JP2010162827A - Driving signal setting method for liquid ejection device - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動周波数を低下させることなく、液体の吐出を安定させることが可能な液体吐出装置の駆動信号設定方法を提供する。
【解決手段】第1の吐出パルスによってノズル28からインクを吐出した後に続いて第2の吐出パルスによってインクを吐出する構成において、第2の吐出パルスによるインクの吐出動作開始タイミングDtに相当する時点における第1の吐出パルスによるメニスカスの残留振動の位置が基準の記録ヘッドと比較して吐出側となるような固有振動周期を持つ記録ヘッドの場合、制振要素p5の電位差が基準よりも高くなるように中間電位を設定する一方、第2の吐出パルスによるインクの吐出動作開始タイミングに相当する時点における第1の吐出パルスによるメニスカスの残留振動の位置が基準の記録ヘッドと比較して圧力発生室側となるような固有振動周期を持つ記録ヘッドの場合、制振要素の電位差が基準よりも低くなるように中間電位を設定する。
【選択図】図2
A drive signal setting method for a liquid discharge apparatus capable of stabilizing liquid discharge without lowering the drive frequency.
In a configuration in which ink is ejected by a second ejection pulse following ejection of ink from a nozzle by a first ejection pulse, a time point corresponding to an ink ejection operation start timing Dt by the second ejection pulse. In the case of a recording head having a natural vibration period in which the position of the residual vibration of the meniscus by the first ejection pulse is on the ejection side compared to the reference recording head, the potential difference of the damping element p5 is higher than the reference. While the intermediate potential is set as described above, the position of the residual vibration of the meniscus by the first ejection pulse at the time corresponding to the timing of starting the ink ejection operation by the second ejection pulse is compared with the reference recording head. In the case of a recording head having a natural vibration period on the side, the intermediate voltage is set so that the potential difference of To set.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置の駆動信号設定方法に関するものであり、特に、駆動信号に含まれる吐出パルスを圧力発生素子に印加することで液体の吐出を制御可能な液体吐出装置の駆動信号設定方法に関するものである。 The present invention relates to a drive signal setting method for a liquid discharge apparatus such as an ink jet printer, and in particular, a liquid discharge apparatus capable of controlling liquid discharge by applying a discharge pulse included in the drive signal to a pressure generating element. This relates to a driving signal setting method.
例えば、液体吐出装置は、ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという)を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体(着弾対象物)に対して吐出・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター(以下、単にプリンターという。)等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。 For example, a liquid ejection apparatus is an apparatus that includes a liquid ejection head capable of ejecting liquid from a nozzle and ejects various liquids from the liquid ejection head. As a representative example of this liquid ejection apparatus, for example, an ink jet recording head (hereinafter simply referred to as a recording head) as a liquid ejection head is provided, and liquid ink is ejected from the nozzle of this recording head to a recording medium such as recording paper. An image recording apparatus such as an ink jet printer (hereinafter simply referred to as a printer) that records an image or the like by discharging and landing on a (landing target) can be given. In recent years, liquid ejecting apparatuses have been applied not only to this image recording apparatus but also to various manufacturing apparatuses such as a manufacturing apparatus for a color filter such as a liquid crystal display.
ここで、上記インクジェット式プリンター(以下、単にプリンターと略記する)を例に挙げると、このプリンターは、共通インク室(リザーバー)から圧力発生室を通りノズルに至る一連のインク流路や、圧力発生室の容積を変動させるための圧力発生素子(例えば、圧電素子)等を有する記録ヘッドを搭載し、また、圧力発生素子に供給する駆動信号を発生する駆動信号生成回路(駆動信号生成手段)を備えている。そして、駆動信号生成回路からの駆動信号に含まれる吐出パルスを圧電素子に印加して圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルからインクを吐出するように構成されている。この圧力変動に伴って圧力発生室内のインクには圧力発生室内が恰も音響管であるかのように振る舞うヘルムホルツ周波数の圧力振動が励起される。以下、この圧力振動の振動周期を固有振動周期Tcと表す。 Here, taking the above ink jet printer (hereinafter simply abbreviated as a printer) as an example, this printer is a series of ink flow paths from a common ink chamber (reservoir) to a nozzle through a pressure generating chamber, and pressure generation. Mounted with a recording head having a pressure generating element (for example, a piezoelectric element) for changing the volume of the chamber, and a driving signal generating circuit (driving signal generating means) for generating a driving signal to be supplied to the pressure generating element I have. The discharge pulse included in the drive signal from the drive signal generation circuit is applied to the piezoelectric element to cause pressure fluctuation in the ink in the pressure generating chamber, and the ink is ejected from the nozzle using this pressure fluctuation. Has been. Along with this pressure fluctuation, the ink in the pressure generating chamber is excited by a pressure vibration having a Helmholtz frequency that behaves as if the pressure generating chamber is an acoustic tube. Hereinafter, the vibration period of the pressure vibration is expressed as a natural vibration period Tc.
