JP3852264B2 - Inkjet recording device - Google Patents

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drive pulse
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head unit
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克明 小松
裕明 荒川
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Landscapes

  • Ink Jet (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズルに連設されたインク流路を有するチャネルが圧電材料からなる複数の側壁により隔てられて多数形成されたインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは種々の方式が提案されているが、その一つに剪断モードインクジェットヘッドがあり、図1及び図2は特開平10−272771号公報に記載されている剪断モードインクジェットヘッド(以下単にヘッドと記す)の例を示す図である。図1で1はインクチューブ、2はノズル形成部材、3はノズル、50は側壁、6はカバープレート、7はインク供給口、8は基板である。そして、図2に示すようにインク流路であるチャネル40、41、・・・4Mは各チャネルを隔てる側壁50、51、52・・・5Nとカバープレート6及び基板8によって形成されている。
【0003】
図1には1個のノズルを有する1チャネルの断面図が示されているが、実際の剪断モードインクジェットヘッドでは、図2(a)に示すようにカバープレート6と基板8の間に複数の側壁50、51、52・・5Nで隔てられたチャネル40、41、42、・・4Mが多数形成されている。図ではチャネル40、41の2チャネルのみが示されている。チャネル40の一端はノズル形成部材2に形成されたノズル3に連設され、他端は供給口7を経て、インクチューブ1によって図示されていないインクタンクに連設されている。そして例えば、側壁50に密着形成した電極101と103を、側壁51に密着した電極102、104をそれぞれ設けている。同様に各側壁にはそれぞれ電極が密着形成されている。
【0004】
図3は前記電極に印加する駆動パルスの波形を示した図である。図2(b)に示すように、電極101、102をアースに接続し、該電極103及び104に図3(a)に示すような波高値Vの矩形波パルスを印加することにより、以下述べる動作によってインク滴をノズル3から飛翔させ、記録材に飛着させて画像の記録を行う。
【0005】
側壁50は図2(a)の矢印で示すように分極方向が異なる2個の圧電材料から成る側壁50Aと50Bで構成されていて、パルスを印加することによって変形するアクチュエータとして動作する。電極103及び104に駆動パルスが印加されない時は図2(a)のように側壁50、51は変形しないが、前記の波形の駆動パルスが、電極103及び104とアース間に印加されると(図2(b)参照)、圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、側壁50A、50Bとも側壁の接合面にズリ変形を生じ、また、側壁51A、51Bも同様に反対方向にズリ変形を生じ、図2(b)に示すように側壁50A、50B及び側壁51A、51Bは互いに外側に向けて変形し、この例ではチャネル40の体積は大きくなる。次に、駆動パルスが立ち下がって、電極103、104と電極101、102とが同電位になり、前記側壁50A、50B及び51A、51Bは図2(a)の状態に戻る。このとき、チャネル40の体積は急激に縮小して、チャネル40内の圧力が変化することによってチャネル40を満たしているインクの一部によるインク滴をノズル3から飛翔させる。なお空間Dは隣同士のチャネル動作が互いに影響しないために設けた空間である。チャネル41においても同様な作用でインク滴の射出が行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
圧電材料で構成された側壁であるアクチュエータを駆動する駆動回路は電気的負荷としては容量性負荷であり、図3(b)に1チャネル駆動回路の等価回路を示す。
【0007】
インク飛翔の駆動に使用されるエネルギーEは、アクチュエータの容量をC、パルス電圧をV、駆動パルスの印加周波数周波数をfd、ノズルの数をNとすると、良く知られた(CV2)/2から、容量の充放電によって発生するエネルギーEは、E=CV2・fd・Nとなる。
【0008】
このエネルギーEの一部はインクを飛翔させるのに使用されるが、大部分のエネルギーは回路中でジュール熱に変換されて熱を発生する。従って例えば、繰り返し周波数20kHz程度のパルスで駆動する場合、発熱量は増加し、また、チャンネル数が増加するに従い、ヘッドの発熱量は増加するという問題点がある。
