JP3976817B2 - インクジェット式記録装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術の分野】
本発明は、圧電振動子を駆動源に使用したインクジェット記録ヘッドの駆動技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
一部が弾性板により構成され、ノズル開口に連通する圧力発生室を、圧電振動子により膨張、収縮させて、インクの吸引、インク滴の吐出を行うインクジェット式記録ヘッドは、圧力によりインク滴を吐出させるため、印刷のための各インク滴のインク量が温度変化に伴う粘度の変化に影響を大きく受け、図7に示したように温度が上昇するにつれてインク量が増加し、印字品質が変動するという問題がある。
このため、環境温度に応じて圧力発生室を収縮させてインク滴を吐出させる際の圧電振動子の信号の大きさや変化速度を温度に対応して調整することにより、インク量を一定する駆動技術が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
これによれば、記録ヘッドに印加する信号のレベルを温度に応じて変化させることにより、インク滴のインク量を温度に関わりなく一定に維持することが可能となるものの、圧力発生室の収縮速度や収縮量が変化するため、インク滴の飛行速度にも変動を来し、信号の電圧レベルを下げた場合にはインク滴の速度が低下して記録媒体への着弾位置に誤差を生じて印字品質の低下を招くという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インク滴の速度の変動を可及的に小さく抑えて、温度変化に関わりなくインク滴のインク量を一定に維持することができるインクジェット式記録装置を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、ノズル開口、及びインク供給口を介して共通のインク室に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドと、前記圧電振動子を駆動するための、第1の信号、第2の信号、及び第3の信号を発生する信号発生手段とを有するインクジェット式記録装置において、前記第1の信号は、中間電位から基準電位までの電圧の変化により前記圧力発生室を膨張させてインク滴を吐出させる信号であって、外気温度が常温よりも高い場合には、前記基準電位と前記中間電位との電位差を常温時の電位差よりも大きくして、前記インク滴を吐出させる際のメニスカスの位置を、常温時よりも圧力発生室側に大きく引き込ませ、外気温度が常温よりも低い場合には、前記基準電位と前記中間電位との電位差を常温時の電位差よりも小さくして、前記インク滴を吐出させる際のメニスカスの位置を、常温時よりも圧力発生室側に小さく引き込ませるべく前記信号発生手段により制御可能であり、また前記第2の信号は、前記基準電位から最高電位までの電圧の変化により前記圧力発生室を収縮させて前記インク滴を吐出させる信号であって、前記基準電位から前記最高電位までの電位差が前記基準電位から前記中間電位までの電位差よりも大きく、かつ外気温度が変化しても電圧の変化量及び変化速度を常温時の電圧の変化量及び変化速度と同一となるように前記信号発生手段により制御可能であり、さらに前記第3の信号は、前記インク滴が吐出された後の収縮状態にある前記圧力発生室を前記中間電位で規定される状態に復帰させるように前記信号発生手段により制御可能であるように構成されている。
【0005】
【作用】
中間電位を温度により変化させて、第2の信号によるインク吐出時のメニスカスの位置を調整して、ノズル開口までの流路抵抗とインク粘度とを相殺させ、温度に関わりなく、インク滴の重量と飛行速度とを一定に維持する。
【0006】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図1は、本発明が適用されるインクジェット式記録ヘッドの一実施例を、1つのアクチュエータユニットの圧力発生室近傍の構造で示すものであって、図中符号1は第1の蓋体で、厚さ9μm程度のジルコニアの薄板から構成され、その表面には圧力発生室2、2に対向するように駆動電極3、3を形成し、その表面にPZT等からなる圧電振動子4、4を固定して構成されている。
【0007】
5は、スペーサで、圧力発生室2、2を形成するのに適した厚さ、例えば150μmのジルコニア(ZrO2)などのセラミックス板に通孔を穿設して構成され、後述する第2の蓋体6と第1の蓋体1とにより両面を封止されて圧力発生室2、2を形成している。
【0008】
