JP3389859B2 - インクジェット記録ヘッドの駆動装置およびその方法並びにこの装置を用いた印刷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同一ノズルから異
なる大きさのインク滴を吐出するインクジェット記録ヘ
ッドの駆動装置およびその方法、更にこの駆動装置を用
いた印刷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタは、印刷しよう
とする画像に対して２以上の多値化を行ない、多値化の
結果得られたドットのオン・オフの信号に基づいて、記
録ヘッドの各ノズルにより記録媒体上へのドットの形成
を制御している。具体的には、記録ヘッド上の複数のノ
ズルからインク滴がそれぞれ所定のタイミングで吐出さ
れ、これらの各インク滴が記録紙等の記録媒体の表面に
ドットを形成することで記録を行なう構成としている。
インクを吐出する手法は、基本的には、ノズルに至るイ
ンク通路において、極めて短時間、インクを加圧するこ
とにより、加圧されたインクがノズル先端からインク滴
となって吐出されるというものである。インクに加える
圧力の発生メカニズムの相違により、電歪素子を用いて
圧力を発生する方式や加熱による気泡の発生を用いて圧
力を加える方式などが知られている。いずれのメカニズ
ムを採用しても、ノズル先端からインクを吐出するイン
クジェット方式では、インク滴を吐出するかしないか、
つまりドットのオンオフ制御を行なうに過ぎず、吐出さ
れるインク滴のインク重量を連続的かつ自由に制御する
ことは極めて困難であり、そのままでは中間階調を記録
することはできなかった。

【０００３】そこで、従来より、中間階調を表現するた
めに、面積階調やディザ法、誤差拡散法といった手法が
提案されている。面積階調による中間階調の記録を例に
とると、１つの画素を４×４、８×８等の複数のドット
で表現することによって中間階調の記録を実現してい
る。４×４のドットマトリックスで１つの画素を表現す
れば、１６階調（全白を含めると１７階調）で濃淡を表
わすことができる。画素の分解能を上げれば、より細や
かに階調表現を行うことができる。しかし、記録ドット
径を変えずに階調を上げると実質的な解像度は低下す
る。また、記録紙上の記録ドット径が大きいと、低濃度
領域の粒状性が目立つようになる。従って、インク滴の
重量を少なくして記録するドット径を小さくする必要が
ある。

【０００４】ドット径を小さくするために、インク重量
の小さなインク滴を吐出する技術としては、例えば特開
昭５５−１７５８９号公報等に記載されているように、
インク通路に連接された圧力発生室の容積を一旦膨張さ
せてから収縮させるという、いわゆる「引き打ち」を行
なうものが知られている。圧力発生室の容積を一旦大き
くすることで、ノズルにおけるインク先端面（メニスカ
ス）が後退するため、加圧時にノズルから吐出するイン
ク滴が小さくなり、記録ドット径を小さくすることが可
能となる。

【０００５】記録ドット径が小さくなれば、低濃度領域
での粒状性が目立たず記録品質を高めることができる
が、記録速度が大幅に低下する。例えば、通常の記録ド
ット径の約半分にした小径のドットのみを用いる場合
は、通常の記録ドット径を用いた場合の４倍の記録時間
を要する。記録速度の低下を防止するためには、インク
滴を吐出する駆動周波数を４倍に高めるか、あるいはノ
ズル数を４倍に増やせばよいが、いずれも容易ではな
い。

【０００６】そこで、同一のノズルから異なる重量のイ
ンク滴を吐出させ階調記録を可能とする技術も提案され
ている（例えば、米国特許第５，２８５，２１５号明細
書）。かかる技術では、一つの記録周期内において同一
パルス信号を複数個発生することによって微少なインク
滴を複数発生させ、記録紙上に着弾する前に、これら複
数の微少なインク滴を合体させて大きなインク滴を生成
しようとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記公報記載の技術に
よれば、微少なインク滴の吐出と、複数のインク滴が合
体した大きなインク滴の吐出とを制御することが可能で
あるが、記録紙着弾前に、大きさがほぼ同一の複数のイ
ンク滴を確実に合体させるには、ノズル先端から記録紙
までの距離やインク滴の吐出速度とヘッドの移動速度と
の関係など、多くの条件を満たさなければならない。同
様に、記録ドット径の可変範囲も狭いという問題があっ
た。

【０００８】本発明は、係る問題を解決することを目的
としてなされ、記録ドット径の可変範囲を更に広くする
ことのできるインクジェット記録ヘッドの駆動装置、そ
の方法、およびこの記録ヘッドの駆動装置を用いた印刷
装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】こ
のような問題の少なくとも一部を解消するために本発明
は、次の構成を採用した。即ち、本発明のインクジェッ
ト記録ヘッドの駆動装置は、複数のノズル開口の各々に
対応して設けられた圧力発生素子を作動させることによ
り、前記ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジ
ェット記録ヘッドの駆動装置であって、前記複数のノズ
ルから第１のインク滴を吐出させるための第１の駆動パ
ルスと、該複数のノズルから前記第１のインク滴より大
きな第２のインク滴を吐出させるための第２の駆動パル
スとを含んでなる駆動信号を発生させる駆動信号発生手
段と、記録画素に対応した一記録周期内で前記各駆動パ
ルスのうちの少なくとも一つの駆動パルスを選択する駆
動パルス選択手段と、該選択された駆動パルスを含む前
記駆動信号により、前記圧力発生素子を駆動する素子駆
動手段と、前記第１または第２のインク滴により形成さ
れるドットより大きいドットを形成しようとする場合に
は、前記パルス選択手段により、前記一記録周期内に前
記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パルスとを選択す
ると共に、前記第２の駆動パルスの出力のタイミング
を、前記第１のインク滴吐出からのメニスカス戻りを利
用して前記第２のインク滴を吐出するタイミングとし
て、両駆動パルスに応じたインク滴により前記記録媒体
上に大ドットを形成する大ドット形成手段とを備えたこ
とを要旨としている。

【００１０】この記録ヘッドの駆動装置に対応する記録
ヘッドの駆動方法の発明は、複数のノズル開口の各々に
対応して設けられた圧力発生素子を作動させることによ
り、前記ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジ
ェット記録ヘッドの駆動方法であって、前記複数のノズ
ルから第１のインク滴を吐出させるための第１の駆動パ
ルスと、該複数のノズルから前記第１のインク滴より大
きな第２のインク滴を吐出させるための第２の駆動パル
スとを含んでなる駆動信号を発生させ、記録画素に対応
した一記録周期内で前記各駆動パルスのうちの少なくと
も一つの駆動パルスを選択し、前記第１または第２のイ
ンク滴により形成されるドットより大きいドットを形成
しようとする場合には、前記一記録周期内に前記第１の
駆動パルスと前記第２の駆動パルスとを選択し、前記第
２の駆動パルスの出力のタイミングを、前記第１のイン
ク滴吐出からのメニスカス戻りを利用して前記第２のイ
ンク滴を吐出するタイミングとし、該選択された駆動パ
ルスを含む前記駆動信号により、前記圧力発生素子を駆
動することを要旨としている。

【００１１】かかるインクジェット記録ヘッドの駆動装
置および駆動方法によれば、一記録周期内で、大きさの
異なる第１，第２のインク滴に対応した各駆動パルスの
内の少なくとも一つの駆動パルスを選択し、この駆動パ
ルスを含む駆動信号により圧力発生素子を駆動する。し
たがって、第１の駆動パルスに対応して形成される第１
のインク滴によるドットと、第２の駆動パルスに対応し
て形成される第２のインク滴によるドットと、第１およ
び第２の駆動パルスの両者に対応して形成される第１お
よび第２のインク滴によるドットとが形成可能であり、
３値化以上の多値化を行なうことができる。しかも、第
１，第２の駆動パルスの両者に対応して第１および第２
のインク滴によるドット形成する際には、第２の駆動パ
ルスによる第２のインク滴は、第１のインク滴吐出から
のメニスカス戻りを利用するタイミングで形成すること
ができる。

【００１２】また、かかるインクジェット記録ヘッドの
駆動装置および駆動方法では、圧力発生素子の変形によ
り容積が低減されてインクの液圧を増加する圧力発生室
を、前記ノズルへのインク通路に連通して設けておき、
他方、駆動信号を以下のように定め、かつ制御すること
が考えられる。一つは、第２の駆動パルスを、前記圧力
発生室を膨張させる第１信号と、膨張状態を保持する第
２信号と、前記圧力発生室を収縮する第３信号とを少な
くとも有するパルスとして形成すると共に、前記第１の
インク滴吐出のタイミングと、前記第２の駆動パルスの
前記第１信号の開始タイミングとの時間差を、前記第１
のインク滴吐出からのメニスカス戻り時間ＴＲより長
く、ＴＲ＋３・Ｔｍ／８（Ｔｍは、メニスカス固有振動
周期）より短い時間として定める構成である。かかる構
成を採用することにより、第１のインク滴吐出からのメ
ニスカス戻りによるインクの動きを利用して、第２のイ
ンク滴を、大きなインク滴として形成することが容易と
なる。

【００１３】この場合、インクの吐出のされ易さは、イ
ンクの様々な性状により影響を受ける。例えば、インク
の粘性が高くなれば、吐出されにくくなり、同じ駆動信
号を与えてもインク滴は小さくなると考えられる。イン
クの吐出のされ易さは、インクの粘性、もしくは粘性と
強い相関を示すインクの温度によって影響を受けるか
ら、常に同じタイミングで第２の駆動パルスの第１信号
のタイミングを定めると、インクの粘性によっては、イ
ンク滴の大きさが非所望の大きさになってしまう場合が
考えられる。そこで、インクの粘性、またはこれを反映
した何らかのバラメータ（例えばインク温度など）を検
出し、該検出したパラメータに基づいて前記第１信号の
開始タイミングを、前記第１のインク滴吐出のタイミン
グと前記第１信号の開始タイミングとの時間差を可変す
るものとすることも好適である。

【００１４】通常のインクではその粘性は温度が高くな
るほど低くなるから、第１のインク滴吐出のタイミング
と第２の駆動パルスの第１信号の開始タイミングとの時
間差を、前記検出された温度が低温から高温となるにし
たがって長い側に可変することも好適である。この場
合、第２のインク滴の大きさを、インク温度によらず同
程度に保つことができる。

【００１５】上記の構成は、第１のインク滴を吐出した
とき、インク先端の界面（メニスカス）が一旦大きく後
退してから元の位置に戻った後、メニスカスが固有の振
動数で振動するというインクの大きな動きを考慮したも
のであるが、インクの動きを詳細に観察すると、インク
通路や圧力発生室の剛性や形状に依存すると見られるヘ
ルムホルツ共振による振動が存在する。したがって、こ
のヘルムホルツ共振による振動の周期を考慮して駆動信
号を生成することも有効である。この場合にも、圧力発
生素子の変形により容積が低減されてインクの液圧を増
加する圧力発生室を、前記ノズルへのインク通路に連通
して設け、かつ、前記第１のインク滴吐出のタイミング
と前記第２のインク滴吐出のタイミングとの時間差を、
前記圧力発生室内のインクのヘルムホルツ共振による振
動の周期Ｔｃを考慮した時間として定めることになる。

