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発明の名称 インクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−1028(P2007−1028A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−180473(P2005−180473)
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
代理人 【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
発明者 新川 修
要約 課題
インクジェットプリンタの圧電式アクチュエータ駆動後のノズル正常状態での残留振動を一定化してノズル状態の検出を確実に行えるようにする。

解決手段
台形状のパルス駆動信号で圧電式アクチュエータを駆動し、駆動信号の立上がりでキャビティの容積を拡大してインクを引き込み、駆動信号の立下がりでキャビティの容積を縮小してインクを押出すようにして圧力変動を発生した後、キャビティ内に発生する残留振動を検出して、その振動の状態からノズル状態を検出する場合、残留振動の振幅が一定になるようにインク温度に応じて駆動信号を設定する。
特許請求の範囲
【請求項1】
インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力する駆動手段と、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出する残留振動検出手段とを備え、前記駆動手段は、温度を検出する温度検出手段と、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を前記温度検出手段で検出された温度に基づいて設定するノズル状態検出用駆動信号設定手段とを備えたことを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
【請求項2】
前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
【請求項3】
前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記ノズル状態検出用駆動信号の波高値を変更することで、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とする請求項2に記載のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置。
【請求項4】
インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力し、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定することを特徴とするインクジェットプリンタのヘッド駆動方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば複数色の微小な液体インク滴を複数のノズルから吐出してその微粒子(インクドット)を印刷媒体上に出力することにより、所定の文字や画像を描画するようにしたインクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
このようなインクジェットプリンタは、一般に安価で且つ高品質のカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
このようなインクジェットプリンタは、一般に、インクカートリッジと印字ヘッドとが一体的に備えられたキャリッジなどと称される移動体が印刷媒体上をその半焼方向と交差する方向に往復しながらその印字ヘッドのノズルから液体インク滴を吐出して印刷媒体上に微小なインクドットを形成出力することで、当該印刷媒体上に所定の文字や画像を描画して所望の印刷物を作成するようになっている。そして、このキャリッジに黒色(ブラック)を含めた4色(イエロー、マゼンタ、シアン)のインクカートリッジと各色毎の印字ヘッドを備えることで、モノクロ印刷のみならず、各色を組み合わせたフルカラー印刷も容易に行えるようになっている(更に、これらの各色に、ライトシアンやライトマゼンタなどを加えた6色や7色、或いは8色のものも実用化されている)。
【0003】
ところで、この種のインクジェットプリンタでは、印刷媒体上のインクのにじみを防止するために、乾燥し易いインク又はインク成分を採用している。その結果、印字していないときにはインクジェットヘッドのノズルからインクの溶媒成分(水、溶剤、油など)が蒸発してノズル部のインク粘度が上昇し、インク滴の吐出出力に支障を来すことがある。また、インクジェットヘッドのキャビティ(インク収容部)などに気泡が混入したり、ゴミや紙粉などがノズル面に付着したりした場合にも、インク滴の吐出出力に支障を来すことがある。このようにして、所謂ノズルが目詰まりしてインク滴を吐出できなくなると、印刷媒体上の画像に所謂ドット抜けが生じ、画質を劣化させる原因となる。
