JP2005041050A - インクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェットヘッド記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズル部周縁に粘度が増したインクや固化したインクの凝集物が付着するのを防止するようにしたンクジェットの駆動方法を提供することにある。
【解決手段】インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号発生部とを備えたインクジェット記録装置において、前記ノズルからインクの吐出を行わない不吐出時に、前記圧力室を拡張させてから元に戻す微小圧力駆動信号を前記アクチュエータに出力し、この微小圧力駆動信号のパルス幅はインク中の圧力波が前記圧力室内を伝播する圧力伝播時間の約２倍としたことを特徴とする。
【選択図】 図６
【解決手段】インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号発生部とを備えたインクジェット記録装置において、前記ノズルからインクの吐出を行わない不吐出時に、前記圧力室を拡張させてから元に戻す微小圧力駆動信号を前記アクチュエータに出力し、この微小圧力駆動信号のパルス幅はインク中の圧力波が前記圧力室内を伝播する圧力伝播時間の約２倍としたことを特徴とする。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを収容する圧力室の容積を変化させてインク滴をノズルから吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェットヘッド記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示す。図において、１はインクジエット記録ヘッドである。インクジェット記録ヘッド１は、インクが充填される複数の圧力発生室２と、この圧力発生室２の一端に設けられたノズルプレート３と、このノズルプレート３に圧力発生室２の各々に対応して設けられたインク滴４を吐出させるためのノズル５と、圧力発生室２に振動版６を介して振動を付し、この振動の付与による圧力発生室２内部の体積変化によってノズル５からインクを吐出させる圧電アクチュエータ７と、各圧力発生室２に連通して設けられ、図示しないタンクからインク供給路８を介して圧力発生室２にインクを供給するためのインク室９から構成されている。
【０００３】
このように構成することにより、圧電アクチュエータ７が駆動されると、圧力発生室２に振動が付与され、この振動によって圧力発生室２内部の体積が変化してノズル５からインク滴４が吐出される。このインク滴４は記録紙等の記録媒体に着弾して記録媒体上にドットを形成する。このようなドットの連続形成によつて、画像データに基づいた所定の文字や画像等が記録媒体上に印刷される。
【０００４】
ところで、このようなインクジエット記録ヘッド１では、入力された印字情報に基づいて正確に記録媒体に印字を行うために、インク滴を安定して吐出することが必要である。
【０００５】
しかしながら、このようなインクジェット記録ヘッド１を用いて実際に印字を行うと、種々の要因によってインク滴の吐出が不安定になり、所望の印字結果を得ることはできないことがある。このような問題が発生する一つの要因として、インク中に含まれる揮発成分の蒸発が挙げられる。
【０００６】
すなわち、インクジェット記録に用いられるインクは、主溶媒として水を用い、この水の中に界面活性剤などの種々の有機溶剤染料などの着色剤を添加されている。このようなインクは、インク滴の不吐出時間がある程度長くなると、ノズル５の開口から外気中に露出している部分から水分が蒸発して粘性が増加し、あるいはインクが部分的に固化して、ノズル５を詰まらせる原因となる。
【０００７】
このような問題を解決するために、インクジェット記録ヘッド１を一旦印字領域から遠ざけてからインク室９のインクを排出したり、ポンプによってノズル１５から強制的に新しいインクを吸引させることによって、ノズル５内のインクを排出してインクの粘度が増したり固化しないようにしている。
【０００８】
しかし、ノズル５から安定的にインクを吐出させて高品質の印字結果を得るためには、このような前述した作業を頻繁に行わなければならなかった。このため、インクの消費量が増大して印字コストが上昇したり、大量の廃インクを処理しなければならないという問題が生じる。
【０００９】
そこで、このような問題を解決するために、ノズルからインク滴を吐出しないときにも、インク滴がノズルから飛び出さない程度の振動を圧力発生室に付与する方法（この動作をプリカーサと称する）が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１０】
このプリカーサについて図１２を参照して説明する。図１２はノズル部分の拡大図である。圧力発生室２のインク１１は、図１２（Ａ）に示すようにノズル５の開口１２において外気と接している。この外気と接する部分１３では、図１２（Ｂ）に示すようにインク１１に含まれる水分が蒸発して、メニスカス表面付近に高粘度のインク層１４が形成される。ここで、図１２（Ｃ）、（Ｄ）に示すようにプリカーサを行うことにより、メニスカス面が微小振動する。この微小振動によって、図１２（Ｅ）に示すように、高粘度のインク層１４と低粘度のインク層２３が攪拌され、圧力発生室２内のインクの粘度が均一になる。なお、図１２（Ｅ）では、粘度が均一になったインクを符号１５で示しておく。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５７−６１５７６号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平９−２９９９６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このプリカーサを行うためには、通常のインク滴を吐出するための駆動電圧よりも小さい駆動電圧を与えなければならないため、別にもう一つの駆動電源が必要であった。
