JP2007125748A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シェアモード型圧電素子インクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置において、圧電素子の変形の応答性を良好にする駆動波形を印加し、射出周波数の上限を改善するとともに、過大電流によって周辺の制御回路が誤動作することがない駆動回路ならびに波形のタイミングを提供する。
【解決手段】 本発明のインクジェット記録装置においては、圧電材料に複数の駆動波形を所定のタイミングで印加する圧電素子駆動回路と、画像データに応じて駆動波形を圧電素子に選択的に出力するようこれを制御する制御回路とを、各々個別に接地するよう設けて構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明はインクジェット記録装置に関するものでり、更に詳しくは圧電材料により形成された側壁により隔てられた複数のインク吐出チャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動パルスを印加して側壁を剪断変形させて、その圧力によりインク吐出チャネル内のインクをノズルより吐出する所謂シェアモード型圧電素子インクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置に関するものである。

図５は、この種のインクジェット記録装置に用いられるシェアモード型圧電素子インクジェットヘッドの構成を示す図であり、図に示されるように圧電材料１にインク吐出チャンネルとなる複数の溝部を形成し、このインク吐出チャンネル２を隔てる圧電材料１の側壁３の両壁面上には電極（駆動電極）４が形成され、側壁３は矢印方向に分極され、かつ、インク吐出チャネル２の上部は天板５で覆われるよう構成されている。
インク加圧室であるインク吐出チャンネル２を挟んで対向する電極４，４は、天板５に設けられた単一の接続電極６に接続されて、同一の駆動電圧が印加される。
インクジェットヘッドの各々の電極４，４には、図６に示す同一周期の第１の共通駆動電圧パルスＡと、第２の共通駆動電圧パルスＢとが選択的に印加され、圧電材料１の壁面に電界を作用させることにより、側壁３に剪断変形を生じさせ、予めインク吐出チャネルに充填されているインクに圧力を作用させてインクの吐出を行う。すなわち、インク吐出チャネルＮＢの両側の側壁３，３に第１共通パルスＡ（図６に示す）を印加した場合には、このインク吐出チャネルＮＢが拡張して、共通インク室からインクを吸引する。続いて、その隣り合うインク吐出チャネルＮＡ，ＮＣに第２共通パルスを印加すると、インク吐出チャネルＮＢが収縮してノズル７からインクが吐出される。尚、インク吐出チャネル２の拡張時には、インク吸引側（図５（ｄ）の共通インク室８側）から圧力波が作用し、この圧力波がインク吐出チャネル２内のインクを伝播してノズル７側に到達したタイミングで収縮を行わせることにより、好適なインク吐出が行える（ノズル７付近での圧力が高くなった時点でインク吐出チャネル２を収縮させ、インクを吐出する）。

図５に示す構成のインクジェットヘッドでは、隣接するインク吐出チャネルにおいて、同時にインク吐出駆動を行うことはできないので、連続するｎ個（ｎは３以上）のインク吐出チャネルを１つのグループとし、このグループの１つのインク吐出チャネルについてのみインク吐出駆動を行うよう構成されている。例えば、チャネルＮＡ，ＮＢ，ＮＣ，ＮＡ，ＮＢ，ＮＣ，ＮＡ，・・・の順に各チャネルＮＡ，ＮＢ，ＮＣで１つのグループを形成し、これら３つのチャネルグループについて、ＮＡについての吐出期間，ＮＢについての吐出期間，ＮＣについての吐出期間と順次吐出駆動が行われるよう構成されている。このインクジェット記録装置の記録動作においては、インク吐出期間のチャネルに対して、吐出動作を起こす第１の駆動動作、或いは非吐出動作を起こす第２の駆動動作のいずれかが与えられる。即ち、図５において、インク吐出チャネルＮＢに吐出動作を行わせるものとすると、インク吐出チャネルＮＢを拡張させるために、これを挟んで対向する電極４，４（接続電極６）に第１共通パルスが印加され、インク吐出チャネルＮＡ，ＮＣの電極４，４とインク吐出チャネルＮＢの電極４，４との間に電界が生じ、インク吐出チャネルＮＢの両側の隔壁３，３が、インク吐出チャネルＮＢを拡張する方向へ剪断変形する。第１共通パルスＡは、時間ＡＬ（＝インク吐出チャネル長さ／インク中の音速）印加されるが、この印加時間はインク吐出チャネルＮＢへのインク吸引によって生じる圧力波がノズルに到達するまでの時間に等しくなるよう設定される。この第１共通パルスＡの印加後、第２共通パルスＢが印加されることによってインク吐出チャネルＮＢが収縮してインクが吐出する。この第２共通パルスＢは、インク吐出チャネルＮＡ，ＮＣの電極４，４に印加されるものであり、このパルス印加によってインク吐出チャネルＮＡ，ＮＣの電極４，４とインク吐出チャネルＮＢの電極４，４との間に第１共通パルスＡ印加時とは逆方向の電界が生じ、この電界によってインク吐出チャネルＮＢの両側の隔壁３、３が、インク吐出チャネルＮＢを収縮させる方向へ剪断変形する。
他方、吐出を行わないインク吐出チャネルには、インク吐出チャネルＮＡ〜ＮＣの全ての電極４に第２共通パルスＢ（非吐出パルス）が印加され、この第２共通パルスＢの印加タイミングは同じであるため、インク吐出チャネルＮＢの隔壁３，３において、これを挟む電極４，４間に電界は発生しないので、側壁３，３は変形せず、インクの吐出は行われない。
以上の通り、第１，第２共通パルスＡ，Ｂの印加タイミングを制御することにより、インクジェットヘッドの各個別のインク吐出チャネルより選択的にインクを吐出させて所望の記録を行うよう構成されている。
特開２００４−１８１６７６号公報

