JP5296756B2 - インクジェットヘッドの駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出して画像を形成させるためのインクジェットヘッドの駆動装置および駆動方法に関する。

インクジェットヘッドは、インクが充填される複数のインク室と、各インク室に形成される複数のノズルと、各インク室に設けられ、各ノズルからインクを吐出させる複数の駆動素子とを有する。駆動素子としては、インク室の容積を変化させてインクを吐出させる圧電素子が用いられたり、インク室内に気泡を発生させてインクを吐出させる発熱素子が用いられたりする。

このような構成のインクジェットヘッドでは、駆動素子に駆動パルス信号が印加されると、駆動素子が動作して、この駆動素子に対応したノズルからインク滴が吐出される。

しかしながら、１つのインクジェットヘッドを構成する複数のインク室やノズル径の寸法は、必ずしも均一ではない。また、各発熱素子の性能にもばらつきがある。このため、同一電圧の駆動パルス信号を複数の駆動素子に印加しても、ノズルから吐出されるインクの体積は必ずしも一定にはならない。これにより、インクの吐出によって形成された画像には、濃度ムラが発生してしまうことがある。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、電気−機械エネルギ変換素子の変形によって、複数のノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドを駆動する駆動装置であって、前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する駆動信号を生成する信号生成部と、乱数発生器で発生した乱数を用いることにより、基準波形に対して、前記各ノズルにおける前記駆動信号の波形の遅延時間を設定する設定部と、を有する。前記設定部は、前記基準波形の立ち下がりタイミングを規定する第１起点および、前記基準波形の立ち上がりタイミングを規定する第２起点に関して、前記遅延時間を設定する。

また、本発明の一態様は、電気−機械エネルギ変換素子の変形によって、複数のノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドを駆動する駆動方法であって、前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する駆動信号を生成し、乱数発生器で発生した乱数を用いることにより、基準波形に対して、前記各ノズルにおける前記駆動信号の波形の遅延時間を設定する。ここで、前記基準波形の立ち下がりタイミングを規定する第１起点および、前記基準波形の立ち上がりタイミングを規定する第２起点に関して、前記遅延時間を設定する。

インクジェットプリンタの概略構成を示すブロック図である。 インクジェットヘッドの要部構成を示す断面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 圧電部材に印加される駆動波形を示す図である。 起点Ａの遅延時間およびインクの吐出体積の関係を示す図である。 起点Ｂの遅延時間およびインクの吐出体積の関係を示す図である。 起点Ａの遅延時間およびインクの吐出速度の関係を示す図である。 起点Ｂの遅延時間およびインクの吐出速度の関係を示す図である。 インクの吐出体積および吐出速度の関係を示す図である。 圧電部材の駆動波形を生成する回路を示す図である。 圧電部材の駆動波形を説明する図である。

図１はインクジェットプリンタ１の概略構成を示すブロック図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド１１と、インクジェットヘッド１１を駆動する駆動装置１２と、駆動装置１２を含むインクジェットプリンタ１の各部を制御するプリンタコントローラ１３とを有する。プリンタコントローラ１３には、印字データを出力するホストコンピュータ２が接続されている。プリンタコントローラ１３は、ホストコンピュータ２から印字データを受信すると、インクジェットプリンタ１の各部（インクジェットヘッド１１や駆動装置１２を含む）の動作を制御し、用紙の印字を行う。

次に、インクジェットヘッド１１の要部構成を、図２及び図３を用いて説明する。ここで、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

インクジェットヘッド１１は、インクを貯留するための複数のインク室３１を有しており、各インク室３１は、隔壁３２によって仕切られている。各インク室３１には、インクを吐出するためのノズル３３が設けられている。複数のノズル３３は、一方向に並んで配置されている。インクジェットプリンタ１では、複数のノズル３３の配列方向に対して直交する方向において、用紙およびインクジェットヘッド１１を相対的に移動させている。

各インク室３１の底面は、振動板３４によって形成されている。振動板３４のうち、インク室３１を形成する面とは反対側の面には、各インク室３１に対応した圧電部材３５が固定されている。振動板３４および圧電部材３５は、駆動素子としてのアクチュエータＡＣＴを構成し、圧電部材３５は駆動装置１２の出力端子３に電気的に接続されている。

インクジェットヘッド１１は、インク室３１と連通している共通インク室３６を有する。共通インク室３６には、インク供給口３７を経由してインク供給部（図示せず）からインクが注入される。これにより、共通インク室３６、各インク室３１およびノズル３３には、インクが満たされる。

