JPH0640031A - Driving method of ink-jet printing head - Google Patents
Driving method of ink-jet printing headInfo
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット印刷ヘ
ッドの駆動方法、特に、印刷の質を改良するインクジェ
ット印刷ヘッドの駆動方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for driving an ink jet print head, and more particularly to a method for driving an ink jet print head that improves print quality.
【0002】[0002]
【従来の技術】インクジェット・プリンタ、特に、イン
ク滴形成のために音響駆動器を使用する印刷ヘッドを有
するドロップ・オン・デマンド(DOD)型インクジェ
ット・プリンタは、当業者には周知である。この型のイ
ンクジェット印刷ヘッドの原理は、インク室内に圧力波
を発生させ、この圧力波によりインク圧力室からノズル
・オリフィス即ちインク滴噴射オリフィス出口を通って
インク滴を連続的に噴射させることである。この型のイ
ンクジェット印刷ヘッドには、様々な音響駆動器が使用
される。例えば、駆動器は、薄い隔壁に接着された圧電
セラミック材料で形成された圧力トランスデューサ(変
換器)から成る。印加電圧に応答して、圧電セラミック
が変形し、隔壁がインク圧力室内のインクを移動させ
る。このインクの移動により、圧力波が生じ、1個又は
複数個のノズルを通るインクの流れが生じる。Ink jet printers, and in particular drop-on-demand (DOD) ink jet printers having print heads that use acoustic drivers for ink drop formation, are well known to those skilled in the art. The principle of this type of inkjet printhead is to generate a pressure wave in the ink chamber which continuously ejects ink drops from the ink pressure chamber through a nozzle orifice or ink drop ejection orifice outlet. . Various acoustic drivers are used in this type of inkjet printhead. For example, the driver consists of a pressure transducer (transducer) made of a piezoceramic material adhered to a thin diaphragm. In response to the applied voltage, the piezoelectric ceramic deforms and the partition moves the ink in the ink pressure chamber. This movement of ink causes a pressure wave to cause a flow of ink through one or more nozzles.
【0003】圧電セラミック駆動器は、円形、多角形、
円筒形、環状円筒形等のいずれの適当な形状でもよい。
更に、圧電駆動器は、ベンディング・モード、シアー・
モード、ロンギチュディナル・モードの様な種々の偏向
モードで動作する。インク内に圧力波を発生させる他の
音響駆動器には、加熱気泡源駆動器(いわゆるバブル又
は感熱インクジェット印刷ヘッド)及び電磁ソレノイド
駆動器がある。一般に、インクジェット印刷ヘッドは、
複数のノズルを密集したアレイ状に配置できる形状にす
ることが望ましい。ここで、各ノズルは、関連する1つ
の音響駆動器により駆動される。Piezoelectric ceramic drivers are circular, polygonal,
It may have any suitable shape such as a cylindrical shape or an annular cylindrical shape.
In addition, the piezo driver has bending mode, shear
Mode and various deflection modes such as longitudinal mode. Other acoustic drivers that generate pressure waves in the ink include heated bubble source drivers (so-called bubble or thermal inkjet printheads) and electromagnetic solenoid drivers. In general, inkjet printheads
It is desirable to have a shape that allows a plurality of nozzles to be arranged in a dense array. Here, each nozzle is driven by an associated acoustic driver.
【0004】ホーキンズによる米国特許第4,523,2
00号明細書には、不要周囲(サテライト)インク滴及
びオリフィスの目詰まりがなく高速のインク滴を発生
し、インクジェット印刷ヘッド動作を安定させる方法が
記載されている。この方法では、電子機械トランスデュ
ーサはインク室に結合され、合成波形で駆動される。こ
の合成波形は、ある場合は反対極性であり、且つ時間遅
延で分離されることがある独立した連続する第1及び第
2パルスを含む。第1電気パルスは、パルス幅が第2パ
ルスのパルス幅よりも十分に大きい噴射用パルスであ
る。第1パルスに対し反対極性である場合の第2パルス
は、後方エッジが指数関数的に減衰する。第1パルスを
供給すると、インクジェット印刷ヘッドのインク室は急
速に収縮し、関連するオリフィスからインク滴の噴射が
始まる。第2パルスを供給すると、インク室は急速に膨
張し、オリフィスからのインク滴の噴射が速く停止す
る。しかし、この明細書には、インク滴の噴射前のイン
クのメニスカス(毛管内の液体表面の凹凸)の位置の調
節については記載しておらず、高速のインク滴繰り返し
速度で一様に印刷する必要がある場合には問題がある。Hawkins US Pat. No. 4,523,2
No. 00 describes a method of stabilizing inkjet printhead operation by producing high speed ink drops without unwanted ambient (satellite) ink drops and orifice clogging. In this method, an electromechanical transducer is coupled to the ink chamber and driven with a synthetic waveform. This composite waveform comprises independent consecutive first and second pulses, which in some cases are of opposite polarity and which may be separated by a time delay. The first electric pulse is an injection pulse having a pulse width sufficiently larger than the pulse width of the second pulse. When the second pulse has the opposite polarity to the first pulse, the trailing edge exponentially attenuates. Upon application of the first pulse, the ink chamber of the inkjet printhead contracts rapidly and the ejection of ink drops begins from the associated orifice. When the second pulse is supplied, the ink chamber expands rapidly, and the ejection of ink droplets from the orifice stops quickly. However, this specification does not describe the adjustment of the position of the meniscus (unevenness of the liquid surface in the capillary) of the ink before the ejection of the ink droplet, and the uniform printing is performed at a high ink droplet repetition rate. There is a problem when you need it.
【0005】この従来例は、選択的に量を変えるインク
滴で印刷する際に効果があると解されている。例えば、
インク滴の量は、効率よく高解像度の印刷を行うために
最適なスポットの大きさを形成するように選択できる。
また、更に大きいインク滴をのみを使用すれば、ドラフ
ト・モード印刷品質が得られる。この様なプリンタは、
色飽和度、色相及び輝度の調整を伴うようなハーフ・ト
ーン像を必要とするアプリケーションに有効である。It is understood that this conventional example is effective in printing with ink droplets whose amount is selectively changed. For example,
The amount of ink drop can be selected to create the optimum spot size for efficient high resolution printing.
Draft mode print quality is also obtained by using only larger drops. Such a printer is
It is useful for applications that require half tone images, such as with adjustment of color saturation, hue and brightness.
【0006】リーその他による米国特許第451329
9号は、インク滴の大きさを変化させる方法が記載され
ている。この方法では、電子機械トランスデューサは、
インク室に結合され、1つの駆動信号又は各々が一定の
時間遅延で分離された同極性の複数の駆動信号で駆動さ
れる。この時間遅延は、DOD型インク滴生成速度より
も短い。各駆動信号は、1つのインク滴を形成するため
に合流する噴射された多量のインクで所定量のインクを
噴射する。インク滴の形成及び噴射の間の駆動信号が増
加すると、インク滴の体積が増加する。この特許は、異
なる大きさのインク滴が、一定速度で印刷媒体に移動す
ると述べている。更に、この特許は、印刷中に印刷ヘッ
ドが一定の速度で動いているので、インク滴の速度の変
化により、インク滴が印刷媒体上で所望の位置からず
れ、印刷の質が低下すると述べている。しかし、インク
滴の形成及び噴射のための全てのエネルギがトランスデ
ューサに供給される駆動パルスから生じる限りは、イン
ク滴の大きさの変化はある程度制限され、個々のインク
滴の速度は制限され、紙への移動時間の変化が起こる傾
向がある。更に、多数の連続するパルスを使用して大き
なインク滴を生成するインク・ジェットの容量は、イン
ク滴の最大噴射速度を制限する。ミズノ等による米国特
許第4491851号は、連続する駆動パルスを使用し
て、大きさが変化するインク滴を発生する方法を記載し
ている。US Pat. No. 4,513,329 to Lee et al.
No. 9 describes a method of changing the size of ink droplets. In this way, the electromechanical transducer
It is coupled to the ink chamber and is driven by one drive signal or a plurality of drive signals of the same polarity, each of which is separated by a certain time delay. This time delay is shorter than the DOD ink drop generation rate. Each drive signal ejects a predetermined amount of ink with a large amount of ejected ink that merges to form one ink drop. As the drive signal during ink drop formation and ejection increases, the volume of the ink drop increases. This patent states that ink droplets of different sizes move to the print medium at a constant velocity. Further, this patent states that since the print head is moving at a constant velocity during printing, changes in the velocity of the ink drop cause the ink drop to shift from the desired position on the print medium, resulting in poor print quality. There is. However, as long as all the energy for the formation and ejection of the drops comes from the drive pulses supplied to the transducer, the change in drop size is limited to some extent, the velocity of individual drops is limited, and Changes in travel time to tend to occur. Moreover, the capacity of the ink jet to produce large drops using a large number of consecutive pulses limits the maximum drop velocity. Mizuno et al., U.S. Pat. No. 4,491,851, describes a method of using continuous drive pulses to generate drops of varying size.
【0007】ツヅキその他による米国特許第45610
25号は、大きさが変化するインク滴即ちインク・ドッ
トでハーフトーン像を印刷するプリンタを記載してい
る。各ドットの直径は、例えば、振幅又はパルス幅を変
化させることで、ドットを生じさせる駆動パルスのエネ
ルギー内容を制御することにより制御される。US Pat. No. 45610 by Tsuzuki et al.
No. 25 describes a printer that prints halftone images with drops or ink dots of varying size. The diameter of each dot is controlled by controlling the energy content of the drive pulse that causes the dot, for example by changing the amplitude or pulse width.
【0008】ムラカミその他による米国特許第4,56
3,689号明細書には、ハーフトーン印刷を行うため
に、印刷媒体上に大きさの異なるインク滴を供給するよ
うにインクジェット印刷ヘッドを動作させる方法が記載
されている。この方法では、先行パルスが主パルスの前
に、電子機械トランスデューサに供給される。先行パル
スは、ノズル内でインクを振動させるために、圧電トラ
ンスデューサに供給される電圧パルスである。この電圧
パルスのエネルギーは、インク滴を噴射するのに必要な
しきい値レベルよりも低い。先行パルスは、ノズル内の
インクのメニスカスの位置を制御することにより、イン
ク滴の大きさを制御する。ムラカミその他の特許明細書
の図4及び図8では、先行及び主パルスは同極性である
が、図9及び図11では、これらのパルスは反対極性と
なっている。先行パルスの開始から主パルスの開始まで
の通常の遅延時間は、約500μsである。したがっ
て、この方法では、インク滴の噴射は、比較的に低繰り
返し速度に制限される。更に、この特許明細書には、待
機時間を有する2極波形については、インクジェットの
基本音響共振周波数で最低のエネルギー内容を有するこ
とについては述べていない。US Pat. No. 4,56, by Murakami et al.
3,689 describes a method of operating an inkjet printhead to deliver different sized drops of ink onto a print medium for halftone printing. In this method, the leading pulse is applied to the electromechanical transducer before the main pulse. The leading pulse is a voltage pulse that is applied to the piezoelectric transducer to oscillate the ink in the nozzle. The energy of this voltage pulse is below the threshold level required to eject a drop of ink. The preceding pulse controls the size of the ink drop by controlling the position of the ink meniscus within the nozzle. In FIGS. 4 and 8 of Murakami et al., The leading and main pulses are of the same polarity, whereas in FIGS. 9 and 11, these pulses are of opposite polarity. The typical delay time from the start of the preceding pulse to the start of the main pulse is about 500 μs. Therefore, in this method, ink drop ejection is limited to a relatively low repetition rate. Moreover, this patent specification does not mention that a bipolar waveform with a waiting time has the lowest energy content at the fundamental acoustic resonance frequency of the inkjet.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ツヅキその他による米
国特許第4403223号は、駆動パルスが圧電トラン
スデューサに供給され、ノズルからのインク滴を噴射さ
せるドロップ・オン・デマンド型インクジェット・プリ
ンタを記載している。インク滴の大きさは、ハーフトー
ン印刷を行う目的で供給される駆動パルスのエネルギー
内容を調整することにより変化する。噴射されたインク
滴は充電電極間を通過し、インク滴がノズルから噴射さ
れる際に供給される電圧により帯電する。この特許の図
10の実施例では、帯電したインク滴は、インク滴飛翔
経路を変える目的でインク滴の移動方向に対して横向き
に方向付けた電界を発生する。この特許の図1の装置で
は、帯電したインク滴は、間に偏向板を有する1対のプ
レート40及び1対のプレート60間を通過する。プレ
ート40及び60は、インク滴を加速する目的でインク
滴の移動方向に方向付けられた電界を形成する。U.S. Pat. No. 4,403,223 to Tsuzuki et al. Describes a drop-on-demand ink jet printer in which drive pulses are applied to a piezoelectric transducer to eject ink drops from a nozzle. . The size of the ink drop is changed by adjusting the energy content of the drive pulse supplied for the purpose of performing halftone printing. The ejected ink drop passes between the charging electrodes and is charged by the voltage supplied when the ink drop is ejected from the nozzle. In the embodiment of FIG. 10 of this patent, the charged ink drop produces an electric field oriented transverse to the direction of movement of the ink drop for the purpose of altering the ink drop flight path. In the device of FIG. 1 of this patent, a charged drop of ink passes between a pair of plates 40 and a pair of plates 60 having a deflector between them. The plates 40 and 60 form an electric field directed in the direction of movement of the ink drop in order to accelerate it.
【0010】ツヅキその他の特許は、充電電圧が駆動パ
ルスの変化と共に変化するので、比較的に複雑な駆動回
路を必要とする。更に、偏向電圧の使用するので、装置
が更に複雑になる。The Tsuzuki et al. Patent requires a relatively complex drive circuit because the charging voltage changes with changes in the drive pulse. In addition, the use of deflection voltage adds further complexity to the device.
【0011】これらの従来の装置は公知であるが、均一
な高品質の印刷を高印刷速度で効率よく行えることが、
インクジェット・プリンタに要求される。Although these conventional apparatuses are known, it is possible to perform uniform high quality printing efficiently at a high printing speed.
Required for inkjet printers.
【0012】したがって、本発明の目的は、均一な高品
質の印刷を高印刷速度で効率よく行えるインクジェット
印刷ヘッドの駆動方法の提供にある。Therefore, an object of the present invention is to provide a method for driving an ink jet print head which can perform uniform and high quality printing efficiently at a high printing speed.
【0013】本発明の他の目的は、加熱融解インクを含
むインクで高信頼性で、効率良く媒体を印刷できるイン
クジェット印刷ヘッドの駆動方法の提供にある。Another object of the present invention is to provide a method of driving an ink jet print head which can print a medium with high reliability and high efficiency with ink containing a heat-melt ink.
【0014】本発明の他の目的は、複雑な電界切替又は
時間遅延回路を必要とせずにハーフトーン即ちグレイス
ケール印刷を行うように高信頼性で、効率良く動作する
ためのインクジェット印刷ヘッドの駆動方法の提供にあ
る。Another object of the present invention is to drive an inkjet printhead for reliable and efficient operation to perform halftone or gray scale printing without the need for complex electric field switching or time delay circuits. It is in the provision of methods.
