JP5975324B2 - 液滴吐出ヘッド、画像形成装置及び液滴吐出ヘッドの駆動方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、吐出液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置するピエゾ方式のものが記載されている。ピエゾ方式では、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで吐出液室内の圧力を変化させて、インク滴を吐出させる。
特許文献2には、吐出液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備えた静電方式のものが記載されている。静電方式では、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させ、吐出液室内の圧力/体積を変化させることにより吐出孔からインク滴を吐出させる。
また、吐出液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるバブルジェット(登録商標)方式のものも一般に良く知られている。
また、上記目的を達成するために、請求項4の発明は、液滴を吐出する吐出孔と、該吐出孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、からなる液滴吐出機構を複数備え、複数の該液滴吐出機構のそれぞれの該吐出液室に連通し、該吐出液室に供給する該吐出液が通過する共通流路と、該共通流路に該吐出液を供給する液供給口と、複数の該液滴吐出機構の圧力発生手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、該駆動制御手段が、該吐出孔から液滴を吐出するような圧力を発生させる吐出動作と、該吐出孔から液滴を吐出させないで該吐出孔内も含む該吐出液室内の該吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作とを行うように該液滴吐出機構の該圧力発生手段の駆動を制御する液滴吐出ヘッドにおいて、上記共通流路内における上記吐出液の通過経路の上流側で該共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該共通流路内における該吐出液の通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、発生させる圧力が小さいことを特徴とするものである。
すなわち、圧力発生手段は駆動時にジュール熱を発生し、圧力発生手段の駆動を制御する駆動制御手段は、制御を行う際の信号のやり取りのときにジュール熱を発生する。このため、共通流路を吐出液が通過する際、圧力発生手段や駆動制御手段の発熱により加熱され、吐出液の温度が上昇する。そして、吐出液の通過経路の下流側で共通流路に連通する吐出液室に供給される吐出液ほど吐出液室に到達するまでの流路が長く、より長い時間加熱され続けるため、温度の上昇が顕著となる。
また、本願請求項4の構成を備える発明においては、吐出液の通過経路の上流側で該共通流路に連通する吐出液室よりも、吐出液の通過経路の下流側で共通流路に連通する吐出液室の方が、微駆動動作時に圧力発生手段が発生させる圧力が小さいため、温度が低く粘度が高い上流側の吐出液に対して十分な攪拌を行いつつ、温度が高く粘度が低い下流側の吐出液に過剰な圧力がかかることに起因して吐出液が漏れることを防止できる。
まず、プリンタ100の基本的な構成について説明する。図2は、プリンタ100の斜視図であり、図3は、プリンタ100主走査方向の図2中の手前側から見たときのインクカートリッジ102を含む断面における概略断面図である。
プリンタ100は、キャリッジ101と、記録ヘッド51と、インクカートリッジ102とを含んで構成される印字機構部103を本体内部に有している。キャリッジ101は、プリンタ100本体内部において、用紙30の搬送方向に対して直交方向である走査方向に移動可能な部材である。記録ヘッド51は、キャリッジ101に搭載した液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドであり、インクカートリッジ102は後述する記録ヘッド51にタンク部102a内のインク液を供給する。
また、印字機構部103のキャリッジ101には、記録ヘッド51にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(B)の各色のインク液を収容した四つのインクカートリッジ102がそれぞれ交換可能に装着されている。
給紙ローラ113及びフリクションパッド114は、用紙30を、記録ヘッド51の下方に搬送するために、給紙トレイ230内にセットした用紙30の束の最上段の一枚を分離給紙する。ガイド部材115は、給紙トレイ230から分離給紙された用紙30を搬送ローラ116によって搬送される領域に案内する。
