JP3767659B2

JP3767659B2 - Ink jet printer, and recording head drive apparatus and method for ink jet printer

Info

Publication number: JP3767659B2
Application number: JP34835097A
Authority: JP
Inventors: 雄次矢倉; 康夫雪田; 健二鈴木; 洋徳永
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: JPH11170526A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタ、ならびにインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インク室に連通したノズル部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタが普及している。従来、この種のインクジェットプリンタでは、１つのノズルに対応して１つの圧電素子が設けられていた。この圧電素子は、例えば、インク流路を介してインクが供給されるインク室の外壁をなす振動板に固設されており、印加される駆動信号の電圧波形に応じて撓むことでインク室の容積を変化させて吐出圧力を生じさせ、この吐出圧力によってノズルからインク滴を吐出させることができるようになっていた。
【０００３】
この種のインクジェットプリンタにおいては、上記のようにインク室の容積を変化させて吐出圧力を発生させるようになっているので、ノズルから吐出されたインクが柱状になって（尾を引く形で）飛翔し、この飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に時間差や速度差が生ずる。このため、先行する主たるインク滴に付随して、微小な衛星状の不要なインク小滴（以下、サテライト滴という。）が発生し、これが記録用紙上に着弾することによって好ましくない印字結果が生ずる。この場合、比較的大きなインク滴で記録を行う濃い画像ではサテライト滴の発生は画品位にあまり大きな影響を与えないが、濃度の淡い画像や中間階調画像を表現する場合のように小さいインク滴で記録を行う場合には、サテライト滴の発生による画品位の低下が著しくなることが予想される。したがって、特に、小さいサイズのインク滴を吐出する場合におけるサテライト滴の発生が大きな問題となる。
【０００４】
この問題に対処するため、従来よりいくつかの方策が提案されている。例えば、特開平７−７６０８７号公報には、１つのノズルについて１つの圧電素子を設け、この圧電素子に印加する吐出用電圧の変化速度を２段階に切り替えてインク滴吐出を行う方法が提案されている。この方法は、図９に示したように、当初は第１の電圧変化速度ｖ１をもって吐出用電圧を増加させ、途中からｖ１よりも大きい第２の電圧変化速度ｖ２をもって吐出用電圧を増加させるものである。なお、図９で、縦軸は電圧、横軸は時間を表す。この方法によれば、先に吐出されたインクの先頭部分を追いかける形で引き続いてインクが噴射されるようになるので、インク柱の先頭部分と後尾部分との間の速度差が小さくなり、サテライト滴が生じにくくなる。
【０００５】
また、例えば、特開昭５９−１３３０６７号公報には、１つのノズルについて１つの圧電素子を設け、この圧電素子に互いに独立した２つの電圧パルスを印加してインク滴吐出を行う方法が提案されている。この方法は、図１０に示したように、まず、第１のパルスＰ１を圧電素子に加えて第１の圧力変動を生じさせてノズルからのインク滴の噴射を開始し、その後、第１のパルスＰ１を終了させたのちノズルからインク滴が射出される前に第２のパルスＰ２を圧電素子に加えて第２の圧力変動を生じさせるようにしたものである。なお、図１０で、縦軸は電圧、横軸は時間を表す。この方法によれば、ノズルから噴射されたインク柱が早期に破断され、サテライト滴が生じにくくなる。
【０００６】
なお、例えば、特開昭５１−４５９３１号公報には、１つのノズルに対して２つの圧力発生手段を設け、これらの２つの圧力発生手段からの振動の重ね合わせによってインクを振動させてインク滴を吐出させるようにしたインク滴吐出装置が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特開平７−７６０８７号公報に記載された方法では、第１の電圧変化速度ｖ１を第２の電圧変化速度ｖ２よりも必ず小さくしなければならない。このため、全吐出行程にわたって高速の電圧変化速度ｖ２で電圧を変化させた場合に比べると、吐出されるインク滴の飛翔速度が低下せざるを得なくなる。インク滴の飛翔速度の低下は、その飛翔ルートの直線性の悪化や飛翔速度のばらつき等、吐出の不安定性を招くことから、記録ドットのずれが生じて印字品質を低下させるおそれがある。
【０００８】
また、上記の特開昭５９−１３３０６７号公報に記載された方法では、第１のパルスＰ１を終了させたのち、ある時間間隔Ｔｉをおいて第２のパルスＰ２を印加するようになっているので、この時間間隔Ｔｉが大きいと、インク柱の尾引きが長くなってサテライト滴の発生を防止しにくくなる。一方、時間間隔Ｔｉが小さいと、圧電素子が電圧変化に追随できず、所期の動作が得られなくなる。一般に、圧電素子は固有の振動特性を有し、その固有振動数以上の周波数では動作し得ないからである。この点は、高い固有振動数をもつ圧電素子を製作することで解決できると考えられるが、圧電素子の固有振動数を高めるにしてもそれには限度があり、しかも製造技術上の困難性を伴ってコスト高にもつながることから、現実的ではない。また、上記公報の記載では、第１のパルスＰ１の電圧値Ｖ１よりも第２のパルスＰ２の電圧値Ｖ２の方が小さくなっているが、インク柱の先頭部分に後尾部分を追い付かせて一体化させるためには、第１のパルスＰ１の電圧値Ｖ１よりも第２のパルスＰ２の電圧値Ｖ２の方を大きくする必要がある。ところが、圧電素子への印加電圧を大きくすることは、圧電素子およびこの圧電素子によって励振される振動板の寿命を縮める要因になると共に、残留振動が大きくなって周波数特性が悪化することが予想される。
【０００９】
また、上記の特開昭５１−４５９３１号公報に記載されたインク滴吐出装置は小さい電源入力で効率よくインク滴を吐出させることを目的としたものであり、この目的を達成するために、２つの圧力発生手段に高周波駆動信号をそれぞれ印加すると共に、これらの高周波駆動信号の位相差や振幅を変化させることで２つの圧力発生手段からの振動をうまく重ね合わせてインクを振動させ、これによりインク滴を吐出させるようにしている。すなわち、このインク滴吐出装置は、サテライト滴の発生を防止することを目的とはしておらず、また、そのための構成を備えていない。また、そのような示唆もない。
【００１０】
このように、従来は、吐出されるインク滴の飛翔速度の低下や装置寿命の短縮、あるいは周波数特性の悪化等を伴うことなく、また、圧電素子の固有振動特性による制約を受けることなく、サテライト滴の発生を十分に抑制することは困難であった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、上記のような諸問題を克服しつつインク滴吐出時のサテライト滴の発生を抑制することができるインクジェットプリンタ、ならびにインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段と、予め付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させておくと共に、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させ、この吐出用圧力発生手段のインク室収縮方向への変位動作によってインク室が収縮状態にあるときに、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる制御を行う吐出制御手段とを備えている。ここで、「収縮状態にある」とは、主として収縮完了状態をいう。
【００１３】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する装置であって、予め付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させておくと共に、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させ、この吐出用圧力発生手段のインク室収縮方向への変位動作によってインク室が収縮状態にあるときに、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる制御を行う吐出制御手段を備えたものである。
【００１４】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する方法であって、予め付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させておく工程と、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させる工程と、吐出用圧力発生手段のインク室収縮方向への変位動作によってインク室が収縮状態にあるときに、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる工程とを含んでいる。
【００１５】
本発明に係るインクジェットプリンタ、またはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置もしくは方法では、予め付随小滴防止用圧力発生手段がインク室収縮方向に変位している状態で、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段がインク室収縮方向に変位させる動作が行われると共に、この吐出用圧力発生手段のインク室収縮方向への変位動作によってインク室が収縮状態にあるときに、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる動作が行われる。これにより、吐出用圧力発生手段の変位によってノズル部から押し出されたインクの後尾部分が、付随小滴防止用圧力発生手段の変位によって引き戻され、インク滴が長く尾を引く前に早期に断ち切られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの要部の概略構成を表すものである。本実施の形態では、複数のノズルを有するマルチノズルヘッドを備えたインクジェットプリンタについて説明するが、本発明は単一のノズルを有するシングルノズルヘッドを備えたインクジェットプリンタについても適用可能である。なお、本発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法は本実施の形態に係るインクジェットプリンタによって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００１８】
このインクジェットプリンタ１は、記録用紙２に対してインク滴を吐出して記録を行う記録ヘッド１１と、この記録ヘッド１１にインクを供給するインクカートリッジ１２と、記録ヘッド１１の位置と記録用紙２の紙送りとを制御するヘッド位置・紙送りコントローラ１３と、駆動信号２１により記録ヘッド１１のインク滴吐出動作を制御するヘッドコントローラ１４と、入力される画像データに所定の画像処理を行い、印画データ２２としてヘッドコントローラ１４に供給する画像処理部１５と、制御信号２３，２４，２５によってそれぞれヘッド位置・紙送りコントローラ１３、ヘッドコントローラ１４および画像処理部１５を制御するシステムコントローラ１６とを備えている。ここで、ヘッドコントローラ１４が本発明における「吐出制御手段」に対応する。
【００１９】
図２は図１における記録ヘッド１１の斜視断面構造を表し、図３は図２における記録ヘッド１１を矢印Ｚの方向から見た断面構造を表すものである。これらの図に示したように、記録ヘッド１１は、薄いノズルプレート板１１１と、ノズルプレート１１１上に積層された流路プレート１１２と、流路プレート１１２上に積層された振動プレート１１３とを備えて構成されている。これらの各プレートは、例えば、図示しない接着剤により相互に貼り合わされている。
