JP2016087801A - ヘッド駆動装置、インクジェット記録装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット方式の画像形成において吐出安定性を向上させ記録品位を向上させること。【解決手段】最終パルスでインクの吐出後にメニスカス速度の逆位相となるタイミングで圧力室を膨張させる方向に、電圧を印加することで、制振効果を持たせる。加えて、最終パルスの基本形状を「引き−押し−引き（ＰＵＬＬ−ＰＵＳＨ−ＰＵＬＬ）型」とし、最後の「引き（ＰＵＬＬ）」時に駆動波形の電圧の原点となる中間電位を超えて圧力室を膨張させる方向に電圧を変化させる。【選択図】図７

Description

本発明は、ヘッド駆動装置、インクジェット記録装置及び方法に関し、特に、インク液滴の吐出を安定化させるための技術に関する。

近年、インクジェット記録装置の記録品位に対する要求は高まってきている。今後は高画質、高解像度、高速等の様々な印字性能が求められており、これらのために多階調性が必要となってきている。特に高速かつ多滴量を実現しようとする場合、限られた周期の中に複数のパルスを詰め込む必要があるため、吐出滴量の多い滴種を高周波駆動した際は残留振動が発生したりメニスカスがオーバーシュート（隆起）するので、ノズルダウンや飛行曲がり等の吐出異常が発生してしまう。そこで、駆動波形の吐出パルス出力後に制振波形を印加することで吐出安定性を向上させる技術が考えられ既に知られている（例えば、特許文献１）。

しかし、今までの技術は残留振動の制振に関する内容が主であり、リフィルによるメニスカス隆起の対策はほとんど検討されていない。そのため、制振による残留振動の抑制に効果があっても前述のような駆動条件でメニスカスが隆起する場合にはこれに起因する曲がり・ノズルダウン等の吐出異常の発生は避けられないという問題があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、インクジェット方式の画像形成において吐出安定性を向上させ記録品位を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、インク吐出のための複数のノズルと、前記ノズルに連通した圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧力発生手段を有する吐出ヘッドと、インク滴を吐出させる複数の駆動パルスを一印刷周期内に有する駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備え、前記駆動信号生成手段により生成された駆動信号を供給することによって、前記圧力発生手段を作動させて前記ノズルからインク滴を吐出させるようにしたヘッド駆動装置であって、前記駆動パルスの最終パルスは、中間電位Ｖｍを基準として、前記圧力室を膨張させる第一の引き込み要素と、前記引き込み要素により膨張した前記圧力室を収縮させてインクを吐出させる第一の加圧要素と、前記第一の加圧要素による前記圧力室の収縮状態を一定時間保持する保持要素と、前記保持要素により収縮した前記圧力室を再度膨張させる第二の引き込み要素と、前記第二の引き込み要素により膨張した前記圧力室を再度収縮させて中間電位Ｖｍに戻す第二の加圧要素と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、インクジェット方式の画像形成において吐出安定性を向上させ記録品位を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の液滴吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の液滴吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の制御部の構成を示すブロック図である。 上記実施形態において液滴吐出に用いる駆動波形例を示す図である。 上記実施形態におけるメニスカス隆起抑制波形を説明するための図である。 上記実施形態におけるメニスカス隆起抑制波形の印加時のメニスカス変位を示す図である。

本明細書において、「印字」「印刷」などと呼んでいるものはすべて、液滴を用いて画像を形成することを指す。以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本実施形態におけるインクジェット記録装置の全体的な構造について説明する。図１は、本実施形態のインクジェット記録装置を前方側から見た斜視説明図である。

本実施形態のインクジェット記録装置は、装置本体１と、装置本体１に装着された用紙を装填するための給紙トレイ２と、装置本体１に着脱自在に装着されて画像が記録（形成）された用紙をストックするための排紙トレイ３とを備えている。さらに、装置本体１の前面の一端部側（給排紙トレイ部の側方）には、前面から装置本体１の前方側に突き出し、上面よりも低くなったインクカートリッジを装填するためのカートリッジ装填部４を有し、このカートリッジ装填部４の上面は、操作ボタンや表示器等を設ける操作／表示部５としている。

カートリッジ装填部４には、色の異なる記録液（インク）、例えば黒（Ｋ）インク、シアン（Ｃ）インク、マゼンタ（Ｍ）インク、イエロー（Ｙ）インクをそれぞれ収容した複数の記録液カートリッジであるインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙ（色を区別しないときは「インクカートリッジ１０」という）を、装置本体１の前面側から後方側に向かって挿入して装填可能とし、このカートリッジ装填部４の前面側には、インクカートリッジ１０を着脱するときに開く前カバーであるカートリッジカバー６を開閉可能に設けている。また、インクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙは縦置き状態で横方向に並べて装填する構成としている。

