JPH05269985A - インクジェットヘッド及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】せん断モードを利用した圧電式インクジェット
ヘッドの時分割駆動を容易にして、駆動回路のコストを
低減する。 【構成】圧力室を構成する複数の溝の圧電材の隔壁を、
せん断モードで変形させ、該複数の溝からインクを噴射
するヘッドにおいて、（１）インク噴射の圧力室である
溝のグループ分けを、インクを噴射しないダミーの溝を
２個連続させてその間で行い、時分割のグループごとの
共通端子を設ける。（２）前記構造によるノズルピッチ
のズレを、ノズル配列線の傾斜およびグループごとの段
差配列により補償する構造とする。これにより、均等な
ピッチのドット印字が時分割駆動によりできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプリンターに関し、更に
詳しくはせん断モードを利用した圧電式インクジェット
ヘッドおよびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子のせん断モードによる変形を利
用して、インクを充填したチャンネル状の圧力室の隔壁
を変形させ、これによる圧力室の圧力上昇によりインク
を突出させるせん断モードによる印字ヘッドの駆動方式
に関する技術が例えば特開平２ー１８０５４号公報に記
載されている。

【０００３】またインク室の上板に電歪素子を取り付
け、電歪素子の伸縮作用によりインク室の上面を変形さ
せ、インクを突出させる方式のオンデマンド型の印字ヘ
ッドの時分割駆動方式に関する技術がたとえば特開昭６
１ー２６３７６０公報に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平２ー１８０５４
号公報に記載されるような圧電素子のせん断モードを利
用して圧力室の隔壁を変形させる形式の印字ヘッドに対
する従来の駆動回路は同公報の第５図または第６図に示
すようにインクを射出する圧力室を構成する複数の溝の
駆動電極のそれぞれに対応したドライバーが必要とな
り、ヘッドそのものは他の方式に比し印字ドットの微細
化、低コスト化に適しているという長所を有していなが
ら、駆動回路のコストアップ及びスペースの増大を招く
という欠点を有する。この欠点を除去しようとして特開
昭６１ー２６３７６０公報に記載されたような時分割駆
動方式を採用しようとしても、せん断モードを利用する
方式の場合はヘッドの構造は図１０（ａ）に示すように
各溝７０１の圧力室がそれぞれ噴射孔７０２を有する場
合には等価回路は図１０（ｂ）に示すようにコンデンサ
７０３の直列回路となる。

【０００５】他のタイプの圧電インクジェットヘッドを
構成する複数の圧電素子の等価回路は図１２に示すよう
に２端子のコンデンサ９０１の並列となり、一方の電極
をグループごとの共通電極としてグループドライバー９
１１，９１２，９１３等に接続し、反対側の電極をそれ
ぞれ、グループ内の配列順位に対応したチャンネルドラ
イバー９２１，９２２，９２３に接続し、グループドラ
イバーの信号入力端子にグループ選択信号を、チャンネ
ルドライバーの信号入力端子にグループの印刷信号を加
えれば、グループ数ｎの時、各グループ毎の印刷信号に
対応したインク噴射動作をｎ時分割で順次駆動すること
が容易にできる。このように時分割駆動を容易にするに
は、グループ内の電極の共通性と独立性が両立すること
が必要である。しかし図１０（ｂ）のコンデンサの直列
回路においては電極同志を接続して共通化を図ればそれ
ぞれの独立駆動は不可能となるので時分割駆動は容易で
はない。従って駆動電極７０４の数だけのドライバー７
０５が必要となる。

【０００６】また、せん断モードを利用する方式の場合
図１１（ａ）に示すように噴射孔８０１を有する溝Ｊと
噴射孔を有しないダミー溝Ｄを交互に配列する技術も知
られている。等価回路は図１１（ｂ）に示すようにコン
デンサ８０５の直列回路となり、ダミー電極８０４を接
続して共通の電極とし、駆動電極８０２ごとに独立して
駆動することはできるが、グループ化のために前記の共
通のダミー電極をどこかで分割しようとすると、隣接す
る駆動電極８０２とのあいだの充放電のループが切断さ
れてこの部分の隔壁８０３の駆動ができなくなり、やは
り時分割駆動はできない。また特開昭６１ー２６３７６
０公報に記載されたような従来の時分割駆動方式ではグ
ループの異なる噴射孔からの噴射のタイミングの位相差
に対応する噴射孔の間隔の不均一により垂直方向の印字
ドットピッチが不均一になるという欠点があった。本発
明は圧電素子のせん断モードを利用して圧力室の隔壁を
変形させる形式の印字ヘッドの時分割駆動を可能にし安
価なインクジェットプリンターシステムを実現すること
を目的の一つとするとともに、時分割駆動に伴う印字ド
ットピッチの不均一をなくし、印字品質を向上させるこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明のインクジェットプリンターの印字ヘッドは、
圧力室及びその隔壁を形成する複数の溝及び該複数の溝
に連通しインクを供給する共通の溝を有する圧電材料よ
りなる基板を有し、該基板の前記複数の溝の開口する端
面にインクを噴射する噴射孔を有するノズル板を取り付
けてなり、該複数の溝には圧電駆動用の電極をとりつ
け、該電極に駆動電圧を加えることにより隔壁をせん断
モードで変形させて圧力室の容積を変化させ、圧力室内
に充填したインクを噴射孔から射出する印字ヘッドにお
いて、（１） インクを噴射する噴射溝に隣接してイン
クを噴射しないダミー溝を設け、該ダミー溝を介して連
続するｍ個の該噴射溝を含む一連の溝をまとめて１つの
グループとし、各グループの両端にはダミー溝を配し、
連続する２個のダミー溝の間の隔壁を分離用の隔壁とし
て全体の溝列をｎ個のグループに分割し、各グループの
ダミー電極同志をグループ内では接続し他のグループか
らは前記分離用隔壁により分離して共通電極となし、

