JP3767065B2 - Inkjet recording device - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【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し、特に、圧電素子に電圧を印加することによりインクドロップを飛翔させることによって画像を形成するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェットプリンタのプリンタヘッドに圧電素子を用いたものが知られている。このようなプリンタヘッドでは、圧電素子に画像情報に応じた電圧が印加され、この電圧の印加によって生じる圧電素子のひずみにより、所定の容器（インクチャンネル）内のインクが加圧され、インクチャンネルに設けられたノズルから記録シートに向かってインクドロップが飛翔する。このインクドロップの飛翔によって記録シート上に画像が記録される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、周囲温度が低下することによるインクの粘度、表面張力の上昇は、このようなインクドロップの飛翔による画像の記録に影響を与える。インクの粘度、表面張力が上昇すると、ノズルから飛翔するインクドロップの径、速度等は影響を受け、サテライト、カーブ、ドロップ割れ等が発生し、低温時において記録される画像の品質を著しく劣化させる原因となる。
【０００４】
また、サーミスタ素子等を用いて温度を計測することができるが、これらをそのまま周囲温度（またはインクの温度）の検出に用いることは、インクジェットプリンタ全体の生産コストを上昇させる原因となる。
【０００５】
本発明は、これらのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができるインクジェット記録装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電圧を印加することにより圧電素子を駆動し、周囲温度により粘度が変化するインクを用いて画像の記録を行うインクジェット記録装置であり、周囲温度によって圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つは変化する。
【０００７】
本インクジェット記録装置は、周囲温度によって変化した圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つを検知する検知手段と、検知手段によって検知された圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つに基づいて、駆動する圧電素子に印加する電圧を調整する手段とを含んでいる。
【０００８】
請求項１に記載の発明によると、周囲温度によって変化する圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つが検知され、これに基づいて圧電素子に印加する電圧が調整される。これにより、従来のように周囲温度の変動に伴なうインクの粘度の変化によって記録される画像の品質を劣化させることなく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明における実施例であるインクジェットプリンタ１について説明する。
【００１０】
図１は、本発明における第１の実施例であるインクジェットプリンタ１の概略構成を示す斜視図である。
【００１１】
インクジェットプリンタ１は、紙やＯＨＰシートなどの記録媒体である記録シート２と、インクジェット方式のプリンタヘッドであるプリンタヘッド３と、プリンタヘッド３を保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させるための揺動軸５、６と、キャリッジ４を揺動軸５、６に沿って往復駆動する駆動モータ７と、駆動モータ７の回転をキャリッジ４の往復運動に変えるためのタイミングベルト９、アイドルプーリ８とを含んでいる。
【００１２】
また、インクジェットプリンタ１は、記録シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねるプラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、プリンタヘッド３のインクを吐出するノズル面を洗浄しインク吐出不良を良好な状態に回復させる回復系１４と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１５とを含んでいる。
【００１３】
記録シート２は、手差しあるいはカットシートフィーダ等の給紙装置によって、プリンタヘッド３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記録部への搬送が制御される。
【００１４】
プリンタヘッド３には、インク飛翔用のエネルギ発生源として圧電素子（ＰＺＴ）が用いられる。圧電素子には電圧が印加され、ひずみが生じる。このひずみは、インクで満たされたチャンネルの容積を変化させる。この容積の変化により、チャンネルに設けられたノズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が行なわれる。
【００１５】
キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドルプーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２の桁方向（記録シート２を横切る方向）に主走査し、キャリッジ４に取り付けられたプリンタヘッド３は１ライン分の画像を記録する。１ラインの記録が終わる毎に、記録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のラインが記録される。
【００１６】
記録シート２にはこれらのようにして画像が記録され、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向下流側に配置された排出ローラ１２とこれに圧接される拍車ローラ１３とによって排出される。
【００１７】
図２〜図４は、プリンタヘッド３の構成を説明するための図である。
図２はプリンタヘッド３のノズルを有する面の平面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００１８】
プリンタヘッド３は、ノズルプレート３０１、隔壁３０２、振動板３０３、基板３０４とを一体に重ねた構成となっている。
【００１９】
ノズルプレート３０１は、ガラス、セラミックス、金属または合成樹脂などからなり、ノズル３０７を有し、表面３１８には撥インク層を有する。隔壁３０２には、薄肉フィルムが使用されており、ノズルプレート３０１と振動板３０３との間に固定されている。
【００２０】
また、ノズルプレート３０１と隔壁３０２との間には、インク３０５を収容する複数のインクチャンネル３０６と、各インクチャンネル３０６をインク供給室３０８に連結するインクインレット３０９が形成されている。インク供給室３０８は図示しないインクタンクに接続されており、インク供給室３０８内のインク３０５はインクチャンネル３０６へと供給される。
【００２１】
