JP2006069100A - 液滴吐出ヘッドの駆動方法及び液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 矩形駆動波形を用いて最適な滴速で滴径変調を行うと共に、画質劣化のない記録を可能にすることを目的とする。
【解決手段】 圧電素子に印加する駆動信号として電圧波形の電圧レベルが３値かつ時定数が一定の駆動波形を用いて、３値の電圧レベル中の第１電位差で小滴を吐出して、第２電位差で大滴を吐出する。この時、小滴を吐出する際のパルス幅をヘッドの固有周期Ｔｃの１／２付近に設定し、大滴を吐出する際のパルス幅を、小滴の滴速と等しくなるように、ヘッドの固有周期Ｔｃの１／２付近からずらして設定する。例えば、大滴を吐出する際のパルス幅をヘッドの固有周期Ｔｃの０．６３〜０．７２倍、または０．８８〜１．０５倍に設定する。好ましくは、ヘッドの固有周期Ｔｃの０．６６〜０．６９倍、または０．９３〜０．９８倍に設定する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの駆動方法及び液滴吐出ヘッドにかかり、特に、圧電素子等のアクチュエータに矩形駆動波形を印加して液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法及び該液滴吐出ヘッドに関する。

液滴吐出装置として、従来より、圧電素子等によるアクチュエータを利用して、インクが充填された圧力室を体積変化（膨張・収縮）させ、これによる内部の圧力変化によって圧力室に連通して形成されたノズルからインク滴を吐出するインクジェット記録装置が知られている。

近年、上述のようなインクジェット記録装置の性能向上に伴い、ノズルの高密度化・多ノズル化が求められており、これに伴って、インク滴吐出に要する消費電力の増大、波形生成回路の大型化・高コスト化などが懸念される。これらを解決するために、駆動波形の形状を矩形形状とすることが提案されている。

矩形駆動波形の決定方法としては、例えば、特許文献１〜３に記載の技術などが提案されている。

特許文献１に記載の技術では、ノズル間の滴速のばらつきによる着弾位置ずれを補正するために、ノズル毎にパルス幅を微調整することが提案されており、特許文献２に記載の技術では、オリフィスの高さと、インクタンクの液面との高さ（水頭差）の影響をうけにくいパルス幅を実験的に求めることが提案されており、特許文献３に記載の技術では、高周波駆動を可能とするためにパルス幅を調整することが提案されている。
特開２０００−７９６８４号公報 特開２００３−１２７３６４号公報 特開２００１−３１５３３０号公報

しかしながら、矩形波形は、従来のアナログ波形に比べて消費電力や回路構成の面で利点があるものの、波形の自由度が大幅に減少するという決定がある。具体的には、出願人が想定している回路構成では、３値の電圧レベルを用いて、回路時定数が一定という制約がある。

また、一つのパルスでの動作が圧力室の「膨張→収縮」の場合について考えると、この制約の元で、単発吐出にて滴径変調を行う場合、図１０に示すように、電位差Ｖ０１（Ｖ０−Ｖ１）を用いて小滴吐出、電位差Ｖ０２（Ｖ０−Ｖ２）を用いて大滴吐出を行うことが考えられるが、電位差Ｖ０１、立上げ時間Ｔｚをもって、最適な吐出状態が得られるように電位差Ｖ０１、立上げ時間Ｔｚを設定した場合、電位差Ｖ０１よりも大きな電位差Ｖ０２、立上げ時間Ｔｚで構成される大滴の吐出状態は、エネルギーが過剰な状態となり、小滴との滴速差が大きくなってしまい、これによって着弾位置ずれが発生し、画質を大きく低下させてしまう、という問題がある。

