JP2001026120A - インク噴射装置 - Google Patents

インク噴射装置

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JP2001026120A
JP2001026120A JP11199978A JP19997899A JP2001026120A JP 2001026120 A JP2001026120 A JP 2001026120A JP 11199978 A JP11199978 A JP 11199978A JP 19997899 A JP19997899 A JP 19997899A JP 2001026120 A JP2001026120 A JP 2001026120A
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pulse signal
ejection
nozzle
ejection pulse
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Yoshikazu Takahashi
高橋  義和
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Brother Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 20pl以下の微小液滴を噴射するインク噴
射装置において、無噴射状態でノズルが空気にさらされ
た場合でも、駆動電圧を変更することなく、着弾位置の
ずれが無く、良好な印字品質を得る。 【解決手段】 駆動波形10は、インク滴を噴射するた
めの噴射パルス信号A、Bと残留圧力波振動をほぼ相殺
するための非噴射パルス信号Cとからなる。駆動波形2
0は、インク滴を噴射するための噴射パルス信号Dと非
噴射パルス信号Cとからなる。駆動波形30は、インク
滴を噴射するための噴射パルス信号Dと非噴射パルス信
号Cとからなる。高解像度の印字の場合、通常時には駆
動波形30を使用するが、ノズルが非噴射状態で空中に
さらされた後の最初の噴射は駆動波形20を使用する。
中解像度の印字の場合、通常時には駆動波形20を使用
するが、ノズルが非噴射状態で空中にさらされた後の最
初の噴射は駆動波形10を使用する。これによりインク
の増粘を補償して、着弾位置のずれを無くす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インク噴射装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】今日、これまでのインパクト方式の印字
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置のなかで、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。なか
でも印字に使用するインク液滴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
ストの安さなどから急速に普及している。
【0003】ドロップ・オン・デマンド型として特公昭
53−12138号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭61−59914号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【0004】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭63−247051
号公報に開示されている圧電セラミックスを利用したせ
ん断モード型である。その一例の断面図を図12に示
す。印字ヘッド600は、この紙面厚み方向に延びる細
長い溝形状のインク室613とインクの入らない空間6
15とを側壁617を挟んで複数配列したアクチュエー
タ基板601と、カバープレート602からなる。その
側壁617は、側壁の高さ方向に相互に反対方向P1,
P2に分極された下部壁611と、上部壁609とから
なっている。各インク室613の長さ方向の一端は、ノ
ズル618を有し、他端にはインクを供給するマニホー
ルドを有する。空間615のマニホールド側の端部はイ
ンクが浸入しないように閉鎖されている。各側壁617
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を挟んで隣接
する両側壁617,617と、その各両側の電極61
9,621を、一組のアクチュエータとして、インク室
613内側の側壁617の全ての電極619が接地さ
れ、また空間615側の空間内電極621,621は、
電気的に接続されて、駆動信号を与える出力回路34
(図4参照)に接続されている。
【0005】そして、インク室613を挟んで隣接する
空間内電極621に出力回路34が電圧を印加すること
によって、側壁617の上下各部がインク室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
13に示すようにインク室613bを駆動する場合に
は、全てのインク室内電極619を接地した状態で該イ
ンク室613bを挟んで隣接する空間内電極621c、
dに電圧E(V)が印加されると、側壁617c、dに
矢印E方向の電界が発生し、側壁617c、dの上下各
部がそれぞれインク室613b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618b付近
を含むインク室613b内の圧力が減少する。この状態
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、その間図示しないマニホールドからイ
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61
3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(紙面の
厚み方向の長さ)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
印加からちょうどT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
わせて空間内電極621c、dに印加されている電圧を
0(V)に戻す。
【0008】すると、側壁617c、dが変形前の状態
(図12)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、側壁617c、d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613bのノズル618
