JP2001018388A

JP2001018388A - インク噴射装置

Info

Publication number: JP2001018388A
Application number: JP19451899A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Takahashi; 高橋　　義和
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2001-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】１ドットについて噴射動作を複数回行うイン
ク噴射装置において、駆動周波数が変化してもほぼ一定
のインク量を、着弾乱れやしぶきを生じることなく安定
して噴射することができるようにする。【解決手段】１ドットについて噴射動作を複数回行っ
て複数滴のインクを噴射する場合には、噴射動作を行う
ための噴射パルス信号Ａ，Ｂを印加して２滴を噴射さ
せ、この噴射動作によって発生した圧力波振動を非噴射
パルス信号Ｃを印加して相殺する。そして、さらに噴射
パルス信号Ｄ，Ｅを印加して２滴を噴射させ、同様に非
噴射パルス信号Ｆを印加する。このように、複数の噴射
動作を行う毎に相殺動作を行うことを繰り返して、所定
数の噴射動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印字命令に応じて
ノズルからインクを噴射して、紙等の被記録媒体に画像
を形成するインク噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト方式の印字装置の中で、
原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であ
るものとして、インクジェット方式の印字装置が挙げら
れる。中でも、印字に使用するインクのみを噴射するド
ロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニ
ングコストの安さ等から急速に普及している。ドロップ
・オン・デマンド型の印字装置に用いられるインク噴射
装置として、例えば、特開昭６３−２４７０５１号公報
に記載の圧電材料を利用したせん断モード型がある。こ
の種のインク噴射装置の一例を図７，８に示す。なお、
図７は図８のＡ−Ａ線断面に、図８は図７のＢ−Ｂ線断
面に各々対応している。

【０００３】図７に示すように、インク噴射装置６００
は、底壁６０１，天壁６０２，およびその間のせん断モ
ード型のアクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチ
ュエータ壁６０３は天壁６０２に接着され、かつ矢印６
０９方向に分極された圧電材料製の上部壁６０５と、底
壁６０１に接着され、かつ矢印６１１方向に分極された
圧電材料製の下部壁６０７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６１
３を形成し、かつその隣の一対のアクチュエータ壁６０
３との間には、空間６１５を形成している。

【０００４】図８に示すように、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、マニホールド６２６を介して図示
しないインク供給源が接続されている。なお、マニホー
ルド６２６は、各インク室６１３に連通する開口部を有
する前部壁６２７と、底壁６０１，天壁６０２の間を密
閉する後部壁６２８とを備え、前記インク供給源から前
部壁６２７，後部壁６２８の間に供給されたインクを、
各インク室６１３に分配するものである。

【０００５】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、空間６１５側およびインク噴
射装置６００外周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の表面はイ
ンクと絶縁するための絶縁層で覆われている。そして、
電極６２１はアース６２３に接続され、インク室６１３
内に設けられた電極６１９は制御装置６２５に接続さ
れ、後述のような電圧（駆動信号）が印加される。

【０００６】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。この動作の一例を図９
に示す。インク室６１３ｃの電極６１９ｃに所定の電圧
Ｅ（Ｖ）が印加されると、アクチュエータ壁６０３ｅ，
６０３ｆに各々矢印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６
１３ｃ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６１
３ｃ内の圧力が減少する。

【０００７】この電圧Ｅ（Ｖ）の印加をインク室６１３
内の圧力波の片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、そ
の間に前述のインク供給源からインクが供給される。な
お、前記片道伝播時間Ｔはインク室６１３内のインクの
圧力波が、インク室６１３の長手方向に片道伝播する時
間であり、インク室６１３の長さＬとこのインク室６１
３内部のインク中での音速ａとによりＴ＝Ｌ／ａなる式
で算出される。

【０００８】圧力波の伝播理論によると、前記電圧の印
加から片道伝播時間Ｔが経過するとインク室６１３内の
圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、制御装置６２５
は、このタイミングに合わせてインク室６１３ｃの電極
６１９ｃ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７）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６０３
ｅ，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６１
３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生じて、インクがノ
ズル６１８ｃから噴射される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来、この種のインク
噴射装置には、１ドットの印字命令についてインク滴を
噴射する噴射動作を複数回行って、複数のインク滴を被
記録媒体に達する前の空間または被記録媒体上で合体さ
せ、任意の大きさのドットを記録することが行われてい
る。また、上記のようにインク室内に圧力波振動を発生
させてすべての噴射動作を行った後で、インク室の容積
を一旦増加させた後容積を減少させてインク室内の圧力
波振動をほぼ相殺する相殺動作を行うように構成されて
いるものがある。このように構成されているインク噴射
装置は、インク室内の残留圧力波振動が次回の噴射動作
に何等かの悪影響を与える事態を防止することができ
る。

