JP2004066727A - インクジェット式記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】共振を利用し且つ複数のインク滴を飛翔中に合体させるインクジェットヘッドにおいて、合体後のインク滴の吐出速度又は液滴量の変動を抑制することによって、記録の品質を向上させる。
【解決手段】アクチュエータを駆動する駆動信号は、複数のパルス信号を含んでいる。駆動信号の波形生成周波数ｆは、波形生成周波数を横軸の変数として且つ合体後のインク滴の吐出速度を縦軸の変数とする凸状の速度曲線において、吐出速度がピーク値をとる所定周波数ｆ０に設定されている。
【選択図】 図８
【解決手段】アクチュエータを駆動する駆動信号は、複数のパルス信号を含んでいる。駆動信号の波形生成周波数ｆは、波形生成周波数を横軸の変数として且つ合体後のインク滴の吐出速度を縦軸の変数とする凸状の速度曲線において、吐出速度がピーク値をとる所定周波数ｆ０に設定されている。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ノズルから一印刷周期中に複数のインク滴を吐出し、これら複数のインク滴を飛翔中に合体させ、合体後のインク滴により記録紙上に一つのインクドットを形成するインクジェットヘッドが知られている。この種のインクジェットヘッドは、上記インクドットを記録紙上に複数個配列し、これらインクドットにより当該記録紙に画像等を形成する。そして、一印刷周期中に吐出するインク滴の個数を調整することにより、インクドットの濃淡や大きさを調整することができ、いわゆる多階調記録が可能となる。
【０００３】
上記のようなインクジェットヘッドは、例えば、特公平７−１０８５６８号公報に開示されている。当該インクジェットヘッドでは、アクチュエータを駆動する駆動パルスの後縁部の傾斜角度を変更することによって、インク滴の吐出速度を調整している。そして、後から吐出するインク滴の方が先に吐出するインク滴よりも吐出速度が速くなるようにすることで、同じノズルから吐出された複数のインク滴を合体させ、大きなインク滴にしてから記録紙に着弾させている。
【０００４】
ところで、圧電アクチュエータの振動周期を固有振動周期に合わせると、圧電アクチュエータを共振させることができ、インクメニスカス振動を共振させることができる。そのため、より少ないエネルギーで圧電アクチュエータを駆動することができる。したがって、共振の有効活用を図ることにより、吐出性能の向上を図ることができる。
【０００５】
なお、上記及び下記において、圧電アクチュエータの振動周期とは、インク等を含めた振動系全体の振動周期を言うものとする。すなわち、圧力室等にインクが充填されている状態における圧電アクチュエータの振動周期を言う。同様に、圧電アクチュエータの共振周波数等も、インク等を含めた振動系全体の共振周波数等を言うものとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、共振を利用するインクジェットヘッドであっても、圧電アクチュエータ同士に共振周波数のばらつきがあると、ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度や液滴量に変動を生じ、インク滴の着弾位置ずれやインクドットの寸法ばらつきを招く。このような着弾位置又インクドットの寸法のばらつきは、記録紙上のインクドットの配列にがたつきを生じさせ、画質を低下させる要因となる。特に、複数のインク滴を合体させるインクジェットヘッドでは、共振周波数のずれによって吐出速度や液滴量が大きく変動しやすい。従来は、このような共振周波数のずれによる吐出速度又は液滴量の変動に対し、効果的な対策は施されていなかった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共振を利用し且つ複数のインク滴を飛翔中に合体させるインクジェット式記録装置において、合体後のインク滴の吐出速度又は液滴量の変動を抑制することによって、記録の品質を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の吐出速度を縦軸の変数とする凸状の速度曲線において、吐出速度がピーク値をとる所定周波数に設定されているものである。
【０００９】
なお、本明細書中においては、圧電アクチュエータの共振とは、圧力室等にインクが充填されている状態における圧電アクチュエータの共振を意味するものとする。すなわち、圧電アクチュエータの共振とは、インクや圧力室形成部材等を含めた振動系全体の共振を意味するのであって、インクが充填されていない状態の圧電アクチュエータ自身の共振を意味するものではない。なお、このような圧電アクチュエータの共振は、例えば、圧電アクチュエータの変位の測定やインクメニスカスの測定等によって特定することができる。
【００１０】
また、「波形生成周波数」とは、駆動信号を構成するすべてのパルス信号を時間軸方向に一様に伸縮した場合に、その伸縮の程度を指標する変数であって、具体的には以下のように定義される変数である。すなわち、基本周波数（なお、基本周波数は任意に設定することができる）をＡ［ＭＨｚ］、基本周波数の駆動信号を構成するすべてのパルス信号の合計時間（詳しくは、先頭のパルスの電位変化開始時点から最後のパルスの電位変化終了時点までの時間。以下、パルス合計時間という）をＢ［μｓ］としたとき、駆動信号のパルス信号の全体を時間軸方向に一様に伸縮させることによってパルス合計時間がＣ［μｓ］になったとする。この場合に、ｆ＝Ａ・Ｂ／Ｃで表される変数ｆ［ＭＨｚ］を、波形生成周波数と定義することとする。上記定義式から明らかなように、波形生成周波数ｆはパルス合計時間Ｃが長くなると小さくなり、逆に、パルス合計時間Ｃが短くなると大きくなる。言い換えると、パルス信号が時間軸に沿って伸びると波形生成周波数ｆは小さくなり、パルス信号が時間軸に沿って縮むと波形生成周波数ｆは大きくなる。
【００１１】
このように、波形生成周波数が基本周波数よりも高い場合には、基本周波数による駆動信号よりもパルス合計時間が短くなり、圧縮された駆動信号となる。一方、あるアクチュエータの共振周波数が代表的なアクチュエータの共振周波数よりも低い場合、どのアクチュエータにも同じ駆動信号が入力されるのであるが、あるアクチュエータの駆動信号は、見かけ上、代表的なアクチュエータの駆動信号よりも圧縮されたように見える。以上のように、波形生成周波数とアクチュエータの共振周波数とは、いわば逆の関係にあると言える。
【００１２】
上記インクジェット式記録装置では、駆動信号を構成している複数のパルス信号の波形生成周波数が、合体後のインク滴（以下、合体インク滴という）の吐出速度がピーク値をとるような所定周波数に設定されている。ところで、ピーク値の近傍では、波形生成周波数が多少変動したとしても、吐出速度の変動は少ない。したがって、ヘッドの製造誤差等によりアクチュエータの共振周波数にばらつきが生じたとしても、吐出速度のばらつきは少なく抑えられる。その結果、記録品質の向上が図られる。
【００１３】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の液滴量を縦軸の変数とする凸状の液滴量曲線において、液滴量がピーク値をとる所定周波数に設定されているものである。
【００１４】
上記インクジェット式記録装置では、駆動信号を構成している複数のパルス信号の波形生成周波数が、合体インク滴の液滴量がピーク値をとるような所定周波数に設定されている。ところで、ピーク値の近傍では、波形生成周波数が多少変動したとしても、液滴量の変動は少ない。したがって、ヘッドの製造誤差等によりアクチュエータの共振周波数にばらつきが生じたとしても、液滴量のばらつきは少なく抑えられる。その結果、記録品質の向上が図られる。
