JP3501285B2 - インクの吐出方法 - 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、例えばノズル部か
らインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェ
ットプリンタに利用されるインクの吐出方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、インク室に連通したノズル部から
インク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェッ
トプリンタが普及している。従来、この種のインクジェ
ットプリンタでは、１つのノズルに対応して１つの圧電
素子が設けられていた。この圧電素子は、例えば、イン
ク流路を介してインクが供給されるインク室の外壁をな
す振動板に固設されており、印加される駆動信号の電圧
波形に応じて撓むことでインク室の容積を変化させて吐
出圧力を生じさせ、この吐出圧力によってノズルからイ
ンク滴を吐出させることができるようになっていた。 【０００３】この種のインクジェットプリンタにおいて
は、上記のようにインク室の容積を変化させて吐出圧力
を発生させるようになっているので、ノズルから吐出さ
れたインクが柱状になって（尾を引く形で）飛翔し、こ
の飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に時間差
や速度差が生ずる。このため、先行する主たるインク滴
に付随して、微小な衛星状の不要なインク小滴（以下、
サテライト滴という。）が発生し、これが記録用紙上に
着弾することによって好ましくない印字結果が生ずる。
この場合、比較的大きなインク滴で記録を行う濃い画像
ではサテライト滴の発生は画品位にあまり大きな影響を
与えないが、濃度の淡い画像や中間階調画像を表現する
場合のように小さいインク滴で記録を行う場合には、サ
テライト滴の発生による画品位の低下が著しくなること
が予想される。したがって、特に、小さいサイズのイン
ク滴を吐出する場合におけるサテライト滴の発生が大き
な問題となる。 【０００４】この問題に対処するため、従来よりいくつ
かの方策が提案されている。例えば、特開平７−７６０
８７号公報には、１つのノズルについて１つの圧電素子
を設け、この圧電素子に印加する吐出用電圧の変化速度
を２段階に切り替えてインク滴吐出を行う方法が提案さ
れている。この方法は、図９に示したように、当初は第
１の電圧変化速度ｖ１をもって吐出用電圧を増加させ、
途中からｖ１よりも大きい第２の電圧変化速度ｖ２をも
って吐出用電圧を増加させるものである。なお、図９
で、縦軸は電圧、横軸は時間を表す。この方法によれ
ば、先に吐出されたインクの先頭部分を追いかける形で
引き続いてインクが噴射されるようになるので、インク
柱の先頭部分と後尾部分との間の速度差が小さくなり、
サテライト滴が生じにくくなる。 【０００５】また、例えば、特開昭５９−１３３０６７
号公報には、１つのノズルについて１つの圧電素子を設
け、この圧電素子に互いに独立した２つの電圧パルスを
印加してインク滴吐出を行う方法が提案されている。こ
の方法は、図１０に示したように、まず、第１のパルス
Ｐ１を圧電素子に加えて第１の圧力変動を生じさせてノ
ズルからのインク滴の噴射を開始し、その後、第１のパ
ルスＰ１を終了させたのちノズルからインク滴が射出さ
れる前に第２のパルスＰ２を圧電素子に加えて第２の圧
力変動を生じさせるようにしたものである。なお、図１
０で、縦軸は電圧、横軸は時間を表す。この方法によれ
ば、ノズルから噴射されたインク柱が早期に破断され、
サテライト滴が生じにくくなる。 【０００６】なお、例えば、特開昭５１−４５９３１号
公報には、１つのノズルに対して２つの圧力発生手段を
設け、これらの２つの圧力発生手段からの振動の重ね合
わせによってインクを振動させてインク滴を吐出させる
ようにしたインク滴吐出装置が提案されている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平７−７６０８７号公報に記載された方法では、第
１の電圧変化速度ｖ１を第２の電圧変化速度ｖ２よりも
必ず小さくしなければならない。このため、全吐出行程
にわたって高速の電圧変化速度ｖ２で電圧を変化させた
場合に比べると、吐出されるインク滴の飛翔速度が低下
せざるを得なくなる。インク滴の飛翔速度の低下は、そ
の飛翔ルートの直線性の悪化や飛翔速度のばらつき等、
吐出の不安定性を招くことから、記録ドットのずれが生
じて印字品質を低下させるおそれがある。 【０００８】また、上記の特開昭５９−１３３０６７号
公報に記載された方法では、第１のパルスＰ１を終了さ
せたのち、ある時間間隔Ｔｉをおいて第２のパルスＰ２
を印加するようになっているので、この時間間隔Ｔｉが
大きいと、インク柱の尾引きが長くなってサテライト滴
の発生を防止しにくくなる。一方、時間間隔Ｔｉが小さ
いと、圧電素子が電圧変化に追随できず、所期の動作が
得られなくなる。一般に、圧電素子は固有の振動特性を
有し、その固有振動数以上の周波数では動作し得ないか
らである。この点は、高い固有振動数をもつ圧電素子を
製作することで解決できると考えられるが、圧電素子の
