JP4117152B2 - インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆる多階調印刷等のため、インクジェットヘッドの同一のノズルから一印刷周期内に複数のインク滴を吐出し、これら複数のインク滴によって一つのインクドットを形成するインクジェット式記録装置が知られている。
【０００３】
一般に、この種のインクジェット式記録装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と当該圧力室に連通するノズルとが形成されたヘッド本体と、上記ノズルからインク滴を吐出させるように圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、アクチュエータに駆動信号を供給する駆動信号供給部とを備えている。ヘッドの小型化等のため、アクチュエータとしては、圧電素子を有するものがよく用いられている。
【０００４】
記録動作の際には、まず、上記駆動信号供給部が一印刷周期中に１または２以上のパルスを含む駆動信号を供給する。そして、当該駆動信号を受けたアクチュエータは、圧力室内のインクをノズルから押し出すことによって、パルス数と同数のインク滴を吐出させる。吐出されたインク滴は、吐出順に記録紙上に着弾し、一つのインクドットを形成する。このようなインクドットが記録紙上に多数集合することにより、当該記録紙に所定の画像等が形成される。ここで、一印刷周期中に吐出するインク滴の個数を調整することにより、ドットの濃淡や大きさが調整される。その結果、いわゆる多階調印刷が行われることになる。
【０００５】
しかし、高速印刷を行う場合には、インクジェットヘッドのキャリッジ速度が大きいため、同一のノズルから吐出された複数のインク滴は、キャリッジ方向にずれた位置に着弾しやすくなる。その結果、インクドットがキャリッジ方向に細長い長円形状になってしまい、画像の品質が低下しやすかった。
【０００６】
そこで、特開２００１−１４６０１１号公報に開示されているように、吐出した複数のインク滴を飛翔中に合体させ、一つのインク滴にしてから記録紙に着弾させる技術が提案されている。このようにインク滴同士を合体させることにより、インクドットの形状がいびつな形状になることを防止することができる。
【０００７】
さらに、上記公報には、駆動信号をインク滴の吐出数に応じて別々に生成するのではなく、一種類の駆動信号を生成しておき、吐出数に応じて上記駆動信号の一部を選択的に供給する技術が開示されている。このことにより、駆動信号の生成を容易化することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インク滴の大きさに応じて駆動信号の一部を選択的に供給するインクジェットヘッドでは、インク滴の大きさによって吐出速度が変わるため、インク滴の着弾位置を揃えることが難しかった。
【０００９】
例えば、図２０に示すように、小滴の吐出速度をｖ１、大滴の吐出速度をｖ２（ただし、ｖ１＜ｖ２）とした場合、キャリッジ速度ｖＣはインク滴の大きさに拘わらず一定であるので、小滴の着弾位置Ｌ１と大滴の着弾位置Ｌ２とには、ΔＬだけの位置ずれが生じることになる。しかし、インクジェット式記録の更なる高性能化を図るためには、上記位置ずれを是正し、着弾位置を高精度に揃えることが望まれる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インク滴の大きさに応じて駆動信号の一部を選択的に供給するインクジェットヘッドにおいて、インク滴の着弾位置を揃えることにより、記録の高品質化を図ることにある。
【００１１】
【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ヘッドは、少なくとも大滴のインクと小滴のインクとを選択的に吐出自在なインクジェットヘッドであって、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、それぞれ圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動する複数のパルス信号からなる大滴吐出用信号を含む駆動信号を生成する信号生成部と、大滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号のすべてのパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する一方、小滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する信号選択部とを備え、前記駆動信号のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号のうち先頭のパルス信号は、所定の基準電位を前側のパルスベースとし且つ所定の基準パルス高さをパルス高さとするパルス信号であり、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側のパルスベースとし且つパルス高さが前記基準パルス高さよりも低いパルス信号が含まれているものである。
【００１２】
このことにより、大滴吐出時には大滴吐出用信号のすべてのパルス信号が選択される一方、小滴吐出時には大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号が選択されるので、大滴を吐出する場合には、小滴を吐出する場合に比べて、吐出動作が早めに開始されることになる。
【００１３】
ところで、何らの工夫も施さなければ、大滴は小滴よりも吐出速度が大きくなる。そのため、大滴と小滴の着弾位置はずれるおそれがある。しかし、上記インクジェットヘッドでは、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側パルスベースとし且つパルス高さが基準パルス高さよりも低いパルス信号（以下、低パルス信号という）が含まれている。そのため、大滴の吐出速度は、小滴の吐出速度よりも小さくなる。したがって、大滴の吐出タイミングが小滴の吐出タイミングよりも早いにも拘わらず、大滴と小滴との着弾位置のずれは少なくなる。その結果、高品質の記録を得ることができる。
【００１４】
また、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号のうち先頭のパルス信号は、所定の基準電位を前側パルスベースとし且つ所定の基準パルス高さをパルス高さとするパルス信号である。そのため、小滴を吐出する際に信号選択のタイミングに若干の遅れが生じたとしても、アクチュエータに供給される信号の波形がいびつになることはない。そのため、所定の波形の信号が安定して供給されるため、吐出性能を安定化させることができる。
【００１５】
前記インクジェットヘッドにおいて、駆動信号は、大滴吐出用信号の前又は後に、１又は２以上のパルス信号からなり第３のインク滴を吐出する第３インク滴吐出用信号を含んでいてもよい。
【００１６】
このことにより、大滴及び小滴に加え、第３のインク滴が吐出されるため、多階調記録の階調数を増加させることができる。なお、ここでいう「第３の」とは、大滴及び小滴と異なるインク滴であることを意味しており、一印刷周期中に吐出されるインク滴の順番を意味するものではない。
【００１７】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号のうち小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側のパルスベースとし且つパルス高さが前記基準パルス高さよりも低いパルス信号（以下、低パルス信号という）が含まれていてもよい。
【００１８】
このことにより、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に含まれる低パルス信号の個数又はパルス高さを調整することにより、大滴及び小滴の着弾位置が第３のインク滴の着弾位置と揃うように大滴及び小滴の吐出速度を調整することができる。したがって、第３のインク滴を基準として、各インク滴の着弾位置を合わせることが可能となる。
【００１９】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号が含まれていてもよい。
【００２０】
このことにより、第２のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度は第１のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度よりも小さくなる。小滴吐出時に選択されるパルス信号には第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出時に選択されるパルス信号には第２のパルス信号が含まれているので、大滴の吐出速度は、小滴の吐出速度よりも小さくなる。したがって、大滴と小滴との着弾位置のずれは少なくなる。
【００２１】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号と、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号とが含まれていてもよい。
【００２２】
このことにより、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に含まれる第２のパルス信号の個数又は電位変化時間を調整することにより、大滴及び小滴の吐出速度を、大滴及び小滴の着弾位置が第３のインク滴の着弾位置と揃うように調整することができる。したがって、第３のインク滴を基準として、各インク滴の着弾位置を合わせることが可能となる。
【００２３】
本発明に係るインクジェットヘッドは、少なくとも大滴のインクと小滴のインクとを選択的に吐出自在なインクジェットヘッドであって、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、それぞれ圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動する複数のパルス信号からなる大滴吐出用信号を含む駆動信号を生成する信号生成部と、大滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号のすべてのパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する一方、小滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する信号選択部とを備え、前記駆動信号のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号が含まれているものである。
【００２４】
このことにより、第２のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度は第１のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度よりも小さくなる。小滴吐出時に選択されるパルス信号には第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出時に選択されるパルス信号には第２のパルス信号が含まれているので、大滴の吐出速度は、小滴の吐出速度よりも小さくなる。したがって、大滴の吐出タイミングは小滴の吐出タイミングよりも早いにも拘わらず、大滴と小滴との着弾位置のずれは少なくなる。その結果、高品質の記録を得ることができる。
【００２５】
前記インクジェットヘッドにおいて、駆動信号は、大滴吐出用信号の前又は後に、１又は２以上のパルス信号からなり第３のインク滴を吐出する第３インク滴吐出用信号を含んでいてもよい。
