JP4763331B2 - Waveform generation method of inkjet head drive signal and inkjet recording apparatus - Google Patents

Waveform generation method of inkjet head drive signal and inkjet recording apparatus Download PDF

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Description

本発明は、圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるインクジェットヘッドの駆動信号の波形を作成する方法に関する。
The present invention relates to a method for creating a waveform of a drive signal for an inkjet head that varies the volume of a pressure chamber in accordance with the drive signal.

圧電アクチュエータの変形によってインクが充填された圧力室の容積を可変させインクを吐出させる圧電式のインクジェットヘッドが、インクジェット記録装置において広く使われている。このような圧電式のインクジェットヘッドの一例として、特許文献1に開示されているせん断モード型がある。圧電式のインクジェットヘッドから所望なインク吐出をさせるために、インクジェットヘッドに適する波形を有する駆動信号を圧電アクチュエータに印加させている。駆動信号によって所望なインク吐出をさせ、さらにインク吐出後のインクの振動を制御する試みには、様々なものが提案されている。提案されている駆動信号の主な目的は、必要なインク吐出速度を得ながらインク吐出体積を可変させる階調印字が可能であること、またはインクを吐出させることに伴う残留圧力振動の抑制などである。さらに、アクチュエータの固有振動の抑制、クロストークの抑制なども、その目的である。しかしながら、従来の駆動信号の波形は、矩形波や勾配をもつ直線状の波形や正弦波など、比較的単純な波形要素の組み合わせであった。このような単純な波形要素の組み合わせによる駆動信号は、上記の目的を十分に満たすことはできなかった。   2. Description of the Related Art Piezoelectric ink jet heads that discharge ink by changing the volume of a pressure chamber filled with ink by deformation of a piezoelectric actuator are widely used in ink jet recording apparatuses. As an example of such a piezoelectric inkjet head, there is a shear mode type disclosed in Patent Document 1. In order to discharge desired ink from the piezoelectric ink jet head, a drive signal having a waveform suitable for the ink jet head is applied to the piezoelectric actuator. Various attempts have been proposed for causing desired ink ejection by a drive signal and further controlling vibration of ink after ink ejection. The main purpose of the proposed drive signal is to enable gradation printing that varies the ink ejection volume while obtaining the required ink ejection speed, or to suppress residual pressure oscillations associated with ink ejection. is there. Furthermore, the purpose is to suppress the natural vibration of the actuator and the crosstalk. However, the waveform of the conventional drive signal is a combination of relatively simple waveform elements such as a rectangular wave, a linear waveform having a gradient, and a sine wave. A drive signal based on such a combination of simple waveform elements cannot sufficiently satisfy the above-described purpose.

特許文献2には、駆動信号に対する圧力室(液室)の壁面の応答変位の周波数特性を測定し、測定した周波数特性に基づいて、圧力室(液室)の壁面に所定の応答変位波形が得られるような波形の駆動信号を生成し、その駆動信号を用いてアクチュエータ(加圧手段)を駆動することにより、安定してきれいな印字を行いうる駆動方法が示されている。この方法は、アクチュエータの固有振動の抑制を目的とした駆動方法とみなすことができる。
特開昭63−252750号公報 特開平9−267474号公報
In Patent Document 2, the frequency characteristic of the response displacement of the wall surface of the pressure chamber (liquid chamber) with respect to the drive signal is measured, and a predetermined response displacement waveform is generated on the wall surface of the pressure chamber (liquid chamber) based on the measured frequency characteristic. There is shown a driving method in which a drive signal having a waveform as obtained can be generated, and an actuator (pressurizing means) is driven using the drive signal to stably perform clean printing. This method can be regarded as a driving method for the purpose of suppressing the natural vibration of the actuator.
JP-A-63-252750 JP-A-9-267474

特許文献2記載の駆動信号に対する圧力室の壁面の応答特性を基に駆動信号を求める方法は、以下に述べるような課題がある。   The method for obtaining the drive signal based on the response characteristics of the wall surface of the pressure chamber to the drive signal described in Patent Document 2 has the following problems.

まず、インクを充填した状態で圧力室の壁面の応答特性を測定することは困難なので、インクを充填しない状態で圧力室の壁面の応答特性を測定せざるを得ない。そのため、圧力室内のインクとアクチュエータとの相互作用によるアクチュエータの周波数特性の変化が無視され、インクジェットヘッドが実際にインクを吐出する状態でのアクチュエータの固有振動の抑制を十分にできない恐れがある。   First, since it is difficult to measure the response characteristic of the wall of the pressure chamber in a state where ink is filled, the response characteristic of the wall of the pressure chamber must be measured in a state where ink is not filled. Therefore, changes in the frequency characteristics of the actuator due to the interaction between the ink and the actuator in the pressure chamber are ignored, and there is a possibility that the natural vibration of the actuator cannot be sufficiently suppressed when the ink jet head actually ejects ink.

次に、圧力室内やノズル内のインクの流体的な応答特性を考慮していないため、残留圧力振動の抑制や階調印字におけるメニスカス位置の制御やインクを介したクロストークの抑制などに対する効果がない。   Next, since the fluid response characteristics of the ink in the pressure chamber and the nozzle are not taken into account, there are effects such as suppression of residual pressure vibration, control of meniscus position in gradation printing, and suppression of crosstalk via ink. Absent.

さらに、せん断モード型のインクジェットヘッドにこの方法を適用する場合、インクジェットヘッドを破壊しない限りは圧力室の壁面の応答特性を測定することは困難である。そのため、インクジェットヘッドの製造上のばらつきに応じて個々のインクジェットヘッドの駆動信号を設定するのが困難である。   Furthermore, when this method is applied to a shear mode type ink jet head, it is difficult to measure the response characteristics of the wall surface of the pressure chamber unless the ink jet head is destroyed. Therefore, it is difficult to set drive signals for individual ink jet heads according to variations in the manufacture of ink jet heads.

よって、特許文献2記載の駆動信号を求める方法はこれらの技術的課題を有するため、結果的に階調印字おいてインク滴の吐出体積を十分に変化させることができず、十分な印字品質が得られなかったり、インクジェットヘッドから吐出するインク滴の速度や体積がばらつき、印字品質が損なわれたりしている。   Therefore, the method for obtaining the drive signal described in Patent Document 2 has these technical problems, and as a result, the ink droplet ejection volume cannot be changed sufficiently in gradation printing, and sufficient print quality is obtained. It is not obtained or the speed and volume of the ink droplets ejected from the ink jet head vary, and the print quality is impaired.

本発明は、アクチュエータの固有振動の抑制に加え、上述の課題を解決するものである。   The present invention solves the above-described problems in addition to the suppression of the natural vibration of the actuator.

本発明は、インクを吐出させるノズルと、ノズルに連通する圧力室と、圧力室にインクを供給するインク供給手段と、圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有し、駆動信号に応じてノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドの前記駆動信号の波形を作成する方法において、インクジェットヘッドの駆動信号に対するノズル内のメニスカス流速の応答特性を測定し、メニスカス流速振動をU、前記Uのフーリエ変換結果をFU、前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速の応答特性をRとしたとき、FV=R −1 FUとして、FVを逆フーリエ変換することで前記波形を求めている。 The present invention includes a nozzle that ejects ink, a pressure chamber that communicates with the nozzle, an ink supply unit that supplies ink to the pressure chamber, and an actuator that varies the volume of the pressure chamber according to a drive signal. In the method of creating the waveform of the drive signal of the inkjet head that discharges ink from the nozzle according to the measurement, the response characteristic of the meniscus flow velocity in the nozzle with respect to the drive signal of the inkjet head is measured, the meniscus flow velocity vibration is U, When the Fourier transform result is FU and the response characteristic of the meniscus flow velocity in the nozzle with respect to the drive signal of the inkjet head is R, the waveform is obtained by performing inverse Fourier transform on FV with FV = R −1 FU . .

本発明は、以上のように、駆動信号に対するノズル内のインクメニスカス振動の応答特性を用いて駆動信号を演算することにより、駆動信号に対するアクチュエータの応答のみならず、アクチュエータの振動からノズル内のインクメニスカス振動に至る流体的な応答特性を考慮した駆動信号を得ることを特徴とする。   As described above, the present invention calculates the drive signal using the response characteristic of the ink meniscus vibration in the nozzle with respect to the drive signal, so that not only the response of the actuator to the drive signal but also the ink in the nozzle from the vibration of the actuator. It is characterized in that a drive signal is obtained in consideration of fluid response characteristics leading to meniscus vibration.

本発明によれば、あらかじめ必要なインク吐出速度を得ながらインク吐出体積を可変させる仮想メニスカス振動を定義し、そのメニスカス振動が得られる駆動信号を、駆動信号に対するメニスカス振動の応答特性を基に演算によって求めている。したがって、このように演算して得られた駆動信号でインクジェットヘッドを駆動することにより、階調印字おいてインク滴の吐出体積を十分に変化させることができ、十分な印字品質が得られる。   According to the present invention, a virtual meniscus vibration that changes an ink discharge volume while obtaining a necessary ink discharge speed is defined in advance, and a drive signal that can obtain the meniscus vibration is calculated based on a response characteristic of the meniscus vibration to the drive signal. Seeking by Therefore, by driving the inkjet head with the drive signal obtained in this way, the ejection volume of ink droplets can be sufficiently changed in gradation printing, and sufficient print quality can be obtained.

また、本発明によれば、上述に加えあらかじめ残留圧力振動やクロストークやアクチュエータの固有振動がない仮想メニスカス振動を定義し、そのメニスカス振動が得られる駆動信号を、駆動信号に対するメニスカス振動の応答特性に基づき演算によって求めている。したがって、このように演算して得られた駆動信号でインクジェットヘッドを駆動することにより、結果的に残留圧力振動やクロストークやアクチュエータの固有振動を抑制でき、インクジェットヘッドから吐出するインク滴の速度や体積がばらつき、印字品質が損なわれたりする課題が解決できる。   Further, according to the present invention, in addition to the above, a virtual meniscus vibration that does not have residual pressure vibration, crosstalk, or actuator natural vibration is defined in advance, and the drive signal from which the meniscus vibration is obtained is expressed as a response characteristic of the meniscus vibration to the drive signal. Based on the calculation. Therefore, by driving the ink jet head with the drive signal obtained in this way, residual pressure vibration, crosstalk, and actuator natural vibration can be suppressed as a result, and the speed of ink droplets ejected from the ink jet head can be reduced. The problem that the volume varies and the print quality is impaired can be solved.

さらに、本発明は、ノズル内のインクメニスカスの振動を観測することにより容易に実施できるので、インクジェットヘッドを量産した場合でも、個々の特性のばらつきに応じて駆動信号を設定するのが容易である。したがって、製造上のばらつきにより印字品質が損なわれる課題が解決できる。   Furthermore, since the present invention can be easily implemented by observing the vibration of the ink meniscus in the nozzle, it is easy to set the drive signal according to individual characteristic variations even when the inkjet head is mass-produced. . Therefore, it is possible to solve the problem that the printing quality is impaired due to manufacturing variations.

本発明の第1の実施例を、図面を参照して説明する。図中の同じ番号の構成要素は、特段の説明がない限り他の図面中においても同じ構成要素を示している。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same numbered components in the drawings indicate the same components in other drawings unless otherwise specified.

インクジェットヘッドの構造について述べる。図1及び図2はアクチュエータが隣接する圧力室間で共有されたせん断モード型のインクジェットヘッド101の構成を示す断面図である。インクジェトヘッド101は、低誘電率の基板1、圧電部材2、3、天板枠4、天板蓋5、ノズルプレート11、駆動回路と接続されたケーブル16で構成されている。   The structure of the inkjet head will be described. 1 and 2 are cross-sectional views showing the configuration of a shear mode type inkjet head 101 in which an actuator is shared between adjacent pressure chambers. The inkjet head 101 includes a low dielectric constant substrate 1, piezoelectric members 2 and 3, a top plate frame 4, a top plate lid 5, a nozzle plate 11, and a cable 16 connected to a drive circuit.