【００２０】
流路プレート１１２の上面側には選択的に凹部が形成されており、これらの凹部と振動プレート１１３とによって、複数のインク室１１４とこれらのインク室に連通する共同流路１１５とを構成している。共同流路１１５と各インク室１１４との連通部分は挟路となっており、ここから各インク室１１４の方向に向かうに従って流路幅が拡がるような構造となっている。各インク室１１４の真上部分の振動プレート１１３上には、それぞれ、例えばピエゾ素子等からなる一対の圧電素子１１６ａ，１１６ｂが互いに一定距離を隔てて固着されている。各圧電素子１１６ａ，１１６ｂの上下面には、図示しない電極がそれぞれ積層配置されており、これらの電極にヘッドコントローラ１４（図１）からの駆動信号を印加して各圧電素子１１６ａ，１１６ｂ、ひいては振動プレート１１３をたわませることで、インク室１１４の容積を増大（膨張）させたり減少（収縮）させることができるようになっている。ここで、インク室１１４が本発明における「インク室」に対応する。
【００２１】
本実施の形態において、圧電素子１１６ａ，１１６ｂは、同じ印加電圧に対する変位量（以下、変位能力という。）が等しくなるように構成されている。そのために本実施の形態では、圧電素子１１６ａ，１１６ｂの材質、厚さおよび面積を等しく形成している。これにより、同一の印加電圧に対して同じ容積変化をインク室１１４に与えることができる。但し、２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂの面積や厚さ等を変えて、両者の変位能力を異ならせるように構成してもよい。ここで、圧電素子１１６ａが本発明における「吐出用圧力発生手段」に対応し、圧電素子１１６ｂが本発明における「付随小滴防止用圧力発生手段」に対応する。
【００２２】
各インク室１１４における共同流路１１５に連通した側と反対側の部分は、流路幅が次第に狭まっていく構造になっており、その終端部の流路プレート１１２には、厚み方向に穿たれた流路孔１１７が設けられている。そして、この流路孔１１７は、最下層のノズルプレート１１１に形成された微小なノズル１１８へと連通しており、このノズル１１８からインク滴が吐出されるようになっている。本実施の形態では、記録ヘッド１１には、記録用紙２（図１）の紙送り方向（図２の矢印Ｘ）に沿って、複数のノズル１１８が１列に等間隔で形成されている。但し、その他の配列（例えば千鳥状の二列配列）としてもよい。ここで、ノズル１１８が本発明における「ノズル部」に対応する。
【００２３】
共同流路１１５は、図１に示したインクカートリッジ１２（図２および図３では図示せず）に連通している。そして、このインクカートリッジ１２から共同流路１１５を経て各インク室１１４に常時一定速度でインクが供給されるようになっている。このインクの供給は、例えば毛細管現象を利用して行うことができるが、そのほか、インクカートリッジ１２に所定の加圧機構を設けて加圧することで行うようにしてもよい。
【００２４】
このような構成の記録ヘッド１１は、図示しないキャリッジ駆動モータおよびこれに付随するキャリッジ機構によって記録用紙２の紙送り方向Ｘと直交する方向Ｙ（図２）に往復移動しながらインク滴を吐出することにより、記録用紙２に画像を記録するようになっている。
【００２５】
図１に示したヘッドコントローラ１４は、例えば、いずれも図示しないが、マイクロプロセッサと、このマイクロプロセッサが実行するプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、マイクロプロセッサによる所定の演算や一時的なデータ記憶等に用いられるワークメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性メモリからなる駆動波形記憶部と、駆動波形記憶部から読み出されたディジタルデータをアナログに変換するためのディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）コンバータと、Ｄ／Ａコンバータの出力を増幅するアンプとを備えて構成される。ここで、駆動波形記憶部は、記録ヘッド１１の各ノズルの圧電素子１１６ａ，１１６ｂをそれぞれ駆動するための駆動信号２１ａ，２１ｂの各電圧波形を示す波形データを組の形で記憶している。これらの波形データは、例えば図４に示した各種のパラメータ（時間パラメータおよび電圧パラメータ）を様々な値に設定して作成されたものである。但し、各組の駆動信号２１ａと駆動信号２１ｂとの間には、後述するような一定の関係が保たれている。これらの波形データはマイクロプロセッサによってそれぞれ読み出され、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号に変換されたのちアンプで増幅され、ノズル数ｎと同数の駆動信号２１ａ，２１ｂの組として出力される。なお、ヘッドコントローラ１４は、上記のような構成に限られることはなく、これと異なる構成とすることも可能である。
【００２６】
これらの駆動信号の組のうち、各駆動信号２１ａは対応するノズルの圧電素子１１６ａに印加され、各駆動信号２１ｂは対応するノズルの圧電素子１１６ｂに印加されようになっている。なお、図１では、ｎ組の駆動信号２１ａ，２１ｂをまとめて駆動信号２１として描いている。
【００２７】
図４は駆動信号２１ａ，２１ｂの各一周期分（Ｔ）の波形の一例を表すものである。この図の（ａ）は駆動信号２１ａ、（ｂ）は駆動信号２１ｂを表す。ここで、縦軸は電圧、横軸は時間を表し、時間は図の左から右方向へと進むものとする。これらのうち、駆動信号２１ａは、インク滴を吐出する圧力を発生させるための吐出用駆動信号であり、基準電圧０Ｖのほかに引込電圧Ｖｐおよび吐出電圧Ｖａを取り得るようになっている。駆動信号２１ｂは、インク滴吐出時のサテライト滴の発生を抑制する圧力を発生させるための補助駆動信号であり、基準電圧０Ｖと引込電圧Ｖｐとを取り得る。駆動信号２１ａ，２１ｂの組は、ヘッドコントローラ１４によって各吐出周期ごとに適宜切り替えられて、対応するノズルに供給されるようになっている。
【００２８】
ここで、図５を参照して、駆動信号２１ａの波形の意義について説明する。この図５は、駆動信号の波形と、この駆動信号が印加される圧電素子１１６ａの挙動と、ノズル１１８内におけるインクの先端部の位置（以下、メニスカス位置という。）の変化との関係を表すものである。この図の（ａ）は、駆動信号２１ａを一般化した波形のほぼ１周期分を表し、同図（ｂ）は（ａ）のような波形の駆動信号が圧電素子１１６ａに印加されたときのインク室１１４の状態の変化を表し、同図（ｃ）はそのときのノズル１１８内におけるメニスカス位置の変化を表す。
【００２９】
図５（ａ）において、まず、駆動電圧を基準電圧０Ｖから引込電圧Ｖｐに変化させる行程（ＡからＢまで）を第１の前行程とし、引込電圧Ｖｐを一定時間保持する行程（ＢからＣまで）を第２の前行程とする。また、駆動電圧を引込電圧Ｖｐ１から基準電圧０Ｖに変化させる行程（ＣからＤまで）を第１行程とし、これに要する時間をｔ１とする。また、基準電圧０Ｖを保持して待機する行程（ＤからＥまで）を第２行程とし、これに要する時間をｔ２とする。さらに、基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａに変化させる行程（ＥからＦまで）を第３行程とし、これに要する時間をｔ３とする。
【００３０】
本実施の形態において、第３行程の開始時点である時点Ｅは、吐出が開始されるタイミングであり、このタイミングに先立って第１の前行程、第２の前行程、第１行程、および第２行程が行われるようになっている。
【００３１】
まず、時点Ａおよびそれ以前においては、圧電素子１１６ａへの印加電圧は０Ｖであるので、図５（ｂ）の状態Ｐ_Aのように、振動プレート１１３にたわみはなく、インク室１１４の容積は最大となっている。時点Ａにおいて、ノズル１１８内におけるメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態Ｍ_Aに示したように、ノズル開口端から所定距離だけ後退した所に位置しているものとする。
【００３２】
次に、時点Ａの電圧０Ｖから時点Ｂの引込電圧Ｖｐへと駆動電圧をゆっくりと増加させる第１の前行程を行うと、振動プレート１１３が内側にたわみ、インク室１１４は収縮する（図５（ｂ）の状態Ｐ_B）。このときのインク室１１４の収縮速度はゆっくりとしたものなので、インク室１１４の容積の減少分は、ノズル１１８内のメニスカス位置を前進させると同時に、図２に示した共同流路１１５へのインクの逆流をも引き起こす。このときのインクの前進量と逆流量との比は、主として、ノズル１１８内の流路抵抗と、インク室１１４と共同流路１１５とをつなぐ狭路における流路抵抗との比によって決まるが、これを最適化することにより、図５（ｃ）の状態Ｍ_Bで示したように、時点Ｂでのメニスカス位置がノズル開口端から突出することなく、ノズル開口端とほぼ同じ位置にくるように設定することができる。
【００３３】
次に、時点Ｂから時点Ｃまでの間、駆動電圧を引込電圧Ｖｐに保持することでインク室１１４の容積を一定に保つ第２の前行程を行う。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル１１８内におけるメニスカス位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｃでは、例えば図５（ｃ）の状態Ｍ_Cで示したように、ノズル開口端よりもやや突出した位置まで前進する。
【００３４】
次に、時点Ｃの引込電圧Ｖｐから時点Ｂの基準電圧０Ｖへと駆動電圧を減少させる第１行程を行うと、圧電素子１１６への印加電圧が０になるので振動プレート１１３のたわみがなくなり、インク室１１４は膨張する（図５（ｂ）の状態Ｐ_D）。このため、ノズル１１８内のメニスカスはインク室１１４の方向に引き込まれ、時点Ｄでは、例えば図５（ｃ）の状態Ｍ_Dに示したように後退する（すなわち、ノズル開口端から遠ざかる）。なお、時点Ｃと時点Ｄとの電位差である引込電圧Ｖｐの大きさを変更することにより第１行程におけるメニスカスの引き込み量が変化するので、これによりインク滴のサイズを制御することが可能である。インク滴のサイズは吐出開始時点のメニスカス位置に依存し、メニスカス位置が深いほどインク滴サイズが小さくなるからである。
【００３５】
次に、時点Ｄから時点Ｅまでの時間ｔ２の間、駆動電圧を基準電圧０Ｖに固定して振動プレート１１３ｃをたわみがない状態に維持することでインク室１１４の容積を一定に保つ第２行程を行う（図５（ｃ）の状態Ｐ_D〜Ｐ_E）。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル１１８内のメニスカス位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｅでは、例えば図５（ｃ）の状態Ｍ_Eに示した位置まで前進する。なお、第２行程の所要時間ｔ２を変更することによりメニスカス位置の前進量が変化し、第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調整することができるので、これにより、吐出されるインク滴のサイズを制御することが可能である。
【００３６】
次に、時点Ｅの電圧０Ｖから時点Ｆの吐出電圧Ｖａへと駆動電圧を急激に増大させる第３行程を行う。ここで、時点Ｅは、上記したように、吐出開始タイミングである。このとき、時点Ｆにおいて振動プレート１１３は、図５（ｂ）の状態Ｐ_Fに示したように内側に大きくたわみ、インク室１１４は急激に収縮するので、図５（ｃ）の状態Ｍ_Fに示したように、ノズル１１８内のメニスカスはノズル開口端に向かって一気に押され、ここからインク滴として吐出される。吐出されたインク滴は空気中を飛翔し、記録用紙２（図２）上に着弾する。
【００３７】
