JP2000168069A

JP2000168069A - インクジェットヘッドの駆動方法

Info

Publication number: JP2000168069A
Application number: JP34495798A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Shimizu; 一夫清水; Takuji Torii; 卓爾鳥居; Nobuhiro Noto; 信博能登; Yoshitaka Akiyama; 佳孝秋山; Masatoshi Sakata; 正俊阪田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 2000-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】既存の駆動制御のみを用いて製作コストを低
く押さえ、なおかつクロストークの影響を受けず、印字
品質を向上させたインクジェットヘッドを提供するこ
と。【解決手段】同列内の全ノズルを同時に噴射した時に
全ノズルの液滴速度がほぼ同一になるように、各々のノ
ズルの駆動電圧、を増減して液滴速度を調整し、且つ、
同列内で噴射しないノズルが有る場合は、その噴射しな
いノズルのすべてを、インク吐出最低電圧の50−75％の
電圧で、最大駆動周波数で駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オフィス用並びに
産業用インクジェットプリンタの駆動方法、更に詳しく
はヘッド駆動の調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型インクジェットヘッドに
はインクを噴射する方式として、電気ヒータによりイン
ク中に気泡を発生させてインクを噴射するサーマル方式
と、圧電素子を用いて、インク加圧室の壁面の一部を変
形させてインクを噴射する圧電素子方式とがある。

【０００３】サーマル方式は半導体製造用リソグラフィ
技術により微細な加工が可能で、ノズルピッチを１００
μｍ以下に出来るという長所がある。しかし、噴射する
液体の沸点が１００℃程度に限定され、且つ連続噴射の
際の周波数が１２ｋＨｚ程度に限られるという短所があ
る。上記沸点の制限は使用可能なインクの種類を制限す
るため、産業応用の面では支障になることがある。更
に、薄膜抵抗に通電加熱するために、薄膜抵抗、あるい
はそれを保護する目的で薄膜抵抗を覆うように作られた
保護膜の寿命が比較的短い（1億ドット以下）。従っ
て、産業用への応用に際してはノズルの頻繁な交換が必
要となる。

【０００４】一方、圧電素子方式は圧電素子の変位量が
小さいので、インク噴射のためにはインク加圧室の振動
板表面積を大きくする必要があり、そのため、ノズルピ
ッチを１００μｍ以下にすることは容易ではない。しか
し、駆動周波数は圧電素子の形状に依存するので２０ｋ
Ｈｚ以上にすることが出来、印刷速度の高速化に適した
方式といえる。また、サーマル方式と違ってインクの種
類を選ばないという利点もあり、ノズル寿命もサーマル
方式に比べて1桁以上長いため、産業応用に適している
といえる。

【０００５】

【発明が解決しようする課題】インクジェットのヘッド
はインクを噴射するノズルが列状に並んでおり、列毎の
間隔に比べて、一列内のノズルの間隔が小さいのが一般
的である。これは列と列との間に共通インク流路を配置
するのが一つの理由になっている。

【０００６】このようなマルチノズルヘッドにおいて、
一列に並んだノズルからインクを噴射する際に全ノズル
を同時に噴射する場合は、隣のノズルの駆動の影響を受
け、当該ノズルの液滴速度が単独駆動した場合の液滴速
度に比べて変化（主として低下）するという問題があ
る。これはクロストークと呼ばれ、解決が容易ではない
問題であった。

【０００７】クロストークが発生した場合は、印刷結果
に次のような問題が生じる。

【０００８】現在、一般的なインクジェットプリンタで
は、複数のノズルを持つヘッドがキャリッジに搭載され
ており、キャリッジが紙の横幅方向に走査してその過程
で印刷を行い、次に用紙を長手方向に所定量搬送すると
いうサイクルを繰り返して、紙面全面に画像を書く。ノ
ズルが一列に並んでいる場合に、全ノズルを駆動して印
刷した結果の画像は、べた塗り、あるいはキャリッジ走
査方向に垂直な線となる。前者はノズルを連続的に駆動
した場合で、後者はノズルを間欠的に噴射した場合であ
る。特に後者の場合、一列内のインク滴の速度がノズル
毎に変わると、インクが紙に着地する位置がノズル毎に
異なり、本来、一本の直線を書くつもりが曲線状にな
る。

