JP3225987B2 - Driving apparatus and driving method for inkjet recording head - Google Patents

Driving apparatus and driving method for inkjet recording head

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JP3225987B2 JP32857693A JP32857693A JP3225987B2 JP 3225987 B2 JP3225987 B2 JP 3225987B2 JP 32857693 A JP32857693 A JP 32857693A JP 32857693 A JP32857693 A JP 32857693A JP 3225987 B2 JP3225987 B2 JP 3225987B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インク滴を飛翔させ、
記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するインクジェ
ット式記録ヘッドの駆動技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention
The present invention relates to a driving technique of an ink jet recording head for forming an ink image on a recording medium such as recording paper.

【0002】[0002]

【従来の技術】オンデマンド型インクジェット式記録ヘ
ッドは、圧電振動子や発熱素子によりインク圧を発生さ
せる複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給
する共通のリザ−バと、各圧力発生室に連通するノズル
開口を備えた記録ヘッドを備えており、印字信号に応じ
て圧力発生室のインク圧を高めて、ノズル開口からイン
ク滴を飛翔させ、記録媒体にドットを形成している。
2. Description of the Related Art An on-demand type ink jet recording head comprises a plurality of pressure generating chambers for generating ink pressure by piezoelectric vibrators and heating elements, a common reservoir for supplying ink to each pressure generating chamber, and It has a recording head with a nozzle opening communicating with the pressure generating chamber, increases the ink pressure in the pressure generating chamber according to the print signal, causes ink droplets to fly from the nozzle opening, and forms dots on the recording medium. I have.

【0003】このような、オンデマンド型インクジェッ
ト式記録ヘッドでは、インク滴の飛翔後に、ノズル開口
近傍に形成されているメニスカスが圧力室側に大きく引
き込まれ、このメニスカスが元の位置に戻る前に次のイ
ンク滴の吐出動作が行なわれると、飛翔インク滴のイン
ク量及び飛翔速度が、変動して印字品質が劣化する。こ
れを回避するため、連続してインク滴を吐出させる場合
には、前回のインク滴の吐出によるメニスカスの運動が
基に位置に復帰した後に行わう必要があり、高速印字を
行う上での障害となりこれを改善するための提案がされ
ている。例えば、特開平2−233258号公報に見られるよ
うに発熱素子により蒸気バブルを発生させてインク滴を
飛翔させるインクジェット記録ヘッドにおいて、1回目
の蒸気バブルによりインク滴が飛翔した後、メニスカス
が圧力室側に最大に吸引される時点で、2回目の蒸気バ
ブルの成長が最大となるように入力パルスを発熱素子に
印加することにより、メニスカスのノズル側への復帰を
早め、高速印字を行うことが提案されている。
In such an on-demand type ink jet recording head, the meniscus formed near the nozzle opening is largely drawn into the pressure chamber after the ink droplet flies, and before the meniscus returns to the original position. When the next ink droplet ejection operation is performed, the ink amount and the flying speed of the flying ink droplet fluctuate, and the print quality deteriorates. In order to avoid this, if ink droplets are continuously ejected, it is necessary to perform the operation after returning to the position based on the movement of the meniscus due to the previous ink droplet ejection, which is an obstacle to performing high-speed printing. There are proposals to improve this. For example, in an ink jet recording head in which a heating element generates a vapor bubble to fly an ink droplet as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-233258, after the ink droplet flies due to the first vapor bubble, the meniscus forms a pressure chamber. By applying an input pulse to the heating element so that the second growth of the vapor bubble is maximized at the time when the liquid is sucked to the maximum, the meniscus can be quickly returned to the nozzle side and high-speed printing can be performed. Proposed.

