JP5532632B2 - 流体噴射装置、及び、流体噴射方法 - Google Patents
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Description
ヘッドの移動速度が所定の速度であれば、用紙上の目標着弾位置に対してインク滴を噴射するタイミングを同じにすることができる。ただし、ヘッドの移動開始時に所定の速度に達するまで徐々に加速する期間と、ヘッドの停止時に所定の速度から徐々に減速する期間では、ヘッドの移動速度は所定の速度よりも遅く、インク滴の噴射タイミングを同じにすると、インク滴の着弾位置がずれてしまう。
そこで、ヘッドの加速時および減速時(以下、加減速時)には、インク滴の噴射タイミングを遅らせる方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。そのために、ヘッドの移動速度に応じて、駆動波形の発生タイミングを調整する。
そこで、本発明は流体の噴射特性を安定させることを目的とする。
本発明の他の特徴は、本明細書、及び添付図面の記載により、明らかにする。
本明細書の記載、及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかとなる。
このような流体噴射装置によれば、相対移動速度が変化し、駆動波形の周波数が変化したとしても、流体噴射特性を安定させることが出来る。また、周期の中の最後の駆動波形を補正することで補正処理が容易となる。
このような流体噴射装置によれば、周期の最後の駆動波形による流体噴射特性に影響を及ぼさずに、次の周期の流体の噴射特性を安定させることが出来る。
このような流体噴射装置によれば、相対移動速度が遅く、駆動波形の周波数が低いときには、相対移動速度の変化に対する流体噴射特性の変動が小さいため、補正値の数を少なくすることによって、記憶部の容量を減少でき、制御部の処理を簡略化できる。一方、相対移動速度が速く、駆動波形の周波数が高いときには、相対移動速度の変化に対する流体噴射特性の変動が大きいため、補正値の数を多くすることによって、より流体噴射特性を安定することが出来る。
このような流体噴射装置によれば、次の周期の流体の噴射特性を安定させることが出来る。
このような流体噴射装置によれば、次の周期の流体の噴射特性を安定させることが出来る。
このような流体噴射装置によれば、制御部の補正処理を容易にすることができる。
このような流体噴射方法によれば、相対移動速度が変化し、駆動波形の周波数が変化したとしても、流体噴射特性を安定させることが出来る。また、周期の中の最後の駆動波形を補正することで補正処理が容易となる。
以下、流体噴射装置をインクジェットプリンターとし、また、インクジェットプリンターの中のシリアル式プリンター(プリンター1)を例に挙げて実施形態を説明する。
搬送ユニット20は、用紙Sを印刷可能な位置に送り込み、印刷時に搬送方向に所定の搬送量で用紙Sを搬送させるためのものである。
<ヘッド41の構成について>
図2は、ヘッド41の断面図である。ヘッド41本体は、ケース411と、流路ユニット412と、ピエゾ素子群PZTとを有する。ケース411はピエゾ素子群PZTを収納し、ケース411の下面に流路ユニット412が接合されている。
図3は駆動信号生成回路15を示す図であり、図4はヘッド制御部HCを示す図であり、図5Aは駆動信号COMを示す図であり、図5Bは駆動波形Wを示す図である。本実施形態では、1つのノズル列(180個のノズル)に対して、1つの駆動信号生成回路15が設けられるとする。そのため、ある駆動信号生成回路15にて生成された駆動信号COMは、あるノズル列に属するノズルに対して共通に使用される。
ヘッド制御部HCは、180個の第1シフトレジスタ421と、180個の第2シフトレジスタ422と、ラッチ回路群423と、データセレクタ424と、180個のスイッチSWとを有する。図中のかっこ内の数字は、部材や信号が対応するノズルの番号を示している。
図5Aに示すように、本実施形態の駆動信号COMでは、1画素(用紙上に仮想的に定められた単位領域)に対して、4つの駆動波形Wを用いる。あるノズル#iが1画素に対してインク滴を噴射する期間を「繰り返し周期T(周期に相当)」と呼ぶ。そのため、駆動信号COMでは、繰り返し周期Tの中に4つの駆動波形Wが発生し、繰り返し周期Tごとに4つの駆動波形Wが繰り返し発生する。この4つの駆動波形Wは全て同じ形状である。以下、繰り返し周期Tにおいて先に発生する駆動波形Wから順に、第1波形W(1)、第2波形W(2)、第3波形W(3)、第4波形W(4)と呼ぶ。
