JP2007111965A - Driving method of inkjet head and inkjet recording apparatus - Google Patents

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JP2007111965A JP2005305103A JP2005305103A JP2007111965A JP 2007111965 A JP2007111965 A JP 2007111965A JP 2005305103 A JP2005305103 A JP 2005305103A JP 2005305103 A JP2005305103 A JP 2005305103A JP 2007111965 A JP2007111965 A JP 2007111965A
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Ryutaro Kusunoki
竜太郎 楠
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve printing speed while suppressing generation of ink mist and air bubble entrainment from a nozzle. <P>SOLUTION: One ink droplet is discharged by: a first step of retracting an ink meniscus in a nozzle of an inkjet head into the inside of the inkjet head; a second step of advancing the ink meniscus to an outside of the inkjet head after the first step and injecting ink; and a third step of retracting the ink meniscus into the inside of the inkjet head after the second step. The time ratio of the second step to the start of the first step through to the end of the third step is set at 0.38 to 0.5. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、駆動信号に応じて圧力室の容積を可変させインクを吐出するインクジェットヘッドの駆動方法およびインクジェット記録装置に関する。   The present invention relates to an inkjet head driving method and an inkjet recording apparatus that eject ink by changing the volume of a pressure chamber in accordance with a drive signal.

圧電アクチュエータの変形によってインクが充填された圧力室の容積を可変させインクを吐出させる圧電式のインクジェットヘッドが、広く使われている。圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドは、インクメニスカスの制御が比較的容易なため、印刷媒体に印字するドットの大きさを個々に変化させる階調記録を行うことができる。   2. Description of the Related Art Piezoelectric ink jet heads that change the volume of a pressure chamber filled with ink by deformation of a piezoelectric actuator and eject ink are widely used. An ink jet head using a piezoelectric actuator can relatively easily control the ink meniscus, and therefore can perform gradation recording in which the size of dots printed on a printing medium is individually changed.

また、圧電式のインクジェットヘッドを用いた記録装置では、1つのインク滴の吐出行程において、ノズル内のインクメニスカスを初期位置より後退させ、その後にインクメニスカスを前進させて初期位置よりインクメニスカスが前に出た分をインク滴として吐出し、その後再びインクメニスカスを後退させる技術が広く用いられている。   In a recording apparatus using a piezoelectric inkjet head, the ink meniscus in the nozzle is retracted from the initial position and then the ink meniscus is advanced in the ejection stroke of one ink droplet, and the ink meniscus is moved forward from the initial position. A technique is widely used in which the ink droplets are ejected as ink droplets and then the ink meniscus is retracted again.

特許文献1には、せん断モード型のインクジェットヘッドを用いて階調記録を行う技術が開示されている。その階調記録を行うために、1画素を形成する複数のインク滴を連続的に吐出させ、吐出インク滴数を制御している。この技術では、インクジェットヘッドは4分割駆動され、1つのノズルからインク滴を吐出し次にそのノズルからインクを吐出するまでの時間を1印字周期として、その1印字周期の1/4の時間内に4つのインク滴を吐出させる必要がある。したがって、第5図に示されるように、インク滴の吐出行程に要する時間が印字周期のほとんどを占めている。   Patent Document 1 discloses a technique for performing gradation recording using a shear mode type ink jet head. In order to perform the gradation recording, a plurality of ink droplets forming one pixel are continuously ejected to control the number of ejected ink droplets. In this technology, the inkjet head is driven in four parts, and the time from ejection of ink droplets from one nozzle to ejection of ink from that nozzle is taken as one printing cycle, and within a quarter of that printing cycle. It is necessary to eject four ink droplets. Therefore, as shown in FIG. 5, the time required for the ink droplet ejection process occupies most of the printing cycle.

特許文献2には、特許文献1に開示されている駆動信号と同様に駆動信号の波形を変えることにより、インク滴を吐出する前のインクメニスカスの後退時間や、インク滴を吐出した後のインクメニスカスの後退時間を変化させることが開示されている。しかし、インクメニスカスが前進する時間、すなわちインクの噴射時間や、1つのインク滴の吐出行程に要する時間はほぼ一定である。   Patent Document 2 discloses that the ink meniscus retraction time before ink droplets are ejected and the ink after ink droplets are ejected by changing the waveform of the drive signal in the same manner as the drive signal disclosed in Patent Document 1. Changing the meniscus retraction time is disclosed. However, the time for which the ink meniscus advances, that is, the time for ejecting ink and the time required for the ejection stroke of one ink droplet are substantially constant.

特開2004−42414号公報JP 2004-42414 A 特開2004−82697号公報JP 2004-82697 A

本発明者は、これら特許文献1および2に開示された技術では、さらに以下に述べるような改善するべき点を見出した。以下の説明で述べる、1つのインク滴の吐出行程に要する時間(以下「吐出行程時間」と称する)とは、インクメニスカスを後退させ、その後にインクメニスカスを前進させてインクを噴射し、その後にインクメニスカスを後退させる時間の和のことである。   The inventor has found that the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 should be further improved as described below. In the following description, the time required for the ejection stroke of one ink droplet (hereinafter referred to as “ejection stroke time”) refers to the backward movement of the ink meniscus, the forward movement of the ink meniscus, and the subsequent ejection of ink. It is the sum of the time to move the ink meniscus backward.

特許文献1に開示された技術では、インク滴の吐出動作を行っている時間が印字周期のほとんどを占めている。そのため、この技術を用いて印字周期をさらに短縮して印刷速度を向上させるためには、吐出行程時間を短縮する必要がある。吐出行程時間を短縮するためには、特許文献2に記載されたように吐出行程時間に対するインクの噴射時間の比が一定な場合、インクの噴射時間を短縮する必要がある。   In the technique disclosed in Patent Document 1, the time during which ink droplets are ejected occupies most of the printing cycle. Therefore, in order to further shorten the printing cycle and improve the printing speed using this technique, it is necessary to shorten the discharge stroke time. In order to shorten the ejection stroke time, it is necessary to shorten the ink ejection time when the ratio of the ink ejection time to the ejection stroke time is constant as described in Patent Document 2.

単にインクの噴射時間を短縮した場合、インク滴の吐出体積が減少する。インクの噴射時間を短縮しつつインク滴の所望の吐出体積を維持するには、インク滴の吐出速度を大きくするか、ノズルの開口径を大きくする必要がある。しかし、吐出速度を大きくするとインクミストが発生しやすくなって印字品質が損なわれる上、ノズルから気泡を巻き込みやすくなり吐出安定性が低下する。したがって、インク滴の吐出速度を大きくすることによってインクの噴射時間を短縮して、印刷速度を向上させる方法には限界がある。   If the ink ejection time is simply shortened, the ink droplet ejection volume decreases. In order to maintain a desired ejection volume of ink droplets while shortening the ink ejection time, it is necessary to increase the ejection speed of the ink droplets or increase the nozzle opening diameter. However, when the discharge speed is increased, ink mist is liable to be generated and the print quality is impaired, and bubbles are easily caught from the nozzle, and the discharge stability is lowered. Therefore, there is a limit to a method for improving the printing speed by shortening the ink ejection time by increasing the ink droplet ejection speed.

