JP2022058820A - Ink jet head and ink jet printer - Google Patents

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    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head which can stabilize the discharge speed of multi-drops regardless of the drive state and perform high quality printing.
SOLUTION: An ink jet head comprises: a pressure chamber which stores ink; an actuator which is provided corresponding to the pressure chamber; a plate which has a nozzle communicating to the pressure chamber; and a drive circuit which drives the actuator. The drive circuit, before discharging the ink droplet from the nozzle communicating to the pressure chamber by applying an expansion pulse expanding the volume in the pressure chamber and a contraction pulse contracting the volume in the pressure chamber as a drive pulse signal to the actuator, applies an auxiliary pulse signal containing the expansion pulse and the contraction pulse to such an extent that the ink droplet is not discharged from the nozzle to the actuator.
SELECTED DRAWING: Figure 8
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びこのヘッドを用いたインクジェットプリンタに関する。 An embodiment of the present invention relates to an inkjet head and an inkjet printer using the head.

互いに隣接する圧力室の隔壁をアクチュエータとするタイプのインクジェットヘッドがある。このタイプのインクジェットヘッドでは、拡張パルスと収縮パルスとを含む駆動パルス信号がアクチュエータに印加されると、隔壁が圧力室を拡張させる方向または収縮させる方向に変形して、圧力室内に圧力振動が発生する。この圧力振動により圧力室内の容積が変化して、その圧力室に連通するノズルからインク滴が吐出される。 There is a type of inkjet head in which the partition wall of the pressure chamber adjacent to each other is used as an actuator. In this type of inkjet head, when a drive pulse signal including an expansion pulse and a contraction pulse is applied to the actuator, the partition wall is deformed in the direction of expanding or contracting the pressure chamber, and pressure vibration is generated in the pressure chamber. do. The volume of the pressure chamber changes due to this pressure vibration, and ink droplets are ejected from a nozzle communicating with the pressure chamber.

このように、インクジェットヘッドは、圧力室の隔壁を変形させることでノズルからインク滴を吐出させるため、互いに隣接する圧力室にそれぞれ連通した隣り合うノズルからインク滴を同時に吐出することはできない。そこで、インクジェットヘッドは、各圧力室を例えば2個おきの3組に分割し、組毎に駆動パルス信号の位相を変えている。このため、画像パターンによっては、インクを吐出するノズルは1つであり、他のノズルからはインクが吐出されない状態(以下、単ノズル駆動状態と称する)と、インクを吐出するのはいずれか1組に属するノズルであり、他の組に属するノズルからはインクが吐出されない状態(以下、複ノズル同時駆動状態と称する)と、少なくとも2つの組に属するノズルから時分割でインクが吐出される状態(以下、複ノズル連続駆動状態と称する)とが生じる。 As described above, since the inkjet head ejects ink droplets from the nozzles by deforming the partition wall of the pressure chamber, it is not possible to simultaneously eject the ink droplets from the adjacent nozzles communicating with each other in the pressure chambers adjacent to each other. Therefore, in the inkjet head, each pressure chamber is divided into, for example, three sets of every two, and the phase of the drive pulse signal is changed for each set. Therefore, depending on the image pattern, there is only one nozzle for ejecting ink, and either a state in which ink is not ejected from the other nozzles (hereinafter referred to as a single nozzle drive state) or one in which ink is ejected is one. A state in which ink is not ejected from nozzles belonging to another set (hereinafter referred to as a double nozzle simultaneous drive state), and a state in which ink is ejected from nozzles belonging to at least two sets in a time-divided manner. (Hereinafter referred to as a double nozzle continuous drive state) occurs.

インクジェットヘッドは、階調印字を行う場合に1つのノズルから吐出されるインク滴の数を調整するマルチドロップ方式を採用する。マルチドロップ方式を採用した場合、2ドロップ目以降のインク滴は、その直前に吐出したインク滴の残留圧力振動により吐出速度が速まる。しかし、1ドロップ目のインク滴は、メニスカスが静止した状態から圧力振動が付与されるため、2ドロップ目以降と比較して吐出速度が遅い。1滴目を吐出させる駆動パルス信号の前に、圧力室の圧力振動を増幅するための補助パルス信号(ブーストパルス)を加えることで、1滴目の吐出速度を高める技術がある。 The inkjet head employs a multi-drop method that adjusts the number of ink droplets ejected from one nozzle when performing gradation printing. When the multi-drop method is adopted, the ejection speed of the ink droplets after the second drop is increased due to the residual pressure vibration of the ink droplets ejected immediately before that. However, since the ink droplets of the first drop are subjected to pressure vibration from the state where the meniscus is stationary, the ejection speed is slower than that of the second and subsequent drops. There is a technique to increase the ejection speed of the first drop by adding an auxiliary pulse signal (boost pulse) for amplifying the pressure vibration of the pressure chamber before the drive pulse signal for ejecting the first drop.

複ノズル同時駆動状態のときには、2滴目の吐出速度が1滴目よりも遅くなってしまい、2滴目が1滴目から分離して着弾するという弊害がある。 When the multiple nozzles are simultaneously driven, the ejection speed of the second drop becomes slower than that of the first drop, and there is an adverse effect that the second drop separates from the first drop and lands.

特開2007‐022073号公報JP-A-2007-022073

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、駆動状態に係らずマルチドロップの吐出速度を安定化でき、高品質な印刷が可能なインクジェットヘッド及びこのヘッドを用いたインクジェットプリンタを提供しようとするものである。 The problem to be solved by the embodiment of the present invention is to provide an inkjet head capable of stabilizing the ejection speed of the multi-drop regardless of the driving state and capable of high-quality printing, and an inkjet printer using the head. It is a thing.

一実施形態において、インクジェットヘッドは、インクが収容される圧力室と、圧力室に対応して設けられるアクチュエータと、圧力室に連通するノズルを有するプレートと、アクチュエータを駆動する駆動回路とを備える。駆動回路は、アクチュエータに、駆動パルス信号として圧力室の容積を拡張させる拡張パルスと圧力室の容積を収縮させる収縮パルスとからなる駆動波形を1回乃至連続する複数回を印加して当該圧力室に連通するノズルから1ドロップ乃至連続する複数ドロップのインク滴を吐出させる前に、ノズルからインク滴が吐出しない程度の拡張パルスと収縮パルスとを含む補助パルス信号をアクチュエータに印加し、1ドロップ目を吐出する場合の吐出速度と連続して2ドロップを吐出する場合の2ドロップ目の吐出速度とをほぼ等しくする。 In one embodiment, the inkjet head comprises a pressure chamber containing ink, an actuator provided corresponding to the pressure chamber, a plate having a nozzle communicating with the pressure chamber, and a drive circuit for driving the actuator. The drive circuit applies a drive waveform consisting of an expansion pulse that expands the volume of the pressure chamber and a contraction pulse that contracts the volume of the pressure chamber as a drive pulse signal to the actuator once or a plurality of times in succession. An auxiliary pulse signal including an expansion pulse and a contraction pulse to the extent that the ink droplets are not ejected from the nozzle is applied to the actuator before ejecting one drop or a plurality of consecutive drops of ink from the nozzle communicating with the first drop. The discharge speed at the time of discharging 2 drops is made substantially equal to the discharge speed at the time of continuously discharging 2 drops.

図1は、インクジェットヘッドの一部を分解して示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a part of an inkjet head in an exploded manner. 図2は、インクジェットヘッドの前方部における縦断面図。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the front portion of the inkjet head. 図3は、インクジェットヘッドの前方部における横断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the front portion of the inkjet head. インクジェットヘッドの動作原理を説明するための図。The figure for demonstrating the operation principle of an inkjet head. インクジェットヘッドの動作原理を説明するための図。The figure for demonstrating the operation principle of an inkjet head. インクジェットプリンタのハードウェア構成を示すブロック図。A block diagram showing a hardware configuration of an inkjet printer. インクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路の具体的構成を示すブロック図。The block diagram which shows the specific structure of the head drive circuit in an inkjet printer. ヘッド駆動回路に含まれるバッファ回路とスイッチ回路との概略回路図。Schematic diagram of the buffer circuit and switch circuit included in the head drive circuit. 一実施形態における駆動パルス信号を示す波形図。The waveform diagram which shows the drive pulse signal in one Embodiment. 補助パルス波形を加えなかったときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when the auxiliary pulse waveform is not added. 第1の補助パルスだけを加えたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when only the 1st auxiliary pulse is applied. 第1の補助パルスと第2の補助パルスとを加えたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when the 1st auxiliary pulse and the 2nd auxiliary pulse are added. 第1の補助パルスと第2の補助パルスのパルス幅を0.2μsとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when the pulse width of the 1st auxiliary pulse and the 2nd auxiliary pulse is 0.2μs. 第1の補助パルスと第2の補助パルスのパルス幅を0.3μsとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when the pulse width of the 1st auxiliary pulse and the 2nd auxiliary pulse is 0.3μs. 第1の補助パルスと第2の補助パルスのパルス幅を0.4μsとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when the pulse width of the 1st auxiliary pulse and the 2nd auxiliary pulse is 0.4μs. 第1の補助パルスと第2の補助パルスのパルス幅を0.5μsとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when the pulse width of the 1st auxiliary pulse and the 2nd auxiliary pulse is 0.5μs. 第1の補助パルスと第2の補助パルスのパルス幅を0.6μsとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the ejection speed for every drop when the pulse width of the 1st auxiliary pulse and the 2nd auxiliary pulse is 0.6μs. 複ノズル連続駆動状態でのアクチュエータの動作原理を説明するための図。The figure for demonstrating the operation principle of the actuator in the state of continuous drive of a double nozzle. PZTテストピースに印加する電圧波形を示す図。The figure which shows the voltage waveform applied to the PZT test piece. PZTテストピースに図18の電圧波形を印加したときの充電電荷と変位量とを示す図。The figure which shows the charge charge and the displacement amount when the voltage waveform of FIG. 18 is applied to a PZT test piece. ヘッドに印加される電圧とアクチュエータの充電電流との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the voltage applied to a head and the charging current of an actuator. 圧力室の等価回路を示す図。The figure which shows the equivalent circuit of a pressure chamber. 図21の等価回路を行ってシミュレーションを行った結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having performed the simulation by performing the equivalent circuit of FIG. 図21の等価回路を行ってシミュレーションを行った結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having performed the simulation by performing the equivalent circuit of FIG. 最大ドロップ数3でドロップ数1の場合のみ補助パルスを与える例を示す図。The figure which shows the example which gives the auxiliary pulse only in the case of the maximum number of drops 3 and the number of drops 1. 最大ドロップ数3でドロップ数2以下の場合のみ補助パルスを与える例を示す図。The figure which shows the example which gives an auxiliary pulse only when the maximum number of drops 3 and the number of drops is 2 or less.

以下、実施形態に係るインクジェットヘッド及びこのヘッドを用いたインクジェットプリンタについて、図面を用いて説明する。因みにこの実施形態では、インクジェットヘッドとしてシェアモード・シェアードウォールタイプのインクジェットヘッド100(図1を参照)を例示する。 Hereinafter, the inkjet head according to the embodiment and the inkjet printer using the head will be described with reference to the drawings. Incidentally, in this embodiment, the share mode / shared wall type inkjet head 100 (see FIG. 1) is exemplified as the inkjet head.

はじめに、インクジェットヘッド100(以下、ヘッド100と略称する)の構成について、図1乃至図3を用いて説明する。図1は、ヘッド100の一部を分解して示す斜視図、図2は、ヘッド100の前方部における縦断面図、図3は、ヘッド100の前方部における横断面図である。 First, the configuration of the inkjet head 100 (hereinafter, abbreviated as head 100) will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a perspective view showing a part of the head 100 in an exploded manner, FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the front portion of the head 100, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the front portion of the head 100.

ヘッド100は、ベース基板9を有する。ヘッド100は、ベース基板9の前方側の上面に第1の圧電部材1を接合し、この第1の圧電部材1の上に第2の圧電部材2を接合する。接合された第1の圧電部材1と第2の圧電部材2とは、図2の矢印で示すように、板厚方向に沿って互いに相反する方向に分極する。 The head 100 has a base substrate 9. The head 100 joins the first piezoelectric member 1 to the upper surface on the front side of the base substrate 9, and joins the second piezoelectric member 2 on the first piezoelectric member 1. As shown by the arrows in FIG. 2, the joined first piezoelectric member 1 and the second piezoelectric member 2 are polarized in opposite directions along the plate thickness direction.

ベース基板9は、誘電率が小さく、かつ圧電部材1,2との熱膨張率の差が小さい材料を用いて形成する。ベース基板9の材料としては、例えばアルミナ(Al203)、窒化珪素(Si3N4)、炭化珪素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等がよい。一方、圧電部材1,2の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)等が用いられる。 The base substrate 9 is formed by using a material having a small dielectric constant and a small difference in thermal expansion coefficient from the piezoelectric members 1 and 2. As the material of the base substrate 9, for example, alumina (Al203), silicon nitride (Si3N4), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), lead zirconate titanate (PZT) and the like are preferable. On the other hand, as the material of the piezoelectric members 1 and 2, lead zirconate titanate (PZT), lithium niobate (LiNbO3), lithium tantalate (LiTaO3) and the like are used.

ヘッド100は、接合された圧電部材1,2の先端側から後端側に向けて、多数の長尺な溝3を設ける。各溝3は、間隔が一定でありかつ平行である。各溝3は、先端が開口し、後端が上方に傾斜する。 The head 100 is provided with a large number of long grooves 3 from the front end side to the rear end side of the joined piezoelectric members 1 and 2. Each groove 3 has a constant spacing and is parallel. The tip of each groove 3 is open and the rear end is inclined upward.

ヘッド100は、各溝3の側壁及び底面に電極4を設ける。電極4は、ニッケル(Ni)と金(Au)との二層構造となっている。電極4は、例えばメッキ法によって各溝3内に均一に成膜される。電極4の形成方法は、メッキ法に限定されない。他に、スパッタ法や蒸着法等を用いることもできる。 The head 100 is provided with electrodes 4 on the side walls and the bottom surface of each groove 3. The electrode 4 has a two-layer structure of nickel (Ni) and gold (Au). The electrode 4 is uniformly formed in each groove 3 by, for example, a plating method. The method for forming the electrode 4 is not limited to the plating method. In addition, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like can also be used.