【0015】本発明の他の目的は、異なる大きさのイン
ク滴を選択的に生成できるインクジェット印刷ヘッドの
駆動方法の提供にある。Another object of the present invention is to provide a method of driving an ink jet print head which can selectively generate ink droplets of different sizes.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段及び作用】DOD型インク
ジェットは、インク供給源に結合されたインク室及び、
噴射出口を備えインク室に結合されたインク滴形成オリ
フィスを有する。音響駆動器は、インクがインク滴オリ
フィス及び噴射出口を通って外に出るための圧力波をイ
ンク内に発生させために使用される。駆動器は、インク
滴噴射オリフィス出口からインク滴を噴射するためにイ
ンク室を膨張及び収縮させ、始めはインク室にインク供
給源からのインクを補充するためにインク室の容積を膨
張させるように動作する。この膨張の間、インクはイン
ク室に向かって、インク滴噴射オリフィス出口から離れ
るようにオリフィス内に引っ込められる。待機時間は、
インク室が元の容積に戻り、オリフィス内のインクがイ
ンク室から離れ且つインク滴噴射オリフィス出口に向か
って進む時間になる。更に、駆動器は、インク室の容積
を収縮させて、インク滴を噴射するように動作する。こ
の様に、インク室の膨張、待機期間及びインク室の収縮
が、インク滴の噴射の際に順次起こる。A DOD type ink jet system includes an ink chamber connected to an ink source and an ink chamber.
An ink drop forming orifice having an ejection outlet and coupled to the ink chamber. Acoustic drivers are used to generate pressure waves in the ink as it exits through the ink drop orifices and ejection outlets. The driver expands and contracts the ink chamber to eject ink droplets from the ink droplet ejection orifice outlet and initially expands the volume of the ink chamber to replenish the ink chamber with ink from the ink supply. Operate. During this expansion, ink is withdrawn toward the ink chamber and away from the ink drop ejection orifice outlet. The waiting time is
It is time for the ink chamber to return to its original volume and for the ink in the orifice to leave the ink chamber and travel toward the ink drop ejection orifice outlet. Further, the driver operates to contract the volume of the ink chamber to eject ink drops. In this way, the expansion of the ink chamber, the waiting period, and the contraction of the ink chamber occur sequentially during the ejection of ink droplets.
【0017】本発明の他の特徴では、これらのインク噴
射の工程は、例えば、高速で繰り返されて、高速印刷が
行われる。更に、各待機工程では、オリフィス内のイン
クが、他の待機工程の間にインクが進むオリフィス内の
位置と略同一の位置に進むまで待機する。In another feature of the invention, these ink jetting steps are repeated, for example, at high speed to provide high speed printing. Furthermore, in each standby step, the ink in the orifice waits until it reaches a position substantially the same as the position in the orifice to which the ink advances during another standby step.
【0018】本発明の他の特徴では、待機工程では、イ
ンク滴を噴射するためにインク室の容積を収縮させる前
に、インクが、インク滴噴射オリフィス噴射出口付近で
あるが、オリフィスを越えない位置に進むまで待機す
る。According to another feature of the invention, in the waiting step, before the ink chamber volume is contracted to eject the ink droplets, the ink is near the ink droplet ejection orifice ejection outlet but does not cross the orifice. Wait until you reach the position.
【0019】本発明の他の特徴では、収縮工程は、イン
クがインク滴噴射オリフィス出口に向かって進むときに
行われる。In another feature of the invention, the shrinking step is performed as the ink progresses toward the drop ejection orifice outlet.
【0020】本発明の他の特徴では、駆動器は、待機期
間により分離される互いに反対極性の第1及び第2パル
ス成分を含む駆動パルスにより駆動される圧電駆動器を
含む。これらのパルス成分又は電気駆動パルスは、矩形
波又は台形波でよい。In another aspect of the invention, the driver comprises a piezoelectric driver driven by drive pulses comprising first and second pulse components of opposite polarities separated by a waiting period. These pulse components or electric drive pulses may be square waves or trapezoidal waves.
【0021】本発明によれば、「補充パルス成分」と呼
ぶ第1電圧パルスを供給すると、音響駆動器は、インク
圧力室の膨張によりインク圧力室の容積を増加させ、イ
ンク供給源からインク圧力室にインクを補充する。イン
ク圧力室の膨張の間、インクは、オリフィス内でオリフ
ィス出口からインク圧力室に向かって引き戻される。補
充パルス成分が供給されなくなると、次に待機期間状態
が設定され、この期間に、インク圧力室は元の容積に戻
り、オリフィス内のインクはインク圧力室からオリフィ
ス出口に向かって進む。相対的に反対極性の「噴射パル
ス成分」と呼ぶ第2電圧パルスを供給すると、音響駆動
器は、インク圧力室の収縮によりインク圧力室の容積を
減少させ、インク滴を噴射させる。この様に、これらの
電圧パルスを音響駆動器に供給することによる、一連の
インク圧力室の膨張、待機期間及びインク圧力室の収縮
で、インク滴の噴射が行われる。According to the present invention, when the first voltage pulse called "replenishment pulse component" is supplied, the acoustic driver increases the volume of the ink pressure chamber by the expansion of the ink pressure chamber and the ink pressure from the ink supply source is increased. Refill the chamber with ink. During expansion of the ink pressure chamber, ink is drawn back within the orifice from the orifice outlet toward the ink pressure chamber. When the replenishment pulse component is no longer supplied, the waiting period state is set next, and during this period, the ink pressure chamber returns to its original volume, and the ink in the orifice advances from the ink pressure chamber toward the orifice outlet. When the second voltage pulse, which is referred to as the “ejection pulse component” of relatively opposite polarity, is supplied, the acoustic driver reduces the volume of the ink pressure chamber due to the contraction of the ink pressure chamber, and ejects the ink droplet. In this manner, by supplying these voltage pulses to the acoustic driver, the ink droplets are ejected by the series of expansion of the ink pressure chamber, the waiting period, and the contraction of the ink pressure chamber.
【0022】本発明によれば、これらの工程は、高速印
刷を行うために高速度で繰り返される。補充パルス成
分、待機期間状態及び噴射パルス成分は、駆動信号を形
成する。補充パルス成分及び噴射パルス成分は、矩形波
又は台形波である。According to the present invention, these steps are repeated at high speed for high speed printing. The replenishment pulse component, the waiting period state and the ejection pulse component form a drive signal. The supplemental pulse component and the injection pulse component are rectangular waves or trapezoidal waves.
【0023】本発明の駆動信号の好適な実施例は、待機
期間状態中に保たれるゼロ振幅基準電圧を中心として変
化する補充パルス成分及び噴射パルス成分を有する2極
性電気パルスを含む。ただし、基準パルスがゼロ電圧振
幅である必要がないことは、当業者には明かである。こ
の駆動信号は、待機期間状態中に保たれた正又は負基準
電圧振幅を中心として変化する相対的に反対極性のパル
ス成分を含む。A preferred embodiment of the drive signal of the present invention comprises a bipolar electrical pulse having a replenishment pulse component and a firing pulse component that vary about a zero amplitude reference voltage maintained during a wait period condition. However, it will be apparent to those skilled in the art that the reference pulse need not have zero voltage amplitude. The drive signal includes pulse components of relatively opposite polarity that vary around a positive or negative reference voltage amplitude maintained during the waiting period state.
【0024】本発明の他の特徴では、駆動信号は、イン
クジェット印刷ヘッドの基本音響共振周波数で高エネル
ギー成分が存在しないように、周知の方法でインクジェ
ット印刷ヘッドの特性に対して同調される。通常、イン
クジェット印刷ヘッドの基本共振周波数に影響する最も
重要な要因は、インク・メニスカスの共振周波数であ
る。インクジェット印刷ヘッドの基本音響共振周波数に
影響する1つの重要な要因は、インクジェット印刷ヘッ
ドのインク圧力室の出口からオリフィス出口までの通路
の長さである。この通路は、本発明では「オフセット・
チャンネル」と呼ぶ。異なる周波数の完全な駆動パルス
のエネルギー量も決められる。In another aspect of the invention, the drive signal is tuned to the characteristics of the inkjet printhead in a known manner such that there is no high energy component at the fundamental acoustic resonant frequency of the inkjet printhead. Generally, the most important factor affecting the fundamental resonant frequency of an inkjet printhead is the resonant frequency of the ink meniscus. One important factor affecting the fundamental acoustic resonant frequency of an inkjet printhead is the length of the path from the ink pressure chamber outlet to the orifice outlet of the inkjet printhead. This passage is referred to as an "offset
Channel ”. The amount of energy of the complete drive pulse at different frequencies is also determined.
【0025】完全な電気駆動パルスは、インク滴を噴射
する際に使用される補充パルス成分、駆動パルス成分及
び待機期間を含む。駆動パルスは、駆動パルスのエネル
ギー含有量が、インクジェットの基本音響共振周波数で
最低であるように調整される。インク室及びインク滴噴
射オリフィス出口間にオフセット・チャンネルを有する
型のインクジェットを使用すると、基本音響共振周波数
は、インクジェットのオフセット・チャンネル内の液体
インクを介した定在波共振周波数に相当する。この様な
方法では、駆動信号は、インクジェットの特性に同調さ
れ、インクジェットの基本共振周波数の高エネルギー成
分の発生を防止する。A complete electric drive pulse includes a replenishment pulse component, a drive pulse component and a waiting period used in ejecting ink drops. The drive pulse is adjusted so that the energy content of the drive pulse is lowest at the fundamental acoustic resonance frequency of the inkjet. When using an ink jet of the type having an offset channel between the ink chamber and the drop ejection orifice outlet, the fundamental acoustic resonance frequency corresponds to the standing wave resonance frequency through the liquid ink in the offset channel of the ink jet. In such a method, the drive signal is tuned to the characteristics of the inkjet to prevent the generation of high energy components at the fundamental resonant frequency of the inkjet.
【0026】駆動信号は、好適には待機期間状態の持続
時間と、立ち上がり及び立ち下がり時間を含む第1即ち
補充パルス成分の持続時間を調整することにより、イン
クジェット印刷ヘッドの特性に同調される。補充パルス
成分の立ち上がり及び立ち下がり時間とは、夫々0Vか
ら補充パルス成分の電圧振幅への変化及び補充パルス成
分の電圧振幅から0Vへの変化である。標準スペクトラ
ム・アナライザを使用して、種々の周波数で駆動信号の
エネルギー量を決めてもよい。同調調整後では、インク
ジェット印刷ヘッドの基本音響共振周波数で、駆動信号
のエネルギー量は最小になる。The drive signal is tuned to the characteristics of the inkjet printhead, preferably by adjusting the duration of the wait period state and the duration of the first or replenishment pulse component, including rise and fall times. The rise and fall times of the supplement pulse component are the change from 0V to the voltage amplitude of the supplement pulse component and the change from the voltage amplitude of the supplement pulse component to 0V, respectively. A standard spectrum analyzer may be used to determine the amount of energy in the drive signal at various frequencies. After tuning adjustment, the energy content of the drive signal is minimized at the fundamental acoustic resonance frequency of the inkjet printhead.
【0027】本発明の他の特徴では、必要であれば、イ
ンクジェットの基本音響周波数に略等しい周波数の駆動
パルスの最小エネルギー量が、基本音響共振周波数に略
等しい周波数以外の周波数の駆動パルスの最大エネルギ
ー量より少なくとも約20db低くなるように、駆動パ
ルスは調整される。更に、駆動パルスの最大エネルギー
量が、インクジェット印刷ヘッドの主共振周波数の何れ
かに十分に近い(例えば、10kHz以下)で発生しな
いように、駆動パルスを調整してもよい。これらの主共
振周波数は、メニスカス共振周波数、ヘルムホルツ共振
周波数、圧電駆動共振周波数及び、インクジェット印刷
ヘッドを形成する異なるチャンネル及び通路の異なる音
響共振周波数を含む。According to another feature of the present invention, if necessary, the minimum energy content of the drive pulse having a frequency substantially equal to the fundamental acoustic frequency of the inkjet is the maximum of the drive pulse having a frequency other than the frequency substantially equal to the fundamental acoustic resonance frequency. The drive pulse is adjusted to be at least about 20 db below the amount of energy. Further, the drive pulse may be adjusted so that the maximum amount of energy of the drive pulse does not occur at a frequency sufficiently close to any of the main resonance frequencies of the inkjet print head (for example, 10 kHz or less). These main resonance frequencies include the meniscus resonance frequency, the Helmholtz resonance frequency, the piezoelectric drive resonance frequency, and the different acoustic resonance frequencies of the different channels and passages forming the inkjet printhead.
【0028】本発明の他の特徴では、駆動パルスは、最
大振幅から立ち下がり速度に対して、最大振幅に対する
立ち上がり速度が異なるパルス成分の台形状の補充及び
噴射パルス成分を有してもよい。更に具体的には、第1
駆動パルス即ち補充パルス成分は、立ち上がり時間が約
1μ〜4μ秒で、最大振幅期間が約2〜7μ秒で、立ち
下がり時間が約1〜7μ秒である。更に、待機時間は、
約8μ秒よりも大きい。また、第2駆動パルス即ち噴射
パルスは、第1駆動パルスと同じ立ち上がり期間、最大
振幅の期間及び立ち下がり期間の範囲にあるが、極性は
逆である。更に具体的には、第1及び第2駆動パルス成
分の立ち上がり時間は、好適には約1μ〜2μ秒であ
り、最大振幅期間は約4μ〜5μ秒であり、立ち下がり
期間は約2μ〜4μ秒であり、待機期間は約15μ〜2
2μ秒である。According to another feature of the present invention, the drive pulse may have trapezoidal supplemental and ejection pulse components of pulse components having different rising speeds from the maximum amplitude to the falling speed with respect to the maximum amplitude. More specifically, the first
The drive pulse or supplemental pulse component has a rise time of about 1 to 4 μsec, a maximum amplitude period of about 2 to 7 μsec, and a fall time of about 1 to 7 μsec. Furthermore, the waiting time is
Greater than about 8 μsec. The second drive pulse, that is, the ejection pulse, has the same rising period, maximum amplitude period, and falling period as the first driving pulse, but the polarities are opposite. More specifically, the rise time of the first and second drive pulse components is preferably about 1 μ to 2 μ seconds, the maximum amplitude period is about 4 μ to 5 μ seconds, and the fall period is about 2 μ to 4 μ. Seconds, and the waiting period is about 15μ-2
2 microseconds.
