WO2007063671A1

WO2007063671A1 - 圧電インクジェットヘッドの駆動方法およびインクジェットプリンタ

Info

Publication number: WO2007063671A1
Application number: PCT/JP2006/321781
Authority: WO
Inventors: Ayumu Matsumoto; Naoto Iwao
Original assignee: Kyocera Corporation; Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2007-06-07
Also published as: JP2009051007A

Abstract

　形成画像の画質を低下させずに、また、駆動回路を複雑化させることなしに、ライン型のインクジェットプリンタの印刷速度を、現状よりも、さらに高めることができる、圧電インクジェットヘッドの駆動方法と、それを用いた、ライン型のインクジェットプリンタとを提供する。　駆動方法は、１つのドットを形成するためにノズルから吐出させる複数滴のインク滴を、搬送途中の用紙１８の表面に到達するまでの飛翔中に互いに合体せず、かつ、全てのインク滴が前記用紙１８の表面に形成する１つのドットの想定される円１９内の到達点２０、２１に到達するように、圧電アクチュエータの圧電変形領域に駆動電圧パルスを印加する間隔を設定する。インクジェットプリンタは、前記圧電変形領域を、前記駆動方法で駆動させるために、駆動回路から出力されて、圧電変形領域に印加される駆動電圧を制御するための制御ユニットを備える。

Description

圧電インクジェットヘッドの駆動方法およびインクジェットプリンタ技術分野

[0001] 本発明は、圧電インクジェットヘッドの駆動方法と、前記駆動方法によってインク滴を吐出させて、用紙の表面に画像を形成するためのインクジェットプリンタとに関するものである。

背景技術

[0002] オンデマンド型のインクジェットプリンタとしては、圧電セラミックの電歪特性を利用した圧電インクジェットヘッドを組み込んだもの力広く普及している。また、圧電インクジェットヘッドとしては、インクが充てんされる圧力室と、前記圧力室に連通し、圧力室内のインクを、インク滴として吐出させるノズルとを有する液滴吐出部を、複数個、配列した基板と、前記基板の、個々の圧力室に対応して配設され、個別に、駆動電圧パルスが印加されることによって、個別に振動して、個々の圧力室の容積を増減させることで、ノズルからインク滴を吐出させるための複数の圧電変形領域を備え、前記基板に積層された圧電ァクチユエ一タとを有するもの力一般的に用いられる。

[0003] また、前記オンデマンド型のインクジェットプリンタとしては、圧電インクジェットヘッドを、用紙の搬送方向と交差する幅方向に、往復動可能に配設した、いわゆるシリアル型のものが一般的である。シリアル型のインクジェットプリンタにおいては、用紙の搬送を停止した状態で、圧電インクジェットヘッドを、前記幅方向に移動させながら、任意のノズル力インク滴を吐出させて、前記搬送方向の、一定幅の領域を印刷する操作と、用紙を、前記搬送方向に、前記領域の幅以内の所定のピッチで搬送する操作とを、交互に繰り返すことで、用紙の全面に、画像を印刷している。

[0004] シリアル型のインクジェットプリンタの印刷速度を高めるためには、前記印刷手順から明らかなように、圧電インクジェットヘッドの、用紙の幅方向への移動速度と、用紙の搬送速度とを向上すればよい。しかし、両速度は、共に、形成画像の画質によって制限され、特に、写真等の高画質の画像を形成するためには、用紙の表面に、微小なドットを、高密度で印刷する必要があり、そのためには、圧電インクジェットヘッドを、幅方向に、できるだけゆっくり移動させる必要があって、その間、用紙の搬送を停止させていなければならない上、用紙を搬送するピッチも、できるだけ小さくしなければならないため、従来の、シリアル型のインクジェットプリンタにおいては、印刷速度を向上できる範囲に、自ずと限界があった。

[0005] そこで、近時、より高速で、現状と同等、あるいはそれ以上の、高画質の画像を印刷可能とするために、液滴吐出部と、個々の液滴吐出部に対応する圧電変形領域とを、用紙の印刷領域の、幅方向の寸法以上の範囲に亘つて、複数個、配列させた圧電インクジェットヘッドを用いた、ライン型のインクジェットプリンタが開発された (例えば、下記特許文献 1、 2参照)。

[0006] 前記ライン型のインクジェットプリンタにお、ては、圧電インクジェットヘッドを、用紙に対して、幅方向に固定した状態で、前記圧電インクジェットヘッドに対して、用紙を、幅方向と交差する搬送方向に搬送しながら、印刷が行われる。つまり、ライン型のィンクジェットプリンタによれば、従来の、シリアル型のインクジェットプリンタにおいて、圧電インクジェットヘッドを幅方向に移動させながら印刷して、た、一定幅の領域の画像を、一度に印刷できるため、前記一定幅の領域ごとの、用紙の搬送を停止している時間を、これまでよりさらに短縮して、印刷速度を、これまでに比べて高めることができる。しカゝも、形成される画像を、圧電インクジェットヘッドに配列する液滴吐出部の間隔を小さくすることで、現状と同等、あるいはそれ以上に、高画質化することもできる。

