JPS6233074B2

JPS6233074B2 -

Info

Publication number: JPS6233074B2
Application number: JP11065280A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishii
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1980-08-12
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1987-07-18
Also published as: JPS5734976A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、オン・デイマンド型インクジエツト
ヘツドの駆動方法に関するものである。

オン・デイマンド型インクジエツトヘツドは、
駆動周期が数百μSECから無限大まで変化する
ため、ヘツドの様々な特性を各駆動周波数に於い
て一定とし、印字品質を向上、安定化するには、
最大駆動周波数の設定をヘツドのインク噴射可能
な最大周波数よりもかなり低く設定する必要があ
つた。

以下、図面を用いて詳説する。

第１図は、オン・デイマンド型インクジエツト
ヘツドの断面を示す略図である。インクが図示し
ないインクタンクから、図示しないパイプを通つ
てリザーバー１に供給され、さらにフイルター２
を通つて流路３，５、圧力室４、ノズル６まで満
たされる。フイルター２以降のインク供給は、主
として毛細管現象によつて行なわれる。この状態
で印字する時にのみ圧電素子７に第２図１０に示
す波形を持つ電圧パルスを加えると、圧電素子７
は矢印９の方向に縮もうとする応力を発生する。
しかし振動板８は縮もうとしないため、結果的に
圧電素子７及び振動板８は圧力室４内壁側にたわ
み、圧力室容積が急激に減少する。するとインク
の圧力が上昇し、インクは小滴となつてノズル６
から飛び出す。

圧電素子に電圧パルスを印加する回路は、第７
図の構成となる。この他にも様々な回路が考察可
能であるが、第７図による構成は最も簡素な例で
ある。上述の動作により印字を行なうため、オン
デイマンド型のインクジエツトは、他の方式のイ
ンクジエツトと比較して印字エネルギーが少なく
てすみ、インクの回収機構が不要になる等の長所
がある反面、欠点も持つており、その最たるもの
は遅い印字速度である。その欠点を補なうため
に、オンデイマンド型インクジエツトヘツドはし
ばしばマルチノズル型として使用される。第１０
図にその一例を示す。

さて、印字速度が遅い原因が、前述の如く供給
に毛細管現象を利用している事が最大のものであ
るが、かと言つて、それが全てではなく、もう１
つの原因として、インク及び圧電素子７の残留振
動がある。圧電素子７の変位量のグラフを第２図
１１に示す。ここで問題となる残留振動とは、区
間１２の減衰振動のことである。第３図に、ノズ
ル６に形成されるメニスカス１４を示し、そのノ
ズル先端からの引き込み位置をＢ寸法とすると、
Ｂは圧電素子の変位量１１と同期して変化する。
その変化量のグラフが第２図１３である。オン・
デイマンド型インクジエツトの特性として、駆動
周波数が一定しない事は前述した通りである。そ
こで問題となるのが、駆動周期が十分に長い場合
と、残留振動の影響が問題となる短い周期で駆動
した場合で、駆動初期状態におけるメニスカスの
位置の違い及び、圧電素子７とインクに貯えられ
た運動エネルギー量の差により、インクの噴射状
況が大きく変化してしまう事である。一般的に
は、駆動周期が十分に長い場合インク滴の大きさ
は比較的大きく、噴射速度は遅い。駆動周期が短
かくなるに従い、インク滴の大きさは若干振動し
つゝも徐々に小さくなり、ついには体積比で駆動
周期が十分に長い場合の1/3程度になる。更にそ
れ以上周期を短かくすると、霧状のインク噴出と
なり、印字は不可能となる。噴射速度は、大きく
振動しながらその振幅が大きくなり、ついには駆
動周期が十分に長い場合と比べ３倍程度の速度と
なつた後急激に下降し、更に駆動周期を短かくす
ると霧状噴射となる。駆動周期とインク滴の体積
の相関を第４図１５に、噴射速度との相関を１６
に示す。

インク滴体積と噴射速度が印字品質に与える影
響は、まずインク滴体積の場合、印字ドツト面積
のばらつきとなつて現われる。この現象は、ドツ
ト密度に関係なく、およそドツト面積のばらつき
が±15％を越えると、非常に見苦しい印字とな
る。ちなみに、ドツト面積とインク滴体積は比例
関数的な相関を示す。噴射速度の変動の影響は、
キヤリツジの走行速度とドツト密度、ノズルと印
字紙面とのギヤツプに相関があり、次式で表わさ
れる。

△ｌ＝ｖ_２−ｖ_１／ｖ_１ｖ_２Ｇ_p・ｖ_c △ｌ：ドツトずれ寸法 v₂−v₁：噴射速度のばらつきｖ_c：キヤリツジ走行速度Ｇ_p：ノズルと印字紙面のギヤツプ寸法ここで、△ｌがおよそ最小ドツト間隔の25％以
上となると、印字が見苦しくなる。

