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JP2004074478A - Liquid ejecting apparatus and driving method of the same - Google Patents

Liquid ejecting apparatus and driving method of the same Download PDF

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JP2004074478A
JP2004074478A JP2002234978A JP2002234978A JP2004074478A JP 2004074478 A JP2004074478 A JP 2004074478A JP 2002234978 A JP2002234978 A JP 2002234978A JP 2002234978 A JP2002234978 A JP 2002234978A JP 2004074478 A JP2004074478 A JP 2004074478A
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pressure chamber
waveform element
expansion
pressure
time interval
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JP2002234978A
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Ryoichi Tanaka
田 中 良 一
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Abstract

【課題】複数のノズル開口間におけるインク滴重量やインク滴速度のバラツキを最小限に抑える。
【解決手段】圧力発生素子に印加される吐出パルスは、圧力室の容積を膨張させて圧力室内に液体を充填する充填波形要素Pwc1と、圧力室の膨張状態を保持する膨張保持波形要素Pwh1と、圧力室を収縮させてノズル開口から液滴を吐出させる吐出波形要素Pndと、を含む。圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが圧力室の方向に最も引き込まれた時点に吐出波形要素Pndの始点を合わせるように、充填波形要素Pwc1の時間間隔と膨張保持波形要素Pwh1の時間間隔との合計時間が圧力室の固有振動周期Tcよりも長く設定されている。
【選択図】 図4
An object of the present invention is to minimize variations in ink drop weight and ink drop speed between a plurality of nozzle openings.
A discharge pulse applied to a pressure generating element includes a filling waveform element Pwc1 for expanding the volume of the pressure chamber to fill the pressure chamber with liquid, and an expansion holding waveform element Pwh1 for maintaining the expansion state of the pressure chamber. And a discharge waveform element Pnd for contracting the pressure chamber to discharge droplets from the nozzle openings. The time interval between the filling waveform element Pwc1 and the time interval between the expansion holding waveform element Pwh1 so that the start point of the discharge waveform element Pnd coincides with the point at which the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is drawn most in the direction of the pressure chamber. Is set to be longer than the natural vibration period Tc of the pressure chamber.
[Selection diagram] Fig. 4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のノズル開口に連通する複数の圧力室に対応して設けられた複数の圧力発生素子に吐出パルスを印加することにより、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせてノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射装置、及び同装置の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の液体噴射装置の代表例としては、画像記録用のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置がある。その他の液体噴射装置としては、例えば液晶ディスプレー等のカラーフィルタ製造に用いられる色材噴射ヘッドを備えた装置、有機ELディスプレー、FED(面発光ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材(導電ペースト)噴射ヘッドを備えた装置、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドを備えた装置、精密ピペットとしての試料噴射ヘッドを備えた装置等が挙げられる。
【0003】
インクジェット式記録装置は、多数のノズル開口を列状に並べて形成されたノズル列を複数備える記録ヘッド(液体噴射ヘッド)と、この記録ヘッドを主走査方向(記録紙幅方向)に移動させるキャリッジ機構と、記録紙を主走査方向に直交する副走査方向(紙送り方向)に移動させる紙送り機構とを備えている。
【0004】
上記の記録ヘッドは、複数のノズル開口に連通した複数の圧力室と、各圧力室内のインク圧力を変化させる各圧力発生素子とを備えている。この記録ヘッドでは、吐出パルスを圧力発生素子に供給することで圧力室内のインク圧力を変化させ、ノズル開口からインク滴を吐出させる。
【0005】
主走査方向に移動しながら記録ヘッドは、ドットパターンデータにより規定されるタイミングでインク滴を吐出させる。そして、記録ヘッドが移動範囲の終端に達したならば、紙送り機構は記録紙を副走査方向に移動させる。記録紙の移動を行ったならば、キャリッジ機構は記録ヘッドを再度主走査方向に移動させ、記録ヘッドは移動中にインク滴を吐出する。
【0006】
以上の動作を繰り返し行うことにより、ドットパターンデータに基づく画像が記録紙上に記録される。
【0007】
この種のインクジェット式記録装置は、インク滴を吐出するか否か、つまりドットの有無により画像を構成するものである。このため、1つの画素を4×4、8×8等の複数のドットで表現することによって中間階調を表現する方法が採用されている。そして、この方法で高い画質の画像を記録するためには、体積の極く小さいインク滴を記録ヘッドから吐出させる必要がある。
【0008】
このような事情に鑑み、画質の向上と記録速度の向上という相反する要求を満たすため、同一のノズルから異なる大きさのインク滴を吐出させる技術が開発されている。例えば、微小なインク滴を生成可能なパルス信号を複数供給することにより、同一のノズルから微小なインク滴を複数吐出させ、記録紙上に着弾する前に各インク滴を合体させて大きなインク滴を生成する。
【0009】
しかしながら、この技術では、合体可能なインク滴の数が限られてしまうので、インク滴の大きさが限られてしまうし、大きさの可変範囲も狭い。さらに、着弾前に複数のインク滴を合体させなければならないので、制御も困難である。
【0010】
そこで、吐出させるインク滴の体積に応じた複数種類の吐出パルスを一連に接続した駆動信号を発生して、この駆動信号の一部を選択して得られた吐出パルスを圧力発生素子に供給する技術が開発されている。
【0011】
図5は、記録ヘッドのノズル開口からインク滴を吐出する際に圧力発生素子に印加される吐出パルスの代表例を示している。この吐出パルスは、圧力室の容積を膨張させて圧力室内にインクを充填する充填波形要素Pwc1と、圧力室の膨張状態を保持する膨張保持波形要素Pwh1と、圧力室を収縮させてノズル開口からインク滴を吐出させる吐出波形要素Pndと、圧力室の収縮状態を保持する収縮保持波形要素Pwh2と、収縮状態にある圧力室を膨張させてメニスカスを制振する制振波形要素Pwc2と、を備えている。
【0012】
また、図6は、充填波形要素Pwc1を圧力発生素子に印加して圧力室を膨張させることによって引き起こされたメニスカスの振動状態を示しており、横軸は経過時間t、縦軸はメニスカスの位置を示している。図6に示した曲線Aは、圧力室の固有振動周期(ヘルムホルツ振動周期)Tcに対応する周期を持っている。
【0013】
なお、図6の横軸の経過時間tを、充填波形要素Pwc1と膨張保持波形要素Pwh1との合計時間Tとすれば、メニスカスの振動状態を示す曲線Aは、ノズル開口から吐出されるインク滴の重量(Iw)及びインク滴の速度(Vm)を示すことになる。つまり、メニスカスが圧力室方向に最も引き込まれた時点で吐出波形要素Pndが開始する場合、吐出されるインク滴の重量は最も軽く、吐出速度は最も遅い。逆に、メニスカスが圧力室から最も離れた時点で吐出波形要素Pndが開始する場合には、最重量且つ最速のインク滴が吐出される。
【0014】
そして、従来のインクジェット式記録装置においては、図6に示した曲線Aの谷の時点Xにて吐出波形要素Pndが開始されるようにするために、充填波形要素Pwc1と膨張保持波形要素Pwh1との合計時間Tを圧力室のヘルムホルツ振動周期Tcに設定していた。
【0015】