固有振動数を高めるにしてもそれには限度があり、しか
も製造技術上の困難性を伴ってコスト高にもつながるこ
とから、現実的ではない。また、上記公報の記載では、
第１のパルスＰ１の電圧値Ｖ１よりも第２のパルスＰ２
の電圧値Ｖ２の方が小さくなっているが、インク柱の先
頭部分に後尾部分を追い付かせて一体化させるために
は、第１のパルスＰ１の電圧値Ｖ１よりも第２のパルス
Ｐ２の電圧値Ｖ２の方を大きくする必要がある。ところ
が、圧電素子への印加電圧を大きくすることは、圧電素
子およびこの圧電素子によって励振される振動板の寿命
を縮める要因になると共に、残留振動が大きくなって周
波数特性が悪化することが予想される。 【０００９】また、上記の特開昭５１−４５９３１号公
報に記載されたインク滴吐出装置は小さい電源入力で効
率よくインク滴を吐出させることを目的としたものであ
り、この目的を達成するために、２つの圧力発生手段に
高周波駆動信号をそれぞれ印加すると共に、これらの高
周波駆動信号の位相差や振幅を変化させることで２つの
圧力発生手段からの振動をうまく重ね合わせてインクを
振動させ、これによりインク滴を吐出させるようにして
いる。すなわち、このインク滴吐出装置は、サテライト
滴の発生を防止することを目的とはしておらず、また、
そのための構成を備えていない。また、そのような示唆
もない。 【００１０】このように、従来は、吐出されるインク滴
の飛翔速度の低下や装置寿命の短縮、あるいは周波数特
性の悪化等を伴うことなく、また、圧電素子の固有振動
特性による制約を受けることなく、サテライト滴の発生
を十分に抑制することは困難であった。 【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、上記のような諸問題を克服しつつイ
ンク滴吐出時のサテライト滴の発生を抑制することがで
きるインクの吐出方法を提供することにある。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明によるインクの吐
出方法は、圧電素子を用いてインク室の容積を変化させ
ることにより、インク室内のインクを、インク室に連通
するノズルからインク滴として吐出する方法であって、
ノズルから吐出されるインク滴の大きさを決定するため
に、ノズル内のインクのメニスカスの位置を後退させる
インクメニスカス後退工程と、インクメニスカス後退工
程で決定されたメニスカス位置から、圧電素子の固有振
動に対応して、インク室がその収縮方向へ最も大きく変
位した後に最も大きく変位した量より小さい量にインク
室が振動しながら収縮するようにインク室の収縮を開始
し、ノズルからインク滴を吐出させる第１のインク室収
縮工程と、第１のインク室収縮工程で収縮したインク室
を更に収縮させるために、第１のインク室収縮工程開始
後、インク室がその収縮方向に最も大きく変位した時点
またはその近傍において、第１のインク室収縮工程に重
畳して、インク室のさらなる収縮を開始する第２のイン
ク室収縮工程とを含むものである。 【００１３】本発明によるインクの吐出方法では、ノズ
ル内のインクのメニスカスの位置を後退させるインクメ
ニスカス後退工程により、メニスカスの位置決めが行わ
れ、ノズルから吐出されるインク滴の大きさが決定され
る。次に、インクメニスカス後退工程で決定されたメニ
スカス位置を初期位置として、インク室の収縮が開始さ
れ、ノズルからのインク滴吐出が始まる。そして、イン
ク室がその収縮方向に最も大きく変位した時点またはそ
の近傍において、第１のインク室収縮工程に重畳したイ
ンク室のさらなる収縮が開始される。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 【００１５】図１は本発明の一実施の形態に係るインク
ジェットプリンタの要部の概略構成を表すものである。
本実施の形態では、複数のノズルを有するマルチノズル
ヘッドを備えたインクジェットプリンタについて説明す
るが、本発明は単一のノズルを有するシングルノズルヘ
ッドを備えたインクジェットプリンタについても適用可
能である。なお、本発明の実施の形態に係るインクジェ
ットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法は本実
施の形態に係るインクジェットプリンタによって具現化
されるので、以下併せて説明する。 【００１６】このインクジェットプリンタ１は、記録用
紙２に対してインク滴を吐出して記録を行う記録ヘッド
１１と、この記録ヘッド１１にインクを供給するインク
カートリッジ１２と、記録ヘッド１１の位置と記録用紙
２の紙送りとを制御するヘッド位置・紙送りコントロー
ラ１３と、駆動信号２１により記録ヘッド１１のインク
滴吐出動作を制御するヘッドコントローラ１４と、入力
される画像データに所定の画像処理を行い、印画データ
２２としてヘッドコントローラ１４に供給する画像処理
部１５と、制御信号２３，２４，２５によってそれぞれ
ヘッド位置・紙送りコントローラ１３、ヘッドコントロ
ーラ１４および画像処理部１５を制御するシステムコン
トローラ１６とを備えている。 【００１７】図２は図１における記録ヘッド１１の斜視
断面構造を表し、図３は図２における記録ヘッド１１を
矢印Ｚの方向から見た断面構造を表すものである。これ
