JP2000043251A - インクジェットヘッド駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 印字ヘッドが多数のインク室から成ると
き、始めにいずれかのインク室群を膨張させ、再びその
インク室群を収縮させてインク滴を吐出する。このと
き、吐出滴量に応じたウエイト時間を経過してから各イ
ンク室を膨張させるが、吐出滴量に関わらず印字動作を
開始するドライブタイミングｔ０から一定の時間を経過
した時刻ｔ１に、全てのインク室を収縮させるように制
御する。 【効果】 インク室が膨張している状態から収縮してい
る状態に変化するタイミングを吐出滴量に関わらず一定
にすれば、その後の振動エネルギー吸収のための制御を
一定にすることができ、続いて駆動されるインク室群へ
の残留振動も均一化されるため、画質のばらつきがない
階調画像が印字できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数のインク室を
持ち、そのインク室を隔てる壁を変形させてインク滴を
吐出する構成のインクジェットヘッド駆動方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式プリンタはインク滴を
吐出させて印字を行う。この印字ヘッドに圧電素子を用
いた多数のインク室を備えた構成のものがある。この印
字ヘッドは、圧電素子に電気パルスを与え、インク室を
取り囲む壁をピエゾ効果によって変形させる。こうし
て、各インク室の内容積を変化させ、インク室に連なる
インクタンクからインクを吸引し、インク室の一端に配
置したオリフィスからインク滴を吐出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の技術には次のような解決すべき課題があった。
上記のような印字ヘッドは、互いに隣接したインク室を
隔てる壁を変形させてインクを吐出するため、隣接する
２つのインク室を同時に膨張させたり収縮させるように
動作させるのは難しい。そこで、１列に並んだインク室
を例えば３個おきにとびとびに選択する方法でひとつの
インク室群を選定する。こうして、全部で３組のインク
室群を選定し、これらを代わる代わる駆動する。ところ
が、あるインク室群を駆動した後、次のインク室群を駆
動する場合、直前のインク室群の駆動によって残留する
インク室の振動が次のインク室群の駆動に影響すること
がある。

【０００４】特に、各インク室から吐出するインク滴の
大きさをその駆動エネルギーによって選択し、多階調表
現をしようとする場合、大きなインク滴を吐出したイン
ク室と小さなインク滴を吐出したインク室の振動の残留
エネルギーが異なるため、次に駆動するインク室に対す
る影響もまちまちになる。従って、印字しようとする信
号の内容によって画質がばらつき、安定した多階調印字
を行うことができないという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の点を解決
するため次の構成を採用する。 〈構成１〉複数の隣接したインク室を隔てる壁を変形さ
せて、各インク室の内容積を変化させ、各インク室に連
なるインクタンクからインクを吸引し、各インク室の一
端に配置したオリフィスからそれぞれ任意の滴量のイン
ク滴を吐出する構成の印字ヘッドについて、始めにいず
れかのインク室群を膨張させて各インク室の内容積を増
やし、再び上記インク室群を収縮させて各インク室の内
容積を減らし、上記オリフィスからインク滴を吐出させ
る場合に、印字動作を開始するためのドライブタイミン
グから、吐出滴量に応じたウエイト時間を経過してから
上記各インク室を膨張させ、吐出滴量にかかわらず上記
ドライブタイミングから一定の時間を経過したとき全て
のインク室を収縮させるように制御することを特徴とす
るインクジェットヘッド駆動方法。

【０００６】〈構成２〉構成１に記載のインクジェット
ヘッド駆動方法において、各インク室を収縮させてイン
クを吐出させた後、吐出滴量にかかわらず、一定時間全
てのインク室を収縮させた状態を保持することを特徴と
するインクジェットヘッド駆動方法。

【０００７】〈構成３〉構成１に記載のインクジェット
ヘッド駆動方法において、各インク室を収縮させてイン
クを吐出させた後、吐出滴量にかかわらず、一定時間全
てのインク室を収縮させた後、吐出滴量にかかわらず同
一のパターンで、再び全てのインク室を短時間膨張させ
てからインク室を収縮させた状態に戻すことを特徴とす
るインクジェットヘッド駆動方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
例を用いて説明する。 〈具体例１〉図１（ａ）は、具体例１のインクジェット
ヘッド駆動方法タイミングチャート、（ｂ）は、比較例
の駆動方法タイミングチャートである。印字ヘッド駆動
タイミングの説明をする前に、まず本発明が適用される
印字ヘッドの構成と概略動作を説明する。