ヘッド100は、各溝3の後端から第2の圧電部材2の後部上面に向けて引出し電極10を設ける。引出し電極10は、前記電極4から延出する。 The head 100 is provided with a drawer electrode 10 from the rear end of each groove 3 toward the rear upper surface of the second piezoelectric member 2. The extraction electrode 10 extends from the electrode 4.

ヘッド100は、天板6とオリフィスプレート7とを備える。天板6は、各溝3の上部を塞ぐ。オリフィスプレート7は、各溝3の先端を塞ぐ。ヘッド100は、天板6とオリフィスプレート7とで囲まれた各溝3によって、複数の圧力室15を形成する。圧力室15は、例えば深さが300μmで幅が80μmの形状を有し、169μmのピッチで平行に配列される。このような圧力室15は、インク室とも称される。 The head 100 includes a top plate 6 and an orifice plate 7. The top plate 6 closes the upper part of each groove 3. The orifice plate 7 closes the tip of each groove 3. The head 100 forms a plurality of pressure chambers 15 by each groove 3 surrounded by the top plate 6 and the orifice plate 7. The pressure chambers 15 have a shape having, for example, a depth of 300 μm and a width of 80 μm, and are arranged in parallel at a pitch of 169 μm. Such a pressure chamber 15 is also referred to as an ink chamber.

天板6は、その内側後方に共通インク室5を備える。オリフィスプレート7は、各溝3と対向する位置にノズル8を穿設する。ノズル8は、対向する溝3つまりは圧力室15と連通する。ノズル8は、圧力室15側から反対側のインク吐出側に向けて先細りの形状をなす。ノズル8は、隣り合う3つの圧力室15に対応したものを1組とし、溝3の高さ方向(図2の紙面の上下方向)に一定の間隔でずれて形成される。 The top plate 6 is provided with a common ink chamber 5 inside and behind the top plate 6. The orifice plate 7 is provided with a nozzle 8 at a position facing each groove 3. The nozzle 8 communicates with the facing groove 3, that is, the pressure chamber 15. The nozzle 8 has a tapered shape from the pressure chamber 15 side to the ink ejection side on the opposite side. The nozzles 8 are formed as a set corresponding to three adjacent pressure chambers 15 and are displaced at regular intervals in the height direction of the groove 3 (vertical direction of the paper surface in FIG. 2).

ヘッド100は、ベース基板9の後方側の上面に、導電パターン13が形成されたプリント基板11を接合する。そしてヘッド100は、このプリント基板11に、後述するヘッド駆動回路101を実装したドライブIC12を搭載する。ドライブIC12は、導電パターン13に接続する。導電パターン13は、各引出し電極10とワイヤボンディングにより導線14で結合する。 The head 100 joins the printed circuit board 11 on which the conductive pattern 13 is formed to the upper surface on the rear side of the base substrate 9. The head 100 mounts a drive IC 12 on which a head drive circuit 101, which will be described later, is mounted on the printed circuit board 11. The drive IC 12 is connected to the conductive pattern 13. The conductive pattern 13 is bonded to each of the leader electrodes 10 by wire bonding with a conducting wire 14.

ヘッド100が有する圧力室15、電極4及びノズル8のセットをチャネルと称する。すなわちヘッド100は、溝3の数Nだけチャネルch.1,ch.2,…,ch.Nを有する。 The set of the pressure chamber 15, the electrode 4, and the nozzle 8 included in the head 100 is referred to as a channel. That is, the head 100 has channels ch.1, ch.2, ..., Ch.N by the number N of the grooves 3.

次に、上記の如く構成されたヘッド100の動作原理について、図4A及び図4Bを用いて説明する。
図4Aの(a)は、中央の圧力室15bと、この圧力室15bに隣接する両隣の圧力室15a,15cとの各壁面にそれぞれ配設された電極4の電位がいずれもグラウンド電位GNDである状態を示している。この状態では、互いに隣接する圧力室15a,15bで挟まれた隔壁16a及び同じく隣接する圧力室15b,15cで挟まれた隔壁16bは、いずれも何ら歪み作用を受けない。
Next, the operating principle of the head 100 configured as described above will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.
In FIG. 4A, the potentials of the electrodes 4 arranged on the wall surfaces of the central pressure chamber 15b and the adjacent pressure chambers 15a and 15c adjacent to the pressure chamber 15b are all ground potential GND. It shows a certain state. In this state, neither the partition wall 16a sandwiched between the pressure chambers 15a and 15b adjacent to each other and the partition wall 16b sandwiched between the pressure chambers 15b and 15c adjacent to each other are subjected to any straining action.

図4Aの(b)は、中央の圧力室15bの電極4に負極性の電圧-Vが印加され、両隣の圧力室15a,15cの電極4に正極性の電圧+Vが印加された状態を示している。この状態では、各隔壁16a,16bに対して、圧電部材1,2の分極方向と直交する方向に電圧Vの2倍の電界が作用する。この作用により、各隔壁16a,16bは、圧力室15bの容積を拡張するようにそれぞれ外側に変形する。 FIG. 4A (b) shows a state in which a negative voltage −V is applied to the electrode 4 of the central pressure chamber 15b and a positive voltage + V is applied to the electrodes 4 of the adjacent pressure chambers 15a and 15c. ing. In this state, an electric field twice the voltage V acts on the partition walls 16a and 16b in a direction orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric members 1 and 2. By this action, each of the partition walls 16a and 16b is deformed outward so as to expand the volume of the pressure chamber 15b.

図4Aの(c)は、中央の圧力室15bの電極4に正極性の電圧+Vが印加され、両隣の圧力室15a,15cの電極4に負極性の電圧-Vが印加された状態を示している。この状態では、各隔壁16a,16bに対して、図4(b)のときとは逆の方向に電圧Vの2倍の電界が作用する。この作用により、各隔壁16a,16bは、圧力室15bの容積を収縮するようにそれぞれ内側に変形する。 FIG. 4A (c) shows a state in which a positive voltage + V is applied to the electrode 4 of the central pressure chamber 15b and a negative voltage −V is applied to the electrodes 4 of the adjacent pressure chambers 15a and 15c. ing. In this state, an electric field twice the voltage V acts on each of the partition walls 16a and 16b in the direction opposite to that in FIG. 4B. By this action, each of the partition walls 16a and 16b is deformed inward so as to contract the volume of the pressure chamber 15b.

圧力室15bの容積が拡張または収縮された場合、圧力室15b内に圧力振動が発生する。この圧力振動により、圧力室15b内の圧力が高まり、圧力室15bに連通するノズル8からインク滴が吐出される。 When the volume of the pressure chamber 15b is expanded or contracted, pressure vibration is generated in the pressure chamber 15b. Due to this pressure vibration, the pressure in the pressure chamber 15b increases, and ink droplets are ejected from the nozzle 8 communicating with the pressure chamber 15b.

このように、圧力室15a,15bを隔てる隔壁16aと、圧力室15b,15cを隔てる隔壁16bとは、当該隔壁16a,16bを壁面とする圧力室15bの内部に圧力振動を与えるためのアクチュエータとなる。つまり各圧力室15は、それぞれ隣接する圧力室15とアクチュエータを共有する。このため、ヘッド駆動回路101は、各圧力室15を個別に駆動することができない。ヘッド駆動回路101は、各圧力室15をn(nは2以上の整数)個おきに(n+1)個のグループに分割して駆動する。本実施形態では、ヘッド駆動回路101が、各圧力室15を2つおきに3つの組に分けて分割駆動する、いわゆる3分割駆動の場合を例示する。なお、3分割駆動はあくまでも一例であり、4分割駆動または5分割駆動などであってもよい。
ところで図4Aの(a),(b),(c)では、中央の圧力室15bに対応するノズルからインクを吐出させるために、中央の圧力室15bの電極4と両隣の圧力室15a,15cの電極4とに極性が逆の電圧+V、-Vを与えた。つまり、電圧Vの2倍をアクチュエータの厚さで割った値の電界をアクチュエータに作用させた。中央の圧力室15bに対応するノズルからインクを吐出させる例は、これに限らない。
図4Bの(a),(b),(c)では、両隣の圧力室15a,15cの電極4をグラウンド電位GNDとし、中央の圧力室15bの電極4にのみ-V、+Vを与える。つまり、電圧Vをアクチュエータの厚さで割った値の電界をアクチュエータに作用させる。この場合も、与える電圧Vを2倍にすればアクチュエータの動作は図4Aの場合と全く同じとなる。図4Bの方が説明は簡単になるので以下では図4Bの場合を中心に説明する。
As described above, the partition wall 16a separating the pressure chambers 15a and 15b and the partition wall 16b separating the pressure chambers 15b and 15c are actuators for applying pressure vibration to the inside of the pressure chamber 15b having the partition walls 16a and 16b as the wall surface. Become. That is, each pressure chamber 15 shares an actuator with the adjacent pressure chamber 15. Therefore, the head drive circuit 101 cannot drive each pressure chamber 15 individually. The head drive circuit 101 divides each pressure chamber 15 into (n + 1) groups every n (n is an integer of 2 or more) and drives the pressure chambers 15. In the present embodiment, the case of so-called three-division drive in which the head drive circuit 101 divides each pressure chamber 15 into three sets every two and drives them is illustrated. The 3-split drive is just an example, and may be a 4-split drive, a 5-split drive, or the like.
By the way, in FIGS. 4A (a), (b) and (c), in order to eject ink from the nozzle corresponding to the central pressure chamber 15b, the electrode 4 of the central pressure chamber 15b and the pressure chambers 15a and 15c on both sides thereof are used. Voltages + V and −V having opposite polarities were applied to the electrode 4 of the above. That is, an electric field having a value obtained by dividing twice the voltage V by the thickness of the actuator was applied to the actuator. The example of ejecting ink from the nozzle corresponding to the central pressure chamber 15b is not limited to this.
In FIGS. 4B (a), (b), and (c), the electrodes 4 of the pressure chambers 15a and 15c on both sides are set to the ground potential GND, and −V and + V are applied only to the electrodes 4 of the central pressure chamber 15b. That is, the electric field of the value obtained by dividing the voltage V by the thickness of the actuator is applied to the actuator. In this case as well, if the applied voltage V is doubled, the operation of the actuator becomes exactly the same as in the case of FIG. 4A. Since the explanation is simpler in FIG. 4B, the case of FIG. 4B will be mainly described below.

次に、インクジェットプリンタ200(以下、プリンタ200と略称する)の構成について、図5~図7を用いて説明する。図5は、プリンタ200のハードウェア構成を示すブロック図、図6は、ヘッド駆動回路101の具体的構成を示すブロック図、図7は、ヘッド駆動回路101に含まれるバッファ回路1013とスイッチ回路1014との概略回路図である。プリンタ200は、例えばオフィス用プリンタ、バーコードプリンタ、POS用プリンタ、産業用プリンタ等に適用される。 Next, the configuration of the inkjet printer 200 (hereinafter, abbreviated as printer 200) will be described with reference to FIGS. 5 to 7. 5 is a block diagram showing the hardware configuration of the printer 200, FIG. 6 is a block diagram showing a specific configuration of the head drive circuit 101, and FIG. 7 is a buffer circuit 1013 and a switch circuit 1014 included in the head drive circuit 101. It is a schematic circuit diagram of. The printer 200 is applied to, for example, an office printer, a bar code printer, a POS printer, an industrial printer, and the like.

プリンタ200は、CPU(Central Processing Unit)201、ROM(Read Only Memory)202、RAM(Random Access Memory)203、操作パネル204、通信インターフェース205、搬送モータ206、モータ駆動回路207、ポンプ208、ポンプ駆動回路209及びヘッド100を備える。またプリンタ200は、アドレスバス,データバスなどのバスライン211を含む。そしてプリンタ200は、このバスライン211に、CPU201、ROM202、RAM203、操作パネル204、通信インターフェース205、モータ駆動回路207、ポンプ駆動回路209及びヘッド100の駆動回路101をそれぞれ直接あるいは入出力回路を介して接続する。 The printer 200 includes a CPU (Central Processing Unit) 201, a ROM (Read Only Memory) 202, a RAM (Random Access Memory) 203, an operation panel 204, a communication interface 205, a transfer motor 206, a motor drive circuit 207, a pump 208, and a pump drive. It includes a circuit 209 and a head 100. Further, the printer 200 includes a bus line 211 such as an address bus and a data bus. The printer 200 connects the CPU 201, ROM 202, RAM 203, operation panel 204, communication interface 205, motor drive circuit 207, pump drive circuit 209, and head 100 drive circuit 101 directly or via an input / output circuit to the bus line 211, respectively. To connect.

CPU201は、コンピュータの中枢部分に相当する。CPU201は、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムに従って、プリンタ200としての各種の機能を実現するべく各部を制御する。 The CPU 201 corresponds to the central part of the computer. The CPU 201 controls each part in order to realize various functions as the printer 200 according to the operating system and the application program.

ROM202は、上記コンピュータの主記憶部分に相当する。ROM202は、上記のオペレーティングシステムやアプリケーションプログラムを記憶する。ROM202は、CPU201が各部を制御するための処理を実行する上で必要なデータを記憶する場合もある。 The ROM 202 corresponds to the main storage portion of the computer. The ROM 202 stores the above operating system and application programs. The ROM 202 may store data necessary for the CPU 201 to execute a process for controlling each unit.

RAM203は、上記コンピュータの主記憶部分に相当する。RAM203は、CPU201が処理を実行する上で必要なデータを記憶する。またRAM203は、CPU201によって情報が適宜書き換えられるワークエリアとしても利用される。ワークエリアは、印刷データが展開される画像メモリを含む。 The RAM 203 corresponds to the main storage portion of the computer. The RAM 203 stores data necessary for the CPU 201 to execute the process. The RAM 203 is also used as a work area where information is appropriately rewritten by the CPU 201. The work area includes an image memory in which print data is expanded.

操作パネル204は、操作部と表示部とを有する。操作部は、電源キー、用紙フィードキー、エラー解除キー等のファンクションキーを配置したものである。表示部は、プリンタ200の種々の状態を表示可能なものである。 The operation panel 204 has an operation unit and a display unit. The operation unit is arranged with function keys such as a power key, a paper feed key, and an error release key. The display unit can display various states of the printer 200.

通信インターフェース205は、LAN(Local Area Network)等のネットワークを介して接続されるクライアント端末から印刷データを受信する。通信インターフェース205は、例えばプリンタ200にエラーが発生したとき、エラーを通知する信号をクライアント端末に送信する。 The communication interface 205 receives print data from a client terminal connected via a network such as a LAN (Local Area Network). When an error occurs in the printer 200, for example, the communication interface 205 transmits a signal notifying the error to the client terminal.