このように設定する理由は次の通りである。理想的には、記録ヘッドに形成された複数の圧力室のすべてが共通の固有振動周期(ヘルムホルツ振動周期)Tcを有していることが望ましいが、実際には、記録ヘッドの製造上の問題から、同一列内に属する圧力室同士の間でもヘルムホルツ振動周期Tcにバラツキが発生してしまう。このため、上述した充填波形要素Pwc1と膨張保持波形要素Pwh1との合計時間Tを設定する際に使用されるヘルムホルツ振動周期Tcとしては、複数の圧力室のヘルムホルツ振動周期Tcの平均値が使用されている。つまり、図6に示した曲線Aは、平均のヘルムホルツ振動周期Tcを持つ圧力室におけるメニスカスの振動状態を示したものである。
【0016】
次に図7には、上述した曲線Aに加えて曲線B及び曲線Cが示されており、曲線Bは最大のヘルムホルツ振動周期Tcを持つ圧力室の場合を示し、曲線Cは最小のヘルムホルツ振動周期Tcを持つ圧力室の場合を示している。図7から分かるように、充填波形要素Pwc1と膨張保持波形要素Pwh1との合計時間Tを曲線Aの谷部Xに合わせることによって、曲線Aの値に対する曲線B、Cの値の偏差量ΔIaを最小限に抑えることができる。すなわち、複数の圧力室間の固有振動周期Tcのバラツキに起因するインク滴重量(Iw)のバラツキやインク滴速度(Vm)のバラツキを最小限に抑えることができる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したように充填波形要素Pwc1と膨張保持波形要素Pwh1との合計時間T(=Pwc1+Pwh1)をTc(平均値)に合わせると、この合計時間Tの終点(つまり、吐出波形要素Pndの始点)は、実際には、図7に示した曲線Aの谷の時点Xではなく、時点Xよりもやや手前の時点X’に対応してしまうことが本発明者によって見出された。これは、おそらく、吐出パルスの波形が、図5に示したように、いわゆるインパルス波形ではなく、ある程度の勾配を充填波形要素Pwc1に付与したランプ波形であるためと考えられる。
【0018】
このように合計時間T(=Pwc1+Pwh1)が、谷の時点Xではなく、その手前の時点X’に対応する場合、図7に示したように曲線Aに対する曲線B、Cの偏差量ΔIbが増大してしまう。つまり、複数のノズル開口間におけるインク滴重量(Iw)のバラツキやインク滴速度(Vm)のバラツキが大きくなってしまう。
【0019】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、複数のノズル開口間におけるインク滴重量(Iw)のバラツキやインク滴速度(Vm)のバラツキを最小限に抑えることができる液体噴射装置及び同装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第1の本発明は、複数のノズル開口に連通する複数の圧力室に対応して設けられた複数の圧力発生素子に吐出パルスを印加することにより、前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射装置において、前記複数の圧力発生素子に印加される前記吐出パルスを生成するための駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記駆動信号から少なくともその一部を選択することによって前記吐出パルスを生成するパルス生成手段と、を備え、前記吐出パルスは、前記圧力室の容積を膨張させて前記圧力室内に液体を充填する充填波形要素と、前記圧力室の膨張状態を保持する膨張保持波形要素と、前記圧力室を収縮させてノズル開口から液滴を吐出させる吐出波形要素と、を含み、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点に前記吐出波形要素の始点を合わせるように、前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間が前記圧力室の固有振動周期(Tc)よりも長く設定されていることを特徴とする。
【0021】
上記課題を解決するために、第2の本発明は、複数のノズル開口に連通する複数の圧力室に対応して設けられた複数の圧力発生素子に吐出パルスを印加することにより、前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射装置の駆動方法において、前記複数の圧力発生素子に印加される前記吐出パルスを生成するための駆動信号を発生する駆動信号発生工程と、前記駆動信号から少なくともその一部を選択することによって前記吐出パルスを生成するパルス生成工程と、を備え、前記吐出パルスは、前記圧力室の容積を膨張させて前記圧力室内に液体を充填する充填波形要素と、前記圧力室の膨張状態を保持する膨張保持波形要素と、前記圧力室を収縮させてノズル開口から液滴を吐出させる吐出波形要素と、を含み、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点に前記吐出波形要素の始点を合わせるように、前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間が前記圧力室の固有振動周期(Tc)よりも長く設定されていることを特徴とする。
【0022】
上記第1及び第2の本発明において、好ましくは、前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)に2マイクロ秒以下の時間を加えた値である。
【0023】
また、好ましくは、前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)の130%以下である。
【0024】
また、好ましくは、前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)に、前記圧力室の固有振動周期(Tc)の1/8倍以下の時間を加えた値である。
【0025】
また、好ましくは、前記複数の圧力室はそれらの固有振動周期(Tc)にバラツキがあり、最長周期と最短周期との中間にあたる固有振動周期(Tc)を有する圧力室において、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点が前記吐出波形要素の始点に一致する。
【0026】
また、好ましくは、前記複数の圧力室はそれらの固有振動周期(Tc)にバラツキがあり、平均的な固有振動周期(Tc)を有する圧力室において、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点が前記吐出波形要素の始点に一致する。
【0027】
また、好ましくは、前記圧力発生素子は、縦振動モード又はたわみ振動モードの圧電振動子によって構成されている。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による液体噴射装置の一実施形態としてのインクジェット式記録装置及び同装置の駆動方法について、図面を参照して説明する。
【0029】
図1は、本実施形態によるインクジェット式記録装置の概略構成を示した斜視図である。図1中符号1はキャリッジであり、このキャリッジ1はキャリッジモータ2により駆動されるタイミングベルト3を介して、ガイド部材4に案内されてプラテン5の軸方向に往復移動されるように構成されている。キャリッジ1、キャリッジモータ2、タイミングベルト3、及びガイド部材4は、インクジェット式記録ヘッド12をキャリッジ1と共に主走査方向に走査させるキャリッジ機構を構成している。
【0030】
インクジェット式記録ヘッド12はキャリッジ1の記録紙6に対向する側に搭載されており、またその上部には記録ヘッド12にインクを供給するインクカートリッジ7が着脱可能に装着されている。
【0031】
インクジェット式記録装置の非印刷領域であるホームポジション(図1中、右側)にはキャップ部材13が配置されており、このキャップ部材13はキャリッジ1に搭載された記録ヘッド12がホームポジションに移動した時に、記録ヘッド12のノズル形成面に押し当てられてノズル形成面との間に密閉空間を形成するように構成されている。そして、キャップ部材13の下方には、キャップ部材13により形成された密閉空間に負圧を与えるためのポンプユニット10が配置されている。
【0032】
キャップ部材13における印刷領域側の近傍には、ゴムなどの弾性板を備えたワイピング手段11が記録ヘッド12の移動軌跡に対して例えば水平方向に進退できるように配置されていて、キャリッジ1がキャップ部材13側に往復移動するに際して、必要に応じて記録ヘッド12のノズル形成面を払拭することができるように構成されている。
【0033】
このインクジェット式記録装置は、さらに、記録ヘッド12により記録が行われる記録紙6を主走査方向に対して直交する副走査方向に間欠的に搬送する送り機構を備えている。
【0034】
図2は、本実施形態によるインクジェット式記録装置の機能ブロック図である。図2に示したようにこの記録装置はプリンタコントローラ61と、プリントエンジン62とを備えている。プリンタコントローラ61は、ホストコンピュータ(図示せず)等から印刷データ等を受信するインターフェース63と、各種データの記憶等を行うRAM64と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したROM65と、CPU等から成る制御部82と、発振回路66と、駆動信号を発生する駆動信号発生回路(駆動信号発生手段)83と、ドットパターンデータ(ビットマップデータ)に展開された印刷データや駆動信号等をプリントエンジン62に送信するためのインターフェース67とを備えている。
【0035】
この他に、プリンタコントローラ61は、記録媒体の一種であるメモリカード76を着脱可能に保持し、記録媒体保持部として機能するカードスロット77と、メモリカード76に記録された情報を制御部82に送信するカードインターフェース78とを備えている。上記のメモリカード76には、駆動信号の波形に関するデータが記録されている。なお、メモリカード76以外の記録媒体としては、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、光磁気ディスク等も使用することができる。
【0036】
そして、制御部82はコンピュータの一種であり、メモリカード76に記録された駆動信号の波形データやROM65に記録された制御ルーチン等を参照してインク滴の吐出制御を行う。
【0037】
インターフェース63は、例えばキャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータのいずれか1つのデータ又は複数のデータからなる印刷データをホストコンピュータから受信する。また、インターフェース63は、ホストコンピュータに対してビジー(BUSY)信号やアクノレッジ(ACK)信号等を出力することができる。
【0038】
RAM64は、受信バッファ、中間バッファ、出力バッファ及びワークメモリ(図示せず)等として利用されるものである。受信バッファにはホストコンピュータからの印刷データが一時的に記憶され、中間バッファには中間コードデータが記憶され、出力バッファにはドットパターンデータが展開される。
【0039】
ROM65は、制御部82によって実行される各種制御ルーチン、フォントデータ、及びグラフィック関数等を記憶している。
