JP2001129991A

JP2001129991A - インクジェットヘッドの駆動方法

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Publication number: JP2001129991A
Application number: JP31223399A
Authority: JP
Inventors: Sukeaki Aoki; 右顕青木; Takashi Kimura; 隆木村; Mitsuru Shingyouchi; 充新行内
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 1999-11-02
Publication date: 2001-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ヘッドの消費電力が大きくなっても消費電力
負担を分割して安価な小型部品を使用することが可能で
あり、また、ヘッドから駆動周期内に異なるタイミング
でインク吐出を行って印字動作する場合にも駆動波形発
生手段によって印字可能となるインクジェットヘッドの
駆動方法を提供することにある。【解決手段】一定駆動周期Ｔでノズルからインク滴の
吐出、非吐出が可能なヘッドに印加する駆動電圧を発生
する駆動波形電圧発生手段である。この駆動波形電圧発
生手段は、前記駆動周期Ｔ内における吐出時の圧電素子
への駆動電圧波形を、時間的に電圧値の変動する変動部
と一定値となる定常部を個別に発生する。各圧電素子に
対して前記駆動波形電圧発生手段の信号を選択的に切り
換えて印加し、印字信号に応じて前記信号の切り替えを
制御して各圧電素子に前記駆動波形電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドの駆動方法、より詳細には、複数の圧電素子によっ
てインク滴を周期的に吐出もしくは非吐出させて印字動
作させるインクオンデマンド型インクジェットヘッドの
駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型のインクジェットプリン
タは装置の簡便な構造とカラー化が容易なことが特徴で
ある。近年、インクジェットプリンタのプリントアウト
スピードの高速化と高画質化が進んでいる。プリントア
ウトスピードを向上させるには、ヘッドのノズル数を増
やすか、もしくは、ヘッドの駆動周波数を高くすること
で可能となる。高画質化するには、印字画像のドット密
度を上げること、インク滴の大きさを制御して階調性を
向上させることが大きな要因となる。しかしながら、高
速化、高画質化を両立させることは難しく、多くのプリ
ンタでは速度のみを重視したドラフトモード、画質を重
視した高画質モードの両モードを別々に備えることが多
い。

【０００３】プリントアウトスピードを向上させるドラ
フトモードではヘッドの駆動周波数を高くして印字動作
を行う。高画質モード時にはドラフトモード時よりもヘ
ッドの駆動周波数を低くしたうえで印字動作をする。ま
た、高画質モード時にはヘッドからのインク滴の大きさ
を制御して小滴化して多階調性を持たせるか、複数の大
きさのインク滴を吐出させて画素密度を上げて印字する
ことが行われる。高速化を行うために駆動周波数を増加
させると瞬時電力、平均電力は増加する。また駆動周波
数を増加させずにノズル数を増加させた場合にもそれは
同様である。高画質化においてもインク滴の大きさを制
御しようとすると駆動波形が複雑になることから瞬時電
力、平均電力は高速化の場合と同様に増加する。また駆
動周期内に複数のインク滴を吐出させて階調性を持たせ
る場合も同様である。

【０００４】特開平６−１２７０３４号公報の発明で
は、Ｎ個のノズルをＭ個のグループに分割して互いに位
相の異なる波形をＭ個、もしくは、Ｍ個の整数分の一の
任意波形発生手段を用いて時分割駆動をすることによっ
て高速化した場合の瞬時電力の低減を行っている。ま
た、特開平１０−８１０１４号公報の発明では、駆動周
期内で複数のパルスを印加して多階調を実現している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−１２７０３４号公報の発明のように、個々のデバイ
スに同一形状の駆動波形を位相をずらして印加する場合
には、異なるタイミングに応じて駆動波形を生成する駆
動波形生成手段が必要となる。さらに、特開平１０−８
１０１４号公報の発明では、波形発生器は駆動周期内に
複数のパルスを発生しなければならない。ここで、波形
発生器の出力回路の負荷は圧電素子であるが、その供給
電力を考えると回路デバイスとしては数Ｗクラスのスイ
ッチングトランジスタを用いる必要がある。このような
デバイスは素子自体の大きさもさることながら、その放
熱特性を考えると、ヒートシンク等の負荷部品が必要
で、プリンタ自体の小型化を妨げる結果となる。また、
特開平１０−８１０１４号公報の発明では、ノズルをグ
ループ分けして吐出タイミングを異ならせているが、異
なるタイミングの数が増えるごとに波形発生器の数が増
加するのでコストの低減が難しくなってしまうという問
題点がある。

【０００６】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、ヘッドの消費電力が大きくな
っても消費電力負担を分割して安価な小型部品を使用す
ることが可能であり、また、ヘッドから駆動周期内に異
なるタイミングでインク吐出を行って印字動作する場合
にも駆動波形発生手段によって印字可能となるインクジ
ェットヘッドの駆動方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ｎ個
の圧電素子によって一定周期でノズルからインク滴の吐
出、非吐出が可能なヘッドにおいて、一駆動周期内にお
ける吐出時の圧電素子への駆動電圧波形の時間的に電圧
値の変動する変動部と一定値となる定常部を個別に発生
する波形発生手段を有し、各圧電素子には前記波形発生
手段の信号を選択的に印加可能な信号切り替え手段を有
し、印字信号に応じて信号切り替え手段を制御して圧電
素子に駆動波形電圧を印加することを特徴としている。

