JPH09141862A - インクジェット式プリンタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ノズル毎にインク滴の量の制御を可
能とし、画質劣化やコストアップ、印字速度の低下等が
なく安定して高品位な中間階調の画像を印刷することを
課題とする。 【解決手段】インクが供給される圧力室２と、前記圧力
室２に連通したノズル４と、前記圧力室２の一壁を形成
する振動板１ａと、前記振動板１ａを移動させて前記ノ
ズル４からインクを噴射する加圧手段３とを備えたイン
クジェット式プリンタ装置において、前記圧力室の壁１
と前記振動板１ａの間に弾性部材５を設け、前記加圧手
段３で、前記圧力室２の減圧時の前記振動板１ａの移動
量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
プリンタ装置に関し、特にプリンタヘッドを制御して文
字の出力のみでなく絵や写真等の画像を出力するインク
ジェット式プリンタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット式プリンタ装置の
プリンタヘッドは、ノズル、圧力室、インク供給系、イ
ンクタンク、トランスデューサを備え、トランスデュー
サで発生した変位・圧力を圧力室に伝達することによっ
てノズルからインク粒子を噴射させ、紙等の記録媒体上
に文字や画像を記録するものであった。

【０００３】図１６〜図１８は従来例の説明図である。
以下、従来例を図面に基づいて説明する。 １）：プリンタヘッドの説明 図１６は従来例のプリンタヘッドの説明図であり、図１
６（Ａ）はプリンタヘッドの説明、図１６（Ｂ）は他の
方式のプリンタヘッドの説明である。

【０００４】図１６（Ａ）において、トランスデューサ
として圧力室１２の外壁１１ａに片面全体が接着された
薄板状の圧電素子１３を用いる。この圧電素子１３にパ
ルス状の電圧を加え、圧電素子１３と圧力室外壁１１ａ
からなる複合板をたわませ、このたわみによって生じた
変位・圧力を圧力室１２の外壁１１ａを介して圧力室１
２内に伝達するものである。圧力室１２の一端はインク
粒子を噴射するノズル１４に連通し、他端は図示しない
インクタンクに接続されている。

【０００５】図１６（Ｂ）において、トランスデューサ
として圧力室１２の外壁１１ａに片方の端面が接着され
た棒状の圧電素子１３を用いる。この圧電素子１３にパ
ルス状の電圧を加え、発生した圧電素子１３の変位・圧
力を圧力室１２の外壁１１ａを介して圧力室１２内に伝
達するものである。圧力室１２の一端はインク粒子を噴
射するノズル１４に連通し、他端は図示しないインクタ
ンクに接続されている。

【０００６】２）：ヘッド駆動回路の説明 図１７は従来例のヘッド駆動回路の説明図であり、図１
７（Ａ）はヘッド駆動回路の説明、１７（Ｂ）はノズル
選択手段の説明、１７（Ｃ）は出力回路の説明である。

【０００７】図１７（Ａ）において、従来例の２値画像
用のヘッド駆動回路には、コントローラ２０、ドライバ
２１、ノズル選択手段２２、ノズル毎の加圧手段である
圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnが設けてある。

【０００８】コントローラ２０から出力される駆動波形
をドライバ２１で電力増幅し、この電力増幅された出力
を圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する。そ
して、ノズル選択手段２２により選択された圧電素子に
電圧が印加される。

【０００９】図１７（Ｂ）はノズル選択手段の説明であ
る。図１７（Ｂ）において、ノズル選択手段２２は、ｎ
ビットシフトレジスタ２２ａ（ｎはノズルの数）、ラッ
チ２２ｂ、出力回路２２ｄにより構成されている。

【００１０】ｎビットシフトレジスタ２２ａは、コント
ローラ２０から送られてくるシリアルデータＳＤとクロ
ックＳＣＫを受けノズルの数に対応したｎ個の出力をラ
ッチ２２ｂに出力するものである。ラッチ２２ｂは、コ
ントローラ２０から送られてくるラッチ信号ＬＡＴＣＨ
によりｎビットシフトレジスタ２２ａからの信号を保持
して出力回路２２ｄに出力Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎするも
のである。

【００１１】出力回路２２ｄは、ラッチ２２ｂからの出
力Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎにより電圧を印加する圧電素子
Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnを選択するものである。図
１７（Ｃ）は出力回路の説明であり、図１７（Ｃ）のよ
うに一個の出力回路２２ｄは、トランジスタ３１とダイ
オード３２から構成され、ラッチ２２ｂからの出力Ｄｎ
をトランジスタ３１のゲートに接続することによりトラ
ンジスタ３１をオン、オフしている。このため、出力回
路２２ｄの各出力ＤＯ１、ＤＯ２、・・・ＤＯｎを各圧
電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに接続することによ
り、電圧を印加する圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpz
tnを選択するものである。

【００１２】３）：ヘッド駆動動作の説明 図１８は従来例の圧電素子の駆動波形の説明図である。
図１８において、圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztn
を駆動するドライバ２１の出力波形は、電圧０からＶma
x までの２つの波形が示されている。コントローラ２０
からクロックＳＣＫに同期して送られてくるシリアルデ
ータＳＤのｎビットシフトレジスタ２２ａからの出力を
ラッチ信号ＬＡＴＣＨにより保持する。