プリンタ100は、パーソナルコンピュータ等の外部装置から画像情報などの信号が送られ、プリント動作を実行する。プリント動作が実行されると、手差しトレイ105から手差し給紙ローラ105aによって、または、給紙トレイ230から給紙ローラ113によって、用紙30が給紙される。給紙トレイ230から給紙された用紙30は、ガイド部材115や搬送コロ117に案内されて、搬送ローラ116に搬送されつつ反転し、記録ヘッド51と対向する位置に搬送される。一方、手差しトレイ105から供給された用紙30は、搬送コロ117に案内されて、搬送ローラ116に搬送されて記録ヘッド51と対向する位置に搬送される。
主走査方向に一行分の画像形成が終了したら、搬送ローラ116を所定時間回転させ、用紙30を一行分、排紙トレイ106方向に移動させて停止する。そして、キャリッジ101が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しながら一行分の画像を形成する。
図4は、上述した記録ヘッド51の一部分の分解斜視図である。図4に示す記録ヘッド51は、圧電アクチュエータ200を用いたものであり、インク滴を基板の面部(ヘッド面)に設けたノズル孔から吐出させるサイドシューター方式の例を示すもので図示している。なお、図2及び図3ではインク吐出孔(「ノズル孔20」)が下方に向いて設置される記録ヘッド51を、図4では説明の都合上、上方に描いている。
液室基板1は、シリコン基板4上にシリコン酸化膜を介してシリコンが張り合わされたSOI基板を用いている。また、振動板層55は、SOI基板のシリコン層(Si層)表面にパイロ酸化法を適用し、シリコン酸化膜を形成したものであり、振動板層55の上に圧電素子56を形成して、圧電アクチュエータ200を構成する。圧電素子56は、振動板層55の上に下部電極層151となる白金膜、圧電体層152となるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)の膜、上部電極層153となる白金膜の多層構造を積層することで形成している。圧電素子56は、シリコン基板4をエッチングすることにより形成された個別液室14に対向する領域に形成されている。
保護基板3は、共通液室18としてインク流路となる溝部と、圧電素子56の保護及び変位を妨げないための圧電素子保護空間22と、液室基板1の流路隔壁4aの剛性を高めるために振動板層55を介して流路隔壁4aを補強する補強壁23とが形成されている。
タンク部102a内から供給口102bを介して記録ヘッド51に供給されたインク液は、共通液室18からそれぞれの個別インク供給孔24を経由してそれぞれの個別液室14内にインクが供給される。
個別液室14内がインク液により満たされた状態で、圧電素子56の上部電極層153と下部電極層151との間に所定の駆動波形の電位を印加し、これにより圧電体層152が縮み、下部電極層151を挟んで圧電体層152と密着している部分の振動板層55全体が個別液室14側に凸形状に変形する。これにより、個別液室14の体積が減少し個別液室14内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔20よりインク滴を用紙30に向けて吐出する。上部電極層153と下部電極層151との間にパルス電圧を連続的に繰り返して印加することによって、インク滴を連続的に吐出することが出来る。
以下、一組の圧電素子56、個別液室14及びノズル孔20の組み合わせからなる液滴吐出機構を吐出チャンネル(吐出CH)と呼ぶ。
この空吐出動作とは、印字前や印字前や印字中に、紙面と対向する領域外に記録ヘッド51が位置するようにキャリッジ101を移動させて、インク滴を吐出することにより、記録ヘッド51内で粘度が上昇したインク液を捨てる動作のことである。
プリンタ100では、このような問題の発生を防止するために、個別液室14内のインク液にインク滴が吐出されない程度の圧力を加えて、個別液室14やノズル孔20内のインク液を振動させる微駆動を行う構成となっている。ノズル孔20内のインク液を振動させることで、メニスカス付近のインク液が増粘することを抑制できる。
上述した印字前空吐出と印字中空吐出との二つの動作が空吐出動作である。
プリンタ100の制御部500が備える駆動制御部508は、駆動波形生成部701とデータ転送部702とを備えている。データ転送部702は、印刷画像に応じた画像データ、クロック信号、ラッチ信号(LAT)、及び、滴制御信号MNを出力する。
なお、以下において、1印刷吐出周期と1空吐出周期との何れにも限定しないインク滴の吐出、または微駆動、非駆動の動作を行わせる信号の周期を1駆動周期ともいう。
レベルシフタ714は、デコーダ713によるロジック信号の出力をアナログスイッチ715が動作可能なレベルへとレベル変換するものである。ここで、ロジック信号とは、3[V]〜4[V]程度の低い電圧による信号であり、これにより各吐出CHがどのような動作をするのか、を制御している。上述した、クロック信号、ラッチ信号及び、滴制御信号MNはこのロジック信号である。このようなロジック信号の電圧はアナログスイッチ715を動作させるためには低すぎるため、レベルシフタ714ではアナログスイッチ715を動作可能なレベルまで電圧を増幅している。