【0009】
ヘッドを駆動する従来の駆動回路の例を図4に示す。図では2チャネルの駆動回路しか示してないが、実際には多数あり、Nチャネルとし、前記アクチュエータC1、C2の電極に印加する電圧Vを、例えばnCMOSとpCMOSのFETを相補的に組み合わせたスイッチ回路S1、S2から生成する。スイッチ回路S1、S2は画像信号に基づいて形成された駆動パルスにより個別に制御されてスイッチ動作をする。
【0010】
このように、スイッチ回路S1、S2は画像信号に基づいてスイッチ動作をして、アクチュエータを駆動し、ノズルからインクを飛翔させ、記録材にインクを飛着させて画像を形成する。
【0011】
通常、図4の駆動回路はドライバーICチップ21aとして集積回路化されている。そして、ドライバーIC21aとアクチュエータC1、C2を有するヘッドとインクマニホールドとがヘッドユニット23aを構成する。駆動電力による前記発熱の大部分は該ヘッドユニット23a、即ち、前記駆動回路で発生している。そして、前記駆動回路を含むヘッドユニット23aは高集積化されるために放熱は困難である。
【0012】
そして、ヘッドユニット23aにおける発熱はインクの粘度変化などの影響を与えて、インクの飛翔(吐出)特性を変化させて不安定にするなどの問題点がある。更に、該ヘッドユニットに装着されているヘッド駆動用の回路にも発熱の影響を与える問題点もある。
【0013】
本発明はヘッドユニットにおける前記の発熱の問題を解決し、安定して動作するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下に示す発明によって達成される。
【0015】
1.インク流路と該インク流路に連設されたノズルとを備えたチャネルが圧電材料からなる複数の側壁により隔てられて複数設けられ、該側壁からなるアクチュエータを駆動して前記ノズルからインクを飛翔させ、インクを記録材に飛着させて画像を形成するインクジェット記録装置であって、
前記アクチュエータの駆動部は、前記アクチュエータを駆動する駆動パルス発生回路と、駆動パルスを選択的に通すアナログスイッチとからなり、前記駆動パルス発生回路が前記アナログスイッチ及び前記アクチュエータを含むヘッドユニットと分離された構成であって、且つ、前記駆動パルス発生回路の出力インピーダンスが前記ヘッドユニットのインピーダンスよりも大きく、且つ、前記アクチュエータの固有振動の周波数をfとし、該アクチュエータを含む駆動回路系の時定数が実質的に1/(2f)となるような出力インピーダンスを前記駆動パルス発生回路が有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【0016】
2.前記アクチュエータの容量をC、前記チャネルの数をN、前記駆動パルス発生回路の出力インピーダンスをrd、駆動パルス発生回路から前記ヘッドユニットまでの配線の抵抗をrw、1個の前記アナログスイッチがオンしている場合の抵抗をron、前記アクチュエータへの配線抵抗をraとしたとき、前記アクチュエータを含む駆動回路系の時定数がC×(((ron+ra)/N)+rd)で表されることを特徴とする前記1に記載のインクジェット記録装置。
【0017】
3.前記駆動パルス発生回路の出力部に設けられた抵抗により前記出力インピ−ダンスが調整されていることを特徴とする前記1又は前記2に記載のインクジェット記録装置。
【0018】
4.前記アクチュエータ及び前記アナログスイッチが前記ヘッドユニットに設けられ、前記駆動パルス発生回路が前記ヘドユニット以外の回路基板に設けられたことを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
【0019】
【発明の実施の形態】
アクチュエータを駆動する駆動系全体の発熱量は決まっているとしても、発熱する場所は各部のインピーダンスで異なる。
【0020】
本発明の実施の形態においては、ヘッドユニットに集中している回路構成を分離し、全体の発熱量の内のヘッドユニットにおける発熱量の割合を下げることによって、前述の発熱による問題を解決している。
【0021】
即ち、インクを飛翔させるアクチュエータを駆動する駆動部をアナログスイッチと駆動パルス発生回路に分離し、駆動パルス発生回路の実効的な出力インピーダンスをアナログスイッチを含むヘッドユニットのインピーダンスよりも大きくすることにより、アナログスイッチが設けられたヘッドユニットにおける発熱を抑制している。
【0022】
図5は本発明の実施の形態に係るアクチュエータの駆動部の回路図である。図5では4つのチャネルを駆動する回路を例に示してあるが、実際のインクジェット記録装置においては多数のチャネルが設けられており、以下の説明においてはNチャネルまで駆動する回路があるものとする。
【0023】
