JP2010120188A - 液滴吐出ヘッドの駆動装置および駆動方法ならびに画像形成装置 - Google Patents

液滴吐出ヘッドの駆動装置および駆動方法ならびに画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】間隔が狭い複数のパルスから幾つかのパルスを選択してサイズの異なる液滴を打ち分ける場合でも、不具合が生じるような大きさのノイズを発生させることの無い液体吐出ヘッドの駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動波形のOFFタイミングを、駆動波形の電圧変動が無い時間を長く取ることが出来る個所に幾つか集中させて設定し、そこから時間的に前に存在するパルスを順に選択して圧力発生素子に印加する。
【選択図】図5

Description

本発明は、例えばインクなどの液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動装置および駆動方法ならびに画像形成装置に係り、特に液滴吐出量を制御して諧調記録を行う液滴吐出ヘッドに関するものである。
インクジェットヘッドを用いた画像形成装置においては、被記録媒体上に画像を形成する際、インクジェットヘッドから吐出させた液滴が被記録媒体上に着弾して形成されたドットの集まりにより画像や文字などを表現する。そして一般的には、各ドットは決められた大きさの格子の上にしか形成されない。
そのような画像形成装置において、例えば600dpi×600dpi(1inch四方のスペースに対し600ドット×600ドット)という解像度で画像を形成する際、4種類の異なる大きさのドットを用い、1画素に対して、ドットを形成しないのを含め5階調で記録を行うことで、600dpi×600dpiの解像度でありながら、同じ大きさのドットのみを用い、1画素に対してドットを形成する、しない、の2階調で1200dpi×1200dpi程度の解像度で画像を形成したのと同等の画像を表現することが可能となる。しかも、600dpi×600dpiの解像度で画像を形成しているので1200dpi×1200dpi程度の解像度で画像を形成するよりも短い時間で画像を形成することが可能である。
異なる大きさのドットを形成する方法として、一印字周期に圧力発生素子に印加するパルスの数を異ならせたり、液滴の吐出量が異なるパルスを選択して圧力発生素子に印加するなどして、一印字周期毎の液滴の吐出量を異ならせ、複数のパルスを圧力発生素子に印加した場合は、吐出した複数の液滴を空中で合体させてから被記録媒体に着弾させるか、空中で合体しなくとも全て近傍に着弾させることで、一画素分のドットを形成するマルチパルス印字による階調記録が広く行われている(例えば特許文献1、2参照)。
また例えば特許文献3には、複数パルスの駆動波形はパルス毎に電圧やパルス幅など形状を異ならせることで、夫々吐出量の異なるパルスによって構成して、その中から1つのパルスあるいは複数のパルスを選択して圧力発生素子に印加することで、印字周期毎に吐出量の異なる液滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法が開示されている。
そのような駆動方法においては、吐出する複数の液滴を空中で合体させるか全て近傍に着弾させるために、先に吐出した液滴の速度よりも次に吐出する液滴の速度が速くなるよう駆動電圧やパルス幅などによる設計が可能であるので、パルスとパルスの間隔を広く設計し、パルスとパルスの間であっても、駆動波形の電流が略止まってから余裕を持って駆動波形をOFFすることが出来た。ところが、近年記録の高速化に伴い、一印字周期が短くなったため、パルスとパルスの間隔を狭くする必要が出て来た。
また、圧力発生素子に印加可能な限られた電圧で出来るだけ大きな液滴を吐出させようとした場合や、波形発生手段を簡略化しコストダウンを行うなどの目的で、各パルスを同一形状の電圧波形とし、圧力発生素子に印加するパルスの数を異ならせることで、同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出させたいという要望がある。
同一形状のパルスを複数印加する手法において、例えば特許文献4には、図2に示したように、一印字周期に5パルスの駆動波形を有し、真中のパルスから順に、選択するパルスの数を増やすよう設定された駆動波形のON/OFF制御信号が、0パルス選択するものから5パルス選択するものまで6種類用意され、0ng、10ng、20ng、30ng、40ng、50ngの液滴を吐出可能とし、その中から4種類を選択して階調記録を行うインクジェットヘッドの駆動方法が開示されている。
しかしこの特許文献4に記載されている発明では、吐出した複数の液滴を空中で合体させることは考慮されておらず、インクジェットヘッドと被記録媒体の相対移動速度が低速でないと、吐出した複数の液滴を全て近傍に着弾させることが出来ない。吐出する複数の液滴を空中で合体させるか、インクジェットヘッドと被記録媒体の相対移動速度が速くても吐出した複数の液滴を全て近傍に着弾させるために、先に吐出した液滴の速度よりも次に吐出する液滴の速度を速くするには、同一形状のパルスにおいては、後述するように先の吐出による残留振動を利用するため、やはりパルスとパルスの間隔を狭くする必要がある。
米国特許明細書5,285,215号 特許第3264422号公報 特許第3419372号公報 特開2001−315324号公報
インクジェットヘッドの電気回路には何かしら抵抗成分とコンデンサ成分とコイル成分を含んでおり、駆動波形の伝送路もRC回路を形成している。そのため、駆動電圧の波形に対して駆動電流の波形は図3に示したように遅れを生じる。インクジェットヘッドの圧力発生素子としてよく用いられる圧電素子は、電極間に強誘電体を挟み込んだ構造をしており、コンデンサの特性を示すため、特にこの傾向が顕著である。
次に圧力発生素子として圧電素子を用いた場合を例にとって説明すると、図4の駆動波形OFFの時点において、圧電素子の充電は略終了しており、圧電素子の変位量は十分得られているため、このタイミングで駆動波形をOFFしても吐出には殆ど影響は無いが、図4の駆動波形OFFの時点において多数の圧電素子に対して駆動波形を同時にOFFすると、充電電流が相当量流れている所を急に止めることになるため、駆動波形の伝送路のコイル成分の影響で駆動電圧の波形に図4に示したようなノイズが乗ってしまう。
そのような原理で、前述した理由などにより、パルスとパルスの間隔を狭くした場合、駆動波形のON/OFF制御により、複数パルスの中から幾つかのパルスを選択して圧力発生素子に印加しようとした際、従来のようにパルスとパルスの間で駆動波形をOFFすると、間隔が狭いが故に、OFFしたタイミングでは駆動波形の伝送路にまだ電流が流れており、駆動波形にノイズが乗ってしまうことがある。駆動波形にノイズが乗ると、OFFしたノズル自体にはノイズは印加されないが、ノイズが乗った時にONしているノズルにはノイズがそのまま印加されてしまい、吐出に影響が出てしまったり、放射ノイズにより装置が誤動作してしまうといった問題があった。
本発明は、このような問題を鑑みてなさされたものであり、その目的は、間隔が狭い複数のパルスから幾つかのパルスを選択してサイズの異なる液滴を打ち分ける場合でも、不具合が生じるような大きさのノイズを発生させることの無い液滴吐出ヘッドの駆動装置および駆動方法ならびに画像形成装置を提供することにある。
前記目的を達成するため本発明の第1の手段は、
例えばインクなどの液体を吐出するノズルと、
各ノズルに対応して設けられた液体吐出用の圧力を発生する圧力発生素子と、
一印字周期に複数パルスの駆動波形を有し、その駆動波形を前記圧力発生素子に印加するか否かを決定する駆動波形のON/OFF制御手段を備え、
そのON/OFF制御手段により駆動波形を前記圧力発生素子に印加するタイミングを制御して、前記複数パルスの駆動波形のうち所望のパルスを選択して前記圧力発生素子に印加し、
前記パルスの選択の仕方によって同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出するように構成した液滴吐出ヘッドの駆動装置を対象とするものである。
そして前記ON/OFF制御手段が駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段と、
前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段を有し、
その選択手段によって選択されたパルスを前記圧力発生素子に印加することを特徴とするものである。
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、
前記特定個所は、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持している個所であることを特徴とするものである。
本発明の第3の手段は前記第1または第2の手段において、