モータ駆動回路207は、搬送モータ206の駆動を制御する。搬送モータ206は、印刷用紙などの記録媒体を搬送する搬送機構の駆動源として機能する。搬送モータ206が駆動すると、搬送機構が記録媒体の搬送を開始する。搬送機構は、記録媒体をヘッド100による印刷位置まで搬送する。搬送機構は、印刷を終えた記録媒体を図示しない排出口からプリンタ200の外部に排出する。 The motor drive circuit 207 controls the drive of the transfer motor 206. The transfer motor 206 functions as a drive source for a transfer mechanism that conveys a recording medium such as printing paper. When the transport motor 206 is driven, the transport mechanism starts transporting the recording medium. The transport mechanism transports the recording medium to the printing position by the head 100. The transport mechanism discharges the printed recording medium to the outside of the printer 200 from an ejection port (not shown).

ポンプ駆動回路209は、ポンプ208の駆動を制御する。ポンプ208が駆動すると、図示しないインクタンク内のインクがヘッド100に供給される。 The pump drive circuit 209 controls the drive of the pump 208. When the pump 208 is driven, ink in an ink tank (not shown) is supplied to the head 100.

ヘッド駆動回路101は、印刷データに基づきヘッド100のチャネル群102を駆動する。ヘッド駆動回路101は、図6に示すように、パターンジェネレータ1011、ロジック回路1012、バッファ回路1013及びスイッチ回路1014を含む。 The head drive circuit 101 drives the channel group 102 of the head 100 based on the print data. As shown in FIG. 6, the head drive circuit 101 includes a pattern generator 1011, a logic circuit 1012, a buffer circuit 1013, and a switch circuit 1014.

パターンジェネレータ1011は、吐出当該波形、吐出両隣波形、非吐出当該波形、非吐出両隣波形等の波形パターンを生成する。パターンジェネレータ1011で生成された波形パターンのデータは、ロジック回路1012に供給される。 The pattern generator 1011 generates a waveform pattern such as a discharge waveform, a discharge bilateral waveform, a non-discharge waveform, and a non-discharge bilateral waveform. The waveform pattern data generated by the pattern generator 1011 is supplied to the logic circuit 1012.

ロジック回路1012は、画像メモリから1ラインずつ読み出される印刷データの入力を受け付ける。印刷データが入力されると、ロジック回路1012は、ヘッド100の隣り合う3つのチャネルch.(i-1),ch.i,ch.(i+1)を1セットとし、そのうちひとつのチャネル、例えば中央のチャネルch.iがインクを吐出する吐出チャネルなのか、インクを吐出しない非吐出チャネルなのかを決定する。そして、チャネルch.iが吐出チャネルの場合、ロジック回路1012は、このチャネルch.iに対して吐出当該波形のパターンデータを出力し、かつ、その両隣のチャネルch.(i-1),ch.(i+1)に対して吐出両隣波形のパターンデータを出力する。チャネルch.iが非吐出チャネルの場合、ロジック回路1012は、このチャネルch.iに対して非吐出当該波形のパターンデータを出力し、かつ、その両隣のチャネルch.(i-1),ch.(i+1)に対して非吐出両隣波形のパターンデータを出力する。ロジック回路1012から出力される各パターンデータは、バッファ回路1013に与えられる。 The logic circuit 1012 accepts the input of print data read out line by line from the image memory. When the print data is input, the logic circuit 1012 sets three adjacent channels ch. (I-1), ch.i, ch. (I + 1) of the head 100 as one set, and one of the channels, For example, it is determined whether the central channel ch.i is an ejection channel that ejects ink or a non-ejection channel that does not eject ink. When the channel ch.i is a discharge channel, the logic circuit 1012 outputs the pattern data of the waveform of the discharge to this channel ch.i, and the channels ch. (I-1), ch on both sides thereof are output. . (i + 1) Outputs the pattern data of the waveforms on both sides of the discharge. When the channel ch.i is a non-ejection channel, the logic circuit 1012 outputs the pattern data of the non-ejection waveform to this channel ch.i, and the channels ch. (I-1), ch on both sides thereof are output. . (i + 1) Outputs pattern data of non-discharged adjacent waveforms. Each pattern data output from the logic circuit 1012 is given to the buffer circuit 1013.

バッファ回路1013は、正電圧Vccの電源と負電圧-Vの電源とを接続する。またバッファ回路1013は、図7に示すように、ヘッド100のチャネルch.1,ch.2,…, ch.N毎にプリバッファPB1,PB2,…,PBNを備える。なお、図7では、隣り合う3つのチャネルch.(i-1),ch.i,ch.(i+1)にそれぞれ対応したプリバッファPB(i-1),PBi,PB(i+1)を示す。 The buffer circuit 1013 connects a power supply having a positive voltage Vcc and a power supply having a negative voltage −V. Further, as shown in FIG. 7, the buffer circuit 1013 includes prebuffers PB1, PB2, ..., PBN for each channel ch.1, ch.2, ..., Ch.N of the head 100. In FIG. 7, the prebuffers PB (i-1), PBi, and PB (i + 1) corresponding to the three adjacent channels ch. (I-1), ch.i, and ch. (I + 1), respectively. ) Is shown.

各プリバッファPB1,PB2,…,PBNは、それぞれ第1~第3の3つのバッファB1,B2,B3を有する。各バッファB1,B2,B3は、それぞれ正電圧Vccの電源と負電圧-Vの電源とに接続される。 Each prebuffer PB1, PB2, ..., PBN has three first to third buffers B1, B2, B3, respectively. Each of the buffers B1, B2 and B3 is connected to a power supply having a positive voltage Vcc and a power supply having a negative voltage −V, respectively.

各プリバッファPB1,PB2,…,PBNにおいて、第1~第3のバッファB1,B2,B3の出力は、ロジック回路1012から供給されるパターンデータの信号レベルに応じて変化する。ロジック回路1012からは、対応するチャネルch.k(1≦k≦N)が吐出チャネルなのか、非吐出チャネルなのか、吐出チャネルまたは非吐出チャネルに隣接するチャネルなのかによってそれぞれ異なるレベルの信号が供給される。ハイレベル信号が供給された第1~第3のバッファB1,B2,B3は、正電圧Vccレベルの信号を出力する。ローレベル信号が供給された第1~第3のバッファB1,B2,B3は、負電圧-Vレベルの信号を出力する。 In each of the pre-buffers PB1, PB2, ..., PBN, the outputs of the first to third buffers B1, B2, B3 change according to the signal level of the pattern data supplied from the logic circuit 1012. From the logic circuit 1012, signals having different levels are transmitted depending on whether the corresponding channel ch.k (1 ≦ k ≦ N) is a discharge channel, a non-discharge channel, a discharge channel, or a channel adjacent to the non-discharge channel. Be supplied. The first to third buffers B1, B2, and B3 to which the high level signal is supplied output the signal of the positive voltage Vcc level. The first to third buffers B1, B2, and B3 to which the low level signal is supplied output the negative voltage −V level signal.

各プリバッファPB1,PB2,…,PBNの出力、すなわち第1~第3のバッファB1,B2,B3の出力信号は、スイッチ回路1014に与えられる。 The outputs of the pre-buffers PB1, PB2, ..., PBN, that is, the output signals of the first to third buffers B1, B2, B3 are given to the switch circuit 1014.

スイッチ回路1014は、正電圧Vccの電源と、正電圧+Vの電源と、負電圧-Vの電源とグラウンド電位GNDとを接続する。正電圧Vccは正電圧+Vよりも高い。その代表的な値としては、正電圧Vccが24ボルトであり、正電圧+Vが15ボルトである。この場合、負電圧-Vは-15ボルトである。
ただし、正電圧及び負電圧の適正値はインクの粘度によって異なる。インクの粘度はインクの種類や使用温度によって異なる。このため、正電圧+V及び負電圧-Vはインクの種類や使用温度に応じて±15ボルト~±30ボルト程度の範囲で選ばれる。その際、正電圧Vccは正電圧+Vよりも高くなくてはならないので、正電圧+V及び負電圧-Vが最大±30ボルトであれば正電圧Vccは例えば39ボルトとする。
The switch circuit 1014 connects a positive voltage Vcc power supply, a positive voltage + V power supply, a negative voltage −V power supply, and a ground potential GND. The positive voltage Vcc is higher than the positive voltage + V. As a typical value, the positive voltage Vcc is 24 volts, and the positive voltage + V is 15 volts. In this case, the negative voltage −V is −15 volts.
However, the appropriate values of positive voltage and negative voltage differ depending on the viscosity of the ink. The viscosity of the ink varies depending on the type of ink and the operating temperature. Therefore, the positive voltage + V and the negative voltage −V are selected in the range of about ± 15 volts to ± 30 volts depending on the type of ink and the operating temperature. At that time, since the positive voltage Vcc must be higher than the positive voltage + V, if the positive voltage + V and the negative voltage −V are up to ± 30 volts, the positive voltage Vcc is set to, for example, 39 volts.

スイッチ回路1014は、図7に示すように、ヘッド100のチャネルch.1,ch.2,…,ch.N毎にドライバDR1,DR2,…,DRNを有する。なお、図7では、隣り合う3つのチャネルch.(i-1),ch.i,ch.(i+1)にそれぞれ対応したドライバDR (i-1),DRi,DR(i+1)を示す。 As shown in FIG. 7, the switch circuit 1014 has drivers DR1, DR2, ..., DRN for each channel ch.1, ch.2, ..., Ch.N of the head 100. In FIG. 7, the drivers DR (i-1), DRi, and DR (i + 1) corresponding to the three adjacent channels ch. (I-1), ch.i, and ch. (I + 1), respectively. Is shown.

各ドライバDR1,DR2,…,DRNは、それぞれPMOSタイプの電界効果トランジスタT1(以下、第1トランジスタT1と称する)と、NMOSタイプの2つの電界効果トランジスタT2,T3(以下、第2トランジスタT2,第3トランジスタT3と称する)とを含む。各ドライバDR1,DR2,…,DRNは、それぞれ正電圧+Vの電源とグラウンド電位GNDとの間に、第1トランジスタT1と第2トランジスタT2との直列回路を接続し、さらにこの第1トランジスタT1と第2トランジスタT2との接続点と負電圧-Vの電源との間に、第3トランジスタT3を接続する。また各ドライバDR1,DR2,…,DRNは、それぞれ第1トランジスタT1のバックゲートを正電圧Vccの電源に接続し、第2トランジスタ及び第3トランジスタのバックゲートをそれぞれ負電圧-Vの電源に接続する。さらに各ドライバDR1,DR2,…,DRNは、それぞれ対応するプリバッファPB1,PB2,…,PBNの第1のバッファB1を第2トランジスタT2のゲートに接続し、第2のバッファB2を第1トランジスタT1のゲートに接続し、第3のバッファB3を第3トランジスタT3のゲートに接続する。そして各ドライバDR1,DR2,…,DRNは、それぞれ第1トランジスタT1と第2トランジスタT2との接続点の電位を、対応するチャネルch.1,ch.2,…,ch.Nの電極4に印加する。 Each driver DR1, DR2, ..., DRN has a epitope type field effect transistor T1 (hereinafter referred to as the first transistor T1) and two MIMO type field effect transistors T2 and T3 (hereinafter referred to as the second transistor T2). A third transistor (referred to as T3) is included. Each driver DR1, DR2, ..., DRN connects a series circuit of the first transistor T1 and the second transistor T2 between the power supply of positive voltage + V and the ground potential GND, respectively, and further connects with the first transistor T1. The third transistor T3 is connected between the connection point with the second transistor T2 and the power supply having a negative voltage −V. Further, each driver DR1, DR2, ..., DRN connects the back gate of the first transistor T1 to the power supply of the positive voltage Vcc, and connects the back gates of the second transistor and the third transistor to the power supply of the negative voltage −V, respectively. do. Further, each driver DR1, DR2, ..., DRN connects the first buffer B1 of the corresponding prebuffers PB1, PB2, ..., PBN to the gate of the second transistor T2, and connects the second buffer B2 to the first transistor. It is connected to the gate of T1 and the third buffer B3 is connected to the gate of the third transistor T3. Then, each driver DR1, DR2, ..., DRN applies the potential of the connection point between the first transistor T1 and the second transistor T2 to the electrodes 4 of the corresponding channels ch.1, ch.2, ..., Ch.N, respectively. Apply.

したがって、第1トランジスタT1は、第2のバッファB2から正電圧Vccレベルの信号が入力されるとオフし、負電圧-Vレベルの信号が入力されるとオンする。第2トランジスタT2は、第1のバッファB1から正電圧Vccレベルの信号が入力されるとオンし、負電圧-Vレベルの信号が入力されるとオフする。第3トランジスタT3は、第3のバッファB3から正電圧Vccレベルの信号が入力されるとオンし、負電圧-Vレベルの信号が入力されるとオフする。 Therefore, the first transistor T1 is turned off when a positive voltage Vcc level signal is input from the second buffer B2, and is turned on when a negative voltage −V level signal is input. The second transistor T2 is turned on when a positive voltage Vcc level signal is input from the first buffer B1 and turned off when a negative voltage −V level signal is input. The third transistor T3 is turned on when a positive voltage Vcc level signal is input from the third buffer B3, and is turned off when a negative voltage −V level signal is input.

このような構成のドライバDR1,DR2,…,DRNは、第1トランジスタT1がオンし、第2トランジスタT2と第3トランジスタT3とがオフすると、対応するチャネルch.1,ch.2,…,ch.Nの電極4に正電圧+Vを印加する。ドライバDR1,DR2,…,DRNは、第1トランジスタT1と第3トランジスタT3とが同時にオフし、第2トランジスタT2がオンすると、対応するチャネルch.1,ch.2,…,ch.Nの電極4の電位をグラウンドGNDレベルとする。ドライバDR1,DR2,…,DRNは、第1トランジスタT1と第2トランジスタT2とが同時にオフし、第3トランジスタT3がオンすると、対応するチャネルch.1,ch.2,…,ch.Nの電極4に負電圧-Vを印加する。 In the drivers DR1, DR2, ..., DRN having such a configuration, when the first transistor T1 is turned on and the second transistor T2 and the third transistor T3 are turned off, the corresponding channels ch.1, ch.2, ..., A positive voltage + V is applied to the electrode 4 of ch.N. In the drivers DR1, DR2, ..., DRN, when the first transistor T1 and the third transistor T3 are turned off at the same time and the second transistor T2 is turned on, the corresponding channels ch.1, ch.2, ..., Ch.N The potential of the electrode 4 is defined as the ground GND level. In the drivers DR1, DR2, ..., DRN, when the first transistor T1 and the second transistor T2 are turned off at the same time and the third transistor T3 is turned on, the corresponding channels ch.1, ch.2, ..., Ch.N A negative voltage −V is applied to the electrode 4.