カートリッジカバー６は、カバーを閉じた状態で、カートリッジ装填部４内に装填されている複数のインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙを外部から視認することができる透明又は半透明の部材で全体が形成されている。なお、インクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙを外部から視認することができれば、一部を透明又は半透明の部材で形成するように構成することもできる。

また、操作／表示部５には、各色のインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙの装着位置（配置位置）に対応する配置位置で、各色のインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙの残量がニアーエンドあるいはエンドになったことを表示するための各色の残量表示部１１ｋ、１１ｃ、１１ｍ、１１ｙ（色を区別しないときは「残量表示部１１」という）を配置している。さらに、この操作／表示部５には、電源ボタン１２、用紙送り／印刷再開ボタン１３及びキャンセルボタン１４が配置されている。

次に、本実施形態のインクジェット記録装置の機構部について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、同機構部の全体構成を説明する概略構成図、図３は、同機構部の要部平面説明図である。

フレーム２１を構成する左右の側板２１Ａ及び２１Ｂに横架したガイド部材であるガイドロッド３１とステー３２とによって、キャリッジ３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータにより図３の矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

キャリッジ３３には、前述したようにイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド３４を、複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド３４を構成する液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子等の圧電アクチュエータ、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータ等を、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものを使用できる。

また、記録ヘッド３４にはドライバＩＣを搭載し、図示しない制御部との間でハーネス（フレキシブルプリントケーブル）２２を介して接続している。

キャリッジ３３には、記録ヘッド３４に各色のインクを供給するための各色のサブタンク３５を搭載している。サブタンク３５には、各色のインク供給チューブ３６を介して、前述したように、カートリッジ装填部４に装着された各色のインクカートリッジ１０から各色のインクが補充供給される。なお、カートリッジ装填部４には、インクカートリッジ１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット２４が設けられ、また、インク供給チューブ３６は、這い回しの途中でフレーム２１を構成する後板２１Ｃに係止部材２５にて保持されている。

他方、給紙トレイ２の用紙積載部（圧板）４１上に積載した用紙４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）４３、及び給紙コロ４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド４４を備え、分離パッド４４は給紙コロ４３側に付勢されている。

そして、給紙部トレイ２から給紙された用紙４２を記録ヘッド３４の下方側に送り込むために、用紙４２を案内するガイド部材４５と、カウンタローラ４６と、搬送ガイド部材４７と、先端加圧コロ４９を有する押さえ部材４８とを備えるとともに、給送された用紙４２を静電吸着して記録ヘッド３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト５１を備えている。

搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５２とテンションローラ５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成されている。また、搬送ベルト５１は、例えば、抵抗制御を行っていない純粋な厚さ４０μｍ程度の樹脂材（例えばＥＴＦＥピュア材等）で形成した用紙吸着面となる表層と、この表層と同材質でカーボンによる抵抗制御を行った裏層（中抵抗層、アース層）とを有している。

また、搬送ベルト５１の裏側には、記録ヘッド３４による印写領域に対応してガイド部材５７が配置されている。ガイド部材５７は、上面が搬送ベルト５１を支持する２つのローラ（搬送ローラ５２とテンションローラ５３）の接線よりも記録ヘッド３４側に突出させることで搬送ベルト５１の高精度な平面性を維持するようにしている。なお、搬送ベルト５１は、図示しない副走査モータによって駆動ベルトを介して搬送ローラ５２が回転駆動されることによって図３のベルト搬送方向に周回移動する。

そして、搬送ベルト５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に所定の押圧力をかけている。なお、搬送ローラ５２はアースローラの役目も担っており、搬送ベルト５１の中抵抗層（裏層）と接触配置され接地している。

さらに、記録ヘッド３４で記録された用紙４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪６１、排紙ローラ６２及び排紙コロ６３を備え、排紙ローラ６２の下方に排紙トレイ３を備えている。ここで、排紙ローラ６２と排紙コロ６３との間から排紙トレイ３までの高さは、排紙トレイ３にストックできる量を多くするためにある程度高くしている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット７１が着脱自在に装着されている。両面ユニット７１は、搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させて、再度カウンタローラ４６と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、両面ユニット７１の上面は、手差しトレイ７２としている。

さらに、図３に示すように、キャリッジ３３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構（サブシステム）８１が配置されている。維持回復機構８１には、記録ヘッド３４の各ノズル面をキャピングするためのキャップ部材８２、ノズル面をワイピングするためのワイパーブレード８３、空吐出（画像記録に寄与しない液滴の吐出）を行うときに吐出された液滴を受けるための空吐出受け８４等が設けられている。また、キャリッジ３３の走査方向の他方側の非印字領域には、同様に、空吐出時の液滴を受けるための空吐出受け８５が配置されている。

このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ２から用紙４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙４２は、ガイド部材４５で案内され、搬送ベルト５１とカウンタローラ４６との間に挟まれて搬送され、さらに先端を搬送ガイド部材４７で案内されて先端加圧コロ４９で搬送ベルト５１に押し付けられ、搬送方向を略９０°転換される。

このとき、図示しない制御回路によってＡＣバイアス供給部から帯電ローラ５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり、交番する電圧が印加され、搬送ベルト５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、プラスとマイナスが周回方向の副走査方向に所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２が搬送ベルト５１に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動することにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙４２を排紙トレイ３に排紙する。

次に、本実施形態のインクジェット記録装置の記録ヘッド３４を構成する液滴吐出ヘッドの一例について、図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は、同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図であり、図５は、同ヘッドの液室短手方向（ノズルの並び方向）の断面説明図である。

当該液滴吐出ヘッドは、例えば、単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板１０１と、流路板１０１の下面に接合した例えばニッケル電鋳で形成した振動板１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを接合して積層して構成されている。また、該液滴吐出ヘッドは、これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル１０４が連通する流路であるノズル連通路１０５、液室１０６、そして液室１０６にインクを供給するための共通液室１０８に連通するインク供給口１０９等を形成している。

また、振動板１０２を変形させて液室１０６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての２列（図４では１列のみ図示）の積層型圧電素子１２１と、圧電素子１２１を接合固定するベース基板１２２とを備えている。なお、圧電素子１２１の間には、支柱部１２３が設けられている。支柱部１２３は、圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１２１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。

また、圧電素子１２１には、図示しない駆動回路（駆動ＩＣ）に接続するためのＦＰＣケーブル１２４が接続されている。

そして、振動板１０２の周縁部をフレーム部材１３０に接合し、フレーム部材１３０は、圧電素子１２１及びベース基板１２２等で構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部１３１と、共通液室１０８となる凹部と、共通液室１０８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１３２とを形成している。フレーム部材１３０は、例えばエポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂あるいはポリフェニレンサルファイトを射出成形することによって形成されている。

ここで、流路板１０１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）等のアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、ノズル連通路１０５、液室１０６となる凹部や穴部を形成したものであるが、単結晶シリコン基板に限られるものではなく、その他のステンレス基板や感光性樹脂等を用いることもできる。

振動板１０２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他に、金属板や金属と樹脂板との接合部材等を用いることもできる。振動板１０２に圧電素子１２１及び支柱部１２３を接着剤で接合し、さらにフレーム部材１３０を接着剤接合している。

ノズル板１０３には、各液室１０６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１０４が形成され、流路板１０１に接着剤接合している。ノズル板１０３は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。

圧電素子１２１は、圧電材料１５１と内部電極１５２とを交互に積層した積層型圧電素子（ここではＰＺＴ）である。圧電素子１２１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１５２には、個別電極１５３及び共通電極１５４が接続されている。なお、本実施形態では、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室１０６内インクを加圧する構成としているが、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１０６内インクを加圧する構成とすることも可能である。また、１つの基板１２２に１列の圧電素子１２１が設けられる構造とすることもできる。

このように構成した液滴吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２１が収縮し、振動板１０２が下降して液室１０６の容積が膨張することで、液室１０６内にインクが流入する。そして、その後に圧電素子１２１に印加する電圧を上げて圧電素子１２１を積層方向に伸長させ、振動板１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積／体積を収縮させることにより、液室１０６内の記録液が加圧され、ノズル１０４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

また、圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板１０２が初期位置に復元し、液室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０８から液室１０６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１０４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではない。

次に、本実施形態のインクジェット記録装置の制御部の概要について、図６を参照して説明する。なお、同図は同制御部の全体ブロック説明図である。

制御部２００は、記録装置全体の制御を司るＣＰＵ２０１と、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムやその他の固定データを格納するＲＯＭ２０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ２０３と、記録装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）２０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ２０５とを備えている。

また、制御部２００は、パーソナルコンピュータ等の画像処理装置（あるいはデータ処理装置）であるホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのホストＩ／Ｆ２０６と、記録ヘッド３４を駆動するための駆動波形を生成する駆動波形生成部２０７と、記録ヘッド３４を駆動制御するヘッドドライバ２０８と、主走査モータ２１２を駆動するための主走査モータ駆動部２１１と、副走査モータ２１４を駆動するための副走査モータ駆動部２１３と、帯電ローラ５６に対してＡＣバイアス電圧を供給するＡＣバイアス供給部２１５と、各種センサからの検知信号などを入力するためのＩ／Ｏ２１６等を備えている。

ここで、制御部２００は、パーソナルコンピュータ等の画像処理装置、イメージスキャナ等の画像読取装置、デジタルカメラ等の撮像装置といったホスト側からの画像データを含む印刷データ（印字データ）等を、ケーブルあるいはネットを介してホストＩ／Ｆ２０６から受信する。

