JP4578671B2 - インクジェットヘッドの駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パーソナルコンピュータやファクシミリ装置などから出力される画像データを記録する装置としてインクジェット方式の記録装置がある。この方式は、静粛性、各種材質の用紙に記録可能であるという点で優れている。
【０００３】
インクジェットヘッドの構造の概略を図１に示す。本図は、インクジェットヘッドの一部を分解して成る分解斜視図である。インクジェットヘッドは、キャビティプレート１０に圧電アクチュエータ２０を重合させ、更にフレキシブルフラットケーブル３０を重ねた構造をしている。本図中、符号１６はキャビティ、符号１９はインクをインクジェットヘッドに供給するための供給穴、符号２６、２７は後述する圧電変形部５０に通電するための表面電極である。キャビティプレート１０は更に５枚のプレートを重合させることにより構成されている。
【０００４】
図２、図３は、いずれもキャビティプレート１０、圧電アクチュエータ２０を重合させた状態でインクジェットヘッドを長手方向に垂直に断面にしたもので、図１とは上下方向が逆になっている。まず図２（ａ）に示すようにキャビティプレート１０は、ノズルプレート３４、第１プレート３６ａ、第２プレート３６ｂ、第３プレート３６ｃ、第４プレート３６ｄの５枚のプレートを重合することにより形成されている。そして各プレート３６ａ〜３６ｄに形成された穴によりマニホールド４４、絞り部４６、キャビティ１６、連通路４８が形成されている。ノズルプレート３４にはノズル穴３２が形成されており、ここから連通路４８内のインクが吐出される。なおマニホールド４４は図示しない流路により供給穴１９に連通している。インクジェットヘッド内には、キャビティ１６及びノズル穴３２が７５個、本図とは左右対称のものが７５個の計１５０個が本図に垂直な方向に並列されている。なおこの並列状態は、１５０個のノズル穴３２が一直線に並ぶようにされている。また圧電アクチュエータ２０には複数の圧電変形部５０が設けられており、これがキャビティ１６に臨んでいる。
【０００５】
通常の状態においては、図２（ｂ）のようになっている。この状態では、圧電変形部５０に電圧が印加され、本図の上下方向に膨張した状態となっている。この状態から圧電変形部５０への電圧印加を停止させると、図２（ｃ）のように圧電変形部５０が収縮し、キャビティ１６内が負圧となり、マニホールド４４からインクが流入する。そして再び電圧を印加すると、図３（ａ）の状態となる。すなわち、圧電変形部５０は再び膨張し、先程流入したインクが加圧され、ノズル穴３２から液滴Ｉとなって吐出される。以上の動作を、インクジェットヘッドの外部から供給される駆動波形にしたがって所定回数行なうことにより所望の濃度のドットを形成して行く。
【０００６】
ところがこの吐出の際、図３（ｂ）に示すように液滴Ｉ以外にサテライト（図中の符号Ｓ。これに対し液滴Ｉを以下、主液滴Ｉという）と呼ばれる余分な液滴が発生することがある。これは、複数の液滴で１ドットを形成するために連続して吐出した後など、主液滴Ｉの吐出後もキャビティ１６内の圧力変動が十分納まらず、残存圧力によってインクが飛び出してしまうのが主な原因である。サテライトＳが発生すると、記録の仕上がりが本来のそれからかけ離れたものとなってしまう。特に、現在形成しているドットの次に、同じノズル穴３２によってドットを形成しない場合には、サテライトＳがこのドット位置に飛散すると、目立つので深刻である。またサテライトＳが形成されなくても、圧力変動により次のドット形成が不安定になることがある。
【０００７】
そこで、従来よりサテライトの発生を防いだり、不安定な吐出を防ぐために駆動波形にキャンセルパルスを挿入することが行なわれている。これについて図４に示す。図４は、キャンセルパルス入りの駆動波形が発生される様子を示すタイムチャートである。まず、インクジェットヘッドの動作の基準となるストローブが発生すると、ドット濃度などに対応するドット情報がデータとなってインクジェットヘッドの制御回路に入力される。そして制御回路は、ドット情報と、パルス発生の基準となるクロックとに基づいて、そのドット情報に対応する駆動波形を決定する。
【０００８】
