JP3717101B2 - Inkjet recording head drive apparatus and drive method - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプリンタ、ファクシミリ、複写機、プロッタ等に用いられるインクジェット記録ヘッドの駆動装置及び駆動方法に関し、特に吐出インク滴量を制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、インクジェット方式の記録装置が知られている。この記録装置に使用されるインクジェット記録ヘッドは、副走査方向(用紙の進行方向)に複数のノズルを備えており、キャリッジ機構によって主走査方向(用紙の進行方向に直交する方向)に移動される。そして、印刷データを展開することにより得られたドットパターンデータに応じてインクジェット記録ヘッドの各ノズルからインク滴がそれぞれ所定のタイミングで吐出される。これにより、各ノズルからのインク滴が記録紙に付着し、印刷が行われる。このようにインクジェット方式の記録装置では、インク滴を吐出するかしないかによって、つまりドットのオン/オフを制御することによって印刷が行われるため、このままでは灰色等の中間階調を表現できない。
【0003】
そこで、中間階調を表現するために、1つの画素を複数のドットで表現する方法が採用されている。例えば4×4のドットマトリクスで1つの画素を表現すれば、16階調(全白を含めると17階調)で濃淡を表すことができる。1画素あたりのドット数を増やせば、更に細かい階調表現を行うことができる。しかし、ドットの径を変えずに階調を上げると実質的な解像度は低下する。また、記録紙上に形成される記録ドット径が大きいと、低濃度領域の粒状性が目立ち印刷品質が低下する。
【0004】
これらの問題は、インク滴の重量を少なくして記録ドット径を小さくすることにより解決できる。しかし、記録ドット径を小さくすれば印刷速度が低下する。この印刷速度の低下を防止するためには、インク滴を吐出する間隔を短くするか、ノズル数を増やせばよいが、いずれも容易ではない。
【0005】
このような問題を解消するために、例えば特開平9−11457号公報に、1つのノズルから吐出するインク滴の量を制御することにより記録ドットの大きさを変え、以て階調表現を可能にする「インクジェット記録ヘッドの駆動装置」が開示されている。この駆動装置では、複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧電体に駆動信号が供給される。圧電体は、供給された駆動信号に応じて伸縮し、これにより複数のノズルのそれぞれに対応して設けられた圧力室(インクが収容されている)の圧力変化が引き起こされる。その結果、圧力変化に応じた量のインク滴が各ノズルから吐出される。
【0006】
この駆動装置で使用される駆動信号は、互いに異なる形状を有する複数の波形信号を同時に発生させておき、印刷データに応じて複数の波形信号の中から1つの波形信号を選択することにより生成される。これにより、波形信号に応じてノズルから吐出されるインク量が制御されるので、記録紙上に着滴する記録ドットの径を変えることができる。
【0007】
また、特開平10−81012号公報には、上述したインクジェット記録ヘッドの駆動装置と同様の原理で動作する「インクジェット式プリンタヘッドの駆動装置及び駆動方法」が開示されている。この駆動装置で使用される駆動信号は、1つの記録ドットを形成するために必要な印刷周期内に4個の駆動パルスを含んでいる。そして、各印刷周期において、4個の駆動パルスの中から印刷データに応じて1個又は2個以上の駆動パルスを順次圧力発生素子に供給する。
【0008】
これにより、圧力発生素子は駆動パルスに応じた圧力変化を引き起こすので、この圧力変化に応じた量のインク滴が吐出される。従って、1つの駆動パルスが圧力発生素子に供給されると印刷周期内で1つのインク滴が吐出され、複数の駆動パルスが圧力発生素子に順次供給されると該印刷周期内で複数のインク滴が吐出される。これにより、記録紙上に着滴するインク量が制御され、記録ドットの径を変えることができる。
【0009】
更に、特開平10−81014号公報には、上記特開平10−81012号公報に記載されたような4個の駆動パルスから構成される駆動信号ではなく、3個の駆動パルスから構成される駆動信号を用いて記録紙上に着滴するインク量を制御し、以て記録ドットの径を変更する「インクジェット式プリンタヘッドの駆動装置及び駆動方法」が開示されている。
【0010】
また、特開昭57−160654号公報には、複数の電圧パルスからなるパルス列から、適宜なパルスを選択的に用いて駆動し、ノズルから粒子速度及び粒子直径の異なる1個以上のインク粒子を噴射させると共に、それらのインク粒子を合体させ、合体した粒子で記録媒体上にドットを形成する「インクジェット記録装置における記録方法」が開示されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平9−11457号公報に開示されたインクジェット記録ヘッドの駆動装置を用いれば、ノズル数を増やすことなく印刷速度を上げることができる。しかしながら、複数の波形信号の中から1つの波形信号を選択するためのハードウェア(より具体的にはトランスファゲート)を複数の圧電体のそれぞれに対応させて設ける必要があるのでハードウェア量が膨大になる。例えば、インク滴量を3段階に可変する場合、ノズル数の3倍のトランスファーゲートが必要になる。その結果、駆動装置をコンパクトに構成できず、また、コストが高くなるという問題がある。
【0012】
また、特開平10−81012号公報及び特開平10−81014号公報に開示された技術を用いれば、ノズル数を増やすことなく印刷速度を上げることができ、しかも複数の波形信号の中から1つの波形信号を選択する必要がないので、波形信号を選択するためのハードウェアは不要である。しかし、印刷周期内の複数の駆動パルスの中から吐出すべきインク滴の量に応じた数の駆動パルスが順次圧力発生素子に供給されるため、どの駆動パルスが供給されるかによってインク滴の吐出タイミングが異なる。その結果、インク滴の着滴位置ずれが発生し印刷品質が劣化するという問題がある。例えば、第1パルスと第3パルスとの間の時間周期は、印刷周期の半分となっているため、第1パルスによるドットと第3パルスによるドットでは半ピッチずれることになる。ドットピッチを720ドット/インチ(=35μm)とすると、18μmずれることになる。
【0013】
また、上記のインクジェット記録ヘッドの駆動装置おいてはいずれの場合も、インク滴径を可変するために複数の駆動波形が必要であり、駆動装置が複雑で大きくなりまたコストが高くなるという問題点がある。
【0014】
本発明は、上述した種々の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、印刷速度を上げることができ、しかも印刷品質を向上させるようにノズルから吐出されるインク滴の量を制御できる小型・低コストのインクジェット記録ヘッドの駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動装置は、上記目的を達成するために、一つのインク滴を吐出させるための同一形状の基本波形を一印刷周期内に複数発生する基本波形発生手段と、前記基本波形を入力し、印刷データに応じたタイミングでオンオフするスイッチのオンオフにより、インクジェット記録ヘッドの駆動源である圧電素子に前記基本波形の一部を印加するかまたは全てを印加するかまたは印加しないかの動作を行い、前記インクジェット記録ヘッドから吐出するインク滴の量を変化させる駆動波形抽出手段とを有することを特徴とする。
【0016】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動装置は、上記目的を達成するために、駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形のそれぞれの最大電圧値は、時系列的に昇順であることを特徴としてもよい。
【0017】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動装置は、上記目的を達成するために、駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体に着滴する前に合体するように前記複数の波形の間の時間間隔を設定することを特徴としてもよい。
【0018】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動装置は、上記目的を達成するために、駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体上で合体するように前記複数の波形の間の時間間隔を設定することを特徴としてもよい。
【0019】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動装置は、上記目的を達成するために、基本波形の立ち上げ部の時間は、インクジェット記録ヘッドのインク流路の固有周期の0.7倍以下であることを特徴としてもよい。
【0020】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、上記目的を達成するために、一印刷周期内一つのインク滴を吐出させるための同一形状の基本波形を複数発生するステップと、前記基本波形を入力し、印刷データに応じたタイミングでオンオフするスイッチのオンオフにより、印刷データに応じてインクジェット記録ヘッドの駆動源である圧電素子に前記基本波形の波形の一部を印加するかまたは全てを印加するかまたは印加しないかの動作を行い、前記インクジェット記録ヘッドから吐出するインク滴の量を変化させるステップとを有することを特徴とする。
【0021】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、上記目的を達成するために、駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形のそれぞれの最大電圧値が時系列的に昇順となるように駆動することを特徴としてもよい。
【0022】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、上記目的を達成するために、駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体に着滴する前に合体するように駆動することを特徴としてもよい。
【0023】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、上記目的を達成するために、駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体上で合体するように駆動することを特徴としてもよい。
【0024】
本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、上記目的を達成するために、基本波形の立ち上げ部の時間を、インクジェット記録ヘッドのインク流路の固有周期の0.7倍以下となるように駆動することを特徴としてもよい。
【0025】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態に係る駆動装置が適用されるインクジェット記録ヘッドの機械的構造を部分的に示す断面図である。このインクジェット記録ヘッドは、インクを収容した圧力室を圧電素子で押圧することによってインク滴を吐出させる方式を採用している。
【0026】
このインクジェット記録ヘッドは、ノズルプレート10の上に圧力室プレート11を介して振動板12が設けられ、この振動板12の上に更に圧電素子13a、13b及び13cが設けられている。各圧電素子13a、13b及び13cとしては、圧電材料が内部電極を挟んで積層されて構成された積層タイプの圧電素子が使用されている。
【0027】
そして、図示するようにノズルプレート10、圧力室プレート11及び振動板12により複数の圧力室14a、14b及び14cが形成されている。ノズルプレート10には、各圧力室14a、14b及び14cに連通する、断面がR形状のノズル10a、10b、10cが形成されている。また、図示は省略してあるが、各圧力室14a、14b及び14cにはインクを供給するための供給口が設けられており、その供給口を通してインクが各圧力室14a、14b及び14cに充填される。
【0028】
このように構成されるインクジェット記録ヘッドでは、例えば圧電素子13bに電圧を印加すると、その圧電素子13bは図中下方向に伸長し圧力室14b中のインクを圧縮する。これにより、ノズル10bからインク滴15が吐出される。このインクジェット記録ヘッドを印刷用紙等の記録媒体に対して相対的に移動させながら、外部から供給される印刷データに基づいて所定のタイミングで所定の圧電素子を駆動することにより、文字や図形等が記録媒体上に記録される。
【0029】
このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、圧電素子に印加する駆動波形を変えて吐出インク滴の評価を行った。使用したインクジェット記録ヘッドは、圧力室内を伝搬する圧力波の固有周期(以下インク流路の固有周期と呼ぶ)が10μs、圧電素子による圧力室の体積変化が2.3fm3/V、ノズルは直径24μmで長さ70μmの断面R形状、供給口は直径27μmで長さ70μmの断面R形状を有する。また、粘度が3.3×10-3Pa・sのインクを用いた。圧電素子に印加する駆動波形は、図2に示すように、所定時間t1の間昇圧後、所定時間t2の間その電圧を保持する部分を有する波形を使用した。昇圧部の傾きは4V/μsとし、直線的にインクを加圧した。
【0030】
昇圧時間t1を変えて吐出インク滴の滴量及び滴速を測定した結果を、図3に示す。滴量は昇圧時間t1の増加に伴い増えていくが、滴速は昇圧時間t1がインク流路の固有周期の0.7倍に当たる7μs位までは大きくなるが、それ以上になるとほぼ一定になることが分かった。言い換えると、昇圧時間t1がインク流路の固有周期の0.7倍以下の範囲では、昇圧時間t1を大きくすることにより滴速及び滴量を増加させることができる。本発明においてはこの特徴を利用して印刷ドット径を可変する。
【0031】
まず、基本波形として図4に示すように、4V/μsの傾きで2.8μsの間昇圧し、その後7.2μsの間電圧を保持し、そして10μsで元の電圧に戻る台形波形を用いる。この波形を前述のインクジェット記録ヘッドの圧電素子に印加すると、滴速が7m/sで、滴量が17fm3のインク滴を吐出する。
【0032】
次に、図4の波形を同図の破線部で切り取った波形を図5に示す。この図5の波形は、4V/μsの傾きで1.4μsの間昇圧し、その後13.6μsの間電圧を保持し、そして5μsで元の電圧に戻る台形波形であり、昇圧部の傾きは図4と同じである。この波形を前述のインクジェット記録ヘッドの圧電素子に印加すると、滴速が4m/sで、滴量が8.5fm3のインク滴を吐出する。
【0033】
また、図6に示すように、図5の波形と図4の波形を時間差86μsおいて前述のインクジェット記録ヘッドの圧電素子に印加すると、最初に滴速が4m/sで滴量が8.5fm3のインク滴を吐出し、続いて滴速が7m/sで滴量が17fm3のインク滴を吐出する。そして、最初の波形を印加開始してから200μs後に、両者は合体し25.5のfm3のインク滴が形成され、前述のインクジェット記録ヘッドのノズルの前方1mmの所に位置する印刷用紙に33μs後に着滴する。
【0034】
このように、図4〜6の波形により、小滴、中滴及び大滴の3種類の滴量を有するインク滴を印刷用紙に着滴させることができる。また、波形を印加開始してから、小滴は250μs後、大滴は233μs後に前述のインクジェット記録ヘッドのノズルの前方1mmの所に位置する印刷用紙に着滴する。中滴は小滴波形の印加開始タイミングから86μs後に波形を印加することにより、229μs後に前述のインクジェット記録ヘッドのノズルの前方1mmの所に位置する印刷用紙に着滴する。そのため、小滴、中滴、大滴の着滴位置ずれは、インクジェット記録ヘッドの主走査方向の移動速度を例えば0.508m/sとした場合、小滴と中滴の間で11μmと、ほとんど無視できるレベルである。
【0035】
図7は本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置20の構成を概略的に示すブロック図である。この駆動装置20は、基本波形発生回路21と駆動波形抽出回路22とから構成されている。基本波形発生回路21は、同一形状の基本波形を一印刷周期内に複数発生する。この基本波形発生回路21で発生された基本波形は駆動波形抽出回路22に供給される。駆動波形抽出回路22は、基本波形発生回路21からの基本波形の一部又は全部を、印刷データに応じて取り出すことにより駆動信号を生成する。この駆動波形抽出回路22で生成された駆動信号は、圧電素子群13に印加される。これにより、圧電素子群13に含まれる各圧電素子が駆動される。
【0036】
次に、基本波形発生回路21の詳細な構成を、図8に示した回路図を参照しながら説明する。この基本波形発生回路21は、充電用定電流回路210、放電用定電流回路212、トランジスタTr1、抵抗R1、R2、R5、コンデンサC並びに電流増幅回路214から構成されている。この基本波形発生回路21には、図示しないタイミング発生回路からタイミング信号T1、T3が供給される。
【0037】
充電用定電流回路210は、トランジスタQ1及びQ2並びに抵抗R10から構成されている。この充電用定電流回路210の制御端子Tcには抵抗R2を介してトランジスタTr1のコレクタが接続されている。このトランジスタTr1のエミッタは接地され、ベースには抵抗R1を介してタイミング信号T1が入力される。また、この充電用定電流回路210の出力端子ToはコンデンサCの第1端子に接続されている。このコンデンサCの第2端子は接地されている。この充電用定電流回路210は、タイミング信号T1が高レベル(以下、「Hレベル」という)になることによりアクティブにされ、所定の大きさの電流を出力する。
【0038】
放電用定電流回路212は、トランジスタQ3及びQ4並びに抵抗R20から構成されている。この放電用定電流回路212の制御端子Tcには抵抗R5を介してタイミング信号T3が入力される。また、この放電用定電流回路212の入力端子TiはコンデンサCの第1端子に接続されている。この放電用定電流回路212は、タイミング信号T3がHレベルになることによりアクティブにされ、入力端子Tiから電流を入力する。
【0039】
コンデンサCの第1端子は、上述したように充電用定電流回路210の出力端子To並びに放電用定電流回路212の入力端子Tiに接続されている他に、更に電流増幅回路214の入力端子に接続されている。このコンデンサCに蓄積される電荷は、充電用定電流回路210がアクティブにされることによりこれからの電流が流入して充電される。一方、放電用定電流回路212がアクティブにされることによりこれへ電流が流出して放電される。
【0040】
電流増幅回路214は、トランジスタQ7及びQ8から構成されており、コンデンサCの第1端子に流れる電流を増幅する。この電流増幅回路214により増幅された信号が、基本波形として駆動波形抽出回路22に供給される。
【0041】
次に、この基本波形発生回路21の動作を、図9に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。図示しないタイミング発生回路は、図9(A)に示すように、基本波形の立ち上げ部に対応する時間t1だけHレベルになるタイミング信号T1を発生する。また、図9(B)に示すように、タイミング信号T1の立ち下がりの変化から保持部に対応する時間t2後に立ち上がり、立ち下げ部に対応する時間t3だけHレベルになるタイミング信号T3を発生する。
【0042】
充電用定電流回路210は、タイミング信号T1がHレベルにされることによりアクティブにされ、電源+Vからの電流が抵抗R10及びトランジスタQ2を介して出力端子Toから出力される。これにより、コンデンサCは、充電用定電流回路210内の抵抗R10とコンデンサCとで形成されるCR回路の時定数に応じた速度で充電される。この充電により、図9(C)に示すように、上記時定数に応じた傾きを有する立ち上げ部が形成される。なお、CR時定数をt1に比べて十分大きくとれば電圧の傾きはほぼ一定とすることができる。
【0043】
次いで、タイミング信号T1が立ち下がって低レベル(以下、「Lレベル」という)になると、充電用定電流回路210からの電流の出力は停止され、コンデンサCに蓄えられた電荷はそのまま保持される。この状態は、次にタイミング信号T3がHレベルになるまで維持される。これにより、時間t2だけ立ち上げ部の終端部のレベルを維持する保持部が形成される。
【0044】
次いで、タイミング信号T3が、図9(B)に示すように、Hレベルになると、放電用定電流回路212がアクティブにされ、コンデンサCに保持されている電荷が、トランジスタQ4及び抵抗R20を介してグランドに流れる。これにより、コンデンサCは、放電用定電流回路212内の抵抗R20とコンデンサCとで形成されるCR回路の時定数に応じた速度で放電される。この放電により、図9(C)に示すように、上記時定数に応じた傾きを有する立ち下げ部が形成される。この場合、図9(C)に示すように、時間t1の間でコンデンサCに蓄積された電荷を、時間t3で全て放電するように、換言すれば、時間t3で基本波形の先頭のレベルになるように上記時定数、つまり抵抗R20の値が決定される。
【0045】
以上のようなコンデンサCの充放電によりコンデンサCの第1端子に流れる電流は、電流増幅回路214で増幅されて、基本波形として駆動波形抽出回路22に供給される。
【0046】
次に、駆動波形抽出回路22の詳細な構成を、図10に示したブロック図を参照しながら説明する。なお、駆動波形抽出回路22は一般に数百個の圧電素子を駆動するための駆動信号を生成するが、ここでは説明を簡単にするために、4個の圧電素子13a、13b、13c及び13dを駆動するための駆動信号を生成するものとする。
【0047】
駆動波形抽出回路22は、システム制御回路23、シフト回路24a、24b、24c及び24d、ラッチ回路25a、25b、25c及び25d、レベル変換回路26a、26b、26c及び26d、並びにスイッチ回路27a、27b、27c及び27dから構成されている。
【0048】
システム制御回路23は、この駆動装置20の全体を制御する。即ち、このシステム制御回路23はクロック信号を生成してシフト回路24a〜24dに供給する。また、ラッチ信号を生成してラッチ回路25a〜25dに供給する。また、外部からのデータをシリアル印刷データとしてシフト回路24aに順次供給する。更に、駆動波形の発生開始を指示する開始信号を生成して基本波形発生回路21に供給する。また、シフト回路24a、24b、24c及び24dの内容をクリアするリセット信号を発生する。
【0049】
各シフト回路24a〜24dは、例えば1ビットのDタイプフリップフロップで構成されている。シフト回路24aは、システム制御回路23から供給される印刷データをクロック信号に同期して記憶し、シフト回路24b、24c及び24dは、それぞれ前段のシフト回路24a、24b及び24cからの印刷データクロック信号に同期して記憶する。これにより、シフト回路24a〜24dは、クロック信号に同期してシステム制御回路23からの印刷データを順次シフトする4ビットのシフトレジスタを形成する。各シフト回路24a〜24dに記憶された印刷データは、それぞれラッチ回路25a〜25dに供給される。
【0050】
各ラッチ回路25a〜25dは、各シフト回路24a〜24dからの印刷データを、システム制御回路23からのラッチ信号に同期してラッチする。各ラッチ回路25a〜25dにラッチされた印刷データは、それぞれレベル変換回路26a〜26dに供給される。
【0051】
各レベル変換回路26a〜26dは、例えば増幅器で構成され、各ラッチ回路25a〜25dからの信号のレベルを変換してそれぞれスイッチ回路27a〜27dに供給する。これにより、各スイッチ回路27a〜27dを制御するのに十分なレベルのゲート制御信号が、各スイッチ回路27a〜27dに供給される。
【0052】
各スイッチ回路27a〜27dは、ゲート制御信号に応じてオン/オフするゲート回路で構成される。各スイッチ回路27a〜27dの入力端子には基本波形発生回路21からの基本波形が入力され、ゲート制御端子には各レベル変換回路26a〜26dからの制御信号が入力される。各スイッチ回路27a〜27dの出力端子は、各圧電素子13a〜13dの一方の端子に接続されている。そして、各スイッチ回路27a〜27dからの信号が駆動信号として各圧電素子13a〜13dに供給される。各圧電素子13a〜13dの他方の端子は接地されている。
【0053】
次に、上記のように構成される駆動波形抽出回路22の動作を、図11〜図13に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【0054】
先ず、小滴吐出時の場合を、図11に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。この小滴吐出時の場合は、システム制御回路23から、印刷データとして2回連続して有意データ(この実施の形態では「1」とする)を出力することにより発生する。(吐出するノズルに対応するデータを1とし、吐出させないノズルに対応するデータは0とし、全ノズル同時に駆動する場合はすべて1となる。)
即ち、システム制御回路23が、図11(E)に示すように、区間TM0で印刷データとして「1111B」(末桁の「B」は2進数であることを表す。以下同じ)を順次出力すると、シフト回路24a〜24dは、図11(C)に示すように、この印刷データをクロック信号に同期して順次シフトしながら取り込む。そして、全てのシフト回路24a〜24dに「1」が記憶された状態でシフト動作が停止する。
【0055】
次いで、システム制御回路23は、図11(B)に示すように、区間TM1の先頭でラッチ信号をアクティブ(Hレベル)にする。これにより、シフト回路24a〜24dに記憶されている印刷データ「1」が、ラッチ回路25a〜25dにラッチされる。このラッチ回路25a〜25dにラッチされたデータ「1」は、レベル変換回路26a〜26dで信号レベルが変換され、スイッチ回路27a〜27dに供給される。