以上の特性をふまえ、かつ印字品質を確保する
ためには、ヘツドの最小駆動周期の設定を、駆動
初期状態が駆動周期が十分に長い場合を比べてメ
ニスカスの位置、圧電素子７及びインクに貯えら
れた運動エネルギーの量とも差が問題とならない
範囲で行なわなくてはならない。こうして設定さ
れた最小駆動周期は、インク滴が霧化せずに、か
つ印字可能な程度の噴射速度を持つてインクを噴
射可能な駆動周期の10倍程度となる。具体的に
は、ヘツドの応答周波数が数百Hz程度となり、マ
ルチノズル構成としてもプリンタとしての価値は
著しく低いものとなる。

本発明の目的は、かかる欠点を除去し印字品質
を確保し、かつヘツドの応答周波数を数KHz以
上に向上させることにある。

まず前提として、インク滴の体積及び噴射速度
共、その変動が問題となるのであつて、絶対値の
大小はほとんど問題とならない。なぜならば、双
方の特性共、ノズルの太さや駆動電圧によつて充
分補正可能なためである。よつて本発明では、従
来静的に駆動初期状態を安定させるという手法に
対して、動的に駆動初期状態を安定させようとす
るものである。

第５図１７は、本発明による駆動電圧パルス波
形を示す。駆動パルスに２種類の波形があり、１
８は従来の駆動パルス１０と全く同じ波形である
が、１９は電圧の立下りが鈍くなつている。パル
ス１８，１９を合わせた周期は常に一定であり、
ヘツドの最低駆動周期と一致している。動作は、
まず圧電素子には常にパルス１９が最低駆動周期
にて印加されている。そして印字データが入つた
時だけ、そのタイミングのパルスを18の形のもの
に置き換え、印字動作を行なう。この場合の圧電
素子の変位は、全く従来の駆動パルス１０と同一
である。パルス１９が印加された場合には、圧電
素子の変位の絶対量はパルス１８の時と同じであ
るが、変位の立上りは鈍くなつている。２０は変
位量をグラフ化したものである。そして、パルス
１９を圧電素子に印加した場合は、圧力室内の圧
力の上昇が緩やかなためインクは噴出しようとし
ても表面張力に打勝てず、ノズル外へふくらんだ
メニスカスを形成した後、再びノズル内へ引き込
む。そして圧電素子のもどり動作と共にメニスカ
スはノズル内へ後退する。ただし、次のパルスが
来るまでにノズル先端へ復帰する必要はない。前
述の如く、必らずしも静的に安定する必要はな
く、駆動初期状態が各パルスで常に同一ならば、
インク滴体積と噴出速度に再現性が得られるから
である。当然考えられる疑問として、パルス１８
が印加された次のパルスの駆動初期状態とパルス
１９が印加された次のパルスの駆動初期状態で
は、そのメニスカスの位置と運動エネルギーの量
の変動の問題が考えられる。実験の結果では、イ
ンク滴体積はほとんど変化せず、差は測定不可能
であつた。又、噴出速度変動は10％以下であつ
た。このように影響が少ない原因としては、双方
共圧電素子のもどり動作が同一なためと、その影
響が圧倒的であるためと考えられる。

さて、実際に本発明を印刷装置に応用した場合
の制御回路を、第６図、第９図を用いて詳説す
る。キヤリツジ移動用のモータ２１の回転角度を
エンコーダ２２によつて検出する。エンコーダ２
２の出力波形３６は、モータが速度制御されてい
るため安定した周波数である。エンコーダ出力波
形３６の立上りによつて、MPU２５はキヤラク
タジエネレータ２６よりデータを読み出し、Ｉ／
Ｏポート２７へ送る。ここまでの動作に費やされ
る時間T₁は、データにより異なるため、最高読
出し時間＋αのT₂を遅延回路２３により設定
し、Ｉ／Ｏポート出力３９は、エンコーダ出力３
６の立上りから一定の遅れの一定した周波数で出
力される。駆動パルス幅T₃はモノマルチ２４に
より設定される。Ｉ／Ｏポート出力３９はドライ
バー２８Ａに送られ、インク噴射駆動用パルス１
８が圧電素子７に印加される。ここまでは従来の
駆動方法と全く同一である。本発明では、それに
加えて常時駆動用ドライバ２８Ｂを設け、その入
力はＩ／Ｏポート２７を通らずに、モノマルチ２
４の出力３８がそのまま入力される。

第８図は、駆動回路の一例であり、トランジス
タ３２は常時駆動用ドライバ２８Ｂの出力トラン
ジスタであり、トランジスタ３３はインク噴射駆
動用ドライバ２８Ａの出力トランジスタである。
従来の回路例に対して、出力用トランジスタが１
個増加することになるが、マルチノズル構成の場
合、常時駆動用トランジスタ３２は駆動タイミン
グが同一であれば、全ノズルに対応する全圧電素
子を並列に駆動可能である。例えば、第１０図の
12ノズルの場合、従来出力トランジスタが12個必
要であるのに対して、本発明を応用した場合の出
力トランジスタ必要数は13個である。その回路例
を第１１図に示す。

