also known to provide a generator and a low-impedance output circuit so that a driving waveform from the low-impedance output circuit is applied to all piezoelectric elements for each head.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However,
In the ink jet recording apparatus described in Patent Document 1, a drive waveform is generated by one drive signal generation circuit. However, in recent years, the number of nozzles has increased as the printing speed has increased, so that the drive waveform has been increased. The load (piezoelectric element) applied to the signal generation circuit is also increasing.
[0008]
As described above, when the load applied to the drive signal generation circuit increases, the load current for driving the piezoelectric element of the drive signal generation circuit increases, and one electrical element constituting the current supply source cannot be covered, Either a higher power device or multiple devices must be used, increasing costs.
[0009]
Also,
In the ink jet recording apparatus described in Patent Document 2, a driving circuit including a low impedance output circuit (buffer amplifier, SEPP) for driving a head for each color is configured. ), Only the output circuit for Bk operates, and only the elements of the output circuit for Bk generate large heat. The same applies to the case of outputting only C, M, and Y single-color images, so that an enormous circuit scale is required in total.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has an ink jet recording apparatus that uniformizes the operation of elements of a circuit that outputs a drive waveform, reduces heat generation, and reduces the circuit scale and the cost required for heat radiation means. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, an ink jet recording apparatus according to the present invention includes a head driving unit that drives a plurality of heads in which one head is divided into a plurality of driving units. And a plurality of current amplifiers for amplifying the drive waveform from the waveform generator, and driving a plurality of drive units over different heads with the output of one current amplifier. It was.
[0012]
Here, a plurality of heads may be provided for each ink of a different color, and one current amplifier may drive a drive unit of the ink of a different color.
[0013]
An ink jet recording apparatus according to the present invention includes a plurality of nozzle rows including a plurality of nozzles, and includes a head driving unit that drives a head in which one nozzle row is divided into a plurality of driving units. Has a waveform generating section for generating and outputting a driving waveform, and a plurality of current amplifying sections for amplifying the driving waveform from the waveform generating section. The unit is driven.
[0014]
Here, the plurality of nozzle rows may be provided for each of the inks of different colors, and one current amplifying unit may drive the drive units of the inks of different colors.
[0015]
In these inkjet recording apparatuses according to the present invention, it is preferable that the plurality of drive units respectively drive the pressure generating means corresponding to substantially the same number of nozzles.
[0016]
The outputs of the plurality of current amplifying units are connected via a relay board to a head substrate having a pressure generating means constituting a drive unit of each head and a selection circuit for selecting the pressure generating means to be driven. It is preferable that both patterns of the output connection part are wired in the board so that they can be connected by straight wiring. In this case, it is preferable that the head substrate is connected to the relay substrate, and the wiring of the drive waveform signal in the head substrate does not cross the wiring of other signals.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a mechanism of an ink jet recording apparatus as an image recording apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a side explanatory view of the mechanism.
[0018]
This ink jet recording apparatus includes a carriage that is movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 1, a recording head including an inkjet head mounted on the carriage, an ink cartridge that supplies ink to the recording head, and the like. After storing the mechanism unit 2 and the like, taking in the paper 3 fed from the paper feed cassette 4 or the manual feed tray 5, recording the required image by the printing mechanism unit 2, the paper is transferred to the paper output tray 6 mounted on the rear side. Discharge paper.
[0019]
The printing mechanism section 2 holds a carriage 13 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 11 and a sub guide rod 12 which are guide members which are laterally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). A recording head 14 composed of an inkjet head that ejects ink droplets of each color is mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Each ink tank (ink cartridge) 15 for supplying ink of each color to the recording head 14 is exchangeably mounted.
[0020]
The ink cartridge 15 has an upper air port that communicates with the atmosphere, a lower supply port for supplying ink to the recording head 14, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the recording head 14 by the force is maintained at a slight negative pressure. The ink is supplied from the ink cartridge 15 into the recording head 14.
[0021]
Here, the carriage 13 is slidably fitted to the main guide rod 11 on the rear side (downstream side in the paper transport direction), and is slidably mounted on the front guide rod 12 (upstream side in the paper transport direction). are doing. In order to move and scan the carriage 13 in the main scanning direction, a timing belt 20 is stretched between a driving pulley 18 and a driven pulley 19 that are driven to rotate by a main scanning motor 17. , And the carriage 13 is reciprocated by the forward and reverse rotation of the main scanning motor 17.
