JP3674386B2 - Inkjet head drive circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インクジェットヘッドの圧電素子を駆動する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】
従来から、図11に示すように、並列に接続された複数の圧電素子4〜12と各圧電素子4〜12に直列に接続されたトランジスタ13〜21とを有する圧電素子駆動回路2と、この圧電素子駆動回路2の各圧電素子4〜12に給電する電源供給用駆動回路3とを備えたインクジェットヘッドの駆動回路1が知られている。かかる駆動回路1の各トランジスタ13〜21は、ベース端子が図示しない印字信号発生回路に接続され、この印字信号発生回路から出力される印字信号によって導通するようになっている。トランジスタ13〜21の導通により、対応する圧電素子4〜12は給電回路3により給電される。給電された圧電素子はインクジェットヘッドの圧力発生室側(図示せず)に歪みを生じ、この歪みによる押圧力によりノズル孔(図示せず)からインクを吐出させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクジェットヘッドの駆動回路1においては、印字の際に駆動させる圧電素子の数は印字する字体の形状によって異なる。
【0004】
ここで、各圧電素子4〜12の静電容量をC、内部抵抗をRとし、この圧電素子4〜12のうち、n個のものに給電回路3から電圧V0を印加すると、圧電素子の電圧は、V0×{1−exp(−t/nCR)}(t:時間)の曲線にしたがって立ち上がる。
【0005】
この曲線によれば、圧電素子の電圧の立ち上がり方は、図12に示すように、駆動させる圧電素子の個数nに応じて変動する。すなわち、インクが吐出するノズルの数が多くなるほど電圧の立ち上がりが遅くなり、インクの吐出速度が低下する。つまり、ノズル数によってインクの吐出速度は変動し、この結果、インクの吐出速度が一定せず、印字の品質が低下する問題があった。
【0006】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、駆動させる圧電素子数が変動しても圧電素子の電圧の立ち上がりのバラツキを小さくすることのできるインクジェットヘッドの駆動回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項1に記載の発明は、並列に接続された複数の圧電素子と各圧電素子に直列に接続されたスイッチング素子とを有する圧電素子駆動回路と、前記圧電素子に給電する直流電源を有する給電回路とを備え、各スイッチング素子を導通させることにより各圧電素子に前記直流電源の電圧を印加させてインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動回路であって、
前記圧電素子の駆動電圧に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオードを前記給電回路の給電出力端子間に接続し、
前記直流電源の電圧を駆動電圧と等しくしたときに比較して、前記各圧電素子の立ち上がり電圧が圧電素子の駆動電圧に早く到達するように、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしたことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るインクジェットヘッドの駆動回路の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
インクジェットヘッドの駆動回路30は、図1に示すように、並列に接続された複数の圧電素子A1、A2、・・・AN-1、ANと各圧電素子A1〜ANに直列に接続されたトランジスタ(スイッチング素子)B1、B2、・・・BN-1、BNとを有する圧電素子駆動回路31と、圧電素子駆動回路31に給電する給電回路32とから構成されている。
【0010】
各圧電素子A1〜ANの一端はトランジスタB1〜BNのコレクタ端子と接続している。また、トランジスタB1〜BNのエミッタ端子は接地され、ベース端子は図示しない印字信号発生回路に接続している。各トランジスタB1〜BNは、印字信号発生回路が出力する印字信号1#〜N#がベース端子に入力することによりオンするようになっている。
【0011】
給電回路32は、図2に示すように、パルス信号発生回路40から出力されたパルス信号Dのノイズを除去するシュミット回路41,42と、シュミット回路41,42から出力されるパルス信号Dによって導通するトランジスタ43と、トランジスタ43が導通している間導通して、直流電源47の電圧V2を抵抗52を介して出力端子49に印加させるトランジスタ44と、シュミット回路41,42から出力されるパルス信号Dによって導通するトランジスタ45と、トランジスタ45が非導通のときに導通して出力端子49を抵抗52,53を介して接地するトランジスタ46とを備えている。出力端子49にはツェナーダイオード51のカソードが接続され、接地された出力端子50にはツェナーダイオード51のアノードが接続されている。ここで、ツェナーダイオード51は、圧電素子A1〜ANの駆動電圧V1に等しいツェナー電圧を有する。また、直流電源47の電圧V2は、圧電素子A1〜ANの駆動電圧V1よりも大きく設定されている。
【0012】
次に、インクジェットヘッドの駆動回路30の作用について説明する。
【0013】
例えば、印字信号1#がトランジスタB1のベース端子に入力すると、トランジスタB1が導通する。他方、図4に示すように、パルス信号発生回路41からパルス信号Dが出力されるとトランジスタ43が導通してトランジスタ44が導通するので、給電回路32の直流電源47によって圧電素子A1のみが給電される。その後、パルス信号Dのオフによりトランジスタ44とともにトランジスタ45がオフしてトランジスタ46が導通するので圧電素子A1は放電し、その後、印字信号1#はオフになる。圧電素子A1への給電により従来と同様にして圧電素子A1に対応したノズル孔からインクが吐出される。同様にして、他の印字信号2#〜N#がトランジスタB1〜BNのベース端子に入力すると、各圧電素子A1〜ANに対応したノズル孔からインクが吐出して印字が行われる。
【0014】