【０００９】図２は、印字ヘッドの斜視図である。この
印字ヘッド１は、第１の圧電素子２−１と、第２の圧電
素子２−２と、第３の圧電素子２−３とを積み重ねて構
成される。第１の圧電素子２−１の上に第２の圧電素子
２−２を重ね、これらに多数の長手方向に平行な溝を形
成することによって、図に示すインク室４が設けられ
る。第１の圧電素子２−１と第２の圧電素子２−２と
は、それぞれ幅方向に分極処理されている。また、第３
の圧電素子２−３は分極処理をされていない。

【００１０】全てのインク室の端面にはオリフィスプレ
ート５が貼り付けられる。このオリフィスプレート５に
は、各インク室の端に１個ずつ配置されるオリフィス６
が設けられる。インク室４の他端側には、共通インク室
８が連結され、図示しないインクタンクからインクが供
給されるように構成されている。なお、第３の圧電素子
２−３の上面と、第２の圧電素子２−２と第１の圧電素
子２−１の境界と、第１の圧電素子２−１の下面には、
それぞれ駆動用の電極が貼り付けられている。これらに
は、フラットケーブル７から駆動パルスが供給されるよ
う構成されている。

【００１１】図３に、上記インク室の各状態での端面図
を示す。このインク室端面には、既に説明したオリフィ
スプレート５が貼り付けられる。図はそれを除去した状
態を示す。図３（ａ）は、駆動パルスが供給されない初
期状態のインク室４を示す。駆動パルスは、図の第１の
圧電素子２−１の下面と電極３との間に印加され、例え
ば図の矢印Ｅ１に示すような方向の電界が加えられる。
また、第３の圧電素子２−３の上面と電極３との間に図
の矢印Ｅ２に示すような方向の電界が加えられる。これ
によって、第１の圧電素子２−１と第２の圧電素子２−
２とは、共にシェアモードの変形を生じる。形成される
電界の向きと分極の向きとが直交しているからである。
これによって、図の矢印Ｆに示すように力が加わる。

【００１２】駆動パルスの極性が逆向きの場合には、全
く逆方向の電界が加えられ、第１の圧電素子２−１と第
２の圧電素子２−２には、逆方向の力が加わる。ここ
で、例えば駆動パルスによって、図の２枚の壁に矢印Ｆ
Ｆ′の力が加わったとする。これにより、図の（ｂ）に
示すように、インク室４を取り囲む壁が変形し、インク
室４が膨張してインク室の内容積が増える。これによっ
て、図２に示した共通インク室８を通じて、インク室４
の内部にインクが吸入される。

【００１３】次のタイミングで、逆極性の駆動パルスが
加わると、インク室４を取り囲む壁は全く逆方向の力を
受け、今度は図３（ｃ）に示すように、インク室４を収
縮させる。このようにインク室４の内容積が急激に減少
すると、既に説明したオリフィス６からインク室４の内
部に収容されたインクが吐出される。その後、駆動パル
スがなくなると、再び図３（ａ）に示すような状態に戻
る。

【００１４】図４には、上記のようなヘッドを駆動する
ヘッド駆動回路のブロック図を示す。図に示すように、
ヘッド駆動回路は、制御部１１が各インク室を駆動する
ための電極に一定の駆動電圧を与えるドライバ部１２と
接続されている。各ドライバ部１２は、各電極に＋Ｖボ
ルト、０ボルト、あるいは−Ｖボルトの駆動パルスを供
給するようにスイッチを切り換えるスイッチ素子により
構成される。このドライバ部１２の制御によって、図３
を用いて説明したようなインク室の膨張あるいは収縮制
御が行われる。

【００１５】図５は、インク室群の動作タイミングチャ
ートを示す。図３に示したように、多数のインク室が互
いに壁を隔てて隣接している場合に、これらを３つのイ
ンク室群に分割する。これらの群を、図４に示したよう
にＡ群、Ｂ群、Ｃ群と呼ぶことにする。この場合に、図
５の（ａ）はＡ群を駆動するパルスで、（ｂ）はＢ群を
駆動するパルスを示す。また、（ｃ）はＣ群を駆動する
パルスである。時刻ｔ１から時刻ｔ２まではＡ群を駆動
し、時刻ｔ２から時刻ｔ３まではＢ群を駆動する。時刻
ｔ３から時刻ｔ４まではＣ群を駆動する。

