JP2024017539A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクを循環させる方式の記録ヘッドを備え、メニスカスに形成される増粘したインク層をノズル内に十分に引き込み可能なインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】インクジェット記録装置は、記録ヘッドと、ヘッド駆動部と、制御部と、を備える。記録ヘッドは、複数の加圧室と、複数の加圧素子と、供給共通流路と、回収共通流路と、を有する。ヘッド駆動部は、吐出駆動波形データと微駆動波形データとを記憶する波形データ記憶部と、波形データ記憶部に記憶された駆動波形データを用いてインクを吐出する吐出駆動波形とメニスカスを揺動させる微駆動波形とを生成する駆動波形生成部と、を備える。制御部は、吐出駆動波形と微駆動波形とを駆動波形生成部から加圧素子に選択的に印加可能である。メニスカスの固有振動周期をＴｃとするとき、微駆動波形は、Ｔｃ＊３／４以上Ｔｃ＊５／４以下のパルス幅の引き込みパルスを含む駆動波形である。【選択図】図１３

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関する。

従来、インクジェットプリンターなどのインクジェット記録装置において、インクが充填される加圧室を備えた記録ヘッドが用いられる。この加圧室にはノズルが連通しており、加圧室にインクが充填されることによってノズル内部に液面（メニスカス）が形成される。加圧室には駆動電圧の印加によって変形する圧電素子等の加圧素子と、加圧素子と積層されて駆動部を構成する振動板とが連接されている。振動板を撓ませて加圧室の容積を減少させることにより、加圧室内のインクを加圧してノズルの先端からインク滴として吐出させる。

このようなインクジェット記録装置においては、ノズルからインク滴を吐出していない間にノズル先端のメニスカスからインクの揮発成分が蒸発してノズル先端のインク粘度が上昇し、吐出不良が発生するおそれがある。そこで、インクの乾燥によるノズルの目詰まりを低減または予防するために、加圧素子に微小な振動電圧を定期的に印加して、振動板をインクが吐出されない程度に撓ませて、ノズル先端のメニスカスを振動させることで、加圧室内のインクを攪拌することが提案されている。例えば特許文献１には、印字時にインクの吐出を行うとともに非印字時にインクの固有振動周期と略同期間、圧電素子に印加している電圧をオフすることでメニスカスの揺動を行う基本パルスの形成動作を行う駆動回路を備えた記録ヘッドが開示されている。

一方、画像記録に使用されなかったインクをノズルの上流側に循環させる循環流路を有する記録ヘッドが知られている。このような記録ヘッドにおいては、ノズル先端のインク粘度の上昇による吐出不良の発生を防止するために、粘度が上昇したインクを循環によって回収する。しかし、ノズルの長さに比べてメニスカスに形成される増粘したインク層の厚みが薄いために、インクの循環だけでは粘度が上昇したインクを十分に回収できない。

そこで、微振動波形を加えて増粘したインク層をノズル内に引き込むことで、循環流路内のインクの流れに乗せて回収する。そのためには、増粘したインク層をノズル内に効率的に引き込むことができる微振動波形が求められる。特許文献２では、ドット形成時の駆動波形とメニスカスを振動させる微駆動波形とで、メニスカスを引き込むための電圧変化時間とメニスカスを戻すための電圧変化時間とを切り替えている。

特開２００９－２６２３６３号公報 特開２０２０－１１６９３５号公報

ドット形成時の駆動波形や微駆動波形を生成する駆動波形生成部として、駆動波形データに基づいて加圧素子に印加する駆動電圧をオン、オフすることで駆動波形を生成する方式が知られている。この方式では、加圧素子に対する電荷の充放電時間は加圧素子の静電容量と駆動回路の電気抵抗によって決定され、加圧素子に印加する駆動電圧の変化時間は一定である。そのため、特許文献２のように駆動波形毎に電圧変化時間を切り替えることはできなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、ノズルから吐出されなかったインクを循環させる方式の記録ヘッドを備えた構成において、メニスカスに形成される増粘したインク層をノズル内に十分に引き込み可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、記録ヘッドと、ヘッド駆動部と、制御部と、を備えたインクジェット記録装置である。記録ヘッドは、複数の加圧室と、複数の加圧素子と、供給共通流路と、回収共通流路と、を有する。複数の加圧室は、インクを吐出する複数のノズルに連通し、内部にインクを収容可能である。複数の加圧素子は、複数の加圧室に対応して配置され、各加圧室内のインクに圧力をかけて各ノズルからインクを吐出させる。供給共通流路は、記録ヘッドへのインク流通方向に対し複数の加圧室の上流側に接続され、加圧室に供給されるインクが通過する。回収共通流路は、インク流通方向に対し複数の加圧室の下流側に接続され、ノズルから吐出されなかったインクを回収する。ヘッド駆動部は、加圧素子に駆動電圧を印加して記録ヘッドを駆動する。制御部は、ヘッド駆動部を制御して、画像記録の対象となる画像データを構成する画素データの階調に応じて定まる回数のインク吐出を各ノズルに対して実行させるか、若しくは画像記録に寄与するタイミングとは異なるタイミングで各ノズル内のインクのメニスカスを揺動させる。ヘッド駆動部は、波形データ記憶部と、駆動波形生成部と、を備える。波形データ記憶部は、駆動電圧の駆動波形データとして、画像データに応じてノズルから記録媒体上にインクを吐出するための吐出駆動波形データと、メニスカスを揺動させるための微駆動波形データと、を少なくとも記憶する。駆動波形生成部は、波形データ記憶部に記憶された駆動波形データを用いて、ノズルからのインク吐出量に応じて設定された１つ以上の吐出駆動波形と、メニスカスを揺動させる微駆動波形と、を生成する。制御部は、吐出駆動波形と微駆動波形とを駆動波形生成部から加圧素子に選択的に印加可能である。メニスカスの固有振動周期をＴｃとするとき、微駆動波形は、Ｔｃ＊３／４以上Ｔｃ＊５／４以下のパルス幅の引き込みパルスを含む駆動波形である。

