【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はヘッド駆動装置及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧室、液室、加圧室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆる圧電型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドを複数搭載してカラー記録を行う場合、ヘッドの噴射特性（インク滴速度Ｖｊ、インク滴量Ｍｊ）にはバラツキがあり、このバラツキを補正して、各ヘッド間で一定のインク滴速度Ｖｊ及びインク滴量Ｍｊを確保するためには、各ヘッドの噴射特性に応じた駆動波形を設定できるようにすることが好ましい。
【０００５】
そこで、例えば特開平２００１−４７６１４号公報に記載されているように、プリントヘッド毎、あるいはノズル列毎に駆動波形生成デ−タ補正手段、および駆動波形生成手段を備え、記録用紙上で同一インク吐出量、同一インク滴着弾位置が得られるように駆動波形生成デ−タに補正を加えるようにしたインクジェット記録装置が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェット記録装置にあっては、ヘッド毎ないしはノズル列毎に駆動波形生成手段を設けるが、駆動波形生成手段はメモリ、Ｄ／Ａ変換器、電圧増幅部、電流増幅部などを有するので、このような構成部品をヘッド毎またはノズル毎に設けることは部品点数が多くなり、コストが高くなるという課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで各ヘッド間の噴射特性のバラツキを補正できるヘッド駆動装置及びこのヘッド駆動装置を備えて高画質記録を可能にしたインクジェット記録装置装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るヘッド駆動装置は、各ヘッドに与える駆動波形を生成する共通の波形生成部と、この共通の波形生成部から出力される駆動波形の電圧を増幅する共通の電圧増幅部と、この共通の電圧増幅部から出力される駆動波形を各ヘッド毎に分配する各ヘッド毎の波形分割部と、駆動波形の電圧を可変する各ヘッド毎の電圧可変部と、駆動波形の電流を増幅する各ヘッド毎の電流増幅部とを有する構成としたものである。
【０００９】
ここで、波形分割部はエミッタフォロア型のトランジスタで構成されていることが好ましい。また、電圧可変部はデジタル信号入力によって出力電圧を可変できることが好ましい。
【００１０】
本発明に係るヘッド駆動装置は、各ヘッドに与える駆動波形を生成する共通の波形生成部と、この共通の波形生成部から出力される駆動波形の電圧を増幅する各ヘッド毎の電圧増幅部と、この電圧増幅部から出力される駆動波形の電流を増幅する各ヘッド毎の電流増幅部とを有する構成としたものである。
【００１１】
ここで、電圧増幅部はオペアンプと複数の入力抵抗を有し、デジタル信号入力に応じて入力抵抗を選択することで増幅率が可変できることが好ましい。
【００１２】
本発明に係るインクジェット記録装置は、複数のインクジェットヘッドを駆動するための本発明に係るヘッド駆動装置を備えている構成としたものである。
【００１３】
なお、本明細書において、「複数の液滴吐出ヘッド」あるいは「複数のインクジェットヘッド」とは、物理的に独立したヘッド、及び、物理的には一体であるが機能的に独立したヘッドのいずれも含む意味で用いる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００１５】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００１６】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００１７】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクをヘッド１４内に供給する。
【００１８】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００１９】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板と、この振動板を圧電素子で変形させるピエゾ型インクジェットヘッドを用いている。
【００２０】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２１】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２２】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００２３】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００２４】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００２５】
次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２６】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路板４１と、この流路板４１の下面に接合した振動板４２と、流路板４１の上面に接合したノズル板４３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４５がノズル連通路４５ａを介して連通するインク流路である加圧室４６、加圧室４６にインクを供給するための共通液室４８にインク供給口４９を介して連通する流体抵抗部となるインク供給路１７を形成している。
【００２７】
そして、振動板４２の外面側（液室と反対面側）に各加圧室４６に対応して加圧室４６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子５２を接合し、この圧電素子５２をベース基板５３に接合している。また、圧電素子５２の間には加圧室４６、４６間の隔壁部４１ａに対応して支柱部５４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子５２と支柱部５４して形成している。支柱部５４も構成は圧電素子５１と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２８】
さらに、振動板４２の外周部はフレーム部材４４にギャップ材を含む接着剤５０にて接合している。このフレーム部材４４には、共通液室４８となる凹部、この共通液室４８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材４４は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００２９】
ここで、流路板４１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ノズル連通路４５ａ、加圧室４６、インク供給路４７となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。
【００３０】
振動板４２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板４２は加圧室４６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部（ダイアフラム部）５５及び圧電素子５２と接合するための厚肉部（島状凸部）５６を形成するとともに、支柱部５４に対応する部分及びフレーム部材４４との接合部にも厚肉部５７を形成し、平坦面側を流路板４１に接着剤接合し、島状凸部５６を圧電素子５２に接着剤接合し、更に厚肉部５７を支柱部５４及びフレーム部材４４に接着剤５０で接合している。なお、ここでは、振動板４２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部５５の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３１】
ノズル板４３は各加圧室４６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４５を形成し、流路板４１に接着剤接合している。このノズル板４３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４３の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４５の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
【００３２】
また、ノズル板４３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３３】
圧電素子５２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層６１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層６２とを交互に積層したものであり、内部電極６２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極６３、共通電極６４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子５２の伸縮により加圧室４６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子５２に駆動信号が印加され充電が行われると図３中の矢印Ａ方向に伸長し、また圧電素子５２に充電された電荷が放電すると矢印Ａ方向とは反対方向に収縮するようになっている。
【００３４】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極６３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子５２で導通した共通電極６４となる。
【００３５】
