JPH10193610A

JPH10193610A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH10193610A
Application number: JP501497A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Imai; 聡今井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】オンデマンド型インクジェットヘッドにおい
て、階調表現を行う場合、従来技術では瞬時に吐出イン
ク量の可変制御を行うことが困難である。さらに、イン
クノズル内の振動板を静電気力により変形させてインク
を吐出させる方式において、吐出インク量を任意に可変
する制御が確立されていない。【解決手段】インク滴を吐出させる複数のノズルとこの
ノズルに対応して前記ノズル内のインクに対し圧力を印
加するヘッド駆動手段１０６を具備したオンデマンド型
インクジェットヘッド１０７において、印字データに対
応してヘッド駆動パルス幅を可変させるパルス幅可変手
段１０５を有す。さらに、複数のパルス幅を発生するパ
ルス発生手段１０９と、前記ヘッド駆動パルス幅を選択
するパルス幅選択手段１０８を有す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、記
録紙を選ばないこと等多くの利点を有する。この中でも
記録の必要なときにのみインクを吐出する、いわゆるイ
ンク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインクの回
収を必要としないため、現在主流となっている。

【０００３】このインク・オン・デマンド方式のインク
ジェットヘッド（オンデマンド型インクジェットヘッ
ド）には、特公平２−５１７３４号広報に示されるよう
に、駆動手段が圧電素子であるものや、特公昭６１−５
９９１１号広報に示されるように、インクを加熱し気泡
を発生させることによる圧力でインクを吐出させる方
式、特開平７−１２５１９６号広報に示されるように、
静電気力によりインクノズル内の振動板を吸引し、静電
気を解放する事による振動板の復元力によりインクに圧
力を印加し、インクを吐出させるインクジェット記録装
置などがある。

【０００４】インクジェット記録装置において、高品質
の画像を記録しようとする場合には、記録画素に階調性
を持たせる必要がある。そのためには１画素当たりの吐
出インク量を可変させなければならない。吐出インク量
を可変する方法としては、例えば特開平６−２８６１５
９に示されるように電圧可変手段によりヘッド駆動電圧
を可変することにより吐出インク量を制御する方法、特
開平６−２３９８１号広報に示されるように圧力発生手
段の電極を分割し、圧力発生手段の駆動範囲に応じてパ
ルス幅を可変する方法があり、インクを加熱し気泡を発
生させるインクジェット方式では、例えば特開平６−２
５５１１０号広報に示されるように、１画素あたり、１
から複数のパルスを印加することによりインク滴の吐出
回数を可変させ、階調表現を行う方法などがある。他に
も位置的変化を利用した方法等もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術において、位置的変化を利用した方法は、高速
で階調の可変制御を行うことが困難であり、ヘッド駆動
電圧を可変する方法は一般的に、インク吐出量の変化量
を大きくとることができず、また、電圧の変化に対する
リニアリティーもよくない。さらには、ヘッド駆動電圧
のような比較的高電圧を変化させるために、回路が大型
化するという問題がある。

【０００６】インク吐出量を制御する方法としては、ヘ
ッド入力パルス形態を可変させる方法が、比較的容易
で、効果も大きい方法として考えられる。しかしなが
ら、従来技術において、例えば、特開平６−２３９８１
号広報に示されるパルス幅可変方法は、可変抵抗を使っ
た方法であるため、瞬時にパルス幅を可変させることが
難しいという課題があり、複数のパルスを印加する方法
は、ヘッド駆動周波数の制限により印字スピードに制約
を受けてしまうという課題がある。

【０００７】一方で、静電気力によりインクノズル内の
振動板を吸引し、インクに圧力を印加し、インクを吐出
させる方式に限ると、他のインク・オン・デマンド方式
と異なり、吐出インク量を任意に可変する制御が確立さ
れていないという課題があった。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、本発明の目的は、吐出インク量を
瞬時に可変することにより、良好な階調印字を可能とす
ることであり、さらには吐出インク量の安定化やインク
寿命の向上をはかることもできる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、インク滴を吐出させる複数のノズルとこの
ノズルに対応して前記ノズル内のインクに対し圧力を印
加するヘッド駆動手段を具備したオンデマンド型インク
ジェットヘッドにおいて、前記ヘッド駆動手段の印字デ
ータに対応して、ヘッド駆動パルス幅を可変させるパル
ス幅可変手段を有する。本発明によれば、１印字タイミ
ング毎にヘッドノズル数単位で、前記パルス幅可変手段
によりヘッド駆動パルス幅を可変することができ、吐出
インク量を瞬時に変化させることができるので、上記の
課題を解決することができる。

