JP6999785B2 - インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置に関する。

圧電部材に設けられた複数の溝に流入したインクを圧電部材のシェアモード変形により吐出するインクジェットヘッドがある。このようなインクジェットヘッドは、溝の側壁に圧電部材を挟むように電極が形成されている。この圧電部材を挟んだ一対の電極に対して電圧が印加されると、圧電部材が変形する。インクジェットヘッドは、圧電部材を変形させることで、溝内の圧力を変化させてインクを吐出させる。

上記のように構成されたインクジェットヘッドは、インクを吐出させる溝の側壁を構成する圧電部材を変形させるため、この溝に対して両隣の溝も一方の側壁が変形する。このため、両隣の溝からもインクが吐出される可能性がある。そこで、１つ置きの溝にインクを流入させるインクジェットヘッドがある。

上記のインクジェットヘッドは、インクが流入する複数の溝にそれぞれ形成された電極に対して共通電極を介して駆動波形を入力し、インクが流入しない複数の溝にそれぞれ形成された各電極に対して印刷データに応じた駆動波形を入力する。しかし、共通電極を駆動するひとつの駆動回路から共通電極を介して駆動波形を入力する場合、そのとき圧電部材がいくつ同時駆動されるかによって、駆動波形を出力する駆動回路及び共通電極のインピーダンスに生じる電圧降下が異なる。その結果印刷データによって電極に入力される駆動波形に差が生じる可能性がある。この為、印刷の信頼性が損なわれる可能性がある。

特開平１０－３１５４５１号公報

本発明が解決しようとする課題は、信頼性が高いインクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置を提供することである。

一実施形態に係るインクジェットヘッドは、圧電部材と、ノズルプレートと、複数の第１電極と、複数の第２電極と、駆動回路と、を具備する。圧電部材は、複数の第１溝および複数の第２溝を交互に備える。ノズルプレートは、圧電部材の表面を塞ぎ、ノズルが配置される。第１電極は、第１溝の側面に設けられる。第２電極は、第２溝の圧電部材を挟んで第１電極と対向した側面に設けられる。駆動回路は、第１電極毎に設けられ且つ共通の第１電極の波形を第１電極に入力する複数の第１ドライバと、第２電極毎に設けられ且つ印刷データに対応した第２電極の波形を第２電極に入力する複数の第２ドライバと、を有する。

図１は、一実施形態に係るインクジェット記録装置の構成の例について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係るインクジェット記録装置の制御系の構成の例について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの構成の例について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成の例について説明する為の図である。 図５は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成の例について説明する為の図である。 図６は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成の例について説明する為の図である。 図７は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成の例について説明する為の図である。 図８は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成の例について説明する為の図である。 図９は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの駆動回路の構成の例について説明する為の図である。 図１０は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの第１ドライバの構成の例について説明する為の図である。 図１１は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの第２ドライバの構成の例について説明する為の図である。 図１２は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの動作の例について説明する為の図である。

以下、一実施形態に係るインクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置について図面を参照して説明する。
まず、一実施形態に係るインクジェットプリンター１について説明する。図１は、一実施形態に係るインクジェットプリンター１の構成例を示す説明図である。図２は、インクジェットプリンター１の制御系の主要部の構成例を示す説明図である。

インクジェットプリンター１は、インクジェット記録装置の一例である。なお、インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。

図１に示すように、インクジェットプリンター１は、例えば、記録媒体である記録紙Ｐを搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェットプリンター１は、筐体１０と、給紙カセット１１と、排紙トレイ１２と、搬送装置１３と、保持ローラ（ドラム）１４と、保持装置１５と、画像形成装置１６と、除電剥離装置１７と、反転装置１８と、クリーニング装置１９とを備える。また、インクジェットプリンター１は、主な制御系として主制御部３１と、操作Ｉ／Ｆ３２と、通信Ｉ／Ｆ３３と、搬送制御部３４と、印刷データ出力部３５と、インク供給部３６とを備える。

給紙カセット１１は、複数の記録紙Ｐを収容する。給紙カセット１１は、例えば筐体１０内に配置される。

排紙トレイ１２は、筐体１０に設けられる。排紙トレイ１２は、インクジェットプリンター１によって画像形成されて排出された記録紙Ｐを収容する。

搬送装置１３は、記録紙Ｐが搬送される経路に沿って配置された複数のガイドおよび複数の搬送ローラを有する。搬送ローラは、搬送制御部３４の制御に基づいて動作するモータによって駆動されて回転することで記録紙Ｐを搬送する。複数のうちの一部のガイドは、搬送制御部３４の制御に基づいて動作するモータによって回転させることで記録紙Ｐを搬送する搬送路を切り替える。搬送装置１３は、給紙カセット１１に収容されている記録紙Ｐを保持ローラ１４に搬送する。また、搬送装置１３は、保持ローラ１４から供給された記録紙Ｐを排紙トレイ１２または反転装置１８に搬送する。搬送装置１３は、例えば搬送制御部３４の制御に基づいて記録紙Ｐを搬送する搬送先を排紙トレイ１２と反転装置１８とで切り替える。

保持ローラ１４は、導体によって形成された円筒状のフレームと、このフレームの表面に形成された薄い絶縁層（図示せず）とを有する。このフレームは接地（グランド接続）されている。保持ローラ１４は、フレームの表面上に記録紙Ｐを保持した状態でフレームを回転させることにより、記録紙Ｐを搬送する。

