JP3130291B2 - インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents
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Description
フィスから逐次吐出される複数のインク滴を合体して1
ドット液滴を形成する、マルチドロップ方式のドロップ
・オン・デマンド型インクジェットヘッドの駆動方法に
関する。
に対応して設けた圧電部材に駆動パルス電圧を選択的に
印加して変位させ、この圧電部材の変位により各インク
室を選択的に変形させてインク室からインクを吐出させ
て印刷を行うインクジェットヘッドを使用して階調表現
を行う方法としては、例えば、USP5,461,40
3に開示されているように、パルス幅変調制御により吐
出するインク滴の体積を制御して記録媒体に着弾するイ
ンク滴のサイズを変化させて階調表現を行う方法やUS
P5,285,215に開示されているように、同一の
オリィフィスから複数のインク滴を連続的に吐出させる
構成にし、記録媒体の同一箇所に着弾するインク滴の数
を制御することで階調表現を行うマルチドロップ方式と
呼ばれる方法などが知られている。
フィス部位の液面(メニスカス)が復帰してある程度安
定した状態で次のインク滴の吐出を行わないとインク滴
の吐出体積が一定しないという問題があり、このため駆
動周波数が低くなり印字速度の高速化を図ることが困難
となる問題がある。これに対し、マルチドロップ方式の
後者の方法は、駆動周波数を上げて印字速度の高速化を
図ることができ、また、小液滴を吐出速度を低下させる
こと無く吐出できるという利点がある。しかし、ライン
ヘッドにおいては、記録媒体を副走査方向に移動させつ
つ印字を行うので、例えば、1つの印字サイクルにおい
て液滴を最大7液滴連続的に吐出し合体させて1つのド
ットを形成する、いわゆる、ドロップ・オン・デマンド
型のものでは、1ドット印字のために7液滴を連続して
吐出する間に記録媒体が移動して印字ドットが記録媒体
の移動方向に縦長になってしまうという問題がある。
ク滴の吐出に対して後に吐出するインク滴の速度を逐次
大きくして後からのインク滴を先のインク滴に追いつか
せて合体させ、記録媒体に着弾する時には1つの液滴に
するという方法がある。これはインク吐出時のインク室
内の圧力波の振幅が次第に大きくなるように圧電部材に
駆動パルス電圧を連続的に印加させることで実現してい
る。
うにした場合、後から吐出するインク滴の吐出速度を高
めることからインク室の振動振幅が大きくなってオリィ
フィスの液面、すなわち、メニスカスの振動も大きくな
る。一方、1ラインの印字が終了して次の1ラインの印
字を開始するときにオリィフィスのメニスカスの振動が
終焉するのを待ってから印字を開始することになるが、
オリィフィスのメニスカスの振動が大きいと振動が終焉
するまでの時間が長くなり、その結果、印字速度の高速
化を充分に図ることができないという問題があった。
電部材の変位により複数のインク室を選択的に変形させ
てインク室からインクを吐出させるインクジェットヘッ
ドを使用してインク室から複数回インク滴を連続的に吐
出を行うとともにインク滴の吐出速度を逐次高めて後か
らのインク滴を先のインク滴に合体させて1ドット液滴
を形成する駆動において、インク室の圧力振動を早期に
低減でき、印字速度の充分な高速化を図ることができる
インクジェットヘッドの駆動方法を提供する。
複数のインク室を有し、この各インク室に対応して設け
た圧電部材に駆動パルス電圧を選択的に印加して変位さ
せ、この圧電部材の変位により各インク室を選択的に変
形させてインク室からインクを吐出させるインクジェッ
トヘッドに対して、先ず、インク室の容積を増加させて
インク室の圧力を減少させ、続いて、インク室の容積を
減少させてインク室の圧力を高めることによりインク滴
の吐出を行い、その後、インク室の容積を元に戻し、こ