【００１５】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の液滴量を縦軸の変数とする凸状の液滴量曲線において、液滴量がピーク値をとる所定周波数よりも大きく設定されているものである。
【００１６】
上記インクジェット式記録装置では、駆動信号を構成している複数のパルス信号の波形生成周波数が、合体インク滴の液滴量がピーク値をとる所定周波数よりも大きく設定されている。波形生成周波数が上記所定周波数よりも大きいと、合体インク滴の液滴量は少なくなりやすい。一方、波形生成周波数が上記所定周波数よりも大きいことと、アクチュエータの共振周波数が小さいことは等価であり、それに伴い、アクチュエータの変位量は大きくなる。その結果、合体インク滴の液滴量は多くなりやすい。したがって、波形生成周波数が上記所定周波数よりも大きいと、アクチュエータの共振周波数のばらつきに起因する液滴量の変動と、アクチュエータの変位量のばらつきに起因する液滴量の変動とは、相殺される。したがって、ヘッドの製造誤差等によりアクチュエータにばらつきが生じたとしても、液滴量のばらつきは小さく抑えられ、記録品質の向上が図られる。
【００１７】
前記インクジェット式記録装置において、駆動信号のパルス信号は、圧力室を減圧する電位降下波形と、電位を維持する電位維持波形と、圧力室を加圧する電位上昇波形とを有し、減圧した圧力室を加圧する際にインク滴を吐出するように構成され、前記パルス信号の電位降下波形の電位降下時間は、アクチュエータの固有周期以下に設定され、前記パルス信号の電位維持波形の電位維持時間は、アクチュエータの固有周期の１／２以下に設定されていることが好ましい。
【００１８】
なお、ここでアクチュエータの固有周期とは、インク等を含めた振動系全体の固有周期を言う。
【００１９】
このことにより、印刷周期が短くなり、ヘッドの応答性が向上する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動信号の波形生成周波数を合体インク滴の吐出速度又は液滴量がピーク値となる所定周波数に設定することとしたので、アクチュエータの寸法や特性等にばらつきが生じていたとしても、ヘッド全体における吐出速度又は吐出量のばらつきを抑制することができる。したがって、合体インク滴の着弾位置又はインクドットの寸法のばらつきを少なくすることができ、記録の品質を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明によれば、駆動信号の波形生成周波数を合体インク滴の液滴量がピーク値をとる所定周波数よりも大きく設定することとしたので、アクチュエータの共振周波数のずれに起因する液滴量の変動と、アクチュエータの変位量のずれに起因する液滴量の変動とを相殺させることができる。したがって、合体インク滴によるインクドットの寸法のばらつきを少なくすることができ、記録の品質を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜実施形態１＞
図１は、インクジェット式記録装置としてのプリンタ２０の概略構成を示している。プリンタ２０は、キャリッジ１６に固定されたインクジェットヘッド１を備えている。キャリッジ１６には、図１では図示を省略するキャリッジモータ２８（図６参照）が設けられている。キャリッジ１６は、キャリッジモータ２８によって主走査方向（図１及び図２に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸１７にガイドされ、その方向に往復移動するように構成されている。インクジェットヘッド１はキャリッジ１６に搭載されているので、インクジェットヘッド１もキャリッジ１６の往復移動に伴って主走査方向Ｘに往復移動する。なお、このキャリッジ１６、キャリッジ軸１７及びキャリッジモータ２８により、インクジェットヘッド１と記録紙４１とを相対移動させる移動手段が構成されている。
【００２４】
記録紙４１は、図１では図示を省略する搬送モータ２６（図６参照）によって回転駆動される２つの搬送ローラ４２に挟まれており、この搬送モータ２６及び各搬送ローラ４２により、主走査方向Ｘと直交する副走査方向（図１及び図２に示すＹ方向）に搬送される。
【００２５】
図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、インクを収容する複数の圧力室４と各圧力室４にそれぞれ連通する複数のノズル２とが形成された本体部４０と、各圧力室４内のインクに圧力を付与するアクチュエータ１０とを有している。これら本体部４０とアクチュエータ１０とにより、ヘッド本体５０が構成されている。アクチュエータ１０は、圧電素子１３の圧電効果を利用するいわゆるピエゾ式のアクチュエータであって、特に、たわみ振動型のアクチュエータである。このアクチュエータ１０は、圧力室４の縮小及び拡大に伴う圧力室４内の圧力変化によって、ノズル２からインク滴を吐出し且つ圧力室４にインクを充填する。
【００２６】
図２に示すように、圧力室４は、インクジェットヘッド１の内部に主走査方向Ｘに延びるように長溝状に形成され、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて配設されている。圧力室４の一端部（図２の右側の端部）には、ノズル２が設けられている。ノズル２，２，…は、インクジェットヘッド１の下面において、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて開口するように設けられている。圧力室４の他端部（図２の左側の端部）は、インク供給路５の一端部に連続している。各インク供給路５の他端部は、副走査方向Ｙに延びるインク供給室３に連続している。
【００２７】
図３に示すように、ヘッド本体５０は、ノズル２が形成されたノズルプレート６と、圧力室４及びインク供給路５を区画形成する区画壁７と、アクチュエータ１０とが順に積層されて構成されている。このノズルプレート６は厚さ２０μｍのポリイミド板からなり、区画壁７は厚さ４８０μｍのステンレス製ラミネート板またはステンレスと感光性ガラスとのラミネート板からなっている。
【００２８】
図４及び図５に誇張して示すように、アクチュエータ１０は、圧力室４を覆う振動板１１と、振動板１１を振動させる薄膜の圧電素子１３と、個別電極１４とが順に積層されて構成されている。前述したように、このアクチュエータ１０は圧電素子１３の圧電効果を利用するものであって、いわゆる圧電アクチュエータである。振動板１１は、厚さ２μｍのクロム板からなっていて、個別電極１４と共に圧電素子１３に電圧を印加するための共通電極としての機能をも有している。圧電素子１３は、圧力室４に対応して設けられており、厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）等を好適に用いることができる。本実施形態では、圧電素子１３の厚みは３μｍに設定されている。個別電極１４は厚さ０．１μｍの白金板からなっており、アクチュエータ１０の全体の厚さは約５μｍとなっている。なお、互いに隣接する圧電素子１３及び個別電極１４の間には、ポリイミドからなる絶縁層１５が設けられている。
【００２９】
次に、図６のブロック図を参照しながら、プリンタ２０の制御回路３５を説明する。制御回路３５は、ＣＰＵからなる主制御部２１と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ２２と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ２３と、搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８とをそれぞれ駆動制御するためのドライバ回路２５，２７及びモータ制御回路２４と、印刷データを受信するデータ受信回路２９と、駆動信号発生回路３０と、選択回路３１とを備えている。選択回路３１には、アクチュエータ１０が接続されている。