前記特定の個所よりも時間的に前に存在する駆動波形で、その駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持出来る第二の特定個所がある場合、サイズが小さい液滴を吐出させるパルスを選択する際には前記ON/OFF制御手段の駆動波形をOFFするタイミングを第二の特定個所に設定することを特徴とするものである。
本発明の第4の手段は前記第1ないし第3の手段において、
前記複数のパルスの駆動波形は各パルスが同じ形状の電圧波形であり、前記圧力発生手段に印加するパルスの数を異ならせることで、同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出することを特徴とするものである。
本発明の第5の手段は前記第1または第2の手段において、
前記複数のパルスは電圧が徐々に高くなっている複数のパルスであって、前記圧力発生手段に印加するパルスの電圧の違いによって同一のノズルからサイズの異なる液滴を吐出し、
前記特定箇所は、前記複数のパルスのうち最も電圧の高いパルスと次の印字周期の先頭パルスの間に設定されることを特徴とするものである。
本発明の第6の手段は前記第1または第2の手段において、
前記複数のパルスは、第1の電圧を有する第1のパルスと、その第1のパルスの直後に存在する前記第1のパルスよりも高い電圧を有する第2のパルスを備え、
前記特定箇所は、前記第1のパルスと第2のパルスの間に設定されることを特徴とするものである。
本発明の第7の手段は前記第1ないし第6の手段において、
前記複数パルスは、前記ノズルから液体を吐出しない時に前記圧力発生素子に印加する不吐出パルスを有し、その不吐出パルスを前記圧力発生素子に印加して圧力発生素子を充電することを特徴とするものである。
本発明の第8の手段は前記第1ないし第7の手段において、
前記圧力発生素子が、例えば圧電素子などでコンデンサの特性を有する圧力発生素子であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するため本発明の第9の手段は、
例えばインクなどの液体を吐出するノズルと、
各ノズルに対応して設けられた液体吐出用の圧力を発生する圧力発生素子と、
一印字周期に複数パルスの駆動波形を有し、その駆動波形を前記圧力発生素子に印加するか否かを決定する駆動波形のON/OFF制御手段とを備え、
そのON/OFF制御手段により駆動波形を前記圧力発生素子に印加するタイミングを制御して、前記複数パルスの駆動波形のうち所望のパルスを選択して前記圧力発生素子に印加し、
前記パルスの選択の仕方によって同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法を対象とするものである。
そして前記ON/OFF制御手段が駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定し、
前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択し、
その選択されたパルスを前記圧力発生素子に印加することを特徴とするものである。
本発明の第10の手段は前記第9の手段において、
前記特定個所は、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持している個所であることを特徴とするものである。
本発明の第11の手段は前記第9または第10の手段において、
前記特定の個所よりも時間的に前に存在する駆動波形で、その駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持出来る第二の特定個所がある場合、サイズが小さい液滴を吐出させるパルスを選択する際には前記ON/OFF制御手段の駆動波形をOFFするタイミングを第二の特定個所に設定することを特徴とするものである。
本発明の第12の手段は前記第9ないし第11の手段において、
前記複数パルスの駆動波形は各パルスが同じ形状の電圧波形であり、前記圧力発生手段に印加するパルスの数を異ならせることで、同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出することを特徴とするものである。
本発明の第13の手段は前記第9または第10の手段において、
前記複数のパルスは電圧が徐々に高くなっている複数のパルスであって、前記圧力発生手段に印加するパルスの電圧の違いによって同一のノズルからサイズの異なる液滴を吐出し、
前記特定箇所は、前記複数のパルスのうち最も電圧の高いパルスと次の印字周期の先頭パルスの間に設定されることを特徴とするものである。
本発明の第14の手段は前記第9または第10の手段において、
前記複数のパルスは、第1の電圧を有する第1のパルスと、その第1のパルスの直後に存在する前記第1のパルスよりも高い電圧を有する第2のパルスを備え、
前記特定箇所は、前記第1のパルスと第2のパルスの間に設定されることを特徴とするものである。
本発明の第15の手段は前記第9ないし第14の手段において、
前記複数パルスは、前記ノズルから液体を吐出しない時に前記圧力発生素子に印加する不吐出パルスを有し、その不吐出パルスを前記圧力発生素子に印加して圧力発生素子を充電することを特徴とするものである。
本発明の第16の手段は前記第9ないし第15の手段において、
前記圧力発生素子が、例えば圧電素子などでコンデンサの特性を有する圧力発生素子であることを特徴とするものである。
前記目的を達成するため本発明の第17の手段は画像形成装置において、吐出する液体がインクであって、前記第1ないし第8の手段の液滴吐出ヘッドの駆動装置を備えたことを特徴とするものである。
本発明の第18の手段は前記第17の手段において、
色の異なるインクが供給される複数台のインクジェットヘッドが設けられていることを特徴とするものである。
本発明の第1の手段と第2の手段ならびに第9の手段と第10の手段により、パルスどうしの間隔が狭くても、不具合が生じる程の大きなノイズを発生させること無く、サイズの異なる液滴を打ち分けることが可能な液滴吐出ヘッドの駆動装置ならびに駆動方法を提供することが出来る。
本発明の第3の手段ならびに第11の手段により、比較的小さな液滴の着地位置が、比較的大きな液滴の着地位置と比べて大きくずれることの無い液滴吐出ヘッドの駆動装置ならびに駆動方法を提供することが出来る。
本発明の第4の手段ならびに第12の手段により、圧力発生素子に印加出来る限られた電圧で最大サイズの液滴を吐出することが出来き、また駆動波形形成手段を簡単な回路に出来るので、コストを低減することが可能な液滴吐出ヘッドの駆動装置ならびに駆動方法を提供することが出来る。
本発明の第8の手段ならびに第16の手段により、パルスどうしの間隔が狭い駆動波形を用いてサイズの異なる液滴を打ち分ける駆動方法に対して、ノイズの削減効果が大きい液滴吐出ヘッドの駆動装置ならびに駆動方法を提供することが出来る。
本発明の第17の手段ならびに第18の手段により、高速かつ高階調な画像形成装置を提供することが出来る。
(第1実施例)
次に本発明の実施例を図とともに説明する。図1は、本発明の実施例を適用するインクジェットヘッドの構成例を示す一部斜視図である。
インク流路形成部材11にインク圧力室12が形成され、インク圧力室12の一端はノズルプレート13に開けられたノズル14と連通している。インク圧力室12の他端は、インクに加わった圧力が逃げるのを抑えるためにインク流路が絞ってある個所であるリストリクタ15を経て、共通インク流路16に連通している。
インク吐出用の圧力を発生させる素子として、積層構造の圧電素子17を用いている。圧電素子17は積層方向に設けた圧電素子支持基板18に固定されており、d33方向の圧電伸縮を利用して圧力を発生させている。よって、圧電素子17の正極に設けられた個別電極19に印加する電圧が下がって圧電素子17が放電されれば縮んでインク圧力室12を減圧、圧電素子17の個別電極19に印加する電圧が上がって圧電素子17が充電されれば伸びてインク圧力室12を加圧という動作をする。
個別電極19は圧電素子支持基板18の片面に設けられ、制御素子24の出力端子と超音波溶接により接続された配線25と半田付けにより接続されており、制御素子24の駆動電圧入力端子と超音波溶接により接続された配線26は、駆動波形発生回路(図示せず)の出力に接続されている。圧電素子17の負電極に設けられた共通電極20は、各圧電素子17の負電極に共通した電極となっており、圧電素子支持基板18のもう一方の面に設けられ、駆動波形発生回路(図示せず)のグランドに接続されている。
圧電素子17の圧電素子支持基板18に固定されていない方の面は、弾性膜21に固定されている。弾性膜21はインク圧力室12の壁の一部を形成しており、圧電素子17の伸縮で弾性板21が変形すると、圧力室12の体積が変化するような構造となっている。
配線26と接続された圧電素子17の隣には、配線26と接続されていない圧電素子23が設けてあり、圧電素子23の圧電素子支持基板18に固定されていない方の面は、インク圧力室12の仕切り27に固定され、ヘッドの剛性を高めるのに役立っている。
本発明を適用したインクジェットヘッドは、以上のような構造と同じ物が1/150inch間隔で1列に多数個並んで構成されている。
次に、インクジェットヘッドの液滴吐出原理について説明する。