【0004】しかしながら、2回目の蒸気パルスを発生
させるために、入力エネルギー、つまり熱エネルギーを
余分に供給するため、の熱によりインクが変質してノズ
ルを詰まらせてしまうという問題がり、また圧電振動子
の変位により圧力室の容積を変化させてインク滴を吐出
させるインクジェット記録ヘッドでは上記公報に記載さ
れた方式を採用することができない。
[0004] However, in order to generate the second steam pulse, the input energy, that is, the heat energy is excessively supplied, so that the heat deteriorates the ink and causes clogging of the nozzles. The method described in the above publication cannot be adopted in an ink jet recording head that discharges ink droplets by changing the volume of a pressure chamber by displacement of a child.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題に鑑みてなされたもので、その目的とするところはイ
ンク滴の吐出間隔を短縮するとともに、ノズルの目詰ま
りをも防止できる圧電振動子をアクチュエータとするイ
ンクジェット式記録ヘッドの駆動装置を提供することに
ある。また、本発明の他の目的は、インクを吐出するノ
ズル開口と、ノズル開口に連通する圧力発生室と、圧力
発生室の容積を変えて圧力を発生させる圧電振動子を複
数備えたインクジェット式記録ヘッドの駆動方法を提案
することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator capable of shortening the interval between ink droplet discharges and preventing nozzle clogging. It is an object of the present invention to provide a driving device for an ink jet recording head using a child as an actuator. Further, another object of the present invention is to provide an ink jet type recording apparatus comprising: a nozzle opening for discharging ink; a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening; and a plurality of piezoelectric vibrators for generating pressure by changing the volume of the pressure generating chamber. It is to propose a head driving method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために本発明のインクジェット式記録ヘッドの駆動装
置は、インクを吐出するノズル開口と、前記ノズル開口
に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室の容積を変化
させて圧力を発生させる圧電振動子を複数備えたインク
ジェット式記録ヘッドの駆動装置において、前記圧力発
生室の容積を拡大させる第1の電圧波形を発生する手段
と、第1の電圧波形を選択的に前記圧電振動子に印加す
る手段と、前記圧力発生室の容積を収縮させてインク滴
を吐出させる第2の電圧波形を前記圧電振動子に選択的
に印加する手段と、第2の電圧波形の印加後、インク滴
吐出後のメニスカスが前記圧力発生室側に実質的に最も
引き込まれた時点で、前記圧力発生室の容積を拡大させ
てメニスカスを前記圧力発生室側に引き込む第3の電圧
波形を前記圧電振動子に印加する手段と、を備えてい
る。
According to the present invention, there is provided a driving apparatus for an ink jet recording head, comprising: a nozzle opening for discharging ink; a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening; A driving device for an ink jet recording head including a plurality of piezoelectric vibrators for generating pressure by changing the volume of a pressure generating chamber; a means for generating a first voltage waveform for expanding the volume of the pressure generating chamber; Means for selectively applying the first voltage waveform to the piezoelectric vibrator, and means for selectively applying a second voltage waveform for discharging the ink droplet by contracting the volume of the pressure generating chamber to the piezoelectric vibrator If, after the application of the second voltage waveform, ink droplets
The meniscus after discharge is substantially the most toward the pressure generating chamber side.
When retracted, and a means for applying a third voltage waveform to draw meniscus volume is enlarged to the pressure generating chamber to the pressure generating chamber side to the piezoelectric vibrator.

【0007】[0007]

【作用】ドットを記録する場合は、初期状態から最大位
置まで圧力発生室を拡大してインクを吸引し、圧力発生
室を初期状態以上に収縮させてインク滴を吐出させ、そ
の後のメニスカスが圧力発生室側に引き込まれた時点
で、圧力発生室を拡大してメニスカスの移動を静定させ
る。
[Function] When printing dots, the maximum order from the initial state
The pressure generation chamber is expanded to the position where ink is sucked and pressure is generated.
The chamber is contracted beyond the initial state to eject ink droplets,
Meniscus is drawn into the pressure generating chamber sideWhen
To expand the pressure generation chamberMoveLet it settle
You.

【0008】[0008]

【実施例】以下本発明の詳細を実施例に基づいて図示し
て説明する。図1は、本発明に用いられるインクジェッ
ト式記録ヘッドの構成図である。図中符号1は、圧力発
生室で、ノズル開口2が形成されたノズルプレート3
と、後述する圧電振動子7の先端に当接する振動板4と
をスペーサ5を挟んで構成されており、インク供給口6
を通して図示しないインクタンクに接続するリザーバ1
4からインクの補給を受けるように構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to embodiments. FIG. 1 is a configuration diagram of an ink jet recording head used in the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a pressure generating chamber, and a nozzle plate 3 having a nozzle opening 2 formed therein.
And a vibrating plate 4 abutting on a tip of a piezoelectric vibrator 7 described later, with a spacer 5 interposed therebetween.
1 connected to an ink tank (not shown)
4 is supplied with ink.

【0009】7は、前述の圧電振動子で、この実施例で
は圧電材料8と電極形成材料9、10を交互にサンドイ
ッチ状に挟んで積層構造となるように構成され、電極が
存在しない不活性領域が固定基板11に固定されてい
る。これら固定基板11とスペーサ5、及び振動板4
は、基台12を介して一体に固定されてインクジェット
式記録ヘッドとしてまとめ上げられている。
Reference numeral 7 denotes the above-described piezoelectric vibrator. In this embodiment, the piezoelectric vibrator 8 and the electrode forming materials 9 and 10 are alternately sandwiched between each other so as to form a laminated structure. The region is fixed to the fixed substrate 11. The fixed substrate 11, the spacer 5, and the diaphragm 4
Are integrally fixed via a base 12 and are assembled as an ink jet recording head.

