JP2000052561A

JP2000052561A - インク噴射装置

Info

Publication number: JP2000052561A
Application number: JP15509299A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Takahashi; 高橋　　義和
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-02-22

Abstract

(57)【要約】【課題】１ドットについて噴射動作を複数回行うイン
ク噴射装置を、部品コストの増加を招くことなく常に良
好な印字品質が得られるようにすること。【解決手段】１ドットについて噴射動作を２回行って
２滴のインクを噴射する場合には、噴射動作を行うため
の噴射パルス信号ＰＦ１を印加して１滴目を噴射させ、
この噴射動作によって発生した圧力波振動を非噴射パル
ス信号ＰＳ１を印加して相殺する。そして、インク室内
の圧力が安定した状態で、噴射動作を行うための噴射パ
ルス信号ＰＦ２を印加して２滴目を噴射させ、同様に、
この噴射動作によって発生した圧力波振動を非噴射パル
ス信号ＰＳ２を印加して相殺する。このように、噴射動
作を行う毎に相殺動作を行うことで、各噴射動作を常に
安定して行う。したがって、駆動周波数が多少変動した
場合でも、良好な印字品質を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印字命令に応じて
ノズルからインクを噴射して、紙等の被記録媒体に画像
を形成するインク噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト方式の印字装置の中で、
原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であ
るものとして、インクジェット方式の印字装置が挙げら
れる。中でも、印字に使用するインクのみを噴射するド
ロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニ
ングコストの安さ等から急速に普及している。ドロップ
・オン・デマンド型の印字装置に用いられるインク噴射
装置として、例えば、特開昭６３−２４７０５１号公報
に記載の圧電材料を利用したせん断モード型がある。こ
の種のインク噴射装置の一例を図５，６に示す。なお、
図５は図６のＡ−Ａ線断面に、図６は図５のＢ−Ｂ線断
面に各々対応している。

【０００３】図５に示すように、インク噴射装置６００
は、底壁６０１，天壁６０２，およびその間のせん断モ
ード型のアクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチ
ュエータ壁６０３は天壁６０２に接着され、かつ矢印６
０９方向に分極された圧電材料製の上部壁６０５と、底
壁６０１に接着され、かつ矢印６１１方向に分極された
圧電材料製の下部壁６０７とからなっている。アクチュ
エータ壁６０３は一対となって、その間にインク室６１
３を形成し、かつその隣の一対のアクチュエータ壁６０
３との間には、インク室６１３よりも狭い空間６１５を
形成している。

【０００４】図６に示すように、各インク室６１３の一
端には、ノズル６１８を有するノズルプレート６１７が
固着され、他端には、マニホールド６２６を介して図示
しないインク供給源が接続されている。なお、マニホー
ルド６２６は、各インク室６１３に連通する開口部を有
する前部壁６２７と、底壁６０１，天壁６０２の間を密
閉する後部壁６２８とを備え、前記インク供給源から前
部壁６２７，後部壁６２８の間に供給されたインクを、
各インク室６１３に分配するものである。

【０００５】各アクチュエータ壁６０３の両側面には電
極６１９，６２１が金属化層として設けられている。具
体的にはインク室６１３側のアクチュエータ壁６０３に
は電極６１９が設けられ、空間６１５側およびインク噴
射装置６００外周側のアクチュエータ壁６０３には電極
６２１が設けられている。なお、電極６１９の表面はイ
ンクと絶縁するための絶縁層で覆われている。そして、
電極６２１はアース６２３に接続され、インク室６１３
内に設けられた電極６１９は制御装置６２５に接続さ
れ、後述のような電圧（駆動信号）を印加される。

【０００６】そして、各インク室６１３の電極６１９に
制御装置６２５が電圧を印加することによって、各アク
チュエータ壁６０３がインク室６１３の容積を増加する
方向に圧電厚みすべり変形する。この動作の一例を図７
に示す。インク室６１３ｃの電極６１９ｃに所定の電圧
Ｅ（Ｖ）が印加されると、アクチュエータ壁６０３ｅ，
６０３ｆに各々矢印６３１，６３２の方向の電界が発生
し、アクチュエータ壁６０３ｅ，６０３ｆがインク室６
１３ｃの容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形す
る。このとき、ノズル６１８ｃ付近を含むインク室６１
３ｃ内の圧力が減少する。

【０００７】この電圧Ｅ（Ｖ）の印加をインク室６１３
内の圧力波の片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、そ
の間に前述のインク供給源からインクが供給される。な
お、前記片道伝播時間Ｔはインク室６１３内のインクの
圧力波が、インク室６１３の長手方向に片道伝播する時
間であり、インク室６１３の長さＬとこのインク室６１
３内部のインク中での音速ａとによりＴ＝Ｌ／ａなる式
で算出される。