[0007] ライン型のインクジェットプリンタの印刷速度を、現状よりも、さらに高めるためには、用紙の搬送を停止させずに、前記用紙を搬送しながら、その表面に印刷することが考えられる。しかし、その場合には、形成画像の画質が低下するという問題がある。すなわち、インクジェットプリンタにおいては、一般に、ノズルから吐出させた複数滴のインク滴によって、 1つのドットを形成すると共に、ドットを形成するインク滴の数を増減させること〖こよって、ドットの大きさを調整して、画像の階調を表現している。そのため、用紙を搬送しながら印刷した場合には、用紙の表面に、最初に到達するインク滴と、最後に到達するインク滴の、到達する位置がずれる結果、ドットの形状が、最も理想的とされる真円状にならず、用紙の搬送方向に長ぐ幅方向に短い長円状になるため、形成画像に、用紙の搬送方向に沿う白い筋が生じる等して、形成画像の画質が低下するのである。

[0008] 下記特許文献 3には、圧電ァクチユエータの圧電変形領域に印加する駆動電圧パルスの、駆動電圧の立ち上がりの時定数を変化させることで、ノズルから吐出させる複数滴のインク滴の飛翔速度を、個別に調節して、前記複数滴のインク滴を、飛翔途中、ないしは用紙の表面に到達した瞬間に、合体させることが記載されている。また、下記特許文献 4には、同様に、駆動電圧パルスの、立ち上がりの時定数を変化させることで、ノズルから吐出させる複数滴のインク滴の飛翔速度を、最初に吐出させたィンク滴より、後から吐出させたインク滴の方が高くなるように調節して、前記複数のィンク滴を、飛翔途中に合体させることが記載されて、る。

特許文献 1 :特開 2000— 79685号公報 (請求項 1、段落 [0015]〜[0016]、図 3、図 4)

特許文献 2：特開 2005 - 74763号公報 (請求項 1、段落 [0002]〜[0003]) 特許文献 3 :特開昭 59— 133066号公報 (特許請求の範囲第 1項、第 2頁左下欄第 2 行〜同欄第 13行、第 4頁右上欄第 2行〜第 5頁左上欄第 1行、図 6〜図 10) 特許文献 4:特開平 8— 336970号公報 (請求項 1、段落 [0008]、 [0038]〜[0040]、

[0043]〜[0045]、図 3〜図 5)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 発明者は、前記特許文献 2、 3記載の駆動方法を、ライン型のインクジェットプリンタに適用すれば、用紙を搬送しながら印刷しても、前記用紙の表面に、真円状に近いドットを形成して、白筋等の画像不良のない、良好な画像を形成できるのではないかと考えた。しかし、さらに検討したところ、複数滴のインク滴を、飛翔途中に合体させると、合体させたインク滴力インクの表面張力によって再び球状になる前の、不規則な形状のままで、用紙の表面に到達したり、合体の衝撃で、ごく微細なインク滴、いわゆるミストが発生したりするため、却って、ドットの形状が乱れて、形成画像の画質が低下することが明らかとなった。

[0010] また、複数滴のインク滴を、用紙の表面に到達した瞬間に合体させるのは、用紙の厚みの違いや、同じ厚みの用紙でも、そのときの湿度等によって異なる曲率等の、用紙の状態によって、ノズル力用紙の表面までの距離が一定しないため、実質的に不可能であり、距離のずれによって、複数のインク滴が合体する前後、いずれの時点で、用紙の表面に到達しても、ドットの形状が乱れて、形成画像の画質が低下することが半 ljつた。

[0011] また、前記特許文献 2、 3に記載されているように、インク滴の飛翔速度を調節するために、圧電ァクチユエータの圧電変形領域に印加する駆動電圧パルスの、立ち上力 Sりや立ち下がりの時定数を変化させるには、駆動電圧パルスを発生させて、圧電変形領域を振動させるための駆動回路に、そのための別回路を追加する必要がある。ところが、複数の圧電変形領域を、個別に振動させる必要のある駆動回路は、インクジェットプリンタに対する高画質化の要求に伴う、ノズル数、すなわち圧電変形領域の増加と、それと相反する、圧電インクジェットヘッドの更なる小型化の要求とを、共に満足するために、近年、これまでよりもさらに高集積ィ匕されつつある傾向にあり、そこへ、前記別回路を、圧電変形領域の数だけ追加することは、実質的に不可能である。

[0012] 本発明の目的は、形成画像の画質を低下させずに、また、駆動回路を複雑化させることなしに、ライン型のインクジェットプリンタの印刷速度を、現状よりも、さらに高めることができる、圧電インクジェットヘッドの駆動方法と、それを用いた、ライン型のインクジェットプリンタとを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0013] 前記課題を解決するための、本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法は、

(A) インクが充てんされる圧力室と、前記圧力室に連通し、圧力室内のインクを、ィンク滴として吐出させて、用紙の表面にドットを形成するためのノズルとを有する液滴吐出部を、前記用紙の表面に設定される印刷領域の、幅方向の寸法以上の範囲に亘つて、複数個、配列させて形成した基板と、

(B) 前記基板の、個々の圧力室に対応して配設され、個別に、駆動電圧パルスが印加されることによって、個別に振動して、任意の圧力室の容積を増減させることで、前記圧力室に連通したノズルから、インク滴を吐出させるための、複数の圧電変形領域を備え、前記基板に積層された圧電ァクチユエータと、