ところで、インクの吐出後には、圧力発生室内におけるインク(特に、メニスカス)の残留振動が問題となる。即ち、この残留振動が、次に行うインクの吐出動作に悪影響を及ぼす虞がある。特に、記録速度の高速化や記録画像の高解像度化に伴って、ごく微小(例えば、数pl)なインクを連続的に吐出する場合、上記の残留振動を可及的に抑制することが望まれる。このため、吐出パルスには、インクを吐出するための波形要素の後に制振要素を発生させ(制振工程)、この制振要素によって残留振動に対して位相を異ならせたカウンター振動を発生させることで残留振動を低減するようにしている(例えば、特許文献1参照)。 By the way, after ink discharge, residual vibration of ink (particularly meniscus) in the pressure generating chamber becomes a problem. That is, this residual vibration may adversely affect the next ink ejection operation. In particular, when a very small (for example, several pl) ink is continuously ejected as the recording speed increases and the resolution of the recorded image increases, it is desirable to suppress the residual vibration as much as possible. It is. For this reason, in the ejection pulse, a damping element is generated after the waveform element for ejecting ink (a damping process), and a counter vibration having a phase different from the residual vibration is generated by the damping element. Thus, residual vibration is reduced (for example, see Patent Document 1).
上記の固有振動周期Tcは、圧力発生室を含むヘッド内のインク流路の寸法等に応じて個々に定まる。そして、同一タイプの記録ヘッド同士でも、寸法誤差等により固有振動周期Tcが異なる。したがって、駆動信号をすべての記録ヘッドで一律に設定すると、ヘッド毎に吐出特性が異なってしまうことがある。例えば、所定の固有振動周期Tc(基準値)に基づいて設計された吐出パルスを使用した場合において、前側の吐出パルスでインクを吐出した後に続いて後側の吐出パルスでインクを吐出するとき、実際の固有振動周期が基準値からずれていると、吐出時点のメニスカスの状態が異なってしまい、インクの飛翔速度が変動して着弾位置が不安定になったり、吐出されるインクの重量が変動したりする等、吐出が安定しない問題があった。 The natural vibration period Tc is individually determined according to the size of the ink flow path in the head including the pressure generation chamber. Even among the same type of recording heads, the natural vibration period Tc differs due to a dimensional error or the like. Therefore, if the drive signal is set uniformly for all the recording heads, the ejection characteristics may differ from head to head. For example, when an ejection pulse designed based on a predetermined natural vibration period Tc (reference value) is used, after ejecting ink with a front ejection pulse, and subsequently ejecting ink with a rear ejection pulse, If the actual natural vibration period deviates from the reference value, the state of the meniscus at the time of ejection will be different, the ink flying speed will vary, the landing position will become unstable, and the weight of the ejected ink will vary There is a problem that the discharge is not stable, such as.
このため、上記の問題を解決すべく、記録ヘッド毎の固有振動周期Tcに応じて、制振要素を印加するタイミングを変更することが考えられる。即ち、吐出要素の終端から制振要素の始端までの間隔(制振ホールド要素)を調整することで、残留振動を打ち消すタイミングで制振要素が印加されるようにする。しかしながら、例えば、上記間隔を長くすると、その分、吐出周期が全体的に長くなってしまい、駆動周波数が低下する不具合があった。 For this reason, in order to solve the above problem, it is conceivable to change the timing of applying the damping element in accordance with the natural vibration period Tc of each recording head. In other words, the damping element is applied at the timing of canceling the residual vibration by adjusting the interval (damping hold element) from the end of the discharge element to the start of the damping element. However, for example, when the interval is increased, there is a problem in that the ejection cycle is increased as a whole, and the drive frequency is lowered.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動周波数を低下させることなく、液体の吐出を安定させることが可能な液体吐出装置の駆動信号設定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a drive signal setting method for a liquid discharge apparatus capable of stabilizing liquid discharge without reducing the drive frequency. There is.
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力発生室の容積を変動させる圧力発生素子を駆動することで前記ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動して液体を吐出させるための吐出パルスを含む駆動信号を一定周期で発生する駆動信号生成部と、を備えた液体吐出装置の駆動信号設定方法であって、
前記吐出パルスは、中間電位から変化して前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、前記膨張要素により膨張した前記圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる吐出要素と、電位を中間電位に復帰させて吐出後の液体の残留振動を抑制する制振要素と、を少なくとも含み、
前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Tcに基づき、前記中間電位を定めることを特徴とする。
The present invention has been proposed to achieve the above object, and a liquid discharge head capable of discharging liquid from the nozzle by driving a pressure generating element that varies the volume of a pressure generating chamber communicating with the nozzle. A drive signal setting method for a liquid ejection device, comprising: a drive signal generation unit that generates a drive signal including a discharge pulse for driving the pressure generating element to discharge liquid;
The discharge pulse changes from an intermediate potential to expand the pressure generating chamber, the discharge element that contracts the pressure generating chamber expanded by the expansion element and discharges the liquid, and returns the potential to the intermediate potential. And at least a damping element that suppresses residual vibration of the liquid after ejection,
The intermediate potential is determined based on the natural vibration period Tc of the liquid in the pressure generating chamber.