【０００８】圧力波の伝播理論によると、前記電圧の印
加から片道伝播時間Ｔが経過するとインク室６１３内の
圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、制御装置６２５
は、このタイミングに合わせてインク室６１３ｃの電極
６１９ｃに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。する
と、アクチュエータ壁６０３ｅ，６０３ｆが変形前の状
態（図５）に戻り、インクに圧力が加えられる。そのと
き、前記正に転じた圧力と、アクチュエータ壁６０３
ｅ，６０３ｆが変形前の状態に戻ることにより発生した
圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力がインク室６１
３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生じて、インクがノ
ズル６１８ｃから噴射される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来、この種のインク
噴射装置には、１ドットの印字命令についてインク滴を
噴射する噴射動作を複数回行って、複数のインク滴を被
記録媒体に達する前の空間または被記録媒体上で合体さ
せ、任意の大きさのドットを記録することが行われてい
る。また、上記の噴射のためにインク室内に圧力波振動
を発生させて全ての噴射動作を行った後で、インク室の
容積を一旦増加させた後容積を減少させてインク室内の
圧力波振動を略相殺する相殺動作を行うように構成され
ているものがある。このように構成されているインク噴
射装置は、インク室内の残留圧力波振動が次回の噴射動
作に何等かの悪影響を与える事態を防止することができ
る。

【００１０】ところで、噴射動作を複数回行った後のイ
ンク室内の圧力波振動は非常に複雑であるので、この圧
力波振動を完全に相殺することは非常に難しい。このた
め、噴射動作を複数回行った後の相殺動作は、圧力波振
動に対して非常に正確なタイミングで行わなければなら
ない。

【００１１】しかし、キャリッジが被記録媒体に沿って
移動する際にエンコーダ等からの位置信号に基づいて、
１ドット毎の印字命令の信号を生成するものでは、キャ
リッジの移動の際の抵抗が不均一であったり、モータの
回転速度が変動することが避けられず、１ドットについ
ての複数回の噴射動作および相殺動作が１秒間に行われ
る回数、即ち駆動周波数は、場合によっては±５％程度
変動する。すると、インク室内の圧力変動に対する相殺
動作のタイミングが適正値からずれてしまい、結果とし
て、１回の噴射動作によって噴射されるインクの量が、
±１５％程度変動することがある。このため、良好な印
字品質を得ることができない場合もある。特に、広い範
囲に対して一様な階調でインクを噴射する場合には、見
栄えの悪さが顕著になる。なお、常に一定の駆動周波数
に保持するためには、キャリッジの移動速度の変動を抑
制すれば良いが、そのためには高価なモータや駆動装置
およびキャリッジ案内装置の高精度の加工が必要とな
り、部品コストを大幅に増加させてしまう。

【００１２】本発明は、この様な問題を解決するために
なされたものであり、１ドットについて噴射動作を複数
回行うインク噴射装置を、部品コストの増加を招くこと
なく常に良好な印字品質が得られるようにすることを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この様
な目的を達成するため、本発明にかかるインク噴射装置
は、インクを噴射するためのノズルと、該ノズルから噴
射するためのインクが充填されるインク室と、該インク
室の容積を変化させるアクチュエータと、該アクチュエ
ータを駆動して前記インク室内に圧力波振動を発生させ
て前記ノズルからインクを噴射する噴射動作を１ドット
の印字命令に対して複数回行う制御装置と、を備えたイ
ンク噴射装置であって、前記制御装置は、前記１ドット
の印字命令に対して複数回行う各噴射動作を１回行う毎
に、インクを噴射しないタイミングで前記アクチュエー
タを駆動して前記インク室内の圧力波振動を略相殺する
相殺動作を行うことを特徴とする。

【００１４】本発明にかかるインク噴射装置では、制御
装置は、インク室内に圧力波振動を発生させてインク滴
を噴射する噴射動作を１回行う毎に、インク室内の圧力
波振動を相殺するための相殺動作を行い、この一連の動
作を１ドットの印字命令に対して複数回繰り返す。

【００１５】このように、本発明にかかるインク噴射装
置によれば、噴射動作を１回行う毎に相殺動作を行って
インク室内の圧力を安定させるので、各相殺動作によっ
て相殺するべき圧力波振動は非常に単純なものとなる。
このため、噴射動作および相殺動作のタイミングが最適
なタイミングより多少前後しても、難なく圧力波振動を
相殺することができる。したがって、駆動周波数が多少
変動しても、１回の噴射動作によって噴射されるインク
の量を略一定に保つことができるので、高価なモータ等
を採用することによって部品コストの増加を招くことな
く、常に良好な印字品質を得ることができる。

