JP6624205B2 - インクジェット記録装置、インクジェットヘッドの駆動方法及び駆動波形の設計方法 - Google Patents
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Description
本発明はインクジェット記録装置、インクジェットヘッドの駆動方法及び駆動波形の設計方法に関し、詳しくは、AL値に対するロバスト性の高い駆動波形によってインクジェットヘッドをマルチドロップ方式で駆動でき、高品質の画像を形成することができるインクジェット記録装置、インクジェットヘッドの駆動方法及び駆動波形の設計方法に関する。
近年、階調性に優れたインクジェット画像を形成するため、1つのインクジェットヘッドから異なる液量の液滴を打ち分けるマルチドロップの必要性が高まってきている。
同一のノズルから異なる液量の液滴を打ち分ける方法として、1画素周期内に同一の駆動パルスを繰り返し印加することにより、同一のノズルから複数の液滴を連続吐出させ、記録媒体上の同一画素内に着弾させる方法が知られている(特許文献1)。駆動パルスの印加数を異ならせることにより、1画素のドット径を異ならせることができる。しかし、この方法では1画素のドット径を大きくする程、駆動周期が長くなる問題がある。
一方、マルチドロップ方式の駆動波形として、圧力室の容積を一定時間膨張させる第1の膨張パルス、圧力室の容積を一定時間収縮させる第1の収縮パルス、圧力室の容積を一定時間膨張させる第2の膨張パルス、圧力室の容積を一定時間収縮させる第2の収縮パルスの各駆動パルスをこの順に有するものが本願出願人により提案されている(特許文献2)。
この駆動波形の駆動パルスをインクジェットヘッドの圧力発生手段に印加すると、圧力室の容積が複数回変動することで、同一のノズルから2以上の液滴が連続して吐出される。そして、各液滴を飛翔中に合一させ、または記録媒体上の同一画素内に着弾させることで、駆動周期を長くすることなく、1画素のドット径を大きくすることが可能である。
本発明者は、マルチドロップ方式の駆動波形について更に検討を加えたところ、以下の新たな課題を見出した。
駆動波形における各駆動パルスのパルス幅は、液量や液滴速度等の射出特性が狙った特性となるように、インクジェットヘッドの圧力室に固有の圧力波の音響的共振周期に基づいて設定される。この音響的共振周期の1/2をALとすると、射出特性を決定するパルス幅はAL値によって規定される。
しかし、一般にインクジェットヘッドは、製造方法や材料等に起因して、圧力室形状にある程度のばらつきを有している。このため、AL値も圧力室毎、ノズル列毎、インクジェットヘッド毎等にばらつきを有している。従って、狙った射出特性となることを意図してパルス幅を一様に設定しても、圧力室毎、ノズル列毎、インクジェットヘッド毎等のAL値のばらつきによって射出特性にばらつきが発生する場合がある。この射出特性のばらつきは、ノズル面と記録媒体との間の距離(ギャップ)が大きくなる程、すなわち液滴の飛翔距離が長くなる程、液滴の着弾位置ずれを引き起こし易くなり、画像を乱す原因となる。特に布帛にインクジェット画像を形成する捺染装置の場合、一般の記録装置に比べてギャップが大きくなるため、AL値のばらつきに起因する射出特性のばらつきの影響は大きくなる。
図15は、同一のインクジェットヘッドを用いて、ノズルから1滴の液滴を吐出させる一般的な駆動パルスを印加することによって各ノズルからそれぞれ1滴ずつ液滴(小液滴:7pl)を吐出させて着弾させた場合と、特許文献2記載のマルチドロップ方式の駆動パルスと上記一般的な駆動パルスを連続印加することによって各ノズルから液滴(中液滴:18pl)を吐出させて着弾させた場合とを比較した図である。ギャップは3mmである。
この場合、小液滴の着弾位置が横一列に揃うように、インクジェットヘッドに印加する駆動パルスの電圧値が調整されている。従って、小液滴は当然に着弾位置ずれがほとんど発生しないのに対し、中液滴は着弾ずれが発生している。この原因について本発明者が鋭意検討したところ、マルチドロップ方式の駆動パルスが、AL値のばらつきに対して不安定であり、射出特性のばらつきを発生させ易いものであることがわかった。
一般に、中液滴の着弾位置ずれは、中液滴の駆動パルスの電圧値によって調整可能である。しかし、インクジェットヘッドは小液滴、中液滴に共通であるため、液滴の大小にかかわらず一定の電圧値を設定せざるを得ない。このため、マルチドロップ方式の駆動パルスを、圧力室毎、ノズル列毎、インクジェットヘッド毎等のAL値にばらつきがあっても、射出特性のばらつきを抑えることができるロバスト性の高いものとすることが必要である。
ここで、駆動波形のロバスト性について説明する。図16〜図18は、AL値に対するロバスト性を説明する説明図である。各図中の(a)は、インクジェットヘッドの圧力室の容積を膨張させる膨張パルスと、圧力室の容積を収縮させる収縮パルスを有し、ノズルから1滴の液滴を吐出させる駆動波形のそれぞれ一例を示す図、(b)は、AL値のばらつきに対する液滴速度の変化を示すグラフ、(c)は、その駆動波形によるノズル内のメニスカスの振動速度を示すグラフである。メニスカスの振動は、圧力室内に正の圧力波が発生している場合は+側(ノズル外に突出する方向)、負の圧力波が発生している場合は−側(ノズル内に引っ込む方向)となる。
これらの駆動波形は、何れも膨張パルスの立ち下がりに同期する収縮パルスの立ち下がりによってノズルから1滴の液滴を吐出させるものである。図16に示すように、この膨張パルスのパルス幅を1.0ALに設定すると、膨張パルスの立ち上がりパルスP10で圧力室内に励起される圧力波振動と、立ち下がりパルスP20で圧力室内に励起される圧力波振動の位相とは一致する。このため、各圧力波振動の合成振動によって、圧力室内の液体に効率的に吐出圧力を付与できる。この場合、各圧力波振動のピークが一致するため、AL値のばらつきによって各圧力波振動相互に位相ずれが発生しても、それによる合成振動の変化は小さい。このため、液滴速度の変化のグラフは横ばいとなる。すなわち、AL値に対する液滴速度の変化は非常に鈍感となるため、AL値のばらつきに対するロバスト性は高い。なお、P30は、収縮パルスの立ち上がりパルスである。
一方、図17、図18に示すように、液滴を吐出するための膨張パルスのパルス幅を0.5AL又は1.5ALに設定すると、膨張パルスの立ち上がりパルスP10で圧力室内に励起される圧力波振動の位相と、立ち下がりパルスP20で圧力室内に励起される圧力波振動の位相とは一致しない。膨張パルスの立ち下がりパルスP20で発生した圧力波振動の位相は、膨張パルスの立ち上がりパルスP10で発生した圧力波振動の位相に対して、図17では早い方(左方向)、図18では遅い方(右方向)にずれる。その結果、AL値のばらつきによる合成振動の変化が大きくなり、液滴速度の変化のグラフは横ばいにならない。図17では右肩下がりのグラフとなり、速度変動は負の相関を持つ。また、図18では右肩上がりのグラフとなり、速度変動は正の相関を持つ。何れもAL値に対する液滴速度の変化は敏感となるため、AL値のばらつきに対するロバスト性は低下する。
このように、液滴を吐出するための膨張パルスのパルス幅を1.0ALに設定することで、AL値に対するロバスト性の高い駆動波形とすることができる。しかし、これはノズルから1滴の液滴吐出を行う場合である。特許文献2記載のようなマルチドロップ方式の駆動波形の場合、圧力室の容積を複数回変動させるため、圧力室内に励起される圧力波振動の重なりはより複雑となる。しかも、マルチドロップ方式では、複数の液滴によって1画素を形成するため、膨張パルスは1滴の液滴のみを吐出する場合のように1.0ALに設定されるとは限らない。このため、液滴を吐出するための膨張パルスのパルス幅が1ALでない場合でも、インクジェットヘッドを、AL値に対するロバスト性の高い駆動波形によってマルチドロップ方式で駆動できることが望まれる。
なお、特許文献3は、駆動波形の各節で発生する圧力波振動の位相を合わせることを開示するが、20μm以下の微小液滴を吐出するものであり、AL値に対するロバスト性の高いマルチドロップ方式の駆動波形を開示するものではない。
そこで、本発明は、AL値に対するロバスト性の高い駆動波形によってインクジェットヘッドをマルチドロップ方式で駆動でき、高品質の画像を形成することができるインクジェット記録装置を提供することを課題とする。
また、本発明は、AL値に対するロバスト性の高い駆動波形によってインクジェットヘッドをマルチドロップ方式で駆動でき、高品質の画像を形成す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ことを課題とする。
さらに、本発明は、AL値に対するロバスト性の高いマルチドロップ方式の駆動波形を設計できる駆動波形の設計方法を提供することを課題とする。
