JP2005132034A

JP2005132034A - インクジェットヘッドの駆動制御方法

Info

Publication number: JP2005132034A
Application number: JP2003372601A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishikawa; 博之石川; Kiyonari Sato; 聖也佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】
市場よりインクジェットプリンタに対して高解像度、高画質の要求があり、インクジェットヘッドとしてはインク吐出量ばらつきの低減が重要な課題である。
【解決手段】
インクジェットヘッドの駆動電圧パルスのパルス幅と駆動電圧をインクジェットヘッドの出荷時点にてインク吐出量に応じてランク設定した。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクノズルに連通したインク室の周壁に形成した振動板を静電気力にいり振動させることによりインクノズルからインク液滴の吐出を行う形式のインクジェットヘッドに関するものである。

静電気力を利用しインクを貯留したインク室の容積を変化させて、インク液滴を吐出する方式のインクジェットヘッドとして、特許文献１、特許文献２の各公報に記載されている。特許文献１ではヘッド駆動電圧パルスのパルス幅を設定し安定したインク吐出を可能とする方法が開示されている。また、特許文献２では周囲温度の変化に起因するインク吐出特性の変動を抑えるために、周囲温度に応じてヘッド駆動電圧パルスの電圧とパルスを補償する方法が開示されている。一方、市場からはインクジェットプリンタに対して高解像度、高画質の要求があり、プリンタヘッドとしてインク吐出量バラツキの低減が重要な課題となっている。

特開平１１−２７７７３７特開平１０−２０２８８４

本発明の課題は、このような点に鑑みて、静電気力によりインク室容量を増減させてインクノズルからインク液滴を吐出させる形式のインクジェットヘッドにおいて、振動板の厚さ、幅、などの振動板が対向電極に当接するまでの挙動に影響する主要寸法上のバラツキを許容して、常に安定したインク吐出特性を確保し、かつインク吐出量バラツキの無いインクジェットヘッドの駆動制御方法を提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、インク液滴を吐出するインクノズルと、当該インクノズルに連通していると共にインクを保持しているインク室と、当該インク室を区画形成している周壁に形成され面外方向に変位可能な振動板と、前記振動板に隙間をおいて対向配置した対向電極とを有しこれらの対向電極の間に駆動電圧パルスを印加して前記振動板を変形させて前期インクノズルからインク液滴を吐出可能となっているインクジェットヘッドの駆動制御方法において、前記駆動電圧パルスのパルス幅を、前記インクノズルからのインク液滴の吐出量の最大値が得られるパルス幅と略同一の値に設定し、前記インク液滴の吐出量に応じてランク設定しランクに応じた前記駆動電圧パルスの電圧値に設定したことを特徴とする。

また、前記インクノズルからのインク液滴の吐出量に応じてランク設定されるランク数は３であることが望ましい。

更に、前記インクジェットヘッドの周囲環境温度を検出する温度検出工程と、当該温度検出工程において検出された温度に基づき、前記インクジェットヘッドの周囲温度環境と駆動電圧値の対応テーブルを記憶した記憶部より、検出された温度に対応する駆動電圧値を前記対応テーブルから検索出力するようになっていることを特徴とする。

上記構成によれば、駆動電圧パルスのパルス幅と駆動電圧をインクジェットヘッドの出荷時点にてインク吐出特性に応じて設定することにより、主要寸法ばらつきに起因するインクジェットヘッドのインク吐出量の変動を抑えられるという効果を有する。

また、インクジェットヘッドの駆動電圧パルスの電圧を周囲温度に応じて調整することにより、周囲温度に起因するインク吐出量の変動を補償できるという効果を有する。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明を適用したインクジェットヘッドの構成を示す概略構想図である。インクジェットヘッド１００は、３枚の半導体基板１０２、１０３、１０４を積層して、その半導体基板１０３に複数のインクノズル１０５、中間の半導体基板１０２に各インクノズル１０５に連通する独立したインク室１０６の底壁を面外方向に振動可能な振動板１０７としてある。各振動板１０７は共通電極として機能し、これに対峙する下側の半導体基板１０４によって規定される対向板１０８の部分に対向電極１０９を形成してある。これらの電極間に駆動電圧を印加することによって発生する静電気力を利用して、振動板１０７を振動させるようになっている。振動板１０７の振動によって、インク室１０６の容積が増減し、これによってインク室１０６内に発生するインク圧力変動に基づき、インク室１０６に連通しているインクノズル１０５からインク滴１１０が吐出される。