b付近の部分に生じて、インク液滴がノズル618bか
ら噴射される。
【0009】さらに詳しく説明すると、上記の電圧の印
加から電圧を0(V)に戻すまでの時間が前記片道伝播
時間Tからずれると、インク液滴を噴射するためエネル
ギー効率が低下し、前記片道伝播時間Tのほぼ偶数倍と
なったときには全く噴射が行われなくなるので、通常上
記の電圧の印加から電圧を0(V)に戻すまでの時間
は、前記片道伝播時間Tに一致した場合に最もエネルギ
ー効率が高くインク液滴の飛翔速度は最大となるため、
少なくともほぼ奇数倍とすることが望ましい。
【0010】近年、印字品質を向上させるために、印字
解像度を上げることが要求されており、そのために噴射
するインク液滴の体積もより小さいものが要求されてき
ている。インク液滴の体積を小さくする方法としては、
ノズル径を小さくするか、駆動電圧を下げて、噴射する
インク液滴の飛翔速度を下げる等の方法が一般的となっ
ている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来、この種の印字ヘ
ッド600では、ノズル618が、しばらく非噴射の状
態で空気中にさらされると、ノズル付近のインクの溶媒
分の蒸発により、ノズル付近のインクの粘度が増加し、
通常の場合に比べて、噴射されるインク液滴の飛翔速度
や体積が低下し、ヘッド移動時に発生する横風による曲
がり等が発生し着弾位置がずれるという問題がある。特
に噴射するインク液滴の体積が20pl(ピコリット
ル)以下と微小液滴の場合には、その影響が大きい。
【0012】このため、所定時間非噴射の状態で空気中
にさらされた場合には、所定数の印字命令に対しては、
通常時に比べて高い駆動電圧を印加し、噴射されるイン
ク液滴の飛翔速度を増加するなど方法がとられてはいる
が、印字命令によって電圧を変更することは、電源のコ
ストの増大につながったり、電圧の変更に時間がかかる
ため高速の印字ができなくなるという欠点があった。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、駆動電圧を変更することなく、良好な印字品質
の得られる低コストのインク噴射装置を提示することを
目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に請求項1の発明では、インクを噴射するノズルと、該
ノズルに連通しインクが充填されるインク室と、前記イ
ンク室内のインクに噴射エネルギを与えるアクチュエー
タと、前記アクチュエータに1ドットの印字指令に対し
て1個または複数個の噴射パルス信号を印加する制御装
置とを備えるインク噴射装置において、前記制御装置
は、前記ノズルからインクが連続して噴射しない状態に
あったことを判断する判断手段を備え、該判断手段が上
記状態にあったと判断した後の少なくとも最初のドット
の印字命令に対して印加する噴射パルス信号を、上記状
態にはない通常時に比べて、波高値は同じで噴射パルス
信号数を多くして出力することを特徴とする。
【0014】このように、ノズルからインクが連続して
噴射しない状態にあった後の少なくとも最初のドットの
印字命令に対して噴射パルス信号数を多くすることで、
噴射される液滴の体積を多くし、横風により飛翔方向が
曲がるなどの影響を受けにくくすることができる。これ
により、ノズルがしばらく非噴射の状態で空気中にさら
されても、着弾位置がずれることをなくし、良好な印字
品質を得ることが可能になる。
【0015】また前記アクチュエータは、前記カイザー
型、サーマルジェット型等の公知の各種のものを適用す
ることができるが、インク室の容積を増減させて該イン
ク室内に圧力波を発生させるものである場合、好適に実
現することができる。つまり、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、判断手段が上記状態に
あったと判断した後の少なくとも最初に印加する噴射パ
ルス信号を、上記状態にはない通常時に比べて、波高値
は同じでパルス幅を前記Tもしくはその奇数倍に近くす
る。これにより、ノズルがしばらく非噴射の状態で空気
中にさらされた後には、通常時よりも、エネルギー効率
を上げ、インク液滴の飛翔速度を早くして、横風により
飛翔方向が曲がるなどの影響を受けにくくし良好な印字
品質を得ることが可能になる。
【0016】上記のように、噴射パルス信号数を多くす
ること、パルス幅を前記Tもしくはその奇数倍に近くす
ることは、1つの制御装置で適宜選択して実行させるこ
とができる。たとえば、インク液滴の体積を変えて複数
の印字解像度を実現する場合、印字解像度に応じて上記
のいずれかを実行することで、ノズルが非噴射の状態で
空気中にさらされた後でも、各印字解像度に合った体積
のインク液滴を噴射することが可能になる。
【0017】ノズルからインクが連続して噴射しない状
態にあったことの判断は、例えば、タイマーでその期間
を計数すること、もしくは、周期的に出力されるクロッ
ク信号において噴射するデータのない期間の同信号数を
計数することにより、容易に行うことができる。
【0018】また、ノズルを印字媒体に沿って往復移動
しながら行ごとに印字動作を行うものである場合、噴射
しない状態にあったことの判断に代えて、改行した後の
少なくとも最初に印加する噴射パルス信号を上記と同様
に制御することも可能である。つまり、改行の際に、ノ
ズルが非噴射の状態で空気中にさらされた影響、さらに
は改行後しばらく噴射するデータがなくノズルが印字媒
体に沿って走行しながら空気中にさらされた影響を、こ
れによって回避することが可能になる。
【0019】さらに上記各構成において、好ましくは、
インクに係る温度を検出し、検出した温度が所定温度を
越える場合には、前記噴射パルス信号の後に、該噴射パ
ルス信号により生成された圧力波振動をほぼ相殺する非
噴射パルス信号を印加する。これにより、環境温度が上
昇してインク粘度が低下した場合、残留する圧力波振動
により、非所望にインク液滴が噴射されたり、次の噴射
パルス信号の印加の際に影響するのが回避され、安定な
噴射が可能になる。また、次の噴射パルス信号を接近し
て出力することができ、高速印字が可能になる。この場
合、非噴射パルス信号は、前記噴射パルス信号の立ち下
がりタイミングから2.0T〜2.3T後、望ましくは
2.1T〜2.2T後に前記噴射パルス信号と波高値が
同じで、かつパルス幅が0.2T〜0.65T、望まし
くは0.3T〜0.55Tであることが好ましい。
【0020】そして上記各構成により、1ドットの印字
指令に対し噴射するインク液滴が微小体積、例えば20
pl以下の高解像度のインク噴射装置を容易に実現する
