JP3268939B2 - インク噴射装置 - Google Patents
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Description
したインク噴射装置に関するものである。
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単
純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとし
て、インクジェット方式の印字装置が上げられる。なか
でも印字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・
オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコス
トの安さなどから急速に普及している。
53−12138号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭61−59914号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
方式として提案されたのが、特開昭63−252750
号公報に開示されているせん断モード型である。
インク噴射装置1は、圧電セラミックスプレート2とカ
バープレート10とノズルプレート14と基板41とか
ら構成されている。
イヤモンドブレード等により切削加工され、複数の溝3
が形成されている。また、その溝3の側面となる側壁6
は矢印5の方向に分極されている。それらの溝3は同じ
深さであり、かつ平行である。それら溝3の深さは圧電
セラミックスプレート2の一端面15に近づくにつれて
徐々に浅くなっており、一端面15付近には浅溝7が形
成されている。そして、溝3の内面には、その両側面の
上半分に金属電極8がスパッタリング等によって形成さ
れている。また、浅溝7の内面には、その側面及び底面
に金属電極9がスパッタリング等によって形成されてい
る。これにより、溝3の両側面に形成された金属電極8
は浅溝7に形成された金属電極9によって電気的に接続
されている。
ス材料または樹脂材料等から形成されている。そして、
カバープレート10には、研削または切削加工等によっ
て、インク導入口16及びマニホールド18が形成され
ている。そして、圧電セラミックスプレート2の溝3加
工側の面とカバープレート10のマニホールド18加工
側の面とがエポキシ系接着剤20(図7参照)によって
接着される。従って、インク噴射装置1には、溝3の上
面が覆われて横方向に同じ間隔を有する複数のインク流
路であるインク室4(図7参照)が構成される。図7に
示すように、そのインク室4は長方形断面の細長い形状
であり、全てのインク室4内には、インクが充填され
る。
ート2及びカバープレート10の端面に、各インク室4
の位置に対応した位置にノズル12が設けられたノズル
プレート14が接着されている。このノズルプレート1
4は、ポリアルキレン(例えばエチレン)、テレフタレ
ート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテル
ケトン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢
酸セルロース等のプラスチックによって形成されてい
る。
3の加工側に対して反対側の面には、基板41が、エポ
キシ系接着剤等によって接着されている。その基板41
には各インク室4の位置に対応した位置に導電層のパタ
ーン42が形成されている。その導電層のパターン42
と浅溝7の底面の金属電極9とは、ワイヤボンディング
によって導線43で接続されている。
って、制御部の構成を説明する。基板41に形成された
導電層のパターン42は各々個々にLSIチップ51に
接続されている。また、クロックライン52、データラ
イン53、電圧ライン54及びアースライン55もLS
Iチップ51に接続されている。LSIチップ51は、
クロックライン52から供給される連続したクロックパ
ルスに基づいて、データライン53上に現れるデータに
応じて、どのノズル12からインク滴の噴射を行うべき
かを判断する。そして、駆動するインク室4内の金属電
極8に導通する導電層のパターン42に、電圧ライン5
4の電圧Vを印加する。また、駆動するインク室4以外
の金属電極8に導通する導電層のパターン42にはアー
