JP2000071453A - インクジェットヘッド用駆動装置及び該駆動装置を備えたインクジェットヘッド - Google Patents
インクジェットヘッド用駆動装置及び該駆動装置を備えたインクジェットヘッドInfo
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- JP2000071453A JP2000071453A JP24997798A JP24997798A JP2000071453A JP 2000071453 A JP2000071453 A JP 2000071453A JP 24997798 A JP24997798 A JP 24997798A JP 24997798 A JP24997798 A JP 24997798A JP 2000071453 A JP2000071453 A JP 2000071453A
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Abstract
を安定して吐出する。 【解決手段】 3μmの圧電素子と2μmの振動板と
0.1μmの個別電極とを積層して成るアクチュエータ
を備える。アクチュエータの固有振動数が低いので、ア
クチュエータはパルス電圧の印加から遅れて変位する。
駆動回路は、アクチュエータの固有周期λの1/4より
も小さなパルス幅を有する第1パルス電圧P1と、第1パ
ルス電圧P1よりもパルス幅の小さな第2パルス電圧P2と
を選択的に圧電素子に印加する。両パルス電圧P1,P2の
電圧値は等しい。アクチュエータは、第1パルス電圧P1
を印加されると変位L1まで変位して大径のインク滴を
吐出し、第2パルス電圧P2を印加されると変位L2(<
L1)まで変位し、小径のインク滴を吐出する。
Description
ッド用駆動装置及びインクジェットヘッドに係り、特
に、圧電素子に電圧を印加することにより、同一のノズ
ルから異なる径のインク滴を吐出させることのできるイ
ンクジェットヘッド及びその駆動装置に関する。
て圧力室を収縮または膨張させ、当該圧力室内のインク
をノズルから吐出するようにしたインクジェットヘッド
が知られている。この種のインクジェットヘッドでは、
圧電素子に対し異なるレベルの電圧を印加することによ
って、異なる径のインク滴を吐出可能とし、これによ
り、階調性の高い高品質な印刷を実現している。
は、図9に示すように、圧電素子に対して電圧値の大き
な第1パルス電圧V1と電圧値の小さな第2パルス電圧V2
とを選択的に印加することにより、同一のノズルから径
の異なるインク滴を吐出させるようにしたインクジェッ
トヘッドが開示されている。
めには、比較的高い電圧値のパルス電圧を圧電素子に印
加する必要がある。ところが、高電圧領域での電圧値の
制御は難しく、また、高電圧用の電気回路や電圧の昇圧
装置は高価である。そのため、電圧値の大小に基づいて
インク滴の径を調節するインクジェットヘッドの駆動装
置は、高価なものになっていた。そこで、特開平10−
151770号公報では、図10に示すように、電圧値
が一定の1または2以上のパルス電圧を印加することと
し、一印刷周期中に印加するパルス電圧の数を変更する
ことにより、径の異なるインク滴を吐出させる方法が提
案されている。
0−151770号公報に開示されたインクジェットヘ
ッドでは、パルス電圧の数だけ圧電素子が周期的な変位
動作を繰り返すため、実際には大径のインク滴を安定し
て吐出することが困難であった。例えば、一印刷周期中
に5つのパルス電圧を印加する場合には、圧電素子は一
印刷周期中に5周期の変位動作を行うことになる。しか
し、図11に示すように、圧電素子が一周期変位する毎
に、ノズルから吐出されたインク滴dは根本部がくびれ
た状態になる。そのため、5周期の変位動作を完了する
以前(例えば3周期目の変位を終了した時点等)に、イ
ンク滴の先端部分が慣性力によって飛散してしまい、イ
ンク滴が分断されて所定サイズのインク滴を形成するこ
とが困難であった。
であり、その目的とするところは、パルス電圧を活用し
つつ、異なる径のインク滴を安定して吐出できるインク
ジェットヘッド及びその駆動装置を提供することにあ
る。
に、本発明は、圧電素子を備えたアクチュエータを、パ
ルス電圧の印加開始時から遅れて変位させ、上記アクチ
ュエータの固有周期の1/4以下のパルス幅を有するパ
ルス電圧を有効利用することとした。
圧を印加することにより該圧電素子を備えたアクチュエ
ータを変位させ、ノズルからインク滴を吐出させるイン
クジェットヘッド用駆動装置であって、上記アクチュエ
ータの一次固有周期の1/4未満のパルス幅を有し、第
1の径のインク滴を吐出させるための第1パルス電圧
と、該第1パルス電圧よりもパルス幅が長く、該第1の
径よりも大きな第2の径のインク滴を吐出させるための
第2パルス電圧とを少なくとも含む複数種類のパルス電
圧を出力自在なパルス電圧発生手段と、上記ノズルから
吐出されるインク滴の径が変更されるように、上記パル
ス電圧発生手段が出力する複数種類のパルス電圧のいず
れか一つを選択して上記圧電素子に印加するパルス電圧
印加手段とを備えていることとしたものである。
第1パルス電圧と第2パルス電圧とを含む複数種類のパ
ルス電圧を出力する。ここで、第1パルス電圧のパルス
幅はアクチュエータの固有周期の1/4未満であるの
で、アクチュエータの変位は、パルス幅に応じて異なる
ことになる。そのため、印加するパルス電圧のパルス幅
に応じてインク滴の吐出量が異なり、その径も異なるこ
とになる。そこで、比較的小さな第1の径のインク滴を
吐出させる場合には、パルス電圧印加手段は、パルス電
圧発生手段が発生した第1パルス電圧を選択し、当該第
1パルス電圧を圧電素子に印加する。これにより、アク
チュエータが変位動作を行い、ノズルから比較的小径の
インク滴が吐出される。その結果、用紙等の記録媒体に
