JP2003170588A

JP2003170588A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2003170588A
Application number: JP2001375319A
Authority: JP
Inventors: Sukeaki Aoki; 右顕青木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2001-12-10
Publication date: 2003-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】各アクチュエータ素子のばらつきも吸収し
て、各ノズルについて吐出インク滴の体積を揃える。【解決手段】インクジェットヘッド１４の各チャンネ
ルのアクチュエータは圧電素子で構成されているので、
容量性であり、Ｃ１〜Ｃｎで示されている。各チャンネ
ルのＣ１〜Ｃｎごとに、それぞれアナログスイッチＳＷ
１〜ＳＷｎが並列に接続されている。このアナログスイ
ッチＳＷ１〜ＳＷｎは、駆動信号に応じて各チャンネル
を駆動する。チャンネルごとに、アナログスイッチＳＷ
１〜ＳＷｎの駆動の有無を設定しているテーブルをルッ
クアップして、ＯＮ抵抗調整回路９５により、アナログ
スイッチＳＷ１〜ＳＷｎを選択的に駆動する。これによ
り、各チャンネルのアクチュエータの容量とアナログス
イッチＳＷ１〜ＳＷｎの合成インピーダンスとで決まる
時定数を様々に設定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インクジェット
記録装置に関する。

【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。そして、オンデマンド型のインクジェットプリ
ンタのインク滴吐出にはさまざまな方式が提案されてい
る。なかでも消費電力が少ないという点では、圧電素子
の歪み効果を利用したピエゾ方式、対向する電極間に電
力を印加したときの静電引力を利用する静電方式が優れ
ているといえる。このピエゾ方式、静電方式ともにアク
チュエータは電気的に容量性である。そして、インクジ
ェットプリンタの高速化を図るためには、複数のノズル
を一体集積してユニット化するのが一般的である。

【０００３】また、特開2000-280467公報には、インク
ジェットヘッドのノズル数分用意されたアクチュエータ
駆動用の複数のスイッチング素子を同一ＩＣ上に形成
し、また、調整専用のスイッチング素子も同時に形成し
ておき、アクチュエータ駆動用のスイッチング素子のＯ
Ｎ抵抗を直接測定し、これに基づいて駆動波形を調整す
ることにより、アクチュエータに印加される信号を一定
にするようにして、各ノズルから吐出されるインク滴の
特性のばらつきを吸収しようとする技術が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】複数ノズルを持つイン
クジェットヘッドを用いたプリンタの出力画像品質の大
きな決定要因として、各ノズルから吐出されるインク滴
の特性のばらつきがある。吐出インク滴の特性のうち最
も重要なのは吐出インク滴の体積である。そして、イン
ク滴の特性のばらつきは、一体集積されユニット化され
た同一のインクジェットヘッド内でのノズルごとのばら
つきと、ユニット化されたインクジェットヘッドの各製
品間でのばらつきとの２種類があり、同一インクジェッ
トヘッド内でのばらつきに比べて、各製品間でのばらつ
きは非常に大きいといえる。

【０００５】特に、ユニット化されたインクジェットヘ
ッドは、インクジェットプリンタ内では、インク色ご
と、あるいはモノクロ、カラーインクごとというよう
に、いくつかのインクブロックごとに各一個のインクジ
ェットヘッドが使用され、複数ユニットによってヘッド
システムを構成する。このように、ユニット化されたイ
ンクジェットヘッドごとにインク色を割り当てることか
ら、インクジェットヘッド間での前記のばらつきは、カ
ラー画像の印字品質を大きく左右することになる。

【０００６】吐出インク滴のばらつきに関しては、イン
クジェットヘッドの製造において明確な許容範囲が規定
される。例えば、ピエゾ方式のインクジェットヘッドの
場合について考えると、期待される吐出インク滴の体積
Ｍｊが、１０［ｐｌ］であったとすれば、許容される吐
出インク滴のばらつきの範囲は、おおよそ±１［ｐｌ］
となる。

【０００７】吐出インク滴のばらつきの主要な原因とし
ては、ノズル孔の真円度、アクチュエータ素子の寸法精
度といった機械的加工精度のほか、インクジェットヘッ
ドの駆動回路のばらつき、例えば、その出力アナログス
イッチのＯＮ抵抗のばらつきなどがある。

【０００８】そして、これらの項目の精度を製造工程に
おいて向上させようとするだけでは、期待される特性を
達成することは困難であり、その他に何らかの調整が必
要となる。そして、前記した特開2000-280467に開示の
技術では、アクチュエータ駆動用のスイッチング素子の
ＯＮ抵抗を直接測定し、これに基づいて駆動波形を調整
するようにしている。

【０００９】しかしながら、特開2000-280467に開示の
技術では、スイッチング素子のＯＮ抵抗についてのばら
つきに基づく吐出インク滴の特性のばらつきについては
解消できるかもしれないが、アクチュエータ素子の寸法
のばらつきなどには対応ができないという不具合があ
る。