図8は、インクを吐出するチャネル(吐出チャネルch.x)の電極4に印加される駆動パルス信号の波形図である。この駆動パルス信号は、ヘッド駆動回路101のパターンジェネレータ1011で生成される吐出当該波形のパターンデータに従ったパルス信号である。図8において、区間T1は、吐出チャネルch.xのノズル8から1滴のインク滴を吐出するためのパルス波形(吐出パルス波形)を示す。吐出パルス波形は、区間Dの拡張パルスEPと、区間Pの収縮パルスCPとを含む。拡張パルスEPと収縮パルスCPとの間の区間Rは、グラウンド電位GNDを維持する。拡張パルスEPの中心と収縮パルスCPの中心との時間間隔は、インクの共振周期2ALと等しい。因みに、マルチドロップ方式で2ドロップ目を吐出する場合には、区間T1に続く区間T2において、区間T1のときと同様の吐出パルス波形が繰り返される。3ドロップ目以降も同様である。 FIG. 8 is a waveform diagram of a drive pulse signal applied to the electrode 4 of the channel for ejecting ink (ejection channel ch.x). This drive pulse signal is a pulse signal according to the pattern data of the discharge waveform generated by the pattern generator 1011 of the head drive circuit 101. In FIG. 8, the section T1 shows a pulse waveform (discharge pulse waveform) for ejecting one drop of ink from the nozzle 8 of the ejection channel ch.x. The discharge pulse waveform includes the expansion pulse EP in the section D and the contraction pulse CP in the section P. The interval R between the expansion pulse EP and the contraction pulse CP maintains the ground potential GND. The time interval between the center of the expansion pulse EP and the center of the contraction pulse CP is equal to the resonance period 2AL of the ink. Incidentally, when the second drop is discharged by the multi-drop method, the same discharge pulse waveform as in the section T1 is repeated in the section T2 following the section T1. The same applies to the third and subsequent drops.

拡張パルスEPは、吐出チャネルch.xの電極4を負電位とする。すなわち、吐出チャネルch.xに対応したドライバDRxに対し、第1トランジスタT1と第2トランジスタT2とが同時にオフし、第3トランジスタT3がオンするように、バッファ回路1013からスイッチ回路1014に出力される信号のレベルが変化する。吐出チャネルch.xの電極4が負電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室15は拡張する。 The extended pulse EP has the electrode 4 of the discharge channel ch.x as a negative potential. That is, it is output from the buffer circuit 1013 to the switch circuit 1014 so that the first transistor T1 and the second transistor T2 are turned off at the same time and the third transistor T3 is turned on for the driver DRx corresponding to the discharge channel ch.x. The level of the signal changes. When the electrode 4 of the discharge channel ch.x becomes a negative potential, the pressure chamber 15 of the discharge channel ch.x expands.

収縮パルスCPは、吐出チャネルch.xの電極4を正電位とする。すなわち、吐出チャネルch.xに対応したドライバDRxに対し、第1トランジスタT1がオンし、第2トランジスタT2と第3トランジスタT3とがオフするように、バッファ回路1013からスイッチ回路1014に出力される信号のレベルが変化する。吐出チャネルch.xの電極4が正電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室15は収縮する。 The contraction pulse CP has the electrode 4 of the discharge channel ch.x as a positive potential. That is, it is output from the buffer circuit 1013 to the switch circuit 1014 so that the first transistor T1 is turned on and the second transistor T2 and the third transistor T3 are turned off for the driver DRx corresponding to the discharge channel ch.x. The signal level changes. When the electrode 4 of the discharge channel ch.x becomes a positive potential, the pressure chamber 15 of the discharge channel ch.x contracts.

拡張パルスEPと収縮パルスCPとの間は、吐出チャネルch.xの電極4がグラウンド電位GNDである。すなわち、吐出チャネルch.xに対応したドライバDRxに対し、第1トランジスタT1と第3トランジスタT3とが同時にオフし、第2トランジスタT2がオンするように、バッファ回路1013からスイッチ回路1014に出力される信号のレベルが変化する。吐出チャネルch.xの電極4がグラウンド電位GNDになることで、拡張または圧縮されていた吐出チャネルch.xの圧力室15は、復元する。 Between the expansion pulse EP and the contraction pulse CP, the electrode 4 of the discharge channel ch.x is the ground potential GND. That is, it is output from the buffer circuit 1013 to the switch circuit 1014 so that the first transistor T1 and the third transistor T3 are turned off at the same time and the second transistor T2 is turned on for the driver DRx corresponding to the discharge channel ch.x. The level of the signal changes. When the electrode 4 of the discharge channel ch.x becomes the ground potential GND, the pressure chamber 15 of the discharge channel ch.x that has been expanded or compressed is restored.

すなわち区間T1において、吐出チャネルch.xの圧力室15は、先ず拡張し、続いて復元し、その後収縮し、再び復元する。このような圧力室15の容積変化により、この圧力室15に連通するノズル8からインク滴が吐出される。区間T2以降についても、区間T1と同様に、拡張、復元、収縮、復元を繰り返すことでノズル8からインク滴が吐出される。 That is, in the section T1, the pressure chamber 15 of the discharge channel ch.x is first expanded, then restored, then contracted, and then restored again. Due to such a change in the volume of the pressure chamber 15, ink droplets are ejected from the nozzle 8 communicating with the pressure chamber 15. Similarly to the section T1, the ink droplets are ejected from the nozzle 8 in the section T2 and thereafter by repeating expansion, restoration, contraction, and restoration.

さて本実施形態では、1ドロップ目のインク滴が吐出される区間T1の前に補助パルス信号の出力区間T0を追加する。補助パルス信号は、1ドロップ目の拡張パルスEPの直前に印加される第1の補助パルスSP1と、この第1の補助パルスSP1よりも前に印加される第2の補助パルスSP2とを含む。第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2との間の区間は、グラウンド電位GNDを維持する。第1の補助パルスSP1の中心と第2の補助パルスSP2の中心との時間間隔は、インクの共振周期2ALと等しい。 Now, in the present embodiment, the output section T0 of the auxiliary pulse signal is added before the section T1 in which the ink droplet of the first drop is ejected. The auxiliary pulse signal includes a first auxiliary pulse SP1 applied immediately before the first drop extended pulse EP and a second auxiliary pulse SP2 applied prior to the first auxiliary pulse SP1. The section between the first auxiliary pulse SP1 and the second auxiliary pulse SP2 maintains the ground potential GND. The time interval between the center of the first auxiliary pulse SP1 and the center of the second auxiliary pulse SP2 is equal to the resonance period 2AL of the ink.

第1の補助パルスSP1は、拡張パルスEPとは逆極性であり、パルス幅w1を有する。第2の補助パルスSP2は、第1の補助パルスSP1とは逆極性であり、第1の補助パルスSP1と同じパルス幅w1を有する。パルス幅w1は、拡張パルスEPのパルス幅(区間D)及び収縮パルスCPのパルス幅(区間P)と比較して十分に短い。 The first auxiliary pulse SP1 has the opposite polarity to the extended pulse EP and has a pulse width w1. The second auxiliary pulse SP2 has the opposite polarity to the first auxiliary pulse SP1 and has the same pulse width w1 as the first auxiliary pulse SP1. The pulse width w1 is sufficiently shorter than the pulse width of the extended pulse EP (section D) and the pulse width of the contraction pulse CP (section P).

第2の補助パルスSP2は、吐出チャネルch.xの電極4を負電位とする。吐出チャネルch.xの電極4が負電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室15は拡張する。すなわち第2の補助パルスSP2は、拡張パルスである。 The second auxiliary pulse SP2 has the electrode 4 of the discharge channel ch.x as a negative potential. When the electrode 4 of the discharge channel ch.x becomes a negative potential, the pressure chamber 15 of the discharge channel ch.x expands. That is, the second auxiliary pulse SP2 is an extended pulse.

第1の補助パルスSP1は、吐出チャネルch.xの電極4を正電位とする。吐出チャネルch.xの電極4が正電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室15は収縮する。すなわち第1の補助パルスSP1は、収縮パルスである。 The first auxiliary pulse SP1 has a positive potential at the electrode 4 of the discharge channel ch.x. When the electrode 4 of the discharge channel ch.x becomes a positive potential, the pressure chamber 15 of the discharge channel ch.x contracts. That is, the first auxiliary pulse SP1 is a contraction pulse.

このように、補助パルス信号の出力区間T0においても、区間T1と同様に、吐出チャネルch.xの圧力室15は、先ず拡張し、続いて復元し、その後収縮し、再び復元する。しかしながら、第1及び第2の補助パルスSP1,SP2のパルス幅w1は、拡張パルスEPのパルス幅(区間D)及び収縮パルスCPのパルス幅(区間P)と比較して十分に短いため、ノズル8からインク滴が吐出されない。換言すれば、第1及び第2の補助パルスSP1,SP2のパルス幅w1は、ノズル8からインク滴が吐出しない程度の幅に設定されている。
ここで、補助パルス信号を加えたことによる作用効果を説明する前に、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態、複ノズル連続駆動状態について今一度説明する。
本実施形態のヘッド100は、圧力室15の隔壁を隣接するチャネルで共有しており、ノズル8は3列の千鳥配置となっている。そして、各圧力室15を2つおきに3つの組に分けて分割駆動する、いわゆる3分割駆動である。
単ノズル駆動状態とは、いずれか1つのノズル8からしかインクが吐出されない状態をいう。単ノズル駆動状態においては、インクを吐出するチャネルが一つだけである。このため、インクを吐出したチャネルの圧力室15に生じた圧力が周囲のチャネルに伝搬して、圧力室15の挙動としては空間方向に少し複雑な挙動を示す。
複ノズル同時駆動状態とは、いずれか1つの組に属するノズルからインクが吐出され、他の組に属するノズルからはインクが吐出されない状態をいう。複ノズル同時駆動状態においては、ノズル8の並び方向に一定の間隔を開けて配列された複数のチャネルから同時にインクが吐出されるため、全ての圧力室15が均一の挙動となる。このため、圧力室15の挙動としては最もシンプルな挙動となる。
As described above, also in the auxiliary pulse signal output section T0, the pressure chamber 15 of the discharge channel ch.x is first expanded, subsequently restored, then contracted, and then restored again, as in the section T1. However, since the pulse width w1 of the first and second auxiliary pulses SP1 and SP2 is sufficiently shorter than the pulse width of the extended pulse EP (section D) and the pulse width of the contraction pulse CP (section P), the nozzle No ink droplets are ejected from 8. In other words, the pulse width w1 of the first and second auxiliary pulses SP1 and SP2 is set to a width such that ink droplets are not ejected from the nozzle 8.
Here, before explaining the action and effect by adding the auxiliary pulse signal, the single nozzle drive state, the double nozzle simultaneous drive state, and the double nozzle continuous drive state will be described once again.
The head 100 of the present embodiment shares the partition wall of the pressure chamber 15 with adjacent channels, and the nozzles 8 are arranged in a staggered manner in three rows. Then, each pressure chamber 15 is divided into three sets every two and driven separately, which is a so-called three-divided drive.
The single nozzle drive state means a state in which ink is ejected from only one of the nozzles 8. In the single nozzle drive state, there is only one channel for ejecting ink. Therefore, the pressure generated in the pressure chamber 15 of the channel from which the ink is ejected propagates to the surrounding channels, and the behavior of the pressure chamber 15 shows a slightly complicated behavior in the spatial direction.
The double nozzle simultaneous drive state means a state in which ink is ejected from a nozzle belonging to any one set and ink is not ejected from a nozzle belonging to the other set. In the multi-nozzle simultaneous drive state, ink is ejected from a plurality of channels arranged at regular intervals in the arrangement direction of the nozzles 8 at the same time, so that all the pressure chambers 15 behave uniformly. Therefore, the behavior of the pressure chamber 15 is the simplest.

複ノズル連続駆動状態とは、少なくとも2つの組に属するノズルから時分割でインクが吐出される状態をいう。複ノズル連続駆動状態においては、隣接するチャネルからインクが吐出された際に、その隣接チャネルとアクチュエータを共有する当該チャネルで片壁のアクチュエータを駆動した履歴が残る。この履歴が、当該チャネルのアクチュエータの動作に影響を及ぼし、圧力室15の挙動としては時間方向に複雑な挙動を示す。
以上のような理由から、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態、複ノズル連続駆動状態の3つのモードでそれぞれ同一ノズルから1ドロップだけを吐出する場合と2ドロップ以上連続して吐出する場合とで、インク滴の吐出速度を評価する。因みに、同一ノズルからインク滴を連続して吐出してその吐出する数の多少により印刷媒体上のドット径の大小を調節するグレースケール印字方式はマルチドロップ方式と呼ばれる。マルチドロップ方式において、安定した吐出状態を得るためには、連続するインク滴の数による吐出速度の変化は小さいことが望ましい。
The double nozzle continuous drive state is a state in which ink is ejected in a time division manner from nozzles belonging to at least two sets. In the multi-nozzle continuous drive state, when ink is ejected from an adjacent channel, the history of driving the actuator on one wall in the channel sharing the actuator with the adjacent channel remains. This history affects the operation of the actuator of the channel, and the behavior of the pressure chamber 15 shows a complicated behavior in the time direction.
For the above reasons, there are cases where only one drop is ejected from the same nozzle and cases where two or more drops are continuously ejected in each of the three modes of single nozzle drive state, double nozzle simultaneous drive state, and double nozzle continuous drive state. Then, the ejection speed of the ink droplet is evaluated. Incidentally, a grayscale printing method in which ink droplets are continuously ejected from the same nozzle and the size of the dot diameter on the print medium is adjusted depending on the number of ejected ink droplets is called a multi-drop method. In the multi-drop method, in order to obtain a stable ejection state, it is desirable that the change in ejection speed due to the number of consecutive ink droplets is small.

