JP3991767B2 - インクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生素子に駆動パルスを供給することで所望量のインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、コピー機等の各種記録装置には、インク液を液滴の状態で吐出させるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を備えたものがある。この記録ヘッドは、例えば、インク液が貯留される圧力室と、この圧力室の一端とノズル開口とを連通するノズル連通口と、圧力室の他端と共通インク室とを連通するインク供給口と、圧力室内のインク液に圧力変動を生じさせる圧力発生素子（例えば、圧電振動子）とを備えている。そして、この記録ヘッドでは、圧力発生素子に駆動パルスが供給されると、圧力発生素子が作動してノズル開口からインク滴が吐出される。
【０００３】
図１３は、インク滴を吐出させたときのメニスカス（ノズル開口で露出しているインク液の自由表面）の動きを模式的に示した図であり、定常状態の圧力室を一旦膨張させた後に急激に収縮してインク滴を吐出させた際の状態を示している。この例では、メニスカスからインク滴が分離した時点（時点ｔａ）よりも後において、メニスカスは、自由振動をしながら安定してゆく。このときのメニスカスの振動は、主に、圧力室内のインク液を往復する圧力振動に起因する固有振動周期Ｔｃ（ヘルムホルツ共振周期）と、ノズル開口における毛細管力に起因する固有振動周期Ｔｍとによって定められ、固有振動周期Ｔｍに固有振動周期Ｔｃが重畳された振動となる。
【０００４】
そして、着弾インク滴で隙間無く記録領域を埋めるベタ記録時など、インク滴を続けて吐出させる場合には、前のインク滴が吐出されてから間もない内に次のインク滴が吐出される。例えば、時点ｔｂで次の駆動パルスが供給される。この場合、前のインク滴吐出によるメニスカスの振動が収まらない状態で次のインク滴を行うので、波形形状が同じ駆動パルスを供給したとしても、駆動パルス供給時点でのメニスカスの位置に応じてインク量（インク滴の量）が変動する。図１３の例において時点ｔｂと時点ｔｃとでは、時点ｔｃの方がインク量が少なくなる。
【０００５】
このため、前後の駆動パルスの供給間隔（駆動周期，供給周波数）を変化させてインク量を測定すると、例えば図１４に示すように、インク量が周期的に変動する。特に、駆動パルス同士の供給間隔が極く短い高周波領域（インク滴吐出時から３周期程度の範囲内）では、インク量は固有振動周期Ｔｃに影響されて供給間隔の僅かな違いで大きく変動する。
【０００６】
ところで、駆動パルスの波形形状を定めるにあたり、圧力発生素子の特性ばらつきを考慮して駆動パルスの駆動電圧（最大電位と最低電位の電位差）を記録ヘッド毎或いはノズル列毎に適正化し、記録時におけるインク量を揃えることが行われている。この場合、上記したように駆動パルスの供給間隔（周波数）に応じてインク量が変わってしまうので、どの供給間隔でインク量を適正化すればいいかが重要になる。この点に関し、一般的には、ベタ記録での白筋防止の観点から、記録に使用される最大周波数で適正化を行っている。即ち、この最大周波数でのインク量が設計値になるように駆動電圧を設定している。
【０００７】
なお、従来において、記録に使用される最大周波数は、インク滴の吐出安定性を重視する観点から、圧力発生素子の許容最大駆動周波数（高周波領域）よりも低く設定されていた。例えば、図１４において、駆動周期Ｘに対応する周波数に設定されていた。そして、駆動信号の適正化は、駆動周期Ｘ内の所定周波数で測定用駆動パルスを供給して得られたインク量を用いていた。要するに、単一の測定点（測定用駆動パルスの供給周波数）で測定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この種の記録ヘッドには高周波駆動に対する強い要請がある。この要請に応えるべく圧力発生素子や圧力室形状等が改良され、高周波領域での記録が可能な記録ヘッドが提供できるようになった。この高周波記録対応の記録ヘッドでも駆動電圧の適正化が行われるが、この適正化についても、許容最大駆動周波数で駆動パルスを供給して得られたインク量によって行うことが望ましい。
【０００９】
しかしながら、上記の固有振動周期Ｔｃは圧力室の寸法ばらつきやノズル径のばらつき等によって変動する。そして、この固有振動周期Ｔｃの変動によって、図１４のインク量変動曲線は時間軸方向に拡縮される。さらに、このインク量変動曲線の高周波領域は、固有振動周期Ｔｃの影響を受けて振幅が他の部分よりも大きいので、従来のように単一の測定点のみで測定した場合には、固有振動周期Ｔｃの変動によってインク量が大きく変動してしまうことになる。
【００１０】
例えば、図１５に示すように、固有振動周期Ｔｃが第１周期Ｔｃ１（実線）とこの第１周期Ｔｃ１よりも僅かに長い第２周期Ｔｃ２（一点鎖線）の場合には、一定の駆動周期ｗａであっても得られるインク量がＩｗ１（Ｔｃ１）とＩｗ２（Ｔｃ２）とに異なってしまう。このように、得られるインク量が固有振動周期Ｔｃの変化によって大きく異なってしまい、圧力発生素子の特性ばらつき以外の要因でもインク量が変化してしまう。
【００１１】
なお、従来は、この高周波領域よりも低い周波数（使用領域Ｘ，図１４参照）でインク量を測定していたので、換言すれば、インク量変動曲線の振幅が比較的小さい測定点でインク量を測定していたので、固有振動周期Ｔｃが多少変化してもインク量が大きく変化してしまうことはなく、駆動電圧の適正化に支障はなかった。
【００１２】
そして、測定点でのインク量が固有振動周期Ｔｃによって大きく変化してしまうと、駆動電圧が適正化できず、その影響は低周波域まで及ぶ。即ち、供給周波数の全域に亘ってインク量に影響が及ぶ。これにより、インク量が増えて標準よりも濃い画像を記録したり、インク量が減って標準よりも薄い画像を記録したりすることになる。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波領域で記録可能な記録ヘッドであっても、駆動電圧の適正化が図れる適正電圧決定方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、圧力室内のインク液に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を備え、駆動パルスの圧力発生素子への供給によってノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドに適用され、前記駆動パルスの適正電圧を決定する駆動電圧決定方法において、
圧力室内におけるインク液の固有振動周期Ｔｃに基づいて、インク量の測定時における測定用駆動パルスの供給周波数範囲である測定範囲Ｔｄを設定し、
該測定範囲Ｔｄ内には、各測定点の供給周波数の平均である平均周波数ｆａｖが、記録動作時における最大供給周波数である使用最高周波数ｆｍａｘに一致するように、測定用駆動パルスの供給周波数として選ばれる２ｎ個（ｎは自然数）の測定点を等間隔で分布させると共に、隣り合う測定点同士の間隔を測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎに設定し、
前記測定用駆動パルスは、駆動電圧の異なる複数種類のパルス信号であり、前記測定範囲Ｔｄ内において前記各測定点として選択した各供給周波数で圧力発生素子に供給され、
前記各測定点でのインク量を測定用駆動パルス毎に測定し、
各測定点のインク量の合計から１滴あたりのインク量を測定用駆動パルス毎に算出することで、圧力室の固有振動周期に起因するインク量変動を平均化し、
算出したインク量と駆動電圧との関係から、使用最高周波数ｆｍａｘにおいて規定インク量を吐出可能な駆動パルスの適正電圧を決定することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法である。
【００１５】
なお、「駆動パルスの適正電圧」とは、駆動パルスの駆動電圧（即ち、最大電位と最低電位の電位差）であって、規定量のインク滴を吐出させるために適正化された駆動電圧を意味する。
また、「固有振動周期Ｔｃに基づいて」とは、製造上存在し得る最小の固有振動周期Ｔｃｍｉｎから最大の固有振動周期Ｔｃｍａｘの範囲内を意味する。
【００１６】
請求項２に記載のものは、前記測定範囲Ｔｄを固有振動周期Ｔｃの設計値に定めたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法である。
【００１８】
請求項３に記載のものは、前記圧力発生素子が圧電振動子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、記録へッドの構造について説明する。図１に例示した記録へッド１は、複数の圧電振動子２…からなる振動子群３、固定板４、及び、フレキシブルケーブル５等をユニット化した振動子ユニット６と、この振動子ユニット６を収納可能なケース７と、ケース７の先端面に接合される流路ユニット８とを備えている。
【００２０】
ケース７は、振動子ユニット６が収納される収納空部９を内側に形成した合成樹脂製のブロック状部材である。そして、振動子ユニット６は、固定板４が収納空部９の壁面に接着されており、この接着状態で圧電振動子２の先端面は、収納空部９における流路ユニット８側の開口に臨む。
【００２１】
振動子群３を構成する圧電振動子２は、本発明の圧力発生素子の一種であり、電気機械変換素子の一種でもある。そして、各圧電振動子２…は、基端側部分が固定板４上に接合されており、自由端部を２ｍｍ程度固定板４の縁よりも外側に突出させた片持ち梁の状態で取り付けられている。そして、各圧電振動子２…の自由端部は、圧電体層１０に加えられた電界に応じて、素子長手方向に伸縮する。
【００２２】
本実施形態の各圧電振動子２…は、３０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅の櫛歯状に構成されている。例えば、圧電体層１０と電極層１１とを交互に積層した一枚の圧電板を固定板４に接合した後、ワイヤーソー等の切断具によって櫛歯状に切り分けることで作製されている。このように、振動子群３を構成する各圧電振動子２…は、同一の圧電板から切り出されているので、その伸縮特性が振動子ユニット６毎に高いレベルで揃えられている。