図5において、駆動部は駆動パルス発生回路20、アナログスイッチS1、S2、・・・SN及び画像信号回路22を有し、駆動パルス発生回路20と画像信号発生回路21とはヘッドユニット23bとは分離された回路基板であるマザーボード24に設けられる。アナログスイッチS1、S2、・・・SNを構成する駆動IC21bとアクチュエータC1、C2、・・・CNはヘッドユニット23bに設けられる。駆動パルス発生回路20は繰り返し周期が一定で、一定の電圧Vの駆動パルスを発生し、破線で示した駆動IC21bに入力し、各チャネルに対応するアナログスイッチS1、S2、S3、S4・・SNの信号端子に入力する。アナログスイッチS1、S2、・・・SNの各出力はそれぞれの各チャネルのアクチュエータC1、C2、C3、C4・・CNに接続され、また、各アナロスイッチS1、S2、・・・SNのアース端子は共通にアースに接続されていて駆動部を形成している。アナログスイッチS1、S2、・・・SNは駆動パルス発生回路20の駆動パルスを画像信号回路22からの制御信号に基づいて選択的にアクチュエータC1、C2、・・・CNに伝達し、アクチュエータC1、C2、・・・CNを駆動する。
【0024】
以下、アナログスイッチS1、S2、・・・SNの信号端子にスイッチされた場合をオン、アース端子にスイッチされた場合をオフとして説明する。そして、画像信号回路22からの制御信号に基づいて、アナログスイッチS1、S2、・・・SNの内、制御信号に対応するスイッチのみ動作してオンとなり、駆動パルスがアクチュエータC1、C2、・・・CNの対応するものを駆動してインクを飛翔させ記録材に飛着させて画像を形成する。また、図5の点線で示したヘッドユニット23bには前記駆動IC21bが設けられて一体に構成され、駆動パルス発生回路20と画像信号回路22はヘッドユニット23bから分離したマザーボード24に設けられている。
【0025】
図6(a)は固有振動の周波数fが1MHzであるアクチュエータC1(又は、C2、・・・CN)を、電圧Vとパルス幅Wが一定である駆動パルスで駆動し、該駆動パルスの立ち上がり時間ΔTを変化させた場合のインク滴の飛翔速度の変化を測定したグラフである。図6(b)は立ち上がり時間がΔTで、立ち下がり時間がδT駆動パルスの駆動パルスの波形を示す。通常、立ち上がりと立ち下がりは時定数で決まるので、ΔTとδTとは同じ値である。
【0026】
図6(a)において、グラフは横軸に立ち上がり時間ΔT(立ち下がり時間δT)(μsec)をとり、縦軸にインク滴の飛翔速度(m/sec)をとってある。このグラフから立ち上がり時間ΔT(立ち下がり時間δT)が0.5μsecまではインク滴の飛翔速度は、ほぼ8m/secで変わらず、ΔTが更に長くなると急激にインク滴の飛翔速度が低下することが分かる。従って、ΔTが0.5μsecの範囲内で、図5の駆動パルス発生回路20の出力インピーダンスをヘッドユニット23bのインピーダンスよりも大きくすれば、インク滴の飛翔速度を低下させることなく、大部分の発熱は放熱し易いマザーボ−ド24で発生することになる。駆動パルス発生回路20の出力インピーダンスがヘッドユニット23bのインピーダンスよりも小さいとヘッドユニット23bにおける発熱分が大きい。しかし、駆動パルス発生回路20のインピーダンスを大きくし過ぎると、負荷容量との積で決まる時定数が長くなり、パルス波形が鈍ってしまうことになる。パルス波形の許容される鈍りは側壁を構成するアクチュエータC1、C2、・・・CNの固有振動の周波数fによって決まる。アクチュエータC1、C2、・・・CNの固有振動の周波数f以上の周波数の駆動パルスに追随することはできない。例えば、アクチュエータC1、C2、・・・CNの固有振動の周波数fが1MHzとすると、駆動パルスを印加してから実際に側壁の変位が終わるまでに0.5μsec程度の時間が必要である。即ち、駆動パルスの立ち上がりエッジに0.5μsec程度の鈍りがあっても実際の駆動動作には殆ど差を生じないことになる。
【0027】
図7は図5の駆動回路の等価回路を示した図である。駆動パルス発生回路20の出力インピーダンスをrd、マザーボード24からヘッドユニット23bまでの配線の抵抗をrw、1個のアナログスイッチがオンしている場合の抵抗をron、アクチュエータへの配線抵抗をraとする。
【0028】
例えば、ronを50Ω、raを20Ω、rwを0.5Ωとし、1チャネルのアクチュエータの容量を1nF、チャネルの数Nを128として、時定数、即ちC×Rを0.5μsecとした場合には、図7に示す系で駆動パルス発生回路20、アナログスイッチS1(又はS2、・・・SN)、画像信号回路22及びアクチュエータC1(又はC2、・・・CN)を含む全回路系のインピーダンスRはR=3.9Ωとなり、rdは、rd=3.9−(50+20)/128=3.4Ωとなる。即ち、3.4/3.9はマザーボード24で発熱することになる。このため、駆動パルスの立ち上がり、立ち下がり時間を0.5μsecの範囲で鈍らせてもインク滴の飛翔速度には殆ど影響なく、発熱を効果的に抑制することが可能になる。
