JP2004058428A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１印字周期内で複数の異なる滴を吐出する場合に残留振動によって画質が低下する。
【解決手段】駆動波形発生回路７７から１印字周期内で大滴、中滴、小滴を吐出させる駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３を含む駆動波形Ｐｖを出力し、駆動波形Ｐｖから駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３を選択して圧電素子５２に印加することで、１印字周期内で小滴を最後に吐出させるようにする。
【選択図】　図１２

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
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】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧室、液室、加圧室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆる圧電型のもの、或いは、発熱抵抗体を用いてインク流路内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のものなどが知られている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドの駆動制御装置として、例えば圧電型ヘッドの場合、振動板を加圧室側に押し込み、加圧室内の容積を小さくすることでインク滴を吐出させる押し打ち法で駆動するものと、振動板をインク室の外側方向の力で変形させインク室内の内容積を広げた状態から元の容積になるように振動板の変位を元に戻すことでインク滴を吐出させる引き打ち法で駆動するものとがある。
【０００５】
また、インクジェット記録装置においては、画質を向上するためにより小さい滴を吐出させること、印刷速度を低下させないことを両立させるために、同一のノズルから異なる重量のインク滴を吐出させて階調記録を可能とするものが提案されている。
【０００６】
例えば、特公平４−１５７３５号公報には、複数のインク微小滴を吐出して、記録紙上に着弾する前にこれらのインク滴を合体させて大きなインク滴を生成することで、滴体積を変える方法が開示されている。
【０００７】
また、特許第３２６４４２２号公報には、１印字周期内に第１のインク滴を吐出するための第１の駆動パルスと、第１のインク滴とは大きさの異なる第２のインク滴を吐出するための第２の駆動パルスとを含んで構成され、第１、第２の駆動パルスを組み合わせて吐出させることにより４階調以上選択可能とすることが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、インクジェットヘッドにおいては、インク滴を吐出した後に残留振動が発生し、次のインク滴吐出タイミングによっては残留振動の影響を受けて吐出量が変化することがある。また、残留振動はインク粘度の影響を受けるため、例えば、室温で残留振動が減衰する周期、タイミングに設定したとしても、高温環境で粘度が低くなった場合には残留振動が十分に減衰しないために周期やタイミングがずれることになる。
【０００９】
そのため、上述した従来のインクジェットヘッドの駆動制御装置のように、微小滴を連続して吐出させ、あるいは、大きさの異なる複数の敵を吐出させる場合、残留振動による影響で吐出量が変化して、ドットの大きさが変化し、十分な画像品質を安定して確保することが困難になる。
【００１０】
この場合、一印字周期を十分長く取ることにより、残留振動の影響は少なくなるが、これでは印刷速度が遅くなる。また、上述した環境温度を含めて残留振動が十分に減衰する印字周期に設定すると、ますます印刷速度が遅くなることになる。そのため、実際は、残留振動の減衰と印刷速度のバランスを考えて印字周期を設定するようにしている。
【００１１】
このように、従来のインクジェットヘッドの駆動制御装置を含むインクジェット記録装置にあっては、印刷速度と画像品質をともに向上することが困難であるという課題がある。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、印刷速度と画像品質をともにの向上するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェット記録装置は、ヘッドと、一印刷周期内に異なる大きさの滴に対応する複数の駆動信号を発生させる駆動信号発生手段とを備え、この最小の滴は最後に吐出させる手段を備えている構成としたものである。
【００１４】
ここで、大きな滴から順に吐出されるようにすることが好ましく、また、少なくとも一つの駆動信号は、加圧液室の容積を膨張させる波形要素と、この膨張状態を保持する波形要素と、この保持状態から加圧液室の容積を収縮させる波形要素とを含むことが好ましく、さらに、一印刷周期はリフィル周期より短いことが好ましく、また、駆動信号発生手段は、それぞれの大きさの滴を吐出させる独立な駆動信号を滴の大きさに順じて発生させることが好ましく、さらに、駆動信号発生手段は、最初に、又は最後に滴を吐出させずにメニスカスを振動させる信号を発生させることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００１６】
