(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数の圧電素子と各圧電素子に直列に接続されたスイッチング素子とを有する圧電素子駆動回路と、前記圧電素子に給電する直流電源を有する給電回路とを備え、各スイッチング素子を導通させることにより各圧電素子に前記直流電源の電圧を印加させてインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動回路であって、
前記圧電素子の駆動電圧に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオードを前記給電回路の給電出力端子間に接続し、
前記直流電源の電圧を駆動電圧と等しくしたときに比較して、前記各圧電素子の立ち上がり電圧が圧電素子の駆動電圧に早く到達するように、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インクジェットヘッドの圧電素子を駆動するインクジェットヘッドの駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図１１に示すように、並列に接続された複数の圧電素子４〜１２と各圧電素子４〜１２に直列に接続されたトランジスタ１３〜２１とを有する圧電素子駆動回路２と、この圧電素子駆動回路２の各圧電素子４〜１２に給電する電源供給用駆動回路３とを備えたインクジェットヘッドの駆動回路１が知られている。かかる駆動回路１の各トランジスタ１３〜２１は、ベース端子が図示しない印字信号発生回路に接続され、この印字信号発生回路から出力される印字信号によって導通するようになっている。トランジスタ１３〜２１の導通により、対応する圧電素子４〜１２は給電回路３により給電される。給電された圧電素子はインクジェットヘッドの圧力発生室側（図示せず）に歪みを生じ、この歪みによる押圧力によりノズル孔（図示せず）からインクを吐出させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクジェットヘッドの駆動回路１においては、印字の際に駆動させる圧電素子の数は印字する字体の形状によって異なる。
【０００４】
ここで、各圧電素子４〜１２の静電容量をＣ、内部抵抗をＲとし、この圧電素子４〜１２のうち、ｎ個のものに給電回路３から電圧Ｖ0を印加すると、圧電素子の電圧は、Ｖ0×｛１−ｅｘｐ（−ｔ／ｎＣＲ）｝（ｔ：時間）の曲線にしたがって立ち上がる。
【０００５】
この曲線によれば、圧電素子の電圧の立ち上がり方は、図１２に示すように、駆動させる圧電素子の個数ｎに応じて変動する。すなわち、インクが吐出するノズルの数が多くなるほど電圧の立ち上がりが遅くなり、インクの吐出速度が低下する。つまり、ノズル数によってインクの吐出速度は変動し、この結果、インクの吐出速度が一定せず、印字の品質が低下する問題があった。
【０００６】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、駆動させる圧電素子数が変動しても圧電素子の電圧の立ち上がりのバラツキを小さくすることのできるインクジェットヘッドの駆動回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、並列に接続された複数の圧電素子と各圧電素子に直列に接続されたスイッチング素子とを有する圧電素子駆動回路と、前記圧電素子に給電する直流電源を有する給電回路とを備え、各スイッチング素子を導通させることにより各圧電素子に前記直流電源の電圧を印加させてインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動回路であって、
前記圧電素子の駆動電圧に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオードを前記給電回路の給電出力端子間に接続し、
前記直流電源の電圧を駆動電圧と等しくしたときに比較して、前記各圧電素子の立ち上がり電圧が圧電素子の駆動電圧に早く到達するように、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るインクジェットヘッドの駆動回路の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
インクジェットヘッドの駆動回路３０は、図１に示すように、並列に接続された複数の圧電素子Ａ1、Ａ2、・・・ＡN-1、ＡNと各圧電素子Ａ1〜ＡNに直列に接続されたトランジスタ（スイッチング素子）Ｂ1、Ｂ2、・・・ＢN-1、ＢNとを有する圧電素子駆動回路３１と、圧電素子駆動回路３１に給電する給電回路３２とから構成されている。
【００１０】
各圧電素子Ａ1〜ＡNの一端はトランジスタＢ1〜ＢNのコレクタ端子と接続している。また、トランジスタＢ1〜ＢNのエミッタ端子は接地され、ベース端子は図示しない印字信号発生回路に接続している。各トランジスタＢ1〜ＢNは、印字信号発生回路が出力する印字信号１#〜Ｎ#がベース端子に入力することによりオンするようになっている。
