JPH01275051A - インクジェット記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェット記録装置に用いられ、そのヘッ
ドの電気−機械変換素子に駆動電圧を印加してインク液
滴を吐出させるオンデマンド型のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

第５図及び第６図は一般的なインクジェット記録装置の
模式的正面図、第６図はその制御系を示すブロック図で
ある。

第５図において、１はプラテンであり、不図示の被記録
体を巻き付け、記録時に副走査のために所定のステップ
づつ回転する。２はラインフィードモータでありギア３
を介してプラテン１の回転軸に回転を伝達する。４はプ
ラテン１に平行配設された不図示のガイドバーに摺動自
在に取付けられたインクジェット記録ヘッド（以下ヘッ
ドという）であり、複数のインク液滴噴射用ノズル５を
備えている。６はヘッド５をプラテン１の長手方向に往
復動させるベルト、７及び８はベルト６の両端に配設さ
れるプーリ、９はプーリ８を回転させるキャリッジモー
タである。

１０はプラテン１の表面近傍に配設されて被記録体の有
無を検出する紙センサ、１１はヘッド４に装着されるエ
ンコーダセンサ、１２はプラテン１に平行に固定配置さ
れると共にエンコーダセンサ１１が対向１−るように配
置されるリニアエンコーダである。１３はヘッド４がホ
ームポジションにあることを検出するホームポジション
センサ、１４はインク液吐出を回復させる際に用いられ
るキャップ、１５はキャップ１４をヘッド４に対し前後
進させる為の駆動源となるモータ、１６はキャップ１４
がヘッド４に装着されたことを検知するキャップセンサ
である。

以上の構成において、被記録体がプラテンｌに装着され
ていると帛氏センサ１０によって１灸知され、記録可能
な状態にされる。記録開始ボタンが押されると、キャリ
ッジが移動し、ヘッド４はホームポジションにセットさ
れたのち、記録装置の印刷フォーマットに従った移動を
し、記録データに従ってインク液滴を飛翔させる。ヘッ
ド４はモータ９を駆動源とし、ベルト６によって駆動さ
れ、主走査される。−行分の主走査が終る毎にモータ２
が駆動され、プラテン１が回転する。

ヘッド４のノズルが目詰まりするのを防止するため、定
期的に或いは必要に応じてキャンプ１４をヘッド４に被
せる。この状態はキャップセンサ１６によって検出され
、この検出をもって記録動作は中止される。この回復動
作は、キャップ１４に連通された不図示の吸引機構によ
り、ノズル外側よりノズル内のインクを吸収し、ノズル
内の異物等を除去する。これによって、以後の記録不良
は解消する。

次に、第６図に示す制御系の構成について説明する。

ＣＰＵ２０は制御の中核を成すもので、不図示の入出力
インタフェースを介してスイッチ群２１（操作パネル上
に配置）、キャリッジモータ９を駆動するＤＣサーボ正
逆反転回路２２、ラインフィードモータ２を区分するス
テッピングモータ駆動回路２３、記録データに基づいて
記録へノド４を駆動するヘッドドライバー２４、各種の
センサ群２５のほか、エンコーダセンサ１１及びホーム
ポジションセンサ１３が接続されている。

第６図の構成において、ＣＰＵ２０は不図示の操作パネ
ル上に設けられたスイッチ群２１により行なわれる操作
入力に応じて以下の制御動作を行なう。すなわちエンコ
ーダセンサ１及びホームポジションセンサ１３からの入
力を参照し、ＤＣサーボ正逆判定回路２２を介してキャ
リッジモータ９の駆動制御を行ない、またステッピング
モータ駆動回路２３を介してラインフィードモータ２の
駆動制御を行い、記録データＤをヘッドドライバ２４に
出力し、ヘッドドライバ２４により記録ヘッド４を駆動
する。また他のセンサ群２５からの入力に応じて不図示
の他の機構の制御を行なう。

このような構成のもとに、スイッチ群２１中のプリント
スイッチが押下されることにより記録動作が開始され、
まず紙センサ１０により記録紙が有ることを確認した上
でラインフィードモータ２が数ステップ駆動され、プラ
テン１が回転し、記録紙が記録開始位置にセットされる
。涜いてキャリフジモータ９が駆動され、記録ヘッド４
を往復移動し、これと同期してラインフィードモータ２
が駆動されて記録紙を１行ずつ送る。この間ヘッドドラ
イバ２４から記録データに応じた駆動信号が記録ヘッド
４に印加され、記録ヘッド４が駆動されてノズル５から
インク液滴が噴射され、文字、画像が記録される。