上記構成において、第1の吐出パルスによってノズルから液体を吐出した後に続いて第2の吐出パルスによって液体を吐出する構成において、第2の吐出パルスによる液体の吐出動作開始タイミングに相当する時点における第1の吐出パルスによるメニスカスの残留振動の位置が基準固有振動周期の液体吐出ヘッドと比較して吐出側となるような固有振動周期を持つ液体吐出ヘッドについては、制振要素の電位差が基準よりも高くなるように中間電位を設定する一方、第2の吐出パルスによる液体の吐出動作開始タイミングに相当する時点における第1の吐出パルスによるメニスカスの残留振動の位置が基準固有振動周期の液体吐出ヘッドと比較して圧力発生室側となる固有振動周期を持つ液体吐出ヘッドについては、制振要素の電位差が基準よりも低くなるように中間電位を設定する構成を採用することが望ましい。 In the above configuration, in the configuration in which the liquid is discharged by the second discharge pulse after the liquid is discharged from the nozzle by the first discharge pulse, the second time at the time corresponding to the liquid discharge operation start timing by the second discharge pulse. For a liquid discharge head having a natural vibration period in which the position of the residual vibration of the meniscus by one discharge pulse is on the discharge side compared to a liquid discharge head having a reference natural vibration period, the potential difference of the damping element is higher than the reference. While the intermediate potential is set to be high, the position of the residual vibration of the meniscus by the first ejection pulse at the time corresponding to the liquid ejection operation start timing by the second ejection pulse is the liquid ejection head having the reference natural vibration period. In comparison, the liquid discharge head having the natural vibration period on the pressure generation chamber side is based on the potential difference of the damping element. It is desirable to adopt a configuration for setting the intermediate potential to be lower than.
本発明によれば、液体吐出ヘッドの固有振動周期に応じて中間電位を設定することで、第1の吐出パルスによってノズルから液体を吐出した後に続いて第2の吐出パルスによって液体を吐出する構成において、第2の吐出パルスによる液体の吐出動作開始タイミングにおけるメニスカスの状態を、固有振動周期に拘わらず一定に揃えることができる。これにより、駆動周波数を低下させることなく、液体の吐出を安定させることが可能となる。 According to the present invention, the intermediate potential is set in accordance with the natural vibration period of the liquid discharge head, so that the liquid is discharged by the second discharge pulse after the liquid is discharged from the nozzle by the first discharge pulse. The meniscus state at the liquid discharge operation start timing by the second discharge pulse can be made uniform regardless of the natural vibration period. This makes it possible to stabilize the liquid ejection without reducing the drive frequency.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置(以下、プリンター)を例に挙げて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the following, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a printer) will be described as an example of the liquid ejection apparatus of the present invention.
図1は、プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。例示したプリンターは、プリンターコントローラー1とプリントエンジン2とから構成されている。プリンターコントローラー1は、図示しないホストコンピューター等の外部装置との間でデーターの送受信を行う外部インターフェース(外部I/F)3と、各種データーの記憶等を行うRAM4と、各種データー処理のための制御プログラム等を記憶したROM5と、CPU等からなる制御部6と、クロック信号を発生する発振回路7と、記録ヘッド8へ供給する駆動信号COMを発生する駆動信号生成回路9と、画素データーSI及び駆動信号等をプリントエンジン2に送信するための内部インターフェース10(内部I/F10)とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the electrical configuration of the printer. The illustrated printer includes a
外部I/F3は、例えばイメージデーター等の印刷データーをホストコンピューター等から受信する。また、外部I/F3からは、外部装置に対してビジー信号やアクノレッジ信号等の状態信号が出力される。RAM4は、受信バッファー、中間バッファー、出力バッファー及びワークメモリー等として利用されるものである。また、ROM5は、制御部6によって実行される各種制御プログラム、フォントデーター及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。印刷データーには、印刷する画像データーの他に各種のコマンドデーターを含む。コマンドデーターとは、プリンターに特定の動作の実行を指示するためのデーターである。このコマンドデーターには、例えば、給紙を指示するコマンドデーター、搬送量を示すコマンドデーター、排紙を指示するコマンドデーターがある。
