(57)【要約】【課題】吐出中にインクが増粘しても、吐出速度を一定に保つことができ、よって、着弾位置の精度低下を防止することができる液体噴射装置を提供することを目的とする。【解決手段】インクジェットヘッドに駆動信号を印加する駆動手段を備え、この駆動手段によって、吐出口の直径よりも直径が小さい液滴を吐出する液体噴射装置である。さらに、本発明は、インクジェットヘッド周囲の雰囲気を測定する雰囲気測定手段と、印刷中における吐出速度の変化率に応じた補正量を記憶する記憶手段とを有する。そして、本発明は、記憶手段が記憶している補正量と雰囲気測定手段が測定した雰囲気とに基づいて、吐出速度を調整する吐出速度調整手段とを有する液体噴射装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク個別液室と、前記個別液室と連通する吐出口と、前記個別液室の側面の一部を形成している振動板と、電圧パルスの印加によって前記振動板を変形させ前記個別液室の体積を変化させる圧電アクチュエータとによって構成されているインクジェットヘッドに駆動信号を印加する駆動手段を備え、前記駆動手段によって、前記吐出口の直径よりも直径が小さい液滴を吐出する液体噴射装置において、
前記インクジェットヘッド周囲の雰囲気を測定する雰囲気測定手段と；
印刷中における吐出速度の変化率に応じた補正量を記憶する記憶手段と；
前記記憶手段が記憶している補正量と前記雰囲気測定手段が測定した雰囲気とに基づいて、吐出速度を調整する吐出速度調整手段と；
を有することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記駆動信号は、
前記個別液室が膨張する方向に電圧を変化させる第１の信号波形と；
前記個別液室が収縮する方向に電圧を変化させる第２の信号波形と；
前記個別液室が膨張する方向に電圧を変化させる第３の信号波形と；
前記個別液室が収縮する方向に電圧を変化させる第４の信号波形と；
を有する手段であり、
前記吐出速度調整手段は、前記第２の信号波形と前記第３の信号波形との電位差を調整する手段であることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記吐出速度が前記吐出速度調整手段の調整範囲を外れた場合、前記インクジェットヘッドの回復動作を行う回復手段を有することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項において、
前記雰囲気測定手段は、前記インクジェットヘッド周囲の湿度を測定する手段であることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項において、
前記雰囲気測定手段は、前記インクジェットヘッド周囲の湿度と温度とを測定する手段であることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項において、
前記雰囲気測定手段は、前記インクジェットヘッド周囲の湿度と、前記インクジェットヘッドの温度とを測定する手段であることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうちのいずれか１項において、
前記インクジェットヘッドの温度を特定の温度に保つ温度制御手段を有することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項８】
インク個別液室と、前記個別液室と連通する吐出口と、前記個別液室の側面の一部を形成している振動板と、電圧パルスの印加によって前記振動板を変形させ前記個別液室の体積を変化させる圧電アクチュエータとによって構成されているインクジェットヘッドに駆動信号を印加する駆動手段を備え、前記駆動手段によって、前記吐出口の直径よりも直径が小さい液滴を吐出する液体噴射装置の制御方法において、
前記インクジェットヘッド周囲の雰囲気を測定する雰囲気測定工程と；
印刷中における吐出速度の変化率に応じた補正量を記憶装置に記憶する記憶工程と；
前記記憶工程で記憶した補正量と前記雰囲気測定工程で測定された雰囲気とに基づいて、吐出速度を調整する吐出速度調整工程と；