【００１０】ところで、噴射動作を複数回行った後のイ
ンク室内の圧力波振動は非常に複雑であるので、この圧
力波振動を完全に相殺することは非常に難しい。このた
め、噴射動作を複数回行った後の相殺動作は、圧力波振
動に対して非常に正確なタイミングで行わなければなら
ない。

【００１１】しかし、キャリッジが被記録媒体に沿って
移動する際にエンコーダ等からの位置信号に基づいて、
１ドット毎の印字命令の信号を生成するものでは、キャ
リッジの移動の際の抵抗が不均一であったり、モータの
回転速度が変動することが避けられず、１ドットについ
ての複数回の噴射動作および相殺動作が１秒間に行われ
る回数、即ち駆動周波数は、場合によっては±５％程度
変動する。すると、インク室内の圧力変動に対する相殺
動作のタイミングが適正値からずれてしまい、結果とし
て、１回の噴射動作によって噴射されるインクの量が、
±１５％程度変動することがある。このため、良好な印
字品質を得ることができない場合がある。特に、広い範
囲に対して一様な階調でインクを噴射する場合には、見
栄えの悪さが顕著になる。なお、常に一定の駆動周波数
に保持するためには、キャリッジの移動速度の変動を抑
制すれば良いが、そのためには高価なモータや駆動装置
およびキャリッジ案内装置の高精度の加工が必要とな
り、部品コストを大幅に増加させてしまう。

【００１２】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、１ドットについて噴射動作を複
数回行うインク噴射装置を、部品コストの増加を招くこ
となく常に良好な印字品質が得られるようにすることを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段および発明の効果】このよ
うな目的を達成するため、本発明にかかるインク噴射装
置は、インクを噴射するためのノズルと、該ノズルから
噴射するためのインクが充填されるインク室と、該イン
ク室の容積を変化させるアクチュエータと、該アクチュ
エータを駆動して前記インク室内に圧力波振動を発生さ
せて前記ノズルからインクを噴射する噴射動作を１ドッ
トの印字命令に対して複数（Ｎ）回行う駆動手段とを備
えたインク噴射装置であって、前記駆動手段は、前記１
ドットの印字命令に対して前記Ｎ回行う噴射動作のうち
ｎ（Ｎ＞ｎ＞１）回噴射動作を行う毎に、インクを噴射
しないタイミングで前記アクチュエータを駆動して前記
インク室内の圧力波振動をほぼ相殺する相殺動作を行う
動作を複数回繰り返すことを特徴とする。

【００１４】本発明にかかるインク噴射装置では、制御
装置は、１ドットの印字命令に対してＮ回行う噴射動作
のうちｎ（Ｎ＞ｎ＞１）回噴射動作を行う毎に、インク
室内の圧力波振動を相殺するための相殺動作を行い、こ
の一連の動作を１ドットの印字命令に対して複数回繰り
返す。

【００１５】このように、本発明にかかるインク噴射装
置によれば、噴射動作を複数回行う毎に相殺動作を行っ
てインク室内の圧力を安定させるので、各相殺動作によ
って相殺するべき圧力波振動は比較的単純なものとな
る。このため、噴射動作および相殺動作のタイミングが
最適なタイミングより多少前後しても、難なく圧力波振
動を相殺することができる。したがって、駆動周波数が
多少変動しても、１回の噴射動作によって噴射されるイ
ンクの量をほぼ一定に保つことができるので、高価なモ
ータ等を採用したり、高精度な部品加工をすることによ
って部品コストの増加を招くことなく、常に良好な印字
品質を得ることができる。

【００１６】また、仮に噴射動作を１回行う毎に相殺動
作を行う場合、１ドットについて所望のインクの量を得
るための複数の噴射動作に要する時間が長くなり、つま
り全体としての記録時間が長くなるが、本発明によれ
ば、１ドットにおける複数の噴射動作に要する時間を短
くでき、高速記録を達成することができる。