その後、駆動電圧を吐出電圧Ｖａに保ったまま所定時間経過した時点Ｇで、再び基準電圧０Ｖまで減少させる。これにより時点Ｈでは、図５（ｂ）の状態Ｐ_Hに示したように、振動プレート１１３はたわみのない状態に戻る。この状態を次の吐出動作における第１前行程の開始時点Ｉまで維持する。駆動電圧を再び０Ｖに減少させた直後の時点Ｈにおいては、図５（ｃ）の状態Ｍ_Hに示したように、吐出されたインク滴の体積とインク室１１４の容積の増加分とを加えた体積に相当する分だけメニスカス位置が後退した状態となるが、その後も行われるインクの充填（リフィル）により、次回の吐出動作における第１の前行程の開始時点Ｉにおけるメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態Ｍ_Iに示したように、当初の時点Ａにおける状態Ｍ_Aと同じになる。
【００３８】
このようにして１回の吐出動作が終了する。以下、このようなサイクル動作を各ノズル１１８ごとに並行してそれぞれ繰り返し行うことで、記録用紙２（図２）への画像記録が連続的に行われる。
【００３９】
なお、本実施の形態において、第２行程の所要時間ｔ２は第１行程で引き込まれたメニスカスがノズル開口端に到達するまでの所要時間以下であるとし、第３行程の吐出電圧Ｖａはインク滴を吐出させるに足る範囲に入っているものとしている。また、図４（ａ）で、上記の行程ＣＤ，ＤＥ，ＥＦ以外の行程の所要時間については、それぞれ次のように表記する。ＡＢ＝τ１，ＢＣ＝τ２，ＦＧ＝ｔ４，ＧＨ＝ｔ５。
【００４０】
次に、再び図４に戻って、駆動信号２１ｂの波形について説明する。本実施の形態では、駆動信号２１ｂは行程ＡＢで駆動信号２１ａと同じく基準電圧０Ｖから引込電圧Ｖｐに変化する。そして、この引込電圧Ｖｐを、駆動信号２１ａが吐出電圧Ｖａに立ち上がり終わった時点Ｆ以降の所定の時点Ｃ′まで保持し、ここから急速に基準電圧０Ｖに立ち下げるようにしている。この図で、駆動信号２１ａの吐出開始タイミングｔｅ（すなわち、基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａへの立ち上がり開始時点Ｅ）を起算点として、駆動信号２１ｂの引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖへの立ち下がり開始時点Ｃ′までの時間をｔｄとすると、引込電圧Ｖｐを保持する行程ＢＣ′の所要時間はｔ１＋ｔ２＋ｔｄとなる。ここで、ｔｄ＞ｔ３である。なお、図４（ｂ）では、駆動信号２１ｂが引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖに変化する行程Ｃ′Ｄ′の所要時間をｔ６と表記する。ここで、遅延時間ｔｄを適切に設定する点が本発明の１つの特徴をなしているが、これについては後述する。
【００４１】
次に、図１のインクジェットプリンタ１の全体動作を簡単に説明する。
【００４２】
図１において、図示しないパーソナルコンピュータ等の情報処理装置から印刷データがインクジェットプリンタ１に入力されると、画像処理部１５は、この入力データに対して所定の画像処理（例えば圧縮されたデータの伸長等）を行ったのち、これを印画データ２２としてヘッドコントローラ１４に送出する。
【００４３】
ヘッドコントローラ１４は、記録ヘッド１１のノズル数に対応したｎドット分の印画データ２２を取得すると、これらの印画データ２２を基に、ｎ個のノズルのそれぞれについて、ドットを形成するためのインク滴サイズを判定し、この判定結果から、各ノズルに供給すべき各１組の駆動信号２１ａ，２１ｂを選択する。例えば、高濃度を表現する場合にはインク滴サイズを大きくし得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが大きく、Ｖｐが小さい波形）の組を選択し、低濃度を表現する場合や高解像度表現を行う場合にはインク滴サイズを小さくし得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが小さく、Ｖｐが大きい波形）の組を選択する。また、微妙な中間階調を表現する場合には、隣接するドット間でインク滴サイズを少しずつ異ならせるようにし、また、例えば、各ノズル間でインク吐出特性がばらついている場合には、これを補正し得るような駆動波形の組を選択する。
【００４４】
さて、ヘッドコントローラ１４は、ｎドット分の駆動信号（すなわち、ｎ個のノズル１１８に供給する駆動信号）の組を選択したのち、吐出周期の切替タイミングにおいて、記録ヘッド１１における各ノズル１１８の圧電素子１１６ａに対し、選択した駆動信号２１ａを供給すると同時に、各ノズル１１８の圧電素子１１６ｂに対し、選択した駆動信号２１ｂを供給する。各ノズルにおける圧電素子１１６ａは、供給された駆動信号２１ａの電圧波形に従って図５で説明したような各行程を行い、インク滴を吐出する。このとき、各ノズルの圧電素子１１６ｂは、供給された駆動信号２１ｂの電圧波形に従って後述するように変位し、圧電素子１１６ａによる吐出動作を補助するための動作を行う。
【００４５】
次に、図４、図６および図７を参照して、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの特徴的な作用を説明する。
【００４６】
従来技術の項において述べたように、インク滴の吐出の際に生ずる付随的なインク小滴であるサテライト滴は、圧電素子により吐出圧力を発生させてインク滴吐出を行う方式において多く発生するもので、柱状になって飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に生ずる時間差や速度差に起因して先頭部分から後尾部分が分離し、この後尾部分が微小なインク小滴となったものと考えられる。
【００４７】
本実施の形態では、このようなサテライト滴の発生を防止するため、図４に示したように、予め補助用（サテライト滴防止用）の駆動信号２１ｂを引込電圧Ｖｐに保持してインク室１１４を収縮状態にしておき、この状態で吐出用の駆動信号２１ａにより上記の第１〜第３行程（図５）を行うと共に、吐出用の駆動信号２１ａによって圧電素子１１６ａがインク室収縮方向に変位している状態において、補助用の駆動信号２１ｂを立ち下げて圧電素子１１６ｂをインク室膨張方向に変位させるようにしている。この点をさらに図６を参照して説明する。
【００４８】
図６は駆動信号２１ａ，２１ｂの電圧波形の変化と圧電素子１１６ａ，１１６ｂの変位との関係を表すものである。具体的には、この図の（ａ）は駆動信号２１ａの要部波形を表し、（ｂ）は圧電素子１１６ａの変位を表し、（ｃ）は駆動信号２１ｂの要部波形を表し、（ｄ）は圧電素子１１６ｂの変位を表す。ここで、横軸は時間を示し、また、（ａ），（ｃ）における縦軸は電圧を示し、（ｂ），（ｄ）における縦軸は変位量を示す。
【００４９】
図６（ｃ），（ｄ）に示したように、予め駆動信号２１ｂを引込電圧Ｖｐに保持しておくことによりノズル側の圧電素子１１６ｂはインク室収縮方向に変位した状態を保っている。この状態で、同図（ａ），（ｂ）に示したように、供給側の圧電素子１１６ａは、時点Ｅから駆動信号２１ａの電圧増加と共にインク室収縮方向への変位を開始する。そして、圧電素子１１６ａは、慣性力により、電圧が吐出電圧Ｖａに達した時点Ｆをオーバーランした時点Ｐで最大変位状態となる。一方、図６（ｃ），（ｄ）に示したように、駆動信号２１ｂは駆動信号２１ａが吐出電圧Ｖａに達した時点Ｆ以降の所定の時点Ｃ′（すなわち、吐出開始タイミングｔｃ（＝時点Ｅ）から時間ｔｄだけ経過した時点）において、引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖへの立ち下がりを開始し、時点Ｄ′で基準電圧０Ｖとなる。これにより、圧電素子１１６ｂはインク室膨張方向に急激に変位する。
【００５０】
図６（ａ），（ｂ）に示したように、時点Ｅで駆動信号２１ａの吐出電圧Ｖａの印加が開始された圧電素子１１６ａは、インク室収縮方向に変位することによりインク室１１４内に圧力を発生させ、この圧力によりノズル１１８からインクを押し出す。この時点では、ノズル１１８から押し出されたインクはまだ尾を引いており、インク柱の状態をなしている。一方、圧電素子１１６ａの変位開始から時間ｔｄを経過した時点Ｃ′において印加電圧が引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖへと立ち下げられた圧電素子１１６ｂは、インク室膨張方向に急激に変位することによりインク室１１４内に負の圧力を発生させる。そして、この負の圧力により、既にノズル１１８から押し出されつつあるインク柱の後尾部分が引き戻される。このため、インクの流れに不連続性が発生し、インク柱の先頭部分と後尾部分との間が断ち切られる。これにより、インク柱の尾が長く伸びることが抑制され、サテライト滴の発生が抑制される。
【００５１】
なお、圧電素子１１６ａは、吐出電圧Ｖａが保たれている間、固有振動をするが、駆動信号２１ａが時点Ｇの吐出電圧Ｖａから時点Ｈの基準電圧０Ｖへと変化すると、圧電素子１１６ａの変位は０に戻り、さらに、次第に減衰する固有振動を行う。また、圧電素子１１６ｂは、電圧が基準電圧０Ｖに達した時点Ｄ′以降、所期変位位置を中心として次第に減衰する固有振動を行う。
【００５２】
図７は吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）から駆動信号２１ｂの立ち下げのタイミングＣ′までの遅延時間ｔｄを様々に変えた場合のインク滴の吐出状態を表すものである。この図の（ａ）は、遅延時間ｔｄをそれぞれ１０，９，８，７μｓｅｃに設定した場合のインク滴の尾の切断時点の変化を表し、（ｂ）は、駆動信号２１ａによって圧電素子１１６ａのみを変位させて吐出した場合および遅延時間ｔｄをそれぞれ１０，９，８，７μｓｅｃに設定した場合における吐出開始タイミングｔｅから３２μｓｅｃ経過後のインク滴の状態を表すものである。なお、このときの圧電素子１１６ａ，１１６ｂの厚さは２５μｍ、振動プレート１１３の厚さは２５μｍとし、また、図４に示した駆動信号２１ａ，２１ｂの各時間パラメータおよび電圧パラメータは次のように設定している。なお、時間パラメータの単位はいずれもμｓｅｃであり、電圧パラメータの単位はいずれもボルトである。
【００５３】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝５，ｔ４＝５０，ｔ５＝５０，ｔ６＝１，
ｔｄ＝９，
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝３５，Ｖｂ＝３５
【００５４】
図７（ａ）に示したように、遅延時間ｔｄをそれぞれ１０，９，８，７μｓｅｃに設定したときのインク滴の各切断タイミングは、吐出開始タイミングｔｅからそれぞれ２３，２１．８，２２．８，３６μｓｅｃだけ経過した時点となっている。また、同図（ｂ）に示したように、吐出開始タイミングｔｅから３２μｓｅｃ経過後の状態を見てみると、遅延時間ｔｄを１０，９，８μｓｅｃに設定したいずれの場合においても、インク滴の尾は圧電素子１１６ａのみで吐出を行った場合よりも早く断ち切られている。特に、遅延時間ｔｄを９μｓｅｃに設定したときには、遅延時間ｔｄを他の値に設定した場合と異なりサテライト滴の発生がない。但し、遅延時間ｔｄを７μｓｅｃ以下に設定したときには、圧電素子１１６ａによる吐出圧力が圧電素子１１６ｂによる負の圧力と相殺されて、吐出されるインク滴の速度が低下し、特に、遅延時間ｔｄを５μｓｅｃに設定したときには、インク滴が吐出されなくなる。
【００５５】
