JP3713882B2 - インクジェットヘッド制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを噴射して印字するインクジェット記録装置のインクジェットヘッド制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファクシミリ装置等の通信装置やパーソナルコンピュータ等の情報処理装置は、通常、文字や図形からなるデータを視覚情報として記録するように、これらのデータを用紙に記録可能な記録装置を有している。この記録装置には、インパクト方式や感熱方式、インクジェット方式等の各種の印字方式が採用されているが、近年においては、静粛性に優れていると共に各種材質の用紙に印字可能なインクジェット方式を採用したインクジェット記録装置が注目されている。
【０００３】
上記のインクジェット記録装置は、用紙に文字や図形を印字するように、用紙に対してインク滴を噴射するノズルを複数チャンネル分有したインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドを印字データに基づいて駆動制御するインクジェットヘッド制御装置とを有している。インクジェットヘッドは、通常、ノズルに連通されたインク流路の流路壁を分極処理した圧電材料で形成すると共に壁面に電極を形成することにより構成されている。そして、従来、インクジェットヘッド制御装置は、印字データがインクの噴射を指示しているときに、対応するチャンネルの電極にパルス状の印字パルス電圧を印加して電界を流路壁に生じさせ、流路壁を変形させてインク流路の容積を変化させることによって、インク圧力の増減によりインク滴をノズルから噴射させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように印字データに基づいて任意の時間間隔で流路壁を変形させてインク滴を噴射する構成では、流路壁を形成する圧電部材が変形後の反動により振動するという性質を有しているため、次回の噴射タイミングによっては前回の噴射による振動が残存し、振動の位相と変形の開始とが不連続になる場合がある。そして、振動の位相と変形の開始とが不連続になると、流路壁（圧電部材）が正規の速度や量で変形することができなくなるため、インク滴の噴出量が不安定になり、例えばインク滴が飛散しながら用紙に着滴（しぶきの発生）する等の印字品質の低下を招来することになる。
【０００５】
従って、本発明は、良好な印字品質を常に得ることができるように、流路壁を形成する圧電部材の変形後における振動を消失させることができるインクジェットヘッド制御装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、印字データを基にして圧電部材に印字パルス電圧を印加し、該圧電部材の変形によりインク流路の容積を増減させることによって、該インク流路に連通したノズルからインク滴を噴射させるインクジェットヘッド制御装置であって、所定の印字データとその次に印字する印字データとが入力されて、前者の印字データがインク滴の噴射を示し、後者の印字データがインク滴の非噴射を示すときには、前者の印字データの後に、その印字パルス電圧により生じた振動を消失させるためのストップパルスデータを付加して出力し、前者及び後者の印字データがともにインク滴の噴射を示すときには、前記ストップパルスデータを出力することなく前者及び後者の印字データを出力する印字制御手段と、そのデータ判定部が出力した前記印字データ及びストップパルスデータが入力され、その印字データ及びストップパルスデータにもとづいて印字パルス電圧及びストップパルス電圧を前記圧電部材に出力するヘッド駆動部とを有していることを特徴としている。
【０００７】
これにより、印字パルス電圧により圧電部材を変形させた後に、変形による振動が圧電部材に残留していると、この振動が次回の圧電部材の変形時に、変形量を減少させる等の悪影響を及ぼす場合があるが、上記の構成によれば、圧電部材の振動を消失させることができるため、圧電部材を常に一定の変形量で変形させることができ、印字品質を向上させることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載のインクジェットヘッド制御装置であって、前記印字制御手段は、前記所定の印字データとその次の印字データを保持するラッチ回路と、各印字データを判定する判定手段とを有することを特徴としている。
