(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを噴射する複数のノズルと、該各ノズルに隣接しインクを満たした複数の圧力室と、該各圧力室へインクを供給するインク流路と、前記圧力室の側壁の一部を形成する隔膜と、該隔膜の外側に配設された複数の圧電素子と、該圧電素子に所定のタイミイングで電圧を印加するＮ個の時分割線と、Ｍ個の選択線とからなり、前記圧電素子を時分割線と選択線の交わる位置に配置し、一方の電極を時分割線に、他方の電極を選択線に接続するインクジェットプリンタのマトリックス駆動方式において、
各時分割線に対して待機時電位と駆動電位と非駆動電位とを供給し、該電位を選択して駆動する時分割ドライバーと、各選択線に対して待機時電位と駆動電位と非駆動電位を供給し、該電位を選択して駆動する時分割ドライバーとを備え、駆動時には、圧電素子両端に待機時電位と駆動電位との駆動差分電圧を印加し、非駆動時には、前記圧電素子両端に前記駆動差分電圧の１／３もしくは−１／３のいずれかが印加されるように、前記分割線及び前記選択線に印加する電位を設定したことを特徴とするインクジェットプリンタのマトリックス駆動方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタのマトリックス駆動方式に係り、複数の圧電素子でインクを発射して印字を行うインクジェットプリンタのマトリックス駆動に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電素子を駆動源としたインクジェットプリンタの駆動原理を説明する。図５は、従来におけるインクジェットプリンタのノズルユニットの略示断面図である。図５において、１はノズル、２は圧力室、３は隔膜、４は圧電素子、５は正電極、６は負電極、７はインク滴、９はインク供給溝、１０はフレームである。
【０００３】
図５に示すように、インク滴７を発射するためのノズル１が圧力室２の一部に開口を有するように配設されている。また、前記圧力室２の他部にはインクを供給するためのインク供給溝９が配設されている。さらに、圧力室２の前記ノズル１の反対側には隔膜３を介して圧電素子４が配設されている。
【０００４】
前記圧電素子４は、例えば電界制御型、図示矢印方向に縮む特性を有するＤ３１タイプのものであり、前記隔膜３との接触側の反対端をフレーム１０に固定すると共に、前記隔膜３との接触側および前記フレーム１０の固定側とに直角な方向の側面には、正電極５および負電極６が形成されている。
【０００５】
ここで、圧電素子４は、前負電極６に対する前記正電極５の電位差（単に、圧電電位差という）にほぼ比例して、図示矢印方向の方向に縮むＤ３１特性を有している。
【０００６】
待機時には圧電素子４に電位差Ｖ０を、駆動時には圧電素子４に圧電電位差Ｖ１を印加することにより、圧電素子４がＤ３１方向に縮んだり、伸びたりし、圧力室２内のインク圧力が変化し、インク滴が前記ノズル１から発射され、被印刷対称物に印刷を行うと共に、インク供給溝９からインク供給が行われている。
【０００７】
近時は、上記ノズルユニットを複数並列に配設されてマルチプリントヘッドが形成され記録速度の向上がはかられている。しかし、さらに高速の印刷速度を得るため、このノズルユニット数を益々増加させることが検討された。このとき、各圧電素子４に電流を供給する配線数が増加するため、実装が困難になる欠点があった。
【０００８】
前記問題を解決するため、マトリックス駆動にすることが提案されている。
これに関するマトリックス駆動に関しては、例えば特開平０６ー０６４１６６号公報記載の技術がある。
【０００９】
