JPH068428A - インクジェット式印字ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電素子に印加する駆動信号の未飽和領域で選
択手段のオンオフを切り換えることにより圧電素子に印
加される電圧を可変し、各ノズルから吐出されるインク
量を一定にすることを目的とする。 【構成】 走査電圧発生回路３より出力され、圧電素子
４の充放電を行う台形状の駆動信号の充電時において、
パルス信号発生回路７より出力される異なるパルス幅を
もつ３出力からＲＯＭ１６の各ノズルから吐出されるイ
ンク滴量情報により１つを選択し、当該するノズルから
吐出されるインク量が多い場合には、充電が飽和する前
にＭＯＳＦＥＴ５をＯＦＦして、駆動信号の飽和電圧よ
り低い最大印加電圧を印加しインク滴量を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
ターに用いる、印字ヘッドの駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット式印字ヘッドは、
日本特許公報、特公昭６０−８９５３号公報に示された
ように、インクタンクを構成する容器の壁面に複数のノ
ズル開口を形成すると共に、各ノズル開口と対向するよ
うに伸縮方向を一致させて圧電素子を配設して構成され
ている。この印字ヘッドは、駆動信号を圧電素子に印加
して圧電素子を伸縮させ、この時に発生するインクの動
圧によりインク滴をノズル開口から吐出させて印刷用紙
にドットを形成するものである。

【０００３】このような形式の印字ヘッドに於いては、
複数のノズル開口から吐出されるインク滴の量（以下イ
ンク量とする）が異なると著しく印字品質を劣化させる
ため、インク量は等量であることが望ましい。しかし実
際にはインクタンクを構成する容器の大きさのばらつ
き、ノズル開口の大きさのばらつき等によりインク量が
異なってしまう。このインク量を補正するためには圧電
素子に印加される電圧を可変させる方法が一般的に知ら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし各圧電素子毎に
異なる電源を有することは、特にノズル数が多いライン
ヘッドの場合、膨大なコストアップとなり実際には不可
能である。インク量の補正方法としては熱転写方式のプ
リンタに用いられるパルス幅変調による補正方法が知ら
れている。この方法を用いることにより熱転写方式のプ
リンタは低コストで高精度のインク量の補正が可能であ
るが、この方法をインクジェットに用いても適正なイン
ク量に補正することはできない。これは熱転写方式が電
圧が印加される時間と比例関係にある発熱量によりイン
ク量を可変できるのに対し、インクジェット方式におい
てはインク量が圧電素子の変位量、つまり圧電素子に印
加される電圧に大きく関与し、圧電素子に電圧が印加さ
れる時間にほとんど関係ないためである。そこで、パル
ス幅変調により圧電素子に印加される電圧が変化する方
法が望ましいがインクジェット方式のプリンタにおいて
高精度かつ低コストの電圧可変可能な駆動方式はこれま
で考案されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、特にノズル数の多いライ
ンヘッドにおいて、各ノズルから吐出されるインク量を
一定にし高印字品質を実現し、かつ低コストのインクジ
ェット式印字ヘッドの駆動方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に於けるインクジェット式印字ヘッドの駆動
方法は、駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記
圧電素子を駆動する圧電素子駆動手段と、前記駆動信号
発生手段より出力される駆動信号と同期した異なるパル
ス幅を持つ信号を複数出力するパルス信号出力手段と、
予め各ノズルから吐出されるインク滴の量の情報が記憶
されている記憶手段と、前記圧電素子駆動手段が印字信
号により選択された場合、前記記憶手段より出力される
信号に従い前記パルス信号出力手段から出力される複数
の信号から１つの信号を選択する信号選択手段とを具備
し、駆動信号の未飽和領域で圧電素子駆動手段のオンオ
フを切り換えることにより圧電素子に印加される電圧を
可変し、各ノズルから吐出されるインク滴量を一定にす
ることを特徴とする。