【０００８】（２）噴射孔の配列は、グループ内では噴
射孔の間隔の垂直成分はｐ，水平成分はｐの整数倍であ
るｋｐとなるように、グループ内の噴射孔の配列の中心
線が印字ドットの水平方向に対してθ°傾斜し、（３）
印字の垂直方向及び水平方向のドットピッチがどこでも
一様の値ｐとなるように、グループ間においては、先行
するグループの噴射孔の配列の中心線を印字ヘッドの進
行方向と逆方向に整数ｇを用いて（ｇ＋１／ｎ）ｐで表
される長さだけ平行移動して後続グループの噴射孔の配
列中心線とし、該配列中心線上で、先行グループの最後
の噴射孔との間隔の垂直成分がｐとなる位置に当該後続
グループの最初の噴射孔が配置される配列をなすことを
特徴とし、更に必要に応じて溝の配列方向を印字の水平
方向に対しφ°傾斜させることを特徴とする。

【０００９】前記課題を解決するために本発明のインク
ジェットプリンターの印字ヘッドの駆動方法は前記のイ
ンクジェットヘッドの溝配列の同一グループ内のダミー
電極同志を接続してなる共通電極にそれぞれ対応するグ
ループドライバーを接続し、各グループにおける同一の
配列順番の駆動電極を共通のチャンネルドライバーに接
続し、各グループ毎の印刷信号に対応したインク噴射動
作をｎ時分割で順次駆動することを特徴とする。

【００１０】更に本発明のインクジェットプリンターの
印字ヘッドの駆動方法は時分割駆動動作を完全なものと
するため、グループドライバーを、共通電極を正の電源
またはアースのいずれか１に切り替え接続するスイッチ
手段と、共通電極と正の電源またはアースの間に設けら
れたそれぞれ正の電源またはアースに対し順方向に接続
されたダイオードより構成し、チャンネルドライバーに
正の電源との接続を制御する第１のスイッチング手段お
よびアースとの接続を制御する第２のスイッチング手段
を設け、各グループの駆動電極をそれぞれ個別の逆方向
の極性のダイオードを介して対応するチャンネルドライ
バーの第１のスイッチング手段に導通する引き出し線に
接続し、それぞれ個別の順方向の極性のダイオードを介
して対応するチャンネルドライバーの第２のスイッチン
グ手段に導通する引き出し線に接続し、各グループ毎の
印刷信号に対応したインク噴射動作をｎ時分割で順次駆
動することを特徴の一つとする。

【００１１】

【作用】本発明のインクジェットヘッドの圧力室を構成
する溝の配列は両側にインクの噴射をしないダミー溝を
有する一連の溝列を１つのグループとしｎ個のグループ
が分離用隔壁を介して接続する構造をとるため、分離用
隔壁の両側の電極は共にダミー電極となり、それぞれ独
立に極性の選択ができる。また分離用隔壁はインクの射
出には無関係であり、充放電を行ってこれを駆動する必
要はない。従って異なるグループ間では電気的に切り離
された状態での駆動ができるようになり、時分割駆動を
可能ならしめた。

【００１２】このようにして上記の溝の配列はグループ
間においてダミー溝が２個連続するため、噴射溝の間隔
がグループ間においてどうしても広がり、等ピッチから
大きくずれる傾向がある。そこで、本発明はこのような
欠点を時分割によるタイミングのずれもふくめて補償し
て等ピッチ間隔のドット印字ができるようにするための
噴射孔の配列を特徴とするものである。すなわちｎ時分
割駆動されるヘッドにおいて、前述の噴射孔の配列構造
により、噴射溝のピッチがグループ内の場合よりも他の
グループに跨った場合のほうが大となる欠点およびグル
ープ間の時分割のタイミングの位相差によるドットピッ
チの変化の影響を除去し印字ドットの縦方向が垂直に揃
い、水平方向及び垂直方向の印字ドットのピッチが均一
となるようにすることができる。更に必要に応じて基板
端面における溝の配列方向を水平方向に対し前記の角度
θとは異なる角度φだけ傾けることにより、分割数ｎを
上げた場合でも噴射孔と溝中心との距離を所定の範囲に
おさえることができる。

【００１３】本発明の印字ヘッドの圧力室を構成する溝
の配列は両側にインクの噴射をしないダミー溝を有する
一連の溝列を１つのグループとしｎ個のグループが分離
用隔壁を介して接続する構造をとるため、分離用隔壁の
両側の電極は共にダミー電極となり、それぞれ独立に極
性の選択ができる。従って各グループにおいて他のグル
ープからは前記分離用隔壁により分離された状態で、グ
ループ内の複数の溝電極を接続して共通電極とし該共通
電極に各グループドライバーを接続し、各グループにお
ける同一配列順番の駆動電極を接続してそれぞれのチャ
ンネルドライバーに接続し、各グループドライバーには
それぞれ異なる位相で選択信号を加え、チャンネルドラ
イバーには選択された各グループ毎の印刷信号を加える
ことによりインク噴射動作をｎ時分割で順次駆動するこ
とができる。この結果、従来はｎｍ個のドライバーが必
要であった駆動回路がｎ＋ｍ個のドライバーで済むこと
になり（ｍは各グループの噴射チャンネル数とす
る。）、駆動回路のコストダウン及び体積の減少が可能
となる。

