JPH07137257A - 圧電式インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 シフトレジスタ１０１に入力したｍ回目およ
びｍ＋１回目の印字データをそれぞれ第２のラッチ回路
１３１及び第１のラッチ回路１２１にラッチし、これら
２つのデータに基づき選択回路１６０により立ち上がり
時間幅の異なる２個のイネーブル信号Ｑ３１、Ｑ３２の
いずれかひとつを選択し、波形整形回路１７０よりイネ
ーブル信号に依存してパルス幅の決まる充電信号Ｎおよ
び放電信号Ｐ０を圧電素子駆動手段に加え、圧電素子の
駆動電圧のパルス幅を２段階に制御する。 【効果】 メニスカスの影響を相殺し、印字ドット径の
均一性を保持しつつ従来よりも格段に高速な印字を行う
ことができる。さらに本発明は特別の高電圧用の電源を
用いることなく、圧電素子の耐圧に対しても充分のゆと
りをもって発明の実施を容易に行うことができる。

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
等の液体インクを使用するプリンタの圧電式インクジェ
ットヘッドの駆動方法に関し、特にその印字品質向上の
ための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】圧電素子に駆動電圧を加
え圧力室を圧縮し、ノズルよりインクを吐出して印字を
行う圧電式インクジェットヘッドを用いたプリンタは、
低騒音で印字の分解能にも優れているところから広く使
用されている。しかし、その印字速度をさらに上げよう
とすると以下に説明するような問題を生ずる。

【０００３】一般に静止状態のインクを圧力室の圧縮に
より吐出した後にはノズル内のインク面の液面振動（以
下に、メニスカスと記載する）は圧力室およびインクで
きまる減衰振動を起こす。

【０００４】図９はインク吐出周期におけるインク滴お
よびメニスカスの状態を示す。図９（ａ）はインク吐出
周期が減衰振動の周期（以下に、減衰周期と記載する）
より短い場合の図であり、図９（ｂ）はインク吐出周期
が長い場合で減衰振動ほぼ減衰した状態でのインク吐出
の図である。

【０００５】同一のノズルから繰り返しインクを吐出す
る場合、この繰り返しの周期が前記の減衰周期よりも充
分に長ければ、メニスカスがゼロに復元した状態でイン
クの吐出が繰り返され、インク滴の大きさは均一とな
り、径の均一のドットが繰り返し印字される。

【０００６】ところが印字速度を上げるために、インク
吐出の繰り返し周期を減衰振動の周期より短くしていく
と図９（ａ）に示すように、２発目以降の吐出はメニス
カスＭ１がマイナスの状態で行われるため、１発目に吐
出のインク滴Ｂ１の大きさに比し２発目以降に吐出のイ
ンク滴Ｂ２、Ｂ３，Ｂ４の大きさは顕著に小さくなる。

【０００７】実験によれば連続する吐出が行われる場合
には図９（ａ）に示すようにインク滴の大きさは１発目
のインク滴より小さい一定の大きさに集れんしていく。

【０００８】しかし吐出が間欠的に行われるときには、
図９（ｂ）に示すように１発目の吐出により生ずるメニ
スカスＭ２の振動は、ゼロ近くに減衰した状態で次の吐
出が行われるため、１発目に吐出するインク滴Ｃ１の大
きさと次に吐出するインク滴Ｃ２の大きさはほぼ同一と
なる。実際の印字においては同一ノズルからの吐出はあ
るときは間欠的にあるときは連続的に行われる。

【０００９】このようなに、吐出の時間間隔を短くして
いくと前述のようにインク滴の大きさが不揃いとなり、
また時にはインクが吐出不能となり、印字品質の顕著な
低下を生ずる。

【００１０】このような欠点を除去するために特公平３
−３５８６６号公報に記載するように、圧力室の圧電素
子に加える駆動電圧パルスの振幅を必要に応じて複数段
階に変化させることも考えられる。しかし、このような
方法を実施しようとすると高電圧を発生するための電源
が必要となり、プリンタの重量、サイズ、消費電力の点
で好ましくない。さらに圧電素子に対してはインクの吐
出に必要な駆動電圧より遥かに高い電圧をかけることと
なり、圧電素子の破壊、劣化に対するマージンがとりに
くい面がある。

【００１１】

【発明の目的】本発明は圧電素子に駆動電圧を加え圧力
室を圧縮しノズルよりインクを吐出して、印字を行う圧
電式インクジェットヘッドを用いて従来よりも高速に印
字を行おうとしたとき、障害となる印字ドット径の不均
一化による印字品質の低下を防止することを目的とす
る。

【００１２】さらに、本発明は特別の高電圧用の電源を
用いることなく、圧電素子の耐圧に対しても充分のゆと
りをもって、かかる印字品質の低下を防止するための手
段を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに本発明は圧電素子に駆動電圧を加え圧力室を圧縮
し、ノズルよりインクを吐出して印字を行う圧電式イン
クジェットヘッドの駆動方法において、同一ノズルから
の吐出が連続するときの第１番目の吐出および吐出が連
続しないときの吐出は、幅の狭い第１の駆動電圧パルス
を圧電素子に加えることにより行い、同一ノズルからの
吐出が連続するときの第２番目以降の吐出は、第１の駆
動電圧パルスよりも幅の広い第２の駆動電圧パルスを圧
電素子に加えることにより行うことを特徴とする

【００１４】本発明はさらに、圧電素子に駆動電圧を加
え圧力室を圧縮し、ノズルよりインクを吐出して印字を
行う圧電式インクジェットヘッドの駆動方法において、
現時点より１ステップ前または複数のステップ前におけ
る同一ノズルからの吐出の有無の状態に応じて、駆動電
圧パルスの幅を複数段階に変化させて圧電素子に駆動電
圧パルスを加えることを特徴とする。