以上のことから、駆動信号２１ｂを圧電素子１１６ｂに印加することによってインク滴の尾の切断時期を早めることができ、サテライト滴の発生が抑制されることが判る。特に、遅延時間ｔｄを９μｓｅｃに設定した場合にはインク滴の尾が最も早く断ち切られ、サテライト滴の発生を最も効果的に抑制し得ることが判る。本実施の形態において、この９μｓｅｃという遅延時間は、圧電素子１１６ａが変位を開始してから最大変位位置Ｐ（図６（ｂ））に到達するまでの所要時間にほぼ等しくなっている。すなわち、駆動信号２１ａの吐出電圧Ｖａによって圧電素子１１６ａの変位量が最大になった時点で駆動信号２１ｂを立ち下げて圧電素子１１６ｂのインク室膨張方向への変位を開始させるようにすることにより、サテライト滴の発生を最も効果的に抑制することができるのである。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、各ノズルに対応した各インク室１１４ごとに２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けると共に、予めノズル側の圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向に変位させておき、この状態でインク供給側の圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させてインク滴の吐出を開始したのち、他方の圧電素子１１６ｂをインク室膨張方向に変位させてインク室１１４内に負の圧力を発生させるようにしたので、インク滴の尾を早期に細くして断ち切ることができ、この結果、サテライト滴の発生を抑制することが可能となる。特に、圧電素子１１６ａがインク室収縮方向に最も大きく変位した時点で圧電素子１１６ｂのインク室膨張方向への変位を開始させることにより、サテライト滴の発生を最も効果的に抑制することが可能となる。
【００５７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、種々変更可能である。
【００５８】
例えば図６に示した例では、圧電素子１１６ａが最も大きく変位した時点で圧電素子１１６ｂの変位を開始させるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧電素子１１６ａの平開始後の他のタイミングで圧電素子１１６ｂの変位を開始させるようにしても、相当の効果は得られる。
【００５９】
また、図４における各時間パラメータおよび電圧パラメータの設定値は、上に例示した値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、本実施の形態では、駆動信号２１ａ，２１ｂの双方における引込電圧を同じＶｐとしたが、両者を異ならせてもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態では、吐出用圧力発生手段としてインク供給側の圧電素子１１６ａを用いると共に、サテライト滴防止用圧力発生手段としてノズル側の圧電素子１１６ｂを用いることとしたが、これとは逆に、吐出用圧力発生手段としてノズル側の圧電素子１１６ｂを用いると共に、サテライト滴防止用圧力発生手段としてインク供給側の圧電素子１１６ａを用いるようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態では、１つのノズルについて２つの圧電素子を設ける場合について説明したが、１つのノズルについて３つ以上の圧電素子を設け、これらの圧電素子を吐出用とサテライト滴抑制用とに区分し、吐出用圧電素子に吐出用の駆動信号２１ａを加えると共に、サテライト滴抑制用圧電素子にサテライト滴抑制用の駆動信号２１ｂを印加するようにしてもよい。この場合、３つ以上の圧電素子の変位能力は、互いに等しくしてもよいし、あるいは異ならせてもよい。こうすることにより、よりきめ細かく、サテライト滴の抑制制御を行うことができる。
【００６２】
また、上記実施の形態では、１つのノズル１１８に対して１つのインク室１１４を設けると共に、この１つのインク室１１４に対応して２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしたが、例えば、図８に示したように、１つのノズル１１８に対して２つのインク室１１４ａ，１１４ｂを設けると共に、各インク室１１４ａ，１１４ｂに対応させて圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしてもよい。なお、図８は、記録ヘッド１１の一部を真上から見た状態を表すものであり、図２に示した要素と同一要素には同一の符号を付し、また、振動プレート１１３の図示を省略している。この図に示した構成によれば、一方のインク室１１４ａにおける圧電素子１１６ａの挙動が他方のインク室１１４ｂの状態に与える影響が少ないので、圧電素子１１６ａ，１１６ｂの相互間のクロストークを低減することができ、より高精度の印字品質を得ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載のインクジェットプリンタ、請求項２記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項３記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、各ノズル部ごとに吐出用圧力発生手段と付随小滴防止用圧力発生手段とを設け、予め付随小滴防止用圧力発生手段がインク室収縮方向に変位している状態で、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段がインク室収縮方向に変位させる動作を行うと共に、この吐出用圧力発生手段のインク室収縮方向への変位動作によってインク室が収縮状態にあるときに、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させるようにしたので、吐出用圧力発生手段の変位によってノズル部から押し出されたインクの後尾部分が、付随小滴防止用圧力発生手段の変位によって引き戻され、インク滴が長く尾を引く前に早期に断ち切られる。このため、付随的なインク小滴の発生を抑制することができ、記録される画像の品質の低下を防止することができる。特に、小さいインク滴を用いて表現する必要がある淡い画像や中間階調画像のように、不要なインク小滴の影響を受け易い画像においても、画質の低下を効果的に防止することができる。しかも、１つのノズル部に対して設けた２つの吐出用圧力発生手段および付随小滴防止用圧力発生手段を独立して制御するようにしていることから、吐出されるインク滴の飛翔速度の低下や装置寿命の短縮、あるいは周波数特性の悪化等を伴うことがなく、また、これらの圧力発生手段が有する固有振動特性による制約を受けにくくなるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成を表すブロック図である。
【図２】記録ヘッドの一構造例を表す斜視断面図である。
【図３】記録ヘッドの一構造例を表す断面図である。
【図４】図１におけるヘッドコントローラから出力される駆動信号の波形の一例を表す図である。
【図５】図４に示した吐出用の駆動信号波形と、インク室の状態およびノズル内のメニスカス位置の変化との関係を説明するための図である。
【図６】図４に示した駆動信号波形と圧電素子の変位量との関係の一例を表す図である。
【図７】図４に示した駆動信号波形によるインク滴の吐出状態の一例を表す図である。
【図８】本実施の形態に係るインクジェットプリンタに用いられる記録ヘッドの変形例を表す平面図である。
【図９】従来のインクジェットプリンタの駆動方法を説明するための説明図である。
【図１０】従来の他のインクジェットプリンタの駆動方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタ、１１…記録ヘッド、１４…ヘッドコントローラ、２１ａ，２１ｂ…駆動信号、２２…印画データ、１１３…振動プレート、１１４…インク室、１１５…共同流路、１１６ａ，１１６ｂ…圧電素子、１１８…ノズル、Ｖｐ…引込電圧、Ｖａ…吐出電圧、Ｖｂ…補助電圧、ｔｄ…遅延時間、ｔｅ…吐出開始タイミング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet printer that performs recording on a recording sheet by ejecting ink droplets from a nozzle portion, and a recording head driving apparatus and method for an inkjet printer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, ink jet printers that perform recording on recording paper by ejecting ink droplets from nozzle portions that communicate with an ink chamber have become widespread. Conventionally, in this type of ink jet printer, one piezoelectric element is provided corresponding to one nozzle. For example, the piezoelectric element is fixed to a vibration plate that forms an outer wall of an ink chamber to which ink is supplied via an ink flow path, and is bent in accordance with a voltage waveform of an applied drive signal, whereby the ink chamber The volume of the ink was changed to generate a discharge pressure, and the ink pressure could be discharged from the nozzle by this discharge pressure.
[0003]
In this type of ink jet printer, the volume of the ink chamber is changed to generate the discharge pressure as described above, so that the ink discharged from the nozzles has a columnar shape (with a tail). The flying ink causes a time difference and a speed difference between the head portion and the tail portion of the flying ink. For this reason, minute satellite-like unnecessary ink droplets (hereinafter referred to as satellite droplets) are generated in association with the preceding main ink droplets, and an undesired printing result is generated by landing on the recording paper. . In this case, the generation of satellite droplets in a dark image that is recorded with relatively large ink droplets does not have a significant effect on the image quality, but small ink droplets are used as in the case of expressing an image with a low density or an intermediate gradation image. When recording is performed, it is expected that the image quality will be significantly lowered due to the generation of satellite droplets. Therefore, the generation of satellite droplets becomes a big problem especially when ejecting small-sized ink droplets.
