JP3654299B2 - Ink droplet ejection device - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェット方式によるインク滴噴射装置に関するものである。 The present invention relates to an ink droplet ejecting apparatus using an ink jet method.
従来から、インクジェット方式のインク噴射装置としては、圧電セラミックスの変形によってインク流路の容積を変化させ、その容積減少時にインク流路内のインクをノズルから液滴として噴射し、容積増大時にインク導入口からインク流路内にインクを導入するようにしたものが知られている。この種の記録ヘッドにおいては、圧電セラミックスの隔壁によって隔てられた複数のインク室が形成されており、これら複数のインク室の一端にインクカートリッジ等のインク供給手段が接続され、他端にはインク噴射ノズル(以下、ノズルという)が設けられ、印字データに従った前記隔壁の変形によってインク室の容積を減少させることにより、記録媒体に対して前記ノズルからインク滴を噴射し、文字や図形等が記録される。 Conventionally, as an ink jet ink ejecting apparatus, the volume of the ink flow path is changed by deformation of piezoelectric ceramics, and when the volume decreases, ink in the ink flow path is ejected as droplets from the nozzle, and ink is introduced when the volume increases. An apparatus in which ink is introduced into an ink flow path from a mouth is known. In this type of recording head, a plurality of ink chambers separated by partition walls of piezoelectric ceramics are formed, and an ink supply means such as an ink cartridge is connected to one end of the plurality of ink chambers, and an ink is supplied to the other end. An ejection nozzle (hereinafter referred to as a nozzle) is provided, and by reducing the volume of the ink chamber by deformation of the partition wall according to print data, ink droplets are ejected from the nozzle to the recording medium, and characters, graphics, etc. Is recorded.
この種のインクジェット方式のインク噴射装置において、インク滴を噴射するドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安さなどから普及している。ドロップ・オン・デマンド型として、特開昭63−247051号公報に示されているように、圧電材料を利用したせん断モード型がある。図12に示すように、この種のインク滴噴射装置600は、底壁601、天壁602及びその間のせん断モードアクチュエータ壁603からなる。そのアクチュエータ壁603は、底壁601に接着され、かつ矢印611方向に分極された下部壁607と、天壁602に接着され、かつ矢印609方向に分極された圧電材料製の上部壁605とからなっている。アクチュエータ壁603は一対となって、その間にインク室613を形成し、かつ次の一対のアクチュエータ壁603の間には、インク室613よりも狭い空間615を形成している。
In this type of ink jet type ink ejecting apparatus, a drop-on-demand type that ejects ink droplets is widely used due to good ejection efficiency and low running cost. As a drop-on-demand type, there is a shear mode type using a piezoelectric material as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-247051. As shown in FIG. 12, this type of ink
各インク室613の一端には、ノズル618を有するノズルプレート617が固着され、他端には、図示しないインク供給源が接続されている。各アクチュエータ壁603の両側面には電極619,621が金属化層として設けられている。具体的にはインク室613側のアクチュエータ壁603には電極619が設けられ、空間615側のアクチュエータ壁603には電極621が設けられている。なお、電極619の表面はインクと絶縁するための絶縁層630で覆われている。そして、空間615に面している電極621はアース623に接続され、インク室613内に設けられている電極619はアクチュエータ駆動信号を与える制御装置625に接続されている。
A
そして、各インク室613の電極619に制御装置625が電圧を印加することによって、各アクチュエータ壁603がインク室613の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。例えば図13に示すように、インク室613cの電極619cに電圧E(V)が印加されると、アクチュエータ壁603e、603fにそれぞれ矢印631、632の方向の電界が発生し、アクチュエータ壁603e、603fがインク室613cの容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形する。このときノズル618c付近を含むインク室613c内の圧力が減少する。この電圧E(V)の印加状態を圧力波のインク室613内での片道伝播時間Tだけ維持する。すると、その間インク供給源からインクが供給される。
Then, when the
なお、上記片道伝播時間Tはインク室613内の圧力波が、インク室613の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、インク室613の長さLとこのインク室613内部のインク中での音速aにより、T=L/aと決まる。
The one-way propagation time T is a time required for the pressure wave in the
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からT時間もしくはその奇数倍時間がたつとインク室613内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせてインク室613cの電極621cに印加されている電圧を0(V)に戻す。すると、アクチュエータ壁603e、603fが変形前の状態(図12)に戻り、インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、アクチュエータ壁603e、603fが変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力がインク室613cのノズル618c付近の部分に生じて、インク滴がノズル618cから噴射される。なお、インク室613へ連通するインク供給路626が部材627及び部材628により形成されている。
According to the pressure wave propagation theory, the pressure in the
従来、この種のインク滴噴射装置600では、記録の解像度を高くするために、小さい体積のインク滴を飛翔させようとして駆動電圧を下げる等の制御を行うと、インク滴の速度まで低下するという問題があった。また、インク滴の速度を低下することなく体積の小さい液滴が得られるように、噴射パルスを印加した後でインク噴射が完了する前に、電圧レベルの低いパルスを付加することが提案されている。
Conventionally, in this type of ink
本発明は、1つのドットに対して主となる噴射のための駆動波形の後に、それに付随して非噴射のパルスを付加することで、小さい体積のインク滴を得、さらにインク滴の大きさを任意に変えて階調性を上げることができるインク滴噴射装置を提供する。 In the present invention, after a drive waveform for main ejection for one dot, a non-ejection pulse is added accompanying the drive waveform, thereby obtaining a small volume of ink droplets, and the size of the ink droplets. An ink droplet ejecting apparatus capable of improving gradation by arbitrarily changing the above is provided.
