(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室の一部を、弾性変形可能なダイヤフラム部により封止し、前記ダイヤフラム部を圧電振動子により変位させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、前記インク滴の吐出周期が長い場合にはインク滴吐出時に前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させ、また前記インク滴の吐出周期が短い場合には前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を膨張させる工程を経てから前記圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、
膨張状態にある前記圧力発生室の容積をインク滴の吐出に適した変化率で収縮させる第１の工程と、第１工程での前記圧力発生室の収縮状態を―定時間維持する第２の工程と、第２工程での前記収縮状態から前記膨張状態まで膨張させる第３の工程と、前記膨張状態を維持する第４の工程とを備え、第２の工程の前記一定時間を駆動周期に合わせて調整するとともに、
前記駆動周期毎に、前記第３の工程を実現する駆動信号と、前記第４の工程を実現する駆動信号と、前記第１の工程を実現する駆動信号と、前記第２の工程を実現する駆動信号とを生成し、ヘッド駆動手段に備えられた個々のノズルに対応したスイツチング素子の状態を印刷データに応じて前記第４の工程中に切替え制御するインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室の一部を、弾性変形可能なダイヤフラム部により封止し、前記ダイヤフラム部を圧電振動子により変位させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、前記インク滴の吐出周期が長い場合にはインク滴吐出時に前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させ、また前記インク滴の吐出周期が短い場合には前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を膨張させる工程を経てから前記圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、
膨張状態にある前記圧力発生室の容積をインク滴の吐出に適した変化率で収縮させる第１の工程と、第１の工程での前記圧力発生室の収縮状態を一定時間維持する第２の工程と、第２工程での前記収縮状態から前記膨張状態と収縮状態との中間の容積まで膨張させる第３の工程と、前記中間の容積を任意の時間維持する第４の工程と、前記中間の容積から前記膨張状態まで膨張させる第５の工程と、前記膨張状態を維持する第６の工程とを備え、前記第４の工程の時間を駆動周期に合わせて調整するとともに、
前記駆動周期毎に、前記第５の工程を実現する駆動信号と、前記第６の工程を実現する駆動信号と、前記第１の工程を実現する駆動信号と、前記第２の工程を実現する駆動信号と、前記第３の工程を実現する駆動信号と、前記第４の工程を実現する駆動信号とを生成し、ヘッド駆動手段に備えられた個々のノズルに対応したスイツチング素子の状態を印刷データに応じ前記第６の工程中に切替え制御するインクジエット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室の一部を、弾性変形可能なダイヤフラム部により封止し、前記ダイヤフラム部を圧電振動子により変位させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、前記インク滴の吐出周期が長い場合にはインク滴吐出時に前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を縮小させ、また前記インク滴の吐出周期が短い場合には前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を膨張させる工程を経てから前記圧力発生室の容積を縮小させる制御手段を有するインクジェット式記録装置において、
前記制御手段が、膨張状態にある前記圧力発生室の容積をインク滴の吐出に適した変化率で収縮させる第１の駆動信号と、前記圧力発生室の収縮状態を一定時間維持する第２の駆動信号と、前記収縮状態から前記膨張状態まで膨張させる第３の駆動信号と、前記膨張状態を維持する第４の駆動信号とを出力する基本駆動信号発生手段と、第２の駆動信号の時間を駆動周期に合わせて調整するタイミング制御手段とから構成されているとともに、
