JP4000749B2 - インク滴噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズルを有する多数のインクチャネルを構成したインク滴噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴噴射装置は種々の方式が提案されているが、その一つに剪断モードインク滴噴射装置があり、図１及び図２は１例として特開平１０−２７２７７１号公報に記載されているインク滴噴射装置の例を示す図である。図１で１はインクチューブ、２はノズル形成部材、３はノズル、４はインクによって形成されるインクメニスカス、Ｓは電気・機械変換手段としての側壁、６はカバープレート、７はインク供給口、８は基板である。そして、図２に示すようにインク流路であるインクチャネルＡは側壁Ｓとカバープレート６及び基板８によって形成されている。またノズルは各インクチャネルに形成されているが、図２の一部では省略してある。
【０００３】
図１には１個のノズルを有する１個のインクチャネルの断面図が示されているが、実際の剪断モードインク滴噴射装置Ｈでは、図２（ａ）に示すようにカバープレート６と基板８の間には複数の側壁Ｓ、即ち、Ｓ１、Ｓ２・・Ｓｎ＋１で隔てられたインクチャネルＡ、即ち、Ａ１、Ａ２、・・Ａｎが多数構成されている。インクチャネルＡ１、Ａ２、・・・Ａｎの一端はノズル形成部材２に形成されたノズル３につながり、他端は供給口７を経て、インクチューブ１によって図示されていないインクタンクに接続されていて、ノズル３にはインクによるインクメニスカス４を形成している。そして、例えば側壁Ｓ１には密着形成された電極Ｑ１、Ｑ２、と側壁Ｓ２に密着形成された電極Ｑ３、Ｑ４が設けてある。同様に各側壁にはそれぞれ電極が密着形成されている。図２（ｂ）に示すように、例えば、電極Ｑ１をアースに接続し、電極Ｑ２に図７（ａ）に示すような、波高値Ｖ１、幅Ｊで正電圧の第１パルスＰ1、波高値Ｖ２、幅Ｒで負電圧の第２パルスＰ2及びゼロ電圧の期間Ｅからなる駆動パルスＰ0を印加する。図７の駆動パルスＰ0は電圧Ｖ１とＶ２の絶対値が等しい。同様に、電極Ｑ４をアースに接続し、電極Ｑ３に駆動パルスＰ0を印加すると、以下述べる動作によってインク滴をノズル３から飛翔する。図７（ａ）に示すように、横軸に時間をとり、縦軸には駆動パルスの電圧をとって、インクチャネルＡ１、Ａ２、・・・の音響的な共振周波数の逆数の二分の一（１／２）をＡＬ（時間）とすると、通常、駆動パルスＰ0において、第１パルスＰ1の幅Ｊは実質的にＡＬに等しく、続く第２パルスＰ2の幅Ｒは実質的に２ＡＬに等しく、ゼロ（アース）電圧の期間Ｅの幅が実質的にＡＬの整数倍（例えば１ＡＬ）に等しく構成されている。このような駆動パルスＰ0の構成によって、インクチャネルＡ１、Ａ２、・・・が効率よく作動し、インクの飛翔速度が最大となる。ＡＬはインクチャネルの長さに対応している。
【０００４】
側壁Ｓ１、Ｓ２、・・・は図２（ａ）の矢印で示すように分極方向が異なる２個の圧電材料から成る側壁Ｓ１ａ、Ｓ２ａ、・・・とＳ１ｂ、Ｓ２ｂ、・・・とから構成されていて、駆動パルスを印加することによって変形して作動するアクチュエータを構成する。電極Ｑ２及びＱ３に駆動パルスが印加されない時は図２（ａ）のように側壁Ｓ１、Ｓ２は変形しないが、第１パルスＰ1が電極Ｑ２及びＱ３に印加されると、圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、側壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂともに側壁の接合面にズリ変形を生じ、また側壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂも同様に反対方向にズリ変形を生じて、図２（ｂ）に示すように側壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及び側壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂは互いに外側に向けて変形し、この例ではインクチャネルＡ１の容積を拡大する。次に、図２（ｃ）に示すように、続く第２パルスＰ2により側壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及びＳ２ａ、Ｓ２ｂは互いに逆方向に変形して、インクチャネルＡ１の容積は急激に縮小して、インクチャネルＡ１内の圧力が変化する。この動作によってインクチャネルＡ１を満たしているインクの一部によるノズル３内のインクメニスカス４を変化させ、インク滴をノズル３から飛翔する。各インクチャネルも同様に駆動パルスの印加によって動作し、インク滴を吐出する。
【０００５】
前記のようにインクチャネルＡ１の側壁Ｓ１及びＳ２が変形の動作をすると、隣のインクチャネルＡ２が影響を受けるため、通常、例えば、Ａ１、Ａ４、Ａ７・・・を同一周期のパルスで駆動し、次の周期でＡ２、Ａ５、Ａ８・・を駆動する方法が行われている。
【０００６】
上記インク滴の飛翔はインクチャネルの音響的共振（以下共振と記す）を利用して、最初に正電圧の第１パルスＰ1によってインクチャネル容積を拡大し、続く第２パルスＰ2によってインクチャネル容積を縮小させてインク滴を飛翔させる方法が用いられている。即ち、第１パルスＰ1の幅ＪをインクチャネルＡ１、Ａ２、・・・の共振周期の二分の一（１／２）であるＡＬに、第２パルスＰ2の幅Ｒを２ＡＬに、電圧ゼロの期間Ｅの長さをＡＬの整数倍に、それぞれ実質的に等しくすることにより、インクの飛翔効率を高めることが行われている。
【０００７】
また、インク滴の飛翔によってノズル３及びインクチャネルＡ１、Ａ２、・・・内のインク量は減少するが、該インク量の減少分はノズル３とインクの毛細管力によってインク供給口７からインクチャネルＡ１、Ａ２、・・・へインクが補給される。こうして第１のインク滴を飛翔した後、第２のインク滴の飛翔までにインクが補給されて、インクメニスカスは元のインクが飛翔していない時の状態（静止状態）に復帰していて、安定して次のインクが飛翔される。
【０００８】
上記のようにインクは飛翔して画像を形成するが、階調画像や高濃度の画像を詳細に形成するために、１個のインクチャネルに連続して駆動パルスを複数回印加し、複数のインク滴を飛翔させ、該複数のインク滴が記録紙上に着弾する前、即ち飛翔中に合体し、着弾時点では一つの画素を形成することによって、画素を埋めるドットを拡大したり、１画素に複数のインク滴を着弾させることにより、階調や高濃度の画素を形成することによって、高画質な画像を形成する方法が使用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記複数のインク滴が飛翔中に合体して一つの画素を形成する場合、該複数の個々のインク滴をサブドロップＳＤ、該複数のサブドロップＳＤが飛翔中に合体して構成されるインク滴をスーパードロップＵＤと記すことにする。
【００１０】
既に述べたように、複数のサブドロップＳＤを飛翔中に合体させてスーパードロップＵＤを形成するには、基本的に最初の第１サブドロップＳＤ１が飛翔する速度より、第２サブドロップＳＤ２が飛翔する速度の方が速くないと飛翔中に合体することは困難である。従って、第３サブドロップＳＤ３・・・ＳＤｎと順次高速にする必要がある。しかし、第１パルスＰ1と第２パルスＰ2とゼロ期間Ｅ（長さ１ＡＬ）を基本単位とする駆動パルスＰ0で駆動すると、各サブドロップは個々に分離して飛翔する傾向があり、飛翔中にサブドロップの合体が難しく、スーパードロップを形成するのが不安定になるという問題がある。また、１画素を形成する複数のインク滴が互いに離れて着弾し、画素が乱れるという問題がある。