振動板３０３には、各インクチャンネル３０６に対応した複数の圧電素子３１３が含まれる。振動板３０３の加工は、まず、振動板３０３が配線部３１７を有する基板３０４に絶縁接着剤で固定され、その後、ダイサー加工によりセパレート溝３１５、３１６が形成され振動板３０３が分断されることにより行なわれる。また、この分断によって各インクチャンネル３０６に対応する圧電素子３１３と、隣接する圧電素子３１３との間に位置する圧電素子柱部３１４と、これらを囲む周囲壁３１０とが分離される。
【００２２】
基板３０４上の配線部３１７は、アースに接続されプリンタヘッド３内の全ての圧電素子３１３に共通に接続される共通電極側配線部３１１とプリンタヘッド３内の各圧電素子３１３に個別に接続される個別電極側配線部３１２とを有する。この基板３０４上の共通電極側配線部３１１は圧電素子３１３内の共通電極に接続され、個別電極側配線部３１２は圧電素子３１３内の個別電極に接続される。
【００２３】
これらのような構成のプリンタヘッド３の動作は、インクジェットプリンタ１の制御部によってコントロールされる。制御部のヘッド吐出駆動部１０５（図５参照）からは、圧電素子３１３内部に設けられた共通電極と個別電極との間に、印字信号である所定の電圧が印加され、圧電素子は隔壁３０２を押す方向に変形する。圧電素子３１３の変形は隔壁３０２に伝えられ、これによりインクチャンネル３０６内のインク３０５が加圧され、ノズル３０７を介してインクドロップが記録シート２（図１参照）に向かって飛翔する。
【００２４】
図５は、インクジェットプリンタ１の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
インクジェットプリンタ１の制御部は、ＣＰＵ１０１と、ＲＡＭ１０２と、ＲＯＭ１０３と、データ受信部１０４と、ヘッド吐出駆動部１０５と、ヘッド移動駆動部１０６と、紙送りモータ駆動部１０７と、回復系モータ駆動部１０８と、各種センサ部１０９とを含んでいる。
【００２６】
なお、周囲温度によって変化する圧電素子３１３の抵抗値は、各種センサ部１０９によって検出され、これに基づいてヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３の駆動電圧が調整される。この圧電素子３１３の抵抗値は、圧電素子３１３に印字信号である所定の電圧が印加されていない際に測定される。
【００２７】
全体を制御するＣＰＵ１０１は、必要に応じてＲＡＭ１０２を用い、ＲＯＭ１０３に記憶されているプログラムを実行する。このプログラムには、ホストコンピュータ等に接続され記録すべき画像データを受信する、データ受信部１０４から読み込まれる画像データに基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５、ヘッド移動駆動部１０６、紙送りモータ駆動部１０７、各種センサ部１０９を制御し記録シート２上に画像を記録するための部分と、必要な際に、回復系モータ駆動部１０８、各種センサ部１０９を制御しプリンタヘッド３のノズル面を良好な状態に回復させるための部分とが含まれる。
【００２８】
ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５はプリンタヘッド３の圧電素子３１３を駆動し、ヘッド移動駆動部１０６はプリンタヘッド３を保持するキャリッジ４を桁方向に移動させる駆動モータ７を駆動し、紙送りモータ駆動部１０７は紙送りローラを駆動する。また、ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、回復系モータ駆動部１０８は、プリンタヘッド３のノズル面を良好な状態に回復させるために必要なモータ等を駆動する。
【００２９】
以下、図６〜図１０を用いて、インクの粘度の温度特性とこれに伴なうインクジェットプリンタ１での制御を説明する。
【００３０】
図６は、プリンタヘッド３から吐出されるインクの粘度の温度特性を示す図である。
【００３１】
インクの粘度はインクの温度（周囲温度）が常温から下降していくに従って上昇し、特に１０［℃］以下で粘度は急激に上昇していく。また、インクの粘度は、インクの温度が常温から上昇していくに従って徐々に低下していく。
【００３２】
図７は、インクジェットプリンタ１のヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパルス電圧の波形を示す図である。
【００３３】
ここでは、圧電素子３１３には、１層の厚み０．５［ｍｍ］、幅０．１２［ｍｍ］、長さ５．２［ｍｍ］の単層型ＰＺＴ圧電素子を加工したものを用いるものとする。また、一例として、図７に示す波形を有するパルス電圧を圧電素子３１３に印加するものとし、このパルス電圧の印加によってノズルから飛翔するインクドロップに対して得られる、パルス電圧を周囲温度によって調整しない場合と、パルス電圧を周囲温度によって調整する場合との、周囲温度に対する用紙（記録シート２）付着後のドット径の変化をそれぞれ図８、図１０を用いて説明する。
【００３４】
パルス電圧は、５［μｓｅｃ］の立ち上がり時間で立ち上げられ、６０［Ｖ］のパルス振幅を１５［μｓｅｃ］継続した後、５０［μｓｅｃ］の立ち下がり時間で立ち下げられる。
【００３５】
なお、ここでは単層型ＰＺＴ圧電素子の例を示したが、積層型ＰＺＴを用いてもよい。積層型ＰＺＴを用いることでパルス電圧をより低くでき、ドライバのコストを減少させることができる。
【００３６】
図８は、パルス電圧を周囲温度によって調整しない場合の、用紙に付着後のドット径の周囲温度による変化を示す図である。ここでのドット径は、１００ドットを用紙に印字した際の平均値を示す。
【００３７】
ドット径はインクの温度（周囲温度）が常温から下降していくに従って減少し、特に１０［℃］以下でドット径は急激に減少していく。また、ドット径は、インクの温度が常温から上昇していくに従って徐々に増大していく。これらのドットの印字においては、特に、インクの温度が１０［℃］以下のとき、サテライトが発生し、また、インクドロップの飛翔する速度が遅いために着弾位置ずれが生じている。インクの温度が４０［℃］以上のときは、インクドロップのカーブ、ドロップ割れが多く発生している。
【００３８】
図７に示すインクの粘度の温度特性によると、図８に示すドット径の周囲温度による変化が、主にインクの粘度によるものであることが推測される。
【００３９】
図９は、プリンタヘッド３内の１つの圧電素子３１３の抵抗の温度特性を示す図である。圧電素子の抵抗は、その温度が低温から高温になるに従って、ほぼ一定の傾きで単調に減少する。
【００４０】
図８に示すようにドット径が周囲温度に影響されることを防止するために、図９に示す圧電素子の抵抗の温度特性を検出して、図１０に示すように、周囲温度にかかわらずほぼ一定のドット径となるようにインクドロップが吐出されるように、図７に示すパルス電圧のパルス振幅を周囲温度に応じて調整する。
【００４１】
図１０は、パルス電圧を周囲温度によって調整する場合の、用紙に付着後のドットの径の周囲温度による変化を示す図である。ここでのドット径も、図８でのドット径と同様に、１００ドットを用紙に印字した際の平均値を示している。
【００４２】
ここでは、常温（２０［℃］）で６０［Ｖ］と設定している（図７参照）、圧電素子を駆動するパルス電圧のパルス振幅を、周囲温度５、１０、３０、４０［℃］で、それぞれ、６９、６４、５８、５５［Ｖ］と設定する。
【００４３】