を有し、用紙に対して、幅方向に固定された状態で使用される圧電インクジェットへッドの、任意の圧電変形領域に、駆動電圧ノルスを印加して、ノズルからインク滴を吐出させることで、前記用紙の表面に、ドットを形成するための駆動方法であって、前記用紙を、幅方向と交差する搬送方向に搬送する工程と、前記用紙を、前記搬送方向に搬送しながら、前記圧電変形領域に、形成するドット 1つごとに、複数回の駆動電圧パルスを印加することで、ノズルから、複数滴のインク滴を吐出させる工程とを有すると共に、後者の工程において、前記複数滴のインク滴力用紙の表面に到達するまでの飛翔中に、互いに合体せず、かつ、全てのインク滴が、前記搬送される用紙の表面に形成する 1つのドットの、想定される円内に到達するように、前記複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔を設定することを特徴とする

[0014] 前記本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法によれば、搬送途中の用紙の表面に 1つのドットを形成するために、ノズルから吐出させる全てのインク滴力前記ドットの、前記用紙表面における、想定される円内に到達するように、圧電ァクチユエータの圧電変形領域に駆動電圧パルスを印加する間隔を調整するだけで、前記用紙を停止させることなく搬送を続けながら、その表面に、インク滴の広がりによって、真円状に近いドットを形成することができる。し力も、前記駆動電圧パルスを印加する間隔の調整は、純粋に、駆動回路力出力される駆動電圧を制御するための制御信号の操作のみによって行うことができるため、前記駆動回路に、新たな回路を追加する必要もない。したがって、本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法によれば、形成画像の画質を低下させずに、また、駆動回路を複雑化させることなしに、ライン型のィンクジェットプリンタの印刷速度を、現状よりも、さらに高めることが可能となる。

[0015] なお、本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法においては、 1つのドットを形成する複数滴のインク滴のうち、用紙の表面に、最初に到達するインク滴によって、前記表面に形成される小ドットの半径と、用紙の表面に、最後に到達するインク滴によつて、前記表面に形成される小ドットの半径と、前記両小ドットの中心間の距離との和 1S 前記用紙の表面に形成するドットの、想定される円の直径以下となるように、前記複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔を設定するのが好ましい。力かる構成によれば、用紙の表面に、最初に到達するインク滴によって形成される小ドットの半径と、最後に到達するインク滴によって形成される小ドットの半径と、両小ドットの中心間の距離との和力前記用紙の表面に形成するドットの、想定される円の直径以下となるように、駆動電圧パルスを印加する間隔を調整することで、前記ドットの真円度をさらに高めて、形成画像の画質を、より一層、向上することができる。

[0016] また、本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法にお!、ては、複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔を、圧電インクジェットヘッドにおける、個々のノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致させるのが好ましい。力かる構成によれば、 1つのドットを形成するために、圧電変形領域に、駆動電圧パルスを印加する間隔を、圧電インクジェットヘッドにおける、ノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致させているため、前記圧電インクジェットヘッドを、より効率よく駆動させながら、用紙の表面に、真円状に近いドットを形成することができる。

[0017] 本発明のインクジェットプリンタは、

を有し、用紙に対して、幅方向に固定された状態で使用される圧電インクジェットへッドと、

(C) 前記圧電ァクチユエータの複数の圧電変形領域に、個別に、駆動電圧を印加するための駆動回路と、

(D) 前記複数の圧電変形領域を、個別に、請求項 1〜3のいずれかに記載の駆動方法で駆動させるために、駆動回路から出力されて、圧電変形領域に印加される駆動電圧を制御するための制御ユニットと、

(E) 前記用紙を、前記幅方向と交差する搬送方向に搬送するための搬送手段と、を備えることを特徴とする。

[0018] 前記本発明のインクジェットプリンタによれば、圧電インクジェットヘッドを、前記本発明の駆動方法によって駆動することで、形成画像の画質を低下させずに、また、駆動回路を複雑化させることなしに、印刷速度が、現状よりもさらに向上した、ライン型のインクジェットプリンタを得ることができる。

[0019] なお、本発明のインクジェットプリンタにおいては、複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔が、圧電インクジェットヘッドにおける、個々のノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致するように、前記固有振動周期が設定されているのが好ましい。力かる構成によれば、駆動電圧パルスを印加する間隔が、ノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致するように、前記固有振動周期を設定することによって、圧電インクジェットヘッドを、より効率よく駆動させながら、用紙の表面に、真円状に近いドットを形成することができる。

[0020] また、本発明のインクジェットプリンタにおいては、複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔が、圧電インクジェットヘッドにおける、個々のノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致するように、搬送手段による、用紙の搬送速度が設定されているのが好ましい。力かる構成によれば、圧電変形領域に、駆動電圧パルスを印加する間隔力ノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致するように、搬送手段による、用紙の搬送速度を設定することによって、圧電インクジェットヘッドを、より効率よく駆動させながら、用紙の表面に、真円状に近いドットを形成することができる。

発明の効果

[0021] 本発明によれば、形成画像の画質を低下させずに、また、駆動回路を複雑化させることなしに、ライン型のインクジェットプリンタの印刷速度を、現状よりも、さらに高めることができる、圧電インクジェットヘッドの駆動方法と、それを用いた、ライン型のインクジェットプリンタとを提供することができる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法によって、用紙の表面に、 2滴のインク滴を到達させて、それぞれのインク滴によって、 1つのドットのもとになる 2 つの小ドットを形成した状態を示す平面図である。

