JPH04216941A

JPH04216941A - インクジェット駆動装置

Info

Publication number: JPH04216941A
Application number: JP41143390A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nakano; 智昭中野; Hiromichi Komai; 博道駒井; Toshitaka Hirata; 平田　俊敞; Toshio Inada; 俊生稲田; Masafumi Kadonaga; 雅史門永
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1990-12-17
Publication date: 1992-08-07

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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、インクジェット駆動装置に関し
、より詳細には、インクジェットプリンタのヘッド駆動
法によるインクジェット駆動装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、インク滴噴射装置にはパルスで電歪
振動子を駆動してその歪み現象によりインク滴噴射ヘッ
ド内のインク室の体積を変化させることによってインク
室内のインクに圧力を加えてノズルより噴射させるもの
がある。しかし、このようなインク滴噴射装置にあって
はインク室内に気泡が存在したり、インク室にインクが
充填されていない部分がある場合にはインク滴噴射効率
が著しく低下し、又インク滴噴射機能が停止することが
ある。このため例えばプリンタに用いられた場合には、
入力情報を全部プリントすることができなくなってプリ
ントミスを生じ、このプリントミスに気付かないことも
多い。

【０００３】この点を解決するために、例えば、実公昭
５９−５５７０号公報に「インク滴噴射装置」が提案さ
れている。この公報のものは、インク滴噴射のための入
力パルスの周波数より高い所定周波数の振動分を検出す
る手段と、検出された出力を整流する整流回路とを備え
たインク滴噴射装置に関するものである。

【０００４】また、特開昭６１−２６６２５５号公報に
記載されているものは、インク小滴を噴出させる圧力波
の音響反響波を抑圧できるように、前記パルスの持続時
間と形状を変える調整可能手段を有する制御回路に関す
るものである。すなわち、前記特開昭６１−２６６２５
５号公報に記載されているものは、インク滴噴射の際に
圧力室内に残存する残留振動に関するもので、この残留
振動は、インク滴の噴射速度を変動させるので、インク
滴噴射のくり返し周波数特性を不安定にし、画像品質を
著しく劣化させる。前記残留振動を低減するために、そ
の解決手段として、電圧パルスの持続時間と形状を変え
る調整可能手段を有しているものである。前記残留振動
は、液室構造（寸法、材料、形状）と圧電体及びインク
流体の系からくる固有振動数にインクが共振して圧力波
が発生するからであると考えられる。従って、前記特開
昭６１−２６６２５５号公報に記載されているように、
設計、製造段階で電圧パルスの持続時間と形状を調整し
ても、温度、湿度などの環境変化や経時変化によって液
室構造やインク物性（粘度、表面張力、密度及び圧電体
の特性）が変動し、前記残留振動は低減しきれないとい
う問題点がある。また、マルチノズルを有するヘッドで
は、液室構造にバラツキがあり、全てのノズルについて
調整しようとすると、コストアップとなる。

【０００５】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、安定したインク滴噴射を低コストで実現し、高
速印字、高画像品質を得るようにしたインクジェット駆
動装置を提供することを目的としてなされたものである
。

