JP3557883B2

JP3557883B2 - インク滴噴射方法及びその装置

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Publication number: JP3557883B2
Application number: JP34672197A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　義和; 博幸石川
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH11170514A; US6257686B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式によるインク滴噴射方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、インクジェット方式のインク噴射装置としては、圧電セラミックスの変形によってインク流路の容積を変化させ、その容積減少時にインク流路内のインクをノズルから液滴として噴射し、容積増大時にインク導入口からインク流路内にインクを導入するようにしたものが知られている。この種の記録ヘッドにおいては、圧電セラミックスの隔壁によって隔てられた複数のインク室が形成されており、これら複数のインク室の一端にインクカートリッジ等のインク供給手段が接続され、他端にはインク噴射ノズル（以下、ノズルという）が設けられ、印字データに従った前記隔壁の変形によってインク室の容積を減少させることにより、記録媒体に対して前記ノズルからインク液滴を噴射し、文字や図形等が記録される。
【０００３】
この種のインクジェット方式のインク噴射装置において、インク滴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普及している。ドロップ・オン・デマンド型として、特開昭６３−２４７０５１号公報に示されているように、圧電材料を利用したせん断モード型がある。
図１８に示すように、この種のインク滴噴射装置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、かつ矢印６１１方向に分極された下部壁６０７と、天壁６０２に接着され、かつ矢印６０９方向に分極された圧電材料製の上部壁６０５とからなっている。アクチュエータ壁６０３は一対となって、その間にインク室６１３を形成し、かつ次の一対のアクチュエータ壁６０３の間には、空気室６１５を形成している。
【０００４】
各インク室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、他端には、図示しないインク供給源が接続されている。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。具体的にはインク室６１３側のアクチュエータ壁６０３には電極６１９が設けられ、空気室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。なお、電極６１９の表面に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、空気室６１５に面している電極６２１はアース６２３に接続され、インク室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装置６２５に接続されている。
【０００５】
そして、各インク室６１３の電極６１９に制御装置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がインク室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１９に示すように、インク室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にそれぞれ矢印６３１、６３２の方向の電界が発生し、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆがインク室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付近を含むインク室６１３ｃ内の圧力が減少する。この電圧Ｅ（Ｖ）の印加状態を圧力波のインク室６１３内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間インク供給源からインクが供給される。
【０００６】
なお、上記片道伝播時間Ｔはインク室６１３内の圧力波が、インク室６１３の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、インク室６１３の長さＬとこのインク室６１３内部のインク中での音速ａにより、Ｔ＝Ｌ／ａと決まる。