【００１６】インク通路のインクの固有振動を考慮して
第２のインク滴を生成する第２のパルスのタイミングを
決めることにより、第２のインク滴の大きさを細かく制
御することが可能となる。なお、かかる制御は、上述し
たメニスカス戻り時間を考慮した制御と重ねて行なって
も好適である。

【００１７】固有振動数を考慮した前記第１のインク滴
吐出のタイミングと、前記第２のインク滴吐出のタイミ
ングとの時間差の決め方としては、例えば、この時間差
を、圧力発生室内のインクのヘルムホルツ共振による振
動の周期Ｔｃの整数倍として定めることが考えられる。
整数倍の場合には、固有振動を利用して、第２のインク
滴の重量を高めることができる。

【００１８】なお、インクの吐出のされ易さがインクの
温度などの性状の変化により増減した場合には、ヘルム
ホルツ共振による振動の周期を考慮して吐出するインク
量を常に増加させたのでは、結果的に非所望のインク量
となってしまうことが考えられる。したがって、インク
の吐出のされ易さ、たとえばインクの粘性（あるいはこ
れを反映したインクの温度等）を反映したパラメータを
検出し、該パラメータに基づいて、前記第１のインク滴
の吐出のタイミングと前記第２のインク滴吐出のタイミ
ングとの時間差を、前記検出されたパラメータによりイ
ンクが吐出され易くなるに従って、ヘルムホルツ共振に
よる振動の周期Ｔｃの（整数＋１／２）倍へと可変する
ものとしてもよい。この場合も、インクの性状が変化し
て吐出されやすくなっても、インク滴の重量は同程度に
保たれる。

【００１９】更に、上述したインクジェット記録ヘッド
の駆動装置はまた駆動方法を適用した印刷装置の発明を
考えことができる。かかる印刷装置は、複数のノズル開
口の各々に対応して設けられた圧力発生素子を作動させ
ることにより、前記ノズル開口からインク滴を吐出させ
るインクジェット記録ヘッドを備え、該ノズルから吐出
されるインク滴により、記録媒体上に画像を記録する印
刷装置であって、更に、画像を構成する画素毎に階調値
を有する印字データを入力する印字データ入力手段と、
前記複数のノズルから第１のインク滴を吐出させるため
の第１の駆動パルスと、該複数のノズルから前記第１の
インク滴より大きな第２のインク滴を吐出させるための
第２の駆動パルスとを含んでなる駆動信号を発生させる
駆動信号発生手段と、記録画素に対応した一記録周期内
で、前記入力された印字データの階調値に基づいて、前
記第１，第２の駆動パルスのいずれも選択せずインク滴
を吐出しないか、前記第１または第２の駆動パルスのい
ずれか一方のみ選択するか、前記第１および第２の駆動
パルスの両方を選択するかを決定する駆動パルス選択手
段と、該第１および第２の駆動パルスの両方が選択した
際には、前記第２の駆動パルスの出力のタイミングを、
前記第１のインク滴吐出からのメニスカス戻りを利用し
て前記第２のインク滴を吐出するタイミングとして、前
記駆動信号により前記圧力発生素子を駆動する素子駆動
手段とを備えたことを要旨としている。

【００２０】この印刷装置は、入力した印字データの階
調値に基づいて、一記録周期内で、大きさの異なる第
１，第２のインク滴に対応した各駆動パルスの内の少な
くとも一つの駆動パルスを選択し、この駆動パルスを含
む駆動信号により圧力発生素子を駆動する。したがっ
て、第１の駆動パルスに対応して形成される第１のイン
ク滴によるドットと、第２の駆動パルスに対応して形成
される第２のインク滴によるドットと、第１および第２
の駆動パルスの両者に対応して形成される第１および第
２のインク滴によるドットとが形成可能であり、３値化
以上の多値化を行なうことができる。しかも、第１，第
２の駆動パルスの両者に対応して第１および第２のイン
ク滴によるドット形成する際には、第２のインク滴は、
第１のインク滴吐出からのメニスカス戻りを利用するタ
イミングで形成する。この結果、小さいインク滴による
ドットと、大きなインク滴によるドットとを、容易かつ
確実に形成することができ、印刷速度を低下することな
く、形成する画像の品質を格段に向上することができ
る。

【００２１】なお、かかる印刷装置においても、メニス
カス戻り時間ＴＲやその固有振動の周期Ｔｍ、あるいは
インク通路のインクの固有振動数Ｔｃを考慮して、第１
のパルス信号と第２のパルス信号との関係を定めること
も好適である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、実施例に基づき説明する。Ａ．印刷装置の概略構成： 説明の便を図って、まず印刷
装置の全体構成から説明する。図２は、本発明の一実施
例としての印刷装置の構成を示すブロック図である。図
示するように、コンピュータ９０にスキャナ１２とカラ
ープリンタ２２とが接続されており、このコンピュータ
９０に所定のプログラムがロードされ実行されることに
より、全体として印刷装置として機能する。図示するよ
うに、このコンピュータ９０は、プログラムに従って画
像処理に関わる動作を制御するための各種演算処理を実
行するＣＰＵ８１を中心に、バス８０により相互に接続
された次の各部を備える。ＲＯＭ８２は、ＣＰＵ８１で
各種演算処理を実行するのに必要なプログラムやデータ
を予め格納しており、ＲＡＭ８３は、同じくＣＰＵ８１
で各種演算処理を実行するのに必要な各種プログラムや
データが一時的に読み書きされるメモリである。入力イ
ンターフェイス８４は、スキャナ１２やキーボード１４
からの信号の入力を司り、出力インタフェース８５は、
プリンタ２２へのデータの出力を司る。ＣＲＴＣ８６
は、カラー表示可能なＣＲＴ２１への信号出力を制御
し、ディスクコントローラ（ＤＤＣ）８７は、ハードデ
ィスク１６やフレキシブルドライブ１５あるいは図示し
ないＣＤ−ＲＯＭドライブとの間のデータの授受を制御
する。ハードディスク１６には、ＲＡＭ８３にロードさ
れて実行される各種プログラムやデバイスドライバの形
式で提供される各種プログラムなどが記憶されている。

【００２３】このほか、バス８０には、シリアル入出力
インタフェース（ＳＩＯ）８８が接続されている。この
ＳＩＯ８８は、モデム１８に接続されており、モデム１
８を介して、公衆電話回線ＰＮＴに接続されている。コ
ンピュータ９０は、このＳＩＯ８８およびモデム１８を
介して、外部のネットワークに接続されており、特定の
サーバーＳＶに接続することにより、画像処理に必要な
プログラムをハードディスク１６にダウンロードするこ
とも可能である。また、必要なプログラムをフレキシブ
ルディスクＦＤやＣＤ−ＲＯＭによりロードし、コンピ
ュータ９０に実行させることも可能である。

【００２４】図３は本印刷装置のソフトウェアの構成を
示すブロック図である。コンピュータ９０では、所定の
オペレーティングシステムの下で、アプリケーションプ
ログラム９５が動作している。オペレーティングシステ
ムには、ビデオドライバ９１やプリンタドライバ９６が
組み込まれており、アプリケーションプログラム９５か
らはこれらのドライバを介して、プリンタ２２に転送す
るための中間画像データＭＩＤが出力されることにな
る。画像のレタッチなどを行うアプリケーションプログ
ラム９５は、スキャナ１２から画像を読み込み、これに
対して所定の処理を行いつつビデオドライバ９１を介し
てＣＲＴディスプレイ２１に画像を表示している。スキ
ャナ１２から供給されるデータＯＲＧは、カラー原稿か
ら読みとられ、レッド（Ｒ），グリーン（Ｇ），ブルー
（Ｂ）の３色の色成分からなる原カラー画像データＯＲ
Ｇである。

【００２５】このアプリケーションプログラム９５が、
印刷命令を発すると、コンピュータ９０のプリンタドラ
イバ９６が、画像情報をアプリケーションプログラム９
５から受け取り、これをプリンタ２２が処理可能な信号
（ここではシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの各
色についての多値化された信号）に変換している。図３
に示した例では、プリンタドライバ９６の内部には、解
像度変換モジュール９７と、色補正モジュール９８と、
色補正テーブルＬＵＴと、ハーフトーンモジュール９９
と、ラスタライザ１００とが備えられている。

【００２６】解像度変換モジュール９７は、アプリケー
ションプログラム９５が扱っているカラー画像データの
解像度、即ち単位長さ当たりの画素数をプリンタドライ
バ９６が扱うことができる解像度に変換する役割を果た
す。こうして解像度変換された画像データはまだＲＧＢ
の３色からなる画像情報であるから、色補正モジュール
９８は色補正テーブルＬＵＴを参照しつつ、各画素ごと
にプリンタ２２が使用するシアン（Ｃ）、マゼンダ
（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の各色のデー
タに変換する。こうして色補正されたデータは例えば２
５６階調等の幅で階調値を有している。ハーフトーンモ
ジュール９９は、ドットを分散して形成することにより
プリンタ２２でかかる階調値を表現するためのハーフト
ーン処理を実行する。本実施例では、後述するように、
プリンタ２２が、各画素について、ドットなし、小ドッ
ト形成、大ドット形成の３値の表現が可能であることか
ら、３値化を行なっている。こうして処理された画像デ
ータは、ラスタライザ１００によりプリンタ２２に転送
すべきデータ順に並べ替えられて、最終的な画像データ
ＦＮＬとして出力される。本実施例では、プリンタ２２
は画像データＦＮＬに従ってドットを形成する役割を果
たすのみであり画像処理は行なっていない。また、コン
ピュータ９０側のプリンタドライバ９６では、プリンタ
２２内部の後述するピエゾ素子駆動信号の調整などは行
なっていないが、ピエゾ素子駆動信号に含まれる複数の
パルス信号の設定などを、プリンタ２２との双方向通信
の機能を利用して、プリンタドライバ９６側で行なうも
のとすることも可能である。

【００２７】Ｂ．プリンタの概略構成：プリンタ２２
は、図４に示すように、紙送りモータ２３によって用紙
Ｐを搬送する機構と、キャリッジモータ２４によってキ
ャリッジ３１をプラテン２６の軸方向に往復動させる機
構と、キャリッジ３１に搭載された印字ヘッド２８を駆
動してインクの吐出およびドット形成を行う機構と、こ
れらの紙送りモータ２３，キャリッジモータ２４，印字
ヘッド２８および操作パネル３２との信号のやり取りを
司る制御回路４０と、この制御回路４０からの信号を受
けてピエゾ素子を駆動する駆動信号を生成するピエゾ素
子駆動回路５０とから構成されている。

【００２８】キャリッジ３１をプラテン２６の軸方向に
往復動させる機構は、プラテン２６の軸と並行に架設さ
れキャリッジ３１を摺動可能に保持する摺動軸３４と、
キャリッジモータ２４との間に無端の駆動ベルト３６を
張設するプーリ３８と、キャリッジ３１の原点位置を検
出する位置検出センサ３９等から構成されている。