そして、圧電素子５２の個別電極６３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル６５を接続し、このＦＰＣケーブル６５には各圧電素子５２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極６４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル６５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３６】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子５２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子５２に積層方向の変位が生起し、振動板４２を介して加圧室４６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００３７】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧室４６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧室４６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室４８に流入し、共通液室４７からインク供給口４９を経て流体抵抗部４７を通り、加圧室４６内に充填される。
【００３８】
なお、流体抵抗部４７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部４７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００３９】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図６を参照して説明する。
この制御部は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュータ（以下、「ＣＰＵ」と称する。）８０と、所要の固定情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等として使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像データを処理したデータを格納する画像メモリ８３と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、入力バッファ８５と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、波形生成回路８７と、ヘッド駆動回路８８及びドライバ８９等を備えている。
【００４０】
ここで、ＰＩＯポート８４にはホスト側からケーブル或いはネットを介して画像データなどの各種情報、図示しない操作パネルからの各種指示情報、用紙の始端、終端を検知する紙有無センサからの検知信号、キャリッジ１３のホームポジション（基準位置）を検知するホームポジションセンサ等の各種センサからの信号等が入力され、またこのＰＩＯポート８４を介してホスト側や操作パネル側に対して所要の情報が送出される。
【００４１】
ヘッド駆動回路８８は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる波形データを含む各種データ及び信号に基づいて、駆動波形を生成し、この駆動波形をヘッド１４の各インクジェットヘッドに分配して、ヘッド１４の各インクジェットヘッドの選択されたチャンネルの圧電素子５２に対して駆動波形を印加する。さらに、ドライバ８９は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる駆動データに応じて主走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制御することで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査し、搬送ローラ２４を回転させて用紙３を所定量搬送させる。
【００４２】
次に、この制御部における本発明に係るヘッド駆動装置の第１実施形態について図７を参照して説明する。
ここでは、記録ヘッド１４は、イエローのインク滴を吐出するためのインクジェットヘッドＨＹ、マゼンタのインク滴を吐出するためのインクジェットヘッドＨＭ、シアンのインク滴を吐出するためのインクジェットヘッドＨＣ、ブラックのインク滴を吐出するためのインクジェットヘッドＨＢとで構成している。
【００４３】
また、各ヘッドＨＹ、ＨＭ、ＨＣ、ＨＢは、複数（ここでは３２個とする。）のノズル４５に対応する３２個のエネルギー発生素子である圧電素子５２を有し、各圧電素子５２の一方の電極は共通化して共通電極Ｃｏｍ（上記の共通電極６４である。）とし、他方の電極は各圧電素子８２毎に個別化して選択電極ＳＥＬ（上記の個別電極６３である。）としている。なお、実際にはノズル４５は２列設けているので、６４個のノズル４５を有することになる。
【００４４】
このヘッドを駆動制御するためのヘッド駆動制御部は、前記ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び周辺回路を含む主制御部１０１と各インクジェットヘッドを駆動するためのヘッド駆動装置であるヘッド駆動部１０２を備えている。
【００４５】
主制御部１０１は、パ−ソナルコンピュ−タ等のホスト側から与えられる画像情報を入力して、ヘッド駆動部１０２に対してヘッド１４を駆動するタイミングに合わせて、８ｂｉｔの電圧デ−タを順次ヘッド駆動部１０２に与える。また、主制御部１０１は、インクを噴射させるノズルを指定するためのシリアルデ−タＳＤ（ノズルデ−タ）とシフトクロックＳＣＬＫ、ラッチ信号／ＬＡＴをヘッド駆動部１０２に与える。さらに、主制御部１０１は、駆動波形の電圧値を可変するための電圧値選択データＳＶｐをヘッド駆動部１０２に与える。
【００４６】
ヘッド駆動部１０２は、主制御部１０１から与えられる電圧データをＤ／Ａ変換して駆動波形Ｐｖを生成出力する各ヘッドＨＹ、ＨＭ、ＨＣ、ＨＢに共通の波形生成部であるＤＡＣ１１１と、この共通のＤＡＣ１１１から出力される駆動波形Ｐｖの電圧を増幅する共通の電圧増幅部であるアンプ１１２と、この共通の電圧増幅部であるアンプ１１２から出力される駆動波形Ｐｖを各ヘッド毎に分配する波形分割部１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｂと、各波形分割部１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｂから出力される駆動波形Ｐｖの電圧を主制御部１０１から与えられる電圧値選択データＳＶｐに基づいて可変する各ヘッド毎の電圧可変部１１４Ｙ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｂと、駆動波形Ｐｖの電流を増幅する各ヘッド毎の電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂと、駆動するノズルを選択する各ヘッド毎のＰＺＴ選択回路１１６Ｙ、１１６Ｍ、１１６Ｃ、１１６Ｂを有している。
【００４７】
ＤＡＣ１１１は、主制御部１０１から与えられた電圧デ−タを例えば０Ｖ〜２Ｖの出力範囲を８ｂｉｔの分解能で出力する。８ｂｉｔのデ−タ入力ステップが２５０ｎｓの場合、立ち上がり時定数ｔｒ＝５ｕｓ、Ｖｐ＝３０Ｖ（フルスケ−ル）のとき、ＤＡＣ１１の出力は２０ステップの時間刻みで、約０．１Ｖ／ステップで０〜２Ｖまで上昇する。駆動波形の立下り時も同様に、立下り時定数ｔｆ＝１０ｕｓであれば、４０ステップで５〜３Ｖまで下降する。また、駆動波形に要する時間（立ち上がり開始から、立下り終了までの時間）が５０ｕｓとすると、２００ステップでフルスケ−ル５Ｖの駆動波形が形成され、ヘッドの駆動タイミングに合わせて繰り返し出力される。
【００４８】
アンプ１１２は、ＤＡＣ１１から出力された駆動波形Ｐｖを３〜３０Ｖ（フルスケ−ル時）の範囲でＤＡＣ出力レベルに応じて電圧増幅する。
【００４９】
波形分割部１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｂは、エミッタフォロア型のトランジスタ回路を構成するＮＰＮトランジスタＱ１とＰＮＰトランジスタＱ２とからなり、ＮＰＮトランジスタＱ１に電源電圧Ｖ１を供給している。電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂは、ＮＰＮトランジスタＱ３とＰＮＰトランジスタＱ４とからなり、ＮＰＮトランジスタＱ３に電源電圧Ｖ２を供給している。この電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂを構成するトランジスタＱ３、Ｑ４は、駆動する容量性負荷（ＰＺＴ）を充放電させるに十分な電流容量が必要である。
【００５０】
電圧可変部１１４Ｙ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｂは、図８に示すように、三端子レギュレータ１２１と抵抗選択回路１２２とからなる。三端子レギュレータ１２１は、電圧入力端子Ｖｉｎに定電圧源を供給することによって、調整端子ａｄｊと電圧出力端子Ｖｏｕｔ間に接続した抵抗Ｒ１ａと調整端子ａｄｊと接地間に接続した抵抗選択回路１２２の抵抗値Ｒ２とに応じた電圧を電圧出力端子Ｖｏｕｔから出力するものであり、例えばナショナルセミコンダクタ製のＬＭ３１７Ｔ（商品名）などを用いることができる。したがって、この三端子レギュレータ１２１からの出力電圧Ｖｏｕｔは、例えば、Ｖｏｕｔ＝１．２５×（１＋Ｒ２／Ｒ１）で定まることになる。
【００５１】
抵抗選択回路１２２は、抵抗Ｒｓと、抵抗Ｒｐとスイッチング用のトランジスタＱ１１〜Ｑ１３で選択される抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３との並列回路を直列に接続してなり、例えばテキサスインストルメント製ＳＮ７４０６（商品名）などを用いて構成することができる。この抵抗選択回路１２２には、前述した主制御部１０１からの電圧値選択信号ＳＶｐ１〜ＳＶｐ３をトランジスタＱ１１〜Ｑ１３のベースにそれぞれ入力している。
【００５２】
したがって、三端子レギュレータ１２１に定電圧Ｖｐｐを与えると共に、主制御部１０１から３ビットの電圧値選択信号ＳＶｐ１〜ＳＶｐ３を抵抗選択回路１２２に与えることによって、三端子レギュレータ１２１の出力電圧Ｖｏｕｔを最大８種類のレベルで変化させることができる。
【００５３】
そこで、この電圧可変部１１４Ｙ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｂの各電圧ＶｏｕｔをそれぞれダイオードＤｋ１〜Ｄｋ４を介して各ヘッド毎の電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂの入力側に与えている。
【００５４】