【０００８】請求項２の発明は、ｎ個の圧電素子によっ
て各ノズルからのインク滴がｍ個（ｎ≧ｍ）の異なるタ
イミングのひとつで吐出する場合に、一駆動周期内にお
ける吐出時の圧電素子への駆動電圧波形の時間的に電圧
値の変動する変動部と一定値となる定常部を個別に発生
する波形発生手段を有し、変動部の発生時間の長さがｍ
個の吐出タイミング間隔時間の最小値よりも小さく前記
変動部の波形発生手段は駆動周期内にｍ個の変動部を発
生し、各圧電素子には前記波形発生手段の信号を選択的
に印加可能な信号切り替え手段を有し、印字信号に応じ
て前記信号切り替え手段を制御して圧電素子に駆動波形
電圧を印加することを特徴とするものである。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１の発明の構成
において、駆動波形の定常部を発生する波形発生手段を
省略し、印字信号に応じて信号切り替え手段によって駆
動波形の変動部を選択的に印加し、駆動波形の時間的に
変動しない定常部のときは圧電素子が開放状態となるよ
うに前記信号切り替え手段を制御して圧電素子に駆動波
形電圧を印加することを特徴とする。

【００１０】また、請求項４の発明は、請求項２の発明
の構成において、駆動波形の定常部を発生する波形発生
手段を省略し、印字信号に応じて信号切り替え手段によ
って駆動波形の変動部を選択的に印加し、駆動波形の時
間的に変動しない定常部のときは圧電素子が開放状態と
なるように前記信号切り替え手段を制御して圧電素子に
駆動波形を印加することを特徴とするものである。

【００１１】請求項５の発明は、請求項４の発明の構成
において、駆動周期内における吐出時の圧電素子への駆
動電圧波形の時間的に電圧値の変動する変動部の数が異
なる吐出タイミングの数ｍより小さい駆動波形を用いる
ことを特徴とするものである。

【００１２】請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれ
かの発明の構成において、駆動波形としてその各変動部
が単調増加もしくは単調減少となっているものを用いる
ことを特徴とするものである。

【００１３】請求項７の発明は、請求項１又は２の発明
の構成において、駆動波形の定常部を発生する波形発生
手段としてコンデンサ、演算増幅器からなるサンプルホ
ールド回路と駆動波形の変動部を生成する波形発生手段
によって定常部電圧波形を得ることを特徴とするもので
ある。

【００１４】請求項８の発明は、請求項１〜４のいずれ
かの発明の構成をシリアルプリンタに用い、クロック信
号と駆動周期に同期したパルスによってキャリッジ内で
圧電素子に接続された信号切り替え手段を制御する信号
を生成することを特徴とするものである。

【００１５】請求項９の発明は、請求項２又は４の発明
の構成において、駆動波形の変動部の波形発生手段とし
てＤＡコンバータを用い、そのサンプリング周期をＴｓ
としたときに吐出用の駆動波形として各変動部の連続し
た時間の最大値がｍ個の吐出タイミング間隔時間の最小
値より２Ｔｓ以上小さいものを用いて、ｍ個の変動部を
一本の信号線に含んだ個々の変動部信号が個々の駆動波
形上のその変動部の前後の定常部波形を含んでいること
を特徴とするものである。

【００１６】請求項１０の発明は、請求項２の発明の構
成において、駆動波形の定常部の波形発生手段としてＤ
Ａコンバータを用い、そのサンプリング周期をＴｓとし
たときに吐出用の駆動波形として各定常部の連続した時
間の最大値がｍ個の吐出タイミング間隔時間の最小値よ
り２Ｔｓ以上小さいものを用いて、ｍ個の定常部を一本
の信号線に含んだ個々の変動部信号が個々の駆動波形上
のその定常部の前後の変動部波形を含んでいることを特
徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用されるイン
クジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタの
一例を示す概略斜視図で、図１に示したインクジェット
プリンタはシリアルプリンタであり、ガイドレール３に
キャリッジ１を移動可能に装着し、このキャリッジ１に
インクジェットヘッド２を搭載する。インクジェットヘ
ッド２は電気信号を受信して記録動作を行うヘッドユニ
ット２ａとヘッドユニット２ａ内の各デバイスを駆動す
る駆動回路ユニット２ｂとからなり、両ユニットはキャ
リッジ１に装填されると同時に圧接固定されている。キ
ャリッジ１は図示していないモータ等によってガイドレ
ール３に沿って移動可能である。記録媒体４はプラテン
５に取り込まれ、プレシャーローラ６とプラテン５によ
って圧接されて、キャリッジ１の移動方向に垂直な方向
に搬送可能となる。

【００１８】図１に示したインクジェットプリンタで
は、キャリッジ１を主走査方向（ガイドレール３に平行
な方向）に移動走査させながら、記録媒体４を副走査方
向（ガイドレール３に垂直な方向）に搬送させる。この
とき片方向もしくは両方向でキャリッジ１上のインクジ
ェットヘッド２よりインク滴を噴射させて記録媒体４に
画像を印字する。なお、本実施例におけるヘッドは圧電
素子に電気エネルギーを与えることによって生じる機械
振動エネルギーを利用したものである。

