JP4966084B2 - インクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク滴を吐出してイメージを被記録媒体に記録するインクジェットヘッドの駆動方法およびインクジェット記録装置に関するものである。

従来より、インクを吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。このようなインクジェットヘッド１００の概略正面図を図１、概略断面図を図２、吐出に必要な圧力を発生する駆動部や最終的にインクが吐出するノズル部周辺の分解図を図３に示す。

図３に示すように、圧電セラミックプレート１には、複数の溝５が並設され、各溝５は、側壁７で分離されている。各溝５の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝５内の両側壁７の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極４及び電極９が形成されている。

また、圧電セラミックプレート１の溝５の開口側には、インク室プレート２が接合されてヘッドチップ２６が形成されている。圧電セラミックプレート１とインク室プレート２との接合体の溝５が開口している端面には、ノズルプレート３が接合されている。ノズルプレート３には、各溝５のうち１個おきの溝５に対向する位置に複数のノズル孔１１が形成されている。ノズルプレート３とヘッドチップ２６はヘッドキャップ１２によって固定され、ヘッドチップ２６上に形成された電極４及び電極９と駆動回路基板１４はフレキシブル基板１９によって電気的に接続されている。

さらに、インク室プレート２上には、溝５のそれぞれにインクを供給するためのインク流路２１が固定され、インク流路２１の中央部にはインク導入のためのインク導入口４１が形成され、インク導入口４１には印字中の圧力変動を吸収するための圧力緩和ユニット２０が接続されている。

続いてこのように構成されるインクジェットヘッド１００の駆動方法について、図２０、図４をもとに説明する。図２０は従来のインクジェットヘッド１００の吐出信号波形を示す図で、図４はインクジェットヘッド１００の電極配線状態を示す断面図である。図２０（ａ）は従来の１滴のインク容量を吐出する場合の吐出信号波形を示す図、図２０（ｂ）は従来の２滴のインク容量を吐出する場合の吐出信号波形を示す図、図２０（ｃ）は従来の３滴のインク容量を吐出する場合の吐出信号波形を示す図である。図４（ａ）は非駆動時の断面図、図４（ｂ）は駆動時の断面図である。矢印６は分極方向を示しており、側壁７を挟む電極４及び電極９に電界をかけるとそれぞれの側壁７は所望の方向に変形する構造となっている。すなわち、側壁７は、電極４及び電極９に印加される印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータとして構成されていることになる。

図４（ａ）に示すようにこのインクジェットヘッド１００は、溝５に形成された電極４がアース電位の共通電極となっており、それを挟む電極９は外部からの駆動パルスを与えられる電極構造である。この電極９に図２０（ａ）に示す１滴のインク容量の吐出信号波形が示す正電界パルスを印加すると電極４との電位差によって、図４（ｂ）に示すように側壁７がそれぞれ変形する。この変形は電極９が正の電界が印加されているＴ１ｂ時間変形しており時間Ｔ１ｂ経過後に電位がゼロになると再び図４（ａ）の状態に戻る。尚、Ｔ１ｂは図１９の電界印加時間と吐出速度の関係を示す図から分かるように最も効率のよい、吐出速度が速くなる時間に設定されている。この変形によって溝５内に充填されたインクに圧力の変化が起こり、インクがノズル孔１１から１滴飛翔する仕組みである。

また、この正の電界を複数回印加することによりノズル孔１１から被記録媒体に飛翔するインクの吐出容積を変えて階調表現をすることが出来る。例えばノズル孔１１から２滴分の容量のインクを吐出させるためには、図２０（ｂ）に示すように正電界のパルス（印加時間Ｔ１ｂ）の前に正電界パルス（印加時間Ｔ２ｂ）をＴ４ｂ時間の間隔で動作させる。同様に、３滴分の容量のインクを吐出させる場合には、図２０（ｃ）に示すように正電界のパルス（印加時間Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ）の前に正電界パルス（印加時間Ｔ３ｂ）を動作させる。これによりノズル孔１１から３滴分の容積のインクを飛翔させることが出来る。この場合の正電界のパルス印加時間やパルス間隔の時間（休止時間）は、Ｔ１ｂ＝Ｔ２ｂ＝Ｔ３ｂ＝Ｔ４ｂ＝Ｔ５ｂとしている。すなわち、側壁７が構成するアクチュエータを変形動作させてノズル孔１１からインクを飛翔させる所定電圧の正電界パルス印加時間を、アクチュエータを動作させないパルス印加の間の休止時間と全て同じにすることにより、効率よくインクを吐出出来るようにしている。

図２１にノズル孔１１の圧力Ｐの変動と電極４及び電極９間の駆動電圧との関係を示す。図２１において時間Ｔ１は図１９の時間Ｔ１ｂに相当するものである。また、図２２に側壁７の挙動とノズル孔１１の圧力変化及びインク経路を模式的に示す。図２２はノズルプレート３とヘッドチップ２６の断面図であって、（ア）がノズル孔１１の軸方向から見たもの、（イ）がその側方から見たものである。また、図２２（ａ）が図２１における駆動パルス印加前の状態、図２２（ｂ）が駆動パルス印加開始時（時刻ｔ１１）の状態、図２２（ｃ）及び（ｄ）が駆動パルス印加終了時（時刻ｔ１２）の状態を表している。

