JP2015054426A - 液滴吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態のインクジェット記録装置の構成を示す斜視図である。図2は本実施形態のインクジェット記録装置の機構部の側面図である。
図1及び図2に示すインクジェット記録装置100は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ101を備えている。このキャリッジ101に搭載した液滴吐出ヘッド1及び液滴吐出ヘッド1に対してインクを供給するインクカートリッジ102等で構成される印字機構部103等を収納している。
図3に示す駆動回路は、圧電変換部材としての圧電素子201の端子間電圧を変化させ、圧電素子の変位量を変えることにより、液滴吐出ヘッドの加圧液室に圧力変化を発生させ、その加圧液室に連通したノズル孔から液滴を吐出させる。圧電素子201の一方の電極には、アナログスイッチSW3を介して、単一の駆動電圧源から所定の駆動波形をもつ波形電圧を生成して出力する駆動電圧信号供給手段としての駆動波形生成回路202に接続されている。波形選択制御回路203は、液滴を吐出させるノズル孔に対応するアナログスイッチSW3をオンにし、液滴を吐出させないノズル孔に対応するアナログスイッチSW3をオフにする制御を行う。本実施形態においては、アナログスイッチSW3及びこれをオン/オフ制御する波形選択制御回路203等によって駆動電圧信号印加手段が構成されている。なお、印加される電圧に応じて加圧液室の圧力を変化させることができるものであれば、圧電素子201を用いたものではなく、他の圧電変換部材を用いてもよい。
図5中符号Bで示す駆動電圧信号は、アナログスイッチSW1,SW3がオン、アナログスイッチSW2がオフになっている圧電素子201に印加される第1駆動電圧信号である。この第1駆動電圧信号は、アナログスイッチSW3がオンになっているため、この圧電素子201の一方の電極には、図4に示した駆動波形をもつ波形電圧が印加される。また、アナログスイッチSW1がオンであり、アナログスイッチSW2がオフになっているため、この圧電素子201の他方の電極には、バイアス電圧Vb1が印加される。その結果、圧電素子201の端子間には、図5の符号Bで示すように、図4に示した波形電圧に対し、その電圧値を全体的にバイアス電圧Vb1だけ下げた第1駆動電圧信号が印加されることになる。すなわち、この第1駆動電圧信号(圧電素子の端子間に印加される駆動電圧信号)は、駆動波形生成回路202から出力される波形電圧の波形と同じ波形をもち、最大値がV0−Vb1で、最小値がV1−Vb1である信号である。
図7に示す従来の駆動回路において、圧電素子201間の配線抵抗をRとし、各圧電素子201にそれぞれ流れる電流値をiとしたとき、各配線抵抗Rには電流iによる電圧降下が発生する。駆動波形生成回路202から最も遠い(駆動波形生成回路202からの配線距離が最も長い)n番目の圧電素子201の端子電圧Vnは、その圧電素子201に流れる電流iによって、(n−1)番目の圧電素子201との間の配線抵抗Rに、R×iの電圧降下が発生する。したがって、n番目の圧電素子201の端子電圧Vnは、(n−1)番目の圧電素子201の端子電圧Vn−1に対し、Vn=Vn−1−R×iという関係になる。
このグラフに示すように、圧電素子201は、その端子間電圧と圧電素子201の変位量との関係が非線形の関係となっている。ここで、圧電素子201の変位量は、加圧液室に生じさせる圧力と相関関係があるパラメータである。よって、圧電素子201は、その端子間電圧と加圧液室に生じさせる圧力との関係も非線形の関係である。
(態様A)
インク滴等の液滴を吐出する複数のノズル孔と、各ノズル孔が連通する複数の加圧液室と、共通の駆動電圧信号が選択的に印加されることで各加圧液室に圧力変化を生じさせる圧電素子201等の複数の圧電変換部材と、単一の駆動電圧源から前記複数の圧電変換部材に前記共通の駆動電圧信号を供給する駆動波形生成回路202等の駆動電圧信号供給手段と、液滴を吐出させるノズル孔に対応した圧電変換部材に対し、前記駆動電圧信号供給手段から供給される前記共通の駆動電圧信号を選択的に印加するアナログスイッチSW3や波形選択制御回路203等の駆動電圧信号印加手段とを有する液滴吐出装置において、前記圧電変換部材は、印加される電圧と前記加圧液室に生じさせる圧力との関係が非線形の関係となるものであり、前記駆動電圧信号供給手段は、前記複数の圧電変換部材における一方の電極には、所定の駆動波形をもつ波形電圧を供給し、他方の電極には、互いに異なる一定の電圧を発生させる第1バイアス電圧電源204や第2バイアス電圧電源205等の複数の固定電圧源からそれぞれアナログスイッチSW1,SW2等のスイッチング素子を介して固定電圧を供給することで、前記共通の駆動電圧信号を供給するものであり、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて、前記スイッチング素子をオン/オフ制御することにより前記固定電圧の電圧値を変化させるバイアス電圧選択制御回路206等の駆動電圧信号制御手段を備えたことを特徴とする。