なお、インクを吐出させる構造は、本実施形態で説明した構造に限るものではない。すなわち、圧電部材を用いてインクを吐出させる構造であればよい。具体的には、インク室３１を仕切る隔壁を圧電部材で構成し、圧電部材を変形させてインク室の容積を変化させることにより、インクを吐出させることができる。

次に、圧電部材３２を駆動するときの駆動波形について、図４を用いて説明する。図４に示す駆動波形は、駆動装置１２によって生成され、インクジェットヘッド１１に入力される。

図４において、駆動波形ＣＨ１は、基準の駆動波形を示す。駆動波形ＣＨ１の起点Ａでは、出力電圧が０［Ｖ］から−Ｖ［Ｖ］に変化しており、インク室３１の内圧を減少させている。これにより、共通インク室３６からインク室３１にインクが流れ、インク室３１がインクで満たされる。起点Ａから所定時間が経過した起点Ｂでは、出力電圧が−Ｖ［Ｖ］から０［Ｖ］に変化しており、インク室３１の内圧を上昇させている。これにより、インク室３１に満たされたインクが、ノズル３３から吐出する。

起点Ｂから所定時間が経過すると、出力電圧は、０［Ｖ］から＋Ｖ［Ｖ］に変化する。図４に示す駆動波形ＣＨ１を圧電部材３２に印加することにより、インクジェットヘッド１１のノズル３３からインクを断続的に吐出させることができる。

駆動波形ＣＨ２、ＣＨ３は、駆動波形ＣＨ１に対して、起点Ａ，Ｂを遅延させた波形であり、駆動波形ＣＨ３における遅延時間は、駆動波形ＣＨ２における遅延時間よりも長い。

基準の駆動波形ＣＨ１に対して、起点Ａだけを遅延させた場合において、遅延時間およびインクの吐出体積の関係を図５に示す。図５に示すように、起点Ａの遅延時間が長くなるほど、インクの吐出体積が低下している。上述したように、起点Ａから起点Ｂの間は、インク室３１にインクを取り込むための期間となるため、起点Ａが遅くなるほど、インク室３１にインクが取り込まれにくくなる。このため、起点Ａの遅延時間が長くなるほど、インクの吐出体積が低下してしまう。

基準の駆動波形ＣＨ１に対して、起点Ｂだけを遅延させた場合において、遅延時間およびインクの吐出体積の関係を図６に示す。図６に示すように、起点Ｂの遅延時間が長くなるほど、インクの吐出体積が増加している。上述したように、起点Ｂが遅くなるほど、インク室３１にインクが取り込まれる時間が長くなり、より多くのインクがインク室３１に取り込まれることになる。この状態で、インクを吐出させれば、インクの吐出体積を増加させることができる。

一方、図７には、基準の駆動波形ＣＨ１に対して起点Ａだけを遅延させた場合において、遅延時間およびインクの吐出速度の関係を示す。図７に示すように、起点Ａの遅延時間が長くなるほど、インクの吐出速度が低下している。図８には、基準の駆動波形ＣＨ１に対して起点Ｂだけを遅延させた場合において、遅延時間およびインクの吐出速度の関係を示す。図８に示すように、起点Ｂの遅延時間が長くなるほど、インクの吐出速度が低下している。

図９には、インクの吐出速度と、インクの吐出体積との関係を示す図である。図５から図８で説明したように、起点Ａでは、遅延時間が長くなるほど、吐出体積が減少するとともに、吐出速度が減少する。また、起点Ｂでは、遅延時間が長くなるほど、吐出体積が増加するとともに、吐出速度が減少する。起点Ａおよび起点Ｂは、このような関係を有しているため、吐出速度を一定にしながら、吐出体積を変化させることができる。また、吐出体積を一定にしながら、吐出速度を変化させることができる。

ここで、用紙に形成された画像の濃度ムラの主な原因がインクの吐出方向によるものであれば、インクの吐出体積を一定にしながら、インクの吐出速度にバラツキを持たせることができる。ここで、インクの吐出速度が変わると、インクが用紙に到達する位置が変化する。そこで、インクの吐出速度にバラツキを持たせて、用紙にインクが到達する位置にバラツキを持たせることにより、濃度ムラを目立たなくすることができる。

また、用紙に形成された画像の濃度ムラの主な原因がインクの吐出方向によるものでなければ、インクの吐出速度を一定にしながら、インクの吐出体積にバラツキを持たせることができる。これにより、用紙にインクが到達する位置を保持しつつ、インクの量にバラツキを持たせることにより、濃度ムラを目立たなくすることができる。