上記技術は、同時に印字する複数のノズルの駆動は、ノズル数と同数の充電用のスイッチ手段及び１個の共通の放電用のスイッチ手段を有するドライバ一により、共通電極とノズルと同数の駆動電極間の充電および放電の繰り返すにより行われるものであり、同時に印字するノズル数が増える程、駆動回路が簡素化し、かつ、印字速度の低下を招くことがない優れた方式であつた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平０６−０６４１６６号公報記載の技術である圧電素子を駆動源としたマトリックス駆動においては、駆動電圧の１／２の電圧が、非駆動時に非駆動圧電素子に回り込み電圧となって印加される。このため、非駆動時の非駆動圧電素子が駆動されていないにも拘らず、ノズルからインクが発射されるということがあった。
【００１１】
図６を参照して、前記圧電素子を用いたノズル駆動ユニットにおける待機時と駆動時における圧電素子４の電位差ｄＶ（単に、駆動差分電圧という）と、発射されるインク量との間の関係を説明する。図６は、駆動差分電圧と発射されるインク量との関係を示す線図である。
図６に示す如く、駆動差分電圧ｄＶＸ以下の範囲内に、ノズルからインクが発射されない領域が存在するため、非駆動圧電素子に回り込み電圧が印加されても、そのノズルからインク不発射となるようにすることができる。
【００１２】
しかし、実際には各ノズル特性により、図６に図示される二点鎖線の如く、ばらつきが発生するため、駆動差分電圧の１／２において、そのノズルからインクが微量発射される場合があり、前記発射された微量インクが前記ノズル周囲に付着し、以後正常にインクが発射されなくなるという問題があった。
この問題を解決するため、駆動差分電圧の設定値を下げると、駆動時にノズルから発射されるインクが、必要な量を確保することができないという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点を解決するためなされたものであり、インクジェットプリンタのマトリックス駆動において、非駆動圧電素子に印加される駆動差分電圧を最小限に抑え、非駆動時には、非駆動圧電素子のノズルからインクの発射を防止し、駆動時には、駆動圧電素子のノズルから発射されるインクを必要な量を確保する安価、かつ信頼性の優れたインクジェットプリンタのマトリックス駆動方式を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るインクジェットプリンタのマトリックス駆動方式の構成は、インクを噴射する複数のノズルと、該各ノズルに隣接しインクを満たした複数の圧力室と、該各圧力室へインクを供給するインク流路と、前記圧力室の側壁の一部を形成する隔膜と、該隔膜の外側に配設された複数の圧電素子と、該圧電素子に所定のタイミイングで電圧を印加するＮ個の時分割線と、Ｍ個の選択線とからなり、前記圧電素子を時分割線と選択線の交わる位置に配置し、一方の電極を時分割線に、他方の電極を選択線に接続するインクジェットプリンタのマトリックス駆動方式において、各時分割線に対して待機時電位と駆動電位と非駆動電位とを供給し、該電位を選択して駆動する時分割ドライバーと、各選択線に対して待機時電位と駆動電位と非駆動電位を供給し、該電位を選択して駆動する時分割ドライバーとを備え、駆動時には、圧電素子両端に駆動差分電圧を印加し、非駆動時には、前記圧電素子両端に前記駆動差分電圧の１／３もしくは−１／３のいずれかが印加されるように、前記分割線及び前記選択線に印加される電位を設定したことを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、詳細に説明すれば、時分割線及び選択線に、それぞれ待機時電位と駆動電位と非駆動電位を印加するようにし、時分割線及び選択線に配置したドライバにより、上記各電位を選択して圧電素子に印加する。このとき、非駆動圧電素子の圧電電位差が、駆動差分電圧の１／３もしくは−１／３のいずれかになるように、各線の電位を設定したものである。
