JP2007030311A

JP2007030311A - マルチドロップ式インクジェットプリンタヘッドの駆動方法

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Publication number: JP2007030311A
Application number: JP2005216085A
Authority: JP
Inventors: Masashi Shimozato; 正志下里; Jun Takamura; 純高村
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP4769504B2

Abstract

【課題】高速モードが設定されても印字画質の犠牲にすることなく、さらに高画質モードが設定されても印字速度の犠牲を招くことがないインクジェットプリンタヘッドの駆動方法を提供すること。
【解決手段】マルチドロップ式インクジェットプリンタヘッドの駆動方法において、インクジェットプリンタヘッドの各圧力室７に印加される駆動波形として圧力室の予備振動をさせるブースト波形を付加した第１の駆動波形Ｄ１あるいは圧力室の振動を抑えるダンピング波形を付加した第２の駆動波形Ｄ２を使用して、圧力室７から吐出されるインクの基本吐出量を可変するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチドロップ式インクジェットプリンタヘッドの駆動方法に関する。

様々な分野でインクジェットプリンタが使用されている。このインクジェットプリンタは、必要とされる画質に応じて高印字品質モード(高解像度)と高速モード(低解像度)とに切り替えて使用される。

しかし、必要とされる画質に応じて単純に解像度を変えただけでは、低解像度で印字するとインク量が不足し、画質だけでなく印字が薄くなるという問題があった。これは、低解像度にすると、インク量が減るからである。

そこで、モードに応じて駆動電圧を変化させることにより、インク吐出を変えて濃度を補正する技術が開示されている(例えば、特許文献１参照)。この特許文献1では、解像度に応じて1画素の液滴数を変えて濃度を補正するようにしている。

また、複数の液滴の数を可変して濃度階調を行うマルチドロップ方式のインクジェット画像形成装置において、最大吐出数を少なくする技術が開示されている(例えば、特許文献２参照)。
特開平７−２４６７０４号公報特開２００３−２６６６６７号公報

しかし、特許文献1に記載された方法では、解像度の問題で画質が低下するという問題があった。

また、電圧により吐出量を変える場合には、吐出速度も変わるため、安定した吐出は損なわれ、変えられる吐出量にも限界があった。例えば、解像度を半分にした場合、単純にインク量は倍以上必要となり、同じ濃度とすることは困難であった。

また、マルチドロップの方法では、液滴数により階調表現が可能であるが、高解像度ほど階調数が少なくなり、画質に対して高解像度のメリットが減少していた。

また、低解像度では液滴数が増えるため駆動周波数が遅くなり、高速化のメリットを損なうという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてになされたもので、その目的は、高速モードが設定されても印字画質を犠牲にすることなく、さらに高画質モードが設定されても印字速度の犠牲を招くことがないインクジェットプリンタヘッドの駆動方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、マルチドロップ式インクジェットプリンタヘッドの駆動方法において、前記インクジェットプリンタヘッドの各圧力室に印加される駆動波形として前記圧力室の予備振動をさせるブースト波形を付加した第１の駆動波形あるいは前記圧力室の振動を抑えるダンピング波形を付加した第２の駆動波形を使用して、前記圧力室から吐出されるインクの基本吐出量を可変したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に更に、前記第１の駆動波形あるいは第２の駆動波形の駆動電圧Ｖを可変して前記インクの基本吐出量を可変したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の前記第１の駆動波形は、前記圧力室を拡張させる吐出波形の前に前記ブースト波形が与えられている波形であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の前記第２の駆動波形は、前記圧力室からインク滴を吐出させる毎に前記圧力室の振動を抑えるダンピング波形を付加した波形であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の前記インクの基本吐出量にあわせて階調数も可変されることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１記載の前記インクの基本吐出量は記録媒体に応じて可変されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１記載の前記インクの基本吐出量は解像度に応じて可変されることを特徴とする。

以上詳述したように本発明によれば、インクジェットプリンタヘッドのノズルから吐出されるインクの基本吐出量を可変するようにしたので、例えば高速モードが設定されても最大液滴量を減らしたり解像度を低くすることがないため、印字品質を保つことができる。