ここで、各圧電素子A1〜ANに、給電回路32の直流電源47によって電圧VXで給電した場合、圧電素子の立ち上がり電圧Vは、V=VX×{1−exp(−t/nCR)}として表される。ただし、tは時間、Cは各圧電素子A1〜ANの静電容量、Rは抵抗52の抵抗値、nは圧電素子の駆動数である。
【0015】
図3に示すように、全ての圧電素子A1〜ANを駆動し(n=N)、直流電源47の電圧VXを各圧電素子A1〜ANの駆動電圧V1と等しくすると(VX=V1)、曲線(1)に示すように、圧電素子の電圧の立ち上がりは緩慢なものとなり、時間tNで圧電素子A1〜ANの立ち上がり電圧Vは駆動電圧V1に達する。これに対して、直流電源47の電圧VXを駆動電圧V1よりも高い電圧V2とすると(VX=V2)、この電圧V2が電圧V1よりも高いことにより、曲線(2)に示すように、曲線(1)よりも立ち上がりの緩慢さは少なく、tNよりも早い時間tN’に、圧電素子A1〜ANの立ち上がり電圧Vは駆動電圧V1に達する。
【0016】
また、圧電素子A1〜ANのうち1つを駆動し(n=1)、直流電源47の電圧VXを各圧電素子A1〜ANの駆動電圧V1と等しくすると(VX=V1)、圧電素子の電圧Vは、曲線(3)に示すように立ち上がり、時間t1で圧電素子の立ち上がり電圧Vは駆動電圧V1に達する。これに対して、直流電源47の電圧VXを電圧V2とすると(VX=V2)、この電圧V2が電圧V1よりも高いことにより、曲線(4)は、曲線(3)よりも急激に立ち上がり、t1よりも早い時間t1’に、圧電素子の立ち上がり電圧Vは駆動電圧V1に達する。
【0017】
図3から明らかなように、N個における圧電素子の立ち上がり電圧Vが駆動電圧V1に達するのに要する時間と、1個における圧電素子の立ち上がり電圧Vが駆動電圧V1に達するのに要する時間との差において、時間差(tN−t1)よりも時間差(tN’−t1’)のほうの時間は短くなる。すなわち、直流電源47の電圧VXを駆動電圧V1よりも高い電圧V2とすると、圧電素子の電圧Vが駆動電圧V1に達するまでのバラツキ時間を緩和する結果となる。
【0018】
また、ツェナー電圧V1のツェナーダイオード51が給電回路32の出力端子49,50間に接続されていることにより、直流電源47の電圧VXを圧電素子の駆動電圧V1よりも大きいV2としても各圧電素子A1〜ANには駆動電圧V1を越える電圧(曲線(1)及び(3)の点線の部分)が印加されず、駆動電圧V1に維持され、圧電素子に故障が生じない。
【0019】
実際に、図2に示す給電回路によって、駆動電圧V1が20Vである圧電素子を16個駆動し(n=16)、直流電源47の電圧VXを30Vとすると、図6に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Vが駆動電圧V1(V1=20V)に達するのに要する時間t16’は、2.58usecであった。また、圧電素子を1個駆動すると(n=1)、図7に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Vが駆動電圧V1(V1=20V)に達するのに要する時間t1’は、0.26usecであった。これらの結果から、t16’とt1’の差(t16’−t1’)をとると、2.32usecとなる。すなわち、立ち上がりのバラツキ時間は2.32usecで済むことになる。
【0020】
これに対して、図5に示すツェナーダイオードを接続しない給電回路によって、駆動電圧V1が20Vである圧電素子を16個駆動し(n=16)、直流電源47の電圧VXを20Vとすると、図8に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Vが駆動電圧V1(V1=20V)に達するのに要する時間t16は、7.64usecであった。また、圧電素子を1個駆動すると(n=1)、図9に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Vが駆動電圧V1(V1=20V)に達するのに要する時間t1は、0.99usecであった。すなわち、t16とt1の差(t16−t1)である立ち上がりのバラツキ時間は、6.65usecとなる。
【0021】
図10にこれらの結果を示している。このように、直流電源47の電圧VXを圧電素子の駆動電圧V1(V1=20V)よりも高く設定し(VX=30V)、圧電素子の駆動電圧V1(V1=20V)に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオード51を給電回路32の出力端子49,50に接続することにより、圧電素子の電圧Vの立ち上がりのバラツキ時間を抑えることができる。また、上記給電回路32は、給電回路32の出力端子49,50にツェナーダイオード51を接続し、直流電源47の電圧VXを圧電素子の駆動電圧V1よりも高くするだけであり、その構成はいたって簡単であり、またコストも低く抑えることができる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、並列に接続された複数の圧電素子と各圧電素子に直列に接続されたスイッチング素子とを有する圧電素子駆動回路と、前記圧電素子に給電する直流電源を有する給電回路とを備え、各スイッチング素子を導通させることにより各圧電素子に前記直流電源の電圧を印加させてインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動回路であって、
前記圧電素子の駆動電圧に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオードを前記給電回路の給電出力端子間に接続し、
前記直流電源の電圧を駆動電圧と等しくしたときに比較して、前記各圧電素子の立ち上がり電圧が圧電素子の駆動電圧に早く到達するように、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしたものであるから、駆動させる圧電素子の数に変動があっても電圧の立ち上がり方のバラツキが緩和され、印字品質の低下を抑えることができる。また、前記給電回路の給電出力端子間にツェナーダイオードを接続し、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしただけであり、その構成はいたって簡単であり、またコストも低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のインクジェットヘッドの駆動回路を示す回路図である。
【図2】図1中の給電回路の詳細な回路図である。
【図3】圧電素子に電圧を印加したときの圧電素子の電圧変化を表すグラフである。
