JP2005035271A - 液滴噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 比較的容易な構成で高解像度画像の形成や画像形成の高速化を図るとともに、ヘッドの低コスト化を図る。
【解決手段】 噴射するインク液滴の飛翔軌道が交差するインク噴射部14a,14bを備え、噴射部14a,14bから噴射したインク液滴が衝突するように噴射タイミングを制御するとともに、記録媒体上の異なる位置(A〜E)に合体インク液滴が着弾するように噴射部14a,14bから噴射されるインク液滴の数を制御する。
【選択図】図5

Description

本発明は、被記録媒体に液滴を噴射する液滴噴射装置に関する。

インクジェットプリンタは、階調コントロールされたインク液滴を、ヘッドに配置されているノズルから噴射することにより被印刷媒体に対して印刷を施すことができる。特に圧電素子を用いて発生させた圧力でインク液滴を噴出させるヘッドは精密な制御が可能であるとともに耐久性にも優れており、広く採用されている。このようなインクジェットプリンタでは、高解像度印刷を実現するため、被印刷媒体上でノズルが配置されたヘッドを何度も往復させるシリアルヘッドや、必要な解像度に対応するだけのノズルが配置されたラインヘッド等が用いられている。しかしながらシリアルヘッドの場合には、ヘッドを何度も往復させる必要があるため印刷速度が低下するという問題があり、ラインヘッドの場合には、ヘッドに配置されるノズルの数が膨大になるため、ヘッドの製作コストが高くなるという問題がある。

そこで2つのノズルを並べて配置し、各ノズルからインク液滴を1個ずつ噴射し、ノズル毎にインク液滴の噴射タイミング、噴射速度等を制御することにより、2つのノズルから噴射させたインク液滴を空中で衝突させ、衝突して一体となったインク液滴を所望の位置に着弾させる技術が提案されている(特許文献1参照)。

特開昭57−185159号公報(図3)

特許文献1の技術によると、少ないノズルで多くの位置にインク液滴を着弾させることができるため、例えばシリアルヘッドの場合には、シリアルヘッドの往復回数を減らすことにより印刷速度を上げることができる。また、ラインヘッドの場合には、ノズルの数を減らすことができるため、低コスト化を図ることができる。しかしながら、ノズルから噴射されるインク液滴の速度等の調整という非常に精密な制御が要求されるため、制御機構が複雑になるとともに、制御範囲にも限界がある。

そこで、本発明は比較的容易な構成で高解像度画像の形成や画像形成の高速化を図るとともに、ヘッドの低コスト化を図ることができる液滴噴射装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射可能な第1の噴射部と、第1の噴射部から噴射される液滴の飛翔軌道と空中で交差する飛翔軌道を有する液滴を噴射可能な第2の噴射部と、第1の噴射部から噴射される一又は複数の液滴と、第2の噴射部から噴射される一又は複数の液滴とが空中で衝突して合体液滴が形成されるように、第1及び第2の噴射部からの液滴噴射タイミング及び液滴噴射速度の少なくとも一方を制御するための噴射制御手段と、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の数を制御することによって、第1の噴射部からの液滴数と第2の噴射部からの液滴数とに応じて記録媒体上の異なる位置に合体液滴を着弾させるための液滴数制御手段とを備えている。

この液滴噴射装置によると、2つの噴射部から噴射される液滴数を制御するという比較的簡単な構成で、高解像度画像を形成することが可能になる。特に第1及び第2の噴射部が媒体に対して相対移動しないラインヘッドとした場合には、噴射部を高集積しなくても高解像度画像を形成できるので、ヘッドの低コスト化を図ることができる。また、第1及び第2の噴射部が主走査方向に移動するシリアルヘッドとした場合には、ヘッドを支持するキャリッジの往復回数を減らすことができるために、画像形成の高速化を図ることが可能になる。

本発明において、噴射制御手段は、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の噴射速度を変更することによって、合体液滴の着弾位置を微調整することが可能であることが好ましい。これによると、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の数で決定される位置以外の位置に合体液滴を着弾させることができるため、さらなる高解像度画像を形成することができる。

本発明において、噴射制御手段は、第1及び第2の噴射部が複数の液滴を噴射するとき、噴射された液滴の噴射速度を、その前に噴射された液滴の噴射速度よりも速くすることが好ましい。これによると、第1及び第2の噴射部から噴射された液滴をその前に噴射された液滴に追いつかすことができるため、複数の液滴の全てを高い確率で衝突させることができる。

また、このとき、前記噴射制御手段は、各パルスの立ち上がりの間隔又は立ち下がりの間隔が2AL(Acoustic Length)と等しいパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給してもよい。これによると、第1及び第2の噴射部から液滴を噴射したときの残余圧力波を利用して、液滴速度を簡単に増加させることができる。

また、このとき、前記噴射制御手段は、各パルスの幅と間隔がAL(Acoustic Length)と等しいパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給してもよい。これによると、より低い駆動電圧であっても所望の液滴速度を実現することができる。

また、このとき、前記噴射制御手段は、各パルスに対応した液滴噴射速度が次第に増加するように互いにパルス幅の異なる複数のパルスを含むパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給してもよい。これによると、パルス幅に応じて液滴速度が変わることを利用して、簡単に液滴速度を増加させることができる。

また、このとき、前記噴射制御手段は、各パルスの幅が前記ALに徐々に近づくように段階的に増加又は減少するパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給してもよい。これにより、液滴速度の制御が単純になる。

また、このとき、前記噴射制御手段は、各パルスの波高値が次第に増加するようなパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給してもよい。これによると、液滴速度の範囲を広くとることができるので、液滴数が多い場合でも容易に液滴同士を合体させることが可能となる。

本発明において、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積が略一定であり、液滴数制御手段は、合体液滴が着弾位置に拘わらず略同じ体積を有するように、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の数を制御することが好ましい。これによると、2つの噴射部から噴射される液滴数を制御するという比較的簡単な構成で、濃度ムラのない高画質で高解像度画像を形成することができる。

または、本発明において、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積が略一定であり、液滴数制御手段は、合体液滴が着弾位置に拘わらず任意の体積を有するように、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の数を制御することが好ましい。これによると、2つの噴射部から噴射される液滴数を制御するという比較的簡単な構成で、階調表現が可能となる。

本発明においては、合体液滴が着弾位置に拘わらず同じ体積を有するように、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積を制御する液滴体積制御手段をさらに備えていてもよい。これによると、濃度ムラのない高画質で高解像度画像を形成することができる。

または、本発明においては、合体液滴が着弾位置に拘わらず任意の体積を有するように、第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積を制御する液滴体積制御手段をさらに備えていてもよい。これによると、インク液滴の体積を制御することにより、細やかな階調表現が可能となる。

本発明において、前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部の対を複数備えており、前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部が、液滴噴射口及び前記液滴噴射口に連通した液滴室をそれぞれ含んでおり、複数の前記液滴噴射口が一方向に配列されていると共に、対を構成する前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部の前記液滴室が、複数の前記液滴噴射口を結ぶ前記一方向に延在する第1の直線によって隔てられた2つの領域にそれぞれ1つずつ配置されていることが好ましい。これによると、液滴室の大きさに制限されることなく、液滴噴射口を一方向に沿ってより小さいピッチで配列することができる。

また、このとき、対を構成する前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部に係る2つの前記液滴室を結ぶ直線が第2の直線が前記第1の直線と実質的に直交していることが好ましい。これによると、一方向における液滴噴射口のピッチをさらに小さくすることができる。

または、本発明において、前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部の対を複数備えており、前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部が、液滴噴射口及び前記液滴噴射口に連通した液滴室をそれぞれ含んでおり、複数の前記液滴噴射口が一方向に配列されていると共に、前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部に係る2つの前記液滴室が、前記液滴噴射口からの液滴噴射方向に関して、少なくとも一部において重なり合うように配置されていることが好ましい。これによると、液滴噴射口を前記一方向に沿ってより小さなピッチで配列することを可能としつつ、前記一方向と直交する方向に関する装置幅を小さくすることができる。

(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図1は、第1の実施の形態による液滴噴射装置を含むインクジェットプリンタの概略構成を示す斜視図である。図1に示すように、本実施の形態によるインクジェットプリンタ1には、被印刷媒体である用紙41を搬送する搬送手段としてのプラテンローラ40と、プラテンローラ40上にセットされる用紙41に対してインク液滴を噴射するインクジェットヘッド9と、インクジェットヘッド9などのインクジェットプリンタ1内の各部の動作を制御する制御部20とが含まれている。

プラテンローラ40は、軸42によりフレーム43に回転可能に取り付けられており、モータ44によって回転駆動される。用紙41は、インクジェットプリンタ1の近傍に設けられた給紙カセット(図示せず)から給紙され、プラテンローラ40により図中矢印の方向に一定速度で搬送される。さらに、インクジェットヘッド9から噴射されるインク液滴により所定の印刷がなされ、その後、排紙される。なお、図1では、用紙41の給紙機構と排紙機構の詳細な図示を省略している。また、図1に描かれたインクジェットプリンタ1はモノクロプリンタであってインクジェットヘッド9が1つしか配置されていないが、カラー印刷を行う場合にはイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の少なくとも4つのインクジェットヘッド9が平行に配置される。

図1から分かるように、インクジェットヘッド9は、用紙41の搬送方向に対して垂直に延びるラインヘッドであって、フレーム43に対して固定設置されている。

インクジェットヘッド9は、用紙41に対してインク液滴を噴射するためのものであり、ヘッド本体100と、基部11とを有している。ヘッド本体100は、ライン状に一方向に延在している。基部11は、ヘッド本体100に対して垂直な方向に伸延しているものであり、ヘッド本体100を支持するものである。

多数のノズル8(図2参照)が長手方向に沿って一列に形成されたヘッド本体100のインク噴射面は、プラテンローラ40による用紙41の搬送面と平行に対向している。そのため、ヘッド本体100のインク噴射面に形成された各ノズル8から制御部20の制御に基づいて噴射されたインク液滴は、用紙41に対して飛翔する。

次に、ヘッド本体100について図2〜図4を参照しつつ説明する。図2は、ヘッド本体100のインク噴射面の外観図である。尚、図2(a)はヘッド本体100のインク噴射面2の全体図であり、図2(b)はインク噴射面2における後述する1つのインク噴射ユニット13の拡大図である。また、図中の矢印は用紙41の搬送方向を示している。図3は、ヘッド本体100の図2に示すIII−III線の部分断面図である。図4は、ヘッド本体100の図2に示すIV−IV線の部分断面図である。

