JP4449473B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明はインクジェット記録装置に関し、詳しくは、ノズル内のメニスカスをノズルから液滴を吐出させない程度に微振動させて、揮発性の高い有機溶剤を含むインクを安定して吐出させることのできるインクジェット記録装置に関する。

ヘッドのノズルからインクを微小液滴状に吐出することで記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置では、画像の高画質化と共に、プリントの生産性の向上が求められている。

プリントの生産性を高めるためには、従来から印画速度を速くする努力がなされているが、印画速度を速くするためには、印画された画像の乾燥速度を速める必要があり、そのために、インクとして揮発、乾燥性の高い溶剤を用いたインクを使用することが多い。例えば、屋外広告などのティスプレイ・サインで屋外に掲示される画像は塩ビシートに印刷されるものが多く、これに使用されるインクは塩ビシートへの定着性を高めるために、塩ビ溶解性のある溶剤が用いられ、これには一般に揮発性の高い有機溶剤が多く使用される。

このような揮発、乾燥性の高い有機溶剤を含むインクを使用するインクジェット記録装置では、ノズルのメニスカスでのインクの乾燥が速く、ヘッドを走査している間にメニスカスのインクが乾燥により増粘して、液滴の吐出速度が低下して出射が不安定化する。

また、印刷物の耐擦性、耐候性を上げるために、或いは、印刷物に光沢性を付与したり、指紋等の汚れ付着防止のために、インクにポリマー成分を添加することが多く行われる。このようなインクにおいては、インク溶剤の揮発により、インク粘度が急激に上昇するために、ノズルのメニスカスでのインクの乾燥により、短時間で液滴の吐出速度の低下、不安定化を引き起こす。

一方、有機溶剤を分散媒として顔料粒子を分散させたインクは、均質な溶解性染料インクと異なり、インクの吐出時の物性とインクの静的物性とが大きく異なることが多く、インク吐出時の動的な粘度は低いが、印画を休止している間の静的な粘度は高くなるため、吐出休止から吐出再開する際に出射が不安定になり易い。

インクのメニスカスの増粘を抑えるためには、従来からメニスカスを微振動させ、ノズル表面の増粘したインクをチャネル内のインクと攪拌する方法が知られており、特許文献１〜３には、印画を休止している状態のノズル先端に微振動を与えることにより、ノズル先端のインクを攪拌し、インク粘度を低下させることが記載されている。
特開平１１−２６８２６４号公報 特開２０００−９４６６９号公報 特開平９−２９９９６号公報

揮発、乾燥性の高いインクを使用している場合、ごく短時間吐出を中断するだけでも、吐出再開時に第１滴目から正常に吐出しなくなり、画質が著しく低下する。特に揮発、乾燥性の高いインクはインクの乾燥による粘度上昇が極めて速いため、メニスカスに微振動を与えた後は直ちに吐出しなければならない。このため、揮発、乾燥性の高いインクを使用する場合、ヘッドの印画走査中に各画素位置毎にメニスカスを微振動させることが有効になる。

しかしながら、液滴を吐出する画素の前後で微振動パルスを印加してメニスカスを微振動させると、微振動の残響が吐出に影響を与え、安定に吐出し難くなる問題がある。すなわち、安定した吐出を行うためには、微振動によるメニスカスの振動が収まり、その位置が一定となった状態で吐出することが必要であり、そうでない場合には、吐出されるインク滴の大きさや飛翔速度が変動して着弾誤差の原因となる。更に、インクを効率良く攪拌・混合するためにはメニスカスを大きく振動させる必要があるが、高速駆動を行う際には、メニスカスの振動を早期に減衰させる必要がある。特に有機溶剤に顔料粒子を分散させたインクでは、このような微振動と安定出射との両立が難しい。

このようにインクのメニスカスを効果的に微振動させたり、残留振動を効果的にキャンセルしたりする方法は、音響理論から次のように説明できる。

チャネルを膨張（または収縮）させることにより、チャネル内に発生した圧力波は、１ＡＬ毎に圧力の反転を繰り返しながら次第に減衰していく。チャネルを変形してから１ＡＬ後の、圧力が反転したタイミングでチャネルの変形を元に戻すと、元からある圧力と新しく発生した圧力が互いに強め合って、インクのメニスカスを大きく振動させる。なお、ＡＬ（Acoustic Length）とは、チャネルの音響的共振周期の１／２である。従って、チャネルを変形してから元に戻すまでの時間をＡＬの奇数倍にすれば、メニスカスを大きく微振動させることができる。しかし、残留圧力がキャンセルされず、メニスカスの微振動が残るので、すぐには吐出できない。

