JP3551822B2 - インク噴射装置の駆動方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク噴射装置の駆動方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、これまでのインパクト方式の印字装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の印字装置のなかで、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。なかでも印字に使用するインク液滴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などから急速に普及している。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型として特公昭５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されているサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインクに加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とされ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【０００４】
以上のような欠陥を同時に解決する新たな方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１号公報に開示されている圧電セラミックスを利用したせん断モード型である。図７に示すように、せん断モード型のインク噴射装置６００は、底壁６０１、天壁６０２及びその間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極された上部壁６０５とからなっている。隣接する２個のアクチュエータ壁６０３は一対となって、その間にインク流路６１３を形成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間には、空間６１５を形成している。
【０００５】
各インク流路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、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。具体的にはインク流路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側のアクチュエータ壁６０３には電極６２１が設けられている。空間６１５に面している電極６２１はアース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けられている電極６１９はアクチュエータ駆動信号を与える制御回路６２５に接続されている。
【０００６】
そして、各インク流路６１３の電極６１９に制御回路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がインク流路６１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図８に示すようにインク流路６１３ｃの電極６１９ｃに電圧Ｅ（Ｖ）が印加されると、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆにそれぞれ分極方向と直交する矢印６３１、６３２方向の電界が発生し、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆがインク流路６１３ｃ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付近を含むインク流路６１３ｃ内の圧力が減少する。この状態を圧力波のインク流路６１３内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間図示しないマニホールドからインクが供給される。
【０００７】
なお、上記片道伝播時間Ｔはインク流路６１３内の圧力波が、インク流路６１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、インク流路６１３の長さＬとこのインク流路６１３内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。
【０００８】
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からちょうどＴ時間がたつとインク流路６１３内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせてインク流路６１３ｃの電極６２１ｃに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。
【０００９】
すると、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前の状態（図６）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６０３ｅ、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流路６１３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生じて、インク液滴がノズル６１８ｃから噴射される。
【００１０】
さらに詳しく説明すると、上記の電圧の印加から電圧を０（Ｖ）に戻すまでの時間が前記片道伝播時間Ｔからずれると、インク液滴を噴射するためエネルギー効率が低下し、前記片道伝播時間Ｔのほぼ偶数倍となったときには全く噴射が行われなくなるので、通常上記の電圧の印加から電圧を０（Ｖ）に戻すまでの時間は、前記片道伝播時間Ｔに一致させるか、少なくともほぼ奇数倍とすることが望ましい。
【００１１】
【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６００では、前記インク流路６１３の形状、駆動電圧等により、噴射されるインク液滴の体積が決まるため、良好な印字品質を得るため、より多くのインク量が必要な場合には、インク流路形状を変更する必要があるという欠点があった。またこれにより、必要量のインク量が得られても、噴射時の安定性が低下するために、駆動周波数を下げなければいけないという欠点があった。
【００１２】
特公平３−３０５０６号公報には、主パルスが印加される前に、ノズル内のメニスカスの先端位置を決めるための付加パルスを印加することで、インク液滴の体積を制御することが提案されている。これによれば、付加パルスでノズル内のメニスカスがやや飛び出した状態で、主パルスを印加すると、主パルスのみの場合に比較してインク液滴の体積はやや大きくなるものの、あまり体積の増加は望めない。
【００１３】
また特公平６−５５５１３号公報には、共振周波数を利用して連続して噴射した複数のインク液滴を空中で合体させることで、インク液滴の体積を制御することが提案されている。これによれば、十分なインク液滴の体積が得られるが、後述する実験の説明から明らかなように、インク液滴が飛翔している途中で合体するため、飛翔方向が曲がったりして、安定な噴射が得られない。さらに駆動周波数を高くできないという問題があった。本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、インク流路形状の変更を必要とせず、良好な印字に必要なインク量が得られ、且つ高い駆動周波数でも安定して印字できる良好な印字品質の得られる低コストのインク噴射装置の駆動方法およびその装置を提示することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明では、インクが充填されるインク流路と、前記インク流路の容積を増減させて該インク流路内に圧力波を発生させるアクチュエータと、前記インク流路の一端からそのインク流路内のインクをインク液滴として噴射するノズルとを備え、１ドット当たりの印字命令に対して波高値が等しい複数の噴射パルス信号を連続して印加するとともに、前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたとき、最初に印加する第１の噴射パルス信号の波幅を０．