JPH06198874A - 駆動方法及びインクジェット式印字ヘッド - Google Patents
駆動方法及びインクジェット式印字ヘッドInfo
- Publication number
- JPH06198874A JPH06198874A JP192493A JP192493A JPH06198874A JP H06198874 A JPH06198874 A JP H06198874A JP 192493 A JP192493 A JP 192493A JP 192493 A JP192493 A JP 192493A JP H06198874 A JPH06198874 A JP H06198874A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- drive signal
- transistor
- piezoelectric element
- ink
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】所定波形を発生する駆動信号発生手段と、前記
駆動信号発生手段と容量性負荷が接続される電極と対向
する電極に接続するトランジスタと、前記トランジスタ
のゲートに電圧を印加する制御手段との簡単な構成で容
量性負荷の充放電を行う。 【構成】 制御回路4から、ゲート端子12に電子を流
入させるのに必要な最小電圧であるしきい値電圧以上の
電圧を印加する。駆動信号の立ち上がりでは電圧が増加
するため、MOSトランジスタ3にドレイン電流が流
れ、容量性負荷2の両電極間に電界が発生し、充電電流
が流れる。駆動信号のが立ち下がりではMOSトランジ
スタ3のP形シリコン5と、N形不純物により形成され
たドレイン7による寄生ダイオードから放電電流を流
す。
駆動信号発生手段と容量性負荷が接続される電極と対向
する電極に接続するトランジスタと、前記トランジスタ
のゲートに電圧を印加する制御手段との簡単な構成で容
量性負荷の充放電を行う。 【構成】 制御回路4から、ゲート端子12に電子を流
入させるのに必要な最小電圧であるしきい値電圧以上の
電圧を印加する。駆動信号の立ち上がりでは電圧が増加
するため、MOSトランジスタ3にドレイン電流が流
れ、容量性負荷2の両電極間に電界が発生し、充電電流
が流れる。駆動信号のが立ち下がりではMOSトランジ
スタ3のP形シリコン5と、N形不純物により形成され
たドレイン7による寄生ダイオードから放電電流を流
す。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、容量性負荷を充放電す
る駆動方法に関し、特にインクを容量性の電歪素子で加
圧してインクを吐出させ文字、図形を形成するインクジ
ェット式プリンタに関する。
る駆動方法に関し、特にインクを容量性の電歪素子で加
圧してインクを吐出させ文字、図形を形成するインクジ
ェット式プリンタに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の容量性負荷を駆動する駆動方法と
しては特公平3−20165号公報に示すように放電用
のトランジスタと充電用のトランジスタをもち、各々の
トランジスタを交互に駆動し、容量性負荷の充放電を行
うものであった。このような駆動方法を用いる容量性負
荷の例として圧電素子があり、これは電圧を印加するこ
とにより伸縮するため多くの応用例が報告されている。
その中でインクジェット式印字ヘッドの加圧手段に圧電
素子を用い、インクを吐出させ文字、図形を形成するこ
とにより、高印字品質で低価格のプリンタが実現されて
いる。このインクジェット式印字ヘッドの駆動回路に前
述したような駆動方法が用いられている。これに対し本
出願人は、先願した特開平4−64444号公報におい
て、所定波形の走査電圧を発生する走査電圧発生手段
と、電歪素子と前記走査電圧発生手段が接続される反対
側にコレクタを接続し、かつエミッタを接地したトラン
ジスタと、前記トランジスタと並列に接続されるダイオ
ードからなるインクジェット式印字ヘッドの駆動回路を
示した。これは容量性負荷である電歪素子の充電、また
は放電の一方をトランジスタで行い、他方をダイオード
で行う方法であった。そのため前述した特公平3−20
165号公報の駆動方法に対してIC化を容易にし、低
価格の駆動方法を提供するものであった。またこの他に
抵抗性負荷を駆動する駆動方法として定電圧源と抵抗性
負荷とトランジスタを直列に接続する方法が知られてい
る。これは熱転写方式のプリンタに用いられる駆動方法
で、抵抗性負荷である発熱体を発熱させ常温で固形物で
あるインクを溶融し文字、図形を形成するものである。
この駆動方式は前述した容量性負荷の駆動方法に比べ構
成が簡単で、よりIC化が容易であった。
しては特公平3−20165号公報に示すように放電用
のトランジスタと充電用のトランジスタをもち、各々の
トランジスタを交互に駆動し、容量性負荷の充放電を行
うものであった。このような駆動方法を用いる容量性負
荷の例として圧電素子があり、これは電圧を印加するこ
とにより伸縮するため多くの応用例が報告されている。
その中でインクジェット式印字ヘッドの加圧手段に圧電
素子を用い、インクを吐出させ文字、図形を形成するこ
とにより、高印字品質で低価格のプリンタが実現されて
いる。このインクジェット式印字ヘッドの駆動回路に前
述したような駆動方法が用いられている。これに対し本
出願人は、先願した特開平4−64444号公報におい
て、所定波形の走査電圧を発生する走査電圧発生手段
と、電歪素子と前記走査電圧発生手段が接続される反対
側にコレクタを接続し、かつエミッタを接地したトラン
ジスタと、前記トランジスタと並列に接続されるダイオ
ードからなるインクジェット式印字ヘッドの駆動回路を
示した。これは容量性負荷である電歪素子の充電、また
は放電の一方をトランジスタで行い、他方をダイオード
で行う方法であった。そのため前述した特公平3−20
165号公報の駆動方法に対してIC化を容易にし、低
価格の駆動方法を提供するものであった。またこの他に
抵抗性負荷を駆動する駆動方法として定電圧源と抵抗性
負荷とトランジスタを直列に接続する方法が知られてい
る。これは熱転写方式のプリンタに用いられる駆動方法
で、抵抗性負荷である発熱体を発熱させ常温で固形物で
あるインクを溶融し文字、図形を形成するものである。
この駆動方式は前述した容量性負荷の駆動方法に比べ構
成が簡単で、よりIC化が容易であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし前述した抵抗性
負荷の駆動方法と同じ駆動方法では容量性負荷の駆動は
実現できなかった。なぜなら抵抗性負荷は一方向に電流
を流すことにより発熱しするのに対し、ほとんどの容量
性負荷は充電、放電の双方向に電流を流す必要があるか
らである。また本出願人が先願した特開平4−6444
4号公報に示す容量性負荷の駆動方法はIC化を容易に
し、低価格の駆動方法を提供するものであるが、本発明
ではさらにIC化を容易にする駆動方法を提供するもの
である。
負荷の駆動方法と同じ駆動方法では容量性負荷の駆動は
実現できなかった。なぜなら抵抗性負荷は一方向に電流
を流すことにより発熱しするのに対し、ほとんどの容量
性負荷は充電、放電の双方向に電流を流す必要があるか
らである。また本出願人が先願した特開平4−6444
4号公報に示す容量性負荷の駆動方法はIC化を容易に
し、低価格の駆動方法を提供するものであるが、本発明
ではさらにIC化を容易にする駆動方法を提供するもの
である。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に於ける容量性負荷の駆動方法は、駆動信号
発生手段と、前記駆動信号発生手段と容量性負荷が接続
される電極と対向する電極に接続するトランジスタと、
前記トランジスタのゲートに電圧を印加する制御手段と
を具備し、容量性負荷の選択時には、少なくとも前記駆
動信号発生手段より出力される信号が低電圧から高電圧
に変化する期間に、前記トランジスタのゲートに電圧を
印加して容量性負荷を充電、または放電し、その後前記
駆動信号発生手段より出力される信号が高電圧から低電
圧に変化する期間に、前記トランジスタに充電と逆方向
の電流を流して放電、または充電することを特徴とす
る。
に、本発明に於ける容量性負荷の駆動方法は、駆動信号
発生手段と、前記駆動信号発生手段と容量性負荷が接続
される電極と対向する電極に接続するトランジスタと、
前記トランジスタのゲートに電圧を印加する制御手段と
を具備し、容量性負荷の選択時には、少なくとも前記駆
動信号発生手段より出力される信号が低電圧から高電圧
に変化する期間に、前記トランジスタのゲートに電圧を
