JPH0524194A

JPH0524194A - インク噴射記録装置

Info

Publication number: JPH0524194A
Application number: JP20250091A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nakano; 智昭中野; Hiromichi Komai; 博道駒井; Toshitaka Hirata; 俊敞平田; Toshio Inada; 俊生稲田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】安定したインク滴噴射を低エネルギー、低コ
ストで実現し、高速印字、高画像品質を得る。【構成】検出用ドライバ回路２１からは、インク滴を
吐出させるための駆動電圧Ｖｐよりも低い駆動電圧Ｖ
p′を発生させ、複数の駆動流路２３ａの圧電素子に印
加される。一方、非駆動流路２３ｂの圧電素子には残留
振動によって起電力が発生し、検出回路２４にて残留圧
力波を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、インク噴射記録装置に関し、よ
り詳細には、インクジェットプリンタのヘッド駆動法に
よるインク噴射記録装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、インク滴噴射装置にはパルスで電歪
振動子を駆動してその歪み現象によりインク滴噴射ヘッ
ド内のインク室の体積を変化させることによってインク
室内のインクに圧力を加えてノズルより噴射させるもの
がある。しかし、このようなインク滴噴射装置にあって
はインク室内に気泡が存在したり、インク室にインクが
充填されていない部分がある場合にはインク滴噴射効率
が著しく低下し、又インク滴噴射機能が停止することが
ある。このため例えばプリンタに用いられた場合には、
入力情報を全部プリントすることができなくなってプリ
ントミスを生じ、このプリントミスに気付かないことも
多い。

【０００３】この点を解決するために、例えば、実公昭
５９−５５７０号公報に「インク滴噴射装置」が提案さ
れている。この公報のものは、インク滴噴射のための入
力パルスの周波数より高い所定周波数の振動分を検出す
る手段と、検出された出力を整流する整流回路とを備え
たインク滴噴射装置に関するものである。

【０００４】また、特公昭５８−３０８２８号公報の
「インクジェット印字装置」は、ヘッド内の気泡を検出
する気泡検出回路と検出出力電圧が一定値以上に達した
とき、ヘッドをホームポジションに移動させ、インク押
圧装置にて気泡を吐出させる気泡除去装置を備えたもの
である。また、先に提案された特願平２−２８５５７７
号の「液体噴射記録ヘッドの駆動方法」は、インクの噴
射状態を安定にし、駆動周波数に対するインクの噴射速
度の変動をなくすために、パルス信号の印加により液滴
を吐出した後に、パルス幅又は波高値の異なる第２のパ
ルス信号を印加するものである。

【０００５】従来の流路構造をもつインクジェットヘッ
ドでは、インク滴が吐出した後にも、流路内に圧力波が
残留する。上記残留圧力波は、液室構造（寸法、材料、
形状）と圧電素子及びインク流体の系から決まる固有振
動数にインクが共振して圧力波が発生するからだと考え
られる。上記残留圧力波の検出手段と、流路内に気泡が
混入した場合に生ずる残留圧力波形の変動を利用する気
泡除去装置については、前述したように、各々実公昭５
９−５５７０号公報と特公昭５８−３０８２８号公報に
開示されている。

【０００６】上記検出手段では、圧電素子に駆動電圧を
印加させることによって残留圧力波を検出するので、検
出時には必ずインク滴が吐出する。したがって、検出タ
イミングは、ヘッドが非印字領域（例えばホームポジシ
ョン）にあるときに限られるので検出効率が悪く、印字
期間中に気泡の混入が発生した場合はインク滴吐出不能
のまま印字を続けることになり、画像品質を著しく劣化
させる恐れがある。また、検出のためには駆動電圧を印
加させるので、駆動回路の消費電力が増加し、コストア
ップとなる。

【０００７】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、安定したインク滴噴射を低エネルギー、低コス
トで実現し、高速印字、高画像品質を得るようにしたイ
ンク噴射記録装置を提供することを目的としてなされた
ものである。