【００１４】更にチャンネルドライバーを前記の第１お
よび第２のスイッチング手段で構成し、第１のスイッチ
ング手段に導通する共通の引き出し線と各グループの対
応する順位の駆動電極とを個別に接続する第１のダイオ
ードを介して電流を駆動電極に流入させ、第２のスイッ
チング手段に導通する共通の引き出し線と各グループの
対応する順位の駆動電極とを個別に接続する第２のダイ
オードを介して電流を駆動電極より流入させるような駆
動方法をとるときには、選択されない駆動電極に対する
同一グループの電極からの漏れ電流（または回り込み電
流）等不正規のルートによる充電が前記のダイオードに
より完全に阻止されるのでＳ／Ｎ比の高い時分割駆動が
でき、複数の圧力室の吐出特性が不均一な場合でもこれ
をカバーすることができる。

【００１５】

【実施例】

（実施例１） （１）以下に本発明の第１の実施例を図面に基づいて説
明する。本実施例は圧電素子のせん断モードによる変形
を利用して圧力室の隔壁を変形させる方式の印字ヘッド
における本発明の１実施例であり、図１，図２，図３及
び図４に示す圧電性素材の基板１０１に、噴射孔１１０
よりインクを噴射する噴射溝１１１及びインクを噴射し
ないダミー溝１１２からなる複数の溝及びインクを駆動
する駆動隔壁１１５と電気的な分離を行う分離用隔壁１
１６とからなる複数の隔壁が形成され、これら隔壁の上
端面は弾性部材１０３を介して蓋１０４に結合されてい
る。隔壁１１５，１１６は図１の矢印の方向に分極され
噴射溝１１１およびダミー溝１１２の内面にはそれぞれ
駆動電極１２１およびダミー電極１２２が設けられてい
る。前記の複数の溝の一方の端に連結して図２に示すよ
うにインクを供給するための共通の溝１８１が形成さ
れ、ジョイント１８２と連通して外部より前記複数の溝
にインクを供給する。

【００１６】該複数の溝１１１，１１２の他方の端は基
板１の一つの端面において開口しこの開口部を塞ぐよう
にしノズル板１０８が取付られる。図１および図３に示
すように、溝の配列は噴射溝１１１には必ずダミー溝が
隣接し、ダミー溝を介して連続するｍ個の噴射溝を含む
一連の溝をまとめて１つのグループとし、各グループの
両端にはダミー溝を配し、連続する２個のダミー溝の間
の隔壁を分離用隔壁１１６として全体の溝列をｎ個に分
割した配列をなす。各グループにおいて他のグループか
らは前記分離用隔壁１１６により分離された状態で、グ
ループ内のダミー溝電極１２２を接続して共通電極１４
１，１４２，・・・・とする。ノズル板１０８には噴射
溝１１１に対応して噴射孔１１０設けられている。

【００１７】印字ヘッド１０５は矢印の方向に移動しな
がら噴射孔よりインク滴を射出し用紙上に印字ドット１
０７を印刷する。噴射孔の配列はグループ内では噴射孔
の間隔の垂直成分はｐ，水平成分はｐの整数倍であるｋ
ｐとなるように、グループ内の噴射孔の配列の中心線１
３１，１３２，１３３，・・・が水平方向に対してθ°
傾斜し、印字の垂直方向及び水平方向のドットピッチが
どこでも一様の値ｐとなるように、グループ間において
は、先行するグループの噴射孔の配列の中心線を印字ヘ
ッドの進行方向と逆方向に整数ｇを用いて（ｇ＋１／
ｎ）ｐで表される長さだけ平行移動して後続グループの
噴射孔の配列中心線とし、該配列中心線上で、先行グル
ープの最後の噴射孔との間隔の垂直成分がｐとなる位置
に当該後続グループの最初の噴射孔が配置される配列を
なす。さらに基板端面における溝の配列方向は水平方向
に対し前記の角度θ°とは異なる角度φ°だけ傾けられ
ており、これにより分割数ｎを上げた場合でも噴射孔と
溝中心との距離を所定の範囲におさえることができる。

【００１８】（２）次に前記の印字ヘッドの駆動方法に
つき説明する。図５に示すようにグループ内のダミー電
極１２２は接続されて共通電極１４１，１４２，１４
３，・・・となり、各グループ毎に該共通電極はそれぞ
れに対応するグループドライバー１５１，１５２，１５
３・・・を介して正の電源線に接続されている。グルー
プドライバーはそれぞれｐｎｐバイポーラトランジスタ
１１，１２，１３，・・・およびこれと並列にそのコレ
クタ、エミッタ間に導通方向を逆にして接続されたダイ
オード２１，２２，２３，・・・からなり、該エッミタ
は正の電源線に、該コレクタは対応するグループの共通
電極に接続される。各グループの噴射溝１１１で１番目
のものの駆動電極１２１は第１のチャンネルドライバー
３１に、２番目のものの電極は第２のチャンネルドライ
バー３２に、３番目のものの電極は第３のチャンネルド
ライバー３３に、４番目のものの電極は第４のチャンネ
ルドライバー３４にそれぞれ接続される。

【００１９】チャンネルドライバー３１，３２，３３，
３４はそれぞれはｐｎｐバイポーラトランジスタ４１，
４２，４３，４４，抵抗５１，５２，５３，５４及びｎ
ｐｎバイポーラトランジスタ４５，４６，４７，４８が
直列に接続されてなり、ｐｎｐバイポーラトランジスタ
のエッミタは正の電源線に接続され、ｐｎｐバイポーラ
トランジスタのコレクタは抵抗を介してｎｐｎバイポー
ラトランジスタのコレクタに接続される。ｎｐｎバイポ
ーラトランジスタ４５，４６，４７，４８のコレクタに
は前記抵抗の他に対応する噴射溝の電極へ導通する引き
出し線６１、６２、６３、６４がそれぞれ接続され、該
ｎｐｎバイポーラトランジスタのエミッタは電源のアー
ス線に接続される。