The external I / F 3 receives print data such as image data from a host computer or the like. Further, the external I / F 3 outputs status signals such as a busy signal and an acknowledge signal to the external device. The
制御部6は、記録ヘッド8の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド8に出力したり、駆動信号COMを生成させるための制御信号を駆動信号生成回路9に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックCLK、画素データーSI、ラッチ信号LAT、チェンジ信号CHである。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号COMを構成する各駆動パルスの供給タイミングを規定する。また、駆動信号COMを生成させるための制御信号は、例えばDAC(Digital to Analog Converter)値である。このDAC値は、駆動信号生成回路9から出力させる電圧を指示するための情報であり、極めて短い更新周期毎に更新される。
The control unit 6 outputs a head control signal for controlling the operation of the
また、制御部6は、上記印刷データーに基づき、RGB表色系からCMY表色系への色変換処理、多階調のデーターを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデーターを、インク種類毎(ノズル列毎)に所定の配列で並べてドットパターンデーターに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド8の吐出制御に用いる画素データー(ドットパターンデーター)SIを生成する。この画素データーSIは、印刷される画像の画素に関するデーターであり、吐出制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象物である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。そして、印刷データーにおける画素データーSIは、用紙上に形成されるドットの有無(又はインクの吐出の有無)及びドットの大きさ(又は吐出されるインクの量)に関するデーター(階調値)から成る。本実施形態において、画素データーSIは2ビットの階調値によって構成されている。すなわち、この画素データーSIには、ドット無し(微振動)に対応するデーター[00]と、小ドットに対応するデーター[01]と、中ドットの形成に対応するデーター[10]と、大ドットに対応するデーター[11]とがある。従って、本実施形態におけるこのプリンターでは4階調でドットの形成ができる。
Further, the control unit 6 performs color conversion processing from the RGB color system to the CMY color system, halftone processing for reducing multi-gradation data to a predetermined gradation, and halftoned data based on the print data. Pixel data (dot pattern data) SI used to control the ejection of the
図2は、駆動信号生成回路9が発生する駆動信号COMの構成の一例を説明する図である。駆動信号COMは、1つの微振動パルス、及び4つの吐出パルスを規定発生周期(記録周期)T内に有する一連の信号であり、記録周期Tで繰り返し発生される。本実施形態において、駆動信号COMの一記録周期Tは、5つの期間(パルス発生期間)t1〜t5に区分されている。そして、期間t1で第1吐出パルスP11が発生し、期間t2で第2吐出パルスP12が発生し、期間t3で微振動パルスVPが発生し、期間t4で第3吐出パルスP13が発生し、期間t5で第4吐出パルスP14が発生する。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the configuration of the drive signal COM generated by the drive
次に、プリントエンジン2について説明する。このプリントエンジン2は、図1に示すように、記録ヘッド8、キャリッジ移動機構44、紙送り機構45、及び、リニアエンコーダー46等を備えている。キャリッジ移動機構44は、液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド8が取り付けられたキャリッジと、このキャリッジを、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モーター(例えば、DCモーター)等からなり(何れも図示せず)、キャリッジに搭載された記録ヘッド8を主走査方向に移動させる。紙送り機構45は、紙送りモーター及び紙送りローラー等からなり、記録紙(記録媒体の一種。また、着弾対象物の一種)をプラテン上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー46は、キャリッジに搭載された記録ヘッド8の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として内部I/F10を通じて制御部6に出力する。制御部6は、リニアエンコーダー46側から受信したエンコーダーパルスに基づいて記録ヘッド8の走査位置(現在位置)を把握することができる。
Next, the
図3に示すように、記録ヘッド8は、圧力発生ユニット15と流路ユニット16とから構成されており、これらを重ね合わせた状態で一体化してある。圧力発生ユニット15は、圧力発生室17を区画するための圧力発生室プレート18、供給側連通口22及び第1連通口24aを開設した連通口プレート19、及び、圧電素子20を実装した振動板21と、を積層し、焼成等により一体化することで構成されている。また、流路ユニット16は、供給口23や第2連通口24bを形成した供給口プレート25、リザーバー26や第3連通口24cを形成したリザーバープレート27、及び、ノズル28が形成されたノズルプレート29からなるプレート部材を積層状態で接着することで構成されている。
As shown in FIG. 3, the
圧力発生室17とは反対側となる振動板21の外側表面には、各圧力発生室17に対応した状態で複数の圧電素子20が配設される。例示した圧電素子20は撓み振動モードの振動子であり、駆動電極20aと共通電極20bとによって圧電体20cを挟んで構成されている。そして、圧電素子20の駆動電極に駆動信号(駆動パルス)が印加されると、駆動電極20aと共通電極20bとの間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体20cに付与され、圧電体20cが付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極20aの電位を高くする程、圧電体層20cは電場と直交する方向に収縮し、圧力発生室17の容積を少なくするように振動板21を変形させる。
A plurality of
次に、この記録ヘッド8の電気的構成について説明する。この記録ヘッド8は、図1に示すように、第1シフトレジスター33及び第2シフトレジスター34からなるシフトレジスター(SR)回路と、第1ラッチ回路35及び第2ラッチ回路36からなるラッチ回路と、デコーダー37と、制御ロジック38と、レベルシフター39と、スイッチ41と、圧電素子20とを備えている。そして、各シフトレジスター33,34、各ラッチ回路35,36、レベルシフター39、スイッチ41、及び、圧電素子20は、それぞれノズル28毎に対応した数だけ設けられる。なお、図2では、1ノズル分の構成のみを図示し、他のノズル分の構成の図示は省略している。