スライン55の電圧0Vを印加する。
51の接続を等価回路で示す。LSIチップ51の各ド
ライバ61は、側壁6とそれをはさむ金属電極8により
形成されるコンデンサ62に接続される。また溝3で向
かいあう金属電極8は、浅溝7により結合しているた
め、各々のコンデンサ62は直列に接続されている。
置1の動作を説明する。LSIチップ51が、所要のデ
ータに従って、インク噴射装置1のインク室4bからイ
ンクの噴出を行なうと判断する。すると、金属電極8e
と8fとに正の駆動電圧Vが印加され、金属電極8dと
8gとが接地される。図8に示すように、側壁6bには
矢印13bの方向の駆動電界が発生し、側壁6cには矢
印13cの方向の駆動電界が発生する。すると、駆動電
界方向13b及び13cは分極方向5と直交しているた
め、側壁6b及び6cは、圧電厚みすべり効果により、
この場合、インク室4bの内部方向に急速に変形する。
この変形によってインク室4bの容積が減少してインク
圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク室4b
に連通するノズル12(図5参照)からインク滴が噴射
される。
側壁6b及び6cが変形前の位置(図7参照)に戻るた
めインク室4b内のインク圧力が徐々に低下する。する
と、図示しないインクタンクからインク供給口16(図
5)及びマニホールド18(図5)を通してインク室4
b内にインクが供給される。
印加することによって、まず側壁6b及び6cをお互い
に離れるように変形させて、その後電圧の印加を停止す
ることによって、側壁6b及び6cが変形前の位置に戻
し、インク滴を噴射させることもできる。
を用いて記録媒体にイメージ情報を形成するにあたって
は、その構造上明らかに少なくとも隣接するインク室4
から同時にインクを噴射することはできない。そのため
例えば特開平2−150355号公報に記述されたよう
に、インク室4を奇数のものと偶数のものの2つのグル
ープに分けて交互に噴射させる方法を用いることがあ
る。例えば図8において4aと4cと4eが、4bと4
dと4fがそれぞれ同一グループのメンバーとされる。
動するときの駆動波形と側壁の動きを、図9、図10お
よび図11を用いて説明する。図9は、奇数グループと
偶数グループに印加するドライバ61の駆動電圧波形と
ドライバ61から供給される電流波形を示す。図10で
は、各インク室4の側壁6の動きを示す。グループ分け
は、図10の4aと4cを奇数、4bと4dを偶数グル
ープとする。まず、図9の駆動電圧波形において時間t
がt1以前のとき、すべてのインク室に印加する電圧は
0であり、側壁の変位は図10(a)に示すようにすべ
て0である。また、図11(a)に示すようにドライバ
61からの電流の流れはない。時間tがt1になる瞬
間、奇数グループのインク室4aと4cに印加する電圧
がそれぞれ図示VaとVcに上がり、各側壁6の変位が
図10(b)のように発生する。
に電圧を印加するドライバ61aは、電流Ia1をコン
デンサ62a、bに半分ずつ供給し、コンデンサ62
a、bをチャージする。同様にドライバ61cは、電流
Ic1をコンデンサ62c、dに供給する。また電圧0
のドライバ61bには、コンデンサ62bと61cより
電流(1/2Ia1+1/2Ib1)が流れ込む。
には負の圧力が発生し、偶数グループのインク室には正
の圧力が発生する。このような変位は時間tがt1から
t2の間だけ維持され、時間tがt2になる瞬間、変位
が図10(c)の示すように0に戻されると、正の圧力
が奇数グループのインク室に印加される。このときコン
デンサ62のチャージを急速に放電するため、図9
(c)に示すように、ドライバ62a、b、cには急峻
な電流−Ia2、1/2Ia2+1/2Ic2、−Ic
2が流れる。
(Lはインク室4内のマニホールド18からノズルプレ
ート14までの距離、aは音速)と設定される。これ
は、t1の時点で奇数グループ内に生じた負の圧力波が
圧力伝播理論によって時間t2で逆転して正の圧力に転
じ、これに合わせて側壁の変位を0に戻すから、より高
い圧力が得られ、インク滴を奇数グループのインク室か
らノズル穴(図5参照)を通して噴射することができる
ためである。なお、奇数グループであってもインクの噴
射が行われないインク室に対してはパルスが印加されな
い。また、偶数グループのインク室のインク噴射もパル
スVbまたはVdによって、奇数グループと同様に行わ
れる。