【０００８】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
圧電素子を有するヘッドと、該圧電素子にインク滴を吐
出させるための駆動波形を印加する駆動回路と、流路内
に発生する残留圧力波の振動電圧波形と残留圧力波を検
知するために、前記圧電素子に印加された駆動波形を分
離して検出するための検出回路とから成り、残留圧力波
を検知するために圧電素子に印加する駆動電圧が、イン
ク滴を吐出させるための駆動電圧よりも低い電圧であ
り、該電圧により残留振動を検出すること、更には、
（２）前記検出回路の出力によって、インク滴を吐出さ
せるための駆動波形を調整する波形制御回路を備えたこ
と、更には、（３）前記検出回路の出力によって、気泡
除去装置を作動させることを特徴としたものである。以
下、本発明の実施例に基づいて説明する。

【０００９】まず、図２（ａ），（ｂ）は、インク噴射
記録装置を説明するための構成図で、図（ａ）は断面
図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ線矢視拡大図である。
図中、１は基板、２は圧電素子、２ａは非駆動圧電素
子、２ｂは駆動圧電素子、３は流路板、３ａはインク流
路、３ｂは壁部、４は共通液室構成部材、４ａは共通液
室、５はインク供給パイプ、６はノズルプレート、６ａ
はノズル、７は駆動用回路プリント板（ＰＢＣ）、８は
リード線、９は駆動電極、１０は充填剤、１１は保護
板、１２は流体抵抗、１３，１４は内部電極、１５は上
部隔壁である。

【００１０】集積化されたヘッドにおいて、内部電極１
３，１４を有する積層された圧電素子２は、流路３ａに
対応して、該流路３ａ方向に溝加工が施され、溝１０、
駆動圧電素子２ｂ、非駆動圧電素子２ａに区分される。
溝１０には充填剤が封入されている。溝加工が施された
圧電素子２には上部隔壁１５を介して流路板３が接合さ
れる。すなわち、前記上部隔壁１５は、非駆動圧電素子
２ａと隣接する流路を隔てる壁部３ｂとで支持される。
駆動圧電素子２ａの幅は流路３ａの幅よりも僅かに狭
く、駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）上の駆動回路によ
り選択された駆動圧電素子２ｂにパルス状信号電圧を印
加すると、該駆動圧電素子２ｂは厚み方向に変位し、上
部隔壁１５を介して流路３ａの容積が変化し、その結果
ノズル板６のノズル６ａよりインク液滴を吐出する。

【００１１】このように、図２に示すインクジェットヘ
ッドの構造において、残留振動はパルス幅または波高値
の異なる第２のパルス信号を印加することで大幅に低減
できる。しかし、設計や製造段階で駆動波形を決めて
も、残留振動は液室構造と圧電体及びインク流体の系か
らくる固有振動数によるものであり、ヘッドの使用環境
（温度、湿度、経時的な劣化）が変化すると残留振動も
変化する。従って、駆動波形もそれに応じて調整しなけ
ればならない。

【００１２】図３（ａ）は、図１に示すようなオンデマ
ンド型ヘッドを駆動するための波形を示す。各流路に設
けられた圧電素子に上記駆動波形を印加することでイン
ク液滴を吐出させる。このとき、第１パルスと第２パル
スの遅延時間Ｔｄが適切に設定されていない場合は、残
留圧力波が発生し、駆動流路と隣接する非駆動流路の圧
電素子（保持電圧Ｖｐは印加されていてもよいが、グラ
ンドレベルのままのほうが応力がかからないので検出感
度は高い）には図３（ｂ）のように振動電圧波形がみら
れる。前記従来技術では、このように駆動電圧を圧電素
子に印加することで残留圧力波を検出していたが、本発
明は、図４に示すように、駆動電圧Ｖｐより低い電圧Ｖ
p′の駆動波形を圧電素子に印加することが特徴であ
る。