【００１９】図２は、図１に示したインクジェットヘッ
ド２の走査方向要部拡大断面図，図３は、副走査方向要
部拡大断面図，図４は、要部分解斜視図で、図中、１０
は駆動ユニット，１１は駆動ユニット基板で、該駆動ユ
ニット基板１１はセラミック、ガラスエポキシ樹脂等か
らなる絶縁性の基板であって、デバイス実装面には印刷
によってＮｉ・Ａ１等の配線パターン１２（共通電極パ
ターン１２ａ、個別電極パターン１２ｂ）が設けてあ
る。この駆動ユニット基板１１には複数の積層型圧電素
子１３が列状に導電性接着剤１４によって接合され、切
削加工１５，１６により分離され（切削加工１５により
１３ａ列の圧電素子と１３ｂ列の圧電素子が分離され、
切削加工１６により、各列における隣接圧電素子間を分
離され）配置されている。ここでは、２つの圧電素子を
対向配置して形成する。さらに、この複数の圧電素子１
３の周囲を取り囲むように複数の穴部１７ａ，１７ｂを
形成したフレーム部材１７を接合配置する。この駆動ユ
ニットの複数の圧電素子は、駆動波形を印加する駆動部
と駆動波形を印加しない非駆動部とを交互に構成する。

【００２０】ここで、圧電素子１３は、図２及び図３に
示すように、積層型圧電素子からなり、暑さ２０〜５０
μｍ／１層のＰＺＴ（＝Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ₃）１３₁
と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）
からなる内部電極１３₂とを交互に積層したものであ
る。圧電素子１３を、厚さ２０〜５０μｍ／１層の積層
型とすることによって駆動電圧の低電圧化を計ることが
でき、例えば、２０〜５０Ｖのパルス電圧で圧電素子の
電界強度１０００Ｖ／ｍｍを得ることができる。この圧
電素子の内部電極１３₁は１層おきにＡｇＰｄ等からな
る左右の外部電極に接続しており、そのうち各圧電素子
に共通となる共通電極１２ａは対向する圧電素子１３
ａ，１３ｂどうしの間に切削により形成された溝１５と
コンタクトすることにより駆動ユニット基板１１端部へ
と取り出され電気的接続を可能にする。各圧電素子で信
号を独立に印加するための信号電極となる内部電極は圧
電素子の側面の外部電極にだされて導電性接着剤１４を
とおして駆動ユニット基板の端部に取り出される。各電
極は駆動ユニット基板端部のＦＰＣ１８を圧着すること
で駆動回路との接続が可能になる。

【００２１】液室ユニット２０は、金属或いは樹脂の薄
膜からなる振動板２１と、液室隔壁部材を構成する層構
造のフォトレジストフィルムからなる感光性樹脂層２２
と、ノズル３２を形成した金属、樹脂等からなるノズル
プレート３１とが順次を積層され、これらが熱融着され
形成されている。これらの各部材によってノズル３２が
連通する加圧液室２３と、この加圧液室２３の両側に位
置する共通液室２４と、共通液室２４から加圧液室２３
へインクを供給するための流体抵抗路となるインク供給
路２５が形成されている。振動板２１は、同一平面上に
位置出し又は研削加工した積層型圧電素子及びフレーム
部材上に接着剤３０で接合されている。この振動板２１
は変位部となるダイアフラム部２１ａ、圧電素子の内の
非駆動部に接合する梁２１ｂ及びフレーム部材に接合す
るベース２１ｃとから形成され、また、ダイアフラム部
２１ａは積層型圧電素子の内の駆動部に接合する島状凸
部２１ａ₁と、この凸部の周囲に形成した薄膜部分２１
ａ₂とからなっている。

【００２２】また、ノズルプレート３１にはインク滴を
飛翔させるための微細孔である多数のノズル３２が形成
されており、このノズル３２の径は最適なインク滴に合
わせて設計されている。このノズルプレート３１は例え
ばエレクトロンフォーミング工法（電鋳）によって製造
したＮｉ（ニッケル）の金属プレートを用いているが、
Ｓｉ、その他の金属材料を用いることもできる。ノズル
プレート３１の品質は、インクの滴形状、飛翔特性を決
定し、画像品質に大きな影響を与えるものであり、より
高品位の画像品質を得る上で表面の均一化処理が不可欠
であるので、インク吐出側面に撥水層を成膜している。

