JP6606955B2 - インクジェットプリンタおよびその調整方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェットプリンタおよびその調整方法に関し、特に、圧電素子を備えたインクジェットプリンタおよびその調整方法に関する。
圧電素子を備えたインクジェットプリンタでは、圧電素子により振動板を振動させて圧力発生室の圧力を変化させることにより、圧力発生室に連通するノズルからインクを吐出させている。この振動板の位置を調整するインクジェットプリンタとして、たとえば、特許文献1に示す液体噴射装置が知られている。
この液体噴射装置には、振動板を介して圧力発生室に圧力を付加する圧電素子、および、圧電素子を収容する封止空間が設けられている。そして、圧電素子に電圧を印加させた状態の振動板の撓みと、圧電素子に電圧を印加させていない状態の振動板の撓みとが基準面に対して対称になるように、封止空間の圧力を調整している。
特開2014−176986号公報
上記液体噴射装置では、振動板を撓ませることにより、隣接する圧力発生室間でクロストークが発生し、これにより画質の低下を招くという課題がある。すなわち、複数の圧力発生室が隔壁を介して並んでいる装置において、印刷時には印刷データに応じて個別に振動板を撓ませて圧力発生室に圧力を加えている。たとえば、1つの圧力発生室に圧力が加えられ、これに隣接する圧力発生室に圧力が加えられない場合、当該圧力発生室を覆う振動板は圧力発生室側に撓むのに対し、これに隣接する振動板が撓まない。これにより、当該圧力発生室と隣接する圧力発生室との間の隔壁が当該圧力発生室側に傾き、この傾きによって振動板が圧力発生室側にさらに変位する。
一方、圧力発生室およびこれに隣接する圧力発生室に圧力が加えられた場合、これらの圧力発生室の振動板がそれぞれ撓む。このため、隣接する振動板どうしが互いに引っ張り合い、当該圧力発生室と隣接する圧力発生室との間の隔壁が傾き難くなる。よって、この隔壁の傾きによる振動板の変位量が、隣接する圧力発生室に圧力が加えられない場合より小さくなる。
このように、振動板の変位量は、圧電素子の変形による変位量、および、隔壁の傾きによる変位量を含んでいる。このため、隣接する圧力発生室に圧力が加えられた場合の振動板の変位量は、隣接する圧力発生室に圧力が加えられない場合より小さくなる。このようなクロストークによって振動板の変位量が変化すると、ノズルから吐出するインクの速度が変動し、インクにより印刷される画質の低下を招く。
また、上記液体噴射装置では、振動板のたわみを封止空間の圧力により調整しているため、制御および構造が煩雑になる。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、クロストークによる振動板の変位量変化を簡単な構成で低減することができるインクジェットプリンタおよびその調整方法を提供することを目的としている。
本発明のある態様に係るインクジェットプリンタは、複数のノズルと、前記ノズルと連通する圧力発生室と、前記圧力発生室を覆う振動板と、前記振動板上に設けられ、加えられた電圧に応じて変形する圧電素子と、前記圧電素子に加える電圧を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、電圧に応じた前記圧電素子の変形により、所定の容積を有する第1状態から、所定の容積と異なる容積を有する第2状態にして、前記第1状態に前記圧力発生室を戻すように前記振動板を変位させて、前記第2状態において前記ノズルからインクを吐出させる場合、前記第1状態の前記振動板がフラットな状態になるように、前記圧電素子に電圧を加えるように構成されている。
この構成によれば、振動板を変位させて圧力発生室および振動板により囲まれた空間の容積を第1状態と第2状態との間で変化させ、第2状態においてインクを吐出させている。この第1状態において振動板をフラットな状態にしている。このような振動板がフラットな状態では、隣接する振動板の状態に係らず、当該振動板が隣接する振動板から影響を受けにくい。よって、クロストークに起因して振動板の変位量が変化することを抑制することができる。
また、電圧が加えられた圧電素子の変形により振動板が変位する。このため、電圧の制御による簡単な構成で第1状態において振動板をフラットな状態にして、クロストークに起因する振動板の変位量変化を抑制することができる。
インクジェットプリンタでは、前記第1状態の前記振動板がフラットな状態は、複数の前記圧力発生室が隔壁を介して並ぶ方向における前記圧力発生室の幅に対する前記振動板の撓み量が±0.7%以内の状態を含んでいてもよい。
この構成によれば、第1状態の振動板がフラットな状態は、振動板が完全に平らな状態だけでなく、わずかに撓んだ状態も含む。このように振動板の撓み量率が±0.7%以内とすることにより、たとえば、完全に平坦な振動板の変位量率との差を±10%以内に抑えることができる。
なお、振動板の撓み量率は、圧力発生室の配列方向における圧力発生室の幅に対する、第1状態における振動板の撓み量である。また、振動板の変位量率は、隣接する振動板が変位しない場合(1チャンネル吐出)の第2状態における振動板の変位量に対する、隣接する振動板が変位する場合(多チャンネル吐出)の第2状態における振動板の変位量の割合である。
インクジェットプリンタでは、前記圧力発生室を、所定の容積より大きな容積を有し、かつ、前記第1状態へ遷移する前記第2状態において前記ノズルからインクを吐出させる場合、前記振動板の前記圧電素子側への撓み量を正としたとき、前記第1状態の前記振動板がフラットな状態は、複数の前記圧力発生室が隔壁を介して並ぶ方向における前記圧力発生室の幅に対する前記振動板の撓み量が、0%以上+0.7%以下の状態を含んでいてもよい。
この構成によれば、第1状態の前記振動板がフラットな状態は、振動板が完全に平らな状態だけでなく、圧電素子側にわずかに撓んだ状態も含む。第2状態から、振動板が圧電素子側にわずかに撓んだ第1状態に遷移させると、振動板は圧電素子側において撓んだ状態からそれより小さく撓んだ状態に変位する。この振動板の変位量は、第2状態から、振動板が完全に平らな第1状態に遷移する場合より小さい。この分だけ、振動板が完全に平らな第1状態の場合より振動板の変位により吐出されるインクの速度が速くなる。よって、このインクの着弾位置と先行のインクの着弾位置との間に隙間ができない。よって、印刷されない範囲が生じず、画質の低下を抑制することができる。