【０００６】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
複数の溝で区分され、少なくとも該溝の一部が圧電素子
による駆動部と、該駆動部に対向配置される加圧液室を
有する流路板と、前記加圧液室に隣接して配置される共
通液室とからなり、前記圧電素子への電圧印加に伴い、
前記加圧液室に連通するノズルより液滴を吐出して記録
するインクジェット記録装置において、前記圧電素子に
より残留振動を検出する検出回路と、環境変化に応じて
前記圧電素子に印加する駆動波形を前記残留振動が低減
するように制御する制御回路で構成される駆動波形調整
手段を有すること、或いは、（２）複数の溝で区分され
、少なくとも該溝の一部が圧電素子による駆動部と、該
駆動部に対向配置される加圧液室を有する流路板と、前
記加圧液室に隣接して配置される共通液室とからなり、
前記圧電素子への電圧印加に伴い、前記加圧液室に連通
するノズルより液滴を吐出して記録するインクジェット
記録装置において、前記圧電素子によって前記加圧液室
の容積を減少させたときに生じる圧力波にてインク滴を
吐出させ、その後加圧液室の容積を元に復帰させるよう
作用する駆動波形のパルス幅あるいは立ち下がり時間を
環境変化に応じて残留振動が低減するように制御する制
御回路で構成される駆動波形調整手段を有すること、或
いは、（３）複数の溝で区分され、少なくとも該溝の一
部が圧電素子による駆動部と、該駆動部に対向配置され
る加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に隣接して
配置される共通液室とからなり、前記圧電素子への電圧
印加に伴い、前記加圧液室に連通するノズルより液滴を
吐出して記録するインクジェット記録装置において、前
記圧電素子によって前記加圧液室の容積が減少するよう
に保持しておき、ある流路の圧電素子が選択されたとき
に加圧液室の容積が保持状態から増大するように変位さ
せ、再び保持状態まで復帰させることによってインク滴
を吐出させるパルス波形を前記圧電素子に印加後、さら
に前記パルス波形と同じ動作をする第２のパルス波形を
印加する駆動波形のパルス幅、または前記第１のパルス
波形が印加されてから第２のパルス波形が印加されるま
での遅延時間を環境変化に応じて残留振動が低減するよ
うに制御する制御回路で構成される駆動波形調整手段を
有すること、更には、（４）前記駆動波形調整手段によ
る駆動波形の調整を印字中、または電源投入後や印字休
止中のパージング時に実施すること、或いは、（５）複
数の溝で区分され、少なくとも該溝の一部が圧電素子に
よる駆動部と、該駆動部に対向配置される加圧液室を有
する流路板と、前記加圧液室に隣接して配置される共通
液室とからなり、前記圧電素子への電圧印加に伴い、前
記加圧液室に連通するノズルより液滴を吐出して記録す
るインクジェット記録装置において、複数のノズルに対
して、少なくとも１つ以上の代表ノズルに前記駆動波形
調整手段を設け、全ノズルに駆動波形を調整することを
特徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づい
て説明する。

【０００７】まず、図２（ａ），（ｂ）は、インクジェ
ット駆動装置を説明するための構成図で、図（ａ）は断
面図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ線矢視拡大図である
。図中、１は基板、２は圧電素子、２ａは非駆動圧電素
子、２ｂは駆動圧電素子、３は流路板、３ａはインク流
路、３ｂは壁部、４は共通液室構成部材、４ａは共通液
室、５はインク供給パイプ、６はノズルプレート、６ａ
はノズル、７は駆動用回路プリント板（ＰＢＣ）、８は
リード線、９は駆動電極、１０は充填剤、１１は保護板
、１２は流体抵抗、１３，１４は内部電極、１５は上部
隔壁である。

【０００８】集積化されたヘッドにおいて、内部電極１
３，１４を有する積層された圧電素子２は、流路３ａに
対応して、該流路３ａ方向に溝加工が施され、溝１０、
駆動圧電素子２ｂ、非駆動圧電素子２ａに区分される。溝１０には充填剤が封入されている。溝加工が施された
圧電素子２には上部隔壁１５を介して流路板３が接合さ
れる。すなわち前記上部隔壁１５は、非駆動圧電素子２
ａと隣接する流路を隔てる壁部３ｂとで支持される。駆
動圧電素子２ａの幅は流路３ａの幅よりも僅かに狭く、
駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）上の駆動回路により選
択された駆動圧電素子２ｂにパルス状信号電圧を印加す
ると、該駆動圧電素子２ｂは厚み方向に変位し、上部隔
壁１５を介して流路３ａの容積が変化し、その結果ノズ
ル板６のノズル６ａよりインク液滴を吐出する。

【０００９】このように、図２に示すインクジェットヘ
ッドの構造において、残留振動はパルス幅を２Ｌ／Ｃｓ
の自然数倍（Ｌは加圧液室の長さ、Ｃｓは圧力波の速度
）に設定するか、または残留振動の減衰量に応じてパル
スの立ち下げ時間を操作することで大幅に低減できる。しかし、設計や製造段階で駆動波形を決めても、残留振
動は液室構造と圧電体及びインク流体の系からくる固有
振動数によるものであり、ヘッドの使用環境（温度、湿
度、経時的な劣化）が変化すると残留振動も変化する。従って、駆動波形もそれに応じて調整しなければならな
い。

