(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルと、当該複数のノズルに各々接続された圧力室と、当該各圧力室毎に各々設けられたアクチュエータとを備え、当該アクチュエータにより前記圧力室の容積を変化させて、前記圧力室内のインクをノズルから噴射するインク噴射装置において、
前記アクチュエータを駆動する駆動電圧を前記アクチュエータに印加する駆動回路と、
一行分の印字のインク噴射前の状態から、噴射動作の開始に伴い、所定の噴射発目に至るまで前記圧力室に発生する圧力振動の変化に順次対応して変動する前記噴射のため、各噴射発ごとに同時に噴射されるノズル数に応じてあらかじめ設定された駆動波形を発生する波形発生手段と、
噴射動作開始時からの所定の噴射発目に至るまで、前記波形発生手段から前記駆動波形を順次読み出して、当該波形の駆動電圧を前記駆動回路により前記アクチュエータに印加させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするインク噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタ等に用いられるインク噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェットプリンタに搭載されるインク滴を噴射するインク噴射装置１００は、図１１に示すように、駆動回路１１０よりインクを保持する圧力室１１６の上壁に固定される圧電素子１２２に対して駆動電圧パルスを印加して、圧電素子１２２を変形させて、それに伴って圧力室１１６を破線の如く変形させて、圧力室１１６内の圧力が上昇し、内部に保持されているインク１２６が噴射ノズル１２０から押出され、外に噴出されるようになっていた。その際、前記駆動回路１１０より圧電素子１２２に対して印加される最も単純な駆動電圧パルス波形は、１つの駆動パルスによって構成されるシングルパルス駆動波形であった。
【０００３】
そして、インク１２６が噴射ノズル１２０から押出され、駆動電圧が最大値に達した後にベース電圧までもどると、前記圧電素子１２２および圧力室１１６の上壁もそれに応じて変形前の状態にもどり、圧力室１１６内の圧力が減少して、インク１２６の噴出が停止すると同時に、インクマニホールド１２４を経由して図示外のインクタンクからインクが吸い込まれるようになっていた。噴射ノズル１２０から押出されたインク１２６は、噴射ノズル１２０の先端から連なって、しばらくはその慣性で前進するが、その後切れてインク滴となっていた。
【０００４】
また、図１２に示すように、噴射ノズル１２０を複数並べたインク噴射装置１０１も知られている。このインク噴射装置１０１では、噴射ノズル１２０を印字用紙に対して副走査方向に配列しており、駆動回路１１０よりインクを保持する各圧力室１１６の壁部に設けられた各圧電素子１２２に対して駆動電圧パルスを印加して、当該インク噴射装置１０１を印字用紙に対して主走査方向に移動させるようにして、印字を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のインク噴射装置１０１では、印字開始部分から数mmの間で濃淡むらが発生することがあった。発明者の研究の結果、これは停止状態から、多数のチャンネルを同時に駆動して印字を開始すると、インクを噴射するチャンネル数に応じて、圧力室にインクを供給するマニホールドから噴射ノズルまでの間に通常時とは異なる種々のパターンの残留圧力振動が生じ、この残留圧力振動により印字の開始部分で、噴射した液滴の体積が変動し、濃淡むらの縦縞が発生することがわかった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、インクを噴射するチャンネル数に影響されることなく、印字開始時に常に最適な印字を行うことが可能なインク噴射装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に係る発明のインク噴射装置では、複数のノズルと、当該複数のノズルに各々接続された圧力室と、当該各圧力室毎に各々設けられたアクチュエータとを備え、当該アクチュエータにより前記圧力室の容積を変化させて、前記圧力室内のインクをノズルから噴射するインク噴射装置において、前記アクチュエータを駆動する駆動電圧を前記アクチュエータに印加する駆動回路と、一行分の印字のインク噴射前の状態から、前記噴射動作の開始に伴い、所定の噴射発目に至るまで、前記圧力室に発生する圧力振動の変化に順次対応して変動する前記噴射のため、各噴射発ごとに同時に噴射されるノズル数に応じてあらかじめ設定された駆動波形を発生する波形発生手段と、噴射動作開始時からの所定の噴射発目に至るまで、前記波形発生手段から前記駆動波形を順次読み出して、当該波形の駆動電圧を前記駆動回路により前記アクチュエータに印加させる制御手段とを備えている。