すなわちコンデンサを用いるインク噴射装置の場合、イ
ンク室4に与えられる駆動電圧波形は、インク室内に十
分な圧力を発生するため急峻な立ち上がり、立ち下がり
を有しなければならず、各ドライバ61を流れる電流
は、上記の例で時間tがt1とt2において急峻なパル
ス形状を有する事になる。結果、ドライバを形成するL
SIチップ51の電圧ライン54とアースライン55に
は全てのドライバの電流ピークを加算した電流が瞬間的
に流れる。このような状態は、LSIドライバ51を形
成する場合において十分な電源とグランド層の確保や、
LSIドライバ51を搭載したセットのノイズ対策の困
難さを意味し、印字装置の価格を引き上げるという問題
を引き起こした。
になされたものであり、安価な印字装置においても、高
速印字することができるインク噴射装置を提供すること
を目的とする。
に本発明の請求項1では、少なくとも一部が圧電素子か
らなる隔壁によって両側を形成され、その隔壁によって
相互に隔てられた複数のインク室と、前記隔壁の両側に
形成され、前記圧電素子に電圧を印加するための電極
と、前記インク室の容積を変化させるように前記電極に
前記隔壁を変形させるための電圧を印加する制御手段と
を有するインク噴射装置において、前記制御手段は、前
記圧電素子に電圧を印加してから電圧を停止するまでの
期間より短い期間において、インクを噴射するタイミン
グの信号をずらして発信する少なくとも2つのタイミン
グ発生回路と、インクを噴射するか否かの信号をラッチ
し、前記タイミング発生手段からの信号を受信すると、
前記ラッチされた信号に基づいて、前記圧電素子に電圧
を印加する駆動回路とからなり、前記駆動回路は、各イ
ンク室の電極に一対一で対応した複数のドライバを有
し、1つのインク室を挟んで位置する2つのインク室に
対応する各ドライバにそれぞれ信号を印加したとき、両
インク室に挟まれる前記1つのインク室に対応するドラ
イバに電流を生じるようにそれらが接続され、前記両イ
ンク室から噴射するとき、その両インク室に挟まれる前
記1つのインク室に対応するドライバに生じる電流のピ
ークをずらせるように、前記両インク室に対応する各ド
ライバには、前記タイミング発生回 路からの信号に基づ
いて、前記期間ずらして信号を印加する。
噴射するか否かの信号をシリアルデータとして受信し、
パラレルデータに変換するシリアル−パラレル変換器
と、各インク室に対応したドライバと、前記パラレルデ
ータと前記タイミング信号を入力して前記ドライバに前
記パラレルデータを出力するゲートとからなることを特
徴とする。請求項3では、前記複数のインク室を、前記
1つのインク室を含むグループと、その1つのインク室
を挟む2つのインク室を含むグループとに分け、それぞ
れのグループ内で、他のグループの前記1つのインク室
を挟む2つのインク室に対応する各ドライバに、前記期
間ずらして信号を印加することを特徴とする。
記圧電素子に電圧を印加してから電圧を停止するまでの
期間より短い期間において、少なくとも2つのタイミン
グ発生回路が、インクを噴射するタイミングの信号をず
らして発信し、各インク室に対応して設けられた駆動回
路は、インクを噴射するか否かの信号をラッチし、前記
タイミング発生手段からの信号を受信すると、前記ラッ
チされた信号に基づいて、1つのインク室を挟んで位置
する2つのインク室に対応する各ドライバに、前記期間
ずらして信号を印加し、その両インク室に挟まれる前記
1つのインク室に対応するドライバに生じる電流のピー
クをずらせる。
参照して説明する。尚、従来技術と同一の部分には同一
の符号を付し、その説明を省略する。噴射装置そのもの
は、図5〜図8に示したものと分極の方向が反対である
ことを除き、同一のものを用いる。
グループに分けて交互に駆動する時に本発明の駆動方法
を用いた場合の噴射装置の動作について、図1、図2、
図12および図13を参照しながら説明する。
グチャートであり、4本の駆動電圧波形はそれぞれ図2
のインク室4a、4b、4cおよび4dに印加される。
し、図2(a)は側壁6の変形がない状態を示す。グル
ープ分けは4a、4c、...が奇数グループ、4b、
4d、...が偶数グループとする。
の内部構造を示す図である。LSIチップ51は、クロ
ックライン52から供給される連続したクロックパルス
に基づいて、シリアルデータとして転送されるデータラ
イン53上に現れるデータを、シリアル−パラレル変換
器(以下SP変換器)64にラッチし、パラレルデータ