[0022]
Although the recording head 14 uses four ink jet heads for each color in this case, a single ink jet head having a plurality of nozzle rows composed of a plurality of nozzles for ejecting ink droplets of each color may be used. Further, as described later, as the recording head 14, a vibration plate that forms at least a part of the wall surface of the ink flow path and a piezo-type inkjet head that deforms the vibration plate with a piezoelectric element are used. Not limited thereto, a thermal head, an electrostatic head, and the like can be used.
[0023]
On the other hand, in order to transport the paper 3 set in the paper feed cassette 4 to the lower side of the recording head 14, the paper feed roller 21 and the friction pad 22, which separate and feed the paper 3 from the paper feed cassette 4, and guide the paper 3 A guide member 23 to be fed, a transport roller 24 for transporting the fed paper 3 in reverse, a transport roller 25 pressed against the peripheral surface of the transport roller 24, and a feed angle of the paper 3 from the transport roller 24. A tip roller 26 is provided. The transport roller 24 is driven to rotate by a sub-scanning motor 27 via a gear train.
[0024]
Further, there is provided a printing receiving member 29 which is a paper guide member for guiding the paper 3 sent from the transport roller 24 below the recording head 14 in accordance with the moving range of the carriage 13 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 29 in the paper transport direction, there are provided a transport roller 31 and a spur 32 that are driven to rotate in order to transport the paper 3 in the paper discharge direction. Rollers 33 and spurs 34 and guide members 35 and 36 forming a paper discharge path are provided.
[0025]
At the time of recording, the recording head 14 is driven in accordance with an image signal while moving the carriage 13 to discharge ink on the stopped paper 3 to record one line, and after the paper 3 is conveyed by a predetermined amount, the next paper is transported. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal indicating that the rear end of the sheet 3 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 3 is discharged.
[0026]
Further, a recovery device 37 for recovering from the ejection failure of the recording head 14 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 13. The recovery device 37 has a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 13 is moved to the recovery device 37 side during standby for printing, the recording head 14 is capped by the capping means, and the ejection openings (nozzle holes) are kept in a wet state, thereby preventing ejection failure due to ink drying. In addition, by discharging (purging) ink that is not related to printing during printing or the like, the ink viscosity of all the discharge ports is made constant, and stable discharge performance is maintained.
[0027]
If a discharge failure occurs, the discharge ports (nozzles) of the respective inkjet heads of the recording head 14 are sealed by capping means, bubbles are sucked out of the discharge ports with ink by suction means through a tube, and adhere to the discharge port surface. The removed ink, dust, and the like are removed by the cleaning unit, and the ejection failure is recovered. The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) provided at a lower portion of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
[0028]
Next, an ink jet head constituting the recording head 14 of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber, FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of the head along the lateral direction of the liquid chamber, and FIG. 5 is an explanatory plan view of a main part of the head.
[0029]
The inkjet head has a flow path plate 41 formed of a single crystal silicon substrate, a vibration plate 42 joined to the lower surface of the flow path plate 41, and a nozzle plate 43 joined to the upper surface of the flow path plate 41, With these, a nozzle 45 for ejecting ink droplets, which is a droplet, is an ink flow path that communicates via a nozzle communication passage 45a. An ink supply path 47 is formed as a fluid resistance portion that communicates via the supply port 49.
[0030]
Then, an electromechanical converter which is a pressure generating means (actuator means) for pressurizing ink in the pressurizing chamber 46 corresponding to each pressurizing chamber 46 on the outer surface side (the opposite side to the liquid chamber) of the vibration plate 42. A laminated piezoelectric element 52 as an element is joined, and this piezoelectric element 52 is joined to a base substrate 53. Further, between the piezoelectric elements 52, support columns 54 are provided corresponding to the partition walls 41a between the pressurizing chambers 46, 46. Here, the piezoelectric element member is divided into comb-tooth shapes by subjecting the piezoelectric element member to slit processing by half-cut dicing, and each of the piezoelectric element members is formed by a piezoelectric element 52 and a support portion 54. The structure of the support portion 54 is the same as that of the piezoelectric element 51, but is a simple support since no drive voltage is applied.