【００２３】
各圧電振動子２…の先端面部は、流路ユニット８の島部１２に接合されており、フレキシブルケーブル５は、固定板４とは反対側の側面で、各圧電振動子２…と電気的に接続されている。そして、各圧電振動子２…は、従来よりも高い高周波領域での駆動が予定されている。例えば、インク滴を吐出させるために圧電振動子２に供給される駆動パルス（後述）の最大供給周波数に関し、従来１３ｋＨｚ程度であった周波数を本実施形態では３４ｋＨｚ程度まで高めている。なお、この最大供給周波数は、本発明における使用最高周波数ｆｍａｘに相当し、圧電振動子２の最高駆動周波数とも表現できる。
【００２４】
流路ユニット８は、図２に示すように、流路形成基板１３を間に挟んでノズルプレート１４を流路形成基板１３の一方の表面に接合し、弾性板１５をノズルプレート１４とは反対側となる他方の表面に接合することで構成されている。
【００２５】
ノズルプレート１４は、例えば図３に示すように、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口１６…を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、９０ｄｐｉのピッチで９０個のノズル開口１６…を列設し、これらのノズル開口１６…によってノズル列を構成する。そして、このノズル列を、吐出可能なインク液の種類（例えば色）に対応させて複数列形成する。例えば、図中左端に位置する第１ノズル列１７Ａから右端に位置する第６ノズル列１７Ｆまでの合計６列のノズル列１７…を横並びに設ける。
【００２６】
これらのノズル列１７…に関し、本実施形態では、各ノズル列１７…から異なる色のインク液を吐出可能に構成している。例えば、第１ノズル列１７Ａからはブラックインクを、第２ノズル列１７Ｂからはイエローインクをそれぞれ吐出可能に構成している。また、第３ノズル列１７Ｃからはシアンインクを、第４ノズル列１７Ｄからはライトシアンインクをそれぞれ吐出可能に構成している。さらに、第５ノズル列１７Ｅからはマゼンタインクを、第６ノズル列１７Ｆからはライトマゼンタインクをそれぞれ吐出可能に構成している。
【００２７】
そして、上記の振動子ユニット６は、１つのノズル列１７に対して１つ設けられている。即ち、図４に示すように、ケース７内には、合計６個の振動子ユニット６…が取り付けられている。
【００２８】
流路形成基板１３は、圧力室１８となる空部と、インク供給口１９となる溝部と、共通インク室２０となる空部などを形成した板状の部材であり、例えばシリコンウェハーをエッチング加工することにより作製されている。
【００２９】
圧力室１８は、ノズル開口１６の列設方向（即ち、ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い偏平な凹室で構成され、各ノズル開口１６…に対応して複数設けられている。そして、この圧力室１８の一端はノズル連通口２１を通じてノズル開口１６に連通している。また、ノズル連通口２１とは反対側となる圧力室１８の他端は、流路幅が圧力室１８よりも狭いインク供給口１９を通じて共通インク室２０に連通されている。従って、この記録へッド１では、共通インク室２０から圧力室１８を通じてノズル開口１６に至る一連のインク流路が、ノズル開口１６の数だけ形成されている。
【００３０】
弾性板１５には、圧力室１８の一方の開口面を封止するダイヤフラム部２２と、共通インク室２０の一方の開口面を封止するコンプライアンス部２３とが設けられている。この弾性板１５は、例えば、ステンレス製の支持板２４上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＩ（ポリイミド）等の樹脂フィルム２５をラミネート加工した二重構造である。そして、ダイヤフラム部２２として機能する部分、即ち、圧力室１８の開口を封止する部分の支持板２４を環状にエッチング加工し、圧電振動子２の先端面部を接合するための島部１２を形成する。また、コンプライアンス部２３として機能する部分、即ち、共通インク室２０の開口面を封止する部分の支持板２４をエッチング加工で除去して樹脂フィルム２５だけにしている。
【００３１】
このような構成を有する記録へッド１では、圧電振動子２を放電して振動子長手方向に伸長させると、島部１２がノズルプレート１４側に押圧される。これにより、ダイヤフラム部２２の樹脂フィルム２５が変形して圧力室１８が収縮する。一方、圧電振動子２を充電して振動子長手方向に収縮させると、樹脂フィルム２５の弾性により圧力室１８が膨張する。そして、圧力室１８の膨張や収縮を制御することで圧力室１８内のインク圧力が変動し、ノズル開口１６からインク滴を吐出させることができる。
【００３２】
この場合において圧力室１８は音響管とみなせるので、インク滴の吐出に伴って圧力室１８内のインク液には圧力室１８内を往復する圧力振動が励起される。即ち、圧力室１８の容積変化によって生じたインク液の圧力変動のエネルギーが保存されて圧力振動となる。そして、この圧力振動の周期（以下、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃという。）は、圧力室１８の形状、隣り合う圧力室１８，１８同士を区画する隔壁部やダイヤフラム部２２等のコンプライアンス、ノズル連通口２１やインク供給口１９の流路形状等によって定まる。本実施形態の記録へッド１は、この固有振動周期Ｔｃの設計値が７μｓに設定されている。
【００３３】
なお、この記録ヘッド１においては、圧力室１８、インク供給口１９、ノズル連通口２１等の各部は、μｍ単位の極く微細な大きさで作製されている。同様に、樹脂フイルム２５の厚さも数μｍと極めて薄い。このため、現在の加工精度ではこれらの各部に寸法ばらつきが生じ、許容公差内に収まっているものを良品として使用する。また、流路ユニット８は、流路形成基板１３，ノズルプレート１４，弾性板１５を互いに接合することで作製されているため、部材間での接合位置にもばらつきが生じてしまう。このため、接合位置に関しても許容公差内に収まっているものを良品として使用する。
【００３４】
これらの寸法ばらつきや接合位置ばらつきは、固有振動周期Ｔｃに影響を及ぼす。このため、良品の記録ヘッド１であっても、その固有振動周期Ｔｃは公差上仕方なくばらつく。例示した構造の記録ヘッド１において、ヘッド個体内のばらつきは±１．０μｓ程度である。そして、この例では、６μｓ〜８μｓの範囲で変動する。この場合において、６μｓは製造上存在し得る最小の固有振動周期Ｔｃｍｉｎであり、８μｓは製造上存在し得る最大の固有振動周期Ｔｃｍａｘである。
【００３５】
また、この記録へッド１では、圧電振動子２の伸縮量が振動子ユニット６毎にばらつく傾向がある。これは、使用する圧電板のロット差や自由端部の長さ等によって起因すると考えられる。即ち、圧電板を構成する各層（圧電体層１０，電極層１１）に厚さの差があると、同じ電位差を付与しても伸縮量が相違してしまう。また、自由端部の長さは圧電振動子２における伸縮部分の長さでもあるので、当該部分の長さが相違するとやはり同じ電位差であっても伸縮量が相違してしまう。このため、圧電板の取付位置のずれが自由端部の長さの差となり、伸縮量の差となって現れる。
【００３６】
従って、このような伸縮量のばらつきに対して何らかの処置を講じないと、単位面積当たりの着弾インク量が振動子ユニット６毎、即ち、ノズル列１７毎にばらつき、画質が損なわれてしまうという問題が生じ得る。例えば、同じ画像データで記録を行っても、全体的に赤みが強い画像となったり、青みが強い画像となったりする。
なお、この伸縮量のばらつきを低減するために圧電振動子２（圧電体層１０，電極層１１）の寸法精度や振動子群３と固定板４の取付精度を向上させることが考えられるが、製造効率等の観点から寸法精度や組立精度を向上させることは現実的でない。
【００３７】
そこで、インク滴を吐出させるために圧電振動子２に供給する駆動パルスを調整することが行われている。即ち、最大電位ＶＰから最低電位ＶＬまでの電位差である駆動電圧Ｖｈ（図６（ｂ）参照）を、各振動子ユニット６…や記録へッド１毎に適正化することで伸縮量のばらつきを補正することが行われている。
【００３８】
例えば、駆動電圧Ｖｈを振動子ユニット６毎に適正化する場合、圧電振動子（自由端部）２の伸縮量が標準値（設計値）の振動子ユニット６については駆動電圧Ｖｈを設計値とする。この場合、吐出されるインク滴は規定量となる。そして、伸縮量が標準値よりも小さい振動子ユニット６については、規定量のインク滴が吐出されるように、駆動電圧Ｖｈを設計値よりも高く設定する。反対に、伸縮量が標準値よりも大きい振動子ユニット６については、規定量のインク滴が吐出されるように、駆動電圧Ｖｈを設計値よりも低く設定する。
【００３９】
また、駆動電圧Ｖｈを記録へッド１毎に適正化する場合には、記録ヘッド１が備える全てのノズル開口１６…からインク滴を吐出させ、その平均吐出量が規定量となるように駆動電圧Ｖｈを設定する。そして、振動子ユニット６毎の吐出量ばらつきについては、記録時におけるインク滴の吐出回数を増減することで補正する。例えば、圧電振動子２の伸縮量が平均伸縮量（即ち、取り付けられている各振動子ユニット６…における平均値）の振動子ユニット６については、単位面積当たりのインク滴の吐出回数、即ち、ベタを埋めるために必要な吐出回数を設計値とする。これにより、単位面積当たりの着弾インク量は規定量となる。また、圧電振動子２の伸縮量が平均伸縮量よりも小さい振動子ユニット６については、単位面積当たりの着弾インク量が規定量となるように、インク滴の吐出回数を増加させる。反対に、圧電振動子２の伸縮量が平均伸縮量よりも大きい振動子ユニット６については、単位面積当たりの着弾インク量が規定量となるように、インク滴の吐出回数を減少させる。
【００４０】
以下、駆動パルスにおける駆動電圧Ｖｈの適正化、即ち、適正電圧の決定方法について詳細に説明する。ここで、図５は、適正電圧の決定方法を説明するフローチャートである。なお、以下は、記録へッド１毎に１つの適正電圧を決定する例について説明する。
【００４１】
この決定方法では、最初に、測定用駆動パルスＴＰを用いてインク量測定を行う（ステップＳ１）。
【００４２】
