(57)【要約】      （修正有）【課題】安定してインク滴を吐出するインクジェット装置、及びインクジェット方法を提供する。【解決手段】複数のインクジェットノズルと、複数のインクジェットノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、インクを供給するインク供給部と、複数のアクチュエータを含むインクジェットヘッドと、駆動電圧を複数のアクチュエータに周期的に印加する駆動電圧発生部と、を備え、駆動パルス信号は、圧力室の容積を拡張時間Ｄだけ拡張する拡張パルスと前記拡張パルスから遅延時間Ｒだけ遅れて圧力室の容積を収縮時間Ｐだけ収縮させる収縮パルスとを含み、圧力室内のインクの固有振動周期の半分を圧力伝播時間Ｔａとしたとき拡張時間Ｄは、圧力伝播時間Ｔａに設定され、遅延時間Ｒと圧力伝播時間Ｔａとの比Ｘ（＝Ｒ／Ｔａ）および収縮時間Ｐと圧力伝播時間Ｔａとの比Ｙ（＝Ｐ／Ｔａ）は、それぞれ６７Ｙ２＋５８Ｘ２−１４７Ｙ−１７９Ｘ＋７４ＸＹ＜−１４４を満たす。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクをインク滴として吐出する複数のインクジェットノズルと、
前記複数のインクジェットノズルにそれぞれ連通し互いに隔壁を介して隣接する複数の圧力室と、
前記インクを前記複数の圧力室に供給するインク供給部と、
および印加電圧に対応して前記複数の圧力室の容積を変化させる複数のアクチュエータを含むインクジェットヘッドと、
ドットプリント用に前記インクを吐出させる圧力振動を付与する駆動パルス信号である駆動電圧を前記複数のアクチュエータの各々に周期的に印加する駆動電圧発生部と、
を備え、
前記駆動パルス信号は、前記圧力室の容積を拡張時間Ｄだけ拡張する拡張パルスと前記拡張パルスから遅延時間Ｒだけ遅れて前記圧力室の容積を収縮時間Ｐだけ収縮させる収縮パルスとを含むように発生され、圧力室内のインクの固有振動周期の半分の値を圧力伝播時間Ｔａとしたとき、
前記拡張時間Ｄは、前記圧力伝播時間Ｔａに設定され、
前記遅延時間Ｒと前記圧力伝播時間Ｔａとの比Ｘ（＝Ｒ／Ｔａ）および前記収縮時間Ｐと圧力伝播時間Ｔａとの比Ｙ（＝Ｐ／Ｔａ）は、それぞれ６７Ｙ２＋５８Ｘ２−１４７Ｙ−１７９Ｘ＋７４ＸＹ＜−１４４を満たすインクジェット装置。
【請求項２】
前記遅延時間Ｒと前記圧力伝播時間Ｔａとの比Ｘ（＝Ｒ／Ｔａ）および前記収縮時間Ｐと圧力伝播時間Ｔａとの比Ｙ（＝Ｐ／Ｔａ）は、隣接した圧力室の駆動の影響の大きさを示すクロストークが所定値未満であり、且つインク滴の吐出速度のばらつきの大きさを示すインク吐出速度変動が所定値未満である６７Ｙ２＋５８Ｘ２−１４７Ｙ−１７９Ｘ＋７４ＸＹ＜−１４４を満たすようにそれぞれ設定される、請求項１に記載のインクジェット装置。
【請求項３】
インクをインク滴として吐出する複数のインクジェットノズルと、前記複数のインクジェットノズルにそれぞれ連通し互いに隔壁を介して隣接する複数の圧力室と、前記インクを前記複数の圧力室に供給するインク供給部と、および印加電圧に対応して前記複数の圧力室の容積を変化させる複数のアクチュエータを含むインクジェットヘッドと、ドットプリント用に前記インクを吐出させる圧力振動を付与する駆動パルス信号である駆動電圧を前記複数のアクチュエータの各々に周期的に印加する駆動電圧発生部と、を備えるインクジェット装置に用いられるインクジェット方法であって、
前記駆動パルス信号は、前記圧力室の容積を拡張時間Ｄだけ拡張する拡張パルスと前記拡張パルスから遅延時間Ｒだけ遅れて前記圧力室の容積を収縮時間Ｐだけ収縮させる収縮パルスとを含むように発生され、圧力室内のインクの固有振動周期の半分の値を圧力伝播時間Ｔａとしたとき、
前記拡張時間Ｄは、前記圧力伝播時間Ｔａに設定され、