本発明の第１の構成によれば、供給共通流路と回収共通流路とを有する記録ヘッドにおいて、Ｔｃ＊３／４以上Ｔｃ＊５／４以下のパルス幅の引き込みパルスを含む微駆動波形を用いてメニスカスを揺動させることにより、メニスカスに形成される増粘したインク層を効率よくノズル内に引き込むことができる。その結果、増粘したインクを加圧室から回収共通流路に流れるインクの循環流れに乗せて確実に回収し、ノズル内のインクの乾燥によるドット形成不良を抑制することができる。また、ノズルからのインクの誤吐出も抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の概略の構成を示す断面図 図１のインクジェット記録装置の記録部周辺の平面図 図１のインクジェット記録装置の主要部のハードウェア構成を示すブロック図 図１のインクジェット記録装置のインク供給経路を示す説明図 記録ヘッド内の加圧室周辺のインク流路を示す平面図 記録ヘッド内の加圧室周辺のインク流路を示す側面断面図 駆動波形生成部の駆動回路の一例を示す図 駆動波形生成部で発生する１パルスの駆動波形と加圧素子に印加される駆動電圧を示すグラフ 図８の駆動電圧を加圧素子に印加したときのメニスカス速度を示すグラフ 図８の駆動電圧を加圧素子に印加したときのメニスカス変化量を示すグラフ インクの循環流路を持たない記録ヘッドにおいて微駆動波形を用いてメニスカスを揺動させたときのメニスカス速度を示すグラフ インクの循環流路を持たない記録ヘッドにおいて微駆動波形を用いてメニスカスを揺動させたときのメニスカス変化量を示すグラフ 本実施形態のインクジェット記録装置において、パルス幅Ｔｃのパルスの後に、略Ｔｃ／４に相当するパルス幅のパルスを略Ｔｃ／２の周期で２回繰り返す微駆動波形を用いてメニスカスを揺動させたときのメニスカス速度を示すグラフ 本実施形態のインクジェット記録装置において、パルス幅Ｔｃのパルスの後に、略Ｔｃ／４に相当するパルス幅のパルスを略Ｔｃ／２の周期で２回繰り返す微駆動波形を用いてメニスカスを揺動させたときのメニスカス変化量を示すグラ

［１．インクジェット記録装置の構成］
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置１の概略の構成を示す断面図である。図２は、図１のインクジェット記録装置１の記録部５周辺の平面図である。図３は、図１のインクジェット記録装置１の主要部のハードウェア構成を示すブロック図である。インクジェット記録装置１は、例えばインクジェット記録式のプリンターであり、装置本体２と、用紙供給部３と、用紙搬送部４と、記録部５と、乾燥部６と、制御部７と、を備える。

用紙供給部３は、例えば装置本体２の下部に配置される。用紙供給部３は、複数枚の用紙（記録媒体）Ｓを収容し、記録時に用紙Ｓを１枚ずつ分離して送り出す。

用紙搬送部４は、用紙搬送方向に対して用紙供給部３の下流側（図１の上方）に配置され、用紙供給部３から送り出された用紙Ｓを搬送する。用紙搬送部４は、用紙Ｓを記録部５および乾燥部６へと搬送し、さらに記録、乾燥後の用紙Ｓを用紙排出部２１に排出する。用紙搬送部４は、例えば反転搬送部４ｒを有する。両面記録が行われる場合、用紙搬送部４は、第１面の記録、乾燥後の用紙Ｓを反転搬送部４ｒに振り分け、さらに搬送方向を切り替えて表裏を反転させ、第２面を上向きにした用紙Ｓを再度、記録部５および乾燥部６へと搬送する。

用紙搬送部４は、第１ベルト搬送部４１および第２ベルト搬送部４２を含む。第１ベルト搬送部４１は、無端状に形成された第１搬送ベルト４１１を有する。第２ベルト搬送部４２は、無端状に形成された第２搬送ベルト４２１を有する。第１ベルト搬送部４１および第２ベルト搬送部４２は、駆動ローラーを含む複数のローラーに張架された第１搬送ベルト４１１および第２搬送ベルト４２１それぞれの上面（搬送面）に用紙Ｓを吸着保持して搬送する。第１ベルト搬送部４１は、記録部５の下方に配置されて用紙Ｓを搬送する。第２ベルト搬送部４２は、用紙搬送方向に対して第１ベルト搬送部４１の下流側（図１の左方）に位置し、乾燥部６に配置されて用紙Ｓを搬送する。

記録部５は、用紙搬送方向に対し用紙供給部３の下流側、且つ第１ベルト搬送部４１の上方に配置される。記録部５は、用紙Ｓに対向するように、第１搬送ベルト４１１の上方に所定の間隔を隔てて配置される。即ち、記録部５は、用紙搬送部４によって搬送され、第１搬送ベルト４１１の上面に吸着保持されて搬送される用紙Ｓと対向する。

図２に示すように、記録部５は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色それぞれに対応したヘッドユニット５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋを保持する。ヘッドユニット５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋは、長手方向が用紙搬送方向Ｄｃと直交する用紙幅方向Ｄｗと平行になるように、用紙搬送方向Ｄｃに沿って並列に配置される。なお、４つのヘッドユニット５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋは基本的な構成が同じであるので、以下の説明では、特に限定する必要がある場合を除き、各色を表す「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｍ」、「Ｙ」の識別記号は省略することがある。

各色のヘッドユニット５１は、ラインヘッド型の記録ヘッド５２を有する。記録ヘッド５２は、各色のヘッドユニット５１において、それぞれ用紙幅方向Ｄｗに沿って複数（本実施形態では３つの記録ヘッド５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）が千鳥状に配列される。