【００１６】また、前記制御装置は、前記複数回の噴射
動作において、噴射動作と該噴射動作を行った後に、前
記インク室内の圧力波振動を略相殺する相殺動作とを含
む動作を、複数回行うこともできる。

【００１７】このように、１ドットの印字命令に対して
複数回噴射動作を繰り返す際に噴射動作と相殺動作とを
含む動作を複数回行って、インク室内の圧力を安定させ
ることで、噴射動作および相殺動作のタイミングが最適
なタイミングより多少前後しても、難なく圧力波振動を
相殺することができる。したがって、駆動周波数が多少
変動しても、噴射動作によって噴射されるインクの量を
略一定に保つことができるので、高価なモータ等を採用
することなく、常に良好な印字品質を得ることができ
る。

【００１８】なお、この相殺動作には、インク室内の圧
力が高いタイミングでインク室の容積を一旦増加させた
後で容積を元に戻す方法，圧力が低いタイミングで容積
を一旦減少させた後で容積を元に戻す方法等があり、何
れの方法を採用しても良いが、容積を一旦増加させた後
で容積を元に戻すことによって噴射動作を行う場合に
は、相殺動作も、容積を一旦増加させた後で元に戻すこ
とによって行うと良い。相殺動作をこのように行う場合
には、噴射動作と相殺動作においてアクチュエータの駆
動方向が同一となるので、制御装置等の構成を簡略化す
ることができる。また、請求項３に記載したように、前
記相殺動作は、前記インク室の容積を増加させてから当
該インク室の容積を減少させるまでの時間が、前記イン
ク室内をインクの圧力波が片道伝播する片道伝播時間の
約０．３〜０．７倍または約１．３〜１．８倍となるよ
うに行われると良い。

【００１９】本件発明者は、相殺動作時にインク室の容
積を増加させてからその容積を減少させるまでの時間Ｗ
Ｓを種々に変更して実験を行い、インク室内の圧力波振
動を最も有効に相殺することができる条件を鋭意検討し
た。その結果、インク室内をインクの圧力波が片道伝播
する片道伝播時間Ｔの０．３〜０．７倍または１．３〜
１．８倍に、ＷＳを設定すると良いことを発見した。こ
れは、次の理由によるものと推定される。ＷＳ１．０
Ｔであると、容積の増加によって発生した圧力波振動の
ピークと容積の減少による圧力の増加とが重畳してイン
クが噴射されてしまう。また、ＷＳ２．０Ｔである
と、容積の増加による圧力波振動と容積の減少による圧
力波振動とが相殺し合って相殺動作を実行しなかった場
合と同様の結果を招く。このため、それらの値の中間で
ある０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜１．８ＴにＷ
Ｓを設定すると、良好な相殺動作を行うことができるも
のと考えられる。

【００２０】さらに、本件発明者は、噴射動作が終了し
た時点と相殺動作を行う時期との関係を種々に変更して
実験を行い、インク室内の圧力波振動を最も有効に相殺
することができる条件を鋭意検討した。その結果、請求
項４に記載したように、前記相殺動作は、前記噴射動作
が終了した時点から、前記インク室内をインクの圧力波
が片道伝播する片道伝播時間の約２．２〜２．８倍の時
間が経過した時点を中心に行われると良いことを発見し
た。

【００２１】これらの条件を満たすように相殺動作を行
った場合には、常に良好な印字品質を得ることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面にしたがって説明する。本実施の形態のインク噴射装
置６００における機械的部分の構成は、図５，６に示す
従来のものと同様であるので説明を省略する。このイン
ク噴射装置６００の具体的な寸法を述べる。インク室６
１３の長さＬが７．５ｍｍである。ノズル６１８の寸法
は、ノズル面６１７ａ側の径が４０μｍ、インク室６１
３側の径が７２μｍ、長さが１００μｍである。また、
後述の実験に供したインクの２５℃における粘度は約２
ｍＰａ・ｓ、表面張力は３０ｍＮ／ｍである。このイン
ク室６１３内のインク中における音速ａと前記Ｌとの比
Ｌ／ａ（＝Ｔ）は８μｓｅｃである。さらに、インク噴
射装置６００は図示しないプラテンに沿って移動するキ
ャリッジに搭載され、ノズル面６１７ａとプラテン上の
記録用紙（図示せず）との間隔は１〜２ｍｍである。

【００２３】図１は、本実施の形態のインク噴射装置６
００に用いられた制御装置６２５の構成を表す回路図で
ある。図１に示すように、制御装置６２５は、充電回路
１８２，放電回路１８４，およびパルスコントロール回
路１８６から構成されている。また、図１では、アクチ
ュエータ壁６０３の圧電材料および電極６１９，６２１
をコンデンサ１９１で表しており、そのコンデンサ１９
１の端子１９１Ａ，１９１Ｂは各々電極６１９，６２１
に対応する。即ち、端子１９１Ａが制御装置６２５に、
端子１９１Ｂがアース６２３に、各々接続されている。
ここで、インク室６１３を挟む一対のアクチュエータ壁
６０３および電極６１９，６２１が、１個のアクチュエ
ータを構成する。