前記遅延時間Ｒと前記圧力伝播時間Ｔａとの比Ｘ（＝Ｒ／Ｔａ）および前記収縮時間Ｐと圧力伝播時間Ｔａとの比Ｙ（＝Ｐ／Ｔａ）は、それぞれ６７Ｙ２＋５８Ｘ２−１４７Ｙ−１７９Ｘ＋７４ＸＹ＜−１４４を満たすインクジェット方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インクジェット装置、及びインクジェット方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、プリンタを高速動作させるためにインクジェットヘッドの小型化および多ノズル化が要求されている。この要求に応えるためには、互いに隣接する複数の圧力室の間隔（すなわち、隔壁の厚さ）を減少させてノズル密度を増大しなくてはならない。しかしながら、隔壁の剛性がこれによって弱くなるため、互いに隣接する複数の圧力室間の干渉、すなわちクロストークを増大させてしまう。具体的には、任意の圧力室を駆動してこの圧力室に対応するインクジェットノズルからインクを吐出させる場合、インク吐出速度やインク吐出量がこの圧力室に隣接した他の隣接圧力室の駆動状態に依存して相違する。インク吐出速度の相違はインク滴が用紙に到達するまでの時間を異ならせるため、ヘッドが例えばシリアル形式のプリントにおいて走査方向に移動する場合にドットのプリント位置のずれとして認識される。また、インク吐出量の相違はドットのプリント濃度の差として認識される。従って、クロストークの増大はプリント位置のずれやプリント濃度の差をより顕著にしてプリント品質を劣化させる結果となる。
【０００３】
また高速プリントを行うためにインクジェットヘッドの駆動周波数を高めた場合、残留振動の影響によりインクがインクジェットノズルのオリフィス面に接触して形成されるメニスカスを不安定にさせる。この結果、インク滴の吐出速度が変動する。また、メニスカスが不安定である場合、ノズル先端でインクが気泡を巻き込む可能性がある。この結果、インク滴が吐出されない、インク滴の吐出後に余分なインク滴が吐出される、または、ノズルからインクが液柱として押し出される可能性などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６６８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の課題を解決するために、より安定してインク滴を吐出するインクジェット装置、及びインクジェット方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係るインクジェット装置は、インクをインク滴として吐出する複数のインクジェットノズルと、前記複数のインクジェットノズルにそれぞれ連通し互いに隔壁を介して隣接する複数の圧力室と、前記インクを前記複数の圧力室に供給するインク供給部と、および印加電圧に対応して前記複数の圧力室の容積を変化させる複数のアクチュエータを含むインクジェットヘッドと、ドットプリント用に前記インクを吐出させる圧力振動を付与する駆動パルス信号である駆動電圧を前記複数のアクチュエータの各々に周期的に印加する駆動電圧発生部と、を備え、前記駆動パルス信号は、前記圧力室の容積を拡張時間Ｄだけ拡張する拡張パルスと前記拡張パルスから遅延時間Ｒだけ遅れて前記圧力室の容積を収縮時間Ｐだけ収縮させる収縮パルスとを含むように発生され、圧力室内のインクの固有振動周期の半分の値を圧力伝播時間Ｔａとしたとき前記拡張時間Ｄは、前記圧力伝播時間Ｔａに設定され、前記遅延時間Ｒと前記圧力伝播時間Ｔａとの比Ｘ（＝Ｒ／Ｔａ）および前記収縮時間Ｐと圧力伝播時間Ｔａとの比Ｙ（＝Ｐ／Ｔａ）は、それぞれ６７Ｙ２＋５８Ｘ２−１４７Ｙ−１７９Ｘ＋７４ＸＹ＜−１４４を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、一実施形態に係るインクジェット装置について説明する為の図である。
【図２】図２は、一実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明する為の図である。
【図３】図３は、一実施形態に係るインクジェットヘッドを駆動させる為の駆動電圧について説明する為の図である。
【図４】図４は、一実施形態に係るインクジェット装置でのクロストークの影響について説明する為の図である。
【図５】図５は、一実施形態に係るインクジェット装置により吐出されたインク吐出速度の変動の影響について説明する為の図である。
