JP2006231545A - インク滴吐出装置及びインク滴吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被記録媒体に形成される１ドットに対して、サテライトの発生を防止しながら、安定して大型化すること。
【解決手段】 被記録媒体に所定サイズの１ドットを形成する場合に、圧電アクチュエータに駆動パルス信号を印加する制御装置は、少なくとも４つの駆動パルス信号を出力し、前記少なくとも４つの駆動パルス信号のうちの１番目及び２番目の駆動パルス信号Ｐ１、Ｐ２は、そのパルス幅Ｔ１，Ｔ２が、ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度及び吐出量がいずれもピーク値となるときの駆動パルス信号のパルス幅Ｔ０の近傍にずらされて前記ピーク値の吐出量よりも少ない吐出量となるように設定され、３番目及び４番目の駆動パルス信号Ｐ３，Ｐ４は、そのパルス幅Ｔ３，Ｔ４が、前記１番目及び２番目の駆動パルス信号によって残るインクの圧力波を打ち消しかつ前記１番目あるいは２番目の駆動パルス信号による吐出量よりも少ない吐出量となるように設定されている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、インクジェット方式によるインク滴吐出装置及びインク滴吐出方法に関するものである。

インク滴吐出装置には、例えば、インクジェットプリンタがあり、このインクジェットプリンタ用の記録ヘッドとしては、特許文献１等に、前面側に複数個のノズルを背面側に各ノズルに連通する圧力室をそれぞれ備えて、各圧力室にインクを供給するようにキャビティユニットを構成し、このキャビティユニットの背面側に圧電アクチュエータを積層して接合する構造が記載されている。

この記録ヘッドの構成によれば、圧電アクチュエータは、駆動パルス信号（電圧）が印加されると変形して、圧力室の容積を変化させインクに吐出圧力を与える。そして、圧力室に連通するノズルからインク滴が吐出され、被記録媒体にインクドットが形成される。記録ヘッドは、被記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向、被記録媒体の幅方向）に沿って往復移動可能に構成されている。

そして、一般的に、インクジェットプリンタでは、被記録媒体におけるインクドットの大きさや密度が異なる複数の記録モードを備えており、記録モードに応じて、記録ヘッドの移動速度を変えたり、１つのドットを複数のインク滴で形成したりしている。

ところで、特許文献１にも指摘されているように、インク滴の吐出の際に、主となる液滴以外にサテライトと呼ばれる余分な液滴が発生することがある。これは、複数のインク滴で１つのドットを形成するために、連続してインク滴を吐出した後など、主となる液滴の吐出後も圧力室内の圧力変動が十分に納まらず、残存圧力によってインクが余分に飛び出してしまうのが主な原因である。このサテライトが被記録媒体に付着すると、記録の仕上がりが本来のそれからかけ離れたものとなってしまい、記録品質が損なわれる。

このサテライトは、解像度の高いモード、すなわち、インク滴を小さくして１つのドットを小型化しかつ記録ヘッドの移動速度を遅くして記録を行うモードでは発生し難い。一方、解像度の低いモードでは、被記録媒体に対してなるべく速く記録するために、単位記録面積当たりの記録時間を減らすように、１ドット当たりの吐出量（吐出容量）を多くして大玉化するので、複数のインク滴で１つのドットを形成することになり、前述したサテライトが発生しやすい。すなわち、複数のインク滴で１つのドットを形成するには、短時間に連続して複数個の駆動パルス信号が圧電アクチュエータに印加されるため、最終の駆動パルス信号による吐出後もインクに圧力波が残存し、これがサテライトの発生を促していた。

そこで、本発明者は、インクドットを大型化する低解像度のモードでも、サテライトを発生させない駆動波形について検討を行なった。なお、低解像度のモードとして、６００ｄｐｉ×６００ｄｐｉ（ｄｐｉ；ドット・パー・インチ）程度の解像度を設定した。この場合、現状（標準的な解像度のモード）の１滴分の吐出量から換算すると、３滴分程度で１ドットを形成する必要がある。

通常、インクジェットヘッドは、駆動パルス信号のパルス幅によって、インク滴の吐出速度が変化するが、その吐出特性のカーブは、図１０（ａ）に示すように、ピーク値を有する山型となる。この吐出速度がピーク値となるときの駆動パルス信号のパルス幅をＴ０とすると、パルス幅Ｔ０のときが最も効率よくインク滴が吐出されるため、パルス幅Ｔ０では吐出量もピーク値（最大値）となるのである。

そのため、本発明者は、前記パルス幅がＴ０と同じ値の駆動パルス信号を３つ連続して印加して３滴分（通常の３倍分）の吐出量を確保し、その後に、インクに残存する圧力波を打ち消し且つインク滴を吐出しない程度の小さいパルス幅の駆動パルス信号（キャンセル信号）を１つ印加する駆動波形を試みた（図１０（ｂ）参照）。すなわち、１番目の駆動パルス信号Ｐ１のパルス幅をＴ１、２番目の駆動パルス信号Ｐ２のパルス幅をＴ２、３番目の駆動パルス信号Ｐ３のパルス幅をＴ３、４番目の駆動パルス信号Ｐ４のパルス幅をＴ４とすると、Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ０、Ｔ４＜＜Ｔ０とした。
特開２００２−１６０３６２号公報（図１及び図３参照）