[0031]
Further, the outer peripheral portion of the diaphragm 42 is joined to the frame member 44 by an adhesive 50 including a gap material. The frame member 44 has a recess serving as a common liquid chamber 48 and an ink supply hole (not shown) for supplying ink to the common liquid chamber 48 from outside. The frame member 44 is formed by injection molding of, for example, epoxy resin or polyphenylene sulfite.
[0032]
Here, for example, the channel plate 41 is formed by anisotropically etching a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation of (110) using an alkaline etching solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) to form a nozzle communication passage 45a, The pressure chamber 46 and the concave portion and the hole serving as the ink supply path 47 are formed. However, the present invention is not limited to a single crystal silicon substrate, and other stainless steel substrates and photosensitive resins can be used.
[0033]
The vibration plate 42 is formed from a nickel metal plate, and is manufactured by, for example, an electroforming method (electroforming method). However, other vibration members such as a metal plate, a resin plate, or a joining member between a metal and a resin plate may be used. It can also be used. The vibration plate 42 has a thin portion (diaphragm portion) 55 for facilitating deformation and a thick portion (island-shaped convex portion) 56 for joining with the piezoelectric element 52 at a portion corresponding to the pressurizing chamber 46. At the same time, a thick portion 57 is also formed at a portion corresponding to the support portion 54 and a joint portion with the frame member 44, the flat surface side is bonded to the flow channel plate 41 with an adhesive, and the island-shaped convex portion 56 is formed with the piezoelectric element 52. The thick portion 57 is further joined to the support portion 54 and the frame member 44 with an adhesive 50. Here, the diaphragm 42 is formed by nickel electroforming of a two-layer structure. In this case, the thickness of the diaphragm 55 is 3 μm and the width is 35 μm (one side).
[0034]
The nozzle plate 43 forms a nozzle 45 having a diameter of 10 to 35 μm corresponding to each pressurizing chamber 46 and is bonded to the flow path plate 41 with an adhesive. As the nozzle plate 43, a metal such as stainless steel or nickel, a combination of a metal and a resin such as a polyimide resin film, silicon, or a combination thereof can be used. Here, it is formed by a Ni plating film or the like by an electroforming method. Further, the inner shape (inner shape) of the nozzle 43 is formed in a horn shape (a substantially columnar shape or a substantially truncated cone shape), and the hole diameter of the nozzle 45 is about 20 to about the diameter on the ink droplet outlet side. It is 35 μm. Further, the nozzle pitch of each row was 150 dpi.
[0035]
Further, a water-repellent treatment layer (not shown) on which a water-repellent surface treatment is performed is provided on the nozzle surface (surface in the discharge direction: discharge surface) of the nozzle plate 43. Examples of the water-repellent layer include PTFE-Ni eutectoid plating, electrodeposition coating of a fluororesin, evaporation-coated fluororesin (for example, pitch fluoride), silicon-based resin and fluorine-based resin. A water-repellent treatment film selected according to the physical properties of the ink, such as baking after the application of a solvent, is provided to stabilize the ink droplet shape and flying characteristics and obtain high-quality image quality.
[0036]
The piezoelectric element 52 includes a piezoelectric layer 61 made of lead zirconate titanate (PZT) having a thickness of 10 to 50 μm / 1 and an internal electrode layer 62 made of silver / palladium (AgPd) having a thickness of several μm / 1. The internal electrodes 62 are alternately stacked, and are electrically connected alternately to the individual electrodes 63 and the common electrodes 64 which are end electrodes (external electrodes) on the end surfaces. The pressurizing chamber 46 is contracted and expanded by the expansion and contraction of the piezoelectric element 52 whose piezoelectric constant is d33. When a drive signal is applied to the piezoelectric element 52 and charging is performed, the piezoelectric element 52 expands, and when the electric charge charged to the piezoelectric element 52 discharges, it contracts in the opposite direction.
[0037]
In addition, the end face electrode on one end face of the piezoelectric element member is divided into individual electrodes 63 by dicing processing by half-cutting, and the end face electrode on the other end face is not divided by the restriction of processing such as notch and is divided by all the piezoelectric elements 52. The conductive common electrode 64 is formed.