【００１７】なお、この相殺動作には、インク室内の圧
力が高いタイミングでインク室の容積を一旦増加させた
後で容積を元に戻す方法、圧力が低いタイミングで容積
を一旦減少させた後で容積を元に戻す方法等があり、何
れの方法を採用しても良いが、容積を一旦増加させた後
で容積を元に戻すことによって噴射動作を行う場合に
は、相殺動作も、容積を一旦増加させた後で元に戻すこ
とによって行うと良い。相殺動作をこのように行う場合
には、噴射動作と相殺動作においてアクチュエータの駆
動方向が同一となるので、制御装置等の構成を簡略化す
ることができる。

【００１８】また、この場合、本件発明者は、相殺動作
時にインク室の容積を増加させてからその容積を減少さ
せるまでの時間Ｗｃを種々に変更して実験を行い、イン
ク室内の圧力波振動を最も有効に相殺することができる
条件を鋭意検討した結果、請求項２に記載したように、
前記相殺動作は、前記インク室の容積を増加させてから
当該インク室の容積を減少させるまでの時間が、前記イ
ンク室内をインクの圧力波が片道伝播する片道伝播時間
の約０．３〜０．７倍または約１．３〜１．８倍となる
ように行われると良いことを発見した。

【００１９】これは、次の理由によるものと推定され
る。Ｗｃ≒１．０Ｔであると、容積の増加によって発生
した圧力波振動のピークと容積の減少による圧力の増加
とが重畳してインクが噴射されてしまう。また、Ｗｃ≒
２．０Ｔであると、容積の増加による圧力波振動と容積
の減少による圧力波振動とが相殺し合って相殺動作を実
行しなかった場合と同様の結果を招く。このため、それ
らの値の中間である０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ
〜１．８ＴにＷｃを設定すると、良好な相殺動作を行う
ことができるものと考えられる。

【００２０】さらに、本件発明者は、噴射動作が終了し
た時点と相殺動作を行う時期との関係を種々に変更して
実験を行い、インク室内の圧力波振動を最も有効に相殺
することができる条件を鋭意検討した。その結果、請求
項３に記載したように、前記相殺動作は、前記噴射動作
が終了した時点から、前記インク室内をインクの圧力波
が片道伝播する片道伝播時間の約２．０５〜２．４５倍
の時間が経過した時点で行われると良いことを発見し
た。

【００２１】また、前記１ドットの印字命令内での相殺
動作が終了した後次の噴射動作を開始するまでの間隔
は、前記インク室内をインクの圧力波が片道伝播する片
道伝播時間の約０．３〜２．０倍となるように行われる
ことにより、１ドットに対し複数の噴射動作を行うと
き、相殺動作のあとの噴射動作も安定して行うことがで
きる。

【００２２】そして、これらの条件を満たすように相殺
動作および噴射動作を行った場合には、常に良好な印字
品質を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面にしたがって説明する。本実施の形態のインク噴射装
置６００における機械的部分の構成は、図７，８に示す
従来のものと同様であるので説明を省略する。このイン
ク噴射装置６００の具体的な寸法を述べる。インク室６
１３の長さＬが７．５ｍｍである。ノズル６１８の寸法
は、ノズル面６１７ａ側の径が４０μｍ、インク室６１
３側の径が７２μｍ、長さが１００μｍである。また、
後述の実験に供したインクの２５℃における粘度は約２
ｍＰａ・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と前記Ｌとの比
Ｌ／ａ（＝Ｔ）は８μｓｅｃである。さらに、インク噴
射装置６００は図示しないプラテンに沿って移動するキ
ャリッジに搭載され、ノズル面６１７ａとプラテン上の
記録用紙（図示せず）との間隔は１〜２ｍｍである。

【００２４】図１は、本実施の形態のインク噴射装置６
００に用いられた制御装置６２５の構成を表す回路図で
ある。図１に示すように、制御装置６２５は、充電回路
１８２，放電回路１８４，およびパルスコントロール回
路１８６から構成されている。また、図１では、アクチ
ュエータ壁６０３の圧電材料および電極６１９，６２１
をコンデンサ１９１であらわしており、そのコンデンサ
１９１の端子１９１Ａ，１９１Ｂは各々電極６１９，６
２１に対応する。即ち、端子１９１Ａが制御装置６２５
に、端子１９１Ｂがアース６２３に、各々接続されてい
る。ここで、インク室６１３を挟む一対のアクチュエー
タ壁６０３および電極６１９，６２１が、１個のアクチ
ュエータを構成する。