これにより、上記電圧増幅部１１２の出力▲１▼の電圧はダイオ−ドＤｋ１〜Ｄｋ４（降下電圧Ｖｄ） によって、（Ｖｏｕｔ＋Ｖｄ）のレベルにクリップされて電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂの入力端子▲２▼に入力される。すなわち、電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂの入力電圧Ｖｐｉｎは、Ｖｐｉｎ＝Ｖｏｕｔ＋Ｖｄ、となり、この入力電圧Ｖｐｉｎが電流増幅されてヘッド駆動電圧Ｖｐを有する駆動波形が各ヘッドのＰＺＴ選択回路１１６Ｙ、１１６Ｍ、１１６Ｃ、１１６Ｂに与えられる。
【００５５】
このように、電圧可変部をデジタル信号入力によって出力電圧を可変できる構成とすることにより、デジタル信号で駆動波形の電圧を可変することができ、簡単に精度良く制御することができるようになる。
【００５６】
この場合の電圧増幅部１１２からの出力波形と電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂの入力波形の一例を図９に示している。
【００５７】
また、電圧可変部１１４Ｙ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｂは、例えば図１０に示すように、抵抗Ｒ３１と可変抵抗Ｒ３２との分圧回路を用いることもできる。なお、可変抵抗３２にはコンデンサＣを並列に接続している。
【００５８】
ＰＺＴ選択回路１１６Ｙ、１１６Ｍ、１１６Ｃ、１１６Ｂは、図１１に示すように、主制御部１０１からのシフトクロック信号ＣＬＫ、およびシリアルデータＳＤを入力とする６４ビットのシフトレジスタ回路１４１と、シフトレジスタ回路１４１の各レジスト値をラッチ信号／ＬＡＴによってラッチするための６４ビットのラッチ回路１４２と、６４ビットのレベルシフタ回路１４３と、レベルシフタ回路１４３の出力でオン／オフが制御されるアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳ６４からなるスイッチアレイ１４４とを有している。このアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳ６４はそれぞれ各ＰＺＴ（圧電素子）５２の選択電極に接続され、前述した駆動波形が入力されている。
【００５９】
そして、シフトレジスタ回路１４１でシフトクロック信号ＣＬＫに応じてシリアルデータＳＤを取りこみ、ラッチ信号／ＬＡＴによって取りこんだシリアルデ−タをラッチ回路１４２でラッチしてレベルシフタ回路１４３に入力する。このレベルシフタ回路１４３は、データの内容に応じて各ＰＺＴ（圧電素子）５２に接続されるアナログスイッチＡＳをオンすることで、駆動波形Ｐｖが選択されたＰＺＴ５２に印加される。
【００６０】
このように構成したヘッド駆動制御部においては、主制御部１０１から８ビットの電圧データを与えることでＤＡＣ１１１から駆動波形Ｐｖが出力され、電圧増幅部であるアンプ１１２で電圧が増幅された後、各ヘッド毎に波形分割部１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｂで分配され、電圧可変部１１４Ｙ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｂで電圧値が可変されて、電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂで電流増幅されて、各ヘッドＨＹ、ＨＭ、ＨＣ、ＨＢのＰＺＴ選択回路１１６Ｙ、１１６Ｍ、１１６Ｃ、１１６Ｂを与えられる。
【００６１】
そして、各ヘッドＨＹ、ＨＭ、ＨＣ、ＨＢのＰＺＴ選択回路１１６Ｙ、１１６Ｍ、１１６Ｃ、１１６Ｂが画像情報（シリアルデータ）に応じてアナログスイッチＡＳをオン／オフ制御して所要の圧電素子５２に駆動波形を印加することによって、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００６２】
ここで、各ＰＺＴ（圧電素子）５２に印加される駆動波形は、ＤＡＣ１１１に入力される８ビットの電圧デ−タ値を２５０ｎｓの時間刻みで制御されるので、電圧値Ｖｐおよび立ち上げ時定数ｔｒはＤＡＣ１１１に入力する電圧デ−タを可変することで容易に制御することができる。
【００６３】
このように、波形生成部及び電圧増幅部を共通化して複数のヘッドを異なる駆動波形で駆動させることができるので、各ヘッドの噴射特性のバラツキ補正や温度特性の補正を低コストで実現することができる。
【００６４】
そして、インクジェット記録装置にこのようなヘッド駆動装置を備えることによってヘッド間のバラツキが低減されて高品質の画像を記録することができる。
【００６５】
次に、本発明に係るヘッド駆動装置の第２実施形態について図１２を参照して説明する。
このヘッド駆動装置は、主制御部１０１から与えられる電圧データをＤ／Ａ変換して駆動波形Ｐｖを生成出力する各ヘッドＨＹ、ＨＭ、ＨＣ、ＨＢに共通の波形生成部であるＤＡＣ１１１と、この共通のＤＡＣ１１１から出力される駆動波形Ｐｖの電圧を主制御部１０１から与えられる電圧値選択データＳＶｐに基づいて可変する各ヘッド毎の電圧増幅部１５２Ｙ、１５２Ｍ、１５２Ｃ、１５２Ｂと、駆動波形Ｐｖの電流を増幅する各ヘッド毎の電流増幅部１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂと、駆動するノズルを選択する各ヘッド毎のＰＺＴ選択回路１１６Ｙ、１１６Ｍ、１１６Ｃ、１１６Ｂを有している。
【００６６】
電圧増幅部１５２Ｙ、１５２Ｍ、１５２Ｃ、１５２Ｂは、ＤＡＣ１１１からの駆動波形をそれぞれのヘッドＨＹ、ＨＭ、ＨＣ、ＨＢに必要な電圧レベルに増幅できるように、増幅率を可変することができる。
【００６７】
この電圧増幅部１５２Ｙ、１５２Ｍ、１５２Ｃ、１５２Ｂは、例えば図１３に示すように、いずれも、オペアンプ１５３と、固定抵抗Ｒｉ０、複数の入力抵抗Ｒｉ１〜Ｒｉ３、フィードバック抵抗Ｒｆ、コンデンサＣｆと、複数の入力抵抗Ｒｉ１〜Ｒｉ３を選択するための電圧値選択データＳＶｐ１〜ＳＶｐ３を入力するトランジスタＱ４１〜Ｑ４３とを有する。
【００６８】
ここで、オペアンプ１５３の＋入力端子には前段のＤＡＣ１１１からの駆動波形Ｐｖが入力電圧Ｖｉｎとして入力される。また、オペアンプ１５３の−入力端子にはフィ−ドバック抵抗Ｒｆと３ビットの入力信号（電圧値選択データ）ＳＶｐ１、ＳＶｐ２、ＳＶｐ３で選択される入力抵抗Ｒｉ１、Ｒｉ２、Ｒｉ３と固定抵抗Ｒｉ０が接続される。
【００６９】
このとき、増幅回路の出力電圧Ｖｐｉｎは、Ｖｐｉｎ ＝ Ｖｉ×（１＋Ｒｆ／Ｒｉ）、となる。なお、Ｒｉは、固定抵抗Ｒｉ０と選択された入力抵抗Ｒｉ１、Ｒｉ２、Ｒｉ３の合成抵抗である。
【００７０】
したがって、所望のヘッド駆動電圧に合わせて８種類の異なる電圧レベルを設定することができる。なお、出力電圧Ｖｐｉｎの最大値は入力抵抗Ｒｉ１、Ｒｉ２、Ｒｉ３が全て選択された場合で、最小値は入力抵抗Ｒｉ１、Ｒｉ２、Ｒｉ３がいずれも選択されず、固定抵抗Ｒｉ０とフィードバック抵抗Ｒｆのみで決まる。
【００７１】
このように、各ヘッドに与える駆動波形を生成する共通の波形生成部を備え、この共通の波形生成部から出力される駆動波形の電圧を増幅する各ヘッド毎の電圧増幅部と、この電圧増幅部から出力される駆動波形の電流を増幅する各ヘッド毎の電流増幅部とを有するることによって、複数のヘッドを異なる駆動波形で駆動させることができるので、ヘッドのバラツキ補正や温度特性の補正を低コストで実現できる。
【００７２】
ここで、電圧増幅部はオペアンプと複数の入力抵抗を有し、デジタル信号入力に応じて入力抵抗を選択することで増幅率が可変できる構成とすることで、簡単に精度良く制御することができるようになる。
【００７３】
なお、上記各実施形態においては、複数のヘッドが個々に独立したヘッドの例で説明してるが、例えば、１つの物理的なヘッドに複数のノズル列を設けて、各ノズル列から異なる色のインク滴を吐出するようにしたマルチノズルヘッド（機能的に複数のヘッドを有する構成）の駆動装置にも同様に適用することができる。また、上記各実施形態では、４個のヘッドのすべてに共通の波形生成部等を設ける例で説明したが、例えば４個のヘッドを２つヘッドのブロックに分割して、各ブロックのヘッドに共通の波形生成部を設ける構成、あるいは、１つのヘッド内のＰＺＴなどの圧力発生手段を複数のブロックに分割し、各ブロック毎に駆動波形を異ならせる場合にも同様に適用することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るヘッド駆動装置によれば、各ヘッドに与える駆動波形を生成する共通の波形生成部と、この共通の波形生成部から出力される駆動波形の電圧を増幅する共通の電圧増幅部とを有する構成としたので、複数のヘッドを異なる駆動波形で駆動させることができ、ヘッド間のバラツキ補正や温度特性の補正を低コストで実現することができる。
【００７５】
また、本発明に係るヘッド駆動装置は、各ヘッドに与える駆動波形を生成する共通の波形生成部を有する構成としたので、複数のヘッドを異なる駆動波形で駆動させることができ、ヘッド間のバラツキ補正や温度特性の補正を低コストで実現することができる。
【００７６】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、複数のインクジェットヘッドを駆動するための本発明に係るヘッド駆動装置を備えているので、低コストで各ヘッド間のバラツキや温度特性を補正して高い品質の画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の一例を示す斜視説明図
【図２】同記録装置の機構部の側断面説明図
【図３】同記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの一例を説明するヘッドの液室長辺方向に沿う断面説明図
【図４】同ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図
【図５】同ヘッドの要部平面説明図
【図６】同記録装置の制御部の概要を説明するブロック図
【図７】本発明に係るヘッド駆動装置の第１実施形態の説明に供するブロック図
【図８】同ヘッド駆動装置の電圧可変部の一例を示す説明図
【図９】同ヘッド駆動装置の電圧増幅部の出力電圧と電流増幅部の入力電圧の関係の一例を説明する説明図
【図１０】同ヘッド駆動装置の電圧可変部の他の例を示す説明図
【図１１】同ヘッド駆動装置のＰＺＴ選択回路の一例を示す説明図
【図１２】本発明に係るヘッド駆動装置の第２実施形態の説明に供するブロック図