【0004】
そこで、以下の特許文献1では、アクチュエータである圧電素子を電気信号で駆動してインク室からインク滴を噴射させる装置において、圧電素子を駆動した後に圧電素子に発生する過剰電圧(起電圧)を検出し、その振動(残留振動と呼んでいる)の状態、例えば残留振動の周期や振幅からインク室内の気泡の有無、インク未充填を検出してノズル不具合によるプリントミスなどの誤動作を防止している。
【特許文献1】特開平10−114068号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、周囲の温度が変化すると、粘度や表面張力といったインクの物性値が変化し、これに伴って圧力室内の振動の状態も変化する。従って、温度が変化すると圧力室内の残留振動が変化し、前述した残留振動によるノズル状態の検出が困難になるという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、圧力室内の圧力変動後の残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことができるインクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
[発明1]上記課題を解決するために、発明1のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力する駆動手段と、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出する残留振動検出手段とを備え、前記駆動手段は、温度を検出する温度検出手段と、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を前記温度検出手段で検出された温度に基づいて設定するノズル状態検出用駆動信号設定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0007】
この発明1に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、アクチュエータに駆動信号を出力し、その駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定する構成としたため、例えば圧力室内の圧力変化発生後の残留振動の振幅を一定化することにより、当該残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことが可能となる。
【0008】
[発明2]発明2のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、前記発明1のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置において、前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とするものである。
【0009】
この発明2に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定する構成としたため、当該残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことができる。
【0010】
[発明3]発明3のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、前記発明2のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置において、前記ノズル状態検出用駆動信号設定手段は、前記ノズル状態検出用駆動信号の波高値を変更することで、前記残留振動検出手段で検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定することを特徴とするものである。
【0011】
この発明3に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動装置によれば、ノズル状態検出用駆動信号の波高値を変更することで、検出される圧力室内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動の振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号を設定する構成としたため、当該残留振動の振幅を容易に一定にすることができる。
【0012】
