JPH03146346A

JPH03146346A - インクジェットヘッドの駆動装置

Info

Publication number: JPH03146346A
Application number: JP28683789A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Maehara; 前原　孝明; Hiroaki Sakai; 博章酒井; Masaharu Oyama; 正治大山; Hideaki Horio; 英明堀尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-11-01
Filing date: 1989-11-01
Publication date: 1991-06-21
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JP2760097B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、インクオンデイマント方式のインクジェット
ヘッドの駆動方式に関するものである。

従来の技術近年、プリンタの高速化、低騒音化、カラー化等の要求
が高まり、インクジェットプリンタが注目されるよう（
こなってきた。

以下、従来のインクジェットヘッドの駆動方式について
説明する。

第５図は、従来のインクジェットヘッドの概略斜視図で
ある。

２９はガラス板、３０はガラス板２９に貼りあわせてイ
ンク流路を形成するシリコン基板である。

３１はインクを噴出するためのノズル、３２はノズル３
１の流入口側に設けられた加圧室でこれらはシリコン基
盤３０に形成されている。３３はインクを加圧室へ供給
するインク路、１は加圧室３２の一部を構成している可
とう性の板状体に貼り付けられたピエゾ素子である。

第６図はピエゾ素子駆動装置のブロック図である。３４
はピエゾ素子１を駆動するピエゾ素子駆動装置である。

ピエゾ素子駆動装置３４を構成している３５はピエゾ素
子充電抵抗器、３６はピエゾ素子充電用Ｐチャンネル形
電界効果トランジス夕、３７はピエゾ素子充電電流を流
すダイオードで、３８はピエゾ素子放電抵抗器、３９は
ピエゾ素子放電用Ｎチャンネル形電界効果トランジスタ
、４０はピエゾ素子放電電流を流すダイオードである。

２はピエゾ素子１を駆動するための信号を発生するピエ
ゾ素子駆動信号発生装置、３はピエゾ素子１を駆動する
電源である。

以上のように構成されたインクジェットヘッドの駆動方
式について以下その動作を説明する。

第７図（ａ）は、ピエゾ素子１に電圧が加わっていない
状態で、インクジェットヘッドは待機状態となっており
、加圧室内にはインク路３３を経由してインクが充満さ
れ、ノズル３１の先端のインクメニスカスはインクの表
面張力により凹状にくぼんでいる。

まずピエゾ素子駆動信号発生装置２のピエゾ素子駆動信
号が第８図（ａ）のように、ＬよりＨ信号に変化すると
、ピエゾ素子駆動装置３４のピエゾ素子充電用Ｐチャン
ネル形電界効果トランジスタ３６がＯＮになり、ピエゾ
素子放電用Ｎチャンネル形電界効果トランジスタ３９が
ＯＦＦになる。

よってピエゾ素子充電抵抗器３５およびダイオード３７
を通して、電源３からピエゾ素子１に充電電流が流れ、
ピエゾ素子１の変位量は第８図（ｃ）に示すように変位
する。このピエゾ素子１の変形により加圧室３２の壁面
は第７図（ｂ）に示すように変位するので、この変位に
より、加圧室３２の容量が変化しノズル３１の先端のイ
ンクメニスカスは凸状に膨張してゆき、ノズル３１から
インクが噴出される。

次にピエゾ素子駆動信号がＨからＬに変化すると、ピエ
ゾ素子充電用Ｐチャンネル形電界効果トランジスタ３６
はＯＦＦになり、ピエゾ素子放電用Ｎチャンネル形電界
効果トランジスタ３９がＯＮになる。よってダイオード
４０およびピエゾ素子放電抵抗器３８を通してピエゾ素
子放電電流が流れ、ピエゾ素子１は第８図（ｃ）に示す
ように変位する。これにより、第７図（ｃ）に示す、よ
うに加圧室３２の容積が第７図（ａ）と同じ状態に戻り
、インクはインク路３３を通して加圧室３２に供給され
ノズル３１先端のインクメニスカスは再び凹状にくぼむ
。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記従来の構成では、アクチュエータであ
るピエゾ素子に対し急速に充電を行うことにより加圧室
の容量を急速に変化させ、インク噴出エネルギーを増大
しようとすると、ピエゾ素子のダンピング振動が発生し
、この振動により必要としない小インク滴が噴出し不要
なドツトが紙面に発生したり、インク供給時にアクチュ
エータの変位速度が非常に速いためインクメニスカスが
不安定になり次のインク噴出を行なうまでｌこ充分時間
をとらねばならない。このため、ピエゾ素子駆動信号の
駆動周波数を上げて高速印字を行なうとインクジェット
プリンターの印字品位が著しく低下するという欠点を有
していた。

