JP2006231546A - インク滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被記録媒体に少なくとも３種類のドット（大玉、中玉、小玉）を形成する場合に、中玉及び小玉の形成に伴って、インクミストが吐出されることを防止する。
【解決手段】 制御装置から出力された駆動波形によりアクチュエータが圧力室に吐出圧力を与え、共通インク室から各圧力室に分配されたインクが前記吐出圧力によりノズルから吐出されるインク滴吐出装置において、前記制御装置は、被記録媒体に記録されるインク滴の大きさが異なる少なくとも３種類のドットを形成するための駆動波形をそれぞれ出力可能であり、前記３種類のドットである大玉、中玉、及び小玉は、大玉が複数のインク滴の吐出で形成されるとともに、大玉、中玉、小玉の順に、インク滴の吐出速度が遅くなるように、それぞれの駆動波形が設定されている。
【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、かつインク供給源からのインクを共通インク室を介して各圧力室に分配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。

インクジェットプリンタでは、階調表現のために、被記録媒体に形成されるインク滴の大きさ（記録面積）を異ならせた複数種類のドットを混在させて記録を行なうようになっている。このドットは、１ドット当たりの吐出量が異なる大玉、中玉、小玉等のインク滴によって形成される。

そこで、本発明者は、３種類の大きさの異なるドット（大玉、中玉、小玉）を形成するための駆動波形を、以下のように構成した。まず、大玉の形成においては、インク滴を２滴吐出し飛翔中あるいは被記録媒体上で合体して、被記録媒体に１つの大玉ドットを形成する。中玉の形成においては、１ドット当たりインク滴を１滴吐出する構成とした。小玉の形成においては、１ドット当たりインク滴を１滴吐出するが、吐出効率がピーク値となるパルス幅から効率の悪い方向にずれた駆動波形にして、中玉よりも１ドット当たりの吐出量を少なくした。
特開２００２−１６０３６２号公報（図１及び図３参照）

しかしながら、前述したように、記録ヘッドの各圧力室に供給されるインクは共通インク室から分配される構成であるため、同じ共通インク室に対応する圧力室間には、任意の圧力室に付与された吐出圧力が共通インク室を介して他の圧力室に伝播して不正吐出を引き起こす、所謂クロストークを生じる場合がある。

本発明者の実験によると、小玉及び中玉を吐出するノズルでは、これに隣接するノズルから大玉を連続して吐出する等の条件が加わるとクロストークの影響で吐出速度が速くなったり遅くなったりし、また、主となるインク滴の他に、ごく微細なインク滴が余分に吐出されることが確認された。この微細なインク滴は、形や大きさ等が一様ではない。また、微細なインク滴は大玉を吐出する際には確認されず、１滴を吐出する際に、吐出速度が速すぎても遅すぎても発生することが多かった。

この微細なインク滴は、特許文献１等で指摘されている所謂サテライト（被記録媒体に着弾する余分のインク滴）よりも、さらに体積の小さいインク滴であるため、被記録媒体には着弾せずにインクミストとなって浮遊し、記録ヘッドが搭載された画像形成装置の内部に付着して、様々な動作不良を引き起こすことが懸念される。

本発明は、上記問題を解消するものであり、被記録媒体に少なくとも３種類のドット（大玉、中玉、小玉）を形成する場合に、中玉及び小玉の形成に伴って、インクミスト汚染の原因となる微細なインク滴が吐出されることを防止することのできるインク滴吐出装置の実現を目的とするものである。

