JP3767658B2

JP3767658B2 - インクジェットプリンタ、ならびに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

Info

Publication number: JP3767658B2
Application number: JP34834997A
Authority: JP
Inventors: 康夫雪田; 雄次矢倉; 健二鈴木; 洋徳永
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: JPH11170525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は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、ならびに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７−７６０８７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８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８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９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９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ジェットプリンタ、ならびに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】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段と、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させたのち、吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させる制御を行う吐出制御手段とを備えている。ここで、吐出制御手段は、吐出用圧力発生手段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、吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させるのが好適である。
【００１３】
本発明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は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する装置であって、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させたのち、吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させる制御を行う吐出制御手段を備えたものである。
【００１４】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、各ノズル部ごとに設けられ、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する方法であって、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させたのち、吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる工程と、吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させる工程とを含んでいる。
【００１５】
本発明に係るインクジェットプリンタ、またはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置もしくは方法では、まずインク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させる動作が行われ、この後、吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向（復帰方向）に変位させる動作が行われる。そして、この吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させる動作が行われる。すなわち、２つの圧力発生手段が並行して互いに相反する方向への変位動作を行うように制御が行われる。これにより、インク滴の尾を早期に断ち切ることができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。ここで、ヘッドコントローラ１４が本発明における「吐出制御手段」に対応する。
【００１９】
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。
【００２０】
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１１３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１１６ａ，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。
【００２１】
本実施の形態において、圧電素子１１６ａ，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。ここで、圧電素子１１６ａが本発明における「吐出用圧力発生手段」に対応し、圧電素子１１６ｂが本発明における「付随小滴防止用圧力発生手段」に対応する。
【００２２】
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１１２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１１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。ここで、ノズル１１８が本発明における「ノズル部」に対応する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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 Memory）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，１１６ｂ（図２）をそれぞれ駆動するための駆動信号２１ａ，２１ｂ（図４）の各電圧波形を示す波形データの組を多数記憶している。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。
【００２６】
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１１６ｂ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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１１８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。
【００３３】
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。
【００３４】
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１１８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。
【００３５】
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１１３ｃをたわみがない状態に維持することでインク室１１４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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、上記の第１行程ＣＤ，第２行程ＤＥ，第３行程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＝τ１，ＢＣ＝τ２，ＦＧ＝ｔ４，ＧＨ＝ｔ５。
【００４０】
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ｔ６は、駆動信号２１ａの区間ＤＧ（＝ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）と等しく設定され、駆動信号２１ａが吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへと立ち下がり始める時点Ｇ（＝時点Ｅ′）で、駆動信号２１ｂが基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂへと立ち上がり始めるようになっている。なお、図４（ｂ）では、駆動信号２１ｂ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。このように、駆動信号２１ａを立ち下げて圧電素子１１６ａをインク室１１４が膨張する方向（以下、インク室膨張方向という。）に変位させるのと並行して、駆動信号２１ｂを立ち上げて圧電素子１１６ｂをインク室１１４が収縮する方向（以下、インク室収縮方向という。）に変位させるようにしている点が本発明の１つの特徴をなしているが、これについては後述する。
【００４１】
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。
【００４２】
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２２としてヘッドコントローラ１４に送出する。
【００４３】
ヘッドコントローラ１４は、記録ヘッド１１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，Ｖｐ，Ｖａが大きい波形）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，Ｖｐ，Ｖａが小さい波形）の組を選択する。また、例えば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、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。
【００４４】
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１１８の圧電素子１１６ａに対し、選択した駆動信号２１ａを供給すると同時に、各ノズル１１８の圧電素子１１６ｂ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。
【００４５】
次に、図４および図６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。
【００４６】
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。
【００４７】
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から吐出電圧Ｖａへと立ち上げて圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させたのち時点Ｇで駆動信号２１ａを再び０Ｖに立ち下げて圧電素子１１６ａをインク室膨張方向に変位（復帰）させると共に、この圧電素子１１６ａのインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、駆動信号２１ｂを基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂへと立ち上げて圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向へ変位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。
【００４８】
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。
【００４９】
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収縮方向に変位し、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。そして、この時点Ｐ（同図（ａ）では時点Ｇ）で、駆動信号２１ａの立ち下げを開始して時点Ｈにおいて基準電圧０Ｖまで変化させる。これにより、圧電素子１１６ａはインク室膨張方向に変位して、時点Ｈで元の状態に復帰する。一方、図６（ｃ），（ｄ）に示したように、駆動信号２１ｂは、駆動信号２１ａの立ち下がり開始時点Ｇと同じ時点Ｅ′において、基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂへの立ち上がり始め、これにより、圧電素子１１６ｂはインク室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る。
【００５０】
このように、本実施の形態では、圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位するのと並行して圧電素子１１６ｂが変位０からインク収縮方向に変位する。すなわち、圧電素子１１６ａ，１１６ｂは、並行して互いに相反する方向への変位動作を行うこととなる。
【００５１】
時点Ｅで駆動信号２１ａの吐出電圧Ｖａの印加を開始された圧電素子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尾を引いており、インク柱の状態をなしている。次に、時点Ｐ（時点Ｇ）で圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位を開始すると、インク柱の後尾部分は後ろに引き戻されて細くなる。そして、この時点Ｐ（時点Ｅ′）で、今度は圧電素子１１６ｂがインク室収縮方向に変位を開始してインク室１１４内に新たな圧力を発生させるので、この新たな圧力により、今度はインク柱が押し出されることとなり、インクの流れに不連続性が発生する。これにより、インク柱がより早く断ち切られ、インク柱の尾が長く伸びることが抑制されるので、サテライト滴の発生が抑制される。
【００５２】
なお、圧電素子１１６ａは、時点Ｈで変位が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、時点Ｈ′で変位が０に戻り、さらに、次第に減衰する固有振動を行う。
【００５３】
ここで、一具体例を示す。例えば、圧電素子１１６ａ，１１６ｂとしては厚さが２５μｍのものを使用し、振動プレート１１３の厚さは２５μｍとする。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する。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。
【００５４】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝２，ｔ４＝３，ｔ５＝１１，ｔ６＝７，ｔ７＝２，ｔ８＝８，ｔ９＝８，
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝３３，Ｖｂ＝３０
【００５５】
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１１６ａをインク室収縮方向に変位させてインク滴吐出動作を開始させ、その後、この圧電素子１１６ａをインク室膨張方向に戻すように変位させるのと並行して、他方の圧電素子１１６ｂを変位０からインク室収縮方向に変位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の復帰開始時点（インク室膨張方向への変位開始時点）を、この圧電素子１１６ａのインク室収縮方向の変位量が最大になった時点またはその近傍とすることにより、サテライト滴の発生をより効果的に抑制することができる。
【００５６】
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。
【００５７】
例えば図６に示した例では、圧電素子１１６ａのインク室膨張方向への変位開始時点Ｇと、圧電素子１１６ｂのインク室収縮方向への変位開始時点Ｅ′とを一致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、圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位するのとほぼ並行して圧電素子１１６ｂがインク室収縮方向に変位するようにタイミングを設定すればよい。そのための条件は、例えば、図４における時間パラメータが次の条件（１）および（２）を共に満たすことである。
【００５８】
ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＜ｔ６＋ｔ７ …（１）
ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＞ｔ６ …（２）
【００５９】
また、例えば図６に示した例では、吐出開始後に圧電素子１１６ａ自身が最も大きく変位した時点でこの圧電素子１１６ａを元の変位状態に（インク室膨張方向に）戻し始めるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、それ以外のタイミングで圧電素子１１６ａの変位復帰を開始させるようにしてもよい。但し、圧電素子１１６ａの変位復帰開始時点をその最大変位時点またはその近傍に設定したときの方が、インク滴の尾を早期に細くすることができるので、インク滴サイズをより小さくすることができる。
【００６０】
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。
【００６１】
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、付随小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１１６ｂを用いると共に、付随小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。
【００６２】
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、吐出用の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の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も可能である。
【００６３】
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１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしたが、例えば、図７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、インク室１１４ａ，１１４ｂに対応させて圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしてもよい。なお、図７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１１４ｂの状態に与える影響が少ないので、圧電素子１１６ａ，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。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１もしくは請求項２に記載のインクジェットプリンタ、請求項３もしくは請求項４に記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項５もしくは請求項６のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、各ノズル部ごとに吐出用圧力発生手段と付随小滴防止用圧力発生手段とを設け、インク滴の吐出のために吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させた後、この吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向（復帰方向）に変位させると共に、この吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、付随小滴防止用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させるようにしたので、吐出用圧力発生手段の変位によってノズル部から押し出されたインクの後尾部分が、付随小滴防止用圧力発生手段の変位によって後押しされる。このため、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。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。しかも、１つのノズル部に対して設けた２つの吐出用圧力発生手段および付随小滴防止用圧力発生手段を独立して制御するようにしていることから、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く、また、これらの圧力発生手段が有する固有振動特性による制約を受けにくくなるという効果もある。
【００６５】
特に、請求項２記載のインクジェットプリンタ、請求項４記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置または請求項６記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、吐出用圧力発生手段の復帰開始時点（インク室膨張方向への変位開始時点）を、この吐出用圧力発生手段のインク室収縮方向の変位量が最大になった時点またはその近傍とするようにしたので、不要な付随的インク小滴の発生を抑制しつつ、本来のインク滴のサイズを小さくすることが可能となる。
【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】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８】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９】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、２２…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、ｔｅ…吐出開始タイミング