らの図に示したように、記録ヘッド１１は、薄いノズル
プレート板１１１と、ノズルプレート１１１上に積層さ
れた流路プレート１１２と、流路プレート１１２上に積
層された振動プレート１１３とを備えて構成されてい
る。これらの各プレートは、例えば、図示しない接着剤
により相互に貼り合わされている。 【００１８】流路プレート１１２の上面側には選択的に
凹部が形成されており、これらの凹部と振動プレート１
１３とによって、複数のインク室１１４とこれらのイン
ク室に連通する共同流路１１５とを構成している。共同
流路１１５と各インク室１１４との連通部分は挟路とな
っており、ここから各インク室１１４の方向に向かうに
従って流路幅が拡がるような構造となっている。各イン
ク室１１４の真上部分の振動プレート１１３上には、そ
れぞれ、例えばピエゾ素子等からなる一対の圧電素子１
１６ａ，１１６ｂが互いに一定距離を隔てて固着されて
いる。各圧電素子１１６ａ，１１６ｂの上下面には、図
示しない電極がそれぞれ積層配置されており、これらの
電極にヘッドコントローラ１４（図１）からの駆動信号
を印加して各圧電素子１１６ａ，１１６ｂ、ひいては振
動プレート１１３をたわませることで、インク室１１４
の容積を増大（膨張）させたり減少（収縮）させること
ができるようになっている。ここで、インク室１１４が
本発明における「インク室」に対応する。 【００１９】本実施の形態において、圧電素子１１６
ａ，１１６ｂは、同じ印加電圧に対する変位量（以下、
変位能力という。）が等しくなるように構成されてい
る。そのために本実施の形態では、圧電素子１１６ａ，
１１６ｂの材質、厚さおよび面積を等しく形成してい
る。これにより、同一の印加電圧に対して同じ容積変化
をインク室１１４に与えることができる。但し、２つの
圧電素子１１６ａ，１１６ｂの面積や厚さ等を変えて、
両者の変位能力を異ならせるように構成してもよい。 【００２０】各インク室１１４における共同流路１１５
に連通した側と反対側の部分は、流路幅が次第に狭まっ
ていく構造になっており、その終端部の流路プレート１
１２には、厚み方向に穿たれた流路孔１１７が設けられ
ている。そして、この流路孔１１７は、最下層のノズル
プレート１１１に形成された微小なノズル１１８へと連
通しており、このノズル１１８からインク滴が吐出され
るようになっている。本実施の形態では、記録ヘッド１
１には、記録用紙２（図１）の紙送り方向（図２の矢印
Ｘ）に沿って、複数のノズル１１８が１列に等間隔で形
成されている。但し、その他の配列（例えば千鳥状の二
列配列）としてもよい。 【００２１】共同流路１１５は、図１に示したインクカ
ートリッジ１２（図２および図３では図示せず）に連通
している。そして、このインクカートリッジ１２から共
同流路１１５を経て各インク室１１４に常時一定速度で
インクが供給されるようになっている。このインクの供
給は、例えば毛細管現象を利用して行うことができる
が、そのほか、インクカートリッジ１２に所定の加圧機
構を設けて加圧することで行うようにしてもよい。 【００２２】このような構成の記録ヘッド１１は、図示
しないキャリッジ駆動モータおよびこれに付随するキャ
リッジ機構によって記録用紙２の紙送り方向Ｘと直交す
る方向Ｙ（図２）に往復移動しながらインク滴を吐出す
ることにより、記録用紙２に画像を記録するようになっ
ている。 【００２３】図１に示したヘッドコントローラ１４は、
例えば、いずれも図示しないが、マイクロプロセッサ
と、このマイクロプロセッサが実行するプログラムが格
納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、マイクロプロ
セッサによる所定の演算や一時的なデータ記憶等に用い
られるワークメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Me
mory）と、不揮発性メモリからなる駆動波形記憶部と、
駆動波形記憶部から読み出されたディジタルデータをア
ナログに変換するためのディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）
コンバータと、Ｄ／Ａコンバータの出力を増幅するアン
プとを備えて構成される。ここで、駆動波形記憶部は、
記録ヘッド１１の各ノズルの圧電素子１１６ａ，１１６
ｂをそれぞれ駆動するための駆動信号２１ａ，２１ｂの
各電圧波形を示す波形データを組の形で記憶している。
これらの波形データは、例えば図４に示した各種のパラ
メータ（時間パラメータおよび電圧パラメータ）を様々
な値に設定して作成されたものである。但し、各組の駆
動信号２１ａと駆動信号２１ｂとの間には、後述するよ
うな一定の関係が保たれている。これらの波形データは
マイクロプロセッサによってそれぞれ読み出され、Ｄ／
Ａコンバータでアナログ信号に変換されたのちアンプで
増幅され、ノズル数ｎと同数の駆動信号２１ａ，２１ｂ
の組として出力される。なお、ヘッドコントローラ１４
は、上記のような構成に限られることはなく、これと異
なる構成とすることも可能である。 【００２４】これらの駆動信号の組のうち、各駆動信号
２１ａは対応するノズルの圧電素子１１６ａに印加さ
れ、各駆動信号２１ｂは対応するノズルの圧電素子１１
６ｂに印加されようになっている。なお、図１では、ｎ