に変換する。
ミング1が’1’の場合、ANDゲート63a、63e
が開き、ドライバ61a、61eにパラレルデータが入
力され、他のドライバには’0’が入力される。同様
に、奇数グループEnableが’1’かつ噴射タイミング2
が’1’の場合にはドライバ61cに、偶数グループE
nable が’1’かつ噴射タイミング1が’1’の場合に
はドライバ61b、61fに、偶数グループEnable
が’1’かつ噴射タイミング2が’1’の場合にはドラ
イバ61dに、パラレルデータが入力される。
を示す等価回路である。
ング1が’1’で偶数グループEnableと噴射タイミング
2が’0’に設定され、ドライバーは図1(a)に示す
駆動電圧波形を出力する。パルスVaが印加されたイン
ク室4aは、両側の側壁を図2(b)に示すように変形
させる。この時、インク室4cは、インクを噴射する場
合であっても、インク室4aと同一グループでありなが
ら、噴射タイミング2が’0’でANDゲート63cが
閉じられているため、印加される電圧はまだ0Vであ
る。また、奇数グループの他のインク室には、交互にイ
ンク室4aおよび4cに印加する駆動電圧と同じものを
印加する。なお、インクの噴射をしないものに対しては
電圧パルスを与えない。
ように、電圧を印加するドライバ61aは、電流Ia1
をコンデンサ62a、bに半分ずつ供給し、コンデンサ
62a、bをチャージするが、ドライバ61cは、電流
を流さない。またドライバ61bには、コンデンサ62
bより電流1/2Ia1が流れ込む。
経過した後、噴射タイミング2を’1’に設定し、電圧
パルスVcを立ち上げると、側壁6cと6dが図2
(c)のように変形する。このとき、電圧を印加するド
ライバ61cは、図12(b)に示すように、電流Ic
1をコンデンサ62c、dに半分ずつ供給し、コンデン
サをチャージする。しかし、ドライバ61aは、すでに
コンデンサ62a、62bへのチャージを終えているた
め、電流を流さない。またドライバ61bには、コンデ
ンサ62cより電流1/2Ic1が流れ込む。
それぞれL/a経過すると、各インク室4内の圧力が圧
力波伝播理論にしたがってそれぞれ反転し、例えばイン
ク室4aでは正の圧力に転じる。このタイミングに合わ
せて噴射タイミング1あるいは2を’0’に設定する事
により電圧パルスVaを終了させると、側壁6aと6b
は変形前の状態の戻り、インク室4aに高い圧力が生
じ、インク室4aに連通するノズル(図5参照)からイ
ンク滴が噴射される。
は、図1で示されるように、時間軸上で一致せず分散し
て発生するため、LSIチップ51の電源ライン54と
アースライン55に生ずる電流ピーク値も従来の構成に
比べ半減させる事が可能となる。
dの動作については、図1(b)、(d)の駆動波形を
用いて、上記と同じように説明できる。
ーのインク噴射タイミングをずらすと、印字媒体におい
て多少ドットのズレが生じるが、通常図1に示すL/a
の値は数μs(マイクロ秒)から十数μsしかなく、ド
ットのズレは肉眼で確認できないほど小さな量であり、
無視できる。また、L/a値が長い場合や、高速印字で
ドットのズレが顕著に現れる場合は、各ノズル穴12の
相対位置(図5参照)をずらして設けることによって、
ドットのズレをなくすこともできる。
図14を用い説明する。この例は、各インク室の動き
が、他のインク室へ影響を及ぼさない構成に適用され
る。例えば、先の実施例において、インク室4を一本お
きにインクを充填せず空気室とし、ダミーチャンネルを
形成した場合を説明する。ダミーチャンネルは当然イン
クを噴射せず、インク室4間のクロストークを無くす役
割を果たす。
等価回路で、ダミーチャンネルに形成される電極は接地
される。また、その駆動電圧波形と電流波形を図4に示
す。この場合、4a、4d、...を第1グループ、4
b、4e、...を第2グループ、4c、4fを第3グ
ループと3グループに構成した。
の内部構造を示す図である。LSIチップ51は、クロ
ックライン52から供給される連続したクロックパルス
に基づいて、シリアルデータとして転送されるデータラ
イン53上に現れるデータを、シリアル−パラレル変換
器(以下SP変換器)64にラッチし、パラレルデータ
に変換する。
ゲート63a、63dが開き、ドライバ61a、61d
にパラレルデータが入力され、他のドライバには’0’
が入力される。同様に、噴射タイミング2が’1’の場
合にはドライバ61b、61eに、噴射タイミング3