低誘電率の基板1の先端部には、分極方向が互いに板厚方向に対して内側に向かって反対になるように貼り合わせた圧電部材2、3が埋め込まれている。圧電部材2、3及びその後方にある基板1の部分には、ダイヤモンドカッタを用いた切削加工によって一定の間隔で複数の長溝6が互いに平行に形成されている。基板1の上部に天板枠4とインク供給口15を有する天板蓋5を接着して、インク供給路14が形成されている。各長溝6と天板枠4とで、複数の圧力室7が形成されている。各圧電部材2、3は、電圧印加によって圧力室7を変形させるアクチュエータ13(13a〜13k)になっている。各圧電部材2、3の先端にインク滴を吐出するためのノズル10を形成したノズルプレート11が接着剤により固定されている。ノズル10は、各圧力室7の先端部に位置し、所定の大きさの内径で形成されている。圧力室7を形成するそれぞれの長溝6の側面と底面には、他の長溝6とは電気的に独立した電極8が無電解メッキにより形成されている。電極8は圧力室7の後端から基板1の上面に延出し後述する駆動回路に接続されている。なお、無電解メッキに限らず、電極8はスパッタリングや真空蒸着などで電極材料を成膜した後、エッチングにより所定のパターンに形成する方法も可能である。   Piezoelectric members 2 and 3 are embedded in the tip portion of the low dielectric constant substrate 1 so that the polarization directions are opposite to each other inward with respect to the plate thickness direction. In the piezoelectric members 2 and 3 and the portion of the substrate 1 behind the piezoelectric members 2, a plurality of long grooves 6 are formed in parallel to each other at a constant interval by cutting using a diamond cutter. An ink supply path 14 is formed by adhering the top plate frame 4 and the top plate cover 5 having the ink supply port 15 to the upper part of the substrate 1. A plurality of pressure chambers 7 are formed by the long grooves 6 and the top frame 4. Each piezoelectric member 2 and 3 is an actuator 13 (13a to 13k) that deforms the pressure chamber 7 by applying a voltage. A nozzle plate 11 on which nozzles 10 for ejecting ink droplets are formed at the tips of the piezoelectric members 2 and 3 is fixed with an adhesive. The nozzle 10 is located at the tip of each pressure chamber 7 and is formed with an inner diameter of a predetermined size. Electrodes 8 that are electrically independent of the other long grooves 6 are formed by electroless plating on the side and bottom surfaces of the respective long grooves 6 forming the pressure chamber 7. The electrode 8 extends from the rear end of the pressure chamber 7 to the upper surface of the substrate 1 and is connected to a drive circuit described later. In addition to the electroless plating, the electrode 8 may be formed in a predetermined pattern by etching after forming an electrode material by sputtering or vacuum deposition.

図2の圧力室7cからインクを吐出させる場合を例として、インクジェットヘッドの動作を説明する。圧力室7a〜7jに対応する電極を8a〜8jとし、ノズルを各々ノズル1 0a〜10jとする。インク供給口15からインクジェットヘッド内に供給されたインク12は、インク供給路14を通して圧力室7に充填される。後述する駆動信号により、電極8cと電極8b、及び電極8cと電極8dの間に電位差が生じると、アクチュエータ13c及び13dがせん断変形して圧力室7c内の容積が変化し、ノズル10cからインクが吐出する。   The operation of the inkjet head will be described by taking as an example the case where ink is ejected from the pressure chamber 7c of FIG. The electrodes corresponding to the pressure chambers 7a to 7j are 8a to 8j, and the nozzles are nozzles 10a to 10j, respectively. The ink 12 supplied into the inkjet head from the ink supply port 15 is filled into the pressure chamber 7 through the ink supply path 14. When a potential difference is generated between the electrode 8c and the electrode 8b and between the electrode 8c and the electrode 8d by a driving signal, which will be described later, the actuators 13c and 13d are shear-deformed to change the volume in the pressure chamber 7c, and the ink is discharged from the nozzle 10c. Discharge.

アクチュエータ13は左右に隣接する圧力室7の間で共用されているため、本インクジェットヘッドは互いに隣接する2つの圧力室7からそれぞれ独立にインクを吐出させることはできない。互いに隣接する圧力室7が同時に駆動されないように、本インクジェットヘッドは時分割駆動してインク吐出させている。   Since the actuator 13 is shared between the pressure chambers 7 adjacent to the left and right, the ink jet head cannot eject ink independently from the two pressure chambers 7 adjacent to each other. The inkjet head is time-division driven to discharge ink so that the pressure chambers 7 adjacent to each other are not driven simultaneously.

さらに、圧力室7cのインクを吐出させる場合、電極8aと8b間にも電位差を生じさせることにより、圧力室7bに発生する圧力振動が圧力室7aに分散するようにアクチュエータ13bを圧力室7a方向に変形させている。アクチュエータ13bを変形させると同時に電極8dと8e間にも電位差を生じさせ、圧力室7dに発生する圧力振動が圧力室7eに分散するようにアクチュエータ13eを圧力室7e方向に変形させている。図2は5分割駆動の各アクチュエータの変形例を強調して示している。このように、ある圧力室からインクを吐出させる場合、隣接している圧力室に発生する圧力振動を他の圧力室へ分散させることにより、非吐出ノズル内のメニスカス振動の振幅を減らすことができる。非吐出ノズル内のメニスカス振動が減少すると、ノズル面からメニスカスが盛り上がる現象も減少し、そのノズルから次にインクを吐出させる時にメニスカス位置のばらつきが小さくなる。メニスカス位置が安定することで、インク滴の吐出速度や吐出体積のばらつきが抑制されて印字品質が向上する。   Further, when the ink in the pressure chamber 7c is ejected, a potential difference is also generated between the electrodes 8a and 8b, so that the actuator 13b moves toward the pressure chamber 7a so that the pressure vibration generated in the pressure chamber 7b is dispersed in the pressure chamber 7a. It is deformed to. At the same time as the deformation of the actuator 13b, a potential difference is generated between the electrodes 8d and 8e, and the actuator 13e is deformed in the direction of the pressure chamber 7e so that the pressure vibration generated in the pressure chamber 7d is dispersed in the pressure chamber 7e. FIG. 2 shows a modified example of each of the actuators divided into five parts. As described above, when ink is ejected from a certain pressure chamber, the amplitude of the meniscus vibration in the non-ejection nozzle can be reduced by dispersing the pressure vibration generated in the adjacent pressure chamber to the other pressure chambers. . When the meniscus vibration in the non-ejection nozzle is reduced, the phenomenon of the meniscus rising from the nozzle surface is also reduced, and the variation in meniscus position is reduced when ink is ejected from the nozzle next time. By stabilizing the meniscus position, variations in ink droplet ejection speed and ejection volume are suppressed, and printing quality is improved.

図3を用いて、インクジェットヘッドの駆動回路のブロック図を説明する。駆動回路は、駆動波形メモリ21、D/A変換機22、増幅器23、駆動信号選択手段24、画像メモリ25、デコーダ26で構成されている。   A block diagram of the drive circuit of the inkjet head will be described with reference to FIG. The drive circuit includes a drive waveform memory 21, a D / A converter 22, an amplifier 23, drive signal selection means 24, an image memory 25, and a decoder 26.

駆動波形メモリ21には、インクを吐出させる圧力室に印加する駆動信号ACTと、インクを吐出させない圧力室に印加する駆動信号INAを発生するための波形情報が記憶されている。これらの駆動信号ACTとINAの波形情報は、各々D/A変換機22でアナログ信号に変換される。さらに、これらのアナログ信号は、増幅器23で増幅された後、駆動信号選択手段24に入力される。   The drive waveform memory 21 stores waveform information for generating a drive signal ACT applied to a pressure chamber that ejects ink and a drive signal INA applied to a pressure chamber that does not eject ink. The waveform information of these drive signals ACT and INA is converted into analog signals by the D / A converter 22 respectively. Further, these analog signals are amplified by the amplifier 23 and then input to the drive signal selection means 24.

画像メモリ25に記録された画像の各画素の階調情報に基づき、デコーダ26がインク滴の吐出/非吐出を制御するON/OFF信号27を発生させる。インクジェットヘッドは、1画素につき、吐出体積が各々6pl、12pl、24plの3種類のインク滴を選択的に吐出または非吐出させることができる。階調データに合わせてインク滴体積を組み合わせることで、図4に示すように最大で8値の階調記録を行うことができる。   Based on the gradation information of each pixel of the image recorded in the image memory 25, the decoder 26 generates an ON / OFF signal 27 for controlling ejection / non-ejection of ink droplets. The ink jet head can selectively eject or not eject three types of ink droplets, each having a discharge volume of 6 pl, 12 pl, and 24 pl, per pixel. By combining the ink droplet volume in accordance with the gradation data, it is possible to perform gradation recording of up to eight values as shown in FIG.

図5は駆動信号選択手段24の回路図を示している。デコーダ26は圧力室数に対応するだけON/OFF信号の出力数を有している。図5では、図2に示した一部のヘッドの電極に対応したON/OFF信号27a〜27jとアナログスイッチ30a〜30jについて示しているが、実際にはインクジェットヘッド101の全ての圧力室7の電極8に対応してON/OFF信号27とアナログスイッチ30は設けられる。駆動信号選択手段24は、アナログスイッチ30a〜30jを備え、ON/OFF信号出力27a〜27jがONの場合は駆動信号ACTを選択し、OFFの場合は駆動信号INAを選択して、電極8a〜8jに分配する。駆動信号ACT1〜ACT5は、各々時分割駆動における第1〜第5サイクルに対応している。   FIG. 5 shows a circuit diagram of the drive signal selection means 24. The decoder 26 has the number of ON / OFF signal outputs corresponding to the number of pressure chambers. 5 shows the ON / OFF signals 27a to 27j and the analog switches 30a to 30j corresponding to the electrodes of some of the heads shown in FIG. An ON / OFF signal 27 and an analog switch 30 are provided corresponding to the electrode 8. The drive signal selection means 24 includes analog switches 30a to 30j. When the ON / OFF signal outputs 27a to 27j are ON, the drive signal ACT is selected. When the ON / OFF signal outputs 27a to 27j are OFF, the drive signal INA is selected and the electrodes 8a to 8a are selected. Distribute to 8j. The drive signals ACT1 to ACT5 correspond to the first to fifth cycles in the time division drive, respectively.

圧力室7cからインクを吐出させ、同じ動作タイミングにある圧力室7hからはインクを吐出させない例を説明する。圧力室7cに対応するON/OFF信号27cと、その両側の2つずつのON/OFF信号27a、27b、27d、27eをONとする。このとき、圧力室7hに対応するON/OFF信号27hと、その両側の2つずつのON/OFF信号27f、27g、27i、27jをOFFとする。これらON/OFF信号の印加によって、インクを吐出させる圧力室7cとその両側の2つずつの圧力室7a、7b、7d、7eにはACT信号による駆動信号を供給し、インクを吐出させない圧力室7hとその両側の2つずつの圧力室7f、7g、7i、7jにはINA信号による駆動信号を供給する。   An example will be described in which ink is ejected from the pressure chamber 7c and ink is not ejected from the pressure chamber 7h at the same operation timing. The ON / OFF signal 27c corresponding to the pressure chamber 7c and two ON / OFF signals 27a, 27b, 27d, and 27e on both sides thereof are turned ON. At this time, the ON / OFF signal 27h corresponding to the pressure chamber 7h and the two ON / OFF signals 27f, 27g, 27i, and 27j on both sides thereof are turned OFF. By applying these ON / OFF signals, a pressure chamber 7c that discharges ink and two pressure chambers 7a, 7b, 7d, and 7e on both sides of the pressure chamber 7 are supplied with drive signals based on the ACT signal and do not discharge ink. A drive signal based on the INA signal is supplied to 7h and two pressure chambers 7f, 7g, 7i, and 7j on both sides thereof.