[図 2]図 2は、前記本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法によって、用紙の表面に、 3滴のインク滴を到達させて、それぞれのインク滴によって、 1つのドットのもとになる 3つの小ドットを形成した状態を示す平面図である。

[図 3]図 3は、図 4、 5の圧電インクジェットヘッドを、本発明の駆動方法によって駆動する際に、圧電ァクチユエータの圧電変形領域に印加する駆動電圧 Vの駆動電圧

P

波形の一例と、前記駆動電圧波形が印加された際の、ノズル内における、インクの体積速度の変化との関係を簡略ィ匕して示すグラフである。

[図 4]図 4は、ライン型のインクジェットプリンタに用いる圧電インクジェットヘッドの一例の、一部分を拡大して示す断面図である。

[図 5]図 5は、前記圧電インクジェットヘッドの一例のうち、圧電ァクチユエ一タを積層する前の基板と、その一部分を拡大して示す平面図である。

符号の説明

1 圧電インクジェットヘッド

2 圧力室

3 ノズノレ

4 液滴吐出部

5 基板

6 圧電セラミック層

7 圧電ァクチユエータ

8 圧電変形領域

9 拘束領域

10 個別電極

11 共通電極 12 振動板

13 駆動回路

14 制御ユニット

15 活性領域

16 ブロック

17 搬送手段

18 用紙

19 円

20、 . 21 到達点

22、 . 23 小ド、ッ卜

24 円

25- -27 到達点

28- -30 小ド、ッ卜

D、 D 直径

1 2

d、 d 距離

1 2

R - 半径

τ 固有振動周期

1

T パノレス幅

2

V 駆動電圧

P

W 幅方向の範囲

1

発明の実施の形態

図 1は、本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法によって、用紙 18の表面に、 2滴のインク滴を到達させて、それぞれのインク滴によって、 1つのドットのもとになる 2 つの小ドット 22、 23を形成した状態を示す平面図である。図 2は、前記本発明の圧電インクジェットヘッドの駆動方法によって、用紙 18の表面に、 3滴のインク滴を到達させて、それぞれのインク滴によって、 1つのドットのもとになる 3つの小ドット 28〜30 を形成した状態を示す平面図である。図 4は、ライン型のインクジェットプリンタに用いる圧電インクジェットヘッド 1の一例の、一部分を拡大して示す断面図である。図 5は、前記圧電インクジェットヘッド 1の一例のうち、圧電ァクチユエータ 7を積層する前の基板 5と、その一部分を拡大して示す平面図である。

[0025] 図 4、図 5を参照して、この例の圧電インクジェットヘッド 1は、インクが充てんされる圧力室 2と、前記圧力室 2に連通し、圧力室 2内のインクを、インク滴として吐出させるためのノズル 3とを有する複数の液滴吐出部 4を、面方向に配列させて形成した基板 5と、前記基板 5上に積層された、複数の圧力室 2を覆う大きさを有する圧電セラミック層 6を含む、板状の圧電ァクチユエータ 7とを備えている。

[0026] 図 4を参照して、圧電ァクチユエータ 7は、個々の圧力室 2に対応して配設され、個別に駆動電圧が印加されることによって、個別に、厚み方向に橈み変形する複数の圧電変形領域 8と、前記圧電変形領域 8を囲んで配設され、前記基板 5に固定されることで変形が防止された拘束領域 9とに区画されている。また、図の例の圧電ァクチユエータ 7は、圧電セラミック層 6の、図において上面に、各圧力室 2ごとに個別に形成されて、圧電変形領域 8を区画する個別電極 10と、前記圧電セラミック層 6の下面に、順に積層された、共に、複数の圧力室 2を覆う大きさを有する、共通電極 11と振動板 12とを備えた、いわゆるュ-モルフ型の構成を有している。各個別電極 10と、共通電極 11とは、それぞれ別個に、駆動回路 13に接続されており、駆動回路 13は、制御ユニット 14に接続されている。また、用紙 18を、所定の搬送方向に搬送するための搬送手段 17も、制御ュ-ット 14に接続されて、る。

[0027] 圧電セラミック層 6は、例えば、 PZT等の圧電材料によって形成されていると共に、層の厚み方向にあら力じめ分極されて、いわゆる横振動モードの圧電変形特性が付与されており、駆動回路 13から、任意の圧電変形領域 8を区画する個別電極 10と共通電極 11との間に、前記分極方向と同方向の駆動電圧が印加されると、両電極 10、 11間に挟まれた、圧電変形領域 8に対応する活性領域 15が、層の面方向に収縮される。しかし、圧電セラミック層 6の下面は、共通電極 11を介して振動板 12に固定されているため、活性領域 15が収縮すると、それに伴って、圧電ァクチユエータ 7の圧電変形領域 8が、圧力室 2の方向に突出するように橈み変形する。この橈み変形した状態と、駆動電圧の印加を停止して橈み変形を解除した状態とを組み合わせることで、圧電変形領域 8を振動させると、圧力室 2内に充てんされたインクが、前記振動によって加圧されて、ノズル 3を通して、インク滴として吐出される。