[0038]
An FPC cable 65 is connected to the individual electrodes 63 of the piezoelectric element 52 by solder bonding, ACF (anisotropic conductive film) bonding, or wire bonding in order to supply a drive signal. Is connected to a drive circuit (driver IC) for selectively applying a drive waveform. The common electrode 64 is provided with an electrode layer at an end of the piezoelectric element and is turned around to be connected to a ground (GND) electrode of the FPC cable 65.
[0039]
In the ink jet head configured as described above, for example, by applying a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 V) to the piezoelectric element 52 in accordance with a recording signal, a displacement in the stacking direction occurs in the piezoelectric element 52, and vibration is generated. The ink in the pressurizing chamber 46 is pressurized via the plate 42, the pressure increases, and ink droplets are ejected from the nozzle 45.
[0040]
Thereafter, with the end of the ink droplet ejection, the ink pressure in the pressurizing chamber 46 is reduced, and a negative pressure is generated in the pressurizing chamber 46 due to the inertia of the ink flow and the discharge process of the driving pulse, and the ink filling process is started. Transition. At this time, ink supplied from an ink tank (not shown) flows into the common liquid chamber 48, passes through the ink supply port 49 from the common liquid chamber 47, passes through the fluid resistance part 47, and is filled into the pressurizing chamber 46.
[0041]
The fluid resistance portion 47 is effective in attenuating the residual pressure vibration after ejection, but is resistant to refilling due to surface tension. By appropriately selecting the fluid resistance value of the fluid resistance unit 47, the balance between the attenuation of the residual pressure and the refill time can be achieved, and the time (drive cycle) until the transition to the next ink droplet ejection operation can be shortened.
[0042]
Next, an outline of a control unit of the inkjet recording apparatus will be described with reference to FIG.
The control unit includes a microcomputer (hereinafter, referred to as a “CPU”) 80 for controlling the entire recording apparatus, a ROM 81 storing required fixed information, a RAM 82 used as a working memory, and the like. An image memory (las data memory) 83 for storing image data (referred to as dot data or dot pattern data) to be transferred, a parallel input / output (PIO) port 84, a parallel input / output (PIO) port 86, a head A driving circuit 88 and a driver 89 are provided.
[0043]
The PIO port 84 receives various information and data such as image data transferred from the printer driver of the host, various instructions from the operation panel 90, selection information, and various sensors such as a temperature sensor 92 for detecting an environmental temperature. And the like, and necessary information is transmitted to the host and the operation panel 90 through the PIO port 84.
[0044]
The head drive circuit 88 selectively applies a drive waveform to the piezoelectric element 52 of each ink jet head constituting the recording head 14 based on various data and signals given via the PIO port 86 to eject ink droplets. Discharge. Further, the driver 89 moves and scans the carriage 13 in the main scanning direction by controlling the driving of the main scanning motor 17 and the sub-scanning motor 27 in accordance with the driving data provided via the PIO port 86, respectively. Is rotated to convey the sheet 3 by a predetermined amount.
[0045]
The part of the control unit related to the head drive control device will be described with reference to FIG. Note that FIG. 2 shows only a portion related to drive control of one drive unit of the present invention.
Here, the four inkjet heads H constituting the recording head 14 have the piezoelectric elements 52 as 128 pressure generating means corresponding to the plurality of (here, 128) nozzles 45 as described above. Then, one electrode of each piezoelectric element 52 is shared and connected to the ground as a common electrode Com (the above-mentioned common electrode 64), and the other electrode is individually individualized for each piezoelectric element 52 and selected electrode SEL ( The individual electrodes 63 described above). Since the nozzles 45 are actually provided in two rows, the nozzles 45 have 256 nozzles 45.
[0046]
The head drive control unit includes a main control unit 101 including the CPU, ROM, RAM, and peripheral circuits, and a head drive unit 88a for driving an inkjet head constituting the recording head 14.
[0047]
The main control unit 101 inputs image information given from a host side such as an information processing terminal such as a personal computer, an image processing terminal device such as a digital camera and a scanner, and sends a head to a head driving unit 88. 8 bits of voltage data are sequentially output to a D / A conversion circuit (DAC) 103 which is a waveform generation unit in accordance with the timing of driving the.
[0048]
The DAC 103 outputs the applied voltage data in an output range of, for example, 0 V to 2 V with a resolution of 8 bits. When the 8-bit data input step is 250 ns, the rising time constant of the drive waveform (drive signal) is tr = 5 μs, and when the drive voltage Vp is 30 V (full scale), the output of the DAC 103 is in 20 step steps. It rises to 0-2V at about 0.1V / step.