【０００７】

【実施例】図１に本発明の実施例を示す。１は発信器、
２は分周期、３は駆動信号を発生する駆動信号発生手段
である走査電圧発生回路、４は走査電圧発生回路３の出
力を共通電極とし、印字ヘッドのノズル開口と対応する
圧電素子、５は圧電素子４を選択する手段であるＮチャ
ンネル電界効果トランジスタ（ＭＯＳ型ＦＥＴ）、６は
電界効果トランジスタの寄生ダイオード、７は異なるパ
ルス幅を有する信号を複数出力するパルス信号出力手段
であるパルス信号発生回路、８は異なるパルス信号、９
は信号選択手段であるセレクタ回路、１０、１１、１２
はフリップフロップ回路、１３、１４は各々、フリップ
フロップ１０、１１のより出力される信号を一時記憶す
るためのラッチ信号、１５はフリップフロップ１２のシ
フトクロック信号、１６は予め各ノズルから吐出される
インク量の情報を記憶されている記憶手段であるリード
オンリーメモリー（ＲＯＭ）、１７はＲＯＭ１６のアド
レスカウンタ、１８はアドレスカウンタ１７のキャリー
信号の分周期、１９はＲＯＭ１６の２ビットのデータバ
ス、２０はデーターバス１９の２ビットを切り替えるス
イッチ回路、２１は印字するかしないかの’１’、’
０’の情報をもつ印字データ信号である。

【０００８】発信器１より出力されるクロックは分周期
２により分周され図２に示す印字タイミング信号とな
る。印字タイミング信号は走査電圧発生回路３に入力さ
れ、走査電圧発生回路３は印字タイミング信号に同期し
て図２の駆動信号を発生する。この台形状の駆動信号を
発生する走査電圧発生回路３の具体例を図３に示す。

【０００９】図３に於て、１０１から１０５は抵抗、１
０６から１０８、１１４はＮＰＮ型トランジスタ、１０
９、１１０、１１３はＰＮＰ型トランジスタ、１１１は
コンデンサ、１１２はワンショットマルチバイブレー
タ、１１５は充電制御信号、１１６は充電制御信号１１
５の反転信号である放電制御信号である。ワンショット
マルチバイブレータ１１２は前述した印字タイミング信
号の立ち上がりエッジによりトリガされ所定のパルス幅
を持つ充電制御信号１１５を出力する。充電制御信号１
１５によりＮＰＮ型トランジスタ１０６をオン状態にす
ると、ＰＮＰ型トランジスタ１０９がオン状態になる。
このときＰＮＰ型トランジスタ１０９とＰＮＰ型トラン
ジスタ１１０はカレントミラー回路を構成し、抵抗１０
４により定められる一定電流でコンデンサ１１１に充電
する。コンデンサ１１１の電位はＰＮＰ型トランジスタ
１０９とＰＮＰ型トランジスタ１１０はカレントミラー
回路がオンしている状態、つまりＰＮＰ形トランジスタ
１０６がオン状態の時間だけ充電する。充電制御信号１
１５が終了するとＮＰＮ型トランジスタ１０６がオフ状
態になり、ある電圧値（以後最大電圧Ｖｐとする）に保
持される。次に一定時間Ｖｐに保持された後、放電制御
信号７によりＮＰＮ型トランジスタ１０８をオン状態に
する。ＮＰＮ型トランジスタ１０７とＮＰＮ型トランジ
スタ１０８は前述したと同様にカレントミラー回路を構
成し、抵抗１０５により定められる一定電流でコンデン
サ１１１を放電する。この充電制御信号６と放電制御信
号７を連続して行い、コンデンサ１１１の充放電を繰り
返すことにより図２に示す台形状の駆動信号を発生す
る。尚ここで得られた駆動信号はＮＰＮ型トランジスタ
１２０とＰＮＰ型トランジスタ１２１で構成されるコン
プリメンタリ型のプッシュプル回路により電流増幅され
る。

【００１０】次に分周器２より出力される印字タイミン
グ信号は同時にパルス信号発生回路７に入力される。パ
ルス信号発生回路７は印字タイミング信号の立ち上がり
エッジによりトリガされ、図２のパルス信号ａ〜ｃを出
力する。このパルス信号発生回路を図４に示す。図４の
２０１〜２０３はワンショットマルチバイブレータ、２
０４、２０６、２０８は抵抗、２０５、２０７、２０９
はコンデンサである。ワンショットマルチバイブレータ
２０１〜２０３から出力されるパルス信号は、各々に接
続されている抵抗２０４、２０６、２０８、及びコンデ
ンサ２０５、２０７、２０９によりパルス幅が決定され
る。

