JP4283007B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の印字体にインクを吐出させて印字を行うための吐出手段を備えた印字ヘッドを有するインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、所定の印字体にインクを吐出させて印字を行うインクジェットプリンタはパーソナル用、業務用において普及してきている。このようなインクジェットプリンタにおいては、一方で品質向上のために吐出インクの印字体への着弾位置の安定化が望まれ、他方でインク吐出の長距離化が望まれている。そのため、インク吐出の速度を向上させる必要がある。
【０００３】
従来、インクジェットプリンタには、大別してコンティニュアス方式とオンデマンド方式がある。コンティニュアス方式は、印字ヘッドの各ノズルより常にインク滴を吐出させ、当該吐出されたインク滴を印字データに基づいて印字体に着弾させるか否かで印字させる方式のもので、吐出手段として圧電アクチュエータが一般的に使用されている。また、オンデマンド方式は、印字データに基づいて印字ヘッドの対応するノズルよりインク滴を適時吐出させて印字させるもので、吐出手段としていわゆるピエゾ方式とサーマル方式が知られており、ピエゾ方式では超音波を用いることも知られている。例えば、超音波を用いるものとして、以下の特許文献１等に開示されている。
【０００４】
また、インクジェットプリンタにおいては、顔料のインクを使用する場合に生じる問題としてインクの沈降や凝集が起こることから、超音波を使用して拡販することで当該インクの沈降や凝集を防止することも知られている。このような場合の超音波を使用するものとして、以下の特許文献２等に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３７４２０号公報
【特許文献２】
特開２００１−３２２２９７号公報
【０００６】
ところで、上記のようなインクジェットプリンタでは、インク滴の飛翔速度によって印字品質に影響を及ぼすことがある。上記オンデマンド方式では、１５ＫＨｚ程度の周波数でインク滴を吐出させることが一般的であり、この場合のインク滴の飛翔速度は約１０ｍ／ｓｅｃである。また、上記コンティニュアス方式では、印字ヘッドのノズル全体を圧電アクチュエータによってインク滴を吐出させることから、オンデマンド方式より飛翔速度が速いということがいえる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記オンデマンド方式のインクジェットプリンタでは、印字ヘッドと印字体とのギャップが１ｍｍを超えると印字品質の低下を招き、当該ギャップを設計する際に制限となって自由度が少ないという問題がある。また、コンティニュアス方式では、オンデマンド方式よりインク滴の飛翔速度が速いとはいえ、同様に印字体とのギャップ設計において制限があるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、印字ヘッドより吐出されるインク滴の飛翔速度を向上させるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、印字データに基づいて、所定数のノズルおよび吐出手段を備えた印字ヘッドの当該吐出手段により所定ノズルよりインク滴を吐出して所定の印字体に着弾させることで印字を行うインクジェットプリンタであって、前記印字ヘッドに対し、前記インク滴の吐出方向に振動力を付与する振動手段と、少なくとも、前記印字ヘッドの前記吐出手段に所定ノズルよりインク滴を吐出させるための吐出制御信号を生成すると共に、当該吐出手段による前記インク滴吐出における吐出力に当該吐出力と同方向のみの振動力を重畳させるべく前記振動手段を所定タイミングで駆動制御する振動制御信号を生成し、前記吐出制御信号と当該振動制御信号とを同期させる制御処理手段と、を有する構成とする。
【００１０】
請求項２〜５の発明では、「前記振動手段は、前記印字ヘッドに設けられる所定の振動子である」構成であり、
「前記振動子と印字ヘッドの間に当該振動子による振動を増幅する増幅器が介在される」構成であり、
「前記制御処理手段は、前記吐出制御信号、および前記振動制御信号を、同一タイミングのクロックパルスより生成する」構成であり、