【０００９】後者の典型的な例を図６に示す。

【００１０】この例においては、一列のノズルのうち、
中央部のノズルから噴射されたインク液滴はクロストー
クの影響を大きく受けており、端部のノズルから噴射さ
れたインク液滴の着地位置に対して用紙搬送方向下流側
にずれた状態となっている。すなわち、中央部のノズル
はクロストークの影響により速度低下が発生するのに対
し、端部のノズルはクロストークの影響が小さく、速度
低下も比較的小さいため、結果的にインク液滴の着地位
置にずれが生じてしまい、直線が曲線となってしまった
例である。逆に、単独、あるいは、少ないノズルのみを
噴射した場合はクロストークの影響が小さいため着地位
置ずれが小さくい。

【００１１】上記の現象は、ノズルの単独駆動の場合の
液滴速度がそれぞれ所定の速度となるように駆動条件を
定めたため、クロストークの影響が全く加味されていな
いことから、全ノズルインクを噴射した場合に曲線状と
なるのである。

【００１２】一方、本出願に最も近い公知例として、特
開平１０−１１９２６０号公報があり、この出願におい
ては、補正用圧電部材を設けてクロストークを低減する
旨が開示されている。しかしながら、この構成では別に
補正用圧電部材を設ける必要があり、また、これを用い
てインクを噴射するための圧力室の加圧動作、減圧動作
に同期またはほぼ同期して補正用駆動電圧を駆動する必
要があり、補正用圧電部材の制御回路をも追加する必要
がある。従って、製作コストが高くなる可能性がある。

【００１３】そこで、本発明においては、既存の駆動制
御のみを用いて製作コストを低く押さえ、なおかつクロ
ストークの影響を受けず、印字品質を向上させたインク
ジェットヘッドを提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の第１の方法は、インクを蓄える加圧室と、電
気信号の印加により前記加圧室内に圧力変動を発生させ
る圧電素子と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形
成し、前記圧電素子と弾性材料で連結されている振動板
と、前記加圧室にインクを供給する流路となるリストリ
クタと、該リストリクタにインクを供給する共通インク
供給路と、インク液滴を加圧室から噴射するオリフィス
と、前記圧電素子を固定する圧電素子固定板等によって
構成された複数のノズルからなるノズル列を少なくとも
１列以上有するインクジェットヘッドにおいて、同列内
の全ノズルを同時に噴射した時に全ノズルの液滴速度が
ほぼ同一になるように各々のノズルの駆動電圧を増減し
て液滴速度を調整すると共に、印刷時に噴射しない非噴
射ノズルが有る場合は、その非噴射ノズルにインクが噴
射でき得る最低の電圧の５０〜７５％の電圧を印加し、
かつ最大駆動周波数で駆動させることにある。

【００１５】また、本発明の第２の方法は、インクを蓄
える加圧室と、電気信号の印加により前記加圧室内に圧
力変動を発生させる圧電素子と、前記加圧室の壁面の少
なくとも一部を形成し、前記圧電素子と弾性材料で連結
されている振動板と、前記加圧室にインクを供給する流
路となるリストリクタと、該リストリクタにインクを供
給する共通インク供給路と、インク液滴を加圧室から噴
射するオリフィスと、前記圧電素子を固定する圧電素子
固定板等によって構成された複数のノズルを有するオン
デマンド型マルチノズルインクジェットヘッドにおい
て、同列内の全ノズルを同時に噴射した時に全ノズルの
液滴速度がほぼ同一になるように各々のノズルの駆動電
圧を増減して液滴速度を調整し、かつ同列内の全ノズル
を複数組に分割して、各組の駆動周期を組の数で割った
値の時間ずつずらして駆動すると共に、印刷時に噴射し
ない非噴射ノズルが有る場合は、その非噴射ノズルにイ
ンクが噴射でき得る最低の電圧の５０〜７５％の電圧を
印加し、かつ最大駆動周波数で駆動させることにある。

【００１６】すなわち、本発明は、駆動条件を決める際
に、従来のようにノズルの単独駆動でなく、全ノズルを
駆動した場合の印刷状態を優先して、ノズルの駆動電圧
あるいはパルス幅等を調整するようにし、かつ、非噴射
ノズルはインク噴射最低電圧の５０〜７５％の電圧で、
しかも最大駆動周波数で駆動するようにしたものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明につ
いて説明する。

