JP2005212365A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インクの粘度が大きい場合にも、ヘッドから吐出される液滴の吐出速度あるいは体積が、温度変化に影響されないインクジェット記録装置を実現すること。
【解決手段】 ヘッド温度の逆数の指数関数で近似される駆動電圧の温度補正式を、メモリ６５の補正テーブルに設定し、温度センサ２４ａ〜ｄで検出される温度から、ＣＰＵ６０は、この補正テーブルを用いてピエゾヘッドの駆動波形の振幅を決定し、ヘッドの温度変化による液滴の吐出速度あるいは体積の変化を補正することとしているので、温度の広い範囲に渡って、液滴の着弾位置あるいは画素濃度の変化を防止し、ひいては高い画質の画像形成を行うことを実現させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、インクの液滴を繰り返し吐出し、記録媒体に画像の形成を行うインクジェット記録装置に関する。

近年、インクジェット記録装置を用いた画像形成においても、写真に匹敵する高分解能および高精細な画質が求められつつある。この様な状況下で、記録媒体に吐出されるインクの液滴は、画質向上のために量および吐出速度が厳しく管理される。

他方、インクジェット記録装置の動作温度の変化、特にインクを吐出するヘッド部分の温度変化は不可避であり、この温度変化により、吐出される液滴を厳密に管理することに困難が生じる。

そこで、インクの温度変化を検出し、この検出情報に基づいて、液滴を厳密に管理することが行われる。この際、温度変化により、ヘッドから吐出される液滴の吐出速度が変化する。そして、これらを補償すべく、ヘッドを電気的に駆動する際の、駆動波形の振幅が補正される。この補正では、温度変化に対する振幅変化は、線型関数を持って決定される（例えば、特許文献１参照）。
特開平５―１５５０２６号公報、（第３頁、図５）

しかしながら、上記背景技術によれば、インクの粘度が大きい場合に、駆動波形の振幅による補正が適正に行われないことが生じる。すなわち、温度変化により、インクの粘度は一次関数で近似される線型的な変化を行わないので、粘度に依存する液滴の吐出速度も、線型関数による近似では、誤差が大きくなる。

特に、粘度の高いインクでは、温度変化に対する粘度の非線型的な変化が大きく、大きな温度変化に対する粘度の線型近似からの誤差は、大きなものとなる。これにより、粘度の線型的な変化を仮定した、駆動波形の振幅の補正は適正に行われず、ヘッドから吐出される液滴の吐出速度あるいは体積が温度により変化し、ひいては画質が劣化する要因となる。

これらのことから、インクの粘度が大きい場合にも、ヘッドから吐出される液滴の吐出速度あるいは体積が、温度変化に影響されないインクジェット記録装置をいかに実現するかが重要となる。

この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、インクの粘度が大きい場合にも、ヘッドから吐出される液滴の吐出速度あるいは体積が、温度変化に影響されないインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、インクの液滴を吐出するヘッドと、前記ヘッド近傍の温度を検出する温度検出手段と、前記ヘッドを駆動する駆動波形を生成する駆動波形制御手段と、を備えるインクジェット記録装置であって、前記駆動波形制御手段は、前記温度検出手段からの温度情報に基づいて、前記駆動波形の振幅をＶとし、前記温度をＴとし、ＡおよびＢを常数として、Ｖ＝ＥＸＰ（Ａ／Ｔ＋Ｂ）の式に従って、前記温度の変化に伴い前記振幅を変化させることを特徴とする。

この請求項１に記載の発明では、駆動波形制御手段が、駆動波形の振幅をＶとし、温度をＴとし、ＡおよびＢを常数として、Ｖ＝ＥＸＰ（Ａ／Ｔ＋Ｂ）の式に従って、駆動波形の振幅を、温度の変化に伴い変化させる。

また、請求項２に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記駆動波形が、インクが貯留されるインクチャネルの容積を膨張させて一定時間保持した後に元の容積に戻す第１の矩形波と、前記第１の矩形波に後続し、前記インクチャネルの容積を収縮させ一定時間保持した後に元の容積に戻す第２の矩形波とを有し、前記第１の矩形波の振幅と前記第２の矩形波の振幅との比が一定にされることを特徴とする。

この請求項２に記載の発明では、駆動波形は、第１の矩形波の振幅と第２の矩形波の振幅との比が一定にされる。

また、請求項３に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記インクの粘度が、前記インクジェット記録装置の動作温度範囲内で１０ｍＰａ・ｓを越える点があることを特徴とする。

この請求項３に記載の発明では、インクの粘度が、動作温度範囲内で１０ｍＰａ・ｓを越える。

また、請求項４に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記インクジェット記録装置は、動作温度範囲が２０℃以上の範囲であることを特徴とする。

この請求項４に記載の発明では、インクジェット記録装置は、２０℃以上の範囲の動作温度範囲で使用される。

また、請求項５に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記振幅が、前記液滴の吐出速度が一定となる値であることを特徴とする。

この請求項５に記載の発明では、温度変化に対して液滴の吐出速度が、一定とされる。

また、請求項６に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記振幅が、前記液滴の体積が一定となる値であることを特徴とする。