【００３０】
駆動信号発生回路３０は、一印刷周期内に１または２以上のパルスを含む駆動信号を発生させるように構成されている。なお、駆動信号の詳細については後述する。選択回路３１は、インクジェットヘッド１がキャリッジ１６と共に主走査方向Ｘに移動しているときに、上記駆動信号に含まれる１又は２以上のパルスをアクチュエータ１０に選択的に入力させる。これら駆動信号発生回路３０及び選択回路３１により、アクチュエータ１０に所定の駆動信号を供給する駆動回路３２が構成されている。
【００３１】
図７は、駆動信号発生回路３０において生成される駆動信号Ｐの波形を示している。駆動信号Ｐは、インク滴を吐出させるようにアクチュエータ１０を駆動する第１〜第４の吐出パルスＰ１〜Ｐ４と、インク滴を吐出させない程度にアクチュエータ１０を駆動する補助パルスＰ５とを有している。上記パルスＰ１〜Ｐ５は、いずれも圧力室４をいったん減圧させてから加圧するパルス信号であり、いわゆる引き押し波形からなるパルス信号である。言い換えると、上記パルスＰ１〜Ｐ５は、圧力室４をいったん拡大してから縮小するようなパルスである。吐出パルスＰ１〜Ｐ４の供給の際には、圧力室４の縮小に伴ってノズル２からインクが吐出される。
【００３２】
詳しくは、第１吐出パルスＰ１は、電位が基準電位ＶＨから圧力室４を減圧させる所定の電位（以下、負圧電位という）ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから第１中間電位ＶＭ１にまで上昇する電位上昇波形とからなっている。第２吐出パルスＰ２は、電位が第１中間電位ＶＭ１から負圧電位ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから基準電位ＶＨにまで上昇する電位上昇波形とからなっている。第３吐出パルスＰ３は、電位が基準電位ＶＨから負圧電位ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから第１中間電位ＶＭ１にまで上昇する電位上昇波形とからなっている。第４吐出パルスＰ４は、電位が第１中間電位ＶＭ１から負圧電位ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから基準電位ＶＨにまで上昇する電位上昇波形とからなっている。
【００３３】
補助パルスＰ５は、電位が基準電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２まで降下する電位降下波形と、第２中間電位ＶＭ２を維持する電位維持波形と、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨまで上昇する電位上昇波形とからなっている。
【００３４】
各電位ＶＨ，ＶＬ，ＶＭ１，ＶＭ２、第１パルスＰ１の間隔ｔＢ１、第２パルスＰ２の間隔ｔＢ２、第３パルスＰ３の間隔ｔＢ３、第４パルスＰ４の間隔ｔＢ４、第１パルスＰ１の電位降下波形の電位変化時間ｔｆ１、第２パルスＰ２の電位降下波形の電位変化時間ｔｆ２、及び駆動周波数Ｈ＝１／Ｔの値は、下記の表１に示す通りである。アクチュエータの固有周期（ヘルムホルツ固有周期）は８μｓである。なお、パルスの間隔とは、第１パルスＰ１においては、電位の降下開始時点から上昇終了時点までの時間を言い、第１パルスＰ１以外の吐出パルス（すなわち、第２〜第４パルスＰ２〜Ｐ４）においては、直前のパルスの電位上昇終了時点から当該パルスの電位上昇終了時点までの時間を言うものとする。
【００３５】
【表１】
【００３６】
補助パルスＰ５は、インク吐出後のインクメニスカスの残留振動を抑制するものである。吐出用パルスと補助パルスＰ５との間、すなわち第４パルスＰ４の電位上昇終了時から補助パルスＰ５の電位降下開始時までの間隔は、アクチュエータの固有周期の０．５〜１．５倍が好ましい。上記間隔が短すぎると振動の抑制効果が十分に得られない一方、上記間隔が長すぎると印刷周期が長くなり、印刷速度が遅くなるからである。補助パルスＰ５のパルス高さＶＨ−ＶＭ２は、基準電位ＶＨと負圧電位ＶＬとの電位差ＶＨ−ＶＬの０．１〜０．３倍が好ましい。補助パルスＰ５のパルス高さが低すぎると振動抑制の効果が十分に得られない一方、パルス高さが高すぎるとインクを吐出するおそれがあるからである。
【００３７】
なお、記録動作の応答性向上のために、各パルスの電位降下波形の電位変化時間（つまり、波形の立ち下がり時間）はアクチュエータの固有周期以下が好ましく、各電位の電位維持波形の電位維持時間はアクチュエータの固有周期の１／２以下が好ましい。
【００３８】
駆動信号Ｐが上記のように設定されていることにより、第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４は、アクチュエータ１０を共振させるように構成されている。また、第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４は、これらパルスによって吐出された複数のインク滴を飛翔中に合体させるように構成されている。更に、第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４は、合体後のインク滴の吐出速度及び液滴量がピーク値となるように構成されている。次に、図８を参照しながら、合体後のインク滴の吐出速度及び液滴量について説明する。
【００３９】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すパルス波形を有する駆動信号を供給した場合に、合体後のインク滴の吐出速度及び液滴量が波形生成周波数ｆ＝ｋ／Ｔ１（ただし、ｋは定数）によってどのように変化するかを示している。
【００４０】
前述したように、「波形生成周波数」とは、駆動信号を構成するすべてのパルス信号を時間軸方向に一様に伸縮した場合に、その伸縮の程度を指標する変数である。駆動信号に変更を加える場合、個々のパルス信号の波形をそれぞれ独立に変更するよりも、すべてのパルス信号を時間軸方向に沿って一様に伸縮する方が容易である。そこで、本発明では、駆動信号を時間軸方向に沿って一様に伸縮することとしている。そのため、その伸縮の度合いを指標する何らかの変数が必要になり、そのような変数として「波形生成周波数」を導入することとした。
【００４１】
図８（ｂ）に示すように、吐出速度を示す速度曲線Ｌ１及び液滴量を示す液滴量曲線Ｌ２は、いずれも上向きに凸状の曲線である。吐出速度及び液滴量は、波形生成周波数ｆが所定周波数ｆ０のときにピーク値をとり、波形生成周波数ｆが所定周波数ｆ０から離れるにしたがって減少する。
【００４２】
図８（ｂ）から、波形生成周波数ｆの値が所定周波数ｆ０と一致又は近似していると、波形生成周波数ｆが多少変化しても吐出速度及び液滴量の変動は少ないことが分かる。したがって、予めインクジェットヘッド１の波形生成周波数ｆを所定周波数ｆ０と一致又は近似した値に設定することとすれば、製作誤差等によって複数のアクチュエータにおいて波形生成周波数ｆにばらつきが生じたとしても、吐出速度及び液滴量のばらつきを少なくすることができる。そこで、本実施形態では、波形生成周波数ｆを上記周波数ｆ０に設定し、前述したように、駆動信号Ｐを合体インク滴の吐出速度及び液滴量がピーク値となるように構成することとした。
【００４３】