３５Ｔ〜０．６５Ｔ、かつ２番目以降に印加する噴射パルス信号の波幅をほぼＴ、前記第１の噴射パルス信号とそれに続く噴射パルス信号との時間間隔をＴとし、前記第１の噴射パルス信号により前記ノズルから噴射したインク液滴がそのノズルから離れる前に２番目の噴射パルス信号によるインク液滴が前記ノズルから噴射するタイミングで、前記第１の噴射パルス信号の後で前記２番目の噴射パルス信号を前記アクチュエータに印加することを特徴としている。これによれば、１ドット当たりの印字命令に対して複数の噴射パルス信号により複数のインク液滴が噴射される。その際、波幅０．３５Ｔ〜０．６５Ｔの第１の噴射パルス信号により、波幅をＴとしたときよりも効率が悪いが、インク液滴が噴射され、その液滴がノズルから離れる前に、２番目の噴射パルス信号が印加されて新たなインク液滴が効率よく噴射され、先行するインク液滴がノズルから離れない状態でそのインク液滴に後続のインク液滴が合体した後、ノズルから離れて飛翔することになる。したがって、飛翔方向の曲がりなどが生じにくく、高い周波数での噴射安定性の向上が得られるとともに、１ドット当たりの必要インク量が得られる。
【００１５】
また、本発明は好ましくは、前記噴射パルス信号と波高値が同じで、波幅が、０．３Ｔ〜０．７Ｔである非噴射パルス信号を、該非噴射パルス信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとの中間タイミングと、前記複数の噴射パルス信号のうち最後に印加する噴射パルス信号の立ち下がりタイミングとの時間差がほぼ２．５Ｔとなるように前記制御装置が前記アクチュエータに前記駆動電源から印加する。これにより、噴射後、インク流路内の残留圧力波振動を効果的に減少し、比較的低粘度のインクを噴射する場合や温度上昇時などにより、インクの粘度が低下した場合でも高速で安定な噴射が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本インク噴射装置６００は、図７に示す従来のインクジェットヘッド６００と同様に、底壁６０１、天壁６０２及びその間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極された上部壁６０５からなっている。隣接する２個のアクチュエータ壁６０３は一対となって、その間にインク流路６１３を形成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間には、空間６１５を形成している。
【００１８】
各インク流路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、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。電極６１９はインクと絶縁するための絶縁層６３０で覆われている。そして、空間６１５に面している電極６２１はアース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けられている電極６１９はアクチュエータ駆動回路である制御回路６２５に接続されている。
【００１９】
本インク噴射装置６００の具体的な寸法の１例を述べる。インク流路６１３の長さＬが８．０ｍｍである。ノズル６１８の寸法は、インク噴射側の径が３０μｍ、インク流路６１３側の径が５０μｍ、長さが５０μｍである。また、実験に供したインクの２５℃における粘度は約２ｍＰａ・ｓ、表面張力は３０ｍＮ／ｍである。このインク流路６１３内のインク中における音速ａと上記Ｌとの比Ｌ／ａ（＝Ｔ）は８μｓｅｃであった。
【００２０】
次にインク流路６１３内の電極６１９に印加する駆動波形１０を図１に示す。駆動波形１０は、インク液滴を噴射するための噴射パルス信号Ａ、Ｂと前記インク流路６１３内の残留圧力波振動を減少させるための非噴射パルス信号Ｃとからなり、噴射パルス信号Ａ、Ｂと非噴射パルス信号Ｃのどちらも波高値（電圧値）はＥ（Ｖ）（例えば２０（Ｖ））である。最も好ましい実施の形態において、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａは、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔの０．５倍に一致し、すなわち４μｓｅｃであり、噴射パルス信号Ｂの幅Ｗｂはインク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔに一致し、すなわち８μｓｅｃである。また、噴射パルス信号Ａの立ち下がりタイミングＷａｅから噴射パルス信号Ｂの立ち上がりタイミングＷｂｓまでの時間Ｄｗ１も、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔに一致し、すなわち８μｓｅｃである。非噴射パルス信号Ｃの幅Ｗｃは、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔ（Ｌ／ａ）の０．５倍、すなわち４μｓｅｃである。噴射パルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＷｂｅから、非噴射パルス信号Ｃの立ち上がりタイミングＷｃｓと立ち下がりタイミングＷｃｅとの中間タイミングＷｃｍまでの時間Ｄｗ２は、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔの２．５倍、すなわち２０μｓｅｃである。
【００２１】
非噴射パルス信号Ｃは、噴射パルス信号によるインク流路内の残留圧力波振動が圧力を上げるタイミングで、該非噴射パルス信号を立ち上げてインク流路の容積を拡大して圧力の上昇を抑え、残留圧力波振動が圧力を下げるタイミングで、該非噴射パルス信号を立ち下げてインク流路の容積を戻して圧力の下降を抑えることにより、残留圧力波振動を減少させるものである。
【００２２】
次に、前記駆動波形１０を実現するための制御回路６２５を図２、図３および図４を用いて説明する。
【００２３】
図２に示す制御回路６２５は充電回路１８２と放電回路１８４とパルスコントロール回路１８６から構成されている。
【００２４】
入力端子１８１と１８２は、それぞれインク流路６１３内の電極６１９に与える電圧をＥ（Ｖ）、０（Ｖ）にするためのパルス信号を入力する入力端子である。充電回路１８２は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３、Ｒ１０４、Ｒ１０５、トランジスタＴＲ１０１、ＴＲ１０２から構成されている。
【００２５】
入力端子１８１にオン信号（＋５Ｖ）が入力されると、抵抗Ｒ１０１を介して、トランジスタＴＲ１０１が導通し、正の電源１８７から抵抗Ｒ１０３を介して電流がトランジスタＴＲ１０１のコレクタからエミッタ方向に流れる。従って、正の電源１８７に接続されている抵抗Ｒ１０４およびＲ１０５にかかる電圧の分圧が上昇し、トランジスタＴＲ１０２のベースに流れる電流が増加し、トランジスタＴＲ１０２のエミッタとコレクタ間が導通する。正の電源１８７からの２０（Ｖ）の電圧がトランジスタＴＲ１０２のコレクタおよびエミッタ、抵抗Ｒ１２０を介してインク流路６１３内の電極６１９に印加される。このタイミングが、図３に示すタイミングチャートにおけるＴ１、Ｔ３およびＴ５のタイミングである。図３は、制御回路１２５の入力端子１８１、１８２への入力信号と、電極６１９での出力を示すタイミングチャートである。
【００２６】
次に、放電用回路１８４について説明する。放電用回路１８４は抵抗Ｒ１０６、Ｒ１０７、トランジスタＴＲ１０３から構成される。入力端子１８２にオン信号（＋５Ｖ）が入力されると、抵抗Ｒ１０６を介してトランジスタＴＲ１０３が導通し、抵抗Ｒ１２０を介して電極６１９をアースする。従って、図６および図７に示すインク流路６１３のアクチュエータ壁６０３に印加されていた電荷は放電される。このタイミングが、図３に示すタイミングチャートのＴ２、Ｔ４およびＴ６のタイミングである。
【００２７】