インクジェットプリンタでは、前記制御部は、前記第1状態のときに前記圧電素子に加えられる第1電圧の変位に応じて、前記第2状態のときに前記圧電素子に加えられる第2電圧を変化させるように構成されていてもよい。この場合、インクジェットプリンタでは、前記制御部は、前記第2電圧が前記圧電素子の抗電界に対応する電圧以上になるように、前記第1電圧を調整するように構成されていてもよい。
この構成によれば、第1状態の振動板がフラットな状態になるように圧電素子に加えられる第1電圧を変化させて際に、第1電圧に応じて第2電圧が変化させる。この場合、第2電圧が圧電素子の抗電界に対応する電圧未満にならないように第1電圧を調整することにより、圧電素子の分極劣化を防止することができる。
インクジェットプリンタでは、前記制御部は、前記第1状態のときに前記圧電素子に加えられる第1電圧より高い高電圧、前記第1電圧より低い低電圧、および、前記高電圧の順に、前記第2状態のときに前記圧電素子に加えられる第2電圧を変化させて前記圧電素子に加える場合、前記高電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より小さい容積を有する状態、前記低電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より大きい容積を有する状態、および、前記高電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より小さい容積を有する状態の順に前記第2状態の前記圧力発生室を変化させるように前記振動板を変位させるように構成されていてもよい。
また、インクジェットプリンタでは、前記制御部は、前記第1状態のときに前記圧電素子に加えられる第1電圧より低い低電圧、および、前記第1電圧より高い高電圧の順に前記第2状態のときに前記圧電素子に加えられる第2電圧を変化させて前記圧電素子に加える場合、前記低電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より大きい容積を有する状態、および、前記高電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より小さい容積を有する状態の順に前記第2状態の前記圧力発生室を変化させるように前記振動板を変位させるように構成されていてもよい。
これらの構成によれば、低電圧が加えられた圧電素子により所定の容積より大きい容積を有する状態から、高電圧が加えられた圧電素子により所定の容積より小さい容積を有する状態へ第2状態の圧力発生室を変化させている。この際、振動板が圧力発生室側および圧電素子側の両方に変位する。これにより、第1状態の振動板をフラットな状態として、クロストークによる画質の低下を低減することができる。また、振動板の変位効率の低下を抑えることができる。
インクジェットプリンタは、前記ノズルから吐出されたインクによる画像を読み取るスキャナ部をさらに備え、前記制御部は、前記画像から取得されたインクの着弾位置に基づいて前記振動板がフラットな状態になるように前記第1電圧を調整するように構成されていてもよい。
この構成によれば、インクの吐出速度は振動板の変位に依存する。このため、インクの着弾位置から求められたインクの吐出速度に基づいてフラットな状態の振動板の位置を調整するができる。
インクジェットプリンタでは、一列に並べられた複数の前記ノズルから吐出されるインクによる解像度が300dpi以上になるように、複数の前記ノズルは配置されていてもよい。
この構成によれば、ノズルが高密度に配置されている場合、隔壁は薄くなり傾きやすくなる。これに対して、振動板をフラットな状態にすることにより、隔壁の傾きを低減し、クロストークによる振動板の変位量変化を抑制している。
また、隔壁を厚くすることにより、隔壁の傾きを低減することができる。しかしながら、隔壁を厚くすることにより、圧力発生室が小さくなることによるインク吐出不良、または、装置の大型化などの課題が生じる。これに対して、振動板をフラットな状態にすることにより、隔壁の傾きを低減するため、隔壁を厚くせず、インクの吐出不良や装置の大型化を回避することができる。
本発明のある態様に係るインクジェットプリンタの調整方法は、加えられた電圧に応じて変形する圧電素子に第1電圧を加えかつノズルと連通する圧力発生室が所定の容積を有する第1状態から、前記圧電素子に第2電圧を加えかつ前記圧力発生室が所定の容積と異なる容積を有する第2状態にして、前記第1状態に戻すように前記圧力発生室を覆う振動板を変位させて、前記ノズルからインクを吐出させ、吐出させたインクの着弾位置を測定し、測定した着弾位置が、前記振動板がフラットな状態のときの着弾位置になるように第1電圧を調整する。
この調整方法によれば、第1状態の振動板がフラットな状態から変化した場合、振動板がフラットな状態ときの着弾位置(所定位置)からインクの着弾位置がずれることがある。このような場合であっても、着弾位置が所定位置になるように第1電圧を調整することによって、第1状態の振動板はフラットな状態に戻し、クロストークに起因する画質の低下を低減することができる。
本発明の他の態様に係るインクジェットプリンタの調整方法は、加えられた電圧に応じて変形する圧電素子に第1電圧を加えかつノズルと連通する圧力発生室が所定の容積を有する第1状態から、前記圧電素子に第2電圧を加えかつ前記圧力発生室が所定の容積と異なる容積を有する第2状態にして、前記第1状態に戻すように前記圧力発生室を覆う振動板を変位させて、前記ノズルからインクを吐出させるインクジェットプリンタの調整方法であって、前記第1状態の前記振動板までの距離を測距センサにより測定し、測定した距離が、前記振動板をフラットな状態のときの距離になるように第1電圧を調整する。
この調整方法によれば、第1状態の振動板がフラットな状態から変化した場合、測距センサから振動板までの距離が、振動板がフラットな状態ときの距離(所定距離)からずれることがある。このような場合であっても、振動板までの距離が所定距離になるように第1電圧を調整することによって、第1状態の振動板はフラットな状態に戻し、クロストークに起因する画質の低下を低減することができる。
インクジェットプリンタの調整方法では、複数の前記圧力発生室が隔壁を介して並ぶ方向における前記圧力発生室の幅に対する前記振動板の撓み量が0または0に最も近くなるように、複数の選択対象の電圧の中から第1電圧を選んでもよい。