【００２６】
このことにより、大滴及び小滴に加え、第３のインク滴が吐出されるため、多階調記録の階調数を増加することができる。
【００２７】
前記インクジェットヘッドにおいて、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に、前記第２のパルス信号が含まれていてもよい。
【００２８】
このことより、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に含まれる第２パルス信号の個数又は電位変化時間を調整することにより、大滴及び小滴の吐出速度を、大滴及び小滴の着弾位置が第３のインク滴の着弾位置と揃うように調整することができる。したがって、第３のインク滴を基準として、各インク滴の着弾位置を合わせることが可能となる。
【００２９】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号に含まれる最後のパルス信号は、インクを吐出しない程度にアクチュエータを駆動する補助パルス信号であることが好ましい。
【００３０】
このことにより、補助パルス信号の印加により、インク吐出後のメニスカス振動は減少する。残留振動が抑制されることにより、吐出性能が向上する。
【００３１】
なお、本発明に係るインクジェット式記録装置は、前記インクジェットヘッドを備えるものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、大滴と小滴の着弾位置を高精度に揃えることができる。また、大滴及び小滴に加えて第３のインク滴を吐出する場合に、大滴及び小滴の着弾位置を第３インク滴の着弾位置に合わせて揃えることができる。したがって、多階調記録の高品質化を促進することができる。
【００３３】
【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。
【００３４】
＜駆動信号と吐出性能との関係＞
本発明の実施形態の説明に先立ち、駆動信号と吐出性能との関係について説明する。
【００３５】
図１は、駆動信号の波形とアクチュエータの変位とインクメニスカスの状態との関係を示した図である。駆動信号は、基準電位Ｖ０とピーク電位Ｖ１とを有するパルス信号Ｐである。ピーク電位Ｖ１は、圧力室を減圧するようにアクチュエータを駆動する電位であり、言い換えると、圧力室の容積を増大させるようにアクチュエータを駆動する電位である。本駆動信号は、圧力室をいったん減圧してから加圧する信号であり、インクメニスカスをいったんノズル内に引き込んだ後に押し出す信号（いわゆる引き押し波形の信号）である。なお、図１及び後述する図２〜４の駆動信号では、共振を利用するために、パルス信号Ｐの電位降下波形Ｓ１の開始時から電位上昇波形Ｓ３の開始時までの時間は、ヘルムホルツ周期の半周期に設定されている。図２〜図４の駆動信号との比較のため、以下では図１の上記駆動信号を基本信号と称することとする。
【００３６】
ここで、吐出されるインクの液滴量は、アクチュエータの変位量とメニスカスの引き込み量とに影響され、上記変位量と上記引き込み量との差と液滴量との間には、相関関係が見られる。また、液滴の吐出速度は、アクチュエータの変位速度（つまり、図１におけるアクチュエータ変位曲線の傾き）と相関関係がある。
【００３７】
図２に示すように、パルス信号Ｐの電位降下波形Ｓ１の傾きを緩やかにすると、アクチュエータの変位量は減少するが、メニスカスの引き込み量も減少する。そのため、吐出されるインクの液滴量ｍ２は、基本信号により吐出されるインクの液滴量ｍ１とほぼ同等か、あるいはｍ１よりも若干小さな値となる。一方、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きは緩やかになる。そのため、吐出速度ｖ２は、基本信号により吐出されるインクの吐出速度ｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ２≦ｍ１、ｖ２＜ｖ１となる。
【００３８】
図３に示すように、吐出速度がｖ２とほぼ等しくなるようにパルス信号Ｐの電位上昇波形Ｓ３の傾きを緩やかにすると、メニスカスの引き込み量は基本信号の場合と変わらないが、アクチュエータの変位量は若干減少する。そのため、液滴量ｍ３は、ｍ２よりも少なくなる。また、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きが緩やかになり、吐出速度ｖ３はｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ３＜ｍ２≦ｍ１、ｖ３≒ｖ２＜ｖ１となる。
【００３９】
図４に示すように、吐出速度がｖ２とほぼ等しくなるようにパルス信号Ｐのパルス高さを若干下げると、アクチュエータの変位量は減るが、メニスカスの引き込み量も基本信号の場合よりも若干減少する。そのため、液滴量ｍ４はｍ１より小さくなるが、ｍ３よりは大きくなる。また、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きが緩やかになり、吐出速度ｖ４はｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ３＜ｍ４＜ｍ１、ｖ４≒ｖ３≒ｖ２＜ｖ１となる。
【００４０】
以上のように、液滴量に関しては、ｍ３＜ｍ２≦ｍ１、ｍ３＜ｍ４＜ｍ１という関係が見られ、吐出速度に関しては、ｖ４≒ｖ３≒ｖ２＜ｖ１という関係が見られる。
【００４１】
実際に図１〜図４の駆動信号を用い、吐出速度と液滴量とを測定する実験を行った。図５に、測定条件と測定結果とを示す。本実験から、上記関係が正しいことが確認された。
【００４２】
＜実施形態１＞
図６は、インクジェット式記録装置としてのプリンタ２０の概略構成を示している。プリンタ２０は、キャリッジ１６に固定されたインクジェットヘッド１を備えている。キャリッジ１６には、図６では図示を省略するキャリッジモータ２８（図１１参照）が設けられている。キャリッジ１６は、キャリッジモータ２８によって主走査方向（図６及び図７に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸１７にガイドされ、その方向に往復移動するように構成されている。インクジェットヘッド１はキャリッジ１６に搭載されているので、インクジェットヘッド１もキャリッジ１６の往復移動に伴って主走査方向Ｘに往復移動する。なお、このキャリッジ１６、キャリッジ軸１７及びキャリッジモータ２８により、インクジェットヘッド１と記録紙４１とを相対移動させる移動手段が構成されている。
【００４３】
記録紙４１は、図６では図示を省略する搬送モータ２６（図１１参照）によって回転駆動される２つの搬送ローラ４２に挟まれており、この搬送モータ２６及び各搬送ローラ４２により、主走査方向Ｘと直交する副走査方向（図６及び図７に示すＹ方向）に搬送される。
【００４４】
図７〜図１０に示すように、インクジェットヘッド１は、インクを収容する複数の圧力室４と各圧力室４にそれぞれ連通する複数のノズル２とが形成されたヘッド本体４０と、各圧力室４内のインクに圧力を付与するアクチュエータ１０とを有している。アクチュエータ１０は、圧電素子１３を有するピエゾ式のアクチュエータであって、圧電素子１３に固着した振動板１１がたわみ変形を行ういわゆるたわみ振動型のアクチュエータである。このアクチュエータ１０は、圧力室４の縮小及び拡大に伴う圧力室４内の圧力変化によって、ノズル２からインク滴を吐出し且つ圧力室４にインクを充填する。
【００４５】
図７に示すように、圧力室４は、インクジェットヘッド１の内部に主走査方向Ｘに延びるように長溝状に形成され、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて配設されている。圧力室４の一端部（図７の右側の端部）には、ノズル２が設けられている。ノズル２，２，…は、インクジェットヘッド１の下面において、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて開口するように設けられている。圧力室４の他端部（図７の左側の端部）は、インク供給路５の一端部に連続している。各インク供給路５の他端部は、副走査方向Ｙに延びるインク供給室３に連続している。
【００４６】
図８に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズル２が形成されたノズルプレート６と、圧力室４及びインク供給路５を区画形成する区画壁７と、アクチュエータ１０とが順に積層されて構成されている。このノズルプレート６は厚さ２０μｍのポリイミド板からなり、区画壁７は厚さ４８０μｍのステンレス製ラミネート板またはステンレスと感光性ガラスとのラミネート板からなっている。
【００４７】
図９及び図１０に誇張して示すように、アクチュエータ１０は、圧力室４を覆う振動板１１と、振動板１１を振動させる薄膜の圧電素子１３と、個別電極１４とが順に積層されて構成されている。振動板１１は、厚さ２μｍのクロム板からなっていて、個別電極１４と共に圧電素子１３に電圧を印加するための共通電極としての機能をも有している。圧電素子１３は、圧力室４に対応して設けられており、厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）等を好適に用いることができる。本実施形態では、圧電素子１３の厚みは３μｍに設定されている。個別電極１４は厚さ０．１μｍの白金板からなっており、アクチュエータ１０の全体の厚さは約５μｍとなっている。なお、互いに隣接する圧電素子１３及び個別電極１４の間には、ポリイミドからなる絶縁層１５が設けられている。
【００４８】
次に、図１１のブロック図を参照しながら、プリンタ２０の制御回路３５を説明する。制御回路３５は、ＣＰＵからなる主制御部２１と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ２２と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ２３と、搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８とをそれぞれ駆動制御するためのドライバ回路２５，２７及びモータ制御回路２４と、印刷データを受信するデータ受信回路２９と、駆動信号発生回路３０と、選択回路３１とを備えている。選択回路３１には、アクチュエータ１０が接続されている。駆動信号発生回路３０は、一印刷周期内に複数のパルス信号を有する駆動信号を発生させる。なお、駆動信号の詳細については後述する。選択回路３１は、インクジェットヘッド１がキャリッジ１６と共に主走査方向Ｘに移動しているときに、上記駆動信号に含まれる１または２以上の駆動パルスをアクチュエータ１０に選択的に入力させる。これら駆動信号発生回路３０及び選択回路３１により、アクチュエータ１０に所定の駆動信号を供給する信号供給手段３２が構成されている。
【００４９】
次に、プリンタ２０の動作について説明する。まず、プリンタ本体（図示せず）から画像データが送信され、データ受信回路２９がこの画像データを受信すると、主制御部２１がＲＯＭ２２に記憶された処理ルーチンに基づいて、モータ制御回路２４及びドライバ回路２５，２７を介して搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８をそれぞれ制御すると共に、駆動信号発生回路３０に駆動信号を発生させる。さらに、主制御部２１は、上記画像データに基づいて、選択回路３１に対し選択すべきパルス信号の情報を出力する。そして、選択回路３１は、上記情報に基づいて、複数の駆動パルスのうちから所定の１または２以上の駆動パルスを選択してアクチュエータ１０に供給する。
【００５０】