ヘッド本体100は、流路ユニット4と圧電シート21と個別電極35とを有している。流路ユニット4は、アクチュエータプレート22、キャビティプレート23、サプライプレート24、マニホールドプレート25、及びノズルプレート26の各プレートが積層された積層構造を有している。ヘッド本体100内には、流路ユニット4の各プレートに設けられている孔と圧電シート21と個別電極35とにより、多数のインク噴射ユニット13が構成されている。また、図2(a)に示すように、ヘッド本体100は、用紙41の搬送方向に対して垂直方向に延在した矩形平面形状のインク噴射面2を有している。

次に、噴射ユニット13について説明する。噴射ユニット13は、制御部20に制御されて所望の体積のインク液滴を用紙41上の所望の位置に着弾させるものである。噴射ユニット13は、ヘッド本体100の延在方向に沿うように連続して配置されている。また、噴射ユニット13は、ヘッド本体100の延在方向に沿うように配置された2つのインク噴射部14a,14bを有している。

次にインク噴射部14a,14bについて説明する。尚、図4にはインク噴射部14aのみが示されているが、インク噴射部14bの構成はインク噴射部14aと実質的に同等である。インク噴射部14a,14bは、夫々が独立して所望のタイミング及び速度でインク液滴を噴射するものである。インク噴射部14a,14bは、ノズル8と、圧力室10とを有しており、ノズル8は、先細形状の先端を有するインク液滴の噴射口であり、圧力室10を介してマニホールド5と連通している。また、ノズル8におけるインク液滴の噴射角度は、インク噴射部14a,14b双方から噴射されるインク液滴の飛翔軌道が空中で交差するように決められている。

マニホールド5は、多数の圧力室10にインクを供給する共通インク流路であり、図示しないインクタンクから供給されるインクをヘッド本体100に行き渡らせるものである。マニホールド5は圧力室10と連通しており、インクタンクから供給されるインクを常時圧力室10に供給している。圧力室10は、マニホールド5から供給されたインクをノズル8から噴射するための圧力が発生させられるインク流路である。また、各圧力室10の上部中央には、平面形状が圧力室10と相似形状である圧電シート21が夫々配置されている。後述するように圧電シート21が駆動されて変位することにより、圧力室10の内部には圧力が発生する。

圧電シート21は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなるものであり、その下面は圧力室10の上壁となるアクチュエータプレート22に隣接している。アクチュエータプレート22は常にグランド電位に保たれており、多数のインク噴射部14a,14bに共通の共通電極として機能している。圧電シート21の上面には個別電極35が配置されている。個別電極35は、Ag−Pd系等の金属材料からなるものであり、制御部20から配線された図示しない信号線に接続されている。制御部20はこの信号線を介して個別電極35の電位を制御することができる。

圧電シート21はその厚み方向に分極されている。従って、個別電極35にグランド電位より高い電位を印加することで、圧電シート21に対してその分極方向に電界が印加される。圧電シート21に電界が印加されると、電界が印加された部分が活性層として働き、その厚み方向に伸長するとともに、圧電横効果により面方向に収縮しようとする。これにともなって圧電シート21及びアクチュエータプレート22は圧力室10側へ凸になるように変形(ユニモルフ変形)する。つまり、ユニモルフタイプの駆動機構が実現されている。

制御部20は、モータ44やインクジェットヘッド9などインクジェットプリンタ1内の各部の動作を制御する。特に、本実施の形態においては、噴射制御部51、液滴数制御部52及びパルス出力部53を備えている。噴射制御部51は、インク噴射部14a,14bの夫々のノズル8から噴射されるインク液滴が空中で衝突するようにインク液滴の噴射タイミングを決定するものである。液滴数制御部52は、インク液滴が衝突することにより一体となる合体インク液滴が用紙41上の所望の位置に着弾するようにインク噴射部14a,14bから噴射されるインク液滴の数を決定するものである。パルス出力部53は、噴射制御部51により決定されたインク液滴の噴射タイミングと、液滴数制御部52により決定された噴射されるインク液滴の数とに基づいて、後述する矩形波のパルスを生成してインク噴射部14a,14bの個別電極35に出力するものである。

次に、インク噴射部14a,14bのインク液滴の噴射動作について説明する。まず、制御部20は、予め圧電シート21及びこれに隣接するアクチュエータプレート22が圧力室10側へ凸になるように、個別電極35に所定の電位を印加しておく。そして制御部20は、噴射要求があるごとに、個別電極35に印加する電位をグランド電位に下げる。すると、圧電シート21及びアクチュエータプレート22が平坦になる。その後制御部20は、所定のタイミングで再び圧電シート21及びこれに隣接するアクチュエータプレート22が圧力室10側へ凸になるように、個別電極35に所定の電位を印加する。

このように、圧力室10の容積を低下させた状態から一旦初期の状態に戻すことにより、圧力室10内部が負圧となり圧力室10はマニホールド5からインクを吸い込む。さらに再び圧力室10の容積を低下させることにより、圧力室10内部が正圧になり圧力室10のインク液滴がノズル8から噴射される。つまり、制御部20が個別電極35に矩形波のパルスを印加することになる。このパルス幅は、圧力室10内において圧力波がマニホールド5からノズル8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)であり、圧力室10内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさるため、強い圧力でインク液滴を噴射させることができる。

さらに、インク噴射部14a,14bから連続してインク液滴を噴射させる場合には、制御部20はインク液滴を噴射するために印加するパルスとパルスとの間隔をALとする。これにより、先に噴射されたインク液滴を噴射させるために付与された圧力の残余圧力波と、後に噴射させるインク液滴を噴射させるべく付与された圧力の圧力波との周期が、それらのピークが合わさるように一致するため、これらの圧力が重畳して増幅し、後に噴射されたインク液滴の噴射速度が、先に噴射されたインク液滴の噴射速度より速くなり、後に噴射されたインク液滴が先に噴射されたインク液滴に追いついて空中で衝突して一体となる。

次に、合体インク液滴の体積が一定の場合、つまり面積階調法による階調制御を行わない場合におけるインク噴射ユニット13の噴射動作について図5〜図8を参照しつつ説明する。図5はインク噴射ユニット13が噴射するインク液滴の着弾位置を示した図である。図6〜図8は、インク噴射ユニット13の噴射状態を示した図である。尚、図6(a)〜図8(a)は、インク噴射ユニット13のインク噴射状態を、図6(b)〜図8(b)は、制御部20がインク噴射ユニット13のインク噴射部14a,14bの個別電極35に出力するパルス波形を示している。縦軸は圧電シート21に印加する電圧を、横軸は圧電シート21及びアクチュエータプレート22が圧力室10側に凸の状態となる瞬間(時刻)からの経過時間を示している。

図5に示すように、制御部20は、インク噴射ユニット13のインク噴射部14a,14bの夫々のノズル8から噴射されるインク液滴を衝突させることにより、衝突して一体となった合体インク液滴をA〜Eの位置に選択的に着弾させる。つまり制御部20の液滴数制御部52は、インク噴射部14a,14bの夫々のノズル8から噴射させるインク液滴の数の比を変化させることで、合体インク液滴の着弾させる位置を制御する。従って、制御部20の液滴数制御部52がインク噴射部14a,14bから噴射されるインク液滴の体積及び速度をほぼ一定にするとともに、インク噴射部14a,14bの夫々のノズル8から噴射させるインク液滴の数の比を0:4にすることで合体インク液滴をAに着弾させ、インク液滴の数の比を1:3にすることで合体インク液滴をBに着弾させ、インク液滴の数の比を2:2にすることで合体インク液滴をCに着弾させ、インク液滴の数の比を3:1にすることで合体インク液滴をDに着弾させ、インク液滴の数の比を4:0にすることで合体インク液滴をEに着弾させる。このとき、A〜Eのいずれの位置に着弾する合体インク液滴についても、体積はほぼ同じである。

具体的には、図6(b)に示すように、制御部20がインク噴射部14aの個別電極35にALに対応したパルス幅を有したパルスを4回出力した場合には、図6(a)に示すように、インク噴射部14aのみからインク液滴を4つ噴射させることになり、空中で一体となった合体インク液滴がインク噴射部14aから噴射された飛翔軌道に従った着弾位置Eに着弾する。

図7(b)に示すように、制御部20がインク噴射部14a,14bの個別電極35にパルスを2回ずつ出力した場合には、図7(a)に示すように、インク噴射部14aの飛翔軌道とインク噴射部14bの飛翔軌道とが等距離で交差しているため、インク噴射部14a,14bの双方から噴射されたインク液滴が全て空中で衝突して一体となる。インク噴射部14a,14bが1回で噴射するインク液滴の体積及び速度は同じであり、インク噴射部14a,14bから噴射されたインク液滴の数の比は1:1である。また、ALに対応したパルス幅のパルスにより噴射されるインク液滴は、1回目より2回目の方が高速で噴射されて飛翔中に追いつく。従って、衝突して一体となった合体インク液滴は、インク噴射部14aの飛翔軌道に従って着弾する位置とインク噴射部14bの飛翔軌道に従って着弾する位置との中間の位置Cに着弾する。

図8(b)に示すように、制御部20がインク噴射部14aの個別電極35にパルスを3回,インク噴射部14bの個別電極35にパルスを1回出力した場合には、図8(a)に示すように、インク噴射部14aの飛翔軌道とインク噴射部14bの飛翔軌道とが等距離で交差しているため、インク噴射部14a,14bの両方から噴射されたインク液滴が全て空中で衝突して一体となる。インク噴射部14a,14bが1回で噴射するインク液滴の体積及び速度は同じであり、インク噴射部14a,14bから噴射されたインク液滴の数の比は3:1である。インク噴射部14aから噴射される3つのインク液滴は、噴射の回が進む毎に順次高速になって噴射されるので飛翔中に次々と追いつく。従って、衝突して一体となった合体インク液滴は、インク噴射部14aの飛翔軌道に従って着弾する位置からインク噴射部14bの飛翔軌道に従って着弾する位置までの1/4の位置Dに着弾する。尚、厳密にはインク噴射部14aから連続噴射されたインク液滴の速度が若干速いため、合体インク液滴が所定の位置に着弾していないことになるがその誤差は充分小さいものである。また、厳密にはインク噴射部14aから連続噴射されたインク液滴の体積が、インク噴射部14bからのインク液滴の体積の3倍よりも若干大きくなるが、その差はとても小さい。