【0029】本発明の重要な効果は、改良したインクジ
ェット印刷ヘッドが、インク滴の広範な繰り返し率即ち
噴射率で、略均一な移動時間で印刷媒体に到達するイン
ク滴を生成することである。これは、印刷の仕上がりに
直接に影響する。逆に、単一の出口から噴射されるイン
ク滴の速度が経時的に異なり又は同時に動作する数個の
出口から噴射されるインク滴の速度が異なると、印刷の
仕上がりに歪が生じる。これは、印刷中に、インクジェ
ットが移動し、又は印刷媒体が移動して、インクジェッ
ト印刷ヘッドが印刷媒体を走査するからである。本発明
の種々の特徴を使用するDOD型インクジェット・プリ
ンタは、各々がオリフィス出口即ちノズル出口を有する
インクジェットのアレイを含んでもよい。An important advantage of the present invention is that the improved inkjet printhead produces drops that arrive at the print medium with a substantially uniform transit time at a wide range of drop repetition rates, or firing rates. This directly affects the print finish. Conversely, if the velocity of ink droplets ejected from a single outlet is different over time or the velocity of ink droplets ejected from several outlets operating at the same time is different, the print finish is distorted. This is because the ink jet moves or the print medium moves during printing and the ink jet print head scans the print medium. DOD ink jet printers using the various features of the present invention may include an array of ink jets each having an orifice or nozzle outlet.
【0030】本発明の他の主要な特徴は、個々のインク
ジェットを通って噴射されるインク滴内のインクの量を
選択的に変えるために音響駆動器に供給される駆動パル
スを制御することである。Another major feature of the invention is the control of the drive pulses applied to the acoustic driver to selectively vary the amount of ink within the ink drops ejected through the individual ink jets. is there.
【0031】本発明の他の特徴は、インク滴の量は、イ
ンクジェット・プリンタの音響駆動器に供給される少な
くとも1個の2極性パルスの1つ又は複数の特性を制御
することにより制御される。2極性パルスは、待機期間
により分離された反対極性の電圧を有する補充パルス及
び噴射パルス成分から成る。インク滴内のインクの量
は、選択的に待機期間の持続時間を変え、噴射パルス成
分の持続時間即ちパルス幅を変え、噴射パルス成分の振
幅を変え、補充パルス成分のパルス幅に対する噴射パル
ス成分のパルス幅の割合を変え、補充パルス成分の振幅
に対する噴射パルス成分の振幅の割合を変えることによ
り、及びこれらの技術の組み合わせにより変えることが
できる。Another feature of the invention is that the drop volume is controlled by controlling one or more characteristics of at least one bipolar pulse applied to the acoustic driver of the ink jet printer. . The bipolar pulse consists of a replenishment pulse and a firing pulse component having opposite polarities separated by a waiting period. The amount of ink in the ink drop selectively changes the duration of the waiting period, the duration or pulse width of the ejection pulse component, the amplitude of the ejection pulse component, the ejection pulse component relative to the pulse width of the replenishment pulse component. Can be changed by changing the ratio of the pulse width of the injection pulse component, changing the ratio of the amplitude of the injection pulse component to the amplitude of the supplemental pulse component, and a combination of these techniques.
【0032】インク滴内のインク量を変える他の方法で
は、複数の2極性パルスを使用して複数のパルスを形成
する。個々の滴を形成するために使用するパルスの数に
より、その滴内のインク量が制御される。これらの2極
性パルスの各々は、選択した数の2極性駆動パルスが供
給されるまで、オリフィス出口でインク滴を分離するに
は不十分な期間で互いに分離されている。ある具体的な
方法では、これらの2極性パルスは、個々の2極性パル
スのパルス幅の少なくとも約2倍の期間で互いに分離さ
れる。更に、具体的には、1個のインク滴を形成するた
めに供給される2極性パルスは、約40〜100μ秒で
互いに分離してもよい。Another method of varying the amount of ink in an ink drop is to use multiple bipolar pulses to form multiple pulses. The number of pulses used to form an individual drop controls the amount of ink in that drop. Each of these bipolar pulses is separated from each other for a period of time insufficient to separate ink drops at the orifice outlet until a selected number of bipolar drive pulses are delivered. In one particular method, these bipolar pulses are separated from each other for a period of at least about twice the pulse width of the individual bipolar pulses. More specifically, the bipolar pulses provided to form a single drop may be separated from each other in about 40-100 μsec.
【0033】他の方法では、音響駆動器は、単極パルス
により駆動され、単極パルスの振幅及びパルス幅を変え
ると、インク滴のインク量が変わる。更に、一連の又は
一群の連続する駆動パルスを使用して、インク滴のイン
ク量を変えてもよい。In another method, the acoustic driver is driven by a monopolar pulse, and changing the amplitude and pulse width of the monopolar pulse changes the ink volume of the ink drop. In addition, a series or group of consecutive drive pulses may be used to vary the ink volume of the ink drops.
【0034】駆動信号の性質に影響を与える以上の要因
に加えて、駆動パルスは、インクジェット室内の最大負
圧力を「整流拡散(Rectified Diffusion)」の逆の効果
を防止するために所定のスレッシホールド限界よりも小
さい値に制限するように構成される。「整流拡散」と
は、周囲の圧力よりも低い圧力で、インクジェット印刷
ヘッドのインク圧力室内のインクに圧力波即ち圧力パル
スを繰り返して供給することによる、インク内に溶解し
た気泡の成長を意味する。過度に繰り返される負の圧力
パルスは、インク内の気泡を印刷の質に悪影響を与える
点まで成長させ、その結果、インクジェットの動作に不
具合を生じさせるおそれがある。このことは、ここでは
詳述しないが、米国特許出願番号07/665615号
には、整流拡散の問題を防止する駆動信号パルスの形状
について記載されている。これは、1992年1月22
日に出願されたヨーロッパ特許出願公開第467656
号にも開示されている。In addition to the factors above that affect the nature of the drive signal, the drive pulse has a predetermined threshold to prevent the maximum negative pressure in the ink jet chamber from the opposite effect of "rectified diffusion." It is configured to limit to a value less than the hold limit. "Rectifying diffusion" means the growth of bubbles dissolved in ink by repeatedly supplying a pressure wave or pressure pulse to the ink in the ink pressure chamber of an inkjet printhead at a pressure below ambient pressure. . Excessively repeated negative pressure pulses can cause air bubbles in the ink to grow to a point that adversely affects print quality, resulting in malfunctioning of the inkjet. This is not detailed here, but in U.S. patent application Ser. No. 07/665615, there is described a drive signal pulse shape which prevents the problem of rectifying diffusion. This is January 22, 1992
Published European patent application No. 467656
It is also disclosed in the issue.
【0035】[0035]
【実施例】図2は、本発明のインクジェット印刷ヘッド
の駆動方法を適用するインクジェット印刷ヘッドの一例
を示す。DOD型インクジェット印刷ヘッド9は、イン
ク源11に結合された内部インク圧力室(この図では図
示せず)を有する。インクジェット印刷ヘッド9は、イ
ンク・オリフィスを通ってインク室に結合する1つ又は
複数のインク滴噴射オリフィス出口(以下、単にオリフ
ィス出口)14、14a及び14b含む。インク滴を形
成する際に、インクはオリフィス出口14を通過する。
インク滴は、オリフィス出口14から、このオリフィス
出口に対し離間された印刷媒体13への行路に沿った第
1方向に進行する。通常のインクジェット・プリンタ
は、各々が1つ又は複数の夫々のオリフィス及びオリフ
ィス出口に結合された複数のインク圧力室を含む。FIG. 2 shows an example of an inkjet print head to which the method for driving an inkjet print head of the present invention is applied. The DOD inkjet printhead 9 has an internal ink pressure chamber (not shown in this figure) coupled to an ink source 11. The inkjet printhead 9 includes one or more ink drop ejection orifice outlets (hereinafter simply orifice outlets) 14, 14a and 14b that couple into the ink chambers through the ink orifices. The ink passes through the orifice outlet 14 in forming the ink drop.
Ink drops travel in a first direction along a path from an orifice outlet 14 to a print medium 13 spaced from the orifice outlet. A typical inkjet printer includes a plurality of ink pressure chambers, each coupled to one or more respective orifices and orifice outlets.
【0036】音響駆動器36は、圧力波即ちパルスを発
生するために使用される。このパルスは、インク圧力室
内にあるインクに供給されて、インクが外に向かってオ
リフィス及びそれに関連するオリフィス出口14を通過
するようにする。音響駆動器36は、信号源37からの
信号に応答して動作し、インクに圧力波を供給する。Acoustic driver 36 is used to generate pressure waves or pulses. This pulse is delivered to the ink within the ink pressure chamber, causing the ink to pass outward through the orifice and its associated orifice outlet 14. The acoustic driver 36 operates in response to a signal from the signal source 37 and supplies a pressure wave to the ink.
【0037】本発明は、インク滴の形成のために圧電駆
動器を使用した場合に、特に適用性があり有効である。
この種の音響駆動器を使用したインクジェット印刷ヘッ
ドの好適な一実施例は、1989年11月にジョイ・ロ
イ及びジョン・ムーアによる、「ドロップオンデマンド
型インクジェット印刷ヘッド」という名称の米国特許出
願第07/430,213号に詳細に記載されている。
例えば、他の形状の圧電駆動器(例えば、円形、多角
形、円筒形、環状円筒形)と同様に、電磁ソレノイド駆
動器を使用してもよい。更に、ベンディング・モード、
シアー・モード、ロンギチュディナル・モードの様な種
々のモードで、圧電駆動器を偏向して使用してもよい。The present invention is particularly applicable and effective when a piezoelectric driver is used to form ink droplets.
One preferred embodiment of an inkjet printhead using this type of acoustic driver is described in US Patent Application No. "Drop-on-Demand Inkjet Printhead" by Joy Roy and John Moore in November 1989. No. 07 / 430,213.
For example, electromagnetic solenoid drivers may be used, as well as piezoelectric actuators of other shapes (eg, circular, polygonal, cylindrical, annular cylindrical). In addition, the bending mode,
The piezoelectric driver may be deflected and used in various modes such as a shear mode and a longitudinal mode.
【0038】図3に示す上記の特許特許第508793
0号の明細書の記載に従ったインクジェット・ヘッド9
では、本体10は、インクをインクジェット印刷ヘッド
に供給するために通過するインク入口12を有する。更
に、本体10は、オリフィス出口即ち噴射口14と共
に、インク入口12から噴射口14へのインク流動路2
8を有する。通常、この型のインクジェット印刷ヘッド
は、印刷媒体上にインク滴を印刷するために、印刷媒体
の直前に配置され、互いに近接して離間された複数の噴
射口14から成るアレイを含む。The above-mentioned Japanese Patent No. 508793 shown in FIG.
Inkjet head 9 as described in specification No. 0
In, the body 10 has an ink inlet 12 through which ink is supplied to the inkjet printhead. Further, the body 10 along with the orifice outlet or jet 14 is the ink flow path 2 from the ink inlet 12 to the jet 14.
Have eight. Typically, this type of inkjet printhead includes an array of jets 14 located immediately in front of the print medium and closely spaced from one another for printing ink drops on the print medium.
【0039】図2に示すインク供給源11からインク入
口12に入るインクは、インク供給多岐管(マニホル
ド)16を通過する。通常のカラー・インクジェット印
刷ヘッドは、夫々黒、シアン、マゼンタ及び黄インクが
供給される少なくとも4つの多岐管を有し、黒及び3色
減色印刷に使用される。ただし、プリンタが黒インクの
みで印刷を行うか、又はフルレンジの色ではない印刷を
行うかにより、インク供給多岐管の数は異なる。インク
供給多岐管16から、インクはインク入口通路18及び
インク入口20を通ってインク圧力室22に流れ込む。
インクは、インク圧力室出口24を通ってインク圧力室
22を離れ、インク通路26を通ってインク滴が噴射さ
れる噴射口14に流れる。矢印28は、インクの流れる
経路を示す。Ink entering the ink inlet 12 from the ink supply source 11 shown in FIG. 2 passes through the ink supply manifold (manifold) 16. A typical color inkjet printhead has at least four manifolds that are supplied with black, cyan, magenta and yellow inks, respectively, and are used for black and three color subtractive printing. However, the number of ink supply manifolds differs depending on whether the printer prints only with black ink or not with a full range of colors. From the ink supply manifold 16, ink flows into the ink pressure chamber 22 through the ink inlet passage 18 and the ink inlet 20.
The ink leaves the ink pressure chamber 22 through the ink pressure chamber outlet 24 and flows through the ink passage 26 to the ejection port 14 where ink droplets are ejected. The arrow 28 indicates the path of ink flow.
【0040】インク圧力室22は、可撓性隔壁34の一
側面と境を接する。この場合、エポキシである隔壁34
に固定された圧電セラミック・ディスク36である圧力
トランスデューサは、インク圧力室22上に貼ってあ
る。従来の方法では、圧電セラミック・ディスク36
は、図3には図示しないが、図2に図示した符号37で
示す電子回路駆動器が電気的に接続される金属膜層38
を有する。他の型の圧力トランスデューサを使用するこ
ともできるが、図示するトランスデューサはベンディン
グ・モードで動作する。即ち、圧電セラミック・ディス
ク36に電圧が供給されたとき、ディスクはその容積を
変える。しかし、ディスク36は隔壁34にしっかりと
固定して取り付けられているので、湾曲が生じる。この
湾曲は、インク圧力室22内のインクを移動させ、イン
ク通路26を通って噴射口14に向かうインクの流れを
生じさせる。インク滴の噴射後のインク圧力室22のイ
ンクの補充は、圧力トランスデューサ36の逆方向の湾
曲により増大される。The ink pressure chamber 22 is in contact with one side surface of the flexible partition wall 34. In this case, the partition wall 34 made of epoxy
A pressure transducer, which is a piezoceramic disk 36 affixed to, is affixed to the ink pressure chamber 22. In the conventional method, the piezoelectric ceramic disk 36 is used.
Although not shown in FIG. 3, the metal film layer 38 electrically connected to the electronic circuit driver indicated by the reference numeral 37 shown in FIG.
Have. The transducers shown operate in a bending mode, although other types of pressure transducers can be used. That is, when a voltage is applied to the piezoceramic disk 36, the disk changes its volume. However, since the disk 36 is fixedly attached to the partition wall 34, the disk 36 is curved. This curve causes the ink in the ink pressure chamber 22 to move, causing a flow of ink through the ink passage 26 toward the ejection port 14. The replenishment of ink in the ink pressure chamber 22 after the ejection of ink drops is increased by the reverse curvature of the pressure transducer 36.
【0041】上述したインク流動路28の他に、付加的
インク出口即ち浄化通路42が、インクジェット印刷ヘ
ッド9の本体10に形成される。浄化通路42は、噴射
口14近傍の内側の箇所でインク通路26に結合され
る。浄化通路42は、インク通路26から、浄化出口通
路46により浄化出口48に接続された出口即ち浄化多
岐管44へ通じる。浄化多岐管44は、通常、同様の浄
化通路42により、複数の噴射口14に関連する同様の
インク通路26に接続される。浄化動作の間、イは、矢
印50で示す方向に、浄化通路42、浄化多岐管44及
び浄化出口通路46を介して浄化出口48に流れる。In addition to the ink flow path 28 described above, an additional ink outlet or purging path 42 is formed in the body 10 of the inkjet print head 9. The purification passage 42 is connected to the ink passage 26 at an inner portion near the ejection port 14. The purifying passage 42 leads from the ink passage 26 to an outlet or purifying manifold 44 connected to the purifying outlet 48 by the purifying outlet passage 46. Purification manifold 44 is typically connected by a similar purification passage 42 to a similar ink passage 26 associated with multiple jets 14. During the purifying operation, a flows in the direction indicated by arrow 50 to the purifying outlet 48 via the purifying passage 42, the purifying manifold 44, and the purifying outlet passage 46.
