JPH10296975A

JPH10296975A - インク噴射装置

Info

Publication number: JPH10296975A
Application number: JP11274597A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Takahashi; 高橋　　義和
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-10

Abstract

(57)【要約】【課題】インク室内に残留する圧力波振動を安定して
相殺し、正確な画像を形成すると共に印字速度を良好に
向上させることのできるインク噴射装置の提供。【解決手段】タイミングＡＳで噴射パルス信号Ａが立
ち上がると、インク室の容積が増加して内部の圧力が減
少する。その後、インク室内の圧力が増加して正の圧力
に転じ、ピークに達する時点近傍のタイミングＡＥで噴
射パルス信号Ａが立ち下がる。すると、インク室の容積
が減少し、インク室内に高い圧力が生じてインクが噴射
される。ｄ１経過後に噴射パルス信号Ｂを発生して同様
にインクを噴射し、全ての噴射動作終了後の圧力波振動
が振動の中心を３回目に通過する時点が中心ＨＣとなる
ように、非噴射パルス信号Ｃを発生する。このタイミン
グで非噴射パルス信号Ｃを発生することにより、インク
室内の圧力波振動を安定して相殺することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印字命令に応じて
ノズルからインクを噴射して、被記録媒体に画像を形成
するインク噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、これまでのインパクト方式の印字
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置の中で、原理が最も単純
で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、
インクジエツト方式の印字装置が挙げられる。なかで
も、印字に使用するインクのみを噴射するドロップ・オ
ン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコスト
の安さなどから急速に普及している。

【０００３】ドロップ・オン・デマンド型の印字装置に
用いられるインク噴射装置として、例えば、特開昭６３
−２４７０５１号公報に記載の圧電材料を利用したせん
断モード型がある。この種のインク噴射装置の一例を図
６に示す。なお、図６（ａ）は図６（ｂ）のＡ−Ａ線断
面に、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面に、それ
ぞれ対応している。

【０００４】図６に示すように、インク噴射装置６００
は、底壁６０１，天壁６０２，およびその間のせん断モ
ード型のアクチュエータ壁６０３からなる。そのアクチ
ュエータ壁６０３は天壁６０２に接着され、かつ矢印６
０９方向に分極された圧電材料製の上部壁６０５と、底
壁６０１に接着され、かつ矢印６１１方向に分極された
圧電材料製の下部壁６０７とからなっている。アクチュ
エータ壁６０３は一対となって、その間にインク室６１
３を形成し、かつその隣の一対のアクチュエータ壁６０
３との間には、インク室６１３よりも狭い空間６１５を
形成している。

【０００５】各インク室６１３の一端には、ノズル６１
８を有するノズルプレート６１７が固着され、他端に
は、マニホールド６２６を介して図示しないインク供給
源が接続されている。なお、マニホールド６２６は、各
インク室６１３に連通する開口部を有する前部壁６２７
と、底壁６０１，天壁６０２の間を密閉する後部壁６２
８とを備え、上記インク供給源から前部壁６２７，後部
壁６２８の間に供給されたインクを、各インク室６１３
に分配するものである。

【０００６】各アクチュエータ壁６０３の両側面には電
極６１９，６２１が金属化層として設けられている。具
体的にはインク室６１３側のアクチュエータ壁６０３に
は電極６１９が設けられ、空間６１５側およびインク噴
射装置６００外周側のアクチュエータ壁６０３には電極
６２１が設けられている。なお、電極６１９の表面はイ
ンクと絶縁するための絶縁層で覆われている。そして、
電極６２１はアース６２３に接続され、インク室６１３
内に設けられた電極６１９は制御装置６２５に接続さ
れ、後述のような電圧（駆動信号）を印加される。

【０００７】そして、各インク室６１３の電極６１９に
制御装置６２５が電圧を印加することによって、各アク
チュエータ壁６０３がインク室６１３の容積を増加する
方向に圧電厚みすべり変形する。この動作の一例を図７
に示す。なお、図７では、各部６０３〜６１９の符号に
図の左側からａ，ｂ，ｃ，…の添え字を付して、それぞ
れを区別している。図７に例示するように、インク室６
１３ｃの電極６１９ｃに所定の電圧Ｅ（Ｖ）が印加され
ると、アクチュエータ壁６０３ｅ，６０３ｆにそれぞれ
失印６３１，６３２の方向の電界が発生し、アクチュエ
ータ壁６０３ｅ，６０３ｆがインク室６１３ｃの容積を
増加する方向に圧電厚みすべり変形する。このとき、ノ
ズル６１８ｃ付近を含むインク室６１３ｃ内の圧力が減
少する。

【０００８】この電圧Ｅ（Ｖ）の印加をインク室６１３
内の圧力波の片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、そ
の間に前述のインク供給源からインクが供給される。な
お、上記片道伝播時間Ｔはインク室６１３内のインクの
圧力波が、インク室６１３の長手方向に片道伝播する時
間であり、インク室６１３の長さＬとこのインク室６１
３内部のインク中での音速ａとによりＴ＝Ｌ／ａなる式
で算出される。