【０００７】
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からＴの奇数倍時間がたつとインク室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室６１３ｃの電極６２１ｃに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。すると、アクチュエータ壁６０３ｅ、６０３ｆが変形前の状態（図１８）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室６１３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生じて、インク滴がノズル６１８ｃから噴射される。なお、インク室６１３へ連通するインク供給路６２６が部材６２７及び部材６２８により形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、この種のインク滴噴射装置６００において、所定周波数の噴射パルス（パルス幅の最適値はＴの奇数倍）を連続してアクチュエータに印加して連続ドット印字を行う場合にあって、連続ドット印字の後、例えば１ドット休止し、その後に再び次の印字命令が入力されたような場合には、ノズル内インクのメニスカスの残留振動の影響で、その印字命令部分でのインク液滴速度や噴射方向が不安定になり、その部分で印字の線が曲がったり細くなって印字品質が低下するといった問題が発生する。
【０００９】
また、記録の解像度を高くするために、小さい体積のインク液滴を飛翔させたいような場合に、１ドットに対して噴射パルスを印加した後でインク噴射が完了する前に、非噴射のパルスを付加することが提案されている。この場合での連続ドット印字時には、メニスカスの残留振動は抑えられ、噴射は安定するが、常に非噴射のパルスを付加する必要があるので、エネルギー効率が良くないといった問題がある。上記のいずれも、当該ドットの直前、直後の噴射の有無を考慮することなく、印字命令を出しているものになる。
【００１０】
上述二つの印字動作を行って液滴噴射速度を実際に測定した結果について、図１（ａ）（ｂ）、図２及び図３を用いて説明する。図１（ａ）は１ドットに対するパルス幅１Ｔの噴射パルス信号Ａ（これを第１の駆動波形という）、（ｂ）は１ドットに対するパルス幅１Ｔの噴射パルス信号Ａと非噴射の付加パルス信号Ｂ（これらを第２の駆動波形という）であり、噴射パルス信号Ａの立ち下がりと付加パルス信号Ｂの立上がりの間の時間差は２．２５Ｔ、付加パルス信号Ｂのパルス幅は０．５Ｔとした。図２は、後述の本発明の説明との対応上、当該ドットの直前、直後の噴射の有無に応じた駆動波形条件を示すが、ここでは、それら噴射の有無に関係なく、ある駆動波形（すなわち第１又は第２の駆動波形）を用いた。図３は、各駆動波形を用いて連続ドット印字の後（１〜５）、１ドット分休止し（６）、その後、２ドット（７，８）を印字した場合の液滴噴射速度（ｍ／ｓ）の測定データを示す。印字周波数は１０．０ｋＨｚとした。同図から分かるように、第１駆動波形による連続印字後の休止後の２番目のドット（８）での噴射速度が大きく低下する。
【００１１】
さらにまた、高い周波数で印字を行う場合で、連続ドット印字後に１ドット休止し、その後に複数ドットを印字しようとした場合に、休止後の２ドット目の噴射ができなかったり、連続ドット印字時に２ドット目の液滴が小さくなるといった問題がある。
【００１２】
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、当該ドットの印字のための駆動波形を、その直前、直後の噴射の有無に応じて変化させることにより、連続ドット印字時、及び連続ドット印字後に単ドット分休止し、その後に再び印字を行うような場合に、インクのメニスカス振動を抑制することが可能となり、一部ドットの液滴噴射速度が低下したり、噴射方向が不安定となるようなことが防止され、しかも、駆動のエネルギー効率も良くなるインク滴噴射方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、インクが充填されたインク室の容積を変化させるためのアクチュエータに噴射パルス信号を印加することによりインク室内に圧力波を発生させてインクに圧力を加え、インク滴をノズルより噴射させるインク滴噴射方法において、１つのドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて、当該１ドットを形成する駆動波形を変形するインク滴噴射方法にある。
【００１４】
