(57)【要約】【課題】液滴吐出装置において、増粘防止の微駆動パルス以外のパルスを追加することによる波形長の増大化を防止しつつ、駆動周波数による液滴速度の変動を低減する。【解決手段】液滴吐出装置において、駆動制御部１００は、１期間要素ごとに液滴吐出のための吐出駆動波形あるいは微振動を与えるための微駆動波形を選択して液滴の吐出制御を行う。その際、駆動制御部１００は、前記低周波での液滴吐出速度と前記高周波での液滴吐出速度が略等しくなるように、前記微駆動波形の立ち上がりとその直後の１期間要素における前記吐出駆動波形の立ち上がりとの間の時間間隔を調整する。【選択図】    図１
2013121665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力発生手段により圧力室の容積を変化させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドと、前記圧力室の容積を変化させる駆動波形を前記圧力発生手段に印加する駆動制御部とを備え、高・低周波数で液滴を吐出可能な液滴吐出装置であって、
前記駆動制御部は、前記低周波で液滴を吐出するときは、吐出駆動波形と、前記吐出駆動波形の吐出タイミングの１期間要素前の微駆動波形を選択し、かつ前記高周波で液滴を吐出するときは、吐出タイミングにて吐出駆動波形を選択する波形選択手段と、
前記低周波での液滴吐出速度と前記高周波での液滴吐出速度が略等しくなるように、前記微駆動波形の立ち上がりとその直後の１期間要素における前記吐出駆動波形の立ち上がりとの間の時間間隔を調整する調整手段と、
を有し、
１期間要素ごとに液滴吐出のための吐出駆動波形あるいは微振動を与えるための微駆動波形を選択して液滴の吐出制御を行う液滴吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載された液滴吐出装置において、
液滴吐出装置のヘルムホルツ周期をＴｃとし、前記低周波でインクを吐出するときの液滴速度をＶＬ、前記高周波で液滴を吐出するときの液滴速度をＶＨとし、かつ、ＶＬ＜ＶＨのときは、
前記駆動制御部は、前記時間間隔をＴｃの整数倍に調整する液滴吐出装置。
【請求項３】
請求項１に記載された液滴吐出装置において、
液滴吐出装置のヘルムホルツ周期をＴｃとし、前記低周波でインクを吐出するときの液滴速度をＶＬ、前記高周波で液滴を吐出するときの液滴速度をＶＨとし、かつ、ＶＬ＞ＶＨのときは、
前記駆動制御部は、前記時間間隔をＴｃ／２の奇数倍に調整する液滴吐出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載された液滴吐出装置を備えた印刷装置。
【請求項５】
圧力発生手段により圧力室の容積を変化させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドと、前記圧力室の容積を変化させる駆動波形を前記圧力発生手段に印加する駆動制御部とを備え、高・低周波数で液滴を吐出可能な液滴吐出装置における液滴吐出方法であって、
前記低周波で液滴を吐出するときは、吐出駆動波形と、前記吐出駆動波形の吐出タイミングの１期間要素前の微駆動波形を選択し、かつ前記高周波で液滴を吐出するときは、吐出タイミングにて吐出駆動波形を選択する波形選択工程と、
前記低周波での液滴吐出速度と前記高周波での液滴吐出速度が略等しくなるように、前記微駆動波形の立ち上がりとその直後の１期間要素における前記吐出駆動波形の立ち上がりとの間の時間間隔を調整する調整工程と、
を有し、
１期間要素ごとに液滴吐出のための吐出駆動波形あるいは微振動を与えるための微駆動波形を選択して液滴の吐出制御を行う液滴吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置に係り、具体的には例えば液滴吐出ヘッドをキャリッジに搭載して往復移動しながら印刷するシリアル方式の印刷装置、液滴吐出ヘッドをライン上に設置した状態で印刷するラインヘッド方式の印刷装置などに用いて画像を形成するドロップオンデマンド型の液滴吐出装置、液滴吐出方法、液滴吐出装置を備えた印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置等の液滴吐出装置では、駆動パルスにより圧電素子を変形させ、その変形に伴い圧力室内のインクに瞬間的な圧力を印加して、ノズル開口からインク滴を吐出させて被着媒体（記録媒体）に文字や図形等の記録を行っている。
