JP2007083737A - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録画像の高画質化を図り、メニスカスの微振動を最適化する。
【解決手段】駆動信号発生回路は、周期ｔ毎に発生される基本吐出パルスと（ＰＳ１，３，５）、基本吐出パルスの発生タイミングから１／２ｔ経過後のタイミングで発生される補助吐出パルス（ＰＳ４）と、微振動加圧パルス（ＰＳ２）と、微振動減圧パルス（ＰＳ６）とを含む駆動信号を発生する。微振動加圧パルスは記録周期Ｔの前半であって隣り合う基本吐出パルス同士の間に配置され、微振動減圧パルスは記録周期Ｔの後半に配置される。同じ大きさのドットが連続して記録される際に、圧電振動子へのパルス供給間隔が記録周期Ｔを跨いで一定になるように基本吐出パルスと補助吐出パルスとを選択し、ドットの非記録の際には、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとを選択する。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧力室内の圧力変動によりノズル開口からインク滴を吐出させて画像等を記録するインクジェット式記録装置に関する。

インクジェット式プリンタやプロッタ等のインクジェット式記録装置では、記録ヘッドを主走査方向に、記録紙を副走査方向にそれぞれ移動させ、これらの移動に連動して記録ヘッドのノズル開口からインク滴を吐出させることにより、記録紙上に画像や文字を記録する。このインク滴の吐出は、ノズル開口に対応させて設けた圧力発生素子（例えば圧電振動子）を作動させ、ノズル開口と連通した圧力室に圧力変動を生じさせることで行われる。

この種の記録装置では、画質を向上させるために大きさの異なる複数種類のドットによる階調表現が行われている。このため、インク滴を吐出させる同一波形形状の吐出パルス信号を複数含んだ一連の駆動信号から吐出パルス信号を選択して圧力発生素子に供給し、圧力発生素子に供給する吐出パルス信号の数に応じてドットの大きさを変えるようにした記録装置が提案されている（特許文献１）。
この記録装置では、例えば、一定間隔で発生される吐出パルス信号を一記録周期内に３つ含ませて一連の駆動信号を構成し、大ドットを形成する場合は記録周期内の３つの吐出パルス信号を圧力発生素子に供給し、中ドットを形成する場合は２つの吐出パルス信号を圧力発生素子に供給し、小ドットを形成する場合は１つの吐出パルス信号を圧力発生素子に供給する。これにより、「大ドット」、「中ドット」、「小ドット」、「非記録」の４階調での階調表現を行っている。
特開平１０−８１０１２号公報

ところで、上記の記録ヘッドは、比較的高い周波数で圧力室に圧力変動を生じさせてインク滴を吐出するので、インク滴の量、飛翔速度、飛翔方向などは、ノズル開口のメニスカス（ノズル開口にて露出したインクの自由表面）の振動方向や位置によって変化してしまう。このため、インク滴の量等を揃えるためには、吐出パルス信号の供給開始時点におけるメニスカスの振動方向やメニスカスの位置を揃えることが肝要である。従って、前後に吐出される吐出パルス信号同士の時間間隔、言い換えれば、吐出パルス信号の圧力発生素子への供給間隔を揃えることが求められる。

しかしながら、従来の記録装置では、吐出パルス信号の圧力発生素子への供給間隔がばらついてしまうことがあった。
例えば、５０マイクロ秒の周期で吐出パルス信号が発生され、この吐出パルス信号が一記録周期内に３つ含まれている場合について考える。この場合において、大ドットを記録するときには、記録周期内の３つの吐出パルス信号を全て選択する。そして、中ドットを記録するときには、２つの吐出パルス信号、例えば１番目の吐出パルス信号と３番目の吐出パルス信号とを選択する。また、小ドットを記録するときには、１つの吐出パルス信号、例えば、２番目の吐出パルス信号を選択する。

そして、大ドットを連続的に記録する場合には、５０マイクロ秒の周期で発生する全ての吐出パルス信号を選択して圧力発生素子へ供給するので、吐出パルス信号の供給間隔は５０マイクロ秒で一定になる。同様に、小ドットを連続的に記録する場合には、一記録周期内の特定の吐出パルス信号を選択して圧力発生素子へ供給するので、吐出パルス信号の供給間隔は１５０マイクロ秒で一定になる。従って、大ドットや小ドットについては、連続記録時においてもインク滴の量等を揃えることができる。

しかし、中ドットを連続的に記録する場合には、一記録周期内に等間隔で発生する３つの吐出パルス信号の内の何れか２つの吐出パルス信号を選択することになるので、吐出パルス信号の供給間隔が５０マイクロ秒、１００マイクロ秒、５０マイクロ秒、１００マイクロ秒・・・、あるいは、その逆、とばらついて一定しない。このため、吐出パルス信号の供給開始時点におけるメニスカスの振動方向やメニスカスの位置がばらつき、インク滴の量にばらつきが生じてしまう。その結果、画像にむらが生じてしまう等の不具合が生じる。

また、この種の記録ヘッドではメニスカスが空気に曝されているので、このメニスカスを通じてインク溶媒の蒸発が生じ、ノズル開口付近のインク粘度が上昇している。そして、ノズル開口付近のインク粘度が上昇してしまうと、やはりインク滴の量等がばらついてしまう。このため、記録ヘッドの主走査中において、インク滴を吐出しないノズル開口については、メニスカスを微振動させることでノズル開口付近のインクを攪拌し、インクの増粘を防止している。