【0040】
なお、このROM65には、変更されずに継続的に使用される制御ルーチン(制御プログラム)が記憶されている。そして、駆動信号の波形に関するデータ等、バージョンアップや変更が予定されるものは、上記のメモリカード76に記録される。
【0041】
また、制御部82は、メモリカード76から読み取った駆動信号の波形に関するデータに基づいて駆動信号発生回路83を制御して、印刷モードに応じて所定の駆動信号を生成させる。
【0042】
プリントエンジン62は、記録ヘッド12を主走査方向に駆動するステッピングモータ80、記録紙を移送する紙送りモータ81、及び記録ヘッド12の電気駆動系71とから構成されている。記録ヘッド12の電気駆動系71は、シフトレジスタ72、ラッチ回路73、レベルシフタ74、スイッチ75、及び圧電振動子161等を備えている。なお、シフトレジスタ72、ラッチ回路73、レベルシフタ74、及びスイッチ75はパルス生成手段として機能する。
【0043】
なお、制御部82としては、例えば単体で直接的に記録装置に接続されたホストコンピュータや、また、ネットワークを介して接続された多数のコンピュータのうちの1つのコンピュータを使用することもできる。
【0044】
図3は、図1に示したインクジェット式記録装置の記録ヘッドの構造を示した断面図である。
【0045】
この記録ヘッド12は、合成樹脂製の基台163と、この基台163の前面(図の左側に相当する)に貼着された流路ユニット164とを備えている。そして、この流路ユニット164は、ノズル開口165が穿設されたノズルプレート166と、振動板167と、流路形成板168と、シート176とから構成されている。
【0046】
基台163は、前面と背面に開放された収容空間169が設けられたブロック状部材である。この収容空間169には、固定基板170に固定された圧電振動子161が収容されている。
【0047】
ノズルプレート166は、副走査方向に沿って多数のノズル開口165が穿設された薄い板状部材である。各ノズル開口165は、ドット形成密度に対応した所定ピッチで開設されている。振動板167及びシート176によって、圧電振動子161が当接する厚肉部としてのアイランド部171と、このアイランド部171の周囲を囲うように設けられ、弾性を有する薄肉部172とが形成されている。
【0048】
アイランド部171は、一つのノズル開口165に一つのアイランド部171が対応するように、所定ピッチで多数設けられている。
【0049】
流路形成板168は、圧力室173、共通インク室174、及び、これらの圧力室173と共通インク室174とを連通するインク供給口175を形成するための開口部が設けられている。
【0050】
そして、ノズルプレート166を流路形成板168の前面に配設するとともに、振動板167及びシート176を背面側に配設し、ノズルプレート166と振動板167及びシート176とにより流路形成板168を挟んだ状態で、接着等により一体化されて流路ユニット164が形成されている。
【0051】
この流路ユニット164では、ノズル開口165の背面側に圧力室173が形成され、この圧力室173の背面側に振動板167のアイランド部171が位置している。また、圧力室173と共通インク室174とがインク供給口175によって連通している。
【0052】
圧電振動子161の先端は、アイランド部171に背面側から当接され、この当接状態で圧電振動子161が基台163に固定されている。また、この圧電振動子161には、フレキシブルケーブルを介して駆動信号(COM)や印刷データ(SI)等が供給される。
【0053】
縦振動モードの圧電振動子161は、充電されると電界と直交する方向に収縮し、放電すると電界と直交する方向に伸長する特性を有する。したがって、この記録ヘッド12では、充電されることにより圧電振動子161は後方に収縮し、この収縮に伴ってアイランド部171が後方に引き戻され、収縮していた圧力室173が膨張する。この膨張に伴って共通インク室174のインクがインク供給口175を通って圧力室173内に流入する。一方、放電することにより圧電振動子161は前方に向けて伸長し、弾性板のアイランド部171が前方に押されて圧力室173が収縮する。この収縮に伴って圧力室173内のインク圧力が高くなる。
【0054】
図4は、駆動信号発生回路83が発生した駆動信号からその一部を選択して生成される吐出パルスを示している。
【0055】
この吐出パルスは、圧力室173の容積を膨張させて圧力室173内にインクを充填する充填波形要素Pwc1と、圧力室173の膨張状態を保持する膨張保持波形要素Pwh1と、圧力室173を収縮させてノズル開口165からインク滴を吐出させる吐出波形要素Pndと、圧力室173の収縮状態を保持する収縮保持波形要素Pwh2と、収縮状態にある圧力室173を膨張させてメニスカスを制振する制振波形要素Pwc2と、を備えている。
【0056】
そして、本実施形態においては、膨張保持波形要素Pwh1の終点、即ち吐出波形要素Pndの始点を、圧力室173の膨張に起因して振動するメニスカスが圧力室173の方向に最も引き込まれた時点X(図6参照)に合わせるように、充填波形要素Pwc1の時間間隔と膨張保持波形要素Pwh1の時間間隔との合計時間Tが、圧力室173の固有振動周期Tcよりも長いTc+αに設定されている。
【0057】
図5に示した従来の吐出パルスとの比較で言えば、図4に示した本実施形態における吐出パルスは、図5に示した従来の吐出パルスにおける膨張保持波形要素Pwh1の時間間隔を従来よりも長くしたものである。
【0058】
この合計時間T(=Tc+α)は、好ましくは、圧力室173の固有振動周期Tcに2マイクロ秒以下の時間を加えた値である。
【0059】
或いはまた、この合計時間T(=Tc+α)は、圧力室173の固有振動周期Tcの130%以下に設定される。
【0060】
さらに、この合計時間T(=Tc+α)は、圧力室173の固有振動周期Tcに、圧力室173の固有振動周期Tcの1/8倍以下の時間を加えた値でも良い。
【0061】
また、複数の圧力室173においてそれらの固有振動周期(Tc)にバラツキがある場合には、最長周期と最短周期との中間にあたる固有振動周期(Tc)又は平均的な固有振動周期(Tc)を有する圧力室173において、充填波形要素Pwc1による圧力室173の膨張に起因して振動するメニスカスが圧力室173の方向に最も引き込まれた時点が吐出波形要素Pndの始点に一致するように駆動信号を設計する。
【0062】
以上述べたように本実施形態においては、吐出波形要素Pndの始点を、圧力室173の膨張に起因して振動するメニスカスが圧力室173の方向に最も引き込まれた時点Xに合わせるように、充填波形要素Pwc1の時間間隔と膨張保持波形要素Pwh1の時間間隔との合計時間Tが、圧力室173の固有振動周期Tcよりも長いTc+αに設定されているので、図7を参照して既に説明したように、複数の圧力室173間の固有振動周期Tcのバラツキに起因するインク滴の重量(Iw)のバラツキやインク滴速度(Vm)のバラツキを最小限に抑えることが可能であり、安定したムラのない印刷品質を提供することができる。
【0063】
なお、上記実施形態では縦振動モードの圧電振動子を圧力発生素子として使用した記録ヘッドを例示したが、本発明は、たわみ振動モードの圧電振動子を用いた記録ヘッドにも適用することができる。このたわみ振動モードの圧電振動子を用いた記録ヘッドでは、圧電振動子の充放電による電圧レベルと圧力室の膨張収縮との関係が、上述した縦振動モードの圧電振動子を用いた記録ヘッド12の場合とは逆になる。従って、たわみ振動モードの圧電振動子を用いた記録ヘッドを用いる場合には、図4に示した記録ヘッド12用の駆動信号を、中間電位を境に電圧の正負を反対にした駆動信号および駆動波形が用いられる。すなわち、圧力室へのインクの充填は電圧を下降させることでおこなう。同様に、インク滴の吐出は、電圧を上昇させることにより行う。
【0064】
このようなたわみ振動モードの圧電振動子を用いた記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0065】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが圧力室の方向に最も引き込まれた時点に吐出波形要素の始点を合わせるように、充填波形要素の時間間隔と膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間が、圧力室の固有振動周期よりも長く設定されているので、複数の圧力室間の固有振動周期(Tc)のバラツキに起因するインク滴の重量のバラツキやインク滴速度のバラツキを最小限に抑えることが可能であり、安定したムラのない印刷品質を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液体噴射装置の一実施形態によるインクジェット式記録装置の概略構成を示した斜視図。
【図2】図1に示したインクジェット式記録装置の機能ブロック図。
【図3】図1に示したインクジェット式記録装置の記録ヘッドの構造を示す断面図。
【図4】図1に示したインクジェット式記録装置において使用される吐出パルスの波形を示した図。
【図5】従来のインクジェット式記録装置において使用される吐出パルスの波形を示した図。
【図6】複数の圧力室における平均の固有振動周期を持つ圧力室において、吐出パルスの充填波形要素を圧力発生素子に印加して圧力室を膨張させることによって引き起こされたメニスカスの振動状態を示した図。
【図7】平均の固有振動周期、最大の固有振動周期、及び最小の固有振動周期を持つそれぞれの圧力室において、吐出パルスの充填波形要素を圧力発生素子に印加して圧力室を膨張させることによって引き起こされたメニスカスの振動状態を示した図。
【符号の説明】
72 シフトレジスタ
73 ラッチ回路
74 レベルシフタ
75 スイッチ
82 制御部
83 駆動信号発生回路(駆動信号発生手段)
12 記録ヘッド
161 圧電振動子
165 ノズル開口
166 ノズルプレート
173 圧力室
T 充填波形要素Pwc1と膨張保持波形要素Pwh1との合計時間
Tc 圧力室の固有振動周期(ヘルムホルツ振動の周期)
Pwc1 充填波形要素
Pwh1 膨張保持波形要素
Pnd 吐出波形要素
Pwh2 収縮保持波形要素
Pwc2 制振波形要素
