JP3281207B2 - インクジェットヘッドの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
の駆動回路に関し、特にドロップオンデマンド（ＤＯ
Ｄ）型インクジェットヘッドの駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式としては、記録
信号が入力されたときにのみインクを吐出する所謂ドロ
ップオンデマンド（ＤＯＤ）型方式が主流になってい
る。そして、ＤＯＤ方式の中には、熱エネルギーによっ
てインク中に発生するバブルを利用する所謂バブルジェ
ット方式（特公昭６１−５９９１３号等）と圧電素子を
用いるピエゾアクチュエータ方式（特公昭６０−８９５
３号公報等）がある。

【０００３】後者のピエゾアクチュエータ方式のインク
ジェットヘッドは、ノズルと、ノズルが連通する液室
と、液室を加圧するための圧電素子とを備え、この圧電
素子にパルス状の駆動電圧を印加することで圧電素子を
伸縮させることによって液室のインクを加圧してノズル
からインク滴を噴射させるものである。

【０００４】ところで、従来のインクジェットヘッドの
圧電素子に駆動電圧を印加する駆動回路としては、例え
ば図１７（ａ）に示すように圧電素子に対して直線的に
パルスを立上げる台形状（又は三角形状）の波形を有す
る駆動電圧を生成出力するようにしたもの（特開昭５９
−１３６２６６号公報参照）、あるいは同図（ｂ）に示
すように圧電素子に対して滑らかに充電する時定数特性
を有する波形の駆動電圧を生成出力するようにしたもの
（特開昭５１−１０４２２４号公報参照）等がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェットヘッドの駆動回路にあっては、
インク吐出効率と、周波数応答性を両立させることが困
難であるという課題がある。すなわち、先ず、図１７
（ａ）に示す波形（以下「波形ａ」という。）、同図
（ｂ）に示す波形（以下「波形ｂ」という。）の駆動電
圧の立ち上げ部による高調波成分は図１８に示すように
なる。

【０００６】ここで、波形ａは上述したように圧電素子
に対して直線的（定電流）に立上がるために、波形ｂに
比べて充電終了時の直前直後の変化が大きく、高調波成
分が大きくなる。このように、高調波成分が大きいと、
圧電素子の駆動時に発生した液室の圧力波がインク吐出
後も減衰せず、繰返し応答周波数を低下させる。一方、
波形ｂは、圧電素子に対して滑らかに充電されるので、
高調波成分は波形ａよりも低く、高周波数駆動が可能で
ある。

【０００７】また、波形ａ，ｂでの駆動電圧で駆動した
場合のインク滴速度Ｖｊと吐出体積Ｍｊの関係を図１９
に示している。ここで、波形ｂは、波形ａに比べて吐出
体積Ｍｊは変わらないが、インク滴吐出速度Ｖｊが約３
５％低下する。これは、インク滴速度Ｖｊは駆動電圧Ｖ
ｐの立ち上げ時間ｔｒで発生する圧力の大きさで決まる
が、吐出体積Ｍｊは駆動電圧Ｖｐとパルス幅Ｐｗに依存
することによる。

【０００８】さらに、波形ａ，ｂの立下がりとインク滴
吐出の様子を図２０に示している。波形ａの場合には、
同図（ｃ）に示すように立下がり開始直後は波形ｂより
も傾きが鈍るために、液室に発生する負圧が小さくな
り、同図（ａ）に示すようにインク滴吐出後の不要な滴
Ｓ（サテライト）が発生する。また、波形ｂの場合に
は、不要サテライトが発生しない程度に負圧が発生し、
その後は圧力波が残留しないように徐々に時間の経過と
共に立ち下がる。

【０００９】このように、波形ａの駆動電圧はインク滴
吐出速度Ｖｊは良いが、充電終了の直前直後、又は放電
開始の直前直後に波形が直線的に変化することから、高
調波成分を多く含み、インク吐出後の不要な残留圧力波
を増大させてしまうため、周波数応答性が劣化し、高周
波駆動には適していない。他方、波形ｂの駆動電圧は高
周波駆動には適しているが、インク吐出速度Ｖｊが充分
でない。

