JP4867266B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、圧電素子に印加される電圧の立ち上がり及び立ち下り時期を制御する駆動回路を備えたインクジェット記録装置に関する。

従来、普通紙を代表とする様々な記録媒体に対して印刷可能な記録装置として、インクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、記録ヘッドの記録媒体に対向する面に設けられた吐出口（以下、ノズル）から色材であるインクを直接記録媒体に対して吐出して、記録媒体上に着弾、浸透若しくは定着させることで記録媒体上に画像を形成する記録装置であり、工程の単純さ、印刷時における静粛性及び印字、印画品質の点で非常に優れた特徴がある。

上述したインクジェット記録装置におけるインクの吐出方式の一つとして、電圧を印加することによって変形する圧電素子が、記録ヘッドの内部に設けられたインク室の壁面を押圧することでインクを吐出させるピエゾ方式が挙げられる。ピエゾ方式を用いたインクジェット記録装置の記録ヘッドには、各記録ヘッドを独立して駆動させるための駆動回路が具備されており、図１５に示すように、各色の記録ヘッドに対して同時に充放電を行い、各記録ヘッドを同時に駆動させていた。一又は複数のノズル列が配列された複数の記録ヘッドを備え、ノズル指定を３分割して各ノズルをアサートする、すなわち、３相駆動のインクジェット記録装置を用いて駆動させる場合も同様であり、図１６に示すように、各色の記録ヘッドに対して同時に充放電を行っていた。

しかし、最近のインクジェット記録装置においては、印字及び印画速度の向上を図るため、記録ヘッドのノズル数を増大させる傾向にある。また、記録ヘッドの駆動の高速化に伴い、圧電素子における充放電のサイクルが短くなることで、消費電力が増加する傾向にある。そのため、同時に駆動されるノズル数の増加に伴い、記録ヘッドの駆動回路に瞬間的に流れる電流が増大し、駆動回路における抵抗の発熱量の増大や、電磁障害の発生といった問題が生じていた。

そこで、圧電体の充放電に伴う過大な電流を低減しながら、駆動していないノズルへの干渉を抑制することが可能なインクジェット記録装置として、記録ヘッドを複数のブロックに分割し、このブロック同士の境界の圧電素子を除いた各ブロックの圧電素子の充放電期間が、異なるブロック間で各々少なくとも一部が重ならないように、タイミングを相ごとの駆動につき異なるブロック間で異ならせ、相ごとの駆動につき、吸入及び吐出の期間のそれぞれについて少なくとも一部を、異なるブロック間で重ねるインクジェット記録装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−４１０７４号公報

しかしながら、上述したインクジェット記録装置における記録ヘッドに多数のノズル列が配列された場合、図１７に示すように、同時に充放電が行われるため、駆動回路において、過大な電流が流れることとなる。これは、図１８に示すように、３相駆動のインクジェット記録装置の場合も同様である。そのため、大容量の電源を用いる必要が生じ、電源装置の小型化、ひいては、インクジェット記録装置の小型化が困難となるといった問題が生じている。
また、大容量の電源装置は、非常に高価であるため、製造コストが上昇するといった問題も生じている。

本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、電源容量を小さくし、装置の小型化及び製造コストの抑制を図ることが可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係るインクジェット記録装置は、
多数のノズルからなるノズル列と、前記多数のノズルに個別に設けられた複数の圧電素子とを備え、前記複数の圧電素子がインクに圧力を付与することにより前記ノズル列から記録媒体にインクを吐出する複数の記録ヘッドと、
インクの吐出駆動を指示する駆動電圧としてのオン波形、及びインクの吐出停止を指示する停止電圧としてのオフ波形の前記複数の圧電素子への印加を個別に制御することにより、前記複数の記録ヘッドからのインクの吐出制御を行う制御部と、
を具備し、
前記制御部は、各ノズル列における前記駆動電圧の立ち上がり時期を、特定の記録ヘッドに印加される当該駆動電圧の印加時間内において、当該印加時間をノズル列の配列数で除算した時間毎に互いに相違するように制御することを特徴とする。