そのため、本発明者は、インクの噴射時間を短縮するにあたり、ノズルの開口径を大きくしてインク滴の吐出速度を低い値に維持しつつ所望の吐出体積のインク滴を得ることを試みた。しかし、ノズルの開口径を大きくしても、やはりノズルからの気泡の巻き込みによる吐出安定性の低下が発生した。   Therefore, in order to shorten the ink ejection time, the present inventor attempted to obtain ink droplets having a desired ejection volume while increasing the nozzle opening diameter and maintaining the ink droplet ejection speed at a low value. However, even when the opening diameter of the nozzle was increased, the discharge stability was lowered due to the entrainment of bubbles from the nozzle.

以上のように、特許文献1および2に開示した技術では、さらに印刷速度を向上させた場合、吐出安定性を実用的なレベルに改善すべきであることがわかった。   As described above, with the technologies disclosed in Patent Documents 1 and 2, it has been found that when the printing speed is further increased, the ejection stability should be improved to a practical level.

本発明は、以上の課題を解決するために、インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有するインクジェットヘッドを、前記駆動信号に応じて駆動し前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法において、前記ノズル内のインクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第1の行程と、前記第1の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの外部へ前進させインクを噴射する第2の行程と、前記第2の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第3の行程により1つのインク滴を吐出し、前記第1の行程の開始から第3の行程の終了までの時間に対する前記第2の行程の時間の比を0.38〜0.5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方法とした。   In order to solve the above problems, the present invention provides a nozzle that discharges ink, a pressure chamber that communicates with the nozzle, an ink supply unit that supplies ink to the pressure chamber, and a volume of the pressure chamber as a drive signal. In an ink jet head driving method in which an ink jet head having an actuator that is variable according to the drive signal is driven in accordance with the drive signal and ink is ejected from the nozzle, an ink meniscus in the nozzle is retracted into the ink jet head. 1 stroke, a second stroke in which the ink meniscus is advanced to the outside of the inkjet head after the first stroke, and ink is ejected after the second stroke, and the ink meniscus is moved into the interior of the inkjet head after the second stroke. One ink droplet is ejected by the third stroke that moves backward to the first stroke, Starting from the driving method of ink jet head is characterized in that setting the time ratio of the second stroke from 0.38 to 0.5 with respect to time to the end of the third stroke of.

本発明は、吐出行程時間に対するインクの噴射時間の比を1/3より大きくすることにより、インクの噴射時間を短縮することなく吐出行程時間を短縮した。そのため、インク滴の吐出速度を増加させたり、ノズルの開口径を大きくしたりことなく、従来方法に比べ印刷速度を向上させつつ吐出安定性を実用的なレベルに維持することを可能にした。   In the present invention, the ratio of the ink ejection time to the ejection stroke time is made larger than 1/3, thereby shortening the ejection stroke time without shortening the ink ejection time. Therefore, it is possible to maintain the ejection stability at a practical level while improving the printing speed as compared with the conventional method without increasing the ink droplet ejection speed or increasing the nozzle opening diameter.

以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。最初に、インクジェットヘッド101の構造について述べる。図1及び図2は各々インクジェットヘッド101の縦断面図及び横断面図である。低誘電率の基板1の先端部には、分極方向が互いに板厚方向に対して内側に向かって反対になるように貼り合わせた圧電部材2、3が埋め込まれている。そして、圧電部材2、3及び圧電部材2、3の後方にある基板1の部分には、ダイヤモンドカッタによる切削加工で、一定の間隔で複数の長溝6が互いに平行に形成されている。インク供給手段であるインク供給路14は、前記基板1の上に天板枠4とインク供給口15を有する天板蓋5を接着して形成されている。前記各長溝6の圧電部材2、3と天板枠4とで囲まれた部分が、圧力室7となっている。前記各圧電部材2、3は、圧力室7を変形駆動するアクチュエータ13になっている。前記各圧力室7の先端には、インク滴を吐出するためのノズル10を形成したノズルプレート11が接着剤により固定されている。圧力室7を形成する長溝6の側面と底面には、個々に電気的に独立した電極8が無電解メッキにより形成されている。前記電極8は圧力室7の後端から基板1の上面に延出して後述する駆動回路に接続されている。なお、電極8の形成は、無電解メッキに限らず、スパッタリングや真空蒸着などで電極材を成膜後、エッチングにより所定のパターンにする方法で形成することも可能である。ここで、圧力室7の長さLは、図1に示すように圧力室7の先端から天板枠4の後端部すなわち長溝6と天板枠4で囲まれている部分である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the structure of the inkjet head 101 will be described. 1 and 2 are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of the inkjet head 101, respectively. Piezoelectric members 2 and 3 are embedded in the tip portion of the low dielectric constant substrate 1 so that the polarization directions are opposite to each other inward with respect to the plate thickness direction. A plurality of long grooves 6 are formed in parallel to each other at regular intervals in the piezoelectric members 2 and 3 and the portion of the substrate 1 behind the piezoelectric members 2 and 3 by cutting with a diamond cutter. The ink supply path 14 serving as an ink supply means is formed by adhering a top plate frame 4 and a top plate lid 5 having ink supply ports 15 on the substrate 1. A portion of each long groove 6 surrounded by the piezoelectric members 2 and 3 and the top frame 4 is a pressure chamber 7. Each of the piezoelectric members 2 and 3 is an actuator 13 that deforms and drives the pressure chamber 7. A nozzle plate 11 on which nozzles 10 for ejecting ink droplets are formed is fixed to the tip of each pressure chamber 7 with an adhesive. Electrodes 8 that are electrically independent from each other are formed on the side and bottom surfaces of the long groove 6 forming the pressure chamber 7 by electroless plating. The electrode 8 extends from the rear end of the pressure chamber 7 to the upper surface of the substrate 1 and is connected to a drive circuit described later. The electrode 8 is not limited to electroless plating, and can be formed by a method of forming a predetermined pattern by etching after forming an electrode material by sputtering or vacuum deposition. Here, the length L of the pressure chamber 7 is a portion surrounded by the rear end of the top plate frame 4, that is, the long groove 6 and the top plate frame 4 from the front end of the pressure chamber 7 as shown in FIG. 1.

次に、駆動回路について述べる。図3に駆動回路のブロック図を示す。駆動回路は、駆動波形メモリー21とD/A変換機22と増幅器23からなる駆動信号発生手段、駆動信号選択手段24、画像メモリー25、デコーダ26で構成されている。駆動波形メモリー21には、インクを吐出する圧力室に印加する駆動信号ACTと、インクを吐出しない圧力室に印加する駆動信号INAの波形情報が記憶されている。これらの駆動信号ACTとINAの波形情報は、各々D/A変換機22でアナログの駆動信号に変換される。さらに、これらの駆動信号は、増幅器23で増幅された後、駆動信号選択手段24に入力される。なお、駆動回路は、D/A変換後に増幅する構成に代えて、D/A変換機22の後に駆動信号選択手段24を設け、その後に増幅器23を設けても良い。   Next, the drive circuit will be described. FIG. 3 shows a block diagram of the drive circuit. The drive circuit is composed of drive signal generation means, drive signal selection means 24, image memory 25, and decoder 26 including a drive waveform memory 21, a D / A converter 22 and an amplifier 23. The drive waveform memory 21 stores waveform information of a drive signal ACT applied to a pressure chamber that ejects ink and a drive signal INA applied to a pressure chamber that does not eject ink. The waveform information of these drive signals ACT and INA is converted into analog drive signals by the D / A converter 22 respectively. Further, these drive signals are amplified by the amplifier 23 and then input to the drive signal selection means 24. The drive circuit may be provided with the drive signal selection means 24 after the D / A converter 22 and the amplifier 23 after that instead of the configuration of amplification after the D / A conversion.

