JPH1058676A - インクジェットヘッド駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子を利用したインクジェットヘッドの
駆動電圧波形のばらつきを無くし、印字品質を安定させ
ること。 【解決手段】 圧電素子を収縮させるための複数の電圧
波形発生回路と、圧電素子を伸長させるための複数の電
圧波形発生回路と、駆動電圧を検出する検出回路と、検
出回路からの信号により前記電圧発生回路の駆動信号を
制御する制御回路とからなり、最大駆動電圧と最低駆動
電圧の間の中間電圧を基準電圧と比較し、電圧発生回路
にフィードバックを行い中間電圧のレベル変動を抑える
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、棒状の圧電素子に
より圧力室を変位させ、ノズルからインク滴を噴射させ
るオンデマンド型インクジェット記録ヘッドを用いたプ
リンタのヘッドに利用される圧電素子の駆動回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】記録装置に用いられるオンデマンド型イ
ンクジェット記録ヘッドは、例えば米国特許第４,６９
７,１９３号明細書に示されたように、圧電素子を棒状
に形成するとともに、これに圧力室を構成している振動
板を当接させ、縦振動により圧力室を拡張、収縮させて
インク滴を飛翔させるインクジェット記録ヘッドが知ら
れている。

【０００３】このような縦振動を利用したインクジェッ
ト記録ヘッドの駆動回路が特開平４−１８２９９３号公
報に開示されている。この回路は台形波状の駆動電圧を
定電流充電回路と定電流放電回路と電流バッファの組み
合わせで構成されているが、定電流充放電回路の充放電
時定数を決定している電流設定抵抗の値のばらつきや環
境温度変化により生成される駆動電圧に誤差が生じる。
また波形が複雑化して最大駆動電圧から最低駆動電圧の
間の中間電位を複数生成する必要が生じてくるとそれぞ
れの充放電回路の誤差が積み重なり、最終的に出力され
る駆動波形が設定した波形からずれて印字品質に影響を
与えてしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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、精度の高い駆動波形を生成することができる圧電
素子駆動回路を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、圧電素子を収縮させるための複数の電圧波形
発生回路と、圧電素子を伸長させるための複数の電圧波
形発生回路と、駆動電圧を検出する検出回路と、検出回
路からの信号により前記電圧発生回路の駆動信号を制御
する制御回路とからなり、最大駆動電圧と最低駆動電圧
の間の中間電圧を基準電圧と比較し、電圧発生回路にフ
ィードバックを行い中間電圧のレベル変動を抑えるよう
にした。

【０００６】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の圧電素子駆動回
路により駆動されるインクジェット記録ヘッドの一実施
例を１つの圧力発生室の断面構造でもって示すものであ
って、図中符号１０はノズルプレートで、ノズル開口１
１が設けられており、また符号１２は流路形成板で、圧
力発生室１３を区画する通孔、圧力発生室１３の両側と
連通する２つのインク供給口１４、１４を区画する通孔
または溝、及びこれらインク供給口１４、１４に連通す
る２つの共通のインク室１５、１５を区画する通孔を設
けて構成されている。

【０００７】１６は、振動板で、圧電素子１７の先端に
当接して弾性変形する薄板からなり、流路形成板１２を
挟んでノズルプレート１０と液密に一体に固定されて流
路ユニット１８を形成している。１９は基台で、圧電素
子１７を振動可能に収容する収容室２０と、流路ユニッ
ト１８を支持する開口２１とを備え、圧電素子１７を、
その先端を開口２１から選出させて固定基板２２で固定
するとともに、振動板１６のアイランド部１６ａを圧電
素子１７に当接させて流路ユニット１８を開口２１に固
定して記録ヘッドを構成している。このような構成によ
り、圧電素子１７が収縮して圧力発生室１３が膨張する
と、共通インク室１５、１５のインクがインク供給口１
４、１４を経由して圧力発生室１３に流れ込む。所定時
間の経過後に圧電素子１７が伸長して圧力発生室１３が
収縮すると、圧力発生室１３のインクが圧縮されてノズ
ル開口１１からインク滴が吐出して記録用紙にドットを
形成する。