[発明4]発明4のインクジェットプリンタのヘッド駆動方法は、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、前記アクチュエータに駆動信号を出力し、前記駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、前記アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、前記ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定することを特徴とするものである。
【0013】
この発明4に係るインクジェットプリンタのヘッド駆動方法によれば、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルに夫々連通する圧力室と、各圧力室に対応して設けられ且つ圧電素子で構成されるアクチュエータとを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、アクチュエータに駆動信号を出力し、その駆動信号による圧力室内の圧力変化発生後の残留振動を、アクチュエータを構成する圧電素子の起電力の変化として検出するにあたり、ノズルの状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号を検出された温度に基づいて設定する構成としたため、例えば圧力室内の圧力変化発生後の残留振動の振幅を一定化することにより、当該残留振動によるノズル状態の検出を確実に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
次に、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略構成を示す平面図である。このインクジェットプリンタ1は、図1に示すように、ヘッドユニット2及びインクカートリッジ3を搭載したキャリッジ4を備え、このキャリッジ4は1組のキャリッジ軸5に案内されて主走査方向に移動できるようになっている。また、キャリッジ4の一部は歯付きベルト9に固定され、且つ歯付きベルト9は、モータ6の回転軸に固定された駆動プーリ7と従動プーリ8との間に掛け渡されている。
【0015】
更にキャリッジ4にはエンコーダ10が取付けられ、キャリッジ4の移動方向に沿ってリニアスケール11が設けられている。これにより、エンコーダ10によりキャリッジ4上のヘッドユニット2の位置を検出するようになっている。なお、図1において、符号12はヘッドユニット2とシステムコントローラなどとを電気的に接続するケーブルであり、符号13は、後述するインクジェットヘッドの表面をクリーニングするワイパであり、符号14は、そのインクジェットヘッドのノズル基板(図4参照)のキャッピングを行うキャップである。
【0016】
このような構成からなるインクジェットプリンタ1では、エンコーダ10の検出信号がモータ制御回路(図示せず)に入力されると、そのモータ制御回路によりモータ6の回転動作が、加速、一定速度、減速、反転、加速、一定速度、減速、反転…といったように制御される。このようなモータ6の動作に伴って、キャリッジ4が主走査方向に往復移動を繰り返し、一定速度の区間が印刷領域に相当するので、その一定速度の際にキャリッジ4に搭載されるヘッドユニット2のノズルから印刷媒体a上にインク滴が吐出される。この結果、印刷媒体aには、そのインク滴からなるインクドットによって所定の文字や画像が記録(印字)される。
【0017】
次に、図1に示すヘッドユニット2の具体的な構成について、図2a及び図4を参照して説明する。このヘッドユニット2は、図2aに示すようなインクジェットヘッド(ノズルヘッド)20を複数個備え、各インクジェットヘッド20は圧電式アクチュエータを用いたものである。インクジェットヘッド20は、図2aに示すように、振動板21と、この振動板21を変位させる圧電式アクチュエータ22と、内部に液体であるインクが充填され且つ振動板21の変位により内部の圧力が増減されるキャビティ(圧力室)23と、このキャビティ23に連通し且つ当該キャビティ23内の圧力の増減によりインクを液的として吐出するノズル24とを少なくとも備えている。
【0018】
更に詳述すると、インクジェットヘッド20は、ノズル24が形成されたノズル基板25と、キャビティ基板26と、振動板21と、複数の圧電素子27を積層した積層型の圧電式アクチュエータ22とを備えている。キャビティ基板26は、図示のように所定形状に形成され、これにより、キャビティ23と、これに連通するリザーバ28とが形成されている。また、リザーバ28は、インク供給チューブ29を介してインクカートリッジ3に接続されている。圧電式アクチュエータ22は、対向して配置される櫛歯状の電極31、32と、その電極31、32の各櫛歯と交互に配置される圧電素子27とからなる。また、圧電式アクチュエータ22は、その一端側が図2aに示すように、中間層30を介して振動板21と接合されている。
【0019】