しかしながら、図１０（ｂ）に示す駆動波形では、キャンセル用の駆動パルス信号を最後に１つ印加しているものの、これでは、十分にサテライトの発生を防止できないことが、実験により判明した。そのため、キャンセル用の駆動パルス信号をさらに追加して、圧力波に対する打ち消し効果を向上させることも考えられるが、１つのドットの駆動周期における駆動パルス信号の数が増えると、次のドットの駆動周期に影響を及ぼすため、この場合にキャンセル信号の数を増やすのは困難であった。

また、記録ヘッドには、製造上のバラツキ等による個体差があるため、同じ仕様の記録ヘッドでも、その吐出特性は必ずしも一致せず、図１０（ａ）に示すカーブにもずれを生じる。その結果、各記録ヘッドでは、パルス幅Ｔ０のときの吐出量が、必ずしも同じにならず、特に前述したように、パルス幅Ｔ０によるインク滴を複数個（ここでは３個）吐出して、１ドットを大玉化して形成する場合には、１滴当たりの吐出量のばらつきが複数倍（３倍）に拡大されるので、１ドットの大きさのばらつきが無視できない程大きくなるのである。

本発明は、上記問題を解消するものであり、被記録媒体に形成される１ドットに対して、サテライトの発生を防止しながら、安定して大型化することのできるインク滴吐出装置及びインク滴吐出方法の実現を課題とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明におけるインク滴吐出装置は、複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられる複数の圧力室と、各圧力室毎に選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータと、このアクチュエータに駆動パルス信号を出力する制御装置とを備え、前記アクチュエータから圧力室に加えられた吐出圧力で、前記ノズルからインク滴を吐出して被記録媒体に記録するインク滴吐出装置において、被記録媒体に所定サイズの１ドットを形成する場合に、前記制御装置は、少なくとも４つの駆動パルス信号を出力し、前記少なくとも４つの駆動パルス信号のうちの１番目及び２番目の駆動パルス信号は、そのパルス幅が、前記ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度及び吐出量がいずれもピーク値となるときの駆動パルス信号のパルス幅Ｔ０の近傍にずらされて前記ピーク値の吐出量よりも少ない吐出量となるように設定され、３番目及び４番目の駆動パルス信号は、そのパルス幅が、前記１番目及び２番目の駆動パルス信号によって残るインクの圧力波を打ち消しかつ前記１番目あるいは２番目の駆動パルス信号による吐出量よりも少ない吐出量となるように設定されていることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインク滴吐出装置において、前記１番目の駆動パルス信号Ｐ１のパルス幅Ｔ１は、前記パルス幅Ｔ０よりも短く設定され、前記２番目の駆動パルス信号Ｐ２のパルス幅Ｔ２は、前記パルス幅Ｔ０よりも長く設定されていることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインク滴吐出装置において、前記３番目の駆動パルス信号Ｐ３のパルス幅Ｔ３及び前記４番目の駆動パルス信号Ｐ４のパルス幅Ｔ４はいずれも、前記２番目の駆動パルス信号Ｐ２のパルス幅Ｔ２よりも短く設定されていることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のインク滴吐出装置において、前記１番目のパルス幅Ｔ１、前記２番目のパルス幅Ｔ２、前記３番目のパルス幅Ｔ３、前記４番目のパルス幅Ｔ４、前記１番目のパルス幅Ｔ１の終端と前記２番目のパルス幅Ｔ２の始端との間隔Ｗ１、前記２番目のパルス幅Ｔ２の終端と前記３番目のパルス幅Ｔ３の始端との間隔Ｗ２、及び前記３番目のパルス幅Ｔ３の終端と前記４番目のパルス幅Ｔ４の始端との間隔Ｗ３は、それぞれ前記パルス幅Ｔ０に対して、０．７Ｔ０＜Ｔ１＜０．９Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ１＜０．９Ｔ０、１．５Ｔ０＜Ｔ２＜１．７Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ２＜１．１Ｔ０、０．５Ｔ０＜Ｔ３＜０．７Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ３＜０．９Ｔ０、０．５Ｔ０＜Ｔ４＜０．７Ｔ０、の関係を満たしていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインク滴吐出装置において、前記Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｗ１、Ｗ２、及びＷ３は、それぞれ、３．５μｓ＜Ｔ１＜４．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ１＜４．５μｓ、７．５μｓ＜Ｔ２＜８．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ２＜５．５μｓ、２．５μｓ＜Ｔ３＜３．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ３＜４．５μｓ、２．５μｓ＜Ｔ４＜３．５μｓ、の範囲にあることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明におけるインク滴吐出方法は、複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられる複数の圧力室と、各圧力室毎に選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータとを備えるインク滴吐出装置の前記アクチュエータに、駆動パルス信号を印加して当該アクチュエータから圧力室に吐出圧力を加え、前記ノズルからインク滴を吐出して被記録媒体に記録するインク滴吐出方法において、被記録媒体に所定サイズの１ドットを形成する場合に、少なくとも４つの駆動パルス信号を印加し、前記少なくとも４つの駆動パルス信号では、１番目及び２番目の駆動パルス信号を、そのパルス幅を前記ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度及び吐出量がいずれもピーク値となるときの駆動パルス信号のパルス幅Ｔ０の近傍にずらして前記ピーク値の吐出量よりも少ない吐出量となるように設定して印加し、３番目及び４番目の駆動パルス信号を、そのパルス幅を前記１番目及び２番目の駆動パルス信号によって残るインクの圧力波を打ち消しかつ前記１番目あるいは２番目の駆動パルス信号による吐出量よりも少ない吐出量となるように設定して印加することを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、１番目及び２番目の駆動パルス信号のパルス幅は、インク滴の吐出量がピーク値となるときのパルス幅Ｔ０に近いがこれとは異なる値に設定されているから、変動し易い吐出量のピーク値を避けることで、吐出量の安定化を図るとともに、１番目及び２番目の駆動パルス信号で合わせてパルス幅Ｔ０のときの略２倍分の吐出量を吐出することができる。そして、３番目と４番目の２つの駆動パルス信号により、ドットの大型化に必要な残りのインク吐出量を補填するように吐出され、大型化したドットが確実に形成される。