れを複数回繰返すことで複数回のインク滴の吐出を行う
とともにこのインク滴の吐出速度を逐次高めて後から吐
出するインク滴を先に吐出したインク滴に合体させて1
ドット液滴を形成する駆動を行う駆動方法において、イ
ンク室内の圧力波がインク吐出方向の一端から他端まで
伝播する時間をALとしたとき、1ドット液滴を形成す
る最後のインク滴を吐出させるための駆動パルス電圧を
2ALの整数倍の時間印加した後、その電圧を元の接地
電圧まで戻してから駆動パルス電圧の印加をALの奇数
倍の時間休止し、その後、インク室の容積を減少させる
方向にダンピングパルス電圧を印加することにある。
有し、この各インク室に対応して設けた圧電部材に駆動
パルス電圧を選択的に印加して変位させ、この圧電部材
の変位により各インク室を選択的に変形させてインク室
からインクを吐出させるインクジェットヘッドに対し
て、先ず、インク室の容積を増加させてインク室の圧力
を減少させ、続いて、インク室の容積を減少させてイン
ク室の圧力を高めることによりインク滴の吐出を行い、
その後、インク室の容積を元に戻し、これを複数回繰返
すことで複数回のインク滴の吐出を行うとともにこのイ
ンク滴の吐出速度を逐次高めて後から吐出するインク滴
を先に吐出したインク滴に合体させて1ドット液滴を形
成する駆動を行う駆動方法において、インク室内の圧力
波がインク吐出方向の一端から他端まで伝播する時間を
ALとしたとき、1ドット液滴を形成する最後のインク
滴を吐出させるための駆動パルス電圧を2ALの整数倍
の時間印加した後、その電圧を元の接地電圧まで戻して
から駆動パルス電圧の印加をALの偶数倍の時間休止
し、その後、インク室の容積を増加させる方向にダンピ
ングパルス電圧を印加することにある。
有し、この各インク室に対応して設けた圧電部材に駆動
パルス電圧を選択的に印加して変位させ、この圧電部材
の変位により各インク室を選択的に変形させてインク室
からインクを吐出させるインクジェットヘッドに対し
て、先ず、インク室の容積を増加させてインク室の圧力
を減少させ、続いて、インク室の容積を減少させてイン
ク室の圧力を高めることによりインク滴の吐出を行い、
その後、インク室の容積を元に戻し、これを複数回繰返
すことで複数回のインク滴の吐出を行うとともにこのイ
ンク滴の吐出速度を逐次高めて後から吐出するインク滴
を先に吐出したインク滴に合体させて1ドット液滴を形
成する駆動を行う駆動方法において、インク室内の圧力
波がインク吐出方向の一端から他端まで伝播する時間を
ALとしたとき、インク室の容積を増加させる駆動パル
ス電圧をAL時間印加し、続いて、インク室の容積を減
少させる駆動パルス電圧を2AL時間印加し、その後、
駆動パルス電圧の印加をALの奇数倍の時間休止した
後、再度同じタイミング動作を繰返すことで1ドット液
滴を形成するための複数回のインク滴の吐出を行い、1
ドット液滴を形成する最後のインク滴を吐出させるため
の駆動パルス電圧を2ALの整数倍の時間印加した後、
その電圧を元の接地電圧まで戻してから駆動パルス電圧
の印加をALの奇数倍の時間休止し、その後、インク室
の容積を減少させる方向にダンピングパルス電圧を印加
することにある。
有し、この各インク室に対応して設けた圧電部材に駆動
パルス電圧を選択的に印加して変位させ、この圧電部材
の変位により各インク室を選択的に変形させてインク室
からインクを吐出させるインクジェットヘッドに対し
て、先ず、インク室の容積を増加させてインク室の圧力
を減少させ、続いて、インク室の容積を減少させてイン
ク室の圧力を高めることによりインク滴の吐出を行い、
その後、インク室の容積を元に戻し、これを複数回繰返
すことで複数回のインク滴の吐出を行うとともにこのイ
ンク滴の吐出速度を逐次高めて後から吐出するインク滴
を先に吐出したインク滴に合体させて1ドット液滴を形
成する駆動を行う駆動方法において、インク室内の圧力
波がインク吐出方向の一端から他端まで伝播する時間を
ALとしたとき、インク室の容積を増加させる駆動パル
