JP2009233946A

JP2009233946A - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP2009233946A
Application number: JP2008081002A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nishida; 英治西田
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2009-10-15

Abstract

【課題】ブースト電圧を加えることなく１発目の液滴の速度を速めることができ、これにより駆動周波数が低くなる事態を解消して例えば印字速度の低下を回避できるとともに、プリントの階調にかかわらず常に良好な印字品質を確保することができる液体吐出装置を提供する。
【解決手段】各ノズル４の液滴吐出ごとに、正レベルと負レベルからなる駆動用パルス電圧が各駆動部１３に印加される。この駆動用パルス電圧の連続的な印加に際し、１発目の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルが、２発目以降の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルより高いレベルに設定される。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えばインクジェット方式のプリンタなどに用いられる液体吐出装置に関する。

インクジェット方式のプリンタなどに用いられる液体吐出装置いわゆるインクジェットヘッドは、インク吐出用の複数のノズルが形成されたノズルプレート、これらノズルと対応する位置にそれぞれ形成された圧力室、これら圧力室にインク液滴吐出用の圧力を加える複数の駆動部などを有する。各駆動部は、各ノズルの相互間にそれぞれ壁状に設けられた一対の圧電素子からなる（例えば特許文献１）。

このようなインクジェットヘッドでは、各ノズルの液滴吐出ごとに、正レベルの矩形波と負レベルの矩形波からなる駆動用パルス電圧が各駆動部に印加される。ただし、液滴吐出の休止時間が長いと、インクの粘度が増して、インク液滴が飛び難くなり、１発目の吐出速度が遅くなる。

インク液滴が飛び難くなって１発目の吐出速度が遅くなると、１発目の液滴の着弾位置と２発目の液滴の着弾位置との間に、１発目の液滴の速度と２発目の液滴の速度との差に基づくずれが生じ、印字品質が悪くなる。１発目の吐出速度が遅くなることによって印字品質に影響が出易いのは、液滴の吐出数が少ない低階調のプリント時である。この例を図５に示している。すなわち、用紙ＰのＰ１領域に対しインクジェットヘッドＨから多数の液滴が吐出されて高諧調のプリント（例えばベタプリント）が行われ、用紙ＰのＰ２領域に対してはインクジェットヘッドＨから少ない数の液滴が吐出されて低諧調のプリントが行われると、階調の変わり目に白い筋Ｌが現れて印字品質が悪くなる。

対策として、図６に示すように、１発目の駆動用パルス電圧の前に正レベルのパルス状のブースト電圧（プリパルス電圧ともいう）を入れる方法がある。駆動用パルス電圧は、正レベルと負レベルとの間に零レベル期間を挟む波形を有し、駆動部を左右に撓ませる働きをする。ブースト電圧は、正レベルの後に零レベル期間が続く波形を有し、駆動部に少しの変形を与えてノズル内のインクに少しの変位を加え、この少しの変位によってインクの粘度を低減し、インク液滴が飛び易くする働きをする。これにより、１発目の液滴の速度を上げるようにしている。

図７はブースト電圧と１発目および２発目の液滴の吐出速度との関係を示す図であり、ブースト電圧の正レベル期間が長くなるにつれて１発目の液滴の吐出速度が速くなり、ブースト電圧の正レベル期間が所定長さのときに１発目の液滴の吐出速度と２発目の液滴の吐出速度との差がなくなることを示している。この所定長さの正レベル期間を有するブースト電圧を加えることにより、良好な印字品質を確保することができる。
特開２０００−２１８８０２号公報

しかしながら、ブースト電圧を加えると、例えば７発の液滴を飛ばす場合、図８に示すように、７発の駆動用パルス電圧に加えて、ブースト電圧の印加に要する時間も必要となり、合計８発分の電圧印加時間が必要となる。こうして、電圧印加時間が長くなると、結果として、インクジェットヘッドの駆動周波数が低くなり、印字速度の低下を招いてします。

そこで、液滴の吐出数が少ない低階調のプリント時は図９のようにブースト電圧を加えて１発目の吐出速度を速くし、液滴の吐出数が多い高階調のプリント時は図１０のようにブースト電圧を加えないいわゆるパーシャルブースト制御がある。このパーシャルブースト制御によれば、高階調のプリント時の電圧印加時間を短くすることができるので、インクジェットヘッドとしての駆動周波数が低くなる事態をできるだけ防ぐことができる。

ところが、パーシャルブースト制御の場合、高階調のプリント時はブースト電圧が加わらないため、結局は１発目の液滴の吐出速度が遅くなり、良好な印字品質を確保できなくなってしまう。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、ブースト電圧を加えることなく１発目の液滴の速度を速めることができ、これにより駆動周波数が低くなる事態を解消して例えば印字速度の低下を回避できるとともに、プリントの階調にかかわらず常に良好な印字品質を確保することができる液体吐出装置を提供することである。

この発明の請求項１に係る発明の液体吐出装置は、ノズルプレートと、このノズルプレートに設けられた液体吐出用の複数のノズルと、これらノズルと対応する位置に設けられた複数の圧力室と、これら圧力室に液滴吐出用の圧力を加えるための圧電部材からなる複数の駆動部と、前記各ノズルの液滴吐出ごとに、正レベルと負レベルからなる駆動用パルス電圧を前記各駆動部に印加する第１制御手段と、前記駆動用パルス電圧の連続的な印加に際し、１発目の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルを２発目以降の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルより高く設定する制御手段と、を備える。