【００１０】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、インクジェットヘッドの吐出効率及び周波数応
答性を向上する駆動回路を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め請求項１のインクジェットヘッドの駆動回路は、複数
のノズルと、各ノズルが連通する複数の液室と、各液室
を加圧するための複数の圧電素子とを備え、この圧電素
子に充電させることで前記液室のインクを加圧して前記
ノズルからインク滴を噴射させ、インク滴噴射後に前記
圧電素子を放電させるインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子の駆動電圧をＶｐとし、この駆動電圧Ｖｐ
に対して、インク加圧時における前記圧電素子の充電電
圧の時間変化率（ΔＶｐ／Δｔ）をαとし、充電期間を
ｔｒとしたときの充電期間ｔｒ中の前記時間変化率αの
最大値をαｍ、最小値をαｎ、α＝αｍの充電期間に上
昇する前記駆動電圧の電圧上昇分をＶαｍとするとき、
αｍとαｎとの関係が（１）式を充足するか、またはＶ
αｍとＶｐとの関係が（２）式を充足し、インク減圧時
における前記圧電素子の放電電圧の時間変化率（ΔＶｐ
／Δｔ）を−βとし、放電期間をｔｆとしたときの放電
期間ｔｆ中、放電開始直後の時間変化率を−β１、放電
終了時間直前の時間変化率を−βｋ、β＜（Ｖｐ／ｔ
ｆ）となる放電時間をｔｆβとするとき、Ｖｐ／ｔｆと
βｋ及びβ１の関係が（３）式を充足し、かつ、ｔｆβ
とｔｆとの関係が（４）式を充足する波形を有する前記
駆動電圧を生成する波形生成手段を備えた。

【００１２】

【数５】

【数６】

【数７】

【数８】

【００１３】

【数６】 Ｖαｍ≧（１／２）＊Ｖｐ ……(2)

【００１４】

【数７】 β１＞（Ｖｐ／ｔｆ）＞βｋ ……(3)

【００１５】

【数８】 ｔｆβ≧（１／２）＊ｔｆ ……(4)

【００１６】請求項２のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆
動回路において、電源電圧をＶｓとするとき、駆動電圧
Ｖｐと電源電圧Ｖｓとの関係が、ＶｐがＶｓの９／１０
以下である構成とした。

【００１７】請求項３のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項１又は２のインクジェットヘッドの回
路において、前記波形成生成手段が第１の前記電源電圧
Ｖｓとこの第１の電源電圧Ｖｓより低い第２の電源電圧
Ｖｐｄに基づいて前記駆動電圧を生成する構成とした。

【００１８】請求項４のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項３に記載のインクジェットヘッドの駆
動回路において、前記第１の電源電圧Ｖｓを抵抗比分圧
して前記第２の電源電圧Ｖｐｄを生成する手段を設け
た。

【００１９】請求項５のインクジェットヘッドは、上記
請求項３に記載のインクジェットヘッドの駆動回路にお
いて、前記第１の電源電圧Ｖｓから前記第２の電源電圧
Ｖｐｄを生成するツェナダイオードを設けた。

【００２０】請求項６のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項１乃至５のいずれかのインクジェット
ヘッドの駆動回路において、前記駆動電圧を前記複数の
圧電素子の＋側の共通に接続した共通電極を介して前記
複数の圧電素子に印加する構成とした。

【００２１】

【作用】請求項１のインクジェットヘッドの駆動回路
は、インク加圧時において前記（１）式又は（２）式を
満足することによって、波形の立ち上げ部で発生する高
調波成分が小さく、インク滴吐出速度の低下を少なくで
き、周波数応答性が向上し、インク減圧時において前記
（３）式及び（４）式を満足することによって、不要な
サテライトを防止できると共に、インク吐出速度Ｖｊの
低下も少なく、インク吐出効率が向上する。

【００２２】請求項２のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆
動回路において駆動電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｓとの関係
が、ＶｐがＶｓの９／１０以下である構成としたので、
請求項１の駆動波形を容易に得ることができる。

【００２３】請求項３のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項１又は２のインクジェットヘッドの駆
動回路において、波形生成手段が第１の電源電圧Ｖｓと
この第１の電源電圧Ｖｓより低い第２の電源電圧Ｖｐｄ
に基づいて駆動電圧を生成する構成としたので、精度の
高い駆動波形を得ることができる。

【００２４】請求項４のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項３に記載のインクジェットヘッドの駆
動回路において、第１の電源電圧Ｖｓを抵抗比分圧して
第２の電源電圧Ｖｐｄを生成する手段を設けたので、低
コストでヘッド特性のバラツキ補正などの駆動電圧の制
御が容易になる。

【００２５】請求項５のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項３に記載のインクジェットヘッドの駆
動回路において、第１の電源電圧Ｖｓから第２の電源電
圧Ｖｐｄを生成するツェナダイオードを設けたので、低
コスト、省スペースで実装することができる。