保持装置１５は、搬送装置１３から搬送された記録紙Ｐを、保持ローラ１４のフレームの表面に吸着させて保持させる。保持装置１５は、例えば、記録紙Ｐを保持ローラ１４のフレームに対して押圧した後、記録紙Ｐを帯電させることにより発生する静電気力で記録紙Ｐを保持ローラ１４のフレームの表面に吸着させる。

画像形成装置１６は、保持ローラ１４により搬送された記録紙Ｐに画像を形成する。画像形成装置１６は、複数のインクジェットヘッド２１を有する。画像形成装置１６は、例えば、例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、及びブラック等の各色にそれぞれ対応した複数のインクジェットヘッド２１を有する。インクジェットヘッド２１は、インクを吐出するノズルを有する。インクジェットヘッド２１は、インクを吐出するノズルが保持ローラ１４のフレームの表面に対向する向きで設けられている。

画像形成装置１６は、保持ローラ１４のフレームの表面に保持された記録紙Ｐに対してインクジェットヘッド２１によってインクを吐出することにより記録紙Ｐの一方の面に画像を形成する。画像形成装置１６は、印刷データ出力部３５から出力される印刷データに基づいて、各インクジェットヘッド２１を動作させることにより、記録紙Ｐに印刷データに応じた画像を形成する。

除電剥離装置１７は、保持ローラ１４のフレームに保持された記録紙Ｐの静電気力を除電することにより、記録紙Ｐを保持ローラ１４から剥離する。例えば、除電剥離装置１７は、記録紙Ｐに電荷を供給することにより記録紙Ｐを除電し、且つ記録紙Ｐと保持ローラ１４のフレームの表面との間に爪を挿入することにより、保持ローラ１４から記録紙Ｐを剥離する。保持ローラ１４から剥離された記録紙Ｐは、搬送装置１３に供給される。

反転装置１８は、記録紙Ｐの表面と裏面、及び／または前後を反転させ、記録紙Ｐを保持ローラ１４に供給する。即ち、反転装置１８は、保持ローラ１４から除電剥離装置１７によって剥離された記録紙Ｐの画像が形成された面を保持ローラ１４のフレームの表面に向けて記録紙Ｐを保持ローラ１４に供給する。

クリーニング装置１９は、保持ローラ１４のフレームの表面に付着したインク及び紙粉を除去する。

主制御部３１は、インクジェットプリンター１の搬送装置１３による記録紙Ｐの搬送及び画像形成装置１６による記録紙Ｐに対する画像の形成を制御する。主制御部３１は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムメモリ、ワーキングメモリ及び各種インターフェースなどに構成される。主制御部３１は、プロセッサがプログラムメモリに記憶したプログラムを実行することにより、各種の処理機能を実現する。

例えば、主制御部３１は、通信Ｉ／Ｆ３３を介して受信したデータ（例えば印刷指示）に基づいて、画像形成装置１６により画像を形成する為の印刷データを生成する。印刷データは、例えば、複数のピクセルから成るラインが複数ライン並べられて構成される。主制御部３１は、生成した印刷データを印刷データ出力部３５に供給する。

操作Ｉ／Ｆ３２は、図示されない操作部に接続されている。操作Ｉ／Ｆ３２は、操作部に対する操作入力に応じた操作信号を主制御部３１に供給する。

通信Ｉ／Ｆ３３は、図示されないネットワーク、または電子機器などに接続されている。通信Ｉ／Ｆ３３は、他の電子機器と直接またはネットワークを介してデータを送受信することができる。通信Ｉ／Ｆ３３は、例えば、ＬＡＮコネクタ、ＵＳＢポート、無線ＬＡＮモジュールなどとして構成される。

搬送制御部３４は、搬送装置１３の動作を制御する。例えば、搬送制御部３４は、搬送装置１３の搬送ローラを駆動する為のモータの動作を制御する。また、例えば、搬送制御部３４は、ガイドを回転させる為のモータの動作を制御する。

印刷データ出力部３５は、画像形成装置１６により画像形成させる為の印刷データを画像形成装置１６に出力する。印刷データ出力部３５は、例えば印刷データを一時的に記憶する画像メモリを備える。印刷データ出力部３５は、主制御部３１から供給された印刷データを画像メモリに記憶し、画像メモリに記憶されている印刷データを逐次画像形成装置１６に出力する。

インク供給部３６は、インクが保持されているインクタンク（図示せず）内のインクを主制御部３１の制御に基づいて画像形成装置１６のインクジェットヘッド２１に供給する。インク供給部３６は、例えばインクタンクとインクジェットヘッド２１とを連通するチューブと、このチューブを介してインクタンク内のインクをインクジェットヘッド２１に供給するポンプとを備える。

上記の構成を備えるインクジェットプリンター１は、通信Ｉ／Ｆ３３を介して印刷を指示するデータを受信した場合、主制御部３１により印刷データを生成する。主制御部３１は、生成した印刷データを印刷データ出力部３５を介して画像形成装置１６に供給する。搬送制御部３４は、記録紙Ｐを給紙カセット１１から取り出し保持ローラ１４に供給する。保持ローラ１４は、記録紙Ｐを保持した状態で搬送する。画像形成装置１６は、印刷データに基づいて各インクジェットヘッド２１を動作させることにより、保持ローラ１４により搬送されている記録紙Ｐに対して画像を形成する。

次に、インクジェットヘッド２１の詳細な構成について説明する。図３乃至図８は、インクジェットヘッド２１の構成例について説明する為の図である。

図３は、インクジェットヘッド２１の分解斜視図である。

図３に示すように、インクジェットヘッド２１は、例えば、サイドシュータ型のシェアモード方式のオンデマンドインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド２１は、上記インクジェットプリンター１に搭載され、記録紙Ｐに向けてインクを吐出する。

