JPH03295658A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、複数のノズルを有するインクジェット記録装
置に関する。

［従来の技術］ ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等の電子機
器の出力装置としてインクジェット記録装置が多く用い
られている。

第１７図はこの種のインクジェット記録装置に用いられ
るインクジェット記録ヘッドのノズルの構成とこれらの
ノズルによって形成されるインクドツトを表す説明図で
ある。

同図に示すように、インクジェット記録ヘッドｌＯには
、複数のノズルＪ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４・・・が矢印Ａ
で示す印字方向と垂直な方向に一列に配置されている。

この１列配列のノズルを有するインクジェット記録ヘッ
ドＩＯが移動してインク噴射することによって形成され
るインクドツトの例が図の右側に示されている。即ち、
１列がａ、ｂ。

ｃＳｄ・・・から成るインクドツトが複数列に形成され
る。これらインクドツトのマトリクス配列により文字、
数字及び記号が印字される（同様な特許出願として米国
特許Ｕ、　Ｓ、　Ｐ、　４．４５９．６０１参照）。

また特開昭６３−１１３５３号公報では２列に配列され
た複数のノズルを有するノズルプレートと記録ヘッド本
体とが一体化された製作が容易なインクジェット記録ヘ
ッドが提案されている。

また特開昭６２−２３８７５６号公報では１列配列され
たノズルを有するインクジェット記録ヘッドを複数並列
に接合して印字することが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ この種のインクジェット記録ヘッドを用いて高速印字す
る場合、インクジェット記録ヘッドの印字方向の移動速
度を大きくし、インクの噴射間隔を短くすることが必要
となる。しかしながら、インクをインク室からノズルま
で吸い上げ、これをノズルから噴射するのにかなりの時
間がかかつてしまう。このため、インクを噴射する間隔
、即ち信号電圧の周波数がインクジェット記録ヘッドの
移動速度に追従できず印字速度を速くすることが困難と
なる。

従って本発明の目的は印字速度の速いインクジェット記
録装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的は本発明によれば、それぞれに複数のノズル
が１列に配列されており、ノズルの配列方向と垂直の方
向に互いに重畳された複数のインクジェット記録ヘッド
と、各インクジェット記録ヘッド毎の印字位置が互いに
異なるように重畳されたインクジェット記録ヘッドを重
畳方向に移動させつつ各インクジェット記録ヘッドのノ
ズルからインクを噴射させる制御手段とを備えたことで
達成される。

［作用］ インクジェット記録装置の制御手段は、重畳されたイン
クジェット記録ヘッドを重畳方向に移動させつつ各イン
クジェット記録ヘッドのノズルから噴射されるインク滴
をそれぞれ互いに異なる位置に印字させる。

［実施例コ 以下本発明によるインクジェット記録装置を実施例によ
り詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例としてインクジェット記録装
置のインクジェット記録ヘッドの斜視図である。

同図に示すように、複数のノズル２Ｑａが１列に形成さ
れたノズルプレート２１ａと圧電アクチュエータ２２ａ
　とが接合されることにより第１のインクジェット記録
ヘッド２３ａが形成され、複数のノズル２０ｂが１列に
形成されたノズルプレート２１ｂと圧電アクチュエータ
２２ｂとが接合されることにより第２のインクジェット
記録ヘッド２３ｂが形成されている。これらのインクジ
ェット記録ヘッド２３８及び２３ｂは、互いに重畳され
ている。

この２つのインクジェット記録ヘッド２３ｇ及び２３ｂ
の重畳体は、矢印Ｂで示される重畳方向に移動しながら
用紙２４に印字を行う。

°第３図は、第２図に示したインクジェット記録ヘッド
２３ａ又は２３ａの分解斜視図である。但し、簡単のた
めノズルの数は２つになっている。

同図に示すように、基板２５上に概略櫛状の圧電アクチ
ュエータ２６が設けられており、圧電アクチュエータ２
６の上にはＧＮＤ　（グランド）電極２７が設けられて
いる。ＧＮＤ電極２７の上には振動板２８を介してカバ
ーブロック２９が設けられている。