これによると、図８を用いて説明した、パルス電圧を調整しない場合の、周囲温度が１０［℃］以下でのインクドロップのサテライト、着弾位置ずれ、周囲温度が４０［℃］以上でのインクドロップのカーブ、ドロップ割れは、完全に解消されている。
【００４４】
以上のようにインクジェットプリンタ１では、周囲温度によって変化する圧電素子３１３の抵抗が各種センサ部１０９によって検出され、ヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパルス電圧のパルス振幅が周囲温度に応じて調整される。これにより、従来のように周囲温度の変動に伴なうインクの物性の変化によって記録される画像の品質を劣化させることなく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【００４５】
次に、第２、第３の実施例であるインクジェットプリンタについて説明する。図１１は、本発明における第２の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド３の構成を説明するための図である。図１１は、第１の実施例であるインクジェットプリンタ１のプリンタヘッド３の構成を説明するための図２に対応し、同様の部分については同様の符号を用いて表わす。図示以外の部分についての構成は、第１の実施例のインクジェットプリンタ１の構成に準ずる。
【００４６】
上記の第１の実施例のインクジェットプリンタ１では、インクドロップを吐出する圧電素子３１３は、同時に、抵抗を検出するために用いられる。このため、インクドロップを吐出している間は、抵抗を測定することができない。
【００４７】
これに対し、第２の実施例のインクジェットプリンタは、図に示すようにプリンタヘッド３内の複数の圧電素子３１３の端部に、ノズル３０７を持たない圧電素子３５０を有する。この圧電素子３５０を温度センサとして用いることにより、インクドロップを吐出しつつ抵抗を測定し、リアルタイムに測定結果をフィードバックすることができる。これにより、従来のように周囲温度の変動に伴なうインクの物性の変化によって記録される画像の品質を劣化させることなく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【００４８】
図１２は、本発明における第３の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド周辺の構成を説明するための図である。これらの部分は、第１の実施例であるインクジェットプリンタ１のプリンタヘッド３、キャリッジ４に対応する部分であり、他の部分の構成については、第１の実施例であるインクジェットプリンタ１の構成に準ずる。
【００４９】
第３の実施例であるインクジェットプリンタは、インクを吐出するノズルを有するプリンタヘッド２５０周辺に、インクを収容するためのインクカートリッジ１５０と、インクカートリッジ１５０を保持し全体を矢印Ｄ１方向に往復移動させるためのキャリッジ２００とを有する。
【００５０】
インクカートリッジ１５０は、インクタンク１５１、１５２を含む。インクタンク１５１、１５２にはインクが満たされ、また、ポリウレタン等の充填材がインクタンク１５２に充填される。
【００５１】
プリンタヘッド２５０は、圧電素子２５１と、圧電素子２５１に電圧を印加するための基板２５２と、インクカートリッジ１５０からのインクを収容するためのインクチャンネル２５３と、インクを吐出するノズル２５４とを含んでいる。
【００５２】
これらのプリンタヘッド２５０の構成の詳細は、図３の断面図に示すプリンタヘッド３の構成と同様である。ただし、図３の断面図に示すプリンタヘッド３のノズル３０７が（紙面に垂直な方向に）１列設けられるのに対し、本実施例では、プリンタヘッド２５０のノズル２５４は中心線２５５に対称に２列設けられる。これら２列のノズル２５４のうち、１列は比較的大きな径のインクドロップの吐出に、もう１列は比較的小さな径のインクドロップの吐出に用いられる。
【００５３】
本実施例のインクジェットプリンタでは、第１の実施例のインクジェットプリンタ１と同様にして、圧電素子２５１が配線部２０３、温度コントローラ２０４を介し各種センサ部１０９に接続される。これに加え、本実施例のインクジェットプリンタは、配線部２０２、温度コントローラ２０４を介し各種センサ部１０９に接続される圧電素子２０１をインクカートリッジ１５０近傍に有し、圧電素子２０１によってインクカートリッジ１５０近傍の温度が検出される。
【００５４】
圧電素子２５１で検出されるインクの温度と、圧電素子２０１で検出されるインクカートリッジ１５０近傍の温度とは、温度コントローラ２０４によって処理された後に、各種センサ部１０９へ伝達される。このようにプリンタヘッド内部とインクカートリッジ近傍との２箇所の温度が検出されることによって、より適切に圧電素子を駆動するためのパルス電圧を設定することができるので、インクドロップをより安定して飛翔させ、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【００５５】
図１３は、温度コントローラでの処理の手順を示すフローチャートである。
まず、Ｓ１では、圧電素子２５１の抵抗値と圧電素子２０１の抵抗値とがそれぞれ温度に換算され、圧電素子２５１で検出されるインクの温度と圧電素子で検出されるインクカートリッジ１５０近傍の温度との２つの温度の、例えば低い方の温度が選択されたり、あるいは、適当な重みがつけられて平均されたりして、温度の検出が行なわれる。
【００５６】
次に、Ｓ２では、Ｓ１で検出された温度が所定温度と異なるか否かが判断される。検出された温度が所定温度と異ならなければ（Ｓ２にて、ＮＯ）、Ｓ５でプリントが行なわれるよう指示が送られる。検出された温度が所定温度と異なれば（Ｓ２にて、ＹＥＳ）、Ｓ３でプリンタヘッド３がメンテナンス位置にある（図１でプリンタヘッド３が回復系１４の前部にある状態）か否かが判断される。
【００５７】
プリンタヘッド３がメンテナンス位置になければ（Ｓ３にて、ＮＯ）、Ｓ６で、メンテナンス位置へプリンタヘッド３が戻された後、また、プリンタヘッド３がメンテナンス位置にあれば（Ｓ３にて、ＹＥＳ）、そのまま、Ｓ４へと処理は移される。
【００５８】
Ｓ４では、図１０に示すような所定のドット径が得られるようにパルス電圧が変化され、Ｓ５でプリントが行なわれるよう指示が送られる。これらの処理の後、本ルーチンは終了する。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、温度によって変化する圧電素子の物性として抵抗を検出させたが、他に圧電素子のインピーダンス、静電容量等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における第１の実施例であるインクジェットプリンタ１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】プリンタヘッド３の構成を説明するためのプリンタヘッド３のノズルを有する面の平面図である。
【図３】プリンタヘッド３の構成を説明するための図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】プリンタヘッド３の構成を説明するための図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】インクジェットプリンタ１の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】プリンタヘッド３から吐出されるインクの粘度の温度特性を示す図である。