【００１１】
そこで、図７（ｂ）に示すように、第１サブドロップＳＤ１を飛翔させるための駆動パルスＰ01の第１のパルスＰ11の正電圧値＋Ｖ１及び第２パルスＰ12の負電圧値−Ｖ１に比べ、第２のサブドロップＳＤ２を飛翔させるための駆動パルスＰ02の第１パルスＰ12の電圧＋Ｖ２と、第２パルスＰ22の電圧−Ｖ２の各値を、それぞれ＋Ｖ２＞＋Ｖ１、−Ｖ２＜−Ｖ１となるように絶対値の大きい電圧値で駆動する。そうすると、第２サブドロップＳＤ２は第１サブドロップＳＤ１より高速で飛翔し、飛翔中に合体する。以下同様に、第３サブドロップＳＤ３・・・ＳＤｎに対し、順次大きい絶対値の電圧で駆動することによって、各サブドロップを飛翔中に合体させてスーパードロップを形成する方法が実施されている。
【００１２】
しかし、この方法はアナログ的に変化する電圧の回路が必要になり、駆動回路が複雑となってコストがかかり、また駆動パルスの制御も複雑となるなどの問題点がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決して、駆動回路を複雑化したり、制御を複雑化することなく、各サブドロップを飛翔中に確実に合体させ、目的とするスーパードロップを形成するインク滴噴射装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下に示す発明によって達成される。
【００１５】
１．インクチャネルと、前記インクチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段と、インクを吐出するノズルとを有するインク滴噴射装置の前記電気・機械変換手段に対して、前記インクチャネルの容積を拡大する第１パルスと、該第１パルスに続き、前記インクチャネルの容積を縮小する第２パルスと、前記第２パルスに続くゼロ電圧の期間からなる駆動パルスが印加されてインク滴を飛翔させるインク滴噴射装置であって、前記第１パルスの幅を実質的に前記インクチャネルのＡＬ（音響的共振周期の二分の一）とした前記駆動パルスが、前記インクチャネルの一つに連続して印加されることによって、前記ノズルから先に吐出したインク滴の飛翔速度より後から吐出したインク滴の飛翔速度が速くなるように連続して複数のインク滴を吐出して高濃度の画像を形成するインク滴噴射装置において、前記第２パルスの幅が実質的に前記ＡＬの２倍であり、かつ、前記ゼロ電圧の期間が前記ＡＬよりも実質的に短く、かつ、１個のインク滴を吐出する前記駆動パルスの周期が前記ＡＬの３倍よりも実質的に長く前記ＡＬの４倍よりも実質的に短いことを特徴とするインク滴噴射装置。
【００１６】
２．前記ゼロ電圧の期間が実質的に前記ＡＬの（３／４）倍であり、かつ、１個のインク滴を吐出する前記駆動パルスの周期が実質的に前記ＡＬの（１５／４）倍であることを特徴とする前記１に記載のインク滴噴射装置。
【００１７】
３．インクチャネルと、前記インクチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段と、インクを吐出するノズルとを有するインク滴噴射装置の前記電気・機械変換手段に対して、前記インクチャネルの容積を拡大する第１パルスと、該第１パルスに続き、前記インクチャネルの容積を縮小する第２パルスと、前記第２パルスに続くゼロ電圧の期間からなる駆動パルスが印加されてインク滴を飛翔させるインク滴噴射装置であって、前記第１パルスの幅を実質的に前記インクチャネルのＡＬ（音響的共振周期の二分の一）とした前記駆動パルスが、前記インクチャネルの一つに連続して印加されることによって、前記ノズルから先に吐出したインク滴の飛翔速度より後から吐出したインク滴の飛翔速度が速くなるように連続して複数のインク滴を吐出して高濃度の画像を形成するインク滴噴射装置において、前記第２パルスの幅が実質的に前記ＡＬの（５／３）倍であり、かつ、前記ゼロ電圧の期間が実質的に前記ＡＬの（４／３）倍であり、かつ、前記駆動パルスの周期が実質的に前記ＡＬの４倍であることを特徴とするインク滴噴射装置。
【００１８】
４．連続して印加される前記駆動パルスの前記第１パルスの電圧は互いに実質的に等しいことを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載のインク滴噴射装置。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、二つの駆動方法により、複数のサブドロップを連続吐出してスーパードロップを形成し、飛翔させることができる。
【００２５】
第１の方法はサブドロップＳＤを飛翔させるための駆動パルスＰ0が、音響的共振周期の二分の一であるＡＬの３倍よりも実質的に長く、且つ、ＡＬの整数倍に実質的に等しくない周期でアクチュエータを駆動する方法である。第２の方法は、パルス幅Ｒが実質的にＡＬの整数倍に等しくない第２パルスを有する駆動パルスＰ0による駆動で、サブドロップＳＤを飛翔させる方法である。
【００２６】
このような本発明の実施の形態の機械的な構成の一例は図１、２に示すものであるが、他の例として、図３、４、５、６に示すものがある。
【００２７】
図３はインク滴噴射装置の模式図である。図１に示す部品と同一の部品は同一の符号を付す。
【００２８】
図３におけるＬはインクチャネルＡの長さであり、インクチャネルＡの音響的共振周期の二分の一ＡＬは、ＡＬ≒Ｌ／ＡＣで表される。ＡＣはインクチャネル内の圧力波の速度である。なお、インクチャネルＡの長さは図７（ｂ）の幾何学的な長さにぴったり一致するものではなく、インクチャネルＡの実効的な長さである。前記式中の≒はこのような意味を加味している。
【００２９】
インクチャネルＡの音響的共振周期ＡＬは、インク滴噴射装置の電気・機械変換手段に矩形波を印加して出射するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、液滴速度が最大になるパルス幅として求められる。
【００３０】
図３に示すインク滴噴射装置のインクチャネルの配列及び駆動パルスの印加時における各インクチャネルの作動を図４に示す。
【００３１】
インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・は空隙として形成されたエアチャネルＤを挟んで形成され、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・を形成する側壁には電極Ｑａが形成され、エアチャネルＤを形成する側壁には電極Ｑｄが形成される。電極Ｑａに図示しない駆動回路によりパルスＰ1、Ｐ2が印加される。
【００３２】
先ず、図４（ｂ）に示すように、第１段階として、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積を拡大する正電圧＋ＶのパルスＰ1が電極Ｑａに印加される。次いで、図５（ａ）に示すように、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積を縮小する負電圧−ＶのパルスＰ2が電極Ｑａに印加される。
【００３３】