【００１０】この発明の目的は、各アクチュエータ素子
のばらつきも吸収して、各ノズルについて吐出インク滴
の体積を揃えることである。

【００１１】この発明の目的は、この場合に、駆動信号
として単純なパルス信号を用いることを可能として、製
造コストを低減することである。

【００１２】この発明の目的は、前記の場合に、簡易な
回路構成で実現できるようにすることである。

【００１３】この発明の目的は、前記の場合に、製造を
容易にすることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、複数のノズルごとに電気的に容量性であるアクチュ
エータ素子が設けられていて、前記各アクチュエータ素
子の駆動により前記ノズルからのインク吐出を個別に行
なうインクジェットヘッドと、前記アクチュエータ素子
をそれぞれ個別に駆動するスイッチング素子と、前記イ
ンク吐出の際には前記各アクチュエータ素子への充電状
態を当該アクチュエータ素子ごとに設定して、当該各ア
クチュエータに印加する電圧波形をそろえる充電手段
と、を備えているインクジェット記録装置である。

【００１５】したがって、各アクチュエータに印加する
電圧波形をそろえることができる。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のインクジェット記録装置において、前記充電手段は、
前記スイッチング素子のインピーダンスを前記アクチュ
エータ素子ごとに設定するインピーダンス設定手段を備
え、このインピーダンスの設定による前記インピーダン
スと前記アクチュエータ素子の静電容量とによる時定数
の違いで前記充電状態の前記アクチュエータ素子ごとの
設定をしている。

【００１７】したがって、スイッチング素子のインピー
ダンスとアクチュエータ素子の静電容量とによる時定数
の違いで各アクチュエータ素子のばらつきも吸収でき
る。

【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のインクジェット記録装置において、前記スイッチング
素子は前記アクチュエータ素子ごとに複数個並列して設
けられていて、前記インピーダンス設定手段は、駆動さ
れる前記アクチュエータ素子ごとの複数個のスイッチン
グ素子の個数により前記インピーダンスの設定を行なう
ものである。

【００１９】したがって、並列に駆動されるスイッチン
グ素子の個数により各アクチュエータ素子のばらつきも
吸収できる。

【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のインクジェット記録装置において、前記インピーダン
ス設定手段は、前記アクチュエータ素子ごとの複数個の
スイッチング素子のうち各個の駆動の有無について登録
しているテーブルを記憶している記憶手段と、このテー
ブルを参照して前記アクチュエータ素子ごとの複数個の
スイッチング素子を選択的に駆動する駆動手段と、を備
えている。

【００２１】したがって、各インクジェット記録装置の
回路構成は共通にすることができる。

【００２２】請求項５に記載の発明は、請求項３又は４
に記載のインクジェット記録装置において、前記アクチ
ュエータ素子ごとの複数個のスイッチング素子をｎ個
（ｎは２以上の整数）とし、当該スイッチング素子の通
電状態での各インピーダンスをＲoni（ｉはｎ以下の整
数）としたときに、前記各スイッチング素子は、Ｒoni＝２×Ｒoni+1 の関係が成立している。

【００２３】したがって、並列接続されたスイッチング
素子として提供できるインピーダンスの数が最も多くな
り、かつ、時定数が小さい領域での調整精度を高くでき
る。

【００２４】なお、請求項１〜５のいずれかの一に記載
のインクジェット記録装置において、前記各スイッチン
グ素子をＣＭＯＳアナログスイッチとすることができる
（請求項６）。

【００２５】また、請求項１〜６のいずれかの一に記載
のインクジェット記録装置において、前記各スイッチン
グ素子を単一のＩＣに集積されているものとすることが
できる（請求項７）。

【００２６】請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の
いずれかの一に記載のインクジェット記録装置におい
て、前記アクチュエータ素子を圧電素子とすることがで
きる（請求項８）。

【００２７】

【発明の実施の形態】この発明の一実施の形態について
説明する。

【００２８】図１は、この実施の形態であるインクジェ
ット記録装置Ａの概略構成を示す斜視図、図２は同断面
図である。図１、図２に示すように、インクジェット記
録装置Ａは、本体１の内部に、主走査方向に移動可能な
キャリッジ１３、キャリッジ１３に搭載したインクジェ
ットヘッド１４、及び、インクジェットヘッド１４へイ
ンクを供給するインクカートリッジ１５等で構成される
印字機構部２等を収納している。装置本体１の下部には
前面側から多数枚の用紙３を積載可能な給紙カセット
（あるいは給紙トレイでもよい）４を着脱自在に装着す
ることができ、また、用紙３を手差しで給紙するための
手差しトレイ５を開閉することができ、給紙カセット４
あるいは手差しトレイ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印字した後、後
面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。

【００２９】印字機構部２は、本体１の筐体を構成する
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及び従ガイドロッド１２でキャリッジ１３を主走査
方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持してい
る。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１４を、複数の
インク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、イ
ンク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キ
ャリッジ１３にはインクジェットヘッド１４に各色のイ
ンクを供給するための各インクカートリッジ１５を着脱
可能に装着している。