ことが可能になる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のイン
ク噴射装置を図面とともに説明する。
【0022】図1は、本発明のインク噴射装置を備えた
印字装置の概略構成を示す斜視図である。ガイドロッド
501およびガイド部材502は印字装置フレームの2
つの側板503,503間に橋渡されている。キャリッ
ジ504は、ガイドロッド501およびガイド部材50
2にスライド可能に支持され、ベルト505に連結され
て、キャリッジモータ(CRモータ)506により往復
移動される。ベルト505は、ガイドロッド501およ
びガイド部材502の両端部近傍に配置されている2個
のプーリ507に巻回されている。一方のプーリ507
はCRモータ506の駆動軸に接続されている。
【0023】キャリッジ504には、印字ヘッド600
と、後述する1チップのICから構成される駆動回路2
1とを備えた印字ヘッドユニット508が取り付けられ
ている。駆動回路21はフレキシブルなハーネスケーブ
ルを介して印字装置装置本体の制御回路22(図2)に
接続されている。印字ヘッドユニット508には、印字
ヘッド600の各ノズル618へインクを供給するイン
ク供給源としてのインクカートリッジ509が着脱可能
に搭載されている。印字ヘッド600と対向する位置に
は、印字用紙Pを搬送する搬送機構LFが配設されてい
る。搬送機構LFは、搬送モータ(LFモータ)510
の駆動により回転するプラテンローラ511の回転によ
って印字用紙Pをキャリッジ504の走行方向とは直角
に搬送する。プラテンローラ511のローラ軸512は
側板503に回動可能に支承されている。
【0024】搬送機構LFの側方には、印字ヘッド60
0のインク噴射動作の維持・回復を行う維持・回復機構
RMが設けられている。維持・回復機構RMは、吸引機
構513およびキャップ514から構成されている。吸
引機構513は、印字ヘッド600の使用中に、インク
が乾燥したり、その内部に気泡が発生したり、ノズル6
18のノズルプレート617の外面にインク液滴が付着
したりするなどの原因で発生する噴射不良を解消するた
めに、キャップ514をノズルプレート617に密着さ
せノズル618からインクを吸引する。キャップ514
は、印字装置の不使用時にノズルプレート617の外面
を覆ってインクの乾燥を防止する機能を兼ねる。
【0025】図2は、印字装置の電気的構成を示すブロ
ック図である。
【0026】印字装置の制御系は、1チップ構成のマイ
クロコンピュータ11、ROM12、RAM13を備え
ている。マイクロコンピュータ11には、ユーザが印字
の指示などを行うための操作パネル14、CRモータ5
06を駆動するためのモータ駆動回路15、LFモータ
510を駆動するためのモータ駆動回路16、被記録媒
体としての印字用紙Pの先端を検出するペーパーセンサ
17、印字ヘッド付近の温度を検出する温度センサ1
8、キャリッジ504の走行位置を検出する位置センサ
19などが接続されている。
【0027】印字ヘッド600は駆動回路21によって
駆動され、駆動回路21は制御回路22によって制御さ
れる。すなわち、図12に示したように、印字ヘッド6
00の各インク室613内に設けられた各電極619は
駆動回路21に接続されている。駆動回路21は、制御
回路22の制御にもとづいて、印字ヘッド600に適し
た駆動信号を生成して各電極619に印加する。
【0028】マイクロコンピュータ11とROM12、
RAM13、制御回路22は、アドレスバス23および
データバス24を介して接続されている。マイクロコン
ピュータ11は、ROM12に予め記憶されたプログラ
ムにしたがい、印字タイミング信号TSおよび制御信号
RSを生成し、各信号TS,RSを制御回路22へ転送
する。上記マイクロコンピュータ11、ROM12、R
AM13、制御回路22および駆動回路21は、請求項
でいう制御装置を構成する。
【0029】制御回路22はゲートアレイによって構成
され、印字タイミング信号TSおよび制御信号RSにし
たがい、イメージメモリ25に記憶されている印字デー
タにもとづいて、その印字データを被記録媒体に形成す
るための印字データである転送データDATA,その転
送データDATAと同期する転送クロックTCK,スト
ローブ信号STB,印字クロックICKを生成し、それ
ら各信号DATA,TCK,STB,ICKを駆動回路
21へ転送する。また、制御回路22は、パーソナルコ
ンピュータ26などの外部機器からセントロニクス・イ
ンターフェース27を介して転送されてくる印字データ
を、イメージメモリ25に記憶させる。そして、制御回
路22は、パーソナルコンピュータ26などから転送さ
れてくるセントロニクス・データにもとづいてセントロ
ニクス・データ受信割込信号WSを生成し、その信号W
Sをマイクロコンピュータ11へ転送する。なお、各信
号DATA,TCK,STB,ICKは、印字装置装置
本体の制御回路22とキャリッジ504上の駆動回路2
1とを接続するハーネスケーブル28を介して転送され
る。
【0030】図3は、駆動回路21の内部構成を示すブ
ロック図である。駆動回路21は、シリアル−パラレル
変換器31,データラッチ32,ANDゲート33,出
力回路34を備えている。シリアル−パラレル変換器3
1は、印字ヘッド600のインク室613の個数に対応
するビット長のシフトレジスタから構成され、制御回路
22から転送クロックTCKと同期してシリアル転送さ
れてくる転送データDATAを入力し、転送クロックT
CKの立ち上がりにしたがって、転送データDATAを
各パラレルデータPD0〜PD63に変換することによ
り、転送データDATAのシリアル−パラレル変換を行
う。
【0031】データラッチ32は、制御回路22から転
送されてくるストローブ信号STBの立ち上がりにした
がって、各パラレルデータPD0〜PD63をそれぞれ
ラッチする。ANDゲート33は、印字ヘッド600の
インク室613の個数に対応する個数あって、それぞれ
データラッチ32から出力される各パラレルデータPD
0〜PD63と、制御回路22から転送されてくる印字
クロックICKとの論理積をとり、各パラレルデータP
D0〜PD63毎の論理積の結果である各駆動データA
0〜A63を生成する。出力回路34は、それぞれ各駆
動データA0〜A63にもとづいて、印字ヘッドに適し
た駆動信号を生成し、その各駆動信号を印字ヘッド60
0の各インク室613の電極619へ出力する。
【0032】本実施の形態の印字ヘッド600は、図1
2に示す従来の印字ヘッド600と同様の構成であるの
で、その説明を省略する。本印字ヘッド600の具体的
な寸法の一例を述べる。インク室613の長さLは6.