【０００９】圧力波の伝播理論によると、上記電圧の印
加から片道伝播時間Ｔが経過するとインク室６１３内の
圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、制御装置６２５
は、このタイミングに合わせてインク室６１３ｃの電極
６１９ｃに印加されている電圧を０（Ｖ）に戻す。する
と、アクチュエータ壁６０３ｅ，６０３ｆが変形前の状
態（図６）に戻り、インクに圧力が加えられる。そのと
き、上記正に転じた圧力と、アクチュエータ壁６０３
ｅ，６０３ｆが変形前の状態に戻ることにより発生した
圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力がインク室６１
３ｃのノズル６１８ｃ付近の部分に生じて、インクがノ
ズル６１８ｃから噴射される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本願出願人は、前述の
ようにインク室６１３内に圧力波振動を発生させてノズ
ル６１８からインクを噴射する噴射動作の終了後、イン
ク室内の圧力波振動をほぼ相殺する相殺動作を実行する
ことを考えた。この相殺動作は、電極６１９ｃに印加さ
れる電圧を一旦電圧Ｅ（Ｖ）にしてインク室６１３の容
積を増加させ、続いて０（Ｖ）に戻して上記容積を減少
させることによってなされる。この相殺動作によって圧
力波振動が早期に収束し、残留した圧力波振動によりイ
ンクが非所望に噴射されるのを防止すると共に、次の印
字命令に対する処理に早期に移行することができる。従
って、一層正確な画像を形成すると共に、印字速度を良
好に向上させることができる。

【００１１】ところが、従来より、上記相殺動作を実行
するタイミングは試行錯誤により適切な値を設定してい
た。このため、上記圧力波振動を安定して相殺すること
ができなかった。そして、場合によっては、圧力波振動
が収束しない内に次の印字命令に対する噴射動作が実行
され、噴射されたインクが飛沫となって飛び散ったり、
インクの噴射がなされなかったりする可能性もあった。
特に、インク噴射装置６００を高速で駆動して高速印字
に対応させたり、インクの温度が上昇してその粘度が低
下したときなど、上記相殺動作が安定しない場合があっ
た。

【００１２】そこで、本発明は、インクの噴射後、イン
ク室内に残留する圧力波振動を安定して相殺し、正確な
画像を形成すると共に、印字速度を良好に向上させるこ
とのできるインク噴射装置を提供することを目的として
なされた。

【００１３】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記目
的を達するためになされた請求項１記載の発明は、イン
クが噴射されるノズルと、該ノズルの背後に設けられ、
インクが充填されるインク室と、該インク室の容積を変
化させるアクチュエータと、上記アクチュエータを駆動
して上記インク室に圧力波振動を発生させて上記ノズル
からインクを噴射する噴射動作を行う駆動手段と、を備
えたインク噴射装置であって、上記駆動手段が、上記噴
射動作の終了後、上記アクチュエータを駆動して上記イ
ンク室の容積を一旦増加させた後上記容積を減少させて
上記インク室内の圧力波振動をほぼ相殺する相殺動作を
実行し、しかも、該相殺動作時の上記容積の増減を、上
記噴射動作終了後の上記圧力波振動が振動の中心を奇数
回目に通過する時点を中心にして行うことを特徴として
いる。

【００１４】このように構成された本発明では、駆動手
段はアクチュエータを駆動して次のような噴射動作を実
行する。すなわち、ノズルの背後に設けられたインク室
の容積をアクチュエータによって変化させ、そのインク
室に圧力波振動を発生させてノズルからインクを噴射す
る。

【００１５】また、駆動手段は、上記噴射動作の終了
後、上記インク室内の圧力波振動をほぼ相殺する相殺動
作を実行する。この相殺動作は、上記アクチュエータを
駆動してインク室の容積を一旦増加させた後、その容積
を減少させることによって行われる。このため、インク
室内の圧力波振動を早期に収束させ、残留した圧力波振
動によりインクが非所望に噴射されるのを防止すると共
に、次の印字命令に対する処理に早期に移行することが
できる。しかも、駆動手段は、相殺動作における上記容
積の増減を、噴射動作終了後の圧力波振動が振動の中心
を奇数回目に通過する時点を中心にして行う。

【００１６】ここで、本願出願人は、インク室内の圧力
波振動の波形と、その圧力波振動を最も有効に相殺する
ことのできる上記相殺動作の実行タイミングとの対応関
係を鋭意検討した。その結果、噴射動作終了後の圧力波
振動が振動の中心を奇数回目、特に３回目に通過する時
点を中心にして相殺動作を実行するとよいことを発見し
た。この場合、インク室内の圧力波振動がきわめて早期
に収束し、インクが非所望に噴射されるのをきわめて良
好に防止すると共に、次の印字命令に対する処理にきわ
めて早期に移行することができた。しかも、この相殺動
作の効果は、各種条件によらずきわめて安定して発揮さ
れた。

【００１７】また、圧力波振動が振動の中心を３以外の
奇数回目に通過する時点でも、圧力波振動が上記時点と
ほぼ同様に変化するので、その時点を中心にして相殺動
作を実行することにより、ほぼ同様の効果が得られるこ
とが充分推測される。すなわち、噴射動作の終了直後に
はインク室内の圧力はピーク近傍まで上昇しているが、
その後、上記圧力は周期的に振動し、奇数回目に振動の
中心を通過する時点では、ほぼ同様の傾きで上記中心を
減少方向に通過するからである。