を有することを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する吐出口と連通する個別液室を備え、個別液室の一部を形成する振動板をアクチュエータによって変形させ、インク滴を吐出する液体噴射装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧パルスの印加によって変形する圧電素子を利用してインクを吐出するインクジェットヘッドが知られている。このインクジェットヘッドは、インクを吐出する吐出口と、吐出口と連通する個別液室とを備え、個別液室の側面の一部に振動板が形成されている。
【０００３】
圧電素子の変形によって振動板を変形させ、個別液室を膨張、収縮することによって、インクを加圧し、吐出する。圧電素子の変形を利用する方法としては、圧電素子の軸方向に伸張、収縮する縦振動を利用するタイプや、圧電素子のたわみを利用するタイプ等の方法がある。
【０００４】
前記のように、インクジェットヘッドを駆動する場合、主パルスを印加した後に、個別液室を再度膨張させる補助パルスを印加する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この方法において、主パルスによって突出した液柱の噴出を、補助パルスによって停止し、液柱を分断し、吐出口直径よりも直径が小さい液滴を吐出する。
【特許文献１】特開２００１−２４６７４６号公報（第７頁、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
吐出口直径よりも直径が小さい液滴を吐出する場合、連続して吐出すると、吐出速度が徐々に低下するという問題がある。
【０００６】
すなわち、メニスカスの中央部のインクを盛り上げて液柱を形成し、液滴として吐出するので、メニスカスの外縁部のインクは、中央部のインクよりも排出され難い。したがって、インクがあまり入れ替わらず、徐々に増粘し易くなり、吐出速度が徐々に低下するものと思われる。よって、吐出速度が変化すると、着弾位置精度が低下するという問題がある。
【０００７】
つまり、前記従来例では、吐出口直径よりも直径が小さい液滴を、一定速度で長時間吐出することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、吐出中にインクが増粘しても、吐出速度を一定に保つことができ、よって、着弾位置の精度低下を防止することができる液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、インク個別液室と、個別液室と連通する吐出口と、個別液室の側面の一部を形成している振動板と、電圧パルスの印加によって振動板を変形させ個別液室の体積を変化させる圧電アクチュエータとを具備するインクジェットヘッドを有する。また、本発明は、インクジェットヘッドに駆動信号を印加する駆動手段を備え、この駆動手段によって、吐出口の直径よりも直径が小さい液滴を吐出する液体噴射装置である。さらに、本発明は、インクジェットヘッド周囲の雰囲気を測定する雰囲気測定手段と、印刷中における吐出速度の変化率に応じた補正量を記憶する記憶手段とを有する。そして、本発明は、記憶手段が記憶している補正量と雰囲気測定手段が測定した雰囲気とに基づいて、吐出速度を調整する吐出速度調整手段とを有する液体噴射装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吐出口直径よりも液滴の直径を小さくするので、吐出中にインクが増粘しても、吐出速度を一定に保つことができ、よって、着弾位置の精度低下を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明を実施するための最良の形態は、次の実施例である。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１であるインクジェット記録装置ＰＲ１の構成を示す構成図である。
【００１３】
インクジェット記録装置ＰＲ１は、インクジェットヘッドに駆動信号を印加する駆動手段を備え、この駆動手段によって、吐出口の直径よりも直径が小さい液滴を吐出する液体噴射装置の例である。前記インクヘッドは、インク個別液室と、この個別液室と連通する吐出口と、前記個別液室の側面の一部を形成している振動板と、電圧パルスの印加によって前記振動板を変形させ前記個別液室の体積を変化させる圧電アクチュエータとによって構成されている。
【００１４】
インクジェット記録装置ＰＲ１は、いわゆるライン方式を採用しているが、他の方式を採用するようにしてもよい。
【００１５】
インクジェット記録装置ＰＲ１は、記録ヘッドユニット１００と、ガイド軸１０１、１０２と、送りローラ１０３、１０４と、回復系ユニット１０５とを有する。