そして、ＣＰＵ２０１は、ホストＩ／Ｆ２０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ２０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行ってヘッドドライバ２０８に画像データを転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えばＲＯＭ２０２にフォントデータを格納して行ってもよいし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしてもよい。

駆動波形生成部２０７は、駆動パルスのパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器等で構成され、１の駆動パルス（駆動信号）又は複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形をヘッドドライバ２０８に対して出力する。

ヘッドドライバ２０８は、シリアルに入力される記録ヘッド３４の１行分に相当する画像データ（ドットパターンデータ）に基づいて、駆動波形生成部２０７から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド３４の圧力発生手段（圧電素子１２１）に印加して記録ヘッド３４を駆動する。

次に、本実施形態のインクジェット記録装置で使用するインク（記録液、以下「本インク」という）の一例について説明する。

本インクは、以下の（１）ないし（１０）で構成され、印字するための着色剤として、顔料を使用し、それを分解、分散させるための溶剤とを必須成分とする。さらに、添加剤として、湿潤剤、界面活性剤、エマルジョン、防腐剤、ｐＨ調整剤とを使用する。湿潤剤１と湿潤剤２とを混合するのは、各々湿潤剤の特徴を活かすためと、粘度調整が容易にできるためである。
（１） 顔料（自己分散性顔料）６ｗｔ％以上
（２） 湿潤剤１
（３） 湿潤剤２
（４） 溶性有機溶剤
（５） ニオンまたはノニオン系界面活性剤
（６） 炭素数８以上のポリオールまたはグリコールエーテル
（７） エマルジョン
（８） 防腐剤
（９） ｐＨ調整剤
（１０） 純水
上記の各インク構成要素について、より具体的に説明する。

（１）の顔料に関しては、特にその種類を限定することなく、無機顔料、有機顔料を使用することができる。無機顔料としては、酸化チタン及び酸化鉄に加え、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法等の公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。また、有機顔料としては、アゾ顔料（アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等を含む）、多環式顔料（例えば、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料等）、染料キレート（例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート等）、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック等を使用できる。

これらの顔料のうち、水と親和性の良いものが好ましく用いられる。顔料の粒径は、０．０５μｍから１０μｍ以下が好ましく、さらに好ましくは１μｍ以下であり、最も好ましくは０．１６μｍ以下である。インク中の着色剤としての顔料の添加量は、６〜２０ｗｔ％程度が好ましく、より好ましくは８〜１２ｗｔ％程度である。

本インクにおいて好ましく用いられる顔料の具体例としては、以下のものが挙げられる。黒色用としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック７）類、または銅、鉄（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１１）、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック（Ｃ．Ｉ．ピグメントブラック１）等の有機顔料が挙げられる。

また、カラー用としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１（ファストイエローＧ）、３、１２（ジスアゾイエローＡＡＡ）、１３、１４、１７、２４、３４、３５、３７、４２（黄色酸化鉄）、５３、５５、８１、８３（ジスアゾイエローＨＲ）、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、４０８、１０９、１１０、１１７、１２０、１３８、１５３、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ５、１３、１６、１７、３６、４３、５１、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１、２、３、５、１７、２２（ブリリアントファーストスカレット）、２３、３１、３８、４８：２（パーマネントレッド２Ｂ（Ｂａ））、４８：２（パーマネントレッド２Ｂ（Ｃａ））、４８：３（パーマネントレッド２Ｂ（Ｓｒ））、４８：４（パーマネントレッド２Ｂ（Ｍｎ））、４９：１、５２：２、５３：１、５７：１（ブリリアントカーミン６Ｂ）、６０：１、６３：１、６３：２、６４：１、８１（ローダミン６Ｇレーキ）、８３、８８、１０１（べんがら）、１０４、１０５、１０６、１０８（カドミウムレッド）、１１２、１１４、１２２（キナクリドンマゼンタ）、１２３、１４６、１４９、１６６、１６８、１７０、１７２、１７７、１７８、１７９、１８５、１９０、１９３、２０９、２１９、C.I.ピグメントバイオレット１（ローダミンレーキ）、３、５：１、１６、１９、２３、３８、C.I.ピグメントブルー１、２、１５（フタロシアニンブルーＲ）、１５：１、１５：２、１５：３（フタロシアニンブルーＥ）、１６、１７：１、５６、６０、６３、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン１、４、７、８、１０、１７、１８、３６等がある。

その他、顔料（例えばカーボン）の表面を樹脂等で処理し、水中に分散可能としたグラフト顔料や、顔料（例えばカーボン）の表面にスルホン基やカルボキシル基等の官能基を付加し水中に分散可能とした加工顔料等が使用できる。また、顔料をマイクロカプセルに包含させ、該顔料を水中に分散可能なものとしたものであってもよい。

