JP3374862B2 - インクジェット式記録装置 - Google Patents

インクジェット式記録装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド型インク
ジェットプリンタに関するもので、より詳細には記録ヘ
ッドの目詰まり防止技術に関する。
【0002】
【従来の技術】オンデマンド型インクジェット記録ヘッ
ドは、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する圧
力発生室を備え、印字信号に対応して圧力発生室を膨
張、収縮させてインク滴を発生させるように構成されて
いる。ところで、記録媒体に付着したインク滴は、紙質
などによっては滲んだり、また他の部材と接触してこす
れが生じるので、可及的速やかに溶媒が揮散して固化す
るように調製されている。このため、印字動作を中断し
たり、またインク滴を頻繁に吐出しないノズル開口のイ
ンクは、溶媒が揮散して目詰まりを生じるという問題が
ある。このような問題を解消するために、印字動作を比
較的長時間休止させる場合には、ノズル開口にキャップ
を装着してインク溶媒の揮散を防止する対策を講じるこ
とが必要となる。しかしながら印字動作中であっても、
ノズル開口のすべてが均等にインク滴を発生するのでは
なく、ノズル開口の配列位置によってはインク吐出の頻
度が極めて低くなるものも存在する。このような問題を
解消するために、印字動作を一定時間継続した場合に
は、記録ヘッドを非印字領域に待避させ、ここですべて
のノズル開口からインク滴を強制的に噴出させる方法も
提案されている。しかしながら、この方法は印字動作の
中断を必要とするため、印刷速度の低下を招くという問
題がある。このような問題を解消するために、印字動作
中にインク滴を発生しないノズル開口に連通する圧力発
生室に設けられた圧電振動子に、電流制限抵抗を介して
印字信号を印加して、ノズル開口近傍のメニスカスを微
小振動させるようにした目詰まり防止技術も提案されて
いる(特開昭55−123476号公報、特開昭57−
61576号公報、米国特許第4350989号明細
書)。この目詰まり防止技術によれば、印字動作の中断
を必要とすることがないため、印字速度の低下を招くこ
となく、ノズル開口の目詰まりを防止できるが、揺動さ
せる振幅を変更するためには、電源電圧の調整や、抵抗
値の調整を必要とするため、回路構成が複雑になるとい
う問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは既存の駆動回路の機能を生かして目詰まり防止用の
揺動信号を生成させることができる新規なインクジェッ
トプリンタを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために、圧電振動子の伸縮により圧力発生室を収縮、
膨張させてノズル開口からインク滴を吐出させるインク
ジェット記録ヘッドと、外部からのタイミング信号に同
期して台形状の駆動信号を発生する駆動信号発生手段
と、外部からの印字信号により前記駆動信号を前記圧電
振動子に出力するスイッチング手段と、前記タイミング
信号に同期して前記駆動信号の一部を、非印字状態が選
択されている前記圧電振動子にのみ出力させて、前記ノ
ズル開口内でのみメニスカスを揺動させるべく前記スイ
ッチング手段をオンにするパルス信号を発生する制御信
号発生手段とを備えるようにした。
【0005】
【作用】インク滴を噴射しないノズル開口に属する圧電
振動子には、パルス信号により駆動信号の一部が印加さ
れるから、ノズル開口のメニスカスが揺動する。この結
果、圧力発生室内に存在するインクと、ノズル開口近傍
のインクとが攪拌されて、ノズル開口近傍のインクに溶
媒が補給されることになって、溶媒揮散による膜形成が
阻害される。さらに、非印字時にも圧電振動子が発熱す
るので、周囲環境からの吸湿が防止される。
【0006】
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図1は、本発明の駆動方式を適用
するのに適したインクジェット式記録装置の一例を示す
ものであって、図中符号1は、インクジェット式ライン
記録ヘッドで、印字位置P1、吐出回復位置P2、及び
キャッピング位置P3に移動できるように駆動機構2に
設けられている。3は、ライン記録ヘッド1に対向して
配置されたインク像保持ドラムで、図示しない駆動機構
により一定の回転速度で駆動されるドラム4の表面にイ
ンクのにじみを生じさせることがなく、しかも記録用紙
へのインクの転写に優れた材料、例えばシリコンゴム等
により形成されたインク像保持層5を被覆して構成され
ている。尚、インク像保持手段としてドラムの代わりに
ベルトを用いてもよい。インク像保持ドラム3に対向す
る位置にはカセット6から送り出された記録用紙をイン
ク像保持ドラム3に圧接する圧力ローラ7が配置されて
いる。圧力ローラ7は、偏心軸8により支持され、イン
ク像形成時には上方に待避し、また転写時には降下して
バネ9の圧力を伝達するバックアップローラ10に当接
している。
【0007】また、インク像保持ドラム3の周囲には残
留したインクを除去するドラムクリーナ11や、インク
像の乾燥を促進するためのヒータ12、ドラム表面から
記録用紙を分離するための剥離機構13などが配置され
ている。
【0008】15は、クリーニング部材で記録ヘッド1