インクジェットヘッド２１は、基材１００と、ノズルプレート３００と、枠部材２００と、筐体４００と、を備える。筐体４００には、インクタンク及びインクジェットヘッド２１を動作させる駆動回路４０が設けられている。

インクジェットヘッド２１は、基材１００の実装面１２１の中央部に基材１００の長手方向に延びる２本の圧電部材１１８を有している。

また、後に詳述するように、インクジェットヘッド２１の内部には、基材１００とノズルプレート３００と枠部材２００によって囲まれたインク室１１６（図７）が設けられている。

図３に示すように、基材１００は、矩形の板状に形成される。本実施の形態では、基材１００の材料としてアルミナを用いた。基材１００の材料としては、これに限られず、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）やゲルマニウム基板のような他の半導体であっても良い。また、基材１００の材料は、セラミックス、ガラス、石英、樹脂、または金属のような他の材料であっても良い。セラミックスとして、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはチタン酸バリウムのような窒化物、炭化物、または酸化物を用いることができる。樹脂として、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材を用いることができる。金属として、例えばアルミまたはチタンを用いることができる。なお、基材１００として、金属材料を用いる場合には、実装面１２１を絶縁材料で被覆する必要がある。

基材１００は、実装面１２１を有している。実装面１２１の中央部に圧電部材１１８が、２列に並べて設けられている。各圧電部材１１８は、列間の方向の断面が台形であり、互いに離間して平行に配置されている。基材１００には、圧電部材１１８の長手方向に沿って複数の供給口１２５および複数の排出口１２６が設けられている。

複数の供給口１２５は、２本の圧電部材１１８の間、すなわち、基材１００の中央部に沿って基材１００の長手方向に並んで設けられている。各供給口１２５は、基材１００を貫通してインクタンク（図示せず）に連通している。言い換えれば、インクタンクから供給口１２５を通ってインクジェットヘッド２１へ供給されたインクは、インク室１１６へ流入する。

図３に示すように、排出口１２６は、供給口１２５を間に挟んで２本の圧電部材１１８の外側に２列に並んで設けられている。各排出口１２６は、基材１００を貫通してインクタンク（図示せず）に連通しており、インク室１１６内のインクをインクタンクへ排出する。よって、インクは、インクタンクとインク室１１６との間で、供給口１２５および排出口１２６を通って循環する。

図３に示すように、ノズルプレート３００は、例えばポリイミドの矩形の薄膜（フィルム）により形成される。ノズルプレート３００の材料としては、これに限られず、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）やゲルマニウム基板のような他の半導体であっても良い。その他の樹脂材料として、例えば、他の種類のポリイミド、ＡＢＳ、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材を用いることができる。また、セラミックスとして、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウムなどの窒化物、または酸化物を用いることができる。また、ノズルプレート３００は、金属材料によって形成されても良い。金属材料として、例えば、アルミ、ＳＵＳ、またはチタンを用いることができる。なお、ノズルプレート３００に金属材料を用いた場合には、第１電極１３４、第２電極１３５と接する箇所に絶縁材料を形成する。

ノズルプレート３００のインク吐出側の表面３０２には、撥インク膜が形成されている（図示せず）。撥インク膜は、例えば、撥液性を有するシリコン系撥液材料またはフッ素含有系有機材料によって形成される。

ノズルプレート３００は基材１００の実装面１２１に枠部材２００を介して対向して配置されている。ノズルプレート３００は、ノズルプレート３００を貫通した複数のノズル３０１を有する。複数のノズル３０１は、ノズルプレート３００の長手方向に沿って２列に並んで配置される。

図３に示すように、枠部材２００は、例えばニッケル合金よって、矩形の枠状に形成される。枠部材２００の材料としては、これに限られず、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）やゲルマニウム基板のような他の半導体であっても良い。その他の樹脂材料として、例えば、他の種類のポリイミド、ＡＢＳ、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材を用いることができる。また、セラミックスとして、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウムなどの窒化物、または酸化物を用いることができる。枠部材２００は、基材１００の実装面１２１とノズルプレート３００との間に配置される。枠部材２００は、２本の圧電部材１１８を囲むとともに、全てのノズル３０１を囲む大きさを有する。なお、枠部材として金属材料を用いた場合には第１配線１３６、及び第２配線１３７と接する箇所に絶縁材料を形成する。

圧電部材１１８は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成される。圧電部材１１８は、板状の二つの圧電体を互いの分極方向が対向するように張り合わせて形成されている。本実施の形態に係る圧電部材１１８は、長手方向に伸びた棒状の外形を有する。なお、圧電材料としてはこれに限らず、例えば、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３）、ＺｎＯ、およびＡｌＮのような種々の圧電性材料を用いることができる。

図３に示すように、圧電部材１１８は、基材１００の実装面１２１に接着されている。この接着材としては、例えば、熱硬化性を有するエポキシ系接着材が用いられる。

図４は、基材１００に２列に並べられた圧電部材１１８の近傍を拡大して示す斜視図である。図４では、圧電部材１１８等の構造を見やすくするため、ノズルプレート３００の一部を省略して示してある。

