JPH11277744A - インクジェット式記録ヘッドの駆動方法、及びインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高いダイナミックレンジの圧電振動子や高い
レベルの駆動信号を必要とすることなく、４階調以上の
面積階調でドットを形成すること。 【解決手段】 １印刷周期Ｔを複数のタイミングに分割
し、小ドットを形成する小ドット形成用駆動信号
（ｂ）、中ドットを形成する中ドット形成用駆動信号
（ｃ）のいずれかだけを１印刷周期内で印加して、小ド
ット、また中ドットを形成するモードと、小ドット形成
用駆動信号（ｂ）と中ドット形成用駆動信号（ｃ）とを
１印刷周期Ｔ内で印加して大ドットを形成するモードと
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術の分野】本発明は、ノズル開口及び
リザーバに連通する圧力発生室を圧電振動子により膨
張、収縮させてノズル開口からインク量の異なるインク
滴を吐出させる駆動技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】高い密度でドットの形成が必要なグラフ
ィック印刷等においてはインク滴のインク量を調整して
ドット自身の径により階調を表現する方法が提案され、
このようなインク滴の吐出には圧力発生室に設けられて
いる圧電振動子や加熱手段に供給する駆動信号の電圧等
を調整することにより行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、圧力発生手
段には大きなダイナミックレンジのものが必要となりコ
ストが上昇するばかりでなく、圧力発生手段に過大なエ
ネルギが供給されて寿命を短縮するという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところはダイナミックレンジの大き
な圧力発生手段を必要とすることなく、しかも圧力発生
手段の寿命に影響を与えること無く、面積階調で印刷す
ることができるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法
を提案することである。また、本発明の他の目的は、同
上駆動方法を実現することができるインクジェット式記
録装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、リザーバとノズル開口に連
通する圧力発生室を圧電振動子により膨張、収縮させる
インクジェット式記録ヘッドに、１印刷周期を複数のタ
イミングに分割し、小ドットを形成する小ドット形成用
駆動信号、中ドットを形成する中ドット形成用駆動信号
のいずれかだけを１印刷周期内で印加して、小ドット、
また中ドットを形成するモードと、前記小ドット形成用
駆動信号と中ドット形成用駆動信号とを１印刷周期内で
印加して、大ドットを形成するモードとを備えるように
した。

【０００５】

【作用】小ドット形成後のメニスカスの運動エネルギを
利用して中ドットを形成して、小ドット単独のインク量
と中ドット単独のインク量との和よりも多いインク量か
らなる第３のインク滴を吐出させる。

【０００６】

【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１は本発明の一実施
例を示すものであって、図中符号１は、キャリッジで、
タイミングベルト２によりモータ３に接続されていて、
ガイド部材４に案内されてプラテン５に平行に移動する
ように構成されている。キャリッジ１の記録用紙６と対
向する面には、印刷領域側（図中、左側）に黒インクを
吐出する記録ヘッド７が、また非印刷領域側に着脱可能
に構成されたカラー印刷用の記録ヘッド８が搭載され、
各記録ヘッド７、８は、それぞれ黒インクカートリッジ
９、カラーインクカートリッジ１０からインクの供給を
受けて記録用紙６にインク滴を吐出して印刷するように
なっている。

【０００７】１１は、キャッピング装置で、黒インク用
記録ヘッド７を封止するキャップ１２と、カラーインク
用記録ヘッド８を封止するキャップ１３を同一のスライ
ダに搭載され、ポンプユニット１６にチューブを介して
接続されていて、記録ヘッド７、８のノズル開口面を封
止できるサイズを備えている。非印字時には記録ヘッド
７、８のノズル開口を封止し、またクリーニング処理や
インク充填操作時にはポンプユニット１６の負圧を受け
て記録ヘッド７、８からインクを強制的に排出させるこ
とができるように構成されている。

【０００８】また、キャッピング装置１１の近傍には、
記録ヘッド７、８のノズル開口面を擦過するワイピング
ブレード等からなるクリーニングユニット１８が配置さ
れている。

【０００９】図２は、同上記録装置に使用するインクジ
ェット式記録ヘッドの一実施例を示すものであって、こ
の実施例においては圧電材料２０と異なる極の複数の内
部電極２１、２２とを積層して構成された縦振動モード
の圧電振動子２３として構成されている。