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, by applying a discharge pulse to a plurality of pressure generating elements provided corresponding to a plurality of pressure chambers communicating with a plurality of nozzle openings, a pressure fluctuation is caused in the liquid in the pressure chamber to cause a pressure change from the nozzle openings. The present invention relates to a liquid ejecting apparatus that ejects liquid droplets and a driving method of the liquid ejecting apparatus.
[0002]
[Prior art]
As a typical example of a conventional liquid ejecting apparatus, there is an ink jet recording apparatus provided with an ink jet recording head for image recording. Other liquid ejecting apparatuses include, for example, an apparatus provided with a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode material (conductive paste) used for forming an electrode such as an organic EL display and an FED (surface emitting display). Examples of the apparatus include an apparatus equipped with an ejection head, an apparatus equipped with a biological organic substance ejection head used for biochip production, and an apparatus equipped with a sample ejection head as a precision pipette.
[0003]
The ink jet recording apparatus includes a recording head (liquid ejecting head) having a plurality of nozzle rows formed by arranging a large number of nozzle openings in a row, a carriage mechanism for moving the recording head in a main scanning direction (a recording paper width direction). And a paper feed mechanism for moving the recording paper in a sub-scanning direction (paper feeding direction) orthogonal to the main scanning direction.
[0004]
The recording head includes a plurality of pressure chambers communicating with the plurality of nozzle openings, and pressure generating elements for changing the ink pressure in each pressure chamber. In this recording head, an ink pulse in a pressure chamber is changed by supplying an ejection pulse to a pressure generating element, and an ink droplet is ejected from a nozzle opening.
[0005]
While moving in the main scanning direction, the recording head ejects ink droplets at a timing specified by the dot pattern data. Then, when the recording head reaches the end of the movement range, the paper feeding mechanism moves the recording paper in the sub-scanning direction. After the recording paper is moved, the carriage mechanism moves the recording head again in the main scanning direction, and the recording head ejects ink droplets during the movement.
[0006]
By repeating the above operation, an image based on the dot pattern data is recorded on the recording paper.
[0007]
This type of ink jet recording apparatus forms an image based on whether or not to eject ink droplets, that is, the presence or absence of dots. For this reason, a method of expressing an intermediate gradation by expressing one pixel with a plurality of dots such as 4 × 4, 8 × 8, or the like is adopted. In order to print a high-quality image by this method, it is necessary to eject a very small volume of ink droplets from the print head.
[0008]
In view of such circumstances, in order to satisfy conflicting demands for improvement in image quality and improvement in recording speed, a technique for ejecting ink droplets of different sizes from the same nozzle has been developed. For example, by supplying a plurality of pulse signals capable of generating minute ink droplets, a plurality of minute ink droplets are ejected from the same nozzle, and the respective ink droplets are united before landing on recording paper to form a large ink droplet. Generate.
[0009]
However, in this technique, the number of ink droplets that can be combined is limited, so that the size of the ink droplet is limited, and the variable range of the size is narrow. Further, control is difficult because a plurality of ink droplets must be united before landing.
[0010]
Therefore, a drive signal in which a plurality of types of ejection pulses corresponding to the volume of the ink droplet to be ejected are connected in series is generated, and an ejection pulse obtained by selecting a part of the drive signal is supplied to the pressure generating element. Technology is being developed.
[0011]
FIG. 5 shows a representative example of an ejection pulse applied to the pressure generating element when an ink droplet is ejected from the nozzle opening of the recording head. The discharge pulse is generated by filling the pressure chamber with ink by filling the pressure chamber by expanding the volume of the pressure chamber, an expansion holding waveform element Pwh1 holding the expansion state of the pressure chamber, and a nozzle opening by contracting the pressure chamber. An ejection waveform element Pnd for ejecting ink droplets, a contraction holding waveform element Pwh2 for holding the contracted state of the pressure chamber, and a vibration damping waveform element Pwc2 for damping the meniscus by expanding the contracted state of the pressure chamber. ing.