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、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室と、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波形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、前記制御装置は、被記録媒体に記録されるインク滴の大きさが異なる少なくとも３種類のドットを形成するための駆動波形をそれぞれ出力可能であり、前記３種類のドットである大玉、中玉、及び小玉は、大玉が複数のインク滴の吐出で形成されるとともに、大玉、中玉、小玉の順に、インク滴の吐出速度が遅くなるように、それぞれの駆動波形が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、前記中玉を形成する駆動波形では、当該駆動波形に含まれる駆動パルス信号のパルス幅を、インク滴の吐出速度がピーク値となるときのパルス幅よりも長くすることで、吐出速度を前記ピーク値よりも遅くし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１または２に記載のインク滴吐出装置において、前記小玉を形成する駆動波形は、インク滴を吐出する駆動パルス信号と、そのインク滴の一部を引き戻す駆動パルス信号とを含む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１から３のいずれかに記載のインク滴吐出装置において、前記中玉の吐出速度Ｖ２は、前記大玉の吐出速度Ｖ１に対して、０．８３Ｖ１≦Ｖ２≦０．９５Ｖ１の条件を満たす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１から４のいずれかに記載のインク滴吐出装置において、前記小玉の吐出速度Ｖ３は、前記大玉の吐出速度Ｖ１に対して、０．７７Ｖ１≦Ｖ３≦０．８９Ｖ１の条件を満たすことを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載のインク滴吐出装置において、前記大玉の吐出速度は、８．０ｍ／ｓ以上１０．０ｍ／ｓ以下、中玉の吐出速度は、７．５ｍ／ｓ以上８．５ｍ／ｓ以下、小玉の吐出速度は、７．０ｍ／ｓ以上８．０ｍ／ｓ以下であ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、大玉を複数のインク滴で構成するとともに、中玉及び小玉の吐出速度を大玉の吐出速度よりも順次遅くしている。仮に中玉及び小玉が大玉と同じ速い吐出速度に設定されていると、クロストークが加わった場合にさらに吐出速度が高まって、微細なインク滴が余分に引き出されてインクミストの発生を引き起こすことが本発明者の実験により確認されている。従って、中玉及び小玉の形成では、大玉よりも吐出速度をあらかじめ遅く設定しておくことで、クロストークの影響を受けても、その吐出速度が過度に高速化することを抑制し、その結果、微細なインク滴を余分に吐出することを防いで、インクミストによる汚染の発生を無くすことができる。

請求項２に記載の発明によれば、中玉の吐出速度に、インク滴の吐出速度がピーク値（最大値）となる値を用いずにあえてそれよりも遅い速度に設定しているから、インクミストの原因となる微細なインク滴の吐出を防止できることに加えて、個体差により吐出速度のピーク値がばらつくことを避けて安定的に吐出させることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、小玉は、駆動パルス信号により吐出したインク滴の一部を引き戻すことで、所定の液滴体積とするとともに、当初の吐出速度を低下させ、ミストが発生することが少ない速度とすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、クロストークが加わっても、中玉の吐出に伴う微細なインク滴の発生、ひいてはミストの発生を防止できる。

請求項５に記載の発明によれば、クロストークが加わっても、小玉の吐出に伴う微細なインク滴の発生、ひいてはミストの発生を防止できる。

請求項６に記載の発明によれば、大玉、中玉、及び小玉を混在させた記録（印字）パターンの形成において、仮にクロストークが加わっても、ミストを引き起こすことなく、安定した吐出が可能となる。

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）は大玉用の駆動波形を示すタイムチャート、図７（ｂ）は中玉用の駆動波形を示すタイムチャート、図７（ｃ）は小玉用の駆動波形を示すタイムチャート、図８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、図９は中玉用及び小玉用の駆動波形における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。

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Ｘ方向という）と直交する方向（主走査方向、以下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する。これは、圧力変動が他の圧力室３６へ伝播する所謂クロストークの低減を図ったものである。

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波形の制御を行う。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に駆動波形を出力すると、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）では、階調表現を行なうために、被記録媒体に形成されるインク滴の大きさ（記録面積）を異ならせて複数種類のドットを形成できるようにしている。

この実施形態では、大玉、中玉、及び小玉の３種類の大きさのドット、例えば、大玉のインク滴体積は１０〜４０ｐｌ（好ましくは１６ｐｌ）、中玉は３〜１０ｐｌ（好ましくは８ｐｌ）、小玉は１〜５ｐｌ（好ましくは３ｐｌ）と設定されている。大玉の駆動波形は、図７（ａ）に示すように、Ｐ１１、Ｐ１２、及びＰ１３の３つの駆動パルス信号で構成され、中玉の駆動波形は、図７（ｂ）に示すように、Ｐ２１とＰ２２の２つの駆動パルス信号で構成され、小玉の駆動波形は、図７（ｃ）に示すように、Ｐ３１とＰ３２の２つの駆動パルス信号で構成されている。なお、この実施形態では、個別電極４４に印加される駆動パルス信号は、常態から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８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の大玉用、中玉用の各駆動波形のうち、それぞれの最後に印加されている駆動パルス信号Ｐ１３、Ｐ２２はいずれも、インクに残存する圧力波を打ち消すために印加したキャンセル用信号である。このキャンセル信号は、上記圧力波が正圧のとき圧力室を拡大し、負圧のとき縮小するようにパルス信号を立ち下げ、立ち上げる。あるいは圧力波が負圧のとき圧力室を縮小し、正圧のとき拡大するようにパルス信号を立ち上げ、立ち下げるようにしてもよい。また、図７（ｃ）の小玉用の駆動波形は、駆動パルス信号Ｐ３１によってノズル１１から吐出し始めたインク滴が、まだノズルに繋がっているタイミングで、駆動パルス信号Ｐ３２の立ち下げによって圧力室３６を拡大してそのインク滴の一部を引き戻し、インク滴の体積を小型にするものである。駆動パルス信号Ｐ３２は、駆動パルス信号Ｐ３１によって生じた圧力波が正圧のときに圧力室３６を拡大するので、圧力波を打ち消す作用もある。