【0010】このように構成されたインクジェット式記
録ヘッドは圧電振動子7の電極9、10に電圧が印加さ
れれば、圧電振動子7がノズルプレート3側に伸長し、
振動板4が圧力発生室1を圧縮する。その結果、圧力発
生室1に存在するインクの一部がノズル開口2から吐出
される。
In the ink jet recording head thus configured, when a voltage is applied to the electrodes 9 and 10 of the piezoelectric vibrator 7, the piezoelectric vibrator 7 extends toward the nozzle plate 3, and
The vibration plate 4 compresses the pressure generating chamber 1. As a result, a part of the ink existing in the pressure generating chamber 1 is discharged from the nozzle opening 2.

【0011】図2は上述したインクジェット式記録ヘッ
ドを駆動する駆動回路の一実施例である。図中符号13
0は、後述する制御信号発生回路で、図示しない装置よ
りデータバス131を介して送られてくる印字データを
取り込み、記録ヘッドが印字位置に達したことを示す印
字タイミング信号が端子132に入力された段階で、取
り込んだ印字データをシリアル転送して記録ヘッドの駆
動回路に出力する。
FIG. 2 shows an embodiment of a driving circuit for driving the above-mentioned ink jet recording head. Reference numeral 13 in the figure
Reference numeral 0 denotes a control signal generation circuit which will be described later. The control signal generation circuit captures print data sent from a device (not shown) via the data bus 131, and a print timing signal indicating that the recording head has reached the print position is input to the terminal 132. At this stage, the received print data is serially transferred and output to the drive circuit of the printhead.

【0012】この制御信号発生回路130からは、カス
ケードに接続されシフトレジスタを構成するフリップフ
ロップ139、139、・・・・のデータ端子に信号線
134を介してシリアルデータ信号が、また信号線13
3を介してシフトクロック信号が出力される。更に、全
ての圧電振動子48、48、・・・・に対する印字デー
タの信号が転送された段階で、信号線135を介してラ
ッチ138、138、・・・・にシリアル転送した印字
データをラッチするための信号を出力する。この信号線
135は、駆動電圧信号発生回路84にも出力されてお
り、信号出力と同時に駆動電圧信号号発生回路84から
は、後述する所定の電圧波形を持った駆動電圧信号を出
力する。
.. From the control signal generation circuit 130 to the data terminals of flip-flops 139, 139,...
The shift clock signal is output via the switch 3. When the print data signals for all the piezoelectric vibrators 48, 48,... Are transferred, the print data serially transferred to the latches 138, 138,. Output a signal for performing The signal line 135 is also output to the drive voltage signal generation circuit 84, and at the same time as the signal output, the drive voltage signal generation circuit 84 outputs a drive voltage signal having a predetermined voltage waveform described later.

【0013】図3は前述した駆動電圧信号発生回路の一
実施例を示す図である。タイミング発生回路170は3
つのワンショットマルチバイブレータ171、172、
173より構成されており、制御信号発生回路130か
らの信号線135にタイミング信号が出力されると、ま
ず第1のワンショットマルチバイブレータ171から一
定パルス幅のLOWレベル信号が出力し、この出力信号
で、第1の定電流回路180が動作し、初期状態で−V
Mボルトに充電されているコンデンサ152を一定電流
Irにより充電する。一定電流値Irでコンデンサ15
2が略0ボルトまで充電されると、コンデンサ152に
並列接続されたダイオード153によりコンデンサ15
2の端子電圧はクランプされて略0ボルト状態に維持さ
れる。
FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of the above-described drive voltage signal generation circuit. The timing generation circuit 170
One-shot multivibrators 171, 172,
When a timing signal is output to the signal line 135 from the control signal generating circuit 130, first, a LOW level signal having a constant pulse width is output from the first one-shot multivibrator 171. Then, the first constant current circuit 180 operates, and in the initial state, −V
The capacitor 152 charged to M volts is charged by the constant current Ir. When the constant current value Ir
2 is charged to approximately 0 volts, a diode 153 connected in parallel with the capacitor 152
The terminal voltage at terminal 2 is clamped and maintained at a substantially zero volt state.

【0014】第1のワンショットマルチバイブレータ1
71の出力信号がHIGHレベルに変わると、これをト
リガとして第2のワンショットマルチバイブレータ17
2から一定パルス幅のLOWレベル信号が出力し、今度
は第2の定電流回路181を動作させ、コンデンサ15
2の端子電圧が略0ボルトから給電電圧である略−VL
ボルトまで一定電流値Ifで放電される。
First one-shot multivibrator 1
When the output signal of the signal 71 changes to the HIGH level, the second signal is used as a trigger to output the second one-shot multivibrator 17.
2 outputs a LOW level signal having a constant pulse width. This time, the second constant current circuit 181 is operated.
2 is approximately 0 volts to approximately -VL which is the power supply voltage.
It is discharged at a constant current value If up to volts.