一方、チャネルを変形して２ＡＬ後の圧力が反転→再反転したタイミングでチャネルの変形を元に戻せば、元の圧力と新しく発生した圧力が互いにキャンセルし合うので、メニスカスは大きく振動しない。従って、チャネルを変形してから変形を元に戻すまでの時間をＡＬの偶数倍にすると、残留圧力がキャンセルされるのでメニスカスの微振動が早く収まり、すぐに吐出できるようになる。

以上のことから理解されるように、増粘したインクを高速且つ安定に吐出するには、メニスカスを大きく微振動させてノズル表面のインクを効率良く攪拌することと、この微振動によって発生した残留振動を効率良くキャンセルすること、という相反する問題を解決しなくてはならない。

上記特許文献１、２の技術は、いずれも微振動パルスを、インク吐出を行わないノズルに印加してメニスカスを微振動させるようにしているため、メニスカスに微振動を与えた後は、インクを吐出するまでの間に時間があり、特に揮発、乾燥性の高いインクを使用する場合は、その間に再びインク粘度が上昇してしまい、正常な吐出が困難となる問題がある。また、微振動パルスとして台形波を使用しているが、台形波は回路構成が複雑になる上に、電圧感度が低下するため、必要な駆動電圧が上昇して消費電力が大きくなる。更に、微振動パルスの印加回数を増やさなければ十分な効果が得られず、結果的に印刷速度の低下等につながり、プリント生産性の向上は望めない。

また、上記特許文献３の技術は、インク吐出後の非吐出時に、次の吐出信号又はリフレッシュ信号が入力されるまでメニスカスに微振動を与えることにより、揮発による粘度上昇の著しいインクを用いても安定して吐出できるようにしているが、メニスカスに微振動を与えた後、この微振動によって発生した残留振動による問題は何ら解決できず、高速駆動が困難となって、やはりプリント生産性の向上は望めない。

そこで、本発明の課題は、揮発性の高い有機溶剤を含むインクを使用しても、ノズル内の液体を効率良く攪拌することにより、デキャップ特性の改善効果が高く、また、メニスカスの微振動直後でも液滴の高速且つ安定吐出を可能とし、プリント生産性の向上を図ることのできるインクジェット記録装置を提供することにある。

ここで、デキャップ特性とは、ノズル面開放状態の場合にメニスカス乾燥によって液体が増粘する、いわゆるデキャップ現象による初発速度の低下量を示す。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、複数の駆動パルスを含んでなる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、各画素のデータに応じて駆動パルスを選択する駆動パルス選択手段と、選択された駆動パルスに基づいてチャネルの容積を変化させることにより前記チャネルに対応して設けられたノズルから前記チャネル内の液体を液滴として吐出させるヘッドと、を有するインクジェット記録装置であって、前記液体が揮発性の高い有機溶剤を含むインクであり、前記駆動信号が、駆動パルスとして、前記液滴を吐出させる吐出パルスと、前記ノズル内のメニスカスをノズルから液滴を吐出させない程度に微振動させる微振動パルスとを含み、前記吐出パルスは、チャネルの容積を膨張させ１ＡＬ後（ＡＬはチャネルの音響的共振周期の１／２）に元の容積に戻す矩形波からなる第１のパルスと、チャネルの容積を収縮させ一定時間後に元の容積に戻す矩形波からなる第２のパルスとを含み、第１のパルスの電圧Ｖonが第２のパルスの電圧Ｖoffよりも大きい駆動パルスからなり、前記微振動パルスは、チャネルの容積を収縮させた後に元の容積に戻すパルス幅が２ＡＬの矩形波を含み、前記吐出パルスの第２のパルスの電圧Ｖoffと同電圧であることを特徴とするインクジェット記録装置である。

請求項２記載の発明は、前記微振動パルスは、前記吐出パルスの印加の有無に関わらず、全ての画素で印加されることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置である。

請求項３記載の発明は、前記吐出パルスの第１のパルスの電圧Ｖonと第２のパルスの電圧Ｖoffとの比Ｖon／Ｖoffが１．５以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置である。

請求項４記載の発明は、前記微振動パルスは、前記吐出パルスに先立って印加されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録装置である。

請求項５記載の発明は、前記インクは、顔料分散インクであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。

請求項６記載の発明は、前記インクは、ポリマー成分を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。

請求項７記載の発明は、前記微振動パルスにおけるパルス幅が２ＡＬの矩形波は、前記微振動パルスの少なくとも最後に印加されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。

請求項８記載の発明は、前記最後に印加される２ＡＬの矩形波の１ＡＬ後に、吐出パルスを印加することを特徴とする請求項７記載のインクジェット記録装置である。

請求項９記載の発明は、前記ヘッドは、前記吐出パルス又は前記微振動パルスの印加により前記チャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェット記録装置である。