一印刷周期内に印加される複数のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期、すなわちノズル２及び圧力室４のヘルムホルツ周期以下に設定されている。なお、ここでいうヘルムホルツ周期とは、インクだけでなくアクチュエータ１０の影響をも含めた振動系全体の固有周期（共振周期）をいう。また、上記複数のパルス信号は、これらパルス信号の印加により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定されている。また、上記複数のパルス信号は、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように設定されている。
【００５１】
次に、図１２を参照しながら、駆動信号の詳細について説明する。本駆動信号は、大滴又は小滴を選択的に吐出する信号である。本駆動信号は、パルスＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２、及びＰ４からなる大滴吐出用信号Ｐ１によって構成されている。この大滴吐出用信号Ｐ１は、一印刷周期Ｔごとに生成されるものである。
【００５２】
すなわち、大滴吐出用信号Ｐ１は、それぞれインクを吐出するようにアクチュエータ１０を駆動する第１パルスＰ１１、第２パルスＰ１２、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２を有している。また、大滴吐出用信号Ｐ１は、第４パルスＰ２２の後に、インクを吐出しない程度にアクチュエータ１０を駆動する補助パルスＰ４を有している。
【００５３】
第３パルスＰ２１、第４パルスＰ２２及び補助パルスＰ４は、小滴を吐出するときに選択回路３１によって選択されるパルスである。一方、大滴を吐出するときには、大滴吐出用信号Ｐ１のすべてのパルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ４が選択されることになる。
【００５４】
各パルスは、圧力室４をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータ１０を駆動するパルス信号であり、言い換えると、アクチュエータ１０に引き押し動作（いわゆるプルプッシュ動作）を行わせることによってインク滴を吐出させる信号である。
【００５５】
第１パルスＰ１１、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２は、前側のパルスベースの電位が所定の基準電位ＶＨ１と等しいパルスである。一方、第２パルスＰ１２は、前側のパルスベースの電位ＶＨ２が上記基準電位ＶＨ１よりも小さなパルスである。第２パルスＰ１２のパルス高さは、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２のパルス高さよりも低くなっている。
【００５６】
なお、第１パルスＰ１１や第２パルスＰ１２のように、パルスによっては、パルスの前後においてパルスベースの電位の値が異なっている場合がある。そこで本明細書においては、パルス高さは、前側パルスベースの電位とピーク電位との差をいうものとする。
【００５７】
インク吐出用のパルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２のピーク電位は、いずれも接地電位（ＧＮＤ）ＶＬに設定されている。その理由は、図１３（ａ）に示すように、ピーク電位が接地電位でない場合、ピーク電位後に電位を上昇させる際に誤差が生じやすく、基準電位の値ＶＨ＝ＶＬ１＋ΔＶが不安定になりやすいからである。これに対し、図１３（ｂ）に示すように、ピーク電位ＶＬを接地電位とすれば、基準電位の値ＶＨ２＝ΔＶは安定しやすく、ピーク高さを正確に調整しやすくなる。
【００５８】
補助パルスＰ４は、パルス高さがパルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２のいずれのパルスよりも低いものである。この補助パルスＰ４は、インク吐出後のインクメニスカス振動を低減するように設定されている。
【００５９】
次に、インクの吐出動作について説明する。大滴を吐出する際には、大滴吐出用信号Ｐ１のすべてのパルスが選択され、アクチュエータ１０に供給される。これにより、第１パルスＰ１１によって第１のインク滴が吐出され、第２パルスＰ１２によって第２のインク滴が吐出され、第３パルスＰ２１によって第３のインク滴が吐出され、第４パルスＰ２２によって第４のインク滴が吐出される。そして、それら第１〜第４のインク滴は飛翔中に合体し、大径のインク滴となって記録紙に着弾する。
【００６０】
なお、ここでいうインク滴の合体とは、完全に分離しているインク滴同士が空中で一体となる場合だけでなく、各々の一部がつながっているものの各インク滴の存在が分かる程度に分かれているインク滴同士が、各インク滴の存在が分からない程度に一定化する場合も含まれる。
【００６１】
一方、小滴を吐出する際には、第３パルスＰ２１、第４パルスＰ２２及び補助パルスＰ４からなる小滴吐出用パルスＰ２が選択される。その結果、第３パルスＰ２１によって第３のインク滴が吐出され、第４パルスＰ２２によって第４のインク滴が吐出される。そして、それら第３及び第４インク滴は飛翔中に合体し、小径のインク滴となって記録紙に着弾する。
【００６２】
ところで、大滴を吐出する際に、第２パルスＰ１２は、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２に比べてパルス高さが低いため、第１インク滴及び第２インク滴は、第３インク滴及び第４インク滴よりも吐出速度が小さくなる。そのため、第１〜第４インク滴が合体してなる大滴は、第３及び第４インク滴が合体してなる小滴に比べると、吐出速度が小さくなる。したがって、大滴と小滴の着弾位置のずれは少なくなり、高品質の記録を実現することができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、第２パルスＰ１２のパルス高さを微調整することが可能である。そして、第２パルスＰ１２のパルス高さを微調整することにより、大滴と小滴の着弾位置を高精度に一致させることができる。したがって、本実施形態によれば、多階調記録の品質を飛躍的に向上させることができる。
【００６４】
インク吐出用パルスの後側に補助パルスＰ４を設けているので、インク吐出後のメニスカスの残留振動を抑制することができる。特に、大滴吐出用信号Ｐ１に含まれる後側のパルスＰ２を選択的に供給することによって小滴を吐出しているので、小滴吐出時にも補助パルス信号Ｐ４が供給される。したがって、小滴吐出時にも、メニスカスの残留振動を抑制することができる。このようにメニスカスの残留振動が比較的短時間の間に無くなるので、印刷周期Ｔを短くすることが可能となる。したがって、ヘッドの応答性を高くすることができる。
【００６５】
大滴吐出用信号に含まれる後側のパルスを選択的に供給することによって小滴を吐出しているので、大滴吐出用信号の後に別個新たな小滴吐出用信号を設ける必要はない。したがって、この点においても応答性の向上が図られている。
【００６６】
小滴吐出時に選択されるパルスのうち先頭のパルスＰ２１では、前側パルスベースは基準電位ＶＨ１と一致している。そのため、信号選択の際に時間遅れが生じたとしても、波形がいびつになることはない。すなわち、図１４（ａ）に示すように、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１と一致していない場合には、選択に際して時間遅れΔｔが生じると、アクチュエータに供給される信号の波形はいびつな形になる。これに対し、図１４（ｂ）に示すように、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１と一致する場合には、時間遅れΔｔが生じたとしても、アクチュエータに供給される信号の波形はいびつな形にはならない。したがって、本実施形態によれば、小滴吐出時の吐出性能を安定化することができる。また、選択のタイミングに際し必要とされる精度を緩和することができ、制御回路のコスト低減を図ることができる。
【００６７】
＜実施形態２＞
実施形態２は、実施形態１において、駆動信号に変更を加えたものである。本実施形態は、実施形態１の大滴及び小滴に加え、第３のインク滴を吐出自在に構成されているものである。具体的には、実施形態１の小滴よりも更に小さなインク滴を吐出自在とし、大滴、中滴及び小滴の３種類のインク滴を選択的に吐出するものである。
【００６８】
図１５に示すように、本実施形態に係る駆動信号は、大滴吐出用信号Ｐ１の前側に、第３インク滴吐出用信号として、小滴吐出用信号Ｐ３を有している。なお、本実施形態では、小滴吐出用信号Ｐ３によって吐出されるインク滴が最も小さなインク滴となるため、実施形態１における小滴は本実施形態では中滴となる。
【００６９】
本実施形態では、小滴の着弾位置を基準として、中滴及び大滴の着弾位置が設定されている。そのため、大滴吐出用信号Ｐ１における後側のパルスにも、前側パルスベースが基準電位よりも小さなパルスＰ２２が含まれている。
【００７０】
小滴吐出用信号Ｐ３は、パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、パルス高さが基準高さ（＝ＶＨ１−ＶＬ）のパルス信号である。大滴吐出用信号Ｐ１の第１パルスＰ１１では、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも小さな電位ＶＨ３である。第２パルスＰ１２は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも小さな電位ＶＨ３であり、パルス高さ（＝ＶＨ３−ＶＬ。以下、第１パルス高さという）が基準高さよりも低いパルス信号である。第３パルスＰ２１は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも小さく且つ上記電位ＶＨ３よりも大きな電位ＶＨ２であり、パルス高さが基準高さのパルス信号である。第４パルスＰ２２は、前側パルスベースが上記電位ＶＨ２であり、パルス高さ（＝ＶＨ２−ＶＬ。以下、第２パルス高さという）が基準高さよりも低いパルス信号である。
【００７１】
第２パルス高さ及び第３パルス高さのそれぞれは、小滴、中滴及び大滴の着弾位置が一致するように設定されている。
【００７２】
選択回路３１は、小滴を吐出するときには小滴吐出用信号Ｐ３のみを選択し、中滴を吐出するときには大滴吐出用信号Ｐ１における後側のパルスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ４のみを選択し、大滴を吐出するときには大滴吐出用信号Ｐ１のみを選択する。
【００７３】
小滴吐出時には、小滴吐出用パルスＰ３により単一のインク滴が吐出され、小滴として記録紙に着弾する。中滴吐出時には、大滴吐出用信号Ｐ１の第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２によって２つのインク滴が吐出され、それらは合体して中滴となり、記録紙に着弾する。大滴吐出時には、大滴吐出用信号Ｐ１の第１〜第４パルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２によって４つのインク滴が吐出され、それらは合体して大滴となり、記録紙に着弾する。
【００７４】
本実施形態では、図１６に示すように、インク滴の吐出タイミングは小滴Ｄ１、大滴Ｄ２、中滴Ｄ３の順に遅くなる。しかし、小滴Ｄ１の吐出速度ｖ１、大滴Ｄ２の吐出速度ｖ２、及び中滴Ｄ３の吐出速度ｖ３はｖ１＜ｖ２＜ｖ３であり、小滴、中滴及び大滴の着弾位置は、小滴の着弾位置を基準として互いに一致する。なお、図１６における符号ｖＣは、ヘッド１のキャリッジ速度である。
【００７５】
以上のように、本実施形態によれば、３階調の記録を行う記録装置において、記録品質の向上を図ることができる。