【００１５】本発明はまた、圧電素子に駆動電圧を加え
圧力室を圧縮し、ノズルよりインクを吐出して印字を行
う圧電式インクジェットヘッドの駆動方法において、同
一ノズルのインク吐出を順次制御する印字データを順次
入力して記憶する記憶手段と、それぞれに異なるパルス
幅の複数のイネーブル信号のいずれかひとつを選択する
選択手段を有する制御手段とを用い、記憶手段の出力に
より選択手段を動作させ複数のイネーブル信号のいずれ
かひとつを選択的に出力し、この出力に基づき圧電素子
に加える駆動電圧パルスを形成することを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば、圧電素子に駆動電圧を加え圧
力室を圧縮し、ノズルよりインクを吐出して印字を行う
圧電式インクジェットヘッドの駆動方法において、同一
ノズルからの吐出が連続するときの第１番目の吐出およ
び吐出が連続しないときの吐出は、幅の狭い駆動電圧パ
ルスを圧電素子に加えることにより、連続した吐出の第
１番目の吐出および間欠的な吐出によるインク滴の大き
さを減少させ従来よりも印字ドットの径を減少させる。

【００１７】なお実験によれば、ある段階（圧力室の固
有振動に依存しているパルス幅）までは駆動電圧パルス
の幅が増加するに従って印字ドットの径が増加すること
が確認されている。

【００１８】また同一ノズルからの吐出が連続するとき
の第２番目以降の吐出は第１番目の駆動電圧パルスより
も幅の広い駆動電圧パルスを圧電素子に加えることによ
り、連続する吐出の第２番目以降の印字ドットの径を増
加させる。このようにして、印字パターン全体としての
印字ドット径の均一化を図り、高い印字品質の維持がで
きる。

【００１９】本発明によれば、同一ノズルのインク吐出
を順次制御する印字データを順次入力して記憶する記憶
手段により、現時点の吐出が間欠的な吐出か、連続した
吐出の何番目の吐出かを判断し、記憶手段の出力に応じ
て選択手段を動作させ、イネーブル信号を選択し圧電素
子に加える振幅一定の駆動電圧のパルス幅を複数段階に
制御することにより、現時点の吐出以前の吐出の履歴に
対応して適切にパルス幅を選択することができ、印字パ
ターン全体としての印字ドット径の均一化を図り、高い
印字品質の維持ができる。

【００２０】また、本発明によれば振幅一定でパルス幅
のみの異なる駆動電圧パルスを圧電素子に加えることが
できるため、特別の高電圧電源を必要とせず、また圧電
素子に対しても、許容電圧よりも充分に低い電圧を加え
ることにより常に動作させることができる。

【００２１】

【実施例１】以下に本発明の実施例１を図１、図２およ
び図３を参照して説明する。図１は本実施例１に用いる
制御手段の回路図であり、図２は本実施例１に用いる圧
電素子の駆動手段の回路図であり、図３は圧電駆動手段
の駆動波形と駆動電圧を示すタイムチャート図である。

【００２２】図１の制御手段の構成について説明する。
図１において複数のフリップフロップ１０３のデータ出
力端子（以下に、Ｑ端子と記載する）およびデータ入力
端子（以下に、Ｄ端子と記載する）を順次つなぎ合わせ
てシフトレジスタ１０１を構成する。シフトレジスタ１
０１の１段目のフリップフロップ１０３のＤ端子はデー
タ入力線１０９に接続する。シフトレジスタ１０１を構
成する各フリップフロップ１０３のクロック端子Ｔ（以
下に、Ｔ端子と記載する）およびリセット端子Ｒは、そ
れぞれ共通のデータクロック線１１１およびリセット信
号線１１３に接続する。

【００２３】シフトレジスタ１０１を構成する各フリッ
プフロップ１０３のＱ端子は、第１のラッチ回路１２１
を構成する各フリップフロップ１２３のＤ端子と、第１
の並列出力線１２０を介して接続する。第１のラッチ回
路１２１の各フリップフロップ１２３のＴ端子は、共通
の第１のラッチ信号線１２５に接続する。

【００２４】第１のラッチ回路１２１を構成する各フリ
ップフロップ１２３のＱ端子は、第２のラッチ回路１３
１を構成する各フリップフロップ１３３のＤ端子と、第
２の並列出力線１３０を介して接続する。第２のラッチ
回路１３１の各フリップフロップ１３３のＴ端子は、共
通の第２のラッチ信号線１３５に接続する。

【００２５】デコーダ１５０を構成する第１の２入力ア
ンドゲート１４２の反転入力端子と、同じくデコーダ１
５０を構成する第２の２入力アンドゲート１４５の一方
の入力端子は、第２のラッチ回路１３１を構成するフリ
ップフロップ１３３のＱ端子と、第３の並列出力線１４
０を介して接続する。一方、第１の２入力アンドゲート
１４２の非反転入力端子と、第２の２入力アンドゲート
１４５の他の一方の入力端子は、第１のラッチ回路１２
１を構成するフリップフロップ１２３のＱ端子と、第２
の並列出力線１３０を介して接続する。

【００２６】第１の２入力アンドゲート１４２の出力端
子は、デコーダ１５０を構成する第１のデータ確保用フ
リップフロップ１５１のＤ端子に、第２の２入力アンド
ゲート１４５の出力端子は、同じく第２のデータ確保用
フリップフロップ１５３のＤ端子にそれぞれ接続する。
データクロック信号線１５５は、第１のデータ確保用フ
リップフロップ１５１および第２のデータ確保用フリッ
プフロップ１５３のＴ端子に接続する。

【００２７】第１のデータ確保用フリップフロップ１５
１のＱ端子は、選択回路１６０を構成する第３の２入力
アンドゲート１６１の一方の入力端子に接続し、第１の
イネーブル信号線１６５は、第３の２入力アンドゲート
１６１の他方の入力端子に接続する。第２のデータ確保
用フリップフロップ１５３のＱ端子は、選択回路１６０
を構成する第４の２入力アンドゲート１６３の一方の入
力端子に接続し、第２のイネーブル信号線１６７は、第
４の２入力アンドゲート１６３の他方の入力端子に接続
する。