0mmである。ノズル618の寸法は、テーパ状をな
し、インク噴射側の径が25μm、インク室613側の
径が50μm、長さが75μm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。このインクの粘度は温度
が低下すると上昇し、温度が上昇すると低下する。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。
【0033】次に空間615内の空間内電極621に印
加する駆動波形10、20、30を図7に示す。図7
(a)に示す駆動波形10は、インク滴を噴射するため
の噴射パルス信号A、Bとインク室613内の残留圧力
波振動をほぼ相殺するための非噴射パルス信号Cとから
なり、噴射パルス信号A、Bと非噴射パルス信号Cのど
ちらも波高値(電圧値)はE(V)(例えば20
(V))である。噴射パルス信号A,Bの各幅Wa,W
bは、それぞれインク室613内の圧力波の片道伝播時
間Tに一致し、すなわち8μsecである。また、噴射
パルス信号Aの立ち下がりタイミングWaeから噴射パ
ルス信号Bの立ち上がりタイミングWbsまでの時間D
w1も、インク室613内の圧力波の片道伝播時間Tに
一致し、すなわち8μsecである。非噴射パルス信号
Cの幅Wcは、インク室613内の圧力波の片道伝播時
間T(L/a)の0.5倍、すなわち4μsecであ
る。噴射パルス信号Bの立ち下がりタイミングWbeか
ら、非噴射パルス信号Cの立ち上がりタイミングWcs
までの時間Dw2は、インク室613内の圧力波の片道
伝播時間Tの2.15倍、すなわち17.2μsecで
ある。噴射パルス信号A、Bにより噴射したインク液滴
は、印字用紙上で合体または印字用紙に達する前の空間
中で合体して、1つのドットを形成する。
【0034】図7(b)に示す駆動波形20は、インク
滴を噴射するための噴射パルス信号Dとインク室613
内の残留圧力波振動をほぼ相殺するための非噴射パルス
信号Cとからなり、噴射パルス信号Dと非噴射パルス信
号Cのどちらも波高値(電圧値)はE(V)(例えば2
0(V))である。噴射パルス信号Dの幅Wdは、イン
ク室613内の圧力波の片道伝播時間Tに一致し、すな
わち8μsecであり、また、非噴射パルス信号Cの幅
Wcは、インク室613内の圧力波の片道伝播時間T
(L/a)の0.5倍、すなわち4μsecである。噴
射パルス信号Dの立ち下がりタイミングWdeから、非
噴射パルス信号Cの立ち上がりタイミングWcsまでの
時間Dw2は、インク室613内の圧力波の片道伝播時
間Tの2.15倍、すなわち17.2μsecである。
【0035】図7(c)に示す駆動波形30は、インク
滴を噴射するための噴射パルス信号Dとインク室613
内の残留圧力波振動をほぼ相殺するための非噴射パルス
信号Cとからなり、噴射パルス信号Dと非噴射パルス信
号Cのどちらも波高値(電圧値)はE(V)(例えば2
0(V))である。噴射パルス信号Eの幅Wdは、イン
ク室613内の圧力波の片道伝播時間Tの0.5倍に一
致し、すなわち4μsecであり、また、非噴射パルス
信号Cの幅Wcは、インク室613内の圧力波の片道伝
播時間T(L/a)の0.5倍、すなわち4μsecで
ある。噴射パルス信号Eの立ち下がりタイミングWee
から、非噴射パルス信号Cの立ち上がりタイミングWc
sまでの時間Dw2は、インク室613内の圧力波の片
道伝播時間Tの2.15倍、すなわち17.2μsec
である。
【0036】上述した駆動波形10、20、30の非噴
射パルス信号Cの印加タイミング、波幅について最適化
するための行ったインク噴射試験の結果を図9で説明す
る。駆動波形10、20、30いずれの場合も実験結果
は同じであった。直前の噴射パルス信号の立ち下がりタ
イミングWbe、Wde、Weeから非噴射パルス信号
Cの立ち上がりタイミングWcsまでの時間Dw2を
1.9T〜2.45Tの範囲にて変化させ、かつ該非噴
射パルス信号Cの波幅Wcを0.1T〜0.75Tの範
囲にて変化させた場合の10〜20kHzの駆動周波数
でインク噴射をするときの噴射安定性を評価したもので
ある。
【0037】一般にインクの温度が高くなって粘度が低
下するほど、インク液滴の曲がり、しぶき、不吐出が生
じ易くなる。極端に低い温度、例えば5℃以下になれ
ば、インクの粘度が大きすぎて、噴射しにくくなる。イ
ンク温度が15℃以下の場合では、非噴射パルス信号C
を印加しなくても安定噴射が得られた。逆にその温度域
で非噴射パルス信号Cを印加すると余分なインク液滴の
噴射が起こってしまうことが分かった。インク温度が1
5℃以上40℃以下の温度域では、前記Dw2が2T〜
2.3Tの範囲で、かつ波幅Wcが0.2T〜0.65
Tの範囲になるように非噴射パルス信号Cを印加するこ
とで安定にインク噴射できることが分かった。特に前記
Dw2が2.1T〜2.2Tの範囲で、かつ波幅Wcが
0.3T〜0.55Tの範囲になるように非噴射パルス
信号Cを印加する場合は50℃までの温度域で安定にイ
ンク噴射することができた。この結果から、インクの温
度が15℃を越える場合には、前記噴射パルス信号の立
ち下がりタイミングから2.0T〜2.3T後、望まし
くは2.1T〜2.2T後に噴射パルス信号と波高値が
同じで、かつパルス幅が0.2T〜0.65T、望まし
くは0.3T〜0.55Tの範囲の非噴射パルス信号C
を印加することで安定なインク噴射が得られることが分
かる。
【0038】次に、このような駆動波形を実現するため
の出力回路34の一例を前記駆動波形10を例にとって
図4および図5を用いて説明する。