【００２５】充電回路１８２に設けられた入力端子１８
７と放電回路１８４に設けられた入力端子１８８とは、
各々インク室６１３内の電極６１９（端子１９１Ａ）に
Ｅ（Ｖ）の電圧（例えば２０Ｖ）または０（Ｖ）の電圧
を印加するためのパルス信号を、後述のパルスコントロ
ール回路１８６から入力するための端子である。

【００２６】充電回路１８２は、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０
２，Ｒ１０３，Ｒ１０４，Ｒ１０５、および、トランジ
スタＴＲ１０１，ＴＲ１０２から構成されている。トラ
ンジスタＴＲ１０１のベースは、抵抗Ｒ１０１を介して
入力端子１８７に接続されるとともに、抵抗Ｒ１０２を
介して接地されている。トランジスタＴＲ１０１のエミ
ッタは直接接地され、コレクタは、Ｅ（Ｖ）の正の電源
１８９に抵抗Ｒ１０３を介して接続されている。また、
トランジスタＴＲ１０２のベースは、抵抗Ｒ１０４を介
して正の電源１８９に接続されるとともに、抵抗Ｒ１０
５を介してトランジスタＴＲ１０１のコレクタに接続さ
れている。トランジスタＴＲ１０２のエミッタは正の電
源１８９に直接接続され、コレクタは抵抗Ｒ１２０を介
して端子１９１Ａに接続されている。

【００２７】このため、入力端子１８７にオン信号（＋
５Ｖ）が入力されると、トランジスタＴＲ１０１が導通
し、正の電源１８９からの電流がトランジスタＴＲ１０
１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１８９に接続されている抵抗Ｒ１０４およびＲ
１０５にかかる電圧の分圧が上昇し、トランジスタＴＲ
１０２のべースに流れる電流が増加し、トランジスタＴ
Ｒ１０２のエミッタとコレクタ間が導通する。そして、
正の電源１８９からのＥ（Ｖ）の電圧がトランジスタＴ
Ｒ１０２のコレクタおよびエミッタ、抵抗Ｒ１２０を介
してコンデンサ１９１の端子１９１Ａに印加される。

【００２８】次に、放電回路１８４について説明する。
放電回路１８４は抵抗Ｒ１０６，Ｒ１０７，トランジス
タＴＲ１０３から構成されている。トランジスタＴＲ１
０３のベースは、抵抗Ｒ１０６を介して入力端子１８８
に接続されるとともに、抵抗Ｒ１０７を介して接地され
ている。トランジスタＴＲ１０３のエミッタは直接接地
され、コレクタは、前述の抵抗Ｒ１２０を介して端子１
９１Ａに接続されている。このため、入力端子１８８に
オン信号（＋５Ｖ）が入力されるとトランジスタＴＲ１
０３が導通し、抵抗Ｒ１２０を介してコンデンサ１９１
の端子１９１Ａを接地する。

【００２９】次に、この充電回路１８２，放電回路１８
４によってアクチュエータ壁６０３（コンデンサ１９
１）に印加される電圧の変化を説明する。充電回路１８
２の入力端子１８７に入力される入力信号は、図２
（Ａ）のタイミングチャートに示すように、通常オフの
状態にあり、インクの噴射時には後述の所定のタイミン
グＴ１にてオンされ、タイミングＴ２にてオフされる。
その後、タイミングＴ（奇数）にてオン、タイミングＴ
（偶数）にてオフが繰り返される。放電回路１８４の入
力端子１８８に入力される入力信号は、図２（Ｂ）のタ
イミングチャートに示すように、入力端子１８７の入力
信号がオンされるとき（Ｔ１，Ｔ３・・・）オフされ、
入力端子１８７の入力信号がオフされるとき（Ｔ２，Ｔ
４・・・）オンされる。

【００３０】この場合、コンデンサ１９１の端子１９１
Ａに印加される電圧は、図２（Ｃ）に示すように、通常
は０（Ｖ）に維持されているが、タイミングＴ１にて、
コンデンサ１９１即ちアクチュエータ壁６０３へ電荷が
充電され、トランジスタＴＲ１０２と、抵抗Ｒ１２０
と、せん断モード型圧電素子からなるアクチュエータ壁
６０３の静電容量とにて決まる充電時間Ｔａ後に電圧Ｅ
（Ｖ）になる。またタイミングＴ２にて、トランジスタ
ＴＲ１０３と、抵抗Ｒ１２０と、アクチュエータ壁６０
３の静電容量とにて決まる放電時間Ｔｂ後に０（Ｖ）に
なる。