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、インクが充填されたインク室の容積を変化させるためのアクチュエータに噴射パルス信号を印加することによりインク室内に圧力波を発生させてインクに圧力を加え、インク滴をノズルより噴射させるインク滴噴射装置において、1ドットの印字命令に対して、前記噴射パルス信号として第1の噴射パルス信号と第2の噴射パルス信号とを印加し、それに付随する非噴射パルスとして、前記噴射パルス信号による飛翔インク滴の一部を引き戻して該インク滴を小型化するための付加パルス信号を、前記第1の噴射パルス信号と第2の噴射パルス信号との間に印加するものであって、前記第1の噴射パルス信号は、前記インク室の容積を増大させてインク室内に圧力波を発生させ、その圧力波が前記インク室内をほぼ片道伝播する時間Tもしくはその奇数倍時間の経過後、容積を増大状態から減少させインクに圧力を印加するパルス幅を有し、前記第2の噴射パルス信号は、0.4T〜1.3Tのパルス幅を有し、前記付加パルス信号は、ほぼ0.2T〜0.4Tのパルス幅であり、かつ、前記第1の噴射パルス信号の立ち下がりと付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.4T〜0.7Tであり、前記付加パルス信号の立ち下がりと第2の噴射パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.2T〜0.4Tであり、前記第1の噴射パルス信号、第2の噴射パルス信号及び付加パルス信号の波高値は同じであることを特徴とするインク滴噴射装置にある。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a pressure wave is generated in an ink chamber by applying an ejection pulse signal to an actuator for changing the volume of the ink chamber filled with ink. In the ink droplet ejecting apparatus that ejects ink droplets from the nozzles, applying a first ejection pulse signal and a second ejection pulse signal as the ejection pulse signal in response to a 1-dot printing command, As the accompanying non-ejection pulse, an additional pulse signal for pulling back a part of the flying ink droplet by the ejection pulse signal to reduce the size of the ink droplet is used as the first ejection pulse signal and the second ejection pulse signal. It is one that applied between the first injection pulse signal, to generate a pressure wave in the ink chamber increases the volume of the ink chamber, the pressure Has a pulse width for decreasing the volume from the increased state and applying pressure to the ink after the passage of the time T or the odd multiple of the one-way propagation through the ink chamber, and the second ejection pulse signal is 0. The pulse width is 4T to 1.3T, the additional pulse signal has a pulse width of approximately 0.2T to 0.4T, and the falling edge of the first injection pulse signal and the rising edge of the additional pulse signal The time difference from the timing is 0.4T to 0.7T, the time difference between the fall of the additional pulse signal and the rise timing of the second injection pulse signal is 0.2T to 0.4T, and the first injection pulse signal, the peak value of the second injection pulse signal and the additional pulse signal is in the drop ejection device according to claim same der Rukoto.
また、インクが充填されたインク室の容積を変化させるためのアクチュエータに噴射パルス信号を印加することによりインク室内に圧力波を発生させてインクに圧力を加え、インク滴をノズルより噴射させるインク滴噴射装置において、1ドットの印字命令に対して、前記噴射パルス信号として第1の噴射パルス信号とそれに続く第2の噴射パルス信号とを印加し、それに付随する非噴射パルスとして、前記噴射パルス信号による飛翔インク滴の一部を引き戻して該インク滴を小型化するための付加パルス信号を、前記第2の噴射パルス信号の後に印加するものであって、前記インク室の容積を増大させてインク室内に圧力波を発生させ、その圧力波が前記インク室内をほぼ片道伝播する時間をTとしたとき、前記第1の噴射パルス信号の立ち下がりと第2の噴射パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.5T〜1.2Tであり、前記第2の噴射パルス信号のパルス幅が0.5T〜1.3Tであり、前記第2の噴射パルス信号の立ち下がりと付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.7T〜1.0Tであり、前記第1の噴射パルス信号、第2の噴射パルス信号及び付加パルス信号の波高値は同じであることを特徴とするインク滴噴射装置にある。 Also, an ink droplet that ejects an ink droplet from a nozzle by applying a pressure wave to the ink chamber by applying an ejection pulse signal to an actuator for changing the volume of the ink chamber filled with ink, thereby applying pressure to the ink. In the ejection device, in response to a 1-dot printing command, a first ejection pulse signal and a subsequent second ejection pulse signal are applied as the ejection pulse signal, and the ejection pulse signal as a non-ejection pulse associated therewith is applied. the additional pulse signal to miniaturize the ink droplet is pulled back a portion of the flying ink droplets by, there is applied after the second injection pulse signal, increasing the volume of the ink chamber ink When the pressure wave is generated in the chamber and the time for which the pressure wave propagates almost one way in the ink chamber is T, the first ejection pulse signal rises. The time difference between the fall and the rising timing of the second injection pulse signal is 0.5T to 1.2T, the pulse width of the second injection pulse signal is 0.5T to 1.3T, and the second The time difference between the fall of the injection pulse signal and the rise timing of the additional pulse signal is 0.7T to 1.0T, and the peak values of the first injection pulse signal, the second injection pulse signal, and the additional pulse signal are the same. In the ink droplet ejecting apparatus,
本発明によれば、1ドットの印字命令として第1、第2の噴射パルス信号、及び付加パルス信号を印加し、噴射パルス信号によりノズルより飛び出しかけたインク滴の一部を付加パルス信号により引き戻し、インク滴を小さくする。さらにもう1つのインク滴によって、階調性を上げることができる。 According to the present invention, the first and second ejection pulse signals and the additional pulse signal are applied as a one-dot printing command, and a part of the ink droplets that have jumped out of the nozzle by the ejection pulse signal is pulled back by the additional pulse signal. Reduce ink droplets. Furthermore, gradation can be improved by another ink droplet.