充電回路１８２の入力端子１８１に入力される駆動波形１０の入力信号１１は、図３に示すタイミングチャート（Ａ）のように、通常オフの状態にあり、噴射するために所定のタイミングＴ１にてオンされ、タイミングＴ２にてオフされる。その後のタイミング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にてオフされる。放電用回路１８４の入力端子１８２に入力される入力信号１２は、図３に示すタイミングチャート（Ｂ）のように、入力信号１１がオンのとき（Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５）、オフされ、入力信号１１がオフのとき（Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６）、オンされる。
【００２８】
そのときの電極６１９での出力波形１３は、通常は０（Ｖ）に維持されているが、タイミングＴ１にて、圧電素子からなるアクチュエータ壁６０３へ電荷が充電され、トランジスタＴＲ１０２と、抵抗Ｒ１２０と、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）（例えば２０（Ｖ））になる。またタイミングＴ４にて、放電時間Ｔｂ後に０（Ｖ）になる。
【００２９】
このように実際の駆動波形１３は、立ち上がりと立ち下がりでそれぞれＴａ、Ｔｂの遅れが生じるため、電圧が１／２Ｅ（Ｖ）（例えば１０（Ｖ））における駆動波形１０の噴射パルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＷｂｅと、非噴射パルス信号Ｃの立ち上がりタイミングＷｃｓと立ち下がりタイミングＷｃｅの中間タイミングＷｃｍとの時間Ｄｗ２を図１に示す値になるように上記各タイミングＴ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を設定する。
【００３０】
次に、充電回路１８２の入力端子１８１および放電用回路１８４の入力端子１８２に入力される上記のタイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を有するパルス信号を発生するパルスコントロール回路１８６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ＣＰＵ１１０が設けられ、ＣＰＵ１１０には、印字データや各種のデータを記憶するＲＡＭ１１２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記Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６のタイミングでオン、オフ信号を発生するシーケンスデータを記憶しているＲＯＭ１１４が接続されている。ここで、ＲＯＭ１１４には、図４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１１４Ａと、駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂとが設けられている。従って、駆動波形１０のシーケンスデータは、駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂに記憶されている。
【００３２】
さらに、ＣＰＵ１１０は各種のデータのやりとりするＩ／Ｏバス１１６に接続され、当該Ｉ／Ｏバス１１６には、印字データ受信回路１１８とパルスジェネレータ１２０および１２２が接続されている。パルスジェネレータ１２０の出力は充電回路１８２の入力端子１８１に接続され、パルスジェネレータ１２２の出力は放電用回路１８４の入力端子１８２に接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１４の駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂに記憶されているシーケンスデータに従って、パルスジェネレータ１２０および１２２を制御する。従って、前記のタイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の各種パターンを予めＲＯＭ１１４内の駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂに記憶させておくことによって、図１に示す駆動波形１０の噴射パルス信号をアクチュエータ壁６０３に与えることができる。
【００３４】
尚、パルスジェネレータ１２０および１２２および充電回路１８２および放電回路１８４はインクジェットヘッドのノズル数と同じ数だけ設けられている。本実施の形態では、代表して一つのノズルの制御について説明したが、他のノズルの制御についても同様な制御である。
【００３５】
上記した本実施の形態にて駆動した場合のインク噴射テストの結果を図５の表を参照して説明する。
【００３６】
上記駆動波形１０を用いた駆動方法では２０（Ｖ）にて駆動した場合、インク液滴の噴射速度は、８．０ｍ／ｓであり、噴射パルス信号Ａ、Ｂに対応して２つのインク液滴が噴射され、２つのインク液滴体積の合計は、６０ｐｌ（ピコリットル）であった。しぶきを伴ったり、噴射停止することなく安定に噴射できる最高の駆動周波数は２１．５ｋＨｚであった。
【００３７】
比較実験として駆動波形１０の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａをインク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔの０．３倍〜１．０５倍まで変化させて駆動した場合、および非噴射パルス信号Ｃを印加しなかった場合のインク液滴体積と、安定に噴射できる最高の駆動周波数の評価結果を図５に示す。
【００３８】
この結果から駆動波形１０の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａを０．３Ｔ以下とした場合は、インク液滴の体積が大きく減少していることが分かる。また、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａを０．７Ｔ以上とした場合は、インク液滴の体積はあまり変化しないが、安定に噴射できる最高駆動周波数が、１０％以上小さくなっていることが分かる。
【００３９】
次に駆動波形１０の非噴射パルス信号Ｃをなくした場合について同様の実験を行ったところ、全体的に、インク液滴の体積が増加し、安定に噴射できる最高駆動周波数が低下したが、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａの変化に対する、インク液滴の体積、安定に噴射できる最高駆動周波数の傾向は全く同じ結果であった。また、データは記載していないが、実験により該非噴射パルス信号Ｃの幅Ｗｃを０．３Ｔから０．７Ｔまで変化させても同様の結果が得られた。
【００４０】
以上の結果が得られた理由として、以下に示すようなインク液滴の噴射状態の違いが考えられる。
【００４１】
図６（ａ）は、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔより短い場合、図６（ｂ）は、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔから０．６５Ｔの範囲にある場合、図６（ｃ）は、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．６５Ｔより長い場合の、それぞれの図１におけるタイミングＷａｅ、Ｗｂｅ、Ｗｃｅに対応するインク液滴の噴射状態を示す模式図である。
【００４２】
図６（ａ）の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔより短い場合は、噴射パルス信号Ａによる、インク液滴は実際には噴射されず、タイミングＷａｅにおいてノズル６１８からメニスカス５０１ａがやや飛び出した状態になるだけであり、タイミングＷｂｅにおいて、噴射パルス信号Ｂによるインク液滴５０２ａが噴射され、タイミングＷｃｅにおいてノズル６１８から離れて飛翔してゆくインク液滴５０３ａは、上記メニスカス５０１ａがやや飛び出した部分とインク液滴５０２ａの一体となったものであり、インク液滴５０２ａのみの場合よりはインク体積は大きくなるものの、あまりインク体積の増加は期待できない。これは、前述の特公平３−３０５０６号公報に記載されたものと実質的に同じである。
【００４３】