【0029】
従って、前記全回路系の時定数を1/(2f)程度にすることが発熱とインクの射出特性のバランス上望ましい状態であると言える。
【0030】
次に、マザーボード24に構成されている駆動パルス発生回路20について前記と異なった例を説明する。図8はこれらの回路図である。
【0031】
図8(a)に示す回路は、例えばnCMOSとpCMOSのFETを相補的に組み合わせたスイッチ回路で駆動パルス発生回路20を構成し、一定周期のパルスをFETのゲートに入力して、アクチュエータに印加する電圧Vをスイッチして出力する。そして、駆動パルス発生回路20の出力部に、出力インピーダンスを大きくするためと、出力(駆動)パルス波形の立ち上がり、立ち下がりを適度に鈍らすための負荷抵抗R1を挿入して、ヘッドユニット23bの駆動IC21bに入力して使用する。この場合、時定数は同時に駆動するアクチュエータの数、即ち負荷容量の変化によって大きく変わる。ノズルの数と共にアクチュエータ数が増えると負荷容量が大きくなり、発熱も増えて、インクの粘度が下がって飛翔するインク滴の体積も増加する。しかし、この回路は負荷容量が増えるとパルス波形の立ち上がり、立ち下がりの鈍りが大きくなり、自動的に発熱が減少する傾向になるという効果がある。
【0032】
図8(b)に示す駆動パルス発生回路20では台形波発生回路25から予めパルス波形の立ち上がり、立ち下がりが鈍った台形波のパルスを発生し、オペアンプOPで構成された電流増幅回路に入力し、その出力を図5のヘッドユニット23bの駆動IC21bに入力して使用する。
【0033】
本来、オペアンプOPは出力インピーダンスが小さい回路であるが、入力波形が鈍っているため、実効的な出力インピーダンスは常時大きくなって、全体の発熱をこの回路部分で可成り分担することが可能である。
【0034】
【発明の効果】
請求項1の発明により、インクジェットヘッドのヘッドユニットで発生する熱量を制御することが可能になる。
【0035】
請求項2の発明により、インクの飛翔速度の低下を防止しつつ、インクジェットヘッドの発熱を良好に制御することができる。
【0036】
請求項3の発明により、簡単な回路構成でインクジェットヘッドの発熱を良好に制御することができる。
【0037】
請求項4の発明により、インクジェットヘッドの駆動回路における発熱部を分離された回路基板に移すことにより、インクジェットヘッドにおける発熱を良好に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】インクジェットヘッドのインク流路に沿った断面図である。
【図2】インクジェットヘッドのインク流路を横切る断面図である。
【図3】駆動パルス波形と等価回路を示す図である。
【図4】従来のアクチュエータの駆動回路を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの駆動回路を示す図である。
【図6】駆動パルスの立ち上がり時間とインク飛翔速度の関係を示すグラフである。
【図7】本発明の実施の形態にかかるアクチュエータの駆動回路の等価回路を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態にかかるアクチュエータの駆動回路の他の例を示す図である。
【符号の説明】
1 インクチューブ
3 ノズル
40、41 チャネル
50、51、52、53 側壁
101〜104 電極
21b 駆動用IC
22 画像信号回路
23a、23b ヘッドユニット
24 マザーボード
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording apparatus in which a plurality of channels having ink flow paths connected to nozzles are separated by a plurality of side walls made of a piezoelectric material.
[0002]
[Prior art]
Various types of ink-jet heads have been proposed. One of them is a shear-mode ink-jet head. FIGS. FIG. In FIG. 1, 1 is an ink tube, 2 is a nozzle forming member, 3 is a nozzle, 50 is a side wall, 6 is a cover plate, 7 is an ink supply port, and 8 is a substrate. As shown in FIG. 2, the channels 40, 41,... 4M, which are ink flow paths, are formed by side walls 50, 51, 52,.
