JP2004276395A

JP2004276395A - インクジェット記録装置

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Publication number: JP2004276395A
Application number: JP2003070491A
Authority: JP
Inventors: Katsuichi Kawabata; 勝一川端; Shozo Kikukawa; 省三菊川
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP4196704B2

Abstract

【課題】画像の劣化を防ぎ、しかも、記録ヘッドの発熱や圧電素子の劣化等が少なく、且つ、記録速度を向上させる。
【解決手段】圧電物質で構成された隔壁により隔てられた複数のインク流路を有する記録ヘッドと、隔壁の変形を制御する制御手段とを備え、ノズルから記録媒体に向けてインクを吐出するインクジェット記録装置であって、制御手段は、互いに１本以上のインク流路を挟んで離れた流路をまとめて１つの組とし、全てのインク流路を２つ以上の組に分割し、隔壁を変形することにより各組毎にインクの吐出動作を時分割して順次行い、ノズルからインクを吐出して記録を行うと共に、複数のインク流路のうち、互いにＮ本（Ｎ＝１又は２）の流路を挟んで離れているインク流路をまとめて１つの組とし、ノズルからの吐出が休止している期間に、インクが吐出しない条件でノズル内のインクメニスカスを微振動させるように隔壁を変形する。
【選択図】図７

Description

【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、詳しくは、非吐出ノズルのインクメニスカスを微振動させることにより、吐出の中断による画像の劣化を防止できるインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録においては、画像を形成するインクのドット径が小さい程、画像の解像度が向上する。インクドットの径はノズル径の大きさで決まるので、最近ではインクジェットヘッドのノズル径が微細化している。しかし、ノズル径を余り微細化するとノズルの目詰まりが起こり易くなるため、ノズル径は余り小さくせず、吐出時のインクメニスカスの位置と吐出圧力を微細に制御して、ノズル径より小さなインク滴を吐出することが行われる。また、インクも進歩し、顔料インクを使用することで、染料に比べ、耐水性や耐光性が著しく向上した。更に、インクにラテックス等のポリマーを添加することで、インクを吸収できない媒体、例えば、ＰＥＴベース上に、滲みや混色の無い高画質な画像が形成できるようになった。また、顔料の分散にポリマー分散剤を使用することで、超微粒子顔料を安定に分散して、染料のように鮮やかな色彩を持つ顔料インクが出現した。これらの技術を組み合わせて、写真に匹敵する画像がインクジェット記録装置で得られるようになった。
【０００３】
しかし、インク滴を小径化したり、インクに顔料やポリマーを加えたりすると、非吐出時ノズル開口付近のインクが増粘し易くなり、極めて短い時間インクの吐出を中断しても、吐出再開時、吐出滴の重量、速度や方向が変化して、画質が著しく低下する問題が発生した。特に、低温、低湿の環境では、一時的な吐出停止による再吐出不良が起こり易く、対策が必要となった。
【０００４】
インクジェットヘッドのノズル径は、２０〜４０μｍ程度と極めて小さく、このようなノズル内ではインクが流動、拡散しにくいため、ごく少量の水分や溶剤がノズルから蒸発しても、ノズル開口付近では、局所的にインクの粘度が上昇し易い。
【０００５】
この吐出の中断は、記録ヘッドが記録待機位置にある時やキャリッジが加減速する時のみならず、記録画像のパターンに依っては、記録中にも起こる。特に、ラテックス等のポリマーを含むインクは、吐出をごく短時間、例えば秒のオーダー停止しても、ノズルから極微量の水分や溶剤が蒸発して粘度が急上昇する。また、顔料を含むインクも、吐出中断中にノズル表面から水分や溶剤が蒸発すると、局所的に顔料の凝集等が起こり、粘度が上昇する。更に、吐出インク滴が１０ｐｌ（ピコリットル）以下と微小化したので、ノズル内で局所的に増粘したインクが、吐出により持ち去られる速度が遅くなり、粘度の低いバルクのインクと置換されにくく、この吐出不良が起こると、簡単には解消せず、画像の劣化が肉眼で分かるようになる。
【０００６】
このように、インク滴を小径化し、インクへ顔料やポリマー等を添加したことにより、今では高画質で高耐久性の画像が得られるようになったが、反対に、ごく短時間、吐出を中断しても、吐出を再開する時、最初から正常に吐出せず、肉眼で分かる程の画質劣化が起こるようになった。
【０００７】
長期間記録を休止する時は、ノズル表面全体をキャップで覆って、ノズルからのインク成分の蒸発を防止できる。しかし、記録待機中や記録中は、キャッピングできないので、従来から対策の一つとして、インクを吐出しない程度にノズル内のインクメニスカスを微振動させることで、ノズル開口付近の増粘したインクをインク流路内にある低粘度のインクと攪拌、混合して、ノズル開口付近のインク粘度を低下させるという方法が特許文献１により知られている。
【０００８】
しかし、インクメニスカスの微振動を、非吐出時には全インク流路の電極に、吐出時には吐出を休止しているインク流路の電極に、それぞれ掛ける必要があるので、記録ヘッド全体に常時信号を掛けることになり、記録ヘッドの発熱が大きくなり、圧電素子の寿命が短くなる。記録ヘッドが発熱すると、インク温度が上昇して、インク粘度が低下し、インク滴の吐出速度が速くなったり、吐出量が増えたりして、画質低下を招く。
【０００９】
また、圧電素子が発熱すると、圧電素子の分極が劣化して、ヘッド感度が低下し、これを補うため、高い駆動電圧を掛けると、発熱が大きくなる。
【００１０】