【図７】インクジェットプリンタ１のヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパルス電圧の波形を示す図である。
【図８】パルス電圧を周囲温度によって調整しない場合の、用紙に付着後のドット径の周囲温度による変化を示す図である。
【図９】プリンタヘッド３内の１つの圧電素子３１３の抵抗の温度特性を示す図である。
【図１０】パルス電圧を周囲温度によって調整する場合の、用紙に付着後のドットの径の周囲温度による変化を示す図である。
【図１１】本発明における第２の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド３の構成を説明するための図である。
【図１２】本発明における第３の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド周辺の構成を説明するための図である。
【図１３】温度コントローラでの処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ インクジェットプリンタ
１０５ ヘッド吐出駆動部
１０９ 各種センサ部
３０５ インク
３１３ 圧電素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording apparatus, and more particularly to an ink jet recording apparatus that forms an image by causing ink drops to fly by applying a voltage to a piezoelectric element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet printer using a piezoelectric element as a printer head is known. In such a printer head, a voltage corresponding to image information is applied to the piezoelectric element, and the ink in a predetermined container (ink channel) is pressurized by the distortion of the piezoelectric element caused by the application of this voltage, and is applied to the ink channel. An ink drop flies from the provided nozzle toward the recording sheet. An image is recorded on the recording sheet by the flight of the ink drop.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, an increase in the viscosity and surface tension of the ink due to a decrease in the ambient temperature affects the image recording due to such flying of the ink drop. When the viscosity and surface tension of the ink increase, the diameter, speed, etc. of the ink drop flying from the nozzle will be affected, causing satellites, curves, drop cracks, etc., which will significantly degrade the quality of the image recorded at low temperatures. Cause.
[0004]
Further, the temperature can be measured using a thermistor element or the like, but using them as they are for detecting the ambient temperature (or ink temperature) causes an increase in the production cost of the entire inkjet printer.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to perform ink jet recording capable of maintaining the quality of an image recorded with a simple configuration regardless of variations in ambient temperature. Is to provide a device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention described inclaim 1 is an ink jet recording apparatus that drives a piezoelectric element by applying a voltage and records an image using an ink whoseviscosity changes depending on the ambient temperature. Theresistance of the piezoelectric element depends on the ambient temperature.At least one of impedance, capacitance, and capacitance varies.
[0007]
This ink jet recording apparatus,the resistance of the piezoelectric element changes due to ambienttemperature, impedance, and detecting means for detecting atleast one of capacitance,resistance of a piezoelectric element which is detected by the detectionmeans, impedance, and capacitance And a means for adjusting a voltage applied to thedriven piezoelectric element based onat least one of the following .