【００３１】このように電極６１９（端子１９１Ａ）に
実際に印加される電圧（以下、駆動信号という）の波形
は、立ち上がりと立ち下がりで各々Ｔａ、Ｔｂの遅れが
生じるため、電圧が１／２Ｅ（Ｖ）（例えば１０Ｖ）と
なる時点を、駆動信号の立ち上がりタイミングおよび立
ち下がりタイミングとして近似する。パルスコントロー
ル回路１８６は、この駆動信号の立ち上がりおよび立ち
下がりが後述のタイミングとなるように、入力端子１８
７，１８８への入力信号の前記タイミングＴ１〜Ｔ８等
を制御する回路である。次に、図１に戻ってパルスコン
トロール回路１８６の構成について説明する。

【００３２】パルスコントロール回路１８６には、各種
の演算処理を行うＣＰＵ２１０が設けられ、そのＣＰＵ
２１０には、印字データや各種のデータを記憶するＲＡ
Ｍ２１２と、パルスコントロール回路１８６の制御プロ
グラムおよび前述のタイミングＴ１〜Ｔ８でオン，オフ
信号を発生するシーケンスデータを記憶するＲＯＭ２１
４とが接続されている。ここで、ＲＯＭ２１４には、図
３に示すように、インク噴射装置制御プログラム記憶エ
リア２１４Ａと、駆動波形データ記憶エリア２１４Ｂと
が設けられている。したがって、前述の駆動信号の波形
に関するシーケンスデータは、駆動波形データ記憶エリ
ア２１４Ｂに記憶されている。

【００３３】さらに、ＣＰＵ２１０は各種のデータのや
りとりをするＩ／Ｏバス２１６に接続され、当該Ｉ／Ｏ
バス２１６には、印字データ受信回路２１８およびパル
スジェネレータ２２０，２２２が接続されている。パル
スジェネレータ２２０の出力は充電回路１８２の入力端
子１８７に入力され、パルスジェネレータ２２２の出力
は放電回路１８４の入力端子１８８に入力されている。

【００３４】ＣＰＵ２１０はＲＯＭ２１４の駆動波形デ
ータ記憶エリア２１４Ｂ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２２０および２
２２を制御する。したがって、前記タイミングＴ１，Ｔ
２，・・・の各種パターンを予めＲＯＭ２１４内の駆動
波形データ記憶エリア２１４Ｂに記憶させておくことに
よって、１ドットの印字命令に対して、所望の波形の駆
動信号をアクチュエータ壁６０３に与えることができ
る。なお、パルスジェネレータ２２０，２２２、充電回
路１８２、および放電回路１８４は、インク噴射装置６
００のノズル６１８と同じ数だけ設けられている。ＣＰ
Ｕ２１０は、印字データに応じたアクチュエータ壁６０
３に駆動信号を出力し、対応するノズル６１８からイン
クを噴射する。

【００３５】次に、本実施の形態のインク噴射装置６０
０における、前記駆動信号の波形（以下、駆動波形とい
う）の一例を図４に例示する。本例の駆動波形は、イン
クを噴射するための複数の噴射パルス信号Ａ，Ｂ，Ｄ，
Ｅと、前記インク室６１３内に残留した圧力波振動を相
殺するための各噴射パルス信号の後に設けられた２つの
非噴射パルス信号Ｃ，Ｆとからなり、１ドットに対して
出力する噴射パルス信号の数Ｎのうち、それよりも少な
い数で複数ｎ（Ｎ＞ｎ＞１）からなる噴射パルス信号の
群（Ａ，ＢとＤ，Ｅ）にそれぞれ１つの非噴射パルス信
号（Ｃ，Ｆ）を付属させている。つまり、複数（ｎ）の
噴射パルス信号（Ａ，ＢまたはＤ，Ｅ）と非噴射パルス
信号（ＣまたはＦ）からなるグループを、繰り返し出力
して１つのドットを形成する。