次に、補助パルス信号を加えたことによる作用効果について、図9~図11を用いて説明する。図9~図11は、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、マルチドロップ方式により1ドロップのみ、または、2~5ドロップを連続して吐出したときの吐出速度[m/s]の一例を示している。図9~図11において、横軸の数値“1”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、1ドロップのみ吐出したときの吐出速度である。横軸の数値“2”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して2ドロップを吐出したときの2ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“3”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して3ドロップを吐出したときの3ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“4”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して4ドロップを吐出したときの4ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“5”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して5ドロップを吐出したときの5ドロップ目の吐出速度である。そして図9は、補助パルス波形を加えなかったときのグラフであり、図10は、第1の補助パルスSP1だけを加えたときのグラフであり、図11は、第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2とを加えたときのグラフである。各図において、実線のグラフは、単ノズル駆動状態のときの吐出速度[m/s]を示す。一点鎖線のグラフは、複ノズル同時駆動状態のときの吐出速度[m/s]を示す。破線のグラフは、複ノズル連続駆動状態のときの吐出速度[m/s]を示す。 Next, the effects of adding the auxiliary pulse signal will be described with reference to FIGS. 9 to 11. 9 to 11 show when only one drop or 2 to 5 drops are continuously ejected by the multi-drop method in each of the single nozzle drive state, the double nozzle simultaneous drive state, and the double nozzle continuous drive state. An example of the discharge speed [m / s] is shown. In FIGS. 9 to 11, the numerical value on the vertical axis of the points plotted corresponding to the numerical value “1” on the horizontal axis is the discharge rate when only one drop is discharged. The numerical value on the vertical axis of the points plotted corresponding to the numerical value "2" on the horizontal axis is the ejection speed of the second drop when two drops are continuously ejected. The numerical value on the vertical axis of the points plotted corresponding to the numerical value "3" on the horizontal axis is the ejection speed of the third drop when three drops are continuously ejected. The numerical value on the vertical axis of the points plotted corresponding to the numerical value "4" on the horizontal axis is the ejection speed of the fourth drop when four drops are continuously ejected. The numerical value on the vertical axis of the points plotted corresponding to the numerical value "5" on the horizontal axis is the ejection speed of the fifth drop when 5 drops are continuously ejected. FIG. 9 is a graph when the auxiliary pulse waveform is not added, FIG. 10 is a graph when only the first auxiliary pulse SP1 is added, and FIG. 11 shows the first auxiliary pulse SP1 and the first auxiliary pulse SP1. It is a graph when the auxiliary pulse SP2 of 2 is added. In each figure, the solid line graph shows the discharge speed [m / s] in the single nozzle drive state. The dashed line graph shows the ejection speed [m / s] when the multiple nozzles are simultaneously driven. The broken line graph shows the discharge speed [m / s] in the double nozzle continuous drive state.

補助パルス波形を加えなかった場合は、図9に示すように、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態において、1ドロップのみ吐出したときの吐出速度が、連続して2ドロップ以上を吐出したときの最終ドロップの吐出速度よりも遅くなる。特に、複ノズル連続駆動状態のときには、1ドロップのみ吐出したときの吐出速度が極めて遅く、安定した印字品質が得られない。 When the auxiliary pulse waveform is not added, as shown in FIG. 9, the ejection speed when only one drop is ejected in the single nozzle drive state and the double nozzle continuous drive state is when two or more drops are ejected continuously. It will be slower than the discharge rate of the final drop of. In particular, in the state of continuous drive of multiple nozzles, the ejection speed when only one drop is ejected is extremely slow, and stable print quality cannot be obtained.

補助パルス波形として第1の補助パルスSP1だけを加えた場合は、図10に示すように、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態において、1ドロップのみ吐出したときの吐出速度が速くなるので、連続吐出するドロップの数に依る吐出速度の変化を抑えることができる。複ノズル同時駆動状態においても、第1の補助パルスSP1によって1ドロップのみ吐出したときの吐出速度が速くなるが、しかし複ノズル同時駆動状態ではそれが必ずしも吐出速度の変化を抑えることにならない。複ノズル同時駆動状態では補助パルスの無い駆動波形を与えたとしても、図9に示したように、1ドロップのみ吐出したときの吐出速度と連続して2ドロップ吐出したときの2ドロップ目の吐出速度とに元々あまり差がない。このため、第1の補助パルスSP1を入れると相対的に1ドロップ目よりも2ドロップ目の吐出速度が遅くなってかえって速度バランスが崩れる。この状態で連続して2ドロップを吐出すると、遅い2ドロップ目が1ドロップ目に対して分離して着弾し、印字品質を低下させる可能性が高い。 When only the first auxiliary pulse SP1 is added as the auxiliary pulse waveform, as shown in FIG. 10, the ejection speed when only one drop is ejected becomes faster in the single nozzle drive state and the double nozzle continuous drive state. It is possible to suppress the change in the discharge speed depending on the number of drops that are continuously discharged. Even in the double nozzle simultaneous drive state, the discharge speed when only one drop is discharged by the first auxiliary pulse SP1 becomes high, but in the double nozzle simultaneous drive state, it does not necessarily suppress the change in the discharge speed. In the state of simultaneous drive of multiple nozzles, even if a drive waveform without an auxiliary pulse is given, as shown in FIG. 9, the discharge speed when only one drop is discharged and the second drop when two drops are continuously discharged are discharged. Originally there is not much difference with the speed. Therefore, when the first auxiliary pulse SP1 is inserted, the discharge speed of the second drop is relatively slower than that of the first drop, and the speed balance is rather lost. If two drops are continuously ejected in this state, there is a high possibility that the slow second drop will separate and land on the first drop, degrading the print quality.

補助パルス波形として第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2とを加えた場合は、図11に示すように、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態において1ドロップのみ吐出したときの吐出速度が速くなる。しかし、複ノズル同時駆動状態で1ドロップのみ吐出したときの吐出速度はあまり速くならず、連続して2ドロップを吐出したときの2ドロップ目の吐出速度とほぼ同じとなる。したがって、速度バランスが崩れないため、2ドロップ目が1ドロップ目に対して分離して着弾するようなことはない。 When the first auxiliary pulse SP1 and the second auxiliary pulse SP2 are added as the auxiliary pulse waveforms, as shown in FIG. 11, the discharge when only one drop is discharged in the single nozzle drive state and the double nozzle continuous drive state. The speed becomes faster. However, the ejection speed when only one drop is ejected in the state where the multiple nozzles are simultaneously driven is not so fast, and is substantially the same as the ejection speed of the second drop when two drops are continuously ejected. Therefore, since the speed balance is not lost, the second drop does not land separately on the first drop.

このように本実施形態では、補助パルス信号として、従来のブーストパルスと同様の機能を果たす第1の補助パルスSP1の前に、第1の補助パルスSP1とは逆極性の第2の補助パルスSP2を加える。そうすることによって、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態だけでなく、複ノズル同時駆動状態のときもマルチドロップの吐出速度を安定化することができ、ひいては高品質な印刷が可能なインクジェットヘッド、及びこのヘッドを用いたインクジェットプリンタを提供できる。 As described above, in the present embodiment, as the auxiliary pulse signal, the second auxiliary pulse SP2 having the opposite polarity to the first auxiliary pulse SP1 is preceded by the first auxiliary pulse SP1 which has the same function as the conventional boost pulse. Add. By doing so, it is possible to stabilize the ejection speed of the multi-drop not only in the single-nozzle drive state and the double-nozzle continuous drive state, but also in the double-nozzle simultaneous drive state, and by extension, the inkjet head capable of high-quality printing. , And an inkjet printer using this head can be provided.

ここで、第1及び第2の補助パルスSP1,SP2のパルス幅w1について、図12~図16を用いて検証する。なお、第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2とのパルス幅w1は同じ幅とする。また、第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2都のパルス中心間隔は、インクの共振周期2ALと等しくする。 Here, the pulse widths w1 of the first and second auxiliary pulses SP1 and SP2 are verified with reference to FIGS. 12 to 16. The pulse width w1 of the first auxiliary pulse SP1 and the second auxiliary pulse SP2 is the same. Further, the pulse center distance between the first auxiliary pulse SP1 and the second auxiliary pulse SP2 is equal to the resonance period 2AL of the ink.

図12~図16は、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、マルチドロップ方式により5ドロップを連続して吐出したときの、ドロップ毎の吐出速度[m/s]の一例を示している。そして図12は、パルス幅w1を0.2μsとしたときのグラフである。図13は、パルス幅w1を0.3μsとしたときのグラフである。図14は、パルス幅w1を0.4μsとしたときのグラフである。図15は、パルス幅w1を0.5μsとしたときのグラフである。図16は、パルス幅w1を0.6μsとしたときのグラフである。各図において、実線は、単ノズル駆動状態のときの吐出速度[m/s]を示す。一点鎖線は、複ノズル同時駆動状態のときの吐出速度[m/s]を示す。破線は、複ノズル連続駆動状態のときの吐出速度[m/s]を示す。 12 to 16 show the ejection speed [m] for each drop when 5 drops are continuously ejected by the multi-drop method in each of the single nozzle drive state, the double nozzle simultaneous drive state, and the double nozzle continuous drive state. / S] is shown as an example. FIG. 12 is a graph when the pulse width w1 is 0.2 μs. FIG. 13 is a graph when the pulse width w1 is 0.3 μs. FIG. 14 is a graph when the pulse width w1 is 0.4 μs. FIG. 15 is a graph when the pulse width w1 is 0.5 μs. FIG. 16 is a graph when the pulse width w1 is 0.6 μs. In each figure, the solid line shows the discharge speed [m / s] in the single nozzle drive state. The alternate long and short dash line indicates the ejection speed [m / s] when the multiple nozzles are simultaneously driven. The broken line indicates the discharge speed [m / s] in the state of continuous drive of multiple nozzles.

パルス幅が0.2μsのとき、図12に示すように、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態のうち、複ノズル連続駆動状態のときの1ドロップ目の吐出速度が遅く、ばらつきがある。しかも複ノズル連続駆動状態のときには、2ドロップ目と比べて1ドロップ目の吐出速度がまだ遅いため、吐出が不安定である。 When the pulse width is 0.2 μs, as shown in FIG. 12, the first drop in the double nozzle continuous drive state among the single nozzle drive state, the double nozzle simultaneous drive state, and the double nozzle continuous drive state. Discharge speed is slow and varies. Moreover, in the double nozzle continuous drive state, the ejection speed of the first drop is still slower than that of the second drop, so that the ejection is unstable.

パルス幅が0.3μsになると、図13に示すように、複ノズル連続駆動状態においても1ドロップ目の吐出速度が速くなり、2ドロップ目と比べてそれほど大きな差は生じない。また、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、1ドロップ目の吐出速度がほぼ同じとなる。このため、いずれの状態においても安定した吐出効果が得られる。 When the pulse width becomes 0.3 μs, as shown in FIG. 13, the discharge speed of the first drop becomes faster even in the double nozzle continuous drive state, and a large difference does not occur as compared with the second drop. Further, in each of the single nozzle drive state, the double nozzle simultaneous drive state, and the double nozzle continuous drive state, the discharge speed of the first drop is substantially the same. Therefore, a stable ejection effect can be obtained in any state.

パルス幅が0.4μsになると、図14に示すように、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、1ドロップ目の吐出速度がほぼ同じである。また、2ドロップ目と比較して1ドロップ目の吐出速度が大きく遅くなることもない。むしろ、複ノズル同時駆動状態のときの1ドロップ目の吐出速度が2ドロップ目よりも若干早くなっているため、速度バランスが崩れかけている。 When the pulse width becomes 0.4 μs, as shown in FIG. 14, the discharge speed of the first drop is substantially the same in each of the single nozzle drive state, the double nozzle simultaneous drive state, and the double nozzle continuous drive state. Further, the discharge speed of the first drop does not become significantly slower than that of the second drop. Rather, the discharge speed of the first drop is slightly faster than that of the second drop when the multiple nozzles are simultaneously driven, so that the speed balance is about to be lost.

パルス幅が0.5μsになると、図15に示すように、複ノズル同時駆動状態において、1ドロップ目の吐出速度が2ドロップ目よりも早くなり、速度バランスが崩れる。この点は、図16に示すように、パルス幅が0.6μsになった場合にも顕著である。 When the pulse width becomes 0.5 μs, as shown in FIG. 15, the discharge speed of the first drop becomes faster than that of the second drop in the state of simultaneous drive of the multiple nozzles, and the speed balance is lost. This point is also remarkable when the pulse width becomes 0.6 μs as shown in FIG.

したがって、図12~図16に示した例の場合には、第1及び第2の補助パルスのパルス幅w1は、0.3μsから0.4μsの範囲内において、駆動状態に係らずマルチドロップの吐出速度を安定化できる効果を奏する。 Therefore, in the case of the example shown in FIGS. 12 to 16, the pulse width w1 of the first and second auxiliary pulses is in the range of 0.3 μs to 0.4 μs, and the multi-drop is performed regardless of the driving state. It has the effect of stabilizing the discharge rate.

次に、本実施形態の効果が生じる原理について説明する。
背景技術の項で述べたように、インク滴の吐出前にインク滴が吐出しない程度の補助パルス信号、いわゆるブーストパルスを与えて吐出速度の均一化を図ることはすでに行われている。ブーストパルスを与えることにより、メニスカスが静止した状態から圧力振動が付与される場合と、その直前に吐出したインク滴の残留圧力振動が残っている状態で圧力振動が付与される場合との違いを補償する効果がある。しかしこの違いを補償するという理由だけでは第2の補助パルスSP2を第1の補助パルスSP1と併用することによる効果を説明できない。第2の補助パルスSP2の効果を理解するためには、アクチュエータのヒステリシスに起因する履歴現象について理解しておく必要がある。そこで先ず、単ノズル駆動状態及び複ノズル同時駆動状態と複ノズル連続駆動状態との動作の違いについて、補助パルスを持たない単純な駆動波形、すなわち図8の区間T1で示されるDRP波形によるアクチュエータの動作で説明する。
Next, the principle that the effect of this embodiment is produced will be described.
As described in the section of the background art, it has already been performed to make the ejection speed uniform by giving an auxiliary pulse signal, that is, a so-called boost pulse, to the extent that the ink droplets are not ejected before the ink droplets are ejected. By applying a boost pulse, the difference between the case where the pressure vibration is applied from the state where the meniscus is stationary and the case where the pressure vibration is applied when the residual pressure vibration of the ink droplet ejected immediately before that remains. It has the effect of compensating. However, the effect of using the second auxiliary pulse SP2 in combination with the first auxiliary pulse SP1 cannot be explained only by compensating for this difference. In order to understand the effect of the second auxiliary pulse SP2, it is necessary to understand the historical phenomenon caused by the hysteresis of the actuator. Therefore, first, regarding the difference in operation between the single nozzle drive state and the double nozzle simultaneous drive state and the double nozzle continuous drive state, the actuator based on the simple drive waveform having no auxiliary pulse, that is, the DRP waveform shown in the section T1 of FIG. It will be explained in operation.