【０００８】
この構成のインク噴射装置では、制御手段は、印字開始時の所定期間、一行分の印字のインク噴射前の状態から、前記噴射動作の開始に伴い、所定の噴射発目に至るまで、圧力室に発生する圧力振動の変化に順次対応して変動する噴射のため、各噴射発ごとに同時に噴射されるノズル数に応じてあらかじめ設定された駆動波形を発生する波形発生手段からその駆動波形を順次読み出して、当該波形の駆動電圧を駆動回路によりアクチュエータに印加することができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインク噴射装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明のインク噴射装置の一実施の形態であるインクジェットプリンタ１の回路構成について、図１を参照して説明する。図１は、インクジェットプリンタ１のブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、インクジェットプリンタ１には、インクジェットプリンタ１の主制御を司るマイクロコンピュータ１１が設けられ、マイクロコンピュータ１１には、操作者が命令を入力する操作パネル１４と、モータドライバ１５，１６と、ペーパーセンサ１７と、キャリッジの原点位置を検出するキャリッジ原点センサ１８と、ＬＦモータやカム等の原点を検出するＬＦセンサ１９とが接続されている。また、マイクロコンピュータ１１には、バスライン２３，２４及び噴射タイミング信号線ＴＳを介して、印字データを処理するゲートアレイ２２が接続され、ゲートアレイ２２には、パーソナルコンピュータ２６のプリンタポートと接続されるインターフェース２７と、フォントのデータ等を記憶したイメージメモリ２５と、印字ヘッド３０を駆動する駆動回路２１と、ヘッド駆動電源２９とが接続されている。
【００１５】
尚、マイクロコンピュータ１１には、バスライン２３，２４を介して、各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭ１３及び印字制御プログラム等を記憶したＲＯＭ１２が接続されている。
【００１６】
ゲートアレイ２２と駆動回路２１との間には、データ信号を伝達する信号線２８ａと、当該信号線２８ａにより伝達されるデータの転送同期クロックを伝達する信号線２８ｂと、ストローブ信号を伝達する信号線２８ｃと、噴射クロックを伝達するデータ転送クロック信号線２８ｄとが設けられている。また、駆動回路２１には、ヘッド駆動電源２９が接続され、ヘッド駆動電源２９には、ゲートアレイ２２からヘッド駆動電源２９を制御する制御信号線２８ｅが接続されている。
【００１７】
次に、図２を参照して、印字ヘッド３０の構造を説明する。図２は、印字ヘッド３０を裏返した状態の斜視図である。図２に示すように、印字ヘッド３０には、各一列に配列された複数の噴射ノズル３０ａ及び噴射ノズル３０ｂが設けられている。また、印字ヘッド３０には、駆動回路２１を搭載したフレキシブル配線基板２０が接続されている。
【００１８】
次に、図３を参照して、印字ヘッド３０の内部構造について説明する。図３は、図２に示すＡ−Ａ’線に於ける矢視方向断面図である。図３に示すように印字ヘッド３０は、ステンレス鋼板が積層された構造のキャビティプレート３１の上側に積層構造の圧電素子層３２を搭載し、キャビティプレート３１の下側にノズルプレート３７を接着している。圧電素子層３２の内部には、各層を挟む形で複数の電極３２ａが設けられている。また、ノズルプレート３７には、圧電素子層３２の変形によりインクに圧力を加える圧力室３４が形成され、圧力室３４の下方にはインクを圧力室３４に供給するマニホールド３３が連通孔３６により接続されている。また、圧力室３４は連通孔３５によりノズルプレート３７に形成された噴射ノズル３０ａに接続されている。
【００１９】