[0028] 図 5を参照して、基板 5は、ステンレス鋼等の、耐食性に優れた材料によって、長尺の略矩形状に形成されている。各圧力室 2は、いずれも、基板 5の面方向の平面形状が、四隅を丸くした菱形に形成されており、前記菱形の、 1つの角の近傍に、ノズル 3が形成されている。複数個の圧力室 2は、図の例では、 4つの、台形状のブロック 16に分けて形成されている。各ブロック 16は、隣り合うもの同士が、台形の上底と下底とを交互に入れ替えた状態で配列されて！ヽる。

[0029] 前記各ブロック 16は、この例では、圧力室 2を 34個、基板 5の幅方向に配列した 1 列目から、圧力室 2を 49個、同方向に配列した 16列目まで、 1列ごとに、圧力室 2の数を 1個ずつ増加させた 16列の、計 664個の圧力室 2で構成されている。各列の圧力室 2は、 1つの列の、隣り合う 2つの圧力室 2の間に、隣の列の 1つの圧力室 2が位置するように、それぞれ、半ピッチずつずらして形成されていると共に、隣り合うブロック 16間で、形成ピッチを一致させて形成されており、それによつて、前記基板 5の、幅方向の範囲 W =4. 25in ( = 107. 8mm)中での、前記幅方向の解像度 600dpiを実現している。

[0030] 本発明では、先に説明したように、圧力室 2を含む液滴吐出部 4が、用紙の印刷領域の、幅方向の寸法以上の範囲に亘つて、複数個、配列されている必要がある。そのため、図 5の基板 5を含む圧電インクジェットヘッド 1を、例えば、幅 210mmの A4 縦用紙に印刷するためのインクジェットプリンタに使用する場合には、前記圧電インクジェットヘッド 1が、前記 A4縦用紙の幅方向に、 2台、前記範囲 Wが互いに連続する

1

ように配列される。それ以上の幅の用紙に印刷するためのインクジェットプリンタの場合は、前記圧電インクジェットヘッド 1を、用紙の幅に合わせて、 3台以上、配列すればよい。これにより、 1種類の圧電インクジェットヘッド 1を用いて、サイズの異なる任意の用紙に印刷するためのインクジェットプリンタに対応することができる。また、 1台の圧電インクジェットヘッド 1に形成する液滴吐出部 4と圧電変形領域 8の数を制限することで、不良率を下げて、前記圧電インクジェットヘッド 1の歩留まりを向上することもできる。

[0031] 図 1、図 4を参照して、 1つのドットを 2滴のインク滴で形成する場合、制御ユニット 1 4は、搬送手段 17を駆動させて、用紙 18を、図 1中に白矢印で示す搬送方向に搬送させながら、駆動回路 13から出力されて、圧電インクジェットヘッド 1の圧電ァクチュエータ 7の、任意の液滴吐出部 4に対応する圧電変形領域 8に印加される駆動電圧 Vを制御して、形成するドット 1つごとに、 2回の駆動電圧パルスを発生させることで、

P

ノズル 3から前記 2滴のインク滴を吐出させる。

[0032] その際、制御ユニット 14は、前記 2滴のインク滴が、用紙 18の表面に到達するまでの飛翔中に、互いに合体せず、かつ、両インク滴が、共に、前記用紙 18の表面に形成する 1つのドットの、図 1に二点鎖線で示す、想定される円 19内に設定された到達点 20、 21に到達するように、前記 2回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域 8に印加する間隔を設定する。

[0033] より好ましくは、制御ユニット 14は、用紙 18の表面の到達点 20に、先に到達するィンク滴によって形成される小ドット 22の半径 Rと、用紙 18の表面の到達点 21に、後

1

力も到達するインク滴によって形成される小ドット 23の半径 Rと、前記両小ドット 22、

2

23の中心に相当する両到達点 20、 21間の距離 dとの和 R +R +d力前記円 19

1 1 2 1

の直径 D以下、つまり、式 (1) :

1

D≥R +R +d (1)

1 1 2 1

を満足する範囲内となるように間隔を設定した 2回の駆動電圧パルスを、前記圧電変形領域 8に印加する。

[0034] そうすると、前記両到達点 20、 21に到達したインク滴力それぞれ、用紙 18の表面で拡がって形成されるドットの形状を、真円状に近づけて、形成画像の画質を向上することができる。すなわち、 2滴のインク滴によって形成される 2つの小ドット 22、 23の重なり部分は、重なっていない部分よりインクの量が多ぐ図中白矢印で示す用紙 18 の搬送方向と交差する幅方向への広がりが大きくなるため、前記 2つの小ドット 22、 2 3によって形成されるドットは、図中に二点鎖線で示す円 19に近い、ほぼ真円状となる。

[0035] また、ノズル 3から吐出させた 2滴のインク滴によって、前記のように、ほぼ真円状の 1つのドットを形成するために、圧電ァクチユエータ 7の圧電変形領域 8に、 2回の駆動電圧パルスを印加する間隔は、前記圧電インクジェットヘッド 1における、ノズル 3 内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致しているのが好ましい

[0036] 2回の駆動電圧パルスを印加する間隔を、インクの固有振動周期の整数倍とほぼ一致させるためには、例えば、

(a) 圧力室 2の容積や形状、ノズル 3の内径や長さ、図示していないが、共通供給路から圧力室 2にインクを供給するための供給口の内径や長さ、圧電変形領域 8の振動特性等を調整することで、固有振動周期そのものを、前記の条件を満足するように変更する、