本インクの好ましい態様によれば、ブラックインク用の顔料は、顔料を分散剤で水性媒体中に分散させて得られた顔料分散液としてインクに添加されるのが好ましい。好ましい分散剤としては、従来公知の顔料分散液を調整するのに用いられる公知の分散液を使用することができる。

また、分散液としては、例えば以下のものが挙げられる。ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体等が挙げられる。

本インクの好ましい態様によれば、これらの共重合体は重量平均分子量が３，０００〜５０，０００であるのが好ましく、より好ましくは５，０００〜３０，０００、最も好ましくは７，０００〜１５、０００である。分散剤の添加量は、顔料を安定に分散させ、本発明の他の効果を失わせない範囲で適宣添加されてよい。分散剤としては１：０．０６〜１：３の範囲が好ましく、より好ましくは１：０．１２５〜１：３の範囲である。

着色剤に使用する顔料は、記録用インク全重量に対して６ｗｔ％〜２０ｗｔ％含有し、０．０５μｍ〜０．１６μｍ以下の粒子径の粒子であり、分散剤により水中に分散されていて、分散剤が、分子量５，０００〜１００，０００の高分子分散剤である。水溶性有機溶剤が少なくとも１種類にピロリドン誘導体、特に、２−ピロリドンを使用すると画像品質が向上する。

（２）〜（４）の湿潤剤１、２と、水溶性有機溶剤に関しては、本インクの場合、インク中に水を液媒体として使用するものであるが、インクを所望の物性にし、インクの乾燥を防止するために、また、溶解安定性を向上するため等の目的で、例えば下記の水溶性有機溶剤が使用される。これら水溶性有機溶剤は複数混合して使用してもよい。

湿潤剤と水溶性有機溶剤の具体例としては、例えば以下のものが挙げられる。エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類；エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類；エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミイダゾリジノン、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物；ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類；ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類；プロピレンカーボネート、炭酸エチレン等である。

これら有機溶媒の中でも、特にジエチレングリコール、チオジエタノール、ポリエチレングリコール２００〜６００、トリエチレングリコール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、ペトリオール、１，５−ペンタンジオール、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが好ましい。これらは、溶解性と水分蒸発による噴射特性不良の防止に対して優れた効果が得られる。

その他の湿潤剤としては、糖を含有してなるのが好ましい。糖類の例としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類（三糖類および四糖類を含む）及び多糖類が挙げられ、好ましくはグルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、マルトトリオース等が挙げられる。ここで、多糖類とは広義の糖を意味し、α−シクロデキストリン、セルロース等自然界に広く存在する物質を含む意味に用いることとする。

また、これらの糖類の誘導体としては、前述した糖類の還元糖（例えば、糖アルコール（一般式ＨＯＣＨ₂（ＣＨＯＨ）ｎＣＨ₂ＯＨ（ここでｎ＝２〜５の整数を表す）で表される）、酸化糖（例えば、アルドン酸、ウロン酸等）、アミノ酸、チオ酸等が挙げられる。特に、糖アルコールが好ましく、具体例としてはマルチトール、ソルビット等が挙げられる。これら糖類の含有量は、インク組成物の０．１〜４０ｗｔ％、好ましくは０．５〜３０ｗｔ％の範囲が適当である。

（５）の界面活性剤に関しても、特に限定はされないが、アニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩等が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド等が挙げられる。前記界面活性剤は、単独あるいは二種以上を混合して用いることができる。

本インクにおける表面張力は、紙への浸透性を示す指標であり、特に表面形成されて１秒以下の短い時間での動的表面張力を示し、飽和時間で測定される静的表面張力とは異なる。測定法としては、従来公知の方法（例えば特開昭６３−３１２３７号公報等に記載）で、１秒以下の動的な表面張力を測定できる方法であればいずれも使用できるが、ここでは、Ｗｉｌｈｅｌｍｙ式の吊り板式表面張力計を用いて測定した。表面張力の値は、４０ｍＪ／ｍ²以下が好ましく、より好ましくは３５ｍＪ／ｍ²以下とすると優れた定着性と乾燥性が得られる。

（６）の炭素数８以上のポリオールあるいはグリコールエーテルに関しては、２５℃の水中において、０．１〜４．５ｗｔ％未満の間の溶解度を有する部分的に、水溶性のポリオール、グリコールエーテルの少なくともいずれかを、記録用インク全重量に対して０．１〜１０．０ｗｔ％添加することによって、該インクの熱素子への濡れ性が改良され、少量の添加量でも吐出安定性及び周波数安定性が得られることが分かった。
（ａ）２−エチル−１，３−ヘキサンジオール 溶解度：４．２％（２０℃）
（ｂ）２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール 溶解度：２．０％（２５
℃）
２５℃の水中において０．１〜４．５ｗｔ％未満の間の溶解度を有する浸透剤は、溶解度が低い代わりに浸透性が非常に高いという長所がある。したがって、２５℃の水中において０．１〜４．５ｗｔ％未満の間の溶解度を有する浸透剤と他の溶剤との組合せや他の界面活性剤との組合せで非常に高浸透性のあるインクを作製することが可能となる。