記録ヘッド５２は、その下面に複数のインク吐出ノズル５２１を有する。複数のインク吐出ノズル５２１は、用紙幅方向Ｄｗに沿って配列され、用紙Ｓ上の記録領域の全域にわたってインクを吐出することができる。記録部５は、第１搬送ベルト４１１によって搬送される用紙Ｓに向かって４色のヘッドユニット５１Ｙ、５１Ｍ、５１Ｃ、５１Ｋそれぞれの記録ヘッド５２から順次インクを吐出し、フルカラー画像またはモノクロ画像を用紙Ｓに記録する。記録ヘッド５２の詳細な構成については後述する。

乾燥部６は、用紙搬送方向に対して記録部５の下流側に配置され、第２ベルト搬送部４２が設けられる。記録部５でインク画像が記録された用紙Ｓは、乾燥部６において第２搬送ベルト４２１に吸着保持されて搬送される間に、インクが乾燥される。

制御部７は、ＣＰＵ、記憶部、その他の電子回路および電子部品を含む（いずれも不図示）。ＣＰＵは、記憶部に記憶された制御用のプログラムやデータに基づき、インクジェット記録装置１に設けられた各構成要素の動作を制御してインクジェット記録装置１の機能に係る処理を行う。用紙供給部３、用紙搬送部４、記録部５および乾燥部６それぞれは、制御部７から個別に制御信号を受信し、連動して用紙Ｓへの記録を行う。記憶部は、例えばプログラムＲＯＭ（Read Only Memory）、データＲＯＭなどといった不揮発性の記憶装置と、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性の記憶装置との組み合わせで構成される。

図３に示すように、インクジェット記録装置１は、インク供給部８とヘッド駆動部５３を備える。インク供給部８は、コンテナポンプ８２と、循環ポンプ８４と、加圧部８６と、減圧部８７と、シリンジ８８と、第１開閉弁９１、第２開閉弁９２、第３開閉弁９５と、を備える。インク供給部８は、その他にインクコンテナ８１、第１サブタンク８３、第２サブタンク８５、第１流路８９、第２流路９４、第３流路９８、開閉機構９９（いずれも図４参照）を備える。インク供給部８の詳細な構成については後述する。

ヘッド駆動部５３は、波形データ記憶部５３１と、駆動波形生成部５３２と、バッファー５３３と、セレクター５３４と、を備える。波形データ記憶部５３１は、記録ヘッド５２内の加圧素子５７（図５、図６参照）を駆動するための駆動波形として、インク滴を吐出するための吐出駆動波形（図９、図１０参照）と、メニスカス揺動時に使用する微駆動波形（図１３、図１４参照）の駆動波形データを記憶する。

駆動波形生成部５３２は、波形データ記憶部５３１に記憶された駆動波形データに基づいて、記録ヘッド５２内の加圧素子５７を駆動するための駆動波形（駆動電圧）を発生させる。バッファー５３３は、用紙Ｓに記録される画像１ページ分の駆動波形選択データを格納する。セレクター５３４は、バッファー５３３に格納されている１ページ分の駆動波形選択データに基づいて、吐出駆動波形の駆動電圧を記録ヘッド５２の加圧素子５７に印加するか、或いは駆動波形を選択せず、記録ヘッド５２の加圧素子５７の駆動電圧を一定に保持する動作を行う。ヘッド駆動部５３は、メニスカス揺動時に使用する微駆動波形の駆動電圧を記録ヘッド５２の加圧素子５７に印加することにより、後述するメニスカス揺動を実行する。

［２．インク供給部の構成］
図４は、図１のインクジェット記録装置１のインク供給部８の構成を示す説明図である。図３および図４を用いて、インクジェット記録装置１のインク供給部８について説明する。インク供給部８は、４色のヘッドユニット５１ごとに個別に設けられる。以下の説明では、各色を表す識別記号の記載を省略する。インク供給部８とヘッドユニット５１との間は、着脱可能なカップリング１１によって連結される。カップリング１１内には、接続状態においてインク流路を開放し、分離状態においてインク流路を閉鎖する弁部材（不図示）が内蔵されている。

インクコンテナ８１は、装置本体２に対して着脱可能に設けられる。インクコンテナ８１は、記録ヘッド５２に供給されるインクを収容する。

コンテナポンプ８２は、インク流通方向に対してインクコンテナ８１の下流側に配置される。コンテナポンプ８２は、インクコンテナ８１内のインクを吸引し、第１サブタンク８３に向かって吐出する。コンテナポンプ８２の動作は、制御部７によって制御される。

第１サブタンク８３は、インク流通方向に対してコンテナポンプ８２の下流側に配置される。第１サブタンク８３は、インクコンテナ８１から供給されるインクを一時的に貯留する。第１サブタンク８３には、インク量センサー（不図示）が設けられる。インク量センサーは、例えば光学式、静電容量式、電極式、差圧式、フロート式などのセンサーを含み、第１サブタンク８３内のインク量を検出する。

制御部７は、第１サブタンク８３のインク量センサーの検出信号を受信する。インク量センサーによって検出された第１サブタンク８３内のインク量が所定値より低くなると、制御部７は、コンテナポンプ８２を制御し、インクコンテナ８１から第１サブタンク８３にインクを供給する。インクコンテナ８１から第１サブタンク８３へのインクの供給量は、例えばコンテナポンプ８２の駆動時間によって制御される。コンテナポンプ８２の駆動時間が一定時間経過しても、インク量センサーによって検出された第１サブタンク８３内のインク量が所定値より高くならない場合、制御部７は、インクコンテナ８１内のインク量が空であると判定する。

循環ポンプ８４は、第１サブタンク８３のインク流通方向下流側に配置される。循環ポンプ８４は、インクを第１サブタンク８３から第２サブタンク８５に移動させる。循環ポンプ８４としては、例えばチューブポンプ、ダイヤフラムポンプなどの液体用のポンプから選択することができる。循環ポンプ８４の動作は、制御部７によって制御される。

第２サブタンク８５は、循環ポンプ８４のインク流通方向下流側に配置される。第２サブタンク８５は、第１サブタンク８３から供給されるインクを一時的に貯留する。第１サブタンク８３と同様に、第２サブタンク８５には、インク量センサー（不図示）が設けられ、第２サブタンク８５内のインク量が検出される。