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
1.駆動波形の印加による圧力発生手段の駆動によって圧力室の容積を変動させ、該圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与し、ノズルから液滴を吐出させるインクジェットヘッドと、
前記圧力発生手段に対して前記駆動波形を出力する駆動制御部とを備え、
前記駆動制御部は、前記圧力室の容積を複数回変動させることにより前記ノズルから複数の前記液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるための複数の駆動パルスを有する駆動波形を出力し、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスは、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させ、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とは、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有しており、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスは、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させ、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有しているインクジェット記録装置。
2.前記駆動波形は、1発目の前記液滴を吐出するための前記駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第1の膨張パルスと、該第1の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる第1の収縮パルスとを有し、
前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.8AL以下又は1.2AL以上1.6AL以下であり、
前記第1の収縮パルスのパルス幅は、0.5ALである前記1記載のインクジェット記録装置。
3.前記駆動波形は、2発目の前記液滴を吐出するための前記駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第2の膨張パルスを有し、
前記第2の膨張パルスの立ち上がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する前記残響圧力波振動の合成振動と、前記第2の膨張パルスの立ち下がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動との位相ずれが、前記第1の膨張パルスのパルス幅が0.4AL以上0.8AL以下の場合に、0AL以上1.5AL以下であり、前記第1の膨張パルスのパルス幅が1.2AL以上1.6AL以下の場合に、−0.5AL以上0AL以下である前記2記載のインクジェット記録装置。
4.前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.8AL以下であり、
前記第2の膨張パルスのパルス幅は、1.2ALより大きく1.9AL以下である前記3記載のインクジェット記録装置。
5.前記第1の膨張パルスのパルス幅は、1.2AL以上1.6AL以下であり、
前記第2の膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.1AL以下である前記3記載のインクジェット記録装置。
6.前記駆動波形は、前記第2の膨張パルスの後に、前記圧力室の容積を一定時間収縮させ、前記圧力室内に残存する残響圧力波振動をキャンセルする第2の収縮パルスを有する前記3、4又は5記載のインクジェット記録装置。
7.前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、2ALのパルス幅を有する前記6記載のインクジェット記録装置。
8.前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了後に1ALの休止時間をおいて印加され、1ALのパルス幅を有する前記6記載のインクジェット記録装置。
9.前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、0.5ALのパルス幅を有し、
前記駆動波形は、前記第2の収縮パルスの印加終了後、0.5ALの休止時間をおいて印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる1ALのパルス幅の第3の収縮パルスを有する前記6記載のインクジェット記録装置。
10.前記駆動波形は、矩形波である前記1〜9の何れかに記載のインクジェット記録装置。
11.前記インクジェットヘッドは、前記圧力発生手段がシアモードで駆動するシアモード型のインクジェットヘッドである前記1〜10の何れかに記載のインクジェット記録装置。
12.駆動波形の印加によってインクジェットヘッドの圧力発生手段を駆動させることにより圧力室の容積を複数回変動させ、該圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与し、ノズルから複数の液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記駆動波形として、前記圧力室の容積を複数回変動させることにより前記ノズルから複数の前記液滴を吐出させるための複数の駆動パルスを用い、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とを、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有するものとし、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有するものとするインクジェットヘッドの駆動方法。
13.前記1発目の液滴を吐出させるための駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第1の膨張パルスと、該第1の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる第1の収縮パルスとを用い、
前記第1の膨張パルスのパルス幅を、0.4AL以上0.8AL以下又は1.2AL以上1.6AL以下とし、
前記第1の収縮パルスのパルス幅を、0.5ALとする前記12記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
14.前記2発目の液滴を吐出させるための駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第2の膨張パルスを用い、
前記第2の膨張パルスの立ち上がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する前記残響圧力波振動の合成振動と、前記第2の膨張パルスの立ち下がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動との位相ずれを、前記第1の膨張パルスのパルス幅が0.4AL以上0.8AL以下の場合に、0AL以上1.5AL以下とし、前記第1の膨張パルスのパルス幅が1.2AL以上1.6AL以下の場合に、−0.5AL以上0AL以下とする前記13記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
15.前記第1の膨張パルスのパルス幅を、0.4AL以上0.8AL以下とし、
前記第2の膨張パルスのパルス幅を、1.2ALより大きく1.9AL以下とする前記14記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
16.前記第1の膨張パルスのパルス幅を、1.2AL以上1.6AL以下とし、
前記第2の膨張パルスのパルス幅を、0.8AL以上1.1AL以下とする前記14記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
17.前記駆動波形として、前記第2の膨張パルスの後に、前記圧力室の容積を一定時間収縮させ、前記圧力室内に励起される残響圧力波振動をキャンセルする第2の収縮パルスを用いる前記14、15又は16記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
18.前記第2の収縮パルスを、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加し、2ALのパルス幅とする前記17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