第７図は第５図のヘッド４の模式的斜視図を示すもので
ある。パイプ状のインク液室４１の先端部、先細にされ
てノズル４２形成されている。インク液室４１のノズル
近傍の外表面には、吐出エネルギー発生体として圧電素
子４３が外嵌されている。また、インク液室４１の入口
内には異物、不純物等が流入するのを防止するため、フ
ィルタ４４が嵌入されている。圧電素子４３には、り一
ド駈泉４６を介してヘッドドライバ−２４がｆ長続され
ている。

第７図の構成において、インク液室４１にはインクが満
たされており、ヘッドドライバー２４によって圧電素子
４３に所定の駆動電圧が印加され乙と、圧電素子４３は
歪を生じ、インク液室４１内を瞬間的に膨張させ、その
際に生じる加圧力によって４２の吐出口からインク滴４
７が吐出し飛翔する。

この場合、第８図に示すように、入力信号に対し、先ず
Ｔ１時間だけ負極性の電圧Ｖｒｅνを生じさせ、この電
圧を圧電素子４３に印加してインク液室４１を拡大させ
る。次に、正の電圧ＶｏｐをＴ２時間発生させ、これを
圧電素子４３に印加してインク液室４１を縮小させ、イ
ンク滴４７を吐出させる。さらに、Ｔ３の時間をかけて
印加電圧を漸次減少させ、回復動作をさせる。電圧Ｖｒ
ｅν、　Ｖｏｐのレヘル及び時間ＴＩ　、Ｔ２を適宜設
定することにより、インク吐出量を変化させることがで
きる。

例えば、■インク吐出量に応じて時間ＴＩを長くするほ
ど大径のインクを吐出させることができる。

また、■νｒｅｖを零ボルトのまま、電圧Ｖｏｐまたは
時間Ｔ２を変化させることによってもインク滴吐出量を
効果的に変化させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような従来のインタフェース記録方法にあ
っては、前記■の吐出側Ｊｌｌ法による場合、大径のイ
ンク滴を吐出させようとすると、インク液室内の圧力変
動を非常に太き（せねばならず、これによってフィルタ
部付近に小さな気泡が発生し、インク吐出を安定に維持
することが困難であった・ また、前記■の吐出制御法による場合、吐出エネルギー
発生体に発熱体を用いると、ＴＩによるインク液室の拡
大作用を行わせることは困難であった。

また、前記■の吐出制御法による場合、小径のインク液
滴から大径のインク液滴まで十分なダイナミックレンジ
を得ることができなかった。

本発明の目的は、小さなインク液滴径からおおきなイン
ク液滴径まで安定にインク液滴の吐出が行なえるように
して、飛躍的にダイナミックレンジが拡大できるように
したインクジェット記録ヘッドの駆動方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、吐出エネルギー発生体に印加する電気信号が
インク液室を順次拡大、縮小、回復させる信号波形を有
し、必要とするインク液滴径に応じて前記縮小時の電圧
値及びその経過時間を変化させることにより、ダイナミ
ックレンジの拡大を可能にし、もって上記目的を達成す
るものである。

さらに、前記変化に加え、前記拡大時の動作時間を必要
とするインク液滴径に大きさに反比例するように変化さ
せることにより、ダイナミックレンジを更に拡大させる
ことができる。

〔作　　用〕

大きなインク液滴を必要とするほどインク液室の縮小時
の印加電圧及び経過時間を大きくすることにより、ヘッ
ドのインク液室内の圧力変動を、拡張時の動作時間を大
きくする場合に比べて小さくできるため、インク液滴を
大きくしても安定にインク吐出を行なわせることができ
る。

さらに、縮小時の電圧及び経過時間の変化に加え、拡大
時の動作時間をインク液滴を大きくするほど小さくする
ことにより、インク液室内の圧力変動を更に小さくでき
るため、インク液滴のダイナミックレンジを更に拡大す
ることができる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第４図を参照して本発明を具体的に説明
する。