また、画像メモリー25に記録された画像の各画素の階調情報に基づき、デコーダ26がインク滴の吐出/非吐出を制御するON/OFF信号27を発生させ、ON/OFF信号27を駆動信号選択手段24に供給する。本実施例では、〔表1〕に示すように、1画素につき最大で4つのインク滴の吐出/非吐出を個別に制御することにより、8値の階調記録を行うことができる。第1ドロップの吐出体積は6plであり、第2〜第4ドロップの吐出体積は12plである。

Figure 2007111965
Further, based on the gradation information of each pixel of the image recorded in the image memory 25, the decoder 26 generates an ON / OFF signal 27 for controlling ejection / non-ejection of ink droplets, and the ON / OFF signal 27 is used as a drive signal. It supplies to the selection means 24. In this embodiment, as shown in [Table 1], 8-level gradation recording can be performed by individually controlling the ejection / non-ejection of a maximum of four ink droplets per pixel. The discharge volume of the first drop is 6 pl, and the discharge volume of the second to fourth drops is 12 pl.

Figure 2007111965

図4に駆動信号選択手段24の回路図を示す。駆動信号選択手段24は各圧力室に設けた電極に接続するアナログスイッチからなり、それぞれの電極にACT信号またはINA信号を切り替えて供給するようになっている。本実施例ではインクジェットヘッドを4分割駆動する駆動信号選択手段24を示している。駆動信号選択手段24は、個々の圧力室毎に、ON/OFF信号27がONの場合にはアナログスイッチ26によりACT信号を選択し、ON/OFF信号27がOFFの場合にはアナログスイッチ26によりINA信号を選択して、駆動信号ACT1〜4及びINA1〜4を電極8に分配する。   FIG. 4 shows a circuit diagram of the drive signal selection means 24. The drive signal selection means 24 is composed of an analog switch connected to an electrode provided in each pressure chamber, and supplies an ACT signal or an INA signal by switching to each electrode. In this embodiment, drive signal selection means 24 for driving the ink-jet head into four parts is shown. For each pressure chamber, the drive signal selection means 24 selects the ACT signal by the analog switch 26 when the ON / OFF signal 27 is ON, and by the analog switch 26 when the ON / OFF signal 27 is OFF. The INA signal is selected, and the drive signals ACT 1 to 4 and INA 1 to 4 are distributed to the electrodes 8.

圧力室7cからインクを吐出させ、同じ動作タイミングにある圧力室7gからインクを吐出させない場合を例示し、駆動信号選択手段24の構成を説明する。圧力室7cには、ON/OFF信号27cと、その左右のON/OFF信号27a、27b、27dをONにして、インクを吐出させる圧力室7cに設けた電極8cとその左右の圧力室に設けた電極8a、8b、8dにはACT信号を供給する。圧力室7gには、ON/OFF信号27gと、左右のON/OFF信号27e、27f、27hをOFFにし、インクを吐出させない圧力室7gに設けた電極8gとその左右の圧力室に設けた電極8e、8f、8hにはINA信号を供給する。   The configuration of the drive signal selection unit 24 will be described by exemplifying a case where ink is ejected from the pressure chamber 7c and ink is not ejected from the pressure chamber 7g at the same operation timing. In the pressure chamber 7c, the ON / OFF signal 27c and the left and right ON / OFF signals 27a, 27b, and 27d are turned on, and the electrode 8c provided in the pressure chamber 7c for discharging ink and the left and right pressure chambers are provided. An ACT signal is supplied to the electrodes 8a, 8b and 8d. In the pressure chamber 7g, the ON / OFF signal 27g and the left and right ON / OFF signals 27e, 27f, and 27h are turned OFF, and the electrode 8g provided in the pressure chamber 7g that does not eject ink and the electrode provided in the left and right pressure chambers The INA signal is supplied to 8e, 8f, and 8h.

続いて、駆動信号選択手段に供給される駆動信号ACT1〜4及びINA1〜4について述べる。図5に、インクを吐出させる駆動信号であるACT1〜4と、インクを吐出させない駆動信号であるINA1〜4を示す。ここで、ACT1〜4とINA1〜4の周期をTcとする。Tcは、1画素の印字周期に相当する。すなわち、あるノズルから1画素を形成するインク滴を吐出を開始してから、次に同ノズルがインク滴を吐出可能になるまでの時間である。また、ACT1〜4とINA1〜4は、時分割された時間だけ位相が異なる。本実施例では時分割数は4であるので、ACT1〜4とINA1〜4は、Tc/4の時間ずつ位相がずれている。ACT1〜4は、W1、W2、W3の3つの駆動信号で構成され、INAは駆動信号W3、W4、W5の3つの駆動信号で構成されている。図6に、駆動信号W1〜5を拡大して示す。W1〜5は、各々体積が6plの第1ドロップを吐出させる期間にあるW1a、W2a、W3a、W4a、W5aと、体積が12plの第2ドロップを吐出させる期間にあるW1b、W2b、W3b、W4b、W5bと、同じく体積が12plの第3ドロップを吐出させる期間にあるW1c、W2c、W3c、W4c、W5cと、同じく体積が12plの第4ドロップを吐出させる期間にあるW1d、W2d、W3d、W4d、W5dとで構成されている。例えば、圧力室7cから6plインクを吐出させる場合、第3サイクルにおいてON/OFF信号27a〜dをONにすることにより、圧力室7aにはW3a、圧力室7bと7dにはW2a、圧力室7cにはW1aの駆動信号が供給される。   Next, drive signals ACT1 to ACT1 and INA1 to INA4 supplied to the drive signal selection unit will be described. FIG. 5 shows ACT1 to ACT4 which are drive signals for ejecting ink and INA1 to 4 which are drive signals for not ejecting ink. Here, the cycle of ACT1 to ACT4 and INA1 to INA4 is Tc. Tc corresponds to a printing cycle of one pixel. That is, it is the time from the start of ejection of an ink droplet that forms one pixel from a certain nozzle until the next nozzle can eject the ink droplet. Moreover, ACT1-4 and INA1-4 differ in a phase only by the time-division time. Since the number of time divisions is 4 in this embodiment, the phases of ACT 1 to 4 and INA 1 to 4 are shifted by a time of Tc / 4. ACT1 to ACT4 are composed of three drive signals W1, W2 and W3, and INA is composed of three drive signals W3, W4 and W5. FIG. 6 shows enlarged drive signals W1 to W5. W1 to W5 are W1a, W2a, W3a, W4a, and W5a in a period for discharging a first drop having a volume of 6 pl, and W1b, W2b, W3b, and W4b are in a period for discharging a second drop having a volume of 12 pl. , W5b, and W1c, W2c, W3c, W4c, W5c, which are in the period for discharging the third drop having the volume of 12 pl, and W1d, W2d, W3d, W4d, which are also in the period for discharging the fourth drop having the volume of 12 pl. , W5d. For example, when 6 pl ink is ejected from the pressure chamber 7c, the ON / OFF signals 27a to 27d are turned ON in the third cycle, so that the pressure chamber 7a has W3a, the pressure chambers 7b and 7d have W2a, and the pressure chamber 7c. Is supplied with a drive signal W1a.