小径のドットが印字されることになる。一方、比較的大
きな第2の径のインク滴を吐出させる場合には、パルス
電圧印加手段は、パルス電圧発生手段が発生した第2パ
ルス電圧を選択し、当該第2パルス電圧を圧電素子に印
加する。これにより、アクチュエータが変位動作を行
い、ノズルから比較的大径のインク滴が吐出される。そ
の結果、記録媒体に大径のドットが印字されることにな
る。このように、パルス電圧印加手段が複数種類のパル
ス電圧を選択的に圧電素子に印加することにより、吐出
前のインクが中途部分でくびれることなく、同一のノズ
ルから異なる径のインク滴が吐出されることになる。
ことにより該圧電素子を備えたアクチュエータを変位さ
せ、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッド用駆動装置であって、第1のパルス幅を有し、上記
アクチュエータに所定の第1変位を生じさせるための第
1パルス電圧と、該第1パルス電圧よりもパルス幅が長
く、該アクチュエータに該第1変位よりも大きな所定の
第2変位を生じさせるための第2パルス電圧とを少なく
とも含む電圧値の等しい複数種類のパルス電圧を出力自
在なパルス電圧発生手段と、上記アクチュエータの変位
を変更することにより上記ノズルから吐出するインク滴
の径が変更されるように、上記パルス電圧発生手段が出
力する複数種類のパルス電圧のいずれか一つを選択して
上記圧電素子に印加するパルス電圧印加手段とを備えて
いることとしたものである。
第1パルス電圧と第2パルス電圧とを含む電圧値の等し
い複数種類のパルス電圧を出力する。比較的小径のイン
ク滴を吐出させる場合には、パルス電圧印加手段は、パ
ルス電圧発生手段が発生した第1パルス電圧を選択し、
当該第1パルス電圧を圧電素子に印加する。これによ
り、アクチュエータが第1変位を伴う変位動作を行い、
ノズルから比較的小径のインク滴が吐出される。その結
果、用紙等の記録媒体に小径のドットが印字されること
になる。一方、比較的大径のインク滴を吐出させる場合
には、パルス電圧印加手段は、パルス電圧発生手段が発
生した第2パルス電圧を選択し、当該第2パルス電圧を
圧電素子に印加する。これにより、アクチュエータが第
2変位を伴う変位動作を行い、ノズルから比較的大径の
インク滴が吐出される。その結果、記録媒体に大径のド
ットが印字されることになる。このように、パルス電圧
印加手段が電圧値の等しい複数種類のパルス電圧を選択
的に圧電素子に印加することにより、同一のノズルから
異なる径のインク滴が吐出されることになる。そして、
各パルス電圧の電圧値はすべて等しいため、駆動装置は
容易かつ安価に構成される。
ことにより該圧電素子を備えたアクチュエータを変位さ
せ、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッド用駆動装置であって、上記アクチュエータの一周期
の変位動作中に複数のパルス電圧を出力自在なパルス電
圧発生手段と、上記ノズルから吐出されるインク滴の径
が所定値になるように、上記アクチュエータの一周期の
変位動作中に上記パルス電圧発生手段から出力されるパ
ルス電圧の数を調節し、該パルス電圧を上記圧電素子に
印加するパルス電圧印加手段とを備えていることとした
ものである。
アクチュエータの一周期の変位動作中に複数のパルス電
圧を出力する。パルス電圧印加手段は、ノズルから吐出
するインク滴の径が所定値になるように、パルス電圧発
生手段が出力する複数のパルス電圧を圧電素子に印加す
る。その結果、アクチュエータはパルス数に応じた変位
量を伴う一周期の変位動作を行い、所定径のインク滴を
吐出する。
パルス電圧発生手段は、2以上のパルス電圧から成る第
1パルス電圧群と、1または2以上のパルス電圧から成
る第2パルス電圧群とを少なくとも含む複数種類のパル
ス電圧群を出力自在に構成され、パルス電圧印加手段
は、ノズルから吐出されるインク滴の径が変更されるよ
うに、上記パルス電圧発生手段が出力する複数種類のパ
ルス電圧群のいずれか一つを選択して上記アクチュエー
タの一周期の変位動作中に上記圧電素子に印加するよう
に構成されていることとしたものである。
出量に応じて、パルス電圧発生手段が複数種類のパルス
電圧群から所定のパルス電圧群を選択し、当該パルス電
圧群を圧電素子に印加する。その結果、アクチュエータ
は、印加されたパルス電圧群に含まれるパルス電圧の数
に応じた変位量を伴う変位動作を行い、当該変位量に応
じた径のインク滴を吐出することになる。従って、選択
するパルス電圧群を変更することにより、同一のノズル
から異なる径のインク滴が吐出されることになる。
パルス電圧発生手段が出力する複数種類のパルス電圧群
は、インク滴の吐出速度が所定の一定値になるように設
定されているいることとしたものである。
のうちいずれのパルス電圧群を印加した場合であって
も、ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度は所定の
一定値になる。従って、インク滴の径の違いによる着弾
位置のずれの発生が回避され、高品質の印刷が行われ
る。
パルス電圧発生手段が出力する複数種類のパルス電圧群
は、アクチュエータの変位の増加時における各パルス電
圧の時間積分値の合計が、目標吐出速度に応じた所定値
になるように設定されていることとしたものである。
加時における複数のパルス電圧の間隔や各パルス幅を変
更等して、当該複数のパルス電圧の時間積分値の合計を
調節することにより、インク滴の吐出速度が調節される
ことになる。
パルス電圧発生手段が出力する複数のパルス電圧は、ア
クチュエータの変位の減少時における各パルス電圧の時
間積分値の合計が、メニスカス振動を抑制するように設
定された所定値になるように設定されていることとした
ものである。
なわちアクチュエータの変位が減少する際に、複数のパ