まず、測定用駆動パルスＴＰについて説明する。この測定用駆動パルスＴＰは、インク量の測定に用いられるパルス信号であり、記録用の駆動パルスと同じ形状のパルス信号である。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、中間電位ＶＭから最大電位ＶＰまで一定勾配で電位を上昇させる膨張要素Ｐ１と、最大電位ＶＰを一定時間維持する膨張ホールド要素Ｐ２と、最大電位ＶＰから最低電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させる吐出要素Ｐ３と、最低電位ＶＬを一定時間保持する吐出ホールド要素Ｐ４と、最低電位ＶＬから中間電位ＶＭまで電位を上昇させる制振要素Ｐ５とから構成される。
【００４３】
この測定用駆動パルスＴＰが圧電振動子２に供給されると、圧電振動子２及び圧力室１８が次のように作動してノズル開口１６から所定量のインク滴が吐出される。なお、記録用の駆動パルスは、駆動電圧Ｖｈが適正化された測定用駆動パルスＴＰということができるので、吐出時の動作は測定用駆動パルスＴＰと同じである。
【００４４】
膨張要素Ｐ１が供給されると、圧電振動子２は振動子長手方向に大きく収縮する。この収縮に伴って圧力室１８は、中間電位ＶＭに対応する定常容積から最大電位ＶＰに対応する最大容積まで、インク滴を吐出させない程度の速度で膨張する。この膨張に伴って圧力室１８内が減圧され、共通インク室２０内のインク液がインク供給口１９を通って圧力室１８内に流入する。この圧力室１８の膨張状態は膨張ホールド要素Ｐ２の供給期間に亘って保持される。
【００４５】
その後、吐出要素Ｐ３が供給されて圧電振動子２が大きく伸長する。この圧電振動子２の伸長によって圧力室１８は最小容積まで急激に収縮する。これにより、圧力室１８内のインク液が加圧されてノズル開口１６から所定量（例えば１２ｎｇ前後）のインク滴が吐出される。
【００４６】
吐出要素Ｐ３に続いて吐出ホールド要素Ｐ４が供給されるので、圧力室１８の収縮状態が維持される。そして、圧力室１８の収縮状態において、メニスカスは、インク滴の吐出の影響を受けて大きく振動する。その後、メニスカスの振動を抑制し得るタイミングで制振要素Ｐ５が供給され、圧力室１８が定常容積まで膨張復帰する。即ち、圧力室１８内のインク液に生じた圧力を相殺すべく、圧力室１８を膨張させてインク圧力を減圧する。これにより、メニスカスの振動を短時間で抑制することができ、次のインク滴の吐出を安定させることができる。
【００４７】
なお、１つの測定用駆動パルスＴＰに対応する吐出インク量は、１２ｎｇ（ｐＬ）前後と極く微量であるので、１滴毎に量を測定することは困難である。このため、吐出インク量の測定にあたっては、図６（ａ）に示すように、駆動パルス発生回路３１（駆動パルス発生手段の一種）と電子天秤３２とを用いる。
【００４８】
即ち、駆動パルス発生回路３１から発生させた測定用駆動パルスＴＰを繰り返し圧電振動子２に供給し、所定数のインク滴をノズル開口１６から吐出させる。そして、この吐出させたインク滴を捕集して電子天秤３２で重量（吐出総重量）を測定し、測定された吐出総重量を吐出総重量を延べ吐出回数（即ち、ノズル開口数×吐出回数）で除算することにより、１滴の重量を算出する。なお、本実施形態では、記録へッド１毎に１つの適正電圧を決定するので、全てのノズル開口１６…から所定数のインク滴を吐出させる。
例えば、１つのノズル開口１６あたりの吐出回数を１００，０００回とした際の吐出総重量が７００ｍｇであったとすると、ノズル開口１６…の数が５４０個（９０個×６列）であるので、１滴の重量は、７００ｍｇ／（５４０×１００，０００）で算出され、１３ｎｇとなる。
【００４９】
そして、このステップＳ１のインク量測定工程では、駆動電圧Ｖｈの異なる複数種類の測定用駆動パルスＴＰを用いる。本実施形態では、図７に示す２種類の測定用駆動パルスＴＰ、即ち（ａ）に示す第１測定用駆動パルスＴＰ１と、（ｂ）に示す第２測定用駆動パルスＴＰ２とを用いる。
【００５０】
ここで、第１測定用駆動パルスＴＰ１は、駆動電圧Ｖｈが第１駆動電圧Ｖｈ１に設定されたパルス信号であり、第１最大電位ＶＰ１から最低電位ＶＬの範囲で電位が変化する。また、第２測定用駆動パルスＴＰ２は、駆動電圧Ｖｈが第２駆動電圧Ｖｈ２に設定されたパルス信号であり、第２最大電位ＶＰ２から最低電位ＶＬの範囲で電位が変化する。そして、第１駆動電圧Ｖｈ１は設定可能な最低値或いはその近傍値に設定され、第２駆動電圧Ｖｈ２は設定可能な最高値或いはその近傍に設定されている。言い換えれば、設計値を挟んで低電圧側と高電圧側のそれぞれに設定されている。
【００５１】
本実施形態では、第１駆動電圧Ｖｈ１を２４Ｖとし、第２駆動電圧Ｖｈ２を２８Ｖとしている。また、最低電位ＶＬは、例えば接地電位（ＧＮＤ）に設定される。さらに、中間電位ＶＭは駆動電圧Ｖｈの５０％に設定される。この例では、第１測定用駆動パルスＴＰ１の中間電位ＶＭ１は１２Ｖとなり、第２測定用駆動パルスＴＰ２の中間電位ＶＭ２は１４Ｖとなる。
なお、各波形要素Ｐ１〜Ｐ５の時間幅は、第１測定用駆動パルスＴＰ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２とで同じである。
【００５２】
また、本実施形態では、インク滴の吐出量を測定するにあたり、各測定用駆動パルスＴＰを使用最高周波数ｆｍａｘに近い周波数で供給する。ここで、使用最高周波数ｆｍａｘとは、記録動作時における最大供給周波数であり、本実施形態では上記したように３４ｋＨｚである。なお、インク量を使用最高周波数ｆｍａｘで測定するのは、ベタ記録における着弾インク量を最適化するためである。
【００５３】
ところで、この使用最高周波数ｆｍａｘで測定用駆動パルスＴＰを連続的に供給すると、先のインク滴の吐出でメニスカスが大きく振動している最中に次のインク滴を吐出することになる。また、測定対象の記録へッド１について固有振動周期Ｔｃがばらつくと、この固有振動周期Ｔｃに応じてメニスカスの振動周期が変化する。インク滴の吐出量はメニスカスの位置に応じて変化するので、この最高周波数の近傍域（即ち、高周波域）では、供給周波数を１つに固定してインク量を測定しても、そのインク量が圧電振動子２の伸縮量の違いを表しているのか、固有振動周期Ｔｃのばらつきによって変化しているのか判断することは困難である。
そして、固有振動周期Ｔｃのばらつきが加味されてしまうと、そのインク量ばらつきの影響は低周波域にも及び、画像が全体的に濃くなったり、薄くなってしまう。
【００５４】
この点に鑑み本実施形態では、図８に示すように、高周波域に測定範囲Ｔｄを設定し、この測定範囲Ｔｄ内には平均周波数ｆａｖが使用最高周波数ｆｍａｘとなるように２ｎ（ｎは自然数）個の測定点（Ａ１〜Ａ２，Ｂ１〜Ｂ４）を等間隔で設定する。即ち、測定用駆動パルスＴＰの供給周波数を異ならせて２ｎ回の測定を行う。換言すると、駆動電圧の異なる複数種類の第１測定用駆動パルスＴＰ１，第２測定用駆動パルスＴＰ２を用いて吐出量を測定することを、各測定用駆動パルスの供給周波数を異ならせてそれぞれ２ｎ回行う。また、隣り合う測定点同士の間隔を、測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎで規定される間隔に設定する。
【００５５】
この場合において、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃに起因して変化するインク量は、次式（１）にて近似的に表すことができる。
【００５６】
【数１】
【００５７】
そして、隣り合う測定点同士の間隔を測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎの時間以上に設定すると、固有振動周期に起因するインク量の差が相殺される。例えば、測定点を２個（ｎ＝１）に設定し、測定点同士の間隔を固有振動周期／２に設定すると、一方の測定点Ａ１のインク量が相対的に高くなると他方測定点Ａ２のインク量が相対的に低くなる。
【００５８】
即ち、一方の測定点Ａ１のインク量と他方の測定点Ａ２のインク量とは、次式（２）で示すように周期πの差となり、それらの和は互いに相殺される。
【００５９】
【数２】
【００６０】
例えば、測定範囲Ｔｄを圧力室１８内の固有振動周期の設計値Ｔｃｓｔｄ（７μｓ）とした場合について説明する。この場合には、測定範囲Ｔｄが７μｓであるため、両測定点同士の間隔は３．５μｓに設定される。また、使用最高周波数ｆｍａｘが３４ｋＨｚであるため、第１測定点の供給周波数が３５．８ｋＨｚとなり、第２測定点の供給周波数が３２．３ｋＨｚとなる。即ち、駆動パルス発生回路３１は、図９に示すように、測定用駆動パルスＴＰ，ＴＰ同士の間隔Ｗを２７．９μｓとした駆動信号と、この間隔Ｗを３１．０μｓとした駆動信号とを発生する。
【００６１】
このように各測定点Ａ１，Ａ２を設定し、各測定点でのインク量の合計（吐出総重量）から１滴あたりのインク量Ｉｗを測定パルス毎に算出する（Ｉｗ１，Ｉｗ２）と、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃに起因するインク量変動が平均化されるので、この固有振動周期Ｔｃのばらつきを相殺することができる。
【００６２】
例えば、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃが設計値通りの７μｓの場合には、図１０（ａ）に実線で示すように、使用最高周波数ｆｍａｘ（２点の平均周波数ｆａｖ）に拘わらずインク量はほぼ一定値になる。即ち、測定されたインク量は、圧電振動子２の伸縮量に応じた値となる。また、圧力室１８内の固有振動周期が６μｓの場合には図１０（ｂ）に示すように、８μｓの場合には図１０（ｃ）に示すように、多少の変動が見られるもののインク量の変動範囲（実線の振幅）ｗ１，ｗ２は、一点で測定した場合の変動範囲（一点鎖線の振幅）ｗ３，ｗ４よりも十分に小さい。
【００６３】
従って、固有振動周期Ｔｃのばらつきを相殺でき、圧電振動子２の伸縮量を反映したインク量を測定できる。これにより、記録ヘッド１毎（ノズル列１７毎）のインク量を高いレベルで揃えることができる。
【００６４】
また、測定点を４個（ｎ＝２）に設定し、測定点同士の間隔を固有振動周期／４に設定すると、１番目の測定点Ｂ１と３番目の測定点Ｂ３のインク量、及び、２番目の測定点Ｂ２と４番目の測定点Ｂ４のインク量が互いに周期πの差となり、それらの和は互いに相殺される。
【００６５】