圧電素子17の個別電極19に接続されている制御素子24により、上位制御装置(図示せず)から送られてくるデータに従って、液滴を吐出させるノズルに対応した圧電素子17の個別電極19にのみ、駆動電圧が供給されている配線26を接続し、個別電極19に印加される電圧により、圧電素子17の充電及び放電が行われるようにする。
液滴を吐出させないノズルの圧電素子17は、自然放電しないように個別電極19にDC電圧を印加して、圧電素子17を充電して自然長(電圧を印加しないときの長さ)よりも積層方向に延びた状態として、弾性膜21をインク圧力室12に押し込んだ状態で略停止している。個別電極19に印加している電圧が低下すると、放電が行われて積層方向に縮む。これにより弾性膜21が引っ張られて圧力室12が減圧し、共通インク流路16からリストリクタ15を通ってインクがインク圧力室12に供給される。
続いて、個別電極19に印加している電圧が上昇すると圧電素子17が充電され、積層方向に伸びて、弾性膜21をインク圧力室12に押し込む。これによりインク圧力室12のインクが加圧され、インク圧力室12に連通したノズル14よりインクが押し出され、液滴22として吐出する。
インク圧力室12が減圧過程では、リストリクタ15の流路抵抗よりもノズル14に働く表面張力の方が勝るように設計されているため、ノズル14から空気を引き込むのではなく、インクがインク圧力室12に供給される。インク圧力室12の加圧過程では、ノズル14に働く表面張力よりもリストリクタ15の流路抵抗の方が勝るように設計されているため、リストリクタ15から共通インク流路16にインクが戻って行くのではなく、ノズル14から液滴が吐出する。
さらに制御素子24は、圧電素子17の個別電極19に、駆動電圧が供給されている配線26を接続するタイミングを制御することも可能となっている。圧電素子17の個別電極19と、駆動電圧が供給されている配線26は、上位制御装置(図示せず)から制御素子24に入力されたON/OFF制御信号がHIGHレベルの時接続され、LOWレベルの時切断される。ON/OFF制御信号は複数種類入力され、どのノズルに対してどのON/OFF制御信号のタイミングに従って制御を行うかは、上位制御装置(図示せず)から送られてくるデータによって決定される。
例えばデータ信号が3本、ON/OFF制御信号が6本、一印字周期に5パルスの駆動波形を有している場合、ON/OFF制御信号0は0パルス、ON/OFF制御信号1は1パルス、ON/OFF制御信号2は2パルス、ON/OFF制御信号3は3パルス、ON/OFF制御信号4は4パルス、ON/OFF制御信号5は5パルス選択するように、ON/OFF制御信号がHIGHになるタイミングを設定する。そして、ノズル毎に、データが(0,0,0)とセットされた場合ON/OFF制御信号0、(1,0,0)とセットされた場合ON/OFF制御信号1、(0,1,0)とセットされた場合ON/OFF制御信号2、(1,1,0)とセットされた場合ON/OFF制御信号3、(0,0,1)とセットされた場合ON/OFF制御信号4、(1,0,1)とセットされた場合ON/OFF制御信号5に従って圧電素子17に駆動波形を印加するように制御素子24で制御されるようになっている。
従ってデータが(0,0,0)とセットされた場合は液滴不吐出、データが(1,0,0)とセットされた場合は微小液滴、データが(0,1,0)とセットされた場合は小液滴、データが(1,1,0)とセットされた場合は中液滴、データが(0,0,1)とセットされた場合は大液滴、データが(1,0,1)とセットされた場合は特大液滴が吐出する。データは、印字周期毎にセットし直す。以上のような構成とすることで、同一のノズルから印字周期毎に5種類のサイズの異なる液滴を吐出させることが可能であり、液滴を吐出させない場合を含め6階調で画像が形成される。
次に、各パルスを同一形状の電圧波形とし、圧力発生素子に印加するパルスの数を異ならせることで、同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出させる場合に、吐出した複数の液滴を空中で合体させるか、近傍に着弾させる方法について図5を用いて説明する。
同図は、本発明の第1実施例に係る駆動波形とON/OFF制御信号との関係を示した説明図である。同図に示すように、パルスP5のみを圧力発生素子に印加して液滴を吐出させると被記録媒体上に微小サイズのドットを形成することが出来る。次にパルスP4とP5を圧力発生素子に印加して液滴を吐出させる場合、パルスP4の印加による液滴の吐出でメニスカスに生じた残留振動に対し、メニスカスの振動が強め合うタイミングでパルスP5を印加すると、パルスP4の印加により吐出した液滴の速度よりも、パルスP5の印加により吐出した液滴の速度を速くすることが可能で、パルスP4の印加により吐出した液滴とパルスP5の印加により吐出した液滴を、被記録媒体に着弾する前に合体させて1つの小サイズのドットを形成するか、被記録媒体の略同じ位置に着弾させて小サイズのドットを形成することが出来る。
さらに、パルスP3とP4とP5を圧力発生素子に印加して液滴を吐出させる場合、パルスP3の印加による液滴の吐出でメニスカスに生じた残留振動に対し、メニスカスの振動が強め合うタイミングでパルスP4を印加し、パルスP3とP4の印加による液滴の吐出でメニスカスに生じた残留振動に対し、メニスカスの振動がさらに強め合うタイミングでパルスP5印加すると、パルスP3の印加により吐出した液滴の速度よりも、パルスP4の印加により吐出した液滴の速度を速く、パルスP5の印加により吐出した液滴の速度をさらに速くすることが可能で、パルスP3の印加により吐出した液滴とパルスP4の印加により吐出した液滴とパルスP5の印加により吐出した液滴を、被記録媒体に着弾する前に合体させて1つの中サイズのドットを形成するか、被記録媒体の略同じ位置に着弾させて中サイズのドットを形成することが出来る。
同様に設計して、パルスP2とP3とP4とP5を圧力発生素子に印加して液滴を吐出させた場合、吐出した複数の液滴を被記録媒体に着弾する前に合体させて1つの大サイズのドットを形成するか、被記録媒体の略同じ位置に着弾させて大サイズのドットを形成することが出来る。同様に設計して、パルスP1とP2とP3とP4とP5を圧力発生素子に印加して液滴を吐出させた場合、吐出した複数の液滴を被記録媒体に着弾する前に合体させて1つの特大サイズのドットを形成するか、被記録媒体の略同じ位置に着弾させて特大サイズのドットを形成することが出来る。
このような原理で駆動波形を設計すると、パルスとパルスの間隔が狭くなる。例えば本実施例を適用したインクジェットヘッドにおいては、パルスP1とP2の間隔は2.8μs、パルスP2とP3の間隔は2μs、パルスP3とP4の間隔は1.7μs、パルスP4とP5の間隔は1.0μsであった。
一方、駆動波形をOFFした時に、不具合が生じない程度までノイズを小さくするには、駆動波形の電圧が略一定になってから、駆動波形の電流が略流れなくなるまでの時間以上経過してから駆動波形をOFFする必要があり、駆動波形の電圧を再び変化させるまでは、駆動波形をOFFするタイミングから制御素子の反応時間だけ必要である。よって、駆動波形をOFFする際に必要なパルスとパルスの間隔は、駆動波形の電圧が略一定になってから駆動波形の電流が略流れなくなるまでの時間と、制御素子の反応時間を足した時間以上必要であり、例えば本実施例を適用したインクジェットヘッドにおいては1.8μsであったので、パルスP1とP2の間と、パルスP2とP3の間と、パルスP5の後、何れかに駆動波形をOFFするタイミングを設定すれば、駆動波形に不具合が生じる程のノイズが乗らないように駆動することが出来る。この例においては、請求項1乃至3記載の特定個所はパルスP5の後に相当し、請求項3記載の第二の特定個所はパルスP1とP2の間又はパルスP2とP3の間に相当する。
なお、駆動波形をONする際は、OFFする際にノイズが乗る電流よりもかなり大きな電流を急激に流す場合を除いて、電流が流れている最中に駆動波形をONしても駆動波形にノイズは乗らないので、駆動波形をONするのに必要なパルスとパルスの間隔は、制御素子の反応時間だけであり、例えば本実施例を適用したインクジェットヘッドにおいては0.3μsであるので、パルスP1の前、パルスP1からP5の各パルス間、パルスP5の後の何処でONすることも可能である。
以上を踏まえ、本発明による第1施例について図5を用いてさらに詳細に説明する。
図5は、6階調で画像形成を行う場合の、駆動波形と、駆動波形のON/OFF制御信号であるMN0〜MN5について、一印字周期分示した説明図である。図5に示したパルスP1からP5は全て同じ形のパルスを連続させたものである。パルスP5側よりもパルスP1側の方が時間的に前に存在している。
駆動波形をOFFするタイミングであるところのON/OFF制御信号がHIGHからLOWに切り替わるタイミングは、MN1からMN5についてパルスP5の後に集中させて設定しており、ON/OFF制御信号MN1はパルスP5の後からパルスP5の前までHIGHとし、パルスP5を選択するので微小滴を吐出させる際に用いる。