制御部７は、第２サブタンク８５のインク量センサーの検出信号を受信する。インク量センサーによって検出された第２サブタンク８５内のインク量が所定値より低くなると、制御部７は、循環ポンプ８４を制御し、第１サブタンク８３から第２サブタンク８５にインクを移動させる。第１サブタンク８３から第２サブタンク８５へのインクの移動量は、例えば循環ポンプ８４の駆動時間によって制御される。

加圧部８６は、第２サブタンク８５に併設される。加圧部８６は、第２サブタンク８５内を加圧し、インクを第２サブタンク８５から記録ヘッド５２に供給する。加圧部８６の動作は、制御部７によって制御される。

減圧部８７は、第１サブタンク８３に併設される。減圧部８７は、第１サブタンク８３内を減圧し、インクを記録ヘッド５２から第１サブタンク８３に循環させる。減圧部８７の動作は、制御部７によって制御される。

シリンジ８８は、インク流通方向に対して第２サブタンク８５の下流側であって、記録ヘッド５２の上流側に配置される。シリンジ８８は、インクが第２サブタンク８５から流入し、記録ヘッド５２に向かって流出する。

用紙Ｓへの画像記録時には、インクに対して加圧部８６によって記録圧力がかかっている。これに対し、例えばメンテナンス時等に、制御部７は、シリンジモーター８８４によってシリンジ８８内のプランジャー（図示せず）を下方に高速で移動させ、シリンジ８８内からインクを押し出すことで、記録圧力よりも高い保守圧力をインクにかけることができる。即ち、シリンジ８８は、インクに対して加圧部８６によってかかる記録圧力よりも高い保守圧力をかけることが可能である。

第１流路８９は、第１サブタンク８３から循環ポンプ８４、第２サブタンク８５、シリンジ８８、および記録ヘッド５２を経て第１サブタンク８３までインクが循環するインク流路である。第１流路８９は、第２サブタンク８５からシリンジ８８まで延びる第１導管８９１と、シリンジ８８から記録ヘッド５２まで延びる第２導管８９２と、記録ヘッド５２から第１サブタンク８３まで延びる第３導管８９３と、第１サブタンク８３から第２サブタンク８５まで延びる第４導管８９４と、を含む。第４導管８９４上には、逆止弁ＣＶ１が配置される。逆止弁ＣＶ１は、第１流路８９のインク流通方向に対し、下流側から上流側へのインクの逆流を防止する。

制御部７は、非画像記録時に、シリンジ８８によってインクに保守圧力をかけ、インクをシリンジ８８のインク流通方向下流側に向けて強制的に流通させる強制流通モードを実行可能である。これにより、非画像記録時に、インク流路である第１流路８９内の気泡を移動させ、記録ヘッド５２から遠ざけることができる。即ち、用紙Ｓへの記録時に、第１流路８９内の気泡が記録ヘッド５２に移動することを抑制することが可能になる。

また、制御部７は、非画像記録時に、インクをインク吐出ノズル５２１（図２参照）から強制的に押出（パージ）して記録ヘッド５２をクリーニングするクリーニングモードを実行可能である。クリーニングモードにおいて、記録ヘッド５２のインク吐出ノズル５２１から吐出面３１（図６参照）にインクが吐出される。吐出されたインクは、例えばインク吐出ノズル５２１内の粘度が高くなったインク、異物等を含み、表面張力によって吐出面３１に保持される。その後、ワイパー（不図示）等によって吐出面３１のインクが拭き取られる。

さらに、インク供給部８は、第１開閉弁９１と、第２開閉弁９２と、第２流路９４と、第３開閉弁９５と、第３流路９８と、開閉機構９９と、を備える。第１開閉弁９１は、第１流路８９の第１導管８９１上の、インク流通方向に対してシリンジ８８よりも上流側に配置される。第１開閉弁９１は、第２サブタンク８５とシリンジ８８との間の第１流路８９を開閉する。

第２開閉弁９２は、第１流路８９の第２導管８９２上に配置される。第２開閉弁９２は、シリンジ８８と記録ヘッド５２との間の第１流路８９を開閉する。第３開閉弁９５は、第２流路９４の第５導管９４１上に配置される。第３開閉弁９５は、第２流路９４を開閉する。

開閉機構９９は、第３流路９８上に配置される。開閉機構９９は、例えば手動で第３流路９８の開閉が可能なクランプ等で構成される。開閉機構９９は、第３流路９８を開閉する。

［３．記録ヘッドの構成］
図５および図６は、それぞれ記録ヘッド５２内の加圧室３２周辺のインク流路を示す平面図および側面断面図である。図５および図６を用いてインクジェット記録装置１の記録ヘッド５２の詳細な構成について説明する。

図６に示すように、記録ヘッド５２は用紙Ｓに対向する吐出面３１を有する。吐出面３１には、インク吐出ノズル５２１の開口部である微小径を有する吐出口５２１ａが、吐出面３１の長手方向（主走査方向）において少なくとも記録領域の最大幅に亘って複数設けられている。

記録ヘッド５２は、吐出面３１の吐出口５２１ａ以外の部分を覆う撥水膜３１ａと、吐出口５２１ａに対して１つずつ設けられた加圧室３２と、第１流路８９（第２導管８９２）から複数の加圧室３２にインクを供給する供給共通流路３３と、複数の加圧室３２から第１流路８９（第３導管８９３）にインクを循環させる回収共通流路３４と、を備える。加圧室３２と供給共通流路３３とは供給口３５で連通されており、供給口３５を介して供給共通流路３３から加圧室３２にインクが供給される。加圧室３２とインク吐出ノズル５２１とは下降流路３６で連通されており、下降流路３６を介して加圧室３２からインク吐出ノズル５２１にインクが供給される。下降流路３６と回収共通流路３４とは回収流路３７で連通されている。供給共通流路３３、回収共通流路３４、供給口３５、下降流路３６、回収流路３７は、記録ヘッド５２にインクを供給するとともに、画像記録に使用されなかったインクを回収するインクの循環流路を構成する。なお、記録ヘッド５２内のインクの循環は上述と逆方向であってもよい。つまり、回収共通流路３４、回収流路３７、下降流路３６、加圧室３２、供給口３５、供給共通流路３３の順にインクを流してもよい。その場合、機能としては、回収共通流路３４が供給共通流路として働き、供給共通流路３３が回収共通流路として働く。