駆動信号選択手段に供給される駆動信号ACT1〜ACT5及びINAについて説明する。インク吐出用の駆動信号ACT1〜ACT5と、非インク吐出用の駆動信号INAの1印字周期分を図6に示す。駆動信号ACT1〜ACT5はW1、W2、W3の3種の駆動信号で構成され、INAはW4の駆動信号で構成されている。駆動信号ACT1〜ACT5は、各々時分割された時間だけ位相が異なっている。例えば、圧力室7cからインクを吐出させる場合、第3サイクルにおいてON/OFF信号27a〜27eをONにすることにより、圧力室7aと7eにはW3の駆動信号、圧力室7bと7dにはW2の駆動信号、圧力室7cにはW1の駆動信号が供給される。   The drive signals ACT1 to ACT5 and INA supplied to the drive signal selection unit will be described. FIG. 6 shows one printing cycle of the ink discharge drive signals ACT1 to ACT5 and the non-ink discharge drive signal INA. The drive signals ACT1 to ACT5 are composed of three types of drive signals W1, W2, and W3, and INA is composed of a drive signal of W4. The phases of the drive signals ACT1 to ACT5 are different from each other by the time-divided time. For example, when ink is ejected from the pressure chamber 7c, by turning ON the ON / OFF signals 27a to 27e in the third cycle, the drive signal of W3 is supplied to the pressure chambers 7a and 7e, and W2 is supplied to the pressure chambers 7b and 7d. Drive signal W1 is supplied to the pressure chamber 7c.

図7を用いて駆動信号W1〜W4について述べる。W1〜W4の各々は、体積が6plの第1ドロップを吐出させる期間にあるW1a、W2a、W3a、W4aと、体積が12plの第2ドロップを吐出させる期間にあるW1b、W2b、W3b、W4bと、体積が24plの第3ドロップを吐出させる期間にあるW1c、W2c、W3c、W4cとで構成されている。   The drive signals W1 to W4 will be described with reference to FIG. Each of W1 to W4 is W1a, W2a, W3a, W4a in a period for discharging a first drop with a volume of 6 pl, and W1b, W2b, W3b, W4b in a period for discharging a second drop with a volume of 12 pl , W1c, W2c, W3c, and W4c in a period for discharging the third drop having a volume of 24 pl.

例えば、圧力室7cから第1ドロップを吐出させ、圧力室7hからは第1ドロップを吐出させない場合、第3サイクルの第1ドロップの期間にON/OFF信号27a〜27eをONにし、ON/OFF信号27f〜27jをOFFにする。そのON/OFF信号によって、電極8cにはW1aの駆動信号が印加され、電極8b、8dにはW2aの駆動信号が印加され、電極8a、8eにはW3aの駆動信号が印加され、電極8f〜8jにはW4aの駆動信号が印加される。この結果、アクチュエータ13c、13dは駆動信号W1aとW2aの電位差により大きく変形して、圧力室7cから6plのインク滴が吐出する。アクチュエータ13bは、駆動信号W2aとW3aの電位差により圧力室7bに発生する圧力振動を圧力室7aに分散させる方向に変形する。同様に、アクチュエータ13eは、圧力室7dに発生する圧力振動を圧力室7eに分散させる方向に変形する。そのアクチュエータ13eの変形によって圧力室7e内のインクの圧力が上昇しアクチュエータ13fを圧力室7fの方向に変形させる力が発生するが、アクチュエータ13fは駆動信号W3aとW4aの電位差によりその力とは逆方向の力が発生し、実質的に変形しなくなる。そのため、圧力室7cで吐出動作を行った際に圧力室7eに発生する圧力振動がアクチュエータ13fを介して圧力室7fに漏洩する現象が遮断され、実質的にアクチュエータを介するクロストークを0にすることができる。アクチュエータ13g〜13jには各アクチュエータを挟む電極に同じ駆動信号W4aが印加されるため、変形しないので、圧力室7hからインクは吐出しない。   For example, when the first drop is discharged from the pressure chamber 7c and the first drop is not discharged from the pressure chamber 7h, the ON / OFF signals 27a to 27e are turned ON during the first drop period of the third cycle, and the ON / OFF The signals 27f to 27j are turned off. By the ON / OFF signal, the drive signal W1a is applied to the electrode 8c, the drive signal W2a is applied to the electrodes 8b and 8d, the drive signal W3a is applied to the electrodes 8a and 8e, and the electrodes 8f to 8f are applied. A drive signal W4a is applied to 8j. As a result, the actuators 13c and 13d are greatly deformed by the potential difference between the drive signals W1a and W2a, and a 6 pl ink droplet is ejected from the pressure chamber 7c. The actuator 13b is deformed in a direction in which the pressure vibration generated in the pressure chamber 7b is dispersed in the pressure chamber 7a due to the potential difference between the drive signals W2a and W3a. Similarly, the actuator 13e is deformed in a direction in which the pressure vibration generated in the pressure chamber 7d is dispersed in the pressure chamber 7e. The deformation of the actuator 13e increases the pressure of the ink in the pressure chamber 7e and generates a force that deforms the actuator 13f in the direction of the pressure chamber 7f. The actuator 13f is opposite to the force due to the potential difference between the drive signals W3a and W4a. Directional force is generated and substantially no deformation occurs. Therefore, the phenomenon that the pressure vibration generated in the pressure chamber 7e when the discharge operation is performed in the pressure chamber 7c leaks to the pressure chamber 7f through the actuator 13f is cut off, and the crosstalk through the actuator is substantially reduced to zero. be able to. Since the same drive signal W4a is applied to the actuators 13g to 13j to the electrodes sandwiching the actuators, the actuators 13g to 13j are not deformed.

駆動信号W1〜W4の決定方法について説明する。駆動信号W1〜W4は、残留圧力振動の抑制、クロストークの防止、階調制御、アクチュエータの固有振動の抑制などの観点から望ましいメニスカス振動を定義しておき、この望ましい振動をメニスカスに生じさせる駆動信号を、インクジェットヘッドの駆動信号に対するメニスカスの流速振動の応答特性を利用して逆算することによって求めている。以下、駆動信号を逆算するために定義されたメニスカス振動を仮想メニスカス振動と称する。メニスカスの流速振動を単に流速振動と称する。   A method for determining the drive signals W1 to W4 will be described. The drive signals W1 to W4 define a desired meniscus vibration from the viewpoint of suppressing residual pressure vibration, prevention of crosstalk, gradation control, suppression of natural vibration of the actuator, etc., and driving that generates this desirable vibration in the meniscus The signal is obtained by calculating back using the response characteristic of the meniscus flow velocity vibration with respect to the drive signal of the inkjet head. Hereinafter, the meniscus vibration defined to calculate the drive signal backward is referred to as virtual meniscus vibration. The meniscus flow velocity vibration is simply referred to as flow velocity vibration.

仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動から、ノズルからのインク吐出に伴うメニスカスの前進や、ノズルからインクが排出された後に発生するメニスカスの後退や、インクの表面張力等によるインクリフィル作用に伴うメニスカスの前進などの非線形な成分を除去した、駆動信号に対して線形なメニスカス振動である。このようなメニスカス振動は、インクが吐出しない程度に振幅を縮小した駆動信号をインクジェットヘッドに与えた場合に発生するメニスカス振動の振幅を拡大したものと考えることができる。図8を用いて実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の相違を示す。   Virtual meniscus vibration is based on meniscus vibration that occurs in the actual ejection operation of the inkjet head, meniscus advance due to ink ejection from the nozzle, meniscus retraction that occurs after ink is discharged from the nozzle, ink surface tension, etc. This is a meniscus vibration that is linear with respect to the drive signal, in which non-linear components such as meniscus advance due to the ink refilling action are removed. Such meniscus vibration can be considered to be an expansion of the amplitude of the meniscus vibration that occurs when a drive signal whose amplitude is reduced to the extent that ink is not ejected is applied to the inkjet head. FIG. 8 is used to show the difference between actual meniscus vibration and virtual meniscus vibration.

このような仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動とは異なるが、インクの吐出速度や吐出体積、インク吐出動作後の残留振動、ノズル間のクロストーク、アクチュエータの固有振動によるメニスカスの微振動など、インクジェットヘッドの吐出動作に重要な特性を反映している。また、実際のメニスカス振動は、非線形振動なことに加え、インクリフィル作用など駆動信号とは無関係な要因の影響を受けるので、実際のメニスカス振動を駆動信号により制御することには限界がある。しかし、仮想メニスカス振動は、駆動信号とは無関係な要因の影響を受けないので、駆動信号で仮想メニスカス振動を十分に制御することが可能である。したがって、望ましい仮想メニスカス振動を定義し、それを生じさせる駆動信号をアクチュエータに与えることにより、インクの吐出速度や吐出体積、インク吐出動作後の残留振動、ノズル間のクロストーク、アクチュエータの固有振動によるメニスカスの微振動などに関して望ましい特性を得ることができる。   Such virtual meniscus vibration is different from the meniscus vibration that occurs in the actual ejection operation of the inkjet head, but the ink ejection speed and volume, residual vibration after the ink ejection operation, crosstalk between nozzles, and intrinsic vibration of the actuator This reflects important characteristics for the ejection operation of the inkjet head, such as the slight vibration of the meniscus. In addition to the non-linear vibration, the actual meniscus vibration is affected by factors unrelated to the drive signal, such as an ink refill action, so there is a limit to controlling the actual meniscus vibration by the drive signal. However, since the virtual meniscus vibration is not affected by factors unrelated to the drive signal, the virtual meniscus vibration can be sufficiently controlled by the drive signal. Therefore, by defining the desired virtual meniscus vibration and giving the actuator a drive signal that generates it, the ink ejection speed and volume, residual vibration after ink ejection operation, crosstalk between nozzles, and actuator natural vibration Desirable characteristics can be obtained with respect to fine vibration of the meniscus.

仮想メニスカス振動から駆動信号の波形を逆算する過程で必要となる、インクジェットヘッドの駆動信号に対する流速振動の応答特性Rの求め方について述べる。応答特性Rは、テスト駆動信号VTに対するノズル内の流速振動UTから求める。具体的には、テスト駆動信号VT〜VT10を各々の電極8a〜8jに印加する。VTは図9に示す低電圧の周期Tcのノイズ波形であり、VT〜VT10は0Vとする。Tcは、インク吐出動作の時間より十分長くすることが望ましい。さらに、電極8kに対しては電極8aと同じVTを印加して、なるべく多数の圧力室に対して10チャンネルおきの駆動パターンを適用する。そのような駆動パターンでヘッドを駆動するとき、ノズル10a〜10j内のメニスカスの流速を各々UT〜UT10としたとき、図10に示すような周期Tcの流速振動が発生する。この流速振動は、市販のレーザドップラ振動計、例えば(株)小野測器のLV−1710を用い、インクジェットヘッドのノズル内のメニスカスに測定用レーザビームを照射することによって観測することができる。 A method for obtaining the response characteristic R of the flow velocity vibration with respect to the drive signal of the inkjet head, which is required in the process of calculating the drive signal waveform from the virtual meniscus vibration, will be described. The response characteristic R is obtained from the flow velocity vibration UT in the nozzle with respect to the test drive signal VT. Specifically, test drive signals VT 1 to VT 10 are applied to the respective electrodes 8a to 8j. VT 1 is a noise waveform having a low voltage period Tc shown in FIG. 9, and VT 2 to VT 10 are set to 0V. It is desirable that Tc be sufficiently longer than the time of ink ejection operation. Further, the same VT 1 as that of the electrode 8a is applied to the electrode 8k, and a drive pattern every 10 channels is applied to as many pressure chambers as possible. When driving the head in such a driving pattern, when the respective UT 1 ~UT 10 the flow velocity of the meniscus in the nozzle 10a-10j, vibrating flow velocities of the period Tc as shown in FIG. 10 is generated. This flow velocity vibration can be observed by using a commercially available laser Doppler vibrometer, for example, LV-1710 of Ono Sokki Co., Ltd., and irradiating the meniscus in the nozzle of the inkjet head with a measuring laser beam.