図９は、本実施形態に係る駆動信号Ｐを供給した場合において、アクチュエータの共振周波数のばらつきと合体インク滴の吐出速度及び液滴量のばらつきとの間にどのような関係が見られたかを示している。図９のグラフの横軸は共振周波数のばらつき割合を示し、グラフの縦軸は吐出速度及び液滴量のばらつき割合を示している。図９に示すように、駆動信号Ｐによれば、共振周波数のばらつきが−１１％〜＋１１％のときに、合体インク滴の吐出速度及び液滴量のばらつきを−１０％〜＋１０％の範囲内に抑えることができる。逆にいうと、吐出速度及び液滴量のばらつきを±１０％以内に抑えるためには、許容できる共振周波数のばらつき度合い（以下、共振裕度という）は約±１１％以内となる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、駆動信号Ｐの波形生成周波数ｆを合体インク滴の吐出速度及び液滴量がピーク値となる所定周波数ｆ０に設定したので、共振裕度を従来よりも拡大することができる。そのため、合体インク滴の着弾位置のばらつきを少なくすることができる。また、合体インク滴により形成されるインクドットの寸法ばらつきを抑制することができ、インクドットの濃淡のばらつきを抑制することができる。したがって、共振を利用し且つ複数のインク滴を合体させるインクジェットヘッドにおいて、記録品質の向上を図ることができる。
【００４５】
なお、各吐出パルスＰ１〜Ｐ４により吐出されるインク滴の吐出速度が大きすぎると、後から吐出されたインク滴が先に吐出されたインク滴に追いつく際に、後のインク滴が先のインク滴を突き抜けたり、先のインク滴に斜めから衝突して合体インク滴が回転する等により、インク滴同士の合体が不安定になる場合もある。特に、本実施形態では、合体インク滴の吐出速度がピーク値をとるように駆動信号Ｐを構成しているので、各インク滴の吐出速度が大きすぎると、合体が不安定になりやすい。
【００４６】
そこで、本実施形態では、各インク滴の吐出速度を抑制するために、駆動信号Ｐの中に、基準電位ＶＨよりも低い中間電位ＶＭ１を設けることとした。このことにより、パルスの電位を基準電位ＶＨ及び負圧電位ＶＬのみで構成する場合に比べて、各インク滴の吐出速度を抑えることができる。したがって、合体の安定性を向上させることができる。
【００４７】
ただし、各インク滴の吐出速度を抑制する手法は、中間電位を設ける手法に限定されるものではない。例えば、最初から速度を抑えて吐出量が多めに出るように設計されたヘッドを用いれば、中間電位は設けなくてもよい。したがって、ヘッドの設計を適宜変更することにより、中間電位を設けずに合体の安定性を向上させることも可能である。
【００４８】
上記実施形態では、吐出速度がピーク値をとる周波数と液滴量がピーク値をとる周波数とが一致していた。しかし、吐出速度がピーク値をとる周波数と液滴量がピーク値をとる周波数とは、異なっていてもよい。
【００４９】
なお、上記インクジェットヘッド１では、駆動信号Ｐの波形生成周波数ｆが所定周波数ｆ０になるように駆動信号Ｐが設定され、駆動信号Ｐの設定は、インクジェットヘッド１を製造する前に行われていた。しかし、駆動信号Ｐの設定は、インクジェットヘッド１を製造した後に行ってもよい。そのような場合には、既に製作誤差等により各アクチュエータ１０ごとに共振周波数が異なっていることが考えられ、吐出速度又は液滴量がピーク値をとる所定周波数は、アクチュエータごとに異なることが予想される。そこで、駆動信号Ｐの波形生成周波数ｆを設定する際には、平均的な特性を有する特定のアクチュエータ（以下、代表アクチュエータという）に着目して周波数設定を行うことが好ましい。
【００５０】
例えば、全てのアクチュエータ又は大部分のアクチュエータの共振周波数を測定したうえで共振周波数の平均値を算出し、その平均値と同じ共振周波数を有するアクチュエータを特定して、当該アクチュエータを代表アクチュエータとしてもよい。あるいは、記録後の画像の評価に基づいて、例えば合体インク滴の着弾位置やインクドットの直径等に基づいて、代表アクチュエータを特定してもよい。
【００５１】
＜実施形態２＞
実施形態２は、合体インク滴の液滴量が共振曲線、すなわち液滴量曲線Ｌ２の右下がりの傾斜部分に位置するように、駆動信号Ｐを構成したものである。
【００５２】
合体インク滴のインクドットの寸法がばらつく原因として、アクチュエータの共振周波数のばらつき以外に、アクチュエータの変位量のばらつきが挙げられる。一般に、共振周波数が高くなるほど、アクチュエータの変位量は小さくなり、インク滴の液滴量は少なくなる。ここで、インクを含んだ振動系全体の共振周波数が高くなればなるほど、見かけ上駆動信号の波形は伸長される。これは、波形生成周波数が低いことと等価である。従って、アクチュエータの変位量が小さいほど、つまり、波形生成周波数が低いほど、液滴量は少なくなる。そのため、図１０に示すように、アクチュエータ１０の変位量に関係する、波形生成周波数ｆに対する液滴量の変化を示す液滴量曲線Ｌ３は右上がりの直線又は曲線となり、アクチュエータ１０の変位量の変動における液滴量は、波形生成周波数ｆが増加するほど大きくなる。
【００５３】
したがって、例えば、波形生成周波数ｆが大きくなると、共振の程度が減少するため、合体インク滴の液滴量が液滴量曲線Ｌ２の右下がりの傾斜部分に位置するように駆動信号Ｐを設定すると、共振周波数の変動に起因する液滴量の減少とアクチュエータ１０の変位量の変動に起因する液滴量の増加とが相殺され、結果として、液滴量のばらつきは抑制される。つまり、波形生成周波数ｆを液滴量がピーク値をとる所定周波数ｆ０よりも大きく設定することにより、液滴量のばらつきを抑制することができ、インクドットの寸法ばらつきを抑制することができる。したがって、記録の品質を向上させることができる。
【００５４】
なお、共振のばらつき及び変位量のばらつきの双方を小さくするためには、合体インク滴の液滴量はピーク値の近傍にあることが好ましい。波形生成周波数ｆは、所定周波数ｆ０の近傍にあることが好ましい。また、波形生成周波数ｆは、液滴量のばらつきが−１０％〜＋１０％になるように設定されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリンタの概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの部分平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】インクジェットヘッドにおけるアクチュエータ近傍の部分断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】制御系統のブロック図である。
【図７】駆動信号の波形図である。
【図８】（ａ）は駆動信号の波形図であり、（ｂ）は速度曲線及び液滴量曲線を示すグラフである。
【図９】共振周波数のばらつきと合体インク滴の吐出速度及び液滴量のばらつきとの関係を示すグラフである。
【図１０】共振に関係する液滴量曲線とアクチュエータの変位量に関係する液滴量曲線とを示すグラフである。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ ノズル
４ 圧力室
１０ アクチュエータ
２０ プリンタ（インクジェット式記録装置）
３２ 駆動回路
４１ 記録紙（記録媒体）
Ｐ 駆動信号
Ｌ１ 速度曲線
Ｌ２ 液滴量曲線
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ノズルから一印刷周期中に複数のインク滴を吐出し、これら複数のインク滴を飛翔中に合体させ、合体後のインク滴により記録紙上に一つのインクドットを形成するインクジェットヘッドが知られている。この種のインクジェットヘッドは、上記インクドットを記録紙上に複数個配列し、これらインクドットにより当該記録紙に画像等を形成する。そして、一印刷周期中に吐出するインク滴の個数を調整することにより、インクドットの濃淡や大きさを調整することができ、いわゆる多階調記録が可能となる。
【０００３】
上記のようなインクジェットヘッドは、例えば、特公平７−１０８５６８号公報に開示されている。当該インクジェットヘッドでは、アクチュエータを駆動する駆動パルスの後縁部の傾斜角度を変更することによって、インク滴の吐出速度を調整している。そして、後から吐出するインク滴の方が先に吐出するインク滴よりも吐出速度が速くなるようにすることで、同じノズルから吐出された複数のインク滴を合体させ、大きなインク滴にしてから記録紙に着弾させている。
