JP4239241B2 - インクジェットプリンタおよびインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル開口部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタおよびインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インク室に連通したノズル開口部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタが普及している。この種のプリンタにおいては、高解像度化のために安定的にインク滴サイズを小さくする方法や、中間階調の画像表現を行うためにドット間でインク滴サイズを変化させる方法等が検討されている。
【０００３】
インク滴サイズを小さくするための方法の一つとして、インク室を膨張させてノズル内のメニスカスと呼ばれるインク先端部の位置をインク室の方向に一旦引き込み、このメニスカスが元の位置に戻る前にインク室を収縮させてノズル開口部よりインク滴を吐出するという方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭５５−１７５８９号公報では、初期状態からインク室の内容積を増加する方向に変位駆動してから初期状態に復元する行程によってインクを噴射する方法が提案されている。そして、この公報には、吸込行程における変位量（インク室の内容積の増加変位量）を変えることで粒径（液滴径）を変えることができる旨が記載されている。
【０００５】
また、例えば特開平２−６１３７号公報では、インク室内の圧力を一度減少させたのち初期状態に復元させる際の印加電圧を変化させてインク滴サイズを制御する方法が提案されている。
【０００６】
また、例えば、特開昭５９−１４３６５２公報では、インク滴の吐出のための主パルスの前に補助パルスを印加してノズル内のメニスカス位置を変化させることによりインク滴サイズを制御する方法が提案されている。
【０００７】
また、例えば特開平５−１６３５９号公報では、補助パルスを印加したのち、インク室内の残留圧力波の周期に合わせて主パルスを印加することでインク滴サイズを制御する方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開昭５５−１７５８９号公報には、吸込行程における変位量を変えることで液滴径を変えることができる旨が示唆されているにすぎず、具体的にインク滴サイズを制御する駆動方法は明らかでなく、インク滴の適切な制御は困難であると考えられる。
【０００９】
また、特開平２−６１３７号公報に記載の方法は、インク室内の圧力を一度減少させたのち初期状態に復元させる際の印加電圧を変化させることでインク滴サイズを制御するものであり、インクの充填を考慮したメニスカスの引き込み位置の制御については何ら示唆がなく、実際上、正確なインク滴サイズの制御は困難である。
【００１０】
特開昭５９−１４３６５２公報および特開平５−１６３５９号公報に記載の方法は、いずれも補助パルスによってノズル内のメニスカス位置を調整した後に主パルスを印加するものであり、補助パルスが必要である。この場合、補助パルスのパルス幅とその波高値、あるいは補助パルスと主パルスとの時間間隔によってメニスカス位置は変化するので、これらの複数のパラメータを調整する必要があった。しかも、前者の公報の記載では、補助パルスとインク滴サイズとの位置との関係が不明確であり、また、後者の公報には、インク位置の変動周期とインク滴サイズとの関係が記述されているものの、ノズル内に引き込まれたメニスカス位置とインク滴サイズとの関係については具体的な記述がなく、実際上、これらの方法によって適切にインク滴サイズを制御することは困難であった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、吐出されるインク滴のサイズを適切に制御することができるインクジェットプリンタおよびインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル開口部と、ノズル開口部に連通するインク室と、インク室にインクを供給するインク供給路と、印加電圧に応じてインク室を膨張または収縮させる圧電素子と、圧電素子によってインク室を膨張させることによりノズル開口部を介して外気に接するインク先端部をインク室の方向に引き込む第１行程と、インク供給路からインク室にインクを供給することによりインク先端部をノズル開口部の方向に前進させる第２行程と、圧電素子によってインク室を収縮させることにより前記ノズル開口部からインク滴を吐出させる第３行程とを制御する行程制御手段とを備えたインクジェットプリンタであって、行程制御手段が、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させて第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を制御することにより、第３行程において吐出されるインク滴の大きさを制御するように構成したものである。ここで、行程制御手段が、さらに、第３行程におけるインク室の収縮量の制御をも行うことによりインク滴の大きさを制御するように構成することも可能である。
【００１３】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するためのノズル開口部と、ノズル開口部に連通するインク室と、インク室にインクを供給するインク供給路と、印可電圧に応じてインク室を膨張または収縮させる圧電素子とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法であって、圧電素子によってインク室を膨張させることによりノズル開口部を介して外気に接するインク先端部をインク室の方向に引き込む第１行程と、インク供給路からインク室にインクを供給することによりインク先端部をノズル開口部の方向に前進させる第２行程と、圧電素子によってインク室を収縮させることにより前記ノズル開口部からインク滴を吐出させる第３行程とを含み、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させて第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を制御することにより、第３行程において吐出されるインク滴の大きさを制御するように構成したものである。ここで、さらに、第３行程におけるインク室の収縮量の制御をも行ってインク滴の大きさを制御するように構成することも可能である。
【００１４】
本発明に係るインクジェットプリンタまたはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法では、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させることにより、第３行程の開始時点、すなわち吐出開始時点におけるインク先端部の位置が調整（選択）され、これにより、インク滴の大きさが制御される。特に、第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を一定にした場合には、インク滴のサイズが一定となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの要部の概略構成を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は本実施の形態に係るインクジェットプリンタによって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００１７】
このインクジェットプリンタ１は、記録用紙２に対してインク滴を吐出して記録を行う記録ヘッド１１と、この記録ヘッド１１にインクを供給するインクカートリッジ１２と、記録ヘッド１１の位置と記録用紙２の紙送りとを制御するヘッド位置・紙送りコントローラ１３と、ヘッド駆動信号により記録ヘッド１１のインク滴吐出動作を制御するヘッドコントローラ１４と、入力される画像データに所定の画像処理を行って記録データとしてヘッドコントローラ１４に供給する画像処理部１５と、ヘッド位置・紙送りコントローラ１３、ヘッドコントローラ１４および画像処理部１５を制御するシステムコントローラ１６とを備えている。ここで、ヘッドコントローラ１４が本発明における「行程制御手段」に対応する。
【００１８】
図２は図１における記録ヘッド１１の斜視断面構造を表し、図３は図２における記録ヘッド１１を矢印Ｚ（図２）の方向から見た断面構造を表す。これらの図に示したように、記録ヘッド１１は、順次積層されたノズルプレート１１１ａ、流路プレート１１１ｂおよび振動プレート１１１ｃを備えて構成されている。これらの各プレートは、例えばガラスやステンレス材等で形成され、図示しない接着剤による接着、またはガラスを溶融して圧着する等の方法により、相互に貼り合わされている。なお、これらの各プレートは、一体に形成するようにしてもよい。
【００１９】
流路プレート１１１ｂの図中上面側には、選択的に凹部が形成されており、この凹部と振動プレート１１１ｃとによって、複数のインク室１１３とこれらのインク室に連通する共通流路１１７とを構成している。共通流路１１７と各インク室１１３との連通部分は挟路となっており、ここから各インク室１１３の方向に向かうに従って流路幅が拡がるような構造となっている。各インク室１１３における共通流路１１７に連通した側と反対側の部分は、流路幅が次第に狭まっていく構造になっており、その終端部の流路プレート１１１ｂには、厚み方向に穿たれた流路孔１１４が設けられている。そして、この流路孔１１４は、最下層のノズルプレート１１１ａに形成された微小なノズル開口１１５へと連通しており、このノズル開口１１５からインク滴が吐出されるようになっている。すなわち、各ノズル開口１１５ごとに、流路孔１４およびインク室１１３が１組として配設されている。ここで、インク室１１３が本発明における「インク室」に対応し、ノズル開口１１５の先端部が本発明における「ノズル開口部」に対応し、共通流路１１７が本発明におけるインク供給路に対応する。
【００２０】
各インク室１１３が形成された領域の振動プレート１１１ｃ上には、図３に示したように、下電極１２１、圧電素子（ピエゾ素子）１２２および上電極１２３が順次積層配置されている。下電極１２１と上電極１２３との間に、図１のヘッドコントローラ１４から入力されたヘッド駆動信号の電圧が印加されると、圧電素子１２２がたわみ、インク室１１３の容積が増大（膨張）したり減少（収縮）するようになっている。ここで、圧電素子１２２が本発明における「圧電素子」に対応する。
【００２１】
本実施の形態では、記録ヘッド１１には、複数のノズル開口１１５が千鳥状に（互い違いに）２列に配列形成されている。各列におけるノズル開口１１５の間隔は等間隔である。一方の列の各ノズル開口１１５に対応するインク室１１３と、他方の列の各ノズル開口１１５に対応するインク室１１３とは、ノズル開口１１５の配列に関して互いに反対側に設けられ、千鳥状の配列をなしている。なお、ノズル開口１１５は、上記のように千鳥状に２列に配列するのではなく、例えば、一直線上にのみ等間隔で配列するようにしてもよく、また、その他の配列としてもよい。
【００２２】
