JPH09234866A - インクジェット式印字ヘッドの駆動回路 - Google Patents

インクジェット式印字ヘッドの駆動回路

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JPH09234866A
JPH09234866A JP4474796A JP4474796A JPH09234866A JP H09234866 A JPH09234866 A JP H09234866A JP 4474796 A JP4474796 A JP 4474796A JP 4474796 A JP4474796 A JP 4474796A JP H09234866 A JPH09234866 A JP H09234866A
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JP
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drive signal
piezoelectric element
turned
circuit
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Shinichi Komine
小峰  伸一
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Citizen Watch Co Ltd
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    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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Abstract

(57)【要約】 【課題】湿気などの影響で圧電素子の絶縁抵抗が低くな
っても、安定して駆動できるインクジェット式印字ヘッ
ド駆動回路を提供する。 【解決手段】2つ以上の駆動信号発生回路を備え、該駆
動信号発生回路が生成する駆動信号によってそれぞれの
前記圧電素子を制御するスイッチング手段を2つ以上備
えてなる事を特徴とするインクジェット式印字ヘッドの
駆動回路である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに関し、特に圧電素子を用いて駆動するインクジ
ェットプリンタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下に従来技術の詳細を図面に基づいて
説明する。図5はインクジェット式印字ヘッドの一例を
示すもので、(a)は断面図、(b)はA−A’線矢視
拡大図である。図中、1は基板、2は保護板、3はノズ
ル板、4は液室板、5は圧電素子、5aは非駆動圧電素
子、5bは駆動圧電素子、6は電極膜、7は導電性接着
剤、8はFPC、9はノズル穴、10は圧力室、11は
共通液室、12は振動板である。
【0003】このヘッドは分極方向に電圧を印加した際
に圧電素子が伸長する方向を利用してインクを吐出させ
る、d33モードで圧電素子を駆動するものである。図
6にこのヘッドを利用した駆動の様子を示す。
【0004】図6において、まず初期状態として、
(a)のように圧電素子の分極方向に電圧を印加して、
圧電素子を伸長させ、圧力室の容積を収縮させておく。
そして印字タイミングに入ったら、(b)のように蓄え
られていた電荷を放電させ、圧電素子を元の状態にもど
す。この時、圧力室は拡大し、図示せぬインクタンクか
らインクが供給される。次に(c)のように圧電素子に
急激に電圧を印加させ、急激に伸長させる。圧力室は収
縮され、加圧状態になる。この圧力でインクは吐出され
る。以上の行程を繰り返すことで印字画像が形成され
る。
【0005】圧電素子を用いたインクジェット式ヘッド
駆動回路は、発熱、コスト、圧電素子駆動波形のばらつ
きの軽減等の点から、一つの駆動波形発生回路で複数の
圧電素子を駆動することが考案されている。図7は従来
のインクジェット式印字ヘッドの駆動回路の一例であ
る。 図7において、31は駆動信号発生回路、32は
トランスファーゲート(以下、TGと称す)、33は圧
電素子、34はTG制御回路、35はタイミング信号、
36はデータ信号、37は共通駆動波形、38はTG駆
動信号を示す。図7に示す様に、タイミング信号が入力
されると、駆動信号発生回路から圧電素子駆動波形が生
成され、共通電極を通して、複数の圧電素子を駆動して
いる。充電、放電つまり、駆動、非駆動の選択はTGの
ON、OFFで制御する。TGの制御信号はタイミング
信号に同期して、データ信号に応じて、TG制御回路か
ら発生される。
【0006】駆動波形は図8の様になる。41は共通駆
動波形、42はTG制御信号で"H"の時にONする。4
3は圧電素子に印加される電圧を示す。まず全部の圧電
素子は初期状態では駆動電圧(vh)に充電されてお
り、圧電素子は伸長状態にあり、ヘッドの圧力室は収縮
している。ヘッドが印字領域に入ると、駆動信号発生回
路の出力からは、駆動波形41が出力され、印字chの
TGはONして、印加電圧43のような電圧が圧電素子
に印加され、充放電する。43の破線はTGがOFF状
態で駆動回路から解放状態を示す。TGは圧電素子がv
hに印加されている状態でOFFし、圧電素子はその状
態が保持される。
【0007】しかし、上述した駆動回路では、図9のよ
