JP3568010B2

JP3568010B2 - Matrix drive method for inkjet printer

Info

Publication number: JP3568010B2
Application number: JP21077496A
Authority: JP
Inventors: 成規末松; 孝雄松岡; 昌広下堀; 栄一外山; 俊雄冨士
Original assignee: 日立プリンティングソリューションズ株式会社
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1996-08-09
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2016-08-09
Also published as: JPH09109390A

Description

【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Ｖ_０を、駆動時には圧電素子４に圧電電位差Ｖ_１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ｄＶ_Ｘ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Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４の４個とし、信号電極をＹ_１、Ｙ_２、Ｙ_３、Ｙ_４、・・Ｙ_１６の１６個とする。その交点にノズル、Ｐ_１１、Ｐ_１２、・・Ｐ_１１６、Ｐ_２１、・・Ｐ_２１６、Ｐ_３１、・・Ｐ_３１６、Ｐ_４１、・・Ｐ_４１６が６４個配設されている。
前記走査電極Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４のうち、一個にＶ_０を印加し、他の電極には１／３・Ｖ_０を印加する。一走査時間を、例えば１２８μｓとすれば、ノズルＰ_２２、Ｐ_２３を駆動する場合、走査電極Ｘ_２がＶ_０になるタイミングで、信号電極Ｙ_２、Ｙ_３を０Ｖ、残りの信号電極Ｙ_４、・・Ｙ_１６を２／４・Ｖ_０が入力されると、ノズルＰ_２２、Ｐ_２３がＶ０になり、予定の如く、駆動されるが、ノズルＰ_２１には順方向に２／４・Ｖ_０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Ｅ_５，駆動時電位をＥ_１，非駆動時電位をＥ_２とする。選択線においてそれぞれ、待機時電位をＥ_６，駆動時電位をＥ_３，非駆動時電位をＥ_４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Ｖ_０＝Ｅ_５−Ｅ_６，駆動時の圧電電位差をＶ_１＝Ｅ_１−Ｅ_３，非駆動時の圧電電位差をＶ_２＝Ｅ_１−Ｅ_４，Ｖ_３＝Ｅ_２−Ｅ_３，Ｖ_４＝Ｅ_２−Ｅ_３とする。
【００２１】
このとき、駆動差分電圧をｄＶ_１＝Ｖ_１−Ｖ_０、非駆動差分電圧をｄＶ_２＝Ｖ_２−Ｖ_０、ｄＶ_３＝Ｖ_３−Ｖ_０、ｄＶ_４＝Ｖ_４−Ｖ_０とすると、ｄＶ_２及びｄＶ_３がｄＶ_１の１／３、もしくはｄＶ_４がｄＶ_１の−１／３となるように、前記時分割線，選択線の各電位Ｅ１、Ｅ_２、Ｅ_３、Ｅ_４、Ｅ_５、Ｅ_６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】

