JPH10226066A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像品質の低下を防止することのできるイン
クジェット記録装置を提供する。 【解決手段】 本インクジェットプリンタは、画像信号
に基づいて駆動電圧を印加することにより圧電素子を駆
動しインクチャンネルからインクドロップを吐出して画
像の記録を行なう。本インクジェットプリンタでは、上
記の駆動電圧が印加される際、電圧を時間に対して滑ら
かに変化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に関し、特に、圧電素子を駆動し所定の容器から
インク滴を飛翔させて画像の記録を行なうインクジェッ
ト記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェットプリンタのプ
リンタヘッドに圧電素子を用いたものかある。このよう
なプリンタヘッドでは、電圧の印加によって駆動される
圧電素子のひずみによって、所定の閉じた空間（インク
チャンネル）内のインクが加圧される。インクが加圧さ
れることによって、インクチャンネルに設けられたノズ
ルからはインク滴（インクドロップ）が記録シートに向
かって飛翔する。

【０００３】従来、このような圧電素子に印加される電
圧として、矩形状あるいは台形状のパルス電圧が知られ
ている。これらのパルス電圧では、その立ち上がり時
間、パルス振幅の継続時間、立ち下がり時間、パルス振
幅の大きさ等が調整されることによって、ドロップ速
度、ドロップ径等が制御されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような矩形状あるいは台形状のパルス電圧は時間に対し
て直線的に変化される部分から構成される。すなわち、
矩形状あるいは台形状のパルス電圧の波形の立ち上が
り、振幅の継続、立ち下がりは、いずれも時間に対して
直線的に変化される。このような直線の折れ曲がり部分
（たとえば、立ち上がり終了点、立ち下がり開始点等）
では、圧電素子に不連続的な振動が起こされることとな
る。この不連続な振動は、インクチャンネル内のインク
にも伝達され、インク滴の飛翔に悪影響を及ぼし、サテ
ライト、カーブ、ドロップ割れ、着弾飛び散り等のノイ
ズを発生させ、画像品質を著しく低下させている。

【０００５】本発明は、これらのような問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、画像品質の低下
を防止することのできるインクジェット記録装置を提供
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、所定のデータに基づいて電圧を印加することにより
圧電素子を駆動し所定の容器からインク滴を飛翔させて
画像の記録を行なうインクジェット記録装置であり、デ
ータに基づいて電圧を時間に対して滑らかに変化させる
よう設定することを特徴としている。

【０００７】請求項１に記載の発明によると、圧電素子
に印加される電圧は、時間に対して滑らかに変化させる
よう設定される。これにより、従来のように圧電素子に
不連続な振動が生じインク滴の飛翔に悪影響が及ぼされ
ることがなく、画像品質の低下を防止することができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
における実施例の１つであるインクジェットプリンタ１
について説明する。

【０００９】図１は、本発明における第１の実施例であ
るインクジェットプリンタ１の概略構成を示す斜視図で
ある。

【００１０】インクジェットプリンタ１は、用紙やＯＨ
Ｐシートなどの記録媒体である記録シート２と、インク
ジェット方式のプリンタヘッドであるプリンタヘッド３
と、プリンタヘッド３を保持するキャリッジ４と、キャ
リッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させ
るための揺動軸５、６と、キャリッジ４を揺動軸５、６
に沿って往復駆動させる駆動モータ７と、駆動モータ７
の回転をキャリッジの往復運動に変えるためのタイミン
グベルト９、アイドルプーリ８とを含んでいる。

【００１１】また、インクジェットプリンタ１は、記録
シート２を搬送経路にそって案内するガイド板を兼ねる
プラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を
押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２
を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、
プリンタヘッド３のインクを吐出するノズル面を洗浄し
インク吐出不良を良好な状態に回復させる回復系１４
と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１
５とを含んでいる。

【００１２】記録シート２は、手差しあるいはカットシ
ートフィーダ等の給紙装置によって、プリンタヘッド３
とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。こ
の際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記
録部への搬送が制御される。

【００１３】プリンタヘッド３には、インクを飛翔させ
るエネルギ発生源として圧電素子（ＰＺＴ）が用いられ
る。圧電素子には電圧が印加され、ひずみが生じる。こ
のひずみは、インクで満たされたチャンネルの容積を変
化させる。この容積の変化により、チャンネルに設けら
れたノズルからインクが吐出され、記録シート２への記
録が行なわれる。