(b) 搬送手段による、用紙の搬送速度を調整することで、 2滴のインク滴によって、ほぼ真円状の 1つのドットを形成できる、インク滴吐出の間隔、すなわち、 2回の駆動電圧パルスを印加する間隔を、前記の条件を満足するように変更する、

(c) 前記 (a)(b)を併用する、

等の方法が挙げられる。これらの方法等によって、 2回の駆動電圧パルスを印加する間隔を、インクの固有振動周期の整数倍とほぼ一致させると、圧電インクジェットへッド 1を、ノズル 3内でのインクの固有振動とシンクロさせて、より効率よく駆動させながら、 2滴のインク滴をノズル 3から吐出させて、用紙 18の表面に、真円状に近いドットを形成することができる。

[0037] 図 3は、図 4、 5の圧電インクジェットヘッド 1を、いわゆる引き打ち式の駆動方法によつて駆動する際に、圧電ァクチユエータ 7の圧電変形領域 8に印加する駆動電圧 V

P

の駆動電圧波形 (太線の一点鎖線で示す)の一例と、前記駆動電圧波形 Vが印加さ

P

れた際の、ノズル 3内における、インクの体積速度の変化〔太線の実線で示す、（+ ) がノズル 3の先端側、つまりインク滴の吐出側、（-)が圧力室 2側〕との関係を簡略ィ匕して示すグラフである。

[0038] 図 3の駆動電圧波形は、前記引き打ち式の駆動方法によって、パルス幅 T力ノズ

2 ル 3内のインクの、体積速度の固有振動周期 Tの約 1Z2倍である 2回の駆動電圧パ

1

ルスを含む駆動電圧 Vを、圧電変形領域 8に印加していることに相当する。また、図

P

3の駆動電圧波形では、前記 2回の駆動電圧パルスを印加する間隔 (tと tとの間の

1 3 間隔)を、前記固有振動周期 Tと、つまり、固有振動周期 Tの整数倍である 1倍と、ほぼ一致させている。そのため、先に説明したように、圧電インクジェットヘッド 1を、ノズル 3内でのインクの固有振動とシンクロさせて、より効率よく駆動させながら、 2滴のインク滴をノズル 3から吐出させて、用紙 18の表面に、真円状に近いドットを形成することができる。

[0039] すなわち、図 3〜図 5を参照して、図 3中の tより左側の、ノズル 3からインク滴を吐

1

出させない待機時に、制御ユニット 14は、駆動回路 13から出力されて、圧電ァクチュエータ 7の、圧電変形領域 8に印加される駆動電圧 Vを Vに維持 (V =V )して、活

P H P H

性領域 15を面方向に収縮させ続けることによって、前記圧電変形領域 8を、圧力室 2 の方向に突出するように橈み変形させて、前記圧力室 2の容積を減少させた状態を維持させており、この間、インクは静止状態、すなわち、ノズル 3におけるインクの体積速度は 0を維持し、前記ノズル 3内に、インクの表面張力によって形成されるインクメニスカスは静止している。

[0040] 用紙 18に印刷する際に、制御ユット 14は、まず、搬送手段 17を駆動させて、用紙 18を、図 1中に白矢印で示す搬送方向に搬送させながら、下記の手順で印刷を行う。すなわち、制御ユニット 14は、ノズル 3からインク滴を吐出させず、用紙 18の表面にドットを形成しなヽ液滴吐出部 4におヽては、前記待機状態を維持する。

[0041] 一方、ノズル 3からインク滴を吐出させて、用紙 18の表面にドットを形成する液滴吐出部 4において、制御ユニット 14は、まず、その直前の tの時点で、駆動回路 13を制

1

御して、圧電変形領域 8に印加していた駆動電圧 Vを放電 (V =0)させて、活性領

P P

域 15の面方向の収縮を解除させることによって、前記圧電変形領域 8の橈み変形を解除させる。そうすると、圧力室 2の容積が一定量だけ増加するため、ノズル 3内のィンクメニスカスは、その容積の増加分だけ、前記圧力室 2の方向に引き込まれる。その際の、ノズル 3内でのインクの体積速度は、図 3の tと tとの間の部分に示すように、

1 2

ー且、（一）側に大きくなつた後、徐々に小さくなつて、やがて 0に近づく。これは、太線の実線で示す、インクの体積速度の固有振動周期 τの、ほぼ半周期分に相当す

1

る。

[0042] 次に、ノズル 3でのインクの体積速度が限りなく 0に近づ!/、た tの時点で、制御ュ-

2

ット 14は、駆動回路 13を制御して、駆動電圧 Vを、再度、 Vまで充電 (V =V )させて、活性領域 15を面方向に収縮させることによって、圧電変形領域 8を橈み変形させる。そうすると、ノズル 3内のインクは、インクメニスカスが圧力室 2の側に最も大きく引き込まれた状態 (tの時点の、体積速度が 0の状態)から、逆に、ノズル 3の先端方