【００３０】インクカートリッジ１５は、その上部に外
気と連通する外気口、下部にはインクジェットヘッド１
４へインクを供給する供給口を備え、内部にはインクが
充填された多孔質体を備えており、多孔質体の毛管力に
よりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわ
ずかな負圧に維持している。

【００３１】ここで、キャリッジ１３は後部側（用紙搬
送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に軸支
され、前部側（用紙搬送方向下流側）も従ガイドロッド
１２に摺動自在に支持されている。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１
９との間にタイミングベルト２０が架け渡され、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。

【００３２】一方、給紙カセット４にセットした用紙３
をインクジェットヘッド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。

【００３３】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を記録インクジェットヘッド１４の下方側で案内する
用紙ガイド部材である印台２９を設けている。この印台
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。

【００３４】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、インクジェットヘッド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インクジェ
ットヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状
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。

【００３５】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でインクジェットヘッド１４の吐出口を密封
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。

【００３６】図３〜図５を参照して、インクジェットヘ
ッド１４の構成について説明する。図３〜図５に示すよ
うに、インクジェットヘッド１４は、駆動ユニット４
１、フレーム４２、振動板４３、感光性フィルム樹脂６
２及びノズルプレート４４の積層構造をなしている。

【００３７】駆動ユニット４１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４６を備えてい
て、デバイス実装面には印刷によってＮｉ・Ａｌなどの
配線パターンを形成している。基板４６上には導電性接
着剤４８によって接合してアクチュエータとなる複数の
積層型の圧電素子４７が並べて配置されている。この例
では圧電素子４７を２列に並べて配置している。さら
に、２つのスリット４９を形成したフレーム４２が基板
４６上に接合配置されている。このスリット４９は、そ
の縁が各圧電素子４７の周囲を取り囲むように位置して
いる。駆動ユニット４１の複数の圧電素子４７は、駆動
電圧波形が印加される駆動部４７ａと、駆動電圧波形を
印加されない非駆動部４７ｂとが交互になるように配列
されている。

【００３８】圧電素子４７は、積層型圧電素子からな
り、厚さ２０〜５０μｍ／１層のＰＺＴ（＝Ｐｂ（Ｚｒ
・Ｔｉ）Ｏ_３）５１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジ
ューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極５２とを交互に積
層したものである。圧電素子４７の厚さを２０〜５０μ
ｍ／１層の積層型とすることによって、駆動電圧の低電
圧化が実現できる。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。

【００３９】この圧電素子４７の内部電極５２は１層お
きにＡｇＰｄなどからなる左右の外部電極５３に接続し
ており、そのうち各圧電素子４７に共通である共通電極
５３ａは、圧電素子４７同士の間に切削により形成され
た溝５５とコンタクトすることにより、基板４６の端部
へと取り出され、外部との電気的接続を可能にする。各
圧電素子４７で、駆動電圧信号を独立に印加するための
内部電極５２は、圧電素子４７の側面の個別電極５３
ｂ、導電性接着剤４８を介して基板４６の端部に取り出
される。

【００４０】各個別電極５３ｂは、基板４６の端部にＦ
ＰＣ５４を圧着することで、インクジェットヘッド１４
の駆動用のドライバ８８（後述）との接続が可能にな
る。このドライバ８８は、ＦＰＣ５４上に搭載するか又
はＰＣＢ上に実装してＦＰＣ５４によって信号を中継す
る構成とすることができる。

【００４１】液室ユニット６１は、金属又は樹脂の薄膜
からなる振動板４３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６２
と、ノズル６３を形成した金属、樹脂等からなるノズル
プレート４４とを順次積層し、熱融着して形成してい
る。これらの各部材によってノズル６３が連通する加圧
液室６４と、加圧液室６４の両側に位置する共通インク
室６５と、共通インク室６５から加圧液室６４へインク
を供給するためのインク供給路を形成している流体抵抗
部６６とを備えている。

【００４２】振動板４３は、同一平面上に位置出し又は
研削加工した圧電素子４７及びフレーム４２上に接着剤
６７で接合している。この振動板４３は、変位部となる
ダイアフラム部７１、圧電素子４７の非駆動部４７ｂに
接合する梁７２及びフレーム４２に接合するベース７３
から構成され、また、ダイアフラム部７１は圧電素子４
７の駆動部４７ａに接合する島状凸部７１ａと、この凸
部７１ａの周囲に形成した薄膜部分７１ｂとからなる。

【００４３】また、ノズルプレート４４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６３を形成
している。このノズルプレート４４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てもよい。ノズルプレート４４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、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ため、インク吐
出側面に撥水層を成膜している。このインクジェットヘ
ッド１４のユニットにおいては、予め駆動ユニット４１
と液室ユニット６１とを各々別々に組付けた後、接着剤
６７によって両ユニット４１と６１とを接着接合して製
造している。なお、インク供給孔７４から共通インク室
６５へインクを供給する。