【００１８】本発明では、噴射動作終了後の圧力波振動
が振動の中心を奇数回目に通過する時点を中心にして上
記相殺動作を行っているので、インク室内の圧力波振動
をきわめて早期に収束させ、インクが非所望に噴射され
るのをきわめて良好に防止すると共に、次の印字命令に
対する処理にきわめて早期に移行することができる。し
かも、この効果は安定して発揮される。従って、本発明
では、インク室内に残留する圧力波振動を安定して相殺
し、正確な画像を形成すると共に、印字速度を良好に向
上させることができる。

【００１９】なお、上記相殺とは、圧力波振動を完全に
解消するものではなくてもよく、例えば、インクが噴射
されない程度に上記圧力波振動を抑制するものであって
もよい。請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に
加え、上記奇数回が３回であることを特徴としている。

【００２０】本発明では、上記奇数回を３回としてい
る。この場合、前述のように、圧力波振動を安定して相
殺できることが実証されており、しかも、上記奇数回を
５回，７回とした場合に比べて圧力波振動を早期に収束
させることができる。従って、本発明では、請求項１記
載の発明の効果に加えて、上記圧力波振動を一層早期に
かつ安定して相殺し、一層正確な画像を形成すると共
に、印字速度を一層良好に向上させることができるとい
った効果が生じる。

【００２１】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の構成に加え、上記駆動手段が、１ドットの印字命
令に対して上記噴射動作を複数回繰り返して行うもので
あり、その１ドットの印字命令に対する全ての上記噴射
動作の終了後に、上記相殺動作を行うことを特徴として
いる。

【００２２】本発明では、１ドットの印字命令に対して
噴射動作を複数回繰り返して行うので、１ドットの印字
命令に対して複数滴のインクを噴射して濃厚な画像を形
成することができる。また、このように噴射動作を複数
回繰り返して行う場合、インク室内の圧力波振動が複雑
化し、相殺動作の実行タイミングの設定が困難であっ
た。これに対して本発明では、前述のように、圧力波振
動が振動の中心を奇数回目に通過する時点を中心にして
相殺動作を行っている。このため、相殺動作の実行タイ
ミングが容易に設定でき、しかも、前述のように安定し
て圧力波振動を相殺することができる。従って、本発明
では、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、一
層濃厚な画像を形成することができると共に、装置の設
定を容易にしてその開発コストを一層良好に低減するこ
とができるといった効果が生じる。

【００２３】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載の構成に加え、上記相殺動作時に上記容積
を増加させてから上記容積を減少させるまでの時間を、
上記インク室内をインクの圧力波が片道伝播する片道伝
播時間の約０．３〜０．７倍または約１．３〜１．７倍
としたことを特徴としている。

【００２４】本願出願人は、殺動作時にインク室の容積
を増加させてからその容積を減少させるまでの時間（以
下、この時間をＷｃとする）を種々に変更して実験を行
い、インク室内の圧力波振動を最も有効に相殺すること
のできるＷｃの値を鋭意検討した。その結果、インク室
内をインクの圧力波が片道伝播する片道伝播時間（以
下、この時間をＴとする）の０．３〜０．７倍または
１．３〜１．７倍に、Ｗｃを設定するとよいことを発見
した。これは、次の理由によるものと推定される。

【００２５】Ｗｃ＝１．０Ｔであると、上記容積の増加
によって発生した圧力波振動のピークと上記容積の減少
による圧力の増加とが重畳してインクが噴射されてしま
う。また、Ｗｃ＝２．０Ｔであると、上記容積の増加に
よる圧力波振動と上記容積の減少による圧力波振動が相
殺し合って相殺動作を実行しなかった場合と同様の結果
を招く。このため、それらの値の中間である０．３Ｔ〜
０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜１．７ＴにＷｃを設定する
と、良好な相殺動作が実行できるものと考えられる。

【００２６】本発明ではＷｃを約０．３Ｔ〜０．７Ｔま
たは約１．３Ｔ〜１．７Ｔとしているので、きわめて良
好な相殺動作が実行できる。従って、本発明では、請求
項１〜３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、上記
圧力波振動を一層良好に相殺して、一層正確な画像を形
成すると共に、印字速度を一層良好に向上させることが
できるといった効果が生じる。

【００２７】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかに記載の構成に加え、上記駆動手段が、上記アク
チュエータに電圧を印加することにより上記インク室の
容積を増加または減少させるものであって、しかも、上
記噴射動作時にも上記相殺動作時にも同じ電圧を印加す
ることを特徴としている。

【００２８】このように、本発明では、上記アクチュエ
ータとして電圧を印加することによりインク室の容積を
増加または減少させるものを使用し、しかも、上記噴射
動作時にも上記相殺動作時にも同じ電圧を印加するよう
にしたので、アクチュエータおよびその駆動回路や制御
回路の構成を簡略化することができる。また、アクチュ
エータの制御も、電圧を印加するかしないかの切り換え
によって行われ、制御のための処理も簡単になる。従っ
て、本発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明
の効果に加えて、装置の構成および制御を一層簡略化す
ることができるといった効果が生じる。