【００１４】
また、このような方法は、不吐出時間が短時間である場合には効果的であるが、ノズル５内のインク１１を入れ替えるものではないため、粘度上昇の速度を遅くすることができるにすぎなかった。このため、不吐出時間が長時間になると、ノズル５内でインク１１が固まってしまい、再吐出が困難あるいは不可能となるという問題があった。
【００１５】
さらにまた、図１３に示すように、この微小振動によってＩＩからＩＶのようにメニスカスが凸から凹に変化する際に、ノズルプレート３のノズル近傍に粘度が増したインク１１ａが付着して残る場合がある。このようにノズル近傍のノズルプレート３にインクが付着して残ると、この残ったインクによってインク滴の吐出方向が曲がってしまうという問題が発生する。
【００１６】
例えば、前述した特許文献２には、不吐出時にインク１１がノズル５が吐出しない程度の微小振動を圧力発生室２に与える工程（プリカーサ）と、一定時間で印字領域からインクジェット記録ヘッドを退避させ、ノズル５の開口付近及び圧力発生室２内のインク１１を吐出させる工程（以下、スピット動作という）とを有する方法が開示されている。この特許文献２の方法におけるスピット動作のための駆動電圧波形は、通常の印字に使用される駆動電圧波形よりも電位差の大きいスピット専用波形を使用し、大量のインク１１を圧力発生室２から吐出させて圧力発生室２内のインクを入れ替え、長期にわたってインクが固化したり粘度が増したりしないようにしている。
【００１７】
従って、特許文献２の方法によれば、スピット専用の駆動波形が必要となり、駆動波形は通常の吐出用の波形とプリカーサ用の駆動波形及びスピット用の駆動波形の３種類必要となり、駆動電源が増えるため駆動回路が複雑になり装置が高価になってしまう問題点がある。
【００１８】
また、例えばインクジェット記録装置の電源を切った状態でプリカーサやスピット動作を行わないで長時間放置した場合には、ノズル５近傍のインク１１の粘度が増加したり、インク１１の固化が起こり易くなる。
【００１９】
このため、次の印字動作の前にインクを排出する動作を行うが、この時にも同様に粘度が増加したインクや固化したインクの凝集物がノズルプレート３のノズル５周縁に付着して吐出方向が曲がってしまうという問題がある。
【００２０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、ノズル部周縁に粘度が増したインクや固化したインクの凝集物が付着するのを防止するようにしたンクジェットの駆動方法及びインクジェットヘッド記録装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号発生部とを備えたインクジェット記録装置において、前記ノズルからインクの吐出を行わない不吐出時に、前記圧力室を拡張させてから元に戻す微小圧力駆動信号を前記アクチュエータに出力し、この微小圧力駆動信号のパルス幅はインク中の圧力波が前記圧力室内を伝播する圧力伝播時間の約２倍としたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１はインクジェット記録ヘッドの要部断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図において、インクジェットヘッド２１は、インクを収容する複数の圧力室３１を隔壁３２で仕切って形成されている。そして、各圧力室３１にはインク滴を吐出するノズル３３がノズルプレート３０に設けられている。各圧力室３１の底面は振動板３４で形成され、この振動板３４の下側に各圧力室３１に対応してそれぞれ圧電部材３５が固定されている。振動板３４と圧電部材３５とによりアクチュエータが構成される、
また、インクジエットヘッド２１には、各圧力室３１に連通する共通圧力室３６が形成されている。この共通圧力室３６にはインク供給手段（図示せず）からインク供給口３７を介してインクが注入され、共通圧力室３６、各圧力室３１及びノズル３３にインクが満たされる。圧力室３１及びノズル３３内にインクが満たされることにより、ノズル３３内にメニスカスが形成される。
【００２３】
なお、２２は圧電部材３５に駆動信号を出力する駆動信号発生手段である。この駆動信号発生手段２２には、共通圧力室３６の背面に取り付けられた温度センサ３８で検出された温度情報が供給される。
【００２４】
駆動信号発生手段２２は図４に示すようなインクを吐出させる駆動パルス及び図６に示すようなプリカーサの駆動パルスを出力する。なお、駆動信号発生手段２２には画像データが入力される。
【００２５】
次に、図３を参照して駆動信号発生手段２に設けられているインクを吐出させる駆動パルス及び微小圧力駆動信号としてのプリカーサの駆動パルスを発生される回路について説明する。図３において、ｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２との直列接続体及びｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４との直列接続体は単一駆動電源Ｖｃｃと接地間に接続されている。各ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ４のゲート電位はそれぞれ独立に制御される。そして、ｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２との接続点から出力１が取り出され、ｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４との接続点から出力２が取り出される。出力１は圧電部材３５の一方の電極端子に接続され、出力２は圧電部材３５の他方の電極端子に接続されている。