【0039】図4に示す出力回路34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。
【0040】充電回路182は、抵抗R101、R10
2、R103、R104、R105、トランジスタTR
101、TR102から構成されている。
【0041】入力端子181に駆動データA0〜A63
(+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および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TR10
2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
レクタおよびエミッタ、抵抗R120を介して空間61
5内の空間内電極621に印加される。このタイミング
が、図5(a)に示すタイミングチャートT1、T3お
よびT5のタイミングである。
【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。放電用回路184
には駆動データA0〜A63が反転回路186を介して
入力される。駆動データA0〜A63の反転状態のオン
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
て電極619をアースする。したがって、図12および
図13に示す側壁617に印加されていた電荷は放電さ
れる。このタイミングが、図5(b)に示すタイミング
チャートのT2、T4およびT6のタイミングである。
【0043】充電回路182に入力される駆動波形10
の入力信号11は、図5(a)に示すように、通常オフ
の状態にあり、噴射するために所定のタイミングT1に
てオンされ、タイミングT2にてオフされる。その後の
タイミングT3にてオンされ、タイミングT4にてオフ
され、さらにタイミングT5にてオンされ、タイミング
T6にてオフされる。
【0044】次に、放電用回路184に入力される入力
信号12は、図5(b)に示すように、前記の入力信号
11がオンのとき(T1、T3、T5)、オフされ、前
記の入力信号11がオフのとき(T2、T4、T6)、
オンされる。
【0045】そのときの出力端子191の電極191A
での出力波形13は、通常は0(V)に維持されている
が、タイミングT1にて、出力端子191に接続されて
いるせん断モード型圧電素子からなる側壁617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側壁617の静電
容量とにて決まる充電時間Ta後に電圧E(V)(例え
ば20(V))になる。またタイミングT4にて、せん
断モード型圧電素子からなる側壁617の静電容量とに
て決まる放電時間Tb後に0(V)になる。
【0046】そして図5(c)に示すように実際の駆動
波形13は、立ち上がりと立ち下がりでそれぞれTa、
Tbの遅れが生じるため、電圧が1/2E(V)(例え
ば10(V))における駆動波形10の噴射パルス信号
Bの立ち下がりタイミングWbeと、非噴射パルス信号
Cの立ち上がりタイミングWcsとの間の時間Dw2を
図7(a)に示す値になるように上記各タイミングT
3、T4、T5、T6を設定する。前記駆動波形20、
30についても同様にそれぞれ図7(b)、(c)に示
す値のなるように設定すればよい。充電回路182およ
び放電回路184は印字ヘッドのノズル数と同じ数だけ
設けられている。
【0047】図2のROM12には、図6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12A、
前記T1、T2、T3、T4、T5、T6のタイミング
でオン、オフ信号を発生する印字クロックICKのデー
タを記憶している駆動波形データ記憶エリア12B、後
で詳細に説明するデータ有無検出プログラム記憶エリア
12C、温度判定プログラム記憶エリア12Dが設けら
れている。マイクロコンピュータ11は、ROM12の
駆動波形データ記憶エリア12Bに記憶されているデー
タを選択的に読み出し、図7に示す駆動波形10、2
0、30の駆動パルスを側壁617に与えることができ
る。また、マイクロコンピュータ11は、エリア12C
に記憶されているデータ有無検出プログラムにしたがっ
て、RAM13の所定エリアに制御値mを設定し、RA
M13と共同して各ノズルへ供給する転送データDAT
Aがなくなってから所定時間ごとに、または所定数の転
送クロックTCKごとに設定値mから一定数を減算し、
制御値mの大きさにもとづいて駆動波形を選択する。さ
らに、マイクロコンピュータ11は、エリア12Dに記
憶されている温度判定プログラムにしたがって、温度セ
ンサ18で検出した温度に応じた印字制御および駆動波
形を選択する。
【0048】上記した駆動波形10、20、30を用い
て実際に印字ヘッド600にてインク液滴を噴射した場
合の噴射速度およびインク液滴体積を図8(a)に示
す。該印字ヘッド600の温度が25℃(インクの温度
もほぼ25℃と考えられる)のとき、20Vの電圧を印
加した場合に通常噴射されるインク液滴の噴射速度、イ
ンク液滴体積は、駆動波形10では8.0m/sでイン
ク液滴体積は38.0pl、駆動波形20では8.0m
/sでインク液滴体積は20pl(ピコリットル)、駆
動波形30では8.0m/sでインク液滴体積は20p
lである。しかし、ノズル618が、しばらく非噴射の
状態で空気中にさらされると、具体的には2sec程度
の時間後に初めて噴射された場合のインク液滴の噴射速
度、インク液滴体積は駆動波形10では7.2m/sで
インク液滴体積は23.0pl、駆動波形20では5.