この種のインクジェット記録装置において、矩形波パルスによって圧電素子を変形させインクを射出する場合、インクの射出周波数特性は印加する矩形波の立ち上がり時間ならびに立下り時間に影響されるが、一般に圧電素子は電気回路素子のコンデンサと等価な挙動を示すので、矩形波の電圧を印加するとその駆動波形はなまり、立ち上がり時間ならびに立下り時間が長くなりやすい。また、第１の共通パルスを印加した後、第２の共通パルスを印加するまでの時間は極力短くする方が射出周波数特性は向上するが、駆動波形のなまりが大きいとこの時間も短くできない。したがって、矩形波の波形がなまることにより圧電素子の変形の応答が悪くなり、その結果射出周波数の上限を上げることができず、記録速度を向上させることが困難となるといった不具合があった。
また、単に圧電素子駆動回路の駆動能力を上げて矩形波パルスの立ち上がり、立下り時間を短くすると、電圧の変化点において過渡的に過大な電流が流れる為、他の制御回路のグランドレベルを変動させるなど、制御回路の誤作動を引き起こす原因となるといった問題が生じていた。図７は、従来のインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドとその駆動制御回路の構成を示すブロック図であり、圧電素子に駆動パルスを印加制御する圧電素子駆動回路とインクジェットヘッドの吐出制御を行う制御回路は、各々のグランドが基板上または配線において多点で共通に接続されるよう設けられ、これにより同一のシステムにおける基板の電位が揃うよう構成されているが、立ち上がりおよび立ち下がり時間の短い矩形波パルスで圧電素子を駆動すると、その電圧の変化点において過大な電流が流れるとととなる。近年のインクジェットヘッドは多ノズル化しており、同時に駆動する圧電素子の数も増えたため、この電流がピークで数アンペアに達する場合もあり、更に、この圧電素子に付与される矩形波パルスの立ち上がり時間ならびに立ち下がり時間を短くするための過大な圧電素子駆動電流は、図に示すとおり制御回路のグランドを経由して圧電素子駆動電源に戻る経路を形成し、これにより制御回路のグランドレベルが不安定となり、誤動作の原因になるといった不具合を生じていた。
本発明はこれら不具合を解消するためになされたものである。

本発明のインクジェット記録装置においては、圧電材料に複数の駆動波形を所定のタイミングで印加する圧電素子駆動回路と、画像データに応じて駆動波形を圧電素子に選択的に出力するようこれを制御する制御回路とを、各々個別に接地するよう設けて構成した。