この実施形態では、図８に示すように、駆動パルス信号のパルス幅が５μｓｅｃ（＝Ｔ０）のときに、吐出速度が約９．２ｍ／ｓ（＝Ｖ０）とピーク値（最大値）になる吐出特性のインクジェットヘッド１００を用いて、各ドットを形成するのに最適な吐出速度の検討を行なった。なお、この吐出特性のカーブは、製造バラツキ等に起因するインクジェットヘッド１００の個体差により、ヘッド間で若干のばらつきを生じる。

大玉の形成では、駆動パルス信号Ｐ１１及びＰ１２の２つで２滴のインク滴が吐出され、この２滴は飛翔中あるいは被記録媒体上で合体して１つのドットが形成される。この大玉の吐出速度Ｖ１について検討したところ、８．０ｍ／ｓ≦Ｖ１≦１０．０ｍ／ｓの範囲であって、さらに望ましくはＶ１＝９．０ｍ／ｓに設定すると、効率よくインク滴を吐出し、且つクロストークが加わってもインクミストを発生しないことが確認できた。

この大玉の場合にインクミストが発生しない現象は、ピーク値に対応するＴ０に近いところで効率よく大きな体積のインク滴が形成されかつ連続して２滴のインク滴が吐出されるから、仮に１番目のインク滴に伴って微細なインク滴が余分に吐出されても、この余分なインク滴は後続の２番目のインク滴に吸収されて被記録媒体に着弾するので、その結果、ミスト状となって浮遊することがないためであると考えられる。

中玉の形成では、駆動パルス信号Ｐ２１で１滴のインク滴が吐出される。この中玉の吐出速度Ｖ２について検討したところ、７．５ｍ／ｓ≦Ｖ２≦８．５ｍ／ｓの範囲であって、さらに望ましくはＶ２＝８．０ｍ／ｓに設定すると、インクミストが発生しないことが確認できた。

仮に、中玉の吐出速度Ｖ２を、大玉と同じピーク値に近い吐出速度に設定すると、クロストークが加わった場合に、中玉の吐出速度がさらに高まって、主となるインク滴の吐出に伴って必要以上の余分なインクが引っ張り出される。中玉の場合には、大玉と異なってインク滴が連続して吐出されないから、引っ張り出された余分のインクは、インクミストとなって浮遊すると考えられる。そのため、中玉の吐出速度Ｖ２を前記したように従来よりも遅めに設定することにより、その吐出速度がクロストークの影響で高まっても、微細インクを余分に引き出すことがないようにし、その効果を確認することができた。

なお、大玉及び中玉の形成では、いずれもピーク値となる吐出速度（Ｖ０＝９．２ｍ／ｓ）を避けて、吐出速度を設定することが望ましい。ピーク値の吐出速度Ｖ０は、最もエネルギー効率の良い速度であるが、図８に示す吐出特性のカーブは、ヘッドの個体差により多少のずれを生じるため、ピーク値の吐出速度（Ｖ０）の値もヘッド毎に変動する。あえて、このピーク値の吐出速度を用いないことで、吐出の安定性を図っている。

小玉の形成では、駆動パルス信号Ｐ３１で１滴のインク滴が吐出される。この小玉の吐出速度Ｖ３について検討したところ、７．０ｍ／ｓ≦Ｖ３≦８．０ｍ／ｓの範囲であって、さらに望ましくはＶ３＝７．５ｍ／ｓに設定すると、インクミストが発生しないことが確認できた。

小玉は、上記のとおり駆動パルス信号Ｐ３１によってノズル１１から吐出し始めたインク滴の一部を引き戻し、インク滴の体積を小型にするため、インク滴の吐出速度は、当初の速度よりも低下し、さらに、クロストークの影響で一層速度が低下すると、インクミストを発生しやすくなる。このため、所望のインク滴体積での吐出速度よりも若干速めの速度に設定することで、その吐出速度がクロストークの影響で低下しても、余分な微細インクを吐出することがないようにした。実験でもその効果を確認できた。