なお、制御回路は、イメージメモリから読み出した印字すべきドット情報を順次記憶し、現在のドットの次に吐出するか否かを判断することができる。制御回路が、現在のドット情報が吐出あり、次のドット情報が吐出なしであることを判断すると、現在のドット形成のためにキャンセルパルスＣＰを有する駆動波形を選択する。キャンセルパルスＣＰが入った駆動波形にしたがって圧電変形部５０を駆動すると、キャビティ１６内の圧力変動が安定し、図３（ｃ）に示すようにサテライトＳの発生を抑えたり、不安定な吐出を解消することができる。なお、キャンセルパルスＣＰは図４では駆動波形の末尾に挿入されているが、駆動波形の中間に挿入されることもある。また１つの駆動波形中の複数箇所に挿入されることもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、本来のドットを形成するのに必要な駆動波形にキャンセルパルスを挿入するため、駆動波形全体が長くなってしまう。この波形に合わせて吐出周期を決めると、インクジェットヘッドの動作速度が全体的に低下してしまう。
【００１０】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、駆動波形が長くなっても、高速に記録動作を行なうことができるインクジェットヘッドの駆動装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる課題を解決するためになされた本発明の請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動装置は、記録媒体との相対移動方向に沿って順次形成すべきドット情報にもとづき、予め定められた吐出周期において選択的に駆動波形を発生することによりキャビティ内のインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動装置において、
それぞれが駆動波形を繰り返すように構成された第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号を、互いに同期させた状態で発生する波形発生手段と、
連続する吐出周期のドット情報の有無に基づいて、前記第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号の中から１つを選択してインクジェットヘッドへ出力する波形選択手段と、
を備え、
前記第１の波形信号は、前記連続する２つの吐出周期にまたがる前記駆動波形を繰り返し、
前記第１の波形信号によって繰り返される駆動波形は、前記キャビティ内の圧力変動を低減させるキャンセルパルスを含み、
前記第２の波形信号は、前記第１の波形信号の前記駆動波形と同じ駆動波形を前記吐出周期分だけ遅延させた状態で繰り返し、
前記波形選択手段は、現在の前記吐出周期のドット情報が有ると共に、現在の次の前記吐出周期のドット情報が無いとき、前記第１及び第２の波形信号のうちの、前記連続する２つの吐出周期にまたがる前記駆動波形が前記現在の吐出周期から始まる方の波形信号を選択することを特徴とする。
【００１２】
このような、請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動装置によれば、吐出・不吐出がこの順で連続するドット形成を行なう際には、吐出に対応するドットを形成する波形の１つとしてこの連続する２つの吐出周期にまたがる駆動波形を発生させるので、吐出周期が長くならない。従って、高速に記録動作を行うことができる。
【００１３】
【００１４】
さらに、長い駆動波形によってキャビティ内の圧力変動が大きくなっても、サテライトＳの発生や不安定な吐出を防止することができる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
請求項２に記載のインクジェットヘッドの駆動装置は、請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、
前記吐出周期ごとに状態が反転する信号である波形選択信号を発生する波形選択信号発生手段を備え、
前記波形選択手段は、
現在および、現在に連続する吐出周期のドット情報の有無、並びに、前記波形選択信号発生手段が発生した波形選択信号に応じて前記波形信号の種類を指定する指定信号を発生する指定信号発生手段と、
その指定信号に基づいて前記複数種類の波形信号の中から波形信号の１つを選択する選択手段とを備えることを特徴とする。