上記の構成の印字ヘッド３０では、電極３２ａに駆動電圧を印加することにより、圧電素子層３２が変形して圧力室３４内のインクに圧力が加えられて噴射ノズル３０ａからインクが噴射されるようになっている。
【００２０】
次に、図４を参照して、ＲＯＭ１２の記憶エリアについて説明する。図４は、ＲＯＭ１２の記憶エリアの概念図である。図４に示すように、ＲＯＭ１２には、インクジェットプリンタ１の印字を制御する印字制御プログラムを記憶する印字制御プログラム記憶エリア１２ａ、駆動波形を記憶した駆動波形テーブル記憶エリア１２ｂ、電圧補正テーブル記憶エリア１２ｃ等が設けられている。
【００２１】
ここで、図９を参照して、印字ヘッド３０の圧電素子層３２の駆動電圧の補正を行わない場合に、印字開始から順次噴射される液滴の噴射発目と、同時に噴射されるチャンネル数と、噴射された液滴の体積変動率の関係を説明する。図９は、印字開始からの液滴の体積変動率を示すグラフである。
【００２２】
図９に示すように、２０チャンネルを同時に噴射するときには、１発目乃至５発目及び７発目以後が体積変動率が１．００で正常であり、６発目だけが、体積変動率が１．０２５となる。また、４０チャンネルを同時に噴射するときには、１発目、１１発目以後が体積変動率が１．００で正常であり、２発目乃至４発目及び９発と１０発目が体積変動率が１．０２５となり、５発目と８発目が体積変動率が１．０５となり、６発目と７発目が体積変動率が１．０７２５となる。
【００２３】
また、６０チャンネルを同時に噴射するときには、１２発目及び１５発目以後が体積変動率が１．００で正常であり、１発目及び１１発目が体積変動率が１．０２５となり、２発目と３発目及び１０発目が体積変動率が１．０５となり、４発目と５発目及び９発目が体積変動率が１．０７２５となり、６発目乃至８発目が体積変動率が１．１０となる。
【００２４】
次に、図１０を参照して、印字ヘッド３０の圧電素子層３２への駆動電圧と噴射される液滴の体積比の関係を説明する。図１０は、印字ヘッド３０の圧電素子層３２への駆動電圧と噴射される液滴の体積比の関係を示すグラフである。このグラフでは、印字ヘッド３０の圧電素子層３２への駆動電圧が２０Ｖの時の噴射される液滴の体積比を１．００として、駆動電圧を変化させたときの噴射される液滴の体積比を示している。
【００２５】
駆動電圧が１８Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、０．９０であり、駆動電圧が１８．５Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、０．９１であり、駆動電圧が１９Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、０．９２５であり、駆動電圧が１９．５Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、０．９６であり、駆動電圧が２０Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、１．００であり、駆動電圧が２０．５Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、１．０４であり、駆動電圧が２１Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、１．０７２５であり、駆動電圧が２１．５Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、１．１０であり、駆動電圧が２２Ｖの時には、噴射される液滴の体積比は、１．１１である。
【００２６】
２０チャンネル、４０チャンネル、６０チャンネル等の多数のチャンネル同時に液滴を噴射する場合には、印字開始から１５発目の噴射までは、噴射される液滴の体積に変動を生じる。これを、図１０に示すように、印字ヘッド３０の圧電素子層３２への駆動電圧を変化させることで体積比を変化させて、補正することができる。この駆動電圧の補正の為のデータを記憶した電圧補正テーブルが、図４に示すＲＯＭ１２の電圧補正テーブル記憶エリア１２ｃに記憶された電圧補正テーブルである。尚、駆動電圧の補正値は、予め噴射するチャンネル数に応じた残留圧力振動のパターンを測定しておき、それを補償するように適切な駆動電圧を求めて各電圧補正テーブルに記憶しておく。
【００２７】
次に、図５乃至図７を参照して、ＲＯＭ１２の電圧補正テーブル記憶エリア１２ｃに記憶された電圧補正テーブルについて説明する。図５乃至図７は、電圧補正テーブルの概念図である。