記録ヘッド５２内には、ドット形成のために加圧室３２、供給口３５、下降流路３６、回収流路３７、加圧素子５７、インク吐出ノズル５２１の組が複数設けられている。また、複数の供給口３５に一つの供給共通流路３３が接続され、複数の回収流路３７に一つの回収共通流路３４が接続されている。供給共通流路３３には上流側から加圧部８６によって正圧がかけられ、回収共通流路３４には下流側から減圧部８７によって負圧がかけられている。インク吐出ノズル５２１の上流側に吐出に適切な正圧がかかるように、加圧部８６と減圧部８７の圧力のバランスがとられている。ドット形成時も非ドット形成時も、どのインク吐出ノズル５２１にも上記の圧力がかかり、供給共通流路３３から供給口３５、加圧室３２、下降流路３６、回収流路３７を介して、回収共通流路３４に向かって常にインクが循環している。上記のインク循環時の流速は、後述するインク吐出動作に影響しない程度の流速に設定されている。

加圧室３２の壁のうち吐出面３１と逆側の壁（上壁）は振動板５４で構成されている。振動板５４は複数の加圧室３２に亘って連続して形成されており、振動板５４には同様に複数の加圧室３２に亘って連続して形成された共通電極５５が積層されている。共通電極５５上には、加圧室３２毎に別個の加圧素子５７が設けられており、共通電極５５と共に加圧素子５７を挟むように、加圧室３２毎に別個の個別電極５６が設けられる。加圧素子５７としては、圧電素子、静電素子（静電アクチュエータ）、加熱素子（サーマルインクジェット方式に用いられる）を用いることができる。

加圧素子５７として、圧電素子、静電素子等の駆動波形に応じて変位して加圧室３２の体積を変化させる変位素子を用いることで、駆動波形が直接的に圧力に変換されるので、後述するようにインクの吐出タイミングやメニスカスの揺動タイミングに合わせた圧力を発生させ易くなる。

図７は、駆動波形生成部５３２の駆動回路の一例を示す図である。駆動波形生成部５３２は、オペアンプＯＡと、３つの抵抗Ｒ１～Ｒ３とを含む。駆動波形生成部５３２は、波形データ記憶部５３１に記憶された駆動波形データに基づいて、駆動電圧電源ＢＰから印加される定電圧の駆動電圧を加圧素子５７に印加するか否か（オン・オフ）を切り替える駆動波形を生成する。

駆動波形のオン時には、抵抗Ｒ１、Ｒ３の和と加圧素子５７の静電容量Ｃとの積（Ｒ１＋Ｒ３）＊Ｃで加圧素子５７への充電時間が決まる。駆動波形のオフ時には、抵抗Ｒ２、Ｒ３の和と加圧素子５７の静電容量Ｃとの積（Ｒ２＋Ｒ３）＊Ｃで加圧素子５７からの放電時間が決まる。即ち、加圧素子５７に対する電荷の充放電に要する時間は、加圧素子５７の静電容量と駆動回路の電気抵抗によって決定され、加圧素子５７に印加される駆動電圧の変化時間も決定される。

ヘッド駆動部５３の駆動波形生成部５３２で生成された駆動パルスが個別電極５６に印加されることで、各加圧素子５７は個別に駆動される。この駆動による加圧素子５７の変形が振動板５４に伝達され、振動板５４の変形によって、加圧室３２の体積は拡大あるいは縮小される。その結果、加圧室３２内のインクに圧力が加わり、インク吐出ノズル５２１を通過したインクが吐出口５２１ａからインク滴となって吐出される。なお、インク滴が吐出されない間も、インク吐出ノズル５２１内にはインクが充填されており、インク吐出ノズル５２１内でインクはメニスカスＭを形成している。

記録ヘッド５２に配置された複数のインク吐出ノズル５２１のうち、画像によっては常にインク滴を吐出している（画素を形成している）インク吐出ノズル５２１もあれば、全くインク滴を吐出しない（画素を形成していない）インク吐出ノズル５２１も存在する。インク吐出ノズル５２１の吐出口５２１ａは空気に触れているため、画素（ドット）を形成してから次に画素を形成するまでの時間が長い場合、吐出口５２１ａからインクの揮発成分が蒸発し、インクの粘度が上昇してしまう。インクが増粘すると、次に画素を形成する際の吐出において、吐出されるインク滴の体積が減少したり、吐出速度が低下したり、飛翔方向が曲がったりして正常な画素が形成できない。

記録ヘッド５２内の供給共通流路３３から供給口３５、加圧室３２、下降流路３６、回収流路３７を介して回収共通流路３４に向かうインク循環は、インク吐出ノズル５２１内で増粘したインクを回収共通流路３４側に回収することを目的としている。しかし、吐出口５２１ａ付近で増粘しているインク層の層厚はインク吐出ノズル５２１の長さに比して薄いために、インク循環のみでは増粘したインクを十分に回収することができない。

そこで、本実施形態では、増粘したインクをインク循環の流れに乗せるために、非ドット形成時に、インク滴を吐出しない程度にインク吐出ノズル５２１内のメニスカスＭを引き込むように揺動させる微駆動波形を用いて加圧素子５７を駆動する。