「前記制御処理手段は、前記クロックパルスを単一の手段により生成させる場合に、前記吐出力に前記振動力を重畳させるべく前記振動制御信号および前記吐出制御信号の何れかを位相補正をして生成する」構成である。
【００１１】
このように、印字ヘッドに対してインク滴の吐出方向に振動力を付与する振動手段を設け、印字ヘッドの吐出手段に所定ノズルよりのインク滴吐出における吐出力に当該吐出力と同方向のみの上記振動手段の振動力を同期させて重畳させる。すなわち、印字ヘッドの備える吐出手段によるインク滴の吐出力に、振動手段から振動力が加わることとなって吐出されるインク滴の飛翔速度を向上させることが可能となるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図により説明する。図１〜図５は、オンデマンド方式のインクジェットプリンタについて説明するが、コンティニュアス方式のものでも適用することができるものである。
【００１３】
図１に、本発明に係るインクジェットプリンタのブロック構成図を示す。図１において、本発明のインクジェットプリンタ１１は、制御処理手段１２、インク吐出アクチュエータ１３、超音波振動子１４、用紙供給搬送手段１５および位置検出手段１６を含んで構成される。
【００１４】
上記インク吐出アクチュエータ１３は、後述の印字ヘッドに備えられるもので、例えば圧電素子またはヒータが使用される。本実施形態では圧電素子として説明するが、ヒータを使用したサーマル方式でも同様である。上記超音波振動子１４は、例えば圧電素子で構成された振動手段の一部を構成する振動子であり、超音波領域の周波数の印加パルスに応じて当該周波数で振動する。そして、当該超音波振動子１４は、インク滴の吐出方向に振動力を付与するように、適宜振動を増幅する増幅器であるホーンを介在させて印字ヘッドに設けられる（図２および図３説明する）。
【００１５】
上記用紙供給搬送手段１５は、印字体としての連続用紙を印字ヘッドに対して供給搬送するための一般的な機構であり、本実施形態では図示を省略する。なお、印字体として連続用紙に限らず枚葉の用紙であってもよく、また用紙に限らずフィルム等であってもよい。そして、上記位置検出手段１６は、印字対象の連続用紙の印字位置を検出または特定するためのもので、例えば透過形光センサやロータリエンコーダ等の既存のもので実現することができる。
【００１６】
上記制御処理手段１２は、少なくとも、印字ヘッドの所定ノズルよりインク滴を吐出させるための吐出制御信号を生成すると共に、インク滴吐出における吐出力に当該吐出力と同方向のみの振動力を重畳させるべく振動手段（超音波振動子１４）を所定タイミングで駆動制御する振動制御信号を生成するものとして、適宜、制御手段２１、バス２２、ドライバ２３、インタフェース（ＩＦ）２４、メモリ２５、用紙制御手段２６、アクチュエータ駆動制御手段２７、振動駆動制御手段２８および発振生成手段２９を備える。
【００１７】
上記制御手段２１は、インクジェットプリンタ１１を統括的に制御するもので、そのためのプログラムが例えばメモリ２５に格納される。当該メモリ２５は、その他に例えばホストコンピュータより入力される印字データを一旦記憶したり、上記制御手段２１や他の手段の適宜作業領域となる。上記ドライバ２３は、超音波振動子１４、インク吐出アクチュエータ１３および用紙供給搬送手段１５に出力する制御信号を各手段に応じて対応化するためのものである。
【００１８】
上記ＩＦ２４は、例えば上記印字データや位置検出手段１６からの信号を入力する際の当該制御処理手段１２との整合性を取るためのものである。上記用紙制御手段２６は、印字データに基づいた制御手段２１からのコマンドに応じて用紙供給搬送手段１５への制御駆動信号を生成して送出する。上記アクチュエータ駆動制御手段２７は、印字データに基づいた制御手段２１からのコマンドに応じてインク吐出アクチュエータ１３に対する吐出制御信号を生成して送出する。上記振動駆動制御手段２８は、制御手段２１からのコマンドに応じて超音波振動子１４への振動制御信号を生成して送出する。
【００１９】