図４に示すように、圧電部材１１８は、基材１００の実装面１２１と平行な上面１１８ｃ、およびこの上面１１８ｃの短手方向の両端辺から実装面１２１に向けて広がるように傾斜した２つの傾斜面１１８ｂを有する。圧電部材１１８は、その表面１１８ａに基材１００の短手方向に延びた複数の第１溝１３１（以下、圧力室１３１とも言う。）と複数の第２溝１３２（以下、空気室１３２ともいう。）を交互に有する。第１溝１３１および第２溝１３２の両端は傾斜面１１８ｂにつながっている。本実施の形態においては、第１溝１３１と第２溝１３２とは、それぞれ同一形状に形成された溝である。なお、第１溝１３１と第２溝１３２との形状は異なっていても良い。見方を変えると、圧電部材１１８は、これらの第１溝１３１および第２溝１３２を形成する複数の側壁１３３を有している。側壁１３３は、言い換えれば、第１溝１３１と第２溝１３２の間に設けられた凸部である。

そして、第２溝１３２の両端部には、壁材１１７が設けられている。壁材１１７は、第２溝１３２の両端を封止する。壁材１１７は、圧電部材１１８の上面１１８ｃと面一に設けられた上面１１７ａを有する。圧電部材１１８の上面１１８ｃおよび壁材１１７の上面１１７ａは、ノズルプレート３００と接着される。これにより、インク室１１６へ充填されたインクが第２溝１３２へ侵入することを防いでいる。

図５は、図３のインクジェットヘッド２１を長手方向にＦ４－Ｆ４で切断した部分の拡大断面図である。

図５に示すように、ノズルプレート３００のノズル３０１は、一つの第１溝１３１に一つのノズル３０１が連通するように設けられている。つまり、ノズルプレート３００は、２列の圧電部材１１８に設けられた第１溝１３１に対応して、２列のノズル３０１を有する。一方、第２溝１３２に対応するノズルはない。

ここで、インク室１１６の構造およびインクの流れ方について詳細に説明する。

図６は、図３に示したインクジェットヘッド２１の圧電部材１１８の一方を部分的に拡大した平面図である。図７は、図６に示したインクジェットヘッド２１をＦ７－Ｆ７で切断した断面図である。そして、図８は、図６に示したインクジェットヘッド２１をＦ８－Ｆ８で切断した断面図である。

インク室１１６は、基材１００の実装面１２１とノズルプレート３００と枠部材２００とに囲まれた空間である。インク室１１６には、第１インク室１１６ａと第２インク室１１６ｂとを含む。第１インク室１１６ａは２つの圧電部材１１８の間の空間である。第１インク室１１６ａには、複数の供給口１２５が連通する。一方、第２インク室１１６ｂは、２つの圧電部材１１８の枠部材２００側（外側）の空間である。第２インク室１１６ｂには、それぞれ複数の排出口１２６が連通している。

インクタンク内のインクは、ポンプ（図示せず）によってインク室１１６へ供給される。このとき、インクは、インクタンクから第１インク室１１６ａに供給される。インク室１１６は、供給されるインクにより徐々に満たされる。具体的には、第１インク室１１６ａに流入したインクは、その両側にある圧電部材１１８の複数の第１溝１３１を通って、外側にある２つの第２インク室１１６ｂへ向けて流出する。これにより、枠部材２００で囲まれたインク室１１６全体がインクで満たされる。そして、第２インク室１１６ｂへ流れたインクは、複数の排出口１２６を介してインクタンクへ戻される。

複数の第１溝１３１の間に交互に配置された複数の第２溝１３２は、図７に示すように、その両端が壁材１１７により塞がれているため、インクが侵入することがない。このため、複数の第１溝１３１がインクを循環させる流路の一部として機能する一方で、複数の第２溝１３２はインクが侵入しないダミー室として機能する。

次に、基材１００および圧電部材１１８に配置される電極および配線について説明する。

図５に示すように、第１溝１３１に第１電極１３４が形成され、第２溝１３２に第２電極１３５が形成されている。図５の例では、１つの第１溝１３１に１つの第１電極１３４が形成され、１つの第２溝１３２に２つの第２電極１３５が形成されている。第１電極１３４は、第１溝１３１の一対の側面１３８と底面１３９に亘って形成されている。第２電極１３５は、第２溝１３２の各側面１４０と、底面１４１の一部とに亘ってそれぞれ形成されている。

図６に示すように、第２インク室１１６ｂの基材１００上には、第１溝１３１へ延びる第１配線１３６と、第２溝へ延びる第２配線１３７とが設けられている。図６の例では、第１溝１３１毎に１つの第１配線１３６が設けられ、第２溝１３２毎に２つの第２配線１３７が設けられている。第１配線１３６の一端は、第１溝１３１に形成された第１電極１３４に接続され、第１配線１３６の他端は、フレキシブル配線板４０ａを介して図３に示す駆動回路４０に接続されている。また、２つの第２配線１３７の一端は、第２溝１３２に形成された２つの第２電極１３５にそれぞれ接続され、第２配線１３７の他端はフレキシブル配線板４０ａを介して、図３に示す駆動回路４０に接続されている。

第１溝１３１および第２溝１３２に設けられる第１電極１３４及び第２電極１３５は、例えば、ニッケル薄膜により形成されている。第１電極１３４及び第２電極１３５は、これに限らず、例えば、Ｐｔ（白金）およびＡｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）の薄膜で形成してもよい。さらに第１電極１３４及び第２電極１３５の材料として、Ｃｕ（銅）、Ａ１（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ（金）のような他の材料も用いることができる。