このような構成からなる圧電式アクチュエータ22では、第1電極31と第2電極32との間に印可される駆動信号源からの駆動信号により、図2aに矢印で示すように上下方向に伸び縮みするモードを利用している。従って、圧電式アクチュエータ22では、例えば図2aに示すような駆動信号が印可されると、振動板21に変位が生じてキャビティ23内の圧力が変化し、ノズル24からインク滴が吐出されるようになっている。具体的には、後段に詳述するように、キャビティ23の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ23の容積を縮小してインク滴を吐出する。なお、図2aに示すノズル基板26に形成されるインクジェットヘッド20毎のノズル24は、例えば図4に示すように配列されている。この図4の例では、4色のインク(Y:イエロー、M:マゼンダ、C:シアン、K:ブラック)に適用した場合のノズル24の配列パターンを示しており、これらの色の組合せにより所謂フルカラー印刷が可能となる。
【0020】
このようなインクジェットヘッド20を備えたインクジェットプリンタ1では、インク切れ、気泡の発生、目詰まり(乾燥)、紙粉付着などの原因によって、ノズル24からインク滴が吐出すべきときに吐出しないというインク滴の吐出異常(不吐出)、所謂ドット抜け現象を生じることがある。ここで、紙粉とは、木材パルプを原料とする印刷媒体が記録ローラなどと摩擦接触した際に発生し易く、印刷媒体の一部からなり、繊維状又はその集合体のものを意味する。
【0021】
ここで、圧電式アクチュエータ22の他の例を図2bに示す。図中の符号は、図2aのものを流用している。この圧電式アクチュエータは、一般にユニモルフ型アクチュエータと呼ばれ、圧電素子27を二つの電極31、32で挟んだ簡単な構造であるが、駆動信号を印可することによって、図2aの積層型アクチュエータと同様に、図の上下方向に伸び縮みし、キャビティ23の容積を拡大してインクを引き込み、次いでキャビティ23の容積を縮小してノズル24からインク滴を吐出する。また、図3aには、更に他の例としてシェアモード1型のアクチュエータの一例を、図3bにはシェアモード2型のアクチュエータの一例を示す。シェアモード1型のアクチュエータは、圧電素子27の両端部に電極31、32があり、キャビティ23が形成されている。このアクチュエータは、駆動信号が与えられると破線で示すようにキャビティ23内の圧力が変化してインク滴が吐出されるのであるが、ノズル24を一つおきに駆動するのが特徴である。シェアモード2型のアクチュエータは、圧電素子27の表面に電極31、32が交互に設けられ、駆動信号が与えられると破線で示すように変形してキャビティ23内の圧力が変化してインク滴が吐出される。
【0022】
前記インクジェットプリンタ1内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、例えば図5に示すように、例えばパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ60から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ60から入力された印刷データを受取る入力インタフェース部61と、この入力インタフェース部61から入力された印雑データに基づいて印刷処理を実行する例えばマイクロコンピュータで構成される制御部62と、キャリッジモータ41を駆動制御するキャリッジモータドライバ63と、給紙モータ51を駆動制御する給紙モータドライバ64と、インクジェットヘッド20を駆動制御するヘッドドライバ65と、各ドライバ63、64、65の出力信号を外部のキャリッジモータ41、給紙モータ51、インクジェットヘッド20で使用する制御信号に変換して出力すると共に、残留振動検出手段15で検出されたキャビティの残留振動を制御部62に入力したり、温度センサ18で検出されたキャビティの温度、即ちインクの温度Tを制御部62に入力したりする入出力インタフェース67とを備えて構成される。
【0023】
ここで、制御部62は、印刷処理等の各種処理を実行するCPU(Central Processing Unit)62aと、入力インタフェース61を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のアプリケーションプログラムを一時的に展開するRAM(Random Access Memory)62cと、CPU62aで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるROM(Read-Only Memory)62dとを備えている。この制御部62は、入力インタフェース部61を介してホストコンピュータ60から印刷データを入手すると、CPU62aが、この印刷データに所定の処理を実行して、この処理データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ63〜65に制御信号を出力する。各ドライバ63〜65から制御信号が出力されると、これらが入出力インタフェース部67で駆動信号に変換されてインクジェットヘッド20の複数のノズル24に対応する圧電式アクチュエータ22、キャリッジモータ41、給紙モータ51が夫々作動して、印刷媒体に印刷処理が実行される。なお、制御部62内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。