印加して容量性負荷を充電、または放電し、その後前記
駆動信号発生手段より出力される信号が高電圧から低電
圧に変化する期間に、前記トランジスタに充電と逆方向
の電流を流して放電、または充電することを特徴とす
る。
【0005】また前記トランジスタはNチャンネルエン
ハンスメントMOSトランジスタであることを特徴とす
る。
ハンスメントMOSトランジスタであることを特徴とす
る。
【0006】またインクを圧電素子で加圧してインクを
ノズルより吐出せしめて、文字、図形を形成するインク
ジェット式印字ヘッドにおいて、所定波形を発生する駆
動信号発生回路と、前記駆動信号発生回路と圧電素子が
接続される電極と対向する電極に接続するトランジスタ
と、前記トランジスタのゲートに電圧を印加する制御回
路とを具備し、圧電素子の選択時には、少なくとも前記
駆動信号発生手段より出力される信号が低電圧から高電
圧に変化する期間に、前記トランジスタのゲートに電圧
を印加して圧電素子を充電、または放電し、その後前記
駆動信号発生手段より出力される信号が高電圧から低電
圧に変化する期間に、前記トランジスタに充電と逆方向
の電流を流して放電、または充電することを特徴とす
る。
ノズルより吐出せしめて、文字、図形を形成するインク
ジェット式印字ヘッドにおいて、所定波形を発生する駆
動信号発生回路と、前記駆動信号発生回路と圧電素子が
接続される電極と対向する電極に接続するトランジスタ
と、前記トランジスタのゲートに電圧を印加する制御回
路とを具備し、圧電素子の選択時には、少なくとも前記
駆動信号発生手段より出力される信号が低電圧から高電
圧に変化する期間に、前記トランジスタのゲートに電圧
を印加して圧電素子を充電、または放電し、その後前記
駆動信号発生手段より出力される信号が高電圧から低電
圧に変化する期間に、前記トランジスタに充電と逆方向
の電流を流して放電、または充電することを特徴とす
る。
【0007】また前記圧電素子は、電極と圧電材料とを
交互にサンドイッチ状に積層した積層圧電素子であるこ
とを特徴とする。
交互にサンドイッチ状に積層した積層圧電素子であるこ
とを特徴とする。
【0008】また前記インクジェット式印字ヘッドは複
数のノズルよりインクを吐出するマルチノズルヘッドで
あって、複数のノズルに各々対応した圧電素子、前記ト
ランジスタ、前記制御回路とを具備し、前記複数の圧電
素子と前記駆動信号発生回路との接続を共通電極とする
ことを特徴とする。
数のノズルよりインクを吐出するマルチノズルヘッドで
あって、複数のノズルに各々対応した圧電素子、前記ト
ランジスタ、前記制御回路とを具備し、前記複数の圧電
素子と前記駆動信号発生回路との接続を共通電極とする
ことを特徴とする。
【0009】また前記圧電素子は電圧が印加されると電
界方向と垂直方向に縮小可能な構造で固定され、かつ前
記駆動信号発生回路より出力され、前記圧電素子に印加
される駆動信号は最小値が0、もしくはほとんど0電圧
で、最大値が正の電圧である電圧波形を有する駆動信号
であって、前記圧電素子の放電時にインクを加圧せしめ
インクを吐出することを特徴とする。
界方向と垂直方向に縮小可能な構造で固定され、かつ前
記駆動信号発生回路より出力され、前記圧電素子に印加
される駆動信号は最小値が0、もしくはほとんど0電圧
で、最大値が正の電圧である電圧波形を有する駆動信号
であって、前記圧電素子の放電時にインクを加圧せしめ
インクを吐出することを特徴とする。
【0010】また前記圧電素子は電圧が印加されると電
界方向に並行に伸長可能な構造で固定され、かつ駆動信
号発生回路より出力され、前記圧電素子に印加される駆
動信号は最小値が負の電圧で、最大値が0、もしくはほ
とんど0電圧である電圧波形である駆動信号であって、
前記圧電素子の充電時にインクを加圧せしめインクを吐
出することを特徴とする。
界方向に並行に伸長可能な構造で固定され、かつ駆動信
号発生回路より出力され、前記圧電素子に印加される駆
動信号は最小値が負の電圧で、最大値が0、もしくはほ
とんど0電圧である電圧波形である駆動信号であって、
前記圧電素子の充電時にインクを加圧せしめインクを吐
出することを特徴とする。
【0011】また前記駆動信号発生回路より出力され、
前記圧電素子に印加される駆動信号は緩漫なる立ち上が
り時間と急峻なる立ち下がり時間を有する電圧波形であ
る駆動信号であることを特徴とする。
前記圧電素子に印加される駆動信号は緩漫なる立ち上が
り時間と急峻なる立ち下がり時間を有する電圧波形であ
る駆動信号であることを特徴とする。
【0012】また前記駆動信号発生回路より出力される
駆動信号は台形波形であることを特徴とする。
駆動信号は台形波形であることを特徴とする。
【0013】
【実施例】図1及び図2に本発明の駆動方法を示す。1
は駆動信号発生手段である駆動信号発生回路、2は容量
性負荷、3はトランジスタであり、図2に示すNチャン
ネルエンハンスメントMOSトランジスタ、4はMOS
トランジスタ3の制御ゲートにしきい値電圧以上の電圧
を印加する制御手段である制御回路、5はMOSトラン
ジスタ3の基板であるP形シリコン、6はN形不純物に
より形成されたソース、7はN形不純物により形成され
たドレイン、8はフィールド酸化膜、9はゲート酸化
膜、10はポリシリコンゲート、11はソース電極、1
2はゲート電極、13はドレイン電極、14はサブスト
レート(基板端子)である。尚、ソース電極11とサブ
ストレート14は接地し、ゲート電極12は制御回路4
と、ドレイン電極13は容量性負荷2の電極と各々接続
されている。
は駆動信号発生手段である駆動信号発生回路、2は容量
性負荷、3はトランジスタであり、図2に示すNチャン
ネルエンハンスメントMOSトランジスタ、4はMOS
トランジスタ3の制御ゲートにしきい値電圧以上の電圧
を印加する制御手段である制御回路、5はMOSトラン
ジスタ3の基板であるP形シリコン、6はN形不純物に
より形成されたソース、7はN形不純物により形成され
たドレイン、8はフィールド酸化膜、9はゲート酸化
膜、10はポリシリコンゲート、11はソース電極、1
2はゲート電極、13はドレイン電極、14はサブスト
レート(基板端子)である。尚、ソース電極11とサブ
ストレート14は接地し、ゲート電極12は制御回路4
と、ドレイン電極13は容量性負荷2の電極と各々接続
されている。
【0014】駆動信号発生回路1の一実施例を図3に示
す。101、102、103はPNP形トランジスタ、
104、105、106、107、はNPN形トランジ
スタ、108、109、110は抵抗、111はコンデ
ンサ、112、113は制御信号、114は駆動信号で
ある。
す。101、102、103はPNP形トランジスタ、
104、105、106、107、はNPN形トランジ
スタ、108、109、110は抵抗、111はコンデ
ンサ、112、113は制御信号、114は駆動信号で
ある。
【0015】図3を図4のタイムチャートにより説明す
る。図示しない制御手段は図4に示す制御信号112を
出力し、NPN形トランジスタ104のベースに電圧を
印加しオン状態にすると、PNP形トランジスタ101
は、コンデンサ111の電圧が電源電圧VHからPNP
形トランジスタ101のベースエミッタ間電圧をVBE10
1 を引いた電圧(VH−VBE101)に達するまで定電流
Irでコンデンサ111を充電する。尚、電源電圧(V
H−VBE101)に達するとIrは零になる。この時PN
P形トランジスタ102は電流制限の役目をする。次に
制御信号112の電圧を0にし、PNP形トランジスタ
101をオフし、制御信号113に電圧を発生させる。
NPN形トランジスタ105は、オン状態になり、コン
デンサ111の電圧がNPN形トランジスタ106のベ
ースエミッタ間電圧VBE106 に達するまで定電流Ifを
流す。この時NPN形トランジスタ106は電流制限の
役目をする。以上の動作によりコンデンサ111には図
4に示す電圧波形VPが印加される。この電圧波形VP
の立ち上がり時間Tr’は抵抗108の抵抗値をRr、
コンデンサ111の容量をC0、PNP形トランジスタ
101のベースエミッタ間電圧をVBE101 とした時以下
の式により得られる。
る。図示しない制御手段は図4に示す制御信号112を
出力し、NPN形トランジスタ104のベースに電圧を
印加しオン状態にすると、PNP形トランジスタ101
は、コンデンサ111の電圧が電源電圧VHからPNP
形トランジスタ101のベースエミッタ間電圧をVBE10
1 を引いた電圧(VH−VBE101)に達するまで定電流
Irでコンデンサ111を充電する。尚、電源電圧(V
H−VBE101)に達するとIrは零になる。この時PN
P形トランジスタ102は電流制限の役目をする。次に