図5Bに示すように、駆動波形Wは、中間電位Vcから最高電位Vhまで電位が上昇する「第1膨張要素S1」と、最高電位Vhを保持する「第1ホールド要素S2」と、最高電位Vhから最低電位Vlまで電位が下降する「収縮要素S3」と、最低電位Vlを保持する「第2ホールド要素S4」と、最低電位Vlから中間電位Vcまで電位が上昇する「第2膨張要素S5」と、を有する。
Tc=2π√[〔(Mn×Ms)/(Mn+Ms)〕×Cc]・・・(1)
式(1)において、MnはノズルNzのイナータンス、Msはインク供給路412gのイナータンス、Ccは圧力室412dのコンプライアンス(単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。)である。
上記式(1)において、イナータンスMとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。そして、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をS、流路の長さをLとしたとき、イナータンスMは次式(2)で近似して表すことができる。
イナータンスM=(密度ρ×長さL)/断面積S ・・・ (2)
また、この式(1)に限らず、圧力室412dが有している振動周期であればよい。
図7Aは、移動方向に移動するヘッド41からインク滴が噴射される様子を示す図である。本実施形態のプリンター1は、図1Bに示すように、移動方向に移動するヘッド41からインク滴が噴射される。移動方向に移動するヘッド41から噴射されるインク滴は移動方向に慣性力が働くため、図7Aに示すように、インク滴の噴射位置よりも、ヘッド41が移動する側にインク滴が着弾する。そのため、用紙S上におけるインク滴の目標着弾位置よりも手前側からインク滴を噴射する必要がある。言い換えれば、ヘッド41が目標着弾位置に到達するよりも早いタイミングにてインク滴を噴射する必要がある。
そこで、本実施形態では、ヘッド速度Vcの変化(駆動波形Wの周波数変化)によるインク滴の噴射特性の変動を抑えることを目的とする。なお、駆動波形Wの周波数変化に対して、インク噴射量やインク噴射速度Vmが変動するだけに限らず、例えば、サテライト(微小インク滴)の発生の有無なども変化する。
図10Aから図10Cは、繰り返し周期Tにおける最後の駆動波形(第4波形W(4))を補正する様子を示す図である。以下の説明では、連続した繰り返し周期Tにおいて4つの駆動波形W(1)〜W(4)がピエゾ素子に印加されるとする。前述のように、加減速領域においてヘッド速度Vcが変化し、前の繰返し周期Tの最後の第4波形W(4)と次の繰返し周期Tの最初の第1波形W(1)との間隔Δt+αが、基準の波形間隔Δtよりも長くなってしまうと、第1波形W(1)の印加開始時(図8のf点)のメニスカス状態(メニスカス位置・力の方向)が、他の駆動波形Wの印加開始時におけるメニスカス状態と異なり、インク滴の噴射特性が変動してしまう。次の繰り返し周期Tの最初の駆動波形W(1)の印加開始時におけるメニスカス状態は、その前に印加される駆動波形W、即ち、前の繰り返し周期Tの最後の駆動波形W(4)によるインク噴射後のメニスカス状態の影響を受ける。
図12Aは、前の繰り返し周期Tdにおける最後の駆動波形W(4)だけを補正した駆動信号COMd(1)を示す図であり、図12Bは、前の繰り返し周期Tdの全ての駆動波形W(1)〜W(4)を補正した駆動信号COMd(2)を示す図である。図12Aおよび図12Bでは、駆動波形Wの第2ホールド時間Pwh2を補正している。前述の実施例では、前の繰り返し周期Tdにおける最後の駆動波形W(4)だけを補正するとしているが、これに限らず、例えば、前の繰り返し周期Tdの全ての駆動波形W(1)〜W(4)を補正してもよいし、3つの駆動波形W(1)〜W(3)の何れかを補正してもよい。ただし、最後の駆動波形W(4)のインク噴射によるメニスカスの残留振動が、次の繰り返し周期Tにおける最初の駆動波形W(1)の印加開始時におけるメニスカス状態に影響し、インク滴の噴射特性が変動するため、最後の駆動波形W(4)は補正する。