【００２３】このヘッドユニットにおいては、予め駆動
ユニット１０と、液室ユニット２０を別々に組付けた
後、接着剤３０によって両ユニットを接着接合して製造
している。図５は、加工前の駆動ユニット基板１１を表
したもので、まず、駆動ユニット基板１１に両端面に端
面電極となる電極を形成した２つのプレート状の独立し
た圧電素子１３を位置決め治具を用いて位置決めし、導
電性の接着剤にて接着接合する。基板１１側にはＶｉ・
Ａｌ等によって配線パターン１２が形成されているが、
圧電素子１３の両側電極の短絡を防止するために、この
Ｎｉ・Ａｌ等が存在しないパターン１１ａ，１１ｂが設
けられている。圧電素子１３の端面の共通電極および個
別電極配線を基盤１１の電極パターン１２と導電性接着
剤で電気的に接続する。その後、ダイヤモンド砥石をセ
ットしたダイサー或いはワイヤソー等を用いて、所定の
記録密度に応じたピッチの幅で切り込み、圧電素子をス
リット加工して駆動部及び非駆動部に分割形成する。こ
のとき、基板１１に深さ５０μｍ程度のスリット溝１
５，１６を入れて切断することによって、個々の分割し
た駆動部及び非駆動部を完全に独立させると共に、電極
パターンも分割して、電極パターンを個々の独立した信
号電極とすることができる。なお、この例では基板１１
の溝部１５にまでスリット溝１６が達しないので、電極
パターンは溝部１５を通じて共通電極が２つ出来上がる
ことになる。その後、圧電素子のスリット加工が終了し
た駆動ユニット基板１１にＦＰＣ１８を圧着し、さら
に、フレーム部材１７を接着接合して、駆動ユニット１
０を完成した後、この駆動ユニット１０に別途加工組立
てた液室ユニット２０を接着接合することによってヘッ
ドユニットとなる。

【００２４】図６は、ヘッドのインク吐出のノズル配列
を示す図で、ノズル配置を考えた場合に、主走査方向
（キャリッジの移動方向）をＸ軸、副走査方向をＹ軸と
して考える。このヘッドのノズル数はｎであり２列に並
んでいる。それぞれノズルはＮｏｄｄｉ，Ｎｅｖｅｎ
ｉで識別される。主走査方向の最大記録密度のピッチ
をｄｍ、副走査方向の最大記録密度のピッチをｄｓとし
たとき副走査方向に並んだ２列の中心間距離ｄｈはｄｍ
の整数倍となっている。このようなヘッドの印字動作時
のタイミングはキャリッジが一定速度で移動する場合に
はすべて同時になる。

【００２５】本実施例におけるヘッドは、吐出、非吐出
の周期がＴで、吐出の時は立ち上がり時間立ち下がり時
間の異なるパルス状の波形を印加することによりその立
ち上がり時にノズルからインク吐出を行いそれ以降の波
形でノズルでのインク液面の安定化を計っている。図７
は、周期Ｔにおける駆動電圧波形を表したもので、圧電
素子に立ち上がり時間Ｔｒで示される区間Ｐ１でＶｐま
での電位を直線的に印加することによってインク滴をノ
ズルより吐出するものであり、Ｖｐ印加後時間Ｔｐの区
間Ｐ２だけ電位を維持することにより、圧電素子の応答
時間遅れによる変位の減少を抑制し、さらに、立ち上が
り時間Ｔｒより長い立ち下がり時間Ｔｆの区間Ｐ３で共
通電位に戻すこと、及び、その後のＰ４で共通電位に保
つことによりノズルでの液面の安定化を行っている。

【００２６】図８は、ヘッド駆動における回路のブロッ
ク図で、駆動回路ユニット５０は、駆動波形制御部５
１、シフトレジスタ５２、データラッチ回路５３、デバ
イス駆動回路５４等から成り、これらはキャリッジ１内
にあり、それ以外のプリントコントローラ６１、駆動波
形生成部６２、ＲＯＭ６３、駆動データ生成部６４等は
本体側メインボード内にあり、両者はフラットケーブル
により電気的に接続されている。

【００２７】図９は、ノズルごとのデバイス駆動回路を
示す図で、図９における駆動波形生成部６２は図８の駆
動波形生成部６２の内部にあり、各ノズル毎の駆動回路
に共通の信号源となる。また、ラッチ回路５３は図８に
示したデータラッチ回路５３内の素子でノズル毎に一つ
ずつあるもので、シフトレジスタ５２から出力された駆
動データをラッチするものである。さらに、４つのアナ
ログスイッチ５４₁〜５４₃は一つのノズルごとにあり、
デバイス駆動回路５４内の素子である。また、このアナ
ログスイッチ５４₀〜５４₃は制御信号が論理１のときク
ローズとなり０ではオープンとなる。

【００２８】図１０（Ａ），（Ｂ）は、駆動波形生成部
６２の回路構成を示す図で、図１０の構成において、演
算増幅器６２₁₄，６２₂₄及びコンデンサ６２₁₃，６２₂₃
はサンプルホールド回路となっており、出力電圧値はＤ
Ａコンバータ６２₁₁，６２₂₁によって決定される。印字
動作中はＤＡコンバータ６２₁₁，６２₂₁は駆動波形の変
動部となるように所定のタイミングで出力し、演算増幅
器６２₁₄，６２₂₄は印字動作中以外に予めＤＡコンバー
タ６２₁₁，６２₂₁によって定常部の電圧値を出力するよ
うに設定される。また、Ｗ１，Ｗ３の出力は各々の変動
部が単調増加のＰ１、単調減少のＰ２によりなることか
ら電流は片方向にしか流れないので１つのトランジスタ
６２₁₅，６２₂₅を介して出力される。