【０００４】
ところで、圧電アクチュエータの振動周期を固有振動周期に合わせると、圧電アクチュエータを共振させることができ、インクメニスカス振動を共振させることができる。そのため、より少ないエネルギーで圧電アクチュエータを駆動することができる。したがって、共振の有効活用を図ることにより、吐出性能の向上を図ることができる。
【０００５】
なお、上記及び下記において、圧電アクチュエータの振動周期とは、インク等を含めた振動系全体の振動周期を言うものとする。すなわち、圧力室等にインクが充填されている状態における圧電アクチュエータの振動周期を言う。同様に、圧電アクチュエータの共振周波数等も、インク等を含めた振動系全体の共振周波数等を言うものとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、共振を利用するインクジェットヘッドであっても、圧電アクチュエータ同士に共振周波数のばらつきがあると、ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度や液滴量に変動を生じ、インク滴の着弾位置ずれやインクドットの寸法ばらつきを招く。このような着弾位置又インクドットの寸法のばらつきは、記録紙上のインクドットの配列にがたつきを生じさせ、画質を低下させる要因となる。特に、複数のインク滴を合体させるインクジェットヘッドでは、共振周波数のずれによって吐出速度や液滴量が大きく変動しやすい。従来は、このような共振周波数のずれによる吐出速度又は液滴量の変動に対し、効果的な対策は施されていなかった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共振を利用し且つ複数のインク滴を飛翔中に合体させるインクジェット式記録装置において、合体後のインク滴の吐出速度又は液滴量の変動を抑制することによって、記録の品質を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の吐出速度を縦軸の変数とする凸状の速度曲線において、吐出速度がピーク値をとる所定周波数に設定されているものである。
【０００９】
なお、本明細書中においては、圧電アクチュエータの共振とは、圧力室等にインクが充填されている状態における圧電アクチュエータの共振を意味するものとする。すなわち、圧電アクチュエータの共振とは、インクや圧力室形成部材等を含めた振動系全体の共振を意味するのであって、インクが充填されていない状態の圧電アクチュエータ自身の共振を意味するものではない。なお、このような圧電アクチュエータの共振は、例えば、圧電アクチュエータの変位の測定やインクメニスカスの測定等によって特定することができる。
【００１０】
また、「波形生成周波数」とは、駆動信号を構成するすべてのパルス信号を時間軸方向に一様に伸縮した場合に、その伸縮の程度を指標する変数であって、具体的には以下のように定義される変数である。すなわち、基本周波数（なお、基本周波数は任意に設定することができる）をＡ［ＭＨｚ］、基本周波数の駆動信号を構成するすべてのパルス信号の合計時間（詳しくは、先頭のパルスの電位変化開始時点から最後のパルスの電位変化終了時点までの時間。以下、パルス合計時間という）をＢ［μｓ］としたとき、駆動信号のパルス信号の全体を時間軸方向に一様に伸縮させることによってパルス合計時間がＣ［μｓ］になったとする。この場合に、ｆ＝Ａ・Ｂ／Ｃで表される変数ｆ［ＭＨｚ］を、波形生成周波数と定義することとする。上記定義式から明らかなように、波形生成周波数ｆはパルス合計時間Ｃが長くなると小さくなり、逆に、パルス合計時間Ｃが短くなると大きくなる。言い換えると、パルス信号が時間軸に沿って伸びると波形生成周波数ｆは小さくなり、パルス信号が時間軸に沿って縮むと波形生成周波数ｆは大きくなる。
【００１１】
このように、波形生成周波数が基本周波数よりも高い場合には、基本周波数による駆動信号よりもパルス合計時間が短くなり、圧縮された駆動信号となる。一方、あるアクチュエータの共振周波数が代表的なアクチュエータの共振周波数よりも低い場合、どのアクチュエータにも同じ駆動信号が入力されるのであるが、あるアクチュエータの駆動信号は、見かけ上、代表的なアクチュエータの駆動信号よりも圧縮されたように見える。以上のように、波形生成周波数とアクチュエータの共振周波数とは、いわば逆の関係にあると言える。
【００１２】
上記インクジェット式記録装置では、駆動信号を構成している複数のパルス信号の波形生成周波数が、合体後のインク滴（以下、合体インク滴という）の吐出速度がピーク値をとるような所定周波数に設定されている。ところで、ピーク値の近傍では、波形生成周波数が多少変動したとしても、吐出速度の変動は少ない。したがって、ヘッドの製造誤差等によりアクチュエータの共振周波数にばらつきが生じたとしても、吐出速度のばらつきは少なく抑えられる。その結果、記録品質の向上が図られる。
【００１３】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の液滴量を縦軸の変数とする凸状の液滴量曲線において、液滴量がピーク値をとる所定周波数に設定されているものである。
【００１４】
上記インクジェット式記録装置では、駆動信号を構成している複数のパルス信号の波形生成周波数が、合体インク滴の液滴量がピーク値をとるような所定周波数に設定されている。ところで、ピーク値の近傍では、波形生成周波数が多少変動したとしても、液滴量の変動は少ない。したがって、ヘッドの製造誤差等によりアクチュエータの共振周波数にばらつきが生じたとしても、液滴量のばらつきは少なく抑えられる。その結果、記録品質の向上が図られる。
【００１５】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の液滴量を縦軸の変数とする凸状の液滴量曲線において、液滴量がピーク値をとる所定周波数よりも大きく設定されているものである。
【００１６】
上記インクジェット式記録装置では、駆動信号を構成している複数のパルス信号の波形生成周波数が、合体インク滴の液滴量がピーク値をとる所定周波数よりも大きく設定されている。波形生成周波数が上記所定周波数よりも大きいと、合体インク滴の液滴量は少なくなりやすい。一方、波形生成周波数が上記所定周波数よりも大きいことと、アクチュエータの共振周波数が小さいことは等価であり、それに伴い、アクチュエータの変位量は大きくなる。その結果、合体インク滴の液滴量は多くなりやすい。したがって、波形生成周波数が上記所定周波数よりも大きいと、アクチュエータの共振周波数のばらつきに起因する液滴量の変動と、アクチュエータの変位量のばらつきに起因する液滴量の変動とは、相殺される。したがって、ヘッドの製造誤差等によりアクチュエータにばらつきが生じたとしても、液滴量のばらつきは小さく抑えられ、記録品質の向上が図られる。
【００１７】
前記インクジェット式記録装置において、駆動信号のパルス信号は、圧力室を減圧する電位降下波形と、電位を維持する電位維持波形と、圧力室を加圧する電位上昇波形とを有し、減圧した圧力室を加圧する際にインク滴を吐出するように構成され、前記パルス信号の電位降下波形の電位降下時間は、アクチュエータの固有周期以下に設定され、前記パルス信号の電位維持波形の電位維持時間は、アクチュエータの固有周期の１／２以下に設定されていることが好ましい。
【００１８】
なお、ここでアクチュエータの固有周期とは、インク等を含めた振動系全体の固有周期を言う。
【００１９】