この調整方法によれば、複数の選択対象の電圧が予め定められている場合、この中から、振動板の撓み量が0または0に最も近くなるように、第1電圧を選ぶ。これにより、第1状態の振動板は完全に平らまたはこれに近いフラットな状態になり、クロストークに起因する画質の低下を低減することができる。
本発明は、以上に説明した構成を有し、クロストークによる振動板の変位量変化を簡単な構構成で低減することができるインクジェットプリンタおよびその調整方法を提供することができるという効果を奏する。
本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明の実施の形態1に係るインクジェット記録装置を概略的に示す図である。 図1のヘッドをケース側から見た図である。 図2のA−A線に沿って切断したヘッドを概略的に示す断面図である。 図2のB−B線に沿って切断したヘッドを概略的に示す断面図である。 図2の圧電素子に加えられる電圧を示す図である。 図6Aは、フラットな状態の振動板で覆われた第1状態の圧力発生室を概略的に示す断面図であり、図6Bは、圧電素子側に撓んだ振動板で覆われた第2状態の圧力発生室を概略的に示す断面図であり、図6Cは、圧力発生室側に撓んだ振動板で覆われた第2状態の圧力発生室を概略的に示す断面図である。 振動板の撓み量率に対する振動板の変位量率を表すグラフである。 本発明の実施の形態4に係るインクジェット記録装置において圧電素子に加えられる電圧を示す図である。 本発明の実施の形態5に係るインクジェット記録装置において圧電素子に加えられる電圧を示す図である。
(実施の形態1)
まず、インクジェットプリンタ10の構成について図1を参照しながら説明する。図1は、実施の形態1に係るインクジェットプリンタ10を概略的に示す図である。インクジェットプリンタ10は、ヘッド20および制御部18を備えている。また、インクジェットプリンタ10は、給紙機構(図示せず)、プラテン11、キャリッジ12および搬送機構13をさらに備えていてもよい。
給紙機構は、給紙トレイ(図示せず)内の用紙14を搬送経路へ供給する機構である。プラテン11は、供給された用紙14が載置される台である。
キャリッジ12は、ヘッド20を保持し走査方向に往復移動させる搬送部である。たとえば、キャリッジ12は、走査方向に延びた2本のガイドレール15によって支持され、ガイドレール15に沿って走査方向に往復移動する。キャリッジ12は、記録領域では、プラテン11の上方で、プラテン11に対して間隔を開けて平行に配置される。
キャリッジ12には、たとえば、4つのサブタンク16が搭載されている。これらのサブタンク16は、走査方向に沿って並べて配置されており、チューブジョイント17aに接続されている。サブタンク16は、チューブジョイント17aを介して可撓性チューブ17bによりインクカートリッジ17cに接続されている。4つのインクカートリッジ17cには、たとえば、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの、4色のインクがそれぞれ貯留されている。
ヘッド20は、インクなどの液体をノズル21から吐出させる部分であって、記憶領域においてノズル21がプラテン11に対向するようにキャリッジ12の下部に取り付けられている。複数のノズル21は、走査方向と直交する搬送方向に配列され、ノズル列を形成している。たとえば、4つのノズル列が、走査方向に配列されている。ヘッド20の詳細については、後述する。
搬送機構13は、給紙トレイから供給された用紙14をプラテン11とヘッド20との間を経て排紙トレイ(図示せず)まで搬送する機構であって、この搬送方向は走査方向と直交する。搬送機構13として、たとえば、2つの搬送ローラが用いられる。2つの搬送ローラは、キャリッジ12の搬送方向の上流側および下流側に配置されており、走査方向を軸方向として搬送方向に回転する。
制御部18は演算部(図示せず)および記憶部(図示せず)を有しており、演算部はプロセッサなどで構成され、記憶部は演算部がアクセス可能なメモリで構成されている。この記憶部に記憶されたプログラムを演算部が実行することにより、インクジェットプリンタ10の各部が制御される。たとえば、制御部18は、ヘッド20の圧電素子(図2)に加える電圧を制御する。
次に、インクジェットプリンタ10の印刷動作について図1を参照して説明する。この動作は制御部18により実行される。印刷時には、用紙14は、給紙機構により給紙トレイから供給されて、プラテン11上に載置され、搬送機構13によりさらに搬送方向へ断続的に搬送される。ヘッド20は、キャリッジ12により走査方向に移動しながら、ノズル21からインクを用紙14に吐出する。このインクによって用紙14に所望の画像が印刷される。
次に、ヘッド20の構成について図2〜図4を参照しながら説明する。図2は、ヘッド20を平面視した図である。図3は、図2のA−A線に沿って切断したヘッド20を概略的に示す断面図である。図4は、図2のB−B線に沿って切断したヘッド20を概略的に示す断面図である。ただし、図2においては、各部の配置をわかり易くするために、一部を省略している。
ヘッド20は、複数のノズル21、複数の圧力発生室22、複数の振動板23および圧電素子24を備えている。ヘッド20は、第1プレート25、第2プレート26および振動板23がこの順で積層されて形成されている。なお、このように第1プレート25、第2プレート26および振動板23が積層されている方向を積層方向と称する。
第1プレート25はノズル21が形成された平板であって、第1プレート25の下面はノズル孔が開口したノズル面である。ノズル21は、円筒形状であって、第1プレート25の上面と下面との間をその厚み方向に貫通している。一列に並べられた複数のノズル21から吐出されるインクによる解像度が300dpi以上になるように、複数のノズル21は配置されている。
第2プレート26は、ディセンダ27、圧力発生室22、絞り流路28およびマニホールド29が形成された平板である。第2プレート26の下面に第1プレート25の上面が接合されている。
ディセンダ27は、第1プレート25の上面と下面との間を貫通し、一方開口はノズル21と連通し、他方開口は圧力発生室22と連通している。圧力発生室22は、搬送方向より走査方向に長い直方体形状である。圧力発生室22は、隣接する圧力発生室22と隔壁22aを介して搬送方向に並べられている。この複数の圧力発生室22が隔壁22aを介して並ぶ方向を圧力発生室22の配列方向と称する。また、この実施の形態のように、搬送方向に複数の圧力発生室22が並び、走査方向に2つの圧力発生室22が並ぶ場合、厚みの薄い壁を隔てて隣接する圧力発生室22が並ぶ方向を配列方向とする。この実施の形態では、配列方向は搬送方向である。圧力発生室22は、絞り流路28を介してマニホールド29と連通している。