次に、駆動信号W1〜W5の波形の生成方法について述べる。駆動信号W1〜W5の波形は、インク吐出によるメニスカス後退を無視した仮想のメニスカス振動(以下、仮想メニスカス振動と称する)と、実際のインクジェットヘッドの駆動信号に対するメニスカス振動から得られた応答特性とから、駆動信号の波形を逆算することによって求めることができる。   Next, a method for generating waveforms of the drive signals W1 to W5 will be described. The waveforms of the drive signals W1 to W5 are based on virtual meniscus vibration (hereinafter referred to as virtual meniscus vibration) ignoring meniscus retreat due to ink ejection and response characteristics obtained from the meniscus vibration with respect to the actual drive signal of the inkjet head. , By calculating back the waveform of the drive signal.

仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるノズル内のメニスカス振動のうち、ノズルからインクが排出されることに伴うメニスカスの後退や、インクの表面張力等によるインクリフィル作用に伴うメニスカスの前進などの非線形な成分を除去した、駆動信号に対して線形なメニスカス振動である。図7に実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の相違を示す。このようなメニスカス振動は、インクが吐出しない程度に振幅を縮小した駆動信号をインクジェットヘッドに与えた場合に発生するメニスカス振動の振幅を拡大したものと考えることができる。   The virtual meniscus vibration is the meniscus vibration in the nozzle that occurs in the actual ejection operation of the inkjet head. The meniscus retreats due to the ink being ejected from the nozzle, the ink refilling action caused by the ink surface tension, etc. This is a meniscus vibration that is linear with respect to the drive signal, from which nonlinear components such as forward movement are removed. FIG. 7 shows the difference between actual meniscus vibration and virtual meniscus vibration. Such meniscus vibration can be considered to be an expansion of the amplitude of the meniscus vibration that occurs when a drive signal whose amplitude is reduced to the extent that ink is not ejected is applied to the inkjet head.

このような仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動とは異なっているが、インク吐出時のメニスカスの流速やノズルの外部に押し出されるインクの体積などの、インク滴の吐出速度や吐出体積に関わる重要な特性を備えている。また、実際のメニスカス振動は、非線形振動なことに加え、インクリフィル作用など駆動信号とは無関係な要因の影響を受けるので、これを駆動信号により制御することには限界がある。これに対し、仮想メニスカス振動は、非線形振動やインクリフィル作用などの駆動信号とは無関係な要因の影響を受けないので、仮想メニスカス振動を駆動信号により再現することが十分可能である。したがって、望ましい仮想メニスカス振動を定義し、それを生じさせる駆動信号をアクチュエータに与えることにより、インク滴の吐出速度や吐出体積などに関して望ましい特性を得ることができる。   Such virtual meniscus vibration is different from the meniscus vibration that occurs in the actual ejection operation of an inkjet head, but the ink droplet ejection such as the meniscus flow rate during ink ejection and the volume of ink pushed out of the nozzle It has important characteristics related to speed and discharge volume. In addition, the actual meniscus vibration is influenced by factors that are not related to the drive signal, such as an ink refill action, in addition to non-linear vibration, and there is a limit to controlling this by the drive signal. On the other hand, since the virtual meniscus vibration is not affected by factors unrelated to the drive signal such as nonlinear vibration and ink refilling action, the virtual meniscus vibration can be sufficiently reproduced by the drive signal. Therefore, by defining a desired virtual meniscus vibration and giving the actuator a drive signal for generating the desired virtual meniscus vibration, it is possible to obtain desirable characteristics regarding the ink droplet ejection speed, ejection volume, and the like.

図8に、仮想メニスカス振動の変位(仮想メニスカス変位)の一例を示す。X1〜X4はACT信号が選択されたノズルの仮想メニスカス変位で、X5〜X8はINA信号が選択されたノズルの仮想メニスカス変位である。インクを吐出するノズルの仮想メニスカス変位はX3である。変位はノズル面を基準とし、インクの吐出方向の変位を図面の上側としメニスカスがノズル内に引き込まれる方向を下側として示している。   FIG. 8 shows an example of the displacement of virtual meniscus vibration (virtual meniscus displacement). X1 to X4 are virtual meniscus displacements of the nozzles for which the ACT signal is selected, and X5 to X8 are virtual meniscus displacements of the nozzles for which the INA signal is selected. The virtual meniscus displacement of the nozzle that ejects ink is X3. The displacement is shown on the basis of the nozzle surface, the displacement in the ink ejection direction is the upper side of the drawing, and the direction in which the meniscus is drawn into the nozzle is the lower side.

インクを吐出するノズルの仮想メニスカス変位Xは、第1〜第4の各ドロップのインク吐出行程において、インク噴射前にノズル内のインクメニスカスをノズル面より後退させる第1の行程と、インク噴射のためにインクメニスカスをノズル面より前進させる第2の行程と、インク噴射後にインクメニスカスをノズル面まで後退させる第3の行程を有している。第1のドロップの第1の行程の時間、第2の行程の時間、第3の行程の時間は、各々t1a、t2a、t3aで示されている。また、第2〜第4ドロップの、第1の行程の時間、第2の行程の時間、第3の行程の時間は、各々t1b、t2b、t3bで示されている。第1ドロップにおいて、第1の行程の開始から第3の行程終了までの時間すなわち吐出行程時間はt1a+t2a+t3aであり、その内第2の行程の時間がインクの噴射時間t2aである。また、第2〜第4ドロップにおいて、吐出行程時間はt1b+t2b+t3bであり、インクの噴射時間はt2bである。各ドロップにおいて、吐出行程時間に対する噴射時間の比は、0.38〜0.5、好適には0.43に設定されている。 Hypothetical meniscus displacement X 3 nozzles for ejecting ink, the first to fourth ink ejection stroke of each drop, the first step of retracting from the nozzle surface of the ink meniscus in the nozzle before ink ejection, ink jet Therefore, the ink meniscus has a second stroke in which the ink meniscus is advanced from the nozzle surface, and a third stroke in which the ink meniscus is retracted to the nozzle surface after ink ejection. The time of the first stroke, the time of the second stroke, and the time of the third stroke of the first drop are respectively indicated by t1a, t2a, and t3a. Also, the time of the first stroke, the time of the second stroke, and the time of the third stroke of the second to fourth drops are indicated by t1b, t2b, and t3b, respectively. In the first drop, the time from the start of the first stroke to the end of the third stroke, that is, the discharge stroke time is t1a + t2a + t3a, and the time of the second stroke is the ink ejection time t2a. In the second to fourth drops, the ejection stroke time is t1b + t2b + t3b, and the ink ejection time is t2b. In each drop, the ratio of the ejection time to the discharge stroke time is set to 0.38 to 0.5, preferably 0.43.

本実施例では仮想メニスカス変位X、X、X、Xの振幅は仮想メニスカス変位Xの振幅の−1/3倍に設定され、仮想メニスカス変位X、X、Xの振幅は仮想メニスカス変位Xの振幅の1/9倍に設定されている。仮想メニスカス変位の振幅の比率は他の設定も可能である。 In this embodiment, the amplitudes of the virtual meniscus displacements X 1 , X 2 , X 4 and X 5 are set to −1/3 times the amplitude of the virtual meniscus displacement X 3 , and the virtual meniscus displacements X 6 , X 7 and X 8 amplitude is set to 1/9 times the amplitude of hypothetical meniscus displacement X 3. Other settings of the amplitude ratio of the virtual meniscus displacement are possible.