【００２６】
そして、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４をＴａ時間だけオン動作させ、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３をＴａ時間だけオフ動作させることにより、図４に示す拡張パルスｐ１を発生させている。続いて、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４を２Ｔａ時間だけオフ動作させ、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３を２Ｔａ時間だけオン動作させることにより図４に示す収縮パルスｐ２を発生させることができる。インクを吐出させる駆動パルスはこのような拡張パルスｐ１と収縮パルスｐ２より構成される。
【００２７】
また、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４を２Ｔａ時間だけオン動作させ、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３を２Ｔａ時間だけオフ動作させることにより、図６に示すように−Ｖｃｃの拡張パルスｐ１を発生させている。この拡張パルスｐ１のみによりプリカーサの駆動パルスが構成される。
【００２８】
なお、Ｔａは圧力室３１内に発生した圧力波が圧力室３１の一端から他端まで伝播するのに要する時間である圧力伝播時間である。
【００２９】
次に、図５を参照して、図４のインクを吐出させる駆動パルスｑが駆動信号発生手段２２から発生された場合の圧力室３１内に発生する圧力振動波形ｒとの関係について説明する。
【００３０】
まず、圧電部材３５の電極間にＴａ時間だけ−Ｖｃｃが印加されると、圧電部材３５が圧力室３１の容積を広げるように変形するので、圧力室３１には負の圧力が発生する。この圧力は圧力伝播時間Ｔａ経過すると図５に示すように正の圧力に反転する。このように圧力伝播時間Ｔａ経過した後、２Ｔａだけ＋Ｖｃｃが圧電部材３５の電極間に印加される。このように圧電部材３５の電極間に＋Ｖｃｃが印加されると、圧電部材３５が圧力室３１の容積を狭めるように変形するため、圧力室３１内には正の圧力が発生する。この圧力により発生する圧力波は最初に発生した圧力波と位相が同相となる圧力波の振幅が急激に増大される。この時、ノズル３３からインク滴が吐出される。
【００３１】
そして、２Ｔａ時間が経過すると、圧力室３１内の圧力は正→負→正に変化する。２Ｔａ経過時に圧電部材３５の電極間の電圧をゼロに戻すことにより、圧力室３１内の圧力は負となり、圧力波の位相が逆になるため、圧力波の振幅が弱められて残留圧力振動が小さくなる。
【００３２】
以上のように図４に示すようなインクを吐出させる駆動パルスｑが駆動信号発生手段２２から発生されると、インクがノズル３３から吐出される。
【００３３】
次に、図７を参照して、プリカーサの駆動パルスｑと圧力室３１内に発生する圧力振動波形ｒとの関係について説明する。図８はノズル３３内のインクのメニスカスの動きを示したものである。
【００３４】
まず、圧電部材３５の電極間に−Ｖｃｃの電圧が印加されると、圧電部材３５が圧力室３１の容積を広げるように変形する。この結果、圧力室３１内には負の圧力が発生しノズル３３内のメニスカスは圧力室３１側に後退する（図８のＩ→ＩＩ）。この圧力室３１の圧力は圧力伝播時間の約２倍の２Ｔａ経過すると、負→正→正に変化する。そして、２Ｔａ経過した時、つまり圧力室３１の圧力が負の時に圧電部材３５の電極間に印加する電圧をゼロに戻すことにより、拡張した圧力室３１の容積が元に戻るため圧力室３１の圧力は正となる。従って、電圧をゼロに戻した時の圧力波の位相が逆になるので、圧力波の振幅が弱められて残留圧力振動は小さくなる。
【００３５】
このようにプリカーサの駆動パルスｑによりメニスカスがノズルプレート３０の表面より凸とならないように圧力室３１の容積を広げて元に戻し、その戻すまでの時間を圧力伝播時間Ｔａの２倍に設定することにより、圧力室３１内の圧力が負の時に広げた容積が元に戻り、圧力振動を減衰させて反動するインクのメニスカスの凸を図８のＩＩＩに示すように極力抑えている。その後、図８のＩＶに示すようにメニスカスのノズル３３内の位置に戻すようにしている。
【００３６】
以上のようにして、プリカーサの駆動パルスｑによりノズルプレート３０面のノズル近傍にインクが付着して残ることを防止することができる。従って、ノズルプレート３０面のノズル３３近傍にインクが付着して残ることにより、インク滴の吐出方向が曲がることを防止することにより安定した印字品質を得ることができる。
【００３７】
プリカーサの駆動パルスとインクを吐出させる駆動パルスは同一電源Ｖｃｃを駆動電源としているため、駆動回路を簡単に構成することによりコストを低減させることができる。
【００３８】
次に、図９（Ａ）に示すようにプリカーサの駆動パルスの駆動周期Ｔｃは図９（Ｂ）に示すように吐出する駆動パルスの駆動周期Ｔｂの約１０倍程度長くしている。
【００３９】
このようにプリカーサの駆動パルスの駆動周期Ｔａを駆動パルスの駆動周期Ｔｂより十分長くすることにより、インクジェット記録装置が非印字で待機状態にある時に消費電力を小さくすることができる。
【００４０】
また、プリカーサの駆動パルスを一定回数圧電部材３５の電極間に印加しても非印字時間がある程度以上長くなってくると、ノズル３３内のインクの粘度は増加する傾向になる。
【００４１】
このような場合には非印字領域で粘度が増加しつつあるインクを排出させるスピット動作を定期的に行なわせる。このスピット動作における駆動パルスの駆動波形も図３の駆動回路から発生させることができる。このスピット動作における駆動パルスの駆動波形は図４の駆動波形と同じである。駆動電圧Ｖｃｃも同じである。