【００１３】例えば、ラッチ信号ＬＡＴＣＨが時刻Ｔ１
で出力されたとき、出力Ｄ１、Ｄ２が高「Ｈ」に出力Ｄ
ｎが低「Ｌ」にラッチされる。これらの出力Ｄ１、Ｄ
２、Ｄｎは次のラッチ信号ＬＡＴＣＨの出力時刻Ｔ２ま
で保持される。また、ラッチ信号ＬＡＴＣＨが時刻Ｔ２
で出力されたとき、出力Ｄ１、Ｄｎが高「Ｈ」に出力Ｄ
２が低「Ｌ」にラッチされる。

【００１４】圧電素子Ｃpzt1の端子間電圧Ｖpzt1は、時
刻Ｔ１、Ｔ２で共に出力Ｄ１が「Ｈ」にラッチされるた
めドライバ２１の出力波形と同じとなる。圧電素子Ｃpz
t2の端子間電圧Ｖpzt2は、時刻Ｔ１で「Ｈ」にＴ２で
「Ｌ」に出力Ｄ２がラッチされるためドライバ２１の最
初の出力波形のみとなる。また、圧電素子Ｃpztnの端子
間電圧Ｖpztnは、時刻Ｔ１で「Ｌ」にＴ２で「Ｈ」に出
力Ｄｎがラッチされるためドライバ２１の後ろの出力波
形のみとなる。

【００１５】このように、従来のインクジェット記録に
おいて印字手段は通常２値であるため、中間階調を表現
する方法として、ディザ法、誤差拡散法などを用いてい
た。また、別のアプローチとして、インクジェットのノ
ズルから噴射されるインク滴の量を変化させて中間階調
を表現する方法が考えられる。さらに、別の手段とし
て、同じ画素を複数回重ねて印字を行うことでドットの
濃度を上げる方法があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。プリンタヘッ
ドの圧力室外壁１１ａである振動板は、たわみを利用す
る構成上、薄い板となっていた。このため、インク量を
制御するための急激な加圧・減圧に耐えられないという
問題があった。

【００１７】インクジェット記録において印字手段は通
常２値であるため、中間階調を表現する方法として、デ
ィザ法、誤差拡散法などを用いている。しかし、ディザ
法では中間階調数を多く取ろうとすると単位画素を構成
するためのドット数が増加する。そのため、解像度が低
下することとなっていた。また、誤差拡散法では明度の
高い部分でドットの縞模様（モアレ）が生じ、見た目の
画質を大きく劣化させていた。ディザ法や誤差拡散法で
このような画質劣化要因をなくすには解像度を高くすれ
ば良いが、これは、装置のコストが高くなっていた。

【００１８】別のアプローチとして、インクジェットの
ノズルから噴射されるインク滴の量を変化させて中間階
調を表現する方法がある。この実現手段としてインクジ
ェットヘッドのノズル口径を変える方法が物理的には可
能であるもののそのようなインクジェットヘッドの作成
には非常に高精度な微細加工が要求され、コスト的に不
利であった。

【００１９】別の手段として、同じ画素を複数回重ねて
印字を行うことでドットの濃度を上げる方法がある。そ
の際、噴射するインク量を重ね印字を行わない時と同量
にすると、１画素当たりに使用するインク量が過剰にな
り、にじみ等を生じて画像品質劣化を引き起こす。その
ため、インク滴の量を少なくして、さらに重ね打ちする
回数を増やすことになる。このように、重ね打ち回数を
多くすると印字速度が低下する欠点があった。

【００２０】本発明は、このような従来の課題を解決
し、ノズル毎にインク滴の量の制御を可能とし、画質劣
化やコストアップ、印字速度の低下等がなく安定して高
品位な中間階調の画像を印刷することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり、図１（Ａ）はプリンタヘッドの説明、図１
（Ｂ）はヘッド駆動回路の説明である。図１中、１は圧
力室の壁、１ａは振動板、２は圧力室、３は加圧手段、
４はノズル、５は弾性部材、２０はコントローラ、２１
はドライバ、２２はノズル選択手段、Ｃpzt1、Ｃpzt2・
・・Ｃpztnは圧電素子、ＳＤはシリアルデータである。

【００２２】本発明は前記従来の課題を解決するため次
のように構成した。 （１）：インクが供給される圧力室２と、前記圧力室２
に連通したノズル４と、前記圧力室２の一壁を形成する
振動板１ａと、前記振動板１ａを移動させて前記ノズル
４からインクを噴射する加圧手段３とを備えたインクジ
ェット式プリンタ装置において、前記圧力室の壁１と前
記振動板１ａの間に弾性部材５を設け、前記加圧手段３
で、前記圧力室２の減圧時の前記振動板１ａの移動量を
制御する。

【００２３】（２）：前記（１）のインクジェット式プ
リンタ装置において、前記加圧手段３に印加する駆動波
形に同期してインクを噴射する前記ノズル４を選択する
ノズル選択手段２２を備え、前記振動板１ａの移動量
を、前記ノズル選択手段２２の前記ノズル４を選択する
時間により制御する。

【００２４】（３）：前記（１）のインクジェット式プ
リンタ装置において、前記加圧手段３が電圧を印加する
ことで長さ方向に変位する棒状の圧電素子Ｃpzt1、Ｃpz
t2・・・Ｃpztnとする。

【００２５】（４）：前記（２）のインクジェット式プ
リンタ装置において、前記加圧手段３の制御を行うコン
トローラ２０を備え、前記コントローラ２０から前記ノ
ズル選択手段２２に転送される階調データが、階調数に
分割されたレベルを有する信号であり、各ノズル４に対
応した前記階調データを前記ノズル４の個数分直列に時
分割で転送される。