仮想メニスカス振動は、生成したい駆動信号の波形の種類に応じた数だけ定義する。本実施例では、インクを吐出させる駆動信号であるACT1〜ACT4と、インクを吐出させない駆動信号であるINA1〜INA4の計8つの駆動信号があるので、8つの仮想メニスカス振動を定義している。以下、定義した仮想メニスカス振動の数を変数nで表記する。本実施例ではn=8である。例えばカイザー型インクジェットヘッドのように、アクチュエータと圧力室が1:1で対応しているインクジェットヘッドの場合、n=1とする。その場合は、インクを吐出するノズルの仮想メニスカス変位のみ定義すれば良い。   The virtual meniscus vibration is defined by the number corresponding to the type of the drive signal waveform to be generated. In this embodiment, since there are a total of eight drive signals ACT1 to ACT4 which are drive signals for ejecting ink and INA1 to INA4 which are drive signals which do not eject ink, eight virtual meniscus vibrations are defined. Hereinafter, the number of defined virtual meniscus vibrations is represented by a variable n. In this embodiment, n = 8. For example, in the case of an inkjet head having a 1: 1 correspondence between the actuator and the pressure chamber, such as a Kaiser type inkjet head, n = 1. In that case, it is only necessary to define the virtual meniscus displacement of the nozzle that ejects ink.

インクジェットヘッドの応答特性は、インクジェットヘッドに応答特性測定用の駆動信号VTを与え、その駆動信号によって生じるインクメニスカスの振動を測定することによって求めることができる。応答特性測定用の駆動信号VTとしては、多くの周波数成分を有するノイズ信号か、単一の周波数成分を含む正弦波信号のいずれかが適当と考えられるが、ここでは主にノイズ信号を用いた場合について説明する。   The response characteristic of the ink jet head can be obtained by giving a drive signal VT for response characteristic measurement to the ink jet head and measuring the vibration of the ink meniscus caused by the drive signal. As the drive signal VT for measuring the response characteristics, either a noise signal having many frequency components or a sine wave signal containing a single frequency component is considered appropriate, but here a noise signal is mainly used. The case will be described.

まず、1印字周期Tcと同じ周期でかつ適当な時間間隔dtおきに無作為に電圧値を定めたノイズ信号VTを生成し、n−1個の圧力室の間隔をおいてそのノイズ信号VTをインクジェットヘッドの圧力室に与える。ノイズ信号VTを与えない圧力室の電圧は、一定の電圧とする。例えば、電極8a、8iにはノイズ信号VTを与え、電極8b〜8h、8j、8kの電圧は0Vとする。図2において符号が与えられていないその他の電極についても、同様のパターンで電圧を与える。この状態で、nに応じた数のメニスカス振動の流速波形を測定する。メニスカス振動の流速波形は、市販のレーザードップラー振動計、例えば(株)小野測器のLV−1710を用い、インクジェットヘッドのノズル内のメニスカスにレーザービームを照射することによって測定することができる。図9にノイズ信号VTを示す。同じく図9に、ノイズ信号VTが引き起こす各ノズル内のメニスカス振動の流速波形の一例を示す。ノイズ信号VTが与えられたノズル内のメニスカス振動の流速波形はUT1であり、それに順次隣接するノズル内のメニスカス振動の流速波形はUT、UT、・・・UTである。 First, a noise signal VT having a voltage value randomly determined at an appropriate time interval dt in the same cycle as one printing cycle Tc is generated, and the noise signal VT is generated at intervals of n−1 pressure chambers. Apply to the pressure chamber of the inkjet head. The voltage of the pressure chamber not giving the noise signal VT is a constant voltage. For example, the noise signal VT is given to the electrodes 8a and 8i, and the voltages of the electrodes 8b to 8h, 8j and 8k are set to 0V. The voltage is applied in the same pattern for the other electrodes not given the reference numerals in FIG. In this state, the flow velocity waveform of the meniscus vibration of the number corresponding to n is measured. The flow velocity waveform of the meniscus vibration can be measured by irradiating the meniscus in the nozzle of the inkjet head with a laser beam using a commercially available laser Doppler vibrometer, for example, LV-1710 of Ono Sokki Co., Ltd. FIG. 9 shows the noise signal VT. Similarly, FIG. 9 shows an example of the flow velocity waveform of meniscus vibration in each nozzle caused by the noise signal VT. Velocity waveform of meniscus vibrations in nozzles noise signal VT is given is UT1, it is sequentially flow velocity waveform of the meniscus vibration in adjacent nozzles UT 2, UT 3, a · · · UT 8.

数式〔数1〕と数式〔数2〕を用いて、ノイズ信号VTと、メニスカス振動の流速波形UTをフーリエ変換し、各々電圧スペクトルFVTと流速スペクトルFUTに変換する。

Figure 2007111965
Figure 2007111965
The noise signal VT and the flow velocity waveform UT of the meniscus vibration are Fourier transformed using the equations [Equation 1] and [Equation 2], respectively, and converted into a voltage spectrum FVT and a flow velocity spectrum FUT, respectively.
Figure 2007111965
Figure 2007111965

ここで、mは、レーザードップラー振動計で観測された時系列流速データのデータ数である。レーザードップラー振動計で観測された流速データのサンプリング時間をdtとすれば、mはTc/dtの値となる。添字のiは、圧力室の番号を示す1からnまでの整数である。また、添字のjは、時系列データにおいて先頭からj番目のデータを示す1〜mまでの整数である。j番目のデータは、時刻j×dtのデータを示している。添字のkは、周波数系列データにおいて先頭からk番目のデータを示す1〜mまでの整数である。k番目のデータは、周波数(k−1)/Tcのデータを示している。Iは虚数単位である。ここで述べた添字の記法は以下の説明においても用いることとする。   Here, m is the number of time-series flow velocity data observed with a laser Doppler vibrometer. If the sampling time of flow velocity data observed with a laser Doppler vibrometer is dt, m is a value of Tc / dt. The subscript i is an integer from 1 to n indicating the number of the pressure chamber. The subscript j is an integer from 1 to m indicating the jth data from the top in the time series data. The j-th data indicates data at time j × dt. The subscript k is an integer from 1 to m indicating the kth data from the top in the frequency series data. The k-th data indicates data of frequency (k−1) / Tc. I is an imaginary unit. The notation of the subscript described here will be used in the following description.

電圧スペクトルFVTi,kは、ノイズ信号VTの周波数(k−1)/Tcにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、流速スペクトルFUTi,kは、メニスカス振動の流速波形UTの周波数(k−1)/Tcにおける流速振幅と位相を複素数の形で表している。 The voltage spectrum FVT i, k represents the voltage amplitude and phase at the frequency (k−1) / Tc of the noise signal VT i in the form of complex numbers. The flow velocity spectrum FUT i, k represents the flow velocity amplitude and phase at the frequency (k−1) / Tc of the meniscus vibration flow velocity waveform UT i in the form of complex numbers.