圧力発生室2、2は、圧電振動子4、4のたわみ振動を受けて膨張、収縮してインク供給口7、7を介して共通のインク室8、8のインクを吸引して、ノズル開口9、9からインク滴を吐出する。
【0009】
6は、前述の第2の蓋体で、やはりジルコニア等のセラミック板に、圧力発生室2、2の対向側の端部でノズル開口9、9に連通するノズル連通孔10、10と、また外側でインク供給口7、7と連通する連通孔11、11を穿設して構成されている。
【0010】
12は、インク供給口形成基板で、圧力発生室2、2の中央部側にノズル開口9、9と接続するノズル連通孔13、13を、また外側には共通のインク室8、8と圧力発生室2、2とを接続する前述のインク供給口7、7を穿設して構成されている。
【0011】
14は、共通のインク室形成基板で、共通のインク室8、8を形成するに適した厚み、例えば150μmのステンレス鋼などの耐蝕性と剛性を備えた板材に、共通のインク室8、8の形状に対応する通孔と、その外側にノズル開口9、9と接続する連通孔15、15を穿設して構成されている。
【0012】
16は、ノズルプレートで、ノズル開口9、9を列状に、複数列、この実施例では2列形成して構成されている。なお、図中符号17は外部回路からの信号を圧電振動子4、4に供給するフレキシブルケーブルを示す。
【0013】
図2は、上述した記録ヘッドを駆動する駆動装置の一実施例を示すものであって、図中符号30は、信号発生回路で、図3に示したように外気温度が高くなるほど高い電位となる中間電位Vcと、中間電位Vcから基準電位Vsに降下する第1の信号と、基準電位Vsと最高電位VHとの差分として発生され、インク滴を吐出させるための第2の信号と、最高電圧VHと中間電位Vcとの差分として発生され、収縮状態にある圧力発生室2をもとの状態に戻すとともに、共通のインク室8から圧力発生室2にインクを吸引するための第3の信号とを発生させるように構成されている。そして中間電位Vcは温度検出手段31からの温度により制御可能となっている。
【0014】
この実施例において、外気温度が常温の場合には、中間電位Vcは、1滴のインク滴が印刷に最適な量となるように定められた値となる。この状態で、印刷信号が入力すると、中間電位Vcに充電されていた圧電振動子4が第1の信号で放電して、圧力発生室2が中間電位Vcに相当する分だけ膨張する。これによりメニスカスMがノズル開口2からこの膨張量に相当する分だけ引き込まれる(図5)。
【0015】
所定時間が経過した段階で、基準電位Vsと最高電位VHとの差分としての第2の信号が出力して圧力発生室2を収縮させる。第2の信号が出力される時点では、一旦圧力発生室2に引き込まれたメニスカスがノズル開口9に向かって移動して印刷に適した位置に到達しているため、常温でのインクの粘度と、メニスカスのノズル開口9までの距離ΔLに見合ったインク量のインク滴が吐出され、所定の速度で飛行する。
【0016】
インク滴吐出後、圧電振動子4が第3の信号により放電され、次の印刷に備えて圧力発生室が元の容積に復帰する。そして印刷信号にタイミングを合わせて再び中間電位Vcに充電される。以下、このような工程を繰返して印刷を実行する。
【0017】
外気温が高く、したがってインクの粘度が常温に比較して低下している場合には、中間電位Vcが常温時よりも上昇する。この状態で印刷信号が入力すると、中間電位Vcに充電されていた圧電振動子4が第1の信号で放電して、圧力発生室2が常温時よりも大きく膨張する。
【0018】
このため、メニスカスが常温時よりも圧力発生室側に大きく引き込まれる。所定時間が経過した段階で、基準電位Vsと最高電位VHとの差分としての第2の信号が出力して圧力発生室2を収縮させる。第2の信号が出力される時点では、一旦圧力発生室2に引き込まれたメニスカスがノズル開口9に向かって移動しているが、圧力発生室2に大きく引き込まれているから、ノズル開口9からの距離ΔLが長く、ここからノズル開口9までの流体抵抗が大きくなる。
【0019】
しかしながら温度が上昇していてインクの粘度が低下しているから、両者のファクタが相殺されることになり、インク量に変化を来すことなく、しかも吐出時に受ける圧力が一定となるから、常温時と同一のインク量のインク滴が常温時と同一の飛行速度で飛翔する。
【0020】
一方、外気温が低く、したがってインクの粘度が常温に比較して上昇している場合には、中間電位VCが常温時よりも低下する。この状態で印刷信号が入力すると、中間電位Vcに充電されていた圧電振動子4が放電して、圧力発生室2が常温時よりも膨張量が少なくなる。
【0021】