[0003]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of one channel having one nozzle, but in an actual shear mode inkjet head, a plurality of gaps are formed between the cover plate 6 and the substrate 8 as shown in FIG. A number of channels 40, 41, 42,... 4M separated by the side walls 50, 51, 52,. In the figure, only two channels 40 and 41 are shown. One end of the channel 40 is connected to the nozzle 3 formed in the nozzle forming member 2, and the other end is connected to an ink tank (not shown) by the ink tube 1 through the supply port 7. For example, electrodes 101 and 103 formed in close contact with the side wall 50 and electrodes 102 and 104 in close contact with the side wall 51 are provided. Similarly, electrodes are formed in close contact with each side wall.
[0004]
FIG. 3 is a diagram showing a waveform of a drive pulse applied to the electrode. As shown in FIG. 2B, the electrodes 101 and 102 are connected to the ground, and a rectangular wave pulse having a peak value V as shown in FIG. By the operation, ink droplets are ejected from the nozzles 3 and landed on the recording material to record an image.
[0005]
The side wall 50 includes side walls 50A and 50B made of two piezoelectric materials having different polarization directions as indicated by arrows in FIG. 2A, and operates as an actuator that is deformed by applying a pulse. When the drive pulse is not applied to the electrodes 103 and 104, the side walls 50 and 51 are not deformed as shown in FIG. 2A, but when the drive pulse having the above waveform is applied between the electrodes 103 and 104 and the ground ( 2 (see FIG. 2B), an electric field in a direction perpendicular to the polarization direction of the piezoelectric material is generated, and the side walls 50A and 50B are also deformed in the joint surfaces of the side walls, and the side walls 51A and 51B are also displaced in the opposite direction. As shown in FIG. 2B, the side walls 50A and 50B and the side walls 51A and 51B are deformed outward from each other, and the volume of the channel 40 is increased in this example. Next, the drive pulse falls, the electrodes 103 and 104 and the electrodes 101 and 102 have the same potential, and the side walls 50A and 50B and 51A and 51B return to the state shown in FIG. At this time, the volume of the channel 40 is abruptly reduced, and an ink droplet due to a part of the ink filling the channel 40 is caused to fly from the nozzle 3 by changing the pressure in the channel 40. The space D is a space provided so that adjacent channel operations do not affect each other. In the channel 41, ink droplets are ejected by the same operation.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The drive circuit for driving the actuator which is the side wall made of the piezoelectric material is a capacitive load as an electrical load, and FIG. 3B shows an equivalent circuit of the one-channel drive circuit.
[0007]
The energy E used to drive the ink flight is well known (CV 2 ) /, where C is the actuator capacity, V is the pulse voltage, f d is the applied frequency frequency of the drive pulse, and N is the number of nozzles. 2, the energy E generated by charging and discharging the capacity is E = CV 2 · f d · N.
[0008]
A part of this energy E is used to fly the ink, but most of the energy is converted into Joule heat in the circuit to generate heat. Therefore, for example, when driving with pulses having a repetition frequency of about 20 kHz, there is a problem that the amount of heat generation increases, and the amount of heat generation of the head increases as the number of channels increases.
[0009]
An example of a conventional drive circuit for driving the head is shown in FIG. Although only a two-channel driving circuit is shown in the figure, there are actually a large number of N-channel switches, and the voltage V applied to the electrodes of the actuators C1 and C2 is, for example, a complementary combination of nCMOS and pCMOS FETs. Generated from the circuits S1 and S2. The switch circuits S1 and S2 are individually controlled by a drive pulse formed based on the image signal to perform a switch operation.
[0010]
In this manner, the switch circuits S1 and S2 perform a switch operation based on the image signal, drive the actuator, cause ink to fly from the nozzle, and make ink land on the recording material to form an image.
[0011]
Usually, the drive circuit of FIG. 4 is integrated as a driver IC chip 21a. The head having the driver IC 21a, the actuators C1 and C2, and the ink manifold constitute a head unit 23a. Most of the heat generated by the driving power is generated in the head unit 23a, that is, the driving circuit. Since the head unit 23a including the drive circuit is highly integrated, it is difficult to dissipate heat.
[0012]
Further, the heat generated in the head unit 23a has an effect such as a change in ink viscosity, which changes the flying (discharge) characteristics of the ink and makes it unstable. Furthermore, there is a problem that the head driving circuit mounted on the head unit also has an influence of heat generation.
[0013]
An object of the present invention is to solve the above-described heat generation problem in a head unit and provide an ink jet recording apparatus that operates stably.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is achieved by the invention described below.