【００２４】充電回路１８２に設けられた入力端子１８
７と放電回路１８４に設けられた入力端子１８８とは、
各々インク室６１３内の電極６１９（端子１９１Ａ）に
Ｅ（Ｖ）の電圧（例えば２０Ｖ）または０（Ｖ）の電圧
を印加するためのパルス信号を、後述のパルスコントロ
ール回路１８６から入力するための端子である。

【００２５】充電回路１８２は、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０
２，Ｒ１０３，Ｒ１０４，Ｒ１０５、および、トランジ
スタＴＲ１０１，ＴＲ１０２から構成されている。トラ
ンジスタＴＲ１０１のベースは、抵抗Ｒ１０１を介して
入力端子１８７に接続されるとともに、抵抗Ｒ１０２を
介して接地されている。トランジスタＴＲ１０１のエミ
ッタは直接接地され、コレクタは、Ｅ（Ｖ）の正の電源
１８９に抵抗Ｒ１０３を介して接続されている。また、
トランジスタＴＲ１０２のベースは、抵抗Ｒ１０４を介
して正の電源１８９に接続されるとともに、抵抗Ｒ１０
５を介してトランジスタＴＲ１０１のコレクタに接続さ
れている。トランジスタＴＲ１０２のエミッタは正の電
源１８９に直接接続され、コレクタは抵抗Ｒ１２０を介
して端子１９１Ａに接続されている。

【００２６】このため、入力端子１８７にオン信号（＋
５Ｖ）が入力されると、トランジスタＴＲ１０１が導通
し、正の電源１８９からの電流がトランジスタＴＲ１０
１のコレクタからエミッタ方向に流れる。したがって、
正の電源１８９に接続されている抵抗Ｒ１０４およびＲ
１０５にかかる電圧の分圧が上昇し、トランジスタＴＲ
１０２のべースに流れる電流が増加し、トランジスタＴ
Ｒ１０２のエミッタとコレクタ間が導通する。そして、
正の電源１８９からのＥ（Ｖ）の電圧がトランジスタＴ
Ｒ１０２のコレクタおよびエミッタ、抵抗Ｒ１２０を介
してコンデンサ１９１の端子１９１Ａに印加される。

【００２７】次に、放電回路１８４について説明する。
放電回路１８４は抵抗Ｒ１０６，Ｒ１０７，トランジス
タＴＲ１０３から構成されている。トランジスタＴＲ１
０３のベースは、抵抗Ｒ１０６を介して入力端子１８８
に接続されるとともに、抵抗Ｒ１０７を介して接地され
ている。トランジスタＴＲ１０３のエミッタは直接接地
され、コレクタは、前述の抵抗Ｒ１２０を介して端子１
９１Ａに接続されている。このため、入力端子１８８に
オン信号（＋５Ｖ）が入力されるとトランジスタＴＲ１
０３が導通し、抵抗Ｒ１２０を介してコンデンサ１９１
の端子１９１Ａを接地する。

【００２８】次に、この充電回路１８２，放電回路１８
４によってアクチュエータ壁６０３（コンデンサ１９
１）に印加される電圧の変化を説明する。充電回路１８
２の入力端子１８７に入力される入力信号は、図２
（Ａ）のタイミングチャートに示すように、通常オフの
状態にあり、インクの噴射時には後述の所定のタイミン
グＴ１にてオンされ、タイミングＴ２にてオフされる。
その後、タイミングＴ３にてオンされ、タイミングＴ４
にてオフされ、さらにタイミングＴ５にてオンされ、タ
イミングＴ６にてオフされ、さらにその後、タイミング
Ｔ７にてオンされ、タイミングＴ８にてオフされる。放
電回路１８４の入力端子１８８に入力される入力信号
は、図２（Ｂ）のタイミングチャートに示すように、入
力端子１８７の入力信号がオンされるとき（Ｔ１，Ｔ
３，Ｔ５，Ｔ７）オフされ、入力端子１８７の入力信号
がオフされるとき（Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ８）オンされ
る。

【００２９】この場合、コンデンサ１９１の端子１９１
Ａに印加される電圧は、図２（Ｃ）に示すように、通常
は０（Ｖ）に維持されているが、タイミングＴ１にて、
コンデンサ１９１即ちアクチュエータ壁６０３へ電荷が
充電され、トランジスタＴＲ１０２と、抵抗Ｒ１２０
と、せん断モード型圧電素子からなるアクチュエータ壁
６０３の静電容量とにて決まる充電時間Ｔａ後に電圧Ｅ
（Ｖ）になる。またタイミングＴ２にて、トランジスタ
ＴＲ１０３と、抵抗Ｒ１２０と、アクチュエータ壁６０
３の静電容量とにて決まる放電時間Ｔｂ後に０（Ｖ）に
なる。