【０００９】
これにより、前記印字制御手段は、ラッチ回路に保持した各印字データを判定し、ストップパルスデータを出力する。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド制御装置であって、前記ヘッド駆動部は、前記振動の逆相となるタイミングで前記ストップパルス電圧を出力することを特徴とする。これにより、振動の逆相となるタイミングでストップパルス電圧を印加することによって、振動を確実に消失させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図５に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係るインクジェットヘッド制御装置は、ファクシミリ装置等の通信装置やパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に内蔵または接続されたインクジェット記録装置に搭載されている。インクジェット記録装置は、図３に示すように、プリンタ・コントローラ１７とプリントバッファ１８とヘッド駆動部１９とＣＲモータ駆動部２０とを有している。ヘッド駆動部１９およびＣＲモータ駆動部２０は、インクジェットヘッドである印字ヘッド２１およびＣＲモータ２２にそれぞれ接続されている。印字ヘッド２１には、インクを噴出させるノズルが例えば６４チャンネル分備えられており、各ノズルには、分極処理された圧電材料からなる側壁を有したインク流路が連通されている。そして、このインク流路の側壁面には、側壁内に電界を生成する電極が形成されており、電極には、側壁を変形させる印字パルス電圧および変形後の振動を消失させるストップパルス電圧が印加されるように後述のヘッド駆動部１９が接続されている。
【００１２】
上記の印字ヘッド２１は、図４に示すように、用紙２５に対してインクの噴出方向が所定の角度となるようにキャリッジ２３に固設されている。キャリッジ２３には、主走査方向に横設されたガイド軸２４が移動自在に貫挿されていると共に、ＣＲモータ２２により駆動される走査ベルト２６が接続されており、走査ベルト２６を駆動するＣＲモータ２２は、ガイド軸２４に沿ってキャリッジ２３を主走査方向に進退移動させることによって、印字ヘッド２１と用紙２５との距離を一定に維持しながら印字ヘッド２１を主走査するようになっている。
【００１３】
また、キャリッジ２３の下面には、光学式や磁気式等の非接触式センサからなるエンコーダ素子２７が設けられている。このエンコーダ素子２７の検出方向には、多数のスリット部２８ａ…を等間隔に有したタイミングスリット２８がガイド軸２４に対して平行に設けられており、エンコーダ素子２７は、キャリッジ２３と共に主走査方向に移動したときに、タイミングスリット２８のスリット部２８ａを検出してエンコーダ信号として出力するようになっている。
【００１４】
上記のエンコーダ信号は、図３に示すように、プリンタ・コントローラ１７に入力されるようになっている。プリンタ・コントローラ１７は、印字タイミング発生部３４とバッファ制御部３５とＣＰＵ部３８とＩ／Ｆ制御部４２とを有している。そして、印字タイミング発生部３４とバッファ制御部３５とＩ／Ｆ制御部４２とは、ＡＳＩＣ（アプリケーション・スペシフィック・インテグレーテッド・サーキット）等のハードロジック回路により一体的に形成されたＡＳＩＣ部を構成している。
【００１５】
上記のＡＳＩＣ部を構成する印字タイミング発生部３４は、上述のエンコーダ信号を基にして印字タイミング信号（印字クロック）を形成し、この印字タイミング信号をバッファ制御部３５および印字制御部４３に出力するようになっている。バッファ制御部３５は、図示しないＤＭＡコントローラやアドレスジェネレータ等を有しており、Ｉ／Ｆ部１６を介して入力された印字データをプリントバッファ１８に格納する書き込み処理およびプリントバッファ１８に格納された印字データを所定のタイミングで読み出して印字制御部４３に出力する読み出し処理を実行するようになっている。
【００１６】