マニホールド29は、貯留しているインクを複数の圧力発生室22のそれぞれに供給するための共通流路である。マニホールド29は、走査方向より搬送方向に長い直方体形状であって、搬送方向において複数の圧力発生室22が並ぶ全範囲に延びている。マニホールド29の下側開口は第1プレート25により覆われている。マニホールド29の上側開口は、サブタンク16(図1)などに連通している。
振動板23は、平板であって、振動板23の下面に第2プレート26の上面が接合されている。振動板23は、圧力発生室22を被覆し、この被覆領域の上面に圧電素子24が設けられている。振動板23は、圧電素子24に第1電圧V1(図5)が付加された状態ではフラットな状態であり、圧電素子24に第2電圧V0(図5)が付加されていない状態ではフラットな状態から圧力発生室22側または圧電素子24側に撓む。振動板23の上面は絶縁層30に覆われている。
この第1電圧V1(図5)は、電源オン状態で、当該圧電素子24に対応するノズル21からのインク吐出指令がない状態(待機状態、第1状態)での電圧(待機電圧)である。第2電圧V0(図5)は、圧電素子24に対応するノズル21からのインク吐出指令を示す電圧(駆動電圧)である。第2電圧V0は第1電圧V1より低い電圧であり、たとえば、0Vである。
圧電素子24は、圧力発生室22内のインクに圧力を与える素子であって、振動板23の上に絶縁層30を介して配置されている。圧電素子24は一対の電極層とこれに挟まれる圧電層とにより構成されている。一対の電極層の下側の電極層は絶縁層30上に設けられ、上側の電極層は配線基板31により制御部18(図1)と接続されている。圧電素子24は、制御部18により加えられた電圧に応じて変形する。
配線基板31は、たとえば、COF(Chip On Film)のフィルム状の配線回路基板であって、ドライバIC(図示せず)を搭載している。ドライバICは、圧電素子24を駆動する駆動部であって、半導体チップから構成されている。配線基板31は、圧力発生室22の2つの列の間に配置され、振動板23において走査方向の中央で搬送方向に延びている。配線基板31、制御部18(図1)および圧電素子24の各電極層に接続されている。
ケース32は、圧電素子24を保護するカバーであって、上面部、側面部およびこれらに囲まれた内部空間を有し、下側に開口する。ケース32は、振動板23の少なくとも一部を覆い、振動板23との間の内部空間に圧電素子24を収容する。ケース32の側面部の下面は振動板23の上面に接着剤などで接合されている。
次に、ヘッド20の吐出動作について図6A〜図6Cを参照して説明する。図6Aは、フラットな状態の振動板23で覆われた第1状態の圧力発生室22を概略的に示す断面図である。図6Bは、圧電素子24側に変位した振動板23で覆われた第2状態の圧力発生室22を概略的に示す断面図である。図6Cは、圧力発生室22側に変位した振動板23で覆われた第2状態の圧力発生室22を概略的に示す断面図である。
まず、制御部18(図1)は、コンピュータなどのプリンタドライバおよびインクジェットプリンタ10などの記憶部から出力された印刷データに応じて制御信号を生成して配線基板31(図2)に出力する。配線基板31のドライバICは、制御信号を受けて、圧電素子24を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子24に出力する。
これにより、電圧に応じた圧電素子24の変形により、圧力発生室22を第1状態から第2状態にして第1状態に戻すように振動板23を変位させて、第2状態においてノズル21からインクを吐出させる。この場合、第1状態の振動板23がフラットな状態になるように、圧電素子24に電圧(第1電圧V1)を加える。この第1状態は、所定の容積を有する状態であり、たとえば、図6Aに示す状態である。また、インク吐出指令に対して圧電素子24に電圧(第2電圧V0)を付加して、第1状態から第2状態に遷移する。この第2状態は所定の容積と異なる容積を有する状態であって、たとえば、図6Bに示す所定の容積より大きな容積を有する状態である。
なお、ここでは、第2電圧V0は0Vである場合について説明する。よって、インク吐出指令に対して圧電素子24に0Vの第2電圧が付加されるため、インク吐出指令に対して圧電素子24に電圧を付加しないとして説明する。
具体的には、予め、振動板23を圧電素子24側に撓んだ状態で成形しておく。これにより、圧電素子24に電圧を付加せず、圧電素子24が変形していない状態では、振動板23は圧電素子24側に撓み、振動板23で覆われた圧力発生室22の容積は所定の容積より大きい第2状態になる。
そして、印刷動作が開始され、インクの吐出前後の待機時では、圧電素子24に第1電圧V1が付加されて、圧電素子24は変形する。これに伴って振動板23が変位してフラットな状態となる。このため、振動板23で覆われた圧力発生室22は、所定の容積を有する第1状態となる。
インクを吐出させるための駆動信号が出力された吐出時には、一旦、圧電素子24に電圧を付加せず、圧電素子24を変形していない状態に戻して、振動板23を圧電素子24側に撓ませる。振動板23で覆われた圧力発生室22の容積は、所定の容積より大きい第2状態になる。それから、圧電素子24に第1電圧V1が付加して、圧電素子24を変形させることにより、振動板23をフラットな状態にする。これによって、振動板23で覆われた圧力発生室22の容積は所定の容積の第1状態に戻る。このように、圧力発生室22の容積は、所定の容積より大きい容積から、所定の容積になるため、圧力発生室22内のインクに圧力が加えられ、インクはノズル21から吐出される。
ここで、待機時における振動板23をフラットな状態としたことにより、図7に示すように、クロストークに起因して振動板23の変位量が変化することを抑制することができる。図7は、振動板23の撓み量率に対する振動板23の変位量率を表すグラフである。
横軸の振動板23の撓み量率は、圧力発生室22の配列方向における圧力発生室22の幅に対する、第1状態における振動板23の撓み量を示す。この圧力発生室22の幅は、たとえば、70μmであり、圧力発生室22の高さは、70μmである。振動板23の撓み量は、第1状態において平坦な振動板23と圧電素子24側または圧力発生室22側に撓んだ振動板23との間の距離のうちで最も長い距離である。この圧電素子24側への撓み量を正(+)とし、圧力発生室22側への撓み量を負(−)とする。