【０００８】また、圧電素子１７にインク滴を吐出させ
ない程度の微小振動パルスを印加して圧電素子１７を微
小量収縮させると、圧力発生室１３も少し膨張するた
め、ノズル開口１１近傍のメニスカスが圧力発生室１３
側に引き込まれ、ついで圧電素子１７を元の状態に復帰
させると、圧力発生室１３は収縮してメニスカスがノズ
ル開口１１側に若干押し戻される。

【０００９】図４は本発明の駆動回路の一実施例を示す
もので、図中符号５８ａ、５８ｂ、５８ｃはそれぞれ充
電回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃの充電制御信号であり、
後述する図３に示した、制御手段３０から印刷タイミン
グに合わせて供給される。同様に図中符号６８ａ、６８
ｂはそれぞれ放電回路６０ａ、６０ｂの放電制御信号で
あり、制御手段３０から供給される。

【００１０】充電回路５０ａ、５０ｂ、５０ｃはそれぞ
れ同じ構成の定電流充電回路であり、その代表として回
路５０ａについてのみ図示してある。

【００１１】放電回路６０ａ、６０ｂについても同様
に、それぞれ同じ構成の定電流放電回路であり、その代
表として回路６０ａについてのみ図示してある。

【００１２】充電回路５０ａについて、符号５８ａの一
方の端子には電流制限抵抗５５ａを通してＮＰＮ型トラ
ンジスタ５１ａのベースが接続され、さらにトランジス
タ５１ａのコレクタには電流制限抵抗５６ａを通してＰ
ＮＰ型トランジスタ５２ａのベース及びＰＮＰ型トラン
ジスタ５３ａのコレクタが接続されている。トランジス
タ５２ａのエミッタにはトランジスタ５３ａのベースと
時定数設定抵抗５４ａの一方の端子が接続している。ま
たトランジスタ５２ａのコレクタには充電回路５０ｂ、
５０ｃの図示しないトランジスタ５２ｂ、５２ｃのコレ
クタ及び時定数設定コンデンサ７１の一方の端子に接続
している。トランジスタ５３ａのエミッタは電源Ｖｈと
時定数設定抵抗５４ａの一方の端子が接続しており、定
電流充電回路を構成している。充電回路５０ｃは充電回
路５０ａ、５０ｂと異なり充電制御信号５８ｃにより直
接駆動されずに、充電制御信号５８ｃと電圧検出回路８
０からの信号を入力信号とする制御回路８２ａから出力
される信号により駆動される。

【００１３】一方放電回路６０ａについて、放電制御信
号６８ａにより直接駆動されずに、放電制御信号６８ａ
と電圧検出回路８０からの信号を入力信号とする制御回
路８２ｂから出力される信号により駆動され、電流制限
抵抗６５ａを通してＮＰＮ型トランジスタ６２ａのベー
ス及びＮＰＮ型トランジスタ６３ａのコレクタが接続さ
れている。トランジスタ６２ａのコレクタには放電回路
６０ｂの図示しないトランジスタ６２ｂのコレクタ、及
び時定数設定コンデンサ７１の一方の端子に接続してい
る。トランジスタ６２ａのエミッタはトランジスタ６３
ａのベース及び時定数設定抵抗６４ａの一方の端子に接
続されている。トランジスタ６３ａのエミッタは時定数
設定抵抗６４ａの一方の端子とともに接地されており、
定電流放電回路を構成している。

【００１４】時定数設定コンデンサ７１にはＮＰＮ型ト
ランジスタ７２とＰＮＰ型トランジスタ７３が接続さ
れ、コンデンサ７１の充電時、及び放電時の電流を増幅
する電流バッファとなっている。