そして、上記発振生成手段２９は、図示しないが外部または内部回路による周波数設定に応じて、上記アクチュエータ駆動制御手段２７および振動駆動制御手段２８による信号生成の基本となるクロックパルスを生成する。すなわち、この制御処理手段１２では、アクチュエータ駆動制御手段２７および振動駆動制御手段２８による吐出制御信号生成および振動制御信号生成の基本のクロックパルスを単一の発振生成手段２９により生成するものである。なお、上記吐出制御信号および上記振動制御信号が所望の同期が取られるものであれば発振生成手段は必ずしも単一である必要はない。
【００２０】
ここで、図２に、本発明に係るインクジェットプリンタによる印字状態の概念図を示す。図２において、インクジェットプリンタ１１は、印字ヘッド３１が、図示しない上記用紙供給搬送手段１５により供給される連続用紙３２に対して、その印字面と所定のギャップ（例えば１ｍｍ、１．５ｍｍ，２ｍｍ等）で配置され、所定の印字位置でインク吐出によりインク滴を直接着弾させて印字を行う。
【００２１】
当該印字ヘッド３１は、後述の図３で示す上記インク吐出アクチュエータ１３を備えるもので、その上面には超音波振動を増幅する増幅器であるホーン３３が当接される。そして、ホーン３３上に上記超音波振動子１４が設けられて、インク滴の吐出方向に振動力を付与する。なお、超音波振動子１４の振動のみで所望のインク滴吐出速度が得られるのであれば、上記ホーン３３は省略することができ、当該超音波振動子１４が直接印字ヘッド３１上に設けられる。
【００２２】
一方、連続用紙３２は、例えば搬送のためのマージナル部３２Ａ，３２Ｂが設けられており、上記位置検出手段１６が例えばマージナル孔を検出（カウント等）して印字位置を特定し、当該検出信号に基づいて制御処理手段１２において印字タイミングが特定されるものである。
【００２３】
また、図３に、図１および図２における印字ヘッド部分の説明図を示す。図３は断面概念図を示したもので、インク室４１が所定数配置され、各インク室４１より連続用紙３２方向に対応のノズル４２がそれぞれ形成されている。また、各インク室４１の上部は可撓性部材で形成され、当該上部にはインク吐出アクチュエータ１３が配置される。当該インク吐出アクチュエータ１３はインク室４１に対応した圧電素子４３Ａ，４３Ｂが基板上に配置されたもので、対応の圧電素子４３Ａ，４３Ｂが対応のインク室４１の可撓性部材に当接状態に設けられるものである。
【００２４】
すなわち、所望の圧電素子４３Ａ，４３Ｂを通電することで対応のインク室４１における可撓性部材を撓ませ、これによってインク室４１内のインク滴を対応のノズル４２より吐出させて連続用紙３２上に着弾させるものである。この場合、インク滴の吐出方向への振動がホーン３３を介して超音波振動子１４より付与され、さらに、インク滴吐出の吐出力に超音波振動子１４からの下方のみの振動力を重畳させるものである。
【００２５】
なお、図示しないが、上記印字ヘッド３１には、適宜、各インク室４１にインクを供給するためのインク溜部が設けられている。また、インク室４１（ノズル４２）は、本実施形態では連続用紙３２の幅方向に対応してライン状に形成された場合を示したが、印字態様（例えば、白黒印字、カラー印字）によって、その個数、配列が決定されるものである。
【００２６】
そこで、図４に、本発明によるインク吐出の原理説明図を示す。図４（Ａ）はインク滴速度の概念説明図であり、図４（Ｂ）は付加される振動力を説明するための図である。図４（Ａ）において、印字ヘッド３１の所定インク室４１（ノズル４２）よりインク滴５１がその吐出力（速度Ｓ１）により吐出されたときに、超音波振動子１４（ホーン３３）の下方のみの振動力（速度Ｓ２）が重畳され、これによって印字体である連続用紙４２に対するインク滴５１の着弾速度がＳ０（＝Ｓ１＋Ｓ２）となって、その速度が向上されるものである。
【００２７】
上記重畳を原理的に説明すると、図４（Ｂ）に示すように、超音波振動子１４（ホーン３３）より印字ヘッド３１に伝達される振動は、ミクロ的にみれば正弦波（余弦波）であり、その振動波の頂点より谷底までの、すなわち下方向の振動のみを当該印字ヘッド３１からの吐出力に重畳させることでインク滴５１の速度を向上させるものである。
【００２８】