例えば、測定範囲Ｔｄを圧力室１８内の固有振動周期の設計値（７μｓ）とした場合について説明する。この場合、測定範囲Ｔｄが７μｓであるため、各測定点同士の間隔は１．８μｓに設定される。また、使用最高周波数ｆｍａｘが３４ｋＨｚであるため、第１測定点の供給周波数を３６．７ｋＨｚとし、第２測定点の供給周波数を３４．９ｋＨｚとする。同様に、第３測定点の供給周波数を３３．１ｋＨｚとし、第４測定点の供給周波数を３１．３ｋＨｚとする。即ち、駆動パルス発生回路３１は、駆動パルス同士の間隔を２７．２μｓとした第１測定点用の駆動信号と、この間隔を２８．７μｓとした第２測定点用の駆動信号を発生する。同様に、駆動パルス発生回路３１は、駆動パルス同士の間隔を３０．２μｓとした第３測定点用の駆動信号と、この間隔を３１．９μｓとした第４測定点用の駆動信号を発生する。
【００６６】
この場合にも、圧力室１８内の固有振動周期に起因する圧力変動が平均化されるので、この固有振動周期のばらつきを相殺することができる。
【００６７】
即ち、圧力室１８内の固有振動周期が設計値通りの７μｓの場合には、図１１（ａ）に実線で示すように、使用最高周波数ｆｍａｘ（４点の平均周波数ｆａｖ）に拘わらずインク量は一定になる。従って、測定されたインク量は、圧電振動子２の伸縮量に応じた値となる。また、圧力室１８内の固有振動周期が６μｓの場合には図１１（ｂ）に示すように、８μｓの場合には図１１（ｃ）に示すように、多少の変動が見られるもののインク量の変動範囲（実線の振幅）ｗ５，ｗ６は、一点で測定した場合の変動範囲（一点鎖線の振幅）ｗ７，ｗ８よりも十分に小さい。
【００６８】
従って、固有振動周期Ｔｃのばらつきを相殺でき、圧電振動子２の伸縮量を反映したインク量を測定できる。なお、測定点は、偶数（２ｎ）個であれば、６点以上であってもよい。そして、測定点の数が多くなればなる程、インク量変動曲線の振幅が小さくなり、測定精度の向上が図れる。
【００６９】
そして、測定点同士の間隔に関し、各測定点を使用最高周波数ｆｍａｘを挟んで等間隔に配置し、且つ、隣り合う測定点同士の間隔を測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎに設定しているので、各測定点が測定範囲Ｔｄの全域に亘って均等に分布され、その測定精度を高めることができる。
【００７０】
そして、第１測定用駆動パルスＴＰ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２のそれぞれでインク量を測定したならば、駆動パルスの適正電圧を設定する。この適正電圧の設定は、上記したように、第１測定用駆動パルスＴＰ１でのインク量Ｉｗ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２でのインク量Ｉｗ２とに基づいて行う。例えば、図１２に示すように、駆動電圧Ｖｈを縦軸にインク量を横軸に設定した検量線を作成し、この検量線から目標値のインク量に対応する駆動電圧ＶｈＸを適正電圧として取得する。これにより、高周波領域で記録可能な記録へッドであっても、最適な駆動電圧を設定できる。
仮に、第１測定用駆動パルスＴＰ１（２４Ｖ）でのインク量Ｉｗ１が１０ｎｇ、第２測定用駆動パルスＴＰ２（２８Ｖ）でのインク量Ｉｗ２が１４ｎｇであり、目標値のインク量ＩｗＸが１あたり１２ｎｇであった場合には、適正電圧ＶｈＸは２６Ｖとなる。
【００７１】
駆動パルスの適正電圧ＶｈＸを決定したならば、カラーアジャストＩＤを定めるため、インク量をノズル列１７毎に測定する（Ｓ３）。
【００７２】
ここで、カラーアジャストＩＤは、ノズル列間の相対的なインク量を示す識別情報である。本実施形態のカラーアジャストＩＤは、使用時に常用される常用供給周波数での相対的なインク量を示す偏差値で構成されている。
【００７３】
このインク量の測定は、駆動パルス発生回路３１と電子天秤３２とが用いられる。即ち、適正電圧ＶｈＸに調整された測定用駆動パルスＴＰを、１７ｋＨｚ（１／２ｆｍａｘ）の周波数で各圧電振動子２…（即ち、測定対象となるノズル列１７に属する圧電振動子２…）に供給することにより行われる。そして、１つのノズル列１７についてインク量の測定を行ったならば、他のノズル列１７についてインク量の測定を行う。
【００７４】
全てのノズル列１７についてインク吐出量を測定したならば、カラーアジャストＩＤを定める（Ｓ４）。
【００７５】
このカラーアジャストＩＤは、ノズル列１７毎のインク量に基づいて設定され、目標値となるインク量からの偏差を示す。本実施形態では、目標値との偏差が０％の場合を［５０］とし、偏差が１％プラス側に増える毎に１ポイントずつ増やし、偏差が１％マイナス側に増える毎に１ポイントずつ減らしている。
【００７６】
そして、カラーアジャストＩＤまで決定したならば、必要な情報（適正電圧やカラーアジャストＩＤ等）を記録へッド１に付与する。この情報の付与は、例えば、バーコードや記号等のコード情報を表面に記録した粘着シールをケース表面に貼着することで行われる。また、ＲＯＭ等の情報記憶素子に必要な情報を電気的に読み出し可能に記憶させてもよい。
【００７７】
ところで、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００７８】
まず、上記の圧力発生素子としては、静電アクチュエータや磁歪素子等を用いることができる。即ち、圧力室１８の一部を区画する弾性板１５を変形させる電気機械変換素子であればよい。また、圧力発生素子として、圧力室１８内のインクを突沸させる発熱素子を用いてもよい。
【００７９】
また、測定範囲Ｔｄに関し、固有振動周期の設計値Ｔｃｓｔｄに限定されるものではなく、製造上存在し得る最小の固有振動周期Ｔｃｍｉｎから最大の固有振動周期Ｔｃｍａｘの範囲内に定めれば同様の効果を奏する。そして、この範囲内において、固有振動周期の設計値Ｔｃｓｔｄは設計上の中央値であるため、測定範囲Ｔｄとして最も適している。
【００８０】
また、駆動パルスの適正電圧ＶｈＸを設定するに際し、上記実施形態では第１測定用駆動パルスＴＰ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２とを用いて作成した検量線を使用したが、これに限定されるものではない。例えば、測定用駆動パルスＴＰの駆動電圧Ｖｈを変化させながら、目標値のインク量が得られるまで繰り返してインク量を測定するトライアルアンドエラーの方法で適正電圧ＶｈＸを設定してもよい。
【００８１】
また、インク量測定を各ノズル列１７毎に行い、駆動パルスの適正電圧ＶｈＸを各ノズル列毎に設定してもよい。
【００８２】
また、吐出インク量の測定に関し、上記実施形態では電子天秤３２を用いて重量を測定したが、吐出されたインク液の容積を測定してもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
即ち、インク量の測定時における測定用駆動パルスの供給周波数範囲として定めた測定範囲Ｔｄ内には、各測定点の供給周波数の平均である平均周波数ｆａｖが、記録動作時における最大供給周波数である使用最高周波数ｆｍａｘに一致するように、測定用駆動パルスの供給周波数として選ばれる２ｎ個の測定点を等間隔で分布させると共に、各測定点でのインク量を測定用駆動パルス毎に測定し、各測定点のインク量の合計から１滴あたりのインク量を測定用駆動パルス毎に算出することで、圧力室の固有振動周期に起因するインク量変動を平均化し、算出したインク量と駆動電圧との関係から、使用最高周波数ｆｍａｘにおいて規定インク量を吐出可能な駆動パルスの適正電圧を決定するようにしたので、各測定点における測定結果から固有振動周期に起因するインク量のばらつきを相殺することができる。これにより、高周波領域で記録可能な記録へッドであっても、最適な駆動電圧を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録ヘッドの断面図である。
【図２】流路ユニットの部分拡大断面図である。
【図３】ノズルプレートの説明図である。
【図４】記録ヘッドをノズルプレート側から見た図である。
【図５】適正電圧の測定手順を説明するフローチャートである。
【図６】（ａ）は測定用の装置を説明する模式図、（ｂ）は測定用駆動パルスを説明する図である。
【図７】（ａ）は第１測定用駆動パルスを説明する図、（ｂ）は第２測定用駆動パルスを説明する図である。
【図８】設定される測定点を説明する図である。
【図９】駆動パルス発生回路から発生される駆動信号を説明する図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、２つの測定点を設定した場合のインク量の測定結果を説明する図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、４つの測定点を設定した場合のインク量の測定結果を説明する図である。
【図１２】適正電圧を設定するための検量線である。
【図１３】インク滴吐出時におけるメニスカスの動きを説明する図である。
【図１４】インク量の周期的な変動を説明する図である。
【図１５】固有振動周期の違いによるインク量違いを説明する図である。
【符号の説明】
１ インクジェット式記録ヘッド
２ 圧電振動子
３ 振動子群
４ 固定板
５ フレキシブルケーブル
６ 振動子ユニット
７ ケース
８ 流路ユニット
９ 収納空部
１０ 圧電体層
１１ 電極層
１２ 島部
１３ 流路形成基板
１４ ノズルプレート
１５ 弾性板
１６ ノズル開口
１７ ノズル列
１８ 圧力室
１９ インク供給口
２０ 共通インク室
２１ ノズル連通口
２２ ダイヤフラム部
２３ コンプライアンス部
２４ 支持板
２５ 樹脂フィルム
３１ 駆動パルス発生回路
３２ 電子天秤
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生素子に駆動パルスを供給することで所望量のインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、コピー機等の各種記録装置には、インク液を液滴の状態で吐出させるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を備えたものがある。この記録ヘッドは、例えば、インク液が貯留される圧力室と、この圧力室の一端とノズル開口とを連通するノズル連通口と、圧力室の他端と共通インク室とを連通するインク供給口と、圧力室内のインク液に圧力変動を生じさせる圧力発生素子（例えば、圧電振動子）とを備えている。そして、この記録ヘッドでは、圧力発生素子に駆動パルスが供給されると、圧力発生素子が作動してノズル開口からインク滴が吐出される。