【００２０】今、図６のタイミングチャートに示すよう
に周期Ｔでパルス幅τで立ち下がるグループ選択信号Ｑ
g1，Ｑg2，Ｑg3及びＱg4を順次に（１／４）Ｔの位相の
ずれをもってそれぞれ図５の第１、第２、第３、及び第
４のグループドライバーのｐｎｐバイポーラトランジス
タ１１，１２，１３，・・・のベースに加え、これらの
トランジスタを順次に期間τの間導通とし、それ以外の
期間は非導通とする。ｒ番目（ｒは１，２，３，４のう
ちの任意の数とする。）のチャンネルドライバーのｐｎ
ｐバイポーラトランジスタのベース及びｎｐｎバイポー
ラトランジスタのベースに同時に且つグループ選択信号
に同期してパルス幅τで立ち上がるチャンネル選択信号
Ｑpr及びＱnrをそれぞれ加え、信号が立ち上がっている
τの期間はｐｎｐバイポーラトランジスタを非導通、ｎ
ｐｎバイポーラトランジスタを導通とし、それ以外の期
間は、ｐｎｐバイポーラトランジスタを導通、ｎｐｎバ
イポーラトランジスタを非導通とする。

【００２１】前記のチャンネル選択信号が立ち上がって
いる期間においては、その期間に対応して選択されたグ
ループにおけるｒ番目の噴射溝の電極１２１はアース線
に導通し、一方該電極の両側に配されコンデンサの対向
電極をなすダミー溝の電極１２２は正の電源線に導通し
噴射溝の両側の壁面を形成する２個の駆動隔壁１１５の
構成するコンデンサを外側から内側に電界が加わるよう
互いに逆方向に充電する。この結果、両側の隔壁に対し
内側に向かうせん断力が生じ隔壁は図４に示すように内
側に変形し溝内のインクを圧縮し、噴射孔１１０より液
滴を吐出する。次に、前記の期間τが経過した後は噴射
溝の電極はチャンネルドライバーの抵抗を介して正の電
源線に導通し、一方ダミー電極もグループドライバーの
ダイオードを介して正の電源線に導通するので噴射溝の
電極とダミー溝の電極の間で放電のループが形成され、
前記抵抗と隔壁の容量で決まる時定数により放電が行わ
れ、噴射溝の電極の電圧Ｐはアースレベルから徐徐に増
大して正の電源レベルとなり、ダミー溝の電極の電圧と
等しくなる。これに伴い隔壁の変形は徐徐に減少し、も
との状態にもどる。

【００２２】（３） 次に前記の印字ヘッド１０５の別
の駆動方法について説明する。図１３に示すようにグル
ープ内のダミー電極１２２は接続されて共通電極１４
１、１４２、１４３、・・・となり、各グループごとに
該共通電極はそれぞれに対応するグループドライバー１
５１、１５２、１５３、・・・に接続される。グループ
ドライバーはそれぞれｐｎｐバイポーラトランジスタ５
１１、５１２、５１３・・・とｎｐｎバイポーラトラン
ジスタ５２１、５２２、５２３、・・・とを互いのコレ
クタ同士を直列に接続して、該ｐｎｐバイポーラトラン
ジスタのエミッタは正の電源線に、該ｎｐｎバイポーラ
トランジスタのエミッタは電源のアース線に接続する。
さらに該ｐｎｐバイポーラトランジスタ５１１、５１
２、５１３、・・・には並列にそのコレクタ、エミッタ
間に導通方向を逆にしてダイオード５３１、５３２、５
３３、・・・を接続して逆方向の電流を流せるようにす
る。直列に接続された該ｐｎｐバイポーラトランジスタ
および該ｎｐｎバイポーラトランジスタのコレクタは対
応するグループの前記の共通電極に接続して、正の電源
またはアースにスイッチできるように、それぞれのベー
スを接続して共通の信号で駆動するようになっている。

【００２３】各グループの駆動電極１２１で１番目のも
のは第１のチャンネルドライバー５４１に、２番目のも
のは第２のチャンネルドライバー５４２に、３番目のも
のは第３のチャンネルドライバー５４３に、４番目のも
のは第４のチャンネルドライバー５４４にそれぞれ接続
される。チャンネルドライバー５４１、５４２、５４
３、５４４はそれぞれｐｎｐバイポーラトランジスタ５
５１、５５２、５５３、５５４のエミッタを正の電源線
に接続し該ｐｎｐバイポーラトランジスタのコレクタの
それぞれに抵抗５６１、５６２、５６３、５６４を直列
に接続した電流流れ出し回路と、ｎｐｎバイポーラトラ
ンジスタ５５５、５５６、５５７、５５８のエミッタを
電源のアース線に接続した電流吸い込み回路からなり、
電流流れ出し回路のそれぞれの引き出し線５７１、５７
２、５７３、５７４は駆動電極１２１に対して導通方向
に接続されたダイオード５８１、５８２、５８３、５８
４を介してそれぞれ対応する駆動電極に接続し、また電
流吸い込み回路のそれぞれの引き出し線５７５、５７
６、５７７、５７８は駆動電極に対して阻止方向に接続
されたダイオード５８５、５８６、５８７、５８８を介
してそれぞれ対応する駆動電極に接続する。