【００１５】充電回路５０ａの動作は、制御手段３０よ
り５８ａ端子に充電信号が入力されると、電源電圧Ｖｈ
から式１で示す一定の電流値Ｉｃａでコンデンサ７１を
充電する。

【００１６】 Ｉｃａ＝ＶBE５３ａ／Ｒ５４ａ ・・・（式１） 充電回路５０ｂ、５０ｃも充電回路５０ａと同様の構成
の充電回路であり、符号５８ｂ、５８ｃ端子に制御手段
３０より充電信号が入力されると電源電圧Ｖｈからそれ
ぞれＩｃｂ、Ｉｃｃ、なる一定値の電流でコンデンサ７
１を充電する。

【００１７】 Ｉｃｂ＝ＶBE５３ｂ／Ｒ５４ｂ ・・・（式２） Ｉｃｃ＝ＶBE５３ｃ／Ｒ５４ｃ ・・・（式３） 放電回路６０ａの動作は、制御手段３０より６８ａ端子
に放電信号が入力され、電圧検出回路８０からの信号に
より制御回路８２ｂの出力信号が有効となると、コンデ
ンサ７１に充電された電荷を式４で示す一定の電流値Ｉ
ｄａで引き抜く。

【００１８】 Ｉｄａ＝ＶBE６３ａ／Ｒ６４ａ ・・・（式４） 放電回路６０ｂも放電回路６０ａと同様の構成の放電回
路であり、符号６８ｂ端子に制御手段３０より放電信号
が入力されるとコンデンサ７１に充電された電荷をＩｄ
ｂなる一定値の電流で引き抜く。

【００１９】 Ｉｄｂ＝ＶBE６３ｂ／Ｒ６４ｂ ・・・（式５） 電圧検出回路８０は２つの入力信号と１つの出力信号か
らなり、入力信号は、駆動波形出力７４と制御手段３０
により設定される比較電圧信号８１からなる。

【００２０】出力信号は駆動波形出力７４と比較電圧信
号８１とを比較し駆動波形出力７４が比較電圧信号８１
よりも高い場合にはロジックレベルで”１”の信号を出
力し、駆動波形出力７４が比較電圧信号８１よりも低い
場合にはロジックレベルで”０”の信号を出力する。な
お比較電圧信号は充電回路５０ｃの動作時と放電回路６
０ａの動作時とでは制御手段３０により異なる電圧に設
定される。

【００２１】図５は本発明の駆動回路により出力される
駆動波形の一実施例を示すもので、印字タイミング信号
が印加されると、充電１、ホールド１、放電１、ホール
ド２、充電２、ホールド３、放電２、ホールド４、充電
３の各波形が出力される。

【００２２】充電１、ホールド１、放電１の３つの波形
でインクを吐出させない程度の微振動パルスを形成し、
充電２から充電３までの波形でインクを吐出させる駆動
パルスを形成している。

【００２３】充電１動作は充電制御信号５８ａがＨレベ
ルになることで始まり、時間Ｔｃ１の間Ｈレベルを保持
することで駆動電圧がＶｒａだけ上昇する。ホールド１
動作は充電制御信号５８ａがＬレベルになってから放電
制御信号６８ａがＨレベルになるまでの区間であり、駆
動電圧はＶｒａが保持される。放電１動作は放電制御信
号６８ａがＨレベルになって始まり、時間Ｔｄ１の間Ｈ
レベルを保持し、駆動電圧がＶｆａだけ降下する。なお
放電１動作については、放電制御信号６８ａと電圧検出
信号とが組み合わされ、後述するシーケンスにより動作
する。以下ホールド２動作から充電３動作まで順次行わ
れる。このうち充電３動作についても放電１動作と同様
に放電制御信号５８ｃと電圧検出信号とが組み合わされ
て動作する。

【００２４】図６は充電３動作における制御回路８２ａ
のシーケンスを示すもので、（１）については充電回路
５０ｃの充電傾きが設定値に対し急になった場合のシー
ケンスを示し、（２）については充電回路５０ｃの充電
傾きが緩くなった場合のシーケンスを示す。