[0015]
1. A plurality of channels each having an ink flow path and a nozzle connected to the ink flow path are provided by being separated by a plurality of side walls made of a piezoelectric material, and an actuator made of the side walls is driven to eject ink from the nozzles. An ink jet recording apparatus for forming an image by landing ink on a recording material,
Driver of the actuator, a drive pulse generator for driving the actuator consists of a analog switch through a driving pulse Optionally, said drive pulse generating circuit and a head unit including the analog switch and the actuator separation a configurations, and the output impedance of the driving pulse generating circuit is much larger than the impedance of the head unit, and the frequency of natural vibration of the actuator is f, when the drive circuit system including the actuator An ink jet recording apparatus , wherein the drive pulse generating circuit has an output impedance such that a constant is substantially 1 / (2f) .
[0016]
2. The capacity of the actuator is C, the number of channels is N, the output impedance of the drive pulse generation circuit is rd, the resistance of the wiring from the drive pulse generation circuit to the head unit is rw, and one analog switch is turned on In the case where the resistance is ron and the wiring resistance to the actuator is ra, the time constant of the drive circuit system including the actuator is represented by C × (((ron + ra) / N) + rd). 2. The inkjet recording apparatus according to 1 above.
[0017]
3. 3. The ink jet recording apparatus according to 1 or 2, wherein the output impedance is adjusted by a resistor provided at an output unit of the drive pulse generating circuit.
[0018]
4). It provided in the actuator and the analog switch the head unit, the drive pulse generating circuit according to any one of the 1 to 3, characterized in that provided on the circuit board other than the F head unit Inkjet recording device.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Even if the heat generation amount of the entire drive system for driving the actuator is determined, the place where heat is generated differs depending on the impedance of each part.
[0020]
In the embodiment of the present invention, the above-described problem due to heat generation is solved by separating the circuit configuration concentrated on the head unit and reducing the ratio of the heat generation amount in the head unit of the total heat generation amount. Yes.
[0021]
In other words, by separating the drive unit that drives the actuator that causes ink to fly into an analog switch and a drive pulse generation circuit, and making the effective output impedance of the drive pulse generation circuit larger than the impedance of the head unit including the analog switch, Heat generation in the head unit provided with the analog switch is suppressed.
[0022]
FIG. 5 is a circuit diagram of the actuator drive unit according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 shows an example of a circuit that drives four channels. However, in an actual inkjet recording apparatus, a number of channels are provided, and in the following description, there is a circuit that drives up to N channels. .
[0023]
In FIG. 5, the drive unit includes a drive pulse generation circuit 20, analog switches S1, S2,... SN and an image signal circuit 22. The drive pulse generation circuit 20 and the image signal generation circuit 21 are the head unit 23b. It is provided on the mother board 24 which is a separated circuit board. The drive IC 21b and the actuators C1, C2,... CN constituting the analog switches S1, S2,... SN are provided in the head unit 23b. The drive pulse generation circuit 20 generates a drive pulse having a constant voltage V and a constant voltage V, and inputs the drive pulse to the drive IC 21b indicated by a broken line. The analog switches S1, S2, S3, S4,. Input to the signal terminal. The outputs of the analog switches S1, S2,... SN are connected to the actuators C1, C2, C3, C4,... CN of the respective channels, and the ground terminals of the analog switches S1, S2,. Are commonly connected to ground to form a drive unit. The analog switches S1, S2,... SN selectively transmit the drive pulse of the drive pulse generation circuit 20 to the actuators C1, C2,... CN based on the control signal from the image signal circuit 22, and the actuator C1, C2,... CN are driven.
[0024]
In the following description, the case where the signal is switched to the signal terminal of the analog switches S1, S2,. Based on the control signal from the image signal circuit 22, only the switch corresponding to the control signal among the analog switches S1, S2,... SN is operated and turned on, and the drive pulse is turned on by the actuators C1, C2,. A corresponding one of CN is driven to eject ink and land on a recording material to form an image. The head unit 23b indicated by the dotted line in FIG. 5 is provided with the drive IC 21b so as to be integrated, and the drive pulse generation circuit 20 and the image signal circuit 22 are provided on a mother board 24 separated from the head unit 23b. .
[0025]
FIG. 6A shows an actuator C1 (or C2,... CN) having a natural vibration frequency f of 1 MHz driven by a drive pulse having a constant voltage V and a pulse width W, and the rise of the drive pulse. It is the graph which measured the change of the flying speed of the ink drop at the time of changing time (DELTA) T. FIG. 6B shows the waveform of the drive pulse with a rise time of ΔT and a fall time of δT drive pulse. Usually, since rise and fall are determined by a time constant, ΔT and δT are the same value.