【００２８】
図５に示す電圧補正テーブル１は、同時に５０チャンネル以上が噴射される場合のドット位置（何発目の噴射か）と印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加される駆動電圧の関係を示すデータテーブルである。図５に示すように、同時に５０チャンネル以上が噴射される場合には、噴射発目と印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加される駆動電圧の関係は以下の関係となる。
１発目：１９．７Ｖ
２発目：１９．４Ｖ
３発目：１９．４Ｖ
４発目：１９．０Ｖ
５発目：１９．０Ｖ
６発目：１８．７Ｖ
７発目：１８．７Ｖ
８発目：１８．７Ｖ
９発目：１９．０Ｖ
10発目：１９．４Ｖ
11発目：１９．７Ｖ
12発目：２０．０Ｖ
13発目：２０．３Ｖ
14発目：２０．３Ｖ
15発目：２０．０Ｖ
【００２９】
図６に示すように、同時に３０〜４９チャンネルが噴射される場合には、噴射発目と印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加される駆動電圧の関係は以下の関係となる。
１発目：２０．０Ｖ
２発目：１９．７Ｖ
３発目：１９．７Ｖ
４発目：１９．７Ｖ
５発目：１９．４Ｖ
６発目：１９．０Ｖ
７発目：１９．０Ｖ
８発目：１９．４Ｖ
９発目：１９．７Ｖ
10発目：１９．７Ｖ
11発目：２０．０Ｖ
12発目：２０．０Ｖ
13発目：２０．０Ｖ
14発目：２０．０Ｖ
15発目：２０．０Ｖ
【００３０】
図７に示すように、同時に１０〜２９チャンネルが噴射される場合には、噴射発目と印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加される駆動電圧の関係は以下の関係となる。
１発目：２０．０Ｖ
２発目：２０．０Ｖ
３発目：２０．０Ｖ
４発目：２０．０Ｖ
５発目：２０．０Ｖ
６発目：１９．７Ｖ
７発目：２０．０Ｖ
８発目：２０．０Ｖ
９発目：２０．０Ｖ
10発目：２０．０Ｖ
11発目：２０．０Ｖ
12発目：２０．０Ｖ
13発目：２０．０Ｖ
14発目：２０．０Ｖ
15発目：２０．０Ｖ
【００３１】
次に、図８を参照して、本実施の形態のインクジェットプリンタ１の印字制御について説明する。図８は、インクジェットプリンタ１の印字制御のフローチャートである。パーソナルコンピュータ２６から１行分の印字指令を受信すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、環境温度等に対応して１行全体に共通のパルス幅等の印字波形を設定する（Ｓ１１）。次いで、印字開始から１５発目以内でない場合、即ち、印字開始直後でない場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加する駆動電圧を２０．０Ｖに設定する（Ｓ１４）。印字開始から１５発以内の場合、即ち、印字開始直後の１発目において（Ｓ１３：ＹＥＳ）、印字ヘッド３０の同時に駆動されるチャンネル数が５０チャンネル以上の場合には（Ｓ１５：ＹＥＳ）、図５に示す電圧補正テーブル１を参照して印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加する駆動電圧を決定する（Ｓ１６）。
【００３２】
また、上記１発目において、印字ヘッド３０の同時に駆動されるチャンネル数が３０〜４９チャンネルの場合には（Ｓ１５：ＮＯ、Ｓ１７：ＹＥＳ）、図６に示す電圧補正テーブル２を参照して印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加する駆動電圧を決定する（Ｓ１８）。
【００３３】
また、上記１発目において、印字ヘッド３０の同時に駆動されるチャンネル数が１０〜２９チャンネルの場合には（Ｓ１５：ＮＯ、Ｓ１７：ＮＯ、Ｓ１９：ＹＥＳ）、図７に示す電圧補正テーブル３を参照して印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加する駆動電圧を決定する（Ｓ２０）。尚、印字ヘッド３０の同時に駆動されるチャンネル数が１０未満の場合には（Ｓ１５：ＮＯ、Ｓ１７：ＮＯ、Ｓ１９：ＮＯ）、印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加する駆動電圧を２０．０Ｖに決定する（Ｓ２１）。