この請求項６に記載の発明では、温度変化に対して液滴の体積が、一定とされる。

また、請求項７に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記インクジェット記録装置が、複数の前記ヘッドを有する際に、前記温度検出手段を、前記ヘッドごとに備えることを特徴とする。

この請求項７に記載の発明では、インクジェット記録装置は、複数のヘッドを有する際に、温度検出手段を、ヘッドごとに備える。

また、請求項８に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記駆動波形制御手段が、前記式を現す補正テーブルが記憶される記憶手段を有し、前記補正テーブルを参照して、前記温度に対する前記振幅を求めることを特徴とする。

この請求項８に記載の発明では、駆動波形制御手段は、補正テーブルを参照して、温度に対する振幅を求める。

また、請求項９に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記インクが複数の異なるインクからなり、前記インクごとに複数の前記ヘッドを有する際に、前記駆動波形制御手段が、前記インクごとの前記補正テーブルを備えることを特徴とする。

この請求項９に記載の発明では、駆動波形制御手段に異なるインクごとの補正テーブルを備える。

また、請求項１０に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記ヘッドが、前記駆動波形の印加により、前記インクチャネルの容積を変化させてインクの液滴を吐出する電気機械変換手段を備えることを特徴とする。

この請求項１０に記載の発明では、ヘッドは、電気機械変換手段への駆動波形の印加により、インクチャネルの容積を変化させてインクの液滴を吐出する。

また、請求項１１に記載の発明にかかるインクジェット記録装置は、前記電気機械変換手段が、隣接するインクチャネル間の隔壁を形成し、かつ電圧を印加することにより剪断モードで変形する圧電材料を備えることを特徴とする。

この請求項１１に記載の発明では、電気機械変換手段は、圧電材料により隣接するインクチャネル間の隔壁を形成し、かつ電圧を印加することにより剪断モードで隔壁を変形させる。

以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、駆動波形制御手段が、駆動波形の振幅をＶとし、温度をＴとし、ＡおよびＢを常数として、Ｖ＝ＥＸＰ（Ａ／Ｔ＋Ｂ）の式に従って、駆動波形の振幅を、温度の変化に伴い変化させることとしているので、粘度が高いインクを用いる場合にも、広い温度の変化範囲で、液滴の吐出速度あるいは体積を一定とし、ひいては記録媒体上の液滴の着弾位置あるいは面積を一定にして画質の劣化を防ぐことができる。

請求項２に記載の発明によれば、駆動波形は、第１の矩形波の振幅と第２の矩形波の振幅との比が一定にされることとしているので、駆動波形の振幅を変化させる場合にも、ヘッドのインクチャネル内へのインクの導入、吐出および駆動によって発生する圧力波の残響のキャンセルを最適な条件で行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、インクの粘度が、動作温度範囲内で１０ｍＰａ・ｓを越えることとしているので、温度変化にともなう振幅の補正を、効果的なものとすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、インクジェット記録装置は、２０℃以上の範囲の動作温度範囲で使用されることとしているので、広い温度変化にともなう振幅の補正を、正確なものとすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、温度変化に対して液滴の吐出速度が、一定にされることとしているので、液滴の着弾位置を一定とすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、温度変化に対して液滴の体積が、一定にされることとしているので、画素の濃度を安定なものとすることができる。

請求項７に記載の発明によれば、インクジェット記録装置は、複数のヘッドを有する際に、温度検出手段を、ヘッドごとに備えることとしているので、ヘッドごとの温度変化を検出し、ヘッドごとに正確な温度補正を行うことができる。

請求項９に記載の発明によれば、駆動波形制御手段に異なるインクごとの補正テーブルを備えることとしているので、インクの粘度の温度特性が、インクごとに異なる場合にも、正確な温度補正を行うことできる。

請求項１０に記載の発明によれば、ヘッドは、電気機械変換手段への駆動波形の印加により、インクチャネルの容積を変化させてインクの液滴を吐出することとしているので、液滴を精度良く制御することができる。

請求項１１に記載の発明によれば、電気機械変換手段は、圧電材料により隣接するインクチャネル間の隔壁を形成し、かつ電圧を印加することにより剪断モードで隔壁を変形させることとしているので、インクチャネル内のインクを、ノズルから所定体積の液滴として、所定速度で吐出することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるインクジェット記録装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

まず、本実施の形態にかかるインクジェット記録装置１０の機械的な構成を図２に示す。図２は、キャリッジ部２を中心とするインクジェット記録装置１０の機械的な構成を示す図である。インクジェット記録装置１０は、キャリッジ部２、支持棒３、駆動ベルト４、主走査モータ４１、ローラ６ａ、６ｂおよび記録媒体１を含む。記録媒体１は、画像情報の記録を行う記録紙等からなり、搬送方向である副走査方向に移動される。支持棒３は、副走査方向と直交する主走査方向を向く金属棒で、キャリッジ部２が、主走査方向に移動可能な様に配設される。また、キャリッジ部２は、駆動ベルト４に固定され、ローラ６ａ，６ｂに巻かれた駆動ベルト４は、主走査モータ４１の駆動により移動される。これにより、キャリッジ部２は、支持棒３上を、主走査方向に移動し、記録媒体１上に印画を行う。