共通流路１１７は、図１に示したインクカートリッジ１２に連通している。このインクカートリッジ１２は、共通流路１１７を経て各インク室１１３にインクを常時一定速度で供給するようになっている。このインクの供給は、例えば毛細管現象を利用して行うことができるが、そのほか、インクカートリッジ１２に所定の加圧機構を設けて加圧することで行うようにしてもよい。記録ヘッド１１は、図示しないキャリッジ駆動モータおよびこれに付随するキャリッジ機構によって記録用紙２の紙送り方向と直交する方向に往復移動しながらインク滴を吐出することにより、記録用紙２に画像を記録するようになっている。
【００２３】
図４は図１におけるヘッドコントローラ１４の回路構成を表すものである。この図に示したように、ヘッドコントローラ１４は、マイクロプロセッサ等から構成されてヘッドコントローラ１４全体を制御する主制御部１４１と、主制御部１４１が実行するプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）１４２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなり、主制御部１４１による所定の演算や一時的なデータ記憶等に用いられるワークメモリ１４３と、不揮発性メモリからなる駆動電圧波形記憶部１４４と、タイマ機能を有するカウンタ１４５と、駆動電圧波形記憶部１４４から読み出されたディジタルデータをアナログに変換するためのディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１４６と、Ｄ／Ａコンバータ１４６の出力を増幅してヘッド駆動信号として出力するアンプ１４７とを備えている。
【００２４】
駆動電圧波形記憶部１４４は、記録ヘッド１１を駆動するヘッド駆動信号の電圧波形を示すデータ（以下、波形データという。）を記憶するためのものである。この波形データは、各画素ドットを形成するためのインク滴のサイズに対応した様々な形の駆動電圧波形を含むものであり、より具体的には、図２における下電極１２１と上電極１２３との間に印加されて圧電素子１２２を駆動する電圧の波形（後述する図５（ａ）におけるＡ〜Ｅの波形）をディジタル化したものである。なお、図４では、ヘッドコントローラ１４から出力されるヘッド駆動信号を１つだけ図示しているが、実際には、図２におけるノズル開口１１５の数（すなわち、圧電素子１２２の数）に対応した数のヘッド駆動信号が並列に出力されるようになっている。
【００２５】
カウンタ１４５は、本プリンタの動作タイミングの基準クロックとしてシステムコントローラ１６から入力される吐出タイミングクロック（図示せず）によってリセットされると共に、このリセット時点からカウントアップを開始して、上記した波形データによって定まる所定の時間の経過後に主制御部１４１にタイムアップ信号を出力するようになっている。このタイムアップ信号は、後述するように、第１行程の開始トリガとなるものである。
【００２６】
次に、以上のような構成のインクジェットプリンタの動作を説明する。
【００２７】
まず、図５を参照して、記録ヘッド１１の基本的な動作を説明する。ここで、図５（ａ）は記録ヘッド１１の下電極１２１，上電極１２３間に印加される駆動電圧波形の一例を表し、図５（ｂ）はこの駆動電圧波形の主な時点Ａ〜Ｆにおけるインク室１１３の状態を表し、図５（ｃ）はＡ〜Ｆの各時点におけるノズル開口１１５の状態を表すものである。なお、図５（ｃ）では、説明の便宜上、ノズル開口１１５を上向きに描いている。
【００２８】
ここで、記録ヘッド１１の３つの動作行程の定義を行う。図５（ａ）において、まず、駆動電圧を第１の電圧Ｖ１から電圧０に変化させる行程（ＡからＢまで）を第１行程とし、これに要する時間をｔ１とする。また、電圧０を保持して待つ行程（ＢからＣまで）を第２行程とし、これに要する時間をｔ２とする。さらに、電圧０から第２の電圧Ｖ２に変化させる行程（ＣからＤまで）を第３行程とし、これに要する時間をｔ３とする。なお、以下の説明では、第１の電圧Ｖ１を引き込み電圧といい、第２の電圧Ｖ２を吐出電圧という。なお、本実施の形態では、第３行程の所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２を一定にしておくものとする。
【００２９】
この記録ヘッド１１は、一定の周波数（例えば１〜１０ｋＨｚ程度）で駆動されるようになっており、この駆動周波数に対応してインク滴の吐出タイミング周期Ｔ（すなわち、吐出タイミングクロックの周期）が定まる。第３行程の開始時点である時点Ｃおよび時点Ｇ等は、上記した吐出タイミングクロックに同期しており、これらの各吐出タイミングクロックに先立ってそれぞれ第１および第２行程が行われるようになっている。
【００３０】
まず時点Ａおよびそれ以前においては、図５（ｂ）の状態ＰA のように、圧電素子１２２への電圧Ｖ１の印加により振動プレート１１２ｃは内側にわずかにたわんだ状態で静止し、インク室１１３は収縮状態となっている。時点Ａにおいて、ノズル開口１１５内におけるメニスカス（インク先端部）の位置は、図５（ｃ）の状態ＭA に示したように、ノズル開口１１５の端部（以下、開口端という。）と同位置となっているものとする。
【００３１】
次に、時点Ａの電圧Ｖ１から時点Ｂの電圧０へと駆動電圧を減少させる第１行程を行うと、圧電素子１２２への印加電圧が０になるので振動プレート１１２ｃのたわみがなくなり、インク室１１３は膨張する（図５（ｂ）の状態ＰB ）。このため、ノズル開口１１５内におけるメニスカスはインク室１１３の方向に引き込まれ、時点Ｂでは、例えば図５（ｃ）のＭB の状態にまで後退する（すなわち、開口端から遠ざかる）。
【００３２】
ここで、後述するように、時点Ａと時点Ｂとの電位差Ｖ１である引き込み電圧Ｖ１の大きさを変更することで第１行程におけるメニスカスの引き込み量を変えることができるので、間接的に、次の第２行程の終了時点、すなわち第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調整することが可能である。このメニスカス位置、すなわち開口端からメニスカスまでの距離は、第３行程において吐出されるインク滴のサイズに大きく影響するので、これを調整することでインク滴のサイズを制御することができる。すなわち、この第１行程におけるメニスカスの引き込み量を変えることでインク滴のサイズを制御することが可能である。なお、第１行程に要する時間ｔ１は、本実施の形態では、適切な値に固定するものとして説明するが、必要に応じて可変にしてもよい。
【００３３】
次に、時点Ｂから時点Ｃまでの時間ｔ２の間、駆動電圧を０に固定して振動プレート１１２ｃのたわみがない状態を維持することでインク室１１３の容積を一定に保つ第２行程を行う。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル開口１１５内におけるメニスカス位置は開口端に向かって変位し、時点Ｃでは、例えば図５（ｃ）のＭC の状態にまで前進する。
【００３４】
ここで、第２の実施の形態で説明するように、第２行程の所要時間ｔ２を変更することによりメニスカス位置の前進量を変えることができるので、これにより第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調整することができる。すなわち、第２行程の所要時間ｔ２を調整することでインク滴のサイズを制御することが可能である。
【００３５】
次に、時点Ｃの電圧０から時点Ｄの吐出電圧Ｖ２へと駆動電圧を急激に増大させる第３行程を行う。この時点Ｃは上記した吐出タイミングパルス（図示せず）と同期している。この場合、時点Ｄでは圧電素子１２２に大きな吐出電圧Ｖ２が印加されるので、振動プレート１１２ｃは図５（ｂ）の状態ＰD に示したように内側に大きくたわみ、インク室１１３は急激に収縮する。このため、図５（ｃ）の状態ＭD に示したように、ノズル開口１１５内のメニスカスは開口端に向かって一気に押され、ここからインク滴として吐出される。吐出されたインク滴は空気中を飛翔し、記録用紙２（図１）上に着弾する。
【００３６】
その後、駆動電圧を再びＶ１まで減少させて振動プレート１１２ｃを僅かに内側にたわませて初期状態にし（図５（ｂ）の状態ＰE ）、この状態を次の吐出サイクルの第１行程開始時点Ｆまで維持する。駆動電圧を再びＶ１に減少させた直後の時点Ｅにおいては、図５（ｃ）の状態ＭE に示したように、吐出されたインク滴量にほぼ対応する分だけメニスカス位置が後退した状態となるが、その後も行われるインクの充填（リフィル）により、次の吐出サイクルの第１行程開始時点Ｆのメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態ＭF に示したように、開口端と同じ位置にまで回復する。このときの状態は、時点Ａにおける状態ＭA と同じものである。
【００３７】
このようにして１サイクルの吐出動作が終了する。以下、このようなサイクル動作を各ノズル開口１１５ごとに並行してそれぞれ繰り返し行うことで、記録用紙２（図１）への画像記録が連続的に行われる。
【００３８】
次に、図６を参照して、図１のインクジェットプリンタ１の全体動作を説明する。ここで、図６はヘッドコントローラ１４（図１）における１吐出サイクルの要部の動作を表すものである。なお、ここでは、直前の吐出サイクルにおいてヘッドコントローラ１４のカウンタ１４５（図４）が既にリセットされているものとして説明する。また、図６のステップＳ１０６でヘッド駆動信号を出力する以前においては、前回の吐出サイクルの吐出終了時点Ｉ（図５）における電圧Ｖ１がそのまま保持されているものとする。
【００３９】
図１において、図示しないパーソナルコンピュータ等の情報処理装置から印刷データがインクジェットプリンタ１に入力されると、画像処理部１５は、この入力データに対して所定の画像処理（例えば圧縮されたデータの伸長等）を行ったのち、これを記録データとしてヘッドコントローラ１４に送出する。
【００４０】
ヘッドコントローラ１４の主制御部１４１（図４）は、記録データが入力されると（図６ステップＳ１０１；Ｙ）、このデータを基に、ここで対象としている１つのドットを形成するためのインク滴サイズを判定（選択）する（ステップＳ１０２）。例えば、高い濃度を表現するにはインク滴サイズを大きくし、低い濃度を表現する場合や高解像度表現を行う場合にはインク滴サイズを小さくするように判定する。また、自然画像や濃度勾配をもった画像等を表現する場合には、必要に応じて、隣接するドット間でインク滴サイズを異ならせるように判定する。
【００４１】
次に、主制御部１４１は、判定したインク滴サイズに応じた駆動電圧波形の波形データを駆動電圧波形記憶部１４４から読み出す（ステップＳ１０３）。この駆動電圧波形記憶部１４４には、図４で説明したように、インク滴サイズに応じた様々な形の波形データが記憶されている。本実施の形態では、例えば上記したように各ドットごとにインク滴サイズを変える場合には、各ドットについて、判定されたインク滴サイズに対応する引き込み電圧Ｖ１をもった波形データを読み出す。また、インク滴サイズを一定に制御する場合には、予め決められた１種類の波形データのみをすべてのドットについて繰り返し読み出す。
【００４２】