【００１４】キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドル
プーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２の
桁方向（記録シート２を横切る方向）に主走査し、キャ
リッジ４に取り付けられたプリンタヘッド３は１ライン
分の画像を記録する。１ラインの記録が終わる毎に、記
録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のラインが
記録される。

【００１５】記録シート２にはこのように画像が記録さ
れ、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向下
流側に配置された排出ローラ１２とこれに圧接される拍
車ローラ１３とによって排出される。

【００１６】図２〜図４は、プリンタヘッド３の構成を
説明するための図である。図２はプリンタヘッド３のノ
ズルを有する面の平面図であり、図３は図２のＩＩＩ−
ＩＩＩ線断面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面
図である。

【００１７】プリンタヘッド３は、ノズルプレート３０
１、隔壁３０２、振動板３０３、基板３０４とを一体に
重ねた構成となっている。

【００１８】ノズルプレート３０３は、金属またはセラ
ミックなどからなり、ノズル３０７を有し、表面３１８
には撥イオン層を有する。隔壁３０２には、薄肉フィル
ムが使用されており、ノズルプレート３０１と振動板３
０３との間に固定されている。

【００１９】また、ノズルプレート３０１と隔壁３０２
との間には、インク３０５を収容する複数のインクチャ
ンネル３０６と、各インクチャンネル３０６をインク供
給室３０８に連結するインクインレット３０９が形成さ
れている。インク供給室３０８は図示しないインクタン
クに接続されており、インク供給室３０８内のインク３
０５はインクチャンネル３０６へと供給される。

【００２０】振動板３０３には、各インクチャンネル３
０６に対応した複数の圧電素子３１３が含まれる。振動
板３０３の加工は、まず、振動板３０３が配線部３１７
を有する基板３０４に絶縁接着剤で固定され、その後、
ダイサー加工によりセパレート溝３１５、３１６が形成
され振動板３０３が分断されることにより行なわれる。
また、この分断によって各インクチャンネル３０８に対
応する圧電素子３１３と、隣接する圧電素子３１３との
間に位置する圧電素子柱部３１４と、これらを囲む周囲
壁３１０とが分離される。

【００２１】基板３０４上の配線部３１７は、アースに
接続されプリンタヘッド３内の全ての圧電素子３１３に
共通に接続される共通電極側配線部３１１とプリンタヘ
ッド３内の各圧電素子３１３に個別に接続される個別電
極側配線部３１２とを有する。この基板３０４上の共通
電極側配線部３１１は圧電素子３１３内の共通電極に接
続され、個別電極側配線部３１２は圧電素子３１３内の
個別電極に接続される。

【００２２】これらのような構成のプリンタヘッド３の
動作は、インクジェットプリンタ１の制御部によってコ
ントロールされる。制御部のヘッド吐出駆動部１０５
（図５参照）からは、圧電素子３１３内部に設けられた
共通電極と個別電極との間に、印字信号である所定の電
圧が印加され、圧電素子は隔壁３０２を押す方向に変形
する。圧電素子３１３の変形は隔壁３０２に伝えられ、
これによりインクチャンネル３０６内のインク３０５が
加圧され、ノズル３０７を介してインクドロップが記録
シート２（図１参照）に向かって飛翔する。

【００２３】図５は、インクジェットプリンタ１の制御
部の概略構成を示すブロック図である。

【００２４】インクジェットプリンタ１の制御部は、Ｃ
ＰＵ１０１と、ＲＡＭ１０２と、ＲＯＭ１０３と、デー
タ受信部１０４と、ヘッド吐出駆動部１０５と、ヘッド
移動駆動部１０６と、紙送り駆動部１０７と、回復系モ
ータ駆動部１０８と、各種センサ部１０９とを含んでい
る。

【００２５】全体を制御するＣＰＵ１０１は、必要に応
じてＲＡＭ１０２を用い、ＲＯＭ１０３に記憶されてい
るプログラムを実行する。このプログラムには、ホスト
コンピュータ等に接続され記録すべき画像データを受信
する、データ受信部１０４から読み込まれる画像データ
に基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５、ヘッド移動駆動
部１０６、紙送り駆動部１０７、各種センサ部１１０を
制御し記録シート２上に画像を記録するための部分と、
必要な際に、回復系モータ駆動部１０８、各種センサ部
１０９を制御しプリンタヘッド３のノズル面を良好な状
態に回復させるための部分とが含まれる。