【００２９】図１１は、印字動作中の駆動回路の各信号
入力端子の印加波形で、吐出、非吐出の周期はＴであ
り、信号Ｑｉはラッチ出力された駆動データ、Ｖｓは圧
電素子への印加電圧波形である。このインクジェットヘ
ッドの記録動作を説明する。なお、キャリッジは、図６
の条件のとおりＸ軸の正の方向に等速度で移動している
ものとする。図８に示したプリンタコントローラ６１
は、駆動データ生成部６４より印字すべき画像データを
各ノズルに対応した吐出（論理１）、非吐出（論理０）
データとして生成し、シリアルデータとしてフラットケ
ーブルを介してキャリッジのシフトレジスタ５２へと転
送する。シフトレジスタ５２は、受信データを展開して
各ノズル毎のデータラッチ回路５３に出力する。駆動波
形生成部６２は予め決められたデータをＲＯＭ６３から
読み取りＷ０〜Ｗ３を図１１に示すタイミングで印字動
作時には常時出力している。なお、Ｗ０，Ｗ２の駆動波
形中の定常部を表わす信号はプリンタが印字動作を行う
前にＷ１，Ｗ３を発生する波形発生手段６２によってア
ナログスイッチ５４₀〜５４₃を通して入力され、印字動
作中はアナログスイッチをＯｆｆすることでその値が出
力されつづけることになる。

【００３０】ラッチ回路５３は駆動周期に同期した図示
していないラッチパルスによってノズル毎の駆動データ
を出力する。ラッチ回路５３から出力された信号Ｑｉと
キャリッジ内の駆動波形制御部５１からの信号Ｓ０〜Ｓ
３との論理積が取られて所定のタイミングでアナログス
イッチ５４₀〜５４₃を切り替えることになり、Ｑｉが論
理１のときは圧電素子１３にＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ０の
順に電圧が印加される。選択された圧電素子の駆動部に
は積層方向の変位が生起して対応する加圧液室２３を振
動板２１のダイヤフラムを介して加圧し、これによっ
て、加圧液室２３内のインクが加圧されてノズル３２か
らインク滴となって噴射され、用紙に画像を記録するこ
とができる。また、非吐出のときはアナログスイッチが
常に開放状態となり圧電素子１３に電荷が蓄積されず共
通電位となり、インクは吐出しない。ここで、キャリッ
ジがＸ軸の負の方向に移動する時に印字動作を行う場合
に同様の動作を行うことになる（請求項１，６，７，８
の発明）。

【００３１】ここで、Ｗ０，Ｗ２を省略して、図１２の
ような回路構成をすることも可能である。図１２の回路
構成に対して、図１１の信号と同一の信号を入力したと
きの吐出動作を説明すると、Ｑｉが１のときに駆動波形
の立ち上がり部分Ｐ１入力後に圧電素子に接続されたス
イッチはいずれも開放状態となるため、充電された電荷
がそのまま圧電素子１３に保存され、圧電素子１３の電
圧はＷ３が入力されるまでＶｐを保つことになる。さら
に、駆動波形の立ち下がりＰ３入力後も同様にして圧電
素子の電圧値はＶｃとなりインク吐出が行われることに
なる（請求項３の発明）。

【００３２】次に、第２の実施例として、ヘッドからの
インク吐出タイミングが異なる場合について説明する。
図１３は、第２の実施例のヘッドのノズル配列を表して
いる。このヘッドのノズル数はｎであり２列に８個ずつ
周期的に並んでいる。それぞれノズルはＮｏｄｄｉ，
Ｎｅｖｅｎｉ（ｉ＝１〜ｎ／２）のいずれかのグルー
プに分けて識別する。主走査方向の最大記録密度のピッ
チをｄｍ、副走査方向の最大記録密度のピッチをｄｓと
したとき副走査方向に並んだ２列のノズル群はそれぞれ
同じ列で隣り合うものどうし８個ごとにノズルの中心の
Ｘ座標がｄｍ／８ずつ異なっている。またノズル列の中
心間距離はＹ軸方向にｄｍの整数倍となっている。この
ようなヘッドの印字動作時のタイミングはキャリッジが
一定速度で移動する場合にＹ軸方向の同じ列で隣り合う
ノズル毎に異なった位相で吐出することになる。

【００３３】本実施例２における吐出時の駆動波形は図
１４のようになっている。図１４はキャリッジが図１３
においてＸ軸の正の方向に移動するときに一定周期Ｔ１
で印字動作を行うときのものである。図１４において
は、Ｎｏｄｄ１，Ｎｅｖｅｎ１について吐出時の駆動波
形全体を表示してあるが他についてもタイミングが異な
るのみで波形としては同一である。各ノズルごとの吐出
タイミングは同じ列で隣り合うノズルで８個ごとにＴ１
／８ずつ時間間隔を持っていることになる。またｉ＝ｋ
であればＮｏｄｄｉとＮｅｖｅｎｋのグループの吐
出時の駆動波形は同一となる。