19.前記第2の収縮パルスを、1ALのパルス幅とし、前記第2の膨張パルスの印加終了後に1ALの休止時間をおいて印加する前記17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
20.前記第2の収縮パルスを、0.5ALのパルス幅とし、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加し、
前記駆動波形として、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる1ALのパルス幅の第3の収縮パルスを、前記第2の収縮パルスの印加終了後、0.5ALの休止時間をおいて印加する前記17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
21.前記駆動波形を、矩形波とする前記12〜20の何れかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
22.前記インクジェットヘッドとして、前記圧力発生手段がシアモードで駆動するシアモード型のインクジェットヘッドを用いる前記12〜21の何れかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
23.インクジェットヘッドの圧力発生手段に印加することによって該圧力発生手段を駆動させ、圧力室の容積を複数回変動させてノズルから複数の液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるための複数の駆動パルスを有する駆動波形の設計方法であって、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とを、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有するものとし、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有するものとする駆動波形の設計方法。
前記圧力発生手段に対して前記駆動波形を出力する駆動制御部とを備え、
前記駆動制御部は、前記圧力室の容積を複数回変動させることにより前記ノズルから複数の前記液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるための複数の駆動パルスを有する駆動波形を出力し、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスは、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させ、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とは、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有しており、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスは、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させ、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有しているインクジェット記録装置。
2.前記駆動波形は、1発目の前記液滴を吐出するための前記駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第1の膨張パルスと、該第1の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる第1の収縮パルスとを有し、
前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.8AL以下又は1.2AL以上1.6AL以下であり、
前記第1の収縮パルスのパルス幅は、0.5ALである前記1記載のインクジェット記録装置。
3.前記駆動波形は、2発目の前記液滴を吐出するための前記駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第2の膨張パルスを有し、
前記第2の膨張パルスの立ち上がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する前記残響圧力波振動の合成振動と、前記第2の膨張パルスの立ち下がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動との位相ずれが、前記第1の膨張パルスのパルス幅が0.4AL以上0.8AL以下の場合に、0AL以上1.5AL以下であり、前記第1の膨張パルスのパルス幅が1.2AL以上1.6AL以下の場合に、−0.5AL以上0AL以下である前記2記載のインクジェット記録装置。
4.前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.8AL以下であり、
前記第2の膨張パルスのパルス幅は、1.2ALより大きく1.9AL以下である前記3記載のインクジェット記録装置。
5.前記第1の膨張パルスのパルス幅は、1.2AL以上1.6AL以下であり、
前記第2の膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.1AL以下である前記3記載のインクジェット記録装置。
6.前記駆動波形は、前記第2の膨張パルスの後に、前記圧力室の容積を一定時間収縮させ、前記圧力室内に残存する残響圧力波振動をキャンセルする第2の収縮パルスを有する前記3、4又は5記載のインクジェット記録装置。
7.前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、2ALのパルス幅を有する前記6記載のインクジェット記録装置。
8.前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了後に1ALの休止時間をおいて印加され、1ALのパルス幅を有する前記6記載のインクジェット記録装置。
9.前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、0.5ALのパルス幅を有し、
前記駆動波形は、前記第2の収縮パルスの印加終了後、0.5ALの休止時間をおいて印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる1ALのパルス幅の第3の収縮パルスを有する前記6記載のインクジェット記録装置。
10.前記駆動波形は、矩形波である前記1〜9の何れかに記載のインクジェット記録装置。
11.前記インクジェットヘッドは、前記圧力発生手段がシアモードで駆動するシアモード型のインクジェットヘッドである前記1〜10の何れかに記載のインクジェット記録装置。
12.駆動波形の印加によってインクジェットヘッドの圧力発生手段を駆動させることにより圧力室の容積を複数回変動させ、該圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与し、ノズルから複数の液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記駆動波形として、前記圧力室の容積を複数回変動させることにより前記ノズルから複数の前記液滴を吐出させるための複数の駆動パルスを用い、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とを、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有するものとし、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有するものとするインクジェットヘッドの駆動方法。
13.前記1発目の液滴を吐出させるための駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第1の膨張パルスと、該第1の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる第1の収縮パルスとを用い、
前記第1の膨張パルスのパルス幅を、0.4AL以上0.8AL以下又は1.2AL以上1.6AL以下とし、
前記第1の収縮パルスのパルス幅を、0.5ALとする前記12記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
14.前記2発目の液滴を吐出させるための駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第2の膨張パルスを用い、
