JP5034309B2 - Droplet discharge device - Google Patents
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
この発明は、液滴吐出装置に係り、特に、圧電素子に所定の駆動波形の駆動電圧を印加することにより液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、当該体積変化に応じて収容室に連通されたノズルから液滴を吐出させる液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge device, and more particularly, a volume change is generated in a storage chamber in which a liquid is stored by applying a drive voltage having a predetermined drive waveform to a piezoelectric element. The present invention relates to a droplet discharge device that discharges droplets from a nozzle communicated with the nozzle.
従来、ピエゾ素子等の圧電素子に所定の駆動波形の駆動電圧を印加することにより液体が収容された収容室に体積変化(膨張・収縮)を発生させ、当該体積変化に応じて収容室に連通されたノズルから液滴を吐出させるインクジェットプリンタ等の液滴吐出装置が知られている。 Conventionally, by applying a drive voltage having a predetermined drive waveform to a piezoelectric element such as a piezo element, a volume change (expansion / contraction) is generated in a storage chamber in which a liquid is stored, and communication is made with the storage chamber according to the volume change. 2. Related Art A droplet discharge device such as an ink jet printer that discharges droplets from a formed nozzle is known.
この種の液滴吐出装置では、一例として図8(A)に示されるように、収容室からノズル40に供給される液体の液面(所謂、メニスカス)に収容室の体積変化に応じて液柱が形成され、当該液柱が液面から分離して、一例として図8(B)に示されるように、1個又は複数個の液滴(図8(B)では、主滴とサテライト滴が吐出されている。)となって飛翔し、飛翔した液滴が記録媒体の着弾した位置に当該液滴によるドットが記録される。
In this type of droplet discharge device, as shown in FIG. 8A as an example, the liquid level (so-called meniscus) of the liquid supplied from the storage chamber to the
ところで、この種の液滴吐出装置では、駆動電圧が印加される際のノズル40の液面の振動状態や、ノズル40内への異物の混入、ノズル40の製造誤差などの様々な要因によって、一例として図8(C)に示されるように、液滴の飛翔方向にずれ(以下、「飛翔曲がり」という。)が発生する場合がある。液滴吐出装置では、このような飛翔曲がりが発生すると、液滴の着弾位置にずれが発生するため、記録される画像の品質が低下する。
By the way, in this type of liquid droplet ejection apparatus, depending on various factors such as the vibration state of the liquid level of the
従来より発生要因毎に飛翔曲がりの発生を防止する技術が各種提案されており、特許文献1には、ノズルから液滴を連続的に吐出する場合に、前回の吐出によってノズルの液面に発生する残響振動(特許文献1では「残留振動」と記載。)の影響によって飛翔曲がりが発生する場合があるため、残響振動と逆位相の振動をノズルの液面に発生させるように駆動電圧の駆動波形を調整して残響振動を打消す技術が提案されている。なお、特許文献1では、図8(C)に示される液滴の飛翔方向のずれ(飛翔曲がり)を「尾曲がり」と称している。
Various techniques for preventing the occurrence of flying bends have been proposed for each occurrence factor.
すなわち、一例として図9(A)に示すような、駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加して収容室の体積変化を発生させてノズルから液滴を吐出させた場合、ノズル開口部では、一例として図9(C)の破線で示すように液体の流速が変化して駆動波形の終了後も液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動が発生する。なお、図9(C)の縦軸は、ノズル開口部での液体(インク)の流速を表しており、プラス側はノズルの外部方向に液体が移動し、マイナス側はノズルの内部方向に液体が移動していることを示している。なお、ノズルから液滴が吐出されると、吐出された液滴の体積分だけノズルの液面が内部に一時的に後退するため、図9(C)の縦軸がそのままノズルの液面の位置を示すものではない。 That is, as shown in FIG. 9A, for example, when a drive voltage having a drive waveform is applied to the piezoelectric element to cause a volume change in the storage chamber and a droplet is ejected from the nozzle, As an example, as shown by a broken line in FIG. 9C, a reverberation vibration in which the liquid surface vibrates in the internal direction and the external direction of the nozzle is generated even after the drive waveform is finished due to the change in the liquid flow velocity. The vertical axis in FIG. 9C represents the flow rate of the liquid (ink) at the nozzle opening, the positive side moves the liquid in the direction outside the nozzle, and the negative side moves in the direction inside the nozzle. Indicates that it is moving. Note that when a droplet is ejected from the nozzle, the liquid level of the nozzle temporarily retreats by the volume of the ejected liquid droplet, so the vertical axis of FIG. It does not indicate the position.
このため、図9(A)に示すような駆動波形を用いてノズルから液滴を連続的に吐出させる場合、残響振動が液滴の吐出に影響の無いレベルに減衰するまで待たなければ飛翔曲がりが発生する場合がある。 For this reason, when droplets are continuously ejected from the nozzles using a drive waveform as shown in FIG. 9A, the flight bends until the reverberation vibration is attenuated to a level that does not affect the ejection of the droplets. May occur.