キャリッジ部２には、ブラックＫ、シアンＣ，マゼンタＭ，イエローＹ，のインクを含む各カートリッジ１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、が着脱可能に装着されている。このキャリッジ部２の下端部には、図示しない１Ｋ、１Ｃ，１Ｍ，１Ｙ，ごとのヘッドが存在し、各ヘッドの複数のインク吐出口であるノズルから、キャリッジ部２の下端部に存在する記録媒体１に、インクの吐出が行われる。

図３（ａ）および（ｂ）は、キャリッジ部２に装着された、カートリッジ１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙおよびカートリッジ１Ｙに接続されるヘッド２１ｄの下端部の拡大図を示す。図３（ａ）は、キャリッジ部２に装着されたカートリッジ１Ｙの下端部に存在するヘッド２１ｄを示す。ここで、ヘッド２１ｄは、図３（ｂ）に示す様な、副走査方向に一列に並ぶ複数のノズルを有する。このノズルからは、図３（ａ）に示すカートリッジ１Ｙ内のインクが同時に吐出され、記録媒体１上に副走査方向に並ぶ一列のインク液滴が記録される。なお、カートリッジ１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、および，図示されない，これらカートリッジに対応するヘッド２１ａ〜ｃも全く同様の構造を有し、キャリッジ部２の主走査方向に並置される。

図４は、インクジェット記録装置１０の電気的な構成を示すブロック図である。インクジェット記録装置１０は、インターフェースコントローラ６１、画像メモリ６４、転送手段７１、キャリッジ部２、ＣＰＵ６０、主走査モータ４１、副走査モータ４２、メモリ６５、駆動波形発生回路３０、Ａ／Ｄ変換器２５およびホームポジションセンサ６６を含む。なお、インクジェット記録装置１０は、ホストコンピュータ５０に接続され、記録する画像情報を取得する。

インターフェースコントローラ６１は、通信回線を介して接続されるホストコンピュータ５０から、画像情報を取り込む入力手段をなす。

画像メモリ６４は、インターフェースコントローラ６１を介して取得される画像情報を、一時的に記憶する。この画像情報は、ホストコンピュータ５０の原画像情報の部分をなし、後述するキャリッジ部２による印画の際の、必要最低限の画像情報を含む。なお、この画像情報は、ブラック、シアン，マゼンタ，イエローの各色ごとにビットマップ状の画像情報をなす。

キャリッジ部２は、画像メモリ６４の画像情報を、記録媒体１に印画する。ここで、キャリッジ部２は、ヘッド２１ａ〜ｄ，温度センサ２４ａ〜ｄ、ヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄ，およびエンコーダセンサ２６を含む。ヘッド２１ａ〜ｄは、各々、ブラックインク（Ｋ）吐出用のヘッド２１ａ、シアンインク（Ｃ）吐出用のヘッド２１ｂ、マゼンタインク（Ｍ）吐出用のヘッド２１ｃおよびイエローインク（Ｙ）吐出用のヘッド２１ｄからなり、図３（ａ）に示す様に、主走査方向に並置される。また、各ヘッドは、図３（ｂ）に示す様に、副走査方向に一列に並ぶ、例えば５１２個の、インクを吐出するノズルを有する。

ヘッド２１ａ〜ｄは、カートリッジ１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙのインクを、記録媒体１上にインクの液滴として吐出する。ヘッド２１ａ〜ｄとして、例えば、シェアモード型のピエゾヘッドが用いられる。このシェアモード型のピエゾヘッドでは、駆動波形が、接地電位からプラス電位に立ち上がるとインクチャネルの体積が増加する方向にチャネル側壁が変形し、駆動波形がマイナス電位に変化すると、インクチャネルの体積が減少する方向にチャネル側壁が変形する。なお、この構造および動作については、後に詳述する。

また、ヘッド２１ａ〜ｄには、温度検出手段をなす温度センサ２４ａ〜ｄが装着される。温度センサ２４ａ〜ｄは、サーミスタ等の温度検出素子からなり、ヘッド２１ａ〜ｄ近傍に配置される。そして、温度センサ２４ａ〜ｄは、ヘッド２１ａ〜ｄ近傍の温度を計測し、Ａ／Ｄ変換器２５によりアナログ信号からディジタル信号に変換した後に、後述するＣＰＵ６０に温度情報を転送する。

ここで、温度の検出位置であるヘッド近傍とは、ヘッド２１ａ〜ｄのインクチャネルの温度を反映した温度を検出できる位置であり、ヘッド２１ａ〜ｄのインクチャネル形成部材またはこれに接触している部材の表面に接して温度センサ２４ａ〜ｄを設定することが好ましい。例えば、後述する図６に示すシェアモードタイプの記録ヘッドの例においては、カバープレート１２４または基板１２９の表面に温度センサ２４ａ〜ｄを設置することが好ましい。

ヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄは、画像メモリ６４からの画像情報に基づいて、ヘッドａ〜ｄごとにインクの液滴の吐出タイミングが制御される。ヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄには、ピエゾヘッドを駆動するドライバーがチャネルごとに存在し、後述する駆動波形発生回路３０からの駆動波形に基づいて、ピエゾヘッドを駆動する。

また、エンコーダセンサ２６は、キャリッジ部２上に存在し、例えば、支持棒３の主走査方向に、所定の間隔を持って刻印された黒色のマークを、読み取る。これにより、キャリッジ部２の主走査方向の位置を正確に把握し、インクの吐出タイミングを的確なものとする。

ホームポジションセンサ６６は、キャリッジ部２が、ホームポジションにあるかどうかを検出するセンサである。ここで、ホームポジションとは、例えば、図２に示すインクジェット記録装置１０上で、キャリッジ部２の移動可能範囲内の、主走査方向端部、例えば図２の右端に位置する。なお、このホームポジションを起点として、上述したエンコーダセンサ２６の出力を用いて、キャリッジ部２の主走査方向の正確な位置が算定される。

転送手段７１は、画像メモリ６４からヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄに、各ヘッドの複数ノズルからの一回の吐出で記録される部分画像情報を転送する。転送手段７１は、タイミング発生回路６２およびメモリ制御回路６３を含む。タイミング発生回路６２は、ホームポジションセンサ６６およびエンコーダセンサ２６の出力から、正確なキャリッジ部２の位置を求め、メモリ制御回路６３は、この位置情報から、ヘッドごとに必要とされる部分画像情報のアドレスを求める。そして、メモリ制御回路６３は、この部分画像情報のアドレスを用いて、画像メモリ６４からの読み出し、ヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄへの転送を行う。

主走査モータ４１は、図２に示す、主走査方向にキャリッジ部２を移動するモータである。また、副走査モータ４２は、記録媒体１を副走査方向に搬送する、モータである。

メモリ６５は、不揮発性のメモリで、後述する温度と駆動波形の振幅との対応を示す補正テーブルが保存されている。

ＣＰＵ６０は、インクジェット記録装置１０を統括する制御部をなし、記録媒体１の搬送、キャリッジ部２の移動、ヘッド２１ａ〜ｄからのインク液滴の吐出等を制御し、記録媒体１上に、目的とする画像情報を形成する。

駆動波形発生回路３０は、ヘッド２１ａ〜ｄを駆動し、インク液滴を吐出させる駆動波形を生成する。この駆動波形は、タイミング発生回路６２の画像情報のラッチ信号に同期するもので、ラッチ信号ごとに生成される。

図１は、上述した電気的な構成から、本実施の形態にかかる駆動波形制御手段１００の構成のみを抽出した図である。駆動波形制御手段１００は、ＣＰＵ６０、メモリ６５、Ａ／Ｄ変換器２５、温度センサ２４ａ〜ｄおよび駆動波形発生回路３０を含む。ＣＰＵ６０、メモリ６５、Ａ／Ｄ変換器２５および温度センサ２４ａ〜ｄは、上述した通りなので説明を省略し、駆動波形発生回路３０について説明する。

駆動波形発生回路３０は、制御部３１、Ｄ／Ａ変換器３２および複数のラインメモリ３３を含む。ラインメモリ３３は、ＳＲＡＭ等からなり、ヘッド２１ａ〜ｄを駆動する駆動波形を記憶している。そして、複数のラインメモリ３３の各々には、振幅が、各々所定量ずつ連続して異なる駆動波形が記憶されている。Ｄ／Ａ変換器３２は、ラインメモリ３３に記憶される駆動波形を、ディジタル信号からアナログ信号に変換し、ヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄへ送信する。

制御部３１は、ＣＰＵ６０からの駆動波形選択信号に基づいて、ラインメモリ３３を選択し、このラインメモリからの駆動波形の読み出しを行い、タイミング発生回路６２のラッチ信号に同期して、Ｄ／Ａ変換を行う。

ここで、図５は、ラインメモリ３３に記憶される駆動波形の例である。駆動波形は、正の極性を有する第１の矩形波と、これにつづく第２の矩形波とからなる。ここで、第１の矩形波の振幅Ｖｏｎと、第２の矩形波の振幅Ｖｏｆｆとは、常に一定の比率を有する。従って、どちらか一方を指定することにより駆動波形は、一義的に決定される。以下、駆動波形の振幅と言う場合、第１の矩形波あるいは第２の矩形波のどちらか一方を指すものとする。

なお、上記駆動波形を用いるとインクの液滴を安定に効率良く吐出することができる。特に、第１の矩形波のパルス幅をチャネルの音響的共振周期の１／２に設定すると、発生圧力をより効率的に利用して液滴を吐出することができるので好ましい。また、第２の矩形波の後端のエッジは、液滴の吐出後にチャネル内に残った圧力波の残響をキャンセルする作用があり、第１の矩形波に対する第２の矩形波の振幅の比を一定に保つことにより、温度変化に応じて駆動波形の電圧を変化させても、圧力波の残響を適正にキャンセルすることができる。