前記制御手段が、前記駆動周期毎に、前記第３の工程を実現する駆動信号と、前記第４の工程を実現する駆動信号と、前記第１の工程を実現する駆動信号と、前記第２の工程を実現する駆動信号を生成する前記基本駆動信号発生手段と、ヘッド駆動手段に備えられた個々のノズルに対応したスイツチング素子を前記第４の工程中に印刷データに応じ制御するラッチ信号発生手段と、から構成されているインクジェット式記録装置。
【請求項４】
ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室の一部を、弾性変形可能なダイヤフラム部により封止し、前記ダイヤフラム部を圧電振動子により変位させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、前記インク滴の吐出周期が長い場合にはインク滴吐出時に前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を縮小させ、また前記インク滴の吐出周期が短い場合には前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を膨張させる工程を経てから前記圧力発生室の容積を縮小させる制御手段を有するインクジェット式記録装置において、
前記制御手段が、インク滴の吐出周期を検出する駆動周波数検出手段と、膨張状態にある前記圧力発生室の容積をインク滴の吐出に適した変化率で収縮させる第１の駆動信号と、前記圧力発生室の収縮状態を一定時間維持する第２の駆動信号と、前記収縮状態から前記膨張状態と収縮状態との中間の容積まで膨張させる第３の駆動信号と、前記中間の容積を任意の時間維持する第４の駆動信号と、前記中間の容積から前記膨張状態まで膨張させる第５の駆動信号と、前記膨張状態を維持する第６の駆動信号とを出力する基本駆動信号発生手段と、前記吐出周期により前記第４の駆動信号の継続時間を調整するタイミング制御手段とから構成されているとともに、
前記制御手段が、前記駆動周期毎に、前記第５の工程を実現する駆動信号と、前記第６の工程を実現する駆動信号と、前記第１の工程を実現する駆動信号と、前記第２の工程を実現する駆動信号と、前記第３の工程を実現する駆動信号と、前記第４の工程を実現する駆動信号を生成する前記基本駆動信号発生手段と、ヘッド駆動手段に備えられた個々のノズルに対応したスイツチング素子を前記第６の工程中に印刷データに応じ制御するラッチ信号発生手段と、から構成されているインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子により圧力発生室の容積を変化させてノズル開口からインク滴を吐出させて印刷を行うインクジェット式記録ヘッドの駆動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子を加圧手段に使用したインクジェット式記録ヘッドは、圧電振動子の変位形態に応じてインク滴の吐出形態を容易に変更できるため、圧力発生室の構造等により、
▲１▼印刷タイミング信号により、圧力発生室を膨張させること無く、容積を収縮させてインク滴を吐出させる押し打ち方式（図７（ａ）（ｂ））、
▲２▼印刷タイミング信号により、圧力発生室の容積を膨張させてから収縮させてインク滴を吐出させる引き打ち方式（図７（ｄ）（ｅ））。
のいずれか一方の方式が採用されている。
前者の方式によると、図７（ｃ）に示すように駆動周波数の低い領域では、インク滴のインク量が多く、かつインク滴の吐出動作が安定しているものの、駆動周波数が高くなるとインク量が減少し、かつインク滴の吐出動作が不安定になるという特性を備えている。
これに対して後者の方式は、図７（ｆ）に示すように駆動周波数の低い領域では、インク滴のインク量が少なく、周波数が高くなるにつれてインク量が増加し、しかもインク量を確保しつつ安定にインク滴を吐出できるという特性を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような特性に基づいて高速印刷が必要なインクジェット式記録装置では、通常、後者の引き打ち方式が用いられているが、離散的にドットの形成を必要とする駆動周波数が低い領域では、インク滴のインク量が少なく、記録用紙に形成されるドットサイズが小さくなり、印刷品質に低下を招くという問題がある。
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、駆動周波数にかかわりなく安定にインク滴を吐出させて、均一なサイズのドットを形成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。