本態様において、各圧電変換部材における一方の電極に供給される波形電圧と他方の電極に供給される固定電圧との電位差が、各圧電変換部材に印加される共通の駆動電圧信号となる。そして、本態様においては、共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて、各電圧変換部材の前記他方の電極と複数の固定電圧源との間に接続されているスイッチング素子をオン/オフ制御する。これにより、各電圧変換部材の前記他方の電極に供給される固定電圧の電圧値が変化する結果、所定の駆動波形をもつ波形電圧を変更せずに(駆動電圧信号の波形を変更せずに)、駆動電圧信号の電圧値を全体的にシフトさせることができる。言い換えると、駆動電圧信号の最大値と最小値の幅(振幅値)を変更しないまま、駆動電圧信号の最大値と最小値が変更されるのである。
ここで、駆動電圧信号が印加される圧電変換部材が、印加される電圧と加圧液室に生じさせる圧力との関係が線形関係となるものであると、駆動電圧信号の振幅値が一定である限り、駆動電圧信号の最大値と最小値を変更しても、加圧液室に生じる圧力変化はほぼ一定となる。しかしながら、本態様の圧電変換部材は、印加される電圧と加圧液室に生じさせる圧力との関係が非線形の関係となるものであるため、駆動電圧信号の振幅値が一定でも、駆動電圧信号の最大値と最小値が変更されることで、加圧液室に生じる圧力変化を変えることができる。このように加圧液室に生じる圧力変化が変わると、ノズル孔から吐出される液滴の吐出特性を変えることができる。
よって、本態様によれば、駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて固定電圧の電圧値を変化させて駆動電圧信号を変更することにより、その数の違いに起因した液滴の吐出特性の変動を改善することができる。しかも、本態様では、駆動電圧信号を変更するための構成が、スイッチング素子のオン/オフ制御で実現される構成であり、波形電圧の波形を変化させて駆動電圧信号を変更する構成と比較して、安価に実現できる。
前記態様Aにおいて、前記スイッチング素子は、各圧電変換部材と前記駆動電圧源との配線距離の違いによって区分された1又は2以上の圧電変換部材からなる圧電変換部材グループのごとに設けられており、前記駆動電圧信号制御手段は、圧電変換部材グループごとに、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて、当該圧電変換部材グループに対応する前記スイッチング素子をオン/オフ制御することを特徴とする。
これによれば、スイッチング素子の数を減らすことができ、駆動回路を簡素化して、低コスト化を図ることができる。
前記態様A又はBにおいて、前記駆動電圧信号制御手段は、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に加え、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される各圧電変換部材の前記駆動電圧源からの配線距離に応じて、前記スイッチング素子をオン/オフ制御することを特徴とする。
これによれば、駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数の違いに起因した液滴の吐出特性の変動をより適切に改善することができる。
前記態様A〜Cのいずれかの態様において、前記駆動電圧信号供給手段は、前記複数の圧電変換部材のうち前記駆動電圧源からの配線距離が短い1又は2以上の圧電変換部材については、前記スイッチング素子を介さずに、前記複数の固定電圧源を前記他方の電極に接続した構成を有することを特徴とする。
上述したとおり、駆動電圧源からの配線距離が短い圧電変換部材については、駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数が変わっても、これに起因して駆動電圧信号にひずみが生じることはほとんどない。したがって、駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数の違いに応じて液滴の吐出特性を変える必要がなく、上述したスイッチング素子を省略することが可能である。本態様によれば、このようなスイッチング素子を省略して、スイッチング素子の数を減らすことができ、駆動回路を簡素化して、低コスト化を図ることができる。
液滴を吐出する複数のノズル孔と、各ノズル孔が連通する複数の加圧液室と、共通の駆動電圧信号が選択的に印加されることで各加圧液室に圧力変化を生じさせる複数の圧電変換部材と、単一の駆動電圧源から前記複数の圧電変換部材に前記共通の駆動電圧信号を供給する駆動電圧信号供給手段と、液滴を吐出させるノズル孔に対応した圧電変換部材に対し、前記駆動電圧信号供給手段から供給される前記共通の駆動電圧信号を選択的に印加する駆動電圧信号印加手段とを有する液滴吐出装置において、前記圧電変換部材は、印加される電圧と前記加圧液室に生じさせる圧力との関係が非線形の関係となるものであり、前記駆動電圧信号供給手段は、前記複数の圧電変換部材における一方の電極に所定の駆動波形をもつ波形電圧を供給し、他方の電極に一定の電圧値である固定電圧を供給することで、前記共通の駆動電圧信号を供給するものであり、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて、前記固定電圧の電圧値を変化させる駆動電圧信号制御手段を備えたことを特徴とする。
上述したいずれの態様も、圧電変換部材の他方の電極と複数の固定電圧源との間に接続したスイッチング素子をオン/オフ制御するという方法で、固定電圧の電圧値を変化させる構成である。しかしながら、固定電圧の電圧値を変化させる構成は、これに限定されることはなく、これと同程度のコストで実現可能な構成も存在し得る。よって、本態様によれば、駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて固定電圧の電圧値を変化させて駆動電圧信号を変更することにより、その数の違いに起因した液滴の吐出特性の変動を安価な構成で改善することが可能である。