[0026]
In FIG. 6A, the horizontal axis represents the rising time ΔT (falling time δT) (μsec), and the vertical axis represents the ink droplet flying speed (m / sec). From this graph, the flying speed of the ink droplet does not change at about 8 m / sec until the rising time ΔT (falling time δT) is 0.5 μsec, and the flying speed of the ink droplet rapidly decreases as ΔT is further increased. I understand. Accordingly, if the output impedance of the drive pulse generation circuit 20 in FIG. 5 is made larger than the impedance of the head unit 23b within the range of ΔT of 0.5 μsec, most of the heat is generated without reducing the flying speed of the ink droplets. Is generated in the mother board 24 that easily dissipates heat. When the output impedance of the drive pulse generation circuit 20 is smaller than the impedance of the head unit 23b, the amount of heat generated in the head unit 23b is large. However, if the impedance of the drive pulse generation circuit 20 is increased too much, the time constant determined by the product of the load capacitance becomes longer, and the pulse waveform becomes dull. The allowable bluntness of the pulse waveform is determined by the natural vibration frequency f of the actuators C1, C2,. It is impossible to follow a drive pulse having a frequency equal to or higher than the frequency f of the natural vibration of the actuators C1, C2,. For example, if the natural vibration frequency f of the actuators C1, C2,... CN is 1 MHz, a time of about 0.5 μsec is required after the drive pulse is applied until the side wall is actually displaced. That is, even if there is a dullness of about 0.5 μsec at the rising edge of the drive pulse, there is almost no difference in the actual drive operation.
[0027]
FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of the drive circuit of FIG. The output impedance of the drive pulse generation circuit 20 is rd, the resistance of the wiring from the motherboard 24 to the head unit 23b is rw, the resistance when one analog switch is on is ron, and the wiring resistance to the actuator is ra. .
[0028]
For example, when ron is 50Ω, ra is 20Ω, rw is 0.5Ω, the capacity of one channel actuator is 1 nF, the number of channels N is 128, and the time constant, that is, C × R is 0.5 μsec. 7, the impedance R of the entire circuit system including the drive pulse generation circuit 20, the analog switch S1 (or S2,... SN), the image signal circuit 22, and the actuator C1 (or C2,... CN). Becomes R = 3.9Ω, and rd becomes rd = 3.9− (50 + 20) /128=3.4Ω. That is, 3.4 / 3.9 generates heat on the mother board 24. For this reason, even if the rise and fall times of the drive pulse are dulled in the range of 0.5 μsec, the flying speed of the ink droplet is hardly affected and the heat generation can be effectively suppressed.
[0029]
Therefore, it can be said that setting the time constant of the entire circuit system to about 1 / (2f) is desirable in terms of the balance between heat generation and ink ejection characteristics.
[0030]
Next, an example different from the above for the drive pulse generation circuit 20 configured on the mother board 24 will be described. FIG. 8 is a circuit diagram of these.
[0031]
In the circuit shown in FIG. 8A, for example, a drive pulse generation circuit 20 is configured by a switch circuit in which nCMOS and pCMOS FETs are complementarily combined, and a pulse with a constant period is input to the gate of the FET and applied to the actuator. Switch the voltage V to be output. Then, a load resistor R1 is inserted into the output section of the drive pulse generation circuit 20 to increase the output impedance and to moderate the rise and fall of the output (drive) pulse waveform. Used by inputting to the drive IC 21b. In this case, the time constant varies greatly depending on the number of actuators that are driven simultaneously, that is, the load capacity. As the number of actuators increases with the number of nozzles, the load capacity increases, heat generation increases, and the volume of ink droplets flying due to the decrease in ink viscosity increases. However, this circuit has the effect that when the load capacity increases, the rise and fall of the pulse waveform increases and the heat generation tends to decrease automatically.
[0032]
In the drive pulse generation circuit 20 shown in FIG. 8B, a trapezoidal wave pulse whose rise and fall of the pulse waveform have been blunted in advance is generated from the trapezoidal wave generation circuit 25 and input to a current amplification circuit composed of an operational amplifier OP. The output is input to the driving IC 21b of the head unit 23b in FIG.
[0033]
Originally, the operational amplifier OP is a circuit having a small output impedance, but since the input waveform is dull, the effective output impedance is always large, and the entire heat generation can be shared considerably by this circuit portion. .