【００１６】
図７及び図８を参照して、非駆動圧電素子の圧電電位差が駆動差分電圧の１／３もしくは−１／３とした理由を説明する。
【００１７】
図７は、圧電素子の駆動差分電圧の回り込み電圧の説明図、図８は、図７の回り込み電圧のタイミングチャート説明図である。
駆動差分電圧は、圧電素子に所定の変形動作を行わせ、インクを発射させる。マトリックス駆動方式では、インクを発射しない圧電素子にも駆動差分電圧が回り込んで印加されるが、この値を駆動差分電圧に対して小にし、インクを発射させないようにする。
例えば、ある圧電素子に印加される回り込み駆動差分電圧を１／４にすると、その圧電素子ではインクの発射が完全に阻止される。しかし、他の圧電素子では、回り込み駆動差分電圧が１／２となり、インクの発射が阻止されない。
【００１８】
図７に示す如く、走査電極をＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４の４個とし、信号電極をＹ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、・・Ｙ１６の１６個とする。その交点にノズル、Ｐ１１、Ｐ１２、・・Ｐ１１６、Ｐ２１、・・Ｐ２１６、Ｐ３１、・・Ｐ３１６、Ｐ４１、・・Ｐ４１６が６４個配設されている。
前記走査電極Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４のうち、一個にＶ０を印加し、他の電極には１／３・Ｖ０を印加する。一走査時間を、例えば１２８μｓとすれば、ノズルＰ２２、Ｐ２３を駆動する場合、走査電極Ｘ２がＶ０になるタイミングで、信号電極Ｙ２、Ｙ３を０Ｖ、残りの信号電極Ｙ４、・・Ｙ１６を２／４・Ｖ０が入力されると、ノズルＰ２２、Ｐ２３がＶ０になり、予定の如く、駆動されるが、ノズルＰ２１には順方向に２／４・Ｖ０が印加されインクが発射される。
【００１９】
マトリックス駆動を構成する全ての圧電素子において、その回り込み駆動差分電圧を駆動差分電圧の１／３もしくは−１／３にすることにより、当該圧電素子の最小の変形にする目的を達成することができる。
つまり、時分割線においてそれぞれ、待機時電位をＥ５，駆動時電位をＥ１，非駆動時電位をＥ２とする。選択線においてそれぞれ、待機時電位をＥ６，駆動時電位をＥ３，非駆動時電位をＥ４とする。
【００２０】
また、圧電素子４においてそれぞれ、待機時の圧電電位差をＶ０＝Ｅ５−Ｅ６，駆動時の圧電電位差をＶ１＝Ｅ１−Ｅ３，非駆動時の圧電電位差をＶ２＝Ｅ１−Ｅ４，Ｖ３＝Ｅ２−Ｅ３，Ｖ４＝Ｅ２−Ｅ３とする。
【００２１】
このとき、駆動差分電圧をｄＶ１＝Ｖ１−Ｖ０、非駆動差分電圧をｄＶ２＝Ｖ２−Ｖ０、ｄＶ３＝Ｖ３−Ｖ０、ｄＶ４＝Ｖ４−Ｖ０とすると、ｄＶ２及びｄＶ３がｄＶ１の１／３、もしくはｄＶ４がｄＶ１の−１／３となるように、前記時分割線，選択線の各電位Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６の値を設定する。
【００２２】
下記の〔表１〕及び〔表２〕は、上記関係を満足する組み合わせを複数例示したものである。
【００２３】
【表１】
0003568010.tif 000002
【００２４】
【表２】
0003568010.tif 000003
【００２５】
上記各技術手段の働きは下記のとおりである。