組の駆動信号２１ａ，２１ｂをまとめて駆動信号２１と
して描いている。 【００２５】図４は駆動信号２１ａ，２１ｂの各一周期
分（Ｔ）の波形の一例を表すものである。この図の
（ａ）は駆動信号２１ａ、（ｂ）は駆動信号２１ｂを表
す。ここで、縦軸は電圧、横軸は時間を表し、時間は図
の左から右方向へと進むものとする。これらのうち、駆
動信号２１ａは、インク滴を吐出する圧力を発生させる
ための吐出用駆動信号であり、基準電圧０Ｖのほかに引
込電圧Ｖｐおよび吐出電圧Ｖａを取り得るようになって
いる。駆動信号２１ｂは、インク滴吐出時のサテライト
滴の発生を抑制する圧力を発生させるための補助駆動信
号であり、基準電圧０Ｖのほかに引込電圧Ｖｐおよび補
助電圧Ｖｂを取り得る。駆動信号２１ａ，２１ｂの組
は、ヘッドコントローラ１４によって各吐出周期ごとに
適宜切り替えられて、対応するノズルに供給されるよう
になっている。 【００２６】ここで、図５を参照して、駆動信号２１ａ
の波形の意義について説明する。この図５は、駆動信号
の波形と、この駆動信号が印加される圧電素子１１６ａ
の挙動と、ノズル１１８内におけるインクの先端部の位
置（以下、メニスカス位置という。）の変化との関係を
表すものである。この図の（ａ）は、駆動信号２１ａを
一般化した波形のほぼ１周期分を表し、同図（ｂ）は
（ａ）のような波形の駆動信号が圧電素子１１６ａに印
加されたときのインク室１１４の状態の変化を表し、同
図（ｃ）はそのときのノズル１１８内におけるメニスカ
ス位置の変化を表す。 【００２７】図５（ａ）において、まず、駆動電圧を基
準電圧０Ｖから引込電圧Ｖｐに変化させる行程（Ａから
Ｂまで）を第１の前行程とし、引込電圧Ｖｐを一定時間
保持する行程（ＢからＣまで）を第２の前行程とする。
また、駆動電圧を引込電圧Ｖｐ１から基準電圧０Ｖに変
化させる行程（ＣからＤまで）を第１行程とし、これに
要する時間をｔ１とする。また、基準電圧０Ｖを保持し
て待機する行程（ＤからＥまで）を第２行程とし、これ
に要する時間をｔ２とする。さらに、基準電圧０Ｖから
吐出電圧Ｖａに変化させる行程（ＥからＦまで）を第３
行程とし、これに要する時間をｔ３とする。 【００２８】本実施の形態において、第３行程の開始時
点である時点Ｅは、吐出が開始されるタイミングであ
り、このタイミングに先立って第１の前行程、第２の前
行程、第１行程、および第２行程が行われるようになっ
ている。 【００２９】まず、時点Ａおよびそれ以前においては、
圧電素子１１６ａへの印加電圧は０Ｖであるので、図５
（ｂ）の状態Ｐ_Aのように、振動プレート１１３にたわ
みはなく、インク室１１４の容積は最大となっている。
時点Ａにおいて、ノズル１１８内におけるメニスカス位
置は、図５（ｃ）の状態Ｍ_Aに示したように、ノズル開
口端から所定距離だけ後退した所に位置しているものと
する。 【００３０】次に、時点Ａの電圧０Ｖから時点Ｂの引込
電圧Ｖｐへと駆動電圧をゆっくりと増加させる第１の前
行程を行うと、振動プレート１１３が内側にたわみ、イ
ンク室１１４は収縮する（図５（ｂ）の状態Ｐ_B）。こ
のときのインク室１１４の収縮速度はゆっくりとしたも
のなので、インク室１１４の容積の減少分は、ノズル１
１８内のメニスカス位置を前進させると同時に、図２に
示した共同流路１１５へのインクの逆流をも引き起こ
す。このときのインクの前進量と逆流量との比は、主と
して、ノズル１１８内の流路抵抗と、インク室１１４と
共同流路１１５とをつなぐ狭路における流路抵抗との比
によって決まるが、これを最適化することにより、図５
（ｃ）の状態Ｍ_Bで示したように、時点Ｂでのメニスカ
ス位置がノズル開口端から突出することなく、ノズル開
口端とほぼ同じ位置にくるように設定することができ
る。 【００３１】次に、時点Ｂから時点Ｃまでの間、駆動電
圧を引込電圧Ｖｐに保持することでインク室１１４の容
積を一定に保つ第２の前行程を行う。ところが、この間
もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に
行われているので、ノズル１１８内におけるメニスカス
位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｃでは、例
えば図５（ｃ）の状態Ｍ_Cで示したように、ノズル開口
端よりもやや突出した位置まで前進する。 【００３２】次に、時点Ｃの引込電圧Ｖｐから時点Ｂの
基準電圧０Ｖへと駆動電圧を減少させる第１行程を行う
と、圧電素子１１６への印加電圧が０になるので振動プ
レート１１３のたわみがなくなり、インク室１１４は膨
張する（図５（ｂ）の状態Ｐ _D）。このため、ノズル１
１８内のメニスカスはインク室１１４の方向に引き込ま
れ、時点Ｄでは、例えば図５（ｃ）の状態Ｍ_Dに示した
ように後退する（すなわち、ノズル開口端から遠ざか
る）。なお、時点Ｃと時点Ｄとの電位差である引込電圧
Ｖｐの大きさを変更することにより第１行程におけるメ
ニスカスの引き込み量が変化するので、これによりイン
ク滴のサイズを制御することが可能である。インク滴の
サイズは吐出開始時点のメニスカス位置に依存し、メニ
スカス位置が深いほどインク滴サイズが小さくなるから
である。 【００３３】次に、時点Ｄから時点Ｅまでの時間ｔ２の
間、駆動電圧を基準電圧０Ｖに固定して振動プレート１