ス電圧をAL時間印加し、続いて、インク室の容積を減
少させる駆動パルス電圧を2AL時間印加し、その後、
駆動パルス電圧の印加をALの奇数倍の時間休止した
後、再度同じタイミング動作を繰返すことで1ドット液
滴を形成するための複数回のインク滴の吐出を行い、1
ドット液滴を形成する最後のインク滴を吐出させるため
の駆動パルス電圧を2ALの整数倍の時間印加した後、
その電圧を元の接地電圧まで戻してから駆動パルス電圧
の印加をALの偶数倍の時間休止し、その後、インク室
の容積を減少させる方向にダンピングパルス電圧を印加
することにある。
して説明する。図1はインクジェットヘッドの構成を示
す一部切欠した分解斜視図で、セラミック材からなる基
板1の一方の面の一端側に2枚の長方形状の圧電部材
2、3をエポキシ樹脂接着剤で接着固定し、この接着固
定した各圧電部材2、3に、例えば、ダイヤモンドカッ
タにより、一定の間隔で平行に同じ幅で、同じ深さ、同
じ長さの複数の長溝4を切削加工する。
5を形成し、さらに各長溝4の後端から前記圧電部材3
の後部上面に引出し電極6を形成している。これらの電
極5、6は無電解ニッケルメッキにより形成する。
回路基板7を接着固定し、このプリント回路基板7の上
に駆動回路を内蔵したドライブIC8を搭載するととも
にこのドライブIC8に接続した導電パターン9を形成
している。そして、前記各導電パターン9と前記各引出
し電極6をワイヤボンディングにより導線10で結合し
ている。
らなる天板11をエポキシ樹脂接着剤で接着固定してい
る。また、前記各圧電部材2、3の先端に複数のオリィ
フィス12を設けたノズルプレート13を接着剤で接着
固定している。
板11で覆うわれ、先端がノズルプレート13で塞がれ
ることになり、それぞれ圧力室としてのインク室を形成
することになる。
し、前記各長溝4で形成したインク室の後端部がこの共
通インク室14に連通している。そして、前記共通イン
ク室14はインク供給部(図示せず)に連通している。
を基板1を除いてII−II線に沿って断面したときの部分
断面図で、前記各長溝4で形成したインク室15の側壁
は前記各圧電部材2、3からなり、それぞれ図中矢印で
示すように板厚方向で互いに対向する方向に分極してい
る。
理を図3の(a) 、(b) を参照して述べる。今、各インク
室15にインクが充填されている状態で、図3の(a) に
示すように、圧電部材2、3からなる側壁P1 ,P2 ,
P3 ,P4 で隔てられた3つのインク室15A,15
B,15Cに着目し、中央のインク室15Bの電極5に
正の電圧を印加し、両隣のインク室15A、15Cの電
極5を接地電位(GND)にすると、インク室15Bの
両側壁P2 、P3 は、圧電部材2、3が板厚方向で互い
に対向する方向に分極しているため、インク室15Bの
容積を広げるように互いに外側に急激に変形する。この
変形により、共通インク室14からインク室15Bにイ
ンクの供給が行われる。
うに、両隣のインク室15A、15Cの電極5を接地電
位にしたまま中央のインク室15Bの電極5に負の電圧
を印加すると、インク室15Bの両側壁P2 、P3 は、
インク室15Bの容積を狭めるように互いに内側に急激
に変形する。この変形によりインク室15Bのインクは
オリィフィス12から吐出する。
極5を接地電位にすると、側壁P2,P3 は急激に元の
状態に復帰する。この復帰動作により、オリィフィス1
2から吐出したインク滴は切断されて印字媒体の方へ飛
翔することになる。
法について述べる。図4は、駆動パルス波形qとインク
室15内に発生する圧力振動波形rを示している。図中
ALは印加時間を示し、この印加時間ALはインク室1
5の一端から他端までの圧力波の伝播時間に相当する。
電極5に正電圧であるV1 を印加すると、インク室15
は容積を広げるように変形するので、インク室15内に
は負の圧力が発生する。正電圧V1 をAL時間だけ印加
した後、今度は負電圧V2 を印加する。この負電圧V2