上記のプリントバッファ１８に格納された印字データは、図１に示すように、印字制御部４３に出力されるようになっている。印字制御部４３は、印字データの入出力を管理すると共にヘッド駆動部１９の電圧印加タイミングを設定するヘッド制御部１と、バッファ制御部３５からの印字データやストップパルスデータをヘッド駆動部１９に出力するデータ加工部２とを有している。データ加工部２は、データセレクタ４と４ビットシフトレジスタ部３とストップパルス生成部５とパラレルシリアル変換部６とをバッファ制御部３５側からこの順に接続して有している。４ビットシフトレジスタ部３は、４ビットのシフトレジスタ３ａを印字ヘッド２１のチャンネル数に対応して６４チャンネル分有している。そして、４ビットシフトレジスタ部３およびバッファ制御部３５間に配置されたデータセレクタ４は、バッファ制御部３５を介して入力されたプリントバッファ１８からの各チャンネルの印字データを４ビットシフトレジスタ部３の各シフトレジスタ３ａに４ビット単位で分配するようになっている。
【００１７】
上記の４ビットシフトレジスタ部３は、印字データを基にしてストップパルスデータを生成するストップパルス生成部５に接続されている。ストップパルス生成部５は、６４チャンネル分のデータ判定部５ａを有しており、各データ判定部５ａには、上述の４ビットシフトレジスタ部３の各シフトレジスタ３ａがそれぞれ接続され、各シフトレジスタ３ａから印字データが１ビット単位で入力されるようになっている。
【００１８】
上記のデータ判定部５ａは、図２に示すように、次回（ｎ番目）の印字データとして使用される印字データを格納する第１ラッチ回路７と、第１ラッチ回路７に格納された印字データの次（ｎ＋１番目）の印字データを格納する第２ラッチ回路８とを並列接続して有している。第１ラッチ回路７は、２入力のアンド回路１０の一方の入力端子に接続されており、第２ラッチ回路８は、ノット回路１１を介してアンド回路１０の他方の入力端子に接続されている。そして、アンド回路１０は、第１ラッチ回路７からの“１”の印字データと第２ラッチ回路８からの“０”の印字データとが入力されたときにのみ、“１”のストップパルスデータを出力するようになっている。尚、印字データの“１”がインク滴の噴射を示し、“０”がインク滴の噴射禁止を示すものとし、ストップパルスデータの“１”がストップパルス電圧の印加を示し、“０”がストップパルス電圧の印加禁止を示すものとする。
【００１９】
上記のアンド回路１０は、２入力の切換回路９の一方の入力端子に接続されている。また、切換回路９の他方の切換端子には、上述の第１ラッチ回路７が接続されている。そして、アンド回路１０からのストップパルスデータと、第１ラッチ回路７からの印字データとがそれぞれ入力される切換回路９は、印字タイミング信号（印字クロック）の略１／２周期で両データを切り換えながらパラレルシリアル変換部６に出力するようになっている。また、パラレルシリアル変換部６は、図１に示すように、全チャンネルの印字データやストップパルスデータが入力されたときに、これらのデータを転送クロックの入力タイミングでヘッド駆動部１９にシリアル転送するようになっている。
【００２０】
上記のようにして印字データやストップパルスデータがシリアル転送されるヘッド駆動部１９は、転送クロックの入力タイミングで各データを順に取り込んでパラレル変換するシリアルパラレル変換回路１２を有している。シリアルパラレル変換回路１２は、フリップフロップ（Ｆ／Ｆ）回路１３に接続されており、フリップフロップ回路１３は、ヘッドストローブ信号に基づいてシリアルパラレル変換回路１２のデータ内容を保持および更新するようになっている。そして、フリップフロップ回路１３は、ＡＮＤ回路１４を介してトランジスタ等を備えたドライバ回路１５に接続されており、ＡＮＤ回路１４は、Ｈレベルのファイア信号が入力される毎にフリップフロップ回路１３のデータ内容をドライバ回路１５に出力し、ドライバ回路１５から印字ヘッド２１の各チャンネルに印字パルス電圧やストップパルス電圧を出力するようになっている。尚、ファイア信号は、印字タイミング信号と同一周期でＨレベルとなる印字パルスと、印字パルスの出力間にＨレベルとなるストップパルスとで構成されおり、ストップパルスは、印字後の圧電部材からなる側壁の振動を消失させるのに最適なパルス幅および振動の逆相となる出力タイミングに設定されている。
【００２１】
上記の構成において、インクジェットヘッド制御装置の動作について説明する。
【００２２】