ここで、メニスカスを微振動させるための微振動パルス信号は、上記の吐出パルス信号と共に一記録周期内に配置される。このため、単に微振動パルス信号を配置しただけでは、一記録周期が長くなってしまい、記録速度の向上させることが困難になってしまう。また、前記録周期でインク滴を吐出した直後に微振動パルスを供給してしまうと、インク滴の吐出に伴うメニスカスの振動が収束しない内に微振動パルスが供給されてメニスカスが加振され、メニスカスの過剰な振動が持続してしまう虞がある。そして、過剰な振動が持続すると、次記録周期でインク滴を吐出する際にインク滴の量等がばらついてしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録画像の高画質化を図ると共に、記録動作中になされるメニスカスの微振動を最適化することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、インク滴を吐出させる同一波形形状の吐出パルス信号を複数含むと共にインク滴が吐出しない程度にメニスカスを微振動させる微振動パルス信号を含んだ一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、駆動信号発生手段が発生した駆動信号からパルス信号を選択し、選択したパルス信号を圧力発生素子に供給するパルス供給手段とを備え、圧力発生素子に供給する吐出パルス信号の数に応じて記録するドットの大きさを変えるように構成したインクジェット式記録装置において、
前記吐出パルス信号を、周期ｔ毎に発生される基本吐出パルスと、基本吐出パルスの発生タイミングから１／２ｔ経過後のタイミングで発生される補助吐出パルスとから構成すると共に、前記微振動パルス信号を、微振動加圧パルスと、微振動減圧パルスとから構成し、
駆動信号発生手段は、少なくとも３つの基本吐出パルスと、少なくとも１つの補助吐出パルスと、一対の微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスとを一記録周期内に含み、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの一方を記録周期の前半であって隣り合う基本吐出パルス同士の間に配置すると共に、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの他方を記録周期の後半に配置した駆動信号を発生し、
パルス供給手段は、同じ大きさのドットが連続して記録される際に、圧力発生素子へのパルス供給間隔が記録周期を跨いで一定になるように基本吐出パルスと補助吐出パルスとを選択し、ドットの非記録の際には、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとを選択することを特徴とするインクジェット式記録装置である。

この構成によれば、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの一方を記録周期の前半であって隣り合う基本吐出パルス同士の間に配置すると共に、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの他方を記録周期の後半に配置した駆動信号を発生し、パルス供給手段は、ドットの非記録の際には、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとを選択するので、例えば、１つのノズル開口が、ドットの記録、非記録、ドットの記録と記録周期毎に記録動作を変化する場合、非記録の記録周期の前半において微振動加圧パルス又は微振動減圧パルスの一方が供給されるまでには、基本吐出パルスの１つ分の時間間隔が少なくとも空く。このため、メニスカスの過剰な振動が収まってから微振動加圧パルス又は微振動減圧パルスを供給することができる。また、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの他方を記録周期の後半に配置しているので、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとの供給間隔を長く取ることができる。これにより、ノズル開口付近のインクに対する効率の良い攪拌が可能となると共に、次の記録周期におけるドットの記録時にメニスカスの振動を安定させることができる。従って、微振動パルス信号の供給によりメニスカスを過剰に振動させてしまう不具合を防止できる。さらに、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとを分割して記録周期の前半と後半とに分けて配置しているので、記録周期を過剰に長くすることがなく、限られた記録周期内に各パルスを効率よく収めることもできる。

また、吐出パルス信号を、周期ｔ毎に発生される基本吐出パルスと、基本吐出パルスの発生タイミングから１／２ｔ経過後のタイミングで発生される補助吐出パルスとから構成し、パルス供給手段は、同じ大きさのドットが連続して記録される際に、圧力発生素子へのパルス供給間隔が記録周期を跨いで一定になるように基本吐出パルスと補助吐出パルスとを選択するので、同じ大きさのドットを連続的に記録する際において、吐出パルス信号同士の時間間隔が一定になり、各吐出パルス信号の供給開始時点におけるメニスカスの状態を揃えることができる。これにより、インク滴の吐出条件を揃えることができ、インク滴の量のばらつき、インク滴の飛翔速度、インク滴の飛翔方向のばらつき等を防止することができる。その結果、画像にむらが生じることを防止することができ、記録画像の高画質化が図れる。

上記構成において、前記駆動信号発生手段は、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの他方を、最後の基本吐出パルスよりも後に配置した駆動信号を発生することが望ましい。

上記構成によれば、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとの供給間隔を最も長く取ることができ、ノズル開口付近のインクに対し、一層効率の良い攪拌が可能となると共に、次の記録周期におけるドットの記録時にメニスカスの振動をより安定させることができる。

上記各構成において、前記駆動信号発生手段は、微振動加圧パルスを記録周期の前半に配置し、微振動減圧パルスを記録周期の後半に配置した駆動信号を発生することが望ましい。

上記構成によれば、微振動加圧パルスの方が微振動減圧パルスよりもメニスカスを大きく振動させるので、インクの攪拌効果とメニスカスの安定性を高いレベルで両立させることができる。

上記各構成において、前記駆動信号発生手段が発生する駆動信号は、３つの基本吐出パルスと１つの補助吐出パルスとを一記録周期内に含み、
パルス供給手段は、大ドットの記録時には一記録周期内の３つの基本吐出パルスを選択し、中ドットの記録時には１つの基本吐出パルスと１つの補助吐出パルスを選択し、小ドットの記録時には１つの基本吐出パルスを選択することが望ましい。

上記構成において、前記駆動信号発生手段は、２番目の基本吐出パルスを一記録周期の半分のタイミングで発生することが望ましい。

この構成によれば、小ドットの記録に用いる２番目の基本吐出パルスを一記録周期の半分のタイミングで発生するようにしたので、小ドットの着弾中心は、ドット記録領域内のほぼ中央になる。このため、ドット記録位置の偏りを少なくすることができ、画質の向上に寄与する。

上記各構成において、前記圧力発生素子を圧電振動子によって構成し、この圧電振動子の変形によって圧力室の容積を変化させることにより、圧力室に圧力変動を生じさせることが好ましい。