例えば、超音波振動子１４（ホーン３３）には２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの超音波を印加することが可能であり、当該超音波振動子１４（例えばセラミックで厚さ数ｍｍ）とした場合に、±２μｍ〜±５μｍの撓みを得ることができ、例えばジュラルミン、チタンまたはアルミ化合物等で作製したホーン３３を使用した場合に、ホーン先端で約±３０μｍの撓みを得ることができる。従って、ホーン３３を使用した場合の印字ヘッド３１に付与する撓みストロークを最大約６０μｍ（＝Ｌ）とすることができる。
【００２９】
そこで、超音波振動子１４に例えば２０ＫＨｚ（＝ｆ）の超音波を印加した場合、１波長分の時間はＴ（＝１／ｆ）ｓｅｃであり、図４（Ｂ）に示すように、ホーン３３の先端における下方向のみでの時間はＴ／２であることから、下方向に働く振動の速度Ｓ２は、

となる。ここでは、ストロークが６０μｍと小さいことから、重力加速度（Ｇ）は無視してある。すなわち、印字ヘッド３１には、そのインク滴５１の吐出時に２．４（ｍ／ｓ）の速度が加えられることとなる。
【００３０】
従って、図４（Ａ）に示すように、印字ヘッド３１より吐出されるインク滴５１の吐出速度（Ｓ１）を従前のように１０（ｍ／ｓ）とした場合、上記振動の速度Ｓ２が重畳されて吐出されたインク滴５１の速度Ｓ０は、
Ｓ０＝Ｓ１＋Ｓ２＝１２．４（ｍ／ｓ）
となって、単純計算として２４パーセントの速度向上が図られるものである。
【００３１】
そこで、図５に本発明によるインク吐出のタイミングチャートを示して、図１の制御処理手段１２におけるインク吐出の制御処理と共に説明する。まず、図１において、発振生成手段２９では、図５に示すようなクロックパルス（例えば２０ＫＨｚ）が生成され、当該クロックパルスがアクチュエータ駆動制御手段２７による吐出信号生成の基準とされる。すなわち、入力される印字データに基づいて、例えば図５に示すように、クロックパルスの立ち下がり時を基準としたインク吐出パルスの吐出制御信号が生成される。
【００３２】
一方、上記発振生成手段２９で生成されたクロックパルスは、振動駆動制御手段２８における振動制御信号生成の基準とされる。このとき、ホーン３３が使用される場合として、超音波振動子１４の振動がホーン先端に届くまでの遅延分（Ｄ）を考慮した位相θに基づいて、図５に示すように、クロックパルスをθ分の位相を遅延させる補正を行って振動制御信号用の振動子駆動パルスを生成し、これを超音波振動子１４に送出する。
【００３３】
上記超音波振動子１４は、図５に示す振動子駆動パルスによって、破線で示すような振動波が発生する。この超音波振動子１４で発生した振動波は、ホーン先端では、図５のホーン先端振動波として示されるように、その振動遅延分（Ｄ）の後に伝達されることとなる。すなわち、上記遅延位相θは、当該ホーン先端振動波が下方向となる部分で上記クロックパルスの立ち下がり（インク吐出パルス）と同期させるためのもので、ホーン３３の形状等で適宜設定されるものである。
【００３４】
なお、図５では、ホーン先端振動波の立ち下がり部分のうち、その中間でインク吐出パルスが生成される場合としている。すなわち、重力加速度が影響される場合には中間部分が望ましいが、当該重力加速度を無視できる場合には、当該ホーン先端振動波の立ち下がり部分における直線部分の何れであってもよい。
【００３５】
このように、印字ヘッド３１への印字データに基づくインク吐出パルスのタイミングが、常にホーン３３からの下方向（インク吐出方向）の振動波部分で生成されることとなり、当該振動力が印字ヘッド３１からのインク滴５１の吐出力に重畳されることとなるものである。
【００３６】
すなわち、印字ヘッド３１の備えるインク吐出アクチュエータ１３によるインク滴５１の吐出力に、超音波振動子１４（ホーン３３）からの振動力が重畳されることでインク滴吐出速度に振動速度が加わることとなって吐出されるインク滴５１の飛翔速度を向上させることができるものである。
【００３７】
これによって、インク滴５１が連続用紙３２（印字体）面に着弾するまでの時間が短縮されることとなり、着弾位置の安定による用紙における上下方向（インク吐出方向）のばたつきの影響が少なくなって印字品質を向上させることができるものである。一方で、インク滴５１の飛翔速度が向上することによって、当該インク滴５１の飛翔距離が増大することから、本発明に係るインクジェットプリンタ１１を他の装置に搭載する場合に制約が少なくなって自由度を向上させることができるものである。