また、大滴と小滴の滴速差が大きくなることにより、不要なサテライトやミスト等が発生して、画質の低下を招いたり、紙面に到達できないサテライトやミスト等が装置内部を汚す原因となる。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、矩形駆動波形を用いて最適な滴速で滴径変調を行うと共に、画質劣化のない記録を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法は、電気機械変換素子に駆動信号を印加して当該電気機械変換素子を変形させることにより圧力室に圧力変化を生じさせ、圧力室内に充填された液体を圧力室と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、前記駆動信号として電圧波形の電圧レベルが３値かつ時定数が一定の矩形駆動波を用いて、３値の電圧レベル中の第１電位差Ｖ１で第１液滴を吐出し、第２電位差Ｖ２で前記第１液滴よりも大きい滴径の第２液滴を吐出する際に、前記第１液滴を吐出する際のパルス幅を前記液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近に設定し、前記第２液滴を吐出する際のパルス幅を、前記第１液滴の滴速と等しくなるように、前記液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近からずらして設定することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、電気機械変換素子に印加する駆動信号として電圧波形の電圧レベルが３値かつ時定数が一定の矩形駆動波を用いる。そして、３値の電圧レベル中の第１電位差Ｖ１で第１液滴を吐出し、３値の電圧レベル中の第２電位差Ｖ２で第１液滴より大きな滴径第２液滴を吐出する。すなわち、第１電位差Ｖ１で小滴を吐出して、第２電位差Ｖ２で大滴を吐出するので、２種類の滴径変調を行うことができる。

なお、第１電位差Ｖ１１及び第２電位差Ｖ２は、請求項２に記載の発明のように、第１電位差Ｖ１が３値の電圧レベルのうち最低電圧と中間電圧の電位差を適用し、第２電位差Ｖ２が３値の電圧レベルのうち最低電圧と最高電圧の電位差を適用することで、第１液滴及び第２液滴、すなわち、大小の２種類の滴径で液滴を吐出することができる。

また、第１液滴を吐出する際のパルス幅を液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近に設定し、第２液滴を吐出する際のパルス幅を第１液滴の滴速と等しくなるように、液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近からずらして設定する。すなわち、液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近にパルス幅を設定して圧電素子に印加することで、圧電素子による圧力室の膨張時の圧力波と収縮時の圧力波の合成波により省電力で効率的に第１液滴を吐出することができる。そして、第１液滴の滴速にあうように、液滴吐出ヘッドの半周期付近からずらして第２液滴を吐出するパルス幅を設定することで、第１液滴及び第２液滴のそれぞれの滴速を合わせることができ、着弾位置ずれを防止することができる。

従って、矩形駆動波形を用いて最適な滴速で滴径変調を行うと共に、着弾位置ずれによる画質劣化のない記録が可能となる。

なお、第２液滴を吐出する際のパルス幅は、請求項３に記載の発明のように、液滴吐出ヘッドの固有周期の０．６３〜０．７２倍、または０．８８〜１．０５倍に設定することで、第１液滴と第２液滴の滴速を合わせつつ、着弾位置ずれを防止することが可能となる。

好ましくは、請求項４に記載の発明のように、第２液滴を吐出する際のパルス幅を液滴吐出ヘッドの固有周期の０．６６〜０．６９倍、または０．９３〜０．９８倍に設定することで、第１液滴と第２液滴の滴速を合わせつつ、着弾位置ずれを更に防止することが可能となる。

請求項５に記載の液滴吐出ヘッドは、液体が充填される圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、駆動信号が印加されると変形して、前記圧力室に圧力波を発生させ、充填された液体を前記ノズルから液滴として吐出させる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子を請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号を印加する駆動回路と、を含むことを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、圧力室に液滴が充填され、ノズルが圧力室に連通している。また、電気機械変換素子に駆動信号が印加されると電気機械変換素子が変形して、圧力室に圧力波が発生し、圧力室に充填された液体がノズルから液滴として吐出される。

そして、駆動回路では、電気機械変換素子に対して、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号が印加される。従って、上述したように、矩形駆動波形を用いて最適な滴速で滴径変調を行うと共に、着弾位置ずれによる画質劣化のない記録が可能となる。

以上説明したように本発明によれば、電気機械変換素子に印加する駆動信号として電圧レベルが３値かつ時定数が一定の矩形駆動波を用いて、３値の電圧レベル中の第１電位差Ｖ１で第１液滴を吐出し、第２電位差Ｖ２で第１液滴より大きい滴径の第２液滴を吐出する際に、第１液滴を吐出する際のパルス幅を液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近に設定し、第２液滴を吐出する際のパルス幅を、第１液滴の滴速と等しくなるように、液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近からずらして設定することによって、矩形駆動波形を用いて最適な滴速で滴径変調を行うと共に、画質劣化のない記録が可能となる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。なお、本実施の形態は、本発明をインクジェット記録装置に適用したものである。