【0042】図3のインクジェット印刷ヘッドの製造を
容易にするために、本体10は好適には複数の積層され
たステンレス鋼板の様な板即ちシートで形成される。こ
れらのシートは、重ね合わせた関係で積み上げられる。
図3に示すインクジェット印刷ヘッドの形式では、これ
らのシートは、隔壁を形成すると共にインク入口12及
び浄化出口48を限定する隔壁板60と、インク圧力室
22、インク供給多岐管の一部及び浄化通路42の一部
を限定するインク圧力板62と、インク圧力室22の一
側面と境を接し、インク圧力室の入口20及び出口24
を限定し、インク供給多岐管16の一部を限定し、更に
浄化通路46の一部を限定する第1の分離板64と、通
路26の一部、入口チャンネル18及び浄化通路の一部
46の一部を限定するインク入口板66と、通路26及
び46の夫々一部を限定する第2の分離板68と、通路
26の主要部分即ちオフセット部分及び浄化多岐管44
の一部を限定するオフセット・チャンネル板70と、通
路26及び浄化多岐管44の夫々一部を限定する第3の
分離板72と、浄化チャンネル42及び浄化多岐管の一
部を限定する出口板74と、アレイの噴射口14を限定
する噴射口板76と、噴射口板を補強し、噴射口板をひ
っかいたり、又は他の損傷を与える可能性を最小にする
補強板78とを含む。様々なインク流出路、多岐管及び
圧力室を限定するために、図示する他に、更に板を使用
してもよい。例えば、インク圧力室を限定するために図
6に示す一枚の板ではなく複数の板を使用してもよい。
更に、全ての場合に、金属の個々の板又は層を使用する
ことが必要ではない。To facilitate the manufacture of the inkjet printhead of FIG. 3, body 10 is preferably formed of a plurality of laminated stainless steel plate-like plates or sheets. These sheets are stacked in a stacked relationship.
In the form of the inkjet printhead shown in FIG. 3, these sheets include a partition plate 60 that forms the partition and limits the ink inlet 12 and the purification outlet 48, the ink pressure chamber 22, a portion of the ink supply manifold and the purification. The ink pressure plate 62 that limits a part of the passage 42 is in contact with one side of the ink pressure chamber 22, and the inlet 20 and the outlet 24 of the ink pressure chamber
Of the ink supply manifold 16 and a part of the purification passage 46, a part of the passage 26, the inlet channel 18 and a part of the purification passage 46. Of the ink inlet plate 66 defining a portion of each of the passages 26 and 46, a second separating plate 68 defining a portion of each of the passages 26 and 46, and a major or offset portion of the passage 26 and the cleaning manifold 44
An offset channel plate 70 that limits a portion of the purification channel 42, a third separation plate 72 that limits a portion of the passage 26 and the purification manifold 44, respectively, and an outlet plate that limits a portion of the purification channel 42 and the purification manifold. 74, a jet plate 76 that defines the jets 14 of the array, and a stiffener plate 78 that reinforces the jet plate and minimizes the possibility of scratching or otherwise damaging the jet plate. Further plates may be used besides those shown to define various ink outlets, manifolds and pressure chambers. For example, multiple plates may be used rather than the single plate shown in FIG. 6 to limit the ink pressure chambers.
Furthermore, in all cases it is not necessary to use individual plates or layers of metal.
【0043】図3のインクジェット印刷ヘッドの構成要
素の寸法例を、次の表1に示す。An example of the dimensions of the components of the inkjet printhead of FIG. 3 is shown in Table 1 below.
【0044】[0044]
【表1】 図3のインクジェット印刷ヘッドの寸法及び共振特性 構成要素 断面 長さ 共振周波数 インク供給通路18 0.203mm×0.254mm 6.81mm 60-70kHz 隔壁板60 直径2.79mm 0.102mm 160-180kHz 圧力室22 直径2.79mm 0.457mm 分離板64 1.02mm×0.914mm 0.559mm オフセット通路71 0.508mm×0.914mm 2.95mm 65-85kHz 浄化通路42 0.102mm×0.254mm 8.89mm 50-55kHz オリフィス出口14 50-70μm 60-76μm 13-18kHz[Table 1] Dimensions and resonance characteristics of the inkjet print head shown in FIG. 3 Components Cross-section length Resonance frequency Ink supply passage 18 0.203mm × 0.254mm 6.81mm 60-70kHz Septum plate 60 Diameter 2.79mm 0.102mm 160-180kHz Pressure chamber 22 Diameter 2.79mm 0.457mm Separation plate 64 1.02mm × 0.914mm 0.559mm Offset passage 71 0.508mm × 0.914mm 2.95mm 65-85kHz Purification passage 42 0.102mm × 0.254mm 8.89mm 50-55kHz Orifice outlet 14 50-70μm 60-76μm 13-18kHz
【0045】適当な機械的留め具を使用することを含む
他の適当な手段で、インクジェット印刷ヘッドを形成す
る種々の層を配列し、結合してもよい。ただし、アンダ
ーソンその他による米国特許第4,883,219号明細
書には、「拡散結合及びろう付けによるインクジェット
印刷ヘッドの製造」と題し、金属層の結合の方法が記載
されている。The various layers forming the ink jet print head may be arranged and joined by other suitable means, including using suitable mechanical fasteners. However, Anderson et al., U.S. Pat. No. 4,883,219, entitled "Manufacturing Inkjet Printheads by Diffusion Bonding and Brazing," describes a method of bonding metal layers.
【0046】図1は、音響駆動器を使用するインクジェ
ットを駆動するために有効な駆動信号の第1実施例を示
す。この特定の駆動信号は、補充パルス成分102及び
噴射パルス成分104を含む2極性電気パルス100で
ある。パルス成分102及び104は、電圧振幅が異な
ることもある互いに反対の極性の電圧である。これらの
電気パルス即ちパルス成分102及び104は、106
で示す待機期間状態により分離される。この待機期間1
06の持続時間は、図1において「B」で示される。パ
ルス成分102及び104の相対極性は、図5に示す例
と反対であってもよく、それは圧電セラミック駆動器3
6(図2)の極性により決まる。FIG. 1 shows a first embodiment of drive signals useful for driving an inkjet using an acoustic driver. This particular drive signal is a bipolar electrical pulse 100 including a replenishment pulse component 102 and a firing pulse component 104. The pulse components 102 and 104 are voltages of opposite polarities that may have different voltage amplitudes. These electrical pulses or pulse components 102 and 104 are 106
They are separated by the waiting period state shown by. This waiting period 1
The duration of 06 is indicated by "B" in FIG. The relative polarities of the pulse components 102 and 104 may be opposite to the example shown in FIG. 5, which is the piezoelectric ceramic driver 3.
6 (FIG. 2).
【0047】図1は駆動信号の代表的形状を示している
が、電圧振幅、持続時間、又は立ち上がり時間及び立ち
下がり時間等の信号即ちパルス成分の種々の属性につい
ては代表的値を示していない。更に、図1に示す駆動信
号のパルス成分は、台形波又は矩形波であるが、実際の
動作では、これらのパルス成分は、指数関数的に変化す
る立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを有する。Although FIG. 1 shows a typical shape of the drive signal, it does not show typical values for various attributes of the signal or pulse component such as voltage amplitude, duration, or rise and fall times. . Further, the pulse components of the drive signal shown in FIG. 1 are trapezoidal waves or rectangular waves, but in actual operation, these pulse components have rising and falling edges that change exponentially.
【0048】駆動信号の好適な実施例は、待機期間の1
06の間維持されるゼロ電圧振幅を中心として変化する
補充パルス成分及び噴射パルス成分を有する2極性電気
信号を含む。駆動信号は、待機期間状態の間維持される
正又は負の基準電圧振幅を中心として変化する互いに反
対極性のパルスを含んでもよい。The preferred embodiment of the drive signal has a waiting period of 1
It includes a bipolar electrical signal having a replenishment pulse component and a firing pulse component that varies around a zero voltage amplitude maintained during 06. The drive signal may include pulses of opposite polarities that vary about a positive or negative reference voltage amplitude that is maintained during the waiting period state.
【0049】この駆動信号を使用するインクジェット印
刷ヘッドの動作において、補充パルス成分102が供給
されると、インク圧力室22は膨張し、インクの噴射の
ためにインク供給源11からインク圧力室22にインク
を引き込み、インクを補充する。補充パルス成分102
の終点で、電圧がゼロに向かって下降するときに、イン
ク圧力室22は収縮し始め、インク・オリフィス103
(図2)内の前方のインク・メニスカスをオリフィス出
口14に向かって移動させる。待機期間Bの間、インク
・メニスカスは、オリフィス出口14に向かい移動し続
ける。噴射パルス成分104を供給すると、インク圧力
室22は、インク滴を噴射させるために急速に収縮す
る。インク滴の噴射後、補充パルス成分102が供給さ
れると、インク・メニスカスは、オリフィス出口14か
らインク・オリフィス103内に再び引き戻される。立
ち上がり及び立ち下がり時間を含む補充パルス成分10
2の持続時間は、インク・メニスカスがインク滴の噴射
のためにオリフィス出口14近傍の位置に戻るのに必要
な時間よりも短い。In the operation of the ink jet print head using this drive signal, when the replenishment pulse component 102 is supplied, the ink pressure chamber 22 expands, and from the ink supply source 11 to the ink pressure chamber 22 for ejecting ink. Pull in ink and refill ink. Replenishment pulse component 102
At the end of the, as the voltage drops towards zero, the ink pressure chamber 22 begins to contract and the ink orifice 103
The front ink meniscus in (FIG. 2) is moved toward the orifice outlet 14. During the waiting period B, the ink meniscus continues to move toward the orifice outlet 14. Upon supplying the ejection pulse component 104, the ink pressure chamber 22 contracts rapidly to eject an ink drop. When the replenishment pulse component 102 is supplied after the ink droplet is ejected, the ink meniscus is drawn back from the orifice outlet 14 into the ink orifice 103. Replenishment pulse component 10 including rise and fall times
The duration of 2 is less than the time required for the ink meniscus to return to a position near the orifice outlet 14 for the ejection of ink drops.
【0050】通常、立ち上がり及び立ち下がり時間を含
む補充パルス成分102の持続時間は、インク・メニス
カスの共振周波数に関連する時間周期の1/2より短
い。更に好適には、この持続期間は、インク・メニスカ
スの共振周波数に関連する時間周期の約1/5より短
い。インクジェット印刷ヘッドのオリフィス内のインク
・メニスカスの共振周波数は、インクジェット印刷ヘッ
ド内部のインク量及びオリフィスの寸法を含めて、イン
クの性質から容易に計算可能である。Typically, the duration of the replenishment pulse component 102, including rise and fall times, is less than half the time period associated with the resonant frequency of the ink meniscus. More preferably, this duration is less than about 1/5 of the time period associated with the resonant frequency of the ink meniscus. The resonant frequency of the ink meniscus within the inkjet printhead orifice can be readily calculated from the properties of the ink, including the amount of ink inside the inkjet printhead and the size of the orifice.
【0051】待機期間Bの持続時間が増加するにつれ
て、インク・メニスカスは、噴射パルス成分104が供
給される時点で、オリフィス出口14に更に近づくよう
に移動する。通常、待機期間106の持続時間及び噴射
パルス成分104の立ち上がり及び立ち下がり時間を含
む持続時間は、インク・メニスカスの共振周波数に関連
する期間の1/2よりも短い。上述の駆動信号により高
品質印刷及び高速度印刷を行うようにインクジェット印
刷ヘッドの動作を制御するためには、インク・メニスカ
スの共振周波数に関連する期間は、特定のインクジェッ
ト印刷ヘッドの構造及び特定のインクにより決まり、約
50μ秒から約160μ秒の範囲である。As the duration of the waiting period B increases, the ink meniscus moves closer to the orifice outlet 14 at the time the ejection pulse component 104 is supplied. Typically, the duration of the wait period 106 and the duration including the rise and fall times of the firing pulse component 104 is less than one-half of the period associated with the resonant frequency of the ink meniscus. In order to control the operation of the inkjet print head to achieve high quality printing and high speed printing by the above-mentioned driving signals, the period related to the resonance frequency of the ink meniscus is determined by the structure of the specific inkjet print head and the specific frequency. It depends on the ink and is in the range of about 50 μsec to about 160 μsec.
【0052】高品質印刷及び高速度印刷を行うようにイ
ンクジェット印刷ヘッドの動作を制御する駆動信号のパ
ルス成分102及び104は、図1に示す様に、通常、
反対極性の台形波である。ただし、矩形波パルス成分を
使用してもよい。従来の信号源37を使用して、この形
状のパルスを発生してもよい。他の形状のパルスを使用
してもよい。通常、適切な補充パルス成分102は、イ
ンク圧力室22を膨張させてインク圧力室の容積を増加
させ、インク供給源11からインク圧力室にインクを補
充し、一方、インク・オリフィス103内のインクをイ
ンク圧力室22に向かって、オリフィス出口14から離
れるように引き戻す。待機期間106は、略0ボルトが
音響駆動器に供給される期間である。待機期間では、イ
ンク圧力室22が収縮により元の容積に戻り、インク・
オリフィス103内のインク・メニスカスが、オリフィ
ス内でインク圧力室22から離れ、オリフィス出口14
に向かって進む。噴射パルス成分104は、待機期間1
06の後に、インク圧力室22を急速に収縮させ、イン
ク圧力室の容積を減少させ、インク滴を噴射させる形状
となっている。The pulse components 102 and 104 of the drive signal for controlling the operation of the ink jet print head so as to perform high quality printing and high speed printing are usually shown in FIG.
It is a trapezoidal wave of opposite polarity. However, a rectangular wave pulse component may be used. A conventional signal source 37 may be used to generate pulses of this shape. Other shaped pulses may be used. In general, a suitable replenishment pulse component 102 expands the ink pressure chamber 22 to increase the volume of the ink pressure chamber and replenishes the ink pressure chamber with ink from the ink supply 11 while the ink in the ink orifice 103 is replenished. Toward the ink pressure chamber 22 and away from the orifice outlet 14. The standby period 106 is a period in which approximately 0 volts is supplied to the acoustic driver. During the standby period, the ink pressure chamber 22 returns to its original volume due to contraction,
The ink meniscus in the orifice 103 separates from the ink pressure chamber 22 in the orifice and leaves the orifice outlet 14
Head towards. The injection pulse component 104 has a waiting period 1
After 06, the ink pressure chamber 22 is rapidly contracted to reduce the volume of the ink pressure chamber and eject ink droplets.