【００４４】図６は、インクジェットヘッド１４のノズ
ル６３の配列を表している。ノズル６３の配置を考えた
場合に、印字の主走査方向（キャリッジ１３の移動方
向）をＸ軸、副走査方向をＹ軸として考える。このイン
クジェットヘッド１４のノズル数はｎ（ｎは２以上の偶
数の自然数）であり、２列に並んでいる。それぞれノズ
ル６３はNoddｉ、Nevenｉ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はピッチｄｍの整数倍となっている。
このようなインクジェットへッド１４の記録動作時のタ
イミングは、キャリッジ１３が一定速度で移動する場合
にはすべて同時になる。

【００４５】図７は、インクジェット記録装置Ａの電気
的な接続の概略を示すブロック図である。図７に示すよ
うに、インクジェット記録装置Ａ外のホストコンピュー
タ（図示せず）から送信されたコマンドや画像データ
は、インクジェット記録装置Ａ内のインターフェイス
（Ｉ／Ｆ）回路８１により受信される。Ｉ／Ｆ回路８１
からはインクジェット記録装置Ａの情報を外部に送信す
ることも可能である。Ｉ／Ｆ回路８１からのデータは、
ＣＰＵ８２、コントローラ回路８３等で送受信が可能で
ある。ＣＰＵ８２は、ＲＯＭ８４に書きこまれたプログ
ラムに従い、ＲＡＭ８５を作業エリアとして、送信され
たコマンドの処理や画像データの演算処理等を行なう。
コントローラ回路８３はインクジェット記録装置Ａ全体
の動作シーケンスを制御する。センサ８６は、温度等、
インクジェット記録装置Ａの使用環境に関する情報をコ
ントローラ回路８３にフィードバックする。ヘッド駆動
信号発生回路８７は、所定レベルの電圧値で立ち上がり
立ち下がりの急峻なパルスを出力する回路で、後述する
ドライバ８８へ信号を出力する。

【００４６】このインクジェット記録装置Ａのインクジ
ェットヘッド１４は、立ち上がり時間と立ち下がり時間
とが異なるパルス状の波形を圧電素子４７に印加するこ
とにより、インク滴の吐出を可能とするものである。そ
して、パルスの立ち上がり時にノズル６３からインク吐
出を行い、その時点以後に印加するパルスの波形によっ
てノズル６３でのインク液面の安定化を行なう、いわゆ
る押し打ちを行なうインクジェットヘッドである。この
インクジェットヘッド１４をインクジェット記録装置Ａ
へ搭載し、印字させるときに要求される画像品質を満足
する吐出インク体積の許容範囲は例えば１０±１［ｐ
ｌ］である。

【００４７】図８は、インクジェットヘッド１４のアク
チュエータとなる圧電素子４７への印加電圧波形の例を
示したものである。すなわち、立ち上がり時間Ｔｒで圧
電素子４７に電圧Ｖｐのレベルまで電圧信号を印加する
ことにより、インク滴がノズル６３から吐出する。この
電圧Ｖｐに到達後に、一定時間だけ電圧Ｖｐを維持し
て、圧電素子４７の応答時間の遅れによる変位の減少を
抑制する。そして、その後、立ち下がり時間Ｔｆ以上を
費やして緩やかに電圧を立ち下げて元の共通電位のレベ
ルに戻すことにより、ノズル６３での液面の安定化を行
なう。ここで、立ち上がり時間Ｔｒは、電圧が０．１Ｖ
ｐから０．９Ｖｐに変化する時間、立ち下がり時間Ｔｆ
は電圧が０．９Ｖｐから０．１Ｖｐに変化する時間と定
義しており、電圧信号波形はＣＲカーブとなっている。

【００４８】なお、インクジェットヘッド１４は、例え
ば、Ｖｐ＝２０［Ｖ］、Ｔｒ＝１．５［μｓｅｃ］、Ｔ
ｆ＝５．０［μｓｅｃ］、Ｔｐｗ＝５．０［μｓｅｃ］
（Ｔｐｗは圧電素子４７に電圧の印加を開始してから電
圧がＶｐのレベルから下降を開始するまでの時間）の基
準パルス電圧に対する吐出インク体積が５〜１５［ｐ
ｌ］の範囲のものであれば、基準パルスの立ち上がり時
間を変更することによって、１０±１［ｐｌ］の範囲内
で、インク滴を吐出可能となるものである。

【００４９】図９は、基準パルス電圧の印加時に、異な
る吐出インク滴体積Ｍｊｔをもつ各インクジェットヘッ
ド１４における印加パルスの立ち上がり時間Ｔｒと吐出
インク体積Ｍｊとの関係の一例を示すものである。図９
からは、基準パルスで各インクジェットヘッド１４を駆
動した場合に、吐出インク滴体積Ｍｊｔが５〜１５［ｐ
ｌ］であれば、立ち上がり時間Ｔｒ＝０．５，１．０，
１．５，２．０，２．５［μｓｅｃ］のいずれかのパル
スで、許容範囲（１０±１［ｐｌ］）のインク滴を吐出
できることがわかる。