この方法においては、当該ドットの直前及び直後の噴射の有無によって、当該ドットを印字する時のインクのメニスカス状態は異なるが、当該ドットの駆動波形が直前及び直後の噴射の有無に応じて変更されることで、メニスカスを安定させることが可能となり、連続ドット印字や、その途中で単ドット休止した後に再び印字するような場合に、一部のドットの液滴噴射速度が低下したり、噴射方向が不安定となるようなことが防止される。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインク滴噴射方法において、単ドット又は連続する複数ドットの印字命令にしたがい所定の周期タイミングで前記アクチュエータに印加される噴射パルス信号として２乃至４種類の駆動波形が予め用意されており、１つのドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて前記予め用意されている駆動波形のいずれかが選択されるものである。
この方法においては、１つのドットの駆動波形が、その直前及び直後の噴射の有無に基づいて予め用意された数種の駆動波形の中から適宜選択される。これにより、容易に適切な駆動波形を選択することができ、上記と同等の作用が得られる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のインク滴噴射方法において、当該ドットの直後に噴射がある場合は、単数又は複数の噴射パルスからなる第１の駆動波形にて噴射し、当該ドットの直後に噴射がない場合は、上記第１の駆動波形の後に非噴射パルスを付加した第２の駆動波形にて噴射するものである。
この方法においては、当該ドットの直後に噴射がない場合のドット噴射を安定させることができる。また、常時、１つのドットに対して非噴射パルスを付加するといったことが必要なくなる。
【００１７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のインク滴噴射方法において、当該ドットの直前に噴射があり、直後に噴射がない場合は、噴射パルスの波幅を、インク室内を圧力波が片道伝播する時間Ｔの奇数倍からずらし、それ以外の場合は、噴射パルスの波幅を前記片道伝播時間Ｔの奇数倍とするものである。
この方法においては、連続ドットを時間Ｔの周期で印字動作させた場合、１つのドットの噴射パルスの波幅を、時間Ｔの奇数倍（１Ｔや３Ｔ）とすると、圧力波の伝播の関係で圧力が上り、噴射速度が速くなり、奇数倍からずらすと（１．５Ｔなど）、圧力が上がらず、噴射速度は遅くなる。そこで、直後に噴射がないドットに対し、上記のような駆動波形とすることで、メニスカスの残留振動を抑えることができ、噴射速度を安定させることができる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のインク滴噴射方法において、当該ドットの直前、直後に噴射がある場合は、液滴噴射速度が同じか又は増加する周波数で噴射し、それ以外の場合は、液滴噴射速度が減速する周波数で噴射するものである。
この方法においては、所定の印字周波数に対して、連続印字時において一部のドット噴射の駆動信号の周波数を僅かに増減することで、そのドット部分でドット噴射のタイミングが変ることになり、そのため、メニスカスの残留振動に与える影響が変わり、噴射速度が変化する。そこで、前後のいずれかに噴射がないドットの駆動を、噴射速度が遅くなる周波数で行う（噴射タイミングが速くなる）ことで、メニスカスの残留振動の影響を少なくすることができ、噴射速度を安定させることができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、インクが充填されるインク室と、前記インク室の容積を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータに電気信号を印加するための駆動電源と、前記アクチュエータに前記駆動電源から噴射パルス信号を印加することにより、前記インク室の容積を増大させてインク室内に圧力波を発生させ、前記インク室内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたときに、このＴ時間経過後、増大状態から容積を自然状態に減少させてインク室内のインクに圧力を加えてインク滴を噴射させる制御装置と、を備えたインク滴噴射装置において、前記制御装置は、１ドットの印字命令に対して、当該ドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて、当該１ドットを形成する駆動波形を変形し、その駆動波形の噴射パルス信号を前記駆動電源から前記アクチュエータに印加するインク滴噴射装置にある。この構成においては、請求項１と同等の作用が得られる。