単ノズル駆動状態及び複ノズル同時駆動状態では、ドット(複数ドロップの集まり)と次のドットとの間で隣接するチャネルからインクが吐出されない。このため、アクチュエータの動作は常に、図4Bにおいて(a)→(b)→(a)→(c)→(a)→(b)→(a)→(c)の繰り返しとなる。この繰り返しの中で、中央の圧力室15bに連通するノズル8からインク滴が2滴吐出される。そして、圧力室15bに対応して設けられるアクチュエータは、拡張パルスEPによって拡張する前は必ず収縮パルスCPによって収縮する動作を行う。 In the single-nozzle drive state and the double-nozzle simultaneous drive state, ink is not ejected from the channel adjacent to the dot (collection of multiple drops) and the next dot. Therefore, the operation of the actuator always repeats (a) → (b) → (a) → (c) → (a) → (b) → (a) → (c) in FIG. 4B. In this repetition, two ink droplets are ejected from the nozzle 8 communicating with the central pressure chamber 15b. Then, the actuator provided corresponding to the pressure chamber 15b always performs the operation of contracting by the contraction pulse CP before being expanded by the expansion pulse EP.

これに対し、複ノズル連続駆動状態では、隣接する圧力室15の動きを考慮する必要がある。
図17は、中央の圧力室15bに連通するノズル8からインク滴を吐出する前に、先ず左隣の圧力室15aに連通するノズル8からインク滴を吐出し、次いで右隣の圧力室15cに連通するノズル8からインク滴を吐出する場合の、各圧力室15a、15b,15cに対応したアクチュエータの動作を示す。
On the other hand, in the double nozzle continuous drive state, it is necessary to consider the movement of the adjacent pressure chamber 15.
In FIG. 17, before ejecting ink droplets from the nozzle 8 communicating with the central pressure chamber 15b, ink droplets are first ejected from the nozzle 8 communicating with the pressure chamber 15a adjacent to the left, and then to the pressure chamber 15c adjacent to the right. The operation of the actuator corresponding to each pressure chamber 15a, 15b, 15c when the ink droplet is ejected from the communicating nozzle 8 is shown.

A1~A4は、左隣の圧力室15aに連通するノズル8からインク滴を吐出する際のアクチュエータの動作であり、連続してインク滴を吐出する場合にはA1~A4の動作が繰り返される。
A5~A8は、右隣の圧力室15cに連通するノズル8からインク滴を吐出する際のアクチュエータの動作であり、連続してインク滴を吐出する場合にはA5~A8の動作が繰り返される。
A9~A16は、中央の圧力室15bに連通するノズル8からインク滴を吐出する際のアクチュエータの動作であり、A9~A12が1ドロップ目の動作、A13~A16が2ドロップ目の動作である。3ドロップ目以降のインク滴を吐出する場合にはA13~A16の動作が繰り返される。
A1 to A4 are the operations of the actuator when ejecting ink droplets from the nozzle 8 communicating with the pressure chamber 15a adjacent to the left, and when the ink droplets are continuously ejected, the operations of A1 to A4 are repeated.
A5 to A8 are the operations of the actuator when ejecting ink droplets from the nozzle 8 communicating with the pressure chamber 15c adjacent to the right, and when the ink droplets are continuously ejected, the operations of A5 to A8 are repeated.
A9 to A16 are the operations of the actuator when ejecting ink droplets from the nozzle 8 communicating with the central pressure chamber 15b, A9 to A12 are the operations of the first drop, and A13 to A16 are the operations of the second drop. .. When ejecting ink droplets after the third drop, the operations of A13 to A16 are repeated.

圧力室15bの内部に圧力振動を与えるためのアクチュエータとなる一方の隔壁16aは、A4の動作で図中左方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、A9の動作まで維持される。これに対し、同じアクチュエータとなる他方の隔壁16bは、A8の動作で図中右方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、A9の動作まで維持される。したがって、A10の動作で隔壁16a,16bが広がる向きに変形する際、その変形の向きはそれぞれ履歴と同方向である。 One partition wall 16a, which serves as an actuator for applying pressure vibration to the inside of the pressure chamber 15b, has a history in the left direction in the figure due to the operation of A4. And this history is maintained until the operation of A9. On the other hand, the other partition wall 16b, which is the same actuator, has a history in the right direction in the figure due to the operation of A8. And this history is maintained until the operation of A9. Therefore, when the partition walls 16a and 16b are deformed in the direction in which the partition walls 16a and 16b are expanded by the operation of A10, the directions of the deformation are the same directions as the history.

ところが、中央の圧力室15bに連通するノズル8から2ドロップ目以降を吐出する場合はその状況が変わる。一方の隔壁16aは、A12の動作で図中右方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、A13の動作まで維持される。他方の隔壁16bは、A12の動作で図中左方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、A13の動作まで維持される。したがって、A14の動作で隔壁16a,16bが広がる向きに変形する際、その変形の向きはそれぞれ履歴と逆方向となる。 However, the situation changes when the second and subsequent drops are ejected from the nozzle 8 communicating with the central pressure chamber 15b. One partition wall 16a has a history in the right direction in the figure due to the operation of A12. And this history is maintained until the operation of A13. The other partition wall 16b has a history in the left direction in the figure due to the operation of A12. And this history is maintained until the operation of A13. Therefore, when the partition walls 16a and 16b are deformed in the direction in which the partition walls 16a and 16b are expanded by the operation of A14, the directions of the deformation are opposite to the history.

このように、複ノズル連続駆動状態では、アクチュエータが動作する際の履歴の向きが1ドロップ目と2ドロップ目以降とで異なる。この向きの違いが、1ドロップ目で吐出速度が大きく落ち込む原因である。その理由を理解するために、次に、圧電部材1,2として用いられるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)のヒステリシス特性について説明する。 As described above, in the double nozzle continuous drive state, the orientation of the history when the actuator operates is different between the first drop and the second and subsequent drops. This difference in orientation is the cause of the large drop in discharge rate at the first drop. In order to understand the reason, next, the hysteresis characteristics of PZT (lead zirconate titanate) used as the piezoelectric members 1 and 2 will be described.

このヒステリシス特性の説明に関しては、PZTのテストピースを用いる。テストピースは、高さ10[mm]、幅3[mm]、厚み0.2[mm]の直方体である。そしてこのテストピースを高さ方向で分極し、厚み方向に図18に示す波形の電圧を印加する。電圧は、テストピースの厚みがヘッド100の隔壁の厚みの約2.3倍なので、60[V]とした。 For the explanation of this hysteresis characteristic, a PZT test piece is used. The test piece is a rectangular parallelepiped having a height of 10 [mm], a width of 3 [mm], and a thickness of 0.2 [mm]. Then, this test piece is polarized in the height direction, and a voltage having a waveform shown in FIG. 18 is applied in the thickness direction. The voltage was set to 60 [V] because the thickness of the test piece was about 2.3 times the thickness of the partition wall of the head 100.

図18に示す波形の電圧を印加してテストピースに注入される充電電荷P1[μC/cm2]とテストピースの変位量d[nm]とを測定すると、図19の結果が得られた。すなわち、アクチュエータが同方向の履歴を持つ場合、60[V]の電圧変化でテストピースに60[nm]の変位があった。これに対して逆方向の履歴を持つ場合には、60[V]の電圧変化でテストピースに80[nm]の変位があった。つまり、逆方向の履歴を持つことにより、同方向の履歴を持つときに対して133%の変位に増大する。このように、テストピースの変位量は、逆方向の履歴を持ったときよりも同方向の履歴を持ったときの方が小さい。したがって、同方向の履歴を持つ複ノズル連続駆動状態の1ドロップ目は、吐出速度が大きく落ち込むと考えられる。 When the charge charge P1 [μC / cm2] injected into the test piece and the displacement amount d [nm] of the test piece were measured by applying the voltage of the waveform shown in FIG. 18, the result of FIG. 19 was obtained. That is, when the actuator had a history in the same direction, there was a displacement of 60 [nm] in the test piece due to a voltage change of 60 [V]. On the other hand, when the history was in the opposite direction, the test piece was displaced by 80 [nm] due to the voltage change of 60 [V]. That is, having a history in the opposite direction increases the displacement to 133% with respect to having a history in the same direction. As described above, the displacement amount of the test piece is smaller when it has a history in the same direction than when it has a history in the opposite direction. Therefore, it is considered that the discharge speed drops significantly in the first drop in the double nozzle continuous drive state having a history in the same direction.

ところで、図19に示すように、変位のプロファイルは充電電荷のプロファイルと類似している。その一方で、ヘッド100を組み立てた状態でアクチュエータの変位を測定することは困難であるが、充電電荷は、電流波形から比較的容易に求めることができる。そこで次に、この充電電荷を利用して、ヘッド100に組み立てられたアクチュエータのヒステリシス特性を調べる。具体的には、ヘッド100に図20の波形V1で示す電圧を印加し、アクチュエータの充電電流を計測する。なお、アクチュエータの静電容量は、隔壁16aと隔壁16bとの並列により約400[pF]である。 By the way, as shown in FIG. 19, the displacement profile is similar to the charge charge profile. On the other hand, although it is difficult to measure the displacement of the actuator with the head 100 assembled, the charge charge can be relatively easily obtained from the current waveform. Therefore, next, the hysteresis characteristic of the actuator assembled on the head 100 is investigated by utilizing this charge charge. Specifically, the voltage shown in the waveform V1 of FIG. 20 is applied to the head 100, and the charging current of the actuator is measured. The capacitance of the actuator is about 400 [pF] due to the parallel partition wall 16a and the partition wall 16b.

充電電流は、図20の波形I1のように測定された。この波形I1の面積S1は、履歴が逆方向のときの充電電荷を表しており、面積S2は、履歴が同方向のときの充電電荷を表している。そこで面積S1,S2から充電電荷を計測すると、面積S1から計測される充電電荷は4.2[nC]であり、面積S2から計測される充電電荷は3.1[nC]であった。つまりアクチュエータは、ヘッド100に組み立てられた状態でも、逆方向の履歴を持つことにより、同方向の履歴を持つときに対して133%の電荷が注入される。 The charging current was measured as shown in the waveform I1 of FIG. The area S1 of the waveform I1 represents the charge charge when the history is in the opposite direction, and the area S2 represents the charge charge when the history is in the same direction. Therefore, when the charge charge was measured from the areas S1 and S2, the charge charge measured from the area S1 was 4.2 [nC], and the charge charge measured from the area S2 was 3.1 [nC]. That is, even when the actuator is assembled to the head 100, it has a history in the opposite direction, so that 133% of the charge is injected as compared with the case where the actuator has a history in the same direction.

以上の結果から、逆方向の履歴を持ったときよりも同方向の履歴を持ったときの方がアクチュエータの変位が小さいため、同方向の履歴を持つ複ノズル連続駆動状態の1ドロップ目は、吐出速度が大きく落ち込むことがわかる。 From the above results, since the displacement of the actuator is smaller when the history is in the same direction than when the history is in the opposite direction, the first drop in the double nozzle continuous drive state with the history in the same direction is It can be seen that the discharge speed drops significantly.

このように、本実施形態で圧電部材1,2として用いられるPZTは、このテスト条件で約33%のヒステリシスを持っているといえる。圧電部材1,2のヒステリシスの大きさは、アクチュエータの変位の大きさに直接作用する。アクチュエータの変位の大きさは、インク滴の吐出速度及び吐出量に影響を及ぼす。このため、30%を超える大きさのヒステリシスは、印字品質に対して無視できないものとなる。そこで、30%を超える大きさのヒステリシスを持つ圧電部材を使用する場合には、常に逆方向の履歴を持つように履歴を考慮して制御するとよい。常に逆方向の履歴を持たせることで、インク滴の吐出速度及び吐出量が安定化し、高効率かつ高品質な印刷結果を得ることができる。例えば、機械的品質係数Qmが小さく圧電歪定数(d定数)の大きいソフト材の圧電部材は、一般に大きなヒステリシスを持っている。このようなヒステリシスの大きい圧電部材を使用することをさけようとするのではなく、上述のようにヒステリシスを適切に利用することによって、アクチュエータの変位を大きくでき、かつ安定した変位を得ることが可能となる。 As described above, it can be said that the PZT used as the piezoelectric members 1 and 2 in the present embodiment has a hysteresis of about 33% under these test conditions. The magnitude of the hysteresis of the piezoelectric members 1 and 2 directly affects the magnitude of the displacement of the actuator. The magnitude of the displacement of the actuator affects the ejection speed and the ejection amount of ink droplets. Therefore, a hysteresis having a size of more than 30% cannot be ignored with respect to the print quality. Therefore, when a piezoelectric member having a hysteresis of a magnitude of more than 30% is used, it is advisable to control the history so as to always have a history in the opposite direction. By always having a history in the opposite direction, the ejection speed and the ejection amount of ink droplets are stabilized, and high-efficiency and high-quality printing results can be obtained. For example, a soft piezoelectric member having a small mechanical quality coefficient Qm and a large piezoelectric strain constant (d constant) generally has a large hysteresis. Rather than trying to avoid using such a piezoelectric member with a large hysteresis, it is possible to increase the displacement of the actuator and obtain a stable displacement by appropriately using the hysteresis as described above. It becomes.

以上の説明により、複ノズル連続駆動状態において、第2の補助パルスSP2を第1の補助パルスSP1と併用することによる効果は以下の通りとなる。 From the above description, the effect of using the second auxiliary pulse SP2 together with the first auxiliary pulse SP1 in the double nozzle continuous drive state is as follows.