先ず、ファクシミリ装置等の通信装置が印字データを受信したり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置が印字データを出力することによって、これらの通信装置や情報処理装置に内蔵または接続されたインクジェット記録装置に印字データが入力されると、これらの印字データは、図３に示すように、Ｉ／Ｆ部１６等を介してバッファ制御部３５に入力された後、ＣＰＵ部３８から書き込みを行うように指示されたバッファ制御部３５によりプリントバッファ１８に格納される。
【００２３】
プリントバッファ１８への印字データの格納が１バンド（６４チャンネル）分行われると、次に、バッファ制御部３５は、キャリッジ２３の移動開始に伴ってＣＰＵ部３８により読み出し処理を指示され、図１に示すように、プリントバッファ１８に格納されている印字データを４ビット単位で読み出して印字制御部４３に出力する。そして、印字制御部４３に入力された印字データは、４ビットシフトレジスタ部３の各シフトレジスタ３ａにデータセレクタ４により分配されながら格納される。
【００２４】
全シフトレジスタ３ａに印字データが格納されると、各シフトレジスタ３ａの印字データが１ビット単位でストップパルス生成部５の各データ判定部５ａに出力される。ここで、特定のチャンネル（例えば０チャンネル）に着目して以降の動作を説明すると、図５（ａ）に示すように、シフトレジスタ３ａに４ビット単位で印字データ（b0“１”，b1“１”，b2“０”，b3“１”）・（b4“０”，b5“１”，b6“１”，b7“１”）が順に格納されるとした場合、シフトレジスタ３ａから１ビット単位で印字データb0“１”，b1“１”，b2“０”，b3“１”，・・・がストップパルス生成部５のデータ判定部５ａに出力される。
【００２５】
これらの印字データb0“１”，b1“１”，b2“０”，b3“１”，・・・が順にデータ判定部５ａに入力されると、例えば第１番目の印字データb0“１”が第１ラッチ回路７に保持されながら出力された後、第２番目の印字データb1“１”が第１ラッチ回路７に次の出力データとして格納されると共に第２ラッチ回路８に保持されながら出力される。この後、第３番目の印字データb2“０”がデータ判定部５ａに入力されると、第１ラッチ回路７は、第３番目の印字データb2“０”を格納すると共に、格納していた第２番目の印字データb1“１”を出力する。また、第２ラッチ回路８は、第３番目の印字データb2“０”を保持しながら出力する。
【００２６】
このようにしてｎ番目の例えば印字データb0“１”が第１ラッチ回路７から出力されると、この印字データb0“１”は、アンド回路１０および切換回路９の一方の入力端子に入力される。また、印字データb0“１”が第１ラッチ回路７から出力されると、ｎ＋１番目の印字データb1“１”が第２ラッチ回路８から出力され、この印字データb1“１”は、ノット回路１１を介してアンド回路１０の他方の入力端子に入力される。これにより、図５（ｂ）に示すように、印字データb0“１”とノット回路１１で反転された印字データb1“０”とがアンド回路１０に入力されることによって、これらのデータb0“１”・b1“０”を論理積したストップパルスデータa0“０”が切換回路９の他方の入力端子に出力される。この後、図５（ｃ）に示すように、切換回路９において第１ラッチ回路７からの印字データb0“１”と、アンド回路１０からのストップパルスデータa0“０”とが切り替えられながらパラレルシリアル変換部６に出力される。
【００２７】
上記のようなデータ判定部５ａにおける一連の動作は、印字データb0“１”，b1“１”，b2“０”，b3“１”，・・・が入力される毎に順次行われる。そして、これらの印字データb0“１”…やストップパルスデータa0“０”…がパラレルシリアル変換部６に入力されると、図１に示すように、全チャンネルのデータがヘッド制御部１からの転送クロックに同期しながらヘッド駆動部１９のシリアルパラレル変換回路１２にシリアル転送される。
【００２８】
シリアルパラレル変換回路１２に入力された全チャンネルのデータは、フリップフロップ回路１３にパラレル出力される。そして、フリップフロップ回路１３に入力された全チャンネルのデータは、ファイア信号の印字パルスおよびストップパルスに同期するようにヘッドストローブ信号を基にして取り込まれた後、保持されながらＡＮＤ回路１４の一方の入力端子に出力される。この際、ＡＮＤ回路１４の他方の入力端子には、ヘッド制御部１からのファイア信号が入力されており、ファイア信号は、印字タイミング信号と同一周期のＨレベルの印字パルスとＨレベルのストップパルスとを交互に有している。従って、図５（ｄ）に示すように、印字データb0“１”，b1“１”，b2“０”，b3“１”，・・・がＡＮＤ回路１４に入力されたときに、これらのデータとファイア信号の印字パルスとを論理積した出力信号がドライバ回路１５に出力される一方、ストップパルスデータa0“０”，a1“１”，a2“０”，a3“１”，・・・がＡＮＤ回路１４に入力されたときに、これらのデータとファイア信号のストップパルスとを論理積した出力信号がドライバ回路１５に出力される。
