JP2644064B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数のノズルを有するインクジェット記録
装置に関する。

［従来の技術］ ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等の電子
機器の出力装置としてインクジェット記録装置が多く用
いられている。

第17図はこの種のインクジェット記録装置に用いられ
るインクジェット記録ヘッドのノズルの構成とこれらの
ノズルによって形成されるインクドットを表す説明図で
ある。

同図に示すように、インクジェット記録ヘッド10に
は、複数のノズルJ1、J2、J3、J4…が矢印Ａで示す印字
方向と垂直な方向に一列に配置されている。この１列配
列のノズルを有するインクジェット記録ヘッド10が移動
してインク噴射することによって形成されるインクジェ
ットの例が図の右側に示されている。即ち、１列がａ、
ｂ、ｃ、ｄ…から成るインクドットが複数列に形成され
る。これらインクドットのマトリクス配列により文字、
数字及び記号が印字される（同様な特許出願として米国
特許U.S.P.4,459,601参照）。

また特開昭63−11353号公報では２列に配列された複
数のノズルを有するノズルプレートと記録ヘッド本体と
が一体化された製作が容易なインクジェット記録ヘッド
が提案されている。

また特開昭62−238756号公報では１列配列されたノズ
ルを有するインクジェット記録ヘッドを複数並列に接合
して印字することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ この種のインクジェット記録ヘッドを用いて高速印字
する場合、インクジェット記録ヘッドの印字方向の移動
速度を大きくし、インクの噴射間隔を短くすることが必
要となる。しかしながら、インクをインク室からノズル
まで吸い上げ、これをノズルから噴射するのにかなりの
時間がかかってしまう。このため、インクを噴射する間
隔、即ち信号電圧の周波数がインクジェット記録ヘッド
の移動速度に追従できず印字速度を速くすることが困難
となる。

従って本発明の目的は印字速度の速いインクジェット
記録装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的は本発明によれば、それぞれに複数のノズ
ルが１列に配列されており、ノズルの配列方向と垂直の
方向に互いに重畳された複数のインクジェット記録ヘッ
ドと、各インクジェット記録ヘッド毎の印字位置が互い
に異なるように重畳されたインクジェット記録ヘッドを
重畳方向に移動させつつ各インクジェット記録ヘッドの
ノズルからインクを噴射させる制御手段とを備えたイン
クジェット記録装置において、制御手段が各インクジェ
ット記録ヘッド毎の駆動タイミングを制御して重畳して
配置された複数のノズル毎に噴射されるインクの印字位
置を互いに異なるように制御することで達成される。

［作用］ インクジェット記録装置の制御手段は、重畳されたイ
ンクジェット記録ヘッドを重畳方向に移動させつつ各イ
ンクジェット記録ヘッドのノズルから噴射されるインク
滴をそれぞれ互いに異なる位置に印字するように、各イ
ンクジェット記録ヘッド毎の駆動タイミングを制御す
る。

［実施例］ 以下本発明によるインクジェット記録装置を実施例に
より詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例としてインクジェット記録
装置のインクジェット記録ヘッドの斜視図である。

同図に示すように、複数のノズル20aが１列に形成さ
れたノズルプレート21aと圧電アクチュエータ22aとが接
合されることにより第１のインクジェット記録ヘッド23
aが形成され、複数のノズル20bが１列に形成されたノズ
ルプレート21bと圧電アクチュエータ22bとが接合される
ことにより第２のインクジェット記録ヘッド23bが形成
されている。これらのインクジェット記録ヘッド23a及
び23bは、互いに重畳されている。

この２つのインクジェット記録ヘッド23a及び23bの重
畳体は、矢印Ｂで示される重畳方向に移動しながら用紙
24に印字を行う。

第３図は、第２図に示したインクジェット記録ヘッド
23a又は23aの分解斜視図である。但し、簡単のためノズ
ルの数は２つになっている。

同図に示すように、基板25上に概略櫛状の圧電アクチ
ュエータ26が設けられており、圧電アクチュエータ26の
上にはGND（グランド）電極27が設けられている。GND電
極27の上には振動板28を介してカバーブロック29が設け
られている。

外部からの信号により駆動回路30が信号電極31のいず
れかに信号電圧を印加する。このため、対応する圧電ア
クチュエータ26の歯部32が圧電縦変位効果によって上
下、即ち振動板28を押す方向に変位し、これにより振動
板28の対応部位が押し上げられ、カバーブロック29内に
設けられたインク室34からノズル35を経て外に噴射さ
れ、用紙等の上に印字が行われる。