【００１０】この場合において、更に複数のパルス幅を
発生するパルス発生手段と、前記ヘッド駆動パルス幅を
選択するパルス幅選択手段を有し、１印字タイミング毎
に、任意のヘッドノズルに対する前記ヘッド駆動パルス
幅を可変することもでき、この場合には、良好な階調表
現を１回のヘッド走査で行うことが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明における１実施形態を示す
インクジェットヘッド駆動の動作原理を説明する。図１
は本発明における１実施形態を示す振動板１と個別電極
３の部分拡大詳細図であり、電荷の様子を模式化して示
したものであり、振動板１の動作原理を示している。振
動板１はＰ形シリコンからなり、振動板１側、すなわち
共通電極２をプラス極性、個別電極３をマイナス極性に
し、共通電極２と個別電極３に駆動回路１０１によりパ
ルス電圧を印可している。Ｐ形シリコン中の正孔は共通
電極２のプラス電界により、絶縁層側５へ反発させられ
る。この正孔の移動により生じたマイナス電荷は、基板
電極２から電荷の供給を受け振動板１全体がプラスに帯
電することになる。一方、個別電極３はマイナスに帯電
しており、プラスに帯電している振動板１は静電気力に
より個別電極３側に撓むことになる。

【００１２】図２は本発明の１実施形態における静電気
のチャージ時のインクジェットヘッドを示す断面側面図
であり、図３は本発明の１実施形態における静電気のデ
ィスチャージ時のインクジェットヘッドを示す断面側面
図であり、図４は、本発明の１実施形態を示す駆動回路
１０１の回路構成である。待機状態では、駆動回路１０
１への入力はＯＦＦとなっている。したがって駆動回路
１０１のトランジスタはＯＦＦ状態となっており、ヘッ
ド個別電極３の電位は共通電極２の電位と同じ電位であ
るため、個別電極３と振動板１の間には静電気力が働か
ない。ヘッドの駆動は、駆動回路１０１に印字命令とし
てパルスを入力することで行われる。このパルスの立ち
上がりが駆動回路１０１に入ると駆動回路１０１のトラ
ンジスタがＯＮ状態となり、ヘッド個別電極３の電位は
ヘッド電圧からグランドレベルへ移行し、個別電極３と
共通電極２間に電位差が生じ、その結果、個別電極３と
振動板１間に静電気がチャージされる。静電気がチャー
ジされると、前述のように振動板１は静電気力によって
個別電極３側へ撓んだ状態になる（図２）。パルスが立
ち下がると駆動回路１０１のトランジスタがＯＦＦ状態
になり、個別電極３の電位はグランドレベルから再びヘ
ッド電位に戻り、個別電極３と振動板１間の静電気がデ
ィスチャージされ、振動板１は自己の持つ剛性により復
元する。そのため、吐出室１６内の圧力が急激に上昇
し、ノズル孔１４よりインク液滴１０３を記録紙１０４
に向けて吐出する（図３）。そして次に、振動板１が再
び下方へ撓むことにより、インク１０２がインクキャビ
ティ１８よりオリフィス１７を通じて吐出室１６内に補
給される。

【００１３】図５は、本発明の１実施形態における駆動
パルス幅と印字ドット寸法の関係を示すグラフである。
印字ドット寸法はヘッド電圧、ヘッド駆動周波数、温
度、記録紙の紙質等で変化するが、本実施形態の条件
は、ヘッド電圧を３８Ｖ、印字周波数を３ｋＨｚ、温度
は常温、記録紙は葉書相当紙としている。本発明におけ
る本実施形態のインクジェットヘッドは、印加時間３２
μSの設計中心値で安定したインク吐出量がでるように
設計されている。図５からわかるように、印字ドットの
幅は、ヘッド駆動パルス幅が変化してもほとんど変化し
ないが、印字ドットの高さはヘッド駆動パルスの印加時
間の増加とともに大きくなっていき、ある時間で最大と
なり、以後はほとんど変化が現れない。本実施形態で
は、印字ドット寸法の変化域である、ヘッド駆動パルス
幅が１０から３０μｓの範囲で階調表現を行っている。