下記の数式〔数1〕および数式〔数2〕を用いて、テスト駆動信号VTと、流速振動UTをフーリエ変換し、各々電圧スペクトルFVTと流速スペクトルFUTに変換する。

Figure 0004763331

Figure 0004763331

ここで、mは、レーザドップラ振動計で観測された時系列流速データのデータ数である。レーザドップラ振動計で観測された流速データのサンプリング時間をdtとすれば、mはTc/dtの値となる。添字のiは、チャンネル番号を示す1から10までの整数であり、この番号は電極8a〜8jまたはノズル10a〜10jに対応している。また、添字のjは、時系列データにおいて先頭からj番目のデータを示す1〜mまでの整数である。j番目のデータは、時刻j×dtのデータを示している。添字のkは、周波数系列データにおいて先頭からk番目のデータを示す1〜mまでの整数である。k番目のデータは、周波数(k−1)/Tcのデータを示している。Iは虚数単位である。ここで述べた添字の記法は以下の説明においても用いることとする。 The test drive signal VT and the flow velocity vibration UT are Fourier-transformed using the following Equation [Equation 1] and Equation [Equation 2] to convert them into a voltage spectrum FVT and a flow velocity spectrum FUT, respectively.
Figure 0004763331

Figure 0004763331

Here, m is the number of data of time-series flow velocity data observed with a laser Doppler vibrometer. If the sampling time of the flow velocity data observed by the laser Doppler vibrometer is dt, m is a value of Tc / dt. The subscript i is an integer from 1 to 10 indicating the channel number, and this number corresponds to the electrodes 8a to 8j or the nozzles 10a to 10j. The subscript j is an integer from 1 to m indicating the jth data from the top in the time series data. The j-th data indicates data at time j × dt. The subscript k is an integer from 1 to m indicating the kth data from the top in the frequency series data. The k-th data indicates data of frequency (k−1) / Tc. I is an imaginary unit. The notation of the subscript described here will be used in the following description.

電圧スペクトルFVTi,kは、駆動信号VTの周波数(k−1)/Tcにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、流速スペクトルFUTi,kは、流速振動UTの周波数(k−1)/Tcにおける流速振幅と位相を複素数の形で表している。 The voltage spectrum FVT i, k represents the voltage amplitude and phase at the frequency (k−1) / Tc of the drive signal VT i in complex form. The flow velocity spectrum FUT i, k represents the flow velocity amplitude and phase at the frequency (k−1) / Tc of the flow velocity vibration UT i in the form of complex numbers.

電圧スペクトルFVTと流速スペクトルFUTから、次の数式〔数3〕により応答特性Rを求める。

Figure 0004763331

i,kは、テスト駆動信号VTに対するノズル内のメニスカス流速Uの周波数(k−1)/Tcにおける振幅と位相の変化を複素数の形で示している。Rをチャンネルiの応答特性としたとき、R〜R10の絶対値と位相角を図11に示す。以上、テスト駆動信号としてノイズ波形を用いた場合について説明したが、テスト駆動信号として周波数可変の正弦波や余弦波を用い、各周波数における流速振動の振幅と位相を測定することによって応答特性Rを求めことも可能である。 The response characteristic R is obtained from the voltage spectrum FVT and the flow velocity spectrum FUT by the following equation [Equation 3].
Figure 0004763331

R i, k indicates the change in amplitude and phase in frequency (k−1) / Tc of the meniscus flow velocity U i in the nozzle with respect to the test drive signal VT 1 in the form of complex numbers. When R i is the response characteristic of channel i, the absolute values and phase angles of R 1 to R 10 are shown in FIG. As described above, the case where the noise waveform is used as the test drive signal has been described. However, the response characteristic R is obtained by measuring the amplitude and phase of the flow rate vibration at each frequency using a variable frequency sine wave or cosine wave as the test drive signal. It can also be sought.

その応答特性Rを用い、仮想メニスカス振動から駆動信号を決定する方法について述べる。図12に本実施例の仮想メニスカス振動の変位Xを示す。例えば、圧力室7cから第1〜第3ドロップを吐出させ、圧力室7hからはインクを吐出させない場合、ノズル10a〜10jの仮想メニスカス振動の変位は各々X〜X10となる。仮想メニスカス振動の変位の+側の山のピークの変位にノズルの開口径を乗じたものが各ドロップのインクの吐出体積に相当する。 A method of determining a drive signal from virtual meniscus vibration using the response characteristic R will be described. FIG. 12 shows the displacement X of the virtual meniscus vibration of this example. For example, by discharging the first to third drop from the pressure chamber 7c, if not ejecting ink from the pressure chambers 7h, displacement of hypothetical meniscus vibration in nozzle 10a~10j each becomes X 1 to X 10. The displacement of the peak on the + side of the displacement of the virtual meniscus vibration multiplied by the nozzle opening diameter corresponds to the ink ejection volume of each drop.

仮想メニスカス振動の変位は、下記に述べる演算を行う都合上、始点と終点が実質的に連続で、始点から終点まで微分した結果が連続であり、なおかつ微分した結果の始点と終点も実質的に連続であるとしている。   The displacement of the virtual meniscus vibration is that the start point and the end point are substantially continuous for the calculation described below, the result of differentiation from the start point to the end point is continuous, and the start point and end point of the differentiated result are also substantially It is said to be continuous.

仮想メニスカス振動の変位Xに対応する仮想メニスカス振動の流速を求める。仮想メニスカス振動の流速Uは、次の数式〔数4〕により求められる。

Figure 0004763331

上記数式〔数4〕により求められた仮想メニスカス振動の流速U〜U10を、図13に示す。 The flow velocity of the virtual meniscus vibration corresponding to the displacement X of the virtual meniscus vibration is obtained. The flow velocity U of the virtual meniscus vibration is obtained by the following equation [Equation 4].
Figure 0004763331

FIG. 13 shows the flow rates U 1 to U 10 of the virtual meniscus vibration obtained by the above mathematical formula [Equation 4].

仮想メニスカス振動の流速Uは始点から終点まで実質的に連続な時系列データで、また始点と終点も実質的に連続である。仮想メニスカス振動の流速を仮想メニスカス振動の変位から演算するかわりに、最初から仮想メニスカス振動の流速を定義しても良い。   The flow velocity U of the virtual meniscus vibration is time series data that is substantially continuous from the start point to the end point, and the start point and the end point are also substantially continuous. Instead of calculating the flow velocity of the virtual meniscus vibration from the displacement of the virtual meniscus vibration, the flow velocity of the virtual meniscus vibration may be defined from the beginning.

下記の数式〔数5〕を用いて仮想メニスカス振動の流速Uのフーリエ変換を行い、仮想メニスカス振動の流速Uの流速スペクトルFUを得る。

Figure 0004763331

流速スペクトルFUi,kは、仮想メニスカス振動の流速Uの周波数(k−1)/Tcにおける流速振幅と位相を複素数の形で表している。このようにして得られた流速スペクトルFUのうち、FUの絶対値を図14に示す。ここで、fmaxは、その周波数以下に大部分の周波数成分が含まれる周波数であり、後述するように、駆動信号VAの周波数成分の上限を定めるために用いられる。 Fourier transform of the flow velocity U of the virtual meniscus vibration is performed using the following formula [Equation 5] to obtain a flow velocity spectrum FU of the flow velocity U of the virtual meniscus vibration.
Figure 0004763331

The flow velocity spectrum FU i, k represents the flow velocity amplitude and phase at the frequency (k−1) / Tc of the flow velocity U i of the virtual meniscus vibration in complex form. Of the flow velocity spectrum FU thus obtained, the absolute value of FU 3 is shown in FIG. Here, fmax is a frequency in which most of the frequency components are included below that frequency, and is used to determine the upper limit of the frequency components of the drive signal VA, as will be described later.

次に、インクジェットヘッドの応答特性Rと仮想メニスカス振動の流速スペクトルFUとから、駆動信号の電圧スペクトルFVAを求める。応答特性行列[R]を数式〔数6〕、電圧ベクトル{FVA}を数式〔数7〕、仮想メニスカス振動の流速ベクトル{FU}を数式〔数8〕としたとき、数式〔数9〕により周波数(k−1)/Tcにおける電圧ベクトルFVAが求められる。

Figure 0004763331

Figure 0004763331

Figure 0004763331

Figure 0004763331

上記の数式〔数7〕および数式〔数9〕で得られた電圧スペクトルFVAi,kは、仮想メニスカス振動の流速Uを発生させる駆動信号VAの、周波数(k−1)/Tcにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、上記数式〔数6〕で得られる[R]のa行b列目の要素は、b番目のチャンネルの周波数(k−1)/Tcの電圧振動に対するa番目のノズル内のメニスカス流速振動の振幅と位相の変化を複素数の形で表している。[R] −1は[R]の逆行列である。逆行列の演算は、WOLFRAM RESEARCH社のMATHEMATICA(登録商標)などの数式解析ソフトウエアにより行うことができる。 Next, the voltage spectrum FVA of the drive signal is obtained from the response characteristic R of the inkjet head and the flow velocity spectrum FU of the virtual meniscus vibration. When the response characteristic matrix [R] k is expressed by the following equation (6), the voltage vector {FVA} k is expressed by the following equation (7), and the flow velocity vector {FU} k of the virtual meniscus vibration is expressed by the following equation (8): 9], the voltage vector FVA k at the frequency (k-1) / Tc is obtained.
Figure 0004763331

Figure 0004763331

Figure 0004763331

Figure 0004763331

The voltage spectrum FVA i, k obtained by the above equations [Equation 7] and [Equation 9] is the frequency (k−1) / Tc of the drive signal VA i that generates the flow velocity U i of the virtual meniscus vibration. The voltage amplitude and phase are represented in complex form. Further, the element in the a row and the b column of [R] k obtained by the above formula [Equation 6] is the meniscus flow velocity in the a-th nozzle with respect to the voltage oscillation of the frequency (k-1) / Tc of the b-th channel. The change in amplitude and phase of the vibration is represented in the form of a complex number. [R] k −1 is an inverse matrix of [R] k . The inverse matrix can be calculated by mathematical analysis software such as MATEMATICA (registered trademark) of WOLFRAM RESEARCH.

駆動信号VAは、電圧スペクトルFVAを下記数式〔数10〕で逆フーリエ変換することにより得られる。

Figure 0004763331

ここで、Re[z]は、複素数z=a+bIの実数部aを得る関数である。VAi,jは、仮想メニスカス振動の流速Uを発生させる駆動信号VAの、i番目のチャンネルの時刻j×dtにおける電圧値である。
このように得られた駆動信号VA、すなわちVA〜VA10は、各々電極8a〜8jに印加された場合、ノズル10a〜10j内のメニスカスに仮想メニスカス振動の変位X〜X10を生じさせる駆動信号になる。
また、m’は、次の数式〔数11〕のとおりとなる最も大きい整数である。
Figure 0004763331

このように逆フーリエ変換の周波数の上限をfmaxとすることにより、駆動信号VAの周波数成分の上限値がfmaxに定められる。仮想メニスカス振動が実際のインクジェットヘッドがほとんど応答しない周波数成分を有している場合に、fmaxを定めることによって、駆動信号VAの電圧振幅が異常に大きくなる事態を防止できる。fmaxはFUの周波数成分の大部分がfmax以内に含まれることが望ましい。駆動信号VAの電圧変動が現れる期間や電圧振幅は、圧力室の長さLに応じて変化する。圧力室の長さLは、電圧変動が現れる期間が最小限になる範囲内で、電圧振幅が最も小さくなる値に定められることが望ましい。以上のようにして得られた駆動信号VA(VA〜VA10)を、図15に示す。 The drive signal VA is obtained by performing an inverse Fourier transform on the voltage spectrum FVA using the following equation [Equation 10].
Figure 0004763331

Here, Re [z] is a function for obtaining the real part a of the complex number z = a + bI. VA i, j is a voltage value at the time j × dt of the i-th channel of the drive signal VA for generating the flow velocity U of the virtual meniscus vibration.
When the drive signals VA i thus obtained, that is, VA 1 to VA 10 are respectively applied to the electrodes 8a to 8j, virtual meniscus vibration displacements X 1 to X 10 are generated in the meniscus in the nozzles 10a to 10j. Drive signal to be generated.
Further, m ′ is the largest integer that is represented by the following equation [Equation 11].
Figure 0004763331

Thus, by setting the upper limit of the frequency of the inverse Fourier transform to fmax, the upper limit value of the frequency component of the drive signal VA is set to fmax. When the virtual meniscus vibration has a frequency component that the actual ink jet head hardly responds to, the situation in which the voltage amplitude of the drive signal VA becomes abnormally large can be prevented by determining fmax. As for fmax, most of the frequency components of FU are desirably included within fmax. The period and voltage amplitude in which the voltage variation of the drive signal VA appears changes according to the length L of the pressure chamber. The length L of the pressure chamber is desirably set to a value at which the voltage amplitude is minimized within a range in which the period in which the voltage fluctuation appears is minimized. The drive signals VA (VA 1 to VA 10 ) obtained as described above are shown in FIG.