【００２６】請求項６のインクジェットヘッドの駆動回
路は、上記請求項１乃至５のいずれかのインクジェット
ヘッドの駆動回路において、駆動電圧を複数の圧電素子
の＋側の共通に接続した共通電極を介して複数の圧電素
子に印加する構成としたので、ヘッドの小型化、低コス
ト化を図れ、プリンタ本体との信号線本数を大幅に減少
できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図、
図２は図１のインクジェットヘッドの液室ユニットを除
いた平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う液室ユニット
を含む断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う図３と同様
な断面図である。

【００２８】このインクジェットヘッドの駆動回路は、
方形状パルスからインク加圧時において前記数式１又は
２を満足し、インク減圧時において前記数式３及び４を
満足する電圧波形を生成する波形生成手段Ａと、この波
形生成手段Ａの出力をインクジェットヘッドＨの複数の
圧電素子Ｐ，Ｐ…に出力する低インピーダンス手段Ｂと
からなり、インクジェットヘッドＨの圧電素子Ｐ，Ｐ…
には駆動する圧電素子Ｐを選択する選択手段Ｃからの信
号が与えられる。

【００２９】波形生成手段Ａは、ＲＯＭ、Ｄ／Ａコンバ
ータ又は他のパルス発生回路と微積分回路、クリップ回
路、クランプ回路などの波形変形回路で構成できる。低
インピーダンス手段Ｂは、バッファアンプ、ＳＥＰＰ
（Ｓingle Ｅnded Ｐush Ｐull）等で構成される低
インピーダンス増幅器からなる。選択手段Ｃは、シフト
レジスタ回路、ラッチ回路及びインクジェットヘッドＨ
の各圧電素子Ｐ（チャンネル、なお、チャンネルとは、
ノズル、加圧液室及び圧電素子からなる部分の意味で用
いる。）に対応したトタンジスタとダイドードアレイか
らなる。なお、低インピーダンス回路を用いることで駆
動電圧波形の出力は圧電素子に対して低インピーダンス
出力となり、圧電素子のバラツキや駆動チャンネル数に
よって波形が歪むことがない。

【００３０】インクジェットヘッドは、アクチュエータ
ユニット１と、このアクチュエータユニット１上に接合
された液室ユニット２とからなる。アクチュエータユニ
ット１は、セラミック、ガラスエポキシ樹脂等からなる
基板３上に複数の積層型圧電素子を列状に配置（列設）
してなる２列の圧電素子列４，４及びこれら２列の圧電
素子列４，４の周囲を取り囲むフレーム部材５を接合剤
６によって接合している。圧電素子列４は、インクを液
滴化して飛翔させるための駆動パルスが与えられる複数
の圧電素子（これを「駆動部圧電素子」という。）７，
７…と、駆動部圧電素子７，７間に位置し、駆動パルス
が与えられずに単に液室ユニット固定部材となる複数の
圧電素子（これを「固定部圧電素子」という。）８，８
…とを交互に配置したバイピッチ構造としている。

【００３１】液室ユニット２は、ダイアフラム部１１を
形成した振動板１２上に、加圧液室、共通インク流路等
を形成する２枚の感光性樹脂フィルム（ドライフィルム
レジスト）２０，２１からなる液室流路形成部材１３を
接着し、この液室流路形成部材１３上に複数のノズル１
５を形成したノズルプレート１６を接着してなる。これ
ら振動板１２、液室流路形成部材１３及びノズルプレー
ト１６によって、圧電素子列４の各駆動部圧電素子７，
７…に対向するダイヤフラム部１１を有するそれぞれ略
独立した複数の加圧液室１７を形成すると共に、加圧液
室１７の両側に流体抵抗部２３，２３を形成し、これら
流体抵抗部２３，２３の外側に共通液室２４，２４をそ
れぞれ形成している。

【００３２】そして、アクチュエータユニット１の基板
３上には各圧電素子列４，４の内側にすべての圧電素子
Ｐ（駆動部圧電素子７及び固定部圧電素子８）の＋側を
接続した共通電極パターン２５を設けて、この共通電極
パターン２５にプリンタ本体側の低インピーダンス手段
Ｂに接続（結線）して、駆動電圧を印加するようにして
いる。このようにすることで、プリンタ本体側との結線
数を著しく減少させることができる。