【００１０】図１は、本発明によるインクジェット駆動
装置の動作を説明するためのブロックダイヤグラムを示
す図で、図中、１６はヘッドドライバ回路、１７はヘッ
ド、１８は検出回路、１９は制御回路である。駆動信号
がヘッドドライバ回路１６へ入力されると、ヘッド１７
を駆動するために最適に初期設定された波形がヘッドへ
印加される。ヘッド１７は波形が印加されると、加圧液
室内のインクが加圧され、ノズルよりインク滴が噴射す
る。しかし、液室内はインク滴噴射後も圧力振動が残存
する。このとき、加圧液室の圧電素子には、残留振動に
よって起電力が発生し、電圧波形として図３（ａ）のよ
うに観察される。図３（ｂ）の電圧振動を検出回路１８
にて検出し、制御回路１９にて振幅値をあらかじめ定め
られた基準電圧と比較する。その結果、基準電圧より高
い場合は、駆動波形を調整し、残留振動が許容範囲（噴
射速度に影響しない程度）におさまるようにする。とく
に、残留振動は、駆動波形を初期設定で低減するように
しても、使用還境の変化によってヘッド構造やインク物
性が変わって増加する。従って、図２に示したように、
使用還境に応じて駆動波形を最適に調整する手段が必要
である。図３（ａ）に示す駆動波形では、図３（ｂ）の
ような残留振動が観察されるが、パルス幅Ｐｗと立と下
がり時間ｔｆを適当に調整することで残留振動を低減で
きることがわかっている。

【００１１】図４は、本発明によるインクジェット駆動
装置の動作を説明するための他のブロックダイヤグラム
を示す図で、図中、２０はパルス発生回路、２１はパル
ス幅選択回路、２２は増幅回路、２３はヘッド、２４は
検出回路、２５は比較部である。パルス幅選択回路２１
にて初期設定されたＰｗｏのパルス波形を、増幅回路２
２である時定数で立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間
ｔｆをもつ駆動波形に増幅してヘッドに印加する。次に
検出回路２４にて残留振動を電圧Ｖｏとして検出し、基
準電圧Ｖｃと比較してＶｏ＞Ｖｃならば、パルス幅Ｐｗ
を再設定すれば良い。

【００１２】図５は、図４に示したブロックダイヤグラ
ムの具体的な回路構成を示す図で、図中、２６はＡＮＤ
回路、２７はシフトレジスタ、２８は単安定マルチバイ
ブレータ、２９はヘッドドライバ、３０はヘッド、３１
はツエナーダイオード、３２，３４は可変抵抗、３３は
抵抗、３５，３６はコンデンサ、３７はダイオード、３
８は増幅器、３９は電圧比較器、４０はフィルタ回路、
４１は整流回路である。

【００１３】ツエナーダイオード３１及び可変抵抗３２
の直列回路がヘッドの圧電素子と並列に接続され、可変
抵抗３２の摺動子と接地点との間にコンデンサ３５及び
抵抗３３が直列に接続される。このコンデンサ３５及び
抵抗３３はフィルタ４０を構成するもので、その接続点
がダイオード３７の陽極に接続される。ダイオード３７
の陰極はコンデンサ３６と抵抗３７′を介して接地され
ると共に増幅器３８を介して電圧比較器３９の一方の入
力端子に接続され、ダイオード３７、コンデンサ３６、
抵抗３７′により整流回路４１が構成される。又、可変
抵抗３４が正の直流電源と接地点との間に接続され、該
可変抵抗３４の摺動子が電圧比較器３９の他方の入力端
子に接続され、ツエナーダイオード３１、可変抵抗３２
，３４、抵抗３３，３７′、ダイオード３７、コンデン
サ３５，３６、電圧比較器３９により検出回路が構成さ
れる。

【００１４】すなわち、ここで、ヘッドに印加された駆
動波形はツエナーダイオード３１によって、図６（ａ）
のように可変抵抗３２の両端に現れる。そして、フィル
タ回路４０によって、図６（ｂ）のように直流電圧分が
カットされ、整流回路４１により、図６（ｃ）のように
残留振動が検出される。

【００１５】検出された図６（ｃ）の電圧を増幅器３８
にて図６（ｄ）のように増幅し、電圧比較器３９に入力
する。このときの入力電圧をＶｏとする。電圧比較器３
９では、可変抵抗３４によって定められる基準電圧Ｖｃ
と入力電圧Ｖｏとを比較し、Ｖｏ＞Ｖｃの場合は、ＴＴ
Ｌレベルの制御信号“Ｈ”を出力する。一方、パルス幅
選択回路２１は図５に示すように、シフトレジスタと単
安定マルチバイブレータで構成される。