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。本実施の形態のインク滴噴射装置における機械的部分の構成は、上述した図12に示すものと同様であるので説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the mechanical part in the ink droplet ejecting apparatus of the present embodiment is the same as that shown in FIG.
本インク滴噴射装置600の具体的な寸法の一例を述べる。インク室613の長さLが7.5mmである。ノズル618の寸法は、インク滴噴射側の径が40μm、インク室613側の径が72μm、長さが100μmである。また、実験に供したインクの25℃における粘度は約2mPa・s、表面張力は30mN/mである。このインク室613内のインク中における音速aと上記Lとの比L/a(=T)は8μsecであった。
An example of specific dimensions of the ink
次に本発明の一実施の形態であるインク室613内の電極619に印加する各種駆動波形を図面を参照して説明する。図1は、本発明の前提である小型液滴とするための噴射パルス信号(駆動波形)を示す。図1の駆動波形は、1ドット分の印字のためのパルスであり、インク滴を噴射するための噴射パルス信号Aと、これに続いて該噴射パルス信号Aによりノズルより飛び出したインク滴の一部を引き戻し得るタイミングで付加的に印加される非噴射パルスであって、該噴射パルス信号Aよりもパルス幅が小さく飛翔インク滴を小型化するための付加パルス信号(液滴小型化パルス)Bとからなる。噴射パルス信号Aと付加パルス信号Bのどちらも波高値(電圧値)は同じ(例えば20V)である。
Next, various drive waveforms applied to the
噴射パルス信号Aの波幅は、インク室613内のインク中における音速aと上記Lとの比L/a(=T)に一致する値もしくはその奇数倍時間(ヘッド固有の値)とする。噴射パルス信号Aの立ち下がりと付加パルス信号Bの立ち上がりタイミングとの時間差は、0.55Tとする。付加パルス信号Bの波幅は0.35Tとする。付加パルス信号Bはこの波幅では、インク滴を噴射させるには至らない。なお、連続して次のドットを印字する場合のパルスの周期は、駆動周波数を10kHzとしたとき、100μsecとなる。この駆動波形では、後述するように、高温時に噴射が不安定になることがある。
The wave width of the ejection pulse signal A is a value that coincides with the ratio L / a (= T) between the sound speed a and the L in the ink in the
図2は本発明の参考例1による駆動波形を示す。駆動波形は、図1に示したものと同等の、噴射パルス信号A及び第1の付加パルス信号(以下、液滴小型化パルスという)Bに、さらに非噴射パルスであって噴射を安定させるための第2の付加パルス信号(以下、噴射安定化パルスという)Cを付加したものからなる。 FIG. 2 shows drive waveforms according to Reference Example 1 of the present invention. The drive waveform is equivalent to that shown in FIG. 1 and is an ejection pulse signal A and a first additional pulse signal (hereinafter referred to as droplet miniaturization pulse) B. The second additional pulse signal (hereinafter referred to as injection stabilization pulse) C is added.
そして、噴射パルス信号Aは、図1の同信号Aと同じパルス幅を有する。液滴小型化パルスB及び噴射安定化パルスCは、それぞれ噴射パルス信号Aに対してパルス幅を0.2T〜0.4T、好ましくはパルスBは0.35T、パルスCは0.3Tとし、かつ、噴射パルス信号Aの立ち下がりと液滴小型化パルスBの立ち上がりタイミングとの時間差を0.4T〜0.7T、好ましくは0.55Tとし、液滴小型化パルスBの立ち下がりと噴射安定化パルスCの立ち上がりタイミングとの時間差を0.9T〜1.3T、好ましくは1.1Tとする。噴射安定化パルスCを付加したことによる作用は、図1の駆動波形の場合と対比して後述の図11で説明する。なお、これらの数値及び数値範囲は実験によって求めたものである。 The ejection pulse signal A has the same pulse width as the signal A in FIG. The droplet miniaturization pulse B and the ejection stabilization pulse C each have a pulse width of 0.2T to 0.4T with respect to the ejection pulse signal A, preferably the pulse B is 0.35T and the pulse C is 0.3T. In addition, the time difference between the fall of the ejection pulse signal A and the rise timing of the droplet miniaturization pulse B is set to 0.4T to 0.7T, preferably 0.55T. The time difference from the rising timing of the activating pulse C is set to 0.9T to 1.3T, preferably 1.1T. The effect of adding the injection stabilization pulse C will be described later with reference to FIG. 11 in contrast to the case of the drive waveform of FIG. These numerical values and numerical ranges are obtained by experiments.