が位置P2に待避した時に駆動させてノズル開口面をワ
イパー16によりクリーニングし、吐出回復動作を行わ
せるものであり、また17は封止機構で、記録ヘッド1
が位置P3に待避した時に駆動されて、ゴム等からなる
封止部材18により記録ヘッド1の前面に弾接してノズ
ル開口を封止するものである。
【0009】図2、図3は前述の記録ヘッド1の一実施
例を示すものであって、図中符号30は、ノズルプレー
トで、最大サイズの記録用紙の横幅の領域をカバーでき
る程度に、ノズル開口31,31‥‥を2000個程
度、直線状や上下方向にずらせた千鳥状に位置するよう
に構成されている。なお、行方向に複数ドット分のピッ
チ、例えば5ドット分の間隔でノズルを複数、例えば4
00個配列し、インク像保持ドラムの1回転毎に記録ヘ
ッドを1ドット分ずつ移動させて複数、例えば5回転で
1頁分の画像形成が可能となる記録ヘッドを利用するこ
ともできる。
【0010】33は、スペーサで、隣接するノズル開口
を隔てるように、プリンタにセットされた時、水平方向
に等間隔で並ぶ圧力発生室34,34,34‥‥を形成
する通孔35,35,35‥‥を穿設して構成されてい
る。37は、振動板形成部材で、圧力発生室34に対向
する部分を薄肉部38として形成され、また後述するイ
ンク流路46,47と対向する部分には薄肉部38を挟
むように細長い矩形状の通孔39,40が穿設されてい
る。42は、インク供給流路形成部材で、振動板形成部
材37の薄肉部38,38,38,38‥‥に対向する
領域には振動子ユニット50の圧電振動子48,48,
48‥‥が貫通する振動ユニット貫通孔43が、またイ
ンク供給路46,47に対向する部分には、長溝44,
45が形成されている。
【0011】48,48,48‥‥は、圧電振動子で、
可及的に低い駆動電圧で縦振動モードでの振動を発生す
るように電極と圧電振動材料をサンドイッチ状に形成し
て構成され、ノズル開口31,31,31‥‥の数と同
数のものを基台49に固定して振動子ユニットとして構
成されている。圧電振動子48,48,48‥‥の先端
は流路構成部材42の振動子ユニット貫通孔43に接触
することなく挿通されて、その先端が振動板形成部材3
7の薄肉部38,38,38‥‥に固定されている。な
お、図中符号51は基台46に形成された位置決め用の
突起で、インク流路形成部材40の振動ユニット貫通孔
41から突出して、振動板形成部材37、スペーサ3
3,及びノズルプレート30に形成されている位置決め
孔52,53,54とで各部材の位置決め精度を確保す
るものである。
【0012】このような転写方式を使用する記録ヘッド
は、インク像保持ドラム3に形成されたドットに含まれ
るインク溶媒の速やかな揮散と、記録用紙への転写性を
向上させるために、例えば 顔料 3 wt% 樹脂 12 wt% トリエタノールアミン 5 wt% ポリエチレングリコール 5 wt% イソプロピルグリコール 4 wt% 界面活性剤 2 wt% 水 69 wt% なる組成のインクが使用される。
【0013】このインクはインク供給手段20からチュ
ーブ71を介して記録ヘッド1に送り出され、同時にチ
ューブ73によりインク供給手段20に回収して循環さ
せながら圧力発生室に円滑に供給されている。
【0014】図4は、上述したインクジェット式記録装
置に使用する駆動回路の一実施例を示すものであって、
図中符号80は制御信号発生回路で、外部装置からのタ
イミング信号が入力する端子81と、印字、非印字を指
令する指示信号が入力する端子82とを備えており、後
述するスイッチングトランジスタ85,85,85‥‥
に駆動信号を供給する出力端子83を備えている。84
は、駆動信号発生回路で、外部装置からのタイミング信
号に基づいて圧電振動子48を作動させる台形状の駆動
信号を発生するように構成されている。85は、スイッ
チングトランジスタで、この実施例ではゲート電圧が零
の場合にはオフとなるエンハンスメント型MOSトラン
ジスタで構成されており、ゲートには制御信号発生回路
80からの指示信号が入力していて、駆動信号発生回路
により生成された駆動信号を圧電振動子48に印加して
インク滴を発生程度の変位を圧電振動子48,48,4
8‥‥に生じさせたり、また非印字時には駆動信号を利
用してインク滴が生じない程度の微小振動を生じさせる
ように構成されている。
【0015】図5は、前述の制御信号発生回路80の一
実施例を示すものであって、図中符号90は、端子81
から入力したタイミング信号を一定幅のパルス信号に変
換するワンショットマルチバイブレータ、91はワンシ
ョットマルチバイブレータ90からの信号と端子82か
らの指示信号の論理積を出力するアンド回路、92は指
示信号を反転させるインバータ、93は、ワンショット
マルチバイブレータ90とインバータ92とからの信号
の論理積を出力するアンド回路である。94は、ワンシ
ョットマルチバイブレータで、アンド回路93からの信
号により一定パルス幅の信号を出力するものである。こ
れらアンド回路91、及びワンショットマルチバイブレ
ータ94からの信号は、オア回路95を介して制御信号
として端子83から出力される。このように構成された
回路が上記制御信号発生回路80にはノズル開口の数に
一致する数だけ用意されている。
【0016】図6は前述の駆動信号発生回路84の一実
施例を示すものであって、図中符号100は、外部装置