Claims

インク滴を吐出するためのノズル部と、
前記ノズル部にインクを供給するインク室と、
前記各ノズル部ごとに設けられ、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、
前記各ノズル部ごとに設けられ、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段と、
インク滴の吐出のために前記吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させたのち、前記吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、前記付随小滴防止用圧力発生手段を前記インク室収縮方向へ変位させる制御を行う吐出制御手段と
を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
前記吐出制御手段は、前記吐出用圧力発生手段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、前記吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
インク滴を吐出するためのノズル部と、前記ノズル部にインクを供給するインク室と、前記各ノズル部ごとに設けられ、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、前記各ノズル部ごとに設けられ、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する装置であって、
インク滴の吐出のために前記吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させたのち、前記吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、前記付随小滴防止用圧力発生手段を前記インク室収縮方向へ変位させる制御を行う吐出制御手段を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置。
前記吐出制御手段は、前記吐出用圧力発生手段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、前記吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させることを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置。
インク滴を吐出するためのノズル部と、前記ノズル部にインクを供給するインク室と、前記各ノズル部ごとに設けられ、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出用圧力発生手段と、前記各ノズル部ごとに設けられ、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からのインク滴吐出時における付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力を発生する付随小滴防止用圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する方法であって、
インク滴の吐出のために前記吐出用圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させたのち、前記吐出用圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる工程と、
前記吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、前記付随小滴防止用圧力発生手段を前記インク室収縮方向へ変位させる工程と
を含むことを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。
前記吐出用圧力発生手段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、前記吐出用圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させることを特徴とする請求項５記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。