【図１３】同ヘッド駆動装置の電圧増幅部の一例を説明する説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、４１…流路板、４２…振動板、４３…ノズル板、４５…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室、５２…圧電素子、１０１…主制御部、１０２…ヘッド駆動装置、１１１…波形生成部（ＤＡＣ）、１１２…電圧増幅部、１１３Ｙ、１１３Ｍ、１１３Ｃ、１１３Ｂ…波形分割部、１１４Ｙ、１１４Ｍ、１１４Ｃ、１１４Ｂ…電圧可変部、１１５Ｙ、１１５Ｍ、１１５Ｃ、１１５Ｂ…電流増幅部、１１６Ｙ、１１６Ｍ、１１６Ｃ、１１６Ｂ…ＰＺＴ選択回路、１５２Ｙ、１４２Ｍ、１５２Ｃ、１５２Ｂ…電圧増幅部。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a head driving device and an ink jet recording device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a plotter includes a nozzle for ejecting ink droplets and an ink flow path (ejection chamber, pressure chamber, pressurizing chamber) communicating with the nozzle. Chamber, liquid chamber, pressurizing chamber, etc.) and a pressure generating means for pressurizing the ink in the ink flow path. The droplet discharge head includes, for example, a droplet discharge head that discharges a liquid resist as droplets, a droplet discharge head that discharges a DNA sample as droplets, and the like, but the following description will focus on an inkjet head.
[0003]
As an ink jet head, a piezoelectric element is used as a pressure generating means for pressurizing ink in an ink flow path, and a diaphragm forming a wall surface of the ink flow path is deformed to change a volume in the ink flow path to discharge ink droplets. The so-called piezoelectric type, or the so-called thermal type, in which ink droplets are ejected with pressure generated by heating ink in the ink flow path using a heating resistor to generate bubbles, An electrostatic type in which a diaphragm and an electrode to be formed are opposed to each other, and the diaphragm is deformed by an electrostatic force generated between the diaphragm and the electrode, thereby changing a volume in an ink flow path and ejecting ink droplets. And others are known.
[0004]
When color recording is performed by mounting a plurality of such ink jet heads, the ejection characteristics (ink droplet speed Vj, ink droplet amount Mj) of the heads vary, and these variations are corrected to maintain a constant value between the heads. In order to secure the ink droplet speed Vj and the ink droplet amount Mj, it is preferable that a drive waveform can be set according to the ejection characteristics of each head.
[0005]
Therefore, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-47614, a drive waveform generation data correction unit and a drive waveform generation unit are provided for each print head or each nozzle row, and the same ink is printed on a recording sheet. 2. Description of the Related Art There is known an ink jet recording apparatus which corrects drive waveform generation data so as to obtain an ejection amount and an identical ink droplet landing position.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional inkjet recording apparatus, the drive waveform generating means is provided for each head or each nozzle row, and the drive waveform generating means includes a memory, a D / A converter, a voltage amplifier, a current amplifier, and the like. Therefore, providing such a component for each head or nozzle has a problem that the number of components increases and the cost increases.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a low cost and a head driving device capable of correcting a variation in ejection characteristics between heads, and an ink jet recording device including the head driving device and enabling high quality image recording. It is intended to provide a device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a head drive device according to the present invention amplifies a common waveform generator that generates a drive waveform to be applied to each head and a voltage of a drive waveform output from the common waveform generator. A common voltage amplifying unit, a waveform dividing unit for each head for distributing a driving waveform output from the common voltage amplifying unit for each head, and a voltage varying unit for each head for varying the voltage of the driving waveform. And a current amplifying unit for each head for amplifying the current of the drive waveform.
[0009]
Here, it is preferable that the waveform dividing section is constituted by an emitter follower type transistor. Further, it is preferable that the voltage variable section can vary the output voltage by digital signal input.
[0010]
The head drive device according to the present invention includes a common waveform generation unit that generates a drive waveform applied to each head, a voltage amplification unit for each head that amplifies a voltage of the drive waveform output from the common waveform generation unit, And a current amplifying unit for each head for amplifying the drive waveform current output from the voltage amplifying unit.