外部からの信号により駆動回路３０が信号電極３１のい
ずれかに信号電圧を印加する。このため、対応する圧電
アクチュエータ２６の歯部３２が圧電縦変位効果によっ
て上下、即ち振動板２８を押す方向に変位し、これによ
り振動板２８の対応部位が押し上げられ、カバーブロッ
ク２９内に設けられたインク室３４からノズル３５を経
て外に噴射され、用紙等の上に印字が行われる。

第４図は第３図に示したカバーブロック２９の平面図で
あり、第５図は第３図に示したカバーブロック２９の側
面図である。

第４図に示すようにカバーブロック２９には、１２個の
ノズル１３５とこれらのノズルに連通したインク室１３
４とインク溜り１３６とインク供給口１３７とが形成さ
れている。

第４図及び第５図に示すカバーブロック２９は、感光性
ガラス、例えばＰＥＧ３　（微細な２珪酸リチユウムの
結晶が析出した気孔の無い均質なガラスセラミック）や
シリコンウェハからなり、この感光性ガラスをエツチン
グ加工することで形成される。

第６図は第３図に示した圧電アクチュエータに利用され
ている圧電縦変位効果を説明するための説明図である。

ており、圧電体は互いに交互に逆方向に積層されている
。電極は１つおきに接続されている。

電極に電圧が印加されると、圧電体は矢印Ｄ１及びＤ２
方向に変形する。この現象が圧電縦変位効果である。

第７図は本実施例のインクジェット記録装置のブロック
図である。

同図に示すように、クロックジェネレータ３８が制御回
路３９と同期回路４０とに接続されている。この制御回
路３９は、ＲＯＭ４１　（リードオンリメモリ）、ＲＡ
Ｍ４２　（ランダムアクセスメモリ）、Ｉ１０ポート４
３及び出力ポート４４にもパスライン４５を介して接続
されている。出力ポート４４は同期回路４０に接続され
ており、同期回路４０はヘッドドライバ４６に接続され
ている。ヘッドドライバ４６はインクシェド記録ヘッド
２３ａ及び２３ｂに接続されている。

クロックジェネレータ３８は、クロックパルスを発生し
、各回路に供給する。クロックパルスの発生には、例え
ば水晶発振回路が用いられるが、これに限らずＰＬＬ　
（フェイズロックドループ）回路を用いてもよい。

制御回路３９は本インクジェット記録装置を統括制御し
、マイクロプロセッサが好ましくは用いられる。この制
御回路３９はＲＯＭ４１に格納されたシステムプログラ
ムに従って印字データの入出力や変換処理を実行する。

ＲＡＭ４２はＩ１０ボート４３から入力された印字デー
タを格納するメモリである。

ヘッドドライバ４６は、出力ポート４４からの印字デー
タを各インクジェット記録ヘッド２３ａ及び２３ｂの圧
電アクチュエータに供給する。

第８図は第７図に示す出力ポート、同期回路４０及びヘ
ッドドライバ４６までの回路を詳細に示すブロック図で
ある。

同図に示すように、出力ポート４４は複数（図では２つ
）の出力ポート４４ａ及び４４ｂで構成されている。な
お、出力ポート４４ａ及び４４ｂの数は２つであるが、
これに限らずインクジェット記録ヘッドの数と共に増加
してもよい。パスライン４５がこれらの出力ポート４４
ｇ及び４４ｂの入力端子にそれぞれ接続されている。第
１の出力ポート４４ａには、例えば偶数列（２ｎ　％　
ｎ　”　１．２、・・・）の印字データがパラレルに入
力される。第２の出力ポート４４ｂには、奇数列（２ｎ
−１、ｎ＝１．２、・・・）の印字データがパラレルに
入力される。

印字データは第９図の丸印で表すように偶数列と奇数列
との２つのデータがそれぞれ互いに交互に配列されてお
り、それぞれの各列の行数（図の縦の丸印の数）は各イ
ンクジェット記録ヘッドのノズルの数に対応する。