前記第2の膨張パルスの立ち上がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する前記残響圧力波振動の合成振動と、前記第2の膨張パルスの立ち下がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動との位相ずれを、前記第1の膨張パルスのパルス幅が0.4AL以上0.8AL以下の場合に、0AL以上1.5AL以下とし、前記第1の膨張パルスのパルス幅が1.2AL以上1.6AL以下の場合に、−0.5AL以上0AL以下とする前記13記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
15.前記第1の膨張パルスのパルス幅を、0.4AL以上0.8AL以下とし、
前記第2の膨張パルスのパルス幅を、1.2ALより大きく1.9AL以下とする前記14記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
16.前記第1の膨張パルスのパルス幅を、1.2AL以上1.6AL以下とし、
前記第2の膨張パルスのパルス幅を、0.8AL以上1.1AL以下とする前記14記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
17.前記駆動波形として、前記第2の膨張パルスの後に、前記圧力室の容積を一定時間収縮させ、前記圧力室内に励起される残響圧力波振動をキャンセルする第2の収縮パルスを用いる前記14、15又は16記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
18.前記第2の収縮パルスを、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加し、2ALのパルス幅とする前記17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
19.前記第2の収縮パルスを、1ALのパルス幅とし、前記第2の膨張パルスの印加終了後に1ALの休止時間をおいて印加する前記17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
20.前記第2の収縮パルスを、0.5ALのパルス幅とし、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加し、
前記駆動波形として、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる1ALのパルス幅の第3の収縮パルスを、前記第2の収縮パルスの印加終了後、0.5ALの休止時間をおいて印加する前記17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
21.前記駆動波形を、矩形波とする前記12〜20の何れかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
22.前記インクジェットヘッドとして、前記圧力発生手段がシアモードで駆動するシアモード型のインクジェットヘッドを用いる前記12〜21の何れかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
23.インクジェットヘッドの圧力発生手段に印加することによって該圧力発生手段を駆動させ、圧力室の容積を複数回変動させてノズルから複数の液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるための複数の駆動パルスを有する駆動波形の設計方法であって、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とを、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有するものとし、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有するものとする駆動波形の設計方法。
本発明によれば、AL値に対するロバスト性の高い駆動波形によってインクジェットヘッドをマルチドロップ方式で駆動でき、高品質の画像を形成することができるインクジェット記録装置を提供することができる。
また、本発明によれば、AL値に対するロバスト性の高い駆動波形によってインクジェットヘッドをマルチドロップ方式で駆動でき、高品質の画像を形成す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ことができる。
さらに、本発明によれば、AL値に対するロバスト性の高いマルチドロップ方式の駆動波形を設計できる駆動波形の設計方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
(インクジェット記録装置)
図1は、本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図1は、本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す概略構成図である。
インクジェット記録装置1において、搬送機構2は、紙、プラスチックシート、布帛等からなる記録媒体7を搬送ローラー対22によって挟持し、搬送モーター23による搬送ローラー21の回転によって図中のY方向(副走査方向)に搬送するようになっている。搬送ローラー21と搬送ローラー対22の間に、インクジェットヘッド(以下、単にヘッドという。)3が設けられている。ヘッド3は、ノズル面側が記録媒体7の記録面71と対面するようにキャリッジ5に搭載されており、フレキシブルケーブル6を介して駆動制御部8に電気的に接続されている。
本発明において、ヘッド3のノズル面と記録媒体7の記録面71との間の距離(ギャップ)は、2mm以上であることが好ましく、3mm以上であることがより好ましい。ギャップが大きくなることで液滴の飛翔距離が長くなり、液滴の射出特性のばらつきが顕著に目立つようになるため、後述する本発明の適用によって射出特性のばらつきが抑えられる効果がより顕著に得られるようになるからである。
キャリッジ5は、不図示の駆動手段によって、記録媒体7の幅方向に亘って架け渡されたガイドレール4に沿って、副走査方向と略直交する図中のX−X’方向(主走査方向)に往復移動可能に設けられている。本実施形態に示すヘッド3は、キャリッジ5の往復移動に伴って記録媒体7の記録面71を主走査方向に移動し、この移動の過程で、画像データに応じてノズルから液滴を吐出し、インクジェット画像を記録するスキャン型のヘッドである。しかし、本発明におけるインクジェット記録装置において、ヘッド3はスキャン型に限らない。図示しないが、ヘッド3は、記録媒体7の幅方向に亘って長尺状に形成され又は複数の小ヘッドが千鳥状に配置されることにより、一定速度で搬送される記録媒体7に対してワンパスで記録を行うライン型でもよい。
図2は、は、ヘッド3の一実施形態を示す図であり、(a)は外観を断面で示す斜視図、(b)は側面から見た断面図である。
ヘッド3において、基板30には、細溝状の多数のチャネル31と隔壁32とが交互となるように並設されている。基板30の上面には、全てのチャネル31の上方を塞ぐようにカバープレート33が設けられている。基板30とカバープレート33の端面に亘ってノズルプレート34が接合されている。各チャネル31の一端は、このノズルプレート34に形成されたノズル341を介して外部と連通している。
各チャネル31の他端は、基板30に対して徐々に浅溝となるように形成されている。カバープレート33には各チャネル31に共通の共通流路331が形成されており、各チャネル31の他端は、この共通流路331に連通している。共通流路331はプレート35によって閉塞されている。プレート35にはインク供給口351が形成されており、このインク供給口351を介して、インク供給管352から共通流路331及び各チャネル31内にインクが供給されるようになっている。
隔壁32は、PZT等の圧電素子からなる。この隔壁32は、上壁部321と下壁部322とが互いに反対方向に分極処理された圧電素子によって形成されている。しかし、隔壁32において圧電素子によって形成される部分は例えば上壁部321のみであってもよい。隔壁32とチャネル31は交互に並設されているため、1つの隔壁32はその両隣のチャネル31、31で共用されている。
チャネル31の内面には、両隔壁32、32の壁面から底面に亘って、それぞれ駆動電極(図2おいては不図示)が形成されている。隔壁32を挟んで配置される2つの駆動電極に、駆動制御部8からそれぞれ所定電圧の駆動波形が印加されると、隔壁32が上壁部321と下壁部322との接合面を境にしてせん断変形し、2つの隔壁32、32に挟まれたチャネル31の容積を変動させる。すなわち、隔壁32、32が互いに離れる方向に変形すると、チャネル31の容積は膨張し、隔壁32、32が互いに近づく方向に変形すると、チャネル31の容積は収縮する。これによって、チャネル31の内部に圧力波が発生し、チャネル31内のインクに吐出のための圧力が付与される。