なお、小玉はきわめて小さいドットであるため、その吐出速度を速めた結果吐出量がわずかに多くなるが、所望のインク滴体積で、ある面積に対して例えば１０滴吐出すべきところを、本実施形態では、１滴当たりの吐出量が増加した分だけ数を減らして例えば８滴吐出させるというように、ソフトで制御して記録品質の劣化を最小限に留めている。

前記吐出速度の関係をまとめると、大玉の吐出速度Ｖ１を基準にした場合に、中玉の吐出速度Ｖ２は、０．８３Ｖ１≦Ｖ２≦０．９５Ｖ１の条件を満たすことが望ましく、小玉の吐出速度Ｖ３は、０．７７Ｖ１≦Ｖ３≦０．８９Ｖ１の関係を満たすことが望ましいことがわかった。この吐出速度の範囲に、大玉、中玉、小玉の吐出速度をそれぞれ設定することにより、インクジェットプリンタ（画像形成装置）にてこれらが混在する記録パターンを形成しても、インクミストが発生することはなく、ひいては装置内部を汚染することもなかった。

次に、インクミストの発生防止に好適な前述の中玉の吐出速度（Ｖ２＝８．０ｍ／ｓ）及び小玉の吐出速度（Ｖ３＝７．５ｍ／ｓ）を得るための駆動波形について、具体的にそれぞれの最適化を行なった。図７（ｂ）に示すように、中玉の駆動波形は２つの駆動パルス信号Ｐ２１、Ｐ２２を含み、図７（ｃ）に示すように、小玉の駆動波形は２つの駆動パルス信号Ｐ３１、Ｐ３２を含んでいる。以下、駆動パルス信号のパルス幅を吐出順にＴ１、Ｔ２、Ｔ３とし、駆動パルス信号の終端と次の駆動パルス信号の始端との間すなわちパルス間隔をＷ１、Ｗ２として説明する。

図９に示す実験結果は、Ｔ１、Ｔ２、Ｗ１の値の組み合せを、小玉に対して１６通り（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６）、中玉に対して１５通り（Ｎｏ．２１〜Ｎｏ．３５）用意し、これらをそれぞれ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、吐出速度、吐出安定性、吐出量（インク滴体積）の３つの項目について評価したものである。評価項目のうち、吐出速度は、小玉あるいは中玉に規定された前記吐出速度が得られるか否かを判断したものである。吐出安定性は、大玉、中玉、小玉が混在する多数の記録パターンの形成において、インクミストが発生するか否かを判断したものである。吐出量は、目的とする大きさ（吐出量）の小玉あるいは中玉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。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。

図９の実験結果からわかるように、前記３つの評価項目全てについて○となるのは、小玉用では、Ｎｏ．１０、１１、１３、１４の４通りの組み合せであり、中玉用では、Ｎｏ．３１、３２、３３の３通りの組み合せであった（図中に＊を付す）。すなわち、小玉用の駆動波形としては、Ｔ１＝３．８μｓｅｃ、３．０μｓｅｃ≦Ｗ１≦３．４μｓｅｃ、Ｔ２＝１．８μｓｅｃの条件を満たすか、あるいは、Ｔ１＝４．２μｓｅｃ、２．６μｓｅｃ≦Ｗ１≦３．０μｓｅｃ、Ｔ２＝１．８μｓｅｃの条件を満たすかした場合に、安定した吐出性能でかつインクミストを防止できることが確認できた。つまり、パルス幅や間隔は若干の誤差やばらつきが許容されることが実験や経験上分かっているから、小玉用の駆動波形は、前記Ｔ０に対して駆動パルス信号Ｐ３１のＴ１を、０．６８Ｔ０＜Ｔ１＜０．９２Ｔ０、駆動パルス信号Ｐ３２のＴ２を、０．３２Ｔ０＜Ｔ２＜０．４Ｔ０、両パルスの間隔Ｗ１を、０．４７Ｔ０＜Ｗ１＜０．７６Ｔ０とすることが好ましい。さらに好しくは、Ｔ１＝０．７６Ｔ０または０．８４Ｔ０、Ｔ２＝０．３６Ｔ０、Ｗ１＝０．５２Ｔ０または０．６Ｔ０または０．６８Ｔ０とする。