ルス電圧の各時間積分値の合計が所定値であるようなパ
ルス電圧が印加され、アクチュエータの急激な変位動作
が緩和される。従って、インクのメニスカス振動が抑制
され、サテライトの発生等が防止される。その結果、高
品質の印刷が実行されることになる。
一の発明において、パルス電圧発生手段は、電圧値が等
しくかつパルス幅の異なる複数のパルス電圧を出力する
ように構成されていることとしたものである。
御が不要となるので、パルス電圧発生手段が容易かつ安
価に構成されることになる。
一の発明において、パルス電圧発生手段は、電圧値が等
しくかつパルス幅が等しい複数のパルス電圧を出力する
ように構成されていることとしたものである。
パルス幅の制御が不要となるので、パルス電圧発生手段
が極めて容易かつ安価に構成されることになる。
いずれか一の発明において、アクチュエータの各周期の
変位動作における最終の印加パルス電圧の印加終了時が
所定の一定周期となるように、パルス電圧発生手段のパ
ルス電圧の出力開始時を調節する開始時調節手段を備え
ていることとしたものである。
力するパルス電圧は一定の周期で終了するため、パルス
電圧の種類に拘わらず、パルス電圧の印加終了時に基づ
いて、その後の処理を進めることができる。
れか一の発明において、パルス電圧発生手段は、矩形パ
ルス電圧を出力するように構成されていることとしたも
のである。
易かつ安価に構成されることになる。
あって、上記第1〜第11のいずれか一の発明に係るイ
ンクジェットヘッドの駆動装置と、薄さが0.5μm〜
5.0μmの薄膜PZTから成る圧電素子を有するアク
チュエータとを備えていることとしたものである。
加開始時から遅れて変位しやすくなり、上記第1〜第1
1の発明が容易に実現される。
あって、上記第1〜第11のいずれか一の発明に係るイ
ンクジェットヘッドの駆動装置と、一次の固有振動数が
50kHz〜500kHzであるアクチュエータとを備
えていることとしたものである。
加開始時から遅れて変位しやすくなり、上記第1〜第1
1の発明が容易に実現される。
に基づいて説明する。
に、本実施形態に係るインクジェットヘッド1は、いわ
ゆるたわみ振動型の圧電素子13を用いたインクジェット
ヘッドである。すなわち、インクジェットヘッド1は、
圧電素子13に電圧を印加することによって当該圧電素子
13にたわみ変形を行わせて圧力室4を収縮または膨張さ
せ、これに伴う圧力室4の圧力変化によって、ノズル開
口2からインク滴を吐出するものである。
ヘッド、シアンヘッド、及びブラックヘッドの合計4色
のヘッドを備え、各ヘッドからそれぞれの色のインク滴
を吐出するように構成されている。図1は、一色分のイ
ンクを吐出する一ヘッドの部分平面図である。
1の各ヘッドは、副走査方向(図1に示すY方向)に互
いに所定間隔を存して配設された64個のノズル開口2
を備えている。インクジェットヘッド1は図示しないキ
ャリッジに取り付けられ、当該キャリッジと共に主走査
方向(図1に示すX方向)へ移動しつつ、所定の印刷周
期毎に各ノズル開口2から小径または大径のインク滴を
吐出して記録を行う。
設けられ、インクジェットヘッド1の内部に区画形成さ
れている。圧力室4は主走査方向に延びる長溝状に形成
され、隣り合う圧力室4と平行に配設されている。各ノ
ズル開口2は、各圧力室4の右端部に形成されている。ヘ
ッド1の内部における圧力室4の左側には、副走査方向
にわたって延びるインク供給室3が区画形成されてい
る。インク供給室3と各圧力室4との間にはインク供給路
5がそれぞれ形成され、インク供給室3と各圧力室4とは
上記インク供給路5を通じて連通している。
1は、ノズル開口2が形成されたノズルプレート6と、圧
力室4及びインク供給路5を区画形成する区画壁7と、ア
クチュエータ10とが順に積層されて構成されている。ノ
ズルプレート6は厚さ20μmのポリイミド板、区画壁7
はステンレスのラミネート板(厚さ280μm)によっ
てそれぞれ形成されている。図3及び図4に誇張して示
すように、アクチュエータ10は、振動板11、圧電素子13
及び個別電極14が順に積層されて構成されている。振動
板11は、2μmのクロム(Cr)で形成されており、共
通電極としても機能する。圧電素子13は、超薄型の圧電
素子であり、具体的には3μmのPZT(ジルコル酸チ
タン酸鉛)で形成されている。また、圧電素子13が超薄
型であることから、アクチュエータ10の全体も、従来に
比べて極めて薄く構成されている。具体的には、個別電
極14が0.1μmの白金(Pt)電極で形成されている
ことから、アクチュエータ10の全体の厚さは、約5μm
程度になっている。このため、本インクジェットヘッド
1のアクチュエータ10は、厚さ9μm以上の従来のアク
チュエータに比べて、たわみ剛性が低く、一次の固有振
動数が低い。言い換えると、従来のアクチュエータに比
べて、一次の固有周期が長い。なお、ここで言うアクチ
ュエータの一次固有振動数とは、厳密に言うと、圧力室
4内に存在するインクを含んだ系の一次固有振動数であ
る。
印加開始時から遅れて変位するように構成されていれば
よいが、特に、その一次固有振動数が50kHz以上か
つ500kHz以下に構成されていることが好ましく、
さらには、150kHz以上かつ250kHz以下に構
成されていることがより一層好ましい。本実施形態で
は、アクチュエータ10の一次固有振動数は約200kH
zである。
かつ5μm以下が好ましく、2μm以上かつ4μm以下
がより一層好ましい。
構成を説明する。駆動装置20は、CPUから成る制御部
21と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したR
OM22と、各種データの記憶等を行うRAM23と、記録
用紙の紙送りを行う搬送モータ26やキャリッジモータ28
を駆動するためのモータ制御回路24と、印刷データを受