【００２５】図中Ｖｒｅｆは充電３動作終了時の設定電
圧Ｖｒｃよりもわずかに低い電圧に設定されている。こ
れは充電回路５０ｃのオフ時間の遅れを考慮したもので
ある。

【００２６】図中（１）の充電制御信号５８ｃがＨレベ
ルになるとわずかに遅れて駆動電圧が上昇を始めるが、
充電傾きが急になっているため充電時間Ｔｃ３に達する
前のＴｃ３ａの時点で駆動電圧がＶｒｅｆを越え、電圧
検出信号がＨレベルになり充電制御信号５８ｃがＨレベ
ルのままであっても強制的に充電回路５０ｃをオフにし
て、Ｔｃ３ａからわずかに遅れたＴｃ３ｂの時点で充電
３動作を終了させる。

【００２７】一方（２）においては、充電傾きが緩いた
め充電制御信号５８ｃが時間Ｔｃ３を過ぎても駆動電圧
がＶｒｅｆに達しないため電圧検出信号がＬレベルのま
まであり充電制御信号５８ｃがＬレベルになっても充電
動作を続ける。充電動作は駆動電圧がＶｒｅｆに達した
Ｔｃ３ａの時点で電圧検出信号がＨレベルになり、わず
かに遅れてＴｃ３ｂの時点で駆動電圧がＶｒｃになり充
電３動作が終了する。以上より充電回路５０ｃの波形傾
きが設定値から外れても駆動電圧の中間電位Ｖｒｃを一
定にできる。

【００２８】図７は放電１動作における制御回路８２ｂ
のシーケンスを示すもので、（１）については放電回路
６０ａの放電傾きが設定値に対し急になった場合のシー
ケンスを示し、（２）については放電回路６０ａの放電
傾きが緩くなった場合のシーケンスを示す。

【００２９】図中Ｖｒｅｆは放電１動作終了時の設定電
圧Ｖｒｃよりもわずかに高い電圧に設定されている。こ
れは放電回路６０ａのオフ時間の遅れを考慮したもので
ある。

【００３０】図中（１）の放電制御信号６８ａがＨレベ
ルになるとわずかに遅れて駆動電圧が下降を始めるが、
放電傾きが急になっているため放電時間Ｔｄ１に達する
前のＴｄ１ａの時点で駆動電圧がＶｒｅｆを越え、電圧
検出信号がＬレベルになり放電制御信号６８ａがＨレベ
ルのままであっても強制的に放電回路６０ａをオフにし
て、Ｔｄ１ａからわずかに遅れたＴｄ１ｂの時点で放電
１動作を終了させる。一方（２）においては、放電傾き
が緩いため放電制御信号６８ａが時間Ｔｄ１を過ぎても
駆動電圧がＶｒｅｆに達しないため電圧検出信号がＨレ
ベルのままであり放電制御信号６８ａがＬレベルになっ
ても放電動作を続ける。放電動作は駆動電圧がＶｒｅｆ
に達したＴｄ１ａの時点で電圧検出信号がｌレベルにな
り、わずかに遅れてＴｄ１ｂの時点で駆動電圧がＶｒｃ
になり放電１動作が終了する。以上より放電回路６０ａ
の波形傾きが設定値から外れても駆動電圧の中間電位Ｖ
ｒｃを一定にできる。

【００３１】図１は、上述した圧電素子駆動回路を搭載
したインクジェットプリンタの印刷機構周辺の構造を示
すものであって、符号１は、キャリッジで、タイミング
ベルト２を介してパルスモータ３に接続されていて、ガ
イド部材４に案内されて記録用紙５の紙幅方向に往復動
するように構成されている。