請求項２に記載の発明に係るインクジェット記録装置は、前記複数の記録ヘッドが、各記録ヘッドに２以上のノズル列を具備することを特徴とする。

請求項３に記載の発明に係るインクジェット記録装置は、前記複数の記録ヘッドのノズル列を、前記駆動電位の立ち上がり時期又は立ち下がり時期を同一とする複数のノズル列からなる複数のブロックに分割することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、インクの吐出制御を行う制御部が、各ノズル列に対してインクの吐出駆動を指示する駆動電圧の立ち上がり時期を、特定の記録ヘッドに印加される当該駆動電圧の印加時間内において互いに相違するように制御するので、駆動電圧の立ち上がり時に発生していた過大な電流を分散させて、廉価で寸法が小さい小容量の電源装置を用いることが可能となる。
そのため、電源装置の小型化、ひいては、インクジェット記録装置１の小型化を図るとともに、製造コストの抑制を図ることができる。

また、制御部が、各ノズル列における駆動電圧の立ち上がり時期を、当該駆動電圧の印加時間をノズル列の配列数で除算した時間毎に互いに相違するように制御するので、各記録ヘッドに対して一定の時間間隔で駆動電圧を印加することで、安定したインクの吐出駆動を実現するとともに、制御の容易化を図ることが可能となる。
そのため、印画、印字品質の向上及び製造コストの抑制を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の記録ヘッドが、各記録ヘッドに２以上のノズル列を具備するが、ノズル列の配列数が増大した場合であっても、請求項１と同様に、駆動電圧の立ち上がり時に発生していた過大な電流を分散させて、廉価で寸法が小さい小容量の電源装置を用いることが可能となる。
そのため、電源装置の小型化、ひいては、インクジェット記録装置１の小型化を図るとともに、製造コストの抑制を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、複数の記録ヘッドのノズル列を、駆動電位の立ち上がり時期又は立ち下がり時期を同一とする複数のノズル列からなる複数のブロックに分割するので、一のブロックを構成する複数のノズル列から同時にインクを吐出させることが可能となる。
そのため、印字、印画速度の向上を図ることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１に示すように、本実施形態におけるインクジェット記録装置１は、筐体（図示せず）を備え、この筐体によって各構成部材が覆われている。また、筐体の一部は開口し、開口した側と反対側には、記録媒体Ｐを筐体の内部に送り込むためのスリット状の搬入口（図示せず）が設けられている。

上述した筐体の内部には、記録媒体Ｐを一面側から支持する平板状のプラテン２が設けられ、このプラテン２の前後には、搬送ローラ３，４がそれぞれ配設されている。各搬送ローラ３，４は、プラテン２の前後で軸心回りの所定方向にそれぞれ回転されるようになっており、各搬送ローラ３，４の回転方向に伴い、記録媒体Ｐは非記録面をプラテン２により支持された状態で上流側から下流側に向かって搬送されるようになっている。
ここで、記録媒体Ｐの搬送方向を、副走査方向Ｙとする。

プラテン２の上方には、副走査方向Ｙと直交する方向に延在する長尺な２本のガイドレール５，６が設けられている。このガイドレール５，６には、略直方体状のキャリッジ７が係合支持されており、ガイドレール５，６にガイドされながら副走査方向Ｙと直交する方向（以下、主走査方向Ｘとする。）に往復移動自在となっている。

上述したキャリッジ７の内部には、図１及び図２に示すように、記録媒体Ｐの記録面に向けてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各プロセスカラーのインクを吐出する４つの記録ヘッド８，９，１０，１１が搭載されている。これら記録ヘッド８，９，１０，１１は、略直方体状に形成されており、その内部には、インクが貯溜されている。また、各記録ヘッド８，９，１０，１１は、互いの長手側が略平行となるように、主走査方向Ｘに沿って一列に配列されており、キャリッジ７の往復移動に伴って移動するようになっている。さらに、各記録ヘッド８，９，１０，１１の記録媒体Ｐと対向する面（以下、吐出面）には、図３に示すように、インクをインク滴として吐出する略円形状の多数のノズル１２が、各記録ヘッド８，９，１０，１１の長手方向に沿って一列に配列されている。
ここで、図１において、各記録ヘッド８，９，１０，１１に付されている英字は、吐出するインクの色を表している。