次に、主制御部１４１は、読み出した波形データを基に、前回のサイクルにおける第３行程の開始時点Ｈ（すなわち、カウンタ１４５がリセットされてカウントアップが開始された時点である吐出時点）から現サイクルにおける引き込み開始時点Ｃ（第１行程開始時点）までの時間τを求める（ステップＳ１０４）。この時間τは、図５から明らかなように、吐出の間隔（吐出タイミングクロックの周期）Ｔから第１行程および第２行程の所要時間の合計（ｔ１＋ｔ２）を差し引くことで求められる。以上述べたステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理は、図５の時点Ｉ以降、時点Ａ以前の短時間内に行われる。なお、今回読み出した波形データにおける電圧Ｖ１（すなわち、時点Ａにおける電圧）が、前回の吐出サイクルにおける時点Ｉでの電圧と異なるときは、読み出し直後のできるだけ早い時点で、圧電素子１２２に印加している電圧Ｖ１の値を今回読み出した新たな値に変更し、これを保持する。
【００４３】
こののち、主制御部１４１は、ステップＳ１０４で求めた時間τの経過を待つ（ステップＳ１０５）。そして、時間τが経過し、時点Ａにおいてカウンタ１４５からタイムアップ信号が入力されると（ステップＳ１０５；Ｙ）、主制御部１４１は読み出した波形データの出力を開始する（ステップＳ１０６）。この波形データは、Ｄ／Ａコンバータ１４６でアナログ信号に変換されたのちアンプ１４７で増幅されて、例えば図５（ａ）のＡ〜Ｅに示したような波形のヘッド駆動信号として記録ヘッド１１に供給される。記録ヘッド１１では、このヘッド駆動信号の電圧波形に基づいて、図５で説明したような３つの行程が行われ、これにより、波形データによって指定された通りのサイズのインク滴が吐出される。そして、さらに、時点Ｅ以後の期間で次の吐出サイクルの準備、すなわち、入力データに基づくインク滴サイズの判定や波形データの読み出し等の処理（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）を行う。以後、このような吐出動作と吐出準備処理とを繰り返す。
【００４４】
さて、ステップＳ１０６においてヘッド駆動信号の出力が開始したのちは、第３行程の開始時点Ｃで吐出タイミングクロックが入力されるので（ステップＳ１０７；Ｙ）、ここでカウンタ１４５はリセットされ、さらに次の吐出サイクルのためのカウントアップを開始する（ステップＳ１０８）。そして、図５（ａ）の時点Ｄにおいて第３行程が終了し（ステップＳ１０９）、さらに時点Ｅにおいて駆動電圧がＶ１に戻されたのち、次の吐出サイクルの開始時点Ｆが到来するまでの間、電圧Ｖ１をそのままあるいは上記のように変更して保持する。この間にインク室１１３にはインクが充填（リフィル）されて、次の吐出の準備が行われる。これで、１吐出サイクルを終了する。
【００４５】
図７はメニスカスの引き込み電圧Ｖ１とメニスカスの前進所要時間との関係の一実験例の結果を表すものである。ここで、メニスカスの前進所要時間とは、引き込み電圧によってノズル開口１１５内でインク室１１３の方向に引き込まれたメニスカスが開口端方向に前進してノズル開口１１５の開口端に達するまでの時間をいう。この図で、横軸は引き込み電圧Ｖ１を表し、単位はボルトである。縦軸は前進所要時間を表し、単位はマイクロ秒（μｓｅｃ）である。なお、この実験結果は、引き込みに要する時間、すなわち図５における第１行程の所要時間ｔ１に対応する時間を１４μｓｅｃとして行った場合のものである。
【００４６】
この図から明らかなように、前進所要時間の増分は引き込み電圧Ｖ１に比例して増加している。インクの供給速度は一定と考えることができるので、図７の結果から、引き込み電圧Ｖ１に応じて引き込み直後のメニスカス位置が定まることが判る。このことは、引き込み電圧によって吐出時（第３行程開始時点）におけるメニスカス位置を調整し得ることを意味する。この点を、さらに図８を用いて説明する。
【００４７】
図８は第２行程の所要時間ｔ２を一定にしつつ第１行程の引き込み電圧Ｖ１を変化させた場合におけるメニスカス位置の変化を表すものである。この図の（ａ）はヘッド駆動信号の電圧波形を表し、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。また、（ｂ）はメニスカス位置の変化の様子を表し、横軸は時間、縦軸はメニスカス位置（開口端からメニスカスまでの距離）を表す。ここで、実線で示したメニスカス位置の軌跡３１は、引き込み電圧をより小さく（Ｖ１＝Ｖ１１）した場合の電圧波形３３に対応し、破線で示したメニスカス位置の軌跡３２は、引き込み電圧をより大きく（Ｖ１＝Ｖ１２）した場合の電圧波形３４に対応する。なお、ここでは、上記したように第３行程における所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２の大きさは一定であるとして説明する。さらに、第１行程の所要時間ｔ１もまた一定として説明するが、この値は必要に応じて可変にしてもよい。
【００４８】
この図から明らかなように、引き込み電圧が大きいと、メニスカスは深く引き込まれる。一方、インクの供給速度は同じなので、メニスカスの前進速度（図８（ｂ）で、メニスカス位置が開口端に向かって前進するときの軌跡３１，３２の傾きの大きさ）は等しい。したがって、第２行程の所要時間ｔ２が等しいという条件の下では、第３行程の開始時点Ｃ（すなわち吐出開始時点）におけるメニスカス位置を比較すると、引き込み量が小さい場合の位置ｘ１よりも引き込み量が大きい場合の位置ｘ２の方が深くなる。すなわち、メニスカスを深く引き込むことによって、メニスカスがより深い位置にある状態で吐出が行われることになる。ここで、吐出時におけるメニスカス位置が深いほどインク滴サイズは小さくなることが判っているから、結局、メニスカスを深く引き込むことでインク滴サイズを小さくすることができる。また、引き込み電圧Ｖ１を種々に変更することにより、インク滴サイズを種々に変化させることが可能である。
【００４９】
このように、本実施の形態では、引き込み電圧Ｖ１によってメニスカスを引き込む第１行程と、駆動電圧を０に保持した状態でインクを供給してメニスカス位置を所望の位置に調整する第２行程と、メニスカス位置が所望の位置に来たときに吐出電圧Ｖ２を印加してインク滴を吐出する第３行程の３行程によってインク吐出動作を行うに際し、第１行程における引き込み電圧Ｖ１を変化させることにより、各記録ドットごとにインク滴サイズを変化させることが可能である。
【００５０】
以上の説明では、第３行程における所要時間ｔ３（すなわち、インク室１１３の収縮速度）および吐出電圧Ｖ２の大きさ（すなわち、インク室１１３の収縮量）は一定としたが、これらのパラメータをも変化させるようにしてもよい。一般に、インク滴サイズは、第３行程における吐出電圧Ｖ２の大きさによっても変化し、この吐出電圧Ｖ２を小さくするほど、インク滴サイズは小さくなる。したがって、引き込み電圧Ｖ１の制御と併せてこのパラメータ（Ｖ２）の制御をも行うようにすれば、より多様な制御が可能となり、インク滴サイズの範囲を拡大することも可能となる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００５２】
本実施の形態は、第１行程の引き込み電圧Ｖ１を一定にしつつ第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させることで第３行程開始時のメニスカス位置を調整するものである。ここで、第３行程開始時点（すなわち、インク滴の吐出開始時点）Ｃの位置は、上記した吐出タイミングクロックに同期して固定されているので、第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させるためには、第１行程の開始時点Ａの位置を変更する必要がある。なお、本実施の形態では、予め図４の駆動電圧波形記憶部１４４に、各インク滴のサイズに応じてそれぞれ異なる長さの第２行程所要時間ｔ２をもつ複数種類の波形データを格納しておき、これを読み出して利用するようにすればよい。その他の構成は上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００５３】
図９は第１行程の引き込み電圧Ｖ１を一定にしつつ第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させた場合におけるメニスカス位置の変化を表すものである。この図の（ａ）はヘッド駆動信号の電圧波形を表し、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。また、（ｂ）はメニスカス位置の変化の様子を表し、横軸は時間、縦軸はメニスカス位置（開口端からメニスカスまでの距離）を表す。ここで、実線で示したメニスカス位置の軌跡４１は、第２行程の所要時間をより長く（ｔ２＝ｔ２１）した場合の電圧波形４３に対応し、破線で示したメニスカス位置の軌跡４２は、第２行程の所要時間をより短く（ｔ２＝ｔ２２）した場合の電圧波形４４に対応する。なお、本実施の形態においても、第３行程における所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２の大きさは一定であるとして説明する。さらに、第１行程の所要時間ｔ１もまた一定として説明するが、この値は必要に応じて可変にしてもよい。
【００５４】
この図から明らかなように、第２行程の所要時間ｔ２が短いと、引き込まれたメニスカスが吐出前に開口端の方向に前進できる時間は小さい。一方、インクの供給速度は同じなので、メニスカスの前進速度（図９（ｂ）で、メニスカス位置が開口端に向かって前進するときの軌跡４１，４２の傾きの大きさ）は等しい。したがって、メニスカスの引き込み量が等しいという条件の下では、第３行程の開始時点Ｃ（すなわち吐出開始時点）におけるメニスカス位置を比較すると、第２行程の所要時間ｔ２が長い場合の位置ｘ１よりも、第２行程の所要時間ｔ２が短い場合の位置ｘ２′の方が深くなる。すなわち、第２行程の所要時間ｔ２を短くすることによって、メニスカスがより深い位置にある状態で吐出が行われることになる。したがって、第２行程の所要時間ｔ２を短くすることで、インク滴サイズを小さくすることができる。また、第２行程の所要時間ｔ２を種々に変更することにより、インク滴サイズを種々に変化させることが可能である。
【００５５】
図１０および図１１は本実施の形態に係る一実験例を説明するためのものである。ここで、図１０は、この実験で用いた駆動電圧波形▲１▼〜▲３▼を表し、図１１は、図１０の駆動電圧波形▲１▼〜▲３▼のそれぞれに対応した吐出時のメニスカス位置と、得られたインク滴径とを表す。この例では、第１行程における引き込み電圧Ｖ１を２０Ｖ、第１行程の所要時間を７μｓｅｃ、第２行程における吐出電圧Ｖ２を２０Ｖに固定しておき、第２行程の所要時間ｔ２を▲１▼３２μｓｅｃ、▲２▼１６μｓｅｃ、▲３▼４μｓｅｃの３つの場合に設定した場合の結果を表す。
【００５６】
これらの図から明らかなように、第２行程の所要時間ｔ２を▲１▼３２μｓｅｃ、▲２▼１６μｓｅｃ、▲３▼４μｓｅｃとしたときの吐出時のメニスカス位置は図１１にそれぞれ図示したようであり、これにより得られたインク滴径は、それぞれ、４０．０μｍ、３４．４μｍ、２２．４μｍであった。このことから、第２行程の所要時間ｔ２を変化させることによりインク滴サイズを自在に制御することができることが判る。
【００５７】
このように、本実施の形態では、引き込み電圧Ｖ１によってメニスカスを引き込む第１行程と、駆動電圧を０に保持した状態でインクを供給してメニスカス位置を所望の位置に調整する第２行程と、メニスカス位置が所望の位置に来たときに吐出電圧Ｖ２を印加してインク滴を吐出する第３行程の３行程によってインク吐出動作を行うに際し、第２行程の所要時間ｔ２を変化させることにより、各記録ドットごとにインク滴サイズを制御することが可能である。
【００５８】