図3は本発明の実施例1による駆動波形を示す。この駆動波形は、上述図2のものと、噴射パルス信号Aが2つの噴射パルスA1,A2とに分けられ、これら噴射パルスA1とA2の間に、液滴小型化パルスBを位置させた点が相違する。図2のものに比べて、噴射パルスを2つに分けたことにより、液滴体積を任意に加減調整することができ、階調性を上げることが可能となる。噴射パルスA1は図1の噴射パルスAと同じパルス幅とし、噴射パルスA2はパルス幅0.4T〜1.3T、好ましくは0.5Tとする。噴射パルス信号A1の立ち下がりと液滴小型化パルスBの立ち上がりタイミングとの時間差は、図2のものと同様に0.4T〜0.7T、好ましくは0.55Tとし、液滴小型化パルスBのパルス幅0.2T〜0.4T、好ましくは0.35Tとする。液滴小型化パルスBの立ち下がりと噴射パルス信号A2の立ち上がりタイミングとの時間差は、0.2T〜0.4T、好ましくは0.35Tとする。また噴射パルス信号A2の立ち下がりと噴射安定化パルスCの立ち上がりタイミングとの時間差は、2.25T〜2.45T、または1.7T〜1.95T、好ましくは2.35Tとし、噴射安定化パルスCのパルス幅は、0.3T〜0.7T、または1.3T〜1.8T、好ましくは0.5Tとする。この駆動波形による液滴体積は40pl(ピコリットル)である。 FIG. 3 shows drive waveforms according to the first embodiment of the present invention. This drive waveform is the same as that in FIG. 2 described above, and the ejection pulse signal A is divided into two ejection pulses A1 and A2, and the droplet miniaturization pulse B is located between these ejection pulses A1 and A2. Is different. Compared with that of FIG. 2, by dividing the ejection pulse into two, the droplet volume can be arbitrarily adjusted, and the gradation can be improved. The ejection pulse A1 has the same pulse width as the ejection pulse A in FIG. 1, and the ejection pulse A2 has a pulse width of 0.4T to 1.3T, preferably 0.5T. The time difference between the fall of the ejection pulse signal A1 and the rise timing of the droplet miniaturization pulse B is 0.4T to 0.7T, preferably 0.55T, as in FIG. The pulse width is 0.2T to 0.4T, preferably 0.35T. The time difference between the falling edge of the droplet miniaturization pulse B and the rising timing of the ejection pulse signal A2 is 0.2T to 0.4T, preferably 0.35T. The time difference between the falling edge of the injection pulse signal A2 and the rising timing of the injection stabilization pulse C is 2.25T to 2.45T, or 1.7T to 1.95T, preferably 2.35T. The pulse width of C is 0.3T to 0.7T, or 1.3T to 1.8T, preferably 0.5T. The droplet volume by this driving waveform is 40 pl (picoliter).
図4は本発明の実施例2による駆動波形を示す。この駆動波形は、上述図3のものと、噴射パルス信号Aの2つの噴射パルスA1,A2の後に、液滴小型化パルスB及び噴射安定化パルスCを位置させた点が相違する。図2のものに比べて図3と同等の作用の違いが得られる。噴射パルス信号A1の立ち下がりと噴射パルス信号A2の立ち上がりタイミングとの時間差は、0.5T〜1.2T、好ましくは0.8Tとし、噴射パルス信号A2のパルス幅は、0.5T〜1.3T、好ましくは0.8Tとする。噴射パルス信号A2の立ち下がりと液滴小型化パルスBの立ち上がりタイミングとの時間差は、0.7T〜1.0T、好ましくは0.85Tとし、液滴小型化パルスBのパルス幅は、0.2T〜0.4T、好ましくは0.35Tとする。また液滴小型化パルスBの立ち下がりと噴射安定化パルスCの立ち上がりタイミングとの時間差は、1.0T〜1.2T、または0.45T〜0.7T、好ましくは1.1Tとし、噴射安定化パルスCのパルス幅は、0.3T〜0.7T、または1.3T〜1.8T、好ましくは0.5Tとする。この駆動波形による液滴体積も40plである。 FIG. 4 shows drive waveforms according to the second embodiment of the present invention. This driving waveform is different from that shown in FIG. 3 in that the droplet miniaturization pulse B and the ejection stabilization pulse C are positioned after the two ejection pulses A1 and A2 of the ejection pulse signal A. Compared to that of FIG. 2, the same operational difference as that of FIG. 3 is obtained. The time difference between the falling edge of the injection pulse signal A1 and the rising timing of the injection pulse signal A2 is 0.5T to 1.2T, preferably 0.8T, and the pulse width of the injection pulse signal A2 is 0.5T to 1. 3T, preferably 0.8T. The time difference between the falling edge of the ejection pulse signal A2 and the rising timing of the droplet miniaturization pulse B is 0.7T to 1.0T, preferably 0.85T. The pulse width of the droplet miniaturization pulse B is 0. 2T to 0.4T, preferably 0.35T. The time difference between the falling edge of the droplet miniaturization pulse B and the rising timing of the ejection stabilization pulse C is 1.0T to 1.2T, or 0.45T to 0.7T, preferably 1.1T. The pulse width of the activating pulse C is 0.3T to 0.7T, or 1.3T to 1.8T, preferably 0.5T. The droplet volume by this driving waveform is also 40 pl.