ここで、インクの吐出体積および吐出速度のうち、いずれを優先させるかを選択できるようにすることができる。すなわち、吐出体積を優先させるモードと、吐出速度を優先させるモードとを用意しておき、２つのモードをユーザに選択させることができる。

次に、圧電部材３２に印加する駆動波形を生成するための回路構成について、図１０を用いて説明する。図１０に示す回路は、駆動装置１２に含まれる。

第１タイミング決定部４１は、図１１に示すタイミングＰ０を決定する。第１タイミング決定部４１は、タイミングＴｐのトリガが入力され、タイマーＴ０の端子には、乱数発生器４２で発生した乱数が入力される。第２タイミング決定部４３は、図１１に示すタイミングＰ１を決定する。第２タイミング決定部４３は、タイミングＴｐのトリガが入力され、タイマーＴ１の端子には、固定値としての時間Ｔ１が入力される。

第３タイミング決定部４４は、図１１に示すタイミングＰ２を決定する。第３タイミング決定部４４は、タイミングＴｐのトリガが入力され、タイマーＴ２の端子には、固定値としての時間Ｔ２が入力される。第４タイミング決定部４５は、図１１に示すタイミングＰ３を決定する。第４タイミング決定部４５は、タイミングＴｐのトリガが入力され、タイマーＴ３の端子には、固定値としての時間Ｔ３が入力される。

波形生成器４６は、第１〜第４のタイミング決定部４１，４３，４４，４５で決定されたタイミングＰ０〜Ｐ３に基づいて、インクジェットヘッド１１に印加する駆動波形を生成する。

本実施形態では、各ノズル３３からランダムにインクを吐出させることにより、用紙に形成された画像の濃度ムラを目立たなくすることができる。

なお、本実施形態では、ノズル３３毎に駆動波形をランダムに生成しているが、これに限るものではない。具体的には、１つのノズル３３において、１つの画像を形成する度に、インクの吐出体積や吐出速度にバラツキを持たせることができる。また、複数のインク滴によって、１つの画素を形成するときには、複数のインク滴を吐出する間に、インクの吐出体積や吐出速度にバラツキを持たせることができる。このバラツキを持たせるための駆動波形は、図１１で説明した場合と同様である。

ここで、複数のノズル３３において、インクの吐出体積や吐出速度にバラツキを持たせるモードと、１つの画素を形成するときに、インクの吐出体積や吐出速度にバラツキを持たせるモードと、複数のインク滴によって１つの画素を形成するときに、インクの吐出体積や吐出速度にバラツキを持たせるモードとを用意することができる。そして、３つのモードをユーザが適宜選択することができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１：インクジェットプリンタ、１１：インクジェットヘッド、１２：駆動装置、
３１：インク室、３３：ノズル、ＡＣＴ：アクチュエータ、

特開平０３―２２１４５９号公報

Claims (8)

1. 電気−機械エネルギ変換素子の変形によって、複数のノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドを駆動する駆動装置であって、
   前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する駆動信号を生成する信号生成部と、
   乱数発生器で発生した乱数を用いることにより、基準波形に対して、前記各ノズルにおける前記駆動信号の波形の遅延時間を設定する設定部と、を有し、
   前記設定部は、前記基準波形の立ち下がりタイミングを規定する第１起点および、前記基準波形の立ち上がりタイミングを規定する第２起点に関して、前記遅延時間を設定することを特徴とする駆動装置。
2. 前記設定部は、各ノズルにおいて、ドット毎に前記遅延時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記各ノズルは、複数のインク滴を吐出して、１つの画素を形成しており、
   前記設定部は、１つの画素毎に前記遅延時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記電気−機械エネルギ変換素子は、圧電素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の駆動装置。
5. 電気−機械エネルギ変換素子の変形によって、複数のノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドを駆動する駆動方法であって、
   前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する駆動信号を生成し、
   乱数発生器で発生した乱数を用いることにより、基準波形に対して、前記各ノズルにおける前記駆動信号の波形の遅延時間を設定し、
   前記基準波形の立ち下がりタイミングを規定する第１起点および、前記基準波形の立ち上がりタイミングを規定する第２起点に関して、前記遅延時間を設定する、
   ことを特徴とする駆動方法。
6. 各ノズルにおいて、ドット毎に前記遅延時間を設定することを特徴とする請求項５に記載の駆動方法。
7. 前記各ノズルは、複数のインク滴を吐出して、１つの画素を形成しており、
   １つの画素毎に前記遅延時間を設定することを特徴とする請求項５に記載の駆動方法。
8. 前記電気−機械エネルギ変換素子は、圧電素子であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の駆動方法。

Images