［４．画像記録時およびメニスカス揺動時の駆動波形］
次に、本実施形態のインクジェット記録装置１において、画像記録時に用いる駆動波形（吐出駆動波形）およびメニスカスＭの揺動時に用いる駆動波形（微駆動波形）について説明する。駆動波形生成部５３２は、波形データ記憶部５３１に記憶された駆動波形データに応じて発生させた駆動波形によって、一定の駆動電圧を加圧素子５７に印加するかしないかを切り替えることで加圧素子５７に印加される駆動電圧を変化させて、加圧素子５７を駆動する。具体的には、駆動電圧のオン時には駆動電圧電源から加圧素子５７に電荷が充電されて加圧素子５７は撓み変形し、駆動電圧のオフ時には加圧素子５７に充電された電荷が放電されて撓み変形が解除される。

図８は、駆動波形生成部５３２で発生する１パルスの駆動波形と加圧素子５７に印加される駆動電圧を示すグラフである。図８では、駆動波形電圧の時間推移を実線で示し、加圧素子５７に印加される駆動電圧の時間推移を破線で示している。前述したように、加圧素子５７に対する電荷の充放電に要する時間は加圧素子５７の静電容量と駆動波形生成部５３２の駆動回路の電気抵抗によって決まり、加圧素子５７に印加される駆動電圧の変化時間も決まる。１パルスの駆動波形を駆動波形生成部５３２に入力した場合、図８に示すように、加圧素子５７に印加される駆動電圧は立下り、立上りが緩やかな波形となる。この加圧素子５７に印加される駆動電圧の立下り時間をＴｆ、立上り時間をＴｒとする。

ここで、駆動電圧、Ｔｆ、Ｔｒは固定値であるため、加圧素子５７にかかる駆動電圧の波形を規定するには駆動波形のパルス幅だけ設定すればよい。そこで、駆動波形のオン時間、オフ時間を駆動波形データとして、駆動波形毎に波形データ記憶部５３１に記憶しておく。例えば図８では、オン時間：０［μsec］、オフ時間：６．４［μsec］である。なお，Ｔｆ：０．７［μsec］、Ｔｒ：０．７［μsec］、駆動電圧：２０［Ｖ］である。

駆動電圧の印加により加圧素子５７から発生した圧力によって、インク吐出ノズル５２１内にはインクの振動流れが発生する。この振動流れの振動周期は、供給口３５、加圧室３２、加圧素子５７、下降流路３６、回収流路３７、インク吐出ノズル５２１の形状、インクの物性値等によって決まる値である。すなわち、この振動周期は、供給共通流路３３と回収共通流路３４との間にある個別流路の固有振動周期である。この振動周期を固有振動周期Ｔｃとする。

画素形成に使用する吐出駆動波形は、略Ｔｃ／２のパルス幅の波形を基本とし、それを複数個組み合わせて、吐出されるインク滴の体積が異なる複数パターンの波形を形成する。図８の１パルスの駆動波形はパルス幅がＴｃ／２である。

図９および図１０は、それぞれ図８の駆動電圧を加圧素子５７に印加したときのメニスカス速度およびメニスカス変化量を示すグラフである。以下の図９～図１４では、メニスカス速度およびメニスカス変化量の時間推移を実線で示し、加圧素子５７に印加される駆動電圧の時間推移を破線で示している。図８に示した駆動電圧を加圧素子５７に印加した場合、インク吐出ノズル５２１内のメニスカス速度（メニスカスＭの振動速度）およびメニスカス変化量（インク吐出ノズル５２１内のインクの体積変化量）は、図９および図１０に示すように推移する。

駆動電圧の印加開始時には駆動電圧はオン状態（２０Ｖ）であり、加圧素子５７はインク吐出ノズル５２１の外側に向かって撓み変形している。その後、駆動電圧がオン状態からオフ状態（０Ｖ）に変化した際に加圧素子５７の撓み変形が解除され、メニスカスＭがインク吐出ノズル５２１内に引き込まれる。その結果、図１０に示すようにメニスカスＭはマイナス側に所定量（１０［ｐＬ］）だけ変化する。

固有振動周期Ｔｃの半周期（Ｔｃ／２）後、メニスカスＭの振動速度はマイナスからプラス、即ち、メニスカス速度がインク吐出ノズル５２１の内側に向かう方向から外側に向かう方向に反転する。このタイミングで駆動電圧をオフ状態からオン状態に変化させて加圧素子５７を再び撓み変形させると、メニスカスＭがインク吐出ノズル５２１の外側に押し出されてメニスカスＭの振動速度を加速する。その結果、図９に示すようにメニスカス速度が所定速度（例えば１０［ｍ／sec］）を超え、図１０に示すようにメニスカス変化量もプラス側に所定量（例えば１０［ｐＬ］）を超える。これにより、吐出口５２１ａからインク滴が吐出される。

図１１および図１２は、それぞれインクの循環流路を持たない記録ヘッドにおいて微駆動波形を用いてメニスカスを揺動させたときのメニスカス速度およびメニスカス変化量を示すグラフである。回収流路３７、回収共通流路３４がない記録ヘッド５２の場合、画素形成が所定時間以上行われていないインク吐出ノズル５２１に対しては、画素形成（インク吐出）の直前に微駆動波形で駆動してメニスカスを揺動させ、インクの増粘層を拡散させることで吐出の安定性を保持する。この場合の微駆動波形は、図１１および図１２に示すように、略Ｔｆに相当する時間（パルス幅）のパルスを略Ｔｃ／２に相当する時間間隔（周期）で複数回繰り返す。即ち、メニスカスを細かく振動させてインクの増粘層を拡散させることが目的であり、メニスカス速度およびメニスカス変化量は小さい。

図１３および図１４は、それぞれ供給共通流路３３と回収共通流路３４を有する記録ヘッド５２を備えた本実施形態のインクジェット記録装置１において、微駆動波形を用いてメニスカスを揺動させたときのメニスカス速度およびメニスカス変化量を示すグラフである。図１３および図１４では、オン時間：０［μsec］、オフ時間：Ｔｃ（１２．８［μsec］）、オン時間：Ｔｃ／４（３．２［μsec］）、オフ時間：Ｔｃ／４（３．２［μsec］）、オン時間：Ｔｃ／４（３．２［μsec］）、オフ時間：Ｔｃ／４（３．２［μsec］）、駆動電圧：２０［Ｖ］の微駆動波形に対するメニスカス速度およびメニスカス変化量の時間推移を示している。