第１図は（ａ）〜（ｅ）は本発明による第１の駆動方法
に対応する動作波形図である。

入力データＤは８ビツトの０〜２５５のデ謙ジタル値で
与えられ、その波形は第１図（ａ）の如くである。第８
図に示した各設定値の内、Ｖｒｅｖ及びＴＩを各々一定
値とし、Ｖｒｅシー−２０Ｖ、ＴＩ＝１０μｓに定めた
。この条件のもとで、縮小時の印加電圧ＶｏｐをＶｏｐ
　＝Ｄ／Ｓ　（Ｖ）とする。インクの粘度によってＶｏ
ｐの最小と最大値と異なるが、摂氏２５度において５０
ｄｎｙ／ｃｆｆｌのインクを使用した場合、Ｖｏｐ　ｍ
ｉｎは各ノズルで多少異なるものの摂氏２０度において
約２０Ｖ、Ｖｏｐ最大値は約８０Ｖになる。この範囲を
越えると、Ｖｏｐが小さいときにはインクが前方に吐出
せず、或いは非常に遅い速度で吐出したりする。また、
Ｖｏｐが大きすぎると、ノズルの前方から気泡をインク
液室内に取り込んだりして正常な記録動作が不可能にな
る。そこで、データＤの最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａ
ｘの間でのみデータが到来するようにリミッタをかけて
いる。一方縮小の動作時間Ｔ２は、Ｔ２　＝０．１５Ｘ
Ｄ（μＳ）に設定した。上記のようにデータＤにリミッ
タがかけられているため、Ｔ２は３〜１２μｓの間に設
定される。

したがって、本実カ缶例においては、νｏｐ＝Ｄ／２　
　（Ｖ）　、Ｔ２　＝ＤｘＯ，Ｌ　５　　（μ３）とし
、これらをデータＤの値に応じて同時に変化させること
により、インク液滴径を変化させている。データＤを４
０．８０．１２０．１６０に変化させた場合、Ｖｏｐ及
びＴ２は第１表のようになる。

第１表に示すＶｏｐ及びＴ２の各々に対応する駆動信号
波形を示したのが第２図（ｂ）〜（ｅ）である。これら
より明らかなように、データＤの値が大きくなるほどＶ
ｏｐ及びＴ２が大きくなり、ヘッドノズルより吐出され
るインク液滴の径が大きくなる。

データＤからＶｏｐ及びＴ２を得るに際しては、入力パ
ルスに同期してタイマ回路により１０μｓのパルスを作
り、このパルスをＴＩとする。次にデータＤに応じてＴ
２　＝０．１５　ｘＤ（’　ｓ）のパルスをカウンタに
より作成する。同時にνｏｕｔ＝ｏ。

５ＸＤの電圧をヘッドドライバ２４内のＤ／Ａコンバー
タに印加する。ヘッドドライバ２４は、以上の信号に基
づいて、約５ｏｏｐｐの静電容量を持つ圧電素子４３を
駆動する。

第２図はデータＤの値の変化と光学的反射濃度（ＯＤ）
値の関係を示す特性図で、−例としてシアン色を示すも
のである。ここでは、Ｔ２＝１０μｓとし、本発明と従
来のいずれにおいてもインク滴が１対１に対応するよう
にした（なお、ＯＤ値は記録装置の出力特性を意味する
）。

第３図より明らかなように、従来のＯＤ最大値とＯＤ最
小値との比ＲＯがＲＯ＝１．１／１．５　＝２．２であ
るのに対し、本実施例では比Ｒ１がＲ１＝１゜１４１０
．２５　＝４．５６になり、４．５６／２．２　＝２．
１（倍）即ち、従来の２倍以上となる。

次に、第３図吐出第４図を参照して本発明の第２実施例
を説明する。本実施例は、上記実施例に加え、時間ＴＩ
の幅をも制御するようにしたものである。

第３図（ａ）のように、入力パルスの発生タイミングを
電圧Ｖｏｐの発生タイミングに対して第１図の場合（１
０μｓ）より大きくとって１８μｓとし、これを基準に
して時間Ｔ１の発生タイミングを設定するようにしたも
のである。Ｔ１の時間幅は、第３図（ｂ）〜（ｅ）のよ
うに、データＤの値が大きくなるにつれて小さくなる。

一方、Ｖ。

ｐ及びＴ２は、第１図（ｂ）〜（ｅ）の場合と同様にデ
ータＤが大きくなると共に大き（なる。さらにＴＩ　＋
７２　＝１８ｐｓとしているため、Ｖｏｐ　。

Ｔ２及びＴＩをデータ値に応して変化させ、かつ、ヘッ
ドドライバ２４に各ノズルに対応して独立シこ動作する
カウンタ回路（不図示）を各ノズルに１個宛とすること
ができ、構成の簡略化が可能になる。