【００２８】第３の２入力アンドゲート１６１の出力端
子および第４の２入力アンドゲート１６３の出力端子
は、それぞれ選択回路１６０を構成する２入力オアゲー
ト１６９の一方の入力端子および他方の入力端子に接続
する。２入力オアゲート１６９の出力端子は、波形整形
回路１７０を構成する１段目の遅延用フリップフロップ
１７１のＤ端子に接続する。

【００２９】１段目の遅延用フリップフロップ１７１の
Ｑ端子は、波形整形回路１７０を構成する２段目の遅延
用フリップフロップ１７３のＤ端子に接続するととも
に、第４の並列出力線１７４により波形整形回路１７０
を構成する２入力ノアゲート１７６および波形整形回路
１７０を構成する第５の２入力アンドゲート１７７のそ
れぞれの一方の入力端子に接続する。２段目の遅延用フ
リップフロップ１７３のＱ端子は、第５の並列出力線１
７５により２入力ノアゲート１７６および第５の２入力
アンドゲート１７７のそれぞれの他方の入力端子に接続
する。

【００３０】遅延クロック線１７８は１段目の遅延用フ
リップフロップ１７１および２段目の遅延用フリップフ
ロップ１７３のＴ端子にそれぞれ接続する。第５の２入
力アンドゲート１７７の出力である充電信号Ｎおよび２
入力ノアゲート１７６の出力である放電信号Ｐ０は、後
述する印字駆動手段の充電スイッチ手段および放電スイ
ッチ手段の制御部にそれぞれ接続する。以上に述べたデ
コーダ１５０、選択回路１６０、および波形整形回路１
７０は第１のラッチ回路１２１および第２のラッチ回路
１３１の各フリップフロップの数に対応して１組ずつ設
け、ｎビットのラッチ回路に対してはｎ組のものを並列
にもうける。

【００３１】次に、制御手段の動作について説明する。
シフトレジスタ１０１のデータ入力線１０９に印字デー
タがシリアルに入力する。このシリアルデータは、デー
タクロック信号線１１１にクロックパルスが加えられる
と、クロックパルスの立ち上がりに同期して、１段ずつ
各フリップフロップ１０３のＱ端子に転送される。クロ
ックパルスがｎ回加えられると、ｎビットのシリアルデ
ータは、シフトレジスタに順次転送されｎ段のフリップ
フロップ１０３のＱ端子にパラレルデータとして保持さ
れる。

【００３２】このパラレルデータは第１のラッチ回路１
２１を構成する各フリップフロップ１２３のＤ端子に第
１の並列出力線１２０を介して伝わる。第１のラッチ信
号線１２５にラッチ信号が加えられると、パラレルデー
タはラッチされて各フリップフロップ１２３のＱ端子に
パラレルデータとして保持される。

【００３３】この時点で次の新たな印字信号をｎビット
のシリアルデータとして、シフトレジスタ１０１のデー
タ入力線１０９からデータクロック信号１１１のクロッ
クパルスと同期して入力すれば、シフトレジスタ１０１
にｎビット分のシフトデータが保持され、各フリップフ
ロップ１０３のＱ端子はパラレルデータとして２回目に
入力したデータに書換えられる。

【００３４】しかし、第１のラッチ回路１２１には１回
目に入力したデータがパラレルデータとして保持されて
いる。この１回目のデータは、第２のラッチ回路１３１
を構成するフリップフロップ１３３のＤ端子に第２の並
列出力線１３０を介して伝わる。第２のラッチ信号線１
３５にラッチ信号が加えられると、パラレルデータはラ
ッチされてフリップフロップ１３３のＱ端子にパラレル
データとして保持される。

【００３５】次に、第１のラッチ信号線１２５にラッチ
信号が加えられると、前記と同様にシフトレジスタ１０
１に保持された２回目のデータが第１のラッチ回路１２
１にラッチされる。このようにして一般にｍ回目のデー
タが第２のラッチ回路１３１に、ｍ＋１回目のデータが
第１のラッチ回路１２１にラッチされる。なお、印字開
始および改行に先だってリセット信号線１１３にリセッ
ト信号を加えた後、第１のラッチ信号線１２５にラッチ
信号を加え、その後第２のラッチ信号線１３５にラッチ
信号を加えることにより、第１のラッチ回路１２１およ
び第２のラッチ回路１３１の各フリップフロップのデー
タをすべて”ロー”にしておく。

【００３６】第１のラッチ回路１２１および第２のラッ
チ回路１３１にラッチされたデータは、それぞれ第２の
並列出力線１３０および第３の並列出力線１４０によ
り、デコーダ１５０の第１の２入力アンドゲート１４２
および第２の２入力アンドゲート１４５に入力する。

【００３７】ここで第２のラッチ回路１３１のフリップ
フロップ１３３のＱ端子および第１のラッチ回路１２１
のフリップフロップ１２３のＱ端子にラッチされたデー
タが、それぞれ”ロー”、”ロー”および”ハイ”、”
ロー”のときはいずれのゲートの出力も”ロー”となる
が、これは現時点で印字データが”ロー”であり印字を
行わない状態に対応する。データが”ロー”、”ハイ”
のときは、第１の２入力アンドゲート１４２の出力は”
ハイ”、第２の２入力アンドゲート１４５の出力は”ロ
ー”となる。これは現時点では印字を行うがその１つ前
のステップでは印字を行っていなかった状態に対応す
る。

【００３８】また、データが”ハイ”、”ハイ”のとき
は、第１の２入力アンドゲート１４２の出力は”ロ
ー”、第２の２入力アンドゲート１４５の出力は”ハ
イ”となる。これは１つ前のステップで印字が行われお
り、現時点でも続けて印字を行う場合に対応する。

【００３９】データクロック信号線１５５にクロック信
号を加え、第１の２入力アンドゲート１４２および第２
の２入力アンドゲート１４５の出力を、それぞれ第１の
データ確保用フリップフロップ１５１および第２のデー
タ確保用フリップフロップ１５３のＱ端子に転送する。
このようなフリップフロップを介在させるのは、いわゆ
るひげパルスによる誤動作を防止するためである。