[0004]
In order to deal with this problem, several measures have been proposed in the past. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-76087 proposes a method in which one piezoelectric element is provided for each nozzle, and ink droplet ejection is performed by switching the change rate of the ejection voltage applied to the piezoelectric element in two stages. ing. In this method, as shown in FIG. 9, the discharge voltage is initially increased at the first voltage change rate v1, and the discharge voltage is increased from the middle at the second voltage change rate v2 that is larger than v1. It is. In FIG. 9, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. According to this method, since the ink is continuously ejected while following the head portion of the previously ejected ink, the speed difference between the head portion and the tail portion of the ink column is reduced, and the satellite is reduced. Drops are less likely to occur.
[0005]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-133067 proposes a method in which one piezoelectric element is provided for one nozzle, and two voltage pulses independent of each other are applied to the piezoelectric element to eject ink droplets. ing. In this method, as shown in FIG. 10, first, the first pulse P1 is applied to the piezoelectric element to cause a first pressure fluctuation to start ejecting ink droplets from the nozzle, and then the first pulse After the pulse P1, the second pulse P2 is applied to the piezoelectric element before the ink droplet is ejected from the nozzle to cause the second pressure fluctuation. In FIG. 10, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. According to this method, the ink column ejected from the nozzle is broken early, and satellite droplets are less likely to be generated.
[0006]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-45931, two pressure generating means are provided for one nozzle, and ink is vibrated by superimposing vibrations from these two pressure generating means. There has been proposed an ink droplet discharge device that discharges ink.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-76087, the first voltage change rate v1 must be made smaller than the second voltage change rate v2. For this reason, compared with the case where the voltage is changed at a high voltage change rate v2 over the entire discharge stroke, the flying speed of the ejected ink droplets has to be reduced. A decrease in the flying speed of the ink droplets causes ejection instability such as a deterioration in the linearity of the flying route and a variation in the flying speed, and therefore there is a possibility that a recording dot shift occurs and print quality is deteriorated.
[0008]
Further, in the method described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-133067, after the first pulse P1 is finished, the second pulse P2 is applied at a certain time interval Ti. Therefore, if this time interval Ti is large, the tail of the ink column becomes long and it becomes difficult to prevent the generation of satellite droplets. On the other hand, if the time interval Ti is small, the piezoelectric element cannot follow the voltage change and the desired operation cannot be obtained. This is because, in general, a piezoelectric element has inherent vibration characteristics and cannot operate at a frequency higher than its natural frequency. This point can be solved by manufacturing a piezoelectric element having a high natural frequency. However, even if the natural frequency of the piezoelectric element is increased, there is a limit to this, and there is a difficulty in manufacturing technology. This is not realistic because it leads to high costs. In the description of the above publication, the voltage value V2 of the second pulse P2 is smaller than the voltage value V1 of the first pulse P1, but the trailing part is caught up with the head part of the ink column and integrated. In order to achieve this, it is necessary to make the voltage value V2 of the second pulse P2 larger than the voltage value V1 of the first pulse P1. However, increasing the voltage applied to the piezoelectric element is expected to shorten the life of the piezoelectric element and the diaphragm excited by the piezoelectric element, and increase the residual vibration to deteriorate the frequency characteristics. The
[0009]
In addition, the ink droplet ejection apparatus described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-45931 is intended to efficiently eject ink droplets with a small power input. High-frequency drive signals are respectively applied to the two pressure generating means, and the phase difference and amplitude of these high-frequency drive signals are changed, so that the vibrations from the two pressure generating means are superposed to vibrate the ink. Drops are ejected. That is, this ink droplet ejection device is not intended to prevent the generation of satellite droplets, and does not have a configuration for that purpose. There is no such suggestion.
[0010]
Thus, conventionally, satellites are not subject to reductions in the flying speed of ejected ink droplets, shortening of device life, deterioration of frequency characteristics, etc., and without being restricted by the natural vibration characteristics of piezoelectric elements. It was difficult to sufficiently suppress the generation of droplets.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an inkjet printer capable of suppressing the generation of satellite droplets during ink droplet ejection while overcoming the above-described problems, and an inkjet printer. It is an object to provide a recording head driving apparatus and method.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An ink jet printer according to the present invention includes a nozzle unit for ejecting ink droplets, an ink chamber that supplies ink to the nozzle unit, and a nozzle unit that changes the volume of the ink chamber by being displaced. Discharge pressure generating means for generating a pressure for discharging ink droplets from the nozzle portion, and provided for each nozzle portion, the volume of the ink chamber is changed by displacing the ink droplet when discharging ink droplets from the nozzle portion. The accompanying droplet preventing pressure generating means for generating pressure for suppressing the accompanying ink droplet generation, and the accompanying droplet preventing pressure generating means are previously displaced in the ink chamber contraction direction, and the ink droplet The discharge pressure generating means is displaced in the ink chamber contraction direction for discharging the ink, and the ink chamber is contracted by the displacement operation of the discharge pressure generating means in the ink chamber contraction direction. In some case, and a discharge control means for performing control to displace the associated drop prevention pressure generating means in the ink chamber expands direction. Here, “in a contracted state” mainly means a contracted state.
[0013]
A recording head driving device for an ink jet printer according to the present invention includes a nozzle unit for ejecting ink droplets, an ink chamber for supplying ink to the nozzle unit, and an ink chamber provided for each nozzle unit by being displaced. A discharge pressure generating means for generating pressure for discharging ink droplets from the nozzle portion by changing the volume of the ink chamber, and provided for each nozzle portion, and changing the volume of the ink chamber by displacing from the nozzle portion An apparatus for driving a recording head for an ink-jet printer, comprising an accompanying droplet prevention pressure generating means for generating a pressure for suppressing the occurrence of an accompanying ink droplet when the ink droplet is discharged, The droplet generation pressure generating means is displaced in the ink chamber contraction direction, and the discharge pressure generation means is changed in the ink chamber contraction direction for discharging ink droplets. Discharge control means for controlling the displacement of the accompanying droplet preventing pressure generating means in the ink chamber expansion direction when the ink chamber is in a contracted state by the displacement operation of the discharge pressure generating means in the ink chamber contracting direction. It is equipped with.
[0014]
A recording head driving method for an ink jet printer according to the present invention includes a nozzle unit for ejecting ink droplets, an ink chamber for supplying ink to the nozzle unit, and an ink chamber provided for each nozzle unit by being displaced. A discharge pressure generating means for generating pressure for discharging ink droplets from the nozzle portion by changing the volume of the ink chamber, and provided for each nozzle portion, and changing the volume of the ink chamber by displacing from the nozzle portion A method for driving a recording head for an ink jet printer comprising an accompanying droplet prevention pressure generating means for generating pressure for suppressing the occurrence of incidental ink droplets during ink droplet ejection. The step of displacing the droplet generating pressure generating means in the ink chamber contraction direction, and the ejection pressure generating means changing in the ink chamber contracting direction for discharging ink droplets. And a step of displacing the accompanying droplet preventing pressure generating means in the ink chamber expansion direction when the ink chamber is in a contracted state by the displacement operation of the ejection pressure generating means in the ink chamber contracting direction. Yes.
[0015]
In the ink jet printer or the recording head drive apparatus or method according to the present invention, the ink droplets are ejected for ejecting ink droplets in a state where the accompanying droplet preventing pressure generating means is previously displaced in the ink chamber contraction direction. When the pressure generating means is displaced in the ink chamber contraction direction and the ink chamber is contracted by the displacement of the discharge pressure generating means in the ink chamber contraction direction, the accompanying droplet prevention pressure An operation of displacing the generating means in the ink chamber expansion direction is performed. As a result, the tail portion of the ink pushed out from the nozzle portion by the displacement of the discharge pressure generating means is pulled back by the displacement of the accompanying droplet preventing pressure generating means, and the ink droplet is cut off early before the tail is pulled long. .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of an ink jet printer according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, an inkjet printer including a multi-nozzle head having a plurality of nozzles will be described. However, the present invention can also be applied to an inkjet printer having a single nozzle head having a single nozzle. The recording head driving apparatus and method for an ink jet printer according to the embodiment of the present invention is embodied by the ink jet printer according to the present embodiment, and will be described below.
[0018]
The inkjet printer 1 includes a recording head 11 that performs recording by ejecting ink droplets onto the recording paper 2, an ink cartridge 12 that supplies ink to the recording head 11, the position of the recording head 11, and the recording paper 2. A head position / paper feed controller 13 for controlling the paper feed, a head controller 14 for controlling the ink droplet ejection operation of the recording head 11 by the drive signal 21, and predetermined image processing on the input image data, and print data The image processing unit 15 is supplied to the head controller 14 as 22, and the system controller 16 controls the head position / paper feed controller 13, the head controller 14, and the image processing unit 15 by control signals 23, 24, and 25. . Here, the head controller 14 corresponds to the “ejection control means” in the present invention.
[0019]
2 shows a perspective sectional structure of the recording head 11 in FIG. 1, and FIG. 3 shows a sectional structure of the recording head 11 in FIG. As shown in these drawings, the recording head 11 includes a thin nozzle plate plate 111, a flow path plate 112 stacked on the nozzle plate 111, and a vibration plate 113 stacked on the flow path plate 112. Configured. Each of these plates is bonded to each other with an adhesive (not shown), for example.