（７）本インクには樹脂エマルジョンが添加されている方が好ましい。樹脂エマルジョンとは、連続相が水であり、分散相が次のような樹脂成分であるエマルジョンを意味する。分散相の樹脂成分としては、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂等が挙げられる。

なお、本インクの好ましい態様によれば、この樹脂は親水性部分と疎水性部分とを併せ持つ重合体であるのが好ましい。また、これらの樹脂成分の粒子径は、エマルジョンを形成する限り特に限定されないが、１５０ｎｍ程度以下が好ましく、より好ましくは５〜１００ｎｍ程度である。

これらの樹脂エマルジョンは、樹脂粒子を、場合によって界面活性剤とともに水に混合することによって得ることができる。例えば、アクリル系樹脂あるいはスチレン−アクリル系樹脂のエマルジョンは、（メタ）アクリル酸エステルまたはスチレンと、（メタ）アクリル酸エステルと、場合により（メタ）アクリル酸エステルと、界面活性剤とを水に混合することによって得ることができる。樹脂成分と界面活性剤との混合の割合は、通常１０：１〜５：１程度とするのが好ましい。界面活性剤の使用量が前記範囲に満たない場合、エマルジョンとなりにくく、また前記範囲を超える場合、インクの耐水性が低下する、あるいは浸透性が悪化する傾向があるので好ましくない。

前記エマルジョンの分散相成分としての樹脂と水との割合は、樹脂１００重量部に対して水６０〜４００重量部、好ましくは１００〜２００の範囲が適当である。市販の樹脂エマルジョンとしては、マイクロジェルＥ−１００２、Ｅ−５００２（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ペイント株式会社製）、ボンコート４００１（アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製）、ボンコート５４５４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製）、ＳＡＥ−１０１４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ゼオン株式会社製）、サイビノールＳＫ−２００（アクリル系樹脂エマルジョン、サイデン化学株式会社製）、等が挙げられる。本インクは、樹脂エマルジョンを、その樹脂成分がインクの０．１〜４０ｗｔ％となるよう含有するのが好ましく、より好ましくは１〜２５ｗｔ％の範囲である。

このように、樹脂エマルジョンは、増粘・凝集する性質を持ち、着色成分の浸透を抑制し、さらに記録材への定着を促進する効果を有する。また、樹脂エマルジョンの種類によっては記録材上で皮膜を形成し、印刷物の耐擦性をも向上させる効果を有する。

（８）〜（１０）本インクには上記着色剤、溶媒、界面活性剤の他に従来から知られている添加剤を加えることができる。例えば、防腐防黴剤としては、デヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム等が使用できる。

ｐＨ調整剤としては、調合されるインクに悪影響をおよぼさずにｐＨを７以上に調整できるものであれば、任意の物質を使用することができる。その例として、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物、水酸化アンモニウム、第４級アンモニウム水酸化物、第４級ホスホニウム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等が挙げられる。

なお、キレート試薬としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ウラミル二酢酸ナトリウム等がある。

また、防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト等がある。

＜駆動信号の特徴＞
以下、本実施形態のインクジェット記録装置において生成される駆動信号について、図７ないし図９を参照して説明する。駆動信号は、図６の駆動波形生成部２０７が生成する。

図７は本駆動波形の１例である。駆動波形はＰ１〜Ｐ３の３つのパルスから構成されており、印刷時に使用するパルスを適宜選択することで、小滴、中滴、大滴といった打ち分けが可能となる。本駆動波形例では小滴がＰ１、中滴がＰ２、Ｐ３、大滴がＰ１、Ｐ２、Ｐ３から構成される。

一般に使用するパルス数が多くなる、またインクが低粘度になるほど残留振動及びメニスカスのオーバーシュートは大きくなり、安定吐出が困難となるので大滴吐出時にこの課題が発生しやすい。しかし、本波形はＰ３に特徴を持っており、これにより先述の課題を解決できる。

具体的には、本実施形態では、最終吐出パルスＰ３の基本形状は「引き−押し−引き打ち（ＰＵＬＬ−ＰＵＳＨ−ＰＵＬＬ型）」からなっており、インク吐出直後に制振・メニスカス隆起抑制要素ｔｆ２を印加することにより制振・メニスカス隆起抑制の効果を実現する。ｔｆ２では中間電位Ｖｍより電圧が低くなることを特徴とする。