【００４０】第１のデータ確保用フリップフロップ１５
１のＱ端子に転送されたデータは、第３の２入力アンド
ゲート１６１に入力し、第２のデータ確保用フリップフ
ロップ１５３のＱ端子に転送されたデータは、第４の２
入力アンドゲート１６３に入力する。

【００４１】前述のデータが”ロー”、”ロー”およ
び”ハイ”、”ロー”のときは、第３の２入力アンドゲ
ート１６１および第４の２入力アンドゲート１６３にそ
れぞれ入力するデータは、共に”ロー”であり第１のイ
ネーブル信号Ｑ３１、第２のイネーブル信号Ｑ３２のい
ずれも選択されることがなく、２入力オアゲート１６９
の出力端子にはイネーブル信号は全く転送されず、従っ
て印字は行われない。

【００４２】前述のデータが”ロー”、”ハイ”のとき
は、第３の２入力アンドゲート１６１および第４の２入
力アンドゲート１６３にそれぞれ第１のデータ確保用フ
リップフロップ１５１、第２のデータ確保用フリップフ
ロップ１５３から入力するデータはそれぞれ”ハイ”お
よび”ロー”となり、幅の狭い第１のイネーブル信号Ｑ
３１のみが選択され、２入力オアゲート１６９から第１
のイネーブル信号Ｑ３１のパルスが出力する。

【００４３】前述のデータが”ハイ”、”ハイ”のとき
は、第３の２入力アンドゲート１６１および第４の２入
力アンドゲート１６３にそれぞれ第１のデータ確保用フ
リップフロップ１５１、第２のデータ確保用フリップフ
ロップ１５３から入力するデータはそれぞれ”ロー”お
よび”ハイ”となり、幅の広い第２のイネーブル信号Ｑ
３２のみが選択され、２入力オアゲート１６９から第２
のイネーブル信号Ｑ３２のパルスが出力する。

【００４４】遅延クロック線１７８にイネーブル信号Ｑ
３１またはイネーブル信号Ｑ３２に対して、充分高い周
波数のクロック信号を加えることにより、２入力オアゲ
ート１６９から出力するイネーブル信号１７２は、１段
目の遅延用フリップフロップ１７１のＱ端子および２段
目の遅延用フリップフロップ１７３のＱ端子に、遅延ク
ロック線１７８のクロック信号の周期で決まる位相差を
もって転送される。

【００４５】第５の２入力アンドゲート１７７は、遅延
用フリップフロップ１７１とフリップフロップ１７３の
Ｑ端子のデータのアンドをとって、イネーブル信号１７
２よりも若干幅の狭い充電信号Ｎを出力する。２入力ノ
アゲート１７６は、遅延用フリップフロップ１７１と遅
延用フリップフロップ１７３のＱ端子のデータのノアと
って、イネーブル信号１７２の立ち上がり期間よりも若
干幅の広い立ち下がり期間を有する放電信号Ｐ０を出力
する。

【００４６】後述するごとく、充電信号Ｎの立ち上がり
状態で圧電素子の駆動手段の充電スイッチが接続し、圧
電素子に駆動電圧が印加され、放電信号Ｐ０の立ち上が
り状態で駆動手段の放電スイッチが接続し圧電素子の駆
動電圧が除去される。

【００４７】第１のイネーブル信号Ｑ３１が選択された
場合には、圧電素子に加えられる駆動電圧のパルス幅は
小となる。第２のイネーブル信号Ｑ３２が選択された場
合には、充電信号Ｎの立ち上がり期間および放電信号Ｐ
０の立ちさがり期間は長くなり、圧電素子に加えられる
駆動電圧のパルス幅は大となる。

【００４８】第１のイネーブル信号Ｑ３１および第２の
イネーブル信号Ｑ３２の選択は各選択回路ごとに独立し
て同時に行うことができる。従って対応する複数の圧電
駆動手段の駆動電圧のパルス幅をあるものは狭く、ある
ものは広くというようにそれぞれ独立に制御して、同時
に複数のノズルからインクを吐出することができる。

【００４９】次に本実施例１に用いる圧電素子の駆動手
段につき図２および図３を参照して説明する。この駆動
手段は公知のものであるが、本実施例の理解を深めるた
めに説明する。

【００５０】ここでは対向する第１の電極２５３、第２
の電極２５５同士が接続する２個の圧電素子２５１が示
されており、例えば特開平２−１８０５４号公報に記載
されたシェアモードの圧電式インクジェットヘッドの１
個の圧力室を形成する一対の圧電素子に相当する。

【００５１】しかし、電気回路の要素として見れば、１
個の圧電素子と等価であり、従ってこの回路は１個の圧
力室が１個の圧電素子を備える通常の圧電式インクジェ
ットヘッドの圧電素子を駆動する回路と考えても良い。
いずれにしても本実施例１は、このような圧電駆動手段
を複数個備えている印字回路を対象とする。

【００５２】圧電素子２５１の第１の電極２５３は共通
に接続され正の電源線ＨＶに接続されている。これと対
向する第２の電極２５５は引き出し線５０３を介して抵
抗Ｒ２、第１のＮＰＮバイポーラトランジスタ２０１を
介してアースに接続されるとともに、同じく引き出し線
５０３は、抵抗Ｒ１、ＰＮＰバイポーラトランジスタ２
０５を介して正の電源線ＨＶに接続される。

【００５３】ＰＮＰバイポーラトランジスタ２０５のベ
ースは、抵抗Ｒ３を介して正の電源線ＨＶに接続に接続
されるとともに抵抗Ｒ４、第２のＮＰＮバイポーラトラ
ンジスタ２０７を経てアースに接続される。

【００５４】図１に示す第５の２入力アンドゲート１７
７から出力した充電信号Ｎおよび２入力ノアゲート１７
６から出力した放電信号Ｐ０は、それぞれ第１のＮＰＮ
バイポーラトランジスタ２０１のベースおよび第２のＮ
ＰＮバイポーラトランジスタ２０７のベースに加えられ
る。