【００２４】
【表２】

【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４_１１、４_１２、・・４_４Ｍ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１１_１、１１_２、１１_３、１１_４の４ラインが設けられている。その内、１１_１について説明する。
時分割線１１_１は、圧電素子４_１１の正電極５_１１と接続する。時分割駆動電位Ｅ_１、例えば２４Ｖ及び時分割非駆動電位Ｅ_２、例えば８Ｖを準備する。
【００３０】
ＰＮＰトランジスタ２０_１は、エミッタが時分割駆動電位Ｅ_１に接続し、コレクタは時分割線１１_１に接続されている。
また、ＰＮＰトランジスタ２１_１と、これに直列に接続されたＮＰＮトランジスタ２２_１と、前記トランジスタ２１_１、２２_１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３２_１及びダイオード３３_１とは、時分割非駆動電位Ｅ_２のドライバを形成する。
ＰＮＰトランジスタ２１_１のエミッタは、時分割非駆動電位Ｅ_２に接続し、そのコレクタはＮＰＮトランジスタ２２_１のコレクタに接続する。ＮＰＮトランジスタ２２_１のエミッタは、時分割線１１_１に接続されている。
【００３１】
同様にして、前記ＰＮＰトランジスタ２０_２、・２０_４と、前記ＰＮＰトランジスタ２１_２、ＮＰＮトランジスタ２２_２、トランジスタ２１_２、２２_２、ダイオード３２_２、ダイオード３３_２・・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１２_１、１２_２、・・１２_ＭのＭラインが設けられている。その内、１２_１について説明する。
選択線１２_１は、選択グループ内の圧電素子４_１１の負電極６_１１と接続し、選択駆動電位Ｅ_３、例えば０Ｖ及び選択非駆動電位Ｅ_４、例えば１６Ｖが準備されている。
【００３３】
ＮＰＮトランジスタ２３_１は、エミッタを選択駆動電位Ｅ_３に接続し、コレクタを選択線１２_１に接続する。
ＰＮＰトランジスタ２４_１と、このＰＮＰトランジスタ２４_１に並列で、かつ極性を逆にして接続されたダイオード３５_１とは、選択非駆動電位Ｅ_４のドライバを形成する。前記ＰＮＰトランジスタ２４_１のエミッタは、選択非駆動電位Ｅ_４に接続され、そのコレクタ２３_１は選択線１１_１に接続する。
同様にして、前記ＮＰＮトランジスタ２３_２、・・２３_Ｍと、ＰＮＰトランジスタ２４_２、・・２４_Ｍ、ダイオード３５_２、・・３５_Ｍ１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１１_１、１１_２、１１_３・・は、それぞれ圧電素子の放電スイッチＨ_１、Ｈ_２、・・・、Ｈ_４のＮＰＮトランジスタ２５_１、２５_２、・・・２５_４のコレクタに接続し、当該ＮＰＮトランジスタ２５_１、２５_２、・・・２５_４のエミッタは、待機時電位Ｅ_５、例えば０Ｖに接続する。なお、ＮＰＮトランジスタ２５_１、２５_２、２５_３に・・・は、逆流防止用ダイオード３７_１、３７_２、・・・、３７_４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、Ｓ_１１〜Ｓ_１Ｍ、Ｓ_２１〜Ｓ_２Ｍ、Ｄ_１１〜Ｄ_１４、Ｄ_２１〜Ｄ_２４、Ｄ_３１〜Ｄ_３４は、それぞれ図１に示すＮＰＮトランジスタ２３_１、・・２３_Ｍのベース、ＰＮＰトランジスタ２４_１、・・２４_Ｍのベース、ＰＮＰトランジスタ２０_１、・・２０_４のベースを示し、ＰＮＰトランジスタ２１_１、・・２１_４のベースを示し、ＮＰＮトランジスタ２２_１、・・２２_４のベースを示し、Ｘ_１１、・・Ｘ_４Ｍは、各圧電素子４_１１、４_１２・・・４_４Ｍの負電極６_１１、６_１２・・６_４Ｍを基準にした正電極５_１１、・・５_４Ｍ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、Ｈ_１、Ｈ_２、・・・Ｈ_４及びＳ_１１、Ｓ_１２・・Ｓ_１ＭをＯＮとし、全圧電素子の電位差Ｖ_０を０Ｖとする。Ｄ_１１、Ｄ_１２・・Ｄ_１４は、順次ＯＮとし時分割線には駆動電位Ｅ_１、例えば２４Ｖを印加する。これと同時に、Ｄ_３１、Ｄ_３２・・Ｄ_３４をＯＦＦし、Ｅ２の電位がＥ_１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、Ｄ_２１、Ｄ_２２・・Ｄ_２４をＯＮとし，Ｅ_２、例えば８Ｖを印加する。
【００３７】
選択線側においては、駆動時には、Ｓ_１１、Ｓ_１２・・Ｓ_１ＭをＯＮとし、駆動電位Ｅ_３、例えば０Ｖを印加する。非駆動時には、Ｓ_２１、Ｓ_２２・・Ｓ_２ＭをＯＮとし、非駆動電位Ｅ_４、例えば１６Ｖを印加する。この結果、駆動圧電素子の電位差Ｘ_１１・・は、駆動差分電位ｄＶ_１＝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Ｘ_１Ｍ・・Ｘ_２１は、ｄＶ_２＝ｄＶ_３＝８Ｖ、または電位差Ｘ_２Ｍ・・は、ｄＶ_４＝−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、Ｓ_２１〜Ｓ_２Ｍは、ＰＮＰトランジスタ４５_１、４５_２、・・４５_Ｍのベースを示し、Ｓ_１１〜Ｓ_１ＭはＮＰＮトランジスタ４４_１、４４_２、・・４４_Ｍのベースを示し、Ｄ_１１〜Ｄ_３４は、ＰＮＰトランジスタ４１_１、・・４１_４、４２_１、・４２_４のベース、ＮＰＮトランジスタ４４_１、・・４４_４のベースを示している。また、Ｘ_１１、・・Ｘ_４Ｍは、各圧電素子４_１１、４_１２・・・４_４Ｍの負電極６_１１、６_１２・・６_４Ｍを基準にした正電極５_１１、・・５_４Ｍの電位差、Ｈ_１１及びＨ_２１、Ｈ_１２及びＨ_２２、・・・・Ｈ_１Ｍ及びＨ_２Ｍ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、Ｄ_２１〜Ｄ_２４及び放電スイッチＨ_１をＯＮとし、時分割線にＥ_５、例えば３２Ｖ，選択線にＥ_６、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、Ｈ_１１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。Ｈ_２１をＯＦＦで、Ｓ２_１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、Ｈ_２を配設したものである。
【００４１】
次に、Ｄ_１１、Ｄ_１２・・Ｄ_１４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、Ｄ_３１、Ｄ_３２・・Ｄ_３４をＯＮとし，Ｅ_２、例えば３２Ｖを印加する。
【００４２】
Ｄ_３１、Ｄ_３２・・Ｄ_３４がＯＮにおいて、Ｄ_２１、Ｄ_２２・・Ｄ_２４をＯＦＦとして、Ｅ_１の電位がＥ_３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、Ｓ_２１、Ｓ_２２・・Ｓ_２ＭがＯＮとなり駆動電位Ｅ_３＝１６Ｖが印加され、非駆動時には、Ｓ_１１、Ｓ_１２・・Ｓ_１ＭがＯＮとなり非駆動電位Ｅ_４＝０Ｖが印加される。Ｓ_１１、Ｓ_１２・・Ｓ_１ＭがＯＮの時、Ｈ_２をＯＦＦとして、Ｅ_６の電位がＥ_３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Ｘ_１１、Ｘ_１２・・は、駆動差分電位ｄＶ_１＝−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Ｘ_１Ｍ、Ｘ_２１・・は、ｄＶ_２＝ｄＶ_３＝−８Ｖ、または電位差Ｘ_２Ｍ・・は、ｄＶ_４＝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
Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_４…走査電極
Ｙ_１、Ｙ_２、・・Ｙ_１６…信号電極
Ｈ、Ｈ_１、Ｈ_２…圧電スイッチの放電スイッチ
Ｐ_１１、Ｐ_１２、・Ｐ_１１６、・・Ｐ_４１、・Ｐ_４１６…ノズル
Ｓ_１１・・Ｓ_１Ｍ…ＮＰＮトランジスタ２３、・・４４のベース
Ｓ_２１・・Ｓ_２Ｍ…ＰＮＰトランジスタ２４、・・４５のベース
Ｄ_１１、・・Ｄ_１４…ＰＮＰトランジスタ２０、・・４１のベース
Ｄ_２１、・・Ｄ_２４…ＰＮＰトランジスタ２１_１、・・２１_４のベース
Ｄ_３１、・・Ｄ_３４…ＮＰＮトランジスタ２２、４４のベース
Ｘ_１１、・・Ｘ_４Ｍ…圧電素子の正電極の電位差[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a matrix driving method for an ink jet printer, and more particularly to a matrix driving method for an ink jet printer that performs printing by ejecting ink with a plurality of piezoelectric elements.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a driving principle of an ink jet printer using a piezoelectric element as a driving source will be described. FIG. 5 is a schematic sectional view of a nozzle unit of a conventional ink jet printer. In FIG. 5, 1 is a nozzle, 2 is a pressure chamber, 3 is a diaphragm, 4 is a piezoelectric element, 5 is a positive electrode, 6 is a negative electrode, 7 is an ink droplet, 9 is an ink supply groove, and 10 is a frame.
[0003]
As shown in FIG. 5, a nozzle 1 for ejecting an ink droplet 7 is disposed so as to have an opening in a part of the pressure chamber 2. An ink supply groove 9 for supplying ink is provided in the other part of the pressure chamber 2. Further, a piezoelectric element 4 is disposed on the opposite side of the pressure chamber 2 from the nozzle 1 via a diaphragm 3.