Next, the electrical configuration of the
この記録ヘッド8は、プリンターコントローラー1から送られてくる画素データーSIに基づいてインクの吐出制御を行う。本実施形態では、2ビットで構成された画素データーSIの上位ビット群、画素データーSIの下位ビット群の順に記録ヘッド8へクロック信号CLKに同期して送られてくるので、まず、画素データーSIの上位ビット群が第2シフトレジスター34にセットされる。全てのノズル28について画素データーSIの上位ビット群が第2シフトレジスター34にセットされると、次にこの上位ビット群が第1シフトレジスター33にシフトする。これと同時に、画素データーSIの下位ビット群が第2シフトレジスター34にセットされる。
The
第1シフトレジスター33の後段には、第1ラッチ回路35が接続され、第2シフトレジスター34の後段には、第2ラッチ回路36が接続されている。そして、プリンターコントローラー1側からのラッチパルスが各ラッチ回路35,36に入力されると、第1ラッチ回路35は画素データーSIの上位ビット群をラッチし、第2ラッチ回路36は画素データーSIの下位ビット群をラッチする。各ラッチ回路35,36でラッチされた画素データーSI(上位ビット群,下位ビット群)はそれぞれ、デコーダー37へ出力される。このデコーダー37は、画素データーSIの上位ビット群及び下位ビット群に基づいて、駆動信号COMを構成する各パルスを選択するためのパルス選択データーを生成する。このパルス選択データーは、例えば、図2の駆動信号COMの場合、第1吐出パルスP11(期間t1)、第2吐出パルスP12(期間t2)、微振動パルスVP(期間t3)、第3吐出パルスP13(期間t4)、第4吐出パルスP14(期間t5)に対応する合計5ビットのデーターによって構成されている。
A
上記デコーダー37には、制御ロジック38からのタイミング信号も入力されている。この制御ロジック38は、ラッチ信号やチャンネル信号の入力に同期してタイミング信号を発生する。デコーダー37によって生成された各パルス選択データーは、タイミング信号によって規定されるタイミングで上位ビット側から順次レベルシフター39に入力される。このレベルシフター39は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データーが[1]の場合には、スイッチ41を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。
A timing signal from the
スイッチ41の入力側には駆動信号生成回路9からの駆動信号COMが供給される。また、スイッチ41の出力側には、圧電素子20が接続されている。即ち、スイッチ41は、圧電素子20への駆動信号COMの供給・非供給の切り替えを行うように構成されている。そして、このような動作をするスイッチ41は、選択供給手段として機能する。上記のパルス選択データーは、スイッチ41の作動を制御する。即ち、スイッチ41に入力されたパルス選択データーが[1]である期間中は、このスイッチ41が導通状態になり、駆動信号COMが圧電素子20に供給される。一方、スイッチ41に入力されたパルス選択データーが[0]の期間中は、スイッチ41が切断状態となり、圧電素子20へは駆動信号が供給されない。要するに、パルス選択データーとして[1]が設定された期間のパルスが選択的に圧電素子20に供給される。このようなスイッチ制御により、駆動信号COMに含まれる吐出パルスを圧電素子20へ印加させることができる。すなわち、駆動信号COMの一部分を、選択的に圧電素子20へ印加させることができる。この例では、繰り返し周期(記録周期)Tの開始タイミング(ラッチ信号LATのラッチパルスのタイミング)の後のt1〜t5間の境界のタイミング(チェンジ信号CHのチェンジパルスのタイミング)で、圧電素子20に印加させるパルスを切り替えることができる。
A drive signal COM from the drive
駆動信号COMに含まれる各吐出パルスP11〜P14は、膨張要素p1と、膨張ホールド要素p2(膨張維持要素)と、収縮要素p3(吐出要素)と、制振ホールド要素p4と、制振要素p5とからなる。膨張要素p1は、圧力発生室17の定常容積(膨張又は収縮の基準となる容積)に対応する中間電位VB(基準電位)から膨張電位VLまでインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を下降させる波形要素であり、膨張ホールド要素p2は、膨張電位VLで一定な波形要素である。収縮要素p3は、膨張電位VLから収縮電位VHまで急勾配で電位を上昇させる波形要素であり、制振ホールド要素p4は、収縮電位VHを所定期間維持する波形要素である。また、制振要素p5は収縮電位VHから中間電位VBまでインクを吐出させない程度の一定勾配で電位を復帰させる波形要素である。 Each discharge pulse P11 to P14 included in the drive signal COM includes an expansion element p1, an expansion hold element p2 (expansion maintaining element), a contraction element p3 (discharge element), a vibration suppression hold element p4, and a vibration suppression element p5. It consists of. The expansion element p1 has a relatively gentle constant gradient that does not cause ink to be ejected from the intermediate potential VB (reference potential) corresponding to the steady volume of the pressure generating chamber 17 (the volume serving as a reference for expansion or contraction) to the expansion potential VL. It is a waveform element that lowers the potential, and the expansion hold element p2 is a waveform element that is constant at the expansion potential VL. The contraction element p3 is a waveform element that increases the potential with a steep slope from the expansion potential VL to the contraction potential VH, and the vibration suppression hold element p4 is a waveform element that maintains the contraction potential VH for a predetermined period. The damping element p5 is a waveform element that restores the potential with a constant gradient that does not cause ink to be ejected from the contraction potential VH to the intermediate potential VB.