【0024】
また、制御部62は、後述する駆動信号を形成するための駆動波形データDATA1、振幅比データDATA2、書込みアドレスデータA0〜A3、書込みアドレスデータB0〜B3、書込みイネーブル信号DEN、書込みクロック信号WCLKをヘッドドライバ65に出力する。また、この制御部62は、駆動波形データDATA1と振幅比データDATA2との乗算出力をラッチするタイミングを設定する第1のクロック信号ACLK、ラッチした乗算出力を加算するためのタイミングを設定する第2のクロック信号BCLK及びラッチデータをクリアするクリア信号CLERをヘッドドライバ65に出力する。
【0025】
ヘッドドライバ65は、駆動信号COMを形成する駆動信号発生回路70と、クロック信号SCKを出力する発振回路71とを備えている。駆動信号発生回路70は、図6に示すように、制御部62から入力される駆動信号生成のための波形形成用データDATAを所定のアドレスに対応する記憶素子に記憶する波形メモリ701と、この波形メモリ701から読出された波形形成用データDATAを前述した第1のクロック信号ACLKによってラッチするラッチ回路702と、ラッチ回路702の出力と後述するラッチ回路704から出力される波形生成データWDATAとを加算する加算器703と、この加算器703の加算出力を前述した第2のクロック信号BCLKによってラッチするラッチ回路704と、このラッチ回路704から出力される波形生成データWDATAをアナログ信号に変換するD/A変換器705と、このD/A変換器705から出力されるアナログ信号を電圧増幅する電圧増幅部706と、この電圧増幅部706の出力信号を電流増幅して駆動信号COMを出力する電流増幅部707とを備えている。ここで、ラッチ回路702、704には制御部62から出力されるクリア信号CLERが入力され、このクリア信号CLERがオフ状態となったときに、ラッチデータがクリアされる。
【0026】
波形メモリ701は、図7に示すように、指示したアドレスに夫々数ビットずつのメモリ素子が配列され、アドレスA0〜A3と共に波形データDATAが記憶される。具体的には、制御部62から指示したアドレスA0〜A3に対して、クロック信号WCLKと共に波形データDATAが入力され、書込みイネーブル信号DENの入力のよってメモリ素子に波形データDATAが記憶される。なお、本実施形態では、後述するように、温度センサ18で検出されるインクの温度に応じて、キャビティ23内の圧力変動後の残留振動の振幅が一定になるように調整した波形データDATAを選択して記憶することができるようになっている。
【0027】
インクジェットヘッド20には、入出力インタフェース部67を介して、駆動信号発生回路70で生成された駆動信号COM、印刷データに基づいて吐出するノズルを選択するデータ信号SI、全ノズルにノズル選択データが入力された後、これらのデータにより駆動信号COMとインクジェットヘッド20の圧電式アクチュエータ22とを接続させるラッチ信号LAT、これらの選択データ信号SIをシリアル信号としてインクジェットヘッド20に送信するためのクロック信号SCKが入力されている。
【0028】
次に、前記駆動信号発生回路70から出力される駆動信号COMと圧電式アクチュエータ22とを接続する構成について説明する。図8は、駆動信号COMと圧電式アクチュエータ22とを接続する選択部のブロック図である。この選択部は、インク滴を吐出させるべきノズルに対応した圧電式アクチュエータ22を指定するデータを保存するシフトレジスタ211と、シフトレジスタ211のデータを一時的に保存するラッチ回路212と、ラッチ回路212の出力をレベル変換するレベルシフタ213と、レベルシフタの出力に応じて駆動信号COMを圧電式アクチュエータ22に接続する選択スイッチ201によって構成されている。
【0029】
