JPH11254672A - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電振動子の伸縮量を変えることなく、作用
する駆動電圧を低減すること。 【解決手段】 電圧Ｖ１から一方の方向に一定の変化率
で電圧変化する第１の信号と、所定電圧Ｖhを保持する
第２の信号と、電圧Ｖhから電圧Ｖ1まで一定の変化率で
電圧変化する第３の信号からなる駆動信号（図５（I
V））を印刷周期の１／２の周期で発生させ、これを印
刷周期の１／２の周期で反転させながら（図５（V）（V
I））、圧電振動子に印加して図５（IX）の信号で圧電
振動子を伸縮させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術の分野】本発明は、圧電振動子をア
クチュエータに使用したインクジェット記録ヘッドの駆
動技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一部が弾性板により構成され、ノズル開
口に連通する圧力発生室を、圧電振動子により膨張、収
縮させて、インクの吸引、インク滴の形成を行うインク
ジェット式記録ヘッドは、アクチュエータである圧電振
動子の変位を信号波形により任意に制御できるため、発
熱素子を駆動手段に使用するインクジェット式記録ヘッ
ドに比較してインク滴のサイズ等を制御しやすく、高い
解像度で、かつ高速度での印刷が可能である。

【０００３】ところが、このような圧電振動子は必然的
に残留振動を伴うため、インク滴吐出後にも大きな残留
振動が残ってメニスカスの挙動に影響を与え、これに起
因して次のインク滴吐出時におけるメニスカスの位置が
バラつき、結果としてインク滴の飛翔方向が変動した
り、またメニスカスのノズル開口側への大きなオーバー
シュートによりインクミストが生じたりして印字品質に
低下を来す場合がある。このような問題を解消するた
め、圧力発生室を拡大させる第１の工程と、膨張状態に
ある圧力発生室を収縮させてノズル開口からインク滴を
吐出させる第２の工程と、インク滴吐出後に生じたメニ
スカスの振動がノズル開口側に向かう時点で第１の工程
よりも小さい容積で圧力発生室を拡大させ、インク滴の
吐出により発生したメニスカスの振動を圧力発生室側に
引き込んでメニスカスの振動を効果的に減衰させ、かつ
次のインク滴吐出に最適な位置となるようにノズル開口
の内側にメニスカスを留めさせる駆動方法が提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような駆動を実現
するためには、図６に見られるように中間電圧から一方
の方向への電圧の変化と、他方の方向への電圧の変化を
必要とするため、最高電圧Ｖｈと最低電圧ＶLとの差電
圧Ｖ１が圧電振動子に作用することになり、圧電振動子
や駆動回路を構成する電子部品にはこれに相当する耐圧
が求められ、圧電振動子に大きな変位を必要とする装置
にあっては圧電振動子や回路部品に耐電圧の高いものが
必要となり、コストの上昇を招くという問題がある。本
発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、中間電圧から両方向に電
圧変化するという駆動信号の特性を積極的に利用して、
圧電振動子や電子部品の低耐圧化を図ることができる新
規なインクジェット式記録装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解消するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ノズル開口、及びインク供
給口を介してリザーバに連通する圧力発生室を圧電振動
子により膨張、収縮してインク滴を吐出させるインクジ
ェット式記録ヘッドと、任意の電圧から一方の方向に一
定の変化率で電圧変化する第１の信号と、所定電圧を保
持する第２の信号と、前記所定電圧から前記任意の電圧
まで一定の変化率で電圧変化する第３の信号を１グルー
プとして、印刷周期内で少なくとも２グループ分、発生
させる信号発生手段と、該信号発生手段から印刷周期内
に出力された１のグループを直接に、これに引き続くグ
ループを反転させて前記圧電振動子に出力する極性切替
手段とを備えるようにした。

【０００６】

【作用】圧電振動子は、信号発生手段の最高電圧が作用
するものの、最高電圧の倍の変位を生じるから、インク
滴のインク量を確保しつつ、圧電振動子の耐圧を下げる
ことが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明に使用
するインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示すもの
であって、図中符号１はノズル開口２が穿設されたノズ
ルプレート、３は流路構成板、４は弾性板で、流路構成
板３の両面をノズルプレート１と弾性板４とで封止して
インク流路ユニットが構成されている。

【０００８】このインク流路ユニット５は、圧力発生室
６、リザーバ７、及びこれらを接続するインク供給口８
を有し、後述する圧電振動子９の変位を受けてノズル開
口２からインク滴を吐出したり、またリザーバ４のイン
クを圧力発生室６に吸引する。