なお、ここで説明する駆動波形は一例であり、本発明はこのタイプの駆動波形に限定されるものではない。駆動波形としては、インクチャネルの容積を膨張させ一定時間保持した後に元の容積に戻す第１の矩形波のみから構成される駆動波形でもよく、矩形波に限らず、スロープ波形および任意のアナログ波形であってもよい。また、駆動波形として、ノズル内のメニスカスをノズルから液滴が吐出しない程度に微振動させる駆動波形も含む。

本発明は、この駆動波形の中で、一部の振幅のみを温度変化に応じて制御しても良いし、駆動波形全体を相似形で振幅制御してもよい。なお、ここで言う矩形波とは、振幅の１０％から９０％までの立ち上がり時間、および、振幅の９０％から１０％までの立ち下がり時間のいずれもがチャネルの音響的共振周期の１／５、好ましくは１／１０以下であるような波形を指す。

図６、図７は、ヘッド２１ａ〜ｄの一例を示す図であり、図６（ａ）は概観斜視図、（ｂ）は断面図、図７はインク吐出時の動作を示す図である。同図において、１２１はインクチューブ、１２２はノズル形成部材、１２３はノズル、１２４はカバープレート、１２５はインク供給口、１２６は基板、１２７は隔壁である。そして、チャネル１２８が隔壁１２７、カバープレート１２４および基板１２６によって形成されている。

ヘッド２１ａ〜ｄは、ここでは図７に示すように、カバープレート１２４と基板１２６の間に、電気機械変換手段であるＰＺＴ等の圧電材料からなる複数の隔壁１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃで隔てられたチャネル１２８が、多数並設されたせん断モード（シェアモード）タイプの記録ヘッドを示している。図７では、多数のチャネル１２８の一部である３本（１２８Ａ、１２８Ｂ、１２８Ｃ）が示されている。チャネル１２８の一端（以下、これをノズル端という場合がある）は、ノズル形成部材１２２に形成されたノズル１２３に繋がり、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１２５を経て、インクチューブ１２１によって、図示されていないインクタンクに接続されている。そして、各チャネル１２８内の隔壁１２７表面には、両隔壁１２７の上方から基板１２６の底面に亘って繋がる電極１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃが密着形成され、各電極１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃは、ヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄを介し駆動波形制御手段１００に接続している。

各隔壁１２７は、ここで図６（ｂ）あるいは図７の矢印で示す様に、分極方向が異なる２枚の圧電材料１２７ａ，１２７ｂによって構成されているが、圧電材料は例えば符号１２７ａの部分のみであってもよく、隔壁１２７の少なくとも一部にあればよい。

各隔壁１２７表面に密着形成された電極１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃに駆動波形制御手段１００の制御により吐出パルスが印加されると、以下に例示する動作によって液滴をノズル１２３から吐出する。なお、図７ではノズルは省略してある。

まず、電極１２９Ａ、１２９Ｂ、１２９Ｃのいずれにも吐出パルスが印加されないときは、隔壁１２７Ａ、１２７Ｂ、１２７Ｃのいずれも変形しないが、図７（ａ）に示す状態において、電極１２９Ａおよび１２９Ｃを接地すると共に電極１２９Ｂに吐出パルスを印加すると、隔壁１２７Ｂ、１２７Ｃを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁１２７Ｂ、１２７Ｃ共に、それぞれ隔壁１２７ａ，１２７ｂの接合面にズリ変形を生じ、図７（ｂ）に示すように隔壁１２７Ｂ、１２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、チャネル１２８Ｂの容積を拡大してチャネル１２８Ｂ内に負の圧力が生じてインクが流れ込む（Ｄｒａｗ）。

また、この状態から電位を０に戻すと、隔壁１２７Ｂ，１２７Ｃは図７（ｂ）に示す膨張位置から図７（ａ）に示す中立位置に戻り、チャネル１２８Ｂ内のインクに高い圧力がかかる（Ｒｅｌｅａｓｅ）。次いで、図７（ｃ）に示すように、隔壁１２７Ｂ、１２７Ｃを互いに逆方向に変形するように吐出パルスを印加して、チャネル１２８Ｂの容積を縮小すると、チャネル１２８Ｂ内に正の圧力が生じる（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）。これにより、チャネル１２８Ｂ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。この正の圧力が液滴をノズルから吐出する程に大きくなると、液滴はノズルから吐出する。他の各チャネルも吐出パルスの印加によって、上記と同様に動作する。このような吐出法をＤＲＲ駆動法と呼び、シェアモードタイプの記録ヘッドの代表的な駆動法である。

このように少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁１２７によって隔てられた複数のチャネル１２８を有するヘッド２１ａ〜ｄを駆動する場合、１つのチャネルの隔壁が吐出の動作をすると、隣のチャネルが影響を受けるため、通常、複数のチャネル１２８の内、互いに１本以上のチャネル１２８を挟んで離れているチャネル１２８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、各組ごとにインク吐出動作を時分割で順次行う様に駆動制御される。例えば、全チャネル１２８を駆動してベタ画像を出力する場合には、チャネル１２８を２チャネルおきに選んで３相にわけて吐出する、いわゆる３サイクル吐出法が行われる。