【００１６】図６には、インク室群の配列説明図を示
す。多数のインク室４は、この図に示すように配列され
て印字ヘッド１を構成している。これらの電極が図に示
すように、Ａ群用、Ｂ群用、Ｃ群用に分けられ、これら
にそれぞれ所定の印字パルスが供給される。なお、各イ
ンク室はそれぞれ別々の信号によって駆動されるが、こ
の図ではまとめて１本の線で表している。

【００１７】ここで、図１に戻って、本発明の具体例１
のインクジェットヘッド駆動方法を説明する。まず、所
定のインク室群を駆動する際、コンピュータのタイマや
プリンタのサーボモータのエンコーダ出力等からドライ
ブタイミング信号が供給される。このタイミングを基準
に、駆動パルスがオンオフする。例えば、ここでは４２
マイクロ秒毎に、このドライブタイミングを発生するよ
うにしている。即ち４２マイクロ秒毎に３つのインク室
群のうちいずれかのインク室群が駆動される。

【００１８】図１に示したタイミングチャートの横軸は
時間である。また、Ｘは大滴用、Ｙは中滴用、Ｚは小滴
用のタイミングを示す。各パルスは、いずれも駆動電圧
が−Ｖのときインク室を収縮させ、＋Ｖのときインク室
を膨張させる。０Ｖのときはインク室が初期状態にあ
る。いずれの状態も、図中にインク室の略断面形状を示
した。

【００１９】ここで、大滴用の駆動を行う場合には、図
の時刻ｔ０でドライブタイミングが発生してから、図に
示すＴ０時間を経過した後、駆動パルスを＋Ｖにする。
即ち、ここでインク室を膨張させる。そして、Ｔ１時間
経過した後、時刻ｔ１でインク室を収縮させる。大滴用
の場合と中滴用の場合とは、時刻ｔ２までインク室を収
縮させた状態を維持してからインク室を初期状態に戻し
ている。なお、インク室の形状、口径、その他の構造的
原因により、インク室が最も効率よく収縮しあるいは膨
張する周波数が決まる。これを圧力振動の共振周波数と
呼んでいる。

【００２０】この例では、例えばこの共振周波数が４７
ｋＨｚのものを使用した。この場合、周期は２１マイク
ロ秒となる。このとき、インク滴を最も効率よく多量に
吐出するためには、この共振周波数の半周期に近い時
間、インク室を膨張させ、その後収縮させることが好ま
しい。従って、図１に示すＸの例では、ドライブ素子の
応答時間、その他の事情を考慮し、Ｔ１を８あるいは９
マイクロ秒程度に選定している。一方、中滴用のＹの例
では、Ｔ１をその半分程度の５〜６マイクロ秒に選定し
ている。

【００２１】一方、小滴の場合、これ以上インク室を膨
張させる時間を短くすると、インク滴が吐出しなくなる
ことから、インク室を膨張させる時間は逆に長くほぼ９
マイクロ秒程度に選定する。そして、時刻ｔ１でインク
室を収縮させた後、Ｔ２時間後にインク室を初期状態に
戻し、その初期状態の時間をＴ３とし、更に今度はＴ４
時間、インク室を膨張させる。そして、今度は再びイン
ク室を収縮させてＴ５時間保持し、その後、インク室の
状態を初期状態に戻す。

【００２２】このＺのような制御を行うと、インク室を
収縮させた後、再度インク室を膨張させることによっ
て、吐出し始めたインク滴をインク室内に戻すようにす
る。これによって、ごく少量のインク滴が吐出されると
いった制御ができる。なお、Ｔ４時間、インク室を膨張
させた後、再びＴ５時間、インク室を収縮させるのは、
インク滴吐出を抑えるためのインク室膨張による振動を
ここで急激に減衰させ、吸収消滅させるためである。ま
た、大滴用と中滴用の場合、時刻ｔ１とｔ２の間の時間
をインク室の圧力振動共振周波数の１周期に近い時間に
選定する。これも、残留振動を効果的に減衰させ、吸収
消滅させるためである。

