【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術の分野】本発明は、リザーバとノズル開口に連通する圧力発生室の容積を圧電振動子により変化させてインク滴を吐出させる記録ヘッドを備えた記録装置、より詳細には記録ヘッドの駆動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】リザーバとノズル開口に連通する圧力発生室の容積を、台形波状の駆動信号を圧電振動子に印加してノズル開口からインク滴を吐出させる記録ヘッドは、インク滴の吐出後にメニスカスが残留振動するため、印刷データとは無関係な微小なインク滴が生じるという不都合がある。このような問題を解消するため、特開平9-5236号公報や特開平10-81012号公報に見られるように、駆動信号とは逆方向の台形波状の制振信号を印加して、圧力発生室の容積をインク滴を吐出しない程度に変化させてメニスカスの振動を強制的に減衰させることが行われている。このため、１印刷周期内に駆動信号と制振信号との２種類の信号を必要として１印刷周期が長くなり、高速駆動が困難であるという不都合がある。また、印刷品質の向上を図るため、乾燥速度の高いインクを使用した場合には、ノズル開口近傍のインクが増粘しやすく、インク滴の吐出に不都合を来すという問題がある。このような問題を解消するため、特開平9-201960号公報や、特開平10-81012号公報に見られるように、メニスカスを微小振動させるための信号を駆動信号に付随させて印加することも行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これによれば、インク滴を安定に吐出させることが可能となるものの、１印字周期内にインク滴を吐出させるための駆動信号の他にメニスカスの平定や、目詰まり防止のための駆動信号を印加するための時間を確保する必要上、１印字周期が長くなり、駆動周波数が低下するという問題がある。本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インク滴を安定の吐出させつつ、高速駆動が可能なインクジェット式記録装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消するために本発明においては、ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室と、該圧力発生室の容積を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドと、前記圧力発生室の容積を急速に変化させてインク滴を吐出させる第１の駆動信号と、インク滴を吐出しない程度に前記圧力発生室の容積を変化させ、かつ前記第１の駆動信号によりインク滴を吐出した後のメニスカスの残留振動がノズル開口側に反転する時点で発生する第２の駆動信号と、前記第１の駆動信号よりもインク量の少ないインク滴を吐出させるように前記圧力発生室の容積を変化させ、かつ前記第２の駆動信号の後に発生する第３の信号とを出力することができ、第１のインク量のインク滴を形成する場合には第１の駆動信号と第２の駆動信号とを、第２のインク量のインク滴を形成する場合には、前記第１、第２、及び第３の信号を、第３のインク量のインク滴を形成する場合には、前記第３の信号を、また、インク滴を形成せず、かつ目詰まりを防止する場合には前記第２の信号をそれぞれ選択的に出力させる駆動信号発生手段とを備えようにした。
【０００５】
【作用】第２の駆動信号により、インク滴吐出後のメニスカスの残留振動抑制と、メニスカスを微小振動させて目詰まり解消とを行わせ、さらにこの第２の駆動信号を積極的に利用してインク滴のインク量を調整することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施例を示すブロック図であって、駆動周期信号発生手段１は、図示しないホストから出力される印字モード情報に基づいて駆動周期信号を発生し、キャリッジ制御手段２に出力されて、ホストからの印字モード情報に基づき伝達手段３を介してキャリッジ４に接続するキャリッジ駆動モータ５を制御する。
【０００７】記録ヘッド６は、この実施例においては、図２に示したように圧力発生室２０と、インク供給口２１と、リザーバ２２とを形成する流路形成基板２３の一方の面をノズル開口２４が穿設されたノズルプレート２５により、また他方の面を弾性変形可能な弾性板２６に封止された流路ユニット２７と、軸方向に伸長して弾性板２６を変位させる圧電振動子２８とから構成されている。
【０００８】駆動信号発生手段７は、図３に示したようにインク滴吐出用の第１の駆動信号Ｓ1と、メニスカスの振動抑制及びノズル開口の目詰まり防止用の第２の駆動信号Ｓ2とを出力するように構成されている。第１の駆動信号Ｓ1は、圧力発生室２０をインク滴吐出の前段階の膨張状態まで膨張させる膨張信号■と、この膨張状態を維持する保持信号■と、前記膨張状態からインク滴吐出が完了する収縮状態までインク滴の吐出に適した変化率で圧力発生室２０の容積を縮小させる収縮信号■とにより構成されている。