アナログスイッチ715は、レベルシフタ714を介して与えられるデコーダ713の出力でオン/オフ(開閉)されるものである。
図7は、駆動波形の一例を示す説明図である。図7(a)は、駆動波形生成部701が生成し、出力する生成駆動波形の説明図であり、図7(b)〜(d)は、生成駆動波形から滴制御信号MNにより駆動信号Pが選択され、吐出CHに入力される入力駆動波形の例である。図7(b)は、微駆動を行う吐出CHへの入力駆動波形であり、図7(c)は、小さなインク滴を吐出する吐出CHへの入力駆動波形であり、図7(d)は、大きなインク滴を吐出する吐出CHへの入力駆動波形である。
図8(a)は、1駆動周期内に駆動信号Pが一つだけの状態の説明図であり、図8(b)は、図8(a)中の駆動信号Pの拡大説明図である。図8(b)中のβで示す部分のように電位が下がる方向にシフトしている部分が立ち下がりの部分であり、図8(b)中のαで示す部分のように電位が上がる方向にシフトしている部分が立ち上がりの部分である。
そして、図7中のα2〜α5で示す立ち上がりの部分の信号に対応したタイミングでインク滴の吐出がなされる。なお、第一駆動信号P1では、α1で示す立ち上がりの部分の電位の変異が小さく、インク滴の吐出がなされるほどの圧力とならず、個別液室14内でインク液が振動する微駆動となる。
図9は、一つの吐出CHにおける圧電素子56に電圧がかかっていない状態と、電圧がかかっている状態との振動板層55の形状を示す概略図である。図9(a)は圧電素子56に電圧がかかっていない状態の説明図であり、図9(b)は圧電素子56に電圧がかかっている状態の説明図である。振動板層55は、図9(a)に示す状態から図9(b)で示すように圧電素子56に電圧がかかっているとノズル孔20側に撓むが、図9(a)に示す状態からノズル孔20の反対側には撓まない構成となっている。
図10(a)は、基準電位Veが印加された状態の説明図、図10(b)は、電位を立ち下げた状態の説明図、図10(c)は、基準電位Veまで電位を立ち上げた状態の説明図である。
このような状態で、図8(b)中のβで示す部分ように圧電素子56に印加される電位が基準電位Veから立ち下がると、圧電素子56が図9(b)の状態よりも収縮し、振動板層55が個別液室14の容積を膨張させる方向(ノズル孔20とは反対方向)に変位する。これにより、共通液室18から個別液室14にインク液が流入し、図9(a)で示す状態となる。このとき、ノズル孔20ではメニスカス21aが図10(a)で示す状態よりも引き込まれ、図10(b)で示す状態となる。
このように、圧電素子56に電圧がかかっている状態から、電圧がかかっていない状態とする動作によって、個別液室14にインク液を引き込んでいる。このため、画像形成時における駆動信号Pを印加しないタイミングでは、圧電素子56に対して常に基準電位Veをかけて振動板層55をノズル孔20側に撓ませた状態(図9(b)の状態)としている。
第二駆動信号P2及び第三駆動信号P3は、インク滴を吐出させる吐出駆動信号である。基準電位Veから立ち下がる波形要素、立ち下り後の電位を保持する波形要素、電位保持後、基準電位Veまで段階的に立ち上がる波形要素で構成される。
第四駆動信号P4は、インク滴を吐出させる吐出駆動信号である。基準電位Veから立ち下がる波形要素、立ち下り後の電位を保持する波形要素、電位保持後、基準電位Veまで直線的に立ち上がる波形要素で構成される。
なお、インク滴21を一滴吐出させると、その吐出させた反動でメニスカス21aが振動する。メニスカスが振動している状態で、次のインク滴21を吐出すると、所望の吐出速度が出ない等の影響がある。
各滴制御信号MNに対応してどのような入力駆動波形が印加されるかは予め設定しておく。例えば、図7(b)は第一滴制御信号MN1に対応する波形、図7(c)は第二滴制御信号MN2に対応する波形であり、図7(d)は第九滴制御信号MN9に対応する波形である。
図12(a)は、停止した用紙30に対して記録ヘッド51が矢印D方向に移動する際の一つの吐出CHに対して、第二滴制御信号MN2→第二滴制御信号MN2→第九滴制御信号MN9→第一滴制御信号MN1の順の滴制御信号MNに対応した入力駆動波形が入力されたときに各タイミングで吐出されるインク滴の説明図である。
図12(b)は、図12(a)で示すように吐出されたインク滴によって画像が形成された用紙30の上面図である。
なお、図12(b)中に示す矢印Eは、1駆動周期に対応する紙面上の領域を示す。
図12(a)及び(b)で示した例では、記録ヘッド51の動きとの対応をとるため、インク滴同士の間隔を広く示しているが、実際はインク滴同士の間隔はより狭くなり、このような動作を複数の吐出CHで行うことにより、図12(c)で示すような画像が形成される。