図１は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の１ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。

ヘッド１０は、インクタンク１２、供給路１４、圧力室１６、ノズル１８、及び電気機械変換素子としての圧電素子２０を有している。

インクタンク１２には、インクが充填され、インクタンク１２に充填されたインクは、供給路１４を介して圧力室１６に充填され、圧力室１６に連通したノズル１８にインクが供給される。

圧力室１６の壁面の一部は振動板１６Ａからなり、該振動板１６Ａにピエゾ素子等の圧電素子２０が設けられており、圧電素子２０によって振動板１６Ａを変形させて振動させることで、圧力室１６内に圧力波が発生する。すなわち、圧電素子２０の振動によって発生する圧力波によって、圧力室１６内に充填されたインクがノズル１８から吐出され、圧力室１６には供給路１４を介してインクタンク１２からインクが補充されるようになっている。

ノズル１８は、例えば、記録紙幅方向に複数配列した記録ヘッドとすることで、記録紙幅方向の画像を記録し、記録紙と記録ヘッドとを相対的に移動することで記録紙に画像を記録することができる。

図２は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置のヘッドを駆動する駆動回路を示す図である。

図２に示すように、駆動回路４０は、シフトレジスタ４２と、ラッチ回路４４と、セレクタ４６と、レベルシフタ４８と、ドライバ５０と、が半導体基板３０上に構成されている。

コントローラ２２から出力されたクロック信号及び選択信号はシフトレジスタ４２に入力され、ラッチ信号はラッチ回路４４に入力される。

選択信号は、第一波形又は第二波形を選択するための信号であり、第一波形選択信号４２Ａ、第二波形選択信号４２Ｂからなるシリアル信号である。第一波形選択信号４２Ａ、第二波形選択信号４２Ｂは、各々「０」又は「１」となる1ビットデータを示す信号である。第一波形選択信号４２Ａは、第一波形を選択するときに「１」となり、第一波形を選択しない時に「０」となる信号である。また、同様に、第二波形選択信号４２Ｂは、第二波形を選択するときに「１」となり、第二波形を選択しないときには「０」となる信号である。

すなわち、選択信号は、第一波形を選択する場合には「１０」、第二波形を選択する場合には、「０１」の２ビットシリアルデータとなる。このような選択信号が、各圧電素子２０の数だけ連続してシフトレジスタ４２に入力される。

なお、以下では、１つの圧電素子２０に駆動波形を供給する場合について説明するが、他の圧電素子２０についても同様であるので、説明を省略する。

シフトレジスタ４２は、入力された２ビットシリアルデータである選択信号を２ビットのパラレルデータに変換してラッチ回路４４へ出力する。

ラッチ回路４４は、シフトレジスタ４２から出力されたパラレルデータをラッチ信号の入力に応じてラッチする。

セレクタ４６には、コントローラ２２から第一波形及び第二波形が選択対象信号として入力されると共に、ラッチ回路４４によってラッチされた選択信号のパラレルデータがセレクト端子に入力される。従って、セレクタ４６は、第一波形及び第二波形から選択信号によって選択が指示されたものを選択して出力することになる。

セレクタ４６の波形信号の出力端子はレベルシフタ４８に接続されており、セレクタ４６から出力された波形信号はレベルシフタ４８によってレベル変換されて出力される。なお、レベルシフタ４８には、図示しない第３電源から所定電圧レベルＨＶＤＤの電力が供給されており、レベルシフタ４８では、選択信号によって選択された波形信号を、電圧レベルＨＶＤＤに応じた電圧レベルまでレベル変換する。

一方、ドライバ５０は、第１信号生成回路５２と、第２信号生成回路とが備えられている。本実施の形態に係わる第１信号生成回路５２は、ＰＭＯＳ５２ＡとＮＭＯＳ５２Ｂを直列に接続して構成したインバータ回路として構成されており、同様に、第２信号生成回路５４もまた、ＰＭＯＳ５４ＡとＮＭＯＳ５４Ｂを直列接続して構成したインバータ回路として構成されている。