[0012]
FIG. 6 shows a vibration state of the meniscus caused by expanding the pressure chamber by applying the filling waveform element Pwc1 to the pressure generating element, wherein the horizontal axis represents the elapsed time t, and the vertical axis represents the position of the meniscus. Is shown. A curve A shown in FIG. 6 has a cycle corresponding to the natural oscillation cycle (Helmholtz oscillation cycle) Tc of the pressure chamber.
[0013]
When the elapsed time t on the horizontal axis in FIG. 6 is the total time T of the filling waveform element Pwc1 and the expansion holding waveform element Pwh1, the curve A indicating the vibration state of the meniscus is represented by the ink droplet ejected from the nozzle opening. (Iw) and the velocity (Vm) of the ink droplet. In other words, when the ejection waveform element Pnd starts at the time when the meniscus is most drawn in the direction of the pressure chamber, the weight of the ejected ink droplet is the lightest and the ejection speed is the slowest. Conversely, if the ejection waveform element Pnd starts when the meniscus is farthest from the pressure chamber, the heaviest and fastest ink droplet is ejected.
[0014]
In the conventional ink jet recording apparatus, the filling waveform element Pwc1 and the expansion holding waveform element Pwh1 are combined with each other in order to start the ejection waveform element Pnd at the point X of the valley of the curve A shown in FIG. Is set to the Helmholtz oscillation cycle Tc of the pressure chamber.
[0015]
The reason for this setting is as follows. Ideally, it is desirable that all of the plurality of pressure chambers formed in the recording head have a common natural oscillation period (Helmholtz oscillation period) Tc. Therefore, the Helmholtz oscillation period Tc varies even between the pressure chambers belonging to the same row. For this reason, the average value of the Helmholtz oscillation periods Tc of the plurality of pressure chambers is used as the Helmholtz oscillation period Tc used when setting the total time T of the filling waveform element Pwc1 and the expansion holding waveform element Pwh1 described above. ing. That is, the curve A shown in FIG. 6 shows the vibration state of the meniscus in the pressure chamber having the average Helmholtz oscillation period Tc.
[0016]
Next, FIG. 7 shows a curve B and a curve C in addition to the above-described curve A. The curve B shows the case of a pressure chamber having the maximum Helmholtz oscillation period Tc, and the curve C shows the minimum Helmholtz oscillation. The case of a pressure chamber having a period Tc is shown. As can be seen from FIG. 7, by adjusting the total time T of the filling waveform element Pwc1 and the expansion holding waveform element Pwh1 to the valley X of the curve A, the deviation amount ΔIa of the values of the curves B and C with respect to the value of the curve A is reduced. Can be minimized. That is, it is possible to minimize the variation in the ink droplet weight (Iw) and the variation in the ink droplet speed (Vm) due to the variation in the natural vibration period Tc among the plurality of pressure chambers.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the total time T (= Pwc1 + Pwh1) of the filling waveform element Pwc1 and the expansion holding waveform element Pwh1 is adjusted to Tc (average value) as described above, the end point of the total time T (that is, the starting point of the discharge waveform element Pnd) In fact, the inventor of the present invention has found that the point ()) does not correspond to the point X of the valley of the curve A shown in FIG. 7 but to the point X ′ slightly before the point X. This is probably because the waveform of the ejection pulse is not a so-called impulse waveform as shown in FIG. 5, but a ramp waveform in which a certain gradient is given to the filling waveform element Pwc1.
[0018]
As described above, when the total time T (= Pwc1 + Pwh1) does not correspond to the time X of the valley but to the time X ′ just before the time, the deviation ΔIb of the curves B and C with respect to the curve A increases as shown in FIG. Resulting in. That is, the variation in the ink droplet weight (Iw) and the variation in the ink droplet speed (Vm) between the plurality of nozzle openings become large.
[0019]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and is directed to a liquid capable of minimizing a variation in ink droplet weight (Iw) and a variation in ink droplet speed (Vm) between a plurality of nozzle openings. An object of the present invention is to provide an injection device and a driving method of the same.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is to apply a discharge pulse to a plurality of pressure generating elements provided in correspondence with a plurality of pressure chambers communicating with a plurality of nozzle openings, thereby forming the pressure chamber. Drive signal generating means for generating a drive signal for generating the discharge pulse applied to the plurality of pressure generating elements in a liquid ejecting apparatus which causes a pressure fluctuation in the liquid to discharge droplets from the nozzle openings And pulse generating means for generating the discharge pulse by selecting at least a part of the drive signal, wherein the discharge pulse expands a volume of the pressure chamber and fills the pressure chamber with a liquid. A filling waveform element, an expansion holding waveform element for holding the expanded state of the pressure chamber, and a discharge waveform element for discharging the droplet from the nozzle opening by contracting the pressure chamber. The time interval of the filling waveform element and the expansion holding waveform are adjusted so that the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is most drawn in the direction of the pressure chamber and the start point of the discharge waveform element is adjusted. The total time of the element and the time interval is set to be longer than the natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber.
[0021]
In order to solve the above-mentioned problem, a second aspect of the present invention is to apply a discharge pulse to a plurality of pressure generating elements provided corresponding to a plurality of pressure chambers communicating with a plurality of nozzle openings, thereby to provide the pressure chamber. A driving method for generating a driving signal for generating the discharge pulse applied to the plurality of pressure generating elements, in a method of driving a liquid ejecting apparatus that causes pressure fluctuation in the liquid to discharge liquid droplets from the nozzle openings. A signal generation step, and a pulse generation step of generating the discharge pulse by selecting at least a part of the drive signal, wherein the discharge pulse expands the volume of the pressure chamber and enters the pressure chamber. A filling waveform element for filling a liquid, an expansion holding waveform element for maintaining an expanded state of the pressure chamber, and a discharge waveform for discharging the droplet from a nozzle opening by contracting the pressure chamber. Element, and the time interval of the filling waveform element so that the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is aligned with the start point of the discharge waveform element at the time of being drawn most in the direction of the pressure chamber. The total time of the expansion holding waveform element and the time interval is set to be longer than the natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber.
[0022]
In the first and second aspects of the present invention, preferably, the total time of the time interval of the filling waveform element and the time interval of the expansion holding waveform element is 2 microseconds in the natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber. This value is obtained by adding the following time.
[0023]
Preferably, a total time of the time interval of the filling waveform element and the time interval of the expansion holding waveform element is 130% or less of the natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber.
[0024]
Preferably, the total time of the time interval of the filling waveform element and the time interval of the expansion holding waveform element is equal to the natural oscillation cycle (Tc) of the pressure chamber and the natural oscillation cycle (Tc) of the pressure chamber. This is a value obtained by adding a time of 1/8 or less.
[0025]
Preferably, the plurality of pressure chambers have a variation in their natural oscillation period (Tc), and in a pressure chamber having a natural oscillation period (Tc) halfway between the longest period and the shortest period, the expansion of the pressure chambers The time at which the meniscus vibrating due to the above is drawn most in the direction of the pressure chamber coincides with the start point of the discharge waveform element.
[0026]
Preferably, the plurality of pressure chambers have a variation in their natural vibration period (Tc), and vibrate due to expansion of the pressure chamber in a pressure chamber having an average natural vibration period (Tc). The point at which the meniscus is drawn most in the direction of the pressure chamber coincides with the start point of the discharge waveform element.