また、３番目と４番目の駆動パルス信号は、インク滴を少量吐出するものの圧力波を打ち消す作用も有しているから、キャンセル効果を有する信号が２つ連続して印加されることで、残存する圧力波の打ち消しに対する確実性が向上され、サテライトの発生防止効果が高められる。

請求項２に記載の発明によれば、１番目の駆動パルス信号のパルス幅Ｔ１を前記パルス幅Ｔ０より短くずらし、２番目の駆動パルス信号のパルス幅Ｔ２を前記パルス幅Ｔ０より長くずらしている。すなわち、１番目と２番目の駆動パルス信号では、パルス幅Ｔ０に対するずらし方を変えている。通常、ノズルから吐出されるインクの吐出特性には個体差があって、パルス幅Ｔ０のときの吐出量が変動したり、ピーク値自体がずれたりする場合がある。しかしながら、前述したように、１番目と２番目の駆動パルス信号でパルス幅Ｔ０に対するずらし方を変えることにより、吐出特性のずれを吸収しやすく、吐出量の安定化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、３番目及び４番目の駆動パルス信号Ｔ３，Ｔ４は、１番目のパルス幅Ｔ１よりも短く設定することで、その吐出量を少なくし、かつ残存する圧力波を打ち消す効果を生じさせている。

また、請求項４に記載の発明によれば、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｗ１、Ｗ２、及びＷ３が前記関係を満たすことで、駆動パルス信号のパルス幅がＴ０のときに、その吐出速度及び吐出量がピーク値となるインクジェットヘッドにおいて、サテライトを防止しながらインクドットの大型化を図ることができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｗ１、Ｗ２、及びＷ３が前記関係を満たすことで、サテライトを防止しながらインクドットの大型化を図ることができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、１番目及び２番目の駆動パルス信号のパルス幅は、インク滴の吐出量がピーク値となるときのパルス幅Ｔ０に近いがこれとは異なる値に設定されているから、変動し易い吐出量のピーク値を避けることで、吐出量の安定化を図るとともに、１番目及び２番目の駆動パルス信号で合わせてパルス幅Ｔ０のときの略２倍分の吐出量を吐出することができる。そして、３番目と４番目の２つの駆動パルス信号により、ドットの大型化に必要な残りのインク吐出量を補填するように吐出され、大型化したドットが確実に形成される。

また、３番目と４番目の駆動パルス信号は、インク滴を少量吐出するものの圧力波を打ち消す作用も有しているから、キャンセル効果を有する信号が２つ連続して印加されることで、残存する圧力波の打ち消しに対する確実性が向上され、サテライトの発生防止効果が高められる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図、図２はインクジェットヘッドの分解斜視図、図３はキャビティユニットの拡大分解斜視図、図４は図１のIV−IV線矢視拡大断面図、図５は図１のＶ−Ｖ線矢視拡大断面図、図６は制御装置のブロック図、図７（ａ）は１ドットに対応する駆動波形を示すタイムチャート、図７（ｂ）はパルス幅に対するインク滴の吐出速度の変化を示す吐出特性の図である。