時刻ｔ１１で駆動パルスを印加するとノイズ孔１１の圧力Ｐは側壁７の変動（体積増加）と同時に急激に負圧Ｐ１になる（図２２（ｂ））。その後、徐々にインクが満たされ、一旦元（０）に戻る（圧力Ｐ２）。さらに、起こった波の力で、プラス側に変動する。インク室プレート２に設けられたインク供給口からインクが供給され、経路内の圧力が上昇し、Ｔ１時間経過後に圧力Ｐがピークになる（圧力Ｐ３）（図２２（ｃ））。そして、圧力ＰがピークになるＴ１時間経過のタイミングｔ１２で駆動電圧を０に戻すと、側壁７が元の図２２（ａ）の状態に戻り、体積を図２２（ｂ）、（ｃ）の状態より小さくすることで、効率よくノズル孔１１からインクを飛び出させることができる（図２２（ｄ））。その後、ノズル孔１１の圧力変動は、Ｔ１の２倍の時間を１周期として、繰り返し発生し、徐々に減衰する。

特開２００２−１９１０３号公報

しかしながら、図２０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の駆動波形を用いる従来のインクジェットの駆動方法の場合は、図２３の電界印加電圧と吐出速度の関係から分かるように１滴、２滴、３滴それぞれの吐出速度に差異が発生するという課題がある。１滴吐出時に比べ２滴、３滴分のインク容量時の吐出速度がそれぞれ速くなるのは、時間Ｔ３ｂ、Ｔ２ｂの駆動で発生した圧力変化の影響が残り、その振動の余波が加わり吐出速度が大きくなることに起因している。ここで発生した吐出速度の差は、インクジェットプリンタで印字した場合、インク滴の着弾位置の差として現れてしまい、印字物の画質を悪化させてしまうという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、階調表現する場合の１滴、２滴、３滴分のインク容量の差による吐出速度の速度差をなくし、インク滴の着弾位置精度を向上させるインクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成される複数の側壁と、ノズルに連通して前記側壁の間に並設された複数の溝と、前記溝のそれぞれにインクを供給するインク流路と、前記側壁に設けられた電極と、前記アクチュエータを変形動作させて前記ノズルからインクを飛翔させる所定電圧の駆動パルスを、該アクチュエータを動作させない休止時間を設けながら前記電極に印加する印加手段と、前記印加手段によって前記電極に印加する駆動パルスを複数回発生させることで被記録媒体に到達するインク滴の容量を変化させる制御手段とを具備するインクジェットヘッドにおいて、前記制御手段が、前記複数回の駆動パルスのうち、最後に印加される最終駆動パルスの時間幅と、前記最終駆動パルスの前に１回以上印加される初期駆動パルスの時間幅とを異ならせるものであって、その際に、前記最終駆動パルスの時間幅と前記初期駆動パルスの時間幅の時間差分だけ、前記休止時間を異ならせることで、各駆動パルスの時間幅と対応する各休止時間との合計時間を一定にし、か つ、前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．５分の１乃至２．９分の１にすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法である。

請求項２記載の発明は、前記制御手段が前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．７分の１乃至２．５分の１にすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成される複数の側壁と、ノズルに連通して前記側壁の間に並設された複数の溝と、前記溝のそれぞれにインクを供給するインク流路と、前記側壁に設けられた電極と、前記アクチュエータを変形動作させて前記ノズルからインクを飛翔させる所定電圧の駆動パルスを、該アクチュエータを動作させない休止時間を設けながら前記電極に印加する印加手段と、前記印加手段によって前記電極に印加する駆動パルスを複数回発生させることで被記録媒体に到達するインク滴の容量を変化させる制御手段とを具備するインクジェットヘッドにおいて、前記制御手段が、前記複数回の駆動パルスのうち、最後に印加される最終駆動パルスの時間幅と、前記最終駆動パルスの前に１回以上印加される初期駆動パルスの時間幅とを異ならせるものであって、その際に、前記最終駆動パルスの時間幅と前記初期駆動パルスの時間幅の時間差分だけ、前記休止時間を異ならせることで、各駆動パルスの時間幅と対応する各休止時間との合計時間を一定にし、かつ、前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．２倍乃至１．８倍にすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法である。