【0015】さらに、第2のワンショットマルチバイブ
レータ172の出力信号がHIGHレベルに変わると、
これをトリガとして第3のワンショットマルチバイブレ
ータ173から一定パルス幅のLOWレベル信号が出力
して、今度は第3の定電流回路182を動作させ、コン
デンサ152が、略−VLボルトから−VMボルトまで
一定電流値Ir1で充電される。このコンデンサ152
の電圧変化は、電流増幅用トランジスタ対159、16
0を介して圧電振動子48、48、・・・・に印加され
る。
Further, when the output signal of the second one-shot multivibrator 172 changes to a high level,
Using this as a trigger, a LOW level signal having a constant pulse width is output from the third one-shot multivibrator 173, and the third constant current circuit 182 is operated this time, and the capacitor 152 is driven from approximately -VL volts to -VM volts. The battery is charged at a constant current value Ir1 up to the current. This capacitor 152
Is changed by the current amplifying transistor pair 159, 16
0 is applied to the piezoelectric vibrators 48, 48,.

【0016】上述の駆動電圧信号発生回路84では、コ
ンデンサ152の容量をC、第1の定電流回路180の
抵抗200の値をRr、第2の定電流回路181の抵抗
201の値をRf、第3の定電流回路182の抵抗30
0の値をRr1、トランジスタ154、158、354
のベース・エミッタ間の電圧をVbe154、Vbe1
58、Vbe354とすると、前述した充放電電流I
r、If、Ir1は、それぞれ Ir=Vbe154/Rr (1) If=Vbe158/Rf (2) Ir1=Vbe354/Rr1 (3) となり、 また充放電時定数Tr、Tf、Tr1は、それぞれ Tr=C×VM/Ir (4) Tf=C×VL/If (5) Tr1=C×(VL−VM)/Ir1 (6) となる。
In the drive voltage signal generating circuit 84 described above, the capacitance of the capacitor 152 is C, the value of the resistor 200 of the first constant current circuit 180 is Rr, the value of the resistor 201 of the second constant current circuit 181 is Rf, The resistance 30 of the third constant current circuit 182
The value of 0 is Rr1, the transistors 154, 158, 354
Vbe 154, Vbe1
58 and Vbe 354, the charge / discharge current I
r, If, and Ir1 are Ir = Vbe154 / Rr (1) If = Vbe158 / Rf (2) Ir1 = Vbe354 / Rr1 (3), and the charge / discharge time constants Tr, Tf, and Tr1 are Tr = C, respectively. × VM / Ir (4) Tf = C × VL / If (5) Tr1 = C × (VL−VM) / Ir1 (6)

【0017】図4は、駆動電圧信号発生回路84からの
駆動電圧信号出力と、圧電振動子に印加される電圧との
時系列的な関係を示すものである。次に上述した駆動電
圧信号発生回路84を用いて圧電振動子を駆動した場合
のインク滴吐出の動作について説明する。初期状態で
は、駆動電圧信号発生回路84の出力は、−VMボルト
となっており、この状態では、トラジスタ85、85、
・・・・に並列接続されたダイオードD、D、・・・・
を通して全ての圧電振動子48、48、・・・・は共通
接続端子が負電位(−VMボルト)に、他端を略0ボル
トとした過放電状態、つまりVMボルトの電圧が印加さ
れた状態にあり、圧電振動子48、48、・・・・は伸
長しており、したがって圧力発生室1は収縮状態にあ
る。
FIG. 4 shows a time-series relationship between the drive voltage signal output from the drive voltage signal generation circuit 84 and the voltage applied to the piezoelectric vibrator. Next, an operation of ejecting ink droplets when the piezoelectric vibrator is driven using the above-described drive voltage signal generation circuit 84 will be described. In the initial state, the output of the drive voltage signal generating circuit 84 is -VM volts, and in this state, the transistors 85, 85,
.. diodes D, D,... Connected in parallel to.
All the piezoelectric vibrators 48, 48,... Have an overdischarged state in which the common connection terminal is at a negative potential (−VM volts) and the other end is substantially 0 volts, that is, a state where a voltage of VM volts is applied. Are extended, and the pressure generating chamber 1 is in a contracted state.

【0018】第1の定電流回路180の動作が開始さ
れ、駆動電圧信号発生回路84の出力が−VMボルトか
ら略0ボルトに一定勾配で変化する第1の工程では、ラ
ッチ138、138、・・・・にラッチされている印字
データにより導通状態のトランジスタ85、85、・・
・・に接続された圧電振動子48、48、・・・・に
してのみ充電がなされ、結果として、過放電状態から電
圧無印加状態に印加電圧が変わる。つまり、インク滴を
飛翔させる必要のある圧電振動子48、48、・・・・
のみが収縮して圧力発生室1が拡大し、リザーバー14
からインクを吸引する。この圧力発生室1の拡大に伴っ
て、ノズル開口2の近傍に形成されているメニスカス
は、圧力発生室1側に引き込まれ、所定時間後に元の位
置に復帰する。
In the first step in which the operation of the first constant current circuit 180 is started and the output of the drive voltage signal generation circuit 84 changes at a constant gradient from -VM volt to approximately 0 volt, the latches 138, 138,. , The transistors 85, 85,.
Piezoelectric vibrators 48, 48 connected to ..., charging only against <br/> is made ..., as a result, the applied voltage from the over-discharge state in the absence of an applied voltage is changed. That is, the piezoelectric vibrators 48, 48,.
Only contracts, the pressure generating chamber 1 expands, and the reservoir 14
Suction ink from. As the pressure generating chamber 1 expands, the meniscus formed near the nozzle opening 2 is drawn into the pressure generating chamber 1 and returns to its original position after a predetermined time.