すなわち、第１信号生成回路５２は、ＰＭＯＳ５２ＡとＮＭＯＳ５２Ｂのドレイン同士が接続されると共に、ＰＭＯＳ５２ＡとＮＭＯＳ５２Ｂのゲートが接続されている。同様に、第２信号生成回路５４も、ＰＭＯＳ５４ＡとＮＭＯＳ５４Ｂのドレイン同士が接続されると共に、ＰＭＯＳ５４ＡとＮＭＯＳ５４Ｂのゲートが接続されている。

ここで、第１信号生成回路５２におけるＰＭＯＳ５２Ａのソースには、図示しない第一電源からの所定電圧レベルＨＶ１とされた電力が供給されると共に、ＮＭＯＳ５２Ｂのソースは接地されてグランドレベルとされている。また、ＰＭＯＳ５２Ａ及びＮＭＯＳ５２Ｂの各ゲートにはレベルシフタ４８の一方の出力端子が接続されており、セレクタ４６によって選択された一対の波形信号の一方で、かつレベルシフタ４８によってレベル変換された波形信号Ｓ１が入力される。

従って、第１信号生成回路５２では、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ１の信号レベルがハイレベルである場合はＰＭＯＳ５２Ａがオフ状態でＮＭＯＳ５２Ｂがオン状態となるため、出力される電圧の電圧レベルはグランドレベルとなる。これに対して、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ１の信号レベルがローレベルである場合はＰＭＯＳ５２Ａがオン状態でＮＭＯＳ５２Ｂがオフ状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは電圧レベルＨＶ１となる。この結果、第１信号生成回路５２から出力される電圧は、波形がレベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ１の反転波形と同一で、かつ電圧レベルとしてグランドレベル及び電圧レベルＨＶ１の２つを有するものとなる。

一方、第２信号生成回路５４におけるＰＭＯＳ５４Ａのソースには、図示しない第二電源からの所定電圧レベルＨＶ２とされた電力が供給されると共に、ＮＭＯＳ５４Ｂのソースには、第１信号生成回路５２におけるＰＭＯＳ５２Ａ及びＮＭＯＳ５２Ｂの接続点（ドレイン）が接続されている。従って、ＮＭＯＳ５４Ｂのソースには、第１信号生成回路５２のインバータ出力が印加されることになる。更に、ＰＭＯＳ５４Ａ及びＮＭＯＳ５４Ｂの各ゲートにはレベルシフタ４８の他方の出力端子が接続されており、セレクタ４６によって選択された一対の波形信号の他方で、かつレベルシフタ４８によってレベル変換された波形信号Ｓ２が入力される。

従って、第２信号生成回路５４では、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ２の信号レベルがハイレベルである場合はＰＭＯＳ５４Ａがオフ状態でＮＭＯＳ５４Ｂがオン状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは第１信号生成回路５２から出力された電圧と同様のもの（波形がレベルシフタ４８から入力されている波形信号の反転波形と同一で、かつ電圧レベルがグランドレベル及び電圧レベルＨＶ１の２つを有するもの）となる。これに対し、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ２の信号レベルがローレベルである場合はＰＭＯＳ５４Ａがオン状態でＮＭＯＳ５４Ｂがオフ状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは電圧レベルＨＶ２となる。この結果、第２信号生成回路５４から出力される電圧は、レベルシフタ４８から入力された一対の波形信号Ｓ１、Ｓ２に応じて第１信号生成回路５２及び第２信号生成回路５４から各々出力される電圧を組み合わせた、電圧レベルとしてグランドレベル、電圧レベルＨＶ１、及び電圧レベルＨＶ２の３値となる。

例えば、駆動波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ２としたい場合は、第２信号生成回路５４からの出力波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ２にするようにする。従って、この場合には、第２信号生成回路５４に入力する波形信号Ｓ２をローレベルとすればよい。なお、この場合は第１信号生成回路５２の出力は第２信号生成回路５４の出力に影響を与えることはないので、第１信号生成回路５２に入力する波形信号Ｓ１のレベルは制限されない。

一方、駆動波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ１としたい場合は、第１信号生成回路５２からの出力波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ１にすると共に、第２信号生成回路５４からの出力波形の電圧レベルも電圧レベルＨＶ１にする必要がある。従って、この場合には、第１信号生成回路５２に入力する波形信号Ｓ１をローレベルにすると共に、第２信号生成回路５４に入力する波形信号Ｓ２をハイレベルにする必要がある。