請求項４記載の発明は、前記制御手段が前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．３５倍乃至１．７５倍にすることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成される複数の側壁と、ノズルに連通して前記側壁の間に並設された複数の溝と、前記溝のそれぞれにインクを供給するインク流路と、前記側壁に設けられた電極と、前記アクチュエータを変形動作させて前記ノズルからインクを飛翔させる所定電圧の駆動パルスを、該アクチュエータを動作させない休止時間を設けながら前記電極に印加する印加手段と、前記印加手段によって前記電極に印加する駆動パルスを複数回発生させることで被記録媒体に到達するインク滴の容量を変化させる制御手段とを具備するインクジェットヘッドにおいて、前記制御手段が、前記複数回の駆動パルスのうち、最後に印加される最終駆動パルスの時間幅と、前記最終駆動パルスの前に１回以上印加される初期駆動パルスの時間幅とを異ならせるものであって、その際に、前記最終駆動パルスの時間幅と前記初期駆動パルスの時間幅の時間差分だけ、前記休止時間を異ならせることで、各駆動パルスの時間幅と対応する各休止時間との合計時間を一定にし、かつ、前記初期駆動パルスの時間幅を、前記最終駆動パルスの時間幅の１．５分の１乃至２．９分の１又は前記最終駆動パルスの時間幅の１．２倍乃至１．８倍にするものであることを特徴とするインクジェットヘッドである。

請求項６記載の発明は、請求項５記載のインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、前記インクジェットヘッドからインクが吐出される被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、からなるインクジェット記録装置である。

また、本発明の他の態様としては、さらに、ｎ−１滴分（ｎは２以上の整数）のインク適量を飛翔させる最終駆動パルスの信号波形とｎ滴分のインク適量を飛翔させる最終駆動パルスの信号波形とが同期していることを特徴とすることができる。

本発明によれば、制御手段が、所定電圧の複数回の駆動パルスのうち、最後に印加される最終駆動パルスの時間幅と、最終駆動パルスの前に１回以上印加される初期駆動パルスの時間幅とを異ならせるものであって、その際に、最終駆動パルスの時間幅と初期駆動パルスの時間幅の時間差分だけ、休止時間を異ならせることで、各駆動パルスの時間幅と対応する各休止時間との合計時間を一定にし、かつ、初期駆動パルスの時間幅を、最終駆動パルスの時間幅の１．５分の１乃至２．９分の１又は最終駆動パルスの時間幅の１．２倍乃至１．８倍にするものであるので、階調表現する場合に１滴と２滴、３滴などの複数滴分のインク容量の吐出を行う場合のインク滴吐出速度差をなくし、インク滴の着弾位置精度を向上させ、画質の優れるインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本実施形態のインクジェットヘッド１００全体の正面図、図２は本実施形態のインクジェットヘッド１００の概略断面図で、図３は、本実施形態のインクジェットヘッド１００の吐出圧力発生部周辺を示す分解図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、ヘッドチップ２６と、この一方面側に設けられるインク流路２１と、ヘッドチップ２６を駆動するための駆動回路等が搭載された駆動回路基板１４と、ヘッドチップ２６内の圧力変化を緩和させる圧力緩和ユニット２０とを有し、これらの各部材は、それぞれベース１３に固定されている。

続いて吐出のための圧力発生源となるヘッドチップ２６周辺の詳細について説明する。図３に示すように、圧電セラミックプレートからなるヘッドチップ２６を構成する圧電セラミックプレート１には、ノズル孔１１に連通する複数の溝５が並設され、各溝５は、側壁７で隔離されている。

各溝５の長手方向の一端部は圧電セラミックプレート１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面まで延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝５の幅方向両側の側壁７には、溝５の開口側に長手方向に亘って駆動電界印加用の電極４及び電極９が形成されている（図４参照）。

圧電セラミックプレート１に形成される各溝５は、例えば、円盤状のダイスカッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイスカッターの形状により形成されてしまう。また、各溝５内に形成される電極４及び電極９は、例えば、公知の斜め方向からの蒸着により形成される。このような溝５の両側の側壁７の開口側に設けられた電極４及び電極９には、フレキシブル基板１９の一端が接合され、フレキシブル基板１９の他端側は、駆動回路基板１４上の図示しない駆動回路に接合されることで、電極４及び電極９は駆動回路に電気的に接続されている。さらに、圧電セラミックプレート１の溝５の開口側には、インク室プレート２が接合されている。

なお、インク室プレート２は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１との接合後の変形を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いることが好ましい。

また、圧電セラミックプレート１とインク室プレート２との接合体の溝５が開口している端面には、ノズルプレート３が接合されており、ノズルプレート３の溝５の各１個おきに対向する位置にはノズル孔１１が形成され、ノズル孔１１と溝５が連接されている。

本実施形態では、ノズルプレート３は、圧電セラミックプレート１とインク室プレート２との接合体の溝５が開口している端面の面積よりも大きくなっている。このノズルプレート３は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル孔１１を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート３の被記録媒体に対向する面には、インクの付着等を防止するための撥水性を有する撥水膜が設けられている。

さらに、この圧電セラミックプレート１とインク室プレート２との接合体の各溝５が開口している端面側の外周面には、ノズルプレート３を支持するヘッドキャップ１２が接合されている。このヘッドキャップ１２は、ノズルプレート３の接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート３を安定して保持するためのものである。

そして、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、インク室プレート２上に、溝５のそれぞれにインクを供給するためのインク流路２１が固定され、インク流路２１の中央部にはインク導入のためのインク導入口４１が形成され、インク導入口４１には印字中の圧力変動を吸収するための圧力緩和ユニット２０が接続されている。例えば、初期充填時等にインクタンク（図示せず）からのインクが圧力緩和ユニット２０に充填され、更に、インク流路２１内にインクが導入され、最終的に溝５にインクが満たされる仕組みである。