[0004]
The piezoelectric element 4 is, for example, an electric field control type, a D31 type having a characteristic of shrinking in the direction of the arrow shown in the drawing. A positive electrode 5 and a negative electrode 6 are formed on the side surface and a side surface in a direction perpendicular to the fixed side of the frame 10.
[0005]
Here, the piezoelectric element 4 has a D31 characteristic that shrinks in the direction of the arrow shown in the drawing substantially in proportion to the potential difference of the positive electrode 5 with respect to the front negative electrode 6 (simply called a piezoelectric potential difference).
[0006]
The potential difference V ₀ to the piezoelectric element 4 in the standby state, by applying a piezoelectric voltage difference V ₁ to the piezoelectric element 4 at the time of driving, and shrink the piezoelectric element 4 is in the D31 direction, or stretching, change the ink pressure in the pressure chamber 2 Then, ink droplets are ejected from the nozzles 1 to print on the object to be printed, and ink is supplied from the ink supply grooves 9.
[0007]
Recently, a plurality of nozzle units are arranged in parallel to form a multi-print head, and the recording speed is improved. However, in order to obtain a higher printing speed, it has been considered to increase the number of nozzle units. At this time, the number of wirings for supplying a current to each piezoelectric element 4 increases, so that there is a disadvantage that mounting is difficult.
[0008]
To solve the above problem, it has been proposed to use matrix driving.
Regarding the matrix drive related to this, there is a technique described in, for example, JP-A-06-064166.
[0009]
According to the above technique, a plurality of nozzles for simultaneously printing are driven by a driver having the same number of charging switch units and one common discharging switch unit as the number of nozzles. This is an excellent method in which the driving circuit is simplified and the printing speed is not reduced as the number of nozzles for printing increases at the same time.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In matrix driving using a piezoelectric element as a driving source, which is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-064166, a voltage that is の of the driving voltage is applied as a sneak voltage to the non-driving piezoelectric element when it is not driven. You. For this reason, in some cases, ink is ejected from the nozzles even when the non-driven piezoelectric element is not driven when not driven.
[0011]
Referring to FIG. 6, the relationship between the potential difference dV (hereinafter simply referred to as a drive differential voltage) of the piezoelectric element 4 at the time of standby and at the time of driving in the nozzle drive unit using the piezoelectric element and the amount of ink ejected is shown. explain. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the drive differential voltage and the amount of ink ejected.
As shown in FIG. 6, since there is a region where ink is not ejected from the nozzle within the range of the drive differential voltage dV _X or less, even when a sneak voltage is applied to the non-drive piezoelectric element, ink is not ejected from the nozzle. You can do so.
[0012]
However, in practice, variations occur as shown by the two-dot chain line in FIG. 6 due to the characteristics of each nozzle, so that a small amount of ink may be ejected from the nozzle at １／ of the drive differential voltage. There is a problem that the ejected small amount of ink adheres around the nozzle, and the ink is not normally ejected thereafter.
In order to solve this problem, if the set value of the drive differential voltage is reduced, there is a problem that a necessary amount of ink ejected from the nozzle during driving cannot be secured.
[0013]
An object of the present invention is to solve the problems of the related art.In a matrix drive of an inkjet printer, a drive differential voltage applied to a non-drive piezoelectric element is minimized. Provides a low-cost, highly reliable matrix drive method for inkjet printers that prevents the ejection of ink from the nozzles of non-driven piezoelectric elements and ensures the required amount of ink emitted from the nozzles of the driven piezoelectric elements when driven. Is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the configuration of the matrix driving system of the inkjet printer according to the present invention includes a plurality of nozzles for ejecting ink, a plurality of pressure chambers adjacent to each nozzle and filled with ink, An ink flow path for supplying ink to the chamber, a diaphragm forming a part of a side wall of the pressure chamber, a plurality of piezoelectric elements arranged