このように構成された吐出パルスが圧電素子20に供給されると、まず、膨張要素p1によって圧電素子20は圧力発生室17から離隔する方向に撓み、これにより圧力発生室17が中間電位VBに対応する定常容積から膨張電位VLに対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室17側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室17内にはリザーバー26側から供給口を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室17の膨張状態は、膨張ホールド要素p2の供給期間中に亘って維持される。その後、収縮要素p3が印加されることで圧電素子20が圧力発生室17側に撓む。この圧電素子20の変位により、圧力発生室17は膨張容積から収縮電位VHに対応する収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室17の急激な収縮により圧力発生室17内のインクが加圧され、ノズル28から規定量(例えば、数ng〜十数ng)のインクが吐出される。圧力発生室17の収縮状態は、制振ホールド要素p4の供給期間に亘って維持され、この間に、インクの吐出によって減少した圧力発生室17内のインク圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングにあわせて制振要素p5が供給されるように調整されている。この制振要素p5の供給により、圧力発生室17が定常容積まで膨張復帰し、圧力発生室17内のインクの圧力変動(残留振動)が吸収される。
When the ejection pulse configured in this way is supplied to the
ここで、上記制振要素p5による残留振動の抑制効果を十分に発揮させるためには、インク吐出時に圧力発生室内のインクに生じる固有振動周期Tcの圧力変動を考慮して駆動信号(吐出パルス)を設定することが重要である。この固有振動周期Tcは、圧力発生室17を含むヘッド内のインク流路の寸法等に応じて記録ヘッドで個々に定まる。このため、同一タイプの記録ヘッド同士でも固有振動周期Tcがそれぞれ異なる。したがって、駆動信号をすべての記録ヘッドで一律に設定すると、ヘッド毎に吐出特性が異なってしまうことがある。
なお、圧力発生室17内におけるインクの振動周期Tcは、例えば特許文献2003−11352号公報に示されるように、次式(1)で表すことができる。
Tc=2π√[〔(Mn×Ms)/(Mn+Ms)〕×Cc]・・・(1)
但し、式(1)において、Mnはノズル28におけるイナータンス、Msはインク供給口(22,23)におけるイナータンス、Ccは圧力発生室17のコンプライアンス(単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。)である。上記式(1)において、イナータンスMとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。そして、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をS、流路の長さをLとしたとき、イナータンスMは次式(2)で近似して表すことができる。
イナータンスM=(密度ρ×長さL)/断面積S ・・・ (2)
また、Tcは、上記式(1)に限らず、圧力発生室17が有している振動周期であればよい。
Here, in order to sufficiently exhibit the effect of suppressing the residual vibration by the damping element p5, a drive signal (ejection pulse) is considered in consideration of the pressure fluctuation of the natural vibration period Tc generated in the ink in the pressure generation chamber during ink ejection. It is important to set The natural vibration period Tc is individually determined by the recording head in accordance with the size of the ink flow path in the head including the
The ink vibration period Tc in the
Tc = 2π√ [[(Mn × Ms) / (Mn + Ms)] × Cc] (1)
In Equation (1), Mn represents inertance at the
Inertance M = (density ρ × length L) / cross-sectional area S (2)
Further, Tc is not limited to the above formula (1), but may be any vibration cycle that the
図4は、上記吐出パルスによってインクを吐出した際に圧力発生室17に生じる残留振動を説明する模式図である。同図において、横軸は経過時間、縦軸はノズル28で露出した液面(メニスカス)の位置を示している。縦軸では、0.0で示す位置は、定常位置(振動が生じていないときのメニスカスの位置)であり、これよりも+側ほどメニスカスが吐出側に突出した状態、−側ほどメニスカスが圧力発生室側に引き込まれた状態である。また、Dtで表された時点は、複数の吐出パルス(例えば、第1吐出パルスP11と第2吐出パルスP12、又は、第3吐出パルスP13と第4吐出パルス)を連続的に圧電素子20に供給してインクの吐出を行う場合の後側の吐出パルスでインクの吐出を開始するタイミング(収縮要素p3の印加タイミング)を示している。そして、Aは設計上目標とする基準固有振動周期(以下、基準Tca)を有する記録ヘッド(以下、記録ヘッドA)でインクを吐出したときの残留振動、Bは基準Tcaよりも長い固有振動周期Tcbを有する記録ヘッド(記録ヘッドB)の残留振動の一部、Cは基準Tcaよりも短い固有振動周期Tccを有する記録ヘッド(記録ヘッドC)の残留振動の一部を示している。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining residual vibration generated in the
このように、記録ヘッド毎に固有振動周期が異なると、次の吐出タイミングDtにおいて、メニスカスの残留振動の状態が異なる。例えば、記録ヘッドBでは、記録ヘッドAの場合よりもメニスカスが吐出側に盛り上がった状態で次のインクの吐出が行われることになる。一方、記録ヘッドCでは、記録ヘッドAの場合よりもメニスカスが圧力発生室側に引き込まれた状態で次のインクの吐出が行われる。このように、記録ヘッド毎に固有振動周期が異なると、記録ヘッドAと比較するとインクの飛翔速度が変動して着弾位置が不安定になったり、吐出されるインクの重量が変動したりする不都合がある。このため、従来では、記録ヘッド毎の固有振動周期に応じて、制振要素p5を印加するタイミング、つまり、制振ホールド要素p4の長さ(制振ホールド要素p4の発生時間)を変更することで、吐出時点でのメニスカスの状態が各記録ヘッドで揃うようにしていた。しかしながら、例えば、制振ホールド要素p4の間隔を長くすると、その分、記録周期が全体的に長くなってしまい、駆動周波数が低下する不具合があった。 