このように、パルスＰ1とＰ2からなる駆動パルスを電極Ｑａに印加することにより、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・からインク滴が飛翔する。
【００３４】
図６（ａ）（ｂ）は前述のインクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の駆動における電極Ｑａ、Ｑｄの電圧を示す。図６（ａ）（ｂ）から明らかなように、この駆動においては、電極Ｑａに正のパルスＰ1と負のパルスＰ2が印加される。
【００３５】
インクチャネル駆動方法として次に説明する他の方法がある。
図６（ｃ）（ｄ）は該他の方法における電極ＱａとＱｄの電圧を示し、この方法においては、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、正電圧のパルスＰ1を電極Ｑａに印加する一方、電極Ｑｄに正電圧のパルスＰ2を図示しない駆動回路によって印加する。
【００３６】
インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積の拡大は前記の図６（ａ）に示す場合と同様にして行われ、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積を縮小する駆動段階においては、図５（ｂ）に示すように、エアチャネルの電極Ｑｄに＋Ｖ正電圧を印加することにより、電極Ｑａに負電圧を印加した図５（ａ）の場合と同様な駆動を行っている。
【００３７】
図５（ｂ）と図６（ｃ）（ｄ）に示す駆動方法は正電圧のパルスを用いて駆動できる点で回路の設計有利である。
【００３８】
（１）実施の形態１
前記第１の駆動方法を２個のサブドロップＳＤ１、ＳＤ２によって１個のスーパードロップＵＤを形成する場合を例に説明する。本実施の形態においては、図９及び図１０に示すように、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を駆動する駆動パルスＰO1、Ｐ02、Ｐ03の電圧は相互に実質的に等しいが、後の説明から明らかなように、安定してスーパードロップＵＤを形成することができる。
【００３９】
図８はスーパードロップＵＤを形成し、飛翔させる場合の駆動パルスの基本波形と対比して、本発明におけるスーパードロップを形成し、飛翔させる駆動パルスの波形を示した図であり、横軸に時間をとり、縦軸には駆動パルスの電圧をとってある。
【００４０】
なお、第１パルスは前述のように、インクチャネルＡの容積を拡大するパルスであり、第２パルスは前記第１パルスに続いて印加され、インクチャネルＡの容積を縮小するパルスであり、第１パルスと第２パルスは駆動パルスを構成する。
【００４１】
既に述べたように、駆動パルスＰ0の基本波形はインクチャネルＡの音響的な共振周波数の逆数の１／２をＡＬ（時間）としたとき、幅ＡＬの第１パルスＰ11、それに続く幅２ＡＬの第２パルスＰ21及び電圧ゼロの期間Ｅ（長さＡＬ）からなる長さ４ＡＬの駆動パルスＰ01と、幅ＡＬの第１パルスＰ12、幅２ＡＬの第２パルスＰ22及び長さＡＬの電圧ゼロの期間Ｅからなる長さ４ＡＬの駆動パルスＰ02とを連続してインクチャネルＡに印加してサブドロップＳＤ１とＳＤ２を形成している。
【００４２】
このような基本波形の駆動パルスによるインクチャネルＡの駆動では、第１サブドロップＳＤ１に第２サブドロップＳＤ２を確実に合体させることが困難であり、本発明の発明者は、スーパードロップを安定して形成することができる駆動方法を探求し、サブドロップの駆動パルスの周期を４ＡＬ（ＡＬの整数倍）を中心に種々変化させてインクチャネルＡを駆動して、サブドロップの飛翔間隔と飛翔速度の関係を測定した。その結果の一例として２個のサブドロップの場合の測定結果を図１４に示す。実験では、駆動パルスの第１パルス、第２パルスの電圧を各周期間で同一にしている。
【００４３】
図１４は横軸に駆動パルスの周期を変えたことにより変化したサブドロップの飛翔間隔（μｓ）をとり、これに対する縦軸に第１サブドロップＳＤ１と第２サブドロップＳＤ２の飛翔速度をとって測定したものである。そして、図１４ではＡＬが４．８μｓであるから、横軸「４ＡＬ」で示す矢印の点が４ＡＬ＝１９．２μｓであり、この点から左側の領域では第１サブドロップＳＤ１よりも第２サブドロップＳＤ２が高速で飛翔することが明らかとなった。これは駆動パルスの周期を４ＡＬよりも短くしたときに、第２サブドロップＳＤ２をより高速で飛翔させることができることを示す。
【００４４】
また、前記駆動パルスの周期を６ＡＬよりも短くしたときにも同様の効果が得られることが確認された。
【００４５】
実験結果によれば、駆動パルスＰ01は図９に示すように、幅ＪがＡＬの第１パルスＰ11、それに続く幅Ｒが２ＡＬの第２パルスＰ21及び第２パルスＰ21に続く長さ（３／４）ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅにより構成し、第１サブドロップＳＤ１を吐出する駆動パルスＰ01と、第２サブドロップＳＤ２を吐出する駆動パルスＰ01と同様な構成の駆動パルスＰ02とをそれぞれ幅〔（４−１／４）ＡＬ〕を有する駆動パルスとして形成するとともに、駆動パルスＰ02に続いて長さ６／４ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅｘを設けてスーパードロップＵＤ１を形成する、即ち、９ＡＬの期間でスーパードロップＵＤ１を形成するときに、スーパードロップを安定して形成することができて最良の結果を得た。なお、１個のスーパードロップＵＤ１を形成する期間に関しては、９ＡＬ以外の値とすることも可能である。
【００４６】
この方法で３個のサブドロップで１個のスーパードロップを形成する場合には、図１０に示すように、前記（４−１／４）×ＡＬの周期で駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03と３パルス連続して印加した後、更に（４＋３／４）×ＡＬのゼロ電圧の期間Ｅｘが経過した時点で、２個目のスーパードロップＵＤ２を形成する駆動パルスＰ04を印加する。即ち、１６ＡＬの期間で１個のスーパードロップＵＤ１を形成し、飛翔させている。
【００４７】
なお、スーパードロップＵＤを形成する期間は、休止期間Ｅｘの設定如何により変わり、休止期間Ｅｘは（ｎ＋３／４）ＡＬとすることができ、この休止期間Ｅｘに従って、１個のスーパードロップを形成する期間は（１２＋ｎ）ＡＬとなる。
【００４８】
図１４に示す実験結果から、サブドロップを形成する駆動パルスＰ0の周期が（２ｎ＋１）ＡＬ＜Ｐ0の周期＜２（ｎ＋１）ＡＬのときに、良好なスーパードロップが形成されることが判明した。
【００４９】
（２）実施の形態２
前記第２の方法については、３個のサブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３によって１個のスーパードロップＵＤを形成する場合を例に説明する。本実施の形態においても、図１２及び図１３に示すように、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を駆動する駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03の電圧を相互に実質的に等しくしているが、後の説明から明らかなように、安定してスーパードロップＵＤを形成することができる。
【００５０】
