JP3857805B2 - インク滴噴射方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式によるインク滴噴射方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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液滴を噴射し、文字や図形等が記録される。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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液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、インク液滴の速度まで低下するという問題があった。また、インク液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。しかし、この場合、駆動パルスとして複数の電圧が必要であり、一連のパルスの中での制御が複雑になり、駆動ドライバＩＣ等のコストアップにつながる。
【０００９】
さらには、本出願人は、体積の小さいインク液滴を得ることを目的にアクチュエータに噴射パルスを印加した後で非噴射のパルスを付加する駆動方法を検討したが、高温時に、連続するドット印字を行った後、１ドット分休止し、続いてその休止後にドット印字を行うと、その２発目のドットのインク滴速度が低下することを確認した。これは、高温時でインクの粘度が低下して、インクのメニスカスの振動状態が不安定となりメニスカスがノズルから引っ込んでいる時に付加パルスが印加されるようなことが起り、インク滴の速度が遅くなるものと考えられる。そのため、インクが曲がって飛翔し、着弾位置がずれて印字品質が落ちるといった問題が発生する。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、駆動電圧を変えることなく、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２つ付加することで、小さい体積のインク液滴を得ることができると共に、連続噴射の後の休止後の２発目の噴射の液滴速度が遅くなることがなく、着弾位置がずれて印字品質が低下するといったことを防止できるインク滴噴射方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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方法において、１ドットの印字命令に対して、前記噴射パルス信号と、その後に付随する非噴射パルスとを印加し、該非噴射パルスは、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すタイミングで印加され該インク滴を小型化するための第１の付加パルス信号と、さらにその第１の付加パルス信号の後に印加され噴射を安定させるための第２の付加パルス信号とからなり、かつ前記第１及び第２の付加パルス信号は、前記噴射パルス信号と波高値を同じとし、前記噴射パルス信号は、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をＴとしたときそのＴもしくはその奇数倍時間のパルス幅を有し、前記第１及び第２の付加パルス信号は、パルス幅が前記片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、前記噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、前記第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることを特徴とするインク滴噴射方法にある。
【００１２】
上記方法においては、１ドットの印字命令として印加される噴射パルス信号により、インク室内のインクはノズルより飛び出しかけ、さらにその途上で印加される非噴射パルスである第１の付加パルス信号により、ノズルより飛び出しかけているインク滴の一部が引き戻されるので、噴射されて飛翔するインク液滴は小さくなり、記録解像度を高めることができる。また、高温時でインクの粘度が低くなってメニスカスの振動が不安定状態となっても、第１の付加パルス信号に続いて第２の付加パルス信号が印加されることにより、次の噴射を安定化させる作用が得られ、液滴速度の低下が防止される。また、インク液滴の小型化のために、駆動電圧を変える必要がないのでコストアップにならない。特に、高温時において、第１の付加パルス信号が印加されるだけで、第２の付加パルス信号が印加されない場合は、連続ドットの後に１ドット休止し、その後に再びドットがあるようなときに、後者のドット噴射の２ドット目でインク滴速度が低下する傾向にあるが、第２の付加パルス信号が印加されることで、その問題が解消される。
また、前記噴射パルス信号と、第１及び第２の付加パルス信号の波高値が、いずれも同じであることで、駆動電圧を変える必要がなく、１つの電源を用いて駆動することができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、インクが充填されるインク室と、前記インク室の容積を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータに電気信号を印加するための駆動電源と、前記アクチュエータに前記駆動電源から噴射パルス信号を印加することにより、前記インク室内に圧力波を発生させてインクに圧力を加えてインク滴を噴射させる制御装置と、を備えたインク滴噴射装置において、前記制御装置は、１ドットの印字命令に対して、前記アクチュエータに、前記噴射パルス信号と、その後に付随する非噴射パルスとを印加するものであって、該非噴射パルスは、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すタイミングで印加され該インク滴を小型化するための第１の付加パルス信号と、さらにその第１の付加パルス信号の後に印加され噴射を安定させるための第２の付加パルス信号とからなり、かつ前記第１及び第２の付加パルス信号は、前記噴射パルス信号と波高値が同じであり、前記噴射パルス信号のパルス幅が、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としたときそのＴもしくはその奇数倍時間を有するものとし、前記第１及び第２の付加パルス信号のパルス幅が前記片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、前記噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、前記第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることを特徴とするインク滴噴射装置にある。
【００１８】