そこで、図9(A)に示すような駆動波形の駆動電圧に対して特許文献1の技術を適用して駆動波形を調整し、図9(B)に示すような駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加してノズルから液滴を吐出させた場合、図9(C)の実線に示されるように、当該駆動電圧によって残響振動を素早く打消すことができるため、飛翔曲がりを発生させることなく、短い周期でノズルから液滴を正確に吐出させることができる。
Therefore, the driving waveform is adjusted by applying the technique of
また、特許文献2には、圧電素子に収容室を膨張、保持、収縮させる駆動波形の駆動電圧を印加してノズルから液滴を吐出させる場合に、収容室に収容された液体の固有振動周期(特許文献2では「ヘルムホルツ共振周波数」と記載。)をTcとしたとき、収容室を膨張させる期間を固有振動周期Tcよりも短くし、収容室の膨張状態を保持する期間をTcの1/2以下にすることにより、ノズルの液面の残響振動を必要最小限に抑えて液滴の飛翔曲がりを防止し、また、サテライト滴の尾引きを低減させて小さい液滴を高い駆動周波数で安定して吐出させる技術が提案されている。
Further,
さらに、特許文献3には、ノズルが設けられたノズル形成面を拭くワイピング機構が設けられたインクジェット記録ヘッドにおいて、ノズル形成面に撥水処理を施して撥水領域とし、この撥水領域内のワイピング方向下流側の一部に親水領域を設けることにより、ノズル形成面をワイピング機構で拭くとき、インク成分の蒸発等により生成された固形物がノズル内に押し込まれることを防止して、飛翔曲がりが発生することを防止する技術が提案されている。
ところで、本発明の発明者は、上記特許文献1の技術を適用して残響振動の抑制を行う駆動波形の駆動電圧を採用してノズルからの液滴の飛翔実験を行った結果、飛翔曲がりと異なる飛翔方向の不良が発生する場合があることを発見した。これは、一例として図8(D)に示されるように、吐出された液滴の最後尾の部分が曲がる現象である。本明細書では、この吐出された液滴の最後尾の部分が曲がる現象を「尾曲がり」と称する。
By the way, the inventors of the present invention adopted a driving voltage of a driving waveform that suppresses reverberation vibration by applying the technique of the above-mentioned
この尾曲がりは、一例として図10(A)〜(F)に示されるように、収容室の体積変化に応じてノズル40の液面に形成された液柱が分離する際に、ノズル40内への異物の混入や、ノズル40の製造誤差などの様々な要因によって液柱の最後の尾のみがノズル40の開口部の壁面に引きずられるために発生する現象である(図10(D)〜(F)参照。)。
For example, as shown in FIGS. 10A to 10F, this tail bend is generated when the liquid column formed on the liquid surface of the
そして、液滴吐出装置では、ノズル40から吐出される液滴にこのような尾曲がりが発生した場合、曲がった尾の部分によって、記録される画像の画質が低下する、という問題点があった。
In the droplet discharge device, when such a tail bend occurs in the droplet discharged from the
この尾曲がりによる画質の低下は、吐出された液滴の大半が想定された方向に飛翔するため、上述した飛翔曲がりに比べて少ないが、記録される画像を高画質化する場合に無視できるものではない。 The deterioration in image quality due to this tail-bending is less than the above-mentioned flying bend because most of the ejected droplets fly in the assumed direction, but can be ignored when the recorded image is improved in image quality. is not.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、記録画像の画質の低下を防止することができる液滴吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a droplet discharge device that can prevent deterioration in the image quality of a recorded image.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、印加された駆動電圧に応じて変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させる圧電素子と、前記収容室に連通されて前記液体が供給され、前記圧電素子による前記収容室の体積変化に応じて前記液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が前記液面から分離されることによって前記液体による液滴が吐出されるノズルと、前記収容室に収容された液体の固有振動周期をTcとしたとき、前記収容室を収縮させた後に当該収容室の収縮状態をTc/3以上維持させる第1波形を含むと共に、前記第1波形の駆動電圧を前記圧電素子に印加させて前記収容室を収縮させて前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させた際の当該収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動の振幅の一部を残し、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第2波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を、前記圧電素子に印加する電圧として生成する生成手段と、を備えている。そして、前記第2の波形は、前記残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制している。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項1記載の発明は、印加された駆動電圧に応じて圧電素子が変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、収容室に連通されてノズルに液体が供給され、圧電素子による収容室の体積変化に応じてノズルに供給された液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものとされており、生成手段により、前記収容室に収容された液体の固有振動周期をTcとしたとき、前記収容室を収縮させた後に当該収容室の収縮状態をTc/3以上維持させる第1波形を含むと共に、前記第1波形の駆動電圧を前記圧電素子に印加させて前記収容室を収縮させて前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させた際の当該収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動の振幅の一部を残し、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第2波形を含んだ駆動波形の駆動電圧が、前記圧電素子に印加する電圧として生成される。そして、前記第2の波形により、前記残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動は抑制されず、その直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動が抑制される。 According to the first aspect of the present invention, the piezoelectric element is deformed in accordance with the applied drive voltage to generate a volume change in the storage chamber in which the liquid is stored. The liquid is supplied to the nozzle in communication with the storage chamber. A liquid column is formed on the liquid level of the liquid supplied to the nozzle in accordance with a change in the volume of the storage chamber by the element, and then the liquid column is separated from the liquid level, whereby a liquid droplet is discharged from the nozzle. And the generation means maintains the contracted state of the storage chamber at least Tc / 3 after the storage chamber is contracted, where Tc is the natural vibration period of the liquid stored in the storage chamber. The accommodation when the liquid column is formed on the liquid surface of the liquid supplied to the nozzle by contracting the accommodation chamber by applying a driving voltage of the first waveform to the piezoelectric element. Due to the contraction of the chamber The liquid surface is left with a part of the amplitude of the reverberation vibration in which the liquid surface vibrates in the internal direction and the external direction of the nozzle, and the separation position of the liquid column from the liquid surface is outside the droplet discharge surface of the nozzle. A drive voltage having a drive waveform including a second waveform that is suppressed within a certain range is generated as a voltage to be applied to the piezoelectric element. And, by the second waveform, the reverberation vibration in which the first liquid surface moves in the external direction is not suppressed among the reverberation vibrations, and the reverberation vibration in which the liquid surface immediately after moving in the internal direction is not suppressed. It is suppressed.