【００３４】図１５は、ヘッドの駆動における回路のブ
ロック図で、図８に示した駆動回路ユニット５０に駆動
タイミング制御部５５を付加したもので、この駆動タイ
ミング制御部５５はノズルごとの駆動タイミング信号
（Ｃｏｎｔｒｏｌｉ）を生成して出力する。

【００３５】図１６は、各デバイスごとの駆動回路を表
しており、各アナログスイッチの状態はＳ１〜Ｓ３、Ｃ
ｏｎｔｒｏｌｉ、Ｃｏｎｔｒｏｌｉ＋１及び駆動デ
ータＤｉによって制御される。

【００３６】図１７は、図１６の各部の信号波形を示す
ものである。Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、図１４におけ
る各ノズルごとのＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の部分の波形
を一つの信号線にそれぞれ含むものである。また、Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３はそれぞれＷ１，Ｗ２，Ｗ３の波形に対
応して論理１となる制御信号である。また、ここでＴ１
／８＞Ｔｒ，Ｔｐ，Ｔｆである。

【００３７】このインクジェットヘッドの記録動作を説
明する。なお、キャリッジは図７の条件のとおりＸ軸の
正の方向に等速度で移動しているものとする。プリンタ
コントローラは印字すべき画像データを各ノズルに対応
した吐出（論理１）、非吐出（論理０）データとして生
成しシリアルデータとしてフラットケーブルを介してキ
ャリッジのシフトレジスタへと転送する。シフトレジス
タは受信データを展開して各ノズル毎のラッチ回路に出
力する。ラッチ回路は駆動周期に同期したラッチパルス
によってノズル毎の駆動データを出力する。このときラ
ッチパルスに同期して駆動タイミング制御部からは各Ｃ
ｏｎｔｒｏｌ信号が送出され、キャリッジ内の駆動波形
制御部からＳ１，Ｓ２，Ｓ３の信号が送出される。デバ
イス駆動回路には駆動データＤｉ及びＣｏｎｔｒｏｌ信
号とＳ１，Ｓ２，Ｓ３が入力されて論理回路によって処
理される。処理された信号によって駆動データが吐出の
ときには所定のタイミングでアナログスイッチを開閉し
デバイスに駆動波形が印加される。

【００３８】駆動波形生成部５１は予め決められたデー
タをＲＯＭから読み取り駆動波形生成部によって、Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３を図１０のタイミングで印字動作時には
常時出力している。圧電素子に信号が印加されると選択
された駆動部に積層方向の変位が生起して対応する加圧
液室を振動板のダイヤフラムを介して加圧し、これによ
って加圧液室内のインクが加圧されてノズルからインク
滴となって噴射され、用紙に画像を記録することができ
る。また、非吐出のときは圧電素子に電荷が蓄積されず
共通電位Ｖｃとなりインクは吐出しない。ここでキャリ
ッジがＸ軸の負の方向に移動する時に印字動作を行う場
合には図１７に示されるＣｏｎｔｒｏｌｉの信号の時間
軸を正負反対にすればよくその他の条件は何ら変化しな
い（請求項２の発明）。

【００３９】ここで、図１８に示される駆動回路を用い
て印字動作を行うこともできる。このとき、図１８にお
ける各部の波形は図１７に示されるものと同一のものを
用いればよい。デバイスが吐出動作を行うために駆動波
形が印加されるときには先の実施例と同様であるが図１
４に示されるＰ２の区間ではＷ１，Ｗ３の接続されたア
ナログスイッチが開放状態となる。デバイスはＰ１の最
終電圧値Ｖｐがかけられた状態で開放状態となりＰ３の
区間までその電位を保持することになる。結局、デバイ
スの電位状態は図１４に示される駆動波形が印加された
ときと同一となりインクの吐出が可能になる（請求項
４、５の発明）。

【００４０】図１７に示されるＷ１，Ｗ３を、図１９の
ようにすることも可能である。図１７において、Ｗ１，
Ｗ３は図１４におけるＰ１，Ｐ３を表わすものである
が、それぞれその前後の波形をＴａ１，Ｔｂ１，Ｔａ
３，Ｔｂ３の区間にわたり含んでいる。波形発生手段が
ＤＡコンバータによるものであって、ここではＴｓ＜Ｔ
ａ１，Ｔｂ１，Ｔａ３，Ｔｂ３が成り立つサンプリング
周期Ｔｓを選ぶ。以上のように波形を変更した場合の印
字動作は上記、第２の実施例と全く同一である。しかし
ながら吐出を行うときには、アナログスイッチを切り替
えるための制御信号Ｓ１，Ｓ３と駆動波形の各変動部信
号Ｗ１，Ｗ３との間にわずかなディレイが生じても圧電
素子の信号電極に印加される駆動波形にはグリッチ等の
スイッチングノイズを生じることがなくなる（請求項９
の発明）。

【００４１】また、図１７に示されるＷ２を図２０のよ
うにすることも可能である。図１７においてＷ２は図１
４におけるＰ２を表わすものであるが前後の波形をＴａ
２，Ｔｂ２の区間にわたり含んでいる。波形発生手段が
ＤＡコンバータによるものであって、ここでは、Ｔｓ＜
Ｔａ２，Ｔｂ２が成り立つサンプリング周期Ｔｓを選
ぶ。以上のように波形を変更した場合の印字動作は上
記、第２の実施例と全く同一である。しかしながら吐出
を行うときには、アナログスイッチを切り替えるための
制御信号Ｓ２と駆動波形の各変動部信号Ｗ２との間にわ
ずかなディレイが生じても圧電素子の信号電極に印加さ
れる駆動波形にはグリッチ等のスイッチングノイズを生
じることがなくなる（請求項１０の発明）。