【００１１】
給電回路３２は、図２に示すように、パルス信号発生回路４０から出力されたパルス信号Ｄのノイズを除去するシュミット回路４１，４２と、シュミット回路４１，４２から出力されるパルス信号Ｄによって導通するトランジスタ４３と、トランジスタ４３が導通している間導通して、直流電源４７の電圧Ｖ2を抵抗５２を介して出力端子４９に印加させるトランジスタ４４と、シュミット回路４１，４２から出力されるパルス信号Ｄによって導通するトランジスタ４５と、トランジスタ４５が非導通のときに導通して出力端子４９を抵抗５２，５３を介して接地するトランジスタ４６とを備えている。出力端子４９にはツェナーダイオード５１のカソードが接続され、接地された出力端子５０にはツェナーダイオード５１のアノードが接続されている。ここで、ツェナーダイオード５１は、圧電素子Ａ1〜ＡNの駆動電圧Ｖ1に等しいツェナー電圧を有する。また、直流電源４７の電圧Ｖ2は、圧電素子Ａ1〜ＡNの駆動電圧Ｖ1よりも大きく設定されている。
【００１２】
次に、インクジェットヘッドの駆動回路３０の作用について説明する。
【００１３】
例えば、印字信号１#がトランジスタＢ1のベース端子に入力すると、トランジスタＢ1が導通する。他方、図４に示すように、パルス信号発生回路４１からパルス信号Ｄが出力されるとトランジスタ４３が導通してトランジスタ４４が導通するので、給電回路３２の直流電源４７によって圧電素子Ａ1のみが給電される。その後、パルス信号Ｄのオフによりトランジスタ４４とともにトランジスタ４５がオフしてトランジスタ４６が導通するので圧電素子Ａ1は放電し、その後、印字信号１#はオフになる。圧電素子Ａ1への給電により従来と同様にして圧電素子Ａ1に対応したノズル孔からインクが吐出される。同様にして、他の印字信号２#〜Ｎ#がトランジスタＢ1〜ＢNのベース端子に入力すると、各圧電素子Ａ1〜ＡNに対応したノズル孔からインクが吐出して印字が行われる。
【００１４】
ここで、各圧電素子Ａ1〜ＡNに、給電回路３２の直流電源４７によって電圧ＶXで給電した場合、圧電素子の立ち上がり電圧Ｖは、Ｖ＝ＶX×｛１−ｅｘｐ（−ｔ／ｎＣＲ）｝として表される。ただし、ｔは時間、Ｃは各圧電素子Ａ1〜ＡNの静電容量、Ｒは抵抗５２の抵抗値、ｎは圧電素子の駆動数である。
【００１５】
図３に示すように、全ての圧電素子Ａ1〜ＡNを駆動し（ｎ＝Ｎ）、直流電源４７の電圧ＶXを各圧電素子Ａ1〜ＡNの駆動電圧Ｖ1と等しくすると（ＶX＝Ｖ1）、曲線（１）に示すように、圧電素子の電圧の立ち上がりは緩慢なものとなり、時間ｔNで圧電素子Ａ1〜ＡNの立ち上がり電圧Ｖは駆動電圧Ｖ1に達する。これに対して、直流電源４７の電圧ＶXを駆動電圧Ｖ1よりも高い電圧Ｖ2とすると（ＶX＝Ｖ2）、この電圧Ｖ2が電圧Ｖ1よりも高いことにより、曲線（２）に示すように、曲線（１）よりも立ち上がりの緩慢さは少なく、ｔNよりも早い時間ｔN’に、圧電素子Ａ1〜ＡNの立ち上がり電圧Ｖは駆動電圧Ｖ1に達する。
【００１６】
また、圧電素子Ａ1〜ＡNのうち１つを駆動し（ｎ＝１）、直流電源４７の電圧ＶXを各圧電素子Ａ1〜ＡNの駆動電圧Ｖ1と等しくすると（ＶX＝Ｖ1）、圧電素子の電圧Ｖは、曲線（３）に示すように立ち上がり、時間ｔ1で圧電素子の立ち上がり電圧Ｖは駆動電圧Ｖ1に達する。これに対して、直流電源４７の電圧ＶXを電圧Ｖ2とすると（ＶX＝Ｖ2）、この電圧Ｖ2が電圧Ｖ1よりも高いことにより、曲線（４）は、曲線（３）よりも急激に立ち上がり、ｔ1よりも早い時間ｔ1’に、圧電素子の立ち上がり電圧Ｖは駆動電圧Ｖ1に達する。
【００１７】
図３から明らかなように、Ｎ個における圧電素子の立ち上がり電圧Ｖが駆動電圧Ｖ1に達するのに要する時間と、１個における圧電素子の立ち上がり電圧Ｖが駆動電圧Ｖ1に達するのに要する時間との差において、時間差（ｔN−ｔ1）よりも時間差（ｔN’−ｔ1’）のほうの時間は短くなる。すなわち、直流電源４７の電圧ＶXを駆動電圧Ｖ1よりも高い電圧Ｖ2とすると、圧電素子の電圧Ｖが駆動電圧Ｖ1に達するまでのバラツキ時間を緩和する結果となる。
【００１８】
また、ツェナー電圧Ｖ1のツェナーダイオード５１が給電回路３２の出力端子４９，５０間に接続されていることにより、直流電源４７の電圧ＶXを圧電素子の駆動電圧Ｖ1よりも大きいＶ2としても各圧電素子Ａ1〜ＡNには駆動電圧Ｖ1を越える電圧（曲線（１）及び（３）の点線の部分）が印加されず、駆動電圧Ｖ1に維持され、圧電素子に故障が生じない。
【００１９】