このように請求項1記載の発明によれば、圧電素子が駆動電圧に応じて変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、ノズルに供給された液体の液面に収容室の体積変化に応じて液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものであって、前記収容室に収容された液体の固有振動周期をTcとしたとき、前記収容室を収縮させた後に当該収容室の収縮状態をTc/3以上維持させる第1波形を含むと共に、前記第1波形の駆動電圧を前記圧電素子に印加させて前記収容室を収縮させて前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させた際の当該収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動の振幅の一部を残し、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第2波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を、前記圧電素子に印加する電圧として生成しているので、生成された当該駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した場合に液柱が液面から分離する位置が液滴吐出面の外側となって液柱の最後の尾がノズルの開口部の壁面に引きずられて尾曲がりが発生することを防止できるため、記録画像の画質の低下を防止することができる。そして、前記第2波形は、前記残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制する波形であり、残響振動を打ち消し、短い周期で吐出することができる。 Thus, according to the first aspect of the present invention, the piezoelectric element is deformed according to the driving voltage to cause a volume change in the storage chamber in which the liquid is stored, and the storage chamber is placed on the liquid level of the liquid supplied to the nozzle. The liquid column is separated from the liquid surface after the liquid column is formed according to the volume change of the liquid, so that the liquid droplets are discharged from the nozzle, and the liquid stored in the storage chamber is unique. When the vibration period is Tc, the first chamber includes a first waveform that maintains the contraction state of the storage chamber after the contraction of the storage chamber by Tc / 3 or more, and a driving voltage having the first waveform is applied to the piezoelectric element. The liquid surface is generated in the liquid surface by contraction of the storage chamber when the liquid column is formed on the liquid surface of the liquid supplied to the nozzle by contracting the storage chamber. Reverberation vibration that vibrates in the direction and outside A drive voltage having a drive waveform including a second waveform that retains a part of the amplitude and suppresses the separation position of the liquid column from the liquid surface within a range outside the droplet discharge surface of the nozzle, Since it is generated as a voltage to be applied to the element, the position where the liquid column is separated from the liquid surface when the drive voltage of the generated driving waveform is applied to the piezoelectric element is outside the liquid droplet ejection surface. Since the last tail can be dragged to the wall surface of the nozzle opening and the tail bend can be prevented, deterioration of the image quality of the recorded image can be prevented. The second waveform does not suppress the reverberation vibration in which the first liquid surface moves in the external direction among the reverberation vibrations, and suppresses the reverberation vibration in which the liquid surface immediately after moving in the internal direction. This waveform cancels reverberation vibration and can be discharged in a short cycle.
また、請求項1記載の生成手段は、請求項2記載のように、前記第2波形として、前記圧電素子に印加された際に前記残響振動と逆位相の振動を前記液面に発生させることにより前記残響振動を抑制する波形を生成することが好ましい。
Further, generating unit according to
以上説明したように、本発明によれば、圧電素子が駆動電圧に応じて変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、ノズルに供給された液体の液面に収容室の体積変化に応じて液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものであって、前記収容室に収容された液体の固有振動周期をTcとしたとき、前記収容室を収縮させた後に当該収容室の収縮状態をTc/3以上維持させる第1波形を含むと共に、前記第1波形の駆動電圧を前記圧電素子に印加させて前記収容室を収縮させて前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させた際の当該収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動の振幅の一部を残し、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第2波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を、前記圧電素子に印加する電圧として生成しているので、生成された当該駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した場合に液柱が液面から分離する位置が液滴吐出面の外側となって液柱の最後の尾がノズルの開口部の壁面に引きずられて尾曲がりが発生することを防止できるため、記録画像の画質の低下を防止することができる、という優れた効果を有する。そして、前記第2波形は、前記残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制する波形であり、残響振動を打ち消し、短い周期で吐出することができる。 As described above, according to the present invention, the piezoelectric element is deformed according to the driving voltage to cause a volume change in the storage chamber in which the liquid is stored, and the liquid level of the liquid supplied to the nozzle Liquid droplets are ejected from the nozzle by separating the liquid column from the liquid surface after the liquid column is formed in accordance with the volume change, and the natural vibration of the liquid stored in the storage chamber When the period is Tc, the first chamber includes a first waveform that maintains the contracted state of the storage chamber after contracting the storage chamber by Tc / 3 or more, and a driving voltage having the first waveform is applied to the piezoelectric element. The liquid surface is generated in the liquid surface by contraction of the storage chamber when the liquid column is formed on the liquid surface of the liquid supplied to the nozzle by contracting the storage chamber. And reverberant vibration that vibrates in the external direction. A drive voltage having a drive waveform including a second waveform that leaves a part of the width and suppresses the separation position of the liquid column from the liquid surface within a range outside the droplet discharge surface of the nozzle is applied to the piezoelectric element. Since it is generated as a voltage to be applied to the element, the position where the liquid column is separated from the liquid surface when the drive voltage of the generated driving waveform is applied to the piezoelectric element is outside the liquid droplet ejection surface. Therefore, the tail of the nozzle can be prevented from being dragged to the wall surface of the opening of the nozzle and the tail bend can be prevented, so that the image quality of the recorded image can be prevented from being lowered. The second waveform does not suppress the reverberation vibration in which the first liquid surface moves in the external direction among the reverberation vibrations, and suppresses the reverberation vibration in which the liquid surface immediately after moving in the internal direction. This waveform cancels reverberation vibration and can be discharged in a short cycle.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、本発明をインクジェットプリンタに適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a case where the present invention is applied to an inkjet printer will be described.