outside the diaphragm, and a voltage applied to the piezoelectric element by predetermined timing. The piezoelectric element is composed of N time division lines to be applied and M selection lines, the piezoelectric element is arranged at a position where the time division line and the selection line intersect, and one electrode is selected as the time division line and the other electrode is selected. In a matrix drive system of an ink jet printer connected to a line, a standby potential, a drive potential, and a non-drive potential are supplied to each time-division line, and a time-division driver that selects and drives the potential; Against A time-division driver that supplies a mechanical potential, a driving potential, and a non-driving potential, and selects and drives the potential; applies a driving differential voltage to both ends of the piezoelectric element during driving; The potential applied to the division line and the selection line is set so that either one-third or-／ of the driving difference voltage is applied to both ends.
[0015]
More specifically, the standby potential, the driving potential, and the non-driving potential are applied to the time division line and the selection line, respectively, and the above potentials are selected by a driver arranged on the time division line and the selection line. And apply it to the piezoelectric element. At this time, the potential of each line is set such that the piezoelectric potential difference of the non-driven piezoelectric element becomes either １／ or ／ of the drive differential voltage.
[0016]
With reference to FIGS. 7 and 8, the reason why the piezoelectric potential difference of the non-driven piezoelectric element is 1/3 or-もしくは of the driving differential voltage will be described.
[0017]
7 is an explanatory diagram of the sneak voltage of the drive differential voltage of the piezoelectric element, and FIG. 8 is a timing chart explanatory diagram of the sneak voltage of FIG.
The drive differential voltage causes the piezoelectric element to perform a predetermined deformation operation, thereby firing ink. In the matrix drive method, the drive differential voltage is applied to the piezoelectric element that does not emit ink by sneaking. However, this value is made smaller than the drive differential voltage so that ink is not emitted.
For example, if the sneak driving differential voltage applied to a certain piezoelectric element is reduced to ４, the ejection of ink is completely prevented by the piezoelectric element. However, in other piezoelectric elements, the sneak driving differential voltage is halved, and the ejection of ink is not prevented.
[0018]
As shown in FIG. 7, the scan electrodes and the four _{_{_{X 1, X 2, X 3}}} , X 4, to the signal electrodes _{_{_{_{Y 1, Y 2, Y 3}}}} , Y 4, and 16 · · _{Y 16.} Nozzle to the intersection _{_{_{_{point, P 11, P 12, ··}}}} P 116, P 21, ·· P 216, P 31, ·· P 316, P 41, ·· P 416 is 64 arranged.
V ₀ is applied to one of the scan electrodes X ₁ , X ₂ , X ₃ , and X ₄ , and ３ · V ₀ is applied to the other electrodes. If one scan time is, for example, 128 μs, when driving the nozzles P ₂₂ and P ₂₃ , the signal electrodes Y ₂ and Y ₃ are set to 0 V and the remaining signal electrodes Y ₄ at the timing when the scan electrode X ₂ becomes V _0. When the · · _{Y 16} is 2/4 · _{V 0} is input, the nozzle _P _{22, P 23} becomes V0, as expected, but is driven, 2/4, in the forward direction to the nozzle _{P 21} V ₀ is applied and the ink is fired.
[0019]
In all the piezoelectric elements constituting the matrix drive, by setting the wraparound drive differential voltage to 1/3 or-／ of the drive differential voltage, the object of minimizing the deformation of the piezoelectric element can be achieved. .
That is, in the time division line, the standby potential is E ₅ , the driving potential is E ₁ , and the non-driving potential is E ₂ . In the selection lines, the standby potential is E ₆ , the driving potential is E ₃ , and the non-driving potential is E ₄ .
[0020]
Further, each of the piezoelectric elements _{_{4, V 0 = E 5 -E}} 6 piezoelectric potential during standby, the piezoelectric potential difference at the time of driving _V 1 ₌ E 1 -E _3, the piezoelectric potential difference at the time of non-driving _V 2 = _{E 1} −E ₄ , V ₃ = E ₂ −E ₃ , and V ₄ = E ₂ −E ₃ .
[0021]
At this time, if the driving differential voltage is dV ₁ = V ₁ −V ₀ , the non-driving differential voltage is dV ₂ = V ₂ −V ₀ , dV ₃ = V ₃ −V ₀ , and dV ₄ = V ₄ −V ₀ , dV ₂ and dV ₃ is as 1/3 of dV ₁ or dV _4, is -1/3 of dV _1, wherein the time division lines, each potential of the selected line _{_{_{E1, E 2, E 3,}}} E 4, Set the values of E ₅ and E ₆ .
[0022]
The following [Table 1] and [Table 2] illustrate a plurality of combinations that satisfy the above relationship.
[0023]
[Table 1]