中玉用の駆動波形としては、Ｔ１＝６．０μｓｅｃ、７．６μｓｅｃ≦Ｗ１≦８．４μｓｅｃ、Ｔ２＝７．２μｓｅｃの条件を満たす場合に、安定した吐出性能でかつインクミストを防止できることが確認できた。つまり、中玉用の駆動波形は、前記Ｔ０に対して駆動パルス信号Ｐ２１のＴ１を、１．０Ｔ０＜Ｔ１＜１．３２Ｔ０、駆動パルス信号Ｐ２２のＴ２を、１．３６Ｔ０＜Ｔ２＜１．５２Ｔ０、両パルスの間隔Ｗ１を、１．３７Ｔ０＜Ｗ１＜１．７２Ｔ０とすることが好ましい。さらに好しくは、Ｔ１＝１．２Ｔ０、Ｔ２＝１．４４Ｔ０、Ｗ１＝１．５２Ｔ０または１．６Ｔ０または１．６８Ｔ０とする。

なお、この実施形態では検討結果を示していないが、大玉の吐出速度（Ｖ１＝９．０ｍ／ｓ）を得る条件としては、駆動パルス信号Ｐ１１のＴ１をＴ１＝６．０μｓｅｃ、駆動パルス信号Ｐ１２のＴ２をＴ２＝６．０μｓｅｃ、駆動パルス信号Ｐ１３のＴ３をＴ３＝７．０μｓｅｃ、パルス信号Ｐ１１とＰ１２との間隔Ｗ１をＷ１＝５．０μｓｅｃ、パルス信号Ｐ１２とＰ１３の間隔Ｗ２をＷ２＝９．６μｓｅｃが好適であることが確認できている。つまり、大玉用の駆動波形は、前記Ｔ０に対して駆動パルス信号Ｐ１１、Ｐ１２のＴ１、Ｔ２を、０．９Ｔ０＜Ｔ１（Ｔ２）＜１．３Ｔ０、駆動パルス信号Ｔ３のＴ３を、１．２Ｔ０＜Ｔ３＜１．５Ｔ０、駆動パルス信号Ｐ１１と駆動パルス信号Ｐ１２間のＷ１を、０．９Ｔ０＜Ｗ１＜１．１Ｔ０、駆動パルス信号Ｐ１２と駆動パルス信号Ｐ１３間のＷ２を、１．７Ｔ０＜Ｗ２＜２．１Ｔ０とする。さらに好ましくは、Ｔ１＝１．２Ｔ０、Ｔ２＝１．２Ｔ０、Ｔ３＝１．４Ｔ０、Ｗ１＝１．０Ｔ０、Ｗ２＝１．９２Ｔ０とする。

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。

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）大玉用の駆動波形を示すタイムチャート、（ｂ）中玉用の駆動波形を示すタイムチャート、（ｃ）小玉用の駆動波形を示すタイムチャートである。 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。 中玉用及び小玉用の駆動波形における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。

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、複数の圧力室にインクを分配するための共通インク室と、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波形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、
   前記制御装置は、被記録媒体に記録されるインク滴の大きさが異なる少なくとも３種類のドットを形成するための駆動波形をそれぞれ出力可能であり、
   前記３種類のドットである大玉、中玉、及び小玉は、大玉が複数のインク滴の吐出で形成されるとともに、大玉、中玉、小玉の順に、インク滴の吐出速度が遅くなるように、それぞれの駆動波形が設定されていることを特徴とするインク滴吐出装置。
2. 前記中玉を形成する駆動波形では、当該駆動波形に含まれる駆動パルス信号のパルス幅を、インク滴の吐出速度がピーク値となるときのパルス幅よりも長くすることで、吐出速度を前記ピーク値よりも遅くし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. 前記小玉を形成する駆動波形は、インク滴を吐出する駆動パルス信号と、そのインク滴の一部を引き戻す駆動パルス信号とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のインク滴吐出装置。
4. 前記中玉の吐出速度Ｖ２は、前記大玉の吐出速度Ｖ１に対して、０．８３Ｖ１≦Ｖ２≦０．９５Ｖ１の条件を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインク滴吐出装置。
5. 前記小玉の吐出速度Ｖ３は、前記大玉の吐出速度Ｖ１に対して、０．７７Ｖ１≦Ｖ３≦０．８９Ｖ１の条件を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインク滴吐出装置。
6. 前記大玉の吐出速度は、８．０ｍ／ｓ以上１０．０ｍ／ｓ以下、中玉の吐出速度は、７．５ｍ／ｓ以上８．５ｍ／ｓ以下、小玉の吐出速度は、７．０ｍ／ｓ以上８．０ｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインク滴吐出装置。

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