図13は、図5(a)と同様の断面における記録ヘッド51の断面図であり、共通液室18に熱が伝達する状態の説明図である。図14は、共通液室18とヘッドドライバ509との位置関係を示す記録ヘッド51の斜視説明図である。
また、図1は、インク液の温度分布を示した記録ヘッド51の分解斜視図であり、図1では、「高」で示す側ほどインク液の温度が高く、「低」で示す側ほどインク液の温度が低くなることを示している。なお、図1では、複数の圧電素子保護空間22同士を仕切る補強壁23の記載を省略している。
ノズル孔20から吐出する際に駆動する圧電アクチュエータ200及び圧電アクチュエータ200の圧電素子56に印加する電位を制御するヘッドドライバ509は駆動により発熱する。
図13及び図14中の矢印H1は、ヘッドドライバ509からの熱の伝達を示しており、矢印H2は、圧電アクチュエータ200からの熱の伝達を示している。
次に、本発明を適用した記録ヘッド51の一つ目の実施例(以下、実施例1と呼ぶ)について説明する。
図1を用いて説明したように、記録ヘッド51内のインク液は、供給口102bから離れた位置ほど温度が高くなり、粘度が低くなる。このことを利用し、実施例1の記録ヘッド51では、供給口102bから遠い位置にある個別液室14上の圧電素子に印加する微駆動パルスの頻度を供給口102b付近の個別液室14上の圧電素子よりも少なくする構成としている。このような構成により必要以上に印加されるパルスを低減させ、消費電力を従来例よりも抑えることができる。
一方、供給口102bから遠い位置にある非吐出の吐出CHに対応する滴制御信号MNとしては、データ転送部702は第一滴制御信号MN1と第三滴制御信号MN3とを交互に出力する。これにより、供給口102bから遠い位置の非吐出の吐出CHは、図16(b)に示すように、1駆動周期毎に図15(b)の入力駆動波形と図15(c)の入力駆動波形とが交互に入力される。これにより、供給口102bから遠い位置にある非吐出の吐出CHに1駆動周期毎に微駆動と非駆動とが交互に行われる。
また前述のとおり、どの圧電素子にどのタイミングで微駆動パルスを印加するかは、図6中の制御部500によって制御される。
このように制御することにより、供給口102bから遠い個別液室14上の圧電素子56に印加する微駆動パルスの頻度を供給口102b付近の個別液室14上の圧電素子56よりも少なくする構成を実現することができる。
このような構成により、供給口102b付近の個別液室14内のインク液に対して十分な攪拌を行いつつ、供給口102bから遠い個別液室14内のインク液が漏れることを防止できるため、ノズル孔20からインク滴を吐出させないで個別液室14内のインク液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作を安定して行うことができる。
すなわち、上述したように、微駆動パルスの数が少なくなると個別液室14の上の圧電素子56で消費する電力を抑えることができる。消費電力が小さくなると圧電素子56での発熱が抑えられるため、供給口102bから遠い位置に配設された圧電素子56からの発熱量は少なくなり、インク液の温度の上昇が抑えられる。よって、供給口102b付近の個別液室14中のインク粘度(インク温度)と供給口102bから離れた位置にある個別液室14中のインク粘度(インク温度)との差が小さくなるため、吐出特性の差を小さくすることができる。
このように、実施例1の記録ヘッド51では、消費電力を少なくし、粘度が下がったインク液が非吐出の吐出CHのノズル孔20から漏れ出すことを抑制でき、さらに、吐出特性の良好な液滴吐出装置を実現している。
次に、本発明を適用した記録ヘッド51の二つ目の実施例(以下、実施例2と呼ぶ)について説明する。
実施例2の記録ヘッド51では、供給口102bから遠い位置にある個別液室14上の圧電素子に印加する微駆動パルスの振幅を供給口102b付近の個別液室14上の圧電素子よりも小さくする構成としている。これは以下の理由による。
すなわち、上述したように、供給口102bから遠い位置にある個別液室14中のインク液は温度が高くなり粘度が低くなるため、供給口102b付近の個別液室14中のインク液と比較してメニスカスをゆする量が小さくても増粘しづらく、次に印加される吐出パルスに影響を与え難いためである。
このように異なる微駆動パルスを異なる吐出CHに印加する一例としては、図7の第六駆動信号P6の部分を第一駆動信号P1よりも振幅の小さい微駆動パルスに変更すればよい。
図18は、実施例2の記録ヘッド51の非吐出の吐出CHに対応した滴制御信号MNと、吐出CHに印加される駆動波形との経時制御の説明図である。図18(a)は、供給口102b付近の吐出CHに対する制御の説明図であり、図18(b)は、供給口102bから遠い位置の吐出CHに対する制御の説明図である。
一方、供給口102bから遠い位置にある非吐出の吐出CHに対応する滴制御信号MNとしては、データ転送部702は第四滴制御信号MN4を出力する。これにより、供給口102bから遠い位置の非吐出の吐出CHでは、図18(b)に示すように各駆動周期で図17(c)の入力駆動波形が入力され、第六駆動信号P6に基づいた微駆動が行われる。このように設定することで、吐出CHの位置によって振幅の異なる微駆動パルスを吐出CHに入力することが可能である。