また、上記各構成において、前記圧力発生素子を発熱素子によって構成し、この発熱素子が発生する熱によって気泡の体積を変化させることにより、圧力室に圧力変動を生じさせることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここで、図１は、代表的なインクジェット式記録装置であるインクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタと称する。）のブロック図である。

例示したプリンタは、プリンタコントローラ１とプリントエンジン２とから構成されている。プリンタコントローラ１は、図示しないホストコンピュータ等からの印刷データ等を受信するインターフェース３（以下、外部Ｉ／Ｆ３と称する。）と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ４と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ５と、ＣＰＵ等からなる制御部６と、クロック信号（ＣＫ）を発生する発振回路７と、記録ヘッド８へ供給する駆動信号（ＣＯＭ）を発生する駆動信号発生回路９と、ドットパターンデータ及び駆動信号等をプリントエンジン２に送信するためのインターフェース１０（以下、内部Ｉ／Ｆ１０という）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ３は、例えばキャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータのいずれか１つのデータ又は複数のデータからなる印刷データをホストコンピュータ等から受信する。また、外部Ｉ／Ｆ３は、ホストコンピュータに対してビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）等を出力する。

ＲＡＭ４は、受信バッファ、中間バッファ、出力バッファ及びワークメモリ（図示せず）等として利用されるものである。受信バッファには、外部Ｉ／Ｆ３が受信したホストコンピュータからの印刷データが一時的に記憶される。中間バッファには、制御部６によって中間コードに変換された中間コードデータが記憶される。出力バッファには、ドット毎の階調データ、つまり、ドットパターンデータが展開される。ＲＯＭ５は、制御部６によって実行される各種制御ルーチン、フォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。

制御部６は、受信バッファ内の印刷データを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデータを中間バッファに記憶する。また、制御部６は、中間バッファから読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５内のフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して中間コードデータをドット毎の階調データに展開する。この階調データ（ＳＩ）は、例えば２ビットデータで構成される。

この展開された階調データは出力バッファに記憶されて、記録ヘッド８の１行分に相当する階調データが得られると、この１行分の階調データは、内部Ｉ／Ｆ１０を介して記録ヘッド８にシリアル伝送される。出力バッファから１行分の階調データが出力されると、中間バッファの内容が消去されて、次の中間コードに対する変換が行われる。また、制御部６は、タイミング信号発生手段の一部を構成し、内部Ｉ／Ｆ１０を通じて記録ヘッド８にラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）を供給する。これらのラッチ信号やチャンネル信号は、図４に示すように、駆動信号（ＣＯＭ）を構成するパルス信号（第１パルスＰＳ１〜第６パルスＰＳ６と、接続パルスＣＰ１及びＣＰ２）の供給開始タイミングを規定する。

駆動信号発生回路９は、本発明における駆動信号発生手段の一種であり、記録ヘッド８へ供給する一連の駆動信号を発生する。この駆動信号は、所定量のインク滴を記録ヘッド８のノズル開口１１（図３参照）から吐出させ得る吐出パルス信号と、インク滴を吐出させない程度にメニスカスを振動させる微振動パルス信号とを含んで構成される。
上記の吐出パルス信号は、周期ｔ毎に発生される基本吐出パルスと、この基本吐出パルスと同じ波形形状であって、基本吐出パルスの発生タイミングから１／２ｔ（０．５ｔ）経過後のタイミングで発生される補助吐出パルスとからなり、微振動パルス信号は、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとからなる。

図４に例示した駆動信号は、一記録周期Ｔ内に、３つの基本吐出パルス（第１パルスＰＳ１，第３パルスＰＳ３，第５パルスＰＳ５）と、１つの補助吐出パルス（第４パルスＰＳ４）と、微振動加圧パルス（第２パルスＰＳ２）と、微振動減圧パルス（第６パルスＰＳ６）とを含んでいる。そして、駆動信号発生回路９は、これらのパルス信号を記録周期Ｔ毎に繰り返し発生する。なお、この駆動信号については、後で詳しく説明する。

プリントエンジン２は、記録ヘッド８と、キャリッジ機構１２と、紙送り機構１３とを備えている。

キャリッジ機構１２は、記録ヘッド８が取り付けられたキャリッジと、このキャリッジをタイミングベルト等を介して走行させるパルスモータ等からなり、記録ヘッド８を主走査方向に移動させる。紙送り機構１３は、紙送りモータ及び紙送りローラ等からなり、記録紙（印刷媒体の一種）を順次送り出して副走査を行う。

次に、記録ヘッド８について詳しく説明する。まず、記録ヘッド８の構造について説明する。
図３に示すように、例示した記録ヘッド８は、ケース２０の先端面に流路ユニット２１を接合している。そして、ケース２０の内部に収納した振動子ユニット２２によって流路ユニット２１内の圧力室２３に圧力変動を生じさせて、ノズル開口１１からインク滴を吐出する構成である。

ケース２０は、振動子ユニット２２を収容する収容室２４が内部に形成された箱状体であり、例えば樹脂材によって成型される。ケース２０内に設けた収容室２４は、流路ユニット２１との接合面側の開口から反対面まで連なっている。

流路ユニット２１は、流路形成基板２５の一方の面にノズルプレート２６を、流路形成基板２５の他方の面に振動板２７を接合した構成とされる。流路形成基板２５は、シリコンウエハー等から形成されており、これをエッチング加工することにより所定パターンに区画されていて、各ノズル開口１１と連通する複数の圧力室２３、共通インク室２８、共通インク室２８から各圧力室２３へ繋がる複数のインク供給路２９等をなす隔壁が適宜に形成されている。なお、共通インク室２８には、インク供給管３０と接続される接続口が設けられ、インクカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクがこの接続口を通じて共通インク室２８に供給される。