まず、最初の引き（ＰＵＬＬ）を行うための引き込み要素ｔｆ１の電圧変位により、インクが液室に流入する。次に、押し（ＰＵＳＨ）を行うための加圧要素ｔｒ１の電圧変位により液室に加圧が行われインクが吐出する。この加圧要素ｔｒ１の電圧変位は、引き込み要素ｔｆ１の電圧変位の約１．５倍〜２．５倍とすることが好ましい。このようにすると、メニスカス隆起抑制要素ｔｆ２の電圧変位を大きくしても、ｔｆ２の変位後の電位がｔｆ１の変位後の電圧ほど低くならないようにすることができる。

また、制振については、Ｐ３における加圧要素ｔｒ１でインクを吐出後、そのメニスカスの速度が逆位相となるタイミングまでｔｗ時間保持し、メニスカス隆起抑制要素ｔｆ２を印加することで実現する。したがって、圧力室の固有振動周期をＴｃとすると、１／２Ｔｃ〜Ｔｃの範囲内であることが好ましい。

次にメニスカス隆起はｔｆ２において、中間電位Ｖｍを超えて更に低い電位まで電圧を下げることにより、圧力室方向にメニスカスを戻す動きを強めることができ、本動作をしない場合に比べてメニスカスの隆起を大幅に抑制することができる。
次に図８、図９を参照してＰ３のメニスカス隆起抑制効果について説明する。

図８は制振要素として使用する、吐出をさせない程度の電圧変位Ｖａの波形（１）と波形（２）のパルス形状を示したものである。波形（１）はよく知られている引き打ち波形（ＰＵＬＬ波形）で、波形（２）が本実施形態におけるメニスカス隆起抑制パルスの基本形状である。ここで、２つの波形を印加した際のメニスカス変位測定結果が図９である。図９中、圧力室方向への最初の変位が小さいのが波形（２）であり、大きいのが波形（１）である。

図からわかるように波形（１）に比べて波形（２）では印加後のメニスカスの隆起を十分に抑制できている。このように波形（２）は、波形（１）のような隆起が少ないため、隆起が最大となる周期で吐出させた際に曲がり等の吐出異常が発生するといった不具合を防ぐことができる。

この波形（２）において立ち下げ時の電圧変位Ｖｂの値とその傾きが大きいほどメニスカス隆起抑制効果は大きくなる。波形（１）において同様の効果を持たせようとしても、Ｖａを大きくすると吐出されてしまうので狙い通りにメニスカスをコントロールすることができない。一方、波形（２）ではＶｂが中間電位にまたがっているので、Ｖｂを大きくしても吐出に関わる部分であるＶｃの値は小さいので、余分な吐出をさせることなくメニスカスの隆起を抑制できる。ただし、Ｖｃについてもある一定以上の電圧を超えると余分な吐出が行われてしまうので、Ｖｃで吐出しない程度の電圧とすることが好ましい。

以上のように本波形を用いることで制振だけでなくメニスカスの隆起を抑制し安定した吐出を行うことができる。それだけでなく、最終パルスに本波形を置くことで吐出安定性を向上させるために、全ての滴種（小滴、中滴、大滴等）に適用することができるので、汎用性が高い。小滴のようにもともとメニスカスの隆起が少ないものについては不必要となる場合があるので、その際は最終パルスを使用せずともよい。

以上に述べたように、本実施形態は、駆動波形による圧力室の残留振動、及び、リフィル周期によるメニスカスの隆起が課題である。これを解決するために、複数パルスから構成される駆動波形の最終吐出パルスに、制振とメニスカス隆起抑制の機能を持たせた。

最終パルスでインクの吐出後にメニスカス速度の逆位相となるタイミングで圧力室を膨張させる方向に、電圧を印加することで、制振効果を持たせる。加えて、最終パルスの基本形状を「引き−押し−引き（ＰＵＬＬ−ＰＵＳＨ−ＰＵＬＬ）型」とし、最後の「引き（ＰＵＬＬ）」時に駆動波形の電圧の原点となる中間電位を超えて圧力室を膨張させる方向に電圧を変化させることで、制振のみならず、メニスカス隆起も抑制することができる。さらに、この技術的特徴は、余分なインクを吐出させることなく、メニスカスを圧力室に戻す動きを強くすることもできるという効果をもたらす。

上記実施形態の構成によれば、リフィル周期によるメニスカスの隆起を抑制し、吐出滴量が多く高周波で駆動する際にも安定吐出を実現できる。なお、特許文献２に開示されている駆動波形は、立ち下げ時に中間電位でＨＯＬＤ時間を持たせている。このＨＯＬＤ時間があることで、メニスカスを圧力室方向に戻す動きが不十分となり隆起を抑制できない。これに対して、本実施形態の駆動波形は、圧力室の固有周期に基づく残留振動の抑制だけでなくリフィル周期によるメニスカスのオーバーシュート（隆起）も抑制することができる。これにより、高温や多滴量印字時の曲がりやノズルダウン発生を防止し吐出安定性を確保することができる。