【０００９】また、第２の駆動信号Ｓ2は、インク滴を吐出させない程度の膨張信号■’、保持信号■’、及び収縮信号■’とにより構成されている。そして、膨張信号■’及び収縮信号■’は、これらの継続時間ｔ1、及びｔ3が、圧電振動子２８の固有周期Ｔａ以上、好ましくは圧力発生室２０のヘルムホルツ共振周期Ｔｃとほぼ同一となるように設定されている。このように膨張信号■’及び収縮信号■’を可及的に短く設定することで１印字周期Ｔ0を短縮できるものの、メニスカスが無用に振動するのを防止するためには、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃに一致させるのが望ましい。
【００１０】また、第２の駆動信号Ｓ2によりメニスカスが無用に振動するのをより確実に防止するため、膨張信号■’と収縮信号■’によるメニスカスの振動が相殺するように、保持信号■’をヘルムホルツ共振周期Ｔｃのほぼ１／２と同一となるように設定するのが望ましい。
【００１１】さらに、第２の駆動信号Ｓ2は、第１の駆動信号Ｓ1によってインク滴を吐出した後のメニスカスの残留振動を抑制するため、インク滴の吐出によるメニスカスの振動が一旦ノズル開口内に引き込まれ、その後にノズル開口側へ反転するタイミングに合わせて出力するのが望ましい。そのためには、第１の駆動信号Ｓ1の収縮信号■の継続時間と、第１の駆動信号■の終了時点と第２駆動信号■の印加開始時点との時間差（図３における時間Ｔ1）の合計時間が、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃと実質的に同一となるように時間Ｔ1を調整しておくのが望ましい。
【００１２】なお、圧力発生室２０のヘルムホルツ共振周期Ｔｃは、周知のようにノズル開口２４のイナータンスをＬn、インク供給口２１のイナータンスをＬi、弾性板２６のコンプライアンスをＣv、インクのコンプライアンスをＣinkとしたとき、Ｔc＝２π√〔（ＣV＋Ｃink）×Ｌn×Ｌi〕／（Ｌn＋Ｌi）として表される値である。
【００１３】これら第１、第２の動信号は、充放電回路の放電定数をスイツチング回路により適宜切替えたり、またＲＯＭに記憶された波形データや、ホストからの駆動信号情報に基づいて信号を発生するプログラマブル信号発生手段を使用することにより容易に発生させることができる。
【００１４】ラッチ信号発生手段８は、非印字状態から印字状態に切り替わる直前に第２の駆動信号を選択的に複数回ラッチし、また印刷データが存在する場合には、第１の駆動信号Ｓ1をラッチするとともに、第１の駆動信号が出力された後、インク滴吐出後に生じるメニスカスの振動がノズル開口に向う時点（時間Ｔ1の経過後）で第２の駆動信号Ｓ2をラッチするラッチ信号を後述するスイッチング手段９に出力する。ヘッド駆動手段１０は、印刷バッファ１１に格納された図示しないホストからの印刷信号により生成されるピットマップデ―夕に基づいて、個々のノズル開口２４からのインク滴の吐出を制御するスイッチング手段９に対応した印刷デ−夕をラッチ信号によりラッチさせ、個々のスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦを制御する。
【００１５】この実施例において、記録ヘッド６が図示しないキャッピング手段から露出されて非印字状態におかれている場合には所定の周期で、駆動信号発生手段７の第２の駆動信号Ｓ2がラッチ信号発生手段８により選択的にラッチされて、圧電振動子２８に印加される。これにより、圧力発生室２０が微小膨張、収縮するから、ノズル開口２４のメニスカスが圧力発生室２０に引き込まれ、インク滴を吐出しない程度の振幅で振動を開始する。これにより、ノズル開口近傍で増粘したインクは、粘度が比較的低い圧力発生室２０のインクと置換されて目詰まりが防止される。
【００１６】また、印刷休止状態が継続している状態でホストから印刷データが出力されると、駆動信号発生手段７の第２の駆動信号Ｓ2がラッチ信号発生手段８により選択的にラッチされてノズル開口近傍で増粘したインクを、圧力発生室２０のインクと置換して目詰まりを解消する準備動作が行われる。
【００１７】印刷データが存在する場合には（図４（I））、第１の駆動信号Ｓ1がラッチされて、その膨張信号■により圧電振動子２８が収縮して圧力発生室２１が膨張し、リザーバ２２からインクを圧力発生室２０に充填するとともに、ノズル開口２４のメニスカスを圧力発生室２０に大きく引き込む。膨張信号■が所定電圧に到達すると、保持信号■により一定時間維持され、圧力発生室２０の容積が一定に維持される。これにより、圧力発生室２０に引き込まれたメニスカスは振動を開始し、所定時間の経過後にノズル開口側に反転する。