ノズルプレート２６には、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口１１…が列状に開設されており、これらのノズル開口１１…によってノズル列が構成されている。そして、このノズル列は、紙送り方向、つまり、副走査方向に形成されている。

振動板２７は、ステンレス板等の支持板３１にＰＰＳ膜等の弾性体膜３２を積層した二重構造を採り、各圧力室２３に対応する部分は支持板３１が環状にエッチング加工されて、環内に島部３３が形成されている。

振動子ユニット２２は、圧力発生素子の一種である圧電振動子３４と固定板３５とから構成されている。圧電振動子３４は、圧電体と電極層とを交互に積層した一枚の圧電振動子板に、流路ユニット２１の各圧力室２３…に対応した所定ピッチでスリット部を形成することにより櫛歯状に形成される。また、固定板３５は、この櫛歯状振動子の基端部分に固着される。この振動子ユニット２２は、圧電振動子３４の先端が開口から臨む姿勢でケース２０の収容室２４内に挿入され、固定板３５を収容室２４の内壁へ固着させることによりケース２０に取り付けられる。この取付状態において、圧電振動子３４の各先端は、振動板２７の対応する島部３３に固着される。

各圧電振動子３４は、対向する電極間に電位差を与えることにより、積層方向と直交する素子長手方向に伸縮し、圧力室２３を区画する弾性体膜３２を変位させる。即ち、この記録ヘッド８では、充電により圧電振動子３４が素子長手方向に縮小するので、この縮小に伴って弾性体膜３２が変位して圧力室２３が膨張する。また、放電により圧電振動子３４が素子長手方向に伸長するので、この伸長に伴って弾性体膜３２がノズルプレート２６側へ押され、島部３３周辺の弾性体膜３２が変形して圧力室２３が収縮する。そして、このような圧力室２３の容積変化に伴って圧力室２３内に充填されたインクに圧力変動が生じるので、圧力室２３の容積変化を制御することにより、ノズル開口１１からインク滴を吐出させることができる。

次に、図１及び図２を参照して記録ヘッド８の電気的な構成について説明する。なお、図２では、図１に記載されている制御ロジックやレベルシフタを省略している。

この記録ヘッド８は、第１シフトレジスタ４１及び第２シフトレジスタ４２からなるシフトレジスタ回路と、第１ラッチ回路４３と第２ラッチ回路４４とからなるラッチ回路と、デコーダ４５と、制御ロジック４６と、レベルシフタ４７と、スイッチ回路４８と、圧電振動子３４とを備えている。各シフトレジスタ４１，４２、各ラッチ回路４３，４４、デコーダ４５、スイッチ回路４８、及び、圧電振動子３４は、それぞれ記録ヘッド８の各ノズル開口１１に対応して複数設けられる。例えば、図２に示すように、第１シフトレジスタ素子４１Ａ〜４１Ｎと、第２シフトレジスタ素子４２Ａ〜４２Ｎと、第１ラッチ素子４３Ａ〜４３Ｎと、第２ラッチ素子４４Ａ〜４４Ｎと、デコーダ素子４５Ａ〜４５Ｎと、スイッチ素子４８Ａ〜４８Ｎと、圧電振動子３４Ａ〜３４Ｎとから構成される。

そして、この記録ヘッド８は、プリンタコントローラ１からの階調データ（ＳＩ）に基づいてインク滴を吐出させる。即ち、プリンタコントローラ１からの階調データは、発振回路７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、内部Ｉ／Ｆ１０から第１シフトレジスタ４１及び第２シフトレジスタ４２にシリアル伝送される。プリンタコントローラ１からの階調データは、例えば、（１０）、（０１）等の２ビットデータであり、各ドット毎、即ち、各ノズル開口１１毎に設定される。そして、全てのノズル開口１１に関する下位ビット（ビット０）のデータが第１シフトレジスタ素子４１Ａ〜４１Ｎに入力され、全てのノズル開口１１に関する上位ビット（ビット１）のデータが第２シフトレジスタ素子４２Ａ〜４２Ｎに入力される。

第１シフトレジスタ４１には第１ラッチ回路４３が電気的に接続され、第２シフトレジスタ４２には第２ラッチ回路４４が電気的に接続されている。そして、プリンタコントローラ１からのラッチ信号（ＬＡＴ）が各ラッチ回路に入力されると、第１ラッチ回路４３は階調データの下位ビットのデータをラッチし、第２ラッチ回路４４は階調データの上位ビットをラッチする。即ち、各シフトレジスタ素子４１Ａ〜４１Ｎ，４２Ａ〜４２Ｎに入力された階調データは、各ラッチ素子４３Ａ〜４３Ｎ，４４Ａ〜４４Ｎにラッチされる。このような動作をする第１シフトレジスタ４１及び第１ラッチ回路４３と、第２シフトレジスタ４２及び第２ラッチ回路４４の組は、それぞれが記憶回路を構成し、デコーダ４５に入力される前の階調データを一時記憶する。

各ラッチ回路でラッチされた階調データは、デコーダ４５、詳しくは、デコーダ素子４５Ａ〜４５Ｎに入力される。このデコーダ４５は、２ビットの階調データを翻訳して８ビットの印字データを生成する。従って、このデコーダ４５、上記の制御部６、シフトレジスタ４１，４２、及び、ラッチ回路４３，４４は、印字データ生成手段として機能し、階調データから印字データを生成する。

この印字データの各ビットは、図５に示すように、駆動信号（ＣＯＭ）を構成する第１パルスＰＳ１〜第６パルスＰＳ６及び接続パルスＣＰ１，ＣＰ２に対応しており、各パルスの選択情報として機能する。また、デコーダ４５には、制御ロジック４６からのタイミング信号も入力されている。この制御ロジック４６は、制御部６と共にタイミング信号発生手段として機能しており、ラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）に基づいてタイミング信号を発生する。