１３ｃをたわみがない状態に維持することでインク室１
１４の容積を一定に保つ第２行程を行う（図５（ｃ）の
状態Ｐ_D〜Ｐ_E）。ところが、この間もインクカートリッ
ジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、
ノズル１１８内のメニスカス位置はノズル開口端に向か
って変位し、時点Ｅでは、例えば図５（ｃ）の状態Ｍ_E
に示した位置まで前進する。なお、第２行程の所要時間
ｔ２を変更することによりメニスカス位置の前進量が変
化し、第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調
整することができるので、これにより、吐出されるイン
ク滴のサイズを制御することが可能である。 【００３４】次に、時点Ｅの電圧０Ｖから時点Ｆの吐出
電圧Ｖａへと駆動電圧を急激に増大させる第３行程を行
う。ここで、時点Ｅは、上記したように、吐出開始タイ
ミングである。このとき、時点Ｆにおいて振動プレート
１１３は、図５（ｂ）の状態Ｐ_Fに示したように内側に
大きくたわみ、インク室１１４は急激に収縮するので、
図５（ｃ）の状態Ｍ_Fに示したように、ノズル１１８内
のメニスカスはノズル開口端に向かって一気に押され、
ここからインク滴として吐出される。吐出されたインク
滴は空気中を飛翔し、記録用紙２（図２）上に着弾す
る。 【００３５】その後、駆動電圧を吐出電圧Ｖａに保った
まま所定時間経過した時点Ｇで、再び基準電圧０Ｖまで
減少させる。これにより時点Ｈでは、図５（ｂ）の状態
Ｐ_Hに示したように、振動プレート１１３はたわみのな
い状態に戻る。この状態を次の吐出動作における第１前
行程の開始時点Ｉまで維持する。駆動電圧を再び０Ｖに
減少させた直後の時点Ｈにおいては、図５（ｃ）の状態
Ｍ_Hに示したように、吐出されたインク滴の体積とイン
ク室１１４の容積の増加分とを加えた体積に相当する分
だけメニスカス位置が後退した状態となるが、その後も
行われるインクの充填（リフィル）により、次回の吐出
動作における第１の前行程の開始時点Ｉにおけるメニス
カス位置は、図５（ｃ）の状態Ｍ_Iに示したように、当
初の時点Ａにおける状態Ｍ_Aと同じになる。 【００３６】このようにして１回の吐出動作が終了す
る。以下、このようなサイクル動作を各ノズル１１８ご
とに並行してそれぞれ繰り返し行うことで、記録用紙２
（図２）への画像記録が連続的に行われる。 【００３７】なお、本実施の形態において、第２行程の
所要時間ｔ２は第１行程で引き込まれたメニスカスがノ
ズル開口端に到達するまでの所要時間以下であるとし、
第３行程の吐出電圧Ｖａはインク滴を吐出させるに足る
範囲に入っているものとしている。また、図４（ａ）
で、上記の行程ＣＤ，ＤＥ，ＥＦ以外の行程の所要時間
については、それぞれ次のように表記する。ＡＢ＝τ
１，ＢＣ＝τ２，ＦＧ＝ｔ４，ＧＨ＝ｔ５。 【００３８】次に、再び図４に戻って、駆動信号２１ｂ
の波形について説明する。本実施の形態では、駆動信号
２１ｂにおけるＡ〜Ｄの部分を駆動信号２１ａと同一波
形としている。一方、０Ｖ保持行程ＤＥ′の所要時間ｔ
６は、駆動信号２１ａの第２行程所要時間ｔ２よりも大
きく設定され、駆動信号２１ｂが基準電圧０Ｖから補助
電圧Ｖｂに立ち上がり始める時点Ｅ′は、駆動信号２１
ａの吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）よりも時間ｔｄ
だけ遅れている。なお、図４（ｂ）では、駆動信号２１
ｂが基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂに変化する行程Ｅ′
Ｆ′の所要時間をｔ７、駆動信号２１ｂが補助電圧Ｖｂ
に達した時点Ｆ′からこの補助電圧Ｖｂの保持終了時点
Ｇ′までの所要時間をｔ８、駆動信号２１ｂが補助電圧
Ｖｂから基準電圧０Ｖに変化する行程Ｇ′Ｈ′の所要時
間をｔ９と表記する。ここで、後述するように、遅延時
間ｔｄを適切に設定する点が本発明の１つの特徴をなし
ているが、これについては後述する。 【００３９】次に、図１のインクジェットプリンタ１の
全体動作を簡単に説明する。 【００４０】図１において、図示しないパーソナルコン
ピュータ等の情報処理装置から印刷データがインクジェ
ットプリンタ１に入力されると、画像処理部１５は、こ
の入力データに対して所定の画像処理（例えば圧縮され
たデータの伸長等）を行ったのち、これを印画データ２
２としてヘッドコントローラ１４に送出する。 【００４１】ヘッドコントローラ１４は、記録ヘッド１
１のノズル数に対応したｎドット分の印画データ２２を
取得すると、これらの印画データ２２を基に、ｎ個のノ
ズルのそれぞれについて、ドットを形成するためのイン
ク滴サイズを判定し、この判定結果から、各ノズルに供
給すべき各１組の駆動信号２１ａ，２１ｂを選択する。
例えば、高濃度を表現する場合にはインク滴サイズを大
きくし得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが大きく、Ｖｐ
が小さい波形）の組を選択し、低濃度を表現する場合や
高解像度表現を行う場合にはインク滴サイズを小さくし
得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが小さく、Ｖｐが大き