の印加に対して圧力波の位相が一致するので圧力波の振
幅が急激に増大されてP1 の圧力波が生じる。このとき
オリィフィス12から最初の1滴目のインク滴が吐出さ
れる。
した後、電圧を元の接地レベルに戻すと、圧力波の位相
が逆になるので、圧力波の振幅が弱められ、このまま3
AL時間休止する。なお、この休止時間は3AL時間に
限定するものではなく、ALの奇数倍の時間であればよ
い。
に、前回同様インク室15の電極5に正電圧であるV1
を印加する。3AL時間経過したときのインク室15内
の圧力波は負の圧力になっているので、圧力波の位相が
一致して増幅される。その後、1滴目と同様な電圧パル
スが印加されるので、圧力振動も同様になるが1滴目よ
りも圧力波の振動振幅はP2 と大きくなる。
階調印字の場合、圧力波の振動をP1 ,P2 ,P3 ,…
と逐次高めながら7滴のインク滴が連続してオリィフィ
ス12から吐出され、後から吐出されるインク滴ほど吐
出速度が速くなり、後から吐出するインク滴が前に吐出
したインク滴に途中で追いついて1つのインク滴として
合体し記憶媒体に到達する。こうして、1ドットが記録
媒体上に形成される。
より、1つの印字サイクル期間においてインクが7滴連
続して吐出され、それが1つのインク滴となって記録媒
体上に1ドットを形成する。
インク滴が吐出されるとき、インク室15内の圧力振動
が増大し、それに起因してオリィフィス12のメニスカ
スの振動も大きくなる。この圧力振動及びメニスカス振
動は、当然側壁を共有する隣接したインク室にも影響を
与える。従って、メニスカス振動が終焉し、所定の液面
レベルに復帰しないと隣接したインク室が安定してイン
ク吐出動作を行うことはできない。しかし、メニスカス
振動が終焉するまで待ってから隣接したインク室からの
インク吐出を行ったのでは印字速度の充分な高速化を図
ることはできない。
動する場合を想定し、この場合において8階調目に対応
する最大液滴を吐出させる駆動パルス波形を示すと図5
に示すようになる。3分割駆動では、最初のグループの
インク室15のオリィフィス12からインク滴の吐出制
御が行われると、所定の休止期間が経過してから2番目
のグループである隣接インク室のオリィフィスからのイ
ンク滴の吐出が行われる。このときの休止期間は、最初
のグループのインク室からのインク吐出が終了してイン
ク室の圧力振動が小さくなり、また、オリィフィスのメ
ニスカスの液面振動が所定以下の大きさになるまで時間
を示している。従って、休止期間は長くなり印字速度の
充分な高速化を図ることは困難となる。
とで印字速度の充分な高速化を図る。図中駆動パルスq
1 は1ドットを形成するための最後のインク滴を吐出さ
せるためのパルスである。先ず、駆動パルスq1 により
インク室15の電極5に対して正電圧V1 をAL時間印
加し、続いて負電圧V2 を印加することで圧力波の振幅
Pを得る。そして、負電圧V2 を2AL時間だけ印加し
てオリィフィス12からインク滴を吐出させる。その
後、電圧を元の接地レベルに戻すことで圧力波の位相が
逆になるので、圧力波の振幅が弱められる。さらに、A
L時間休止した後、インク室15の容積を減少させる方
向の電圧、すなわち、負電圧をダンピング電圧dp とし
て印加する。
ンク室15内の圧力振動が負のときに正の圧力波が発生
し、これによりインク室15内の圧力波振動は早期に低
減することになる。これにより、メニスカス振動が早期
に終焉し、直ちに隣接したインク室からのインク吐出動
作を開始できるようになる。こうして印字速度の充分な
高速化を図ることができる。
ンク滴を吐出させるための駆動パルスにおける負電圧V
2 の印加時間を2AL時間に設定した場合について述べ
たが必ずしもこれに限定するものではなく、要は、2A
Lの整数倍の時間であればよい。また、負電圧V2 を2
AL時間印加した後AL時間の休止時間を設けたが必ず
しもこれに限定するものではなく、要は、ALの奇数倍
の休止時間を設けた後に負電圧のダンピング電圧dpを
印加すればよい。