[第1の実施の形態]
図1には、第1の実施の形態に係るインクジェットプリンタ(以下、単に「プリンタ」という)10の構成が示されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the configuration of an ink jet printer (hereinafter simply referred to as “printer”) 10 according to the first embodiment.
同図に示されるように、プリンタ10は、装置全体の動作を制御するコントローラ12と、所定の駆動波形の駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路14と、後述する液滴吐出ヘッド20を駆動させる制御を行う駆動制御回路16と、複数のノズル40(図2参照。)が設けられた液滴吐出ヘッド20と、を備えている。
As shown in the figure, the
コントローラ12は、図示しないCPU、RAM、ROM等を備えており、図示しない外部装置から画像データが入力されると、当該画像データに対してハーフトーン処理等の各種画像処理を行って画素を構成するドット毎のドットデータを作成する。そして、コントローラ12は、所定周期のクロック信号を生成して駆動電圧生成回路14へ出力すると共に、当該所定周期毎にドットデータに基づいて液滴吐出ヘッド20の各ノズル40からの液滴の吐出/不吐出を指定した複数ラインの制御信号を駆動制御回路16へ順次出力する。
The
駆動電圧生成回路14は、コントローラ12からクロック信号が入力されると、当該クロック信号に同期して所定の駆動波形の駆動電圧を生成して駆動制御回路16へ出力する。
When a clock signal is input from the
駆動制御回路16は、コントローラ12及び駆動電圧生成回路14と接続されており、駆動電圧生成回路14から所定周期毎に駆動電圧が供給される。また、駆動制御回路16は、後述する液滴吐出ヘッド20の各ノズル40にそれぞれ対応して設けられた各圧電素子52(図2参照。)とそれぞれ配線によって個別に電気的に接続されており、それぞれの配線毎に通電のオン/オフを個別に制御するスイッチ回路を内蔵している。
The
駆動制御回路16は、コントローラ12より入力される複数ラインの制御信号に応じて各スイッチ回路をオン/オフさせることにより各圧電素子52への駆動電圧の印加を制御する。
The
図2には、第1の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド20に設けられた複数のノズル40のうちの1個のノズル部分の断面図が示されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of one nozzle portion of the plurality of
同図に示されるように、液滴吐出ヘッド20は、ノズル40、インクタンク42、供給路44、圧力室46及び圧電素子52を備えている。
As shown in the figure, the
インクタンク42には、図示しないインクカートリッジから適量のインクが供給され、一時的に蓄えられる。また、インクタンク42は、供給路44を介して圧力室46と連通されており、圧力室46はノズル40を介して外部と連通されている。
An appropriate amount of ink is supplied to the
また、圧力室46の壁面の一部は、圧力調整板46Aにより構成されており、当該圧力調整板46Aには圧電素子52が取り付けられている。
A part of the wall surface of the
圧電素子52は、駆動制御回路16(図1参照。)より供給された駆動電圧が印加されて変形することにより圧力調整板46Aに対する押圧力を変化させて圧力室46内の体積変化を発生させる。液滴吐出ヘッド20は、圧力室46内の体積変化により発生するインクの振動波(圧力波)によって、インクタンク42内に蓄えられたインクを供給路44及び圧力室46を介してノズル40から吐出する。
The
圧力室46は、圧力室46のサイズや形状に応じて収容したインクに振動波が伝播する固有振動周期Tcが定まっている。本実施の形態に係る液滴吐出ヘッド20は、圧力室46の固有振動周期Tcが、例えば13μsecであるものとする。
The
次に、第1の実施の形態で採用する駆動波形について説明する。 Next, drive waveforms employed in the first embodiment will be described.
図10(A)〜(F)には、上述した図9(B)に示した駆動波形の駆動電圧が圧電素子52に印加された場合のノズル40の液面の変化が示されている。
10A to 10F show changes in the liquid level of the
ノズル40の液面(図10(A)参照。)は、印加される電圧が低下(図9(B)の駆動波形のA点〜B点。)すると、圧電素子52が変形して圧力室46が拡張されるため、ノズルの内部に引き込まれる(図10(B)参照。)。
The liquid level of the nozzle 40 (see FIG. 10A) decreases the applied voltage (points A to B of the drive waveform in FIG. 9B), and the
そして、電圧が所定時間だけ維持(図9(B)の駆動波形のB点〜C点。)されて圧力室46の体積が拡張状態で維持された後に、印加される電圧が上昇(図9(B)の駆動波形のC点〜D点)すると、圧電素子52が変形して圧力室46が収縮されるため、ノズル40の液面に液柱が形成される(図10(C)参照。)。
Then, after the voltage is maintained for a predetermined time (points B to C of the drive waveform in FIG. 9B) and the volume of the
そして、電圧が所定の保持時間(図9(B)の駆動波形のD点〜E点。)だけ維持されて圧力室46の体積が収縮状態で維持されるとノズル40の液面がノズル40の内部方向及び外部方向に振動する残響振動が発生し、残響振動と逆位相の振動を発生させるような波形(図9(B)の駆動波形のE点〜G点)の駆動電圧が印加されると、残響振動が打消されると共に、液柱が液面から分離(図10(D)(E)参照。)して飛翔する(図10(F)参照。)。
When the voltage is maintained for a predetermined holding time (D point to E point of the driving waveform in FIG. 9B) and the volume of the
このような駆動波形において、圧力室46の体積を収縮状態で維持する保持時間(図9(B)の駆動波形のD点〜E点)を、以下の表1に示すように変化させた場合、液柱がノズル40の液面から分離するタイミングが変化し、保持時間がTc/3以上(本実施の形態では13/3sec以上)になると液柱が分離する位置がノズル40の液滴吐出面48の外側から内側に変化する。なお、以下の表1では、液柱がノズル40の液滴吐出面48より内側で分離する場合、分離するタイミングを正確に測定することが困難であるため、不明としている。
In such a drive waveform, when the holding time for maintaining the volume of the
尾曲がりは、図10(D)(E)に示したように、液柱の最後の尾のみがノズル40の開口部の壁面に引きずられるために発生する現象である。
The tail bend is a phenomenon that occurs because only the last tail of the liquid column is dragged to the wall surface of the opening of the
このため、残響振動の抑制を行ったとしても保持時間がTc/3未満に設定すれば、液柱が液面から分離する位置がノズル40の液滴吐出面48よりも外側となるため、尾曲がりの発生を抑制できる。また、保持時間を短くした場合、サテライト滴の尾が短くでき、吐出されるインク滴の滴量を少なくできる。