第１の出力ポート４４ａの出力端子はｎ個の２人カアン
ドゲートからなる第１群のアンドゲート４８ａ　（図の
上部）の一方の入力端子にそれぞれ接続される。

第２の出力ポートの出力端子はｎ個の２人カアンドゲー
トからなる第２群のアンドゲート４８ｂ（図の中部）の
一方の入力端子にそれぞれ接続されている。

同期回路は１つの遅延カウンタ４９と２つのカウンタ５
０及び５１と２ｎ個の２人カアンドゲートから構成され
ている。

クロックパルスが遅延カウンタ４９と２つのカウンタ５
０及び５１との入力端子ＣＫに供給されている。

ＬＯＡＤパルスが遅延カウンタ４９と２つのカウンタ５
０及び５１との入力端子ＬＤに供給されている。

ＥＮＡＢＬＥパルスが遅延カウンタ４９の入力端子ＥＮ
２とカウンタ５ｏの入力端子ＥＮにそれぞれ供給されて
いる。遅延カウンタ４９の出力端子ＲＣＯはカウンタ５
１のＥＮ入力端子とインバータ５２の入力端子とに接続
されている。このインバータ５２の出力端子は遅延カウ
ンタ４９のＥＮＩ端子に接続されている。カウンタ５１
の出力端子ＲＣＯは第１群のアントゲ−ｈ　４８ｇの他
方の入力端子にそれぞれ接続されている。カウンタ５ｏ
の出力端子ＲＣＯは第２群のアンドゲート４８ｂの他方
の入力端子にそれぞれ接続されている。第１及び第２の
アンドゲ−ト群の各アントゲ−）　４８ａ及び４８ｂの
出力端子はヘッドドライバ４６の入力端子にそれぞれ接
続されている。

第１の出力ポート４４ａは、２ｎ列の印字データを第１
群のアンドゲート４８ａに出力し、第２の出力ポート４
４ｂは、２ｎ−１列の印字データを第２群のアンドゲー
ト４８ｂに出力する。

遅延カウンタ４９は入力端子ＥＮ２にＥＮＡＢＬＥパル
スが入力すると、所定の期間が経過した後に遅延カウン
タ４９はその出力端子ＲＣＯからカウンタ５１の入力端
子にパルスを供給する。

カウンタ５１はＥＮＡＢＬＥパルスに応じて第１群の各
アンドゲート４Ｂｇの入力端子に「１」論理レベルのパ
ルス信号（タイミングパルス、第１０図（Ａ）参照）を
周期ｔ１で供給する。

カウンタ５１は遅延カウンタ４９の出力端子ＲＣＯから
のパルスに応じて、第２のアンドゲート群の各アンドゲ
ート４８ｂの入力端子に「１」論理レベルのパルス信号
を供給する（タイミングパルス、第１０図（Ｂ））。即
ちカウンタ５１は、カウンタ５０より所定の期間ｔ２だ
け遅れて第２のアンドゲート群の各アンドゲート４８ｂ
の入力端子に「１」論理レベルのパルス信号を周期ｔ１
で供給する。

第１及び第２のアンドゲート群の各アンドゲート４８ａ
及び４８ｂは、カウンタ５０及び５１のＲＣＯ出力端子
からの信号がｒｌＪ論理レベルの場合にヘッドドライバ
４６に供給される。

次に、このようなインクジェット記録装置の動作を第１
図のインクジェット記録ヘッドのノズルとインクの噴射
状態を説明するための説明図、第７図及び第８図を参照
して説明する。

第７図に示すように外部からＩ１０ポート４３とデータ
バス４５とを介してＲＡＭ４２にデジタル形式の印字デ
ータが格納される。制御回路３９の指示でＲＡＭ４２に
格納された印字データがデータバス４５を介して出力ポ
ート４４に転送される。

印字データの中の偶数列のデータが第１の出力ポート４
４ａに転送され、印字データの中の奇数列のデータが第
２の出力ポート４４ｂに転送される。

２ｎ−１列の印字データが第２の出力ポート４４ｂに転
送されているとする。制御回路３９から供給されたＬＯ
ＡＤパルスとＥＮＡＢＬＥパルスとクロックパルスに応
じてカウンタ５０の出力端子ＲＣＯからのタイミングパ
ルスＰｉが第２のアンドゲート群の各アントゲ−）４８
ｂの入力端子に供給される（第７図（Ａ））。このとき
、第１のインクジェット記録ヘッド２３ａのノズルＮ１
、Ｎ２、・・・からインク滴が列Ｘ１のａｌ　、ｂｌ、
ＣＩ　、（１＋　”’の位置に噴射される（第１図）。