【００１８】図１は、本発明で用いたマルチノズルイン
クジェットヘッドのノズル部の構成を示す断面図であ
る。

【００１９】このヘッドは、入力信号に応じてインクを
噴射することにより記録を行うことができる。１はオリ
フィス、２は加圧室、３は振動板、４は圧電素子、５ａ
と５ｂは信号入力端子、６は圧電素子固定板、７は共通
インク供給路８と加圧室２とを連結し、加圧室２へのイ
ンク流入を制御するリストリクタ、８は共通インク供給
路、９は振動板３と圧電素子４とを連結する弾性材料
（たとえばシリコン接着剤など）、１０はリストリクタ
７を形成するリストリクタプレート、１１は加圧室２を
形成する加圧室プレート、１２はオリフィス１を形成す
るオリフィスプレート、１３は振動板３を補強する支持
板、１４、１５は共通インク供給路プレート、１６は共
通インク供給路カバー、１７は圧電素子と外部配線とを
接続する導電性接着剤、１８はフィルタである。

【００２０】前記振動板３、リストリクタプレート１
０、加圧室プレート１１および支持板１３は、例えばス
テンレス材から作られ、オリフィスプレート１２はニッ
ケル材から作られている。

【００２１】また、圧電素子固定板６は、セラミック
ス、ポリイミドなどの絶縁物から作られている。

【００２２】インクは、上流から下流へ向かって、共通
インク供給路８、リストリクタ７、加圧室２、オリフィ
ス１の順に流れる。

【００２３】圧電素子４は信号入力端子５ａと５ｂの間
に電位差が印加されたときに伸縮し、信号入力端子５ａ
と５ｂ間に電位差が無くなればもとの状態にもどるよう
に取り付けられている。

【００２４】図２は本発明の一例を示すインクジェット
ヘッドのノズル列を示すものである。

【００２５】図において、ノズルは１列につき３２個の
並べられている。また、ノズル列の総数は１２列であ
る。

【００２６】図３は図１のＡ−Ａ断面図である。

【００２７】図において、４は圧電素子、６は圧電素子
を固定する圧電素子固定板である。

【００２８】以下、本発明のインクジェットヘッドの駆
動方法を説明する。

【００２９】一般にクロストークが有ると、ノズル全数
を同時に駆動した場合に、特定のノズルのみを単独駆動
した場合に比べて、液滴速度が極めて低下する。この対
策として、従来は、1本1本のノズルを単独で駆動して、
夫々のノズルが所定の液滴速度になるように駆動電圧、
駆動パルス幅を選定していた。

【００３０】これに対し、本発明においては、この駆動
電圧、駆動パルス幅の選定において、全ノズルを駆動し
ながら、各々のノズルからの噴射速度が所定の速度にな
るように、駆動条件を選定する。すなわち全数噴射時に
噴射速度が同一となるように駆動条件を決める。

【００３１】以下、駆動条件の設定において、駆動パル
ス幅を一つに決めた上で各々のノズルの駆動電圧を設定
する場合の例を示す。

【００３２】図４は上述のようにして駆動電圧を選定し
た例である。

【００３３】具体的な調整方法としては、全ノズルを駆
動しながらインク液滴を顕微鏡等でストロボ観察し、各
々のノズルからの噴射速度が所定速度となるように、駆
動電圧を選定する方法が挙げられる。

【００３４】あるいは、全ノズルを駆動して直線を印刷
し、この結果に基づいてインク液滴の着地位置のずれを
顕微鏡等で測定し、測定した位置ずれ量を各ノズルへの
駆動電圧、に反映させる方法がある。

【００３５】更には、単独ノズル駆動時に所定の液滴速
度となるように各々のノズルへ印加する駆動電圧、を予
め選定した後、全ノズルを駆動したときのクロストーク
による液滴速度変化量に相当する駆動電圧、を加減して
調整する方法等がある。

【００３６】上記のように、本発明においてはべた塗り
や直線状の印刷を想定し、予めノズル（特に中央部分）
のクロストークの影響を加味して個々のノズルの印加電
圧（全数噴射時一定速度電圧と呼ぶ）を決定するように
したので、従来のクロストークの影響を受けていた印刷
結果に比べ、べた塗りや直線状の印刷品質が向上するよ
うになった。

【００３７】次に、1列を複数の組に分割して時間差を
持ってインク噴射を行う、いわゆる時分割駆動について
説明する。なお、ここでは便宜上、偶数ノズルと奇数ノ
ズルの2つの組に分ける場合を説明するが、分割する組
数はこれに限定されるものではない。