【００２９】このキャリッジ３１には、黒インク（Ｂ
ｋ）用のカートリッジ７１とシアン（Ｃ１），ライトシ
アン（Ｃ２）、マゼンタ（Ｍ１），ライトマゼンダ（Ｍ
２）、イエロ（Ｙ）の５色のインクを収納したカラーイ
ンク用カートリッジ７２が搭載可能である。シアンおよ
びマゼンダの２色については、濃淡２種類のインクを備
えていることになる。キャリッジ３１の下部の印字ヘッ
ド２８には計６個のインク吐出用ヘッド６１ないし６６
が形成されており、キャリッジ３１の底部には、この各
色用ヘッドにインクタンクからのインクを導く導入管６
７（図５参照）が立設されている。キャリッジ３１に黒
（Ｂｋ）インク用のカートリッジ７１およびカラーイン
ク用カートリッジ７２を上方から装着すると、各カート
リッジに設けられた接続孔に導入管６７が挿入され、各
インクカートリッジから吐出用ヘッド６１ないし６６へ
のインクの供給が可能となる。

【００３０】図８は、インク吐出用ヘッド６１〜６６に
おけるインクジェットノズルＮｚの配列を示す説明図で
ある。これらのノズルの配置は、各色ごとにインクを吐
出する６組のノズルアレイから成っており、４８個のノ
ズルＮｚが一定のノズルピッチｋで千鳥状に配列されて
いる。各ノズルアレイの副走査方向の位置は互いに一致
している。なお、各ノズルアレイに含まれる４８個のノ
ズルＮｚは、千鳥状に配列されている必要はなく、一直
線上に配置されていてもよい。但し、図８に示すように
千鳥状に配列すれば、製造上、ノズルピッチｋを小さく
設定し易いという利点がある。

【００３１】上述したノズルＮｚからのインクの吐出
は、制御回路４０およびピエゾ素子駆動回路５０により
制御されている。制御回路４０の内部構成を図１０に示
した。図示するように、制御回路４０の内部には、コン
ピュータ９０からの多値階調情報を含む印字データ等を
受信するインターフェース（以下「Ｉ／Ｆ」という）４
３と、各種データの記憶を行うＲＡＭ４４と、各種デー
タ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ４５と、Ｃ
ＰＵ等からなる制御部４６と、発振回路４７と、後述の
印字ヘッド２８の各ピエゾ素子への駆動信号を発生させ
る「駆動信号発生手段」としての駆動信号発生回路４８
と、ドットパターンデータに展開された印字データおよ
び駆動信号を、紙送りモータ２３，キャリッジモータ２
４およびピエゾ素子駆動回路５０に送信するためのＩ／
Ｆ４９とを備えている。

【００３２】コンピュータ９０からは、本実施例では、
プリンタドライバ９６により３値化処理がなされた後の
印字データが送られてくるので、制御回路４０は、この
印字データを受信バッファ４４Ａに蓄えた後、印字ヘッ
ドのノズルアレイの配置に従って一旦出力バッファ４４
Ｃにデータを展開し、これをＩ／Ｆ４９を介して出力す
れば足りる。他方、コンピュータ９０から送信されるデ
ータが、多値階調情報を含む印字データである場合（例
えばポストスクリプト形式のデータである場合）には、
プリンタ２２は、制御回路４０内で３値化の処理などを
行なうものとすればよい。この場合、印字データは、Ｉ
／Ｆ４３を介して記録装置内部の受信バッファ４４Ａに
蓄えられる。受信バッファ４４Ａに蓄えられた記録デー
タに対してコマンド解析が行われてから中間バッファ４
４Ｂへ送られる。中間バッファ４４Ｂ内では、制御部４
６によって中間コードに変換された中間形式としての記
録データが保持され、各文字の印字位置、修飾の種類、
大きさ、フォントのアドレス等が付加する処理が、制御
部４６によって実行される。次に、制御部４６は、中間
バッファ４４Ｂ内の記録データを解析し、階調情報に応
じた３値化を行ない、ドットパターンデータを出力バッ
ファ４４Ｃに展開し、記憶させる。

【００３３】いずれの場合でも、出力バッファ４４Ｃに
は、３値化されたドットパターンが展開され、蓄えられ
ることになる。印字ヘッド２８は、後述するように、各
色４８個のノズルが備えられているため、ヘッドの１ス
キャン分に相当するドットパターンデータを出力バッフ
ァ４４Ｃに用意した後、このドットパターンデータを、
Ｉ／Ｆ４９を介して出力する。ドットパターンデータと
して展開された印字データは、後述するように、各ノズ
ル毎の階調データとして例えば２ビットで構成されてお
り、「００」はドットなしに、「１０」は小ドット形成
に、「１１」は大ドット形成に、それぞれ対応してい
る。データの構成とドット形成の様子については、後述
する。

【００３４】Ｃ．インク吐出のメカニズム： インクの吐出およびドット形成を行なう機構について説
明する。図５は印字ヘッド２８の内部の概略構成を示す
説明図、図６は、ピエゾ素子ＰＥの伸縮によりインクの
吐出を行なう様子を示す模式図である。インクカートリ
ッジ７１，７２がキャリッジ３１に装着されると、図５
に示すように毛細管現象を利用してインクカートリッジ
内のインクが導入管６７を介して吸い出され、キャリッ
ジ３１下部に設けられた印字ヘッド２８の各色ヘッド６
１ないし６６に導かれる。なお、初めてインクカートリ
ッジが装着されたときには、専用のポンプによりインク
を各色のヘッド６１ないし６６に吸引する動作が行われ
るが、本実施例では吸引のためのポンプ、吸引時に印字
ヘッド２８を覆うキャップ等の構成については図示およ
び説明を省略する。

【００３５】各色のヘッド６１ないし６６には、後で説
明する通り、各色毎に４８個のノズルＮｚが設けられて
おり（図８参照）、各ノズル毎に圧力発生素子として、
電歪素子の一つであって応答性に優れたピエゾ素子ＰＥ
が配置されている。図６上段に図示するように、ピエゾ
素子ＰＥは、ノズルＮｚまでインクを導くインク通路６
８に接する位置に設置されている。ピエゾ素子ＰＥは、
周知のように、電圧の印加により結晶構造が歪み、極め
て高速に電気−機械エネルギの変換を行う素子である。
本実施例では、ピエゾ素子ＰＥの両端に設けられた電極
間に所定時間幅の電圧を印加することにより、図６下段
に示すように、ピエゾ素子ＰＥが電圧の印加時間だけ収
縮し、インク通路６８の一側壁を変形させる。この結
果、インク通路６８の容積はピエゾ素子ＰＥの収縮に応
じて収縮し、この収縮分に相当するインクが、粒子Ｉｐ
となって、ノズルＮｚの先端から高速に吐出される。こ
のインク粒子Ｉｐがプラテン２６に装着された用紙Ｐに
染み込むことにより、印刷が行われる。

【００３６】ピエゾ素子を用いたインク滴吐出の原理に
ついて、模式図を用いて説明したが、実際のピエゾ素子
ＰＥを用いたインク吐出機構の詳細を図７に示した。図
７は、記録用ヘッド６１ないし６６の機械的断面構造の
一例を示す断面図である。図示するように、このヘッド
は、大きくは、アクチュエータユニット１２１と流路ユ
ニット１２２とから構成されている。アクチュエータユ
ニット１２１は、ピエゾ素子ＰＥ，第１の蓋部材１３
０，第２の蓋部材１３６，スペーサ１３５等から構成さ
れている。第１の蓋部材１３０は、厚さ６μm程度のジ
ルコニアの薄板から構成され、その表面に一方の極とな
る共通電極１３１が形成され、その表面に後述する圧力
発生室１３２に対向するようにピエゾ素子ＰＥが固定さ
れ、更にその表面にＡｕ等の比較的柔軟な金属の層から
なる駆動電極１３４が形成されている。

【００３７】ここで、ピエゾ素子ＰＥは、第１の蓋部材
１３０とによりたわみ振動型のアクチュエータを形成し
ている。ピエゾ素子ＰＥは、電荷が付加されると収縮し
て圧力発生室１３２の容積を縮める方向に変形し、付加
された電荷が放電されると伸長して圧力発生室１３２の
容積を元に拡げる方向に変形をする。

【００３８】第１の蓋部材１３０の下部に設けられたス
ペーサ１３５は、圧力発生室１３２を形成するのに適し
た厚さ、例えば１００μmのジルコニア（ＺｒＯ2）など
のセラミック板に通孔を穿設して構成されており、後述
する第２の蓋部材１３６と第１の蓋部材１３０により両
面を封止されて前述の圧力発生室１３２を形成してい
る。

【００３９】スペーサ１３５の他端に固定された第２の
蓋部材１３６は、スペーサ１３５と同様、ジルコニア等
のセラミックを材質として構成されている。この第２の
蓋部材１３６には、圧力発生室１３２との間でインク流
路を構成する二つの連通孔１３８，１３９が穿設されて
いる。連通孔１３８は、後述するインク供給口１３７と
圧力発生室１３２とを接続するものであり、連通孔１３
９は、ノズル開口Ｎｚと圧力発生室１３２の他端とを接
続するものである。

【００４０】これら各部材１３０，１３５，１３６は、
粘土状のセラミックス材料を所定の形状に成形し、これ
を積層して焼成することにより接着剤を使用することな
くアクチュエータユニット１２１として纏められてい
る。

【００４１】次に流路ユニット１２２について説明す
る。流路ユニット１２２は、インク供給口形成基板１４
０，インク室形成基板１４３，ノズルプレート１４５な
どから構成されている。インク供給口形成基板１４０
は、アクチュエータユニット１２１の固定基板を兼ねる
とともに、圧力発生室１３２側の一端側にインク供給口
１３７が、圧力発生室１３２の他端側にはノズル開口Ｎ
ｚが、それぞれ設けられている。インク供給口１３７
は、各ノズル共通のインク室１４１と圧力発生室１３２
とを接続する連通路であり、その断面積は連通孔１３８
などと比べて十分に小さくされ、オリフィスとして機能
するよう設計されている。

【００４２】インク室形成基板１４３は、他方の面をノ
ズルプレート１４５により封止されて、インク供給口形
成基板１４０と共に、インク室１４１を形成する部材で
あり、ノズル開口Ｎｚと接続するノズル連通孔１４４が
設けられている。インク室１４１は、図示しないインク
タンクからインクが流入するよう、インクカートリッジ
７１，７２に連なる図示しないインク流路に接続されて
いる。

【００４３】これらインク供給口形成基板１４０、イン
ク室形成基板１４３、及びノズルプレート１４５は、各
々の間に熱溶着フィルムや接着剤等の接着層１４６，１
４７により固定されており、全体として流路ユニット１
２２を構成している。

【００４４】この流路ユニット１２２と前述のアクチュ
エータユニット１２１とは、熱溶着フィルムや接着剤等
の接着層１４８により固定されており、記録用の各ヘッ
ド６１ないし６６を構成している。

【００４５】上記の構成により、ピエゾ素子ＰＥの駆動
電極１３１，１３４間に電圧を印可して電荷を付加する
と、ピエゾ素子ＰＥは、収縮して圧力発生室１３２の容
積は縮小し、逆に電荷を放電すると、ピエゾ素子ＰＥ
は、伸張して圧力発生室１３２の容積は増大する。圧力
発生室１３２が膨張すると、圧力発生室１３２内の圧力
は低下して共通のインク室１４１から圧力発生室１３２
内にインクが流入する。ピエゾ素子ＰＥに電荷を付加す
ると、圧力発生室１３２の容積は縮小し、圧力発生室１
３２内の圧力が短時間に上昇して圧力発生室１３２内の
インクがノズル開口Ｎｚを介して外部に吐出される。こ
のとき、インク滴ＩＰが外部に吐出される。