第４図は第３図に示したカバーブロック29の平面図で
あり、第５図は第３図に示したカバーブロック29の側面
図である。

第４図に示すようにカバーブロック29に、12個のノズ
ル135とこれらのノズルに連通したインク室134とインク
溜り136とインク供給口137とが形成されている。

第４図及び第５図に示すカバーブロック29は、感光性
ガラス、例えば、PEG3（微細な２珪酸リチュウムの結晶
が析出した気孔の無い均質なガラスセラミック）やシリ
コンウエハからなり、この感光性ガラスをエッチング加
工することで形成される。

第６図は第３図に示した圧電アクチュエータに利用さ
れている圧電縦変位効果を説明するための説明図であ
る。

複数の圧電体と電極とがそれぞれ交互に積層されてい
る。圧電体は矢印 及び方向に分極されており、圧電体は互いに交互に逆
方向に積層されている。電極は１つおきに接続されてい
る。

電極に電圧が印加されると、圧電体は矢印D₁及びD₂方
向に変形する。この現象が圧電縦変位効果である。

第７図は本実施例のインクジェット記録装置のブロッ
ク図である。

同図に示すように、クロックジェネレータ38が制御回
路39と同期回路40とに接続されている。この制御回路39
は、ROM41（リードオンリメモリ）、RAM42（ランダムア
クセスメモリ）、I/Oポート43及び出力ポート44にもバ
スライン45を介して接続されている。出力ポート44は同
期回路40に接続されており、同期回路40はヘッドドライ
バ46に接続されている。ヘッドドライバ46はインクジェ
ット記録ヘッド23a及び23bに接続されている。

クロックジェネレータ38は、クロックパルスを発生
し、各回路に供給する。クロックパルスの発生には、例
えば水晶発振回路が用いられるが、これに限らずPLL
（フェイズロックドループ）回路を用いてもよい。

制御回路39は本インクジェット記録装置を統括制御
し、マイクロプロセッサが好ましくは用いられる。この
制御回路39はROM41に格納されたシステムプログラムに
従って印字データの入出力や変換処理を実行する。

RAM42はI/Oポート43から入力された印字データを格納
するメモリである。

ヘッドドライバ46は、出力ポート44からの印字データ
を各インクジェット記録ヘッド23a及び23bの圧電アクチ
ュエータに供給する。

第８図は第７図に示す出力ポート、同期回路40及びヘ
ッドドライバ46までの回路を詳細に示すブロック図であ
る。

同図に示すように、出力ポート44は複数（図では２
つ）の出力ポート44a及び44bで構成されている。なお、
出力ポート44a及び44bの数は２つであるが、これに限ら
ずインクジェット記録ヘッドの数と共に増加してもよ
い。バスライン45がこれらの出力ポート44a及び44bの入
力端子にそれぞれ接続されている。第１の出力ポート44
aには、例えば偶数列（2n、ｎ＝１、２、…）の印字デ
ータがパラレルに入力される。第２の出力ポート44bに
は、奇数列（2n−１、ｎ＝１、２、…）の印字データが
パラレルに入力される。

印字データは第９図の丸印で表すように偶数列と奇数
列との２つのデータがそれぞれ互いに交互に配列されて
おり、それぞれの各列の行数（図の縦の丸印の数）は各
インクジェット記録ヘッドのノズルの数に対応する。

第１の出力ポート44aの出力端子はｎ個の２入力アン
ドゲートからなる第１群のアンドゲート48a（図の上
部）の一方の入力端子にそれぞれ接続される。

第２の出力ポートの出力端子はｎ個の２入力アンドゲ
ートからなる第２群のアンドゲート48b（図の中部）の
一方の入力端子にそれぞれ接続されている。

同期回路は１つの遅延カウンタ49と２つのカウンタ50
及び51と2n個の２入力アンドゲートから構成されてい
る。

クロックパルスが遅延カウンタ49と２つのカウンタ50
及び51との入力端子CKに供給されている。LOADパルスが
遅延カウンタ49と２つのカウンタ50及び51との入力端子
LDに供給されている。ENABLEパルスが遅延カウンタ49の
入力端子EN2とカウンタ50の入力端子ENにそれぞれ供給
されている。遅延カウンタ49の出力端子RCOはカウンタ5
1のEN入力端子とインバータ52の入力端子とに接続され
ている。このインバータ52の出力端子は遅延カウンタ49
のEN1端子に接続されている。カウンタ51の出力端子RCO
は第１群のアンドゲート48aの他方の入力端子にそれぞ
れ接続されている。カウンタ50の出力端子RCOは第２群
のアンドゲート48bの他方の入力端子にそれぞれ接続さ
れている。第１及び第２のアンドゲート群の各アンドゲ
ート48a及び48bの出力端子はヘッドドライバ46の入力端
子にそれぞれ接続されている。