【００１３】本発明の場合、駆動流路が１本の場合で
は、検出される振動波形の振幅Ｖm′は、図３（ｂ）の
Ｖｍと比較すると小さいが、図５に示すように、検出用
の非駆動流路に対し隣接する複数の流路を駆動させれ
ば、Ｖm′は増幅でき、検出感度を高くすることができ
る。とくに、駆動電圧が５Ｖ以下でインク滴が吐出しな
い場合は、検出用の駆動電圧としてＶp′＝５Ｖ（ロジ
ック部Ｉ．Ｃ駆動電圧）に設定することで検出用駆動波
形のために、新たな電源を設ける必要がなく、コストア
ップにはならない。

【００１４】図１は、本発明によるインク噴射記録装置
の一実施例を説明するためのブロックダイヤグラムで、
図中、２１は検出用ドライバ回路、２２はヘッドドライ
バ回路、２３ａは駆動流路、２３ｂは非駆動流路、２４
は検出回路、２５は波形制御回路である。駆動信号がヘ
ッドドライバ回路２２へ入力されると、ヘッドを駆動す
るために最適に初期設定された波形がヘッドへ印加され
る。ヘッドは波形が印加されると、加圧液室内のインク
が加圧され、ノズルよりインク滴が噴射する。しかし、
液室内はインク滴噴射後も圧力振動が残存する。このと
き、加圧液室の圧電素子には、残留振動によって起電力
が発生し、電圧波形として図３（ａ）のように観察され
る。図３（ｂ）の電圧振動を検出回路２４にて検出し、
波形制御回路２５にて振幅値をあらかじめ定められた基
準電圧と比較する。その結果、基準電圧より高い場合
は、駆動波形を調整し、残留振動が許容範囲（噴射速度
に影響しない程度）におさまるようにする。

【００１５】図３（ａ）のような駆動波形を用いてイン
ク滴を吐出させる場合は、遅延時間Ｔｄおよびパルス幅
Ｐｗ２を残留圧力波が最小になるように最適に初期設定
しても環境の変化（温度、湿度、インク物性等の変化）
によって最適設定にずれが生じてくる。そこで、検出用
ドライバ回路２１にて、図４に示した波形を発生させ、
図５に示したように複数の駆動流路２３ａの圧電素子に
印加する。一方、非駆動流路２３ｂの圧電素子には、残
留振動によって起電力が発生し、検出回路２４（この場
合、非駆動流路の圧電素子は電気的にグランドに接続さ
れている）にて、残留圧力波を検出する。この検出信号
は、波形制御回路２５にて、遅延時間Ｔｄおよびパルス
幅Ｐｗ２が適当に調整されて、ヘッドドライバ回路２２
にて増幅される。

【００１６】検出のタイミングは、従来非印字領域にヘ
ッドが位置するとき限られていたが、本発明によって検
出時でもインク滴が吐出しないため、例えば、片方向印
字の場合、往路で印字し、復路で残留圧力波を検出して
波形制御を行うことが可能となる。したがって、とくに
ホームポジションにヘッドを移動させて、検出のために
パージングを行う必要もないので非常に効率よく検出
し、波形制御を行うことができる。

【００１７】図６は、検出回路の構成図で、図中、３１
は非駆動流路圧電素子（ＰＺＴ）、３２はフィルタ回
路、３３は整流回路、３４は増幅器、３５は可変抵抗、
３６は電圧比較器、３７はツエナーダイオード、３８は
可変抵抗、３９，４２はコンデンサ、４０，４３は抵
抗、４１はダイオードである。フィルタ回路３２、整流
回路３３、増幅器３４、電圧比較器３６を用いて圧力波
の振幅値を検出信号として取り出すことができる。