信するデータ受信回路29と、駆動信号部30とを備えてい
る。モータ制御回路24と搬送モータ26との間及びモータ
制御回路24とキャリッジモータ28との間には、それぞれ
ドライバ25,27が設けられている。
せるための第1パルス電圧と、小径のインク滴を吐出さ
せるための第2パルス電圧とを発生するように構成され
た回路である。図6に示すように、第1パルス電圧P1及
び第2パルス電圧P2はいずれも矩形パルス電圧であり、
互いの電圧値は等しいが、パルス幅は異なっている。具
体的には、第2パルス電圧P2のパルス幅W2=tE−t2
は、第1パルス電圧P1のパルス幅W1=tE−t1よりも
長い。本実施形態では、第1パルス電圧P1は約5plの
インク滴を吐出するように設定され、第2パルス電圧P2
は約15plのインク滴を吐出するように設定されてい
る。
パルス信号開始回路31、第2パルス信号開始回路32、第
1パルス信号発生回路33、第2パルス信号発生回路34、
選択回路35a,35b,35c,…、及び増幅回路36a,36b,36c,…
を備えている。パルス信号開始回路31,32は、本発明で
言うところの「開始時調節手段」に対応し、パルス信号
発生回路33,34は、本発明で言うところの「パルス電圧
発生手段」に対応し、選択回路35a,35b,35c,…及び増幅
回路36a,36b,36c,…は、本発明で言うところの「パルス
電圧印加手段」に対応する。
電圧の発生開始時間になると所定の第1信号を出力する
回路であり、第2パルス信号開始回路32は、第2パルス
電圧の発生開始時間になると所定の第2信号を出力する
回路である。両パルス電圧P1,P2の発生開始時間は、パ
ルス幅の異なる第1パルス電圧P1及び第2パルス電圧P2
の印加終了時tEが共に等しくなるように、第2パルス
電圧P2の発生開始時間が第1パルス電圧P1の発生開始時
間よりも遅く設定されている。
信号開始回路31から上記第1信号を入力すると第1パル
ス電圧P1を発生する回路である。同様に、第2パルス信
号発生回路34は、第2パルス信号開始回路32から上記第
2信号を入力すると第2パルス電圧P2を発生する回路で
ある。
号発生回路33からの第1パルス電圧P1、及び第2パルス
信号発生回路34からの第2パルス電圧P2を、選択的に各
圧電素子13a,13b,13c,…に印加するための回路であり、
各印刷周期毎に、吐出すべきインク滴の大きさに応じて
第1パルス電圧P1または第2パルス電圧P2のいずれかを
選択するように構成されている。増幅回路36a,36b,36c,
…はパルス電圧を増幅して各圧電素子13a,13b,13c,…に
供給する回路であり、選択回路35a,35b,35c,…と圧電素
子13a,13b,13c,…との間にそれぞれ設けられている。
の関係− 次に、パルス電圧とアクチュエータ10の変位との関係を
説明する。上述したように、本インクジェットヘッド1
のアクチュエータ10は、従来に比べて極めて薄型である
ことから、一次の固有振動数が小さい。そのため、従来
のアクチュエータは印加パルス電圧に瞬時に追従して変
位していたが、本アクチュエータ10は、パルス電圧の印
加開始時から遅れて変位することになる。なお、ここで
は、圧力室4を収縮させる方向に変位することを「正方
向の変位」、圧力室4を膨張させる方向に変位すること
を「負方向の変位」ということとする。従って、図2に
おいて、下方向への変位が正方向の変位に対応し、上方
向の変位が負方向の変位に対応する。
ルス幅W2がアクチュエータ10の一次の固有周期λ(固
有振動数の逆数。以下、単に「固有周期」と称する)の
1/4以上の場合は、一点鎖線で示すアクチュエータ10
の変位は、パルス電圧印加後λ/4の時点で電圧Vに対
応した第2変位L2に達し、その後、パルス電圧の印加
が終了するまで振動する。一方、図6(a)に示すよう
に、パルス幅W1が固有周期λの1/4未満の場合は、
アクチュエータ10は電圧Vに対応した第2変位L2にま
では変位せず、第2変位L2よりも小さな第1変位L1
だけ変位することになる。つまり、固有振動数の大きな
従来のアクチュエータでは、その変位量は、印加パルス
電圧の電圧値によって一義的に定まっていた。そのた
め、従来は、上記変位量を印加電圧の電圧値を変更する
ことにより調節していた。これに対し、本実施形態で
は、アクチュエータ10の変位量はパルス電圧の電圧値だ
けでは定まらず、パルス幅によっても異なってくる。そ
こで、本実施形態では、パルス電圧の電圧値は一定と
し、パルス幅を変更することにより、アクチュエータ10
の変位量を調節することとしている。
り、第1パルス電圧P1の印加終了時tEは、印加開始時
t1からλ/4よりも遅い時間に設定されている。すな
わち、アクチュエータ10を第2変位L2にまで変位させ
るのであれば、印加パルス電圧のパルス幅はλ/4で十
分である。しかし、本アクチュエータ10は固有振動数が
小さいことから、λ/4の時点で電圧の印加を終了する
と、圧電素子13は第2変位L2の位置から振動すること
になり、その振幅が大きくなってしまう。圧電素子13の
振幅が大きいと、ノズル開口2におけるインクのメニス
カス振動が大きくなる。そこで、本実施形態では、固有
周期λの1/4を越えてもパルス信号を印加し続け、圧
電素子13の変位が第2変位L2よりも小さくなった時点
で印加を終了することにしている。このことにより、パ
ルス信号を印加し続けた分、圧電素子13は変位の小さな
時点から振動を始めることになり、圧電素子13の振動が
抑制されて、インクのメニスカスは安定することにな
る。
期λの1/4よりも遅ければよいが、アクチュエータ10
の変位曲線の増加率が低下する時点(図6(b)の点B
〜点D間)、つまり変位曲線の2階微分の値が正である
時点がより好ましい。この場合は、アクチュエータ10の
変位自体が相対的に小さく、さらに、変位速度が増加す
る傾向にあるからである。振動は変位が減少する方向、