【００１１】次にノズル数と同数のアドレスを出力する
アドレスカウンタ１７はＲＯＭ１６にアドレスを与え
る。ＲＯＭ１６は予め圧電素子に印加される電圧を一定
にした時の各ノズルより吐出されるインク量を３ランク
にし、吐出されるインク滴量の多い順に各ランクを各
々’０１’、’１０’、’１１’に記号化した情報が格
納されている。これを図５に示す。従って印字データ信
号２１と各ノズルの位置情報を与えるアドレスとによ
り、データバス１９の信号が決定される。データバス１
９はスイッチ回路２０により２ビットのうち１ビットが
選択され、選択された信号はフリップフロップ１２に入
力され、アドレスカウンタ１７がアップカウントされる
毎にシフトクロック１５により順次転送される。印字ヘ
ッドを構成する圧電素子４の数だけデータが転送された
後、フリップフロップ１２の出力は図２に示すようなタ
イミングでラッチ信号１３により各々対応するフリップ
フロップ１１に一時記憶される。同時にスイッチ回路２
０はアドレスカウンタ１７のキャリー信号を分周する分
周器１８により出力される信号により２ビットのデータ
バス１９のもう一方のデータ信号を選択する。同様にス
イッチ回路２０の出力はフリップフロップ１２に入力さ
れ、アドレスカウンタ１７がアップカウントされる毎に
シフトクロック１５により順次転送され、圧電素子４の
数だけ転送された後、フリップフロップ１２の出力は図
２に示すようなタイミングでラッチ信号１４により各々
対応するフリップフロップ１０に一時記憶される。

【００１２】次にセレクタ回路９はフリップフロップ１
０、１１に記憶された情報に従い、パルス信号発生回路
７のパルス信号ａ〜ｃを選択する。このときフリップフ
ロップ１０、１１に記憶された情報が’００’の場合は
信号を出力しない。ここでフリップフロップ１０、１１
に記憶された情報が’１１’の場合パルス信号ｃを選択
し、パルス信号ｃは駆動信号が飽和領域に達するまでト
ランジスタ５をＯＮしているから駆動信号の立ち上がり
時は圧電素子４を充電し、飽和領域を経て駆動信号の立
ち下がり時には圧電素子４を放電する。尚、圧電素子４
の充電電流は走査電圧発生回路３から圧電素子４、ＯＮ
されたトランジスタ５へと流れ、放電電流は寄生ダイオ
ード６、圧電素子、走査電圧発生回路３へと流れる。よ
って圧電素子４に印加される電圧波形は図２の圧電素子
印加波形ｆに示すように駆動波形と同一の波形となる。
この駆動波形が圧電素子４に印加されると、圧電素子４
は圧電素子印加波形ｆに従い伸縮しノズル開口と圧電素
子４の間にあるインクを圧しノズル開口からインク滴を
飛翔させる。

【００１３】次に選択されたパルス信号がｂの場合（フ
リップフロップ１０、１１に記憶された情報’１０’場
合）、パルス信号ｂは駆動信号が飽和領域に達する前の
未飽和領域でトランジスタ５をＯＮからＯＦＦに転じて
いるため、トランジスタ５のＯＦＦ後は圧電素子４への
充電は行われない。また放電時はトランジスタ５がＯＦ
Ｆされたときの電圧をＶｂとすると駆動信号の立ち下が
りがＶｂに達したときから放電が開始される。よって圧
電素子４に印加される電圧波形は図２に示す圧電素子印
加波形ｆと最大印加電圧が異なる圧電素子印加波形ｅに
なる。また選択されたパルス信号がａの場合（フリップ
フロップ１０、１１に記憶された情報’０１’場合）も
同様である。このように異なる最大印加電圧を持つ駆動
波形を圧電素子４に印加することにより圧電素子４の伸
縮量を変えることができ、同一の駆動波形を与えたとき
の各ノズルから吐出されるインク滴量の多いノズルは対
応する圧電素子の伸縮量を小さく、インク滴量の少ない
ノズルは対応する圧電素子の伸縮量を大きくして、各ノ
ズルから吐出されるインク量を一定量に調整することが
できる。

【００１４】以上本発明の実施例について説明してきた
が、本発明ではインク滴の量を３ランクにし最大印加電
圧を３段階に設定し調整したが、インクタンクを構成す
る容器の大きさのばらつき、ノズル開口の大きさのばら
つき等によるインク量のばらつきを考慮して、インク量
のランク数を決定するのが望ましい。