これに対し噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔから０．６５Ｔの範囲にある場合には、図６（ｂ）に示すように、タイミングＷａｅにおいて噴射パルス信号Ａによるインク液滴５０１ｂが噴射される。これは、噴射パルス信号Ａを波幅Ｔとしたときよりも、効率が悪いが、後続の噴射パルス信号Ｂがなくても、ノズルから飛翔することができる程度のものである。そして、タイミングＷｂｅにおいて、そのインク液滴５０１ｂがノズル６１８から完全に離れる前に、前記噴射パルス信号Ｂによるインク液滴５０２ｂが噴射される。このとき噴射パルス信号Ｂは波幅Ｔであるから、従来の技術で説明したように、最も効率よく高速でインク液滴５０２ｂが噴射され、後者インク液滴５０２ｂが前者インク液滴５０１ｂに追いつき一体となってから、タイミングＷｃｅにおいて、非噴射パスル信号Ｃによりインク流路内の残留圧力波振動が抑えられるとともに、一体となったインク液滴５０３ｂがノズル６１８から切られて飛翔してゆくのであり、飛翔方向の曲がりなども発生しにくく安定な噴射が得られる。インク液滴５０３ｂは、上記インク液滴５０１ｂとインク液滴５０２ｂの一体となったものであり、十分なインク体積が得られる。
【００４４】
また、噴射パルス信号Ａの波幅Ｗａが０．６５Ｔよりも長い場合には、図６（ｃ）に示すように、タイミングＷａｅにおいて噴射パルス信号Ａによるインク液滴５０１ｃが噴射され、タイミングＷｂｅにおいて、インク液滴５０１ｃが、ノズル６１８から完全に離れた後に前記噴射パルス信号Ｂによるインク液滴５０２ｃが噴射され、タイミングＷｃｅにおいて、前記インク液滴５０２ｂが前記インク液滴５０１ｃに追いつき一体となってから、ノズル６１８から離れて飛翔してゆくのである。これは、前述の特公平６−５５５１３号公報に記載されたものと実質的に同じである。一体となったインク液滴５０３ｃは、上記インク液滴５０１ｃとインク液滴５０２ｃの一体となったものであり、十分なインク体積が得られるが、飛翔している途中でインク液滴５０１ｃとインク液滴５０２ｃが一体となるため、一体化した際に飛翔方向が曲がったりして、安定な噴射が得られにくくなるのである。また、噴射パルス信号Ａの波幅Ｗａが長くなった分だけ、駆動周波数（駆動波形１０を一組としたとき、これを繰り返し出力する周波数）が低くなる。つまり、高速で印字できなくなる。
【００４５】
従って上記の実験から、駆動波形１０の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａを０．３５Ｔから０．６５Ｔとしたときに、必要なインク液滴の体積を保ちながら、より高い駆動周波数まで安定に噴射駆動することができ、さらに、波幅が、０．３から０．７Ｔである非噴射パルス信号Ｃを、非噴射パルス信号の立ち上がりタイミングＷｃｓと立ち下がりタイミングＷｃｅとの中間タイミングＴｃｍと、２番目の噴射パルス信号Ｂの立ち下がりタイミングとの時間差Ｄｗ２がほぼ２．５Ｔとしたときには、ややインク液滴の体積は減少するが、安定に噴射できる最高駆動周波数が大幅に高くなることが分かる。
【００４６】
以上、一実施の形態を詳細に説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、複数の噴射パルス信号は噴射パルス信号Ａと噴射パルス信号Ｂの２個であったが、必要なインク液滴の体積に応じて３個以上にしても同様の傾向があることが分かっている。
【００４７】
また、上記実施の形態では、正の電源１８７を用いたが、分極方向を図７の６０９、６１１を逆にして、負の電源を用いてもよい。さらに、図９に示すように分極方向を逆にして、更に、各インク流路７１３側の電極７１９をアースに接続し、空間７１５に面している各電極を二つに分け、それぞれ電極７２１および７２２として、当該電極７２１，７２２をそれぞれ噴射用充電回路に接続するようにしてもよい。
【００４８】
尚、本実施の形態では、アクチュエータ壁６０３の下部壁６０７および上部壁６０５の圧電変形によりインク流路６１３の容積を変形してインクを噴射していたが、下部壁もしくは上部壁の一方を圧電変形しない材質で形成し、他方の圧電変形に伴なって変形するようにして、インクを噴射してもよい。また、本実施の形態では、インク流路６１３の両側に空気室６１５を設けていたが、空気室を設けずに、インク流路が隣接するようにしてもよい。
【００４９】
また、インク流路の一部に振動板を設け、その振動板に圧電素子、その他の機械的振動発生素子を添わせた構成等、その他の構成についても、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した態様で本発明を実施できる。
【００５０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、第１の噴射パルス信号の幅を０．３５Ｔ〜０．６５Ｔとし、第２の噴射パルス信号以降の噴射パルス信号をほぼＴとし、前記第１の噴射パルス信号とそれに続く噴射パルス信号との時間間隔をＴとし、第１の噴射パルス信号によりノズルから噴射したインク液滴がそのノズルから離れる前に２番目の噴射パルス信号によるインク液滴が前記ノズルから噴射するタイミングで、第１の噴射パルス信号の後で２番目の噴射パルス信号をアクチュエータに印加することで、先行するインク液滴がノズルから離れない状態でそのインク液滴に後続のインク液滴が合体した後、ノズルから離れて飛翔することになる。したがって、飛翔方向の曲がりなどが生じにくく、高い周波数での噴射安定性の向上が得られるとともに、１ドット当たりの必要インク量が得られる。また、複数の噴射パルス信号の後に、非噴射パルス信号を所定のタイミング、波幅で印加することで、インク液滴噴射後のインク流路内の残留圧力波振動を抑制することができ、さらに高周波数の印字でも安定噴射ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインク噴射装置の駆動波形を示す図である。
【図２】前記インク噴射装置の駆動回路を示す図である。
【図３】前記インク噴射装置の駆動のタイミングチャートを示す図である。
【図４】前記インク噴射装置の制御回路のＲＯＭの記憶領域を示す図である。
【図５】前記インク噴射装置の駆動波形の噴射パルス信号の幅の適正範囲を求めるために行った実験の結果を説明する図である。
【図６】前記インク噴射装置の駆動波形の噴射パルス信号の幅の適正範囲を求めるために行った実験のインク液滴の飛翔状態を説明する模式図である。
【図７】従来例、および本発明に係るインク噴射装置を示す図である。
【図８】従来例、および本発明に係るインク噴射装置の動作を説明する図である。
【図９】本発明の別の実施の形態のインク噴射装置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 駆動波形
１８７ 正の電源
６００ インクジェットヘッド
６０３ アクチュエータ壁
６１３ インク流路
６２５ 制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク噴射装置の駆動方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、これまでのインパクト方式の印字装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の印字装置のなかで、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。なかでも印字に使用するインク液滴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などから急速に普及している。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型として特公昭５３−１２１３８号公報に開示されているカイザー型、あるいは特公昭６１−５９９１４号公報に開示されているサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインクに加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とされ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【０００４】