が’1’の場合にはドライバ61c、61fに、パラレ
ルデータが入力される。
ング1、2、3を’1’にするタイミングをそれぞれL
/(3a)だけずれて形成することにより、図4のよう
に構成される。これにより、ドライバ61a、61b、
61cの電流波形は、時間軸上で一致せず、電流のピー
クが3つに分散し発生するため、LSIチップの電源ラ
インとアースラインに生ずる電流ピーク値も従来の構成
に比べ半減させる事が可能となる。
は3個のグループに分けた場合について行ったものであ
るが、インク室を4つ以上のグループに分けた場合で
も、上記と同様な駆動方法を用いることが可能である。
また、上記実施例では、駆動波形として単一の矩形波の
ものに本発明を適用した例を記述したが、本発明は、他
の駆動波形、例えば矩形波の複合波形等にも適用可能で
ある。さらに、本発明は以上詳述した実施例に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲の変更は可
能である。
射装置によれば、複数のインク室を隔てる隔壁の両側に
電極が形成されたものにおいて、1つのインク室を挟ん
で位置する2つのインク室に対応する各ドライバにそれ
ぞれ信号を印加したとき、両インク室に挟まれる前記1
つのインク室に対応するドライバに電流を生じるように
それらが接続されており、前記両インク室から噴射する
とき、それらに対応する各ドライバに、タイミング発生
回路からの信号に基づいて、所定期間ずらして信 号を印
加するため、その両インク室に挟まれる前記1つのイン
ク室に対応するドライバに生じる電流のピークをずらせ
ることが出来、そのため、ドライバを形成するコスト
や、ドライバを搭載したセットのノイズ対策コストを低
減でき、高速印字することができる。
チャートである。
ある。
続を示す等価回路図。
ャートである。
す斜視図である。
す断面図である。
作を示す説明図である。
である。
図である。
示す等価回路図。
の接続を示す等価回路図。
構成図である。
成図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも一部が圧電素子からなる隔
壁によって両側を形成され、その隔壁によって相互に隔
てられた複数のインク室と、前記隔壁の両側に形成さ
れ、前記圧電素子に電圧を印加するための電極と、前記
インク室の容積を変化させるように前記電極に前記隔壁
を変形させるための電圧を印加する制御手段とを有する
インク噴射装置において、 前記制御手段は、前記圧電素子に電圧を印加してから電
圧を停止するまでの期間より短い期間において、インク
を噴射するタイミングの信号をずらして発信する少なく
とも2つのタイミング発生回路と、インクを噴射するか
否かの信号をラッチし、前記タイミング発生手段からの
信号を受信すると、前記ラッチされた信号に基づいて、
前記圧電素子に電圧を印加する駆動回路とからなり、 前記駆動回路は、各インク室の電極に一対一で対応した
複数のドライバを有し、1つのインク室を挟んで位置す
る2つのインク室に対応する各ドライバにそれぞれ信号
を印加したとき、両インク室に挟まれる前記1つのイン
ク室に対応するドライバに電流を生じるようにそれらが
接続され、前記両インク室から噴射するとき、その両イ
ンク室に挟まれる前記1つのインク室に対応するドライ
バに生じる電流のピークをずらせるように、前記両イン
ク室に対応する各ドライバには、前記タイミング発生回
路からの信号に基づいて、前記期間ずらして信号を印加
す ることを特徴とするインク噴射装置。 - 【請求項2】 前記駆動回路は、インクを噴射するか
否かの信号をシリアルデータとして受信し、パラレルデ
ータに変換するシリアル−パラレル変換器と、各インク
室に対応したドライバと、前記パラレルデータと前記タ
イミング信号を入力して前記ドライバに前記パラレルデ
ータを出力するゲートとからなることを特徴とする請求
項1記載のインク噴射装置。 - 【請求項3】 前記複数のインク室を、前記1つのイ
ンク室を含むグループと、その1つのインク室を挟む2
つのインク室を含むグループとに分け、それぞれのグル
ープ内で、他のグループの前記1つのインク室を挟む2
つのインク室 に対応する各ドライバに、前記期間ずらし
て信号を印加することを特徴とする請求項1記載のイン
ク噴射装置。
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