図１１にサブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を形成する駆動パルスの基本波形を示す。
【００５１】
サブドロップＳＤ１を飛翔するために、幅ＪがＡＬの第１パルスＰ11、それに続く幅Ｒが２ＡＬの第２パルスＰ21、第２パルスＰ21に続く長さＡＬの電圧ゼロの期間Ｅからなる駆動パルスＰ01を印加する。同様に、サブドロップＳＤ２、ＳＤ３を形成し飛翔させるために、駆動パルスＰ01と同様な構成の駆動パルスＰ02、Ｐ03をそれぞれ印加する。駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03の周期は図示のように４ＡＬである。そして、長さ４ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅｘを駆動パルスＰ03の後に設けることにより、第１のスーパードロップＵＤ１を形成する期間を１６ＡＬとする。
【００５２】
図１１に示す駆動パルスによりスーパードロップを形成し飛翔させた場合に、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３の合体が安定して行われなかった。
【００５３】
本発明の発明者は、スーパードロップを安定して形成することができる駆動方法を探求し、サブドロップを吐出する駆動パルスの負パルスの幅を変化させてインクチャネルＡを駆動し、パルス幅とサブドロップの飛翔速度の関係を測定した。その結果を、３個のサブドロップを飛翔させた場合を例に図１５に示す。
【００５４】
図１５は横軸に駆動パルスＰ0のパルス幅Ｒ（パルス幅、μｓ）をとり、縦軸に第１サブドロップＳＤ１と第２サブドロップＳＤ２と第３サブドロップＳＤ３の飛翔速度をとってある。図１１ではＡＬが４．８μｓであるから、横軸上「２ＡＬ」で示す矢印の点が２ＡＬ＝９．６μｓであり、この時点から左側の領域では第１サブドロップＳＤ１より第２サブドロップＳＤ２が高速で飛翔し、更に該第２サブドロップＳＤ２より第３サブドロップＳＤ３がより高速で飛翔することが明らかとなった。実験では、駆動パルスの第１パルス、第２パルスの電圧を各周期間で同一にしている。この実験結果から、図１２に示すように、駆動パルスＰ01の第１パルスＰ11の幅ＪがＡＬで、続く第２パルスＰ21の幅Ｒを２ＡＬ（ＡＬの整数倍）より短い（２−１／３）×ＡＬとし、続いてゼロ電圧の期間Ｅが（４／３）×ＡＬとする場合が最良の結果が得られた。この場合、駆動パルスＰ01の周期は４ＡＬである。そして、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を吐出し、スーパードロップＵＤ１を形成する期間は図示のように、駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03の後に長さ４ＡＬの電圧ゼロの期間をＥｘを設けることにより１６ＡＬとなる。
【００５５】
なお、休止期間Ｅｘはｎ×ＡＬとすることができ、この休止期間Ｅｘに対応して、１個のスーパードロップを形成する期間を（１２＋ｎ）ＡＬに設定することができる。
【００５６】
また、第２の方法で２個のサブドロップで１個のスーパードロップを形成する例を図１３に示す。図１３の駆動の場合には、上記４ＡＬ周期の駆動パルスＰ01、Ｐ02を２パルス連続して印加し、駆動パルスＰ02に続いて長さ１ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅｘを設けることにより、９ＡＬで１個のスーパードロップＵＤ１を形成する。この場合にも、１個のスーパードロップＵＤ１を形成する期間に関しては、９ＡＬ以外の値に設定することが可能である。
【００５７】
更に、実施の形態１，２では、第１パルスＰ1の電圧の絶対値と第２のパルスＰ2の電圧の絶対値を等しくしているが、第１のパルスＰ1の電圧の絶対値と第２のパルスＰ2の電圧の絶対値を等しくないように設定することも可能である。この場合にも、連続する駆動パルスの第１のパルスＰ1nの値については、互いに等しくすることが望ましい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項に記載の発明により、アクチュエータに複数の駆動パルスを連続して印加して、複数のサブドロップを連続してノズルから吐出することにより、スーパードロップを形成して高濃度の画像を形成する場合に、飛翔中におけるサブドロップの合体によるスーパードロップの形成が安定して行われ、高い画質の画像を形成することが可能になる。また、複数のサブドロップにより記録材上で１画素を構成する場合にも、制御された画素形成が行われて高い画質の画像を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インク滴噴射装置のインクチャネルにインク流路に沿った断面図である。
【図２】インク滴噴射装置のインクチャネルのインク流路を横切る断面図である。
【図３】インク滴噴射装置の模式図である。
【図４】インク滴噴射装置のインクチャネルの配列を示す図である。
【図５】インクチャネルの作動を示す図である。
【図６】駆動パルスを示す図である。
【図７】従来の駆動パルスの波形を示した図である。
【図８】スーパードロップを形成する駆動パルスの基本波形を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１１】スーパードロップを形成する駆動パルスの基本波形を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１４】２個のサブドロップの飛翔の測定結果を示す図である。
【図１５】３個のサブドロップの飛翔の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１ インクチューブ
３ ノズル
４ インクメニスカス
７ インク供給口
８ 基板
Ａ、Ａ１、Ａ２ インクチャネル
Ｈ インク滴噴射装置
Ｐ0、Ｐ01、Ｐ03 駆動パルス
Ｐ1、Ｐ11、Ｐ12、Ｐ13、Ｐ14 第１パルス
Ｐ2、Ｐ21、Ｐ22、Ｐ23 第２パルス
ＳＤ１、ＳＤ２ サブドロップ
ＵＤ１、ＵＤ２ スーパードロップ
【発明の属する技術分野】
本発明はノズルを有する多数のインクチャネルを構成したインク滴噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インク滴噴射装置は種々の方式が提案されているが、その一つに剪断モードインク滴噴射装置があり、図１及び図２は１例として特開平１０−２７２７７１号公報に記載されているインク滴噴射装置の例を示す図である。図１で１はインクチューブ、２はノズル形成部材、３はノズル、４はインクによって形成されるインクメニスカス、Ｓは電気・機械変換手段としての側壁、６はカバープレート、７はインク供給口、８は基板である。そして、図２に示すようにインク流路であるインクチャネルＡは側壁Ｓとカバープレート６及び基板８によって形成されている。またノズルは各インクチャネルに形成されているが、図２の一部では省略してある。
【０００３】