【００４２】
このように非印字時間がある程度以上長くなった場合には、非印字領域にインクを定期的に排出させるようにしたので、ノズル３３内で粘度が増加しつつインクを排出することにより、ノズルプレート面のノズル近傍にインクが付着して残ることを防止することができる。従って、ノズルプレート面のノズル近傍にインクが付着して残ることにより、インク滴の吐出方向が曲がることを防止することにより安定した印字品質を得ることができる。
【００４３】
さらに、スピット動作における駆動パルスの駆動電源をプリカーサの駆動パルス及びインクを吐出させる駆動パルスと同一電源Ｖｃｃとしているため、駆動回路を簡単に構成することによりコストを低減させることができる。
【００４４】
さらに、装置の電源が切られた状態で長時間放置された場合には、ノズル３３内のインクの粘度はかなり高くなっているかあるいは固化してしまっているため、前述したプリカーサやスピット動作における駆動パルスを使用しても効果が得られない。
【００４５】
このような場合については図１０を参照して説明する。図１０において、共通インク室３６にはインク供給口３７、フィルタ４１を介してチューブ４２に接続されている。このチューブ４２には正転、逆転可能なインク充填用のポンプ４３が設けられている。このポンプ４３の吸い込み口側はインクボトル４４に接続されている。
【００４６】
なお、ポンプ４３はポンプ駆動部４５により正転、逆転制御される。
【００４７】
このように構成することにより、装置の電源が切られた状態で長時間放置された場合には、ノズル３３内のインクの粘度はかなり高くなっているかあるいは固化してしまっている場合には、まず、ポンプ４３を逆転させてチューブ４２を介してインクを矢印ａ方向に移動させてノズル３３内のインクを圧力室３１に引き込むことにより攪拌される。次に、ポンプ４３を正転させて圧力室３１内のインクをノズル３３から排出させることにより、インクボトル４４内の新しいインクを圧力室３１に入れるようにしている。
【００４８】
このようにして、装置の電源が切られた状態で長時間放置された場合には、ノズル３３内のインクの粘度はかなり高くなっているかあるいは固化してしまっている場合には、一度ノズル３３内のインクを圧力室３１に引き込んで攪拌してから圧力室３１のインクをノズル３３から排出させて新しいインクを圧力室３１に充填するようにしたので、ノズルプレート面のノズル近傍に増粘したインクや固化したインクの凝集物が付着して残ることを防止することができる。従って、ノズルプレート面のノズル近傍に増粘したインクや固化したインクの凝集物が付着して残ることにより、インク滴の吐出方向が曲がることを防止することにより安定した印字品質を得ることができる。
【００４９】
なお、ポンプ４３を逆転させてノズル３３内のインクを圧力室３１に戻して攪拌させる際に、ノズルプレートにキャップをして正圧をかけるようにしても良い。
【００５０】
なお、プリカーサの駆動パルスを駆動信号発生手段２２から発生させて圧力室３１内を微小振動させながらノズル３３内のインクを圧力室３１に戻して攪拌させるようにしても良い。
【００５１】
なお、上記した実施の形態ではプリカーサの駆動パルスの駆動周期Ｔｃ吐出する駆動パルスの駆動周期Ｔｂの約１０倍程度長くしたが、これに限るものではない。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したようにノズル部周縁に粘度が増したインクや固化したインクの凝集物が付着するのを防止するようにしたので、安定した印字品質を得ることができるインクジェットの駆動方法及びインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの要部断面図。
【図２】同第１の実施の形態に係る図１のインクジェット記録ヘッドのＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】同第１の実施の形態に係る駆動信号発生手段の回路構成を示す図。
【図４】同第１の実施の形態に係るインクを吐出させるための駆動パルスの波形図。
【図５】同第１の実施の形態に係る駆動パルスと圧力のインク圧力変化を示す図。
【図６】同第１の実施の形態に係るプリカーサの駆動パルスの波形図。
【図７】同第１の実施の形態に係るプリカーサの駆動パルスと圧力室のインクの圧力変化を示す図。
【図８】同第１の実施の形態に係るノズル内のインクのメニスカスの動きを示す図。
【図９】同第１の実施の形態に係るインクを吐出させるための駆動パルスとプリカーサの駆動パルスの周期を説明するための図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るインクジエット記録装置の概略構成を示す図。
【図１１】従来例のインクジェット記録ヘッドの構成を示す断面図。
【図１２】同従来例のノズル部分を拡大した図。
【図１３】同従来例のノズル内のインクのメニスカスの動きを説明するための図。
【符号の説明】
１…インクジェット記録ヘッド、２２…駆動信号発生手段、３１…圧力室、３３…ノズル、３６…共通圧力室。
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを収容する圧力室の容積を変化させてインク滴をノズルから吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェットヘッド記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示す。図において、１はインクジエット記録ヘッドである。インクジェット記録ヘッド１は、インクが充填される複数の圧力発生室２と、この圧力発生室２の一端に設けられたノズルプレート３と、このノズルプレート３に圧力発生室２の各々に対応して設けられたインク滴４を吐出させるためのノズル５と、圧力発生室２に振動版６を介して振動を付し、この振動の付与による圧力発生室２内部の体積変化によってノズル５からインクを吐出させる圧電アクチュエータ７と、各圧力発生室２に連通して設けられ、図示しないタンクからインク供給路８を介して圧力発生室２にインクを供給するためのインク室９から構成されている。