更に、インクメニスカスを微振動させると、メニスカスの微振動が収まる迄、インクの吐出が行えないので、次のインク滴を吐出できるまでの時間が長くなり、その結果、記録速度が低下する。また、全メニスカスを同時に微振動させると、ノズルからインクが溢れ出てノズル板を汚し、吐出曲がりを起こす恐れがある。
【００１１】
このように、インクメニスカスを微振動させると、吐出を一時的に中断しても画像の劣化が起こりにくいが、反対に、ヘッドが発熱したり、圧電素子が劣化したり、ノズル板表面がインクで汚れたり、記録速度が遅くなる等の問題が発生する。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−３０００７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、非吐出ノズルのインクメニスカスを微振動させることにより、画像の劣化を防ぐことであり、しかも、記録ヘッドの発熱や圧電素子の劣化等が少なく、且つ、記録速度を向上させることのできるインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１５】
請求項１記載の発明は、少なくとも一部が圧電物質で構成された隔壁により隔てられた複数のインク流路を有する記録ヘッドと、前記隔壁の変形を制御する制御手段とを備え、前記隔壁を変形することによりインク流路内のインクに圧力を与え、ノズルから記録媒体に向けてインクを吐出するインクジェット記録装置であって、前記制御手段は、前記記録ヘッドの全インク流路を、互いに１本以上のインク流路を挟んで離れた流路をまとめて１つの組とし、全てのインク流路を２つ以上の組に分割し、記録信号に応じて前記隔壁を変形することにより各組毎にインクの吐出動作を時分割して順次行い、前記ノズルからインクを吐出して記録を行うと共に、前記記録ヘッドにおける複数のインク流路のうち、互いにＮ本（Ｎ＝１又は２）の流路を挟んで離れているインク流路をまとめて１つの組とし、前記ノズルからの吐出が休止している期間に、この１つの組のインク流路について、インクが吐出しない条件でノズル内のインクメニスカスを微振動させるように前記隔壁を変形することを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、前記１つの組のインク流路について、インクが吐出しない条件でノズル内のインクメニスカスを微振動させる隔壁の駆動を、前記２つ以上に分割された全てのインク流路の組の前記記録信号に応じた吐出動作が終了した後で、且つ、次に前記２つ以上に分割されたインク流路の組のうちの１つの組の前記記録信号に応じた吐出動作が開始する直前に行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置である。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記吐出が休止している期間においてインクメニスカスを微振動させる前記１つの組のインク流路を、前記２つ以上に分割された全てのインク流路の組の前記記録信号に応じた吐出動作が終了する毎に異ならせることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、シリアルスキャン方式のインクジェット記録装置の概略構成を示す図である。このインクジェット記録装置１において、記録媒体Ｐは、搬送機構３の搬送ローラ対３２に挟持され、更に、搬送モータ３３によって回転駆動される搬送ローラ３１により図示Ｙ方向に搬送されるようになっている。
【００２０】
搬送ローラ３１と搬送ローラ対３２の間には、記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するように記録ヘッド２が設けられている。この記録ヘッド２は、記録媒体Ｐの幅方向に亘って掛け渡されたガイドレール４に沿って、不図示の駆動手段によって、上記記録媒体Ｐの搬送方向（副走査方向）と略直交する図示Ｘ−Ｘ’方向（主走査方向）に沿って往復移動可能に設けられたキャリッジ５に、ノズル面側が記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するように配置されて搭載されており、フレキシケーブル６を介して後述する駆動パルスや微振動パルスを発生するための回路を持つ不図示の制御手段に電気的に接続されている。
【００２１】
かかる記録ヘッド２は、キャリッジ５の移動に伴って記録媒体Ｐの記録面ＰＳを図示Ｘ−Ｘ’方向に移動し、この移動過程でインク滴を吐出することによって、所望のインクジェット画像を記録するようになっている。
【００２２】
なお、図中、７はインク受け器であり、記録ヘッド２が非印刷時の待機位置である不図示のホームポジションの脇に設けられた印刷待機ポジションに位置している。記録ヘッド２がこの印刷待機ポジションにある時、ノズル開口で増粘したインクを微振動させて減粘した後、このインク受け器７に向けてインクを少量（例えば、５０〜１００滴）はき捨てることが好ましい。顔料やポリマーの濃度が高い、特に増粘し易いインクや、低湿、低温環境で印刷する時は、１ライン印刷する度に、微少量のインクを吐出して、増粘したインクを吐き捨てることが好ましい。
【００２３】
記録ヘッド２が不図示のホームポジションにおいて長期間作動を停止している時は、記録ヘッド２のノズル面に不図示のキャップを被せることにより保護するようになっている。また、８は記録媒体Ｐを挟んで上記インク受け器７の反対位置に設けたインク受け器であり、キャリッジの往復動の両方向で記録するとき、往動から復動に切り替える前に、上記同様に、はき捨てたインク滴を受け入れる。
【００２４】
図２、図３は、記録ヘッド２の一例を示す図であり、図２（ａ）は概観斜視図、（ｂ）は断面図、図３はインク吐出時の作動を示す図である。同図において、２１はインクチューブ、２２はノズル板部材、２３はノズル、２４はカバープレート、２５はインク供給口、２６は基板、２７は隔壁である。そして、図３に示すように、インク流路２８が隔壁２７、カバープレート２４及び基板２６によって形成されている。