【０００９】９は、圧電振動子で、伸長方向に平行に圧
電材料１０と内部電極１１、１２となる導電材料を交互
に積層して構成され、充電状態では導電層の積層方向と
直角な方向に収縮し、また充電状態から放電状態に移る
時点で導電層と直角な方向に伸長する、いわゆる縦振動
モードの振動子で、その先端を圧力発生室６を形成して
いる弾性板４に当接させた状態で他端が基台１３に固定
されている。

【００１０】図２は、上述したインクジェット式記録ヘ
ッドを駆動する駆動回路の一実施例を示すものであっ
て、図中符号２０は、制御信号発生回路で、入力端子２
１、２２と出力端子２３、２４、２５を備え、端子２
１、２２には印刷データを生成する外部装置からの印字
信号とタイミング信号が入力し、また出力端子２３、２
４、２５からシフトクロック信号、印字信号、及びラッ
チ信号が出力するように構成されている。

【００１１】２６は、駆動信号発生回路で、端子２２か
ら入力した外部装置からの１印刷周期を規定するタイミ
ング信号内で少なくと２回、好ましくは１／２の周期に
同期して極性切替回路２８を介して出力端子２９、３０
に後述する駆動信号を出力するものである。出力端子２
９には、後述するフリップフロップからの信号によりオ
ン・オフ制御を受ける双方向トランジスタＳを介して圧
電振動子９、９、９‥‥の一方の端子が、また出力端子
３０には圧電振動子９、９、９の他方の端子が接続され
ている。

【００１２】切替信号発生回路２７は、端子２２から入
力したタイミング信号に規定されて、ブリッジ接続され
たトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４の内、対をなすトランジ
スタＴ１、Ｔｒ２、及びＴｒ３、Ｔｒ４を、好ましくは
タイミング信号の１／２の周期で信号を出力して、交互
にオン、オフさせ、駆動信号発生回路２６の信号を、１
印刷周期内で直接、及び極性を反転させた信号を圧電振
動子９に出力させるものである。

【００１３】Ｆ１、Ｆ１、Ｆ１‥‥は、それぞれラッチ
回路を構成するフリップフロップであり、またＦ２、Ｆ
２、Ｆ２‥‥はシフトレジスタを構成するフリップフロ
ップで、フリップフロップＦ２、Ｆ２、Ｆ２‥‥から各
圧電振動子９、９、９‥‥に対応して出力された印字信
号をフリップフロップＦ１、Ｆ１、Ｆ１‥‥でラッチ
し、各双方向スイッチングトランジスタＳ、Ｓ、Ｓ‥‥
に選択信号を出力するように構成されている。

【００１４】図３は、制御信号発生回路２０の一実施例
を示すものであって、図中符号３１は、カウンタで、端
子２２から入力するタイミング信号（図５（I））の立
ち上がりで初期化され、発振回路３３からのクロック信
号を圧電振動子９、９、９‥‥の数に一致する値まで計
数した時点でＬＯＷレベルのキャリー信号を出力して計
数動作を停止するものである。このカウンタ３１のキャ
リー信号は、ＡＮＤゲートにより発振回路３３のクロッ
ク信号と論理積を取られて端子２３にシフトクロック信
号として出力する。

【００１５】また、符号３４は、端子２１から入力する
圧電素子９、９、９‥‥に一致するビット数の印字デー
タを記憶するメモリで、ＡＮＤゲートからの信号に同期
して内部に記憶している印字データを端子２４に１ビッ
ト毎にシリアル出力する機能をも合わせ備えている。

【００１６】この端子２４からシリアル転送される印字
信号は、次の印刷周期で双方向スイッチングトランジス
タＳ、Ｓ、Ｓ‥‥の選択信号となり、印字信号の端子２
３から出力されたシフトクロック信号により前述のシフ
トレジスタを構成しているフリップフロップＦ１、Ｆ
１、Ｆ１、‥‥にラッチされる。なお、ラッチ信号（図
５（VIII））は、前述のキャリー信号の立ち下がりに同
期してラッチ信号生成回路３５から出力される。

【００１７】図４は、駆動信号発生回路２６の一実施例
を示すものであって、図中符号４０は、第１タイミング
制御回路で、従属接続された２つのワンショットマルチ
バイブレータＭ１、Ｍ2を有し、各ワンショットマルチ
バイブレータＭ１、Ｍ2にはそれぞれ第１の充電時間
（Ｔc1）と第１のホールド時間（Ｔh）との和Ｔ1＝（Ｔ
c1＋Ｔh）、放電時間（Ｔd1）と第２のホールド時間
（Ｔh2）との和Ｔ2＝（Ｔd＋Ｔh2）を規定するためのパ
ルス幅（図５（II）、（III））が設定されている。