い波形）の組を選択する。また、微妙な中間階調を表現
する場合には、隣接するドット間でインク滴サイズを少
しずつ異ならせるようにし、また、例えば、各ノズル間
でインク吐出特性がばらついている場合には、これを補
正し得るような駆動波形の組を選択する。 【００４２】さて、ヘッドコントローラ１４は、ｎドッ
ト分の駆動信号（すなわち、ｎ個のノズル１１８に供給
する駆動信号）の組を選択したのち、吐出周期の切替タ
イミングにおいて、記録ヘッド１１における各ノズル１
１８の圧電素子１１６ａに対し、選択した駆動信号２１
ａを供給すると同時に、各ノズル１１８の圧電素子１１
６ｂに対し、選択した駆動信号２１ｂを供給する。各ノ
ズルにおける圧電素子１１６ａは、供給された駆動信号
２１ａの電圧波形に従って図５で説明したような各行程
を行い、インク滴を吐出する。このとき、各ノズルの圧
電素子１１６ｂは、供給された駆動信号２１ｂの電圧波
形に従って後述するように変位し、圧電素子１１６ａに
よる吐出動作を補助するための動作を行う。 【００４３】次に、図４、図６および図７を参照して、
本実施の形態に係るインクジェットプリンタの特徴的な
作用を説明する。 【００４４】従来技術の項において述べたように、イン
ク滴の吐出の際に生ずる付随的なインク小滴であるサテ
ライト滴は、圧電素子により吐出圧力を発生させてイン
ク滴吐出を行う方式において多く発生するもので、柱状
になって飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に
生ずる時間差や速度差に起因して先頭部分から後尾部分
が分離し、この後尾部分が微小なインク小滴となったも
のと考えられる。 【００４５】本実施の形態では、このようなサテライト
滴の発生を防止するため、図４に示したように、駆動信
号２１ａを時点Ｅ（吐出開始タイミングｔｅ）で基準電
圧０Ｖから立ち上げて吐出電圧Ｖａに変化させることで
インク室１１４を収縮させると共に、その後駆動信号２
１ａが吐出電圧Ｖａを保ってインク室１１４が収縮状態
にあるときに、駆動信号２１ｂを基準電圧０Ｖから補助
電圧Ｖｂへと立ち上げてインク室１１４をさらに収縮さ
せるようにしている。この点をさらに図６を参照して説
明する。 【００４６】図６は駆動信号２１ａ，２１ｂの電圧波形
の変化と圧電素子１１６ａ，１１６ｂの変位との関係を
表すものである。具体的には、この図の（ａ）は駆動信
号２１ａの要部波形を表し、（ｂ）は圧電素子１１６ａ
の変位を表し、（ｃ）は駆動信号２１ｂの要部波形を表
し、（ｄ）は圧電素子１１６ｂの変位を表す。ここで、
横軸は時間を示し、また、（ａ），（ｃ）における縦軸
は電圧を示し、（ｂ），（ｄ）における縦軸は変位量を
示す。 【００４７】図６（ａ），（ｂ）に示したように、圧電
素子１１６ａは、時点Ｅから開始する駆動信号２１ａの
電圧増加と共にインク室１１４を収縮させる方向に変位
する。そして、圧電素子１１６ａは、慣性力により、電
圧が吐出電圧Ｖａに達した時点Ｆをオーバーランした時
点Ｐで最大変位状態となり、ここでインク室１１４は最
収縮状態となる。一方、図６（ｃ），（ｄ）に示したよ
うに、駆動信号２１ｂは圧電素子１１６ａが最大変位状
態となった時点Ｐ（すなわち、時点Ｅ′）で基準電圧０
Ｖから補助電圧Ｖｂへと立ち上がり始めるので、これに
より、圧電素子１１６ｂはインク室１１４をさらに収縮
させる方向に変位する。そして、圧電素子１１６ｂは、
上記と同様の慣性力により、電圧が補助電圧Ｖｂに達し
た時点Ｆ′をオーバーランした時点Ｐ′で最大変位状態
となり、インク室１１４は最収縮状態となる。このよう
に本実施の形態では、圧電素子１１６ａが変位０から最
大変位時点Ｐに達するまでの時間を遅延時間ｔｄとして
設定している。 【００４８】時点Ｅで駆動信号２１ａの吐出電圧Ｖａが
印加された圧電素子１１６ａは、インク室収縮方向に変
位することによりインク室１１４内に圧力を発生させ、
この圧力によりノズル１１８からインクを押し出す。こ
の時点では、ノズル１１８から押し出されたインクはま
だ尾を引いており、インク柱の状態をなしている。一
方、圧電素子１１６ａの最大変位時点で駆動信号２１ｂ
の補助電圧Ｖｂが印加された圧電素子１１６ｂは、イン
ク室収縮方向に変位することによりインク室１１４内に
新たな圧力を発生させる。そして、この新たな圧力によ
り、既にノズル１１８から押し出されつつあるインク柱
が後押しされる。このため、インク柱の先頭部分に後尾
部分が追いついて、両者は一体化して単一のインク滴に
なると同時に、インクの流れに不連続性が発生し、イン
ク柱はその後尾部分の直後で断ち切られる。これによ
り、インク柱の尾が長く伸びることが抑制され、サテラ
イト滴の発生が抑制される。 【００４９】なお、圧電素子１１６ａは、吐出電圧Ｖａ
が保たれている間、固有振動をするが、駆動信号２１ａ
が時点Ｇの吐出電圧Ｖａから時点Ｈの基準電圧０Ｖへと
変化すると、圧電素子１１６ａの変位は０に戻り、さら
に、次第に減衰する固有振動を行う。同様に、圧電素子
１１６ｂは、補助電圧Ｖｂが保たれている間、固有振動
をするが、駆動信号２１ｂが時点Ｇ′の補助電圧Ｖｂか
ら時点Ｈ′の基準電圧０Ｖへと変化すると、圧電素子１
１６ｂの変位は０に戻り、さらに、次第に減衰する固有
振動を行う。 【００５０】図７は遅延時間ｔｄを様々に変えた場合の