【００２４】今、図１４のタイミングチャートに示すよ
うに第１グループから第４グループまでの４グループを
順次駆動する４時分割駆動を行う場合を考える。周期
（１／４）Ｔでパルス幅τで立ち上がるグループ選択信
号Ｑｇ１、Ｑｇ２、Ｑｇ３、およびＱｇ４をそれぞれ図
１３に示す第１、第２、第３および第４のグループドラ
イバー１５１、１５２、１５３、・・・のベースに加
え、これらのｐｎｐバイポーラトランジスタを期間τの
間非導通、ｎｐｎバイポーラトランジスタを導通とする
が、選択されたグループのベースのみを順次に（１／
４）Ｔの位相のずれをもってパルスを加えずにｐｎｐバ
イポーラトランジスタを導通したままとする。ｒ番目
（ｒは１、２、３、４のうちの任意の数とする。）のチ
ャンネルドライバーのｐｎｐバイポーラトランジスタの
ベースにグループ選択信号に同期してパルス幅τで立ち
上がるチャンネル駆動信号Ｑｐｒを加え、信号が立ち上
がっているτの期間はｐｎｐバイポーラトランジスタを
非導通とし、それ以外の期間は導通とする。一方、ｎｐ
ｎバイポーラトランジスタのベースにもインクを噴射さ
せる信号があるときのみ、グループ選択信号に同期して
パルス幅τで立ち上がるチャンネル駆動信号Ｑｎｒを加
え、信号が立ち上がっているτの期間はｎｐｎバイポー
ラトランジスタを導通とし、それ以外の期間は非導通と
する。

【００２５】前記のチャンネル駆動信号が立ち上がって
いる期間においては、インクを噴射させる信号があると
きはその期間に対応して選択されたグループにおけるｒ
番目の駆動電極１２１はアース線に導通し、一方該電極
の両側に配されたコンデンサの対向電極をなすダミー電
極１２２は正の電源線に導通し、噴射溝の両側の壁面を
形成する２個の駆動隔壁１１５の構成するコンデンサを
外側から内側に電界が加わるよう互いに逆方向に充電す
る。この結果、両側の隔壁に対し内側に向かうせん断力
が生じ、隔壁は図４に示すように内側に変形し、溝内の
インクを圧縮し噴射孔１１０より液滴を吐出する。

【００２６】次に前記の期間τが経過した後は駆動電極
１２１はチャンネルドライバーの抵抗を介して正の電源
線に導通し、一方ダミー電極１２２もグループドライバ
ーのダイオードを介して正の電源線に導通するので、駆
動電極１２１とダミー電極１２２の間で放電のループが
形成され、前記抵抗と隔壁の容量で決まる時定数により
放電が行われ、駆動電極１２１の電圧Ｐはアースレベル
から徐々に増大して正の電源レベルとなり、ダミー電極
１２２の電圧と等しくなる。これに伴い隔壁の変形は徐
々に減少し、もとの状態にもどる。インクを噴射させる
信号が無いときは、チャンネルドライバーのｐｎｐ、ｎ
ｐｎバイポーラトランジスタのいずれもが非導通なので
隔壁を構成するコンデンサには充電電流は流れずに駆動
電極１２１の電圧Ｐは正の電源レベルを維持する。 ま
た、グループが非選択時には期間τにおいては共通電極
がアース線に導通するので、チャンネルドライバーのｎ
ｐｎバイポーラトランジスタが導通しても電位が等しい
ので該トランジスタを通じての吸い込みによる充電電流
は流れない。

【００２７】一方、選択されたグループの正の電源レベ
ルの共通電極から選択されないグループのアースレベル
の共通電極への電流の流れ込みはすべて駆動電極に接続
された前記のダイオードにより阻止され、流れ込みに伴
う経路の電極の充電は起こらない。この結果、信号によ
り選択された駆動電極のみが充電される。放電に際して
もグループ間の流れ込みによる不規則な充電が阻止され
る。このようにして信号により選択された駆動電極のみ
が駆動され、その他の駆動電極は全く駆動されないの
で、本方法によれば駆動のＳ／Ｎ比を上げ、複数のノズ
ルの吐出電圧のばらつきが大きくても、これを吸収でき
るので有利である。

【００２８】本方法は本実施例に用いた印字ヘッドの駆
動に限らず広く圧電式のインクジェットヘッドの時分割
による駆動方法として利用できる方法である。なお、本
発明の印字ヘッドの時分割駆動方法において本方法のご
とくグループ間の流れ込み電流の阻止手段を有しない場
合でも、流れ込みにより選択されない駆動電極に発生す
る充電電圧は選択された駆動電極に発生する充電電圧よ
りも低いので基本的には時分割駆動が可能である。

【００２９】（４）以上に述べたような駆動方法により
前記の印字ヘッドで印字を行う場合、垂直方向に連続し
てドットを印刷するには印字ヘッドの移動速度をｖとし
たとき、前述のグループ選択信号の周期Ｔを Ｔ＝ｐ／ｖ にとれば１周期ごとにヘッドはｐだけ移動するので同一
グループ内ではｒ番目の噴射孔から印字したｋ周期後に
（ｒ＋１）番目の噴射孔から印字すればヘッドはｋｐだ
け移動するので２つの隣接したドットは垂直線上に並
ぶ。

【００３０】また隣接する噴射孔が他のグループに属す
る場合は先行する噴射孔からの印字後、隣接する噴射孔
で印字できる時間間隔は、ｎ時分割した場合グループ間
の駆動位相差は（１／ｎ）Ｔとなるので （ｓ＋１／ｎ）Ｔ であり（ｓは任意の整数とする。）、この間に印字ヘッ
ドは（ｓ＋１／ｎ）ｐだけ移動する。ここでｓを ｓ＝ｋ＋ｇ となるように選べば、印字ヘッドの移動距離は（ｋ＋ｇ
＋１／ｎ）ｐとなり隣接する噴射孔が別のグループに属
す場合のこれらの間隔の水平成分と一致するので２つの
隣接したドットが垂直線上に並ぶ。