この発明の液体吐出装置によれば、ブースト電圧を加えることなく１発目の液滴の速度を速めることができ、これにより駆動周波数が低くなる事態を解消して例えば印字速度の低下を回避できるとともに、プリントの階調にかかわらず常に良好な印字品質を確保することができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、基板１の一辺の上縁に沿って圧電部材２が設けられ、その圧電部材２の端部を被う状態にノズルプレート（オリフィスプレートともいう）３が設けられている。ノズルプレート３には、インク吐出用（液体吐出用）の複数のノズル４が所定間隔で一列に形成されている。

圧電部材２は、図２に示すように、板状の圧電部材２ａと同じく板状の圧電部材２ｂを貼り合わせ、その貼り合わせ部における上記各ノズル４と対応する位置にそれぞれ開口１１を形成し、これら開口１１から圧電部材２ａの上面にかけて傾斜する形状の圧力室１２をそれぞれ形成したもので、これら圧力室１２の相互間に、分極方向が互いに対向する状態に重ね合わせた形の一対の圧電素子からなる壁状の駆動部１３をそれぞれ有している。圧電部材２ａ，２ｂとして、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられている。

また、各圧力室１２を覆う状態に枠板５が設けられ、その枠板５と各圧力室１２との間に液室が形成されている。そして、枠板５の上面に流入口６が設けられ、この流入口６に供給されるインク（液体）が上記液室を通って各圧力室１２に導かれる。

各圧力室１２の内周面には電極（図示しない）が設けられ、これら電極から延びる導電部材７が基板１上の回路基板８に接続される。この回路基板８に図３の駆動回路２０が搭載され、その駆動回路２０から出力される駆動用パルス電圧が各導電部材７を介して各電極の相互間に印加されることにより、各駆動部１３の両圧電素子が振動し、各圧力室１２に液滴吐出用の圧力が加わる。

駆動回路２０は、主要な機能として、次の（１）（２）を有する。
（１）各ノズル４の液滴吐出ごとに、正レベルと負レベルからなる駆動用パルス電圧を各駆動部１３に印加する第１制御手段。

（２）上記駆動用パルス電圧の連続的な印加に際し、１発目の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルを２発目以降の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルより高い設定する第２制御手段。

この駆動回路２０から出力される駆動用パルス電圧の波形を図４に示す。この駆動用パルス電圧は、１つのノズル４から７発の液滴を連続して吐出する場合に出力されるもので、正レベルと負レベルとの間に零レベル期間を挟む波形を有し、１発目の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルが、２発目以降の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルよりそれぞれＶａだけ高いレベルに設定される。

１発目の駆動用パルス電圧は、２発目以降の駆動用パルス電圧と同じく液滴吐出に必要な圧力を圧力室１２に加える働きをするとともに、２発目以降の駆動用パルス電圧よりもレベルがＶａ高い分だけ、吐出前のインクに予め少しの変位を与えてインクの粘度を低減し、インク液滴が飛び易くする働きをする。これにより、１発目の液滴の速度を上げることができる。

このように、従来のブースト電圧の機能を１発目の駆動用パルス電圧に持たせることにより、ブースト電圧が不要となり、電圧印加時間の短縮が図れる。これにより、インクジェットヘッドとしての駆動周波数が低くなる事態を解消できて印字速度の低下を回避できるとともに、プリントの階調にかかわらず常に良好な印字品質を確保することができる。

なお、上記実施形態では、吐出する液体がインクである場合を例に説明したが、インクに限らず、液晶や半導体を製造するための溶液を吐出する場合についても、同様に実施可能である。また、各ノズル４の列が１列の場合について説明したが、各ノズル４の列が複数列あって、しかも各ノズル４の位置が各ノズル列の相互間で千鳥状に配列されている場合についても、同様に実施可能である。その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、用紙を変えない範囲で種々変形実施可能である。

この発明の一実施形態のインクジェットヘッドの外観を示す斜視図。同実施形態における圧電部材の構成を示す斜視図。同実施形態における駆動回路を示すブロック図。同実施形態における駆動用パルス電圧の波形を示す図。従来における印字の例を示す図。従来におけるブースト電圧および駆動用パルス電圧の波形を示す図。従来におけるブースト電圧と１発目および２発目の液滴の吐出速度との関係を示す図。従来におけるブースト電圧と１発目〜７発目の駆動用パルス電圧の波形を示す図。従来のパーシャルブースト制御においてブースト電圧を印加した場合の電圧波形を示す図。従来のパーシャルブースト制御においてブースト電圧を印加しない場合の電圧波形を示す図。

符号の説明

１…基板、２…圧電部材、２ａ，２ｂ…圧電部材、３…ノズルプレート、４…ノズル、５…枠板、６…流入口、７…導電部材、８…回路基板、１１…開口、１２…圧力室、１３…駆動部、２０…駆動回路

Claims

ノズルプレートと、
このノズルプレートに設けられた液体吐出用の複数のノズルと、
これらノズルと対応する位置に設けられた複数の圧力室と、
これら圧力室に液滴吐出用の圧力を加えるための圧電部材からなる複数の駆動部と、
前記各ノズルの液滴吐出ごとに、正レベルと負レベルからなる駆動用パルス電圧を前記各駆動部に印加する第１制御手段と、
前記駆動用パルス電圧の連続的な印加に際し、１発目の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルを２発目以降の駆動用パルス電圧の正レベルおよび負レベルより高く設定する第２制御手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。
前記駆動用パルス電圧は、正レベルと負レベルとの間に零レベル期間を挟む波形を有し、前記駆動部を左右に撓ませる働きをすることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記各駆動部は、前記各圧力室の相互間にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記各駆動部の圧電部材は、分極方向が互いに対向する状態に重ね合わされた一対の圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記各圧力室に液体を導くための液室、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記液体は、インクであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の液体吐出装置。