なお、本実施形態におけるノズル１２は、記録ヘッドの長手方向に沿って一列に配列されているが、特に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、各記録ヘッド８，９，１０，１１の吐出面に２列に配列されていてもよい。

上述した各記録ヘッド８，９，１０，１１には、図５に示すように、内部のインクに圧力を付与するピエゾ素子等の圧電素子１３がノズル１２ごとに設けられ、各圧電素子１３は、インクの吐出駆動を制御する「０」又は「１」の情報を有する制御信号によって切替可能な第１アナログスイッチ１４及び第２アナログスイッチ１５を介して、レベルシフト回路１６と接続されている。レベルシフト回路１６は、入力されたデータを一時的に記憶するシフトレジスタ１７と、制御信号の送信を制御する制御部１８とを介して、図示しない電源装置と接続されており、圧電素子１３に適当なバイアスをかけるため、電源の電圧を所定の電位に降下させるようになっている。また、第１アナログスイッチ１４は、第１配線Ｌ_１と、第２アナログスイッチ１５は、第２配線Ｌ_２とそれぞれ接続されている。

このような構成からなる記録ヘッド８，９，１０，１１は、制御部１８から送信される制御信号に基づいて、レベルシフト回路１６によって調整された電圧を、インクの吐出駆動を指示する駆動電圧又はインクの吐出停止を指示する停止電圧として圧電素子１３に印加するか否かが制御されるようになっている。
より詳細に説明すると、「１」の情報を有する制御信号が送信された場合には、第１アナログスイッチ１４がオン状態に、第２アナログスイッチ１５がオフ状態になることによって、オン波形（on wave）が駆動電圧として圧電素子１３に印加されることにより、圧電素子１３が駆動して、各ノズル１２から個別にインクを液滴として吐出するようになっている。一方、「０」の情報を有する制御信号が送信された場合には、第１アナログスイッチ１４がオフ状態に、第２アナログスイッチ１５がオン状態になることによって、オフ波形（off wave）が停止電圧として圧電素子１３に印加されることにより、圧電素子１３の駆動が抑制され、インクの吐出が停止するように構成されている。

なお、本実施形態における駆動電圧及び停止電圧の印加時間は、４μｓｅｃであるが、特に限定されるものではなく、例えば、０．１μｓｅｃであってもよいし、１０μｓｅｃであってもよい。

次に、本実施形態におけるインクジェット記録装置１の作用について説明する。
ここで、各記録ヘッド８，９，１０，１１に印加される駆動電圧の印加時間は、同一である。
インクジェット記録装置１に所定の画像情報が送られると、各搬送ローラ３，４が所定の回転と停止とを繰り返し、記録媒体Ｐは、その非記録面がプラテン２によって支持された状態で、プラテン２の上面を副走査方向Ｙに間欠的に搬送される。
そして、各搬送ローラ３，４が停止する毎にキャリッジ７が作動し、記録媒体Ｐの直上を主走査方向Ｘに往復移動すると、キャリッジ７に搭載された記録ヘッド８，９，１０，１１も、キャリッジ７の移動に伴って記録媒体Ｐの直上を往復移動して、記録ヘッド８，９，１０，１１のノズルから記録媒体Ｐに対して所要の色のインクが吐出される。
以後、同様の動作が繰り返され、記録媒体Ｐの記録面に所望の画像が形成されて、一連の画像記録動作が完了する。