この構成においては、請求項１と同等の作用が得られる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図２は本発明の実施例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。
【００２９】
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。
【００３０】
図３は参考例の駆動波形を示す。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。
【００３１】
図４は参考例の駆動波形を示す。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。
【００３２】
図５は参考例の駆動波形を示す。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、本実施の形態の図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。
【００４４】
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。
【００４５】
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液滴は小型化される。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液滴の噴射を得ることができる。
【００４６】
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、上記実施の形態では、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。
【００４７】
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。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、１ドットの印字命令として、噴射パルス信号と、非噴射パルスである第１の付加パルス信号に続いて第２の付加パルス信号が印加され、また第１及び第２の付加パルス信号は、噴射パルス信号と波高値を同じとし、噴射パルス信号は、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としたときそのＴもしくはその奇数倍時間のパルス幅を有 し、第１及び第２の付加パルス信号は、パルス幅が片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることにより、噴射され飛翔するインク液滴は小さくなり、記録解像度を高めることができ、また、高温時でインクの粘度が低く、メニスカスに振動が発生して不安定な状態にあっても、噴射を安定化する作用が得られ、液滴速度が低下することが防止される。特に、高温時において、第１の付加パルス信号が印加されるだけでは、連続ドットの後に１ドット休止し、その後に再びドットがあるようなときに、後者のドット噴射の２ドット目でインク滴速度が低下する傾向を生じるが、第２の付加パルス信号が印加されることで、インク滴速度が低下することがなくなる。また、第１及び第２の付加パルス信号の波高値を同じにして、駆動電圧を変える必要がないので、１つの駆動電源でよく、低コストとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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）を示す図である。
【図２】 本発明の実施例による駆動波形を示す図である。
【図３】 参考例の駆動波形を示す図である。
【図４】 参考例の駆動波形を示す図である。
【図５】 参考例の駆動波形を示す図である。
【図６】 噴射パルス信号の立ち下がりと液滴小型化パルスの立ち上がりタイミングとの時間差、及び液滴小型化パルスのパルス幅の値の組み合わせを変えたときの実験結果を示す図である。
【図７】 本出願人が先に提案しているシングルパルス駆動波形を示す図である。
【図８】 本出願人が先に提案しているマルチパルス駆動波形を示す図である。
【図９】 インク滴噴射装置の駆動回路を示す図である。
【図１０】 インク滴噴射装置の制御装置のＲＯＭの記憶領域を示す図である。
【図１１】 （ａ）は本実施の形態の図２に示した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速度を示す図、（ｂ）は図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速度を示す図である。
【図１２】 （ａ）は記録ヘッドのインク噴射部分の縦断面図、（ｂ）は同横断面図である。
【図１３】 記録ヘッドのインク噴射部分の動作を示す縦断面図である。
【図１４】 本発明のインク滴噴射装置の制御装置のＲＯＭの制御内容を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ 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）
Ｃ 第２の付加パルス信号（噴射安定化パルス）
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
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式によるインク滴噴射方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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液滴を噴射し、文字や図形等が記録される。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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液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、インク液滴の速度まで低下するという問題があった。また、インク液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。しかし、この場合、駆動パルスとして複数の電圧が必要であり、一連のパルスの中での制御が複雑になり、駆動ドライバＩＣ等のコストアップにつながる。
【０００９】