【００４６】ところで、このように構成されたインクジ
ェット記録用の印字ヘッド２８では、ノズル開口Ｎｚに
至る流路に存在するインクは、圧力発生室１３２の圧力
の変化に伴って、流体として振動現象を起こす。この振
動には、少なくとも２種類の固有振動が存在する。ひと
つは、インク滴を吐出した後、インク界面であるメニス
カスが揺れ戻す比較的長い周期の振動である。これを固
有振動（周期Ｔｍ）と呼ぶ。もう一つは、圧力発生室１
３２の存在により流体に生じるヘルムホルツ共振と呼ば
れる振動であり、固有振動と比べると比較的周期の短い
振動（周期Ｔｃ）である。この圧力発生室１３２のヘル
ムホルツ共振周波数ｆは、圧力発生室１３２のインクの
圧縮性に起因する流体コンプライアンスをＣｉ、また圧
力発生室１３２を形成している第１の蓋部材１３０やピ
エゾ素子ＰＥ等の材料自体による剛性コンプライアンス
をＣｖ、ノズル開口ＮｚのイナータンスをＭｎ、インク
供給口１３７のイナータンスをＭｓとすると、次式
（１）で示される。

【００４７】 ｆ＝１／（２π）×√｛（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｃｉ＋Ｃｖ）｝ … （１）

【００４８】また、メニスカスのコンプライアンスをＣ
ｎとすると、インク流路の粘性抵抗を無視すれば、メニ
スカスの固有振動周期Ｔｍは次式（２）で示される。

【００４９】 Ｔｍ＝２π×√｛（Ｍｎ＋Ｍｓ）Ｃｎ｝ … （２）

【００５０】また、圧力発生室１３２の容積をＶ、イン
クの密度をρ、インク中での音速のｃとすると、流体コ
ンプライアンスＣｉは次式（３）で示される。

【００５１】 Ｃｉ＝Ｖ／ρｃ² … （３）

【００５２】なお、圧力発生室１３２の剛性コンプライ
アンスＣｖは、圧力発生室１３２に単位圧力を印加した
ときの圧力発生室１３２の静的な変形率に一致するか
ら、これを計測することにより、実際の値を求めること
ができる。

【００５３】ピエゾ素子ＰＥの収縮や伸長によりメニス
カスに励起される固有振動の周期Ｔｃはヘルムホルム共
振周波数ｆの逆数で得られる周期と同一である。実施例
に即した計算の一例を挙げると、流体コンプライアンス
Ｃｉが１×１０^-20ｍ⁵Ｎ^-1、剛性コンプライアンスＣｖ
が１．５×１０^-20ｍ⁵Ｎ^-1、イナータンスＭｎが２×１
０⁸ｋｇｍ^-4、イナータンスＭｓが１×１０⁸ｋｇｍ^-4の
ときのヘルムホルツ共振周波数ｆは１２５ｋＨｚであ
り、その周期Ｔｃは８μｓとなる。

【００５４】Ｄ．大小ドットの形成の概略：本実施例の
プリンタ２２に備えられた各色４８個のノズルＮｚは、
その内径を等しく形成されている。かかるノズルＮｚを
用いて径の異なる２種類のドットを形成することができ
る。この原理について説明する。図９は、インクが吐出
される際のノズルＮｚの駆動波形と吐出されるインクＩ
ｐとの関係を模式的に示した説明図である。図９におい
て破線で示した駆動波形が通常のドットを吐出する際の
波形である。区間ｄ２において一旦、マイナスの電圧を
ピエゾ素子ＰＥに印加すると、圧力発生室１３２の容積
を増大する方向にピエゾ素子ＰＥが変形するため、図９
の状態Ａに示した通り、メニスカスＭｅは、ノズルＮｚ
の内側にへこんだ状態となる。一方、図９の実線で示す
駆動波形を用い、区間ｄ２に示すようにマイナス電圧を
急激に印加すると、状態ａで示す通りメニスカスは状態
Ａに比べて大きく内側にへこんだ状態となる。

【００５５】ピエゾ素子ＰＥに印可するマイナスの電圧
のパルス波形によりメニスカスの形状が異なるのは、次
の理由による。ピエゾ素子は、印可された電圧のパルス
形状に応じて変形し、圧力発生室１３２の容積を増減す
る。圧力発生室１３２の容積が増大する場合、その変化
が極めてゆっくりとしたものであれば、圧力発生室１３
２の容積の増大に伴い、インクは共通のインク室１４１
から供給され、メニスカスはほとんど変化しない。一
方、ピエゾ素子ＰＥの伸縮が短時間に行なわれ、圧力発
生室１３２の容積の変化が急激に生じると、インク室１
４１からインクの供給は、インク供給口１３７により制
限されていることから間に合わず、メニスカスは圧力発
生室１３２の容積の変化により影響を受けることにな
る。ピエゾ素子ＰＥに印可する電圧の変化が緩やかな場
合（図９破線参照）には、メニスカスの後退は小さく、
印可電圧の変化が急激な場合（図９実線参照）には、メ
ニスカスの後退が大きくなるのは、かかるインク供給の
バランスによっている。

【００５６】メニスカスが後退した状態から、次に、ピ
エゾ素子ＰＥへの印加電圧を正にすると（区間ｄ３）、
先に図６を用いて説明した原理に基づいてインクが吐出
される。このとき、メニスカスがあまり内側にへこんで
いない状態（状態Ａ）からは状態Ｂおよび状態Ｃに示す
ごとく大きなインク滴が吐出され、メニスカスが大きく
内側にへこんだ状態（状態ａ）からは状態ｂおよび状態
ｃに示すごとく小さなインク滴が吐出される。

【００５７】以上に示した通り、駆動電圧を負にする際
（区間ｄ１，ｄ２）の変化率に応じて、ドット径を変化
させることができる。しかし、複数のノズルＮｚを備え
たプリンタでは、ドット毎に駆動信号の波形を異ならせ
る制御を行なうことは、極めて困難である。そこで、本
実施例では、異なる波形の二つのパルス信号を含んだ駆
動信号を用意し、この信号に応じて印字データを用意す
ることで、大小ドットを形成している。この手法につい
て次に説明する。

【００５８】Ｅ．ピエゾ素子駆動回路と駆動信号：本実
施例では、駆動波形とドット径との間のこのような関係
に基づいて、ドット径の小さい小ドットを形成するため
の駆動波形と、ドット径の大きな大ドットを形成するた
めの駆動波形の２種類を用意している（図１１参照）。
駆動信号の違いによる大小のインク滴の形成の様子につ
いては、駆動信号の生成の詳細と共に後述する。

【００５９】まず、図１１に示した波形の駆動信号を生
成する構成について説明する。図１１に示した駆動信号
は、ピエゾ素子駆動回路５０により生成される。図１２
は、このピエゾ素子駆動回路５０の内部構成を示すブロ
ック図である。図示するように、このピエゾ素子駆動回
路５０の内部には、制御回路４０からの信号を受け取っ
て記憶するメモリ５１、このメモリ５１の内容を読み出
して一時的に保持するラッチ５２、このラッチ５２の出
力と後述するもう一つのラッチ５４の出力とを加算する
加算器５３、ラッチ５４の出力をアナログデータに変換
するＤ／Ａ変換器５６、変換されたアナログ信号をピエ
ゾ素子ＰＥ駆動用の電圧振幅まで増幅する電圧増幅部５
７、増幅された電圧信号に対応した電流供給を行なうた
めの電流増幅部５８とから構成されている。ここで、メ
モリ５１は、駆動信号の波形を決める所定のパラメータ
を記憶しておくものである。後述するように、駆動信号
の波形は、予め制御回路４０から受け取った所定のパラ
メータにより決定される。ピエゾ素子駆動回路５０は、
図１２に示したように、制御回路４０から、クロック信
号１，２，３、データ信号、アドレス信号０ないし３お
よびリセット信号を受け取る。

【００６０】図１３は、上述したピエゾ素子駆動回路５
０の構成により、駆動信号の波形が決定される様子を示
す説明図である。まず、駆動信号の生成に先立って、制
御回路４０から、駆動信号のスルーレートを示すいくつ
かのデータ信号とそのデータ信号のアドレス信号とが、
クロック信号１に同期して、ピエゾ素子駆動回路５０の
メモリ５１に出力される。データ信号は１ビットしか存
在しないが、図１４に示すように、クロック信号１を同
期信号とするシリアル転送により、データをやり取りす
る構成となっている。即ち、制御回路４０から所定のス
ルーレートを転送する場合には、まずクロック信号１に
同期して複数ビットのデータ信号を出力し、その後、こ
のデータを格納するアドレスをクロック信号２に同期し
てアドレス信号０ないし３として出力する。メモリ５１
は、このクロック信号２が出力されたタイミングでアド
レス信号を読み取り、受け取ったデータをそのアドレス
に書き込む。アドレス信号は０ないし３の４ビットの信
号なので、最大１６種類のスルーレートをメモり５１に
記憶することができる。なお、データの最上位のビット
は、符号として用いられている。

【００６１】各アドレスＡ，Ｂ，・・・へのスルーレー
トの設定が完了した後、アドレスＢがアドレス信号０な
いし３に出力されると、最初のクロック信号２により、
このアドレスＢに対応したスルーレートが第１のラッチ
５２により保持される。この状態で、次にクロック信号
３が出力されると、第２のラッチ５４の出力に第１のラ
ッチ５２の出力が加算された値が、第２のラッチ５４に
保持される。即ち、図１３に示したように、一旦アドレ
ス信号に対応したスルーレートが選択されると、その
後、クロック信号３を受ける度に、第２のラッチ５４の
出力は、そのスルーレートに従って増減する。アドレス
Ｂに格納されたスルーレートは、単位時間△Ｔ当たり電
圧△Ｖ１だけ電圧を上昇することに対応した値となって
いる。なお、増加か減少かは、各アドレスに格納された
データの符号により決定される。

【００６２】図１３に示した例では、アドレスＡには、
スルーレートとして値０、即ち電圧を維持する場合の値
が格納されている。したがって、クロック信号２により
アドレスＡが有効となると、駆動信号の波形は、増減の
ない状態、即ちフラットな状態に保たれる。また、アド
レスＣには、単位時間△Ｔ当たり電圧を△Ｖ２だけ低下
することに対応したスルーレートが格納されている。し
たがって、クロック信号２によりアドレスＣが有効とな
った後は、この電圧△Ｖ２ずつ電圧は低下し行くことに
なる。

