JP2007062091A - 液体吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出効率を向上させると共に、安定吐出を実現させる。
【解決手段】液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し前記液体が吐出されるノズルと、前記圧力室の一壁面を変位させる変位発生手段と、前記変位発生手段を駆動するための駆動信号を供給する信号供給手段と、を備え、前記圧力室内の前記液体及び前記変位発生手段の共振周期は略同一であり、前記駆動信号は、前記圧力室内の液体を加圧する方向に前記変位発生手段を変位させる押し波形を少なくとも含み、前記押し波形が始まってから終了するまでの第１の時間が前記共振周期の正の整数倍であることを特徴とする液体吐出装置を提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、液体吐出装置及び画像形成装置に係り、特に、アクチュエータの共振駆動により吐出効率を向上させた液体吐出装置及び画像形成装置に関する。

従来より、圧電素子（ピエゾ素子）を備えたアクチュエータを利用して、圧力室内のインクを加圧することにより、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する、インクジェット方式のヘッド（インクジェットヘッド）が広く用いられている。

この種のヘッドには、アクチュエータの共振周波数（固有振動数）をヘッド（圧力室）内のインクの共振周波数に合わせることで、アクチュエータを共振駆動させて、吐出効率の向上を図ったものがある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２００３−２９１３５７号公報 特開平７−１１７２２５号公報

しかしながら、このような従来のヘッドでは、ヘッド（圧力室）内のインクに対する加振効果は、インク吐出時だけでなく、その後の残留振動にまで影響が及んでしまう。このため、インク滴が余計に吐出されてしまうといった問題や、仮にインク滴が吐出されないような条件で設定されていたとしても安定吐出ができず高周波駆動ができないといった問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、吐出効率を向上させると共に、安定吐出を実現させた液体吐出装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室に連通し前記液体が吐出されるノズルと、前記圧力室の一壁面を変位させる変位発生手段と、前記変位発生手段を駆動するための駆動信号を供給する信号供給手段と、を備え、前記圧力室内の前記液体及び前記変位発生手段の共振周期は略同一であり、前記駆動信号は、前記圧力室内の液体を加圧する方向に前記変位発生手段を変位させる押し波形を少なくとも含み、前記押し波形が始まってから終了するまでの第１の時間が前記共振周期の正の整数倍であることを特徴とする液体吐出装置を提供する。

本発明によれば、圧力室内の液体と変位発生手段の共振周期（固有周期）を略同一にし、且つ、駆動信号に含まれる押し波形が始まってから終了するまでの時間がその共振周期の正の整数倍にすることで、変位発生手段の共振駆動により圧力室内の液体に対する加振効率が向上するので吐出効率が向上すると共に、液体吐出後の圧力室内の液体の残留振動が低減されるので安定吐出が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出装置であって、前記駆動信号は、前記押し波形の前に、前記圧力室内の液体を減圧する方向に前記変位発生手段を変位させる引き波形を有し、前記引き波形が始まってから前記押し波形が始まるまでの第２の時間が、前記第１の時間の略半分であることを特徴とする。

請求項２の態様は、圧力室内の液体に対する加振効率が向上する。

また、前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、圧力室内の液体と変位発生手段の共振周期（固有周期）を略同一にし、且つ、駆動信号に含まれる押し波形が始まってから終了するまでの時間がその共振周期の正の整数倍にすることで、変位発生手段の共振駆動により圧力室内の液体に対する加振効率が向上するので吐出効率が向上すると共に、液体吐出後の圧力室内の液体の残留振動が低減されるので安定吐出が可能となる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部１２を構成する各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

尚、インク色ごとに設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下では、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを示すものとする。

〔印字ヘッドの構造〕
図２は、印字ヘッド５０のインク吐出面を表した平面図である。図３は、図２中３−３線に沿う断面図である。

図２に示すように、本例の印字ヘッド５０は、ノズル５１、圧力室５２及び供給口５４を含む圧力室ユニット５３が主走査方向及び主走査方向に直交しない斜めの方向に２次元状（マトリクス状）に配列されている。主走査方向に沿って並ぶように投影される投影ノズル列は一定のノズルピッチＰで等間隔に並ぶように配置されており、これにより、記録紙面上に印字されるドットピッチの高密度化が達成されている。