ON/OFF制御信号MN2はパルスP5の後からパルスP4の前までHIGHとし、パルスP4とP5を選択するので小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN3はパルスP5の後からパルスP3の前までHIGHとし、パルスP3からP5を選択するので中滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN4はパルスP5の後からパルスP2の前までHIGHとし、パルスP2からP5を選択するので大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN5はパルスP5の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1からP5を選択するので特大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN0は不吐出パルスで、駆動波形が吐出待機時の電圧で一定となっているタイミングでONすることで補充電を行い、駆動しない圧電素子が自然放電により自然長に戻って行くのを防ぐ役割を果たすものであり、パルスは選択しないので、液滴を吐出させない際に用いる。
駆動波形をOFFするタイミングは、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなっている瞬間以降であり、本発明を適用したインクジェットヘッドにおいてはパルスの電圧が略一定になってから1.5μs以上後であったが、この値は圧力発生素子の種類や定数や駆動ノズル数や駆動波形や回路等によって異なる。
駆動波形をOFFするタイミングを、パルスの電圧が略一定になってから、駆動波形をOFFしてもノイズが発生しない程度まで圧力発生素子に流れる電流が小さくなる瞬間以上後にすることが出来ればなお良い。本実施例を適用したインクジェットヘッドにおいては、その時間はパルスの電圧が略一定になってから2.2μs以上後であった。
駆動波形をONするタイミングは各パルスの電圧が変化し始めるよりも制御素子の反応時間以上前であり、今回実験に用いたインクジェットヘッドにおいては各パルスの電圧が変化し始めるよりも0.3μs以上前であったが、この値は制御素子や回路等によって異なる。
制御素子は、セットされたデータに従い、ノズル毎にON/OFF制御信号を選択し、該ON/OFF制御信号に従い圧電素子に駆動波形を印加して諧調記録を行う。本実施例では、図5を用いて説明したようなON/OFF制御信号、引いてはON/OFF制御信号発生手段と、制御素子が、駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段と、前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段とを兼ねている。
(第2実施例)
次に本発明の第2実施例について図6を用いて説明する。同図は、6階調で画像形成を行う場合の、駆動波形と、駆動波形のON/OFF制御信号であるMN0〜MN5について、一印字周期分示した説明図である。
図6に示したパルスP1〜P5は、全て同じ形のパルスを連続させたものである。パルスP5側よりもパルスP1側の方が時間的に前に存在し、パルスP1の印加による液滴の吐出よりもパルスP2の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅く、パルスP2の印加による液滴の吐出よりもパルスP3の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅く、パルスP3の印加による液滴の吐出よりもパルスP4の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅く、パルスP4の印加による液滴の吐出よりもパルスP5の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅い。
駆動波形をOFFするタイミングであるところのON/OFF制御信号がHIGHからLOWに切り替わるタイミングは、MN2からMN5についてパルスP5の後に集中させて設定しており、MN1はパルスP1とP2の間に設定してある。
ON/OFF制御信号MN1はパルスP1の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1を選択するので微小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN2はパルスP5の後からパルスP4の前までHIGHとし、パルスP4とP5を選択するので小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN3はパルスP5の後からパルスP3の前までHIGHとし、パルスP3からP5を選択するので中滴を吐出させる際に用いる。
ON/OFF制御信号MN4はパルスP5の後からパルスP2の前までHIGHとし、パルスP2からP5を選択するので大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN5はパルスP5の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1からP5を選択するので特大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN0は、駆動波形が吐出待機時の電圧で一定となっているタイミングでONすることで補充電を行い、駆動しない圧電素子が自然放電により自然長に戻って行くのを防ぐ役割を果たすものであり、パルスは選択しないので、液滴を吐出させない際に用いる。
駆動波形をOFFするタイミングは、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなっている瞬間以降であり、本発明を適用したインクジェットヘッドにおいてはパルスの電圧が略一定になってから1.5μs以上後であったが、この値は圧力発生素子の種類や定数や駆動ノズル数や駆動波形や回路等によって異なる。
駆動波形をOFFするタイミングを、パルスの電圧が略一定になってから、駆動波形をOFFしてもノイズが発生しない程度まで圧力発生素子に流れる電流が小さくなる瞬間以上後にすることが出来ればなお良い。本実施例を適用したインクジェットヘッドにおいては、その時間はパルスの電圧が略一定になってから2.2μs以上後であった。
駆動波形をONするタイミングは各パルスの電圧が変化し始めるよりも制御素子の反応時間以上前であり、今回実験に用いたインクジェットヘッドにおいては各パルスの電圧が変化し始めるよりも0.3μs以上前であったが、この値は制御素子や回路等によって異なる。
制御素子はセットされたデータに従い、ノズル毎にON/OFF制御信号を選択し、該ON/OFF制御信号に従い圧電素子に駆動波形を印加して諧調記録を行う。本実施例では、図6を用いて説明したようなON/OFF制御信号、引いてはON/OFF制御信号発生手段と、制御素子が、駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段と、前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段とを兼ねている。
印字周期内の複数の駆動パルスの中から吐出すべき液滴の量に応じた数の駆動パルスが順次圧力発生素子に供給されるため、どの駆動パルスが供給されるかによってインク滴の吐出タイミングが異なる。複数の液滴を被記録媒体に着弾する前に合体させるといった目的のために、後から吐出した液滴の速度を先に吐出した液滴の速度よりも速くなるよう設定した場合、パルスP1からP5を印加して吐出させた特大液滴に対して、パルスP5のみを印加して吐出させた微小液滴は、パルスP1よりも吐出タイミングが遅い上に、液滴の加速が無いため、かなり遅れて着弾する。その結果、インク滴の着滴位置ずれが発生し印刷品質が劣化するという問題があるが、以上のような構成とすることで、微小液滴の吐出開始のタイミングが早くなるので、改善することが出来る。
例えば本発明を適用したインクジェットヘッドに対して、図5を用いて説明した実施例を適用した場合、パルスP1からP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングに対して、パルスP2からP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは5.1μs遅れ、パルスP3からP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは14.9μs遅れ、パルスP4とP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは29.4μs遅れ、パルスP1を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは64.1μsも遅れてしまい、一印字周期が50μsであった場合、諧調記録を行うことによる着弾位置ずれは最大±0.6ドット程度もある。