【００２９】請求項６記載の発明は、請求項１〜５のい
ずれかに記載の構成に加え、上記アクチュエータが、上
記インク室の側壁の少なくとも一部をなす圧電材料を用
いて構成されていることを特徴としている。本発明で
は、インク室の側壁の少なくとも一部をなす圧電材料を
用いて上記アクチュエータが構成されているので、その
圧電材料に電圧を印加して変形させることによってイン
ク室の容積を変化させることができる。このようなアク
チュエータは、構成が簡単で耐久性にも優れ、更に安価
である。従って、本発明では、請求項１〜５のいずれか
に記載の発明の効果に加えて、装置の構成を一層簡略化
し、耐久性を向上させると共に、製造コストを一層低減
することができるといった効果が生じる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。本実施の形態のインク噴射装置６０
０における機械的部分の構成は、図６に示す従来のもの
と同様であるので説明を省略する。このインク噴射装置
６００の具体的な寸法を述べる。インク室６１３の長さ
Ｌが７．５ｍｍである。ノズル６１８の寸法は、ノズル
面６１７ａ側の径が４０μｍ、インク室６１３側の径が
７２μｍ、長さが１００μｍである。また、後述の実験
に供したインクの２５℃における粘度は約２ｍＰａ・
ｓ、表面張力は３０ｍＮ／ｍである。このインク室６１
３内のインク中における音速ａと上記Ｌとの比Ｌ／ａ
（＝Ｔ）は８μｓｅｃである。更に、インク噴射装置６
００は図示しないプラテンに沿って移動するキャリッジ
に搭載され、ノズル面６１７ａとプラテン上の記録用紙
（図示せず）との間隔は１〜２ｍｍである。

【００３１】図１は、本実施の形態のインク噴射装置６
００に用いられた制御装置６２５の構成を表す回路図で
ある。図１に示すように、制御装置６２５は、充電回路
１８２，放電回路１８４，およびパルスコントロール回
路１８６から構成されている。また、図１では、アクチ
ュエータ壁６０３の圧電材料および電極６１９，６２１
をコンデンサ１９１で表しており、そのコンデンサ１９
１の端子１９１Ａ，１９１Ｂはそれぞれ電極６１９，６
２１に対応する。すなわち、端子１９１Ａが制御装置６
２５に、端子１９１Ｂがアース６２３に、それぞれ接続
されている。

【００３２】充電回路１８２に設けられた入力端子１８
７と放電回路１８４に設けられた入力端子１８８とは、
それぞれインク室６１３内の電極６１９（端子１９１
Ａ）にＥ（Ｖ）の電圧（例えば２０Ｖ）または０（Ｖ）
の電圧を印加するためのパルス信号を、後述のパルスコ
ントロール回路１８６から入力するための端子である。

【００３３】充電回路１８２は、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０
２，Ｒ１０３，Ｒ１０４，Ｒ１０５、および、トランジ
スタＴＲ１０１，ＴＲ１０２から構成されている。トラ
ンジスタＴＲ１０１のベースは、抵抗Ｒ１０１を介して
入力端子１８７に接続されると共に、抵抗Ｒ１０２を介
して接地されている。トランジスタＴＲ１０１のエミッ
タは直接接地され、コレクタは、Ｅ（Ｖ）の正の電源１
８９に抵抗Ｒ１０３を介して接続されている。また、ト
ランジスタＴＲ１０２のベースは、抵抗Ｒ１０４を介し
て正の電源１８９に接続されると共に、抵抗Ｒ１０５を
介してトランジスタＴＲ１０１のコレクタに接続されて
いる。トランジスタＴＲ１０２のエミッタは正の電源１
８９に直接接続され、コレクタは抵抗Ｒ１２０を介して
端子１９１Ａに接続されている。

【００３４】このため、入力端子１８７にオン信号（＋
５Ｖ）が入力されると、トランジスタＴＲ１０１が導通
し、正の電源１８９からの電流がトランジスタＴＲ１０
１のコレクタからエミッタ方向に流れる。従って、正の
電源１８９に接続されている抵抗Ｒ１０４およびＲ１０
５にかかる電圧の分圧が上昇し、トランジスタＴＲ１０
２のべースに流れる電流が増加し、トランジスタＴＲ１
０２のエミッタとコレクタ間が導通する。そして、正の
電源１８９からのＥ（Ｖ）の電圧がトランジスタＴＲ１
０２のコレクタおよびエミッタ、抵抗Ｒ１２０を介して
コンデンサ１９１の端子１９１Ａに印加される。

【００３５】次に、放電回路１８４について説明する。
放電回路１８４は抵抗Ｒ１０６，Ｒ１０７，トランジス
タＴＲ１０３から構成されている。トランジスタＴＲ１
０３のベースは、抵抗Ｒ１０６を介して入力端子１８８
に接続されると共に、抵抗Ｒ１０７を介して接地されて
いる。トランジスタＴＲ１０３のエミッタは直接接地さ
れ、コレクタは、前述の抵抗Ｒ１２０を介して端子１９
１Ａに接続されている。このため、入力端子１８８にオ
ン信号（＋５Ｖ）が入力されるとトランジスタＴＲ１０
３が導通し、抵抗Ｒ１２０を介してコンデンサ１９１の
端子１９１Ａを接地する。