このインクジェット記録装置装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００１７】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００１８】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。このインクカートリッジ１５からインクをヘッド１４内に供給する。
【００１９】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００２０】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板と、この振動板を圧電素子で変形させるピエゾ型インクジェットヘッドを用いている。
【００２１】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２２】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２３】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３を排紙する。
【００２４】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置３７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部（ノズル孔）を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する（パージする）ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００２５】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００２６】
次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００２７】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路板４１と、この流路板４１の下面に接合した振動板４２と、流路板４１の上面に接合したノズル板４３とを有し、これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４５がノズル連通路４５ａを介して連通するインク流路である加圧室４６、加圧室４６にインクを供給するための共通液室４８にインク供給口４９を介して連通する流体抵抗部となるインク供給路１７を形成している。
【００２８】
そして、振動板４２の外面側（液室と反対面側）に各加圧室４６に対応して加圧室４６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子５２を接合し、この圧電素子５２をベース基板５３に接合している。また、圧電素子５２の間には加圧室４６、４６間の隔壁部４１ａに対応して支柱部５４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子５２と支柱部５４して形成している。支柱部５４も構成は圧電素子５１と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２９】
さらに、振動板４２の外周部はフレーム部材４４にギャップ材を含む接着剤５０にて接合している。このフレーム部材４４には、共通液室４８となる凹部、この共通液室４８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材４４は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００３０】
ここで、流路板４１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ノズル連通路４５ａ、加圧室４６、インク供給路４７となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂などを用いることもできる。
【００３１】
振動板４２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。この振動板４２は加圧室４６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部（ダイアフラム部）５５及び圧電素子５２と接合するための厚肉部（島状凸部）５６を形成するとともに、支柱部５４に対応する部分及びフレーム部材４４との接合部にも厚肉部５７を形成し、平坦面側を流路板４１に接着剤接合し、島状凸部５６を圧電素子５２に接着剤接合し、更に厚肉部５７を支柱部５４及びフレーム部材４４に接着剤５０で接合している。なお、ここでは、振動板４２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部５５の厚みは３μｍ、幅は３５μｍ（片側）としている。
【００３２】
ノズル板４３は各加圧室４６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４５を形成し、流路板４１に接着剤接合している。このノズル板４３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４３の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４５の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとした。