【００１０】圧力発生室２４、インク供給口２５、リザ
ーバ２６を備えた流路形成基板２７と、流路形成基板２
７の一方の面を封止する弾性板２８と、圧力発生室２４
に連通するノズル開口２９を備えたノズルプレート３０
とを積層して流路ユニット３１が構成されている。

【００１１】圧電振動子２３は、その先端を弾性板２８
のアイランド部３２に当接するように固定されていて、
駆動信号により圧電振動子２３を収縮、伸長させて圧力
発生室２４を膨張、収縮させ、圧力発生室２４のインク
をノズル開口２９からインク滴として吐出させる。

【００１２】図３は、同上記録装置に使用可能な他のイ
ンクジェット式記録ヘッドの一実施例を示すものであっ
て、この実施例においては圧電材料の薄板、または薄膜
４０の上下両面に電極４１、４２が形成されたわみ振動
モードの圧電振動子４３として構成されている。

【００１３】圧力発生室４４を形成するスペーサ４５
と、これの一方の面を封止する第１の蓋板４６と、他方
の面を封止する第２の蓋体４７とを積層して圧力発生ユ
ニット４８が構成され、第１の蓋体４６の表面の、圧力
発生室４４に対向する位置にたわみ振動モードの圧電振
動子４３が設けられている。

【００１４】外部からインクの供給を受けるリザーバ４
９と、ノズル連通孔５０とを備えたリザーバ形成基板５
１と、一方の面をノズル開口５２を備えたノズルプレー
ト５３により封止し、また他方の面を圧力発生ユニット
４８の固定基板を兼ね、かつリザーバ４９のインクを圧
力発生室４４に供給するインク供給口５４を備えたイン
ク供給口形成基板５５により封止して流路ユニット５６
が構成されている。

【００１５】圧電振動子４３は、駆動信号によりたわみ
変位して第１の蓋板４６を弾性変形させて圧力発生室４
４を膨張、収縮させてさせ、圧力発生室２４のインクを
ノズル開口５２からインク滴として吐出させる。

【００１６】図４は、同上装置の制御装置を示すもので
あって、印字制御手段６０は、ホストからの印刷信号
（図５（I））に同期して１印刷周期Ｔ0を３分割したタ
イミング信号（図５（II））を生成して後述する駆動信
号発生回路６１に出力するとともに、印刷データに対応
して微小振動駆動信号、小ドット形成用信号、及び中ド
ット形成用駆動信号の少なくとも何れか１つを定められ
た順序で出力するように構成されている。

【００１７】駆動信号発生回路６１は、メニスカスに微
小振動を誘起する微小振動用駆動信号（図５のIIIの符
号ａ）、例えば３ｎｇ程度のインク量でドットを形成す
る小ドット形成信号（図５のIIIの符号ｂ）、及び８ｎ
ｇ程度のインク量でドットを形成する中ドット形成用駆
動信号（図５のIIIの符号ｃ）の３種類の信号を発生す
る。

【００１８】微小振動用駆動信号ａは、ノズル開口のメ
ニスカスをインク滴が吐出しない程度に移動させ、また
インク滴吐出後のメニスカスの大きな振幅での振動を制
振させることができる程度に調整されている。

【００１９】小ドット形成用駆動信号ｂは、図６（イ）
に示したように圧力発生室を膨張させる第１の信号の
継続時間Ｐｃ１が、 Ｔa≦Ｐｃ１＜Ｔｃ （ただし、Ｔｃはヘルムホルツ共振振動の周期）に設定
されていて、圧力発生室の膨張時にヘルムホルツ共振を
積極的に発生させるようなっている。

【００２０】第２の信号の継続時間Ｐｈ１と第３の信
号の継続時間Ｐｄ１との和（Ｐｈ１＋Ｐｄ１）が Ｔｃ≦Ｐｈ１＋Ｐｄ１ となるように設定されていて、圧力発生室２４の収縮時
にヘルムホルツ共振振動の発生を抑制するようになって
いる。一方、中ドット形成用駆動信号は、図６（ロ）に
示したように圧力発生室２４を膨張させる第１の信号
の継続時間Ｐｃ２が Ｔｃ≦Ｐｃ２ に、また圧力発生室２４を収縮させる第３の信号の継
続時間Ｐｄ２が、 Ｔａ≦Ｐｄ２ （ただし、Ｔａは、圧力発生室２４を膨張、収縮させる
圧電振動子２３の固有振動周期を示す）となるように設
定されていて、圧力発生室２４を固有振動周期で発振さ
せないようなっている。