【図６】図６は、一実施形態に係るインクジェット装置でのクロストークおよびインク吐出速度の変動の影響について説明する為の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態に係るインクジェット装置について添付図面を参照して説明する。
【０００９】
図１はこのインクジェット装置の構造を示し、図２は図１に示すII−II線に沿った断面構造を示す。インクジェット装置はインクジェットへッド１および駆動電圧発生部２を備える。インクジェットへッド１は、インクをインク滴として吐出する複数のインクジェットノズル１３、これらインクジェットノズル１３にそれぞれ連通する複数の圧力室（インク室）１１、インクを複数の圧力室に供給する共通インク室（共通圧力室）１６、および印加電圧に対応して複数の圧力室１１の容積を変化させる複数のアクチュエータ１０を含む。駆動電圧発生部２はドットプリント用にインクを吐出させる圧力振動を付与する駆動パルス信号および非ドットプリント用にインクを吐出させない微小圧力振動を付与するダミーパルス信号のいずれかである駆動電圧を複数のアクチュエータ１０の各々に周期的に印加するものである。
【００１０】
インクジェットヘッド１では、複数のインクジェットノズル１３がノズル列として並び、ノズルプレート３を貫通するオリフィスとして形成される。ノズルプレート３には、振動板１４が対向して配置される。複数の圧力室１１はノズルプレートおよび振動板１４間において隔壁１２を介して互いに隣接する。共通インク室１６は複数の圧力室１１の後方に配置される。共通インク室１６の底面、すなわち振動板１４には、外部のインクタンク１８に接続される一対のインク供給口１７が設けられる。インクはインクタンク１８から一方のインク供給口１７に送られ、他方のインク供給口１７からインクタンク１８に戻されるようにして循環可能である。共通インク室１６および複数の圧力室１１にインクが充填されると、インクのメニスカスが複数のインクジェットノズル１３のオリフィス面に接触して形成される。振動板１４の裏側には、複数の電歪部材（圧電部材）１５が固定される。これら電歪部材１５は複数の圧力室１１の底面となる振動板１４の領域にそれぞれ対応して配置されている。各アクチュエータ１０は対応電歪部材１５および振動板１４により構成される。各電歪部材１５は一対の電極を介して駆動電圧発生部２から印加される駆動電圧に応じて振動板１４を変形させることにより対応圧力室に圧力振動を付与する。インクは振動板１４の外側への変形に伴って共通インク室１６から吸引され、振動板１４の内側への変形に伴って圧力室１１内に発生インク圧力波によりインクジェットノズル１３からインク滴として吐出される。
【００１１】
図３は駆動電圧発生部２からドットプリント用に発生される駆動電圧を示す。この駆動電圧は圧力室１１の容積を拡張時間Ｄだけ拡張させる拡張パルスＰ１と圧力室１１の容積を収縮時間Ｐだけ収縮させる収縮パルスＰ２とを含んで発生される駆動パルス信号である。収縮パルスＰ２は拡張パルスＰ１から遅延時間Ｒだけ遅れて発生される。従って、駆動パルス信号の駆動時間ＤＣはＤＣ ＝ Ｄ + Ｒ + Ｐである。拡張パルスＰ１と収縮パルスＰ２とは同じ振幅Ｖで互いに異なる極性にある。駆動パルス信号は駆動時間ＤＣに続く休止時間ＣＤの経過を待って再び発生される。駆動パルス信号はＣＴ ＝ ＤＣ + ＣＤ ＝ Ｄ+ Ｒ + Ｐ + ＣＤというサイクルタイムＣＴで印加され、圧力室１１を駆動周波数Ｆ＝１/ＣＴで駆動する。
【００１２】
拡張パルスＰ１が印加されると、圧力室１１の容積が急峻に広げられて、負圧が圧力室１１内に発生する。この状態が一定の拡張時間Ｄだけ保たれる間に、インクが共通インク室１６から圧力室１１に充填され、これと一緒にノズル先端のメニスカスが後退する。続いて拡張パルスＰ１が印加されなくなると、圧力室１１の容積が急峻に元に戻り、これにより圧力室１１内のインク圧力を高められ、圧力室１１内のインクをノズル１３からインク滴として吐出させる。この吐出から一定の遅延時間Ｒが経過すると、収縮パルスＰ２の印加により圧力室１１の容積が急峻に狭められる。この状態が一定の収縮時間Ｐだけ保持される。続いて収縮パルスＰ２が印加されなくなると、圧力室１１の容積が元に戻り、圧力室１１内の圧力振動をキャンセルする。これにより残留圧力振動が軽減され、インク吐出後のメニスカスの動きを抑制する。この結果、誤吐出の発生やサテライトの発生を抑え吐出の安定性やプリント品質を向上させることができる。