１ 装置本体
２ 給紙トレイ
３ 排紙トレイ
４ カートリッジ装填部
５ 操作／表示部
６ カートリッジカバー
１０ｋ，１０ｃ，１０ｍ，１０ｙ インクカートリッジ
１１ｋ，１１ｃ，１１ｍ，１１ｙ 残量表示部
１２ 電源ボタン
１３ 用紙送り／印刷再開ボタン
１４ キャンセルボタン
３３ キャリッジ
３４ 記録ヘッド
３５ サブタンク
３６ インク供給チューブ
８１ 維持回復機構
８２ キャップ部材
８３ ワイパーブレード
８４，８５ 空吐出受け
１０１ 流路板
１０２ 振動板
１０３ ノズル板
１０４ ノズル
１０５ ノズル連通路
１０６ 液室
１０８ 共通液室
１０９ インク供給口
１２１ 積層型圧電素子
１２２ ベース基板
１２４ 支柱部
１３０ フレーム部材
１３１ 貫通部
１３２ インク供給穴
１５１ 圧電材料
１５２ 内部電極
１５３ 個別電極
１５４ 共通電極

特開２００７−１４４６５９号公報

Claims (8)

1. インク吐出のための複数のノズルと、前記ノズルに連通した圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧力発生手段を有する吐出ヘッドと、インク滴を吐出させる複数の駆動パルスを一印刷周期内に有する駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備え、
   前記駆動信号生成手段により生成された駆動信号を供給することによって、前記圧力発生手段を作動させて前記ノズルからインク滴を吐出させるようにしたヘッド駆動装置であって、
   前記駆動パルスの最終パルスは、中間電位Ｖｍを基準として、
   前記圧力室を膨張させる第一の引き込み要素と、
   前記引き込み要素により膨張した前記圧力室を収縮させてインクを吐出させる第一の加圧要素と、
   前記第一の加圧要素による前記圧力室の収縮状態を一定時間保持する保持要素と、
   前記保持要素により収縮した前記圧力室を再度膨張させる第二の引き込み要素と、
   前記第二の引き込み要素により膨張した前記圧力室を再度収縮させて中間電位Ｖｍに戻す第二の加圧要素と、
   を含むことを特徴とする、ヘッド駆動装置。
2. 前記第二の引き込み要素は、駆動信号の電位を、中間電位Ｖｍよりも低い電位にまで変位させることを特徴とする、請求項１に記載のヘッド駆動装置。
3. 前記第一の加圧要素の電圧変位は、前記第一の引き込み要素の電圧変位よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載のヘッド駆動装置。
4. 前記保持要素により前記圧力室の収縮状態が保持される時間ｔｗが、１／２Ｔｃ〜Ｔｃの範囲内（ただし、Ｔｃは前記圧力室の固有振動周期）であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のヘッド駆動装置。
5. 形成する画像の画像信号に応じて、前記駆動信号生成手段により生成された駆動信号の一印刷周期に含まれる駆動パルスの中から、前記圧力発生手段に伝える駆動パルスを選択することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のヘッド駆動装置。
6. 駆動パルスの選択により、吐出するインク液滴の大きさを多段階に可変させ、
   前記最終パルスは、少なくとも大滴の吐出で使用されることを特徴とする、請求項５に記載のヘッド駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のヘッド駆動装置を備えることを特徴とする、インクジェット記録装置。
8. インク吐出のための複数のノズルと、前記ノズルに連通した圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧力発生手段を有する吐出ヘッドと、インク滴を吐出させる複数の駆動パルスを一印刷周期内に有する駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備え、
   前記駆動信号生成手段により生成された駆動信号を供給することによって、前記圧力発生手段を作動させて前記ノズルからインク滴を吐出させるようにしたヘッド駆動装置のインクジェット記録方法であって、
   前記駆動パルスの最終パルスは、中間電位Ｖｍを基準として、
   前記圧力室を膨張させる第一の引き込み要素と、
   前記引き込み要素により膨張した前記圧力室を収縮させてインクを吐出させる第一の加圧要素と、
   前記第一の加圧要素による前記圧力室の収縮状態を一定時間保持する保持要素と、
   前記保持要素により収縮した前記圧力室を再度膨張させる第二の引き込み要素と、
   前記第二の引き込み要素により膨張した前記圧力室を再度収縮させて中間電位Ｖｍに戻す第二の加圧要素と、
   を含むことを特徴とする、インクジェット記録方法。

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