For this reason, even if reverberation vibration is suppressed, if the holding time is set to be less than Tc / 3, the position where the liquid column is separated from the liquid surface is outside the liquid
一方、残響振動の抑制を行いかつ保持時間がTc/3以上の場合は、サテライト滴の尾を長くできるため、吐出されるインク滴の滴量を多くすることができるが、液柱が液面から分離する位置がノズル40の液滴吐出面48よりも内側となるため、尾曲がりが発生する場合がある。
On the other hand, when the reverberation vibration is suppressed and the holding time is Tc / 3 or more, the tail of the satellite droplet can be lengthened, so that the droplet volume of the ejected ink droplet can be increased. Since the position where the nozzle is separated from the
本実施の形態に係る駆動電圧生成回路14では、吐出されるインク滴の滴量を多くするため、圧力室46を収縮させた後に当該収縮状態をTc/3以上(ここでは、8μsec)維持し、かつ液柱の液面からの分離位置が液滴吐出面48の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を生成する。
In the drive
図3(A)には、本実施の形態に係る駆動電圧生成回路14により生成される駆動波形の一例が示されており、図3(B)には、当該駆動波形の駆動電圧が圧電素子52に印加された際のノズル開口部での液体の流速の変化が実線で示されている。なお、図3(B)には、残響振動の抑制が行わない駆動波形の駆動電圧(図9(A)参照。)が圧電素子52に印加された際の流速の変化(図9(C)の破線。)が破線で示されている。
FIG. 3A shows an example of a drive waveform generated by the drive
また、図4(A)〜(F)には、上述した図3(A)に示した駆動波形の駆動電圧が圧電素子52に印加された場合のノズル40の液面の変化が示されている。
4A to 4F show changes in the liquid level of the
図3(A)に示した駆動波形のA点〜E点は、図9(B)の駆動波形のA点〜E点と同様の波形であるため、ノズル40の液面は同様に変化する(図4(A)〜(C)と図10(A)〜(C)は同じ変化。)。
Since points A to E of the drive waveform shown in FIG. 3A are the same waveforms as points A to E of the drive waveform of FIG. 9B, the liquid level of the
そして、圧電素子52に図3(A)に示した駆動波形のE点〜G点のような波形の駆動電圧が印加されると、図3(B)に示されるように、残響振動が完全に打消されずに一部が残り、図4(D),(E)に示されるように、液柱の液面からの分離位置が液滴吐出面48の外側になる範囲で抑制される。
When a drive voltage having a waveform such as point E to point G of the drive waveform shown in FIG. 3A is applied to the
次に、図5を参照して、図示しない外部装置から画像データが入力された際のプリンタ10の作用を説明する。なお、図5は、図示しない外部装置から画像データが入力された際にコントローラ12によって実行される画像記録処理の流れを示すフローチャートである。
Next, the operation of the
ステップ100では、図示しない外部装置から入力した画像データに対してハーフトーン処理等の各種画像処理を行って、画素を構成するドット毎のドットデータを作成し、次のステップ102では、所定周期のクロック信号の生成を開始して当該クロック信号の駆動電圧生成回路14への出力を開始する。
In
駆動電圧生成回路14は、コントローラ12からクロック信号が入力すると、当該クロック信号に同期して、上述の図3(A)に示した駆動波形の駆動電圧を生成して駆動制御回路16へ出力する。
When the clock signal is input from the
次のステップ104では、作成したドットデータに基づいて液滴吐出ヘッド20の各ノズル40の液滴を吐出/不吐出を指定した複数ラインの制御信号を駆動制御回路16へ出力する。
In the
駆動制御回路16は、複数ラインの制御信号が入力されると、当該制御信号に応じて内蔵する各スイッチ回路をオン/オフする。これにより、オンとなったスイッチ回路に接続された圧電素子52に駆動電圧生成回路14より供給される駆動電圧が印加される。
When a plurality of lines of control signals are input, the
駆動電圧が印加された圧電素子52は、印加された駆動電圧の駆動波形に応じて変形することにより圧力室46内の体積変化を発生させ、圧力室46内に振動波を発生させることによりノズル40から液滴を吐出させる。この際、液柱の液面から分離する位置がノズル40の液滴吐出面48よりも外側になるため、吐出される液滴に尾曲がりが発生しない。
The
次のステップ106では、作成したドットデータにより示される画像の記録が終了したか否かを判定し、肯定判定であった場合はステップ108へ移行し、否定判定であった場合は上述したステップ104へ戻ってドットデータに基づく画像の記録を継続する。
In the
次のステップ108では、クロック信号の出力を終了し、本画像記録処理は終了となる。
In the
このように、第1の実施の形態によれば、吐出される液滴の尾曲がりの発生を防止することができるため、記録される画像の画質の低下を防止することができる。また、残響振動を抑制しているため、残響振動を抑制しない場合と比較して、飛翔曲がりの発生させることなくノズル40から液滴を短い周期で吐出させることもできる。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to prevent the tail of the ejected droplet from occurring, and thus it is possible to prevent the image quality of the recorded image from being deteriorated. Moreover, since reverberation vibration is suppressed, compared with the case where reverberation vibration is not suppressed, a droplet can also be discharged from the