【００１３】
ここで、拡張パルスＰ１の拡張時間Ｄはインク圧力波が後端の共通インク室１６からノズル先端に向って圧力室１１内を伝播する圧力伝播時間Ｔａに設定される。これは、圧力室１１を瞬間的に拡張することにより圧力室１１内の圧力を負圧にし、これが時間Ｔａの経過に伴って正圧に反転する時点で圧力室１１を元の状態に戻してより大きな吐出圧力を得るためである。また、拡張パルスＰ１から収縮パルスＰ２までの遅延時間Ｒおよび収縮パルスＰ２の収縮時間Ｐは、圧力室１１内の残留圧力振動を効果的にキャンセルする最適値に設定される。残留振動を効果的にキャンセルすることで休止時間ＣＤを短縮し駆動周波数Ｆを高めて高速プリントを行うことができる。
【００１４】
クロストークＶｃは、隣接した圧力室１１の駆動の影響の大きさを示す。隣接した複数の圧力室１１がドットプリント用に駆動された場合のインク吐出速度Ｖａｉとし、隣接した圧力室１１がドットプリント用に駆動されていない場合のインク吐出速度Ｖｎｉとする。この場合、クロストークＶｃは、各サイクルタイムＣＴ毎のインク吐出速度Ｖａｉとインク吐出速度Ｖｎｉとの差の平均に相当する。すなわち、クロストークＶｃは、次の数式１により表される。
【数１】
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【００１５】
このクロストークＶｃが小さい値であるほど、他の隣接圧力室１１がドットプリント用に駆動される場合とされない場合とのインク吐出速度の差が全サイクルタイムＣＴにわたって小さくなる。
【００１６】
インク吐出速度変動Ｖｄは、インク滴の吐出速度のばらつきの大きさを示す。インク吐出速度Ｖｎｉと全てのインク滴の吐出速度の平均である全平均インク吐出速度Ｖｍ（インク吐出速度ＶｎｉとＶａｉとの平均）との差（Ｖｎｉ−Ｖｍ）の平方和と、インク吐出速度Ｖａｉと全平均インク吐出速度Ｖｍとの差（Ｖａｉ−Ｖｍ）の平方和と、の和を算出する。この場合、インク吐出速度変動Ｖｄは、各サイクルタイムＣＴ毎の平方和の和の平均に相当する。すなわち、インク吐出速度変動Ｖｄは、次の数式２により表される。
【数２】
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【００１７】
このインク吐出速度変動Ｖｄが小さい値であるほど、全体的なインク吐出速度のばらつきが全サイクルタイムＣＴにわたって小さくなる。
【００１８】
へッドの形状、圧力室１１の形状、圧力室１１の材質、及びインクの物性等により定まる圧力室１１内のインクの固有振動周期の半分の値を圧力伝播時間Ｔａとする。この圧力伝播時間Ｔａを基準として、駆動パルス信号の拡張パルスＰ１から収縮パルスＰ２までの遅延時間Ｒ、および収縮パルスＰ２の収縮時間Ｐを適正に設定することにより、クロストークＶｃおよびインク吐出速度変動Ｖｄの両方を全サイクルタイムにわたって低く抑えることができる。
【００１９】
図４は、インクジェット装置でのクロストークの影響の例について示す。例えば、駆動パルス信号の拡張パルスＰ１の拡張時間Ｄを圧力伝播時間Ｔａに設定する。また、駆動パルス信号の遅延時間Ｒと圧力伝播時間Ｔａとの比をＸ（＝Ｒ/Ｔａ）とし、収縮時間Ｐと圧力伝播時間Ｔａとの比をＹ（＝Ｐ/Ｔａ）とする。この場合に駆動パルス信号の遅延時間Ｒと収縮時間Ｐとを可変させながら、サイクルタイムＣＴ毎にインク滴の吐出速度の測定を行う。
【００２０】
この測定の結果と数式１とに基づいてクロストークＶｃを算出し、例えば構造計画研究所のＭｉｎｉｔａｂ（登録商標）などの統計解析ソフトにより算出結果であるＶｃの値を等高線としてプロットする。これにより、図４に示されるような等高線プロット（第１の等高線プロット）４０１を生成することができる。図４の例では、Ｖｃが０．８よりも小さくなる範囲が最も内側の色の薄い領域４０２で示されている。なお、この「０．８」という数値は、設計思想により定まるものであり、任意に設定可能な値である。