【００３６】次に、この充電回路１８２，放電回路１８
４によってアクチュエータ壁６０３（コンデンサ１９
１）に印加される電圧の変化を説明する。充電回路１８
２の入力端子１８７に入力される入力信号は、図２
（Ａ）のタイミングチャートに示すように、通常オフの
状態にあり、インクの噴射時には後述の所定のタイミン
グＴ１にてオンされ、タイミングＴ２にてオフされる。
その後、タイミングＴ３にてオンされ、タイミングＴ４
にてオフされ、更にタイミングＴ５にてオンされ、タイ
ミングＴ６にてオフされる。放電回路１８４の入力端子
１８８に入力される入力信号は、図２（Ｂ）のタイミン
グチャートに示すように、入力端子１８７の入力信号が
オンされるとき（Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５）オフされ、入力端
子１８７の入力信号がオフされるとき（Ｔ２，Ｔ４，Ｔ
６）オンされる。

【００３７】この場合、コンデンサ１９１の端子１９１
Ａに印加される電圧は、図２（Ｃ）に示すように、通常
は０（Ｖ）に維持されているが、タイミングＴ１にて、
コンデンサ１９１すなわちアクチュエータ壁６０３へ電
荷が充電され、トランジスタＴＲ１０２と、抵抗Ｒ１２
０と、せん断モード型圧電素子からなるアクチュエータ
壁６０３の静電容量とにて決まる充電時間Ｔａ後に電圧
Ｅ（Ｖ）になる。またタイミングＴ２にて、トランジス
タＴＲ１０３と、抵抗Ｒ１２０と、アクチュエータ壁６
０３の静電容量とにて決まる放電時間Ｔｂ後に０（Ｖ）
になる。

【００３８】このように電極６１９（端子１９１Ａ）に
実際に印加される電圧（以下、駆動信号という）の波形
は、立ち上がりと立ち下がりでそれぞれＴａ、Ｔｂの遅
れが生じるため、電圧が１／２Ｅ（Ｖ）（例えば１０
Ｖ）となる時点を、駆動信号の立ち上がりタイミング
（ＡＳ，ＢＳ，ＨＳ）および立ち下がりタイミング（Ａ
Ｅ，ＢＥ，ＨＥ）として近似する。パルスコントロール
回路１８６は、この駆動信号の立ち上がりおよび立ち下
がりが後述のタイミングとなるように、入力端子１８
７，１８８への入力信号の上記タイミングＴ１〜Ｔ６等
を制御する回路である。次に、図１に戻ってパルスコン
トロール回路１８６の構成について説明する。

【００３９】パルスコントロール回路１８６には、各種
の演算処理を行うＣＰＵ２１０が設けられ、そのＣＰＵ
２１０には、印字データや各種のデータを記憶するＲＡ
Ｍ２１２と、パルスコントロール回路１８６の制御プロ
グラムおよび前述のタイミングＴ１〜Ｔ６でオン，オフ
信号を発生するシーケンスデータを記憶するＲＯＭ２１
４とが接続されている。ここで、ＲＯＭ２１４には、図
３に示すように、インク噴射装置制御プログラム記憶エ
リア２１４Ａと、駆動波形データ記憶エリア２１４Ｂと
が設けられている。従って、前述の駆動信号の波形に関
するシーケンスデータは、駆動波形データ記憶エリア２
１４Ｂに記憶されている。

【００４０】更に、ＣＰＵ２１０は各種のデータのやり
とりをするＩ／Ｏバス２１６に接続され、当該Ｉ／Ｏバ
ス２１６には、印字データ受信回路２１８およびパルス
ジェネレータ２２０，２２２が接続されている。パルス
ジェネレータ２２０の出力は充電回路１８２の入力端子
１８７に入力され、パルスジェネレータ２２２の出力は
放電回路１８４の入力端子１８８に入力されている。

【００４１】ＣＰＵ２１０はＲＯＭ２１４の駆動波形デ
ータ記憶エリア２１４Ｂに記憶されているシーケンスデ
ータに従って、パルスジェネレータ２２０および２２２
を制御する。従って、上記タイミングＴ１〜Ｔ６の各種
パターンを予めＲＯＭ２１４内の駆動波形データ記憶エ
リア２１４Ｂに記憶させておくことによって、１ドット
の印字命令に対して、所望の波形の駆動信号をアクチュ
エータ壁６０３に与えることができる。なお、パルスジ
ェネレータ２２０，２２２、充電回路１８２、および放
電回路１８４は、インク噴射装置６００のノズル６１８
と同じ数だけ設けられている。ＣＰＵ２１０は、印字デ
ータに応じたアクチュエータ壁６０３に駆動信号を出力
し、対応するノズル６１８からインクを噴射する。

【００４２】次に、本実施の形態のインク噴射装置６０
０における、上記駆動信号の波形（以下、駆動波形とい
う）の一例を図４（Ａ）に例示する。また、図４（Ｂ）
はその駆動波形に応じたインク室６１３内の圧力波振動
を表している。図４に例示するように、本例の駆動波形
は、インクを噴射するための二つの噴射パルス信号Ａ、
Ｂと上記インク室６１３内に残留した圧力波振動を相殺
するための非噴射パルス信号Ｃとからなり、噴射パルス
信号Ａ、Ｂと非噴射パルス信号Ｃのどちらも波高値（電
圧値）はＥ（Ｖ）である。また、本例では以下に説明す
るように、パルス信号Ａ，Ｂ，Ｃのパルス幅Ｗａ，Ｗ
ｂ，Ｗｃを、それぞれ片道伝播時間Ｔ（８μｓｅｃ）の
１．０倍，０．７５倍，０．５倍とし、噴射パルス信号
Ａ，Ｂのパルス間隔ｄ１をＴの０．８５倍（すなわち
０．８５Ｔ）とした。