以上のような欠陥を同時に解決する新たな方式として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１号公報に開示されている圧電セラミックスを利用したせん断モード型である。図７に示すように、せん断モード型のインク噴射装置６００は、底壁６０１、天壁６０２及びその間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極された上部壁６０５とからなっている。隣接する２個のアクチュエータ壁６０３は一対となって、その間にインク流路６１３を形成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間には、空間６１５を形成している。
【０００５】
各インク流路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、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。具体的にはインク流路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側のアクチュエータ壁６０３には電極６２１が設けられている。空間６１５に面している電極６２１はアース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けられている電極６１９はアクチュエータ駆動信号を与える制御回路６２５に接続されている。
【０００６】
そして、各インク流路６１３の電極６１９に制御回路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がインク流路６１３の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図８に示すようにインク流路６１３ｃの電極６１９ｃに電圧Ｅ（Ｖ）が印加されると、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆにそれぞれ分極方向と直交する矢印６３１、６３２方向の電界が発生し、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆがインク流路６１３ｃ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付近を含むインク流路６１３ｃ内の圧力が減少する。この状態を圧力波のインク流路６１３内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間図示しないマニホールドからインクが供給される。
【０００７】
なお、上記片道伝播時間Ｔはインク流路６１３内の圧力波が、インク流路６１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、インク流路６１３の長さＬとこのインク流路６１３内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。
【０００８】
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からちょうどＴ時間がたつとインク流路６１３内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせてインク流路６１３ｃの電極６２１ｃに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。
【０００９】
すると、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前の状態（図６）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６０３ｅ、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流路６１３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生じて、インク液滴がノズル６１８ｃから噴射される。
【００１０】
さらに詳しく説明すると、上記の電圧の印加から電圧を０（Ｖ）に戻すまでの時間が前記片道伝播時間Ｔからずれると、インク液滴を噴射するためエネルギー効率が低下し、前記片道伝播時間Ｔのほぼ偶数倍となったときには全く噴射が行われなくなるので、通常上記の電圧の印加から電圧を０（Ｖ）に戻すまでの時間は、前記片道伝播時間Ｔに一致させるか、少なくともほぼ奇数倍とすることが望ましい。
【００１１】
【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６００では、前記インク流路６１３の形状、駆動電圧等により、噴射されるインク液滴の体積が決まるため、良好な印字品質を得るため、より多くのインク量が必要な場合には、インク流路形状を変更する必要があるという欠点があった。またこれにより、必要量のインク量が得られても、噴射時の安定性が低下するために、駆動周波数を下げなければいけないという欠点があった。
【００１２】
特公平３−３０５０６号公報には、主パルスが印加される前に、ノズル内のメニスカスの先端位置を決めるための付加パルスを印加することで、インク液滴の体積を制御することが提案されている。これによれば、付加パルスでノズル内のメニスカスがやや飛び出した状態で、主パルスを印加すると、主パルスのみの場合に比較してインク液滴の体積はやや大きくなるものの、あまり体積の増加は望めない。
【００１３】
また特公平６−５５５１３号公報には、共振周波数を利用して連続して噴射した複数のインク液滴を空中で合体させることで、インク液滴の体積を制御することが提案されている。これによれば、十分なインク液滴の体積が得られるが、後述する実験の説明から明らかなように、インク液滴が飛翔している途中で合体するため、飛翔方向が曲がったりして、安定な噴射が得られない。さらに駆動周波数を高くできないという問題があった。本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、インク流路形状の変更を必要とせず、良好な印字に必要なインク量が得られ、且つ高い駆動周波数でも安定して印字できる良好な印字品質の得られる低コストのインク噴射装置の駆動方法およびその装置を提示することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明では、インクが充填されるインク流路と、前記インク流路の容積を増減させて該インク流路内に圧力波を発生させるアクチュエータと、前記インク流路の一端からそのインク流路内のインクをインク液滴として噴射するノズルとを備え、１ドット当たりの印字命令に対して波高値が等しい複数の噴射パルス信号を連続して印加するとともに、前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたとき、最初に印加する第１の噴射パルス信号の波幅を０．３５Ｔ〜０．６５Ｔ、かつ２番目以降に印加する噴射パルス信号の波幅をほぼＴ、前記第１の噴射パルス信号とそれに続く噴射パルス信号との時間間隔をＴとし、前記第１の噴射パルス信号により前記ノズルから噴射したインク液滴がそのノズルから離れる前に２番目の噴射パルス信号によるインク液滴が前記ノズルから噴射するタイミングで、前記第１の噴射パルス信号の後で前記２番目の噴射パルス信号を前記アクチュエータに印加することを特徴としている。これによれば、１ドット当たりの印字命令に対して複数の噴射パルス信号により複数のインク液滴が噴射される。その際、波幅０．３５Ｔ〜０．６５Ｔの第１の噴射パルス信号により、波幅をＴとしたときよりも効率が悪いが、インク液滴が噴射され、その液滴がノズルから離れる前に、２番目の噴射パルス信号が印加されて新たなインク液滴が効率よく噴射され、先行するインク液滴がノズルから離れない状態でそのインク液滴に後続のインク液滴が合体した後、ノズルから離れて飛翔することになる。したがって、飛翔方向の曲がりなどが生じにくく、高い周波数での噴射安定性の向上が得られるとともに、１ドット当たりの必要インク量が得られる。
【００１５】