電圧スペクトルFVTと流速スペクトルFUTから、数式〔数3〕より駆動信号により引き起こされるメニスカス振動の応答特性Rが求められる。

Figure 2007111965
From the voltage spectrum FVT and the flow velocity spectrum FUT, the response characteristic R of the meniscus vibration caused by the drive signal is obtained from the equation [Equation 3].
Figure 2007111965

i,kは、1番目の圧力室に周波数(k−1)/Tcの駆動信号が与えられたときにi番目の圧力室に発生するメニスカス振動の流速の振幅と位相を複素数形で示している。図10に、各ノズルの周波数応答R〜Rの、周波数と複素数の絶対値の関係及び周波数と複素数の位相角の関係を示す。 R i, k indicates in complex form the amplitude and phase of the flow velocity of the meniscus vibration generated in the i-th pressure chamber when a drive signal of frequency (k−1) / Tc is given to the first pressure chamber. ing. FIG. 10 shows the relationship between the frequency and the absolute value of the complex number and the relationship between the frequency and the phase number of the complex number of the frequency responses R 1 to R 8 of each nozzle.

なお、テスト駆動信号VTとしてノイズ波形を求める場合について説明したが、テスト駆動信号VTとして周波数可変の正弦波や余弦波を用い、各周波数における流速振動の振幅と位相を測定することによって応答特性Rを求めることも可能である。   Although the case where a noise waveform is obtained as the test drive signal VT has been described, a response characteristic R is obtained by measuring the amplitude and phase of flow velocity vibration at each frequency using a sine wave or cosine wave with a variable frequency as the test drive signal VT. Is also possible.

続いて、仮想メニスカス変位Xと応答特性Rから駆動信号の波形を求める方法について述べる。まず、仮想メニスカス変位Xに対応する仮想メニスカス流速Uを求める。仮想メニスカス流速Uは、数式〔数4〕により求められる。

Figure 2007111965
Next, a method for obtaining the waveform of the drive signal from the virtual meniscus displacement X and the response characteristic R will be described. First, a virtual meniscus flow velocity U corresponding to the virtual meniscus displacement X is obtained. The virtual meniscus flow velocity U is obtained by the mathematical formula [Equation 4].
Figure 2007111965

図11に、数式〔数4〕により求められた仮想メニスカス流速U〜Uを示す。図11に示されるように、各ドロップのインク噴射速度とインクメニスカスの後退時間は一定になるように仮想メニスカス変位Xの各行程の時間は調整されている。 Figure 11 illustrates a hypothetical meniscus flow velocity U 1 ~U 8 obtained by equation [Equation 4]. As shown in FIG. 11, the time of each stroke of the hypothetical meniscus displacement X 3 so that the ink ejection speed and ink meniscus retraction time of each drop constant is adjusted.

次に、数式〔数5〕を用いて仮想メニスカス流速Uのフーリエ変換を行い、仮想メニスカス流速Uの流速スペクトルFUを得る。

Figure 2007111965
Next, Fourier transformation of the virtual meniscus flow velocity U is performed using Equation [5] to obtain a flow velocity spectrum FU of the virtual meniscus flow velocity U.
Figure 2007111965

流速スペクトルFUi,kは、仮想メニスカス流速Uの周波数(k−1)/Tcにおける流速振幅と位相を複素数の形で表している。 The flow velocity spectrum FU i, k represents the flow velocity amplitude and phase at the frequency (k−1) / Tc of the virtual meniscus flow velocity U i in the form of complex numbers.

次に、インクジェットヘッドの応答特性Rと仮想メニスカス振動の流速スペクトルFUとから、駆動信号の電圧スペクトルFVAを求める。応答特性行列[R]を数式〔数6〕、電圧ベクトル{FVA}を数式〔数7〕、仮想メニスカス振動の流速ベクトル{FU}を数式〔数8〕としたとき、数式〔数9〕により周波数(k−1)/Tcにおける電圧ベクトルFVAが求められる。

Figure 2007111965

Figure 2007111965

Figure 2007111965

Figure 2007111965
Next, the voltage spectrum FVA of the drive signal is obtained from the response characteristic R of the inkjet head and the flow velocity spectrum FU of the virtual meniscus vibration. When the response characteristic matrix [R] k is expressed by the following equation (6), the voltage vector {FVA} k is expressed by the following equation (7), and the flow velocity vector {FU} k of the virtual meniscus vibration is expressed by the following equation (8): 9], the voltage vector FVA k at the frequency (k-1) / Tc is obtained.
Figure 2007111965

Figure 2007111965

Figure 2007111965

Figure 2007111965

数式〔数7〕および数式〔数9〕で得られた電圧スペクトルFVAi,kは、駆動信号VAの周波数(k−1)/Tcにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、数式〔数6〕で得られる[R]のa行b列目の要素は、b番目の圧力室に印加される駆動信号の周波数(k−1)/Tcにおける電圧振動に対するa番目の圧力室に連通するノズル内のメニスカス振動の流速の振幅と位相の変化を複素数の形で表している。[R] −1は[R]の逆行列である。逆行列の演算は、例えばWOLFRAM RESEARCH社のMATHEMATICAなどの数式解析ソフトウエアにより行うことができる。 The voltage spectrum FVA i, k obtained by the equations [Equation 7] and [Equation 9] represents the voltage amplitude and phase at the frequency (k−1) / Tc of the drive signal VA i in the form of complex numbers. In addition, the element in the a row and the b column of [R] k obtained by the mathematical formula [Equation 6] is the a th for the voltage oscillation at the frequency (k−1) / Tc of the drive signal applied to the b th pressure chamber. The change in the amplitude and phase of the flow velocity of the meniscus vibration in the nozzle communicating with the pressure chamber is expressed in the form of a complex number. [R] k −1 is an inverse matrix of [R] k . The calculation of the inverse matrix can be performed by mathematical analysis software such as MATHEMATICA manufactured by WOLFRAM RESEARCH.

次に、電圧スペクトルFVAを数式〔数10〕で逆フーリエ変換することにより、駆動信号VAの波形が得られる。

Figure 2007111965
Next, the waveform of the drive signal VA is obtained by performing an inverse Fourier transform on the voltage spectrum FVA using Equation [10].
Figure 2007111965

ここで、Re[z]は、複素数z=a+bIの実数部aを得る関数である。VAi,jは、仮想メニスカス流速Uを発生させる駆動信号VAの、i番目の圧力室の時刻j×dtにおける電圧値である。また、m’は、駆動信号VAの周波数成分の上限を決める整数である。m’を大きくしていくと仮想メニスカス振動の再現性が向上するとともに駆動信号VAの電圧振幅が増加する。m’がある値を超えると、駆動信号VAの電圧振幅の増加が著しくなる。したがって、m’の値は駆動信号VAの電圧振幅の増加が著しくなる値より少し小さな値に調整することが望ましい。 Here, Re [z] is a function for obtaining the real part a of the complex number z = a + bI. VA i, j is a voltage value at time j × dt of the i-th pressure chamber of the drive signal VA for generating the virtual meniscus flow velocity U. M ′ is an integer that determines the upper limit of the frequency component of the drive signal VA. As m ′ is increased, the reproducibility of the virtual meniscus vibration is improved and the voltage amplitude of the drive signal VA is increased. When m ′ exceeds a certain value, the voltage amplitude of the drive signal VA increases significantly. Therefore, it is desirable to adjust the value of m ′ to a value slightly smaller than the value at which the voltage amplitude of the drive signal VA increases significantly.