As described above, when the natural vibration period is different for each recording head, the state of residual vibration of the meniscus is different at the next ejection timing Dt. For example, in the recording head B, the next ink is discharged in a state where the meniscus is raised to the discharge side as compared with the case of the recording head A. On the other hand, in the recording head C, the next ink is discharged in a state where the meniscus is drawn to the pressure generating chamber side as compared with the case of the recording head A. As described above, if the natural vibration period is different for each recording head, the flying speed of the ink fluctuates and the landing position becomes unstable as compared with the recording head A, and the weight of the ejected ink fluctuates. There is. For this reason, conventionally, the timing of applying the damping element p5, that is, the length of the damping hold element p4 (the generation time of the damping hold element p4) is changed according to the natural vibration period of each recording head. Thus, the state of the meniscus at the time of ejection was made uniform for each recording head. However, for example, when the interval of the vibration suppression hold element p4 is increased, there is a problem in that the recording cycle is extended correspondingly and the drive frequency is lowered.
そこで、本発明に係るプリンターでは、記録ヘッド毎の固有振動周期に基づいて駆動信号の中間電位VBを変えることで、吐出パルス自体の時間的な長さを変えることなく、上記の不具合を抑制するようにしている。具体的には、第1の吐出パルス(例えば、第1吐出パルスP11)によってノズル28からインクを吐出した後に続いて第2の吐出パルス(例えば、第2吐出パルスP12)によってインクを吐出する構成において、第2の吐出パルスによるインクの吐出動作開始タイミングDtに相当する時点における第1の吐出パルスによるメニスカスの残留振動の位置が基準Tcaの記録ヘッドAと比較して吐出側となるような固有振動周期を持つ記録ヘッドの場合(図4における基準としての記録ヘッドAに対する記録ヘッドBの場合)、制振要素p5の電位差が基準(記録ヘッドAに設定される駆動信号COMにおける制振要素p5の電位差)よりも高くなるように中間電位を設定する一方、第2吐出パルスP12によるインクの吐出動作開始タイミングDtに相当する時点における第1吐出パルスP11によるメニスカスの残留振動の位置が、基準Tcaの記録ヘッドAと比較して圧力発生室側となるような固有振動周期を持つ記録ヘッドの場合(図4における記録ヘッドCの場合)、制振要素p5の電位差が基準よりも低くなるように中間電位を設定する。
Therefore, in the printer according to the present invention, by changing the intermediate potential VB of the drive signal based on the natural vibration period for each recording head, the above-described problems can be suppressed without changing the time length of the ejection pulse itself. I am doing so. Specifically, the ink is ejected by the second ejection pulse (for example, the second ejection pulse P12) after the ink is ejected from the
即ち、本実施形態における記録ヘッドBでは、図2に示すCOM´ように、中間電位を記録ヘッドAに設定される駆動信号COMの中間電位VBよりも低いVB´に設定することにより、制振要素p5の電位差(VH−VB´)が、基準(VH−VB)よりも高くなるようにしている。これにより、吐出時に生じる圧力振動に対する制振作用(カウンター振動)がより強くなり、図5に示すように、第2の吐出パルスによるインクの吐出動作開始タイミングDtに相当する時点における第1の吐出パルスによる残留振動の振幅をより小さく抑えるようにしている。また、記録ヘッドCでは、中間電位をVBよりも高い値に設定することにより、制振要素p5の電位差が基準よりも低くなるようにしている。これにより、吐出時に生じる圧力振動に対する制振作用が小さくなり、図5に示すように、第2の吐出パルスによるインクの吐出動作開始タイミングDtに相当する時点における第1の吐出パルスによる残留振動の振幅が大きくなるようにしている。 That is, in the recording head B according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the intermediate potential is set to VB ′ lower than the intermediate potential VB of the drive signal COM set to the recording head A, thereby suppressing vibration. The potential difference (VH−VB ′) of the element p5 is set higher than the reference (VH−VB). As a result, the damping action (counter vibration) against the pressure vibration generated at the time of ejection becomes stronger, and as shown in FIG. 5, the first ejection at the time corresponding to the ink ejection operation start timing Dt by the second ejection pulse. The amplitude of the residual vibration caused by the pulse is made smaller. In the recording head C, the potential difference of the damping element p5 is made lower than the reference by setting the intermediate potential to a value higher than VB. As a result, the damping action against the pressure vibration generated at the time of ejection is reduced, and as shown in FIG. 5, the residual vibration due to the first ejection pulse at the time corresponding to the ink ejection operation start timing Dt by the second ejection pulse. The amplitude is increased.
