JP2013199065A

JP2013199065A - 液体吐出装置およびその駆動方法

Info

Publication number: JP2013199065A
Application number: JP2012069119A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Komai; 泰人駒井
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】サテライトを減らして良好な液体吐出品質が得られる液体吐出装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】拡張パルス、グラウンド電位、および収縮パルスが順に含まれる波形の電圧を、ノズルから１つの液滴を吐出するための駆動電圧として出力する。そして、上記拡張パルスの期間を液体と圧力室との共振周期の半値に設定し、上記グラウンド電位の期間を必要最小限の基準期間と調整期間とを合わせた期間に設定し、上記収縮パルスの期間を上記共振周期から上記調整期間を減じた期間に設定する。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、インクジェット方式のプリンタ等に用いる液体吐出装置およびその駆動方法に関する。

インクジェット方式のプリンタ等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、インクが充填される圧力室、この圧力室に連通するノズル、および上記圧力室にインク導入用およびインク吐出用の圧力を加えるアクチュエータを備える。

特開２００４―１４８６０４号公報

インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインクには、メインのインク滴のほかに、形状が小さいインク滴いわゆるサテライトが含まれる。このサテライトは、メインのインク滴から離れて印字媒体に着弾し、この着弾ずれにより、印字むらやゴースト等が生じるなど、印字品質の悪化を招いてしまう。

本発明の実施形態の目的は、サテライトを減らして良好な液体吐出品質が得られる液体吐出装置およびその駆動方法を提供することである。

本発明の実施形態の液体吐出装置は、液体が充填される圧力室と、この圧力室内の液体を吐出するノズルと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、駆動回路とを備える。この駆動回路は、前記圧力室の容積を拡張するための拡張パルス、前記圧力室の容積を前記拡張パルスによる拡張から定常状態に戻すためのグラウンド電位、および前記圧力室の容積を収縮するための収縮パルスが順に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する駆動電圧として出力するとともに、前記拡張パルスの期間を前記液体と前記圧力室との共振周期の半値に設定し、前記グラウンド電位の期間を前記定常状態への復帰に必要な最小限の基準期間と調整期間とを合わせた期間に設定し、前記収縮パルスの期間を前記共振周期から前記調整期間を減じた期間に設定する。前記調整期間は、前記ノズルから吐出されるインク滴の体積が予め定められた一定値を維持した状態で同インク滴の速度が最低となる期間である。

一実施形態の構成を示す図。一実施形態に関わる駆動電圧の基本波形を示す図。図２の駆動電圧により吐出されるインク滴が用紙に着弾した状態を示す図。一実施形態の駆動電圧の波形を示す図。一実施形態における調整期間とインク滴の吐出速度との関係を示す図。図４の駆動電圧により吐出されるインク滴が用紙に着弾した状態を示す図。

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。液体吐出装置であるインクジェットヘッドの構成を図１に示す。

インクジェットヘッド１は、液体供給源であるインク供給源に接続されるインク流入口２、このインク流入口２に流入する液体つまりインクを収容する収容室３、この収容室３内のインクが充填される複数の圧力室、これら圧力室４と収容室３とを仕切る仕切壁５、各圧力室４にそれぞれ連通するインク吐出用の複数のノズル６、各圧力室４の一壁面を形成する複数の振動板７、これら振動板７上にそれぞれ配置した複数の圧電素子８、および駆動回路１０を有する。

各振動板７および各圧電素子８により、各圧力室４の容積を変化させる複数のアクチュエータが構成される。圧力室４の容積が拡張すると、収容室３内のインクがその圧力室４に導入される。圧力室４の容積が収縮すると、その圧力室４内のインクが対応するノズル６からインク滴２０となって吐出される。