本発明の他の目的は、駆動周波数にかかわりなく安定に印刷品質の高い印刷を行う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、ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室の一部を、弾性変形可能なダイヤフラム部により封止し、前記ダイヤフラム部を圧電振動子により変位させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、前記インク滴の吐出周期が長い場合にはインク滴吐出時に前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させ、また前記インク滴の吐出周期が短い場合には前記ダイヤフラム部により前記圧力発生室の容積を膨張させる工程を経てから前記圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、膨張状態にある前記圧力発生室の容積をインク滴の吐出に適した変化率で収縮させる第１の工程と、第１工程での前記圧力発生室の収縮状態を―定時間維持する第２の工程と、第２工程での前記収縮状態から前記膨張状態まで膨張させる第３の工程と、前記膨張状態を維持する第４の工程とを備え、第２の工程の前記一定時間を駆動周期に合わせて調整するとともに、前記駆動周期毎に、前記第３の工程を実現する駆動信号と、前記第４の工程を実現する駆動信号と、前記第１の工程を実現する駆動信号と、前記第２の工程を実現する駆動信号とを生成し、ヘッド駆動手段に備えられた個々のノズルに対応したスイツチング素子の状態を印刷データに応じて前記第４工程中に切替え制御するように構成されている。
【０００５】
【作用】
インク滴の吐出周期が長い場合にはインク滴吐出時にダイヤフラム部により圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させ、またインク滴の吐出周期が短い場合にはダイヤフラム部により圧力発生室の容積を膨張させる工程を経てから圧力発生室の容積を縮小させてインク滴を吐出させて、押し打ち方式の特徴を生かして低い駆動周波数でのインク滴のインク量を確保しつつ、引き打ち方式の特徴である高い周波数でのインク滴のインク量を確保と、安定なインク滴の吐出を可能ならしめてドットサイズにむらを生じない高速印刷を実現できる。
【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、本発明の第一実施例を示すブロック図であって、駆動周期信号発生手段１は、図示しないホストから出力される印字モード情報と、後述する位置センサーからの位置信号とに基づいて駆動周期信号を発生し、キャリッジ制御手段２に出力されて、ホストからの印字モード情報に基づき伝達手段３を介してキャリッジ４に接続するキャリッジ駆動モータ５を制御する。
位置センサーは、この実施例では、インクジェット式記録ヘッド６を搭載したキャリッジ４の移動経路に配置されたリニアスケール７と、リニアスケール７のマークに基づいてキャリッジ４の位置を情報を出力するリニアエンコーダ８とから構成されている。
【０００７】
記録ヘッド６は、周知のようにノズル開口及びインク供給口を介してリザーバに連通する圧力発生室の一部を、弾性変形可能なダイヤフラムにより封止され、圧電振動子の変位によりダイヤフラムを変形させてインク滴を吐出するように構成されている。
【０００８】
基本駆動信号発生手段１０は、図２に示したように圧力発生室が中間の容積を保つた状態から、インク滴吐出の前段階の膨張状態まで膨張させる第５の駆動信号▲５▼と、この膨張状態を維持する第６の駆動信号▲６▼と、前記膨張状態からインク滴吐出が完了する収縮状態までインク滴の吐出に適した変化率で圧力発生室の容積を縮小させる第１の駆動信号▲１▼と、インク滴の吐出完了により収縮した圧力発生室の容積を一定時間Ｔ０維持する第２の駆動信号▲２▼と、インク滴の吐出完了による縮小状態とインク滴吐出の前段階の膨張状態との前記中間の容積まで膨張させる第３の駆動信号▲３▼と、前記中間の容積を任意の時間Ｔ１維持する第４の駆動信号▲４▼とを駆動周期信号が入力されるごとに発生して、最高駆動周波数でインク滴を安定に吐出できる引き打ち方式での駆動を可能とするように構成されている。
【０００９】
この駆動信号は、充放電回路の放電定数をスイツチング回路により適宜切替えたり、またＲＯＭに記憶された波形データや、ホストからの駆動信号情報に基づいて信号を発生するプログラマブル信号発生手段を使用することにより容易に発生させることができる。
【００１０】
ラッチ信号発生手段１１は、駆動周期信号発生手段１からの信号に基づいて前記第６の駆動信号が印加されているタイミングで、ラッチ信号をヘッド駆動手段１２に付属するスイッチング手段１３にラッチ信号を出力する。ヘッド駆動手段１２は、印刷バッファ１４に格納された図示しないホストからの印刷信号により生成されるピットマップデ―夕に基づいて、個々のノズルからのインク滴の吐出を制御するスイッチング手段１３に対応した印刷デ−夕を前記ラッチ信号によりラッチさせ、個々のスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦを制御する。