[0008]
According to the first aspect of the present invention,at least one of theresistance, impedance, and capacitance of the piezoelectric element that changes depending on the ambient temperature is detected, and the voltage applied to the piezoelectric element is adjusted based on this. As a result, the quality of the recorded image is not degraded by the change in theviscosity of the ink accompanying the change in the ambient temperature as in the prior art, and the recorded image can be recorded regardless of the change in the ambient temperature with a simple configuration. Quality can be maintained.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, aninkjet printer 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0010]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of aninkjet printer 1 according to a first embodiment of the present invention.
[0011]
Theink jet printer 1 includes a recording sheet 2 that is a recording medium such as paper or an OHP sheet, aprinter head 3 that is an ink jet printer head, acarriage 4 that holds theprinter head 3, and thecarriage 4 that records the recording sheet 2.Swing shafts 5 and 6 for reciprocating parallel to the surface, adrive motor 7 for reciprocating thecarriage 4 along theswing shafts 5 and 6, and rotating thedrive motor 7 to reciprocating movement of thecarriage 4Timing belt 9 andidle pulley 8 are included.
[0012]
Theinkjet printer 1 also includes aplaten 10 that also serves as a guide plate for guiding the recording sheet 2 along the conveyance path, a paperpressing plate 11 that presses the recording sheet 2 between theplaten 10 and prevents floating, and the recording sheet 2. Adischarge roller 12, aspur roller 13 for discharging the ink, arecovery system 14 that cleans the nozzle surface of theprinter head 3 that discharges ink and recovers defective ink discharge to a good state, and manually transports the recording sheet 2. And apaper feed knob 15 for the purpose.
[0013]
The recording sheet 2 is fed into a recording unit in which the printer head 3 and theplaten 10 face each other by a sheet feeding device such as a manual feed or a cut sheet feeder. At this time, the rotation amount of a paper feed roller (not shown) is controlled, and the conveyance to the recording unit is controlled.
[0014]
Theprinter head 3 uses a piezoelectric element (PZT) as an energy generation source for ink flight. A voltage is applied to the piezoelectric element, causing distortion. This strain changes the volume of the channel filled with ink. Due to this change in volume, ink is ejected from the nozzles provided in the channel, and recording on the recording sheet 2 is performed.
[0015]
Thecarriage 4 performs main scanning in the digit direction of the recording sheet 2 (direction across the recording sheet 2) by thedrive motor 7, theidle pulley 8, and thetiming belt 9, and theprinter head 3 attached to thecarriage 4 corresponds to one line. Record an image. Each time recording of one line is completed, the recording sheet 2 is sent in the vertical direction and sub-scanned, and the next line is recorded.
[0016]
An image is recorded on the recording sheet 2 as described above, and the recording sheet 2 that has passed through the recording unit is discharged by adischarge roller 12 disposed on the downstream side in the conveyance direction and aspur roller 13 pressed against thedischarge roller 12. The
[0017]
2 to 4 are diagrams for explaining the configuration of theprinter head 3.
2 is a plan view of the surface of theprinter head 3 having nozzles, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
[0018]
Theprinter head 3 has a configuration in which anozzle plate 301, apartition wall 302, adiaphragm 303, and asubstrate 304 are integrally stacked.
[0019]
Thenozzle plate 301 is made of glass, ceramics, metal, or synthetic resin, has anozzle 307, and has an ink repellent layer on thesurface 318. A thin film is used for thepartition wall 302 and is fixed between thenozzle plate 301 and thediaphragm 303.
[0020]
In addition, a plurality ofink channels 306 that storeink 305 and anink inlet 309 that connects eachink channel 306 to theink supply chamber 308 are formed between thenozzle plate 301 and thepartition wall 302. Theink supply chamber 308 is connected to an ink tank (not shown), and theink 305 in theink supply chamber 308 is supplied to theink channel 306.
[0021]
Thediaphragm 303 includes a plurality ofpiezoelectric elements 313 corresponding to theink channels 306. Thevibration plate 303 is processed by first fixing thevibration plate 303 to thesubstrate 304 having thewiring portion 317 with an insulating adhesive, and then separating thevibration plate 303 by formingseparate grooves 315 and 316 by dicer processing. Done. Further, by this division, thepiezoelectric element 313 corresponding to eachink channel 306, the piezoelectricelement column part 314 positioned between the adjacentpiezoelectric elements 313, and the surroundingwall 310 surrounding them are separated.
[0022]
Thewiring part 317 on thesubstrate 304 is individually connected to the common electrodeside wiring part 311 connected to the ground and connected in common to all thepiezoelectric elements 313 in theprinter head 3 and to eachpiezoelectric element 313 in theprinter head 3. Individual electrodeside wiring portion 312. The common electrodeside wiring part 311 on thesubstrate 304 is connected to the common electrode in thepiezoelectric element 313, and the individual electrodeside wiring part 312 is connected to the individual electrode in thepiezoelectric element 313.
