JP2012187920A - 液体吐出ヘッドの駆動装置、液体吐出装置及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体吐出ヘッドのノズルに対応して設けられた吐出エネルギー発生素子を作動させる駆動信号(10)は、一記録周期中に複数回の吐出を行うための複数の吐出用パルス(11〜14)を含んでおり、これら複数の吐出用パルス(11〜14)のうち最終パルス(14)を除いた残りのパルス列(11〜13)内で先行するパルスの電圧振幅よりも、後続のパルスの電圧振幅が小さい。また、最後パルス(14)は先行滴をマージするように強く打ち出すために、先行パルス(11〜13)と比べて最も電圧振幅が大きいものとする。
【選択図】図1
Description
図3は、1発目(最初)の滴を強く押し出した後、2発目、3発目、4発目と、後続滴の押し出し力を徐々に小さくした場合の例である。図1との違いは、最終パルス(4発目のパルス)の電圧振幅が3発目のパルスの電圧振幅よりも小さい点である。図3のような波形では、飛翔中に連射滴を完全に合一させることが難しくなり、主滴がまとまらないといった問題が発生する。
図4は他の比較例の波形図である。図4のように、先頭パルスから後続パルスの波高を徐々に大きくする構成を採用した場合、先行滴をマージすることはできるが、滴量を十分に大きくすることができない。すなわち、図4を構成するパルスを並び変えて、図1を構成した場合、図1の方が大きなドット(滴量)となる。
図5は、インクジェットヘッドにおける代表的な引き押し(pull-push)波形の印加によるノズル内(圧力室内)の圧力変動(メニスカスの速度変動)を示したグラフである。図5(a)は圧力変動を表す波形、図5(b)は印加駆動電圧の波形を表す。
ここで、共振周期Tcの特定方法について説明する。ヘッド共振周期(ヘルムホルツ固有振動周期)Tcは、インク流路系、インク(音響要素)、圧電素子の寸法、材料、物性値等から定まる振動系全体の固有周期である。共振周期Tcは、ヘッドの設計値(使用するインクの物性値を含む)から計算によって求めることができる。また、ヘッドの設計値から推定する方法に限らず、実験によってTcを測定する方法もある。
図8は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられる駆動波形の具体例を示した。図8の駆動波形30は一記録周期内に5つの吐出用パルス(31〜35)を含んで構成される。先頭の第1パルス31で初滴を強く押し出し、その後、後続の第2パルス32、第3パルス33、第4パルス34までのパルス列内は、先頭パルス31から徐々に電圧振幅を小さくしていく。最後の第5パルス(最終パルス)35は、第1パルス31よりも大きな電圧振幅を有し、先行するパルス(第1〜第4パルス)による吐出滴(先行滴)に追いつく速度で最終滴を吐出させる。また、本例の駆動波形30は、第5パルス35の後に続いて、メニスカス振動(残響)を静定させる残響抑制(静定)パルス36が加えられている。
図8のような連射パルスの場合、先行パルスによる残響(メニスカス振動)を利用して加速を行うため、各パルスの波高値の大小関係だけで各パルスによる吐出液の滴速を必ずしも特定することができない。
図10は、1画素中の滴量を異ならせて打滴する場合に使用する駆動波形の例である。ここでは、一記録周期の駆動波形を構成している複数の吐出用パルスのうち、後ろから一部のパルスを選択して使用することによって、小滴、中滴、大滴の3種類の滴サイズを打ち分ける場合の例を説明する。
このような不具合を回避する観点から、図11のような波形が採用されている。
ここでは、3種類の滴種を打ち分ける例を説明したが、3種類以上の滴種を打ち分ける場合も同様の方法で波形を定めることができる。すなわち、最大滴量の滴種又は最小滴量の滴種以外のある滴種をメイン滴種として選定し、このメイン滴種に対応した波形(「メイン波形」という。)について、図1〜図8で説明した観点から波形を定める。
図1、図8〜図11では、各パルスの電圧振幅を調整することによって目的の滴量と滴速を実現する例を説明したが、電圧振幅の調整のみならず、パルス間隔、パルス幅、パルスのスロープを組み合わせて調整することにより、目的の滴量、滴速を実現することも可能である。
図12〜図14に例示した駆動波形に関連して、図15〜図17の駆動波形を開示する。
図16では、最終パルスを除く残りのパルス列内で徐々に後続パルスのパルス幅TBを共振周期Tcの2分の1からずらすことで、吐出エネルギーを弱くする構成となっている。
図18は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの駆動装置が適用されたインクジェット記録装置の構成例を示すブロック図である。プリントヘッド(「液体吐出ヘッド」に相当)50は、複数個のインクジェットヘッドモジュール(「以下、「ヘッドモジュール」という。」52a、52bを組み合わせて構成される。ここでは、説明を簡単にするために、2つのヘッドモジュール52a、52bを図示したが、1つのプリントヘッド50を構成するヘッドモジュールの数は特に限定されない。
なお、OFF設定した圧電素子は駆動電圧を印加しても変位が起こらず、液滴が吐出されない。
給紙部112には、枚葉紙である記録媒体124が積層されており、給紙部112の給紙トレイ150から記録媒体124が一枚ずつ処理液付与部114に給紙される。本例では、記録媒体124として、枚葉紙(カット紙)を用いるが、連続用紙(ロール紙)から必要なサイズに切断して給紙する構成も可能である。
処理液付与部114は、記録媒体124の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部116で付与されるインク中の色材(本例では顔料)を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