【００３６】上記従来の技術で説明したようにインク室
６１３内に圧力波振動が発生してこれがインクの噴射を
起こすが、本件発明者の実験によれば、インク室６１３
内の圧力波振動が、そのままノズル６１８からのインク
面（メニスカス）の突出、あるいは後退として現れるの
ではなく、インク室６１３内の圧力波振動よりもゆっく
りした周期でメニスカスは突出後退しているとともに、
これに上記の圧力波振動等が絡まって複雑な振動をして
いる。これは、ノズル６１８でのインクの表面張力等が
関係していると思われる。そこで、効果的に非所望の噴
射を抑制するために、本件発明者は、各パルスの幅、各
パルス間の時間間隔の設定方法について鋭意検討した。
図５は、上記各パルス信号の幅および間隔を示すもの
で、波形１，２はそれぞれ好ましい数値を示し、波形３
は実施可能な範囲の数値を示す。各パルス信号の波高値
（電圧値）は、いずれもＥ（Ｖ）である。

【００３７】以下、図５の波形１の数値を使用して説明
する。噴射パルス信号ＡがタイミングＷａｓで立ち上が
ると、図９にてインク室６１３ｃを例に説明したよう
に、アクチュエータ壁６０３に電界が発生し、インク室
６１３の容積が増加してノズル６１８付近を含むインク
室６１３内の圧力が減少する。その後、インク室６１３
にはインクが流入する一方、容積の増大によって生じた
圧力波振動による圧力が増加して正の（振動の中心より
大の）圧力に転じ、圧力波の片道伝播時間Ｔを経過する
時点の近傍でピークに達する。噴射パルス信号Ａは、タ
イミングＷａｓからＷａ（１．０Ｔ）経過後のタイミン
グＷａｅで立ち下がる。すると、インク室６１３の容積
が減少し、それにより発生した圧力と、前記正に転じた
圧力とが加え合わされて、インク室６１３のノズル６１
８付近に高い圧力が生じ、インクがノズル６１８から噴
射される。

【００３８】続いて、噴射パルスＢが、タイミングＷａ
ｅから時間ｄ１（１．０Ｔ）が経過したタイミングＷｂ
ｓで、立ち上がり、そのタイミングＷｂｓからＷｂ
（１．０Ｔ）経過後のタイミングＷｂｅで立ち下がる。
タイミングＷｂｓは、インク室６１３内の圧力が再び減
少したタイミングであり、これに合わせてインク室６１
３の容積が増加し、また、その後再びインク室６１３内
の圧力が再び増加したタイミングＷｂｅでインク室６１
３の容積が減少することで、インクに一層大きな圧力が
作用し、高速で噴射される。

【００３９】続いて、非噴射パルス信号Ｃが、タイミン
グＷｂｅから時間ｄ２（２．２５Ｔ）が経過したタイミ
ングＷｃｓで、立ち上がり、そのタイミングＷｃｓから
Ｗｃ（０．５Ｔ）経過後のタイミングＷｃｅで立ち下が
る。この非噴射パルス信号Ｃは、インク室６１３の圧力
が正から負に転じる時点を跨いで発生させるのが望まし
い。つまり、インク室６１３の圧力が正から負に転じる
前のタイミングＷｃｓにて非噴射パルス信号Ｃが立ち上
がってインク室６１３の容積を増加すると、正である圧
力が急減する。また、圧力が負に転じた際のタイミング
Ｗｃｅで非噴射パルス信号Ｃが立ち下がると、負である
圧力が急増する。このようにして圧力波振動が相殺され
ると、インクが非所望に噴射されることが防止されると
ともに、噴射パルス信号Ｄによる噴射動作に円滑に移行
することができる。

【００４０】続いて、噴射パルス信号Ｄが、タイミング
Ｗｃｅから時間ｄ３（０．５Ｔ）が経過したタイミング
Ｗｄｓで、立ち上がり、そのタイミングＷｄｓからＷｄ
（１．０Ｔ）経過後のタイミングＷｃｅで立ち下がる。
その後、噴射パルス信号Ｅおよび非噴射パルス信号Ｆ
が、前記噴射パルス信号Ｂおよび非噴射パルス信号Ｃと
同様のタイミングで立ち上がり、立ち下がる。１ドット
に対してさらに噴射動作を必要とする場合には、噴射パ
ルス信号Ｄ，Ｅおよび非噴射パルス信号Ｆを同様のタイ
ミングで繰り返し出力する。時間ｄ３（０．５Ｔ）は、
非噴射パルスＣによっても圧力波振動を完全には相殺で
きていないので、その残留圧力波を考慮して実験的に求
めたものである。