更に、駆動波形の電圧レベルをグランドレベルとしたい場合は、第１信号生成回路５２からの出力波形の電圧レベルをグランドレベルにすると共に、第２信号生成回路５４からの出力波形の電圧レベルもグランドレベルにする必要がある。従って、この場合には、第１信号生成回路５２に入力する波形信号Ｓ１をハイレベルにすると共に、第２信号生成回路５４に入力する波形信号Ｓ２もハイレベルにする必要がある。

表１には、ドライバ５０の動作を示す真理値表が示されている。なお、同表におけるＳ１は第１信号生成回路５２に入力される波形信号を示し、Ｓ２は第２信号生成回路５４に入力される波形信号を示し、ＯＵＴは第２信号生成回路５４から対応する圧電素子２０に供給される駆動波形の電圧レベルを示す。

第１信号生成回路５２及び第２信号生成回路５４の各々に入力すべき波形信号Ｓ１、Ｓ２を生成させる際には、表１に示される真理値表に基づき、最終的に所望の駆動波形が得られるように一対の第一波形及び第二波形を生成し、駆動回路４０に供給すればよい。

本実施の形態に係るインクジェット記録装置では、圧電素子２０の駆動によって吐出されるインク滴の吐出量の種類として、「大滴」及び「小滴」の２種類が適用されており、コントローラ２２では、当該２種類の吐出量の各々に対応する駆動波形を生成することができる２組の波形信号として、第一波形及び第二波形が各々生成され、駆動回路４０に入力されるように構成されている。

なお、本実施の形態に係るインクジェット記録装置では、図示しない第３電源から供給される電力の電圧レベルＨＶＤＤと第二電源から供給される電力の電圧レベルＨＶ２との関係を（電圧レベルＨＶＤＤ≧電圧レベルＨＶ２）とし、電圧レベルＨＶ２と図示しない第一電源から供給される電力の電圧レベルＨＶ１との関係を（電圧レベルＨＶ２＞電圧レベルＨＶ１）としている。

ところで、本実施の形態に係わるインクジェット記録装置のヘッド１０は、圧電素子２０を用いてインクの吐出を行うが、圧電素子２０を用いたインク吐出では、圧電素子２０に１つのパルスを印加することによって、パルスの立ち上がりで圧力室１６が膨張され、パルスの立ち下がりで圧力室１６が収縮される。この時、パルスの立ち上がりで圧力波Ｗａが発生し、パルスの立ち下がりで圧力波Ｗａに対して位相が１８０度ずれた圧力波Ｗｂが発生する。そして、圧力波Ｗｂが発生する時点で残響として圧力波Ｗａが残っているので、双方の合成波Ｗによって吐出のエネルギーが決定されることになる。

すなわち、圧力波Ｗａと圧力波Ｗｂの発生タイミングは、圧電素子２０に印加するパルス幅によって制御される。また、圧力波Ｗａと圧力波Ｗｂとは共に、圧力室１６の容積や剛性などで決定される固有周期Ｔｃの振動波であるので、圧電素子２０に印加するパルス幅を制御することで吐出エネルギーを制御することができる。

例えば、パルス幅Ｔｗが固有周期Ｔｃの１／２であるとすると、図３に示すように、圧力波Ｗａと圧力波Ｗｂの位相が等しくなるため合成波Ｗは大きくなり、吐出エネルギーが大きくなる。一方、パルス幅Ｔｗが固有周期Ｔｃに等しい場合には、図４に示すように、圧力波Ｗａと圧力波Ｗｂの位相は逆になるため合成波Ｗは打ち消され、吐出エネルギーが小さくなる。

従って、回路のコストや消費電力の観点から、低い電位差で大きな吐出エネルギーを得られるように、パルス幅ＴｗをＴｃ／２に設定することが望ましい。

しかしながら、３値の電圧レベル及び時定数一定という制約下では、小滴用の駆動信号のパルス幅をＴｃ／２に設定すると、大滴吐出と小滴吐出の両立を考えた場合には、上述したように大滴を吐出する際に吐出エネルギーが過剰となって滴速差が大きくなってしまうので、大滴用の波形においてはパルス幅をＴｃ／２からずらして吐出エネルギーが過大とならないようにコントロールする必要がある。