また、上述したように、インク滴サイズは、第３行程における所要時間ｔ３（インク室１１３の収縮速度）や吐出電圧Ｖ２の大きさ（インク室１１３の収縮量）によっても変化するので、第２行程の所要時間ｔ２の制御と併せてこれらのパラメータ（ｔ３，Ｖ２）の制御をも行うようにすれば、より多様な制御が可能となり、インク滴サイズの範囲を拡大することも可能となる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明のさらに他の実施の形態を説明する。
【００６０】
本実施の形態は、第１行程のメニスカスの引き込み量および第２行程の所要時間ｔ２の双方を変化させることで第３行程開始時点のメニスカス位置を調整するものである。ここで、第３行程開始時点（インク滴の吐出時点）Ｃの位置は、上記した吐出タイミングクロックに同期して固定されているので、第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させるためには、第１行程の開始時点Ａの位置を変更する必要がある。したがって、本実施の形態では、第１行程の引き込み電圧Ｖ１の大きさと第１行程の開始時点Ａの位置とを変化させてメニスカス位置を調整する。なお、本実施の形態では、予め図４の駆動電圧波形記憶部１４４に、各インク滴のサイズに応じてそれぞれ異なる引き込み電圧Ｖ１および第２行程所要時間ｔ２を組み合わせた複数種類の波形データを格納しておき、これを読み出して利用するようにすればよい。その他の構成は上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００６１】
図１２は第１行程のメニスカスの引き込み量および第２行程の所要時間ｔ２の双方を変化させた場合におけるメニスカス位置の変化を表すものである。この図の（ａ）はヘッド駆動信号の電圧波形を表し、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。また、（ｂ）はメニスカス位置の変化の様子を表し、横軸は時間、縦軸はメニスカス位置（開口端からメニスカスまでの距離）を表す。ここで、実線で示したメニスカス位置の軌跡５１は、第１行程の引き込み電圧をより小さく（Ｖ１＝Ｖ１１）すると共に第２行程の所要時間をより長く（ｔ２＝ｔ２１）した場合の電圧波形５３に対応し、破線で示したメニスカス位置の軌跡５２は、第１行程の引き込み電圧をより大きく（Ｖ１＝Ｖ１２）すると共に第２行程の所要時間をより短く（ｔ２＝ｔ２２）した場合の電圧波形５４に対応する。なお、本実施の形態においても、第３行程における所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２の大きさは一定であるとして説明する。さらに、第１行程の所要時間ｔ１もまた一定として説明するが、この値は必要に応じて可変にしてもよい。
【００６２】
この図から明らかなように、引き込み電圧が大きいと、メニスカスは深く引き込まれ、また、第２行程の所要時間ｔ２が短いと、引き込まれたメニスカスが吐出前に開口端の方向に前進できる時間は小さい。一方、インクの供給速度は同じなので、メニスカスの前進速度（図１２（ｂ）で、メニスカス位置が開口端に向かって前進するときの軌跡４１，４２の傾きの大きさ）は等しい。したがって、第３行程の開始時点Ｃ（すなわち吐出開始時点）におけるメニスカス位置を比較すると、第１行程の引き込み電圧Ｖ１が小さくかつ第２行程の所要時間ｔ２が長い場合の位置ｘ１よりも、第１行程の引き込み電圧Ｖ１が大きくかつ第２行程の所要時間ｔ２が短い場合の位置ｘ２″の方が深くなる。すなわち、第１行程の引き込み量を大きく第２行程の所要時間ｔ２を短くすることによって、メニスカスがより深い位置にある状態で吐出が行われることになる。したがって、第１行程の引き込み量を大きくすると共に第２行程の所要時間ｔ２を短くすることで、インク滴サイズを小さくすることができる。
【００６３】
また、第１行程の引き込み電圧Ｖ１と第２行程の所要時間ｔ２とを種々に変更することにより、インク滴サイズを種々に変化させることが可能である。例えば、第１行程の引き込み電圧Ｖ１を大きくすると共に第２行程の所要時間ｔ２を長くしたり、あるいは逆に、第１行程の引き込み電圧Ｖ１を小さくすると共に第２行程の所要時間ｔ２を短くするような制御も可能である。これにより、多様な制御が可能となる。
【００６４】
また、上述したように、インク滴サイズは、第３行程における所要時間ｔ３（インク室１１３の収縮速度）や吐出電圧Ｖ２の大きさ（インク室１１３の収縮量）によっても変化するので、第１行程の引き込み電圧Ｖ１および第２行程の所要時間ｔ２の制御と併せてこれらのパラメータ（ｔ３，Ｖ２）の制御をも行うようにすれば、さらに多様な制御が可能となり、インク滴サイズの範囲を拡大することも可能となる。
【００６５】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その均等の範囲内で種々変更可能である。例えば、上記の各実施の形態では、第２行程の保持電圧を０Ｖにすると共に第１行程の引き込み電圧Ｖ１および第３行程の吐出電圧Ｖ３を同極性の電圧としたが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、引き込み電圧Ｖ１を０Ｖにすると共に第２行程の保持電圧と第３行程の吐出電圧Ｖ２とを逆極性の電圧にすることも可能である。
【００６６】
また、上記の実施の形態では、ヘッドコントローラ１４の主制御部１４１が駆動電圧波形記憶部１４４から波形データを読み出し、これを基に、指定されたインク滴サイズを得るためのヘッド駆動信号を作成して出力するというソフトウェア的手法によって制御を行うこととしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロジック回路を用いてヘッド駆動信号を作成するというハードウェア的手法によって制御を行うようにしてもよい。
【００６７】
また、上記の各実施の形態では、インク室１１３へのインク供給を常時一定速度で行うこととしたが、例えば、第２行程の期間、および第３行程終了後のリフィル期間の２つの期間においてのみインク供給を行うようにしてもよい。また、、例えばインクカートリッジ１２に加圧機構を設けて圧力制御を行うことにより、第２行程におけるインク供給速度と、第３行程終了後のリフィル期間におけるインク供給速度とを異ならせるようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインクジェットプリンタまたは請求項５ないし請求項８のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させることにより、第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を調整するようにしたので、吐出されるインク滴のサイズを任意に制御することができる。このため、例えば、ドットごとにインク滴のサイズを変化させるような調整も容易となるので、中間階調の画像表現を適切かつ容易に行うことが可能となり、また、例えば、インク滴のサイズを小さく制御することが容易になるので、高解像度の画像表現を容易に行うことが可能となる。したがって、記録画像の品質を向上することができるという効果がある。
【００６９】
特に、請求項２記載のインクジェットプリンタまたは請求項６記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、上記制御に加えて第３行程におけるインク室の収縮量の制御をも行うことによりインク滴のサイズを制御するようにしたので、さらに多彩なインク滴サイズ制御が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を表すブロック図である。
【図２】記録ヘッドの一構造例を表す斜視断面図である。
【図３】記録ヘッドの一構造例を表す断面図である。
【図４】ヘッドコントローラの一構成例を表すブロック図である。
【図５】記録ヘッドの動作の一例を表す説明図である。
【図６】ヘッドコントローラの主制御部の動作を説明するための流れ図である。
【図７】メニスカスの引き込み電圧とメニスカスの前進所要時間との関係を調べるための一実験例の結果を表す図である。
【図８】第１行程の引き込み電圧を変化させた場合におけるメニスカスの挙動の変化を表す図である。
【図９】第２行程の所要時間の長さを変化させた場合におけるメニスカスの挙動の変化を表す図である。
【図１０】図９に示した実施の形態に係る一実験例において用いた駆動電圧波形を表す図である。
【図１１】図９に示した実施の形態に係る一実験例において得られた結果を表す図である。
【図１２】第１行程のメニスカスの引き込み電圧および第２行程の所要時間の長さの双方を変化させた場合におけるメニスカスの挙動の変化を表す図である。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタ、２…記録用紙、１１…記録ヘッド、１２…インクカートリッジ、１４…ヘッドコントローラ、１１１ｃ…振動プレート、１１３…インク室、１１５…ノズル開口、１１７…共通流路、１２２…圧電素子、１４１…主制御部、１４４…駆動電圧波形記憶部、１４５…カウンタ、Ｖ１…引き込み電圧、Ｖ２…吐出電圧、ｔ１…第１行程の所要時間、ｔ２…第２行程の所要時間、ｔ３…第３行程の所要時間
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル開口部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタおよびインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インク室に連通したノズル開口部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタが普及している。この種のプリンタにおいては、高解像度化のために安定的にインク滴サイズを小さくする方法や、中間階調の画像表現を行うためにドット間でインク滴サイズを変化させる方法等が検討されている。
【０００３】
インク滴サイズを小さくするための方法の一つとして、インク室を膨張させてノズル内のメニスカスと呼ばれるインク先端部の位置をインク室の方向に一旦引き込み、このメニスカスが元の位置に戻る前にインク室を収縮させてノズル開口部よりインク滴を吐出するという方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭５５−１７５８９号公報では、初期状態からインク室の内容積を増加する方向に変位駆動してから初期状態に復元する行程によってインクを噴射する方法が提案されている。そして、この公報には、吸込行程における変位量（インク室の内容積の増加変位量）を変えることで粒径（液滴径）を変えることができる旨が記載されている。
【０００５】
また、例えば特開平２−６１３７号公報では、インク室内の圧力を一度減少させたのち初期状態に復元させる際の印加電圧を変化させてインク滴サイズを制御する方法が提案されている。
【０００６】
また、例えば、特開昭５９−１４３６５２公報では、インク滴の吐出のための主パルスの前に補助パルスを印加してノズル内のメニスカス位置を変化させることによりインク滴サイズを制御する方法が提案されている。
【０００７】