上記の如く構成されたインクジェットプリンタのマトリックス駆動方式は、時分割線及び選択線に駆動電位を選択した場合、圧電素子には待機時電位と駆動電位との駆動差分電圧が作用しインクが発射されるが、時分割線及び選択線のどちらかが非駆動電位を選択した場合、圧電素子には前記駆動差分電圧の１／３もしくは−１／３のいずれかの電圧が印加される。このため、ノズル特性がばらついても非駆動時に非駆動ノズルからはインクが発射しなくなり、マージンが大きくなると共に、駆動時のインク量を増加させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図４を参照しながら説明する。インクジェットプリンターの構成及び基本動作は、従来技術において説明したので省略し、本発明の特徴的な駆動方式について説明する。
【００２７】
〔実施例  １〕
図１は、本発明の一実施例に係るインクジェットブリンターのマトリックス駆動方式の駆動回路図である。
【００２８】
図１に示すように、圧電素子は４１１、４１２、・・４４Ｍの４Ｍ個からなり、例えば１グループがＭ個の４つの時分割グループに分ける。
【００２９】
時分割線は各時分割グループに対応して１１１、１１２、１１３、１１４の４ラインが設けられている。その内、１１１について説明する。
時分割線１１１は、圧電素子４１１の正電極５１１と接続する。時分割駆動電位Ｅ１、例えば２４Ｖ及び時分割非駆動電位Ｅ２、例えば８Ｖを準備する。
【００３０】
ＰＮＰトランジスタ２０１は、エミッタが時分割駆動電位Ｅ１に接続し、コレクタは時分割線１１１に接続されている。
また、ＰＮＰトランジスタ２１１と、これに直列に接続されたＮＰＮトランジスタ２２１と、前記トランジスタ２１１、２２１にそれぞれ並列で、かつ極性を逆にして接続されたダイオード３２１及びダイオード３３１とは、時分割非駆動電位Ｅ２のドライバを形成する。
ＰＮＰトランジスタ２１１のエミッタは、時分割非駆動電位Ｅ２に接続し、そのコレクタはＮＰＮトランジスタ２２１のコレクタに接続する。ＮＰＮトランジスタ２２１のエミッタは、時分割線１１１に接続されている。
【００３１】
同様にして、前記ＰＮＰトランジスタ２０２、・２０４と、前記ＰＮＰトランジスタ２１２、ＮＰＮトランジスタ２２２、トランジスタ２１２、２２２、ダイオード３２２、ダイオード３３２・・からなるドライバとは、前記各時分割グループに対応して４グループを構成し、その接続も上記と同様である。
【００３２】
選択線は、選択グループに対応して１２１、１２２、・・１２ＭのＭラインが設けられている。その内、１２１について説明する。
選択線１２１は、選択グループ内の圧電素子４１１の負電極６１１と接続し、選択駆動電位Ｅ３、例えば０Ｖ及び選択非駆動電位Ｅ４、例えば１６Ｖが準備されている。
【００３３】
ＮＰＮトランジスタ２３１は、エミッタを選択駆動電位Ｅ３に接続し、コレクタを選択線１２１に接続する。
ＰＮＰトランジスタ２４１と、このＰＮＰトランジスタ２４１に並列で、かつ極性を逆にして接続されたダイオード３５１とは、選択非駆動電位Ｅ４のドライバを形成する。前記ＰＮＰトランジスタ２４１のエミッタは、選択非駆動電位Ｅ４に接続され、そのコレクタ２３１は選択線１１１に接続する。
同様にして、前記ＮＰＮトランジスタ２３２、・・２３Ｍと、ＰＮＰトランジスタ２４２、・・２４Ｍ、ダイオード３５２、・・３５Ｍ１からなるドライバとは、各選択グループに対応してＭグループ設けられ、その接続も上記と同様である。
【００３４】
さらに、時分割線１１１、１１２、１１３・・は、それぞれ圧電素子の放電スイッチＨ１、Ｈ２、・・・、Ｈ４のＮＰＮトランジスタ２５１、２５２、・・・２５４のコレクタに接続し、当該ＮＰＮトランジスタ２５１、２５２、・・・２５４のエミッタは、待機時電位Ｅ５、例えば０Ｖに接続する。なお、ＮＰＮトランジスタ２５１、２５２、２５３に・・・は、逆流防止用ダイオード３７１、３７２、・・・、３７４がそれぞれ並列に接続されている。
【００３５】
図２を参照して、図１の駆動方式の動作説明をする。
図２は、図１の駆動回路図のタイミングチャートである。