縦軸の振動板23の変位量率は、1チャンネル吐出の第2状態における振動板23の変位量に対する、多チャンネル吐出の第2状態における振動板23の変位量の割合(%)である。この1チャンネル吐出は、吐出対象の圧電素子24に隣接する圧電素子24に電圧が加えられず、隣接する振動板23が変位しない状態において、吐出対象の圧電素子24に電圧が加えられ、振動板23が変位して、インクを吐出する場合である。多チャンネル吐出は、吐出対象の圧電素子24に隣接する圧電素子24に電圧が加えられ、隣接する振動板23が変位すると共に、吐出対象の圧電素子24に電圧が加えられ、振動板23が変位して、インクを吐出する場合である。振動板23の変位量は、第2状態において平坦な振動板23と圧電素子24側または圧力発生室22側に変位した振動板23との間の距離のうちで最も長い距離である。この圧電素子24側への変位量を正(+)とし、圧力発生室22側への変位量を負(−)とする。
待機時における振動板23がフラットな状態であるため、この振動板23の撓み量は0であり、振動板23の撓み量率は0である。よって、図7に示すように、振動板23の変位量率は100%となる。
つまり、振動板23の変位量は、圧電素子24の変形による振動板23の変位量、および、隔壁22aの傾きによる振動板23の変位量を含んでいる。通常、1チャンネル吐出時には、吐出対象の振動板23が撓み、隣接する振動板23が撓まないことにより、この間に位置する隔壁22aは吐出対象の圧力発生室22側に傾き、隔壁22aの傾きによる振動板23の変位量が多チャンネル吐出時より大きくなる。このため、1チャンネル吐出時の振動板23の変位量が、隔壁22aの傾きによる変位量によって、多チャンネル吐出時より大きくなる。
これに対して、待機時の第1状態における振動板23をフラットな状態にすることにより、1チャンネル吐出時の隔壁22aが印刷対象の圧力発生室22側に傾き難くなり、隔壁22aの傾きによる振動板23の変位量が小さくなる。よって、1チャンネル吐出の振動板23の変位量と、多チャンネル吐出の振動板23の変位量とが等しくなる。このため、振動板23の変位量率は100%となり、クロストークによって振動板23の変位量が変化しない。この結果、ノズル21から吐出するインクの速度が変動せず、画質の低下を低減することができる。
また、電圧が加えられた圧電素子24の変形により振動板23が変位する。このため、電圧の制御による簡単な構成で第1状態において振動板23をフラットな状態にして、クロストークに起因する振動板23の変位量変化を抑制することができる。
さらに、解像度が300dpi以上のインクジェットプリンタ10では、隔壁22aは薄くなり傾きやすくなる。これに対して、振動板23をフラットな状態にすることにより、隔壁22aの傾きを低減し、クロストークによる振動板23の変位量変化を抑制することができる。
また、振動板23をフラットな状態にすることにより、隔壁22aの傾きを低減するため、隔壁22aを厚くして隔壁22aの傾きを低減しなくてもよい。よって、隔壁22aを厚くすることによるインク吐出不良、および、装置の大型化などの課題を回避することができる。
(実施の形態2)
実施の形態2のインクジェットプリンタ10では、第1状態の振動板23がフラットな状態は、振動板23が完全に平坦な状態に加えて、振動板23がわずかに撓んだ状態も含む。つまり、第1状態の振動板23がフラットな状態は、振動板23の撓み量率が±0.7%以内の状態を含む。 この構成によれば、振動板23の撓み量率が±0.7%以内であれば、図7に示すように、完全に平坦な振動板23の変位量率との差を±10%以内に抑えることができる。このように、1チャンネル吐出の振動板23の変位量と、多チャンネル吐出の振動板23の変位量とがほぼ等しいため、クロストークによって振動板23の変位量が変化し難く、画質の低下を低減することができる。
(実施の形態3)
実施の形態3のインクジェットプリンタ10では、第1状態の振動板23がフラットな状態は、振動板23が完全に平坦な状態に加えて、振動板23が圧電素子24側にわずかに撓んだ状態も含む。つまり、第1状態の振動板23がフラットな状態は、振動板23の撓み量率が0%以上+0.7%以下の状態を含む。この振動板23の撓み量率が0%のとき、振動板23が完全に平坦な状態になる。また、振動板23の撓み量率が0%より大きく+0.7%以下のとき、振動板23が圧電素子24側にわずかに撓んだ状態になる。
この場合、第2状態は、振動板23が圧電素子24側に変位し、振動板23に覆われた圧力発生室22が所定の容積より大きな状態である。この第2状態から第1状態に遷移させると、振動板23は圧電素子24側において撓んだ第2状態からそれより小さく撓んだ状態または平らな第1状態に変位する。このように、圧電素子24側に撓んだ第2状態からそれより小さく撓んだ第1状態に振動板23が変位する距離は、圧電素子24側に撓んだ第2状態から平らな第1状態に振動板23が変位する距離より短い。この分、振動板23の変位により吐出されるインクの速度が速くなる。よって、インクの着弾位置は、振動板23が完全に平坦な状態ときの着弾位置(所定位置)ではないが、所定位置より先行の着弾位置に近くなり、これらの間に隙間ができない。よって、印刷されない範囲が生じず、画質の低下を抑制することができる。
(実施の形態4)
実施の形態4に係るインクジェットプリンタ10では、制御部18は、図8に示すように、高電圧VH、低電圧VLおよび高電圧VHの順に第2電圧を変化させて圧電素子24に加える。この第2電圧は、第2状態のときに圧電素子24に加えられる電圧である。高電圧VHは、圧力発生室22がより高い電圧であり、低電圧VLは第1電圧V1より低い電圧である。第1電圧V1は、第1状態のときに圧電素子24に加えられる電圧である。
この場合、第2状態の圧力発生室22が2a状態、2b状態および2a状態の順に変化するように、振動板23は変位する。この2a状態は、高電圧VHが加えられた圧電素子24により圧力発生室22が所定の容積より小さい容積を有する状態であり、2b状態は、低電圧VLが加えられた圧電素子24により圧力発生室22が所定の容積より大きい容積を有する状態である。なお、高電圧VHにより振動板23が圧力発生室22側に変位する距離(変位量)と、低電圧VLにより振動板23が圧電素子24側に変位する距離(変位量)とが等しいことが好ましい。