[0027]
Preferably, the pressure generating element is constituted by a piezoelectric vibrator in a longitudinal vibration mode or a flexural vibration mode.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an ink jet recording apparatus as one embodiment of a liquid ejecting apparatus according to the present invention and a driving method of the apparatus will be described with reference to the drawings.
[0029]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the ink jet recording apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a carriage. The carriage 1 is guided by a guide member 4 via a timing belt 3 driven by a carriage motor 2, and is reciprocated in the axial direction of a platen 5. I have. The carriage 1, the carriage motor 2, the timing belt 3, and the guide member 4 constitute a carriage mechanism that causes the inkjet recording head 12 to scan in the main scanning direction together with the carriage 1.
[0030]
The ink jet recording head 12 is mounted on the side of the carriage 1 facing the recording paper 6, and an ink cartridge 7 for supplying ink to the recording head 12 is detachably mounted on the upper part thereof.
[0031]
A cap member 13 is disposed at a home position (right side in FIG. 1) which is a non-printing area of the ink jet recording apparatus. The cap member 13 moves the recording head 12 mounted on the carriage 1 to the home position. Sometimes, the recording head 12 is configured to be pressed against the nozzle forming surface to form a closed space between the recording head 12 and the nozzle forming surface. A pump unit 10 for applying a negative pressure to a closed space formed by the cap member 13 is disposed below the cap member 13.
[0032]
In the vicinity of the printing area side of the cap member 13, a wiping unit 11 having an elastic plate such as rubber is disposed so as to be able to advance and retreat in a horizontal direction with respect to the movement locus of the recording head 12, for example. When reciprocating to the member 13 side, the nozzle forming surface of the recording head 12 can be wiped as necessary.
[0033]
The ink jet recording apparatus further includes a feed mechanism for intermittently conveying the recording paper 6 on which recording is performed by the recording head 12 in a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction.
[0034]
FIG. 2 is a functional block diagram of the ink jet recording apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the recording apparatus includes a printer controller 61 and a print engine 62. The printer controller 61 includes an interface 63 for receiving print data and the like from a host computer (not shown), a RAM 64 for storing various data, a ROM 65 for storing control routines for various data processing, and a CPU. , An oscillation circuit 66, a drive signal generation circuit (drive signal generation means) 83 for generating a drive signal, and print data and drive signals developed in dot pattern data (bitmap data). And an interface 67 for transmitting the print data to the print engine 62.
[0035]
In addition, the printer controller 61 detachably holds a memory card 76, which is a type of recording medium, and sends a card slot 77 functioning as a recording medium holding unit and information recorded on the memory card 76 to the control unit 82. And a card interface 78 for transmission. In the memory card 76, data on the waveform of the drive signal is recorded. As a recording medium other than the memory card 76, for example, a floppy disk, a hard disk, a magneto-optical disk, or the like can be used.
[0036]
The control unit 82 is a type of computer, and controls the ejection of ink droplets with reference to the waveform data of the drive signal recorded on the memory card 76, the control routine recorded on the ROM 65, and the like.
[0037]
The interface 63 receives, for example, any one of character code, graphic function, and image data or print data including a plurality of data from the host computer. Further, the interface 63 can output a busy (BUSY) signal, an acknowledge (ACK) signal, and the like to the host computer.
[0038]
The RAM 64 is used as a reception buffer, an intermediate buffer, an output buffer, a work memory (not shown), and the like. Print data from the host computer is temporarily stored in the reception buffer, intermediate code data is stored in the intermediate buffer, and dot pattern data is developed in the output buffer.
[0039]
The ROM 65 stores various control routines executed by the control unit 82, font data, graphic functions, and the like.
[0040]
Note that the ROM 65 stores a control routine (control program) that is continuously used without being changed. Data that is scheduled to be upgraded or changed, such as data related to the waveform of the drive signal, is recorded in the memory card 76.
[0041]
Further, the control unit 82 controls the drive signal generation circuit 83 based on the data on the waveform of the drive signal read from the memory card 76 to generate a predetermined drive signal according to the print mode.
[0042]
The print engine 62 includes a stepping motor 80 for driving the recording head 12 in the main scanning direction, a paper feed motor 81 for transporting recording paper, and an electric drive system 71 for the recording head 12. The electric drive system 71 of the recording head 12 includes a shift register 72, a latch circuit 73, a level shifter 74, a switch 75, a piezoelectric vibrator 161 and the like. Note that the shift register 72, the latch circuit 73, the level shifter 74, and the switch 75 function as pulse generation means.
[0043]
As the control unit 82, for example, a host computer directly connected to the recording apparatus by itself or one of a large number of computers connected via a network can be used.
[0044]
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the recording head of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
[0045]
The recording head 12 includes a base 163 made of a synthetic resin, and a flow path unit 164 attached to a front surface (corresponding to the left side in the figure) of the base 163. The flow path unit 164 includes a nozzle plate 166 having a nozzle opening 165 formed therein, a vibration plate 167, a flow path forming plate 168, and a sheet 176.
[0046]
The base 163 is a block-shaped member provided with an accommodation space 169 that is open at the front and back. The piezoelectric vibrator 161 fixed to the fixed substrate 170 is accommodated in the accommodation space 169.
[0047]
The nozzle plate 166 is a thin plate-like member having a large number of nozzle openings 165 formed in the sub-scanning direction. Each nozzle opening 165 is opened at a predetermined pitch corresponding to the dot formation density. The vibration plate 167 and the sheet 176 form an island portion 171 as a thick portion with which the piezoelectric vibrator 161 contacts, and a thin portion 172 provided to surround the island portion 171 and having elasticity. .
[0048]
A large number of island portions 171 are provided at a predetermined pitch such that one island portion 171 corresponds to one nozzle opening 165.
[0049]
The flow path forming plate 168 is provided with an opening for forming a pressure chamber 173, a common ink chamber 174, and an ink supply port 175 that connects the pressure chamber 173 and the common ink chamber 174.
[0050]
Then, the nozzle plate 166 is disposed on the front surface of the flow path forming plate 168, and the diaphragm 167 and the sheet 176 are disposed on the rear side, and the nozzle plate 166, the diaphragm 167 and the sheet 176 are used to form the flow path forming plate 168. The flow path unit 164 is formed integrally by bonding or the like while sandwiching the.
[0051]
In the flow channel unit 164, a pressure chamber 173 is formed on the back side of the nozzle opening 165, and the island portion 171 of the diaphragm 167 is located on the back side of the pressure chamber 173. Further, the pressure chamber 173 and the common ink chamber 174 communicate with each other through an ink supply port 175.
[0052]
The front end of the piezoelectric vibrator 161 is in contact with the island portion 171 from the back side, and the piezoelectric vibrator 161 is fixed to the base 163 in this contact state. In addition, a drive signal (COM), print data (SI), and the like are supplied to the piezoelectric vibrator 161 via a flexible cable.
[0053]
The piezoelectric vibrator 161 in the longitudinal vibration mode has a characteristic that when charged, contracts in a direction perpendicular to the electric field, and when discharged, expands in a direction perpendicular to the electric field. Therefore, in the recording head 12, when charged, the piezoelectric vibrator 161 contracts rearward, and with this contraction, the island portion 171 is pulled back backward, and the contracted pressure chamber 173 expands. With the expansion, the ink in the common ink chamber 174 flows into the pressure chamber 173 through the ink supply port 175. On the other hand, the discharge causes the piezoelectric vibrator 161 to extend forward, the island portion 171 of the elastic plate is pushed forward, and the pressure chamber 173 contracts. With the contraction, the ink pressure in the pressure chamber 173 increases.