【００３３】
また、ノズル板４３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３４】
圧電素子５２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層６１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層６２とを交互に積層したものであり、内部電極６２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極６３、共通電極６４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子５２の伸縮により加圧室４６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子５２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子５２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３５】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極６３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子５２で導通した共通電極６４となる。
【００３６】
そして、圧電素子５２の個別電極６３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル６５を接続し、このＦＰＣケーブル６５には各圧電素子５２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極６４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル６５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００３７】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子５２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子５２に積層方向の変位が生起し、振動板４２を介して加圧室４６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００３８】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧室４６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧室４６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室４８に流入し、共通液室４７からインク供給口４９を経て流体抵抗部４７を通り、加圧室４６内に充填される。
【００３９】
なお、流体抵抗部４７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部４７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００４０】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同制御部の全体ブロック図、図７は本発明の第１実施形態に係る同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分のブロック説明図である。
【００４１】
この制御部は、プリンタコントローラ７０と、主走査モータ１７及び副走査モータ１８を駆動するためのモータドライバ８１と、記録ヘッド１４（インクジェットヘッド）を駆動するためのヘッドドライバ（ヘッド駆動回路、ドライバＩＣで構成）８２等を備えている。
【００４２】
プリンタコントローラ７０は、ホストコンピュータ等からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介して受信するインターフェース（以下「Ｉ／Ｆ」という）７２と、ＣＰＵ等からなる主制御部７３と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ７４と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ７５と、発振回路７６と、インクジェットヘッド１４への駆動波形を発生させる駆動波形発生手段としての駆動信号発生回路７７と、ドットパターンデータ（ビットマップデータ）に展開された印字データ及び駆動波形等をヘッドドライバ８２に送信するためのＩ／Ｆ７８、モータ駆動データをモータドライバ８１に送信するためのＩ／Ｆ７９等とを備えている。
【００４３】
ＲＡＭ７４は各種バッファ及びワークメモリ等として用いる。ＲＯＭ７５は主制御部７３によって実行する各種制御ルーチンとフォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。
【００４４】