[0011]
Here, it is preferable that the voltage amplifying section has an operational amplifier and a plurality of input resistors, and that the amplification factor can be varied by selecting the input resistors according to the digital signal input.
[0012]
An inkjet recording apparatus according to the present invention has a configuration including a head driving apparatus according to the present invention for driving a plurality of inkjet heads.
[0013]
In the present specification, the term “plurality of droplet discharge heads” or “plurality of inkjet heads” means either a physically independent head or a physically integrated but functionally independent head. It is used in the sense including also.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a mechanism of an ink jet recording apparatus as an image recording apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a side explanatory view of the mechanism.
[0015]
The ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 1, a recording head including an inkjet head mounted on the carriage, an ink cartridge for supplying ink to the recording head, and the like. The printing unit 2 receives the paper 3 fed from the paper feed cassette 4 or the manual feed tray 5, records a required image by the printing mechanism 2, and then discharges the image to the paper output tray 6 mounted on the rear side. Paper.
[0016]
The printing mechanism 2 holds the carriage 13 slidably in the main scanning direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2) by a main guide rod 11 and a sub guide rod 12, which are guide members that are laterally mounted on left and right side plates (not shown). The carriage 13 is provided with an ink jet head 14 for ejecting ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) with the ink droplet ejection direction directed downward. Each ink tank (ink cartridge) 15 for supplying each color ink to the head 14 is exchangeably mounted on the upper side of the carriage 13.
[0017]
The ink cartridge 15 has an upper air port that communicates with the atmosphere, a lower supply port for supplying ink to the inkjet head 14, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the inkjet head 14 by the force is maintained at a slight negative pressure. The ink is supplied from the ink cartridge 15 into the head 14.
[0018]
Here, the carriage 13 is slidably fitted to the main guide rod 11 on the rear side (downstream side in the paper transport direction), and is slidably mounted on the front guide rod 12 (upstream side in the paper transport direction). are doing. In order to move and scan the carriage 13 in the main scanning direction, a timing belt 20 is stretched between a driving pulley 18 and a driven pulley 19 that are driven to rotate by a main scanning motor 17. , And the carriage 13 is reciprocated by the forward and reverse rotation of the main scanning motor 17.
[0019]
Although the heads 14 of each color are used here as the recording head, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of each color may be used. Further, as described later, a vibration plate that forms at least a part of the wall surface of the ink flow path and a piezo-type inkjet head that deforms the vibration plate with a piezoelectric element are used as the head 14 as described later.
[0020]
On the other hand, in order to transport the paper 3 set in the paper cassette 4 to the lower side of the head 14, the paper 3 is guided by the paper feed roller 21 and the friction pad 22, which separate and feed the paper 3 from the paper cassette 4. A guide member 23, a transport roller 24 that reverses and transports the fed paper 3, a transport roller 25 pressed against the peripheral surface of the transport roller 24, and a leading end that defines an angle at which the paper 3 is sent out from the transport roller 24. A roller 26 is provided. The transport roller 24 is driven to rotate by a sub-scanning motor 27 via a gear train.
[0021]
Further, there is provided a printing receiving member 29 which is a paper guide member for guiding the paper 3 sent from the transport roller 24 below the recording head 14 in accordance with the moving range of the carriage 13 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 29 in the paper transport direction, there are provided a transport roller 31 and a spur 32 that are driven to rotate in order to transport the paper 3 in the paper discharge direction. Rollers 33 and spurs 34 and guide members 35 and 36 forming a paper discharge path are provided.
[0022]
At the time of recording, the recording head 14 is driven in accordance with an image signal while moving the carriage 13 to discharge ink on the stopped paper 3 to record one line, and after the paper 3 is conveyed by a predetermined amount, the next paper is transported. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal indicating that the rear end of the sheet 3 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 3 is discharged.
[0023]
Further, a recovery device 37 for recovering from the ejection failure of the head 14 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the moving direction of the carriage 13. The recovery device 37 has a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 13 is moved to the recovery device 37 side during printing standby, the head 14 is capped by the capping means, and the ejection opening (nozzle hole) is kept in a wet state, thereby preventing ejection failure due to ink drying. In addition, by discharging (purging) ink that is not related to printing during printing or the like, the ink viscosity of all the discharge ports is made constant, and stable discharge performance is maintained.
[0024]
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the head 14 is sealed by capping means, bubbles are sucked out of the discharge port with ink by a suction means through a tube, and ink or dust adhered to the discharge port surface. Is removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. The sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) provided at a lower portion of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.
[0025]
Next, an ink jet head constituting the recording head 14 of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of the head along the longitudinal direction of the liquid chamber, FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of the head along the lateral direction of the liquid chamber, and FIG. 5 is an explanatory plan view of a main part of the head.
[0026]
The inkjet head has a flow path plate 41 formed of a single crystal silicon substrate, a vibration plate 42 joined to the lower surface of the flow path plate 41, and a nozzle plate 43 joined to the upper surface of the flow path plate 41, With these, a nozzle 45 for ejecting ink droplets, which is a droplet, is an ink flow path that communicates via a nozzle communication passage 45a. The ink supply path 17 is formed as a fluid resistance portion communicating with the supply port 49.
[0027]
Then, an electromechanical converter which is a pressure generating means (actuator means) for pressurizing ink in the pressurizing chamber 46 corresponding to each pressurizing chamber 46 on the outer surface side (the opposite side to the liquid chamber) of the vibration plate 42. A laminated piezoelectric element 52 as an element is joined, and this piezoelectric element 52 is joined to a base substrate 53. Further, between the piezoelectric elements 52, support columns 54 are provided corresponding to the partition walls 41a between the pressurizing chambers 46, 46. Here, the piezoelectric element member is divided into comb-tooth shapes by subjecting the piezoelectric element member to slit processing by half-cut dicing, and each of the piezoelectric element members is formed by a piezoelectric element 52 and a support portion 54. The structure of the support portion 54 is the same as that of the piezoelectric element 51, but is a simple support since no drive voltage is applied.
[0028]
Further, the outer peripheral portion of the diaphragm 42 is joined to the frame member 44 by an adhesive 50 including a gap material. The frame member 44 has a recess serving as a common liquid chamber 48 and an ink supply hole (not shown) for supplying ink to the common liquid chamber 48 from outside. The frame member 44 is formed by injection molding of, for example, epoxy resin or polyphenylene sulphite.
[0029]
Here, for example, the channel plate 41 is formed by anisotropically etching a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation of (110) using an alkaline etching solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) to form a nozzle communication passage 45a, The pressure chamber 46 and the concave portion and the hole serving as the ink supply path 47 are formed. However, the present invention is not limited to a single crystal silicon substrate, and other stainless steel substrates and photosensitive resins can be used.