【００１８】各ワンショットマルチバイブレータＭ１、
Ｍ2から出力するパルスの立ち上がり、立ち下がりによ
り、それぞれ充電を実行させるトランジスタＱ2、放電
を実行させるトランジスタＱ3をオン、オフ制御するよ
うに構成されている。

【００１９】外部装置からのタイミング信号が端子２２
に入力すると、タイミング制御回路４０を構成するワン
ショットマルチバイブレータＭ１は、予めこれに設定さ
れているパルス幅（Ｔc1＋Ｔh）のパルス信号（図５（I
I））を出力する。このパルス信号によりトランジスタ
Ｑ1がオンとなると、コンデンサＣ１がトランジスタＱ2
と抵抗Ｒ1とにより定まる一定電流でもって充電され
る。この充電によりコンデンサＣ１の端子電圧が電源電
圧ＶHになると、充電動作が自動的に停止し、以後、放
電されるまでこの電圧が維持される。

【００２０】次ぎにワンショットマルチバイブレータＭ
１のパルス幅に相当する時間（Ｔc1＋Ｔh）＝Ｔ1が経過
してこれが反転すると、トランジスタＱ1がオフとな
り、またワンショットマルチバイブレータＭ2からパル
ス信号（図５（III））が出力してトランジスタＱ3がオ
ンとなってコンデンサＣ１を放電させる。この放電は、
トランジスタＱ4と抵抗Ｒ3とにより定まる一定電流で所
定の電圧Ｖ１まで実行される。

【００２１】このような充放電により、図５（IV）に示
したように電圧Ｖ１から電圧ＶHに一定の勾配で上昇
し、この電圧ＶHを一定時間Ｔhを保持し、今度は一定の
勾配でＶ１まで降下する電圧波形が得られる。

【００２２】次ぎにこのように構成した装置の動作につ
いて説明する。前述したように制御信号発生回路２０
は、前回の印刷周期の間に双方向スイッチングトランジ
スタＳ、Ｓ、Ｓ、‥‥の選択信号をフリップフロップＦ
１、Ｆ１、Ｆ1‥‥にラッチさせている。その後、タイ
ミング信号（図５（I））が入力すると、駆動信号発生
回路２６が作動する。印刷周期の前半では極性切替回路
２８のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２がオンとなり双方向
スイッチングトランジスタＳを介して圧電振動子９に印
加される（図５（V））。これにより、圧電振動子９
は、電圧Ｖ１から電圧ＶHまで一定の電圧上昇率で充電
され、一定速度で収縮して圧力発生室６を膨張させる。

【００２３】この圧力発生室６の膨張によりインク供給
口８を介してリザーバ４のインクが圧力発生室６に流れ
込み、同時にノズル開口２のメニスカスが圧力発生室６
側に引き込まれる。駆動信号が電圧ＶHに到達すると、
所定時間Ｔhの期間だけこの電圧ＶHを維持し、その後に
電圧Ｖ１に向けて降下する。

【００２４】駆動信号が電圧Ｖ１に向けて降下すると、
電圧ＶHに充電されていた圧電振動子９、９、９、‥‥
の充電電荷が放電されて元の状態に復帰、つまり伸長し
て圧力発生室６を収縮させる。この圧力発生室６の収縮
によりインクが加圧されてノズル開口２からインク滴と
して吐出する。

【００２５】このようにして駆動信号発生回路２６の駆
動信号が電圧Ｖ１まで降下すると、インク滴の吐出に影
響を与えない程度の時間Δｔ、例えば４マイクロ秒以下
の時間をおいて、再び駆動信号発生回路２６から信号が
出力する。同時に切替信号発生回路２７は、極性切替回
路２８のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２をオフとし、代わ
ってＴｒ３、Ｔｒ４をオンにして双方向スイッチングト
ランジスタＳを介して圧電振動子９に駆動信号発生回路
２６の信号をその極性を反転させて圧電振動子９に印加
する（図５（VI））。

【００２６】これにより、圧電振動子９は、電圧Ｖ１か
ら電圧−ＶHまで一定の電圧降下率でさらに放電され、
一定速度で極性反転前の伸長動作を引き継ぐようにさら
に伸長されて圧力発生室６を収縮させ、圧電振動子９や
双方向トランジスタＳに作用する電圧の増大を来すこと
なく、圧縮量を確保してインク滴のインク量を確保す
る。

【００２７】駆動信号が電圧ＶHに到達すると、所定時
間Ｔhの期間だけこの電圧ＶHを維持し、その後に電圧Ｖ
１に向けて上昇する。

【００２８】駆動信号が電圧Ｖ１に向けて上昇すると、
電圧−ＶHに充電されていた圧電振動子９、９、９、‥
‥の充電電荷が放電されて元の状態に復帰、つまり収縮
して圧力発生室６を膨張させる。これにより印刷により
消費されたインクがリザーバ４から圧力発生室６に流れ
込み、次の印刷に備える。