【００５０】図１０は、圧電素子４７及び圧電素子４７
を駆動するドライバ８８の回路構成を示すものである。
アクチェータである圧電素子４７は容量性であることか
ら、その各チャンネルをコンデンサＣ１，Ｃ２，…，Ｃ
ｉによって示している。この各チャンネルの静電容量値
は、理想的には例えば２．０［ｎＦ］であり、製品が異
なるインクジェットヘッド１４間では、その平均値に理
想値の±２０％程度のばらつきを生じる。よって、この
例では、チャンネル当りの静電容量値はほぼ１．６〜
２．４［ｎＦ］の範囲の値をとることになる。

【００５１】チャンネルごとの圧電素子４７は、一端が
共通電極５３ａを介してＧＮＤに接続され、他端の個別
電極５３ｂはドライバ８８に接続されている。ドライバ
８８はコントローラ回路８３から記録データを受信し、
各チャンネルへと伝送するシフトレジスタ９１と、この
記録データを保持するラッチ回路Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｉ
からなるラッチ９２と、インクジェットヘッド１４に接
続され、チャンネルごとにそれぞれスイッチング素子で
あるアナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２，…，ＳＷｎを備
えていて、インクジェットヘッド１４に駆動信号を印加
する、充電手段、インピーダンス設定手段であるアナロ
グスイッチ９３と、ラッチ９２の出力をアナログスイッ
チ９３が開閉動作可能な電位に昇圧するレベルシフタ９
４と、ラッチ９２の出力信号をデコードするデコーダ９
６と、充電手段、インピーダンス設定手段であるＯＮ抵
抗調整回路９５とを備えている。なお、このインクジェ
ットヘッド１４は、駆動信号がＨレベルのときにインク
を吐出し、Ｌレベルのときには吐出しない構成である。

【００５２】アナログスイッチ９３において、スイッチ
ＳＷｎは、インクジェットヘッド１４のチャンネルごと
に例えば６個（ｎ＝６）並列に接続されており、この６
個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎを一組として、それぞれア
ナログスイッチ９３１〜９３ｉを構成し、各アナログス
イッチ９３ｉは各チャンネルに対応している．スイッチ
ＳＷｎをなす個々の素子はＰＭＯＳ，ＮＭＯＳからな
る、いわゆるＣＭＯＳアナログスイッチで構成され、ア
ナログスイッチ９３の後段の回路とともにＩＣチップと
して集積化されている。

【００５３】各スイッチＳＷｎのＯＮ抵抗は、規定の電
流通電時における電流／電圧特性の傾きであり、動作範
囲において一定となるように設計されている。各スイッ
チＳＷｎのＯＮ抵抗は、ＰＭＯＳ，ＮＭＯＳのゲート長
Ｗｐ及びＷｎを各々のスイッチＳＷｎに対して選択する
ことにより、所望の値を達成しているが、ウエハごとの
ばらつきによりＩＣチップ間のばらつきが大きなものに
なる。しかし、同一のＩＣチップ内での相対精度は非常
によく、ばらつきはほとんど生じない。スイッチＳＷｎ
ごとのＯＮ抵抗を決定するゲート長Ｗ_ｉは、式１の関係
になる。Ｗ_ｉ＝２×Ｗ_ｉ＋１ …… （１）（但し、Ｗ_ｉはｉ番目のスイッチＳＷｎのＰＭＯＳ及び
ＮＭＯＳトランジスタのゲート長を示す）

【００５４】また、ゲート長Ｗ_１は例えば７００［μ
ｍ］であり、スイッチＳＷ１のＯＮ抵抗のＩＣ製造プロ
セス上における理想的な値は例えば１５０［Ω］であ
る。ここで、ＯＮ抵抗は、異なるＩＣチップ間における
平均値が約±３０％の範囲内のものを製造上の良品とし
ており、スイッチＳＷｎのＯＮ抵抗のとりうる数値範囲
は１００〜２００［Ω］である。

【００５５】前記のようなインクジェットヘッド１４及
びドライバ８８からなるヘッドユニットの調整は、ＦＰ
Ｃ５４上の信号電極パッドにプローバー等を用いて基準
パルスを印加し、各チャンネルからの吐出インク体積及
び平均の静電容量を測定することにより行なう。さら
に、ドライバ８８によるＯＮ抵抗を測定して、駆動時の
設定条件を決める。例えば、基準パルスに対する吐出イ
ンク体積が１１［ｐｌ］平均の容量値が２．４［ｎＦ］
であり、ドライバ８８のＯＮ抵抗がスイッチＳＷｎにお
いて２００［Ω］であったとすると、印字時のスイッチ
ＳＷｎの設定は、この例では、立ち上がり時には、スイ
ッチＳＷ６〜ＳＷ１を順に０，１，１，０，１，０（１
は設定ＯＮを、０はＯＦＦを表す）とし、立ち下がり時
には、スイッチＳＷ６〜ＳＷ１を順に０，１，１，０，
０，０とすることにより、許容範囲のインク滴の吐出が
可能となる。