【００１６】図７は、制御信号の出力と各信号及び駆動
波形のタイミングチャートを示す。制御信号が“Ｈ”の
場合、駆動信号と同期された信号Ｓ０がシフトレジスタ
２７へ入力される。シフトレジスタ２７では、Ｓ０が入
力されるたびに、抵抗ｒａ〜ｒｄが順次選択されるので
、単安定マルチバイブレータ２８では、抵抗ｒに応じた
パルス幅（Ｐｗａ〜Ｐｗｄ）の信号Ｓ１を出力する。但し、ｒｄ＜ｒｂ＜ｒａ＜ｒｃ、すなわちＰｗｄ＜Ｐｗ
ｂ＜Ｐｗａ＜Ｐｗｃであり、この場合、初期設定はＰｗ
ａである。信号Ｓ１はヘッドドライバ２９で電圧Ｖｐ１
に増幅され、ヘッド３０に印加される。図７においては
、パルス幅が初期設定ＰｗａからＰｗｂ→Ｐｗｃ→Ｐｗ
ｄと調整された結果、Ｖｏ≦Ｖｃとなり、残留振動は許
容範囲内まで低減されたことになる（制御信号は“Ｌ”
）。以上のように、パルス幅を残留振動が低減されるよ
うに初期設定した後、使用環境の変化で再び振幅値が増
加しても、パルス幅が自動調整されて低減される。

【００１７】図８は、本発明によるインクジェット駆動
装置の動作を説明するための更に他のブロックダイヤグ
ラムを示す図で、図中、２２ａは時定数選択の増幅回路
で、その他、図４と同じ作用をする部分は同一の符号を
付してある。図８に示すように、パルス幅のみならず時
定数を調整して、残留振動を低減してもよい。

【００１８】図９は、ドライバ回路を示す図で、図中、
４２，４３，４４，４９，５０は抵抗、４５は可変抵抗
、４６，４７はトランジスタ、４８は圧電素子である。パルス幅Ｐｗが設定された駆動信号Ｓ１が入力されると
、ＮＰＮトランジスタ４６がＯＮになり、圧電素子４８
には充電抵抗４４を介してほぼ駆動電圧Ｖｐまで充電さ
れる。信号Ｓ１が立ち下がると、トランジスタ４６はＯ
ＦＦとなり、ＰＮＰトランジスタ４７がＯＮし、放電抵
抗４５を介して放電が行われる。このとき駆動波形Ｐ１
の立ち下がり時間ｔｆは抵抗４５によって決まる。従って、抵抗４５を可変抵抗とし、信号Ｓ０に応じて抵
抗値を大きくすれば立ち下がり時間ｔｆは長くなり、抵
抗値を小さくすれば立ち下がり時間ｔｆは短くできるの
で、上記と同様な効果が得られる。

【００１９】図１０（ａ），（ｂ）は、本発明に用いら
れる他の駆動波形を示す図である。このときの残留振動
はＢ部に観察される。第２パルスのパルス幅Ｐｗ２ある
いは第１パルスと第２のパルスの遅延時間Ｔｄを適当に
設定することで残留振動を低減することができる。

【００２０】図１１は、インクジェット駆動装置の動作
を説明するための更に他のブロックダイヤグラムを示す
図で、図中、５１は第１パルス発生回路、５２は第１パ
ルス幅選択回路、５３は第２パルス遅延時間選択回路、
５４は第２パルス幅選択回路、５５はＯＲ回路、５６は
増幅回路、５７はヘッド、５８は検出回路、５９は比較
部である。検出回路の出力電圧Ｖｏに応じて、第２パル
ス遅延時間選択回路、あるいは第２パルス間選択回路を
調整することで、遅延時間Ｔｄ及びパルス幅Ｐｗ２を適
当に設定すれば、上記と同様な効果が得られるのはいう
までもない。

【００２１】以上に述べた例はシングルノズルヘッドの
場合を説明したが、マルチノズルヘッドの適応は容易で
ある。とくに、マルチノズルの場合、ノズル間での構造
あるいは環境変化のバラツキが考えられる。従って、全
ノズルに対して前記検出・制御回路を設置してもよいが
、代表ノズル（１ノズルまたは複数ノズル毎）のみに設
けたほうが低コスト化に有利である。また、複数ノズル
毎に代表ノズルを設ける場合、全ノズルを複数のグルー
プに分け、そのグループの代表ノズルに上記手段を設け
、初期設定はグループごとにそのグループの平均値を用
いるとより効率的である（代表ノズルが１ノズルの場合
、初期設定は全ノズルの平均値から決める）。また、上
記検出・制御の実施タイミングは、駆動信号が入力され
る度（印字中、印字休止中や電源投入後のパージング時
）に実施してもよいが、パージング時のみに実施しても
十分有効である。