描画部116は、描画ドラム(「描画胴」或いは「ジェッティング胴」とも言う)170、用紙抑えローラ174、及びインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yを備えている。各色のインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Y及びその制御装置として、図18で説明したプリントヘッド50の構成とヘッド制御部60の構成が採用されている。
乾燥部118は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、乾燥ドラム(「乾燥胴」とも言う)176、及び溶媒乾燥装置178を備えている。乾燥ドラム176は、処理液ドラム154と同様に、その外周面に爪形状の保持手段(グリッパー)177を備え、この保持手段177によって記録媒体124の先端を保持できるようになっている。
定着部120は、定着ドラム(「定着胴」とも言う)184、ハロゲンヒータ186、定着ローラ188、及びインラインセンサ190で構成される。定着ドラム184は、処理液ドラム154と同様に、その外周面に爪形状の保持手段(グリッパー)185を備え、この保持手段185によって記録媒体124の先端を保持できるようになっている。
定着部120に続いて排紙部122が設けられている。排紙部122は、排出トレイ192を備えており、この排出トレイ192と定着部120の定着ドラム184との間に、これらに対接するように渡し胴194、搬送ベルト196、張架ローラ198が設けられている。記録媒体124は、渡し胴194により搬送ベルト196に送られ、排出トレイ192に排出される。搬送ベルト196による用紙搬送機構の詳細は図示しないが、印刷後の記録媒体124は無端状の搬送ベルト196間に渡されたバー(不図示)のグリッパーによって用紙先端部が保持され、搬送ベルト196の回転によって排出トレイ192の上方に運ばれてくる。
次に、インクジェットヘッドの構造について説明する。各色に対応するインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号250によってヘッドを示すものとする。
図23は、インクジェット記録装置100のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置100は、通信インターフェース270、システムコントローラ272、プリント制御部274、画像バッファメモリ276、ヘッドドライバ278、モータドライバ280、ヒータドライバ282、処理液付与制御部284、乾燥制御部286、定着制御部288、メモリ290、ROM292、エンコーダ294等を備えている。
上記実施形態では、記録媒体124に直接インク滴を打滴して画像を形成する方式(直接記録方式)のインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、一旦、中間転写体上に画像(一次画像)を形成し、その画像を転写部において記録紙に対して転写することで最終的な画像形成を行う中間転写型の画像形成装置についても本発明を適用することができる。
上述の実施形態では、停止したヘッドに対して記録媒体を搬送する構成を例示したが、本発明の実施に際しては、停止した記録媒体(被描画媒体)に対してヘッドを移動させる構成も可能である。
「記録媒体」は、インクジェットヘッドから吐出された液滴によってドットが記録される媒体の総称であり、印字媒体、被記録媒体、被画像形成媒体、受像媒体、被吐出媒体など様々な用語で呼ばれるものが含まれる。本発明の実施に際して、記録媒体の材質や形状等は、特に限定されず、連続用紙、カット紙、シール用紙、OHPシート等の樹脂シート、フィルム、布、不織布、配線パターン等が形成されるプリント基板、ゴムシート、その他材質や形状を問わず、様々な媒体に適用できる。
上記の実施形態では、グラフィック印刷用のインクジェット記録装置への適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、電子回路の配線パターンを描画する配線描画装置、各種デバイスの製造装置、吐出用の機能性液体として樹脂液を用いるレジスト印刷装置、カラーフィルター製造装置、マテリアルデポジション用の材料を用いて微細構造物を形成する微細構造物形成装置など、液状機能性材料を用いて様々な形状やパターンを描画するインクジェットシステムに広く適用できる。
上記に詳述した実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
Claims (14)
- 液体吐出ヘッドのノズルに対応して設けられた吐出エネルギー発生素子を作動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、前記駆動信号を前記吐出エネルギー発生素子に供給することにより、前記ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動装置であって、
前記駆動信号は、一記録周期中に複数回の吐出を行うための複数の吐出用パルスを含んでおり、
これら複数の吐出用パルスのうち最終パルスを除いた残りのパルス列内で先行するパルスの電圧振幅よりも、後続のパルスの電圧振幅が小さく、