【００５６】このように、立ち上がり時、立ち下がり時
に、スイッチＳＷ６〜ＳＷ１を個別にＯＮ、ＯＦＦ設定
するのは、ＯＮ抵抗調整回路９５がデコーダ９６を駆動
することにより行なう。すなわち、デコーダ９６は、チ
ャンネルごとに用意された各デコーダ９６１〜９６ｉに
より構成されている。各デコーダ９６ｉは各チャンネル
のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎにラッチ９２からの駆動信号
を選択的に出力する回路である。その駆動信号の出力の
有無についての選択はＯＮ抵抗調整回路９５により行な
う。すなわち、ＯＮ抵抗調整回路９５のラッチ回路ＳＣ
１〜ＳＣｎの出力により、各チャンネルのスイッチＳＷ
１〜ＳＷｎに選択的に駆動信号を出力することができ
る。

【００５７】インクジェット記録装置Ａの印字時の動作
について説明する。外部のホストコンピュータから印字
要求のコマンドが送られると、続いて送信される印字モ
ード等のコマンドをＣＰＵ８２が解析して、インクジェ
ット記録装置Ａを印字可能状態とする。画像データが送
信されると、ＣＰＵ８２は所定の図示しない画像処理回
路で適切な画像処理を行い、所定の記録データに変換し
てＲＡＭ８５に蓄える。同時に副走査モータ２７によっ
て用紙を記録指定位置に搬送する。キャリッジ１３の一
回往復走査分のデータがＲＡＭ８５に蓄えられると、コ
ントローラは主走査モータ１７を駆動し、記録動作に移
行する。

【００５８】記録動作時に、コントローラ回路８３は記
録周期ごとにヘッド駆動信号発生回路８７に信号発生を
促し、さらにタイミングを合わせて各インクジェットヘ
ッド１４の記録データをキャリッジ１３内の各ドライバ
８８に送信するとともに、各インクジェットヘッド１４
の駆動パルスが立ち上がる直前及び立ち下がる直前に、
ＲＯＭ８４等に予めテーブルとして記憶されているイン
クジェットヘッド１４及びドライバ８８のばらつきを補
正するためのデータと（このテーブルの記憶により記憶
手段を実現している）、このデータに同期したクロック
信号とを、ＯＮ抵抗調整回路９５が備えているdata0の
端子及びsclk0の端子へそれぞれ送信する。ここでの送
信データは、インクの吐出を行なうスイッチＳＷｎの設
定が、前記のように、立ち上がり時には、スイッチＳＷ
６〜ＳＷ１を順に０，１，１，０，１，０とし、立ち下
がり時には、スイッチＳＷ６〜ＳＷ１を順に０，１，
１，０，０，０とするようなデータである。デコーダ９
６には、このデータに応じた信号が出力され、アナログ
スイッチ９３の各スイッチＳＷ６〜ＳＷ１を選択的にＯ
Ｎにする（これにより駆動手段を実現している）。ヘッ
ド駆動信号発生回路８７の出力からは、コントローラ回
路８３からの指示によって立ち上がり及び立ち下がりが
急峻な（０．１μｓｅｃ以下）パルス信号が、所定のタ
イミングでドライバ８８のアナログスイッチ９３のDriv
e Signal端子に入力される。

【００５９】記録時の各信号のタイミングを図１１に示
す。動作時なので、ＯＮ抵抗調整回路９５のstb端子に
はＨレベル信号が入力されて印字可能な状態となる。ド
ライバ８８のシフトレジスタ９１への入力であるdata１
端子にｎビットの記録データがシリアルデータSerial_I
nとして入力された後、ラッチ９２のLatch0の端子にデ
ータラッチ信号が入力されて、チャンネルごとのラッチ
回路Ｌ１〜Ｌｉに記録データがラッチされる。このラッ
チ後に、各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｉより出力された記録信
号は、各チャンネルに対応したスイッチ９３ｉごとのデ
コーダ９６ｉに入力される。ラッチ出力が０のときは、
そのチャンネルのアナログスイッチＳＷ１〜ＳＷｎは全
てＯＦＦとなり、インクの吐出動作は起こらない。ラッ
チ出力が１のときは、まず立ち上がり時において、スイ
ッチＳＷ６〜ＳＷ１のうち前記のとおり設定されたも
の、すなわち、スイッチＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５のみが
ＯＮすることになる。このとき、スイッチＳＷ１〜ＳＷ
ｎのＯＮ抵抗をＲon1〜Ｒonnとしたときに、入出力間の
トータルのＯＮ抵抗Ｒon_totalは、Ｒon_total＝（１／Ｒon2 ＋１／Ｒon4 ＋１／Ｒon
5）^−１＝（１／４００＋１／１６００＋１／３２０
０）^−１＝２９１［Ω］となり、急峻なパルスを印加した場合に実際にアクチュ
エータである圧電素子４７に印加される駆動電圧の立ち
上がり時間Ｔｒ_c10-90は、Ｔｒ_c10-90＝２．２×Ｒon_total×Ｃ＝２．２×２９
１×２．４×１０^−９＝１．５４［μｓｅｃ］となり、許容範囲のインク滴が吐出されることになる。