[0030]
The vibration plate 42 is formed from a nickel metal plate, and is manufactured by, for example, an electroforming method (electroforming method). However, other vibration members such as a metal plate, a resin plate, or a joining member between a metal and a resin plate may be used. It can also be used. The vibration plate 42 has a thin portion (diaphragm portion) 55 for facilitating deformation and a thick portion (island-shaped convex portion) 56 for joining with the piezoelectric element 52 at a portion corresponding to the pressurizing chamber 46. At the same time, a thick portion 57 is also formed at a portion corresponding to the support portion 54 and a joint portion with the frame member 44, the flat surface side is bonded to the flow channel plate 41 with an adhesive, and the island-shaped convex portion 56 is formed with the piezoelectric element 52. The thick portion 57 is further joined to the support portion 54 and the frame member 44 with an adhesive 50. Here, the diaphragm 42 is formed by nickel electroforming of a two-layer structure. In this case, the thickness of the diaphragm 55 is 3 μm and the width is 35 μm (one side).
[0031]
The nozzle plate 43 forms a nozzle 45 having a diameter of 10 to 35 μm corresponding to each pressurizing chamber 46 and is bonded to the flow path plate 41 with an adhesive. As the nozzle plate 43, a metal such as stainless steel or nickel, a combination of a metal and a resin such as a polyimide resin film, silicon, or a combination thereof can be used. Here, it is formed by a Ni plating film or the like by an electroforming method. Further, the inner shape (inner shape) of the nozzle 43 is formed in a horn shape (a substantially columnar shape or a substantially truncated cone shape), and the hole diameter of the nozzle 45 is about 20 to about the diameter on the ink droplet outlet side. It is 35 μm. Further, the nozzle pitch of each row was 150 dpi.
[0032]
In addition, a water-repellent treatment layer (not shown) that has been subjected to a water-repellent surface treatment is provided on the nozzle surface (surface in the discharge direction: discharge surface) of the nozzle plate 43. Examples of the water-repellent layer include PTFE-Ni eutectoid plating, electrodeposition coating of a fluororesin, evaporation-coated fluororesin (for example, pitch fluoride), silicon-based resin and fluorine-based resin. A water-repellent treatment film selected according to the physical properties of the ink, such as baking after the application of a solvent, is provided to stabilize the ink droplet shape and flying characteristics and obtain high-quality image quality.
[0033]
The piezoelectric element 52 includes a piezoelectric layer 61 of lead zirconate titanate (PZT) having a thickness of 10 to 50 μm / 1 and an internal electrode layer 62 of silver / palladium (AgPd) having a thickness of several μm / 1. The internal electrodes 62 are alternately stacked, and are electrically connected alternately to the individual electrodes 63 and the common electrodes 64 which are end electrodes (external electrodes) on the end surfaces. The pressurizing chamber 46 is contracted and expanded by the expansion and contraction of the piezoelectric element 52 whose piezoelectric constant is d33. When a drive signal is applied to the piezoelectric element 52 and charging is performed, the piezoelectric element 52 expands in the direction of arrow A in FIG. 3, and when the charge charged in the piezoelectric element 52 discharges, it contracts in the direction opposite to the direction of arrow A. ing.
[0034]
In addition, the end face electrode on one end face of the piezoelectric element member is divided into individual electrodes 63 by dicing processing by half-cutting, and the end face electrode on the other end face is not divided by the restriction of processing such as notch and is divided by all the piezoelectric elements 52. The conductive common electrode 64 is formed.
[0035]
An FPC cable 65 is connected to the individual electrodes 63 of the piezoelectric element 52 by solder bonding, ACF (anisotropic conductive film) bonding, or wire bonding in order to supply a drive signal. Is connected to a drive circuit (driver IC) for selectively applying a drive waveform. The common electrode 64 is provided with an electrode layer at an end of the piezoelectric element and is turned around to be connected to a ground (GND) electrode of the FPC cable 65.
[0036]
In the ink jet head configured as described above, for example, by applying a drive waveform (pulse voltage of 10 to 50 V) to the piezoelectric element 52 in accordance with a recording signal, a displacement in the stacking direction occurs in the piezoelectric element 52, and vibration is generated. The ink in the pressurizing chamber 46 is pressurized via the plate 42, the pressure increases, and ink droplets are ejected from the nozzle 45.
[0037]
Thereafter, with the end of the ink droplet ejection, the ink pressure in the pressurizing chamber 46 is reduced, and a negative pressure is generated in the pressurizing chamber 46 due to the inertia of the ink flow and the discharge process of the driving pulse, and the ink filling process is started. Transition. At this time, ink supplied from an ink tank (not shown) flows into the common liquid chamber 48, passes through the ink supply port 49 from the common liquid chamber 47, passes through the fluid resistance part 47, and is filled into the pressurizing chamber 46.
[0038]
The fluid resistance portion 47 is effective in attenuating the residual pressure vibration after ejection, but is resistant to refilling due to surface tension. By appropriately selecting the fluid resistance value of the fluid resistance unit 47, the balance between the attenuation of the residual pressure and the refill time can be achieved, and the time (drive cycle) until the transition to the next ink droplet ejection operation can be shortened.
[0039]
Next, an outline of a control unit of the inkjet recording apparatus will be described with reference to FIG.
The control unit includes a microcomputer (hereinafter, referred to as a “CPU”) 80 for controlling the entire recording apparatus, a ROM 81 storing required fixed information, a RAM 82 used as a working memory, and the like. An image memory 83 for storing data obtained by processing the transferred image data, a parallel input / output (PIO) port 84, an input buffer 85, a parallel input / output (PIO) port 86, a waveform generation circuit 87, a head drive A circuit 88 and a driver 89 are provided.
[0040]
Here, various information such as image data from the host side via a cable or a network, various instruction information from an operation panel (not shown) from the host side, a detection signal from a paper presence / absence sensor for detecting the start and end of the paper, Signals from various sensors such as a home position sensor for detecting the home position (reference position) of the carriage 13 are input, and required information is sent to the host and the operation panel via the PIO port 84. You.
[0041]
The head drive circuit 88 generates a drive waveform based on various data and signals including waveform data provided via the PIO port 86, distributes the drive waveform to each inkjet head of the head 14, A drive waveform is applied to the piezoelectric element 52 of the selected channel of each ink jet head. Further, the driver 89 moves and scans the carriage 13 in the main scanning direction by controlling the driving of the main scanning motor 17 and the sub-scanning motor 27 in accordance with the driving data provided via the PIO port 86, respectively. Is rotated to convey the sheet 3 by a predetermined amount.
[0042]
Next, a first embodiment of the head driving device according to the present invention in the control unit will be described with reference to FIG.
Here, the recording head 14 includes an inkjet head HY for ejecting yellow ink droplets, an inkjet head HM for ejecting magenta ink droplets, an inkjet head HC for ejecting cyan ink droplets, and a black ink. It comprises an ink jet head HB for discharging droplets.
[0043]
Each of the heads HY, HM, HC, and HB has 32 piezoelectric elements 52 as energy generating elements corresponding to a plurality of nozzles 45 (here, 32 nozzles 45). These electrodes are commonly used as a common electrode Com (the above-described common electrode 64), and the other electrode is individualized for each piezoelectric element 82 to be a selection electrode SEL (the above-described individual electrode 63). In addition, since the nozzles 45 are actually provided in two rows, there are 64 nozzles 45.
[0044]
The head drive control unit for controlling the drive of the head includes a main control unit 101 including the CPU, ROM, RAM and peripheral circuits, and a head drive unit 102 which is a head drive device for driving each inkjet head. I have.