[0049]
Similarly, when the drive waveform falls, if the fall time constant tf = 10 μs, the voltage falls to 5 to 3 V in 40 steps. Further, assuming that the time required for the drive waveform (the time from the start of rising to the end of falling) is 50 μs, a full-scale 5 V drive waveform is formed in 200 steps, and is repeatedly output in accordance with the drive timing of the head.
[0050]
The drive waveform output from the DAC 103 is amplified through the amplifier 104 in the range of 3 to 30 V (at full scale) according to the DAC output level. The voltage-amplified drive waveform is applied to a PZT selection circuit 106, which is a selection circuit, via a current amplification unit 105 including a low-impedance circuit composed of a SEPP circuit (NPN transistor Q1 and PNP transistor Q2) and the like. .
[0051]
Here, FIG. 8 shows an example of the driving waveform. In the head driving method according to the present embodiment, the piezoelectric element 52 contracts and displaces in the direction of the head substrate (base substrate) 53 at the time of the falling waveform element (a → b) of the driving waveform. Is increased, and the pressure in the pressurized liquid chamber 46 is reduced. Then, after the expanded pressurized liquid chamber 46 is held for the hold waveform element (b → c) time of the drive waveform, the piezoelectric element 52 is moved to the nozzle plate 43 at the time of the rising waveform element (c → d). As the pressure increases, the pressurized liquid chamber 46 contracts, and ink droplets are ejected from the nozzle 45 at the generated pressurized pressure.
[0052]
On the other hand, the main control unit 101 inputs the serial data SD (nozzle data) for specifying the nozzle 45 for ejecting the ink droplet, the shift clock SCLK, and the latch signal / LAT to the PZT selection circuit 106.
[0053]
The PZT selection circuit 106 includes a shift register circuit (256 bits) that receives the shift clock SCLK and the nozzle data SD, a latch circuit (256 bits) for latching each register value of the shift register circuit with a latch signal / LAT, It comprises a 256-bit level shifter circuit and a group of analog switches whose on / off is controlled by the level shifter circuit.
[0054]
The analog switch group is connected to the selection electrode 63 of each piezoelectric element 52, and receives a drive waveform. Then, the shift clock SCLK and the nozzle data SD are taken into the shift register circuit, and the serial data taken by the latch signal / LAT is latched by the latch circuit and inputted to the level shifter circuit. In this level shifter circuit, a drive waveform is applied to the selected piezoelectric element 52 by turning on an analog switch connected to each piezoelectric element 52 according to the content of data.
[0055]
As described above, the drive waveform applied to each piezoelectric element is controlled by the 8-bit voltage data value input to the DAC 103 in steps of 250 ns, so that the drive voltage Vp and the start-up time constant tr are equal to the DAC 103. Can be easily controlled by varying the voltage data to be input to the.
[0056]
In view of the above, a head drive, which is a head drive unit according to the present invention, that drives four inkjet heads (hereinafter, referred to as “head HBk, head HC, head HM, and head HY”) of the recording head 14 in the above-described inkjet recording apparatus. The overall configuration of the unit will be described with reference to FIGS.
[0057]
The head driving unit 88 includes a DAC 103 and an OP as waveform generation means for performing D / A conversion of the voltage data from the main control unit 101 and shared by the four heads HBk, HC, HM, and HY to generate a driving waveform. A voltage amplifying unit 104 composed of an amplifier and the like, and three current amplifying units 105a and 105b including an NPN transistor Q1 and a PNP transistor Q2 for inputting a drive waveform Vcom output from the voltage amplifying unit 104 for current amplification. , 105c.
[0058]
Here, each of the four heads HBk, HC, HM, and HY is divided into a plurality of (three in this example) drive units 111a, 111b, and 111c. That is, the plurality of piezoelectric elements 52 corresponding to the nozzles of the nozzle rows of the heads HBk, HC, HM, and HY are grouped by a required number, and each group is a drive unit.