【００３１】このようにして、すべての噴射孔からの印
字ドットを同一の垂直線上に並べることができる。そし
て、これらのドットの垂直方向の間隔は噴射孔の垂直成
分と一致し、すべてｐとなる。印字ドットの水平方向の
間隔は同一の噴射孔の印字を周期Ｔの時間間隔で行うこ
とによりｐとすることができる。そこで各グループ毎の
印刷信号に対応したインク噴射動作をｎ時分割で順次駆
動することにより所望の直交マトリクス図形をドットピ
ッチｐで印字することができる。グループ内の噴射孔の
数をｍとすると、噴射孔の総数はｍｎであるが、ドライ
バーの数は（ｍ＋ｎ）となる。本実施例の場合、 ｎ＝４ ｍ＝４ であり、噴射孔の総数は１６であるのに対しドライバー
の数は８であり、噴射孔の数だけドライバーの数が必要
であった従来技術に比しドライバーの数は半減する。

【００３２】（実施例２）以下に本発明の第２の実施例
を図面に基づいて説明する。本実施例における印字ヘッ
ドの構造は、図７に示すように溝の配列方向と噴射孔の
中心線の方向が一致している点を除いて、基本的には第
１の実施例と同様であり、噴射溝２１１，ダミー溝２１
２，駆動隔壁２１５，分離用隔壁２１６の配列は実施例
１の場合と同様である。駆動方法も第１の実施例と同様
である。そこで第１の実施例と異なる点についてのみ説
明する。同図において溝の配列方向は印字の水平方向に
対しθ°傾斜し、噴射孔２１０の配列は、グループ内の
噴射孔の配列の中心線２３１，２３２，２３３，２３４
が印字ドットの水平方向に対してθ°傾斜し、グループ
間においては、先行するグループの該中心線をヘッドの
移動方向と反対方向に整数ｇを用いて（ｇ＋１／ｎ）ｐ
で表される長さだけ平行移動して後続する噴射孔の配列
の中心線とする配列をなす。

【００３３】このような配列において隣接するグループ
間のこれら中心線の間隔（中心線に垂直な方向の距離）
をｄとすれば ｄ＝（ｇ＋１／ｎ）ｐｓｉｎθ° となり、θとｇが小なるほどｄは小となる。本実施例に
おいては ｎ＝４，ｇ＝１，ｋ＝３、ｓｉｎθ°＝０．２７ が選択され ｄ＝０．３３ｐ となる。従って溝の深さがドットピッチｐより若干大で
あれば、溝に対する噴射孔の位置がグループ毎に階段状
に下がって行っても、溝の底からはみだすことなく４グ
ループの噴射孔の配列が可能である。本実施例の場合は
溝の深さは２ｐ以上にとってあり十分のゆとりをもって
噴射孔の配列ができる。

【００３４】本実施例の印字ヘッドを第１の実施例で述
べた駆動方法により駆動すれば第１の実施例と同様の原
理により等間隔のドットマトリクス印字を時分割駆動方
式で行うことができ、駆動回路の簡素化が可能となる。

【００３５】（実施例３）次に本発明の第３の実施例に
つき説明する。本実施例は圧電素子の屈曲モードによる
たわみを利用してインクを充填した圧力室の蓋を変形さ
せる方式の印字ヘッドにおける本発明の実施例である。
図８（ａ）および図８（ｂ）において基板３０１には圧
力室を構成する第１の溝３０２、噴射溝を構成する第２
の溝３０３、インク供給溝３０４が設けられている。噴
射溝３０３は基板の一方の端面において整列、開口す
る。該端面にはノズル板３０５がとりつけられ、該ノズ
ル板には噴射溝３０３に対応して噴射孔３０８が設けら
れている。基板の上面には薄板３０６が取付られ、該薄
板の上面には第１の溝３０２にに対応して圧電素子３０
７がそれぞれとりつけられることによりヘッド３００が
構成される。圧電素子の等価回路は図１２に示すように
コンデンサの並列回路となり、同図に示し、先に述べた
駆動方法によりｍ個ずつｎグループに分けられて、ｎ時
分割駆動され、圧電素子を駆動して圧力室の体積を縮小
し噴射孔よりインク滴を吐出してドット印字を行う。

【００３６】図９において噴射孔３０８の配列はグルー
プ内では噴射孔の間隔の垂直成分はｐ，水平成分はｐの
整数倍であるｋｐとなるように、グループ内の噴射孔の
配列の中心線３１１，３１２，・・・が印字ドットの水
平方向に対してθ°傾斜し、印字の垂直方向のドットピ
ッチがどこでも一様の値ｐとなり、印字の水平方向のド
ットピッチがどこでも一様にｐとなるように、グループ
間においては、先行するグループの噴射孔の配列の中心
線を印字ヘッドの進行方向と逆方向に整数ｇを用いて
（ｇ＋１／ｎ）ｐで表される長さだけ平行移動して後続
グループの噴射孔の配列中心線とし、該配列中心線上
で、先行グループの最後の噴射孔との間隔の垂直成分が
ｐとなる位置に当該後続グループの最初の噴射孔が配置
される配列をなす。また噴射溝の配列方向も印字の水平
方向に対しθ°傾斜している。

【００３７】本実施例においては ｎ＝４，ｍ＝３，ｇ＝０，ｋ＝１ が選択され、隣接するグループ間のこれら中心線の間隔
（中心線に垂直な方向の距離）をｄとすれば ｄ＝（ｇ＋１／ｎ）ｐｓｉｎθ°＝（１／４）ｐｓｉｎ
４５＝０．１７ｐ となる。また、グループ間の噴射孔の間隔の水平成分を
Ｄとすれば Ｄ＝（ｇ＋１／ｎ＋ｋ）ｐ＝１．２５ｐ となる。時分割駆動のグループ選択信号の周期をＴと
し、この信号の位相がグループ間で（１／４）Ｔだけ順
次ずれるようにし、ヘッドの移動速度ｖを ｖ＝ｐ／Ｔ とすれば同一グループにおいては先行する噴射孔からの
印字から時間Ｔが経過しヘッドがｐだけ移動したときに
次の噴射孔からの印字が可能となるため、またグループ
間では、時間１．２５Ｔが経過しヘッドが１．２５ｐ移
動したときに次の噴射孔からの噴射をすることができる
ので、すべての噴射孔からの印字ドットを同一の垂直線
上に揃えることができる。