【００２６】（５）：前記（２）のインクジェット式プ
リンタ装置において、前記加圧手段３の制御を行うコン
トローラ２０を備え、前記コントローラ２０から前記ノ
ズル選択手段２２に転送される階調データが、階調数を
表現するに十分なビット数を有し、各ノズル４に対応し
た階調データは並列に、かつ、前記ノズル４の個数分直
列に時分割で転送される。

【００２７】（６）：前記（２）のインクジェット式プ
リンタ装置において、前記加圧手段３の制御を行うコン
トローラ２０を備え、前記コントローラ２０から前記ノ
ズル選択手段２２に転送される階調データが、階調数を
表現するに十分なビット数を有し、各ノズル４に対応し
た階調データを前記ノズル４の個数分直列に時分割で転
送される。

【００２８】（７）：前記（１）のインクジェット式プ
リンタ装置において、前記圧力室２の減圧時の前記振動
板１ａの移動速度を一定にさせる。 （８）：前記（１）のインクジェット式プリンタ装置に
おいて、前記圧力室２の減圧時の前記振動板１ａの移動
速度を変動させる。

【００２９】（９）：前記（１）のインクジェット式プ
リンタ装置において、前記圧力室２の減圧時の前記振動
板１ａの移動速度を前半は一定で後半は変動させる。 （１０）：前記（７）〜（９）のインクジェット式プリ
ンタ装置において、前記振動板１ａの移動速度を前記加
圧手段３に印加する駆動電圧により制御する。

【００３０】（作用）前記構成に基づく作用を説明す
る。インクが供給される圧力室２にノズル４を連通し、
前記圧力室２の一壁を形成する振動板１ａを加圧手段３
により移動させて前記ノズル４からインクを噴射するイ
ンクジェット式プリンタ装置において、前記加圧手段３
で、前記圧力室２の減圧時の前記振動板１ａの移動量を
制御する。このため、ノズル毎のインク滴の量の制御が
でき、画質劣化やコストアップ、印字速度の低下なしに
安定して高品位な中間階調の画像を印刷可能となる。

【００３１】また、ノズル選択手段２２で前記加圧手段
３に印加する駆動波形に同期してインクを噴射する前記
ノズル４を選択し、前記振動板１ａの移動量を、前記ノ
ズル選択手段２２の前記ノズル４を選択する時間により
制御する。このため、前記振動板１ａの移動量の制御を
簡単に行うことができる。

【００３２】さらに、前記加圧手段３を電圧を印加する
ことで長さ方向に変位する棒状の圧電素子Ｃpzt1、Ｃpz
t2・・・Ｃpztnとする。このため、圧電素子Ｃpzt1、Ｃ
pzt2・・・Ｃpztnの変位を効率よく圧力室２に伝え効率
よくインク粒子を発生することができる。

【００３３】また、前記加圧手段３の制御を行うコント
ローラ２０から前記ノズル選択手段２２に転送される階
調データが、階調数に分割されたレベルを有する信号で
あり、各ノズル４に対応した前記階調データを前記ノズ
ル４の個数分直列に時分割で転送される。このため、早
いクロックが不要で信号線の数を少なくでき全体の回路
を簡単にすることができる。

【００３４】さらに、前記加圧手段３の制御を行うコン
トローラ２０から前記ノズル選択手段２２に転送される
階調データが、階調数を表現するに十分なビット数を有
し、各ノズル４に対応した階調データは並列に、かつ、
前記ノズル４の個数分直列に時分割で転送される。この
ため、階調データをディジタルで正確に転送することが
可能となる。

【００３５】また、前記加圧手段３の制御を行うコント
ローラ２０から前記ノズル選択手段２２に転送される階
調データが、階調数を表現するに十分なビット数を有
し、各ノズル４に対応した階調データを前記ノズル４の
個数分直列に時分割で転送される。このため、階調デー
タをディジタルで少ない信号線で転送することができ
る。

【００３６】さらに、前記圧力室２の減圧時の前記振動
板１ａの移動速度を一定にさせる。このため、前記振動
板１ａを移動するための駆動波形を簡単に作ることがで
きる。

【００３７】また、前記圧力室２の減圧時の前記振動板
１ａの移動速度を変動させる。このため、インク滴の量
を少なく制御する場合でもメニスカスの引き込み量を十
分に保て、インクを十分に加速することができる。

【００３８】さらに、前記圧力室２の減圧時の前記振動
板１ａの移動速度を前半は一定で後半は変動させる。こ
のため、メニスカスの引き込み量を必要な所のみ加速で
き、前記振動板１ａを移動する駆動波形の作成を簡単に
行うことができる。

【００３９】また、前記振動板１ａの移動速度を前記加
圧手段３に印加する駆動電圧により制御する。このた
め、電圧を変化するだけで簡単に前記振動板１ａの移動
速度を制御することができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明では、インクジェット式プ
リンタのヘッドに圧力室の一壁を形成する振動板と圧力
室との間に弾性部材を設けた方式（以下、クッション方
式という）のヘッドを用いると共に、トランスデューサ
（圧電素子）に印加する駆動波形に同期してインクを噴
射するノズルを選択するスイッチ素子のオンする時間を
制御するようにする。

【００４１】このようにして、振動板の移動量を制御す
ることで圧力室内の圧力を制御することができ、結果的
にはインク滴の量の制御が可能になる。これにより、ノ
ズル毎にインク滴の量の制御が可能となり、画質劣化や
コストアップ、印字速度の低下等がなく安定して高品位
な中間階調の画像を印刷可能とするものである。