【００３４】
次いで、当該決定した駆動電圧を駆動回路２１に設定し噴射動作を行う（Ｓ２２）。そして、２発目以降も一行の印字が終了するまで（Ｓ２３：ＮＯ）、Ｓ１３に戻り、Ｓ１３〜Ｓ２２の処理を繰り返す。そして、１行の印字が終了すると（Ｓ２３：ＹＥＳ）、当該行の印字処理を終了する。尚、Ｓ１０の判断処理で一行印字指令でないと判断されたときには（Ｓ１０：ＮＯ）、印字用紙の送り等のその他の処理であるので該当するその他の処理を行って（Ｓ１２）、処理を終了する。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態のインクジェットプリンタ１では、印字開始から１５発目以内の噴射の場合に、同時駆動されるチャンネル数に応じて、ＲＯＭ１２の電圧補正テーブル記憶エリア１２ｃに記憶された電圧補正テーブルを参照して噴射発目毎の印字ヘッド３０の圧電素子層３２に印加する駆動電圧を決定するので、多数チャンネル同時に印字を開始しても、マニホールド３３から噴射ノズル３０ａまでの残留圧力振動を防止することができ、印字開始直後の濃淡むらによる縦縞が発生することを防止できる。
【００３６】
尚、本発明は上記の実施の形態に限らずに各種の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、印字ヘッド３０の駆動手段としては、圧電素子に限られず、電圧を印加することによりインクの噴射を行える物で有れば、各種のアクチュエータを用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳述したとおり、請求項１に係る発明のインク噴射装置では、制御手段は、印字開始時の所定期間、一行分の印字のインク噴射前の状態から、前記噴射動作の開始に伴い、所定の噴射発目に至るまで、圧力室に発生する圧力振動の変化に順次対応して変動する噴射のため、各噴射発ごとに同時に噴射されるノズル数に応じてあらかじめ設定された駆動波形を発生する波形発生手段から前記駆動波形を順次読み出して、当該波形の駆動電圧を駆動回路によりアクチュエータに印加することができる。従って、印字開始直後の濃淡むらによる縦縞が発生することを防止できる。
【００３８】
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、インクジェットプリンタ１のブロック図である。
【図２】  図２は、印字ヘッド３０を裏返した状態の斜視図である。
【図３】  図３は、図２に示すＡ−Ａ’線に於ける矢視方向断面図である。
【図４】  図４は、ＲＯＭ１２の記憶エリアの概念図である。
【図５】  図５は、電圧補正テーブル１の概念図である。
【図６】  図６は、電圧補正テーブル２の概念図である。
【図７】  図７は、電圧補正テーブル３の概念図である。
【図８】  図８は、インクジェットプリンタ１の印字制御のフローチャートである。
【図９】  図９は、印字開始からの液滴の体積変動率を示すグラフである。
【図１０】  図１０は、印字ヘッド３０の圧電素子層３２への駆動電圧と噴射される液滴の体積比の関係を示すグラフである。
【図１１】  図１１は、従来のインク噴射装置１００を示す図である。
【図１２】  図１２は、従来のインク噴射装置１０１を示す図である。
【符号の説明】
１    インクジェットプリンタ
１１    マイクロコンピュータ
１２    ＲＯＭ
１２ｃ  電圧補正テーブル記憶エリア
１３    ＲＡＭ
２１    駆動回路
２２    ゲートアレイ
２８ｅ  制御信号線
２９    ヘッド駆動電源
３０    印字ヘッド
３１    キャビティプレート
３２    圧電素子層
３３    マニホールド
３４    圧力室
３５    連通孔
３６    連通孔
３７    ノズルプレート
【図１】
0004425509.tif 000002
【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】
0004425509.tif 000008
【図８】
0004425509.tif 000009
【図９】
0004425509.tif 000010
【図１０】
0004425509.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004425509.tif 000013