[0024]
[Table 2]

[0025]
The function of each of the above technical means is as follows.
In the matrix driving method of the ink jet printer configured as described above, when a driving potential is selected for the time division line and the selection line, a driving differential voltage between the standby potential and the driving potential acts on the piezoelectric element, and ink is ejected. However, when either the time division line or the selection line selects the non-driving potential, any one of 駆動 and -−１ of the driving differential voltage is applied to the piezoelectric element. For this reason, even when the nozzle characteristics are varied, the ink is not emitted from the non-drive nozzle at the time of non-drive, so that the margin can be increased and the ink amount at the time of drive can be increased.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration and the basic operation of the ink jet printer have been described in the related art, so the description will be omitted, and the characteristic driving method of the present invention will be described.
[0027]
[Example 1]
FIG. 1 is a driving circuit diagram of a matrix driving system of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention.
[0028]
As shown in FIG. 1, the number of piezoelectric elements is _4M , 4 ₁₁ , 4 ₁₂ ,... ₄₄ M. For example, one group is divided into M time division groups.
[0029]
Time division lines ₁₁ 1 in correspondence with each time division _group, 11 _2, 11 3, 11 ₄ of four lines is provided. Among them, it described 11 _1.
Time division line 11 ₁ is connected to the positive electrode _{5 11} of the piezoelectric element _{4 11.} A time-division driving potential E ₁ , for example, 24 V, and a time-division non-driving potential E ₂ , for example, 8 V are prepared.
[0030]
PNP transistor 20 ₁ is connected to the time division drive potential _{E 1} emitter, the collector is connected to the dividing line 11 ₁ time.
Also, the PNP transistors 21 _1, an NPN transistor 22 ₁ connected in series thereto, the transistor ₂₁ 1, 22 respectively in parallel to ₁ and the polarity and the diode 32 ₁ and the diode 33 ₁ Conversely to being connected to forms the division of non-drive potential E ₂ driver when.
The emitter of the PNP transistor 21 _1, when connected to a divided non-drive potential _{E 2,} its collector connected to the collector of the NPN transistor 22 _1. The emitter of the NPN transistor 22 ₁ is connected to the dividing line 11 ₁ time.
[0031]
Similarly, the PNP transistor ₂₀ 2, a-20 _4, the PNP transistor ₂₁ 2, NPN transistor 22 _2,