からのタイミング信号を一定幅のパルス信号に変換する
ワンショットマルチバイブレータで、タイミング信号に
同期して出力端子から正信号、負信号を出力する。一方
の端子にはNPN型トランジスタ101のベースが接続
され、これにはPNP型トランジスタ102が接続され
ていて、タイミング信号が入力した時点で、電源電圧V
Hからトランジスタ108のベースーエミッタ間電圧VB
E102を差し引いた電圧(VH−VBE102)に到達するまで
コンデンサ103を一定電流Irで充電させるようにな
っている。ワンショットマルチバイブレータ100の他
方の端子にはNPN型トランジスタ108が接続されて
いて、タイミング信号が切り替わった時点で、トランジ
スタ102がオフとなり、代わってトランジスタ108
がオンとなって、コンデンサ103に充電されている電
荷がトランジスタ108のベースーエミッタ間電圧VBE
108に到達するまで一定電流Ifで放電される。
【0017】すなわちトランジスタ102のベースーエ
ミッタ間電圧をVBE102、抵抗106の抵抗値をRrとす
ると、充電電流Irは Ir=Vbe102/Rr となり、またコンデンサ103の容量をC0とすると、
充電電圧の立ち上がり時間Trは、 Tr=C0×(VH−VBE102)/Ir となる。一方、駆動信号の放電電流Ifは、トランジス
タ108のベースーエミッタ間電圧をVBE108、抵抗1
07の抵抗値をRfとすると、 If=Vbe108/Rr となり、また立ち下がり時間は、 Tf=C0×(VH−VBE108)/If となる。(なお、トランジスタのベースーエミッタ間の
電圧は、通常0.7ボルト程度で電源電圧30ボルトに
比較して無視できる程度に小さいので、以下の説明にお
いては、ベースエミッタ間電圧を0ボルトとして説明す
る。)この結果、コンデンサ103の端子電圧は一定の
勾配で上昇する領域と、一定値を保持する飽和領域と、
一定の勾配で降下する領域を備えた台形状の波形とな
る。この電圧は、トランジスタ109,110により電
流増幅されて、端子86から各圧電振動子48,48,
48‥‥に駆動信号として出力される。
【0018】つぎに上述した駆動信号発生回路を用いて
圧電振動子を駆動した場合の動作について説明する。制
御信号発生回路からタイミング信号が入力すると、駆動
信号発生回路は、トランジスタ102、107をオンー
オフさせて台形状の電圧波形の駆動信号を出力する。一
方、印字対象となっている圧電振動子48に接続されて
いるスイッチングトランジスタ85は、制御信号発生回
路80によりオンにされているから、駆動信号により充
電されることになる。
【0019】制御信号発生回路80は、外部装置から印
字信号を受けて印字すべきノズルに接続する圧電振動子
48,48,48‥‥に接続するスイッチングトランジ
スタ85に信号を出力してこれをオンにする。この結
果、駆動信号発生回路84で発生した前述の台形状の駆
動信号が圧電振動子48に流れ込み、圧電振動子48を
一定電流で充電する。これにより印字のためにインク滴
を放出すべき圧電振動子48,48,48‥‥が収縮し
て圧力発生室が拡張する。そして一定時間が経過する
と、前述したようにトランジスタ108がオンになって
コンデンサ103が放電されるので、これに伴って圧電
振動子48,48,48‥‥の電荷も放電し、圧電振動
子48,48,48‥‥が伸長して圧力発生室が圧縮さ
れる。これにより図8(a)乃至(e)に示したように
圧力発生室内のインクが圧縮されてノズル開口からイン
ク滴Kとなって飛翔することになる。
【0020】一方、ドットを形成する必要のないノズル
に接続する圧電振動子48,48,48‥‥に接続する
スイッチングトランジスタ85,85,85‥‥には印
字信号が与えられないものの、ワンショットマルチバイ
ブレータ94から予め定められた時間幅のパルス信号P
(図7)が出力する。この結果、スイッチングトランジ
スタ85,85,85‥‥がこのパルス信号Pに一致す
る時間だけオンとなり、印字動作が不要な圧電振動子4
8,48,48‥‥に対しても充電が開始されることに
なる。所定時間が経過してワンショットマルチバイブレ
ータ94からのパルス信号Pが立ち下がると、駆動信号
の未だ立ち上がりの途中でスイッチングトランジスタ8
5がオフとなってしまうため、この時点までの電圧Vd
で充電が終了する。
【0021】ところで、このオフとなった段階からスイ
ッチングトランジスタ85,85,85‥‥に駆動信号
の電圧がそのまま印加されることになるが、前述したよ
うに圧電振動子48,48,48‥‥が電圧(Vc−V
d)に充電されているため、最高でも圧電振動子85,
85,85‥‥の充電電圧Vdと駆動信号の最高電圧Vc
との差分Vc−Vdだけが印加するにすぎないから、従来
のように非印字時中オフ状態を維持する場合の電圧(V
c)に比較してスイッチングトランジスタ85,85,
85‥‥として耐電圧定格の低いトランジスタを使用す
ることが可能となる。
【0022】このように電圧Vdで充電された状態で、
ドットを形成すべき圧電振動子と同様にトランジスタ1
08(図6)がオンとなった時点で、圧電振動子の電荷
が放電されると、充電電圧Vc−Vdに比例した分だけ伸
長することになる。もとよりこの伸長の度合は、印字の
ために選択された圧電振動子の伸長の度合に比較して小
さいから、圧力発生室を構成している振動部材が若干振
動することになる。
【0023】この結果、圧電振動子は印字時よりも小さ