前述したように、制御部20の液滴数制御部52は、インク噴射ユニット13のインク噴射部14a,14bに噴射させるインク液滴の数の比(0:4、1:3、2:2、3:1、4:0)を選択することで、A〜Eの5つの位置にインク液滴を着弾させることができる。尚、隣接する2つの噴射ユニット13の間隔は、一方の噴射ユニット13から噴射された着弾点Eと他方の噴射ユニットから噴射させた着弾点Aとの間隔が、A〜Eの各間隔と同じになるようにするのが好ましい。

次に制御部20の動作手順について図9を参照しつつ説明する。図9は制御部20の動作手順を示したフローチャートである。

制御部20の液滴数制御部52は、まずステップS101(以下S101と略す。他のステップも同様)に移行し、インク噴射ユニット13における合体インク液滴の着弾位置を全着弾位置n(A〜Eの場合n=5)の左からm番目に決定する(例えば、Bの場合m=2)。その後、S102に移行し、S101において決定されたインク噴射ユニット13による合体インク液滴の着弾位置に基づいて、インク噴射部14a,14b夫々が噴射するインク液滴の数を決定する。インク噴射部14aが噴射するインク液滴の数S1及びインク噴射部14bが噴射するインク液滴の数S2は、

S1=m−1 ・・・(1)
S2=n−m ・・・(2)

で表される(例えば、着弾位置がBの場合S1=1 S2=3)。

その後、S103に移行し、液滴噴射制御部51により所望のタイミングでインク噴射部14a,14bからインク液滴を噴射させるべくS102において決定されたインク噴射部14a,14b夫々が噴射するインク液滴の数に応じてパルス出力部53によりパルスを生成する。具体的には、インク噴射部14a、14bの双方から同時に1発目のインク液滴が噴射され、1発目の噴射から2ALに相当する時間の経過後に2発目が噴射され、3発目以降も同様の時間間隔で噴射されるように、パルス幅とパルス間隔とがALであり周期が一致する2つのパルスが生成される。そして、生成したパルスをインク噴射部14a,14bの個別電極35に出力する。インク噴射部14a,14bは制御部20から入力されたパルスに基づいてインク液滴を噴射する。

次に、インク噴射ユニット13による印刷結果について図10を参照しつつ説明する。図中の矢印(イ)は用紙41の搬送方向を示している。また、用紙41上のマス目はインク噴射ユニット13による合体インク液滴56の各着弾位置A〜Eと、インク噴射ユニット13が1回合体インク液滴56を着弾させる際に搬送される用紙41の搬送距離との関係を示している。

図10に示すように、インク噴射ユニット13は、用紙41の搬送にともなってA〜Eの5つの位置に合体インク液滴56を着弾させている。尚、合体インク液滴56の体積は全て同じであって8plである。5つの位置にインク液滴56を着弾させることから、インク噴射部14a,14bから噴射されるインク液滴の数の和は4となる。このように、インク噴射ユニット13は、2つのインク噴射部14a,14bを備えることで、5つのインク噴射部を備える場合と同等の印刷解像度を実現している。

しかも、第1の実施の形態によれば、制御部20が、パルス制御によりインク噴射部14a,14bから噴射されるインク液滴の数を制御するという比較的簡単な構成で、高解像度画像を形成することが可能になる。

また、1つのインク噴射ユニット13により位置A〜Eの任意の位置にインク液滴を着弾させることができるため、ノズルをヘッド本体100に高集積しなくても高解像度画像を形成できる。これにより、ヘッド本体100を低コストで製造可能である。

さらに、制御部20がインク噴射部14a,14bにインク液滴を連続噴射させる場合に、個別電極35に出力するパルスとパルスの間隔がALであるため、インク噴射部14a,14bが連続でインク液滴を噴射した場合に、先に噴射されたインク液滴の噴射速度より後に噴射されたインク液滴の噴射速度が高くなり、高い確率で連続噴射した複数のインク液滴を全て空中で衝突させることが可能となる。

(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

尚、第2の実施の形態のインクジェットヘッド9A及び制御部20Aは、第1の実施の形態のインクジェットヘッド9及び制御部20に相当し、インクジェットヘッド9A及び制御部20A以外の構成は第1の実施の形態と実質的に同等であるため、以下インクジェットヘッド9A及び制御部20Aについて説明する。

インクジェットヘッド9Aについて図11を参照しつつ説明する。図11は、インクジェットヘッド9Aが有するヘッド本体100Aのインク噴射面2Aの外観図である。尚、図中の矢印(イ)は用紙41の搬送方向を、矢印(ロ)はインクジェットヘッド9Aの移動方向を示している。

インクジェットヘッド9Aは、用紙41の搬送方向に沿って延びるシリアルヘッドであり、インク液滴を噴射するためのヘッド本体100Aを有している。インクジェットヘッド9Aは、用紙41の搬送方向に対して垂直方向に移動可能な図示しないキャリッジに設置されている。つまりインクジェットヘッド9Aは、キャリッジの設置された状態で用紙41の搬送方向に対して垂直方向に移動しつつ、用紙41に対してインク液滴を噴射することにより用紙41上に所望の画像を形成することができる。

ヘッド本体100Aは、用紙41の搬送方向に延在した矩形平面形状のインク噴射面2Aを有している。ヘッド本体100A内には、インク噴射ユニット13が多数構成されている。噴射ユニット13は、制御部20Aに制御されて所望の体積のインク液滴を用紙41上の所望の位置に着弾させるものであり、ヘッド本体100Aの延在方向に沿うように連続して配置されている。また、噴射ユニット13は、ヘッド本体100Aの延在方向に沿うように配置された2つのインク噴射部14a,14bを有している。

インク噴射部14a,14bの構造は第1の実施の形態のインク噴射部14a,14bの構造と実質的に同等であるため、インク噴射部14a,14bの構造の詳細な説明は省略する。

制御部20Aについて図12を参照しつつ説明する。図12は、制御部20Aの機能ブロック図である。制御部20Aは、モータ44やインクジェットヘッド9Aなどインクジェットプリンタ1内の各部の動作を制御する。特に、本実施の形態においては、噴射制御部51、液滴数制御部52A及びパルス出力部53を備えている。噴射制御部51は、インク噴射部14a,14bの夫々のノズル8から噴射されるインク液滴が空中で衝突するようにインク液滴の噴射タイミングを決定するものである。液滴数制御部52Aは、インク液滴が衝突することにより一体となる合体インク液滴が所望の体積を有するように、且つ用紙41上の所望の位置に着弾するようにインク噴射部14a,14bから噴射されるインク液滴の数を決定するものである。パルス出力部53は、噴射制御部51により決定されたインク液滴の噴射タイミングと、液滴数制御部52により決定された噴射されるインク液滴の数とに基づいて、後述する矩形波のパルスを生成してインク噴射部14a,14bの個別電極35に出力するものである。

つまり、制御部20Aは、インクジェットヘッド9Aを移動しつつ、指定される階調に基づいて各噴射ユニット13から噴射される合体インク液滴の体積を制御するとともに、指定される印刷内容と用紙41の搬送位置とに基づいて、合体インク液滴の着弾位置を制御する。

次に、合体インク液滴の体積が変化する場合、つまり面積階調法による階調制御を行う場合におけるインク噴射ユニット13の噴射動作について図13を参照しつつ説明する。図13はインク噴射ユニット13のインク噴射部14a,14bが噴射するインク液滴の数、体積及び着弾位置の関係を示した図である。

制御部20Aの液滴数制御部52Aは、インク噴射ユニット13が噴射する合体インク液滴の体積、つまりインク噴射部14a,14bが噴射するインク液滴の数の和を制御することにより、インク噴射ユニット13が噴射する合体インク液滴の着弾位置における階調を制御することができる。具体的には、インク噴射部14a,14bが1回に噴射するインク液滴の体積を2plとすると、インク噴射ユニット13に噴射させる合体インク液滴の体積(8、16,24pl)つまり、インク噴射部14a,14bに噴射させるインク液滴の数の和(4、8、12)を変化させることで階調制御(4階調)を行うことができる。

次に制御部20Aの動作手順について図14を参照しつつ説明する。図14は制御部20Aの動作手順を示したフローチャートである。

制御部20Aの液滴数制御部52Aは、まずステップS201に移行し、インク噴射ユニット13における合体インク液滴の着弾位置を全着弾位置n(A〜Eの場合n=5)の左からm番目に決定する(例えば、Bの場合m=2)。その後、S202に移行し、指定された階調から着弾させる合体インク液滴の体積を決定する。インク噴射部14a,14bが1回で噴射するインク液滴の体積をq(2pl)、階調を示す値をk(k=1,2,3)とすると、着弾させる合体インク液滴の体積Vは、

V=(n−1)qk ・・・(3)

で表される(例えば、k=2の場合V=16pl)。

その後、S203に移行し、S202において決定されたインク液滴の体積Vに基づいてインク噴射部14a,14bが噴射するインク液滴の数の和Rを決定する。インク噴射部14a,14bが噴射するインク液滴の数の和Rは、

R=V/q ・・・(4)

で表される(例えば、V=16の場合、q=2より8)。

その後、S204に移行しS203において決定されたインク噴射部14a,14bが噴射するインク液滴の数の和Rと、S201において決定されたインク噴射ユニット13による合体インク液滴の着弾位置とに基づいて、インク噴射部14a,14b夫々が噴射するインク液滴の数を決定する。インク噴射部14aが噴射するインク液滴の数S1及びインク噴射部14bが噴射するインク液滴の数S2は、

S1=(m−1)k ・・・(5)
S2=(n−m)k ・・・(6)

で表される(例えば、S1=2 S2=6)。

その後、S205に移行し、液滴噴射制御部51によりタイミングを合わせてインク噴射部14a,14bにインク液滴を噴射させるべくS204において決定されたインク噴射部14a,14b夫々が噴射するインク液滴の数に合わせてパルス出力部53によりパルスを生成する。そして、生成したパルスをインク噴射部14a,14bの個別電極35に出力する。インク噴射部14a,14bは制御部20から入力されたパルスに基づいてインク液滴を噴射する。