【００２１】この実施例において、ホストから印刷デー
タが入力すると、印字制御手段６０は、当該印刷周期Ｔ
で印刷すべきデータの種類を判定し、小ドットを形成し
ない場合には、第１のタイミング（図７におけるＴ11）
で駆動信号発生手段６１から微小振動用駆動信号（ａ）
を出力させ、ノズル開口２９のメニスカスをインク滴を
吐出させない程度に移動させる。これにより、ノズル開
口２９近傍の増粘しているインクが、粘度が比較的低い
圧力発生室２４内のインクと置換され、印刷に適した粘
度となる。

【００２２】小ドットの印刷が指令されている場合に
は、印字制御手段６０は、第２のタイミング（図８にお
けるＴ12）で駆動信号発生手段６１から小ドット形成用
駆動信号（ｂ）を出力させる。

【００２３】小ドット形成用駆動信号は、その第１の信
号によりノズル開口のメニスカスを急激に引き込んで
ヘルムホルツ共振振動を生じさせ、メニスカスの先端だ
けを飛翔させてノズル開口２９の径で決まるインク量よ
りも少ない量のインク滴を吐出させる。

【００２４】次の印刷周期が到来して印刷データにより
中ドットの印刷が指令されると、印字制御手段６０は、
第１のタイミング（図９におけるＴ21）で駆動信号発生
手段６１から微小振動用駆動信号（ａ）を中ドット形成
用駆動信号（ｂ）を出力させた後、所定時間（図９にお
けるＴ22）の経過を待ち、第３のタイミング（図９にお
けるＴ23）で中ドット形成用駆動信号（ｂ）を出力させ
る。

【００２５】これにより、圧電振動子２３が小ドットの
印刷時よりも大きく縮小してメニスカスをノズル開口２
９から引き込み、ついで所定時間（Ｐｈ２）保持した
後、圧電振動子２３を変位させて圧力発生室２４を縮小
させ、ノズル開口２９から比較的インク量の多いインク
滴Ｄ２を吐出させて記録用紙に中ドットを形成する。

【００２６】中ドットＤ２の形成が終了して第３の印刷
周期Ｔ３が到来し、大ドットの印刷を指令する印字デー
タが入力すると、印字制御手段６０は、直近の印刷周期
で中ドットが形成されてインク滴吐出後のメニスカスの
残留振動が大きいため、所定の時間（図１０におけるＴ
31）の間、駆動信号発生手段６１から駆動信号を出力す
ること無くメニスカスを制振させる。

【００２７】第２のタイミング（図１０におけるＴ32）
で駆動信号発生手段６１から小ドット形成用駆動信号
（ｂ）を記録ヘッド８に出力させて、小ドットの形成に
適したインク滴Ｄ１を吐出させ、さらに第３のタイミン
グ（図１０におけるＴ33）が到来した時点で中ドット形
成用駆動信号（ｃ）を出力させる。

【００２８】このように小ドット形成用駆動信号（ｂ）
と中ドット形成用駆動信号（ｃ）とを同一印刷周期Ｔ３
内で出力すると、小ドット形成用駆動信号の第２の信号
の継続時間Ｐh1と、第３の信号の継続時間Ｐd1との
和が、ヘルムホルツ共振振動Ｔｃに一致しているメニス
カスの振動周期よりも長くなるため、メニスカスが安定
的に正圧となった状態、つまりメニスカスがインク滴の
吐出方向に凸となっている状態となる。

【００２９】この状態で中ドット形成用駆動信号が印加
されると、メニスカスが圧力発生室側に引き込みまれ
る。いうまでもなく、メニスカスが正圧を維持している
状態は、これに連通する圧力発生室２４も加圧された状
態であるから、この状態で駆動信号が印加されるとメニ
スカスの運動エネルギと圧力発生室２４の圧力とが相乗
的に作用する。したがって、小ドットと中ドットとを形
成するインク滴Ｄ１とインク滴Ｄ２とのインク量の和
（３ｎｇ＋８ｎｇ）よりも多い量、この実施例では２０
ｎｇ程度のインク量からなるインク滴Ｄ３が吐出し、大
ドットを形成する。

【００３０】図１１は、本発明により実際のインクジェ
ット式記録ヘッドを駆動した場合のインク滴のインク量
（重量）と明度（Ｌ＊）との関係を示す線図で、３ｎｇ
インクからなる小ドット、８ｎｇのインクからなる中ド
ット、２０ｎｇのインクからなる大ドットが形成でき、
各インク滴による明度に十分な格差が存在するため、こ
れに無印字の状態を入れると、本発明においては４階調
での印刷ができることが明らかとなった。