図5は本発明の参考例2による駆動波形を示す。この駆動波形は基本的には図2と同じ形態を有し、噴射パルス信号のパルス幅を上記実施例においては、1Tもしくはその奇数倍としているが、本実施例の駆動波形は、噴射パルス信号Aのパルス幅Waを0.5Tから1.5Tの間で設定し、噴射パルス信号Aの立ち下がりと液滴小型化パルスBの立ち上がりタイミングとの時間差d、及び液滴小型化パルスBのパルス幅Wbを所定の値に設定することによって、インク噴射時にしぶきや不良の吐出が発生しないようにする。なお、しぶきとは、インクが1つの液滴にならずに飛散してしまう現象である。図6は噴射パルス信号Aのパルス幅Waを0.5Tから1.5Tとした時で、時間差d及びパルス幅Wbの値の組み合わせを変えて、実験によって求めたものであり、○印は着弾乱れやしぶきがなく、×印はしぶきや不良の吐出が生じたことを示している。これより、噴射パルス信号Aの立ち下がりと液滴小型化パルスBの立ち上がりタイミングとの時間差dを0.3T〜1.0T、液滴小型化パルスBのパルス幅Wbを0.3T〜1.0Tとし、時間差dとパルス幅Wbとの和を0.7T〜1.3Tに収まるようにすれば印字不良が発生しないことが分かる。また、液滴小型化パルスBの立ち下がりと噴射安定化パルスCの立ち上がりタイミングとの時間差は、0.7T〜1.3T、好ましくは0.9Tとし、噴射安定化パルスCのパルス幅は、0.2T〜0.4T、好ましくは0.35Tとする。 FIG. 5 shows drive waveforms according to Reference Example 2 of the present invention. This drive waveform basically has the same form as in FIG. 2, and the pulse width of the ejection pulse signal is 1T or an odd multiple thereof in the above embodiment, but the drive waveform of this embodiment is the ejection pulse signal. A pulse width Wa of A is set between 0.5T and 1.5T, the time difference d between the falling edge of the ejection pulse signal A and the rising timing of the droplet miniaturization pulse B, and the pulse of the droplet miniaturization pulse B By setting the width Wb to a predetermined value, it is possible to prevent the occurrence of splashing or defective ejection during ink ejection. Splashing is a phenomenon in which ink scatters without becoming one droplet. FIG. 6 shows an experimental result obtained by changing the combination of the time difference d and the pulse width Wb when the pulse width Wa of the injection pulse signal A is changed from 0.5T to 1.5T. There was no turbulence or splash, and a cross indicates that splash or defective ejection occurred. Accordingly, the time difference d between the falling edge of the ejection pulse signal A and the rising timing of the droplet miniaturization pulse B is 0.3T to 1.0T, and the pulse width Wb of the droplet miniaturization pulse B is 0.3T to 1.T. It can be seen that printing failure does not occur if 0T is set and the sum of the time difference d and the pulse width Wb falls within 0.7T to 1.3T. The time difference between the falling edge of the droplet miniaturization pulse B and the rising timing of the ejection stabilization pulse C is 0.7T to 1.3T, preferably 0.9T, and the pulse width of the ejection stabilization pulse C is 0.2T to 0.4T, preferably 0.35T.
図7及び図8は、本発明と対比するために掲げるものであり、いずれも本出願人が先に提案しているシングルパルス及びマルチパルスによる駆動波形を示す。図7のシングルパルス駆動波形は、噴射パルス信号Aと噴射安定化パルスCとからなる。この駆動波形による液滴体積は30plである。図8のマルチパルス駆動波形は、噴射パルスA1,A2と噴射安定化パルスCとからなる。この駆動波形による液滴体積は50plである。 FIGS. 7 and 8 are provided for comparison with the present invention, and both show drive waveforms by single pulse and multi-pulse that the applicant has proposed previously. The single pulse drive waveform in FIG. 7 includes an injection pulse signal A and an injection stabilization pulse C. The droplet volume by this driving waveform is 30 pl. The multi-pulse drive waveform in FIG. 8 includes injection pulses A1 and A2 and an injection stabilization pulse C. The droplet volume by this driving waveform is 50 pl.