かかる３サイクル吐出動作について図８を用いて更に説明する。図８に示す例では、ヘッド２１ａ〜ｄは、チャネルがＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の９つのチャネル１２８で構成されているとして説明する。また、この時のＡ，Ｂ，Ｃの各組のチャネル１２８に印加されるパルス波形のタイミングチャートを図９に示す。

インク吐出持には、まずＡ組（Ａ１，Ａ２，Ａ３）の各チャネルの電極に電圧をかけ、その両隣のチャネルの電極を接地する。例えば、Ａ組のチャネルに１ＡＬ幅の正電圧の第１の矩形波である吐出パルスを掛けると、吐出したいＡ組のチャネルの隔壁が外側に変形し、そのチャネル１２８内に負圧が発生する。この負圧により、インクタンクからＡ組のチャネル１２８にインクが流れ込む（Ｄｒａｗ）。なお、ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｌｅｎｇｔｈ）とは、上述したように、チャネルの音響的共振周期の１／２である。

この状態を１ＡＬ間保つと、圧力が正圧に反転するので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形がもとに戻り、高い圧力がＡ組のチャネル１２８内のインクにかかる（Ｒｅｌｅａｓｅ）。更に、同じタイミングでＡ組の各チャネルの電極に第２の矩形波である負電圧を掛けると、隔壁が内側に変形し、更に高い圧力がインクに掛かり（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）、ノズルからインク柱が押し出される。１ＡＬ後、圧力が反転してチャネル１２８内が負圧になり、更に１ＡＬ経過すると、チャネル１２８内の圧力が反転して正圧になるので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、残留する圧力波をキャンセルできる。

つづいてＢ組（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）の各チャネル１２８、更につづいてＣ組（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）の各チャネル１２８へと上記同様に動作する。

かかるせん断モードタイプのインクジェット記録ヘッドでは、隔壁の変形は壁の両側に設けられる電極に掛かる電圧差でおこるので、インク吐出を行うチャネルの電極に負電圧を掛ける代わりに、図１０に示す様に、インク吐出を行うチャネルの電極を接地して、その両隣のチャネルの電極に正電圧を掛けるようにしても、同様に動作させることができる。この方法によれば、正電圧だけで駆動させることができるために好ましい態様である。

ここで、本実施の形態にかかる駆動波形制御手段１００の動作を説明する前に、駆動波形の振幅と温度変化の関係について述べる。

ノズルから吐出されるインクの液滴は、記録媒体１上に形成される画像の画質を決定する上で重要な役割を演ずる。まず、液滴の体積のばらつきは、記録媒体１上に形成される画素を構成するドット面積のばらつきを生じ、ひいては画質の低下につながる。また、液滴は、図３に示す様に、記録媒体１と所定距離だけ離れた位置を、一定の速度で主走査方向に移動するヘッド２１ａ〜ｄから吐出される。従って、液滴の吐出速度のばらつきは、液滴の記録媒体１上の着弾位置のばらつきとなり、ひいては画質の低下につながる。

他方、吐出される液滴の体積および吐出速度は、駆動波形の振幅、チャネル内のインクの粘度により変化する。ここで、駆動波形の振幅を大きくすると、チャネル内の体積変化も大きくなり、吐出される液滴の体積および吐出速度は増大する。また、粘度が大きくなると、摩擦等の抵抗により、逆に吐出される液滴の体積および吐出速度は減少する。

また、ヘッドの温度が変化すると、ヘッド内のインクの粘度が変化すると共に、特に圧電素子を使用したヘッドでは、ヘッドの圧電素子の駆動感度が変化し、駆動電圧に対する発生圧力、ひいては駆動電圧に対する吐出速度の関係が変化する。従って、液滴速度を一定とする駆動電圧の温度依存性は、粘度の温度変化の影響と圧電素子の感度の温度変化の影響とを主に含む。

ここで、インクすなわち液体の粘度は、温度により変化する。この粘度の温度変化は、アンドレードの式と称される以下の関係式により近似される。

η∝ＥＸＰ（１／Ｔ）―――――――（１）
ここで、ηは粘度、Ｔは温度である。

従来は、駆動電圧の温度補正は、インク粘度の温度変化分を補正すれば良いと考えられてきたが、駆動電圧のインク粘度依存性のみで温度変化時の駆動電圧を補正しても液滴速度にずれが生じる。

一方、圧電素子の感度の温度変化は、温度の上昇と共に高感度となるが、一様な変化ではない。そこで、ヘッド温度を変えて、液滴速度が一定になる駆動電圧を測定し、このデータを基に、駆動電圧の温度補正値Ｖをヘッド温度Ｔ（絶対温度Ｋ；ｔ℃に対してＴ＝２７３＋ｔ）に対して、指数関数Ｖ＝ＥＸＰ（Ａ／Ｔ＋Ｂ）に最小二乗法でフィットさせると、良いフィッティングを行うことができ、高温または低温側に大きく温度が変化しても液滴速度が一定になる駆動電圧が精度良く求められることがわかった。