【0019】メニスカスが元の位置に復帰した時点で、
第2の定電流回路181が動作を開始する。これによ
り、駆動電圧信号発生回路84の出力が略0ボルトから
略−VLボルトに一定勾配で変化する第2の工程に切り
換わり、第1の工程の充電でほぼ印加電圧が零となり収
縮状態にある圧電振動子48、48、・・・・は、共通
接続端子を負電位として過放電されて行き、最終的にV
Lボルトの電圧が印加された状態になり伸長する。この
圧電振動子48、48、・・・・の伸長により拡大状態
であった圧力発生室1が収縮し、この収縮によってノズ
ル開口2からインク滴が飛翔する。
When the meniscus returns to its original position,
The second constant current circuit 181 starts operating. As a result, the output of the drive voltage signal generating circuit 84 is switched to the second step in which the output changes from substantially 0 volts to about -VL volt at a constant gradient, and the applied voltage becomes substantially zero by the charging in the first step, and the contracted state is obtained. Some of the piezoelectric vibrators 48, 48,... Are over-discharged by setting the common connection terminal to a negative potential,
The state becomes a state in which a voltage of L volts is applied, and expands. Due to the expansion of the piezoelectric vibrators 48, 48,..., The expanded pressure generating chamber 1 contracts, and the contraction causes ink droplets to fly from the nozzle openings 2.

【0020】インク滴の吐出後、メニスカスは、再度大
きく圧力発生室1側に大きく引き込まれ、振動しながら
元の位置に復帰して行くが、圧力発生室1側に最も引き
込まれてメニスカスがノズル開口2側への移動に転じる
時点で、第3の定電流回路182の動作を開始する。こ
れより、駆動電圧信号発生回路84の出力が略−VLボ
ルトから−VMボルトに一定勾配で変化する第3の工程
が開始されるから、第2の工程でインク滴を吐出させた
圧電振動子48、48、・・・・は、充電され初期状態
の位置まで収縮して圧力発生室1を初期の状態まで拡大
する。この拡大に伴ってメニスカスを圧力発生室1側に
引き戻す力が生じ、インク滴吐出後のメニスカスのノズ
ル開口2側へ移動させようとする力と、上記引戻す力が
相殺されてメニスカスは振動することなく速やかにノズ
ル開口近傍に静止する。
After the ink droplets are ejected, the meniscus is greatly drawn into the pressure generating chamber 1 again, and returns to its original position while vibrating. The operation of the third constant current circuit 182 is started at the time when the movement to the opening 2 side is started. This starts the third step in which the output of the drive voltage signal generation circuit 84 changes at a constant gradient from approximately -VL volts to -VM volts, so the piezoelectric vibrator that ejected ink droplets in the second step , 48 are contracted to the charged and initial position, and the pressure generating chamber 1 is expanded to the initial state. A force that pulls the meniscus back to the pressure generating chamber 1 is generated with this expansion, and the force that moves the meniscus to the nozzle opening 2 side after the ink droplets are ejected cancels out the pull-back force, and the meniscus vibrates. It stops immediately near the nozzle opening without any trouble.

【0021】シュミレーション及び実験結果では、メニ
スカスの振動に代表されるヘッドの流路系の固有振動周
期をTcとすると、インク滴吐出後のメニスカスの振動
を効果的に抑えるには、 0.5<Tc/Tr<3 (7) 0.5<Tc/Tf<3 (8) なる条件の下では、 2<VM/(VL−VM)<10 (9) 1/8<Tc/Tr1<1 (10) となるように設定すればよいことが確認された。また、
本発明の記録ヘッドでは、縦振動型の圧電振動子を用い
ているため、圧力発生室の容積変化は、圧電振動子の印
加電圧とほぼ比例することが確認された。
In simulations and experimental results, assuming that the natural oscillation period of the flow path system of the head typified by the vibration of the meniscus is Tc, in order to effectively suppress the vibration of the meniscus after ink droplet ejection, 0.5 < Tc / Tr <3 (7) 0.5 <Tc / Tf <3 (8) Under the condition of 2 <VM / (VL−VM) <10 (9) 1/8 <Tc / Tr1 <1 ( 10) It was confirmed that the setting should be made to be as follows. Also,
Since the recording head of the present invention uses a vertical vibration type piezoelectric vibrator, it was confirmed that the change in volume of the pressure generating chamber was substantially proportional to the applied voltage of the piezoelectric vibrator.