すなわち負方向の変位から始まるため、変位速度が増加
する傾向にあると、振動の初速度は小さくなる。
び増加し始める時点(点C〜点D間)も好ましい。この
場合もアクチュエータ10の変位自体が相対的に小さく、
さらに、アクチュエータ10は変位が増加する傾向にある
からである。より好適には、アクチュエータ10の変位速
度がゼロになる時点(点D)、すなわち、減少した変位
が再び増加する直前が望ましい。この場合、アクチュエ
ータ10の変位速度がゼロであることに加え、振動中のア
クチュエータ10の変位が最小となるからである。本実施
形態の第2パルス電圧P2では、アクチュエータ10の変位
速度がゼロになる時点でパルス信号の印加を終了するこ
ととしている。
(以下、「大インク滴」と称する)と小径のインク滴
(以下、「小インク滴」と称する)とを適宜選択して吐
出することにより、記録用紙に多階調表現を行うインク
ジェットヘッド1の駆動方法の一例を説明する。
るパルス電圧群、図7(b)は第2圧電素子13bに印加
されるパルス電圧群を示す。所定の印刷周期tc毎にイ
ンク滴が吐出されるように、パルス電圧群の各パルス電
圧は、印刷周期tc毎に印加される。第2パルス電圧P2
は、各印刷周期の開始時から印加され始め、所定の終了
時tEまで印加される。一方、第1パルス電圧P1は、印
刷周期の開始時から所定時間t1経過時に印加され始
め、上記終了時tEまで印加される。つまり、第1パル
ス電圧P1と第2パルス電圧P2とは、パルス幅が異なる
が、終了時点は等しい。
を受信すると、制御部21がROM22に記憶された処理ル
ーチンを参照しながら、モータ制御回路24を介して搬送
モータ26及びキャリッジモータ28を制御する。第1パル
ス信号発生回路33及び第2パルス信号発生回路34は、そ
れぞれ第1パルス電圧P1及び第2パルス電圧P2を発生す
る。制御部21は、また、上記画像データに基づいて、各
選択回路35a,35b,35c,…に選択すべきパルス電圧の情報
を出力する。
基づいて、第1パルス電圧P1または第2パルス電圧P2の
いずれか一つを各増幅回路36a,36b,36c,…に出力する。
各増幅回路36a,36b,36c,…は、入力されたパルス電圧を
増幅して、各圧電素子13a,13b,13c,…に印加する。
圧電素子13aには、第2パルス電圧P2、第2パルス電圧P
2、第1パルス電圧P1、…の順にパルス電圧が印加され
るので、第1圧電素子13aに対応する第1ノズルから
は、大インク滴、大インク滴、小インク滴、…の順にイ
ンク滴が吐出される。一方、第2圧電素子13bには、第
2パルス電圧P2、第1パルス電圧P1、第1パルス電圧P
1、…の順にパルス電圧が印加されるので、第2圧電素
子13bに対応する第2ノズルからは、大インク滴、小イ
ンク滴、小インク滴、…の順にインク滴が吐出される。
1実施形態によれば、異なるパルス幅を有する第1パル
ス電圧P1と第2パルス電圧P2とを圧電素子13に対し選択
的に印加することにより、同一のノズルから大インク滴
と小インク滴とを選択的に吐出させることができる。ま
た、印加するパルス電圧のパルス幅を調節することによ
り、様々な径のインク滴を吐出させることが可能とな
る。従って、インク滴の大きさに応じて印加電圧の電圧
値を調節する必要がないので、電圧値を調節するための
複雑な制御が不要である。そのため、駆動装置20は簡易
かつ安価に構成されており、多階調の記録を容易に実行
することができる。
圧P2の印加開始時とをずらすことにより、両パルス電圧
P1,P2の終了時間を揃えることとしたので、パルス電圧
の印加終了時に基づいてその後の処理を実行することが
できる。
10の特性を考慮して、第1パルス電圧P1の印加終了時を
アクチュエータ10の固有周期λの1/4よりも遅い時点
に設定しているので、アクチュエータ10の変位が第2変
位L2(最大の変位)よりも小さな状態で電圧印加を終
了することができ、インクのメニスカス振動を抑制する
ことができる。従って、サテライトの発生等を防止する
ことができ、印刷品質を向上させることができる。
種類のインク滴を吐出可能なように、2種類のパルス電
圧を選択的に印加することとしたが、3種類以上のイン
ク滴を選択的に吐出するように、パルス幅の異なる3種
類以上のパルス電圧を発生させ、印加させるように構成
してもよいことは勿論である。
矩形パルス電圧を用いたが、圧電素子13に印加するパル
ス電圧は矩形パルス電圧に限定されるものではなく、様
々な波形のパルス電圧を利用することが可能である。例
えば、時間遅れを伴って立ち上がる台形波や、時間遅れ
を伴って立ち下がる台形波等であってもよい。
ましいが、駆動装置20の構成が簡易かつ安価である限
り、パルス電圧毎に電圧値が異なっていてもよい。
電圧の数を調節することにより、アクチュエータ10の変
位量だけでなく、変位速度も調節可能にしたものであ
る。
構成は実施形態1と同様である。従って、アクチュエー
タ10の一次固有振動数は低く、固有周期は長い。これに
より、本インクジェットヘッド1は、アクチュエータ10
の一周期の変位動作中に、圧電素子13に対し複数の小パ
ルス電圧を印加することが容易な構成となっている。
位との関係− アクチュエータ10の固有周期が長いことから、本駆動装
置20は、圧電素子13に印加するパルス電圧の数、パルス
幅、またはパルス電圧間の間隔等を調節することによ
り、アクチュエータ10の変位量だけでなく、その変位速
度も調節することができる。
節原理を説明する。パルス電圧を印加すると、圧電素子
13が正方向に変位する力を受けるため、アクチュエータ
10は正方向に変位する。その後、パルス電圧の印加を停
止すると、圧電素子13は外力を受けないが、停止直後は
アクチュエータ10は慣性力を有しているので、正方向へ
の変位を続けることになる。ただし、パルス電圧の印加
を停止した後は、印加中に比べて変位速度は減少してい