図２は、本発明を適用したインクジェットヘッドの駆動制御装置の概略ブロック図である。この図に示す駆動制御装置１により駆動制御されるインクジェットヘッドは図１に示すものと同一であるので、同一の符号を付してその説明は省略するものとする。

インクジェットヘッドの駆動制御装置１はインクジェットヘッド制御部２を有し、このインクジェットヘッド制御部２は、ＣＰＵを中心に構成されている。すなわち、ＣＰＵには外部記装置３からバスを介して印刷情報が供給される。ＣＰＵには内部バスを介してＲＯＭ、ＲＡＭおよびキャラクタジェネレータ４が接続されており、ＲＡＭ内の記憶領域を作業領域として用いて、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムを実行し、キャラクタージェネレータ４から発生するキャラクタ情報に基づき、インクジェットヘッド駆動用の制御信号を生成する。制御信号はゲートアレイ５および駆動パルス発生回路６を介して、印刷情報に対応した駆動制御信号となって、コネクタ７を経由して、ヘッド基板８に形成されたヘッドドライバＩＣ９に供給される。ヘッドドライバＩＣ９では、供給された駆動制御信号および電源回路１０から供給される駆動電圧Ｖｐに基づき、インクジェットヘッド１００の各インクノズルに対応するインク室と対向板に形成された対向電極間に印加すべき駆動電圧のパルス信号Ｐｗを生成して、当該対向電極間に所定のタイミングで印加する。この結果、駆動電圧パルス信号Ｐｗが印加されたインクノズルからインク液滴が吐出される。

図３には、この駆動電圧パルス信号Ｐｗの信号波形を示してある。駆動対象のインクノズルに対してはパルス幅Ｐｗの駆動電圧パルス信号が印加される。

本例のインクジェットヘッドの駆動装置１は、インクジェットヘッド１００の出荷時に測定される当該インクジェットヘッド１００の実際のインク吐出特性に基づき、最適な駆動電圧パルス信号のパルス幅設定値Ｐｗｓ、駆動電圧設定値Ｖ３ｓを決定するためのランク情報が外部装置３より入力される。

図４（Ａ）には、各パルス幅ランクＡ〜Ｈと、それに最適なパルス幅初期値Ｐｗｓの値との対応関係の一例を示す表を掲載してある。また、図４（Ｂ）には各駆動電圧ランクａ〜ｃとそれに最適な駆動電圧初期値Ｖ３ｓの値との対応関係の一例を示す表を掲載してある。この対応テーブルは予めインクジェットヘッド制御部２のＲＯＭ内に格納されている。さらに、図５には、ヘッドランクＡ、Ｂ、Ｈ場合における駆動電圧のパルス幅Ｐｗに対するインク吐出特性（インク吐出量）のグラフを示してある。

これらの図から分かるように、インクジェットヘッド１００の出荷時にインク吐出特性を実測し、その結果、インクジェットヘッド１００のランクがＡであることが判明した場合には、一定の特性を得るためには、駆動電圧のパルス幅設定値Ｐｗｓを１８マイクロ秒に設定する必要がある。

一方、図６には各駆動電圧ランク毎の駆動電圧Ｖ３とインク吐出量の関係をグラフに示している。インクジェットヘッド１００のインク吐出特性（インク吐出量）を測定した結果、目標インク吐出量範囲に収まる場合は、駆動電圧ランクｃとし、駆動電圧初期値はＶ３ｓ＝２６．５Ｖを用いる。また、目標インク吐出量範囲を超える場合は、駆動電圧ランクｂとし駆動電圧初期値はＶ３＝２３．５Ｖ用いる。さらに目標とするインク吐出量範囲に達しない場合は、駆動電圧ランクａとし駆動電圧初期値はＶ３＝２８．５Ｖを用いる。これにより全てのヘッドが目標インク吐出量範囲に収まるようにできる。本例では、駆動電圧ランク数を３とし説明しているが、さらに駆動電圧ランクを増やすことで、目標インク吐出量範囲を縮めることが可能である。

このように設定されたパルス幅ランク（Ａ〜Ｈ）と駆動電圧ランク（ａ〜ｂ）が、外部装置３よりＣＰＵに入力されると、予めＲＯＭ内に格納されているパルス幅ランクのパルス幅設定値Ｐｗｓと駆動電圧設定値Ｖ３ｓを呼び出して、ＲＡＭ内に展開する。この結果、インクジェットヘッド１００の駆動電圧パルスのパルス幅と駆動電圧は、基本的には、このパルス幅設定値Ｐｗｓと駆動電圧設定値Ｖ３ｓに設定される。