【００６３】上述した手法により制御回路４０からアド
レス信号とクロック信号２とを出力するだけで、駆動信
号の波形を自由に制御することができる。実施例おける
駆動信号を構成する各パルスについて図１１を用いて説
明する。まず、駆動信号は、一つの記録画素に対応した
記録周期において、大きく分けて第１パルスと第２パル
スとから構成されている。第１パルスは、その電圧値が
中間電位Ｖｍからスタートし（Ｔ１１）、最大電位ＶＰ
まで一定の勾配で上昇し（Ｔ１２）、最大電位ＶＰを所
定時間だけ維持する（Ｔ１３）。次に、第１パルスは第
１の最低電位ＶＬＳまで一定の勾配で下降し（Ｔ１
４）、最低電位ＶＬＳを所定時間だけ維持する（Ｔ１
５）。第１パルスの電圧値は、その後、最大電位ＶＰま
で一定の勾配で再び上昇し（Ｔ１６）、最大電位ＶＰを
所定時間だけ維持する（Ｔ１７）。その後、第１パルス
は中間電位Ｖｍまで一定の勾配で下降する（Ｔ１８）。

【００６４】ここで、充電パルスＴ１２がピエゾ素子Ｐ
Ｅに印加されると、ピエゾ素子ＰＥは圧力発生室１３２
の容積を収縮させる方向にたわみ、圧力発生室１３２内
に正圧を発生させる。その結果、メニスカスはノズル開
口Ｎｚから盛り上がる。充電パルスＴ１２の電位差が大
きく、電圧勾配が急峻な場合には、充電パルスＴ１２に
てインク滴を吐出させることも可能であるが、本実施例
においては充電パルスＴ１２にてインク滴が吐出されな
い範囲に充電パルスＴ１２の電位差を設定している。本
実施例においては更に、充電パルスＴ１２の充電時間
は、メニスカスがヘルムホルツ周期Ｔｃの振動を励起し
ないようにＴｃ以上の期間（この実施例ではＴｃと実質
的に同一の期間）に設定されている。

【００６５】充電パルスＴ１２で盛り上がったメニスカ
スは、ホールドパルスＴ１３が印加されている間、イン
クの表面張力により周期Ｔｍの振動でノズル開口Ｎｚ内
へと戻る動きに転ずる。放電パルスＴ１４を印加すると
ピエゾ素子ＰＥは圧力発生室１３２を膨張させる方向に
たわみ、圧力発生室１３２内に負圧が生じる。この負圧
によるノズル開口Ｎｚ内部へのメニスカスの動きは、上
記の周期Ｔｍの振動に重畳されて、メニスカスはノズル
開口Ｎｚの内部に大きく引き込まれる。このように、メ
ニスカスがノズル開口Ｎｚの内部に向かうタイミングで
放電パルスＴ１４を印加することで、比較的小さな放電
パルスＴ１４の電位差でもメニスカスをノズル開口Ｎｚ
の内部に大きく引き込むことができる。本実施例では、
ホールドパルスＴ１３の継続時間をＴｍの約１／２とす
ることで、上記のようなメニスカスの引き込みを保証し
ている。

【００６６】メニスカスが引き込まれた状態から充電パ
ルスＴ１６が印加されると圧力発生室１３２に正圧が発
生してメニスカスがノズル開口Ｎｚから盛り上がる。こ
のとき、メニスカスはノズル開口Ｎｚの内部に大きく引
き込まれているので、正圧方向の圧力が加わっても、吐
出されるインク滴は微小なインク滴にとどまることにな
る。放電パルスＴ１８は、放電パルスＴ１４及び充電パ
ルスＴ１６で励起されたメニスカスの固有振動を抑える
ための放電パルスであり、周期Ｔｃの固有振動がノズル
開口Ｎｚの出口に向かうタイミングでメニスカスをノズ
ル開口Ｎｚの内部へと向わせる放電パルスＴ１８を印加
する。この結果、微少なインク滴の吐出が終了した後の
メニスカスの後退は、比較的小さなものに抑制される。

【００６７】次に、第２パルスについて説明する。第２
パルスは、第１パルスに引き続いて中間電位Ｖｍからス
タートする（Ｔ１９）。第２の最低電位ＶＬＬまで一定
の勾配で下降し（Ｔ２１）、最低電位ＶＬＬを所定時間
だけ維持する（Ｔ２２）。この第２パルスの最低電位Ｖ
ＬＬは第１パルスの最低電位ＶＬＳよりも低い。そし
て、第２パルスの電圧値は最大電位ＶＰまで一定の勾配
で上昇し（Ｔ２３）、最大電位ＶＰを所定時間だけ維持
する（Ｔ２４）。その後、第２パルスは中間電位Ｖｍま
で一定の勾配で下降する（Ｔ２５）。

【００６８】放電パルスＴ２１を印加すると、前述のよ
うに圧力発生室１３２内に負圧が生じてメニスカスはノ
ズル開口Ｎｚの内部に引き込まれる。但し、放電パルス
Ｔ２１の電位差を、第１パルスの放電パルスＴ１４の電
位差よりも小さく設定することで、第１パルスに比べて
メニスカスがノズル開口Ｎｚの内部に大きく引き込まれ
ることがないようスルーレートを設定している。

【００６９】充電パルスＴ２３が印加されると圧力発生
室１３２に正圧が発生してメニスカスがノズル開口Ｎｚ
から盛り上がる。このとき、メニスカスがノズル開口Ｎ
ｚの内部にそれほど引き込まれない状態で、正圧方向の
圧力変化が発生するため、吐出されるインク滴は第１パ
ルスに比べて大きなインク滴となる。なお、第２パルス
の最後の放電パルスＴ２５は、放電パルスＴ２１及び充
電パルスＴ２３で励起されたメニスカスの固有振動を抑
えるための放電パルスであり、周期Ｔｃの固有振動によ
りメニスカスがノズル開口Ｎｚの出口方向に向かうタイ
ミングで印加される。

【００７０】第１パルスと第２パルスとを連続して選択
した場合には、結局、二つのインク滴がノズル開口Ｎｚ
から吐出されることになるが、二つのインク滴は、用紙
上のほぼ同じ位置に着弾する。この様子を示したのが、
図１５である。図示するように、第１のパルスに対応し
た小さなインク滴ＩＰｓと、第２のパルスを対応した大
きなインク滴ＩＰｍとが、用紙上のほぼ同一位置に着弾
することにより、最も大きなドットが形成される。図１
１に示した駆動信号を用いて２種類のドットを形成する
場合、第２パルスの方がピエゾ素子ＰＥの変化量が大き
いため、インク滴ＩＰが勢いよく吐出されることにな
り、大きなインク滴ＩＰｍの飛翔速度は、小さなインク
滴ＩＰｓと比べて大きい。このようにインク滴の飛翔速
度に差が存在することから、キャリッジ３１を主走査方
向に移動しながら、最初に小さなインク滴を吐出し、次
に大きなインク滴を吐出した場合、キャリッジ３１の走
査速度と両インク滴の吐出タイミングとを、キャリッジ
３１と用紙Ｐとの間の距離に応じて調整すれば、両イン
ク滴をほぼ同じタイミングで用紙Ｐに到達させることが
できる。本実施例では、このようにして図１１の２種類
の駆動パルスから、最もドット径が大きな大ドットを形
成しているのである。

【００７１】Ｆ．メニスカスの振動と第２パルスのタイ
ミング：以上説明したように、本実施例では、第１パル
スに対応したインク滴の吐出と第２パルスに対応したイ
ンク滴の吐出とを、単独あるいは連続して行なうことが
できるが、第１パルスと第２パルスとにより連続してイ
ンク滴を形成した場合のインク重量の総和が、それぞれ
のインク滴を単独で形成した場合の総和より有意に大き
くなるよう、メニスカスの振動を考慮して、第１，第２
パルスの形成タイミングを調整している。この点を以下
説明する。図１６は、本実施例におけるパルス選択と１
記録周期あたりのインク滴重量との関係を示す説明図で
ある。図示するように、第１パルスと第２パルスを連続
的に選択した場合には、第１パルスと第２パルスをそれ
ぞれ単独に選択した場合のインク滴重量の総和に比べ
て、インク重量は、合計で５ｎｇ増加したことが判る。
このインク重量の増加は、小さなインク滴を吐出した後
に、メニスカスの動きを考慮した所定のタイミングで第
２のインク滴を形成していることにより得られている。
結果的に、小ドットのインク重量（実施例では５ｎｇ）
に対する大ドットのインク重量（実施例では２０ｎｇ）
の比率は広がり、実質的に記録ドット径の可変範囲を更
に広くできたことになっている。具体的には、本実施例
では、「第１のインク滴吐出のタイミング」である第１
パルスの充電パルスＴ１６の終点と、「圧力発生室を膨
張させる第１信号の開始タイミング」である第２パルス
の充電パルスＴ２１の始点との時間が、後述する「（第
１のインク滴吐出からのメニスカス戻り時間）＋（メニ
スカス固有振動周期Ｔｍの１／８）」となるようにホー
ルドパルスＴ１９の時間を設定している。

【００７２】図１７，図１８は、第１実施例におけるメ
ニスカスの動きを示す説明図である。縦軸がメニスカス
変位量、横軸が時間を示している。図中の符号７０７は
ノズル開口Ｎｚの開口面を示し、ノズル開口面７０７の
下方がノズル開口Ｎｚの内部に相当している。また図中
の曲線７０８がメニスカスの変位を示している。したが
って、図中の曲線７０８の接線の傾き（微分値）は、メ
ニスカスの速度を示している。また、インク滴が吐出さ
れた場合には、そのタイミングに対応した曲線７０８が
横軸との間であって横軸より上方に形成する一つの閉領
域の面積（図示ハッチング部）が、インク滴の重量にほ
ぼ比例することになる。

【００７３】図１７は、第１パルスを単独に印加したと
きのメニスカス変位である。メニスカス振動のピーク７
０４に対応してインク滴が吐出される。即ち、この時点
で、インク滴はメニスカスから分離して微小インク滴と
なって吐出する。その後、メニスカスはノズル開口面７
０７より引き込まれた状態となる。一旦、引き込まれた
メニスカスはメニスカスの表面張力によりノズル開口面
７０７に向かって戻り始め、時刻７０１の時点でノズル
開口面７０７に達する。ここで第１のインク滴吐出のタ
イミングから時刻７０１までの経過時間が「第１のイン
ク滴吐出からのメニスカス戻り時間」ＴＲである。更に
メニスカスはノズル開口面７０７を超え、やがて戻り始
める。つまり、メニスカスは減衰振動を起こすことにな
る。再びメニスカスがノズル開口面７０７に至る時刻を
７０９とすると、時刻７０１から時刻７０９までの経過
時間がメニスカスの固有振動周期Ｔｍの約１／２であ
る。時刻７０３は、第１のインク滴吐出後メニスカス変
位が最大となるポイントであり、時刻７０１から時刻７
０３の経過時間はメニスカスの固有振動周期Ｔｍの約１
／４に等しい。時刻７０２は、ノズル開口Ｎｚ外部へ向
かうメニスカスの速度が最大となる時刻７０１と前記時
刻７０３のほぼ中間の時刻であり、時刻７０１から時刻
７０２の経過時間はメニスカスの固有振動周期Ｔｍの約
１／８に等しい。時刻７１０は、時刻７０３と前記時刻
７０９のほぼ中間の時刻であり、時刻７０１から時刻７
１０の経過時間はメニスカスの固有振動周期Ｔｍの約３
／８に等しい。