また、本発明は好ましくは、前記噴射パルス信号と波高値が同じで、波幅が、０．３Ｔ〜０．７Ｔである非噴射パルス信号を、該非噴射パルス信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとの中間タイミングと、前記複数の噴射パルス信号のうち最後に印加する噴射パルス信号の立ち下がりタイミングとの時間差がほぼ２．５Ｔとなるように前記制御装置が前記アクチュエータに前記駆動電源から印加する。これにより、噴射後、インク流路内の残留圧力波振動を効果的に減少し、比較的低粘度のインクを噴射する場合や温度上昇時などにより、インクの粘度が低下した場合でも高速で安定な噴射が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本インク噴射装置６００は、図７に示す従来のインクジェットヘッド６００と同様に、底壁６０１、天壁６０２及びその間のせん断モードアクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチュエータ壁６０３は、底壁６０１に接着され、且つ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７と、天壁６０２に接着され、且つ矢印６０９方向に分極された上部壁６０５からなっている。隣接する２個のアクチュエータ壁６０３は一対となって、その間にインク流路６１３を形成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間には、空間６１５を形成している。
【００１８】
各インク流路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、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。電極６１９はインクと絶縁するための絶縁層６３０で覆われている。そして、空間６１５に面している電極６２１はアース６２３に接続され、インク流路６１３内に設けられている電極６１９はアクチュエータ駆動回路である制御回路６２５に接続されている。
【００１９】
本インク噴射装置６００の具体的な寸法の１例を述べる。インク流路６１３の長さＬが８．０ｍｍである。ノズル６１８の寸法は、インク噴射側の径が３０μｍ、インク流路６１３側の径が５０μｍ、長さが５０μｍである。また、実験に供したインクの２５℃における粘度は約２ｍＰａ・ｓ、表面張力は３０ｍＮ／ｍである。このインク流路６１３内のインク中における音速ａと上記Ｌとの比Ｌ／ａ（＝Ｔ）は８μｓｅｃであった。
【００２０】
次にインク流路６１３内の電極６１９に印加する駆動波形１０を図１に示す。駆動波形１０は、インク液滴を噴射するための噴射パルス信号Ａ、Ｂと前記インク流路６１３内の残留圧力波振動を減少させるための非噴射パルス信号Ｃとからなり、噴射パルス信号Ａ、Ｂと非噴射パルス信号Ｃのどちらも波高値（電圧値）はＥ（Ｖ）（例えば２０（Ｖ））である。最も好ましい実施の形態において、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａは、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔの０．５倍に一致し、すなわち４μｓｅｃであり、噴射パルス信号Ｂの幅Ｗｂはインク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔに一致し、すなわち８μｓｅｃである。また、噴射パルス信号Ａの立ち下がりタイミングＷａｅから噴射パルス信号Ｂの立ち上がりタイミングＷｂｓまでの時間Ｄｗ１も、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔに一致し、すなわち８μｓｅｃである。非噴射パルス信号Ｃの幅Ｗｃは、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔ（Ｌ／ａ）の０．５倍、すなわち４μｓｅｃである。噴射パルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＷｂｅから、非噴射パルス信号Ｃの立ち上がりタイミングＷｃｓと立ち下がりタイミングＷｃｅとの中間タイミングＷｃｍまでの時間Ｄｗ２は、インク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔの２．５倍、すなわち２０μｓｅｃである。
【００２１】
非噴射パルス信号Ｃは、噴射パルス信号によるインク流路内の残留圧力波振動が圧力を上げるタイミングで、該非噴射パルス信号を立ち上げてインク流路の容積を拡大して圧力の上昇を抑え、残留圧力波振動が圧力を下げるタイミングで、該非噴射パルス信号を立ち下げてインク流路の容積を戻して圧力の下降を抑えることにより、残留圧力波振動を減少させるものである。
【００２２】
次に、前記駆動波形１０を実現するための制御回路６２５を図２、図３および図４を用いて説明する。
【００２３】
図２に示す制御回路６２５は充電回路１８２と放電回路１８４とパルスコントロール回路１８６から構成されている。
【００２４】
入力端子１８１と１８２は、それぞれインク流路６１３内の電極６１９に与える電圧をＥ（Ｖ）、０（Ｖ）にするためのパルス信号を入力する入力端子である。充電回路１８２は、抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３、Ｒ１０４、Ｒ１０５、トランジスタＴＲ１０１、ＴＲ１０２から構成されている。
【００２５】
入力端子１８１にオン信号（＋５Ｖ）が入力されると、抵抗Ｒ１０１を介して、トランジスタＴＲ１０１が導通し、正の電源１８７から抵抗Ｒ１０３を介して電流がトランジスタＴＲ１０１のコレクタからエミッタ方向に流れる。従って、正の電源１８７に接続されている抵抗Ｒ１０４およびＲ１０５にかかる電圧の分圧が上昇し、トランジスタＴＲ１０２のベースに流れる電流が増加し、トランジスタＴＲ１０２のエミッタとコレクタ間が導通する。正の電源１８７からの２０（Ｖ）の電圧がトランジスタＴＲ１０２のコレクタおよびエミッタ、抵抗Ｒ１２０を介してインク流路６１３内の電極６１９に印加される。このタイミングが、図３に示すタイミングチャートにおけるＴ１、Ｔ３およびＴ５のタイミングである。図３は、制御回路１２５の入力端子１８１、１８２への入力信号と、電極６１９での出力を示すタイミングチャートである。
【００２６】
次に、放電用回路１８４について説明する。放電用回路１８４は抵抗Ｒ１０６、Ｒ１０７、トランジスタＴＲ１０３から構成される。入力端子１８２にオン信号（＋５Ｖ）が入力されると、抵抗Ｒ１０６を介してトランジスタＴＲ１０３が導通し、抵抗Ｒ１２０を介して電極６１９をアースする。従って、図６および図７に示すインク流路６１３のアクチュエータ壁６０３に印加されていた電荷は放電される。このタイミングが、図３に示すタイミングチャートのＴ２、Ｔ４およびＴ６のタイミングである。
【００２７】
充電回路１８２の入力端子１８１に入力される駆動波形１０の入力信号１１は、図３に示すタイミングチャート（Ａ）のように、通常オフの状態にあり、噴射するために所定のタイミングＴ１にてオンされ、タイミングＴ２にてオフされる。その後のタイミング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にてオフされる。放電用回路１８４の入力端子１８２に入力される入力信号１２は、図３に示すタイミングチャート（Ｂ）のように、入力信号１１がオンのとき（Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５）、オフされ、入力信号１１がオフのとき（Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６）、オンされる。
【００２８】
そのときの電極６１９での出力波形１３は、通常は０（Ｖ）に維持されているが、タイミングＴ１にて、圧電素子からなるアクチュエータ壁６０３へ電荷が充電され、トランジスタＴＲ１０２と、抵抗Ｒ１２０と、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）（例えば２０（Ｖ））になる。またタイミングＴ４にて、放電時間Ｔｂ後に０（Ｖ）になる。
【００２９】
このように実際の駆動波形１３は、立ち上がりと立ち下がりでそれぞれＴａ、Ｔｂの遅れが生じるため、電圧が１／２Ｅ（Ｖ）（例えば１０（Ｖ））における駆動波形１０の噴射パルス信号Ｂの立ち下がりタイミングＷｂｅと、非噴射パルス信号Ｃの立ち上がりタイミングＷｃｓと立ち下がりタイミングＷｃｅの中間タイミングＷｃｍとの時間Ｄｗ２を図１に示す値になるように上記各タイミングＴ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を設定する。