次に、第２実施例による駆動方法について説明する。

第３図（ａ）のように入力パルスが与えられると、第３
図（ｂ）のように、これに同期して時間Ｔ２を置いたの
ち、時間幅ＴＩの（１５μｓ）の拡大用電圧が発生し、
インク液室４１を拡大する。

次に、電圧損性が反転したＶｏｐを時間幅Ｔ２　（３μ
ｓ）によって発生させ、インク液室４１を収縮させ、第
７図のようにノズル４２よりインク液、′）り４７を吐
出ならびに飛翔させる。ついで、回復動作に入り、次の
吐出動作に備えて待機する。

このように、Ｔ２の時間幅を吐出過［呈に２回、“目い
ることによって、１つのタイマ回路を２回用いることが
でき、構成の簡略化を図ることができる。

これらの回路が、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラン
クの各インク色のノズルに対して設けられている。

なお、本実施例は、インク吐出のタイミングが入力パル
スの入力から１８μｓ後であり、上記第１実施例に比べ
８μｓの遅れになるが、これは何らかの方法により補正
することが可能である。

データＤを増やすことにより、第３図（Ｃ）〜（ｅ）の
ようにＴ１の時間幅を変化させることができる。このよ
うに、Ｖｏｐ及びＴ２を大きくするのに連動してＴ１を
小さくすることにより、インク液室内の圧力変動を比較
的小さ（することが可能になり、より大きなＶｏｐを与
えることができるので、大きな液滴を安定に吐出させる
ことができる。

したがって、第４図のように、ＯＤ最大値とＯＤ最小値
の比Ｒ２はＲ２＝１．４０１０．２５　＝５．６（倍）
になる。このように、第２図の場合に比べ、更にダイナ
ミックレンジが拡張される。特に、高入力データ側にお
ける出力ＯＤ値の増加は、時間幅Ｔ１を小さくしたこと
による効果の現われである。

なお、第３図（ａ）〜（ｅ）における条件は以下の如く
である。

Ｖｒｅｖ＝　−２０Ｖ　（一定）、νｏｐ＝０．５ＸＤ
Ｔｌ　＝１８−Ｔ２　　（μＳ）、 Ｔ２＝０．１５ＸＤ（μＳ）、 ＴＩ＋Ｔ２＝１８μＳ　（一定） 〔発明の効果〕 以上より明らかな如く、本発明によれば、ヘッドに印加
する電気信号がインク液室を順次拡大、縮小、回復させ
る信号波形を有し、必要とするインク液滴径に応して前
記縮小時の電圧値及びその時間幅を変化させることによ
り、小さいインク液滴から大きなインク液滴に至までダ
イナミックレンジを飛躍的に拡張することができる。

さらに、前記吐出制御に加え、拡大の時間幅をインク液
、備の大きくなるほど小さくすることにより、更にダイ
ナミックレンジを拡げることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明による第１の駆動方法に
対応するタイミングチャート、第２図は本発明の第１の
駆動方法と従来方法とを比較したＯＤ値特性図、第３図
（ａ）〜（ｅ）は本発明による第２の駆動方法に対応す
るタイミングチャート、第４図は本発明の第２の駆動方
法と従来方法とを比較したＯＤ値特性図、第５図及び第
６図はインクジェット記録装置の模式的正面図及びその
側御系を示すブロック図、第７図は第５図のヘッド４の
模式的斜視図、第８図は第７図のヘッドのインク吐出の
ための駆動信号波形図である。 １−−一−インクジェット記録ヘッド、２４−−−−−
−−−−ヘッドドライバ、４１−−−−−−　インク液
室、４２−−〜−−　ノズル、４３−−−・−一−−−
圧電素子。 代理人　弁理士　　大　音　康　穀 第１図 （ｑつ 入カテ°−タＤ−→ 第３図 （ａ） へカバａＩし入 ↑主右吐± −−〇）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ノズルの近傍に配設した吐出エネルギー発生体に
   記録データに応じた電気信号を印加して前記ノズルより
   インク液滴を吐出させるオンデマンド型インクジェット
   記録装置において、前記電気信号がインク液室を順次拡
   大、縮小、回復させる信号波形を有し、必要とするイン
   ク液滴径に応じて前記縮小時の電圧値及びその時間幅を
   変化させることを特徴とするインクジェット記録ヘッド
   の駆動方法。
2. （２）前記縮小時の電圧及び回復時の時間幅の変化に加
   え、前記拡大時の動作時間を、必要とするインク液滴径
   の大きさに反比例して小さくすることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項に記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動方法。