このヘッド3は、隔壁32がせん断変形することによってチャネル31内のインクをノズル341から吐出させるシアモード型のヘッドであり、本発明において好ましい態様である。シアモード型のヘッドは、駆動波形として後述する矩形波を使用することにより、効率良く液滴を吐出させることができる。
なお、このヘッド3において、基板30、隔壁32、カバープレート33、ノズルプレート34で囲まれるチャネル31が、本発明における圧力室を構成している。また、圧電素子からなる隔壁32及びその表面の駆動電極が、本発明における圧力発生手段を構成している。
駆動制御部8は、ノズル341から液滴を吐出させるための駆動波形を生成する。生成された駆動波形はヘッド3に出力され、各隔壁32に形成されている各駆動電極に印加される。この駆動波形として、以下に説明するロバスト性の高いマルチドロップ方式の駆動波形を使用することによって、マルチドロップ方式で高品質の画像を形成することができる。
(駆動波形の構成)
次に、マルチドロップ方式の駆動波形の構成について説明する。
次に、マルチドロップ方式の駆動波形の構成について説明する。
図3は、駆動制御部8において生成される駆動波形としてのマルチドロップ方式の駆動波形の一実施形態を説明する図である。
駆動波形100は、ヘッド3の同一のノズル341から少なくとも2つの液滴を吐出させて飛翔中に合一させることにより、液量の多い大きな液滴を形成するための駆動波形である。この駆動波形100は、チャネル31の容積を膨張、収縮するための複数の駆動パルスによって構成されている。具体的には、駆動波形100は、チャネル31の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第1の膨張パルスP1と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第1の収縮パルスP2と、チャネル31の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第2の膨張パルスP3と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第2の収縮パルスP4とをこの順に有している。
本実施形態に示す駆動波形100の第1の膨張パルスP1は、基準電位から立ち上がり、一定時間(パルス幅W1)後に基準電位まで立ち下がるパルスである。第1の収縮パルスP2は、基準電位から立ち下がり、一定時間(パルス幅W2)後に基準電位まで立ち上がるパルスである。第2の膨張パルスP3は、基準電位から立ち上がり、一定時間(パルス幅W3)後に基準電位まで立ち下がるパルスである。第2の収縮パルスP4は、基準電位から立ち下がり、一定時間(パルス幅W4)後に基準電位まで立ち上がるパルスである。なお、ここでは基準電位を0電位としているが特に限定されない。
第1の収縮パルスP2は、第1の膨張パルスP1の立ち下がりに同期している。すなわち、第1の収縮パルスP2は、第1の膨張パルスP1の立ち下がりの終端から休止時間をおくことなく連続して立ち下がっている。また、第2の膨張パルスP3は、第1の収縮パルスP2の立ち上がりに同期している。すなわち、第2の膨張パルスP3は、第1の収縮パルスP2の立ち上がりの終端から休止時間をおくことなく連続して立ち上がっている。さらに、第2の収縮パルスP4は、第2の膨張パルスP3の立ち下がりに同期している。すなわち、第2の収縮パルスP4は、第2の膨張パルスP3の立ち下がりの終端から休止時間をおくことなく連続して立ち上がっている。
次に、この駆動波形100を印加したときのヘッド3の動作について、図4を用いて説明する。図4はヘッド3をチャネル31の長さ方向と直交する方向に切断した断面の一部を示している。ここでは図4中の中央のチャネル31Bから液滴を吐出させるものとする。また、駆動波形100を印加したときにノズルから吐出される液滴の概念図を図5に示す。
まず、図4(a)に示す隔壁32B、32Cの中立状態から、駆動電極36A及び36Cを接地すると共に駆動電極36Bに、駆動波形100における第1の膨張パルスP1が印加されると、隔壁32B、32Cは、図4(b)に示すように互いに外側に向けて変形し、隔壁32B、32Cに挟まれたチャネル31Bの容積が膨張する。これによりチャネル31B内に負の圧力波が発生し、インクが流れ込む。
一定時間後に第1の膨張パルスP1の印加が終了すると、チャネル31Bの容積は膨張状態から収縮し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。第1の膨張パルスP1の印加終了後、休止時間をおくことなく連続して第1の収縮パルスP2が印加されると、チャネル31Bの容積は一気に図4(c)に示す収縮状態となる。このとき、チャネル31B内のインクに圧力がかかり、ノズル341からインクが押し出されて1発目の液滴が吐出される。
一定時間後に第1の収縮パルスP2の印加が終了すると、チャネル31Bの容積は収縮状態から膨張し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。第1の収縮パルスP2の印加終了後、休止時間をおくことなく連続して第2の膨張パルスP3が印加されると、チャネル31Bの容積は一気に図4(b)に示す膨張状態となり、チャネル31内に負の圧力波が発生する。このため、先に吐出された1発目の液滴の尾が引っ張られ、液滴速度が抑制される。また、チャネル31B内に発生した負の圧力波により、再びインクが流れ込む。
一定時間後に第2の膨張パルスP3の印加が終了すると、チャネル31Bの容積は膨張状態から収縮し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。第2の膨張パルスP3の印加終了後、休止時間をおくことなく連続して第2の収縮パルスP4が印加されると、チャネル31Bの容積は一気に図4(c)に示す収縮状態となる。このとき、チャネル31B内のインクに大きな圧力がかかり、第1の膨張パルスP1及び第1の収縮パルスP2によって吐出された1発目の液滴に続いてさらにインクが押し出され、やがて押し出されたインクが千切れて速度の大きな2発目の液滴が吐出される。
この駆動波形100によって吐出される液滴は、図5に示すように、第1の膨張パルスP1及び第1の収縮パルスP2による液滴速度の小さい1発目の液滴D1に続いて、第2の膨張パルスP3及び第2の収縮パルスP4による液滴速度の大きい2発目の液滴D2が形成される。吐出当初は、液滴D1と液滴D2とが連なった形態となっているが、液滴D2の速度は液滴D1に比べて十分に大きいため、これらは吐出直後の飛翔中に合一して1個の大きな液滴Dとなって着弾する。
一定時間後に第2の収縮パルスP4の印加が終了すると、チャネル31Bの容積は収縮状態から膨張し、隔壁32B、32Cは図4(a)の中立状態に戻る。この第2の収縮パルスP4は、その事前動作(第1の膨張パルスP1から第2の膨張パルスP3の印加)によってチャネル31B内に残存する残響圧力波振動をキャンセルするための駆動パルスである。これにより、以後の液滴吐出動作へ与える残響圧力波振動の影響を抑制し、駆動周波数を向上させることができる。従って、第2の収縮パルスP4は本発明において好ましく設けられる。
この駆動波形100の各駆動パルスP1〜P4は、極性を変化させることでチャネル31の容積を膨張、収縮させる正(+Von)又は負(−Voff)の電圧値からなるパルスによって構成されている。この場合、第1の膨張パルスP1及び第2の膨張パルスP3の電圧値+Vonと、第1の収縮パルスP2及び第2の収縮パルスP4の電圧値−Voffは、同一の値(|+Von|=|−Voff|)となるように設定されることが好ましい。電圧値を共通にできるため、駆動制御部8の回路構成を簡素化できる。
(駆動波形の設計方法)
次に、この駆動波形100の各駆動パルスP1〜P4のパルス幅W1〜W4を設定するための設計方法について説明する。
次に、この駆動波形100の各駆動パルスP1〜P4のパルス幅W1〜W4を設定するための設計方法について説明する。
まず、本発明の説明の前に、ロバスト性の高い設計を行わない本発明外の例として、駆動波形100のパルス幅を、W1=0.6AL、W2=0.5AL、W3=1AL、W4=2ALに設定した場合について説明する。
図6は、上記駆動波形を印加した時にチャネル31内に励起される圧力波振動の振動速度を示すグラフである。(a)は全体の様子、(b)は2発目に着目した様子を示している。また、図7は、上記駆動波形によるAL値に対する液滴速度の速度変化率を示すグラフである。