次に、階調制御する場合のインク噴射ユニット13による印刷結果について図15を参照しつつ説明する。図中の矢印(イ)は用紙41の搬送方向を、矢印(ロ)はインクジェットヘッド9Aの移動方向を示している。また、用紙41上のマス目はインク噴射ユニット13に噴射される合体インク液滴57〜59の各着弾位置A〜Eと、インク噴射ユニット13が1回合体インク液滴57〜59を着弾させる際に搬送されるインクジェットヘッド9Aの移動距離との関係を示している。

図15に示すように、インク噴射ユニット13は、A〜Eの5つの位置に合体インク液滴57〜59を着弾させている。合体インク液滴57〜59の体積は夫々8pl、16pl、24plである。つまり、インク噴射部14a,14bから噴射されるインク液滴の数の和は夫々4、8、12となり(図13参照)、制御部20はこれらを適宜選択することにより3階調の階調印刷を実現している。また、インク噴射ユニット13は、2つのインク噴射部14a,14bを備えることで、用紙41の搬送方向において5つのインク噴射部を備える場合と同等の印刷範囲の印刷を行っている。尚、これらはインク噴射ユニット13による階調制御を行っていない場合でも同様である。

このように、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の場合と同様にインク噴射装置をインクジェットヘッドに高集積しなくてもよいため、インクジェットヘッド9Aを低コストで製造可能である。また、用紙41の搬送方向における印刷範囲が広くなるためインクジェットヘッド9Aを支持するキャリッジの往復回数を減らすことができ、従来のシリアルヘッドと比較してさらに高速な画像形成が可能になる。

さらに、第2の実施の形態によれば、液滴数制御部52Aにより合体インク液滴の体積を制御することができるため、インク噴射部14a,14bから噴射される液滴数を制御するという比較的簡単な構成で、階調表現が可能となる。

(第3の実施の形態)
以下、本発明の第3の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

インクジェットヘッド309について、図16〜図18を参照しつつ説明する。図16は、本発明の第3の実施の形態によるインクジェットヘッドのヘッド本体の拡大平面図である。図17は、図16に示すh−h線における部分断面図である。図18は、図16に示すi−i線における部分断面図である。

第3の実施の形態のインクジェットヘッド309及び制御部320は、第1の実施の形態のインクジェットヘッド9及び制御部20に相当し、インクジェットヘッド309及び制御部320以外の構成は第1の実施の形態と実施的に同等であるため、以下インクジェットヘッド309及び制御部320について説明し、それ以外についての説明は省略する。

図16に示すインクジェットヘッド309は、上述したインクジェットヘッド9と同様なラインタイプのヘッドであり、インク液滴を噴射するためのヘッド本体300が含まれている。ヘッド本体300は、第1の実施の形態のヘッド本体100と同様な矩形平面形状を有している。

図16〜図18に示すように、インクジェットヘッド309のヘッド本体300は、流路ユニット304と圧電シート321と個別電極335とを有している。流路ユニット304は、第1の実施の形態とほぼ同様な複数のプレート322〜326が積層された積層構造を有している。図16に示すように流路ユニット304の内部には、流路ユニット304の延在方向に平行に延在するマニホールド305が流路ユニット304の短手方向の両端部に1つずつ形成されている。これら2つのマニホールド305は流路ユニット304の延在方向の両端部(不図示)で互いに連通している。ヘッド本体300内には、流路ユニット304の各プレートに設けられている孔と圧電シート321と個別電極335とにより、多数のインク噴射ユニット313が構成されている。また、ヘッド本体300は、図17及び図18に示すように前述と同様にインク噴射面2を有している。

次に、インク噴射ユニット313について説明する。噴射ユニット313は、第1の実施の形態の制御部20とほぼ同様な制御部320(図19参照)に接続されて所望の体積のインク液滴を用紙上の所望の位置に着弾させるものである。噴射ユニット313は、ヘッド本体300の延在方向に沿うように連続して配置されている。また、噴射ユニット313は、ヘッド本体300の延在方向と直交する方向に配置された2つのインク噴出部314a、314bを有している。

次に、インク噴射部314a,314bについて説明する。インク噴射部314a,314bは、それぞれが独立して所望のタイミング及び速度でインク滴を噴射するものである。図16に示すようにインク噴射部314a,314bは、ヘッド本体300の延在方向に沿って互いに平行に複数配置されており、ヘッド本体300の延在方向と直交する方向に沿って並設されたインク噴射314a,314bとが1対となって噴射ユニット313を構成している。つまり、第1及び第2の実施の形態の噴射ユニット13は、ヘッド本体100の延在方向に沿って並設された2つのインク噴射部14a,14bより構成されているが、第3の実施の形態の噴射ユニット313は、ヘッド本体300の延在方向と直交する方向に沿って並設された2つのインク噴射部314a,314bにより構成されている。インク噴射部314a,314bは、ノズル8と圧力室310とを有しており、図16及び図17に示すように、ノズル8は、先細形状の先端を有するインク液滴の噴射口であり、液滴室である圧力室310を介して各インク噴出部314a,314b側に形成されたマニホールド305と連通している。これらの複数のノズル8は、ヘッド本体300の延在方向(一方向)に配列しており、図16中に示すように、i−i線(第1の直線)上にすべて位置している。また、図18に示すようにインク噴射部314a,314bに属するノズル8は、前述と同様にインク噴射部314a,314bの双方から噴射されるインク滴の飛翔軌道が空中で交差するように決められている。

マニホールド305には、流路ユニット304の端部から図示しないインク供給口を介してインクが供給されている。マニホールド305は上述したように流路ユニット304の両端部で互いに連通しているので、インクタンクからのインクが1つのインク供給口からマニホールド305に供給されることで、すべての圧力室310に常時インクを供給することが可能となっている。図16に示すように、流路ユニット304の内部には多数の圧力室310が形成されている。これら圧力室310は、前述した圧力室10と同様に、マニホールド305から供給されたインクをノズル8から噴射するための圧力が発生させられるインク流路である。多数の圧力室310は、流路ユニット304の延在方向に沿って2列に配置されており、図16中下側に位置する圧力室310がインク噴射部314aに含まれており、図16中上側に位置する圧力室310がインク噴射部314bに含まれている。すなわち、i−i線によって隔てられた2つの領域の一方には、複数のインク噴射部314aがヘッド本体300の延在方向に沿って配置されており、他方には、複数のインク噴射部314bがヘッド本体300の延在方向に沿って配置されている。また、噴射ユニット313を構成する一対のインク噴射部314a,314bの2つの圧力室310は、これら圧力室310の中心を結ぶ直線(第2の直線、図示せず)がi−i線と直交するように配置されている。圧電シート321は前述した圧電シート21と同様に圧力室310と対向する位置に形成されており、その上面に圧電シート321と相似形状の個別電極321が形成されている。

圧電シート321及び個別電極335は、前述した圧電シート21及び個別電極35とそれぞれ同じ材料から形成されており、同じ機能を有している。個別電極335は制御部320から配線された図示しない信号線に接続されており、制御部320はこの信号線を介して個別電極335の電位を制御することができる。なお、圧電シート321とアクチュエータプレート22は、前述したユニモルフタイプと同じ駆動機構となっている。

制御部320について図19を参照しつつ説明する。図19は、制御部320の機能ブロック図である。制御部320は、モータ44やインクジェットヘッド309などインクジェットプリンタ1内の各部の動作を制御する。特に、本実施の形態において、制御部320は噴射制御部351、液滴数制御部352及びパルス出力部353を備えている。噴射制御部351は、インク噴射部314a,314bのそれぞれのノズル8から噴射されるインク液滴が空中で衝突するようにインク液滴の噴射タイミングを決定するものである。液滴数制御部352は、インク液滴が衝突することにより一体となる合体インク液滴が所望の体積を有するように、且つ用紙41の所望の位置に着弾するようにインク噴射部314a,314bから噴射されるインク液滴の数を決定するものである。パルス出力部353は、噴射制御部351により決定されたインク液滴の噴射タイミングと、液滴数制御部352により決定された噴射されるインク液滴の数とに基づいて、後述する駆動パルスを生成してインク噴射部314a,314bの個別電極335に出力するものである。つまり、制御部320は、指定される階調に基づいて各噴射ユニット313から噴射される合体インク液滴の体積を制御するとともに、指定される印刷内容と用紙41の搬送位置とに基づいて、合体インク液滴の着弾位置を制御する。

次に、インク噴射ユニット313の噴射動作について図20〜図21を参照しつつ説明する。図20は、インク噴射ユニット313が噴射するインク液滴の着弾位置を示した図である。

制御部320は、圧電シート321とこれに隣接するアクチュエータプレート322が圧力室310側へ凸となるように個別電極335に駆動パルスを出力し所定の電位を印加しておく。そして、噴射要求があるごとに、個別電極335に印加している電位をグランド電位に下げる。すると、圧電シート321及びアクチュエータプレート322が平坦になる。その後、所定のタイミングで再び圧電シート321及びこれに隣接するアクチュエータプレート322が圧力室310側へ凸となるように、個別電極335に同じパルス幅を有する駆動パルスを出力して所定の電位を印加する。これにより、上述した第1の実施の形態と同様にノズル8からインク液滴を噴射させることができる。

図20に示すように、制御部320は、噴射ユニット313のインク噴出部314a,314bのそれぞれのノズル8から噴射されるインク液滴を交差点P及びその近傍で衝突させることにより、衝突して一体となった合体インク液滴を着弾面内におけるV〜Yの位置に選択的に着弾させる。つまり、制御部320の液滴数制御部352は、インク噴射部314a、314bのそれぞれから噴射させるインク液滴の数の比を変化させることで、合体インク液滴の着弾させる位置を制御する。すなわち、インク噴射部314a,314bのそれぞれのノズル8から噴射させるインク液滴の数の比を0:3にすることで、合体インク液滴をVに着弾させ、インク液滴の数の比を1:2にすることで合体インク液滴をWに着弾させ、インク液滴の数の比を2:1にすることで合体インク液滴をXに着弾させ、インク液滴の数の比を3:0にすることで合体インク液滴をYに着弾させることが可能となる。