【０００３】
このように構成することにより、圧電アクチュエータ７が駆動されると、圧力発生室２に振動が付与され、この振動によって圧力発生室２内部の体積が変化してノズル５からインク滴４が吐出される。このインク滴４は記録紙等の記録媒体に着弾して記録媒体上にドットを形成する。このようなドットの連続形成によつて、画像データに基づいた所定の文字や画像等が記録媒体上に印刷される。
【０００４】
ところで、このようなインクジエット記録ヘッド１では、入力された印字情報に基づいて正確に記録媒体に印字を行うために、インク滴を安定して吐出することが必要である。
【０００５】
しかしながら、このようなインクジェット記録ヘッド１を用いて実際に印字を行うと、種々の要因によってインク滴の吐出が不安定になり、所望の印字結果を得ることはできないことがある。このような問題が発生する一つの要因として、インク中に含まれる揮発成分の蒸発が挙げられる。
【０００６】
すなわち、インクジェット記録に用いられるインクは、主溶媒として水を用い、この水の中に界面活性剤などの種々の有機溶剤染料などの着色剤を添加されている。このようなインクは、インク滴の不吐出時間がある程度長くなると、ノズル５の開口から外気中に露出している部分から水分が蒸発して粘性が増加し、あるいはインクが部分的に固化して、ノズル５を詰まらせる原因となる。
【０００７】
このような問題を解決するために、インクジェット記録ヘッド１を一旦印字領域から遠ざけてからインク室９のインクを排出したり、ポンプによってノズル１５から強制的に新しいインクを吸引させることによって、ノズル５内のインクを排出してインクの粘度が増したり固化しないようにしている。
【０００８】
しかし、ノズル５から安定的にインクを吐出させて高品質の印字結果を得るためには、このような前述した作業を頻繁に行わなければならなかった。このため、インクの消費量が増大して印字コストが上昇したり、大量の廃インクを処理しなければならないという問題が生じる。
【０００９】
そこで、このような問題を解決するために、ノズルからインク滴を吐出しないときにも、インク滴がノズルから飛び出さない程度の振動を圧力発生室に付与する方法（この動作をプリカーサと称する）が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１０】
このプリカーサについて図１２を参照して説明する。図１２はノズル部分の拡大図である。圧力発生室２のインク１１は、図１２（Ａ）に示すようにノズル５の開口１２において外気と接している。この外気と接する部分１３では、図１２（Ｂ）に示すようにインク１１に含まれる水分が蒸発して、メニスカス表面付近に高粘度のインク層１４が形成される。ここで、図１２（Ｃ）、（Ｄ）に示すようにプリカーサを行うことにより、メニスカス面が微小振動する。この微小振動によって、図１２（Ｅ）に示すように、高粘度のインク層１４と低粘度のインク層２３が攪拌され、圧力発生室２内のインクの粘度が均一になる。なお、図１２（Ｅ）では、粘度が均一になったインクを符号１５で示しておく。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭５７−６１５７６号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平９−２９９９６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このプリカーサを行うためには、通常のインク滴を吐出するための駆動電圧よりも小さい駆動電圧を与えなければならないため、別にもう一つの駆動電源が必要であった。
【００１４】
また、このような方法は、不吐出時間が短時間である場合には効果的であるが、ノズル５内のインク１１を入れ替えるものではないため、粘度上昇の速度を遅くすることができるにすぎなかった。このため、不吐出時間が長時間になると、ノズル５内でインク１１が固まってしまい、再吐出が困難あるいは不可能となるという問題があった。
【００１５】
さらにまた、図１３に示すように、この微小振動によってＩＩからＩＶのようにメニスカスが凸から凹に変化する際に、ノズルプレート３のノズル近傍に粘度が増したインク１１ａが付着して残る場合がある。このようにノズル近傍のノズルプレート３にインクが付着して残ると、この残ったインクによってインク滴の吐出方向が曲がってしまうという問題が発生する。
【００１６】
例えば、前述した特許文献２には、不吐出時にインク１１がノズル５が吐出しない程度の微小振動を圧力発生室２に与える工程（プリカーサ）と、一定時間で印字領域からインクジェット記録ヘッドを退避させ、ノズル５の開口付近及び圧力発生室２内のインク１１を吐出させる工程（以下、スピット動作という）とを有する方法が開示されている。この特許文献２の方法におけるスピット動作のための駆動電圧波形は、通常の印字に使用される駆動電圧波形よりも電位差の大きいスピット専用波形を使用し、大量のインク１１を圧力発生室２から吐出させて圧力発生室２内のインクを入れ替え、長期にわたってインクが固化したり粘度が増したりしないようにしている。
【００１７】
従って、特許文献２の方法によれば、スピット専用の駆動波形が必要となり、駆動波形は通常の吐出用の波形とプリカーサ用の駆動波形及びスピット用の駆動波形の３種類必要となり、駆動電源が増えるため駆動回路が複雑になり装置が高価になってしまう問題点がある。
【００１８】
また、例えばインクジェット記録装置の電源を切った状態でプリカーサやスピット動作を行わないで長時間放置した場合には、ノズル５近傍のインク１１の粘度が増加したり、インク１１の固化が起こり易くなる。