さらに、第２電極１３５に接続された第２配線１３７は、絶縁材料により形成された絶縁被膜１１９により覆われている。また、絶縁被膜１１９は、第１配線１３６をさらに覆うように設けられてもよい。絶縁被膜１１９は、第２配線１３７がインク室１１６ｂに充填されたインクと接触する箇所を覆うように設けられる。この構成により、第１電極１３４と第２配線１３７との間、または複数の第２配線１３７の相互間に生じる電位差がインクに印加されることを防ぐことができる。また、絶縁被膜１１９は、枠部材２００と、第１配線１３６及び第２配線１３７との間の接着部分にまで延長させてもよい。

上記のような構成により、１つのノズルに対応する第１溝１３１に設けられた第１電極１３４と、第１電極１３４と圧電部材１１８を挟んで対向した第２溝１３２の側面１４０に設けられた第２電極１３５と、の電位差によって、圧電部材１１８を変形させることができる。即ち、圧電部材１１８と、圧電部材１１８を挟んだ第１電極１３４と、第２電極１３５と、によって、第１溝１３１の容積を変化させるアクチュエータが構成される。このように、圧電部材１１８、第１電極１３４、及び第２電極１３５からなるアクチュエータと、インクが満たされた第１溝１３１と、第１溝１３１に対応するノズル３０１と、から、インクを吐出する１つのチャネルが構成される。

次に、インクジェットヘッド２１の駆動回路４０の構成について説明する。図９乃至図１１は、駆動回路４０の構成について説明する為の図である。駆動回路４０は、ノズル３０１と、第１溝１３１と、変形することにより第１溝１３１の容積を変化させるアクチュエータと、から成るチャネル毎に、ノズル３０１からのインクの吐出を制御する。この為に、駆動回路４０は、印刷データに基づいて、１つのノズルに対応する第１溝１３１に設けられた第１電極１３４と、第１電極１３４と圧電部材１１８を挟んで対向した第２溝１３２の側面１４０に設けられた第２電極１３５と、の電位差を各チャネル毎に制御する。これにより、駆動回路４０は、印刷データに応じたチャネルを構成するアクチュエータを駆動して第１溝１３１の容積を変化させて、ノズル３０１からインクを吐出させる。

図９に示すように、駆動回路４０は、波形生成回路４１、チャネル制御回路４２、複数の第１ドライバ４３、及び複数の第２ドライバ４４を備える。例えば、駆動回路４０は、第１電極１３４毎に第１ドライバ４３を備え、第２電極１３５毎に第２ドライバ４４を備える。即ち、駆動回路４０は、チャネル毎に１つの第１ドライバ４３と２つの第２ドライバ４４とを備える。

波形生成回路４１は、主波形と副波形とを生成し、出力する。主波形及び副波形は、それぞれハイレベルとローレベルの信号から成る矩形パルスである。波形生成回路４１の主波形を出力する端子は、各第１ドライバ４３に接続されている。また、波形生成回路４１の副波形を出力する端子は、各第２ドライバ４４に接続されている。即ち、波形生成回路４１は、同じ主波形を各第１ドライバ４３に入力し、同じ副波形を各第２ドライバ４４に入力する。なお、波形生成回路４１は、同じ副波形を各第２ドライバ４４に入力するのではなく、チャネル毎に異なる副波形を第２ドライバ４４に入力する構成であってもよい。

チャネル制御回路４２は、第２ドライバ４４のオン状態とオフ状態とを切り替える。チャネル制御回路４２は、印刷データに基づいてチャネル毎にチャネル制御信号を生成して各チャネルに対応した第２ドライバ４４に入力することにより、チャネル毎に第２ドライバ４４のオン状態とオフ状態とを切り替える。チャネル制御信号は、ハイレベルとローレベルの信号から成る矩形パルスである。チャネル制御回路４２は、ハイレベルのチャネル制御信号を第２ドライバ４４に入力することにより、第２ドライバ４４をオン状態にする。また、チャネル制御回路４２は、ローレベルのチャネル制御信号を第２ドライバ４４に入力することにより、第２ドライバ４４をオフ状態にする。

チャネル制御回路４２は、インクを吐出させるチャネルに対応する第２ドライバ４４をオン状態にすることにより、ノズル３０１からインクを吐出させる。また、チャネル制御回路４２は、インクを吐出させないチャネルに対応する第２ドライバ４４をオフ状態にする。これにより、チャネル制御回路４２は、インクを吐出するチャネルを構成するアクチュエータに電圧を印加して変形させる。これにより、チャネル制御回路４２は、印刷データに応じたチャネルを構成するアクチュエータを駆動して第１溝１３１の容積を変化させて、ノズル３０１からインクを吐出させる。

第１ドライバ４３は、入力される波形に応じて第１電極１３４に対して電位を与える。例えば、第１ドライバ４３は、ＮＯＴ回路として構成されている。図１０は、第１ドライバ４３の構成例を示す。例えば第１ドライバ４３は、第１スイッチング素子５１と、第２スイッチング素子５２と、を備える。第１スイッチング素子５１は、例えばｐ－ＭＯＳにより構成される。第２スイッチング素子５２は、例えばｎ－ＭＯＳにより構成される。第１スイッチング素子５１及び第２スイッチング素子５２のゲートは、波形生成回路４１の主波形の出力端子に接続されている。第１スイッチング素子５１のソースは、電圧がＶｄである図示されない駆動電源に接続されている。第１スイッチング素子５１のドレインは、第２スイッチング素子５２のドレインと第１ドライバ４３の出力端子に接続されている。第２スイッチング素子５２のソースは、ＧＮＤに接続されている。