【0056】
その結果、各スイッチ回路27a〜27dはオンになり、図11(G)の区間TM1に示すような基本波形と同一の傾きを有する駆動信号が各圧電素子13a〜13dに供給される。
【0057】
区間TM1では、上述した駆動信号の出力と並行して、システム制御回路23は、図11(D)に示すように、リセット信号をアクティブ(Hレベル)にすることにより、シフト回路24a、24b、24c及び24dの内容がクリアされる。
【0058】
次いで、システム制御回路23は、図11(B)に示すように、区間TM2の先頭、つまり基本波形の立ち上げ途中でラッチ信号をアクティブにする。これにより、各スイッチ回路27a〜27dはオフになり、図11(G)の区間TM2に示すように、一定電圧が保持される。
【0059】
区間TM2では、上述した駆動信号の出力と並行して、システム制御回路23は、図11(E)に示すように、次の印刷データとして「1111B」を順次出力する。この印刷データは、上記と同様にして、シフト回路24a〜24dに取り込まれ、全てのシフト回路24a〜24dに「1」が記憶された状態でシフト動作が停止する。
【0060】
次いで、システム制御回路23は、図11(B)に示すように、区間TM3の先頭でラッチ信号をアクティブにする。これにより、上記区間TM1の場合と同様に、各スイッチ回路27a〜27dはオンになり、図11(G)の区間TM3に示すように、基本波形と同一の立ち下り形状を有する駆動信号が各圧電素子13a〜13dに供給される。これにより、各ノズル10a〜10dからインク滴が吐出される。
【0061】
次に、中滴吐出時の場合を、図12に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。この中滴吐出時の場合は、システム制御回路23が、印刷データとして1回有意データ「1」を出力することにより発生する。
【0062】
図12の(A)、(B)、(C)、(D)は図11の(A)、(B)、(C)、(D)と同じである。 システム制御回路23が、図12(E)に示すように、区間TM4で印刷データとして「1111B」を順次出力すると、シフト回路24a〜24dは、図12(C)に示すように、この印刷データをクロック信号に同期して順次シフトしながら取り込む。そして、全てのシフト回路24a〜24dに「1」が記憶された状態でシフト動作が停止する。
【0063】
次いで、システム制御回路23は、図12(B)に示すように、区間TM5の先頭でラッチ信号をアクティブ(Hレベル)にする。これにより、シフト回路24a〜24dに記憶されている印刷データ「1」が、ラッチ回路25a〜25dにラッチされる。このラッチ回路25a〜25dにラッチされたデータ「1」は、レベル変換回路26a〜26dで信号レベルが変換され、スイッチ回路27a〜27dに供給される。
【0064】
その結果、各スイッチ回路27a〜27dはオンになり、図12(G)の区間TM5に示すような基本波形と同一の形状を有する駆動信号が各圧電素子13a〜13dに供給される。これにより、各ノズル10a〜10dからインク滴が吐出される。
【0065】
次に、大滴吐出時の場合を、図13に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。この大滴吐出時の場合は、システム制御回路23から、印刷データとして3回連続して有意データを出力することにより発生する。
【0066】
即ち、システム制御回路23が、図13(E)に示すように、区間TM0で印刷データとして「1111B」を順次出力すると、シフト回路24a〜24dは、図13(C)に示すように、この印刷データをクロック信号に同期して順次シフトしながら取り込む。そして、全てのシフト回路24a〜24dに「1」が記憶された状態でシフト動作が停止する。
【0067】
次いで、システム制御回路23は、図13(B)に示すように、区間TM1の先頭でラッチ信号をアクティブ(Hレベル)にする。これにより、シフト回路24a〜24dに記憶されている印刷データ「1」が、ラッチ回路25a〜25dにラッチされる。このラッチ回路25a〜25dにラッチされたデータ「1」は、レベル変換回路26a〜26dで信号レベルが変換され、スイッチ回路27a〜27dに供給される。
【0068】
その結果、各スイッチ回路27a〜27dはオンになり、図13(G)の区間TM1に示すような基本波形と同一の傾きを有する駆動信号が各圧電素子13a〜13dに供給される。
【0069】
区間TM1では、上述した駆動信号の出力と並行して、システム制御回路23は、図13(D)に示すように、リセット信号をアクティブ(Hレベル)にすることにより、シフト回路24a、24b、24c及び24dの内容がクリアされる。
【0070】
次いで、システム制御回路23は、図13(B)に示すように、区間TM2の先頭、つまり基本波形の立ち上げ途中でラッチ信号をアクティブにする。これにより、各スイッチ回路27a〜27dはオフになり、図13(G)の区間TM2に示すように、一定電圧が保持される。
【0071】
区間TM2では、上述した駆動信号の出力と並行して、システム制御回路23は、図13(E)に示すように、次の印刷データとして「1111B」を順次出力する。この印刷データは、上記と同様にして、シフト回路24a〜24dに取り込まれ、全てのシフト回路24a〜24dに「1」が記憶された状態でシフト動作が停止する。
【0072】
次いで、システム制御回路23は、図13(B)に示すように、区間TM3の先頭でラッチ信号をアクティブにする。これにより、上記区間TM1の場合と同様に、各スイッチ回路27a〜27dはオンになり、図13(G)の区間TM3に示すように、基本波形と同一の立ち下り形状を有する駆動信号が各圧電素子13a〜13dに供給される。これにより、各ノズル10a〜10dからまず小インク滴が吐出される。
【0073】
続いて、システム制御回路23が、図13(E)に示すように、区間TM4で印刷データとして「1111B」を順次出力すると、シフト回路24a〜24dは、図13(C)に示すように、この印刷データをクロック信号に同期して順次シフトしながら取り込む。そして、全てのシフト回路24a〜24dに「1」が記憶された状態でシフト動作が停止する。
【0074】
次いで、システム制御回路23は、図13(B)に示すように、区間TM5の先頭でラッチ信号をアクティブ(Hレベル)にする。これにより、シフト回路24a〜24dに記憶されている印刷データ「1」が、ラッチ回路25a〜25dにラッチされる。このラッチ回路25a〜25dにラッチされたデータ「1」は、レベル変換回路26a〜26dで信号レベルが変換され、スイッチ回路27a〜27dに供給される。
【0075】
その結果、各スイッチ回路27a〜27dはオンになり、図13(G)の区間TM5に示すような基本波形と同一の形状を有する駆動信号が各圧電素子13a〜13dに供給される。これにより、各ノズル10a〜10dから中インク滴が吐出される。そして、先に吐出した小滴と合体して大滴を形成する。
【0076】
このように、本実施の形態によれば、スイッチ回路の数は圧電素子と同数でよく、駆動装置を従来より大幅に小型化でき、しかも低コスト化が図れる。また、このように印刷の一周期内に、小滴波形と中滴波形とをそれぞれ単独または同時に発生させることにより、小滴(小ドット)、中滴(中ドット)、大滴(大ドット)を得ることができる。さらに、駆動波形発生手段の発生する波形を波形抽出手段に入力し、波形抽出手段により必要な部分を取り出し圧電素子に印加することにより、単一の基本波形から小滴、中滴、大滴の3種類もの滴を吐出でき、駆動回路が低コストになる。
【0077】
なお、前述の実施の形態では、小滴と中滴が記録媒体に到達する前に飛翔中に合体して大滴を形成する例について述べたが、小滴波形と中滴波形の時間差を107μsにすれば、インクジェット記録ヘッドのノズルの前方1mmの所に位置する印刷用紙上で小滴と中滴は合体し大滴を形成することができる。
【0078】
また、前述の実施の形態では、一印刷周期内に2つの基本波形を発生する例について述べたが、3つ以上の基本波形を発生することにより、滴径の可変範囲をさらに広げることも可能である。
【0079】
また、駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形のそれぞれの最大電圧値は、時系列的に昇順である(前述の実施形態の場合、一番目が5.6Vで二番目が11.2V)になっているため、インク滴の着滴位置ずれは小さく好ましい。
【0080】
また、前述の実施の形態では、基本波形として台形波を用いた例を示したが、図14に示すように、最初に少し引きを入れてから(立ち下げてから)立ち上げる波形を用いても本発明の効果は同様に発揮される。
【0081】
以上説明した実施の形態では、インクジェット記録ヘッドとして、図1に示すような積層タイプの圧電素子を使用したが、本発明は積層タイプの圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッドに限定されず、例えば図15に示すような単板タイプの圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッドにも適用できる。
【0082】
単板タイプの圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッドの一例を図15に示す。このインクジェット記録ヘッドは、ノズル101を形成するためのノズルプレート201、インクプールを形成するためのインクプールプレート202、インク供給口103を形成するためのインク供給口プレート203、圧力室104を形成するための圧力室プレート204、振動板205及び圧電素子206を積層接合することにより構成されている。
【0083】
振動板205上には、圧電素子206を位置決めするためのガイド部107が圧力室104と接する範囲以外の部分に形成されており、このガイド部107により位置決めされた圧電素子206が振動板205上に接合されている。なお、このインクジェット記録ヘッドには、圧電素子206に電気信号を供給するための電気信号線、インクをインク吸入口を介してインクプール102に充填するためのインク流路が設けられているが、図15では省略されている。
【0084】
次に、上記のように構成されるインクジェット記録ヘッドの、圧電素子206及び振動板205のユニモルフ効果による動作を、図16を参照しながら説明する。図16は、図15のA−A断面図である。各圧力室104に対応して圧電素子206が振動板205上に設けられており、この圧電素子206には、振動板205に接合される面側に下電極208aが、その反対面側に上電極208bがそれぞれ形成されている。ここで、圧電素子206の分極は上電極208b側から下電極208a側(逆方向でも可)の方向になされている。下電極208aは振動板205と電気的に接続されており、各圧電素子206で振動板205が共通の電極部となり駆動源207の一方に接続されている。
【0085】
また、上電極208bは各圧電素子毎に電気的な接続をオン/オフするスイッチ回路209を介して駆動源207の他方に接続されている。図示しない制御部から印字命令が入力されるとスイッチ回路209がオンになり圧電素子206に駆動源207からの電圧が印加される。これにより、圧電素子206は、圧電効果によって図16中「e」の方向に収縮しようとする。しかし、圧電素子206の振動板205に接合された面側は振動板205の負荷により歪み量が反対側の面の歪み量に比べて小さくなる。この歪み量の非対称性により、圧電素子206と振動板205の接合部は図16中の「f」の方向へ変形する。これにより、圧力室104内の体積が収縮されて加圧される。
【0086】
以上のように構成されるインクジェット記録ヘッドの駆動源207として、上述した駆動装置20からの駆動信号を供給することにより、上述したと同様の動作が行われ、ノズル101からのインクの吐出が制御される。
【0087】
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。この実施の形態に係る駆動装置は、インクを収容した圧力室を膨張させてから収縮させるという、所謂引き打ちタイプのインクジェット記録ヘッドを駆動する。このインクジェット記録ヘッドとしては、例えば特開平10−81012号公報に記載されたプリントヘッドを用いることができる。
【0088】
このインクジェット記録ヘッドの機械的構造を図17に示す。基板ユニット300は、ノズル穴301が形成されたノズルプレート302とアイランド部303が形成された振動板304とによって流路形成板305を挟持することにより構成されている。流路形成板305には、インク室306、インク供給口307及び圧力発生室308が形成されている。
【0089】
基台309には収容室310が形成されており、収容室310内には圧電振動子311が取り付けられている。圧電振動子311は、その先端が振動板304のアイランド部303に当接するように、固定基板312を介して固定されている。ここで、圧電振動子311には、例えば横効果を利用した圧電素子が用いられ、充電されると収縮し、放電すると伸長するようになっている。圧電振動子311への充放電はリード線313を介して行われる。