このとき、図６に示すように、まず始めに、ブラック（Ｋ）インクが貯溜された記録ヘッド１１の圧電素子１３に駆動電圧が印加される。次に、記録ヘッド１１に対する駆動電圧の印加開始から、駆動電圧の印加時間を記録ヘッドの設置個数で除算した時間、すなわち、１μｓｅｃ経過後に、シアン（Ｃ）インクが貯溜された記録ヘッド１０の圧電素子１３に駆動電圧が印加される。さらに、記録ヘッド１０に対する駆動電圧の印加開始から１μｓｅｃ経過後に、マゼンタ（Ｍ）インクが貯溜された記録ヘッド９の圧電素子１３に駆動電圧が印加される。最後に、記録ヘッド９に対する駆動電圧の印加開始から１μｓｅｃ経過後に、イエロー（Ｙ）インクが貯溜された記録ヘッド８の圧電素子１３に駆動電圧が印加される。
すなわち、各記録ヘッド８，９，１０，１１に印加される駆動電圧の立ち上がり時期が、記録ヘッド１１の圧電素子に印加される駆動電圧の印加時間内において互いに相違するように制御されるので、駆動電圧の立ち上がり時に発生していた過大な電流を分散させて、廉価で寸法が小さい小容量の電源装置を用いることが可能となる。

また、各記録ヘッド８，９，１０，１１に印加される駆動電圧の立ち上がり時期は、それぞれ１μｓｅｃずつ相違する、すなわち、駆動電圧の印加時間をノズル列の配列数で除算した時間毎に互いに相違することになるので、各記録ヘッド８，９，１０，１１に対して一定の時間間隔で駆動電圧を印加することで、安定したインクの吐出駆動を実現するとともに、制御の容易化を図ることが可能となる。

以上より、本実施形態におけるインクジェット記録装置１によれば、電源装置の小型化、ひいては、インクジェット記録装置１の小型化を図るとともに、製造コストの抑制を図ることができる。
また、印字、印画品質の向上を図ることもできる。

なお、本実施形態におけるインクジェット記録装置１の記録ヘッドは、ノズル１２が一列に配列されたものであるが、図４に示すような一の記録ヘッドに複数のノズル列が配列されている場合であっても、図７に示すように、印加時間内であり、かつ、所定の時間ずつ相違することになるので、上述した理由と同様の理由により、電源装置の小型化、ひいては、インクジェット記録装置１の小型化を図るとともに、製造コストの抑制を図ることができる。

［変形例］
次に、図８から図９を参照しながら、上述した第１実施形態におけるインクジェット記録装置１の変形例について説明する。ただし、本変形例におけるインクジェット記録装置１は、第１実施形態におけるインクジェット記録装置１と同一の構成であるため、各構成部材に同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

本変形例におけるインクジェット記録装置２１の作用について説明する。
図８に示すように、まず始めに、ブラック（Ｋ）インクが貯溜された記録ヘッド１１及びマゼンタ（Ｍ）インクが貯溜された記録ヘッド９の圧電素子１３に駆動電圧が印加される。駆動電圧の印加開始から４μｓｅｃ経過後、記録ヘッド１１，９の圧電素子１３に対する駆動電圧の印加が停止すると同時に、シアン（Ｃ）インクが貯溜された記録ヘッド１０及びイエロー（Ｙ）インクが貯溜された記録ヘッド８の圧電素子１３に駆動電圧が印加される。
そのため、圧電素子１３に対する充放電を同時に行い、駆動電圧の電位差を相殺することで、より小容量の電源装置を用いることが可能となる。

以上より、本変形例におけるインクジェット記録装置１によれば、電源装置の更なる小型化、ひいては、インクジェット記録装置１の更なる小型化を図るとともに、製造コストをより効果的に抑制することができる。

なお、図９に示すように、各記録ヘッド８，９，１０，１１に複数のノズル列が配列されている場合も同様であり、圧電素子１３に対する充放電を同時に行い、駆動電圧の電位差を相殺することで、より小容量の電源装置を用いることが可能となる。
そのため、電源装置の更なる小型化、ひいては、インクジェット記録装置１の更なる小型化を図るとともに、製造コストをより効果的に抑制することができる。