制御信号112の電圧を0にし、PNP形トランジスタ
101をオフし、制御信号113に電圧を発生させる。
NPN形トランジスタ105は、オン状態になり、コン
デンサ111の電圧がNPN形トランジスタ106のベ
ースエミッタ間電圧VBE106 に達するまで定電流Ifを
流す。この時NPN形トランジスタ106は電流制限の
役目をする。以上の動作によりコンデンサ111には図
4に示す電圧波形VPが印加される。この電圧波形VP
の立ち上がり時間Tr’は抵抗108の抵抗値をRr、
コンデンサ111の容量をC0、PNP形トランジスタ
101のベースエミッタ間電圧をVBE101 とした時以下
の式により得られる。
【0016】 Ir=VBE101 ÷Rr (1) Tr’=C0×(VH−VBE101 )÷Ir (2) また同様に電圧波形VPの立ち下がり時間Tf’も抵抗
110の抵抗値をRf、コンデンサ111の容量をC
0、NPN形トランジスタ106のベースエミッタ間電
圧をVBE106 とした時以下の式により得られる。
110の抵抗値をRf、コンデンサ111の容量をC
0、NPN形トランジスタ106のベースエミッタ間電
圧をVBE106 とした時以下の式により得られる。
【0017】 If=VBE106 ÷Rf (3) Tf’=C0×(VH−VBE106 )÷If (4) 但しコンデンサ111の容量C0は10[pF]≦C0
≦10[nF]が望ましい。尚、NPN形トランジスタ
107とPNP形トランジスタ103は定電流Ir、I
fの電流駆動能力を補償するためであり、駆動信号11
4の最大電圧値VMAX 、最小電圧値VMIN はNPN形ト
ランジスタ107とPNP形トランジスタ103のベー
スエミッタ間電圧をおのおのVBE107 、VBE103 とした
とき VMAX =VH−VBE101 −VBE107 (5) VMIN =VH−VBE106 −VBE103 (6) となり、駆動信号114のVMIN からVMAX に達する立
ち上がり時間をTr、VMAX からVMIN に達する立ち下
がり時間をTfとすると Tr=C0×(VMAX −VMIN)÷Ir (7) Tf=C0×(VMAX −VMIN)÷If (8) となる。
≦10[nF]が望ましい。尚、NPN形トランジスタ
107とPNP形トランジスタ103は定電流Ir、I
fの電流駆動能力を補償するためであり、駆動信号11
4の最大電圧値VMAX 、最小電圧値VMIN はNPN形ト
ランジスタ107とPNP形トランジスタ103のベー
スエミッタ間電圧をおのおのVBE107 、VBE103 とした
とき VMAX =VH−VBE101 −VBE107 (5) VMIN =VH−VBE106 −VBE103 (6) となり、駆動信号114のVMIN からVMAX に達する立
ち上がり時間をTr、VMAX からVMIN に達する立ち下
がり時間をTfとすると Tr=C0×(VMAX −VMIN)÷Ir (7) Tf=C0×(VMAX −VMIN)÷If (8) となる。
【0018】この駆動信号114の電圧波形を用いて、
容量性負荷2の充放電動作を説明する。図5(a)の駆
動信号は駆動信号114である。図5(a)のAにおい
て、制御回路4から、ゲート端子12に電子を流入させ
るのに必要な最小電圧であるしきい値電圧(以後VTHと
する)以上の電圧(以後VGSとする)を印加する。但
し、図5(a)のAにおいては駆動信号の電圧値がVMI
N であり、これは駆動信号発生回路の電源投入時にすで
に容量性負荷2に印加されているとする。この時MOS
トランジスタ3のドレイン電極13と接地されたソース
電極11間の電圧(以後VDSとする)は0、もしくはほ
とんど0のためドレイン電極13とソース電極11の間
に電流(以後IDSとする)は流れない。次に図4のBで
は電圧が直線状に増加するため、VDSは増加する。VDS
の増加により図6のMOSトランジスタ3のIDS−VDS
特性に従いIDSが流れるため、容量性負荷2の両電極間
に電圧が印加され、充電電流が流れる。この時容量性負
荷2に流れる充電電流値ICRは次式により求められる。
容量性負荷2の充放電動作を説明する。図5(a)の駆
動信号は駆動信号114である。図5(a)のAにおい
て、制御回路4から、ゲート端子12に電子を流入させ
るのに必要な最小電圧であるしきい値電圧(以後VTHと
する)以上の電圧(以後VGSとする)を印加する。但
し、図5(a)のAにおいては駆動信号の電圧値がVMI
N であり、これは駆動信号発生回路の電源投入時にすで
に容量性負荷2に印加されているとする。この時MOS
トランジスタ3のドレイン電極13と接地されたソース
電極11間の電圧(以後VDSとする)は0、もしくはほ
とんど0のためドレイン電極13とソース電極11の間
に電流(以後IDSとする)は流れない。次に図4のBで
は電圧が直線状に増加するため、VDSは増加する。VDS
の増加により図6のMOSトランジスタ3のIDS−VDS
特性に従いIDSが流れるため、容量性負荷2の両電極間
に電圧が印加され、充電電流が流れる。この時容量性負
荷2に流れる充電電流値ICRは次式により求められる。
【0019】 ICR=(VMAX −VMIN )×C÷Tr (9) Cは容量性負荷2の容量値を示す。式(5)から明らか
なようにICRは一定電流であり、図5(b)に示す、最
大値がICRであるほぼ矩形状の電流波形となる。この
時、MOSトランジスタ3のドレイン電極13とソース
電極11間にはICRと等しい電流が流れる。尚、ドレイ
ン電極13の電圧は図5(c)に示す電圧波形となる
が、この電圧波形の最大値VCRは、図6のMOSトラン
ジスタ3のIDS−VDS特性に示すようにICRに対応する
電圧値から求めることができ、図5(a)の駆動信号の
電圧波形から図5(c)の電圧波形を減ずることによ
り、容量性負荷2の両電極間に印加される電圧波形が求
められる。
なようにICRは一定電流であり、図5(b)に示す、最
大値がICRであるほぼ矩形状の電流波形となる。この
時、MOSトランジスタ3のドレイン電極13とソース
電極11間にはICRと等しい電流が流れる。尚、ドレイ
ン電極13の電圧は図5(c)に示す電圧波形となる
が、この電圧波形の最大値VCRは、図6のMOSトラン
ジスタ3のIDS−VDS特性に示すようにICRに対応する
電圧値から求めることができ、図5(a)の駆動信号の
電圧波形から図5(c)の電圧波形を減ずることによ
り、容量性負荷2の両電極間に印加される電圧波形が求
められる。
【0020】また、図6に示すMOSトランジスタ3の
IDS−VDS特性の飽和電流IDSは一般的に飽和領域(V
DS>VGS−VTH)では一定で、図2のMOSトランジス
タ3では以下の式に示す特性を有する。
IDS−VDS特性の飽和電流IDSは一般的に飽和領域(V
DS>VGS−VTH)では一定で、図2のMOSトランジス
タ3では以下の式に示す特性を有する。
【0021】
【数1】
【0022】μは電子の移動度、COXはゲート酸化膜9
の酸化膜容量、Wは図2に示すゲート幅、Lは図2に示
す実効ゲート長である。IDSとICRは IDS≧ICR (11) の関係が望ましく、MOSトランジスタ3の設計には式
(9)から(11)を考慮して設計する必要がある。
尚、式(11)の関係が満たされない場合、MOSトラ
ンジスタにはアバランシュブレークダウンが発生し、制
御できなくなり、破壊する可能性がある。本実施例では
式(11)を満足することにより信頼性の高い駆動方法
を実現した。
の酸化膜容量、Wは図2に示すゲート幅、Lは図2に示
す実効ゲート長である。IDSとICRは IDS≧ICR (11) の関係が望ましく、MOSトランジスタ3の設計には式
(9)から(11)を考慮して設計する必要がある。
尚、式(11)の関係が満たされない場合、MOSトラ
ンジスタにはアバランシュブレークダウンが発生し、制
御できなくなり、破壊する可能性がある。本実施例では
式(11)を満足することにより信頼性の高い駆動方法
を実現した。
【0023】次に駆動信号が飽和する図5(a)のCで
は駆動信号の電圧が変化しないため図5(b)に示すご
とくIDSは流れない。
は駆動信号の電圧が変化しないため図5(b)に示すご
とくIDSは流れない。
【0024】次に図5(a)のDで電圧波形を直線状に
減少させていく放電のメカニズムについて説明する。M
OSトランジスタ3のP形シリコン5とN形不純物によ
り形成されたドレイン7はダイオードを形成する。これ
はMOSトランジスタを形成する上で派生的に形成さ
れ、一般的には寄生ダイオードと呼んでいるもので、本
明細書でも寄生ダイオードとする。駆動信号の電圧が減
少すると、ドレイン電極13の電位が下がり負の電圧が
印加される。この負の電圧の絶対値が図7に示すダイオ