つづいて、図１１を用いて、駆動波形制御手段１００の動作を説明する。図１１は、駆動波形制御手段１００の動作を説明するフローチャートである。まず、ＣＰＵ６０は、ヘッド２１ａ〜ｄ近傍に配設される温度センサ２４ａ〜ｄから温度情報を取得する（ステップＳ６０１）。ＣＰＵ６０は、この温度情報の取得に伴いメモリ６５の補正テーブルを参照する（ステップＳ６０２）。この補正テーブルは、温度と駆動波形の振幅との対応を示すテーブルで、温度をＴ、振幅をＶとして、以下の関係式を満たすものである。

Ｖ＝ＥＸＰ（Ａ／Ｔ＋Ｂ）―――――――（２）
ここで、ＡおよびＢは、実験的に決定される常数である。

その後、ＣＰＵ６０は、（２）式に基づいた補正テーブルから振幅を決定する（ステップＳ６０３）。そして、ＣＰＵ６０は、決定された振幅情報を、駆動波形発生回路３の制御部３１に送信する。

その後、制御部３１は、振幅情報に基づいて、複数のラインメモリ３３から、振幅が一致するものを選択する（ステップＳ６０４）。そして、制御部３１は、タイミング発生回路６２からのラッチ信号に同期して、Ｄ／Ａ変換を行い、アナログ駆動波形をヘッド駆動制御回路２３ａ〜ｄに出力する。

図１２は、図７に示すシェアモードタイプのヘッドで温度を変化させたときの液滴速度６ｍ／ｓが得られる駆動電圧の実測値と、（２）式に基づいて決定された補正テーブルに読み込まれる関数形の一例である。横軸は、ヘッド温度、縦軸は駆動電圧を示す。前記関数形を用いて、実測値が精度良く再現されることがわかる。図１２では、温度上昇に伴い指数関数的に駆動波形の振幅が減少し、温度上昇と共に生じるインクの粘度の低下により、液滴の体積及び吐出速度が増大することを、広い温度範囲に渡って正確に補正する。

図１３では、図１２の補正テーブルを求めたインクの粘度の温度依存性を示している。図１２の駆動電圧の温度補正テーブル曲線の曲率と、図１３に示す粘度の温度依存性曲線の曲率とで違いがあり、駆動電圧の温度補正曲線にインク粘度以外の因子の影響が含まれていることを示しているが、それにもかかわらず、（２）式の関数形で良く近似されることがわかる。

なお、常数ＡおよびＢを実験的に決定する際、ノズルから吐出される液滴の吐出速度が温度により変化しないように決定するか、あるいは、ノズルから吐出される液滴の体積が温度により変化しないように決定することができる。通常は、ノズルから吐出される液滴の記録媒体１上の着弾位置を変化させないために、液滴の吐出速度が温度変化しないように決定される。しかしながら、インクの粘度が高く、温度変化が大きい場合には、振幅の補正により、液滴の吐出速度を一定に保つ一方で、液滴の体積が変化することが生じる。ここで、記録媒体１上に形成される画素の濃度を重視する場合には、液滴の体積が一定になるように振幅を補正することもできる。また、補正テーブルの関数形は、実験データへの最小二乗法を用いた関数フィッティング等により求められる。

また、使用されるインクの粘度は、インクジェット記録装置１０の動作温度範囲、例えば、５℃〜３５℃の範囲内で１０ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）を越える点がある高粘度のインクである場合に、本発明の効果が顕著となる。インク粘度が高いと粘度の温度変化が大きく、駆動電圧の温度変化の非線形性も大きくなるため、本発明の関数形による温度補正がより有効となる。

ここで、ヘッドの動作温度範囲内で粘度が１０ｍＰａ・ｓを越えない低粘度のインクでは、粘度の温度変化率が０．３ｍＰａ・ｓ／℃未満であり、従って、駆動電圧の温度変化も小さいため、従来の線型近似を用いた補正テーブルでも駆動電圧の補正ずれは小さくなるが、この場合にも本発明の関数形の補正テーブルを用いることにより、より正確な温度補正が可能となる。一方、ヘッドの動作温度範囲内で３０ｍＰａ・ｓを越えて粘度が上昇する高粘度のインクでは、ヘッドでの吐出が不可能になるため使用できない。

また、インクジェット記録装置１０が使用される動作温度範囲が２０℃以上の範囲である場合に、本発明の効果が顕著となる。温度範囲が広いと駆動電圧の変化量が大きく、駆動電圧の温度変化の非線形性も大きくなるため、本発明の関数形による温度補正がより有効となる。

また、ヘッドの動作温度範囲が２０℃未満の場合には、駆動電圧の温度変化の非線型性が小さく、従来の線型近似を用いた補正テーブルでも駆動電圧の補正ずれは小さくなるが、この場合にも本発明の関数形の補正テーブルを用いることにより、より正確な温度補正が可能となる。

上述してきたように、本実施の形態では、（２）式を、メモリ６５の補正テーブルに設定し、温度センサ２４ａ〜ｄで検出される温度から、ＣＰＵ６０は、この補正テーブルを用いてピエゾヘッドの駆動波形の振幅を決定し、ヘッドの温度変化による液滴の吐出速度あるいは体積の変化を補正することとしているので、温度の広い範囲に渡って、液滴の着弾位置あるいは画素濃度の変化を防止し、ひいては高い画質の画像形成を行うことができる。