そこで、本出願人は、最適なパルス幅を決定するための実験を行った。図５は、大滴のパルス幅を変化させた場合の滴体積を測定した結果を示すグラフであり、図６は、大滴のパルス幅を変化させた場合の大滴と小滴の滴速比を測定した結果を示すグラフである。

図５に示すように、大滴のパルス幅を変化させた場合に、大滴の滴体積は、１３．８〜１４．２ｐｌ程度の変化であり、さほど大きな変化がないことが分かる。従って、大滴を吐出する際のパルス幅を固有周期Ｔｃの１／２からずらしても滴体積には問題がないことが分かる。

一方、滴速については、図６に示すように、パルス幅の変化によって大きく変化することが分かる。大滴の滴速と小滴の滴速に大きな差が生じると、着弾位置がずれてしまい、記録画像の品質を大きく低下させてしまう。

そこで、着弾位置ずれが画質に影響を与えないレベルのパルス幅を設定する必要がある。具体的には、図６に示す滴速差が最も少ない（大滴と小滴の滴速比が１付近）パルス幅において、パルス幅を固有周期Ｔｃの０．６３〜０．７２倍、或いは固有周期Ｔｃの０．８８〜１．０５倍とすると、着弾位置ずれが０．５画素以下となり、普通紙記録において画像劣化として認識できないレベルとなる。

また、パルス幅を固有周期Ｔｃの０．６６〜０．６９倍、或いは固有周期Ｔｃの０．９３〜０．９８倍とすると、着弾位置ずれが０．２画素以下となり、写真画質の記録においても画像劣化として認識できないレベルとなる。

従って、本実施の形態に係わる駆動回路において、大滴のパルス幅をヘッド１０の固有周期Ｔｃの０．６３〜０．７２倍、或いは０．８８〜１．０５倍に設定することで、大滴のパルス幅を設定することによって、矩形駆動波形を用いて最適な滴速で滴径変調を行うことができると共に、画質劣化のない記録ができる。なお、好ましくは、大滴のパルス幅をヘッド１０の固有周期Ｔｃの０．６６〜０．６９倍、或いは０．９３〜０．９８倍に設定する方がより画質劣化の少ない記録が可能となる。

詳細には、本実施の形態に係わる駆動回路４０の出力が上述のパルス幅となるように、コントローラ２２に第一波形及び第二波形を設定すればよい。

例えば、一対の第一波形を大滴吐出用の波形、一対の第二波形を小滴吐出用の波形とすると、一対の第一波形は、図７（Ａ）に示すようなパルス波形（例えば、「１」をハイ、「０」をローとした場合に、一対のパルス波形が共に「０１１１１１１１００」）とすることによって、セレクタ４６が第一波形を選択したときに、レベルシフタ４８によって電圧レベルが変換されて、形状としては図７（Ａ）と同一で電圧レベルが変換されたパルスがＳ１、Ｓ２としてレベルシフタ４８から出力される。従って、Ｓ１とＳ２が共にロー「０」の時に、電位差ＨＶ２となり、Ｓ１とＳ２が共にハイ「１」の時に、電位差がグランドとなり、大滴吐出用の駆動波形は、図７（Ｂ）に示すような駆動波形となる。

一方、一対の第二波形は、図８（Ａ）に示すようなパルス波形（例えば、「１」をハイ、「０」をローとした場合に、一対のパルス波形の一方が「０１１１１０００００」、他方が「００００００００００」）とすることによって、セレクタ４６が第二波形を選択したときに、レベルシフタ４８によって電圧レベルが変換されて、形状としては図８（Ａ）と同一で電圧レベルが変換されたパルスがＳ１、Ｓ２としてレベルシフタ４８から出力される。この時、Ｓ１としては、「０１１１１０００００」のパルス波形を適用し、Ｓ２としては、「００００００００００」のパルス波形を適用する。従って、Ｓ１とＳ２が共にロー「０」の時に、電位差ＨＶ２となり、Ｓ１がハイ「１」でＳ２がロー「０」の時に、電位差がＨＶ１となり、小滴吐出用の駆動波形は、図８（Ｂ）に示すような駆動波形となる。