図１には１個のノズルを有する１個のインクチャネルの断面図が示されているが、実際の剪断モードインク滴噴射装置Ｈでは、図２（ａ）に示すようにカバープレート６と基板８の間には複数の側壁Ｓ、即ち、Ｓ１、Ｓ２・・Ｓｎ＋１で隔てられたインクチャネルＡ、即ち、Ａ１、Ａ２、・・Ａｎが多数構成されている。インクチャネルＡ１、Ａ２、・・・Ａｎの一端はノズル形成部材２に形成されたノズル３につながり、他端は供給口７を経て、インクチューブ１によって図示されていないインクタンクに接続されていて、ノズル３にはインクによるインクメニスカス４を形成している。そして、例えば側壁Ｓ１には密着形成された電極Ｑ１、Ｑ２、と側壁Ｓ２に密着形成された電極Ｑ３、Ｑ４が設けてある。同様に各側壁にはそれぞれ電極が密着形成されている。図２（ｂ）に示すように、例えば、電極Ｑ１をアースに接続し、電極Ｑ２に図７（ａ）に示すような、波高値Ｖ１、幅Ｊで正電圧の第１パルスＰ1、波高値Ｖ２、幅Ｒで負電圧の第２パルスＰ2及びゼロ電圧の期間Ｅからなる駆動パルスＰ0を印加する。図７の駆動パルスＰ0は電圧Ｖ１とＶ２の絶対値が等しい。同様に、電極Ｑ４をアースに接続し、電極Ｑ３に駆動パルスＰ0を印加すると、以下述べる動作によってインク滴をノズル３から飛翔する。図７（ａ）に示すように、横軸に時間をとり、縦軸には駆動パルスの電圧をとって、インクチャネルＡ１、Ａ２、・・・の音響的な共振周波数の逆数の二分の一（１／２）をＡＬ（時間）とすると、通常、駆動パルスＰ0において、第１パルスＰ1の幅Ｊは実質的にＡＬに等しく、続く第２パルスＰ2の幅Ｒは実質的に２ＡＬに等しく、ゼロ（アース）電圧の期間Ｅの幅が実質的にＡＬの整数倍（例えば１ＡＬ）に等しく構成されている。このような駆動パルスＰ0の構成によって、インクチャネルＡ１、Ａ２、・・・が効率よく作動し、インクの飛翔速度が最大となる。ＡＬはインクチャネルの長さに対応している。
【０００４】
側壁Ｓ１、Ｓ２、・・・は図２（ａ）の矢印で示すように分極方向が異なる２個の圧電材料から成る側壁Ｓ１ａ、Ｓ２ａ、・・・とＳ１ｂ、Ｓ２ｂ、・・・とから構成されていて、駆動パルスを印加することによって変形して作動するアクチュエータを構成する。電極Ｑ２及びＱ３に駆動パルスが印加されない時は図２（ａ）のように側壁Ｓ１、Ｓ２は変形しないが、第１パルスＰ1が電極Ｑ２及びＱ３に印加されると、圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、側壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂともに側壁の接合面にズリ変形を生じ、また側壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂも同様に反対方向にズリ変形を生じて、図２（ｂ）に示すように側壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及び側壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂは互いに外側に向けて変形し、この例ではインクチャネルＡ１の容積を拡大する。次に、図２（ｃ）に示すように、続く第２パルスＰ2により側壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及びＳ２ａ、Ｓ２ｂは互いに逆方向に変形して、インクチャネルＡ１の容積は急激に縮小して、インクチャネルＡ１内の圧力が変化する。この動作によってインクチャネルＡ１を満たしているインクの一部によるノズル３内のインクメニスカス４を変化させ、インク滴をノズル３から飛翔する。各インクチャネルも同様に駆動パルスの印加によって動作し、インク滴を吐出する。
【０００５】
前記のようにインクチャネルＡ１の側壁Ｓ１及びＳ２が変形の動作をすると、隣のインクチャネルＡ２が影響を受けるため、通常、例えば、Ａ１、Ａ４、Ａ７・・・を同一周期のパルスで駆動し、次の周期でＡ２、Ａ５、Ａ８・・を駆動する方法が行われている。
【０００６】
上記インク滴の飛翔はインクチャネルの音響的共振（以下共振と記す）を利用して、最初に正電圧の第１パルスＰ1によってインクチャネル容積を拡大し、続く第２パルスＰ2によってインクチャネル容積を縮小させてインク滴を飛翔させる方法が用いられている。即ち、第１パルスＰ1の幅ＪをインクチャネルＡ１、Ａ２、・・・の共振周期の二分の一（１／２）であるＡＬに、第２パルスＰ2の幅Ｒを２ＡＬに、電圧ゼロの期間Ｅの長さをＡＬの整数倍に、それぞれ実質的に等しくすることにより、インクの飛翔効率を高めることが行われている。
【０００７】
また、インク滴の飛翔によってノズル３及びインクチャネルＡ１、Ａ２、・・・内のインク量は減少するが、該インク量の減少分はノズル３とインクの毛細管力によってインク供給口７からインクチャネルＡ１、Ａ２、・・・へインクが補給される。こうして第１のインク滴を飛翔した後、第２のインク滴の飛翔までにインクが補給されて、インクメニスカスは元のインクが飛翔していない時の状態（静止状態）に復帰していて、安定して次のインクが飛翔される。
【０００８】
上記のようにインクは飛翔して画像を形成するが、階調画像や高濃度の画像を詳細に形成するために、１個のインクチャネルに連続して駆動パルスを複数回印加し、複数のインク滴を飛翔させ、該複数のインク滴が記録紙上に着弾する前、即ち飛翔中に合体し、着弾時点では一つの画素を形成することによって、画素を埋めるドットを拡大したり、１画素に複数のインク滴を着弾させることにより、階調や高濃度の画素を形成することによって、高画質な画像を形成する方法が使用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記複数のインク滴が飛翔中に合体して一つの画素を形成する場合、該複数の個々のインク滴をサブドロップＳＤ、該複数のサブドロップＳＤが飛翔中に合体して構成されるインク滴をスーパードロップＵＤと記すことにする。
【００１０】
既に述べたように、複数のサブドロップＳＤを飛翔中に合体させてスーパードロップＵＤを形成するには、基本的に最初の第１サブドロップＳＤ１が飛翔する速度より、第２サブドロップＳＤ２が飛翔する速度の方が速くないと飛翔中に合体することは困難である。従って、第３サブドロップＳＤ３・・・ＳＤｎと順次高速にする必要がある。しかし、第１パルスＰ1と第２パルスＰ2とゼロ期間Ｅ（長さ１ＡＬ）を基本単位とする駆動パルスＰ0で駆動すると、各サブドロップは個々に分離して飛翔する傾向があり、飛翔中にサブドロップの合体が難しく、スーパードロップを形成するのが不安定になるという問題がある。また、１画素を形成する複数のインク滴が互いに離れて着弾し、画素が乱れるという問題がある。
【００１１】
そこで、図７（ｂ）に示すように、第１サブドロップＳＤ１を飛翔させるための駆動パルスＰ01の第１のパルスＰ11の正電圧値＋Ｖ１及び第２パルスＰ12の負電圧値−Ｖ１に比べ、第２のサブドロップＳＤ２を飛翔させるための駆動パルスＰ02の第１パルスＰ12の電圧＋Ｖ２と、第２パルスＰ22の電圧−Ｖ２の各値を、それぞれ＋Ｖ２＞＋Ｖ１、−Ｖ２＜−Ｖ１となるように絶対値の大きい電圧値で駆動する。そうすると、第２サブドロップＳＤ２は第１サブドロップＳＤ１より高速で飛翔し、飛翔中に合体する。以下同様に、第３サブドロップＳＤ３・・・ＳＤｎに対し、順次大きい絶対値の電圧で駆動することによって、各サブドロップを飛翔中に合体させてスーパードロップを形成する方法が実施されている。
【００１２】
しかし、この方法はアナログ的に変化する電圧の回路が必要になり、駆動回路が複雑となってコストがかかり、また駆動パルスの制御も複雑となるなどの問題点がある。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決して、駆動回路を複雑化したり、制御を複雑化することなく、各サブドロップを飛翔中に確実に合体させ、目的とするスーパードロップを形成するインク滴噴射装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下に示す発明によって達成される。