ところが図6を用いて説明した本実施例を適用した場合、パルスP1からP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングに対して、パルスP2からP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは5.1μs遅れ、パルスP3からP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは14.9μs遅れ、パルスP4とP5を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは29.4μs遅れ、パルスP1を印加して吐出した液滴が被記録媒体に着弾するタイミングは28.6μsの遅れで済み、一印字周期が50μsであった場合、諧調記録を行うことによる着弾位置ずれは最大±0.3ドット程度に抑えることが出来る。
(第3実施例)
次に本発明の第3実施例について図7を用いて説明する。同図は、6階調で画像形成を行う場合の、駆動波形と、駆動波形のON/OFF制御信号であるMN0〜MN5について、一印字周期分示した説明図である。図6を用いて説明した前記実施例と比べて、請求項における第二の特定個所をパルスP2とパルスP3の間とした点が異なる。
図7に示したパルスP1〜P5は、全て同じ形のパルスを連続させたものである。パルスP5側よりもパルスP1側の方が時間的に前に存在し、パルスP1の印加による液滴の吐出よりもパルスP2の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅く、パルスP2の印加による液滴の吐出よりもパルスP3の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅く、パルスP3の印加による液滴の吐出よりもパルスP4の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅く、パルスP4の印加による液滴の吐出よりもパルスP5の印加による液滴の吐出の方が吐出タイミングが遅い。駆動波形をOFFするタイミングであるところのON/OFF制御信号がHIGHからLOWに切り替わるタイミングは、MN3からMN5についてパルスP5の後に集中させて設定しており、MN1とMN2はパルスP2とP3の間に設定してある。
ON/OFF制御信号MN1はパルスP2の後からパルスP2の前までHIGHとし、パルスP2を選択するので微小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN2はパルスP2の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1とP2を選択するので小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN3はパルスP5の後からパルスP3の前までHIGHとし、パルスP3からP5を選択するので中滴を吐出させる際に用いる。
ON/OFF制御信号MN4はパルスP5の後からパルスP2の前までHIGHとし、パルスP2からP5を選択するので大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN5はパルスP5の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1からP5を選択するので特大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN0は、駆動波形が吐出待機時の電圧で一定となっているタイミングでONすることで補充電を行い、駆動しない圧電素子が自然放電により自然長に戻って行くのを防ぐ役割を果たすものであり、パルスは選択しないので、液滴を吐出させない際に用いる。
駆動波形をOFFするタイミングは、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなっている瞬間以降であり、本発明を適用したインクジェットヘッドにおいてはパルスの電圧が略一定になってから1.5μs以上後であったが、この値は圧力発生素子の種類や定数や駆動ノズル数や駆動波形や回路等によって異なる。
駆動波形をOFFするタイミングを、パルスの電圧が略一定になってから、駆動波形をOFFしてもノイズが発生しない程度まで圧力発生素子に流れる電流が小さくなる瞬間以上後にすることが出来ればなお良い。本実施例を適用したインクジェットヘッドにおいては、その時間はパルスの電圧が略一定になってから2.2μs以上後であった。
駆動波形をONするタイミングは各パルスの電圧が変化し始めるよりも制御素子の反応時間以上前であり、今回実験に用いたインクジェットヘッドにおいては各パルスの電圧が変化し始めるよりも0.3μs以上前であったが、この値は制御素子や回路等によって異なる。
制御素子はセットされたデータに従い、ノズル毎にON/OFF制御信号を選択し、該ON/OFF制御信号に従い圧電素子に駆動波形を印加して諧調記録を行う。本実施例では、図7を用いて説明したようなON/OFF制御信号、引いてはON/OFF制御信号発生手段と、制御素子が、駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段と、前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段とを兼ねている。
印字周期内の複数の駆動パルスの中から吐出すべき液滴の量に応じた数の駆動パルスが順次圧力発生素子に供給されるため、どの駆動パルスが供給されるかによってインク滴の吐出タイミングが異なる。複数の液滴を被記録媒体に着弾する前に合体させるといった目的のために、後から吐出した液滴の速度を先に吐出した液滴の速度よりも速くなるよう設定した場合、パルスP1からP5を印加して吐出させた特大液滴に対して、パルスP5のみを印加して吐出させた微小液滴や、パルスP4とP5を印加して吐出させた小液滴は、パルスP1よりも吐出タイミングが遅い上に、液滴の加速が無いか小さいため、かなり遅れて着弾する。その結果、インク滴の着滴位置ずれが発生し印刷品質が劣化するという問題があるが、以上のような構成とすることで、微小液滴や小液滴の吐出開始のタイミングが早くなるので、改善することが出来る。
(第4実施例)
次に本発明の第4実施例について、図8を用いて説明する。
同図に示すように駆動波形は一印字周期に徐々に電圧の高くなる3つのパルスを有しているため、パルスP1により吐出した液滴よりもパルスP2により吐出した液滴の方が速度が速く、パルスP2により吐出した液滴よりもパルスP3により吐出した液滴の方がさらに速度が速くなっているので、一印字周期に吐出した複数液滴は空中で合体してから被記録媒体に着弾するか、被記録媒体の近傍に着弾する。駆動周波数を高くするため一印字周期が短いので、パルスP1とパルスP2の間隔と、パルスP2とパルスP3の間隔は狭く、そこで駆動波形をOFFすると駆動波形にノイズが乗る恐れがある。パルスP3と次の印字周期の先頭パルスの間隔は広く取ってある。
駆動波形をOFFするタイミングであるところのON/OFF制御信号がHIGHからLOWに切り替わるタイミングは、MN1〜MN3についてパルスP3の後に集中させて設定している。ON/OFF制御信号MN1はパルスP3の後からパルスP3の前までHIGHとし、パルスP3を選択するので小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN2はパルスP3の後からパルスP2の前までHIGHとし、パルスP3とP2を選択するので中滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN3はパルスP3の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1からP3を選択するので大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN0は、駆動波形が吐出待機時の電圧で一定となっているタイミングでONすることで補充電を行い、駆動しない圧電素子が自然放電により自然長に戻って行くのを防ぐ役割を果たすものであり、パルスは選択しないので、液滴を吐出させない際に用いる。
駆動波形をOFFするタイミングは、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなっている瞬間以降であるが、この値は圧力発生素子の種類や定数や駆動ノズル数や駆動波形や回路等によって異なる。
駆動波形をOFFするタイミングを、パルスの電圧が略一定になってから、駆動波形をOFFしてもノイズが発生しない程度まで圧力発生素子に流れる電流が小さくなる瞬間以上後にすることが出来ればなお良い。
駆動波形をONするタイミングは各パルスの電圧が変化し始めるよりも制御素子の反応時間以上前であり、今回実験に用いたインクジェットヘッドにおいては各パルスの電圧が変化し始めるよりも0.3μs以上前であったが、この値は制御素子や回路等によって異なる。