【００５５】図３のタイムチャートに示すように、充電
信号Ｎは放電信号Ｐ０の立ち下がりより遅く立ち上が
り、放電信号Ｐ０の立ち上がりより早く立ち下がる。放
電信号Ｐ０が立ち上がっている間は、圧電素子の電極の
うち正の電源線ＨＶに接続する第１の電極２５３と、こ
れに対向する第２の電極２５５の間に電位差は無く、次
に放電信号Ｐ０が立ちさがり充電信号Ｎが立ち上がるま
での間は、ＰＮＰバイポーラトランジスタ２０５と第１
のＮＰＮバイポーラトランジスタ２０１は共に非接続状
態となる。このような非接続期間を設けるのは、いわゆ
る貫通電流を防止するためである。

【００５６】次に充電信号Ｎが立ち上がっている期間Ｔ
１においては圧電素子の第１の電極２５３と第２の２５
５の間に充電が行われ第２の電極２５５の電位は、アー
スレベルに低下し、圧電素子２５１に加えられる駆動電
圧Ｖは、充電の時定数の時間の経過後、電源の電圧に等
しいレベルに立ち上がる。

【００５７】次に充電信号Ｎが立ち下がった後、放電信
号Ｐ０が立ち上がるまでの期間Ｔ２においては、第１の
ＮＰＮバイポーラトランジスタ２０１が非接続状態とな
るが、ＰＮＰバイポーラトランジスタ２０５も依然非接
続状態にあるので、圧電素子２５１に加えられた駆動電
圧Ｖはそのレベルを維持する。次に放電信号Ｐ０が立ち
上がると放電が行われ時定数で決まる期間の後、駆動電
圧Ｖはアースレベルに低下する。

【００５８】このようにして駆動電圧Ｖが立ち上がって
いる期間に圧電素子の変形により圧力室を圧縮し、いわ
ゆる押し打ち方式により、圧縮の際インクの吐出を行い
記録紙にドット印字を行うが、充電の時定数を小さくと
っておくと、駆動電圧Ｖが立ち上がったばかりの時点で
は圧力室の圧縮はほとんど行われず、その後駆動電圧Ｖ
の立ち上がり状態が継続している間に圧縮が進行してイ
ンクの吐出が行われる。

【００５９】このとき、圧力室が最終的にどこまで圧縮
されるかがインク滴の大きさを決める大きな要因となる
のであるが、この圧縮量はある段階までは駆動電圧Ｖの
パルス幅の増加に伴って増加する。実験によってもメニ
スカスが同一の場合は、駆動電圧のパルス幅を増加する
ほどある段階までは印字ドットの径が増加することが確
認されている。

【００６０】なお充電および放電の時定数が小さい場
合、図３に示すように駆動電圧Ｖのパルス幅はＴ１＋Ｔ
２とみなすことができ、イネーブル信号１７２Ｑｍｎの
立ち上がり時間幅Ｔ３とほぼ等しくなる。

【００６１】次に、ノズル部におけるインクの液面振動
を示すメニスカスの影響であるが、メニスカスがゼロの
ときは圧力室の圧縮量の大部分は吐出するインクの量に
変換されるが、メニスカスがマイナスのときはその分だ
け吐出するインクの量が減少する傾向がある。

【００６２】本実施例においては、前述のように同一の
ノズルにおいて現時点より１つ前のステップにおいて印
字が行われず、現時点において印字を行う場合には、幅
の狭い第１のイネーブル信号Ｑ３１が選択され、充電信
号Ｎおよび放電信号Ｐ０のそれぞれの立ち上がりおよび
立ち下がりの期間は短くなり、パルス幅の狭い駆動電圧
Ｖが圧電素子に加えられる。この場合圧力室の圧縮量は
少ないが、メニスカスはゼロまたはゼロに近く一定の大
きさのインク滴を吐出することができる。

【００６３】現時点より１つ前のステップにおいて印字
が行われ、現時点においても印字を行う場合には幅の広
い第２のイネーブル信号Ｑ３２が選択され、パルス幅の
広い駆動電圧Ｖが圧電素子に加えられる。この場合圧力
室の圧縮量は大きいが、１つ前のスッテプにおける吐出
の影響を受けてメニスカスは大きくマイナスとなってお
り圧力室の圧縮量の増加の効果と相殺し、幅の狭い第１
のイネーブル信号Ｑ３１が選択された場合とほぼ同一の
大きさのインク滴を吐出することができる。

【００６４】従来のパルス幅一定で駆動電圧を印加する
方式においては、同一の大きさのインク滴を吐出しよう
とすれば、メニスカスの振動が減衰するのを待ってから
吐出を行わなければならず、吐出の繰り返しの周期を短
縮し高速印字を行うことは困難であった。

【００６５】本実施例によれば、従来よりも繰り返し周
期の短い高速印字において前述のように印字パターンの
如何にかかわらず、ほぼ同一の径のインク滴を吐出で
き、印字品質を確保することができる。しかも本実施例
は従来と全く同様の電源により、また圧電素子に対して
も従来と同一の電圧振幅を加えれば足りるので、何等の
障害も受けず容易に実施ができる。

【００６６】

【実施例２】本発明の実施例２につき図４を参照して説
明する。図４は本実施例２の駆動方法に用いる印字回路
の制御手段を示す図である。図４に示す制御手段のうち
すでに図１に示し実施例１において説明した部分につい
ては省略する。

【００６７】まずは、図４の制御手段の構成について説
明する。シフトレジスタ１０１、第１のラッチ回路１２
１、第２のラッチ回路１３１の構成は実施例１において
説明した構成と同じであるので説明は省略する。第２の
ラッチ回路１３１を構成するフリップフロップ１３３の
Ｑ端子は第３のラッチ回路３４１を構成するフリップフ
ロップ３４３のＤ端子に並列出力線１４０を介して接続
する。第３のラッチ回路３４１の各フリップフロップ３
４３のＴ端子は共通の第３のラッチ信号線３４５に接続
する。