本実施形態のようにインクの循環流路を設けた記録ヘッド５２では、インク吐出ノズル５２１の吐出口５２１ａの近傍に存在する増粘したインク層（増粘層）をインク吐出ノズル５２１内にできるだけ大きく引き込み、循環するインクの流れに合流させることを目的として、微駆動波形を用いてメニスカスの揺動を行う。そのため、メニスカス変化量は極力大きくすることが好ましい。しかし、メニスカス変化量が大きい場合、吐出口５２１ａからインク滴が誤吐出してしまう場合もある。

図１３および図１４に示す微駆動波形では、パルス幅Ｔｃのパルス（引き込みパルス）Ｐ１を用いてメニスカスの引き込みを行う。引き込みパルスは、メニスカスをインク吐出ノズル５２１の内側に引き込む電圧変化の後に、メニスカスをインク吐出ノズル５２１の外側に押し出す電圧変化があるパルスである。このような微駆動波形を用いることで、メニスカスＭがインク吐出ノズル５２１内に引き込まれる際のメニスカス変化量が、図１０に示したドット形成時に用いる吐出駆動波形と同等のメニスカス変化量（１０［ｐＬ］）になっている。即ち、図１２に示した微駆動波形のメニスカス変化量と比較して大きくなっている。

また、引き込みパルスＰ１のパルス幅がＴｃであるため、メニスカス速度がプラスからマイナス、即ち、メニスカス速度がインク吐出ノズル５２１の外側に向かう方向から内側に向かう方向に転じたタイミングで、逆にメニスカスを押し出す方向（メニスカスの揺動を相殺する方向）に加圧素子５７を駆動させることができる。その結果、メニスカス速度が減速する。これにより、メニスカスＭが一旦引き込まれた後、押し出される方向（図１４のプラス側）のメニスカス変化量を低減することができ、吐出口５２１ａからのインク滴の誤吐出を抑制することができる。

なお、本実施形態で使用する微駆動波形の引き込みパルスＰ１のパルス幅はＴｃに限定されない。図１３に示すように、微駆動波形のオン（０［μsec］）からＴｃ＊３／４経過後にメニスカス速度が極大値となり、駆動電圧をオンしなければＴｃ＊５／４経過後にメニスカス速度が極小値（図１３の点線で表示）となる。

そのため、微駆動波形のオフ時間（パルス幅）をＴｃ＊３／４以上Ｔｃ＊５／４以下とすることで、インク吐出ノズル５２１の外側に向かうメニスカス速度が減速している間に、メニスカスを押し出す方向に加圧素子５７を駆動させることができる。具体的には、Ｔｃ＊３／４以上Ｔｃ＊５／４以下のパルス幅の引き込みパルスＰ１であれば、インク吐出ノズル５２１から押し出される方向のメニスカス速度（メニスカス変化量）を、インク吐出ノズル５２１の外側から内側に向かうメニスカス速度（メニスカス変化量）と相殺させて低減することができる。

特に、図１３に示したパルス幅Ｔｃの引き込みパルスＰ１を用いることで、メニスカス速度がインク吐出ノズル５２１の外側に向かう方向から内側に向かう方向に転じたタイミング（速度０［ｍ／ｓｅｃ］の点を通過するタイミング）でメニスカスを押し出す方向に加圧素子５７を駆動させることができ、メニスカス速度（メニスカス変化量）を相殺する効果が最大となるため好ましい。

また、本実施形態で用いる微駆動波形は、上述した引き込みパルスＰ１の後に、略Ｔｃ／４に相当するパルス幅のパルス（制振パルス、メニスカスをインク吐出ノズル５２１の内側に引き込む電圧変化の後に、メニスカスをインク吐出ノズル５２１の外側に押し出す電圧変化があるパルス）Ｐ２を略Ｔｃ／２の周期で２回繰り返すものである。加圧素子５７に印加される駆動電圧が低い場合は、パルス幅がＴｃ＊３／４以上Ｔｃ＊５／４以下の引き込みパルスＰ１のみでもインク滴の誤吐出は発生し難いが、駆動電圧が高い場合は引き込みパルスＰ１のみではメニスカス速度（メニスカス変化量）を十分に低減できない場合もある。

例えば、ヒーター等のインクの温度調整機構を有しない記録ヘッド５２の場合、環境温度によってインクの粘度が変化する。また、インク滴を吐出したときの画素濃度を一定にするためにはインク吐出量を一定にする必要がある。従って、インクの粘度が高い場合はインク吐出量を一定にするためにインク滴の吐出速度を高くする必要があり、駆動電圧を高くする必要がある。

また、表面張力が低いインクの場合はメニスカスが壊れやすいため、引き込みパルスＰ１を用いてメニスカスを揺動させたときに吐出口５２１ａから吐出面３１にインクが溢れ出し易くなる。

そこで、引き込みパルスＰ１の後に制振パルスＰ２を継続させる微駆動波形を用いることで、引き込みパルスＰ１によって生じたメニスカスの残留振動をより効果的に減衰させることができる。従って、インク粘度が高いとき等のように高い駆動電圧を用いる場合のインク滴の誤吐出や、表面張力が低いインクを用いる場合のインクの溢れを効果的に抑制することができる。

微駆動波形によるメニスカスの揺動は、インク滴を吐出しないインク吐出ノズル５２１に対して継続的に実行される。より詳細には、インク滴を吐出しない間は図１３および図１４に示した微駆動波形を繰り返し用いてメニスカスの揺動を継続する。そして、インク滴を吐出する際には微駆動波形を図９および図１０に示した吐出駆動波形に切り替えてインク滴の吐出を行う。

