JP3555650B2 - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、圧力発生室を圧力発生手段により加圧し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式記録ヘッドを備えた記録装置、より詳細には記録ヘッドに駆動信号を供給するフレキシブルケーブルの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置は、図１０に示したようにキャリッジＡにアクチュエータによりインクを加圧し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式記録ヘッドＢを搭載し、キャリッジＡを記録媒体Ｃに対して往復動させながら記録ヘッドＢにフレキシブルケーブルＤを介して駆動信号発生回路Ｅの駆動信号を供給してインク滴を吐出させるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このフレキシブルケーブルＤは、キャリッジＡのスムーズな運動を確保するため、記録ヘッドＢの移動スパンのほぼ２倍の長さのものが用いられている。
一方、印刷速度の向上を図るため、インクジェット式記録ヘッドＢのノズル開口数、及び圧力発生室を加圧する圧電振動子の数を増加させると、同一時点で多数の圧電振動子を駆動することになり、負荷としての静電容量が大きくなりフレキシブケーブルＤを流れる電流が大きくなる。
一方、フレキシブルケーブルＤのインダクタンス成分による逆起電力は、電流の大きさと時間変化率に比例するため、フレキシブルケーブルＤに生じる逆起電力が増大し、逆起電力に起因する駆動信号に歪みが増大する。
【０００４】
また、写真品質に対応する高い印字品質での印刷においては、インク滴を構成するインク量を５ｎｇ程度に絞る必要があり、このようなインク滴の吐出には圧電振動子を、従来の印刷品質よりも高速度で駆動することが必須の要件となる。圧電振動子を高速度で駆動すると、必然的に電流の時間変化率が大きくなるため、フレキシブルケーブルＤのインダクタンスによる歪みが増大する。
このような問題を解消するためにはフレキシブルケーブルのインダクタンス成分を可及的に小さくすることが必要となるが、フレキシブケーブルの幅や長さに拘束されるため、インダクタンス成分の引き下げに限度がある。
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インダクタンス成分の無理な引き下げを必要とすることなく、印字品質を向上することができるインクジェット式記録装置を提供することである。
【０００５】
【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本発明においては、インク滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室を膨張収縮させる圧電振動子を備えた記録ヘッドと、前記圧電振動子を変位させる駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、印字データに対応して前記駆動信号を選択的に前記圧電振動子に印加するスイッチング手段と、前記駆動信号を前記圧電振動子に伝送するフレキシブルケーブルとを備えたインクジェット式記録装置において、
前記記録ヘッドに駆動信号を伝送する前記フレキシブルケーブルに形成されている導電パターンのインダクタンスをＬ（μＨ）、また抵抗Ｒ（Ω）としたとき、
Ｌ＞０．２μＨ、Ｒ＞１００ｍΩで、
かつＬ＝１．２５×Ｒ±０．１（μＨ）
となるようにした。
【０００６】
【作用】
導電パターンのインダクタンスＬと抵抗Ｒとの関係が、Ｌ＞０．２μＨ、Ｒ＞１００ｍΩで、かつＬ＝１．２５×Ｒ±０．１（μＨ）に規定されているから、短時間での電流の増減に対応でき、歪みの少ない駆動信号を圧電振動子に印加して、信号波形の歪みに起因する印字品質の低下を防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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、２は、本発明のインクジェット式記録装置に使用する記録ヘッドの一実施例を示すものであって、流路ユニット１は、ノズル開口２を一定ピッチで穿設したノズルプレート３と、ノズル開口２に連通する圧力発生室４、これにインク供給口５を介してインクを供給するリザーバ６を備えた流路形成基板７と、圧電振動ユニット８の縦振動モードの各圧電振動子９の先端に当接して圧力発生室４の容積を膨張、縮小させる弾性板１０とを一体に積層して構成されている。
【０００８】
圧電振動ユニット８は外部からの駆動信号を伝達するフレキシブルケーブル１３に接続された上で収容室１４に収容、固定され、また流路ユニット１は、高分子材料の射出成形等により構成されたホルダー１１の開口面１２に固定されて、ノズルプレート側にシールド材を兼ねる枠体１５を挿入して記録ヘッドに構成されている。