【００１９】
このため、次の印字動作の前にインクを排出する動作を行うが、この時にも同様に粘度が増加したインクや固化したインクの凝集物がノズルプレート３のノズル５周縁に付着して吐出方向が曲がってしまうという問題がある。
【００２０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、ノズル部周縁に粘度が増したインクや固化したインクの凝集物が付着するのを防止するようにしたンクジェットの駆動方法及びインクジェットヘッド記録装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号発生部とを備えたインクジェット記録装置において、前記ノズルからインクの吐出を行わない不吐出時に、前記圧力室を拡張させてから元に戻す微小圧力駆動信号を前記アクチュエータに出力し、この微小圧力駆動信号のパルス幅はインク中の圧力波が前記圧力室内を伝播する圧力伝播時間の約２倍としたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１はインクジェット記録ヘッドの要部断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図において、インクジェットヘッド２１は、インクを収容する複数の圧力室３１を隔壁３２で仕切って形成されている。そして、各圧力室３１にはインク滴を吐出するノズル３３がノズルプレート３０に設けられている。各圧力室３１の底面は振動板３４で形成され、この振動板３４の下側に各圧力室３１に対応してそれぞれ圧電部材３５が固定されている。振動板３４と圧電部材３５とによりアクチュエータが構成される、
また、インクジエットヘッド２１には、各圧力室３１に連通する共通圧力室３６が形成されている。この共通圧力室３６にはインク供給手段（図示せず）からインク供給口３７を介してインクが注入され、共通圧力室３６、各圧力室３１及びノズル３３にインクが満たされる。圧力室３１及びノズル３３内にインクが満たされることにより、ノズル３３内にメニスカスが形成される。
【００２３】
なお、２２は圧電部材３５に駆動信号を出力する駆動信号発生手段である。この駆動信号発生手段２２には、共通圧力室３６の背面に取り付けられた温度センサ３８で検出された温度情報が供給される。
【００２４】
駆動信号発生手段２２は図４に示すようなインクを吐出させる駆動パルス及び図６に示すようなプリカーサの駆動パルスを出力する。なお、駆動信号発生手段２２には画像データが入力される。
【００２５】
次に、図３を参照して駆動信号発生手段２に設けられているインクを吐出させる駆動パルス及び微小圧力駆動信号としてのプリカーサの駆動パルスを発生される回路について説明する。図３において、ｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２との直列接続体及びｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４との直列接続体は単一駆動電源Ｖｃｃと接地間に接続されている。各ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ４のゲート電位はそれぞれ独立に制御される。そして、ｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２との接続点から出力１が取り出され、ｐチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３とｎチャンネルＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４との接続点から出力２が取り出される。出力１は圧電部材３５の一方の電極端子に接続され、出力２は圧電部材３５の他方の電極端子に接続されている。
【００２６】
そして、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４をＴａ時間だけオン動作させ、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３をＴａ時間だけオフ動作させることにより、図４に示す拡張パルスｐ１を発生させている。続いて、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４を２Ｔａ時間だけオフ動作させ、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３を２Ｔａ時間だけオン動作させることにより図４に示す収縮パルスｐ２を発生させることができる。インクを吐出させる駆動パルスはこのような拡張パルスｐ１と収縮パルスｐ２より構成される。
【００２７】
また、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ１とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ４を２Ｔａ時間だけオン動作させ、ＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ２とＭＯＳ ＦＥＴ Ｑ３を２Ｔａ時間だけオフ動作させることにより、図６に示すように−Ｖｃｃの拡張パルスｐ１を発生させている。この拡張パルスｐ１のみによりプリカーサの駆動パルスが構成される。
【００２８】
なお、Ｔａは圧力室３１内に発生した圧力波が圧力室３１の一端から他端まで伝播するのに要する時間である圧力伝播時間である。
【００２９】
次に、図５を参照して、図４のインクを吐出させる駆動パルスｑが駆動信号発生手段２２から発生された場合の圧力室３１内に発生する圧力振動波形ｒとの関係について説明する。
【００３０】