【００２３】（ｂ）に、比較例として従来の駆動方法タ
イミングチャートを示す。この図に示す時刻ｔ０は、ド
ライブタイミングを表す。従来は、インク滴の大きさに
かかわらず、このドライブタイミングから一定時間後の
時刻ｔ１に、大滴用、中滴用、小滴用の駆動パルスＸ，
Ｙ，Ｚを立ち上げるようにしている。

【００２４】即ち、時刻ｔ１に、インク室を膨張させ、
大滴用は時刻ｔ２まで、中滴用は、それよりもやや短
く、小滴用は必要に応じてそれよりやや長い時間インク
室を膨張させる。そして、その後、インク室を収縮させ
る。収縮を継続させる時間はインク室の残留振動エネル
ギーを減衰させるために個別に最適化された時間となっ
ている。

【００２５】ところが、この図に示すように、大滴用の
駆動と中滴用の駆動と小滴用の駆動を行った場合、それ
ぞれ駆動を終了する時間がばらばらになり、残留する振
動エネルギーもまちまちになる。従って、これらの残留
振動が、次のインク室群を駆動する際に与える影響がば
らばらで、印字品質不安定化の要因となっていた。

【００２６】図１（ａ）に示す本発明によれば、インク
室を膨張させた状態から収縮させた状態に切り換えるタ
イミングを一致させ、その後、インク室を収縮させた状
態で保持する時間もほぼ等しくすることができるため、
例えばインク室群Ａの次に駆動するインク室群Ｂへの振
動の影響が均一になる。

【００２７】なお、図１（ａ）に示す小滴用の場合は、
大滴用、中滴用と異なるが、図１に示した時間Ｔ３，Ｔ
４，Ｔ５の制御によってインク室の振動を減衰させて、
その残留振動エネルギーと大滴用、中滴用の場合の残留
振動エネルギーとが等しくなるように、時刻ｔ１からｔ
２の間の時間を選定すれば足りる。従って、図１（ａ）
に示すような制御によって制御の均一化を図ることがで
きる。

【００２８】図７には、上記具体例１の各時間Ｔ０，Ｔ
１，Ｔ２，…Ｔ５のインク滴の大きさに応じた制御時間
を具体的な数値で示した。その単位はいずれもマイクロ
秒である。

【００２９】〈具体例１の効果〉以上のように、印字動
作を開始する際のドライブタイミングから吐出液量に応
じたウエイト時間を経過してからインク室を膨張させ、
吐出液量に関わらずドライブタイミングから一定の時間
経過した後に、全てのインク室を収縮させるように、各
インク室群の制御を行えば、直前に駆動されるインク室
群のインク滴吐出量に関わらず、直後に駆動されるイン
ク室群への残留振動の影響がほぼ均一化され、画像信号
の内容に関わらず安定した印字制御が可能になる。

【００３０】〈具体例２〉図８には、具体例２の動作説
明図を示す。この構成は、図７に示した表と全く同様の
形式で記載されている。また、図９に、具体例２のイン
クジェットヘッド駆動方法タイミングチャートを示す。
このタイミングチャートは、図８のデータに基づいて記
載されている。図９の図の記載要領は、具体例１の図１
（ａ）に示したタイミングチャートと同一である。この
例では、具体例１と同様に、ドライブタイミング時刻ｔ
０から一定時間経過した時刻ｔ１に、吐出インク滴量に
関わらず一斉に、インク室を膨張させた状態から収縮さ
せた状態に切り換えるようにしている。

【００３１】この具体例２は、例えば６００ＤＰＩの高
密度印字モードにおける制御例を示す。高密度印字モー
ドでは、吐出すべきインク滴量の最大サイズが十分に小
さい。従って、全てのインク滴吐出制御に、具体例１の
小滴用の制御を採用している。６００ＤＰＩの場合に
は、６００分の１インチの格子の対角線の長さで、約６
０ミクロメーター径のインク滴が最大サイズである。