ここで、噴射ユニット313のノズル8から噴射されたインク液滴が合体して合体インク液滴がWに着弾するときについて、具体的に説明する。図21は、インク噴射ユニット313のインク噴射部314a,314bの個別電極335に対して制御部320から出力する駆動パルスの波形を示す図であり、縦軸は圧電シート321に印加される電圧を、横軸は圧電シート321及びアクチュエータプレート22を圧力室310側に凸の状態から平坦な状態へと変形させた瞬間(時刻0)、すなわち、最初の液滴を噴射させた瞬間からの経過時間を示している。図21に示すように制御部320がインク噴射部314aの個別電極335にALに対応したパルス幅とパルス間隔を有した駆動パルスをALに対応する間隔で2回、インク噴射部314bの個別電極335にALに対応したパルス幅を有した駆動パルスをALに対応する間隔で4回出力した場合には、噴射速度は噴射の回が進むにつれ順次高速になるので、図20に示すインク噴射部314aの飛翔軌道とインク噴射部314bの飛翔軌道との交差点P及びその近傍において、インク噴射部314a,314bの両方から噴射された6個のインク液滴が全て空中で衝突して一体となる。

このように、インク噴射部314aから2個、インク噴射部314bから4個噴射された計6個の液滴を空中で合体させWに着弾させたときの実施例を表1に示す。表1は、2つのインク噴射部314a,314bから合体すべき液滴を連続して噴射するときの噴射順番毎に、各インク噴射部314a,314bに出力された駆動パルスのパルス幅、駆動パルスの電圧、駆動パルスの立ち下がりタイミング、その駆動パルスによってノズル8から噴射されたインク液滴速度、各インク噴射部314a,314bのノズル8から噴射されたインク液滴の交差点までの飛翔時間、各インク噴射部314a,314bのノズル8から噴射されたインク液滴の交差点への到達時刻及び各インク液滴の体積を示したものである。

なお、表1に示した実施例は、インク噴射部314a,314bのノズル8の噴射口から交差点Pまでの距離が0.2mm、ノズル8の噴射口の直径が18μm、ノズル8が鉛直方向に対して傾斜する角度が3.6°、インク噴射部314a,314bのALが3.0μs、インク噴射部314a,314bのノズル8の間隔が169.3μm(150dpi)、ノズル8から紙面までの距離が1mm、合体インク滴が着弾する位置V,W,X,Yの各間隔が42.3μm(600dpi)となる液滴噴射装置において実施されたものである。

表1に示すように、インク噴射部314a,314bから同じタイミングで噴射されるインク液滴の体積及び液滴速度はともに同じであり、インク噴射部314a,314bから噴射されたインク液滴の数の比は2:4(すなわち、1:2)である。インク噴射部314aから噴射される2つのインク液滴、及び、インク噴射部314bから噴射される4つのインク液滴は、噴射の回が進む毎に順次高速になって噴射されるので飛翔中に次々と前に噴射されたものに追いつく。これは、ALに対応した間隔で順次駆動パルスが個別電極335に出力されているので、最初にインク液滴がノズル8から噴射されたときに生じた残余圧力波が圧力室310において再び正圧となるタイミングと、次にインク液滴を噴射するためにアクチュエータプレート22を平坦な状態から圧力室310側に凸にするタイミングとを合わせることで、圧力室310に発生する正圧がアクチュエータプレート22の変形によって与えられる正圧以上に大きくなるからである。なお、表1に見られるように各回に噴射されたインク液滴の体積が若干異なっているが、その差は微量であって誤差範囲である。

また、表1から分かるように、インク噴射部314aから連続して噴射された2つのインク液滴は、ノズル8からの噴射時刻差が6μsあるが、最初にノズル8から噴射されたインク液滴よりも2番目に噴射されたインク液滴の方が、交差点Pまでの飛翔時間が約8.3μsも短いため、交差点Pへの到達時刻も2番目に噴射されたインク液滴の方が早くなっている。一方、インク噴射部314bから連続して噴射された4つのインク液滴は、ノズル8からの噴射時刻差が最大で18μsあるが、最初にノズル8から噴射されたインク液滴よりも2及び3番目に噴射されたインク液滴の方が、交差点Pまでの飛翔時間が8.3μs、13.0μsも短いため、交差点Pへの到達時刻も2及び3番目に噴射されたインク液滴の方が早くなっている。このとき、4番目に噴射されたインク液滴は、最初に噴射されたインク液滴の液滴速度よりもかなり液滴速度が速くなっているが、ノズル8からの噴射時刻差が18μsもあるので、交差点Pへの到達時刻が最初に噴射されたインク液滴よりも若干遅くなっている。しかし、4番目のインク液滴の交差点Pへの到達時刻と最初に噴射されたインク液滴の交差点Pへの到達時刻との差が3.1μsしかないので、4番目のインク液滴は交差点Pの近傍位置で1〜3番目のインク液滴と接触して合体することができる。こうして各インク噴射部314a,314bから噴射されたインク液滴が互いに交差点P及びその近傍位置で合体し、合体インク滴となる。合体インク液滴は、インク噴射部314aの飛翔軌道と着弾面とが交差する位置からインク噴射部314bの飛翔軌道と着弾面とが交差する位置に向かって両位置間の距離の2/3だけ離れた位置Wに着弾する。

ここで、表1に示す駆動パルスのパルス幅の決定に関して説明する。図22は、インク液滴速度曲線を示すグラフであり、横軸は圧電シート321及びアクチュエータプレート322を圧力室310側に凸の状態から平坦な状態へと変形させた瞬間(時刻0)からの経過時間を、縦軸は対応する時刻において圧電シート321及びアクチュエータプレート322を再び圧力室310側に凸の状態にしたときにおけるインク液滴の吐出速度を示している。個別電極335に出力される駆動パルスのパルス幅とパルス間隔は、図22に示すインク液滴速度曲線99をもとに決定されている。インクの圧力波は、圧力室310が容積変化することで生じ、マニホールド305からノズル8との間を圧力室310を経由して伝播する。図22の波形から分かるように、時間が3μs,9μsのときにインク液滴の速度がピークとなり、6μsのときにボトムになっている。すなわち、図22から時間が3μs〜6μsまではインク液滴の速度が徐々に低下し、6μs〜9μsまではインク液滴の速度が再度上昇している。このピークとボトムの間の時間は、圧力波が圧力室310のマニホールド305側の端部からノズル8側の端部まで、又は、ノズル8側の端部からマニホールド305側の端部まで伝播し、圧力室310の内部の圧力が反転するまでの時間であり、これがALとなっている。このように時間が経過するにつれ、インク液滴の速度変化範囲が徐々に減衰している。このようなインク液滴速度曲線99をもとにして、本実施の形態ではパルス幅及びパルス間隔がALと同じになるように決定されている。これにより、パルスの立ち上がりの間隔と2ALとが同じとなり、噴射タイミングをピークに合わせることで、噴射されたインク液滴が最大のインク液滴速度を有することになる。すなわち、このような駆動パルスを各インク噴射部314a,314bの個別電極335に出力することで、先に噴射したときの残余圧力波と後に噴射させるインク液滴を噴射させるべく付与された圧力の圧力波とがピーク時に重畳することになり、後に噴射されるインク液滴の液滴速度が先のインク液滴の液滴速度より速くなる。つまり、後に噴射されたインク液滴が先に噴射されたインク液滴に追いついて空中で衝突して一体となる。これにより、本実施の形態においては、図21に示すように駆動パルスの間隔とパルス幅とをALとなる3μsとしてインク噴射部314a,314bの個別電極335に制御部320から駆動パルスを出力している。また、パルス間隔がALであることから、アクチュエータプレート322を圧力室側に凸の状態から平坦な状態にしたときに圧力室内に発生した負の圧力波が正に反転するときと、アクチュエータプレート322を平坦な状態から再び凸の状態にするタイミングとが一致するため、インク液滴速度をより速めることができる。

本実施の形態においては、残余圧力波と圧力室310に付与する圧力の圧力波とを重畳して、先のインク液滴の液滴速度より後のインク液滴の液滴速度を増加させているが、以下の第1変形例及び第2変形例のようにして先のインク液滴の液滴速度より後のインク液滴の液滴速度を増加させてもよい。

図23は、第1変形例の駆動パルスの波形を示す図であり、縦軸は圧電シート321を印加する電圧を、横軸は圧電シート321及びアクチュエータプレート322を圧力室310側に凸の状態から平坦な状態へと変化させた瞬間(時刻0)からの経過時間を示している。第1変形例は、駆動パルスのパルス幅を徐々にALに近づけるように変化させて、その時点で噴射されるインク液滴の液滴速度を先のインク液滴の液滴速度よりも速くしている。本変形例においては、図23に示すように第3の実施の形態と同様にインク液滴の着弾位置がWとなるように、インク噴射部314aからは2回のインク液滴の噴射を、インク噴射部314bからは4回のインク液滴の噴射を行っており、各パルス幅が徐々に狭くなってALに近づくようになっている。表2は、インク噴射部314a,314bから合体すべき液滴を連続して噴射するときの噴射順番毎に、各インク噴射部314a,314bに出力された駆動パルスのパルス幅、駆動パルスの電圧、駆動パルスの立ち下がりタイミング、その駆動パルスによってノズル8から噴射された液滴速度、各インク噴射部314a,314bのノズル8から噴射された液滴の交差点までの飛翔時間、各インク噴射部314a,314bのノズル8から噴射された液滴の交差点への到達時刻及び各液滴の体積を示したものである。なお、液滴噴射装置の仕様は前述した表1の場合と同じである。