また、例えば特開平５−１６３５９号公報では、補助パルスを印加したのち、インク室内の残留圧力波の周期に合わせて主パルスを印加することでインク滴サイズを制御する方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開昭５５−１７５８９号公報には、吸込行程における変位量を変えることで液滴径を変えることができる旨が示唆されているにすぎず、具体的にインク滴サイズを制御する駆動方法は明らかでなく、インク滴の適切な制御は困難であると考えられる。
【０００９】
また、特開平２−６１３７号公報に記載の方法は、インク室内の圧力を一度減少させたのち初期状態に復元させる際の印加電圧を変化させることでインク滴サイズを制御するものであり、インクの充填を考慮したメニスカスの引き込み位置の制御については何ら示唆がなく、実際上、正確なインク滴サイズの制御は困難である。
【００１０】
特開昭５９−１４３６５２公報および特開平５−１６３５９号公報に記載の方法は、いずれも補助パルスによってノズル内のメニスカス位置を調整した後に主パルスを印加するものであり、補助パルスが必要である。この場合、補助パルスのパルス幅とその波高値、あるいは補助パルスと主パルスとの時間間隔によってメニスカス位置は変化するので、これらの複数のパラメータを調整する必要があった。しかも、前者の公報の記載では、補助パルスとインク滴サイズとの位置との関係が不明確であり、また、後者の公報には、インク位置の変動周期とインク滴サイズとの関係が記述されているものの、ノズル内に引き込まれたメニスカス位置とインク滴サイズとの関係については具体的な記述がなく、実際上、これらの方法によって適切にインク滴サイズを制御することは困難であった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、吐出されるインク滴のサイズを適切に制御することができるインクジェットプリンタおよびインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル開口部と、ノズル開口部に連通するインク室と、インク室にインクを供給するインク供給路と、印加電圧に応じてインク室を膨張または収縮させる圧電素子と、圧電素子によってインク室を膨張させることによりノズル開口部を介して外気に接するインク先端部をインク室の方向に引き込む第１行程と、インク供給路からインク室にインクを供給することによりインク先端部をノズル開口部の方向に前進させる第２行程と、圧電素子によってインク室を収縮させることにより前記ノズル開口部からインク滴を吐出させる第３行程とを制御する行程制御手段とを備えたインクジェットプリンタであって、行程制御手段が、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させて第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を制御することにより、第３行程において吐出されるインク滴の大きさを制御するように構成したものである。ここで、行程制御手段が、さらに、第３行程におけるインク室の収縮量の制御をも行うことによりインク滴の大きさを制御するように構成することも可能である。
【００１３】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するためのノズル開口部と、ノズル開口部に連通するインク室と、インク室にインクを供給するインク供給路と、印可電圧に応じてインク室を膨張または収縮させる圧電素子とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法であって、圧電素子によってインク室を膨張させることによりノズル開口部を介して外気に接するインク先端部をインク室の方向に引き込む第１行程と、インク供給路からインク室にインクを供給することによりインク先端部をノズル開口部の方向に前進させる第２行程と、圧電素子によってインク室を収縮させることにより前記ノズル開口部からインク滴を吐出させる第３行程とを含み、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させて第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を制御することにより、第３行程において吐出されるインク滴の大きさを制御するように構成したものである。ここで、さらに、第３行程におけるインク室の収縮量の制御をも行ってインク滴の大きさを制御するように構成することも可能である。
【００１４】
本発明に係るインクジェットプリンタまたはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法では、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させることにより、第３行程の開始時点、すなわち吐出開始時点におけるインク先端部の位置が調整（選択）され、これにより、インク滴の大きさが制御される。特に、第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を一定にした場合には、インク滴のサイズが一定となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの要部の概略構成を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は本実施の形態に係るインクジェットプリンタによって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００１７】
このインクジェットプリンタ１は、記録用紙２に対してインク滴を吐出して記録を行う記録ヘッド１１と、この記録ヘッド１１にインクを供給するインクカートリッジ１２と、記録ヘッド１１の位置と記録用紙２の紙送りとを制御するヘッド位置・紙送りコントローラ１３と、ヘッド駆動信号により記録ヘッド１１のインク滴吐出動作を制御するヘッドコントローラ１４と、入力される画像データに所定の画像処理を行って記録データとしてヘッドコントローラ１４に供給する画像処理部１５と、ヘッド位置・紙送りコントローラ１３、ヘッドコントローラ１４および画像処理部１５を制御するシステムコントローラ１６とを備えている。ここで、ヘッドコントローラ１４が本発明における「行程制御手段」に対応する。
【００１８】
図２は図１における記録ヘッド１１の斜視断面構造を表し、図３は図２における記録ヘッド１１を矢印Ｚ（図２）の方向から見た断面構造を表す。これらの図に示したように、記録ヘッド１１は、順次積層されたノズルプレート１１１ａ、流路プレート１１１ｂおよび振動プレート１１１ｃを備えて構成されている。これらの各プレートは、例えばガラスやステンレス材等で形成され、図示しない接着剤による接着、またはガラスを溶融して圧着する等の方法により、相互に貼り合わされている。なお、これらの各プレートは、一体に形成するようにしてもよい。
【００１９】
流路プレート１１１ｂの図中上面側には、選択的に凹部が形成されており、この凹部と振動プレート１１１ｃとによって、複数のインク室１１３とこれらのインク室に連通する共通流路１１７とを構成している。共通流路１１７と各インク室１１３との連通部分は挟路となっており、ここから各インク室１１３の方向に向かうに従って流路幅が拡がるような構造となっている。各インク室１１３における共通流路１１７に連通した側と反対側の部分は、流路幅が次第に狭まっていく構造になっており、その終端部の流路プレート１１１ｂには、厚み方向に穿たれた流路孔１１４が設けられている。そして、この流路孔１１４は、最下層のノズルプレート１１１ａに形成された微小なノズル開口１１５へと連通しており、このノズル開口１１５からインク滴が吐出されるようになっている。すなわち、各ノズル開口１１５ごとに、流路孔１４およびインク室１１３が１組として配設されている。ここで、インク室１１３が本発明における「インク室」に対応し、ノズル開口１１５の先端部が本発明における「ノズル開口部」に対応し、共通流路１１７が本発明におけるインク供給路に対応する。
【００２０】
各インク室１１３が形成された領域の振動プレート１１１ｃ上には、図３に示したように、下電極１２１、圧電素子（ピエゾ素子）１２２および上電極１２３が順次積層配置されている。下電極１２１と上電極１２３との間に、図１のヘッドコントローラ１４から入力されたヘッド駆動信号の電圧が印加されると、圧電素子１２２がたわみ、インク室１１３の容積が増大（膨張）したり減少（収縮）するようになっている。ここで、圧電素子１２２が本発明における「圧電素子」に対応する。
【００２１】
本実施の形態では、記録ヘッド１１には、複数のノズル開口１１５が千鳥状に（互い違いに）２列に配列形成されている。各列におけるノズル開口１１５の間隔は等間隔である。一方の列の各ノズル開口１１５に対応するインク室１１３と、他方の列の各ノズル開口１１５に対応するインク室１１３とは、ノズル開口１１５の配列に関して互いに反対側に設けられ、千鳥状の配列をなしている。なお、ノズル開口１１５は、上記のように千鳥状に２列に配列するのではなく、例えば、一直線上にのみ等間隔で配列するようにしてもよく、また、その他の配列としてもよい。
【００２２】
共通流路１１７は、図１に示したインクカートリッジ１２に連通している。このインクカートリッジ１２は、共通流路１１７を経て各インク室１１３にインクを常時一定速度で供給するようになっている。このインクの供給は、例えば毛細管現象を利用して行うことができるが、そのほか、インクカートリッジ１２に所定の加圧機構を設けて加圧することで行うようにしてもよい。記録ヘッド１１は、図示しないキャリッジ駆動モータおよびこれに付随するキャリッジ機構によって記録用紙２の紙送り方向と直交する方向に往復移動しながらインク滴を吐出することにより、記録用紙２に画像を記録するようになっている。
【００２３】
図４は図１におけるヘッドコントローラ１４の回路構成を表すものである。この図に示したように、ヘッドコントローラ１４は、マイクロプロセッサ等から構成されてヘッドコントローラ１４全体を制御する主制御部１４１と、主制御部１４１が実行するプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）１４２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）等からなり、主制御部１４１による所定の演算や一時的なデータ記憶等に用いられるワークメモリ１４３と、不揮発性メモリからなる駆動電圧波形記憶部１４４と、タイマ機能を有するカウンタ１４５と、駆動電圧波形記憶部１４４から読み出されたディジタルデータをアナログに変換するためのディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ１４６と、Ｄ／Ａコンバータ１４６の出力を増幅してヘッド駆動信号として出力するアンプ１４７とを備えている。
【００２４】
駆動電圧波形記憶部１４４は、記録ヘッド１１を駆動するヘッド駆動信号の電圧波形を示すデータ（以下、波形データという。）を記憶するためのものである。この波形データは、各画素ドットを形成するためのインク滴のサイズに対応した様々な形の駆動電圧波形を含むものであり、より具体的には、図２における下電極１２１と上電極１２３との間に印加されて圧電素子１２２を駆動する電圧の波形（後述する図５（ａ）におけるＡ〜Ｅの波形）をディジタル化したものである。なお、図４では、ヘッドコントローラ１４から出力されるヘッド駆動信号を１つだけ図示しているが、実際には、図２におけるノズル開口１１５の数（すなわち、圧電素子１２２の数）に対応した数のヘッド駆動信号が並列に出力されるようになっている。
【００２５】