3m/sでインク液滴体積は11pl、駆動波形30で
は8.0m/sでインク液滴体積は20plといずれの
波形も噴射速度、インク液滴体積とも低下している。印
字ヘッド600は噴射対象物、例えば紙面と一定の間隔
を空けて移動しながらインク液滴を噴射し、印字パター
ンを形成するため、インク液滴の噴射速度が低下する
と、紙面に着弾する位置がずれてしまう。また、インク
液滴体積が小さくなると、印字ヘッド600の移動に伴
う横風の影響を受けやすくなり、紙面に着弾する位置は
さらにずれてしまうことが分かっている。通常時の噴射
と、ノズル618が、しばらく非噴射の状態で空気中に
さらされた後の最初の噴射において、インク液滴の噴射
速度とインク液滴体積を一致させることが、着弾位置ず
れを起こさないようにするために必要である。そのため
本実施の形態では、600〜720dpi程度の中程度
の解像度の印字の場合と1200〜1440dpi程度
の高解像度の印字の場合にわけて、通常時の噴射と、ノ
ズル618が、しばらく非噴射の状態で空気中にさらさ
れた後の最初の噴射に適した駆動波形の組み合わせを提
案している。
【0049】図8(b)は、中程度の解像度の場合の駆
動波形の組み合わせの一例の実験結果を示しており、駆
動波形20は通常時のインク液滴体積が20plという
ことで、印字解像度600〜720dpi程度の中程度
の解像度の印字に適している。ノズル618が、しばら
く非噴射の状態で空気中にさらされた後の最初の噴射で
は、駆動波形10を用いることでインク液滴体積は23
pl、噴射速度も7.2m/s(駆動波形20の通常時
では8.0m/s)と近い値が得られた。
【0050】また、図8(c)は、高解像度の場合の駆
動波形の組み合わせの一例の実験結果を示しており、駆
動波形30は通常時のインク液滴体積が10plと極め
て小さいため、印字解像度1200〜1440dpi程
度の高解像度の印字に適している。ノズル618が、し
ばらく非噴射の状態で空気中にさらされた後の最初の噴
射では、駆動波形20を用いることでインク液滴体積は
11pl、噴射速度も5.3m/s(駆動波形30の通
常時では6.5m/s)と近い値が得られた。
【0051】上述したようにどちらの解像度の場合も、
ノズル618が、しばらく非噴射の状態で空気中にさら
された後の最初の噴射でも着弾の位置ずれが少なくなっ
た。
【0052】これらの駆動波形を用いて、周囲温度や印
字解像度に応じた駆動波形選択の制御について、図10
および図11を参照して説明する。両図の丸で囲んだ1
と2は、両図がこの点で接続していることを示す。
【0053】印字ヘッド600を備えた印字装置が動作
を開始すると、まず、所定の無噴射ドット数に一致する
制御値mが設定される(S1)。本実施の形態の場合2
sec以上非噴射状態のままノズルが空気中にさらされ
た場合に問題となるため、駆動波形を変更する必要があ
り、例えば転送クロックTCKを10kHzにて駆動す
る場合であれば非印字ドット数が20000ドット(1
0000x2)となったときであるので、制御値m=2
0000が設定される。
【0054】印字ヘッド600がキャップ514による
覆い状態から外れると、印字ヘッドの各ノズルごとに印
字データ有無の判断が開始される。ノズルに対する印字
データが無く非噴射の状態で空気中にさらされている場
合(S2でNO)には、該ノズルにおいて転送クロック
TCKの周期ごとにmから1を引いた値がmに設定され
る(S3)。印字データがある場合には、温度センサ1
8により、周囲温度が検出される(S4)。この検出さ
れた温度が5℃よりも低い場合(S4でNO)、噴射困
難な温度であるので印字は行わず(S26)、印字装置
の動作を終了する。検出された温度が5℃よりも高い場
合(S4でYES)には、温度が15℃以上であるか否
かが判断される(S5)。温度が15℃以下の場合(S
5でYES)は、搬送機構LFを駆動して改行が行われ
たか否かが判断され、その改行が行われた場合(S6で
YES)、さらに印字解像度が高解像度を指令されてい
るか否かが判断(S7)される。高解像度であると判断
された場合(S7でYES)には、駆動波形20(ただ
し15℃以下なので非噴射パルス信号Cの無い波形)が
選択され読み出される(S9)。高解像度でない、つま
り中解像度と判断された場合(S7でNO)には、駆動
波形10(ただし15℃以下なので非噴射パルス信号C
の無い波形)が選択され読み出される(S8)。そし
て、読み出された駆動波形を用いてインクの噴射すなわ
ち印字が行われ(S14)、残りの印字データがある印
字を終了することなく(S15でNO)、制御値mを再
び20000に設定し直すところ(S1)に戻る。残り
の印字データがない場合(S15でYES)には終了す
る。
【0055】このように、印字解像度が高解像度で、温
度が15℃以下である場合には、通常時には、駆動波形
30(ただし非噴射パルス信号Cの無い波形)が選択さ
れるが、改行が行われた後では、印字ヘッドのノズルが
次の行の印字開始位置まで移動する間に、非噴射状態で
空気中にさらされているので、制御値mの大きさにかか
わらず、駆動波形20(ただし非噴射パルス信号Cの無
い波形)が選択され、インクの増粘による噴射速度の低
下、液滴体積の減少が補償される。また、印字解像度が
中解像度である場合には、通常時には駆動波形20(た
だし非噴射パルス信号Cの無い波形)が選択されるが、
上記と同様に駆動波形10(ただし非噴射パルス信号C
の無い波形)が選択される。
【0056】上記ステップS6で、改行が行われていな
い場合(S6でNO)で、印字解像度が高解像度を指令
されている場合(S11でYES)、制御値mが0以下
か否か判断(S13)される。制御値mが0よりも大き
い、つまり前回の噴射から2sec経過していない場合
(S13でNO)には、通常時の駆動波形30(ただし
15℃以下なので非噴射パルス信号Cの無い波形)が選
択され読み出され(S10)、前述のように印字が行わ
れる(S14)。制御値mが0以下であれば(S13で
YES)、非噴射状態が2sec以上続いていることを
示すので、駆動波形20(ただし15℃以下なので非噴
射パルス信号Cの無い波形)が選択され読み出される
(S8)。
【0057】また、上記ステップS6で、改行が行われ
ていない場合(S6でNO)で、印字解像度が中解像度
を指令されている場合(S11でNO)、制御値mが0