に対して負電圧V2 を2AL時間印加した後印加電圧を
接地レベルに戻し、この状態でAL時間休止した後に負
のダンピング電圧dp を印加するようにしたが必ずしも
これに限定するものではなく、図7に示すように、負電
圧V2 を2AL時間印加した後印加電圧を接地レベルに
戻し、この状態で2AL時間休止した後にインク室15
の容積を増加させる方向の電圧、すなわち、正電圧をダ
ンピング電圧dp として印加してもよい。
加により、インク室15内の圧力振動が正のときに負の
圧力波が発生し、これによりインク室15内の圧力波振
動は早期に低減することになる。これにより、メニスカ
ス振動が早期に終焉し、直ちに隣接したインク室からの
インク吐出動作を開始できるようになる。こうして印字
速度の充分な高速化を図ることができる。
を吐出させるための駆動パルスにおける負電圧V2 の印
加時間は2ALの整数倍の時間であればよい。また、負
電圧V2 を2AL時間印加した後2AL時間の休止時間
を設けたが必ずしもこれに限定するものではなく、要は
ALの偶数倍の休止時間を設ければよい。なお、本発明
は前述した各実施の形態に限定するものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
電部材の変位により複数のインク室を選択的に変形させ
てインク室からインクを吐出させるインクジェットヘッ
ドを使用してインク室から複数回インク滴を連続的に吐
出を行うとともにインク滴の吐出速度を逐次高めて後か
らのインク滴を先のインク滴に合体させて1ドット液滴
を形成する駆動において、インク室の圧力振動を早期に
低減でき、印字速度の充分な高速化を図ることができ
る。
ドの一部切欠した分解斜視図。
−X線に沿って断面したときの部分断面図。
インク吐出動作を説明するための図。
マルチドロップ方式で駆動する場合の駆動パルス波形と
インク室内の圧力振動波形の関係を示す図。
マルチドロップ方式で3分割駆動する場合の駆動パルス
波形の一部を示す図。
マルチドロップ方式で駆動する場合の最後のインク滴を
吐出させる駆動パルス波形とインク室内の圧力振動波形
とダンピング電圧波形の関係を示す図。
をマルチドロップ方式で駆動する場合の最後のインク滴
を吐出させる駆動パルス波形とインク室内の圧力振動波
形とダンピング電圧波形の関係を示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数のインク室を有し、この各インク室
に対応して設けた圧電部材に駆動パルス電圧を選択的に
印加して変位させ、この圧電部材の変位により前記各イ
ンク室を選択的に変形させてインク室からインクを吐出
させるインクジェットヘッドに対して、先ず、インク室
の容積を増加させてインク室の圧力を減少させ、続い
て、インク室の容積を減少させてインク室の圧力を高め
ることによりインク滴の吐出を行い、その後、インク室
の容積を元に戻し、これを複数回繰返すことで複数回の
インク滴の吐出を行うとともにこのインク滴の吐出速度
を逐次高めて後から吐出するインク滴を先に吐出したイ
ンク滴に合体させて1ドット液滴を形成する駆動を行う
駆動方法において、 インク室内の圧力波がインク吐出方向の一端から他端ま
で伝播する時間をALとしたとき、1ドット液滴を形成
する最後のインク滴を吐出させるための駆動パルス電圧
を2ALの整数倍の時間印加した後、その電圧を元の接
地電圧まで戻してから駆動パルス電圧の印加をALの奇
数倍の時間休止し、その後、インク室の容積を減少させ
る方向にダンピングパルス電圧を印加することを特徴と
するインクジェットヘッドの駆動方法。 - 【請求項2】 複数のインク室を有し、この各インク室
に対応して設けた圧電部材に駆動パルス電圧を選択的に
印加して変位させ、この圧電部材の変位により前記各イ
ンク室を選択的に変形させてインク室からインクを吐出
させるインクジェットヘッドに対して、先ず、インク室
の容積を増加させてインク室の圧力を減少させ、続い