図23と表2とから分かるように、各インク噴射部314aの個別電極335に出力される駆動パルスのパルス幅が、最初のインク液滴の噴射に対しては4.5μsとなっており、2番目のインク液滴の噴射に対しては4μsとなっている。一方、インク噴射部314bの個別電極335に出力される駆動パルスのパルス幅が、1番目及び2番目のインク液滴に対してはインク噴射部314aの場合と同じで、3番目のインク液滴の噴射に対しては3.5μsとなっており、4番目のインク液滴の噴射に対しては3μsとなっている。インク噴射部314a,314bのALは3.0μsであることから図22に示したように、時刻3μsと6μsとの間においては、時間の経過と共にインク液滴吐出速度が低下する。したがって、2つのインク噴射部314a、314bのいずれにおいても、表2に示すように、後から噴射される液滴ほどインク液滴吐出速度が速くなる。そのため、2つのインク噴射部314a、314bから噴射されたインク液滴を、交差点Pにおいて合体させることができる。表2から分かるように、各インク噴射部314a,314bから噴射された2番目のインク液滴は、最初のインク液滴よりも交差点Pへの到達時刻が1.8μsも早いため、最初のインク液滴が交差点Pに到達する前に最初のインク液滴と2番目のインク液滴とが合体する。また、インク噴射部314bから3、4番目に噴射されたインク液滴は、インク噴射部314bから最初に噴射されたインク液滴よりかなり液滴速度が速くなっているが、交差点Pへの到達時刻が最初のインク液滴よりも3番目においては1.3μs、4番目においては3.9μs遅れることになる。しかしながら、その時間差は僅かなものなので、3、4番目のインク液滴は最初及び2番目のインク液滴と交差点Pの近傍位置で接触して合体する。なお、本変形例では、最初に噴射されるインク液滴のパルス幅を4.5μsとし、徐々に4.5〜3μsの間で3μsに近づくようにパルス幅を変化させているが、4.5μs以上及び3μs以下の値をパルス幅に適用することもできる。つまり、徐々にインク液滴速度が速くなるようにパルス幅を選択すれば、先に噴射されたインク液滴速度よりも後に噴射されたインク液滴速度の方が速くなるからである。したがって、パルス幅は種々の値を組み合わせて使用することが可能である。なお、表2に見られるように各回に噴射されたインク液滴の体積が若干異なっているが、その差は微量であって誤差範囲である。

図24は、第2変形例の駆動パルスの波形を示す図であり、縦軸は圧電シート321を印加する電圧を、横軸は圧電シート321及びアクチュエータプレート322を圧力室310側に凸の状態から平坦な状態へと変化させた瞬間(時刻0)からの経過時間を示している。第2変形例では、駆動パルスの電圧を次第に増加させて、その時点で噴射されるインク液滴の液滴速度を先のインク液滴の液滴速度よりも速くしている。本変形例においては、図24に示すように第3の実施の形態と同様に合体インク液滴の着弾位置がWとなるように、インク噴射部314aからは2回のインク液滴の噴射を、インク噴射部314bからは4回のインク液滴の噴射を行っており、駆動パルスの電圧値を示す波高値が16V〜19Vへと次第に増加している。表3は、インク噴射部314a,314bから合体すべき液滴を連続して噴射するときの噴射順番毎に、各インク噴射部314a,314bに出力された駆動パルスのパルス幅、駆動パルスの電圧、駆動パルスの立ち下がりタイミング、その駆動パルスによってノズル8から噴射された液滴速度、各インク噴射部314a,314bのノズル8から噴射された液滴の交差点までの飛翔時間、各インク噴射部314a,314bのノズル8から噴射された液滴の交差点への到達時刻及び各液滴の体積を示したものである。なお、液滴噴射装置の仕様は前述した表1の場合と同じである。

図24と表3とから分かるように、各インク噴射部314aの個別電極335に出力される駆動パルスの電圧が、最初のインク液滴の噴射に対しては16Vとなっており、2番目のインク液滴の噴射に対しては17Vとなっている。一方、インク噴射部314bの個別電極335に出力される駆動パルスの電圧が、1番目及び2番目のインク液滴に対してはインク噴射部314aの場合と同じで、3番目のインク液滴の噴射に対しては18Vとなっており、4番目のインク液滴の噴射に対しては19Vとなっている。このように個別電極335に印加する電圧を次第に大きくすることで、先のインク液滴を噴射するための圧力室310の容積変化よりも後のインク液滴を噴射するための圧力室310の容積変化が大きくなる。これにより、表3に見られるように最初に噴射されたインク液滴の液滴速度よりも後から噴射されたインク液滴の液滴速度が速くなり、各インク液滴が交差点Pで合体するようになっている。より詳細には、表3から分かるように、各インク噴射部314a,314bから噴射された2番目のインク液滴は、最初のインク液滴よりも交差点Pへの到達時刻が0.1μsだけ早いため、最初のインク液滴が交差点Pに到達する前に最初のインク液滴と2番目のインク液滴とが合体する。また、インク噴射部314bから3、4番目に噴射されたインク液滴は、インク噴射部314bから最初に噴射されたインク液滴よりかなり液滴速度が速くなっているが、交差点Pへの到達時刻が最初のインク液滴よりも3番目においては2.6μs、4番目においては3.9μs遅れることになる。しかし、その時間差は僅かなものなので、3、4番目のインク液滴は最初及び2番目のインク液滴と交差点Pの近傍位置で接触して合体する。なお、表3に見られるように各回に噴射されたインク液滴の体積が若干異なっているが、その差は微量であって誤差範囲である。

このように第1及び第2変形例においても、先に噴射されたインク液滴の液滴速度よりも後に噴射されたインク液滴の液滴速度を速くすることが可能になる。こうして、インク噴射部314a,314bから噴射された複数のインク液滴を交差点P及びその近傍位置で合体インク液滴とすることが可能となる。第1変形例においては、パルス幅に応じて液滴速度が変化することを利用して、単純な液滴速度の制御をもとに簡単に液滴速度を増加させることができる。第2変形例においては、駆動パルスの電圧を変化させるため、使用する電圧の種類ごとに別の電源が必要となるが、より多くのインク液滴を噴射する場合においては、液滴速度の上限から下限の範囲を簡単に広くすることが可能になるので、インク液滴数が多い場合にでも容易にインク液滴同士を交差点P及びその近傍位置で合体させることができる。

また、先に噴射されたインク液滴よりも後に噴射されたインク液滴の液滴速度を上昇させる制御として、パルス幅の間隔をALとする上述した第3の実施の形態、異なるパルス幅を適用する第1変形例及び駆動パルスの電圧を変化させる第2変形例を適宜組み合わせてもよい。この3種類の制御を適宜組み合わせることで、インク液滴の速度変化範囲がかなり広くなるので、より多くのインク液滴を噴射しても交差点で確実に合体させることができる。

次に、合体インク液滴の体積が変化する場合、つまり面積階調法による階調制御を行う場合におけるインク噴射ユニット313の噴射動作について図25を参照しつつ説明する。図25はインク噴射ユニット313のインク噴射部314a,314bが噴射するインク液滴の数、体積及び着弾位置の関係を示した図である。

制御部320の液滴数制御部352は、インク噴射ユニット313が噴射する合体インク液滴の体積、つまりインク噴射部314a,314bが噴射するインク液滴の数の和を制御することにより、インク噴射ユニット313が噴射する合体インク液滴の着弾位置における階調を制御することができる。具体的には、インク噴射部314a,314bが1回に噴射するインク液滴の体積を2plとすると、インク噴射ユニット313に噴射させる合体インク液滴の体積(6,12pl)つまり、インク噴射部314a,314bに噴射させるインク液滴の数の和(3,6)を変化させることで階調制御(3階調)を行うことができる。

次に制御部320の動作手順について図26を参照しつつ説明する。図26は、制御部320の動作手順を示したフローチャートである。

制御部320の液滴数制御部352は、まずステップS401に移行し、インク噴射ユニット313における合体インク液滴の着弾位置を全着弾位置n(V〜Yの場合n=4)の左からm番目に決定する(例えば、Wの場合m=2)。その後、S402に移行し、指定された階調から着弾させる合体インク液滴の体積を決定する。インク噴射部314a,314bが1回で噴射するインク液滴の体積をq(2pl)、階調を示す値をk(k=1,2)とすると、着弾させる合体インク液滴の体積Vは、前述した式(3)より、例えば、k=1の場合はV=6plとなり、k=2の場合はV=12plとなる。

その後、S403に移行し、S402において決定されたインク液滴の体積Vに基づいてインク噴射部314a,314bが噴射するインク液滴の数の和Rを決定する。インク噴射部314a,314bが噴射するインク液滴の数の和Rは、前述した式(4)より、例えば、V=6の場合はR=3となり、V=12の場合はR=6となる。

その後、S404に移行しS403において決定されたインク噴射部314a,314bが噴射するインク液滴の数の和Rと、S401において決定されたインク噴射ユニット313による合体インク液滴の着弾位置とに基づいて、インク噴射部314a,314b夫々が噴射するインク液滴の数を決定する。インク噴射部314aが噴射するインク液滴の数S1及びインク噴射部14bが噴射するインク液滴の数S2は、前述した式(5)及び式(6)より、例えば、k=1の場合はS1=1、S2=2となり、k=2の場合はS2=2、S2=4となる。

その後、S405に移行し、液滴噴射制御部351によりタイミングを合わせてインク噴射部314a,314bにインク液滴を噴射させるべくS404において決定されたインク噴射部314a,314bの夫々が噴射するインク液滴の数に合わせてパルス出力部353により駆動パルスを生成する。そして、生成した駆動パルスをインク噴射部314a,314bの個別電極335に出力する。インク噴射部314a,314bは制御部320から入力されたパルスに基づいてインク液滴を噴射する。

次に、階調制御する場合のインク噴射ユニット313による印刷結果について図27を参照しつつ説明する。図中の矢印(イ)は用紙41の搬送方向を示している。また、用紙41上のマス目は、インク噴射ユニット313によって噴射される合体インク液滴357,358の各着弾位置V〜Yと、インク噴射ユニット313が1回合体インク液滴357,358を着弾させる際に搬送される用紙41の搬送距離との関係を示している。

インク噴射ユニット313は、図27に示すように、V〜Yの着弾位置となる用紙の搬送方向と平行な互いに等間隔の直線と図27中に1点鎖線で描かれた用紙の搬送方向に向うジグザグ線Zとが交わる交点に合体インク液滴357、358を着弾させている。つまり、本実施の形態においては、用紙に対してインク液滴を噴射する機会をV〜Yの順に与えている。

合体インク液滴357,358の体積はそれぞれ6pl、12plである。つまり、インク噴射部314a,314bから噴射されるインク液滴の数の和はそれぞれ3、6となり(図25参照)、制御部320はこれらを適宜選択することにより3階調の階調印刷を実現している。また、インク噴射ユニット313は、2つのインク噴出部314a,314bを備えることで、用紙41の搬送方向において4つのインク噴射部を備える場合と同等の印刷範囲の印刷を行っている。なお、これらはインク噴射ユニット313による階調制御を行っていない場合でも同様である。