以下か否か判断(S12)される。制御値mが0よりも
大きい場合(S12でNO)には、通常時の駆動波形2
0(ただし15℃以下なので非噴射パルス信号Cの無い
波形)が選択され読み出される(S20)。制御値mが
0以下であれば(S12でYES)、非噴射状態が2s
ec以上続いていることを示すので、駆動波形10(た
だし15℃以下なので非噴射パルス信号Cの無い波形)
が選択され読み出される(S8)。
【0058】このように正常に印字しているときでも、
複数のノズルのうち特定のノズルが2sec以上非噴射
状態にあった後、該ノズルの最初の噴射は、インクの増
粘を補償するため、高解像度では駆動波形20(非噴射
パルス信号Cの無い波形)、中解像度では駆動波形10
(非噴射パルス信号Cの無い波形)がそれぞれ選択され
る。
【0059】上記ステップS5で、温度が15℃以上の
場合(S5でNO)、さらに温度が50℃以上であるか
否かが判断される(S16)。この検出された温度が5
0℃よりも高い場合(S16でNO)、噴射困難な温度
であるので印字は行わず(S17)、印字装置の動作を
終了する。
【0060】温度が50℃以下の場合(S16でYE
S)は、改行が行われたか否かが判断され、改行が行わ
れた場合(S18でYES)、さらに印字解像度が高解
像度を指令されているか否かが判断(S19)される。
高解像度であると判断された場合(S19でYES)に
は、駆動波形20が選択され読み出される(S21)。
高解像度でない、つまり中解像度と判断された場合(S
19でNO)には、駆動波形10が選択され読み出され
る(S20)。そして、前述のように印字が行われる
(S14)。
【0061】このように、印字解像度が高解像度で、温
度が15℃以上50℃以下である場合には、通常時に
は、駆動波形30が選択されるが、改行が行われた後で
は、非噴射状態で空気中にさらされているので、制御値
mの大きさにかかわらず、駆動波形20が選択され、イ
ンクの増粘による噴射速度の低下、液滴体積の減少が補
償される。また、印字解像度が中解像度である場合に
は、通常時には駆動波形20が選択されるが、改行後に
は上記と同様に駆動波形10が選択される。
【0062】上記ステップS18で、改行が行われてい
ない場合(S18でNO)で、印字解像度が高解像度を
指令されている場合(S23でYES)、制御値mが0
以下か否か判断(S25)される。制御値mが0よりも
大きい、つまり前回の噴射から2sec経過していない
場合(S25でNO)には、通常時の駆動波形30が選
択され読み出され(S22)、前述のように印字が行わ
れる(S14)。制御値mが0以下であれば(S25で
YES)、非噴射状態が2sec以上続いていることを
示すので、駆動波形20が選択され読み出される(S2
0)。
【0063】また、上記ステップS18で、改行が行わ
れていない場合(S18でNO)で、印字解像度が中解
像度を指令されている場合(S23でNO)、制御値m
が0以下か否か判断(S24)される。制御値mが0よ
りも大きい場合(S24でNO)には、通常時の駆動波
形20が選択され読み出される(S20)。制御値mが
0以下であれば(S24でYES)、非噴射状態が2s
ec以上続いていることを示すので、駆動波形10が選
択され読み出される(S8)。
【0064】このように正常に印字しているときでも、
複数のノズルのうち特定のノズルが2sec以上非噴射
状態にあった後、該ノズルの最初の噴射は、インクの増
粘を補償するため、高解像度では駆動波形20、中解像
度では駆動波形10がそれぞれ選択される。
【0065】このような制御を行うことで、印字解像
度、温度変化によらず、20pl以下の微小インク液滴
を噴射する場合の着弾位置の乱れをなくすことが可能と
なった。
【0066】以上、一実施の形態を詳細に説明したが、
本発明はこの実施例に限定されるものではない。上記実
施例では、制御値mを20000としていたが、印字ヘ
ッドや駆動周波数、インクの種類によって、適正な値に
変更することが望ましい。その他の構成についても、当
業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した態様で
本発明を実施できる。また、ノズルが非噴射の状態で空
気中にさらされた後の最初の噴射に対してのみ通常時と
は異なる駆動波形を使用しているが、複数の噴射に対し
て駆動波形を変えてもよい。さらに、噴射パルス信号
A,B,Dは、実施の形態では、前記Tに一致させた
が、Tのほぼ奇数倍にしてもよい。
【0067】
【発明の効果】上述したように、本発明のインク噴射装
置によれば、ノズルがしばらく非噴射の状態で空気中に
さらされた後の少なくとも最初の噴射については、通常
時の噴射に比べて噴射パルス信号数を増やすことで、イ
ンク液滴体積の減少を抑えたり、あるいは噴射パルス信
号の波幅を通常時に比べてインク室内の圧力波の片道伝
播時間Tに近づけることで、噴射速度の低下とインク液
滴体積の減少を抑えることが出来るため、印字ヘッドの
移動による横風などの影響による、着弾位置ずれが起こ
りにくくなり印字品質が良好となる。また、駆動電圧の
変更などの方法によらないため、単一の駆動電源だけを
装備すれば良いので低コスト化につながる。また、適正
な付加タイミング、波幅の非噴射パルスを印加すること
で、温度変化に係らず常に良好な印字品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインク噴射装置を備えた印字装置の概
略構成を示す斜視図である。
【図2】前記印字装置の電気的な概略構成を示すブロッ
ク図である。
【図3】図2の駆動回路21の詳細な構成を示すブロッ
ク図である。
【図4】図3の出力回路34の詳細な構成を示す図であ
る。
【図5】印字ヘッドの駆動のタイミングチャートを示す
図である。
【図6】前記印字装置の制御回路のROMの記憶領域を
示す図である。
【図7】印字ヘッドに供給する各駆動波形を示す図であ
る。
【図8】図7の駆動波形によるインク液滴の噴射速度、
体積の測定結果を示す図である。
【図9】図7の駆動波形における非噴射パルス信号を付
加するタイミングと波幅の適正値を求めるために行った
実験の結果を示す図である。
【図10】前記印字装置の制御の流れを示す図である。
【図11】前記印字装置の制御の流れを示す図である。
【図12】従来例、および本発明に係る印字ヘッドの断
面図である。