【００３８】例えば、図2の場合は1列につき３２個のノ
ズルがあるので、１６個ずつ１組になる。このような駆
動方法を偶奇分割駆動法と呼ぶ。プリンタの駆動時の最
高周波数が与えられると、駆動周期はその逆数で求ま
る。そして、例えば偶数ノズルを先に駆動することに
し、奇数ノズルを半周期だけ遅らせて駆動することにす
る。

【００３９】従来は、このように時間差を持って駆動す
れば、先に噴射したノズルの影響が次に噴射するノズル
に悪影響を及ぼすことはないと考えられていたが、実際
には、このように分割駆動した場合においても時間差の
クロストークが発生する。すなわち、同じ周期内の先に
噴射されたノズルの影響並びに次に同時に駆動される他
のノズルの影響が次に噴射されるノズルに波及し、イン
クの噴射不良、速度低下等が発生する可能性がある。

【００４０】そこで、このような時分割駆動をする際に
おいても、駆動電圧の選定において、全ノズルを時分割
駆動しながら、各々のノズルからの噴射速度が所定の速
度になるように駆動電圧を選定している。選定方法は上
述したストロボによる観察等を用い、同周期内の全ノズ
ル（偶数ノズルおよび奇数ノズル）が噴射された時の全
ノズルの噴射速度が同一となるように駆動条件を決めて
いる。

【００４１】このような駆動方法を行うことにより、全
数同時駆動、あるいは偶奇駆動による全数駆動において
は効果が得られたが、各々のノズルを単独駆動した場合
には、単独駆動時の液滴速度と全数同時駆動時の液滴速
度との差が生ずることがある。そこで、本発明はこのよ
うな場合の対策も行った。

【００４２】我々は、隣接する、あるいは、1本おきに
配設されたノズルを同時に駆動するために、インクを経
由した、あるいは圧電素子ならびに圧電素子固定板を経
由した振動のため、それらが無い単独駆動時に比べて液
滴速度が変化すると考え、噴射しないノズルが有る場合
は、それらのノズルにもある程度の電圧を与え、圧電素
子、インクメニスカスを振動させておくことにより、単
独噴射と全数駆動の場合とで液滴速度差を低減できるの
ではないかとの結論に至った。

【００４３】そして、液滴を噴射しないノズル（印刷デ
ューティのないノズル）は最低噴射電圧の５０〜７５％
の電圧で、かつ最大駆動周波数（印刷機として使用する
時べた印刷を行う時の周波数）で駆動しておき、液滴を
噴射するノズル（印刷デューティのあるノズル）は、上
記の要領で決定した全数噴射時一定速度電圧で駆動する
ことにより、単独噴射したノズルの場合でも、全数（ま
たは時分割）同時噴射した場合の液滴速度との差を小さ
くすることが出来ることが分かった。

【００４４】次に、具体的な駆動電圧の決定方法につい
て説明する。

【００４５】まず、最低噴射電圧について説明する。ノ
ズル1本ごとに電圧を上げていくと、ある電圧におい
て、インクが噴射を開始する。これを最低噴射電圧と呼
ぶ。

【００４６】ある特定のノズル列の場合、これは約２０
Ｖであった。そこで、今、1本のみを噴射した場合を取
り上げ、同じ列内の残りの全ノズル（全ノズルが３２本
の場合は３１本）を、最低噴射電圧の２５％（この場合
は５Ｖ）で、最大駆動周波数で駆動（インクを噴射しな
いのでダミー駆動と呼ぶ）し、噴射する1本のみを全数
噴射時一定速度電圧で駆動した。

【００４７】次に、ダミー駆動電圧を最低噴射電圧の２
５％から５０％〜７５％と変え、1本のノズルのみを全
数噴射時一定駆動電圧で駆動した。その結果、７５％を
越えた場合は、オリフィス面がインクで濡れて液ダレを
起こしたり、誤噴射が発生したりして、印字品質に影響
を及ぼすことがわかった。