【００２１】
図５は、インクジェット装置での吐出速度変動の例について示す。サイクルタイムＣＴ毎のインク滴の吐出速度の測定結果と数式２とに基づいて吐出速度変動Ｖｄを算出し、例えば統計解析ソフトにより算出結果であるＶｄの値を等高線としてプロットする。これにより、図５に示されるような等高線プロット（第２の等高線プロット）５０１を生成することができる。図５の例では、Ｖｄが０．８よりも小さくなる範囲が最も内側の色の薄い領域５０２で示されている。なお、この「０．８」という数値は、設計思想により定まるものであり、任意に設定可能な値である。
【００２２】
図６は、図４の第１の等高線プロット４０１と、図５の第２の等高線プロット５０１とが重ねあわされた等高線図６０１を示す。
【００２３】
等高線図６０１は、Ｖｃが０．８よりも小さくなり、且つＶｄが０．８よりも小さくなる領域６０２を有する。この領域６０２を楕円方程式に近似することにより、近似楕円６０３を抽出することができる。近似楕円６０３は、Ｖｃが０．８よりも小さくなり、且つＶｄが０．８よりも小さくなる領域６０２内に形成される。即ち、近似楕円６０３の内部の座標に対応するＰ／Ｔａ及びＲ／Ｔａが設定された場合、クロストークＶｃと速度変動Ｖｄとの両方があらかじめ設定された値（本例では０．８）未満になる。
【００２４】
近似楕円６０３は、たとえば数式３により表される。  
【数３】
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【００２５】
上記したように、駆動パルス信号の拡張パルスＰ１の時間Ｄを圧力伝播時間Ｔａに設定し、駆動パルス信号の遅延時間Ｒと圧力伝播時間Ｔａとの比Ｘ（＝Ｒ/Ｔａ）、および駆動パルス信号の収縮時間Ｐと圧力伝播時間Ｔａとの比をＹ（＝Ｐ/Ｔａ）とした場合に数式３を満たすＲ及びＰを設定することにより、全サイクルタイムにわたってクロストークＶｃを０．８未満に抑え、且つインク吐出速度変動Ｖｄを０．８未満に抑えることができる。
【００２６】
本実施形態では、駆動パルス信号の電圧波形（具体的には、駆動時間Ｄ、Ｒ、Ｐ）がインクの物性やヘッドの形状等に依存した圧力伝播時間Ｔａを基準にして決定される。即ち、圧力伝播時間Ｔａの値に基づいて駆動パルスの通電波形（Ｄ、Ｒ、Ｐ）を最適化する。これにより、サイクルタイムＣＴの短縮に伴って残留圧力振動が存在する駆動環境でもクロストークおよびインク吐出速度を最適化し、残留圧力振動の影響を低減できる。このクロストークが小さくなると、隣接した複数の圧力室１１がドットプリント用に駆動される場合と、隣接した圧力室１１がドットプリント用に駆動されない場合とでインク吐出速度及びインク吐出量の差が小さくなる。従って、プリント結果のドットパターンにおいてドット位置ずれやドット径のばらつきを抑えられ、プリント品質が向上する。
【００２７】
また、インク吐出速度変動を小さくすることでメニスカスの不安定が解消される。これにより、インク滴の吐出速度の変動を抑えることができる。また、ノズル先端でインクが気泡を巻き込むことを防ぐことができる。この結果、インク滴が吐出されない、インク滴の吐出後に余分なインク滴が吐出される、または、ノズルからインクが液柱として押し出されることなどを防ぐことができる。この結果、より安定してインク滴を吐出するインクジェット装置、及びインクジェット方法を提供することができる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１…インクジェットヘッド、２…駆動電圧発生部、１０…アクチュエータ、１１…圧力室、１２…隔壁、１３…ノズル、１４…振動板、１５…電歪部材、１６…共通インク室、１７…インク供給口、１８…インクタンク、４０１…第１の等高線プロット、４０２…領域、５０１…第２の等高線プロット、５０２…領域、６０１…等高線図、６０２…領域、６０３…近似楕円。
【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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