【００３１】なお、上述の実施例においては、微小振動
用駆動信号、小ドット形成用駆動信号、及び中ドット形
成用駆動信号の波形がそれぞれほぼアナロジーを保つよ
うにしているが、中ドット形成用駆動信号については図
１２において符号ｃ’に示すように一定のバイアス電圧
を付与して中間電位Ｖｍから変化させてもよい。

【００３２】この実施例によれば、中間電位Ｖｍを温度
等に対応させて制御することにより、温度によるインク
粘度の変化に起因するドットサイズの変動を防止するこ
とができる。すなわち、比較的サイズが大きな中ドット
は、人の目でサイズの相違等が簡単に視認できるため、
そのサイズの変動は印字品質を左右することになる。し
たがって中間電位Ｖｍを調節することによりドットサイ
ズを一定に維持すると、高い印字品質を維持することが
できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
リザーバとノズル開口に連通する圧力発生室を圧電振動
子により膨張、収縮させるインクジェット式記録ヘッド
に、１印刷周期を複数のタイミングに分割し、小ドット
を形成する小ドット形成用駆動信号、中ドットを形成す
る中ドット形成用駆動信号のいずれかだけを１印刷周期
内で印加して、小ドット、また中ドットを形成するモー
ドと、小ドット形成用駆動信号と中ドット形成用駆動信
号とを１印刷周期内で印加して大ドットを形成するモー
ドとを備えたので、小ドット形成後のメニスカスの運動
エネルギを利用して中ドットを形成して、小ドットと中
ドットのインク量よりも多い第３のインク滴を吐出さ
せ、もって圧力発生手段に無用に高いダイナミックレン
ジや、高い電圧の駆動信号を必要とすることなく、４階
調のドットを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録装置の一実施例
を示す斜視図である。

【図２】同上記録装置に使用するインクジェット式記録
ヘッドの一実施例を示す断面図である。

【図３】同上記録装置に使用するインクジェット式記録
ヘッドの一実施例を示す断面図である。

【図４】同上記録装置の一実施例を示すブロック図であ
る。

【図５】図（I）乃至（III）は、それぞれ印字周期、タ
イミング信号、及び駆動信号の一実施例を示す波形図で
ある。

【図６】図（イ）、（ロ）は、それぞれ小ドット、及び
中ドット形成用駆動信号のパラメータを示す図である。

【図７】図（I）乃至（IV）は、それぞれ同上装置によ
り微小振動をメニスカスに与える場合の動作を示す線図
である。

【図８】図（I）乃至（IV）は、ぞれぞれ同上装置によ
り小ドットを形成する場合の動作を示す線図である。

【図９】図（I）乃至（IV）は、ぞれぞれ同上装置によ
り中ドットを形成する場合の動作を示す線図である。

【図１０】図（I）乃至（IV）は、ぞれぞれ同上装置に
より大ドットを形成する場合の動作を示す線図である。

【図１１】本発明の記録ヘッドが吐出可能な１つのイン
ク滴のインク量と線密度との関係を示す線図である。

【図１２】図（I）乃至（III）は、それぞれ本発明の他
の実施例を示す波形図である。

【符号の説明】

１ キャリッジ ７、８ インクジェット式記録ヘッド ９、１０ インクカートリッジ ２３、４３ 圧電振動子 ２４、４４ 圧力発生室 ２６、４９ リザーバ ２９、５２ ノズル開口 ２５、５４ インク供給口