うに非印字状態が続くchは解放状態が長いため圧電素
子自身の絶縁抵抗によって自己放電してしまい図中53
の波形に示すとおり、△V分低下してしまい、vhを維
持できなくなるために、正常な駆動ができなくなり、印
字品質に悪影響を及ぼす。
【0008】この対策として特開平4ー310748号
公報がある。これは印字と印字の間の期間に印字、非印
字に関係無く、全部のTGをONして圧電素子をvhに
充電することで解放時間が長くなるのを防ぐものであ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の駆動回路では、特に電極膜と圧電体を交互に重
ねた積層型のような電極間の距離の短いものにおいて、
例えば、湿気の影響などで圧電素子の絶縁抵抗が低下し
た場合、印字時の駆動chのTGがONしている間、非
駆動chのTGがOFFしている圧電素子は解放状態に
あり、絶縁抵抗を通して充電された電荷が放電してしま
い、図10のように圧電素子に印加される電圧は△V低
下する。また図10の時間T2でTGがONすると、v
hに充電され急激に電圧が立ち上がる。これはかなり矩
形波に近いので、瞬間的に配線抵抗で制限される大電流
が流れる恐れがあり、駆動回路には負担になる。また△
Vがある程度大きいと、圧力室に大きい圧力が加わり、
インクが吐出してしまう恐れがある。
【0010】そこで本発明は湿気などの影響で圧電素子
の絶縁抵抗が低くなっても、安定して駆動できるインク
ジェット式印字ヘッド駆動回路を提供することを目的と
する。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はインクを圧電素子で押圧してインクをノズ
ルより吐出せしめて、文字、図形を形成するインクジェ
ット式印字ヘッドの駆動回路であり、一つ以上の前記圧
電素子を1つの駆動信号発生回路で共通電極を通して駆
動するインクジェット駆動回路において、少なくとも2
つ以上の駆動信号発生回路を備え、前記駆動信号をそれ
ぞれの圧電素子に対して、印加、非印加を制御するスイ
ッチング手段を少なくとも2つ以上備える事を特徴とし
ている。本発明のインクジェット式印字ヘッドの駆動回
路によれば、非印字chの圧電素子も解放状態になるこ
とが殆ど無く、積層型のような湿気に弱い圧電素子でも
高湿の環境下で駆動に影響を及ぼすことなく、安定した
印字を行うことが可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】インクを複数の圧電素子で押圧し
てノズルより吐出させることにより印字を行うために、
該圧電素子を駆動信号発生回路により駆動してなるイン
クジェット式印字ヘッドの駆動回路であり、前記駆動信
号発生回路は少なくとも2つ以上の駆動信号発生回路を
備え、該駆動信号発生回路が生成する駆動信号によって
それぞれの前記圧電素子を制御するスイッチング手段を
少なくとも2つ以上備えてなる事を特徴とするインクジ
ェット式印字ヘッドの駆動回路である。
【0013】
【実施例】以下、本発明によるインクジェット式ヘッド
駆動回路の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本
発明を実現する実施例の回路ブロック図である。71a
は第一の駆動信号発生回路、71bは第二の駆動信号発
生回路、72aは第一の駆動信号をスイッチするTG
(トランスファーゲート:以下 TG-a)、72bは第二
の駆動信号をスイッチするTG(トランスファーゲー
ト:以下 TG-b)、73は圧電素子、74は主にシフト
レジスタ、ラッチ回路で構成されるTG制御回路、75
は駆動タイミング信号、76はデータ信号、77aは第
一の駆動信号、77bは第二の駆動信号の信号線で、そ
れぞれ共通コモン線により各TGへ接続されている。
【0014】図2(a)〜(c)に駆動信号発生回路の
実施例を示す。(a)はCとRで構成される時定数回路
により、駆動波形をコントロールするものである。(a)
内で、駆動タイミング信号75が入力されると、図3
(a)に図示されるように、ワンショットマルチバイブ
レータから充放電のタイミング信号が発生される。コン
デンサーC1に対して、充電回路Tr1、R1から充電
電流が流れ、C1とR1で決まる、時定数に応じた充電
波形でC1に充電され、放電回路Tr2、R2に放電電
流が流れ、C1とR2で決まる、時定数に応じた放電波
形でC1に蓄積されたエネルギーが放電される。C1の
片側電極Aには図3(a)の94のような指数関数的な
波形が形成され、この波形がTr3、Tr4のPush
−Pullエミッターフォロワ回路で低インピーダンス
で出力される。この出力が図1の77a、77bの信号
線に接続され、圧電素子に電圧が印加される。
【0015】(b)は充放電回路が(a)とは違い、定
電流によりC1を充放電する仕組みになっている。充電
はTr1がONすることで、充電が始まるが、R1の両
端の電圧はTr2のVBEで一定なため、充電される電流
はI=VBE TR2/R1で一定になる。また、放電はTr
3がONして放電電流が流れるが、放電電流はI=V
BE TR4/R2で一定になる。従って、C1の充放電は直
線的になり、片側電極Aには図3(b)の94のような台
形波形が発生する。
【0016】(c)は駆動波形形成にデジタル・アナロ
グ変換器であるD/Aコンバータ83を使用した例で、
タイミング信号75に同期して、D/Aコンバータ83
から駆動波形が出力され、OPアンプにより電圧増幅さ