【００１５】また本発明では各ノズル毎に最大印加電圧
を設定可能としたが、図５の様に一定の数のノズルで１
ユニットを構成し、複数のユニットでラインヘッドを構
成する場合がある。図６の３０１はノズル、３０２はユ
ニットである。このような場合にはユニット内での各ノ
ズルから吐出されるインク量はほとんど一定であるがユ
ニット間のばらつきが大きい場合が多々ある。このよう
な構成の場合は図７に示す様に各ユニット毎に最大印加
電圧を設定する。図７の４Ａ、４Ｂ、４Ｃは各々ユニッ
トＡ、Ｂ、Ｃのノズルに対応する圧電素子、４０１はＡ
ＮＤゲート、４０２、４０３はフリップフロップ回路、
４０４はラッチ信号、４０５は印字データ信号、４０６
Ａ、４０６Ｂ、４０６Ｃはセレクタ回路、４０７Ａ、４
０７Ｂ４０７Ｃは予め各ユニットのインク滴量が記憶さ
れている記憶手段であり、配線により’０’もしくは’
１’を決定し出力する記憶回路、４０８はシフトクロッ
クである。セレクタ回路４０６Ａ、４０６Ｂ、４０６Ｃ
は記憶回路４０７Ａ、４０７Ｂ、４０７Ｃによりパルス
信号発生回路７から出力されるパルス信号ａ〜ｃの中か
ら一つの信号を選択する。ＡＮＤゲート４０２はフリッ
プフロップ４０２に記憶された印字データ信号が’１’
の場合、つまり印字の場合には選択されたパルス信号を
出力する。

【００１６】また、複数のヘッドを持つ印写装置におい
て各ヘッド毎に最大印加電圧を設定しても同様の効果が
得られる。特にこのように複数のヘッドからなる印写装
置は大部分がカラー印写装置であるが、カラー印写装置
は各色毎にインク特性が異なりインク量が異なり、色再
現性を著しく劣化させるため、各色毎（各ヘッド毎）異
なる最大印加電圧を設定しなければならない。そのため
前述した駆動方法をもちいてヘッド毎に適切なパルス幅
を選択し、印加最大電圧を設定する。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、複数のノズルを有するインク
ジェット式印字ヘッドの各ノズルより吐出されるインク
量のばらつきを、パルス幅変調により印加最大電圧値を
可変する簡単な方法により、インク量を一定にし、安価
で高品質な文字、画像が得られるインクジェット印字ヘ
ッドの駆動回路を実現する駆動方法を提供する。また本
発明は、インクジェット式印字ヘッドが複数のユニット
から構成される場合、各ノズル毎のインク量のばらつき
よりも各ユニット毎のインク量のばらつきが大きいこと
に着目し、各ユニット毎に印加最大電圧を可変し、各ユ
ニット毎のインク量のばらつきを低減した高品質な文
字、画像が得られる安価なインクジェット式印字ヘッド
の駆動回路を実現する駆動方法を提供する。更に複数の
ヘッドを有し各ヘッド毎異なるインク特性を持つインク
を用いる場合については、各インクでインク滴量が異な
ることに着目し、各ヘッド毎に印加最大電圧を可変し、
各色のインク滴量を一定にした色再現性のよい高品質な
文字、画像が得られる駆動回路を安価で実現する駆動方
法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式印字ヘッドの駆動方
法の実施例を示す図。

【図２】本発明のインクジェット式印字ヘッドの駆動方
法の実施例のタイムチャートを示す図。

【図３】走査電圧発生回路の一例を示す図。

【図４】パルス信号発生回路の一例を示す図。

【図５】ＲＯＭのアドレスとデータを示す図。

【図６】ユニット構成のインクジェット式印字ヘッドの
例を示す図。

【図７】ユニット構成のインクジェット式印字ヘッドの
駆動方法の実施例を示す図。

【符号の説明】

３ 走査電圧発生回路 ４ 圧電素子 ５ 電界効果トランジスタ ６ 奇生ダイオード ７ パルス信号発生回路 ９ セレクタ回路 １６ ＲＯＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズル開口に対応させて複数の圧
   電素子が配置され、圧電素子への駆動信号によりインク
   がノズル開口から外部に放出されるようにしたインクジ
   ェット式印字ヘッドの駆動方法において、駆動信号を発
   生する駆動信号発生手段と、前記圧電素子を駆動する圧
   電素子駆動手段と、前記駆動信号発生手段より出力され
   る駆動信号と同期した異なるパルス幅を持つ信号を複数
   出力するパルス信号出力手段と、予め各ノズルから吐出
   されるインク滴の量の情報が記憶されている記憶手段
   と、前記圧電素子駆動手段が印字信号により選択された
   場合、前記記憶手段より出力される信号に従い前記パル
   ス信号出力手段から出力される複数の信号から１つの信
   号を選択する信号選択手段とを具備し、駆動信号の未飽
   和領域で圧電素子駆動手段のオンオフを切り換えること
   により圧電素子に印加される電圧を可変し、各ノズルか
   ら吐出されるインク滴量を一定にすることを特徴とする
   インクジェット式印字ヘッドの駆動方法。