【００３８】この場合のドット間隔は前述の如く、噴射
孔の間隔の垂直成分はすべてＰになることが保証されて
いるので、すべてが一様にｐとなる。また、本実施例に
おいては時分割駆動により、ドライバーの数を１２個か
ら７個に減少する。このようにして本発明によれば、せ
ん断モードを利用した圧電式インクジェットヘッドの時
分割駆動を可能にするだけではなく、本実施例に記載し
たように、他の形式のインクジェットヘッドにおいて
も、これを時分割駆動する際の共通の課題であった印字
ドットのピッチむら（例えば特開昭６１ー２６３７６０
号公報に記載された技術）を解決することができる。

【００３９】

【発明の効果】

（１）本発明によればせん断モードを利用する圧電式イ
ンクジェットプリンタの印字ヘッドの時分割駆動が可能
となり、印字ヘッドの駆動回路の簡素化により、プリン
タシステムの低コスト化、小型化に寄与する。 （２）前記印字ヘッドのインク溝のグループ分割にとも
なう噴射溝間隔の不均一化と印字タイミングのずれを噴
射孔の配列構造により補償して完全に等ピッチのドット
マトリクスの印字を時分割駆動で可能にする。 （３）本発明の噴射孔配列構造を用いれば上記のせん断
モードを利用する圧電式インクジェットプリンタの印字
ヘッド以外のインクジェットヘッドを時分割駆動した場
合においても、グループ間の印字タイミングのズレを補
償して完全に等ピッチのドットマトリクスの印字を可能
とする。 （４）圧電式インクジェットヘッドをクロストークを生
ずることなく時分割駆動方式により駆動することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構造を示す溝の断面図
である。

【図２】本発明の第１の実施例の構造を示す斜視図であ
る。

【図３】本発明の第１の実施例の噴射孔の配列を示す側
面図である。

【図４】本発明の第１の実施例の動作を示す溝の断面図
である。

【図５】本発明の第１の実施例の駆動方法に使用する回
路を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施例の駆動方法を示すタイム
チャートである。

【図７】本発明の第２の実施例の噴射孔の配列を示す側
面図である。

【図８（ａ）】本発明の第３の実施例の構造を示す正面
図である。

【図８（ｂ）】本発明の第３の実施例の構造を示す側面
図である。

【図９】本発明の第３の実施例の噴射孔の配列を示す側
面図である。

【図１０（ａ）】従来例の構造を示す側面図である。

【図１０（ｂ）】従来例の駆動回路を示すブロック図で
ある。

【図１１（ａ）】従来例の構造を示す模型図である。

【図１１（ｂ）】従来例の等価回路を示す図である。

【図１２】従来例の駆動回路を示すブロック図である。

【図１３】本発明の第１の実施例の他の駆動方法に用い
る回路を示す図である。

【図１４】本発明の第１の実施例の他の駆動方法を示す
タイムチャートである。

【符号の説明】

１１，１２，１３，４１，４２，４３，４４ ｐｎｐバ
イポーラトランジスタ ２１，２２，２３ ダイオード ３１，３２，３３，３４，９２１，９２２，９２３ チ
ャンネルドライバー ４５，４６，４７，４８ ｎｐｎバイポーラトランジス
タ ５１，５２，５３，５４ 抵抗 ６１，６２，６３，６４ 引き出し線 １０１、３０１ 基板 １０３ 弾性部材 １０４ 蓋 １０５ ヘッド １０７ 印字ドット １０８，３０５ ノズル板 １１０，２１０，３０８，７０２，８０１ 噴射孔 １１１，２１１，３０３，７０１ 噴射溝 １１２、２１２ ダミー溝 １１５，２１５ 駆動隔壁 １１６，２１６ 分離用隔壁 １２１，１６１、７０４，８０２ 駆動電極 １２２，１６２、８０４ ダミー電極 １３１，１３２，１３３，２３１，２３２，２３３，２
３４，３１１，３１２噴射孔の配列中心線 １４１，１４２，１４３ 共通電極 １５１，１５２，１５３，９１１，９１２，９１３ グ
ループドライバー １８１，３０４ インク供給溝 １８２ ジョイント ３０２ 第１の溝 ３０６ 薄板 ３０７ 圧電素子 ５１１、５１２、５１３ ｐｎｐバイポーラトランジス
タ ５２１、５２２、５２３ ｎｐｎバイポーラトランジス
タ ５４１、５４２、５４３ ５４４ チャンネルドライバ
ー ５５１、５５２、５５３、５５４ ｐｎｐバイポーラト
ランジスタ ５５５、５５６、５５７、５５８ ｎｐｎバイポーラト
ランジスタ ５６１、５６２、５６３、５６４ 抵抗 ５７１、５７２、５７３、５７４ 電流流れ出し回路引
き出し線 ５７５、５７６、５７７、５７８ 電流吸い込み回路引
き出し線 ５８１、５８２、５８３、５８４ ダイオード ５８５、５８６、５８７、５８８ ダイオード ７０３，８０５，９０１ コンデンサ ７０５ ドライバー ８０３ 隔壁