【００３３】また、各圧電素子列４，４の外側に各圧電
素子Ｐ毎に分割した選択電極パターン２６を設けて、こ
の選択電極パターン２６に選択手段Ｃからの信号を入力
することによって、駆動する圧電素子Ｐ（駆動部圧電素
子７のみ対象となる。）を選択するようにしている。こ
こで、前記選択手段Ｃを構成するシフトレジスタ回路、
ラッチ回路及び各チャンネルに対応したトランジスタと
ダイオードアレイは容易に１チップ化が可能であり、こ
のＩＣチップをヘッド基板３の一部、側面、表面、裏面
等に取付けることができ、ヘッドの小型化、低コスト化
を図れる。このチップ化した選択手段Ｃの出力端子は選
択電極パターン２６に接続し、入力信号（ラッチ、クロ
ック、イネーブル信号）系はプリンタ本体にＦＰＣケー
ブルを介して接続する。なお、選択電極パターン２６の
各選択電極とチップ化した選択手段Ｃの出力端子ピッチ
がほぼ一致する場合には、両者をワイヤボンディング、
バンプ（金、ハンダ等）などで直接接合することでき
る。

【００３４】そこで、インクジェットヘッドＨの圧電素
子Ｐに印加する駆動電圧の波形について説明する。先
ず、図５に示すような波形（以下「本波形」という。）
の駆動電圧を圧電素子Ｐに印加して実験を行った。本波
形は、パルス幅Ｐｗで、圧電素子の駆動電圧Ｖｐに対し
て、インク加圧時（波形の立ち上げ部）における圧電素
子の充電電圧の時間変化率（ΔＶｐ／Δｔ）をαとした
とき、充電期間ｔｆ中に３つの時間変化率（傾き）α
１，α２，α３を持ち、傾きαの最大値αｍ＝α１、最
小値αｎ＝α３である。また、傾きの最大値αｍの充電
期間に上昇する電圧上昇分はＶαｍである。

【００３５】ここで、Ｖαｍ＝（１／２）＊Ｖｐの条件
の下で、傾きαの最小値αｎ（＝α３）を最大値αｍ
（＝α１）に対して変化させてインク滴吐出速度Ｖｊの
変化を実験したところ、図６に示すように、最小値αｎ
が最小値αｍの１／８より小さくなると、インク滴吐出
速度Ｖｊが急激に低下した。

【００３６】これより、インク加圧時（波形の立ち上げ
部）における圧電素子の充電期間ｔｒの時間変化率（Δ
Ｖｐ／Δｔ）、すなわち傾きαの最大値αｍと最小値α
ｎとを、（１）の条件を満足するように設定すること
で、傾きαの最大値αｍ＝最小値αｎとする波形（リニ
アに立ち上がる波形）のインク滴吐出速度Ｖｊに対して
その低下が少ない（３０％以内）インク滴吐出速度Ｖｊ
が得られることが分る。

【００３７】

【数９】

【００３８】また、傾きα≧（１／２）＊αｍの条件の
下で、傾きの最大値αｍの充電時間に上昇する電圧分Ｖ
αｍを駆動電圧Ｖｐに対して変化させてインク滴吐出速
度Ｖｊの変化を実験したところ、図７に示すように電圧
の上昇分Ｖαｍが駆動電圧Ｖｐの１／２より小さくなる
と、インク滴吐出速度Ｖｊが急激に低下した。

【００３９】これより、インク加圧時（波形の立ち上げ
部）における圧電素子の充電期間ｔｒの時間変化率（Δ
Ｖｐ／Δｔ）、すなわち傾きαが最大値αｍの充電時間
に上昇する電圧分Ｖαｍを、駆動電圧Ｖｐに対して、
（２）式の条件を満足するように設定することで、リニ
アに立ち上がる波形のインク滴吐出速度Ｖｊに対してそ
の低下が少ない（２０％以内）インク滴吐出速度Ｖｊが
得られることが分る。

【００４０】

【数１０】 Ｖαｍ≧（１／２）＊Ｖｐ ……(2)

【００４１】したがって、インク加圧時において（１）
式又は（２）式の条件を満足することによって所望のイ
ンク滴吐出速度Ｖｊが得られ、しかも上記条件の傾きα
を持つ波形の立ち上げ部では発生する高調波成分も小さ
い。

【００４２】一方、本波形は、圧電素子の駆動電圧Ｖｐ
に対して、インク減圧時（波形の立ち下げ部）における
圧電素子の放電電圧の時間変化率（ΔＶｐ／Δｔ）を−
βとしたとき、放電期間ｔｆ中３つの傾き（時間変化
率）−β１，−β２，−β３を持ち、放電開始直後の時
間変化率は−β１、放電終了時間直前の時間変化率−β
ｋは−β３である。