先ず、第1の補助パルスSP1をヘッド100に与えることにより、1ドロップ目の吐出の前に、アクチュエータに逆方向の履歴が加わるので、ヒステリシスを利用したアクチュエータの振幅拡大の効果と、液体に事前の振動が与えられることによる残留圧力振動の効果とを奏する。しかし、アクチュエータに逆方向の履歴を加えることによる効果は、1ドロップ目のみに作用し、2ドロップ目以降には作用しない。一方、残留圧力振動を与えることにより、1ドロップ目終了時の圧力振動が変化する。このため、図10を用いて説明したように、第1の補助パルスSP1だけでは2ドロップ目の速度低下を招いてしまう。 First, by giving the first auxiliary pulse SP1 to the head 100, a history in the reverse direction is added to the actuator before the ejection of the first drop, so that the effect of expanding the amplitude of the actuator using hysteresis and the liquid in advance are obtained. It has the effect of residual pressure vibration due to the vibration of. However, the effect of adding the history in the reverse direction to the actuator acts only on the first drop and does not act on the second and subsequent drops. On the other hand, by applying the residual pressure vibration, the pressure vibration at the end of the first drop changes. Therefore, as described with reference to FIG. 10, the first auxiliary pulse SP1 alone causes a decrease in the speed of the second drop.

そこで、第1の補助パルスSP1の前に、第2の補助パルスSP2をヘッド100に与える。第2の補助パルスSP2は、第1の補助パルスSP1の1周期前に逆位相の振幅を与えるパルスである。このため、第2の補助パルスSP2を与えることによって、第1の補助パルスSP1によって液体に与えられる事前の振動は減少する。しかし、アクチュエータの履歴に関しては、最後のパルスの向きで決まるため、第2の補助パルスSP2を与えても変わらない。その結果、図11を用いて説明したように、第1の補助パルスS1と第2の補助パルスSP2とを併用することによって、連続して2ドロップを吐出する際の2ドロップ目の吐出速度の落ち込みを改善することができる。 Therefore, a second auxiliary pulse SP2 is given to the head 100 before the first auxiliary pulse SP1. The second auxiliary pulse SP2 is a pulse that gives an amplitude of the opposite phase one cycle before the first auxiliary pulse SP1. Therefore, by giving the second auxiliary pulse SP2, the pre-vibration given to the liquid by the first auxiliary pulse SP1 is reduced. However, since the history of the actuator is determined by the direction of the last pulse, it does not change even if the second auxiliary pulse SP2 is given. As a result, as described with reference to FIG. 11, by using the first auxiliary pulse S1 and the second auxiliary pulse SP2 in combination, the discharge speed of the second drop when two drops are continuously discharged is increased. The depression can be improved.

この考え方で、図12乃至図15を用いて説明したように、第1の補助パルスS1と第2の補助パルスSP2とのパルス幅を調整することにより、2ドロップ目の吐出速度の落ち込みを抑えつつ1ドロップ目の吐出速度を高めることが可能となる。 Based on this idea, as described with reference to FIGS. 12 to 15, by adjusting the pulse width between the first auxiliary pulse S1 and the second auxiliary pulse SP2, the drop in the discharge speed of the second drop is suppressed. At the same time, it is possible to increase the discharge speed of the first drop.

なお、本実施形態では、第1の補助パルスS1と第2の補助パルスSP2とのパルス幅を同一としたが、パルス幅を異ならせて2つの効果のバランスを微調整することも可能である。その最も簡単な例として、液体に事前の振動を与えることなくヒステリシスのキャンセルだけを行う場合の補助パルスSP1、SP2の波形の決め方を説明する。この方法で一旦補助パルスSP1、SP2を仮決めし、ヒステリシスの影響をキャンセルしてからさらに第1の補助パルスSP1を調節して液体に事前の振動を与えることができる。この説明には、圧力室を模擬した等価回路を用いる。 In the present embodiment, the pulse widths of the first auxiliary pulse S1 and the second auxiliary pulse SP2 are the same, but it is also possible to finely adjust the balance between the two effects by making the pulse widths different. .. As the simplest example, a method of determining the waveforms of the auxiliary pulses SP1 and SP2 in the case of canceling the hysteresis without giving a prior vibration to the liquid will be described. In this method, the auxiliary pulses SP1 and SP2 can be tentatively determined, the influence of hysteresis can be canceled, and then the first auxiliary pulse SP1 can be further adjusted to give the liquid a prior vibration. In this explanation, an equivalent circuit simulating a pressure chamber is used.

図21は、圧力室を模擬した等価回路150である。等価回路150は、電圧源151の正電圧端子に抵抗R(0.17Ω)の一端を接続し、抵抗Rの他端にコンデンサC(0.83μF)の一端を接続し、コンデンサCの他端にインダクタL(0.7μH)の一端を接続し、インダクタLの他端を電圧源151の負電圧端子に接続してなる。そして、電圧源151の電圧を第1の電圧計152で計測し、インダクタLの両端電圧を第2の電圧計153で計測し、回路電流を電流計154で計測する。電圧源151の電圧は、駆動電圧に相当する。インダクタLの両端電圧は、ノズル付近のインクの圧力に相当する。回路電流は、ノズル付近のインクの流速に相当する。但し、駆動電圧、インクの圧力、インクの流速の各数値は1に正規化されている。 FIG. 21 is an equivalent circuit 150 simulating a pressure chamber. In the equivalent circuit 150, one end of the resistor R (0.17Ω) is connected to the positive voltage terminal of the voltage source 151, one end of the capacitor C (0.83 μF) is connected to the other end of the resistor R, and the other end of the capacitor C is connected. One end of the inductor L (0.7 μH) is connected to the capacitor L, and the other end of the inductor L is connected to the negative voltage terminal of the voltage source 151. Then, the voltage of the voltage source 151 is measured by the first voltmeter 152, the voltage across the inductor L is measured by the second voltmeter 153, and the circuit current is measured by the ammeter 154. The voltage of the voltage source 151 corresponds to the drive voltage. The voltage across the inductor L corresponds to the pressure of the ink near the nozzle. The circuit current corresponds to the flow velocity of the ink near the nozzle. However, each numerical value of the drive voltage, the ink pressure, and the ink flow velocity is normalized to 1.

この駆動回路を用いてシミュレーションを行うと、図22に示すように、インク吐出後に圧力振動を残さないように駆動電圧波形を調整することができる。なお、図22において、波形V51は駆動電圧を示し、波形P51はインクの圧力を示し、波形S51はインクの流速を示す。駆動電圧波形V51は、負電位の期間t1が2.4[μs]であり、グランド電位の期間t2が3.25[μs]であり、正電位の期間t3が0.9[μs]である。ヘッド100が有する圧力室の圧力振動周期は、4.8[μs]であるから、負電位の期間t1は、最も効率の良い条件、すなわち圧力振動周期の1/2時間に設定されている。因みに、グランド電位の期間t2と正電位の期間t3とが、負電位の期間t1と異なる理由は、圧力室の損失、つまりは抵抗Rに起因する。 When a simulation is performed using this drive circuit, as shown in FIG. 22, the drive voltage waveform can be adjusted so as not to leave pressure vibration after ink ejection. In FIG. 22, the waveform V51 indicates the driving voltage, the waveform P51 indicates the pressure of the ink, and the waveform S51 indicates the flow velocity of the ink. In the drive voltage waveform V51, the negative potential period t1 is 2.4 [μs], the ground potential period t2 is 3.25 [μs], and the positive potential period t3 is 0.9 [μs]. .. Since the pressure vibration cycle of the pressure chamber of the head 100 is 4.8 [μs], the period t1 of the negative potential is set to the most efficient condition, that is, 1/2 hour of the pressure vibration cycle. Incidentally, the reason why the period t2 of the ground potential and the period t3 of the positive potential are different from the period t1 of the negative potential is due to the loss of the pressure chamber, that is, the resistance R.

次に、駆動電圧の前に第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2とを入力した場合のシミュレーションを行う。図23に示すように、先ず、負電位の第2の補助パルスSP2を区間t4=0.8[μs]だけ入力する。区間t4は、インクが吐出しない程度に短い任意の値である。ただし、あまり短いと次に入力する第1の補助パルスSP1の区間t6が小さくなりすぎてアクチュエータが応答しないため、0.8[μs]程度が望ましい。
次に、シミュレーションを用いて第1の補助パルスSP1の後のグランド電位の区間t7の残留振動が消えるように、グランド電位の区間t5と正電位の第1の補助パルスSP1の区間t6とを調整する。ここで、区間t7の残留振動が無ければ続く駆動電圧波形によって生じるインクの圧力及び流速の波形は、補助パルスSP1,SP2が無い場合と一致するはずである。図23の場合、区間t4=0.8[μs]、区間t5=4.25[μs]、区間t6=0.45[μs]、区間t7=0.2[μs]、区間t1=2.4[μs]、区間t2=3.25[μs]、区間t3=0.9[μs]である。
Next, a simulation is performed when the first auxiliary pulse SP1 and the second auxiliary pulse SP2 are input before the drive voltage. As shown in FIG. 23, first, the second auxiliary pulse SP2 having a negative potential is input for the interval t4 = 0.8 [μs]. The section t4 is an arbitrary value short enough not to eject ink. However, if it is too short, the section t6 of the first auxiliary pulse SP1 to be input next becomes too small and the actuator does not respond, so about 0.8 [μs] is desirable.
Next, using a simulation, the ground potential section t5 and the positive potential first auxiliary pulse SP1 section t6 are adjusted so that the residual vibration in the ground potential section t7 after the first auxiliary pulse SP1 disappears. do. Here, if there is no residual vibration in the section t7, the waveforms of the ink pressure and the flow velocity generated by the subsequent drive voltage waveform should match the case without the auxiliary pulses SP1 and SP2. In the case of FIG. 23, the section t4 = 0.8 [μs], the section t5 = 4.25 [μs], the section t6 = 0.45 [μs], the section t7 = 0.2 [μs], and the section t1 = 2. 4 [μs], interval t2 = 3.25 [μs], interval t3 = 0.9 [μs].

区間t1~t7は、区間t7の時点で圧力振動がキャンセルされるように調整している。圧力室の損失(抵抗R)があるために、区間t7の時点で圧力振動がキャンセルされる条件では、「第2の補助パルスSP2」>「第1の補助パルスSP1」となる。このとき、第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2との間隔は、圧力振動周期よりもわずかに長い。そして、補助パルスSP1,SP2以降の波形を見ると、補助パルスSP1,SP2を入れない場合とインクの流速及び圧力がほぼ同一である。この等価回路では、ヒステリシスをシミュレーションしていないが、この波形は区間t7の時点でも区間t3後の時点でも履歴は常に圧力室を収縮させる方向に向いているので、ヒステリシスの影響はキャンセルされている。そのため、この波形を用いて複ノズル連続駆動を行った場合には1ドロップ目の吐出速度が図9のように極端に低下する、といったことが起きない。この波形は液体に事前の振動を与えることが無いため、単ノズル駆動及び複ノズル同時駆動の吐出速度は図9と変わらない。すなわちこの駆動波形は、補助パルスを与えない図9の特性に対して複ノズル連続駆動時の1ドロップ目の吐出速度だけを改善したものになっており、第1の補助パルスSP1と第2の補助パルスSP2とをヒステリシスのキャンセル条件に仮決めした状態である。最適な駆動波形は、これよりもさらにもう少し1ドロップ目を速くすることが望ましい。したがって、ヘッドの駆動波形を決めるには、この波形を基準として吐出観察を行い、区間t4,t5,t6の値を微調整すればよい。例えばこの状態を基準に第1の補助パルスSP1を長くして行けば、液体に事前の振動を与え1ドロップ目の吐出速度を速くすることができる。 The sections t1 to t7 are adjusted so that the pressure vibration is canceled at the time of the section t7. Under the condition that the pressure vibration is canceled at the time of the section t7 due to the loss (resistance R) of the pressure chamber, “second auxiliary pulse SP2”> “first auxiliary pulse SP1”. At this time, the interval between the first auxiliary pulse SP1 and the second auxiliary pulse SP2 is slightly longer than the pressure vibration period. Looking at the waveforms after the auxiliary pulses SP1 and SP2, the flow velocity and pressure of the ink are almost the same as those in the case where the auxiliary pulses SP1 and SP2 are not inserted. In this equivalent circuit, the hysteresis is not simulated, but the effect of the hysteresis is canceled because the history of this waveform always tends to contract the pressure chamber at the time of the section t7 and at the time after the section t3. .. Therefore, when the double nozzle continuous drive is performed using this waveform, the discharge speed of the first drop does not decrease extremely as shown in FIG. 9. Since this waveform does not give a prior vibration to the liquid, the discharge speeds of the single nozzle drive and the double nozzle simultaneous drive are the same as those in FIG. That is, this drive waveform is an improvement of only the discharge speed of the first drop at the time of continuous drive of the double nozzles with respect to the characteristic of FIG. 9 in which the auxiliary pulse is not given, and the first auxiliary pulse SP1 and the second auxiliary pulse SP1 and the second. This is a state in which the auxiliary pulse SP2 is tentatively determined as the cancellation condition of the hysteresis. For the optimum drive waveform, it is desirable to make the first drop a little faster than this. Therefore, in order to determine the drive waveform of the head, discharge observation may be performed with reference to this waveform, and the values in the sections t4, t5, and t6 may be finely adjusted. For example, if the first auxiliary pulse SP1 is lengthened based on this state, the liquid can be vibrated in advance to increase the discharge speed of the first drop.

ところで、補助パルスSP1,SP2に要する時間は、そのヘッド100が吐出可能な最大駆動周波数を低下させてしまう懸念がある。最大駆動周波数は最大ドロップ数を吐出する場合の所要時間によって制約される。このため、最大ドロップ数の吐出に先だって補助パルスSP1,SP2が付加されていると、補助パルスの所要時間分だけ所要時間が長くなり、最大駆動周波数が落ちてしまう。しかしながらこのような懸念は、次のような工夫をすることで解決できる。 By the way, there is a concern that the time required for the auxiliary pulses SP1 and SP2 lowers the maximum drive frequency that the head 100 can discharge. The maximum drive frequency is constrained by the time required to eject the maximum number of drops. Therefore, if the auxiliary pulses SP1 and SP2 are added prior to the discharge of the maximum number of drops, the required time becomes longer by the required time of the auxiliary pulse, and the maximum drive frequency drops. However, such concerns can be resolved by taking the following measures.