【００７６】
＜実施形態３＞
実施形態１及び２は、パルス信号のパルス高さを変更することによって吐出速度を調整するものであったが、実施形態３は、パルス信号の立ち下がり波形の傾きを変更することによって吐出速度を調整するものである。
【００７７】
図１７に示すように、本実施形態に係る駆動信号も実施形態２と同様に、一印刷周期Ｔ内に小滴吐出用信号Ｐ３と大滴吐出用信号Ｐ１とを有している。大滴吐出用信号Ｐ１には、中滴吐出時には選択されない第１パルスＰ１１及び第２パルスＰ１２と、中滴吐出時にも選択される第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２と、補助パルスＰ４とが含まれる。
【００７８】
本実施形態では、インク吐出用のパルス、すなわちパルスＰ３，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２は、基準電位ＶＨ１をパルスベースとし且つ接地電位ＶＬをピーク電位とするパルスである。小滴吐出用信号Ｐ３、第２パルスＰ１２、及び第４パルスＰ２２は、基準電位ＶＨ１からピーク電位ＶＬまでの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下に設定されている。これらのパルスは、本発明でいうところの「第１のパルス信号」となる。一方、第１パルスＰ１１及び第３パルスＰ２１の基準電位ＶＨ１からピーク電位ＶＬまでの電位変化時間ｔ１１，ｔ２１は、ヘルムホルツ周期以下であり且つ小滴吐出用信号Ｐ３等の上記電位変化時間よりも長い。これらのパルスは、本発明でいうところの「第２のパルス信号」となる。なお、第１パルスＰ１１の電位変化時間ｔ１１は、第３パルスＰ２１の電位変化時間ｔ２１よりも長くなっている。
【００７９】
本実施形態においても、小滴、大滴、中滴の吐出速度ｖ１、ｖ２、ｖ３は、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３となり、小滴の着弾位置を基準として各インク滴の着弾位置が一致する。したがって、本実施形態においても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
＜実施形態４＞
実施形態４は、パルス信号のパルス高さと立ち下がり波形の傾きとを変更することにより、吐出速度を調整するものである。
【００８１】
図１８に示すように、本実施形態に係る駆動信号も、一印刷周期Ｔ内に小滴吐出用信号Ｐ３と大滴吐出用信号Ｐ１とを有している。本実施形態の駆動信号では、小滴吐出用信号Ｐ３はパルスＰ３１及びパルスＰ３２からなり、大滴吐出用信号Ｐ１における中滴吐出時に選択されないパルスは、第１パルスＰ１１及び第２パルスＰ１２からなり、大滴吐出用信号Ｐ１における中滴吐出時に選択されるパルスは、第３パルスＰ２１と第４パルスＰ２２と第５パルスＰ２３と補助パルスＰ４とからなっている。
【００８２】
小滴吐出用信号Ｐ３のパルスＰ３１及びパルスＰ３２は、基準電位ＶＨ１をパルスベースとし、パルス高さが基準パルス高さ（＝ＶＨ１−ＶＬ）のパルス信号である。パルスＰ３１及びパルスＰ３２の立ち下がり波形の時間は、ヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下に設定されている。
【００８３】
大滴吐出用信号Ｐ１の第１パルスＰ１１は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが第３基準電位ＶＨ３（＜ＶＨ１）のパルス信号である。第２パルスＰ１２は、前側パルスベースが第３基準電位ＶＨ３であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１のパルス信号である。第３パルスＰ２１は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが第２基準電位ＶＨ２のパルス信号である。なお、第２基準電位ＶＨ２は、基準電位ＶＨ１よりも小さく且つ第３基準電位ＶＨ３よりも大きい。第４パルスＰ２２は、前側パルスベースが第２基準電位ＶＨ２であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１のパルス信号である。第５パルスＰ２３は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも大きな電位ＶＨ０のパルスである。補助パルスＰ４は、前側パルスベースが電位ＶＨ０であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１のパルスである。
【００８４】
本実施形態においても、各パルスの立ち下がり波形の時間及びパルス高さは、小滴、中滴及び大滴の着弾位置が小滴の着弾位置を基準として一致するように設定されている。
【００８５】
本実施形態においても、小滴、大滴、中滴の吐出速度ｖ１、ｖ２、ｖ３は、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３となり、小滴の着弾位置を基準として各インク滴の着弾位置が一致する。したがって、本実施形態においても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、中滴又は大滴の着弾位置を基準として、他のインク滴の着弾位置を設定することも可能である。図１８に示すように、各滴の吐出開始時刻を各波形の最初のパルスにおけるピーク電位波形の終了時刻と定義すると、小滴の吐出開始時刻はＳ１，中滴の吐出開始時刻はＳ３、大滴の吐出開始時刻はＳ２となる。ここで、ノズルから記録紙までの距離を１ｍｍとした場合、小滴、中滴、大滴の吐出から着弾までの時間をそれぞれα［μｓ］、β［μｓ］、γ［μｓ］とすると、Ｓ２−Ｓ１＝ａ［μｓ］、Ｓ３−Ｓ１＝ｂ［μｓ］に対し、β＝α−ｂ、γ＝α−ａとすることにより、各インク滴の着弾位置を一致させることができる。すなわち、小滴、中滴及び大滴のいずれか一つの着弾位置を基準として、すべてのインク滴の着弾位置を揃えることが可能となる。
【００８７】
＜実施例＞
実施例として、図１９に示す駆動信号を用いて小滴、中滴、大滴を吐出させ、それらの着弾位置を計測した。各パラメータの値は、下記表１の通りである。なお、ノズルと記録紙との間の間隔は１ｍｍ、ヘッドのヘルムホルツ周期は８μｓであった。時間間隔ｔＣ２は、ヘルムホルツ周期の０．５〜１．５倍に設定され、電位差ＶＣは基準電位ＶＨと接地電位ＶＬとの間の電位差の０．１〜０．３倍に設定されている。本実施例では波形の選択タイミングの精度が±０．５μｓであり、選択した波形がいびつな形にならないように、時間間隔ｔＣ１は１μｓ以上に設定されている。
【００８８】
【表１】
【００８９】
その結果、小滴、中滴、大滴の吐出速度は、それぞれｖ１＝７．６ｍ／ｓ、ｖ３＝９．３ｍ／ｓ、ｖ２＝７．９ｍ／ｓとなり、１０ｋＨｚの周期で３種類のインク滴を選択的に吐出することができ、それらの着弾位置を一致させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図２】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図３】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図４】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図５】 駆動信号と吐出性能との関係を調べる確認実験の結果を示す図であり、（ａ）はパラメータの定義を示す波形図であり、（ｂ）は測定条件及び測定結果を示す表である。
【図６】 実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図７】 インクジェットヘッドの部分平面図である。
【図８】 図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】 アクチュエータ近傍の部分断面図である。
【図１０】 図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】 制御回路のブロック図である。
【図１２】 実施形態１に係る駆動信号の波形図である。
【図１３】 （ａ）及び（ｂ）は駆動信号の波形図である。
【図１４】 （ａ）及び（ｂ）は駆動信号の波形図である。
【図１５】 実施形態２に係る駆動信号の波形図である。
【図１６】 （ａ）〜（ｃ）は、インク滴の着弾位置を説明する図である。
【図１７】 実施形態３に係る駆動信号の波形図である。
【図１８】 実施形態４に係る駆動信号の波形図である。
【図１９】 実施例に係る駆動信号の波形図である。
【図２０】 （ａ）及び（ｂ）は、インク滴の着弾位置を説明する図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ ノズル
３ インク供給室
４ 圧力室
１０ アクチュエータ
１１ 振動板
１３ 圧電素子
１４ 個別電極
２０ プリンタ（インクジェット式記録装置）
３０ 駆動信号発生回路（信号生成部）
３１ 選択回路（信号選択部）
３２ 信号供給手段
３５ 制御回路
４０ ヘッド本体
４１ 記録紙（記録媒体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆる多階調印刷等のため、インクジェットヘッドの同一のノズルから一印刷周期内に複数のインク滴を吐出し、これら複数のインク滴によって一つのインクドットを形成するインクジェット式記録装置が知られている。
【０００３】
一般に、この種のインクジェット式記録装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と当該圧力室に連通するノズルとが形成されたヘッド本体と、上記ノズルからインク滴を吐出させるように圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、アクチュエータに駆動信号を供給する駆動信号供給部とを備えている。ヘッドの小型化等のため、アクチュエータとしては、圧電素子を有するものがよく用いられている。
【０００４】
記録動作の際には、まず、上記駆動信号供給部が一印刷周期中に１または２以上のパルスを含む駆動信号を供給する。そして、当該駆動信号を受けたアクチュエータは、圧力室内のインクをノズルから押し出すことによって、パルス数と同数のインク滴を吐出させる。吐出されたインク滴は、吐出順に記録紙上に着弾し、一つのインクドットを形成する。このようなインクドットが記録紙上に多数集合することにより、当該記録紙に所定の画像等が形成される。ここで、一印刷周期中に吐出するインク滴の個数を調整することにより、ドットの濃淡や大きさが調整される。その結果、いわゆる多階調印刷が行われることになる。
【０００５】
しかし、高速印刷を行う場合には、インクジェットヘッドのキャリッジ速度が大きいため、同一のノズルから吐出された複数のインク滴は、キャリッジ方向にずれた位置に着弾しやすくなる。その結果、インクドットがキャリッジ方向に細長い長円形状になってしまい、画像の品質が低下しやすかった。
【０００６】
そこで、特開２００１−１４６０１１号公報に開示されているように、吐出した複数のインク滴を飛翔中に合体させ、一つのインク滴にしてから記録紙に着弾させる技術が提案されている。このようにインク滴同士を合体させることにより、インクドットの形状がいびつな形状になることを防止することができる。
【０００７】
さらに、上記公報には、駆動信号をインク滴の吐出数に応じて別々に生成するのではなく、一種類の駆動信号を生成しておき、吐出数に応じて上記駆動信号の一部を選択的に供給する技術が開示されている。このことにより、駆動信号の生成を容易化することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インク滴の大きさに応じて駆動信号の一部を選択的に供給するインクジェットヘッドでは、インク滴の大きさによって吐出速度が変わるため、インク滴の着弾位置を揃えることが難しかった。