2

向へ戻ろうとしているところに、圧電変形領域 8を橈み変形させて、圧力室 2の容積を減少させることによって、前記圧力室 2から押し出されたインクの圧力が加わることになるため、ノズル 3の先端側の方向へ加速されて、前記ノズル 3の外方へ大きく突出する。

[0043] その際の、ノズル 3内でのインクの体積速度は、図 3の tと tとの間の部分に示すよう

2 3

に、ー且、（+ )側に大きくなつた後、徐々に小さくなつて、やがて 0に近づく。ノズル 3 の外方へ突出したインクが略円柱状に見えることから、この突出状態のインクを、一般に、インク柱と称する。

[0044] 次に、ノズル 3の外方に突出したインクの体積速度が限りなく 0に近づいた時点（図 3の tの時点）で、制御ユニット 14は、再度、駆動回路 13を制御して、駆動電圧 Vを

3 P

、再び、放電 (V =0)させて、活性領域 15の面方向の収縮を解除させることによって

P

、圧電変形領域 8の橈み変形を解除させる。そうすると、インクが、ノズル 3の外方に最も大きく突出した状態 (tの時点の、体積速度が 0の状態)から、逆に、圧力室 2の

3

方向へ戻ろうとしているところに、圧電変形領域 8の橈み変形を解除して、圧力室 2の容積を再び増加させたことによる、マイナスの圧力が加わることによって、ノズル 3の外方へ伸びきつたインク柱が切り離されて、 1滴目のインク滴が生成されると共に、 2 滴目のインク滴を生成させるための、インクの振動が開始される。

[0045] すなわち、インク柱が切り離されたノズル 3内のインクは、再び、圧力室 2の方向に引き込まれる。その際の、ノズル 3内でのインクの体積速度は、図 3の tと tとの間の部

3 4 分に示すように、ー且、（一）側に大きくなつた後、徐々に小さくなつて、やがて 0に近づく。これは、先に説明した 1滴目の場合と同様に、インクの体積速度の固有振動周期 Tの、ほぼ半周期分に相当する。

1

[0046] 次に、ノズル 3でのインクの体積速度が限りなく 0に近づいた tの時点で、制御ュニ

4

ット 14は、再度、駆動回路 13を制御して、駆動電圧 Vを、再び Vまで充電 (V =V

P H P H

)させて、活性領域 15を面方向に収縮させることによって、圧電変形領域 8を橈み変形させる。そうすると、先の、 tから tの間でのインクの挙動と同じメカニズムによって、

2 3

インクが、再び、ノズル 3の外方へ大きく突出して、インク柱が形成される。その際の、ノズル 3内でのインクの体積速度は、図 3の tと tとの間の部分に示すように、ー且、（

4 5

+ )側に大きくなつた後、徐々に小さくなつて、やがて 0に近づく。

[0047] そして、ノズル 3でのインクの体積速度が 0になった時点（図 3の tの時点）以降、ィ

5

ンクの振動の速度が圧力室 2の側に向力うことによって、ノズル 3の外方へ伸びきつたインク柱が切り離されて、 2滴目のインク滴が生成される。生成された 1滴目および 2 滴目のインク滴は、それぞれ、ノズル 3の先端に対向させて配設した用紙 18の表面まで飛翔して、前記表面の、図 1に示す、所定の到達点 20、 21に到達して、そこで小ドット 22、 23を形成すると共に、両小ドット 22、 23を形成するインクの拡がりによって、前記表面に、図中に二点鎖線で示す円 19に近い、ほぼ真円状のドットを形成する。

[0048] 図 2、図 4を参照して、ドットのサイズを、図 1より大きくするために、 1つのドットを、 3 滴のインク滴で形成する場合には、制御ユニット 14は、搬送手段 17を駆動させて、用紙 18を、図 2中に白矢印で示す搬送方向に搬送させながら、駆動回路 13を制御して、圧電インクジェットヘッド 1の圧電ァクチユエータ 7の、任意の液滴吐出部 4に対応する圧電変形領域 8に、形成するドット 1つごとに、 3回の駆動電圧パルスを印加させることで、ノズル 3から前記 3滴のインク滴を吐出させる。

[0049] その際、制御ユニット 14は、前記 3滴のインク滴が、用紙 18の表面に到達するまでの飛翔中に、互いに合体せず、かつ、全てのインク滴が、いずれも、前記用紙 18の表面に形成する 1つのドットの、図 2に二点鎖線で示す、想定される円 24内に設定された到達点 25、 26、 27に到達するように、前記圧電変形領域 8に駆動電圧パルスを印加する間隔を設定する。

[0050] より好ましくは、制御ユニット 14は、用紙 18の表面の到達点 25に、最初に到達するインク滴によって形成される小ドット 28の半径 Rと、用紙 18の表面の到達点 27に、

3

最後に到達するインク滴によって形成される小ドット 29の半径 Rと、前記両小ドット 2

4

8、 29の中心に相当する両到達点 25、 27間の距離 dとの和 R +R +d力前記円

2 3 4 2

24の直径 D以下、つまり、式 (2) :