第２ドライバ４４は、入力される波形に応じて第２電極１３５に対して電位を与える。例えば、第２ドライバ４４は、チャネル制御信号によりオン状態とオフ状態とが制御可能なＮＯＴ回路として構成されている。図１１は、第２ドライバ４４の構成例を示す。例えば第２ドライバ４４は、第１論理素子６１、第２論理素子６２、第３論理素子６３、第１スイッチング素子６４、及び第２スイッチング素子６５を備える。

第１論理素子６１は、例えば、ＮＯＴ回路により構成される。第２論理素子６２は、例えば、ＯＲ回路により構成される。第３論理素子６３は、例えば、ＡＮＤ回路により構成される。第１スイッチング素子６４は、例えば、ｐ－ＭＯＳにより構成される。第２スイッチング素子６５は、例えば、ｎ－ＭＯＳにより構成される。

第１論理素子６１には、チャネル制御回路４２から出力されたチャネル制御信号が入力される。第１論理素子６１は、チャネル制御信号を反転して出力する。

第２論理素子６２には、第１論理素子６１の出力と、波形生成回路４１から出力された副波形とが入力される。第２論理素子６２は、第１論理素子６１の出力と、副波形と、の論理和（負論理の論理積）を出力する。

第３論理素子６３には、チャネル制御回路４２から出力されたチャネル制御信号と、波形生成回路４１から出力された副波形とが入力される。第３論理素子６３は、チャネル制御信号と、副波形と、の論理積を出力する。

第１スイッチング素子６４のゲートは、第２論理素子６２の出力端子に接続されている。第２スイッチング素子６５のゲートは、第３論理素子６３の出力端子に接続されている。第１スイッチング素子６４のソースは、電圧がＶｄである図示されない駆動電源に接続されている。第１スイッチング素子６４のドレインは、第２スイッチング素子６５のドレインと第２ドライバ４４の出力端子に接続されている。第２スイッチング素子６５のソースは、ＧＮＤに接続されている。

なお、第１ドライバ４３及び第２ドライバ４４の構成は、上記の構成に限られるものではない。第１ドライバ４３及び第２ドライバ４４の構成は、上記の構成により得られる真理値と同じ真理値が得られる構成であれば、如何なる構成であってもよい。

次に、インクジェットヘッド２１の動作について説明する。
例えば、主制御部３１は、印刷指示を受信した場合、印刷データを生成し、印刷データを印刷データ出力部３５を介してインクジェットヘッド２１の駆動回路４０に入力する。

また、インク供給部３６は、主制御部３１の制御に応じてチューブ及び複数の供給口１２５を介してインクタンク内のインクをインクジェットヘッド２１に供給する。供給口１２５を通してインクジェットヘッド２１へ供給されたインクは、第１インク室１１６ａと連通する第１溝（圧力室）１３１の一端から第１溝１３１へ流入する。第１溝１３１から流出したインクは第２インク室１１６ｂへ流れる。第２インク室１１６ｂへ流出したインクは、複数の排出口１２６を介してインクタンクへ排出される。

インク室１１６に供給されるインクの供給量および排出量は、インク室１１６内部の空気泡を排出し、且つ、ノズル３０１からインクが押し出されることがない値に調節される。さらに、インク室１１６内にインクが滞留しないように、インク室１１６内のインクは供給口１２５と排出口１２６を通ってインク室１１６とインクタンクとの間を循環する。

印刷データを受信した駆動回路４０は、各チャネルに対応する第１電極１３４及び第２電極１３５にそれぞれ電位を与えて第１電極１３４と第２電極１３５との間に印刷データに応じた電位差を発生させることによりチャネル毎にアクチュエータを駆動する。

図１２は、駆動回路４０における各信号及びアクチュエータの印加電圧について説明する為のタイミングチャートである。図１２に示す時間Ｔｔは、インクの吐出に必要な時間を示す。この時間Ｔｔの中に、インクの吐出の為の準備時間、インクの吐出時間、及び後処理の為の時間が含まれる。図１２では、第１電極１３４の電位に対する第２電極１３５の電位の差をアクチュエータに印加される印加電圧として示す。

波形生成回路４１により生成される主波形は、１つの時間Ｔｔの中でインクの吐出の為の準備時間に相当するタイミングでハイレベルに設定されている。また、波形生成回路４１により生成される副波形は、１つの時間Ｔｔの中でインクの吐出時間に相当するタイミングでハイレベルに設定されている。また、チャネル制御回路４２により生成されるチャネル制御信号は、時間Ｔｔに相当する長さを最小単位としてハイレベルとローレベルとが切り替えられる。

第１ドライバ４３は、主波形がハイレベルである場合に出力端子に接続された第１電極１３４の電位をＧＮＤに引き下げ、主波形がローレベルである場合に出力端子に接続された第１電極１３４の電位を駆動電源の電圧Ｖｄに引きあげる。

また、第２ドライバ４４は、チャネル制御信号がハイレベルであり副波形がハイレベルである場合に出力端子に接続された第２電極１３５の電位をＧＮＤに引き下げ、チャネル制御信号がハイレベルであり副波形がローレベルである場合に出力端子に接続された第２電極１３５の電位を駆動電源の電圧Ｖｄに引き上げる。また、第２ドライバ４４は、チャネル制御信号がローレベルである場合、副波形のハイレベル及びローレベルに係らず、出力端子に接続された第２電極１３５を開放する。これにより、第２電極１３５の電位は、圧電部材１１８の静電容量を介して、第１ドライバ４３にから出力される主波形によって駆動される第１電極１３４の電位と同等の電位に引き上げ、又は引下げられる。即ち、チャネル制御信号がローレベルである場合、第２電極１３５の電位は、第１電極１３４と同等の電位に追従する。

