JP7255498B2 - インクジェット記録装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
インクジェット記録装置では、通常、単位面積当たりのインクの被覆面積に応じて濃淡が表現される。インクの被覆面積を制御する方法の一つとして、インクの一滴当たりの液量を変化させるものが知られている。
ここで、駆動信号は、N個(Nは2以上の整数)の駆動波形要素から成る駆動波形を含み、インクが充填された圧力室内のヘルムホルツ固有振動周波数から求められる固有振動周期をTcとしたとき、駆動波形の始点から次の後続の駆動波形の始点までの時間Tsを、
1.1Tc≦Ts≦1.4Tc
の関係を満たすようにし、吐出する液滴が1画素に1液滴の場合に、後ろから1番目の周期に駆動波形を出力し、吐出する液滴が1画素に2液滴の場合に、後ろから1番目と3番目の周期に駆動波形を出力し、吐出する液滴が1画素にM液滴(M≧3)の場合に、後ろから1~M番目の周期に駆動波形を出力することで、記録媒体へのインクの着弾が、1液滴からM液滴のいずれの場合でも合一した液滴としてほぼ一定の液滴速度で行われるようにした。
[1.記録装置の構成]
図1は、本実施の形態例のインクジェット記録装置1の概略構成を模式的に示す斜視図である。
インクジェット記録装置1は、記録媒体Pにインクで画像などを記録する記録処理を行う。記録媒体Pは、駆動ローラ11により搬送される。なお、図1では説明を簡単にするために1個の駆動ローラ11のみを示すが、実際のインクジェット記録装置1では、複数のローラが配置される。
記録ヘッド21は、インクを吐出して記録媒体Pに着弾させる。ここでは、CMYK(シアン、マゼンタ、黄色、黒色)の4色のインクを各々吐出する4つの記録ヘッド21が設けられる。これら4つの記録ヘッド21は、記録媒体Pの搬送方向に対して垂直な幅方向に配列され、キャリッジ22に取り付けられている。記録ヘッド21の記録媒体Pと対向する面は、ノズル212(図2)の開口(ノズル開口)が配列されたインク吐出面となっており、インクがノズルの開口から記録媒体Pに対してほぼ垂直に吐出されて記録媒体P上に着弾する。
記録ヘッド21は、インクを先端の開口212aから吐出するノズル212と、ノズル212に連通する圧力室を含むインク流路213と、圧力室を変形させるアクチュエータ211とを備える。アクチュエータ211は、電圧により変形する圧電素子より構成される。
キャリッジレール23は、搬送方向に対して交差する方向、ここでは、幅方向に沿って平行な2本(一対)が記録媒体Pの最大記録可能幅以上の範囲で設けられている。キャリッジレール23は、キャリッジ22を幅方向に移動可能としながら支持する。キャリッジ22の移動は、例えば、リニアモーターなどによりなされる。また、キャリッジ22のキャリッジレール23上の位置(走査方向の位置)は、不図示のリニアエンコーダにより検出され、検出結果が制御部40に出力される。
インクジェット記録装置1は、制御部40、搬送駆動部12、記録ヘッド21、ヘッド駆動部24、走査駆動部25、操作表示部71、通信部72、およびバス90を備える。
出力選択部244は、制御部40から入力された形成対象画像の画素データに応じて出力信号Voutの出力対象とされるアクチュエータ211を選択する切替信号を出力する。
通信規格としては、LAN(Local Area Network)ケーブルを用いた通信に係るTCP/IP接続、無線LAN(IEEE802.11)、Bluetooth(登録商標)などの近距離無線通信(IEEE802.15など)やUSB(Universal Serial Bus)接続など各種周知の方式が用いられる。通信部72は、利用可能とする通信規格に準拠した接続端子およびその通信規格での通信を行うネットワークカードなどのハードウェアを備える。
なお、ここでは、インクジェット記録装置1として記録ヘッド21の走査を行うスキャン型のものを例に挙げて説明したが、記録ヘッド21としてラインヘッドが用いられ、固定された記録ヘッド21に対して記録媒体Pの搬送方向への移動だけで二次元画像を記録するようにしてもよい。