【０００９】
振動子ユニット８を構成する縦振動モードの圧電振動子９は、この実施例では一方の極となる内部電極１６と、他方の極となる内部電極１７とを圧電材料１８を介してサンドイッチ状に積層し、一方の内部電極１６を先端側に、また他方の内部電極１７を後端側に露出させて、各端面でセグメント電極１８、及びコモン電極１９に接続した圧電定数ｄ３１のものとして構成されている。
【００１０】
そして図３に示したように圧力発生室４の配列ピッチに一致させて固定基板２０に固定されてユニット８に纏められている。そして、この実施例においては圧電振動子９は、１枚の圧電振動板を櫛歯状に歯割りして後端側が連続するように構成され、各圧電振動子９のコモン電極１９を連続体として形成されている。
【００１１】
再び図２に戻って、振動子ユニット８の各圧電振動子９のセグメント電極１８は、ベース材２１の表面に金属箔２２を積層し、金属箔２２を導電パターンに対応してエッチングし、表面にカバーコート２３を設けて構成されたフレキシブルケーブル１３の第３の導電パターン２９の先端部２９ａに接続されている。
【００１２】
また圧電振動子９のコモン電極１９は、フレキシブルケーブル１３の第４の導電パターン３０の先端３０ａに接続されている。
【００１３】
フレキシブルケーブル１３は、図４に示したように固定基板２０と対向する領域に窓２４を形成してここに駆動信号を各圧電振動子９に選択的に印加するトランスファゲート等の半導体集積回路２５を実装されている。
【００１４】
そして、本発明においては、フレキシブルケーブル１３の半導体集積回路２５と圧電振動子９を伸縮させる駆動信号を発生する外部駆動回路とを接続して駆動信号を伝送する第１の導電パターン２７、２７、２７、‥‥の間には、アースに接続する第２の導電パターン２８、２８、２８、‥‥が第１の導電パターン２７と対となるように形成されている。
【００１５】
そして、対をなす第１の導電パターンと第２の導電パターン２８とに形成される電路のインダクタンスＬと抵抗Ｒは、その比Ｌ／Ｒがほぼ１．２５（μＨ／Ω）に規定されている。
【００１６】
この場合におけるインダクタンスＬは、第１の導電パターンと第２の導電パターンの一方の端部を短絡した状態で、他端の第１の導電パターンと第２の導電パターンの間で測定された値で有り、また抵抗Ｒは上述と同様にして測定された値の１／２、つまり第１の導電パターンと第２の導電パターンとの平均値である。
【００１７】
言うまでもなく、抵抗Ｒは、導電パターンを形成する導電材料の抵抗率、及び断面積を調整することにより任意に変更することができる。また平行に並ぶ第１、第２の導体２７、２８のインダクタンスＬは、伝送路の長さをＤ、導電パターン２７と隣接する導電パターン２８との間隔をｄ、導電パターンの幅をｗとすると、Ｄ×ｄ／ｗに比例するから、各導体の幅、間隔、及び長さを調整することにより変更することができる。
【００１８】
なお、図中符号３１は、第５の導電パターンで、半導体回路２５を駆動するために必要な印字データ、クロック信号、ラッチ信号等を伝送するものである。
【００１９】
この実施例において、外部駆動回路から図６（イ）に示したような台形状の駆動信号が出力されると、半導体集積回路２５によりインク滴を吐出させるべき圧電振動子９に駆動信号が印加される。駆動信号の立ち上がり部▲１▼により圧電振動子９を収縮させて圧力発生室４を膨張させ、インク供給口５を経由して圧力発生室４にインクが供給される。
【００２０】
圧力発生室４の膨張状態を平坦部▲２▼により所定時間保持した後、立ち下がり部▲３▼により圧電振動子９が放電されると、圧電振動子９が元の状態に伸長、復帰して圧力発生室４を収縮させ、ノズル開口２からインク滴が吐出する。
【００２１】
駆動信号の立ち上がり部▲１▼による圧力発生室４の膨張により生じるメニスカスの運動位相を積極的に利用してインク滴のインク量を制御する駆動方法にあっては、このような駆動信号の平坦部▲２▼の時間Ｔを操作することが行われ、特にグラフィック印刷に適したインク量が５ｎｇ程度のインク滴を吐出させる場合には、時間Ｔが極端に短く、例えば２μ秒程度に設定される。
【００２２】
このような状況では、圧電振動子９の静電容量と、駆動信号の伝送路、この実施例では導電パターン２７と導電パターン２８のインダクタンス成分が電流の立ち上がり、及び立ち下がりの変化率を大きく左右する。
【００２３】
すなわち、駆動信号が印加されると、図６（ロ）に示したように立ち上がり部▲１▼の始端でインダクタンス成分による逆起電力ΔＥ１が発生し、見掛け上、駆動信号の立ち上がり部▲１▼から時間ΔＴ１の経過後に電流が流れ始めたようになる。そして導電パターン２７、２８のインダクタンス成分と抵抗との比が適正な値に調整されておらず、かつインダクタンス成分が比較的大きい場合には、立ち上が部▲１▼の終端でインダクタンス成分による起電力ΔＥ２によりオーバシュートを生じる。
【００２４】