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のインク滴噴射装置において、単ドット又は連続する複数ドットの印字命令にしたがい所定の周期タイミングで前記アクチュエータに印加する噴射パルス信号として２乃至４種類の駆動波形が予め用意されており、前記制御装置は、１つのドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて前記予め用意されている駆動波形のいずれかを選択するものである。この構成においては、請求項２と同等の作用が得られる。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のインク滴噴射装置において、当該ドットの直後に噴射がある場合は、単数又は複数の噴射パルスからなる第１の駆動波形にて噴射し、当該ドットの直後に噴射がない場合は、上記第１の駆動波形の後に非噴射パルスを付加した第２の駆動波形にて噴射するものである。この構成においては、請求項３と同等の作用が得られる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項６に記載のインク滴噴射装置において、当該ドットの直前に噴射があり、直後に噴射がない場合は、噴射パルスの波幅を、インク室内を圧力波が片道伝播する時間Ｔの奇数倍からずらし、それ以外の場合は、噴射パルスの波幅を前記片道伝播時間Ｔの奇数倍とするものである。この構成においては、請求項４と同等の作用が得られる。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載のインク滴噴射装置において、当該ドットの直前、直後に噴射がある場合は、液滴噴射速度が同じか又は増加する周波数で噴射し、それ以外の場合は、液滴噴射速度が減速する周波数で噴射するものである。この構成においては、請求項５と同等の作用が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。本実施の形態のインク滴噴射装置における機械的部分の構成は、上述した図１８に示すものと同様であるので説明を省略する。
【００２５】
本インク滴噴射装置６００の具体的な寸法の一例を述べる。インク室６１３の長さＬが７．５ｍｍである。ノズル６１８の寸法は、インク滴噴射側の径が４０μｍ、インク室６１３側の径が７２μｍ、長さが１００μｍ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。このインク室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。
【００２６】
本発明の一実施の形態であるインク室６１３内の電極６１９に印加する駆動波形は、単ドット又は連続する複数ドットの印字命令にしたがい所定の周期タイミングで出力され、１つのドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて予め用意されている数種類（２〜４）の駆動波形のいずれかが選択される。
【００２７】
図４は第１の実施形態による駆動波形条件を示す（請求項３に対応）。第１又は第２の駆動波形は、上述の図１（ａ）（ｂ）に示したものである。すなわち、図１（ａ）（ｂ）の駆動波形は、ともに１ドット分の印字のためのパルスであり、（ａ）はパルス幅１Ｔの奇数倍の噴射パルス信号Ａ（第１の駆動波形）、（ｂ）は噴射パルス信号Ａとこれに続いて付加される非噴射パルスＢからなるもの（第２の駆動波形）である。第１の実施形態では、印字しようとする１つのドットの直後に噴射がある場合は、第１の駆動波形にて噴射し、当該ドットの直後に噴射がない場合は、第２の駆動波形にて噴射する。噴射パルス信号Ａと付加パルス信号Ｂのどちらも波高値（電圧値）はＥ（Ｖ）（例えば２０（Ｖ））とする。
【００２８】
また、噴射パルス信号Ａの波幅は、インク室６１３内のインク中における音速ａと上記Ｌとの比Ｌ／ａ（＝Ｔ）の奇数倍に一致するもの（ヘッド固有の値）とする。噴射パルス信号Ａの立ち下がりと付加パルス信号Ｂの立ち上がりタイミングとの時間差や付加パルス信号Ｂの波幅は、上述の通りである。なお、連続して次のドットを印字する場合のパルスの周期は、Ｔのほぼ偶数倍とし、噴射パルス信号Ａによる残留振動が次の噴射を助長するように設定され、例えば、駆動周波数を１０ｋＨｚとしたとき、１００μｓｅｃとなる。
【００２９】