また、高画質モードが設定されても、解像度を上げることはないので、印字速度を低下させることを抑制することができる。

以下図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図１において、1はインクジェットプリンタヘッドである。このインクジェットプリンタヘッド1は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料を用いた下部圧電部材2aおよび上部圧電部材2bからなる積層圧電部材2と、天板4とを接着によりヘッド本体を形成した後、厚さが10〜100μm程度のノズルプレート(図示しない)を図の正面に一体に接着した構造を有する。

このノズルプレート(図示しない)には最小径が10〜50μmで、インク吐出方向に向かって先細りとなるテーパを有する吐出口(図示しない)が設けられている。

積層圧電部材2は、上下方向の分極方向が相反する2枚のPZTからなる圧電部材2a,2bで形成されており、上方向の圧電部材2bの上面から下方向の圧電部材2aの内部まで到達し、前面が開口して後部が閉鎖した多数の溝5が形成されている。

これらの溝5は、ICウェハの切断等に用いられるダイシングソーのダイヤモンドホイール等により平行に研削される。

溝5間の支柱6が圧力を発生する駆動部となり、この形状は溝5と同等である。

この溝5と天板4で囲まれた空間が圧力室7となり、そのサイズは、インクジェットプリンタヘッド1の仕様などにより異なるが、例えば深さが0.2〜1mm、幅が20〜200μm、長さは1〜50mm程度となる。

溝5の内面には無電解ニッケルメッキ法で電極8が形成されている。この電極8は、溝5の後部から上面の平面まで延長して同時に無電解メッキ法で配線パターンを形成している。無電解メッキ法であれば、このような微細な溝5内にも容易に金属膜を形成できる。ここでは、ニッケルを用いたが、金、銅等で形成してもよく、これら2種以上の膜を積層しても良い。

このような構成において、このインクジェットプリンタヘッド1では、圧力室にインクを供給した状態で、駆動する溝5の両側に位置する支柱6を分極方向が相反する圧電部材2a,2bのシェアモード変形により湾曲させ徐々に離反させ、これを急激に初期位置に復帰させて圧力室7内のインクを加圧することにより吐出口からインク滴を吐出している。

次に、図２を参照して駆動波形について説明する。インクジェットヘッドでは、インク滴が吐出した後に残留振動が残っており、吐出口におけるメニスカスの位置が振動している。同じ条件でインク滴を吐出させるためには、このメニスカスの振動が納まってから次の振動を行う必要がある。しかし、そのようにすると、駆動周波数が遅くなってしまうため、駆動波形を工夫する必要がある。

本実施例のインクジェットブリンタヘッドは、図1で示したように、支柱6の振動でインクを吐出させるため、隣り合う圧力室7を同時に駆動することはできず、また、1つおきでも、両側が駆動された場合、中央から吐出してしまう場合があるため、2つおきに駆動することが望ましい。従って、残留振動は、隣接する圧力室7の駆動状況によるものが大きい。

図2(A)はインクジェットプリンタヘッドに用いられる第１の駆動波形D1である。この第１の駆動波形D1は、圧力室7を拡張させる吐出波形10の前に予備振動を起こすブースト波形11を与え、その直前の隣接吐出有無に関わらず、常に同様のメニスカス振動状態で吐出させている。

また、マルチドロップ方式では、連続してインク滴を吐出させるために、1滴目と同様な状況に振動を抑えるダンピング波形12をドロップ毎に加えることにより、複数のインク滴の吐出を実現するこてができる。

また、第１の駆動波形D1では、予備振動も利用して吐出させるため、後述する第２の駆動波形D2より大きなインク滴が吐出できる。一方、予備振動に影響の出ない程度の小さな残留振動におさまるまで一定間隔T1をあける必要がある。