次に、本実施の形態例のインクジェット記録装置1におけるインク吐出動作について説明する。既に説明したように、インクジェット記録装置1は、ヘッド駆動部24によりアクチュエータ211に対してインク流路213(圧力室)を膨張(容積を増大)させた後に、その膨張を元に戻す変形を行わせる駆動動作により、インクを吐出させる。このアクチュエータ211による変形は、圧電素子であるアクチュエータ211に印加する駆動電圧を、基準電圧から一度低下させて維持した後に、元の基準電圧まで上昇させることで行われる。
図4の(A)は、駆動波形電圧を1回だけアクチュエータ211に印加して、単位吐出量の1倍の液量を吐出、着弾させる場合の駆動波形電圧信号を示す。駆動波形電圧信号の期間Taは、電圧の立ち下がり開始から立ち上がり開始までを示す。
ここでは、図4の(B)に示すように、最後の駆動波形電圧信号の出力タイミングに対し、2周期時間2Tc前(周期時間Tcの2倍の時間前)に1回目(最初)の駆動波形電圧信号を出力させる駆動動作をヘッド駆動部24に行わせている。
なお、複数回の動作を行う場合において、最後の駆動波形電圧信号以外の電圧の立ち下がり開始から立ち上がり開始までを期間Tbとする。それぞれの期間Tbで低下する電位は、最後の駆動波形電圧信号の期間Taに低下する電位よりも小さい値に設定してある。最後の駆動波形電圧信号の電位が他の期間の駆動波形電圧信号の電位よりも大きいのは、最後のインク押し出しのタイミングのみ、実際のインク振動の位相により合わせるように立ち下がり開始から立ち上がり開始までの時間長が調整されるためである。
単位吐出量の2倍以上のインク液滴を吐出させる場合、最後の駆動波形電圧信号以外の駆動波形電圧信号は、電圧の立ち下がり開始から立ち上がり開始までの期間Taが固有振動周期Tcの半分(Tc/2)とされる。また、最後の駆動波形電圧信号(最後の液滴の駆動動作)では、電圧の立下り開始から立ち上がり開始までの時間Taが固有振動周期Tcの半分よりも長く、0.55~0.70Tcとされる。この0.55~0.70Tcの値は、液面の振動に係る伝播時間を示すAL(Acoustic Length:固有振動周期Tcの半分と等しい)で示すと、時間Taの1.1~1.4倍になる。これは、駆動波形電圧の印加タイミング(駆動動作)に対する実際のインクの振動(変位)の位相遅れに対応する大きさ(遅延時間)だけ、電圧の立ち上がり開始を遅延させたものに対応する。
したがって、周期時間Tsは、固有振動周期Tcの1.1倍以上とすることが望ましい。
図6の(A)は、本実施の形態例の駆動波形電圧信号を示し、図6の(B)は比較例(従来例)を示す。
ここでは、基準電圧Vrefを34Vに設定している。
また、各周期のパルスの立ち上がり開始タイミングから、次のパルスの立下り開始タイミングまでの時間Tb′に、上述した時間Tbを加えることで、周期時間Ts(サブドロップ周期)が決まる。図6の(A)の例では、Ta=3.9μs、Tb=3.6μs、Tb′=3.6μsとして、最後のパルスの時間Taのみを長く設定する。
ここでは、電位V2を電位V1の0.82倍とし、電位V3を電位V1の0.66倍としている。
本実施の形態例のような対処を行わない図6の(B)に示す駆動波形電圧信号の場合には、Ta=3.9μs、Tb=3.0μs、Tb′=3.0μsになる。また、パルスの電位V2が電位V1の0.7倍になり、電位V3が電位V1の0.58倍になる。この図6の(B)に示す例では、サブドロップ周期Tsを、固有振動周期Tcと一致させている。
サンプルAの特性(図中に○で示す)は、固有振動周期Tc=6.08μsであり、サンプルBの特性(図中に△で示す)は、固有振動周期Tc=6.20μsであり、サンプルCの特性(図中に×で示す)は、固有振動周期Tc=6.38μsである。
図8の○、△、および×は、それぞれ吐出量を単位吐出量の1倍、3倍、および6倍の液量とした場合を示す。