【００４１】図５の波形２の数値も実験的に求めたもの
で、噴射パルスＢと非噴射パルスＣとの間の時間ｄ２は
２．１５Ｔ、非噴射パルスＣの幅Ｗｃは０．５Ｔ、非噴
射パルスＣと噴射パルＤＣとの間の時間ｄ２は１．５
Ｔ、噴射パルスＤの幅Ｗｄは０．５Ｔとした。噴射パル
スＤの幅Ｗｄは０．５Ｔと通常よりも小さいが、実験に
よれば前記波形１よりも所期のインク量が安定して得ら
れ、かつ着弾の乱れやしぶき等もなく安定した噴射をす
ることができた。これは、非噴射パルスＣ後の残留圧力
波振動が関係しているものと思われる。

【００４２】そのほか、本件発明者は種々実験の結果、
図５の波形３に示すように、噴射パルスＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ
の幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｄ，Ｗｅは、０．３Ｔ〜１．３Ｔの
範囲、噴射パルス間の間隔ｄ１，ｄ４は、０．７Ｔ〜
１．３Ｔの範囲、非噴射パルスＣ，Ｆの幅Ｗｃ，Ｗｆ
は、０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜１．８Ｔの範
囲、噴射パルスと非噴射パルスの間の間隔ｄ２，ｄ５
は、２．０５Ｔ〜２．４５Ｔの範囲、非噴射パルスと噴
射パルスの間の間隔ｄ３は、０．３Ｔ〜１．３Ｔの範囲
でも実施することができることを確認した。

【００４３】特に、本件発明者は、非噴射パルスＣの
幅、その前後の時間間隔ｄ２、ｄ３の設定方法について
鋭意検討した結果、噴射パルス信号Ｂによる噴射動作終
了後、２回目に圧力が正から負にほぼ転じる時点（２．
２Ｔ〜２．８Ｔ好ましくはほぼ２．５Ｔ）を跨いで、非
噴射パルス信号Ｃを配置し、かつ非噴射パルス信号Ｃの
幅Ｗｃをほぼ０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜１．
８Ｔの範囲に設定すると、効果的に圧力波振動を相殺す
ることができることを発見した。また、非噴射パルス信
号Ｃと次の噴射パルス信号Ｄとの間隔Ｗ３を０．３Ｔ〜
１．３Ｔの範囲とすることで、着弾の乱れやしぶき等も
少なく安定した噴射をすることができた。

【００４４】そして、これらの値がずれると、噴射され
たインク滴の飛翔速度が適切な値からずれ、インク滴が
記録用紙の適切な位置に付着しない着弾乱れが発生した
り、噴射されたインクが飛沫となって飛び散るしぶきが
発生したり、その飛沫がノズル面６１７ａに付着してイ
ンクが吐出されなくなったりした。例えば、Ｗｃ≒１．
０Ｔであると、インク室６１３の容積増加（タイミング
Ｗｃｓ）によって発生した圧力波振動のピークとその容
積の減少（タイミングＷｃｅ）による圧力の増加とが重
畳してインクが噴射されてしまう。また、Ｗｃ≒２．０
Ｔであると、前記容積の増加による圧力波振動と前記容
積の減少による圧力波振動が相殺し合って非噴射パルス
信号Ｃを発生しなかった場合と同様の結果を招く。この
ため、それらの値の中間である０．３Ｔ〜０．７Ｔまた
は１．３Ｔ〜１．８ＴにＷｃを設定すると、良好な相殺
動作が実行できるものと考えられる。

【００４５】以上のように、本実施の形態のインク噴射
装置は、１ドットの印字命令について複数回（Ｎ）の噴
射動作を行う際に、複数ｎの噴射動作を行った後に相殺
動作を行う動作を繰り返してインク室内の圧力を安定さ
せるので、各相殺動作によって相殺するべき圧力波振動
は比較的単純なものとなる。このため、噴射動作および
相殺動作のタイミングが最適なタイミングより多少前後
しても、難なく圧力波振動を相殺することができる。し
たがって、駆動周波数が多少変動しても、Ｎ回の噴射動
作によって噴射されるインクの量をほぼ一定に保つこと
ができるので、常に良好な印字品質を得ることができ
る。また、高価なモータや高精度の部品加工を必要とし
ないので、コストの増加を招くこともない。

【００４６】図６は、本実施の形態のインク噴射装置
と、４つの噴射パルス信号を印加した後に１つの非噴射
パルスを印加して１ドット分の噴射を行う従来のインク
噴射装置とを、７．５ｋＨｚ，８．０ｋＨｚ，８．５ｋ
Ｈｚの駆動周波数で実際に作動させた場合の１ドット当
りのインクの噴射量（ピコリットルｐｌ）を実測したも
のである。図６に示すように、本実施の形態のインク噴
射装置６００は、従来のインク噴射装置に比べ、駆動周
波数が変化してもほぼ一定量のインクを噴射することが
でき、常に良好な印字品質を得ることができる。