図３に示すように、インクが充填される圧力室５２の一端部はノズル５１に連通している。圧力室５２の他端部には供給口５４が形成されており、圧力室５２は供給口５４を介して共通流路５５に連通している。特に図示はしないが、共通流路５５は複数の圧力室５２と連通しており、各圧力室５２に分配供給されるインクが貯留されている。尚、共通流路５５には、図１に示したインク貯蔵／装填部１４からインクが供給される。

アクチュエータ６０は、本発明における変位発生手段に相当し、圧力室５２の上壁面を構成している振動板５６と、振動板５６上に接合された圧電素子５８とから構成されている。圧電素子５８は圧力室５２に対応して設けられており、圧電素子５８の上面には個別電極５７が形成されている。振動板５６はＳＵＳ等の導電部材で構成されており、複数の圧電素子５８に対する共通電極を兼ねている。振動板５６を非導電部材で構成し、その表面に導電層を形成するようにしてもよい。

このように構成されるアクチュエータ６０に所定の駆動信号（駆動電圧）が供給（印加）されると、圧電素子５８の変位によって振動板５６が変形し、これにより、圧力室５２内のインクが加圧されてノズル５１からインク滴が吐出される。尚、本発明の特徴である駆動信号については後で詳説する。

〔制御系の構成〕
次に、インクジェット記録装置１０の制御系について説明する。

図４は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。

ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示に従って後乾燥部４２その他各部のヒータ８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図４において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ８４は、本発明における信号供給手段に相当し、プリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０のアクチュエータ６０（図３参照）を駆動するための駆動信号を生成し、アクチュエータ６０に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ８４には印字ヘッド５０の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供する。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行う。

〔駆動信号〕
次に、本発明の特徴であるアクチュエータ６０に供給される駆動信号について説明する。

本実施形態では、アクチュエータ６０の共振周期Ｔ０と印字ヘッド５０内のインクの共振周期Ｔ１が同一となるように設計されている。印字ヘッド５０内のインクの共振周期Ｔ１は、特に、圧力室５２内のインクから主に構成される振動系の共振周期をいい、インクの粘度や圧力室５２の形状、その他流路の形状等に基づいてその共振周波数Ｔ１は定められる。以下では、印字ヘッド５０内のインクの共振周期Ｔ１を、略して、印字ヘッド５０の共振周期Ｔ１ともいうことがある。

印字ヘッド５０の共振周期Ｔ１の測定方法としては、印字ヘッド５０内（圧力室５２、供給流路５５など）にインクが充填された状態において、圧力室５２内のインクをいったん引いてから押す、いわゆる引き押し波形の駆動信号をアクチュエータ６０に供給することでインク吐出を行い、引き押しの間隔を変化させてその吐出速度を測定する。測定した吐出速度が最も速くなる時間が印字ヘッド５０の共振周期の半分であるため、この値を２倍にすることで、印字ヘッド５０の共振周期Ｔ１を求めることができる。

一方、アクチュエータ６０の共振周期Ｔ０の測定方法としては、図３において、アクチュエータ６０を構成する振動板５６の圧力室５２側の面、つまり、圧力室５２内のインクを直接押す面の変位を測定する。アクチュエータ６０に供給する駆動信号を正弦波とし、その正弦波の振動数を変化させながら、その面の変位量が最も大きくなるような振動数（共振周波数）の逆数がアクチュエータ６０の共振周期Ｔ０となる。変位の測定は、例えば、レーザードプラー変位計を用いることにより測定可能である。

図５は、本実施形態に係る駆動信号の一例を示した波形図である。同図に示すように、本例の駆動信号は、１吐出周期内に１つの吐出用パルス波形１００を含んでいる。この吐出用パルス波形１００は、最大電位から最小電位に下降する立ち下がり波形１００Ａと、最小電位を維持する維持波形１００Ｂと、最小電位から最大電位に上昇する立ち上がり波形１００Ｃとから構成される。このような吐出用パルス波形１００は、圧力室５２内のインクをいったん引いてから押す、いわゆる引き押し波形である。つまり、圧力室５２の容積をいったん拡大してから減少するような波形であり、これにより、圧力室５２内のインクはいったん減圧されてから加圧され、ノズル５１からインク滴が吐出される。より詳しく説明すると、吐出用パルス波形１００がアクチュエータ６０に印加されると、立ち下がり波形（引き波形）１００Ａにより圧力室５２の容積はいったん拡大して圧力室５２内は減圧され、これにより、ノズル５１のインクメニスカスは圧力室５２側に引き込まれる。維持波形１００Ｂによりインクメニスカスが引き込まれた状態が維持された後、立ち上がり波形（押し波形）１００Ｃにより圧力室５２の容積は減少して圧力室５２内のインクは加圧されノズル５１からインク滴が吐出される。