【０００９】
例えば、図２０に示すように、小滴の吐出速度をｖ１、大滴の吐出速度をｖ２（ただし、ｖ１＜ｖ２）とした場合、キャリッジ速度ｖＣはインク滴の大きさに拘わらず一定であるので、小滴の着弾位置Ｌ１と大滴の着弾位置Ｌ２とには、ΔＬだけの位置ずれが生じることになる。しかし、インクジェット式記録の更なる高性能化を図るためには、上記位置ずれを是正し、着弾位置を高精度に揃えることが望まれる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インク滴の大きさに応じて駆動信号の一部を選択的に供給するインクジェットヘッドにおいて、インク滴の着弾位置を揃えることにより、記録の高品質化を図ることにある。
【００１１】
【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ヘッドは、少なくとも大滴のインクと小滴のインクとを選択的に吐出自在なインクジェットヘッドであって、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、それぞれ圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動する複数のパルス信号からなる大滴吐出用信号を含む駆動信号を生成する信号生成部と、大滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号のすべてのパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する一方、小滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する信号選択部とを備え、前記駆動信号のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号のうち先頭のパルス信号は、所定の基準電位を前側のパルスベースとし且つ所定の基準パルス高さをパルス高さとするパルス信号であり、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側のパルスベースとし且つパルス高さが前記基準パルス高さよりも低いパルス信号が含まれているものである。
【００１２】
このことにより、大滴吐出時には大滴吐出用信号のすべてのパルス信号が選択される一方、小滴吐出時には大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号が選択されるので、大滴を吐出する場合には、小滴を吐出する場合に比べて、吐出動作が早めに開始されることになる。
【００１３】
ところで、何らの工夫も施さなければ、大滴は小滴よりも吐出速度が大きくなる。そのため、大滴と小滴の着弾位置はずれるおそれがある。しかし、上記インクジェットヘッドでは、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側パルスベースとし且つパルス高さが基準パルス高さよりも低いパルス信号（以下、低パルス信号という）が含まれている。そのため、大滴の吐出速度は、小滴の吐出速度よりも小さくなる。したがって、大滴の吐出タイミングが小滴の吐出タイミングよりも早いにも拘わらず、大滴と小滴との着弾位置のずれは少なくなる。その結果、高品質の記録を得ることができる。
【００１４】
また、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号のうち先頭のパルス信号は、所定の基準電位を前側パルスベースとし且つ所定の基準パルス高さをパルス高さとするパルス信号である。そのため、小滴を吐出する際に信号選択のタイミングに若干の遅れが生じたとしても、アクチュエータに供給される信号の波形がいびつになることはない。そのため、所定の波形の信号が安定して供給されるため、吐出性能を安定化させることができる。
【００１５】
前記インクジェットヘッドにおいて、駆動信号は、大滴吐出用信号の前又は後に、１又は２以上のパルス信号からなり第３のインク滴を吐出する第３インク滴吐出用信号を含んでいてもよい。
【００１６】
このことにより、大滴及び小滴に加え、第３のインク滴が吐出されるため、多階調記録の階調数を増加させることができる。なお、ここでいう「第３の」とは、大滴及び小滴と異なるインク滴であることを意味しており、一印刷周期中に吐出されるインク滴の順番を意味するものではない。
【００１７】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号のうち小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側のパルスベースとし且つパルス高さが前記基準パルス高さよりも低いパルス信号（以下、低パルス信号という）が含まれていてもよい。
【００１８】
このことにより、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に含まれる低パルス信号の個数又はパルス高さを調整することにより、大滴及び小滴の着弾位置が第３のインク滴の着弾位置と揃うように大滴及び小滴の吐出速度を調整することができる。したがって、第３のインク滴を基準として、各インク滴の着弾位置を合わせることが可能となる。
【００１９】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号が含まれていてもよい。
【００２０】
このことにより、第２のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度は第１のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度よりも小さくなる。小滴吐出時に選択されるパルス信号には第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出時に選択されるパルス信号には第２のパルス信号が含まれているので、大滴の吐出速度は、小滴の吐出速度よりも小さくなる。したがって、大滴と小滴との着弾位置のずれは少なくなる。
【００２１】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号と、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号とが含まれていてもよい。
【００２２】
このことにより、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に含まれる第２のパルス信号の個数又は電位変化時間を調整することにより、大滴及び小滴の吐出速度を、大滴及び小滴の着弾位置が第３のインク滴の着弾位置と揃うように調整することができる。したがって、第３のインク滴を基準として、各インク滴の着弾位置を合わせることが可能となる。
【００２３】
本発明に係るインクジェットヘッドは、少なくとも大滴のインクと小滴のインクとを選択的に吐出自在なインクジェットヘッドであって、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、それぞれ圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動する複数のパルス信号からなる大滴吐出用信号を含む駆動信号を生成する信号生成部と、大滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号のすべてのパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する一方、小滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する信号選択部とを備え、前記駆動信号のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号が含まれているものである。
【００２４】
このことにより、第２のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度は第１のパルス信号により吐出されるインク滴の吐出速度よりも小さくなる。小滴吐出時に選択されるパルス信号には第１のパルス信号が含まれ、大滴吐出時に選択されるパルス信号には第２のパルス信号が含まれているので、大滴の吐出速度は、小滴の吐出速度よりも小さくなる。したがって、大滴の吐出タイミングは小滴の吐出タイミングよりも早いにも拘わらず、大滴と小滴との着弾位置のずれは少なくなる。その結果、高品質の記録を得ることができる。
【００２５】
前記インクジェットヘッドにおいて、駆動信号は、大滴吐出用信号の前又は後に、１又は２以上のパルス信号からなり第３のインク滴を吐出する第３インク滴吐出用信号を含んでいてもよい。
【００２６】
このことにより、大滴及び小滴に加え、第３のインク滴が吐出されるため、多階調記録の階調数を増加することができる。
【００２７】
前記インクジェットヘッドにおいて、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に、前記第２のパルス信号が含まれていてもよい。
【００２８】
このことより、小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に含まれる第２パルス信号の個数又は電位変化時間を調整することにより、大滴及び小滴の吐出速度を、大滴及び小滴の着弾位置が第３のインク滴の着弾位置と揃うように調整することができる。したがって、第３のインク滴を基準として、各インク滴の着弾位置を合わせることが可能となる。
【００２９】
前記インクジェットヘッドにおいて、大滴吐出用信号に含まれる最後のパルス信号は、インクを吐出しない程度にアクチュエータを駆動する補助パルス信号であることが好ましい。
【００３０】
このことにより、補助パルス信号の印加により、インク吐出後のメニスカス振動は減少する。残留振動が抑制されることにより、吐出性能が向上する。
【００３１】
なお、本発明に係るインクジェット式記録装置は、前記インクジェットヘッドを備えるものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、大滴と小滴の着弾位置を高精度に揃えることができる。また、大滴及び小滴に加えて第３のインク滴を吐出する場合に、大滴及び小滴の着弾位置を第３インク滴の着弾位置に合わせて揃えることができる。したがって、多階調記録の高品質化を促進することができる。
【００３３】
【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。
【００３４】
＜駆動信号と吐出性能との関係＞
本発明の実施形態の説明に先立ち、駆動信号と吐出性能との関係について説明する。
【００３５】
図１は、駆動信号の波形とアクチュエータの変位とインクメニスカスの状態との関係を示した図である。駆動信号は、基準電位Ｖ０とピーク電位Ｖ１とを有するパルス信号Ｐである。ピーク電位Ｖ１は、圧力室を減圧するようにアクチュエータを駆動する電位であり、言い換えると、圧力室の容積を増大させるようにアクチュエータを駆動する電位である。本駆動信号は、圧力室をいったん減圧してから加圧する信号であり、インクメニスカスをいったんノズル内に引き込んだ後に押し出す信号（いわゆる引き押し波形の信号）である。なお、図１及び後述する図２〜４の駆動信号では、共振を利用するために、パルス信号Ｐの電位降下波形Ｓ１の開始時から電位上昇波形Ｓ３の開始時までの時間は、ヘルムホルツ周期の半周期に設定されている。図２〜図４の駆動信号との比較のため、以下では図１の上記駆動信号を基本信号と称することとする。