以上のようにして得られた駆動信号VAは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることが可能であるが、駆動信号VAから図15の点線で示すような基準電圧波形VREF(VREF〜VREF10)との差を計算して、図16に示す駆動信号VB(VB〜VB10)を得ることにより、駆動信号の長さを短縮できる。このことにより、インクジェットヘッドの駆動周期を短縮でき、印刷速度を向上させることができる。 The drive signal VA obtained as described above can be used as it is as a drive signal for the inkjet head, but the reference voltage waveform VREF (VREF 1 to VREF 10 ) as shown by the dotted line in FIG. 15 from the drive signal VA. ) To obtain the drive signals VB (VB 1 to VB 10 ) shown in FIG. 16, the drive signal length can be shortened. As a result, the drive cycle of the inkjet head can be shortened, and the printing speed can be improved.

以上のようにして得られた駆動信号VBは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることが可能であるが、さらに下記の数式〔数12〕で示される駆動信号VDを得ることにより、駆動信号の電圧振幅を小さくできる。このことにより、駆動回路のコストを低減でき、安価なインクジェット記録装置を提供できる。図17に、駆動信号VD〜VD10を示す。

Figure 0004763331

ここで、MIN[VB1,j,VB2,j,...]は、[ ]内の値のうち最小値を示す関数である。 The drive signal VB obtained as described above can be used as it is as a drive signal for the ink jet head. However, by obtaining the drive signal VD represented by the following equation [Equation 12], The voltage amplitude can be reduced. As a result, the cost of the drive circuit can be reduced, and an inexpensive ink jet recording apparatus can be provided. FIG. 17 shows drive signals VD 1 to VD 10 .
Figure 0004763331

Here, MIN [VB 1, j , VB 2, j ,. . . ] Is a function indicating the minimum value among the values in [].

上述の計算で求めた駆動信号VDは駆動信号W1になり、駆動信号VDまたはVDは駆動信号W2になり、駆動信号VDまたはVDは駆動信号W3になり、駆動信号VD〜VD10のいずれかは駆動信号W4になる。 The drive signal VD 3 obtained by the above calculation becomes the drive signal W1, the drive signal VD 2 or VD 4 becomes the drive signal W2, the drive signal VD 1 or VD 5 becomes the drive signal W3, and the drive signals VD 6 to VD 6 . One of the VDs 10 becomes the drive signal W4.

インクジェットヘッドがせん断モード型でなく、各々独立して圧力室の制御が可能な場合や、せん断モード型構造であっても圧力室間のクロストークを無視して良い場合は、以下の手順で駆動信号の波形を計算できる。   If the inkjet head is not of the shear mode type and can control the pressure chambers independently, or if the crosstalk between the pressure chambers can be ignored even if it is a shear mode type structure, it is driven according to the following procedure. The signal waveform can be calculated.

本実施例と同様の方法で、1つのチャンネルについてのみ応答特性Rを求めるとともに、1つのチャンネルについてのみ仮想メニスカス振動の流速Uを定義して、仮想メニスカス振動の流速の流速スペクトルFUを求める。そして、下記の数式〔数13〕により、駆動信号の電圧スペクトルFVを求め、最後に、本実施例と同様の方法で電圧スペクトルFVを逆フーリエ変換することにより、駆動信号Vが求められる。

Figure 0004763331

この例において、インクを吐出する圧力室7cを駆動するアクチュエータ13c、13dに印加される駆動信号VEは「VE=VD−VD」により算出され、図18に示す駆動信号となる。 In the same manner as in the present embodiment, the response characteristic R is obtained for only one channel, the flow velocity U of the virtual meniscus vibration is defined for only one channel, and the flow velocity spectrum FU of the flow velocity of the virtual meniscus vibration is obtained. Then, the voltage spectrum FV of the drive signal is obtained by the following equation [Equation 13], and finally, the drive signal V is obtained by performing inverse Fourier transform on the voltage spectrum FV by the same method as in this embodiment.
Figure 0004763331

In this example, the drive signal VE applied to the actuators 13c and 13d that drive the pressure chamber 7c that ejects ink is calculated by “VE = VD 3 −VD 2 ” and becomes the drive signal shown in FIG.

上述の波形情報生成方法を用いて得られた駆動信号によって動作するインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置について説明する。   An ink jet recording apparatus including an ink jet head that operates according to a drive signal obtained by using the waveform information generation method described above will be described.

図19は、インクジェット記録装置の構成を示している。用紙104が無端搬送ベルト103によって矢印方向に搬送される。インク吐出方向が用紙面に向くように、同じ4個のインクジェットヘッド101が基板102上に装着されている。搬送されている用紙上に画像データに合わせてインクを吐出させ、所望の画像を形成するようになっている。このインクジェット記録装置では、4個のインクジェットヘッドを1列に配置して、用紙幅に相当する印字幅で記録するので、高速に印字可能になっている。   FIG. 19 shows the configuration of the ink jet recording apparatus. The sheet 104 is conveyed in the direction of the arrow by the endless conveyance belt 103. The same four inkjet heads 101 are mounted on the substrate 102 so that the ink ejection direction is directed to the paper surface. A desired image is formed by ejecting ink on the transported paper in accordance with the image data. In this ink jet recording apparatus, four ink jet heads are arranged in a row and recording is performed with a print width corresponding to the paper width, so that high speed printing is possible.

インクジェットヘッド101を動作させる駆動信号を生成する場合は、上述したように、始にノイズ波形あるいは正弦波などの適当なテスト波形を用い、製造されたインクジェットヘッドの駆動信号に対するメニスカスの応答特性Rを測定する。次に、測定した応答特性とあらかじめ定められた仮想メニスカス振動を元に、前述の数式〔数4〕〜数式〔数10〕を用いて駆動信号の波形を演算により作成する。得られた駆動信号の波形をインクジェット記録装置の駆動波形メモリに記憶させる。このメモリに記憶したデータは駆動信号生成のための波形情報に相当する。   When generating a drive signal for operating the inkjet head 101, as described above, an appropriate test waveform such as a noise waveform or a sine wave is used first, and the response characteristic R of the meniscus to the drive signal of the manufactured inkjet head is set. taking measurement. Next, based on the measured response characteristic and a predetermined virtual meniscus vibration, the waveform of the drive signal is created by calculation using the above-described equations [Equation 4] to [Equation 10]. The waveform of the obtained drive signal is stored in the drive waveform memory of the ink jet recording apparatus. The data stored in this memory corresponds to waveform information for generating a drive signal.

図20に示すように、測定された応答特性Rと仮想メニスカス振動をインクジェット記録装置に記憶させておき、インクジェット記録装置内で上述した方法により駆動信号の波形を演算することも可能である。その場合、演算手段27でfmax以上の駆動信号VAの波形の周波数成分をカットするか、あらかじめ仮想メニスカス振動メモリ28に記憶される仮想メニスカス振動あるいは応答特性メモリ29に記憶される応答特性のfmax以上の周波数成分をカットしておくことが望ましい。   As shown in FIG. 20, the measured response characteristic R and virtual meniscus vibration can be stored in the ink jet recording apparatus, and the waveform of the drive signal can be calculated in the ink jet recording apparatus by the method described above. In that case, the frequency component of the waveform of the drive signal VA equal to or greater than fmax is cut by the computing means 27, or the virtual meniscus vibration stored in the virtual meniscus vibration memory 28 or the response characteristic fmax stored in the response characteristic memory 29 in advance. It is desirable to cut the frequency component of.

従来のインクジェット記録装置では、製造時にインクジェットヘッドの特性のばらつきに応じた駆動信号のタイミングの調整と電圧振幅の調整が行われていたが、インクジェットヘッドの主音響共振周波数のばらつきに伴いインクの吐出時間が変化するため、インクの吐出速度や体積がばらつくという課題があった。しかし、本発明では、駆動信号はあらかじめ定められたメニスカス振動を再現するように設定されるため、インクジェットヘッドヘッドの主音響共振周波数がばらついてもインクの吐出速度や体積がばらつく課題を解決できる。また、本発明のインクジェット記録装置を製造する場合、駆動信号のタイミングの調整と電圧振幅の調整を省略することができるので、安価なインクジェット記録装置を提供できる。   In the conventional ink jet recording apparatus, the timing of the drive signal and the voltage amplitude are adjusted at the time of manufacture according to the variation in the characteristics of the ink jet head, but the ink ejection is accompanied by the variation in the main acoustic resonance frequency of the ink jet head. Since the time changes, there is a problem in that the ink ejection speed and volume vary. However, in the present invention, since the drive signal is set so as to reproduce the predetermined meniscus vibration, the problem that the ink ejection speed and volume vary even if the main acoustic resonance frequency of the inkjet head head varies can be solved. Further, when the inkjet recording apparatus of the present invention is manufactured, the adjustment of the timing of the drive signal and the adjustment of the voltage amplitude can be omitted, so that an inexpensive inkjet recording apparatus can be provided.

1画素を形成するために吐出体積が異なる複数のインクドロップを選択的に吐出させる場合の仮想メニスカス振動について、図12を用いて詳細に述べる。吐出体積が異なるインクドロップ間でインクの吐出速度が各々大きく異なる場合、吐出速度が低すぎるインク滴は着弾位置精度が悪く、インク吐出速度が大きすぎる場合にはインク吐出動作が不安定となる。インクの吐出時間をstとし、インク吐出時のメニスカス変位をaとするとき、インクの吐出速度はおおむねa/stとなる。本実施例では、インクを吐出させるノズルの仮想メニスカス振動の変位Xにおいて、第1ドロップ、第2ドロップ、第3ドロップ吐出時の吐出時間を各々st1、st2、st3とし、インク吐出時の仮想メニスカス振動の変位をa1、a2、a3とするとき、下記数式〔数14〕のとおりとして、各ドロップの吐出速度がおおむね一定になるように仮想メニスカス振動を定義している。

Figure 0004763331

このため、各ドロップの吐出体積に応じて吐出時間stを可変している。また、各ドロップの仮想メニスカス振動の変位の終端に、変位が0でありかつ変位の時間微分で表される流速が0となる条件を設定することにより、各ドロップの吐出動作終了後の残留振動を実質的に0にしている。その結果、例えば第2ドロップを吐出させる場合、第1ドロップを吐出させたか否かによるインク吐出速度の変動を防止でき、各ドロップの吐出速度を均一化できる。 The virtual meniscus vibration in the case where a plurality of ink drops having different ejection volumes are selectively ejected to form one pixel will be described in detail with reference to FIG. When the ink ejection speeds differ greatly between ink drops having different ejection volumes, ink droplets with too low ejection speeds have poor landing position accuracy, and when the ink ejection speeds are too large, the ink ejection operation becomes unstable. When the ink ejection time is st and the meniscus displacement at the time of ink ejection is a, the ink ejection speed is approximately a / st. In this embodiment, the displacement X 3 of hypothetical meniscus vibrations in nozzles for ejecting ink, first drop, second drop, a third drop discharge each ejection time during st1, and st2, st3, virtual during ink ejection Assuming that the displacement of the meniscus vibration is a1, a2, and a3, the virtual meniscus vibration is defined so that the discharge speed of each drop is substantially constant as shown in the following formula [Formula 14].
Figure 0004763331

For this reason, the discharge time st is varied according to the discharge volume of each drop. Further, by setting a condition that the displacement is zero and the flow velocity represented by the time derivative of the displacement is zero at the end of the displacement of the virtual meniscus vibration of each drop, the residual vibration after the end of the discharge operation of each drop Is substantially zero. As a result, for example, when the second drop is ejected, fluctuations in the ink ejection speed depending on whether or not the first drop is ejected can be prevented, and the ejection speed of each drop can be made uniform.

以上のような仮想メニスカス振動は、吐出体積が各々異なり、吐出速度が概ね一定で、なおかつ残留振動が実質的に0となることから、階調印字性能に優れ、残留圧力振動による吐出するインク滴の速度や体積のばらつきが少ない、印字品質に優れたインク吐出動作を可能にするといえる。   The virtual meniscus vibration as described above has different discharge volumes, the discharge speed is substantially constant, and the residual vibration is substantially zero. Therefore, the ink droplets are excellent in gradation printing performance and discharged by the residual pressure vibration. Thus, it can be said that the ink ejection operation with excellent printing quality and small variations in the speed and volume is possible.