図2(B)は第２の駆動波形D2である。第２の駆動波形D2は、ダンピング波形12により残留振動を次の吐出に影響が無くなるまで最小化するものである。この第２の駆動波形D2によれば、ダンピング波形12によりドロップ毎に残留振動が抑えられるため、隣接する圧力室7をすぐに駆動することができ、駆動周期が早いという特徴がある。

しかし、この第２の駆動波形D2を使用した場合には、残留振動がない状態からインクが吐出されるため、第１の駆動波形D1に比べるとインク滴は小さくなる。

次に、第１の波形及び第２の波形を用いて次のような実験を行った。まず、深さ300μm
、幅80μm、長さ1.2mm、吐出口最小径26μmのインクジェットプリンタヘッドを作成し、粘度10mPa・s、表面張力30mN/mのインクを充填し、第１、第２各々の波形の最適化を行った。最適化には、圧力室7内の圧力伝播時間ＡＬから吐出波形10を求め、その後に前述したように残留振動の影響が最小となるブースト波形11及びダンピング波形12を求めた。

次に、第１の駆動波形D1とD2の駆動電圧Ｖを可変して、安定吐出できるインク適量を測定した。ここで、駆動電圧Ｖが低いとインク滴の吐出速度が小さくなるのでインクの吐出が不安定となる。一方、駆動電圧Ｖが高いとインク滴の吐出速度が速すぎるため、インク吐出直後のメニスカスの後退が大きくなり、気泡を巻き込みやすくなる。

第１の駆動波形D1では、6〜7pl/ドロップ、第２の駆動波形D2では、4〜5pl/ドロップでインクの安定吐出が得られた。すなわち、このインクジェットプリンタヘッドでは、4〜7plまでのインク適量制御が可能である。

これらを利用することにより、例えば300×300dpiでは40〜45pl/画素が適切濃度であるとすると、通常モードでは、第１の駆動波形D1を使用し、6pl×7ドロップ(8階調)=42pl、5Hz/画素でインクが吐出される。

この状態から高速モードへの切り替えが行われると、第１の駆動波形D1を使用し、駆動電圧を高くする。これにより、基本吐出量が6から7plに増加する。

そして、この高速モードでは、7×6ドロップ(7階調)=42pl、5.6Hz/画素でインクが吐出される。

この高速モードでは、基本吐出量を増加させて、階調を1階調少なくしている。つまり、1画素を形成するドット数を1つ少なくすることにより、高速化を図っている。なお、通常モードの場合も高速モードの場合いずれも最大液滴量は42plと同じであるため、解像度は変化していない。

従来では、高速モードが設定されると最大液滴量を減らしたり解像度を低くしていたので、印字画質の犠牲を招いていたが、本願発明では、最大液滴量は変化していないので、高速モードにしても印字画質は低下しない。

次に、通常モードから高画質モードに切り替えた場合について説明する。

例えば、5pl×8ドロップ(9階調)=40pl、5Hz/画素で第２の駆動波形D2が使用されている高画質モードに切り替えられると、基本吐出量は6plから5plに小さくし、階調を8階調から9階調へと1つ多くしている。このように、階調数を1つ増やしても、第２の駆動波形D2に関しては、第１の駆動波形D1のような待ち時間T1は存在しないため、印字速度を低下することはない。

また、5pl×9ドロップ(10階調)=45pl、4.4kHz/画素で第２の駆動波形D2が使用される高画質モードに切り替えられると、基本吐出量は6plから5plに小さくし、階調を8階調から10階調へと2つ多くしている。このように、階調数を2つ増やしても、第２の駆動波形D2に関しては、第１の駆動波形D1のような待ち時間T1は存在しないため、印字速度を低下することはない。

さらに、4pl×10ドロップ(11階調)=40pl、4Hz/画素で第２の駆動波形D2が使用される高画質モードに切り替えられると、基本吐出量は6plから4plに小さくし、階調を8階調から11階調へと3つ多くしている。このように、階調数を3つ増やしても、第２の駆動波形D2に関しては、第１の駆動波形D1のような待ち時間T1は存在しないため、印字速度を低下することはない。