[0059]
The output Vcoma from the current amplifying unit 105a is connected to (applied to) each PZT selection circuit 106a corresponding to the driving unit 111a of each of the heads HBk, HC, HM, and HY. Similarly, the output Vcomb from the current amplifier 105b is connected to each PZT selection circuit 106b corresponding to the drive unit 111b of each of the heads HBk, HC, HM, and HY. The output Vcomc from the current amplifying unit 105c is connected to each PZT selection circuit 106c corresponding to the driving unit 111c of each of the heads HBk, HC, HM, and HY. Therefore, the output of one current amplifying unit drives the drive units over different heads.
[0060]
On the other hand, the PZT selection circuits 106a, 106b, and 106c included in one of the heads HBk, HC, HM, and HY share the corresponding shift clock SCLK, nozzle data SD, and latch signal / LAT from the main control unit 101. Is entered.
[0061]
The operation of the thus configured head driving unit will be described.
First, when printing only a monochrome image, only the head HBk is driven. However, since the connection is made as described above, the charge / discharge current for driving the head (piezoelectric element) is limited to each drive of the head HBk. The currents are supplied from the current amplifying units 105a, 105b, and 107c to the units 111a, 111b, and 111c.
[0062]
For this reason, the current is supplied from three sets of current amplifying units instead of the current supply from one set of current amplifying units as in the related art, and the heat generated by the transistors constituting each current amplifying unit is dispersed. Will be.
[0063]
The same applies to the case where a background image has many solid image portions, such as a color image, particularly a poster image. Conventionally, the transistor of the current amplifying unit operates depending on the ink color used, so that heat is generated by a specific transistor. However, since the operating transistors are dispersed in the above-described head driving unit, the heat generation of each transistor is reduced.
[0064]
That is, a plurality of pressure generating means corresponding to one nozzle row of one head are divided into a plurality of drive units for each required number, and each divided unit is driven by a different current amplifier output.
[0065]
In this way, by driving a plurality of drive units over different heads by one current amplifying unit, even if the color (ink) output to the print image is biased, the current does not concentrate on a specific current amplifying unit. In addition, the heat generated by the current amplifying unit can be dispersed, so that the heat radiation means can be simplified and the cost can be reduced.
[0066]
Here, an example of nozzle division by the head drive unit will be described with reference to FIGS.
In the example shown in FIG. 11, as described above, the recording head is configured by the heads HBk, HC, HM, and HY that eject the inks of the respective colors, and one head for each of the heads HBk, HC, HM, and HY has a plurality of heads. This is an example in which the nozzles are divided into driving units, and the nozzle regions Na, Nb, and Nc corresponding to the driving units 111a, 111b, and 111c are divided into three so that the number of nozzles is substantially equal. In this case, the power capacity of the transistors constituting the current amplification units 105a, 105b, and 105c may be substantially the same. Of course, it may be divided into two or four or more.
[0067]
In the example shown in FIG. 12, a recording head is configured by a head HBk that discharges black ink and a color head HCA that discharges cyan, magenta, and yellow inks. The color head HCA has a nozzle array NC including a plurality of nozzles that eject cyan ink, a nozzle array NM including a plurality of nozzles that eject magenta ink, and a nozzle array NY including a plurality of nozzles that eject yellow ink. .
[0068]
As for the head Bk, as described above, one head is divided into three drive units. In the color head HCA, one nozzle row is divided into three drive units for a plurality of nozzle rows NC, NM, and NY. The number of nozzles in the nozzle areas Na, Nb, Nc corresponding to the respective drive units 111a, 111b, 111c of these heads Bk, HCA is determined to be substantially equal.
[0069]
As described above, even when the number of nozzles of the color head HCA is larger than the number of nozzles of the head HBk, the transistors constituting each current amplifying unit have the same size by equalizing the number of nozzles carried by each drive unit. Can be used.
[0070]
In the present invention, the number of nozzles carried by each drive unit does not necessarily need to be equal, and the transistor size may be selected according to the number of nozzles carried. However, the plurality of drive units can drive the pressure generating means corresponding to substantially the same number of nozzles, respectively, so that the same size type can be selected as a transistor constituting each current amplifying unit. Compared with the case of the coexistence, the mounting cost can be reduced and the mounting area can be reduced.