【００３８】
ところで、上記実施形態は、オンデマンド方式のインクジェットプリンタについて説明したが、コンティニュアス方式のものに適用しても同様の効果を奏することができる。すなわち、コンティニュアス方式のインクジェットプリンタは、印字ヘッドより常にインク滴を吐出させるもので、吐出後に帯電させ、印字体に着弾させない場合には反対極性に帯電させた電極で回収トレイに導くようしたものである。
【００３９】
このようなコンティニュアス方式のインクジェットプリンタの場合、図１に示す制御処理手段１２は、印字ヘッドには上記のように超音波振動子１４（ホーン３３）からの振動力をインク滴吐出力に重畳させるように制御し、印字データに基づいて吐出されたインク滴を回収トレイに導くか、若しくはそのまま印字体に着弾させるかを制御して印字させるものである。これによって、インク滴が印字体に着弾される場合にはその飛翔速度が増大されるもので、印字ヘッドと印字体とのギャップ設計において自由度を向上させることができるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、印字ヘッドに対してインク滴の吐出方向に振動力を付与する振動手段を設け、印字ヘッドの吐出手段に所定ノズルよりのインク滴吐出における吐出力に当該吐出力と同方向のみの上記振動手段の振動力を同期させて重畳させる構成とすることにより、印字ヘッドより吐出されるインク滴の飛翔速度を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットプリンタのブロック構成図である。
【図２】本発明に係るインクジェットプリンタによる印字状態の概念図である。
【図３】図１および図２における印字ヘッド部分の説明図である。
【図４】本発明によるインク吐出の原理説明図である。
【図５】本発明によるインク吐出のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１１ インクジェットプリンタ
１２ 制御処理手段
１３ インク吐出アクチュエータ
１４ 超音波振動子
１５ 用紙供給搬送手段
１６ 位置検出手段
２１ 制御手段
２７ アクチュエータ駆動制御手段
２８ 振動駆動制御手段
２９ 発振生成手段
３１ 印字ヘッド
３２ 連続用紙
３３ ホーン
４１ インク室
４２ ノズル
４３ 圧電素子

Claims (5)

1. 印字データに基づいて、所定数のノズルおよび吐出手段を備えた印字ヘッドの当該吐出手段により所定ノズルよりインク滴を吐出して所定の印字体に着弾させることで印字を行うインクジェットプリンタであって、
   前記印字ヘッドに対し、前記インク滴の吐出方向に振動力を付与する振動手段と、
   少なくとも、前記印字ヘッドの前記吐出手段に所定ノズルよりインク滴を吐出させるための吐出制御信号を生成すると共に、当該吐出手段による前記インク滴吐出における吐出力に当該吐出力と同方向のみの振動力を重畳させるべく前記振動手段を所定タイミングで駆動制御する振動制御信号を生成し、前記吐出制御信号と当該振動制御信号とを同期させる制御処理手段と、
   を有することを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 請求項１記載のインクジェットプリンタであって、前記振動手段は、前記印字ヘッドに設けられる所定の振動子であることを特徴とするインクジェットプリンタ。
3. 請求項２記載のインクジェットプリンタであって、前記振動子と印字ヘッドの間に当該振動子による振動を増幅する増幅器が介在されることを特徴とするインクジェットプリンタ。
4. 請求項１〜３の少なくとも何れかに記載のインクジェットプリンタであって、前記制御処理手段は、前記吐出制御信号、および前記振動制御信号を、同一タイミングのクロックパルスより生成することを特徴とするインクジェットプリンタ。
5. 請求項４記載のインクジェットプリンタであって、前記制御処理手段は、前記クロックパルスを単一の手段により生成させる場合に、前記吐出力に前記振動力を重畳させるべく前記振動制御信号および前記吐出制御信号の何れかを位相補正をして生成することを特徴とするインクジェットプリンタ。

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