まず、圧電部材３５の電極間にＴａ時間だけ−Ｖｃｃが印加されると、圧電部材３５が圧力室３１の容積を広げるように変形するので、圧力室３１には負の圧力が発生する。この圧力は圧力伝播時間Ｔａ経過すると図５に示すように正の圧力に反転する。このように圧力伝播時間Ｔａ経過した後、２Ｔａだけ＋Ｖｃｃが圧電部材３５の電極間に印加される。このように圧電部材３５の電極間に＋Ｖｃｃが印加されると、圧電部材３５が圧力室３１の容積を狭めるように変形するため、圧力室３１内には正の圧力が発生する。この圧力により発生する圧力波は最初に発生した圧力波と位相が同相となる圧力波の振幅が急激に増大される。この時、ノズル３３からインク滴が吐出される。
【００３１】
そして、２Ｔａ時間が経過すると、圧力室３１内の圧力は正→負→正に変化する。２Ｔａ経過時に圧電部材３５の電極間の電圧をゼロに戻すことにより、圧力室３１内の圧力は負となり、圧力波の位相が逆になるため、圧力波の振幅が弱められて残留圧力振動が小さくなる。
【００３２】
以上のように図４に示すようなインクを吐出させる駆動パルスｑが駆動信号発生手段２２から発生されると、インクがノズル３３から吐出される。
【００３３】
次に、図７を参照して、プリカーサの駆動パルスｑと圧力室３１内に発生する圧力振動波形ｒとの関係について説明する。図８はノズル３３内のインクのメニスカスの動きを示したものである。
【００３４】
まず、圧電部材３５の電極間に−Ｖｃｃの電圧が印加されると、圧電部材３５が圧力室３１の容積を広げるように変形する。この結果、圧力室３１内には負の圧力が発生しノズル３３内のメニスカスは圧力室３１側に後退する（図８のＩ→ＩＩ）。この圧力室３１の圧力は圧力伝播時間の約２倍の２Ｔａ経過すると、負→正→正に変化する。そして、２Ｔａ経過した時、つまり圧力室３１の圧力が負の時に圧電部材３５の電極間に印加する電圧をゼロに戻すことにより、拡張した圧力室３１の容積が元に戻るため圧力室３１の圧力は正となる。従って、電圧をゼロに戻した時の圧力波の位相が逆になるので、圧力波の振幅が弱められて残留圧力振動は小さくなる。
【００３５】
このようにプリカーサの駆動パルスｑによりメニスカスがノズルプレート３０の表面より凸とならないように圧力室３１の容積を広げて元に戻し、その戻すまでの時間を圧力伝播時間Ｔａの２倍に設定することにより、圧力室３１内の圧力が負の時に広げた容積が元に戻り、圧力振動を減衰させて反動するインクのメニスカスの凸を図８のＩＩＩに示すように極力抑えている。その後、図８のＩＶに示すようにメニスカスのノズル３３内の位置に戻すようにしている。
【００３６】
以上のようにして、プリカーサの駆動パルスｑによりノズルプレート３０面のノズル近傍にインクが付着して残ることを防止することができる。従って、ノズルプレート３０面のノズル３３近傍にインクが付着して残ることにより、インク滴の吐出方向が曲がることを防止することにより安定した印字品質を得ることができる。
【００３７】
プリカーサの駆動パルスとインクを吐出させる駆動パルスは同一電源Ｖｃｃを駆動電源としているため、駆動回路を簡単に構成することによりコストを低減させることができる。
【００３８】
次に、図９（Ａ）に示すようにプリカーサの駆動パルスの駆動周期Ｔｃは図９（Ｂ）に示すように吐出する駆動パルスの駆動周期Ｔｂの約１０倍程度長くしている。
【００３９】
このようにプリカーサの駆動パルスの駆動周期Ｔａを駆動パルスの駆動周期Ｔｂより十分長くすることにより、インクジェット記録装置が非印字で待機状態にある時に消費電力を小さくすることができる。
【００４０】
また、プリカーサの駆動パルスを一定回数圧電部材３５の電極間に印加しても非印字時間がある程度以上長くなってくると、ノズル３３内のインクの粘度は増加する傾向になる。
【００４１】
このような場合には非印字領域で粘度が増加しつつあるインクを排出させるスピット動作を定期的に行なわせる。このスピット動作における駆動パルスの駆動波形も図３の駆動回路から発生させることができる。このスピット動作における駆動パルスの駆動波形は図４の駆動波形と同じである。駆動電圧Ｖｃｃも同じである。
【００４２】
このように非印字時間がある程度以上長くなった場合には、非印字領域にインクを定期的に排出させるようにしたので、ノズル３３内で粘度が増加しつつインクを排出することにより、ノズルプレート面のノズル近傍にインクが付着して残ることを防止することができる。従って、ノズルプレート面のノズル近傍にインクが付着して残ることにより、インク滴の吐出方向が曲がることを防止することにより安定した印字品質を得ることができる。
【００４３】
さらに、スピット動作における駆動パルスの駆動電源をプリカーサの駆動パルス及びインクを吐出させる駆動パルスと同一電源Ｖｃｃとしているため、駆動回路を簡単に構成することによりコストを低減させることができる。
【００４４】
さらに、装置の電源が切られた状態で長時間放置された場合には、ノズル３３内のインクの粘度はかなり高くなっているかあるいは固化してしまっているため、前述したプリカーサやスピット動作における駆動パルスを使用しても効果が得られない。
【００４５】
このような場合については図１０を参照して説明する。図１０において、共通インク室３６にはインク供給口３７、フィルタ４１を介してチューブ４２に接続されている。このチューブ４２には正転、逆転可能なインク充填用のポンプ４３が設けられている。このポンプ４３の吸い込み口側はインクボトル４４に接続されている。
【００４６】
なお、ポンプ４３はポンプ駆動部４５により正転、逆転制御される。
【００４７】
このように構成することにより、装置の電源が切られた状態で長時間放置された場合には、ノズル３３内のインクの粘度はかなり高くなっているかあるいは固化してしまっている場合には、まず、ポンプ４３を逆転させてチューブ４２を介してインクを矢印ａ方向に移動させてノズル３３内のインクを圧力室３１に引き込むことにより攪拌される。次に、ポンプ４３を正転させて圧力室３１内のインクをノズル３３から排出させることにより、インクボトル４４内の新しいインクを圧力室３１に入れるようにしている。