次に、前記図2乃至図5のような駆動波形を実現するための制御装置の一実施の形態を図9及び図10を用いて説明する。図9に示す制御装置625は充電回路182と放電回路184とパルスコントロール回路186から構成されている。アクチュエータ壁603の圧電材料及び電極619、621は、等価的にコンデンサ191で表される。191Aと191Bはその端子である。
Next, an embodiment of a control device for realizing the drive waveforms as shown in FIGS. 2 to 5 will be described with reference to FIGS. The
入力端子181と182は、それぞれインク室613内の電極619に与える電圧をE(V)、0(V)にするためのパルス信号を入力する入力端子である。充電回路182は、抵抗R101、R102、R103、R104、R105、トランジスタTR101、TR102から構成されている。
The
入力端子181にオン信号(+5V)が入力されると、抵抗R101を介して、トランジスタTR101が導通し、正の電源187から抵抗R103を介して電流がトランジスタTR101のコレクタからエミッタ方向に流れる。したがって、正の電源187に接続されている抵抗R104及びR105にかかる電圧の分圧が上昇し、トランジスタTR102のベースに流れる電流が増加し、トランジスタTR102のエミッタとコレクタ間が導通する。正の電源187からの20(V)の電圧がトランジスタTR102のコレクタ及びエミッタ、抵抗R120を介してコンデンサ191、端子191Aに印加される。
When an ON signal (+5 V) is input to the
次に、放電用回路184について説明する。放電用回路184は抵抗R106、R107、トランジスタTR103から構成される。入力端子182にオン信号(+5V)が入力されると、抵抗R106を介してトランジスタTR103が導通し、抵抗R120を介してコンデンサ191の抵抗R120側端子191Aをアースする。したがって、図12及び図13に示すインク室613のアクチュエータ壁603に印加されていた電荷は放電される。
Next, the discharging
次に、充電回路182の入力端子181及び放電用回路184の入力端子182に入力されるパルス信号を発生するパルスコントロール回路186について説明する。パルスコントロール回路186には、各種の演算処理を行うCPU110が設けられ、CPU110には、印字データや各種のデータを記憶するRAM112とパルスコントロール回路186の制御プログラム及びタイミングでオン、オフ信号を発生するシーケンスデータを記憶しているROM114が接続されている、ここで、ROM114には、図10に示すように、インク滴噴射制御プログラム記憶エリア114Aと、駆動波形データ記憶エリア114Bとが設けられている。したがって、駆動波形のシーケンスデータは、駆動波形データ記憶エリア114Bに記憶されている。
Next, the pulse control circuit 186 that generates pulse signals input to the
制御装置625は図示しないが、周囲温度等インクに係る温度を検出する手段を備えている。制御プログラム記憶エリア114Aには、また図14に示すように、CPU110が、温度が所定値以上であるかを判断し(S1)、その判断結果に基づいて、波形データ記憶エリア114Bに記憶された第1及び第2の付加パルスB,C(液滴小型化パルス及び安定化パルス)を噴射パルス信号Aに付加するかどうか(S2,S3)を決定するプログラムが記憶されている。
Although not shown, the
さらに、CPU110は各種のデータをやりとりするI/Oバス116に接続され、当該I/Oバス116には、印字データ受信回路118とパルスジェネレータ120及び122が接続されている。パルスジェネレータ120の出力は充電回路182の入力端子181に接続され、パルスジェネレータ122の出力は放電用回路184の入力端子182に接続されている。
Further, the
CPU110はROM114の駆動波形データ記録エリア114Bに記憶されているシーケンスデータにしたがって、パルスジェネレータ120及び122を制御する。したがって、前記のタイミングの各種パターンを予めROM114内の駆動波形データ記憶エリア114Bに記憶させておくことによって、図2に示す駆動波形の駆動パルスをアクチュエータ壁603に与えることができる。
The
なお、パルスジェネレータ120、122及び充電回路182及び放電回路184はノズル数と同じ数だけ設けられている。本実施の形態では、代表して一つのノズルの制御について説明したが、他のノズルの制御についても同様な制御である。
Note that the
次に、参考例の図2に示した駆動波形のパルスで駆動した場合と、図1の駆動波形のパルスで駆動した場合の、各種温度条件下でのインク滴噴射のテスト結果(インク滴速度;m/s)を図11(a)(b)に示す。各図における上段の数字(1〜10)は、所定周波数(16kHz)で駆動した場合のドット番号を示し、最左欄の数字5〜40は温度(℃)を示し、ここでは、5個(1〜5番)の連続ドットの後、1ドット分休止し(6番)、その後、再び、連続する2つのドット(7,8番)の後、1ドット分休止し(9番)、その後、1ドット(10番)を噴射した。各ドットに対して、図2又は図1に示した駆動波形のパルスを印加する。温度に隣接するカッコ内の数値は、各温度において液滴を8m/sで噴射する際に印加した電圧値である。
Next, test results of ink droplet ejection under various temperature conditions (ink droplet velocity) when driven with the pulse having the drive waveform shown in FIG. 2 of the reference example and when driven with the pulse with the drive waveform shown in FIG. M / s) is shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). The numbers (1 to 10) in the upper part of each figure indicate the dot numbers when driven at a predetermined frequency (16 kHz), the