【００１８】この時点で収縮信号■が印加されて圧電振動子２８が伸長して圧力発生室２０の容積が縮小する。これにより圧力発生室２０のインクが加圧されてノズル開口２４からインク滴が吐出する。
【００１９】インク滴の吐出後、メニスカスは慣性により再び振動を開始するが、ノズル開口側に反転した時点で、第２の駆動信号Ｓ2がラッチされる。これにより圧力発生室２０が微小膨張してノズル開口のメニスカスを圧力発生室２０に引き込み、残留振動を強制的に停止させる。
【００２０】この印刷周期においては、インク滴を吐出しているからノズル開口近傍の増粘したインクはインク滴として排出され、かわって圧力発生室２０のインクに置換されているから、ノズル開口２４が目詰まりを起こすことはない。
【００２１】引き続き印刷データが存在する場合には（図４（II））は、前述と同様に第１の駆動信号Ｓ1と第２の駆動信号Ｓ2とがラッチされ、圧電振動子２８に印加される。
【００２２】一方、印刷データが存在しない場合には（図４（III））、第２の駆動信号Ｓ2だけがラッチされるため、圧力発生室２０が微小膨張、収縮する。そして直前にはインク滴が吐出されていないため、ノズル開口２４のメニスカスが静止状態にあり、したがって、圧力発生室２０の膨張により、メニスカスは圧力発生室２０に引き込まれ、インク滴を吐出しない程度の振幅で振動を開始する。これにより、ノズル開口近傍で増粘したインクは、粘度が比較的低い圧力発生室２０のインクに置換されて目詰まりが防止される。
【００２３】図５は、中ドットと小ドットを形成する実施例を示すものであって、前述の第１、第２の駆動信号Ｓ2、Ｓ2に引き続いて小ドットを形成するための第３の駆動信号Ｓ3が印刷周期中に付加され、これら３種類の信号Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3により１印刷周期Ｔ0’が形成される。
【００２４】第３の駆動信号は、圧力発生室２０をインク滴吐出の前段階の膨張状態まで膨張させる膨張信号■"と、この膨張状態を維持する保持信号■"と、前記膨張状態からインク滴吐出が完了する収縮状態まで微小なインク滴の吐出に適した変化率で圧力発生室２０の容積を縮小させる収縮信号■”とにより構成されている。
【００２５】この実施例において、休止状態が継続している状態でホストから印刷データが出力されると、駆動信号発生手段７の第２の駆動信号Ｓ2がラッチ信号発生手段８により選択的にラッチされて、圧電振動子２８に印加される。これにより、圧力発生室２０が微小膨張、収縮するから、ノズル開口２４のメニスカスが圧力発生室２０に引き込まれ、インク滴を吐出しない程度の振幅で振動を開始する。これにより、ノズル開口近傍で増粘したインクは、粘度が比較的低い圧力発生室２０のインクと置換されて目詰まりが防止される。
【００２６】印刷データが存在し、かつ中ドットを形成する場合には（図６（I））、駆動信号Ｓ1がラッチされて、前述と同様にインク滴が吐出される。
【００２７】インク滴の吐出後、ノズル開口側に反転した時点で、第２の駆動信号Ｓ2がラッチされ、残留振動が圧力発生室２０の容積変化により強制的に停止される。この周期においては、インク滴を吐出しているからノズル開口近傍の増粘したインクはインク滴としてノズル開口から排出され、比較的粘度が低い圧力発生室２０のインクと置換されているから、目詰まりを生じることはない。
【００２８】印刷データが存在し、かつ小ドットを形成する場合には（図６（II））、第３の駆動信号Ｓ3がラッチされて、その膨張信号■"により圧電振動子２８が収縮して圧力発生室２１が膨張し、リザーバ２２からインクを圧力発生室２０に充填するとともに、ノズル開口２４のメニスカスを圧力発生室２０に引き込む。
【００２９】膨張信号■"が所定電圧に到達すると、保持信号■"により一定時間維持され、圧力発生室２０の容積が一定に維持される。これにより、圧力発生室２０に引き込まれたメニスカスは振動を開始し、所定時間の経過後にノズル開口側に反転する。
【００３０】この時点で収縮信号■”が印加されて圧電振動子２８が伸長しノズル開口２４から微小なインク滴が吐出する。
【００３１】もとより、微小なインク滴の吐出によるメニスカスの振動振幅は、小さいから次の印刷周期が始まるまでに平定され、またこの印刷周期においては、インク滴を吐出しているからノズル開口近傍の増粘したインクはインク滴として排出され、かわって圧力発生室２０のインクに置換されているから、ノズル開口２４が目詰まりを起こすことはない。
【００３２】一方、印刷データが存在しない場合には（図６（III））、第２の駆動信号Ｓ2だけがラッチされるため、圧力発生室２０が微小膨張、収縮する。そして直前にはインク滴が吐出されていないため、ノズル開口２４のメニスカスが静止状態にあり、したがって、圧力発生室２０の膨張により、メニスカスは圧力発生室２０に引き込まれ、インク滴を吐出しない程度の振幅で振動を開始する。これにより、ノズル開口近傍で増粘したインクは、粘度が比較的低い圧力発生室２０のインクに置換されて目詰まりが防止される。