【００１６】
被記録媒体Ｐは、送りローラ１０３、１０４によって、記録ヘッドユニット１００の記録可能領域へ搬送される。
【００１７】
記録ヘッドユニット１００は、ガイド軸１０１、１０２によって移動可能にガイドされている。記録ヘッドユニット１００は、図示しないモータによって、記録領域と回復系ユニット１０５との間を移動する。記録ヘッドユニット１００には、複数色のインク液滴を吐出する記録ヘッドと、各記録ヘッドにインクを供給するインクタンクとが搭載されている。記録ヘッドは、記録領域幅にわたって配置されている。インクジェット記録装置ＰＲ１における複数色のインクは、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色である。
【００１８】
記録ヘッドユニット１００が移動可能な領域の右端の下部には、回復系ユニット１０５が配備され、非記録動作時に記録ヘッドの吐出口部の回復処理をする。
【００１９】
次に、記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの例について説明する。
【００２０】
図２は、インクジェットヘッドＨの平面図である。
【００２１】
図３は、図２における一点鎖線ＩＩＩ―ＩＩＩから見た断面図である。
【００２２】
インクジェットヘッドＨは、オリフィスプレート１と、吐出口２と、個別液室３と、振動板４と、アクチュエータ５と、基体６と、連通口７とを有する。
【００２３】
インクジェットヘッドＨにおいて、オリフィスプレート１に、インクを吐出する吐出口２が設けられている。基体６には、各吐出口２に対応して個別液室３が設けられ、連通口７を介して、吐出口２と連通している。個別液室３の側面の一部には、弾性変位する振動板４が設けられ、振動板４上に、圧電素子を含むアクチュエータ５が配置されている。
【００２４】
そのアクチュエータ５に、記録情報に対応する駆動信号を印加することによって、振動板４を変形させ、個別液室３の体積を変化させ、吐出口２から液滴を吐出させる記録方式を採用している。
【００２５】
アクチュエータ５には、電力を供給するための電極配線（不図示）が設けられている。実施例１において、吐出口２は、直径３０μｍの丸穴である。吐出させたインクは、密度１．０×１０３ｋｇ／ｍ３，粘性２．０×１０−３Ｐａ・ｓ，表面張力３．５×１０−２Ｎ／ｍである。
【００２６】
次に、吐出口直径よりも直径が小さい液滴を吐出する駆動波形と液滴の吐出とについて説明する。
【００２７】
図４は、実施例１における駆動信号Ｐ１を示す図である。
【００２８】
駆動信号Ｐ１は、信号波形Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を有する。
【００２９】
図５は、実施例１において、吐出口２における液柱１１の変化を示す図である。
【００３０】
個別液室３が膨張する方向に、第１の信号波形Ｆ１の電圧を変化させ、図５（ａ）に示すように、ほぼフラットなメニスカス１０を、図５（ｂ）に示すように、吐出口２内に引き込む。
【００３１】
そして、図４に示す第２の信号波形Ｆ２によって、個別液室３が収縮し、図５（ｃ）に示すように、メニスカス中央部を盛り上げ、液柱１１を形成する。図４に示す第３の信号波形Ｆ３によって、個別液室３が膨張し、図５（ｄ）に示すように、メニスカス外縁部１０ａを、吐出口２内に引き込み、突出する液柱１１の太さ・長さのリサイズを行う。
【００３２】
最後に、図４に示す第４の信号波形Ｆ４によって、個別液室３が収縮し、初期の電位Ｖ１に復帰する。
【００３３】
前記動作によって、図５（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）に示すように、突出した液柱１１が滴切れし、吐出口直径よりも直径が小さい液滴１２が吐出される。
【００３４】
吐出口直径よりも直径が小さい液滴を吐出する場合、図５から分かるように、メニスカス外縁部１０ａのインクは、あまり排出されず滞留しやすい。この滞留によってメニスカス外縁部１０ａから徐々に乾燥し、吐出口２内のインクが増粘すると思われる。
【００３５】
図６は、吐出速度の変化と、吐出量の経時変化との実験結果を示す図である。
【００３６】
図６において、横軸は、吐出時間を示し、縦軸は、初期値で正規化した吐出速度、吐出量をそれぞれ示す。図６中の条件Ａ、Ｂ、Ｃは、湿度が異なる条件での実験結果であり、湿度の高さは、条件Ａ＜条件Ｂ＜条件Ｃである。