な電圧VSに基づいて伸長することになって、ノズル開
口からインク滴を飛翔させるに足る伸長を起こすことが
できず、ただ圧力発生室のインクに微小な振動を与える
ことになる。この振動は圧力発生室のインクを伝搬して
ノズル開口に到達する。ノズル開口近傍に形成されてい
るメニスカスMは、伝搬してきた圧力波によりインク飛
翔方向に平行に振動するから(図9(a)乃至
(e))、非印字状態でノズル開口31近傍で生成しよ
うとするインクの膜発生が阻害されることになる。
【0024】以下、タイミング信号に合わせてドットを
形成すべきノズル開口に属する圧電振動子85は、イン
ク滴を発生させるに足る電圧で充放電が行なわせ、また
ドットを形成する必要のないノズル開口に属する圧電振
動子85にはインク滴を飛翔させるに至らない程度の電
圧Vdでの充放電を行わせてノズル開口のインクを揺動
させてるという動作を併行して実行させる。
【0025】また、非印字時に圧電振動子48に印加さ
れた電力は、圧電振動子48の誘導体損失やオーム抵抗
損失などにより一部が消費され、圧電振動子48を発熱
させることになる。この結果、長期間の休止による圧電
振動子48の冷却を防止して、温度降下による圧電振動
子の吸湿防止に寄与することになる。このような非印字
時における微小駆動信号の印加は、特に圧電材料とAg
Pdを主成分とする電極材料とをサンドイッチ状に積層
した振動子のように水分の存在下で銀が析出する現象、
いわゆるマイグレーションが生じやすい圧電振動子をイ
ンク溶媒の蒸気で湿度が高い環境で使用しなければなら
ないインクジェット記録ヘッドには極めて有効に作用す
る。
【0026】ところでこの実施例に用いられている転写
式インクジェット記録装置においては、前述したように
ノズル開口の目詰まりを解消するためにノズル開口をワ
イパ等で払拭するクリーニング手段と、一定時間毎に印
字データとは無関係にインク滴を強制的に吐出させるフ
ラッシング手段とを備えている。インクの組成や、周囲
環境の温度、湿度等にも左右されるが、前述したような
インクを用いると、非印字状態が1.2秒間継続する
と、ノズル開口にインクの膜が発生してフラッシング操
作を行わないと次の印字が不能になってしまう程度の膜
が形成されてしまい、また非印字状態が30秒間継続す
るとフラッシング操作だけでは目詰まりを解消すること
ができずクリーニング操作が必要となる。
【0027】上述したように非印字時にノズル開口のメ
ニスカスを揺動させる程度に駆動信号の電圧レベルを下
げて圧電振動子に印加して、非印字状態を継続させたと
ころ、図10に示したように600秒程度まではインク
滴の噴出動作が行われなくても、印字品質を一定に保持
することができ、また600秒乃至850秒程度被駆動
状態に放置された場合でもフラッシング動作を行えば、
正常な印字が可能であった。また、たとえフラッシング
操作が必要となるような目詰まりを生じた場合にでも、
図11に示したようにノズル開口の目詰まりを完全に解
消するために印加すべきインク吐出パルス数、つまりイ
ンク消費量がメニスカスの揺動継続時間と反比例するよ
うに少なくなった。
【0028】さらにクリーニング操作を必要とするよう
なひどい目詰まりを起こした場合にあっても第2の駆動
信号を圧電振動子に一定時間印加してメニスカスを揺動
させた後、クリーニング操作を行うと、図12に示した
ようにクリーニング操作だけを行う場合に比較してメニ
スカスの揺動継続時間に反比例して短い時間で目詰まり
を解消することができた。以上のことから、非印字時に
メニスカスを揺動させる程度の低いレベルの駆動信号を
圧電振動子に印加することが極めて有用な手段であるこ
とが判明した。
【0029】また、このような圧電振動子により振動板
を押圧してインク滴を発生させる記録ヘッドにおいて
は、印字領域に対応する圧力発生室には圧電振動子の伸
縮による大きな応力を受けているため、局部的なたわみ
が生じてドット形成位置に狂いが生じるなどの問題があ
る。しかしながら、上述したように非印字状態において
も圧電振動子に微小な駆動信号が印加されると、非印字
領域の圧力発生室にも或程度の応力が生じるから、記録
ヘッド全体としての歪みが緩和されて、印字品質の向上
に寄与するという効果がある。
【0030】なお、上述の実施例においてはノズル開口
の両側からインクを供給する形式の記録ヘッドに例を採
って説明したが、図13に示したようにノズル開口11
3が穿設されたノズルプレート114と、スペーサ部材
115と、振動板116とにより圧力発生室117を形
成し、この圧力発生室117の一側からインク供給管1
18によりインクを供給して、圧電振動子119により
振動板116を押圧してインク滴を発生させるように構
成されたインクジェット記録ヘッドに適用しても同様の
作用を示すことは明らかである。
【0031】ところで、ノズル開口近傍でメニスカスを
形成しているインクは、溶媒の蒸気圧が気温の変化に影
響を受けるため、図14に示したように温度が高くなる
程短時間で膜を形成することになる。図15はこのよう
な問題に対処するために構成された駆動回路の一実施例
を示すものであって、図中符号120は、パルス幅制御
回路で、ノズル開口近傍の外気温を検出する温度検出手
段121からの信号により、外気温により変化するイン
ク膜形成能力と、このときの膜形成を阻害するに最適な
揺動振幅との関係を格納した記憶手段124からデータ