【００７４】次に第１パルスに引き続いて第２パルスを
印加したときのインク滴量の増加現象を図１８を参照し
つつ説明する。本実施例では、図１８に示したように、
時刻７０２のポイントで「圧力発生室を膨張させる第１
信号の開始タイミング」である放電パルスＴ２１の印加
が開始するように、駆動信号を設定している。この時刻
７０２におけるメニスカスの状態は、メニスカス変位速
度およびメニスカス変位がいずれもノズル開口Ｎｚ外向
きとなっているため、第２パルスの放電パルスＴ２１に
よりメニスカスをノズル開口Ｎｚ内部に引き込もうとす
る作用は相殺され、メニスカスの変位７０８の引き込み
量は低減される。この結果、充電パルスＴ２３の印加に
より、メニスカス振動のピーク７０５が高くなり、メニ
スカスから分離するインク滴の大きさは、大きくなる。
なお、図１８において図中符号７０６は、「第１のイン
ク滴吐出のタイミング」である充電パルスＴ１６の終点
と、「圧力発生室を膨張させる第１信号の開始タイミン
グ」である放電パルスＴ２１の始点との時間差を示して
いる。

【００７５】図１９に、「第２パルスの第１信号の開始
タイミング」の位相と第１パルスと第２パルスによって
吐出されるインク滴重量の総和と関係を示す。縦軸は第
１パルスと第２パルスにより吐出されるインク滴重量の
合計値、横軸が時間を示している。インク滴重量曲線Ｇ
Ｉは、第２パルスの第１信号の開始タイミングを時刻７
０１から７１０まで可変して、インク量の合計値を計測
したものである。インク滴重量の総和は、第２パルスの
第１信号の開始タイミングを時刻７０２付近としたとき
最大値２０ｎｇとなり、第２パルスの第１信号の開始タ
イミングが伸びるにしたがって、第１パルスと第２パル
スを各々単独に吐出したときのインク滴重量（５＋１０
＝）１５ｎｇに漸近していく。逆に、第２パルスの第１
信号の開始タイミングを短くした場合も、インク滴重量
の総和は低減する。これは、メニスカスがノズル開口Ｎ
ｚ内部に引き込まれた状態で、更に第２の駆動パルスの
放電パルスＴ２１によりメニスカスをノズル開口Ｎｚ内
部に引き込もうとするためと考えられる。図１８から、
第１のインク滴吐出のタイミングと、第２の駆動パルス
の第１の電圧下降波形の開始タイミングとの時間差を、
前記第１のインク滴吐出からのメニスカス戻り時間ＴＲ
より長く、（第１のインク滴吐出からのメニスカス戻り
時間ＴＲ）＋（メニスカス固有振動周期Ｔｍの３／８）
より短くすることが望ましいことが分かる。即ち、第２
パルスの第１信号の開始タイミングを時刻７０１から時
刻７１０の時間とすれば、二つのパルスによりそれぞれ
インク滴を吐出した場合より、インク滴重量を増加する
ことができる。

【００７６】Ｇ．駆動回路５０の変形例：以上説明した
第１実施例では、ピエゾ素子ＰＥに付加する駆動信号
は、制御回路４０側からの指令に基づいてＤ／Ａ変換器
５６を用いて生成したが、駆動信号を生成する駆動回路
は、図２０に示す回路５０Ａにより実現することも可能
である。かかる駆動回路５０Ａの構成の一例を、図２０
に基づいて説明する。この駆動回路５０Ａは、ヘッド２
８の各ノズルに対応してシフトレジスタ２５３Ａ〜２５
３Ｎ、ラッチ素子２５４Ａ〜２５４Ｎ、レベルシフタ２
５５Ａ〜２５５Ｎ、スイッチ素子２５６Ａ〜２５６Ｎ、
ピエゾ素子２５７Ａ〜２５７Ｎから構成されている。印
字データは、（１０）、（１１）等の如く、各ノズル毎
に、２ビットデータで構成されている。そして、全ての
ノズルについての各桁のビットデータが一記録周期内に
シフトレジスタ２５３Ａ〜２５３Ｎに入力される。

【００７７】即ち、全ノズル分の上位ビットであるビッ
ト２のデータがシフトレジスタ２５３Ａ〜２５３Ｎにシ
リアル転送された後、この全ノズル分のビット２のデー
タはラッチ素子２５４Ａ〜２５４Ｎによってラッチされ
る。このラッチにより、次に、全ノズル分の下位ビット
であるビット１のデータがシフトレジスタ２５３Ａ〜２
５３Ｎにシリアル転送される。

【００７８】そして、例えばアナログスイッチとして構
成される各スイッチ素子２５６Ａ〜２５６Ｎに加わるビ
ットデータが「１」の場合は、駆動信号（ＣＯＭ）がピ
エゾ素子２５７Ａ〜２５７Ｎに直接印加され、各ピエゾ
素子２５７Ａ〜２５７Ｎは駆動信号の信号波形に応じて
変位する。逆に、各スイッチ素子２５６Ａ〜２５６Ｎに
加わるビットデータが「０」の場合は、各ピエゾ素子２
５７Ａ〜２５７Ｎへの駆動信号は遮断され、各ピエゾ素
子２５７Ａ〜２５７Ｎは直前の電荷を保持する。

【００７９】この回路５０Ａでも、駆動信号（ＣＯＭ）
は、図１に示した波形となっており、第１実施例と同
様、第１パルスおよび第２パルスにより、小さなインク
滴と大きなインク滴とが形成される。

【００８０】第１パルスは、例えば約５ｎｇの小さいイ
ンク滴を吐出させるためのものである。小ドットを記録
する場合、この第１パルスが単独に選択され、小さいド
ット径が得られる。第２パルスは、図１に示した例で
は、常に前記第１パルスに引き続いて選択され、単独に
第２パルスのみ選択されることはない。大ドットを記録
する場合、第１、第２パルスが連続して選択されること
で、例えば約（５＋１５＝）２０ｎｇの大きなインク滴
が吐出され、大きなドット径が得られることは、第１実
施例で説明した通りである。

【００８１】階調表現に関しては、ドットを形成しない
無ドットの場合（階調値１）、小ドットのみ形成する場
合（階調値２）、大ドットを形成する場合（階調値３）
の３パターンで記録紙上に記録ドットを形成すれば、３
階調のドット階調を行うことができる。なお、各階調値
を（００）、（０１）、（１０）のように２ビットデー
タで表わすことができる。

【００８２】小さいインク滴のみを吐出する小ドットの
階調値２の場合は、スイッチ素子２５６に対して、第１
パルス発生時は同期させて「１」を印加し、第２パルス
発生時は「０」を印加すれば、第１パルスのみをピエゾ
素子２５７に供給することができる。つまり、階調２を
示す２ビットのデータ（０１）を２ビットデータ（１
０）に翻訳（デコード）することにより、第１パルスの
みをピエゾ素子２５７に印加することができ、小ドット
の階調値２を実現することができる。

【００８３】同様に、デコードされた２ビットデータ
（１１）をスイッチ素子２５６に与えれば、第１パルス
及び第２パルスがピエゾ素子２５７に印加され、これに
より記録紙上に小大２発のインク滴が続けて着弾し、各
インク滴が混じり合って実質的に大ドットが形成され、
階調値３を実現できる。また同様に、インク滴を吐出し
ない無ドットの階調値１の場合は、２ビットデータ（０
０）をスイッチ素子２５６に与えれば、ピエゾ素子２５
７にはパルスが印加されないで、無ドットの階調値１が
実現できることになる。

【００８４】各２ビットの印字データをスイッチ素子２
５６等に与える具体的構成について、補足する。まず、
出力バッファ４４Ｃには、制御部４６によりデコードさ
れた２ビットの印字データ（Ｄ１，Ｄ２）が記憶されて
いる。ここで、Ｄ１は第１パルスの選択信号、Ｄ２は第
２パルスの選択信号である。この２ビットの印字データ
は、一記録周期内に記録ヘッド２８の各ノズルに対応し
たスイッチ素子２５６に与えられる。具体的には、記録
ヘッド２８のノズル数をｎ個とし、副走査方向のある位
置における１番目のノズルの印字データを（Ｄ１１，Ｄ
２１）、２番目のノズルの印字データを（Ｄ１２，Ｄ２
２）のように表わした場合、シフトレジスタ２５３に
は、全ノズルについての第１パルス選択信号Ｄ１のデー
タ（Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，．．．Ｄ１ｎ）がクロッ
ク信号に同期してシリアル入力される。同様にして、全
ノズルについての第２パルス選択信号Ｄ２のデータ（Ｄ
２１，Ｄ２２，Ｄ２３，．．．Ｄ２ｎ）が、一記録周期
内でシフトレジスタ２５３に転送される。この様子を、
図１１の最下段に示しておいた。

【００８５】図１１に示したように、目的とする駆動パ
ルスを発生させるタイミングの前に、当該駆動パルスを
選択する印字データをシフトレジスタ２５３に転送して
おく。そして、目的とするパルスの発生に同期させて、
シフトレジスタ２５３にセットされた印字データをラッ
チ素子２５４に転送して記憶させる。ラッチ素子２５４
の印字データは、レベルシフタ２５５により昇圧された
後、スイッチ素子２５６を介して、ピエゾ素子２５７に
駆動信号として付加される。

【００８６】Ｈ．第２実施例：次に本発明の第２実施例
について、説明する。第２実施例の印刷装置は、その全
体構成は、第１実施例と同様である。第２実施例が第１
実施例と異なる点は、インクジェット記録用の印字ヘッ
ド２８の環境温度に応じて、第１パルスのインク滴吐出
のタイミングと、第２パルスの第１信号の開始タイミン
グとの時間差を可変とする点である。

【００８７】図２１は、第２実施例におけるプリンタ２
２の内部構成を示すブロック図である。この実施例のプ
リンタ２２は、制御回路４０およびピエゾ素子駆動回路
５０の他に、タイミング記憶手段１９２、タイミング制
御手段１９１、温度センサ１９４およびＡＤ変換器１９
３を備える。温度センサ１９４は、印字ヘッド２８の周
囲の温度を検出するセンサである。この温度センサ１９
４は、インクの吐出のされ易さを反映したパラメータと
して環境温度を検出していることになる。この温度セン
サ１９４で測定された温度データは、ＡＤ変換器１９３
を介してタイミング制御手段１９１に取り込まれる。タ
イミング制御手段１９１では温度センサ１９４から入力
された温度データに基づいて、タイミング記憶手段１９
２に予め記憶されている「第２パルスの第１信号の開始
タイミング」条件を読み出し、これを制御回路４０の駆
動信号設定回路４８Ｂに出力する。駆動信号設定回路４
８Ｂは、この条件を取り込んで、第２パルスの第１信号
の開始タイミング条件を決定し、その情報をＩ／Ｆ４９
を介してピエゾ素子駆動回路５０に出力する信号のタイ
ミングを調整する。したがって、環境温度により、第２
パルスの駆動信号のタイミングを調整することが可能と
なっている。なお、単に温度センサ１９４のみを設け、
タイミングなどの決定をすべて制御回路４０側で行なう
よう構成することも可能である。