このため、メニスカスMが常温時よりもノズル開口側に位置する。所定時間が経過した段階で、基準電位Vsと最高電位VHとの差分としての第2の信号が出力して圧力発生室2を収縮させる。第2の信号が出力される時点では、メニスカスが既にノズル開口9の近傍に位置していてノズル開口9までの流体抵抗が小さいが、インクの粘度が上昇しているから、両者のファクタが相殺されることになり、インク量に変化を来すことなく、しかも吐出時に受ける圧力が一定となるから、常温時と同一のインク量のインク滴が常温時と同一の飛行速度で飛翔する。
【0022】
以下、このように外気温に応じて中間電位Vcを変化させることにより、インク吐出時点のメニスカスとノズル開口との距離を調整してインクの粘度の変化に起因する抵抗を相殺して、インク滴のインク量、及び飛行速度を温度変化に関わりなく、一定に維持する。
【0023】
なお、上述の実施例においては、第3の信号を一旦、基準電位Vsまで低下させてから、次の印刷に備える中間電位Vcを印加するようにしているが、図4に示したように放電終了時の電位を中間電位Vcをとするようにしても同一の作用を奏することは明らかである。すなわち、第3の信号は、インク滴吐出以後に次のインク滴吐出に備えてインク滴吐出により収縮した圧力発生室2を元の状態に復帰させる操作であるから、インク滴吐出特性にかかわるようなメニスカスの運動を誘起しない。
【0025】
さらに、特にインク滴を吐出させるために圧力発生室を収縮させる時間tcを可及的に一定に維持することにより、メニスカスが最適な位置に移動した時点でインク滴を吐出させることができて、インク滴のインク量、及び飛行速度を温度変化に関わりなく一定に維持することが可能となる。
【0026】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、圧力発生室を膨張させる第1の信号の振幅を中間電位である第3の信号により調整してメニスカスの引き込み量を変えることができ、インク滴吐出のための第2の信号の振幅を一定としてインク滴の速度を変えることなく、メニスカスの位置によりヘッドのインク吐出能力を調整してインク滴のインク量を温度に関わりなく一定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のインクジェット記録装置に使用するインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図2】本発明の信号発生手段の一実施例を示す示すブロック図である。
【図3】同上装置における信号の一実施例を示す波形図である。
【図4】同上装置における信号の他の実施例を示す波形図である。
【図5】ノズル開口近傍のメニスカスの挙動を示す図である。
【図6】中間電位とインク滴の重量比との関係を示す線図である。
【図7】インク温度とインク滴のインク量との関係を示す線図である。
【符号の説明】
2 圧力発生室
4 圧電振動子
8 共通のインク室
9 ノズル開口
Claims (1)
- ノズル開口、及びインク供給口を介して共通のインク室に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドと、前記圧電振動子を駆動するための、第1の信号、第2の信号、及び第3の信号を発生する信号発生手段とを有するインクジェット式記録装置において、
前記第1の信号は、中間電位から基準電位までの電圧の変化により前記圧力発生室を膨張させてインク滴を吐出させる信号であって、外気温度が常温よりも高い場合には、前記基準電位と前記中間電位との電位差を常温時の電位差よりも大きくして、前記インク滴を吐出させる際のメニスカスの位置を、常温時よりも圧力発生室側に大きく引き込ませ、外気温度が常温よりも低い場合には、前記基準電位と前記中間電位との電位差を常温時の電位差よりも小さくして、前記インク滴を吐出させる際のメニスカスの位置を、常温時よりも圧力発生室側に小さく引き込ませるべく前記信号発生手段により制御可能であり、
また前記第2の信号は、前記基準電位から最高電位までの電圧の変化により前記圧力発生室を収縮させて前記インク滴を吐出させる信号であって、前記基準電位から前記最高電位までの電位差が前記基準電位から前記中間電位までの電位差よりも大きく、かつ外気温度が変化しても電圧の変化量及び変化速度を常温時の電圧の変化量及び変化速度と同一となるように前記信号発生手段により制御可能であり、
さらに前記第3の信号は、前記インク滴が吐出された後の収縮状態にある前記圧力発生室を前記中間電位で規定される状態に復帰させるように前記信号発生手段により制御可能であるインクジェット式記録装置。
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