を読み出して、このデータに基づいてワンショットマル
チバイブレータ94のパルス幅を設定するように構成さ
れている。なお、図中符号122はアナログーデイジタ
ル変換手段を示す。
【0032】この実施例によれば、例えば図16に示し
たように個々の記録ヘッドの構造やインクの組成に対応
した環境温度に起因する膜形成能力と、これを阻止する
ために必要なメニスカスの揺動振幅との関係を記憶手段
124に格納しておくと、温度検出手段121により検
出された外部環境の温度T1、T2、T3に対応して揺動
信号のレベルを表すデータV1、V2、V3が読み出され
る。この結果、非印字期間に印加すべき電圧に対応して
ワンショットマルチバイブレータ94のパルス幅を、温
度が低い場合には短く、また温度が高い場合には長くな
るように自動的に調整して、無用な吐出を招くことなく
非印字状態にあるメニスカスの膜形成を阻害する程度に
揺動させる。
【0033】図17は、本発明の記録ヘッド駆動回路の
他の実施例を示すブロック図であって、図中符号130
は、後述する制御信号発生回路で、端子131,132
のそれぞれに外部装置からの印字信号とタイミング信号
とが入力し、また端子133,134,135からそれ
ぞれシフトクロック信号、印字信号、ラッチ信号を出力
するように構成されている。138,138,138‥
‥は、ラッチ回路を構成するフリップフロップ回路であ
り、また139,139,139‥‥はシフトクロック
回路を構成するフリップフロップ回路で、フリップフロ
ップ回路139から出力された印字信号をフリップフロ
ップ回路138にラッチして各スイッチングトランジス
タ85,85,85‥‥に出力するように構成されてい
る。
【0034】図18は前述の駆動信号発生回路80の一
実施例を示すもので、図中符号140は、端子132に
入力したタイミング信号に基づいて作動する発振器14
1からのクロック信号により作動して、端子131から
入力した外部装置からの印字信号をメモリ142に格納
させるものである。
【0035】図中符号143は、ワンショットマルチバ
イブレータで、接続されている圧電振動子48,48,
48‥‥の数だけアドレスカウンタ140のカウントが
進んだとき、アドレスカウンタ140から出力されるキ
ャリー信号により、設定されたパルス幅のラッチ信号を
端子135に出力するものである。このラッチ信号は端
子133に出力するとともに、フリップフロップ回路1
44により分周されて、切換え信号となって図19(I
V)に示したようにメモリ142に記憶されている印字
信号と、切換信号によりゲートされ、これに接続されて
いる圧電振動子48,48,48‥‥の全てを選択する
信号をラッチ信号の1周期ごとに交互に端子134に出
力させる。端子134に出力された印字信号は、端子1
33のシフトクロック信号により図17のシフトレジス
タを構成しているフリップフロップ回路139に出力さ
れ、ラッチ信号の立ち上がりエッジにより、このフリッ
プフロップ回路139に接続されているフリップフロッ
プ回路138にラッチされる。
【0036】ドットを形成すべき圧電振動子は、図19
(IV)において印字データAがフリップフロップ回路
138に保持された区間(以下、印字区間Aという)で
は、フリップフロップ回路138からの信号により前述
したのと同様に飽和電圧まで到達する台形状の駆動信号
が印加され、インク滴を生成するに足る伸縮を行わせる
ことになる。一方、非印字状態を維持すべき圧電振動子
は、同図(IV)において印字データBがフリップフロ
ップ回路138に保持された区間(以下、印字区間Bと
いう)では駆動信号の電圧上昇途中でスイッチングトラ
ンジスタ85がオンからオフに転じてしまうため、最高
電圧の小さな台形状の電圧が圧電振動子48,48,4
8‥‥に印加されることになる。この結果、ドットを形
成すべき圧電振動子の放電とタイミングを合わせて、非
印字状態におかれている圧電振動子48,48,48‥
‥も電圧Vc−Vdの電圧で持って放電するから、インク
滴を形成しない程度の小さな伸縮を行うことになって、
ノズル開口近傍のメニスカスが揺動し、非印字期間にお
ける膜形成を阻止することになる。
【0037】図20は、駆動信号発生回路の他の実施例
を示すものであって、図中符号150はワンショットマ
ルチバイブレータで、端子81に入力したタイミング信
号に同期して、予め設定されたパルス幅のパルス信号を
出力するもので、これの反転端子にはPNP型トランジ
スタ151が接続されている。そしてトランジスタ15
1に直列に接続されているコンデンサ152は、初期状
態では給電端子の電圧−VHにより充電されている。こ
のため、トランジスタ151がオンになると、トランジ
スタ154により一定電流Irがコンデンサ151に流
れ込んでコンデンサ151が充電されることになる。そ
してコンデンサ152に並列に接続されているダイオー
ド153によりコンデンサ151の端子電圧が0ボルト
となった時点で充電が終了する。
【0038】一方、ワンショットマルチバイブレータ1
50が反転すると、トランジスタ156がオンとなって
コンデンサ152は、その端子電圧が、給電端子電圧−
VHに到達するまでトランジスタ158により放電電流
を一定に制限されながら放電する。これら充電電流と放
電電流は、NPN型トランジスタ159とPNP型トラ
ンジスタ160により増幅されて端子86から圧電振動
子85,85,85‥‥に出力される。