以上のように第1の実施の形態によれば、印加された駆動電圧に応じて圧電素子が変形して液体(ここでは、インク)が収容された収容室(ここでは、圧力室46)に体積変化を発生させ、収容室に連通されてノズルに液体が供給され、圧電素子による収容室の体積変化に応じて液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものとされており、生成手段(ここでは、駆動電圧生成回路14)により、液柱の液面からの分離位置がノズルの液滴吐出面の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を、圧電素子に印加するものとして生成しているので、生成された当該駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した場合に液柱が液面から分離する位置が液滴吐出面の外側となって液柱の最後の尾がノズルの開口部の壁面に引きずられて尾曲がりが発生することを防止できるため、記録画像の画質の低下を防止することができる。 As described above, according to the first embodiment, the piezoelectric element is deformed in accordance with the applied drive voltage, and is stored in the storage chamber (here, the pressure chamber 46) in which liquid (here, ink) is stored. A volume change is generated, the liquid is supplied to the nozzle through communication with the storage chamber, and the liquid column is separated from the liquid level after the liquid column is formed on the liquid level according to the volume change of the storage chamber by the piezoelectric element. As a result, liquid droplets are ejected from the nozzle, and the separation position of the liquid column from the liquid surface is determined by the generation means (here, the drive voltage generation circuit 14). Since the drive voltage having a predetermined drive waveform is applied to the piezoelectric element so as to be outside the liquid crystal, the liquid column is generated when the generated drive voltage having the drive waveform is applied to the piezoelectric element. The position where the liquid is separated from the liquid surface Since the last tail of a outer liquid column can be prevented from being dragged by the wall surface of the opening of the nozzle tail bends occur, it is possible to prevent deterioration in the image quality of the recorded image.
また、第1の実施の形態によれば、生成手段は、収容室に収容された液体の固有振動周期をTcとしたとき、収容室を収縮させて、ノズルに供給された液体の液面に液柱を形成させるもので、かつ当該収容室の収縮状態をTc/3以上維持させる第1波形(図3(A)に示した駆動波形のA点〜E点。)を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成しており、このような駆動波形において顕著に尾曲がりが発生して記録される画像の画質が低下するため、液柱が液面から分離する位置を液滴吐出面の外側にさせることにより、記録される画像の画質の低下を防止することができる。 Further, according to the first embodiment, when the natural vibration period of the liquid stored in the storage chamber is Tc, the generating unit contracts the storage chamber so that the liquid level of the liquid supplied to the nozzle is reduced. A drive waveform including a first waveform (point A to point E of the drive waveform shown in FIG. 3A) that forms a liquid column and maintains the contraction state of the storage chamber at Tc / 3 or more. Since the drive voltage is generated and the image quality of the recorded image is deteriorated due to the noticeable bend in such a drive waveform, the position where the liquid column is separated from the liquid surface is placed outside the liquid droplet ejection surface. By doing so, it is possible to prevent deterioration of the image quality of the recorded image.
また、第1の実施の形態によれば、生成手段は、第1波形の駆動電圧が圧電素子に印加された際に収容室の収縮によって液面に発生する、当該液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動を、液柱の液面からの分離位置がノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第2波形(図3(A)に示した駆動波形のE点〜G点。)を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成しているので、尾曲がりが発生することを防止でき、また、残響振動を抑制しない場合と比較して、飛翔曲がりの発生させることなくノズルから液滴を短い周期で吐出させることもできる。 Further, according to the first embodiment, the generation unit generates the liquid surface due to the contraction of the storage chamber when the drive voltage having the first waveform is applied to the piezoelectric element, and the liquid surface is directed in the internal direction of the nozzle. And a second waveform that suppresses reverberation vibration that vibrates in the external direction within a range in which the separation position of the liquid column from the liquid surface is outside the liquid droplet ejection surface of the nozzle (the driving waveform shown in FIG. 3A). Since the drive voltage of the drive waveform including the E point to the G point) is generated, it is possible to prevent the tail bend from occurring and to generate the flight bend as compared with the case where the reverberation vibration is not suppressed. It is also possible to discharge droplets from the nozzles in a short cycle without any problem.