【００４７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は前述した各実施の形態に何等限定される
ものではなく、さらに種々の態様において実施してもよ
いことはもちろんである。例えば、上記実施の形態で
は、噴射パルス信号の幅Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｄ，Ｗｅを片道
伝播時間Ｔの１．０倍としたが、圧力波振動は周期２Ｔ
で繰り返されるので、ＷＦ＝３．０Ｔ，５．０Ｔ，７．
０ＴのようにＴの３以上の奇数倍の値を中心として所定
の幅を持たせたものでも噴射動作を行うことができる。

【００４８】また、噴射パルス信号２個に対して１つの
非噴射パルス信号を付属させているが、噴射パルス信号
３個以上に対して非噴射パルス信号を付属させるように
してもよい。

【００４９】また、非噴射パルス信号としてＥ（Ｖ）よ
り低い電圧や負の電圧を印加することにより、圧力波振
動の相殺時にインクが噴射されないようにすることもで
きる。ただし、実施の形態では、噴射パルス信号および
非噴射パルスの電圧を一定値とし、その出力タイミング
を調整することによりインクの噴射および圧力波振動の
相殺を行っているので、装置の構成および制御を一層簡
略化することができる。

【００５０】また、実施の形態では、圧電材料によって
インク室６１３の容積を変化させてインクを噴射する装
置について説明したが、本発明は、圧電材料以外を用い
て構成されたアクチュエータによりインク室６１３の容
積を変化させる装置等にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態のインク噴射装置に備えられる制
御装置の構成をあらわす回路図である。

【図２】制御装置を構成する充電回路、放電回路の動
作をあらわすタイミングチャートである。

【図３】制御装置のＲＯＭの構成をあらわす説明図で
ある。

【図４】制御装置が出力するインク噴射装置の駆動波
形を例示する説明図である。

【図５】図４の駆動波形の各部分の数値を例示する説
明図である。

【図６】本発明と従来例のインク噴射量を例示する説
明図である。

【図７】従来および実施の形態のインク噴射装置の構
成を表す断面図である。

【図８】図７のインク噴射装置のＢ−Ｂ線断面図であ
る。

【図９】図７のインク噴射装置の動作の一例を表す説
明図である。

【符号の説明】

１８２…充電回路１８４…放電回路１８６…パルスコントロール回路１８７，１８８…入力端子６００…インク噴射装置６０３…アクチュエータ壁６１８…ノズル６１９，６２１…電極６２５…制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを噴射するためのノズルと、該ノ
ズルから噴射するためのインクが充填されるインク室
と、該インク室の容積を変化させるアクチュエータと、
該アクチュエータを駆動して前記インク室内に圧力波振
動を発生させて前記ノズルからインクを噴射する噴射動
作を１ドットの印字命令に対して複数（Ｎ）回行う駆動
手段とを備えたインク噴射装置であって、前記駆動手段は、前記１ドットの印字命令に対して前記
Ｎ回行う噴射動作のうちｎ（Ｎ＞ｎ＞１）回噴射動作を
行う毎に、インクを噴射しないタイミングで前記アクチ
ュエータを駆動して前記インク室内の圧力波振動をほぼ
相殺する相殺動作を行う動作を複数回繰り返すことを特
徴とするインク噴射装置。
【請求項２】前記相殺動作は、前記インク室の容積を
増加させてから当該インク室の容積を減少させて行うも
のであって、その間の時間が、前記インク室内をインク
の圧力波が片道伝播する片道伝播時間の約０．３〜０．
７倍または約１．３〜１．８倍となるように行われるこ
とを特徴とする請求項１に記載のインク噴射装置。
【請求項３】前記相殺動作は、前記噴射動作が終了し
た時点から、前記インク室内をインクの圧力波が片道伝
播する片道伝播時間の約２．０５〜２．４５倍の時間が
経過した時点で行われることを特徴とする請求項２に記
載のインク噴射装置。
【請求項４】前記１ドットの印字命令内での相殺動作
が終了した後次の噴射動作を開始するまでの間隔は、前
記インク室内をインクの圧力波が片道伝播する片道伝播
時間の約０．３〜２．０倍となるように行われることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインク噴射
装置。