[0023]
The operation of theprinter head 3 configured as described above is controlled by the control unit of theinkjet printer 1. A head discharge driving unit 105 (see FIG. 5) of the control unit applies a predetermined voltage, which is a print signal, between a common electrode and individual electrodes provided in thepiezoelectric element 313, and the piezoelectric element has apartition wall 302. Deforms in the direction of pressing. The deformation of thepiezoelectric element 313 is transmitted to thepartition wall 302, whereby theink 305 in theink channel 306 is pressurized, and the ink drop flies toward the recording sheet 2 (see FIG. 1) via thenozzle 307.
[0024]
FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the control unit of theinkjet printer 1.
[0025]
The control unit of theinkjet printer 1 includes aCPU 101, aRAM 102, aROM 103, adata receiving unit 104, a headejection driving unit 105, a headmovement driving unit 106, a paper feedmotor driving unit 107, and a recovery system motor driving unit. 108 andvarious sensor units 109 are included.
[0026]
The resistance value of thepiezoelectric element 313 that changes depending on the ambient temperature is detected by thevarious sensor units 109, and the driving voltage of thepiezoelectric element 313 applied from the headejection driving unit 105 is adjusted based on this. The resistance value of thepiezoelectric element 313 is measured when a predetermined voltage that is a print signal is not applied to thepiezoelectric element 313.
[0027]
TheCPU 101 that controls the whole uses theRAM 102 as necessary, and executes a program stored in theROM 103. This program is connected to a host computer or the like and receives image data to be recorded. Based on the image data read from thedata receiving unit 104, the headejection driving unit 105, the headmovement driving unit 106, the paper feedmotor driving unit 107, a part for controllingvarious sensor units 109 to record an image on the recording sheet 2, and when necessary, the recovery systemmotor drive unit 108 andvarious sensor units 109 are controlled to improve the nozzle surface of theprinter head 3. And a part for recovering to a proper state.
[0028]
Based on the control of theCPU 101, the headejection drive unit 105 drives thepiezoelectric element 313 of theprinter head 3, and the headmovement drive unit 106 drives thedrive motor 7 that moves thecarriage 4 holding theprinter head 3 in the digit direction. The paper feedmotor driving unit 107 drives the paper feed roller. Further, based on the control of theCPU 101, the recovery systemmotor drive unit 108 drives a motor and the like necessary for recovering the nozzle surface of theprinter head 3 to a good state.
[0029]
Hereinafter, the temperature characteristics of the viscosity of the ink and the accompanying control in theinkjet printer 1 will be described with reference to FIGS.
[0030]
FIG. 6 is a diagram illustrating temperature characteristics of the viscosity of the ink ejected from theprinter head 3.
[0031]
The viscosity of the ink increases as the temperature of the ink (ambient temperature) decreases from room temperature, and the viscosity increases rapidly particularly at 10 [° C.] or less. Further, the viscosity of the ink gradually decreases as the temperature of the ink increases from room temperature.
[0032]
FIG. 7 is a diagram illustrating a waveform of a pulse voltage that drives thepiezoelectric element 313 applied from the headdischarge driving unit 105 of theinkjet printer 1.
[0033]
Here, thepiezoelectric element 313 is obtained by processing a single-layer PZT piezoelectric element having a thickness of 0.5 [mm], a width of 0.12 [mm], and a length of 5.2 [mm]. And Further, as an example, a pulse voltage having the waveform shown in FIG. 7 is applied to thepiezoelectric element 313, and the pulse voltage obtained for the ink drop flying from the nozzle by the application of this pulse voltage is not adjusted by the ambient temperature. The change in dot diameter after attachment of the paper (recording sheet 2) with respect to the ambient temperature when the pulse voltage is adjusted according to the ambient temperature will be described with reference to FIGS. 8 and 10, respectively.
[0034]
The pulse voltage is raised with a rise time of 5 [μsec], and continues with a pulse amplitude of 60 [V] for 15 [μsec], and then with a fall time of 50 [μsec].
[0035]
Although an example of a single layer type PZT piezoelectric element is shown here, a stacked type PZT may be used. By using the stacked PZT, the pulse voltage can be lowered, and the cost of the driver can be reduced.
[0036]
FIG. 8 is a diagram showing a change in the dot diameter after adhering to the paper depending on the ambient temperature when the pulse voltage is not adjusted by the ambient temperature. The dot diameter here indicates an average value when 100 dots are printed on a sheet.
[0037]
The dot diameter decreases as the ink temperature (ambient temperature) decreases from room temperature, and the dot diameter decreases rapidly especially at 10 [° C.] or less. Further, the dot diameter gradually increases as the ink temperature increases from room temperature. In the printing of these dots, particularly when the temperature of the ink is 10 [° C.] or less, satellites are generated, and the landing position is deviated due to the slow speed of flying ink drops. When the ink temperature is 40 [° C.] or more, many ink drop curves and drop cracks occur.
[0038]
According to the temperature characteristics of the viscosity of the ink shown in FIG. 7, it is estimated that the change in the dot diameter due to the ambient temperature shown in FIG. 8 is mainly due to the viscosity of the ink.
[0039]
FIG. 9 is a diagram showing the temperature characteristics of the resistance of onepiezoelectric element 313 in theprinter head 3. The resistance of the piezoelectric element monotonously decreases with a substantially constant slope as the temperature changes from low to high.