【００４２】

【発明の効果】以上実施例で説明したようにインクオン
デマンド型のインクジェットプリンタにおいて、請求項
１の発明を用いれば駆動波形を分離して処理できるので
消費電力を駆動波形ごとに分割することが可能となるた
め圧電素子を駆動するときの出力回路の小型化、低コス
ト化がはかれる。また、請求項３の発明によって波形発
生回路の数を少なくすることができるので素子数の低減
ができる。

【００４３】吐出タイミングが異なるノズルが複数ある
場合に、請求項２の発明を実施すれば同様の効果が得ら
れる。また、請求項４の発明によって波形発生回路の数
を少なくすることができるので素子数の低減ができる。
さらに、請求項５の発明によって吐出タイミングごとに
駆動波形発生手段を用いた場合に比べてその数を低減で
きる。

【００４４】また、請求項１〜４の発明において請求項
６の発明を用いることによって圧電素子への電流流入方
向が一方向となるので出力回路の構成素子数を減らすこ
とができる。また、請求項１，２の発明において、請求
項７の発明を用いれば簡単な構成で定常部電圧出力回路
を実現することができるのでコスト削減ができる。ま
た、定常部と変動部の相対誤差を小さくできるので印字
品質を高くすることができる。

【００４５】請求項１〜４の発明において請求項８の発
明を用いることによってシリアルプリンタのキャリッジ
への入力信号の数を減らすことができるのでコスト低減
がはかれる。

【００４６】請求項２，４の発明において請求項９の発
明を用いることによって信号切り替え時に発生するグリ
ッチ等を低減することができるので安定した吐出動作を
することができ印字画像の精度が向上する。

【００４７】請求項２の発明において請求項９の発明を
用いることによって信号切り替え時に発生するグリッチ
等を低減することができるので安定した吐出動作をする
ことができ印字画像の精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるインクジェットヘッドを
搭載したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視
図である。

【図２】図１に示したインクジェットヘッドの走査方
向要部拡大断面図である。

【図３】図１に示したインクジェットヘッドの副走査
方向要部拡大断面図である。

【図４】図１に示したインクジェットヘッドの要部分
解斜視図である。

【図５】加工前の駆動ユニット基板を説明するための
図である。

【図６】ヘッドのインクと吐出のノズル配列を示す図
である。

【図７】周期Ｔにおける駆動電圧波形を示す図であ
る。

【図８】ヘッド駆動における回路のブロック図であ
る。

【図９】ノズルごとのデバイス駆動回路を示す図であ
る。

【図１０】駆動波形生成部の回路構成を示す図であ
る。

【図１１】印字動作中の駆動回路の各信号入力端子の
印加波形である。

【図１２】ヘッド駆動回路の構成図である。

【図１３】ヘッドのノズル配列の他の列を示す図であ
る。

【図１４】キャリッジ移動時における一定周期Ｔ１で
の印字動作を説明するための図である。

【図１５】ヘッド駆動回路の他の回路例を示すブロッ
ク図である。

【図１６】各デバイスごとの駆動回路を示す図であ
る。

【図１７】図１６の各部の信号波形を示す図である。

【図１８】駆動回路を用いて印字動作を行う例を示す
図である。

【図１９】図１７に示したＷ１，Ｗ３の他の例を示す
図である。

【図２０】図１７に示したｗ２の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…キャリッジ、２…インクジェットヘッド、３…ガイ
ドレール、４…記録媒体、５…プラテン、６…プレシャ
ーローラ、１０…駆動ユニット、１１…駆動ユニット基
板、１２…配線パターン、１３…積層型圧電素子、１４
…導電性接着剤、１５，１６…切削加工、１７…フレー
ム部材、１８…ＦＰＣ、２０…液室ユニット、２１…振
動板、２２…感光性樹脂層、２３…加圧液室、２４…共
通液室、２５…インク供給路、３０…接着剤、３１…ノ
ズルプレート、３２…ノズル、５０…駆動回路ユニッ
ト、５１…駆動波形制御部、５２…シフトレジスタ、５
３…データラッチ回路、５４…デバイス駆動回路、６１
…コントローラ、６２…駆動波形生成部、６３…ＲＯ
Ｍ、６４…駆動データ生成部。