シフトレジスタ211には、印刷データとしてデータ信号SIが順次入力されると共に、クロック信号SCKの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路212は、ノズル数分の印字データがシフトレジスタ211に格納された後、入力されるラッチ信号LATによってシフトレジスタ211の各出力信号をラッチする。ラッチ回路212に保存された信号は、レベルシフタ213によって次段の選択スイッチ201をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号COMが、ラッチ回路212の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ201の動作電圧範囲も高く設定されているためである。選択スイッチ201は、PチャンネルFETとNチャンネルFETとを組合せたトランスミッションゲートによるアナログスイッチで構成されており、このアナログスイッチを十分に動作させるためにゲート電圧を高い値にレベル変換している。そして、レベルシフタ213によって選択スイッチ201のゲート電圧が印加されたノズルの圧電式アクチュエータ22は駆動信号COMに接続される。また、シフトレジスタ211の印刷データ信号SIがラッチ回路212に保存された後、次の印字情報をシフトレジスタ211に入力し、インク滴の吐出タイミングに合わせてラッチ回路212の保存データを順次更新する。なお、図中の符号HGNDは、圧電式アクチュエータ22のグランド端である。
【0030】
次に、駆動信号生成の原理について説明する。まず、前述したアドレスA0には単位時間当たりの電圧変化量として0となる波形データが書込まれている。同様に、アドレスA1には+ΔV1、アドレスA2には−ΔV2、アドレスA3には+ΔV3の波形データが書込まれている。また、クリア信号CLERによってラッチ回路702、704の保存データがクリアされる。また、駆動信号COMは、所望の波形データによって中間電位(オフセット)まで立上げられている。
【0031】
この状態から、例えば図9に示すようにアドレスA1の波形データが読込まれ且つ第1クロック信号ACLKが入力されるとラッチ回路702に+ΔV1のデジタルデータが保存される。保存された+ΔV1のデジタルデータは加算器703を経てラッチ回路704に入力され、このラッチ回路704では、第2クロック信号BCLKの立上がりに同期して加算器703の出力を保存する。加算器703には、ラッチ回路704の出力も入力されるので、ラッチ回路704の出力(COM)は、第2クロック信号BCLKの立上がりのタイミングで+ΔV1ずつ加算される。この例では、時間幅T1の間、アドレスA1の波形データが読込まれ、その結果、+ΔV1のデジタルデータが3倍になるまで加算されている。
【0032】
次いで、アドレスA0の波形データが読込まれ且つ第1クロック信号ACLKが入力されるとラッチ回路702に保存されるデジタルデータは0に切替わる。この0のデジタルデータは、前述と同様に、加算器703を経て、第2クロック信号BCLKの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが0であるので、実質的には、それ以前の値が保持される。この例では、時間幅T0の間、駆動信号COMが一定値に保持されている。
【0033】
次いで、アドレスA2の波形データが読込まれ且つ第1クロック信号ACLKが入力されるとラッチ回路702に保存されるデジタルデータは−ΔV2に切替わる。この−ΔV2のデジタルデータは、前述と同様に、加算器703を経て、第2クロック信号BCLKの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが−ΔV2であるので、実質的には第2クロック信号に合わせて駆動信号COMは−ΔV2ずつ減算される。この例では、時間幅T2の間、駆動信号COMは、−ΔV2のデジタルデータが6倍になるまで減算されている。
【0034】
このようにして生成されアナログ変換・電圧電流増幅されて出力された駆動信号COMが、前述した図2aに示すような波形信号になる。このうち駆動信号COMの立上がり部分がキャビティ23の容積を拡大してインクを引き込む(インクの吐出面を考えればメニスカスを引き込むとも言える)段階であり、駆動信号COMの立下がり部分がキャビティ23の容積を縮小してインク滴を吐出する(インクの吐出面を考えればメニスカスを押出すとも言える)段階である。本実施形態では、前者を第1段階、後者を第2段階と定義する。ちなみに、夫々の段階の時間は、前述からも容易に推察されるように、アドレスA0〜A3に書込まれる波形データ0、+ΔV1、−ΔV2、+ΔV3、第1クロック信号ACLK、第2クロック信号BCLKによって調整可能である。
【0035】
さて、このようにして各ノズル24に対応する圧電式アクチュエータ22に駆動信号COMを印加し、インク滴が吐出されると、その際の圧力変動後、キャビティ23内に残留振動(正確には、図2の振動板21の自由振動)が発生する。この残留振動の状態から各ノズル24の状態(キャビティ23内の状態を含む)を検出することが可能である。例えば図10に示すように、ノズル正常時に比べて、気泡がインクの流路やノズル先端に混入した場合(図の「気泡混入」に該当)には、気泡が混入した分だけインク重量(=イナータンス)が減少すると共に、気泡によりノズル径が大きくなった状態と等価となって音響抵抗が減少し、振動周波数が高くなる特徴がある。また、ノズル部のインクが乾燥した場合(図の「乾燥」に該当)には、インクの粘性が増加することによって音響抵抗が増大し、過減衰になるという特徴がある。また、紙粉やゴミがノズル面に付着した場合(図の「紙粉」に該当)には、紙粉によりノズルからインクが染み出すことによって、振動板から見たインク重量が増加してイナータンスが増加し、またノズルに付着した紙粉の繊維によって音響抵抗が増大し、周期が大きくなる(周波数が低くなる)という特徴がある。