【００２５】
記録ヘッド２には、図３に示すように、カバープレート２４と基板２６の間に複数の隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃで隔てられたインク流路２８が多数構成されている。図３では多数のインク流路２８の一部である３本（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）が示されている。インク流路２８の一端（以下これをノズル端という場合がある）はノズル板部材２２に形成されたノズル２３につながり、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）はインク供給口２５を経て、インクチューブ２１によって不図示のインクタンクに接続されている。そして、各インク流路２８内の隔壁２７の表面には両隔壁２７の上方から基板２６の底面に亘って繋がる電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが密着して形成され、各電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃは、隔壁２７の変形を制御する制御手段である変形制御パルス発生手段（図示せず）に接続している。
【００２６】
これら電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃに、変形制御パルス発生手段の制御により駆動パルスが印加されると、以下に述べる動作によってインク滴をノズル２３から吐出する。なお、図３ではノズルは省略してある。また、各隔壁２７は、ここでは図３の矢印で示すように、分極方向が異なる２個の圧電物質２７ａ、２７ｂによって構成されているが、圧電物質は例えば符号２７ａの部分のみであってもよく、隔壁２７の少なくとも一部にあればよい。
【００２７】
インク吐出動作の一例を説明する。非駆動時、図３（ａ）に示すように、各インク流路２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃの電極に２ＡＬ幅の同じパルスを印加する。この時、壁を通して電位差が生じないので、隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃはいずれも変形しない。次に、図３（ｂ）に示すように、電極２９Ａと２９Ｃを接地して、電極２９Ｂに１ＡＬ幅のパルスを印加すると、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを構成する圧電物質の分極方向に直角な方向に電界が掛かり、各隔壁２７Ｂ、２７Ｃ共に、それぞれ圧電物質２７ａ、２７ｂの接合面にズリ変形を生じ、隔壁２７Ｂ、２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、インク流路２８Ｂの容積を拡大してこのインク流路２８Ｂ内に負の圧力が生じ、インクが流れ込む。同時にマニホールド端とノズル端から圧力が上がり始め、音響波がインク流路２８Ｂの中央に向かって伝わり、１ＡＬ経過すると、その音響波が反対端に達し、インク流路２８Ｂ内が正圧となる。
【００２８】
なお、ＡＬ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＬｅｎｇｔｈ）とは、インク流路の有効長さをＬ（図２（ｂ）参照）、インク中の音速をＣとした時、Ｌ／Ｃで表される時間（単位：μｓ）で、音響波がインク室の入り口から出口まで伝わる時間であり、インク流路の音響的共振周期の１／２である。このＡＬ値は流路形状等により上記の計算通りにはならないので、実際のシェヤーモードヘッドの圧電隔壁２７に、パルス幅の異なる矩形波を印加して、出射されるインク滴の速度を測定し、インク滴の飛翔速度が最大となるパルス幅として求められる。
【００２９】
ノズル端とマニホールド端に達した音響波は、それぞれ反射して、位相が１８０°反転した負の圧力波となってインク流路２８Ｂの中央に向かって伝搬する。更に、１ＡＬ経過すると、負の圧力波がそれぞれ他端に達して、インク流路２８Ｂ内部が負圧となる。このように、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを駆動して発生した圧力波は、１ＡＬ毎に圧力反転を繰り返す。ノズル端は音響インピーダンスの小さい空気と接しているのでほぼ１００％反射されるが、マニホールド端はインク流路２８Ｂの断面積とマニホールドの断面積の比率により、部分的に反射されるので、次第に圧力が減衰してゆく。
【００３０】
最初の駆動パルスを印加してから１ＡＬ経過後、電極２９Ｂに掛かる電位を０にすると、電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが全て接地され、隔壁２７Ｂ、２７Ｃには、電圧差が生じないので、隔壁が図３（ｂ）に示す膨張位置から、図３（ａ）に示す中立位置に戻り、インク流路２８Ｂ内のインクが圧縮されて高い圧力が掛かる。次いで、図３（ｃ）に示すように、電極２９Ｂに２ＡＬ幅の負パルスを掛けると、隔壁２７Ｂ、２７Ｃが互いに逆方向に変形して、インク流路２８Ｂの容積が縮小して、インク流路２８Ｂ内に正の圧力が生じる。これによりインク流路２８Ｂを満たしているインクの一部によるノズル内のインクメニスカスがノズルから押し出される方向に変化する。この正の圧力がインク滴をノズルから吐出する程に大きくなると、インク滴がノズルから吐出される。この状態を２ＡＬ保持した後、電極２９Ｂの電位を０に戻すと、隔壁２７Ｂ、２７Ｃが、図３（ｃ）に示す収縮位置から、図３（ａ）に示す中立位置に戻るので、残留する圧力波がキャンセルされ、次のインク滴の吐出が可能になる。また、他の各インク流路も駆動パルスの印加によって上記と同様に動作する。
【００３１】