図中、Ｓ１１〜Ｓ１Ｍ、Ｓ２１〜Ｓ２Ｍ、Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４、Ｄ３１〜Ｄ３４は、それぞれ図１に示すＮＰＮトランジスタ２３１、・・２３Ｍのベース、ＰＮＰトランジスタ２４１、・・２４Ｍのベース、ＰＮＰトランジスタ２０１、・・２０４のベースを示し、ＰＮＰトランジスタ２１１、・・２１４のベースを示し、ＮＰＮトランジスタ２２１、・・２２４のベースを示し、Ｘ１１、・・Ｘ４Ｍは、各圧電素子４１１、４１２・・・４４Ｍの負電極６１１、６１２・・６４Ｍを基準にした正電極５１１、・・５４Ｍの電位差を示すものである。
【００３６】
図２に示す待機時において、Ｈ１、Ｈ２、・・・Ｈ４及びＳ１１、Ｓ１２・・Ｓ１ＭをＯＮとし、全圧電素子の電位差Ｖ０を０Ｖとする。Ｄ１１、Ｄ１２・・Ｄ１４は、順次ＯＮとし時分割線には駆動電位Ｅ１、例えば２４Ｖを印加する。これと同時に、Ｄ３１、Ｄ３２・・Ｄ３４をＯＦＦし、Ｅ２の電位がＥ１から干渉を受けることを防止している。また、時分割グループが非駆動時には、Ｄ２１、Ｄ２２・・Ｄ２４をＯＮとし，Ｅ２、例えば８Ｖを印加する。
【００３７】
選択線側においては、駆動時には、Ｓ１１、Ｓ１２・・Ｓ１ＭをＯＮとし、駆動電位Ｅ３、例えば０Ｖを印加する。非駆動時には、Ｓ２１、Ｓ２２・・Ｓ２ＭをＯＮとし、非駆動電位Ｅ４、例えば１６Ｖを印加する。この結果、駆動圧電素子の電位差Ｘ１１・・は、駆動差分電位ｄＶ１＝２４Ｖとなり、インクを発射する。一方、非駆動圧電素子の電位差Ｘ１Ｍ・・Ｘ２１は、ｄＶ２＝ｄＶ３＝８Ｖ、または電位差Ｘ２Ｍ・・は、ｄＶ４＝−８Ｖの差分電位となり、インクは発射されない。
【００３８】
〔実施例  ２〕
次に、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例は、Ｄ３３方向の圧電素子に適用した駆動方式である。Ｄ３３方向の変位を利用する場合、Ｄ３１方向圧電素子に対し、印加電位と伸縮方向が反対となるため、待機時には圧電素子に電位差を加えておき、駆動時には負の差分電圧を作用させる必要がある。他の部分については、図１の〔実施例  １〕とほぼ共通しているので、特徴部分を中心に説明する。
【００３９】
図３は、本発明の他の一実施例に係るインクジェットブリンターのマトリックス駆動方式の駆動回路図である。図４は、図３の駆動回路図のタイミングチャートである。
図中、Ｓ２１〜Ｓ２Ｍは、ＰＮＰトランジスタ４５１、４５２、・・４５Ｍのベースを示し、Ｓ１１〜Ｓ１ＭはＮＰＮトランジスタ４４１、４４２、・・４４Ｍのベースを示し、Ｄ１１〜Ｄ３４は、ＰＮＰトランジスタ４１１、・・４１４、４２１、・４２４のベース、ＮＰＮトランジスタ４４１、・・４４４のベースを示している。また、Ｘ１１、・・Ｘ４Ｍは、各圧電素子４１１、４１２・・・４４Ｍの負電極６１１、６１２・・６４Ｍを基準にした正電極５１１、・・５４Ｍの電位差、Ｈ１１及びＨ２１、Ｈ１２及びＨ２２、・・・・Ｈ１Ｍ及びＨ２Ｍは圧電素子の放電スイッチを示すものである。
【００４０】
図３、４において、待機時には、Ｄ２１〜Ｄ２４及び放電スイッチＨ１をＯＮとし、時分割線にＥ５、例えば３２Ｖ，選択線にＥ６、例えば８Ｖを印加し、圧電素子合計の圧電電位差を２４Ｖにする。
なお、Ｈ１１をＯＮで、図示矢印Ａ方向に電流が流れることがあるため、ダイオード５２を、また、図示矢印Ｂ方向に電流が流れることがあるため、ダイオード５３を配設したものである。Ｈ２１をＯＦＦで、Ｓ２１がＯＮのとき、図示Ｘ点に１６Ｖが印加されるため、このダイオード５２に電流を流さないようにするため、Ｈ２を配設したものである。
【００４１】
次に、Ｄ１１、Ｄ１２・・Ｄ１４は、順次ＯＮとし、時分割線には駆動電位Ｅ１、例えば１６Ｖを印加する。また、時分割グループが非駆動時には、Ｄ３１、Ｄ３２・・Ｄ３４をＯＮとし，Ｅ２、例えば３２Ｖを印加する。