次に図５及び図４を参照して、電極４及び電極９の駆動制御について説明する。上述したように本実施形態のインクジェットヘッド１００は、電極４及び電極９を有するヘッドチップ２６と、ヘッドチップ２６とフレキシブル基板１９で接続されている駆動回路基板１４とを備えている。駆動回路基板１４はまたヘッド制御部１１１と画像データ処理部１１２とを有するインクジェットヘッド駆動制御部１１０に接続されている。そして、インクジェットヘッド１００とインクジェットヘッド駆動制御部１１０を備えるインクジェット記録装置１２０は、所定のインターフェースを介してパーソナルコンピュータ２００等に接続されている。なお、インクジェット記録装置１２０は他に図示していないインクジェットヘッド１００にインクを供給するインク供給部、インクジェットヘッド１００からインクが吐出される被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送部等を備えている。

駆動回路基板１４（印加手段）は、電極４及び電極９に印加する電圧をオン・オフ制御するためのスイッチング素子等からなる回路によって構成されていて、側壁７が構成するアクチュエータを変形動作させてノズル孔１１からインクを飛翔させる所定電圧の駆動パルスを、アクチュエータを動作させない休止時間を設けながら電極４及び電極９に印加する。ヘッド制御部１１１は、駆動回路基板１４に対して電極印加電圧やスイッチング素子のオン・オフ制御等を行う制御信号を供給し、電極４及び電極９に所定電圧の駆動パルスを印加することで、各ノズル孔１１における吐出開始や停止制御を行う。画像データ処理部１１２は、パーソナルコンピュータ２００から入力された情報に基づいて各ノズル孔１１に対応した画像データを作成する。また画像データ処理部１１２は、駆動回路基板１４に対して、作成した画像データに基づいてどのタイミングで各電極４及び電極９に電圧を印加するかを設定する２値信号を出力することで、各電極４及び電極９に印加する駆動パルスを複数回発生させて被記録媒体に到達するインク滴の容量を変化させる制御を行う。例えば階調制御を行わない場合には２値データ（０または１）からなる画像データに基づいて各ノズル孔１１に対応した電圧印加または停止を指示する信号を出力し、例えば４階調の階調制御を行う場合には４値データ（０、１、２、３）からなる画像データに基づいて、各ノズル孔１１に対応する４種類の吐出容積（０滴、１滴、２滴、３滴分）に対応する駆動パルスの発生回数を指示する信号を出力する。

続いて、本実施形態の電極の配線方法および駆動方法について図６、図４をもとに説明する。図６は本実施形態のインクジェットヘッド１００の吐出信号波形（電極４及び電極９の駆動パルス波形）を示す図で、図４はインクジェットヘッド１００の電極配線状態を示す断面図である。図６（ａ）は本実施形態の１滴のインク容量を吐出する場合の吐出信号波形を示す図、図６（ｂ）は本実施形態の２滴のインク容量を吐出する場合の吐出信号波形を示す図、図６（ｃ）は本実施形態の３滴のインク容量を吐出する場合の吐出信号波形を示す図で、図４（ａ）は非駆動時の断面図、図４（ｂ）は、駆動時の断面図である。矢印６は分極方向を示しており、側壁７を挟む電極４及び電極９に電界をかけるとそれぞれの側壁７は所望の方向に変形する構造となっている。

図４（ａ）に示すようにこのインクジェットヘッド１００は、溝５に形成された電極４はアース電位の共通電極となっており、それを挟む電極９は外部からの出力信号を与えられる電極構造である。この電極９に図６（ａ）に示す正電界パルス（駆動パルス）を印加すると電極４との電位差によって、図４（ｂ）に示すように側壁７がそれぞれ変形する。この変形は電極９が正の電界が印加されているＴ１の時間変形しておりＴ１後電位がゼロになると再び図４（ａ）の状態に戻る。尚、Ｔ１は図８の電界印加時間と吐出速度の関係を示す図から分かるように最も効率のよい吐出速度が速くなる時間に設定されている。この効率のよい吐出速度になるＴ１時間の時間幅を有する正電界パルスを最終駆動パルスと呼ぶ。この側壁７の変形によって溝５内に充填されたインクに圧力の変化が起こり、インクがノズル孔１１から１滴飛翔する仕組みである。

また、階調表現するためノズル孔１１から飛翔するインクの吐出容積を変えるためには、図４（ｂ）に示す最終駆動パルスの前にＴ１よりも短い時間Ｔ２の正電界パルスをＴ４時間の間隔で印加する。これにより、ノズル孔１１から２滴分の容積のインクが飛翔する。同様に、図２０（ｃ）に示す正電界のＴ１時間のパルス、Ｔ２時間のパルスの前に最終駆動パルスの時間幅Ｔ１より短く、時間Ｔ２と同じ印加時間Ｔ３の正の駆動パルスをＴ５時間の間隔で動作させる。すると、ノズル孔１１から３滴分の容積のインクが飛翔させることが出来る。