【００３３】また、この実施例においては、同一印字周期内に中ドットと小ドットの両方を形成することもできる。すなわち、中ドットと小ドットとを同一点に形成して比較的大きなドットを形成する場合には、駆動信号Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3の全てをラッチ信号発生手段８によりラッチする方法（図７（Ｉ））と、駆動信号Ｓ1と駆動信号Ｓ3とをラッチする方法（図７（II））がある。
【００３４】前者の方法（図７（Ｉ））は、第１の駆動信号Ｓ1がラッチされて、前述と同様にインク滴が吐出して中ドットが形成され、前述と同様にメニスカスがノズル開口側に反転した時点で、第２の駆動信号Ｓ2がラッチされ、残留振動が急速に減衰される。これにより、第３の駆動信号Ｓ3がラッチされる時点では、インク滴吐出に適した位置とほとんど同一の位置にメニスカスが静止しているので、第３の駆動信号Ｓ3により吐出されるインク滴により形成される小ドットは、１印字周期内で第３の駆動信号Ｓ3を単独に印加して形成される小ドットとほとんど同一のサイズである。したがって、中ドットと小ドットとが加算されて大きなドットが形成されることになる。
【００３５】これに対して第２の方法（図７（II））は、第１の駆動信号Ｓ1によってインク滴が吐出された後に第２の駆動信号Ｓ2がラッチされないため、メニスカスが残留振動を継続し、この状態で第３の駆動信号Ｓ3がラッチされる。この時点でのメニスカスは、図７における変位α分だけ余分にノズル開口面から突出しているから、第３の駆動信号Ｓ3によって吐出されるインク滴のインク量は、１印字周期内に単独で駆動する場合よりもβだけ増加する。したがって、形成されるドットは、小ドットプラス増加分βとなり結果として特大のドットを形成することができる。
【００３６】これにより、第２の方法により形成されるドットは、中ドットと小ドットの和にさらに増加分βを加算したインク量からなる特大のドットとなるから、ドットサイズの調整範囲が拡大して階調性の高い印字が可能となる。
【００３７】これら２つの方法は、目的とする印字条件に適した方をプリンタドライバにより選択すればよい。そして、印字データが存在しない場合には、前述実施例と同様に第２の駆動信号Ｓ2だけをラッチして、ノズル開口近傍で増粘したインクを粘度の比較的低い圧力発生室２０のインクと置換して目詰まりを防止する。
【００３８】この実施例においても、第２の駆動信号Ｓ2が、インク滴吐出後のメニスカスの残留振動抑制用の信号と、メニスカスを微小振動させて目詰まり解消するための信号とを兼ねるため、それぞれを独立に用意する場合に比較して、印刷周期Ｔ0’を短縮することが可能となる。
【００３９】なお、上述の実施例のおいては、軸方向に変位する圧電振動子をアクチュエータとする記録ヘッドに例を採って説明したが、図８に示したようにインク供給口３０を介してリザーバ３１に連通し、ノズル連通孔３２を介してノズル開口３３に連通する圧力発生室３４の一部を弾性板３５で封止し、この弾性板３５にたわみ変位する圧電振動子３６を設けた記録ヘッドに適用しても同様の作用を奏する。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、第２の駆動信号により、インク滴吐出後のメニスカスの残留振動抑制と、メニスカスを微小振動させて目詰まり解消とを行わせることができ、インク滴吐出用の信号の他に、残留振動抑制用の信号と、目詰まり解消用の信号とを必要とする場合に比較して、１印刷周期を短縮できて、駆動周波数の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す装置のブロック図である。
【図２】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図３】駆動信号の一実施例を示す波形図である。
【図４】同上駆動信号による印刷時の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】駆動信号の他の実施例を示す波形図である。
【図６】同上駆動信号による印刷時の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の他の駆動方法を示す駆動信号とメニスカスの変位との関係を示す図である。
【図８】本発明が適用できる他の形式の記録ヘッドの一実施例を示す図である。
【符号の説明】
６ 記録ヘッド
９ スイッチング手段
２０ 圧力発生室
２１ インク供給口
２２ リザーバ
２３ 流路形成基板
２４ ノズル開口
２５ ノズルプレート
２８ 圧電振動子
Ｓ1 第１の駆動信号
Ｓ2 第２の駆動信号