このように、少なくとも一部が圧電物質で構成された隔壁２７により隔てられた複数のインク流路２８を有する記録ヘッド２である所謂シェヤーモードヘッドは、インク流路２８の隔壁２７を、隣のインク流路２８と共有しているため、あるインク流路からインクを吐出する時は、その両隣のインク流路の電極を接地しておき、吐出したいインク流路の電極に１ＡＬ幅の正電圧、次いで、２ＡＬ幅の負電圧を掛ければよい。
【００３２】
この吐出法は、インク流路を膨らませる動作（Ｄｒａｗ）、インク流路を元に戻してインク圧を高める動作（Ｒｅｌｅａｓｅ）、インク流路を凹ませてインク圧を更に高める動作（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）、インク流路の残留圧力をキャンセルする動作（Ｃａｎｃｅｌ）を含むので、Ｄｒａｗ−Ｒｅｌｅａｓｅ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ−Ｃａｎｃｅｌ（ＤＲＲＣ）吐出法と呼ばれる（図４（ａ）参照）。
【００３３】
インクメニスカスを微振動させる方法は、ノズルからインクが吐出しない程度にインク室の隔壁を変形させればよい。また、微振動させると、吐出する迄に微振動を静止させる必要がある。このため、Ｄｒａｗ−Ｒｅｌｅａｓｅ波が好ましい。これはＲｅｉｎｆｏｒｃｅしないので、インクが吐出されることはない。Ｄｒａｗでインク室を膨らませ、インクメニスカスを引き込み、この状態を２ＡＬ時間保持すると、インク室内の圧力が負圧→正圧→負圧の順に変化するので、このタイミングでインク室の膨張を元に戻せば、正圧が生じ、インク室内の負圧をキャンセルし、吐出が可能になる。
【００３４】
この波形を図４（ｂ）に示す。Ｄｒａｗ−Ｒｅｌｅａｓｅ波の長さは、ここでは２ＡＬとしているが、この波形の立ち上がりで発生した圧力が、立下りでキャンセルされるようにＡＬの偶数倍に取るとよい。微振動パルスが終わると微振動が収束しているので、直ちに吐出できるが、１ＡＬタイミングをずらして吐出する方が安定に吐出できるので好ましい。
【００３５】
以上説明したように、ＤＲＲＣ吐出法は、あるインク流路から吐出する時、その両隣のインク流路の電極を接地して、吐出したいインク流路の電極に正電圧と負電圧を掛けるが、隔壁の変形は、隔壁に掛かる電圧差に応じて生じるので、吐出するインク流路に負電圧を掛ける代わりに、吐出するインク流路を接地して、その両隣のインク流路に正電圧を掛けてもよい。この方が正電圧だけで駆動できるので好ましい。これを図４（ｃ）に示す。
【００３６】
このように少なくとも一部が圧電物質で構成された隔壁２７によって隔てられた複数のインク流路２８を有する記録ヘッド２を駆動する場合、一つのインク流路の隔壁が吐出動作をすると、隣のインク流路が影響を受けるため、通常、複数のインク流路２８のうち、互いに１本以上のインク流路２８を挟んで離れているインク流路２８をまとめて１つの組となすようにして、２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行うように制御する。例えば、互いに２本のインク流路を挟んで離れているインク流路をまとめて１つの組として、全インク流路を３つの組に分割し、これらを３回に分けて、時分割して、順次吐出を行う。以下、本明細書では、このような時分割のことを「周期」、ｎ分割したインク流路の時分割のことを「ｎ周期」とそれぞれ表現する場合がある。
【００３７】
かかる記録ヘッド２の時分割吐出動作について、図５を用いて更に説明する。図５に示す例では、記録ヘッドの全インク流路を、互いに２本のインク流路を挟んで離れているインク流路をまとめて１つの組としてＡ群、Ｂ群、Ｃ群の３つの組に分割して吐出する場合である。ここでは、インク流路が、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の９つのインク流路２８で構成されているとして説明する。また、駆動パルスのタイムチャートを図６に示す。図６（ａ）は、吐出するインク流路に正→負の電圧を掛け、非吐出のインク流路を接地して吐出する場合である。図６（ｂ）は、全て正電圧を掛けて吐出する場合である。どちらも隔壁の動作は同じである。
【００３８】
図６（ａ）を用いて駆動を説明すると、時間Ｔ１ａで、Ａ１、Ａ２、Ａ３のインク流路に正→負の電圧からなる駆動パルスＰａを掛け、その両隣のインク流路を接地して、Ａ１、Ａ２、Ａ３のインク流路から吐出し、時間Ｔ１ｂで、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のインク流路に正→負の電圧からなる駆動パルスＰｂを掛け、その両隣のインク流路を接地して、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のインク流路から吐出し、時間Ｔ１ｃで、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のインク流路に正→負の電圧からなる駆動パルスＰｃを掛け、その両隣のインク流路を接地して、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のインク流路から吐出する場合を示している。
【００３９】
駆動パルスとして図４（ａ）に示すＤＲＲＣパルスを、初めの第１周期Ｔ１ａではＡ組、即ちＡ１、Ａ２、Ａ３の３つのインク流路に対して同時に印加すると、これらＡ１、Ａ２、Ａ３の各インク流路の隔壁が同時に変化し、各ノズルからインク滴を吐出する。以下、同様に第２周期Ｔ１ｂでＢ組、即ちＢ１、Ｂ２、Ｂ３の３つのインク流路に同時にＤＲＲＣパルスを印加し、第３周期Ｔ１ｃでＣ組、即ちＣ１、Ｃ２、Ｃ３の３つのインク流路に同時にＤＲＲＣパルスを印加すると、各隔壁が逐次変形し、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃの３周期で一巡して、９流路全てが駆動されることになる。
【００４０】