インク滴の吐出状態を表すものである。この図の（ａ）
は、遅延時間ｔｄをそれぞれ１４，１５，１６μｓｅｃ
に設定した場合のインク滴の尾の切断時点の変化を表
し、（ｂ）は、駆動信号２１ａにより圧電素子１１６ａ
のみを変位させて吐出した場合および遅延時間ｔｄをそ
れぞれ１４，１５，１６μｓｅｃに設定した場合におけ
る吐出開始タイミングｔｅから３６μｓｅｃ経過後のイ
ンク滴の状態を表すものである。なお、このときの圧電
素子１１６ａ，１１６ｂの厚さは２５μｍ、振動プレー
ト１１３の厚さは２５μｍとし、また、図４に示した駆
動信号２１ａ，２１ｂの各時間パラメータおよび電圧パ
ラメータは次のように設定している。なお、時間パラメ
ータの単位はいずれもμｓｅｃであり、電圧パラメータ
の単位はいずれもボルトである。 【００５１】τ１＝３０，τ２＝１０， ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝４，ｔ４＝２０，ｔ５＝
８，ｔ６＝１７，ｔ７＝４，ｔ８＝２０，ｔ９＝８， ｔｄ＝１５， Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝３０，Ｖｂ＝３０ 【００５２】図７（ａ）に示したように、遅延時間ｔｄ
をそれぞれ１４，１５，１６μｓｅｃに設定したときの
インク滴の各切断タイミングは、吐出開始タイミングｔ
ｅからそれぞれ３１．２，２９．２，３１．６μｓｅｃ
だけ経過した時点となっている。また、同図（ｂ）に示
したように、吐出開始タイミングｔｅから３６μｓｅｃ
経過後の状態を見てみると、遅延時間ｔｄを１４，１
５，１６μｓｅｃとしたいずれの場合においても、イン
ク滴の尾は圧電素子１１６ａのみで吐出を行った場合よ
りも早く断ち切られている。特に、遅延時間ｔｄを１５
μｓｅｃにしたときのインク滴の長さは、遅延時間ｔｄ
をそれぞれ１４，１６μｓｅｃに設定したときよりも短
くなっている。 【００５３】以上のことから、駆動信号２１ｂを圧電素
子１１６ｂに印加することによってインク滴の尾の切断
時期を早めることができ、サテライト滴の発生が抑制さ
れることが判る。特に、遅延時間ｔｄを１５μｓｅｃに
設定した場合にはインク滴の尾が最も早く断ち切られ、
サテライト滴の発生を最も効果的に抑制し得ることが判
る。本実施の形態において、この１５μｓｅｃという遅
延時間は、圧電素子１１６ａが変位を開始してから最大
変位位置に到達するまで所要時間にほぼ等しくなってい
る。すなわち、駆動信号２１ａの吐出電圧Ｖａによって
圧電素子１１６ａの変位量が最大になった時点で駆動信
号２１ｂの補助電圧Ｖｂを立ち上げて圧電素子１１６ｂ
の変位を開始させるように制御することにより、サテラ
イト滴の発生を最も効果的に抑制することができるので
ある。 【００５４】このように、本実施の形態によれば、各ノ
ズルに対応した各インク室１１４ごとに２つの圧電素子
１１６ａ，１１６ｂを設けると共に、一方の圧電素子１
１６ａによってインク滴の吐出を開始したのち、この圧
電素子１１６ａの変位によってインク室１１４が収縮状
態にあるときに、他方の圧電素子１１６ｂを変位させて
インク室１１４をさらに収縮させるようにしたので、イ
ンク滴の尾を早期に断ち切ることができ、この結果、サ
テライト滴の発生を抑制することが可能となる。特に、
圧電素子１１６ａが最も大きく変位した時点で圧電素子
１１６ｂの変位を開始させることにより、サテライト滴
の発生を最も効果的に抑制することが可能となる。 【００５５】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されず、種々変更
可能である。 【００５６】例えば図６に示した例では、圧電素子１１
６ａが最も大きく変位した時点で圧電素子１１６ｂの変
位を開始させるようにしたが、本発明はこれに限定され
るものではなく、より広く、インク室１１４が収縮状態
にあるときに（すなわち、図６（ｂ）の時点Ｅよりも後
で時点Ｈよりも前に）、圧電素子１１６ｂの変位を開始
させるようにしても、相当の効果は得られる。 【００５７】また、図４における各時間パラメータおよ
び電圧パラメータの設定値は、上に例示した値に限定さ
れるものではなく、適宜変更可能である。例えば、本実
施の形態では、駆動信号２１ａ，２１ｂの双方における
引込電圧を同じＶｐとしたが、両者を異ならせてもよ
い。 【００５８】また、上記実施の形態では、吐出用圧力発
生手段としてインク供給側の圧電素子１１６ａを用いる
と共に、サテライト滴防止用圧力発生手段としてノズル
側の圧電素子１１６ｂを用いることとしたが、これとは
逆に、吐出用圧力発生手段としてノズル側の圧電素子１
１６ｂを用いると共に、サテライト滴防止用圧力発生手
段としてインク供給側の圧電素子１１６ａを用いるよう
にしてもよい。 【００５９】また、上記実施の形態では、１つのノズル
について２つの圧電素子を設ける場合について説明した
が、１つのノズルについて３つ以上の圧電素子を設け、
これらの圧電素子を吐出用とサテライト滴抑制用とに区
分し、吐出用圧電素子に吐出用の駆動信号２１ａを加え
ると共に、サテライト滴抑制用圧電素子にサテライト滴
抑制用の駆動信号２１ｂを印加するようにしてもよい。
この場合、３つ以上の圧電素子の変位能力は、互いに等