第１の出力ポート44aは、2n列の印字データを第１群
のアンドゲート48aに出力し、第２の出力ポート44bは、
2n−１列の印字データを第２群のアンドゲート48bに出
力する。

遅延カウンタ49は入力端子EN2にENABLEパルスが入力
すると、所定の期間が経過した後に遅延カウンタ49はそ
の出力端子RCOからカウンタ51の入力端子にパルスを供
給する。

カウンタ51はENABLEパルスに応じて第１群の各アンド
ゲート48aの入力端子に「１」論理レベルのパルス信号
（タイミングパルス、第10図（Ａ）参照）を周期t₁で供
給する。

カウンタ51は遅延カウンタ49の出力端子RCOからのパ
ルスに応じて、第２のアンドゲート群の各アンドゲート
48bの入力端子に「１」論理レベルのパルス信号を供給
する（タイミングパルス、第10図（Ｂ））。即ちカウン
タ51は、カウンタ50より所定の期間t₂だけ遅れて第２の
アンドゲート群の各アンドゲート48bの入力端子に
「１」論理レベルのパルス信号を周期t₁で供給する。

第１及び第２のアンドゲート群の各アンドゲート48a
及び48bは、カウンタ50及び51のRCO出力端子からの信号
が「１」論理レベルの場合にヘッドドライバ46に供給さ
れる。

次に、このようなインクジェット記録装置の動作を第
１図のインクジェット記録ヘッドのノズルとインクの噴
射状態を説明するための説明図、第７図及び第８図を参
照して説明する。

第７図に示すように外部からI/Oポート43とデータバ
ス45とを介してRAM42にデジタル形式の印字データが格
納される。制御回路39の指示でRAM42に格納された印字
データがデータバス45を介して出力ポート44に転送され
る。

印字データの中の偶数列のデータが第１の出力ポート
44aに転送され、印字データの中の奇数列のデータが第
２の出力ポート44bに転送される。

2n−１列の印字データが第２の出力ポート44bに転送
されているとする。制御回路39から供給されたLOADパル
スとENABLEパルスとクロックパルスに応じてカウンタ50
の出力端子RCOからのタイミングパルスP1が第２のアン
ドゲート群の各アンドゲート48bの入力端子に供給され
る（第７図（Ａ））。このとき、第１のインクジェット
記録ヘッド23aのノズルN1、N2、…からインク滴が列X1
のa₁、b₁、c₁、d₁…の位置に噴射される（第１図）。

一方、遅延カウンタ49の出力端子RCOからタイミング
パルスP4がタイミングパルスP1より期間t₂だけ後に第１
のアンドゲート群の各アンドゲート48aの一方の入力端
子に供給される（第７図（Ａ、Ｂ））。第２のアンドゲ
ート群の各アンドゲート48bの他方の入力端子には2n列
の印字データが転送されているので第２のインクジェッ
ト記録ヘッド23bのノズルM1、M2、…からインクが噴射
される。このときインクジェット記録ヘッド23a及び23b
は図中矢印Ｂ方向に一定の速度で移動しているため列X1
のa₁、b₁、c₁、d₁…と重複せず、異なるインクドット列
X2のa₂、b₂、c₂、d₂…の位置に印字される（第１図）。
なお、インクジェット記録ヘッド23a及び23bの移動は制
御回路の指示により図示しないメカコンで行われる。

カウンタ50の出力端子RCOからのタイミングパルスP2
がタイミングパルスP1より期間t₁後に第２のアンドゲー
ト群の各アンドゲート48bの入力端子に供給される（第
７図（Ａ））。このとき2n＋１列の印字データが第２の
出力ポート44bに転送されている。このとき、第１のイ
ンクジェット記録ヘッド23aのノズルN1、N2、…からイ
ンクが他のインクドット列と重複せず異なる列X3のa₃、
b₃、c₃、d₃、…の位置に噴射される（第１図）。

同様に遅延カウンタ49の出力端子RCOからタイミング
パルスP5がタイミングパルスP4より期間t₁後に第１のア
ンドゲート群の各アンドゲート48aの一方の入力端子に
供給される（第７図（Ｂ））。第２のアンドゲート群の
各アンドゲート48bの他方の入力端子には2n＋２列の印
字データが転送されているので第２のインクジェット記
録ヘッド23bのノズルM1、M2、…からインクが列X4の
a₄、b₄、c₄、d₄、…の位置に噴射される（第１図）。以
下これを繰り返す。