【0090】
圧電振動子311を充電すると、圧電振動子311が収縮して圧力発生室308が膨張し、圧力発生室308内の圧力が低下してインク室306から圧力発生室308内にインクが流入する。圧電振動子311を放電させると、圧電振動子311が伸長して圧力発生室308が縮小し、圧力発生室308内の圧力が上昇して圧力発生室308内のインクがノズル穴301を介して外部に吐出される。
【0091】
このようなタイプのインクジェット記録ヘッドにおいては、圧電素子に印加する電圧を立ち下げることにより圧力室を加圧する構成のため、図18(A)に示すような波形を印加することによりインク滴(中滴)を吐出することができる。また、図18(A)の破線部で切り取った形の図18(B)に示す波形を印加すると、図18(A)の波形を印加した場合よりも小さいインク滴(小滴)を吐出することができる。また、図18(C)に示すように、図18(B)の波形を印加しその一定時間後に図18(A)の波形を印加すると、最初小滴を吐出後、中滴を吐出し、インク滴が飛翔中にまたは記録媒体上で両者を合体させることができ大きな滴を形成できる(大滴)。
【0092】
すなわちこのようなタイプのインクジェット記録ヘッドにおいても、基本的には圧力室内のインクを加圧することによりインク滴を吐出する構成であり、圧力室を加圧するのに圧電素子に印加する電圧を立ち下げるだけのことであるため、図1の実施形態と基本的には何ら変わるところはない。
【0093】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、印刷速度を上げることができ、しかも印刷品質を向上させるようにノズルから吐出されるインク滴の量を制御できる小型・低コストのインクジェット記録ヘッドの駆動装置及び駆動方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る駆動装置が適用されるインクジェット記録ヘッドの機械的構成を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置で使用される基本波形の例を示す波形図である。
【図3】インクジェット記録ヘッドにおいて、駆動電圧の立ち上がり部の傾きを一定とした場合の特性を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置で使用される、圧電素子を駆動するための駆動波形の一例を示す波形図(滴吐出時)である。
【図5】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置で使用される、圧電素子を駆動するための駆動波形の一例を示す波形図(滴吐出時)である。
【図6】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置で使用される、圧電素子を駆動するための駆動波形の一例を示す波形図(大滴吐出時)である。
【図7】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図8】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置の基本波形発生回路の構成を示す回路図である。
【図9】図8に示す回路図の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図10】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置の駆動波形抽出回路の構成を示すブロック図である。
【図11】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置で所定の基本波形を用いて小滴を吐出する際の動作を説明するタイミングチャートである。
【図12】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置で所定の基本波形を用いて中滴を吐出する際の動作を説明するタイミングチャートである。
【図13】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの駆動装置で所定の基本波形を用いて大滴を吐出する際の動作を説明するタイミングチャートである。
【図14】基本波形の一例を示す波形図である。
【図15】本発明の実施の形態に係る駆動装置が適用される他のインクジェット記録ヘッドの機械的構成を示す図である。
【図16】図15に示したインクジェット記録ヘッドの動作を説明するための図である。
【図17】本発明の実施の形態に係る駆動装置が適用される別のインクジェット記録ヘッドの機械的構成を示す図である。
【図18】図17に示したインクジェット記録ヘッドの駆動装置で使用される駆動波形の例を示す波形図である。
【符号の説明】
10 ノズルプレート
10a、10b、10c、101 ノズル
11、204 圧力室プレート
12、205、304 振動板
13 圧電素子群
13a〜13d、206 圧電素子
14a〜14c、104 圧力室
15 インク滴
20 駆動装置
207 駆動源
21 基本波形発生回路
210 充電用定電流回路
212 放電用定電流回路
214 電流増幅回路
22 駆動波形抽出回路
23 システム制御回路
24a〜24d シフト回路
25a〜25d ラッチ回路
26a〜26d レベル変換回路
27a〜27d、209 スイッチ回路
301 ノズル穴
308 圧力発生室
311 圧電振動子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a driving apparatus and driving method for an ink jet recording head used in, for example, a printer, a facsimile machine, a copying machine, a plotter, and the like, and more particularly to a technique for controlling the amount of ejected ink drops.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ink jet recording apparatus is known. The ink jet recording head used in this recording apparatus includes a plurality of nozzles in the sub-scanning direction (paper traveling direction) and is moved in the main scanning direction (direction orthogonal to the paper traveling direction) by the carriage mechanism. . Then, ink droplets are ejected from the respective nozzles of the inkjet recording head at predetermined timings according to the dot pattern data obtained by developing the print data. As a result, ink droplets from each nozzle adhere to the recording paper, and printing is performed. As described above, in an ink jet recording apparatus, printing is performed depending on whether or not ink droplets are ejected, that is, by controlling on / off of dots.
[0003]
Accordingly, a method of expressing one pixel with a plurality of dots is used to express the intermediate gradation. For example, if one pixel is expressed by a 4 × 4 dot matrix, light and shade can be expressed by 16 gradations (17 gradations including all white). If the number of dots per pixel is increased, more detailed gradation expression can be performed. However, if the gradation is increased without changing the dot diameter, the substantial resolution decreases. Further, when the recording dot diameter formed on the recording paper is large, the graininess in the low density region is conspicuous and the print quality is deteriorated.
[0004]
These problems can be solved by reducing the weight of ink droplets to reduce the recording dot diameter. However, if the recording dot diameter is reduced, the printing speed decreases. In order to prevent this decrease in printing speed, it is only necessary to shorten the interval at which ink droplets are ejected or increase the number of nozzles, but this is not easy.
[0005]
In order to solve such a problem, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-11457, the size of recording dots can be changed by controlling the amount of ink droplets ejected from one nozzle, and gradation expression can be realized. An “inkjet recording head drive device” is disclosed. In this drive device, a drive signal is supplied to the piezoelectric body provided corresponding to each of the plurality of nozzles. The piezoelectric body expands and contracts according to the supplied drive signal, thereby causing a pressure change in a pressure chamber (ink is accommodated) provided corresponding to each of the plurality of nozzles. As a result, an amount of ink droplets corresponding to the pressure change is ejected from each nozzle.
[0006]
The driving signal used in this driving device is generated by simultaneously generating a plurality of waveform signals having different shapes and selecting one waveform signal from the plurality of waveform signals according to the print data. The As a result, the amount of ink ejected from the nozzles is controlled in accordance with the waveform signal, so that the diameter of the recording dots deposited on the recording paper can be changed.