る。従って、いったん印加を停止した後、微小時間経過
後に再び電圧を印加すると、アクチュエータ10の変位は
減少することなく、緩やかに増加していくことになる。
は、アクチュエータ10を急速に正方向に変位させる場合
には、パルス幅の大きなパルス電圧を印加するか、ある
いはパルス電圧の間隔を短くすることとしている。一
方、アクチュエータ10を正方向に緩やかに変位させる場
合には、パルス幅の短いパルス電圧を印加するか、ある
いはパルス電圧の間隔を長くすることとしている。
速に負方向に変位させる場合には、アクチュエータ10の
変位が減少し始めた後に、パルス電圧の印加は行わない
こととしている。一方、アクチュエータ10を負方向に穏
やかに変位させる場合には、アクチュエータ10が負方向
に変位している際に、アクチュエータ10が正方向に変位
しない程度のパルス幅の短いパルス電圧を印加すること
としている。
(a)及び(b)に示すように、所定間隔で連続する複
数(図示の例では5つ)の小パルスP11〜P15から成る第
1パルス電圧群P1と、単一の小パルスP21からなる第2
パルス電圧群P2とを選択的に印加することとしている。
つまり、第2実施形態では、駆動装置20の第1パルス信
号発生回路33は、一印刷周期中に5つの小パルスP11〜P
15を発生するように構成されており、第2パルス信号発
生回路34は単一の小パルスP21を発生するように構成さ
れている。
〜P15によってアクチュエータ10を一周期変位させるよ
うに設定されている。第1小パルスP11、第2小パルスP
12及び第3小パルスP13は、アクチュエータ10を正方向
に緩やかに変位させるための矩形パルス電圧である。こ
れに対し、第4小パルスP14及び第5小パルスP15は、ア
クチュエータ10の負方向への変位の速度を緩やかにする
ための矩形パルス電圧である。第1パルス電圧群P1は、
約15plの大インク滴を吐出するように設定され、第
2パルス電圧群P2は、約5plの小インク滴を吐出する
ように設定されている。
は、第1パルス電圧群P1による大インク滴と第2パルス
電圧群P2による小インク滴とが同一の吐出速度で吐出さ
れるように設定されている。第1パルス電圧群P1の小パ
ルスの数、各小パルスの幅及び高さは、インクジェット
ヘッド1の仕様やその他の条件により異なり、シミュレ
ーションや実験等により設定することができる。本実施
形態では、アクチュエータ10の変位曲線を立ち上げる
際、つまりアクチュエータ10の変位の増加時における小
パルスP11〜P13は、各小パルスP11〜P13の時間積分値
(電圧値×パルス幅)の合計が目標吐出速度に応じた所
定値になるように設定されている。具体的には、上記時
間積分値の合計は、全小パルスP11〜P15の時間積分値の
合計の60%になるように設定されている。
下がる際、つまりアクチュエータ10の変位の減少時にお
ける小パルスP14,P15は、各小パルスP14,P15の時間積分
値の合計がメニスカス振動を抑制するための所定値にな
るように設定されている。具体的には、当該時間積分値
の合計は、全小パルスP11〜P15の時間積分値の合計の4
0%になるように設定されている。
の処理を行いやすいように、第1パルス電圧群P1の最終
の小パルスP15と第2パルス電圧群の小パルスP2とは、
同一の終了時刻teにおいて終了するように設定されて
いる。
10の一周期の変位動作中に圧電素子13に対し複数のパル
ス電圧を印加することとしたので、パルス電圧の数やパ
ルス間の間隔を調節することにより、アクチュエータ10
の変位量だけでなく、変位速度も調節することが可能に
なった。そのため、同一のノズルから異なる径のインク
滴を吐出させることができるとともに、インク滴の吐出
速度を調節することが可能になった。従って、インク滴
の径に拘わらず吐出速度を一定にすることができるの
で、記録媒体へのインク滴の着弾位置ずれを防止するこ
とができる。
かにすることができるので、インクのメニスカス振動を
抑制することができ、サテライトの発生等を防止するこ
とが可能となった。
すべて電圧値が等しいため、電圧値を調節するための複
雑な制御が不要であり、多階調の記録を容易かつ安価に
実現することができる。
種類のインク滴を吐出可能なように、2種類のパルス電
圧群を選択的に印加することとしたが、3種類以上のイ
ンク滴を選択的に吐出するように、3種類以上のパルス
電圧群を発生させ、印加させるように構成してもよいこ
とは勿論である。例えば、表1に示すような第1〜第3
パルス電圧群を選択的に発生させ、印加させるようにし
てもよい。
は、パルス電圧を印加してからアクチュエータ10が最大
変位に達するまでの時間をいう。「立ち上げパルスの
%」とは、変位増加時の小パルス(立ち上げパルス)の
時間積分値の合計が、全小パルスの時間積分値の合計に
対して占める割合をいう。「立ち下げパルスの%」と
は、変位減少時の小パルス(立ち下げパルス)の時間積
分値の合計が、全小パルスの時間積分値の合計に対して
占める割合をいう。
係に基づいて、任意に設定することができる。
ルスに限定されず、他の波形状のパルス電圧であっても
よい。
ましいが、駆動装置20の構成が簡易かつ安価である限
り、パルス電圧毎に電圧値が異なっていてもよい。
ルス幅の異なる複数種類のパルス電圧を圧電素子に選択
的に印加することとしたので、アクチュエータの変位量
を容易に変更することが可能となり、同一のノズルから
異なる径のインク滴を吐出させることを容易かつ安価に
実現することができる。各インク滴は吐出前に中途部分
でくびれることがないので、インク滴を安定して吐出す
ることができる。
アクチュエータに生じさせる変位の異なる複数のパルス
電圧を、選択的に印加することとしたので、パルス電圧
の電圧制御を伴うことなく、同一のノズルから異なる径
のインク滴を吐出させることができる。
値になるように、一周期の変位動作中にアクチュエータ