このような請求項２に記載のインクジェットヘッドの駆動装置によれば、現在が第１の波形信号と第２の波形信号のいずれを発生させるべきかを簡素に選択することができる。
【００１８】
請求項３に記載のインクジェットヘッドの駆動装置は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、
前記波形発生手段は、前記第１および第２の波形信号と同等のドット濃度を持ち、かつ１つの吐出周期内に収まる駆動波形を繰り返す第３の波形信号を発生し、
前記波形選択手段は、現在の吐出周期のドット情報と次の吐出周期のドット情報とがともに有りのとき、現在の吐出周期において前記第３の波形信号を選択することを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載のインクジェットヘッドの駆動装置によれば、吐出が連続する吐出周期に対しても適切にドットを形成することができる。
記録媒体との相対移動方向に沿って順次形成すべきドット情報にもとづき、予め定められた吐出周期において選択的に駆動波形を発生することによりキャビティ内のインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動装置において、
かかる課題を解決するためになされた本発明の請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動装置は、
第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号を発生する波形発生手段と、
連続する吐出周期のドット情報の有無に基づいて、前記第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号の中から１つを選択してインクジェットヘッドへ出力する波形選択手段と、
を備え、
前記第１の波形信号は、前記駆動波形を含んだ波形が、前記吐出周期の２倍の周期で繰り返され、
前記第１の波形信号によって繰り返される駆動波形は、前記キャビティ内の圧力変動を低減させるキャンセルパルスを含むと共に、開始のタイミングが吐出周期の開始と一致しており、
前記第１の波形信号の周期時間内において、前記駆動波形から前記キャンセルパルスを除いた波形の時間の長さは、前記吐出周期の長さと同じであり、
前記第１の波形信号において、前記キャンセルパルスは、前記駆動波形の末尾に発生させられ、
前記第２の波形信号は、前記第１の波形信号を前記吐出周期分だけ遅延させたものであり、
前記波形選択手段は、現在の前記吐出周期のドット情報が有ると共に、現在の次の前記吐出周期のドット情報が無いとき、前記第１及び第２の波形信号のうちの、前記駆動波形が前記現在の吐出周期から始まる方の波形信号を選択することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施の形態を図面と共に説明する。
まず、図５に本発明を適用したインクジェットヘッドの駆動装置を搭載したインクジェット式プリンタの主要部のブロック図を示す。すなわち本インクジェット式プリンタは、印字データ処理等の印字動作の制御を行なうゲートアレイ回路Ｇ／Ａ、その他のプリンタ全体の制御を行なうＣＰＵ、パーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムＰＣと接続するためのインタフェースＩ／Ｆ、コンピュータシステムＰＣから受信した印字データを格納するイメージメモリ、ＣＰＵにそれぞれの駆動回路を介して接続されたＣＲモータ（キャリッジ移動用）、ＬＦモータ（用紙搬送用）、キャリッジの原点センサ、印字位置に用紙があるか否かを検出する給紙センサ、キャリッジの位置を検出するためのキャリッジエンコーダ、プリントやデータ通信など本インクジェット式プリンタで実行される様々なプログラムやそのプログラムで使用されるデータが格納されたＲＯＭ、そのプログラムの実行において一時的なデータ記憶を行なうＲＡＭ、ヘッドドライバ、Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋの４色分用意されたインクジェットヘッド、ヘッド駆動、ロジック電圧、モータ駆動の電圧源である電源を備えている。
【００２１】