本実施例においては、常時パルス１９が印加さ
れており、印字時にパルス１８が印加されている
が、パルス１８の前に１発ないし数発パルス１９
を印加するような制御でも、同様の効果が得られ
る。前者は制御が簡単であり、後者は消費電力の
点で有利である。

又、パルス１９はパルス１８と比べ、立下りを
鈍くしてあるが、電圧をパルス１８より低くして
もほぼ同等の効果がある。また、立下りを鈍くし
電圧も下げる事もできる。駆動パルス幅を短かく
したい場合等には、後２者が有利である。

以上に述べた本発明のインクジエツトヘツド駆
動方法によれば、インク非噴射時においてもイン
ク噴射時と同じ一定振幅で立下がりを緩慢とした
駆動パルスが印加されるため、インクはノズルか
ら噴射しないが圧力室を介しノズル先端部より押
し出され先端部を常に濡らすこととなる。従つ
て、ノズルよりインクが連続して噴射される場合
と、一時インクの噴射を停止した非噴射状態でノ
ズル先端部の濡れ状態が一定となり、連続噴射、
非連続噴射共にインク粒子の大きさはほぽ一定か
つ等速度で噴射される。従つて印刷品質がよく、
駆動周波数を５、６倍以上あげた高速のオンデイ
マンド型インクジエツトヘツドの駆動が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、オン・デイマンド型インクジエツト
ヘツドの断面を示す略図である。１……リザーバー、２……フイルター、３……
流路、４……圧力室、５……流路、６……ノズ
ル、７……圧電素子、８……振動板、９……圧電
素子の応力方向を示す矢印。第２図は、駆動電圧パルス波形と圧電素子の変
位量、メニスカスの位置の相関を示すグラフであ
る。１０……駆動電圧パルス、１１……圧電素子の
変位量、１２……減衰振動の区間指定、１３……
メニスカスの引き込み量。第３図は、ノズル先端のインクの状況を示す略
図である。１４……メニスカス。第４図は、駆動周波数とインク滴体積、噴射速
度との相関を示すグラフである。１５……インク滴体積変動、１６……噴射速度
変動。第５図は、本発明による駆動電圧パルス波形と
圧電素子の変位量の相関を示す略図である。１７……駆動電圧波形、１８……印字時の印加
パルス、１９……非印加時の印加パルス、２０…
…圧電素子変位量。第６図は、ヘツド駆動制御回路ブロツク図であ
る。２１……モータ、２２……エンコーダ、２３…
…遅延回路、２４……パルス幅設定用モノマル
チ、２５……MPU、２６……キヤラクタジエネ
レータROM、２７……Ｉ／Ｏポート、２８−Ａ
……インク噴射駆動用ドライバ、２８−Ｂ……常
時駆動用ドライバ。第７図は従来のヘツド駆動回路図である。２９……トランジスタ、３０……圧電素子、３
１……放電抵抗。第８図は本発明によるヘツド駆動回路図であ
る。３２……常時駆動用トランジスタ、３３……イ
ンク噴射駆動用トランジスタ、３４……放電抵
抗、３５……放電抵抗及びトランジスタ３２のみ
駆動時の充電抵抗。第９図は、本発明による駆動制御回路のタイミ
ングチヤートである。３６……エンコーダ出力、３７……キヤラクタ
ジエネレータ出力、３８……パルス幅設定用モノ
マルチ出力、３９……Ｉ／Ｏポート出力、４０…
…圧電素子駆動波形。第１０図はマルチノズル化構成の一例である。４１……リザーバー、４２……フイルター、４
３……流路、４４……圧力室、４５……流路、４
６……ノズル。第１１図は、本発明によるマルチノズル構成ヘ
ツドの駆動回路図である。４７……常時駆動用トランジスタ、４８……イ
ンク噴射駆動用トランジスタ、４９……圧電素
子。

Claims

【特許請求の範囲】

１圧力室と該圧力室に連通したノズルと、前記
圧力室に対応して設けられた電気−機械変換素子
を備え、該電気−機械変換素子に電気的駆動パル
スを印加することにより前記圧力室内のインクの
内部容積を変化せしめて前記ノズルよりインクを
噴射するオン・デイマンド型のインクジエツトヘ
ツド駆動方法において、前記駆動パルスを前記イ
ンク噴射時及び非噴射時共にほぽ一定の振幅、一
定の周期で前記電気−機械変換素子に印加し、前
記インク噴射時には前記駆動パルス波形の立下が
りを急峻とし、非噴射時には緩慢としたことを特
徴とするインクジエツトヘツド駆動方法。