【0022】図5は、本発明によるメニスカスの振動の
様子を示したもので、図5(a)はメニスカスの挙動
を、図5(b)は圧電振動子に印加する駆動電圧信号を
示している。これに対して本発明における第3の工程が
作用しない場合は、図6に示したようにインク滴飛翔
後、メニスカスの振動が継続するが、第3の工程を作用
させる本発明ではメニスカスは速やかに静定されてい
る。
FIGS. 5A and 5B show how the meniscus vibrates according to the present invention. FIG. 5A shows the meniscus behavior, and FIG. 5B shows the driving voltage signal applied to the piezoelectric vibrator. I have. On the other hand, when the third step in the present invention does not work, the meniscus continues to vibrate after the ink droplets fly, as shown in FIG. 6, but in the present invention in which the third step works, the meniscus quickly changes. Has been settled.

【0023】本発明による駆動周波数とインク滴の飛翔
速度との関係は図7に、また従来の駆動周波数とインク
滴飛翔速度との関係は図8に示すようになり、これらの
図から解るように本発明によれば高い駆動周波数の領域
においてもインク滴の飛翔速度に変化がなく、印字品質
を維持することができる。
FIG. 7 shows the relationship between the driving frequency and the ink droplet flying speed according to the present invention, and FIG. 8 shows the relationship between the conventional driving frequency and the ink droplet flying speed according to the present invention. According to the present invention, the flying speed of ink droplets does not change even in a high driving frequency range, and print quality can be maintained.

【0024】一方、印字データが信号が無い場合、つま
りラッチ138、138、・・・・に印字データがラッ
チされていない場合には、トランジスタ85、85、・
・・・に並列接続されたダイオードD、D、D、・・・
・を通じて圧電振動子48、48、・・・・は、駆動電
圧信号発生回路84の出力が略0ボルトから略−VLボ
ルトに一定勾配で変化する第2の工程で、共通接続端子
側を負電位として印字データに関係なく常に充電され
る。
On the other hand, when there is no print data signal, that is, when the print data is not latched in the latches 138, 138,..., The transistors 85, 85,.
, Diodes D, D, D,.
, Through the second step in which the output of the drive voltage signal generation circuit 84 changes at a constant gradient from approximately 0 volts to approximately -VL volts, the common connection terminal side is negative. It is always charged as potential regardless of print data.

【0025】また駆動電圧信号発生回路84の出力が略
−VLボルトから−VMボルトに一定勾配で変化する第
3の工程では、ワンショットマルチバイブレータ173
のLOWレベル出力信号をインバータ91でHIGHレ
ベル信号に変換し、ORゲート180、180、・・・
・を介して全トランジスタ85、85、・・・・の制御
端子に供給するから第3の工程では、印字データに関わ
らず常にトランジスタ85、85、・・・・は導通し、
略VLボルトに充電された圧電振動子48、48、・・
・・を初期状態のVMボルトまで放電する。
In the third step in which the output of drive voltage signal generating circuit 84 changes at a constant gradient from approximately -VL volts to -VM volts, one-shot multivibrator 173
Are converted into a HIGH level signal by an inverter 91, and OR gates 180, 180,.
Are supplied to the control terminals of all the transistors 85, 85,... Through the third step, the transistors 85, 85,.
The piezoelectric vibrators 48, 48, charged to approximately VL volts
Discharge to the initial state VM volts.

【0026】つまり、非印字時においては、圧電振動子
48、48、・・・・は印字タイミング毎にインク滴を
吐出させない程度の伸長、収縮を繰返して、ノズル開口
2の近傍に形成されるメニスカスを揺動させる。これに
より、ノズル開口2近傍のインクが撹拌され、インク滴
を長時間に渡り吐出しないノズルのインクの増粘が抑制
されてノズル開口2の乾燥に起因する目詰まりが防止さ
れる。
That is, at the time of non-printing, the piezoelectric vibrators 48, 48,... Are formed in the vicinity of the nozzle opening 2 by repeatedly expanding and contracting so as not to eject ink droplets at each printing timing. Swing the meniscus. Thereby, the ink near the nozzle opening 2 is stirred, the viscosity of the ink of the nozzle that does not discharge the ink droplets for a long time is suppressed, and the clogging due to the drying of the nozzle opening 2 is prevented.

【0027】なお、上述の実施例において記録ヘッドを
駆動する圧電振動子として電圧を印加すると伸長し、圧
力発生室1を収縮させるものを例に採って説明したが、
図9に示すように電圧印加により図中縦方向に収縮し
て、圧力発生室1を拡大するものを用いてもよい。
In the above-described embodiment, the piezoelectric vibrator for driving the recording head expands when a voltage is applied, and contracts the pressure generating chamber 1.
As shown in FIG. 9, the pressure generating chamber 1 may be contracted in the vertical direction by applying a voltage to expand the pressure generating chamber 1.