このようにして制御された第１電極１３４の電位から第２電極１３５の電位を引いた電位差がアクチュエータへの印加電圧である。

この結果、図１２に示されるように、チャネル制御信号がハイレベルであるチャネルにおいて、主波形がハイレベルであり、副波形がローレベルであるタイミングで第１電極１３４の電位がＧＮＤに引き下げられ、第２電極１３５の電位が電圧Ｖｄに引き上げられる。この結果、第１電極１３４と、第２電極１３５と、その間の圧電部材１１８と、から構成されるアクチュエータに対して印加電圧－Ｖｄが印加される。

アクチュエータに対して印加電圧－Ｖｄが印加されると、アクチュエータが第１電極１３４側から第２電極１３５側に湾曲する。即ち、第１溝１３１の側面１３８を構成する側壁１３３がそれぞれ第１溝１３１から第２溝１３２側に湾曲する。これにより、第１溝１３１の容積が増加し、第１溝１３１内の圧力が減少する。この結果、第１溝１３１に第１インク室１１６ａからインクが流入する。

また、チャネル制御信号がハイレベルであるチャネルにおいて、主波形がローレベルであり、副波形がハイレベルであるタイミングで第１電極１３４の電位が電圧Ｖｄに引き上げられ、第２電極１３５の電位がＧＮＤに引き下げられる。この結果、第１電極１３４と、第２電極１３５と、その間の圧電部材１１８と、から構成されるアクチュエータに対して印加電圧＋Ｖｄが印加される。

アクチュエータに対して印加電圧＋Ｖｄが印加されると、アクチュエータが第２電極１３５側から第１電極１３４側に湾曲する。即ち、第１溝１３１の側面１３８を構成する側壁１３３がそれぞれ第２溝１３２から第１溝１３１側に湾曲する。これにより、第１溝１３１の容積が減少し、第１溝１３１内の圧力が増加する。この結果、第１溝１３１に連通したノズル３０１から第１溝１３１内のインクが吐出する。

一方、チャネル制御信号がローレベルであるチャネルにおいては、第１電極１３４の電位と第２電極１３５の電位とが常に一致するので主波形、副波形のレベルに関わらずアクチュエータに電位差は与えられず、インクは吐出しない。このようにしてチャネル制御信号によって選択したチャネルからのみインクをオンデマンド吐出できる。

次に、本実施形態に係るインクジェットヘッドの作用効果について説明する。

上記のような構成によると、インクジェットヘッドは、チャネル毎に設けられた複数の第１電極に対して第１電極毎に設けられた複数の第１ドライバによりそれぞれ電位を与え、各第１電極と圧電部材を挟んで対向して設けられた複数の第２電極に対して第２電極に対応した複数の第２ドライバによりそれぞれ電位を与える。即ち、インクジェットヘッドは、１つのドライバから共通電極によって各第１電極に電位を与えるのではなく、各第１電極、第２電極毎に設けられた各第１ドライバと第２ドライバのセットからそれぞれのチャネルごと独立して各第１電極と第２電極に電位を与える。こうして各圧電部材に共通に駆動波形を与える共通インピーダンス部分を排除している。このため従来の駆動回路のような、圧電部材がいくつ同時駆動されるかによって電圧降下が異なり印刷データの内容に依存して電極に入力される駆動波形に違いが生じてしまうといった問題が起きない。この結果、インクジェットヘッドは、印字内容に関わらず安定した印字を行うことができる。また、濃度ムラ、印字品質の低下を抑え、印刷の信頼性の向上を図ることができる。

また、インクジェットヘッドは、第１電極毎に第１ドライバを備えることにより、共通電極を立体的に配線する必要がなくなる為、製造コストを抑えることができる。

また、インクジェットヘッドは、第１電極と第２電極とに与える電位の組み合わせによって、アクチュエータの動作を三段階で制御することができる。即ち、インクジェットヘッドは、第１ドライバ及び第２ドライバの駆動電源の電圧の０倍、１倍、２倍に相当する振幅でアクチュエータを駆動することができる。アクチュエータの駆動電圧を駆動電源の電圧の最大二倍とすることによって駆動電源の電圧が低くてもアクチュエータの駆動振幅を大きく取ることができ、即ち電圧効率が向上する。また、アクチュエータの動作を三段階で制御することによって吐出速度や吐出体積、吐出後のダンピングなど印字品質や印字速度に関わる吐出特性を効率よくかつ細かく調節することが可能となる。

また、インクジェットヘッドは、各第１電極に電位を与える各第１ドライバを共通した主波形によって駆動することにより、各第１電極に電位を同じ値にすることができる。即ち、インクジェットヘッドは、異なる第１電極間で電位差が生じないように構成されている。これにより、インクジェットヘッドは、第１電極によってインクに対して電位差が与えられることを防ぐことができる。さらに、インクジェットヘッドは、第２電極が設けられた第２溝にインクが流入することを防ぐ壁材が設けられている。これにより、インクジェットヘッドは、第２電極によってインクに対して電位差が与えられることを防ぐことができる。このように構成されたインクジェットヘッドは、インクに対して電位差が与えられることによって、インクに電気化学反応が発生することを防ぐことができる。

なお、上記した実施形態では、インクジェットヘッド２１は、第１溝１３１の一対の側面１３８を構成する一対の側壁１３３がそれぞれアクチュエータとして構成されるものとして説明したが、この構成に限定されない。インクジェットヘッドは、第１溝１３１の一対の側面１３８を構成する一対の側壁１３３のうちの一方がアクチュエータとして構成されるものであってもよい。