【００８８】図２２は、あるインクを採用したプリンタ
において、環境温度が１５℃、２５℃、４０℃と変化し
た場合のメニスカスの動きを例示する図であり、縦軸は
メニスカスの変位、横軸は時間を示す。図中符号９０１
は、１５℃におけるメニスカスの変位であり、符号９０
２、９０３は各々２５℃、４０℃におけるメニスカスの
変位を示している。

【００８９】この例のインクは、その粘度が温度により
変化するタイプのインクであり、温度が高くなるほど、
粘性が低下する性状を有している。１５℃におけるメニ
スカスの変位９０１は、２５℃におけるメニスカスの変
位９０２に比べて、インク粘度の温度依存性により流路
抵抗が増大するため、メニスカス振動の減衰が大きくな
り、前述のインク滴吐出直後のメニスカスのヘルムホル
ツ共振による振幅、およびメニスカスの固有振動による
振幅は、共に小さい。更に固有振動の振動周期Ｔｍは流
路抵抗の増大により長くなる。逆に、４０℃におけるメ
ニスカスの変位９０３は、流路抵抗が減少するため、メ
ニスカス振動の減衰が小さくなり、メニスカスのヘルム
ホルツ共振による振幅、およびメニスカスの固有振動に
よる振幅は共に大きくなる。更に前記固有振動の周期Ｔ
ｍは流路抵抗の減少により短くなる。

【００９０】このように、プリンタに用いるインクが、
温度により粘性が大きく変わるタイプのインクである場
合には、粘性の温度依存性によってメニスカス振動状態
が大きく変化するため、第１パルスのインク滴吐出のタ
イミングと、第２パルスの第１信号の開始タイミングと
の時間差を環境によらず一定とすると、インク滴の重量
が温度により大きく相違する可能性がある。第２パルス
の第１信号の開始タイミングにおけるメニスカス位置お
よびメニスカス速度が変化するからである。

【００９１】そこで、こうしたインクを用いた場合に
は、図２２に示したように、第２パルスの第１信号の開
始タイミングを、１５℃においては時刻９０４に、２５
℃においては時刻９０５に、４０℃においては時刻９０
６に、というように、環境温度によって可変とする。こ
の結果、メニスカス位置およびメニスカス速度の環境依
存性をある程度相殺することができ、環境温度による第
２パルスのインク滴重量の変化を簡単な構成で抑えるこ
とが可能となる。なお、インクの吐出のしやすさに関連
したパラメータが他にあれば、同様に検出し、第２パル
スの第１信号の開始タイミングに反映すれば良い。こう
したパラメータとしては、例えばインクの濃度や大気
圧、ピエゾ素子の特性の経年変化など様々なものを考え
ることができる。こうしたパラメータを直接検出するこ
とが望ましいが、直接検出することが困難な場合には、
推定したり使用者が設定するものとすることも差し支え
ない。例えば、インク濃度を交換直後のインクカートリ
ッジ全体の重量から推定したり、特性の経年変化を使用
開始からの経過時間により推定することも可能である。
また、大気圧などの情報は、プリンタ内にセンサを設け
ても良いが、例えばコンピュータ９０が、電話回線を介
して所定の計測機関からデータを受け取り、これをプリ
ンタ２２に転送するものとしてもよい。

【００９２】Ｉ．第３実施例：次に本発明の第３実施例
について説明する。第３実施例の印刷装置およびプリン
タとそのヘッド駆動装置は、前記第２実施例の構成に準
じている。第３実施例が第２実施例と異なる点は、第１
パルスのインク滴吐出のタイミングと、第２パルスの第
１信号の開始タイミングとの時間差を高温環境になるに
したがって長い側に可変とする点である。

【００９３】図２３は、図２２同様に、あるインクを用
いたプリンタにおいて、環境温度が１５℃、２５℃、４
０℃と変化した場合のメニスカスの動きを示す図であ
り、縦軸はメニスカスの変位、横軸は時間を示す。

【００９４】図２３に示さしたように、この実施例で
は、第２パルスの第１信号の開始タイミングを、１５℃
においては時刻９１４に、２５℃においては時刻９１５
に、４０℃においては時刻９１６に、というように高温
環境になるにしたがって長い側に可変としている。この
本実施例でも、第２実施例同様、メニスカス位置および
メニスカス速度の環境依存性をある程度相殺することが
でき、環境温度による第２パルスのインク滴重量の変化
を簡単な構成で抑えることができる。更に本実施例で
は、高温環境になるにしたがって長い側に可変とするこ
とで、第２パルスの開始タイミングにおいて、第１のイ
ンク滴吐出直後のメニスカスのＴｃ振動の影響を受けに
くいため、飛行曲がりの少ない、安定した飛翔状態が実
現できるという長所を合わせもつ。

【００９５】Ｊ．第４実施例： 次に、本発明の第４実施例について、説明する。第４実
施例は、第１実施例と同様のハードウェア構成を有する
が、第２のインク滴の吐出のタイミングをホルムヘルツ
共振の周期Ｔｃを考慮して定めている点に特徴を有す
る。図２２，２３に例示したように、第１パルスによる
小さなインク滴の吐出を行なった後のメニスカスの動き
を詳細に観察すると、メニスカスの固有振動の周期Ｔｍ
に従うメニスカスの大きな動きに加えて、この周期Ｔｍ
よりかなり周期の短いヘルムホルツ共振による周期Ｔｃ
の振動が見られる。したがって、第２のインク滴の吐出
のタイミングをこのヘルムホルツ共振による周期Ｔｃを
考慮して定めることにより、第２パルスに応じて吐出さ
れるインク滴の重量を可変することができる。

【００９６】例えば、図２４は、あるインクを用いた場
合のメニスカスの動きを詳しく示したものであり、メニ
スカスの固有振動による周期Ｔｍに、ヘルムホルツ共振
による周期Ｔｃの振動が重畳されている様子が分かる。
図２４おいて、符号９２１は、第１パルスによるインク
滴の吐出終了後の最初のヘルムホルツ共振による振動の
ピークを、符号９２２は２回目のピークを、符号９２３
は、３回目のピークを、符号９２４は４回目のピーク
を、それぞれ示している。そこで、第２パルスによるイ
ンク滴の吐出のタイミングをこの周期Ｔｃの整数倍（１
倍、２倍、３倍。・・）としておければ、第２パルスに
応じて吐出されるインク滴の重量を増加することができ
る。また、第２パルスによるインク滴の吐出のタイミン
グをこの周期Ｔｃの（整数＋１／２）倍としておけば、
第２パルスに応じて吐出されるインク滴の重量を減らす
ことができる。

【００９７】この結果、メニスカスのヘルムホルツ共振
の周期Ｔｃを考慮することにより、インク滴の重量を細
かく制御することが可能となる。この特徴を利用して、
例えばインクの粘性が低下してインク滴が吐出されやす
くなるにしたがって、第２のインク滴の吐出のタイミン
グを、周期Ｔｃの整数倍から（整数＋１／２）倍へと延
ばし（あるいは縮め）、粘性の変化により吐出されやす
くなる分を相殺して、粘性の変化によらずインク滴の重
量を一定に保つと言った制御を行なうことも可能であ
る。もとより、メニスカスの固有振動による周期Ｔｍと
ヘルムホルツ共振による周期Ｔｃの両者を考慮して、第
２パルスの第１信号のタイミングおよび第２のインク滴
の吐出のタイミングを決定することも好適である。この
場合には、両者を最適に選択してインク重量を最大とし
た状態から、両者を最も悪い条件としてインク重量を最
小にした状態まで、インク重量の可変範囲を最も広く取
ることが可能となる。

【００９８】以上本発明のいくつかの実施例について説
明したが、本発明は、これらの実施例に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内におい
て、種々の態様で実施可能である。例えば、上記の実施
例において、ピエゾ素子は、たわみ振動子型のＰＺＴを
採用したが、縦振動横効果のＰＺＴであってもよい。但
しこの場合、たわみ振動子型のＰＺＴに対して、充電と
放電が入れ替わることになる。また、圧力発生素子とし
ては、ピエゾ素子に限らず、例えば磁歪素子等の他の素
子を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるピエゾ素子の駆動信号
の一例を示すグラフである。