ここで、Ｔ１時間の最終駆動パルスより短いＴ２、Ｔ３時間の正の駆動パルスを初期駆動パルスと呼ぶ。この初期駆動パルスは最終駆動パルスよりも印加時間が短いが、同容量のインク滴を吐出することが出来る。そして、Ｔ２時間の初期駆動パルスやＴ３時間の初期駆動パルスで吐出されたインク滴は短時間に連続して吐出されるため、ノズル孔１１と被記録媒体との間での飛翔中に合体し大きなインク滴となって被記録媒体に着弾して階調表現を可能にする。

なお、本実施形態では、初期駆動パルスと最終駆動パルスの各立ち上がりタイミングｔ１、ｔ３、ｔ５は、Ｔ１時間の２倍の周期で一定としている。また、同一タイミングで吐出すべき複数のノズル孔１１においては、最終駆動パルスの印加タイミングｔ５が一致（同期）するように制御されている。すなわち、図６（ａ）〜（ｃ）は、（ａ）〜（ｃ）それぞれがあるノズル孔１１から１滴分、２滴分、３滴分のインク量を吐出する際の駆動波形を示すものであるが、そのほかに、（ａ）〜（ｃ）の時間軸が一致するものとして、記録位置が同一線上に並ぶ複数の異なるノズル孔１１で１滴分、２滴分、３滴分のインク量のインク滴を吐出する場合のタイミングを示すものとしてとらえることもできる。

また、実験によって確認したところでは、最終駆動パルスのパルス幅Ｔ１と初期駆動パルスのパルス幅Ｔ２、Ｔ３との関係を、例えば、パルス電圧Ｖが共通で、図６に示すようにＴ１／２＝Ｔ２＝Ｔ３とした場合に、図７に示すような吐出速度を得られることができた。このＴ２時間及びＴ３時間の初期駆動パルスでは、図８の電界印加時間と吐出速度の関係を示す図から分かるように各駆動パルス単体では最終駆動パルスＴ１で駆動した場合より遅い吐出速度となる。そのため、このような初期駆動パルスによっては、溝５内の圧力変化の影響が次の吐出の際に残りにくく、その振動の余波があまり加わらないため、複数回吐出を行っても、図２３に示すＴ１時間一定の駆動パルスを複数回加える場合よりもインク滴吐出速度の差が大きくならなかったと考えられる。これにより図７に示すようにインク滴の容量を変化させても吐出速度をほぼ同じくすることができたと考えられる。

また、この条件では、初期駆動パルスと最終駆動パルスとの間の休止時間（アクチュエータを動作させない時間）Ｔ４および初期駆動パルス同士の間の休止時間Ｔ５は、Ｔ４＝Ｔ５＝Ｔ１＋（Ｔ１−Ｔ２）＝３×Ｔ２＝３×Ｔ３となる。これは、最終駆動パルスと比べて初期駆動パルスの時間が短くなった分（Ｔ１−Ｔ２）を休止時間に加えたものを新たな休止時間としたことを意味する。従来は休止時間と駆動パルス印加時間は最も効率よくインク吐出することの出来る時間Ｔ１（図２０のＴ１ｂ〜Ｔ５ｂ）で一定であり、各吐出に対応する駆動パルスの印加時間と休止時間の合計は時間Ｔ１の２倍で一定であった。本実施形態においても、初期駆動パルスと休止時間の合計を時間Ｔ１の２倍で一定とすることで、従来同様効率的に連続してインク吐出を行うことが出来る。具体的には例えばＴ１が１２μｓｅｃである場合には、Ｔ２、Ｔ３は６μｓｅｃでＴ４、Ｔ５は１８μｓｅｃとなる。

また本発明の他の実施形態として、図６（ｄ）で示すように、初期駆動パルスの印加時間Ｔ２ａやＴ３ａを最終駆動パルスの印加時間Ｔ１に比べて長くすることも可能である。この場合、例えば、パルス電圧Ｖは共通で、Ｔ２ａ＝Ｔ３ａ＝Ｔ１×（３／２）とする。図８に示すように、最終駆動パルスの時間Ｔ１よりも初期駆動パルスの時間Ｔ２ａ、Ｔ３ａを長くすることでも、遅い吐出速度を実現することが出来る。また、本実施形態の場合の初期駆動パルスと最終駆動パルスとの間の休止時間Ｔ４ａおよび初期駆動パルス同士の間の休止時間Ｔ５ａは、Ｔ４ａ＝Ｔ５ａ＝Ｔ１＋（Ｔ１−Ｔ２ａ）＝Ｔ１−Ｔ１／２＝Ｔ１／２となる。最終駆動パルスの時間Ｔ１に比べて初期駆動パルスが長くなった分、休止時間が短くなることとなる。これにより、駆動パルスと休止時間の合計をＴ１時間の２倍で一定とすることができるので、従来と同じように効率よくインク吐出を行うことが出来る。