ここで、微駆動波形によるメニスカスの揺動に必要な時間、および吐出駆動波形によるインク滴の吐出に必要な時間はいずれも５０［μsec］程度である。即ち、引き込みパルスＰ１と制振パルスＰ２を含めて微駆動波形を５０［μsec］に収めるためには、制振パルスＰ２の繰り返し回数は３回以内とする必要がある。また、制振パルスＰ２を４回以上繰り返してもメニスカスの残留振動の減衰効果の更なる向上は期待できない。そのため、制振パルスＰ２のパルス数は１～３が適当である。

上述したような微駆動波形を用いることで、供給共通流路３３と回収共通流路３４とを有する記録ヘッド５２において、インク吐出ノズル５２１の先端で増粘したインクを効率よくインク吐出ノズル５２１内に引き込むことができる。その結果、増粘したインクを加圧室３２から回収流路３７に流れるインクの循環流れに乗せて確実に回収し、インク吐出ノズル５２１内のインクの乾燥によるドット形成不良を抑制することができる。また、インク吐出ノズル５２１からのインクの誤吐出も抑制することができる。

また、メニスカスを揺動させた直後にインク滴を吐出する場合は、インク吐出ノズル５２１内のメニスカスがなるべく振動していない状態で、吐出駆動波形を用いてインク滴を吐出させることが好ましい。引き込みパルスＰ１と制振パルスＰ２を含む微駆動波形を用いることで、インク吐出ノズル５２１内の増粘したインクを効果的に除去し、且つ、直後のインク滴の吐出時にはメニスカスの揺動が十分に減衰された状態とすることができ、より高精細な画素形成を行うことができる。

〔５．その他〕
本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、負圧吸引によって用紙Ｓを第１搬送ベルト４１１に吸着させて搬送する場合について説明したが、第１搬送ベルト４１１を帯電させ、用紙Ｓを第１搬送ベルト４１１に静電吸着させて搬送するようにしてもよい（静電吸着方式）。

また、上記実施形態では、インクジェット記録装置１として、４色のインクを用いてカラー画像を記録するカラープリンターを用いた例について説明したが、ブラックのインクのみを用いてモノクロの画像を記録するモノクロプリンターを用いた場合でも、本実施形態の駆動波形を用いることは可能である。

本発明は、インクジェットプリンターなどのインクジェット記録装置に利用可能である。

１ インクジェット記録装置
５ 記録部
７ 制御部
８ インク供給部
３１ 吐出面
３２ 加圧室
３３ 供給共通流路
３４ 回収共通流路
３５ 供給口
３６ 下降流路
３７ 回収流路
４１ 第１ベルト搬送部
５１ ヘッドユニット
５２ 記録ヘッド
５２１ インク吐出ノズル
５２１ａ 吐出口
５３ ヘッド駆動部
５３１ 波形データ記憶部
５３２ 駆動波形生成部
５３３ バッファー
５３４ セレクター
５４ 振動板
５５ 共通電極
５６ 個別電極
５７ 加圧素子
Ｓ 用紙（記録媒体）
Ｐ１ 引き込みパルス
Ｐ２ 制振パルス

Claims (7)

1. インクを吐出する複数のノズルに連通し、内部に前記インクを収容可能な複数の加圧室と、
   複数の前記加圧室に対応して配置され、前記各加圧室内の前記インクに圧力をかけて前記各ノズルから前記インクを吐出させる複数の加圧素子と、
   前記記録ヘッドへのインク流通方向に対し複数の前記加圧室の上流側に接続され、前記加圧室に供給される前記インクが通過する供給共通流路と、
   前記インク流通方向に対し複数の前記加圧室の下流側に接続され、前記ノズルから吐出されなかった前記インクを回収する回収共通流路と、
   を有する記録ヘッドと、
   前記加圧素子に駆動電圧を印加して前記記録ヘッドを駆動するヘッド駆動部と、
   前記ヘッド駆動部を制御して、画像記録の対象となる画像データを構成する画素データの階調に応じて定まる回数のインク吐出を前記各ノズルに対して実行させるか、若しくは前記画像記録に寄与するタイミングとは異なるタイミングで前記各ノズル内の前記インクのメニスカスを揺動させる制御部と、
   を備えたインクジェット記録装置において、
   前記ヘッド駆動部は、
   前記駆動電圧の駆動波形データとして、前記画像データに応じて前記ノズルから記録媒体上に前記インクを吐出するための吐出駆動波形データと、前記メニスカスを揺動させるための微駆動波形データと、を少なくとも記憶する波形データ記憶部と、
   前記波形データ記憶部に記憶された前記駆動波形データを用いて、前記ノズルからのインク吐出量に応じて設定された１つ以上の吐出駆動波形と、前記メニスカスを揺動させる微駆動波形と、を生成する駆動波形生成部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記吐出駆動波形と前記微駆動波形とを前記駆動波形生成部から前記加圧素子に選択的に印加可能であり、
   前記メニスカスの固有振動周期をＴｃとするとき、前記微駆動波形は、Ｔｃ＊３／４以上Ｔｃ＊５／４以下のパルス幅の引き込みパルスを含む駆動波形であることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記引き込みパルスのパルス幅がＴｃであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記微駆動波形は、前記引き込みパルスの後に、略Ｔｃ／４のパルス幅の制振パルスを１つ以上含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記微駆動波形は、略Ｔｃ／２の周期で繰り返す複数の前記制振パルスを含むことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記制振パルスの繰り返し回数が３回以下であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記駆動波形生成部は、前記加圧素子に印加する前記駆動電圧のオン・オフを切り替える駆動波形を生成し、前記加圧素子の静電容量と前記駆動波形生成部を構成する駆動回路の電気抵抗によって前記駆動電圧の変化時間が決定されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
7. 前記記録ヘッドは、前記供給共通流路と複数の前記加圧室との間にそれぞれ接続される複数の供給口と、複数の前記加圧室と前記回収共通流路との間にそれぞれ接続される複数の回収流路と、を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

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