以上のようにして得られる駆動信号VAの一例を図12に示す。駆動信号VAは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることも可能である。上述の方法で求めた駆動信号をそのまま用いた場合には駆動信号の電圧変化の範囲が大きく駆動回路が高価となるため、本実施例では、駆動信号の電圧変化の範囲を狭めて駆動回路の低価格化を図った。電圧変化の範囲を狭めるために、各時刻における駆動信号VA〜VAの電圧の最小値を求め、駆動信号VA〜VAのそれぞれの電圧からその最小値を引き算する。算出した駆動信号VB〜VBを図13に示す。このようにして得られたVB〜VBの適当な区間を切り取ることにより、駆動信号W1〜W5が得られる。 An example of the drive signal VA obtained as described above is shown in FIG. The drive signal VA can be used as it is as a drive signal for the inkjet head. When the drive signal obtained by the above method is used as it is, the drive signal voltage change range is large and the drive circuit becomes expensive. In this embodiment, the drive signal voltage change range is narrowed to reduce the drive signal voltage range. The price was reduced. To narrow the range of voltage variation, determining the minimum value of the voltage of the drive signal VA 1 to VA 8 at each time, it subtracts the minimum value from each of the voltage of the drive signal VA 1 to VA 8. The calculated drive signals VB 1 to VB 8 are shown in FIG. By cutting the appropriate section of VB 1 through Vb 8 obtained in this manner, the drive signal W1~W5 is obtained.

続いて、本実施例の作用と効果について説明する。本発明者は、上記の構成のインクジェット記録装置において、ノズル10のインク吐出側の開口径と、吐出行程時間に対する噴射時間の比を変化させ、吐出安定性の評価を行った。   Subsequently, the operation and effect of the present embodiment will be described. In the ink jet recording apparatus having the above-described configuration, the inventor evaluated the ejection stability by changing the ratio of the opening diameter of the nozzle 10 on the ink ejection side and the ejection time to the ejection stroke time.

具体的には、〔表2〕に示す開口径のノズルを有するインクジェットヘッドの各々に対し、〔表1〕の階調7の駆動信号を与えて吐出体積が42plになるように駆動信号の電圧振幅を調整した。さらに、仮想メニスカス振動の第1ドロップの吐出行程時間(t1a+t2a+t3a)と第2〜第4ドロップの吐出行程時間(t1b+t2b+t3b)の時間を一定に保ちつつ、インク滴の吐出速度が10〜12m/sになるように第1ドロップのインク噴射時間t2aと第2〜第4ドロップのインク噴射時間t2bを調整した。

Figure 2007111965
Specifically, the voltage of the drive signal is set so that the ejection volume is 42 pl by giving the drive signal of gradation 7 of [Table 1] to each of the inkjet heads having the nozzles having the opening diameters shown in [Table 2]. The amplitude was adjusted. Further, while maintaining the first drop ejection stroke time (t1a + t2a + t3a) and the second to fourth drop ejection stroke times (t1b + t2b + t3b) of the virtual meniscus vibration, the ink droplet ejection speed is 10 to 12 m / s. The ink ejection time t2a for the first drop and the ink ejection time t2b for the second to fourth drops were adjusted so that

Figure 2007111965

このような条件でストロボと顕微鏡による吐出液滴の観測を行った結果、〔表2〕に示す結果が得られた。ここで、×はインクの吐出を開始して5分以内に1回程度の頻度で気泡巻き込みによる不吐出が発生する場合を示している。△はインクの吐出を開始して20分以内に1回程度の頻度で気泡巻き込みによる不吐出が発生する場合を示している。○は気泡巻き込みによる不吐出の頻度が20分に1回未満の場合を示している。   As a result of observing the ejected droplets with a strobe and a microscope under such conditions, the results shown in Table 2 were obtained. Here, x indicates a case where non-ejection due to bubble entrainment occurs at a frequency of about once within 5 minutes from the start of ink ejection. Δ indicates a case where non-ejection due to bubble entrainment occurs at a frequency of about once within 20 minutes from the start of ink ejection. ○ indicates the case where the frequency of non-ejection due to entrainment of bubbles is less than once every 20 minutes.

〔表2〕の結果から、インク噴射時間/吐出行程時間を0.38から0.5の範囲に設定することによって、インク滴の吐出速度を適当な範囲に保ちながらノズルの開口径を小さくでき、吐出安定性を実用的なレベルまで向上させる効果が見られた。インク噴射時間/吐出行程時間を0.5より大きくすると、吐出安定性が低下する傾向が見られた。これは、吐出行程時間を一定にしたまま噴射時間を大きくした結果、メニスカスを後退させる時間t1a、t3a、t1b、t3bが短くなり、メニスカスの後退速度が増加して気泡を巻き込みやすくなったためと推定される。   From the results of [Table 2], by setting the ink ejection time / discharge stroke time within the range of 0.38 to 0.5, the nozzle opening diameter can be reduced while keeping the ink droplet discharge speed within an appropriate range. The effect of improving the discharge stability to a practical level was observed. When the ink ejection time / ejection stroke time was made larger than 0.5, the ejection stability tended to decrease. This is presumed that as a result of increasing the injection time while keeping the discharge stroke time constant, the time t1a, t3a, t1b, t3b for retracting the meniscus is shortened, and the retracting speed of the meniscus is increased so that bubbles are easily involved. Is done.

また、本発明者は、インク噴射時間/吐出行程時間を0.43とした仮想メニスカス振動に対して算出された駆動信号の電圧振幅を、圧力室7の長さLを変化させながら解析した。この結果、駆動信号の電圧振幅を最小にする圧力室の長さLが存在することがわかった。この圧力室の長さLにおいて、アクチュエータに印加する電圧は図14に示す電圧波形VCとなる。横軸より上方向の電圧変化は圧力室7の容積を拡張させる電圧変化を示している。   The inventor also analyzed the voltage amplitude of the drive signal calculated for the virtual meniscus vibration with the ink ejection time / discharge stroke time being 0.43 while changing the length L of the pressure chamber 7. As a result, it has been found that there is a pressure chamber length L that minimizes the voltage amplitude of the drive signal. In the pressure chamber length L, the voltage applied to the actuator has a voltage waveform VC shown in FIG. A voltage change in the upward direction from the horizontal axis indicates a voltage change that expands the volume of the pressure chamber 7.

電圧波形VCの第2〜第4ドロップの波形VCb〜VCdは、初期状態から圧力室7を拡張させる第1の電圧変化と、第1の電圧変化の後に圧力室7を収縮させる第2の電圧変化と、第2の電圧変化の後に圧力室7を拡張させる第3の電圧変化と、第3の電圧変化の後に圧力室7を収縮させる第4の電圧変化と、第4の電圧変化の後に圧力室7を拡張させる第5の電圧変化とを有している。さらに、波形VCb〜VCdは、第2の電圧変化は第1の電圧変化より大きく、第3の電圧変化は第2の電圧変化より小さく、第4の電圧変化は第3の電圧変化より大きくなっている。このような電圧変化をインクジェットヘッド101のアクチュエータ13に印加することにより、吐出行程時間に対する噴射時間の比率を好適にすることができ、結果的に印刷速度を低下させることなく、より吐出安定性を向上させることができることがわかる。   The second to fourth drop waveforms VCb to VCd of the voltage waveform VC are the first voltage change that expands the pressure chamber 7 from the initial state, and the second voltage that contracts the pressure chamber 7 after the first voltage change. Change, a third voltage change that expands the pressure chamber 7 after the second voltage change, a fourth voltage change that contracts the pressure chamber 7 after the third voltage change, and after the fourth voltage change. And a fifth voltage change for expanding the pressure chamber 7. Further, in the waveforms VCb to VCd, the second voltage change is larger than the first voltage change, the third voltage change is smaller than the second voltage change, and the fourth voltage change is larger than the third voltage change. ing. By applying such a voltage change to the actuator 13 of the inkjet head 101, the ratio of the ejection time to the ejection stroke time can be made suitable, and as a result, the ejection stability can be further improved without reducing the printing speed. It can be seen that it can be improved.