[0054]
FIG. 4 shows an ejection pulse generated by selecting a part of the drive signal generated by the drive signal generation circuit 83.
[0055]
The ejection pulse expands the volume of the pressure chamber 173 and fills the pressure chamber 173 with ink, an expansion holding waveform element Pwh1 that maintains the expanded state of the pressure chamber 173, and contracts the pressure chamber 173. An ejection waveform element Pnd for ejecting ink droplets from the nozzle opening 165, a contraction holding waveform element Pwh2 for holding the contracted state of the pressure chamber 173, and a vibration control element for damping the meniscus by expanding the contracted pressure chamber 173. A vibration waveform element Pwc2.
[0056]
In the present embodiment, the end point of the expansion holding waveform element Pwh1, that is, the start point of the discharge waveform element Pnd is set to the time X at which the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber 173 is drawn most toward the pressure chamber 173. According to (see FIG. 6), the total time T of the time interval of the filling waveform element Pwc1 and the time interval of the expansion holding waveform element Pwh1 is set to Tc + α longer than the natural oscillation period Tc of the pressure chamber 173. .
[0057]
In comparison with the conventional discharge pulse shown in FIG. 5, the discharge pulse in the present embodiment shown in FIG. 4 is different from the conventional discharge pulse in that the time interval of the expansion holding waveform element Pwh1 in the conventional discharge pulse shown in FIG. Is also longer.
[0058]
This total time T (= Tc + α) is preferably a value obtained by adding a time of 2 microseconds or less to the natural vibration period Tc of the pressure chamber 173.
[0059]
Alternatively, the total time T (= Tc + α) is set to 130% or less of the natural vibration period Tc of the pressure chamber 173.
[0060]
Further, the total time T (= Tc + α) may be a value obtained by adding a time equal to or less than 1 / times the natural vibration cycle Tc of the pressure chamber 173 to the natural vibration cycle Tc of the pressure chamber 173.
[0061]
If the natural vibration periods (Tc) of the plurality of pressure chambers 173 vary, the natural vibration period (Tc) or the average natural vibration period (Tc) which is intermediate between the longest period and the shortest period is determined. In the pressure chamber 173, the drive signal is generated such that the point at which the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber 173 due to the filling waveform element Pwc 1 is drawn most in the direction of the pressure chamber 173 coincides with the start point of the discharge waveform element Pnd. design.
[0062]
As described above, in the present embodiment, the starting point of the discharge waveform element Pnd is filled so that the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber 173 is set to the time X at which the meniscus vibrated most toward the pressure chamber 173. Since the total time T of the time interval of the waveform element Pwc1 and the time interval of the expansion holding waveform element Pwh1 is set to Tc + α longer than the natural oscillation period Tc of the pressure chamber 173, it has already been described with reference to FIG. As described above, it is possible to minimize the variation in the ink droplet weight (Iw) and the variation in the ink droplet speed (Vm) due to the variation in the natural oscillation period Tc among the plurality of pressure chambers 173, and to achieve a stable operation. Printing quality without unevenness can be provided.
[0063]
In the above embodiment, the recording head using the piezoelectric vibrator in the longitudinal vibration mode as the pressure generating element has been exemplified. However, the present invention can be applied to a recording head using the piezoelectric vibrator in the flexural vibration mode. . In the recording head using the piezoelectric vibrator in the flexural vibration mode, the relationship between the voltage level due to the charging and discharging of the piezoelectric vibrator and the expansion and contraction of the pressure chamber is determined by the recording head 12 using the piezoelectric vibrator in the vertical vibration mode. Is the reverse of the case. Therefore, when a recording head using a piezoelectric vibrator in the flexural vibration mode is used, the driving signal for the recording head 12 shown in FIG. Waveforms are used. That is, the filling of the pressure chamber with the ink is performed by lowering the voltage. Similarly, the ejection of ink droplets is performed by increasing the voltage.
[0064]
The same effects as those of the above-described embodiment can be obtained in an ink jet recording apparatus including a recording head using a piezoelectric vibrator in such a flexural vibration mode.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the time interval of the filling waveform element is adjusted so that the start point of the discharge waveform element is adjusted to the point at which the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is most retracted in the direction of the pressure chamber. Is set to be longer than the natural oscillation period of the pressure chamber, the weight of the ink droplet resulting from the variation of the natural oscillation period (Tc) among the plurality of pressure chambers. And variations in ink droplet speed can be minimized, and stable print quality without unevenness can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of a liquid ejecting apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a structure of a recording head of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a waveform of an ejection pulse used in the ink jet recording apparatus shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a waveform of an ejection pulse used in a conventional ink jet recording apparatus.
FIG. 6 illustrates a vibration state of a meniscus caused by expanding a pressure chamber by applying a filling waveform element of a discharge pulse to a pressure generating element in a pressure chamber having an average natural oscillation period among a plurality of pressure chambers. Figure.
FIG. 7 expands the pressure chamber by applying a filling waveform element of a discharge pulse to the pressure generating element in each of the pressure chambers having an average natural oscillation cycle, a maximum natural oscillation cycle, and a minimum natural oscillation cycle. The figure which showed the vibration state of the meniscus caused by the.
[Explanation of symbols]
72 shift register 73 latch circuit 74 level shifter 75 switch 82 control unit 83 drive signal generation circuit (drive signal generation means)
12 Recording Head 161 Piezoelectric Vibrator 165 Nozzle Opening 166 Nozzle Plate 173 Pressure Chamber T Total Time Tc of Filling Waveform Element Pwc1 and Expansion Holding Waveform Element Pwh1 Natural Vibration Period (Period of Helmholtz Vibration) of Pressure Chamber
Pwc1 Fill waveform element Pwh1 Expansion hold waveform element Pnd Discharge waveform element Pwh2 Contraction hold waveform element Pwc2 Vibration suppression waveform element

Claims (13)

複数のノズル開口に連通する複数の圧力室に対応して設けられた複数の圧力発生素子に吐出パルスを印加することにより、前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射装置において、
前記複数の圧力発生素子に印加される前記吐出パルスを生成するための駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記駆動信号から少なくともその一部を選択することによって前記吐出パルスを生成するパルス生成手段と、を備え、
前記吐出パルスは、前記圧力室の容積を膨張させて前記圧力室内に液体を充填する充填波形要素と、前記圧力室の膨張状態を保持する膨張保持波形要素と、前記圧力室を収縮させてノズル開口から液滴を吐出させる吐出波形要素と、を含み、
前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点に前記吐出波形要素の始点を合わせるように、前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間が前記圧力室の固有振動周期(Tc)よりも長く設定されていることを特徴とする液体噴射装置。
By applying a discharge pulse to a plurality of pressure generating elements provided corresponding to the plurality of pressure chambers communicating with the plurality of nozzle openings, a pressure change is generated in the liquid in the pressure chamber, and droplets are discharged from the nozzle openings. In a liquid ejecting apparatus that discharges
Drive signal generating means for generating a drive signal for generating the ejection pulse applied to the plurality of pressure generating elements,
Pulse generating means for generating the ejection pulse by selecting at least a part of the drive signal,
The discharge pulse is a filling waveform element that expands the volume of the pressure chamber and fills the pressure chamber with a liquid, an expansion holding waveform element that maintains the expansion state of the pressure chamber, and a nozzle that contracts the pressure chamber to form a nozzle. Discharge waveform element for discharging droplets from the opening,
The time interval between the filling waveform element and the expansion holding waveform element is adjusted so that the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is aligned with the start point of the discharge waveform element at the time when the meniscus is most retracted in the direction of the pressure chamber. A liquid ejecting apparatus characterized in that a total time with a time interval is set longer than a natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber.