【００４８】
このようにして、装置の電源が切られた状態で長時間放置された場合には、ノズル３３内のインクの粘度はかなり高くなっているかあるいは固化してしまっている場合には、一度ノズル３３内のインクを圧力室３１に引き込んで攪拌してから圧力室３１のインクをノズル３３から排出させて新しいインクを圧力室３１に充填するようにしたので、ノズルプレート面のノズル近傍に増粘したインクや固化したインクの凝集物が付着して残ることを防止することができる。従って、ノズルプレート面のノズル近傍に増粘したインクや固化したインクの凝集物が付着して残ることにより、インク滴の吐出方向が曲がることを防止することにより安定した印字品質を得ることができる。
【００４９】
なお、ポンプ４３を逆転させてノズル３３内のインクを圧力室３１に戻して攪拌させる際に、ノズルプレートにキャップをして正圧をかけるようにしても良い。
【００５０】
なお、プリカーサの駆動パルスを駆動信号発生手段２２から発生させて圧力室３１内を微小振動させながらノズル３３内のインクを圧力室３１に戻して攪拌させるようにしても良い。
【００５１】
なお、上記した実施の形態ではプリカーサの駆動パルスの駆動周期Ｔｃ吐出する駆動パルスの駆動周期Ｔｂの約１０倍程度長くしたが、これに限るものではない。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したようにノズル部周縁に粘度が増したインクや固化したインクの凝集物が付着するのを防止するようにしたので、安定した印字品質を得ることができるインクジェットの駆動方法及びインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドの要部断面図。
【図２】同第１の実施の形態に係る図１のインクジェット記録ヘッドのＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】同第１の実施の形態に係る駆動信号発生手段の回路構成を示す図。
【図４】同第１の実施の形態に係るインクを吐出させるための駆動パルスの波形図。
【図５】同第１の実施の形態に係る駆動パルスと圧力のインク圧力変化を示す図。
【図６】同第１の実施の形態に係るプリカーサの駆動パルスの波形図。
【図７】同第１の実施の形態に係るプリカーサの駆動パルスと圧力室のインクの圧力変化を示す図。
【図８】同第１の実施の形態に係るノズル内のインクのメニスカスの動きを示す図。
【図９】同第１の実施の形態に係るインクを吐出させるための駆動パルスとプリカーサの駆動パルスの周期を説明するための図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るインクジエット記録装置の概略構成を示す図。
【図１１】従来例のインクジェット記録ヘッドの構成を示す断面図。
【図１２】同従来例のノズル部分を拡大した図。
【図１３】同従来例のノズル内のインクのメニスカスの動きを説明するための図。
【符号の説明】
１…インクジェット記録ヘッド、２２…駆動信号発生手段、３１…圧力室、３３…ノズル、３６…共通圧力室。
Claims (6)
- インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号発生部とを備えたインクジェット記録装置において、
前記ノズルからインクの吐出を行わない不吐出時に、前記圧力室を拡張させてから元に戻す微小圧力駆動信号を前記アクチュエータに出力し、この微小圧力駆動信号のパルス幅はインク中の圧力波が前記圧力室内を伝播する圧力伝播時間の約２倍としたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。 - 前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号と前記微小圧力駆動信号の駆動電圧は同一であることを特徴とする上記請求項１記載のインクジェットの駆動方法。
- 前記微小圧力駆動信号の周期は、前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号の周期より長いことを特徴とする請求項１記載のインクジェットの駆動方法。
- 前記微小圧力駆動信号を一定回数前記アクチュエータに出力した後、印字領域外において前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号を定期的に前記アクチュエータに出力することを特徴とする請求項１記載のインクジェットの駆動方法。
- インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、
前記圧力室とインク供給源間の管に配設されたインク充填用ポンプと、
前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号発生部と、
前記ノズルからインク滴を吐出させる駆動信号が前記アクチュエータに長時間出力されない場合に、前記インク充填用ポンプを逆転させて前記ノズル内のインクを前記圧力室に引き込んで攪拌させた後に前記インク充填用ポンプを正転させてインクをノズルより排出させる手段とを具備したことを特徴とするインクジェットヘッド記録装置。 - 前記ノズル内のインクを圧力室内に引き込む際に、駆動信号発生部はパルス幅がインク中の圧力波が前記圧力室内を伝播する圧力伝播時間の約２倍とした前記圧力室を拡張させてから元に戻す微小圧力駆動信号を前記アクチュエータに出力したことを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録装置。
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