次に、図９〜図１７を参照して、初期駆動パルスと最終駆動パルスの設定条件について検討した結果について説明する。図９は、最終駆動パルスＴ１＝７．６μｓの特性を持つインクジェットヘッド１００を使用して、初期駆動パルスの印加時間を時間Ｔ１以下の範囲で変化させたときにどのような吐出状態となるのかを実験によって確認した結果をまとめた表である。初期駆動パルスの印加時間が５．１μｓ（Ｔ１を印加時間で除した値：１．５）〜２．６μｓ（Ｔ１を印加時間で除した値：２．９）までの領域Ｒ１では図１１に示すように１滴（インク滴小）、２滴（インク滴中）、３滴分（インク滴大）のインク量の吐出速度差が毎秒０．８ｍのばらつきの範囲におさまっている。ここで、Ｔ１を印加時間で除した値とは、最終駆動パルスＴ１の時間幅を初期駆動パルスの時間幅（印加時間）で除した値を意味し、１．５〜２．９の範囲とは、初期駆動パルスの時間幅が最終駆動パルスの時間幅の１．５分の１〜２．９分の１の範囲であることを意味する。

なお、図１１は、領域Ｒ１内のある時間設定において印加電圧と吐出速度の関係をインク量を変化させて測定した結果を示している。また、毎秒０．８ｍというばらつきの値は、インク吐出速度が毎秒５ｍ程度の特性を持つインクジェットヘッドにおいて記録結果の画質を所望の範囲に保つものとして経験的に得られた値である。この範囲であれば多くの被験者が良好な記録画質であると視覚的に認めるものであると考える。また、制御目標とした範囲は、利用条件、環境条件や製造条件を考慮して設計値として設定すべきであると考えられる範囲である。この条件では、印加時間４．５μｓ〜３．０μｓの範囲（初期駆動パルスの時間幅を最終駆動パルスの時間幅の１．７分の１〜２．５分の１にする範囲）が制御目標として適していると考える。

一方、初期駆動パルスの時間を５．４μｓ以上（Ｔ１を印加時間で除した値：１．４以下）とした場合（領域Ｒ２）には、図１２に示すように、２滴分と３滴分のインク量のインク滴の吐出速度が１滴分の吐出速度より大きくなり、速度差が０．８ｍ／ｓ以上となっている。また、初期駆動パルスの時間を２．５μｓ以下（Ｔ１を印加時間で除した値：３以上）とした場合（領域Ｒ３）には、図１３に示すように、２滴分と３滴分のインク量のインク滴の吐出速度が１滴分の吐出速度より小さくなり、速度差が０．８ｍ／ｓ以上となっている。

また、同一のインクジェットヘッド１００を使用して初期駆動パルスの印加時間を時間Ｔ１以上の範囲で変化させたときにどのような吐出状態となるのかを実験によって確認した結果を図１０にまとめた。初期駆動パルスの印加時間が９．１μｓ（印加時間をＴ１で除した値：１．２）〜１３．７μｓ（印加時間をＴ１で除した値：１．８）までの領域Ｒ１では図１１に示すように１滴（インク滴小）、２滴（インク滴中）、３滴分（インク滴大）のインク量の吐出速度差が毎秒０．８ｍのばらつきの範囲におさまっている。また、印加時間１０．３μｓ（印加時間をＴ１で除した値：１．３５）〜１３．３μｓ（印加時間をＴ１で除した値：１．７５）の範囲が制御目標として適していると考えられる。すなわち、初期駆動パルスの時間幅を最終駆動パルスの時間幅の１．２倍〜１．８倍にすることで良好な画質が得られ、この場合には１．３５倍〜１．７５倍が制御目標として適していると考える。

一方、初期駆動パルスの時間を８．７μｓ以下（印加時間をＴ１で除した値：１．１５以下）とした場合（領域Ｒ２）には、図１２に示すように、２滴分と３滴分のインク量のインク滴の吐出速度が１滴分の吐出速度より大きくなり、速度差が０．８ｍ／ｓ以上となっている。また、初期駆動パルスの時間を１４．１μｓ以上（印加時間をＴ１で除した値：１．８５以上）とした場合（領域Ｒ３）には、図１３に示すように、２滴分と３滴分のインク量のインク滴の吐出速度が１滴分の吐出速度より小さくなり、速度差が０．８ｍ／ｓ以上となっている。

図１４に領域Ｒ１の条件で撮影した吐出状態の写真を、また図１５に領域Ｒ２の条件で撮影した吐出状態の写真を示す。いずれも３滴分のインク量のインクを３個の駆動パルスを印加することで繰り返し吐出した場合である。図１４に示す領域Ｒ１の条件で吐出した場合には、ノズル孔１１から吐出する前の状態ではノズル近傍で１滴目〜３滴目が分かれている（写真では１滴目と２滴目が１まとまりとなっていて３滴目が少し離れた状態となっている）が、吐出してノズル孔１１からちぎれた直後に３滴分のインクが１滴のインクとしてまとまっている。一方、図１５に示す領域Ｒ２内のある条件で吐出した場合、写真で撮影したように３滴のインクが１つにまとまらずにばらばらのまま飛翔してしまっている。この場合、媒体に付着したインクがきれいな円形状になりにくくなる。