【００４３】タイミングＡＳで噴射パルス信号Ａが立ち
上がると、図７にてインク室６１３ｃを例に説明したよ
うに、アクチュエータ壁６０３に電界が発生し、インク
室６１３の容積が増加してノズル６１８付近を含むイン
ク室６１３内の圧力が減少する。その後、インク室６１
３にはインクが流入する一方、容積の増大によって生じ
た圧力波振動による圧力が増加して正の（振動の中心よ
り大の）圧力に転じ、片道伝播時間Ｔを経過する時点の
近傍でピークに達する。噴射パルス信号Ａは、タイミン
グＡＳから１．０Ｔ経過後のタイミングＡＥで立ち下が
る。すると、インク室６１３の容積が減少し、それによ
り発生した圧力と、上記正に転じた圧力とが加え合わさ
れて、インク室６１３のノズル６１８付近に高い圧力が
生じ、インクがノズル６１８から噴射される。

【００４４】続いて、タイミングＡＥから０．８５Ｔ経
過したタイミングＢＳにて噴射パルス信号Ｂが立ち上が
り、更に０．７５Ｔ経過したタイミングＢＥにて噴射パ
ルス信号Ｂが立ち下がると、同様にして２滴目のインク
がノズル６１８から噴射される。更に、その後、時間ｄ
２が経過した時点を中心にして非噴射パルス信号Ｃが発
生する。この非噴射パルス信号Ｃは、インク室６１３の
圧力が正から負に転じる時点を跨いで発生させるのが望
ましい。この場合、次のようにしてインク室６１３内の
圧力波振動を相殺することができる。

【００４５】すなわち、インク室６１３の圧力が正から
負に転じる前のタイミングＨＳにて非噴射パルス信号Ｃ
が立ち上がると、未だ正である上記圧力が急減する。ま
た、上記圧力が負に転じた後のタイミングＨＥで非噴射
パルス信号Ｃが立ち下がると、負に転じた上記圧力が急
増する。このため、上記圧力の振動が相殺され、その振
動が急速に収束に向かう。このように圧力波振動が相殺
されるとインクが非所望に噴射されることが防止され、
次の印字命令に対する処理に早期に移行することもでき
る。従って、きわめて良好な画像を形成すると共に印字
速度を向上させることができる。なお、非噴射パルス信
号Ｃは前述のように圧力波振動を相殺するものであり、
しかも、パルス幅Ｗｃは片道伝播時間Ｔの奇数倍と大き
く異なるので、このパルス信号が発生してもインクは噴
射されない。

【００４６】本願出願人は、上記時間ｄ２の設定方法に
ついて鋭意検討した結果、噴射パルス信号Ａ，Ｂによる
噴射動作終了後の圧力波振動が振動の中心（図４（Ｂ）
の横軸）を３回目に通過する時点に、非噴射パルス信号
Ｃの中心ＨＣを配設するとよいことを発見した。この場
合、インク室６１３内の圧力波振動がきわめて早期に収
束し、インクが非所望に噴射されるのをきわめて良好に
防止すると共に、次の印字命令に対する処理にきわめて
早期に移行することができる。しかも、この相殺動作の
効果は、各種条件によらずきわめて安定して発揮され
る。

【００４７】そこで、本実施の形態のインク噴射装置６
００では、上記噴射パルス信号Ａ，Ｂのみを出力するこ
とにより、そのとき発生する圧力波振動が振動の中心を
３回目に通過する時点を実測し、その実測値に基づいて
時間ｄ２を設定した。ここで、この圧力波振動の発生状
態を図５を用いて説明する。

【００４８】図５（Ａ）に例示するように、タイミング
ＡＳで噴射パルス信号Ａが立ち上がると、図５（Ｂ）に
例示するようにインク室６１３内の圧力が急減し、続い
て約２Ｔの周期を有する正弦波状の圧力波振動が発生す
る。図５（Ｂ）は、噴射パルス信号Ａの立ち上がりに起
因するインク室６１３内の圧力波振動成分を表してい
る。

【００４９】同様に、図５（Ｃ）は噴射パルス信号Ａの
立ち下がりに起因する圧力波振動の成分を表しており、
噴射パルス信号Ａの立ち下がりタイミングＡＥで急増
し、続いて約２Ｔの周期で振動する。図５（Ｄ）は噴射
パルス信号Ｂの立ち上がりに起因する圧力波振動の成分
を表し、タイミングＢＳで急減し、約２Ｔの周期で振動
する。図５（Ｅ）は噴射パルス信号Ｂの立ち下がりに起
因する圧力波振動の成分を表し、タイミングＢＥで急増
し、約２Ｔの周期で振動する。そして、これら全ての圧
力波振動成分を合成したものが図５（Ｆ）であり、ここ
に例示する圧力波振動が、噴射パルス信号Ａ，Ｂにより
インク室６１３内に実際に発生する圧力波振動である。