transistor

₂₁ 2, 22 _2, diode 32 _2, the driver comprising a diode 33 ₂ ..., each Four groups are formed corresponding to the time division groups, and the connections are the same as above.
[0032]

Select lines

₁₂ _1, 12 2 corresponding to the selected group, M line · · 12 _M are provided. Among them, the 12 ₁ will be described.
Select line 12 ₁ is connected to the negative electrode _{6 11} of the piezoelectric element _{4 11} in the selected group, selected driving potential _{E 3,} for example, 0V and selected non-drive potential _{E 4,} for example, 16V is prepared.
[0033]
NPN transistor 23 ₁ is connected to the emitter to the selected driving potential _{E 3,} to connect the collector to the selection line 12 _1.
A PNP transistor 24 _1, in parallel with the PNP transistor 24 ₁ and the polarity and connected diode 35 ₁ and the reversed forms of the selected non-drive potential _{E 4} driver. The emitter of the PNP transistor 24 ₁ is connected to the selected non-drive potential _{E 4,} the collector 23 ₁ is connected to the select line 11 _1.
Similarly, the NPN transistor ₂₃ 2, and · · 23 _M,

PNP transistor

₂₄ 2, · · 24 _M,

diode

₃₅ 2, the driver comprising a · · _{35 M1,} provided M groups corresponding to each selected group The connection is the same as above.
[0034]
Further, when the dividing line ₁₁ _1, 11 2, 11 ₃ ..., the discharge switch _H _1, H 2 of the piezoelectric elements, respectively, · · ·, NPN transistors ₂₅ 1 _{H _4,} 25 2, · · · 25 ₄ connected to the collector, the emitter of the NPN transistor ₂₅ _1, 25 2, ... 25 _4, standby potential _{E 5,} for example, be connected to 0V. Incidentally, ... to the NPN transistors ₂₅ _1, 25 2, 25 _3, reverse current blocking diode ₃₇ _1, 37 2, ..., 37 ₄ are connected in parallel.
[0035]
The operation of the driving system shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a timing chart of the drive circuit diagram of FIG.
_{_{_{_{Figure, S 11 ~S 1M, S 21}}}} ~S 2M, D 11 ~D 14, D 21 ~D 24, D 31 ~D 34 is, NPN transistor ₂₃ 1 shown in FIGS 1, · · 23 _M based , PNP transistor ₂₄ 1, based ... 24 _M, PNP transistor ₂₀ 1, shows the base · 20 _4, PNP transistors ₂₁ 1, shows the base · 21 _4, NPN transistors ₂₂ 1, ... 22 ₄ shows the _base, X 11, ... _{X 4M,} each piezoelectric element _₄ _11, ₄ 12 ··· ₄ _4M the negative electrode ₆ _11, 6 12 ... _{6 4M}