また、上記した実施形態では、インクジェットヘッド２１の第１電極１３４は、第１溝１３１の一対の側面１３８と底面１３９とに亘って形成されると説明したが、この構成に限定されない。第１電極１３４は、第１溝１３１の一対の側面１３８の全体または一部にそれぞれ形成されていてもよい。この場合、チャネル毎の第１溝１３１の一対の側面１３８にそれぞれ形成された第１電極１３４は、チャネルに対応した第１ドライバ４３の出力端子に第１配線１３６によって接続される。

また、上記した実施形態では、インクジェットヘッド２１の駆動回路４０は、１つの第２ドライバ４４がチャネルに対応する２つの第２電極１３５に対して電位を与える構成であると説明したが、この構成に限定されない。駆動回路４０は、第２電極１３５毎に第２ドライバ４４を備える構成であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
なお、以下に本願の出願当初の特許請求の範囲を付加する。
［Ｃ１］
表面にそれぞれ一対の側面と底面とから構成される複数の第１溝および複数の第２溝を交互に備えた圧電部材と、
少なくとも前記第１溝の位置に合わせてノズルが配置された前記圧電部材の表面を塞ぐノズルプレートと、
前記第１溝に連通しインクを供給するインク室と、
前記各第１溝の前記一対の側面の少なくとも一方に設けられた第１電極と、
前記各第２溝の前記圧電部材を挟んで前記第１電極と対向した前記側面に設けられた第２電極と、
前記第１電極毎に設けられ且つそれぞれ前記各第１の電極に対して共通した第１駆動波形を入力する複数の第１ドライバと、前記第２電極毎に設けられ且つそれぞれ印刷データに対応した前記第２電極毎の第２駆動波形を前記各第２電極に対して入力する複数の第２ドライバと、を有する駆動回路と、
を具備するインクジェットヘッド。
［Ｃ２］
前記第１電極は、前記第１溝を構成する一対の側面に亘って形成され、
前記第２電極は、前記第１溝と隣り合う一対の前記第２溝の前記圧電部材を挟んで前記第１電極と対向した前記側面にそれぞれ形成されるＣ１に記載のインクジェットヘッド。
［Ｃ３］
前記駆動回路は、前記第１溝と隣り合う一対の前記第２溝の前記圧電部材を挟んで前記第１電極と対向した前記側面にそれぞれ形成された一対の前記第２電極に対して共通した第２駆動波形を入力するＣ２に記載のインクジェットヘッド。
［Ｃ４］
前記第２溝は、前記インクが流入しない空隙として構成されるＣ１に記載のインクジェットヘッド。
［Ｃ５］
Ｃ１乃至Ｃ４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記ノズルと対向する位置に記録紙を搬送する搬送装置と、
を具備するインクジェット記録装置。

１…インクジェットプリンター、１０…筐体、１１…給紙カセット、１２…排紙トレイ、１３…搬送装置、１４…保持ローラ、１５…保持装置、１６…画像形成装置、１７…除電剥離装置、１８…反転装置、１９…クリーニング装置、２１…インクジェットヘッド、３１…主制御部、３４…搬送制御部、３５…印刷データ出力部、４０…駆動回路、４１…波形生成回路、４２…チャネル制御回路、４３…第１ドライバ、４４…第２ドライバ、５１…第１スイッチング素子、５２…第２スイッチング素子、６１…第１論理素子、６２…第２論理素子、６３…第３論理素子、６４…第１スイッチング素子、６５…第２スイッチング素子、１００…基材、１１６…インク室、１１７…壁材、１１８…圧電部材、１１９…絶縁被膜、１３１…第１溝、１３２…第２溝、１３３…側壁、１３４…第１電極、１３５…第２電極、１３６…第１配線、１３７…第２配線、１３８…側面、１３９…底面、１４０…側面、１４１…底面、２００…枠部材、３００…ノズルプレート、３０１…ノズル、３０２…表面、４００…筐体。

Claims (5)

1. 複数の第１溝および複数の第２溝を交互に備えた圧電部材と、
   前記圧電部材の表面を塞ぎ、ノズルが配置されたノズルプレートと、
   前記第１溝の側面に設けられた第１電極と、
   前記第２溝の前記圧電部材を挟んで前記第１電極と対向した側面に設けられた第２電極と、
   前記第１電極毎に設けられ且つ共通の第１電極の波形を前記第１電極に入力する複数の第１ドライバと、前記第２電極毎に設けられ且つ印刷データに対応した第２電極の波形を前記第２電極に入力する複数の第２ドライバと、を有する駆動回路と、
   を具備するインクジェットヘッド。
2. 前記第１電極は、前記第１溝を構成する一対の側面に亘って形成され、
   前記第２電極は、前記第１溝と隣り合う一対の前記第２溝の前記圧電部材を挟んで前記第１電極と対向した前記側面にそれぞれ形成される請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記駆動回路の前記複数の第２ドライバは、前記第１溝と隣り合う一対の前記第２溝の前記圧電部材を挟んで前記第１電極と対向した前記側面にそれぞれ形成された一対の前記第２電極が同じ電位になる前記第２電極の波形を、前記第２電極に入力する請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記駆動回路は、前記複数の第２ドライバをオンさせるかオフさせるかを制御するチャネル制御信号を前記複数の第２ドライバに入力し、
   前記複数の第２ドライバは、前記チャネル制御信号によりオンされる場合に、前記第２電極に前記第２電極の波形を入力する請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
   前記ノズルと対向する位置に記録紙を搬送する搬送装置と、
   を具備するインクジェット記録装置。

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