【図２】本発明の印刷装置の概略構成図である。

【図３】プリンタドライバの構成を示すブロック図であ
る。

【図４】プリンタ２２の内部構成を駆動系を中心に示す
説明図である。

【図５】印字用ヘッドの導入管６７まわりの概略構成を
示す説明図である。

【図６】ピエゾ素子の伸縮によりインク滴が吐出される
原理を示す説明図である。

【図７】ヘッドに設けられたインク吐出機構の機械的構
造を示す断面図である。

【図８】実施例における印字ヘッド２８におけるノズル
の並びを例示する説明図である。

【図９】ピエゾ素子に加える駆動信号とインク滴の吐出
との関係を例示する模式図である。

【図１０】本発明の第１実施例で用いたプリンタ２２内
部の電気的な構成を例示するブロック図である。

【図１１】駆動信号の各波形について説明する説明図で
ある。

【図１２】ピエゾ素子駆動回路５０の内部構成を例示す
るブロック図である。

【図１３】駆動パルスの生成の過程を示す説明図であ
る。

【図１４】データ信号を用いてメモり５１にスルーレー
トを設定する場合の各信号のタイミングを示すタイミン
グチャートである。

【図１５】吐出された大小二つのインク滴が用紙Ｐ上に
着弾する状態を示す模式図である。

【図１６】パルス選択と１記録周期あたりのインク滴重
量との関係を示す説明図である。

【図１７】単独パルスによりインクの吐出を行なう場合
のメニスカスの変位の一実施例を示すグラフである。

【図１８】連続する二つのパルスによりインクの吐出を
行なう場合のメニスカスの変位の一実施例を示すグラフ
である。

【図１９】第２パルスの第１信号の開始タイミングと二
つのパルスにより吐出されるインク滴重量との関係を示
すグラフである。

【図２０】第１実施例の変形例におけるピエゾ駆動回路
の概略構成を示すブロック図である。

【図２１】本発明の第２実施例におけるプリンタの内部
構成を示すブロック図である。

【図２２】第２実施例におけるメニスカスの変位を示す
グラフである。

【図２３】本発明の第３実施例におけるメニスカスの変
位を示すグラフである。

【図２４】本発明の第４実施例におけるメニスカスの変
位を示すグラフである。

【符号の説明】

１２…スキャナ １４…キーボード １５…フレキシブルドライブ １６…ハードディスク １８…モデム ２１…ＣＲＴディスプレイ ２２…プリンタ ２３…紙送りモータ ２４…キャリッジモータ ２６…プラテン ２８…インク吐出用ヘッド ３１…キャリッジ ３２…操作パネル ３４…摺動軸 ３６…駆動ベルト ３８…プーリ ３９…位置検出センサ ４０…制御回路 ４３…Ｉ／Ｆ ４４…ＲＡＭ ４４Ａ…受信バッファ ４４Ｂ…中間バッファ ４４Ｃ…出力バッファ ４５…ＲＯＭ ４６…制御部 ４７…発振回路 ４８…駆動信号発生回路 ４８Ａ…駆動信号設定回路 ４９…Ｉ／Ｆ ５０…ピエゾ素子駆動回路 ５１…メモリ ５２…第１のラッチ ５３…シフトレジスタ ５３…加算器 ５４…第２のラッチ ５５…レベルシフタ ５６…Ｄ／Ａ変換器 ５７…部 ５７Ａ〜５７Ｎ…ピエゾ素子 ５８…電圧増幅部 ５９…電流増幅部 ６１〜６６…インク吐出用ヘッド ６７…導入管 ６８…インク通路 ７１，７２…インクカートリッジ ８０…バス ８１…ＣＰＵ ８２…ＲＯＭ ８３…ＲＡＭ ８４…入力インターフェイス ８５…出力インタフェース ８６…ＣＲＴＣ ８８…ＳＩＯ ９０…コンピュータ ９１…ビデオドライバ ９５…アプリケーションプログラム ９６…プリンタドライバ ９７…解像度変換モジュール ９８…色補正モジュール ９９…ハーフトーンモジュール １００…ラスタライザ １２１…アクチュエータユニット １２２…流路ユニット １２３…ノズル開口 １３０…第１の蓋部材 １３２…圧力発生室 １３４…駆動電極 １３５…スペーサ １３６…第２の蓋部材 １３７…インク供給口 １３８，１３９…連通孔 １４０…インク供給口形成基板 １４１…インク室 １４３…インク室形成基板 １４４…ノズル連通孔 １４５…ノズルプレート １４６，１４７，１４８…接着層 １９１…タイミング制御手段 １９２…タイミング記憶手段 １９３…ＡＤ変換器 １９４…温度センサ ２５３Ａ〜２５３Ｎ…シフトレジスタ ２５４Ａ〜２５４Ｎ…ラッチ素子 ２５５Ａ〜２５５Ｎ…レベルシフタ ２５６Ａ〜２５６Ｎ…スイッチ素子 ２５７Ａ〜２５７Ｎ…ピエゾ素子

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/205

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズル開口の各々に対応して設け
   られた圧力発生素子を作動させることにより、前記ノズ
   ル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘ
   ッドの駆動装置であって、 前記複数のノズルから第１のインク滴を吐出させるため
   の第１の駆動パルスと、該複数のノズルから前記第１の
   インク滴より大きな第２のインク滴を吐出させるための
   第２の駆動パルスとを含んでなる駆動信号を発生させる
   駆動信号発生手段と、記 録画素に対応した一記録周期内で前記各駆動パルスの
   うちの少なくとも一つの駆動パルスを選択する駆動パル
   ス選択手段と、 該選択された駆動パルスを含む前記駆動信号により、前
   記圧力発生素子を駆動する素子駆動手段と、前記 第１または第２のインク滴により形成されるドット
   より大きいドットを形成しようとする場合には、前記パ
   ルス選択手段により、前記一記録周期内に前記第１の駆
   動パルスと前記第２の駆動パルスとを選択すると共に、
   該第２の駆動パルスの出力のタイミングを、前記第１の
   インク滴吐出からのメニスカス戻りを利用して前記第２
   のインク滴を吐出するタイミングとして、両駆動パルス
   に応じたインク滴により記録媒体上に大ドットを形成す
   る大ドット形成手段とを備えたインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置であって、 該圧力発生素子の変形により容積が低減されてインクの
   液圧を増加する圧力発生室を、前記ノズルへのインク通
   路に連通して設け、 前記駆動信号発生手段は、 前記第２の駆動パルスを、前記圧力発生室を膨張させる
   第１信号と、膨張状態を保持する第２信号と、前記圧力
   発生室を収縮する第３信号とを少なくとも有するパルス
   として形成すると共に、 前記第１のインク滴吐出のタイミングと前記第２の駆動
   パルスの前記第１信号の開始タイミングとの時間差を、
   前記第１のインク滴吐出からのメニスカス戻り時間ＴＲ
   より長く、ＴＲ＋３・Ｔｍ／８（Ｔｍは、メニスカス固
   有振動周期）より短い時間として定めるインクジェット
   記録ヘッドの駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置であって、 前記インクの吐出の程度に関与するインクの性状を反映
   したパラメータを検出する検出手段と、 該検出手段により検出されたパラメータに基づいて前記
   第１信号の開始タイミングを変更することで、前記第１
   のインク滴吐出のタイミングと前記第１信号の開始タイ
   ミングとの時間差を可変するタイミング変更手段とを備
   えたインクジェット記録ヘッドの駆動装置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、前記パラメータとし
   て、前記インクの温度を検出するセンサであり、前記第
   １のインク滴吐出のタイミングと前記第１信号の開始タ
   イミングとの時間差を、該検出された温度が低温から高
   温となるにしたがって長い側に可変する請求項３記載の
   インクジェット記録ヘッドの駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置であって、 該圧力発生素子の変形により容積が低減されてインクの
   液圧を増加する圧力発生室を、前記ノズルへのインク通
   路に連通して設けると共に、 前記駆動信号発生手段を、前記第１のインク滴吐出のタ
   イミングと前記第２のインク滴吐出のタイミングとの時
   間差を、前記圧力発生室内のインクのヘルムホルツ共振
   による振動の周期Ｔｃを考慮した時間として定める手段
   としたインクジェット記録ヘッドの駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置であって、 前記駆動信号発生手段を、前記第１のインク滴吐出のタ
   イミングと前記第２のインク滴吐出のタイミングとの時
   間差を、前記圧力発生室内のインクのヘルムホルツ共振
   による振動の周期Ｔｃを考慮した時間として定める手段
   としたインクジェット記録ヘッドの駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置であって、 前記駆動信号発生手段は、前記第１のインク滴吐出のタ
   イミングと前記第２のインク滴吐出のタイミングとの時
   間差を、前記ヘルムホルツ共振による振動の周期Ｔｃの
   整数倍として定める手段としたインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置。
8. 【請求項８】 請求項５記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動装置であって、 前記インクの吐出の程度に影響を与えるパラメータを検
   出する検出手段と、 該検出手段により検出されたパラメータに基づいて、前
   記第１のインク滴吐出のタイミングと前記第２のインク
   滴吐出のタイミングとの時間差を、前記インクが吐出さ
   れやすくなるに従って、前記周期Ｔｃの（整数＋１／
   ２）倍へと可変する手段とを備えたインクジェット記録
   ヘッドの駆動装置。
9. 【請求項９】 複数のノズル開口の各々に対応して設け
   られた圧力発生素子を作動させることにより、前記ノズ
   ル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘ
   ッドの駆動方法であって、 前記複数のノズルから第１のインク滴を吐出させるため
   の第１の駆動パルスと、該複数のノズルから前記第１の
   インク滴より大きな第２のインク滴を吐出させるための
   第２の駆動パルスとを含んでなる駆動信号を発生させ、 記録画素に対応した一記録周期内で前記各駆動パルスの
   うちの少なくとも一つの駆動パルスを選択し、前記 第１または第２のインク滴により形成されるドット
   より大きいドットを形成しようとする場合には、前記一
   記録周期内に前記第１の駆動パルスと前記第２の駆動パ
   ルスとを選択すると共に、該第２の駆動パルスの出力の
   タイミングを、前記第１のインク滴吐出からのメニスカ
   ス戻り利用して前記第２のインク滴を吐出するタイミン
   グとし、 該選択された駆動パルスを含む前記駆動信号により、前
   記圧力発生素子を駆動するインクジェット記録ヘッドの
   駆動方法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のインクジェット記録ヘ
    ッドの駆動方法であって、 前記駆動パルスを発生する際、 前記第２の駆動パルスを、前記圧力発生素子の変形によ
    り容積が低減されてインクの液圧を増加する圧力発生室
    を膨張させる第１信号と、該膨張状態を保持する第２信
    号と、前記圧力発生室を収縮する第３信号とを少なくと
    も有するパルスとして形成すると共に、 前記第１のインク滴吐出のタイミングと、前記第２の駆
    動パルスの前記第１信号の開始タイミングとの時間差
    を、前記第１のインク滴吐出からのメニスカス戻り時間
    ＴＲより長く、ＴＲ＋３・Ｔｍ／８（Ｔｍは、メニスカ
    ス固有振動周期）より短い時間とするインクジェット記
    録ヘッドの駆動方法。
11. 【請求項１１】 請求項９記載のインクジェット記録ヘ
    ッドの駆動方法であって、 前記駆動パルスを発生する際、 前記第１のインク滴吐出のタイミングと前記第２のイン
    ク滴吐出のタイミングとの時間差を、前記圧力発生室内
    のインクのヘルムホルツ共振による振動の周期Ｔｃを考
    慮した時間として定めるインクジェット記録ヘッドの駆
    動方法。
12. 【請求項１２】 複数のノズル開口の各々に対応して設
    けられた圧力発生素子を作動させることにより、前記ノ
    ズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録
    ヘッドを備え、該ノズルから吐出されるインク滴によ
    り、記録媒体上に画像を記録する印刷装置であって、 更に、画像を構成する画素毎に階調値を有する印字デー
    タを入力する印字データ入力手段と、 前記複数のノズルから第１のインク滴を吐出させるため
    の第１の駆動パルスと、該複数のノズルから前記第１の
    インク滴より大きな第２のインク滴を吐出させるための
    第２の駆動パルスとを含んでなる駆動信号を発生させる
    駆動信号発生手段と、 記録画素に対応した一記録周期内で、前記入力された印
    字データの階調値に基づいて、前記第１，第２の駆動パ
    ルスのいずれも選択せずインク滴を吐出しないか、前記
    第１または第２の駆動パルスのいずれか一方のみ選択す
    るか、前記第１および第２の駆動パルスの両方を選択す
    るかを決定する駆動パルス選択手段と、該第１および第２の駆動パルスの両方が選択した際に
    は、前記第２の駆動パルスの出力のタイミングを、前記
    第１のインク滴吐出からのメニスカス戻りを利用して前
    記第２のインク滴を吐出するタイミングとして、 前記駆
    動信号により前記圧力発生素子を駆動する素子駆動手段
    とを備えた印刷装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の印刷装置であって、 該圧力発生素子の変形により容積が低減されてインクの
    液圧を増加する圧力発生室を、前記ノズルへのインク通
    路に連通して設け、 前記駆動信号発生手段は、 前記第２の駆動パルスを、前記圧力発生室を膨張させる
    第１信号と、該膨張状態を保持する第２信号と、前記圧
    力発生室を収縮する第３信号とを少なくとも有するパル
    スとして形成すると共に、 前記第１のインク滴吐出のタイミングと前記第２の駆動
    パルスの前記第１信号の開始タイミングとの時間差を、
    前記第１のインク滴吐出からのメニスカス戻り時間ＴＲ
    より長く、ＴＲ＋３・Ｔｍ／８（Ｔｍは、メニスカス固
    有振動周期）より短い時間として定める手段である印刷
    装置。
14. 【請求項１４】 請求項１２記載の印刷装置であって、 該圧力発生素子の変形により容積が低減されてインクの
    液圧を増加する圧力発生室を、前記ノズルへのインク通
    路に連通して設けると共に、 前記駆動信号発生手段を、前記第１のインク滴吐出のタ
    イミングと前記第２のインク滴吐出のタイミングとの時
    間差を、前記圧力発生室内のインクのヘルムホルツ共振
    による振動の周期Ｔｃを考慮した時間として定める手段
    とした印刷装置。