【００５０】そこで、本願出願人は、図５（Ｆ）に例示
する圧力波振動が、全ての噴射動作が終了したタイミン
グＢＥの後で、振動の中心を３回目に通過する時点Ｐを
実測した。本実施の形態の場合、この時点Ｐの実測値に
基づいて算出した時間ｄ２の値は２．５１Ｔとなった。
本実施の形態では、時間ｄ２をこの値に設定することに
より、前述のように圧力波振動を良好に相殺することが
できた。

【００５１】また、本願出願人は、時間ｄ２および非噴
射パルス信号Ｃのパルス幅Ｗｃを種々に変更して、イン
ク噴射装置６００を用いたインクの噴射実験を行い、時
間ｄ２に許容される誤差範囲、およびパルス幅Ｗｃの適
切な値を調べた、実験結果を表１に示す。なお、表１で
は、時間ｄ２の上記実測値（２．５１Ｔ）に対する偏差
△ｄ２とパルス幅Ｗｃとを、片道伝播時Ｔに対する比の
値で示している。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１に示すように、△ｄ２が−０．３Ｔ〜
０．３Ｔとなるように時間ｄ２を設定すると共に、パル
ス幅Ｗｃを０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜１．７
Ｔに設定すると、着弾乱れもしぶきも発生することなく
良好な噴射が行えた。そして、ｄ２またはＷｃの値が適
切な値から少しずれると、次の印字命令に対するインク
の噴射時までインク室６１３内の圧力信号が残留した。
このため、その噴射時に噴射されたインク滴の飛翔速度
が適切な値からずれ、インク滴が記録用紙の適切な位置
に付着しない着弾乱れが発生した。ｄ２またはＷｃの値
が更にずれると、噴射されたインクが飛沫となって飛び
散るしぶきが発生したり、その飛沫がノズル面６１７ａ
に付着してインクが吐出されなくなったりした。

【００５４】以上の実験結果により、時間ｄ２の値には
±０．３程度の誤差が許容されることが判った。また、
パルス幅Ｗｃは０．３Ｔ〜０．７Ｔまたは１．３Ｔ〜
１．７Ｔに設定するのが望ましいことが判ったが、後者
は、次の理由によるものと推定される。Ｗｃ＝１．０Ｔ
であると、インク室６１３の容積増加（図４のタイミン
グＨＳ）によって発生した圧力波振動のピークとその容
積の減少（図４のタイミングＨＥ）による圧力の増加と
が重畳してインクが噴射されてしまう。また、Ｗｃ＝
２．０Ｔであると、上記容積の増加による圧力波振動と
上記容積の減少による圧力波振動が相殺し合って非噴射
パルス信号Ｃを発生しなかった場合と同様の結果を招
く。このため、それらの値の中間である０．３Ｔ〜０．
７Ｔまたは１．３Ｔ〜１．７ＴにＷｃを設定すると、良
好な相殺動作が実行できるものと考えられる。

【００５５】本実施の形態では、時間ｄ２を２．５１Ｔ
に設定し、かつ、パルス幅Ｗｃを０．５Ｔに設定してい
るので、非噴射パルス信号Ｃによりきわめて良好に上記
圧力波振動を相殺することができた。また、この相殺動
作の効果はきわめて安定して発揮された。従って、着弾
乱れもしぶきも発生することなく、きわめて正確な画像
を安定して形成すると共に、圧力波振動を早期に収束さ
せて印字速度をきわめて良好に向上させることができ
た。更に、本実施の形態では、時間ｄ２の上記実測値
（２．５１Ｔ）に対する偏差△ｄ２を０とし、パルス幅
Ｗｃを短い側の適正範囲（０．３Ｔ〜０．７Ｔ）の中間
に設定している。従って、正確な画像を一層安定して形
成すると共に、印字速度を一層良好に向上させることが
できた。

【００５６】なお、上記実施の形態において、アクチュ
エータ壁６０３および電極６１９，６２１がアクチュエ
ータに、制御装置６２５が駆動手段に、それぞれ相当す
る。また、本発明は上記実施の形態になんら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々
の形態で実施することができる。例えば、ｄ２，Ｗｃの
値は、表１で「○」が記載された範囲内のどこに設定し
てもよく、効果の安定性が多少低下するものの上記実施
の形態とほぼ同様の作用・効果が生じる。

【００５７】また、パルス幅Ｗａ，Ｗｂやパルス間隔ｄ
１は種々に変更してもよい。但し、この場合、時間ｄ２
の適切な値も変化する。更に、インク室６１３内に圧力
センサ等の圧力検出手段を配設し、全ての噴射動作終了
後の圧力波振動を検出して図５の時点Ｐ、延いては時間
ｄ２を算出してもよい。この場合、使用者の要求に応じ
て粘度の異なる他のインクを使用したり、Ｗａ，Ｗｂ，
ｄ１の設定値を変更したりしても、上記相殺動作を良好
に実行することができる。