【００４２】図２〜図１５は本発明の実施の形態を示し
た図であり、以下、図面に基づいて本発明の実施の形態
を説明する。 １）：プリンタヘッドの説明 図２は実施の形態におけるプリンタヘッドのインク滴噴
射動作の説明図であり、図２（Ａ）はインク滴の噴射前
の説明、図２（Ｂ）はインク滴の噴射時の説明、図２
（Ｃ）はインク滴の噴射後の説明である。

【００４３】図２（Ａ）において、圧力室２の一壁をな
す振動板１ａは、圧力室壁１に弾性部材５を介して接着
されている。さらに振動板１ａの別の端面には棒状の加
圧手段３である圧電素子が接着されている。圧力室２の
一端はインク粒子を噴射するノズル４に連通し、他端は
図示しないインクタンクに連通したインク供給口６に接
続されている。

【００４４】図２（Ａ）のように、加圧手段３の圧電素
子にパルス状の電圧を加え、図２（Ｂ）のように、発生
した圧電素子の変位・圧力によって振動板１ａを押し、
弾性部材５を圧縮変形させることで振動板１ａを平行移
動させる。これによって生じた変位・圧力を振動板１ａ
を介して圧力室２内に伝達する。これにより、図２
（Ｃ）のように、圧力室２の一端のノズル４からインク
粒子を噴射するものである。

【００４５】このようなクッション方式のヘッドの場
合、振動板をたわませていた従来のヘッド（図１６参
照）に比較して圧電素子の変位・圧力が効率よく圧力室
２に伝達される。また、クッション方式のヘッドは、厚
い振動板１ａと弾性部材５から構成されているために、
急激な加圧・減圧にも十分耐え、圧電素子の変位に対し
て効率よくインク粒子を発生させることができる。

【００４６】２）：インク噴射量制御法の説明 図３は実施の形態における出力回路の説明図であり、図
３のように一個の出力回路は、スイッチ素子であるトラ
ンジスタ３１とダイオード３２から構成され、ラッチ２
２ｂからの出力Ｄｎをトランジスタ３１のゲートに接続
することによりトランジスタ３１をオン、オフしてドラ
イバ２１からの出力Ｖdrv を圧電素子Ｃpztnに印加して
いる。そして、このトランジスタ３１がオンする出力
（出力Ｖdrv に同期したゲート信号）Ｄｎのパルス幅を
変化させることで、即ち、トランジスタ３１をオンとす
る時間を変化させることにより、圧電素子Ｃpztnに印加
される電圧Ｖpztnの振幅を制御するものである。

【００４７】図４は実施の形態における圧電素子駆動波
形の説明図であり、上からドライバ２１からの出力Ｖdr
v の波形、ラッチ２２ｂからの出力Ｄｎの波形、圧電素
子Ｃpztnに印加される電圧Ｖpztnの波形を示している。

【００４８】時刻Ｔ１において、出力（ゲート信号）Ｄ
ｎが高「Ｈ」になりトランジスタ３１がオンし、ドライ
バ２１からの出力Ｖdrv が圧電素子Ｃpztnに印加され
る。これにより、圧電素子Ｃpztnの電圧Ｖpztnがドライ
バ２１からの出力Ｖdrv で上昇する。

【００４９】時刻Ｔ２において、出力（ゲート信号）Ｄ
ｎが低「Ｌ」になりトランジスタ３１がオフし、ドライ
バ２１からの出力Ｖdrv が圧電素子Ｃpztnに印加されな
くなる。これにより、圧電素子Ｃpztnの電圧Ｖpztnの上
昇が停止し、ドライバ２１からの出力Ｖdrv が時刻Ｔ２
の電圧より低下するとダイオード３２が導通し、電圧Ｖ
pztnは出力Ｖdrv と共に低下する。

【００５０】時刻Ｔ３〜時刻Ｔ４において、出力（ゲー
ト信号）Ｄｎが高「Ｈ」になりトランジスタ３１がオン
し、ドライバ２１からの出力Ｖdrv が圧電素子Ｃpztnに
印加される。この場合は、ドライバ２１からの出力Ｖdr
v の最大値Ｖmax が圧電素子Ｃpztnに印加される。

【００５１】このようにして、圧電素子に印加する電圧
の最大値を個別に制御することが可能になるため、ノズ
ル４毎にインク滴の量の制御が可能となる。 ３）：駆動波形とメニスカス（ノズルの液面）の動きの
説明 図５は駆動波形とメニスカスの動きの説明図であり、図
５（Ａ）は圧電素子駆動波形とメニスカス位置の説明、
図５（Ｂ）はメニスカスの動きの説明である。

【００５２】図５（Ａ）において、圧電素子Ｃpztnに印
加される電圧Ｖpztnにほぼ比例して振動板１ａが移動す
る。このため、電圧Ｖpztnが直線的に上昇にともなって
メニスカス位置ｘがノズル先端から引き込まれ
（（ａ）、（ｂ））、電圧Ｖpztnを急激に立ち下げるこ
とでインクがノズル４より噴射される（ｃ）。噴射後は
しばらくの間メニスカスが振動する（ｄ）。