この中で、ヘッドドライバの周辺について更に詳細に表したのが図６である。本図に示すようにヘッドドライバ５５内には、シフトレジスタ５７、Ｄフリップフロップ５９、マルチプレクサ６１、ドライバ６３が構成されている。各ドライバ６３は、符号Ｃで表す圧電変形部と接続されている。ゲートアレイ回路Ｇ／Ａ内に構成された指定信号発生回路６５は、イメージメモリに格納された印字データ（ドット情報）を順次読み出し、後述するようにそのドット情報とＲＯＭ内のデータ、ロング波形選択信号に基づいて、波形信号の種類を指定する指定信号を発生し、シリアルに出力する。なお、本実施の形態では簡単のため、指定信号は２ｂｉｔの信号で、後述する４種類の駆動波形から１つを選択する。シリアルに出力された指定信号は、シフトレジスタ５７に入力され、１つのインクジェットヘッドのノズル孔数に対応するパラレルデータに変換され、さらに、パラレルデータに変換された指定信号は、Ｄフリップフロップ５９にラッチされ、ストローブ信号に同期してマルチプレクサ６１に出力される。この一方でマルチプレクサ６１には波形発生回路６６から３種類の波形が入力され、これにＶＤＤ１の定電圧を加えた計４種類の波形が入力されている。これら４種類の波形を図７に示す。
【００２２】
図７は、４種類の波形である、駆動波形０（ＶＤＤ１の電圧のこと）、駆動波形１、駆動波形２、駆動波形３に加え、ロング波形選択信号の各波形を示したタイムチャートである。また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示された各区間は吐出周期に対応している。駆動波形１は１吐出周期内で、複数のパルスを出力して指定の１ドットを形成する波形となっている。駆動波形２、３は、隣接する吐出周期にまたがって出力される波形で、複数のインク滴を連続して形成する複数の吐出パルスのみの波形であってもよいが、キャビティ内の圧力変動を抑えるキャンセルパルスＣＰを、吐出パルス列の末尾または中間に有する波形であることが好適である。駆動波形２と駆動波形３は、パルス列の内容は同一であるが、ストローブ信号の１吐出周期だけずれて出力される。ロング波形選択信号は、本図に示すようにLow電圧とHigh電圧を吐出周期毎に交互に繰り返す波形で、ＲＯＭのプログラムに基づいてＣＰＵが指定信号発生回路６５に出力する。また、ＲＯＭには、ロング波形選択信号と、前ドット、現在ドット及び後ドットの各情報に基づいて、現在ドットにおいて使用する駆動波形を選択するテーブル（その内容を表１に示す）が格納されている。指定信号発生回路６５は、イメージメモリから読み出した前ドット、現在ドット及び後ドットの各情報を記憶し、ＲＯＭの上記テーブルおよびロング波形選択信号を参照して現在ドットにおいて使用する駆動波形の種類を指定する信号（０、１、２、３）を出力する。なお、現在ドットが不吐出でも、駆動波形「３」「２」が選択されるのは、前ドットで選択された波形「３」「２」の続きの部分を形成するためである。
【００２３】
【表１】

【００２４】
なお、表１中「×」は、吐出、不吐出のいずれでもよいことを示す。ここで前ドット、現在ドット、後ドットについて図８を用いて説明する。図８は、１個のインクジェットヘッドが備える１５０個のノズルｃｈ０、ｃｈ１、…、ｃｈ１４９によりドットが形成されて行く様子を模式的に表した図である。前述したように１５０個のノズルは一直線に並列されており、これを搭載したキャリッジが並列方向に垂直に移動されることにより用紙上にドットを形成して行く。前ドットとは、現在よりも１吐出周期だけ前の位置にキャリッジがいた時に同じノズルで形成されるドット（不吐出の場合を含む。現在ドット、後ドットにおいても同じ）であり、後ドットとは次の１吐出周期で形成されるドットである。例えば、図８の各ノズルについて、仮に第２吐出列が現在ドットだとすると、第１吐出列が前ドット、第３吐出列が後ドットとなる。
【００２５】
つまり表１に示す選択方法では、現在のドットとその前のドットと次に形成するドットが吐出か不吐出かに加え、現在のドットが偶数番目の吐出周期か奇数番目の吐出周期かに基づいて選択する。このテーブルはＲＯＭに記憶されている。次にマルチプレクサ６１がＤフリップフロップ５９の出力に基づいてどの波形を出力するかを表２に示す。
【００２６】
【表２】

【００２７】