これにより第１のインクジェット記録ヘッド23aのノ
ズルN1、N2、…からインク滴が間隔l₁で用紙等の上に噴
射され、第２のインクジェット記録ヘッド23bのノズルM
1、M2、…からもインク滴が間隔l₁で同一の用紙等の上
に噴射される。

第１のインクジェット記録ヘッド23aの各ノズルから
噴射されるインク滴と第２のインクジェット記録ヘッド
23bの各ノズルから噴射されるインク滴とによって印字
されるインクドット列は重複せず間隔l₁/2で印字され
る。

従って第１及び第２のインクジェット記録ヘッド23a
及び23bの各ノズルから噴射されるインクドットの間隔
は等間隔となる。

t₁はインクジェット記録ヘッド23a及び23bが距離l₁だ
け移動した時間である。t₂はインクジェット記録ヘッド
23a及び23bが距離l₂＋l₁/2だけ移動する時間である。

図ではt₁＞t₂であるが第１及び第２のインクジェット
記録ヘッド23a及び23bの間隔がl₂が大きい場合はt₁＜t₂
となる場合もある。

また、インクジェット記録ヘッドの数がｎの場合、各
インクジェット記録ヘッドの間が距離にしてl₁・k/n＋l
_2k（但し、ｋ＝１、２、３…）だけずれるので、このイ
ンクジェット記録ヘッドの固有のタイミングでインクジ
ェット記録ヘッドを駆動させる必要がある。

第11図は本実施例に用いられるインクジェット記録ヘ
ッドの他の構成例の分解斜視図である。

同図に示すように、基板55上に概略櫛状の圧電アクチ
ュエータ56が設けられており、圧電アクチュエータ56の
上に複数（図では２つ）のインク室57を有するカバーブ
ロック58が取り付けられる。

圧電アクチュエータ56とカバーブロック58の前面に複
数（図では２つ）のノズル59が形成されたノズルプレー
ト60が設けられてインクジェット記録ヘッド61が構成さ
れる。圧電アクチュエータ56の各歯部62の上下両面には
電極63が設けられており、図示しない駆動回路に接続さ
れている。

第12図は第11図に示したインクジェット記録ヘッド61
のＩ−Ｉ線断面図である。

外部からの信号により駆動回路が電極63のいずれかに
信号電圧を印加されると、対応する圧電アクチュエータ
56の歯部62が圧電縦変位効果によって縦方向（図の矢印
D₃方向）に変位する。これによりインクがインク室57に
連通するノズル59を経て外部に噴射され用紙等の上に印
字が行われる。

第13図は本実施例に用いられるインクジェット記録ヘ
ッドのさらに他の構成例の分解斜視図である。

同図に示すように、複数（図では６つ）のノズル64と
ノズル64にそれぞれ連通した複数のインク室65とが所定
の間隔で平行にかつ一体型で形成された基板66が形成さ
れている。この基板66上に櫛歯状の圧電アクチュエータ
67が取り付けられ、この圧電アクチュエータ67の各歯部
68が各インク室65に挿入される。圧電アクチュエータ67
の各歯部68の上下両面には電極69が設けられており圧電
アクチュエータ67上の駆動回路70に配線パターン71を介
して接続されている。基板66の前部（図の左側）の上に
複数のインク導入口72が設けられたプレート73が接合さ
れる。このプレート73の上にはインク供給口74が上面に
設けられたインクタンク75が取り付けられる。このイン
クタンク75のインク供給口74は内部でインク供給口74、
各インク室65に連通する。

図示しない外部からの信号が駆動回路70に供給さされ
ると駆動回路70は電極69に信号電圧を供給する。信号電
圧が歯部68の電極69に供給されると、圧電横方向変位効
果により歯部68がインク室65を噴射方向と逆方向に変位
する。この信号電圧が解除されると歯部がインク室65を
噴射方向に押圧する。これによりインク室65のインクが
ノズル64より外部に噴射される。

第14図は圧電横方向変位効果について説明するための
説明図である。

同図に示すように矢印方向に分極された圧電体の両
面に電極が接合されている。圧電体は積層方向に分極さ
れており、電極に電圧が印加されると圧電体は矢印D₄及
びD₅方向に変位する。電極に印加された電圧が解除され
ると、この圧電体は矢印D₄及びD₅と逆方向に変位する。
この現象が圧電横方向変位効果である。

また、圧電アクチュエータに利用される効果としては
この他にユニモルフ効果とバイモルフ効果があり、いず
れの効果を用いてインク室を押圧してもよい。

第15図はユニモルフ効果を説明するための説明図であ
る。

同図に示すように矢印方向に分極された圧電体が電
極で挟まれており、この接合体と弾性体とが積層されて
いる。圧電体は積層方向に分極されており、積層体の一
端が固定されている。この積層体の電極に電圧が印加さ
れると、圧電体は矢印D₆の方向に変位する。ところが弾
性体に接合されているため、全体として積層体は矢印D₇
の方向に変位する。この現象がユニモルフ効果である。