以下、加減速時におけるヘッド速度Vcの変化、即ち、1画素分の駆動波形Wの周波数変化によって発生するインク滴の噴射特性(インク噴射量など)の変動を抑制するために、繰り返し周期Tにおける最後の駆動波形W(4)の第2ホールド時間Pwh2を補正する場合を例に挙げて説明する。
第1補正例では、ヘッド41の背面側のリニア式エンコーダーがリニアスケール51のスリットを検出した信号の時間間隔とスリット間隔(180dpi)とに基づいて、プリンター1のコントローラー10がヘッド41の移動速度Vcを算出し、ヘッド41の移動速度Vcに基づいて繰り返し周期Tにおける最後の駆動波形W(4)のパラメーターを補正する。ただし、リニア式エンコーダーがスリットを検出した信号に基づいて、現在のヘッド速度Vcを算出し、そのヘッド速度Vc応じた補正値で、現在のインク滴噴射のために使用する駆動波形Wを補正することは、演算処理などにより時間のずれが生じる場合がある。そこで、現在のヘッド41の移動速度Vcに基づいて、未来のヘッド41の移動速度Vcを予測するようにしてもよい。そのために、ヘッド41の加減速時におけるヘッド速度Vcの変化の傾き(図7B)をプリンター1のメモリー13に記憶させるとよい。
図13Aは、リニアスケール51のスリット番号と加減速領域の関係を示す図であり、図13Bは、ヘッド41の移動速度Vcとスリット番号との関係を示す図であり、図13Cは、スリット番号に対して第2ホールド時間Pwh2の補正値ΔXが設定された補正値テーブルを示す図である。ここでは、図13Aに示すように、リニアスケール51の移動方向の左側のスリットから順に小さい番号を付す。また、コントローラー10は、リニア式エンコーダーが検出したスリットの数をカウントし、リニア式エンコーダーが何番のスリットに位置するかを把握し、そうして、ヘッド41の移動方向の位置を把握する。
図14は、スリット番号に第2ホールド時間Pwh2の補正値ΔXが対応付けられ補正値テーブルを示す図である。第1補正例および第2補正例では、加減速領域において、ヘッド速度Vcが遅く、1画素分の駆動波形Wの周波数fが低い場合であっても、ヘッド速度Vcが速く、1画素分の駆動波形Wの周波数fが高い場合であっても、ヘッド速度Vcの所定間隔おきに(所定のスリット数おきに・所定の時間おきに)、同じ数の補正値ΔXを設定している。
上記の各実施形態は、主としてインクジェットプリンターを有する印刷システムについて記載されているが、駆動信号の補正方法等の開示が含まれている。また、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
前述の実施形態では、リニア式エンコーダーが検出するリニアスケール51のスリット間隔が1画素の長さと等しいとしているため、リニア式エンコーダーによるスリット検出信号の間隔(エンコーダー周期)と、1画素分の駆動波形Wを発生させる期間である繰り返し周期T(ラッチ信号LATの間隔)と、が等しい。しかし、リニアスケール51のスリット間隔よりも小さい画素単位で印刷を行う場合がある。例えば、1画素の長さがスリット間隔の半分であったとすると、コントローラー10は、エンコーダー周期の半分の時間ごとに、ラッチ信号LATの立ち上がりパルスを生成し、エンコーダー周期の半分の時間おきに1画素分の駆動波形Wが発生する。このような場合も、前述の実施形態と同様に、繰り返し周期Tにおける1画素分の駆動波形Wの最後の駆動波形Wを補正するとよい。また、リニアスケールのスリット間隔と1画素の長さが異なるが、リニア式エンコーダーのスリット検出信号ごとに(エンコーダー周期ごとに)2画素分の駆動波形Wを発生する場合には、2画素分の駆動波形Wの最後の駆動波形Wを補正するとよい。
前述の実施形態では、加減速領域におけるヘッド速度Vcが定速領域のヘッド速度Vcsに対して変化し、また、加減速領域内においてもヘッド速度Vcが変化するため、駆動波形Wの周波数fが変化してインク滴の噴射特性が変動してしまうことを防止するために、前の繰り返し周期の最後の駆動波形Wを補正している。しかし、加減速領域を印刷に使用するために、駆動波形Wの周波数が変動する時に繰り返し周期Tの最後の駆動波形を補正するに限らない。例えば、「速いモード」と「遅いモード(きれいモード)」の設定が可能なプリンターでは、異なる印刷モードの定速領域におけるヘッドの移動速度Vcが異なる。そして、印刷モードによって、定速領域のヘッド速度Vcは変更するが、1画素分の駆動波形Wを変更しない場合に、印刷モードによって駆動波形の周波数が変動してしまう。そこで、定速領域であっても、印刷モードに応じて、繰り返し周期Tの最後の駆動波形を補正し、インク滴の噴射特性を安定させることよい。