【００５３】図５（Ｂ）において、図５（Ａ）の（ａ）
〜（ｄ）のメニスカス位置ｘに対応したノズル４のメニ
スカス位置ｘを示しており、図５（Ｂ）の（ａ）はメニ
スカス位置ｘがノズル先端から引き込まれ始めた状態で
ある。図５（Ｂ）の（ｂ）はメニスカス位置ｘがノズル
先端から更に引き込まれた状態である。図５（Ｂ）の
（ｃ）は電圧Ｖpztnを急激に立ち下げることでインクが
ノズル４より噴射された状態である。図５（Ｂ）の
（ｄ）はインク滴を噴射後は、しばらくの間メニスカス
が表面張力等で振動する状態である。

【００５４】４）：シリアルデータによるヘッド駆動回
路の説明 図６はヘッド駆動回路の説明図である。図６において、
ヘッド駆動回路には、コントローラ２０、ドライバ２
１、ノズル選択手段２２、ノズル毎の加圧手段である圧
電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnが設けてある。

【００５５】コントローラ２０から出力される駆動波形
をドライバ２１で電力増幅し、この電力増幅された出力
を圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する。そ
して、ノズル選択手段２２により選択された圧電素子に
電圧が印加される。ノズル選択手段２２には、コントロ
ーラ２０からシリアルデータＳＤ、シフトクロックＳＣ
Ｋ、ラッチ信号ＬＡＴＣＨが送られてきて、出力端子Ｄ
Ｏ１、ＤＯ２・・・ＤＯｎに接続された圧電素子Ｃpzt
1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnの電圧を制御するものである。
この送られてくるシリアルデータＳＤは、階調数に分割
されたレベルを有する信号で、各ノズルに対応した階調
データをノズルの個数分直列に時分割で転送されるもの
である。

【００５６】図７は圧電素子の駆動波形の説明図であ
る。図７において、圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpz
tnを駆動するドライバ２１の出力波形は、電圧０からＶ
max までの２つの波形が示されている。コントローラ２
０からシフトクロックＳＣＫに同期して送られてくるシ
リアルデータＳＤをｎビットシフトレジスタ２２ａで受
け、このｎビットシフトレジスタ２２ａからの出力をラ
ッチ信号ＬＡＴＣＨによりラッチする（シフトクロック
ＳＣＫ、ラッチ信号ＬＡＴＣＨは図示省略）。

【００５７】シリアルデータＳＤは、ノズル番号の順に
時間列上に並び、各ノズルのインク噴射量は、その振幅
によって表されている。このデータを各出力トランジス
タ３１（図３参照）のゲート信号Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎ
に変換する。図７のゲート信号Ｄ１、Ｄｎは、シリアル
データＳＤの振幅をパルス幅に変換したものである。こ
のゲート信号Ｄ１、Ｄｎによりそれぞれの出力トランジ
スタ３１のオン、オフ制御が行われる。これによって、
各圧電素子Ｃpzt1、Ｃpztnに印加される電圧の最大値が
ゲート信号Ｄ１、Ｄｎのパルス幅によって変化する。こ
のように、圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加
する電圧の最大値を個別に制御することが可能になるた
め、ノズル毎にインク滴の量の制御が可能となる。

【００５８】５）：ディジタルデータによるヘッド駆動
回路の説明 この実施の形態のヘッド駆動回路はインク噴射量のデー
タをディジタルデータとし、ノズル選択手段２２にパラ
レル転送するものである。図８はディジタルデータによ
るヘッド駆動回路の説明図である。図８において、ヘッ
ド駆動回路には、コントローラ２０、ドライバ２１、ノ
ズル選択手段２２、ノズル毎の加圧手段である圧電素子
Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnが設けてある。

【００５９】コントローラ２０から出力される駆動波形
をドライバ２１で電力増幅し、この電力増幅された出力
を圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する。そ
して、ノズル選択手段２２により選択された圧電素子に
電圧が印加される。ノズル選択手段２２には、コントロ
ーラ２０からｍ本（ｍは階調レベルを表すのに十分なビ
ット数）のシリアルデータＳＤ１〜ＳＤｍ、シフトクロ
ックＳＣＫ、ラッチ信号ＬＡＴＣＨが送られてきて、出
力端子ＤＯ１、ＤＯ２・・・ＤＯｎに接続された圧電素
子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnの電圧を制御するもので
ある。

【００６０】図９はノズル選択手段とシリアルデータの
説明図であり、図９（Ａ）はノズル選択手段の説明、図
９（Ｂ）はシリアルデータの説明である。図９（Ａ）に
おいて、ノズル選択手段２２は、ｍ列のｎビットシフト
レジスタ２２ａ（ｎはノズルの数）、ラッチ２２ｂ、パ
ルス幅可変回路２２ｃ、出力回路２２ｄにより構成され
ている。

【００６１】ｎビットシフトレジスタ２２ａは、コント
ローラ２０から送られてくるｍ本のシリアルデータＳＤ
１、ＳＤ２・・・ＳＤｍとシフトクロックＳＣＫを受け
ノズルの数に対応したｎ個の出力（１個当たりｍ本の出
力）をラッチ２２ｂに出力するものである。なお、ｍは
階調レベルを表すのに十分なビット数、例えば、１６階
調なら４ビット、２５６階調なら８ビット、ｎはノズル
数である。

【００６２】ラッチ２２ｂは、コントローラ２０から送
られてくるラッチ信号ＬＡＴＣＨによりｎビットシフト
レジスタ２２ａからの信号を保持してパルス幅可変回路
２２ｃに出力するものである。パルス幅可変回路２２ｃ
は、ラッチ２２ｂから送られてくるｍビットの階調情報
に応じた時間幅可変のパルスに変換した出力Ｄ１、Ｄ２
・・・Ｄｎを出力回路２２ｄに出力するものである。