本発明はインク滴吐出装置としてインクジェットプリンタに適用したもので、その記録ヘッド（以下、インクジェットヘッドと記載）１００は、図示しないが、被記録媒体の搬送方向（副走査方向、以下第２の方向またはＸ方向という）と直交する方向（主走査方向、以下第１の方向またはＹ方向という）に往復移動するキャリッジに搭載されるものである。このインクジェットヘッド１００には、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のカラーインクがそれぞれ充填されたインクカートリッジが、キャリッジ上に着脱可能に搭載されるか、あるいは、画像形成装置の本体に静置され供給パイプ等を介するかして、各色のインクが供給されるように構成されている。

インクジェットヘッド１００は、図１に示すように、金属板製の複数枚のプレートからなるキャビティユニット１にプレート型の圧電アクチュエータ２が接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ２の上面（背面）に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル３（図４参照）が重ね接合されている。そして、キャビティユニット１の下面（前面）側に開口されたノズル４から、下向きにインクが吐出するものとする。

前記キャビティユニット１は、図２に示すように、ノズルプレート１１、スペーサプレート１２、ダンパープレート１３、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、サプライプレート１５、ベースプレート１６、及びキャビティプレート１７の合計８枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合した構造となっている。

実施形態では、各プレート１１〜１７は５０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート１１はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート１２〜１７は４２％ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート１１には、微小径（２５μｍ程度）のインク吐出用のノズル４が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル４は、当該ノズルプレート１１における長辺方向（Ｘ方向）と平行な５列に配列されている。

また、前記キャビティプレート１７には、図３に示すように、複数の圧力室３６がキャビティプレート１７の長辺（前記Ｘ方向）と平行な５列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室３６は、平面視細長形状に形成され、その長手方向がキャビティプレート１７の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにして穿設され、長手方向の一端部３６ａがノズル４と連通し、他端部３６ｂが後述する共通インク室７と連通する。

各圧力室３６における先端部３６ａは、サプライプレート１５、ベースプレート１６と２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂ、ダンパープレート１３、及びスペーサプレート１２に穿設されている微小径の連通孔３７を介して、ノズルプレート１１における前記各ノズル４に連通している。

キャビティプレート１７の下面に隣接するベースプレート１６には、各圧力室３６の他端部３６ｂに接続する貫通孔３８が穿設されている。

ベースプレート１６の下面に隣接するサプライプレート１５には、後述する共通インク室７から前記各圧力室３６へインクを供給するための接続流路４０が設けられる。そして各接続流路４０には、共通インク室７からインクが入る入口孔と、圧力室３６側（貫通孔３８）に開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路４０中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。

２枚のマニホールドプレート１４ａ，１４ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い５つの共通インク室７が前記ノズル４の各列に沿って延びるように板厚さを貫通して形成されている。すなわち、図２及び図４に示すように、２枚のマニホールドプレート１４ａ、１４ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート１５にて覆い、下面をダンパープレート１３にて覆うことにより、合計５つの共通インク室（マニホールド室）７が密閉状に形成される。各共通インク室７は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室３６の一部と重なって圧力室３６の列方向（ノズル４の列方向）に沿って長く延びている。

図３及び図４に示すように、マニホールドプレート１４ａの下面に隣接するダンパープレート１３の下面側には、共通インク室７と隔絶されたダンパ室４５が凹み形成されている。この各ダンパ室４５の位置および形状は、図２に示すように、前記各共通インク室７と一致させている。このダンパプレート１３は、適宜弾性変形し得る金属素材であるため、ダンパ室４５上部の薄い板状の天井部は、共通インク室７側にも、ダンパ室４５側にも自由に振動することができる。インク吐出時に、圧力室３６で発生した圧力変動が共通インク室７に伝播しても、前記天井部が弾性変形して振動することにより、前記圧力変動を吸収減衰させるというダンパ効果を奏し、圧力変動が他の圧力室３６へ伝播するというクロストークを防止することができるものである。

また、図２に示すように、キャビティプレート１７、ベースプレート１６、及びサプライプレート１５の一方の短辺側の端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ４つのインク供給口４７が穿設されている。インク供給源からのインクが、これらインク供給口４７から共通インク室７の一端部に連通するようになっている。４つのインク供給口４７を、図２の左側から順に個別に４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄと付す。

インク供給口４７からノズル４に至るインク流通路では、インクは、インク供給口４７からインク供給チャンネルとしての共通インク室７に供給された後、図３に示すように、サプライプレート１５の接続流路４０及びベースプレート１６の貫通孔３８を経由して各圧力室３６に分配供給される。そして、後述するように、圧電アクチュエータ２の駆動により、インクは各圧力室３６内から前記連通孔３７を通って、その圧力室３６に対応するノズル４に至るという構成になっている。そして、後述する圧電アクチュエータ２の駆動により、圧力室３６に吐出圧力が加えられると、圧力波が圧力室３６内から、連通孔３７を通ってノズル４に伝達し、インクを吐出する。