【００３０】このように電極６１９（端子１９１Ａ）に
実際に印加される電圧（以下、駆動信号という）の波形
は、立ち上がりと立ち下がりで各々Ｔａ、Ｔｂの遅れが
生じるため、電圧が１／２Ｅ（Ｖ）（例えば１０Ｖ）と
なる時点を、駆動信号の立ち上がりタイミング（ＦＳ
１，ＳＳ１，ＦＳ２，ＳＳ２）および立ち下がりタイミ
ング（ＦＥ１，ＳＥ１，ＦＥ２，ＳＥ２）として近似す
る。パルスコントロール回路１８６は、この駆動信号の
立ち上がりおよび立ち下がりが後述のタイミングとなる
ように、入力端子１８７，１８８への入力信号の前記タ
イミングＴ１〜Ｔ８等を制御する回路である。次に、図
１に戻ってパルスコントロール回路１８６の構成につい
て説明する。

【００３１】パルスコントロール回路１８６には、各種
の演算処理を行うＣＰＵ２１０が設けられ、そのＣＰＵ
２１０には、印字データや各種のデータを記憶するＲＡ
Ｍ２１２と、パルスコントロール回路１８６の制御プロ
グラムおよび前述のタイミングＴ１〜Ｔ８でオン，オフ
信号を発生するシーケンスデータを記憶するＲＯＭ２１
４とが接続されている。ここで、ＲＯＭ２１４には、図
３に示すように、インク噴射装置制御プログラム記憶エ
リア２１４Ａと、駆動波形データ記憶エリア２１４Ｂと
が設けられている。したがって、前述の駆動信号の波形
に関するシーケンスデータは、駆動波形データ記憶エリ
ア２１４Ｂに記憶されている。

【００３２】さらに、ＣＰＵ２１０は各種のデータのや
りとりをするＩ／Ｏバス２１６に接続され、当該Ｉ／Ｏ
バス２１６には、印字データ受信回路２１８およびパル
スジェネレータ２２０，２２２が接続されている。パル
スジェネレータ２２０の出力は充電回路１８２の入力端
子１８７に入力され、パルスジェネレータ２２２の出力
は放電回路１８４の入力端子１８８に入力されている。

【００３３】ＣＰＵ２１０はＲＯＭ２１４の駆動波形デ
ータ記憶エリア２１４Ｂに記憶されているシーケンスデ
ータにしたがって、パルスジェネレータ２２０および２
２２を制御する。したがって、前記タイミングＴ１〜Ｔ
８の各種パターンを予めＲＯＭ２１４内の駆動波形デー
タ記憶エリア２１４Ｂに記憶させておくことによって、
１ドットの印字命令に対して、所望の波形の駆動信号を
アクチュエータ壁６０３に与えることができる。なお、
パルスジェネレータ２２０，２２２、充電回路１８２、
および放電回路１８４は、インク噴射装置６００のノズ
ル６１８と同じ数だけ設けられている。ＣＰＵ２１０
は、印字データに応じたアクチュエータ壁６０３に駆動
信号を出力し、対応するノズル６１８からインクを噴射
する。

【００３４】次に、本実施の形態のインク噴射装置６０
０における、前記駆動信号の波形（以下、駆動波形とい
う）の一例を図４（Ａ）に例示する。また、図４（Ｂ）
はその駆動波形に応じたインク室６１３内の圧力波振動
を表している。図４に例示するように、本例の駆動波形
は、インクを噴射するための２つの噴射パルス信号ＰＦ
１，ＰＦ２と、前記インク室６１３内に残留した圧力波
振動を相殺するための各噴射パルス信号の後に設けられ
た２つの非噴射パルス信号ＰＳ１，ＰＳ２とからなり、
噴射パルス信号ＰＦ１，ＰＦ２および非噴射パルス信号
ＰＳ１，ＰＳ２は、何れも波高値（電圧値）はＥ（Ｖ）
である。また、本例では以下に説明するように、噴射パ
ルス信号ＰＦ１，ＰＦ２のパルス幅ＷＦを片道伝播時間
Ｔ（８μｓｅｃ）の１．０倍、非噴射パルス信号ＰＳ
１，ＰＳ２のパルス幅をＴの０．５倍とし、非噴射パル
ス信号ＰＳ１と噴射パルス信号ＰＦ２とのパルス間隔ｄ
２をＴの１．０倍とした。