【００１１】
次にこのように構成した装置の動作について説明する。
個々のノズル開口に対応したスイッチング手段１３のスイッチング素子が、圧力発生室の容積が膨張した状態を維持する第６の駆動信号が印加されているタインミングでラッチ信号発生手段１１からの信号によりＯＮ・ＯＦＦが制御される。
すなわち、印刷データが「０」の後で「１」に切り替わる時には（図３）、膨張状態が少なくとも１駆動周期以上維持された後に、圧力発生室の容積を縮小させる第１の駆動信号▲１▼が印加される。
【００１２】
これにより、記録ヘッド３への印刷データが「０」から「１」に切り替わったノズル開口は、その前段において膨張状態に維持されていた圧力発生室が圧電振動子に印加された第１の駆動信号▲１▼によりインク滴の吐出に適した速度で収縮されてインク滴を吐出する。
【００１３】
このインク滴の吐出は、駆動周波数が低い状態での押し打ち、つまりノズル開口にメニスカスを静止させた状態から、圧力発生室を収縮させるから、押し打ちの特徴を生かすことができ、インク量が多く、かつ安定に継続する。
インク滴の吐出により最小容積まで収縮されると、圧電振動子に第２の駆動信号▲２▼が印加され、インク滴吐出により負圧となった圧力発生室の圧力が再び正圧に戻るに要する一定時間Ｔ０の間、容積が一定に維持される。
【００１４】
圧力発生室が正圧となった段階で、第３の駆動信号▲３▼が圧電振動子に印加される。これにより、圧力発生室が中間の容積まで膨張して圧力発生室の圧力振動を制振する。ついで第４の駆動信号▲４▼が印加され、圧力発生室が中間の容積に維持される。
所定時間Ｔ１の経過後に圧電振動子に第５の駆動信号▲５▼が印加されて、圧力発生室が次のインク滴の吐出に適した容積まで膨張し、以後、第６の駆動信号▲６▼’によりこの容積を維持する。
【００１５】
インク滴の吐出後の次のタイミング（ＩＩ）には印刷データが存在せず、その次の連続する３つのタイミングでドット（ＩＩＩ）、（ＩＶ）、（Ｖ）を形成する場合には、印刷タイミング（ＩＩＩ）でのインク滴の吐出に際して直前のタイミング（ＩＩ）ではインク滴を吐出していないから、駆動周波数が低い。したがって前述のタイミング（Ｉ）と同様に第６の駆動信号▲６▼’をラッチして押し打ち方式によりインク滴を吐出させる。
【００１６】
次の印刷タイミング（ＩＶ）では印刷データが連続して選択されているため、第５の駆動信号▲５▼’により、中間の容積からインク滴吐出の前段階の状態まで膨張させ、この過程でメニスカスを圧力発生室側に引き込む。
引き込みが終了した段階で第６の駆動信号▲６▼”を印加して、圧力発生室を膨張状態を維持する。引き込みと慣性により振動を開始したメニスカスがノズル開口側に反転してノズル開口に向かって移動している状態、つまり第５の駆動信号▲５▼’による運動エネルギを保存している状態で圧電振動子に第１の駆動信号▲１▼”が印加される。
【００１７】
これにより、圧力発生室が収縮してノズル開口側に移動しているメニスカスの移動を加速するようにしてインク滴を吐出させる。インク滴の吐出が終了した段階で、第２の駆動信号▲２▼”が圧電振動子に印加され、インク滴吐出により負圧となった圧力発生室の圧力が再び正圧に戻るに要する一定時間Ｔ０の間、容積が一定に維持される。
【００１８】
圧力発生室が正圧となった段階で、第３の駆動信号▲３▼”が印加されて圧力発生室が中間の容積まで膨張して圧力振動を制振し、ついで圧電振動子に第４の駆動信号▲４▼”が印加されてこの容積を維持する。
【００１９】
このようにして連続して印刷データが存在するノズル開口は、引き打ちによりインク滴を吐出し、また断続的に印刷データが存在するノズル開口は、押し打ちによりインク滴を吐出する。
【００２０】
表１は、本発明の記録ヘッド駆動方法、押し打ちだけによる駆動方法、及び引き打ちだけによる駆動方法による記録ヘッドの駆動周波数とインク量との関係を示すものである。
本発明の駆動方法により吐出されるインク滴は、図５に示したように最高駆動周波数２１．６ｋＨｚまで最大２１％程度のインク量の変動に抑えられている。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
また本発明の駆動方法によれば、駆動信号の最大電位差を、従来の押し打ち方式の駆動信号と同様に、引き打ち方式による駆動信号の電位差よりも低く抑えても印刷に適したインク量のインク滴を吐出させることができる。
【００２３】