【0053】図1に示す形状のパルスから成る駆動信号
は、繰り返し供給されてインク滴を噴射させる。各イン
ク滴を噴射させるために、1つ又は複数のパルスは供給
してもよいが、好適な実施例では、少なくとも1つのこ
の様な合成信号を使用して、各インク滴を形成する。更
に、待機期間106の持続時間は、インク滴を噴射する
ためにインク圧力室22を収縮させる前の各待機期間
に、インク・オリフィス103内のインク・メニスカス
が、オリフィス内の略同じ位置に進むように設定され
る。待機期間106の間、補充パルス成分の間に引っ込
むインクは、パルス成分104によりインク滴噴射圧力
パルスが到着する前に、オリフィス出口14に隣接する
位置に、補充パルス成分が戻ることができる。インク滴
噴射圧力パルス成分に先だって略同じ位置にメニスカス
を位置させることにより、印刷媒体へのインク滴飛翔時
間の均一性が、広い範囲のインク滴噴射速度にわたり高
められる。更に、待機期間の持続時間は、インク室22
が収縮してインク滴を噴射する前に、インク・メニスカ
スがオリフィス103内の略インク滴噴射オリフィス出
口14の位置に進み、オリフィス出口を越えないように
適切に決められる。噴射パルス104が供給される前
に、インクがオリフィス出口14を越えて突出すると、
オリフィス出口の周囲の表面が濡れる。この濡れは、イ
ンク滴に非対称の偏向及び不均一のインク滴を生じさ
せ、異なるインク滴が形成されて、噴射される。圧力パ
ルスの前に、略同じ位置にインク・メニスカスを位置さ
せることにより、広範囲のインク滴噴射速度での、印刷
媒体へのインク滴飛翔時間の均一性が高められる。A drive signal composed of pulses having the shape shown in FIG. 1 is repeatedly supplied to eject ink droplets. Although one or more pulses may be provided to fire each drop, the preferred embodiment uses at least one such composite signal to form each drop. Further, the duration of the waiting period 106 is such that the ink meniscus in the ink orifice 103 advances to approximately the same position in the orifice during each waiting period before the ink pressure chamber 22 contracts to eject an ink drop. Is set as follows. During the waiting period 106, the ink that retracts between the replenishment pulse components can return to the position adjacent the orifice outlet 14 before the ink drop ejection pressure pulse arrives with the pulse component 104. By positioning the meniscus at substantially the same position prior to the ink droplet ejection pressure pulse component, the uniformity of the ink droplet flight time on the print medium is enhanced over a wide range of ink droplet ejection speeds. Furthermore, the duration of the waiting period is the ink chamber 22
Before the ink shrinks and ejects the ink drop, the ink meniscus is properly positioned so that it advances to the position of approximately the ink drop ejection orifice outlet 14 in the orifice 103 and does not cross the orifice outlet. If ink ejects past the orifice outlet 14 before the ejection pulse 104 is delivered,
The surface around the orifice outlet gets wet. This wetting causes the ink drops to have asymmetrical deflection and non-uniform ink drops, resulting in the formation and ejection of different ink drops. Placing the ink meniscus at approximately the same position prior to the pressure pulse enhances the uniformity of drop flight time on the print medium over a wide range of drop ejection velocities.
【0054】更に、噴射パルス成分104に応答して圧
力パルスが到来する時点で、インク・メニスカスは、オ
リフィス103内でオリフィス出口14に向かう前方向
の速度が残っていることが望ましい。この状態で、イン
クジェット印刷ヘッドの外に進む液体列は、適当に1つ
のインク滴に合体し、不要周囲(サテライト)インク滴
の形成が最小限になる。インクジェット・パルス成分1
04は、圧力トランスデューサの隔壁34をインク室2
2に向かって内側に急速に移動し、突然に圧力波を生じ
させる。この圧力波は、待機期間の終わりにオリフィス
出口に存在するインク滴を噴射する。噴射パルス成分1
04の終了に続いて、隔壁はその元の位置に戻り、そう
している間に、インク滴を断ち切るのを助ける負の圧力
波が開始する。Further, at the point in time when the pressure pulse arrives in response to the jet pulse component 104, the ink meniscus preferably still has a forward velocity toward the orifice outlet 14 within the orifice 103. In this state, the liquid train traveling out of the inkjet print head will properly coalesce into one ink drop, minimizing the formation of unwanted ambient (satellite) ink drops. Inkjet pulse component 1
Reference numeral 04 designates the partition wall 34 of the pressure transducer as the ink chamber 2
It moves rapidly inward towards 2, causing a sudden pressure wave. This pressure wave ejects the ink drop present at the orifice exit at the end of the waiting period. Injection pulse component 1
Subsequent to the end of 04, the septum returns to its original position, during which a negative pressure wave begins to help break the ink drop.
【0055】高印刷品質及び高印刷速度を実現するため
の異なるパルス成分の持続時間の具体例では、補充パル
ス成分102のA部分は5μ秒であり、その立ち上がり
時間及び立ち下がり時間は夫々1μ秒及び3μ秒であ
り、待機期間Bは15μ秒であり、噴射パルス成分10
4のC部分は5μ秒であり、その立ち上がり時間及び立
ち下がり時間は補充パルス成分102と同じである。上
述した様に、図5は駆動信号の形状を示しているが、そ
の種々の属性の個々の値は示していない。高品質印刷及
び高速度印刷を実現するためには、流体システムを出来
るだけ速く初期状態を戻すために、これらの持続時間を
短縮することが効果的であり、これにより速い印刷速度
が可能になる。駆動信号に関して、インク滴繰り返し速
度を増加させる他の方法は、噴射パルス成分の後方エッ
ジから補充パルス成分の前方エッジまでの期間を減少さ
せることである。この方法は、立ち上がり及び立ち下が
り時間を含むパルス成分の持続時間に影響を与えないと
いう利点がある。In a specific example of the duration of different pulse components to achieve high print quality and high printing speed, the A portion of the supplemental pulse component 102 is 5 μsec and its rise time and fall time are 1 μsec, respectively. And 3 μsec, the waiting period B is 15 μsec, and the injection pulse component 10
The C portion of 4 has a duration of 5 μs, and its rise time and fall time are the same as those of the supplement pulse component 102. As mentioned above, FIG. 5 shows the shape of the drive signal, but not the individual values of its various attributes. In order to achieve high quality printing and high speed printing, it is effective to reduce these durations in order to return the fluid system to the initial state as quickly as possible, which enables high printing speed. . Another way to increase the ink drop repetition rate for the drive signal is to decrease the period from the trailing edge of the firing pulse component to the leading edge of the replenishment pulse component. This method has the advantage that it does not affect the duration of pulse components, including rise and fall times.
【0056】図4は、図3に示す型のインクジェット印
刷ヘッドを、上述の具体例の持続期間を含む駆動信号で
駆動したときに噴射されるインク列の形状の変化をモデ
ル化した図である。図4a、図4b及び図4cは、待機
期間の106を変化させたことによる効果を示す。図4
aでは、待機期間Bの持続時間は18μ秒でり、インク
120の主容積は、長い先細りの尾部122に接続され
た球状頭部を形成し、この糸状体の尾部及びオリフィス
出口14間の位置で、インクの分離が起きる。インク滴
が分離された後、尾部122は頭部120への合体を開
始し、印刷媒体に到達するときまで、球状インク滴を形
成しない。しかし、印刷媒体に対するインク列の速度が
比較的に速いために、印刷媒体上に生じるスポット(斑
点)は、球体に近くなる。FIG. 4 is a diagram modeling the change in the shape of the ink row ejected when the ink jet print head of the type shown in FIG. 3 is driven by the drive signal including the duration of the above-described specific example. . 4a, 4b and 4c show the effect of varying the waiting period 106. Figure 4
In a, the duration of the waiting period B is 18 μsec, the main volume of the ink 120 forms a spherical head connected to a long tapered tail 122, the position between the tail of this filament and the orifice outlet 14. Then, ink separation occurs. After the ink drops have separated, the tail 122 begins to coalesce into the head 120 and does not form spherical drops until it reaches the print medium. However, due to the relatively high velocity of the ink train relative to the print medium, the spots (spots) that occur on the print medium are close to spheres.
【0057】図4bでは、待機期間Bの持続時間は8μ
秒で、インク滴分離点124はインク120の主容積に
隣接し、インク滴がきれいに形成される。この場合、イ
ンク滴の尾部122は、オリフィス出口14に対して順
次遮断が起き、主インク滴に比較して低い速度で移動す
る不要周囲インク滴が形成される。したがって、主イン
ク滴120及び不要周囲インク滴112は、印刷媒体上
に2個の別個のスポットを形成する。In FIG. 4b, the duration of the waiting period B is 8 μ
In seconds, the ink drop separation point 124 is adjacent to the main volume of ink 120 and the ink drop is well formed. In this case, the tail portion 122 of the ink droplet is sequentially blocked with respect to the orifice outlet 14, and an unnecessary peripheral ink droplet that moves at a lower speed than the main ink droplet is formed. Therefore, the main ink drop 120 and the unwanted ambient ink drop 112 form two distinct spots on the print medium.
【0058】図4cでは、待機期間102は0μ秒であ
り、インク滴分離点124は、主インク滴容積120の
近傍で起きる。しかし、残りのインク糸状体122に
は、糸状体が分離し、不要周囲インク滴を形成する可能
性のある位置である126及び128で示す弱点があ
る。In FIG. 4c, the waiting period 102 is 0 μs and the drop separation point 124 occurs near the main drop volume 120. However, the remaining ink filaments 122 have weaknesses, indicated by 126 and 128, where the filaments may separate and form unwanted ambient ink drops.
【0059】図4は、図1に示す駆動信号を使用した、
図3のインクジェット印刷ヘッドの動作の理論的モデル
の結果を表している。図4の各々では、インク・オリフ
ィス103の中心線上の形成されたインク滴の上半分の
みを示す。FIG. 4 uses the drive signal shown in FIG.
4 illustrates the results of a theoretical model of the operation of the inkjet printhead of FIG. In each of FIG. 4, only the upper half of the formed ink drop on the centerline of the ink orifice 103 is shown.
【0060】パルス成分102の様な補充パルスのみ、
又はパルス成分104の様な噴射パルスのみであって
も、満足な印刷性能を得られない。実際には、補充パル
ス成分104のみを使用すると、インク滴噴射速度を、
例えば、約3.5m/s以下に制限する傾向がある。更
に、インク滴の速度を増加させ目的で、補充パルス10
2の振幅及び持続時間を増加させると、メニスカスをイ
ンク・オリフィス103の上流端に引き戻し、気泡の吸
い込みが生じる。高インク滴噴射速度で動作するように
インクジェット・プリンタの機能を高めるには、6m/
s以上の高インク滴速度が必要である。Only a supplemental pulse, such as pulse component 102,
Alternatively, even with only the ejection pulse such as the pulse component 104, satisfactory printing performance cannot be obtained. In fact, using only the replenishment pulse component 104, the drop ejection velocity is
For example, it tends to be limited to about 3.5 m / s or less. Further, in order to increase the speed of the ink drop, the replenishment pulse 10
Increasing the amplitude and duration of 2 pulls the meniscus back to the upstream end of the ink orifice 103, causing air bubble suction. To enhance the functionality of an inkjet printer to operate at a high drop ejection speed, 6m /
A high ink drop velocity of s or more is required.
【0061】補充パルス及び待機期間成分なしで、噴射
パルス成分106のみを使用すると、インク滴噴射速度
の変化に従ってインク速度が律動的振動変化する。この
律動的振動の周波数は、インク室22及びインク・オリ
フィス出口14間のインク流動路を形成するチャンネル
部分内の残響共振の周波数と同じになるように、表1の
情報から変更される。図6に示す様に、噴射パルス成分
のみの駆動信号は、残響からエネルギーをゆっくりと除
去する周波数スペクトルを有する駆動パルスを使用する
ことにより、速度即ち飛翔時間変化を平滑化する。しか
し、この場合、インク量/滴は、噴射速度の増加と共に
減少する。言い替えれば、インク圧力室は、全てのイン
ク滴噴射速度で、インク噴射間に適切にインクを補充を
しない。他の欠点は、インクの補充に関係なく噴射され
るインク毎に、同量のエネルギーが圧電素子に供給され
るので、小さいインク滴が速い速度で進行する傾向があ
るということである。図6に示す様に、通常、インク滴
速度は、図4の顕著な律動的なインク滴速度振動はない
が、インク滴噴射速度が増加するにつれて増加する(イ
ンク滴飛翔速度の減少に対応)。When only the ejection pulse component 106 is used without the replenishment pulse and the waiting period component, the ink velocity changes in a rhythmic vibration according to the change of the ink droplet ejection velocity. The frequency of this rhythmic vibration is modified from the information in Table 1 to be the same as the frequency of the reverberant resonance in the channel portion forming the ink flow path between the ink chamber 22 and the ink orifice outlet 14. As shown in FIG. 6, the drive signal of the injection pulse component only smoothes the velocity or flight time change by using a drive pulse having a frequency spectrum that slowly removes energy from reverberation. However, in this case, the ink volume / droplets decrease with increasing ejection velocity. In other words, the ink pressure chamber does not properly refill ink between ink ejections at all ink drop ejection velocities. Another drawback is that each ink ejected, regardless of ink refill, delivers the same amount of energy to the piezoelectric element, which tends to cause small ink droplets to travel at a fast rate. As shown in FIG. 6, the ink drop velocity normally increases as the ink drop ejection speed increases (corresponding to the decrease in the ink drop flight speed), although there is no remarkable rhythmic ink drop velocity oscillation of FIG. .
【0062】噴射パルスのみの駆動信号の欠点は、始め
にインク室22を補充するための補充パルス成分104
を作用させることにより、解消することができる。更
に、インクジェット印刷ヘッドが、図3のオフセット・
チャンネル71を有するように設計されれば、このチャ
ンネルにもインクが補充される。インク室は、インク供
給溜まりからのインク入口18及び20を大きくするこ
とにより、能動的補充パルス成分104を使用すること
なく、インクが十分に補充される。しかし、その場合、
インク滴をインク噴射オリフィス14から放出させるよ
うに、隔壁が内側に移動すると、インク室22内に設定
された圧力パルスは、オリフィス26に通じる導管及び
インク入り口18、20にも流れる。インク入口に進行
する圧力波の一部は、インク滴の形成には使用されない
エネルギーとなる。補充パルス成分を使用すると、イン
ク滴の形成に使用されないエネルギーの損失を減少させ
るために、入口を小さくすることができ、インクジェッ
トがアレイの一部であれば、インク貯水部即ち多岐管1
6で生じる圧力パルス障害からインク室22及び通路2
6を分離する。この分離は、入口開口20が大きくされ
るほど、段々に減少する。したがって、インク入口の大
きさ、補充パルス成分102の強さ、及び噴射パルス成
分104の間で調和が取られる。強い補充パルス成分1
02は、インクを、入口開口20を介して圧力室22に
引き込む。補充パルス成分が強すぎると、オリフィス出
口を介して気泡を吸い込む。同様に、噴射パルス成分1
04が強すぎると、補充パルス成分がインク入口20を
介して引き込むことができるインク滴より多いインクを
噴射する。これらのパラメータの好適な関係は、表1に
示され、上述のパルス成分の持続時間の例で述べられて
いる。The drawback of the drive signal of only the ejection pulse is that the replenishment pulse component 104 for replenishing the ink chamber 22 first is supplied.