図５及び図６から明らかなように、９本のインク流路は配列順に、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組のそれぞれのインク流路を１本ずつ含む３本を単位とする単位Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に分けられ、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃの３周期を１駆動サイクルとする駆動サイクルで駆動される。
【００４１】
勿論、前記駆動方法において、実際に画像を記録する場合は、上記のように全てのインク流路に駆動パルスが印加されるとは限らず、記録信号に応じて駆動されないインク流路もあり得る。なお、本明細書において、記録信号に応じた吐出動作というときは、この記録信号に応じたインク流路の動作のことをいい、この動作には、記録信号に応じて駆動されないインク流路の動作（不吐出の動作）も含まれるものとする。
【００４２】
次に、本発明に係るインクジェット記録装置１において、記録ヘッド２におけるノズル２３内のインクメニスカスを微振動させる構成について説明する。
【００４３】
本発明では、インクメニスカスを微振動させる場合、変形制御パルス発生手段は、ノズル２３から吐出が休止している期間に、記録ヘッド２における複数のインク流路２８のうち互いにＮ本（Ｎ＝１又は２）のインク流路を挟んで離れているインク流路２８をまとめて１つの組とし、この１つの組のインク流路２８についてインクが吐出しない条件でノズル２３内のインクメニスカスを微振動させるように隔壁２７を駆動する。
【００４４】
ここで、インクの吐出を休止する期間としては、記録ヘッド２が記録媒体の記録領域の外にある場合と、記録ヘッド２が記録媒体の記録領域の中にあるが、駆動パルスが印加されていない場合が挙げられる。
【００４５】
この後者の場合の例として、記録ヘッド２の全てのインク流路２８を見た場合、どれかのインク流路２８に駆動パルスを印加した後、次の駆動パルスを、どれかのインク流路２８に印加するまでの間に、どのインク流路２８にも駆動パルスが印加されていない期間があり、この間に微振動させるのが、本発明における好ましい態様である。
【００４６】
これは例えば、図６に示すように駆動パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃが、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組に順次印加される場合において、第１周期Ｔ１ａでＡ１、Ａ２、Ａ３の各インク流路に駆動パルスＰａを印加した後、第２周期Ｔ１ｂでＢ１、Ｂ２、Ｂ３の各インク流路に駆動パルスＰｂを印加するまでの間の、どのインク流路に対しても、駆動パルスの印加が休止している期間に相当する。
【００４７】
このように、どれかのインク流路２８に駆動パルスを印加した後、次の駆動パルスを、どれかのインク流路２８に印加するまでの間、どのインク流路２８にも駆動パルスが印加されない期間があり、この期間に微振動パルスを印加すれば、記録信号の有無に係わらず微振動パルスを挿入できる。このため駆動サイクルが低下することがない。
【００４８】
また、画像データを解析する必要がないという利点がある。すなわち、インクメニスカスを微振動させるパルスをインクを吐出する駆動パルスの前に挿入すると、駆動サイクルが低下して記録速度が低下するので、記録信号がある時、記録速度を低下させないでインクメニスカスを微振動させるには、通常、駆動パルスが印加されないインク流路を検索して、そのインク流路にだけ微振動パルスを印加する必要があり、このため予め画像データを解析する必要がある。しかし、最近では、インク流路の数が、数百から数千と増えているので、このデータ解析処理には時間がかかるため、結果として記録時間の増大化を招くことになる。どれかのインク流路２８に駆動パルスを印加した後、次の駆動パルスをどれかのインク流路２８に印加するまでの間、どのインク流路２８にも駆動パルスが印加されていない期間に微振動パルスを印加することで、かかる問題を解消することができる。
【００４９】
この後者の場合、すなわち記録ヘッド２が記録媒体の記録領域の中にあるが、駆動パルスが印加されていない場合に、インクが吐出しない条件でノズル内のインクメニスカスを微振動させるように隔壁２７を駆動する際のパルス印加のタイムチャートの例を図７に示す。
【００５０】
ここでは、説明し易いように、図６（ａ）のように、吐出するインク流路に正→負の電圧からなる駆動パルスを掛け、その両隣のインク流路を接地して吐出する駆動法で説明するが、図６（ｂ）の駆動法を使用しても同じであることは容易に理解されるであろう。
【００５１】
また、ここでは上記Ｎ＝２として、複数のインク流路のうち互いに２個の流路を挟んで離れているインク流路をまとめて１つの組とし、この１つの組のインク流路について駆動する例を示している。更に、ここでは、図６と同じタイミングで、互いに２本のインク流路を挟んで離れているインク流路をまとめたＡ組、Ｂ組、Ｃ組の各インク流路にインクを吐出するための駆動パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃを印加する場合を示している。
【００５２】
まず、第１周期Ｔ１ａにおいてＡ組、即ちＡ１、Ａ２、Ａ３の３流路に同時に駆動パルスＰａを印加する直前で、駆動パルスが休止している期間に、このＡ組のインク流路についてインクが吐出しない条件でノズル内のインクメニスカスを微振動させるように隔壁を駆動させる微振動パルスＭＰ１を印加し、この微振動パルスＭＰ１を印加した後、駆動パルスＰａの印加を開始する。
【００５３】
次いで、第２周期Ｔ１ｂではＢ組、即ちＢ１、Ｂ２、Ｂ３の３流路に同時に駆動パルスＰｂを印加し、更に、第３周期Ｔ１ｃではＣ組、即ちＣ１、Ｃ２、Ｃ３の３流路に同時に駆動パルスＰｃを印加し、１サイクル分の吐出を終了する。
【００５４】
第２周期では、第１周期で微振動して吐出しているので、その影響でインクメニスカスが微振動するため、特に微振動を掛ける必要はない。第３周期も、第１周期で微振動が掛かっているので、微振動を掛ける必要がない。