制御素子は、セットされたデータに従い、ノズル毎にON/OFF制御信号を選択し、該ON/OFF制御信号に従い圧電素子に駆動波形を印加して諧調記録を行う。本実施例では、図8を用いて説明したようなON/OFF制御信号、引いてはON/OFF制御信号発生手段と、制御素子が、駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段と、前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段とを兼ねている。
(第5実施例)
次に第5実施例について、図9を用いて説明する。同図は、6階調で画像形成を行う場合の、駆動波形と、駆動波形のON/OFF制御信号であるMN0〜MN5について、一印字周期分示した説明図である。
図9に示したパルスP1〜P5は、パルスP5の波形が他と異なるなどの理由から、パルスP4とP5の間隔が広い。パルスP5側よりもパルスP1側の方が時間的に前に存在している。駆動波形をOFFするタイミングであるところのON/OFF制御信号がHIGHからLOWに切り替わるタイミングは、MN1〜MN4についてパルスP4とP5の間に集中させて設定しており、MN5はパルスP5の後に設定してある。
ON/OFF制御信号MN1はパルスP4の後からパルスP4の前までHIGHとし、パルスP4を選択するので微小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN2はパルスP4の後からパルスP3の前までHIGHとし、パルスP3とP4を選択するので小滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN3はパルスP4の後からパルスP2の前までHIGHとし、パルスP2からP4を選択するので中滴を吐出させる際に用いる。
ON/OFF制御信号MN4はパルスP4の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1からP4を選択するので大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN5はパルスP5の後からパルスP1の前までHIGHとし、パルスP1からP5を選択するので特大滴を吐出させる際に用いる。ON/OFF制御信号MN0は、駆動波形が吐出待機時の電圧で一定となっているタイミングでONすることで補充電を行い、駆動しない圧電素子が自然放電により自然長に戻って行くのを防ぐ役割を果たすものであり、パルスは選択しないので、液滴を吐出させない際に用いる。
駆動波形をOFFするタイミングは、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなっている瞬間以降であるが、この値は圧力発生素子の種類や定数や駆動ノズル数や駆動波形や回路等によって異なる。
駆動波形をOFFするタイミングを、パルスの電圧が略一定になってから、駆動波形をOFFしてもノイズが発生しない程度まで圧力発生素子に流れる電流が小さくなる瞬間以上後にすることが出来ればなお良い。
駆動波形をONするタイミングは各パルスの電圧が変化し始めるよりも制御素子の反応時間以上前であり、今回実験に用いたインクジェットヘッドにおいては各パルスの電圧が変化し始めるよりも0.3μs以上前であったが、この値は制御素子や回路等によって異なる。
制御素子は、セットされたデータに従い、ノズル毎にON/OFF制御信号を選択し、該ON/OFF制御信号に従い圧電素子に駆動波形を印加して諧調記録を行う。本実施例では、図9を用いて説明したようなON/OFF制御信号、引いてはON/OFF制御信号発生手段と、制御素子が、駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段と、前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段とを兼ねている。
(第6実施例)
次に第6実施例について、図10を用いて説明する。同図は、6階調で画像形成を行う場合の、駆動波形と、データ信号のパターンDT0〜DT5と、データをラッチするラッチ信号について、一印字周期分示した説明図である。
ノズル毎にセットする値をHIGH又はLOWで表現したデータ信号が、図示しないクロック信号によりシフトレジスタに書き込まれ、ラッチ信号の立ち上がり又は立下りでラッチされた瞬間レジスタにセットされて、1がセットされたノズルはそれ以降0がセットされるまで駆動波形がONして圧力発生素子に印加され、0がセットされたノズルは駆動波形がOFFして印加されないようになっている。
ラッチ901aはパルP1と先の印字周期の最後のパルスとの間に設けてあり、ラッチ902はパルスP1とP2の間に設けてあり、ラッチ903はパルスP2とP3の間に設けてあり、ラッチ904はパルスP3とP4の間に設けてあり、ラッチ905はパルスP4とP5の間に設けてあり、ラッチ901bはパルスP5と次の一印字周期の最初のパルスとの間に設けてある。
データパターンDT0は常にLOWであり、データパターンDT1はラッチ904と905の間でHIGHとなるデータ910が設けてあり、データパターンDT2はラッチ903と904の間でHIGHとなるデータ911、及びラッチ904と905の間でHIGHとなるデータ912が設けてあり、データパターンDT3はラッチ902と903の間でHIGHとなるデータ913、及びラッチ903と904の間でHIGHとなるデータ914、及びラッチ904と905の間でHIGHとなるデータ915が設けてある。データパターンDT4はラッチ901aと902の間でHIGHとなるデータ916、及びラッチ902と903の間でHIGHとなるデータ917、及びラッチ903と904の間でHIGHとなるデータ918、及びラッチ904と905の間でHIGHとなるデータ919が設けてあり、データパターンDT5はラッチ901aの前でHIGHとなるデータ920、及びラッチ901aと902の間でHIGHとなるデータ921、及びラッチ902と903の間でHIGHとなるデータ922、及びラッチ903と904の間でHIGHとなるデータ923、及びラッチ904と905の間でHIGHとなるデータ924が設けてある。
DT0のようなパターンのデータを制御素子に送った際はラッチ901a、902、903、904、905、901b全てで0がセットされ、圧力発生素子にパルスは印加されないので、液滴は吐出しない。DT1のようなパターンのデータを制御素子に送った際は、ラッチ901a、902、903、904では0がセットされ、パルスP1からP4は圧力発生素子に印加されないが、データ910がラッチ905で1にセットされ、ラッチ905のタイミングで駆動波形がONしてパルスP5が圧力発生素子に印加されるので微小液滴が吐出する。そして次の印字周期で特大滴を吐出しない場合はラッチ901bで0がセットされるので、ラッチ901bのタイミングで駆動波形がOFFされる。
DT2のようなパターンのデータを制御素子に送った際は、ラッチ901a、902、903では0がセットされ、パルスP1からP3は圧力発生素子に印加されないが、データ911がラッチ904で1にセットされ、データ912がラッチ905で1にセットされ、ラッチ904のタイミングで駆動波形がONしてパルスP4とP5が圧力発生素子に印加されるので小液滴が吐出される。次の印字周期で特大滴を吐出しない場合はラッチ901bで0がセットされるので、ラッチ901bのタイミングで駆動波形がOFFされる。
DT3のようなパターンのデータを制御素子に送った際は、ラッチ901a、902では0がセットされ、パルスP1とP2は圧力発生素子に印加されないが、データ913がラッチ903で1にセットされ、データ914がラッチ904で1にセットされ、データ915がラッチ905で1にセットされ、ラッチ903のタイミングで駆動波形がONしてパルスP3からP5が圧力発生素子に印加されるので中液滴が吐出される。そして次の印字周期で特大滴を吐出しない場合はラッチ901bで0がセットされるので、ラッチ901bのタイミングで駆動波形がOFFされる。
DT4のようなパターンのデータを制御素子に送った際は、ラッチ901aでは0がセットされ、パルスP1は圧力発生素子に印加されないが、データ916がラッチ902で1にセットされ、データ917がラッチ903で1にセットされ、データ918がラッチ904で1にセットされ、データ919がラッチ905で1にセットされ、ラッチ902のタイミングで駆動波形がONしてパルスP2からP5が圧力発生素子に印加されるので大液滴が吐出される。次の印字周期で特大滴を吐出しない場合はラッチ901bで0がセットされるので、ラッチ901bのタイミングで駆動波形がOFFされる。
DT5のようなパターンのデータを制御素子に送った際は、データ920がラッチ901aで1にセットされ、データ921がラッチ902で1にセットされ、データ922がラッチ903で1にセットされ、データ923がラッチ904で1にセットされ、データ924がラッチ905で1にセットされ、ラッチ901aのタイミングで駆動波形がONしてパルスP1からP5が圧力発生素子に印加されるので特大液滴が吐出される。そして次の印字周期で特大滴を吐出しない場合はラッチ901bで0がセットされるので、ラッチ901bのタイミングで駆動波形がOFFされる。
次の印字周期で特大滴を吐出させる場合は、図示していないがラッチ905と901bの間でHIGHとなるデータが設けられ、ラッチ901bで1にセットされるので、ラッチ901bのタイミングで駆動波形がOFFされず圧力発生素子に印加され続ける。