このような吐出用パルス波形１００において、立ち上がり波形１００Ｃの印加が開始されてから終了するまでの時間（印加時間）Ｔｃは、印字ヘッド５０の共振周期Ｔ１（アクチュエータ６０の共振周期Ｔ０）の正の整数倍となるように設定されている。つまり、ｎを正の整数とするとき、次式（１）を満足するように立ち上がり波形１００Ｃが設定されている。

Ｔｃ＝ｎ×Ｔ１ ・・・（１）
これにより、アクチュエータ６０の共振駆動により圧力室５２内のインクは加振されるのでノズル５１からインク滴が効率良く吐出される。一方で、インク吐出後における圧力室５２内のインクに対する残留振動は加振効果を受けず、インク吐出が不安定となるといった不具合が生じない。

立ち上がり波形（押し波形）１００Ｃの印加時間Ｔｃ、つまり、圧力室５２内のインクを押し始めてから押し終わるまでの時間Ｔｃを短くすることにより、インクの吐出速度を早くすることができる。従って、前記式（１）におけるｎは小さい方が望ましく、ｎが１であるときが最も望ましい。

また、図５に示すように、立ち下がり波形（引き波形）１００Ａの印加が開始されてから立ち上がり波形（押し波形）１００Ｃの印加が開始されるまでの時間は、立ち上がり波形１００Ｃの印加時間Ｔｃの略半分であることが望ましい。即ち、圧力室５２内のインクを引き始めてから押し始めるまでの時間が、圧力室５２内のインクを押し始めてから押し終わるまでの略半分となるように吐出用パルス波形１００が構成されていることが望ましい。このような波形にすることにより、圧力室５２のインクに対する加振効率を更に向上させることができる。

アクチュエータ６０の駆動信号は、図５に示した例に限定されない。図６は、本実施形態に係る駆動信号の変形例を示した波形図である。例えば、図６の（ａ）に示した吐出用パルス波形２００のように、立ち下がり波形２００Ａの傾きを図５に比べて緩やかにした波形でもよい。また、図６の（ｂ）に示した吐出用パルス波形３００のように、立ち下がり波形３００Ａの傾きを同図の（ａ）より更に緩めて、最小電位を維持することなく、立ち下がり波形３００Ａが終了すると同時に立ち上がり波形３００Ｃが開始されるような波形でもよい。いずれの吐出用パルス波形２００、３００においても、立ち下がり波形２００Ａ、３００Ａの印加が開始されてから立ち上がり波形２００Ｃ、３００Ｃの印加が開始されるまでの時間は、立ち上がり波形２００Ｃ、３００Ｃの印加時間の略半分となるように構成されている。

尚、図５に示したような引き押し波形によってインク吐出する場合、立ち下がり波形１００Ａ（２００Ａ、３００Ａ）の印加時間は特に限定されるものではないが、圧力室５２内のインクを引く速度が速いと圧力室５２内のインクに対する加振効果が大きくなる。従って、立ち下がり波形１００Ａの印加時間、即ち、圧力室５２内のインクを引きはじめてから引き終わるまでの時間は短い方が望ましく、図５に示した立ち下がり波形１００Ａのように時間軸に対して略垂直に立ち下がる波形が最も望ましい。

次に、本発明の効果に対する理解を深めるため、図７で示したような印字ヘッド５０の等価回路図を用いて分析を行った結果を図８〜図１１に示す。図７中、図３と共通する部分には同一符号を付している。図７において、ノズル５１、圧力室５２及び共通流路５５から成る部分６４の共振周期は、印字ヘッド５０の共振周期Ｔ１と等価である。

図８は、本発明が適用された場合を示している。同図の（ａ）は駆動信号に含まれる吐出用パルス波形５００を表している。また、同図の（ｂ）は吐出用パルス波形５００が印加されたときのインクメニスカスの速度の変位を表しており、（ｃ）はこのときのインクメニスカスの体積の変位を表している。本例では、アクチュエータ６０の共振周期、印字ヘッド５０の共振周期、及び、立ち上がり波形（押し波形）５００Ｃの印加時間がいずれも４［μｓ］となっている。立ち下がり波形（引き波形）５００Ａの印加時間は１［μｓ］である。