に印加するパルス電圧の数を調節することとしたので、
インク滴の径を容易に調節することができる。
圧群のいずれか一つを選択的に圧電素子に印加すること
としたので、アクチュエータの変位量を容易に変更する
ことが可能となり、同一のノズルから異なる径のインク
滴を吐出させることを容易かつ安価に実現することがで
きる。
圧群は、ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度が所
定の一定値になるように設定されていることとしたの
で、異なる径のインク滴の吐出速度を一定にすることが
でき、径の相違に起因するインク滴の着弾位置ずれを防
止することができる。従って、印刷品質を向上させるこ
とができる。
圧群は、アクチュエータの変位の増加時における複数の
パルス電圧の時間積分値の合計が目標吐出速度に応じた
所定値になるように設定されていることとしたので、上
記第5の発明を簡易な構成で実現することができる。
位の減少時における複数のパルス電圧の時間積分値の合
計が、メニスカス振動を抑制するように設定された所定
値になるようにしたので、アクチュエータの急激な変位
動作を緩和することができ、インクのメニスカス振動を
抑制することができる。従って、サテライトの発生等を
防止することができ、印刷品質を向上させることができ
る。
パルス幅の異なる複数のパルス電圧を出力することとし
たので、パルス電圧の電圧制御が不要となり、上記第3
〜第7の発明を簡易かつ安価な構成で実現することがで
きる。
パルス幅が等しい複数のパルス電圧を出力することとし
たので、パルス電圧の電圧値及びパルス幅の制御が不要
となり、上記第3〜第7の発明を一層簡易かつ安価な構
成で実現することができる。
各周期の変位動作における最終の印加パルス電圧が所定
の一定周期となるように、パルス電圧の出力開始時を調
節することとしたので、一印刷周期の電圧印加は常に所
定周期で終了することとなり、パルス電圧の種類に拘わ
らず、パルス電圧の印加終了時に基づいてその後の処理
を進めることができる。
圧を矩形パルス電圧で構成することとしたので、パルス
電圧を簡易かつ安価に形成することができる。
ッドのアクチュエータの圧電素子が、薄さ0.5μm〜
5.0μmの薄膜PZTで構成されていることとしたの
で、第1〜第11の発明を実現することが極めて容易に
なる。
一次固有振動数が50kHz〜500kHzであること
としたので、第1〜第11の発明を実現することが極め
て容易になる。
ータの変位を示す図である。
パルス電圧の波形図である。
エータの変位を示す図である。
ある。
である。
挙動を説明する図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 圧電素子に電圧を印加することにより該
圧電素子を備えたアクチュエータを変位させ、ノズルか
らインク滴を吐出させるインクジェットヘッド用駆動装
置であって、 上記アクチュエータの一次固有周期の1/4未満のパル
ス幅を有し、第1の径のインク滴を吐出させるための第
1パルス電圧と、該第1パルス電圧よりもパルス幅が長
く、該第1の径よりも大きな第2の径のインク滴を吐出
させるための第2パルス電圧とを少なくとも含む複数種
類のパルス電圧を出力自在なパルス電圧発生手段と、 上記ノズルから吐出されるインク滴の径が変更されるよ
うに、上記パルス電圧発生手段が出力する複数種類のパ
ルス電圧のいずれか一つを選択して上記圧電素子に印加
するパルス電圧印加手段とを備えていることを特徴とす
るインクジェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項2】 圧電素子に電圧を印加することにより該
圧電素子を備えたアクチュエータを変位させ、ノズルか
らインク滴を吐出させるインクジェットヘッド用駆動装
置であって、 第1のパルス幅を有し、上記アクチュエータに所定の第
1変位を生じさせるための第1パルス電圧と、該第1パ
ルス電圧よりもパルス幅が長く、該アクチュエータに該
第1変位よりも大きな所定の第2変位を生じさせるため
の第2パルス電圧とを少なくとも含む電圧値の等しい複
数種類のパルス電圧を出力自在なパルス電圧発生手段
と、 上記アクチュエータの変位を変更することにより上記ノ
ズルから吐出するインク滴の径が変更されるように、上
記パルス電圧発生手段が出力する複数種類のパルス電圧
のいずれか一つを選択して上記圧電素子に印加するパル
ス電圧印加手段とを備えていることを特徴とするインク
ジェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項3】 圧電素子に電圧を印加することにより該
圧電素子を備えたアクチュエータを変位させ、ノズルか
らインク滴を吐出させるインクジェットヘッド用駆動装
置であって、 上記アクチュエータの一周期の変位動作中に複数のパル
ス電圧を出力自在なパルス電圧発生手段と、 上記ノズルから吐出されるインク滴の径が所定値になる
ように、上記アクチュエータの一周期の変位動作中に上
記パルス電圧発生手段から出力されるパルス電圧の数を
調節し、該パルス電圧を上記圧電素子に印加するパルス
電圧印加手段とを備えていることを特徴とするインクジ
ェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載のインクジェットヘッド
用駆動装置において、 パルス電圧発生手段は、2以上のパルス電圧から成る第
1パルス電圧群と、1または2以上のパルス電圧から成
る第2パルス電圧群とを少なくとも含む複数種類のパル
ス電圧群を出力自在に構成され、 パルス電圧印加手段は、ノズルから吐出されるインク滴
の径が変更されるように、上記パルス電圧発生手段が出
力する複数種類のパルス電圧群のいずれか一つを選択し
て上記アクチュエータの一周期の変位動作中に上記圧電