【００１５】
１．インクチャネルと、前記インクチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段と、インクを吐出するノズルとを有するインク滴噴射装置の前記電気・機械変換手段に対して、前記インクチャネルの容積を拡大する第１パルスと、該第１パルスに続き、前記インクチャネルの容積を縮小する第２パルスと、前記第２パルスに続くゼロ電圧の期間からなる駆動パルスが印加されてインク滴を飛翔させるインク滴噴射装置であって、前記第１パルスの幅を実質的に前記インクチャネルのＡＬ（音響的共振周期の二分の一）とした前記駆動パルスが、前記インクチャネルの一つに連続して印加されることによって、前記ノズルから先に吐出したインク滴の飛翔速度より後から吐出したインク滴の飛翔速度が速くなるように連続して複数のインク滴を吐出して高濃度の画像を形成するインク滴噴射装置において、前記第２パルスの幅が実質的に前記ＡＬの２倍であり、かつ、前記ゼロ電圧の期間が前記ＡＬよりも実質的に短く、かつ、１個のインク滴を吐出する前記駆動パルスの周期が前記ＡＬの３倍よりも実質的に長く前記ＡＬの４倍よりも実質的に短いことを特徴とするインク滴噴射装置。
【００１６】
２．前記ゼロ電圧の期間が実質的に前記ＡＬの（３／４）倍であり、かつ、１個のインク滴を吐出する前記駆動パルスの周期が実質的に前記ＡＬの（１５／４）倍であることを特徴とする前記１に記載のインク滴噴射装置。
【００１７】
３．インクチャネルと、前記インクチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段と、インクを吐出するノズルとを有するインク滴噴射装置の前記電気・機械変換手段に対して、前記インクチャネルの容積を拡大する第１パルスと、該第１パルスに続き、前記インクチャネルの容積を縮小する第２パルスと、前記第２パルスに続くゼロ電圧の期間からなる駆動パルスが印加されてインク滴を飛翔させるインク滴噴射装置であって、前記第１パルスの幅を実質的に前記インクチャネルのＡＬ（音響的共振周期の二分の一）とした前記駆動パルスが、前記インクチャネルの一つに連続して印加されることによって、前記ノズルから先に吐出したインク滴の飛翔速度より後から吐出したインク滴の飛翔速度が速くなるように連続して複数のインク滴を吐出して高濃度の画像を形成するインク滴噴射装置において、前記第２パルスの幅が実質的に前記ＡＬの（５／３）倍であり、かつ、前記ゼロ電圧の期間が実質的に前記ＡＬの（４／３）倍であり、かつ、前記駆動パルスの周期が実質的に前記ＡＬの４倍であることを特徴とするインク滴噴射装置。
【００１８】
４．連続して印加される前記駆動パルスの前記第１パルスの電圧は互いに実質的に等しいことを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載のインク滴噴射装置。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、二つの駆動方法により、複数のサブドロップを連続吐出してスーパードロップを形成し、飛翔させることができる。
【００２５】
第１の方法はサブドロップＳＤを飛翔させるための駆動パルスＰ0が、音響的共振周期の二分の一であるＡＬの３倍よりも実質的に長く、且つ、ＡＬの整数倍に実質的に等しくない周期でアクチュエータを駆動する方法である。第２の方法は、パルス幅Ｒが実質的にＡＬの整数倍に等しくない第２パルスを有する駆動パルスＰ0による駆動で、サブドロップＳＤを飛翔させる方法である。
【００２６】
このような本発明の実施の形態の機械的な構成の一例は図１、２に示すものであるが、他の例として、図３、４、５、６に示すものがある。
【００２７】
図３はインク滴噴射装置の模式図である。図１に示す部品と同一の部品は同一の符号を付す。
【００２８】
図３におけるＬはインクチャネルＡの長さであり、インクチャネルＡの音響的共振周期の二分の一ＡＬは、ＡＬ≒Ｌ／ＡＣで表される。ＡＣはインクチャネル内の圧力波の速度である。なお、インクチャネルＡの長さは図７（ｂ）の幾何学的な長さにぴったり一致するものではなく、インクチャネルＡの実効的な長さである。前記式中の≒はこのような意味を加味している。
【００２９】
インクチャネルＡの音響的共振周期ＡＬは、インク滴噴射装置の電気・機械変換手段に矩形波を印加して出射するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、液滴速度が最大になるパルス幅として求められる。
【００３０】
図３に示すインク滴噴射装置のインクチャネルの配列及び駆動パルスの印加時における各インクチャネルの作動を図４に示す。
【００３１】
インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・は空隙として形成されたエアチャネルＤを挟んで形成され、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・を形成する側壁には電極Ｑａが形成され、エアチャネルＤを形成する側壁には電極Ｑｄが形成される。電極Ｑａに図示しない駆動回路によりパルスＰ1、Ｐ2が印加される。
【００３２】
先ず、図４（ｂ）に示すように、第１段階として、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積を拡大する正電圧＋ＶのパルスＰ1が電極Ｑａに印加される。次いで、図５（ａ）に示すように、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積を縮小する負電圧−ＶのパルスＰ2が電極Ｑａに印加される。
【００３３】
このように、パルスＰ1とＰ2からなる駆動パルスを電極Ｑａに印加することにより、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・からインク滴が飛翔する。
【００３４】
図６（ａ）（ｂ）は前述のインクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の駆動における電極Ｑａ、Ｑｄの電圧を示す。図６（ａ）（ｂ）から明らかなように、この駆動においては、電極Ｑａに正のパルスＰ1と負のパルスＰ2が印加される。
【００３５】
インクチャネル駆動方法として次に説明する他の方法がある。
図６（ｃ）（ｄ）は該他の方法における電極ＱａとＱｄの電圧を示し、この方法においては、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、正電圧のパルスＰ1を電極Ｑａに印加する一方、電極Ｑｄに正電圧のパルスＰ2を図示しない駆動回路によって印加する。
【００３６】
インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積の拡大は前記の図６（ａ）に示す場合と同様にして行われ、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３、・・・の容積を縮小する駆動段階においては、図５（ｂ）に示すように、エアチャネルの電極Ｑｄに＋Ｖ正電圧を印加することにより、電極Ｑａに負電圧を印加した図５（ａ）の場合と同様な駆動を行っている。