また、図13において、吐出ノズル10cに隣接するノズル10b、10dの流速振動U2、U4は、ノズル10cの流速振動U3の−1/4になっている。このような構成において、ノズル10c、10hからインクを同時に吐出させる場合に、非吐出ノズル10d〜10gの流速振動は吐出ノズル10c、10hの−1/4になる。すなわち、吐出ノズル10c、10hのインク吐出に伴う非吐出ノズル10d、10gの流速振動を、非吐出ノズル10e、10fに対して分散させて、ノズル10d〜10gに発生する流速振動の振幅を均一にする。これは、流速振動の振幅は圧力振動の振幅に比例するので、インクを吐出させる圧力室7c、7hのインク吐出動作に伴う、インクを吐出させない圧力室7d、7gの圧力振動を、インクを吐出させない圧力室7e、7fに対して分散させて、圧力室7d〜7gに発生する圧力振動の振幅を均一にすると表現しても良い。非吐出ノズルにおいて、メニスカスの盛り上がりを生じさせる力は、おおむね各ノズルの流速の2乗に比例する。非吐出ノズル全体としてメニスカスの盛り上がりを生じさせる力を最小にするにためには、非吐出ノズルに対してインク吐出動作に伴う流速振動を均一に分散させればよいことは明らかである。流速振動を均一に分散させることで、メニスカスがノズル面から盛り上がる現象を抑制することができ、インク吐出時のメニスカスの位置のばらつきが小さくなり、インク滴の吐出速度のばらつきが抑制されて印字品質が向上する。   In FIG. 13, the flow velocity vibrations U2 and U4 of the nozzles 10b and 10d adjacent to the discharge nozzle 10c are -1/4 of the flow velocity vibration U3 of the nozzle 10c. In such a configuration, when ink is simultaneously ejected from the nozzles 10c and 10h, the flow velocity vibration of the non-ejection nozzles 10d to 10g is -1/4 of the ejection nozzles 10c and 10h. That is, the flow velocity vibrations of the non-ejection nozzles 10d and 10g accompanying the ejection of the ink from the ejection nozzles 10c and 10h are dispersed with respect to the non-ejection nozzles 10e and 10f, so that the amplitude of the flow velocity vibration generated in the nozzles 10d to 10g is uniform. To do. This is because the amplitude of the flow velocity vibration is proportional to the amplitude of the pressure vibration, so that the pressure vibration of the pressure chambers 7d and 7g not ejecting ink accompanying the ink ejection operation of the pressure chambers 7c and 7h for ejecting ink is ejected from the ink. It may be expressed that the amplitude of the pressure vibration generated in the pressure chambers 7d to 7g is made uniform by dispersing the pressure chambers 7e and 7f that are not allowed to be distributed. In the non-ejection nozzle, the force that causes the meniscus to rise is approximately proportional to the square of the flow velocity of each nozzle. Obviously, in order to minimize the force that causes the meniscus to rise as a whole non-ejection nozzle, it is only necessary to uniformly disperse the flow velocity vibration associated with the ink ejection operation to the non-ejection nozzle. By uniformly distributing the flow velocity vibration, the phenomenon that the meniscus swells from the nozzle surface can be suppressed, variation in meniscus position during ink ejection is reduced, and variation in ink droplet ejection speed is suppressed, resulting in print quality. Will improve.

本発明の第2の実施例について説明する。本実施例では、仮想メニスカス振動Xが、図21のようになっている。仮想メニスカス振動Xのメニスカス変位aと吐出時間stは各ドロップともおおむね一定であるが、インク吐出前のメニスカス引き込み量b(b1、b2、b3)を各ドロップによって異ならせることで、インクの吐出体積を可変させている。メニスカス変位aと吐出時間stは各ドロップともおおむね一定なため、各ドロップの吐出速度はおおむね一定になる。また、各ドロップの仮想メニスカス振動の変位の終端に、変位が0でかつ変位の時間微分である流速が0となる条件を設定することにより、各ドロップの吐出動作終了後の残留振動を実質的に0にしている。このことにより、例えば第2ドロップを吐出させる場合、第1ドロップを吐出させたか否かに起因する吐出速度の変動を防止でき、各ドロップの吐出速度を均一化できる。 A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the virtual meniscus vibration X is as shown in FIG. Hypothetical meniscus vibration X 3 of the meniscus displacement a and the discharge time st is a generally constant in each drop, the prior ink ejection meniscus retraction amount b (b1, b2, b3) by varying the respective drop ejecting ink The volume is variable. Since the meniscus displacement a and the discharge time st are generally constant for each drop, the discharge speed of each drop is generally constant. Further, by setting a condition that the displacement is zero and the flow velocity that is the time derivative of the displacement is zero at the end of the virtual meniscus vibration of each drop, the residual vibration after the discharge operation of each drop is substantially reduced. It is set to 0. Thus, for example, when discharging the second drop, it is possible to prevent fluctuations in the discharge speed caused by whether or not the first drop is discharged, and to uniformize the discharge speed of each drop.

本実施例においても駆動波形の作成方法は第1の実施例と同様である。本実施例の流速振動Uを図22に、流速振動Uの流速スペクトルFUを図23に、駆動信号VAを図24に、駆動信号VBを図25に、駆動信号VDを図26に、各々示す。 Also in this embodiment, the method of creating the drive waveform is the same as that in the first embodiment. FIG. 22 shows the flow velocity vibration U of this embodiment, FIG. 23 shows the flow velocity spectrum FU 3 of the flow velocity vibration U, FIG. 24 shows the drive signal VA, FIG. 25 shows the drive signal VB, and FIG. Show.

第2の実施例において、インクを吐出する圧力室7cを駆動するアクチュエータ13c、13dに印加される駆動信号VEは、VE=VD−VDで算出され、図27に示す駆動信号となる。第1ドロップ、第2ドロップ、第3ドロップを吐出させる駆動信号は各々VEa、VEb、VEcである。ここで、+側は圧力室の容積を拡大させ、−側は圧力室の容積を収縮させることを表している。駆動信号VEa、VEb、VEcは、各々2周期の電圧振動を有し、かつ圧力室の容積を拡大させる側の電圧振幅と圧力室の容積を収縮させる側の電圧振幅が各ドロップに応じて異なっている。また、各駆動信号VEa、VEb、VEcの電圧の最大値と最小値の差は実質的に同じである。駆動信号VEa、VEb、VEcは、吐出体積が各々異なり、吐出速度が概ね一定で、なおかつ残留振動が実質的に0となる仮想メニスカス振動から逆算されたものであるから、上記の特徴を有する駆動信号VEa〜VEcは階調印字性能に優れ、残留圧力振動による吐出するインク滴の速度や体積のばらつきがない、印字品質に優れた駆動信号といえる。 In the second embodiment, the drive signal VE applied to the actuators 13c and 13d for driving the pressure chamber 7c for ejecting ink is calculated by VE = VD 3 −VD 2 and becomes the drive signal shown in FIG. The drive signals for discharging the first drop, the second drop, and the third drop are VEa, VEb, and VEc, respectively. Here, the + side indicates that the volume of the pressure chamber is enlarged, and the − side indicates that the volume of the pressure chamber is contracted. The drive signals VEa, VEb, and VEc each have two cycles of voltage oscillation, and the voltage amplitude on the side that expands the volume of the pressure chamber and the voltage amplitude on the side that contracts the volume of the pressure chamber differ depending on each drop. ing. Further, the difference between the maximum value and the minimum value of the voltages of the drive signals VEa, VEb, and VEc is substantially the same. The drive signals VEa, VEb, and VEc are calculated in reverse from the virtual meniscus vibration in which the discharge volumes are different, the discharge speed is substantially constant, and the residual vibration is substantially zero. The signals VEa to VEc are excellent gradation printing performance, and can be said to be drive signals having excellent printing quality without variations in the speed and volume of ink droplets discharged due to residual pressure vibration.

この駆動波形をアクチュエータ13c、13dに印加したとき、圧力室7cは以下に述べるインク吐出動作を行う。最初に圧力室の容積を拡張し、次に容積を収縮し、再び容積を拡張し、再び容積を収縮した後に、インク吐出動作前の容積に戻すことによりインク滴を吐出させ、圧力室の容積の拡張量と収縮量を異ならせることでインク吐出体積を可変している。各吐出動作における圧力室の容積の最大値と最小値の差は実質的に同じである。   When this drive waveform is applied to the actuators 13c and 13d, the pressure chamber 7c performs the ink ejection operation described below. First, the volume of the pressure chamber is expanded, then the volume is contracted, the volume is expanded again, the volume is contracted again, and then the ink droplet is ejected by returning to the volume before the ink ejection operation. The ink discharge volume is varied by making the expansion amount and the contraction amount different. The difference between the maximum value and the minimum value of the volume of the pressure chamber in each discharge operation is substantially the same.

上記の特徴を有するインクジェットヘッドの駆動方法は、吐出体積が各々異なり、出速度が概ね一定で、なおかつ残留振動が実質的に0となることから、階調印字性能にすぐれ、残留圧力振動による吐出するインク滴の速度や体積のばらつきがない、印字品質に優れた駆動方法といえる。   The inkjet head driving method having the above characteristics is different in each discharge volume, has a constant output speed, and has substantially no residual vibration, so that it has excellent gradation printing performance and discharge by residual pressure vibration. It can be said that this is a driving method with excellent printing quality without variations in the speed and volume of ink droplets.

本発明の第3の実施例について説明する。本実施例は、4分割駆動で、インクが吐出するノズル内の仮想メニスカス振動は第1の実施例と同じである。4分割駆動では、駆動信号選択手段24が5分割駆動と異なっている。   A third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is divided into four, and the virtual meniscus vibration in the nozzles that eject ink is the same as that of the first embodiment. In the 4-division drive, the drive signal selection means 24 is different from the 5-division drive.

図28に駆動信号選択手段24の回路図を示す。駆動信号選択手段24では、デコーダ出力にしたがってON/OFF信号27a〜27jがONの場合はアナログスイッチ30a〜30jによりACT信号を選択し、ON/OFF信号27a〜27jがOFFの場合はアナログスイッチ30a〜30jによりINA信号の選択して、駆動信号ACT1〜ACT4及びINA1〜INA4を電極8に印加する。ACT1〜ACT4は、各々時分割駆動における第1〜第4サイクルに対応している。例として、あるタイミングにおいて、圧力室7cからインクを吐出させ、同じ動作タイミングにある圧力室7gからインクを吐出させない場合の動作を説明する。圧力室7cからインクを吐出させるために、ON/OFF信号27a、27b、27c、27dをONにする。これらのON/OFF信号は、圧力室7cとその片側2つ(圧力室7a、7b)とその反対側1つ(圧力室7d)に対応している。圧力室7gからインクを吐出させないために、ON/OFF信号27e、27f、27g、27hをOFFにする。これらのON/OFF信号は、圧力室7gとその片側2つ(圧力室7e、7f)とその反対側1つ(圧力室7h)に対応している。これらのON/OFF信号の印加によって、インクを吐出させる圧力室7cとそのその片側2つと反対側1つの圧力室7a、7b、7dにはACT信号を供給し、インクを吐出させない圧力室7gと、その片側2つと反対側1つの圧力室7e、7f、7hにはINA信号を供給する。 FIG. 28 shows a circuit diagram of the drive signal selection means 24. In the drive signal selection means 24, the ACT signal is selected by the analog switches 30a to 30j when the ON / OFF signals 27a to 27j are ON according to the decoder output, and the analog switch 30a when the ON / OFF signals 27a to 27j are OFF. The INA signal is selected by ˜30j, and the drive signals ACT1 to ACT4 and INA1 to INA4 are applied to the electrode 8. ACT1 to ACT4 correspond to the first to fourth cycles in time-division driving, respectively. As an example, an operation when ink is ejected from the pressure chamber 7c at a certain timing and ink is not ejected from the pressure chamber 7g at the same operation timing will be described. In order to eject ink from the pressure chamber 7c, the ON / OFF signals 27a, 27b, 27c, and 27d are turned ON. These ON / OFF signals correspond to the pressure chamber 7c, two on one side (pressure chambers 7a and 7b), and one on the opposite side (pressure chamber 7d). In order not to eject ink from the pressure chamber 7g, the ON / OFF signals 27e, 27f, 27g, and 27h are turned OFF. These ON / OFF signals correspond to the pressure chamber 7g, two on one side (pressure chambers 7e and 7f), and one on the opposite side (pressure chamber 7h). By applying these ON / OFF signals, an ACT signal is supplied to the pressure chamber 7c that discharges ink and one pressure chamber 7a, 7b, and 7d on the opposite side of the pressure chamber 7c, and the pressure chamber 7g that does not discharge ink. The INA signal is supplied to the pressure chambers 7e, 7f, and 7h on the opposite side and the one on the opposite side.