【００６０】また、駆動信号波形の立ち下がり時には、
スイッチＳＷ４、ＳＷ５のみがＯＮとなる。このときの
ＯＮ抵抗は、Ｒon_total＝（１／Ｒon4 ＋１／Ｒon5）^−１＝（１／
１６００＋１／３２００）^−１＝１０６７［Ω］となり、急峻な立ち下がりを持つパルスを印加した場合
の実際にアクチュエータである圧電素子４７の駆動電圧
の立ち下がり時間Ｔｆ_c10-90は、Ｔｆ_c10-90＝２．２×Ｒon_total×Ｃ＝２．２×１０
６７×２．４×１０^−９＝５．６［μｓｅｃ］となる。よって、５μｓｅｃ以上で立ち下がることか
ら、問題無くインク吐出後のインクジェットヘッド１４
のノズル面におけるインクメニスカスを安定化させてい
ることになり、一回の記録動作が終了する。上記動作を
１走査分行い、以下同様の繰り返しにより、印字動作を
完了させることができる。

【００６１】以上説明したインクジェット記録装置Ａに
よれば、各チャンネルで圧電素子４７の充電状態を圧電
素子４７ごとに設定して、圧電素子４７に印加する電圧
波形をそろえることができるので、アナログスイッチＳ
ＷｎのＯＮ抵抗のみならず、各圧電素子４７のばらつき
を吸収して、各ノズル６３について吐出インク滴体積Ｍ
ｊｔを揃えることができる。

【００６２】この場合に、圧電素子４７の充電状態は、
各圧電素子４７を駆動するアナログスイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗｎを選択的に駆動し、ＯＮになるアナログスイッチＳ
Ｗ１〜ＳＷｎの合成インピーダンスと圧電素子４７の静
電容量とで決まる時定数の違いにより、設定することが
できる。

【００６３】よって、インクジェットヘッド１４に印加
する駆動信号として単純なパルス信号を用いることが可
能となり、高価なＤ／Ａコンバータ等の使用を不要とし
て、製造コストを低減することができる。

【００６４】前記の時定数を変える手段としては、アナ
ログスイッチＳＷｎのうち、並列に駆動するものの数を
変えることで行なうので、簡易な回路構成で、各ノズル
６３について吐出インク滴体積Ｍｊｔを揃えることがで
きる。

【００６５】この場合に、並列に使用するアナログスイ
ッチＳＷｎの数や、設定されているＯＮ抵抗の値を、個
々の製品ごとに変えることで行ってもよいが、本例で
は、駆動回路の回路構成を図１０に示すように各製品で
共通として、テーブルルックアップにより、アナログス
イッチＳＷ１〜ＳＷｎのうち駆動するものをチャンネル
ごとに選択して行なうようにしているので、インクジェ
ット記録装置Ａの製造を容易にすることができる。

【００６６】アナログスイッチＳＷ１〜ＳＷｎの通電状
態での各インピーダンスをＲoni（ｉはｎ以下の整数）
としたときに、各アナログスイッチＳＷ１〜ＳＷｎは、
“Ｒoni＝２×Ｒoni+1”の関係が成立している。

【００６７】したがって、並列接続されたアナログスイ
ッチＳＷ１〜ＳＷｎとして提供できるインピーダンスの
数が最も多くすることができ、かつ、時定数が小さい領
域での調整精度を高くできるので、制御性よく、インク
ジェットヘッド１４のばらつきを抑えた駆動を行なうこ
とができる。

【００６８】なお、各アナログスイッチＳＷ１〜ＳＷは
ＣＭＯＳアナログスイッチであるため、精度が良く、特
性の安定したインクジェットヘッド１４の駆動調整が実
現でき、各アナログスイッチＳＷ１〜ＳＷは単一のＩＣ
に集積されているので、チャンネル間のばらつきによる
調整を不要にすることができる。

【００６９】また、前記の例では、インクジェットヘッ
ド１４のアクチュエータとして圧電素子４７を用いたピ
エゾ方式の例を用いて説明した。しかし、この発明は、
この点に限定されるものではなく、インクジェットヘッ
ド１４のアクチュエータとして電気的に容量性の様々な
素子を用いることができる。例えば、アクチュエータと
してコンデンサを用いる静電方式などでも本発明を実現
することができる。