【０００３】
図１３は、インク滴を吐出させたときのメニスカス（ノズル開口で露出しているインク液の自由表面）の動きを模式的に示した図であり、定常状態の圧力室を一旦膨張させた後に急激に収縮してインク滴を吐出させた際の状態を示している。この例では、メニスカスからインク滴が分離した時点（時点ｔａ）よりも後において、メニスカスは、自由振動をしながら安定してゆく。このときのメニスカスの振動は、主に、圧力室内のインク液を往復する圧力振動に起因する固有振動周期Ｔｃ（ヘルムホルツ共振周期）と、ノズル開口における毛細管力に起因する固有振動周期Ｔｍとによって定められ、固有振動周期Ｔｍに固有振動周期Ｔｃが重畳された振動となる。
【０００４】
そして、着弾インク滴で隙間無く記録領域を埋めるベタ記録時など、インク滴を続けて吐出させる場合には、前のインク滴が吐出されてから間もない内に次のインク滴が吐出される。例えば、時点ｔｂで次の駆動パルスが供給される。この場合、前のインク滴吐出によるメニスカスの振動が収まらない状態で次のインク滴を行うので、波形形状が同じ駆動パルスを供給したとしても、駆動パルス供給時点でのメニスカスの位置に応じてインク量（インク滴の量）が変動する。図１３の例において時点ｔｂと時点ｔｃとでは、時点ｔｃの方がインク量が少なくなる。
【０００５】
このため、前後の駆動パルスの供給間隔（駆動周期，供給周波数）を変化させてインク量を測定すると、例えば図１４に示すように、インク量が周期的に変動する。特に、駆動パルス同士の供給間隔が極く短い高周波領域（インク滴吐出時から３周期程度の範囲内）では、インク量は固有振動周期Ｔｃに影響されて供給間隔の僅かな違いで大きく変動する。
【０００６】
ところで、駆動パルスの波形形状を定めるにあたり、圧力発生素子の特性ばらつきを考慮して駆動パルスの駆動電圧（最大電位と最低電位の電位差）を記録ヘッド毎或いはノズル列毎に適正化し、記録時におけるインク量を揃えることが行われている。この場合、上記したように駆動パルスの供給間隔（周波数）に応じてインク量が変わってしまうので、どの供給間隔でインク量を適正化すればいいかが重要になる。この点に関し、一般的には、ベタ記録での白筋防止の観点から、記録に使用される最大周波数で適正化を行っている。即ち、この最大周波数でのインク量が設計値になるように駆動電圧を設定している。
【０００７】
なお、従来において、記録に使用される最大周波数は、インク滴の吐出安定性を重視する観点から、圧力発生素子の許容最大駆動周波数（高周波領域）よりも低く設定されていた。例えば、図１４において、駆動周期Ｘに対応する周波数に設定されていた。そして、駆動信号の適正化は、駆動周期Ｘ内の所定周波数で測定用駆動パルスを供給して得られたインク量を用いていた。要するに、単一の測定点（測定用駆動パルスの供給周波数）で測定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この種の記録ヘッドには高周波駆動に対する強い要請がある。この要請に応えるべく圧力発生素子や圧力室形状等が改良され、高周波領域での記録が可能な記録ヘッドが提供できるようになった。この高周波記録対応の記録ヘッドでも駆動電圧の適正化が行われるが、この適正化についても、許容最大駆動周波数で駆動パルスを供給して得られたインク量によって行うことが望ましい。
【０００９】
しかしながら、上記の固有振動周期Ｔｃは圧力室の寸法ばらつきやノズル径のばらつき等によって変動する。そして、この固有振動周期Ｔｃの変動によって、図１４のインク量変動曲線は時間軸方向に拡縮される。さらに、このインク量変動曲線の高周波領域は、固有振動周期Ｔｃの影響を受けて振幅が他の部分よりも大きいので、従来のように単一の測定点のみで測定した場合には、固有振動周期Ｔｃの変動によってインク量が大きく変動してしまうことになる。
【００１０】
例えば、図１５に示すように、固有振動周期Ｔｃが第１周期Ｔｃ１（実線）とこの第１周期Ｔｃ１よりも僅かに長い第２周期Ｔｃ２（一点鎖線）の場合には、一定の駆動周期ｗａであっても得られるインク量がＩｗ１（Ｔｃ１）とＩｗ２（Ｔｃ２）とに異なってしまう。このように、得られるインク量が固有振動周期Ｔｃの変化によって大きく異なってしまい、圧力発生素子の特性ばらつき以外の要因でもインク量が変化してしまう。
【００１１】
なお、従来は、この高周波領域よりも低い周波数（使用領域Ｘ，図１４参照）でインク量を測定していたので、換言すれば、インク量変動曲線の振幅が比較的小さい測定点でインク量を測定していたので、固有振動周期Ｔｃが多少変化してもインク量が大きく変化してしまうことはなく、駆動電圧の適正化に支障はなかった。
【００１２】
そして、測定点でのインク量が固有振動周期Ｔｃによって大きく変化してしまうと、駆動電圧が適正化できず、その影響は低周波域まで及ぶ。即ち、供給周波数の全域に亘ってインク量に影響が及ぶ。これにより、インク量が増えて標準よりも濃い画像を記録したり、インク量が減って標準よりも薄い画像を記録したりすることになる。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波領域で記録可能な記録ヘッドであっても、駆動電圧の適正化が図れる適正電圧決定方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、圧力室内のインク液に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を備え、駆動パルスの圧力発生素子への供給によってノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドに適用され、前記駆動パルスの適正電圧を決定する駆動電圧決定方法において、
圧力室内におけるインク液の固有振動周期Ｔｃに基づいて、インク量の測定時における測定用駆動パルスの供給周波数範囲である測定範囲Ｔｄを設定し、
該測定範囲Ｔｄ内には、各測定点の供給周波数の平均である平均周波数ｆａｖが、記録動作時における最大供給周波数である使用最高周波数ｆｍａｘに一致するように、測定用駆動パルスの供給周波数として選ばれる２ｎ個（ｎは自然数）の測定点を等間隔で分布させると共に、隣り合う測定点同士の間隔を測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎに設定し、
前記測定用駆動パルスは、駆動電圧の異なる複数種類のパルス信号であり、前記測定範囲Ｔｄ内において前記各測定点として選択した各供給周波数で圧力発生素子に供給され、
前記各測定点でのインク量を測定用駆動パルス毎に測定し、
各測定点のインク量の合計から１滴あたりのインク量を測定用駆動パルス毎に算出することで、圧力室の固有振動周期に起因するインク量変動を平均化し、
算出したインク量と駆動電圧との関係から、使用最高周波数ｆｍａｘにおいて規定インク量を吐出可能な駆動パルスの適正電圧を決定することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法である。
【００１５】
なお、「駆動パルスの適正電圧」とは、駆動パルスの駆動電圧（即ち、最大電位と最低電位の電位差）であって、規定量のインク滴を吐出させるために適正化された駆動電圧を意味する。
また、「固有振動周期Ｔｃに基づいて」とは、製造上存在し得る最小の固有振動周期Ｔｃｍｉｎから最大の固有振動周期Ｔｃｍａｘの範囲内を意味する。
【００１６】
請求項２に記載のものは、前記測定範囲Ｔｄを固有振動周期Ｔｃの設計値に定めたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法である。
【００１８】
請求項３に記載のものは、前記圧力発生素子が圧電振動子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、記録へッドの構造について説明する。図１に例示した記録へッド１は、複数の圧電振動子２…からなる振動子群３、固定板４、及び、フレキシブルケーブル５等をユニット化した振動子ユニット６と、この振動子ユニット６を収納可能なケース７と、ケース７の先端面に接合される流路ユニット８とを備えている。
【００２０】
ケース７は、振動子ユニット６が収納される収納空部９を内側に形成した合成樹脂製のブロック状部材である。そして、振動子ユニット６は、固定板４が収納空部９の壁面に接着されており、この接着状態で圧電振動子２の先端面は、収納空部９における流路ユニット８側の開口に臨む。
【００２１】
振動子群３を構成する圧電振動子２は、本発明の圧力発生素子の一種であり、電気機械変換素子の一種でもある。そして、各圧電振動子２…は、基端側部分が固定板４上に接合されており、自由端部を２ｍｍ程度固定板４の縁よりも外側に突出させた片持ち梁の状態で取り付けられている。そして、各圧電振動子２…の自由端部は、圧電体層１０に加えられた電界に応じて、素子長手方向に伸縮する。
【００２２】
本実施形態の各圧電振動子２…は、３０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅の櫛歯状に構成されている。例えば、圧電体層１０と電極層１１とを交互に積層した一枚の圧電板を固定板４に接合した後、ワイヤーソー等の切断具によって櫛歯状に切り分けることで作製されている。このように、振動子群３を構成する各圧電振動子２…は、同一の圧電板から切り出されているので、その伸縮特性が振動子ユニット６毎に高いレベルで揃えられている。
【００２３】
各圧電振動子２…の先端面部は、流路ユニット８の島部１２に接合されており、フレキシブルケーブル５は、固定板４とは反対側の側面で、各圧電振動子２…と電気的に接続されている。そして、各圧電振動子２…は、従来よりも高い高周波領域での駆動が予定されている。例えば、インク滴を吐出させるために圧電振動子２に供給される駆動パルス（後述）の最大供給周波数に関し、従来１３ｋＨｚ程度であった周波数を本実施形態では３４ｋＨｚ程度まで高めている。なお、この最大供給周波数は、本発明における使用最高周波数ｆｍａｘに相当し、圧電振動子２の最高駆動周波数とも表現できる。
【００２４】
流路ユニット８は、図２に示すように、流路形成基板１３を間に挟んでノズルプレート１４を流路形成基板１３の一方の表面に接合し、弾性板１５をノズルプレート１４とは反対側となる他方の表面に接合することで構成されている。
【００２５】