このような構成により、供給口102b付近の個別液室14内のインク液に対して十分な攪拌を行いつつ、供給口102bから遠い個別液室14内のインク液が漏れることを防止できるため、ノズル孔20からインク滴を吐出させないで個別液室14内のインク液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作を安定して行うことができる。
このように、実施例2の記録ヘッド51では、実施例1と同様に、消費電力を少なくし、粘度が下がったインク液が非吐出の吐出CHのノズル孔20から漏れ出すことを抑制でき、さらに、吐出特性の良好な液滴吐出装置を実現している。
次に、本発明を適用した記録ヘッド51の三つ目の実施例(以下、実施例3と呼ぶ)について説明する。
実施例3では、吐出CHを複数のグループに分け、吐出CHごとではなく、それぞれのグループごとに駆動信号Pの構成が異なる入力駆動波形を印加する。
図19は、実施例3における吐出CH(個別液室14及び圧電アクチュエータ200)のグループ分けの一例を示す説明図であり、記録ヘッド51が備える液室基板1のみ図示している。
すなわち、第一グループG1及び第三グループG3の圧電素子56が消費する電力は微駆動パルスの振幅が小さくなることにより小さくなる。これに伴って、第一グループG1及び第三グループG3に配設された圧電素子56の発熱が、第二グループG2と比較して抑えられる。これにより、第一グループG1及び第三グループG3に含まれる個別液室14中のインク液の粘度(温度)と、第二グループG2に含まれる個別液室14中のインク液の粘度との差が小さくなるためである。
このように、実施例3の記録ヘッド51では、実施例1や実施例2の記録ヘッド51とどうように、消費電力の低減、吐出特性の差の低減に効果があるとともに、駆動制御部508での処理を迅速に行うことができる。
このような場合、実施例1の構成を例にとると、上述した構成では、長手方向の一方の端部から1〜50個目および351〜400個目のそれぞれ50個を供給口102bから遠い位置の吐出CHとしている。このような構成で、記録ヘッド51の全体の温度の所定の状態よりも高くなったときに、長手方向の一方の端部から1〜80個目および321〜400個目のそれぞれ80個を供給口102bから遠い位置の吐出CHというように設定を変更することで、温度が変化した状態においても同様の効果を期待することが出来る。
また、外気温が高い場合もヘッド全体の温度が上昇するため同様に境目は変化させることで、同様の制御を行うことで同様の効果が期待できる。
なお、本実施形態の記録ヘッド51では、個別液室14内に圧力を発生させる圧力発生手段として、圧電アクチュエータ200を用いたピエゾ方式を用いた構成である。圧力発生手段としては、ピエゾ方式に限るものではない。発熱素子を用いたバブルジェット方式や静電力によって振動板を変形させる静電方式等であっても、その駆動制御によって、インクの吐出、非吐出、及び、非吐出時の微駆動に対応した圧力を発生させることができるものであればよい。
(態様A)
インク滴等の液滴を吐出するノズル孔20等の吐出孔と、吐出孔により外部と連通し、かつ、液滴となる吐出液を収容する個別液室14等の吐出液室と、吐出液室内に圧力を発生させる圧電アクチュエータ200等の圧力発生手段と、からなる吐出CH等の液滴吐出機構を複数備え、複数の液滴吐出機構のそれぞれの吐出液室に連通し、吐出液室に供給する吐出液が通過する共通液室18等の共通流路と、共通流路に吐出液を供給する供給口102b等の液供給口と、複数の液滴吐出機構の圧力発生手段の駆動を制御する駆動制御部508等の駆動制御手段とを備え、駆動制御手段が、吐出孔から液滴を吐出するような圧力を発生させる吐出動作と、吐出孔から液滴を吐出させないで吐出液室内の吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作とを行うように液滴吐出機構の圧力発生手段の駆動を制御する記録ヘッド51等の液滴吐出ヘッドにおいて、共通流路内における吐出液の通過経路の上流側で共通流路に連通する吐出液室(供給口102b付近の個別液室14等)内に圧力を発生させる圧力発生手段の微駆動動作よりも、共通流路内における吐出液の通過経路の下流側で共通流路に連通する吐出液室(供給口102bから離れた位置の個別液室14等)内に圧力を発生させる圧力発生手段の微駆動動作の方が、圧力を発生させる頻度が少ない。これによれば、上記実施例1について説明したように、上流側の吐出液に対して十分な攪拌を行いつつ、下流側の吐出液が漏れることを防止できるため、吐出孔から液滴を吐出させないで吐出液室内の吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作を安定して行うことができる。また、微駆動動作時に、下流側の吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段で圧力を発生させる頻度を少なくすることで、従来例と比較して消費電力が小さくなる。さらに、圧力発生手段で圧力を発生させる頻度を少なくすることで、圧力発生手段からの発熱量が減少し、共通流路に対する吐出液室の位置の違いによる吐出液の温度差が小さくなるため、吐出特性の差を小さくすることができ、吐出特性の良好な液滴吐出ヘッドを実現できる。