【００３０】
次に、充電回路１８２の入力端子１８１および放電用回路１８４の入力端子１８２に入力される上記のタイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６を有するパルス信号を発生するパルスコントロール回路１８６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ＣＰＵ１１０が設けられ、ＣＰＵ１１０には、印字データや各種のデータを記憶するＲＡＭ１１２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記Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６のタイミングでオン、オフ信号を発生するシーケンスデータを記憶しているＲＯＭ１１４が接続されている。ここで、ＲＯＭ１１４には、図４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１１４Ａと、駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂとが設けられている。従って、駆動波形１０のシーケンスデータは、駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂに記憶されている。
【００３２】
さらに、ＣＰＵ１１０は各種のデータのやりとりするＩ／Ｏバス１１６に接続され、当該Ｉ／Ｏバス１１６には、印字データ受信回路１１８とパルスジェネレータ１２０および１２２が接続されている。パルスジェネレータ１２０の出力は充電回路１８２の入力端子１８１に接続され、パルスジェネレータ１２２の出力は放電用回路１８４の入力端子１８２に接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１４の駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂに記憶されているシーケンスデータに従って、パルスジェネレータ１２０および１２２を制御する。従って、前記のタイミングＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６の各種パターンを予めＲＯＭ１１４内の駆動波形データ記憶エリア１１４Ｂに記憶させておくことによって、図１に示す駆動波形１０の噴射パルス信号をアクチュエータ壁６０３に与えることができる。
【００３４】
尚、パルスジェネレータ１２０および１２２および充電回路１８２および放電回路１８４はインクジェットヘッドのノズル数と同じ数だけ設けられている。本実施の形態では、代表して一つのノズルの制御について説明したが、他のノズルの制御についても同様な制御である。
【００３５】
上記した本実施の形態にて駆動した場合のインク噴射テストの結果を図５の表を参照して説明する。
【００３６】
上記駆動波形１０を用いた駆動方法では２０（Ｖ）にて駆動した場合、インク液滴の噴射速度は、８．０ｍ／ｓであり、噴射パルス信号Ａ、Ｂに対応して２つのインク液滴が噴射され、２つのインク液滴体積の合計は、６０ｐｌ（ピコリットル）であった。しぶきを伴ったり、噴射停止することなく安定に噴射できる最高の駆動周波数は２１．５ｋＨｚであった。
【００３７】
比較実験として駆動波形１０の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａをインク流路６１３内の圧力波の片道伝播時間Ｔの０．３倍〜１．０５倍まで変化させて駆動した場合、および非噴射パルス信号Ｃを印加しなかった場合のインク液滴体積と、安定に噴射できる最高の駆動周波数の評価結果を図５に示す。
【００３８】
この結果から駆動波形１０の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａを０．３Ｔ以下とした場合は、インク液滴の体積が大きく減少していることが分かる。また、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａを０．７Ｔ以上とした場合は、インク液滴の体積はあまり変化しないが、安定に噴射できる最高駆動周波数が、１０％以上小さくなっていることが分かる。
【００３９】
次に駆動波形１０の非噴射パルス信号Ｃをなくした場合について同様の実験を行ったところ、全体的に、インク液滴の体積が増加し、安定に噴射できる最高駆動周波数が低下したが、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａの変化に対する、インク液滴の体積、安定に噴射できる最高駆動周波数の傾向は全く同じ結果であった。また、データは記載していないが、実験により該非噴射パルス信号Ｃの幅Ｗｃを０．３Ｔから０．７Ｔまで変化させても同様の結果が得られた。
【００４０】
以上の結果が得られた理由として、以下に示すようなインク液滴の噴射状態の違いが考えられる。
【００４１】
図６（ａ）は、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔより短い場合、図６（ｂ）は、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔから０．６５Ｔの範囲にある場合、図６（ｃ）は、噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．６５Ｔより長い場合の、それぞれの図１におけるタイミングＷａｅ、Ｗｂｅ、Ｗｃｅに対応するインク液滴の噴射状態を示す模式図である。
【００４２】
図６（ａ）の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔより短い場合は、噴射パルス信号Ａによる、インク液滴は実際には噴射されず、タイミングＷａｅにおいてノズル６１８からメニスカス５０１ａがやや飛び出した状態になるだけであり、タイミングＷｂｅにおいて、噴射パルス信号Ｂによるインク液滴５０２ａが噴射され、タイミングＷｃｅにおいてノズル６１８から離れて飛翔してゆくインク液滴５０３ａは、上記メニスカス５０１ａがやや飛び出した部分とインク液滴５０２ａの一体となったものであり、インク液滴５０２ａのみの場合よりはインク体積は大きくなるものの、あまりインク体積の増加は期待できない。これは、前述の特公平３−３０５０６号公報に記載されたものと実質的に同じである。
【００４３】
これに対し噴射パルス信号Ａの幅Ｗａが０．３５Ｔから０．６５Ｔの範囲にある場合には、図６（ｂ）に示すように、タイミングＷａｅにおいて噴射パルス信号Ａによるインク液滴５０１ｂが噴射される。これは、噴射パルス信号Ａを波幅Ｔとしたときよりも、効率が悪いが、後続の噴射パルス信号Ｂがなくても、ノズルから飛翔することができる程度のものである。そして、タイミングＷｂｅにおいて、そのインク液滴５０１ｂがノズル６１８から完全に離れる前に、前記噴射パルス信号Ｂによるインク液滴５０２ｂが噴射される。このとき噴射パルス信号Ｂは波幅Ｔであるから、従来の技術で説明したように、最も効率よく高速でインク液滴５０２ｂが噴射され、後者インク液滴５０２ｂが前者インク液滴５０１ｂに追いつき一体となってから、タイミングＷｃｅにおいて、非噴射パスル信号Ｃによりインク流路内の残留圧力波振動が抑えられるとともに、一体となったインク液滴５０３ｂがノズル６１８から切られて飛翔してゆくのであり、飛翔方向の曲がりなども発生しにくく安定な噴射が得られる。インク液滴５０３ｂは、上記インク液滴５０１ｂとインク液滴５０２ｂの一体となったものであり、十分なインク体積が得られる。
【００４４】