【００２２】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。（１）請求項（１），（
２），（３），（４）は、ヘッドの使用環境に応じて駆
動波形が自動調整されるので、常に安定したインク滴の
吐出が行われ、高速印字や高画像品質を得ることができ
る。（２）請求項（１），（２），（３）の駆動波形調
整手段は、簡単な検出回路と制御回路より構成されるの
で低コストで実現できる。（３）請求項（５）は代表ノ
ズルのみに駆動波形調整手段を設置するので、マルチノ
ズル化の際に省スペース、低コスト化の点で有利である
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェット駆動装置の一実施
例を説明するための構成図である。

【図２】本発明によるインクジェット駆動装置の動作を
説明するためのブロックダイヤグラムを示す図である。

【図３】駆動波形を示す図である。

【図４】本発明によるインクジェット駆動装置の動作を
説明するための他のブロックダイヤグラムを示す図であ
る。

【図５】図４に示したブロックダイヤグラムの具体的な
回路構成を示す図である。

【図６】図５に示した回路構成の各部の波形を示す図で
ある。

【図７】図５に示した回路構成の各部の波形のタインミ
グチャートを示す図である。

【図８】本発明によるインクジェット駆動装置の動作を
説明するための更に他のブロックダイヤグラムを示す図
である。

【図９】トライバ回路を示す図である。

【図１０】駆動波形の他の例を示す図である。

【図１１】本発明によるインクジェット駆動装置の動作
を説明するための更に他のブロックダイヤグラムを示す
図である。

【符号の説明】

１６　　ヘッドドライバ回路１７　　ヘッド１８　　検出回路１９　　制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　複数の溝で区分され、少なくとも該溝
の一部が圧電素子による駆動部と、該駆動部に対向配置
される加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に隣接
して配置される共通液室とからなり、前記圧電素子への
電圧印加に伴い、前記加圧液室に連通するノズルより液
滴を吐出して記録するインクジェット記録装置において
、前記圧電素子により残留振動を検出する検出回路と、
環境変化に応じて前記圧電素子に印加する駆動波形を前
記残留振動が低減するように制御する制御回路で構成さ
れる駆動波形調整手段を有することを特徴とするインク
ジェット駆動装置。
【請求項２】　　複数の溝で区分され、少なくとも該溝
の一部が圧電素子による駆動部と、該駆動部に対向配置
される加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に隣接
して配置される共通液室とからなり、前記圧電素子への
電圧印加に伴い、前記加圧液室に連通するノズルより液
滴を吐出して記録するインクジェット記録装置において
、前記圧電素子によって前記加圧液室の容積を減少させ
たときに生じる圧力波にてインク滴を吐出させ、その後
加圧液室の容積を元に復帰させるよう作用する駆動波形
のパルス幅あるいは立ち下がり時間を環境変化に応じて
残留振動が低減するように制御する制御回路で構成され
る駆動波形調整手段を有することを特徴とするインクジ
ェット駆動装置。
【請求項３】　　複数の溝で区分され、少なくとも該溝
の一部が圧電素子による駆動部と、該駆動部に対向配置
される加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に隣接
して配置される共通液室とからなり、前記圧電素子への
電圧印加に伴い、前記加圧液室に連通するノズルより液
滴を吐出して記録するインクジェット記録装置において
、前記圧電素子によって前記加圧液室の容積が減少する
ように保持しておき、ある流路の圧電素子が選択された
ときに加圧液室の容積が保持状態から増大するように変
位させ、再び保持状態まで復帰させることによってイン
ク滴を吐出させるパルス波形を前記圧電素子に印加後、
さらに前記パルス波形と同じ動作をする第２のパルス波
形を印加する駆動波形のパルス幅、または前記第１のパ
ルス波形が印加されてから第２のパルス波形が印加され
るまでの遅延時間を環境変化に応じて残留振動が低減す
るように制御する制御回路で構成される駆動波形調整手
段を有することを特徴とするインクジェット駆動装置。
【請求項４】　　前記駆動波形調整手段による駆動波形
の調整を印字中、または電源投入後や印字休止中のパー
ジング時に実施することを特徴とする請求項１，２又は
３記載のインクジェット駆動装置。
【請求項５】　　複数の溝で区分され、少なくとも該溝
の一部が圧電素子による駆動部と、該駆動部に対向配置
される加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に隣接
して配置される共通液室とからなり、前記圧電素子への
電圧印加に伴い、前記加圧液室に連通するノズルより液
滴を吐出して記録するインクジェット記録装置において
、複数のノズルに対して、少なくとも１つ以上の代表ノ
ズルに前記駆動波形調整手段を設け、全ノズルに駆動波
形を調整することを特徴とする請求項１，２又は３記載
のインクジェット駆動装置。