【００６８】デコーダ３１０を構成する第１の３入力ア
ンドゲート３２０、第２の３入力アンドゲート３３０、
第３の３入力アンドゲート３５０、および第４の３入力
アンドゲート３６０のそれぞれの第１の入力端子は第１
のラッチ回路１２１のフリップフロップ１２３のＱ端子
と、第２のラッチ回路１３１のフリップフロップ１３３
のＤ端子とを並列出力線３１２により接続する。

【００６９】デコーダ３１０を構成する第１の３入力ア
ンドゲート３２０、第２の３入力アンドゲート３３０、
第３の３入力アンドゲート３５０、および第４の３入力
アンドゲート３６０のそれぞれの第２の入力端子は第２
のラッチ回路１３１のフリップフロップ１３３のＱ端子
と、第３のラッチ回路３４１のフリップフロップ３４３
のＤ端子とを並列出力線３１４により接続する。

【００７０】デコーダ３１０を構成する第１の３入力ア
ンドゲート３２０、第２の３入力アンドゲート３３０、
第３の３入力アンドゲート３５０、および第４の３入力
アンドゲート３６０のそれぞれの第３の入力端子は第３
のラッチ回路３４１のフリップフロップ３４３のＱ端子
と並列出力線３１６により接続する。ここで第１の３入
力アンドゲート３２０の第２および第３の入力端子、第
２の３入力アンドゲート３３０の第２の入力端子、およ
び第３の３入力アンドゲート３５０の第３の入力端子は
反転入力端子であり、残りの入力端子は非反転の入力端
子である。

【００７１】第１の３入力アンドゲート３２０、第２の
３入力アンドゲート３３０、第３の３入力アンドゲート
３５０、および第４の３入力アンドゲート３６０の出力
端子はデーコダ３１０を構成する第１のデータ確保用フ
リップフロップ３７１、第２のデータ確保用フリップフ
ロップ３７２、第３のデータ確保用フリップフロップ３
７３および第４のデータ確保用フリップフロップ３７４
のＤ端子にそれぞれ接続する。

【００７２】データクロック信号線３７７は第１のデー
タ確保用フリップフロップ３７１、第２のデータ確保用
フリップフロップ３７２、第３のデータ確保用フリップ
フロップ３７３および第４のデータ確保用フリップフロ
ップ３７４のクロック端子に接続する。

【００７３】第１のデータ確保用フリップフロップ３７
１、第２のデータ確保用フリップフロップ３７２、第３
のデータ確保用フリップフロップ３７３および第４のデ
ータ確保用フリップフロップ３７４のＱ端子は選択回路
３８０を構成する第１の２入力アンドゲート３８１、第
２の２入力アンドゲート３８２、第３の２入力アンドゲ
ート３８３および第４の２入力アンドゲート３８４の一
方の入力端子にそれぞれ接続する。

【００７４】第１のイネーブル信号線３７５、第２のイ
ネーブル信号線３７６、第３のイネーブル信号線３７
８、および第４のイネーブル信号線３７９はそれぞれ第
１の２入力アンドゲート３８１、第２の２入力アンドゲ
ート３８２、第３の２入力アンドゲート３８３、および
第４の２入力アンドゲート３８４の他方の入力端子にそ
れぞれ接続する。

【００７５】第１の２入力アンドゲート３８１、第２の
２入力アンドゲート３８２、第３の２入力アンドゲート
３８３、および第４の２入力アンドゲート３８４の出力
端子は選択回路３８０を構成する４入力オアゲート３９
０の第１、第２、第３および第４の入力端子にそれぞれ
接続する。４入力オアゲート３９０の出力端子は波形整
形回路１７０を構成する１段目の遅延用フリップフロッ
プ１７１のＤ端子に接続する。

【００７６】本実施例２におけるデコーダ、選択回路お
よび波形整形回路は実施例１と同様にラッチ回路のフリ
ップフロップの数だけ複数組設けられる。

【００７７】次に制御手段の動作につき説明する。シフ
トレジスタ１０１にシリアルに入力したｍ回目、ｍ＋１
回目、ｍ＋２回目のｎビットの印字データは、第１のラ
ッチ信号線１２５、第２のラッチ信号線１３５、第３の
ラッチ信号線３４５に順次ラッチ信号を加えることによ
り順次パラレルに転送され、それぞれ第３のラッチ回路
３４１、第２のラッチ回路１３１、第１のラッチ回路１
２１にラッチされる。

【００７８】ここではｍ＋２回目に相当する第１のラッ
チ回路１２１のフリップフロップ１２３のＱ端子のデー
タが現時点の印字データあり、データが”ハイ”のとき
は現に印字を行い、”ロー”のときは印字を行わない。
ｍ＋１回目に相当する第２のラッチ回路１３１のフリッ
プフロップ１３３のＱ端子のデータおよびｍ回目に相当
する第３のラッチ回路３４１のフリップフロップ３４３
のＱ端子のデータはそれぞれ現時点より１つ前のステッ
プおよび２つ前のステップの印字データである。

【００７９】なお印字開始および改行に先だってリセッ
ト信号線１１３にリセット信号を加えシフトレジスタ１
０１の端子のデータを”ロー”にした後、第１のラッチ
信号線１２５、第２のラッチ信号線１３５および第３の
ラッチ信号線３４５に順次ラッチ信号を加えて第１のラ
ッチ回路１２１、第２のラッチ回路１３１および第３の
ラッチ回路３４１にラッチされるデータをすべて”ロ
ー”にしておく。これにより、印字開始後または改行後
１回目に入力したデータが第１のラッチ回路にラッチさ
れたときは、このデータを１回目および２回目の印字デ
ータがいずれも”ロー”である場合の３回目のデータと
みなして後述する制御処理を行うことになる。

【００８０】第１のラッチ回路１２１、第２のラッチ回
路１３１および第３のラッチ回路３４１にラッチされた
データはそれぞれ並列出力線３１２、３１４および３１
６により、デコーダ３１０の第１の３入力アンドゲート
３２０、第２の３入力アンドゲート３３０、第３の３入
力アンドゲート３５０、および第４の３入力アンドゲー
ト３６０に入力する。ここで第１のラッチ回路１２１の
フリップフロップ１２３のＱ端子のデータが”ロー”の
ときはこれらの４個の３入力アンドゲートの出力はすべ
て”ロー”となり印字は行われない。