【００５５】
その後、Ｔ１ｃ、Ｔ２ｃ・・・の各周期においても、上記と同様にＡ組の３流路に微振動パルスＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加する。図７では、第４周期Ｔ２ａにおいては、Ａ組のインク流路に駆動パルスが印加されない場合を示している。すなわち、第４周期Ｔ２ａには記録信号が存在しないが、この場合でも第３周期Ｔ１ｃにおいて微振動パルスＭＰ２は印加される。
【００５６】
なお、この例では、Ａ組のインク流路のみに微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加しているが、この記録ヘッド２によれば、隔壁は隣接するインク流路と共有であるため、１つのインク流路の隔壁を駆動すると両隣のインク流路にもその１／２の強さの圧力がかかる。このため、Ａ組のインク流路に掛けた微振動の影響が、両隣のインク流路にも及ぶ。すなわち、Ａ１の影響がＢ１に、Ａ２の影響がＣ１とＢ２に、Ａ３の影響がＣ２とＢ３に、という具合に、結果として全てのインク流路に及ぶため、Ａ組のインク流路にだけ微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加すれば、全てのインク流路のインクメニスカスを微振動させることが可能である。
【００５７】
従って、１つのインク流路の隔壁を駆動させて、一組のインクメニスカスを微振動させることにより、全インク流路のインクメニスカスにおけるインクの増粘を防止しながらも、全てのインク流路に微振動パルスを印加していないため、記録ヘッドの発熱を抑制することができ、且つ、記録速度を向上させることが可能となる。
【００５８】
特に、本実施形態に示す記録ヘッド２のように、インク流路２８を区画している隔壁２７の一部又は全部が圧電素子により構成されるものは、圧電素子の発熱がインクに伝わり易く、インクの温度上昇に起因する問題が発生し易いため、効果的にインクメニスカスを微振動させることができる上に記録ヘッドの発熱を抑制できる効果は大きいものとなる。
【００５９】
微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加するインク流路は、Ａ組だけに限られるものではなく、Ｂ組又はＣ組であってもよいことは勿論である。図８はＢ組のインク流路に微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を上記と同様に印加する例を、図９はＣ組のインク流路に微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を上記と同様に印加する例をそれぞれ示している。
【００６０】
図７〜図９に示す駆動法によれば、例えばＴ１ａ〜Ｔ１ｃの周期によってＡ組〜Ｃ組の全てのインク流路に駆動パルスＰａ、Ｐｂ、Ｐｃが印加されて吐出することで、１画素が形成される。この場合、微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加するタイミングは、吐出が休止している期間であれば、この１画素を形成する間、すなわち、全ての組のインク流路の記録信号に応じた吐出動作が行われる毎に少なくとも１つあれば良い。最近のインクは、ポリマー、ラテックス、高分子分散剤、耐水化剤、防黴剤、耐光性向上剤等の添加剤が多量に添加されているので、吐出中断の影響を受け易い。特に、低温、低湿環境では、１画素分の吐出を停止しただけでも、再開した時に画像が劣化することがあるので、１画素を記録する毎に微振動を掛けてから吐出することが好ましい。微振動パルスを、常に全ての組のインク流路の記録信号に応じた吐出動作が行われる毎の同じ場所に入れておけば、常に同一の所定の間隔でインクメニスカスに微振動を与えることができるので、有効に目詰まりを防止することができる。
【００６１】
また、時分割で吐出動作する全てのインク流路のインクメニスカスを微振動させる場合、例えば図７に示すようにＡ組〜Ｃ組の３つの組のインク流路からなるものでは、Ａ組〜Ｃ組の３つの駆動パルスの前に３つの微振動パルスが挿入されるようにすると、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの各々の周期が長くなり、記録速度が低下する問題があるが、本実施形態では、微振動パルスを印加するのは、全てのインク流路でなく、２つ以上に分割されたインク流路の組のうちのいずれか１つの組のインク流路のみであるため、例えば図７では、Ｔａ、Ｔｂの周期には微振動パルスが印加されないので、その分の周期を短くすることもでき、記録速度の低下を抑えることも可能である。
【００６２】
微振動パルスを印加するタイミングは、図７〜図９に示すように各画素を吐出する直前に限定されるものではないが、このように各画素の直前、すなわち、２つ以上に分割された全てのインク流路の組の記録信号に応じた吐出動作が終了した後で、且つ、２つ以上に分割されたインク流路の組のうちの１つの組の記録信号に応じた吐出動作が開始する直前に、微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加すれば、微振動によりインク粘度が低下してから直ぐに吐出することとなるので、最も好ましい。
【００６３】
更に、このタイミングでの微振動パルスの印加は、ノズル内のインクメニスカスを整える作用もある。すなわち、各画素の直前に微振動パルスを印加すれば、その直前に吐出したか否かにかかわらず、ノズル内のインクメニスカスをほぼ同じ位置にできるので、インク吐出を安定化させることができる。これは高品質の画像形成を行う上で有効である。
【００６４】
図１０のタイムチャートは、微振動パルスを印加する更に他の例を示している。この例では、微振動パルスＭＰ１を印加した後、次の画素の吐出直前に、Ｂ組のインク流路に対して微振動パルスＭＰ２を印加するように切り替え、更にその次の画素の吐出直前にＣ組のインク流路に対して微振動パルスＭＰ３を印加するように切り替えるという具合に、微振動パルスを印加するインク流路を、各画素毎、すなわち、ここではＡ組〜Ｃ組に分割された全てのインク流路の組の吐出動作が終了する毎に異ならせている。