【００２９】そして、極性切替後における駆動信号の降
下時点を、インク滴吐出後のメニスカスの振動が圧力発
生室６側に最も引き込まれ、ノズル開口２の側に転じる
時点となるようにタイミングを一致さておきさえすれ
ば、圧力発生室６の微小膨張によりノズル開口側に移動
するように反転したメニスカスを圧力発生室側に引き戻
すことができ、メニスカスの運動エネルギを減じて、イ
ンクミストの発生を防止することができる。

【００３０】以下、上述の工程をタイミング信号の１／
２の周期に同期して駆動信号発生回路２６の信号を切替
信号発生回路２７を介して圧電振動子９に選択的に印加
して印刷を実行する。

【００３１】このように、圧電振動子９の両端子に時間
をおいて駆動信号発生回路からの信号が極性を反転され
て印加するため、圧電振動子９には駆動信号発生回路２
６の電圧Ｖhの２倍程度の変位を生じることになり、圧
電振動子９やスイッチングトランジスタＳの耐圧を下げ
つつ、インク滴のインク量を確保することができる。

【００３２】なお、上述の実施例においては、軸方向に
伸縮変位する圧電振動子に例を採って説明したが、たわ
み変位する圧電振動子を用いた記録ヘッドに適用しても
同様の作用を奏することは明らかである。

【００３３】また、上述の実施例においては各信号の出
力時点をワンショットマルチバイブレータにより制御し
ているが、マイクロコンピュータ等他のタイミング制御
手段を使用できることは明らかである。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、ノズル開口、及びインク供給口を介してリザーバに
連通する圧力発生室を圧電振動子により膨張、収縮して
インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドと、
任意の電圧から一方の方向に一定の変化率で電圧変化す
る第１の信号と、所定電圧を保持する第２の信号と、所
定電圧から任意の電圧まで一定の変化率で電圧変化する
第３の信号を１グループとして、印刷周期内で少なくと
も２グループ分、発生させる信号発生手段と、信号発生
手段から印刷周期内に出力された１のグループを直接
に、これに引き続くグループを反転させて圧電振動子に
出力する極性切替手段とを備えるようにしたので、圧電
振動子には信号発生手段の最高電圧の２倍程度の変位を
生じさせて、インク滴のインク量を確保しつつ、圧電振
動子の耐圧を下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置に使用するイ
ンクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明のインクジェット式記録装置の一実施例
を示すブロック図である。

【図３】同上装置における制御信号発生回路の一実施例
を示すブロック図である。

【図４】同上装置における駆動信号発生回路の一実施例
を示す回路図である。

【図５】図（I）乃至（IX）はぞれぞれ同上装置の動作
を示す波形図である。

【図６】従来の駆動信号の一例を示す波形図である。

【符号の説明】

１ ノズルプレート ２ ノズル開口 ３ 圧力発生室 ８ 弾性板 ９ 圧電振動子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口、及びインク供給口を介して
   リザーバに連通する圧力発生室を圧電振動子により膨
   張、収縮してインク滴を吐出させるインクジェット式記
   録ヘッドと、 任意の電圧から一方の方向に一定の変化率で電圧変化す
   る第１の信号と、所定電圧を保持する第２の信号と、前
   記所定電圧から前記任意の電圧まで一定の変化率で電圧
   変化する第３の信号を１グループとして、印刷周期内で
   少なくとも２グループ分、発生させる信号発生手段と、 該信号発生手段から印刷周期内に出力された１のグルー
   プを直接に、これに引き続くグループを反転させて前記
   圧電振動子に出力する極性切替手段と、 を備えてなるインクジェット式記録装置。
2. 【請求項２】 前記一方の方向が前記圧力発生室を膨張
   させ、また前記他方の方向が前記圧力発生室を収縮させ
   る電圧変化である請求項１に記載のインクジェット式記
   録装置。
3. 【請求項３】 前記極性切替手段と前記圧電振動子との
   間に前記印刷信号により制御を受ける双方向スイッチン
   グ手段が接続されている請求項１に記載のインクジェッ
   ト式記録装置。
4. 【請求項４】 前記前記切替手段の極性切替えのタイミ
   ングに、インク滴の吐出に影響を及ぼさない程度の時間
   差が設けられている請求項１に記載のインクジェット式
   記録装置。
5. 【請求項５】 前記時間差が４マイクロ秒以下である請
   求項４に記載のインクジェット式記録装置。