主制御部７３は、Ｉ／Ｆ７２に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデータをＲＡＭ７４の所定のエリアで構成した中間バッファに記憶し、読み出した中間コードデータをＲＯＭ７５に格納したフォントデータを用いてドットパターンデータに展開し、ＲＡＭ７４の異なる所定のエリアに再び記憶する。なお、ホスト側のプリンタドライバで印刷データをビットマップデータに展開してこの記録装置に転送する場合には、単にＲＡＭ７４に受信したビットマップの印刷データを格納する。
【００４５】
そして、主制御部７３は、記録ヘッド１４の１行分に相当するドットパターンデータが得られると、図７に示すように、この１行分のドットパターンデータを、発振回路７６からのクロック信号ＣＬＫに同期して、Ｉ／Ｆ７８を介してヘッドドライバ８２にシリアルデータＳＤで送出し、また所定のタイミングでラッチ信号ＬＴＡをヘッドドライバ８２に送出する。
【００４６】
駆動信号発生回路７７は、図７に示すように、駆動波形（駆動信号）Ｐｖのパターンデータを格納したＲＯＭ（ＲＯＭ７５で構成することもできる。）と、このＲＯＭから読み出される駆動波形のデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器を含む波形生成回路９１と、アンプ９２とで構成している。
【００４７】
ヘッド駆動回路８２は、主制御部７３からのクロック信号ＣＬＫ及び印字信号であるシリアルデータＳＤを入力するシフトレジスタ９５と、シフトレジスタ９５のレジスト値を主制御部７３からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路９６と、ラッチ回路９６の出力値をレベル変化するレベル変換回路（レベルシフタ）９７と、このレベルシフタ９７でオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ（スイッチ手段）９８とからなる。
【００４８】
このスイッチ回路９８には、駆動信号発生回路７７からの駆動波形Ｐｖを入力するスイッチＡＳ１〜ＡＳｎのアレイからなり、各スイッチＡＳ１〜ＡＳｎは記録ヘッド（インクジェットヘッド）１４の各ノズルに対応する圧電素子５２にそれぞれ接続されている。
【００４９】
そして、シフトレジスタ９５にシリアル転送された印字データＳＤは、一旦、ラッチ回路９６によってラッチされる。ラッチされた印字データはレベルシフタ９７によってスイッチ回路９８のスイッチを駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧値まで昇圧されてスイッチ手段としてのスイッチ回路９８に与えられる。
【００５０】
このスイッチ回路９８の入力側には駆動信号発生回路７７からの駆動波形（駆動信号）Ｐｖが印加されており、スイッチ回路９８の出力側には圧力発生手段としての圧電素子５２が接続されている。したがって、例えば、スイッチ回路９８に加わる印字データが「１」である期間中は、駆動波形Ｐｖから得られる駆動パルスが圧電素子５２に印加され、この駆動パルスに応じて圧電素子５２は伸縮を行う。一方、スイッチ回路９８に加わる印字データが「０」の期間中は、圧電素子５２への駆動パルスの供給が遮断される。
【００５１】
なお、シフトレジスタ９５及びラッチ回路９６はロジック回路で組んであり、レベル変換回路９７及びスイッチ回路９８はアナログ回路で組んである。
【００５２】
次に、このように構成したヘッド駆動制御部の作用について説明する。
先ず、インク滴体積Ｍｊとドット径との関係について図８を参照して説明する。インク滴体積Ｍｊとドット径との関係は、インク種／紙種の組み合わせによりその関係（近似曲線）は変化するが、円（ドット径）が半径の２乗、球（滴体積）が半径の３乗に比例することから、滴が小さいときにはドット径の変化が大きく、滴が大きくなるに従いドット径の変化が小さくなる（飽和する）傾向には変わりがない。
【００５３】
したがって、吐出量が同じ量ΔＭｊだけばらついたとき、中心のＭｊが大きな方が吐出量の変化率も小さいが、ドット径として見るとその差は更に大きくなる。つまり、小さい滴ほど滴体積を精度良く制御する必要がある。
【００５４】
そこで、本発明の第１実施形態に係るヘッド駆動制御部において、図９（ａ）に示すように、駆動信号発生回路７７からは１印字周期（１印刷周期）内で大滴、中滴、小滴を吐出させる駆動パルス（駆動信号）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含む駆動波形Ｐｖを出力してヘッドドライバ８２に与えている。
【００５５】
ここでは、大滴、中滴、小滴のいずれもいわゆる押し打ちで吐出させる構成であるので、滴吐出量Ｍｊを変えるために駆動パルス（駆動信号）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の電圧値を異ならせており、また滴速度Ｖｊをできるだけ揃えるために、電圧の立ち上がり時定数ｔｒ１、ｔｒ２、ｔｒ３を各パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３で異ならせている。
【００５６】
また、複数の駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３は吐出する滴の大きさの順（大滴、中滴、小滴の順）に発生させて、最小の滴である小滴を一印字周期の最後に出力するようにしている。
【００５７】