前記最終パルスは、前記複数の吐出用パルスの中で電圧振幅が最も大きいことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動装置。 - 前記駆動信号は、前記複数の吐出用パルスのうち前記最終パルスを除いた残りのパルス列内で、徐々に後続のパルスの電圧振幅が小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 前記駆動信号生成手段は、一記録周期中にN個(ただし、Nは3以上の整数)の吐出用パルスを含んだ前記駆動信号としての第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号を構成するN個の吐出用パルスの前段に更にM個(ただし、Mは1以上の整数)の吐出用パルスが付加されてなる第2の駆動信号と、を生成可能であり、前記付加されたM個の吐出用パルスは前記N個の吐出用パルスにおける先頭パルスの電圧振幅よりも小さい電圧振幅のパルスであることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 一記録周期中にM+N個の吐出用パルスを含む前記第2の駆動信号のうち、後ろからK個(ただし、Kは1以上、M+N以下の整数)の吐出用パルスを選択して前記吐出エネルギー発生素子に供給することにより、滴量を異ならせた吐出が可能であることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 液体吐出ヘッドのノズルに対応して設けられた吐出エネルギー発生素子を作動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段を有し、前記駆動信号を前記吐出エネルギー発生素子に供給することにより、前記ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動装置であって、
前記駆動信号は、一記録周期中に複数回の吐出を行うための複数の吐出用パルスを含んでおり、
これら複数の吐出用パルスのうち最終パルスを除いた残りのパルス列は、仮に当該パルス列内の各パルスをそれぞれ単独で抜き出して単発の吐出に用いた場合に得られる各パルスによる吐出速度で比較したとき、当該パルス列内で先行するパルスよりも後続のパルスによる吐出速度が遅くなるように構成され、前記最終パルスは、これに先行する前記パルス列の各吐出用パルスと比較して、最も速い吐出速度となる吐出を行うものであることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動装置。 - 前記駆動信号は、前記複数の吐出用パルスのうち前記最終パルスを除いた残りのパルス列内で、徐々に後続のパルスによる前記吐出速度を遅くする構成となっていることを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 前記最終パルスよりも先行する吐出用パルスの印加によって吐出された先行滴と、前記最終パルスにより吐出された最終滴とを飛翔中に合体させることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 前記駆動信号は、前記複数の吐出用パルスのうち前記最終パルスを除いた残りのパルス列内で、徐々に後続のパルスのパルス間隔を共振周期Tcからずらした構成となっていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 前記駆動信号は、前記複数の吐出用パルスのうち前記最終パルスを除いた残りのパルス列内で、徐々に後続のパルスのパルス幅を共振周期Tcの2分の1からずらした構成となっていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 前記駆動信号は、前記複数の吐出用パルスのうち前記最終パルスを除いた残りのパルス列内で、徐々に後続のパルスのスロープの傾きを緩やかにした構成となっていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 前記駆動信号は、前記複数の吐出用パルスの最終パルスの後段に残響抑制パルスを含んでいることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置。
- 前記駆動信号の波形を表すデジタル波形データを格納する波形データ記憶手段と、
前記波形データ記憶手段から読み出したデジタル波形データからアナログ信号に変換するD/A変換器と、
前記D/A変換器を経て生成された前記駆動信号を前記吐出エネルギー発生素子に印加するタイミングを制御するスイッチ手段と、
を備えることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの
駆動装置。 - 液滴を吐出するためのノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室に設けられた吐出エネルギー発生素子と、を備えた液体吐出ヘッドと、
当該液体吐出ヘッドの前記ノズルから液滴を吐出させるための駆動装置としての請求項1から12のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。 - 液滴を吐出するためのノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室に設けられた吐出エネルギー発生素子と、を備えた前記液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドと、
当該インクジェットヘッドの前記ノズルから液滴を吐出させるための駆動装置としての請求項1から12のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置と、
を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
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