JP5059336B2 - インクジェット記録装置及びその制御条件の決定方法 - Google Patents
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Description
って伝播する。そして、流路の途中のアパーチャ12において反射し、圧力の正負が反転した圧力波となって圧力室10及びディセンダ33を伝播しノズル8へと向かう。つまり、第1の圧力波は、アパーチャ12で反射する際に圧力が反転して正圧の圧力波(以下、第3の圧力波とする)となって、圧力室10に戻ってくる。そして、圧電アクチュエータ50によって圧力室10内のインクに第2の圧力波が発生する。第2の圧力波と第3の圧力波とが重なり合った合成波が進行波としてノズル8に到達した際に、ノズル8からインクが吐出される。
このことを確かめるため、発明者は下記のような数値解析を実施した。図10は本数値解析の内容を示す図である。
によって行われた。流体解析部233における流体解析では、流体解析部233を通過するインクの体積速度が求められた。
Dv=Sv×U0×Dd
図1は、本発明の一実施形態によるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、4つのインクジェットヘッド2を有している。これらのインクジェットヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ1に固定されている。インクジェットヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。
ヘッド本体13について説明する。図2は、図1に示されたヘッド本体13の上面図である。
ヘッド本体13の断面構造について説明する。図4は、図3のIV―IV線に沿った縦断面図である。
アクチュエータユニット21は、図5に示されるように、4枚の圧電層41、42、43、44からなる積層構造を有している。これらの圧電層41〜44はそれぞれ15μm程度の厚みを有している。アクチュエータユニット21全体の厚みは60μm程度である。圧電層41〜44のいずれの層も複数の圧力室10を跨ぐように延在している(図3参照)。これらの圧電層41〜44は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなる。
以下は、アクチュエータユニット21の制御についての説明である。アクチュエータユニット21の制御のために、プリンタ1は制御部100及びドライバIC80を有している。なお、プリンタ1は、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)、C
PUが実行するプログラム及びプログラムに使用されるデータが記憶されているROM(Read Only Memory)、及び、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのRAM(Random Access Memory)を有しており、これらによって以下に説明する機能を有する制御部100が構築されている。
吐出電圧パルス列信号及びこの信号の供給を受けた個別電極35における電位の変化について説明する。
を経て決定されている。波形パターン記憶部103は、このように予め決定されたToに基づく波形61を記憶している。
以下は、上記のような吐出電圧パルス列信号が個別電極35に供給されることにより、圧電アクチュエータ50がどのように駆動されるかについての説明である。
以下は、本実施形態において個別電極35に供給される電圧パルス信号の波形に係る制御条件を決定する一連のステップについての説明である。図12は、制御条件の決定ステップを示すフローチャートである。なお、本制御条件の決定ステップは、インクジェットヘッド2からインクが吐出された際に、Toに対するインクの吐出速さの曲線が図9の曲線70に示されているような場合に適用される。つまり、吐出速さの曲線が吐出速さの増える向きに凸の概略形状を有している場合に適用される。
Tc 個別インク流路内のインクの固有振動周期
1 カラーインクジェットプリンタ
2 インクジェットヘッド
4 流路ユニット
5 マニホールド流路
5a 副マニホールド流路
8 ノズル
10 圧力室
12 アパーチャ
13 ヘッド本体
21 アクチュエータユニット
32 個別インク流路
33 ディセンダ
34 共通電極
35 個別電極
41-44 圧電層
50 圧電アクチュエータ
100 制御部
299 圧力源
Claims (6)
- 共通インク室、及び、前記共通インク室の出口から圧力室を経てインクの吐出口に至る個別インク流路を有する流路ユニットと、
前記圧力室の容積をV1とする第1の状態と前記圧力室の容積をV1より大きいV2とする第2の状態とを選択的に取ることができるアクチュエータと、
前記第1の状態から前記第2の状態を経て前記第1の状態に戻る際に前記吐出口からインクを吐出させるように所定の電圧値の吐出信号を供給することで前記アクチュエータを駆動する制御手段とを備えており、
前記個別インク流路が、
前記共通インク室の出口から前記圧力室の一方端までの上流側部分流路のいずれかの領域において、前記上流側部分流路の長さ方向について垂直な断面の面積が最も小さい絞り部を有し、前記圧力室の他方端が下流側部分流路を介して前記吐出口と連通しており、
(a)前記アクチュエータが前記第1の状態から前記第2の状態を経て前記第1の状態に戻る際に前記吐出口からインクが吐出されるときに、前記第1の状態から前記第2の状態へと前記アクチュエータが変化し始める時点から前記第2の状態から前記第1の状態へと前記アクチュエータが変化し始める時点までの時間Toの変化に対して前記吐出口から吐出されるインクの吐出速さの変化を描いた曲線が、全体的に吐出速さの増える向きに凸となる概略形状を有すること、