【0036】
そこで、このような残留振動を検出するための残留振動検出手段15として、例えば図11に示す回路が設けられている。この残留振動検出手段15は、キャビティ23内の圧力変化が圧電式アクチュエータ22に伝達されることを利用して検出するものであり、具体的には圧電式アクチュエータ22の機械的変位によって発生する起電力(起電圧)の変化を検出するものである。この残留振動検出手段15は、圧電式アクチュエータ22のグランド端HGNDを接地又は開放するスイッチ(トランジスタQ)と、圧電式アクチュエータ22に駆動信号COMを印加した後にグランド端HGNDを接地又は開放することで発生する残留振動の交流成分を増幅する交流増幅器16と、増幅された残留振動VaOUTを基準電圧Vref1でパルスPOUTに変換する比較器17とで構成されている。このうち、交流増幅器16は、直流成分を除去するコンデンサCと、基準電圧Vref1の電位を基準として抵抗R1、R2で決まる増幅率で反転増幅する演算器AMPとで構成されている。
【0037】
従って、例えば図12に示すように、スイッチ(トランジスタQ)のゲート電圧DSELをハイレベルにして圧電式アクチュエータ22と駆動信号発生回路70とを接続状態とし、その状態で駆動信号(この場合はドット抜け検出用駆動信号)COMを圧電式アクチュエータ22に印加した後、スイッチ(トランジスタQ)のゲート電圧DSELをローレベルにして圧電式アクチュエータ22と残留振動検出手段15の交流増幅器16とを接続すると、増幅された残留振動VaOUTが出力されるので、これを比較器17で基準電圧Vref1と比較してパルスPOUTが得られる。このドット抜け検出用駆動信号COMは、その波形の波高値(電圧値)が25Vのときの振幅比VHを100%として、インクの温度に応じて波高値(電圧値)を変更できるようになっている。
【0038】
このインクの温度に応じたドット抜け検出用駆動信号生成のための演算処理を図13のフローチャートに示す。この演算処理では、まずステップS1で、温度センサ15で検出されたインク温度情報を読込む。
次にステップS2に移行して、ステップS1で読込まれたインク温度に応じたドット抜け検出用駆動信号の波形データDATAをROM、RAMなどの記憶装置から読出す。具体的に、波形データDATAは、記憶装置の記憶テーブルに、所定温度毎に記憶されており、所定温度毎に、波形データ+ΔV1、−ΔV2、+ΔV3の値が異なる。
【0039】
次にステップS3に移行して、波形メモリ701に記憶されている波形データDATAをステップS2で読出した波形データDATAに更新する必要があるか否かを判定し、波形データDATAを更新する必要がある場合にはステップS4に移行し、そうでない場合にはステップS5に移行する。
ステップS4では、ステップS2で読出した波形データDATAを波形メモリ701に書込んでからステップS5に移行する。
【0040】
ステップS5では、現在がドット抜け検出用駆動信号COMの出力タイミングであるか否かを判定し、現在がドット抜け検出用駆動信号COMの出力タイミングである場合にはステップS6に移行し、そうでない場合にはステップS1に移行する。なお、ドット抜け検出のタイミングとしては、例えば電源オンの直後、電源オフの直前、前回の印刷から所定時間が経過したとき、印刷枚数が所定枚数になったとき、所定時間毎、等のタイミングが挙げられる。
【0041】
ステップS6では、波形メモリ701からドット抜け検出用波形データDATAを読出してからステップS7に移行する。
ステップS7では、例えば前述した加算器703による波形データDATAの累積などによってドット抜け検出用駆動信号の波形データ生成を行ってからステップS8に移行する。
【0042】
ステップS8では、ステップS7で生成されたドット抜け検出用駆動信号COMをD/A変換して温度補正された駆動信号COMを出力してからステップS9に移行する。
ステップS9では、ドット抜け検出用駆動信号COMの出力生成が終了したか否かを判定し、ドット抜け検出用駆動信号COMの出力生成が終了した場合にはステップS1に移行し、そうでない場合にはステップS6に移行する。
【0043】
この演算処理によって出力されたドット抜け検出用駆動信号COMによる種々のインク温度における増幅された残留振動VaOUTを図14aに、パルスPOUTを図14bに示す。何れもノズルは正常状態にある。この例では、25℃のときのドット抜け検出用駆動信号COMの波高値の振幅比VHが100%であり、40℃のときの振幅比VHを90%、5℃のときの振幅比VHを110%とした。これにより、増幅された残留振動VaOUTの振幅Vppが、温度にかかわらず一定又はほぼ一定となり、抽出されるパルスPOUTのパルス幅も一定又はほぼ一定となっていることから、このパルスPOUTのパルス幅を所定値と比較することにより、前述したようなドット抜けの判定を確実に行うことができる。