【００８１】第３のラッチ回路３４１、第２のラッチ回
路１３１および第１のラッチ回路１２１のそれぞれ対応
するフリップフロップ３４３、１３３および１２３のＱ
端子のデータがそれぞれ”ロー”、”ロー”、”ハイ”
のときは第１の３入力アンドゲート３２０の出力のみ
が”ハイ”となり、”ハイ”、”ロー”、”ハイ”のと
きは第２の３入力アンドゲート３３０の出力のみが”ハ
イ”となり、”ロー”、”ハイ”、”ハイ”のときは第
３の３入力アンドゲート３５０の出力のみが”ハイ”と
なり、”ハイ”、”ハイ”、”ハイ”のときは第４の３
入力アンドゲート３６０の出力のみが”ハイ”となる。

【００８２】”ロー”、”ロー”、”ハイ”のときは現
時点の２つ前および１つ前のステップにおいてはともに
印字が行われておらずに現時点で印字を行う場合に対応
し、”ハイ”、”ロー”、”ハイ”のときは現時点の２
つ前のステップにおいては印字が行われ１つ前のステッ
プにおいては印字が行われておらずに現時点で印字を行
う場合に対応する。このように前記のこれらのデータは
現時点を最後とする連続する３つのステップ印字の有無
を記憶するデータである。

【００８３】データクロック信号線３７７にクロック信
号を加えると、第１の３入力アンドゲート３２０、第２
の３入力アンドゲート３３０、第３の３入力アンドゲー
ト３５０、および第４の３入力アンドゲート３６０の出
力は、それぞれ第１のデータ確保用フリップフロップ３
７１、第２のデータ確保用フリップフロップ３７２、第
３のデータ確保用フリップフロップ３７３および第４の
データ確保用フリップフロップ３７４のＱ端子に転送さ
れる。

【００８４】さらにそれぞれ第１の２入力アンドゲート
３８１、第２の２入力アンドゲート３８２、第３の２入
力アンドゲート３８３および第４の２入力アンドゲート
３８４の一方の入力端子に入力し、第１のイネーブル信
号線３７５に加えられる第１のイネーブル信号Ｑ５１、
第２のイネーブル信号線３７６に加えられる第２のイネ
ーブル信号Ｑ５２、第３のイネーブル信号線３７８に加
えられる第３のイネーブル信号Ｑ５３および第４のイネ
ーブル信号線３７９に加えられる第４のイネーブル信号
Ｑ５４のいずれかひとつを選択して４入力オアゲート３
９０より出力する。

【００８５】以下に実施例１と同様にしてイネーブル信
号の立ち上がり時間幅に応じたパルス幅の駆動電圧を圧
電素子に加えて印字を行う。ここでは、イネーブル信号
の立ち上がり時間幅は第１のイネーブル信号Ｑ５１が最
も狭く、第２のイネーブル信号Ｑ５２、第３のイネーブ
ル信号Ｑ５３、第４のイネーブル信号Ｑ５４となるに従
って順次広くなっている。

【００８６】この結果、図５に示すように印字信号が”
ロー”、”ロー”、”ハイ”のときは圧電素子の駆動電
圧Ｖのパルス幅は最も狭く、印字信号が”ハイ”、”ロ
ー”、”ハイ”のときは圧電素子の駆動電圧Ｖのパルス
幅は、次に広くなり、印字信号が”ロー”、”ハ
イ”、”ハイ”のときは、圧電素子の駆動電圧Ｖのパル
ス幅はさらに広くなり、印字信号が”ハイ”、”ハ
イ”、”ハイ”のときは、圧電素子の駆動電圧Ｖのパル
ス幅はさらに広くなる。

【００８７】このように本実施例によれば同一ノズルの
過去の印字の状態に基づき第１の実施例１の場合よりさ
らに多段階に圧電素子の駆動電圧のパルス幅を変えるこ
とにより、メニスカスの効果を充分に相殺し、印字ドッ
ト径の均一化を向上し、印字品質をさらに高めることが
できる。その他の効果については実施例１と同様であ
る。

【００８８】また本実施例２ではラッチ回路が３段であ
るがより多段にすることにより、より細かな制御が可能
である。

【００８９】

【実施例３】本発明は実施例１または実施例２に示した
ような制御手段の一部または全部の動作をマイクロプロ
セッサにより同様に行うことにより実施することができ
る。例えば、図６に示すマイクロプロセッサにおいて、
入力ポート６１０から印字データを順次入力して入力の
順番に対応したメモリ６２０の読み込み書き込み可能な
メモりに記憶し、記憶したデータに基づいてコードデー
タを作成し、このコードデータにより複数の出力ポート
６３０のデータを変化させる。

【００９０】出力ポートのデータを実施例１または実施
例２に示すような選択回路６５０に入力して、イネーブ
ル信号を選択し、以下実施例１または実施例２と同様に
して圧電素子の駆動手段の充電信号および放電信号の立
ち上がりおよび立ち下がりの時間幅を変化させることに
より、過去の印字データに対応して圧電素子の駆動電圧
のパルス幅を変化させることができる。これらの動作は
マイクロプロセッサのメモリ６２０の読み込み専用メモ
りに動作のプログラムを書き込んでおきＣＰＵ６４０を
制御することにより実現できる。

【００９１】

【実施例４】本発明はまた印字信号の連続性を積分回路
により検出することにより実施するものである。例えば
図７に示す制御回路においてはシフトレジスタ１０１の
並列出力をラッチするラッチ回路７２１に転送し、その
出力を検出回路７３０に入力し、検出回路７３０の出力
をＡ／Ｄ変換器７４０に入力し、Ａ／Ｄ変換器７４０の
出力をイネーブル信号の選択回路７５０に入力してイネ
ーブル信号を選択し、２入力アンドゲート７６０により
現時点でのラッチデータとのアンドをとって波形整形回
路１６０に入力し、以下実施例１と同様にして印字デー
タに依存したパルス幅の駆動電圧を加える。