この実施形態では、図２に示すように、インク供給口４７が４つ設けられているのに対して、共通インク室７が５つ設けられており、インク供給口４７ａだけが、２つの共通インク室７，７に接続されている。インク供給口４７ａには、ブラックインクが供給されるように設定されており、ブラックインクがその他のカラーインクに比べて使用頻度が高いことを考慮したものである。他のインク供給口４７ｂ、４７ｃ、４７ｄには、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクがそれぞれ単独に供給される。インク供給口４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄには、それぞれの開口に対応する濾過部２０ａを有するフィルタ体２０が接着剤等で貼着されている（図１参照）。

一方、前記圧電アクチュエータ２は、特開平４−３４１８５３号公報等に開示された公知のものと同様に、図５に示すように１枚の厚さが３０μｍ程度の複数枚の圧電シート４１〜４３を積層した構造で、各圧電シートのうち下から所定数の偶数段目の圧電シート４２の上面（広幅面）には、前記キャビティユニット１における各圧力室３６に対応した箇所ごとに細幅の個別電極４４が長辺方向（Ｘ方向）に沿って列状に形成されている。下から所定数の奇数段目の圧電シート４１の上面（広幅面）には、複数個の圧力室３６に対して共通のコモン電極４６が形成されており、最上段のシートの上面には、積層方向に対応する前記個別電極の各々に対して電気的に接続される表面電極４８と、前記コモン電極に対して電気的に接続される表面電極とが設けられている。

公知のように個別電極４４とコモン電極４６との間に高電圧を印加することで、両電極間に位置する圧電シートの部分が分極され、活性部として形成される。

そして、このプレート型の圧電アクチュエータ２における下面（圧力室３６と対向する広幅面）全体に、接着剤としてのインク非浸透性の合成樹脂からなる接着剤シート（図示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１に対して、圧電アクチュエータ２が、その各個別電極４４を前記キャビティユニット１における各圧力室３６の各々に対向配置させて接着・固定される。また、この圧電アクチュエータ２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル３が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル３における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各表面電極に電気的に接合される。

次に、各電極に印加する駆動電圧を制御するための制御装置の構成を、図６に基づいて説明する。この制御装置は、フレキシブルフラットケーブル３上に配置されるＬＳＩチップ５０として設けられている。これに、個別電極４４及びコモン電極４６のそれぞれに対応する表面電極が接続されている。また、ＬＳＩチップ５０には、クロックライン５１、データライン５２、電圧ライン５３及びアースライン５４も接続されている。ＬＳＩチップ５０は、クロックライン５１から供給されるクロックパルスに基づいて、データライン５２上に現れるデータから、どのノズル４にてインクを吐出するべきかを判断し、インクを吐出させる活性部に印加する駆動パルス信号の制御を行う。すなわち、コモン電極４６にアースライン５４を接続するとともに、インクの吐出の有無に応じて、対応する活性部の個別電極４４に対して、電圧ライン５３に基づく駆動パルス信号（駆動電圧）の印加を選択的に行う。

そして、この制御装置により、任意の活性部に対応する個別電極４４に駆動パルス信号を印加すると、活性部が変位し、この活性部に対応する圧力室３６のインクに吐出圧力が加えられる。そして、圧力室３６からノズル４に至る圧力波の前進成分により、ノズル４からインク滴が吐出する。

このように構成されたインクジェットヘッド１００が搭載された画像形成装置（インクジェットプリンタ）には、従来と同様に、解像度や記録速度の異なる複数の記録モードが備えられている。そして、本実施形態では、テキスト印字等に用いるような、解像度を低く（６００ｄｐｉ×６００ｄｐｉ程度）して記録速度を速めたモードを備えており、この低解像度のモードでは、単位記録面積での記録時間を減らすために、１ドット当たりの吐出量（吐出容量）が、標準的な解像度における１滴分の約３倍程度となる大玉化したドット（以下、大玉と記載する）を形成するようにしている。

本実施形態では、前記大玉の１個を、図７（ａ）に示すように、４つの駆動パルス信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４からなる駆動波形で形成するように構成している。なお、この実施形態では、個別電極４４に印加する駆動パルス信号は、図７（ａ）に示すように、常態から電圧を立ち下げることで印加する形態としている。すなわち、インク吐出前は、全個別電極４４とコモン電極４６間に電圧が印加され、その間の活性部が伸長し、全圧力室３６の容積が縮小された状態にあり、インクを吐出しようとする圧力室３６に対応する、積層方向の各個別電極４４への電圧印加を停止すると、活性部が収縮状態に復帰して圧力室３６の容積を拡大する。すると、圧力室３６内のインクが負圧になり圧力波が発生する。この圧力波の圧力が反転して正圧になるタイミングで前記各個別電極４４に再び電圧を印加すると、活性部の伸長による圧力と、正圧に反転した圧力とが重畳され、インク滴がノズル１１から吐出される。