さらには、本出願人は、体積の小さいインク液滴を得ることを目的にアクチュエータに噴射パルスを印加した後で非噴射のパルスを付加する駆動方法を検討したが、高温時に、連続するドット印字を行った後、１ドット分休止し、続いてその休止後にドット印字を行うと、その２発目のドットのインク滴速度が低下することを確認した。これは、高温時でインクの粘度が低下して、インクのメニスカスの振動状態が不安定となりメニスカスがノズルから引っ込んでいる時に付加パルスが印加されるようなことが起り、インク滴の速度が遅くなるものと考えられる。そのため、インクが曲がって飛翔し、着弾位置がずれて印字品質が落ちるといった問題が発生する。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、駆動電圧を変えることなく、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２つ付加することで、小さい体積のインク液滴を得ることができると共に、連続噴射の後の休止後の２発目の噴射の液滴速度が遅くなることがなく、着弾位置がずれて印字品質が低下するといったことを防止できるインク滴噴射方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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方法において、１ドットの印字命令に対して、前記噴射パルス信号と、その後に付随する非噴射パルスとを印加し、該非噴射パルスは、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すタイミングで印加され該インク滴を小型化するための第１の付加パルス信号と、さらにその第１の付加パルス信号の後に印加され噴射を安定させるための第２の付加パルス信号とからなり、かつ前記第１及び第２の付加パルス信号は、前記噴射パルス信号と波高値を同じとし、前記噴射パルス信号は、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をＴとしたときそのＴもしくはその奇数倍時間のパルス幅を有し、前記第１及び第２の付加パルス信号は、パルス幅が前記片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、前記噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、前記第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることを特徴とするインク滴噴射方法にある。
【００１２】
上記方法においては、１ドットの印字命令として印加される噴射パルス信号により、インク室内のインクはノズルより飛び出しかけ、さらにその途上で印加される非噴射パルスである第１の付加パルス信号により、ノズルより飛び出しかけているインク滴の一部が引き戻されるので、噴射されて飛翔するインク液滴は小さくなり、記録解像度を高めることができる。また、高温時でインクの粘度が低くなってメニスカスの振動が不安定状態となっても、第１の付加パルス信号に続いて第２の付加パルス信号が印加されることにより、次の噴射を安定化させる作用が得られ、液滴速度の低下が防止される。また、インク液滴の小型化のために、駆動電圧を変える必要がないのでコストアップにならない。特に、高温時において、第１の付加パルス信号が印加されるだけで、第２の付加パルス信号が印加されない場合は、連続ドットの後に１ドット休止し、その後に再びドットがあるようなときに、後者のドット噴射の２ドット目でインク滴速度が低下する傾向にあるが、第２の付加パルス信号が印加されることで、その問題が解消される。
また、前記噴射パルス信号と、第１及び第２の付加パルス信号の波高値が、いずれも同じであることで、駆動電圧を変える必要がなく、１つの電源を用いて駆動することができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、インクが充填されるインク室と、前記インク室の容積を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータに電気信号を印加するための駆動電源と、前記アクチュエータに前記駆動電源から噴射パルス信号を印加することにより、前記インク室内に圧力波を発生させてインクに圧力を加えてインク滴を噴射させる制御装置と、を備えたインク滴噴射装置において、前記制御装置は、１ドットの印字命令に対して、前記アクチュエータに、前記噴射パルス信号と、その後に付随する非噴射パルスとを印加するものであって、該非噴射パルスは、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すタイミングで印加され該インク滴を小型化するための第１の付加パルス信号と、さらにその第１の付加パルス信号の後に印加され噴射を安定させるための第２の付加パルス信号とからなり、かつ前記第１及び第２の付加パルス信号は、前記噴射パルス信号と波高値が同じであり、前記噴射パルス信号のパルス幅が、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としたときそのＴもしくはその奇数倍時間を有するものとし、前記第１及び第２の付加パルス信号のパルス幅が前記片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、前記噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、前記第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることを特徴とするインク滴噴射装置にある。
【００１８】
この構成においては、請求項１と同等の作用が得られる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【発明の実施の形態】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図２は本発明の実施例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。
【００２９】
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。
【００３０】
図３は参考例の駆動波形を示す。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。
【００３１】
図４は参考例の駆動波形を示す。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。
【００３２】
図５は参考例の駆動波形を示す。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、本実施の形態の図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。
【００４４】
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。
【００４５】
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液滴は小型化される。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液滴の噴射を得ることができる。
【００４６】