フロントページの続き (72)発明者新行内充東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF39 AG14 AG44 AG48 AM03 AM15 AM18 AR16 BA04 BA14 CA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ個の圧電素子によって一定駆動周期Ｔ
でノズルからインク滴の吐出、非吐出が可能なヘッドで
あって、前記駆動周期Ｔ内における吐出時の圧電素子へ
の駆動電圧波形の時間的に電圧値の変動する変動部と一
定値となる定常部を個別に発生する波形発生手段を有
し、各圧電素子に対して前記波形発生手段の信号を選択
的に印加可能な信号切り替え手段を有し、印字信号に応
じて前記信号切り替え手段を制御して各圧電素子に前記
駆動電圧波形を印加することを特徴とするインクジェッ
トヘッドの駆動方法。
【請求項２】ｎ個の圧電素子によって一定駆動周期Ｔ
でノズルからインク滴の吐出、非吐出が可能なヘッドで
あって、各ノズルからのインク滴はｍ（ｎ≧ｍ）個の異
なるタイミングのひとつで吐出し、駆動周期Ｔ内におけ
る吐出時の圧電素子への駆動電圧波形の時間的に電圧値
の変動する変動部と一定値となる定常部を個別に発生す
る波形発生手段を有し、変動部の発生時間の長さがｍ個
の吐出タイミング間隔時間の最小値よりも小さく該変動
部の電圧を発生する波形発生手段は駆動周期内にｍ個の
変動部を発生し、各圧電素子には前記波形発生手段の信
号を選択的に印加可能な信号切り替え手段を有し、印字
信号に応じて該信号切り替え手段を制御して圧電素子に
前記駆動電圧波形を印加することを特徴とするインクジ
ェットヘッドの駆動方法。
【請求項３】ｎ個の圧電素子によって一定駆動周期Ｔ
でノズルからインク滴の吐出、非吐出が可能なヘッドで
あって、１駆動周期Ｔ内における吐出時の圧電素子への
駆動電圧波形の時間的に電圧値の変動する変動部を個別
に発生する波形発生手段を有し、各圧電素子には前記波
形発生手段の信号を選択的に印加可能な信号切り替え手
段を有し、印字信号に応じて該信号切り替え手段によっ
て駆動電圧波形の変動部を選択的に印加し、駆動電圧波
形の時間的に変動しない定常状態のときは圧電素子が開
放状態となるように前記信号切り替え手段を制御して圧
電素子に前記駆動電圧波形を印加することを特徴とする
インクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項４】ｎ個の圧電素子によって一定駆動周期Ｔ
でノズルからインク滴の吐出、非吐出が可能なヘッドで
あって、各ノズルからのインク滴はｍ個の異なるタイミ
ングのいずれかであり、駆動周期Ｔ内における吐出時の
圧電素子への駆動電圧波形の時間的に電圧値の変動する
変動部を個別に発生する波形発生手段を有し、該変動部
の発生時間の長さがｍ個の吐出タイミングの時間間隔の
最小値よりも小さく前記変動部の波形発生手段は駆動周
期内にｍ個の変動部波形を発生し、各圧電素子には前記
波形発生手段の信号を選択的に印加可能な信号切り替え
手段を有し、印字信号に応じて該信号切り替え手段によ
って圧電素子に駆動波形の変動部を選択的に印加して、
駆動電圧波形が時間的に変動しない定常状態のときは前
記圧電素子が開放状態となるように制御して該圧電素子
に前記駆動電圧波形を印加することを特徴とするインク
ジェットヘッドの駆動方法。
【請求項５】前記駆動周期Ｔ内における吐出時の圧電
素子への駆動電圧波形の時間的に電圧値の変動する変動
部の数が異なる吐出タイミングの数ｍより小さいことを
特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッドの駆動
方法。
【請求項６】前記吐出時の駆動波形中の各変動部は単
調増加もしくは単調減少となっていることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットヘッ
ドの駆動方法。
【請求項７】前記吐出時の駆動電圧波形の定常部はコ
ンデンサ、演算増幅器からなるサンプルホールド回路に
よって作成され、前記コンデンサはアナログスイッチを
経由して駆動電圧波形の変動部を生成する波形発生手段
に接続されており、その出力電圧である定常部電圧はプ
リンタが印字動作しないときに前記変動部を生成する波
形発生手段により決定されることを特徴とする請求項１
又は２記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項８】プリンタがシリアルプリンタであってク
ロック信号とインク駆動周期に同期したパルスによって
キャリッジ内に設置された回路によって前記圧電素子に
接続された信号切り替え手段を制御する信号が生成され
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
インクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項９】前記駆動電圧波形の変動部の波形発生手
段はＤＡコンバータであって、サンプリング周期をＴｓ
としたとき吐出用の駆動電圧波形の各変動部の連続した
時間の最大値がｍ個の吐出タイミング間隔時間の最小値
より２Ｔｓ以上小さく、ｍ個の変動部を一本の信号線に
含まれる個々の変動部信号波個々の駆動電圧波形上の前
記変動部の前後の定常部波形を含んでいることを特徴と
する請求項２又は４記載のインクジェットヘッドの駆動
方法。
【請求項１０】前記駆動電圧波形の定常部の波形発生
手段はＤＡコンバータであって、サンプリング周期をＴ
ｓとしたとき吐出用の駆動電圧波形の各変動部の連続し
た時間の最大値がｍ個の吐出タイミング間隔時間の最小
値より２Ｔｓ以上小さく、ｍ個の変動部を一本の信号線
に含まれる個々の変動部信号は個々の駆動波形上の該定
常部の前後の変動部波形を含んでいることを特徴とする
請求項２記載のインクジェットヘッドの駆動方法。