【００１８】ツエナーダイオード３７及び可変抵抗３８
の直列回路がヘッドの圧電素子３１と並列に接続され、
可変抵抗３８の摺動子と接地点との間にコンデンサ３９
及び抵抗４０が直列に接続される。このコンデンサ３９
及び抵抗４０はフィルタ回路３２を構成するもので、そ
の接続点がダイオード４１の陽極に接続される。ダイオ
ード４１の陰極はコンデンサ４２と抵抗４３を介して接
地されると共に増幅器３４を介して電圧比較器３６の一
方の入力端子に接続され、ダイオード４１、コンデンサ
４２、抵抗４３により整流回路３３が構成される。又、
可変抵抗３５が正の直流電源と接地点との間に接続さ
れ、該可変抵抗３５の摺動子が電圧比較器３６の他方の
入力端子に接続され、ツエナーダイオード３７、可変抵
抗３８，３５、抵抗４０，４３、ダイオード４１、コン
デンサ３９，４２、電圧比較器３６により検出回路が構
成される。

【００１９】図７は、本発明によるインク噴射記録装置
の他の実施例を示す図で、流路内に混入した気泡の検出
回路と気泡の除去装置の制御を示すものである。図中、
２６は気泡除去装置で、その他、図１と同じ作用をする
部分は同一の符号を付してある。流路内に気泡が混入し
た場合、残留圧力波は正常状態と比較すると、その周期
および振幅値が乱れ、従って検出回路２４にて出力され
る出力電圧が大きく異なる。このときの出力電圧と正常
時の出力電圧を比較すれば、気泡が混入した流路が判明
できるので、気泡除去装置２６を作動させることができ
る。また、駆動波形制御の場合と同様に、検出タイミン
グは、ヘッドがホームポジションにもどるまでの復路の
間に順次、各流路について行えば、効率よく短時間に気
泡を除去することが可能である。

【００２０】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。（１）残留圧力波検出のための駆動電圧が、インク滴が
吐出しないような低い電圧であるので、ヘッドが印字領
域にあるタイミングでも効率よく検出回路を作動させる
ことができる。また、圧電素子のスイッチング電圧に対
する繰り返し耐久性が向上する。（２）ヘッドが印字領域にあるタイミングでも駆動波形
を環境変化に応じて効率よく調整できるので、常に安定
した画像品質が低コストで得られる。（３）ヘッドが印字領域にあるタイミングでも流路内に
混入した気泡を効率よく検出することができるので、常
に安定した画像品質が低コストで得られる。また、印刷
中に検出のためのパージングを行う必要がないので印刷
時間（印字開始から印字終了までの時間）の短縮にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインク噴射記録装置の一実施例
を説明するためのブロックダイヤグラムを示す図であ
る。

【図２】インク噴射記録装置の構成図である。

【図３】電圧波形を示す図である。

【図４】駆動波形を示す図である。

【図５】駆動流路と非駆動流路の配置を示す図であ
る。

【図６】検出回路の構成図である。

【図７】本発明によるインク噴射記録装置の他の実施
例のブロックダイヤグラムを示す図である。

【符号の説明】

２１…検出用ドライバ回路、２２…ヘッドドライバ回
路、２３ａ…駆動流路、２３ｂ…非駆動流路、２４…検
出回路、２５…波形制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 2/125 9012−2ＣＢ４１Ｊ 3/04 １０４Ｋ (72)発明者稲田俊生東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子を有するヘッドと、該圧電素子
にインク滴を吐出させるための駆動波形を印加する駆動
回路と、流路内に発生する残留圧力波の振動電圧波形と
残留圧力波を検知するために、前記圧電素子に印加され
た駆動波形を分離して検出するための検出回路とから成
り、残留圧力波を検知するために圧電素子に印加する駆
動電圧が、インク滴を吐出させるための駆動電圧よりも
低い電圧であり、該電圧により残留振動を検出すること
を特徴とするインク噴射記録装置。
【請求項２】前記検出回路の出力によって、インク滴
を吐出させるための駆動波形を調整する波形制御回路を
備えたことを特徴とする請求項１記載のインク噴射記録
装置。
【請求項３】前記検出回路の出力によって、気泡除去
装置を作動させることを特徴とする請求項１記載のイン
ク噴射記録装置。