[0007]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-81012 discloses an “inkjet printer head driving apparatus and driving method” that operates on the same principle as the above-described ink jet recording head driving apparatus. The driving signal used in this driving device includes four driving pulses in a printing cycle necessary for forming one recording dot. In each printing cycle, one or two or more drive pulses are sequentially supplied to the pressure generating element from the four drive pulses according to the print data.
[0008]
As a result, the pressure generating element causes a pressure change according to the drive pulse, and thus an ink droplet of an amount corresponding to the pressure change is ejected. Accordingly, when one driving pulse is supplied to the pressure generating element, one ink droplet is ejected within the printing cycle, and when a plurality of driving pulses are sequentially supplied to the pressure generating device, a plurality of ink droplets are discharged within the printing cycle. Is discharged. Thereby, the amount of ink deposited on the recording paper is controlled, and the diameter of the recording dot can be changed.
[0009]
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 10-81014 discloses a drive composed of three drive pulses instead of a drive signal composed of four drive pulses as described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-81012. An “ink-jet printer head driving apparatus and driving method” is disclosed in which a signal is used to control the amount of ink deposited on a recording paper, thereby changing the diameter of the recording dot.
[0010]
JP-A-57-160654 discloses that one or more ink particles having different particle velocities and particle diameters are driven from nozzles by selectively using appropriate pulses from a pulse train composed of a plurality of voltage pulses. A “recording method in an ink jet recording apparatus” is disclosed in which ink particles are ejected and the ink particles are combined to form dots on the recording medium with the combined particles.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
By using the ink jet recording head driving device disclosed in the above-mentioned JP-A-9-11457, the printing speed can be increased without increasing the number of nozzles. However, since it is necessary to provide hardware (more specifically, transfer gates) for selecting one waveform signal from a plurality of waveform signals in correspondence with each of the plurality of piezoelectric bodies, the amount of hardware is enormous. become. For example, when the ink droplet amount is varied in three stages, a transfer gate that is three times the number of nozzles is required. As a result, there is a problem that the drive device cannot be made compact and the cost is increased.
[0012]
Further, if the techniques disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-81012 and 10-81014 are used, the printing speed can be increased without increasing the number of nozzles, and one waveform signal can be selected from a plurality of waveform signals. Since there is no need to select a waveform signal, hardware for selecting the waveform signal is not necessary. However, since the number of driving pulses corresponding to the amount of ink droplets to be ejected is sequentially supplied to the pressure generating element from the plurality of driving pulses in the printing cycle, the ink droplets of the ink droplets depend on which driving pulse is supplied. Discharge timing is different. As a result, there is a problem that an ink droplet landing position shift occurs and print quality deteriorates. For example, since the time period between the first pulse and the third pulse is half of the printing period, the dot by the first pulse and the dot by the third pulse are shifted by a half pitch. If the dot pitch is 720 dots / inch (= 35 μm), the deviation is 18 μm.
[0013]
Further, in any case of the above-described ink jet recording head drive device, a plurality of drive waveforms are required to vary the ink droplet diameter, and the drive device is complicated, large, and high in cost. There is.
[0014]
The present invention has been made to solve the above-described various problems, and an object of the present invention is to increase the printing speed and to reduce the amount of ink droplets ejected from the nozzle so as to improve the printing quality. An object of the present invention is to provide a small-sized and low-cost driving device and driving method for an inkjet recording head.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving apparatus of the present invention provides: For ejecting one ink drop The basic waveform of the same shape Within one printing cycle Applying a part of the basic waveform to the piezoelectric element that is the drive source of the ink jet recording head by turning on and off the basic waveform generating means that generates a plurality of basic waveforms and a switch that turns on and off at a timing according to the print data Drive waveform extracting means for changing the amount of ink droplets ejected from the ink jet recording head by performing the operation of applying all, or not applying, and changing the amount of ink droplets ejected from the ink jet recording head.
[0016]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving device of the present invention is provided with a driving waveform extracting means. Within one printing cycle The maximum voltage value of each of the plurality of waveforms to be output to may be ascending in time series.
[0017]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving device of the present invention is provided with a driving waveform extracting means. Within one printing cycle The time intervals between the plurality of waveforms may be set so that the ink droplets ejected by the plurality of waveforms output to the recording medium are combined before landing on the recording medium.
[0018]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving device of the present invention is provided with a driving waveform extracting means. Within one printing cycle The time interval between the plurality of waveforms may be set so that the ink droplets ejected by the plurality of waveforms output to the recording medium are combined on the recording medium.
[0019]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head drive apparatus of the present invention is characterized in that the time of the rising portion of the basic waveform is 0.7 times or less the natural period of the ink flow path of the ink jet recording head. It is good.
[0020]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving method of the present invention provides: Within one printing cycle In For ejecting one ink drop A step of generating a plurality of basic waveforms of the same shape and an on / off of a switch that inputs the basic waveforms and is turned on / off at a timing according to the print data, to a piezoelectric element that is a drive source of the ink jet recording head according to the print data Of the basic waveform And a step of changing the amount of ink droplets ejected from the ink jet recording head by performing an operation of applying a part of the waveform or applying all or not of the waveform.
[0021]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving method of the present invention provides a driving waveform extracting means. Within one printing cycle It is also possible to drive such that the maximum voltage value of each of the plurality of waveforms to be output is in ascending order in time series.
[0022]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving method of the present invention provides a driving waveform extracting means. Within one printing cycle The ink droplets ejected according to the plurality of waveforms output to the recording medium may be driven so as to merge before landing on the recording medium.
[0023]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving method of the present invention provides a driving waveform extracting means. Within one printing cycle The ink droplets ejected by the plurality of waveforms output to the recording medium may be driven so as to be united on the recording medium.
[0024]
In order to achieve the above object, the ink jet recording head driving method of the present invention is driven so that the time of the rising portion of the basic waveform is 0.7 times or less the natural period of the ink flow path of the ink jet recording head. It may be characterized by.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view partially showing a mechanical structure of an ink jet recording head to which a driving apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. This ink jet recording head employs a method of ejecting ink droplets by pressing a pressure chamber containing ink with a piezoelectric element.
[0026]
In this ink jet recording head, a vibration plate 12 is provided on a nozzle plate 10 via a pressure chamber plate 11, and piezoelectric elements 13 a, 13 b and 13 c are further provided on the vibration plate 12. As each of the piezoelectric elements 13a, 13b, and 13c, a stacked type piezoelectric element configured by stacking piezoelectric materials with an internal electrode interposed therebetween is used.
[0027]
As shown in the figure, a plurality of pressure chambers 14 a, 14 b and 14 c are formed by the nozzle plate 10, the pressure chamber plate 11 and the vibration plate 12. The nozzle plate 10 is formed with nozzles 10a, 10b, and 10c having R-shaped cross sections that communicate with the pressure chambers 14a, 14b, and 14c. Although not shown, each pressure chamber 14a, 14b, and 14c is provided with a supply port for supplying ink, and ink is filled into each pressure chamber 14a, 14b, and 14c through the supply port. Is done.
[0028]
In the ink jet recording head configured as described above, for example, when a voltage is applied to the piezoelectric element 13b, the piezoelectric element 13b extends downward in the figure and compresses the ink in the pressure chamber 14b. Thereby, the ink droplet 15 is discharged from the nozzle 10b. By moving a predetermined piezoelectric element at a predetermined timing based on print data supplied from outside while moving the inkjet recording head relative to a recording medium such as printing paper, characters, figures, etc. Recorded on a recording medium.
[0029]
In the ink jet recording head having such a configuration, the ejection ink droplets were evaluated by changing the drive waveform applied to the piezoelectric element. The ink jet recording head used has a natural period of pressure waves propagating in the pressure chamber (hereinafter referred to as an intrinsic period of the ink flow path) of 10 μs, and the volume change of the pressure chamber by the piezoelectric element is 2.3 fm. Three / V, the nozzle has a cross-sectional R shape with a diameter of 24 μm and a length of 70 μm, and the supply port has a cross-sectional R shape with a diameter of 27 μm and a length of 70 μm. Also, the viscosity is 3.3 × 10 -3 Pa · s ink was used. As shown in FIG. 2, the drive waveform applied to the piezoelectric element is a waveform having a portion that holds the voltage for a predetermined time t2 after being boosted for a predetermined time t1. The inclination of the boosting unit was 4 V / μs, and the ink was pressurized linearly.
[0030]
FIG. 3 shows the results of measuring the droplet volume and droplet velocity of the ejected ink droplets while changing the pressure increase time t1. The drop volume increases as the pressurization time t1 increases, but the drop speed increases up to about 7 μs, where the pressurization time t1 corresponds to 0.7 times the natural period of the ink flow path, but becomes almost constant when the drop time is exceeded. I understood that. In other words, in the range where the pressurization time t1 is 0.7 times or less the natural period of the ink flow path, the drop speed and the drop amount can be increased by increasing the pressurization time t1. In the present invention, the print dot diameter is varied using this feature.
[0031]
First, as shown in FIG. 4 as a basic waveform, a trapezoidal waveform is used which is boosted for 2.8 μs with a slope of 4 V / μs, then holds the voltage for 7.2 μs, and returns to the original voltage for 10 μs. When this waveform is applied to the piezoelectric element of the inkjet recording head described above, the droplet velocity is 7 m / s and the droplet volume is 17 fm. Three Ink droplets are ejected.
[0032]
Next, FIG. 5 shows a waveform obtained by cutting the waveform of FIG. The waveform in FIG. 5 is a trapezoidal waveform that boosts for 1.4 μs at a slope of 4 V / μs, then holds the voltage for 13.6 μs, and then returns to the original voltage at 5 μs. It is the same as FIG. When this waveform is applied to the piezoelectric element of the above-described ink jet recording head, the droplet velocity is 4 m / s and the droplet amount is 8.5 fm. Three Ink droplets are ejected.
[0033]
As shown in FIG. 6, when the waveform of FIG. 5 and the waveform of FIG. 4 are applied to the piezoelectric element of the ink jet recording head with a time difference of 86 .mu.s, the droplet velocity is initially 4 m / s and the droplet amount is 8.5 fm. Three Ink droplets, followed by a droplet speed of 7 m / s and a droplet volume of 17 fm Three Ink droplets are ejected. Then, 200 μs after the start of application of the first waveform, the two merged and fm of 25.5 Three Ink droplets are formed and land after 33 μs on the printing paper located 1 mm in front of the nozzles of the ink jet recording head.