従って、本実施の形態に係わる駆動回路４０では、出力される駆動信号のパルス幅がヘッド１０の固有周期Ｔｃの１／２付近となるように、コントローラ２２に記憶する一対の第二波形（Ｓ１、Ｓ２）を設定し、出力される駆動信号のパルス幅がヘッド１０の固有周期Ｔｃの０．６３〜０．７２倍、或いは０．８８〜１．０５倍となるように、コントローラ２２に記憶する一対の第一波形（Ｓ１、Ｓ２）を設定することで、最適な滴速で滴径変調を行うことが可能となると共に、画質劣化のない記録が可能となる。なお、好ましくは、第１波形のパルス幅がヘッド１０の固有周期Ｔｃの０．６６〜０．６９倍、或いは０．９３〜０．９８倍となるように、コントローラ２２に記憶する一対の第一波形を設定することで、写真画像でも画質劣化がない記録が可能となる。

なお、上記の実施の形態では、大滴と小滴の２種類の滴径変調を行う例を説明したが、３種類以上の滴径変調を行うようにしてもよい。例えば、３種類の滴径変調を行う場合には、コントローラ２２図９（Ａ）に示すような一対の第三波形を記憶することによって、図９（Ｂ）に示すような３値の電圧レベルを組み合わせた駆動波形を生成することが可能となる。

本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の１ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置のヘッドを駆動する駆動回路を示す図である。 圧力室膨張時の圧力波と収縮時の圧力波が合成されたそれぞれの圧力波よりも大きな合成波ができる場合を説明するための図である。 圧力室膨張時の圧力波と収縮時の圧力波が合成されてそれぞれが打ち消し合ってそれぞれの圧力波よりも小さな合成波ができる場合を説明するための図である。 大滴のパルス幅を変化させた場合の滴体積を測定した結果を示すグラフである。 大滴のパルス幅を変化させた場合の大滴と小滴の滴速比を測定した結果を示すグラフである。 第一波形及び大滴吐出用の駆動波形の一例を示す図である。 第二波形及び小滴吐出用の駆動波形の一例を示す図である。 第三波形を設けてその他の駆動波形を生成した一例を示す図である。 大滴波形と小滴波形の一例を示す図である。

符号の説明

１０ ヘッド
２０ 圧電素子
２２ コントローラ
３０ 半導体基板
４０ 駆動回路
４２ シフタレジスタ
４４ ラッチ回路
４６ セレクタ
４８ レベルシフタ
５０ ドライバ
５２ 第１信号生成回路
５４ 第２信号生成回路

Claims (5)

1. 電気機械変換素子に駆動信号を印加して当該電気機械変換素子を変形させることにより圧力室に圧力変化を生じさせ、圧力室内に充填された液体を圧力室と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
   前記駆動信号として電圧波形の電圧レベルが３値かつ時定数が一定の矩形駆動波を用いて、３値の電圧レベル中の第１電位差Ｖ１で第１液滴を吐出し、第２電位差Ｖ２で前記第１液滴よりも大きい滴径の第２液滴を吐出する際に、
   前記第１液滴を吐出する際のパルス幅を前記液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近に設定し、前記第２液滴を吐出する際のパルス幅を、前記第１液滴の滴速と等しくなるように、前記液滴吐出ヘッドの固有周期の半周期付近からずらして設定することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
2. 前記第１電位差Ｖ１は、３値の電圧レベルのうち最低電圧と中間電圧の電位差からなり、前記第２電位差は、最低電圧と最高電圧の電位差からなることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
3. 前記第２液滴を吐出する際のパルス幅を前記液滴吐出ヘッドの固有周期の０．６３〜０．７２倍、または０．８８〜１．０５倍に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
4. 前記第２液滴を吐出する際のパルス幅を前記液滴吐出ヘッドの固有周期の０．６６〜０．６９倍、または０．９３〜０．９８倍に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
5. 液体が充填される圧力室と、
   前記圧力室と連通するノズルと、
   駆動信号が印加されると変形して、前記圧力室に圧力波を発生させ、充填された液体を前記ノズルから液滴として吐出させる電気機械変換素子と、
   前記電気機械変換素子を請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号を印加する駆動回路と、
   を含む液滴吐出ヘッド。