【0039】図21は、前述の駆動信号発生回路により
記録ヘッドを駆動した場合の波形図を示すもので、ドッ
トを形成すべき圧電振動子48,48,48‥‥は同図
IIIにおける印字区間Aとして示した期間において
は、前述の実施例における信号とは極性が反転した駆動
信号が印加されることになる。また非印字期間において
は印字区間Bとして示した期間でインク滴を発生させる
ことのない程度の小さな電圧が圧電振動子に印加され
て、ノズル開口近傍のメニスカスを微小振動させてノズ
ル開口近傍のインクが膜を形成するのを防止する。そし
て非印字状態におかれているスイッチングトランジスタ
85,85,85には、圧電振動子48,48,48‥
‥に印加された揺動用の充電電圧Vd分だけ低い電圧Vc
−Vdが作用することになるから、スイッチングトラン
ジスタとして小さな定格耐圧のものを使用することが可
能となる。
【0040】図22は、前述した図21の駆動信号発生
回路の変形例を示すものであって、この実施例において
は図21におけるフリップフロップ回路150に相当す
る回路170を、3つのワンショットマルチバイブレー
タ171,172,173とアンド回路174により構
成したものである。この実施例においては、端子81に
タイミング信号が入力すると、ワンショットマルチバイ
ブレータ171に設定されているパルス幅のパルスが出
力される。このワンショットマルチバイブレータ171
の反転信号の立ち上がりによりアンド回路174には、
ワンショットマルチバイブレータ173からの出力との
論理積(図23 II)を出力する。
【0041】ワンショットマルチバイブレータ171か
らのパルスの部分ではPNPトランジスタ151がオン
となり、初期状態で−VHで充電されているコンデンサ
152をトランジスタ154により定まる一定電流Ir
により充電する。このようにしてコンデンサ152が0
ボルトまで充電されると、ダイオード153により充電
動作が停止される。次ぎにワンショットマルチバイブレ
ータ171から反転信号が出力されると、トランジスタ
151がオフとなる。続いてワンショットマルチバイブ
レータ172が反転出力が’0’になると、トランジス
タ156がオンとなってコンデンサ152が放電し、給
電端子電圧−VHに到達するまで、トランジスタ158
により電流制限を受けながら一定電流Ifで放電する。
また、ワンショットマルチバイブレータ171の信号の
うち、ワンショットマルチバイブレータ173により設
定される部分では、トランジスタ151が再びオンとな
ってコンデンサ152を前述と同様に一定電流Ifによ
り充電する。
【0042】図24は、本発明の他の実施例を示すもの
で、図中符号180,180,180‥‥は、OR回路
で、シフトレジスタを構成するフリップフロップ回路1
81,181,181‥‥とスイッチング手段85,8
5,85‥‥との間に接続され、一方の端子には後述す
る制御信号発生回路183から、これらスイッチングト
ランジスタ85,85,85‥‥をオンにする全オン信
号が、また他方の端子にはフリップフロップ回路18
1,181,181‥‥からの信号が入力している。1
82,182,182‥‥は、シフトレジスタを構成す
るフリップフロップ回路で、制御信号発生回路183か
らのシフトクロックと、印字信号が入力していて、クロ
ック信号に同期して印字信号を所定の段に移動させて、
フリップフロップ回路181,181、181‥‥にラ
ッチさせるものである。
【0043】図25は、前述の制御信号発生回路の実施
例を示すもので、この実施例では2つのメモリ190,
191を備えていて交互に記憶、読み出しを行うように
動作し、一方のものがホストから印字信号を記憶してい
る時、他方のメモリは印字信号を出力するようになって
いる。図中符号192はアドレスカウンタで、端子81
に入力したタイミング信号により作動する発振器193
からのクロック信号により作動して、端子81から入力
した外部装置からの印字信号を選択された方のメモリ1
90,191に格納させるものである。195は、ワン
ショットマルチバイブレータで、接続されている圧電振
動子の数だけカウントが終了したときに出力されるアド
レスカウンタ140からのキャリー信号により設定され
たパルス幅のラッチ信号を端子136に出力するもので
ある。
【0044】このラッチ信号はフリップフロップ回路1
96により分周されて、切換え信号となってメモリ19
0,191に記憶されている印字信号を交互に端子13
5に出力させる。端子135に出力された印字信号は、
端子133のシフトクロック信号により図24のシフト
レジスタを構成しているフリップフロップ回路182に
入力する。そして所定のフリップフロップ回路182に
シフトされた印字信号は、ラッチ信号の立ち上がりエッ
ジにより、このフリップフロップ回路182に接続され
ているフリップフロップ回路181に保持される。
【0045】197は、ワンショットマルチバイブレー
タで、ワンショットマルチバイブレータ195からのラ
ッチ信号の立ち上がりにより起動してメニスカスを揺動
させるに足る電圧まで圧電振動子を充電するためのパル
スを発生させるものである。この信号は端子137から
出力して、図24に示す駆動回路のオア回路180に入
力し、非印字状態にある圧電振動子48,48,48‥
‥に接続するスイッチングトランジスタ85,85,8
5‥‥に印加される。なお、図中符号199はメモリ1