素子に印加するように構成されていることを特徴とする
インクジェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載のインクジェットヘッド
用駆動装置において、 パルス電圧発生手段が出力する複数種類のパルス電圧群
は、インク滴の吐出速度が所定の一定値になるように設
定されていることを特徴とするインクジェットヘッド用
駆動装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載のインクジェットヘッド
用駆動装置において、 パルス電圧発生手段が出力する複数種類のパルス電圧群
は、アクチュエータの変位の増加時における各パルス電
圧の時間積分値の合計が、目標吐出速度に応じた所定値
になるように設定されていることを特徴とするインクジ
ェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項7】 請求項3に記載のインクジェットヘッド
用駆動装置において、 パルス電圧発生手段が出力する複数のパルス電圧は、ア
クチュエータの変位の減少時における各パルス電圧の時
間積分値の合計が、メニスカス振動を抑制するように設
定された所定値になるように設定されていることを特徴
とするインクジェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項8】 請求項3〜7のいずれか一つに記載のイ
ンクジェットヘッド用駆動装置において、 パルス電圧発生手段は、電圧値が等しくかつパルス幅の
異なる複数のパルス電圧を出力するように構成されてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項9】 請求項3〜7のいずれか一つに記載のイ
ンクジェットヘッド用駆動装置において、 パルス電圧発生手段は、電圧値が等しくかつパルス幅が
等しい複数のパルス電圧を出力するように構成されてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項10】 請求項1、2または4のいずれか一つ
に記載のインクジェットヘッド用駆動装置において、 アクチュエータの各周期の変位動作における最終の印加
パルス電圧の印加終了時が所定の一定周期となるよう
に、パルス電圧発生手段のパルス電圧の出力開始時を調
節する開始時調節手段を備えていることを特徴とするイ
ンクジェットヘッド用駆動装置。 - 【請求項11】 請求項1〜10のいずれか一つに記載
のインクジェットヘッド用駆動装置において、 パルス電圧発生手段は、矩形パルス電圧を出力するよう
に構成されていることを特徴とするインクジェットヘッ
ド用駆動装置。 - 【請求項12】 請求項1〜11のいずれか一つに記載
のインクジェットヘッド用駆動装置と、 薄さが0.5μm〜5.0μmの薄膜PZTから成る圧
電素子を有するアクチュエータとを備えていることを特
徴とするインクジェットヘッド。 - 【請求項13】 請求項1〜11のいずれか一つに記載
のインクジェットヘッド用駆動装置と、 一次の固有振動数が50kHz〜500kHzであるア
クチュエータとを備えていることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24997798A JP4209000B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | インクジェットヘッド用駆動装置及び該駆動装置を備えたインクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24997798A JP4209000B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | インクジェットヘッド用駆動装置及び該駆動装置を備えたインクジェットヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000071453A true JP2000071453A (ja) | 2000-03-07 |
JP4209000B2 JP4209000B2 (ja) | 2009-01-14 |
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ID=17201011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24997798A Expired - Fee Related JP4209000B2 (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | インクジェットヘッド用駆動装置及び該駆動装置を備えたインクジェットヘッド |
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---|---|
JP (1) | JP4209000B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007529348A (ja) * | 2004-03-15 | 2007-10-25 | フジフィルム ディマティックス,インコーポレイテッド | 高周波液滴放出装置および方法 |
-
1998
- 1998-09-03 JP JP24997798A patent/JP4209000B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007529348A (ja) * | 2004-03-15 | 2007-10-25 | フジフィルム ディマティックス,インコーポレイテッド | 高周波液滴放出装置および方法 |
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