[0034]
【The invention's effect】
The invention according to claim 1 makes it possible to control the amount of heat generated in the head unit of the inkjet head.
[0035]
According to the second aspect of the present invention, it is possible to favorably control the heat generation of the ink jet head while preventing a decrease in the flying speed of the ink.
[0036]
According to the invention of claim 3, the heat generation of the ink jet head can be controlled well with a simple circuit configuration.
[0037]
According to the invention of claim 4, the heat generation in the ink jet head can be favorably controlled by transferring the heat generating portion in the drive circuit of the ink jet head to the separated circuit board.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along an ink flow path of an inkjet head.
FIG. 2 is a cross-sectional view across an ink flow path of an inkjet head.
FIG. 3 is a diagram showing a drive pulse waveform and an equivalent circuit.
FIG. 4 is a diagram illustrating a driving circuit of a conventional actuator.
FIG. 5 is a diagram showing an actuator drive circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the drive pulse rise time and the ink flying speed.
FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of a drive circuit of the actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing another example of the actuator drive circuit according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Ink Tube 3 Nozzle 40, 41 Channel 50, 51, 52, 53 Side Wall 101-104 Electrode 21b Driving IC
22 Image signal circuits 23a and 23b Head unit 24 Motherboard

Claims (4)

インク流路と該インク流路に連設されたノズルとを備えたチャネルが圧電材料からなる複数の側壁により隔てられて複数設けられ、該側壁からなるアクチュエータを駆動して前記ノズルからインクを飛翔させ、インクを記録材に飛着させて画像を形成するインクジェット記録装置であって、
前記アクチュエータの駆動部は、前記アクチュエータを駆動する駆動パルス発生回路と、駆動パルスを選択的に通すアナログスイッチとからなり、前記駆動パルス発生回路が前記アナログスイッチ及び前記アクチュエータを含むヘッドユニットと分離された構成であって、且つ、前記駆動パルス発生回路の出力インピーダンスが前記ヘッドユニットのインピーダンスよりも大きく、且つ、前記アクチュエータの固有振動の周波数をfとし、該アクチュエータを含む駆動回路系の時定数が実質的に1/(2f)となるような出力インピーダンスを前記駆動パルス発生回路が有することを特徴とするインクジェット記録装置。
A plurality of channels each having an ink flow path and a nozzle connected to the ink flow path are provided by being separated by a plurality of side walls made of piezoelectric material, and an actuator made of the side walls is driven to eject ink from the nozzles. An ink jet recording apparatus for forming an image by landing ink on a recording material,
Driver of the actuator, a drive pulse generator for driving the actuator consists of a analog switch through a driving pulse Optionally, said drive pulse generating circuit and a head unit including the analog switch and the actuator separation a configurations, and the output impedance of the driving pulse generating circuit is much larger than the impedance of the head unit, and the frequency of natural vibration of the actuator is f, when the drive circuit system including the actuator An ink jet recording apparatus , wherein the drive pulse generation circuit has an output impedance such that a constant is substantially 1 / (2f) .
前記アクチュエータの容量をC、前記チャネルの数をN、前記駆動パルス発生回路の出力インピーダンスをrd、駆動パルス発生回路から前記ヘッドユニットまでの配線の抵抗をrw、1個の前記アナログスイッチがオンしている場合の抵抗をron、前記アクチュエータへの配線抵抗をraとしたとき、前記アクチュエータを含む駆動回路系の時定数がC×(((ron+ra)/N)+rd)で表され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装置。The capacity of the actuator is C, the number of channels is N, the output impedance of the drive pulse generation circuit is rd, the resistance of the wiring from the drive pulse generation circuit to the head unit is rw, and one analog switch is turned on In the case where the resistance is ron and the wiring resistance to the actuator is ra, the time constant of the drive circuit system including the actuator is represented by C × (((ron + ra) / N) + rd). The inkjet recording apparatus according to claim 1. 前記駆動パルス発生回路の出力部に設けられた抵抗により前記出力インピ−ダンスが調整されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録装置。  3. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the output impedance is adjusted by a resistor provided at an output portion of the drive pulse generation circuit. 前記アクチュエータ及び前記アナログスイッチが前記ヘッドユニットに設けられ、前記駆動パルス発生回路が前記ヘッドユニット以外の回路基板に設けられたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。  The inkjet according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator and the analog switch are provided in the head unit, and the drive pulse generation circuit is provided on a circuit board other than the head unit. Recording device.
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