【００４３】ここで、β＜（Ｖｐ／ｔｆ）なる放電時間
をｔｆβとするとき、（Ｖｐ／ｔｆ）とβｋ（＝β３）
及びβ１の関係は（３）式を満足し、かつ、放電時間ｔ
ｆβと放電期間ｔｆとの関係は（４）式を満足してい
る。

【００４４】

【数１１】 β１＞（Ｖｐ／ｔｆ）＞βｋ ……(3)

【００４５】

【数１２】 ｔｆβ≧（１／２）＊ｔｆ ……(4)

【００４６】したがって、放電開始直後では、直線的に
放電させた場合よりも傾きβ１は大きくなり、液室に適
当な負圧が発生するので、インク滴吐出後の不要サテラ
イトを抑制できると共に、全放電時間ｔｆの（１／２）
以上の時間は傾きβが小さい（ｔｆβ≧（１／２）＊ｔ
ｆ）ので、残留圧力波を効率的に低減することができ
る。ｔｆβ＜（１／２）＊ｔｆの場合には、残留圧力波
が減衰仕切れず、駆動周波数によっては不要サテライト
が発生してしまう。

【００４７】以上のように、インク加圧時（立ち上げ
部）で（１）式又は（２）式の条件を満足し、インク減
圧時（立ち下げ部）で（３）式及び（４）式の条件を満
足する波形を有する駆動電圧を圧電素子に印加すること
によって、周波数応答性が向上して高周波駆動が可能に
なると共に、インク吐出速度Ｖｊの低下も少なく、両者
を両立させることが可能になる。

【００４８】本波形と同様な条件を満足する他の波形を
図８、図９及び図１０に示している。図８の波形は、立
ち上げ（充電）開始時に傾きの最大値αｍを持ち、駆動
電圧Ｖｐ直前に傾きの最小値αｎを有し、立ち下げ（放
電）は滑らかな曲線とするパルス幅Ｐｗの波形である。
図９の波形は、立ち上げ（充電）開始時に傾きの最大値
αｍを持ち、駆動電圧Ｖｐ直前に傾きの最小値αｎを有
し、立ち下げ（放電）は滑らかな曲線とする立ち上げ後
直ちに立ち下げを開始する波形である。図１０の波形
は、立ち上げ後所定の時間経過後から傾きの最大値αｍ
を持ち、駆動電圧Ｖｐ直前に傾きの最小値αｎを有し、
立ち下げ（放電）は滑らかな曲線とするパルス幅Ｐｗの
波形である。

【００４９】次に、図１に示す波形生成手段Ａ及び低イ
ンピーダンス手段Ｂの具体的実施例について図１１を参
照して説明する。この実施例は定電圧駆動回路であり、
上記の図８に示す波形の駆動電圧を生成出力する。

【００５０】この定電圧駆動回路は、入力信号が与えら
れる入力端子ＩＮをバッファＢを介してトランジスタＴ
ｒ１のベースに、インバータＩを介してトランジスタＴ
ｒ２のベースにそれぞれ接続し、これらトランジスタＴ
ｒ１のコレクタには第１の電源電圧Ｖｓを給電し、トラ
ンジスタＴｒ２のエミッタは接地している。

【００５１】これらのトランジスタＴｒ１のエミッタと
トランジスタＴｒ２のコレクタとの間を、抵抗ｒａとダ
イオードＤ１の直列回路と抵抗ｒｂとダイオードＤ２の
直列回路との並列回路に接続し、これらダイオードＤ
１，Ｄ２間をａ点に接続し、ａ点と接地間にコンデンサ
Ｃｋを接続して、抵抗ｒａとコンデンサＣｋで充電時の
時定数回路を、抵抗ｒｂとコンデンサＣｋで放電時の時
定数回路を構成している。また、コンデンサＣｋと抵抗
ｒａ及び抵抗ｒｂ間に接続されるａ点をダイオードＤｋ
を介して第２の電源電圧Ｖｐｄ（Ｖｐｄ＜Ｖｓ）に接続
している。このダイオードＤｋがクリップ回路３１とな
る。

【００５２】そして、ａ点をトランジスタＴｒ３〜Ｔｒ
６からなる低インピーダンス回路の入力側であるトラン
ジスタＴｒ３のベースとトランジスタＴｒ４にベースと
の間に接続し、出力側となるトランジスタＴｒ５のエミ
ッタとトランジスタＴｒ６のコレクタとの間をヘッドＨ
の複数の圧電素子Ｐの共通端子ＣＯＭに接続している。