なお、図１４及び図１５の写真は、インク滴の初速が約５ｍ／ｓで、毎秒８０００発のインク滴を吐出した状態で撮影されたものである。

また、図１６及び図１７に、インクジェットヘッド１００を移動させながら記録媒体に１滴分、２滴分、３滴分のインク量のインクを４個のノズル孔１１から繰り返し吐出した記録結果を示す。図１６は領域Ｒ１の条件で駆動電圧を制御したもの、図１７は領域Ｒ２の条件で駆動電圧を制御したものである。図１６に示す領域Ｒ１の条件の場合、図１１に示すようにインク量に関わらず吐出速度が同等となっているので記録位置も記録方向に対して等間隔でならんでいる。

一方、図１７に示す領域Ｒ２の条件の場合、図１２に示すように１滴分のインク滴の吐出速度が、２滴分及び３滴分のインク滴の吐出速度より遅いので、１滴分のインクの記録位置と２滴分のインクの記録位置とがくっついてしまっている。なお、図１６及び図１７の記録では、インクジェットヘッド１００と記録媒体との間隔は２ｍｍ、インクジェットヘッド１００の移動速度は１ｍ／ｓとなっている。

なお、図９及び図１０に示す実験結果は、最終駆動パルスＴ１＝７．６μｓの特性を持つインクジェットヘッド１００を使用した場合のものであるが、それ以外にも最終駆動パルスＴ１＝５．２μｓの特性を持つインクジェットヘッド１００についても確認を行い、同様の結果（最終駆動パルスと初期駆動パルスの時間比と吐出状態との関係）が得られることを確認している。

本実施形態によれば、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示したような吐出、あるいは図６の（ａ）、（ｄ）で示したような吐出を、階調データに基づいて任意の組み合わせで連続して行うことにより、容量の違うインク滴を吐出し、被記録媒体上に任意の階調表現を行うことが出来る。

以上説明したように、本実施形態のインクジェットヘッド１００では、１滴吐出時に比べ２滴、３滴のインク容量時の吐出速度がそれぞれ等しいため、インクジェットプリンタで印字した場合にインク滴の着弾位置の差がなく、優れた画質の印字物の提供ができる。

尚、本実施形態では１滴、２滴、３滴のインク容量の吐出についての説明をしたが、インク滴量の上限の制限は特にない。また、本実施形態に使用した信号印加電圧Ｖで電界印加時間がＴ１、Ｔ２、Ｔ３の矩形波を用いたが、立ち上がりを滑らかにした波形や信号印加電圧を電界印加時間の中で段階的に変化させた場合などでもよく、特に波形に限定されるものではない。

さらに、本実施形態で用いたインクジェットヘッド１００では、溝５に形成された電極４がアース電位の共通電極となっており、それを挟むように電極９が形成された場合について説明したが、図１８の他の電極配線状態を示す図のような配線方法で、２本おきに側壁７を駆動させる場合でも問題ない。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド１００全体の正面図 本発明の実施形態に係る従インクジェットヘッド１００全体の概略断面図 本発明の実施形態に係る吐出圧力発生部周辺を示す分解図 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド１００の電極配線状態を示す断面図 本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置１２０のブロック図 本発明の実施形態のインクジェットヘッド１００に係る吐出信号波形を示す図 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド１００の電界印加電圧と吐出速度の関係を示す図 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド１００の電界印加時間と吐出速度の関係を示す図 本発明の実施形態の一実施例における吐出状態の確認結果をまとめた図 本発明の実施形態の一実施例における吐出状態の確認結果をまとめた図 図９及び図１０に示す領域Ｒ１におけるインクジェットヘッド１００の電界印加電圧と吐出速度の関係を示す図 図９及び図１０に示す領域Ｒ２におけるインクジェットヘッド１００の電界印加電圧と吐出速度の関係を示す図 図９及び図１０に示す領域Ｒ３におけるインクジェットヘッド１００の電界印加電圧と吐出速度の関係を示す図 図９及び図１０に示す領域Ｒ１における吐出状態の撮影写真を示す図 図９及び図１０に示す領域Ｒ２における吐出状態の撮影写真を示す図 図９及び図１０に示す領域Ｒ１における記録媒体上の吐出結果の撮影写真を示す図 図９及び図１０に示す領域Ｒ２における記録媒体上の吐出結果の撮影写真を示す図 本発明の他の実施形態に係るインクジェットヘッド１００の電極配線状態を示す断面図 従来のインクジェットヘッド１００の電界印加時間と吐出速度の関係を示す図 従来のインクジェットヘッド１００の吐出信号波形を示す図 ノズル孔１１部の圧力変動とパルス波形の関係を示す図 側壁７の挙動と圧力変化を示すため、インク経路を模式的に表した図 従来のインクジェットヘッド１００の電界印加電圧と吐出速度の関係を示す図