カウンタ１４５は、本プリンタの動作タイミングの基準クロックとしてシステムコントローラ１６から入力される吐出タイミングクロック（図示せず）によってリセットされると共に、このリセット時点からカウントアップを開始して、上記した波形データによって定まる所定の時間の経過後に主制御部１４１にタイムアップ信号を出力するようになっている。このタイムアップ信号は、後述するように、第１行程の開始トリガとなるものである。
【００２６】
次に、以上のような構成のインクジェットプリンタの動作を説明する。
【００２７】
まず、図５を参照して、記録ヘッド１１の基本的な動作を説明する。ここで、図５（ａ）は記録ヘッド１１の下電極１２１，上電極１２３間に印加される駆動電圧波形の一例を表し、図５（ｂ）はこの駆動電圧波形の主な時点Ａ〜Ｆにおけるインク室１１３の状態を表し、図５（ｃ）はＡ〜Ｆの各時点におけるノズル開口１１５の状態を表すものである。なお、図５（ｃ）では、説明の便宜上、ノズル開口１１５を上向きに描いている。
【００２８】
ここで、記録ヘッド１１の３つの動作行程の定義を行う。図５（ａ）において、まず、駆動電圧を第１の電圧Ｖ１から電圧０に変化させる行程（ＡからＢまで）を第１行程とし、これに要する時間をｔ１とする。また、電圧０を保持して待つ行程（ＢからＣまで）を第２行程とし、これに要する時間をｔ２とする。さらに、電圧０から第２の電圧Ｖ２に変化させる行程（ＣからＤまで）を第３行程とし、これに要する時間をｔ３とする。なお、以下の説明では、第１の電圧Ｖ１を引き込み電圧といい、第２の電圧Ｖ２を吐出電圧という。なお、本実施の形態では、第３行程の所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２を一定にしておくものとする。
【００２９】
この記録ヘッド１１は、一定の周波数（例えば１〜１０ｋＨｚ程度）で駆動されるようになっており、この駆動周波数に対応してインク滴の吐出タイミング周期Ｔ（すなわち、吐出タイミングクロックの周期）が定まる。第３行程の開始時点である時点Ｃおよび時点Ｇ等は、上記した吐出タイミングクロックに同期しており、これらの各吐出タイミングクロックに先立ってそれぞれ第１および第２行程が行われるようになっている。
【００３０】
まず時点Ａおよびそれ以前においては、図５（ｂ）の状態ＰA のように、圧電素子１２２への電圧Ｖ１の印加により振動プレート１１２ｃは内側にわずかにたわんだ状態で静止し、インク室１１３は収縮状態となっている。時点Ａにおいて、ノズル開口１１５内におけるメニスカス（インク先端部）の位置は、図５（ｃ）の状態ＭA に示したように、ノズル開口１１５の端部（以下、開口端という。）と同位置となっているものとする。
【００３１】
次に、時点Ａの電圧Ｖ１から時点Ｂの電圧０へと駆動電圧を減少させる第１行程を行うと、圧電素子１２２への印加電圧が０になるので振動プレート１１２ｃのたわみがなくなり、インク室１１３は膨張する（図５（ｂ）の状態ＰB ）。このため、ノズル開口１１５内におけるメニスカスはインク室１１３の方向に引き込まれ、時点Ｂでは、例えば図５（ｃ）のＭB の状態にまで後退する（すなわち、開口端から遠ざかる）。
【００３２】
ここで、後述するように、時点Ａと時点Ｂとの電位差Ｖ１である引き込み電圧Ｖ１の大きさを変更することで第１行程におけるメニスカスの引き込み量を変えることができるので、間接的に、次の第２行程の終了時点、すなわち第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調整することが可能である。このメニスカス位置、すなわち開口端からメニスカスまでの距離は、第３行程において吐出されるインク滴のサイズに大きく影響するので、これを調整することでインク滴のサイズを制御することができる。すなわち、この第１行程におけるメニスカスの引き込み量を変えることでインク滴のサイズを制御することが可能である。なお、第１行程に要する時間ｔ１は、本実施の形態では、適切な値に固定するものとして説明するが、必要に応じて可変にしてもよい。
【００３３】
次に、時点Ｂから時点Ｃまでの時間ｔ２の間、駆動電圧を０に固定して振動プレート１１２ｃのたわみがない状態を維持することでインク室１１３の容積を一定に保つ第２行程を行う。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル開口１１５内におけるメニスカス位置は開口端に向かって変位し、時点Ｃでは、例えば図５（ｃ）のＭC の状態にまで前進する。
【００３４】
ここで、第２の実施の形態で説明するように、第２行程の所要時間ｔ２を変更することによりメニスカス位置の前進量を変えることができるので、これにより第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調整することができる。すなわち、第２行程の所要時間ｔ２を調整することでインク滴のサイズを制御することが可能である。
【００３５】
次に、時点Ｃの電圧０から時点Ｄの吐出電圧Ｖ２へと駆動電圧を急激に増大させる第３行程を行う。この時点Ｃは上記した吐出タイミングパルス（図示せず）と同期している。この場合、時点Ｄでは圧電素子１２２に大きな吐出電圧Ｖ２が印加されるので、振動プレート１１２ｃは図５（ｂ）の状態ＰD に示したように内側に大きくたわみ、インク室１１３は急激に収縮する。このため、図５（ｃ）の状態ＭD に示したように、ノズル開口１１５内のメニスカスは開口端に向かって一気に押され、ここからインク滴として吐出される。吐出されたインク滴は空気中を飛翔し、記録用紙２（図１）上に着弾する。
【００３６】
その後、駆動電圧を再びＶ１まで減少させて振動プレート１１２ｃを僅かに内側にたわませて初期状態にし（図５（ｂ）の状態ＰE ）、この状態を次の吐出サイクルの第１行程開始時点Ｆまで維持する。駆動電圧を再びＶ１に減少させた直後の時点Ｅにおいては、図５（ｃ）の状態ＭE に示したように、吐出されたインク滴量にほぼ対応する分だけメニスカス位置が後退した状態となるが、その後も行われるインクの充填（リフィル）により、次の吐出サイクルの第１行程開始時点Ｆのメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態ＭF に示したように、開口端と同じ位置にまで回復する。このときの状態は、時点Ａにおける状態ＭA と同じものである。
【００３７】
このようにして１サイクルの吐出動作が終了する。以下、このようなサイクル動作を各ノズル開口１１５ごとに並行してそれぞれ繰り返し行うことで、記録用紙２（図１）への画像記録が連続的に行われる。
【００３８】
次に、図６を参照して、図１のインクジェットプリンタ１の全体動作を説明する。ここで、図６はヘッドコントローラ１４（図１）における１吐出サイクルの要部の動作を表すものである。なお、ここでは、直前の吐出サイクルにおいてヘッドコントローラ１４のカウンタ１４５（図４）が既にリセットされているものとして説明する。また、図６のステップＳ１０６でヘッド駆動信号を出力する以前においては、前回の吐出サイクルの吐出終了時点Ｉ（図５）における電圧Ｖ１がそのまま保持されているものとする。
【００３９】
図１において、図示しないパーソナルコンピュータ等の情報処理装置から印刷データがインクジェットプリンタ１に入力されると、画像処理部１５は、この入力データに対して所定の画像処理（例えば圧縮されたデータの伸長等）を行ったのち、これを記録データとしてヘッドコントローラ１４に送出する。
【００４０】
ヘッドコントローラ１４の主制御部１４１（図４）は、記録データが入力されると（図６ステップＳ１０１；Ｙ）、このデータを基に、ここで対象としている１つのドットを形成するためのインク滴サイズを判定（選択）する（ステップＳ１０２）。例えば、高い濃度を表現するにはインク滴サイズを大きくし、低い濃度を表現する場合や高解像度表現を行う場合にはインク滴サイズを小さくするように判定する。また、自然画像や濃度勾配をもった画像等を表現する場合には、必要に応じて、隣接するドット間でインク滴サイズを異ならせるように判定する。
【００４１】
次に、主制御部１４１は、判定したインク滴サイズに応じた駆動電圧波形の波形データを駆動電圧波形記憶部１４４から読み出す（ステップＳ１０３）。この駆動電圧波形記憶部１４４には、図４で説明したように、インク滴サイズに応じた様々な形の波形データが記憶されている。本実施の形態では、例えば上記したように各ドットごとにインク滴サイズを変える場合には、各ドットについて、判定されたインク滴サイズに対応する引き込み電圧Ｖ１をもった波形データを読み出す。また、インク滴サイズを一定に制御する場合には、予め決められた１種類の波形データのみをすべてのドットについて繰り返し読み出す。
【００４２】
次に、主制御部１４１は、読み出した波形データを基に、前回のサイクルにおける第３行程の開始時点Ｈ（すなわち、カウンタ１４５がリセットされてカウントアップが開始された時点である吐出時点）から現サイクルにおける引き込み開始時点Ｃ（第１行程開始時点）までの時間τを求める（ステップＳ１０４）。この時間τは、図５から明らかなように、吐出の間隔（吐出タイミングクロックの周期）Ｔから第１行程および第２行程の所要時間の合計（ｔ１＋ｔ２）を差し引くことで求められる。以上述べたステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理は、図５の時点Ｉ以降、時点Ａ以前の短時間内に行われる。なお、今回読み出した波形データにおける電圧Ｖ１（すなわち、時点Ａにおける電圧）が、前回の吐出サイクルにおける時点Ｉでの電圧と異なるときは、読み出し直後のできるだけ早い時点で、圧電素子１２２に印加している電圧Ｖ１の値を今回読み出した新たな値に変更し、これを保持する。
【００４３】
こののち、主制御部１４１は、ステップＳ１０４で求めた時間τの経過を待つ（ステップＳ１０５）。そして、時間τが経過し、時点Ａにおいてカウンタ１４５からタイムアップ信号が入力されると（ステップＳ１０５；Ｙ）、主制御部１４１は読み出した波形データの出力を開始する（ステップＳ１０６）。この波形データは、Ｄ／Ａコンバータ１４６でアナログ信号に変換されたのちアンプ１４７で増幅されて、例えば図５（ａ）のＡ〜Ｅに示したような波形のヘッド駆動信号として記録ヘッド１１に供給される。記録ヘッド１１では、このヘッド駆動信号の電圧波形に基づいて、図５で説明したような３つの行程が行われ、これにより、波形データによって指定された通りのサイズのインク滴が吐出される。そして、さらに、時点Ｅ以後の期間で次の吐出サイクルの準備、すなわち、入力データに基づくインク滴サイズの判定や波形データの読み出し等の処理（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）を行う。以後、このような吐出動作と吐出準備処理とを繰り返す。
【００４４】
さて、ステップＳ１０６においてヘッド駆動信号の出力が開始したのちは、第３行程の開始時点Ｃで吐出タイミングクロックが入力されるので（ステップＳ１０７；Ｙ）、ここでカウンタ１４５はリセットされ、さらに次の吐出サイクルのためのカウントアップを開始する（ステップＳ１０８）。そして、図５（ａ）の時点Ｄにおいて第３行程が終了し（ステップＳ１０９）、さらに時点Ｅにおいて駆動電圧がＶ１に戻されたのち、次の吐出サイクルの開始時点Ｆが到来するまでの間、電圧Ｖ１をそのままあるいは上記のように変更して保持する。この間にインク室１１３にはインクが充填（リフィル）されて、次の吐出の準備が行われる。これで、１吐出サイクルを終了する。