上記インクの圧力波が負圧から正圧のピークになるまでの時間は、圧力室３６、連通孔３７及び貫通孔３８を含む各ノズルごとのインク流路を圧力波が片道伝播する時間によって決まる。この片道伝播時間は、インクの固有振動数及びインク流路の長さだけでなく、流路抵抗、流路を構成する各プレートの剛性などにも影響される。

つまり、駆動パルス信号の立ち下がりから立ち上がりまでの時間、すなわちパルス幅を、上記圧力波の片道伝播時間に一致させると、最も大きな圧力が重畳され、インク滴の吐出速度、液滴体積がピークになることになり、後述するパルス幅Ｔ０をこれに設定する。パルス幅に対する吐出特性は、図７（ｂ）に示すように、このパルス幅Ｔ０に対して大小いずれの方向にずれても、吐出速度、滴滴体積とも低下する山型カーブを描く特性を有している。

図７（ａ）の１番目の駆動パルス信号Ｐ１のパルス幅をＴ１、２番目の駆動パルス信号Ｐ２のパルス幅をＴ２、３番目の駆動パルス信号Ｐ３のパルス幅をＴ３、４番目の駆動パルス信号Ｐ４のパルス幅をＴ４、１番目のパルス幅Ｔ１の終端と２番目のパルス幅Ｔ２の始端との間隔をＷ１、２番目のパルス幅Ｔ２の終端と３番目のパルス幅Ｔ３の始端との間隔をＷ２、３番目のパルス幅Ｔ３の終端と４番目のパルス幅Ｔ４の始端との間隔をＷ３と記載する。

図７（ａ）に示す駆動波形では、まず、１番目のパルス幅Ｔ１と２番目のパルス幅Ｔ２を、パルス幅Ｔ０を避けてその近傍にずらすことで、これらそれぞれによる吐出量を、ピーク値となるパルス幅Ｔ０での吐出量よりも少ない吐出量に設定している。そして、パルス幅のずらし方としては、１番目のパルス幅Ｔ１を前記パルス幅Ｔ０より短くし、かつ２番目のパルス幅Ｔ２を前記パルス幅Ｔ０よりも長くして、パルス幅Ｔ０を挟んで互いに反対側にずらすようにしている。

また、３番目の駆動パルス信号Ｐ３と４番目のパルス信号Ｐ４は、インクを吐出するものではあるが、１番目及び２番目のパルス信号Ｐ１，Ｐ２によって発生した圧力波の変動の各山または谷に対して、ずれた位相で印加されるように設定され、パルス信号Ｐ１，Ｐ２によって発生した圧力波を打ち消す。かつ前記１番目及び２番目よりも少ない吐出量となるように設定されている。ここでは、パルス幅Ｔ３，Ｔ４をいずれもパルス幅Ｔ１よりも短くし、互いに同じパルス幅に設定している。

前述したように、インクジェットヘッド１００には製造上のバラツキによる個体差があるため、吐出特性ごとにグループ分けしてそれぞれに異なるパルス幅Ｔ０を設定したとしても、図７（ｂ）に示す吐出特性のカーブもヘッド毎に多少のばらつきを生じることが避けられない。その結果、図７（ｂ）に示すような吐出特性のカーブにおいて、ピーク値が横軸方向あるいは縦軸方向にずれを生じ、パルス幅Ｔ０のときの吐出量も変動する。

しかしながら、本実施形態では、前記パルス幅Ｔ１とＴ２とを、パルス幅Ｔ０の値を避けて設定しているため、インクジェットヘッド１００が異なっても、吐出量のばらつきを抑制することができる。特に、パルス幅Ｔ１とＴ２とを、パルス幅Ｔ０を挟むようにずらし方を変えているから、前記吐出特性のカーブ及びピーク値が横軸方向にずれた場合には、駆動パルス信号Ｐ１、Ｐ２のうち一方の吐出量が減っても他方の吐出量が増えることになるので、合計すると互いの増減を相殺でき、駆動パルス信号Ｐ１、Ｐ２による合計の吐出量は、インクジェットヘッド１００が異なっても、略一定に保つことができる。

一方、３番目及び４番目の駆動パルス信号Ｐ３，Ｐ４は、単に残存するインクの圧力波を打ち消すためのキャンセル信号として機能するたけではなく、目的とする３滴分の吐出量に不足する分を補填するものである。このように、３番目及び４番目の駆動パルス信号Ｐ３，Ｐ４の２つにキャンセル効果をもたせることで、圧力波を打ち消し、サテライトの発生を防止する効果の確実性を増すことができる。また、吐出量の補填を２つの駆動パルス信号で行なうことで、駆動パルス信号Ｐ３，Ｐ４の１つ当たりの吐出量を少なくできる、すなわちパルス幅を短く設定できるので、前記したキャンセル効果を損なう心配もない。

なお、この実施形態では、大玉用の駆動波形を前述した４つの駆動パルス信号で構成しているが、次のドットの駆動周期に悪影響を及ぼさない範囲であれば、５番目以降に、パルス幅を短くして、インク滴を吐出しないキャンセル用の駆動パルス信号を付加してもよい。