【００９２】ここで検出回路７３０は順次入力するラッ
チデータのパルスを積分しつつ放電することによりパル
スが連続する場合は高い電圧を、パルスが連続しない場
合は低い電圧をＡ／Ｄ変換器７４０に入力し、Ａ／Ｄ変
換器７４０の出力をｎビット出力することにより、選択
回路７５０によりそれぞれ幅の違うイネーブル信号を選
択する。

【００９３】

【実施例５】本発明はまた複数のラッチ回路を用いる手
段において第２のラッチ回路以降のラッチ回路の出力に
よりイネーブル信号を選択し第１のラッチ回路の出力と
のアンドをとってイネーブル信号を転送することによっ
ても実現できる。例えば図８に示すように第２のラッチ
回路１３１の出力をイネーブル信号の選択回路７５０に
加えてイネーブル信号を選択し、第１のラッチ回路１２
１の出力とのアンドをとって波形整形回路１７０に入力
することにより実現できる。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、圧電素子に駆動電圧を
加え圧力室を圧縮しノズルよりインクを吐出して印字を
行う圧電式インクジェットヘッドを用いて印字ドット径
の均一性を保持しつつ従来よりも格段に高速な印字を行
うことができる。さらに本発明は特別の高電圧用の電源
を用いることなく、圧電素子の耐圧に対しても充分のゆ
とりをもって発明の実施を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に用いる制御手段の構成を示
す回路図である。

【図２】本発明の実施例１に用いる圧電駆動手段の構成
を示す回路図である。

【図３】本発明の実施例１における圧電駆動手段の駆動
波形と圧電素子の駆動電圧を示すタイムチャート図であ
る。

【図４】本発明の実施例２に用いる制御手段の構成を示
す回路図である。

【図５】本発明の実施例２に用いるラッチ回路のデータ
と駆動波形の関係を示す図である。

【図６】本発明の実施例３に用いる制御手段の構成を示
すブロック図である。

【図７】本発明の実施例４に用いる制御手段の構成を示
す回路図およびブロック図である。

【図８】本発明の実施例４に用いる制御手段の構成を示
す回路図である。

【図９】圧電式インクジェットヘッドのインク吐出周期
におけるインク滴およびメニスカスの状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１ シフトレジスタ １２１ 第１のラッチ回路 １３１ 第２のラッチ回路 １５０ デコーダ １６０ 選択回路 １７０ 波形整形回路 ３１０ デコーダ ３４１ 第３のラッチ回路 ３８０ 選択回路 ６１０ 入力ポート ６２０ メモリ ６３０ 出力ポート ６４０ ＣＰＵ ６５０ 選択回路 ７２１ ラッチ回路 ７３０ 検出回路 ７４０ Ａ／Ｄ変換器 ７５０ 選択回路 ７６０ ２入力アンドゲート

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子に駆動電圧を加え圧力室を圧縮
   し、ノズルよりインクを吐出して印字を行う圧電式イン
   クジェットヘッドの駆動方法において、同一ノズルから
   の吐出が連続するときの第１番目の吐出および吐出が連
   続しないときの吐出は、幅の狭い第１の駆動電圧パルス
   を圧電素子に加えることにより行い、同一ノズルからの
   吐出が連続するときの第２番目以降の吐出は、第１の駆
   動電圧パルスよりも幅の広い第２の駆動電圧パルスを圧
   電素子に加えることにより行うことを特徴とする圧電式
   インクジェットヘッドの駆動方法。
2. 【請求項２】 圧電素子に駆動電圧を加え圧力室を圧縮
   し、ノズルよりインクを吐出して印字を行う圧電式イン
   クジェットヘッドの駆動方法において、現時点の１ステ
   ップ前または複数のステップ前における同一ノズルから
   の吐出の有無の状態に応じて、駆動電圧パルスの幅を複
   数段階に変化させて圧電素子に駆動電圧パルスを加える
   ことを特徴とする圧電式インクジェットヘッドの駆動方
   法。
3. 【請求項３】 同一ノズルのインク吐出を順次制御する
   印字データを順次入力して記憶する記憶手段と、それぞ
   れに異なるパルス幅の複数のイネーブル信号のいずれか
   ひとつを選択する選択手段を有する制御手段とを用い、
   記憶手段の出力により選択手段を動作させ、複数のイネ
   ーブル信号のいずれか１を選択的に出力し、その出力に
   基づき圧電素子に加える駆動電圧パルスを形成すること
   を特徴とする請求項２に記載する圧電式インクジェット
   ヘッドの駆動方法。
4. 【請求項４】 同一ノズルのインク吐出を順次制御する
   印字データを順次マイクロプロセッサに入力して入力の
   順番に対応したコードデータを作成し、コードデータに
   よりマイクロプロセッサの１個または複数個の出力ポー
   トのデータを制御し、出力ポートの出力によりそれぞれ
   に異なるパルス幅の複数のイネーブル信号のいずれか１
   を選択する選択手段を動作させ、複数のイネーブル信号
   のいずれかひとつを選択的に出力し、その出力に基づき
   圧電素子に加える駆動電圧パルスを形成することを特徴
   とする圧電式インクジェットヘッドの駆動方法。
5. 【請求項５】 同一ノズルのインク吐出を順次制御する
   印字データの出力パルスを順次積分回路よりなる検出手
   段に入力してパルスの連続性を検出し、検出手段の出力
   をＡ／Ｄ変換器に入力してコードデータを出力させ、そ
   の出力によりそれぞれに異なるパルス幅の複数のイネー
   ブル信号のいずれかひとつを選択する選択手段を動作さ
   せ、複数のイネーブル信号のいずれかひとつを選択的に
   出力し、その出力に基づき圧電素子に加える駆動電圧パ
   ルスを形成することを特徴とする圧電式インクジェット
   ヘッドの駆動方法。