例えば、Ｄフリップフロップ５９の出力が２であれば駆動波形２を出力する。以上の処理により、ドット情報に応じて実際に出力される波形を図９に示す。本図では、ｃｈ０とｃｈ１の２つのノズルについて、それぞれ吐出と不吐出が不規則に発生した様子について１例を示している。表１に示すように、吐出後に不吐出が来る場合には必ずキャンセルパルスＣＰを含んだ駆動波形が選択されている。しかも指定信号発生回路が、ロング波形選択信号に基づいて適切に波形を選択しているので、吐出→不吐出のパターンが奇数番目に発生しても偶数番目に発生しても駆動波形２、駆動波形３の適切な方が選択されている。またｃｈ０の吐出周期Ｃやｃｈ１の吐出周期Ｂのように、次の吐出周期が吐出であれば、駆動波形１が選択されるので、１吐出周期内で、適切なドットが形成される。
【００２８】
このように構成されたインクジェットヘッドの駆動装置によれば、キャンセルパルスＣＰを含む駆動波形が隣接する２つの吐出周期にわたっているため、長い駆動波形によりキャビティ内の圧力変動が増大する場合であっても、サテライトＳの発生や不安定な吐出を防止することができると共に、その長い駆動波形を短い吐出周期でしようすることができ、高速に記録動作を行うことができる。
【００２９】
ここで、本実施の形態と本発明の構成の対応について説明する。波形発生回路６６が本発明の波形発生手段に相当し、ロング波形選択信号が本発明の波形選択信号発生手段により発生される波形に相当し、ＣＰＵおよびＲＯＭが本発明の波形選択信号発生手段に相当し、ＲＯＭおよび指定信号発生回路が本発明の指定信号発生手段に相当し、マルチプレクサ６１が本発明の選択手段に相当する。また、駆動波形２、駆動波形３、駆動波形１が第１の波形信号、第２の波形信号、第３の波形信号にそれぞれ相当する。
【００３０】
以上、本発明を適用した実施の形態について説明してきたが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく様々な態様で実施しうる。
例えば、キャンセルパルスＣＰは図９では駆動波形の末尾に挿入されているが、駆動波形の中間に挿入してもよい。また１つの駆動波形中の複数箇所に挿入してもよい。また表１のようなテーブルを用いることなく駆動波形の選択を行なっても良い。
【００３１】
また上記説明では階調情報について扱わなかったが、印字濃度が低いなどの理由で、キャンセルパルスＣＰを挿入しても１吐出周期内に駆動波形が納まる場合には、上記のような波形選択を行なわないようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェットヘッドの一部を分解して成る分解斜視図である。
【図２】 インクジェットヘッドにおいて、インクが吐出される仕組みを示す断面図である。
【図３】 インクジェットヘッドにおいて、インクが吐出される様子を示す断面図である。
【図４】 キャンセルパルス入りの駆動波形が発生される様子を示すタイムチャートである。
【図５】 インクジェット式プリンタの構成の概略を示すブロック図である。
【図６】 本発明を適用したインクジェットヘッドの駆動装置の、ゲートアレイ回路Ｇ／Ａの周辺を示したブロック図である。
【図７】 本発明を適用したインクジェットヘッドの駆動装置において選択肢となる４種類の駆動波形およびロング波形選択信号を示すタイムチャートである。
【図８】 波形選択に用いられる前ドット、現在ドット、後ドットの概念の説明図である。
【図９】 本発明のインクジェットヘッドの駆動装置によって実際に駆動波形を生成した様子を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１、２、３…駆動波形
１０…キャビティプレート １６…キャビティ
２０…圧電アクチュエータ
３２…ノズル穴 ３４…ノズルプレート
４４…マニホールド ４６…絞り部
４８…連通路 ５０…圧電変形部
５７…シフトレジスタ
５９…Ｄフリップフロップ
６１…マルチプレクサ
Ｇ／Ａ…ゲートアレイ回路
ＣＰ…キャンセルパルス
Ｉ…主液滴 Ｓ…サテライト

Claims (4)

1. 記録媒体との相対移動方向に沿って順次形成すべきドット情報にもとづき、予め定められた吐出周期において選択的に駆動波形を発生することによりキャビティ内のインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動装置において、