(態様B)
インク滴等の液滴を吐出するノズル孔20等の吐出孔と、吐出孔により外部と連通し、かつ、液滴となる吐出液を収容する個別液室14等の吐出液室と、吐出液室内に圧力を発生させる圧電アクチュエータ200等の圧力発生手段と、からなる吐出CH等の液滴吐出機構を複数備え、複数の液滴吐出機構のそれぞれの吐出液室に連通し、吐出液室に供給する吐出液が通過する共通液室18等の共通流路と、共通流路に吐出液を供給する供給口102b等の液供給口と、複数の液滴吐出機構の圧力発生手段の駆動を制御する駆動制御部508等の駆動制御手段とを備え、駆動制御手段が、吐出孔から液滴を吐出するような圧力を発生させる吐出動作と、吐出孔から液滴を吐出させないで吐出液室内の吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作とを行うように液滴吐出機構の圧力発生手段の駆動を制御する記録ヘッド51等の液滴吐出ヘッドにおいて、共通流路内における吐出液の通過経路の上流側で共通流路に連通する吐出液室(供給口102b付近の個別液室14等)内に圧力を発生させる圧力発生手段の微駆動動作よりも、共通流路内における吐出液の通過経路の下流側で共通流路に連通する吐出液室(供給口102bから離れた位置の個別液室14等)内に圧力を発生させる圧力発生手段の微駆動動作の方が、発生させる圧力が小さい。これによれば、上記実施例2について説明したように、上流側の吐出液に対して十分な攪拌を行いつつ、下流側の吐出液が漏れることを防止できるため、吐出孔から液滴を吐出させないで吐出液室内の吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作を安定して行うことができる。また、微駆動動作時に、下流側の吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段で発生させる圧力を小さくすることで、従来例と比較して消費電力が小さくなる。さらに、圧力発生手段で発生させる圧力を小さくすることで、圧力発生手段からの発熱量が減少し、共通流路に対する吐出液室の位置の違いによる吐出液の温度差が小さくなるため、吐出特性の差を小さくすることができ、吐出特性の良好な液滴吐出ヘッドを実現できる。
(態様C)
(態様A)または(態様B)の態様において、共通液室18等の共通流路内におけるインク液等の吐出液の通過経路の上流側で共通流路に連通する個別液室14等の吐出液室内に圧力を発生させる圧電アクチュエータ200等の圧力発生手段の微駆動動作よりも、共通流路内における吐出液の通過経路の下流側で共通流路に連通する吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段の微駆動動作の方が、圧力を発生させる頻度が少なく、且つ、発生させる圧力が小さい。これによれば、上記実施例2について説明したように、上流側の吐出液に対して十分な攪拌を行いつつ、下流側の吐出液が漏れることを防止できるため、吐出孔から液滴を吐出させないで吐出液室内の吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作を安定して行うことができる。また、微駆動動作時に、下流側の吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段で発生させる圧力を小さく、且つ、発生させる頻度を少なくすることで、従来例と比較して消費電力が小さくなる。さらに、圧力発生手段で発生させる圧力を小さく、且つ、発生させる頻度を少なくすることで、圧力発生手段からの発熱量が減少し、共通流路に対する吐出液室の位置の違いによる吐出液の温度差が小さくなるため、吐出特性の差を小さくすることができ、吐出特性の良好な液滴吐出ヘッドを実現できる。
(態様D)
(態様A)乃至(態様C)の何れかの態様において、複数の吐出CH等の液滴吐出機構を二つ以上のグループに分け、同じグループに含まれる液滴吐出機構の微駆動動作は同様の動作となるように制御し、第一グループG1等のあるグループに含まれる液滴吐出機構は、第二グループG2等の少なくとも一つの他のグループに含まれる液滴吐出機構とは微駆動動作の動作が異なる。これによれば、上記実施例3について説明したように、個別の液滴吐出機構毎に微駆動動作の制御を行うものに比べて、駆動制御部508等の駆動制御手段での処理を簡略化することができ、微駆動動作を安定化、消費電力の低減、吐出特性の差の低減に効果があるとともに、駆動制御手段での処理を迅速に行うことができる。
(態様E)