[0034]
As described above, the ink droplets having three types of droplet amounts, that is, small droplets, medium droplets, and large droplets, can be deposited on the printing paper by the waveforms shown in FIGS. Further, after the waveform application is started, the small droplets land on the printing paper located 1 mm ahead of the nozzles of the ink jet recording head after 250 μs and the large droplets after 233 μs. By applying the waveform 86 μs after the application start timing of the waveform of the small droplet, the medium droplet is deposited on the printing paper located 1 mm ahead of the nozzle of the ink jet recording head after 229 μs. For this reason, the landing position deviation of small droplets, medium droplets, and large droplets is almost 11 μm between the small droplets and the medium droplets when the moving speed of the inkjet recording head in the main scanning direction is 0.508 m / s, for example. This level is negligible.
[0035]
FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the drive device 20 for the ink jet recording head according to the embodiment of the present invention. The drive device 20 includes a basic waveform generation circuit 21 and a drive waveform extraction circuit 22. The basic waveform generation circuit 21 generates a basic waveform having the same shape. Within one printing cycle Multiple occurrences. The basic waveform generated by the basic waveform generation circuit 21 is supplied to the drive waveform extraction circuit 22. The drive waveform extraction circuit 22 generates a drive signal by extracting a part or all of the basic waveform from the basic waveform generation circuit 21 according to the print data. The drive signal generated by the drive waveform extraction circuit 22 is applied to the piezoelectric element group 13. Thereby, each piezoelectric element included in the piezoelectric element group 13 is driven.
[0036]
Next, the detailed configuration of the basic waveform generating circuit 21 will be described with reference to the circuit diagram shown in FIG. The basic waveform generating circuit 21 includes a charging constant current circuit 210, a discharging constant current circuit 212, a transistor Tr1, resistors R1, R2, and R5, a capacitor C, and a current amplifying circuit 214. The basic waveform generation circuit 21 is supplied with timing signals T1 and T3 from a timing generation circuit (not shown).
[0037]
The charging constant current circuit 210 includes transistors Q1 and Q2 and a resistor R10. The collector of the transistor Tr1 is connected to the control terminal Tc of the constant current circuit 210 for charging via a resistor R2. The emitter of the transistor Tr1 is grounded, and the timing signal T1 is input to the base via the resistor R1. The output terminal To of the charging constant current circuit 210 is connected to the first terminal of the capacitor C. The second terminal of the capacitor C is grounded. The charging constant current circuit 210 is activated when the timing signal T1 becomes a high level (hereinafter referred to as “H level”), and outputs a current having a predetermined magnitude.
[0038]
The discharging constant current circuit 212 includes transistors Q3 and Q4 and a resistor R20. The timing signal T3 is input to the control terminal Tc of the discharging constant current circuit 212 via the resistor R5. Further, the input terminal Ti of the discharging constant current circuit 212 is connected to the first terminal of the capacitor C. The discharging constant current circuit 212 is activated when the timing signal T3 becomes H level, and inputs current from the input terminal Ti.
[0039]
The first terminal of the capacitor C is connected to the output terminal To of the charging constant current circuit 210 and the input terminal Ti of the discharging constant current circuit 212 as described above, and further to the input terminal of the current amplification circuit 214. It is connected. The electric charge stored in the capacitor C is charged by charging the constant current circuit 210 for charging, and the current from the charging constant current circuit 210 is activated. On the other hand, when the discharge constant current circuit 212 is activated, a current flows to the discharge constant current circuit 212 and is discharged.
[0040]
The current amplifying circuit 214 includes transistors Q7 and Q8, and amplifies the current flowing through the first terminal of the capacitor C. The signal amplified by the current amplification circuit 214 is supplied to the drive waveform extraction circuit 22 as a basic waveform.
[0041]
Next, the operation of the basic waveform generating circuit 21 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. As shown in FIG. 9A, a timing generation circuit (not shown) generates a timing signal T1 that becomes H level only for a time t1 corresponding to the rising portion of the basic waveform. Further, as shown in FIG. 9B, a timing signal T3 that rises after a time t2 corresponding to the holding unit and changes to the H level for a time t3 corresponding to the falling unit from the change in the falling of the timing signal T1 is generated. .
[0042]
The charging constant current circuit 210 is activated when the timing signal T1 is set to H level, and the current from the power source + V is output from the output terminal To via the resistor R10 and the transistor Q2. Thereby, the capacitor C is charged at a speed according to the time constant of the CR circuit formed by the resistor R10 and the capacitor C in the charging constant current circuit 210. By this charging, as shown in FIG. 9C, a rising portion having an inclination corresponding to the time constant is formed. Note that if the CR time constant is made sufficiently larger than t1, the slope of the voltage can be made substantially constant.
[0043]
Next, when the timing signal T1 falls and becomes a low level (hereinafter referred to as “L level”), the output of the current from the charging constant current circuit 210 is stopped, and the charge stored in the capacitor C is held as it is. . This state is maintained until the timing signal T3 becomes H level next time. As a result, a holding portion that maintains the level of the end portion of the rising portion for the time t2 is formed.
[0044]
Next, when the timing signal T3 becomes H level as shown in FIG. 9B, the discharging constant current circuit 212 is activated, and the electric charge held in the capacitor C passes through the transistor Q4 and the resistor R20. To the ground. As a result, the capacitor C is discharged at a speed corresponding to the time constant of the CR circuit formed by the resistor R20 and the capacitor C in the discharge constant current circuit 212. By this discharge, as shown in FIG. 9C, a falling portion having a slope corresponding to the time constant is formed. In this case, as shown in FIG. 9C, the charge accumulated in the capacitor C during the time t1 is completely discharged at the time t3. In other words, at the time t3, the level reaches the top level of the basic waveform. Thus, the time constant, that is, the value of the resistor R20 is determined.
[0045]
The current flowing through the first terminal of the capacitor C due to the charging / discharging of the capacitor C as described above is amplified by the current amplification circuit 214 and supplied to the drive waveform extraction circuit 22 as a basic waveform.
[0046]
Next, the detailed configuration of the drive waveform extraction circuit 22 will be described with reference to the block diagram shown in FIG. Note that the drive waveform extraction circuit 22 generally generates a drive signal for driving several hundred piezoelectric elements, but here, in order to simplify the description, the four piezoelectric elements 13a, 13b, 13c and 13d are connected. A drive signal for driving is generated.
[0047]
The drive waveform extraction circuit 22 includes a system control circuit 23, shift circuits 24a, 24b, 24c and 24d, latch circuits 25a, 25b, 25c and 25d, level conversion circuits 26a, 26b, 26c and 26d, and switch circuits 27a, 27b, 27c and 27d.
[0048]
The system control circuit 23 controls the entire drive device 20. That is, the system control circuit 23 generates a clock signal and supplies it to the shift circuits 24a to 24d. In addition, a latch signal is generated and supplied to the latch circuits 25a to 25d. Further, external data is sequentially supplied to the shift circuit 24a as serial print data. Further, a start signal for instructing the start of generation of the drive waveform is generated and supplied to the basic waveform generation circuit 21. Also, a reset signal for clearing the contents of the shift circuits 24a, 24b, 24c and 24d is generated.
[0049]
Each of the shift circuits 24a to 24d is configured by, for example, a 1-bit D-type flip-flop. The shift circuit 24a stores the print data supplied from the system control circuit 23 in synchronization with the clock signal, and the shift circuits 24b, 24c and 24d respectively receive the print data clock signals from the preceding shift circuits 24a, 24b and 24c. Store in sync with. Thus, the shift circuits 24a to 24d form a 4-bit shift register that sequentially shifts print data from the system control circuit 23 in synchronization with the clock signal. The print data stored in each of the shift circuits 24a to 24d is supplied to the latch circuits 25a to 25d, respectively.
[0050]
The latch circuits 25 a to 25 d latch the print data from the shift circuits 24 a to 24 d in synchronization with the latch signal from the system control circuit 23. The print data latched by the latch circuits 25a to 25d is supplied to the level conversion circuits 26a to 26d, respectively.
[0051]
Each level conversion circuit 26a-26d is comprised, for example with an amplifier, converts the level of the signal from each latch circuit 25a-25d, and supplies it to switch circuit 27a-27d, respectively. As a result, a gate control signal having a level sufficient to control the switch circuits 27a to 27d is supplied to the switch circuits 27a to 27d.
[0052]
Each of the switch circuits 27a to 27d includes a gate circuit that is turned on / off according to a gate control signal. The basic waveforms from the basic waveform generating circuit 21 are input to the input terminals of the switch circuits 27a to 27d, and the control signals from the level converting circuits 26a to 26d are input to the gate control terminals. Output terminals of the switch circuits 27a to 27d are connected to one terminals of the piezoelectric elements 13a to 13d. And the signal from each switch circuit 27a-27d is supplied to each piezoelectric element 13a-13d as a drive signal. The other terminals of the piezoelectric elements 13a to 13d are grounded.
[0053]
Next, the operation of the drive waveform extraction circuit 22 configured as described above will be described with reference to the timing charts shown in FIGS.
[0054]
First, the case of droplet ejection will be described with reference to the timing chart shown in FIG. In the case of this small droplet ejection, the system control circuit 23 generates the significant data (in this embodiment, “1”) as print data twice in succession. (The data corresponding to the nozzles to be ejected is 1, the data corresponding to the nozzles that are not ejected is 0, and all the nozzles are simultaneously 1).
That is, as shown in FIG. 11E, when the system control circuit 23 sequentially outputs “1111B” (the last digit “B” represents a binary number, the same applies hereinafter) as print data in the section TM0. As shown in FIG. 11C, the shift circuits 24a to 24d take in the print data while sequentially shifting in synchronization with the clock signal. Then, the shift operation stops in a state where “1” is stored in all the shift circuits 24a to 24d.
[0055]
Next, as shown in FIG. 11B, the system control circuit 23 makes the latch signal active (H level) at the head of the section TM1. As a result, the print data “1” stored in the shift circuits 24a to 24d is latched by the latch circuits 25a to 25d. The data “1” latched by the latch circuits 25a to 25d is converted in signal level by the level conversion circuits 26a to 26d and supplied to the switch circuits 27a to 27d.