液滴吐出装置から記録材へ液滴を吐出することで、該記録材に画像を形成するインクジェット記録装置100等の画像形成装置において、前記液滴吐出装置として、前記態様A〜Eのいずれかの態様に係る液滴吐出装置を用いることを特徴とする。
これによれば、液滴の吐出特性の変動を安価な構成で改善できる結果、画質を向上させることができる。
100 インクジェット記録装置
101 キャリッジ
102 インクカートリッジ
103 印字機構部
104 給紙カセット
201 圧電素子
202 駆動波形生成回路
203 波形選択制御回路
204 第1バイアス電圧電源
205 第2バイアス電圧電源
206 バイアス電圧選択制御回路
SW1,SE2,SE3 アナログスイッチ
Claims (6)
- 液滴を吐出する複数のノズル孔と、
各ノズル孔が連通する複数の加圧液室と、
共通の駆動電圧信号が選択的に印加されることで各加圧液室に圧力変化を生じさせる複数の圧電変換部材と、
単一の駆動電圧源から前記複数の圧電変換部材に前記共通の駆動電圧信号を供給する駆動電圧信号供給手段と、
液滴を吐出させるノズル孔に対応した圧電変換部材に対し、前記駆動電圧信号供給手段から供給される前記共通の駆動電圧信号を選択的に印加する駆動電圧信号印加手段とを有する液滴吐出装置において、
前記圧電変換部材は、印加される電圧と前記加圧液室に生じさせる圧力との関係が非線形の関係となるものであり、
前記駆動電圧信号供給手段は、前記複数の圧電変換部材における一方の電極には、所定の駆動波形をもつ波形電圧を供給し、他方の電極には、互いに異なる一定の電圧を発生させる複数の固定電圧源からそれぞれスイッチング素子を介して固定電圧を供給することで、前記共通の駆動電圧信号を供給するものであり、
前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて、前記スイッチング素子をオン/オフ制御することにより前記固定電圧の電圧値を変化させる駆動電圧信号制御手段を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。 - 請求項1の液滴吐出装置において、
前記スイッチング素子は、各圧電変換部材と前記駆動電圧源との配線距離の違いによって区分された1又は2以上の圧電変換部材からなる圧電変換部材グループのごとに設けられており、
前記駆動電圧信号制御手段は、圧電変換部材グループごとに、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて、当該圧電変換部材グループに対応する前記スイッチング素子をオン/オフ制御することを特徴とする液滴吐出装置。 - 請求項1又は2の液滴吐出装置において、
前記駆動電圧信号制御手段は、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に加え、前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される各圧電変換部材の前記駆動電圧源からの配線距離に応じて、前記スイッチング素子をオン/オフ制御することを特徴とする液滴吐出装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液滴吐出装置において、
前記駆動電圧信号供給手段は、前記複数の圧電変換部材のうち前記駆動電圧源からの配線距離が短い1又は2以上の圧電変換部材については、前記スイッチング素子を介さずに、前記複数の固定電圧源を前記他方の電極に接続した構成を有することを特徴とする液滴吐出装置。 - 液滴を吐出する複数のノズル孔と、
各ノズル孔が連通する複数の加圧液室と、
共通の駆動電圧信号が選択的に印加されることで各加圧液室に圧力変化を生じさせる複数の圧電変換部材と、
単一の駆動電圧源から前記複数の圧電変換部材に前記共通の駆動電圧信号を供給する駆動電圧信号供給手段と、
液滴を吐出させるノズル孔に対応した圧電変換部材に対し、前記駆動電圧信号供給手段から供給される前記共通の駆動電圧信号を選択的に印加する駆動電圧信号印加手段とを有する液滴吐出装置において、
前記圧電変換部材は、印加される電圧と前記加圧液室に生じさせる圧力との関係が非線形の関係となるものであり、
前記駆動電圧信号供給手段は、前記複数の圧電変換部材における一方の電極に所定の駆動波形をもつ波形電圧を供給し、他方の電極に一定の電圧値である固定電圧を供給することで、前記共通の駆動電圧信号を供給するものであり、
前記共通の駆動電圧信号が同時に印加される圧電変換部材の数に応じて、前記固定電圧の電圧値を変化させる駆動電圧信号制御手段を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。 - 液滴吐出装置から記録材へ液滴を吐出することで、該記録材に画像を形成する画像形成装置において、
前記液滴吐出装置として、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液滴吐出装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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