(b)前記吐出信号の電圧を、前記所定の電圧値近傍の互いに異なる電圧値x1[V]、x2[V]、…xn[V](n:2以上の自然数)とした信号S1、S2、…Snを、前記アクチュエータに供給した際に、前記吐出口から吐出されるインクの吐出速さをy1[m/s]、y2[m/s]、…yn[m/s]とするとき、xy座標系上のn個の点(x1,y1)、(x2,y2)、…(xn,yn)に関する回帰直線の傾きを電圧感度Sv[m/s/V]とし、前記個別インク流路に充填されたインクの固有振動周期がTcで表される場合に、Toの変化に対してSvの変化を描いた電圧感度曲線において、Svは、ToがTcの1/2倍となる点を挟んで互いに隣接する2つの極大値を取ること、の両方を満たすように形成されており、
前記吐出信号が、
前記アクチュエータに供給された場合に、Toが、前記電圧感度曲線における前記2つの極大値同士の間の領域であってSv<0.8を満たす極小値近傍の領域内のいずれかの点に対応する値であって、Tcの0.51倍からTcの0.54倍までの範囲内となるように調整されていることを特徴とするインクジェット記録装置。 - 前記共通インク流路と前記圧力室とが互いに対向しており、
前記流路ユニットにおいて前記圧力室と共に前記共通インク流路を挟む位置に形成されたノズル面に前記吐出口が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録装置。 - 前記下流側部分流路のいずれかの領域において、前記下流側部分流路の長さ方向について垂直な断面の面積が、前記下流側部分流路と前記圧力室との境界面の面積及び前記吐出口の面積のいずれよりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェット記録装置。
- 共通インク室、及び、前記共通インク室の出口から圧力室を経て吐出口に至る個別インク流路を有する流路ユニットと、前記圧力室の容積をV1とする第1の状態と前記圧力室の容積をV1より大きいV2とする第2の状態とを選択的に取ることができるアクチュエータと、前記第1の状態から前記第2の状態を経て前記第1の状態に戻る際に前記吐出口からインクを吐出させるように所定の電圧値の吐出信号を供給することで前記アクチュエータを駆動する制御手段とを備えており、(a)前記アクチュエータが前記第1の状態から前記第2の状態を経て前記第1の状態に戻る際に前記吐出口からインクが吐出されるときに、前記第1の状態から前記第2の状態へと前記加圧アクチュエータが変化し始める時点から前記第2の状態から前記第1の状態へと前記加圧アクチュエータが変化し始める時点までの時間Toの変化に対して前記吐出口から吐出されるインクの吐出速さの変化を描いた曲線が、全体的に吐出速さの増える向きに凸となる概略形状を有すること、を満たすように前記個別インク流路が形成されているインクジェット記録装置の制御条件を決定する方法であって、
前記所定の電圧値近傍で前記吐出信号の電圧を変えると共にToの大きさを変えつつ前記制御手段に前記アクチュエータを駆動させた場合に前記ノズルから吐出されるインクの吐出速さを、数値解析及び測定の少なくともいずれかにより導出する導出ステップと、
前記吐出信号の電圧の変化に対する前記吐出口から吐出されるインクの吐出速さの変化を電圧感度とし、前記個別インク流路に充填されたインクの固有振動周期がTcで表される場合に、(b)Toの変化に対して前記電圧感度の変化を描いた電圧感度曲線において、前記電圧感度は、ToがTcの1/2倍となる点を挟んで互いに隣接する2つの極大値を取ること、を満たすか否かを判断する判断ステップと、
(b)を満たすと前記判断ステップで判断された場合に前記吐出信号の条件を決定する条件決定ステップとを備えており、
前記条件決定ステップにおいて、
前記吐出信号が前記アクチュエータに供給された際、Toが、前記電圧感度曲線における前記2つの極大値同士の間の領域であって前記電圧感度が所定値未満となる極小値近傍の領域内のいずれかの点に対応する値となるように、前記吐出信号の条件を決定することを特徴とするインクジェット記録装置の制御条件の決定方法。 - 前記判断ステップにおいて、
前記吐出信号の電圧を、前記所定の電圧値近傍の互いに異なる電圧値x1[V]、x2[V]、…xn[V](n:2以上の自然数)とした信号S1、S2、…Snを、前記アクチュエータに供給した際に、前記吐出口から吐出されるインクの吐出速さをy1[m/s]、y2[m/s]、…yn[m/s]とするとき、xy座標系上のn個の点(x1,y1)、(x2,y2)、…(xn,yn)に関する回帰直線の傾き[m/s/V]として、前記電圧感度を導出することを特徴とする請求項4に記載のインクジェット記録装置の制御条件の決定方法。 - 前記条件決定ステップが、
前記アクチュエータの変形度合いのばらつき及び前記電圧感度と吐出速さのばらつきとの関係を評価するステップと、
前記アクチュエータの変形度合いのばらつきと前記吐出速さのばらつきとが所定の範囲となるような前記電圧感度の範囲を導出するステップと、
Toが、前記電圧感度曲線において前記範囲内のいずれかの点に対応する値となるように、前記吐出信号の条件を決定するステップとを含んでいることを特徴とする請求項4又は5に記載のインクジェット記録装置の制御条件の決定方法。
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