JPH1142772A

JPH1142772A - インクジェット式記録装置

Info

Publication number: JPH1142772A
Application number: JP21599097A
Authority: JP
Inventors: Minoru Usui; 稔碓井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電振動子に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Ｖh1を保持する
第２の信号と、電圧Ｖh1から電圧Ｖ1まで一定の変化率
で電圧変化する第３の信号からなる第１駆動信号（図I
V）と、電圧Ｖ２から一方の方向に一定の変化率で電圧
変化する第４の信号と、所定電圧Ｖh2を保持する第５の
信号と、電圧Ｖh2から電圧Ｖ２まで一定の変化率で変化
する第６の信号からなる第２駆動信号（図VII）とを外
部からのタイミング信号に同期して圧電振動子に両端子
に作用させ、合成駆動信号（図IX）を印加する。

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、特開平号公報に見られるように、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８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の信号発生し、か
つ前記圧電振動子の一方の端子に接続された第１の信号
発生手段と、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４の信号と、所定電圧を保持する第５
の信号と、前記所定電圧から任意の電圧まで一定の変化
率で変化する第６の信号を発生し、かつ前記圧電振動子
の他方の端子に接続された第２の信号発生手段と、第１
の信号発生手段と第２の信号発生手段とを外部からのタ
イミング信号に同期して作動させる制御手段とを備える
ようにした。

【０００６】

【作用】圧電振動子は、各信号発生手段の最高電圧が作
用するだけで、各信号発生手段の電圧の和に相当する変
位が生じ、印字に適したインク量と飛行速度のインク滴
を吐出させる。

【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】第１駆動信号発生回路２６、第２駆動信号
発生回路２８は、端子２２から入力した外部装置からの
タイミング信号に基づいて出力端子２７、２９に後述す
る駆動信号を出力するものである。出力端子２７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３０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２９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】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３０、３０、３
０‥‥に選択信号を出力するように構成されている。

【００１３】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６（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。

【００１４】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。

【００１５】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３０、３０、３０‥‥の選択信号となり、印字信号の
端子２３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Ｆ
１、Ｆ１、Ｆ１、‥‥にラッチされる。なお、ラッチ信
号（図６（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。

【００１６】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、縦属接続された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（Ｔh1）との和Ｔ1＝
（Ｔc1＋Ｔh1）、放電時間（Ｔd1）と第２のホールド時
間（Ｔh2）との和Ｔ2＝（Ｔd1＋Ｔh2）を規定するため
のパルス幅（図６（II）、（III））が設定されてい
る。

【００１７】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。

【００１８】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＋Ｔh1）のパルス信号（図６
（II））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ＶH1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。

【００１９】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＋Ｔh1）＝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６（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。

【００２０】このような充放電により、図６（IV）に示
したように電圧Ｖ１から電圧ＶH1に一定の勾配で上昇
し、この電圧ＶH1を一定時間Ｔh1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。

【００２１】図５は、第２駆動信号発生回路２８の一実
施例を示すものであって、図中符号４１は、第２タイミ
ング制御回路で、第１タイミング制御回路４０のワンシ
ョットマルチバイブレータＭ２の立ち上がりにより起動
するワンショットマルチバイブレータＭ３と第２のワン
ショットマルチバイブレータＭ４とを継続接続されてい
る。

【００２２】各ワンショットマルチバイブレータＭ３、
Ｍ４にはそれぞれ第２の充電時間（Ｔc2）と第３のホー
ルド時間（Ｔh3）との和Ｔ３＝（Ｔc2＋Ｔh3）、第２の
放電時間（Ｔd2）であるＴ４を規定するためのパルス幅
（図６（V）、（VI））が設定されている。

【００２３】各ワンショットマルチバイブレータＭ３、
Ｍ４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Ｑ８、放電を
実行させるトランジスタＱ１０をオン、オフ制御するよ
うに構成されている。

【００２４】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４１を構成するワン
ショットマルチバイブレータＭ３は、予めこれに設定さ
れているパルス幅Ｔ３（Ｔc2＋Ｔh3）のパルス信号（図
６（V））を出力する。このパルス信号によりトランジ
スタＱ８がオンとなると、コンデンサＣ２がトランジス
タＱ９と抵抗Ｒ３とにより定まる一定電流でもって充電
される。このじゅうでんによりコンデンサＣ２の端子電
圧が電源電圧ＶH2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。

【００２５】次ぎにワンショットマルチバイブレータＭ
３のパルス幅に相当する時間（Ｔc2＋Ｔh3）＝Ｔ３が経
過してこれが反転すると、トランジスタＱ８がオフとな
り、またワンショットマルチバイブレータＭ３からパル
ス幅Ｔ３のパルス信号（図６（VI））が出力してトラン
ジスタＱ１０がオンとなってコンデンサＣ２を放電させ
る。この放電は、トランジスタＱ１１と抵抗Ｒ４とによ
り定まる一定電流で所定の電圧Ｖ２まで実行される。

【００２６】このような充放電により、図６（VII）に
示したように所定電圧Ｖ2から電圧ＶH2に一定の勾配で
上昇し、この電圧ＶH2を一定時間Ｔh3を保持し、今度は
一定の勾配でＶ２まで降下する電圧波形が得られる。