【００３７】
図５（ｂ）と図６（ｃ）（ｄ）に示す駆動方法は正電圧のパルスを用いて駆動できる点で回路の設計有利である。
【００３８】
（１）実施の形態１
前記第１の駆動方法を２個のサブドロップＳＤ１、ＳＤ２によって１個のスーパードロップＵＤを形成する場合を例に説明する。本実施の形態においては、図９及び図１０に示すように、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を駆動する駆動パルスＰO1、Ｐ02、Ｐ03の電圧は相互に実質的に等しいが、後の説明から明らかなように、安定してスーパードロップＵＤを形成することができる。
【００３９】
図８はスーパードロップＵＤを形成し、飛翔させる場合の駆動パルスの基本波形と対比して、本発明におけるスーパードロップを形成し、飛翔させる駆動パルスの波形を示した図であり、横軸に時間をとり、縦軸には駆動パルスの電圧をとってある。
【００４０】
なお、第１パルスは前述のように、インクチャネルＡの容積を拡大するパルスであり、第２パルスは前記第１パルスに続いて印加され、インクチャネルＡの容積を縮小するパルスであり、第１パルスと第２パルスは駆動パルスを構成する。
【００４１】
既に述べたように、駆動パルスＰ0の基本波形はインクチャネルＡの音響的な共振周波数の逆数の１／２をＡＬ（時間）としたとき、幅ＡＬの第１パルスＰ11、それに続く幅２ＡＬの第２パルスＰ21及び電圧ゼロの期間Ｅ（長さＡＬ）からなる長さ４ＡＬの駆動パルスＰ01と、幅ＡＬの第１パルスＰ12、幅２ＡＬの第２パルスＰ22及び長さＡＬの電圧ゼロの期間Ｅからなる長さ４ＡＬの駆動パルスＰ02とを連続してインクチャネルＡに印加してサブドロップＳＤ１とＳＤ２を形成している。
【００４２】
このような基本波形の駆動パルスによるインクチャネルＡの駆動では、第１サブドロップＳＤ１に第２サブドロップＳＤ２を確実に合体させることが困難であり、本発明の発明者は、スーパードロップを安定して形成することができる駆動方法を探求し、サブドロップの駆動パルスの周期を４ＡＬ（ＡＬの整数倍）を中心に種々変化させてインクチャネルＡを駆動して、サブドロップの飛翔間隔と飛翔速度の関係を測定した。その結果の一例として２個のサブドロップの場合の測定結果を図１４に示す。実験では、駆動パルスの第１パルス、第２パルスの電圧を各周期間で同一にしている。
【００４３】
図１４は横軸に駆動パルスの周期を変えたことにより変化したサブドロップの飛翔間隔（μｓ）をとり、これに対する縦軸に第１サブドロップＳＤ１と第２サブドロップＳＤ２の飛翔速度をとって測定したものである。そして、図１４ではＡＬが４．８μｓであるから、横軸「４ＡＬ」で示す矢印の点が４ＡＬ＝１９．２μｓであり、この点から左側の領域では第１サブドロップＳＤ１よりも第２サブドロップＳＤ２が高速で飛翔することが明らかとなった。これは駆動パルスの周期を４ＡＬよりも短くしたときに、第２サブドロップＳＤ２をより高速で飛翔させることができることを示す。
【００４４】
また、前記駆動パルスの周期を６ＡＬよりも短くしたときにも同様の効果が得られることが確認された。
【００４５】
実験結果によれば、駆動パルスＰ01は図９に示すように、幅ＪがＡＬの第１パルスＰ11、それに続く幅Ｒが２ＡＬの第２パルスＰ21及び第２パルスＰ21に続く長さ（３／４）ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅにより構成し、第１サブドロップＳＤ１を吐出する駆動パルスＰ01と、第２サブドロップＳＤ２を吐出する駆動パルスＰ01と同様な構成の駆動パルスＰ02とをそれぞれ幅〔（４−１／４）ＡＬ〕を有する駆動パルスとして形成するとともに、駆動パルスＰ02に続いて長さ６／４ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅｘを設けてスーパードロップＵＤ１を形成する、即ち、９ＡＬの期間でスーパードロップＵＤ１を形成するときに、スーパードロップを安定して形成することができて最良の結果を得た。なお、１個のスーパードロップＵＤ１を形成する期間に関しては、９ＡＬ以外の値とすることも可能である。
【００４６】
この方法で３個のサブドロップで１個のスーパードロップを形成する場合には、図１０に示すように、前記（４−１／４）×ＡＬの周期で駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03と３パルス連続して印加した後、更に（４＋３／４）×ＡＬのゼロ電圧の期間Ｅｘが経過した時点で、２個目のスーパードロップＵＤ２を形成する駆動パルスＰ04を印加する。即ち、１６ＡＬの期間で１個のスーパードロップＵＤ１を形成し、飛翔させている。
【００４７】
なお、スーパードロップＵＤを形成する期間は、休止期間Ｅｘの設定如何により変わり、休止期間Ｅｘは（ｎ＋３／４）ＡＬとすることができ、この休止期間Ｅｘに従って、１個のスーパードロップを形成する期間は（１２＋ｎ）ＡＬとなる。
【００４８】
図１４に示す実験結果から、サブドロップを形成する駆動パルスＰ0の周期が（２ｎ＋１）ＡＬ＜Ｐ0の周期＜２（ｎ＋１）ＡＬのときに、良好なスーパードロップが形成されることが判明した。
【００４９】
（２）実施の形態２
前記第２の方法については、３個のサブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３によって１個のスーパードロップＵＤを形成する場合を例に説明する。本実施の形態においても、図１２及び図１３に示すように、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を駆動する駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03の電圧を相互に実質的に等しくしているが、後の説明から明らかなように、安定してスーパードロップＵＤを形成することができる。
【００５０】
図１１にサブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を形成する駆動パルスの基本波形を示す。
【００５１】
サブドロップＳＤ１を飛翔するために、幅ＪがＡＬの第１パルスＰ11、それに続く幅Ｒが２ＡＬの第２パルスＰ21、第２パルスＰ21に続く長さＡＬの電圧ゼロの期間Ｅからなる駆動パルスＰ01を印加する。同様に、サブドロップＳＤ２、ＳＤ３を形成し飛翔させるために、駆動パルスＰ01と同様な構成の駆動パルスＰ02、Ｐ03をそれぞれ印加する。駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03の周期は図示のように４ＡＬである。そして、長さ４ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅｘを駆動パルスＰ03の後に設けることにより、第１のスーパードロップＵＤ１を形成する期間を１６ＡＬとする。
【００５２】
図１１に示す駆動パルスによりスーパードロップを形成し飛翔させた場合に、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３の合体が安定して行われなかった。
【００５３】
本発明の発明者は、スーパードロップを安定して形成することができる駆動方法を探求し、サブドロップを吐出する駆動パルスの負パルスの幅を変化させてインクチャネルＡを駆動し、パルス幅とサブドロップの飛翔速度の関係を測定した。その結果を、３個のサブドロップを飛翔させた場合を例に図１５に示す。