一般に、吐出するドロップ数が多い場合、後から飛翔してくる液滴が先に吐出した液滴と合体するので、最初の方のドロップは遅くても問題ない。一方、アクチュエータのヒステリシスは2ドロップ目以降のインクの吐出には影響しない。また、仮にヒステリシスの影響があったとしても、図9乃至図16に示すように、通常、3~4ドロップ目以降の吐出速度は安定する。したがって、連続して3~4ドロップ以上吐出する場合には補助パルスは必要ない。 Generally, when the number of drops to be ejected is large, the droplets flying later are combined with the droplets ejected earlier, so that there is no problem even if the first drop is slow. On the other hand, the hysteresis of the actuator does not affect the ejection of ink after the second drop. Further, even if there is an influence of hysteresis, as shown in FIGS. 9 to 16, the discharge speed after the 3rd to 4th drops is usually stable. Therefore, the auxiliary pulse is not required when continuously ejecting 3 to 4 drops or more.

これらの観点から、1ドロップだけ吐出する場合に限って補助パルスを付加し、連続して2ドロップ以上を吐出する場合には補助パルスを入れない制御方法を採ることができる。そうすることによって1ドロップだけ吐出する場合の吐出速度を上げつつ、かつ2ドロップ以上を吐出する場合には所要時間を増やさないので駆動周波数の上限を下げることが無い。 From these viewpoints, it is possible to adopt a control method in which an auxiliary pulse is added only when only one drop is ejected, and no auxiliary pulse is inserted when two or more drops are continuously ejected. By doing so, the upper limit of the drive frequency is not lowered because the required time is not increased when the ejection speed is increased when only one drop is ejected and when two or more drops are ejected.

最大ドロップ数が3以上の場合には、Nドロップ以下のドロップを連続して吐出する場合だけ補助パルスSP1,SP2を付加し、N+1ドロップ以上を連続して吐出する場合は補助パルスSP1,SP2を付与しないよう制御することで、駆動周波数の高速化を図ることができる。但しNは2以上でかつ(最大ドロップ数-1)以下である。 When the maximum number of drops is 3 or more, auxiliary pulses SP1 and SP2 are added only when drops of N drops or less are continuously ejected, and auxiliary pulses SP1 and SP2 are added only when N + 1 drops or more are continuously ejected. By controlling so that it is not applied, it is possible to increase the speed of the drive frequency. However, N is 2 or more and (maximum number of drops-1) or less.

図24は、最大ドロップ数3でドロップ数1の場合のみ補助パルスを与える例、図25は最大ドロップ数3でドロップ数2以下の場合のみ補助パルスを与える例である。
印刷データから各チャネル毎にこれから吐出するドロップ数を判定して補助パルスの有無を決める機能は、ロジック回路1012内で実現できる。
FIG. 24 is an example in which an auxiliary pulse is given only when the maximum number of drops is 3 and the number of drops is 1, and FIG. 25 is an example in which an auxiliary pulse is given only when the maximum number of drops is 3 and the number of drops is 2 or less.
The function of determining the number of drops to be ejected for each channel from the print data and determining the presence or absence of the auxiliary pulse can be realized in the logic circuit 1012.

なお、前記実施形態では、図12~図16を用いて第1の補助パルスと第2の補助パルスのパルス幅を可変させた場合のドロップ毎の吐出速度を示し、好ましいパルス幅として0.3~0.4μsとしたが、この値は、あくまでも一例であって、本発明の好ましい値として限定解釈されるものではない。この値は、インクの特性等により代わるものであり、ヘッド100に対して適切な値が設定されるものである。 In the above embodiment, FIGS. 12 to 16 are used to show the ejection speed for each drop when the pulse widths of the first auxiliary pulse and the second auxiliary pulse are varied, and the preferred pulse width is 0.3. Although it is set to about 0.4 μs, this value is merely an example and is not limitedly interpreted as a preferable value of the present invention. This value is replaced by the characteristics of the ink and the like, and an appropriate value is set for the head 100.

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や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。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1] インクが収容される圧力室と、
前記圧力室に対応して設けられるアクチュエータと、
前記圧力室に連通するノズルを有するプレートと、
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、前記アクチュエータに、駆動パルス信号として前記圧力室の容積を拡張させる拡張パルスと前記圧力室の容積を収縮させる収縮パルスとからなる駆動波形を1回乃至連続する複数回印加して当該圧力室に連通する前記ノズルから1ドロップ乃至連続する複数ドロップのインク滴を吐出させる前に、前記ノズルからインク滴が吐出しない程度の前記拡張パルスと前記収縮パルスとを含む補助パルス信号を前記アクチュエータに印加し、1ドロップ目を吐出する場合の吐出速度と連続して2ドロップを吐出する場合の2ドロップ目の吐出速度とをほぼ等しくするインクジェットヘッド。
[C2] 前記圧力室、前記アクチュエータ及び前記ノズルは複数あって、前記アクチュエータの少なくとも一部分は複数の圧力室に共通に使用され、前記アクチュエータはヒステリシス特性を有するC1記載のインクジェットヘッド。
[C3] 前記駆動回路は、前記補助パルス信号として初めに拡張パルスを出力し、その後、間隔を開けて収縮パルスを出力するC1またはC2記載のインクジェットヘッド。
[C4] 前記駆動回路は、前記補助パルス信号の前記拡張パルスと前記収縮パルスとのパルス中心間隔をインクの共振周期とするC3記載のインクジェットヘッド。
[C5] 前記駆動回路は、前記補助パルス信号の前記拡張パルスと前記収縮パルスとのパルス幅を等しくするC1乃至C4のうちいずれか1記載のインクジェットヘッド。
[C6] 前記補助パルス信号は、前記連続するインク滴の数がN(Nは1以上でかつ「最大ドロップ数-1」以下)以下の場合に付加するC1乃至C5のうちいずれか1記載のインクジェットヘッド。
[C7] C1乃至C6のうちいずれか1に記載のインクジェットヘッドと、
記録媒体を前記インクジェットヘッドによる印刷位置まで搬送する搬送機構と、を具備したことを特徴とするインクジェットプリンタ。
In addition, although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
The inventions described in the claims at the time of filing the application of the present application are described below.
[C1] A pressure chamber containing ink and
An actuator provided corresponding to the pressure chamber and
A plate with a nozzle that communicates with the pressure chamber,
A drive circuit for driving the actuator is provided.
The drive circuit applies a drive waveform including an expansion pulse for expanding the volume of the pressure chamber and a contraction pulse for contracting the volume of the pressure chamber to the actuator once or continuously a plurality of times as a drive pulse signal. Before ejecting one drop or a plurality of consecutive drops of ink droplets from the nozzle communicating with the pressure chamber, an auxiliary pulse signal including the expansion pulse and the contraction pulse to the extent that the ink droplets are not ejected from the nozzle is transmitted. An inkjet head that is applied to an actuator and makes the ejection speed when ejecting the first drop substantially equal to the ejection speed when ejecting two drops continuously.
[C2] The inkjet head according to C1, wherein there are a plurality of the pressure chamber, the actuator, and the nozzle, and at least a part of the actuator is commonly used in the plurality of pressure chambers, and the actuator has a hysteresis characteristic.
[C3] The inkjet head according to C1 or C2, wherein the drive circuit first outputs an extended pulse as the auxiliary pulse signal, and then outputs a contraction pulse at intervals.
[C4] The inkjet head according to C3, wherein the drive circuit has a pulse center interval between the expansion pulse and the contraction pulse of the auxiliary pulse signal as the resonance period of the ink.
[C5] The inkjet head according to any one of C1 to C4, wherein the drive circuit has the same pulse width between the expansion pulse and the contraction pulse of the auxiliary pulse signal.
[C6] The auxiliary pulse signal is described by any one of C1 to C5 to be added when the number of continuous ink droplets is N (N is 1 or more and "maximum number of drops-1" or less) or less. Inkjet head.
[C7] The inkjet head according to any one of C1 to C6,
An inkjet printer including a transport mechanism for transporting a recording medium to a printing position by the inkjet head.

4…電極、7…オリフィスプレート、8…ノズル、15…圧力室、16…隔壁、100…インクジェットヘッド、101…ヘッド駆動回路、200…インクジェットプリンタ。 4 ... Electrodes, 7 ... Orifice plates, 8 ... Nozzles, 15 ... Pressure chambers, 16 ... Partitions, 100 ... Inkjet heads, 101 ... Head drive circuits, 200 ... Inkjet printers.

一実施形態において、インクジェットヘッドは、圧電アクチュエータと、圧力室と、プレートと、ヘッド駆動回路とを備える。圧電アクチュエータは、前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と同一方向である場合と逆方向である場合とで印加電圧に対する変位量が異なり、前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と逆方向である場合、同一方向の場合と比べて所定の印加電圧に対する充電電荷が大きい。圧力室は、圧電アクチュエータの変位によって内容積が変化することで、収容されているインクに圧力を与える。プレートは、圧力室に連通するノズルを有する。ヘッド駆動回路は、圧電アクチュエータにノズルからインク滴が吐出しない程度の第1の補助パルスを与えて圧電アクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向になるように履歴をリセットした後で吐出を行うための主パルスを与え、かつ、第1の補助パルスに先立って第1の補助パルスによって発生する圧力振動をキャンセルする向きの圧力振動を発生させる第2の補助パルスを与える。そしてヘッド駆動回路は、連続するインク滴の数が最大ドロップ数に達しない場合に、その連続するインク滴の1ドロップ目を吐出させるための主パルスの前に、第1の補助パルスおよび第2の補助パルスの組を1組付加する。
In one embodiment, the inkjet head comprises a piezoelectric actuator, a pressure chamber, a plate, and a head drive circuit. The piezoelectric actuator has a different displacement amount with respect to the applied voltage depending on whether the history of the previous drive direction is the same as the current drive direction or the opposite direction, and the history of the previous drive direction is opposite to the current drive direction. In the case of the direction, the charge charge for a predetermined applied voltage is larger than in the case of the same direction. The pressure chamber applies pressure to the contained ink by changing the internal volume due to the displacement of the piezoelectric actuator. The plate has a nozzle that communicates with the pressure chamber. The head drive circuit gives a first auxiliary pulse to the piezoelectric actuator to the extent that ink droplets do not eject from the nozzle, and ejects after resetting the history so that the history of the drive direction of the piezoelectric actuator is always unidirectional. A second auxiliary pulse is given to generate a pressure vibration in a direction that cancels the pressure vibration generated by the first auxiliary pulse prior to the first auxiliary pulse. Then, when the number of continuous ink droplets does not reach the maximum number of drops, the head drive circuit performs a first auxiliary pulse and a second auxiliary pulse before the main pulse for ejecting the first drop of the continuous ink droplets. Add one set of auxiliary pulses .

Claims (7)

前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と同一方向である場合と逆方向である場合とで印加電圧に対する変位量が異なり、前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と逆方向である場合、同一方向の場合と比べて所定の印加電圧に対する充電電荷が大きい圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの変位によって内容積が変化することで、収容されているインクに圧力を与える圧力室と、
前記圧力室に連通するノズルを有するプレートと、
前記圧電アクチュエータに前記ノズルからインク滴が吐出しない程度の第1の補助パルスを与えて前記圧電アクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向になるように前記履歴をリセットした後で吐出を行うための主パルスを与え、かつ、前記第1の補助パルスに先立って前記第1の補助パルスによって発生する圧力振動をキャンセルする向きの圧力振動を発生させる第2の補助パルスを与えるヘッド駆動回路と、
を具備するインクジェットヘッド。
The amount of displacement with respect to the applied voltage differs depending on whether the history of the previous drive direction is in the same direction as the current drive direction or in the opposite direction, and the history of the previous drive direction is in the opposite direction to the current drive direction. , A piezoelectric actuator with a larger charge charge for a predetermined applied voltage than in the same direction,
A pressure chamber that applies pressure to the contained ink by changing the internal volume due to the displacement of the piezoelectric actuator.
A plate with a nozzle that communicates with the pressure chamber,
A first auxiliary pulse is applied to the piezoelectric actuator so that ink droplets are not ejected from the nozzle, and the history is reset so that the history of the driving direction of the piezoelectric actuator is always unidirectional. A head drive circuit that gives a main pulse and gives a second auxiliary pulse that generates a pressure vibration in a direction that cancels the pressure vibration generated by the first auxiliary pulse prior to the first auxiliary pulse.
Inkjet head equipped with.
前記ヘッド駆動回路は、前記第1の補助パルスと前記第2の補助パルスとのパルス中心間隔を前記インクの共振周期とする、請求項1に記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1, wherein the head drive circuit has a pulse center interval between the first auxiliary pulse and the second auxiliary pulse as a resonance period of the ink. 前記ヘッド駆動回路は、前記第1の補助パルスと前記第2の補助パルスとのパルス幅を等しくする、請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2, wherein the head drive circuit equalizes the pulse widths of the first auxiliary pulse and the second auxiliary pulse. 前記第1の補助パルスおよび前記第2の補助パルスは、連続するインク滴の数が最大ドロップ数に達しない場合に、その連続するインク滴の1ドロップ目に対して付加される、請求項1乃至3のうちのいずれかに記載のインクジェットヘッド。 The first auxiliary pulse and the second auxiliary pulse are added to the first drop of the continuous ink droplets when the number of consecutive ink droplets does not reach the maximum number of drops, claim 1. The inkjet head according to any one of 3 to 3. 前記圧電アクチュエータは、前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と逆方向である場合、同一方向の場合と比べて所定の印加電圧に対して30%以上多くの電荷を充電する、請求項1記載のインクジェットヘッド。 Claim 1 that the piezoelectric actuator charges 30% or more more electric charge with respect to a predetermined applied voltage when the history of the previous drive direction is opposite to the current drive direction. The described inkjet head. 前記第1の補助パルスの開始から終了までのパルス幅と前記第2の補助パルスの開始から終了までのパルス幅は異なり、
前記ヘッド駆動回路は、前記第2の補助パルスを与えた後、前記第1の補助パルスの開始までの区間、電位を維持し、前記第1の補助パルスを与えた後に前記主パルスを与える、請求項1記載のインクジェットヘッド。
The pulse width from the start to the end of the first auxiliary pulse and the pulse width from the start to the end of the second auxiliary pulse are different.
The head drive circuit maintains a potential for a period from the second auxiliary pulse to the start of the first auxiliary pulse, and after the first auxiliary pulse is applied, the main pulse is applied. The inkjet head according to claim 1.
請求項1乃至6のうちのいずれかに記載のインクジェットヘッドと、
記録媒体を前記インクジェットヘッドによる印刷位置まで搬送する搬送機構と、を具備したことを特徴とするインクジェットプリンタ。
The inkjet head according to any one of claims 1 to 6.
An inkjet printer including a transport mechanism for transporting a recording medium to a printing position by the inkjet head.
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