駆動信号選択手段に供給される駆動信号ACT1〜ACT4及びINA1〜INA4について述べる。図29に、インク吐出用の駆動信号ACT1〜ACT4と、非インク吐出用の駆動信号INA1〜INA4の1印字周期分を示す。ACT1〜ACT4はW1、W2、W3の3つの駆動信号で、INA1〜INA4は駆動信号W3、W4、W5の3つの駆動信号で構成されている。ACT1〜ACT4は、各々時分割された時間だけ位相が異なっている。例えば、圧力室7cからインクを吐出させる場合、第3サイクルにおいてON/OFF信号27a〜dをONにすることにより、圧力室7aにはW3、圧力室7bと7dにはW2、圧力室7cにはW1の駆動信号が供給される。   The drive signals ACT1 to ACT4 and INA1 to INA4 supplied to the drive signal selection unit will be described. FIG. 29 shows one print cycle of the ink ejection drive signals ACT1 to ACT4 and the non-ink ejection drive signals INA1 to INA4. ACT1 to ACT4 are composed of three drive signals W1, W2 and W3, and INA1 to INA4 are composed of three drive signals W3, W4 and W5. The phases of ACT1 to ACT4 are different from each other by the time divided. For example, when ink is ejected from the pressure chamber 7c, the ON / OFF signals 27a to 27d are turned ON in the third cycle, so that the pressure chamber 7a has W3, the pressure chambers 7b and 7d have W2, and the pressure chamber 7c has Is supplied with a drive signal W1.

駆動信号W1〜W5について図30を用いて述べる。W1〜W5は、各々体積が6plの第1ドロップを吐出させる期間にあるW1a、W2a、W3a、W4a、W5aと、体積が12plの第2ドロップを吐出させる期間にあるW1b、W2b、W3b、W4b、W5bと、体積が24plの第3ドロップを吐出させる期間にあるW1c、W2c、W3c、W4c、W5cとで構成されている。   The drive signals W1 to W5 will be described with reference to FIG. W1 to W5 are W1a, W2a, W3a, W4a, W5a in the period for discharging the first drop having a volume of 6 pl, and W1b, W2b, W3b, W4b in the period for discharging the second drop having a volume of 12 pl. , W5b, and W1c, W2c, W3c, W4c, W5c in a period for discharging the third drop having a volume of 24 pl.

圧力室7cから第1ドロップを吐出させ、圧力室7gからは第1ドロップを吐出させない場合を例示する。第1サイクルから第4サイクルの順で圧力室7a、7b、7c、7dから順にインクを吐出させている。圧力室7cからインク吐出させるために第3サイクルの第1ドロップの期間にON/OFF信号27a〜27dをONにし、ON/OFF信号27e〜27hをOFFにする。このON/OFF信号の印加によって、電極8cにはW1a、電極8bと8dにはW2a、電極8aと8eにはW3a、電極8fと8hにはW4a、電極8gにはW5aの駆動信号がそれぞれ印加される。この結果、図31に示すように、アクチュエータ13cと13dは駆動信号W1aとW2aの電位差により大きく変形して圧力室8cから6plのインク滴が吐出する。アクチュエータ13bと13eは駆動信号W2aとW3aの電位差により圧力室7bと7dに発生する圧力振動を圧力室7aと7eに分散させる方向に変形する。アクチュエータ13fは、駆動信号W3aとW4aの電位差により、圧力室8gから第1ドロップを吐出させる場合と同じように変形する。そのため、圧力室7cで吐出動作を行った際に圧力室7eに発生する圧力振動が、圧力室7gの吐出動作を行った場合と同じになり、実質的にクロストークを0にすることができる。アクチュエータ13gと13hは、駆動信号W4aとW5aの電位差により、圧力室7fで発生する圧力振動を分散させるように変形する。このようにすることにより、圧力室7fから7hに発生する圧力振動は微小になり、非吐出ノズル10f〜10iにおけるメニスカスが盛り上がる現象などを抑制できるので、印字品質に対する悪影響を低減できる。   A case where the first drop is discharged from the pressure chamber 7c and the first drop is not discharged from the pressure chamber 7g is illustrated. Ink is ejected in order from the pressure chambers 7a, 7b, 7c, and 7d in the order from the first cycle to the fourth cycle. In order to eject ink from the pressure chamber 7c, the ON / OFF signals 27a to 27d are turned ON and the ON / OFF signals 27e to 27h are turned OFF during the first drop period of the third cycle. By applying this ON / OFF signal, W1a is applied to the electrode 8c, W2a is applied to the electrodes 8b and 8d, W3a is applied to the electrodes 8a and 8e, W4a is applied to the electrodes 8f and 8h, and W5a is applied to the electrode 8g. Is done. As a result, as shown in FIG. 31, the actuators 13c and 13d are greatly deformed by the potential difference between the drive signals W1a and W2a, and 6 pl ink droplets are ejected from the pressure chamber 8c. The actuators 13b and 13e are deformed in a direction in which the pressure vibration generated in the pressure chambers 7b and 7d is dispersed in the pressure chambers 7a and 7e due to the potential difference between the drive signals W2a and W3a. The actuator 13f is deformed in the same manner as when the first drop is discharged from the pressure chamber 8g due to the potential difference between the drive signals W3a and W4a. Therefore, the pressure vibration generated in the pressure chamber 7e when the discharge operation is performed in the pressure chamber 7c is the same as that in the case where the discharge operation of the pressure chamber 7g is performed, and the crosstalk can be substantially reduced to zero. . The actuators 13g and 13h are deformed so as to disperse the pressure vibration generated in the pressure chamber 7f by the potential difference between the drive signals W4a and W5a. By doing so, the pressure vibration generated in the pressure chambers 7f to 7h becomes minute, and the phenomenon that the meniscus in the non-ejection nozzles 10f to 10i swells can be suppressed, so that the adverse effect on the print quality can be reduced.

本実施例においても駆動信号の作成方法は第1の実施例と同様である。図32に仮想メニスカス振動の変位Xを示す。例えば、圧力室7cから第1〜第3ドロップを吐出させ、圧力室7gからはインクを吐出させない場合、ノズル10a〜10hの仮想メニスカス振動の変位は各々X〜Xとなる。その仮想メニスカス振動の変位に対応する流速振動Uを図33に、駆動信号VAを図34に、駆動信号VBを図35に、駆動信号VDを図36に、各々示す。 Also in this embodiment, the method of creating the drive signal is the same as that in the first embodiment. FIG. 32 shows the displacement X of the virtual meniscus vibration. For example, by discharging the first to third drop from the pressure chamber 7c, if not ejecting ink from the pressure chamber 7 g, displacement of hypothetical meniscus vibration in nozzle 10a~10h each becomes X 1 to X 8. FIG. 33 shows the flow velocity vibration U corresponding to the displacement of the virtual meniscus vibration, FIG. 34 shows the drive signal VA, FIG. 35 shows the drive signal VB, and FIG. 36 shows the drive signal VD.

図33において、吐出ノズル10cに隣接するノズル10b、10dの流速振動U、Uは、ノズル10cの流速振動Uの−1/3になっている。このような構成において、ノズル10cと10gからインクを同時に吐出させる場合に、非吐出ノズル10d〜10fの流速振動は、吐出ノズル10c、10gの−1/3になる。すなわち、吐出ノズル10cと10gのインク吐出に伴う、非吐出ノズル10dと10fの流速振動を、非吐出ノズル10d〜10fに対して均一に分散させる。 In FIG. 33, the flow velocity vibrations U 2 and U 4 of the nozzles 10b and 10d adjacent to the discharge nozzle 10c are −1/3 of the flow velocity vibration U 3 of the nozzle 10c. In such a configuration, when ink is simultaneously ejected from the nozzles 10c and 10g, the flow velocity vibration of the non-ejection nozzles 10d to 10f is −1 of that of the ejection nozzles 10c and 10g. That is, the flow velocity vibration of the non-ejection nozzles 10d and 10f accompanying the ejection of the ink from the ejection nozzles 10c and 10g is uniformly distributed to the non-ejection nozzles 10d to 10f.

これは、流速振動の振幅が圧力振動の振幅に比例することから、インクを吐出させる圧力室7cと7gのインク吐出動作に伴う、インクを吐出させない圧力室7dと7fの圧力振動を、インクを吐出させない圧力室7d〜7fに対して均一に分散させると表現しても良い。非吐出ノズルにおいて、メニスカスの盛り上がりを生じさせる力は、おおむね各ノズルの流速の2乗に比例する。そのため、非吐出ノズル全体としてメニスカスの盛り上がりを生じさせる力を最小にするには、非吐出ノズルに対してインク吐出動作に伴う流速振動を均一に分散させればよいことは明らかである。流速振動を均一に分散させることで、メニスカスがノズル面から盛り上がる現象を抑制することができ、インク吐出時のメニスカスの位置のばらつきが小さくなる。よって、インク滴の吐出速度のばらつきが抑制されて印字品質が向上する。   Since the amplitude of the flow velocity vibration is proportional to the amplitude of the pressure vibration, the pressure vibration of the pressure chambers 7d and 7f that do not eject ink accompanying the ink ejection operation of the pressure chambers 7c and 7g that eject ink is applied to the ink. It may be expressed that the pressure chambers 7d to 7f that are not discharged are uniformly dispersed. In the non-ejection nozzle, the force that causes the meniscus to rise is approximately proportional to the square of the flow velocity of each nozzle. For this reason, it is obvious that the flow velocity vibration accompanying the ink ejection operation should be uniformly distributed to the non-ejection nozzles in order to minimize the force that causes the meniscus to rise as a whole non-ejection nozzle. By uniformly dispersing the flow velocity vibration, the phenomenon that the meniscus swells from the nozzle surface can be suppressed, and variations in meniscus position during ink ejection are reduced. Therefore, variation in ink droplet ejection speed is suppressed, and print quality is improved.

圧力室7cと7gから同時にインクを吐出させ、続けて順次圧力室7dと7h、7eと7i、7fと7jから同時にインクを吐出させた場合の、ノズル10c〜10fのメニスカス変位を数値解析シミュレーションした結果を図37に示す。実線は非吐出ノズルにおいてインク吐出動作に伴う流速振動を均一に分散させた場合である。それに対して、破線は非吐出ノズルにおいてインク吐出動作に伴う流速振動を不均一に分散させた場合である。不均一に分散させた場合の例は、圧力室7cと7gから同時にインクを吐出させ、圧力室7d・7e・7fの圧力の比を各々1/4:1/4:1/2として計算している。矢印は各ノズルにおいてインク吐出が開始されるタイミングを示している。各吐出開始タイミングにおける不均一に分散させた場合のメニスカスの盛り上がりは、特にノズル10cの2番目の吐出タイミングにおいて最も大きくなり、均一に分散させた場合のメニスカスの盛り上がりはいずれの吐出開始タイミングにおいてもこれを下回っている。   Numerical analysis simulation was performed on the meniscus displacement of the nozzles 10c to 10f when ink was simultaneously ejected from the pressure chambers 7c and 7g, and then ink was ejected simultaneously from the pressure chambers 7d and 7h, 7e and 7i, and 7f and 7j. The results are shown in FIG. The solid line shows the case where the flow velocity vibration accompanying the ink ejection operation is uniformly dispersed in the non-ejection nozzles. On the other hand, a broken line is a case where the flow velocity vibration accompanying the ink ejection operation is non-uniformly distributed in the non-ejection nozzles. In the case of non-uniform dispersion, ink is simultaneously ejected from the pressure chambers 7c and 7g, and the pressure ratios of the pressure chambers 7d, 7e, and 7f are calculated as 1/4: 1/4: 1/2, respectively. ing. Arrows indicate the timing at which ink ejection is started at each nozzle. The climax of the meniscus when unevenly distributed at each discharge start timing is greatest at the second discharge timing of the nozzle 10c, and the climax of the meniscus when uniformly distributed is at any discharge start timing. Below this.