Can be eliminated by applying the action. Furthermore, the inkjet print head is
If designed to have a channel 71, this channel is also refilled with ink. By enlarging the ink inlets 18 and 20 from the ink supply sump, the ink chamber is fully replenished with ink without using the active replenishment pulse component 104. But in that case,
As the septum is moved inward to eject ink drops from the ink ejection orifice 14, pressure pulses established within the ink chamber 22 also flow through the conduit leading to the orifice 26 and the ink inlets 18, 20. A portion of the pressure wave traveling to the ink inlet is energy that is not used to form ink drops. The use of the replenishment pulse component allows the inlet to be smaller in order to reduce the loss of energy not used to form the ink drop, and if the inkjet is part of an array, an ink reservoir or manifold 1.
Ink chamber 22 and passage 2 from pressure pulse disturbance 6
Separate 6 This separation decreases progressively as the inlet opening 20 is made larger. Therefore, there is a balance between the size of the ink inlet, the strength of the replenishment pulse component 102, and the ejection pulse component 104. Strong replenishment pulse component 1
02 draws ink into the pressure chamber 22 via the inlet opening 20. If the replenishment pulse component is too strong, it will suck air bubbles through the orifice outlet. Similarly, the injection pulse component 1
If 04 is too strong, the replenishment pulse component will eject more ink than the ink drop that can be drawn through the ink inlet 20. A preferred relationship for these parameters is shown in Table 1 and described in the pulse component duration example above.
【0063】駆動信号に補充パルスを含ませることによ
り、インク・オリフィス出口14の周囲の外部表面から
インクを引き戻すことができることに留意されたい。こ
の作用により、インク出口の周囲の表面をインクで濡ら
し、オリフィス出口でインクの進行をずらしたり、遮断
する虞がなくなる。It should be noted that the inclusion of a replenishment pulse in the drive signal can pull ink back from the outer surface around ink orifice outlet 14. By this action, there is no possibility that the surface around the ink outlet is wetted with the ink, and the progress of the ink is delayed or blocked at the orifice outlet.
【0064】また、待機期間Bの持続時間は、オリフィ
ス103内の引っ込んだメニスカスがオリフィス出口1
4に到達するための時間と、噴射パルス成分104によ
り発生し正の圧力パルスが到来するときのインクの速度
との合成関数である。引っ込んだメニスカスは、パルス
成分からの圧力パルスが供給される直前に低速度でオリ
フィス出口14に到達することが望ましい。The duration of the waiting period B is such that the retracted meniscus in the orifice 103 is at the orifice outlet 1
4 is a composite function of the time required to reach 4 and the velocity of the ink when the positive pressure pulse generated by the ejection pulse component 104 arrives. The retracted meniscus preferably reaches the orifice outlet 14 at a low velocity just before the pressure pulse from the pulse component is delivered.
【0065】図5は、図3に示すインクジェット印刷ヘ
ッドを図1の駆動信号で駆動した場合のインク滴飛翔時
間対インク滴噴射繰り返し速度を示すグラフ図である。
図5は、図2に示すインクジェット印刷ヘッドを図1の
駆動信号の噴射パルス成分のみで駆動した場合のインク
滴飛翔時間対インク滴噴射繰り返し速度を示すグラフ図
である。この図5では、インク飛翔時間は10,000
滴/秒のインク滴を噴射するインク滴噴射繰り返し速度
に至る全範囲にわたり略一定している。図5の例では、
印刷媒体は、インクジェット印刷ヘッドのオリフィス出
口14から1mmだけ離間されており、6m/秒を超え
るインク滴速度が得られる。図5に示す様に、1,00
0滴/秒から10,000滴/秒の範囲のインク滴噴射
繰り返し速度で、30μ秒の最大偏差が観察された。更
に、8,500滴/秒以下では、この偏差は更に小さく
なる。この様に、補充パルス成分102、待機期間10
6及び噴射パルス成分104を有する駆動信号を適切に
選択することにより、広範囲のインク滴噴射繰り返し速
度で、略一定のインク滴飛翔時間を得ることができる。
インク飛翔時間が略一定であると、高品質印刷が得られ
る。FIG. 5 is a graph showing ink droplet flight time versus ink droplet ejection repetition speed when the ink jet print head shown in FIG. 3 is driven by the drive signal shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing ink droplet flight time vs. ink droplet ejection repetition speed when the inkjet print head shown in FIG. 2 is driven only by the ejection pulse component of the drive signal shown in FIG. In FIG. 5, the ink flight time is 10,000
It is substantially constant over the entire range up to the ink droplet ejection repetition speed for ejecting an ink droplet of drops / second. In the example of FIG.
The print medium is spaced 1 mm from the orifice exit 14 of the inkjet printhead, and ink drop velocities in excess of 6 m / sec are obtained. As shown in FIG.
A maximum deviation of 30 μs was observed at ink drop ejection repetition rates ranging from 0 drops / second to 10,000 drops / second. Further, at 8,500 drops / second or less, this deviation becomes smaller. In this way, the supplemental pulse component 102 and the waiting period 10
By appropriately selecting the drive signal having 6 and the ejection pulse component 104, it is possible to obtain a substantially constant ink droplet flight time in a wide range of ink droplet ejection repetition rates.
High quality printing is obtained when the ink flight time is substantially constant.
【0066】更に、インク滴の速度は、比較的に速く、
均一な大きさのインク滴が使用できる。駆動信号の補充
パルス成分は、噴射されたインク滴を所望の軌道からず
らす原因となるオリフィス出口14の周囲面の濡れを減
少させるので、インク滴の軌道は、全インク滴噴射繰り
返し速度ででオリフィス・フェースプレートに対して略
直角になる。更に、この駆動信号は、インク・オリフィ
ス103の導管内の高温溶解インクの様な高粘性インク
が、図3に示すインクジェット印刷ヘッドのオフセット
・チャンネル71内で残響する圧力パルスの内部空洞音
響吸収体として働くようにするので、不要周囲インクの
形成を最小限にできる。また、図1に示す種類の比較的
簡単な駆動信号は、従来の市販されたデジタル電子駆動
信号源により発生できる。Further, the speed of the ink droplet is relatively high,
Ink droplets of uniform size can be used. The replenishment pulse component of the drive signal reduces wetting of the surrounding surface of the orifice outlet 14 which causes the ejected ink droplet to be displaced from the desired trajectory, so that the trajectory of the ink droplet will be an orifice at all ink droplet ejection repetition rates.・ It becomes almost right angle to the face plate. Further, this drive signal is an internal cavity acoustic absorber of pressure pulses in which a highly viscous ink, such as hot melt ink in the conduit of the ink orifice 103, reverberates in the offset channel 71 of the inkjet printhead shown in FIG. Therefore, the formation of unnecessary surrounding ink can be minimized. Also, relatively simple drive signals of the type shown in FIG. 1 can be generated by conventional commercially available digital electronic drive signal sources.
【0067】高品質印刷及び高速度印刷を行うための駆
動パルス成分102、104及び106の好適な関係
は、実験的に決められる。特に、図3に示す様なインク
ジェット印刷ヘッドでは、待機期間106を少なくとも
約8μ秒、好適にはそれ以上にすることにより、均一且
つ一貫したインク滴を形成することができる。待機期間
を短くした場合は、8μ秒レベル又はそれを超えて設定
された待機期間を使用するよりも、不要周囲インク滴が
形成される可能性が増加する。更に、好適には、膨張パ
ルス成分即ち補充パルス成分102は、約16〜20μ
秒である。補充パルスの持続時間が増加するほど、オリ
フィス出口14に気泡を吸い込む可能性が増加する。高
品質印刷及び高速度印刷を行うために、立ち上がり及び
立ち下がり時間を含む補充パルス成分の持続時間は、イ
ンク滴の形成の間、噴射されるインクを元の位置に戻す
のに必要な時間以上に長くするべきではない。補充パル
ス成分の持続時間が短くなるほど、達成可能なインク繰
り返し速度が増加する。通常、補充パルス成分102の
持続時間は、好適には、約7μ秒以下である。更に、噴
射パルス成分104の持続時間は、通常、長くて16〜
20μ秒であり、短くて約6μ秒である。また、これら
の範囲のパルス成分は、広範囲なインク滴噴射速度で、
インク滴形成及びインク滴移動速度の均一性を高める。A suitable relationship between the drive pulse components 102, 104 and 106 for performing high quality printing and high speed printing is experimentally determined. In particular, with an inkjet printhead such as that shown in FIG. 3, the wait period 106 can be at least about 8 μsec, and preferably longer, to form uniform and consistent ink drops. A shorter wait period increases the likelihood of unwanted ambient ink drops being formed than using a wait period set at or above the 8 microsecond level. Further, preferably, the dilation pulse component or supplemental pulse component 102 is about 16-20 μm.
Seconds. The greater the duration of the refill pulse, the greater the likelihood that bubbles will be drawn into the orifice outlet 14. For high quality and high speed printing, the duration of the replenishment pulse component, including rise and fall times, is greater than or equal to the time required to return the ejected ink to its original position during ink drop formation. Should not be long. The shorter the duration of the replenishment pulse component, the higher the achievable ink repetition rate. Generally, the duration of the supplemental pulse component 102 is preferably about 7 μsec or less. In addition, the duration of the injection pulse component 104 is typically up to 16-
20 μsec, which is about 6 μsec at the shortest. In addition, the pulse components in these ranges have a wide range of ink drop ejection speed,
Increasing the uniformity of ink drop formation and ink drop movement speed.
【0068】高品質印刷及び高速度印刷を行うためにイ
ンクジェット印刷ヘッドの動作を制御するこれらの駆動
信号パラメータの範囲では、図3に示す種類のインクジ
ェット印刷ヘッドは、10,000滴/秒のインク滴噴
射繰り返し速度で動作した。インク滴速度の不均一性
は、連続的及び間欠的インク滴噴射状態で、15%より
低いことが観察された。その結果、インク滴位置の誤差
は、最大繰り返し速度8kHzで印刷する11.81滴
/mmで、1ピクセルの1/3より大幅に小さい。更
に、170pl(ピコ・リットル)/滴±15plの測
定インク滴量が観察され、高温溶解インクを使用すると
き、11.81滴/mmのアドレス可能性で印刷するの
に適している。更に、この状態では、殆ど又は全く不要
周囲インク滴が発生しない。In the range of these drive signal parameters that control the operation of the inkjet printhead for high quality printing and high speed printing, an inkjet printhead of the type shown in FIG. It operated at the drop ejection repetition rate. Droplet velocity non-uniformities were observed to be less than 15% for continuous and intermittent drop ejection conditions. As a result, the error of the ink drop position is 11.81 drops / mm printed at the maximum repetition rate of 8 kHz, which is significantly smaller than 1/3 of one pixel. In addition, a measured ink drop volume of 170 pl / drop ± 15 pl was observed, suitable for printing with an addressability of 11.81 drops / mm when using hot melt inks. Moreover, in this state, little or no unwanted ambient ink drops are generated.
【0069】図1に示す様に、第1パルス成分即ち補充
パルス102は、電圧振幅に到達し、補充パルスの終点
までのこの振幅を保持する。更に、第2パルス成分即ち
噴射パルス成分104は負の電圧振幅に到達し、噴射パ
ルスの終点までこの振幅を保持する。この振幅値は変更
することができるが、高品質印刷及び高速度印刷を行う
ためには、図示する様に、これらの駆動パルス成分は台
形で、各々の電圧振幅への立ち上がり時間から立ち下が
り時間までの時間は異なる。高品質印刷及び高速度印刷
を行うための駆動信号では、2つのパルス成分102及
び104の立ち上がり時間は、約1μ秒から約4μ秒で
あり、電圧振幅を約2μ秒から約7μ秒維持し、続く待
機期間106を約8μ秒より長くする。高品質印刷及び
高速度印刷を行うための他の駆動信号では、第1パルス
即ち補充パルスの立ち上がり時間は約2μ秒であり、電
圧振幅を約3μ秒から約7秒維持し、その立ち下がり時
間は約2μ秒から約4秒であり、待機期間106は約1
5μ秒から約22秒である。更に、この場合、噴射パル
ス成分104は、極性が反対である他は、補充パルス成
分102と同様である。As shown in FIG. 1, the first pulse component, the replenishment pulse 102, reaches the voltage amplitude and holds this amplitude until the end of the replenishment pulse. Furthermore, the second pulse component, the injection pulse component 104, reaches a negative voltage amplitude and holds this amplitude until the end of the injection pulse. Although this amplitude value can be changed, in order to perform high-quality printing and high-speed printing, as shown in the figure, these drive pulse components are trapezoidal and the rise time to the fall time to each voltage amplitude is increased. Until time is different. In the drive signal for performing high quality printing and high speed printing, the rise time of the two pulse components 102 and 104 is about 1 μsec to about 4 μsec, and the voltage amplitude is maintained for about 2 μsec to about 7 μsec. The subsequent waiting period 106 is made longer than about 8 μsec. For other driving signals for high quality printing and high speed printing, the rise time of the first pulse or replenishment pulse is about 2 μsec, the voltage amplitude is maintained for about 3 μsec to about 7 sec, and its fall time is Is about 2 μsec to about 4 sec, and the waiting period 106 is about 1
It is 5 microseconds to about 22 seconds. Furthermore, in this case, the firing pulse component 104 is similar to the replenishment pulse component 102, but with opposite polarities.
【0070】高速度印刷で高品質印刷を行うためには、
これらの持続時間は、インクジェット印刷ヘッドの設計
及びインクの違いにより、異なることに留意されたい。
噴射パルス成分104の供給により生じる各圧力波の発
生時に、インク・メニスカスは前方に進行しており、共
通位置にあることが望ましい。駆動信号のパラメータ
は、この状態を得るために変更できる。In order to perform high quality printing with high speed printing,
Note that these durations are different due to inkjet printhead design and ink differences.
At the time of generation of each pressure wave generated by the supply of the ejection pulse component 104, the ink meniscus is traveling forward, and it is desirable that the ink meniscus is at a common position. The parameters of the drive signal can be changed to achieve this condition.
【0071】インクジェット印刷ヘッドの基本音響共振
周波数で最小のエネルギー量を供給するように、駆動信
号の形状を決める、最適の印刷品質及び印刷繰り返し速
度が得られることが分かった。インクジェット印刷ヘッ
ドの基本音響共振周波数は、周知の方法で求められる。
インクジェット印刷ヘッドの基本共振周波数は、インク
・メニスカスの共振周波数に相当する。図3に示すオフ
セット・チャンネル71を有するインクジェット印刷ヘ
ッドを使用するとき、通常、基本共振音響周波数は、オ
リフィス・チャンネル内の液体インクを介する定在波共
振周波数に相当する。インクジェット印刷ヘッドの基本
音響共振周波数で最低エネルギー量である駆動信号を使
用することにより、この基本音響共振周波数での残響は
最小になる。残響が起きると、インクジェット印刷ヘッ
ドから印刷媒体へのインク滴の飛翔時間の均一性が妨害
される。It has been found that the optimum print quality and print repetition rate are determined which shape the drive signal so as to provide a minimum amount of energy at the fundamental acoustic resonance frequency of the inkjet printhead. The fundamental acoustic resonance frequency of the inkjet printhead is determined by a well-known method.