[0020]
Concave portions are selectively formed on the upper surface side of the flow path plate 112, and the concave portions and the vibration plate 113 constitute a plurality of ink chambers 114 and a common flow path 115 communicating with the ink chambers. ing. A communication portion between the common flow path 115 and each ink chamber 114 forms a narrow passage, and the flow path width increases from this point toward the ink chamber 114. On the vibration plate 113 directly above each ink chamber 114, a pair of piezoelectric elements 116a and 116b made of, for example, piezo elements are fixed at a certain distance from each other. Electrodes (not shown) are stacked on the upper and lower surfaces of the piezoelectric elements 116a and 116b, respectively, and a drive signal from the head controller 14 (FIG. 1) is applied to these electrodes, and the piezoelectric elements 116a and 116b, and consequently By bending the vibration plate 113, the volume of the ink chamber 114 can be increased (expanded) or decreased (contracted). Here, the ink chamber 114 corresponds to an “ink chamber” in the present invention.
[0021]
In the present embodiment, the piezoelectric elements 116a and 116b are configured to have the same amount of displacement (hereinafter referred to as displacement capability) with respect to the same applied voltage. Therefore, in this embodiment, the material, thickness and area of the piezoelectric elements 116a and 116b are formed to be equal. Thereby, the same volume change can be given to the ink chamber 114 with respect to the same applied voltage. However, the two piezoelectric elements 116a and 116b may be configured such that the displacement capacity of the two piezoelectric elements 116a and 116b is changed by changing the area and thickness thereof. Here, the piezoelectric element 116a corresponds to the “discharge pressure generation means” in the present invention, and the piezoelectric element 116b corresponds to the “accompanying droplet prevention pressure generation means” in the present invention.
[0022]
The portion of each ink chamber 114 opposite to the side communicating with the common flow path 115 has a structure in which the flow path width is gradually narrowed, and the flow path plate 112 at the end thereof is perforated in the thickness direction. A channel hole 117 is provided. The channel hole 117 communicates with a minute nozzle 118 formed in the lowermost nozzle plate 111 so that ink droplets are ejected from the nozzle 118. In the present embodiment, a plurality of nozzles 118 are formed in the recording head 11 at regular intervals along a paper feed direction (arrow X in FIG. 2) of the recording paper 2 (FIG. 1). However, other arrangements (for example, a staggered two-row arrangement) may be used. Here, the nozzle 118 corresponds to a “nozzle portion” in the present invention.
[0023]
The common channel 115 communicates with the ink cartridge 12 (not shown in FIGS. 2 and 3) shown in FIG. Then, the ink is always supplied from the ink cartridge 12 to each ink chamber 114 through the common flow path 115 at a constant speed. The ink supply can be performed by using, for example, a capillary phenomenon, but in addition, the ink cartridge 12 may be provided with a predetermined pressurizing mechanism and pressurized.
[0024]
The recording head 11 having such a configuration ejects ink droplets while reciprocating in a direction Y (FIG. 2) perpendicular to the paper feeding direction X of the recording paper 2 by a carriage drive motor (not shown) and a carriage mechanism accompanying the carriage driving motor. Thus, an image is recorded on the recording paper 2.
[0025]
The head controller 14 shown in FIG. 1 is, for example, a microprocessor, a ROM (Read Only Memory) in which a program executed by the microprocessor is stored, a predetermined calculation or a temporary operation by the microprocessor, although not shown. RAM (Random Access Memory) as a work memory used for various data storage, etc., a drive waveform storage unit comprising a non-volatile memory, and a digital analog for converting digital data read from the drive waveform storage unit into analog A (D / A) converter and an amplifier that amplifies the output of the D / A converter are provided. Here, the drive waveform storage unit stores waveform data indicating the voltage waveforms of the drive signals 21a and 21b for driving the piezoelectric elements 116a and 116b of the nozzles of the recording head 11 in pairs. These waveform data are created by setting various parameters (time parameter and voltage parameter) shown in FIG. 4 to various values, for example. However, a fixed relationship as described later is maintained between each set of drive signal 21a and drive signal 21b. These waveform data are read out by a microprocessor, converted into analog signals by a D / A converter, amplified by an amplifier, and output as a set of drive signals 21a and 21b having the same number as the number of nozzles n. The head controller 14 is not limited to the above configuration, and may be configured differently.
[0026]
Of these sets of drive signals, each drive signal 21a is applied to the piezoelectric element 116a of the corresponding nozzle, and each drive signal 21b is applied to the piezoelectric element 116b of the corresponding nozzle. In FIG. 1, n sets of drive signals 21 a and 21 b are drawn together as drive signals 21.
[0027]
FIG. 4 shows an example of the waveform of one period (T) of the drive signals 21a and 21b. (A) of this figure represents the drive signal 21a, and (b) represents the drive signal 21b. Here, the vertical axis represents voltage, the horizontal axis represents time, and time advances from the left to the right in the figure. Among these, the drive signal 21a is an ejection drive signal for generating a pressure for ejecting ink droplets, and can take the drawing voltage Vp and the ejection voltage Va in addition to the reference voltage 0V. The drive signal 21b is an auxiliary drive signal for generating a pressure that suppresses the generation of satellite droplets during ink droplet ejection, and can take the reference voltage 0V and the pull-in voltage Vp. The set of drive signals 21a and 21b is appropriately switched for each ejection cycle by the head controller 14 and supplied to the corresponding nozzle.
[0028]
Here, the significance of the waveform of the drive signal 21a will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the waveform of the drive signal, the behavior of the piezoelectric element 116a to which the drive signal is applied, and the change in the position of the front end of the ink in the nozzle 118 (hereinafter referred to as the meniscus position). Is. (A) in this figure represents approximately one period of the waveform obtained by generalizing the drive signal 21a, and (b) in the figure shows the case where the drive signal having the waveform as shown in (a) is applied to the piezoelectric element 116a. A change in the state of the ink chamber 114 is shown, and FIG. 10C shows a change in the meniscus position in the nozzle 118 at that time.
[0029]
In FIG. 5A, first, a process (from A to B) in which the drive voltage is changed from the reference voltage 0 V to the pull-in voltage Vp is a first previous process, and a process (B to C To the second previous process. Further, a process (from C to D) in which the drive voltage is changed from the pull-in voltage Vp1 to the reference voltage 0V is a first process, and a time required for this process is t1. Further, the stroke (from D to E) in which the reference voltage is held at 0V and is on standby is defined as the second stroke, and the time required for this is defined as t2. Further, a process (from E to F) for changing from the reference voltage 0 V to the discharge voltage Va is a third process, and a time required for this process is t3.
[0030]
In the present embodiment, the time point E, which is the start time point of the third stroke, is a timing at which the discharge is started. Prior to this timing, the first previous stroke, the second previous stroke, the first stroke, and the first stroke Two strokes are going to be done.
[0031]
First, at time A and earlier, the voltage applied to the piezoelectric element 116a is a 0V, as in the state P _A of FIG. 5 (b), rather than bending the vibration plate 113, the volume of the ink chamber 114 It has become the maximum. At time A, the meniscus position in the nozzle 118, as shown in state M _A in FIG. 5 (c), assumed to be located set back from the nozzle edge by a predetermined distance.
[0032]
Next, when the first forward stroke is performed in which the drive voltage is slowly increased from the voltage 0 V at time A to the pull-in voltage Vp at time B, the vibration plate 113 bends inward and the ink chamber 114 contracts (FIG. 5). (B) State P _B ). Since the shrinkage speed of the ink chamber 114 at this time is slow, the decrease in the volume of the ink chamber 114 advances the meniscus position in the nozzle 118 and at the same time the ink to the common flow path 115 shown in FIG. Also causes backflow. The ratio of the ink advance amount and the reverse flow rate at this time is mainly determined by the ratio between the channel resistance in the nozzle 118 and the channel resistance in the narrow path connecting the ink chamber 114 and the common channel 115. by optimizing this, as shown in the state M _B in FIG. 5 (c), without meniscus position at the time B is protruded from the nozzle opening end, to come to approximately the same position as the nozzle edge Can be set.
[0033]
Next, during the period from time point B to time point C, a second previous stroke is performed in which the volume of the ink chamber 114 is kept constant by holding the drive voltage at the pull-in voltage Vp. However, since the ink supply from the ink cartridge 12 is continuously performed during this time, the meniscus position in the nozzle 118 is displaced toward the nozzle opening end, and at the point C, for example, the state M in FIG. _As shown by _C , it moves forward to a position slightly protruding from the nozzle opening end.
[0034]
Next, when the first step of reducing the drive voltage from the pull-in voltage Vp at the time point C to the reference voltage 0 V at the time point B is performed, the applied voltage to the piezoelectric element 116 becomes 0, so the deflection of the vibration plate 113 is eliminated. The ink chamber 114 expands (state P _{D in} FIG. 5B). Therefore, the meniscus in the nozzle 118 is retracted towards the ink chamber 114, the point D, for example, retracted, as shown in state M _D in FIG. 5 (c) (i.e., away from the nozzle edge). Note that the amount of meniscus pull-in in the first stroke is changed by changing the magnitude of the pull-in voltage Vp, which is the potential difference between the time point C and the time point D, and thus the ink droplet size can be controlled. . This is because the ink droplet size depends on the meniscus position at the start of ejection, and the deeper the meniscus position, the smaller the ink droplet size.
[0035]
Next, during a time t2 from time point D to time point E, a second step of keeping the volume of the ink chamber 114 constant by fixing the drive voltage to the reference voltage 0 V and maintaining the vibration plate 113c in a state without deflection. (States P _{D to} P _{E in} FIG. 5C). However, since the ink supply from the ink cartridge 12 is continuously performed during this time, the meniscus position in the nozzle 118 is displaced toward the nozzle opening end, and at the time point E, for example, the state M in FIG. Advance to the position shown in _E. Note that the amount of advancement of the meniscus position is changed by changing the required time t2 of the second stroke, and the meniscus position at the start of the third stroke can be adjusted. Can be controlled.
[0036]
Next, a third step is performed in which the drive voltage is rapidly increased from the voltage 0 V at time E to the ejection voltage Va at time F. Here, the time point E is the discharge start timing as described above. At this time, the vibration plate 113 at the time F, the deflection increases inwardly as shown in state P _F of FIG. 5 (b), the ink chamber 114 is rapidly contracted, the state M _F shown in FIG. 5 (c) As shown, the meniscus in the nozzle 118 is pushed at once toward the nozzle opening end, and is ejected as ink droplets from here. The ejected ink droplets fly in the air and land on the recording paper 2 (FIG. 2).