インク滴を吐出する記録ヘッド51等のインクジェットヘッドを搭載したインクジェット方式のプリンタ100等の画像形成装置において、インクジェットヘッドとして(態様A)乃至(態様C)の何れかの態様の液滴吐出ヘッドを用いる。これによれば、上記実施形態について説明したように、インクジェットヘッドの微駆動動作が安定することにより、不良画像の発生を防止でき、高品質の画像形成を行うことができる。
2 ノズル基板
3 保護基板
4 シリコン基板
14 個別液室
18 共通液室
20 ノズル孔
21a メニスカス
51 記録ヘッド
55 振動板層
56 圧電素子
100 プリンタ
101 キャリッジ
102b 供給口
151 下部電極層
152 圧電体層
153 上部電極層
154 配線部材
154a 第一配線部材
154b 第二配線部材
155 層間絶縁膜
156 パッシベーション膜
157 下部電極パッド部
158 上部電極パッド部
200 圧電アクチュエータ
230 給紙トレイ
500 制御部
508 駆動制御部
509 ヘッドドライバ
701 駆動波形生成部
702 データ転送部
711 シフトレジスタ
712 ラッチ回路
713 デコーダ
714 レベルシフタ
715 アナログスイッチ
MN 滴制御信号
P 駆動信号
Ve 基準電位
Claims (10)
- 液滴を吐出する吐出孔と、該吐出孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、からなる液滴吐出機構を複数備え、
複数の該液滴吐出機構のそれぞれの該吐出液室に連通し、該吐出液室に供給する該吐出液が通過する共通流路と、
該共通流路に該吐出液を供給する液供給口と、
複数の該液滴吐出機構の圧力発生手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、
該駆動制御手段が、該吐出孔から液滴を吐出するような圧力を発生させる吐出動作と、該吐出孔から液滴を吐出させないで該吐出液室内の該吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作とを行うように該液滴吐出機構の該圧力発生手段の駆動を制御する液滴吐出ヘッドにおいて、
上記共通流路内における上記吐出液の通過経路の上流側で該共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該共通流路内における該吐出液の通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、圧力を発生させる頻度が少ないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項1の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記圧力発生手段に微駆動動作を行わせる微駆動用の駆動信号を含む複数の駆動信号で構成される駆動波形から、任意の駆動信号を選択し、選択した駆動信号を該圧力発生手段へ印加する選択手段を有し、
上記選択手段は、上記通過経路の上流側で上記共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、圧力を発生させる頻度が少なくなるように、上記駆動波形から、上記微駆動用の駆動信号を選択することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項2の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記駆動波形は、1駆動周期内に、非駆動を行う非駆動信号を含み、
上記選択手段は、上記共通流路内における上記吐出液の通過経路の下流側で該共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段に上記微駆動動作を行わせるときに、該圧力発生手段に対して、該1駆動周期毎に、上記微駆動用の駆動信号と上記非駆動信号とを交互に印加することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 液滴を吐出する吐出孔と、該吐出孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、からなる液滴吐出機構を複数備え、
複数の該液滴吐出機構のそれぞれの該吐出液室に連通し、該吐出液室に供給する該吐出液が通過する共通流路と、
該共通流路に該吐出液を供給する液供給口と、
複数の該液滴吐出機構の圧力発生手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、
該駆動制御手段が、該吐出孔から液滴を吐出するような圧力を発生させる吐出動作と、該吐出孔から液滴を吐出させないで該吐出孔内も含む該吐出液室内の該吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作とを行うように該液滴吐出機構の該圧力発生手段の駆動を制御する液滴吐出ヘッドにおいて、