[0045]
The main control unit 101 inputs image information given from a host such as a personal computer, and outputs 8-bit voltage data in accordance with the timing of driving the head 14 to the head driving unit 102. It is sequentially given to the head drive unit 102. Further, the main control unit 101 supplies the head driving unit 102 with serial data SD (nozzle data) for specifying a nozzle for ejecting ink, a shift clock SCLK, and a latch signal / LAT. Further, the main control unit 101 gives the voltage value selection data SVp for changing the voltage value of the drive waveform to the head drive unit 102.
[0046]
The head drive unit 102 performs a D / A conversion of voltage data supplied from the main control unit 101 to generate and output a drive waveform Pv. The DAC 111 is a common waveform generation unit for the heads HY, HM, HC, and HB. The amplifier 112, which is a common voltage amplifying unit for amplifying the voltage of the driving waveform Pv output from the common DAC 111, and the driving waveform Pv output from the amplifier 112, which is the common voltage amplifying unit, is distributed to each head. The voltages of the drive waveforms Pv output from the waveform dividers 113Y, 113M, 113C, 113B and the respective waveform dividers 113Y, 113M, 113C, 113B are varied based on the voltage value selection data SVp provided from the main controller 101. Voltage variable units 114Y, 114M, 114C, 114B for each head and each head for amplifying the current of drive waveform Pv Current amplifier 115Y, 115M, 115C, has a 115B, PZT selection circuit 116Y for each head for selecting the nozzle for driving, 116M, 116C, and 116B.
[0047]
The DAC 111 outputs the voltage data provided from the main control unit 101 in an output range of, for example, 0 V to 2 V with a resolution of 8 bits. When the 8-bit data input step is 250 ns, when the rising time constant is tr = 5 us, and Vp = 30 V (full scale), the output of the DAC 11 is 20 steps at intervals of about 0.1 V / step. It rises to 2V. Similarly, when the drive waveform falls, if the fall time constant tf = 10 us, the voltage falls to 5 to 3 V in 40 steps. If the time required for the drive waveform (the time from the start of the rise to the end of the fall) is 50 μs, a full-scale 5V drive waveform is formed in 200 steps, and is repeatedly output in accordance with the drive timing of the head.
[0048]
The amplifier 112 amplifies the drive waveform Pv output from the DAC 11 in the range of 3 to 30 V (at full scale) according to the DAC output level.
[0049]
The waveform division units 113Y, 113M, 113C, and 113B are composed of an NPN transistor Q1 and a PNP transistor Q2 that constitute an emitter follower type transistor circuit, and supply a power supply voltage V1 to the NPN transistor Q1. Each of the current amplifiers 115Y, 115M, 115C, and 115B includes an NPN transistor Q3 and a PNP transistor Q4, and supplies the power supply voltage V2 to the NPN transistor Q3. The transistors Q3 and Q4 constituting the current amplifying sections 115Y, 115M, 115C and 115B need a sufficient current capacity to charge and discharge a capacitive load (PZT) to be driven.
[0050]
The voltage variable units 114Y, 114M, 114C, and 114B include a three-terminal regulator 121 and a resistance selection circuit 122, as shown in FIG. The three-terminal regulator 121 supplies a constant voltage source to the voltage input terminal Vin to thereby control the resistance of the resistor R1a connected between the adjustment terminal adj and the voltage output terminal Vout and the resistance of the resistance selection circuit 122 connected between the adjustment terminal adj and the ground. A voltage corresponding to the value R2 is output from the voltage output terminal Vout. For example, LM317T (trade name) manufactured by National Semiconductor can be used. Therefore, the output voltage Vout from the three-terminal regulator 121 is determined by, for example, Vout = 1.25 × (1 + R2 / R1).
[0051]
The resistor selection circuit 122 is configured by connecting in parallel a resistor Rs, a resistor Rp, and a parallel circuit of resistors R21 to R23 selected by the switching transistors Q11 to Q13. For example, Texas Instruments SN7406 (trade name) It can be configured using such as. The voltage selection signals SVp1 to SVp3 from the main control unit 101 are input to the bases of the transistors Q11 to Q13.
[0052]
Therefore, by applying the constant voltage Vpp to the three-terminal regulator 121 and applying the 3-bit voltage value selection signals SVp1 to SVp3 from the main control unit 101 to the resistance selection circuit 122, the output voltage Vout of the three-terminal regulator 121 can be increased up to eight. It can be varied at different levels.
[0053]
Therefore, the voltages Vout of the voltage variable units 114Y, 114M, 114C and 114B are applied to the input sides of the current amplifying units 115Y, 115M, 115C and 115B for the respective heads via the diodes Dk1 to Dk4.
[0054]
As a result, the voltage of the output {circle around (1)} of the voltage amplifying unit 112 is clipped to the level of (Vout + Vd) by the diodes Dk1 to Dk4 (drop voltage Vd), and the input of the current amplifying units 115Y, 115M, 115C and 115B. Input to terminal (2). That is, the input voltage Vpin of the current amplifiers 115Y, 115M, 115C, and 115B is Vpin = Vout + Vd, and the input voltage Vpin is current-amplified, and the drive waveform having the head drive voltage Vp is changed to the PZT selection circuit 116Y of each head. 116M, 116C, 116B.
[0055]
As described above, by configuring the voltage variable unit so that the output voltage can be varied by inputting a digital signal, the voltage of the driving waveform can be varied by the digital signal, and the control can be performed easily and accurately.
[0056]
FIG. 9 shows an example of an output waveform from the voltage amplifier 112 and an input waveform of the current amplifiers 115Y, 115M, 115C, and 115B in this case.
[0057]
Further, as the voltage variable units 114Y, 114M, 114C and 114B, for example, as shown in FIG. 10, a voltage dividing circuit of a resistor R31 and a variable resistor R32 can be used. Note that a capacitor C is connected in parallel to the variable resistor 32.
[0058]
As shown in FIG. 11, the PZT selection circuits 116Y, 116M, 116C, and 116B include a 64-bit shift register circuit 141 that receives the shift clock signal CLK from the main control unit 101 and the serial data SD, and a shift register circuit 141 A 64-bit latch circuit 142 for latching each of the register values 141 by the latch signal / LAT, a 64-bit level shifter circuit 143, and analog switches AS1 to AS64 whose on / off is controlled by the output of the level shifter circuit 143. And a switch array 144. Each of the analog switches AS1 to AS64 is connected to a selection electrode of each PZT (piezoelectric element) 52, and receives the above-described drive waveform.
[0059]
Then, the shift register circuit 141 captures the serial data SD in accordance with the shift clock signal CLK, latches the serial data captured by the latch signal / LAT by the latch circuit 142, and inputs the serial data to the level shifter circuit 143. The level shifter circuit 143 turns on the analog switch AS connected to each PZT (piezoelectric element) 52 according to the content of the data, so that the drive waveform Pv is applied to the selected PZT 52.
[0060]
In the head drive control unit configured as described above, the drive waveform Pv is output from the DAC 111 by applying 8-bit voltage data from the main control unit 101, and after the voltage is amplified by the amplifier 112 serving as a voltage amplification unit, The voltage is divided by the waveform dividers 113Y, 113M, 113C, 113B for each head, the voltage value is varied by the voltage variable units 114Y, 114M, 114C, 114B, and the current is amplified by the current amplifiers 115Y, 115M, 115C, 115B. Thus, PZT selection circuits 116Y, 116M, 116C, 116B for the heads HY, HM, HC, HB are provided.