90,191を切換えるための手段を示す。
【0046】この実施例によればスイッチングトランジ
スタ85,85,85‥‥に要求される耐圧を下げるこ
とができるばかりでなく、図17,図24に示した実施
例に対し制御信号発生回路183からフリップフロップ
回路181ヘの印字信号の転送速度を引き上げることが
できる。
【0047】図27は、本発明の他の実施例を示すもの
であって、図中符号200は、前述の図20と同様の構
成を採る駆動信号発生回路、201は、前述した図6と
同様の構成を採る第2の駆動信号発生回路で、第1の駆
動回路200の位相が異なる信号を出力するように構成
されている。203、203,203‥‥はフォトカッ
プラ等のアナログ信号が出力可能なアイソレータで、制
御信号発生回路183とスイッチングトランジスタ8
5,85,85‥‥のゲートとの間に接続されて、制御
信号発生回路183の入力により第2の駆動信号発生回
路201の波形に対応した信号をスイッチングトランジ
スタ85,85,85に出力するものである。
【0048】この実施例において制御信号発生回路18
3からの指示信号は、アイソレータ203,203,2
03‥‥に入力し、ここに入力している第2の駆動信号
発生回路201からの信号により電位変換され、スイッ
チングトランジスタ85のゲートに出力する。第2の駆
動信号発生回路201からの信号はスイッチングトラン
ジスタ85のソース端子にも入力するため、スイッチン
グトランジスタ85,85,85‥‥のゲートーソース
間に印字信号と同一の信号が印加されることになる。印
字状態においては圧電振動子48,48,48‥‥は第
2の駆動信号から第1の駆動信号分を減じた電圧が印加
され、また非印字状態においては第1の駆動信号の発生
時にスイッチングトランジスタ85,85,85‥‥が
オフにされていることから第2の駆動信号だけが印加さ
れることになる。この結果、非印字状態においても圧電
振動子48,48,48‥‥には微小な電圧が印加され
て、ノズル開口近傍のメニスカスを揺動させることにな
る。この実施例においても前述の実施例と同様にスイッ
チング手段の耐圧を下げることができる。
【0049】なお、上述の実施例においてはスイッチン
グトランジスタとしてNチャンネルエンハンスメントM
OSトランジスタを用いたものを例に採って説明した
が、他の形式の固体スイッチング素子を用いても同様の
作用を奏することは明らかである。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば
ンク滴を噴射しないノズル開口に属する圧電振動子にも
パルス信号により駆動信号の一部が印加され、圧電振動
子がインク滴を発生させない程度に伸縮して、ノズル開
口のメニスカスを揺動させるので、インク溶媒の蒸発に
よる膜形成を阻止して目詰まりを可及的に防止するとと
もに、非印字時にも圧電振動子が発熱して周囲環境から
の吸湿が防止でき、さらには印字状態にある圧力発生室
と非印字状態にある圧力圧力発生室との応力差を可及的
に小さくできて印字品質の向上を図ることができる。ま
た、ノズル開口近傍のメニスカスを揺動させるための電
圧を、駆動信号が印加される時間の調整により制御して
いるため、抵抗を用いて減衰させる場合に比較して、エ
ネルギーロスが小さく、駆動信号発生回路に小さな出力
のものを使用することができ、さらに非印字時状態にあ
る圧電振動子に接続するスイッチング手段に印加される
駆動信号の一部を圧電振動子の充電に使用するため、ス
イッチング手段に印加される電圧レベルを小さくでき
て、耐圧定格の低いスイッチング手段を使用することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるインクジェット記録装置の
一実施例を示す図である。
【図2】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断
面図である。
【図3】同上記録ヘッドの構造を示す分解斜視図であ
る。
【図4】本発明に使用するインクジェット記録ヘッドの
駆動回路の一実施例を示すブロック図である。
【図5】制御信号発生回路の一実施例を示す回路図であ
る。
【図6】駆動信号発生回路の一実施例を示す回路図であ
る。
【図7】同上駆動回路の動作を示す波形図である。
【図8】図(a)乃至(e)は、それぞれ同上駆動回路
による印字時のメニスカスの状態を示す説明図である。
【図9】図(a)乃至(e)は、それぞれ同上駆動回路
による非印字時のメニスカスの状態を示す説明図であ
る。
【図10】揺動信号の大きさと放置可能な時間との関係
を示す線図である。
【図11】揺動信号印加時間とフラッシングによる吐出
回復までのインク消費量との関係を示す線図である。
【図12】揺動信号印加時間と回復までに要するクリー
ニング操作の継続時間との関係を示す線図である。
【図13】本発明の駆動方式が適用可能な他の形式のイ
ンクジェット記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【図14】圧電振動子が非印字状態にあるときに圧電振
動子に印加する電圧と、ノズル開口に目詰まりが生じる
までの時間との関係を、周囲環境の温度をパラメータと
して示す線図である。
【図15】目詰まり防止のために印加する揺動信号を環
境の温度により調整するようにした実施例を示すブロッ
ク図である。