上記共通流路内における上記吐出液の通過経路の上流側で該共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該共通流路内における該吐出液の通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、発生させる圧力が小さいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項4の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記圧力発生手段に微駆動動作を行わせる微駆動用の駆動信号を含む複数の駆動信号で構成される駆動波形から、任意の駆動信号を選択し、選択した駆動信号を該圧力発生手段へ印加する選択手段を有し、
上記駆動波形は、振幅が異なる微駆動用の駆動信号を少なくとも二つ含み、
上記選択手段は、上記通過経路の上流側で上記共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、発生させる圧力が小さくなるように、上記駆動波形から、上記微駆動用の駆動信号を選択することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記共通流路内における上記吐出液の通過経路の上流側で該共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該共通流路内における該吐出液の通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、圧力を発生させる頻度が少なく、且つ、発生させる圧力が小さいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項1乃至6の何れかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
複数の上記液滴吐出機構を二つ以上のグループに分け、同じグループに含まれる該液滴吐出機構の上記微駆動動作は同様の動作となるように制御し、あるグループに含まれる該液滴吐出機構は、少なくとも一つの他のグループに含まれる該液滴吐出機構とは該微駆動動作の動作が異なることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出方式の画像形成装置において、
上記液滴吐出ヘッドとして請求項1乃至7の何れかに記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とする画像形成装置。 - 液滴を吐出する吐出孔と、該吐出孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、からなる複数の液滴吐出機構と、
複数の該液滴吐出機構のそれぞれの該吐出液室に連通し、該吐出液室に供給する該吐出液が通過する共通流路と、
該共通流路に該吐出液を供給する液供給口と、を備える液滴吐出ヘッドにおける該吐出孔から液滴を吐出させないで該吐出液室内の該吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作を行わせる液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
上記共通流路内における上記吐出液の通過経路の上流側で該共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該共通流路内における該吐出液の通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、圧力を発生させる頻度を少なくすることを特徴と特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。 - 液滴を吐出する吐出孔と、該吐出孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、からなる複数の液滴吐出機構と、
複数の該液滴吐出機構のそれぞれの該吐出液室に連通し、該吐出液室に供給する該吐出液が通過する共通流路と、
該共通流路に該吐出液を供給する液供給口と、を備える液滴吐出ヘッドにおける該吐出孔から液滴を吐出させないで該吐出液室内の該吐出液を振動させるような圧力を発生させる微駆動動作を行わせる液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
上記共通流路内における上記吐出液の通過経路の上流側で該共通流路に連通する上記吐出液室内に圧力を発生させる上記圧力発生手段の微駆動動作よりも、該共通流路内における該吐出液の通過経路の下流側で該共通流路に連通する該吐出液室内に圧力を発生させる該圧力発生手段の微駆動動作の方が、発生させる圧力を小さくすることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
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