本例の印字ヘッド５０では、メニスカス速度が１５［ｍ／ｓ］以上である場合にインク吐出が行われる。吐出用パルス波形５００が印加された場合、図８の（ｂ）に示すように、初回の振幅における最大速度部５１０ではメニスカス速度が１５［ｍ／ｓ］を超えるため、ノズル５１からインク滴が吐出される。このとき、図８の（ｃ）に示すように、吐出されるインク滴の体積は約２［ｐｌ］である。これに対して、次の振幅における最大速度部５２０ではメニスカス速度が約５［ｍ／ｓ］であるためインク吐出は行われなない。その後、メニスカス速度は徐々に減衰して０に静定する。

図９〜図１１は、本発明が適用されなかった場合の例を示している。各図の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図７の（ａ）〜（ｃ）に対応している。

図９は、アクチュエータ６０の共振周期、及び、印字ヘッド５０の共振周期は４［μｓ］であり、立ち上がり波形（押し波形）６００Ｃの印加時間、及び、立ち下がり波形（引き波形）５００Ａの印加時間が１［μｓ］となっている。つまり、立ち上がり波形（押し波形）６００Ｃの印加時間が印字ヘッド５０（アクチュエータ６０）の共振周期の正の整数倍ではない構成となっている。

このような吐出用パルス波形６００が印加されると、図９の（ｂ）に示すように、初回の振幅における最大速度部６１０ではメニスカス速度が約２８［ｍ／ｓ］となりインク吐出が行われる。これは、図８の場合よりもインクの吐出速度が速いことを示している。しかしながら、次の振幅における最大速度部６２０のメニスカス速度は約１４［ｍ／ｓ］である。これは、少しでもばらつきが生じるとインク吐出が行われてしまうことを示しており、不安定吐出の要因となる。つまり、立ち上がり波形（押し波形）６００Ｃの印加時間が印字ヘッド５０（アクチュエータ６０）の共振周期の正の整数倍でない場合には、インク吐出後の残留振動にまで加振効果が及んでしまい、安定吐出ができない。これに対して、図８の（ｂ）に示したように、本発明が適用された場合には、インク吐出後の残留振動には影響なく、安定吐出が可能となる。

図１０は、アクチュエータ６０と印字ヘッド５０の共振周期が異なる場合の例であり、アクチュエータ６０の共振周期が１［μｓ］、印字ヘッド５０の共振周期が４［μｓ］となっている。吐出用パルス波形７００は、図８と同じ条件となっており、立ち上がり波形７００Ｃの印加時間が４［μｓ］、立ち下がり波形７００Ｃの印加時間が１［μｓ］である。

このような吐出用パルス波形７００が印加されると、図１０の（ｂ）に示すように、初回の振幅における最大速度部７１０ではメニスカス速度１５［ｍ／ｓ］に到達せず、インク吐出が行われない。これは、アクチュエータ６０と印字ヘッド５０の共振周波数が異なっていると、圧力室５２内のインクは加振されないことを示しており、この結果、アクチュエータ６０の低電圧駆動ができず吐出効率が低下する要因となる。これに対して、図８の（ｂ）に示したように、本発明が適用された場合には、アクチュエータ６０と印字ヘッド５０の共振周波数を同一にしておくことにより、圧力室５２内のインクは加振されるので、アクチュエータ６０の低電圧駆動が可能となり吐出効率が向上している。

図１１は、アクチュエータ６０と印字ヘッド５０の共振周期が異なり、更に、立ち上がり波形（押し波形）８００Ｃの印加時間が印字ヘッド５０の共振周期の正の整数倍ではない場合を示している。具体的には、印字ヘッド５０の共振周期が４［μｓ］であり、アクチュエータ６０の共振周期、立ち上がり波形８００Ｃの印加時間、及び、立ち下がり波形８００Ａの印加時間が１［μｓ］となっている。