【００３６】
ここで、吐出されるインクの液滴量は、アクチュエータの変位量とメニスカスの引き込み量とに影響され、上記変位量と上記引き込み量との差と液滴量との間には、相関関係が見られる。また、液滴の吐出速度は、アクチュエータの変位速度（つまり、図１におけるアクチュエータ変位曲線の傾き）と相関関係がある。
【００３７】
図２に示すように、パルス信号Ｐの電位降下波形Ｓ１の傾きを緩やかにすると、アクチュエータの変位量は減少するが、メニスカスの引き込み量も減少する。そのため、吐出されるインクの液滴量ｍ２は、基本信号により吐出されるインクの液滴量ｍ１とほぼ同等か、あるいはｍ１よりも若干小さな値となる。一方、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きは緩やかになる。そのため、吐出速度ｖ２は、基本信号により吐出されるインクの吐出速度ｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ２≦ｍ１、ｖ２＜ｖ１となる。
【００３８】
図３に示すように、吐出速度がｖ２とほぼ等しくなるようにパルス信号Ｐの電位上昇波形Ｓ３の傾きを緩やかにすると、メニスカスの引き込み量は基本信号の場合と変わらないが、アクチュエータの変位量は若干減少する。そのため、液滴量ｍ３は、ｍ２よりも少なくなる。また、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きが緩やかになり、吐出速度ｖ３はｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ３＜ｍ２≦ｍ１、ｖ３≒ｖ２＜ｖ１となる。
【００３９】
図４に示すように、吐出速度がｖ２とほぼ等しくなるようにパルス信号Ｐのパルス高さを若干下げると、アクチュエータの変位量は減るが、メニスカスの引き込み量も基本信号の場合よりも若干減少する。そのため、液滴量ｍ４はｍ１より小さくなるが、ｍ３よりは大きくなる。また、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きが緩やかになり、吐出速度ｖ４はｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ３＜ｍ４＜ｍ１、ｖ４≒ｖ３≒ｖ２＜ｖ１となる。
【００４０】
以上のように、液滴量に関しては、ｍ３＜ｍ２≦ｍ１、ｍ３＜ｍ４＜ｍ１という関係が見られ、吐出速度に関しては、ｖ４≒ｖ３≒ｖ２＜ｖ１という関係が見られる。
【００４１】
実際に図１〜図４の駆動信号を用い、吐出速度と液滴量とを測定する実験を行った。図５に、測定条件と測定結果とを示す。本実験から、上記関係が正しいことが確認された。
【００４２】
＜実施形態１＞
図６は、インクジェット式記録装置としてのプリンタ２０の概略構成を示している。プリンタ２０は、キャリッジ１６に固定されたインクジェットヘッド１を備えている。キャリッジ１６には、図６では図示を省略するキャリッジモータ２８（図１１参照）が設けられている。キャリッジ１６は、キャリッジモータ２８によって主走査方向（図６及び図７に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸１７にガイドされ、その方向に往復移動するように構成されている。インクジェットヘッド１はキャリッジ１６に搭載されているので、インクジェットヘッド１もキャリッジ１６の往復移動に伴って主走査方向Ｘに往復移動する。なお、このキャリッジ１６、キャリッジ軸１７及びキャリッジモータ２８により、インクジェットヘッド１と記録紙４１とを相対移動させる移動手段が構成されている。
【００４３】
記録紙４１は、図６では図示を省略する搬送モータ２６（図１１参照）によって回転駆動される２つの搬送ローラ４２に挟まれており、この搬送モータ２６及び各搬送ローラ４２により、主走査方向Ｘと直交する副走査方向（図６及び図７に示すＹ方向）に搬送される。
【００４４】
図７〜図１０に示すように、インクジェットヘッド１は、インクを収容する複数の圧力室４と各圧力室４にそれぞれ連通する複数のノズル２とが形成されたヘッド本体４０と、各圧力室４内のインクに圧力を付与するアクチュエータ１０とを有している。アクチュエータ１０は、圧電素子１３を有するピエゾ式のアクチュエータであって、圧電素子１３に固着した振動板１１がたわみ変形を行ういわゆるたわみ振動型のアクチュエータである。このアクチュエータ１０は、圧力室４の縮小及び拡大に伴う圧力室４内の圧力変化によって、ノズル２からインク滴を吐出し且つ圧力室４にインクを充填する。
【００４５】
図７に示すように、圧力室４は、インクジェットヘッド１の内部に主走査方向Ｘに延びるように長溝状に形成され、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて配設されている。圧力室４の一端部（図７の右側の端部）には、ノズル２が設けられている。ノズル２，２，…は、インクジェットヘッド１の下面において、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて開口するように設けられている。圧力室４の他端部（図７の左側の端部）は、インク供給路５の一端部に連続している。各インク供給路５の他端部は、副走査方向Ｙに延びるインク供給室３に連続している。
【００４６】
図８に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズル２が形成されたノズルプレート６と、圧力室４及びインク供給路５を区画形成する区画壁７と、アクチュエータ１０とが順に積層されて構成されている。このノズルプレート６は厚さ２０μｍのポリイミド板からなり、区画壁７は厚さ４８０μｍのステンレス製ラミネート板またはステンレスと感光性ガラスとのラミネート板からなっている。
【００４７】
図９及び図１０に誇張して示すように、アクチュエータ１０は、圧力室４を覆う振動板１１と、振動板１１を振動させる薄膜の圧電素子１３と、個別電極１４とが順に積層されて構成されている。振動板１１は、厚さ２μｍのクロム板からなっていて、個別電極１４と共に圧電素子１３に電圧を印加するための共通電極としての機能をも有している。圧電素子１３は、圧力室４に対応して設けられており、厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）等を好適に用いることができる。本実施形態では、圧電素子１３の厚みは３μｍに設定されている。個別電極１４は厚さ０．１μｍの白金板からなっており、アクチュエータ１０の全体の厚さは約５μｍとなっている。なお、互いに隣接する圧電素子１３及び個別電極１４の間には、ポリイミドからなる絶縁層１５が設けられている。
【００４８】
次に、図１１のブロック図を参照しながら、プリンタ２０の制御回路３５を説明する。制御回路３５は、ＣＰＵからなる主制御部２１と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ２２と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ２３と、搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８とをそれぞれ駆動制御するためのドライバ回路２５，２７及びモータ制御回路２４と、印刷データを受信するデータ受信回路２９と、駆動信号発生回路３０と、選択回路３１とを備えている。選択回路３１には、アクチュエータ１０が接続されている。駆動信号発生回路３０は、一印刷周期内に複数のパルス信号を有する駆動信号を発生させる。なお、駆動信号の詳細については後述する。選択回路３１は、インクジェットヘッド１がキャリッジ１６と共に主走査方向Ｘに移動しているときに、上記駆動信号に含まれる１または２以上の駆動パルスをアクチュエータ１０に選択的に入力させる。これら駆動信号発生回路３０及び選択回路３１により、アクチュエータ１０に所定の駆動信号を供給する信号供給手段３２が構成されている。
【００４９】
次に、プリンタ２０の動作について説明する。まず、プリンタ本体（図示せず）から画像データが送信され、データ受信回路２９がこの画像データを受信すると、主制御部２１がＲＯＭ２２に記憶された処理ルーチンに基づいて、モータ制御回路２４及びドライバ回路２５，２７を介して搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８をそれぞれ制御すると共に、駆動信号発生回路３０に駆動信号を発生させる。さらに、主制御部２１は、上記画像データに基づいて、選択回路３１に対し選択すべきパルス信号の情報を出力する。そして、選択回路３１は、上記情報に基づいて、複数の駆動パルスのうちから所定の１または２以上の駆動パルスを選択してアクチュエータ１０に供給する。
【００５０】
一印刷周期内に印加される複数のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期、すなわちノズル２及び圧力室４のヘルムホルツ周期以下に設定されている。なお、ここでいうヘルムホルツ周期とは、インクだけでなくアクチュエータ１０の影響をも含めた振動系全体の固有周期（共振周期）をいう。また、上記複数のパルス信号は、これらパルス信号の印加により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定されている。また、上記複数のパルス信号は、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように設定されている。
【００５１】
次に、図１２を参照しながら、駆動信号の詳細について説明する。本駆動信号は、大滴又は小滴を選択的に吐出する信号である。本駆動信号は、パルスＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２、及びＰ４からなる大滴吐出用信号Ｐ１によって構成されている。この大滴吐出用信号Ｐ１は、一印刷周期Ｔごとに生成されるものである。
【００５２】
すなわち、大滴吐出用信号Ｐ１は、それぞれインクを吐出するようにアクチュエータ１０を駆動する第１パルスＰ１１、第２パルスＰ１２、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２を有している。また、大滴吐出用信号Ｐ１は、第４パルスＰ２２の後に、インクを吐出しない程度にアクチュエータ１０を駆動する補助パルスＰ４を有している。
【００５３】
第３パルスＰ２１、第４パルスＰ２２及び補助パルスＰ４は、小滴を吐出するときに選択回路３１によって選択されるパルスである。一方、大滴を吐出するときには、大滴吐出用信号Ｐ１のすべてのパルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ４が選択されることになる。
【００５４】
各パルスは、圧力室４をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータ１０を駆動するパルス信号であり、言い換えると、アクチュエータ１０に引き押し動作（いわゆるプルプッシュ動作）を行わせることによってインク滴を吐出させる信号である。
【００５５】
第１パルスＰ１１、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２は、前側のパルスベースの電位が所定の基準電位ＶＨ１と等しいパルスである。一方、第２パルスＰ１２は、前側のパルスベースの電位ＶＨ２が上記基準電位ＶＨ１よりも小さなパルスである。第２パルスＰ１２のパルス高さは、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２のパルス高さよりも低くなっている。
【００５６】