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、上記実施の形態では、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。
【００４７】
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。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、１ドットの印字命令として、噴射パルス信号と、非噴射パルスである第１の付加パルス信号に続いて第２の付加パルス信号が印加され、また第１及び第２の付加パルス信号は、噴射パルス信号と波高値を同じとし、噴射パルス信号は、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としたときそのＴもしくはその奇数倍時間のパルス幅を有 し、第１及び第２の付加パルス信号は、パルス幅が片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることにより、噴射され飛翔するインク液滴は小さくなり、記録解像度を高めることができ、また、高温時でインクの粘度が低く、メニスカスに振動が発生して不安定な状態にあっても、噴射を安定化する作用が得られ、液滴速度が低下することが防止される。特に、高温時において、第１の付加パルス信号が印加されるだけでは、連続ドットの後に１ドット休止し、その後に再びドットがあるようなときに、後者のドット噴射の２ドット目でインク滴速度が低下する傾向を生じるが、第２の付加パルス信号が印加されることで、インク滴速度が低下することがなくなる。また、第１及び第２の付加パルス信号の波高値を同じにして、駆動電圧を変える必要がないので、１つの駆動電源でよく、低コストとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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）を示す図である。
【図２】 本発明の実施例による駆動波形を示す図である。
【図３】 参考例の駆動波形を示す図である。
【図４】 参考例の駆動波形を示す図である。
【図５】 参考例の駆動波形を示す図である。
【図６】 噴射パルス信号の立ち下がりと液滴小型化パルスの立ち上がりタイミングとの時間差、及び液滴小型化パルスのパルス幅の値の組み合わせを変えたときの実験結果を示す図である。
【図７】 本出願人が先に提案しているシングルパルス駆動波形を示す図である。
【図８】 本出願人が先に提案しているマルチパルス駆動波形を示す図である。
【図９】 インク滴噴射装置の駆動回路を示す図である。
【図１０】 インク滴噴射装置の制御装置のＲＯＭの記憶領域を示す図である。
【図１１】 （ａ）は本実施の形態の図２に示した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速度を示す図、（ｂ）は図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速度を示す図である。
【図１２】 （ａ）は記録ヘッドのインク噴射部分の縦断面図、（ｂ）は同横断面図である。
【図１３】 記録ヘッドのインク噴射部分の動作を示す縦断面図である。
【図１４】 本発明のインク滴噴射装置の制御装置のＲＯＭの制御内容を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ 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）
Ｃ 第２の付加パルス信号（噴射安定化パルス）
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
Claims (2)
- 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方法において、
１ドットの印字命令に対して、前記噴射パルス信号と、その後に付随する非噴射パルスとを印加し、該非噴射パルスは、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すタイミングで印加され該インク滴を小型化するための第１の付加パルス信号と、さらにその第１の付加パルス信号の後に印加され噴射を安定させるための第２の付加パルス信号とからなり、かつ前記第１及び第２の付加パルス信号は、前記噴射パルス信号と波高値を同じとし、
前記噴射パルス信号は、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をＴとしたときそのＴもしくはその奇数倍時間のパルス幅を有し、
前記第１及び第２の付加パルス信号は、パルス幅が前記片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、前記噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、前記第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることを特徴とするインク滴噴射方法。 - インクが充填されるインク室と、
前記インク室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに電気信号を印加するための駆動電源と、
前記アクチュエータに前記駆動電源から噴射パルス信号を印加することにより、前記インク室内に圧力波を発生させてインクに圧力を加えてインク滴を噴射させる制御装置と、を備えたインク滴噴射装置において、
前記制御装置は、１ドットの印字命令に対して、前記アクチュエータに、前記噴射パルス信号と、その後に付随する非噴射パルスとを印加するものであって、該非噴射パルスは、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すタイミングで印加され該インク滴を小型化するための第１の付加パルス信号と、さらにその第１の付加パルス信号の後に印加され噴射を安定させるための第２の付加パルス信号とからなり、かつ前記第１及び第２の付加パルス信号は、前記噴射パルス信号と波高値が同じであり、
前記噴射パルス信号のパルス幅が、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としたときそのＴもしくはその奇数倍時間を有するものとし、
前記第１及び第２の付加パルス信号のパルス幅が前記片道伝播時間Ｔに対してほぼ０．２Ｔ〜０．４Ｔであり、かつ、前記噴射パルス信号の立ち下がりと第１の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、前記第１の付加パルス信号の立ち下がりと第２の付加パルス信号の立ち上がりタイミングとの時間差が０．９Ｔ〜１．３Ｔであることを特徴とするインク滴噴射装置。
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