【００６３】出力回路２２ｄは、パルス幅可変回路２２
ｃからの出力Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎにより圧電素子Ｃpz
t1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する電圧を制御するもの
である。

【００６４】図９（Ｂ）において、データはｍ本のシリ
アルデータＳＤ１、ＳＤ２・・・ＳＤｍで構成され、各
データ線には、ノズル番号の順に時間列上に並んだデー
タが転送される。そして、インク噴射量を示す階調の情
報はシリアルデータＳＤ１、ＳＤ２・・・ＳＤｍの各デ
ータ線にパラレルに転送される。従って、どのノズルの
データであるかはシリアルに、各ノズルの階調データは
パラレルに転送されることになる。

【００６５】図１０は圧電素子の駆動波形の説明図であ
る。図１０において、圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃ
pztnを駆動するドライバ２１の出力波形は、電圧０から
Ｖmax までの２つの波形が示されている。コントローラ
２０からシフトクロックＳＣＫに同期して送られてくる
ｍ×ｎビットのデータＳＤ１、ＳＤ２・・・ＳＤｍは全
データ転送後ラッチ信号ＬＡＴＣＨによりラッチ２２ｂ
で保持し、パルス幅可変回路２２ｃでｍビットの階調情
報に応じて出力Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎの時間幅可変のパ
ルスに変換される。

【００６６】パルス幅可変回路２２ｃの各出力Ｄ１、Ｄ
２・・・Ｄｎは、出力回路２２ｄの各出力トランジスタ
３１（図３参照）のゲート信号に入力され、各出力トラ
ンジスタ３１のオン、オフ制御が行われる。これによっ
て、各圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加され
る電圧の最大値がゲート信号Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎのパ
ルス幅によって変化する。このように、圧電素子Ｃpzt
1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する電圧の最大値を個別
に制御することができ、ノズル毎にインク滴の量の制御
が可能となる。

【００６７】６）：ディジタルデータをシリアル転送す
るヘッド駆動回路の説明 この実施の形態のヘッド駆動回路はインク噴射量のデー
タをディジタルデータとし、ノズル選択手段２２にシリ
アル転送するものである。図１１はシリアル転送による
ヘッド駆動回路の説明図である。図１１において、ヘッ
ド駆動回路には、コントローラ２０、ドライバ２１、ノ
ズル選択手段２２、ノズル毎の加圧手段である圧電素子
Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnが設けてある。

【００６８】コントローラ２０から出力される駆動波形
をドライバ２１で電力増幅し、この電力増幅された出力
を圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する。そ
して、ノズル選択手段２２により選択された圧電素子に
電圧が印加される。ノズル選択手段２２には、コントロ
ーラ２０からｍ×ｎビットのシリアルデータＳＤ、シフ
トクロックＳＣＫ、ラッチ信号ＬＡＴＣＨが送られてき
て、出力端子ＤＯ１、ＤＯ２・・・ＤＯｎに接続された
圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnの電圧を制御する
ものである。この送られてくるシリアルデータＳＤは、
階調数を表現するに十分なビット数を有し、各ノズルに
対応した階調データをノズルの個数分直列に時分割で転
送されるものである。

【００６９】図１２はノズル選択手段とシリアルデータ
の説明図であり、図１２（Ａ）はノズル選択手段の説
明、図１２（Ｂ）はｍ×ｎビットシフトレジスタの説
明、図１２（Ｃ）はシリアルデータの説明である。

【００７０】図１２（Ａ）において、ノズル選択手段２
２は、ｍ×ｎビットシフトレジスタ２２ａ（ｍは階調レ
ベルを表すのに十分なビット数、ｎはノズルの数）、ラ
ッチ２２ｂ、パルス幅可変回路２２ｃ、出力回路２２ｄ
により構成されている。

【００７１】ｍ×ｎビットシフトレジスタ２２ａは、コ
ントローラ２０から送られてくるｍ×ｎビットのシリア
ルデータＳＤ、シフトクロックＳＣＫを受けノズルの数
に対応したｎ個の出力（１個当たりｍ本の出力）をラッ
チ２２ｂに出力するものである。

【００７２】ラッチ２２ｂは、コントローラ２０から送
られてくるラッチ信号ＬＡＴＣＨによりｍ×ｎビットシ
フトレジスタ２２ａからの信号を保持してパルス幅可変
回路２２ｃに出力するものである。パルス幅可変回路２
２ｃは、ラッチ２２ｂから送られてくるｍビットの階調
情報に応じた時間幅可変のパルスに変換した出力Ｄ１、
Ｄ２・・・Ｄｎを出力回路２２ｄに出力するものであ
る。

【００７３】出力回路２２ｄは、パルス幅可変回路２２
ｃからの出力Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎにより圧電素子Ｃpz
t1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する電圧を制御するもの
である。

【００７４】図１２（Ｂ）において、ｍ×ｎビットシフ
トレジスタ２２ａは、ｍビットシフトレジスタがｎ個直
列に接続してある。従って、コントローラ２０からのデ
ータは全てシリアルに転送されることになる。また、ｍ
×ｎビットシフトレジスタ２２ａは、ノズル当たりｍ本
の出力をラッチ２２ｂに出力するものである。