図11から分かるように、温度が高くなるにつれて、連続ドット後で休止した後の、連続する2つのドットの2発目の液滴速度が低下する傾向を有し、特に、図1の駆動波形のように液滴小型化パルスBが付けられているだけの場合、図11(b)のD部分では、速度低下が著しい。これは、高温度域では、インク粘度が下がり、メニスカス振動を抑えきれなくなるためであると考えられる。特に、インクのメニスカスがノズルから引っ込んでいる状態で液滴小型化パルスBが立ち上がると、メニスカスはさらに引っ込もうとすることから、噴射速度はさらに遅くなる。これにより、インクの着弾位置がずれ、印字品質が低下する。それに対して、図2の駆動波形のように噴射安定化パルスCがさらに付加されていることにより、上記に対応する部分での速度低下は押さえられ、上記問題は解消される。なお、図11の測定においては、温度に関係なく、全てのドットに対して、液滴小型化パルスB及び噴射安定化パルスCを付加しているが、これらは、実用上では、上記図14に示したように、所定温度(例えば25℃)以上の場合にのみ付加するようにすればよい。図11内の×は未測定部分である。インク粘度が比較的高い低温度域では、付加パルスB,Cがない分、制御装置625の負荷が軽減するだけでなく、噴射パルスAの間隔を小さくして高周期での噴射が可能になる。
As can be seen from FIG. 11, as the temperature increases, the second droplet velocity of two consecutive dots after a pause after successive dots has a tendency to decrease. In particular, the drive waveform of FIG. In the case where only the droplet miniaturization pulse B is applied as shown in FIG. This is presumably because the ink viscosity decreases in the high temperature range and the meniscus vibration cannot be suppressed. In particular, when the droplet miniaturization pulse B rises in a state where the ink meniscus is retracted from the nozzle, the meniscus further tends to retract, and the ejection speed is further decreased. As a result, the ink landing position is shifted, and the print quality is deteriorated. On the other hand, since the injection stabilization pulse C is further added as shown in the drive waveform of FIG. 2, the speed reduction at the portion corresponding to the above is suppressed, and the above problem is solved. In the measurement of FIG. 11, the droplet miniaturization pulse B and the ejection stabilization pulse C are added to all the dots regardless of the temperature. As shown in the above, it should be added only when the temperature is higher than a predetermined temperature (for example, 25 ° C.). X in FIG. 11 is an unmeasured part. In the low temperature range where the ink viscosity is relatively high, the load of the
なお、図1又は図2のように、噴射パルス信号Aに液滴小型化パルスBを付加したことにより液滴の小型化が可能となる様子を説明すると、噴射パルス信号Aの立ち上がりにより、インク室の容積が増大して一時的にインクのメニスカスはノズルの内方に引っ込み、続いてインク室内を圧力波が片道伝播する時間の経過後の噴射パルス信号Aの立ち下がりにより、インク室の容積が増大状態から自然状態に減少することで、インクはノズルより噴出されようとする。このとき、液滴小型化パルスBが印加されることにより、ノズルより噴出されかけたインク滴の一部が引き戻されたメニスカスとなるため、ノズルから噴射されるインク滴は小型化される。こうして、駆動電圧を変えることなく、したがって、コストアップすることなく、主となる駆動波形の後に非噴射パルスを付加するだけで、小さい体積のインク滴の噴射を得ることができる。 As shown in FIG. 1 or FIG. 2, a state in which the droplet can be miniaturized by adding the droplet miniaturization pulse B to the ejection pulse signal A will be described. The volume of the ink chamber temporarily increases, the ink meniscus temporarily retracts inward of the nozzle, and then the ejection pulse signal A falls after the passage of time for the pressure wave to propagate one way through the ink chamber. As the ink decreases from the increased state to the natural state, ink tends to be ejected from the nozzles. At this time, when the droplet miniaturization pulse B is applied, a part of the ink droplet ejected from the nozzle becomes a meniscus pulled back, so that the ink droplet ejected from the nozzle is miniaturized. In this way, it is possible to obtain ejection of a small volume of ink droplets by simply adding a non-ejection pulse after the main driving waveform without changing the driving voltage and therefore without increasing the cost.