[0071]
Further, as can be understood from the description of FIG. 12, when a head having a plurality of nozzle rows composed of a plurality of nozzles is used, that is, when a head having a plurality of nozzle rows for ejecting ink of each color is provided, One nozzle array is divided into a plurality of drive units, and a waveform generator and a plurality of current amplifiers are provided, so that one current amplifier drives a plurality of drive units across different nozzle arrays. Therefore, even if the color (ink) output to the print image is biased, the current does not concentrate on a specific current amplifying unit, so that the heat generated by the current amplifying unit can be dispersed, and the radiating means can be simplified and the cost can be reduced. Can be achieved.
[0072]
Next, a mounting mode will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 13, the main control unit 101, the waveform generation unit (DAC) 103, the voltage amplification unit 104, and the current amplification units 105a, 105b, and 105c are mounted on a main body control board. From the side, the drive waveform signals Vcoma, Vcomb, Vcomc are transmitted to a relay board 122 provided in the carriage 13 via transmission means 121 such as FFC or FPC.
[0073]
On the other hand, as shown in FIG. 14, each of the head substrates 123Bk, 123C, 123M, and 123Y on which the piezoelectric element (PZT) 52 and the PZT selection circuits 106a, 106b, and 106c are mounted supplies drive waveform signals Vcoma, Vcomb, and Vcomc. The wiring (pattern) to be formed is patterned so as to form a straight line, that is, so as not to cross three-dimensionally with another signal wiring (pattern) through the back surface of the substrate in the through hole, and to perform FFC or FPC. And the like, and connected to the relay board 122 via transmission means 124Bk, 124C, 124M, 124Y. Note that control signals other than the drive waveform signal Vcom are not shown.
[0074]
The relay board 122 is wired so that Vcoma, Vcomb, and Vmc connected from the head boards 123Bk, 123C, 123M, and 123Y can be received in a straight line on the main body control board. In this case, if a multilayer substrate such as a double-sided substrate or a four-layer substrate is used as the relay substrate 122, the patterning can be easily performed. In addition, since the head substrates 123Bk, 123C, 123M, and 123Y need only be patterned by straight wiring, they need only be patterned on one side.
[0075]
As described above, since the relay board is wired in the board so that both patterns of the input / output connection section can be connected by straight wiring, a general-purpose and inexpensive FFC or FPC is used as the input / output cable. Since connection can be made, harness cost can be reduced. Further, since the drive waveform signal (output of the current amplifying unit) does not intersect with other signals, the head substrate is less susceptible to interference (noise) between signals, and the waveform quality can be improved.
[0076]
In the description here, the voltage amplifying unit and the current amplifying unit are mounted on the main body control board. However, they can be mounted on the relay board as needed. Can be.
[0077]
Further, in the above embodiment, the driving of the inkjet head using the electromechanical conversion element has been described.However, the present invention is not limited to this. For example, as described above, an electrostatic head, a thermal head, and other heads using a shape memory alloy, The present invention can be applied to driving of a head using other pressure generating means.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, one current amplification unit can drive a plurality of drive units spanning different heads or nozzle rows, so that even when a specific head or nozzle row is used, the drive waveform The operation of the elements of the circuit that outputs the signal is made uniform, the heat generation is reduced, and the circuit size and the cost required for the heat radiating means can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective explanatory view showing an example of a mechanism section of an ink jet recording apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory side sectional view of a mechanism section of the recording apparatus.
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of an example of an ink jet head constituting a recording head of the recording apparatus, taken along a long side of a liquid chamber of the head.
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of the head taken along a liquid chamber short side direction.
FIG. 5 is an explanatory plan view of a main part of the head.
FIG. 6 is a block diagram illustrating an outline of a control unit of the recording apparatus.
FIG. 7 is a block diagram for one head of a part related to head drive control of the control unit.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of a drive waveform.
FIG. 9 is a block diagram for explaining a head driving unit of the control unit;
FIG. 10 is a block diagram for explaining a head driving unit.
FIG. 11 is an explanatory diagram for describing an example of division of a nozzle area and a drive unit;
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining another example of division of the nozzle area and the drive unit;
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a mounting mode of the head driving unit;
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a mounting mode according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
13: carriage, 14: recording head, 41: channel plate, 42: diaphragm, 43: nozzle plate, 45: nozzle, 46: pressurizing chamber, 52: piezoelectric element, 88: head drive unit, 103: DAC ( Waveform generators), 104: voltage amplifiers, 105, 105a, 105b, 105c: current amplifiers, 111a, 111b, 111c: drive units.