実際に、図２に示す給電回路によって、駆動電圧Ｖ1が２０Ｖである圧電素子を１６個駆動し（ｎ＝１６）、直流電源４７の電圧ＶXを３０Ｖとすると、図６に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Ｖが駆動電圧Ｖ1（Ｖ1＝２０Ｖ）に達するのに要する時間ｔ16’は、２．５８ｕｓｅｃであった。また、圧電素子を１個駆動すると（ｎ＝１）、図７に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Ｖが駆動電圧Ｖ1（Ｖ1＝２０Ｖ）に達するのに要する時間ｔ1’は、０．２６ｕｓｅｃであった。これらの結果から、ｔ16’とｔ1’の差（ｔ16’−ｔ1’）をとると、２．３２ｕｓｅｃとなる。すなわち、立ち上がりのバラツキ時間は２．３２ｕｓｅｃで済むことになる。
【００２０】
これに対して、図５に示すツェナーダイオードを接続しない給電回路によって、駆動電圧Ｖ1が２０Ｖである圧電素子を１６個駆動し（ｎ＝１６）、直流電源４７の電圧ＶXを２０Ｖとすると、図８に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Ｖが駆動電圧Ｖ1（Ｖ1＝２０Ｖ）に達するのに要する時間ｔ16は、７．６４ｕｓｅｃであった。また、圧電素子を１個駆動すると（ｎ＝１）、図９に示すように圧電素子の立ち上がり電圧Ｖが駆動電圧Ｖ1（Ｖ1＝２０Ｖ）に達するのに要する時間ｔ1は、０．９９ｕｓｅｃであった。すなわち、ｔ16とｔ1の差（ｔ16−ｔ1）である立ち上がりのバラツキ時間は、６．６５ｕｓｅｃとなる。
【００２１】
図１０にこれらの結果を示している。このように、直流電源４７の電圧ＶXを圧電素子の駆動電圧Ｖ1（Ｖ1＝２０Ｖ）よりも高く設定し（ＶX＝３０Ｖ）、圧電素子の駆動電圧Ｖ1（Ｖ1＝２０Ｖ）に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオード５１を給電回路３２の出力端子４９，５０に接続することにより、圧電素子の電圧Ｖの立ち上がりのバラツキ時間を抑えることができる。また、上記給電回路３２は、給電回路３２の出力端子４９，５０にツェナーダイオード５１を接続し、直流電源４７の電圧ＶXを圧電素子の駆動電圧Ｖ1よりも高くするだけであり、その構成はいたって簡単であり、またコストも低く抑えることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、並列に接続された複数の圧電素子と各圧電素子に直列に接続されたスイッチング素子とを有する圧電素子駆動回路と、前記圧電素子に給電する直流電源を有する給電回路とを備え、各スイッチング素子を導通させることにより各圧電素子に前記直流電源の電圧を印加させてインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動回路であって、
前記圧電素子の駆動電圧に等しいツェナー電圧を有するツェナーダイオードを前記給電回路の給電出力端子間に接続し、
前記直流電源の電圧を駆動電圧と等しくしたときに比較して、前記各圧電素子の立ち上がり電圧が圧電素子の駆動電圧に早く到達するように、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしたものであるから、駆動させる圧電素子の数に変動があっても電圧の立ち上がり方のバラツキが緩和され、印字品質の低下を抑えることができる。また、前記給電回路の給電出力端子間にツェナーダイオードを接続し、前記直流電源の電圧を前記圧電素子の駆動電圧より大きくしただけであり、その構成はいたって簡単であり、またコストも低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のインクジェットヘッドの駆動回路を示す回路図である。
【図２】図１中の給電回路の詳細な回路図である。
【図３】圧電素子に電圧を印加したときの圧電素子の電圧変化を表すグラフである。
【図４】パルス信号Ｄと、印字信号１#，２#と、トランジスタ１３〜１６、圧電素子Ａ1、Ａ2とのタイミングを説明する説明図である。
【図５】従来の給電回路を示す回路図である。
【図６】給電回路３２によって駆動する圧電素子数を１６にした場合の圧電素子の電圧Ｖを示すグラフである。
【図７】給電回路３２によって駆動する圧電素子数を１にした場合の圧電素子の電圧Ｖを示すグラフである。
【図８】図５の従来の給電回路により、駆動する圧電素子数を１６にした場合の圧電素子の電圧Ｖを示すグラフである。
【図９】図５の従来の給電回路により、駆動する圧電素子数を１にした場合の圧電素子の電圧Ｖを示すグラフである。
【図１０】図６〜図９の結果を示す表である。
【図１１】従来のインクジェットヘッド駆動回路を示す回路図である。
【図１２】複数の圧電素子に電圧を印加したときの圧電素子の電圧の立ち上がりを示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ1〜ＡN     圧電素子
３２          給電回路
４７          直流電源
５１          ツェナーダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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