また、本発明は、特開平９−５２３５７号公報に記載されているような圧電材料をせん断モード変形させてインク滴を噴射するものにも適用できる。この場合、駆動パルス信号は電圧を立ち上げによって印加する。

次に、図８に示すように、前記パルス幅Ｔ０が５μｓｅｃとなる吐出特性を有するインクジェットヘッドを用いて、前記Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の最適な組み合わせを求めて実験を行なった。
（実施例１）
図９（ａ）に示す実験結果は、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の値の組み合せを１５通り（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５）用意し、これらを複数のインクジェットヘッド１００に実施して、その吐出結果を、サテライト発生、吐出安定性、吐出容量、ヘッド間容量ばらつきの４つの項目について評価したものである。評価項目のうち、サテライト発生は、被記録媒体に形成された印字に実際にサテライトが生じているか否かを判断したものである。吐出安定性は、ノズルからの吐出状態が経時的に安定しているか否かを判断したものである。吐出容量は、目的とする大きさ（吐出容量）の大玉ドットが被記録媒体に形成されているか否かを判断したものである。ヘッド間容量ばらつきは、実験を行った複数のインクジェットヘッド間で、被記録媒体に形成された大玉ドットの大きさ（吐出容量）にばらつきがあるか否かを判断したものである。いずれも、結果が良好な場合を○、不良の場合を×、その中間を△で示している。なお、印加したパルス幅（Ｔ１〜Ｔ４）及び間隔（Ｗ１〜Ｗ３）の数値は、±０．５μｓｅｃの数値幅を含んだものである。

図９（ａ）の実験結果からわかるように、前記４つの評価項目全てについて○となるのは、実験Ｎｏ．２及びＮｏ．９の２通りの組み合せのみであった（図中に＊を付す）。これにより、サテライトを防止し、且つ目的とする大玉ドットをヘッド間でばらつきなく安定的に形成することができる最適な駆動波形は、具体的には、
３．５μｓ＜Ｔ１＜４．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ１＜４．５μｓ、
７．５μｓ＜Ｔ２＜８．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ２＜５．５μｓ、
２．５μｓ＜Ｔ３＜３．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ３＜４．５μｓ、
２．５μｓ＜Ｔ４＜３．５μｓ
の条件を満たすことが必要であることがわかった。

また、このインクジェットヘッドが、Ｔ０＝５μｓｅｃであることから換算すると、
０．７Ｔ０＜Ｔ１＜０．９Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ１＜０．９Ｔ０、
１．５Ｔ０＜Ｔ２＜１．７Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ２＜１．１Ｔ０、
０．５Ｔ０＜Ｔ３＜０．７Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ３＜０．９Ｔ０、
０．５Ｔ０＜Ｔ４＜０．７Ｔ０、
の条件を満たすことが最適であると導き出すことができた。
（比較例１）
比較のために、図８に示す吐出特性のインクジェットヘッド１００を用いて、従来例の駆動波形の構成についても実験を行なった。図９（ｂ）に示す実験結果は、図１０（ｂ）に示す従来の駆動波形におけるＴ１（＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｗ１＝Ｗ２）、Ｔ４及びＷ３の組み合せを７通り（Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．２７）用意し、実施例１と同様に、複数のインクジェットヘッドに実施して、前記４つの評価項目について評価したものである。

図９（ｂ）の実験結果からも明らかなように、従来例の駆動波形では、Ｔ１（＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｗ１＝Ｗ２）の値を、パルス幅Ｔ０（５μｓｅｃ）の値に一致させるだけでなく、少しずらして印加しても、４つの駆動パルス信号のうちの１番目から３番目（Ｐ１、Ｐ２及びＰ３）を同じパルス幅に設定すると、４つの評価項目が全て○となる組み合せを得ることができないことが確認できた。

本発明の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。 インクジェットヘッドの分解斜視図である。 キャビティユニットの拡大分解斜視図である。 図１のIV−IV線矢視拡大断面図である。 図１のＶ−Ｖ線矢視拡大断面図である。 制御装置のブロック図である。 （ａ）１ドットに対応する駆動波形を示すタイムチャートである。１ドットに対応する駆動波形を示すタイムチャート、（ｂ）パルス幅に対するインク滴の吐出速度の変化を示す吐出特性の図である。 実施例のインクジェットヘッドのパルス幅に対する吐出速度の変化を示す吐出特性の図である。 （ａ）実施例でパルス幅の値の組み合せを変えたときの実験結果を示す図、（ｂ）比較例でパルス幅の値の組み合せを変えたときの実験結果を示す図である。 （ａ）従来例のパルス幅に対するインク滴の吐出速度の変化を示す吐出特性の図、（ｂ）従来例の１ドットに対応する駆動波形を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ キャビティユニット
２ 圧電アクチュエータ
３ フレキシブルフラットケーブル
４ ノズル
７ 共通インク室
３６ 圧力室
４１〜４３ 圧電シート
４４ 個別電極
４６ コモン電極
４８ 表面電極
１００ インクジェットヘッド