この従来の液滴吐出装置では、インク滴の吐出タイミングによっては前回の吐出による振動が圧力室に残存し、それによってインクの吐出量やインク吐出速度が変動するという問題が生じる。
【０００３】
この問題に対処するため、インクジェット記録装置において、前回の圧電素子の変形により生じた振動を消失させるために、ストップパルス電圧を圧電部材に印加するインクジェット記録装置が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、この従来のインクジェット記録装置では、残留振動を制振するために、液滴の吐出のためではなく制振させるためだけに使用するパルスを必ず使用しなければならず、その点で無駄な電力を消費する。加えて、記録時に前記パルスを追加するため、その記録に要する全体の波形長を増大させ、そのため高速記録に不利になるという別の問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来技術の上記問題に着目してなされたものであって、その目的は、液滴吐出装置において、従来のように新たなパルスを使用することによる波形長の増大等の弊害をなくし、駆動周波数による液滴速度の変動を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、圧力発生手段により圧力室の容積を変化させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドと、前記圧力室の容積を変化させる駆動波形を前記圧力発生手段に印加する駆動制御部とを備え、高・低周波数で液滴を吐出可能な液滴吐出装置であって、前記駆動制御部は、前記低周波で液滴を吐出するときは、吐出駆動波形と、前記吐出駆動波形の吐出タイミングの１期間要素前の微駆動波形を選択し、かつ前記高周波で液滴を吐出するときは、吐出タイミングにて吐出駆動波形を選択する波形選択手段と、前記低周波での液滴吐出速度と前記高周波での液滴吐出速度が略等しくなるように、前記微駆動波形の立ち上がりとその直後の１期間要素における前記吐出駆動波形の立ち上がりとの間の時間間隔を調整する調整手段と、を有し、１期間要素ごとに液滴吐出のための吐出駆動波形あるいは微振動を与えるための微駆動波形を選択して液滴の吐出制御を行う液滴吐出装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、液滴吐出装置において、インクなどの記録液の増粘を防止するために現に使用されている微駆動パルスをそのまま利用することで、吐出時の波形長の増大化を防止しつつ、駆動周波数による液滴速度の変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態で用いられる液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図２】本発明の実施形態で用いる駆動制御部によって圧電振動子に印加される駆動パルスの駆動波形である。
【図３】図２の駆動波形を用いて行なったときの吐出パルスＰ０の駆動周波数とその液滴速度の関係を示すグラフである。
【図４】低周波で液滴吐出する場合に選択される波形を示す波形図である。
【図５】低周波で液滴吐出する場合のパルス間ピッチＴの時間と液滴速度との関係を示したグラフである。
【図６】駆動周波数と液滴速度の関係の測定結果であって、パルス間ピッチＴの時間補正後の駆動周波数と液滴速度の関係の測定結果を示すグラフである。
【図７】液滴吐出時に選択される波形を示す波形図である。
【図８】駆動波形を用いて行なったときの吐出パルスＰ０の駆動周波数とその液滴速度の関係を示すグラフであって、低周波での液滴吐出する場合の液滴速度ＶＬ＞高周波での液滴速度ＶＨとなる場合を示す。
【図９】パルス間ピッチＴに時間補正後の液滴速度と駆動周波数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置で用いられる圧電振動子６１を使用した液滴吐出ヘッド１の断面図である。