第16図はバイモルフ効果を説明するための説明図であ
る。

同図に示すように矢印方向で示す方向に分極された
２つの圧電体と３つの電極とがそれぞれ互いに交互に積
層されている。圧電体は一端が固定されている。２つの
圧電体の分極方向は互いに逆方向であり、両側の電極に
負の電位が印加され中間の電極に正の電位が印加され
る。圧電体の電極に電圧が印加されると、図中右側の圧
電体は矢印D₈の方向に変位し、左側の圧電体は矢印D₉の
方向に変位する。ところがこれらの圧電体は互いに接合
されているため、全体として積層体は矢印D₁₀の方向に
変位する。この現象がバイモルフ効果である。

また、本実施例では２つのインクジェット記録ヘッド
のノズルからインクを交互に噴射させているが、これに
限らず同時にインクを噴射させて異なる位置に印字して
もよい。

以上のことから複数のインクジェット記録ヘッドを重
畳した記録ヘッドを重畳方向に移動しつつ異なる位置に
印字することでヘッドの移動速度がインクを噴射する周
波数による制限を受けず、印字速度を速くすることがで
きる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によればそれぞれ
に複数のノズルが１列に配列されており、ノズルの配列
方向と垂直の方向に互いに重畳された複数のインクジェ
ット記録ヘッドと、各インクジェット記録ヘッド毎の印
字位置が互いに異なるように重畳されたインクジェット
記録ヘッドを重畳方向に移動させつつ各インクジェット
記録ヘッドのノズルからインクを噴射させる制御手段と
を備えたインクジェット記録装置において、制御手段が
各インクジェット記録ヘッド毎の駆動タイミングを制御
して重畳して配置された複数のノズル毎に噴射されるイ
ンクの印字位置を互いに異なるように制御するので印字
速度を速くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインクジェット記録ヘッドのノズルとインクの
噴射状態を説明するための説明図、第２図は本発明の一
実施例としてインクジェット記録装置のインクジェット
記録ヘッドの斜視図、第３図は第２図に示したインクジ
ェット記録ヘッドの分解斜視図、第４図は第３図に示し
たカバーブロックの平面図、第５図は第３図に示したカ
バーブロックの側面図、第６図は第３図に示した圧電ア
クチュエータのに利用されている圧電縦変位効果を説明
するための説明図、第７図は本実施例のインクジェット
記録装置のブロック図、第８図は第７図に示す出力ポー
ト、同期回路及びヘッドドライバまでの回路を詳細に示
すブロック図、第９図は印字データを表す図、第10図は
タイミングパルス、第11図は本実施例に用いられるイン
クジェット記録ヘッドの他の構成例の分解斜視図、第12
図は第11図に示したインクジェット記録ヘッドのＩ−Ｉ
線断面図、第13図は本実施例に用いられるインクジェッ
ト記録ヘッドのさらに他の構成例の分解斜視図、第14図
は圧電横方向変位効果について説明するための説明図、
第15図はバイモルフ効果を説明するための説明図、第16
図はバイモルフ効果を説明するための説明図、第17図は
従来のインクジェット記録装置に用いられるインクジェ
ット記録ヘッドのノズルの構成とこれらのノズルによっ
て形成されるインクドットを表す説明図である。 21……ノズルプレート、22……圧電アクチュエータ、23
……インクジェット記録ヘッド、24……用紙、38……ク
ロックジェネレータ、39……制御回路、40……同期回
路、41……ROM、42……RAM、43……I/Oポート、44……
出力ポート、45……バスライン、46……ヘッドドライ
バ、49……遅延カウンタ、50、51……カウンタ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれに複数のノズルが１列に配列され
   ており、該ノズルの配列方向と垂直の方向に互いに重畳
   された複数のインクジェット記録ヘッドと、各インクジ
   ェット記録ヘッド毎の印字位置が互いに異なるように前
   記重畳されたインクジェット記録ヘッドを該重畳方向に
   移動させつつ各インクジェット記録ヘッドの前記ノズル
   からインクを噴射させる制御手段とを備えたインクジェ
   ット記録装置において、前記制御手段が各インクジェッ
   ト記録ヘッド毎の駆動タイミングを制御して前記重畳し
   て配置された複数のノズル毎に噴射されるインクの印字
   位置を互いに異なるように制御することを特徴とするイ
   ンクジェット記録装置。