【００１４】図６に、本発明の１実施形態におけるドッ
ト形状を示す。図は、ヘッド駆動パルス幅を（１）１
５μｓ、（２）２０μｓ、（３）２５μｓ、（４）３０
μｓとしたときの印字ドット形状をである。図のように
本実施形態において、印字ドットの面積は、ヘッド駆動
パルス幅の増加とともにななめ下方向に大きくなってい
くことがわかる。本発明は、このドット面積の可変制御
により階調表現を行うものである。

【００１５】図７は、本発明の１実施形態を示すヘッド
制御回路のブロック図である。印字はＣＰＵ１０５内で
印字データを１行のバッファに展開記憶し、このデータ
により、駆動周波数毎に１２ノズル分のヘッド駆動パル
スを出力することで行われる。タイマーを内蔵している
ＣＰＵ１０５は、印字タイミングが来たら、Ｉ／Ｏポー
トよりヘッド駆動パルスを出力する。ヘッド駆動パルス
はヘッド駆動回路１０６へ入力される。ヘッド駆動回路
１０６は図４の駆動回路１０１を１２個内蔵している
他、振動板１を良好に動作させるため、一定時間おきに
ヘッド電位を反転させるための電位反転回路（図示せ
ず）と、異常通電を防止するためのセーティー回路（図
示せず）を内蔵している。ヘッド駆動回路１０６は、Ｃ
ＰＵ１０５からの入力パルスによりヘッド１０７を動作
させる。ヘッド１０７は、ノズル数が１２あるヘッドで
あり、共通電極２と１２個の個別電極３を持ち、ＦＰＣ
によりヘッド駆動回路１０６に接続されている。

【００１６】図８は本発明の１実施形態におけるＣＰＵ
１０５内で行うヘッド駆動パルス幅可変制御を示すヘッ
ド駆動制御フローチャートである。まず、印字データに
対応した階調フラグを２ビット分用意し、この値が０
０、０１、１０、１１の各場合において、通電幅は１５
μｓ、２０μｓ、２５μｓ、３０μｓと可変させること
とする。なお、階調分割数は４つに限るものではなく、
さらに細かく分割することも可能である。その場合、階
調フラグのビット数が分割数に応じて増えることにな
る。印字タイミングが来たらこのフローチャートに入
る。まずＳ１で階調フラグに応じたタイマーの時間をセ
ットする。次にＳ２でヘッド駆動信号をＯＮにすると共
にタイマーをスタートさせる。次にＳ３ではＳ１で設定
した時間が来るまで待ち、Ｓ４でヘッド駆動信号をＯＦ
Ｆにし、タイマーを停止させる。この１連の動作により
駆動回路１０６側には、設定したパルス幅のヘッド駆動
信号が入力されることになる。この制御により、印字タ
イミング毎にヘッドノズル単位でパルス幅を可変する事
ができる。

【００１７】本発明における１実施形態の制御で１２ノ
ズルすべてのドット毎に階調印字を行うためには、１ラ
インのデータを階調毎に最大４つの印字データに分割
し、４回のキャリッジ走査により、４パス印字を行う方
法がある。しかしながらこの方法では、最大で階調分割
数分の走査を行わなければならなく、その分印字スピー
ドが低下するという欠点がある。