これに対して押し打ち方式では、インク重量の変動を２０％程度に抑えることができるものの、安定にインク滴が吐出できる最高駆動周波数が１６ｋＨｚに制限され、高速印刷には対応することができない。
また、引き打ち方式では、最高駆動周波数２１．６ｋＨｚまで安定にインク滴を吐出させることができるものの、インク滴のインク量が本発明の２倍程度の４１％も変動している。したがって、印刷品質を向上させるには、駆動周波数の低周波側に制限を受けたり、また低周波側でインク量を確保しようとすると、駆動信号の電圧差を大きくせざるを得ず、耐圧の高い電子部品を必要とする。
【００２４】
また、本発明の駆動方法によれば、基本駆動信号発生手段１０は引き打ち駆動としての最適波形を出力しているため、キャリツジ速度が変動して駆動信号周期が変動した場合（図４における駆動周期信号ＩＩ’、ＩＩＩ’）でも、圧力発生室の圧力振動を制振する第３の駆動信号▲３▼が印加された後に、圧力発生室を中間の容積に維持させる第４の駆動信号▲４▼’、▲４▼”の長さを調整することにより駆動信号周期の変動を吸収して、インク滴の吐出特性を均―に保つことができ、キャリツジ速度変動の有無に関り無く規定の位置に安定にドツトを形成して印刷品質を維持することができる。
【００２５】
なお、上述の実施例においては、キャリッジ４の移動を検出する位置センサーから信号に基づいて印字タイミングを規定しているが、キャリッジ駆動用モータ５に供給する駆動パルスや、また駆動パルスを生成するための源発振手段からの信号を使用しても同様の作用を奏することは明らかである。
【００２６】
また、第１の実施例においては駆動周期信号を基にしてラッチタイミングを調整するラッチ信号発生手段１１からの信号により基本駆動信号のラッチタイミングを決定しているが、駆動周期信号をラッチ信号として使用する一方、基本駆動信号発生手段１０からの基本駆動信号を駆動周期信号に基づいて第１の駆動信号▲１▼から第６の駆動信号▲６▼までを順次発生させて、かつ駆動周期信号の変動を第４の駆動信号▲４▼の長さＴ１を変えることにより調整することもできる。
【００２７】
この実施例によれば、第４の駆動信号（４）の長さが、１周期前の駆動周期信号の変動に基づいて調整行われるため、上述の実施例よりは若干精度は落ちるものの、押し打ちと引き打ちの利点を生かして、広い駆動周波数範囲で印刷品質の高い印刷が可能となる。
【００２８】
図６は本発明の他の実施例を示すものであって、前述の実施例と同様の構成をとる基本駆動信号発生手段により、圧力発生室が収縮した状態から、インク滴吐出の前段階の膨張状態まで膨張させる第３の駆動信号▲３▼と、この膨張状態を維持する第４の駆動信号▲４▼と、前記膨張状態からインク滴吐出が完了する収縮状態までインク滴の吐出に適した変化率で圧力発生室の容積を縮小させる第１の駆動信号▲１▼と、インク滴の吐出完了により収縮した圧力発生室の容積を一定時間維持する第２の駆動信号▲２▼とを、駆動周期信号が入力されるごとに発生するよう構成されている。そして、この実施例においては、図６の駆動周期ＩＩＩ’に見られるように駆動周期信号の変動に対して第２の駆動信号▲２▼’の長さを調整することにより対処している。
【００２９】
この実施例は、圧力発生室の容積変化による圧力減衰が不要な粘度の高いインクを用いる場合などには、第１の実施例の基本駆動信号を構成している、収縮状態から中間状態まで圧力発生室を膨張させて制振作用をする駆動信号▲３▼（図２）が不要となるから、駆動信号の波形が単純で、かつ１周期分が短縮できるため、基本駆動信号発生手段１０の構成を簡素化できる。
【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ブロック図である。
【図２】同上記録装置に使用する基本駆動信号の一実施例を示す波形図である。
【図３】駆動周期が一定の場合の同上装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】駆動周期が変動する場合の同上装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の駆動方法による駆動周波数とインク滴のインク量との関係を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例を示すタイミングチャートである。
【図７】図（ａ）乃至（ｆ）はそれぞれ従来の駆動方法と、これによるインクインク量の変化を説明する図である。
【符号の説明】
４  キャリッジ
５  キャリッジ駆動モータ
６  インクジェット式記録ヘッド
７  リニアスケール
８  リニアエンコーダ
１３  スイッチング手段１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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