符号の説明

１ 圧電セラミックプレート
２ インク室プレート
３ ノズルプレート
４、９ 電極
５ 溝
６ 分極方向
７ 側壁
１１ ノズル孔
１２ ヘッドキャップ
１３ ベース
１４ 駆動回路基板（印加手段）
１９ フレキシブル基板
２０ 圧力緩和ユニット
２１ インク流路
２６ ヘッドチップ
１００ インクジェットヘッド
１１０ インクジェットヘッド駆動制御部（制御手段）
１１１ ヘッド制御部
１１２ 画像データ処理部
１２０ インクジェット記録装置

Claims (6)

1. 印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成される複数の側壁と、ノズルに連通して前記側壁の間に並設された複数の溝と、前記溝のそれぞれにインクを供給するインク流路と、前記側壁に設けられた電極と、前記アクチュエータを変形動作させて前記ノズルからインクを飛翔させる所定電圧の駆動パルスを、該アクチュエータを動作させない休止時間を設けながら前記電極に印加する印加手段と、 前記印加手段によって前記電極に印加する駆動パルスを複数回発生させることで被記録媒体に到達するインク滴の容量を変化させる制御手段と、を具備するインクジェットヘッドにおいて、
   前記制御手段が、前記複数回の駆動パルスのうち、最後に印加される最終駆動パルスの時間幅と、前記最終駆動パルスの前に１回以上印加される初期駆動パルスの時間幅とを異ならせるものであって、その際に、前記最終駆動パルスの時間幅と前記初期駆動パルスの時間幅の時間差分だけ、前記休止時間を異ならせることで、各駆動パルスの時間幅と対応する各休止時間との合計時間を一定にし、前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．５分の１乃至２．９分の１にし、前記最終駆動パルスの電圧振幅と前記初期駆動パルスの電圧振幅は同じであり、前記初期駆動パルスを複数回印加する場合は、複数の前記初期駆動パルスの時間幅と電圧振幅は全て同じであることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
2. 前記制御手段が前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．７分の１乃至２．５分の１に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の駆動方法。
3. 印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成される複数の側壁と、ノズルに連通して前記側壁の間に並設された複数の溝と、前記溝のそれぞれにインクを供給するインク流路と、前記側壁に設けられた電極と、前記アクチュエータを変形動作させて前記ノズルからインクを飛翔させる所定電圧の駆動パルスを、該アクチュエータを動作させない休止時間を設けながら前記電極に印加する印加手段と、 前記印加手段によって前記電極に印加する駆動パルスを複数回発生させることで被記録媒体に到達するインク滴の容量を変化させる制御手段と、を具備するインクジェットヘッドにおいて、
   前記制御手段が、前記複数回の駆動パルスのうち、最後に印加される最終駆動パルスの時間幅と、前記最終駆動パルスの前に１回以上印加される初期駆動パルスの時間幅とを異ならせるものであって、その際に、前記最終駆動パルスの時間幅と前記初期駆動パルスの時間幅の時間差分だけ、前記休止時間を異ならせることで、各駆動パルスの時間幅と対応する各休止時間との合計時間を一定にし、前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．２倍乃至１．８倍にし、前記最終駆動パルスの電圧振幅と前記初期駆動パルスの電圧振幅は同じであり、前記初期駆動パルスを複数回印加する場合は、複数の前記初期駆動パルスの時間幅と電圧振幅は全て同じであることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
4. 前記制御手段が前記初期駆動パルスの時間幅を前記最終駆動パルスの時間幅の１．３５倍乃至１．７５倍にする ことを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
5. 印加電圧に応動して変形動作するアクチュエータで構成される複数の側壁と、ノズルに連通して前記側壁の間に並設された複数の溝と、前記溝のそれぞれにインクを供給するインク流路と、前記側壁に設けられた電極と、前記アクチュエータを変形動作させて前記ノズルからインクを飛翔させる所定電圧の駆動パルスを、該アクチュエータを動作させない休止時間を設けながら前記電極に印加する印加手段と、 前記印加手段によって前記電極に印加する駆動パルスを複数回発生させることで被記録媒体に到達するインク滴の容量を変化させる制御手段と、を具備するインクジェットヘッドにおいて、
   前記制御手段が、前記複数回の駆動パルスのうち、最後に印加される最終駆動パルスの時間幅と、前記最終駆動パルスの前に１回以上印加される初期駆動パルスの時間幅とを異ならせるものであって、その際に、前記最終駆動パルスの時間幅と前記初期駆動パルスの時間幅の時間差分だけ、前記休止時間を異ならせることで、各駆動パルスの時間幅と対応する各休止時間との合計時間を一定にし、前記初期駆動パルスの時間幅を、前記最終駆動パルスの時間幅の１．５分の１乃至２．９分の１又は前記最終駆動パルスの時間幅の１．２倍乃至１．８倍にし、前記最終駆動パルスの電圧振幅と前記初期駆動パルスの電圧振幅は同じであり、前記初期駆動パルスを複数回印加する場合は、複数の前記初期駆動パルスの時間幅と電圧振幅は全て同じであることを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 請求項５記載のインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給部と、前記インクジェットヘッドからインクが吐出される被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、からなるインクジェット記録装置。

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