positive electrode

₅ 11 relative to the, ... It shows a potential difference of _54M .
[0036]
In the standby state shown in FIG. 2, H ₁ , H ₂ ,... H ₄ and S ₁₁ , S ₁₂ ... S _1M are turned on, and the potential difference V ₀ of all the piezoelectric elements is set to 0V. D ₁₁ , D ₁₂ ... D ₁₄ are sequentially turned on, and a drive potential E ₁ , for example, 24 V, is applied to the time division line. At the same time, D ₃₁ , D ₃₂ ... D ₃₄ are turned off to prevent the potential of E ₂ from being interfered by E ₁ . When the time division group is not driven, D ₂₁ , D ₂₂ ... D ₂₄ are turned ON, and E ₂ , for example, 8 V is applied.
[0037]
On the selection line side, at the time of driving, S ₁₁ , S ₁₂ ... S _1M are turned ON, and a driving potential E ₃ , for example, 0 V is applied. At the time of non-driving, S ₂₁ , S ₂₂ ... S _2M are turned ON, and a non-driving potential E ₄ , for example, 16 V is applied. As a result, the potential difference X ₁₁ ... Of the driving piezoelectric element becomes the driving difference potential dV ₁ = 24 V, and the ink is ejected. On the other hand, the potential difference _{_X} 1M ·· _X ₂₁ of the non-driven piezoelectric _elements, dV _{2 =} dV 3 ₌ 8V or potentiometry _{X 2M} · ·, _is, dV 4 = - becomes a difference potential of 8V, the ink will not be fired.
[0038]
[Example 2]
Next, another embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is a driving method applied to a piezoelectric element in the D33 direction. In the case of using the displacement in the D33 direction, since the applied potential and the expansion / contraction direction are opposite to the D31 direction piezoelectric element, it is necessary to apply a potential difference to the piezoelectric element during standby and apply a negative differential voltage during driving. . The other parts are substantially the same as those of [Embodiment 1] of FIG. 1, and therefore, the description will focus on the characteristic parts.
[0039]
FIG. 3 is a driving circuit diagram of a matrix driving system of an inkjet printer according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a timing chart of the drive circuit diagram of FIG.
In the _figure, S 21 _{to S 2M} is, PNP transistor ₄₅ _1, 45 2, shows a base ·· 45 _{_M,} _S 11 _{~S 1M} are NPN transistors ₄₄ _1, 44 2, shows the base · · 44 _M, D ₁₁ to D ₃₄ is, PNP transistor ₄₁ _1, ... 41 _4, 42 1, and 42 ₄ of the base, NPN transistors ₄₄ 1 shows the base of ... 44 _4. _Furthermore, X 11, · · _{X 4M,} each piezoelectric element _₄ _11, ₄ 12 ··· ₄ _4M the negative electrode _₆ _11, ₆ 12 ·· ₆ _4M