しくしてもよいし、あるいは異ならせてもよい。こうす
ることにより、よりきめ細かく、サテライト滴の抑制制
御を行うことができる。 【００６０】また、上記実施の形態では、１つのノズル
１１８に対して１つのインク室１１４を設けると共に、
この１つのインク室１１４に対応して２つの圧電素子１
１６ａ，１１６ｂを設けるようにしたが、例えば、図８
に示したように、１つのノズル１１８に対して２つのイ
ンク室１１４ａ，１１４ｂを設けると共に、各インク室
１１４ａ，１１４ｂに対応させて圧電素子１１６ａ，１
１６ｂを設けるようにしてもよい。なお、図８は、記録
ヘッド１１の一部を真上から見た状態を表すものであ
り、図２に示した要素と同一要素には同一の符号を付
し、また、振動プレート１１３の図示を省略している。
この図に示した構成によれば、一方のインク室１１４ａ
における圧電素子１１６ａの挙動が他方のインク室１１
４ｂの状態に与える影響が少ないので、圧電素子１１６
ａ，１１６ｂの相互間のクロストークを低減することが
でき、より高精度の印字品質を得ることができる。 【００６１】 【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のイ
ンクの吐出方法によれば、ノズルから吐出されるインク
滴の大きさを決定するために、ノズル内のインクのメニ
スカスの位置を後退させるインクメニスカス後退工程
と、インクメニスカス後退工程で決定されたメニスカス
位置から、圧電素子の固有振動に対応して、インク室が
その収縮方向へ最も大きく変位した後に最も大きく変位
した量より小さい量にインク室が振動しながら収縮する
ようにインク室の収縮を開始し、ノズルからインク滴を
吐出させる第１のインク室収縮工程と、第１のインク室
収縮工程で収縮したインク室を更に収縮させするため
に、第１のインク室収縮工程開始後、インク室がインク
室収縮方向に最も大きく変位した時点またはその近傍に
おいて、第１のインク室収縮工程に重畳して、インク室
の収縮を開始する第２のインク室収縮工程とを含むよう
にしたので、インク滴が長く尾を引く前に早期に断ち切
られ、付随的なインク小滴の発生を抑制することがで
き、記録される画像の品質の低下を防止することができ
るという効果がある。特に、小さいインク滴を用いて表
現する必要がある淡い画像や中間階調画像のように、不
要な付随的インク小滴の影響を受け易い画像において
も、画質の低下を効果的に防止することができる。ま
た、吐出されるインク滴の飛翔速度の低下や装置寿命の
短縮、あるいは周波数特性の悪化等を伴うことがない。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットプ
リンタの概略構成を表すブロック図である。 【図２】記録ヘッドの一構造例を表す斜視断面図であ
る。 【図３】記録ヘッドの一構造例を表す断面図である。 【図４】図１におけるヘッドコントローラから出力され
る駆動信号の波形の一例を表す図である。 【図５】図４に示した吐出用の駆動信号波形と、インク
室の状態およびノズル内のメニスカス位置の変化との関
係を説明するための図である。 【図６】図４に示した駆動信号波形と圧電素子の変位量
との関係の一例を表す図である。 【図７】図４に示した駆動信号波形によるインク滴の吐
出状態の一例を表す図である。 【図８】本実施の形態に係るインクジェットプリンタに
用いられる記録ヘッドの変形例を表す平面図である。 【図９】従来のインクジェットプリンタの駆動方法を説
明するための説明図である。 【図１０】従来の他のインクジェットプリンタの駆動方
法を説明するための説明図である。 【符号の説明】 １…インクジェットプリンタ、１１…記録ヘッド、１４
…ヘッドコントローラ、２１ａ，２１ｂ…駆動信号、２
２…印画データ、１１３…振動プレート、１１４…イン
ク室、１１５…共同流路、１１６ａ，１１６ｂ…圧電素
子、１１８…ノズル、Ｖｐ…引込電圧、Ｖａ…吐出電
圧、Ｖｂ…補助電圧、ｔｄ…遅延時間、ｔｅ…吐出開始
タイミング。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 圧電素子を用いてインク室の容積を変化
   させることにより、前記インク室内のインクを、前記イ
   ンク室に連通するノズルからインク滴として吐出する方
   法であって、 前記ノズルから吐出されるインク滴の大きさを決定する
   ために、前記ノズル内のインクのメニスカスの位置を後
   退させるインクメニスカス後退工程と、 前記インクメニスカス後退工程で決定されたメニスカス
   位置から、前記圧電素子の固有振動に対応して、前記イ
   ンク室がその収縮方向へ最も大きく変位した後に前記最
   も大きく変位した量より小さい量に前記インク室が振動
   しながら収縮するように前記インク室の収縮を開始し、
   前記ノズルからインク滴を吐出させる第１のインク室収
   縮工程と、 前記第１のインク室収縮工程で収縮したインク室を更に
   収縮させるために、前記第１のインク室収縮工程開始
   後、前記インク室がその収縮方向に最も大きく変位した
   時点またはその近傍において、前記第１のインク室収縮
   工程に重畳して、前記インク室のさらなる収縮を開始す
   る第２のインク室収縮工程とを含むことを特徴とするイ
   ンクの吐出方法。