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リザーバとノズル開口に連通する圧力発
   生室を圧電振動子により膨張、収縮させるインクジェッ
   ト式記録ヘッドに、１印刷周期を複数のタイミングに分
   割し、小ドットを形成する小ドット形成用駆動信号、中
   ドットを形成する中ドット形成用駆動信号のいずれかだ
   けを１印刷周期内で印加して、小ドット、また中ドット
   を形成するモードと、前記小ドット形成用駆動信号と中
   ドット形成用駆動信号とを１印刷周期内で印加して、大
   ドットを形成するモードとを備えたインクジェット式記
   録ヘッドの駆動方法。
2. 【請求項２】 前記大ドットのインク量が前記小ドット
   と前記中ドットとの和よりも多くなるように設定されて
   いる請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドの駆
   動方法。
3. 【請求項３】 前記印刷周期が少なくとも３つのタイミ
   ングに分割され、第１のタイミングで前記ノズル開口の
   メニスカスからインク滴を吐出せない程度の微小振動用
   駆動信号を印加する請求項１に記載のインクジェット式
   記録ヘッドの駆動方法。
4. 【請求項４】 直前の印刷周期で小ドット形成用駆動信
   号が印加されない場合に、前記微小振動用駆動信号を印
   加する請求項３に記載のインクジェット式記録ヘッドの
   駆動方法。
5. 【請求項５】 前記微小振動用駆動信号、小ドット形成
   用駆動信号、及び中ドット形成用駆動信号は、時間的に
   変化する第１の信号と、一定電圧を維持する第２の信号
   と、時間的に変化する第３の信号からなる台形状信号と
   して形成され、 小ドット形成用駆動信号は、その第１の信号の継続時間
   Ｐｃ１が、 Ｔa≦Ｐｃ１＜Ｔｃ （ただし、Ｔｃはヘルムホルツ共振振動の周期）に設定
   され、 第２の信号の継続時間Ｐｈ１と第３の信号の継続時間Ｐ
   ｄ１との和が Ｔｃ≦Ｐｈ１＋Ｐｄ１ となるように設定され、 また、中ドット形成用駆動信号は、第１の信号の継続時
   間Ｐｃ２が Ｔｃ≦Ｐｃ２ 第３の信号の継続時間Ｐｄ２が、 Ｔａ≦Ｐｄ２ （ただし、Ｔａは、圧力発生室を膨張、収縮させる圧電
   振動子の固有振動周期を示す）となるように設定されて
   いる請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドの駆
   動方法。
6. 【請求項６】 少なくとも中ドット形成用駆動信号は、
   中間電位から上昇する請求項１に記載のインクジェット
   式記録ヘッドの駆動方法。
7. 【請求項７】リザーバとノズル開口に連通する圧力発生
   室を圧電振動子により膨張、収縮させるインクジェット
   式記録ヘッドと、 １印刷周期を複数のタイミングに分割し、小ドットを形
   成する小ドット形成用駆動信号、中ドットを形成する中
   ドット形成用駆動信号のいずれかだけを１印刷周期内で
   印加して、小ドット、また中ドットを形成するモード
   と、前記小ドット形成用駆動信号と中ドット形成用駆動
   信号とを１印刷周期内で印加して、大ドットを形成する
   モードとを選択する印字制御手段と、 小ドットを形成する小ドット形成用駆動信号、及び中ド
   ット形成用駆動信号を発生する駆動信号発生手段とから
   なるインクジェット式記録装置。
8. 【請求項８】 前記印字制御手段は、前記印刷周期が少
   なくとも３つのタイミングに分割し、第１のタイミング
   で前記ノズル開口のメニスカスからインク滴を吐出せな
   い程度の微小振動用駆動信号を前記駆動信号発生手段か
   ら出力させる請求項７に記載のインクジェット式記録装
   置。
9. 【請求項９】 前記印字制御手段は、小ドット形成用駆
   動信号が印加されない場合に、前記微小振動用駆動信号
   を前記駆動信号発生手段から出力させる請求項８に記載
   のインクジェット式記録装置。
10. 【請求項１０】 前記微小振動用駆動信号、小ドット形
    成用駆動信号、及び中ドット形成用駆動信号は、時間的
    に変化する第１の信号と、一定電圧を維持する第２の信
    号と、時間的に変化する第３の信号からなる台形状信号
    として形成され、 小ドット形成用駆動信号は、その第１の信号の継続時間
    Ｐｃ１が、 Ｔa≦Ｐｃ１＜Ｔｃ （ただし、Ｔｃはヘルムホルツ共振振動の周期） に設定され、 第２の信号の継続時間Ｐｈ１と第３の信号の継続時間Ｐ
    ｄ１との和が Ｔｃ≦Ｐｈ１＋Ｐｄ１ となるように設定され、 また、中ドット形成用駆動信号は、第１の信号の継続時
    間Ｐｃ２が Ｔｃ≦Ｐｃ２ 第３の信号の継続時間Ｐｄ２が、 Ｔａ≦Ｐｄ２ （ただし、Ｔａは、圧力発生室を膨張、収縮させる圧電
    振動子の固有振動周期）となるように設定されている請
    求項７に記載のインクジェット式記録装置。
11. 【請求項１１】 前記少なくとも中ドット形成用駆動信
    号は、中間電位から上昇する請求項７に記載のインクジ
    ェット式記録装置。