このことにより、印刷周期が短くなり、ヘッドの応答性が向上する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動信号の波形生成周波数を合体インク滴の吐出速度又は液滴量がピーク値となる所定周波数に設定することとしたので、アクチュエータの寸法や特性等にばらつきが生じていたとしても、ヘッド全体における吐出速度又は吐出量のばらつきを抑制することができる。したがって、合体インク滴の着弾位置又はインクドットの寸法のばらつきを少なくすることができ、記録の品質を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明によれば、駆動信号の波形生成周波数を合体インク滴の液滴量がピーク値をとる所定周波数よりも大きく設定することとしたので、アクチュエータの共振周波数のずれに起因する液滴量の変動と、アクチュエータの変位量のずれに起因する液滴量の変動とを相殺させることができる。したがって、合体インク滴によるインクドットの寸法のばらつきを少なくすることができ、記録の品質を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜実施形態１＞
図１は、インクジェット式記録装置としてのプリンタ２０の概略構成を示している。プリンタ２０は、キャリッジ１６に固定されたインクジェットヘッド１を備えている。キャリッジ１６には、図１では図示を省略するキャリッジモータ２８（図６参照）が設けられている。キャリッジ１６は、キャリッジモータ２８によって主走査方向（図１及び図２に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸１７にガイドされ、その方向に往復移動するように構成されている。インクジェットヘッド１はキャリッジ１６に搭載されているので、インクジェットヘッド１もキャリッジ１６の往復移動に伴って主走査方向Ｘに往復移動する。なお、このキャリッジ１６、キャリッジ軸１７及びキャリッジモータ２８により、インクジェットヘッド１と記録紙４１とを相対移動させる移動手段が構成されている。
【００２４】
記録紙４１は、図１では図示を省略する搬送モータ２６（図６参照）によって回転駆動される２つの搬送ローラ４２に挟まれており、この搬送モータ２６及び各搬送ローラ４２により、主走査方向Ｘと直交する副走査方向（図１及び図２に示すＹ方向）に搬送される。
【００２５】
図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、インクを収容する複数の圧力室４と各圧力室４にそれぞれ連通する複数のノズル２とが形成された本体部４０と、各圧力室４内のインクに圧力を付与するアクチュエータ１０とを有している。これら本体部４０とアクチュエータ１０とにより、ヘッド本体５０が構成されている。アクチュエータ１０は、圧電素子１３の圧電効果を利用するいわゆるピエゾ式のアクチュエータであって、特に、たわみ振動型のアクチュエータである。このアクチュエータ１０は、圧力室４の縮小及び拡大に伴う圧力室４内の圧力変化によって、ノズル２からインク滴を吐出し且つ圧力室４にインクを充填する。
【００２６】
図２に示すように、圧力室４は、インクジェットヘッド１の内部に主走査方向Ｘに延びるように長溝状に形成され、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて配設されている。圧力室４の一端部（図２の右側の端部）には、ノズル２が設けられている。ノズル２，２，…は、インクジェットヘッド１の下面において、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて開口するように設けられている。圧力室４の他端部（図２の左側の端部）は、インク供給路５の一端部に連続している。各インク供給路５の他端部は、副走査方向Ｙに延びるインク供給室３に連続している。
【００２７】
図３に示すように、ヘッド本体５０は、ノズル２が形成されたノズルプレート６と、圧力室４及びインク供給路５を区画形成する区画壁７と、アクチュエータ１０とが順に積層されて構成されている。このノズルプレート６は厚さ２０μｍのポリイミド板からなり、区画壁７は厚さ４８０μｍのステンレス製ラミネート板またはステンレスと感光性ガラスとのラミネート板からなっている。
【００２８】
図４及び図５に誇張して示すように、アクチュエータ１０は、圧力室４を覆う振動板１１と、振動板１１を振動させる薄膜の圧電素子１３と、個別電極１４とが順に積層されて構成されている。前述したように、このアクチュエータ１０は圧電素子１３の圧電効果を利用するものであって、いわゆる圧電アクチュエータである。振動板１１は、厚さ２μｍのクロム板からなっていて、個別電極１４と共に圧電素子１３に電圧を印加するための共通電極としての機能をも有している。圧電素子１３は、圧力室４に対応して設けられており、厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）等を好適に用いることができる。本実施形態では、圧電素子１３の厚みは３μｍに設定されている。個別電極１４は厚さ０．１μｍの白金板からなっており、アクチュエータ１０の全体の厚さは約５μｍとなっている。なお、互いに隣接する圧電素子１３及び個別電極１４の間には、ポリイミドからなる絶縁層１５が設けられている。
【００２９】
次に、図６のブロック図を参照しながら、プリンタ２０の制御回路３５を説明する。制御回路３５は、ＣＰＵからなる主制御部２１と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ２２と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ２３と、搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８とをそれぞれ駆動制御するためのドライバ回路２５，２７及びモータ制御回路２４と、印刷データを受信するデータ受信回路２９と、駆動信号発生回路３０と、選択回路３１とを備えている。選択回路３１には、アクチュエータ１０が接続されている。
【００３０】
駆動信号発生回路３０は、一印刷周期内に１または２以上のパルスを含む駆動信号を発生させるように構成されている。なお、駆動信号の詳細については後述する。選択回路３１は、インクジェットヘッド１がキャリッジ１６と共に主走査方向Ｘに移動しているときに、上記駆動信号に含まれる１又は２以上のパルスをアクチュエータ１０に選択的に入力させる。これら駆動信号発生回路３０及び選択回路３１により、アクチュエータ１０に所定の駆動信号を供給する駆動回路３２が構成されている。
【００３１】
図７は、駆動信号発生回路３０において生成される駆動信号Ｐの波形を示している。駆動信号Ｐは、インク滴を吐出させるようにアクチュエータ１０を駆動する第１〜第４の吐出パルスＰ１〜Ｐ４と、インク滴を吐出させない程度にアクチュエータ１０を駆動する補助パルスＰ５とを有している。上記パルスＰ１〜Ｐ５は、いずれも圧力室４をいったん減圧させてから加圧するパルス信号であり、いわゆる引き押し波形からなるパルス信号である。言い換えると、上記パルスＰ１〜Ｐ５は、圧力室４をいったん拡大してから縮小するようなパルスである。吐出パルスＰ１〜Ｐ４の供給の際には、圧力室４の縮小に伴ってノズル２からインクが吐出される。
【００３２】
詳しくは、第１吐出パルスＰ１は、電位が基準電位ＶＨから圧力室４を減圧させる所定の電位（以下、負圧電位という）ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから第１中間電位ＶＭ１にまで上昇する電位上昇波形とからなっている。第２吐出パルスＰ２は、電位が第１中間電位ＶＭ１から負圧電位ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから基準電位ＶＨにまで上昇する電位上昇波形とからなっている。第３吐出パルスＰ３は、電位が基準電位ＶＨから負圧電位ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから第１中間電位ＶＭ１にまで上昇する電位上昇波形とからなっている。第４吐出パルスＰ４は、電位が第１中間電位ＶＭ１から負圧電位ＶＬにまで降下する電位降下波形と、負圧電位ＶＬを維持する電位維持波形と、負圧電位ＶＬから基準電位ＶＨにまで上昇する電位上昇波形とからなっている。