一方、ヘッドドライバ８２には同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように主制御部７３からの印字データＳＤ、クロック信号ＣＬＫ及びラッチ信号ＬＡＴが与えられる。なお、同図（ｄ）のラッチ信号ＬＡＴは各駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３のタイミングとも図示しているが、吐出させる滴の大きさに対応したタイミングでのみ与えられる。すなわち、大滴、中滴、小滴は、択一的に吐出するようにしている。
【００５８】
したがって、大滴を吐出するときには駆動波形ＰｖのうちのパルスＰ１のタイミングでスイッチ回路９８の所要の（インク滴を吐出させるノズルに対応する）アナログスイッチＡＳをオン状態にすることによって、中滴を吐出するときには駆動波形ＰｖのうちのパルスＰ２のタイミングでスイッチ回路９８の所要の（インク滴を吐出させるノズルに対応する）アナログスイッチＡＳをオン状態にすることによって、小滴を吐出するときには駆動波形ＰｖのうちのパルスＰ３のタイミングでスイッチ回路９８の所要の（インク滴を吐出させるノズルに対応する）アナログスイッチＡＳをオン状態にすることによって、それぞれ大滴、中滴、小滴を選択的に吐出させることができる。
【００５９】
ここで、インクジェットヘッドの駆動周波数（駆動周期）Ｔに対する吐出速度Ｖｊ及び吐出滴体積Ｍｊの特性の測定結果の一例を図１０に示している。この場合、駆動パルスとしては図９に示した大滴を吐出させる駆動パルスＰ１を用いている。圧電素子５２はｄ３３方向の変位を利用しているので、図９の駆動パルスＰ１では定常状態より加圧液室を収縮させてインク滴を吐出する、いわゆる、押し打ち駆動となる。
【００６０】
このヘッドの例では、１１０μｓｅｃ付近に吐出滴体積Ｍｊのピークがあるが、これは、滴を吐出した後に共通液室からインクがリフィルされて、その流れがメニスカスを押し上げた時に、次の駆動パルスが印加されたことによる。つまり、メニスカスが定常より盛り上がっているので滴体積Ｍｊが大きくなっている。このリフィル振動の周期は、１１０μｓｅｃまでが半周期だから、約２２０μｓｅｃになる。また、５０μｓｅｃ以下の周期でＶｊが大きく変動しているのは、加圧液室の圧力振動が残留しているからである。
【００６１】
ここで、駆動周波数が十分遅い、例えば、図１０でリフィル周期より大きく、４ｋＨｚ（２５０μｓｅｃ周期）である場合には、メニスカスの振動も減衰しているので、滴体積Ｍｊの変動は小さい。しかしながら、４ｋＨｚの駆動周波数では印字速度が遅くなるので、１０〜１６ｋＨｚ（６２．５〜１００μｓｅｃ）の間で、駆動周波数は設定すると、紙の送り速度などの影響があるので、単純に周波数の比ではないが、印字速度が倍近く速くなる。ただし、図１０より滴体積Ｍｊは１６±１．２ｐｌ程度の範囲で変化するので、ベタ画像や淡濃度画像などの画像によってはドットの大きさが変わることを意味する。
【００６２】
また、図９に示したように、一印字周期内で複数の異なる大きさの滴を選択的に吐出させる場合、その前の吐出からの時間が画像によって変わってくる。すなわち、小滴、大滴の組み合わせは時間が短く、大滴、小滴の組み合わせは時間が長くなる。
【００６３】
ここで、前述した図８に示したように、小滴の場合、滴体積Ｍｊのバラツキがドット径に与える影響が大きいので、小滴の場合にはリフィル振動が小さくなるように、一印字周期内で最後に吐出するようにしている。
【００６４】
これにより、小滴吐出時のメニスカス位置は、大滴、中滴に比べてかなり安定する。したがって、小滴のドット径がばらつかなくなり、きれいな画像を印写することができる。なお、小滴の駆動周期が一番短くなる、小滴から小滴までの時間間隔をリフィル周期程度に設定することが好ましい。
【００６５】
すなわち、一印刷周期はリフィル周期より短くすることで、印刷速度を確保でき、前回吐出時の残留振動によるメニスカスの影響を特に受け易く滴体積が変化し易い小さい滴を最後に吐出させることで、小さな滴を吐出する時には減衰が進み、前回吐出時の残留振動によるメニスカスの影響を受け難くなる。
【００６６】
本実施形態では、大滴、中滴、小滴は排他的に吐出するようにしており、第１滴（大滴）と第２滴（中滴）などの組み合わせで吐出させることは行っていない。組み合わせで吐出させるためには、加圧液室の残留圧力を考慮して（打ち消すタイミングにするか、重ね合わせるかは場合によるが）同期させるようにパルス間隔を調整する必要があるが、小滴以外は組み合わせることもできる。
【００６７】
このように、小さな滴を最後に吐出させるようにすることで、小さな滴を吐出するときには減衰が進み、前回吐出時の残留振動によるメニスカスの影響を受け難くなり、小さい滴を安定して吐出させることができるので、、滴体積のバラツキに対してドット径がバラツキ易い小さい滴のドットが揃うので、安定して高い画像品質の画像を印刷速度の低下を来すことなく形成することができる。
【００６８】
また、大きな滴から順に吐出させるようにすることで、前回吐出時の残留振動によるメニスカスの影響を受けて多少吐出した滴体積が変化してもドット径はバラツキ難くなり、一印字周期（一印刷周期）を長くしなくてもドット径が揃い、高い品質の画像を出力することができる。
【００６９】
次に、第２実施形態について図１１を参照して説明する。
この実施形態は加圧液室を膨張させてメニスカスを引き込んでから、加圧液室を収縮させて滴を吐出するいわゆる引き打ちで大きさの異なる滴を吐出させるものである。一度、メニスカスを引き込むことで、押し打ちよりも更に小さい滴を吐出させることができる。
【００７０】