【００１８】図９はこの欠点を補う本発明の別の実施形
態のヘッド制御回路のブロック図である。ＣＰＵ１０５
はパルス発生手段１０９を内蔵しており、パルス発生手
段１０９により、４種類の設定時間に応じたパルス波形
をＩ／Ｏポートから同時に出力することができる。ＣＰ
Ｕ１０５は、印字データの有無と階調フラグに従ってＩ
／Ｏポートに１ノズル当たり３ビットのデータを出力す
る。１ビット分は印字有無の信号として使い、他の２ビ
ットを階調信号として使用する。ＣＰＵ１０５は、全部
のノズル分のデータ出力が終了したらタイマーにトリガ
をかける。タイマーはトリガにより動作を開始し、４種
類のタイマー設定時間幅のパルスがＩ／Ｏポートより出
力される。これらの信号は、ＣＰＵ１０５からセレクタ
ー１０８に入力される。図１０はセレクター１０８の内
部の１ノズル分の論理を示す図である。この回路は、入
力が７ポート、出力が１ポートある。入力側のＣ０、Ｃ
１、Ｃ２、Ｃ３にはＣＰＵ１０５から、それぞれ１５、
２０、２５、３０μｓの４種類のパルス幅のパルス信号
が入力される。Ａ，Ｂには階調信号が、Ｇには印字有無
の信号がそれぞれ入力される。信号Ｇが１のときは出力
Ｙは０となりヘッドの駆動は行われない。信号Ｇが０の
とき、出力ＹにはＣ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の中から階調
信号Ａ，Ｂに応じたパルスが選択される。図９のセレク
ター１０８は、この回路がノズル数分あるもので、１２
ノズルすべての駆動パルス幅を選択することができる。
セレクター１０８により選択されたそれぞれのノズルに
対する駆動パルスは、駆動回路１０６に入力される。ヘ
ッド駆動回路１０６は、セレクター１０８からの入力パ
ルスによりヘッド１０７を動作させる。

【００１９】なお、本発明における本実施形態では、階
調印字を行う目的で吐出インク量の制御を行っている
が、他の目的で本制御を行うことも可能である。例え
ば、吐出インク量を常に一定に保ち、安定した印字を目
的にする場合がある。吐出インク量は、ヘッド電圧、ヘ
ッド駆動周波数、温度、等の周囲環境で変化する。この
変化を検出器を使って認識し、その情報にしたがって本
発明の装置によりヘッド駆動パルス幅を可変させ、安定
した吐出インク量を保つことも可能である。

【００２０】他には、例えば吐出インク量の制御によ
り、インク寿命を向上させることを目的にする場合もあ
る。使用者側の印字の状況によって必要とされる印字濃
度は異なる。例えばポストカード等に使用するのであれ
ば、濃い印字が必要となるが、メモ用として使用するの
であれば、文字が認識できる程度の濃さで良い。このよ
うに使用状況に応じて印字濃度を変えると、結果的に使
用インクの節約ができインク寿命が向上する。この印字
モードの切り替えを、本発明の装置で行うこともでき
る。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、印字
タイミング毎にヘッドノズル数単位で数段階の階調印字
を行うことができる。さらには、任意のヘッドノズルの
駆動パルス幅を１印字タイミング毎に可変することがで
きる。したがって、良好な階調印字や、吐出インク量の
安定化や、印字寿命の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態を示す振動板と電極の部分
詳細模式図。

【図２】本発明の１実施形態における静電気のチャージ
時のインクジェットヘッドを示す断面側面図。

【図３】本発明の１実施形態における静電気のディスチ
ャージ時のインクジェットヘッドを示す断面側面図。

【図４】本発明の１実施形態を示す駆動回路構成。

【図５】本発明の１実施形態における駆動パルス幅と印
字ドット寸法の関係を示すグラフ。

【図６】本発明の１実施形態におけるドット形状を示す
図。

【図７】本発明の１実施形態を示すヘッド駆動制御回路
ブロック図。

【図８】本発明の１実施形態を示すヘッド駆動制御フロ
ーチャート。

【図９】本発明の別の実施形態を示すヘッド駆動制御回
路ブロック図。

【図１０】本発明の別の実施形態を示すセレクター回路
論理図。

【符号の説明】

１０５ＣＰＵ１０６駆動回路１０７ヘッド１０８セレクター１０９パルス発生手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出させる複数のノズルとこ
のノズルに対応して前記ノズル内のインクに対し圧力を
印加するヘッド駆動手段を具備したオンデマンド型イン
クジェットヘッドにおいて、前記ヘッド駆動手段の印字
データに対応して、ヘッド駆動パルス幅を可変させるパ
ルス幅可変手段を有し、前記パルス幅可変手段により１
印字タイミング毎にヘッドノズル数単位で、前記ヘッド
駆動パルス幅を可変することを特徴とするインクジェッ
ト記録装置。
【請求項２】請求項１記載のインクジェット記録装置
において、複数のパルス幅を発生するパルス発生手段
と、前記ヘッド駆動パルス幅を選択するパルス幅選択手
段を有し、１印字タイミング毎に、任意のヘッドノズル
に対する前記ヘッド駆動パルス幅を可変することを特徴
とするインクジェット記録装置。