【００２６】ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、ヘッド吐
出駆動部１０５はプリンタヘッド３の圧電素子３１３を
駆動し、ヘッド移動駆動部１０６はプリンタヘッド３を
保持するキャリッジ４を桁方向に移動させる駆動モータ
７を駆動し、紙送り駆動部１０７は紙送りローラを駆動
する。また、ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、回復系モ
ータ駆動部１０８は、プリンタヘッド３のノズル面を良
好な状態に回復させるために必要なモータ等を駆動す
る。

【００２７】次に、このヘッド吐出駆動部１０５により
プリンタヘッド３の圧電素子３１３に印加されるパルス
電圧の波形について説明する。

【００２８】図６〜図９は、上述のヘッド吐出駆動部１
０５の概略構成とヘッド吐出駆動部１０５により圧電素
子３１３に印加される駆動電圧を説明するための図であ
る。

【００２９】図６はヘッド吐出駆動部１０５の概略構成
を説明するためのブロック図である。ヘッド吐出駆動部
１０５は、反転増幅回路１０５１と駆動回路１０５２と
から構成される。ヘッド吐出駆動部１０５に入力される
画像信号Ｖｉｎは、反転増幅回路１０５１によって信号
Ｖｎに増幅された後、駆動回路１０５２によって圧電素
子３１３を駆動するための電圧Ｖｏｕｔとなって出力さ
れる。

【００３０】図７は図６の反転増幅回路１０５１を示す
回路図であり、図８は図６の駆動回路１０５２を示す回
路図である。図７内に示すような画像信号Ｖｉｎは反転
増幅回路１０５１によって信号Ｖｎに増幅された後、駆
動回路１０５２によって図８内に示すような滑らかな形
状の駆動電圧Ｖｏｕｔとなって出力される。

【００３１】図９は、図８に示す駆動回路１０５２から
出力される圧電素子３１３の駆動電圧Ｖｏｕｔの波形１
を示す図である。

【００３２】波形１は最大振幅の異なる５つの波形から
なり、これらの波形を、縦軸を電圧、横軸を電圧印加開
始からの時間とする座標上に電圧印加開始時間をそろえ
て表示する。これらの波形の最大振幅は、その大きさが
小さいものから順に１０、１５、２０、２５、３０
［Ｖ］とする。また、これらの波形では、振幅の大きな
ものほど大きな径のドットを印字し、圧電素子に大きさ
の異なる駆動電圧を印加することによって大きさの異な
るドットを印字し中間調を表現する。

【００３３】波形１の最大振幅の異なる５つの波形の電
圧値は、いずれも時間に対して急激に変化されることな
く滑らかに変化される。より詳しくは、これらの波形で
の電圧値は、立ち上がりは徐々に勾配を上げ、最大電圧
に近づくと勾配を下げ、そのまま最大電圧では勾配を０
とし、最大電圧となった後は電圧を一定に保つことなく
勾配を下げ、徐々に勾配を下げながら電圧値０へと戻る
ように変化される。このような波形１は、全体が直線部
分を含まず滑らかに変化する曲線のみで形成されてい
る。この効果については、第２〜第７の実施例であるイ
ンクジェットプリンタでの、プリンタヘッド内の圧電素
子に印加される駆動電圧とともに説明する。

【００３４】以下には第２〜第７の実施例であるインク
ジェットプリンタでのプリンタヘッド内の圧電素子に印
加される駆動電圧を説明し、これらの効果について説明
する。

【００３５】図１０は、第２の実施例であるインクジェ
ットプリンタの圧電素子の駆動回路を示す図である。図
１０に示すこの駆動回路は、図８にて説明した、第１の
実施例のインクジェットプリンタ１の駆動回路１０５２
に対応する。図１０内に示すような矩形状の信号Ｖｎ
は、半楕円状の駆動電圧Ｖｏｕｔとなって出力される。

【００３６】第２の実施例であるインクジェットプリン
タの圧電素子の駆動回路以外の、プリンタの全体構成、
プリンタヘッドの構成、制御部の構成等は、第１の実施
例のインクジェットプリンタ１と同様である。