このような吐出用パルス波形８００が印加されると、図１１の（ｂ）に示すように、初回の振幅における最大速度部８１０ではメニスカス速度は約２５［ｍ／ｓ］となり、インク吐出が行われる。しかしながら、インクの吐出速度が２５［ｍ／ｓ］と速いにもかかわらず、この吐出速度が正となっている時間が吐出速度に対して短いことから液柱が細くなる。この細い液柱をそのあとに発生させる負の速度ですばやく引きちぎる必要があるが、当条件ではその速度が−１３［ｍ／ｓ］と最初の速度と比較して小さいため、うまく引きちぎることができなくなっている。このため、細い液柱が細かい複数の液滴に分裂し、多くのサテライトが生じることが懸念される。これに対して、本発明では吐出速度が１６［ｍ／ｓ］と普通の速さであり、吐出速度が正となっている時間も吐出速度に対して短くはないため、この条件では液柱は太くなる。この太い液柱を負の速度で引きちぎる際の吐出速度が−７［ｍ／ｓ］で、この速度は液柱を液滴状態とするように引きちぎるには十分な速度である。このように本発明ではサテライトの発生を抑えることができ、画質の観点からも好ましいことが分かる。

以上説明したように、本実施形態によれば、アクチュエータ６０と印字ヘッド５０の共振周期を同一とし、インク吐出用パルス波形の立ち上がり波形（押し波形）の印加が開始されてから解除されるまでの時間を前記共振周期の正の整数倍とすることで、アクチュエータ６０の駆動により圧力室５２内のインクは加振されるのでノズル５１からインク滴が効率良く吐出される。従って、アクチュエータ６０の低電圧駆動が可能となり、吐出効率が向上する。また、インク吐出後における圧力室５２内のインクの残留振動は加振効果を受けないので安定したインク吐出が可能となる。

また、立ち下がり波形（引き波形）の印加が開始されてから立ち上がり波形（押し波形）の印加が開始されるまでの時間を、立ち上がり波形（押し波形）の印加が開始されてから解除されるまでの時間の半分とすることにより、圧力室５２内のインクに対する加振効果を更に向上させることができる。

尚、本実施形態では、アクチュエータ６０と印字ヘッド５０の共振周期を同一としたが、上記分析によれば、アクチュエータ６０の共振周期が印字ヘッド５０の共振周期に対して±２％の誤差の範囲内とすることにより、上述したような本発明の効果を十分得ることが可能である。また、立ち下がり波形（引き波形）の印加が開始されてから立ち上がり波形（押し波形）の印加が開始されるまでの時間についても同様であり、立ち上がり波形（押し波形）の印加が開始されてから解除されるまでの時間の半分に対して±２％の誤差の範囲内であれば本発明の効果を十分得ることができる。また、アクチュエータ６０と印字ヘッド５０の共振モードは１次モードに限定されず、更に、共振モードが異なるような組み合わせでもよい。例えば、アクチュエータ６０の１次振動モードにおける共振周期が印字ヘッド５０の２次振動モードにおける共振周期と略同一に構成されていてもよい。

以上、本発明の液体吐出装置及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。 印字ヘッドのインク吐出面を表した平面図である。 図２中３−３線に沿う断面図である。 インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。 本実施形態に係る駆動信号の一例を示した波形図である。 本実施形態に係る駆動信号の変形例を示した波形図である。 印字ヘッドの等価回路図である。 本発明が適用された場合の効果を示した説明図である。 本発明が適用されなかった場合の説明図である。 本発明が適用されなかった場合の説明図である。 本発明が適用されなかった場合の説明図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５４…供給口、５６…振動板、５８…圧電素子、５５…共通液室、６０…アクチュエータ、８０…プリント制御部、８４…ヘッドドライバ、１００…吐出用パルス波形、１００Ａ…立ち下がり波形（引き波形）、１００Ｂ…維持波形、１００Ｃ…立ち上がり波形（押し波形）

Claims (3)

1. 液体が充填される圧力室と、
   前記圧力室に連通し前記液体が吐出されるノズルと、
   前記圧力室の一壁面を変位させる変位発生手段と、
   前記変位発生手段を駆動するための駆動信号を供給する信号供給手段と、を備え、
   前記圧力室内の前記液体及び前記変位発生手段の共振周期は略同一であり、
   前記駆動信号は、前記圧力室内の液体を加圧する方向に前記変位発生手段を変位させる押し波形を少なくとも含み、
   前記押し波形が始まってから終了するまでの第１の時間が前記共振周期の正の整数倍であることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記駆動信号は、前記押し波形の前に、前記圧力室内の液体を減圧する方向に前記変位発生手段を変位させる引き波形を有し、
   前記引き波形が始まってから前記押し波形が始まるまでの第２の時間が、前記第１の時間の略半分であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images