デコーダ４５によって翻訳された８ビットの印字データは、タイミング信号によって規定されるタイミングで上位ビット側から順次レベルシフタ４７に入力される。このレベルシフタ４７は、電圧増幅器として機能し、印字データが「１」の場合には、スイッチ回路４８を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。

レベルシフタ４７で昇圧された「１」の印字データは、スイッチ手段として機能するスイッチ回路４８に供給される。このスイッチ回路４８の入力側には、駆動信号発生回路９からの駆動信号（ＣＯＭ）が供給されており、スイッチ回路４８の出力側には圧電振動子３４が接続されている。印字データは、スイッチ回路４８の作動を制御する。例えば、スイッチ回路４８に加わる印字データが「１」である期間中は、駆動信号が圧電振動子３４に供給され、この駆動信号に応じて圧電振動子３４は変形する。一方、スイッチ回路４８に加わる印字データが「０」の期間中は、レベルシフタ４７からはスイッチ回路４８を作動させる電気信号が出力されないので、圧電振動子３４へは駆動信号が供給されない。要するに、印字データ「１」が設定された第１パルスＰＳ１〜第６パルスＰＳ６が選択的に圧電振動子３４に供給される。なお、第１接続パルスＣＰ１と第２接続パルスは圧電振動子３４に供給されないので、対応する印字データは常に「０」が設定される。また、印字データ「０」が設定されている期間中において、圧電振動子３４は直前の電位を維持する。

そして、以上の説明から分かるように、本実施形態では、制御部６、シフトレジスタ４１，４２、ラッチ回路４３，４４、デコーダ４５、制御ロジック４６、レベルシフタ４７、及び、スイッチ回路４８が、本発明のパルス供給手段として機能しており、パルス信号としての第１パルスＰＳ１〜第６パルスＰＳ６を駆動信号から選択し、この選択したパルスを圧電振動子３４に供給する。

次に、駆動信号（ＣＯＭ）と、この駆動信号に基づくインク吐出制御について説明する。

まず、駆動信号について説明する。図４に示すように、駆動信号発生回路９が発生する駆動信号は、周期ｔ毎（例えば、５０マイクロ秒）に発生される基本吐出パルス、及び、この基本吐出パルスの発生タイミングから１／２ｔ（例えば、２５マイクロ秒）経過後のタイミングで発生される補助吐出パルスとからなる吐出パルス信号と、微振動加圧パルス、及び、微振動減圧パルスとからなる微振動パルス信号と、圧電振動子３４には供給されない接続パルス信号とを含んで構成されている。

例えば、上記の駆動信号発生回路９は、基本吐出パルスとしての第１パルスＰＳ１、第３パルスＰＳ３及び第５パルスＰＳ５を周期ｔ毎に発生している。そして、２番目の基本吐出パルスである第３パルスＰＳ３を、記録周期Ｔの略半分のタイミングで発生している。詳しくは、後述する吐出要素Ｐ３が１／２Ｔのタイミングとなるように第３パルスＰＳ３を発生している。
また、駆動信号発生回路９は、補助吐出パルスとしての第４パルスＰＳ４を、第３パルスＰＳ３と第５パルスＰＳ５の丁度中間のタイミングで発生している。即ち、この第４パルスＰＳ４は、記録周期Ｔの後半であって、２番目の基本吐出パルスである第３パルスＰＳ３の発生タイミングから１／２ｔ経過後のタイミングで発生される。

これらの第１パルスＰＳ１，第３パルスＰＳ３，第４パルスＰＳ４，第５パルスＰＳ５は、何れも同じ波形形状をしている。即ち、これらのパルスＰＳ１，ＰＳ３，ＰＳ４，ＰＳ５は、中間電位ＶＭから最高電位ＶＰまでインク滴を吐出させない程度の一定勾配で電位を上昇させる膨張要素Ｐ１と、最高電位ＶＰを所定時間保持する膨張ホールド要素Ｐ２と、最高電位ＶＰから最低電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させる吐出要素Ｐ３と、最低電位ＶＬを所定時間保持する収縮ホールド要素Ｐ４と、最低電位ＶＬから中間電位ＶＭまで電位を上昇させる制振要素Ｐ５とを含んで構成されている。

そして、これらのパルスＰＳ１，ＰＳ３，ＰＳ４，ＰＳ５を圧電振動子３４に供給すると、各パルスが供給される毎に所定量（例えば１３ピコリットル）の小インク滴がノズル開口１１から吐出される。

また、駆動信号発生回路９は、微振動加圧パルスとしての第２パルスＰＳ２を第１パルスＰＳ１と第３パルスＰＳ３との間に発生し、微振動減圧パルスとしての第６パルスＰＳ６を第５パルスＰＳ５よりも後のタイミングで発生している。つまり、第２パルスＰＳ２は記録周期Ｔの前半に配置され、第６パルスＰＳ６は記録周期Ｔの後半、詳しくは、記録周期Ｔの最後に配置されている。

そして、第２パルスＰＳ２は、中間電位ＶＭから微振動電位ＶＭＬまでインク滴を吐出させない程度の一定勾配で電位を下降させる微振動加圧要素Ｐ６と、微振動電位ＶＬＭを維持する第１微振動ホールド要素Ｐ７とを含んで構成されている。また、第６パルスＰＳ６は、微振動電位ＶＬＭを維持する第２微振動ホールド要素Ｐ８と、微振動電位ＶＭＬから中間電位ＶＭまでインク滴を吐出させない程度の一定勾配で電位を上昇させる微振動減圧要素Ｐ９とを含んで構成されている。なお、微振動電位ＶＭＬは、中間電位ＶＭよりも低く、最低電位ＶＬよりも高く設定された電位である。