また、本実施の形態では、（２）式で現される１つの補正テーブルでヘッド２１ａ〜ｄを駆動する駆動波形の振幅を決定することとしたが、異なる色のインクを用いるヘッド２１ａ〜ｄごとに異なる補正テーブルを設け、ヘッド２１ａ〜ｄごとに駆動波形の振幅を設定することもできる。

駆動波形制御手段の電気的な全体構成を示す図である。 インクジェット記録装置の機械的な全体構成を示す図である。 インクジェット記録装置のヘッド部分の構造を示す図である。 インクジェット記録装置の電気的な全体構成を示す図である。 実施の形態のヘッドの駆動波形を示す図である。 実施の形態のヘッドの機械的な構造を示す図である。 実施の形態のヘッドのインク吐出動作を示す図である。 実施の形態のヘッドにかかる３サイクルインク吐出動作を示す図である。 実施の形態のヘッドにかかる３サイクルインク吐出動作時の駆動波形のタイミングチャートを示す図である。 実施の形態のヘッドにかかる３サイクルインク吐出動作を正電圧の駆動波形のみを用いて行うタイミングチャートを示す図である。 実施の形態の振幅を温度補正する動作を示すフローチャートである。 実施の形態の補正テーブルの一例を示す図である。 インクが示す粘度の温度依存性を例示する図である。

符号の説明

１Ｋ〜Ｙ カートリッジ
１ 記録媒体
２ キャリッジ部
３ 支持棒
３ 駆動波形発生回路
４ 駆動ベルト
６ａ，６ｂ ローラ
１０ インクジェット記録装置
２１ａ〜ｄ ヘッド
２３ａ〜ｄ ヘッド駆動制御回路
２４ａ〜ｄ 温度センサ
２５ Ａ／Ｄ変換器
２６ エンコーダセンサ
３０駆動波形発生回路
３１ 制御部
３２ Ｄ／Ａ変換器
３３ ラインメモリ
４１ 主走査モータ
４２ 副走査モータ
５０ ホストコンピュータ
６１ インターフェースコントローラ
６２ タイミング発生回路
６３ メモリ制御回路
６４ 画像メモリ
６５ メモリ
６６ ホームポジションセンサ
７１ 転送手段
１００ 駆動波形制御手段
１２１ インクチューブ
１２２ ノズル形成部材
１２３ ノズル
１２４ カバープレート
１２５ インク供給口
１２６ 基板
１２７ 隔壁（圧電材料を含む）
１２８ チャネル
１２９ 電極

Claims (11)

1. インクの液滴を吐出するヘッドと、
   前記ヘッド近傍の温度を検出する温度検出手段と、
   前記ヘッドを駆動する駆動波形を生成する駆動波形制御手段と、
   を備えるインクジェット記録装置であって、
   前記駆動波形制御手段は、前記温度検出手段からの温度情報に基づいて、
   前記駆動波形の振幅をＶとし、前記温度をＴとし、ＡおよびＢを常数として、
   Ｖ＝ＥＸＰ（Ａ／Ｔ＋Ｂ）
   の式に従って、前記温度の変化に伴い前記振幅を変化させることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記駆動波形は、インクが貯留されるインクチャネルの容積を膨張させて一定時間保持した後に元の容積に戻す第１の矩形波と、前記第１の矩形波に後続し、前記インクチャネルの容積を収縮させ一定時間保持した後に元の容積に戻す第２の矩形波とを有し、前記第１の矩形波の振幅と前記第２の矩形波の振幅との比が一定にされることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記インクは、粘度が、前記インクジェット記録装置の動作温度範囲内で１０ｍＰａ・ｓを越える点があることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
4. 前記インクジェット記録装置は、動作温度範囲が２０℃以上の範囲であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
5. 前記振幅は、前記液滴の吐出速度が一定となる値であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
6. 前記振幅は、前記液滴の体積が一定となる値であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
7. 前記インクジェット記録装置は、複数の前記ヘッドを有する際に、前記温度検出手段を、前記ヘッドごとに備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
8. 前記駆動波形制御手段は、前記式を現す補正テーブルが記憶される記憶手段を有し、前記補正テーブルを参照して、前記温度に対する前記振幅を求めることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
9. 前記インクジェット記録装置は、前記インクが複数の異なるインクからなり、前記インクごとに複数の前記ヘッドを有する際に、前記駆動波形制御手段が、前記インクごとの前記補正テーブルを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
10. 前記ヘッドは、前記駆動波形の印加により、前記インクチャネルの容積を変化させてインクの液滴を吐出する電気機械変換手段を備えることを特徴とする請求項２ないし９のいずれか１つに記載のインクジェット記録装置。
11. 前記電気機械変換手段は、隣接するインクチャネル間の隔壁を形成し、かつ電圧を印加することにより剪断モードで変形する圧電材料を備えることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録装置。

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