【００６５】
前述したように、互いに２本のインク流路を挟んで離れているインク流路をまとめて１つの組とし、そのうちの１つの組のインク流路に微振動パルスを印加しても、それに隣接するインク流路のインクメニスカスも微振動させることができ、結果として全てのインク流路のインクメニスカスを微振動させることができるが、直接的に微振動パルスを印加しているインク流路に比べて、それに隣接しているインク流路のインクメニスカスの微振動は少し弱くなる。しかし、このように、微振動パルスを印加するインク流路の組を各画素毎に異ならせることで、全てのインク流路のインクメニスカスに対して均等に微振動を与えることができる。
【００６６】
なお、図１０に示す例でも、各画素を吐出する直前に微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加しているが、微振動パルスは、１画素を形成する間に少なくとも１つあればよく、また、各画素の直前に限られるものでないことは、図７〜図９の場合と同様である。
【００６７】
以上は、上記Ｎ＝２の場合を示しているが、Ｎ＝１としてもよい。以下にＮ＝１の例を示すが、Ｎ＝１よりもＮ＝２とした方が、記録ヘッドの発熱抑制効果が大きく好ましい。
【００６８】
図１１は、図７〜図１０と同様に駆動パルスを印加する場合において、上記Ｎ＝１として、記録ヘッド２における複数のインク流路２８のうち互いに１本のインク流路を挟んで離れているインク流路２８をまとめて１つの組とし、この１つの組のインク流路２８についてインクが吐出しない条件で隔壁２７を駆動するようにしたパルス印加のタイムチャートの一例を示している。
【００６９】
すなわち、まず、第１周期Ｔ１ａにおいてＡ組、即ちＡ１、Ａ２、Ａ３の３流路に同時に駆動パルスＰａを印加する前で、駆動パルスの印加が休止している期間において、Ａ１、Ｃ１、Ｂ２、Ａ３、Ｃ３の１本おきの各インク流路についてインクが吐出しない条件でインクメニスカスを微振動させるように隔壁を駆動させる微振動パルスＭＰ１を印加し、この微振動パルスＭＰ１の印加の後に駆動パルスＰａの印加を開始する。
【００７０】
次いで、第２周期Ｔ１ｂではＢ組、即ちＢ１、Ｂ２、Ｂ３の３流路に同時に駆動パルスＰｂを印加し、更に第３周期Ｔ１ｃではＣ組、即ちＣ１、Ｃ２、Ｃ３の３流路に同時に駆動パルスＰｃを印加し、３サイクルの吐出を終了する。その後、Ｔ１ｃ、Ｔ２ｃ、Ｔ３ｃ・・・の各周期においても、上記と同様にＡ１、Ｃ１、Ｂ２、Ａ３、Ｃ３の１本おきの各インク流路に微振動パルスＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加する。この場合も上記同様の効果が期待できる。
【００７１】
また、この例においても、微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加するタイミングは１画素を形成する間に少なくとも１つあればよく、また、各画素の吐出直前に限られるものではない。更に、微振動パルスＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３・・・を印加するタイミングを、例えば、微振動パルスＭＰ２はＢ１、Ａ２、Ｃ２、Ｂ３の各インク流路に印加するように切り替えて、各画素毎に異ならせるようにしてもよいことは勿論である。
【００７２】
本発明において、インクメニスカスを微振動させるために印加する微振動パルスは、インクが吐出しない条件でインクメニスカスを微振動させることができるものであればどのようなものでもよく、以上において示したように矩形波に限定されるものではないが、矩形波は簡単なデジタル回路を用いることで容易に生成可能であるため、回路構成が簡略化できる。
【００７３】
微振動パルスの他の例を以下に示す。図１２（ａ）は、記録ヘッド２が記録媒体の記録領域外にある場合に印加する微振動パルスの例を、図１２（ｂ）は、記録ヘッド２が記録媒体の記録領域内にある場合に印加する微振動パルスの例をそれぞれ示している。
【００７４】
図１２（ａ）に示すように、微振動パルスは、インク流路の音響的共振周期の１／２をＡＬ（単位：μｓ）とした時、隔壁に対して、インク流路の容積を拡大させるための（Ｎ_１）ＡＬのパルス幅である矩形波の電圧パルスと、（Ｎ_２）ＡＬの幅の休止期間と、インク流路の容積を縮小させるための（Ｎ_３）ＡＬのパルス幅である矩形波の電圧パルスとを有している。なお、Ｎ_１、Ｎ_２、Ｎ_３は２以上の整数である。
【００７５】
これらの微振動パルスを印加した場合のインク流路の動作について、図３を用いて説明する。まず、図１２（ａ）に示す微振動パルスの例では、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示すようにインク流路２８Ｂの容積を拡大するため、該インク流路２８Ｂ内に負の圧力を発生させる正電圧＋Ｖ_Ｄのパルスを電極２９Ｂに印加する。ここでは正電圧＋Ｖ_ＤをＮ_１＝４として４ＡＬのパルス幅で印加している。次いで、この４ＡＬの後、上記電極２９Ｂに印加するパルスを０Ｖとすることにより図３（ａ）の状態に戻し、休止期間とする。ここではＮ_２＝４として４ＡＬの幅の休止期間を設けている。更に、この休止期間の後、上記電極２９Ｂに、図３（ｃ）に示すようにインク流路２８Ｂ内に正の圧力を発生させる負電圧のパルスを印加する。ここでは、この負電圧は絶対値が上記正電圧＋Ｖ_Ｄの１／２である−Ｖ_Ｄ／２のパルスとしている。また、ここで、この負電圧−Ｖ_Ｄ／２はＮ_３＝４として４ＡＬのパルス幅で印加している。
【００７６】
このように（Ｎ_１）ＡＬ、（Ｎ_２）ＡＬ、（Ｎ_３）ＡＬからなる矩形波のパルスを微振動パルスとして印加することで、インクメニスカスを効率的に微振動させることができる。なお、ここでは、Ｎ_１＝Ｎ_２＝Ｎ_３＝４としたが、Ｎ_１、Ｎ_２、Ｎ_３は２以上の整数であれば任意であり、また、Ｎ_１、Ｎ_２、Ｎ_３は全て同一である必要はなく、それぞれ異なる値としてもよい。