駆動回路１０は、基本的に、図２に示すように、圧力室４の容積を拡張するための拡張パルスＷ１、圧力室４の容積を拡張パルスＷ１による拡張から定常状態に戻すためのグラウンド電位Ｗ２、圧力室４の容積を収縮するための収縮パルスＷ３、および圧力室４の容積が収縮パルスＷ３による収縮から定常状態に戻すためのグラウンド電位Ｗ４が順に含まれる波形の電圧を、１つのインク滴２０を吐出させるための駆動電圧として上記アクチュエータの個々に対し出力する。この駆動電圧は、基本波形であり、拡張パルスＷ１の期間Ｔ１が圧力室４内のインクとその圧力室４との共振周期の半値（＝ＡＬ）である例えば２．４μsecに設定され、グラウンド電位Ｗ２の期間が上記定常状態への復帰に必要な最小限の基準期間Ｔ２として例えば０．２μsecに設定され、収縮パルスＷ３の期間Ｔ３が上記共振周期（＝２・ＡＬ）である例えば４．８μsecに設定される。

上記共振周期は、圧力室４の構造およびインクの特性などによって決まるもので、ヘルムホルツ共振周期と称される。ＡＬは、Acoustic Lengthの略である。

拡張パルスＷ１の電位および収縮パルスＷ３の電位は互いに反対の極性であり、拡張パルスＷ１の電位を負極性、収縮パルスＷ３の電位を正極性としている。なお、拡張パルスＷ１の電位を正極性、収縮パルスＷ３の電位を負極性としてもよい。

拡張パルスＷ１の期間では、圧力室４の容積が拡張する。この拡張により、収容室３内のインクが圧力室４に導入される。グラウンド電位Ｗ２の期間では、圧力室４の容積が拡張パルスＷ１による拡張から定常状態へと復帰する。収縮パルスＷ３の期間では、圧力室４の容積が収縮する。この復帰と収縮により、圧力室４内のインクがノズル６から吐出される。そして、収縮パルスＷ３の後のグラウンド電位の期間において、圧力室４の容積が収縮パルスＷ３による収縮から定常状態に復帰する。

この基本波形の駆動電圧によって吐出されるインク滴２０が印字媒体上にどのような形で着弾するかを実験により確かめたのが図３である。Ｐは印字媒体である用紙で、矢印方向に搬送される。この搬送される用紙Ｐに対し、１つのノズル６から複数のインク滴２０が順に吐出されることで、用紙Ｐ上に複数のドットＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が順に形成される。ドットＤ１は１発目、ドットＤ２は２発目、ドットＤ３は３発目、ドットＤ４は４発目のインク滴２０によりそれぞれ形成される。１つのインク滴２０の体積が一定値たとえば６pl（ピコリットル）の場合、直径が２５μｍのドットＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４がそれぞれ形成される。

ドットＤ２，Ｄ４の周りに極めて小さい径のインク滴いわゆるサテライトＳが存在する。これらサテライトＳの径はメインのドットＤ２，Ｄ４の径に比べてはるかに小さいものの、印字むらやゴースト等を生じ、印字品質の悪化を招く大きな要因となる。

そこで、本実施形態の駆動回路１０は、図４に示すように、拡張パルスＷ１については図２の基本波形と同じ期間Ｔ１（＝ＡＬ）をそのまま設定し、グラウンド電位Ｗ２の期間を上記必要最小限の基準期間Ｔ２と調整期間Ｔｘとを合わせた期間“Ｔ２＋Ｔｘ”に設定し、かつ収縮パルスＷ３の期間を上記共振周期（＝２・ＡＬ）から調整期間Ｔｘを減じた期間“２・ＡＬ−Ｔｘ”に設定する。

この図４の波形の駆動電圧において、ノズル６から吐出されるインク滴２０の体積が上記一定値の６pl（ピコリットル）を維持するよう拡張パルスＷ１の電位および収縮パルスＷ３の電位を調整しながら、調整期間Ｔｘの長さを変えた場合に、インク滴２０の吐出速度がどのように変化するかを実験により確かめたのが図５である。すなわち、調整期間Ｔｘを零から延びるに従って吐出速度が徐々に低下していき、調整期間Ｔｘが０．８μsecのときに最低の吐出速度となる。そして、調整期間Ｔｘが０．８μsecを超えたところで、吐出速度が上昇に転じる。