The fundamental resonant frequency of the inkjet printhead corresponds to the resonant frequency of the ink meniscus. When using the inkjet printhead with offset channel 71 shown in FIG. 3, the fundamental resonant acoustic frequency typically corresponds to the standing wave resonant frequency through the liquid ink in the orifice channel. By using the lowest energy content drive signal at the fundamental acoustic resonance frequency of the inkjet printhead, reverberation at this fundamental acoustic resonance frequency is minimized. Reverberation interferes with the uniformity of the flight time of ink drops from the inkjet printhead to the print medium.
【0072】通常、高品質印刷及び高速度印刷を行うた
めの駆動信号の調整を補助するために、フーリエ変換又
はスペクトル分析を完全な駆動信号に関して行う。完全
な駆動信号とは、1個のインク滴を形成するために使用
する完全なパルスの組をいう。図5に示す種類の駆動信
号の場合、完全な信号は、補充パルス成分102、待機
期間106及び噴射パルス成分104を含む。従来のス
ペクトラム・アナライザを使用して、異なる周波数で駆
動信号のエネルギー量を決めてもよい。このエネルギー
量は、高さ即ちピークから谷即ち底部まで、周波数と共
に変化する。ある周波数での駆動信号の最低エネルギー
量部分は、他の周波数のピーク・エネルギー量より十分
に低い。例えば、最低エネルギー量は、他の周波数の駆
動信号の最大エネルギー量より少なくとも約20dB小
さい。Generally, a Fourier transform or spectral analysis is performed on the complete drive signal to assist in adjusting the drive signal for high quality printing and high speed printing. A complete drive signal refers to the complete set of pulses used to form a single drop. In the case of a drive signal of the type shown in FIG. 5, the complete signal comprises a replenishment pulse component 102, a waiting period 106 and an injection pulse component 104. A conventional spectrum analyzer may be used to determine the energy content of the drive signal at different frequencies. This amount of energy varies with frequency, from height or peak to valley or bottom. The lowest energy content of the drive signal at some frequencies is well below the peak energy content of other frequencies. For example, the minimum amount of energy is at least about 20 dB less than the maximum amount of energy of drive signals at other frequencies.
【0073】駆動信号は、インクジェット印刷ヘッドの
基本音響共振周波数に略等しくなるように、この最小エ
ネルギー量の周波数をずらして調整される。この方法で
調整された駆動信号を使用すると、駆動信号のエネルギ
ーは、基本音響共振周波数で最小になる。その結果、イ
ンク滴を形成する際のインクジェット印刷ヘッドの共振
周波数の影響は最小になる。特定の方法に限定されない
が、高品質印刷及び高速度印刷を行うために駆動信号を
調整する好適な方法は、第1パルス即ち補充パルス成分
102の立ち上がり及び立ち下がり時間を含む持続時
間、及び待機期間106を調整する。これらのパルス成
分は、インクジェット印刷ヘッドの基本音響共振周波数
に略等しい周波数で、駆動信号のエネルギー量が最小に
なるまで調整される。The drive signal is adjusted by shifting the frequency of this minimum energy amount so as to be substantially equal to the fundamental acoustic resonance frequency of the ink jet print head. Using a drive signal tuned in this way, the energy of the drive signal is minimal at the fundamental acoustic resonance frequency. As a result, the effect of the resonant frequency of the inkjet printhead in forming ink drops is minimized. Without limitation to a particular method, the preferred method of adjusting the drive signal for high quality printing and high speed printing is the duration of the first pulse or replenishment pulse component 102, including the rise and fall times, and the wait. Adjust the period 106. These pulse components are adjusted at a frequency approximately equal to the fundamental acoustic resonance frequency of the inkjet printhead until the amount of energy in the drive signal is minimized.
【0074】以上の効果があるが、本発明の主要な効果
は、DOD型インクジェット・プリンタでハーフトーン
即ちグレイスケール印刷を効果的に行うことにある。フ
レーズ・グレイスケール印刷は、インク滴量の変調又は
変化を意味する。図1及び図2は、インク滴量を制御す
るため波形及びそれを発生するための回路を夫々示す。In addition to the above effects, the main effect of the present invention is to effectively perform halftone, that is, gray scale printing with a DOD type ink jet printer. Phrase grayscale printing refers to the modulation or variation of drop volume. 1 and 2 show a waveform and a circuit for generating it, respectively, for controlling the ink drop volume.
【0075】通常、個々のインク滴に含まれるインク量
は、インクジェット・オリフィスの直径及び音響駆動器
を駆動するために使用される波形により制御される。イ
ンク量が増加するように波形を調整すれば、インク滴は
大きくなる。逆に、インク量が減少するように波形を調
整すれば、インク滴は小さくなる。Generally, the amount of ink contained in each individual ink drop is controlled by the diameter of the inkjet orifice and the waveform used to drive the acoustic driver. If the waveform is adjusted so that the ink amount increases, the ink droplet becomes larger. Conversely, if the waveform is adjusted so that the ink amount decreases, the ink droplet becomes smaller.
【0076】図7は、グレイスケール印刷を行うための
本発明による効果的な駆動信号を示す。この特別な駆動
信号は、補充パルス成分162及び噴射パルス成分16
4を有する2極性電気パルス160である。成分162
及び164は、反対極性の電圧である。パルス成分16
2及び164は、待機期間Xで分離されている。成分1
62及び164の極性は、圧電駆動機構36(図4及び
図6参照)が生じる極性に応じて図7に示す極性と逆で
あってもよい。動作上、補充パルス成分162を供給す
ると、インク室22は膨張して室内にインクを引き込
む。電圧が補充パルスの終わりで値0になる際に、イン
ク室は収縮し始め、インク・メニスカスはオリフィス1
03内をオリフィス出口14に向かって移動する。噴射
パルス成分164を供給すると、インク室は急速に収縮
してインク滴が噴射される。インク滴を形成するこの方
法では、補充パルス成分の持続時間は、補充パルスによ
りオリフィス103内に引き込まれたメニスカスが、オ
リフィス出口14付近の初期の位置に戻るのに必要な時
間よりも短い。補充パルス成分の持続時間は、メニスカ
スの固有即ち共振周波数の周期の半分よりも短い。更に
好適には、この持続時間は、メニスカスの固有共振周波
数の周期の約1/5よりも短い。インクジェットのオリ
フィス内のインク・メニスカスの共振周波数は、インク
の性質及びインク・オリフィスの寸法から既知の方法で
計算できる。待機期間が増加するにつれて、噴射パルス
成分164が供給されるときに、インク・メニスカスは
オリフィス出口14に近づく。メニスカスがオリフィス
内で前進し且つオリフィス出口に到達する前の時点で、
噴射パルス成分が供給されるように、待機時間を十分に
短くすると、噴射されるインク滴の滴量は少なくなる。
逆に、噴射パルス成分が供給される前にインクがオリフ
ィス出口に到達するように、待機時間を十分に長くする
と、噴射されるインク滴の滴量は多くなる。この後の時
点で、オリフィスはインクで完全に満たされる。特定の
インク滴量のための所望の待機期間及び噴射パルスのパ
ルス幅は、使用される特定のインクジェットの特性によ
って決まり、インクジェットの性能を監視することで観
察できる。通常、待機期間及び噴射パルス成分の期間
は、メニスカスの固有即ち共振周波数の周期の約半分よ
り短くする。通常のメニスカスの共振周期は、50μ〜
160μ秒の範囲にあり、インクジェットの構造及び使
用するインクに依存する。更に、噴射パルス成分64の
持続時間を増加させ、又は噴射パルス成分の振幅を増加
させることにより、インク滴の量が増加する。FIG. 7 shows an effective drive signal according to the present invention for performing gray scale printing. This special drive signal includes a replenishment pulse component 162 and an injection pulse component 16
4 is a bipolar electrical pulse 160 having 4. Ingredient 162
And 164 are voltages of opposite polarity. Pulse component 16
2 and 164 are separated by a waiting period X. Ingredient 1
The polarities of 62 and 164 may be opposite to those shown in FIG. 7 depending on the polarity produced by the piezoelectric drive mechanism 36 (see FIGS. 4 and 6). In operation, supplying the replenishment pulse component 162 causes the ink chamber 22 to expand and draw ink into the chamber. When the voltage reaches a value of 0 at the end of the refill pulse, the ink chamber begins to contract and the ink meniscus draws orifice 1
It moves in 03 toward the orifice outlet 14. When the ejection pulse component 164 is supplied, the ink chamber rapidly contracts to eject an ink drop. In this method of forming ink drops, the duration of the refill pulse component is shorter than the time required for the meniscus drawn into the orifice 103 by the refill pulse to return to its initial position near the orifice outlet 14. The duration of the supplemental pulse component is less than half the period of the natural or resonant frequency of the meniscus. More preferably, this duration is less than about 1/5 of the period of the meniscus's natural resonant frequency. The resonant frequency of the ink meniscus within the inkjet orifice can be calculated in a known manner from the properties of the ink and the dimensions of the ink orifice. As the waiting period increases, the ink meniscus approaches the orifice outlet 14 as the ejection pulse component 164 is delivered. At a point before the meniscus advances in the orifice and reaches the orifice exit,
If the waiting time is sufficiently short so that the ejection pulse component is supplied, the amount of ejected ink droplets decreases.
On the contrary, if the waiting time is made sufficiently long so that the ink reaches the orifice outlet before the ejection pulse component is supplied, the amount of ejected ink droplets increases. At a later point in time, the orifice is completely filled with ink. The desired waiting period and pulse width of the firing pulse for a particular drop volume depends on the characteristics of the particular inkjet used and can be observed by monitoring the performance of the inkjet. Usually, the waiting period and the period of the injection pulse component are shorter than about half the period of the natural or resonant frequency of the meniscus. A normal meniscus has a resonance period of 50 μ to
It is in the range of 160 μs and depends on the inkjet construction and the ink used. Further, increasing the duration of the ejection pulse component 64 or increasing the amplitude of the ejection pulse component increases the drop volume.
【0077】具体例としては、米国特許第508793
0号に記載された型のインクジェットが、4kHzのイ
ンク滴繰り返し速度で動作すると仮定する。この場合、
個々のインク滴内のレベル即ち量は、図7内の駆動波形
を変えることにより異なる。マイラ印刷媒体上に熱融解
インクで印刷され、融解する前である場合、スポット即
ちドットのサイズは、約0.056〜0.1mmの範囲に
なる。インクが熱融解インクであり、圧力を加えて印刷
媒体上のインク・ドットを融解すると、ドット・サイズ
は大きくなり、例えば、約0.066〜0.14mmの範
囲になる。ドット・サイズを最小にするには、例えば、
待機期間Xを9μ秒に設定し、噴射パルス成分64の持
続時間Yを3μ秒に設定する。ドット・サイズを少し大
きい第2レベルにするには、例えば、Xを11μ秒に設
定し、Yを5μ秒に設定する。ドット・サイズを第3レ
ベルにするには、例えば、Xを11μ秒に設定し、Yを
9μ秒に設定する。ドット・サイズを第4レベルにする
には、例えば、Xを12μ秒に設定し、Yを15μ秒に
設定する。最後に、ドット・サイズを最大にするには、
Xを12μ秒に設定し、Yを20μ秒に設定する。これ
らの各々の場合で、補充パルス成分の振幅及びパルス幅
は、例えば、夫々40V及び5μ秒である。更に、噴射
パルス成分の振幅は、例えば、40Vである。2極性駆
動パルスのこれらの成分値を調整することで、インク滴
量及びインク・ドット・サイズは、それに応じて調整さ
れる。同様に、噴射パルス成分の振幅を増加させ、待機
期間の持続時間及び噴射パルス成分のパルス幅の持続時
間の一方又はこれらの結合により、インク滴の量が変わ
る。噴射パルス成分64の振幅が増加するにつれて、補
充パルス成分に対する噴射パルスパルス成分の振幅の割
合が増加し、インク滴内のインク量が増加する。同様
に、噴射パルスのパルス幅が増加すると、補充パルス成
分のパルス幅に対する噴射パルス成分のパルス幅の割合
は増加し、インク滴の量も増加する。As a specific example, US Pat. No. 508793.
Suppose an inkjet of the type described in No. 0 operates at a drop repetition rate of 4 kHz. in this case,
The level or amount within an individual ink drop is varied by changing the drive waveform in FIG. When printed with hot melt ink on Mylar print media and prior to melting, the spot or dot size will be in the range of about 0.056 to 0.1 mm. If the ink is a hot melt ink and pressure is applied to melt the ink dots on the print medium, the dot size will increase, for example, in the range of about 0.066 to 0.14 mm. To minimize the dot size, for example,
The waiting period X is set to 9 μsec and the duration Y of the injection pulse component 64 is set to 3 μsec. To bring the dot size to a slightly larger second level, for example, set X to 11 μsec and Y to 5 μsec. To bring the dot size to the third level, for example, set X to 11 μsec and Y to 9 μsec. To bring the dot size to the fourth level, for example, set X to 12 μsec and Y to 15 μsec. Finally, to maximize the dot size,
Set X to 12 μs and Y to 20 μs. In each of these cases, the amplitude and pulse width of the supplemental pulse component are, for example, 40 V and 5 μsec, respectively. Further, the amplitude of the injection pulse component is, for example, 40V. By adjusting these component values of the bipolar drive pulse, the ink drop volume and ink dot size are adjusted accordingly. Similarly, by increasing the amplitude of the ejection pulse component, one or a combination of the duration of the waiting period and the duration of the pulse width of the ejection pulse component, or a combination thereof, changes the ink drop volume. As the amplitude of the ejection pulse component 64 increases, the ratio of the amplitude of the ejection pulse component to the supplement pulse component increases, and the amount of ink in the ink droplet increases. Similarly, when the pulse width of the ejection pulse increases, the ratio of the pulse width of the ejection pulse component to the pulse width of the replenishment pulse component increases, and the amount of ink drops also increases.
【0078】更に、図7に示す型の2極性のパルスを複
数使用して、個々のインク滴を生成してもよい。更に、
インク滴を形成するのに使用する2極性パルスの数を増
加させることで、インク滴内のインク量が増加する。実
際に、各2極性パルスは、インク滴にインクに追加量が
加えられるようにし、インク滴がオリフィス出口から離
れる前に、インク滴に含まれるインク量を増加させる。
この様に形成された個々のインクを分離するためには、
2極性パルス間の時間間隔を増加する。他の方法では、
所望のサイズのインク滴を発生するために所望の数の2
極性パルスを使用した後、高いエネルギーのパルスを供
給することで、インク滴を分離する。Further, a plurality of bipolar pulses of the type shown in FIG. 7 may be used to produce individual ink drops. Furthermore,
Increasing the number of bipolar pulses used to form the drop increases the amount of ink in the drop. In effect, each bipolar pulse causes an additional amount of ink to be added to the ink drop, increasing the amount of ink contained in the ink drop before it leaves the orifice exit.