前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)に2マイクロ秒以下の時間を加えた値であることを特徴とする請求項1記載の液体噴射装置。The total time of the time interval of the filling waveform element and the time interval of the expansion holding waveform element is a value obtained by adding a time of 2 microseconds or less to the natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber. The liquid ejecting apparatus according to claim 1. 前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)の130%以下であることを特徴とする請求項1記載の液体噴射装置。The liquid ejection according to claim 1, wherein a total time of a time interval of the filling waveform element and a time interval of the expansion holding waveform element is 130% or less of a natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber. apparatus. 前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)に、前記圧力室の固有振動周期(Tc)の1/8倍以下の時間を加えた値であることを特徴とする請求項1記載の液体噴射装置。The total time of the time interval of the filling waveform element and the time interval of the expansion holding waveform element is equal to or less than 1/8 times the natural vibration cycle (Tc) of the pressure chamber, 2. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the value is obtained by adding the time. 前記複数の圧力室はそれらの固有振動周期(Tc)にバラツキがあり、最長周期と最短周期との中間にあたる固有振動周期(Tc)を有する圧力室において、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点が前記吐出波形要素の始点に一致することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液体噴射装置。The plurality of pressure chambers have a variation in their natural vibration period (Tc). In a pressure chamber having a natural vibration period (Tc) halfway between the longest period and the shortest period, vibration occurs due to expansion of the pressure chamber. 5. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a point in time at which the meniscus is drawn most in the direction of the pressure chamber coincides with a start point of the ejection waveform element. 6. 前記複数の圧力室はそれらの固有振動周期(Tc)にバラツキがあり、平均的な固有振動周期(Tc)を有する圧力室において、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点が前記吐出波形要素の始点に一致することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の液体噴射装置。The plurality of pressure chambers have a variation in their natural vibration period (Tc). In a pressure chamber having an average natural vibration period (Tc), a meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is generated by the pressure chamber. 5. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a point in time when the liquid crystal device is most drawn in the direction coincides with a start point of the ejection waveform element. 6. 前記圧力発生素子は、縦振動モード又はたわみ振動モードの圧電振動子によって構成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の液体噴射装置。The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the pressure generating element is configured by a piezoelectric vibrator in a longitudinal vibration mode or a flexural vibration mode. 複数のノズル開口に連通する複数の圧力室に対応して設けられた複数の圧力発生素子に吐出パルスを印加することにより、前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射装置の駆動方法において、
前記複数の圧力発生素子に印加される前記吐出パルスを生成するための駆動信号を発生する駆動信号発生工程と、
前記駆動信号から少なくともその一部を選択することによって前記吐出パルスを生成するパルス生成工程と、を備え、
前記吐出パルスは、前記圧力室の容積を膨張させて前記圧力室内に液体を充填する充填波形要素と、前記圧力室の膨張状態を保持する膨張保持波形要素と、前記圧力室を収縮させてノズル開口から液滴を吐出させる吐出波形要素と、を含み、
前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点に前記吐出波形要素の始点を合わせるように、前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間が前記圧力室の固有振動周期(Tc)よりも長く設定されていることを特徴とする液体噴射装置の駆動方法。
By applying a discharge pulse to a plurality of pressure generating elements provided corresponding to the plurality of pressure chambers communicating with the plurality of nozzle openings, a pressure change is generated in the liquid in the pressure chamber, and droplets are discharged from the nozzle openings. In the driving method of the liquid ejecting apparatus for ejecting
A drive signal generating step of generating a drive signal for generating the ejection pulse applied to the plurality of pressure generating elements,
A pulse generating step of generating the ejection pulse by selecting at least a part of the driving signal,
The discharge pulse is a filling waveform element that expands the volume of the pressure chamber and fills the pressure chamber with a liquid, an expansion holding waveform element that maintains the expansion state of the pressure chamber, and a nozzle that contracts the pressure chamber to form a nozzle. Discharge waveform element for discharging droplets from the opening,
The time interval between the filling waveform element and the expansion holding waveform element is adjusted so that the meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is aligned with the start point of the discharge waveform element at the time when the meniscus is most retracted in the direction of the pressure chamber. A method for driving a liquid ejecting apparatus, wherein a total time with a time interval is set longer than a natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber.
前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)に2マイクロ秒以下の時間を加えた値であることを特徴とする請求項8記載の液体噴射装置の駆動方法。The total time of the time interval of the filling waveform element and the time interval of the expansion holding waveform element is a value obtained by adding a time of 2 microseconds or less to the natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber. A method for driving a liquid ejecting apparatus according to claim 8. 前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)の130%以下であることを特徴とする請求項8記載の液体噴射装置の駆動方法。9. The liquid jet according to claim 8, wherein a total time of a time interval of the filling waveform element and a time interval of the expansion holding waveform element is 130% or less of a natural oscillation period (Tc) of the pressure chamber. How to drive the device. 前記充填波形要素の時間間隔と前記膨張保持波形要素の時間間隔との合計時間は、前記圧力室の固有振動周期(Tc)に、前記圧力室の固有振動周期(Tc)の1/8倍以下の時間を加えた値であることを特徴とする請求項8記載の液体噴射装置の駆動方法。The total time of the time interval of the filling waveform element and the time interval of the expansion holding waveform element is equal to or less than 1 / times the natural vibration cycle (Tc) of the pressure chamber, that is, the natural vibration cycle (Tc) of the pressure chamber. 9. The driving method for a liquid ejecting apparatus according to claim 8, wherein the value is obtained by adding the time. 前記複数の圧力室はそれらの固有振動周期(Tc)にバラツキがあり、最長周期と最短周期との中間にあたる固有振動周期(Tc)を有する圧力室において、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点が前記吐出波形要素の始点に一致することを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載の液体噴射装置の駆動方法。The plurality of pressure chambers have a variation in their natural vibration period (Tc). In a pressure chamber having a natural vibration period (Tc) halfway between the longest period and the shortest period, vibration occurs due to expansion of the pressure chamber. The method according to any one of claims 8 to 11, wherein a time point at which the meniscus is drawn in the direction of the pressure chamber coincides with a start point of the ejection waveform element. 前記複数の圧力室はそれらの固有振動周期(Tc)にバラツキがあり、平均的な固有振動周期(Tc)を有する圧力室において、前記圧力室の膨張に起因して振動するメニスカスが前記圧力室の方向に最も引き込まれた時点が前記吐出波形要素の始点に一致することを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載の液体噴射装置の駆動方法。The plurality of pressure chambers have a variation in their natural vibration period (Tc). In a pressure chamber having an average natural vibration period (Tc), a meniscus vibrating due to the expansion of the pressure chamber is generated by the pressure chamber. The method according to any one of claims 8 to 11, wherein a point in which the ejection waveform element is most drawn in the direction of (1) coincides with a start point of the ejection waveform element.
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JP2006027036A (en) * 2004-07-15 2006-02-02 Ricoh Printing Systems Ltd Driving method for inkjet print head

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