【図16】同上装置の記憶手段に格納すべきデータの一
例を示す線図である。
【図17】本発明の駆動回路の他の実施例を示すブロッ
ク図である。
【図18】同上駆動回路における制御信号発生回路の実
施例を示すブロック図である。
【図19】同上駆動回路の動作を示す波形図である。
【図20】駆動信号発生回路の他の実施例を示す回路図
である。
【図21】同駆動信号発生回路の動作を示す波形図であ
る。
【図22】駆動信号発生回路の他の実施例を示す回路図
である。
【図23】同上駆動回路の動作を示す波形図である。
【図24】本発明の駆動回路の他の実施例を示すブロッ
ク図である。
【図25】同上駆動回路における制御信号発生回路の実
施例を示すブロック図である。
【図26】同上駆動回路の動作を示す波形図である。
【図27】本発明の駆動回路の他の実施例を示すブロッ
ク図である。
【図28】同上装置の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
1 インクジェット式記録ヘッド 3 インク像保持ドラム 20 インク供給手段 31 ノズル開口 34 圧力発生室 48 圧電振動子 80 制御信号発生回路 84 駆動信号発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平5−98072 (32)優先日 平成5年4月23日(1993.4.23) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 中村 治夫 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 猿田 稔久 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイ コーエプソン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−47666(JP,A) 特開 昭55−65567(JP,A) 特開 平3−164258(JP,A) 特開 昭57−61576(JP,A) 特開 平4−113850(JP,A) 特開 平3−208653(JP,A) 特開 平3−216340(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/175

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電振動子の伸縮により圧力発生室を収
    縮、膨張させてノズル開口からインク滴を吐出させるイ
    ンクジェット記録ヘッドと、 外部からのタイミング信号に同期して台形状の駆動信号
    を発生する駆動信号発生手段と、外部からの印字信号に
    より前記駆動信号を前記圧電振動子に出力するスイッチ
    ング手段と、前記タイミング信号に同期して前記駆動信
    号の一部を、非印字状態が選択されている前記圧電振動
    子にのみ出力させて、前記ノズル開口内でのみメニスカ
    スを揺動させるべく前記スイッチング手段をオンにする
    パルス信号を発生する制御信号発生手段とからなるイン
    クジェット式記録装置。
  2. 【請求項2】 前記駆動信号発生手段は、コンデンサの
    充放電回路を備え、一定勾配で上昇する領域と、一定電
    圧を維持する領域と、一定勾配で降下する領域の3つの
    領域からなる台形状の駆動信号を発生する請求項1のイ
    ンクジェット記録装置。
  3. 【請求項3】 前記パルス信号は、ノズル開口からイン
    ク滴を発生させず、しかもノズル開口近傍のメニスカス
    を揺動させる程度の駆動電圧となるパルス幅を有してい
    る請求項1のインクジェット式記録装置。
  4. 【請求項4】 前記パルス信号は、記録ヘッド周辺の温
    度を検出する手段からの信号によりパルス幅が調整され
    る請求項1のインクジェット式記録装置。
  5. 【請求項5】 前記スイッチング手段は、Nチャンネル
    エンハンスメントMOSトランジスタである請求項1の
    インクジェット式記録ヘッド。
  6. 【請求項6】 前記圧電振動子は、圧電材料と電極材料
    とを層状に積層して構成されている請求項1のインクジ
    ェット式記録ヘッド。
  7. 【請求項7】 圧電振動子の伸縮により圧力発生室を収
    縮、膨張させてノズル開口からインク滴を吐出させるイ
    ンクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッ
    ドからのインク滴を受けるインク像保持手段と、該イン
    ク像保持ドラムに記録用紙を圧接する圧接ローラと、 外部からのタイミング信号に同期して台形状の駆動信号
    を発生する駆動信号発生手段と、外部からの印字信号に
    より前記駆動信号を前記圧電振動子に出力するスイッチ
    ング手段と、前記タイミング信号に同期して前記駆動信
    号の一部を非印字状態が選択されている前記圧電振動
    子にのみ出力させて、前記ノズル開口内でのみメニスカ
    スを揺動させるべく前記スイッチング手段をオンにする
    パルス信号を発生する制御信号発生手段とからなるイン
    クジェット式記録装置。
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