以上、一実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記参考例では、主たる駆動信号である1つの噴射パルスAに液滴小型化パルスB及び噴射安定化パルスCを常に付加したものを示したが、当該ドットの前後にドットがない場合は、そのドットに対しては、主たる駆動信号である1つの噴射パルスAのみとするものであっても構わない。また、インク滴噴射装置600は、上記実施の形態の構成に限られるものではなく、圧電材料の分極方向が逆のものを用いてもよい。
Although one embodiment has been described above, the present invention is not limited to this. For example, in the above-described reference example , the one in which the droplet miniaturization pulse B and the ejection stabilization pulse C are always added to one ejection pulse A which is the main driving signal is shown. However, when there are no dots before and after the dot, For the dots, only one ejection pulse A, which is the main drive signal, may be used. In addition, the ink
また、本実施の形態では、インク室613の両側に空気室615を設けているが、空気室を設けずに、インク室が隣接するようにしてもよい。さらに、本実施の形態では、アクチュエータはせん断モード型のものを用いたが、圧電材料を積層し、その積層方向の変形によって圧力波を発生する構成でもよく、圧電材料に限らずインク室に圧力波を発生するものを使用可能である。
In this embodiment, the
A1 噴射パルス信号
A2 噴射パルス信号
B 第1の付加パルス信号(液滴小型化パルス)
600 インクジェットヘッド
603 アクチュエータ壁
613 インク室
625 制御装置
A1 jet pulse signal A2 jet pulse signal B first additional pulse signal (droplet miniaturization pulse)
600
Claims (2)
1ドットの印字命令に対して、前記噴射パルス信号として第1の噴射パルス信号と第2の噴射パルス信号とを印加し、それに付随する非噴射パルスとして、前記噴射パルス信号による飛翔インク滴の一部を引き戻して該インク滴を小型化するための付加パルス信号を、前記第1の噴射パルス信号と第2の噴射パルス信号との間に印加するものであって、
前記第1の噴射パルス信号は、前記インク室の容積を増大させてインク室内に圧力波を発生させ、その圧力波が前記インク室内をほぼ片道伝播する時間Tもしくはその奇数倍時間の経過後、容積を増大状態から減少させインクに圧力を印加するパルス幅を有し、前記第2の噴射パルス信号は、0.4T〜1.3Tのパルス幅を有し、
前記付加パルス信号は、ほぼ0.2T〜0.4Tのパルス幅であり、かつ、前記第1の噴射パルス信号の立ち下がりと付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.4T〜0.7Tであり、前記付加パルス信号の立ち下がりと第2の噴射パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.2T〜0.4Tであり、
前記第1の噴射パルス信号、第2の噴射パルス信号及び付加パルス信号の波高値は同じであることを特徴とするインク滴噴射装置。 An ink droplet ejecting apparatus that generates a pressure wave in an ink chamber by applying an ejection pulse signal to an actuator for changing the volume of the ink chamber filled with ink, thereby applying pressure to the ink and ejecting ink droplets from a nozzle. In
In response to a 1-dot printing command, a first ejection pulse signal and a second ejection pulse signal are applied as the ejection pulse signal, and an associated non-ejection pulse is used as one of the flying ink droplets by the ejection pulse signal. Applying an additional pulse signal for pulling back the portion to reduce the size of the ink droplet between the first ejection pulse signal and the second ejection pulse signal ,
The first ejection pulse signal increases the volume of the ink chamber to generate a pressure wave in the ink chamber, and after the time T when the pressure wave propagates almost one way in the ink chamber or an odd multiple thereof, The second ejection pulse signal has a pulse width of 0.4T to 1.3T, and has a pulse width for decreasing the volume from the increased state and applying pressure to the ink;
The additional pulse signal has a pulse width of approximately 0.2T to 0.4T, and a time difference between the falling edge of the first injection pulse signal and the rising timing of the additional pulse signal is 0.4T to 0.7T. The time difference between the fall of the additional pulse signal and the rise timing of the second injection pulse signal is 0.2T to 0.4T,
It said first injection pulse signal, the ink droplet ejection device crest value of the second injection pulse signal and the additional pulse signal, wherein the same der Rukoto.
1ドットの印字命令に対して、前記噴射パルス信号として第1の噴射パルス信号とそれに続く第2の噴射パルス信号とを印加し、それに付随する非噴射パルスとして、前記噴射パルス信号による飛翔インク滴の一部を引き戻して該インク滴を小型化するための付加パルス信号を、前記第2の噴射パルス信号の後に印加するものであって、
前記インク室の容積を増大させてインク室内に圧力波を発生させ、その圧力波が前記インク室内をほぼ片道伝播する時間をTとしたとき、前記第1の噴射パルス信号の立ち下がりと第2の噴射パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.5T〜1.2Tであり、前記第2の噴射パルス信号のパルス幅が0.5T〜1.3Tであり、前記第2の噴射パルス信号の立ち下がりと付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が0.7T〜1.0Tであり、
前記第1の噴射パルス信号、第2の噴射パルス信号及び付加パルス信号の波高値は同じであることを特徴とするインク滴噴射装置。 An ink droplet ejecting apparatus that generates a pressure wave in an ink chamber by applying an ejection pulse signal to an actuator for changing the volume of the ink chamber filled with ink, thereby applying pressure to the ink and ejecting ink droplets from a nozzle. In
In response to a one-dot printing command, a first ejection pulse signal and a second ejection pulse signal following the first ejection pulse signal are applied as the ejection pulse signal, and a flying ink droplet based on the ejection pulse signal is used as an accompanying non-ejection pulse. the ink droplet is pulled back a portion of the additional pulse signal to miniaturize, there is applied after the second injection pulse signal,
When the volume of the ink chamber is increased to generate a pressure wave in the ink chamber and the time for the pressure wave to propagate almost one way in the ink chamber is T, the falling edge of the first ejection pulse signal and the second The time difference from the rising timing of the injection pulse signal is 0.5T to 1.2T, the pulse width of the second injection pulse signal is 0.5T to 1.3T, and the second injection pulse signal The time difference between the fall and the rise timing of the additional pulse signal is 0.7T to 1.0T.
It said first injection pulse signal, wherein the to Louis ink droplet ejecting device that the peak value of the second injection pulse signal and the additional pulse signal are the same.
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