このように全てのチャネルのインクジェットヘッドの液滴速度がほぼ等しくなることで、全てのインクジェットヘッドが同じ特性で駆動されるようになり、記録画質が向上する。
一般的に、インクジェットヘッドをより高速、低電圧で効率よく駆動するためには、駆動信号を形成する波形要素がインクを含むインクジェットヘッドの構造から決まる、系の固有振動周期(共振)を利用した波形となっていることが好ましい。
膨張パルスおよび収縮パルスがヘッド圧力室内部のインクに印加されると、図9に示すように、それぞれ逆位相の圧力波が生じる。
図9に示す電圧波形Vaは、アクチュエータへの印加電圧であり、特性P1は膨張パルスによる圧力波速度、特性P2は収縮パルスによる圧力波速度を示す。
このため、膨張パルスが印加され始めてから収縮パルスが印加され始めるまでの時間をTcの1/2倍とすることで、それぞれの圧力波の位相が揃い、駆動効率が最大となる。
圧力波の振動周期と減衰率は流路構造に依存するため、インクジェットヘッドの構成部品や組立バラツキが原因で流路構造の微妙な変化が生じてしまうと、固有振動周期と減衰率の両方が変化してしまう。
系の抵抗をR、イナータンスをL、コンプライアンスをCとした場合、系の共振周期Tcは、Tc=2π√(L*C)、減衰を示す一般的な指標であるQ値(Q値が小さい程減衰が大きい)は、Q=(2π/R)*√(L/C)で表される。つまり、コンプライアンスCが大きくなるほど共振周期Tcは長くなり、Q値は小さくなる。抵抗Rは、共振周期Tcへの影響はないが、Q値への影響はイナータンスLやコンプライアンスCよりも大きくなる。
ここで、固有振動周期Tcとサブドロップ周期Tsとの関係を、1.2Tc≦Ts≦1.4Tcとすることで、図7および図8で説明したように、液滴速度がほぼ均一になる。
なお、図6に示す駆動電圧波形では、各波形要素のパルス幅Tbは、サブドロップ周期Ts(図6の例のTb+Tb′)の1/2とした。これに対して、各波形要素のパルス幅Tbは、必ずしもサブドロップ周期Tsの1/2に限定されるものではなく、液滴が合一してから、合一した後の速度が揃う範囲で任意に決められる。
例えば、図10に示す駆動電圧波形としてもよい。この図10に示す駆動電圧波形は、サブドロップ周期Ts=1.1Tc、Tb=0.7Tc、Tb′=0.4Tcとした。
また、図1および図2に示すインクジェット記録装置1の構成は一例を示すものであり、その他の構成のインクジェット記録装置に本実施の形態例の駆動方法を適用してもよい。
Claims (2)
- 所定の駆動信号により複数のアクチュエータでインクに圧力変化を与えることで、それぞれがインクを吐出するノズルと前記ノズルに連通した圧力室を持つ複数のインクジェットヘッドからインクを吐出させると共に、前記複数のアクチュエータに対して、それぞれ1画素に1液滴または複数液滴を吐出して合一させる駆動を行うインクジェット記録装置のヘッド駆動方法において、
前記駆動信号は、N個(Nは2以上の整数)の駆動波形要素から成る駆動波形を含み、
インクが充填された前記圧力室内のヘルムホルツ固有振動周波数から求められる固有振動周期をTcとしたとき、前記駆動波形の始点から次の後続の駆動波形の始点までの時間Tsを、インクの液量に応じた液滴速度がほぼ一定になる範囲である
1.1Tc≦Ts≦1.4Tc
の関係を満たすようにし、
吐出する液滴が1画素に1液滴の場合に、後ろから1番目の周期に駆動波形を出力し、
吐出する液滴が1画素に2液滴の場合に、後ろから1番目と3番目の周期に駆動波形を出力し、
吐出する液滴が1画素にM液滴(M≧3)の場合に、後ろから1~M番目の周期に駆動波形を出力することで、記録媒体へのインクの着弾が、1液滴からM液滴のいずれの場合でも合一した液滴としてほぼ一定の液滴速度で行われるようにした
インクジェット記録装置の駆動方法。 - 最後尾の駆動波形要素の電位は、他の駆動波形要素の電位よりも大きい
請求項1に記載のインクジェットヘッド記録装置の駆動方法。
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