駆動波形をOFFするタイミングは、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなっている瞬間以降であり、本発明を適用したインクジェットヘッドにおいてはパルスの電圧が略一定になってから1.5μs以上後であったが、この値は圧力発生素子の種類や定数や駆動ノズル数や駆動波形や回路等によって異なる。
駆動波形をOFFするタイミングを、パルスの電圧が略一定になってから、駆動波形をOFFしてもノイズが発生しない程度まで圧力発生素子に流れる電流が小さくなる瞬間以上後にすることが出来ればなお良い。本実施例を適用したインクジェットヘッドにおいては、その時間はパルスの電圧が略一定になってから2.2μs以上後であった。
駆動波形をONするタイミングは各パルスの電圧が変化し始めるよりも制御素子の反応時間以上前であり、今回実験に用いたインクジェットヘッドにおいては各パルスの電圧が変化し始めるよりも0.3μs以上前であったが、この値は制御素子や回路等によって異なる。
DT0からDT5どのようなパターンのデータを制御素子に送るかは、ノズル毎に、また一印字周期毎に設定可能であり、制御素子は、セットされたデータに従い、ノズル毎に、また一印字周期毎に駆動波形のON/OFF制御を行い、異なった大きさの液滴を吐出させて、諧調記録を行うことが出来る。
本実施例では、図10を用いて説明したようなラッチ信号、引いてはラッチ信号発生手段と、制御素子が、駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段となり、図10を用いて説明したようなパターンのデータ信号、引いてはデータ信号発生手段と、制御素子が、前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段となっている。
図11は、本発明によるインクジェットヘッドの駆動装置を具備した画像形成装置の一例を示した図である。
ガントリーアーム101の上にX軸直動ガイド102が設置され、X軸直動ガイド102に取り付けられたヘッドベース103に、インクジェットヘッド104が4台取り付けてあり、インクジェットヘッド104は主走査方向に移動可能となっている。ステージ105はY軸直動ガイド106に取り付けられており,ステージ105上に置かれた被記録媒体107は、主走査方向に対して直角な副走査方向に移動可能となっている。
インクジェットヘッド104はサブインクタンク108からインクが供給され,サブインクタンク108は、負圧コントローラ兼インク補充ポンプ109により、常に適切な圧力に減圧されており、ノズルからインクが垂れないようになっている。サブインクタンク108のインク残量が少なくなれば、負圧コントローラ兼インク補充ポンプ109により、メインインクタンク110からインクが補充される。
インクジェットヘッド104には図示しない制御素子が搭載されており、図示しない上位制御装置から制御素子へ、図8に示したような駆動波形及びON/OFF制御信号と、データ信号、クロック信号、ラッチ信号が送られて来る。
データ信号とクロック信号によりノズル毎のデータが読み込まれ、ラッチ信号でセットされたデータにより、どのノズルに対しどのON/OFF制御信号により駆動波形のON/OFFを行うかがセレクトされて、各ノズルの圧力発生素子に駆動波形が印加され、不吐出と大、中、小、3つのサイズの液滴4階調記録が可能となっている。
X軸直動ガイド102によりインクジェットヘッド104を主走査方向に動かしながら、インクジェットヘッド104から被記録媒体107に向けて3つのサイズのインクを吐出するか否かで、4階調記録を行いながら、被記録媒体107上に所望の画像の一部を形成する。Y軸直動ガイド106により被記録媒体107を副走査方向に所望の量だけ動かした後に、再度X軸直動ガイド102によりインクジェットヘッド104を主走査方向に動かしながら、インクジェットヘッド104から被記録媒体107に向けて大、中、小、3つのサイズのインクを吐出するか否かで、4階調記録を行いながら、被記録媒体107上に所望の画像の一部を形成する。この動作を繰り返すことにより、被記録媒体107に所望の画像111が形成される。
4台のインクジェットヘッドには別々にシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックのインクが供給されており、各々4階調記録を行い、各色を重ね合わせて1画素を形成するので、1画素当たり4×4×4×4=256階調でカラー画像を形成することが出来る。
なお、本発明によるインクジェットヘッドの駆動装置は、現在知られている、インクジェットヘッドを用いた画像形成装置の構成全般に対して適用可能であり、図11に示した構成に限定されるものではない。
以上、圧力発生素子が容量性負荷の圧電素子であり、駆動波形の電圧が一定になっても暫く充放電電流が流れ続ける場合を例に取って説明した。圧力発生素子が容量性負荷(コンデンサの特性を有する圧力発生素子)であれば、駆動波形の電圧が一定になってから駆動波形の電流が流れなくなるまでの時間差が大きいため、本発明は圧力発生素子が容量性負荷である場合に好適ではあるが、駆動波形の電圧が一定になっても駆動波形の経路に暫くは電流が流れるインクジェットヘッドであれば本発明は適用可能であり、圧力発生素子を圧電素子に限ったものではないし、ヘッド構造も図1を用いて説明した構造に限ったものではない。
さらに、6階調記録を行う場合と4階調記録を行う場合を例に取って説明したが、請求項3以外は3階調以上、請求項3は4階調以上であれば本発明は適用可能である。
さらに、明細書に記載した制御方式は一般的な例であり、ON/OFF制御信号をノズル毎に設けたスイッチに個別に送って駆動を制御する方式のインクジェットヘッドに適用しても良いし、信号の種類やHIGHアクティブ、LOWアクティブの違い等、制御方式によって本発明が制限されるものではない。
さらに、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程大きなノイズが駆動波形に乗らない程度まで駆動波形の電流が小さくなるような駆動波形の電圧変動であれば、駆動波形の電圧が僅かに変動していても本発明の請求項における特定個所や第二の特性個所として設定することが出来る。
さらに、請求項における特性個所に、駆動波形をOFFするタイミングを幾つか集中させる数は、他の個所のOFFタイミングが設定されている数よりも多い数とする。
本発明はインクジェットヘッドのみならず、例えば液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造に用いられる色材液など特殊な液体を吐出する液体吐出装置、あるいは液滴の吐出量を多様に制御しながら分注を行う分注器などにも適用出来る。
本発明の実施例を適用したインクジェットヘッドの一部斜視図である。 従来例によるインクジェットヘッドの駆動装置の駆動方法を示した説明図である。 駆動電圧と駆動電流の関係を示した説明図である。 駆動電圧と駆動電流の関係を示した説明図である。 本発明の第1実施例に係る駆動波形とON/OFF制御信号との関係を一印字周期分示した説明図である。 本発明の第2実施例に係る駆動波形とON/OFF制御信号との関係を一印字周期分示した説明図である。 本発明の第3実施例に係る駆動波形とON/OFF制御信号との関係を一印字周期分示した説明図である。 本発明の第4実施例に係る駆動波形とON/OFF制御信号との関係を一印字周期分示した説明図である。 本発明の第5実施例に係る駆動波形とON/OFF制御信号との関係を一印字周期分示した説明図である。 本発明の第6実施例に係る駆動波形とラッチ信号とデータとの関係を一印字周期分示した説明図である。 本発明によるインクジェットヘッドの駆動装置を備えた画像形成装置の斜視図である。
符号の説明
1…高圧電源端子に繋がる配線、2…グランド端子に繋がる配線、3…共通電極に繋がる配線、4…ダイオード、5…ダイオード、6…ダイオード、7…ダイオード、11…インク流路形成部材、12…インク圧力室、13…ノズルプレート、14…ノズル、15…リストリクタ、16…共通インク流路、17…圧電素子、18…圧電素子支持基板、19…個別電極、20…共通電極、21…弾性膜、22…インク滴、23…圧電素子、24…制御素子、26…駆動電圧入力端子に繋がる配線、27…圧力室の仕切り、901a…ラッチ、901b…ラッチ、902〜905…ラッチ、910〜924…データ、101…ガントリーアーム、102…X軸直動ガイド、103…ヘッドベース、104…インクジェットプリントヘッド、105…ステージ、106…Y軸直動ガイド、107…被記録媒体、108…サブインクタンク、109…負圧コントローラ兼インク補充ポンプ、110…メインインクタンク、111…画像。

Claims (18)

  1. 液体を吐出するノズルと、
    各ノズルに対応して設けられた液体吐出用の圧力を発生する圧力発生素子と、
    一印字周期に複数パルスの駆動波形を有し、その駆動波形を前記圧力発生素子に印加するか否かを決定する駆動波形のON/OFF制御手段を備え、