て、インク室の容積を減少させてインク室の圧力を高め
ることによりインク滴の吐出を行い、その後、インク室
の容積を元に戻し、これを複数回繰返すことで複数回の
インク滴の吐出を行うとともにこのインク滴の吐出速度
を逐次高めて後から吐出するインク滴を先に吐出したイ
ンク滴に合体させて1ドット液滴を形成する駆動を行う
駆動方法において、 インク室内の圧力波がインク吐出方向の一端から他端ま
で伝播する時間をALとしたとき、1ドット液滴を形成
する最後のインク滴を吐出させるための駆動パルス電圧
を2ALの整数倍の時間印加した後、その電圧を元の接
地電圧まで戻してから駆動パルス電圧の印加をALの偶
数倍の時間休止し、その後、インク室の容積を増加させ
る方向にダンピングパルス電圧を印加することを特徴と
するインクジェットヘッドの駆動方法。 - 【請求項3】 複数のインク室を有し、この各インク室
に対応して設けた圧電部材に駆動パルス電圧を選択的に
印加して変位させ、この圧電部材の変位により前記各イ
ンク室を選択的に変形させてインク室からインクを吐出
させるインクジェットヘッドに対して、先ず、インク室
の容積を増加させてインク室の圧力を減少させ、続い
て、インク室の容積を減少させてインク室の圧力を高め
ることによりインク滴の吐出を行い、その後、インク室
の容積を元に戻し、これを複数回繰返すことで複数回の
インク滴の吐出を行うとともにこのインク滴の吐出速度
を逐次高めて後から吐出するインク滴を先に吐出したイ
ンク滴に合体させて1ドット液滴を形成する駆動を行う
駆動方法において、 インク室内の圧力波がインク吐出方向の一端から他端ま
で伝播する時間をALとしたとき、インク室の容積を増
加させる駆動パルス電圧をAL時間印加し、続いて、イ
ンク室の容積を減少させる駆動パルス電圧を2AL時間
印加し、その後、駆動パルス電圧の印加をALの奇数倍
の時間休止した後、再度同じタイミング動作を繰返すこ
とで1ドット液滴を形成するための複数回のインク滴の
吐出を行い、1ドット液滴を形成する最後のインク滴を
吐出させるための駆動パルス電圧を2ALの整数倍の時
間印加した後、その電圧を元の接地電圧まで戻してから
駆動パルス電圧の印加をALの奇数倍の時間休止し、そ
の後、インク室の容積を減少させる方向にダンピングパ
ルス電圧を印加することを特徴とするインクジェットヘ
ッドの駆動方法。 - 【請求項4】 複数のインク室を有し、この各インク室
に対応して設けた圧電部材に駆動パルス電圧を選択的に
印加して変位させ、この圧電部材の変位により前記各イ
ンク室を選択的に変形させてインク室からインクを吐出
させるインクジェットヘッドに対して、先ず、インク室
の容積を増加させてインク室の圧力を減少させ、続い
て、インク室の容積を減少させてインク室の圧力を高め
ることによりインク滴の吐出を行い、その後、インク室
の容積を元に戻し、これを複数回繰返すことで複数回の
インク滴の吐出を行うとともにこのインク滴の吐出速度
を逐次高めて後から吐出するインク滴を先に吐出したイ
ンク滴に合体させて1ドット液滴を形成する駆動を行う
駆動方法において、 インク室内の圧力波がインク吐出方向の一端から他端ま
で伝播する時間をALとしたとき、インク室の容積を増
加させる駆動パルス電圧をAL時間印加し、続いて、イ
ンク室の容積を減少させる駆動パルス電圧を2AL時間
印加し、その後、駆動パルス電圧の印加をALの奇数倍
の時間休止した後、再度同じタイミング動作を繰返すこ
とで1ドット液滴を形成するための複数回のインク滴の
吐出を行い、1ドット液滴を形成する最後のインク滴を
吐出させるための駆動パルス電圧を2ALの整数倍の時
間印加した後、その電圧を元の接地電圧まで戻してから
駆動パルス電圧の印加をALの偶数倍の時間休止し、そ
の後、インク室の容積を増加させる方向にダンピングパ
ルス電圧を印加することを特徴とするインクジェットヘ
ッドの駆動方法。
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