以上、第3実施の形態によると、第1及び第2の実施の形態と同様な効果を得ることができるとともに、インクジェットヘッド309のヘッド本体300において、2列の圧力室列のうち、図16に示すように下側に位置する圧力室列に属する圧力室310がインク噴射部314aに含まれ、上側に位置する圧力室列に属する圧力室310がインク噴射部314bに含まれているので、インク噴射ユニット313をヘッド本体300の延在方向に高密度に配置させることができる。つまり、第1及び第2実施の形態のインク噴射ユニット13と比較すると、本実施の形態におけるインク噴射ユニット313は、インク噴射部314a,314bの圧力室310はいずれもヘッド本体300の延在方向に直交する方向に配置されているため、ヘッド本体300の延在方向における幅をヘッド本体100と同じ幅にしたときに、インクヘッド本体300はヘッド本体100に対してインク噴射ユニット313を約2倍備えることが可能となる。これに伴って各圧力室310と連通するノズル8もヘッド本体100のノズル8に数に比べて約2倍の数となり、そのノズル8間隔が小さくなる。したがって、インクジェットヘッド309を用いると、より高画質画像の印刷が可能となる。また、パルス幅の立ち上がりの間隔が2ALに等しく各パルス幅がALに等しいので、先に噴射されたインク液滴による残余圧力波及び圧力室310の容積を拡大させることで生じる負の圧力波を利用して、後に噴射されるインク液滴の液滴速度を簡単に増加させることができる。

(第4の実施の形態)
以下、本発明の第4の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

インクジェットヘッド509について、図28〜図31を参照しつつ説明する。図28は、本発明の第4の実施の形態によるインクジェットヘッド509のヘッド本体の拡大平面図である。図29は、図28に示すj−j線における部分断面図である。図30は、図28に示すk−k線における部分断面図である。図31は、図28に示すl−l線における部分断面図である。

第4の実施の形態のインクジェットヘッド509は、第3の実施の形態のインクジェットヘッド309に相当し、それ以外の構成は第3の実施の形態と実質的に同等であるため、以下インクジェットヘッド509について説明し、それ以外については説明を省略する。

インクジェットヘッド509は、上述したインクジェットヘッド309と同様なラインタイプのヘッドであり、インク液滴を噴射するためのヘッド本体500が含まれている。ヘッド本体500は、第3の実施の形態のヘッド本体300と同様な矩形平面形状を有している。

図28〜図31に示すように、インクジェットヘッド509のヘッド本体500は、流路ユニット504と圧電シート521a,521bと個別電極535a、535bとを有している。流路ユニット504は一方向に延在した矩形平面形状を有している。流路ユニット504内には、流路ユニット504の長手方向に沿って平行に延在されたマニホールド505が形成されている。流路ユニット504の上面及び内部には、圧電シート521a,521bが形成されている。圧電シート521a,521bと対向する流路ユニット504の内部には、流路ユニットの長手方向に配列された多数の圧力室510a,510bが形成されている。また、ヘッド本体500内には、図29〜図31に示すように流路ユニット504の各プレートに設けられている孔と圧電シート521a,520bと個別電極535a,535bとにより、多数のインク噴射ユニット513が構成されている。

次に、噴射ユニット513について説明する。噴射ユニット513は、制御部320に接続されて所望の体積のインク滴を用紙上の所望の位置に着弾させるものである。噴射ユニット513は、ヘッド本体500の延在方向に沿うように連続して配置されている。また、噴射ユニット513は、ヘッド本体300の各プレートの積層方向に沿って配置された2つのインク噴射部514a,514bを有している。また、ヘッド本体300は、前述と同様にインク噴射面2を有している。

次にインク噴射部514a,514bについて説明する。図30に示すように、インク噴射部514a,514bは、夫々が独立して所望のタイミング及び速度でインク液滴を噴射するものである。インク噴射部514aは、ノズル8と流路ユニット504の上方に形成された圧力室510aと、圧力室510aに対向する位置に形成された圧電シート521aと、圧電シート521aの上面に形成された個別電極535aとを有している。一方、インク噴射部514bは、ノズル8と流路ユニット504の内部に形成された圧力室510bと、圧力室510bに対向する位置に形成された圧電シート521bと、圧電シート521bの上面に形成された個別電極535bとを有している。ノズル8は、先細形状の先端を有するインク液滴の噴射口であり、圧力室510a,510bをそれぞれ介してマニホールド505と連通している。図29において、2つのインク噴射部514a,514bは、ノズル8から用紙に向けて噴射されるインク液滴の噴射方向、すなわち、インク噴射面2に対して垂直方向に関して、互いに対向している。また、ノズル8におけるインク液滴の噴射角度は、インク噴射部514a,514bの双方から噴射されるインク液滴の飛翔軌道が空中で交差するように決められている。

流路ユニット504に形成された圧力室510a,510bは、角部が丸い略長方形平面形状を有しており、その長手方向が流路ユニット504の短手方向に平行である。圧力室510a,510bの一端は、ノズル8に連通しており、他端はマニホールド505に連通している。これにより、マニホールド505には、ノズル8に連通して圧力室510a,510b毎に形成された個別インク流路7a,7bが接続されている。

図29〜図30から分かるように、各ノズル8は、圧力室510a,510bを介してマニホールド505と連通している。すなわち、マニホールド505の出口から圧力室510a,510bを経てノズル8に至る2つの流路が構成されている。このようにして、ヘッド本体500には、個別インク流路7a,7bが圧力室510a,510b毎に形成されている。これら個別インク流路7a,7bは、インク噴射ユニット513のインク噴射部514a,514bのそれぞれに含まれている。

流路ユニット504は、図29〜図31に示すように、上から第1アクチュエータプレート522、第1キャビティプレート523、第1サプライプレート524、第2キャビティプレート525、第2アクチュエータプレート526、第2サプライプレート527、第3サプライプレート528、マニホールドプレート529及びノズルプレート530の合計9枚のシート材が積層された積層構造を有している。

第1アクチュエータプレート522は、第1キャビティプレート523に形成された圧力室510aを構成する孔の上部を塞ぐ金属プレートである。第1キャビティプレート523は、圧力室510aを構成する孔が圧電シート521aに対向する領域に設けられた金属プレートである。第1サプライプレート524は、第1キャビティプレート523の1つの圧力室510aについて、マニホールド505から圧力室510aへの連絡孔及び圧力室510aからノズル8への連絡孔がそれそれ設けられた金属プレートである。第2キャビティプレート525は、第1キャビティプレート523の1つの圧力室510aについて、マニホールド505から圧力室510aへの連絡孔及び圧力室510aからノズル8への連絡孔に加え、個別電極535b及び圧電シート521bが内在する空隙を構成する孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。第2アクチュエータプレート526は、第1キャビティプレート523の1つの圧力室510aについて、マニホールド505から圧力室510aへの連絡孔及び圧力室510aからノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。第3キャビティプレート527は、第1キャビティプレート523の1つの圧力室510aについて、マニホールド505から圧力室510aへの連絡孔及び圧力室510aからノズル8への連絡孔に加えて、圧力室510bを構成する孔が圧電シート521bに対向する領域にそれぞれ設けられた金属プレートである。第2サプライプレート528は、第1及び第3キャビティプレート523、527の1つの圧力室510a,510bについて、マニホールド505から圧力室510a,510bへの連絡孔及び圧力室510a,510bからノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート529は、マニホールド505に加え、第1及び第3キャビティプレート523、527の1つの圧力室510a,510bについて、圧力室510a,510bからノズル8への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート530は、第1及び第3キャビティプレート523、527の1つの圧力室510a,510bについて、ノズル8がそれぞれ設けられた金属プレートである。

これら9枚のプレート522〜530は、図29〜図31に示すような個別インク流路7a,7bが形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。これら個別インク流路7a,7bは、マニホールド505からまず上方に向かい、圧力室510a,510bにおいて水平に延在し、垂直下方にノズル8へと向かう。

このような構成により、圧力室510aが流路ユニット504の上部側に形成され、圧力室510bが圧力室510aより下方側であって流路ユニット504の内部に形成されている。つまり、圧力室510aと圧力室510bとが図31に示すように互いにインク噴射面2に対して垂直方向であって各プレートの積層方向に関して、実質的に全域において互いに重なるように形成されている。また、圧電シート520a,520bも各圧力室510a,510bに対応するように、圧電シート520aが流路ユニット504の上面に形成され、圧電シート520bが流路ユニット504の内部であって圧力室510bと対向する位置に形成されている。なお、個別電極535a,535bも圧電シート520a,520bに対応してそれらの上面に形成されている。こうして、各プレートの積層方向に沿って配置されたインク噴射部514a,514bからなるインク噴射ユニット513を有したヘッド本体500が構成されている。

なお、圧電シート520a,520b及び個別電極535a,535bは前述した圧電シート321及び個別電極335と同じ材料から形成されており、同じ機能を有している。個別電極535は制御部320から配線された図示しない信号線に接続されており、制御部320はこの信号線を介して個別電極535の電位を制御することができる。なお、圧電シート521と第1及び第2アクチュエータプレート522,526は前述したユニモルフタイプと同じ駆動機構となっている。こうして、第4の実施の形態のインクジェットヘッド509は第3の実施の形態と同様に各インク噴射部514a,514bからノズル8を介してインク液滴を噴射し、合体インク滴を用紙に対して着弾させる。

以上、第4の実施の形態のインクジェットヘッド509によると、第1及び第2の実施の形態によるインクジェットヘッド9より、ノズル8の間隔を小さくしつつ、第3の実施の形態によるインクジェットヘッド309より、ヘッド本体500の延在方向と直交する方向に関してインクジェットヘッド509の幅を小さくすることが可能となる。つまり、インクジェットヘッド509のヘッド本体500において、2つの圧力室510a,510bが実質的に全域において流路ユニット504を構成する各プレートの積層方向に関して重なるように配置されており、インク噴射ユニット513を構成する2つのインク噴射部514a,514bがインク噴射面2の面方向に平行な方向に並設されていない。そのため、第3の実施の形態によるインクジェットヘッド309と同じノズル8の間隔を有していても、インク噴射面2の面方向におけるヘッド自体のサイズを小さくすることができる。

以上、本発明の第1〜第4の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、第1〜第4の実施の形態では、インク噴射ユニットの2つのインク噴射部が隣接して配置される構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、2つのインク噴射部が噴射するインク液滴の飛翔軌道が交差すればどのような配置であってもよい。例えば、2つのインク噴射部間に一定の距離をもって配置される構成でもよいし、2つのインク噴射部が水平方向または垂直方向に所定の角度を有して配置される構成でもよい。