【００５８】また更に、上記実施の形態では、１ドット
の印字命令に対して２滴のインクを噴射しているが、１
滴のインクを噴射してもよい。但し、上記実施の形態の
ように１ドットの印字命令に対して複数滴（３滴以上で
もよい）のインクを連続的に噴射する場合、記録用紙に
一層濃厚で見やすい画像を形成することができる。な
お、このように噴射動作を複数回繰り返して行う場合、
インク室６１３内の圧力波振動が複雑化するが、上記実
施の形態では、圧力波振動が振動の中心を通過する時点
に応じて相殺動作の実行タイミングを設定しているの
で、装置の設定を容易にして開発コストを低減すること
もできる。

【００５９】なお、全ての噴射動作終了後の圧力波振動
が振動の中心を３以外の奇数回目に通過する時点でも、
圧力波振動は上記中心を３回目に通過する時点とほぼ同
様に変化する。このため、その時点を中心にして相殺動
作を実行しても、ほぼ同様の効果が得られることが充分
推測される。すなわち、噴射動作の直後にはインク室６
１３内の圧力はピーク近傍まで上昇しているが、その
後、上記圧力は周期的に振動し、奇数回目に振動の中心
を通過する時点では、ほぼ同様の傾きで上記中心を減少
方向に通過するからである。圧力波振動が５回目，７回
目等に振動の中心を通過する時点で相殺動作を実行する
と、１ドットの印字命令に対する処理時間が長くなる
が、片道伝播時間Ｔが充分に短い場合等にはこの方が有
利なこともある。また、この場合、パルス幅Ｗｃを約
２．３Ｔ〜２．７Ｔ等とすることもできる。

【００６０】また、非噴射パルス信号ＣとしてＥ（Ｖ）
より低い電圧や負の電圧を印加することにより、圧力波
振動の相殺時にインクが噴射されないようにすることも
できる。但し、上記実施の形態では、パルス信号Ａ，
Ｂ，Ｃの電圧を一定値とし、その出力タイミングＡＳ〜
ＨＥを調整することによりインクの噴射および圧力波振
動の相殺を行っているので、装置の構成および制御を一
層簡略化することができる。

【００６１】更に、本発明は、インク室６１３の容積を
いきなり減少させてインクを噴射する装置、圧電材料を
用いて構成されたアクチュエータ以外の手段によりイン
ク室６１３の容積を変化させる装置、印字装置本体にイ
ンク噴射装置６００を固定したいわゆるラインプリンタ
等にも適用することができる。但し、上記実施の形態の
ように圧電材料を用いたアクチュエータを使用する場
合、装置の構成を一層簡略化し、耐久性を向上させると
共に、製造コストを一層低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたインク噴射装置の制御装置
の構成を表す回路図である。

【図２】その制御装置の充電回路，放電回路の動作を表
すタイミングチャートである。

【図３】その制御装置のＲＯＭの構成を表す説明図であ
る。

【図４】その制御装置が出力するインク噴射装置の駆動
波形を例示する説明図である。

【図５】その駆動波形によるインク室の圧力波振動を成
分分解して表す説明図である。

【図６】従来技術および本発明に関わるインク噴射装置
の構成を表す断面図である。

【図７】そのインク噴射装置の動作の一例を表す説明図
である。

【符号の説明】

１８２…充電回路１８４…放電回路１８６…パ
ルスコントロール回路１８７，１８８…入力端子６００…インク噴射装
置６０３…アクチュエータ壁６１８…ノズル６１９，６２１…電極６２５…制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクが噴射されるノズルと、該ノズルの背後に設けられ、インクが充填されるインク
室と、該インク室の容積を変化させるアクチュエータと、上記アクチュエータを駆動して上記インク室に圧力波振
動を発生させて上記ノズルからインクを噴射する噴射動
作を行う駆動手段と、を備えたインク噴射装置であって、上記駆動手段が、上記噴射動作の終了後、上記アクチュ
エータを駆動して上記インク室の容積を一旦増加させた
後上記容積を減少させて上記インク室内の圧力波振動を
ほぼ相殺する相殺動作を実行し、しかも、該相殺動作時
の上記容積の増減を、上記噴射動作終了後の上記圧力波
振動が振動の中心を奇数回目に通過する時点を中心にし
て行うことを特徴とするインク噴射装置。
【請求項２】上記奇数回が３回であることを特徴とす
る請求項１記載のインク噴射装置。
【請求項３】上記駆動手段が、１ドットの印字命令に
対して上記噴射動作を複数回繰り返して行うものであ
り、その１ドットの印字命令に対する全ての上記噴射動
作の終了後に、上記相殺動作を行うことを特徴とする請
求項１または２記載のインク噴射装置。
【請求項４】上記相殺動作時に上記容積を増加させて
から上記容積を減少させるまでの時間を、上記インク室
内をインクの圧力波が片道伝播する片道伝播時間の約
０．３〜０．７倍または約１．３〜１．７倍としたこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインク噴
射装置。
【請求項５】上記駆動手段が、上記アクチュエータに
電圧を印加することにより上記インク室の容積を増加ま
たは減少させるものであって、しかも、上記噴射動作時
にも上記相殺動作時にも同じ電圧を印加することを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載のインク噴射装
置。
【請求項６】上記アクチュエータが、上記インク室の
側壁の少なくとも一部をなす圧電材料を用いて構成され
ていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
のインク噴射装置。