【００７７】
正電圧（＋Ｖ_Ｄ）と負電圧（−Ｖ_Ｄ）との比は、２：１に限らず１：１でもよい。前者の場合は、インク吐出時の小液滴化及び出射安定化の効果があり、吐出最適電圧に設定した場合、後者の方がインクメニスカス押し出し量が大きくなる効果がある。
【００７８】
記録ヘッド２が記録媒体の記録領域内にある場合は、記録速度の低下を抑えるために、周期が短い微振動パルスとすることが望ましい。図１２（ｂ）に示す微振動パルスの例では、図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示すようにインク流路２８Ｂの容積を拡大するため、該インク流路２８Ｂ内に負の圧力を発生させる正電圧＋Ｖ_Ｄのパルスを電極２９Ｂに印加する。ここでは２ＡＬのパルス幅で印加している。次いで、この２ＡＬの後、上記電極２９Ｂに印加するパルスを０Ｖとして図３（ａ）の状態に戻すことにより、インクメニスカスに微振動を与えている。
【００７９】
以上のように、微振動パルスに矩形波を使用すれば、傾斜波を使用する方法に比べてインクメニスカスを微振動させる効率が良く、低い駆動電圧で振動させることができる。更に、パルス幅を２ＡＬ以上の長さにとるので、この微振動によりノズルからインクが吐出されることがない。
【００８０】
なお、正負の２電源を使用するのは、駆動回路コストを上げるので、既に述べたように、正電源だけ使用し、負電圧が必要な時は、微振動を与えるインク流路の隣のインク流路に正電圧を掛けて、同じ効果を得るようにしてもよい。
【００８１】
以上の実施形態では、記録ヘッドが記録媒体Ｐの幅方向に亘って主走査されるシリアルスキャン方式のインクジェット記録装置について説明したが、記録ヘッドは、記録媒体Ｐの幅方向に亘って該記録媒体とほぼ同幅に設けられるライン状の記録ヘッド（ラインヘッド）を備えたインクジェット記録装置とすることもできる。このようなラインヘッドは、ノズル数（＝インク流路の数）が多くなるため、駆動時の発熱の問題が多くなるが、本発明によれば、インクメニスカスを微振動させながらも発熱を抑制できるため、大きな効果が期待できる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、インクメニスカスを微振動させることにより全インク流路におけるノズル内の目詰まりを防止しながらも、記録ヘッドの発熱を抑制することができ、且つ記録速度を向上させることのできるインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット記録装置の概略構成を示す図
【図２】（ａ）は記録ヘッドの一例を示す概観斜視図、（ｂ）は断面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は記録ヘッドのインク吐出時の作動を示す図
【図４】（ａ）はＤＲＲＣ吐出法の駆動パルスの一例を示す図、（ｂ）は微振動パルスの一例を示す図、（ｃ）はＤＲＲＣ吐出法の駆動パルスの他の例を示す図
【図５】（ａ）〜（ｃ）は記録ヘッドの時分割動作の説明図
【図６】（ａ）（ｂ）は駆動パルスの印加の一例を示すタイムチャート
【図７】微振動パルスの印加例を示すタイムチャート
【図８】微振動パルスの印加例を示すタイムチャート
【図９】微振動パルスの印加例を示すタイムチャート
【図１０】微振動パルスの印加例を示すタイムチャート
【図１１】微振動パルスの印加例を示すタイムチャート
【図１２】（ａ）（ｂ）は微振動パルス波形の一例を示す図
【符号の説明】
１：インクジェット記録装置
２：記録ヘッド
２１：インクチューブ
２２：ノズル板部材
２３：ノズル
２４：カバープレート
２５：インク供給口
２６：基板
２７：隔壁
２８：インク流路
２９：電極
３：搬送機構
３１：搬送ローラ
３２：搬送ローラ対
３３：搬送モータ
４：ガイドレール
５：キャリッジ
６：フレキシケーブル
７、８：インク受け器
Ｐ：記録媒体
ＰＳ：記録面

Claims

少なくとも一部が圧電物質で構成された隔壁により隔てられた複数のインク流路を有する記録ヘッドと、前記隔壁の変形を制御する制御手段とを備え、前記隔壁を変形することによりインク流路内のインクに圧力を与え、ノズルから記録媒体に向けてインクを吐出するインクジェット記録装置であって、前記制御手段は、前記記録ヘッドの全インク流路を、互いに１本以上のインク流路を挟んで離れた流路をまとめて１つの組とし、全てのインク流路を２つ以上の組に分割し、記録信号に応じて前記隔壁を変形することにより各組毎にインクの吐出動作を時分割して順次行い、前記ノズルからインクを吐出して記録を行うと共に、前記記録ヘッドにおける複数のインク流路のうち、互いにＮ本（Ｎ＝１又は２）の流路を挟んで離れているインク流路をまとめて１つの組とし、前記ノズルからの吐出が休止している期間に、この１つの組のインク流路について、インクが吐出しない条件でノズル内のインクメニスカスを微振動させるように前記隔壁を変形することを特徴とするインクジェット記録装置。
前記１つの組のインク流路についてインクが吐出しない条件でノズル内のインクメニスカスを微振動させる隔壁の駆動を、前記２つ以上に分割された全てのインク流路の組の前記記録信号に応じた吐出動作が終了した後で、且つ、前記２つ以上に分割されたインク流路の組のうちの１つの組の前記記録信号に応じた吐出動作が開始する直前に行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
前記吐出が休止している期間においてインクメニスカスを微振動させる前記１つの組のインク流路を、前記２つ以上に分割された全てのインク流路の組の前記記録信号に応じた吐出動作が終了する毎に異ならせることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置。