【００７０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、スイッチング
素子のＯＮ抵抗のみならず、各アクチュエータ素子のば
らつきを吸収して、各ノズルについて吐出インク滴の体
積を揃えることができる。

【００７１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のインクジェット記録装置において、インクジェットヘ
ッドに印加する駆動信号として単純なパルス信号を用い
ることが可能となり、高価なＤ／Ａコンバータ等の使用
を不要として、製造コストを低減することができる。

【００７２】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のインクジェット記録装置において、簡易な回路構成で
各ノズルについて吐出インク滴の体積を揃えることがで
きる。

【００７３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
のインクジェット記録装置において、製造を容易にする
ことができる。

【００７４】請求項５に記載の発明は、請求項３又は４
に記載のインクジェット記録装置において、制御性よ
く、インクジェットヘッドのばらつきを抑えた駆動を行
なうことができる。

【００７５】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれかの一に記載のインクジェット記録装置におい
て、精度が良く、特性の安定したインクジェットヘッド
の駆動調整が実現できる。

【００７６】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかの一に記載のインクジェット記録装置におい
て、チャンネル間のばらつきによる調整を不要にするこ
とができる。

【００７７】請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の
いずれかの一に記載のインクジェット記録装置におい
て、圧電素子をアクチュエータとしてインクジェット記
録を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態であるインクジェット
記録装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】同右側面図である。

【図３】前記インクジェット記録装置のインクジェット
ヘッドの分解斜視図である。

【図４】前記インクジェットヘッドの拡大縦断面図であ
る。

【図５】同拡大縦断面図である。

【図６】前記インクジェットヘッドのノズルの配列を示
す平面図である。

【図７】前記インクジェット記録装置の電気的な接続を
示すブロック図である。

【図８】前記インクジェットヘッドへの印加パルスの波
形図である。

【図９】前記印加パルスの立ち上がり時間と前記インク
ジェットヘッドの吐出インク滴体積との関係を説明する
グラフである。

【図１０】前記インクジェットヘッドを駆動するドライ
バの回路図である。

【図１１】前記インクジェットヘッドで記録を行なう際
の各信号のタイミングチャートである。

【符号の説明】

Ａインクジェット記録装置１４インクジェットヘッド４７アクチュエータ素子、圧電素子６３ノズル９３充電手段、インピーダンス設定手段９５充電手段、インピーダンス設定手段ＳＷｎスイッチング素子、ＣＭＯＳアナログスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズルごとに電気的に容量性であ
るアクチュエータ素子が設けられていて、前記各アクチ
ュエータ素子の駆動により前記ノズルからのインク吐出
を個別に行なうインクジェットヘッドと、前記アクチュエータ素子をそれぞれ個別に駆動するスイ
ッチング素子と、前記インク吐出の際には前記各アクチュエータ素子への
充電状態を当該アクチュエータ素子ごとに設定して、当
該各アクチュエータに印加する電圧波形をそろえる充電
手段と、を備えているインクジェット記録装置。
【請求項２】前記充電手段は、前記スイッチング素子
のインピーダンスを前記アクチュエータ素子ごとに設定
するインピーダンス設定手段を備え、このインピーダン
スの設定による前記インピーダンスと前記アクチュエー
タ素子の静電容量とによる時定数の違いで前記充電状態
の前記アクチュエータ素子ごとの設定をしている請求項
１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】前記スイッチング素子は前記アクチュエ
ータ素子ごとに複数個並列して設けられていて、前記インピーダンス設定手段は、駆動される前記アクチ
ュエータ素子ごとの複数個のスイッチング素子の個数に
より前記インピーダンスの設定を行なうものである請求
項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記インピーダンス設定手段は、前記アクチュエータ素子ごとの複数個のスイッチング素
子のうち各個の駆動の有無について登録しているテーブ
ルを記憶している記憶手段と、このテーブルを参照して前記アクチュエータ素子ごとの
複数個のスイッチング素子を選択的に駆動する駆動手段
と、を備えている請求項３に記載のインクジェット記録
装置。
【請求項５】前記アクチュエータ素子ごとの複数個の
スイッチング素子をｎ個（ｎは２以上の整数）とし、当
該スイッチング素子の通電状態での各インピーダンスを
Ｒoni（ｉはｎ以下の整数）としたときに、前記各スイ
ッチング素子は、Ｒoni＝２×Ｒoni+1 の関係が成立している請求項３又は４に記載のインクジ
ェット記録装置。
【請求項６】前記各スイッチング素子は、ＣＭＯＳア
ナログスイッチである請求項１〜５のいずれかの一に記
載のインクジェット記録装置。
【請求項７】前記各スイッチング素子は、単一のＩＣ
に集積されている請求項１〜６のいずれかの一に記載の
インクジェット記録装置。
【請求項８】前記アクチュエータ素子は、圧電素子で
ある請求項１〜７のいずれかの一に記載のインクジェッ
ト記録装置。