JP4763331B2 - インクジェットヘッドの駆動信号の波形作成方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
ここで、mは、レーザドップラ振動計で観測された時系列流速データのデータ数である。レーザドップラ振動計で観測された流速データのサンプリング時間をdtとすれば、mはTc/dtの値となる。添字のiは、チャンネル番号を示す1から10までの整数であり、この番号は電極8a〜8jまたはノズル10a〜10jに対応している。また、添字のjは、時系列データにおいて先頭からj番目のデータを示す1〜mまでの整数である。j番目のデータは、時刻j×dtのデータを示している。添字のkは、周波数系列データにおいて先頭からk番目のデータを示す1〜mまでの整数である。k番目のデータは、周波数(k−1)/Tcのデータを示している。Iは虚数単位である。ここで述べた添字の記法は以下の説明においても用いることとする。
Ri,kは、テスト駆動信号VT1に対するノズル内のメニスカス流速Uiの周波数(k−1)/Tcにおける振幅と位相の変化を複素数の形で示している。Riをチャンネルiの応答特性としたとき、R1〜R10の絶対値と位相角を図11に示す。以上、テスト駆動信号としてノイズ波形を用いた場合について説明したが、テスト駆動信号として周波数可変の正弦波や余弦波を用い、各周波数における流速振動の振幅と位相を測定することによって応答特性Rを求めことも可能である。
上記数式〔数4〕により求められた仮想メニスカス振動の流速U1〜U10を、図13に示す。
流速スペクトルFUi,kは、仮想メニスカス振動の流速Uiの周波数(k−1)/Tcにおける流速振幅と位相を複素数の形で表している。このようにして得られた流速スペクトルFUのうち、FU3の絶対値を図14に示す。ここで、fmaxは、その周波数以下に大部分の周波数成分が含まれる周波数であり、後述するように、駆動信号VAの周波数成分の上限を定めるために用いられる。
上記の数式〔数7〕および数式〔数9〕で得られた電圧スペクトルFVAi,kは、仮想メニスカス振動の流速Uiを発生させる駆動信号VAiの、周波数(k−1)/Tcにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、上記数式〔数6〕で得られる[R]kのa行b列目の要素は、b番目のチャンネルの周波数(k−1)/Tcの電圧振動に対するa番目のノズル内のメニスカス流速振動の振幅と位相の変化を複素数の形で表している。[R]k −1は[R]kの逆行列である。逆行列の演算は、WOLFRAM RESEARCH社のMATHEMATICA(登録商標)などの数式解析ソフトウエアにより行うことができる。
ここで、Re[z]は、複素数z=a+bIの実数部aを得る関数である。VAi,jは、仮想メニスカス振動の流速Uを発生させる駆動信号VAの、i番目のチャンネルの時刻j×dtにおける電圧値である。
このように得られた駆動信号VAi、すなわちVA1〜VA10は、各々電極8a〜8jに印加された場合、ノズル10a〜10j内のメニスカスに仮想メニスカス振動の変位X1〜X10を生じさせる駆動信号になる。
また、m’は、次の数式〔数11〕のとおりとなる最も大きい整数である。
このように逆フーリエ変換の周波数の上限をfmaxとすることにより、駆動信号VAの周波数成分の上限値がfmaxに定められる。仮想メニスカス振動が実際のインクジェットヘッドがほとんど応答しない周波数成分を有している場合に、fmaxを定めることによって、駆動信号VAの電圧振幅が異常に大きくなる事態を防止できる。fmaxはFUの周波数成分の大部分がfmax以内に含まれることが望ましい。駆動信号VAの電圧変動が現れる期間や電圧振幅は、圧力室の長さLに応じて変化する。圧力室の長さLは、電圧変動が現れる期間が最小限になる範囲内で、電圧振幅が最も小さくなる値に定められることが望ましい。以上のようにして得られた駆動信号VA(VA1〜VA10)を、図15に示す。
ここで、MIN[VB1,j,VB2,j,...]は、[ ]内の値のうち最小値を示す関数である。
この例において、インクを吐出する圧力室7cを駆動するアクチュエータ13c、13dに印加される駆動信号VEは「VE=VD3−VD2」により算出され、図18に示す駆動信号となる。
このため、各ドロップの吐出体積に応じて吐出時間stを可変している。また、各ドロップの仮想メニスカス振動の変位の終端に、変位が0でありかつ変位の時間微分で表される流速が0となる条件を設定することにより、各ドロップの吐出動作終了後の残留振動を実質的に0にしている。その結果、例えば第2ドロップを吐出させる場合、第1ドロップを吐出させたか否かによるインク吐出速度の変動を防止でき、各ドロップの吐出速度を均一化できる。
このとき、U1〜U5は、圧力分散により下記の数式〔数16〕のとおりとなる。
したがって、上記数式〔数15〕および〔数16〕より、次の数式〔数17〕に示すとおりとなる。
ゆえに、メニスカス盛り上がりの力が流速の2乗に比例することを考慮すれば、下記の数式〔数18〕のとおりであるのが最適なのは、明らかである。
1 基板
2、3 圧電部材
4 天板枠
5 天板蓋
7 圧力室
8 電極
11 ノズルプレート
13 アクチュエータ
14 インク供給路
15 インク供給口
Claims (6)
- インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドの前記駆動信号の波形を作成する方法において、
前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速の応答特性を測定し、メニスカス流速振動をU、前記Uのフーリエ変換結果をFU、前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速の応答特性をRとしたとき、FV=R −1 FUとして、FVを逆フーリエ変換することで前記波形を求めることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動信号の波形作成方法。 - 前記メニスカス流速振動は、1回のインク吐出行程が終了した時の変位がインク吐出行程前の変位と実質的に同じで、1回のインク吐出行程が終了した時の流速が実質的に0であることを特徴とした請求項1記載のインクジェットヘッドの駆動信号の波形作成方法。
- 前記演算は所定の周波数以上の周波数成分をカットする過程を含むことを特徴とした請求項1記載のインクジェットヘッドの駆動信号の波形作成方法。
- インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドと、前記駆動信号の波形情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された波形情報を元に前記駆動信号を発生して前記インクジェットヘッドを駆動する駆動手段を有するインクジェット記録装置において、
前記波形情報は前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速を測定して得られた応答特性に基づいて、メニスカス流速振動をU、前記Uのフーリエ変換結果をFU、前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速の応答特性をRとしたとき、FV=R −1 FUとして、FVを逆フーリエ変換することによって求められたものであることを特徴とするインクジェット記録装置。 - 前記メニスカス流速振動は、1回のインク吐出行程が終了した時の変位がインク吐出行程前の変位と実質的に同じで、1回のインク吐出行程が終了した時の流速が実質的に0であることを特徴とした請求項4記載のインクジェット記録装置。
- 前記演算は所定の周波数以上の周波数成分をカットする過程を含むことを特徴とした請求項4記載のインクジェット記録装置。
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