[0061]
Then, the PZT selection circuits 116Y, 116M, 116C and 116B of the heads HY, HM, HC and HB control the analog switch AS on / off in accordance with the image information (serial data) and drive waveforms to the required piezoelectric elements 52. Is applied, an ink droplet is ejected from the nozzle 45.
[0062]
Here, the drive waveform applied to each PZT (piezoelectric element) 52 controls the 8-bit voltage data value input to the DAC 111 at intervals of 250 ns, so that the voltage value Vp and the rise time constant tr can be easily controlled by changing voltage data input to the DAC 111.
[0063]
As described above, since the waveform generating unit and the voltage amplifying unit can be shared and a plurality of heads can be driven with different driving waveforms, it is possible to realize the correction of the dispersion of the ejection characteristics of each head and the correction of the temperature characteristics at low cost. Can be.
[0064]
By providing such a head driving device in the ink jet recording apparatus, variations between heads can be reduced and a high quality image can be recorded.
[0065]
Next, a second embodiment of the head driving device according to the present invention will be described with reference to FIG.
The head driving device includes a DAC 111, which is a waveform generation unit common to each of the heads HY, HM, HC, and HB, which performs D / A conversion of voltage data supplied from the main control unit 101 and generates and outputs a drive waveform Pv. A voltage amplifying unit 152Y, 152M, 152C, 152B for each head that varies the voltage of the drive waveform Pv output from the common DAC 111 based on the voltage value selection data SVp supplied from the main control unit 101, and a drive waveform Pv It has a current amplifier 115Y, 115M, 115C, 115B for each head for amplifying current, and PZT selection circuits 116Y, 116M, 116C, 116B for each head for selecting a nozzle to be driven.
[0066]
The voltage amplification units 152Y, 152M, 152C, and 152B can change the amplification factor so that the drive waveform from the DAC 111 can be amplified to the voltage levels required for the respective heads HY, HM, HC, and HB.
[0067]
As shown in FIG. 13, for example, each of the voltage amplifying units 152Y, 152M, 152C, and 152B includes an operational amplifier 153, a fixed resistor Ri0, a plurality of input resistors Ri1 to Ri3, a feedback resistor Rf, and a capacitor Cf. Transistors Q41 to Q43 for inputting voltage value selection data SVp1 to SVp3 for selecting the input resistors Ri1 to Ri3.
[0068]
Here, the drive waveform Pv from the preceding DAC 111 is input to the + input terminal of the operational amplifier 153 as the input voltage Vin. The-input terminal of the operational amplifier 153 is connected to a feedback resistor Rf, input resistors Ri1, Ri2, Ri3 selected by 3-bit input signals (voltage value selection data) SVp1, SVp2, SVp3 and a fixed resistor Ri0. You.
[0069]
At this time, the output voltage Vpin of the amplifier circuit is as follows: Vpin = Vi × (1 + Rf / Ri). Note that Ri is a combined resistance of the fixed resistance Ri0 and the selected input resistances Ri1, Ri2, and Ri3.
[0070]
Therefore, eight different voltage levels can be set in accordance with the desired head drive voltage. Note that the maximum value of the output voltage Vpin is when all the input resistors Ri1, Ri2, and Ri3 are selected, and the minimum value is that none of the input resistors Ri1, Ri2, and Ri3 are selected, and only the fixed resistor Ri0 and the feedback resistor Rf. Decided.
[0071]
As described above, a common waveform generator for generating a drive waveform applied to each head is provided, a voltage amplifier for each head for amplifying a voltage of a drive waveform output from the common waveform generator, and a voltage amplifier for each head. A plurality of heads can be driven with different drive waveforms by having a current amplifying unit for each head that amplifies the current of the drive waveform output from the unit, so that head variations and temperature characteristics can be corrected. Can be realized at low cost.
[0072]
Here, the voltage amplifying unit has an operational amplifier and a plurality of input resistors, and can be easily and accurately controlled by adopting a configuration in which an amplification factor can be changed by selecting an input resistor according to a digital signal input. Become like
[0073]
In each of the above embodiments, a description has been given of an example in which a plurality of heads are individually independent. However, for example, a plurality of nozzle rows are provided in one physical head, and a different color The present invention can be similarly applied to a driving device of a multi-nozzle head (a configuration having a plurality of functional heads) configured to discharge ink droplets. Further, in each of the above-described embodiments, an example has been described in which a common waveform generation unit and the like are provided for all four heads. However, for example, four heads are divided into two head blocks, and The present invention can be similarly applied to a configuration in which a common waveform generation unit is provided, or a case in which a pressure generation unit such as PZT in one head is divided into a plurality of blocks and drive waveforms are different for each block.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the head driving device of the present invention, a common waveform generating unit that generates a driving waveform to be applied to each head, and amplifies the voltage of the driving waveform output from the common waveform generating unit. Since the configuration includes the common voltage amplifying unit, a plurality of heads can be driven with different drive waveforms, so that it is possible to realize variation correction between heads and correction of temperature characteristics at low cost.
[0075]
Further, since the head drive device according to the present invention has a configuration having a common waveform generation unit for generating a drive waveform applied to each head, a plurality of heads can be driven with different drive waveforms, and variations between heads can be achieved. Correction and correction of temperature characteristics can be realized at low cost.
[0076]
According to the ink jet recording apparatus of the present invention, the head driving apparatus of the present invention for driving a plurality of ink jet heads is provided. Can be recorded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory perspective view showing an example of a mechanism section of an ink jet recording apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a side sectional explanatory view of a mechanism section of the recording apparatus. FIG. 3 is an ink jet constituting a recording head of the recording apparatus. FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of a head taken along a long side direction of a liquid chamber, illustrating an example of the head. FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of the head taken along a short side direction of a liquid chamber. FIG. 7 is a block diagram for explaining an outline of a control unit of the recording apparatus. FIG. 7 is a block diagram for explaining a first embodiment of a head driving apparatus according to the present invention. FIG. 8 is an example of a voltage variable unit of the head driving apparatus. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of a relationship between an output voltage of a voltage amplifier and an input voltage of a current amplifier of the head driving device. FIG. 10 is another example of a voltage variable unit of the head driving device. FIG. 11 shows a PZ of the head drive device. FIG. 12 is a block diagram for explaining a second embodiment of the head driving device according to the present invention. FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining an example of a voltage amplifying unit of the head driving device. Explanation of code]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Carriage, 14 ... Recording head, 41 ... Flow path plate, 42 ... Vibration plate, 43 ... Nozzle plate, 45 ... Nozzle, 46 ... Pressurizing chamber, 47 ... Fluid resistance part, 48 ... Common liquid chamber, 52 ... Piezoelectric Element, 101: Main control unit, 102: Head drive unit, 111: Waveform generation unit (DAC), 112: Voltage amplification unit, 113Y, 113M, 113C, 113B: Waveform division unit, 114Y, 114M, 114C, 114B: Voltage Variable parts, 115Y, 115M, 115C, 115B... Current amplifiers, 116Y, 116M, 116C, 116B... PZT selection circuits, 152Y, 142M, 152C, 152B.