【００３３】
補助パルスＰ５は、電位が基準電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２まで降下する電位降下波形と、第２中間電位ＶＭ２を維持する電位維持波形と、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨまで上昇する電位上昇波形とからなっている。
【００３４】
各電位ＶＨ，ＶＬ，ＶＭ１，ＶＭ２、第１パルスＰ１の間隔ｔＢ１、第２パルスＰ２の間隔ｔＢ２、第３パルスＰ３の間隔ｔＢ３、第４パルスＰ４の間隔ｔＢ４、第１パルスＰ１の電位降下波形の電位変化時間ｔｆ１、第２パルスＰ２の電位降下波形の電位変化時間ｔｆ２、及び駆動周波数Ｈ＝１／Ｔの値は、下記の表１に示す通りである。アクチュエータの固有周期（ヘルムホルツ固有周期）は８μｓである。なお、パルスの間隔とは、第１パルスＰ１においては、電位の降下開始時点から上昇終了時点までの時間を言い、第１パルスＰ１以外の吐出パルス（すなわち、第２〜第４パルスＰ２〜Ｐ４）においては、直前のパルスの電位上昇終了時点から当該パルスの電位上昇終了時点までの時間を言うものとする。
【００３５】
【表１】
補助パルスＰ５は、インク吐出後のインクメニスカスの残留振動を抑制するものである。吐出用パルスと補助パルスＰ５との間、すなわち第４パルスＰ４の電位上昇終了時から補助パルスＰ５の電位降下開始時までの間隔は、アクチュエータの固有周期の０．５〜１．５倍が好ましい。上記間隔が短すぎると振動の抑制効果が十分に得られない一方、上記間隔が長すぎると印刷周期が長くなり、印刷速度が遅くなるからである。補助パルスＰ５のパルス高さＶＨ−ＶＭ２は、基準電位ＶＨと負圧電位ＶＬとの電位差ＶＨ−ＶＬの０．１〜０．３倍が好ましい。補助パルスＰ５のパルス高さが低すぎると振動抑制の効果が十分に得られない一方、パルス高さが高すぎるとインクを吐出するおそれがあるからである。
【００３７】
なお、記録動作の応答性向上のために、各パルスの電位降下波形の電位変化時間（つまり、波形の立ち下がり時間）はアクチュエータの固有周期以下が好ましく、各電位の電位維持波形の電位維持時間はアクチュエータの固有周期の１／２以下が好ましい。
【００３８】
駆動信号Ｐが上記のように設定されていることにより、第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４は、アクチュエータ１０を共振させるように構成されている。また、第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４は、これらパルスによって吐出された複数のインク滴を飛翔中に合体させるように構成されている。更に、第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４は、合体後のインク滴の吐出速度及び液滴量がピーク値となるように構成されている。次に、図８を参照しながら、合体後のインク滴の吐出速度及び液滴量について説明する。
【００３９】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すパルス波形を有する駆動信号を供給した場合に、合体後のインク滴の吐出速度及び液滴量が波形生成周波数ｆ＝ｋ／Ｔ１（ただし、ｋは定数）によってどのように変化するかを示している。
【００４０】
前述したように、「波形生成周波数」とは、駆動信号を構成するすべてのパルス信号を時間軸方向に一様に伸縮した場合に、その伸縮の程度を指標する変数である。駆動信号に変更を加える場合、個々のパルス信号の波形をそれぞれ独立に変更するよりも、すべてのパルス信号を時間軸方向に沿って一様に伸縮する方が容易である。そこで、本発明では、駆動信号を時間軸方向に沿って一様に伸縮することとしている。そのため、その伸縮の度合いを指標する何らかの変数が必要になり、そのような変数として「波形生成周波数」を導入することとした。
【００４１】
図８（ｂ）に示すように、吐出速度を示す速度曲線Ｌ１及び液滴量を示す液滴量曲線Ｌ２は、いずれも上向きに凸状の曲線である。吐出速度及び液滴量は、波形生成周波数ｆが所定周波数ｆ０のときにピーク値をとり、波形生成周波数ｆが所定周波数ｆ０から離れるにしたがって減少する。
【００４２】
図８（ｂ）から、波形生成周波数ｆの値が所定周波数ｆ０と一致又は近似していると、波形生成周波数ｆが多少変化しても吐出速度及び液滴量の変動は少ないことが分かる。したがって、予めインクジェットヘッド１の波形生成周波数ｆを所定周波数ｆ０と一致又は近似した値に設定することとすれば、製作誤差等によって複数のアクチュエータにおいて波形生成周波数ｆにばらつきが生じたとしても、吐出速度及び液滴量のばらつきを少なくすることができる。そこで、本実施形態では、波形生成周波数ｆを上記周波数ｆ０に設定し、前述したように、駆動信号Ｐを合体インク滴の吐出速度及び液滴量がピーク値となるように構成することとした。
【００４３】
図９は、本実施形態に係る駆動信号Ｐを供給した場合において、アクチュエータの共振周波数のばらつきと合体インク滴の吐出速度及び液滴量のばらつきとの間にどのような関係が見られたかを示している。図９のグラフの横軸は共振周波数のばらつき割合を示し、グラフの縦軸は吐出速度及び液滴量のばらつき割合を示している。図９に示すように、駆動信号Ｐによれば、共振周波数のばらつきが−１１％〜＋１１％のときに、合体インク滴の吐出速度及び液滴量のばらつきを−１０％〜＋１０％の範囲内に抑えることができる。逆にいうと、吐出速度及び液滴量のばらつきを±１０％以内に抑えるためには、許容できる共振周波数のばらつき度合い（以下、共振裕度という）は約±１１％以内となる。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、駆動信号Ｐの波形生成周波数ｆを合体インク滴の吐出速度及び液滴量がピーク値となる所定周波数ｆ０に設定したので、共振裕度を従来よりも拡大することができる。そのため、合体インク滴の着弾位置のばらつきを少なくすることができる。また、合体インク滴により形成されるインクドットの寸法ばらつきを抑制することができ、インクドットの濃淡のばらつきを抑制することができる。したがって、共振を利用し且つ複数のインク滴を合体させるインクジェットヘッドにおいて、記録品質の向上を図ることができる。
【００４５】
なお、各吐出パルスＰ１〜Ｐ４により吐出されるインク滴の吐出速度が大きすぎると、後から吐出されたインク滴が先に吐出されたインク滴に追いつく際に、後のインク滴が先のインク滴を突き抜けたり、先のインク滴に斜めから衝突して合体インク滴が回転する等により、インク滴同士の合体が不安定になる場合もある。特に、本実施形態では、合体インク滴の吐出速度がピーク値をとるように駆動信号Ｐを構成しているので、各インク滴の吐出速度が大きすぎると、合体が不安定になりやすい。
【００４６】
そこで、本実施形態では、各インク滴の吐出速度を抑制するために、駆動信号Ｐの中に、基準電位ＶＨよりも低い中間電位ＶＭ１を設けることとした。このことにより、パルスの電位を基準電位ＶＨ及び負圧電位ＶＬのみで構成する場合に比べて、各インク滴の吐出速度を抑えることができる。したがって、合体の安定性を向上させることができる。
【００４７】
ただし、各インク滴の吐出速度を抑制する手法は、中間電位を設ける手法に限定されるものではない。例えば、最初から速度を抑えて吐出量が多めに出るように設計されたヘッドを用いれば、中間電位は設けなくてもよい。したがって、ヘッドの設計を適宜変更することにより、中間電位を設けずに合体の安定性を向上させることも可能である。