[0056]
As a result, each of the switch circuits 27a to 27d is turned on, and a drive signal having the same inclination as the basic waveform as shown in the section TM1 in FIG. 11G is supplied to each of the piezoelectric elements 13a to 13d.
[0057]
In the interval TM1, in parallel with the output of the drive signal described above, the system control circuit 23 activates the reset signal (H level) as shown in FIG. 11D, thereby shifting the shift circuits 24a, 24b, The contents of 24c and 24d are cleared.
[0058]
Next, as shown in FIG. 11B, the system control circuit 23 activates the latch signal at the beginning of the interval TM2, that is, during the rise of the basic waveform. Accordingly, each of the switch circuits 27a to 27d is turned off, and a constant voltage is held as shown in a section TM2 in FIG.
[0059]
In the section TM2, in parallel with the output of the drive signal described above, the system control circuit 23 sequentially outputs “1111B” as the next print data as shown in FIG. The print data is taken into the shift circuits 24a to 24d in the same manner as described above, and the shift operation is stopped in a state where “1” is stored in all the shift circuits 24a to 24d.
[0060]
Next, as shown in FIG. 11B, the system control circuit 23 activates the latch signal at the head of the section TM3. As a result, as in the section TM1, the switch circuits 27a to 27d are turned on. As shown in the section TM3 in FIG. 11G, the drive signals having the same falling shape as the basic waveform are displayed. It is supplied to the piezoelectric elements 13a to 13d. Thereby, ink droplets are ejected from the nozzles 10a to 10d.
[0061]
Next, the case of middle droplet ejection will be described with reference to the timing chart shown in FIG. This middle drop is generated when the system control circuit 23 outputs significant data “1” as print data once.
[0062]
(A), (B), (C), and (D) in FIG. 12 are the same as (A), (B), (C), and (D) in FIG. When the system control circuit 23 sequentially outputs “1111B” as the print data in the section TM4 as shown in FIG. 12E, the shift circuits 24a to 24d receive the print data as shown in FIG. Are captured while sequentially shifting in synchronization with the clock signal. Then, the shift operation stops in a state where “1” is stored in all the shift circuits 24a to 24d.
[0063]
Next, as shown in FIG. 12B, the system control circuit 23 makes the latch signal active (H level) at the head of the section TM5. As a result, the print data “1” stored in the shift circuits 24a to 24d is latched by the latch circuits 25a to 25d. The data “1” latched by the latch circuits 25a to 25d is converted in signal level by the level conversion circuits 26a to 26d and supplied to the switch circuits 27a to 27d.
[0064]
As a result, each of the switch circuits 27a to 27d is turned on, and a drive signal having the same shape as the basic waveform as shown in a section TM5 in FIG. 12G is supplied to each of the piezoelectric elements 13a to 13d. Thereby, ink droplets are ejected from the nozzles 10a to 10d.
[0065]
Next, the case of large droplet ejection will be described with reference to the timing chart shown in FIG. This large droplet discharge occurs by outputting significant data from the system control circuit 23 as print data three times in succession.
[0066]
That is, when the system control circuit 23 sequentially outputs “1111B” as the print data in the section TM0 as shown in FIG. 13 (E), the shift circuits 24a to 24d receive this as shown in FIG. 13 (C). Print data is captured while sequentially shifting in synchronization with the clock signal. Then, the shift operation stops in a state where “1” is stored in all the shift circuits 24a to 24d.
[0067]
Next, as shown in FIG. 13B, the system control circuit 23 makes the latch signal active (H level) at the head of the section TM1. As a result, the print data “1” stored in the shift circuits 24a to 24d is latched by the latch circuits 25a to 25d. The data “1” latched by the latch circuits 25a to 25d is converted in signal level by the level conversion circuits 26a to 26d and supplied to the switch circuits 27a to 27d.
[0068]
As a result, the switch circuits 27a to 27d are turned on, and drive signals having the same inclination as the basic waveform as shown in the section TM1 in FIG. 13G are supplied to the piezoelectric elements 13a to 13d.
[0069]
In the interval TM1, in parallel with the output of the drive signal described above, the system control circuit 23 activates the reset signal (H level) as shown in FIG. 13D, so that the shift circuits 24a, 24b, The contents of 24c and 24d are cleared.
[0070]
Next, as shown in FIG. 13B, the system control circuit 23 activates the latch signal at the beginning of the interval TM2, that is, during the rise of the basic waveform. Accordingly, the switch circuits 27a to 27d are turned off, and a constant voltage is held as shown in a section TM2 in FIG.
[0071]
In the section TM2, in parallel with the output of the drive signal described above, the system control circuit 23 sequentially outputs “1111B” as the next print data as shown in FIG. The print data is taken into the shift circuits 24a to 24d in the same manner as described above, and the shift operation is stopped in a state where “1” is stored in all the shift circuits 24a to 24d.
[0072]
Next, as shown in FIG. 13B, the system control circuit 23 activates the latch signal at the head of the interval TM3. As a result, as in the section TM1, the switch circuits 27a to 27d are turned on. As shown in the section TM3 in FIG. 13G, the drive signals having the same falling shape as the basic waveform are displayed. It is supplied to the piezoelectric elements 13a to 13d. Thereby, first, a small ink droplet is discharged from each of the nozzles 10a to 10d.
[0073]
Subsequently, when the system control circuit 23 sequentially outputs “1111B” as the print data in the section TM4 as illustrated in FIG. 13E, the shift circuits 24a to 24d are configured as illustrated in FIG. The print data is captured while being sequentially shifted in synchronization with the clock signal. Then, the shift operation stops in a state where “1” is stored in all the shift circuits 24a to 24d.
[0074]
Next, as shown in FIG. 13B, the system control circuit 23 makes the latch signal active (H level) at the head of the section TM5. As a result, the print data “1” stored in the shift circuits 24a to 24d is latched by the latch circuits 25a to 25d. The data “1” latched by the latch circuits 25a to 25d is converted in signal level by the level conversion circuits 26a to 26d and supplied to the switch circuits 27a to 27d.
[0075]
As a result, each of the switch circuits 27a to 27d is turned on, and a drive signal having the same shape as the basic waveform as shown in a section TM5 in FIG. 13G is supplied to each of the piezoelectric elements 13a to 13d. As a result, medium ink droplets are ejected from the nozzles 10a to 10d. And it combines with the small droplet discharged previously, and forms a large droplet.
[0076]
As described above, according to the present embodiment, the number of switch circuits may be the same as that of piezoelectric elements, and the drive device can be significantly reduced in size compared to the conventional device, and the cost can be reduced. In addition, small droplet (small dot), medium droplet (medium dot), and large droplet (large dot) are generated by generating a small droplet waveform and a medium droplet waveform individually or simultaneously within one printing cycle. Can be obtained. Furthermore, the waveform generated by the drive waveform generating means is input to the waveform extracting means, and a necessary portion is taken out by the waveform extracting means and applied to the piezoelectric element, so that small droplets, medium droplets, large droplets can be obtained from a single basic waveform As many as three types of droplets can be discharged, and the drive circuit is low in cost.
[0077]
In the above-described embodiment, an example has been described in which a small droplet and a medium droplet combine to form a large droplet during flight before reaching the recording medium, but the time difference between the small droplet waveform and the medium droplet waveform is 107 μs. If so, small droplets and medium droplets can be combined to form large droplets on the printing paper located 1 mm ahead of the nozzles of the inkjet recording head.
[0078]
In the above-described embodiment, Within one printing cycle Although an example of generating two basic waveforms has been described above, it is possible to further expand the variable range of the droplet diameter by generating three or more basic waveforms.
[0079]
From the drive waveform extraction means Within one printing cycle Since the maximum voltage value of each of the plurality of waveforms output to is in ascending order in time series (in the above-described embodiment, the first is 5.6 V and the second is 11.2 V). The droplet landing position deviation is small and preferable.
[0080]
In the above-described embodiment, an example using a trapezoidal wave as a basic waveform has been shown. However, as shown in FIG. 14, a waveform that rises after a slight initial pull-in (after falling) is used. The effect of the present invention is also exhibited in the same manner.
[0081]
In the embodiment described above, the multilayer type piezoelectric element as shown in FIG. 1 is used as the ink jet recording head. However, the present invention is not limited to the ink jet recording head using the multilayer type piezoelectric element. The present invention can also be applied to an ink jet recording head using a single plate type piezoelectric element as shown in FIG.
[0082]
An example of an inkjet recording head using a single plate type piezoelectric element is shown in FIG. The ink jet recording head includes a nozzle plate 201 for forming the nozzle 101, an ink pool plate 202 for forming an ink pool, an ink supply port plate 203 for forming the ink supply port 103, and a pressure chamber 104. Therefore, the pressure chamber plate 204, the vibration plate 205, and the piezoelectric element 206 are laminated and joined.
[0083]
On the diaphragm 205, a guide portion 107 for positioning the piezoelectric element 206 is formed in a portion other than a range in contact with the pressure chamber 104. The piezoelectric element 206 positioned by the guide portion 107 is on the diaphragm 205. It is joined to. The ink jet recording head is provided with an electric signal line for supplying an electric signal to the piezoelectric element 206 and an ink flow path for filling the ink pool 102 with ink through the ink suction port. It is omitted in FIG.
[0084]
Next, the operation of the inkjet recording head configured as described above due to the unimorph effect of the piezoelectric element 206 and the diaphragm 205 will be described with reference to FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. Corresponding to each pressure chamber 104, a piezoelectric element 206 is provided on the vibration plate 205. The piezoelectric element 206 has a lower electrode 208a on the surface bonded to the vibration plate 205 and an upper surface on the opposite surface side. Electrodes 208b are respectively formed. Here, the piezoelectric element 206 is polarized in the direction from the upper electrode 208b side to the lower electrode 208a side (possible in the reverse direction). The lower electrode 208 a is electrically connected to the diaphragm 205, and the diaphragm 205 serves as a common electrode portion for each piezoelectric element 206 and is connected to one of the drive sources 207.