   それぞれが駆動波形を繰り返すように構成された第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号を、互いに同期させた状態で発生する波形発生手段と、
   連続する吐出周期のドット情報の有無に基づいて、前記第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号の中から１つを選択してインクジェットヘッドへ出力する波形選択手段と、
   を備え、
   前記第１の波形信号は、前記連続する２つの吐出周期にまたがる前記駆動波形を繰り返し、
   前記第１の波形信号によって繰り返される駆動波形は、前記キャビティ内の圧力変動を低減させるキャンセルパルスを含み、
   前記第２の波形信号は、前記第１の波形信号の前記駆動波形と同じ駆動波形を前記吐出周期分だけ遅延させた状態で繰り返し、
   前記波形選択手段は、現在の前記吐出周期のドット情報が有ると共に、現在の次の前記吐出周期のドット情報が無いとき、前記第１及び第２の波形信号のうちの、前記連続する２つの吐出周期にまたがる前記駆動波形が前記現在の吐出周期から始まる方の波形信号を選択する
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。
2. 請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、
   前記吐出周期ごとに状態が反転する信号である波形選択信号を発生する波形選択信号発生手段を備え、
   前記波形選択手段は、
   現在および、現在に連続する吐出周期のドット情報の有無、並びに、前記波形選択信号発生手段が発生した波形選択信号に応じて前記波形信号の種類を指定する指定信号を発生する指定信号発生手段と、
   その指定信号に基づいて前記複数種類の波形信号の中から波形信号の１つを選択する選択手段と
   を備える
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、
   前記波形発生手段は、前記第１および第２の波形信号と同等のドット濃度を持ち、かつ１つの吐出周期内に収まる駆動波形を繰り返す第３の波形信号を発生し、
   前記波形選択手段は、現在の吐出周期のドット情報と次の吐出周期のドット情報とがともに有りのとき、現在の吐出周期において前記第３の波形信号を選択する
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。
4. 記録媒体との相対移動方向に沿って順次形成すべきドット情報にもとづき、予め定められた吐出周期において選択的に駆動波形を発生することによりキャビティ内のインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動装置において、
   第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号を発生する波形発生手段と、
   連続する吐出周期のドット情報の有無に基づいて、前記第１及び第２の波形信号を少なくとも含む複数種類の波形信号の中から１つを選択してインクジェットヘッドへ出力する波形選択手段と、
   を備え、
   前記第１の波形信号は、前記駆動波形を含んだ波形が、前記吐出周期の２倍の周期で繰り返され、
   前記第１の波形信号によって繰り返される駆動波形は、前記キャビティ内の圧力変動を低減させるキャンセルパルスを含むと共に、開始のタイミングが吐出周期の開始と一致しており、
   前記第１の波形信号の周期時間内において、前記駆動波形から前記キャンセルパルスを除いた波形の時間の長さは、前記吐出周期の長さと同じであり、
   前記第１の波形信号において、前記キャンセルパルスは、前記駆動波形の末尾に発生させられ、
   前記第２の波形信号は、前記第１の波形信号を前記吐出周期分だけ遅延させたものであり、
   前記波形選択手段は、現在の前記吐出周期のドット情報が有ると共に、現在の次の前記吐出周期のドット情報が無いとき、前記第１及び第２の波形信号のうちの、前記駆動波形が前記現在の吐出周期から始まる方の波形信号を選択する
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。

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