請求項１０記載の発明は、前記電気・機械変換手段は、隣接するチャネル間の隔壁を形成し、且つ電圧を印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする請求項９記載のインクジェット記録装置である。

本発明によれば、メニスカスを大きく振動させてノズル表面の液体を効率良く攪拌することと、この振動によって発生した残留振動を効率良くキャンセルすることという相反する問題を解決し得て、ノズル内の液体を効率良く攪拌することができることにより、揮発性の高い有機溶剤を含むインクを使用しても、デキャップ特性の改善効果が高く、また、メニスカスの微振動直後でも液滴を安定に吐出させることができ、高速且つ安定吐出を可能として、プリント生産性の向上を図ることのできるインクジェット記録装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す図である。インクジェット記録装置１において、記録媒体Ｐは、搬送機構３の搬送ローラ対３２に挟持され、更に、搬送モータ３３によって回転駆動される搬送ローラ３１により図示Ｙ方向に搬送されるようになっている。

搬送ローラ３１と搬送ローラ対３２の間には、記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するように記録ヘッド２が設けられている。この記録ヘッド２は、記録媒体Ｐの幅方向に亘って掛け渡されたガイドレール４に沿って、不図示の駆動手段によって、上記記録媒体Ｐの搬送方向（副走査方向）と略直交する図示Ｘ−Ｘ’方向（主走査方向）に沿って往復移動可能に設けられたキャリッジ５に、ノズル面側が記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するように配置されて搭載されており、フレキシケーブル６を介して、後述する吐出パルスや微振動パルスを生成するための回路が設けられる駆動信号発生部１００（図３参照）に電気的に接続されている。

かかる記録ヘッド２は、キャリッジ５の移動に伴って記録媒体Ｐの記録面ＰＳを図示Ｘ−Ｘ’方向に移動し、この移動過程でインク滴を吐出することによって所望のインクジェット画像を記録するようになっている。

なお、図中、７はインク受け器であり、記録ヘッド２が非記録時のホームポジション等の待機位置、又は、記録領域外のキャリッジの走査経路に設けられている。記録ヘッド２がこの待機位置にある時、ノズル開口で増粘したインクを微振動させて減粘した後、このインク受け器７に向けてインク滴を少量はき捨てるようにする。記録ヘッド２がこの待機位置において長期間作動停止している時は、図示しないが、記録ヘッド２のノズル面にキャップを被せることにより保護するようになっている。また、８は記録媒体Ｐを挟んで上記インク受け器７の反対位置に設けられたインク受け器であり、往復両方向で記録するとき、往動から復動に切り替えるときに、上記同様にはき捨てられたインク滴を受け入れる。

図２、図３は、記録ヘッド２の一例を示す図であり、図２（ａ）は概観斜視図、（ｂ）は断面図、図３はインク吐出時の作動を示す図である。同図において、２１はインクチューブ、２２はノズル形成部材、２３はノズル、２４はカバープレート、２５はインク供給口、２６は基板、２７は隔壁である。そして、チャネル２８が隔壁２７、カバープレート２４及び基板２６によって形成されている。

記録ヘッド２は、ここでは図３に示すように、カバープレート２４と基板２６の間に、電気・機械変換手段であるＰＺＴ等の圧電材料からなる複数の隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃで隔てられたチャネル２８が多数並設されたせん断モード（シェアモード）タイプの記録ヘッドを示している。図３では多数のチャネル２８の一部である３本（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）が示されている。チャネル２８の一端（以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材２２に形成されたノズル２３につながり、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）はインク供給口２５を経て、インクチューブ２１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る。そして、各チャネル２８内の隔壁２７表面には両隔壁２７の上方から基板２６の底面に亘って繋がる電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが密着形成され、各電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃは駆動信号発生部１００に接続している。

この駆動信号発生部１００は、複数の駆動パルスを含む一連の駆動信号を各画素周期毎に発生する駆動信号発生回路と、各チャネル毎に前記駆動信号発生回路から供給された駆動信号の中から各画素のデータに応じて駆動パルスを選択して各チャネルに供給する駆動パルス選択回路とからなり、各画素のデータに応じて電気・機械変換手段としての隔壁２７を駆動するための駆動パルスを供給する。この駆動パルスには、微振動パルスと吐出パルスとを含んでいる。ここで、駆動信号発生回路が請求項の駆動信号生成手段に相当し、駆動パルス選択回路が請求項の駆動パルス選択手段に相当する。