ノズルプレート１４は、例えば図３に示すように、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口１６…を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、９０ｄｐｉのピッチで９０個のノズル開口１６…を列設し、これらのノズル開口１６…によってノズル列を構成する。そして、このノズル列を、吐出可能なインク液の種類（例えば色）に対応させて複数列形成する。例えば、図中左端に位置する第１ノズル列１７Ａから右端に位置する第６ノズル列１７Ｆまでの合計６列のノズル列１７…を横並びに設ける。
【００２６】
これらのノズル列１７…に関し、本実施形態では、各ノズル列１７…から異なる色のインク液を吐出可能に構成している。例えば、第１ノズル列１７Ａからはブラックインクを、第２ノズル列１７Ｂからはイエローインクをそれぞれ吐出可能に構成している。また、第３ノズル列１７Ｃからはシアンインクを、第４ノズル列１７Ｄからはライトシアンインクをそれぞれ吐出可能に構成している。さらに、第５ノズル列１７Ｅからはマゼンタインクを、第６ノズル列１７Ｆからはライトマゼンタインクをそれぞれ吐出可能に構成している。
【００２７】
そして、上記の振動子ユニット６は、１つのノズル列１７に対して１つ設けられている。即ち、図４に示すように、ケース７内には、合計６個の振動子ユニット６…が取り付けられている。
【００２８】
流路形成基板１３は、圧力室１８となる空部と、インク供給口１９となる溝部と、共通インク室２０となる空部などを形成した板状の部材であり、例えばシリコンウェハーをエッチング加工することにより作製されている。
【００２９】
圧力室１８は、ノズル開口１６の列設方向（即ち、ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い偏平な凹室で構成され、各ノズル開口１６…に対応して複数設けられている。そして、この圧力室１８の一端はノズル連通口２１を通じてノズル開口１６に連通している。また、ノズル連通口２１とは反対側となる圧力室１８の他端は、流路幅が圧力室１８よりも狭いインク供給口１９を通じて共通インク室２０に連通されている。従って、この記録へッド１では、共通インク室２０から圧力室１８を通じてノズル開口１６に至る一連のインク流路が、ノズル開口１６の数だけ形成されている。
【００３０】
弾性板１５には、圧力室１８の一方の開口面を封止するダイヤフラム部２２と、共通インク室２０の一方の開口面を封止するコンプライアンス部２３とが設けられている。この弾性板１５は、例えば、ステンレス製の支持板２４上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やＰＩ（ポリイミド）等の樹脂フィルム２５をラミネート加工した二重構造である。そして、ダイヤフラム部２２として機能する部分、即ち、圧力室１８の開口を封止する部分の支持板２４を環状にエッチング加工し、圧電振動子２の先端面部を接合するための島部１２を形成する。また、コンプライアンス部２３として機能する部分、即ち、共通インク室２０の開口面を封止する部分の支持板２４をエッチング加工で除去して樹脂フィルム２５だけにしている。
【００３１】
このような構成を有する記録へッド１では、圧電振動子２を放電して振動子長手方向に伸長させると、島部１２がノズルプレート１４側に押圧される。これにより、ダイヤフラム部２２の樹脂フィルム２５が変形して圧力室１８が収縮する。一方、圧電振動子２を充電して振動子長手方向に収縮させると、樹脂フィルム２５の弾性により圧力室１８が膨張する。そして、圧力室１８の膨張や収縮を制御することで圧力室１８内のインク圧力が変動し、ノズル開口１６からインク滴を吐出させることができる。
【００３２】
この場合において圧力室１８は音響管とみなせるので、インク滴の吐出に伴って圧力室１８内のインク液には圧力室１８内を往復する圧力振動が励起される。即ち、圧力室１８の容積変化によって生じたインク液の圧力変動のエネルギーが保存されて圧力振動となる。そして、この圧力振動の周期（以下、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃという。）は、圧力室１８の形状、隣り合う圧力室１８，１８同士を区画する隔壁部やダイヤフラム部２２等のコンプライアンス、ノズル連通口２１やインク供給口１９の流路形状等によって定まる。本実施形態の記録へッド１は、この固有振動周期Ｔｃの設計値が７μｓに設定されている。
【００３３】
なお、この記録ヘッド１においては、圧力室１８、インク供給口１９、ノズル連通口２１等の各部は、μｍ単位の極く微細な大きさで作製されている。同様に、樹脂フイルム２５の厚さも数μｍと極めて薄い。このため、現在の加工精度ではこれらの各部に寸法ばらつきが生じ、許容公差内に収まっているものを良品として使用する。また、流路ユニット８は、流路形成基板１３，ノズルプレート１４，弾性板１５を互いに接合することで作製されているため、部材間での接合位置にもばらつきが生じてしまう。このため、接合位置に関しても許容公差内に収まっているものを良品として使用する。
【００３４】
これらの寸法ばらつきや接合位置ばらつきは、固有振動周期Ｔｃに影響を及ぼす。このため、良品の記録ヘッド１であっても、その固有振動周期Ｔｃは公差上仕方なくばらつく。例示した構造の記録ヘッド１において、ヘッド個体内のばらつきは±１．０μｓ程度である。そして、この例では、６μｓ〜８μｓの範囲で変動する。この場合において、６μｓは製造上存在し得る最小の固有振動周期Ｔｃｍｉｎであり、８μｓは製造上存在し得る最大の固有振動周期Ｔｃｍａｘである。
【００３５】
また、この記録へッド１では、圧電振動子２の伸縮量が振動子ユニット６毎にばらつく傾向がある。これは、使用する圧電板のロット差や自由端部の長さ等によって起因すると考えられる。即ち、圧電板を構成する各層（圧電体層１０，電極層１１）に厚さの差があると、同じ電位差を付与しても伸縮量が相違してしまう。また、自由端部の長さは圧電振動子２における伸縮部分の長さでもあるので、当該部分の長さが相違するとやはり同じ電位差であっても伸縮量が相違してしまう。このため、圧電板の取付位置のずれが自由端部の長さの差となり、伸縮量の差となって現れる。
【００３６】
従って、このような伸縮量のばらつきに対して何らかの処置を講じないと、単位面積当たりの着弾インク量が振動子ユニット６毎、即ち、ノズル列１７毎にばらつき、画質が損なわれてしまうという問題が生じ得る。例えば、同じ画像データで記録を行っても、全体的に赤みが強い画像となったり、青みが強い画像となったりする。
なお、この伸縮量のばらつきを低減するために圧電振動子２（圧電体層１０，電極層１１）の寸法精度や振動子群３と固定板４の取付精度を向上させることが考えられるが、製造効率等の観点から寸法精度や組立精度を向上させることは現実的でない。
【００３７】
そこで、インク滴を吐出させるために圧電振動子２に供給する駆動パルスを調整することが行われている。即ち、最大電位ＶＰから最低電位ＶＬまでの電位差である駆動電圧Ｖｈ（図６（ｂ）参照）を、各振動子ユニット６…や記録へッド１毎に適正化することで伸縮量のばらつきを補正することが行われている。
【００３８】
例えば、駆動電圧Ｖｈを振動子ユニット６毎に適正化する場合、圧電振動子（自由端部）２の伸縮量が標準値（設計値）の振動子ユニット６については駆動電圧Ｖｈを設計値とする。この場合、吐出されるインク滴は規定量となる。そして、伸縮量が標準値よりも小さい振動子ユニット６については、規定量のインク滴が吐出されるように、駆動電圧Ｖｈを設計値よりも高く設定する。反対に、伸縮量が標準値よりも大きい振動子ユニット６については、規定量のインク滴が吐出されるように、駆動電圧Ｖｈを設計値よりも低く設定する。
【００３９】
また、駆動電圧Ｖｈを記録へッド１毎に適正化する場合には、記録ヘッド１が備える全てのノズル開口１６…からインク滴を吐出させ、その平均吐出量が規定量となるように駆動電圧Ｖｈを設定する。そして、振動子ユニット６毎の吐出量ばらつきについては、記録時におけるインク滴の吐出回数を増減することで補正する。例えば、圧電振動子２の伸縮量が平均伸縮量（即ち、取り付けられている各振動子ユニット６…における平均値）の振動子ユニット６については、単位面積当たりのインク滴の吐出回数、即ち、ベタを埋めるために必要な吐出回数を設計値とする。これにより、単位面積当たりの着弾インク量は規定量となる。また、圧電振動子２の伸縮量が平均伸縮量よりも小さい振動子ユニット６については、単位面積当たりの着弾インク量が規定量となるように、インク滴の吐出回数を増加させる。反対に、圧電振動子２の伸縮量が平均伸縮量よりも大きい振動子ユニット６については、単位面積当たりの着弾インク量が規定量となるように、インク滴の吐出回数を減少させる。
【００４０】
以下、駆動パルスにおける駆動電圧Ｖｈの適正化、即ち、適正電圧の決定方法について詳細に説明する。ここで、図５は、適正電圧の決定方法を説明するフローチャートである。なお、以下は、記録へッド１毎に１つの適正電圧を決定する例について説明する。
【００４１】
この決定方法では、最初に、測定用駆動パルスＴＰを用いてインク量測定を行う（ステップＳ１）。
【００４２】
まず、測定用駆動パルスＴＰについて説明する。この測定用駆動パルスＴＰは、インク量の測定に用いられるパルス信号であり、記録用の駆動パルスと同じ形状のパルス信号である。本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、中間電位ＶＭから最大電位ＶＰまで一定勾配で電位を上昇させる膨張要素Ｐ１と、最大電位ＶＰを一定時間維持する膨張ホールド要素Ｐ２と、最大電位ＶＰから最低電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させる吐出要素Ｐ３と、最低電位ＶＬを一定時間保持する吐出ホールド要素Ｐ４と、最低電位ＶＬから中間電位ＶＭまで電位を上昇させる制振要素Ｐ５とから構成される。
【００４３】
この測定用駆動パルスＴＰが圧電振動子２に供給されると、圧電振動子２及び圧力室１８が次のように作動してノズル開口１６から所定量のインク滴が吐出される。なお、記録用の駆動パルスは、駆動電圧Ｖｈが適正化された測定用駆動パルスＴＰということができるので、吐出時の動作は測定用駆動パルスＴＰと同じである。
【００４４】