2

D≥R +R +d (2) を満足する範囲内となるように間隔を設定した駆動電圧パルスを、前記圧電変形領域 8に印加する。

[0051] そうすると、前記両到達点 25、 27に到達したインク滴と、その中間の到達点 26に到達したインク滴とが、それぞれ、用紙 18の表面で拡がって形成されるドットの形状を、真円状に近づけて、形成画像の画質を向上することができる。すなわち、 3滴のインク滴によって形成される 3つの小ドット 28〜30の重なり部分は、重なっていない部分よりインクの量が多ぐ図中白矢印で示す用紙 18の搬送方向と交差する幅方向への広がりが大きくなるため、前記 3つの小ドット 28〜30によって形成されるドットは、図中に二点鎖線で示す円 24に近い、ほぼ真円状となる。

[0052] 圧電インクジェットヘッド 1を、ノズル 3内でのインクの固有振動とシンクロさせて、より効率よく駆動させながら、 3滴のインク滴をノズル 3から吐出させて、用紙 18の表面に、真円状に近いドットを形成することを考慮すると、やはり、先に説明した (a)〜(c)の方法を採用する等して、圧電ァクチユエータ 7の圧電変形領域 8に 3回の駆動電圧ノルスを印加する間隔を、ノズル 3内のインクの、体積速度の固有振動周期 Tの整数倍と

1

、ほぼ一致させるのが好ましい。例えば、図 3の駆動電圧波形の場合は、ノズル 3でのインクの体積速度が 0になった tの時点で、もう一度、パルス幅 Tが固有振動周期

5 2

Tの約 1Z2倍である駆動電圧パルスを印加すればょ、。

1

[0053] なお、ドットのサイズを、図 1より小さくするために、 1つのドットを、 1滴のインク滴で形成する場合は、任意の液滴吐出部 4に対応する圧電変形領域 8に、形成するドット 1つごとに、 1回の駆動電圧パルスを印加して発生させた 1滴のインク滴によってドットを形成すればよい。 1滴のインク滴によって形成されるドットは、先に説明した各小ドット 22, 23、 28〜30と同様に、ほぼ、真円状となる。

[0054] 本発明の構成は、以上で説明した各図の例に限定されるものではない。例えば、本発明の駆動方法は、 1つのドットを、 4滴以上の多数のインク滴によって形成する場合にも適用することができる。本発明のインクジェットプリンタを形成する圧電インクジエツトヘッド 1は、 1台で、例えば、 A4縦用紙の幅をカバーする寸法に形成してもよい。また、圧電ァクチユエータ 7としては、前記ュ-モルフ型の他、バイモルフ型やモノモルフ型等の、種々のタイプの圧電ァクチユエータを採用してもよい。

Claims

請求の範囲

[1] (A) インクが充てんされる圧力室と、前記圧力室に連通し、圧力室内のインクを、ィンク滴として吐出させて、用紙の表面にドットを形成するためのノズルとを有する液滴吐出部を、前記用紙の表面に設定される印刷領域の、幅方向の寸法以上の範囲に亘つて、複数個、配列させて形成した基板と、

を有し、用紙に対して、幅方向に固定された状態で使用される圧電インクジェットへッドの、任意の圧電変形領域に、駆動電圧ノルスを印加して、ノズルからインク滴を吐出させることで、前記用紙の表面に、ドットを形成するための駆動方法であって、前記用紙を、幅方向と交差する搬送方向に搬送する工程と、前記用紙を、前記搬送方向に搬送しながら、前記圧電変形領域に、形成するドット 1つごとに、複数回の駆動電圧パルスを印加することで、ノズルから、複数滴のインク滴を吐出させる工程とを有すると共に、後者の工程において、前記複数滴のインク滴力用紙の表面に到達するまでの飛翔中に、互いに合体せず、かつ、全てのインク滴が、前記搬送される用紙の表面に形成する 1つのドットの、想定される円内に到達するように、前記複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔を設定することを特徴とする圧電インクジェットヘッドの駆動方法。

[2] 1つのドットを形成する複数滴のインク滴のうち、用紙の表面に、最初に到達するィンク滴によって、前記表面に形成される小ドットの半径と、用紙の表面に、最後に到達するインク滴によって、前記表面に形成される小ドットの半径と、前記両小ドットの中心間の距離との和が、前記用紙の表面に形成するドットの、想定される円の直径以下となるように、前記複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔を設定することを特徴とする請求項 1に記載の圧電インクジェットヘッドの駆動方法。

[3] 複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔を、圧電インクジェットヘッドにおける、個々のノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致させることを特徴とする請求項 1に記載の圧電インクジェットヘッドの駆動方法

[4] (A) インクが充てんされる圧力室と、前記圧力室に連通し、圧力室内のインクを、ィンク滴として吐出させて、用紙の表面にドットを形成するためのノズルとを有する液滴吐出部を、前記用紙の表面に設定される印刷領域の、幅方向の寸法以上の範囲に亘つて、複数個、配列させて形成した基板と、

(E) 前記用紙を、前記幅方向と交差する搬送方向に搬送するための搬送手段と、を備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。

[5] 複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔が、圧電インクジェットヘッドにおける、個々のノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致するように、前記固有振動周期が設定されていることを特徴とする請求項 4に記載のインクジェットプリンタ。

[6] 複数回の駆動電圧パルスを、圧電変形領域に印加する間隔が、圧電インクジェットヘッドにおける、個々のノズル内のインクの、体積速度の固有振動周期の整数倍とほぼ一致するように、搬送手段による、用紙の搬送速度が設定されていることを特徴とする請求項 4に記載のインクジェットプリンタ。