ードの順方向特性のVFLを越えると、寄生ダイオードに
はP形シリコン5の基板端子であるサブストレート14
が接地されているため、サブストレート14からドレイ
ン電極13の方向に順方向電流が流れ始める。容量性負
荷2は、前述した充電電流と逆方向の電流が流れるため
放電される。容量性負荷2の放電電流ICFは、駆動信号
の立ち下がり時間をTfとすると ICF=(VMAX −VMIN )×C÷Tf (12) で求められ、図7のダイオードの順方向特性のICFに対
応する順方向電圧VCFと等しい負の電圧が、図5(a)
のDではドレイン電極13に印加される。これは図5
(a)のDに対応する図5(c)のドレイン電極13の
電圧波形で示す。容量性負荷2はこの放電電流ICFが流
れることにより、前述した充電により蓄積された電荷を
放電し、駆動信号の電圧波形がVMIN になると容量性負
荷2の両電極間の電圧がVMIN になる。
減少させていく放電のメカニズムについて説明する。M
OSトランジスタ3のP形シリコン5とN形不純物によ
り形成されたドレイン7はダイオードを形成する。これ
はMOSトランジスタを形成する上で派生的に形成さ
れ、一般的には寄生ダイオードと呼んでいるもので、本
明細書でも寄生ダイオードとする。駆動信号の電圧が減
少すると、ドレイン電極13の電位が下がり負の電圧が
印加される。この負の電圧の絶対値が図7に示すダイオ
ードの順方向特性のVFLを越えると、寄生ダイオードに
はP形シリコン5の基板端子であるサブストレート14
が接地されているため、サブストレート14からドレイ
ン電極13の方向に順方向電流が流れ始める。容量性負
荷2は、前述した充電電流と逆方向の電流が流れるため
放電される。容量性負荷2の放電電流ICFは、駆動信号
の立ち下がり時間をTfとすると ICF=(VMAX −VMIN )×C÷Tf (12) で求められ、図7のダイオードの順方向特性のICFに対
応する順方向電圧VCFと等しい負の電圧が、図5(a)
のDではドレイン電極13に印加される。これは図5
(a)のDに対応する図5(c)のドレイン電極13の
電圧波形で示す。容量性負荷2はこの放電電流ICFが流
れることにより、前述した充電により蓄積された電荷を
放電し、駆動信号の電圧波形がVMIN になると容量性負
荷2の両電極間の電圧がVMIN になる。
【0025】尚、図5(a)のBで、ゲート端子12に
電圧VGSを印加しない場合には、IDSは流れないため、
ドレイン電極13は駆動信号の電圧波形同様増加する。
そのためドレイン電極13に印加される電圧波形は図5
(d)となり、容量性負荷2の両電極間には当初の電圧
VMIN が印加されたままになり、充放電は行われない。
電圧VGSを印加しない場合には、IDSは流れないため、
ドレイン電極13は駆動信号の電圧波形同様増加する。
そのためドレイン電極13に印加される電圧波形は図5
(d)となり、容量性負荷2の両電極間には当初の電圧
VMIN が印加されたままになり、充放電は行われない。
【0026】またゲート端子12に電圧VGSを印加しな
い場合のドレイン電極13とソース電極11間の抵抗、
オフ抵抗は100kΩ以上が望ましい。
い場合のドレイン電極13とソース電極11間の抵抗、
オフ抵抗は100kΩ以上が望ましい。
【0027】また、ゲート端子12に電圧VGSを印加す
るパルス幅は、駆動信号の電圧波形の立ち上がり途中で
MOSトランジスタ3がオンした場合の飽和電流IDSを
越える充電電流の防止、もしくは駆動信号の電圧波形の
立ち上がり途中でMOSトランジスタ3がオフした場
合、容量性負荷2の最大印加電圧がVMAX に達しないた
め、駆動信号の電圧波形の立ち上がり時間を包含するの
が望ましい。但し、容量性負荷2の最大印加電圧がVMA
X に達しないことを目的とする場合は別である。
るパルス幅は、駆動信号の電圧波形の立ち上がり途中で
MOSトランジスタ3がオンした場合の飽和電流IDSを
越える充電電流の防止、もしくは駆動信号の電圧波形の
立ち上がり途中でMOSトランジスタ3がオフした場
合、容量性負荷2の最大印加電圧がVMAX に達しないた
め、駆動信号の電圧波形の立ち上がり時間を包含するの
が望ましい。但し、容量性負荷2の最大印加電圧がVMA
X に達しないことを目的とする場合は別である。
【0028】以上容量性負荷2の充放電について説明し
たが、MOSトランジスタ3の信頼性を向上するため
に、本実施例ではMOSトランジスタ3の発熱とアルミ
配線で形成されるドレイン電極13の配線のマイグレー
ションについて考慮した。前者はMOSトランジスタ3
にVGSが与えられたときに、低い抵抗値を有するオン抵
抗RONと寄生ダイオードの動作抵抗RD が図8のような
等価回路となり、容量性負荷2の充電時にはRONで、放
電時にはRD でそれぞれ発熱する。発熱Pは駆動周期を
fとすると
たが、MOSトランジスタ3の信頼性を向上するため
に、本実施例ではMOSトランジスタ3の発熱とアルミ
配線で形成されるドレイン電極13の配線のマイグレー
ションについて考慮した。前者はMOSトランジスタ3
にVGSが与えられたときに、低い抵抗値を有するオン抵
抗RONと寄生ダイオードの動作抵抗RD が図8のような
等価回路となり、容量性負荷2の充電時にはRONで、放
電時にはRD でそれぞれ発熱する。発熱Pは駆動周期を
fとすると
【0029】
【数2】
【0030】となる。MOSトランジスタの動作温度の
最大値は80℃から120℃程度であり、この動作温度
を越えて動作させると著しく寿命を劣化することが知ら
れている。そのため発熱Pがこの動作最大温度を越えな
いように各値を設定するのが望ましい。ただし、発熱P
がこの動作最大温度を越える場合には、MOSトランジ
スタ3を放熱板、ファンの放熱機構により動作最大温度
を越えない、または達しないようにすることにより寿命
を劣化させないことが出来る。
最大値は80℃から120℃程度であり、この動作温度
を越えて動作させると著しく寿命を劣化することが知ら
れている。そのため発熱Pがこの動作最大温度を越えな
いように各値を設定するのが望ましい。ただし、発熱P
がこの動作最大温度を越える場合には、MOSトランジ
スタ3を放熱板、ファンの放熱機構により動作最大温度
を越えない、または達しないようにすることにより寿命
を劣化させないことが出来る。
【0031】後者は本実施例では充放電電流を行うため
に、他の配線に比べ特にドレイン電極のアルミ配線の寿
命が短い。この寿命は実効電流IRMS が
に、他の配線に比べ特にドレイン電極のアルミ配線の寿
命が短い。この寿命は実効電流IRMS が
【0032】
【数3】
【0033】で求められ、アルミ配線幅をWALとすると
電流密度JRMSは JRMS =IRMS ÷WAL (15) となる。我々の試験では配線寿命はこの電流密度JRMS
の2乗に比例することが確認されているため、十分長い
寿命が得られるようにドレイン電極のアルミ配線を設定
するのが望ましい。
電流密度JRMSは JRMS =IRMS ÷WAL (15) となる。我々の試験では配線寿命はこの電流密度JRMS
の2乗に比例することが確認されているため、十分長い
寿命が得られるようにドレイン電極のアルミ配線を設定
するのが望ましい。
【0034】また、本実施例では、IC化に最も適した
構造であるためトランジスタにNチャンネルエンハンス
メントMOSトランジスタを用いたが、デプレッション
型MOSトランジスタを用いても、容量性負荷2の選択
をしない場合には、制御回路により与えるVGSがIDSを
0、もしくはほとんど0にする電圧を与えれば同様の効
果を有する。また、接合型電界効果トランジスタでも、
寄生ダイオードを有する構造であれば同様の効果を有す
る。
構造であるためトランジスタにNチャンネルエンハンス
メントMOSトランジスタを用いたが、デプレッション
型MOSトランジスタを用いても、容量性負荷2の選択
をしない場合には、制御回路により与えるVGSがIDSを
0、もしくはほとんど0にする電圧を与えれば同様の効
果を有する。また、接合型電界効果トランジスタでも、
寄生ダイオードを有する構造であれば同様の効果を有す
る。
【0035】尚、本実施例で述べた各値の具体例を以下
に示す。
に示す。
【0036】C=10[nF] RON=RD=10〜30[Ω] Tr=Tf=10[μs] ICR=ICF=30[mA] f=5[kHz] また、駆動信号発生回路1の別の実施例として図9を示
す。図9は図10(a)に電圧波形を示す駆動信号を出
力する。この駆動信号は図3の駆動信号発生回路1の実
施例が正の電圧波形であるのに対し、負の電圧波形であ
る。尚、この駆動信号を発生する動作については図3の
説明と同様であるためここでは説明しないが、ダイオー