【0044】
これに対し、温度補正しないドット抜け検出用駆動信号COMによる種々のインク温度における増幅された残留振動VaOUTを図15aに、パルスPOUTを図15bに示す。何れもノズルは正常状態にある。この例では、温度によるインク物性の変化によって増幅された残留振動VaOUTが変化し、場合によっては残留振動VaOUTが乱れ、その結果、抽出されるパルスPOUTのパルス幅が変化している。従って、このパルスPOUTのパルス幅を所定値と比較しても、ドット抜けの判定を行うことは難しい。
このように、本実施形態のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置及び駆動方法では、インク滴を吐出する複数のノズル24と、各ノズル24に夫々連通するキャビティ(圧力室)23と、各キャビティ23に対応して設けられた圧電式アクチュエータ22とを備えたインクジェットプリンタのノズルヘッドに対し、アクチュエータ22に駆動信号COMを出力し、その駆動信号COMによるキャビティ23内の圧力変化発生後の残留振動を、アクチュエータ22の起電力の変化として検出するにあたり、ノズル24の状態を検出するためのノズル状態検出用駆動信号COMを検出された温度に基づいて設定することにより、例えばキャビティ23内の圧力変化発生後の残留振動PaOUTの振幅を一定化することにより、当該残留振動PaOUTによるノズル24の状態の検出を確実に行うことが可能となる。
【0045】
また、検出されるキャビティ23内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動PaOUTの振幅Vppが一定になるようにノズル状態検出用駆動信号COMを設定することにより、当該残留振動PaOUTによるノズル24の状態の検出を確実に行うことができる。
また、ノズル状態検出用駆動信号COMの波高値を変更することで、検出されるキャビティ23内の圧力変化発生後のノズル正常状態での残留振動PaOUTの振幅が一定になるようにノズル状態検出用駆動信号COMを設定することにより、当該残留振動PaOUTの振幅を容易に一定にすることができる。
【0046】
なお、前記実施形態では、温度センサで直接インクの温度を検出するようにしたが、場合によっては他の部分の温度や雰囲気温度で代用してもよい。
また、前記実施形態では、所謂マルチパス型インクジェットプリンタを対象として本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置を適用した例についてのみ詳述したが、本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置は、ラインヘッド型プリンタを始めとして、あらゆるタイプのインクジェットプリンタを対象として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明のインクジェットプリンタのヘッド駆動装置の一実施形態を示すインクジェットプリンタの平面図である。
【図2】図1のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの概略構成図である。
【図3】図1のインクジェットプリンタのインクジェットヘッドの他の例を示す概略構成図である。
【図4】図2のインクジェットヘッドのノズルの説明図である。
【図5】図1のインクジェットプリンタに設けられた制御装置のブロック図である。
【図6】図4の駆動信号発生回路のブロック図である。
【図7】図5の波形メモリの説明図である。
【図8】駆動信号を圧電式アクチュエータに接続する選択部のブロック図である。
【図9】駆動信号生成の説明図である。
【図10】残留振動の説明図である。
【図11】残留振動検出手段のブロック図である。
【図12】ドット抜け検出用駆動信号と残留振動の説明図である。
【図13】ドット抜け検出用駆動信号生成のための演算処理を示すフローチャートである。
【図14】駆動信号を温度補正した場合の残留振動及びパルスの説明図である。
【図15】駆動信号を温度補正しない場合の残留振動及びパルスの説明図である。
【符号の説明】
【0048】
1はインクジェットプリンタ、15は残留振動検出手段、16は交流増幅器、17は比較器、18は温度センサ、20はインクジェットヘッド、21は振動板、22は圧電式アクチュエータ、23はキャビティ、24はノズル、62は制御部、70は駆動信号発生回路




 

 


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