課題を解決するための手段本発明は前記問題点を解決するため、圧電素子を駆動す
る駆動手段と、圧電素子の静電容量を検出する検出手段
と、圧電素子を制御する制御手段とを備え、検出手段に
より圧電素子の静電容量を検出し、検出された静電容量
に従って駆動手段より出力した圧電素子駆動信号の波形
を制御手段により変化させるようにしたものである。

作用本発明は上記構成により、アクチュエータである圧電素
子の静電容量を検出して、フィードバックをかけること
により圧電素子の変位量をフイ・−。

ドパツクすることになりアクチュエータのダンピング振
動を抑えるとともに変位速度を制御できる。

実施例第１図は本発明の一実施例におけるピＪ、ゾ素子駆動制
御装置のブロック図を示すものである。

第１図において、１はピエゾ素子、２はピエゾ素子駆動
信号発生装置、３は電源で、これらは第６図に示した従
来例の構成と同じものであるので詳細な説明を省略する
。４はピエゾ素子駆動信号発生装置２より出力されたピ
エゾ素子駆動信号によりピエゾ素子ｌを制御する制御回
路である。５は静電容量検出回路で、ピエゾ素子１の変
位によるピエゾ素子１の静電容量の変化量を検出し電圧
に変換する。６は変位量変換回路で、静電容量検出回路
５の出力電圧をピエゾ素子１の変位量に比例する電圧に
変換し出力する。

第２図は第１図の制御回路４と変位量変換回路６の回路
図である。まず副Ｉ１１回路４において７はコンデンサ
、８はコンデンサ７を充電するための充電抵抗器、９は
コンデンサ７の充電電流を流すダイオード、１０はコン
デンサ７を放電するための放電抵抗器、１１はコンデン
サ７の放電電流を流すダイオードで、これらのコンデン
サ７、充電抵抗器８、ダイオード９、放電抵抗器１０、
ダイオード１１によりピエゾ変位指令信号を発生する。

１２はボルテージ７オロアを構成している演算増幅器で
入力したピエゾ変位指令信号を低インピーダンスで出力
する。１３は演算増幅器で抵抗器１４．１５、半固定抵
抗器１６とともに反転増幅回路を構成しており、演算増
幅器１２より出力されたピエゾ変位指令信号を増幅する
。１７はＰチャンネル形電界効果トランジスタ、１８は
Ｎチャンネル形電界効果トランジスタで、このＰチャン
ネル形電界効果トランジスタ１７とＮチャンネル形電界
効果トランジスタ１８によりコンプリメンタリ増幅回路
を構成し、演算増幅器１３で増幅されたピエゾ変位指令
信号によりピエゾ素子１の駆動電圧を発生する。

次に変位量変換回路６において１９は演算増幅器で抵抗
器２０、半固定抵抗器２１非線形素子２２とともに反転
増幅回路を構成しており静電容量検出信号を変位量信号
に変換する。２３は前記変位量信号の位相を演算増幅器
１２の出力信号であるピエゾ変位指令信号の位相に合わ
せるための位相補償回路である。２４は演算増幅器で抵
抗器２５．２６．２７．２８とともに差動増幅回路を構
成しており、位相補償回路２３の出力信号である変位量
信号と演算増幅器１２の出力信号であるピエゾ変位指令
信号との差である誤差信号を出力する。この出力は、演
算増幅器１３の非反転入力端子へ半固定抵抗器１６を通
し接続される。

まず、ピエゾ素子駆動信号発生装置２からのピエゾ素子
駆動信号が第３図（ａ）のタイミングチャート図に示す
ようにＨ信号になると信号は充電用抵抗器８およびダイ
オード９を通してコンデンサ７に電荷を充電する。次に
、ピエゾ素子駆動信号がＬ信号になるとダイオード１１
および放電用抵抗器１０を通してコンデンサ７に蓄積さ
れていた電荷は放電される。このコンデンサ７の両端に
現われる電圧はボルテージフォロアを構成している演算
増幅器１２により低インピーダンスで第３図（ｂ）に示
すように出力され、ピエゾ変位指令信号となる。さらに
このピエゾ変位指令信号は、抵抗器１４．１５、半固定
抵抗器１６および演算増幅器１３から構成される反転増
幅回路により増幅された後、Ｐチャネル形電界効果トラ
ンジスタ１７とＮチャネル形電界効果トランジスタ１８
にて構成されるコンプリメンタリ増幅回路によりピエゾ
素子１へ出力される。

ピエゾ素子は、変位する際に板厚が縮み静電容量が大き
くなるという性質がある。第４図に一般的な３Ｘ３Ｘ０
．２ｍｍのピエゾ素子の変位量に対する静電容量の変化
を示す。ピエゾ素子は変位するにつれ厚みが薄くなるた
め静電容量は大きくなる。ピエゾ素子のこの性質を利用
し静電容量検出回路５によりピエゾ素子の静電容量変化
を電圧変化に変換した後、変位量変換回路６により、変
位量に対する出力電圧が比例になるよう変換している。