ド200は駆動信号の最大電圧が0を大きく越えないよ
うにするためである。この駆動信号発生回路を図1と同
一の構成をした時の充放電メカニズムについて説明す
る。
す。図9は図10(a)に電圧波形を示す駆動信号を出
力する。この駆動信号は図3の駆動信号発生回路1の実
施例が正の電圧波形であるのに対し、負の電圧波形であ
る。尚、この駆動信号を発生する動作については図3の
説明と同様であるためここでは説明しないが、ダイオー
ド200は駆動信号の最大電圧が0を大きく越えないよ
うにするためである。この駆動信号発生回路を図1と同
一の構成をした時の充放電メカニズムについて説明す
る。
【0037】図10(a)のAにおいて、制御回路4か
ら、ゲート端子12に電子を流入させるのに必要な最小
電圧であるしきい値電圧(以後VTHとする)以上の電圧
(以後VGSとする)を印加する。但し、図10(a)の
Aにおいては駆動信号の電圧値がVMAX であり、これは
駆動信号発生回路の電源投入時にすでに容量性負荷2に
印加されているものとする。この時MOSトランジスタ
3のドレイン電極13と接地されたソース電極11間の
電圧(以後VDSとする)は0のためドレイン電極13と
ソース電極11の間に電流(以後IDSとする)は流れな
い。次に図10(a)のBで電圧波形を直線状に増加さ
せていくとドレイン電極13の電位が上がりVDSは増加
する。VDSの増加により前述と同様MOSトランジスタ
3のIDS−VDS特性に従いIDSが流れるため、容量性負
荷2の両電極間の電圧が減少し、放電電流が流れる。こ
の時容量性負荷2に流れる放電電流値は前述したICRと
同一であり、式(9)で求められる。
ら、ゲート端子12に電子を流入させるのに必要な最小
電圧であるしきい値電圧(以後VTHとする)以上の電圧
(以後VGSとする)を印加する。但し、図10(a)の
Aにおいては駆動信号の電圧値がVMAX であり、これは
駆動信号発生回路の電源投入時にすでに容量性負荷2に
印加されているものとする。この時MOSトランジスタ
3のドレイン電極13と接地されたソース電極11間の
電圧(以後VDSとする)は0のためドレイン電極13と
ソース電極11の間に電流(以後IDSとする)は流れな
い。次に図10(a)のBで電圧波形を直線状に増加さ
せていくとドレイン電極13の電位が上がりVDSは増加
する。VDSの増加により前述と同様MOSトランジスタ
3のIDS−VDS特性に従いIDSが流れるため、容量性負
荷2の両電極間の電圧が減少し、放電電流が流れる。こ
の時容量性負荷2に流れる放電電流値は前述したICRと
同一であり、式(9)で求められる。
【0038】次に駆動信号が飽和する図10(a)のC
では駆動信号の電圧が変化しないため図10(b)に示
すごとくIDSは流れない。
では駆動信号の電圧が変化しないため図10(b)に示
すごとくIDSは流れない。
【0039】次に図10(a)のDで電圧波形を直線状
に減少させていくとドレイン電極13の電位が下がり、
前述同様寄生ダイオードを形成するサブストレート14
からドレイン電極13の方向に順方向電流が流れ始め
る。この時の容量性負荷2の放電電流値は前述したICF
と同一であり式(12)で求められる。容量性負荷2は
この充電電流ICFにより充電され、駆動信号の電圧波形
がVMIN になると容量性負荷2の両電極間の電圧がVMI
N になる。このように駆動信号を負電圧とした場合に
は、前述の駆動信号が容量性負荷2の充電を制御可能に
した実施例に対し、放電を制御することが出来る。
に減少させていくとドレイン電極13の電位が下がり、
前述同様寄生ダイオードを形成するサブストレート14
からドレイン電極13の方向に順方向電流が流れ始め
る。この時の容量性負荷2の放電電流値は前述したICF
と同一であり式(12)で求められる。容量性負荷2は
この充電電流ICFにより充電され、駆動信号の電圧波形
がVMIN になると容量性負荷2の両電極間の電圧がVMI
N になる。このように駆動信号を負電圧とした場合に
は、前述の駆動信号が容量性負荷2の充電を制御可能に
した実施例に対し、放電を制御することが出来る。
【0040】また、本実施例では図4(a)、もしくは
図10(a)で、電圧が直線状に増加、または減少する
駆動信号を用いた定電流駆動で示したが、他の駆動信号
を用いた別の実施例を図11に示す。図11のPNP形
トランジスタ301、NPN形トランジスタ302を交
互に駆動することにより図12に示す電圧波形が得られ
る。MOSトランジスタ3にVGSを印加すると、容量性
負荷2には充電電流Ia、放電電流Ibが流れ、前述し
た同様の駆動方法が実現できる。但し、充電電流Iaは
式(9)を満足する必要がある。
図10(a)で、電圧が直線状に増加、または減少する
駆動信号を用いた定電流駆動で示したが、他の駆動信号
を用いた別の実施例を図11に示す。図11のPNP形
トランジスタ301、NPN形トランジスタ302を交
互に駆動することにより図12に示す電圧波形が得られ
る。MOSトランジスタ3にVGSを印加すると、容量性
負荷2には充電電流Ia、放電電流Ibが流れ、前述し
た同様の駆動方法が実現できる。但し、充電電流Iaは
式(9)を満足する必要がある。
【0041】図12に本発明をインクジェット式印字ヘ
ッドに用いた実施例を示す。401から414はインク
ジェット式印字ヘッドの実施例の断面図を示す。401
はノズルプレート、402はノズル、403はインク
室、404は構造部材である弾性体、405は圧電素
子、406、407は表面電極、408、409は内部
電極群、410は固定台、411は表面電極406のリ
ード線、412は表面電極407のリード線、413は
ヘッドフレーム、414は金属薄板である。
ッドに用いた実施例を示す。401から414はインク
ジェット式印字ヘッドの実施例の断面図を示す。401
はノズルプレート、402はノズル、403はインク
室、404は構造部材である弾性体、405は圧電素
子、406、407は表面電極、408、409は内部
電極群、410は固定台、411は表面電極406のリ
ード線、412は表面電極407のリード線、413は
ヘッドフレーム、414は金属薄板である。
【0042】駆動信号発生回路1は前述した図3にその
具体例を示す駆動信号発生回路であり、圧電素子405
は容量性負荷である。このように構成された図12の印
字ヘッドでは、駆動信号発生回路1から駆動信号が出力
され、図示されない印字データ信号に選択された制御回
路4からMOSトランジスタ3にVGSが与えられると、
駆動信号の立ち上がり時は前述したと同様に容量性負荷
である圧電素子405の表面電極406、407間に電
圧が印加される。圧電素子405は駆動信号の電圧波形
に従い縮少する。この圧電素子405の縮少は弾性板4
04をとおして、金属薄膜414をたわませ、インク室
403を膨張させる。その後放電時には表面電極40
6、407間の電圧が減ずることにより圧電素子405
を伸長させインク室403のインクを圧し、圧せられた
インクはノズル401より、インク滴となり飛翔し、ノ
ズルプレート402の対面する受像紙に印写され、文
字、図形等を形成する。
具体例を示す駆動信号発生回路であり、圧電素子405
は容量性負荷である。このように構成された図12の印
字ヘッドでは、駆動信号発生回路1から駆動信号が出力
され、図示されない印字データ信号に選択された制御回
路4からMOSトランジスタ3にVGSが与えられると、
駆動信号の立ち上がり時は前述したと同様に容量性負荷
である圧電素子405の表面電極406、407間に電
圧が印加される。圧電素子405は駆動信号の電圧波形
に従い縮少する。この圧電素子405の縮少は弾性板4
04をとおして、金属薄膜414をたわませ、インク室
403を膨張させる。その後放電時には表面電極40
6、407間の電圧が減ずることにより圧電素子405
を伸長させインク室403のインクを圧し、圧せられた
インクはノズル401より、インク滴となり飛翔し、ノ
ズルプレート402の対面する受像紙に印写され、文
字、図形等を形成する。
【0043】また駆動信号の電圧波形を図13のような
緩漫なる立ち上がり時間Trlと急峻なる立ち下がり時
間Tfhとする場合について説明する。本実施例の構成
は図12と同一で、図13の駆動信号の電圧波形を得る
には、図3の駆動信号発生回路1の実施例において抵抗
108の抵抗値Rr、抵抗110の抵抗値Rfを式
(3)、(4)に従い設定すればよい。充電時は立ち上
がり時間が緩慢であるため圧電素子405は緩やかに縮
小する。図12のようなインクジェット式印字ヘッドで
は、インク室403を膨張させる際に、メニスカスは図
14(a)に示す様にノズル401の静止位置から図1
4(b)に示すごとくインク室403内に引き込む。一