一方、遅延カウンタ４９の出力端子ＲＣＯからタイミン
グパルスＰ４がタイミングパルスＰｉより期間ｔ２だけ
後に第１のアンドゲート群の各アンドゲート４８ａの一
方の入力端子に供給される（第７図（Ａ、Ｂ））。第２
のアンドゲート群の各アンドゲート４８ｂの他方の入力
端子には２ｎ列の印字データが転送されているので第２
のインクジェット記録ヘッド２３ｂのノズルＭ１、Ｍ２
、・・・からインクが噴射される。このときインクジェ
ット記録ヘッド２３ａ及び２３ｂは図中矢印Ｂ方向に一
定の速度で移動しているため列Ｘ１のａｌ　、ｔ）１　
、ＣＩ、ｄｌ・・・と重複せず、異なるインクドツト列
Ｘ２のａ２、ｂｌ、ｃ２、ｄ２・・・の位置に印字され
る（第１図）。なお、インクジェット記録ヘッド２３ａ
及び２３ｂの移動は制御回路の指示により図示しないメ
カコンで行われる。

カウンタ５０の出力端子ＲＣＯからのタイミングパルス
Ｐ２がタイミングパルスＰ１より期間ｔ１後に第２のア
ンドゲート群の各アンドゲート４８ｂの入力端子に供給
される（第７図（Ａ））。このとき２ｎ＋１列の印字デ
ータが第２の出力ポート４４ｂに転送されている。この
とき、第１のインクジェット記録ヘッド２３８のノズル
Ｎ１、Ｎ２、・・・からインクが他のインクドツト列と
重複せず異なる列Ｘ３のａ３　、ｂ３、Ｃ３、ｄｌ　、
”’の位置に噴射される（第１図）。

同様に遅延カウンタ４９の出力端子ＲＣＯからタイミン
グパルスＰ５がタイミングパルスＰ４より期間ｔ１後に
第１のアンドゲート群の各アンドゲート４８ａの一方の
入力端子に供給される（第７図ＣＢ））。第２のアンド
ゲート群の各アンドゲート４８ｂの他方の入力端子には
２ｎ＋２列の印字データが転送されているので第２のイ
ンクジエ・ソト記録ヘッド２３ｂのノズルＭＬ　Ｍ２、
・・・からインクが列Ｘ４のＣ４、ｂ４、Ｃ４、Ｃ４、
・・・の位置に噴射される（第１図）。以下これを繰り
返す。

これにより第１のインクジェット記録へ・ソド２３ａの
ノズルＮ１、Ｎ２、・・・からインク滴が間隔１１で用
紙等の上に噴射され、第２のインクジェット記録ヘッド
２３ｂのノズルＭ１、Ｍ２、・・・からもインク滴が間
隔１１で同一の用紙等の上に噴射される。

第１のインクジェット記録ヘッド２３ａの各ノズルから
噴射されるインク滴と第２のインクジェット記録ヘッド
２３ｂの各ノズルから噴射されるインク滴とによって印
字されるインクドツト列は重複せず間隔１１／２で印字
される。

従って第１及び第２のインクジェット記録ヘッド２３ａ
及び２３ｂの各ノズルから噴射されるインクドツトの間
隔は等間隔となる。

ｔｌはインクジェット記録ヘッド２３ａ及び２３ｂが距
離１１だけ移動した時間である。ｔｌはインクジェット
記録ヘッド２３！及び２３ｂが距離１２＋１１／２だけ
移動する時間である。

図では１１＞１２であるが第１及び第２のインクジェッ
ト記録ヘッド２３ａ及び２３ｂの間隔が１２が大きい場
合はｔｌ〈ｔｌとなる場合もある。

また、インクジェット記録ヘッドの数がｎの場合、各イ
ンクジェット記録ヘッドの間が距離にして１１　・ｋ／
ｎ＋１２＊　（但し、ｋ＝１．２．３・）だけずれるの
で、このインクジェット記録ヘッドの固有のタイミング
でインクジェット記録ヘッドを駆動させる必要がある。