この場合、印刷動作の待機時では、圧電素子24に第1電圧V1を付加して、図6Aに示すように振動板23をフラットな状態にする。これにより、振動板23で覆われた圧力発生室22は、所定の容積の第1状態となる。
インクを吐出させる駆動信号が出力された吐出時では、一旦、圧電素子24に高電圧VHを付加し、図6Cに示すように振動板23を圧力発生室22側に撓ませる。これにより、振動板23で覆われた圧力発生室22は第1状態から2a状態に移行する。この2a状態の圧力発生室22の容積は第1状態より小さいため、圧力発生室22のインクに圧力が作用する。しかしながら、第1電圧V1から高電圧VHへ移行する立ち上がり時間が長いため、インクに作用する圧力はインクがノズル21から吐出するために必要な圧力より小さく、インクは吐出されない。
それから、圧電素子24に低電圧VLを付加し、図6Bに示すように振動板23を圧電素子24側に撓ませる。これにより、圧力発生室22は、その容積が2a状態より大きな2b状態となる。ここで、マニホールド(図3)から圧力発生室22にインクが流入して、圧力発生室22がインクに満たされる。
続いて、圧電素子24に高電圧VHを再び付加し、図6Bに示すように振動板23を圧力発生室22側に撓ませる。これにより、圧力発生室22は2b状態から2a状態になり、圧力発生室22のインクに圧力が作用する。この低電圧VLから高電圧VHへ移行する立ち上がり時間が短く、インクがノズル21から吐出するために必要な圧力より大きな圧力がインクに作用し、インクは吐出される。
インクの吐出後の待機時に、圧電素子24に付加する電圧を第1電圧V1に戻す。これにより、図6Aに示すように振動板23がフラットな状態になり、圧力発生室22は第1状態になる。
これによれば、第2状態において振動板23は圧電素子24側に撓んでから圧力発生室22側に撓んでインクを吐出した後、待機時に第1状態のフラットな状態に戻る。このようにインク吐出時には振動板23が圧力発生室22側および圧電素子24側の両方に変位することから、待機時の振動板23をフラット状態にすることができる。よって、クロストークによる振動板23の変位量の変化を低減し、画質の低下を低減することができる。
また、振動板23がある程度より大きく変位すると、電圧に対する振動板23の変位量(変位効率)が小さくなる。このため、振動板23が圧電素子24側および圧力発生室22側のいずれか一方側に比べて他方側に大きく変位した場合、大きく変位した振動板23の変位効率が低下する。これに対し、振動板23が圧力発生室22側および圧電素子24側の両方に変位することにより、振動板23が大きく変位することを防ぎ、振動板23の変位効率の低下を抑えることができる。
さらに、圧力発生室22側への振動板23の変位量と、圧電素子24側への振動板23の変位量とが等しいことにより、振動板23が圧力発生室22側および圧電素子24側に均等に変位する。この場合、待機時の振動板23をより平らなフラット状態にすることができると共に、振動板23の変位効率の低下をより抑えることができる。
(実施の形態5)
実施の形態5に係るインクジェットプリンタ10では、制御部18は、図9に示すように、低電圧VLおよび高電圧VHの順に第2電圧を変化させて圧電素子24に加える。
この場合、第2状態の圧力発生室22が2b状態および2a状態の順に変化するように、振動板23は変位する。なお、高電圧VHによる圧力発生室22側への振動板23の変位量と、低電圧VLによる圧電素子24側への振動板23の変位量とが等しいことが好ましい。
この印刷動作の待機時では、圧電素子24に第1電圧V1を付加して、図6Aに示すように振動板23をフラットな状態にする。これにより、振動板23で覆われた圧力発生室22は第1状態となる。
吐出時では、圧電素子24に低電圧VLを付加し、図6Bに示すように振動板23を圧電素子24側に撓ませる。これにより、圧力発生室22は、その容積が第1状態より大きな2b状態となり、マニホールド(図3)から圧力発生室22にインクが流入して、圧力発生室22がインクに満たされる。
続いて、圧電素子24に高電圧VHを付加し、図6Cに示すように振動板23を圧力発生室22側に撓ませる。これにより、圧力発生室22は2b状態から2a状態になり、圧力発生室22のインクに圧力が作用する。この低電圧VLから高電圧VHへ移行する立ち上がり時間が短く、インクがノズル21から吐出するために必要な圧力より大きな圧力がインクに作用し、インクは吐出される。
インクの吐出後の待機時に、圧電素子24に第1電圧V1を付加する。これにより、振動板23がフラットな状態になり、圧力発生室22が第1状態になる。
この構成によれば、インク吐出時に振動板23が圧力発生室22側および圧電素子24側の両方に変位する。これにより、待機時の振動板23をフラット状態にし、クロストークによる振動板23の変位量の変化を低減し、画質の低下を低減することができる。また、振動板23の変位効率の低下を抑えることができる。
(実施の形態6)
たとえば、製品のばらつきおよび経年劣化などによって、圧電素子24に第1電圧V1を付加した際の振動板23がフラットな状態にならない場合がある。この場合、振動板23がフラットな状態になるように第1電圧V1を調整してもよい。たとえば、実施の形態6に係るインクジェットプリンタ10は、ノズル21から吐出されたインクによる画像を読み取るスキャナ部19をさらに備えている。そして、制御部18は、画像から取得されたインクの着弾位置に基づいて振動板23がフラットな状態になるように第1電圧V1を調整する。
スキャナ部19は、たとえば、図1に示すように、ヘッド20の上方に設けられ、制御部18に接続されている。スキャナ部19は、画像を光学的に画像データとして読み込んで、画像データを制御部18へ出力する。
制御部18は、画像データから画像を構成するドットの位置をインクの着弾位置として取得する。インクの着弾位置はインクの吐出速度に依存し、インクの吐出速度は待機時における振動板23の位置に依存する。この振動板23の位置は圧電素子24に付加される電圧により調整される。このため、制御部18は、インクの着弾位置に基づいて振動板23がフラットな状態になるように第1電圧V1を調整する。なお、インクの着弾位置と圧電素子24に付加される電圧との関係は、実験やシミュレーションなどにより予め求められている。