【図4】パルス信号Dと、印字信号1#,2#と、トランジスタ13〜16、圧電素子A1、A2とのタイミングを説明する説明図である。
【図5】従来の給電回路を示す回路図である。
【図6】給電回路32によって駆動する圧電素子数を16にした場合の圧電素子の電圧Vを示すグラフである。
【図7】給電回路32によって駆動する圧電素子数を1にした場合の圧電素子の電圧Vを示すグラフである。
【図8】図5の従来の給電回路により、駆動する圧電素子数を16にした場合の圧電素子の電圧Vを示すグラフである。
【図9】図5の従来の給電回路により、駆動する圧電素子数を1にした場合の圧電素子の電圧Vを示すグラフである。
【図10】図6〜図9の結果を示す表である。
【図11】従来のインクジェットヘッド駆動回路を示す回路図である。
【図12】複数の圧電素子に電圧を印加したときの圧電素子の電圧の立ち上がりを示すグラフである。
【符号の説明】
A1〜AN 圧電素子
32 給電回路
47 直流電源
51 ツェナーダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive circuit for an inkjet head that drives a piezoelectric element of the inkjet head.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 11, a piezoelectric
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the
[0004]
Here, the capacitance of each of the
[0005]
According to this curve, how the voltage of the piezoelectric element rises varies according to the number n of piezoelectric elements to be driven, as shown in FIG. That is, as the number of nozzles ejecting ink increases, the voltage rises more slowly, and the ink ejection speed decreases. That is, the ink ejection speed varies depending on the number of nozzles. As a result, there is a problem that the ink ejection speed is not constant and the printing quality is deteriorated.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an ink jet head drive circuit capable of reducing variations in the rise of the voltage of piezoelectric elements even when the number of driven piezoelectric elements varies. Objective.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention according to
A Zener diode having a Zener voltage equal to the drive voltage of the piezoelectric element is connected between the power supply output terminals of the power supply circuit;
Compared with the case where the voltage of the DC power supply is equal to the driving voltage, the voltage of the DC power supply is made higher than the driving voltage of the piezoelectric element so that the rising voltage of each piezoelectric element reaches the driving voltage of the piezoelectric element earlier. Characterized by being enlarged.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an ink jet head drive circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
As shown in FIG. 1, the ink jet head drive circuit 30 includes a plurality of piezoelectric elements A 1 , A 2 ,... A N-1 , A N connected in parallel and the piezoelectric elements A 1 to A N. A piezoelectric
[0010]
One end of each piezoelectric element A 1 to A N is connected to the collector terminal of the transistors B 1 to B N. The emitter terminals of the transistors B 1 to B N are grounded, and the base terminal is connected to a print signal generating circuit (not shown). The transistors B 1 to B N are turned on when the print signals 1 # to N # output from the print signal generation circuit are input to the base terminal.