【0028】この場合の駆動電圧信号発生回路84とし
ては、図3において、ダイオード153を外して、供給
電源を片電源(VHボルト)とすること対応することが
できる。
In this case, the drive voltage signal generating circuit 84 can be adapted to use a single power supply (VH volt) by removing the diode 153 in FIG.

【0029】図10は、本発明の駆動技術が適用できる
他の形式の記録ヘッドの構造を示したもので、符号7
a、7bで示す2組の圧電振動子がある。圧電振動子7
aには、図11(a)で示す電圧波形を印加すること
で、インク滴ををノズル開口2より飛翔させる。また、
圧電振動子7bには図11(b)の電圧波形が印加さ
れ、インク滴吐出後、電圧を幾分低下させ、また元に戻
す。これにより、振動板4の両端に図中上下方向に伸縮
力が生じ、振動板4がたわめられて圧力発生室1を拡大
し、またもとに戻すよう作用するため、メニスカスの振
動を速やかに静定できる。
FIG. 10 shows the structure of another type of recording head to which the driving technique of the present invention can be applied.
There are two sets of piezoelectric vibrators denoted by a and 7b. Piezoelectric vibrator 7
By applying the voltage waveform shown in FIG. 11A to a, the ink droplet is caused to fly from the nozzle opening 2. Also,
The voltage waveform shown in FIG. 11B is applied to the piezoelectric vibrator 7b, and after the ink droplets are ejected, the voltage is reduced somewhat and then restored. As a result, an expansion and contraction force is generated at both ends of the diaphragm 4 in the vertical direction in the figure, and the diaphragm 4 is deflected to expand and return the pressure generating chamber 1 to its original position. Can be settled quickly.

【0030】また、印字データに関わらず、圧電振動子
7bに図11(b)の電圧波形を印加すれば、メニスカ
スを揺動させてノズル開口の目詰まりを防止することが
できる。
Also, regardless of the print data, if the voltage waveform shown in FIG. 11B is applied to the piezoelectric vibrator 7b, the meniscus can be swung to prevent the nozzle opening from being clogged.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
インク滴吐出後のメニスカスが圧力発生室側に実質的に
最も引き込まれた時点で圧力発生室を拡大させるため
インク滴吐出後のメニスカスの移動を圧力発生室の膨張
で相殺できてインク滴の吐出周波数を向上できる
As described above, according to the present invention,
In order to enlarge the pressure generating chamber when the meniscus after the ink droplet ejection is substantially most drawn into the pressure generating chamber side ,
The movement of the meniscus after the ink droplet ejection discharges the expansion of the pressure generating chamber.
And the ejection frequency of ink droplets can be improved .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に用いる記録ヘッドの構造図。FIG. 1 is a structural diagram of a recording head used in the present invention.

【図2】本発明の駆動回路の一実施例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of a drive circuit of the present invention.

【図3】図2における駆動電圧信号発生回路84の詳細
図。
FIG. 3 is a detailed diagram of a drive voltage signal generation circuit 84 in FIG. 2;

【図4】本発明の駆動方法を説明するタイミング図。FIG. 4 is a timing chart illustrating a driving method of the present invention.

【図5】本発明の実施例におけるメニスカスの挙動を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing a behavior of a meniscus in the example of the present invention.

【図6】従来のメニスカスの挙動を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the behavior of a conventional meniscus.

【図7】本発明の実施例の周波数特性を示す図。FIG. 7 is a diagram showing frequency characteristics of the embodiment of the present invention.

【図8】従来の周波数特性を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a conventional frequency characteristic.

【図9】本発明に用いる別の記録ヘッドの構造図。FIG. 9 is a structural diagram of another recording head used in the present invention.

【図10】本発明に用いる更に別の記録ヘッドの構造
図。
FIG. 10 is a structural view of still another recording head used in the present invention.

【図11】図10の記録ヘッドを駆動するための駆動電
圧波形を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a driving voltage waveform for driving the recording head of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧力発生室 2 ノズル開口 7 圧電振動子 84 駆動電圧信号発生回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure generation chamber 2 Nozzle opening 7 Piezoelectric vibrator 84 Drive voltage signal generation circuit