図５は、図４に示した第１の実施形態による駆動波形条件による第１又は第２の駆動波形を用いて、連続的（途中に１ドット休止あり）に印字を行った時の液滴噴射速度（ｍ／ｓ）の測定データを示す。印字周波数は１０．０ｋＨｚとした。ここに、上述図３と同様に、連続ドット噴射（１〜５）の後、１ドット噴射を休止し（６）、その後に２ドット噴射（７，８）した。５発目と８発目は、直後に噴射がないので、第２の駆動波形、その他は第１の駆動波形となる。同図のデータを、図３の第１駆動波形のみを用いた場合と対比すると、直後に噴射がない８発目の噴射速度の落ち込みが少なくなっており、噴射が安定したものとなっていることが分かる。また、第２の駆動波形のみを用いた場合に比べて、２発目の噴射速度の低下がなくなっている。また、常時、非噴射パルスの付加されている第２の駆動波形を用いないので、エネルギー効率も良くなる。また、予め用意された数種の駆動波形の中から適宜選択されるので、容易に適切な駆動波形を選択可能である。
【００３０】
図６は第２の実施形態において用いられる一つの噴射パルス信号Ｃ（第３の駆動波形、パルス幅１．５Ｔ）を示し、図７は第２の実施形態による駆動波形条件を示す（請求項４に対応）。各ドットの直前、直後の噴射の有無に応じて、上記第１の駆動波形又は第３の駆動波形のいずれかが用いられる。第３の駆動波形は、印字しようとする１つのドットの直前に噴射があり、直後に噴射がない場合に用いられ、それ以外の場合は、第１の駆動波形が用いられる。
【００３１】
図８は、上記第３の駆動波形を全てに用いた場合と、図７に示した第２の実施形態による駆動波形条件による第１又は第３の駆動波形を用いた場合（実施例）とについて、連続的（途中に１ドット休止あり）に印字を行った時の液滴噴射速度（ｍ／ｓ）の測定データを示す。５発目と８発目は、直前に噴射があり、直後に噴射がないので、第３の駆動波形、その他は第１の駆動波形となる。実施例と第３の駆動波形を全てに用いた場合とを比較すると、実施例では、直後に噴射がない８発目の噴射速度の落ち込みがなくなっており、噴射が安定したものとなっていることが分かる。
【００３２】
この第２の実施形態においては、第１の駆動波形は、噴射パルスの波幅をインク室内を圧力波が片道伝播する時間Ｔの奇数倍（１Ｔや３Ｔ）とするものであり、第３の駆動波形は、噴射パネルの波幅を圧力波の片道伝播時間Ｔの奇数倍からずらす（１．５Ｔなど）ものである。連続ドットを時間Ｔの周期で印字動作させた場合、１つのドットの噴射パルスの波幅を、時間Ｔの奇数倍とすると、圧力波の伝播の関係で圧力が上り、噴射速度が速くなり、奇数倍からずらすと、圧力が上がらず、噴射速度は遅くなる。そこで、直後に噴射がないドットに対し、上記のような駆動波形とすることで、メニスカスの残留振動を低下させ、噴射速度を安定させることができる。
【００３３】
図９は第３の実施形態による駆動波形条件を示す（請求項５に対応）。印字しようとする１つのドットの直前、直後に噴射がある場合は、液滴噴射速度が同じか又は増加する周波数（後述するように、例えば１０．０ｋＨｚ）で噴射し、それ以外の場合は、液滴噴射速度が減速する周波数（後述するように、例えば１０．８ｋＨｚ）で噴射するものである。駆動波形はいずれも上記第１の駆動波形を用いる。図１０は、１０．０ｋＨｚ前後の複数種類の周波数で駆動した場合と、図９に示した第３の実施形態による駆動波形条件による周波数で駆動した場合について、連続的（途中に１ドット休止あり）に印字を行った時の液滴噴射速度（ｍ／ｓ）の測定データを示す。
【００３４】
図１０の測定データから分かるように、１０．０ｋＨｚの周波数の場合は、２発目では１発目より液滴噴射速度が上がり、１０．８ｋＨｚの周波数の場合は、２発目では１発目より液滴噴射速度が下がる。噴射速度が変化する理由は、所定の印字周波数に対して、連続印字時において一部のドット噴射の駆動信号の周波数を僅かに増減することで、そのドット部分でドット噴射のタイミングが変ることになり、そのため、メニスカスの残留振動に与える影響が変わることに因る。そこで、前後のいずれかに噴射がないドットの駆動、ここでは１発目と５発目、７発目と８発目を噴射速度が遅くなる周波数（１０．８ｋＨｚ）で駆動することで、噴射タイミングが早くなり（７．４μｓ早くなる）、メニスカスの振動の小さいところで噴射できるため、噴射速度を安定させることができる。７．４μｓ早くなるのは、１０．０ｋＨｚでは、１００μｓの周期となり、１０．８ｋＨｚでは、９２．６μｓの周期となるからである。なお、２発目は、実質９．３ｋＨｚの噴射となる。
【００３５】
図１１は他の実施形態による駆動波形を示す。この例では、印字しようとする１つのドットの直前（ｂｅｆｏｒｅ）ドットと直後（ａｆｔｅｒ）のドットについて、ドット有りの場合は黒丸、無しの場合は破線の白丸で示し、（ａ）〜（ｂ）の各条件での当該ドットに対する噴射パルスの電圧波形（ＤｒｉｖｉｎｇＶｏｌｔａｇｅ）を示す。直前、直後にドットが無い（ａ）の場合の噴射パルスのパルス幅Ｔを基準とすると、直前にドットが有り、直後にドットが無い（ｂ）の場合、噴射パルス幅は短いものとし、直前にドットが無く、直後にドットが有る（ｃ）の場合、（ｂ）の場合よりも長く、Ｔより短いパルス幅とし、直前、直後にドットが有る（ｄ）の場合、（ｂ）の場合と同等の短いパルス幅とすればよい。なお、電圧波形の変更は、上記例に限られるものではなく、インク流路の形状等の各種条件によって、（ｃ）の場合（ａ）の波形と同じになったり、（ｂ）と（ｄ）の場合の波形が異なることもある。以下の図１２，図１３の実施形態の場合においても同様である。