本実施例のインクジェットヘッドの縦断面図。1 is a longitudinal sectional view of an ink jet head according to an embodiment. 本実施例のインクジェットヘッドの横断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet head of the present embodiment. 本実施例の駆動回路のブロック図。The block diagram of the drive circuit of a present Example. 本実施例の駆動信号選択手段の回路図。The circuit diagram of the drive signal selection means of a present Example. 本実施例の駆動信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the drive signal of a present Example. 本実施例の駆動信号の波形の詳細を示す図。The figure which shows the detail of the waveform of the drive signal of a present Example. 実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の違いを説明する図。The figure explaining the difference between an actual meniscus vibration and a virtual meniscus vibration. 本実施例の仮想メニスカス振動の変位波形を示す図。The figure which shows the displacement waveform of the virtual meniscus vibration of a present Example. 本実施例のテスト駆動信号の波形と、テスト駆動信号により発生する流速振動の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the test drive signal of a present Example, and the waveform of the flow velocity vibration generate | occur | produced by a test drive signal. 本実施例のインクジェットヘッドの応答関数を示す図。The figure which shows the response function of the inkjet head of a present Example. 本実施例の仮想メニスカス振動の流速波形を示す図。The figure which shows the flow-velocity waveform of the virtual meniscus vibration of a present Example. 本実施例の演算された駆動信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the calculated drive signal of a present Example. 本実施例の演算された駆動信号の波形を変形した波形を示す図。The figure which shows the waveform which deform | transformed the waveform of the calculated drive signal of a present Example. 本実施例の駆動信号によりアクチュエータに印加される電圧波形を示す図。The figure which shows the voltage waveform applied to an actuator by the drive signal of a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

7 圧力室
8 電極
10 ノズル
13 アクチュエータ
24 駆動信号選択手段
27 ON/OFF信号
101 インクジェットヘッド
t1 インク噴射前のメニスカスの後退時間
t2 インク噴射時間
t3 インク噴射後のメニスカスの後退時間
7 Pressure chamber 8 Electrode 10 Nozzle 13 Actuator 24 Drive signal selection means 27 ON / OFF signal 101 Inkjet head t1 Meniscus retraction time t2 before ink ejection Ink ejection time t3 Meniscus retraction time after ink ejection

Claims (3)

インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有するインクジェットヘッドを、前記駆動信号に応じて駆動し前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法において、
前記ノズル内のインクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第1の行程と、前記第1の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの外部へ前進させインクを噴射する第2の行程と、前記第2の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第3の行程により1つのインク滴を吐出し、
前記第1の行程の開始から第3の行程の終了までの時間に対する前記第2の行程の時間の比を0.38〜0.5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方法。
An ink jet head comprising: a nozzle that ejects ink; a pressure chamber that communicates with the nozzle; ink supply means that supplies ink to the pressure chamber; and an actuator that varies the volume of the pressure chamber according to a drive signal. In a driving method of an inkjet head that is driven according to a driving signal and discharges ink from the nozzle,
A first stroke in which the ink meniscus in the nozzle is retracted to the inside of the inkjet head; and a second stroke in which the ink meniscus is advanced to the outside of the inkjet head after the first stroke to eject ink. One ink droplet is ejected by a third stroke in which the ink meniscus is retracted into the inkjet head after the second stroke;
A method for driving an ink-jet head, wherein a ratio of the time of the second stroke to the time from the start of the first stroke to the end of the third stroke is set to 0.38 to 0.5.
インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータとを備えたインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを駆動する駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速振動の応答特性を測定し、その応答特性に基づいて演算によって求めた駆動信号を発生させる駆動信号発生手段を有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェット記録装置において、
前記駆動信号の波形は、前記ノズル内のインクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第1の行程と、前記第1の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの外部へ前進させる第2の行程と、前記第2の行程の後に前記インクメニスカスを前記インクジェットヘッドの内部へ後退させる第3の行程を有し、前記第1の行程の開始から第3の行程終了までの時間に対する前記第2の行程の時間の比を0.38〜0.5に設定したことを特徴とするインクジェット記録装置。
An ink jet head comprising: a nozzle that ejects ink; a pressure chamber that communicates with the nozzle; ink supply means that supplies ink to the pressure chamber; and an actuator that varies the volume of the pressure chamber according to a drive signal; Drive signal generating means for measuring a response characteristic of meniscus flow velocity vibration in the nozzle with respect to a drive signal for driving the inkjet head, and generating a drive signal obtained by calculation based on the response characteristic; In the ink jet recording apparatus for discharging ink from the nozzle according to
The waveform of the drive signal includes a first stroke for retracting the ink meniscus in the nozzle to the inside of the inkjet head, and a second stroke for advancing the ink meniscus to the outside of the inkjet head after the first stroke. And a third stroke for retracting the ink meniscus into the inkjet head after the second stroke, and the second stroke relative to the time from the start of the first stroke to the end of the third stroke. An ink jet recording apparatus characterized in that the ratio of the stroke time is set to 0.38 to 0.5.
インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータとを備えたインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを駆動する駆動信号を発生させる駆動信号発生手段を有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェット記録装置において、
前記駆動信号は、1つのインク滴を吐出させる信号として、初期状態より圧力室を拡張させる第1の電圧変化と、前記第1の電圧変化の後に圧力室を収縮させる第2の電圧変化と、前記第2の電圧変化の後に圧力室を拡張させる第3の電圧変化と、前記第3の電圧変化の後に圧力室を収縮させる第4の電圧変化と、前記第4の電圧変化の後に圧力室を拡張させる第5の電圧変化とを前記アクチュエータに与え、前記第2の電圧変化は前記第1の電圧変化より大きく、前記第3の電圧変化は前記第2の電圧変化より小さく、前記第4の電圧変化は前記第3の電圧変化より大きいことを特徴とするインクジェット記録装置。
An ink jet head comprising: a nozzle that ejects ink; a pressure chamber that communicates with the nozzle; ink supply means that supplies ink to the pressure chamber; and an actuator that varies the volume of the pressure chamber according to a drive signal; In the ink jet recording apparatus which has a drive signal generating means for generating a drive signal for driving the ink jet head, and discharges ink from the nozzles according to the drive signal.
The drive signal is a signal for ejecting one ink droplet, a first voltage change that expands the pressure chamber from an initial state, and a second voltage change that contracts the pressure chamber after the first voltage change; A third voltage change for expanding the pressure chamber after the second voltage change; a fourth voltage change for contracting the pressure chamber after the third voltage change; and a pressure chamber after the fourth voltage change. The second voltage change is larger than the first voltage change, the third voltage change is smaller than the second voltage change, and the fourth voltage change is applied to the actuator. An ink jet recording apparatus characterized in that the voltage change of is larger than the third voltage change.
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