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力室及びその隔壁を形成する複数の溝
   及び該複数の溝に連通しインクを供給する共通の溝を有
   する圧電材料よりなる基板を有し、該基板の前記複数の
   溝の開口する端面にインクを噴射する噴射孔を有するノ
   ズル板を取り付けてなり、該複数の溝には圧電駆動用の
   電極をとりつけ、該電極に駆動電圧を加えることにより
   隔壁をせん断モードで変形させて圧力室の容積を変化さ
   せ、圧力室内に充填したインクを噴射孔から射出する印
   字ヘッドにおいて、（１）インクを噴射する噴射溝に隣
   接してインクを噴射しないダミー溝を設け、該ダミー溝
   を介して連続するｍ個の該噴射溝を含む一連の溝をまと
   めて１つのグループとし、各グループの両端にはダミー
   溝を配し、連続する２個のダミー溝の間の隔壁を分離用
   の隔壁として全体の溝列をｎ個のグループに分割し、各
   グループのダミー電極同志をグループ内では接続し他の
   グループからは前記分離用隔壁により分離して共通電極
   となし、（２）噴射孔の配列は、グループ内では噴射孔
   の間隔の垂直成分はｐ，水平成分はｐの整数倍であるｋ
   ｐとなるように、グループ内の噴射孔の配列の中心線が
   印字ドットの水平方向に対してθ°傾斜し、（３）印字
   の垂直方向及び水平方向のドットピッチがどこでも一様
   の値ｐとなるように、グループ間においては、先行する
   グループの噴射孔の配列の中心線を印字ヘッドの進行方
   向と逆方向に整数ｇを用いて（ｇ＋１／ｎ）ｐで表され
   る長さだけ平行移動して後続グループの噴射孔の配列中
   心線とし、該配列中心線上で、先行グループの最後の噴
   射孔との間隔の垂直成分がｐとなる位置に当該後続グル
   ープの最初の噴射孔が配置される配列をなすことを特徴
   とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 溝の配列方向が印字の水平方向に対しφ
   °傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のイン
   クジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のインク
   ジェットヘッドの溝配列の同一グループ内のダミー電極
   同志を接続してなる共通電極にそれぞれ対応するグルー
   プドライバーを接続し、各グループにおける同一の配列
   順番の駆動電極を共通のチャンネルドライバーに接続
   し、各グループ毎の印刷信号に対応したインク噴射動作
   をｎ時分割で順次駆動することを特徴とするインクジェ
   ットヘッドの駆動方法。
4. 【請求項４】 グループドライバーを、共通電極を正の
   電源またはアースのいずれか１に切り替え接続するスイ
   ッチ手段と、共通電極と正の電源またはアースの間に設
   けられたそれぞれ正の電源またはアースに対し順方向に
   接続されたダイオードより構成し、チャンネルドライバ
   ーに正の電源との接続を制御する第１のスイッチング手
   段およびアースとの接続を制御する第２のスイッチング
   手段を設け、各グループの駆動電極をそれぞれ個別の逆
   方向の極性のダイオードを介して対応するチャンネルド
   ライバーの第１のスイッチング手段に導通する引き出し
   線に接続し、それぞれ個別の順方向の極性のダイオード
   を介して対応するチャンネルドライバーの第２のスイッ
   チング手段に導通する引き出し線に接続し、各グループ
   毎の印刷信号に対応したインク噴射動作をｎ時分割で順
   次駆動することを特徴とする請求項３に記載のインクジ
   ェットヘッドの駆動方法。
5. 【請求項５】 印字を行う複数の噴射孔を有し、該複数
   の噴射孔がｎグループに分けられ、各グループ毎の印刷
   信号に対応したインク噴射動作をｎ時分割で順次行うこ
   とにより印字を行う圧電式インクジェットヘッドの駆動
   方法においてグループドライバーを、グループごとの共
   通電極を正の電源またはアースのいずれか１に切り替え
   接続するスイッチ手段と、該共通電極と正の電源または
   アースの間に設けられたそれぞれ正の電源またはアース
   に対し順方向に接続されたダイオードより構成し、チャ
   ンネルドライバーに正の電源との接続を制御する第１の
   スイッチング手段およびアースとの接続を制御する第２
   のスイッチング手段を設け、各グループの駆動電極をそ
   れぞれ個別の逆方向の極性のダイオードを介して対応す
   るチャンネルドライバーの第１のスイッチング手段に導
   通する引き出し線に接続し、それぞれ個別の順方向の極
   性のダイオードを介して対応するチャンネルドライバー
   の第２のスイッチング手段に導通する引き出し線に接続
   し、各グループ毎の印刷信号に対応したインク噴射動作
   をｎ時分割で順次駆動することを特徴とする圧電式イン
   クジェットヘッドの駆動方法。
6. 【請求項６】 印字を行う複数の噴射孔を有し、該複数
   の噴射孔がｎグループに分けられ、各グループ毎の印刷
   信号に対応したインク噴射動作をｎ時分割で順次行うこ
   とにより印字を行うインクジェットヘッドにおいて、前
   記複数の噴射孔の配列が、グループ内では噴射孔の間隔
   の垂直成分はｐ，水平成分はｐの整数倍であるｋｐとな
   るように、グループ内の噴射孔の配列の中心線が印字ド
   ットの水平方向に対してθ°傾斜し、印字の垂直方向及
   び水平方向のドットピッチがどこでも一様の値ｐとなる
   ように、グループ間においては、先行するグループの噴
   射孔の配列の中心線を印字ヘッドの進行方向と逆方向に
   整数ｇを用いて（ｇ＋１／ｎ）ｐで表される長さだけ平
   行移動して後続グループの噴射孔の配列中心線とし、該
   配列中心線上で、先行グループの最後の噴射孔との間隔
   の垂直成分がｐとなる位置に当該後続グループの最初の
   噴射孔が配置される配列をなすことを特徴とするインク
   ジェットヘッド。