In order to separate the individual inks formed in this way,
Increase the time interval between bipolar pulses. Alternatively,
A desired number of 2 to produce a desired size drop
After using the polar pulse, the high energy pulse is applied to separate the drops.
【0079】具体例では、補充成分、待機成分及び噴射
成分を含む一連のパルスの通常の2極性パルスは、約2
0μ〜40μ秒の持続時間を有する。更に、個々の2極
性パルスの間の時間遅延は、約30μ〜100μ秒であ
る。図2及び図3に示す型のインクジェット印刷ヘッド
では、個々のパルス間の時間遅延は、約100μ秒より
大きくなると、インク滴は分離される。2極性パルスの
持続時間が20μ秒であると仮定すると、2極性パルス
の間の時間間隔は、例えば40μ秒である。この場合、
時間間隔は、個々の2極性パルスの持続時間の約2倍で
ある。2極性のパルス間の時間間隔が約100μ秒又は
インク滴の分離が起きる他の時間よりも短いと、連続す
る2極性パルスは、分離したインク滴を発生する代わり
に、個々のインク滴の量にインクを追加する。In a specific example, a normal bipolar pulse of a series of pulses containing a replenishment component, a standby component and an injection component is about 2
It has a duration of 0-40 μs. Furthermore, the time delay between the individual bipolar pulses is approximately 30 μ-100 μsec. In inkjet printheads of the type shown in FIGS. 2 and 3, ink drops are separated when the time delay between individual pulses is greater than about 100 μsec. Assuming that the duration of the bipolar pulses is 20 μsec, the time interval between the bipolar pulses is, for example, 40 μsec. in this case,
The time interval is approximately twice the duration of each bipolar pulse. If the time interval between the bipolar pulses is less than about 100 μs or any other time when ink drop separation occurs, successive bipolar pulses will instead produce separate ink drops, but instead will produce a quantity of individual ink drops. Add ink to.
【0080】独立したインク滴を生成するために、1つ
又は複数のパルスを合成すると、インクジェットが動作
可能な最大インク滴繰り返し速度が減少する。しかし、
高インク滴繰り返し速度は、依然可能である。例えば、
最高3つの2極性パルスを結合して、最大インク滴サイ
ズを生成したとすると、最高8kHzの繰り返し速度が
達成できる。Combining one or more pulses to produce independent drops reduces the maximum drop repetition rate at which the inkjet can operate. But,
High drop repetition rates are still possible. For example,
If up to three bipolar pulses were combined to produce the largest drop size, up to a repetition rate of 8 kHz could be achieved.
【0081】最後に、広範な種類のインクを使用したイ
ンクジェット・プリンタに適用可能である。室温で固体
である相変化型インクと同様に、室温で液体のインクも
使用できる。ある適切な相変化型インクが、1988年
8月3日に出願された「Phase Change Ink Carrier Com
position and Phase Ink Produced Therefrom」と題し
た米国特許第4889560号に記載されている。更
に、本発明は、特定の型のインクに限定されない。Finally, it is applicable to inkjet printers that use a wide variety of inks. Ink that is liquid at room temperature can be used as well as phase change inks that are solid at room temperature. One suitable phase change ink was the "Phase Change Ink Carrier Com" filed on August 3, 1988.
No. 4,889,560 entitled "Position and Phase Ink Produced There from". Furthermore, the present invention is not limited to any particular type of ink.
【0082】図8は、圧電セラミック材料36に供給さ
れる2極性電気パルス160を生成するために使用でき
る信号源37内の回路の例である。図8を参照すると、
中央処理ユニット(CPU)200は、パルス成分16
2を発生するためにパルス・タイマ202に供給するト
リガ・パルスを出力する。トリガ・パルスに応答して、
補充パルス・タイマ202は、その出力端子206に補
充パルス駆動信号を発生し、トランスデューサ駆動器2
04の負の入力端子に供給し、トランスデューサ駆動器
204は、図7のパルス成分を出力する。成分162の
持続時間は、カウンタ・プリセット・ライン208を介
してCPU200からロードされるカウント値により制
御される。FIG. 8 is an example of a circuit within the signal source 37 that can be used to generate the bipolar electrical pulse 160 applied to the piezoceramic material 36. Referring to FIG.
The central processing unit (CPU) 200 uses the pulse component 16
It outputs a trigger pulse that feeds the pulse timer 202 to generate 2. In response to the trigger pulse,
The replenishment pulse timer 202 generates a replenishment pulse drive signal at its output terminal 206 and causes the transducer driver 2
04, the transducer driver 204 outputs the pulse component of FIG. The duration of component 162 is controlled by the count value loaded from CPU 200 via counter preset line 208.
【0083】補充パルス・タイマ202のカウント値が
0になると、出力端子206の信号は値0になり、
(1)トランスデューサ駆動器204の負の入力を値0
に戻し、(2)待機期間タイマ210を開始する。トラ
ンスデューサ駆動器204の入力が0に戻ると、パルス
成分162が終了し、待機期間が開始する。待機期間
は、カウンタ・プリセット・ライン212を介してCP
U200からロードされるカウント値により制御され
る。When the count value of the supplement pulse timer 202 becomes 0, the signal at the output terminal 206 becomes 0,
(1) Set the value 0 to the negative input of the transducer driver 204.
Then, (2) the waiting period timer 210 is started. When the transducer driver 204 input returns to 0, the pulse component 162 ends and the waiting period begins. During the waiting period, the CP is set via the counter preset line 212.
It is controlled by the count value loaded from U200.
【0084】待機期間タイマ210のカウント値が0に
なると、出力端子214の信号は、噴射パルス・タイマ
218を始動させる値0になる。ライン222上の噴射
パルス・タイマ218の出力は、トランスデューサ駆動
器204の正の入力を高レベルにし、図のパルス成分が
始まる。成分164は、カウンタ・プリセット・ライン
216を介してCPU206からロードされるカウント
値により制御される持続時間Yを有する。噴射パルス・
タイマ218のカウンタ値が0になると、その出力端子
22の出力信号は値0になり、これにより、パルス成分
164が終了する。When the count value of the waiting period timer 210 becomes 0, the signal at the output terminal 214 becomes the value 0 which starts the injection pulse timer 218. The output of the fire pulse timer 218 on line 222 causes the positive input of the transducer driver 204 to go high and the pulse component of the figure begins. Component 164 has a duration Y controlled by a count value loaded from CPU 206 via counter preset line 216. Injection pulse
When the counter value of the timer 218 becomes 0, the output signal of its output terminal 22 becomes the value 0, whereby the pulse component 164 ends.
【0085】図9は、単極駆動パルスを示す。上述の様
に、図1の2極性パルス駆動信号が好適であるが、単極
信号も使用可能な場合もある。この単極駆動パルスは、
信号発生37により従来の方法により発生でき、音響駆
動機構36に供給される。インク滴の量を変えるための
第1の方法、即ち振幅変調方法では、図9のパルスの振
幅は、VoからV1に増加する。これにより、インク滴内
に含まれるインクの量が増加する。逆に、電圧がVoか
ら低レベルに減じられるとすると、インク滴内のインク
量は減少する。パルス幅変調技術を使用してもよい。例
えば、図9に図示されたパルスの持続時間又はパルス幅
をt1〜t2からt1〜t3に増加させることにより、イン
ク滴に含まれるインク量が増加する。これに対して、図
示したパルスのパルス幅を減少させることにより、イン
ク滴内に含まれる量が減少する。振幅及びパルス幅を変
調手法の組み合わせを使用してもよいし、異なる波形を
図9に示すもの以外に供給してもよい。例えば、一連の
パルスは、初期インク滴形成及びインク滴の量を決める
インク滴の分離の間に駆動器30に供給される多量のパ
ルスと共に使用してもよい。FIG. 9 shows a unipolar drive pulse. As mentioned above, the bipolar pulse drive signal of FIG. 1 is preferred, but in some cases a unipolar signal can also be used. This unipolar drive pulse is
It can be generated in a conventional manner by the signal generator 37 and is supplied to the acoustic drive mechanism 36. In the first method for varying the drop volume, the amplitude modulation method, the pulse amplitude in FIG. 9 is increased from Vo to V1. This increases the amount of ink contained in the ink droplet. Conversely, if the voltage is reduced from Vo to a low level, the amount of ink in the ink drop will decrease. Pulse width modulation techniques may be used. For example, by increasing the pulse duration or pulse width shown in FIG. 9 from t1 to t2 to t1 to t3, the amount of ink contained in the ink droplet increases. On the other hand, by reducing the pulse width of the illustrated pulse, the amount contained in the ink droplet is reduced. A combination of amplitude and pulse width modulation techniques may be used, and different waveforms may be provided beyond those shown in FIG. For example, a series of pulses may be used with a large number of pulses applied to the driver 30 during initial drop formation and drop separation that determines drop volume.
【0086】上述に加えて、インク・ヘッド・オリフィ
スから印刷媒体へのインク滴の量及び移動の制御は、そ
れらの間の空間に制御電圧電界を供給することにより助
けられる。In addition to the above, controlling the amount and movement of ink drops from the ink head orifices to the print medium is aided by providing a control voltage electric field in the space between them.
【0087】[0087]
【発明の効果】インク噴射出口からの間欠的インク滴噴
射から最高速度のインク滴噴射の繰り返し速度の範囲に
わたり、各繰り返し速度におけるインク滴の速度の相対
的誤差を約15%以下にしたことにより、印刷媒体上の
インク滴位置の誤差が大幅に小さくなり、更に、この状
態では、殆ど又は全く不要周囲インク滴が発生しない。As described above, the relative error of the ink drop velocity at each repetition speed is about 15% or less over the repetition speed range from the intermittent ink drop ejection from the ink ejection outlet to the highest speed ink droplet ejection. The error in the ink drop position on the print medium is significantly reduced, and in this state, little or no unwanted ambient ink drops are generated.
【図1】本発明のインクジェット印刷ヘッドの駆動方法
に使用する駆動信号の実施例を示す波形図。FIG. 1 is a waveform diagram showing an example of drive signals used in a method for driving an inkjet print head according to the present invention.
【図2】インクジェット印刷ヘッド及び印刷媒体を示す
簡略図。FIG. 2 is a simplified diagram showing an inkjet print head and a print medium.
【図3】本発明の駆動方法を適用可能なインクジェット
印刷ヘッドを一例を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an inkjet print head to which the driving method of the present invention can be applied.
【図4】インクジェット印刷ヘッドから噴射されたイン
ク列の形状を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a shape of an ink row ejected from an inkjet print head.
【図5】図1の駆動信号で駆動した場合のインク滴の飛
翔時間対インク滴噴射繰り返し速度を示すグラフ図。FIG. 5 is a graph showing the ink droplet flight time versus the ink droplet ejection repetition speed when driven by the drive signal of FIG.
【図6】噴射パルス成分のみでインクジェット印刷ヘッ
ドを駆動した場合のインク滴の飛翔時間対インク滴噴射
繰り返し速度を示すグラフ図。FIG. 6 is a graph showing ink droplet flight time versus ink droplet ejection repetition speed when an inkjet print head is driven only by ejection pulse components.
【図7】本発明のインクジェット印刷ヘッドの駆動方法
に使用する駆動信号の他の実施例を示す波形図。FIG. 7 is a waveform diagram showing another embodiment of drive signals used in the method for driving an inkjet print head of the present invention.
【図8】図7に示す2極性駆動信号を発生する信号源を
示すブロック図。8 is a block diagram showing a signal source for generating the bipolar drive signal shown in FIG. 7. FIG.
【図9】本発明のインクジェット印刷ヘッドの駆動方法
に使用する駆動信号の更に他の実施例を示す波形図。FIG. 9 is a waveform diagram showing still another embodiment of the drive signal used in the method for driving the inkjet print head of the present invention.
11 インク供給源 14 インク噴射出口 22 インク圧力室 103 インク滴噴射オリフィス 36 駆動手段 11 ink supply source 14 ink ejection outlet 22 ink pressure chamber 103 ink droplet ejection orifice 36 drive means
フロントページの続き (72)発明者 スーザン・シー・ショーニング アメリカ合衆国オレゴン州97210 ポート ランド ノース・ウェスト アービング・ ストリート 2247 (72)発明者 ジェフリー・ジェー・アンダーソン アメリカ合衆国ワシントン州98607 カマ ス サウス・イースト サーティー・フォ ース・ウェイ 16509Front Page Continuation (72) Inventor Susan Sea Shauning Oregon, USA 97210 Portland North West Irving Street 2247 (72) Inventor Jeffrey J. Anderson Washington, USA 98607 Camath South East Thirty Fo Sue Way 16509
Claims (1)
するインク供給源に結合されたインク圧力室、インク滴
噴射出口を有し上記インク室に結合されたインク滴噴射
オリフィス、及び上記インク圧力室に駆動信号を供給し
て膨張及び収縮させ上記インク滴噴射オリフィスを介し
て上記インク噴射出口から印刷媒体に向かってインクを
噴射させることを繰り返す駆動手段とを含み、上記印刷
媒体との間で相対運動するインクジェット印刷ヘッドの
駆動方法であって、 上記インク圧力室を膨張させて上記インク供給源からの
インクを上記圧力室に補充すると共に、上記インク滴噴
射オリフィス内で上記インク滴噴射出口から上記インク
室に向かって、インクを引き戻し、 上記インク圧力室を元の容積に戻し、上記インク滴噴射
オリフィス内のインクが上記噴射出口に向かって進み、
略同一の位置に達するまで所定時間待機し、 上記インク圧力室を収縮させて、上記インク噴射出口か
らインクを噴射させ、 上記インク噴射出口からの間欠的インク滴噴射から最高
速度のインク滴噴射の繰り返し速度の範囲にわたり、各
繰り返し速度におけるインク滴の速度の相対的誤差を約
15%以下にしたことを特徴とするインクジェット印刷
ヘッドの駆動方法。1. An ink pressure chamber coupled to an ink supply for storing phase change ink in a liquid state when heated, an ink droplet ejection orifice having an ink droplet ejection outlet and coupled to the ink chamber, and the ink. A drive unit that supplies a drive signal to the pressure chamber to expand and contract, and repeatedly ejects ink from the ink ejection outlet toward the print medium through the ink droplet ejection orifice. A method of driving an ink jet print head that moves relative to each other, wherein the ink pressure chamber is expanded to replenish the pressure chamber with ink from the ink supply source, and the ink droplet ejection outlet is provided in the ink droplet ejection orifice. From the ink to the ink chamber, the ink pressure chamber is returned to its original volume, and Link advances toward the injection outlet,
Waiting for a predetermined time until reaching almost the same position, contracting the ink pressure chamber, ejecting ink from the ink ejection outlet, intermittent ink droplet ejection from the ink ejection outlet A method for driving an inkjet print head, characterized in that the relative error of the velocity of ink drops at each repetition rate is about 15% or less over the range of the repetition rate.
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