【００２９】
これにより、図５（ｅ）に示すように、印字データb0やストップパルスデータa1のようにデータ内容が“１”である場合に、ドライバ回路１５が駆動されることによって、印字パルス電圧やストップパルス電圧が印字ヘッド２１の所定チャンネルに出力される。そして、図５（ｆ）に示すように、印字パルス電圧が印字ヘッド２１に入力されると、所定チャンネルにおけるインク流路の側壁（圧電部材）が印字パルス電圧の印加により変形することによって、インク滴が噴射されて印字が行われる。一方、ストップパルス電圧が印字ヘッド２１に入力されると、側壁（圧電部材）の変形により生じた振動の逆相となるタイミングでストップパルス電圧が印加されることによって、側壁の振動が消失する。従って、次回の印字パルス電圧の印加により側壁を変形させる際の振動の影響が除去されることになる。
【００３０】
以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド制御装置は、図１に示すように、印字データを基にして圧電部材（側壁）に印字パルス電圧を印加し、該圧電部材の変形によりインク流路の容積を増減させることによって、該インク流路に連通したノズルからインク滴を噴射させるものであり、噴射のための印字パルス電圧を圧電部材に印加して変形させた後、該変形により生じた振動を消失させるストップパルス電圧を該圧電部材に印加可能な印字制御部４３（ストップパルス制御手段）を有した構成にされている。尚、ストップパルス電圧は、印字パルス電圧により圧電部材が変形されるたびに印加されるようになっていても良いし、変形後の振動が印字品質に悪影響を及ぼすと考えられるときにのみ印加されるようになっていても良い。
【００３１】
これにより、印字パルス電圧により圧電部材を変形させた後に、変形による振動が圧電部材に残留していると、この振動が次回の変形時に変形量を減少させる等の悪影響を及ぼす場合があるが、上記の構成によれば、悪影響を及ぼす場合に、圧電部材の振動をストップパルス電圧により消失させて圧電部材を常に一定の変形量で変形させることができる。従って、圧電部材が正規の速度や量で変形せずにインク滴の噴出量が不安定になったときに発生するインク滴の飛散（しぶきの発生）等の不具合を防止することができるため、印字品質を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施形態において、印字制御部４３（ストップパルス制御手段）は、印字データがインク滴の噴射を示す“１”と、噴射禁止を示す“０”とを交互に指示しているか否かを判定するデータ判定部５ａ（判定手段）を有し、そのデータ判定部５ａにより“１”、“０”が交互に指示されていると判定された場合に、ストップパルス電圧を圧電部材に印加させるように構成されている。尚、本実施形態においては、２段のラッチ回路７・８を並列接続することによって、印字データが“１”に続いて“０”を指示するときに、印字データが“１”と“０”とを交互に指示するものと判定しているが、３段のラッチ回路を並列接続することによって、印字データが“１”と“０”と“１”とを連続して指示するときにのみ、ストップパルス電圧を出力するように構成されていても良い。
【００３３】
これにより、圧電部材の変形による振動が次回の圧電部材の変形時に最も高い確率で悪影響を及ぼすインク滴の噴射と噴射禁止とを交互に行った場合において、圧電部材の振動をストップパルス電圧により消失させることができることから、圧電部材を常に一定の変形量で変形させて印字品質を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施形態において、印字制御部４３（ストップパルス制御手段）は、圧電部材の変形により生じた振動の逆相となるタイミングでストップパルス電圧を印加させるファイア信号を出力するヘッド制御部１（印加タイミング設定手段）を有した構成にされている。