この傾向はフレキシブケーブルに流れる電流が大きい場合、つまり同時に駆動する圧電振動子の数が多い場合に顕著であるため、ベタ画像等のように同時に駆動される圧電振動子の数が多い状態では、インク滴の吐出速度やインク滴を構成するインク量が増加し、飛行曲がりを生じたり、またドット抜け等が発生しやすくなる。
【００２５】
これらの現象は、駆動信号の立ち下がり部でも同様に発生し、特に微小インク滴を吐出させるために、平坦部▲２▼の時間Ｔを短くした場合には駆動信号の相対的歪みが大きくなり、インク滴の吐出特性を著しく低下させる。
【００２６】
これに対して、本発明においては、インクジェット式記録装置に使用されるサイズのフレキシブケーブルの仕様として現実的なインダクタンスＬの値が０．２μＨ以上で、かつ抵抗Ｒの値が１００ｍΩ以上の場合には、２本の導電パターン２７、２８のインダクタンスＬと抵抗Ｒの比が１．２５（μＨ／Ω）に規定されているため、信号を過剰に減衰させることなく、インダクタンスＬに起因するオーバシュートを抵抗Ｒにより抑制することができる。
【００２７】
すなわち、図６（ハ）に示したように抵抗Ｒによる若干の減衰が生じるものの、インダクタンス成分に起因する立ち上がり部終端でのよる逆起電力が抵抗Ｒにより適度にダンピングされるため、同時に駆動する圧電振動子９の数に関わりなく駆動信号発生手段の駆動信号波形に近い駆動信号を圧電振動子９に供給でき、したがって圧電振動子９の変位量や変位速度をほぼ一定に維持できて高い印字品質で印字することができる。
【００２８】
図７は、上述した実用的な設計によるインダクタンスＬの値が０．２μＨ以上で、かつ抵抗Ｒの値が１００ｍΩ以上、４００ｍΩ以下のフレキシブルケーブルを用いて、圧電振動子１９２本を備えたインクジェット式記録ヘッドに信号を供給し、インク量が５ｎｇ、及び２０ｎｇのインク滴を吐出させた場合のインク滴速度のクロストーク率、つまり圧電振動子の全数（１９２本）を同時に駆動した状態と、単一の圧電振動子を駆動した状態との速度の変化率の内、印刷品質、印刷の信頼性を満足した実用的な印刷が可能なプラス、マイナス１０％の範囲（図中ハッチングにより示す領域）を示すものである。
【００２９】
このデータからも明らかなように、フレキシブルケーブルは、そのインダクタンスＬ（μＨ）が、及び抵抗Ｒ（Ω）の値に関わりなく、これらの比Ｌ／Ｒがほぼ１．２５（μＨ／Ω）、つまりＬ＝１．２５×Ｒ±０．１（μＨ）に収まっていれば、クロストークを実用的な印字品質を維持できる範囲に抑えることができる。
【００３０】
なお、上述の実施例においては、第１の導電パターン２７と第２の導電パターン２８とを同一面に配置した場合について説明したが、導電パターンのインダクタンスＬと抵抗Ｒとの比が、ほぼ１．２５（μＨ／Ｒ）を満足しさえすれば、図８（イ）に示したようにベース材２１を挟んで対向するように第１の導電パターン２７と第２の導電パターン２８を形成したり、また図８（ロ）に示したように同一面に第１、及び第２の導電パターン２７、２８を交互に形成するとともに、ベース２１を挟んで対抗する位置に他方の導電パターンが位置するように形成しても同様の作用を奏する。
【００３１】
なお、上述の実施例においては、第１の導電パターン２７と第２の導電パターン２８のそれぞれを単独でインダクタンス分と抵抗分を調整する場合について説明したが、汎用品を使用する場合には図９（イ）に示したようにベース材４０に導電パターン４１、４１、４１…を複数本形成された汎用のフレキシブルケーブルを使用する場合には、導電パターン４１、４１、…を複数本ずつ並列に接続してインダクタンス分や抵抗分を調整してグループとし、各グループを第１、第２の導電パターン２７、２８として使用することができる。そしてこのような場合には、図９（ロ）に示したように導電パターン４１、４１、４１、…の特性によりそれぞれの本数を違えるようにしても良く、さらには図９（ハ）に示したように各グループの間に不使用、または半導体集積回路２５の駆動に必要な他の信号を伝送するパターン４２を配置してもよい。
【００３２】
なお、上述の実施例においては、圧電振動子の近傍に半導体集積回路を配置している場合について説明したので、圧電振動子９と半導体集積回路２５との間の駆動信号伝送路の長さが比較的短くなり、この区間のインダクタンス成分、抵抗成分は信号に歪みを招く程大きくないものの、例えば半導体集積回路２５が記録ヘッド８の近傍ではなく外部の駆動回路等の遠隔点に配置されていて、圧電振動子９との間を長いフレキシブルケーブルで接続するような場合には、上述の導電パターンの形態を適用すると駆動信号を歪みを抑制でき顕著な効果を得ることができる。
【００３３】
また、上述の実施例においては外部駆動回路から駆動信号を伝送するフレキシブルケーブル１３に印刷信号に対応して駆動信号を圧電振動子９に選択的に印加するスイッチング手段となる半導体集積回路２５を実装しているが、別に設けた電子基板上に半導体集積回路２５を実装し、電子基板上のソケットを介して外部の駆動信号発生回路や圧電振動子とフレキシブルケーブルにより接続する場合などのように、スイッチング手段を他の部材に実装した場合に前述の電子基板と外部の駆動信号発生回路や圧電振動子とを接続するフレキシブルケーブルに適用しても同様の作用を得ることができる。