この実施形態のヘッド駆動制御に係わる部分の構成は、主制御部７３からは印刷画像に応じた２ビットの階調信号０、１と、クロック信号ＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴ、制御信号ＣＳをヘッドドライバ１０２に与える。
【００７１】
ヘッドドライバ１０２は、主制御部７３からの階調信号０及びクロック信号ＣＬＫを入力するシフトレジスタ１０３と、主制御部７３からの階調信号１及びクロック信号ＣＬＫを入力するシフトレジスタ１０４と、シフトレジスタ１０３のレジスト値を主制御部７３からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路１０５と、シフトレジスタ１０４のレジスト値を主制御部７３からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路１０６と、ラッチ回路１０５の出力値とラッチ回路１０６の出力値に基づいて、主制御部７３からの制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３のいずれかを選択してレベル変換回路（レベルシフタ）９７に出力させるセレクタ１０７と、前述したレベルシフタ９７及びアナログスイッチアレイ（スイッチ手段）９８とからなる。
【００７２】
そこで、本発明の第２実施形態に係るヘッド駆動制御部においては、図１２（ａ）に示すように、駆動信号発生回路７７からは１印字周期（１印刷周期）内で大滴、中滴、小滴を吐出させる駆動パルス（駆動信号）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含む駆動波形Ｐｖを出力してヘッドドライバ８２に与えている。
【００７３】
各駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、いずれもいわゆる引き打ちでインク滴を吐出させるため、吐出加圧液室を膨張させる波形要素（立ち下げ波形要素）Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ３と、加圧液室の膨張状態を保持する波形要素Ｐｂ１、Ｐｂ２、Ｐｂ３と、加圧液室を保持状態から収縮させる波形要素（立ち上げ波形要素）Ｐｂ１、Ｐｂ２、Ｐｂ３とを含み、立ち下げ電圧によるメニスカスの引き込み量と立ち上げ電圧による加圧体積によって滴の吐出量を制御して、大滴、中滴、小滴を打ち分けるようにしている。
【００７４】
また、複数の駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３は吐出する滴の大きさの順（大滴、中滴、小滴の順）に発生させて、最小の滴である小滴を一印字周期の最後に出力するようにしている。
【００７５】
一方、ヘッドドライバ１０２には同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように主制御部７３からのクロック信号ＣＬＫ、階調信号０、１、ラッチ信号ＬＡＴが与えられる。そして、同図（ｅ）に示すように、制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３のいずれかを階調データ０、１に基づいて選択することによって、つまり、大滴のときには駆動パルスＰ１を選択する制御信号を、中滴のときには駆動パルスＰ２を選択する制御信号を、小滴のときには駆動パルスＰ３を選択する制御信号を、選択することによって、それぞれ大滴、中滴、小滴を選択的に吐出させることができる。
【００７６】
このような回路構成にすることで、データの転送は一印字周期内で一度で済み、例えば、図１２に示す中滴のように、データ転送時間より短い時間での切換も可能になる。また、アナログスイッチＡＳのＯＮ／ＯＦＦの切換は外部より入力する制御信号ＭＮ０〜ＭＮ３によるので、切換時間の変更等を容易に行うことができる。
【００７７】である。
ここで、インクジェットヘッドの駆動周波数（駆動周期）Ｔに対する吐出速度Ｖｊ及び吐出滴体積Ｍｊの特性の測定結果の一例を図１３に示している。この場合、駆動パルスとしては図１２に示したもっとも単純な引き打ちである中滴を吐出させた場合の周波数（駆動周期）特性を示している。
【００７８】
前述した図１０に示す例と、リフィル振動の周期自体は変わらないが、引き込み時圧力により発生するインクの流れにより、滴体積Ｍｊ振動のピーク位置は、５０μｓｅｃ程度にずれている。ただし、その後の滴体積Ｍｊの変動幅は大きい。単純に安定して吐出させるには、リフィル周期２２０μｓｅｃ程度待って、印写速度を犠牲にする必要がある。
【００７９】
ここでも、最小の滴である小滴を一印字周期の最後の段階で吐出させているので、小さい滴を打つときには、リフィルによるメニスカス振動が減衰して、少なくとも大滴、中滴に比べて吐出滴量Ｍｊのバラツキを小さくできる。これにより、ドット径に大きく影響が生じる小さい滴が揃うので、高い品質の画像を印写することができる。
【００８０】
特に、本実施形態の引き打ちのように、メニスカスの引き込み位置で吐出滴量Ｍｊを小さくする方式の場合、リフィルによるメニスカス振動の影響が出やすく（図１３と図１０の比較）、駆動周期が短くなると、吐出滴量Ｍｊのバラツキが大きくなる。
【００８１】
具体的には、本実施形態の一印字周期は８３．３μｓｅｃ（１２ｋＨｚ）としており、小滴を最後に吐出させることで、吐出させるまでの間隔を、短くて８３．３μｓｅｃ確保することができる。
【００８２】