本実施例において、圧力室7gからインクを吐出させるか否かにかかわらず圧力室7cのインク吐出動作を一定にするために、圧力室7gからインクを吐出しない場合においてもアクチュエータ13fを変形させて、圧力室7gからインクが吐出する時に圧力室7eに生じる圧力振動と、圧力室7gからインクが吐出しない時に圧力室7eに生じる圧力振動とを同じにしている。この場合、ノズル10f〜10hの流速振動U〜Uを、ノズル10cの流速振動Uの1/9にすることで、非吐出ノズル10f〜10hのメニスカス盛り上がりを最小化できる。これは、任意の時刻におけるU〜Uの合計が実質的に0になるというシェアードウォールヘッドの性質を用いて導かれる。すなわち、U〜Uは、下記の数式〔数15〕のとおりとなる。

Figure 0004763331

このとき、U〜Uは、圧力分散により下記の数式〔数16〕のとおりとなる。
Figure 0004763331

したがって、上記数式〔数15〕および〔数16〕より、次の数式〔数17〕に示すとおりとなる。
Figure 0004763331

ゆえに、メニスカス盛り上がりの力が流速の2乗に比例することを考慮すれば、下記の数式〔数18〕のとおりであるのが最適なのは、明らかである。
Figure 0004763331
In this embodiment, in order to make the ink ejection operation of the pressure chamber 7c constant regardless of whether or not ink is ejected from the pressure chamber 7g, the actuator 13f is deformed even when ink is not ejected from the pressure chamber 7g. The pressure vibration generated in the pressure chamber 7e when ink is ejected from the pressure chamber 7g is the same as the pressure vibration generated in the pressure chamber 7e when ink is not ejected from the pressure chamber 7g. In this case, the vibrating flow velocity U 6 ~U 8 nozzles 10F~10h, by the 1/9 of the vibrating flow velocity U 3 of the nozzle 10c, thereby minimizing the meniscus swelling of the non-discharge nozzle 10F~10h. This is derived using the shared wall head property that the sum of U 1 to U 8 at any time is substantially zero. That is, U 1 to U 8 are as shown in the following formula [Formula 15].
Figure 0004763331

At this time, U 1 to U 5 are represented by the following formula [Equation 16] due to pressure dispersion.
Figure 0004763331

Therefore, from the above equations [Equation 15] and [Equation 16], the following equation [Equation 17] is obtained.
Figure 0004763331

Therefore, considering that the meniscus rising force is proportional to the square of the flow velocity, it is clear that the following equation [Equation 18] is optimal.
Figure 0004763331

本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す縦断面図。1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an ink jet head according to an embodiment of the present invention. 第1の実施例のアクチュエータの動作を示す図。The figure which shows operation | movement of the actuator of a 1st Example. 同実施の形態に係るインクジェットヘッドを駆動する駆動回路の構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a drive circuit that drives the inkjet head according to the embodiment. 第1の実施例の階調制御方法を示す図。The figure which shows the gradation control method of a 1st Example. 第1の実施例の駆動信号選択手段を示す回路図。The circuit diagram which shows the drive signal selection means of a 1st Example. 第1の実施例の駆動信号の一例を示す図。The figure which shows an example of the drive signal of a 1st Example. 第1の実施例の駆動信号の詳細を示す図。The figure which shows the detail of the drive signal of a 1st Example. 実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動を示す図。The figure which shows an actual meniscus vibration and a virtual meniscus vibration. 第1の実施例のヘッド応答特性測定用の駆動信号を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a drive signal for measuring head response characteristics according to the first embodiment. 第1の実施例のヘッド応答特性測定用の駆動信号に対する流速振動を示す図。The figure which shows the flow velocity vibration with respect to the drive signal for head response characteristic measurement of a 1st Example. 第1の実施例のヘッド応答特性を示す図。FIG. 6 is a diagram showing head response characteristics of the first embodiment. 第1の実施例の仮想メニスカス振動の変位を示す図。The figure which shows the displacement of the virtual meniscus vibration of a 1st Example. 第1の実施例の仮想メニスカス振動の流速を示す図。The figure which shows the flow velocity of the virtual meniscus vibration of a 1st Example. 第1の実施例の仮想メニスカス振動の流速の周波数成分を示す図。The figure which shows the frequency component of the flow velocity of the virtual meniscus vibration of a 1st Example. 第1の実施例の仮想メニスカス振動の流速とヘッド応答特性から演算された駆動信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the drive signal calculated from the flow velocity and head response characteristic of the virtual meniscus vibration of 1st Example. 図15の駆動信号を補正した駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal which correct | amended the drive signal of FIG. 図15の駆動信号を変形した駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal which deform | transformed the drive signal of FIG. 第1の実施例のインクを吐出する圧力室を駆動するアクチュエータに印加される駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal applied to the actuator which drives the pressure chamber which discharges the ink of a 1st Example. 本発明のインクジェット記録装置を示す図。1 is a diagram showing an ink jet recording apparatus of the present invention. 同実施の形態に係るインクジェットヘッドを駆動する駆動回路の構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a drive circuit that drives the inkjet head according to the embodiment. 第2の実施例の仮想メニスカス振動の変位を示す図。The figure which shows the displacement of the virtual meniscus vibration of a 2nd Example. 第2の実施例の仮想メニスカス振動の流速を示す図。The figure which shows the flow velocity of the virtual meniscus vibration of a 2nd Example. 第2の実施例の仮想メニスカス振動の流速の周波数成分を示す図。The figure which shows the frequency component of the flow velocity of the virtual meniscus vibration of a 2nd Example. 第2の実施例の仮想メニスカス振動の流速とヘッド応答特性から演算された駆動信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the drive signal calculated from the flow velocity and head response characteristic of the virtual meniscus vibration of 2nd Example. 図24の駆動信号を補正した駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal which correct | amended the drive signal of FIG. 図25の駆動信号を変形した駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal which deform | transformed the drive signal of FIG. 第2の実施例のインクを吐出する圧力室を駆動するアクチュエータに印加される駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal applied to the actuator which drives the pressure chamber which discharges the ink of a 2nd Example. 第3の実施例の駆動信号選択手段を示す回路図。The circuit diagram which shows the drive signal selection means of a 3rd Example. 第3の実施例の駆動信号の一例を示す図。The figure which shows an example of the drive signal of a 3rd Example. 第3の実施例の駆動信号の詳細を示す図。The figure which shows the detail of the drive signal of a 3rd Example. 第3の実施例のアクチュエータの動作を示す図。The figure which shows operation | movement of the actuator of a 3rd Example. 第3の実施例の仮想メニスカス振動の変位を示す図。The figure which shows the displacement of the virtual meniscus vibration of a 3rd Example. 第3の実施例の仮想メニスカス振動の流速を示す図。The figure which shows the flow velocity of the virtual meniscus vibration of a 3rd Example. 第3の実施例の仮想メニスカス振動の流速とヘッド応答特性から演算された駆動信号の波形を示す図。The figure which shows the waveform of the drive signal calculated from the flow velocity and head response characteristic of the virtual meniscus vibration of 3rd Example. 図34の駆動信号を補正した駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal which correct | amended the drive signal of FIG. 図35の駆動信号を変形した駆動信号を示す図。The figure which shows the drive signal which deform | transformed the drive signal of FIG. 第3の実施例の吐出動作時のメニスカス変位を示す図。The figure which shows the meniscus displacement at the time of discharge operation of a 3rd Example.

符号の説明Explanation of symbols

101 インクジェットヘッド
1 基板
2、3 圧電部材
4 天板枠
5 天板蓋
7 圧力室
8 電極
11 ノズルプレート
13 アクチュエータ
14 インク供給路
15 インク供給口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Inkjet head 1 Substrate 2, 3 Piezoelectric member 4 Top plate frame 5 Top plate lid 7 Pressure chamber 8 Electrode 11 Nozzle plate 13 Actuator 14 Ink supply path 15 Ink supply port

Claims (6)

インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドの前記駆動信号の波形を作成する方法において、
前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速の応答特性を測定し、メニスカス流速振動をU、前記Uのフーリエ変換結果をFU、前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速の応答特性をRとしたとき、FV=R −1 FUとして、FVを逆フーリエ変換することで前記波形を求めることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動信号の波形作成方法。
A nozzle that ejects ink; a pressure chamber that communicates with the nozzle; an ink supply unit that supplies ink to the pressure chamber; and an actuator that varies a volume of the pressure chamber in accordance with a drive signal. In the method of creating the waveform of the drive signal of the inkjet head that ejects ink from the nozzle according to
The response characteristic of the meniscus flow velocity in the nozzle to the inkjet head drive signal is measured, the meniscus flow velocity vibration is U, the U Fourier transform result is FU, and the meniscus flow velocity response in the nozzle to the inkjet head drive signal is measured. A method of creating a waveform of a drive signal for an inkjet head , wherein the waveform is obtained by performing inverse Fourier transform on FV, assuming that the characteristic is R, and FV = R -1 FU .
前記メニスカス流速振動は、1回のインク吐出行程が終了した時の変位がインク吐出行程前の変位と実質的に同じで、1回のインク吐出行程が終了した時の流速が実質的に0であることを特徴とした請求項1記載のインクジェットヘッドの駆動信号の波形作成方法。   In the meniscus flow velocity vibration, the displacement at the end of one ink discharge stroke is substantially the same as the displacement before the ink discharge stroke, and the flow velocity at the end of one ink discharge stroke is substantially zero. 2. The method of generating a waveform of a drive signal for an inkjet head according to claim 1, wherein the waveform is generated. 前記演算は所定の周波数以上の周波数成分をカットする過程を含むことを特徴とした請求項1記載のインクジェットヘッドの駆動信号の波形作成方法。   2. The method of creating a waveform of a drive signal for an inkjet head according to claim 1, wherein the calculation includes a step of cutting a frequency component having a predetermined frequency or higher. インクを吐出させるノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記圧力室の容積を駆動信号に応じて可変させるアクチュエータを有し、前記駆動信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドと、前記駆動信号の波形情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された波形情報を元に前記駆動信号を発生して前記インクジェットヘッドを駆動する駆動手段を有するインクジェット記録装置において、
前記波形情報は前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速を測定して得られた応答特性に基づいて、メニスカス流速振動をU、前記Uのフーリエ変換結果をFU、前記インクジェットヘッドの駆動信号に対する前記ノズル内のメニスカス流速の応答特性をRとしたとき、FV=R −1 FUとして、FVを逆フーリエ変換することによって求められたものであることを特徴とするインクジェット記録装置。
A nozzle that ejects ink; a pressure chamber that communicates with the nozzle; an ink supply unit that supplies ink to the pressure chamber; and an actuator that varies a volume of the pressure chamber in accordance with a drive signal. An ink jet head that ejects ink from the nozzles in response, a storage unit that stores waveform information of the drive signal, and a drive signal that is generated based on the waveform information stored in the storage unit. In an inkjet recording apparatus having a driving means for driving,
The waveform information is based on response characteristics obtained by measuring the meniscus flow velocity in the nozzle with respect to the drive signal of the inkjet head, U is the meniscus flow velocity vibration, FU is the Fourier transform result of U, and the inkjet head drive An ink jet recording apparatus, wherein the response characteristic of the meniscus flow velocity in the nozzle with respect to a signal is R, and FV = R -1 FU, and the FV is obtained by inverse Fourier transform .
前記メニスカス流速振動は、1回のインク吐出行程が終了した時の変位がインク吐出行程前の変位と実質的に同じで、1回のインク吐出行程が終了した時の流速が実質的に0であることを特徴とした請求項記載のインクジェット記録装置。 In the meniscus flow velocity vibration, the displacement at the end of one ink discharge stroke is substantially the same as the displacement before the ink discharge stroke, and the flow velocity at the end of one ink discharge stroke is substantially zero. The inkjet recording apparatus according to claim 4 , wherein the inkjet recording apparatus is provided. 前記演算は所定の周波数以上の周波数成分をカットする過程を含むことを特徴とした請求項記載のインクジェット記録装置。 5. The ink jet recording apparatus according to claim 4, wherein the calculation includes a process of cutting a frequency component having a predetermined frequency or higher.
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