膨張要素Ｐ１が供給されると、圧電振動子２は振動子長手方向に大きく収縮する。この収縮に伴って圧力室１８は、中間電位ＶＭに対応する定常容積から最大電位ＶＰに対応する最大容積まで、インク滴を吐出させない程度の速度で膨張する。この膨張に伴って圧力室１８内が減圧され、共通インク室２０内のインク液がインク供給口１９を通って圧力室１８内に流入する。この圧力室１８の膨張状態は膨張ホールド要素Ｐ２の供給期間に亘って保持される。
【００４５】
その後、吐出要素Ｐ３が供給されて圧電振動子２が大きく伸長する。この圧電振動子２の伸長によって圧力室１８は最小容積まで急激に収縮する。これにより、圧力室１８内のインク液が加圧されてノズル開口１６から所定量（例えば１２ｎｇ前後）のインク滴が吐出される。
【００４６】
吐出要素Ｐ３に続いて吐出ホールド要素Ｐ４が供給されるので、圧力室１８の収縮状態が維持される。そして、圧力室１８の収縮状態において、メニスカスは、インク滴の吐出の影響を受けて大きく振動する。その後、メニスカスの振動を抑制し得るタイミングで制振要素Ｐ５が供給され、圧力室１８が定常容積まで膨張復帰する。即ち、圧力室１８内のインク液に生じた圧力を相殺すべく、圧力室１８を膨張させてインク圧力を減圧する。これにより、メニスカスの振動を短時間で抑制することができ、次のインク滴の吐出を安定させることができる。
【００４７】
なお、１つの測定用駆動パルスＴＰに対応する吐出インク量は、１２ｎｇ（ｐＬ）前後と極く微量であるので、１滴毎に量を測定することは困難である。このため、吐出インク量の測定にあたっては、図６（ａ）に示すように、駆動パルス発生回路３１（駆動パルス発生手段の一種）と電子天秤３２とを用いる。
【００４８】
即ち、駆動パルス発生回路３１から発生させた測定用駆動パルスＴＰを繰り返し圧電振動子２に供給し、所定数のインク滴をノズル開口１６から吐出させる。そして、この吐出させたインク滴を捕集して電子天秤３２で重量（吐出総重量）を測定し、測定された吐出総重量を吐出総重量を延べ吐出回数（即ち、ノズル開口数×吐出回数）で除算することにより、１滴の重量を算出する。なお、本実施形態では、記録へッド１毎に１つの適正電圧を決定するので、全てのノズル開口１６…から所定数のインク滴を吐出させる。
例えば、１つのノズル開口１６あたりの吐出回数を１００，０００回とした際の吐出総重量が７００ｍｇであったとすると、ノズル開口１６…の数が５４０個（９０個×６列）であるので、１滴の重量は、７００ｍｇ／（５４０×１００，０００）で算出され、１３ｎｇとなる。
【００４９】
そして、このステップＳ１のインク量測定工程では、駆動電圧Ｖｈの異なる複数種類の測定用駆動パルスＴＰを用いる。本実施形態では、図７に示す２種類の測定用駆動パルスＴＰ、即ち（ａ）に示す第１測定用駆動パルスＴＰ１と、（ｂ）に示す第２測定用駆動パルスＴＰ２とを用いる。
【００５０】
ここで、第１測定用駆動パルスＴＰ１は、駆動電圧Ｖｈが第１駆動電圧Ｖｈ１に設定されたパルス信号であり、第１最大電位ＶＰ１から最低電位ＶＬの範囲で電位が変化する。また、第２測定用駆動パルスＴＰ２は、駆動電圧Ｖｈが第２駆動電圧Ｖｈ２に設定されたパルス信号であり、第２最大電位ＶＰ２から最低電位ＶＬの範囲で電位が変化する。そして、第１駆動電圧Ｖｈ１は設定可能な最低値或いはその近傍値に設定され、第２駆動電圧Ｖｈ２は設定可能な最高値或いはその近傍に設定されている。言い換えれば、設計値を挟んで低電圧側と高電圧側のそれぞれに設定されている。
【００５１】
本実施形態では、第１駆動電圧Ｖｈ１を２４Ｖとし、第２駆動電圧Ｖｈ２を２８Ｖとしている。また、最低電位ＶＬは、例えば接地電位（ＧＮＤ）に設定される。さらに、中間電位ＶＭは駆動電圧Ｖｈの５０％に設定される。この例では、第１測定用駆動パルスＴＰ１の中間電位ＶＭ１は１２Ｖとなり、第２測定用駆動パルスＴＰ２の中間電位ＶＭ２は１４Ｖとなる。
なお、各波形要素Ｐ１〜Ｐ５の時間幅は、第１測定用駆動パルスＴＰ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２とで同じである。
【００５２】
また、本実施形態では、インク滴の吐出量を測定するにあたり、各測定用駆動パルスＴＰを使用最高周波数ｆｍａｘに近い周波数で供給する。ここで、使用最高周波数ｆｍａｘとは、記録動作時における最大供給周波数であり、本実施形態では上記したように３４ｋＨｚである。なお、インク量を使用最高周波数ｆｍａｘで測定するのは、ベタ記録における着弾インク量を最適化するためである。
【００５３】
ところで、この使用最高周波数ｆｍａｘで測定用駆動パルスＴＰを連続的に供給すると、先のインク滴の吐出でメニスカスが大きく振動している最中に次のインク滴を吐出することになる。また、測定対象の記録へッド１について固有振動周期Ｔｃがばらつくと、この固有振動周期Ｔｃに応じてメニスカスの振動周期が変化する。インク滴の吐出量はメニスカスの位置に応じて変化するので、この最高周波数の近傍域（即ち、高周波域）では、供給周波数を１つに固定してインク量を測定しても、そのインク量が圧電振動子２の伸縮量の違いを表しているのか、固有振動周期Ｔｃのばらつきによって変化しているのか判断することは困難である。
そして、固有振動周期Ｔｃのばらつきが加味されてしまうと、そのインク量ばらつきの影響は低周波域にも及び、画像が全体的に濃くなったり、薄くなってしまう。
【００５４】
この点に鑑み本実施形態では、図８に示すように、高周波域に測定範囲Ｔｄを設定し、この測定範囲Ｔｄ内には平均周波数ｆａｖが使用最高周波数ｆｍａｘとなるように２ｎ（ｎは自然数）個の測定点（Ａ１〜Ａ２，Ｂ１〜Ｂ４）を等間隔で設定する。即ち、測定用駆動パルスＴＰの供給周波数を異ならせて２ｎ回の測定を行う。換言すると、駆動電圧の異なる複数種類の第１測定用駆動パルスＴＰ１，第２測定用駆動パルスＴＰ２を用いて吐出量を測定することを、各測定用駆動パルスの供給周波数を異ならせてそれぞれ２ｎ回行う。また、隣り合う測定点同士の間隔を、測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎで規定される間隔に設定する。
【００５５】
この場合において、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃに起因して変化するインク量は、次式（１）にて近似的に表すことができる。
【００５６】
【数１】
そして、隣り合う測定点同士の間隔を測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎの時間以上に設定すると、固有振動周期に起因するインク量の差が相殺される。例えば、測定点を２個（ｎ＝１）に設定し、測定点同士の間隔を固有振動周期／２に設定すると、一方の測定点Ａ１のインク量が相対的に高くなると他方測定点Ａ２のインク量が相対的に低くなる。
【００５８】
即ち、一方の測定点Ａ１のインク量と他方の測定点Ａ２のインク量とは、次式（２）で示すように周期πの差となり、それらの和は互いに相殺される。
【００５９】
【数２】
例えば、測定範囲Ｔｄを圧力室１８内の固有振動周期の設計値Ｔｃｓｔｄ（７μｓ）とした場合について説明する。この場合には、測定範囲Ｔｄが７μｓであるため、両測定点同士の間隔は３．５μｓに設定される。また、使用最高周波数ｆｍａｘが３４ｋＨｚであるため、第１測定点の供給周波数が３５．８ｋＨｚとなり、第２測定点の供給周波数が３２．３ｋＨｚとなる。即ち、駆動パルス発生回路３１は、図９に示すように、測定用駆動パルスＴＰ，ＴＰ同士の間隔Ｗを２７．９μｓとした駆動信号と、この間隔Ｗを３１．０μｓとした駆動信号とを発生する。
【００６１】
このように各測定点Ａ１，Ａ２を設定し、各測定点でのインク量の合計（吐出総重量）から１滴あたりのインク量Ｉｗを測定パルス毎に算出する（Ｉｗ１，Ｉｗ２）と、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃに起因するインク量変動が平均化されるので、この固有振動周期Ｔｃのばらつきを相殺することができる。
【００６２】
例えば、圧力室１８の固有振動周期Ｔｃが設計値通りの７μｓの場合には、図１０（ａ）に実線で示すように、使用最高周波数ｆｍａｘ（２点の平均周波数ｆａｖ）に拘わらずインク量はほぼ一定値になる。即ち、測定されたインク量は、圧電振動子２の伸縮量に応じた値となる。また、圧力室１８内の固有振動周期が６μｓの場合には図１０（ｂ）に示すように、８μｓの場合には図１０（ｃ）に示すように、多少の変動が見られるもののインク量の変動範囲（実線の振幅）ｗ１，ｗ２は、一点で測定した場合の変動範囲（一点鎖線の振幅）ｗ３，ｗ４よりも十分に小さい。
【００６３】
従って、固有振動周期Ｔｃのばらつきを相殺でき、圧電振動子２の伸縮量を反映したインク量を測定できる。これにより、記録ヘッド１毎（ノズル列１７毎）のインク量を高いレベルで揃えることができる。
【００６４】
また、測定点を４個（ｎ＝２）に設定し、測定点同士の間隔を固有振動周期／４に設定すると、１番目の測定点Ｂ１と３番目の測定点Ｂ３のインク量、及び、２番目の測定点Ｂ２と４番目の測定点Ｂ４のインク量が互いに周期πの差となり、それらの和は互いに相殺される。
【００６５】
例えば、測定範囲Ｔｄを圧力室１８内の固有振動周期の設計値（７μｓ）とした場合について説明する。この場合、測定範囲Ｔｄが７μｓであるため、各測定点同士の間隔は１．８μｓに設定される。また、使用最高周波数ｆｍａｘが３４ｋＨｚであるため、第１測定点の供給周波数を３６．７ｋＨｚとし、第２測定点の供給周波数を３４．９ｋＨｚとする。同様に、第３測定点の供給周波数を３３．１ｋＨｚとし、第４測定点の供給周波数を３１．３ｋＨｚとする。即ち、駆動パルス発生回路３１は、駆動パルス同士の間隔を２７．２μｓとした第１測定点用の駆動信号と、この間隔を２８．７μｓとした第２測定点用の駆動信号を発生する。同様に、駆動パルス発生回路３１は、駆動パルス同士の間隔を３０．２μｓとした第３測定点用の駆動信号と、この間隔を３１．９μｓとした第４測定点用の駆動信号を発生する。
【００６６】
この場合にも、圧力室１８内の固有振動周期に起因する圧力変動が平均化されるので、この固有振動周期のばらつきを相殺することができる。
【００６７】
即ち、圧力室１８内の固有振動周期が設計値通りの７μｓの場合には、図１１（ａ）に実線で示すように、使用最高周波数ｆｍａｘ（４点の平均周波数ｆａｖ）に拘わらずインク量は一定になる。従って、測定されたインク量は、圧電振動子２の伸縮量に応じた値となる。また、圧力室１８内の固有振動周期が６μｓの場合には図１１（ｂ）に示すように、８μｓの場合には図１１（ｃ）に示すように、多少の変動が見られるもののインク量の変動範囲（実線の振幅）ｗ５，ｗ６は、一点で測定した場合の変動範囲（一点鎖線の振幅）ｗ７，ｗ８よりも十分に小さい。