この液滴吐出ヘッド１は、主に流路基板２とフレーム５０と圧力発生手段６０から構成されている。前記流路基板２は、紙面に対して直交する方向に多数のノズル開口１１を有するノズルプレート１０と、前記ノズル開口１１へ連通する圧力室２１と前記圧力室２１への液流入量を制御する流体抵抗部２２を有するリストリクタプレート２０と、前記圧力発生手段６０の圧力を効率よく前記圧力室２１に伝達するための振動板３１が形成されたダイアフラムプレート３０と、共通インク室５１のインクを前記各ノズル開口１１へ分流させるマニホールドプレート４０から構成されている。
【０００９】
前記フレーム５０は、前記流路基板２を保持し、かつ外部からのインクを導入して貯留する前記共通インク室５１を有し、その開口部が前記マニホールドプレート４０に面している。前記圧力発生手段６０は、例えば導電材料と圧電材料が交互に積層された圧電振動子６１の一端が支持部材６２に固着され、前記圧電振動子６１の他端は接着剤によりダイアフラムプレート３０に接着された構造である。
【００１０】
前記圧電振動子６１には電極が形成され、駆動制御部１００に電気的に接続されている。なお、駆動制御部１００には、後述する波形選択手段１０１及び調整手段１０２が備えられている。印刷材料、例えばインクは図示しないインク供給管あるいはヘッド接続管から供給され、前記共通インク室５１に入り、前記マニホールドプレート４０を通過して、前記流体抵抗部２２、前記圧力室２１、前記ノズル開口１１へと順に流れる。
前記圧力発生手段６０の圧電振動子６１は、前記駆動制御部１００から所定の駆動パルスを印加することにより伸縮し、駆動パルスの印加を止めると伸縮前の状態に戻る。前記圧力室２１内のインクは、このような圧電振動子６１の変形による瞬間的な圧力を受けて、前記ノズル開口１１から液滴となって被着媒体上に着弾する。
【００１１】
以上のように構成された液滴吐出ヘッド１は、ノズル開口１１から流体抵抗部２２までの、ノズル開口１１、圧力室２１、流体抵抗部２２の形状などにより決まるコンプライアンス（弾性率の逆数）やイナータンス（単位圧力が流量の時間変化に与える影響度合）によって決まる固有振動周期、即ちヘルムホルツ周期Ｔｃを有している。
【００１２】
図２は、本発明の実施形態で用いる前記駆動制御部１００によって圧電振動子６１に印加される駆動パルスの駆動波形図である。
１印刷周期は、液滴を吐出させる吐出パルスＰ０を含む期間Ａと、中間電位を保持するための期間Ｂと、ノズル内のインクの増粘を防ぐために液滴を吐出させずにインクを揺動させる微駆動パルスＰ１を含む期間Ｃの各期間要素とからなっている。
駆動制御部１００は、この３つの期間Ａ、Ｂ、Ｃ（期間要素）を、印刷の情報に応じて選択し、適切な位置に印刷を行なう。
【００１３】
期間Ａでの吐出パルスＰ０は、電圧立ち下り部Ｄ１で圧力室２１の体積を膨張し、所定時間その状態を保持した後、電圧立ち上り部Ｕ１で圧力室２１の体積を収縮することにより液滴（インク滴）をノズルから吐出させている。
【００１４】
２段目の電圧立ち上り部Ｕ２は、液滴のサテライト長さを縮小させるために用いており、期間Ａにおける最後の電圧立ち下り部Ｄ２は吐出後の残留振動を抑制させるものである。期間Ｂは、圧電振動子の基準の変位が常に一定となるように、圧電振動子６１に所定の帯電を行わせるものである。期間Ｃの微駆動パルスＰ１は、液滴が吐出しない程度に電圧立ち下り部Ｄ３で圧力室２１の体積を膨張し、所定時間その状態を保持した後、電圧立ち上り部Ｕ３で圧力室２１の体積を収縮することで、ノズル付近のインクを攪拌し、ノズル表面付近のインクが増粘して、次の吐出パルスＰ０の印加で正常に吐出しないという現象が発生するのを防止するためのものである。
【００１５】
図３は、図２の駆動波形を用いて行なったときの吐出パルスＰ０の駆動周波数とその液滴速度の関係を示すグラフである。
前記駆動制御部１００の波形選択手段１０１は、図３における高周波、ここでは駆動周波数４０ｋＨｚでは、２５ｕｓｅｃごとに図２の期間Ａを選択し、低周波、ここでは２０ｋＨｚでは同様に５０ｕｓｅｃごとに図２の期間Ａを選択する。