第1の膨張パルスP1の印加開始から0.6AL後に第1の収縮パルスP2が印加され、1発目の液滴が吐出される際、第1の収縮パルスP2の立ち下がりによって励起された圧力波振動Pv2の位相は、第1の膨張パルスP1の立ち上がり(事前動作)によって励起された圧力波振動Pv1の位相に対して早い方にずれる。このときの1発目の液滴のAL値に対する速度変化率は、図17の場合と同様に右肩下がりとなり、負の相関を持つ。
なお、この圧力波振動Pv1は、当該液滴吐出の前の駆動周期において液滴吐出がなされていない場合は、当該液滴吐出時にチャネル31内に励起される圧力波振動のみを指す。しかし、当該液滴吐出の前の駆動周期において液滴吐出がなされている場合、前回の液滴吐出によってチャネル31内に励起されている圧力波振動(残留圧力波振動等)との合成振動を指す。
第1の収縮パルスP2の印加開始から0.5AL後に、1AL幅の第2の膨張パルスP3が印加されると、この第2の膨張パルスP3が立ち下がって2発目の液滴が吐出されるタイミングは、図6(b)に示すように、圧力波振動Pv1とPv2及び第2の膨張パルスP3の立ち上がりによって励起された圧力波振動Pv3との合成振動Pvcが最も負(チャネル31内が最も負圧)となったタイミングに近くなる。このため、第2の膨張パルスP3の立ち下がりによって励起された圧力波振動(2発目の圧力波振動)Pv4の位相は、合成振動Pvcの位相に対して早い方にずれる。このときの2発目の液滴のAL値に対する速度変化率も、図17の場合と同様に右肩下がりとなり、負の相関を持つ。
その結果、1発目の液滴と2発目の液滴とが合一した液滴の速度は、図7に示すように右肩下がりの速度変化率を持つ。従って、このように設計された駆動波形は、AL値のばらつきに対するロバスト性が低いということになる。
ここで、駆動波形100における第1の膨張パルスP1のパルス幅W1を0.6AL幅のまま不変とすると、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3を調整することによってロバスト性を高める必要がある。本発明者は、そのパルス幅を調整する手法として、チャネル31内に励起される圧力波振動の位相のずれに着目した。上述したように、圧力波振動の位相ずれの態様により、AL値に対する液滴速度の変化は正又は負の相関を持つ。上記設計の駆動波形は、1発目も2発目も共に負の相関を持つ。このため、もしAL値が設計値よりもマイナス側にばらつくと、1発目及び2発目の液滴速度は共に設計値よりも速くなり、合一滴の液滴速度は一層速くなってしまう。逆にAL値が設計値よりもプラス側にばらつくと、合一滴の液滴速度は一層遅くなる。すなわち、上記設計の駆動波形は、1発目と2発目の負の相関の強め合いによってロバスト性が低くなっているものと考えられる。
そこで、本発明は、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3を、1発目の相関(負の相関)に対して相補関係となる逆相関(正の相関)を持つパルス幅となるように構成することにより、ロバスト性を高める。
このロバスト性の高い設計の一例として、駆動波形100のパルス幅を、W1=0.6AL、W2=0.5AL、W3=1.6AL、W4=2ALに設定した場合について説明する。
図8は、上記駆動波形を印加した時にチャネル31内に励起される圧力波振動の振動速度を示すグラフである。(a)は全体の様子、(b)は2発目に着目した様子を示している。また、図9は、上記駆動波形によるAL値に対する液滴速度の速度変化率を示すグラフである。
第1の膨張パルスP1による1発目の液滴吐出までは上記と同様である。ここで、第1の収縮パルスP2の印加開始から0.5AL後に、1.6AL幅の第2の膨張パルスP3が印加されると、この第2の膨張パルスP3が立ち下がって2発目の液滴が吐出されるタイミングは、図8(b)に示すように、合成振動Pvcが正のピークに向かう途中のタイミングとなる。このため、第2の膨張パルスP3の立ち下がりによって励起された圧力波振動(2発目の圧力波振動)Pv4の位相は、圧力波振動(1発目の圧力波振動)Pv2に対して逆方向の位相ずれを有し、合成振動Pvcの位相に対して遅い方にずれる。このときの2発目の液滴のAL値に対する速度変化率は右肩上がりとなり、1発目とは逆相関となる正の相関を持つ。すなわち、1発目と2発目は相補関係となる。
その結果、1発目の液滴と2発目の液滴とが合一した液滴のAL値に対する速度変化率は、図9に示すようにほぼ横ばいとなる。従って、この場合の駆動波形は、AL値のばらつきに対するロバスト性が高いものとなる。
以上の例は、W1=0.6AL、W2=0.5AL、W3=1.6ALに設定した場合であるが、第1の膨張パルスP1のパルス幅W1が正の相関となるか負の相関となるかによって、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3を逆相関の関係となるように設定する。これによって、ロバスト性の高い駆動波形100を設計することができる。
本発明において、1発目の液滴の吐出時にチャネル31内に励起される圧力波振動の位相と、その事前動作によってチャネル31内に励起される圧力波振動の位相とは一致しないものであるが、且つ、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれとされる。この範囲を外れると、1発目の液滴を安定吐出することが困難となる。
第1の膨張パルスP1のパルス幅W1は、0.6ALに限定されず、0.4AL以上0.8AL以下又は1.2AL以上1.6AL以下であれば、同様の効果が得られることが本発明者により確認された。
具体的には、駆動波形100における第1の膨張パルスP1のパルス幅W1は合一滴の液量を決定するため、液量を少なく設定する場合は、W1=0.4AL以上0.8AL以下、W2=0.5ALとすることが好ましく、液量を多く設定する場合は、W1=1.2AL以上1.6AL以下、W2=0.5ALとすることが好ましい。
W1=0.4AL以上0.8AL以下、W2=0.5とする場合、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3は、第2の膨張パルスP3の立ち下がりによって発生した圧力波振動(2発目の圧力波振動)Pv4の合成振動Pvcに対する位相ずれが、0AL以上1.5AL以下となるように設定することが好ましい。これにより、液量を相対的に少なく設定した場合に、より一層ロバスト性の高い駆動波形とすることができる。
ここで、図10(a)は、第1の膨張パルスP1のパルス幅W1=0.6ALのままとし、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3を1.0AL、1.2AL、1.4AL、1.6AL、1.8AL、2.0ALに変化させた場合のAL値に対する液滴の速度変化率を示している。また、図10(b)はそのときの合一滴の液滴量と液滴速度を示している。
このように、第1の膨張パルスP1のパルス幅W1=0.6ALとした場合、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3が変化するに従って、速度変化率のグラフの傾きも変化する。ここで、目標速度(100%)に対して90%〜110%の範囲(±10%)を許容値とすると、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3を、1.2ALを超えて1.9AL以下とすることにより、グラフの傾きはほぼ横ばいとなって許容値の範囲内に収まることがわかる。従って、液滴を少なく設定する場合にロバスト性の高い駆動波形とすることができる。この範囲では、1発目の負の相関に対して2発目は正の相関となり、1発目と2発目は互いに相補関係になる。この範囲では、液滴量及び液滴速度はほぼ一定となり、射出特性のばらつきは抑制される。
また、W1=1.2AL以上1.6AL以下、W2=0.5である場合、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3は、第2の膨張パルスP3の立ち下がりによって発生した圧力波振動(2発目の圧力波振動)Pv4の合成振動Pvcに対する位相ずれが、−0.5AL以上0AL以下となるように設定することが好ましい。これにより、液量を相対的に多く設定した場合に、より一層ロバスト性の高い駆動波形とすることができる。
ここで、図11(a)は、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3=1.0ALとし、第1の膨張パルスP1のパルス幅W1を0.6AL、0.8AL、1.0AL、1.2AL、1.6AL、1.8ALに変化させた場合のAL値に対する液滴の速度変化率を示している。また、図11(b)はそのときの合一滴の液滴量と液滴速度を示している。