れ、Tr1、Tr2のPush−Pullエミッタフォ
ロワ回路で出力される。DAコンバータで波形を作るの
で、図3(c)の94のような階段状の波形になり、あま
り分解能が粗いと圧電素子の駆動に影響があるかもしれ
ない。
【0017】図4に図1の駆動回路の各タイミング信号
を図示する。101は第一の駆動信号、102は第二の
駆動信号、103は第一の駆動信号をスイッチするTG
の制御信号、104は第二の駆動信号をスイッチするT
Gの制御信号、105は実際に圧電素子に印加される電
圧波形である。101は主として圧電素子の充電波形を
出力し、102は放電波形を出力する。アイドル時はv
hに充電されているので、TG-aがON、TG-bがOF
F状態にある。第一、第二の駆動信号はvhのレベルに
ある。印字領域に入ると、タイミング信号に同期して1
01、102のような駆動信号は発生される。まず吐出
chについては、時間t1でTG-aがOFFし、TG-b
がONする。もちろんTGのスイッチング時間を考慮し
て、両TGがONする状態にならないように、TG制御
信号を発生していることは言うまでもない。t1〜t2
の間では102の波形に従って放電される。そして時間
t2で、TG-aがON、TG-bがOFFする。t2以降
で101の波形に従って充電され、インクが吐出する。
【0018】次に非吐出chについて説明する。時間t
1においてもTGの制御が変化無く、TG-aがONでT
G-bがOFF状態で、圧電素子はvhに接続されてい
る。仮に圧電素子の絶縁抵抗で自己放電が始まっても、
vhに充電されるので、電圧が低下することがないので
印字に影響しない。ただし、t2以降で吐出chの充電
(吐出)が終了するまでは(t2〜t3)、TG-a、T
G-bともOFFするので、解放状態になるので、この期
間での自己放電は防げない。しかし、t2〜t3の時間
は実験の経験から10μs程度であり、数kΩ以下に絶
縁抵抗が低下しなければ、印字には影響しない。よって
非吐出時にも、圧電素子の印加電圧が低下するのを防ぐ
ことができ、安定した印字が可能になる。
【0019】
【発明の効果】本発明のインクジェット式印字ヘッドの
駆動回路によると、非印字chの圧電素子は殆どの時
間、駆動電圧vhに接続されているので、絶縁抵抗低下
による自己放電を防ぐことができ、非印字chの誤動作
を防ぐことができ、安定した印字を行うことが可能にな
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回
路のブロック図である。
【図2】本発明のインクジェット式印字ヘッドの駆動回
路の駆動信号発生回路である。
【図3】本発明のインクジェット式印字ヘッドの駆動回
路の駆動信号発生回路のタイミングチャートである。
【図4】本発明のインクジェット式印字ヘッドの駆動回
路のタイミングチャートである。
【図5】インクジェットヘッド式印字ヘッドの一例の断
面図である。
【図6】圧電素子をd33モードで使用したインクジェ
ット式ヘッドのインク吐出の説明図である。
【図7】従来のインクジェット式印字ヘッドの駆動回路
のブロック図である。
【図8】従来のインクジェット式印字ヘッドの駆動回路
のタイミングチャートである。
【図9】従来のインクジェット式印字ヘッドの駆動で非
吐出chの自己放電の様子を示す図である。
【図10】従来のインクジェット式印字ヘッドの駆動で
非吐出chの自己放電の様子を示す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 保護板 3 ノズル板 4 液室板 5 圧電素子 6 電極膜 7 導電性接着剤 8 FPC 9 ノズル穴 10 圧力室 11 共通液室 12 振動板 31、71 駆動信号発生回路 32、72 トランスファーゲート 33、73 圧電素子 34、74 TG制御回路 35、75 タイミング信号 36、76 データ信号

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを複数の圧電素子で押圧してノズ
    ルより吐出させることにより印字を行うために、該圧電
    素子を駆動信号発生回路により駆動してなるインクジェ
    ット式印字ヘッドの駆動回路であって、前記駆動信号発
    生回路は少なくとも2つ以上の駆動信号発生回路を備
    え、該駆動信号発生回路が生成する駆動信号によってそ
    れぞれの前記圧電素子を制御するスイッチング手段を少
    なくとも2つ以上備えてなる事を特徴とするインクジェ
    ット式印字ヘッドの駆動回路。
  2. 【請求項2】 前記スイッチング手段はトランスファー
    ゲートにより構成されていることを特徴とする請求項1
    に記載のインクジェット式印字ヘッド駆動回路。
  3. 【請求項3】 前記駆動信号発生回路はそれぞれ異なる
    駆動波形を発生することを特徴とする請求項1に記載の
    インクジェット式印字ヘッド駆動回路。
  4. 【請求項4】 前記圧電素子は印字動作中において非印
    字chの圧電素子が印字chの圧電素子駆動期間の一部
    の間、駆動電圧に接続されていることを特徴とする請求
    項1に記載のインクジェット式印字ヘッド駆動回路。
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Cited By (3)

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