【００３６】
図１２はさらに他の実施形態による駆動波形を示す。この例では、直前ドットと直後ドットの有無に応じて、噴射パルスの電圧値を変えている。直前、直後にドットが無い（ａ）の場合の噴射パルスの波高値を基準とすると、上記と同様の条件下で、それぞれ図示のような波高値とすればよい。
【００３７】
図１３はさらに他の実施形態による駆動波形を示す。この例では、直前ドットと直後ドットの有無に応じて、噴射パルスの立上がり、立ち下がりの傾きを変えている。直前、直後にドットが無い（ａ）の場合の噴射パルスを基準とすると、上記と同様の条件下で、それぞれ図示のような傾きを持つパルス波形とすればよい。
【００３８】
上記はいずれも、連続ドット噴射後に、１ドット噴射を休止し、その後に再びドット噴射する場合に注目した測定データを示したが、図１４は連続ドット噴射の場合を示し、（ａ）は、連続ドットを印字した場合の良好な印字状態を示し、（ｂ）（ｃ）は、特に噴射パルスを変更することなく、例えば１０．８ｋＨｚの周波数でもって連続ドットを印字した場合の印字状態を示し、２発目のドットの液滴体積が少なくなって印字が細くなり、又はドット抜けが生じる様子を示している。高い周波数で印字した場合には、このような問題が発生し易い。
本発明は、上述の各実施形態に示したように、直前、直後のドット噴射の有無を考慮して駆動波形（電圧、パルス幅、パルス数）を変えることで、（ａ）のような良好な印字結果が得られるようにしたものである。
【００３９】
次に、前記のような各種の駆動波形を実現するための制御装置の一実施の形態を図１５及び図１６を用いて説明する。図１５に示す制御装置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。アクチュエータ壁６０３の圧電材料及び電極６１９、６２１は、等価的にコンデンサ１９１で表される。１９１Ａと１９１Ｂはその端子である。
【００４０】
入力端子１８１と１８３は、それぞれインク室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。
【００４１】
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。したがって、正の電源１８７に接続されている抵抗Ｒ１０４及び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のコレクタ及びエミッタ、抵抗Ｒ１２０を介してコンデンサ１９１、端子１９１Ａに印加される。
【００４２】
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１８３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を介してコンデンサ１９１の抵抗Ｒ１２０側端子１９１Ａをアースする。したがって、図１８及び図１９に示すインク室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。
【００４３】
次に、充電回路１８２の入力端子１８１及び放電用回路１８４の入力端子１８３に入力され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。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の制御プログラム及びタイミングでオン、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１６に示すように、インク滴噴射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。したがって、駆動波形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。
【００４４】
さらに、ＣＰＵ１１０は各種のデータをやりとりする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及び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１８３に接続されている。
【００４５】
ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１４の駆動波形データ記録エリア１１４Ｂに記憶されているシーケンスデータにしたがって、パルスジェネレータ１２０及び１２２を制御する。したがって、前記のタイミング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、駆動波形の駆動パルスをアクチュエータ壁６０３に与えることができる。
【００４６】
なお、パルスジェネレータ１２０、１２２及び充電回路１８２及び放電回路１８４は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。
【００４７】
図１７（ａ）（ｂ）は、上記制御装置６２５の機能ブロック図であり、印字命令の信号の流れを示している。同図（ａ）においては、印字命令は、ドライバソフトウェアから制御信号としてドライバ回路に与えられる。それに基づいてドライバ回路はＲＯＭに格納された各種データを読み出し、駆動信号を生成してアクチュエータを駆動する。ここに、ドライバ回路は、各ドットの前に液滴噴射があったか否かを記憶しておき、それと次に液滴噴射があるか否かに応じてＲＯＭのデータを基に上述のように駆動波形を変化させる。同図（ｂ）においては、印字命令は、ドライバソフトウェアにてテーブルを参照して制御信号に変換され、その制御信号はドライバ回路に与えられ、ドライバ回路にて駆動信号とされ、それによりアクチュエータを駆動する。この例では、ドライバソフトウェアが、テーブルのデータを基に、上記と同様に駆動波形を変化させる。
【００４８】
以上、実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、主たる駆動信号として１つの噴射パルスＡのみを持つものを示したが、主たる駆動信号が例えば２つの噴射パルスからなるものであっても構わない。また、インク滴噴射装置６００は、上記実施の形態の構成に限られるものではなく、圧電材料の分極方向が逆のものを用いてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態では、インク室６１３の両側に空気室６１５を設けているが、空気室を設けずに、インク室が隣接するようにしてもよい。さらに、本実施の形態では、アクチュエータはせん断モード型のものを用いたが、圧電材料を積層し、その積層方向の変形によって圧力波を発生する構成でもよく、圧電材料に限らずインク室に圧力波を発生するものを使用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明のインク滴噴射方法及びその装置によれば、当該ドットの印字のための駆動波形を、その直前、直後の噴射の有無に応じて変化させることにより、連続ドット印字時、及び連続ドット印字後に単ドット分休止し、その後に再び印字を行うような場合に、インクのメニスカス振動を抑制することが可能となり、一部ドットの液滴噴射速度が低下したり、噴射方向が不安定となるようなことが防止される。また、１つのドットに対して、常時、非噴射パルスを付加するといった必要がないので、駆動のエネルギー効率が良くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は１ドットに対する噴射パルス信号波形を示す図、（ｂ）は１ドットに対する噴射パルス信号と非噴射の付加パルス信号波形を示す図である。
【図２】従来の駆動波形条件を示す図である。
【図３】従来の駆動波形条件で動作させた場合の液滴噴射速度の測定データを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による駆動波形条件を示す図である。
【図５】第１の実施形態による駆動波形条件による駆動波形を用いて連続的に印字を行った時の液滴噴射速度の測定データである。
【図６】本発明の第２の実施形態において用いられる第３の駆動波形を示す図である。
【図７】第２の実施形態による駆動波形条件を示す図である。
【図８】第３の駆動波形を用いた場合と第２の実施形態による駆動波形条件による第１又は第３の駆動波形を用いた場合とについて連続的に印字を行った時の液滴噴射速度の測定データを示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による駆動波形条件を示す図である。
【図１０】複数種類の周波数で駆動した場合と、第３の実施形態による駆動波形条件による周波数で駆動した場合について連続的に印字を行った時の液滴噴射速度の測定データを示す図である。
【図１１】他の実施形態による駆動波形を示す図である。
【図１２】さらに他の実施形態による駆動波形を示す図である。
【図１３】さらに他の実施形態による駆動波形を示す図である。