【００４５】
図７はメニスカスの引き込み電圧Ｖ１とメニスカスの前進所要時間との関係の一実験例の結果を表すものである。ここで、メニスカスの前進所要時間とは、引き込み電圧によってノズル開口１１５内でインク室１１３の方向に引き込まれたメニスカスが開口端方向に前進してノズル開口１１５の開口端に達するまでの時間をいう。この図で、横軸は引き込み電圧Ｖ１を表し、単位はボルトである。縦軸は前進所要時間を表し、単位はマイクロ秒（μｓｅｃ）である。なお、この実験結果は、引き込みに要する時間、すなわち図５における第１行程の所要時間ｔ１に対応する時間を１４μｓｅｃとして行った場合のものである。
【００４６】
この図から明らかなように、前進所要時間の増分は引き込み電圧Ｖ１に比例して増加している。インクの供給速度は一定と考えることができるので、図７の結果から、引き込み電圧Ｖ１に応じて引き込み直後のメニスカス位置が定まることが判る。このことは、引き込み電圧によって吐出時（第３行程開始時点）におけるメニスカス位置を調整し得ることを意味する。この点を、さらに図８を用いて説明する。
【００４７】
図８は第２行程の所要時間ｔ２を一定にしつつ第１行程の引き込み電圧Ｖ１を変化させた場合におけるメニスカス位置の変化を表すものである。この図の（ａ）はヘッド駆動信号の電圧波形を表し、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。また、（ｂ）はメニスカス位置の変化の様子を表し、横軸は時間、縦軸はメニスカス位置（開口端からメニスカスまでの距離）を表す。ここで、実線で示したメニスカス位置の軌跡３１は、引き込み電圧をより小さく（Ｖ１＝Ｖ１１）した場合の電圧波形３３に対応し、破線で示したメニスカス位置の軌跡３２は、引き込み電圧をより大きく（Ｖ１＝Ｖ１２）した場合の電圧波形３４に対応する。なお、ここでは、上記したように第３行程における所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２の大きさは一定であるとして説明する。さらに、第１行程の所要時間ｔ１もまた一定として説明するが、この値は必要に応じて可変にしてもよい。
【００４８】
この図から明らかなように、引き込み電圧が大きいと、メニスカスは深く引き込まれる。一方、インクの供給速度は同じなので、メニスカスの前進速度（図８（ｂ）で、メニスカス位置が開口端に向かって前進するときの軌跡３１，３２の傾きの大きさ）は等しい。したがって、第２行程の所要時間ｔ２が等しいという条件の下では、第３行程の開始時点Ｃ（すなわち吐出開始時点）におけるメニスカス位置を比較すると、引き込み量が小さい場合の位置ｘ１よりも引き込み量が大きい場合の位置ｘ２の方が深くなる。すなわち、メニスカスを深く引き込むことによって、メニスカスがより深い位置にある状態で吐出が行われることになる。ここで、吐出時におけるメニスカス位置が深いほどインク滴サイズは小さくなることが判っているから、結局、メニスカスを深く引き込むことでインク滴サイズを小さくすることができる。また、引き込み電圧Ｖ１を種々に変更することにより、インク滴サイズを種々に変化させることが可能である。
【００４９】
このように、本実施の形態では、引き込み電圧Ｖ１によってメニスカスを引き込む第１行程と、駆動電圧を０に保持した状態でインクを供給してメニスカス位置を所望の位置に調整する第２行程と、メニスカス位置が所望の位置に来たときに吐出電圧Ｖ２を印加してインク滴を吐出する第３行程の３行程によってインク吐出動作を行うに際し、第１行程における引き込み電圧Ｖ１を変化させることにより、各記録ドットごとにインク滴サイズを変化させることが可能である。
【００５０】
以上の説明では、第３行程における所要時間ｔ３（すなわち、インク室１１３の収縮速度）および吐出電圧Ｖ２の大きさ（すなわち、インク室１１３の収縮量）は一定としたが、これらのパラメータをも変化させるようにしてもよい。一般に、インク滴サイズは、第３行程における吐出電圧Ｖ２の大きさによっても変化し、この吐出電圧Ｖ２を小さくするほど、インク滴サイズは小さくなる。したがって、引き込み電圧Ｖ１の制御と併せてこのパラメータ（Ｖ２）の制御をも行うようにすれば、より多様な制御が可能となり、インク滴サイズの範囲を拡大することも可能となる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００５２】
本実施の形態は、第１行程の引き込み電圧Ｖ１を一定にしつつ第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させることで第３行程開始時のメニスカス位置を調整するものである。ここで、第３行程開始時点（すなわち、インク滴の吐出開始時点）Ｃの位置は、上記した吐出タイミングクロックに同期して固定されているので、第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させるためには、第１行程の開始時点Ａの位置を変更する必要がある。なお、本実施の形態では、予め図４の駆動電圧波形記憶部１４４に、各インク滴のサイズに応じてそれぞれ異なる長さの第２行程所要時間ｔ２をもつ複数種類の波形データを格納しておき、これを読み出して利用するようにすればよい。その他の構成は上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００５３】
図９は第１行程の引き込み電圧Ｖ１を一定にしつつ第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させた場合におけるメニスカス位置の変化を表すものである。この図の（ａ）はヘッド駆動信号の電圧波形を表し、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。また、（ｂ）はメニスカス位置の変化の様子を表し、横軸は時間、縦軸はメニスカス位置（開口端からメニスカスまでの距離）を表す。ここで、実線で示したメニスカス位置の軌跡４１は、第２行程の所要時間をより長く（ｔ２＝ｔ２１）した場合の電圧波形４３に対応し、破線で示したメニスカス位置の軌跡４２は、第２行程の所要時間をより短く（ｔ２＝ｔ２２）した場合の電圧波形４４に対応する。なお、本実施の形態においても、第３行程における所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２の大きさは一定であるとして説明する。さらに、第１行程の所要時間ｔ１もまた一定として説明するが、この値は必要に応じて可変にしてもよい。
【００５４】
この図から明らかなように、第２行程の所要時間ｔ２が短いと、引き込まれたメニスカスが吐出前に開口端の方向に前進できる時間は小さい。一方、インクの供給速度は同じなので、メニスカスの前進速度（図９（ｂ）で、メニスカス位置が開口端に向かって前進するときの軌跡４１，４２の傾きの大きさ）は等しい。したがって、メニスカスの引き込み量が等しいという条件の下では、第３行程の開始時点Ｃ（すなわち吐出開始時点）におけるメニスカス位置を比較すると、第２行程の所要時間ｔ２が長い場合の位置ｘ１よりも、第２行程の所要時間ｔ２が短い場合の位置ｘ２′の方が深くなる。すなわち、第２行程の所要時間ｔ２を短くすることによって、メニスカスがより深い位置にある状態で吐出が行われることになる。したがって、第２行程の所要時間ｔ２を短くすることで、インク滴サイズを小さくすることができる。また、第２行程の所要時間ｔ２を種々に変更することにより、インク滴サイズを種々に変化させることが可能である。
【００５５】
図１０および図１１は本実施の形態に係る一実験例を説明するためのものである。ここで、図１０は、この実験で用いた駆動電圧波形▲１▼〜▲３▼を表し、図１１は、図１０の駆動電圧波形▲１▼〜▲３▼のそれぞれに対応した吐出時のメニスカス位置と、得られたインク滴径とを表す。この例では、第１行程における引き込み電圧Ｖ１を２０Ｖ、第１行程の所要時間を７μｓｅｃ、第２行程における吐出電圧Ｖ２を２０Ｖに固定しておき、第２行程の所要時間ｔ２を▲１▼３２μｓｅｃ、▲２▼１６μｓｅｃ、▲３▼４μｓｅｃの３つの場合に設定した場合の結果を表す。
【００５６】
これらの図から明らかなように、第２行程の所要時間ｔ２を▲１▼３２μｓｅｃ、▲２▼１６μｓｅｃ、▲３▼４μｓｅｃとしたときの吐出時のメニスカス位置は図１１にそれぞれ図示したようであり、これにより得られたインク滴径は、それぞれ、４０．０μｍ、３４．４μｍ、２２．４μｍであった。このことから、第２行程の所要時間ｔ２を変化させることによりインク滴サイズを自在に制御することができることが判る。
【００５７】
このように、本実施の形態では、引き込み電圧Ｖ１によってメニスカスを引き込む第１行程と、駆動電圧を０に保持した状態でインクを供給してメニスカス位置を所望の位置に調整する第２行程と、メニスカス位置が所望の位置に来たときに吐出電圧Ｖ２を印加してインク滴を吐出する第３行程の３行程によってインク吐出動作を行うに際し、第２行程の所要時間ｔ２を変化させることにより、各記録ドットごとにインク滴サイズを制御することが可能である。
【００５８】
また、上述したように、インク滴サイズは、第３行程における所要時間ｔ３（インク室１１３の収縮速度）や吐出電圧Ｖ２の大きさ（インク室１１３の収縮量）によっても変化するので、第２行程の所要時間ｔ２の制御と併せてこれらのパラメータ（ｔ３，Ｖ２）の制御をも行うようにすれば、より多様な制御が可能となり、インク滴サイズの範囲を拡大することも可能となる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明のさらに他の実施の形態を説明する。
【００６０】
本実施の形態は、第１行程のメニスカスの引き込み量および第２行程の所要時間ｔ２の双方を変化させることで第３行程開始時点のメニスカス位置を調整するものである。ここで、第３行程開始時点（インク滴の吐出時点）Ｃの位置は、上記した吐出タイミングクロックに同期して固定されているので、第２行程の所要時間ｔ２の長さを変化させるためには、第１行程の開始時点Ａの位置を変更する必要がある。したがって、本実施の形態では、第１行程の引き込み電圧Ｖ１の大きさと第１行程の開始時点Ａの位置とを変化させてメニスカス位置を調整する。なお、本実施の形態では、予め図４の駆動電圧波形記憶部１４４に、各インク滴のサイズに応じてそれぞれ異なる引き込み電圧Ｖ１および第２行程所要時間ｔ２を組み合わせた複数種類の波形データを格納しておき、これを読み出して利用するようにすればよい。その他の構成は上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【００６１】
図１２は第１行程のメニスカスの引き込み量および第２行程の所要時間ｔ２の双方を変化させた場合におけるメニスカス位置の変化を表すものである。この図の（ａ）はヘッド駆動信号の電圧波形を表し、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。また、（ｂ）はメニスカス位置の変化の様子を表し、横軸は時間、縦軸はメニスカス位置（開口端からメニスカスまでの距離）を表す。ここで、実線で示したメニスカス位置の軌跡５１は、第１行程の引き込み電圧をより小さく（Ｖ１＝Ｖ１１）すると共に第２行程の所要時間をより長く（ｔ２＝ｔ２１）した場合の電圧波形５３に対応し、破線で示したメニスカス位置の軌跡５２は、第１行程の引き込み電圧をより大きく（Ｖ１＝Ｖ１２）すると共に第２行程の所要時間をより短く（ｔ２＝ｔ２２）した場合の電圧波形５４に対応する。なお、本実施の形態においても、第３行程における所要時間ｔ３および吐出電圧Ｖ２の大きさは一定であるとして説明する。さらに、第１行程の所要時間ｔ１もまた一定として説明するが、この値は必要に応じて可変にしてもよい。