たとえば、振動板23が圧電素子24側に撓んでから第1状態の圧力発生室22側に変位することにより、インクを吐出する。この場合、第1状態において振動板23がフラットな状態より圧電素子24側に撓んでいると、この撓み量だけ振動板23の変位量が小さくなる。これにより、インクの吐出速度が大きくなり、隣接するインクの着弾位置の間隔が第1状態の振動板23がフラットな状態のときより狭くなる。このため、インクの着弾位置の間隔に相当する電圧を取得し、この電圧分だけ着弾位置の間隔が広くなるように第1電圧V1を調整する。これにより、インクの着弾位置が、第1状態の振動板23がフラットな状態のときの着弾位置(所定位置)になるように第1電圧V1が調整される。よって、振動板23が圧力発生室22側に変位しフラットな状態になる。
これによれば、第1状態の振動板23がフラットな状態から変化して、インクの着弾位置が所定位置からずれることがある。このような場合であっても、着弾位置が所定位置になるように第1電圧V1を調整することによって、第1状態の振動板23はフラットな状態に戻し、クロストークに起因する画質の低下を低減することができる。
なお、上記のインクジェットプリンタ10はスキャナ部19を備えていたが、インクジェットプリンタ10はスキャナ部19を備えていなくてもよい。この場合、制御部18は、インクジェットプリンタ10に接続されるスキャナおよびカメラなどから画像を取得する。そして、画像から、吐出させたインクの着弾位置を測定する。この着弾位置が、振動板23がフラットな状態のときの着弾位置になるように第1電圧V1を調整する。
(実施の形態7)
実施の形態7に係るインクジェットプリンタ10では、圧電素子24に第1電圧V1を付加した際の振動板23がフラットな状態にならない場合、第1電圧V1を調整する。この場合、第1状態の振動板23までの距離を測距センサにより測定し、測定した距離が、振動板23がフラットな状態ときの距離(所定距離)になるように第1電圧V1を調整する。
たとえば、インクジェットプリンタ10の製造工程において、第1状態の振動板23までの距離を測距センサにより測定する。また、予め、制御部18は、測距センサからフラットな状態の振動板23までの距離(所定距離)を取得しておく。そして、制御部18は、測定した距離が所定距離になるように、第1電圧V1を調整する。
これによれば、第1状態の振動板23がフラットな状態から変化して、測距センサから振動板23までの距離が所定距離からずれることがある。このような場合であっても、振動板23までの距離が所定距離になるように第1電圧V1を調整することによって、第1状態の振動板23はフラットな状態に戻し、クロストークに起因する画質の低下を低減することができる。
(実施の形態8)
実施の形態8に係るインクジェットプリンタ10では、制御部18は、振動板23がフラットな状態になるように調整する際に第1電圧V1を変位させた場合、その変位に応じて第2電圧を変化させる。
たとえば、第1状態の振動板23がフラットな状態になるように第1電圧V1をΔv、変化させた場合、第2電圧もΔv、変化させる。図8に示す例では、第1電圧V1をΔv上昇させた場合、第2電圧の高電圧VH、低電圧VLおよび高電圧VHともに、Δv上昇させる。反対に、第1電圧V1をΔv降下させた場合、第2電圧の高電圧VH、低電圧VLおよび高電圧VHともに、Δv降下させる。
この第2電圧を降下させた際、この場合、制御部18は、第1電圧V1より小さい電圧(低電圧VL)が圧電素子24の抗電界に対応する電圧以上になるように、第1電圧V1を調整する。これにより、圧電素子24の分極劣化を防止することができる。
これによれば、第2状態において振動板23を圧力発生室22側および圧電素子24側の両方に同じだけ均等に変位させることができる。よって、クロストークによる画質の低下を低減することができると共に、振動板23の変位効率の低下を抑えることができる。
なお、制御部18は、第1電圧V1を変位させて調整する場合、その変位に応じて第2電圧を変化させずに固定してもよい。この場合も、第1状態において振動板23はフラットな状態になるため、クロストークによる画質の低下を低減することができる。
(実施の形態9)
実施の形態10に係るインクジェットプリンタ10では、振動板23がフラットな状態になるように第1電圧V1を調整する際に、振動板23の撓み量率が0または0に最も近くなるように、複数の選択対象の電圧の中から第1電圧V1を選ぶ。振動板23の撓み量率は、圧力発生室22の配列方向における圧力発生室22の幅に対する、第1状態における振動板23の撓み量である。
すなわち、第1電圧V1が任意の値ではなく、第1電圧V1の候補として複数の値が予め定められている場合がある。この場合、第1状態の振動板23がフラットな状態になるように第1電圧V1を調整する際、振動板23の撓み量が0または0に最も近くなる電圧を第1電圧V1として選択する。
この調整方法によれば、複数の選択対象の電圧が予め定められている場合、この中から、振動板23の撓み量が0または0に最も近くなるように、第1電圧V1を選ぶ。これにより、第1状態の振動板23はフラットな状態になり、クロストークに起因する画質の低下を低減することができる。
なお、実施の形態1〜3において、第1状態で圧電素子24に第1電圧V1を付加し、第2状態で圧電素子24に第2電圧を付加する場合においても、実施の形態6および7のように、第1状態の振動板23がフラットな状態になるように第1電圧V1を調整してもよい。この調整の際、実施の形態8のように、第1電圧V1の変位に応じて第2電圧を変化させてもよい。この場合、第1電圧V1より小さい電圧が圧電素子24の抗電界に対応する電圧以上になるように、第1電圧V1を調整してもよい。さらに、実施の形態9のように、圧力発生室22の配列方向における圧力発生室22の幅に対する振動板23の撓み量が0または0に最も近くなるように、複数の選択対象の電圧の中から第1電圧V1を選んでもよい。
本発明のインクジェットプリンタは、クロストークによる振動板の変位量変化を簡単な構成で低減することができるインクジェットプリンタおよびその調整方法等として有用である。
10 :インクジェットプリンタ
18 :制御部
19 :スキャナ部
21 :ノズル
22 :圧力発生室
22a :隔壁
23 :振動板
24 :圧電素子

Claims (12)

  1. 複数のノズルと、
    前記ノズルと連通する圧力発生室と、
    前記圧力発生室を覆い、撓んだ状態で成形された振動板と、
    前記振動板上に設けられ、加えられた電圧に応じて変形する圧電素子と、