【特許請求の範囲】
【請求項１】 ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室と、該圧力発生室の容積を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドと、前記圧力発生室の容積を急速に変化させてインク滴を吐出させる第１の駆動信号と、インク滴を吐出しない程度に前記圧力発生室の容積を変化させ、かつ前記第１の駆動信号によりインク滴を吐出した後のメニスカスの残留振動がノズル開口側に反転する時点で発生する第２の駆動信号と、前記第１の駆動信号よりもインク量の少ないインク滴を吐出させるように前記圧力発生室の容積を変化させ、かつ前記第２の駆動信号の後に発生する第３の信号とを出力することができ、第１のインク量のインク滴を形成する場合には第１の駆動信号と第２の駆動信号とを、第２のインク量のインク滴を形成する場合には、前記第１、第２、及び第３の信号を、第３のインク量のインク滴を形成する場合には、前記第３の信号を、また、インク滴を形成せず、かつ目詰まりを防止する場合には前記第２の信号をそれぞれ選択的に出力させる駆動信号発生手段とを備えたインクジェット式記録装置。
【請求項２】 ノズル開口と、インク供給口を介してリザーバとに連通する圧力発生室と、該圧力発生室の容積を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘッドと、前記圧力発生室の容積を急速に変化させてインク滴を吐出させる第１の駆動信号と、インク滴を吐出しない程度に前記圧力発生室の容積を変化させ、かつ前記第１の駆動信号によりインク滴を吐出した後のメニスカスの残留振動がノズル開口側に反転する時点で発生する第２の駆動信号と、前記第１の駆動信号よりもインク量の少ないインク滴を吐出させるように前記圧力発生室の容積を変化させ、かつ前記第２の駆動信号の後に発生する第３の信号とを出力することができ、第１のインク量のインク滴を形成する場合には第１の駆動信号と第２の駆動信号とを、第２のインク量のインク滴を形成する場合には、前記第１の駆動信号と第３の駆動信号を、第３のインク量のインク滴を形成する場合には、第３の信号を、また、インク滴を形成せず、かつ目詰まりを防止する場合には前記第２の信号をそれぞれ選択的に出力させる駆動信号発生手段とを備えたインクジェット式記録装置。
【請求項３】 前記第２の駆動信号による前記圧電振動子の充電時間が、前記圧電振動子の固有周期Ｔａ以上である請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項４】 前記第２の駆動信号による前記圧電振動子の充電時間が、前記圧力発生室のヘルムホルツ共振周期Ｔｃと実質的に同一である請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項５】 前記第２の駆動信号による前記圧電振動子の充電後の放電時間が前記圧電振動子の固有周期Ｔａ以上である請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項６】 前記第２の駆動信号による前記圧電振動子の充電後の放電時間が、前記圧力発生室のヘルムホルツ共振周期Ｔｃと実質的に同一である請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項７】 前記第２の駆動信号の電位保持時間が、前記圧力発生室のヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２に実質的に同一である請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項８】 前記第１の駆動信号による前記圧電振動子の充電後の放電開始から、前記第２の駆動信号が出力するまでの時間が、前記圧力発生室のヘルムホルツ共振周期Ｔｃと実質的に同一である請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項９】 印刷休止状態から印刷が開始される直前に前記第２の駆動信号が間欠的に出力される請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項１０】 前記記録ヘッドが非キャッピング状態におかれている場合に、前記第２の駆動信号が一定周期で出力される請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録装置。

【図１】


【図２】


【図３】


【図４】


【図５】


【図８】


【図６】


【図７】

【特許番号】特許第３５１４１３６号（Ｐ３５１４１３６）
【登録日】平成１６年１月２３日（２００４．１．２３）
【発行日】平成１６年３月３１日（２００４．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２６３１９７
【出願日】平成１０年９月１７日（１９９８．９．１７）
【公開番号】特開２０００−９４６６９（Ｐ２０００−９４６６９Ａ）
【公開日】平成１２年４月４日（２０００．４．４）
【審査請求日】平成１４年７月２日（２００２．７．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【参考文献】
【文献】特開 平７−１７８９０７（ＪＰ，Ａ）