【００６２】
この図から明らかなように、引き込み電圧が大きいと、メニスカスは深く引き込まれ、また、第２行程の所要時間ｔ２が短いと、引き込まれたメニスカスが吐出前に開口端の方向に前進できる時間は小さい。一方、インクの供給速度は同じなので、メニスカスの前進速度（図１２（ｂ）で、メニスカス位置が開口端に向かって前進するときの軌跡４１，４２の傾きの大きさ）は等しい。したがって、第３行程の開始時点Ｃ（すなわち吐出開始時点）におけるメニスカス位置を比較すると、第１行程の引き込み電圧Ｖ１が小さくかつ第２行程の所要時間ｔ２が長い場合の位置ｘ１よりも、第１行程の引き込み電圧Ｖ１が大きくかつ第２行程の所要時間ｔ２が短い場合の位置ｘ２″の方が深くなる。すなわち、第１行程の引き込み量を大きく第２行程の所要時間ｔ２を短くすることによって、メニスカスがより深い位置にある状態で吐出が行われることになる。したがって、第１行程の引き込み量を大きくすると共に第２行程の所要時間ｔ２を短くすることで、インク滴サイズを小さくすることができる。
【００６３】
また、第１行程の引き込み電圧Ｖ１と第２行程の所要時間ｔ２とを種々に変更することにより、インク滴サイズを種々に変化させることが可能である。例えば、第１行程の引き込み電圧Ｖ１を大きくすると共に第２行程の所要時間ｔ２を長くしたり、あるいは逆に、第１行程の引き込み電圧Ｖ１を小さくすると共に第２行程の所要時間ｔ２を短くするような制御も可能である。これにより、多様な制御が可能となる。
【００６４】
また、上述したように、インク滴サイズは、第３行程における所要時間ｔ３（インク室１１３の収縮速度）や吐出電圧Ｖ２の大きさ（インク室１１３の収縮量）によっても変化するので、第１行程の引き込み電圧Ｖ１および第２行程の所要時間ｔ２の制御と併せてこれらのパラメータ（ｔ３，Ｖ２）の制御をも行うようにすれば、さらに多様な制御が可能となり、インク滴サイズの範囲を拡大することも可能となる。
【００６５】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その均等の範囲内で種々変更可能である。例えば、上記の各実施の形態では、第２行程の保持電圧を０Ｖにすると共に第１行程の引き込み電圧Ｖ１および第３行程の吐出電圧Ｖ３を同極性の電圧としたが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、引き込み電圧Ｖ１を０Ｖにすると共に第２行程の保持電圧と第３行程の吐出電圧Ｖ２とを逆極性の電圧にすることも可能である。
【００６６】
また、上記の実施の形態では、ヘッドコントローラ１４の主制御部１４１が駆動電圧波形記憶部１４４から波形データを読み出し、これを基に、指定されたインク滴サイズを得るためのヘッド駆動信号を作成して出力するというソフトウェア的手法によって制御を行うこととしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロジック回路を用いてヘッド駆動信号を作成するというハードウェア的手法によって制御を行うようにしてもよい。
【００６７】
また、上記の各実施の形態では、インク室１１３へのインク供給を常時一定速度で行うこととしたが、例えば、第２行程の期間、および第３行程終了後のリフィル期間の２つの期間においてのみインク供給を行うようにしてもよい。また、、例えばインクカートリッジ１２に加圧機構を設けて圧力制御を行うことにより、第２行程におけるインク供給速度と、第３行程終了後のリフィル期間におけるインク供給速度とを異ならせるようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のインクジェットプリンタまたは請求項５ないし請求項８のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ第２行程の所要時間を変化させることにより、第３行程の開始時点におけるインク先端部の位置を調整するようにしたので、吐出されるインク滴のサイズを任意に制御することができる。このため、例えば、ドットごとにインク滴のサイズを変化させるような調整も容易となるので、中間階調の画像表現を適切かつ容易に行うことが可能となり、また、例えば、インク滴のサイズを小さく制御することが容易になるので、高解像度の画像表現を容易に行うことが可能となる。したがって、記録画像の品質を向上することができるという効果がある。
【００６９】
特に、請求項２記載のインクジェットプリンタまたは請求項６記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、上記制御に加えて第３行程におけるインク室の収縮量の制御をも行うことによりインク滴のサイズを制御するようにしたので、さらに多彩なインク滴サイズ制御が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を表すブロック図である。
【図２】記録ヘッドの一構造例を表す斜視断面図である。
【図３】記録ヘッドの一構造例を表す断面図である。
【図４】ヘッドコントローラの一構成例を表すブロック図である。
【図５】記録ヘッドの動作の一例を表す説明図である。
【図６】ヘッドコントローラの主制御部の動作を説明するための流れ図である。
【図７】メニスカスの引き込み電圧とメニスカスの前進所要時間との関係を調べるための一実験例の結果を表す図である。
【図８】第１行程の引き込み電圧を変化させた場合におけるメニスカスの挙動の変化を表す図である。
【図９】第２行程の所要時間の長さを変化させた場合におけるメニスカスの挙動の変化を表す図である。
【図１０】図９に示した実施の形態に係る一実験例において用いた駆動電圧波形を表す図である。
【図１１】図９に示した実施の形態に係る一実験例において得られた結果を表す図である。
【図１２】第１行程のメニスカスの引き込み電圧および第２行程の所要時間の長さの双方を変化させた場合におけるメニスカスの挙動の変化を表す図である。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタ、２…記録用紙、１１…記録ヘッド、１２…インクカートリッジ、１４…ヘッドコントローラ、１１１ｃ…振動プレート、１１３…インク室、１１５…ノズル開口、１１７…共通流路、１２２…圧電素子、１４１…主制御部、１４４…駆動電圧波形記憶部、１４５…カウンタ、Ｖ１…引き込み電圧、Ｖ２…吐出電圧、ｔ１…第１行程の所要時間、ｔ２…第２行程の所要時間、ｔ３…第３行程の所要時間
Claims (8)
- インク滴を吐出するためのノズル開口部と、
前記ノズル開口部に連通するインク室と、
前記インク室にインクを供給するインク供給路と、
印加電圧に応じて前記インク室を膨張または収縮させる圧電素子と、
前記圧電素子によって前記インク室を膨張させることにより前記ノズル開口部を介して外気に接するインク先端部をインク室の方向に引き込む第１行程と、前記インク供給路から前記インク室にインクを供給することにより前記インク先端部を前記ノズル開口部の方向に前進させる第２行程と、前記圧電素子によって前記インク室を収縮させることにより前記ノズル開口部からインク滴を吐出させる第３行程とを制御する行程制御手段と
を備えたインクジェットプリンタであって、
前記行程制御手段は、前記第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ前記第２行程の所要時間を変化させて前記第３行程の開始時点における前記インク先端部の位置を制御することにより、前記第３行程において吐出されるインク滴の大きさを制御する
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。 - 前記行程制御手段は、さらに、前記第３行程における前記インク室の収縮量の制御をも行うことにより、インク滴の大きさを制御する
ことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。 - 前記行程制御手段は、前記第２行程の所要時間を一定にしつつ前記第１行程におけるインク先端部の引き込み量を変化させることによって、前記第３行程の開始時点における前記インク先端部の位置を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェットプリンタ。 - 前記行程制御手段は、前記第１行程におけるインク先端部の引き込み量および前記第２行程の所要時間を変化させることによって、前記第３行程の開始時点における前記インク先端部の位置を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェットプリンタ。 - インク滴を吐出するためのノズル開口部と、前記ノズル開口部に連通するインク室と、前記インク室にインクを供給するインク供給路と、印可電圧に応じて前記インク室を膨張および収縮させる圧電素子とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法であって、
前記圧電素子によって前記インク室を膨張させることにより前記ノズル開口部を介して外気に接するインク先端部をインク室の方向に引き込む第１行程と、
前記インク供給路から前記インク室にインクを供給することにより前記インク先端部を前記ノズル開口部の方向に移動させる第２行程と、
前記圧電素子によって前記インク室を収縮させることにより前記ノズル開口からインク滴を吐出させる第３行程と
を含み、
前記第１行程におけるインク先端部の引き込み量を一定にしつつ前記第２行程の所要時間を変化させて前記第３行程の開始時点における前記インク先端部の位置を制御することにより、前記第３行程において吐出されるインク滴の大きさを制御する
ことを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。 - さらに、前記第３行程における前記インク室の収縮量の制御をも行うことにより、インク滴の大きさを制御する
ことを特徴とする請求項５記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。 - 前記第２行程の所要時間を一定にしつつ前記第１行程におけるインク先端部の引き込み量を変化させることによって、前記第３行程の開始時点における前記インク先端部の位置を制御する
ことを特徴とする請求項５または請求項６記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。 - 前記第１行程におけるインク先端部の引き込み量および前記第２行程の所要時間を変化させることによって、前記第３行程の開始時点における前記インク先端部の位置を制御する
ことを特徴とする請求項５または請求項６記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。
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1998
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| JPH1170656A (ja) | 1999-03-16 |
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