図３から明らかなように、２０ｋＨｚ以下の低周波と４０ｋＨｚでの高周波では液滴速度が０．４ｍ／ｓほど異なっている。これは、高周波では、液滴吐出後の残留振動がまだ大きい状態で次の液滴吐出が開始されるので、残留振動による圧力変動と吐出パルスによる圧力変動の合成によって液滴速度が得られるためである。このように周波数の高低によって液滴速度が変動すると、均一な印刷画像を得ることができない。
【００１６】
そこで、従来は、既に述べたように、駆動周波数による液滴速度の変動をなくすために、液滴吐出後の残留振動を相殺させるパルスを印加する方法が採られている。しかし、新たに、残留振動低減のためにパルスを追加すると１印刷周期が長くなるので、高速印刷に対応できなくなる。
ところで、既に使用させているインク（液滴）を吐出させないパルスとしては、インクの増粘防止の前記微駆動パルスＰ１があるので、この微駆動パルスＰ１を前記残留振動相殺のために利用できれば１印刷周期の増大を防ぐことができる。しかし、これまでは、この一つの微駆動パルスＰ１で吐出パルスＰ０の制振とインクの増粘防止の２つの作用を達成させるのは困難であった。
【００１７】
本実施形態は、インク吐出周波数の高・低に応じて駆動パルス波形を選択し、その際、微駆動パルスＰ１によって発生する振動を利用して駆動周波数による液滴速度の変動を低減できるとの知見に基づき案出されたものである。
以下、その点にについて説明する。
【００１８】
図４は、前記知見に基づき低周波で液滴吐出する場合に選択される波形を示す波形図である。
即ち、低周波でインクの吐出を行なう場合に、駆動制御部１００（波形選択手段１０１）で選択される波形を示している。
本実施形態では、前記期間Ａの吐出パルスＰ０と期間Ｃの微駆動パルスＰ１を組み合わせたパルス波形が用いられている。
即ち、駆動制御部１００の波形選択手段１０１は、低周波でインクを吐出する場合には、図２における期間Ａの吐出パルスＰ０を選択し、かつ、その直前の１期間要素では期間Ｃの微駆動パルスＰ１を選択する。
ここで、この微駆動パルスＰ１における圧力室加圧開始時（電圧立ち上り部開始時）から、吐出パルスＰ０における圧力室加圧開始時（電圧立ち上り部開始時）までの時間をパルス間ピッチＴとする。
【００１９】
図５は、低周波で液滴吐出する場合のパルス間ピッチＴの時間と液滴速度との関係を示したグラフである。
本実施形態で使用した液滴吐出ヘッドのヘルムホルツ周期Ｔｃは約３．１ｕｓｅｃであるが、図５のグラフから、ほぼその整数倍（約３倍）である９．６ｕｓｅｃのときに液滴速度が最大となること、液滴速度の最低は約８．２ｕｓと約１１．４ｕｓであり、これらの数値から液滴速度は、ヘルムホルツ周期Ｔｃとほぼ同じ周期で変動していることが分かる。
【００２０】
図５から、パルス間ピッチＴが９．３ｕｓｅｃのときに液滴速度が７ｍ／ｓとなり、図３に示す高周波４０ｋＨｚでの液滴速度と同じになることが分かる。そこで、１印刷周期中の吐出パルスＰ０と微駆動パルスＰ１の配置をパルス間ピッチ９．３（３Ｔｃ）ｕｓｅｃになるように設定し、かつ、吐出パルスＰ０により吐出を行なう条件として、高周波で吐出を行うときは、１印刷周期中の期間Ａのみを使用して吐出を行ない、低周波で吐出を行うときは、吐出を行なう期間要素では期間Ａを選択しその直前の期間要素では微駆動パルスの期間Ｃを選択するという条件で、駆動周波数と液滴速度の関係を測定した。
【００２１】
図６は駆動周波数と液滴速度の関係についての測定結果であって、パルス間ピッチＴの時間補正後の駆動周波数と液滴速度の関係の測定結果を示すグラフである。
図６から明らかなように、この場合は駆動周波数によらず、ほぼ７ｍ／ｓと一定の液滴速度を得ることができた。
以上から、一定の液滴速度で液滴吐出を行なう条件は以下に示すものとなることが分かった。
即ち、まず、直前の微駆動パルスＰ１と吐出パルスＰ０との１印刷周期内における位置関係が、低周波吐出でかつ２つのパルスＰ１とＰ０を使用して吐出したときの液滴速度と、高周波吐出で吐出パルスＰ０のみを使用して吐出したときの液滴速度が同じになるように調整すること。また、波形の選択は、図７に示すような選択を行なうことである。なお、図７は液滴吐出時に選択される波形を示す波形図である。
【００２２】