また、図１０に示すように、一又は複数のノズル列が配列された複数の記録ヘッドを備えた３相駆動のインクジェット記録装置の場合も、上述した実施形態及び変形例と同様であり、図１１及び図１２に示すように、駆動電圧の立ち上がり時に発生していた過大な電流を分散させて、廉価で寸法が小さい小容量の電源装置を用いることが可能となる。
そのため、電源装置の小型化、ひいては、インクジェット記録装置１の小型化を図るとともに、製造コストの抑制を図ることができる。
また、印字、印画品質の向上を図ることもできる。

さらに、図１０に示すように、上述した３相駆動のインクジェット記録装置であって、一の記録ヘッド又はノズル列に印加される駆動電圧の立ち下がり時期と、この記録ヘッド又はノズル列と隣接する記録ヘッド若しくはノズル列に対する駆動電圧の立ち上がり時期とが同一となるように制御する場合も、上述した実施形態及び変形例と同様であり、図１３及び図１４に示すように、圧電素子１３に対する充放電を同時に行い、駆動電圧の電位差を相殺することで、より小容量の電源装置を用いることが可能となる。
そのため、本実施形態におけるインクジェット記録装置によれば、電源装置の更なる小型化、ひいては、インクジェット記録装置の更なる小型化を図るとともに、製造コストをより効果的に抑制することができる。

インクジェット記録装置の外観構成を示す平面図である。 インクジェット記録装置の主要部の構成を示す矢視断面図である。 各記録ヘッドにおけるノズル面の構成を示す平面図である。 各記録ヘッドにおけるノズル面の他の構成を示す平面図である。 各記録ヘッドの回路構成を示すブロック図である。 各記録ヘッドの動作態様を示すタイミングチャートである。 各記録ヘッドの他の動作態様を示すタイミングチャートである。 変形例における各記録ヘッドの動作態様を示すタイミングチャートである。 変形例における各記録ヘッドの他の動作態様を示すタイミングチャートである。 変形例における各記録ヘッドの他の回路構成を示すブロック図である。 変形例における各記録ヘッドの他の動作態様を示すタイミングチャートである。 変形例における各記録ヘッドの他の動作態様を示すタイミングチャートである。 変形例における各記録ヘッドの他の動作態様を示すタイミングチャートである。 変形例における各記録ヘッドの他の動作態様を示すタイミングチャートである。 従来技術における各記録ヘッドの動作態様を示すタイミングチャートである。 従来技術における各記録ヘッドの３相駆動の動作態様を示すタイミングチャートである。 従来技術における各記録ヘッドの動作態様を示すタイミングチャートである。 従来技術における各記録ヘッドの３相駆動の動作態様を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ インクジェット記録装置
８，９，１０，１１ 記録ヘッド
１２ ノズル
１６ レベルシフト回路
１７ シフトレジスタ
１８ 制御部

Claims (3)

1. 多数のノズルからなるノズル列と、前記多数のノズルに個別に設けられた複数の圧電素子とを備え、前記複数の圧電素子がインクに圧力を付与することにより前記ノズル列から記録媒体にインクを吐出する複数の記録ヘッドと、
   インクの吐出駆動を指示する駆動電圧としてのオン波形、及びインクの吐出停止を指示する停止電圧としてのオフ波形の前記複数の圧電素子への印加を個別に制御することにより、前記複数の記録ヘッドからのインクの吐出制御を行う制御部と、
   を具備するインクジェット記録装置において、
   前記制御部は、各ノズル列における前記駆動電圧の立ち上がり時期を、特定の記録ヘッドに印加される当該駆動電圧の印加時間内において、当該印加時間をノズル列の配列数で除算した時間毎に互いに相違するように制御することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記複数の記録ヘッドは、各記録ヘッドに２以上のノズル列を具備す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。
3. 前記複数の記録ヘッドのノズル列を、前記駆動電位の立ち上がり時期又は立ち下がり時期を同一とする複数のノズル列からなる複数のブロックに分割することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。

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