【００３５】タイミングＦＳ１で噴射パルス信号ＰＦ１
が立ち上がると、図７にてインク室６１３ｃを例に説明
したように、アクチュエータ壁６０３に電界が発生し、
インク室６１３の容積が増加してノズル６１８付近を含
むインク室６１３内の圧力が減少する。その後、インク
室６１３にはインクが流入する一方、容積の増大によっ
て生じた圧力波振動による圧力が増加して正の（振動の
中心より大の）圧力に転じ、片道伝播時間Ｔを経過する
時点の近傍でピークに達する。噴射パルス信号ＰＦ１
は、タイミングＦＳ１から１．０Ｔ経過後のタイミング
ＦＥ１で立ち下がる。すると、インク室６１３の容積が
減少し、それにより発生した圧力と、前記正に転じた圧
力とが加え合わされて、インク室６１３のノズル６１８
付近に高い圧力が生じ、インクがノズル６１８から噴射
される。

【００３６】続いて、タイミングＦＥ１から時間ｄ１が
経過した時点を中心にして非噴射パルス信号ＰＳ１が発
生する。この非噴射パルス信号ＰＳ１は、インク室６１
３の圧力が正から負に転じる時点を跨いで発生させるの
が望ましい。この場合、次のようにしてインク室６１３
内の圧力波振動を相殺することができる。

【００３７】即ち、インク室６１３の圧力が正から負に
転じる前のタイミングＳＳ１にて非噴射パルス信号ＰＳ
１が立ち上がると、未だ正である前記圧力が急減する。
また、前記圧力が負に転じた後のタイミングＳＥ１で非
噴射パルス信号ＰＳ１が立ち下がると、負に転じた前記
圧力が急増する。このため、前記圧力の振動が相殺され
る。このように圧力波振動が相殺されると、インクが非
所望に噴射されることが防止されるとともに、噴射パル
ス信号ＰＦ２による噴射動作に円滑に移行することがで
きる。したがって、きわめて良好な画像を形成するとと
もに印字速度を向上させることができる。なお、非噴射
パルス信号ＰＳ１は前述のように圧力波振動を相殺する
ためのものであり、このパルス信号が発生してもインク
は噴射されない。

【００３８】続いて、タイミングＳＥ１から時間ｄ２が
経過した後のタイミングＦＳ２で噴射パルス信号ＰＦ２
が立ち上がり、タイミングＦＳ２から１．０Ｔ経過後の
タイミングＦＥ２で立ち下がり、同ように、インクがノ
ズル６１８から噴射される。そして、タイミングＦＥ２
から時間ｄ１が経過した時点を中心にして非噴射パルス
信号ＰＳ２が印加され、同ように、インク室６１３内の
圧力波振動を相殺する。

【００３９】本件発明者の実験によれば、上記図４
（Ｂ）のインク室６１３内の圧力波振動が、そのままノ
ズル６１８からのインク面（メニスカス）の突出、ある
いは後退として現れるのではなく、インク室６１３内の
圧力波振動よりもゆっくりした周期でメニスカスは突出
後退しているとともに、これに上記の圧力波振動等が絡
まって複雑な振動をしている。これは、ノズル６１８で
のインクの表面張力等が関係していると思われる。そこ
で、効果的に非所望の噴射を抑制するために、本件発明
者は、前記時間ｄ１の設定方法について鋭意検討した結
果、噴射パルス信号ＰＦ１による噴射動作終了後の圧力
波振動が振動の中心（図４（Ｂ）の横軸）を３回目に通
過する時点に、非噴射パルス信号ＰＳ１の中心ＳＣ１を
配設すると良いことを発見した。これにより、インクが
非所望に噴射されるのをきわめて良好に防止するととも
に、次の噴射パルス信号ＰＦ２による噴射動作にきわめ
て円滑に移行することができる。しかも、この相殺動作
の効果は、各種条件によらずきわめて安定して発揮され
る。同ように、噴射パルス信号ＰＦ２による噴射動作終
了後の圧力波振動が振動の中心を３回目に通過する時点
に非噴射パルス信号ＰＳ２の中心ＳＣ２を配設すれば、
次のドットの噴射パルス信号ＰＦ１による噴射動作に円
滑に移行することができる。

【００４０】そこで、本件発明者は、噴射パルス信号Ｐ
Ｆ１による噴射動作が終了したタイミングＦＥ１の後
で、インク室６１３内の圧力波振動が振動の中心を３回
目に通過する時点を実測した。本実施の形態の場合、こ
の時点の実測値に基づいて算出した時間ｄ１の値は２．
５１Ｔとなった。本実施の形態では、時間ｄ１をこの値
に設定することにより、前述のように圧力波振動を良好
に相殺することができた。