【００５４】
図１５は横軸に駆動パルスＰ0のパルス幅Ｒ（パルス幅、μｓ）をとり、縦軸に第１サブドロップＳＤ１と第２サブドロップＳＤ２と第３サブドロップＳＤ３の飛翔速度をとってある。図１１ではＡＬが４．８μｓであるから、横軸上「２ＡＬ」で示す矢印の点が２ＡＬ＝９．６μｓであり、この時点から左側の領域では第１サブドロップＳＤ１より第２サブドロップＳＤ２が高速で飛翔し、更に該第２サブドロップＳＤ２より第３サブドロップＳＤ３がより高速で飛翔することが明らかとなった。実験では、駆動パルスの第１パルス、第２パルスの電圧を各周期間で同一にしている。この実験結果から、図１２に示すように、駆動パルスＰ01の第１パルスＰ11の幅ＪがＡＬで、続く第２パルスＰ21の幅Ｒを２ＡＬ（ＡＬの整数倍）より短い（２−１／３）×ＡＬとし、続いてゼロ電圧の期間Ｅが（４／３）×ＡＬとする場合が最良の結果が得られた。この場合、駆動パルスＰ01の周期は４ＡＬである。そして、サブドロップＳＤ１、ＳＤ２、ＳＤ３を吐出し、スーパードロップＵＤ１を形成する期間は図示のように、駆動パルスＰ01、Ｐ02、Ｐ03の後に長さ４ＡＬの電圧ゼロの期間をＥｘを設けることにより１６ＡＬとなる。
【００５５】
なお、休止期間Ｅｘはｎ×ＡＬとすることができ、この休止期間Ｅｘに対応して、１個のスーパードロップを形成する期間を（１２＋ｎ）ＡＬに設定することができる。
【００５６】
また、第２の方法で２個のサブドロップで１個のスーパードロップを形成する例を図１３に示す。図１３の駆動の場合には、上記４ＡＬ周期の駆動パルスＰ01、Ｐ02を２パルス連続して印加し、駆動パルスＰ02に続いて長さ１ＡＬの電圧ゼロの期間Ｅｘを設けることにより、９ＡＬで１個のスーパードロップＵＤ１を形成する。この場合にも、１個のスーパードロップＵＤ１を形成する期間に関しては、９ＡＬ以外の値に設定することが可能である。
【００５７】
更に、実施の形態１，２では、第１パルスＰ1の電圧の絶対値と第２のパルスＰ2の電圧の絶対値を等しくしているが、第１のパルスＰ1の電圧の絶対値と第２のパルスＰ2の電圧の絶対値を等しくないように設定することも可能である。この場合にも、連続する駆動パルスの第１のパルスＰ1nの値については、互いに等しくすることが望ましい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項に記載の発明により、アクチュエータに複数の駆動パルスを連続して印加して、複数のサブドロップを連続してノズルから吐出することにより、スーパードロップを形成して高濃度の画像を形成する場合に、飛翔中におけるサブドロップの合体によるスーパードロップの形成が安定して行われ、高い画質の画像を形成することが可能になる。また、複数のサブドロップにより記録材上で１画素を構成する場合にも、制御された画素形成が行われて高い画質の画像を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インク滴噴射装置のインクチャネルにインク流路に沿った断面図である。
【図２】インク滴噴射装置のインクチャネルのインク流路を横切る断面図である。
【図３】インク滴噴射装置の模式図である。
【図４】インク滴噴射装置のインクチャネルの配列を示す図である。
【図５】インクチャネルの作動を示す図である。
【図６】駆動パルスを示す図である。
【図７】従来の駆動パルスの波形を示した図である。
【図８】スーパードロップを形成する駆動パルスの基本波形を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１１】スーパードロップを形成する駆動パルスの基本波形を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における駆動パルスの波形を示す図である。
【図１４】２個のサブドロップの飛翔の測定結果を示す図である。
【図１５】３個のサブドロップの飛翔の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１ インクチューブ
３ ノズル
４ インクメニスカス
７ インク供給口
８ 基板
Ａ、Ａ１、Ａ２ インクチャネル
Ｈ インク滴噴射装置
Ｐ0、Ｐ01、Ｐ03 駆動パルス
Ｐ1、Ｐ11、Ｐ12、Ｐ13、Ｐ14 第１パルス
Ｐ2、Ｐ21、Ｐ22、Ｐ23 第２パルス
ＳＤ１、ＳＤ２ サブドロップ
ＵＤ１、ＵＤ２ スーパードロップ
Claims (4)
- インクチャネルと、前記インクチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段と、インクを吐出するノズルとを有するインク滴噴射装置の前記電気・機械変換手段に対して、前記インクチャネルの容積を拡大する第１パルスと、該第１パルスに続き、前記インクチャネルの容積を縮小する第２パルスと、前記第２パルスに続くゼロ電圧の期間からなる駆動パルスが印加されてインク滴を飛翔させるインク滴噴射装置であって、
前記第１パルスの幅を実質的に前記インクチャネルのＡＬ（音響的共振周期の二分の一）とした前記駆動パルスが、前記インクチャネルの一つに連続して印加されることによって、前記ノズルから先に吐出したインク滴の飛翔速度より後から吐出したインク滴の飛翔速度が速くなるように連続して複数のインク滴を吐出して高濃度の画像を形成するインク滴噴射装置において、
前記第２パルスの幅が実質的に前記ＡＬの２倍であり、かつ、前記ゼロ電圧の期間が前記ＡＬよりも実質的に短く、かつ、１個のインク滴を吐出する前記駆動パルスの周期が前記ＡＬの３倍よりも実質的に長く前記ＡＬの４倍よりも実質的に短いことを特徴とするインク滴噴射装置。 - 前記ゼロ電圧の期間が実質的に前記ＡＬの（３／４）倍であり、かつ、１個のインク滴を吐出する前記駆動パルスの周期が実質的に前記ＡＬの（１５／４）倍であることを特徴とする請求項１に記載のインク滴噴射装置。
- インクチャネルと、前記インクチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段と、インクを吐出するノズルとを有するインク滴噴射装置の前記電気・機械変換手段に対して、前記インクチャネルの容積を拡大する第１パルスと、該第１パルスに続き、前記インクチャネルの容積を縮小する第２パルスと、前記第２パルスに続くゼロ電圧の期間からなる駆動パルスが印加されてインク滴を飛翔させるインク滴噴射装置であって、
前記第１パルスの幅を実質的に前記インクチャネルのＡＬ（音響的共振周期の二分の一）とした前記駆動パルスが、前記インクチャネルの一つに連続して印加されることによって、前記ノズルから先に吐出したインク滴の飛翔速度より後から吐出したインク滴の飛翔速度が速くなるように連続して複数のインク滴を吐出して高濃度の画像を形成するインク滴噴射装置において、
前記第２パルスの幅が実質的に前記ＡＬの（５／３）倍であり、かつ、前記ゼロ電圧の期間が実質的に前記ＡＬの（４／３）倍であり、かつ、前記駆動パルスの周期が実質的に前記ＡＬの４倍であることを特徴とするインク滴噴射装置。 - 連続して印加される前記駆動パルスの前記第１パルスの電圧は互いに実質的に等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインク滴噴射装置。
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