[0037]
Thereafter, the voltage is decreased again to the reference voltage of 0 V at a time G when a predetermined time elapses while keeping the drive voltage at the discharge voltage Va. In this way the time H, as shown in state P _H in FIG. 5 (b), the vibration plate 113 returns to the state with no deflection. This state is maintained until the start time I of the first previous stroke in the next discharge operation. At a time point H immediately after the drive voltage is reduced to 0 V again, as shown in the state _MH in FIG. 5C, the volume of the ejected ink droplet and the increase in the volume of the ink chamber 114 are added. The meniscus position is retracted by an amount corresponding to the volume, but the meniscus position at the start time I of the first previous stroke in the next ejection operation is shown in FIG. as shown in state M _I of (c), the same as the state M _a in the original point a.
[0038]
In this way, one discharge operation is completed. Thereafter, by repeating such a cycle operation in parallel for each nozzle 118, image recording on the recording paper 2 (FIG. 2) is continuously performed.
[0039]
In the present embodiment, the required time t2 for the second stroke is less than the required time for the meniscus drawn in the first stroke to reach the nozzle opening end, and the ejection voltage Va for the third stroke is the ink droplet. It is assumed that it is in a range sufficient to discharge the water. In FIG. 4A, the time required for the processes other than the processes CD, DE, and EF is expressed as follows. AB = τ1, BC = τ2, FG = t4, GH = t5.
[0040]
Next, returning to FIG. 4 again, the waveform of the drive signal 21b will be described. In the present embodiment, the drive signal 21b changes from the reference voltage 0V to the pull-in voltage Vp in the process AB similarly to the drive signal 21a. The pull-in voltage Vp is held until a predetermined time point C ′ after the time point F at which the drive signal 21a finishes rising to the discharge voltage Va, and then rapidly drops to the reference voltage 0V. In this figure, starting from the discharge start timing te of the drive signal 21a (that is, the rising start time E from the reference voltage 0V to the discharge voltage Va), the falling start from the pull-in voltage Vp of the drive signal 21b to the reference voltage 0V is started. If the time to the time point C ′ is td, the time required for the process BC ′ for holding the pull-in voltage Vp is t1 + t2 + td. Here, td> t3. In FIG. 4B, the time required for the process C′D ′ in which the drive signal 21b changes from the pull-in voltage Vp to the reference voltage 0V is expressed as t6. Here, the point of appropriately setting the delay time td is one feature of the present invention, which will be described later.
[0041]
Next, the overall operation of the ink jet printer 1 of FIG. 1 will be briefly described.
[0042]
In FIG. 1, when print data is input to the inkjet printer 1 from an information processing apparatus such as a personal computer (not shown), the image processing unit 15 performs predetermined image processing (for example, decompression of compressed data) on the input data. And the like are sent to the head controller 14 as the print data 22.
[0043]
When the head controller 14 acquires print data 22 for n dots corresponding to the number of nozzles of the recording head 11, based on these print data 22, ink droplets for forming dots for each of the n nozzles. The size is determined, and a set of drive signals 21a and 21b to be supplied to each nozzle is selected from the determination result. For example, when expressing a high density, a set of drive waveforms (waveforms where t2, Va is large and Vp is small) that can increase the ink droplet size is selected to express a low density or high resolution expression. When performing, a set of drive waveforms (waveforms with small t2, Va and large Vp) that can reduce the ink droplet size is selected. In addition, when expressing a subtle halftone, the ink droplet size is slightly different between adjacent dots. For example, if the ink ejection characteristics vary between nozzles, A set of drive waveforms that can correct the above is selected.
[0044]
The head controller 14 selects a set of driving signals for n dots (that is, a driving signal supplied to the n nozzles 118), and then selects the piezoelectric of each nozzle 118 in the recording head 11 at the discharge cycle switching timing. At the same time as supplying the selected drive signal 21a to the element 116a, the selected drive signal 21b is supplied to the piezoelectric element 116b of each nozzle 118. The piezoelectric element 116a in each nozzle performs each process as described in FIG. 5 according to the voltage waveform of the supplied drive signal 21a, and ejects ink droplets. At this time, the piezoelectric element 116b of each nozzle is displaced as described later according to the voltage waveform of the supplied drive signal 21b, and performs an operation for assisting the ejection operation by the piezoelectric element 116a.
[0045]
Next, with reference to FIG. 4, FIG. 6, and FIG. 7, the characteristic operation of the ink jet printer according to the present embodiment will be described.
[0046]
As described in the section of the prior art, satellite droplets, which are incidental ink droplets generated when ink droplets are ejected, are frequently generated in a method in which ejection pressure is generated by a piezoelectric element and ink droplets are ejected. In this case, the tail part is separated from the head part due to the time difference or speed difference that occurs between the head part and the tail part of the ink flying in a columnar shape, and this tail part becomes a minute ink droplet. it is conceivable that.
[0047]
In the present embodiment, in order to prevent the occurrence of such satellite droplets, as shown in FIG. 4, the auxiliary (satellite droplet prevention) drive signal 21b is held in advance at the pull-in voltage Vp to set the ink chamber 114. In this state, the first to third steps (FIG. 5) are performed by the ejection drive signal 21a, and the piezoelectric element 116a is displaced in the ink chamber contraction direction by the ejection drive signal 21a. In this state, the auxiliary drive signal 21b is lowered to displace the piezoelectric element 116b in the ink chamber expansion direction. This point will be further described with reference to FIG.
[0048]
FIG. 6 shows the relationship between the change in the voltage waveform of the drive signals 21a and 21b and the displacement of the piezoelectric elements 116a and 116b. Specifically, (a) in this figure represents the main waveform of the drive signal 21a, (b) represents the displacement of the piezoelectric element 116a, (c) represents the main waveform of the drive signal 21b, (d ) Represents the displacement of the piezoelectric element 116b. Here, the horizontal axis indicates time, the vertical axis in (a) and (c) indicates voltage, and the vertical axis in (b) and (d) indicates displacement.
[0049]
As shown in FIGS. 6C and 6D, the nozzle-side piezoelectric element 116b is kept displaced in the ink chamber contraction direction by holding the drive signal 21b at the pull-in voltage Vp in advance. In this state, as shown in FIGS. 9A and 9B, the supply side piezoelectric element 116a starts to be displaced from the time point E in the ink chamber contraction direction as the voltage of the drive signal 21a increases. And the piezoelectric element 116a will be in the maximum displacement state at the time P which overruns the time F when the voltage reached the discharge voltage Va by inertia force. On the other hand, as shown in FIGS. 6C and 6D, the drive signal 21b is a predetermined time point C ′ after the time point F at which the drive signal 21a reaches the discharge voltage Va (that is, the discharge start timing tc (= time point). At the time when the time td has elapsed since E), the falling from the pull-in voltage Vp to the reference voltage 0V is started, and becomes the reference voltage 0V at time D ′. As a result, the piezoelectric element 116b is suddenly displaced in the ink chamber expansion direction.
[0050]
As shown in FIGS. 6A and 6B, the piezoelectric element 116a whose application of the discharge voltage Va of the drive signal 21a is started at the time point E is displaced in the ink chamber contraction direction, and thereby enters the ink chamber 114. A pressure is generated, and the ink is pushed out from the nozzle 118 by this pressure. At this time, the ink pushed out from the nozzle 118 still has a tail and forms an ink column. On the other hand, the piezoelectric element 116b whose applied voltage has fallen from the pull-in voltage Vp to the reference voltage 0V at the time point C ′ when the time td has elapsed from the start of displacement of the piezoelectric element 116a is suddenly displaced in the ink chamber expansion direction. A negative pressure is generated in the ink chamber 114. Then, due to this negative pressure, the tail portion of the ink column already being pushed out from the nozzle 118 is pulled back. For this reason, discontinuity occurs in the flow of the ink, and the gap between the head portion and the tail portion of the ink column is cut off. Thereby, it is suppressed that the tail of the ink column extends long, and the generation of satellite droplets is suppressed.
[0051]
The piezoelectric element 116a undergoes natural vibration while the discharge voltage Va is maintained. However, when the drive signal 21a changes from the discharge voltage Va at the time G to the reference voltage 0V at the time H, the displacement of the piezoelectric element 116a. Returns to 0 and further undergoes natural vibration that gradually attenuates. Further, the piezoelectric element 116b performs natural vibration that gradually attenuates around the intended displacement position after the time point D 'when the voltage reaches the reference voltage 0V.
[0052]
FIG. 7 shows the ink droplet ejection state when the delay time td from the ejection start timing te (time E) to the falling timing C ′ of the drive signal 21b is variously changed. (A) of this figure shows the change at the time of cutting the tail of the ink droplet when the delay time td is set to 10, 9, 8, and 7 μs, respectively, and (b) shows only the piezoelectric element 116a by the drive signal 21a. This represents the state of ink droplets after 32 μsec has elapsed from the ejection start timing te when ejected with the displacement of and when the delay time td is set to 10, 9, 8, and 7 μsec, respectively. At this time, the thickness of the piezoelectric elements 116a and 116b is 25 μm, the thickness of the vibration plate 113 is 25 μm, and the time parameters and voltage parameters of the drive signals 21a and 21b shown in FIG. 4 are as follows. It is set. The unit of time parameter is μsec, and the unit of voltage parameter is volt.