【００３２】ここで、図９や図８を見てわかるように、
具体例１の場合と同様に、インク室を膨張させた状態か
ら収縮させる状態への時刻ｔ１の切り換えタイミングを
一致させる。さらに、その後、インク滴の吐出量を抑え
るために、一時的にインク室を初期状態に戻し、膨張さ
せ、再びインク室を収縮させるといった操作が行われ
る。即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの処理がインク滴
の吐出量にかかわらず全く同一になる。このため、具体
例１よりもいっそう、時刻ｔ２における残留振動エネル
ギーの状態がインク滴量に関わらずほぼ一定になる。

【００３３】〈具体例２の効果〉以上のように、インク
室を収縮させた後のインク滴吐出量を調整する動作をイ
ンク滴の大きさに関わらず一定のパターンにすると、そ
の後に駆動されるインク室群に対する影響は更に安定化
できる。

【００３４】〈具体例３〉具体例３は、例えば３００Ｄ
ＰＩの印字の場合の制御に適するものである。図１０は
具体例３の動作説明図で、図１１は具体例３のインクジ
ェットヘッド駆動方法タイミングチャートである。その
記載要領は、これまでの具体例と同様である。３００Ｄ
ＰＩで印字をする場合、今度は、最も小さい小滴用の駆
動方法が、大滴用や中滴用の駆動方法と同一になる。即
ち、図１１に示したように、ドライブタイミングから一
定時間後に、どの大きさのインク滴についても、同時に
インク室を膨張させた状態から収縮させた状態に切り換
わる。

【００３５】インク滴の調整は、時刻ｔ１以前のインク
室膨張維持時間によって調整する。更に、時刻ｔ１以
後、時刻ｔ２までは、インク室を収縮させた状態に維持
する。時刻ｔ１以後、時刻ｔ２までは、インク滴の大小
に関わらず一定の動作をさせる。

【００３６】〈具体例３の効果〉これによって、時刻ｔ
１以後、インク室に残る残留振動エネルギーの状態がイ
ンク滴の大きさに関わらず一定になる。従って、これま
での具体例と同様に、次に駆動されるインク室群への影
響が安定化し、高画質の印字が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は具体例１のインクジェットヘッド駆動
方法タイミングチャート、（ｂ）は比較例の駆動方法タ
イミングチャートである。

【図２】印字ヘッドの斜視図である。

【図３】インク室の各状態での端面図である。

【図４】ヘッド駆動回路のブロック図である。

【図５】インク室群動作タイミングチャートである。

【図６】インク群の配列説明図である。

【図７】具体例１の動作説明図である。

【図８】具体例２の動作説明図である。

【図９】具体例２のインクジェットヘッド駆動方法タイ
ミングチャートである。

【図１０】具体例３の動作説明図である。

【図１１】具体例３のインクジェットヘッド駆動方法タ
イミングチャートである。

【符号の説明】

４ インク室 ｔ０，ｔ１，ｔ２ 時刻 Ｘ 大滴用駆動パルス Ｙ 中滴用駆動パルス Ｚ 小滴用駆動パルス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の隣接したインク室を隔てる壁を変
   形させて、各インク室の内容積を変化させ、各インク室
   に連なるインクタンクからインクを吸引し、各インク室
   の一端に配置したオリフィスからそれぞれ任意の滴量の
   インク滴を吐出する構成の印字ヘッドについて、始めに
   いずれかのインク室群を膨張させて各インク室の内容積
   を増やし、再び前記インク室群を収縮させて各インク室
   の内容積を減らし、前記オリフィスからインク滴を吐出
   させる場合に、 印字動作を開始するためのドライブタイミングから、吐
   出滴量に応じたウエイト時間を経過してから前記各イン
   ク室を膨張させ、吐出滴量にかかわらず前記ドライブタ
   イミングから一定の時間を経過したとき全てのインク室
   を収縮させるように制御することを特徴とするインクジ
   ェットヘッド駆動方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   駆動方法において、 各インク室を収縮させてインクを吐出させた後、吐出滴
   量にかかわらず、一定時間全てのインク室を収縮させた
   状態を保持することを特徴とするインクジェットヘッド
   駆動方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   駆動方法において、 各インク室を収縮させてインクを吐出させた後、吐出滴
   量にかかわらず、一定時間全てのインク室を収縮させた
   後、吐出滴量にかかわらず同一のパターンで、再び全て
   のインク室を短時間膨張させてからインク室を収縮させ
   た状態に戻すことを特徴とするインクジェットヘッド駆
   動方法。