【００４１】また、本件発明者は、時間ｄ１および非噴
射パルス信号ＰＳ１の幅ＷＳを種々に変更して、インク
噴射装置６００を用いたインクの噴射実験を行い、時間
ｄ１に許容される誤差範囲、および非噴射パルス信号の
幅ＷＳの適切な値を調べた。その結果、時間ｄ１のほぼ
実測値２．５０Ｔに対する偏差△ｄ１が−０．３Ｔ〜
０．３Ｔ（より好ましくは−０．１５Ｔ〜０．１５Ｔ）
となるように時間ｄ１を設定するとともに、噴射パルス
信号の幅ＷＳを０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜
１．８Ｔに設定すると、着弾乱れもしぶきも発生するこ
となく良好な噴射が行えた。そして、ｄ１またはＷＳの
値が適切な値から少しずれると、噴射されたインク滴の
飛翔速度が適切な値からずれ、インク滴が記録用紙の適
切な位置に付着しない着弾乱れが発生した。ｄ１または
ＷＳの値がさらにずれると、噴射されたインクが飛沫と
なって飛び散るしぶきが発生したり、その飛沫がノズル
面６１７ａに付着してインクが吐出されなくなったりし
た。

【００４２】以上の実験結果により、時間ｄ１の値には
±０．３Ｔ程度の誤差が許容されることが判った。ま
た、非噴射パルス信号の幅ＷＳは０．３Ｔ〜０．７Ｔま
たは１．３Ｔ〜１．８Ｔに設定するのが望ましいことが
判ったが、後者は、次の理由によるものと推定される。
ＷＳ１．０Ｔであると、インク室６１３の容積増加
（図４のタイミングＳＳ１）によって発生した圧力波振
動のピークとその容積の減少（図４のタイミングＳＥ
１）による圧力の増加とが重畳してインクが噴射されて
しまう。また、ＷＳ２．０Ｔであると、前記容積の増
加による圧力波振動と前記容積の減少による圧力波振動
が相殺し合って非噴射パルス信号ＰＳ１を発生しなかっ
た場合と同様の結果を招く。このため、それらの値の中
間である０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜１．８Ｔ
にＷＳを設定すると、良好な相殺動作が実行できるもの
と考えられる。

【００４３】本実施の形態では、時間ｄ１を２．５１Ｔ
に設定し、かつ、非噴射パルス信号の幅ＷＳを１．０Ｔ
に設定しているので、非噴射パルス信号ＰＳ１によりき
わめて良好に前記圧力波振動を相殺することができた。
また、この相殺動作の効果はきわめて安定して発揮され
た。したがって、着弾乱れもしぶきも発生することな
く、きわめて正確な画像を安定して形成するとともに、
印字速度をきわめて良好に向上させることができた。さ
らに、本実施の形態では、時間ｄ１の前記実測値（２．
５１Ｔ）に対する偏差△ｄ１を０とし、非噴射パルス信
号の幅ＷＳを短い側の適正範囲（０．３Ｔ〜０．７Ｔ）
の中間に設定している。したがって、正確な画像を一層
安定して形成するとともに、印字速度を一層良好に向上
させることができた。

【００４４】続いて、本実施の形態のインク噴射装置の
効果について説明する。本実施の形態のインク噴射装置
６００は、１ドットの印字命令について複数回の噴射動
作を行う際に、噴射動作を行った後に相殺動作を行う動
作を繰り返してインク室内の圧力を安定させるので、各
相殺動作によって相殺するべき圧力波振動は非常に単純
なものとなる。このため、噴射動作および相殺動作のタ
イミングが最適なタイミングより多少前後しても、難な
く圧力波振動を相殺することができる。したがって、駆
動周波数が多少変動しても、１回の噴射動作によって噴
射されるインクの量を略一定に保つことができるので、
部品コストの増加を招くことなく、常に良好な印字品質
を得ることができる。

【００４５】次に、本実施の形態のインク噴射装置の効
果をより具体的に説明するため、本実施の形態のインク
噴射装置６００と、２つの噴射パルス信号を印加した後
に１つの非噴射パルスを印加して１ドット分の噴射を行
う従来のインク噴射装置とを、７．５ｋＨｚ，８．０ｋ
Ｈｚ，８．５ｋＨｚの駆動周波数で実際に作動させた場
合の１ドット当りのインクの噴射量（ピコリットルｐ
ｌ）を、表１に示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】表１に示すように、本実施の形態のインク
噴射装置６００は、従来のインク噴射装置に比べ、駆動
周波数が変化しても略一定量のインクを噴射することが
でき、常に良好な印字品質を得ることができる。