これらの第２パルスＰＳ２と第６パルスＰＳ６は、後述するように対になって選択される。そして、これらのパルスＰＳ２，ＰＳ６が選択される際には、他のパルスは選択されないため、第２パルスＰＳ２が圧電振動子３４に供給されると振動子電位は中間電位ＶＭから振動子電位ＶＭＬまで下降し、第６パルスＰＳ６が供給されるまで振動子電位ＶＭＬが維持される。その後、第６パルスＰＳ６が供給されると、振動子電位は振動子電位ＶＭＬから中間電位ＶＭまで上昇する。
その結果、微振動加圧要素Ｐ６の供給によって圧力室２３が少し収縮し、室内のインクが少し加圧される。圧力室２３の収縮状態は微振動減圧要素Ｐ９が供給されるまで維持され、微振動減圧要素Ｐ９の供給によって圧力室２３が少し膨張するので、室内のインクが少し減圧される。このような圧力室２３内のインク加減圧に伴ってメニスカスが微振動する。

ところで、第２パルスＰＳ２の終端電位と第３パルスＰＳ３の始端電位とは相違するので、これらの電位を接続すべく駆動信号発生回路９は、第２パルスＰＳ２と第３パルスＰＳ３の間に第１接続パルスＣＰ１を、第５パルスＰＳ５と第６パルスＰＳ６の間に第２接続パルスＣＰ２をそれぞれ配置している。
第１接続パルスＣＰ１は、微振動電位ＶＭＬから中間電位ＶＭまで急勾配で電位を上昇させる第１接続要素Ｐ１０を含んでおり、第２接続パルスＣＰ２は、中間電位ＶＭから微振動電位ＶＭＬまで急勾配で電位を下降させる第２接続要素Ｐ１１を含んでいる。
そして、これらの第１接続パルスＣＰ１及び第２接続パルスＣＰ２は、専らパルス同士の接続に用いられるため、圧電振動子３４には供給されない。このため、上記の第１接続要素Ｐ１０や第２接続要素Ｐ１１の勾配は、可能な限り急峻に設定することができる。

このような駆動信号を用いるプリンタにおいては、一記録周期Ｔ内に供給する吐出パルス信号の数を変えることでノズル開口１１から吐出させるインク滴の量を異ならせることができる。このため、パルス供給手段（制御部６、シフトレジスタ４１，４２、ラッチ回路４３，４４、デコーダ４５、制御ロジック４６、レベルシフタ４７、及び、スイッチ回路４８、以下同様。）は、記録するドットの大きさに応じて、一記録周期Ｔ内の吐出パルス（パルスＰＳ１，ＰＳ３，ＰＳ４，ＰＳ５）の選択数を可変している。

本実施形態では、一記録周期Ｔ内において、３つの吐出パルス信号を圧電振動子３４に供給することで大ドットを記録し、２つの吐出パルス信号を供給することで中ドットを記録し、１つの吐出パルス信号を供給することで小ドットを記録する。さらに、ドットを記録しない（非記録）の場合には、微振動パルス信号を圧電振動子３４に供給することでメニスカスを微振動させる。

この場合、パルス供給手段は、同じ大きさのドットを連続して記録する際には、圧電振動子３４へのパルス供給間隔が記録周期Ｔを跨いで一定になるように、基本吐出パルスと補助吐出パルスとを選択して圧電振動子３４に供給する。また、ドットを記録しない場合には、微振動パルスを圧電振動子３４に供給する。
例えば、図５に示すように、大ドットを記録する際には、パルス供給手段は、一記録周期Ｔ内に発生される全ての基本吐出パルス、即ち、第１パルスＰＳ１、第３パルスＰＳ３、及び第５パルスＰＳ５を選択して圧電振動子３４に供給する。また、中ドットを記録する際には、一記録周期Ｔ内に発生される基本吐出パルスの１つである第１パルスＰＳ１と補助吐出パルスである第４パルスＰＳ４とを選択して圧電振動子３４に供給し、小ドットを記録する際には、２番目の基本吐出パルスである第３パルスＰＳ３を選択して圧電振動子３４に供給する。さらに、ドットを記録しない場合には、微振動加圧パルスである第２パルスＰＳ２と微振動減圧パルスである第６パルスＰＳ６を選択して圧電振動子３４に供給する。

このパルスの選択は、階調データをデコーダ４５で翻訳することで得られた印字データに基づいて行われる。
即ち、デコーダ４５は、階調値を示す階調データを受信すると、８ビットの印字データ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８）を生成する。そして、この印字データの各ビットは、上記したように、第１パルスＰＳ１〜第６パルスＰＳ６及び接続パルスＣＰ１，ＣＰ２に対応している。詳しくは、印字データＤ１が第１パルスＰＳ１に、印字データＤ２が第２パルスＰＳ２に、印字データＤ３が第１接続パルスＣＰ１に、印字データＤ４が第３パルスＰＳ３に、印字データＤ５が第４パルスＰＳ４に、印字データＤ６が第５パルスＰＳ５に、印字データＤ７が第２接続パルスＣＰ２に、印字データＤ８が第６パルスＰＳ６に、それぞれ対応している。
そして、デコーダ４５は、印字データＤ１をラッチ信号のタイミングで供給し、印字データＤ２をチャンネル信号ＣＨ１のタイミングで供給し、印字データＤ３をチャンネル信号ＣＨ２のタイミングで供給し、印字データＤ４をチャンネル信号ＣＨ３のタイミングで供給する。同様に、印字データＤ５をチャンネル信号ＣＨ４のタイミングで供給し、印字データＤ６をチャンネル信号ＣＨ５のタイミングで供給し、印字データＤ７をチャンネル信号ＣＨ６のタイミングで供給し、印字データＤ８をチャンネル信号ＣＨ７のタイミングで供給する。