なお、第１パルスＰ１１や第２パルスＰ１２のように、パルスによっては、パルスの前後においてパルスベースの電位の値が異なっている場合がある。そこで本明細書においては、パルス高さは、前側パルスベースの電位とピーク電位との差をいうものとする。
【００５７】
インク吐出用のパルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２のピーク電位は、いずれも接地電位（ＧＮＤ）ＶＬに設定されている。その理由は、図１３（ａ）に示すように、ピーク電位が接地電位でない場合、ピーク電位後に電位を上昇させる際に誤差が生じやすく、基準電位の値ＶＨ＝ＶＬ１＋ΔＶが不安定になりやすいからである。これに対し、図１３（ｂ）に示すように、ピーク電位ＶＬを接地電位とすれば、基準電位の値ＶＨ２＝ΔＶは安定しやすく、ピーク高さを正確に調整しやすくなる。
【００５８】
補助パルスＰ４は、パルス高さがパルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２のいずれのパルスよりも低いものである。この補助パルスＰ４は、インク吐出後のインクメニスカス振動を低減するように設定されている。
【００５９】
次に、インクの吐出動作について説明する。大滴を吐出する際には、大滴吐出用信号Ｐ１のすべてのパルスが選択され、アクチュエータ１０に供給される。これにより、第１パルスＰ１１によって第１のインク滴が吐出され、第２パルスＰ１２によって第２のインク滴が吐出され、第３パルスＰ２１によって第３のインク滴が吐出され、第４パルスＰ２２によって第４のインク滴が吐出される。そして、それら第１〜第４のインク滴は飛翔中に合体し、大径のインク滴となって記録紙に着弾する。
【００６０】
なお、ここでいうインク滴の合体とは、完全に分離しているインク滴同士が空中で一体となる場合だけでなく、各々の一部がつながっているものの各インク滴の存在が分かる程度に分かれているインク滴同士が、各インク滴の存在が分からない程度に一定化する場合も含まれる。
【００６１】
一方、小滴を吐出する際には、第３パルスＰ２１、第４パルスＰ２２及び補助パルスＰ４からなる小滴吐出用パルスＰ２が選択される。その結果、第３パルスＰ２１によって第３のインク滴が吐出され、第４パルスＰ２２によって第４のインク滴が吐出される。そして、それら第３及び第４インク滴は飛翔中に合体し、小径のインク滴となって記録紙に着弾する。
【００６２】
ところで、大滴を吐出する際に、第２パルスＰ１２は、第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２に比べてパルス高さが低いため、第１インク滴及び第２インク滴は、第３インク滴及び第４インク滴よりも吐出速度が小さくなる。そのため、第１〜第４インク滴が合体してなる大滴は、第３及び第４インク滴が合体してなる小滴に比べると、吐出速度が小さくなる。したがって、大滴と小滴の着弾位置のずれは少なくなり、高品質の記録を実現することができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、第２パルスＰ１２のパルス高さを微調整することが可能である。そして、第２パルスＰ１２のパルス高さを微調整することにより、大滴と小滴の着弾位置を高精度に一致させることができる。したがって、本実施形態によれば、多階調記録の品質を飛躍的に向上させることができる。
【００６４】
インク吐出用パルスの後側に補助パルスＰ４を設けているので、インク吐出後のメニスカスの残留振動を抑制することができる。特に、大滴吐出用信号Ｐ１に含まれる後側のパルスＰ２を選択的に供給することによって小滴を吐出しているので、小滴吐出時にも補助パルス信号Ｐ４が供給される。したがって、小滴吐出時にも、メニスカスの残留振動を抑制することができる。このようにメニスカスの残留振動が比較的短時間の間に無くなるので、印刷周期Ｔを短くすることが可能となる。したがって、ヘッドの応答性を高くすることができる。
【００６５】
大滴吐出用信号に含まれる後側のパルスを選択的に供給することによって小滴を吐出しているので、大滴吐出用信号の後に別個新たな小滴吐出用信号を設ける必要はない。したがって、この点においても応答性の向上が図られている。
【００６６】
小滴吐出時に選択されるパルスのうち先頭のパルスＰ２１では、前側パルスベースは基準電位ＶＨ１と一致している。そのため、信号選択の際に時間遅れが生じたとしても、波形がいびつになることはない。すなわち、図１４（ａ）に示すように、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１と一致していない場合には、選択に際して時間遅れΔｔが生じると、アクチュエータに供給される信号の波形はいびつな形になる。これに対し、図１４（ｂ）に示すように、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１と一致する場合には、時間遅れΔｔが生じたとしても、アクチュエータに供給される信号の波形はいびつな形にはならない。したがって、本実施形態によれば、小滴吐出時の吐出性能を安定化することができる。また、選択のタイミングに際し必要とされる精度を緩和することができ、制御回路のコスト低減を図ることができる。
【００６７】
＜実施形態２＞
実施形態２は、実施形態１において、駆動信号に変更を加えたものである。本実施形態は、実施形態１の大滴及び小滴に加え、第３のインク滴を吐出自在に構成されているものである。具体的には、実施形態１の小滴よりも更に小さなインク滴を吐出自在とし、大滴、中滴及び小滴の３種類のインク滴を選択的に吐出するものである。
【００６８】
図１５に示すように、本実施形態に係る駆動信号は、大滴吐出用信号Ｐ１の前側に、第３インク滴吐出用信号として、小滴吐出用信号Ｐ３を有している。なお、本実施形態では、小滴吐出用信号Ｐ３によって吐出されるインク滴が最も小さなインク滴となるため、実施形態１における小滴は本実施形態では中滴となる。
【００６９】
本実施形態では、小滴の着弾位置を基準として、中滴及び大滴の着弾位置が設定されている。そのため、大滴吐出用信号Ｐ１における後側のパルスにも、前側パルスベースが基準電位よりも小さなパルスＰ２２が含まれている。
【００７０】
小滴吐出用信号Ｐ３は、パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、パルス高さが基準高さ（＝ＶＨ１−ＶＬ）のパルス信号である。大滴吐出用信号Ｐ１の第１パルスＰ１１では、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも小さな電位ＶＨ３である。第２パルスＰ１２は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも小さな電位ＶＨ３であり、パルス高さ（＝ＶＨ３−ＶＬ。以下、第１パルス高さという）が基準高さよりも低いパルス信号である。第３パルスＰ２１は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも小さく且つ上記電位ＶＨ３よりも大きな電位ＶＨ２であり、パルス高さが基準高さのパルス信号である。第４パルスＰ２２は、前側パルスベースが上記電位ＶＨ２であり、パルス高さ（＝ＶＨ２−ＶＬ。以下、第２パルス高さという）が基準高さよりも低いパルス信号である。
【００７１】
第２パルス高さ及び第３パルス高さのそれぞれは、小滴、中滴及び大滴の着弾位置が一致するように設定されている。
【００７２】
選択回路３１は、小滴を吐出するときには小滴吐出用信号Ｐ３のみを選択し、中滴を吐出するときには大滴吐出用信号Ｐ１における後側のパルスＰ２１，Ｐ２２，Ｐ４のみを選択し、大滴を吐出するときには大滴吐出用信号Ｐ１のみを選択する。
【００７３】
小滴吐出時には、小滴吐出用パルスＰ３により単一のインク滴が吐出され、小滴として記録紙に着弾する。中滴吐出時には、大滴吐出用信号Ｐ１の第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２によって２つのインク滴が吐出され、それらは合体して中滴となり、記録紙に着弾する。大滴吐出時には、大滴吐出用信号Ｐ１の第１〜第４パルスＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２によって４つのインク滴が吐出され、それらは合体して大滴となり、記録紙に着弾する。
【００７４】
本実施形態では、図１６に示すように、インク滴の吐出タイミングは小滴Ｄ１、大滴Ｄ２、中滴Ｄ３の順に遅くなる。しかし、小滴Ｄ１の吐出速度ｖ１、大滴Ｄ２の吐出速度ｖ２、及び中滴Ｄ３の吐出速度ｖ３はｖ１＜ｖ２＜ｖ３であり、小滴、中滴及び大滴の着弾位置は、小滴の着弾位置を基準として互いに一致する。なお、図１６における符号ｖＣは、ヘッド１のキャリッジ速度である。
【００７５】
以上のように、本実施形態によれば、３階調の記録を行う記録装置において、記録品質の向上を図ることができる。
【００７６】
＜実施形態３＞
実施形態１及び２は、パルス信号のパルス高さを変更することによって吐出速度を調整するものであったが、実施形態３は、パルス信号の立ち下がり波形の傾きを変更することによって吐出速度を調整するものである。
【００７７】
図１７に示すように、本実施形態に係る駆動信号も実施形態２と同様に、一印刷周期Ｔ内に小滴吐出用信号Ｐ３と大滴吐出用信号Ｐ１とを有している。大滴吐出用信号Ｐ１には、中滴吐出時には選択されない第１パルスＰ１１及び第２パルスＰ１２と、中滴吐出時にも選択される第３パルスＰ２１及び第４パルスＰ２２と、補助パルスＰ４とが含まれる。
【００７８】
本実施形態では、インク吐出用のパルス、すなわちパルスＰ３，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２は、基準電位ＶＨ１をパルスベースとし且つ接地電位ＶＬをピーク電位とするパルスである。小滴吐出用信号Ｐ３、第２パルスＰ１２、及び第４パルスＰ２２は、基準電位ＶＨ１からピーク電位ＶＬまでの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下に設定されている。これらのパルスは、本発明でいうところの「第１のパルス信号」となる。一方、第１パルスＰ１１及び第３パルスＰ２１の基準電位ＶＨ１からピーク電位ＶＬまでの電位変化時間ｔ１１，ｔ２１は、ヘルムホルツ周期以下であり且つ小滴吐出用信号Ｐ３等の上記電位変化時間よりも長い。これらのパルスは、本発明でいうところの「第２のパルス信号」となる。なお、第１パルスＰ１１の電位変化時間ｔ１１は、第３パルスＰ２１の電位変化時間ｔ２１よりも長くなっている。
【００７９】
本実施形態においても、小滴、大滴、中滴の吐出速度ｖ１、ｖ２、ｖ３は、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３となり、小滴の着弾位置を基準として各インク滴の着弾位置が一致する。したがって、本実施形態においても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
＜実施形態４＞
実施形態４は、パルス信号のパルス高さと立ち下がり波形の傾きとを変更することにより、吐出速度を調整するものである。
【００８１】
図１８に示すように、本実施形態に係る駆動信号も、一印刷周期Ｔ内に小滴吐出用信号Ｐ３と大滴吐出用信号Ｐ１とを有している。本実施形態の駆動信号では、小滴吐出用信号Ｐ３はパルスＰ３１及びパルスＰ３２からなり、大滴吐出用信号Ｐ１における中滴吐出時に選択されないパルスは、第１パルスＰ１１及び第２パルスＰ１２からなり、大滴吐出用信号Ｐ１における中滴吐出時に選択されるパルスは、第３パルスＰ２１と第４パルスＰ２２と第５パルスＰ２３と補助パルスＰ４とからなっている。
【００８２】