    前記圧電素子に加える電圧を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、インク吐出指令を受けて、電圧に応じた前記圧電素子の変形により、所定の容積を有する待機状態の第1状態から、所定の容積と異なる容積を有する前記インク吐出指令に応じた駆動状態の第2状態にして、前記第1状態に前記圧力発生室を戻すように前記振動板を変位させて、前記第2状態において前記ノズルからインクを吐出させる場合、
    前記第1状態の前記振動板がフラットな状態になるように、前記圧電素子に電圧を加えるように構成されている、インクジェットプリンタ。
  2. 前記第1状態の前記振動板がフラットな状態は、複数の前記圧力発生室が隔壁を介して並ぶ方向における前記圧力発生室の幅に対する前記振動板の撓み量が±0.7%以内の状態を含んでいる、請求項1に記載のインクジェットプリンタ。
  3. 前記圧力発生室を、所定の容積より大きな容積を有し、かつ、前記第1状態へ遷移する前記第2状態において前記ノズルからインクを吐出させる場合、
    前記振動板の前記圧電素子側への撓み量を正としたとき、
    前記第1状態の前記振動板がフラットな状態は、複数の前記圧力発生室が隔壁を介して並ぶ方向における前記圧力発生室の幅に対する前記振動板の撓み量が、0%以上+0.7%以下の状態を含んでいる、請求項2に記載のインクジェットプリンタ。
  4. 前記第1状態にすべく前記圧電素子に加えられる第1電圧と、前記第2状態にすべく前記圧電素子に加えられる第2電圧とが設定されており、
    前記制御部は、前記第1電圧を前記圧電素子に加えたときに前記振動板がフラットな状態になるよう前記第1電圧を変位させて調整するとき、前記第1電圧の変位に応じて、前記第2状態にすべく前記圧電素子に加えられる前記第2電圧を変化させるように構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタ。
  5. 前記制御部は、前記第2電圧が前記圧電素子の抗電界に対応する電圧以上になるように、前記第1電圧を調整するように構成されている、請求項4に記載のインクジェットプリンタ。
  6. 前記制御部は、前記第1状態のときに前記圧電素子に加えられる第1電圧より高い高電圧、前記第1電圧より低い低電圧、および、前記高電圧の順に、前記第2状態のときに前記圧電素子に加えられる第2電圧を変化させて前記圧電素子に加える場合、
    前記高電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より小さい容積を有する状態、前記低電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より大きい容積を有する状態、および、前記高電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より小さい容積を有する状態の順に前記第2状態の前記圧力発生室を変化させるように前記振動板を変位させるように構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタ。
  7. 前記制御部は、前記第1状態のときに前記圧電素子に加えられる第1電圧より低い低電圧、および、前記第1電圧より高い高電圧の順に前記第2状態のときに前記圧電素子に加えられる第2電圧を変化させて前記圧電素子に加える場合、
    前記低電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より大きい容積を有する状態、および、前記高電圧が加えられた前記圧電素子により所定の容積より小さい容積を有する状態の順に前記第2状態の前記圧力発生室を変化させるように前記振動板を変位させるように構成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタ。
  8. 前記ノズルから吐出されたインクによる画像を読み取るスキャナ部をさらに備え、
    前記制御部は、前記画像から取得されたインクの着弾位置に基づいて前記振動板がフラットな状態になるように前記第1電圧を調整するように構成されている、請求項4〜7のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタ。
  9. 一列に並べられた複数の前記ノズルから吐出されるインクによる解像度が300dpi以上になるように、複数の前記ノズルは配置されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載のインクジェットプリンタ。
  10. インク吐出指令を受けて、加えられた電圧に応じて変形する圧電素子に第1電圧を加えかつノズルと連通する圧力発生室が所定の容積を有する待機状態の第1状態から、前記圧電素子に第2電圧を加えかつ前記圧力発生室が所定の容積と異なる容積を有する前記インク吐出指令に応じた駆動状態の第2状態にして、前記第1状態に戻すように前記圧力発生室を覆いかつ撓んだ状態で成形された振動板を変位させて、前記第2状態において前記ノズルからインクを吐出させ、
    吐出させたインクの着弾位置を測定し、
    測定した着弾位置に基づいて前記第1状態の前記振動板がフラットな状態になるように前記第1電圧を調整する、インクジェットプリンタの調整方法。
  11. インク吐出指令を受けて、加えられた電圧に応じて変形する圧電素子に第1電圧を加えかつノズルと連通する圧力発生室が所定の容積を有する待機状態の第1状態から、前記圧電素子に第2電圧を加えかつ前記圧力発生室が所定の容積と異なる容積を有する前記インク吐出指令に応じた駆動状態の第2状態にして、前記第1状態に戻すように前記圧力発生室を覆いかつ撓んだ状態で成形された振動板を変位させて、前記第2状態において前記ノズルからインクを吐出させるインクジェットプリンタの調整方法であって、
    前記第1状態の前記振動板までの距離を測距センサにより測定し、
    測定した距離に基づいて前記第1状態の前記振動板フラットな状態になるように第1電圧を調整する、インクジェットプリンタの調整方法。
  12. 複数の前記圧力発生室が隔壁を介して並ぶ方向における前記圧力発生室の幅に対する前記振動板の撓み量が0または0に最も近くなるように、複数の選択対象の電圧の中から第1電圧を選ぶ、請求項10または11に記載のインクジェットプリンタの調整方法。
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