【図13】図12の印字ヘッドのの動作を説明する図で
ある。
【符号の説明】
10、20、30 駆動波形 18 温度センサ 600 印字ヘッド 609、611 アクチュエータ壁 613 インク室

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを噴射するノズルと、該ノズルに
    連通しインクが充填されるインク室と、前記インク室内
    のインクに噴射エネルギを与えるアクチュエータと、前
    記アクチュエータに1ドットの印字指令に対して1個ま
    たは複数個の噴射パルス信号を印加する制御装置とを備
    えるインク噴射装置において、 前記制御装置は、 前記ノズルからインクが連続して噴射しない状態にあっ
    たことを判断する判断手段を備え、 該判断手段が上記状態にあったと判断した後の少なくと
    も最初のドットの印字命令に対して印加する噴射パルス
    信号を、上記状態にはない通常時に比べて、波高値は同
    じで噴射パルス信号数を多くして出力することを特徴と
    するインク噴射装置。
  2. 【請求項2】 インクを噴射するノズルと、該ノズルに
    連通しインクが充填されるインク室と、前記インク室内
    のインクに噴射エネルギを与えるアクチュエータと、前
    記アクチュエータに1ドットの印字指令に対して1個ま
    たは複数個の噴射パルス信号を印加する制御装置とを備
    え、前記ノズルを印字媒体に沿って往復移動しながら行
    ごとに印字動作を行うインク噴射装置において、 前記制御装置は、改行した後の少なくとも最初のドット
    の印字命令に対して印加する噴射パルス信号を、その後
    の通常時に比べて、波高値は同じで噴射パルス信号数を
    多くして出力することを特徴とするインク噴射装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、前記アクチ
    ュエータは、前記インク室の容積を増減させて該インク
    室内に圧力波を発生させるものであって、前記制御装置
    は、さらに、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、前記最初に印加する噴射パルス信号
    を、前記通常時に比べて、波高値は同じでパルス幅を前
    記Tもしくはその奇数倍に近くするか、噴射パルス信号
    数を多くするかを選択して出力することを特徴とするイ
    ンク噴射装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記制御装置は、複
    数の印字解像度に応じて噴射するインク液滴の体積を異
    にする噴射パルス信号を選択的に出力するものであっ
    て、前記最初のドットの印字命令に対して印加する噴射
    パルス信号を、前記印字解像度に応じて、パルス幅を前
    記Tもしくはその奇数倍に近くするか、噴射パルス信号
    数を多くするかを選択して出力することを特徴とするイ
    ンク噴射装置。
  5. 【請求項5】 インクを噴射するノズルと、該ノズルに
    連通しインクが充填されるインク室と、前記インク室の
    容積を増減させて該インク室内に圧力波を発生させるア
    クチュエータと、前記アクチュエータに噴射パルス信号
    を印加する制御装置とを備えるインク噴射装置におい
    て、 前記制御装置は、 前記ノズルからインクが連続して噴射しない状態にあっ
    たことを判断する判断手段を備え、 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、前記判断手段が、上記状態にあったと判断した後
    の少なくとも最初に印加する噴射パルス信号を、上記状
    態にはない通常時に比べて、波高値は同じでパルス幅を
    前記Tもしくはその奇数倍に近くして出力することを特
    徴とするインク噴射装置。
  6. 【請求項6】 インクを噴射するノズルと、該ノズルに
    連通しインクが充填されるインク室と、前記インク室の
    容積を増減させて該インク室内に圧力波を発生させるア
    クチュエータと、前記アクチュエータに噴射パルス信号
    を印加する制御装置とを備え、前記ノズルを印字媒体に
    沿って往復移動しながら行ごとに印字動作を行うインク
    噴射装置において、 前記制御装置は、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、改行した後の少なくとも最初に
    印加する噴射パルス信号を、その後の通常時に比べて、
    波高値は同じでパルス幅をTもしくはその奇数倍に近く
    して出力することを特徴とするインク噴射装置
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかにおいて、前記
    判断手段は、前記ノズルからインクが連続して噴射しな
    い状態にある期間を判断するものであることを特徴とす
    るインク噴射装置
  8. 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかにおいて、前記
    制御装置は、インクに係る温度を検出する温度検出手段
    を有し、検出された温度が所定温度を越える場合には、
    前記噴射パルス信号の後に、該噴射パルス信号により生
    成された圧力波振動をほぼ相殺する非噴射パルス信号を
    印加することを特徴とするインク噴射装置。
  9. 【請求項9】 請求項8において、前記非噴射パルス信
    号は、前記噴射パルス信号の立ち下がりタイミングから
    2.0T〜2.3T後、望ましくは2.1T〜2.2T
    後に前記噴射パルス信号と波高値が同じで、かつパルス
    幅が0.2T〜0.65T、望ましくは0.3T〜0.
    55Tであることを特徴とするインク噴射装置。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかにおいて、前
    記1ドットの印字指令に対し噴射するインク液滴の体積
    は、20pl以下であることを特徴とするインク噴射装
    置。
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