    そのON/OFF制御手段により駆動波形を前記圧力発生素子に印加するタイミングを制御して、前記複数パルスの駆動波形のうち所望のパルスを選択して前記圧力発生素子に印加し、
    前記パルスの選択の仕方によって同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出するように構成した液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記ON/OFF制御手段が駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定する設定手段と、
    前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択する選択手段を有し、
    その選択手段によって選択されたパルスを前記圧力発生素子に印加することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  2. 請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記特定個所は、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持している個所であることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  3. 請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記特定の個所よりも時間的に前に存在する駆動波形で、その駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持出来る第二の特定個所がある場合、サイズが小さい液滴を吐出させるパルスを選択する際には前記ON/OFF制御手段の駆動波形をOFFするタイミングを第二の特定個所に設定することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記複数のパルスの駆動波形は各パルスが同じ形状の電圧波形であり、前記圧力発生手段に印加するパルスの数を異ならせることで、同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  5. 請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記複数のパルスは電圧が徐々に高くなっている複数のパルスであって、前記圧力発生手段に印加するパルスの電圧の違いによって同一のノズルからサイズの異なる液滴を吐出し、
    前記特定箇所は、前記複数のパルスのうち最も電圧の高いパルスと次の印字周期の先頭パルスの間に設定されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  6. 請求項1または2に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記複数のパルスは、第1の電圧を有する第1のパルスと、その第1のパルスの直後に存在する前記第1のパルスよりも高い電圧を有する第2のパルスを備え、
    前記特定箇所は、前記第1のパルスと第2のパルスの間に設定されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記複数パルスは、前記ノズルから液体を吐出しない時に前記圧力発生素子に印加する不吐出パルスを有し、その不吐出パルスを前記圧力発生素子に印加して圧力発生素子を充電することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  8. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置において、
    前記圧力発生素子がコンデンサの特性を有する圧力発生素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動装置。
  9. 液体を吐出するノズルと、
    各ノズルに対応して設けられた液体吐出用の圧力を発生する圧力発生素子と、
    一印字周期に複数パルスの駆動波形を有し、その駆動波形を前記圧力発生素子に印加するか否かを決定する駆動波形のON/OFF制御手段とを備え、
    そのON/OFF制御手段により駆動波形を前記圧力発生素子に印加するタイミングを制御して、前記複数パルスの駆動波形のうち所望のパルスを選択して前記圧力発生素子に印加し、
    前記パルスの選択の仕方によって同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記ON/OFF制御手段が駆動波形をOFFするタイミングを、前記複数パルスの駆動波形の中で電圧変動が殆ど無い時間を長く取ることが出来る特定個所に幾つか集中させて設定し、
    前記特定個所よりも時間的に前に存在するパルスを、前記特定個所から順に選択し、
    その選択されたパルスを前記圧力発生素子に印加することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  10. 請求項9に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記特定個所は、駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持している個所であることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  11. 請求項9または10に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記特定の個所よりも時間的に前に存在する駆動波形で、その駆動波形をOFFしても不具合が生じる程の大きなノイズが発生しない程度まで駆動波形の電流が小さくなる瞬間以上に駆動波形の電圧が殆ど変動しない状態を維持出来る第二の特定個所がある場合、サイズが小さい液滴を吐出させるパルスを選択する際には前記ON/OFF制御手段の駆動波形をOFFするタイミングを第二の特定個所に設定することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  12. 請求項9ないし11のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記複数パルスの駆動波形は各パルスが同じ形状の電圧波形であり、前記圧力発生手段に印加するパルスの数を異ならせることで、同一のノズルから印字周期毎にサイズの異なる液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  13. 請求項9または10に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記複数のパルスは電圧が徐々に高くなっている複数のパルスであって、前記圧力発生手段に印加するパルスの電圧の違いによって同一のノズルからサイズの異なる液滴を吐出し、
    前記特定箇所は、前記複数のパルスのうち最も電圧の高いパルスと次の印字周期の先頭パルスの間に設定されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  14. 請求項9または10に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記複数のパルスは、第1の電圧を有する第1のパルスと、その第1のパルスの直後に存在する前記第1のパルスよりも高い電圧を有する第2のパルスを備え、
    前記特定箇所は、前記第1のパルスと第2のパルスの間に設定されることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  15. 請求項9ないし14のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記複数パルスは、前記ノズルから液体を吐出しない時に前記圧力発生素子に印加する不吐出パルスを有し、その不吐出パルスを前記圧力発生素子に印加して圧力発生素子を充電することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  16. 請求項9ないし15のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
    前記圧力発生素子がコンデンサの特性を有する圧力発生素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
  17. 吐出する液体がインクで、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  18. 請求項17に記載の画像形成装置において、
    色の異なるインクが供給される複数台のインクジェットヘッドが設けられていることを特徴とする画像形成装置。
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