さらに、4pl×11ドロップ(12階調)=44pl、3.6kHz/画素で第２の駆動波形D2が使用される高画質モードに切り替えられると、基本吐出量は6plから4plに小さくし、階調を8階調から12階調へと4つ多くしている。このように、階調数を4つ増やしても、第２の駆動波形D2に関しては、第１の駆動波形D1のような待ち時間T1は存在しないため、印字速度を低下することはない。

このようにして、高速モードでも最大インク量/画素をあまり変えずに、つまり解像度はそのままで高品質モードでもあまり速度を落とさずに実現することができた。

また、高質紙では滲みが少ないので、最大インク量/画素を増やしたいが、7pl×7ドロップ(8階調)=49pl(第１の波形1、5Hz/画素)により、階調を変えずに(つまり速度を落とさないで)実現でき、逆に低質紙では滲みが多いので最大インク量/画素を減らしたいが、5×7ドロップ(8階調)=35pl(第２の波形2、5.7Hz/画素)等により、階調数を変えずに、且つ高速で実現することができる。

同様にして、低解像度では最大インク量/画素を増やしたいが、7pl×7ドロップ(8階調)=49pl(第１の波形1、5Hz/画素)により、階調を変えずに(つまり速度を落とさないで)実現でき、逆に低質紙では滲みが多いので最大インク量/画素を減らしたいが、4×7ドロップ(8階調)=28pl(第２の波形2、5.7Hz/画素)等により、階調数を変えず高速化も実現することができる。

更に、解像度を変えるには、もっと最大インク量/画素を変化させるべきであるが、これは従来技術のドロップ数補正も併用できるので、通常のドロップ数補正も併用できるので、通常のドロップ数を例えば6×15ドロップ=90plや、6pl×3ドロップ=18plに設定すれば、他は前述した方法と同様の手法で、種々のモードを実現できる。

このように、従来技術である単なる体積補正、ドロップ数補正とを併用することも可能である。

以上のように、インクジェットプリンタヘッドのノズルから吐出されるインクの基本吐出量を可変するようにしたので、高速モードが設定されても最大液滴量を減らしたり解像度を低くすることがないため、印字品質を保つことができる。

また、高画質モードが設定されても、解像度を上げることはないので、印字速度を低下させることはない。

なお、上記実施の形態では、深さ300μm、幅80μm、長さ1.2mm、吐出口最小径26μmのインクジェットプリンタヘッドを用いることによりインクの基本吐出量を4〜7plの範囲内で可変するようにしたが、インクジェットプリンタヘッドの各寸法を変更することによりインクの基本吐出量を適宜変更することができる。

本発明の一実施の形態に係わるインクジェットプリンタヘッドの要部断面図。同実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッドの駆動に用いられる駆動波形を示す図。

符号の説明

１…インクジェットプリンタヘッド、2…積層圧電部材、4…天板、5…溝、6…支柱、D1…第１の駆動波形、D2…第２の駆動波形。

Claims

マルチドロップ式インクジェットプリンタヘッドの駆動方法において、
前記インクジェットプリンタヘッドの各圧力室に印加される駆動波形として前記圧力室の予備振動をさせるブースト波形を付加した第１の駆動波形あるいは前記圧力室の振動を抑えるダンピング波形を付加した第２の駆動波形を使用して、前記圧力室から吐出されるインクの基本吐出量を可変したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
更に、前記第１の駆動波形あるいは第２の駆動波形の駆動電圧Ｖを可変して前記インクの基本吐出量を可変したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
前記第１の駆動波形は、前記圧力室を拡張させる吐出波形の前に前記ブースト波形が与えられている波形であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
前記第２の駆動波形は、前記圧力室からインク滴を吐出させる毎に前記圧力室の振動を抑えるダンピング波形を付加した波形であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
前記インクの基本吐出量にあわせて階調数も可変されることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
前記インクの基本吐出量は記録媒体に応じて可変されることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。
前記インクの基本吐出量は解像度に応じて可変されることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッドの駆動方法。