また、噴射パルス信号Ａの波幅Ｗａが０．６５Ｔよりも長い場合には、図６（ｃ）に示すように、タイミングＷａｅにおいて噴射パルス信号Ａによるインク液滴５０１ｃが噴射され、タイミングＷｂｅにおいて、インク液滴５０１ｃが、ノズル６１８から完全に離れた後に前記噴射パルス信号Ｂによるインク液滴５０２ｃが噴射され、タイミングＷｃｅにおいて、前記インク液滴５０２ｂが前記インク液滴５０１ｃに追いつき一体となってから、ノズル６１８から離れて飛翔してゆくのである。これは、前述の特公平６−５５５１３号公報に記載されたものと実質的に同じである。一体となったインク液滴５０３ｃは、上記インク液滴５０１ｃとインク液滴５０２ｃの一体となったものであり、十分なインク体積が得られるが、飛翔している途中でインク液滴５０１ｃとインク液滴５０２ｃが一体となるため、一体化した際に飛翔方向が曲がったりして、安定な噴射が得られにくくなるのである。また、噴射パルス信号Ａの波幅Ｗａが長くなった分だけ、駆動周波数（駆動波形１０を一組としたとき、これを繰り返し出力する周波数）が低くなる。つまり、高速で印字できなくなる。
【００４５】
従って上記の実験から、駆動波形１０の噴射パルス信号Ａの幅Ｗａを０．３５Ｔから０．６５Ｔとしたときに、必要なインク液滴の体積を保ちながら、より高い駆動周波数まで安定に噴射駆動することができ、さらに、波幅が、０．３から０．７Ｔである非噴射パルス信号Ｃを、非噴射パルス信号の立ち上がりタイミングＷｃｓと立ち下がりタイミングＷｃｅとの中間タイミングＴｃｍと、２番目の噴射パルス信号Ｂの立ち下がりタイミングとの時間差Ｄｗ２がほぼ２．５Ｔとしたときには、ややインク液滴の体積は減少するが、安定に噴射できる最高駆動周波数が大幅に高くなることが分かる。
【００４６】
以上、一実施の形態を詳細に説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、複数の噴射パルス信号は噴射パルス信号Ａと噴射パルス信号Ｂの２個であったが、必要なインク液滴の体積に応じて３個以上にしても同様の傾向があることが分かっている。
【００４７】
また、上記実施の形態では、正の電源１８７を用いたが、分極方向を図７の６０９、６１１を逆にして、負の電源を用いてもよい。さらに、図９に示すように分極方向を逆にして、更に、各インク流路７１３側の電極７１９をアースに接続し、空間７１５に面している各電極を二つに分け、それぞれ電極７２１および７２２として、当該電極７２１，７２２をそれぞれ噴射用充電回路に接続するようにしてもよい。
【００４８】
尚、本実施の形態では、アクチュエータ壁６０３の下部壁６０７および上部壁６０５の圧電変形によりインク流路６１３の容積を変形してインクを噴射していたが、下部壁もしくは上部壁の一方を圧電変形しない材質で形成し、他方の圧電変形に伴なって変形するようにして、インクを噴射してもよい。また、本実施の形態では、インク流路６１３の両側に空気室６１５を設けていたが、空気室を設けずに、インク流路が隣接するようにしてもよい。
【００４９】
また、インク流路の一部に振動板を設け、その振動板に圧電素子、その他の機械的振動発生素子を添わせた構成等、その他の構成についても、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した態様で本発明を実施できる。
【００５０】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、第１の噴射パルス信号の幅を０．３５Ｔ〜０．６５Ｔとし、第２の噴射パルス信号以降の噴射パルス信号をほぼＴとし、前記第１の噴射パルス信号とそれに続く噴射パルス信号との時間間隔をＴとし、第１の噴射パルス信号によりノズルから噴射したインク液滴がそのノズルから離れる前に２番目の噴射パルス信号によるインク液滴が前記ノズルから噴射するタイミングで、第１の噴射パルス信号の後で２番目の噴射パルス信号をアクチュエータに印加することで、先行するインク液滴がノズルから離れない状態でそのインク液滴に後続のインク液滴が合体した後、ノズルから離れて飛翔することになる。したがって、飛翔方向の曲がりなどが生じにくく、高い周波数での噴射安定性の向上が得られるとともに、１ドット当たりの必要インク量が得られる。また、複数の噴射パルス信号の後に、非噴射パルス信号を所定のタイミング、波幅で印加することで、インク液滴噴射後のインク流路内の残留圧力波振動を抑制することができ、さらに高周波数の印字でも安定噴射ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のインク噴射装置の駆動波形を示す図である。
【図２】前記インク噴射装置の駆動回路を示す図である。
【図３】前記インク噴射装置の駆動のタイミングチャートを示す図である。
【図４】前記インク噴射装置の制御回路のＲＯＭの記憶領域を示す図である。
【図５】前記インク噴射装置の駆動波形の噴射パルス信号の幅の適正範囲を求めるために行った実験の結果を説明する図である。
【図６】前記インク噴射装置の駆動波形の噴射パルス信号の幅の適正範囲を求めるために行った実験のインク液滴の飛翔状態を説明する模式図である。
【図７】従来例、および本発明に係るインク噴射装置を示す図である。
【図８】従来例、および本発明に係るインク噴射装置の動作を説明する図である。
【図９】本発明の別の実施の形態のインク噴射装置を示す図である。
【符号の説明】
１０ 駆動波形
１８７ 正の電源
６００ インクジェットヘッド
６０３ アクチュエータ壁
６１３ インク流路
６２５ 制御回路
Claims (4)
- インクが充填されるインク流路と、前記インク流路の容積を増減させて該インク流路内に圧力波を発生させるアクチュエータと、前記インク流路の一端からそのインク流路内のインクをインク液滴として噴射するノズルとを備え、
１ドット当たりの印字命令に対して波高値が等しい複数の噴射パルス信号を前記アクチュエータに連続して印加するとともに、
前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたとき、最初に印加する第１の噴射パルス信号の波幅を０．３５Ｔ〜０．６５Ｔ、かつ２番目以降に印加する噴射パルス信号の波幅をほぼＴ、前記第１の噴射パルス信号とそれに続く噴射パルス信号との時間間隔をＴとし、
前記第１の噴射パルス信号により前記ノズルから噴射したインク液滴がそのノズルから離れる前に２番目の噴射パルス信号によるインク液滴が前記ノズルから噴射するタイミングで、前記第１の噴射パルス信号の後で前記２番目の噴射パルス信号を前記アクチュエータに印加することを特徴とするインク噴射装置の駆動方法。 - 前記複数の噴射パルス信号と波高値が同じで、波幅が、０．３Ｔ〜０．７Ｔである非噴射パルス信号を、該非噴射パルス信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとの中間タイミングと、前記複数の噴射パルス信号のうち最後に印加する噴射パルス信号の立ち下がりタイミングとの時間差がほぼ２．５Ｔとなるように前記アクチュエータに印加することを特徴とする請求項１記載のインク噴射装置の駆動方法。
- インクが充填されるインク流路と、前記インク流路の容積を増減させて該インク流路内に圧力波を発生させるアクチュエータと、前記インク流路の一端からそのインク流路内のインクをインク液滴として噴射するノズルと、前記アクチュエータに噴射パルス信号を印加する駆動装置とを備えるインク噴射装置において、
前記駆動装置は、１ドット当たりの印字命令に対して波高値が等しい複数の噴射パルス信号を連続して印加するとともに、
前記インク流路内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたとき、最初に印加する第１の噴射パルス信号の波幅を０．３５Ｔ〜０．６５Ｔ、かつ２番目以降に印加する噴射パルス信号の波幅をほぼＴ、前記第１の噴射パルス信号とそれに続く噴射パルス信号との時間間隔をＴとし、
前記第１の噴射パルス信号により前記ノズルから噴射したインク液滴がそのノズルから離れる前に２番目の噴射パルス信号によるインク液滴が前記ノズルから噴射するタイミングで、前記第１の噴射パルス信号の後で前記２番目の噴射パルス信号を前記アクチュエータに印加することを特徴とする駆動装置。 - 前記複数の噴射パルス信号と波高値が同じで、波幅が、０．３Ｔ〜０．７Ｔである非噴射パルス信号を、該非噴射パルス信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとの中間タイミングと、前記複数の噴射パルス信号のうち最後に印加する噴射パルス信号の立ち下がりタイミングとの時間差がほぼ２．５Ｔとなるように前記アクチュエータに印加することを特徴とする請求項３記載の駆動装置。
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