前述の実施形態では、1画素分の駆動波形として4つの駆動波形を発生させた駆動信号COMを例に挙げている。1画素を2階調にて表現する場合には、4つの駆動波形Wを印加するか、または、駆動波形Wを印加しないことになる。この場合、印刷データが「ドット形成」を示せば、必ず、繰り返し周期Tの最後の駆動波形(第4波形W(4))が使用される。そのため、特に駆動波形Wの周波数fが高い場合には、第4波形W(4)と第1波形W(1)の間隔が短くなり、第4波形W(4)のインク噴射によるメニスカスの残留振動が制振されないうちに第1波形W(4)が印加されてしまう。そうすると、加減速領域において、第4波形W(4)と第1波形W(1)の間隔の変化により、第1波形W(1)のメニスカス状態がずれ、インク滴の噴射特性が変動してしまう。
そのため、1画素を2階調にて表現する場合であって、ある繰り返し周期Tの次の繰り返し周期Tにてインクが噴射される場合には、必ず、ある繰り返し周期Tの最後の駆動波形W(4)をヘッド速度Vcに基づいて補正する。また、ある繰り返し周期Tの次の繰り返し周期Tにてインクが噴射されない場合には、次の繰り返し周期Tの間にメニスカスの残留振動が制振されるため、ある繰り返し周期Tの最後の駆動波形W(4)を補正しなくてもよい。
前述の実施形態では、1つのヘッド41が用紙搬送方向と交差する移動方向に移動しながらインクを噴射するシリアル式のプリンターを例に挙げているがこれに限らない。例えば、紙幅長さに亘って移動方向にノズルが並んだヘッド(ノズル列)の下を搬送される用紙に対して、その固定されたヘッドからインクを噴射するライン式のプリンターであってもよい。ライン式のプリンターでは、ヘッドは移動しないが、ヘッドに対して用紙が搬送される。ヘッドに対して用紙を所定の速度にて搬送するとしても、用紙の搬送開始時および搬送停止時は、ヘッドに対する用紙の搬送速度が所定の速度よりも遅い。このようにライン式のプリンターにおいても、ヘッドに対する用紙の搬送速度が変動し、駆動波形の周波数が変動し、インク滴の噴射特性が変動する。そのため、前の繰り返し周期の最後に発生する駆動波形を補正し、インク滴の噴射特性を安定させるとよい。
前述の実施形態では、流体噴射装置としてインクジェットプリンターを例示していたが、これに限らない。流体噴射装置であれば、プリンター(印刷装置)ではなく、様々な工業用装置に適用可能である。例えば、布地に模様をつけるための捺染装置、カラーフィルター製造装置や有機ELディスプレイ等のディスプレイ製造装置、チップへDNAを溶かした溶液を塗布してDNAチップを製造するDNAチップ製造装置等であっても、本件発明を適用することができる。
前述の実施形態では、駆動素子に印加する電位を上昇させた時に圧力室412dが膨張し、電位を下降させた時に圧力室412dが収縮するヘッド41(図2)を例に挙げているがこれに限らない。例えば、駆動素子に印加する電位を上昇させた時に圧力室が収縮し、電位を下降させた時に圧力室が膨張するヘッドの場合は、図5Bに示す駆動波形Wを上下反転させたような駆動波形を用いればよい。
12 CPU、13 メモリー、14 ユニット制御回路、
15 駆動信号生成回路、151 波形生成回路、152 電流増幅回路、
20 搬送ユニット、30 キャリッジユニット、31 キャリッジ、
32 キャリッジモーター、33 プーリ、34 タイミングベルト、
35 ガイド軸、40 ヘッドユニット、41 ヘッド、HC ヘッド制御部、
411 ケース、412 流路ユニット、412a 流路形成板、
412b 弾性板、412c ノズルプレート、412d 圧力室、
412e ノズル連通口、412f 共通インク室、412g インク供給路、
412h アイランド部、412i 弾性膜、421 第1シフトレジスタ、
422 第2シフトレジスタ、423 ラッチ回路群、424 データセレクタ、
50 検出器群、51 リニアスケール、60 コンピューター
Claims (6)
- 駆動信号によって媒体に流体を噴射するヘッドと、
前記ヘッドを所定方向に移動させる移動機構と、