【００６８】
従って、固有振動周期Ｔｃのばらつきを相殺でき、圧電振動子２の伸縮量を反映したインク量を測定できる。なお、測定点は、偶数（２ｎ）個であれば、６点以上であってもよい。そして、測定点の数が多くなればなる程、インク量変動曲線の振幅が小さくなり、測定精度の向上が図れる。
【００６９】
そして、測定点同士の間隔に関し、各測定点を使用最高周波数ｆｍａｘを挟んで等間隔に配置し、且つ、隣り合う測定点同士の間隔を測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎに設定しているので、各測定点が測定範囲Ｔｄの全域に亘って均等に分布され、その測定精度を高めることができる。
【００７０】
そして、第１測定用駆動パルスＴＰ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２のそれぞれでインク量を測定したならば、駆動パルスの適正電圧を設定する。この適正電圧の設定は、上記したように、第１測定用駆動パルスＴＰ１でのインク量Ｉｗ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２でのインク量Ｉｗ２とに基づいて行う。例えば、図１２に示すように、駆動電圧Ｖｈを縦軸にインク量を横軸に設定した検量線を作成し、この検量線から目標値のインク量に対応する駆動電圧ＶｈＸを適正電圧として取得する。これにより、高周波領域で記録可能な記録へッドであっても、最適な駆動電圧を設定できる。
仮に、第１測定用駆動パルスＴＰ１（２４Ｖ）でのインク量Ｉｗ１が１０ｎｇ、第２測定用駆動パルスＴＰ２（２８Ｖ）でのインク量Ｉｗ２が１４ｎｇであり、目標値のインク量ＩｗＸが１あたり１２ｎｇであった場合には、適正電圧ＶｈＸは２６Ｖとなる。
【００７１】
駆動パルスの適正電圧ＶｈＸを決定したならば、カラーアジャストＩＤを定めるため、インク量をノズル列１７毎に測定する（Ｓ３）。
【００７２】
ここで、カラーアジャストＩＤは、ノズル列間の相対的なインク量を示す識別情報である。本実施形態のカラーアジャストＩＤは、使用時に常用される常用供給周波数での相対的なインク量を示す偏差値で構成されている。
【００７３】
このインク量の測定は、駆動パルス発生回路３１と電子天秤３２とが用いられる。即ち、適正電圧ＶｈＸに調整された測定用駆動パルスＴＰを、１７ｋＨｚ（１／２ｆｍａｘ）の周波数で各圧電振動子２…（即ち、測定対象となるノズル列１７に属する圧電振動子２…）に供給することにより行われる。そして、１つのノズル列１７についてインク量の測定を行ったならば、他のノズル列１７についてインク量の測定を行う。
【００７４】
全てのノズル列１７についてインク吐出量を測定したならば、カラーアジャストＩＤを定める（Ｓ４）。
【００７５】
このカラーアジャストＩＤは、ノズル列１７毎のインク量に基づいて設定され、目標値となるインク量からの偏差を示す。本実施形態では、目標値との偏差が０％の場合を［５０］とし、偏差が１％プラス側に増える毎に１ポイントずつ増やし、偏差が１％マイナス側に増える毎に１ポイントずつ減らしている。
【００７６】
そして、カラーアジャストＩＤまで決定したならば、必要な情報（適正電圧やカラーアジャストＩＤ等）を記録へッド１に付与する。この情報の付与は、例えば、バーコードや記号等のコード情報を表面に記録した粘着シールをケース表面に貼着することで行われる。また、ＲＯＭ等の情報記憶素子に必要な情報を電気的に読み出し可能に記憶させてもよい。
【００７７】
ところで、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００７８】
まず、上記の圧力発生素子としては、静電アクチュエータや磁歪素子等を用いることができる。即ち、圧力室１８の一部を区画する弾性板１５を変形させる電気機械変換素子であればよい。また、圧力発生素子として、圧力室１８内のインクを突沸させる発熱素子を用いてもよい。
【００７９】
また、測定範囲Ｔｄに関し、固有振動周期の設計値Ｔｃｓｔｄに限定されるものではなく、製造上存在し得る最小の固有振動周期Ｔｃｍｉｎから最大の固有振動周期Ｔｃｍａｘの範囲内に定めれば同様の効果を奏する。そして、この範囲内において、固有振動周期の設計値Ｔｃｓｔｄは設計上の中央値であるため、測定範囲Ｔｄとして最も適している。
【００８０】
また、駆動パルスの適正電圧ＶｈＸを設定するに際し、上記実施形態では第１測定用駆動パルスＴＰ１と第２測定用駆動パルスＴＰ２とを用いて作成した検量線を使用したが、これに限定されるものではない。例えば、測定用駆動パルスＴＰの駆動電圧Ｖｈを変化させながら、目標値のインク量が得られるまで繰り返してインク量を測定するトライアルアンドエラーの方法で適正電圧ＶｈＸを設定してもよい。
【００８１】
また、インク量測定を各ノズル列１７毎に行い、駆動パルスの適正電圧ＶｈＸを各ノズル列毎に設定してもよい。
【００８２】
また、吐出インク量の測定に関し、上記実施形態では電子天秤３２を用いて重量を測定したが、吐出されたインク液の容積を測定してもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
即ち、インク量の測定時における測定用駆動パルスの供給周波数範囲として定めた測定範囲Ｔｄ内には、各測定点の供給周波数の平均である平均周波数ｆａｖが、記録動作時における最大供給周波数である使用最高周波数ｆｍａｘに一致するように、測定用駆動パルスの供給周波数として選ばれる２ｎ個の測定点を等間隔で分布させると共に、各測定点でのインク量を測定用駆動パルス毎に測定し、各測定点のインク量の合計から１滴あたりのインク量を測定用駆動パルス毎に算出することで、圧力室の固有振動周期に起因するインク量変動を平均化し、算出したインク量と駆動電圧との関係から、使用最高周波数ｆｍａｘにおいて規定インク量を吐出可能な駆動パルスの適正電圧を決定するようにしたので、各測定点における測定結果から固有振動周期に起因するインク量のばらつきを相殺することができる。これにより、高周波領域で記録可能な記録へッドであっても、最適な駆動電圧を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録ヘッドの断面図である。
【図２】流路ユニットの部分拡大断面図である。
【図３】ノズルプレートの説明図である。
【図４】記録ヘッドをノズルプレート側から見た図である。
【図５】適正電圧の測定手順を説明するフローチャートである。
【図６】（ａ）は測定用の装置を説明する模式図、（ｂ）は測定用駆動パルスを説明する図である。
【図７】（ａ）は第１測定用駆動パルスを説明する図、（ｂ）は第２測定用駆動パルスを説明する図である。
【図８】設定される測定点を説明する図である。
【図９】駆動パルス発生回路から発生される駆動信号を説明する図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、２つの測定点を設定した場合のインク量の測定結果を説明する図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、４つの測定点を設定した場合のインク量の測定結果を説明する図である。
【図１２】適正電圧を設定するための検量線である。
【図１３】インク滴吐出時におけるメニスカスの動きを説明する図である。
【図１４】インク量の周期的な変動を説明する図である。
【図１５】固有振動周期の違いによるインク量違いを説明する図である。
【符号の説明】
１ インクジェット式記録ヘッド
２ 圧電振動子
３ 振動子群
４ 固定板
５ フレキシブルケーブル
６ 振動子ユニット
７ ケース
８ 流路ユニット
９ 収納空部
１０ 圧電体層
１１ 電極層
１２ 島部
１３ 流路形成基板
１４ ノズルプレート
１５ 弾性板
１６ ノズル開口
１７ ノズル列
１８ 圧力室
１９ インク供給口
２０ 共通インク室
２１ ノズル連通口
２２ ダイヤフラム部
２３ コンプライアンス部
２４ 支持板
２５ 樹脂フィルム
３１ 駆動パルス発生回路
３２ 電子天秤
Claims (3)
- 圧力室内のインク液に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を備え、駆動パルスの圧力発生素子への供給によってノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドに適用され、前記駆動パルスの適正電圧を決定する駆動電圧決定方法において、
圧力室内におけるインク液の固有振動周期Ｔｃに基づいて、インク量の測定時における測定用駆動パルスの供給周波数範囲である測定範囲Ｔｄを設定し、
該測定範囲Ｔｄ内には、各測定点の供給周波数の平均である平均周波数ｆａｖが、記録動作時における最大供給周波数である使用最高周波数ｆｍａｘに一致するように、測定用駆動パルスの供給周波数として選ばれる２ｎ個（ｎは自然数）の測定点を等間隔で分布させると共に、隣り合う測定点同士の間隔を測定範囲Ｔｄ／測定点数２ｎに設定し、
前記測定用駆動パルスは、駆動電圧の異なる複数種類のパルス信号であり、前記測定範囲Ｔｄ内において前記各測定点として選択した各供給周波数で圧力発生素子に供給され、
前記各測定点でのインク量を測定用駆動パルス毎に測定し、
各測定点のインク量の合計から１滴あたりのインク量を測定用駆動パルス毎に算出することで、圧力室の固有振動周期に起因するインク量変動を平均化し、
算出したインク量と駆動電圧との関係から、使用最高周波数ｆｍａｘにおいて規定インク量を吐出可能な駆動パルスの適正電圧を決定することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法。 - 前記測定範囲Ｔｄを固有振動周期Ｔｃの設計値に定めたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法。
- 前記圧力発生素子が圧電振動子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッドの適正電圧決定方法。
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