【００４８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は前述した各実施の形態に何等限定される
ものではなく、さらに種々の態様において実施してもよ
いことはもちろんである。例えば、上記実施の形態で
は、噴射パルス信号の幅ＷＦを片道伝播時間Ｔの１．０
倍としたが、圧力波振動は周期２Ｔで繰り返されるの
で、ＷＦ＝３．０Ｔ，５．０Ｔ，７．０ＴのようにＷＦ
をＴの３以上の奇数倍としても同ように噴射動作を行う
ことができる。

【００４９】また、実施の形態では、非噴射パルス信号
ＰＳ１の立ち下がりから噴射パルス信号ＰＦ２の立ち上
がりまでの時間間隔ｄ２をＴの１．０倍としたが、ｄ２
は、非噴射パルスＰＳ１が立ち下がるために要する放電
時間Ｔｂと噴射パルス信号ＰＦ２が立ち上がるために要
する充電時間Ｔａとの合計よりも長ければ良い。具体的
には、０．５Ｔ以上であれば良い。

【００５０】また、実施の形態では、１ドットの印字命
令に対して噴射動作および相殺動作を交互に２回行うこ
とによって２滴のインクを噴射するように構成されてい
るが、噴射動作および相殺動作を交互に３回以上行うこ
とによって３滴以上のインクを噴射するように構成され
ていても良い。

【００５１】また、非噴射パルス信号としてＥ（Ｖ）よ
り低い電圧や負の電圧を印加することにより、圧力波振
動の相殺時にインクが噴射されないようにすることもで
きる。ただし、実施の形態では、噴射パルス信号および
非噴射パルスの電圧を一定値とし、その出力タイミング
を調整することによりインクの噴射および圧力波振動の
相殺を行っているので、装置の構成および制御を一層簡
略化することができる。

【００５２】また、実施の形態では、圧電材料によって
インク室６１３の容積を変化させてインクを噴射する装
置について説明したが、本発明は、圧電材料以外を用い
て構成されたアクチュエータによりインク室６１３の容
積を変化させる装置、印字装置本体にインク噴射装置６
００を固定した所謂ラインプリンタ等にも適用すること
ができる。ただし、実施の形態のように圧電材料を採用
した場合には、装置構成を一層簡略化し、耐久性を向上
させるとともに、部品コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態のインク噴射装置に備えられる制
御装置の構成を表す回路図である。

【図２】制御装置を構成する充電回路，放電回路の動
作を表すタイミングチャートである。

【図３】制御装置のＲＯＭの構成を表す説明図であ
る。

【図４】制御装置が出力するインク噴射装置の駆動波
形を例示する説明図である。

【図５】従来および実施の形態のインク噴射装置の構
成を表す断面図である。

【図６】図５のインク噴射装置のＢ−Ｂ線断面図であ
る。

【図７】図５のインク噴射装置の動作の一例を表す説
明図である。

【符号の説明】

１８２充電回路１８４放電回路１８６パルスコントロール回路１８７，１８８入力端子６００インク噴射装置６０３アクチュエータ壁６１８ノズル６１９，６２１電極６２５制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを噴射するためのノズルと、該ノ
ズルから噴射するためのインクが充填されるインク室
と、該インク室の容積を変化させるアクチュエータと、
該アクチュエータを駆動して前記インク室内に圧力波振
動を発生させて前記ノズルからインクを噴射する噴射動
作を１ドットの印字命令に対して複数回行う制御装置
と、を備えたインク噴射装置であって、前記制御装置は、前記１ドットの印字命令に対して複数
回行う各噴射動作を１回行う毎に、インクを噴射しない
タイミングで前記アクチュエータを駆動して前記インク
室内の圧力波振動を略相殺する相殺動作を行うことを特
徴とするインク噴射装置。
【請求項２】インクを噴射するためのノズルと、該ノ
ズルから噴射するためのインクが充填されるインク室
と、該インク室の容積を変化させるアクチュエータと、
該アクチュエータを駆動して前記インク室内に圧力波振
動を発生させて前記ノズルからインクを噴射する噴射動
作を１ドットの印字命令に対して複数回行う制御装置
と、を備えたインク噴射装置であって、前記制御装置は、前記複数回の噴射動作において、噴射
動作と該噴射動作を行った後に、前記インク室内の圧力
波振動を略相殺する相殺動作とを含む動作を、複数回行
うことを特徴とするインク噴射装置。
【請求項３】前記相殺動作は、前記インク室の容積を
増加させてから当該インク室の容積を減少させて行うも
のであって、その間の時間が、前記インク室内をインク
の圧力波が片道伝播する片道伝播時間の約０．３〜０．
７倍または約１．３〜１．８倍となるように行われるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のインク噴射装
置。
【請求項４】前記相殺動作は、前記噴射動作が終了し
た時点から、前記インク室内をインクの圧力波が片道伝
播する片道伝播時間の約２．２〜２．８倍の時間が経過
した時点を中心に行われることを特徴とする請求項３に
記載のインク噴射装置。