【００３４】
また、上述の実施例においては、変位方向に平行に内部電極を配置した圧電定数ｄ３１の圧電振動子を使用した記録ヘッドに駆動信号を供給する場合に例を採って説明したが、変位方向に直交させて内部電極を配置した圧電定数ｄ３３の圧電振動子を使用した記録ヘッドや、静電容量が比較的大きなアクチュエータ、たとえばたわみ変位する圧電振動子を用いた記録ヘッドに適用しても同様の作用を奏することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録ヘッドの一実施例を示す組立斜視図である。
【図２】同上記録ヘッドのセグメント電極での断面構造を示す図である。
【図３】振動子ユニットの一実施例を示す図である。
【図４】振動子ユニットにフレキシブルケーブルを接続した状態を示す図である。
【図５】同上フレキシブルケーブルの一実施例を、カバーコートを剥がして導電パターンを露出させた状態で示す図である。
【図６】図（イ）は駆動信号発生源の信号波形を、また図（ロ）は従来のフレキシブケーブルにより圧電振動子に印加される駆動信号を、さらに図（ハ）は、本発明における圧電振動子に印加される駆動信号を示す図である。
【図７】実用的な品質での印刷が可能なフレキシブルケーブルのインダクタンスと抵抗との値を示す線図である。
【図８】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明のインクジェット式記録装置に使用するフレキシブケーブルの他の実施例を示す断面図である。
【図９】図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ汎用フレキシブルケーブルを用いた場合の実施例を示す断面図である。
【図１０】インクジェット式記録装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 流路ユニット
８ 振動子ユニット
９ 圧電振動子
１３ フレキシブルケーブル
１８ セグメント電極
１９ コモン電極
２１ ベース材
２５ 半導体集積回路
２７ 第１の導電パターン
２８ 第２の導電パターン

Claims (9)

1. インク滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室を膨張収縮させる圧電振動子を備えた記録ヘッドと、前記圧電振動子を変位させる駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、印字データに対応して前記駆動信号を選択的に前記圧電振動子に印加するスイッチング手段と、前記駆動信号を前記圧電振動子に伝送するフレキシブルケーブルとを備えたインクジェット式記録装置において、
   前記記録ヘッドに駆動信号を伝送する前記フレキシブルケーブルに形成されている導電パターンのインダクタンスをＬ（μＨ）、また抵抗Ｒ（Ω）としたとき、
   Ｌ＞０．２μＨ、Ｒ＞１００ｍΩで、
   かつＬ＝１．２５×Ｒ±０．１（μＨ）
   であるインクジェット式記録装置。
2. 前記フレキシブルケーブルに形成されている導電パターンのインダクタンスＬ（μＨ）と抵抗Ｒ（Ω）との比Ｌ／Ｒが、ほぼ１．２５×１０のマイナス６乗である請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
3. 前記フレキシブルケーブルに形成されている導電パターンの抵抗Ｒが
   ０．１（Ω）≦Ｒ≦０．４（Ω）である請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
4. 前記導電パターンが、第１の導電パターンと第２の導電パターンとの複数本ずつを交互に配列して形成されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット式記録装置。
5. 第１の導電パターンと第２の導電パターンとの本数が異なる請求項４に記載のインクジェット式記録装置。
6. 第１の導電パターンが第２の導電パターンよりも本数が多い請求項５に記載のインクジェット式記録装置。
7. 前記導電パターンが、第１の導電パターンと、第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンまたは第２の導電パターンの少なくとも一方に隣接して配置された第３の導電パターンとにより構成されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット式記録装置。
8. 前記フレキシブケーブルが前記駆動信号発生手段と前記圧電振動子とを接続する請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
9. 前記フレキシブケーブルが、前記スイッチング手段と前記圧電振動子とを接続する請求項１に記載のインクジェット式記録装置。

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