[0053]
τ1 = 30, τ2 = 10,
t1 = 9, t2 = 2, t3 = 5, t4 = 50, t5 = 50, t6 = 1,
td = 9,
Vp = 35, Va = 35, Vb = 35
[0054]
As shown in FIG. 7A, the ink droplet cutting timings when the delay times td are set to 10, 9, 8, and 7 μsec are respectively 23, 21.8, 22. It is the time when 8,36 μsec has elapsed. Further, as shown in FIG. 5B, when the state after 32 μsec has elapsed from the ejection start timing te, the ink droplets are not detected in any case where the delay time td is set to 10, 9, 8 μsec. The tail is cut off earlier than when the ejection is performed only by the piezoelectric element 116a. In particular, when the delay time td is set to 9 μsec, unlike the case where the delay time td is set to another value, no satellite droplet is generated. However, when the delay time td is set to 7 μsec or less, the ejection pressure by the piezoelectric element 116a cancels out the negative pressure by the piezoelectric element 116b, and the speed of the ejected ink drop is lowered. In particular, the delay time td is 5 μsec. When set to, ink droplets are no longer ejected.
[0055]
From the above, it can be seen that by applying the drive signal 21b to the piezoelectric element 116b, the cutting time of the tail of the ink droplet can be advanced, and the generation of the satellite droplet is suppressed. In particular, it can be seen that when the delay time td is set to 9 μsec, the tail of the ink droplet is cut off earliest and the generation of satellite droplets can be most effectively suppressed. In the present embodiment, this delay time of 9 μsec is substantially equal to the required time from when the piezoelectric element 116a starts to reach the maximum displacement position P (FIG. 6B). That is, when the displacement amount of the piezoelectric element 116a becomes maximum by the discharge voltage Va of the drive signal 21a, the drive signal 21b is lowered to start the displacement of the piezoelectric element 116b in the ink chamber expansion direction. The generation of satellite droplets can be most effectively suppressed.
[0056]
Thus, according to the present embodiment, two piezoelectric elements 116a and 116b are provided for each ink chamber 114 corresponding to each nozzle, and the nozzle-side piezoelectric element 116b is previously displaced in the ink chamber contraction direction. In this state, the piezoelectric element 116a on the ink supply side is displaced in the ink chamber contraction direction to start ejection of ink droplets, and then the other piezoelectric element 116b is displaced in the ink chamber expansion direction to cause negative discharge in the ink chamber 114. Therefore, the tail of the ink droplet can be narrowed early and cut off. As a result, the generation of satellite droplets can be suppressed. In particular, by starting the displacement of the piezoelectric element 116b in the ink chamber expansion direction when the piezoelectric element 116a is displaced the most in the ink chamber contraction direction, the generation of satellite droplets can be most effectively suppressed. .
[0057]
While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment and can be variously changed.
[0058]
For example, in the example shown in FIG. 6, the displacement of the piezoelectric element 116b is started when the piezoelectric element 116a is displaced the most, but the present invention is not limited to this, and the flat start of the piezoelectric element 116a is started. Even if the displacement of the piezoelectric element 116b is started at another later timing, a considerable effect can be obtained.
[0059]
Further, the setting values of the time parameter and the voltage parameter in FIG. 4 are not limited to the values exemplified above, and can be changed as appropriate. For example, in the present embodiment, the pull-in voltages in both the drive signals 21a and 21b are set to the same Vp, but they may be different from each other.
[0060]
In the above embodiment, the ink supply side piezoelectric element 116a is used as the discharge pressure generating means, and the nozzle side piezoelectric element 116b is used as the satellite drop prevention pressure generating means. In addition, the nozzle-side piezoelectric element 116b may be used as the discharge pressure generating means, and the ink supply-side piezoelectric element 116a may be used as the satellite droplet prevention pressure generating means.
[0061]
Further, in the above-described embodiment, the case where two piezoelectric elements are provided for one nozzle has been described. However, three or more piezoelectric elements are provided for one nozzle, and these piezoelectric elements are used for ejection and satellite droplet suppression. The ejection drive signal 21a may be added to the ejection piezoelectric element, and the satellite droplet suppression drive signal 21b may be applied to the satellite droplet suppression piezoelectric element. In this case, the displacement capacities of the three or more piezoelectric elements may be equal to or different from each other. By doing so, it is possible to control the suppression of satellite droplets more finely.
[0062]
In the above embodiment, one ink chamber 114 is provided for one nozzle 118, and two piezoelectric elements 116a and 116b are provided corresponding to the one ink chamber 114. As shown in FIG. 8, two ink chambers 114a and 114b may be provided for one nozzle 118, and piezoelectric elements 116a and 116b may be provided corresponding to the ink chambers 114a and 114b. 8 shows a state in which a part of the recording head 11 is viewed from directly above. The same elements as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the vibration plate 113 is illustrated. Is omitted. According to the configuration shown in this figure, since the behavior of the piezoelectric element 116a in one ink chamber 114a has little influence on the state of the other ink chamber 114b, crosstalk between the piezoelectric elements 116a and 116b is reduced. More accurate printing quality can be obtained.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the ink jet printer of claim 1, the ink jet printer recording head drive device of claim 2, or the ink jet printer recording head drive method of claim 3, for each nozzle portion, An ejection pressure generation means and an accompanying droplet prevention pressure generation means are provided, and the ejection pressure for ejecting ink droplets in a state where the associated droplet prevention pressure generation means is displaced in the ink chamber contraction direction in advance. The generating means performs the operation of displacing in the ink chamber contraction direction, and when the ink chamber is contracted by the displacement operation of the ejection pressure generating means in the ink chamber contraction direction, the accompanying droplet generating pressure generation means is Since the ink chamber is displaced in the expansion direction, the tail portion of the ink pushed out from the nozzle portion by the displacement of the discharge pressure generating means is small. It pulled back by the displacement of the anti-pressure generating means and cut off early before tailing long ink droplets. For this reason, it is possible to suppress the generation of incidental ink droplets, and it is possible to prevent the quality of the recorded image from being deteriorated. In particular, it is possible to effectively prevent deterioration in image quality even in an image that is easily affected by unnecessary ink droplets, such as a light image or an intermediate gradation image that needs to be expressed using small ink droplets. . Moreover, since the two ejection pressure generating means and the accompanying droplet preventing pressure generating means provided for one nozzle portion are controlled independently, the flying speed of the ejected ink droplets is reduced. In addition, there is an effect that the life of the apparatus is not shortened, the frequency characteristics are not deteriorated, and the like, and it is difficult to be restricted by the natural vibration characteristics of the pressure generating means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective cross-sectional view illustrating a structure example of a recording head.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a recording head.
4 is a diagram illustrating an example of a waveform of a drive signal output from the head controller in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the ejection drive signal waveform shown in FIG. 4 and the change in the ink chamber state and the meniscus position in the nozzle.
6 is a diagram illustrating an example of a relationship between a drive signal waveform illustrated in FIG. 4 and a displacement amount of a piezoelectric element.
7 is a diagram illustrating an example of an ink droplet ejection state based on the drive signal waveform illustrated in FIG. 4;
FIG. 8 is a plan view illustrating a modified example of the recording head used in the ink jet printer according to the embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a driving method of a conventional inkjet printer.
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining another conventional method of driving an inkjet printer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet printer, 11 ... Recording head, 14 ... Head controller, 21a, 21b ... Drive signal, 22 ... Print data, 113 ... Vibration plate, 114 ... Ink chamber, 115 ... Common flow path, 116a, 116b ... Piezoelectric element, 118 ... Nozzle, Vp ... Pull-in voltage, Va ... Discharge voltage, Vb ... Auxiliary voltage, td ... Delay time, te ... Discharge start timing

Claims

A nozzle portion for ejecting ink droplets;
An ink chamber for supplying ink to the nozzle portion;
A discharge pressure generating means that is provided for each of the nozzle sections and generates a pressure for discharging ink droplets from the nozzle sections by changing the volume of the ink chamber by being displaced;
Attached to each nozzle part and generates a pressure for changing the volume of the ink chamber by displacing and suppressing the generation of an accompanying ink droplet when the ink drop is ejected from the nozzle part. Pressure generating means for preventing droplets;
The pressure generating means for preventing the accompanying droplets is displaced in the contraction direction of the ink chamber in advance, and the discharge pressure generating means is displaced in the contraction direction of the ink chamber for discharging the ink droplets. And an ejection control means for performing control to displace the accompanying droplet prevention pressure generating means in the ink chamber expansion direction when the ink chamber is in a contracted state by a displacement operation in the ink chamber contraction direction. Inkjet printer featuring.

Nozzle portions for ejecting ink droplets, ink chambers for supplying ink to the nozzle portions, and provided for each of the nozzle portions, the volume of the ink chambers is changed by displacement to change the ink from the nozzle portions. A discharge pressure generating means for generating a pressure for discharging the droplets, and an accessory at the time of discharging the ink droplets from the nozzle portion by changing the volume of the ink chamber by being displaced for each nozzle portion. An apparatus for driving a recording head for an ink jet printer, comprising an accompanying droplet preventing pressure generating means for generating a pressure for suppressing generation of a typical ink droplet,
The pressure generating means for preventing the accompanying droplets is displaced in the contraction direction of the ink chamber in advance, and the discharge pressure generating means is displaced in the contraction direction of the ink chamber for discharging the ink droplets. When the ink chamber is in a contracted state due to a displacement operation in the ink chamber contraction direction, there is provided an ejection control means for performing control to displace the accompanying droplet prevention pressure generating means in the ink chamber expansion direction. A recording head drive device for an inkjet printer.

Nozzle portions for ejecting ink droplets, ink chambers for supplying ink to the nozzle portions, and provided for each of the nozzle portions, the volume of the ink chambers is changed by displacement to change the ink from the nozzle portions. A discharge pressure generating means for generating a pressure for discharging the droplets, and an accessory at the time of discharging the ink droplets from the nozzle portion by changing the volume of the ink chamber by being displaced for each nozzle portion. A method for driving a recording head for an ink jet printer, comprising pressure generation means for preventing associated droplets for generating pressure for suppressing generation of typical ink droplets,
Displacing the accompanying droplet preventing pressure generating means in advance in the ink chamber contraction direction;
Displacing the discharge pressure generating means in the ink chamber contraction direction for discharging ink droplets;
Displacing the accompanying droplet prevention pressure generating means in the ink chamber expansion direction when the ink chamber is in a contracted state by the displacement operation of the ejection pressure generating means in the ink chamber contracting direction. A method of driving a recording head for an ink jet printer, characterized by the following.