[0011]
As shown in FIG. 2, the
[0012]
Next, the operation of the inkjet head drive circuit 30 will be described.
[0013]
For example,
[0014]
Here, when each of the piezoelectric elements A 1 to A N is supplied with the voltage V X by the
[0015]
As shown in FIG. 3, all the piezoelectric elements A 1 to A N are driven (n = N), and the voltage V X of the
[0016]
One of the piezoelectric elements A 1 to A N is driven (n = 1), and the voltage V X of the
[0017]
As is apparent from FIG. 3, the time required for the rising voltage V of the N piezoelectric elements to reach the driving voltage V 1 and the time required for the rising voltage V of one piezoelectric element to reach the driving voltage V 1. in the difference between the time difference (t N -t 1) time difference than (t N '-t 1') times more of the shorter. That is, when a high voltage V 2 than the voltage V X of the driving voltage V 1 of the
[0018]
In addition, since the Zener diode 51 having the Zener voltage V 1 is connected between the
[0019]
Actually, 16 piezoelectric elements having a drive voltage V 1 of 20 V are driven by the power supply circuit shown in FIG. 2 (n = 16), and the voltage V X of the
[0020]
On the other hand, when 16 piezoelectric elements having a driving voltage V 1 of 20V are driven by a power supply circuit not connected to the Zener diode shown in FIG. 5 (n = 16) and the voltage V X of the
[0021]
FIG. 10 shows these results. Thus, the voltage V X of the
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a piezoelectric element driving circuit having a plurality of piezoelectric elements connected in parallel and a switching element connected in series to each piezoelectric element, and feeding power to the piezoelectric element A drive circuit for an inkjet head that discharges ink by applying a voltage of the DC power supply to each piezoelectric element by causing each switching element to conduct,
A Zener diode having a Zener voltage equal to the drive voltage of the piezoelectric element is connected between the power supply output terminals of the power supply circuit;
Compared with the case where the voltage of the DC power supply is equal to the driving voltage, the voltage of the DC power supply is made higher than the driving voltage of the piezoelectric element so that the rising voltage of each piezoelectric element reaches the driving voltage of the piezoelectric element earlier. Since the size is increased, variations in the voltage rise are alleviated even when the number of driven piezoelectric elements varies, and a decrease in print quality can be suppressed. In addition, a Zener diode is connected between the power supply output terminals of the power supply circuit, and the voltage of the DC power supply is simply made larger than the drive voltage of the piezoelectric element. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a drive circuit of an inkjet head according to the present invention.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the power feeding circuit in FIG.
FIG. 3 is a graph showing a voltage change of a piezoelectric element when a voltage is applied to the piezoelectric element.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating timings of a pulse signal D,
FIG. 5 is a circuit diagram showing a conventional power feeding circuit.
6 is a graph showing the voltage V of the piezoelectric element when the number of piezoelectric elements driven by the
7 is a graph showing the voltage V of the piezoelectric element when the number of piezoelectric elements driven by the
8 is a graph showing a voltage V of piezoelectric elements when the number of driven piezoelectric elements is 16 by the conventional power feeding circuit of FIG.
9 is a graph showing a voltage V of a piezoelectric element when the number of driven piezoelectric elements is 1 by the conventional power feeding circuit of FIG.
FIG. 10 is a table showing the results of FIGS.
FIG. 11 is a circuit diagram showing a conventional inkjet head drive circuit.
FIG. 12 is a graph showing a rise in voltage of a piezoelectric element when a voltage is applied to a plurality of piezoelectric elements.
[Explanation of symbols]
A 1 to A N Piezoelectric element 32
Claims (1)
前記圧電素子の駆動電圧に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオードを前記給電回路の給電出力端子間に接続し、
前記直流電源の電圧を駆動電圧と等しくしたときに比較して、前記各圧電素子の立ち上がり電圧が圧電素子の駆動電圧に早く到達するように、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動回路。A piezoelectric element drive circuit having a plurality of piezoelectric elements connected in parallel and a switching element connected in series to each piezoelectric element; and a power supply circuit having a DC power source for supplying power to the piezoelectric element, A drive circuit for an ink-jet head that discharges ink by applying a voltage of the DC power source to each piezoelectric element by being conducted;
A Zener diode having a Zener voltage equal to the drive voltage of the piezoelectric element is connected between the power supply output terminals of the power supply circuit;
Compared with the case where the voltage of the DC power supply is equal to the driving voltage, the voltage of the DC power supply is made higher than the driving voltage of the piezoelectric element so that the rising voltage of each piezoelectric element reaches the driving voltage of the piezoelectric element earlier. A drive circuit for an inkjet head, characterized in that it is enlarged.
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