度引き込んだメニスカスはインクの表面張力により一定
時間後、元の静止位置に戻されるが、静止位置に戻る前
にインク室403を圧するインク滴が柱状になり、印字
品質を劣化することが確認されている。またメニスカス
が静止位置に戻ってからインク室403を圧すれば球状
のインク滴となり高品質な印字が実現できるが、戻るの
に要する時間のため連続して駆動する時間が遅くなり駆
動周期が遅くなる。そのため本実施例の様に立ち上がり
時間が緩慢な駆動信号を用い、インク室403を緩やか
に膨張させ、メニスカスの引き込みをなくす、もしくは
極端に減ずることにより駆動周期が速く、球状のインク
滴が実現できる。尚、インク室403を圧する立ち下が
り時間Tfhは、インク滴を高速に飛翔させるため比較
的短くし、本実施例ではTrlが50〜150[μ
s]、Tfhが5〜10[μs]であった。また図13
の駆動信号が印加された圧電素子405に流れる充電電
流ICR、放電電流ICFは式(9)、式(12)により求
められるが、Tr>TfのためICR<ICFとなる。充電
電流ICRはMOSトランジスタ3のドレイン電極13か
らソース電極11に流れる電流IDSであり、放電電流I
CFはMOSトランジスタ3の寄生ダイオードの順方向電
流IF であることは前述したが、図2に示すMOSトラ
ンジスタ3ではIDSの最大許容電流IDSMAX が式(1
0)で制限されるのに対し、IF の最大許容電流IFMAX
が前述したMOSトランジスタ3の発熱とアルミ配線で
形成されるドレイン電極13の配線のマイグレーション
で制限されるため、IDSMAX <IFMAXとなる。また、寄
生ダイオードが基板5とドレイン7で構成され、基板の
表面積による放熱効果があるため発熱しにくく、IF の
ほうが大きな値でも許容される。以上のことにより、図
13で示した実施例では立ち上がり時間と立ち下がり時
間が等しい駆動信号を用いて駆動する場合よりも、MO
Sトランジスタ3のサイズを小さくできる効果を有す
る。
緩漫なる立ち上がり時間Trlと急峻なる立ち下がり時
間Tfhとする場合について説明する。本実施例の構成
は図12と同一で、図13の駆動信号の電圧波形を得る
には、図3の駆動信号発生回路1の実施例において抵抗
108の抵抗値Rr、抵抗110の抵抗値Rfを式
(3)、(4)に従い設定すればよい。充電時は立ち上
がり時間が緩慢であるため圧電素子405は緩やかに縮
小する。図12のようなインクジェット式印字ヘッドで
は、インク室403を膨張させる際に、メニスカスは図
14(a)に示す様にノズル401の静止位置から図1
4(b)に示すごとくインク室403内に引き込む。一
度引き込んだメニスカスはインクの表面張力により一定
時間後、元の静止位置に戻されるが、静止位置に戻る前
にインク室403を圧するインク滴が柱状になり、印字
品質を劣化することが確認されている。またメニスカス
が静止位置に戻ってからインク室403を圧すれば球状
のインク滴となり高品質な印字が実現できるが、戻るの
に要する時間のため連続して駆動する時間が遅くなり駆
動周期が遅くなる。そのため本実施例の様に立ち上がり
時間が緩慢な駆動信号を用い、インク室403を緩やか
に膨張させ、メニスカスの引き込みをなくす、もしくは
極端に減ずることにより駆動周期が速く、球状のインク
滴が実現できる。尚、インク室403を圧する立ち下が
り時間Tfhは、インク滴を高速に飛翔させるため比較
的短くし、本実施例ではTrlが50〜150[μ
s]、Tfhが5〜10[μs]であった。また図13
の駆動信号が印加された圧電素子405に流れる充電電
流ICR、放電電流ICFは式(9)、式(12)により求
められるが、Tr>TfのためICR<ICFとなる。充電
電流ICRはMOSトランジスタ3のドレイン電極13か
らソース電極11に流れる電流IDSであり、放電電流I
CFはMOSトランジスタ3の寄生ダイオードの順方向電
流IF であることは前述したが、図2に示すMOSトラ
ンジスタ3ではIDSの最大許容電流IDSMAX が式(1
0)で制限されるのに対し、IF の最大許容電流IFMAX
が前述したMOSトランジスタ3の発熱とアルミ配線で
形成されるドレイン電極13の配線のマイグレーション
で制限されるため、IDSMAX <IFMAXとなる。また、寄
生ダイオードが基板5とドレイン7で構成され、基板の
表面積による放熱効果があるため発熱しにくく、IF の
ほうが大きな値でも許容される。以上のことにより、図
13で示した実施例では立ち上がり時間と立ち下がり時
間が等しい駆動信号を用いて駆動する場合よりも、MO
Sトランジスタ3のサイズを小さくできる効果を有す
る。
【0044】以上、本発明の駆動方法をインクジェット
式印字ヘッドに応用した実施例を図12の1つのユニッ
トで説明したが、実際には図12のユニットを複数併設
してインクジェット式印字ヘッドを構成する。このよう
なインクジェット式印字ヘッドに用いる駆動回路として
図15を示す。図15の501は図12における圧電素
子405を記号で表したもので、図12の構成を含むも
のとする。駆動信号発生回路1の出力は各圧電素子50
1の共通電極として接続され、駆動信号を与える。図示
しない印字データ制御手段は、このインクジェット式印
字ヘッドのノズル402の配列位置に従い、印字データ
を並び換え制御回路4を指示する。選択されたMOSト
ランジスタ3に接続する圧電素子501は駆動信号に従
い伸縮し、インク滴を飛翔する。尚、本実施例では複数
のMOSトランジスタ3、制御回路4を単一基板上で構
成し、IC化することにより本発明の効果をより一層高
めることができた。
式印字ヘッドに応用した実施例を図12の1つのユニッ
トで説明したが、実際には図12のユニットを複数併設
してインクジェット式印字ヘッドを構成する。このよう
なインクジェット式印字ヘッドに用いる駆動回路として
図15を示す。図15の501は図12における圧電素
子405を記号で表したもので、図12の構成を含むも
のとする。駆動信号発生回路1の出力は各圧電素子50
1の共通電極として接続され、駆動信号を与える。図示
しない印字データ制御手段は、このインクジェット式印
字ヘッドのノズル402の配列位置に従い、印字データ
を並び換え制御回路4を指示する。選択されたMOSト
ランジスタ3に接続する圧電素子501は駆動信号に従
い伸縮し、インク滴を飛翔する。尚、本実施例では複数
のMOSトランジスタ3、制御回路4を単一基板上で構
成し、IC化することにより本発明の効果をより一層高
めることができた。
【0045】また、本実施例では印字の選択がなされた
とき、圧電素子405に電圧を印加し、インク室403
を膨張させてから圧する方法(以後インクジェット式印
字ヘッドの第1の駆動方法とする)でインク滴を飛翔し
たが、図9で示した駆動信号発生回路より出力する、図
10(a)で示した負の電圧波形を有する駆動信号によ
り、常時圧電素子405に電圧が印加され、印字の選択
がなされたとき、圧電素子405を放電し、インク室4
03を圧する駆動方法(以後インクジェット式印字ヘッ
ドの第2の駆動方法とする)でインク滴を吐出する方法
でも構わない。また、インクジェット式印字ヘッドの第
2の駆動方法において、図13に示すような緩慢な立ち
上がり時間と、急峻な立ち下がり時間を有する駆動信号
の電圧波形であって、最小電圧が負の電圧であり、最大
電圧が0、もしくはほとんど0電圧とすることにより、
また、本実施例では図12にその具体例を示す、電極と
圧電材料とを交互にサンドイッチ状に積層し同時焼結し
た積層圧電素子の電界方向と垂直方向であるd31方向
の縦振動効果を用い実施したが、この圧電素子は電極間
距離を可及的に小さくすることが出来るため、駆動信号
の電圧を下げることが出来、更にMOSトランジスタ3
の耐圧を低く出来る効果がある。また圧電素子の別方向
の縦振動効果を用いたインクジェット式印字ヘッドの実
施例を図16に示す。図16は圧電素子600の電界方
向と並行したd33方向の縦振動効果を利用したもので
ある。但し、前述したd31方向の縦振動効果が電圧を
印加することにより縮少するのに対し、図16の圧電素
子600はd33方向に電圧を印加することにより伸長
するため、前述したインクジェット式印字ヘッドの第1
の駆動方法は図9で示した駆動信号発生回路1より出力
する、図10(a)で示した負の電圧波形を有する駆動
信号により行う。また、図13に示すような緩慢な立ち
上がり時間と、急峻な立ち下がり時間を有する駆動信号
の電圧波形であって、最小電圧が負の電圧であり、最大
電圧が0、もしくはほとんど0電圧である負の電圧波形
とすることにより、前述した図13の駆動信号を用いた
実施例と同様の効果を有する。
とき、圧電素子405に電圧を印加し、インク室403