なお、本実施形態でも、大滴、中滴、小滴は排他的にしており、第１滴（大滴）と第２滴（中滴）などの組み合わせで吐出させることはしていない。組み合わせで吐出させるためには、加圧液室の残留圧力を考慮して（打ち消すタイミングにするか、重ね合わせるかは場合によるが）同期させるようにパルス間隔を調整する必要があるが、小滴以外は組み合わせることもできる。
【００８３】
このように、引き打ち駆動を行ってメニスカス位置で吐出する滴の大きさを変化させてようにした場合、引き込み時に前回吐出時の残留振動によるメニスカスの影響を特に受け易く、滴体積が変化し易くなるが、小さな滴を最後に吐出するようにすることで、小さな滴を吐出する時には減衰が進み、前回吐出時の残留振動によるメニスカスの影響を受け難くなり、小さい滴を安定して吐出させることができるので、滴体積のバラツキに対してドット径がバラツキ易い小さい滴のドットが揃うので、高い品質の画像を出力することができる。
【００８４】
次に、本発明の第３実施形態について図１４を参照して説明する。
この実施形態は、上記第２実施形態の回路構成において、駆動波形Ｐｖに微駆動のパルスＰ４を追加したものである。この微駆動のパルスＰ４を与えた場合、インク滴は吐出しないでインクメニスカスを振動させることができ、これにより、インク滴を吐出させないノズルがインクの乾燥による増粘で目詰まりすることなどを防ぐことができる。
【００８５】
この微駆動のパルスＰ４を印加するか否かは、階調信号０、１が（０，０）で不吐出の場合に選択させる制御信号ＭＮ０によってアナログスイッチＡＳを制御することで行うことができる。
【００８６】
また、微駆動のパルスＰ４は、インク滴を吐出せずに、残量圧力やメニスカスの振動も小さいので、小滴の後に発生するようにすることが好ましい（吐出する滴では小滴が一番最後に吐出する。）。このようにすることで、どのような滴の組み合わせで吐出させる場合も吐出間隔が短くなることを防ぐことができる。さらに、同じ理由で、吐出間隔を確保したまま、微駆動するためには、滴を吐出する前に、微駆動を発生させる（パルスＰ４を最初にする。）ことが好ましい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェット記録装置によれば、小さな滴を最後に吐出させるので、小さい滴を安定して吐出させることができ、印刷速度を確保しつつ画像品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像記録装置としてのインクジェット記録装置の機構部の一例を示す斜視説明図
【図２】同記録装置の機構部の側断面説明図
【図３】同記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドの一例を説明するヘッドの液室長辺方向に沿う断面説明図
【図４】同ヘッドの液室短辺方向に沿う断面説明図
【図５】同ヘッドの要部平面説明図
【図６】同記録装置の制御部の概要を説明するブロック図
【図７】本発明の第１実施形態に係る同制御部のヘッド駆動制御に係わる部分のブロック説明図
【図８】滴体積とドット径との関係の一例を示す説明図
【図９】同第１実施形態の説明に供する説明図
【図１０】駆動周期と吐出速度との関係の一例を示す説明図
【図１１】本発明の第２実施形態の説明に供するヘッド駆動制御に係わる部分のブロック説明図
【図１２】同実施形態の説明に供する説明図
【図１３】駆動周期と吐出速度との関係の一例を示す説明図
【図１４】本発明の第３実施形態の説明に供する説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、４１…流路板、４２…振動板、４３…ノズル板、４５…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室、５２…圧電素子、７７…駆動信号発生回路、８２…ヘッドドライバ。

Claims (6)

1. インク滴を吐出するノズルが連通する複数の加圧液室と、この加圧液室の壁面を形成する振動板と、この振動板を変位させる電気機械変換手段とを有するヘッドと、一印刷周期内に異なる大きさの滴に対応する複数の駆動信号を発生させる駆動信号発生手段とを備えたインクジェット記録装置において、最小の滴は最後に吐出させる手段を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置
2. 請求項１に記載のインクジェット記録装置において、大きな滴から順に吐出させる手段を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置において、少なくとも一つの駆動信号は、前記加圧液室の容積を膨張させる波形要素と、この膨張状態を保持する波形要素と、この保持状態から加圧液室の容積を収縮させる波形要素とを含むことを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、一印刷周期はリフィル周期より短いことを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記駆動信号発生手段は、それぞれの大きさの滴を吐出させる独立な駆動信号を滴の大きさに順じて発生させることを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記駆動信号発生手段は、最初に、又は最後に滴を吐出させずにメニスカスを振動させる信号を発生させることを特徴とするインクジェット記録装置。

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