[第2の実施の形態]
本第2の実施の形態では、圧力室46の体積の収縮によってノズル40の液面に発生する当該液面がノズル40の内部方向及び外部方向に振動する残響振動を、最初の液面が外部方向に振動する残響振動が発生した後に抑制する形態例について説明する。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, the liquid level generated on the liquid level of the
第2の実施の形態に係るプリンタ10及び液滴吐出ヘッド20の構成は、図1及び図2と同一であるので、ここでの説明は省略する。
Since the configurations of the
ここで、例えば、図9(A)に示すような残響振動の抑制を行わない駆動波形の駆動電圧を圧電素子52に印加して圧力室46の体積変化を発生させて液滴を吐出させた場合、圧力室46の体積変化に応じて形成された液柱は、最初の液面が外部方向に移動する残響振動が発生している期間(図9(C)のt1。)にノズル40の液面から分離し、圧力室46の体積を収縮状態で維持する保持時間(図9(A)の駆動波形のD点〜E点)に関わらず、液柱が分離する位置がノズル40の液滴吐出面48の外側になる。
Here, for example, a driving voltage having a driving waveform that does not suppress reverberation vibration as shown in FIG. 9A is applied to the
しかし、図9(A)に示すような駆動波形を採用した場合、上述したように駆動波形の駆動電圧を圧電素子52に印加した際にノズル40の液面に発生する残響振動が影響の無いレベルに減衰するまで待たなければ飛翔曲がりが発生する場合があるため、ノズル40から液滴を短い周期で正確に吐出させることができない。
However, when the drive waveform as shown in FIG. 9A is adopted, the reverberation vibration generated on the liquid surface of the
そこで、第2の実施の形態に係る駆動電圧生成回路14は、図6(A)に示すように、圧力室46の収縮によって液面に発生する当該液面がノズル40の内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の液面が外部方向に移動する残響振動(図9(C)のt1。)を抑制せず、次の液面が内部方向に移動する残響振動(図6(B)のt2。)を抑制する波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成する。
Therefore, in the drive
これにより、生成された駆動波形の駆動電圧が圧電素子52に印加された場合、図6(B)の実線に示されるように、最初の液面が外部方向に移動する残響振動(図6(B)のt1。)が発生した後の次の液面が内部方向に移動する残響振動(図6(B)のt2。)を抑制される。
As a result, when the drive voltage having the generated drive waveform is applied to the
このように、最初の液面が外部方向に移動する残響振動(図6(B)のt1。)を抑制しないことにより、液柱のノズル40の液面から分離する位置がノズル40の液滴吐出面48の外側となり、吐出される液滴の尾曲がりの発生を防止することができるため、記録される画像の画質の低下を防止することができる。
In this way, the reverberation vibration (t1 in FIG. 6B) in which the first liquid surface moves in the external direction is not suppressed, so that the position of the liquid column separated from the liquid surface of the
また、次の液面が内部方向に移動する残響振動(図6(B)のt2。)の抑制を行って残響振動を打消しているため、飛翔曲がりの発生させることなくノズル40から液滴を短い周期で吐出させることもできる。
In addition, since the reverberation vibration (t2 in FIG. 6B) is suppressed by suppressing the reverberation vibration in which the next liquid surface moves in the inner direction, the liquid droplets are ejected from the
以上のように第2の実施の形態によれば、生成手段は、収容室を収縮させて、ノズルに供給された液体の液面に液柱を形成させてノズルから液滴を吐出させる第1波形(図6(A)に示した駆動波形のA点〜E点。)と、当該第1波形の駆動電圧が圧電素子に印加された際に収容室の収縮によって液面に発生する、当該液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の液面が外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の液面が内部方向に移動する残響振動を抑制する第2波形(図6(A)に示した駆動波形のE点〜G点。)と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成しているので、記録される画像の画質の低下を防止することができ、また、残響振動を抑制しない場合と比較して、飛翔曲がりの発生させることなくノズルから液滴を短い周期で吐出させることもできる。 As described above, according to the second embodiment, the generating unit contracts the storage chamber, forms a liquid column on the liquid surface of the liquid supplied to the nozzle, and discharges droplets from the nozzle. The waveform (points A to E of the drive waveform shown in FIG. 6A) and the first waveform drive voltage applied to the piezoelectric element, the shrinkage of the storage chamber generates the liquid level. Among the reverberation vibrations in which the liquid level vibrates in the internal and external directions of the nozzle, the reverberation vibration in which the first liquid level moves in the external direction is not suppressed, and the reverberation vibration in which the liquid level immediately after that moves in the internal direction Since the drive voltage of the drive waveform including the second waveform (points E to G of the drive waveform shown in FIG. 6A) is generated, deterioration of the image quality of the recorded image is prevented. And can cause flying bends compared to the case where reverberation vibration is not suppressed. Ku can also eject droplets in a short period from the nozzle.
なお、第2の実施の形態に係る駆動電圧生成回路14は、最初の液面が外部方向に振動する残響振動(図6(C)のt1。)を抑制せず、次の液面が内部方向に振動する残響振動(図6(B)のt2。)を抑制するように予め駆動波形が調整された駆動電圧を生成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、最初の液面が外部方向に振動する残響振動(図6(C)のt1。)が発生した後であればいずれであってもよい。
Note that the drive
例えば、図7(A)に示すように、収容室を収縮させてノズルに供給された液体の液面に液柱を形成させてノズルから液滴を吐出させる第1波形(図7(A)に示した駆動波形のA点〜E点。)と、当該第1波形の駆動電圧が圧電素子に印加された際に収容室の収縮によって液面に発生する当該液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の液面が外部方向に移動する残響振動及びその直後の液面が内部方向に移動する残響振動を抑制せず、次に液面が外部方向に移動する残響振動を抑制する第2波形(図7(A)に示した駆動波形のE点〜G点。)と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成してもよい。これにより、図7(B)の実線に示されるように、最初の液面が外部方向に移動する残響振動(図7(B)のt1。)及びその直後の液面が内部方向に移動する残響振動(図7(B)のt2。)が発生した後の次の液面が外部方向に移動する残響振動(図7(B)のt3。)が抑制される。 For example, as shown in FIG. 7A, a first waveform in which the storage chamber is contracted to form a liquid column on the liquid surface of the liquid supplied to the nozzle, and droplets are ejected from the nozzle (FIG. 7A). And the liquid level generated on the liquid surface due to the contraction of the storage chamber when the drive voltage of the first waveform is applied to the piezoelectric element. Among the reverberation vibrations that vibrate in the external direction, the reverberation vibration in which the first liquid level moves in the external direction and the reverberation vibration in which the liquid level immediately after that moves inwardly is not suppressed, and then the liquid level moves in the external direction A drive voltage having a drive waveform including a second waveform (points E to G of the drive waveform shown in FIG. 7A) that suppresses reverberation vibrations may be generated. Thereby, as shown by the solid line in FIG. 7B, the reverberation vibration (t1 in FIG. 7B) in which the first liquid level moves in the external direction and the liquid level immediately after that move in the internal direction. The reverberation vibration (t3 in FIG. 7B) in which the next liquid surface after the occurrence of the reverberation vibration (t2 in FIG. 7B) moves outward is suppressed.