を膨張させてから圧する方法(以後インクジェット式印
字ヘッドの第1の駆動方法とする)でインク滴を飛翔し
たが、図9で示した駆動信号発生回路より出力する、図
10(a)で示した負の電圧波形を有する駆動信号によ
り、常時圧電素子405に電圧が印加され、印字の選択
がなされたとき、圧電素子405を放電し、インク室4
03を圧する駆動方法(以後インクジェット式印字ヘッ
ドの第2の駆動方法とする)でインク滴を吐出する方法
でも構わない。また、インクジェット式印字ヘッドの第
2の駆動方法において、図13に示すような緩慢な立ち
上がり時間と、急峻な立ち下がり時間を有する駆動信号
の電圧波形であって、最小電圧が負の電圧であり、最大
電圧が0、もしくはほとんど0電圧とすることにより、
また、本実施例では図12にその具体例を示す、電極と
圧電材料とを交互にサンドイッチ状に積層し同時焼結し
た積層圧電素子の電界方向と垂直方向であるd31方向
の縦振動効果を用い実施したが、この圧電素子は電極間
距離を可及的に小さくすることが出来るため、駆動信号
の電圧を下げることが出来、更にMOSトランジスタ3
の耐圧を低く出来る効果がある。また圧電素子の別方向
の縦振動効果を用いたインクジェット式印字ヘッドの実
施例を図16に示す。図16は圧電素子600の電界方
向と並行したd33方向の縦振動効果を利用したもので
ある。但し、前述したd31方向の縦振動効果が電圧を
印加することにより縮少するのに対し、図16の圧電素
子600はd33方向に電圧を印加することにより伸長
するため、前述したインクジェット式印字ヘッドの第1
の駆動方法は図9で示した駆動信号発生回路1より出力
する、図10(a)で示した負の電圧波形を有する駆動
信号により行う。また、図13に示すような緩慢な立ち
上がり時間と、急峻な立ち下がり時間を有する駆動信号
の電圧波形であって、最小電圧が負の電圧であり、最大
電圧が0、もしくはほとんど0電圧である負の電圧波形
とすることにより、前述した図13の駆動信号を用いた
実施例と同様の効果を有する。
【0046】またインクジェット式印字ヘッドの第2の
駆動方法は図3で示した駆動信号発生回路1より出力す
る、図4(a)、及び図13で示した正の電圧波形を有
する駆動信号により行う。
駆動方法は図3で示した駆動信号発生回路1より出力す
る、図4(a)、及び図13で示した正の電圧波形を有
する駆動信号により行う。
【0047】また、インクジェット式印字ヘッドに用い
る圧電素子として、横振動効果を用いたバイモルフ型ア
クチュエーターがよく知られているが、本実施例の駆動
方法を用いて駆動することにより同様の効果を有する。
る圧電素子として、横振動効果を用いたバイモルフ型ア
クチュエーターがよく知られているが、本実施例の駆動
方法を用いて駆動することにより同様の効果を有する。
【0048】
【発明の効果】本発明は、容量性負荷を充放電する駆動
方法を、駆動信号発生手段と、MOSトランジスタと、
MOSトランジスタのゲートに電圧を印加する制御手段
のみの簡単な構成で達成し、従来の2個のトランジスタ
で駆動する容量性負荷の駆動方法に対して1個のトラン
ジスタで駆動できる、または外付けのダイオードを必要
としない、安価で、IC化が容易な容量性負荷の駆動方
法を提供するものである。また、本発明の駆動方法をイ
ンクジェット式印字ヘッドの駆動回路に応用することに
より、簡単な構成で圧電素子を駆動することができ、安
価な駆動回路で実現する、インクジェット式プリンタを
提供するものである。また、特に駆動信号を緩漫なる立
ち上がり時間と急峻なる立ち下がり時間を有する駆動波
形とし、急峻なる立ち下がり時間に前記圧電素子に流れ
る電流をトランジスタの寄生ダイオードの順方向に流す
とともに、駆動信号の急峻な立ち下がりによりインクを
加圧せしめインクを吐出することにより、より安価な駆
動回路を実現すると共に高印字品質、高応答周期が達成
できるインクジェット式プリンタを提供するものであ
る。
方法を、駆動信号発生手段と、MOSトランジスタと、
MOSトランジスタのゲートに電圧を印加する制御手段
のみの簡単な構成で達成し、従来の2個のトランジスタ
で駆動する容量性負荷の駆動方法に対して1個のトラン
ジスタで駆動できる、または外付けのダイオードを必要
としない、安価で、IC化が容易な容量性負荷の駆動方
法を提供するものである。また、本発明の駆動方法をイ
ンクジェット式印字ヘッドの駆動回路に応用することに
より、簡単な構成で圧電素子を駆動することができ、安
価な駆動回路で実現する、インクジェット式プリンタを
提供するものである。また、特に駆動信号を緩漫なる立
ち上がり時間と急峻なる立ち下がり時間を有する駆動波
形とし、急峻なる立ち下がり時間に前記圧電素子に流れ
る電流をトランジスタの寄生ダイオードの順方向に流す
とともに、駆動信号の急峻な立ち下がりによりインクを
加圧せしめインクを吐出することにより、より安価な駆
動回路を実現すると共に高印字品質、高応答周期が達成
できるインクジェット式プリンタを提供するものであ
る。
【図1】本発明の容量性負荷の充放電を行う駆動方法の
実施例を示す図。
実施例を示す図。
【図2】MOSトランジスタの構造を示す図。
【図3】駆動信号発生回路の一実施例を示す図。
【図4】駆動信号発生回路の一実施例の駆動信号を示す
図。
図。
【図5】容量性負荷の充放電動作を示すタイムチャー
ト。
ト。
【図6】MOSトランジスタのIDS−VDS特性を示す
図。
図。
【図7】MOSトランジスタの寄生ダイオードの順方向
特性を示す図。
特性を示す図。
【図8】等価回路を示す図。
【図9】駆動信号発生回路の別の実施例を示す図。
【図10】駆動信号発生回路の別の実施例の駆動信号を
示す図。
示す図。
【図11】駆動信号発生回路の別の実施例を示す図。
【図12】本発明のインクジェット式印字ヘッドの実施
例を示す図。
例を示す図。
【図13】インクジェット式印字ヘッドの駆動信号を示
す図。
す図。
【図14】メニスカスの引き込みを示す図。
【図15】インクジェット式印字ヘッドの駆動回路を示
す図。
す図。
【図16】本発明のインクジェット式印字ヘッドの別の
実施例を示す図。
実施例を示す図。
1 :駆動信号発生回路 2 :容量性負荷 3 :MOSトランジスタ 4 :制御回路
Claims (9)
- 【請求項1】容量性負荷を充放電する駆動方法におい
て、駆動信号発生手段と、前記駆動信号発生手段と容量
性負荷が接続される電極と対向する電極に接続するトラ
ンジスタと、前記トランジスタのゲートに電圧を印加す
る制御手段とを具備し、容量性負荷の選択時には、少な
くとも前記駆動信号発生手段より出力される信号が低電
圧から高電圧に変化する期間に、前記トランジスタのゲ
ートに電圧を印加して容量性負荷を充電、または放電
し、その後前記駆動信号発生手段より出力される信号が
高電圧から低電圧に変化する期間に、前記トランジスタ
に充電と逆方向の電流を流して放電、または充電するこ
とを特徴とする駆動方法。 - 【請求項2】前記トランジスタはNチャンネルエンハン
スメントMOSトランジスタであることを特徴とする請
求項1記載の駆動方法。 - 【請求項3】インクを圧電素子で加圧してインクをノズ
ルより吐出せしめて、文字、図形を形成するインクジェ
ット式印字ヘッドにおいて、所定波形を発生する駆動信
号発生回路と、前記駆動信号発生回路と圧電素子が接続
される電極と対向する電極に接続するトランジスタと、
前記トランジスタのゲートに電圧を印加する制御回路と
を具備し、圧電素子の選択時には、少なくとも前記駆動
信号発生手段より出力される信号が低電圧から高電圧に
変化する期間に、前記トランジスタのゲートに電圧を印
加して圧電素子を充電、または放電し、その後前記駆動
信号発生手段より出力される信号が高電圧から低電圧に
変化する期間に、前記トランジスタに充電と逆方向の電
流を流して放電、または充電することを特徴とするイン
クジェット式印字ヘッド。 - 【請求項4】前記圧電素子は、電極と圧電材料とを交互
にサンドイッチ状に積層した積層圧電素子であることを
特徴とする請求項3記載のインクジェット式印字ヘッ
ド。 - 【請求項5】前記インクジェット式印字ヘッドは複数の
ノズルよりインクを吐出するマルチノズルヘッドであっ
て、複数のノズルに各々対応した圧電素子、前記トラン
ジスタ、前記制御回路とを具備し、前記複数の圧電素子
と前記駆動信号発生回路との接続を共通電極とすること
を特徴とする請求項3、4記載のインクジェット式印字
ヘッド。 - 【請求項6】前記圧電素子は電圧が印加されると電界方
向と垂直方向に縮小可能な構造で固定され、かつ前記駆
動信号発生回路より出力され、前記圧電素子に印加され
る駆動信号は最小値が0、もしくはほとんど0電圧で、
最大値が正の電圧である電圧波形を有する駆動信号であ