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 インクを吐出するノズル開口と、前記ノ
ズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室の容
積を変化させて圧力を発生させる圧電振動子を複数備え
たインクジェット式記録ヘッドの駆動装置において、 前記圧力発生室の容積を拡大させる第1の電圧波形を発
生する手段と、 第1の電圧波形を選択的に前記圧電振動子に印加する手
段と、 前記圧力発生室の容積を収縮させてインク滴を吐出させ
る第2の電圧波形を前記圧電振動子に選択的に印加する
手段と、 第2の電圧波形の印加後、インク滴吐出後のメニスカス
が前記圧力発生室側に実質的に最も引き込まれた時点
で、前記圧力発生室の容積を拡大させてメニスカスを前
記圧力発生室側に引き込む第3の電圧波形を前記圧電振
動子に印加する手段と、 を有するインクジェット式記録ヘッドの駆動装置。
1. An ink jet recording head comprising: a nozzle opening for discharging ink; a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening; and a plurality of piezoelectric vibrators for generating pressure by changing the volume of the pressure generating chamber. In the driving device, means for generating a first voltage waveform for expanding the volume of the pressure generation chamber; means for selectively applying the first voltage waveform to the piezoelectric vibrator; Means for selectively applying, to the piezoelectric vibrator, a second voltage waveform that causes the piezoelectric vibrator to contract and eject ink droplets; and, after application of the second voltage waveform, the meniscus after ink droplet ejection is substantially directed to the pressure generating chamber side. Means for applying, to the piezoelectric vibrator, a third voltage waveform that expands the volume of the pressure generating chamber and draws a meniscus toward the pressure generating chamber at the time when the pressure is most drawn. Drive DOO type recording head.
【請求項2】 前記第3の電圧の電圧波形が、前記記録
ヘッドを構成する全ての圧電振動子に印加される請求項
1に記載のインクジェット式記録ヘッドの駆動装置。
2. The ink jet recording head driving device according to claim 1, wherein the voltage waveform of the third voltage is applied to all the piezoelectric vibrators constituting the recording head.
【請求項3】 第3の電圧波形が、前記圧力発生室の容
積を初期状態まで拡大させる請求項1に記載のインクジ
ェット式記録ヘッドの駆動装置。
3. The driving apparatus according to claim 1, wherein the third voltage waveform expands the volume of the pressure generating chamber to an initial state.
【請求項4】 第1の電圧波形の継続時間Trと前記メ
ニスカスの固有振動周期Tcとの関係が 0.5<Tc/Tr<3 である請求項1に記載のインクジェット式記録ヘッドの
駆動装置。
4. The driving apparatus according to claim 1, wherein the relationship between the duration Tr of the first voltage waveform and the natural oscillation period Tc of the meniscus is 0.5 <Tc / Tr <3. .
【請求項5】 第2の電圧波形の継続時間Tfと前記メ
ニスカスの固有振動周期Tcとの関係が 0.5<Tc/Tf<3 である請求項1に記載のインクジェット式記録ヘッドの
駆動装置。
5. The ink jet recording head driving device according to claim 1, wherein the relationship between the duration Tf of the second voltage waveform and the natural oscillation period Tc of the meniscus is 0.5 <Tc / Tf <3. .
【請求項6】 インクを吐出するノズル開口と、前記ノ
ズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室の容
積を変化させて圧力を発生させる圧電振動子を複数備え
たインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、 前記圧力発生室の容積を選択的に拡大させる第1の工程
と、 前記圧力発生室の容積を収縮させてインク滴を吐出させ
る第2の工程と、 インク滴吐出後、インク滴吐出後のメニスカスが前記圧
力発生室側に実質的に最も引き込まれた時点で、前記圧
力発生室の容積を拡大させてメニスカスを圧力発生室側
に引き込む第3の工程と、 からなるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
6. An ink jet recording head comprising: a nozzle opening for discharging ink; a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening; and a plurality of piezoelectric vibrators for generating pressure by changing the volume of the pressure generating chamber. In the driving method, a first step of selectively increasing the volume of the pressure generation chamber, a second step of discharging the ink droplet by contracting the volume of the pressure generation chamber, A third step of expanding the volume of the pressure generating chamber and drawing the meniscus toward the pressure generating chamber when the meniscus after ejection is substantially most drawn into the pressure generating chamber. Head driving method.
【請求項7】 第3の工程が、前記記録ヘッドを構成す
る全ての圧力発生室に対して実行される請求項6に記載
のインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
7. A third step, the driving method of ink jet recording head according to claim 6 which is performed for all of the pressure generating chamber constituting the recording head.
【請求項8】 第3の工程により前記圧力発生室の容積
が初期状態まで拡大される請求項6に記載のインクジェ
ット式記録ヘッドの駆動方法。
8. The method according to claim 6, wherein the volume of the pressure generating chamber is expanded to an initial state by the third step.
【請求項9】 第1の工程の継続時間Trと前記メニス
カスの固有振動周期Tcとの関係が 0.5<Tc/Tr<3 である請求項6に記載のインクジェット式記録ヘッドの
駆動方法。
9. The method according to claim 6, wherein the relationship between the duration Tr of the first step and the natural oscillation period Tc of the meniscus is 0.5 <Tc / Tr <3.
【請求項10】 第2の工程の継続時間Tfと前記メニ
スカスの固有振動周期Tcとの関係が 0.5<Tc/Tf<3 である請求項6に記載のインクジェット式記録ヘッドの
駆動方法。
10. The method according to claim 6, wherein the relationship between the duration Tf of the second step and the natural vibration period Tc of the meniscus is 0.5 <Tc / Tf <3.
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