【００７５】図１２（Ｃ）において、コントローラ２０
からｍ×ｎビットシフトレジスタ２２ａに送られてくる
シリアルデータＳＤは、ノズル毎にｍビットの階調情報
で構成され、ノズル番号の順に時間列上に全てシリアル
に並んだデータが転送されるものである。

【００７６】このように、コントローラ２０から送られ
てくるｍ×ｎビットのシリアルデータＳＤは全データ転
送後ラッチ信号ＬＡＴＣＨによりラッチ２２ｂで保持
し、パルス幅可変回路２２ｃでｍビットの階調情報に応
じて出力Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄｎの時間幅可変のパルスに
変換される。このパルス幅可変回路２２ｃの各出力Ｄ
１、Ｄ２・・・Ｄｎは、出力回路２２ｄの各出力トラン
ジスタ３１（図３参照）のゲート信号に入力され、各出
力トランジスタ３１のオン、オフ制御が行われる。これ
によって、各圧電素子Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印
加される電圧の最大値がゲート信号Ｄ１、Ｄ２・・・Ｄ
ｎのパルス幅によって変化する。このように、圧電素子
Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztnに印加する電圧の最大値を
個別に制御することができ、ノズル毎にインク滴の量の
制御が可能となる。

【００７７】７）：直線的な駆動波形の場合の説明 図１３は直線的な駆動波形の場合の説明図である。図１
３において、圧電素子Ｃpztnに印加する電圧Ｖpztnが直
線的に上昇（圧力室減圧時の振動板１ａの移動速度が一
定）し、電圧Ｖpztnが一定になる領域でメニスカスが急
激に戻る。例えば、駆動電圧Ｖpztnの波形が（ａ）の場
合、電圧が一定になるとメニスカス位置ｘの波形（ａ）
が急激に戻り、インク滴の加速のためのノズルの距離が
短くなり、インク滴の加速が不足する場合がある。

【００７８】８）：電圧上昇の傾きを途中で大きくする
場合の説明 図１４は電圧上昇の傾きを途中で大きくする場合の説明
図である。図１４において、圧電素子Ｃpztnに印加する
電圧Ｖpztnの上昇時の傾きを途中で大きくなるように
（圧力室減圧時の振動板１ａの移動速度を途中で加速）
する。これにより、メニスカスの引き込みが加速され、
圧電素子Ｃpztnに印加する電圧Ｖpztnが一定になりメニ
スカスをさらに引き込もうとする段階でインクの噴射制
御を行う。このため、メニスカスの戻りを少なく抑える
ことができる。この結果、インク滴の量を少なく制御す
る場合でも常にメニスカスの引き込み量を十分に保てる
ようになる。従って、インクを十分に加速できるノズル
距離があるため、インク速度はほぼ一定のままインク滴
の量を制御することが可能となる。

【００７９】９）：電圧上昇時、下降時ともに上に凸の
波形にする場合の説明 図１５は電圧上昇時、下降時ともに上に凸の波形にする
場合の説明図である。図１５において、圧電素子Ｃpztn
に印加する電圧Ｖpztnの上昇時の傾きを途中で凸状の波
形とし、電圧Ｖpztnの下昇時にも上に凸の波形にする。
これにより、メニスカスの引き込みが加速されると共に
電圧Ｖpztnが一定になった後半でメニスカス位置ｘが０
の方向に加速され、噴射時の加速をメニスカス位置ｘの
０に近い部分で行うため、インク速度はインク滴量制御
の影響をさらに受けにくくなる。従って、インクを十分
に加速できるため、インク速度はほぼ一定のままインク
滴の量を制御することが可能となる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 （１）：圧力室の一壁を形成する振動板を加圧手段によ
り移動させて前記ノズルからインクを噴射するインクジ
ェット式プリンタ装置において、前記加圧手段で、前記
圧力室の減圧時の前記振動板の移動量を制御するため、
ノズル毎のインク滴の量の制御ができ、画質劣化やコス
トアップ、印字速度の低下なしに安定して高品位な中間
階調の画像を印刷可能となる。

【００８１】（２）：ノズル選択手段で加圧手段に印加
する駆動波形に同期してインクを噴射するノズルを選択
し、前記振動板の移動量を、前記ノズル選択手段のノズ
ルを選択する時間により制御するため、前記振動板の移
動量の制御を簡単に行うことができる。

【００８２】（３）：加圧手段を電圧を印加することで
長さ方向に変位する棒状の圧電素子とするため、圧電素
子の変位を効率よく圧力室に伝え効率よくインク粒子を
発生することができる。

【００８３】（４）：加圧手段の制御を行うコントロー
ラからノズル選択手段に転送される階調データが、階調
数に分割されたレベルを有する信号であり、各ノズルに
対応した前記階調データを前記ノズルの個数分直列に時
分割で転送されるため、早いクロックが不要で信号線の
数を少なくでき全体の回路を簡単にすることができる。

【００８４】（５）：加圧手段の制御を行うコントロー
ラからノズル選択手段に転送される階調データが、階調
数を表現するに十分なビット数を有し、各ノズルに対応
した階調データは並列に、かつ、前記ノズルの個数分直
列に時分割で転送されるため、階調データをディジタル
で正確に転送することが可能となる。

【００８５】（６）：加圧手段の制御を行うコントロー
ラからノズル選択手段に転送される階調データが、階調
数を表現するに十分なビット数を有し、各ノズルに対応
した階調データを前記ノズルの個数分直列に時分割で転
送されるため、階調データをディジタルで少ない信号線
で転送することができる。