って、前記圧電素子の放電時にインクを加圧せしめイン
クを吐出することを特徴とする請求項3、4、5記載の
インクジェット式印字ヘッド。 - 【請求項7】前記圧電素子は電圧が印加されると電界方
向に並行に伸長可能な構造で固定され、かつ駆動信号発
生回路より出力され、前記圧電素子に印加される駆動信
号は最小値が負の電圧で、最大値が0、もしくはほとん
ど0電圧である電圧波形である駆動信号であって、前記
圧電素子の充電時にインクを加圧せしめインクを吐出す
ることを特徴とする請求項3、4、5記載のインクジェ
ット式印字ヘッド。 - 【請求項8】前記駆動信号発生回路より出力され、前記
圧電素子に印加される駆動信号は緩漫なる立ち上がり時
間と急峻なる立ち下がり時間を有する電圧波形である駆
動信号であることを特徴とする請求項6、または請求項
7記載のインクジェット式印字ヘッド。 - 【請求項9】前記駆動信号発生回路より出力される駆動
信号は台形波形であることを特徴とする請求項2、3記
載のインクジェット式印字ヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP192493A JPH06198874A (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 駆動方法及びインクジェット式印字ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP192493A JPH06198874A (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 駆動方法及びインクジェット式印字ヘッド |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06198874A true JPH06198874A (ja) | 1994-07-19 |
Family
ID=11515152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP192493A Pending JPH06198874A (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 駆動方法及びインクジェット式印字ヘッド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06198874A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5764247A (en) * | 1993-11-09 | 1998-06-09 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Drive method for ink ejection device capable of canceling residual pressure fluctuations by applying voltage to electrode pairs of second and third ink chambers subsequent to applying voltage to an electrode pair of a first ink chamber |
JP2003000593A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-07 | Hitachi Medical Corp | 超音波診断装置 |
-
1993
- 1993-01-08 JP JP192493A patent/JPH06198874A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5764247A (en) * | 1993-11-09 | 1998-06-09 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Drive method for ink ejection device capable of canceling residual pressure fluctuations by applying voltage to electrode pairs of second and third ink chambers subsequent to applying voltage to an electrode pair of a first ink chamber |
JP2003000593A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-07 | Hitachi Medical Corp | 超音波診断装置 |
JP4698885B2 (ja) * | 2001-06-20 | 2011-06-08 | 株式会社日立メディコ | 超音波診断装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4639735A (en) | Apparatus for driving liquid jet head | |
EP0596530B1 (en) | Ink jet type recording apparatus | |
US5402159A (en) | Piezoelectric ink jet printer using laminated piezoelectric actuator | |
US7585037B2 (en) | Liquid jet apparatus and printing apparatus | |
CA1080782A (en) | Mosaic printer arrangements | |
US6382754B1 (en) | Ink jet printing device | |
US6302504B1 (en) | Recording head and recording apparatus using the same | |
US7938499B2 (en) | Liquid discharge device, piezoelectric ink jet head, and driving method for liquid discharge device | |
JP3262141B2 (ja) | インクジェット記録ヘッドの駆動回路 | |
JP5516496B2 (ja) | インクジェットヘッドの駆動回路、インクジェットヘッドの駆動信号出力回路及びインクジェットヘッド | |
JPH06198874A (ja) | 駆動方法及びインクジェット式印字ヘッド | |
JP3757808B2 (ja) | インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法 | |
JP3711447B2 (ja) | インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法 | |
JP3387243B2 (ja) | インクジェット記録ヘッドの駆動装置 | |
JP3120812B2 (ja) | インクジェット式印字ヘッドの駆動回路 | |
JP3731346B2 (ja) | アクチュエータの駆動回路 | |
JP2002283565A (ja) | インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法 | |
JP3225987B2 (ja) | インクジェット式記録ヘッドの駆動装置及び駆動方法 | |
JP4304910B2 (ja) | インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置 | |
JP3852263B2 (ja) | インクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置 | |
JP4541856B2 (ja) | 圧電インクジェットヘッドの駆動方法 | |
US6719387B2 (en) | Method for reducing turn-off propagation delay in print head drivers | |
JP2003226008A (ja) | インクジェット式プリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法 | |
JPH06127034A (ja) | 圧電体の駆動装置 | |
JPH07117228A (ja) | インクジェット記録用ヘッド及びその駆動方法 |