【００４８】このような実験を纏めたものを図５に示
す。この図は、ダミー電圧を横軸に、着目するノズルの
全数噴射時に対する液滴速度比を縦軸に示したものであ
る。

【００４９】ダミー電圧が低い場合は、単独駆動時の速
度が全数駆動時の速度に比べて差が大きくなっており、
全数駆動時と同等のヘッド駆動環境を維持することがで
きず、非噴射ノズルをダミー駆動させてもクロストーク
の影響が残る。ダミー電圧を大きくしていくと、単独駆
動時の速度が全数駆動時の速度に近づいてくる。しか
し、ダミー電圧をあまり大きくすると、オリフィス面に
インクが溜まるようになり、誤噴射が発生し、ひいては
次の印刷デューティ時にインクが噴射しなくなる可能性
がある。この図から、ダミー電圧としては、最低噴射電
圧の５０〜７５％程度にするのが良いということが分か
る。

【００５０】このようにして駆動条件を決めて印刷した
例を模式的に図７に示す。

【００５１】図において、着地したインク液滴（ドッ
ト）はほぼ直線状に並んでおり、単独、あるいは、少な
いノズルのみを噴射した場合も着地位置ずれが小さくな
る。

【００５２】以上述べたように、本発明では全数噴射時
一定速度電圧で駆動するよう制御されたヘッドにおい
て、単独、あるいは、全数ではない、少ない数のノズル
のみを噴射する場合に、非噴射ノズルに適切なダミー電
圧をかけることにより、単独駆動時の液滴速度と、全数
駆動時の液滴速度の差を小さくすることが出来る。

【００５３】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、特別
な制御回路を設けることなく、クロストークの影響を受
けない印刷が可能となるので、既存のものよりも製作コ
ストを低く押さえ、なおかつ印字品質を向上させたイン
クジェットヘッドを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いたインクジェットヘッドの断面
図。

【図２】本発明で用いたインクジェットヘッドのオリ
フィスの配置を示す平面図。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図。

【図４】本発明の方法により得られた各ノズルの駆動
電圧、および同時に駆動した時の速度を示すグラフ。

【図５】本発明におけるダミー駆動電圧と液滴速度の
関係を示すグラフ。

【図６】従来の駆動方法による印刷結果を示す模式
図。

【図７】本発明の駆動方法による印刷結果を示す模式
図。

【符号の説明】

１はオリフィス、２は加圧室、３は振動板、４は圧電素
子、５ａと５ｂは信号入力端子、６は圧電素子固定板、
７はリストリクタ、８は共通インク供給路、９はシリコ
ンゴム、１０はリストリクタプレート、１１は加圧室プ
レート、１２はオリフィスプレート、１３は支持板、１
４、１５は共通インク供給路プレート、１６は共通イン
ク供給路カバー、１７は導電性接着剤、１８はフィルタ
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山佳孝茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者阪田正俊茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF42 AG14 AG44 AM18 AM19 BA04 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを蓄える加圧室と、電気信号の印加
により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子
と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成し、前記
圧電素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記加
圧室にインクを供給する流路となるリストリクタと、該
リストリクタにインクを供給する共通インク供給路と、
インク液滴を加圧室から噴射するオリフィスと、前記圧
電素子を固定する圧電素子固定板等によって構成された
複数のノズルからなるノズル列を少なくとも１列以上有
するインクジェットヘッドにおいて、同列内の全ノズルを同時に噴射した時に全ノズルの液滴
速度がほぼ同一になるように各々のノズルの駆動電圧を
増減して液滴速度を調整すると共に、印刷時に噴射しな
い非噴射ノズルが有る場合は、その非噴射ノズルにイン
クが噴射でき得る最低の電圧の５０〜７５％の電圧を印
加し、かつ最大駆動周波数で駆動させることを特徴とす
るインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項２】インクを蓄える加圧室と、電気信号の印加
により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子
と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成し、前記
圧電素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記加
圧室にインクを供給する流路となるリストリクタと、該
リストリクタにインクを供給する共通インク供給路と、
インク液滴を加圧室から噴射するオリフィスと、前記圧
電素子を固定する圧電素子固定板等によって構成された
複数のノズルを有するオンデマンド型マルチノズルイン
クジェットヘッドにおいて、同列内の全ノズルを同時に噴射した時に全ノズルの液滴
速度がほぼ同一になるように各々のノズルの駆動電圧を
増減して液滴速度を調整し、かつ同列内の全ノズルを複
数組に分割して、各組の駆動周期を組の数で割った値の
時間ずつずらして駆動すると共に、印刷時に噴射しない
非噴射ノズルが有る場合は、その非噴射ノズルにインク
が噴射でき得る最低の電圧の５０〜７５％の電圧を印加
し、かつ最大駆動周波数で駆動させることを特徴とする
インクジェットヘッドの駆動方法。