つまり、駆動制御部１００は、１期間要素ごとにインク吐出のための吐出駆動波形あるいは微振動を与えるための微駆動波形を波形選択手段により選択してインクの吐出を制御する。即ち、（１）高周波でのインクの吐出は、図７Ａに示すように、吐出パルスＰ０を使用する１期間要素では図２の期間Ａを選択する。（２）低周波でのインクの吐出は、図７Ｂに示すように、吐出パルスＰ０を使用する１期間要素では、図２の期間Ａを選択し、その直前の１期間要素では微駆動パルスＰ１である図２の期間Ｃを選択する。（３）液滴を吐出しない場合は、インクが増粘して必要なときに正常な吐出できなくなることを防ぐために、図７Ｃに示すように、１期間要素としては微駆動パルスＰ１である図２の期間Ｃを選択する。
【００２３】
図７Ｃでは、１期間要素に必ず期間Ｃ（微駆動パルスＰ１）を選択するようにしているが、増粘による吐出不良が発生しない範囲でできる限り微駆動パルスＰ１の回数は減らすほうが、消費電力を低減できるので望ましい。インクの種類によって、微駆動パルスの選択は、１期間要素おき或いは３期間要素に１回程度としてもよい。
図７Ｂに示す場合においても、消費電力の低減のために微駆動パルスの回数はできる限り減らすことが望ましい。即ち、図７Ｂに示すように、微駆動パルスＰ１＋吐出パルスＰ０は低周波吐出で必要であるが、その前後の期間要素には微駆動パルスＰ１がなくても悪影響がないので、微駆動パルスＰ１を入れないほうが望ましい。
【００２４】
以上の実施形態は、低周波吐出での液滴速度ＶＬ、高周波での液滴速度ＶＨの関係が、ＶＬ＜ＶＨのときの場合であり、この場合には、図５のパルス間ピッチＴと液滴速度の関係から明らかなように、パルス間ピッチＴがヘルムホルツ周期Ｔｃの整数倍に近いところを採用して低周波吐出での液滴速度を上げることで駆動周波数による液滴速度の変動を低減させることができる。
【００２５】
波形や、ヘッド・インクによっては、図８のグラフに示すように、低周波吐出での液滴速度ＶＬ＞高周波吐出での液滴速度ＶＨとなる場合もある。この場合には、図５のパルス間ピッチと液滴速度の関係から、パルス間ピッチＴがＴｃ／２の奇数倍（その近傍も含む）を採用して低周波での液滴速度を下げる方法を採る。
即ち、低周波吐出での液滴速度ＶＬを低下させる場合は、上昇させる場合とはＴｃ／２だけパルス間ピッチＴをずらし、液滴速度が図５における液滴速度変動の中心より下がる部分（特に極小となる部分）のパルス間ピッチＴを採る。これにより、図９に示すように、駆動周波数による液滴速度の変動を低減させることができる。なお、図９はパルス間ピッチＴに時間補正後の液滴速度と駆動周波数との関係を示すグラフである。
このように、微駆動パルスＰ１と吐出パルスＰ０のパルス間ピッチＴを、低周波吐出での液滴速度ＶＬと高周波吐出での液滴速度ＶＨの関係によって調整することで、駆動周波数による液滴速度の変動を低減することができる。この調整は駆動制御部１００の調整手段１０２（図１）で行うことができる。
【００２６】
なお、駆動制御部１００の前記波形選択手段１０１及び調整手段１０２は、いずれも駆動制御部１００のコンピュータにプログラムを読み取らせることにより実現される機能実現手段として構成することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・液滴吐出ヘッド、２・・・流路基板、１０・・・ノズルプレート、１１・・・ノズル開口、２１・・・圧力室、２２・・・流体抵抗部、３１・・・振動板、５１・・・共通インク室、６０・・・圧力発生手段、６１・・・圧電振動子、１００・・・駆動制御部。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開平１０−２９１３０８号公報
【図１】
2013121665.tif 000003
【図２】
2013121665.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013121665.tif 000006
【図５】
2013121665.tif 000007
【図６】
2013121665.tif 000008
【図７】
2013121665.tif 000009
【図８】
2013121665.tif 000010
【図９】
2013121665.tif 000011