【００５３】このように構成した定電圧駆動回路におい
ては、入力端子ＩＮにパルス状入力信号が入力される
と、バッファＢを介してトランジスタＴｒ１がオン状
態、インバータＩを介してトランジスタＴｒ２がオフ状
態になり、第１の電源電圧Ｖｓによって図１２に示すよ
うに抵抗ｒａとコンデンサＣｋで決まる時定数でコンデ
ンサＣｋの充電が開始される。このとき、ａ点にはダイ
オードＤｋ（降下電圧Ｖｄ）を介して第２の電源電圧Ｖ
ｐに接続されているため、同図に示すように、コンデン
サＣｋの充電電圧は第１の電源電圧Ｖｓまで上がらず、
電圧Ｖｐ（Ｖｐ＝Ｖｐｄ−Ｖｄ）にクリップされ、この
電圧が駆動電圧Ｖｐの最大値となる。

【００５４】また、入力端子ＩＮにパルス状入力信号が
入力されなくなると、バッファＢを介してトランジスタ
Ｔｒ１がオフ状態、インバータＩを介してトランジスタ
Ｔｒ２がオン状態になり、同図に示すように抵抗ｒｂと
コンデンサＣｋで決まる時定数でコンデンサＣｋの放電
が行われる。

【００５５】このようにして、同図に示すような前述し
た条件を満足する波形が生成されて、ａ点から低インピ
ーダンス回路を介してインクジェットヘッドＨの複数の
圧電素子Ｐに印加される。そして、第１の電源電圧Ｖｓ
と第２の電源電圧Ｖｐとに基づいて駆動電圧の波形を生
成することによって、容易に低コストで実装が可能にな
る。

【００５６】ところで、このときに生成される波形につ
いての第２の電源電圧Ｖｐｄ、第１の電源電圧Ｖｓ、充
電時の傾き（時間変化率）αの関係を図１３に示してい
る。ここで、第１の電源電圧Ｖｓに対して第２の電源電
圧Ｖｐｄは可変電圧とすると、第２の電源電圧Ｖｐｄを
小さくするほど傾きαの最小値αｎを急峻にすることが
できる。駆動電圧Ｖｐが、Ｖｐ＜０．９＊Ｖｓの関係、
より好適には、Ｖｐ≦０．７＊Ｖｓの関係を充足するよ
うに第２の電源電圧Ｖｐｄを設定する（Ｖｓ＝一定）こ
とにより、αｎ＞（１／８）＊αｍ（αｍ＝α１）とな
って、インク滴吐出速度Ｖｊの低下は殆どなく、しか
も、高調波成分が低減できるので、高周波駆動が可能に
なる。

【００５７】また、第２の電源電圧Ｖｐｄを一定にした
場合には、第１の電源電圧Ｖｓを高くすることで、傾き
の最小値αｎが大きくなり、傾きの最小値αｎを傾きの
最大値αｍに近づけることができ、インク吐出速度Ｖｊ
の効率を上げることができる。なお、第１の電源電圧Ｖ
ｓ＝第２の電源電圧Ｖｐｄとした場合には図１２に破線
で示す波形（αｎ＝０）になり、従来と同様にインク吐
出速度Ｖｊが著しく低下することになる。

【００５８】次に、定電圧駆動回路の他の例について図
１４乃至図１６を参照して説明する。先ず、図１４に示
す定電圧駆動回路は、抵抗ｒ１，ｒ２、可変抵抗ｒ３と
ダイオードＤｋ及び電流補償用の電界コンデンサＣから
なるクリップ回路３２を備えたものである。このクリッ
プ回路３２においては、第１の電源電圧Ｖｓを抵抗ｒ１
と可変抵抗ｔ３及び抵抗ｒ２の直列回路とで抵抗比分圧
し、この分圧点ｂの電圧を第２の電源電圧Ｖｐｄとして
用いる。これにより、コンデンサＣｋは、Ｖｐ＝Ｖｓ＊
｛（ｒ２＋ｒ３）／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）｝−Ｖｄまで
充電されることになる。

【００５９】このように、第１の電源電圧Ｖｓから抵抗
比分圧によって第２の電源電圧Ｖｐｄを生成することに
よって、低コストでしかも温度補償やヘッド特性のバラ
ツキ補正などの駆動電圧制御を容易に行うことが可能に
なる。