第１１図は本実施例に用いられるインクジェット記録ヘ
ッドの他の構成例の分解斜視図である。

同図に示すように、基板５５上に概略櫛状の圧電アクチ
ュエータ５６が設けられており、圧電アクチュエータ５
６の上に複数（図では２つ）のインク室５７を有するカ
バーブロック５８が取り付けられる。

圧電アクチュエータ５６とカバーブロック５８の前面に
複数（図では２つ）のノズル５９が形成されたノズルプ
レート６０が設けられてインクジェット記録ヘッド６１
が構成される。圧電アクチュエータ５６の各歯部６２の
上下両面には電極６３が設けられており、図示しない駆
動回路に接続されている。

第１２図は第１１図に示したインクジェット記録ヘッド
６１のＩ−Ｉ線断面図である。

外部からの信号により駆動回路が電極６３のいずれかに
信号電圧を印加されると、対応する圧電アクチュエータ
５６の歯部６２が圧電縦変位効果によって縦方向（図の
矢印Ｄ３方向）に変位する。これによりインクがインク
室５７に連通するノズル５９を経て外部に噴射され用紙
等の上に印字が行われる。

第１３図は本実施例に用いられるインクジェット記録ヘ
ッドのさらに他の構成例の分解斜視図である。

同図に示すように、複数（図では６つ）のノズル６４と
ノズル６４にそれぞれ連通した複数のインク室６５とが
所定の間隔で平行にかつ一体型で形成された基板６６が
形成されている。この基板６６上に櫛歯状の圧電アクチ
ュエータ６７が取り付けられ、この圧電アクチュエータ
６７の各歯部６８が各インク室６５に挿入される。圧電
アクチュエータ６７の各歯部６８の上下両面には電極６
９か設けられており圧電アクチュエータ６７上の駆動回
路７０に配線パターン７１を介して接続されている。基
板６６の前部（図の左側）の上に複数のインク導入ロア
２が設けられたプレート７３が接合される。このプレー
ト７３の上にはインク供給ロア４が上面に設けられたイ
ンクタンク７５が取り付けられる。このインクタンク７
５のインク供給ロア４は内部でインク供給ロア４、各イ
ンク室６５に連通ずる。

図示しない外部からの信号が駆動回路７０に供給さされ
ると駆動回路７０は電極６９に信号電圧を供給する。信
号電圧が歯部６８の電極６９に供給されると、圧電横方
向変位効果により歯部６８がインク室６５を噴射方向と
逆方向に変位する。この信号電圧が解除されると歯部が
インク室６５を噴射方向に押圧する。これによりインク
室６５のインクがノズル６４より外部に噴射される。

第１４図は圧電横方向変位効果について説明するための
説明図である。

同図に示すように矢印Ｐ方向に分極された圧電体の両面
に電極が接合されている。圧電体は積層方向に分極され
ており、電極に電圧が印加されると圧電体は矢印Ｄ４及
びり、方向に変位する。電極に印加された電圧が解除さ
れると、この圧電体は矢印Ｄ４及びり、と逆方向に変位
する。この現象が圧電横方向変位効果である。

また、圧電アクチュエータに利用される効果としてはこ
の他にユニモルフ効果とバイモルフ効果があり、いずれ
の効果を用いてインク室を押圧してもよい。

第１５図はユニモルフ効果を説明するための説明図であ
る。

同図に示すように矢印Ｐ方向に分極された圧電体が電極
で挟まれており、この接合体と弾性体とが積層されてい
る。圧電体は積層方向に分極されており、積層体の一端
が固定されている。この積層体の電極に電圧が印加され
ると、圧電体は矢印Ｄ６の方向に変位する。ところが弾
性体に接合されているため、全体として積層体は矢印Ｄ
７の方向に変位する。この現象がユニモルフ効果である
。