【００４２】
Ｄ３１、Ｄ３２・・Ｄ３４がＯＮにおいて、Ｄ２１、Ｄ２２・・Ｄ２４をＯＦＦとして、Ｅ１の電位がＥ３の干渉を受けることを防止する。
選択線側においては、駆動時には、Ｓ２１、Ｓ２２・・Ｓ２ＭがＯＮとなり駆動電位Ｅ３＝１６Ｖが印加され、非駆動時には、Ｓ１１、Ｓ１２・・Ｓ１ＭがＯＮとなり非駆動電位Ｅ４＝０Ｖが印加される。Ｓ１１、Ｓ１２・・Ｓ１ＭがＯＮの時、Ｈ２をＯＦＦとして、Ｅ６の電位がＥ３の干渉を受けることを防止している。
この結果、駆動圧電素子の電位差Ｘ１１、Ｘ１２・・は、駆動差分電位ｄＶ１＝−２４となり、インクを発射する。一方、非駆動圧電素子の電位差Ｘ１Ｍ、Ｘ２１・・は、ｄＶ２＝ｄＶ３＝−８Ｖ、または電位差Ｘ２Ｍ・・は、ｄＶ４＝８Ｖの差分電位となり、インクは発射されない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、マトリックス駆動において非駆動の圧電素子に作用する差分電圧を、駆動差分電圧の１／３もしくは−１／３までに抑えることが可能であり、非駆動圧電素子からインクが漏れるなどの問題が解決され、安価で信頼性の優れたインクジェットプリンタを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るインクジェットブリンターのマトリックス駆動回路図である。
【図２】図１の駆動回路図のタイムチャートである。
【図３】本発明の他の一実施例に係るインクジェットブリンターのマトリックス駆動回路図である。
【図４】図３の駆動回路図のタイムチャートである。
【図５】従来におけるインクジェットプリンタのノズルユニットの略示断面図である。
【図６】圧電素子の駆動差分電圧と発射されるインク量との関係を示す線図である。
【図７】圧電素子の駆動差分電圧の回り込み電圧の説明図である。
【図８】図７の回り込み電圧のタイミングチャート説明図である。
【符号の説明】
１…ノズル
２…圧力室
３…隔膜
４…圧電素子
５…正電極
６…負電極
７…インク滴
９…インク供給溝
１０…フレーム
１１…時分割線の総称
１２…選択線の総称
２０、２１、２４…ＰＮＰトランジスタの総称
２２、２３、２５…ＮＰＮトランジスタの総称
３２、３３、３５…ダイオードの総称
４１、４２、４５、４６…ＰＮＰトランジスタの総称
４３、４４、４７…ＮＰＮトランジスタの総称
４８、４９、５０、５１、５２、５３…ダイオードの総称
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４…走査電極
Ｙ１、Ｙ２、・・Ｙ１６…信号電極
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２…圧電スイッチの放電スイッチ
Ｐ１１、Ｐ１２、・Ｐ１１６、・・Ｐ４１、・Ｐ４１６…ノズル
Ｓ１１・・Ｓ１Ｍ…ＮＰＮトランジスタ２３、・・４４のベース
Ｓ２１・・Ｓ２Ｍ…ＰＮＰトランジスタ２４、・・４５のベース
Ｄ１１、・・Ｄ１４…ＰＮＰトランジスタ２０、・・４１のベース
Ｄ２１、・・Ｄ２４…ＰＮＰトランジスタ２１１、・・２１４のベース
Ｄ３１、・・Ｄ３４…ＮＰＮトランジスタ２２、４４のベース
Ｘ１１、・・Ｘ４Ｍ…圧電素子の正電極の電位差
【図１】
0003568010.tif 000004
【図２】
0003568010.tif 000005
【図３】
0003568010.tif 000006
【図４】
0003568010.tif 000007
【図５】
0003568010.tif 000008
【図６】
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【図７】
0003568010.tif 000010
【図８】
0003568010.tif 000011