【００３２】キャリッジ１には記録用紙５と対面する
面、この実施例では下面に後述するインクジェット式記
録ヘッド６が取り付けられている。インクジェット式記
録ヘッド６は、キャリッジ１の上部に搭載されているイ
ンクカートリッジ７からインクの補給を受けてキャリッ
ジ１の移動に合わせて記録用紙５にインク滴を吐出して
ドットを形成して、記録用紙５に画像や文字を印刷す
る。

【００３３】８はキャッピング装置で、非印刷領域に設
けられていて、印字休止中に記録ヘッド６のノズル開口
を封止する一方、印刷動作中に行われるフラッシング動
作による記録ヘッド６からのインク滴を受けるものであ
る。

【００３４】９はクリーニング手段で、キャッピング装
置８の近傍に設けられ、記録ヘッド６のノズルプレート
の表面をブレード等でワイピングして、ノズルプレート
表面のインクカスや紙粉を拭き取るように構成されてい
る。

【００３５】３６はリニアエンコーダで、キャリッジ上
に取り付けられたセンサーにより読み取られ、キャリッ
ジの動作により特定の移動距離毎にパルスを発生させ、
印字タイミング信号の基準となる。

【００３６】３７はパルスモータで、図示しない減速歯
車を介して記録用紙５をキャリッジ１の動作に合わせて
搬送するものである。

【００３７】図３は、上述したインクジェットプリンタ
を制御する制御装置の一実施例を示すもので、符号３０
は、制御手段で、ホストからの印刷指令信号や印刷デー
タを受けて後述する駆動回路３１、キャリッジ駆動回路
３３、及び紙搬送駆動回路３５を制御して印刷動作を実
行させるとともに、記録ヘッド６のクリーニング、フラ
ッシング等を実行させるものである。

【００３８】印字タイミング生成回路３４はキャリッジ
上に搭載されたリニアエンコーダ１１によりキャリッジ
の移動を検出して、制御手段３０に対して印字信号を発
生するように構成されている。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
駆動波形の最大電圧から最低電圧の間の中間電位のレベ
ルを充電回路および放電回路の波形傾き精度のばらつき
によらず一定の値に保持できる。また、個々の圧電素子
の駆動、非駆動による中間電位の変動が抑えられ、突入
電流による輻射ノイズの発生を防止することができる。

【００４０】さらに、充放電回路の異常や、電流バッフ
ァの異常等による駆動電圧の異常を検出できるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電素子駆動回路が適用されるインク
ジェット記録装置の一実施例を示す図である。

【図２】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す図
である。

【図３】インクジェット記録装置の制御ブロックを示す
図である。

【図４】本発明の圧電素子駆動回路の一実施例を示す図
である。

【図５】同上圧電素子駆動回路の入力信号と出力波形を
示す図である。

【図６】同上駆動回路の充電３動作のシーケンスを示す
図である。

【図７】同上駆動回路の放電１３動作のシーケンスを示
す図である。

【符号の説明】

６ インクジェット記録ヘッド ８ キャッピング装置 ９ クリーニング装置 １１ ノズル開口 １３ 圧力発生室 １７ 圧電素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子を収縮、伸長させる電圧波形を
   発生するインクジェットヘッド駆動回路であって、圧電
   素子を収縮させるための複数の電圧波形発生回路と、圧
   電素子を伸長させるための複数の電圧波形発生回路と、
   駆動電圧を検出する検出回路と、検出回路からの信号に
   より前記電圧発生回路の駆動信号を制御する制御回路と
   からなることを特徴とするインクジェットヘッド駆動回
   路。
2. 【請求項２】 前記電圧波形発生回路は、台形波状の電
   圧波形を生成し、かつ最大駆動電圧と最低駆動電圧の間
   の中間電圧を生成することを特徴とする請求項１記載の
   インクジェットヘッド駆動回路。
3. 【請求項３】 前記検出回路は駆動電圧の中間電圧と基
   準電圧を比較検出することを特徴とする請求項１記載の
   インクジェットヘッド駆動回路。