【００２７】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３０、３０、３０、‥‥の選択信号をフリップフロ
ップＦ１、Ｆ１、Ｆ1‥‥にラッチさせている。その
後、タイミング信号（図６（I））が入力すると、駆動
信号発生回路２６及び第２駆動信号発生回路２８が作動
する。これらの信号は双方向スイッチングトランジスタ
３０を介して圧電振動子９の一方の端子に、また圧電振
動子９の他方の端子に直接印加される。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。

【００２８】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ＶH1に到達すると、
所定時間Ｔh1の期間だけこの電圧ＶH1を維持し、その後
に電圧Ｖ１に向けて降下する。

【００２９】駆動信号が電圧Ｖ１に向けて降下すると、
電圧ＶH1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。

【００３０】このようにして第１タイミング制御回路４
０のワンショットマルチバイブレータＭ２からの信号が
立ち上がると、第２タイミング制御回路４１のワンショ
ットマルチバイブレータＭ３が作動して、時間Ｔh2、例
えば４マイクロ秒程度のインク滴の吐出を中断させない
程度の時間をおいて圧電振動子９の他方の端子に第２駆
動信号発生回路２８の駆動信号が印加される。

【００３１】このため、圧電振動子９は所定電圧Ｖ２か
らさらに電圧ＶH2に向けて一定の電圧降下率で今度は逆
極性で充電されてさらに伸長する。これにより、圧電振
動子９は、２つの駆動信号の差に相当する電圧分（ＶH1
1＋ＶH2）の伸長変位を起こして圧力発生室６を収縮さ
せ、印字に適したインク量と飛行速度を備えたインク滴
を吐出させる。

【００３２】インク滴の吐出終了後に生じるメニスカス
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（ｔ０）で、第２駆動信号が電圧Ｖ
H2から所定電圧Ｖ２に向けて上昇するように設定されて
いるので、圧電振動子９は今度は充電されて収縮し、圧
力発生室６が微小膨張する。

【００３３】この圧力発生室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が圧力発生
室側に引き戻されるから、メニスカスはその運動エネル
ギを減じられてその振動を急速に減衰する。したがっ
て、インクミストの発生を来すことなく、記録用紙上の
ドットのサイズを任意に調整できる。

【００３４】以下、上述の工程をタイミング信号に同期
して第１駆動信号発生回路２６及び第２信号発生回路２
８を作動させて、圧電振動子９の一方の端子には第１駆
動信号を、他方の端子に第２駆動信号を供給して印刷を
実行する。

【００３５】このように、圧電振動子９の両端子にそれ
ぞれ独立した駆動信号発生回路２６、２８からの信号を
印加するため、圧電振動子９には２つの駆動信号発生回
路２６、２８の電圧Ｖh1、Ｖh2が単独に作用することに
なる。したがって圧電振動子９は、単一の駆動信号発生
回路により電圧（Ｖh1＋Ｖh2）を発生させた場合のほぼ
１／２程度が作用するのにも関らず、この電圧Ｖh1＋Ｖ
h2と同一量の変位をすることになり、圧電振動子９に耐
圧の低いもの使用できるばかりでなく、各駆動信号発生
回路を構成する電子部品に耐圧の低いものを使用するこ
とができる。

【００３６】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零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。

【００３７】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。

【００３８】

【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の信号発生し、かつ圧電振動子の一方の端子に接続
された第１の信号発生手段と、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４の信号と、所定電
圧を保持する第５の信号と、所定電圧から任意の電圧ま
で一定の変化率で変化する第６の信号を発生し、かつ圧
電振動子の他方の端子に接続された第２の信号発生手段
と、第１の信号発生手段と第２の信号発生手段とを外部
からのタイミング信号に同期して作動させる制御手段と
を備えたので、圧電振動子に各信号発生手段の最高電圧
が作用させるだけで、各信号発生手段の電圧の和に相当
する変位を生じさせることができ、印字に適したインク
量と飛行速度のインク滴を、圧電振動子や電子回路部品
に耐圧の低いものを使用して発生させることができる。

【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】同上装置における第１駆動信号発生回路の一実
施例を示す回路図である。

【図５】同上装置における第２駆動信号発生回路の一実
施例を示す回路図である。

【図６】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７】図（イ）乃至（ハ）はそれぞれ駆動信号を規定
する各パラメータを説明する図である。

【図８】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

【特許請求の範囲】

【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の信号を発生し、かつ前記圧電振動子の一
方の端子に接続された第１の信号発生手段と、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４の信号と、所定電圧を保持する第５の信号と、前
記所定電圧から任意の電圧まで一定の変化率で変化する
第６の信号を発生し、かつ前記圧電振動子の他方の端子
に接続された第２の信号発生手段と、第１の信号発生手段と第２の信号発生手段とを外部から
のタイミング信号に同期して作動させる制御手段とから
なるインクジェット式記録装置。
【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。
【請求項３】前記第１、及び第２の信号発生手段の少
なくとも一方が、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を介して前記圧電振動子に接続され
ている請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項４】第１の信号発生手段からの信号の終了
と、第２の信号発生手段からの信号の発生との間に、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。
【請求項５】前記時間差が４マイクロ秒以下である請
求項３に記載のインクジェット式記録装置。