変位量変換回路６は、演算増幅器１９と、抵抗器２０お
よび非線形素子２２により静電容量信号を変位量信号に
変換し、半固定抵抗器２１により変位量に対するオフセ
ット電圧を調整する。さらに、ここで出力される変位量
信号は、位相補償回路２３によりボルテージフォロアを
構成する演算増幅器１２の出力信号であるピエゾ変位指
令信号と位相を合わせた後、抵抗器２６を通して、演算
増幅器２４の非反転入力端子に入力される。演算増幅器
２４は、抵抗器２５．２６．２７．２８と組み合わせて
差動増幅回路を構成しており、第３図（Ｃ）に示す位相
補償回路２３の出力であるピエゾ変位量信号と第３図（
ｂ）に示すボルテージフォロアを構成する演算増幅器１
２の出力信号であるピエゾ変位指令信号との信号の差で
ある第３図（ｄ）に示す誤差信号を出力する。この誤差
信号は、反転増幅器を構成する演算増幅器１３の非反転
入力端子へ、半固定抵抗器１６を通して人力され、ピエ
ゾ素子駆動電圧は、ピエゾ素子１の変位量がピエゾ変位
指令値に従うようフィードバックがかけられ、ピエゾ駆
動電圧は第３図（ｅ）に示すようになる。

以上のように、ピエゾ素子の変位量をピエゾ素子自体の
静電容量の変化として検出し電圧に変換して取り出しピ
エゾ変位指令信号にフィードバックをかけることにより
、ビシ素子をインクジェットヘッドのアクチュエータと
して精度よ（制御することができる。

発明の効果以上のように本発明は、圧電素子を駆動する駆動手段と
、圧電素子の静電容量を検出する検出手段と、圧電素子
を制御する制御手段とを備え、検出手段により圧電素子
の静電容量を検出し、検出された静電容量に従って駆動
手段より出力した圧電素子駆動信号の波形を制御手段に
より変化させるようにしたことにより、圧電素子の変位
そのものをフィードバックして圧電素子の変化を制御す
ることができアクチュエータのダンピング振動を抑える
とともに変位速度を制御できるようになり、不要なドツ
トの発生を抑え短時間でインクメニスカスを安定させる
ことができ、従来に比べ圧電素子の駆動周波数を上げて
も高品位の高速印字を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるピエゾ素子駆動制御
装置のブロック図、第２図はピエゾ素子駆動制御装置の
回路図、第３図はピエゾ素子駆動制御装置のタイミング
図、第４図はピエゾ素子の変位量に対する静電容量の変
化図、第５図は従来例のインクジェットヘッドの概略斜
視図、題６図は従来例のピエゾ素子駆動装置の回路図、
第７図はインクジェットヘッドの動作図、第８図は従来
例のピエゾ素子駆動装置のタイミング図である。１・・・ピエゾ素子２・・・ピエゾ素子駆動信号発生装置３・・・電源　　　　　　　　　　４・・・制御回路５
・・・静電容量検出回路　６・・・変位量変換回路７・
・・コンデンサ　　　　　　８・・・充電抵抗器９・・
・ダイオード　　　　　１０・・・放電抵抗器１１・・
・ダイオード　　　　１２・・・演算増幅器１３・・・
演算増幅器　　　　　　１４・・・抵抗器１５・・・抵
抗器　　　　　１６・・・半固定抵抗器１７・・・Ｐチ
ャンネル形電界効果トランジスタ１８・・・Ｎチャンネ
ル形電界効果トランジスタ１９・・・演算増幅器　　　
　　　２０・・・抵抗器２１・・・半固定抵抗器　　　
２２・・・非線形素子２３・・・位相補償器　　　　２
４・・・演算増幅器２５・・・抵抗器　　　　　　　　
２６・・・抵抗器２７・・・抵抗器　　　　　　　　２
８・・・抵抗器第１図１：ピエゾ素子２：ピエゾ素子駆動信号発生装置３：電源４：制御回路５：静電容量検出回路６：変位量変換回路第３図第図０００１０１０　　　１０２０静電容量（ＰＦ）第５図第ア図（ａ）２（ｂ）（Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

インクを噴出するノズルと、前記ノズルの流入口側に設
けられ、少なくとも一部を可とう性の板状体で構成した
加圧室と、前記可とう性の板状体に貼り付けられた圧電
素子と、前記圧電素子を駆動する駆動手段と、前記圧電
素子の静電容量を検出する検出手段と、前記圧電素子を
制御する制御手段とを備え、前記検出手段により前記圧
電素子の静電容量を検出し、検出された静電容量に従っ
て前記駆動手段より出力した圧電素子駆動信号の波形を
前記制御手段により変化させることを特徴とするインク
ジェットヘッドの駆動方式。