【００３７】
図６（ａ）に示すように、湿度が低いほど、吐出速度の変化率が大きいことが分かる。条件Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、吐出速度５ｍ／ｓの速度変化率は、次のように、
条件Ａ：（−０．００９４ｍ／ｓ）／ｍｉｎ
条件Ｂ：（−０．００４１ｍ／ｓ）／ｍｉｎ
条件Ｃ：（−０．００１８ｍ／ｓ）／ｍｉｎ
である。
【００３８】
一方、吐出速度の変化率よりも、吐出量の変化率は小さい。
【００３９】
図７は、インクジェット記録装置ＰＲ１の概略構成を示す図である。
【００４０】
インクジェット記録装置ＰＲ１は、インクジェットヘッドＨと、駆動手段２１と、吐出速度調整手段（ＣＰＵ）２２と、雰囲気測定手段２３と、記憶手段２４とを有する。
【００４１】
駆動手段２１は、吐出速度調整手段２２に応じた駆動波形を、インクジェットヘッドＨに印加する。雰囲気測定手段２３は、インクジェットヘッドＨの周囲の湿度を測定する。又は、雰囲気測定手段２３が、インクジェットヘッドＨの周囲の湿度と温度とを測定するようにしてもよい。又は、雰囲気測定手段２３が、インクジェットヘッドＨの周囲の湿度と、インクジェットヘッドＨ自体の温度とを測定するようにしてもよい。
【００４２】
記憶手段２４は、各湿度における吐出速度の変化率に応じた吐出速度の補正量を記憶している。この補正量は、たとえば、湿度の変化に応じた吐出速度の変化率を測定し、吐出速度調整手段２２の調整手段に応じた値に変換することによって算出することができる。
【００４３】
湿度をいくつかの範囲に区切り、各湿度範囲における吐出速度の補正量を記憶した変換テーブルを用意し、記憶手段２４に記憶する。
【００４４】
また、湿度だけでなく、周囲の温度又はインクジェットヘッドＨの温度、又は湿度と温度とに応じた変換テーブルを用意するようにしてもよい。湿度のみでなく温度に応じた変換テーブルを用意することによって、より細かく補正することができる。
【００４５】
また、加熱手段又は冷却手段等の温度制御手段によって、インクジェットヘッドＨの温度を特定の温度に保つようにしてもよい。
【００４６】
インクジェットヘッドＨを特定の温度に保つことによって、インク増粘に対する温度の影響を少なくすることができ、補正し易くなる。
【００４７】
吐出速度調整手段２２は、雰囲気測定手段２３が測定した雰囲気と、記憶手段２４が記憶している吐出速度の補正量に基づいて、駆動波形の調整を行う。また、吐出速度が吐出速度調整手段２２の調整範囲を外れた場合、インクジェットヘッドＨの回復動作を行う回復手段が設けられている。
【００４８】
次に、吐出速度調整手段２４について説明する。
【００４９】
図８は、実施例１における駆動信号Ｐ１を示す図である。
【００５０】
図９は、本発明の発明者が実験して得た第２の信号波形Ｆ２と第３の信号波形Ｆ３との電位差Ｖ２に対する吐出速度、吐出量の依存性を示す図である。
【００５１】
図１０は、図９に示す結果に対応する吐出速度の電位差依存性を示す図である。
【００５２】
実施例１における駆動波形は、吐出速度の電位差依存性よりも、吐出量の電位差依存性が小さい。したがって、吐出量をほぼ一定に保ったまま、速度の調整をすることができる。吐出速度の電位差依存性、吐出量の電位差依存性は、インクジェットヘッドＨの構成、寸法又は、設定する吐出量、速度、また、吐出するインクの種類によっても異なるが、同様の手法で、測定することができる。
【００５３】
次に、変換テーブルの補正値の算出例について説明する。
【００５４】
記憶手段には、雰囲気に応じた補正電圧が記憶されている。実験によって、単位時間当たりの速度変化率と、電位差依存性とから、補正電圧を予め算出する。
【００５５】
図６に示す例において、単位時間当たりでは、以下のように算出すればよい。
【００５６】
条件Ａ：−０．００９４（ｍ／ｓ／ｍｉｎ）／１．１（ｍ／ｓ／Ｖ）
＝０．００８５Ｖ／ｍｉｎ
条件Ｂ：−０．００４１（ｍ／ｓ／ｍｉｎ）／１．１（ｍ／ｓ／Ｖ）
＝０．００３７Ｖ／ｍｉｎ
条件Ｃ：−０．００９４（ｍ／ｓ／ｍｉｎ）／１．１（ｍ／ｓ／Ｖ）
＝０．００１６Ｖ／ｍｉｎ
次に、吐出速度調整手段による調整例について説明する。
【００５７】
ΔＶｎは、ｎ回目補正の第２の信号波形Ｆ２と第３の信号波形Ｆ３との補正電圧である。初期値ΔＶ０は、０Ｖである。増粘のない初期状態においては、予め設定された第２の信号波形Ｆ２と第３の信号波形Ｆ３との電位差Ｖ２で、所望の吐出速度、吐出量が得られるようにする。また、記憶手段２４に記憶されている変換テーブルの補正値を、αとし、速度調整の時間間隔を、Ｔとする。ｎ＋１回目の補正電位差ΔＶｎ＋１は、以下のようにすれば、求めることができる。