positive electrode

₅ 11 relative to the, · · _{5 4M} of potential _{difference, H 11} and _H _{21, H 12} and _{_H} 22, _{···· H} _1M and _{H 2M} shows a discharge switch of the piezoelectric element.
[0040]
3 and 4, during standby, D _{21 to} D ₂₄ and the discharge switch H ₁ are turned ON, E ₅ , for example, 32 V is applied to the time-division line, and E ₆ , for example, 8 V is applied to the selection line, and the total piezoelectric element The potential difference is set to 24V.
Incidentally, the H ₁₁ at ON, because there is a current flowing in an arrow A direction, the diode 52, also because there is a current flowing in the arrow B direction, in which a diode 53 is disposed. The H ₂₁ at OFF, when S2 ₁ is ON, since the 16V is applied to the X point, so that no current flows to the diode 52, is obtained by arranging the _{H 2.}
[0041]
Next, D ₁₁ , D ₁₂ ... D ₁₄ are sequentially turned on, and a drive potential E1, for example, 16 V is applied to the time division line. When the time-division group is not driven, D ₃₁ , D ₃₂ ... D ₃₄ are turned ON, and E ₂ , for example, 32 V is applied.
[0042]
When D ₃₁ , D ₃₂ ... D ₃₄ are ON, D ₂₁ , D ₂₂ ... D ₂₄ are turned OFF to prevent the potential of E ₁ from being interfered by E ₃ .
In the selection line side, when _{_{_{driving, S 21, S 22 ·· S}}} 2M is turned ON driving potential _E 3 = 16V is applied, at the time of _{_{_{non-driving, S 11, S 12 ·· S}}} 1M is turned ON undriven potential E ₄ = 0V is applied. When S ₁₁ , S ₁₂ ... S _1M are on, H ₂ is turned off to prevent the potential of E ₆ from being interfered by E ₃ .
As a result, the potential differences X ₁₁ , X ₁₂ ... Of the driving piezoelectric element become the driving difference potential dV ₁ = −24, and the ink is ejected. On the other hand, the potential difference _X 1M undriven piezoelectric _{element, X 21} · · _is, dV ₂ = dV 3 = -8V or potentiometry _{X 2M} · ·, becomes a difference potential of _dV 4 = 8V, the ink will not be fired.
[0043]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to suppress the differential voltage which acts on the non-driven piezoelectric element in matrix drive to 1/3 or -1/3 of the drive differential voltage, and ink leaks from the non-driven piezoelectric element. Such problems can be solved, and an inexpensive and highly reliable ink jet printer can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a matrix driving circuit of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart of the driving circuit diagram of FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a matrix driving circuit of an inkjet printer according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart of the drive circuit diagram of FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic sectional view of a nozzle unit of a conventional ink jet printer.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a driving differential voltage of a piezoelectric element and an amount of ink ejected.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a wraparound voltage of a driving differential voltage of a piezoelectric element.
8 is a timing chart explanatory diagram of the sneak voltage in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nozzle 2 ... Pressure chamber 3 ... Diaphragm 4 ... Piezoelectric element 5 ... Positive electrode 6 ... Negative electrode 7 ... Ink drop 9 ... Ink supply groove 10 ... Frame 11 ... Generic name of time division line 12 ... Generic name of

selection line

20, 21 , 24... Generic names of

PNP transistors

22, 23, 25... Generic names of

NPN transistors

32, 33, 35. 49,50,51,52,53 ... generic _{_{_{X 1, X 2, X 3}}} , X 4 ... scan electrodes _{_{Y 1, Y 2, ·· Y}} 16 ... signal electrode H of the diode, _{H 1,} H 2 _... piezoelectric switch discharge switches _{_{_{P 11, P 12, · P}}} 116, ·· P 41, · P 416 ... nozzle _{_S} 11 _·· _S 1M ... NPN transistor 23, the base _{_S} 21 _·· _S 2M ... PN of ... 44 P transistor 24, the base _D 11 of ... 45, _{... D} 14 ... PNP transistor 20, the base _D 21 of ... 41, _{... D} 24 ... PNP transistor ₂₁ 1, the base _D 31 of ... 21 _4, ... D ₃₄ ... base _X 11 of the

NPN transistor

22, 44, the potential difference between the positive electrode of · · X _{4M ...} piezoelectric element

Claims

A plurality of nozzles for ejecting ink, a plurality of pressure chambers adjacent to each nozzle and filled with ink, an ink flow path for supplying ink to each pressure chamber, and a part of a side wall of the pressure chamber are formed. A diaphragm, a plurality of piezoelectric elements disposed outside the diaphragm, N time division lines for applying a voltage to the piezoelectric element at a predetermined timing, and M selection lines; Is arranged at the position where the time division line and the selection line intersect, and one electrode is connected to the time division line, and the other electrode is connected to the selection line.
A time-division driver that supplies a standby potential, a drive potential, and a non-drive potential to each time-division line and selects and drives the potential, and a standby potential, a drive potential, and a non-drive potential for each selected line A time-division driver for supplying a potential and selecting and driving the potential; applying a driving differential voltage between a standby potential and a driving potential to both ends of the piezoelectric element during driving; Wherein the potential applied to the division line and the selection line is set so that either one-third or-前記 of the driving difference voltage is applied to the matrix.