Claims (6)

1. 複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられる複数の圧力室と、各圧力室毎に選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータと、このアクチュエータに駆動パルス信号を出力する制御装置とを備え、前記アクチュエータから圧力室に加えられた吐出圧力で、前記ノズルからインク滴を吐出して被記録媒体に記録するインク滴吐出装置において、
   被記録媒体に所定サイズの１ドットを形成する場合に、前記制御装置は、少なくとも４つの駆動パルス信号を出力し、
   前記少なくとも４つの駆動パルス信号のうちの１番目及び２番目の駆動パルス信号は、そのパルス幅が、前記ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度及び吐出量がいずれもピーク値となるときの駆動パルス信号のパルス幅Ｔ０の近傍にずらされて前記ピーク値の吐出量よりも少ない吐出量となるように設定され、
   ３番目及び４番目の駆動パルス信号は、そのパルス幅が、前記１番目及び２番目の駆動パルス信号によって残るインクの圧力波を打ち消しかつ前記１番目あるいは２番目の駆動パルス信号による吐出量よりも少ない吐出量となるように設定されていることを特徴とするインク滴吐出装置。
2. 前記１番目の駆動パルス信号Ｐ１のパルス幅Ｔ１は、前記パルス幅Ｔ０よりも短く設定され、前記２番目の駆動パルス信号Ｐ２のパルス幅Ｔ２は、前記パルス幅Ｔ０よりも長く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のインク滴吐出装置。
3. 前記３番目の駆動パルス信号Ｐ３のパルス幅Ｔ３及び前記４番目の駆動パルス信号Ｐ４のパルス幅Ｔ４はいずれも、前記１番目の駆動パルス信号Ｐ１のパルス幅Ｔ１よりも短く設定されていることを特徴とする請求項２に記載のインク滴吐出装置。
4. 前記１番目のパルス幅Ｔ１、前記２番目のパルス幅Ｔ２、前記３番目のパルス幅Ｔ３、前記４番目のパルス幅Ｔ４、前記１番目のパルス幅Ｔ１の終端と前記２番目のパルス幅Ｔ２の始端との間隔Ｗ１、前記２番目のパルス幅Ｔ２の終端と前記３番目のパルス幅Ｔ３の始端との間隔Ｗ２、及び前記３番目のパルス幅Ｔ３の終端と前記４番目のパルス幅Ｔ４の始端との間隔Ｗ３は、それぞれ前記パルス幅Ｔ０に対して、
   ０．７Ｔ０＜Ｔ１＜０．９Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ１＜０．９Ｔ０、
   １．５Ｔ０＜Ｔ２＜１．７Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ２＜１．１Ｔ０、
   ０．５Ｔ０＜Ｔ３＜０．７Ｔ０、０．７Ｔ０＜Ｗ３＜０．９Ｔ０、
   ０．５Ｔ０＜Ｔ４＜０．７Ｔ０、
   の関係を満たしていることを特徴とする請求項３に記載のインク滴吐出装置。
5. 前記Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｗ１、Ｗ２、及びＷ３は、それぞれ、
   ３．５μｓ＜Ｔ１＜４．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ１＜４．５μｓ、
   ７．５μｓ＜Ｔ２＜８．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ２＜５．５μｓ、
   ２．５μｓ＜Ｔ３＜３．５μｓ、３．５μｓ＜Ｗ３＜４．５μｓ、
   ２．５μｓ＜Ｔ４＜３．５μｓ、
   の範囲にあることを特徴とする請求項４に記載のインク滴吐出装置。
6. 複数のノズルと、各ノズル毎に連通して設けられる複数の圧力室と、各圧力室毎に選択的に吐出圧力を与えるアクチュエータとを備えるインク滴吐出装置の前記アクチュエータに、駆動パルス信号を印加して当該アクチュエータから圧力室に吐出圧力を加え、前記ノズルからインク滴を吐出して被記録媒体に記録するインク滴吐出方法において、
   被記録媒体に所定サイズの１ドットを形成する場合に、少なくとも４つの駆動パルス信号を印加し、
   前記少なくとも４つの駆動パルス信号では、１番目及び２番目の駆動パルス信号を、そのパルス幅を前記ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度及び吐出量がいずれもピーク値となるときの駆動パルス信号のパルス幅Ｔ０の近傍にずらして前記ピーク値の吐出量よりも少ない吐出量となるように設定して印加し、
   ３番目及び４番目の駆動パルス信号を、そのパルス幅を前記１番目及び２番目の駆動パルス信号によって残るインクの圧力波を打ち消しかつ前記１番目あるいは２番目の駆動パルス信号による吐出量よりも少ない吐出量となるように設定して印加することを特徴とするインク滴吐出方法。

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