[0040]
In order to prevent the dot diameter from being affected by the ambient temperature as shown in FIG. 8, the temperature characteristic of the resistance of the piezoelectric element shown in FIG. 9 is detected, and regardless of the ambient temperature as shown in FIG. The pulse amplitude of the pulse voltage shown in FIG. 7 is adjusted according to the ambient temperature so that the ink drop is ejected so as to have a substantially constant dot diameter.
[0041]
FIG. 10 is a diagram illustrating a change in the diameter of the dot after adhering to the paper depending on the ambient temperature when the pulse voltage is adjusted according to the ambient temperature. The dot diameter here also indicates an average value when 100 dots are printed on a sheet, similarly to the dot diameter in FIG.
[0042]
Here, 60 [V] is set at normal temperature (20 [° C.]) (see FIG. 7), and the pulse amplitude of the pulse voltage for driving the piezoelectric element is set to an ambient temperature of 5, 10, 30, 40 [° C.]. Then, 69, 64, 58, and 55 [V] are set, respectively.
[0043]
According to this, as described with reference to FIG. 8, the ink drop satellite at the ambient temperature of 10 [° C.] or less, the landing position deviation, and the ink at the ambient temperature of 40 [° C.] or more when the pulse voltage is not adjusted. Drop curves and drop cracks are completely eliminated.
[0044]
As described above, in theinkjet printer 1, the resistance of thepiezoelectric element 313 that varies depending on the ambient temperature is detected by thevarious sensor units 109, and the pulse amplitude of the pulse voltage that drives thepiezoelectric element 313 applied from the headejection driving unit 105 is It is adjusted according to the temperature. As a result, the recorded image can be recorded regardless of the change in the ambient temperature with a simple configuration without degrading the quality of the recorded image due to the change in the physical properties of the ink accompanying the change in the ambient temperature as in the past. Quality can be maintained.
[0045]
Next, the ink jet printers according to the second and third embodiments will be described. FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of theprinter head 3 of the ink jet printer according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 corresponds to FIG. 2 for explaining the configuration of theprinter head 3 of theink jet printer 1 according to the first embodiment, and the same portions are denoted by the same reference numerals. The configuration of parts other than those shown is similar to the configuration of theinkjet printer 1 of the first embodiment.
[0046]
In theinkjet printer 1 of the first embodiment, thepiezoelectric element 313 that ejects ink drops is used to detect resistance at the same time. For this reason, the resistance cannot be measured while the ink drop is being ejected.
[0047]
On the other hand, the ink jet printer of the second embodiment has apiezoelectric element 350 having nonozzle 307 at the end of a plurality ofpiezoelectric elements 313 in theprinter head 3 as shown in the figure. By using thispiezoelectric element 350 as a temperature sensor, it is possible to measure resistance while ejecting an ink drop and feed back the measurement result in real time. As a result, the recorded image can be recorded regardless of the change in the ambient temperature with a simple configuration without degrading the quality of the recorded image due to the change in the physical properties of the ink accompanying the change in the ambient temperature as in the past. Quality can be maintained.
[0048]
FIG. 12 is a diagram for explaining a configuration around a printer head of an ink jet printer according to a third embodiment of the present invention. These portions correspond to theprinter head 3 and thecarriage 4 of theinkjet printer 1 according to the first embodiment, and the configuration of the other portions is the same as the configuration of theinkjet printer 1 according to the first embodiment. Follow.
[0049]
The ink jet printer according to the third embodiment has anink cartridge 150 for containing ink around theprinter head 250 having nozzles for ejecting ink, and theink cartridge 150 is reciprocally moved in the direction of arrow D1. And acarriage 200.
[0050]
Theink cartridge 150 includesink tanks 151 and 152. Theink tanks 151 and 152 are filled with ink, and theink tank 152 is filled with a filler such as polyurethane.
[0051]
Theprinter head 250 includes apiezoelectric element 251, asubstrate 252 for applying a voltage to thepiezoelectric element 251, anink channel 253 for containing ink from theink cartridge 150, and anozzle 254 for ejecting ink. Yes.
[0052]
Details of the configuration of theprinter head 250 are the same as the configuration of theprinter head 3 shown in the cross-sectional view of FIG. However, thenozzles 307 of theprinter head 3 shown in the sectional view of FIG. 3 are provided in one row (in a direction perpendicular to the paper surface), whereas in this embodiment, thenozzles 254 of theprinter head 250 are symmetrical with respect to thecenter line 255. Two rows are provided. Of these two rows ofnozzles 254, one row is used for discharging a relatively large diameter ink drop, and the other row is used for discharging a relatively small diameter ink drop.
[0053]
In the inkjet printer of this embodiment, thepiezoelectric element 251 is connected to thevarious sensor sections 109 via thewiring section 203 and thetemperature controller 204 in the same manner as theinkjet printer 1 of the first embodiment. In addition, the ink jet printer according to the present embodiment includes apiezoelectric element 201 connected tovarious sensor units 109 via thewiring unit 202 and thetemperature controller 204 in the vicinity of theink cartridge 150. The temperature is detected.
[0054]
The ink temperature detected by thepiezoelectric element 251 and the temperature in the vicinity of theink cartridge 150 detected by thepiezoelectric element 201 are processed by thetemperature controller 204 and then transmitted to thevarious sensor units 109. In this way, by detecting the temperature in two places, the inside of the printer head and the vicinity of the ink cartridge, the pulse voltage for driving the piezoelectric element more appropriately can be set, so that the ink drop can be more stably performed. It is possible to fly and maintain the quality of the recorded image with a simple configuration regardless of changes in the ambient temperature.