このように、吐出パルス自体の長さを変えずに、記録ヘッドBの固有振動周期Tcbに応じて中間電位を設定することで、タイミングDtにおけるメニスカスの状態を各記録ヘッドで揃えることができる。これにより、駆動周波数を低下させることなく、各記録ヘッド間で吐出特性を揃えることができる。
なお、上記実施形態で記載した、記録ヘッドの固有振動周期Tcに応じて中間電位を設定する処理は、プリンターの製造時に行っても良いし、製造後のプリンター使用時に行っても良いし、プリンターのメンテナンス時に再設定として行っても良い。
Thus, by setting the intermediate potential according to the natural vibration period Tcb of the recording head B without changing the length of the ejection pulse itself, the state of the meniscus at the timing Dt can be made uniform for each recording head. Thereby, it is possible to make the ejection characteristics uniform among the recording heads without reducing the driving frequency.
The process for setting the intermediate potential according to the natural vibration period Tc of the recording head described in the above embodiment may be performed when the printer is manufactured, or may be performed when the printer is used after manufacturing. It may be performed as a reset during maintenance.
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。 By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the description of the scope of claims.
例えば、各駆動信号COMの波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られず、本発明は、種々の構成の駆動信号に対して適用することができる。 For example, the waveform configuration of each drive signal COM is not limited to that exemplified in the above embodiment, and the present invention can be applied to drive signals having various configurations.
なお、本発明は、駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。 Note that the present invention is not limited to a printer as long as it is a liquid ejection device that can perform ejection control using a drive signal, and various ink jet recording devices such as plotters, facsimile devices, and copiers, and liquids other than recording devices. The present invention can also be applied to a discharge device such as a display manufacturing device, an electrode manufacturing device, and a chip manufacturing device.
1…プリンターコントローラー,2…プリントエンジン,6…制御部,8…記録ヘッド,9…駆動信号生成回路,20…圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記吐出パルスは、中間電位から変化して前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、前記膨張要素により膨張した前記圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる吐出要素と、電位を中間電位に復帰させて吐出後の液体の残留振動を抑制する制振要素と、を少なくとも含み、
前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Tcに基づき、前記中間電位を定めることを特徴とする液体吐出装置の駆動信号設定方法。 A liquid discharge head capable of discharging a liquid from the nozzle by driving a pressure generating element that varies a volume of a pressure generating chamber communicating with the nozzle, and an ejection pulse for driving the pressure generating element to discharge the liquid. A drive signal generation method for generating a drive signal including a drive signal at a constant cycle, and a drive signal setting method for a liquid ejection apparatus,
The discharge pulse changes from an intermediate potential to expand the pressure generating chamber, the discharge element that contracts the pressure generating chamber expanded by the expansion element and discharges the liquid, and returns the potential to the intermediate potential. And at least a damping element that suppresses residual vibration of the liquid after ejection,
A drive signal setting method for a liquid ejection apparatus, wherein the intermediate potential is determined based on a natural vibration period Tc of the liquid in the pressure generating chamber.
In the configuration in which the liquid is discharged by the second discharge pulse after the liquid is discharged from the nozzle by the first discharge pulse, the first discharge pulse at the time corresponding to the liquid discharge operation start timing by the second discharge pulse. For liquid discharge heads with a natural vibration period where the position of the residual vibration of the meniscus is on the discharge side compared to the liquid discharge head with the reference natural vibration period, the potential difference of the damping element is higher than the reference While the intermediate potential is set, the position of the residual meniscus vibration by the first ejection pulse at the time corresponding to the liquid ejection operation start timing by the second ejection pulse is compared with the liquid ejection head having the reference natural vibration period. For liquid ejection heads with a natural oscillation period on the generation chamber side, the potential difference of the damping element will be lower than the reference. Drive signal setting method for a liquid ejecting apparatus according to claim 1, characterized in that setting the intermediate potential.
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