【００６０】図１５に示す定電圧駆動回路は、上記クリ
ップ回路３２で生成した第２の電源電圧Ｖｐｄを低イン
ピーダンス出力段の電源電圧として給電するようにした
ものである。このようにすれば、低インピーダンス回路
のトランジスタ損失が小さく抑えられるが、図１４の定
電圧駆動回路の構成よりもクリップ回路３２の電界コン
デンサＣの容量が大きくなる。

【００６１】図１６に示す定電圧駆動回路は、ツェナダ
イオードＺＤとダイオードＤｋからなるクリップ回路３
３を備えたものである。この場合には、ツェナダイオー
ドＺＤのツェナ電圧Ｖｚが第２の電源電圧Ｖｐｄとなる
（Ｖｚ＝Ｖｐｄ）となって圧電素子に印加する駆動電圧
Ｖｐはツェナ電圧Ｖｚで決まることになる。したがっ
て、ヘッド特性の電圧制御を行う場合には、ツェナ電圧
Ｖｚが異なる複数のツェナダイオードを選択すればよ
い。

【００６２】このように、第２の電源電圧Ｖｐｄを第１
の電源電圧Ｖｓからツェナダイオードを用いて生成する
ことによって、低コストでしかも省スペースでの実装が
可能になる。

【００６３】なお、上記実施例ではノズルの開口方向を
圧電素子の変位方向と同軸上にしたサイドシュータ方式
のインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、ノ
ズルの開口方向を圧電素子の変位方向と直交する方向に
したエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも適
用することができる。さらに上記実施例では駆動部圧電
素子と固定部圧電素子とを交互に配列したバイピッチ構
造としたが、すべての圧電素子を駆動部とするノーマル
ピッチ構造にすることもでき、上記実施例の説明中の固
定部圧電素子８も駆動部圧電素子７となる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドの駆動回路によれば、インク加圧時にお
いて前記（１）式１又は（２）式を満足し、インク減圧
時において前記（３）式及び（４）式を満足する波形を
有する駆動電圧を生成する波形生成手段を備えたので、
周波数応答性が向上して高周波駆動が可能になり、しか
もインク吐出速度の低下も少なく、インク吐出効率が向
上する。

【００６５】請求項２のインクジェットヘッドの駆動回
路によれば、上記請求項１の駆動回路において駆動電圧
Ｖｐと電源電圧Ｖｓとの関係が、ＶｐがＶｓの９／１０
以下である構成としたので、請求項１の条件を満足する
駆動波形を容易に得ることができる。

【００６６】請求項３のインクジェットヘッドの駆動回
路によれば、上記請求項１又は２の駆動回路において、
波形生成手段が第１の電源電圧Ｖｓとこの第１の電源電
圧Ｖｓより低い第２の電源電圧Ｖｐｄに基づいて駆動電
圧を生成する構成としたので、精度の高い駆動波形を得
ることができる。

【００６７】請求項４のインクジェットヘッドの駆動回
路によれば、上記請求項３の駆動回路において、第１の
電源電圧Ｖｓを抵抗比分圧して第２の電源電圧Ｖｐｄを
生成する手段を設けたので、低コストでヘッド特性のバ
ラツキ補正などの駆動電圧の制御が容易になる。

【００６８】請求項５のインクジェットヘッドの駆動回
路によれ、上記請求項３の駆動回路において、第１の電
源電圧Ｖｓから第２の電源電圧Ｖｐｄを生成するツェナ
ダイオードを設けたので、低コスト、省スペースで実装
することができる。

【００６９】請求項６のインクジェットヘッドの駆動回
路によれば、上記請求項１乃至５のいずれかの駆動回路
において、駆動電圧を複数の圧電素子の＋側び共通に接
続した共通電極を介して複数の圧電素子に印加する構成
としたので、ヘッドの小型化、低コスト化を図れ、プリ
ンタ本体との信号線本数を大幅に減少できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図