[0055]
FIG. 13 is a flowchart illustrating a processing procedure in the temperature controller.
First, in S1, the resistance value of thepiezoelectric element 251 and the resistance value of thepiezoelectric element 201 are converted into temperatures, respectively, and the temperature of the ink detected by thepiezoelectric element 251 and the temperature in the vicinity of theink cartridge 150 detected by the piezoelectric element are calculated. The temperature is detected by selecting, for example, the lower one of the two temperatures, or averaging them with appropriate weights.
[0056]
Next, in S2, it is determined whether or not the temperature detected in S1 is different from a predetermined temperature. If the detected temperature is not different from the predetermined temperature (NO in S2), an instruction is sent to perform printing in S5. If the detected temperature is different from the predetermined temperature (YES in S2), it is determined in S3 whether or not theprinter head 3 is in the maintenance position (theprinter head 3 is in the front of therecovery system 14 in FIG. 1). To be judged.
[0057]
If theprinter head 3 is not in the maintenance position (NO in S3), after theprinter head 3 is returned to the maintenance position in S6, and if theprinter head 3 is in the maintenance position (YES in S3). As it is, the processing is shifted to S4.
[0058]
In S4, the pulse voltage is changed so as to obtain a predetermined dot diameter as shown in FIG. 10, and an instruction is sent to perform printing in S5. After these processes, this routine ends.
[0059]
In the present embodiment, the resistance is detected as a physical property of the piezoelectric element that changes depending on the temperature. However, the impedance, capacitance, etc. of the piezoelectric element can also be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of anink jet printer 1 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a surface having nozzles of theprinter head 3 for explaining the configuration of theprinter head 3;
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 for illustrating the configuration of theprinter head 3. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3 for explaining the configuration of theprinter head 3. FIG.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a control unit of the inkjet printer.
6 is a diagram illustrating temperature characteristics of viscosity of ink ejected from theprinter head 3. FIG.
7 is a diagram illustrating a waveform of a pulse voltage for driving thepiezoelectric element 313 applied from the headdischarge driving unit 105 of theinkjet printer 1. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating a change in dot diameter after adhering to a sheet depending on the ambient temperature when the pulse voltage is not adjusted by the ambient temperature.
FIG. 9 is a diagram illustrating a temperature characteristic of resistance of onepiezoelectric element 313 in theprinter head 3;
FIG. 10 is a diagram illustrating a change in the diameter of a dot after adhering to a sheet depending on the ambient temperature when the pulse voltage is adjusted according to the ambient temperature.
FIG. 11 is a diagram for explaining a configuration of aprinter head 3 of an ink jet printer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram for explaining a configuration around a printer head of an ink jet printer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure in a temperature controller.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OFSYMBOLS 1Inkjet printer 105 Head discharge drivepart 109Various sensor parts 305Ink 313 Piezoelectric element

Claims (4)

Translated fromJapanese

電圧を印加することにより圧電素子を駆動し、周囲温度により粘度が変化するインクを用いて画像の記録を行う、インクジェット記録装置であって、
周囲温度によって圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つは変化し、
周囲温度によって変化した、圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つを検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つに基づいて、前記駆動する圧電素子に印加する電圧を調整する手段とを含む、インクジェット記録装置。An inkjet recording apparatus that drives a piezoelectric element by applying a voltage and records an image using an ink whoseviscosity changes according to an ambient temperature,
Resistance of thepressure conductive elementsby the ambienttemperature, impedance, and at least one of the electrostatic capacitance changes,
Sensing means for sensingat least one of theresistance, impedance, and capacitance ofthe piezoelectric element, which varies with the ambient temperature;
Theresistance of thepressure conductive elements detected bythe detectionmeans, on the basis ofthe impedance, and at least one capacitance, and means for adjusting the voltage applied to the piezoelectric elementto thedrive, the ink jet recording apparatus.ノズルを持たない圧電素子をさらに備え、A piezoelectric element not having a nozzle is further provided,
前記検知手段は、前記ノズルを持たない圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つを検知する、請求項１に記載のインクジェット記録装置。The inkjet recording apparatus according to claim 1, wherein the detection unit detects at least one of a resistance, an impedance, and a capacitance of a piezoelectric element not having the nozzle.前記調整する手段は、周囲温度にかかわらずほぼ一定のドット径となるようにインクドロップが吐出されるように、前記駆動する圧電素子に印加する電圧を調整する、請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。3. The voltage adjusting device according to claim 1, wherein the adjusting unit adjusts a voltage applied to the driven piezoelectric element so that an ink drop is ejected so as to have a substantially constant dot diameter regardless of an ambient temperature. Inkjet recording device.インクカートリッジ近傍の温度を検出する検出手段をさらに備え、A detecting means for detecting the temperature in the vicinity of the ink cartridge;
前記調整する手段は、前記検出手段の検出結果を用いて調整を行なう、請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。The inkjet recording apparatus according to claim 1, wherein the adjustment unit performs adjustment using a detection result of the detection unit.

Images