小滴吐出用信号Ｐ３のパルスＰ３１及びパルスＰ３２は、基準電位ＶＨ１をパルスベースとし、パルス高さが基準パルス高さ（＝ＶＨ１−ＶＬ）のパルス信号である。パルスＰ３１及びパルスＰ３２の立ち下がり波形の時間は、ヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下に設定されている。
【００８３】
大滴吐出用信号Ｐ１の第１パルスＰ１１は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが第３基準電位ＶＨ３（＜ＶＨ１）のパルス信号である。第２パルスＰ１２は、前側パルスベースが第３基準電位ＶＨ３であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１のパルス信号である。第３パルスＰ２１は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが第２基準電位ＶＨ２のパルス信号である。なお、第２基準電位ＶＨ２は、基準電位ＶＨ１よりも小さく且つ第３基準電位ＶＨ３よりも大きい。第４パルスＰ２２は、前側パルスベースが第２基準電位ＶＨ２であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１のパルス信号である。第５パルスＰ２３は、前側パルスベースが基準電位ＶＨ１であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１よりも大きな電位ＶＨ０のパルスである。補助パルスＰ４は、前側パルスベースが電位ＶＨ０であり、後側パルスベースが基準電位ＶＨ１のパルスである。
【００８４】
本実施形態においても、各パルスの立ち下がり波形の時間及びパルス高さは、小滴、中滴及び大滴の着弾位置が小滴の着弾位置を基準として一致するように設定されている。
【００８５】
本実施形態においても、小滴、大滴、中滴の吐出速度ｖ１、ｖ２、ｖ３は、ｖ１＜ｖ２＜ｖ３となり、小滴の着弾位置を基準として各インク滴の着弾位置が一致する。したがって、本実施形態においても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、中滴又は大滴の着弾位置を基準として、他のインク滴の着弾位置を設定することも可能である。図１８に示すように、各滴の吐出開始時刻を各波形の最初のパルスにおけるピーク電位波形の終了時刻と定義すると、小滴の吐出開始時刻はＳ１，中滴の吐出開始時刻はＳ３、大滴の吐出開始時刻はＳ２となる。ここで、ノズルから記録紙までの距離を１ｍｍとした場合、小滴、中滴、大滴の吐出から着弾までの時間をそれぞれα［μｓ］、β［μｓ］、γ［μｓ］とすると、Ｓ２−Ｓ１＝ａ［μｓ］、Ｓ３−Ｓ１＝ｂ［μｓ］に対し、β＝α−ｂ、γ＝α−ａとすることにより、各インク滴の着弾位置を一致させることができる。すなわち、小滴、中滴及び大滴のいずれか一つの着弾位置を基準として、すべてのインク滴の着弾位置を揃えることが可能となる。
【００８７】
＜実施例＞
実施例として、図１９に示す駆動信号を用いて小滴、中滴、大滴を吐出させ、それらの着弾位置を計測した。各パラメータの値は、下記表１の通りである。なお、ノズルと記録紙との間の間隔は１ｍｍ、ヘッドのヘルムホルツ周期は８μｓであった。時間間隔ｔＣ２は、ヘルムホルツ周期の０．５〜１．５倍に設定され、電位差ＶＣは基準電位ＶＨと接地電位ＶＬとの間の電位差の０．１〜０．３倍に設定されている。本実施例では波形の選択タイミングの精度が±０．５μｓであり、選択した波形がいびつな形にならないように、時間間隔ｔＣ１は１μｓ以上に設定されている。
【００８８】
【表１】
その結果、小滴、中滴、大滴の吐出速度は、それぞれｖ１＝７．６ｍ／ｓ、ｖ３＝９．３ｍ／ｓ、ｖ２＝７．９ｍ／ｓとなり、１０ｋＨｚの周期で３種類のインク滴を選択的に吐出することができ、それらの着弾位置を一致させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図２】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図３】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図４】 駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図５】 駆動信号と吐出性能との関係を調べる確認実験の結果を示す図であり、（ａ）はパラメータの定義を示す波形図であり、（ｂ）は測定条件及び測定結果を示す表である。
【図６】 実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図７】 インクジェットヘッドの部分平面図である。
【図８】 図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】 アクチュエータ近傍の部分断面図である。
【図１０】 図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】 制御回路のブロック図である。
【図１２】 実施形態１に係る駆動信号の波形図である。
【図１３】 （ａ）及び（ｂ）は駆動信号の波形図である。
【図１４】 （ａ）及び（ｂ）は駆動信号の波形図である。
【図１５】 実施形態２に係る駆動信号の波形図である。
【図１６】 （ａ）〜（ｃ）は、インク滴の着弾位置を説明する図である。
【図１７】 実施形態３に係る駆動信号の波形図である。
【図１８】 実施形態４に係る駆動信号の波形図である。
【図１９】 実施例に係る駆動信号の波形図である。
【図２０】 （ａ）及び（ｂ）は、インク滴の着弾位置を説明する図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ ノズル
３ インク供給室
４ 圧力室
１０ アクチュエータ
１１ 振動板
１３ 圧電素子
１４ 個別電極
２０ プリンタ（インクジェット式記録装置）
３０ 駆動信号発生回路（信号生成部）
３１ 選択回路（信号選択部）
３２ 信号供給手段
３５ 制御回路
４０ ヘッド本体
４１ 記録紙（記録媒体）
Claims (10)
- 少なくとも大滴のインクと小滴のインクとを選択的に吐出自在なインクジェットヘッドであって、
ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、
圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、
それぞれ圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動する複数のパルス信号からなる大滴吐出用信号を含む駆動信号を生成する信号生成部と、
大滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号のすべてのパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する一方、小滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する信号選択部とを備え、
前記駆動信号のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、
小滴を吐出するときに選択されるパルス信号のうち先頭のパルス信号は、所定の基準電位を前側のパルスベースとし且つ所定の基準パルス高さをパルス高さとするパルス信号であり、
大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側のパルスベースとし且つパルス高さが前記基準パルス高さよりも低いパルス信号が含まれているインクジェットヘッド。 - 請求項１に記載のインクジェットヘッドであって、
駆動信号は、大滴吐出用信号の前又は後に、１又は２以上のパルス信号からなり第３のインク滴を吐出する第３インク滴吐出用信号を含んでいるインクジェットヘッド。 - 請求項２に記載のインクジェットヘッドであって、
大滴吐出用信号のうち小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に、基準電位よりも低い電位を前側のパルスベースとし且つパルス高さが前記基準パルス高さよりも低いパルス信号が含まれているインクジェットヘッド。 - 請求項１〜３のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドであって、
大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号が含まれ、
大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号が含まれているインクジェットヘッド。 - 請求項２に記載のインクジェットヘッドであって、
大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間がヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号と、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号とが含まれているインクジェットヘッド。 - 少なくとも大滴のインクと小滴のインクとを選択的に吐出自在なインクジェットヘッドであって、
ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、
圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、
それぞれ圧力室をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータを駆動する複数のパルス信号からなる大滴吐出用信号を含む駆動信号を生成する信号生成部と、
大滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号のすべてのパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する一方、小滴を吐出するときには前記大滴吐出用信号の後側の一部のパルス信号を選択して前記アクチュエータに供給する信号選択部とを備え、
前記駆動信号のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、
大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されるパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号が含まれ、
大滴吐出用信号のうち小滴吐出時に選択されないパルス信号には、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号が含まれているインクジェットヘッド。 - 請求項６に記載のインクジェットヘッドであって、
駆動信号は、大滴吐出用信号の前又は後に、１又は２以上のパルス信号からなり第３のインク滴を吐出する第３インク滴吐出用信号を含んでいるインクジェットヘッド。 - 請求項７に記載のインクジェットヘッドであって、
小滴を吐出するときに選択されるパルス信号に、前記第２のパルス信号が含まれているインクジェットヘッド。 - 請求項１〜８のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドであって、
大滴吐出用信号に含まれる最後のパルス信号は、インクを吐出しない程度にアクチュエータを駆動する補助パルス信号であるインクジェットヘッド。 - 請求項１〜９のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドを備えるインクジェット式記録装置。
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