インク滴２０の吐出速度が最低となる調整期間Ｔｘ（＝０．８μsec）を設定した場合にインク滴２０が用紙Ｐ上にどのような形で着弾するかを実験により確かめたのが図６である。すなわち、１発目から４発目のインク滴２０により形成されるドットＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のいずれの周りにも、サテライトＳは存在しない。

このように、ノズル６から吐出されるインク滴２０の体積が予め定められた一定値を維持しながら同インク滴２０の吐出速度を最低速度となるよう調整期間Ｔｘを設定することにより、サテライトを減少または解消することができて、良好なインク吐出品質が得られる。つまり、印字むらやゴースト等のない良好な印字品質が得られる。

なお、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、２…インク流入口、３…収容室、４…圧力室、５…仕切壁、６…ノズル、７…振動板、８…圧電素子、１０…駆動回路、２０…インク滴

Claims

液体が充填される圧力室と、
前記圧力室内の液体を吐出するノズルと、
前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室の容積を拡張するための拡張パルス、前記圧力室の容積を前記拡張パルスによる拡張から定常状態に戻すためのグラウンド電位、および前記圧力室の容積を収縮するための収縮パルスが順に含まれる波形の電圧を、前記ノズルから１つの液滴を吐出するための駆動電圧として前記アクチュエータに対し出力するとともに、前記拡張パルスの期間を前記液体と前記圧力室との共振周期の半値に設定し、前記グラウンド電位の期間を前記定常状態への復帰に必要な最小限の基準期間と調整期間とを合わせた期間に設定し、前記収縮パルスの期間を前記共振周期から前記調整期間を減じた期間に設定する駆動回路と、
を備え、
前記調整期間は、前記ノズルから吐出されるインク滴の体積が予め定められた一定値を維持した状態で同インク滴の速度が最低となる期間である、
ことを特徴とする液体吐出装置。
前記駆動回路は、前記圧力室の容積を拡張するための拡張パルス、前記圧力室の容積を前記拡張パルスによる拡張から定常状態に戻すためのグラウンド電位、前記圧力室の容積を収縮するための収縮パルス、および前記圧力室の容積を前記収縮パルスによる収縮から前記定常状態に戻すためのグラウンド電位が順に含まれる波形の電圧を、前記ノズルから１つの液滴を吐出するための駆動電圧として前記アクチュエータに対し出力する、
ことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
前記拡張パルスの電位および前記収縮パルスの電位は、互いに反対の極性である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出装置。
前記拡張パルスの電位および前記収縮パルスの電位は、前記ノズルから吐出されるインク滴の体積が前記調整期間の長さにかかわらず前記一定値を維持する電位である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液体吐出装置。
液体が充填される圧力室、この圧力室内の液体を吐出するノズル、および前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータを備える液体吐出装置の駆動方法であって、
前記圧力室の容積を拡張するための拡張パルス、前記圧力室の容積を前記拡張パルスによる拡張から定常状態に戻すためのグラウンド電位、および前記圧力室の容積を収縮するための収縮パルスが順に含まれる波形の電圧を、前記ノズルから１つの液滴を吐出するための駆動電圧として前記アクチュエータに対し出力するとともに、前記拡張パルスの期間を前記液体と前記圧力室との共振周期の半値に設定し、前記グラウンド電位の期間を前記定常状態への復帰に必要な最小限の基準期間と調整期間とを合わせた期間に設定し、前記収縮パルスの期間を前記共振周期から前記調整期間を減じた期間に設定し、
前記調整期間は、前記ノズルから吐出されるインク滴の体積が予め定められた一定値を維持した状態で同インク滴の速度が最低となる期間である、
ことを特徴とする液体吐出装置の駆動方法。