これにより、振動の逆相となるタイミングでストップパルス電圧を印加することによって、振動を確実に消失させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、印字データを基にして圧電部材に印字パルス電圧を印加し、該圧電部材の変形によりインク流路の容積を増減させることによって、該インク流路に連通したノズルからインク滴を噴射させるインクジェットヘッド制御装置であって、所定の印字データとその次に印字する印字データとが入力されて、前者の印字データがインク滴の噴射を示し、後者の印字データがインク滴の非噴射を示すときには、前者の印字データの後に、その印字パルス電圧により生じた振動を消失させるためのストップパルスデータを付加して出力し、前者及び後者の印字データがともにインク滴の噴射を示すときには、前記ストップパルスデータを出力することなく前者及び後者の印字データを出力する印字制御手段と、そのデータ判定部が出力した前記印字データ及びストップパルスデータが入力され、その印字データ及びストップパルスデータにもとづいて印字パルス電圧及びストップパルス電圧を前記圧電部材に出力するヘッド駆動部とを有している構成である。
【００３６】
これにより、印字パルス電圧により圧電部材を変形させた後に、変形による振動が圧電部材に残留していると、この振動が次回の圧電部材の変形時に、変形量を減少させる等の悪影響を及ぼす場合があるが、上記の構成によれば、圧電部材の振動を消失させることができるため、圧電部材を常に一定の変形量で変形させることができ、印字品質を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェットヘッド制御装置のブロック図である。
【図２】 データ判定部の回路図である。
【図３】 インクジェット記録装置のブロック図である。
【図４】 インクジェット記録装置の要部斜視図である。
【図５】 インクジェットヘッド制御装置の動作状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ヘッド制御部
２ データ加工部
３ ４ビットシフトレジスタ部
３ａ シフトレジスタ
４ データセレクタ
５ ストップパルス生成部
５ａ データ判定部
６ パラレルシリアル変換部
７ 第１ラッチ回路
８ 第２ラッチ回路
９ 切換回路
１０ アンド回路
１１ ノット回路
１２ シリアルパラレル変換回路
１３ フリップフロップ回路
１４ ＡＮＤ回路
１５ ドライバ回路
１６ Ｉ／Ｆ部
１７ プリンタ・コントローラ
１８ プリントバッファ
１９ ヘッド駆動部
２１ 印字ヘッド
２２ ＣＲモータ
２３ キャリッジ
２５ 用紙

Claims (3)

1. 印字データを基にして圧電部材に印字パルス電圧を印加し、該圧電部材の変形によりインク流路の容積を増減させることによって、該インク流路に連通したノズルからインク滴を噴射させるインクジェットヘッド制御装置であって、
   所定の印字データとその次に印字する印字データとが入力されて、前者の印字データがインク滴の噴射を示し、後者の印字データがインク滴の非噴射を示すときには、前者の印字データの後に、その印字パルス電圧により生じた振動を消失させるためのストップパルスデータを付加して出力し、前者及び後者の印字データがともにインク滴の噴射を示すときには、前記ストップパルスデータを出力することなく前者及び後者の印字データを出力する印字制御手段と、
   そのデータ判定部が出力した前記印字データ及びストップパルスデータが入力され、その印字データ及びストップパルスデータにもとづいて印字パルス電圧及びストップパルス電圧を前記圧電部材に出力するヘッド駆動部と、
   を有していることを特徴とするインクジェットヘッド制御装置。
2. 前記印字制御手段は、
   前記所定の印字データとその次の印字データを保持するラッチ回路と、各印字データを判定する判定手段とを有することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド制御装置。
3. 前記ヘッド駆動部は、
   前記振動の逆相となるタイミングで前記ストップパルス電圧を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド制御装置。

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