このように、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3=1.0ALとした場合、第1の膨張パルスP1のパルス幅W1が変化するに従って、速度変化率のグラフの傾きも変化する。ここで、目標速度(100%)に対して90%〜110%の範囲(±10%)を許容値とすると、第1の膨張パルスP1のパルス幅W1を、1.2AL以上1.6AL以下とすることにより、グラフの傾きがほぼ横ばいとなって許容値の範囲内に収まり、ロバスト性の高い駆動波形とすることができることがわかる。この範囲では、1発目の正の相関に対して2発目は負の相関となり、1発目と2発目は互いに相補関係になる。
また、この範囲では、パルス幅W1を大きくするに従って液滴量及び液滴速度は増加し、液滴量を多く設定できることがわかる。
このときの第2の膨張パルスP3のパルス幅W3は、1.0ALに限定されず、0.8AL以上1.1AL以下であれば、同様の効果が得られることが本発明者により確認された。
ところで、液量や液滴速度を所望の値とする上では、第2の膨張パルスP3のパルス幅W3についてロバスト性を担保する値とするだけでは満足できない場合がある。この場合は、図12に示すように、第2の膨張パルスP3の立ち下がりから1AL幅の休止時間W5を置いた後、W4=1ALの第2の収縮パルスP4を印加する構成の駆動波形200を使用することが好ましい。これにより、第2の膨張パルスP3の立ち下がりによって発生する吐出圧力を、休止時間W5を設ける分だけ減少させることができる。
ここで、W1=0.6AL、W2=0.5AL、W3=1.4AL、W4=1AL、W5=1ALに設定した駆動波形200を印加した場合の液滴のAL値に対する速度変化率を示すグラフを図13に示す。速度変化率はほぼ横ばいとなり、ロバスト性は向上していることがわかる。
駆動波形は、図14に示す構成とすることも好ましい。この駆動波形300は、第2の収縮パルスP4の印加終了の後、一定の休止時間W6をおいて、チャネル31の容積を収縮させる第3の収縮パルスP5を有している。
第2の収縮パルスP4は、第2の膨張パルスP3の立ち下がりに同期している。すなわち、第2の収縮パルスP4は、第2の膨張パルスP3の立ち下がりの終端から休止時間をおくことなく連続して立ち下がっている。そして、この第2の収縮パルスP4のパルス幅W4=0.5ALとし、休止時間W6=0.5ALの後、パルス幅W7=1ALの第3の収縮パルスP5とすることにより、2発目の液滴を吐出した後のチャネル31内の残響圧力波振動をより効果的にキャンセルすることができ、マルチドロップ方式の液滴吐出を連続して安定的に行うことができる。
以上説明した駆動波形100、200、300は、何れも矩形波によって構成されている。特にせん断モード型のヘッド3は、矩形波からなる駆動波形の印加に対して、チャネル31内に発生する圧力波振動の位相を制御し易いため、本発明において駆動波形100、200、300として矩形波を使用することは好ましい。また、矩形波は、簡単なデジタル回路を用いることで容易に作り出すことができるため、傾斜波を有する台形波を用いる場合に比べ、回路構成も簡素化できる。なお、矩形波とは、電圧の10%と90%との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間の何れもがALの1/2以内、好ましくは1/4以内であるような波形を指す。
また、以上説明した駆動波形100、200、300は、何れも同一のノズル341から複数の液滴を連続して吐出させ、それら複数の液滴を飛翔中に合一させるようにしたが、本発明は、記録媒体7上の同一画素内に着弾させる場合にも同様に適用することができる。
(インクジェットヘッドの駆動方法)
ヘッド3は、駆動制御部8から出力される以上の駆動波形100、200又は300によって駆動し、記録媒体7上にインクジェット画像を形成する。駆動波形100、200、300の各駆動パルスのパルス幅を上述のように設定することにより、AL値に対するロバスト性の高いマルチドロップ方式の駆動を実現できるため、マルチドロップ方式で高品質の画像を形成することができる。
ヘッド3は、駆動制御部8から出力される以上の駆動波形100、200又は300によって駆動し、記録媒体7上にインクジェット画像を形成する。駆動波形100、200、300の各駆動パルスのパルス幅を上述のように設定することにより、AL値に対するロバスト性の高いマルチドロップ方式の駆動を実現できるため、マルチドロップ方式で高品質の画像を形成することができる。
1:インクジェット記録装置
2:搬送機構
21:搬送ローラー
22:搬送ローラー対
23:搬送モーター
3:インクジェットヘッド
30:基板
31:チャネル(圧力室)
32:隔壁(圧力発生手段)
321:上壁部
322:下壁部
33:カバープレート
331:共通流路
34:ノズルプレート
341:ノズル
35:プレート
351:インク供給口
352:インク供給管
4:ガイドレール
5:キャリッジ
6:フレキシブルケーブル
7:記録媒体
71:記録面
8:駆動制御部
100、200、300:駆動波形
D:液滴
D1:1発目の液滴
D2:2発目の液滴
P1:第1の膨張パルス
P2:第1の収縮パルス
P3:第2の膨張パルス
P4:第2の収縮パルス
P5:第3の収縮パルス
Pv1〜Pv4:圧力波振動
Pvc:合成振動
W1:第1の膨張パルスのパルス幅
W2:第1の収縮パルスのパルス幅
W3:第2の膨張パルスのパルス幅
W4:第2の収縮パルスのパルス幅
W5:休止時間
W6:休止時間
W7:第3の収縮パルスのパルス幅
2:搬送機構
21:搬送ローラー
22:搬送ローラー対
23:搬送モーター
3:インクジェットヘッド
30:基板
31:チャネル(圧力室)
32:隔壁(圧力発生手段)
321:上壁部
322:下壁部
33:カバープレート
331:共通流路
34:ノズルプレート
341:ノズル
35:プレート
351:インク供給口
352:インク供給管
4:ガイドレール
5:キャリッジ
6:フレキシブルケーブル
7:記録媒体
71:記録面
8:駆動制御部
100、200、300:駆動波形
D:液滴
D1:1発目の液滴
D2:2発目の液滴
P1:第1の膨張パルス
P2:第1の収縮パルス
P3:第2の膨張パルス
P4:第2の収縮パルス
P5:第3の収縮パルス
Pv1〜Pv4:圧力波振動
Pvc:合成振動
W1:第1の膨張パルスのパルス幅
W2:第1の収縮パルスのパルス幅
W3:第2の膨張パルスのパルス幅
W4:第2の収縮パルスのパルス幅
W5:休止時間
W6:休止時間
W7:第3の収縮パルスのパルス幅
Claims (23)
- 駆動波形の印加による圧力発生手段の駆動によって圧力室の容積を変動させ、該圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与し、ノズルから液滴を吐出させるインクジェットヘッドと、
前記圧力発生手段に対して前記駆動波形を出力する駆動制御部とを備え、
前記駆動制御部は、前記圧力室の容積を複数回変動させることにより前記ノズルから複数の前記液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるための複数の駆動パルスを有する駆動波形を出力し、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスは、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させ、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とは、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有しており、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスは、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させ、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有しているインクジェット記録装置。 - 前記駆動波形は、1発目の前記液滴を吐出するための前記駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第1の膨張パルスと、該第1の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる第1の収縮パルスとを有し、
前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.8AL以下又は1.2AL以上1.6AL以下であり、