前記ヘッドの前記所定方向への移動速度に応じて長さが変化する周期ごとに複数の駆動波形が繰り返し発生する前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記移動機構により前記ヘッドを前記所定方向に移動させながら前記ヘッドから流体を噴射させる制御を行う制御部であって、
画像データに基づいて、ある周期の次の周期において前記ヘッドから流体が噴射されるか否かを判断し、
前記次の周期において前記ヘッドから流体が噴射される場合には、前記ある周期の前記駆動波形が前記移動速度に基づいて補正された前記駆動信号を、前記駆動信号生成部に生成させ、
前記次の周期において前記ヘッドから流体が噴射されない場合には、前記ある周期の前記駆動波形が前記移動速度に基づいて補正されない前記駆動信号を、前記駆動信号生成部に生成させる制御部と、
を有することを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1に記載の流体噴射装置であって、
前記ヘッドが有するノズルに対応する駆動素子に前記駆動波形が印加されることによって前記駆動素子は駆動し、
前記駆動素子の駆動によって、その前記駆動素子に対応する前記ノズルに連通する圧力室が膨張、収縮し、前記ノズルから流体が噴射され、
前記駆動波形は、前記圧力室を膨張させる膨張要素と、膨張した前記圧力室を収縮させる収縮要素と、前記圧力室内に生じる残留振動を抑制するための制振要素と、を含み、
前記制御部は、前記最後の駆動波形の前記制振要素が前記移動速度に基づいて補正された前記駆動信号を、前記駆動信号生成部に生成させる、
流体噴射装置。 - 請求項1または請求項2に記載の流体噴射装置であって、
前記最後の駆動波形を前記移動速度に基づいて補正するための補正値を記憶する記憶部を有し、
第1の移動速度から前記第1の移動速度に所定速度を加算した前記移動速度までの間の前記移動速度に対して設定された前記補正値の数の方が、
前記第1の移動速度よりも遅い第2の移動速度から前記第2の移動速度に前記所定速度を加算した前記移動速度までの間の前記移動速度に対して設定された前記補正値の数よりも、多い、
流体噴射装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の流体噴射装置であって、
前記ヘッドが有するノズルに対応する駆動素子に前記駆動波形が印加されることによって前記駆動素子は駆動し、
前記駆動素子の駆動によって、その前記駆動素子に対応する前記ノズルに連通する圧力室が膨張、収縮し、前記ノズルから流体が噴射され、
前記駆動波形は、前記圧力室を膨張させる膨張要素と、前記圧力室の膨張状態を保持するホールド要素と、膨張した前記圧力室を収縮させる収縮要素と、を含み、
前記制御部は、前記最後の駆動波形の前記ホールド要素が前記移動速度に基づいて補正された前記駆動信号を、前記駆動信号生成部に生成させる、
流体噴射装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の流体噴射装置であって、
前記ヘッドが有するノズルに対応する駆動素子に前記駆動波形が印加されることによって前記駆動素子は駆動し、
前記駆動素子の駆動によって、その前記駆動素子に対応する前記ノズルに連通する圧力室が膨張、収縮し、前記ノズルから流体が噴射され、
前記駆動波形は、前記圧力室を膨張させる膨張要素と、膨張した前記圧力室を収縮させる収縮要素と、を含み、
前記制御部は、前記最後の駆動波形の前記膨張要素が前記移動速度に基づいて補正された前記駆動信号を、前記駆動信号生成部に生成させる、
流体噴射装置。 - 媒体に対してヘッドを所定方向に移動させながら、駆動信号によって前記ヘッドから流体を噴射させる流体噴射方法であって、
前記駆動信号では、前記ヘッドの前記所定方向への移動速度に応じて長さが変化する周期ごとに複数の駆動波形が繰り返し発生し、
画像データに基づいて、ある周期の次の周期において前記ヘッドから流体が噴射されるか否かを判断し、前記次の周期において前記ヘッドから流体が噴射される場合には、前記ある周期の前記駆動波形を前記移動速度に基づいて補正し、前記次の周期において前記ヘッドから流体が噴射されない場合には、前記ある周期の前記駆動波形を前記移動速度に基づいて補正しないことを特徴とする流体噴射方法。
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