【００３７】図１１は、図１０に示す駆動回路から出力
される圧電素子の駆動電圧の波形２を示す図である。

【００３８】波形２は、最大振幅、パルス幅の異なる５
つの波形からなり、これらの波形を、縦軸を電圧、横軸
を電圧印加開始からの時間とする座標上に電圧印加開始
時間をそろえて表示する。これらの波形の最大振幅は、
その大きさが小さいものから順に５、１０、１５、２
０、２５［Ｖ］とする。また、これらの波形では、波形
１と同様に、振幅の大きなものほど大きな径のドットを
印字し、圧電素子に大きさの異なる駆動電圧を印加する
ことによって大きさの異なるドットを印字し中間調を表
現する。さらに、波形１と同様、波形２の最大振幅の異
なる５つの波形の電圧値は、いずれも時間に対して急激
に変化されることなく滑らかに変化される形状であり、
半楕円状である。

【００３９】以下に図１２〜図１４を用いて示す本発明
の実施例であるインクジェットプリンタでの圧電素子の
駆動電圧の波形３〜波形７を、第３〜第７の実施例のイ
ンクジェットプリンタでの圧電素子の駆動電圧の波形に
それぞれ順に対応させる。第３〜第７の実施例のインク
ジェットプリンタの圧電素子の駆動回路以外の、プリン
タの全体構成、プリンタヘッドの構成、制御部の構成等
は、第１、第２の実施例のインクジェットプリンタと同
様である。

【００４０】また、第３〜第７の実施例のインクジェッ
トプリンタは、第１、第２の実施例のインクジェットプ
リンタと同様、図８、図１０に示すような駆動回路を有
するが、これらについては説明を省略する。

【００４１】以下、波形３〜波形７について説明する。
図１２は圧電素子の駆動電圧の波形３を示す図であり、
図１３は波形４、波形５、波形６を示す図である。波形
３は波形２と同様に最大振幅、パルス幅の異なる５つの
波形からなり、これらの波形を波形１、波形２と同様に
して表示する。また、波形４〜波形６のそれぞれについ
ても波形１〜波形３と同様に複数の波形を含んでいる
が、これらについては最も最大振幅の大きなものについ
てのみ表示するものとする。波形３は半円状であり、波
形４〜波形６は複数の山と谷とを有し、その勾配は連続
的に変化され、滑らかに連続する形状である。波形４は
極大値、極小値、極大値と３つの極値を含み、波形５は
極大値、極小値、極大値、極小値と４つの極値を含み、
波形６は極大値、極小値、極大値、極小値、極大値と５
つの極値を含む。波形３〜波形６のいずれの波形におい
ても、電圧値は時間に対して急激にまた直線的に変化さ
れることなく滑らかに変化される。なお、極値を６個以
上持つ波形を有する駆動電圧では、駆動周波数を２ｋＨ
ｚ以上にすることができないため、実用上印字速度の劣
るものとなる。

【００４２】図１４は、圧電素子の駆動電圧の波形７を
示す図である。波形７は、メインパルス電圧５１とサブ
パルス電圧５２とを含んでいる。メインパルス電圧５１
は図６に示す画像信号Ｖｉｎに対応して圧電素子に印加
され、サブパルス電圧５２はメインパルス電圧５１の印
加によって生じるインクチャンネル内のインクの揺れを
抑制するために圧電素子に印加される。波形７において
も、電圧値は時間に対して急激に変化されることなく滑
らかに変化される。

【００４３】次に、波形１〜波形７を有する駆動電圧を
圧電素子に印加することによる効果を説明する。

【００４４】図１５は、波形１〜波形８を有する駆動電
圧を圧電素子に印加した際、この圧電素子から吐出され
るインクドロップによる印字に対する評価を示す図であ
る。ここでの印字については、波形１〜波形７の最大振
幅は２０［Ｖ］とし、波形の形状はそれぞれに相似なも
のとする。

【００４５】図１５には、さらに、これらの波形による
印字と比較するために、波形８による印字に対する評価
を示している。波形８は従来のインクジェットプリンタ
で圧電素子に印加される駆動電圧の波形であり、パルス
幅２０［μｓｅｃ］、パルス振幅２０［Ｖ］の矩形波で
ある。

【００４６】これらの印字は圧電素子を駆動する周波数
を２〜１０［ｋＨｚ］に２［ｋＨｚ］刻みに変化させつ
つ行ない、駆動周波数に対して１００ドットの印字に対
して、サテライト、カーブ、ドロップ割れ、着弾飛び散
り、応答性の５つの項目の評価を行なった。