この制御により、図６に示すように、階調値１（階調データ００）の場合には、第２パルスＰＳ２（微振動加圧パルス）と第６パルスＰＳ６（微振動減圧パルス）とによる微振動パルス信号が圧電振動子３４に供給され、これに伴って圧力室２３内のインクがインク滴を吐出しない程度に加減圧されてメニスカスが微振動する。また、階調値２（階調データ０１）の場合には、第３パルスＰＳ３（２番目の基本吐出パルス）が圧電振動子３４に供給され、これに伴ってノズル開口１１からは１つのインク滴が吐出される。また、階調値３（階調データ１０）の場合には、第１パルスＰＳ１（１番目の基本吐出パルス）と第４パルスＰＳ４（補助吐出パルス）とが圧電振動子３４に供給され、これに伴ってノズル開口１１からは２つのインク滴が吐出される。さらに、階調値４（階調データ１１）の場合には、第１パルスＰＳ１、第３パルスＰＳ３、及び、第５パルスＰＳ５（３番目の基本吐出パルス）が圧電振動子３４に供給され、これに伴ってノズル開口１１からは３つのインク滴が吐出される。

その結果、図７（ａ）に示すように、１つのノズル開口１１が、大ドット、非記録（印字内微振動）、中ドットと順次記録動作を変化する場合において、大ドットを記録した後に第２パルスＰＳ２（微振動加圧パルス）が供給されるまでに、１番目の基本吐出パルスである第１パルスＰＳ１分以上の時間間隔Ｗ１が空く。このため、メニスカスの過剰な振動が収まってから第２パルスＰＳ２を供給することができる。また、第６パルスＰＳ６（微振動減圧パルス）を記録周期Ｔの最後に配置しているので、第２パルスＰＳ２が供給されてから第６パルスＰＳ６を供給するまでの時間Ｗ２を長く取ることができる。これにより、ノズル開口１１付近のインクの効率の良い攪拌が可能となると共に、次の記録周期Ｔにおける中ドットの記録時にメニスカスの振動を安定させることができる。従って、微振動パルス信号の供給によりメニスカスを過剰に振動させてしまう不具合を防止できる。さらに、第２パルスＰＳ２と第６パルスＰＳ６とを分割して記録周期Ｔの前半と後半とに分けて配置しているので、記録周期Ｔを過剰に長くすることがなく、限られた記録周期Ｔ内に各パルスを効率よく収めることができる。

また、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、同じ大きさのドットを連続して記録する際には、圧電振動子３４へのパルス供給間隔が記録周期Ｔを跨いで一定に揃う。

例えば、小ドットを連続的に記録する場合には、第３パルスＰＳ３（２番目の基本吐出パルス）だけが選択されるので、吐出パルス信号の供給間隔は、先の記録周期Ｔにおける第３パルスＰＳ３から次の記録周期Ｔにおける第３パルスＰＳ３までの時間間隔３ｔとなる。従って、この場合には、周期３ｔ（例えば１５０マイクロ秒）毎に吐出パルス信号が圧電振動子３４に供給される。

また、中ドットを連続的に記録する場合には、第１パルスＰＳ１と第４パルスＰＳ４とが選択される。ここで、同じ記録周期Ｔ内に属する第１パルスＰＳ１から第４パルスＰＳ４までの時間間隔は、第１パルスＰＳ２から第３パルスＰＳ３までの時間間隔が所定周期ｔであり、第３パルスＰＳ３から第４パルスＰＳ４までの時間間隔が０．５ｔであることから、両方の時間を加算した１．５ｔとなる。同様に、先の記録周期Ｔに属する第４パルスＰＳ４から後の記録周期Ｔに属する第１パルスＰＳ１までの時間間隔は、先の記録周期Ｔに属する第４パルスＰＳ４から先の記録周期Ｔに属する第５パルスＰＳ５までの時間間隔が０．５ｔであり、先の記録周期Ｔに属する第５パルスＰＳ５から後の記録周期Ｔに属する第１パルスＰＳ１までの時間間隔が所定周期ｔであることから、やはり１．５ｔとなる。従って、この場合には、周期１．５ｔ（例えば７５マイクロ秒）毎に吐出パルス信号が圧電振動子３４に供給される。

また、大ドットを記録する際には、所定周期ｔ毎で発生される基本吐出パルスが全て選択されるので、先の記録周期Ｔにおける最後の吐出パルス信号（第５パルスＰＳ５）から次の記録周期Ｔにおける最初の吐出パルス信号（第１パルスＰＳ１）までの時間間隔も所定周期ｔとなる。従って、この場合には、所定周期ｔ（例えば５０マイクロ秒）毎に吐出パルス信号が圧電振動子３４に供給される。

その結果、吐出パルス信号としての第１パルスＰＳ１〜第５パルスＰＳ５の供給開始時点におけるメニスカスの状態（例えば、振動方向やメニスカスの位置など）を揃えることができる。即ち、大ドットを連続的に記録する場合には、第１パルスＰＳ１の供給開始時点、第３パルスＰＳ３の供給開始時点、及び、第５パルスＰＳ５の供給開始時点においてメニスカスの状態を揃えることができる。同様に、中ドットを連続的に記録する場合には第１パルスＰＳ１及び第４パルスＰＳ４の供給開始時点においてメニスカスの状態を揃えることができ、小ドットを連続的に記録する場合には第３パルスＰＳ３の供給開始時点においてメニスカスの状態を揃えることができる。
これにより、インク滴の量のばらつき、インク滴の飛翔速度、インク滴の飛翔方向のばらつきを防止することができ、画質の向上を図ることができる。