また、第1の実施の形態では、インク噴射ユニット13が着弾させる合体インク液滴の体積を変化させず、階調制御を行わない構成であるが、インク噴射ユニット13が着弾させる合体インク液滴の体積を変化させて階調制御を行う構成でもよい。逆に、第2の実施の形態では、インク噴射ユニット13が着弾させる合体インク液滴の体積を変化させて階調制御を行う構成であるが、インク噴射ユニット13が着弾させる合体インク液滴の体積を変化させず、階調制御を行わない構成でもよい。

第3及び第4実施の形態では、インクジェットヘッド309,509はラインタイプのヘッドとなっているが、第2の実施の形態のようにシリアルタイプのヘッドであってもよい。

さらに、第1〜第4の実施の形態では、インク噴射部14a,14bが噴射するインク液滴の体積を固定にし、噴射するインク液滴の数を変化させて合体インク液滴の体積を制御する構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、2つのインク噴射部から噴射されるインク液滴の体積を変化させて合体インク液滴の体積を制御する構成にしてもよい。このとき着弾位置に拘わらず同じ体積のインク液滴が着弾するように制御すれば、高解像度の画像が形成可能になる。また、着弾位置に拘わらず任意の体積のインク液滴が着弾するように制御すれば細やかな階調表現が可能になる。尚、噴射するインク液滴の体積は、インク噴射時に生成される極小のインク液滴を打ち落とすためのインク噴射部を別個に備え、この極小のインク液滴を打ち落とすか否かを選択すること等で制御可能である。

さらに、第1及び第2の実施の形態では、隣接する噴射ユニット13におけるAとEとの間隔は、A〜Eの各間隔と同じになる構成であるが、このような構成に限定されるものではなく、例えばE側に隣接する噴射ユニット13におけるAがCとDとの間に位置し、A側に隣接する噴射ユニット13におけるEがBとCとの間に位置するような構成でもよい。この場合、倍の解像度の画像が形成可能となる。さらに、インク噴射部14a、14bを近接して設け、インク液滴がノズルから分離する前に双方のインク液滴が接触するようにしてもよい。また、第3の実施の形態では、隣接する噴射ユニット313におけるVとYとの間隔は、V〜Yの各間隔と同じになる構成であるが、例えば、Y側に隣接する噴射ユニット313におけるVがWとXとの間に位置し、V側に隣接する噴射ユニット313におけるYがVとWとの間に位置するような構成でもよい。これにより、より高解像度の画像が形成可能になる。

また、第3の実施の形態では、駆動パルスのパルス幅がALになっているが、駆動パルス間隔をALにしているのであれば、特にパルス幅をALにしなくてもよい。また、第4の実施の形態の2つの圧力室510a,510bは一部において重なっていてもよい。また、第3の実施の形態においては、噴射ユニット313を構成する一対のインク噴射部314a,314bの2つの圧力室310は、これら圧力室310の中心を結ぶ直線(第2の直線)が複数のノズル8が位置する直線(第1の直線)と直交するように配置されているが、これに限られることなく、インク噴射部314aとインク噴射部314bの2つの圧力室310が第1の直線によって隔てられて配置されるのであれば、これら2つの圧力室310は、それらの中心を結ぶ第2の直線が第1の直線と異なる角度で交差するように配置されていてもよい。

加えて、第1及び第2の実施の形態で説明したインクジェットプリンタ1と同様に構成された液滴噴射装置において、噴射媒体として導電ペーストを用いることにより、極めて微細な電気回路パターンを印刷したり、或いは、噴射媒体として有機発光体を用いることにより有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ(OELD)などの高精細ディスプレイデバイスを作成したりすることもできる。そのほか、微小なドットを被印刷媒体上に形成する用途であれば、極めて広範に用いることができる。

本発明の第1の実施の形態による液滴噴射装置を含むインクジェットプリンタの概略構成を示す斜視図である。 図1に示すヘッド本体のインク噴射面の外観図である。 図1に示すヘッド本体の図2におけるIII−III線の部分断面図である。 図1に示すヘッド本体の図2におけるIV−IV線の部分断面図である。 図2に示すインク噴射ユニットが噴射するインク液滴の着弾位置を示した図である。 図2に示すインク噴射ユニットの噴射状態を示した図である。 図2に示すインク噴射ユニットの噴射状態を示した図である。 図2に示すインク噴射ユニットの噴射状態を示した図である。 図1に示す制御部の動作手順を示したフローチャートである。 図2に示すインク噴射ユニットによる印刷結果を示した図である。 本発明の第2の実施の形態によるヘッド本体が有するインク噴射面の外観図である。 図11に示すヘッド本体を制御する制御部の機能ブロック図である。 図11に示すインク噴射ユニットのインク噴射部が噴射するインク液滴の数、体積及び着弾位置の関係を示した図である。 図12に示す制御部の動作手順を示すフローチャートである。 図11に示すインク噴射ユニットによる印刷結果を示した図である。 本発明の第3の実施の形態によるインクジェットヘッドのヘッド本体の拡大平面図である。 図16に示すh−h線における部分断面図である。 図16に示すi−i線における部分断面図である。 図16に示すヘッド本体を制御する制御部の機能ブロック図である。 図16に示すインク噴射ユニットが噴射するインク液滴の着弾位置を示した図である。 図16に示すインク噴射ユニットの個別電極に出力する駆動パルスの波形を示す図である。 インク液滴速度曲線を示すグラフである。 第1変形例の駆動パルスの波形を示す図である。 第2変形例の駆動パルスの波形を示す図である。 図16に示すインク噴射ユニットのインク噴射部が噴射するインク液滴の数、体積及び着弾位置の関係を示した図である。 図19に示す制御部の動作手順を示すフローチャートである。 図16に示すインク噴射ユニットによる印刷結果を示した図である。 本発明の第4の実施の形態によるインクジェットヘッドのヘッド本体の拡大平面図である。 図28に示すj−j線における部分断面図である。 図28に示すk−k線における部分断面図である。 図28に示すl−l線における部分断面図である。

符号の説明

1 インクジェットプリンタ
4 流路ユニット
5 マニホールド
8 ノズル
9 インクジェットヘッド
10 圧力室
13 インク噴射ユニット
14a,14b インク噴射部
20 制御部
21 圧電シート
35 電極
41 用紙
51 噴射制御部
52 液滴数制御部
53 パルス出力部
100 ヘッド本体

Claims (15)

  1. 液滴を噴射可能な第1の噴射部と、
    前記第1の噴射部から噴射される液滴の飛翔軌道と空中で交差する飛翔軌道を有する液滴を噴射可能な第2の噴射部と、
    前記第1の噴射部から噴射される一又は複数の液滴と、前記第2の噴射部から噴射される一又は複数の液滴とが空中で衝突して合体液滴が形成されるように、前記第1及び第2の噴射部からの液滴噴射タイミング及び液滴噴射速度の少なくとも一方を制御するための噴射制御手段と、
    前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の数を制御することによって、前記第1の噴射部からの液滴数と前記第2の噴射部からの液滴数とに応じて記録媒体上の異なる位置に前記合体液滴を着弾させるための液滴数制御手段とを備えていることを特徴とする液滴噴射装置。
  2. 前記噴射制御手段は、前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の噴射速度を変更することによって、前記合体液滴の着弾位置を微調整可能であることを特徴とする請求項1に記載の液滴噴射装置。
  3. 前記噴射制御手段は、前記第1及び第2の噴射部が複数の液滴を噴射するとき、噴射された液滴の噴射速度を、その前に噴射された液滴の噴射速度よりも速くすることを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴噴射装置。
  4. 前記噴射制御手段は、各パルスの立ち上がりの間隔又は立ち下がりの間隔が2AL(Acoustic Length)と等しいパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給することを特徴とする請求項3に記載の液滴噴射装置。
  5. 前記噴射制御手段は、各パルスの幅と間隔がAL(Acoustic Length)と等しいパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給することを特徴とする請求項3に記載の液滴噴射装置。
  6. 前記噴射制御手段は、各パルスに対応した液滴噴射速度が次第に増加するように互いにパルス幅の異なる複数のパルスを含むパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給することを特徴とする請求項3に記載の液滴噴射装置。
  7. 前記噴射制御手段は、各パルスの幅が前記ALに徐々に近づくように段階的に増加又は減少するパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給することを特徴とする請求項6に記載の液滴噴射装置。
  8. 前記噴射制御手段は、各パルスの波高値が次第に増加するようなパルス列信号を前記第1及び第2の噴射部に供給することを特徴とする請求項3に記載の液滴噴射装置。
  9. 前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積が略一定であり、
    前記液滴数制御手段は、前記合体液滴が着弾位置に拘わらず略同じ体積を有するように、前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の数を制御することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の液滴噴射装置。
  10. 前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積が略一定であり、
    前記液滴数制御手段は、前記合体液滴が着弾位置に拘わらず任意の体積を有するように、前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の数を制御することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の液滴噴射装置。
  11. 前記合体液滴が着弾位置に拘わらず同じ体積を有するように、前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積を制御する液滴体積制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の液滴噴射装置。
  12. 前記合体液滴が着弾位置に拘わらず任意の体積を有するように、前記第1及び第2の噴射部から噴射される液滴の体積を制御する液滴体積制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の液滴噴射装置。
  13. 前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部の対を複数備えており、
    前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部が、液滴噴射口及び前記液滴噴射口に連通した液滴室をそれぞれ含んでおり、
    複数の前記液滴噴射口が一方向に配列されていると共に、対を構成する前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部の前記液滴室が、複数の前記液滴噴射口を結ぶ前記一方向に延在する第1の直線によって隔てられた2つの領域にそれぞれ1つずつ配置されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の液滴噴射装置。
  14. 対を構成する前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部に係る2つの前記液滴室を結ぶ直線が第2の直線が前記第1の直線と実質的に直交していることを特徴とする請求項13に記載の液滴噴射装置。
  15. 前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部の対を複数備えており、
    前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部が、液滴噴射口及び前記液滴噴射口に連通した液滴室をそれぞれ含んでおり、
    複数の前記液滴噴射口が一方向に配列されていると共に、前記第1の噴射部及び前記第2の噴射部に係る2つの前記液滴室が、前記液滴噴射口からの液滴噴射方向に関して、少なくとも一部において重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の液滴噴射装置。
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