【図１４】（ａ）は連続ドット噴射の良好な印字状態を示す図、（ｂ）（ｃ）は、連続ドットを印字した場合の不良の印字状態を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態によるインク滴噴射装置の駆動回路を示す図である。
【図１６】インク滴噴射装置の制御装置のＲＯＭの記憶領域を示す図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は制御装置の機能ブロック図である。
【図１８】（ａ）は記録ヘッドのインク噴射部分の縦断面図、（ｂ）は同横断面図である。
【図１９】記録ヘッドのインク噴射部分の動作を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ噴射パルス信号
Ｂ非噴射の付加パルス信号
Ｃ噴射パルス信号
６００インクジェットヘッド
６０３アクチュエータ壁
６１３インク室
６２５制御装置

Claims

インクが充填されたインク室の容積を変化させるためのアクチュエータに噴射パルス信号を印加することによりインク室内に圧力波を発生させてインクに圧力を加え、インク滴をノズルより噴射させるインク滴噴射方法において、
１つのドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて、当該１ドットを形成する駆動波形を変形することを特徴とするインク滴噴射方法。
単ドット又は連続する複数ドットの印字命令にしたがい所定の周期タイミングで前記アクチュエータに印加される噴射パルス信号として２乃至４種類の駆動波形が予め用意されており、１つのドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて前記予め用意されている駆動波形のいずれかが選択されることを特徴とする請求項１に記載のインク滴噴射方法。
当該ドットの直後に噴射がある場合は、単数又は複数の噴射パルスからなる第１の駆動波形にて噴射し、当該ドットの直後に噴射がない場合は、上記第１の駆動波形の後に非噴射パルスを付加した第２の駆動波形にて噴射することを特徴とする請求項１に記載のインク滴噴射方法。
当該ドットの直前に噴射があり、直後に噴射がない場合は、噴射パルスの波幅を、インク室内を圧力波が片道伝播する時間Ｔの奇数倍からずらし、それ以外の場合は、噴射パルスの波幅を前記片道伝播時間Ｔの奇数倍とすることを特徴とする請求項１に記載のインク滴噴射方法。
当該ドットの直前、直後に噴射がある場合は、液滴噴射速度が同じか又は増加する周波数で噴射し、それ以外の場合は、液滴噴射速度が減速する周波数で噴射することを特徴とする請求項１に記載のインク滴噴射方法。
インクが充填されるインク室と、
前記インク室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに電気信号を印加するための駆動電源と、
前記アクチュエータに前記駆動電源から噴射パルス信号を印加することにより、前記インク室の容積を増大させてインク室内に圧力波を発生させ、前記インク室内を圧力波が片道伝播する時間をＴとしたときに、このＴの奇数倍時間経過後、増大状態から容積を自然状態に減少させてインク室内のインクに圧力を加えてインク滴を噴射させる制御装置と、
を備えたインク滴噴射装置において、
前記制御装置は、１ドットの印字命令に対して、当該ドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて、当該１ドットを形成する駆動波形を変形し、その駆動波形の噴射パルス信号を前記駆動電源から前記アクチュエータに印加するものであることを特徴とするインク滴噴射装置。
単ドット又は連続する複数ドットの印字命令にしたがい所定の周期タイミングで前記アクチュエータに印加する噴射パルス信号として２乃至４種類の駆動波形が予め用意されており、前記制御装置は、１つのドットの直前及び直後の噴射の有無に基づいて前記予め用意されている駆動波形のいずれかを選択するものであることを特徴とする請求項６に記載のインク滴噴射装置。
当該ドットの直後に噴射がある場合は、単数又は複数の噴射パルスからなる第１の駆動波形にて噴射し、当該ドットの直後に噴射がない場合は、上記第１の駆動波形の後に非噴射パルスを付加した第２の駆動波形にて噴射することを特徴とする請求項６に記載のインク滴噴射装置。
当該ドットの直前に噴射があり、直後に噴射がない場合は、噴射パルスの波幅を、インク室内を圧力波が片道伝播する時間Ｔの奇数倍からずらし、それ以外の場合は、噴射パルスの波幅を前記片道伝播時間Ｔの奇数倍とすることを特徴とする請求項６に記載のインク滴噴射装置。
当該ドットの直前、直後に噴射がある場合は、液滴噴射速度が同じか又は増加する周波数で噴射し、それ以外の場合は、液滴噴射速度が減速する周波数で噴射することを特徴とする請求項６に記載のインク滴噴射装置。