【００５８】
ΔＶｎ＋１＝ΔＶｎ＋α・Ｔ
速度調整の時間間隔毎に、補正電位差ΔＶｎ＋１を算出し、第２の信号波形Ｆ２と第３の信号波形Ｆ３との電位差Ｖ２を調整する（Ｖ２２、Ｖ２３等にする）ことによって、増粘による吐出速度の低下を補正することができる。
【００５９】
また、補正電位差ΔＶｎには、駆動電圧の制約による上限を設けるようにしてもよい。電位差ΔＶｎ＋１が設定値を超えた場合、液体噴射装置において、回復系ユニットがインクジェットヘッドＨを回復する。回復動作後、補正電位差ΔＶｎを、初期値ΔＶ０に戻せばよい。実施例１では、速度補償を行うことによって、一定速度で吐出できる期間を延ばすことができ、着弾位置の低下を防止することができる。
【００６０】
図１１は、実施例１の変形例における駆動信号Ｐ２を示す図である。
【００６１】
また、実施例１では、第２の信号波形Ｆ２の両端の電位差（電圧）と第３の信号波形Ｆ３の両端の電位差（電圧）とが、互いに同一の電圧Ｖ２であるとした。しかし、図１１に示すように、第２の信号波形Ｆ２の両端の電位差（電圧Ｖ２）と、第３の信号波形Ｆ３１の両端の電位差（電圧）とが異なるようにしてもよい。
【００６２】
同様の手法で、吐出速度の電位差依存性、吐出量の電位差依存性を求めることによって、記憶手段２４に記憶する変換テーブルを算出することができる。
【００６３】
なお、図４、図８、図１１において、基準の電位を０としたが、０以外の電位を基準の電位とするようにしてもよい。
【００６４】
実施例１は、インクジェット式記録装置であるが、記録媒体は紙に限定されるものではない。紙の他に、布、革、不織布等に印刷する機器や、基板、板材、固体物等に液体を付着させるパターニング装置や塗装装置等にも、前記実施例を適用することができる。
【００６５】
前記実施例は、インクジェットヘッドＨ周囲の雰囲気測定手段２３と、印刷中における吐出速度の変化率に応じた補正量を記憶する記憶手段２４とに基づいて、駆動波形調整手段２２が吐出速度を一定に調整する。
【００６６】
前記実施例によれば、吐出口直径よりも直径が小さい液滴を吐出中に、インクが増粘しても、吐出速度を一定に保つことができるので、速度補償しない場合と比べて、着弾位置の精度低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施例１であるインクジェット記録装置ＰＲ１の構成を示す構成図である。
【図２】インクジェットヘッドＨの平面図である。
【図３】図２における一点鎖線ＩＩＩ―ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】実施例１における信号波形Ｆ１、Ｐ２、Ｆ３、Ｆ４を示す図である。
【図５】実施例１において、吐出口２における液柱１１の変化を示す図である。
【図６】吐出速度の変化と、吐出量の経時変化との実験結果を示す図である。
【図７】インクジェット記録装置ＰＲ１の概略を示す図である。
【図８】実施例１における駆動波形を示す図である。
【図９】本発明の発明者が実験して得た第２の信号波形Ｆ２と第３の信号波形Ｆ３との電位差Ｖ２に対する吐出速度、吐出量の依存性を示す図である。
【図１０】図９に示す結果に対応する吐出速度の電位差依存性を示す図である。
【図１１】実施例１の変形例における駆動信号Ｐ２を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
ＰＲ１…インクジェット記録装置、
１００…記録ヘッドユニット、
１０１、１０２…ガイド軸、
１０３、１０４…送りローラ、
１０５…回復系ユニット、
１…オリフィスプレート、
２…吐出口、
３…個別液室、
４…振動板、
５…アクチュエータ、
６…基体、
７…連通口、
Ｐ１…駆動信号
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４…信号波形、
１０…メニスカス、
１１…液柱、
２１…駆動手段、
２２…吐出速度調整手段、
２３…雰囲気測定手段、
２４…記憶手段。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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