【図２】図１のインクジェットヘッドの液室ユニットを
除いた平面図

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う液室ユニットを含む断面
図

【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う図３と同様な断面図

【図５】本発明に係る駆動電圧波形の一例を示す波形図

【図６】図５の波形を用いたときの充電電圧の傾きとイ
ンク吐出速度との関係の一例を示す線図

【図７】図５の波形を用いたときの充電電圧の傾きの最
大値の電圧上昇分とインク吐出速度との関係の一例を示
す線図

【図８】本発明に係る駆動電圧波形の他の第１例を示す
波形図

【図９】本発明に係る駆動電圧波形の他の第２例を示す
波形図

【図１０】本発明に係る駆動電圧波形の他の第３例を示
す波形図

【図１１】本発明に係る駆動回路の具体例を示す回路図

【図１２】図１１の駆動回路の駆動波形を示す波形図

【図１３】図１１の駆動回路の第２の電源電圧と傾きの
最小値との関係を示す線図

【図１４】本発明に係る駆動回路の他の第１具体例を示
す回路図

【図１５】本発明に係る駆動回路の他の第２具体例を示
す回路図

【図１６】本発明に係る駆動回路の他の第３具体例を示
す回路図

【図１７】従来の駆動波形の異なる例を示す波形図

【図１８】図１７の駆動波形に含まれる高調波成分を示
す線図

【図１９】図１７の駆動波形を用いた場合のインク滴吐
出速度、吐出体積の比較を示す線図

【図２０】図１７の駆動波形を用いた場合のインク滴吐
出状態を示す説明図

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、３…
基板、４…圧電素子列、５…フレーム部材、７…駆動部
圧電素子、８…固定部圧電素子、１１…ダイアフラム
部、１２…振動板、１３…液室流路形成部材、１５…ノ
ズル、１６…ノズルプレート、１７…加圧液室、２５…
共通電極パターン、２６…選択電極パターン、３１〜３
３…クリップ回路、Ａ…波形生成手段、Ｂ…低インピー
ダンス出力手段、Ｃ…選択手段、Ｈ…インクジェットヘ
ッド、Ｐ…圧電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズルと、各ノズルが連通する複
   数の液室と、各液室を加圧するための複数の圧電素子と
   を備え、この圧電素子に充電させることで前記液室のイ
   ンクを加圧して前記ノズルからインク滴を噴射させ、イ
   ンク滴噴射後に前記圧電素子を放電させるインクジェッ
   トヘッドにおいて、 前記圧電素子の駆動電圧をＶｐとし、 この駆動電圧Ｖｐに対して、インク加圧時における前記
   圧電素子の充電電圧の時間変化率（ΔＶｐ／Δｔ）をα
   とし、充電期間をｔｒとしたときの充電期間ｔｒ中の前
   記時間変化率αの最大値をαｍ、最小値をαｎ、α＝α
   ｍの充電期間に上昇する前記駆動電圧の電圧上昇分をＶ
   αｍとするとき、αｍとαｎとの関係が（１）式を充足
   するか、またはＶαｍとＶｐとの関係が（２）式を充足
   し、 インク減圧時における前記圧電素子の放電電圧の時間変
   化率（ΔＶｐ／Δｔ）を−βとし、放電期間をｔｆとし
   たときの放電期間ｔｆ中、放電開始直後の時間変化率を
   −β１、放電終了時間直前の時間変化率を−βｋ、β＜
   （Ｖｐ／ｔｆ）となる放電時間をｔｆβとするとき、Ｖ
   ｐ／ｔｆとβｋ及びβ１の関係が（３）式を充足し、か
   つ、ｔｆβとｔｆとの関係が（４）式を充足する波形を
   有する前記駆動電圧を生成する波形生成手段を備えたこ
   とを特徴とするインクジェットヘッドの駆動回路。 【数１】 【数２】 【数３】 【数４】
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   の駆動回路において、電源電圧をＶｓとするとき、駆動
   電圧Ｖｐと電源電圧Ｖｓとの関係が、ＶｐがＶｓの９／
   １０以下であることを特徴とするインクジェットヘッド
   の駆動方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   ヘッドの回路において、前記波形生成手段が第１の前記
   電源電圧Ｖｓとこの第１の電源電圧Ｖｓより低い第２の
   電源電圧Ｖｐｄとに基づいて前記駆動電圧を生成するこ
   とを特徴とするインクジェットヘッドの駆動回路。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のインクジェットヘッド
   の駆動回路において、前記第１の電源電圧Ｖｓを抵抗比
   分圧して前記第２の電源電圧Ｖｐｄを生成する手段を設
   けたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動回
   路。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のインクジェットヘッド
   の駆動回路において、前記第１の電源電圧Ｖｓから前記
   第２の電源電圧Ｖｐｄを生成するツェナダイオードを設
   けたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動回
   路。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかのインクジェ
   ットヘッドの駆動回路において、前記駆動電圧を前記複
   数の圧電素子の＋側に共通に接続した共通電極を介して
   前記複数の圧電素子に印加することを特徴とするインク
   ジェットヘッドの駆動回路。