また、第1及び第2の実施の形態では、駆動電圧生成回路14が生成する駆動波形を1種類とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、駆動電圧生成回路14が、圧力室46の体積を収縮状態で維持する保持時間をそれぞれ変えて吐出される液滴の量が異なる3種類(例えば、大滴、中滴、小滴)とされると共に、各々液柱の液面からの分離位置がノズル40の液滴吐出面48の外側となるように予め駆動波形が定められた駆動電圧1〜3を生成してそれぞれ駆動制御回路16へ出力するものとし、駆動制御回路16は、コントローラ12より入力される複数ラインの制御信号に応じて各圧電素子52に駆動電圧1〜3を選択的に印加可能とし、コントローラ12は、記録するドットの濃度に応じた制御信号を出力することによりノズル40から吐出される液滴の量を変化させるものとしてもよい。
In the first and second embodiments, the case where the drive waveform generated by the drive
また、本発明は、液滴吐出ヘッド20を主走査方向に往復移動させながら、記録用紙に対して画像を記録するプリンタ10に適用してもよく、また、液滴吐出ヘッド20を記録用紙の幅より幅広とした長尺ヘッドとして、多数のノズル40が記録用紙の幅方向に沿って設けられたものとし、記録用紙を副走査方向へ相対的に移動させながら、当該液滴吐出ヘッド20の各ノズル40から液滴を吐出することにより記録用紙の全幅を一括で記録するプリンタ10に適用してもよい。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
The present invention may also be applied to the
その他、第1の実施の形態で説明したプリンタ10の構成(図1参照。)、液滴吐出ヘッド20の構成(図2参照。)は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
In addition, the configuration of the
また、第1及び第2の実施の形態で説明した駆動波形(図3(A)、図6(A)、図7(A)参照。)も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。 The drive waveforms described in the first and second embodiments (see FIGS. 3A, 6A, and 7A) are also examples, and the scope does not depart from the gist of the present invention. Needless to say, it can be appropriately changed.
また、第1の実施の形態で説明した画像記録処理(図5参照。)も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。 The image recording process (see FIG. 5) described in the first embodiment is also an example, and it is needless to say that the image recording process can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
また、本実施形態で説明したプリンタ10は、記録媒体上へ画像(文字を含む)を記録するものであったが、本発明のプリンタ10は、これに限定されるものではない。また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば半導体や液晶表示器等のパターン形成のためにシート状の基板に液滴を吐出するパターン形成装置等の他の液滴吐出記録装置にも適用することができる。
The
10 プリンタ
14 駆動電圧生成回路
40 ノズル
46 圧力室
52 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記収容室に連通されて前記液体が供給され、前記圧電素子による前記収容室の体積変化に応じて前記液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が前記液面から分離されることによって前記液体による液滴が吐出されるノズルと、
前記収容室に収容された液体の固有振動周期をTcとしたとき、前記収容室を収縮させた後に当該収容室の収縮状態をTc/3以上維持させる第1波形を含むと共に、前記第1波形の駆動電圧を前記圧電素子に印加させて前記収容室を収縮させて前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させた際の当該収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動の振幅の一部を残し、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第2波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を、前記圧電素子に印加する電圧として生成する生成手段と、
を備え、
前記第2波形は、前記第1波形の駆動電圧が前記圧電素子に印加された際に前記収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制する波形である
液滴吐出装置。 A piezoelectric element that deforms according to the applied drive voltage and generates a volume change in the storage chamber in which the liquid is stored;
The liquid is supplied in communication with the storage chamber, and the liquid column is separated from the liquid surface after a liquid column is formed on the liquid level of the liquid according to the volume change of the storage chamber by the piezoelectric element. A nozzle from which the liquid droplets are discharged,
When the natural vibration period of the liquid stored in the storage chamber is Tc, the first waveform includes a first waveform for maintaining the contraction state of the storage chamber at Tc / 3 or more after the storage chamber is contracted. Is generated on the liquid surface by contraction of the storage chamber when the liquid column is formed on the liquid surface of the liquid supplied to the nozzle. The liquid surface leaves a part of the amplitude of reverberation vibration that vibrates in the internal direction and the external direction of the nozzle, and the separation position of the liquid column from the liquid surface is outside the droplet discharge surface of the nozzle. Generating means for generating a drive voltage of a drive waveform including a second waveform suppressed within a range as a voltage to be applied to the piezoelectric element;
Equipped with a,
The second waveform is generated on the liquid surface by contraction of the storage chamber when the driving voltage of the first waveform is applied to the piezoelectric element, and the liquid surface vibrates in the internal direction and the external direction of the nozzle. Among the reverberation vibrations that occur, the first liquid level does not suppress the reverberation vibration that moves in the external direction, and the waveform immediately after that suppresses the reverberation vibration in which the liquid level moves in the internal direction.
Droplet discharge device.
請求項1記載の液滴吐出装置。 It said generating means as the second waveform, claim 1 of generating a suppressing waveform the reverberant vibration by generating a vibration of the reverberation oscillations and opposite phase to the liquid surface when it is applied to the piezoelectric element serial mounting of the droplet discharge device.
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