【００４８】
上記実施形態では、吐出速度がピーク値をとる周波数と液滴量がピーク値をとる周波数とが一致していた。しかし、吐出速度がピーク値をとる周波数と液滴量がピーク値をとる周波数とは、異なっていてもよい。
【００４９】
なお、上記インクジェットヘッド１では、駆動信号Ｐの波形生成周波数ｆが所定周波数ｆ０になるように駆動信号Ｐが設定され、駆動信号Ｐの設定は、インクジェットヘッド１を製造する前に行われていた。しかし、駆動信号Ｐの設定は、インクジェットヘッド１を製造した後に行ってもよい。そのような場合には、既に製作誤差等により各アクチュエータ１０ごとに共振周波数が異なっていることが考えられ、吐出速度又は液滴量がピーク値をとる所定周波数は、アクチュエータごとに異なることが予想される。そこで、駆動信号Ｐの波形生成周波数ｆを設定する際には、平均的な特性を有する特定のアクチュエータ（以下、代表アクチュエータという）に着目して周波数設定を行うことが好ましい。
【００５０】
例えば、全てのアクチュエータ又は大部分のアクチュエータの共振周波数を測定したうえで共振周波数の平均値を算出し、その平均値と同じ共振周波数を有するアクチュエータを特定して、当該アクチュエータを代表アクチュエータとしてもよい。あるいは、記録後の画像の評価に基づいて、例えば合体インク滴の着弾位置やインクドットの直径等に基づいて、代表アクチュエータを特定してもよい。
【００５１】
＜実施形態２＞
実施形態２は、合体インク滴の液滴量が共振曲線、すなわち液滴量曲線Ｌ２の右下がりの傾斜部分に位置するように、駆動信号Ｐを構成したものである。
【００５２】
合体インク滴のインクドットの寸法がばらつく原因として、アクチュエータの共振周波数のばらつき以外に、アクチュエータの変位量のばらつきが挙げられる。一般に、共振周波数が高くなるほど、アクチュエータの変位量は小さくなり、インク滴の液滴量は少なくなる。ここで、インクを含んだ振動系全体の共振周波数が高くなればなるほど、見かけ上駆動信号の波形は伸長される。これは、波形生成周波数が低いことと等価である。従って、アクチュエータの変位量が小さいほど、つまり、波形生成周波数が低いほど、液滴量は少なくなる。そのため、図１０に示すように、アクチュエータ１０の変位量に関係する、波形生成周波数ｆに対する液滴量の変化を示す液滴量曲線Ｌ３は右上がりの直線又は曲線となり、アクチュエータ１０の変位量の変動における液滴量は、波形生成周波数ｆが増加するほど大きくなる。
【００５３】
したがって、例えば、波形生成周波数ｆが大きくなると、共振の程度が減少するため、合体インク滴の液滴量が液滴量曲線Ｌ２の右下がりの傾斜部分に位置するように駆動信号Ｐを設定すると、共振周波数の変動に起因する液滴量の減少とアクチュエータ１０の変位量の変動に起因する液滴量の増加とが相殺され、結果として、液滴量のばらつきは抑制される。つまり、波形生成周波数ｆを液滴量がピーク値をとる所定周波数ｆ０よりも大きく設定することにより、液滴量のばらつきを抑制することができ、インクドットの寸法ばらつきを抑制することができる。したがって、記録の品質を向上させることができる。
【００５４】
なお、共振のばらつき及び変位量のばらつきの双方を小さくするためには、合体インク滴の液滴量はピーク値の近傍にあることが好ましい。波形生成周波数ｆは、所定周波数ｆ０の近傍にあることが好ましい。また、波形生成周波数ｆは、液滴量のばらつきが−１０％〜＋１０％になるように設定されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリンタの概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの部分平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】インクジェットヘッドにおけるアクチュエータ近傍の部分断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】制御系統のブロック図である。
【図７】駆動信号の波形図である。
【図８】（ａ）は駆動信号の波形図であり、（ｂ）は速度曲線及び液滴量曲線を示すグラフである。
【図９】共振周波数のばらつきと合体インク滴の吐出速度及び液滴量のばらつきとの関係を示すグラフである。
【図１０】共振に関係する液滴量曲線とアクチュエータの変位量に関係する液滴量曲線とを示すグラフである。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ ノズル
４ 圧力室
１０ アクチュエータ
２０ プリンタ（インクジェット式記録装置）
３２ 駆動回路
４１ 記録紙（記録媒体）
Ｐ 駆動信号
Ｌ１ 速度曲線
Ｌ２ 液滴量曲線
Claims (4)
- 複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、
前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、
前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、
前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の吐出速度を縦軸の変数とする凸状の速度曲線において、吐出速度がピーク値をとる所定周波数に設定されているインクジェット式記録装置。 - 複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、
前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、
前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、
前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の液滴量を縦軸の変数とする凸状の液滴量曲線において、液滴量がピーク値をとる所定周波数に設定されているインクジェット式記録装置。 - 複数のノズルと、前記各ノズルにそれぞれ連通し且つインクを貯留する複数の圧力室と、前記各圧力室内のインクに圧力を付与することによって前記各ノズルからインクを吐出させる複数の圧電アクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、前記各圧電アクチュエータを駆動する駆動回路とを備えるインクジェット式記録装置であって、
前記駆動回路は、前記圧電アクチュエータに対して、インク滴を吐出させるパルス信号を一印刷周期内に複数含んだ駆動信号を供給し、
前記複数のパルス信号は、前記圧電アクチュエータを共振させ且つ複数のインク滴を記録媒体に着弾する前に合体させるように構成され、
前記複数のパルス信号の波形生成周波数は、波形生成周波数を横軸の変数とし且つ合体後のインク滴の液滴量を縦軸の変数とする凸状の液滴量曲線において、液滴量がピーク値をとる所定周波数よりも大きく設定されているインクジェット式記録装置。 - 請求項１〜３のいずれか一つに記載のインクジェット式記録装置であって、
駆動信号のパルス信号は、圧力室を減圧する電位降下波形と、電位を維持する電位維持波形と、圧力室を加圧する電位上昇波形とを有し、減圧した圧力室を加圧する際にインク滴を吐出するように構成され、
前記パルス信号の電位降下波形の電位降下時間は、アクチュエータの固有周期以下に設定され、
前記パルス信号の電位維持波形の電位維持時間は、アクチュエータの固有周期の１／２以下に設定されているインクジェット式記録装置。
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