【００８６】（７）：圧力室の減圧時の振動板の移動速
度を一定にさせるため、前記振動板を移動するための駆
動波形を簡単に作ることができる。 （８）：圧力室の減圧時の振動板の移動速度を変動させ
るため、インク滴の量を少なく制御する場合でもメニス
カスの引き込み量を十分に保て、インクを十分に加速す
ることができる。

【００８７】（９）：圧力室の減圧時の振動板の移動速
度を前半は一定で後半は変動させるため、メニスカスの
引き込み量を必要な所のみ加速でき、前記振動板を移動
する駆動波形の作成を簡単にすることができる。

【００８８】（１０）：振動板の移動速度を加圧手段に
印加する駆動電圧により制御するため、電圧を変化する
だけで簡単に前記振動板の移動速度を制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】実施の形態におけるプリンタヘッドのインク滴
噴射動作の説明図である。

【図３】実施の形態における出力回路の説明図である。

【図４】実施の形態における圧電素子駆動波形の説明図
である。

【図５】実施の形態における駆動波形とメニスカスの動
きの説明図である。

【図６】実施の形態におけるヘッド駆動回路の説明図で
ある。

【図７】実施の形態における圧電素子の駆動波形の説明
図である。

【図８】実施の形態におけるディジタルデータによるヘ
ッド駆動回路の説明図である。

【図９】実施の形態におけるノズル選択手段とシリアル
データの説明図である。

【図１０】実施の形態における圧電素子の駆動波形の説
明図である。

【図１１】実施の形態におけるシリアル転送によるヘッ
ド駆動回路の説明図である。

【図１２】実施の形態におけるノズル選択手段とシリア
ルデータの説明図である。

【図１３】実施の形態における直線的な駆動波形の場合
の説明図である。

【図１４】実施の形態における電圧上昇の傾きを途中で
大きくする場合の説明図である。

【図１５】実施の形態における電圧上昇時、下降時とも
に上に凸の波形にする場合の説明図である。

【図１６】従来例のプリンタヘッドの説明図である。

【図１７】従来例のヘッド駆動回路の説明図である。

【図１８】従来例の圧電素子の駆動波形の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧力室の壁 １ａ 振動板 ２ 圧力室 ３ 加圧手段 ４ ノズル ５ 弾性部材 ２０ コントローラ ２１ ドライバ ２２ ノズル選択手段 Ｃpzt1、Ｃpzt2・・・Ｃpztn 圧電素子 ＳＤ シリアルデータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仙波 聡史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 三上 知久 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクが供給される圧力室と、 前記圧力室に連通したノズルと、 前記圧力室の一壁を形成する振動板と、 前記振動板を移動させて前記ノズルからインクを噴射す
   る加圧手段とを備えたインクジェット式プリンタ装置に
   おいて、 前記圧力室の壁と前記振動板の間に弾性部材を設け、 前記加圧手段で、前記圧力室の減圧時の前記振動板の移
   動量を制御することを特徴としたインクジェット式プリ
   ンタ装置。
2. 【請求項２】前記加圧手段に印加する駆動波形に同期し
   てインクを噴射する前記ノズルを選択するノズル選択手
   段を備え、 前記振動板の移動量を、前記ノズル選択手段の前記ノズ
   ルを選択する時間により制御することを特徴とした請求
   項１記載のインクジェット式プリンタ装置。
3. 【請求項３】前記加圧手段が電圧を印加することで長さ
   方向に変位する棒状の圧電素子であることを特徴とした
   請求項１記載のインクジェット式プリンタ装置。
4. 【請求項４】前記加圧手段の制御を行うコントローラを
   備え、 前記コントローラから前記ノズル選択手段に転送される
   階調データが、階調数に分割されたレベルを有する信号
   であり、各ノズルに対応した前記階調データを前記ノズ
   ルの個数分直列に時分割で転送されることを特徴とした
   請求項２記載のインクジェット式プリンタ装置。
5. 【請求項５】前記加圧手段の制御を行うコントローラを
   備え、 前記コントローラから前記ノズル選択手段に転送される
   階調データが、階調数を表現するに十分なビット数を有
   し、各ノズルに対応した階調データは並列に、かつ、前
   記ノズルの個数分直列に時分割で転送されることを特徴
   とした請求項２記載のインクジェット式プリンタ装置。
6. 【請求項６】前記加圧手段の制御を行うコントローラを
   備え、 前記コントローラから前記ノズル選択手段に転送される
   階調データが、階調数を表現するに十分なビット数を有
   し、各ノズルに対応した階調データを前記ノズルの個数
   分直列に時分割で転送されることを特徴とした請求項２
   記載のインクジェット式プリンタ装置。
7. 【請求項７】前記圧力室の減圧時の前記振動板の移動速
   度を一定にさせることを特徴とした請求項１記載のイン
   クジェット式プリンタ装置。
8. 【請求項８】前記圧力室の減圧時の前記振動板の移動速
   度を変動させることを特徴とした請求項１記載のインク
   ジェット式プリンタ装置。
9. 【請求項９】前記圧力室の減圧時の前記振動板の移動速
   度を前半は一定で後半は変動させることを特徴とした請
   求項８記載のインクジェット式プリンタ装置。
10. 【請求項１０】前記振動板の移動速度を前記加圧手段に
    印加する駆動電圧により制御することを特徴とした請求
    項７〜９のいずれかに記載のインクジェット式プリンタ
    装置。