[0085]
The upper electrode 208b is connected to the other side of the drive source 207 via a switch circuit 209 that turns on / off electrical connection for each piezoelectric element. When a print command is input from a control unit (not shown), the switch circuit 209 is turned on, and the voltage from the drive source 207 is applied to the piezoelectric element 206. As a result, the piezoelectric element 206 tends to contract in the direction of “e” in FIG. 16 due to the piezoelectric effect. However, the amount of distortion on the surface side of the piezoelectric element 206 bonded to the diaphragm 205 is smaller than the amount of distortion on the opposite surface due to the load of the diaphragm 205. Due to the asymmetry of the strain amount, the joint between the piezoelectric element 206 and the diaphragm 205 is deformed in the direction of “f” in FIG. Thereby, the volume in the pressure chamber 104 is contracted and pressurized.
[0086]
By supplying a drive signal from the above-described drive device 20 as the drive source 207 of the ink jet recording head configured as described above, the same operation as described above is performed, and the ejection of ink from the nozzle 101 is controlled. Is done.
[0087]
Next, another embodiment of the present invention will be described. The drive device according to this embodiment drives a so-called strike-type ink jet recording head in which a pressure chamber containing ink is expanded and then contracted. As this ink jet recording head, for example, a print head described in JP-A-10-81012 can be used.
[0088]
The mechanical structure of this ink jet recording head is shown in FIG. The substrate unit 300 is configured by holding a flow path forming plate 305 between a nozzle plate 302 in which a nozzle hole 301 is formed and a vibration plate 304 in which an island portion 303 is formed. In the flow path forming plate 305, an ink chamber 306, an ink supply port 307, and a pressure generation chamber 308 are formed.
[0089]
A storage chamber 310 is formed in the base 309, and a piezoelectric vibrator 311 is attached in the storage chamber 310. The piezoelectric vibrator 311 is fixed via a fixed substrate 312 so that the tip thereof is in contact with the island portion 303 of the diaphragm 304. Here, for example, a piezoelectric element using a lateral effect is used for the piezoelectric vibrator 311, and contracts when charged and expands when discharged. Charging / discharging of the piezoelectric vibrator 311 is performed via the lead wire 313.
[0090]
When the piezoelectric vibrator 311 is charged, the piezoelectric vibrator 311 contracts and the pressure generation chamber 308 expands, the pressure in the pressure generation chamber 308 decreases, and ink flows from the ink chamber 306 into the pressure generation chamber 308. When the piezoelectric vibrator 311 is discharged, the piezoelectric vibrator 311 expands and the pressure generation chamber 308 contracts, the pressure in the pressure generation chamber 308 rises, and the ink in the pressure generation chamber 308 passes through the nozzle holes 301. It is discharged outside.
[0091]
In this type of ink jet recording head, the pressure chamber is pressurized by lowering the voltage applied to the piezoelectric element. Therefore, by applying a waveform as shown in FIG. Droplets) can be discharged. Further, when the waveform shown in FIG. 18B cut in the broken line portion in FIG. 18A is applied, smaller ink droplets (small droplets) are ejected than when the waveform in FIG. 18A is applied. be able to. Further, as shown in FIG. 18C, when the waveform of FIG. 18B is applied and the waveform of FIG. 18A is applied after a certain period of time, a small droplet is first ejected and then a medium droplet is ejected. The ink droplets can be combined while the ink droplets are flying or on the recording medium, and large droplets can be formed (large droplets).
[0092]
That is, even in this type of ink jet recording head, the ink droplets are basically ejected by pressurizing the ink in the pressure chamber, and the voltage applied to the piezoelectric element is lowered to pressurize the pressure chamber. Therefore, there is basically no difference from the embodiment of FIG.
[0093]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a small and low-cost ink jet recording head capable of increasing the printing speed and controlling the amount of ink droplets ejected from the nozzle so as to improve the printing quality. A driving device and a driving method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a mechanical configuration of an ink jet recording head to which a driving apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of a basic waveform used in the ink jet recording head driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing characteristics when the slope of the rising portion of the drive voltage is constant in the ink jet recording head.
FIG. 4 is a waveform diagram showing an example of a drive waveform for driving a piezoelectric element used in the inkjet recording head drive device according to the embodiment of the present invention. During ~ When discharging droplets).
FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of a drive waveform for driving a piezoelectric element used in the ink jet recording head drive apparatus according to the embodiment of the present invention. small When discharging droplets).
FIG. 6 is a waveform diagram (during large droplet ejection) showing an example of a drive waveform for driving a piezoelectric element used in the inkjet recording head drive device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of an ink jet recording head driving apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a basic waveform generating circuit of the ink jet recording head driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
9 is a timing chart for explaining the operation of the circuit diagram shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a drive waveform extraction circuit of the inkjet recording head drive device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a timing chart for explaining an operation when ejecting small droplets using a predetermined basic waveform in the inkjet recording head driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a timing chart illustrating an operation when ejecting a medium droplet using a predetermined basic waveform in the ink jet recording head driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a timing chart illustrating an operation when a large droplet is ejected using a predetermined basic waveform in the ink jet recording head driving apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a waveform diagram showing an example of a basic waveform.
FIG. 15 is a diagram showing a mechanical configuration of another ink jet recording head to which the driving device according to the embodiment of the invention is applied.
16 is a diagram for explaining the operation of the ink jet recording head shown in FIG. 15. FIG.
FIG. 17 is a diagram showing a mechanical configuration of another ink jet recording head to which the driving apparatus according to the embodiment of the present invention is applied.
18 is a waveform diagram showing an example of drive waveforms used in the inkjet recording head drive apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Nozzle plate
10a, 10b, 10c, 101 nozzle
11, 204 Pressure chamber plate
12, 205, 304 Diaphragm
13 Piezoelectric elements
13a to 13d, 206 Piezoelectric element
14a-14c, 104 pressure chamber
15 ink drops
20 Drive device
207 Drive source
21 Basic waveform generator
210 Constant current circuit for charging
212 Constant current circuit for discharge
214 Current amplifier circuit
22 Drive waveform extraction circuit
23 System control circuit
24a to 24d shift circuit
25a to 25d latch circuit
26a-26d level conversion circuit
27a to 27d, 209 switch circuit
301 Nozzle hole
308 Pressure generation chamber
311 Piezoelectric vibrator

Claims (10)

一つのインク滴を吐出させるための同一形状の基本波形を一印刷周期内に複数発生する基本波形発生手段と、前記基本波形を入力し、印刷データに応じたタイミングでオンオフするスイッチのオンオフにより、インクジェット記録ヘッドの駆動源である圧電素子に前記基本波形の一部を印加するかまたは全てを印加するかまたは印加しないかの動作を行い、前記インクジェット記録ヘッドから吐出するインク滴の量を変化させる駆動波形抽出手段とを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動装置。 By means of basic waveform generating means for generating a plurality of basic waveforms of the same shape for discharging one ink drop within one printing cycle, and by inputting the basic waveform and turning on / off a switch that turns on / off at a timing according to print data, A part of the basic waveform is applied to the piezoelectric element which is a driving source of the ink jet recording head, or all of the basic waveform is applied or not applied, and the amount of ink droplets ejected from the ink jet recording head is changed. A drive apparatus for an ink jet recording head, comprising drive waveform extraction means. 駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形のそれぞれの最大電圧値は、時系列的に昇順であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動装置。2. The ink jet recording head driving apparatus according to claim 1, wherein the maximum voltage values of the plurality of waveforms output from the driving waveform extracting unit within one printing cycle are in ascending order in time series. 駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体に着滴する前に合体するように前記複数の波形の間の時間間隔を設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動装置。A time interval between the plurality of waveforms is set so that the ink droplets ejected by the plurality of waveforms output within one printing cycle from the drive waveform extracting unit are combined before landing on the recording medium. An ink jet recording head drive apparatus according to claim 1 or 2. 駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体上で合体するように前記複数の波形の間の時間間隔を設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動装置。The time interval between the plurality of waveforms is set so that the ink droplets ejected by the plurality of waveforms output within one printing cycle from the drive waveform extracting unit are combined on the recording medium. An ink jet recording head drive apparatus according to claim 1 or 2. 基本波形の立ち上げ部の時間は、インクジェット記録ヘッドのインク流路の固有周期の0.7倍以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの駆動装置。 5. The ink jet recording head according to claim 1, wherein the time of the rising portion of the basic waveform is 0.7 times or less the natural period of the ink flow path of the ink jet recording head. Drive device. 一印刷周期内一つのインク滴を吐出させるための同一形状の基本波形を複数発生するステップと、前記基本波形を入力し、印刷データに応じたタイミングでオンオフするスイッチのオンオフにより、印刷データに応じてインクジェット記録ヘッドの駆動源である圧電素子に前記基本波形の一部を印加するかまたは全てを印加するかまたは印加しないかの動作を行い、前記インクジェット記録ヘッドから吐出するインク滴の量を変化させるステップとを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法。 By generating a plurality of basic waveforms of the same shape for ejecting one ink droplet within one printing cycle, and inputting the basic waveforms, and turning on / off the switch at a timing according to the print data, the print data is In response, the piezoelectric element which is the drive source of the ink jet recording head is operated to apply a part of the basic waveform, or to apply all of the basic waveform, or not, and to control the amount of ink droplets ejected from the ink jet recording head. And a step of changing the ink jet recording head. 駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形のそれぞれの最大電圧値が時系列的に昇順となるように駆動することを特徴とする請求項6に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。7. The ink jet recording head driving method according to claim 6, wherein driving is performed so that the maximum voltage value of each of the plurality of waveforms output from the driving waveform extracting unit within one printing cycle is in ascending order in time series. . 駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体に着滴する前に合体するように駆動することを特徴とする請求項6または請求項7に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。8. The ink droplets respectively ejected by a plurality of waveforms output within one printing cycle from the drive waveform extracting means are driven so as to merge before landing on the recording medium. The inkjet recording head driving method described. 駆動波形抽出手段から一印刷周期内に出力する複数の波形によりそれぞれ吐出するインク滴は、記録媒体上で合体するように駆動することを特徴とする請求項6または請求項7に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。8. The ink jet recording according to claim 6 or 7, wherein the ink droplets ejected by a plurality of waveforms output within one printing cycle from the drive waveform extracting means are driven so as to be united on the recording medium. Head drive method. 基本波形の立ち上げ部の時間を、インクジェット記録ヘッドのインク流路の固有周期の0.7倍以下となるように駆動することを特徴とする請求項6から請求項9のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。 10. The driving according to claim 6, wherein the time of the rising portion of the basic waveform is driven to be 0.7 times or less of the natural period of the ink flow path of the ink jet recording head. Ink jet recording head driving method.
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