第１６図はバイモルフ効果を説明するための説明図であ
る。

同図に示すように矢印Ｐ方向で示す方向に分極された２
つの圧電体と３つの電極とがそれぞれ互いに交互に積層
されている。圧電体は一端が固定されている。２つの圧
電体の分極方向は互いに逆方向であり、両側の電極に負
の電位が印加され中間の電極に正の電位が印加される。

圧電体の電極に電圧が印加されると、図中右側の圧電体
は矢印ＤＢの方向に変位し、左側の圧電体は矢印り、の
方向に変位する。ところがこれらの圧電体は互いに接合
されているため、全体として積層体は矢印ＤＩＯの方向
に変位する。この現象がバイモルフ効果である。

また、本実施例では２つのインクジェット記録ヘッドの
ノズルからインクを交互に噴射させているが、これに限
らず同時にインクを噴射させて異なる位置に印字しても
よい。

以上のことから複数のインクジェット記録ヘッドを重畳
した記録ヘッドを重畳方向に移動しつつ異なる位置に印
字することでヘッドの移動速度がインクを噴射する周波
数による制限を受けず、印字速度を速くすることができ
る。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によればそれぞれに
複数のノズルが１列に配列されており、ノズルの配列方
向と垂直の方向に互いに重畳された複数のインクジェッ
ト記録ヘッドと、各インクジェット記録ヘッド毎の印字
位置が互いに異なるように重畳されたインクジェット記
録ヘッドを重畳方向に移動させつつ各インクジェット記
録ヘッドのノズルからインクを噴射させる制御手段とを
備えているので印字速度を速くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインクジェット記録ヘッドのノズルとインクの
噴射状態を説明するための説明図、第２図は本発明の一
実施例としてインクジェット記録装置のインクジェット
記録ヘッドの斜視図、第３図は第２図に示したインクジ
ェット記録ヘッドの分解斜視図、第４図は第３図に示し
たカバーブロックの平面図、第５図は第３図に示したカ
バーブロックの側面図、第６図は第３図に示した圧電ア
クチュエータのに利用されている圧電縦変位効果を説明
するための説明図、第７図は本実施例のインクジェット
記録装置のブロック図、第８図は第７図に示す出力ポー
ト、同期回路及びヘッドドライバまでの回路を詳細に示
すブロック図、第９図は印字データを表す図、第１０図
はタイミングパルス、第１１図は本実施例に用いられる
インクジェット記録ヘッドの他の構成例の分解斜視図、
第１２図は第１１図に示したインクジェット記録ヘッド
のＩ−Ｉ線断面図、第１３図は本実施例に用いられるイ
ンクジェット記録ヘッドのさらに他の構成例の分解斜視
図、第１４図は圧電横方向変位効果について説明するた
めの説明図、第１５図はバイモルフ効果を説明するため
の説明図、第１６図はバイモルフ効果を説明するための
説明図、第１７図は従来のインクジェット記録装置に用
いられるインクジェット記録ヘッドのノズルの構成とこ
れらのノズルによって形成されるインクドツトを表す説
明図である。 ２１・・・・・・ノズルプレート、２２・・・・・・圧
電アクチュエータ、２３・・・・・・インクジェット記
録ヘッド、２４・・・・・・用紙、３８・・・・・・ク
ロックジェネレータ、３９・・・・・・制御回路、４０
・・・・・・同期回路、４１・・・・・・ＲＯＭ、４２
・・・・・・ＲＡＭ、　４３・・・・・・Ｉ１０ポート
、４４・・・・・・出力ポート、４５・・・・・・パス
ライン、４６・・・・・・ヘッドドライバ、４９・・・
・・・遅延カウンタ、５０．５１・・・・・・カウンタ
。 第３図 第１ 第２図 第８図 第１１図 第１２図 第１６図 ＄１７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれに複数のノズルが１列に配列されており、該ノ
   ズルの配列方向と垂直の方向に互いに重畳された複数の
   インクジェット記録ヘッドと、各インクジェット記録ヘ
   ッド毎の印字位置が互いに異なるように前記重畳された
   インクジェット記録ヘッ下を該重畳方向に移動させつつ
   各インクジェット記録ヘッドの前記ノズルからインクを
   噴射させる制御手段とを備えたことを特徴とするインク
   ジェット記録装置。