一方、再び図２を参照して説明すると、駆動制御装置１のインクジェット制御部２は温度検出回路１４を備えている。この温度検出回路１４は、コネクタ７を介してヘッド基板８の表面に搭載した温度検出素子であるサーミスタ１５に接続されている。従って、インクジェットヘッド１００の周囲の環境温度変化は、サーミスタ１５の抵抗値変化として温度検出回路１４において検出される。検出された抵抗値変化は、当該温度検出回路１４でＡ／Ｄ変換された後に、入出力ポートＩ／Ｏを介してＣＰＵに供給される。温度検出のサンプリング周期は例えば２秒程度とすればよい。また、印字工程中の駆動電圧Ｖ３の変更は行わず、印刷パス終了後、次の行程の印刷時に変更を行う。

ＲＯＭ内には、予め、インクジェットヘッドの周囲温度と、駆動電圧パルスの駆動電圧との対応テーブル（図７）が各駆動電圧ランク（ａ〜ｃ）別に格納されている。この対応関係は、駆動電圧に対する各周囲温度中におけるインクジェットヘッド１００のインク吐出量が一定となるように設定したものである。対応テーブルに無い周囲温度については、補完した駆動電圧値を用いるようにする。

このように、本例のインクジェットヘッドの駆動制御装置１では、インクジェットヘッド主要構造部の製造上の寸法ばらつきに起因するインク吐出特性の変動量を少なくし、安定したインク吐出特性を維持しながら、インク吐出量のばらつきを抑えられる。さらに、インクジェットヘッドの周囲温度に基づき、インクジェットヘッド１００の駆動電圧パルスの駆動電圧を設定しているので、温度変化に起因したインク吐出特性の変動を補償して、常に安定したインク吐出特性を維持しながら、インク吐出量のばらつきも抑えられる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるのではなく、バイオ関係のプロテイン吐出にも応用できる。

図１は本発明を適用したインクジェットヘッドの構成を示す概略構成図。図２は本発明を適用したインクジェットヘッドの制御系の概略ブロック図。図３は本発明を適用したインクジェットヘッドの駆動電圧パルス信号を示す信号波形図。図４は本発明を適用したインクジェットヘッドのパルス幅ランクと駆動電圧ランクを示す表である。図５は本発明を適用したインクジェットヘッドのパルス幅に対するインク吐出特性を示す特性図である。図６は本発明を適用したインクジェットヘッドの駆動電圧とインク吐出量の関係を示すグラフである。図７は本発明を適用したインクジェットヘッドの周囲環境温度と駆動電圧の対応を示す表である。

符号の説明

１インクジェットヘッドの駆動制御装置
２インクジェットヘッドの制御部
８ヘッド基板
９ヘッド駆動ＩＣ
１４温度検出回路
１５サーミスタ
１００インクジェットヘッド
１０５インクノズル
１０６インク室
１０７振動板（電極）
１０８対向板
１０９電極
１１０インク液滴

Claims

インク液滴を吐出するインクノズルと、当該インクノズルに連通していると共にインクを保持しているインク室と、当該インク室を区画形成している周壁に形成され面外方向に変位可能な振動板と、前記振動板に隙間をおいて対向配置した対向電極とを有しこれらの対向電極の間に駆動電圧パルスを印加して前記振動板を変形させて前期インクノズルからインク液滴を吐出可能となっているインクジェットヘッドの駆動制御方法において、
前記駆動電圧パルスのパルス幅を、前記インクノズルからのインク液滴の吐出量の最大値が得られるパルス幅と略同一の値に設定し、前記インク液滴の吐出量に応じてランク設定しランクに応じた前記駆動電圧パルスの電圧値に設定したことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。
請求項１において、
前記インクノズルからのインク液滴の吐出量に応じてランク設定されるランク数は３であることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。
請求項１および２において、
前記インクジェットヘッドの周囲環境温度を検出する温度検出工程と、当該温度検出工程において検出された温度に基づき、前記インクジェットヘッドの周囲温度環境と駆動電圧値の対応テーブルを記憶した記憶部より、検出された温度に対応する駆動電圧値を前記対応テーブルから検索出力するようになっていることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。