前記第1の収縮パルスのパルス幅は、0.5ALである請求項1記載のインクジェット記録装置。 - 前記駆動波形は、2発目の前記液滴を吐出するための前記駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第2の膨張パルスを有し、
前記第2の膨張パルスの立ち上がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する前記残響圧力波振動の合成振動と、前記第2の膨張パルスの立ち下がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動との位相ずれが、前記第1の膨張パルスのパルス幅が0.4AL以上0.8AL以下の場合に、0AL以上1.5AL以下であり、前記第1の膨張パルスのパルス幅が1.2AL以上1.6AL以下の場合に、−0.5AL以上0AL以下である請求項2記載のインクジェット記録装置。 - 前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.8AL以下であり、
前記第2の膨張パルスのパルス幅は、1.2ALより大きく1.9AL以下である請求項3記載のインクジェット記録装置。 - 前記第1の膨張パルスのパルス幅は、1.2AL以上1.6AL以下であり、
前記第2の膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.1AL以下である請求項3記載のインクジェット記録装置。 - 前記駆動波形は、前記第2の膨張パルスの後に、前記圧力室の容積を一定時間収縮させ、前記圧力室内に残存する残響圧力波振動をキャンセルする第2の収縮パルスを有する請求項3、4又は5記載のインクジェット記録装置。
- 前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、2ALのパルス幅を有する請求項6記載のインクジェット記録装置。
- 前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了後に1ALの休止時間をおいて印加され、1ALのパルス幅を有する請求項6記載のインクジェット記録装置。
- 前記第2の収縮パルスは、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、0.5ALのパルス幅を有し、
前記駆動波形は、前記第2の収縮パルスの印加終了後、0.5ALの休止時間をおいて印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる1ALのパルス幅の第3の収縮パルスを有する請求項6記載のインクジェット記録装置。 - 前記駆動波形は、矩形波である請求項1〜9の何れかに記載のインクジェット記録装置。
- 前記インクジェットヘッドは、前記圧力発生手段がシアモードで駆動するシアモード型のインクジェットヘッドである請求項1〜10の何れかに記載のインクジェット記録装置。
- 駆動波形の印加によってインクジェットヘッドの圧力発生手段を駆動させることにより圧力室の容積を複数回変動させ、該圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与し、ノズルから複数の液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記駆動波形として、前記圧力室の容積を複数回変動させることにより前記ノズルから複数の前記液滴を吐出させるための複数の駆動パルスを用い、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とを、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有するものとし、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有するものとするインクジェットヘッドの駆動方法。 - 前記1発目の液滴を吐出させるための駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第1の膨張パルスと、該第1の膨張パルスの印加終了に同期して印加され、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる第1の収縮パルスとを用い、
前記第1の膨張パルスのパルス幅を、0.4AL以上0.8AL以下又は1.2AL以上1.6AL以下とし、
前記第1の収縮パルスのパルス幅を、0.5ALとする請求項12記載のインクジェットヘッドの駆動方法。 - 前記2発目の液滴を吐出させるための駆動パルスとして、前記圧力室の容積を一定時間膨張させる第2の膨張パルスを用い、
前記第2の膨張パルスの立ち上がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する前記残響圧力波振動の合成振動と、前記第2の膨張パルスの立ち下がりによって前記圧力室内に励起される圧力波振動との位相ずれを、前記第1の膨張パルスのパルス幅が0.4AL以上0.8AL以下の場合に、0AL以上1.5AL以下とし、前記第1の膨張パルスのパルス幅が1.2AL以上1.6AL以下の場合に、−0.5AL以上0AL以下とする請求項13記載のインクジェットヘッドの駆動方法。 - 前記第1の膨張パルスのパルス幅を、0.4AL以上0.8AL以下とし、
前記第2の膨張パルスのパルス幅を、1.2ALより大きく1.9AL以下とする請求項14記載のインクジェットヘッドの駆動装置。 - 前記第1の膨張パルスのパルス幅を、1.2AL以上1.6AL以下とし、
前記第2の膨張パルスのパルス幅を、0.8AL以上1.1AL以下とする請求項14記載のインクジェットヘッドの駆動装置。 - 前記駆動波形として、前記第2の膨張パルスの後に、前記圧力室の容積を一定時間収縮させ、前記圧力室内に励起される残響圧力波振動をキャンセルする第2の収縮パルスを用いる請求項14、15又は16記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
- 前記第2の収縮パルスを、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加し、2ALのパルス幅とする請求項17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
- 前記第2の収縮パルスを、1ALのパルス幅とし、前記第2の膨張パルスの印加終了後に1ALの休止時間をおいて印加する請求項17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
- 前記第2の収縮パルスを、0.5ALのパルス幅とし、前記第2の膨張パルスの印加終了に同期して印加し、
前記駆動波形として、前記圧力室の容積を一定時間収縮させる1ALのパルス幅の第3の収縮パルスを、前記第2の収縮パルスの印加終了後、0.5ALの休止時間をおいて印加する請求項17記載のインクジェットヘッドの駆動方法。 - 前記駆動波形を、矩形波とする請求項12〜20の何れかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
- 前記インクジェットヘッドとして、前記圧力発生手段がシアモードで駆動するシアモード型のインクジェットヘッドを用いる請求項12〜21の何れかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
- インクジェットヘッドの圧力発生手段に印加することによって該圧力発生手段を駆動させ、圧力室の容積を複数回変動させてノズルから複数の液滴を吐出させ、飛翔中に合一又は記録媒体上の同一画素内に着弾させるための複数の駆動パルスを有する駆動波形の設計方法であって、
複数の前記液滴のうちの1発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、1発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動とを、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2をALとしたとき、−0.6AL以上0.6AL以下の位相ずれを有するものとし、
続く2発目の前記液滴を吐出するための少なくとも一つ以上の前記駆動パルスを、前記圧力室を容積変動させて該圧力室内に2つ以上の重なった圧力波を励起させるものとし、2発目の前記液滴の吐出時に前記圧力室内に励起される圧力波振動と、その事前動作によって前記圧力室内に励起される圧力波振動及び前記1発目の前記液滴の吐出によって前記圧力室内に残存する残響圧力波振動の合成振動とは、1発目の前記液滴の吐出時における前記位相ずれに対して逆方向の位相ずれを有するものとする駆動波形の設計方法。
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