本発明のインクジェット記録装置によれば、インクジェットヘッドの吐出周波数をより高くすることができ、高解像度印字においても高速で印字することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明のインクジェット記録装置を詳細に説明する。
図１は、本発明のインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドを駆動する基本回路構成を示すブロック図であり、制御回路９３は、印刷するデータに基づいてインクジェットヘッド１０内の圧電素子を選択的に駆動するとともに、所定のタイミングで圧電素子駆動回路９１に作用する信号を発生するよう構成されている。圧電素子駆動回路９１は、圧電素子駆動電圧ＨＶを、ＦＥＴなどの低インピーダンスの高速スイッチ素子９１１１，９１１２によりインクジェットヘッド１０の圧電素子に印加する第１共通パルス発生部９１１と、圧電素子駆動電圧ＨＶを２分の１にする回路、ならびにＦＥＴなどの低インピーダンスの高速スイッチ素子９１２１、９１２２で第２の共通パルスを発生する第２共通パルス発生部９１２により構成される。
スイッチ素子９１１１，９１１２および９１２１，９１２２は、制御回路９３によるオン、オフのタイミング信号でスイッチされる。図４において、信号ＨonがＨレベルのとき、ＬonはＬレベルとなり、第１共通パルス発生部９１１のスイッチ素子９１１１がオン、スイッチ素子９１１２がオフとなり、インクジェットヘッド１０の圧電素子には電圧ＨＶが印加される。また、同様にＨonがＬレベルのとき、ＬonはＨレベルとなり、第１共通パルス発生部９１１のスイッチ素子９１１１がオフ、スイッチ素子９１１２がオンとなり、インクジェットヘッド１０の圧電素子には電圧０Ｖ（GND）が印加される。また、これらスイッチ素子９１１１と９１１２は同時にオンして電源ＨＶがＧＮＤに短絡されないように、ＨonとＬonは同時にＨレベルとならないよう、制御回路９３において制御される。
このように構成することにより、インクジェットヘッド１０の圧電素子に印加される電圧は、低インピーダンスの高速スイッチ素子によって固定電圧ＨＶまたはＧＮＤに直結するため、駆動波形を立ち上がりおよび立ち下がり時間が短い矩形波パルスとする事ができる。具体的には、およそ１７Ｖの駆動電圧に対して、立ち上がり時間、立下り時間をそれぞれ０．５μS以下にまで短くすると、圧電素子の変形の応答性が改善され、その結果射出周波数を高くすることができる。
また、図４に示される第１の共通パルス立下りから第２の共通パルスの立ち上がりまでの時間Ｔ１２を０．５μS以下にすることができ、これにより射出周波数を向上させることができる。
このように、本願発明のインクジェット記録装置においては、圧電素子駆動回路９１と制御回路９３のＧＮＤをインクジェットヘッド１０以外では接続しないように、各々個別に設けるよう構成したので、インクジェットヘッドだけで接地されている場合に生じる、制御回路を通って圧電素子駆動電源に戻る電流経路は存在しなくなり、制御回路のＧＮＤに過大な電流が流れる事が無くなる。その結果、制御回路９３は過大な電流の影響を受けることなく、安定して動作することが可能となる。
さらに、圧電素子駆動回路９１を図３に示すように、圧電素子に印加する駆動波形をＨにするスイッチ回路（Gate drive）と、駆動波形をＬにするスイッチ回路とを個別に設けて構成してもよく、この構成により、圧電素子に印加される駆動波形の立ち上がりならびに立ち下がりの応答性を更に向上させることが可能となる。
以上の構成により、インクジェットヘッド１０の圧電素子を駆動する矩形波パルスの立ち上がり、立下り時間を０．５μS以下にして、さらに過大になる圧電素子駆動電流で制御回路が誤動作しないＧＮＤの配線を組み合わせることにより、射出周波数の上限を向上させ、安定した動作が行える圧電素子駆動回路を実現する事が可能となる。

本発明のインクジェット記録装置の構成を示す図である。 本発明のインクジェット記録装置の圧電素子駆動回路を示す図である。 本発明のインクジェット記録装置の圧電素子駆動回路を示す図である。 本発明の圧電素子駆動回路を制御する信号を示すタイミングチャートである。 シェアモード型圧電素子インクジェットヘッドの構成を示す図である。 シェアモード型圧電素子インクジェットヘッドの構成を示す図である。 従来のインクジェット記録装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 圧電材料
２ インク吐出チャネル
３ 側壁
４ 電極
５ 天板（カバープレート）
６ 接続電極
７ ノズル（ノズルプレート）
８ 共通インク室
９ 制御回路

Claims (2)

1. 圧電材料により形成された側壁により隔てられた複数のインク吐出チャネルを有し、側壁に形成された電極に駆動波形を印加して側壁を剪断変形させてインク吐出チャネル内のインクをノズルより吐出するインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置において、
   上記圧電材料に複数の駆動波形を所定のタイミングで印加する圧電素子駆動回路と、
   画像データに応じて上記駆動波形を圧電素子に選択的に出力するようこれを制御する制御回路とを有し、
   上記圧電素子駆動回路ならびに制御回路は各々個別に接地されるよう設けられたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 請求項１記載のインクジェット記録装置において、
   上記圧電素子駆動回路は、上記圧電素子に印加する駆動波形をＨにするスイッチ回路と、駆動波形をＬにするスイッチ回路とを個別に設けたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。

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