【００４７】ここで、サテライトとは印字ドット径に対
応するインクドロップの飛翔が小さなインクドロップの
発生を伴なうことであり、カーブとはインクドロップの
飛翔する方向がそれることである。また、ドロップ割れ
とは飛翔するインクドロップの先端が２つに分かれるこ
とであり、着弾飛び散りとはインクドロップが記録シー
トに着弾後細かなインクドロップを飛び散らせることで
ある。これらは、高速ストロボ撮影、ビデオ撮影による
画像、また、記録紙に付着後の印字に対する評価であ
る。さらに、応答性とは、駆動周波数を変化させた際、
上述の４つの項目に対して実用上問題がなく圧電素子を
動作させることのできる周波数の範囲を示している。

【００４８】それぞれの項目について、図１５内の記号
◎はこれらが発生しなかったことを示し、記号○はこれ
らの発生が２％以内であったことを示すものとする。ま
た、それぞれの項目について、記号△はこれらの発生が
２〜１０％であったことを示し、記号×はこれらの発生
が１０％であったことを示すものとする。

【００４９】いずれについても記号◎、記号○は印字に
おいて問題がないことを意味し、記号△、記号×は印字
において実用上問題があることを意味するものとする。

【００５０】図１５に示す本実施例である波形１〜波形
７、比較例である波形８による印字に対する評価を参照
する。

【００５１】サテライトについては、波形８において評
価×であったが、波形１〜波形７ではこれらは評価◎へ
と完全に改善されている。カーブについては、波形８に
おいて評価○であったが、波形１〜波形７ではこれらは
評価◎へと完全に改善されている。

【００５２】ドロップ割れについては、波形８において
評価×であったが、波形１、波形４〜波形６ではこれら
は評価◎へと完全に改善されており、波形２、波形３、
波形７でも評価○へと実用上問題のない水準にまで改善
されている。また、着弾飛び散りについては、波形８に
おいて評価△であったが、波形１、波形４〜波形６では
これらは評価◎へと完全に改善されており、波形２、波
形３、波形７でも評価○へと実用上問題のない水準にま
で改善されている。

【００５３】さらに、応答性については、波形８では２
［ｋＨｚ］以下であり悪くインクチャンネル内のインク
の揺れが収まらなかったが、サブパルスを有する波形７
では１０［ｋＨｚ］以上と非常に良い結果を示してお
り、また、波形１〜波形６でも２〜１０［ｋＨｚ］と良
好な結果を示している。

【００５４】以上のような波形１〜波形７を有する圧電
素子の駆動電圧では、その電圧値は時間に対して滑らか
に変化される。これにより、従来のように圧電素子に不
連続な振動が生じインクドロップの飛翔に悪影響が及ぼ
されることがなく、画像品質の低下を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施例であるインクジェ
ットプリンタ１の概略構成を示す斜視図である。

【図２】プリンタヘッド３の構成を説明するためのプリ
ンタヘッド３のノズルを有する面の平面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】インクジェットプリンタ１の制御部の概略構成
を示すブロック図である。

【図６】ヘッド吐出駆動部１０５の概略構成を説明する
ためのブロック図である。

【図７】図６の反転増幅回路１０５１を示す回路図であ
る。

【図８】図６の駆動回路１０５２を示す回路図である。

【図９】図８に示す駆動回路１０５２から出力される圧
電素子３１３の駆動電圧Ｖｏｕｔの波形１を示す図であ
る。

【図１０】第２の実施例であるインクジェットプリンタ
の圧電素子の駆動回路を示す図である。

【図１１】図１０に示す駆動回路から出力される圧電素
子の駆動電圧の波形２を示す図である。

【図１２】圧電素子の駆動電圧の波形３を示す図であ
る。

【図１３】圧電素子の波形４、波形５、波形６を示す図
である。

【図１４】圧電素子の駆動電圧の波形７を示す図であ
る。

【図１５】波形１〜波形８を有する駆動電圧を圧電素子
に印加した際、この圧電素子から吐出されるインクドロ
ップによる印字に対する評価を示す図である。

【符号の説明】

１ インクジェットプリンタ ３ プリンタヘッド １０５ ヘッド吐出駆動部 ３０５ インク ３０６ インクチャンネル ３０７ ノズル ３１３ 圧電素子 １０５１ 反転増幅回路 １０５２ 駆動回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のデータに基づいて電圧を印加する
   ことにより圧電素子を駆動し、所定の容器からインク滴
   を飛翔させて画像の記録を行なう、インクジェット記録
   装置であって、 前記データに基づいて前記電圧を時間に対して滑らかに
   変化させるよう設定することを特徴とする、インクジェ
   ット記録装置。