さらに、本実施形態では小ドットを記録するための第３パルスＰＳ３（２番目の基本吐出パルス）を一記録周期Ｔの半分のタイミングで発生しているので、この小ドットの着弾中心は、１ドットを構成するインク滴が着弾し得る領域であるドット記録領域内における主走査方向のほぼ中央になる。このため、ドット記録位置の偏りを少なくすることができ、画質の向上に寄与する。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の追加、変更等が可能である。

例えば、上記の実施形態では、微振動加圧パルスとしての第２パルスＰＳ２を記録周期Ｔの前半に配置し、微振動減圧パルスとしての第６パルスＰＳ６を記録周期Ｔの後半に配置した駆動信号を例示したが、微振動減圧パルスを記録周期Ｔの前半に配置し、微振動加圧パルスを記録周期Ｔの後半に配置してもよい。そして、上記の実施形態のように、微振動加圧パルスを記録周期Ｔの前半に配置し、微振動減圧パルスを記録周期Ｔの後半に配置すると、微振動加圧パルスの方が微振動減圧パルスよりもメニスカスを大きく振動させるので、インクの攪拌効果とメニスカスの安定性を高いレベルで両立させることができる。

また、一記録周期Ｔ内で発生させる基本吐出パルスは３つに限定されるものではなく３つ以上であればよい。同様に、補助吐出パルスを一記録周期Ｔ内で複数発生させてもよい。

また、圧力発生素子として圧電振動子３４を用いた記録ヘッド８について説明したが、磁歪素子を圧力発生素子として用いても良い。さらに、ヒータ等の発熱素子を圧力発生素子として用い、この発熱素子が発生する熱によって気泡の体積を変化させることにより、圧力室２３に圧力変動を生じさせる記録ヘッド８を用いてもよい。

インクジェット式プリンタの全体構成を示すブロック図である。 記録ヘッドの回路構成を説明するブロック図である。 記録ヘッドの機械的構造を示す構成説明図である。 駆動信号を説明する図である。 駆動信号と階調値等との関係を説明する図である。 パルス信号の選択パターンを説明する図である。 選択パターン毎のパルス信号同士の時間間隔を説明する図である。

符号の説明

１…プリンタコントローラ，２…プリントエンジン，３…外部インターフェース，４…ＲＡＭ，５…ＲＯＭ，６…制御部，７…発振回路，８…記録ヘッド，９…駆動信号発生回路，１０…内部インターフェース，１１…ノズル開口，１２…キャリッジ機構，１３…紙送り機構，２０…ケース，２１…流路ユニット，２２…振動子ユニット，２３…圧力室，２４…収容室，２５…流路形成基板，２６…ノズルプレート，２７…振動板，２８…共通インク室，２９…インク供給路，３０…インク供給管，３１…支持板，３２…弾性体膜，３３…島部，３４…圧電振動子，３５…固定板，４１…第１シフトレジスタ，４２…第２シフトレジスタ，４３…第１ラッチ回路，４４…第２ラッチ回路，４５…デコーダ，４６…制御ロジック，４７…レベルシフタ，４８…スイッチ回路

Claims (7)

1. インク滴を吐出させる同一波形形状の吐出パルス信号を複数含むと共にインク滴が吐出しない程度にメニスカスを微振動させる微振動パルス信号を含んだ一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、駆動信号発生手段が発生した駆動信号からパルス信号を選択し、選択したパルス信号を圧力発生素子に供給するパルス供給手段とを備え、圧力発生素子に供給する吐出パルス信号の数に応じて記録するドットの大きさを変えるように構成したインクジェット式記録装置において、
   前記吐出パルス信号を、周期ｔ毎に発生される基本吐出パルスと、基本吐出パルスの発生タイミングから１／２ｔ経過後のタイミングで発生される補助吐出パルスとから構成すると共に、前記微振動パルス信号を、微振動加圧パルスと、微振動減圧パルスとから構成し、
   駆動信号発生手段は、少なくとも３つの基本吐出パルスと、少なくとも１つの補助吐出パルスと、一対の微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスとを一記録周期内に含み、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの一方を記録周期の前半であって隣り合う基本吐出パルス同士の間に配置すると共に、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの他方を記録周期の後半に配置した駆動信号を発生し、
   パルス供給手段は、同じ大きさのドットが連続して記録される際に、圧力発生素子へのパルス供給間隔が記録周期を跨いで一定になるように基本吐出パルスと補助吐出パルスとを選択し、ドットの非記録の際には、微振動加圧パルスと微振動減圧パルスとを選択することを特徴とするインクジェット式記録装置。
2. 前記駆動信号発生手段は、微振動加圧パルス及び微振動減圧パルスの他方を、最後の基本吐出パルスよりも後に配置した駆動信号を発生することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
3. 前記駆動信号発生手段は、微振動加圧パルスを記録周期の前半に配置し、微振動減圧パルスを記録周期の後半に配置した駆動信号を発生することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
4. 前記駆動信号発生手段が発生する駆動信号は、３つの基本吐出パルスと１つの補助吐出パルスとを一記録周期内に含み、
   パルス供給手段は、大ドットの記録時には一記録周期内の３つの基本吐出パルスを選択し、中ドットの記録時には１つの基本吐出パルスと１つの補助吐出パルスを選択し、小ドットの記録時には１つの基本吐出パルスを選択することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のインクジェット式記録装置。
5. 前記駆動信号発生手段は、２番目の基本吐出パルスを一記録周期の半分のタイミングで発生することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録装置。
6. 前記圧力発生素子を圧電振動子によって構成し、この圧電振動子の変形によって圧力室の容積を変化させることにより、圧力室に圧力変動を生じさせることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のインクジェット式記録装置。
7. 前記圧力発生素子を発熱素子によって構成し、この発熱素子が発生する熱によって気泡の体積を変化させることにより、圧力室に圧力変動を生じさせることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のインクジェット式記録装置。

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