各隔壁２７は、ここでは図３の矢印で示すように分極方向が異なる２枚の圧電材料２７ａ、２７ｂによって構成されているが、圧電材料は例えば符号２７ａの部分のみであってもよく、隔壁２７の少なくとも一部にあればよい。

各隔壁２７表面に密着形成された電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃに駆動信号発生部１００の制御により吐出パルスが印加されると、以下に例示する動作によってチャネル２８内のインクをインク滴としてノズル２３から吐出する。なお、図３ではノズルは省略してある。

まず、電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃのいずれにも吐出パルスが印加されない時は、隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃのいずれも変形しないが、図３（ａ）に示す状態において、電極２９Ａ及び２９Ｃを接地すると共に電極２９Ｂに吐出パルスを印加すると、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁２７Ｂ、２７Ｃ共に、それぞれ隔壁２７ａ、２７ｂの接合面にズリ変形を生じ、図３（ｂ）に示すように隔壁２７Ｂ、２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、チャネル２８Ｂの容積を拡大してチャネル２８Ｂ内に負の圧力が生じてインクが流れ込む（Draw）。

また、この状態から電位を０に戻すと、隔壁２７Ｂ、２７Ｃは図３（ｂ）に示す膨張位置から図３（ａ）に示す中立位置に戻り、チャネル２８Ｂ内のインクに高い圧力が掛かる（Release）。次いで、図３（ｃ）に示すように、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを互いに逆方向に変形するように吐出パルスを印加して、チャネル２８Ｂの容積を縮小すると、チャネル２８Ｂ内に正の圧力が生じる（Reinforce）。これによりチャネル２８Ｂを満たしているインクの一部によるノズル内のインクメニスカスがノズルから押し出される方向に変化する。この正の圧力がインク滴をノズルから吐出する程に大きくなると、インク滴はノズルから吐出する。他の各チャネルも吐出パルスの印加によって上記と同様に動作する。このような吐出法をＤＲＲ駆動法と呼び、シェアモードタイプの記録ヘッドの代表的な駆動法である。

このように少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁２７によって隔てられた複数のチャネル２８を有する記録ヘッド２を駆動する場合、一つのチャネルの隔壁が吐出の動作をすると、隣のチャネルが影響を受けるため、通常、複数のチャネル２８のうち、互いに１本以上のチャネル２８を挟んで離れているチャネル２８をまとめて１つの組となすようにして、２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行うように駆動制御される。例えば、全チャネル２８を駆動してベタ画像を出力する場合には、チャネル２８を２チャネルおきに選んで３相に分けて吐出する、いわゆる３サイクル吐出法が行われる。

かかる３サイクル吐出動作について図４を用いて更に説明する。図４に示す例では、記録ヘッドはチャネルがＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の９つのチャネル２８で構成されているとして説明する。また、このときのＡ、Ｂ、Ｃの各組のチャネル２８に印加されるパルス波形のタイミングチャートを図５に示す。

インク吐出時には、まずＡ組（Ａ１、Ａ２、Ａ３）の各チャネルの電極に電圧を掛け、その両隣のチャネルの電極を接地する。例えばＡ組のチャネルに１ＡＬ幅の正電圧の吐出パルスを掛けると、吐出したいＡ組のチャネルの隔壁が外側に変形し、そのチャネル２８内に負圧が発生する。この負圧により、インクタンクからＡ組のチャネル２８にインクが流れ込む（Draw）。

この状態を１ＡＬ間保つと、圧力が正圧に反転するので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、高い圧力がＡ組のチャネル２８内のインクに掛かる（Release）。更に、同じタイミングでＡ組の各チャネルの電極に負電圧を掛けると、隔壁が内側に変形し、更に高い圧力がインクに掛かり（Reinforce）、ノズルからインク柱が押し出される。１ＡＬ後、圧力が反転してチャネル２８内が負圧になり、更に１ＡＬ経過すると、チャネル２８内の圧力が反転して正圧になるので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、残留する圧力波をキャンセルできる。

続いてＢ組（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）の各チャネル２８、更に続いてＣ組（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）の各チャネル２８へと上記同様に動作する。

なお、ＡＬ（Acoustic Length）とは、上述したように、チャネルの音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、電気・機械変換手段である隔壁２７に矩形波の電圧パルスを印加して吐出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、インク滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。また、パルスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、０Ｖを０％、波高値電圧を１００％とした場合に、パルス幅とは、電圧の０Ｖからの立ち上がり１０％と波高値電圧からの立ち下がり１０％との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／２、好ましくは１／４以内であるような波形を指す。

かかるせん断モードタイプのインクジェット記録ヘッドでは、隔壁の変形は壁の両側に設けられる電極に掛かる電圧差で起こるので、インク吐出を行うチャネルの電極に負電圧を掛ける代わりに、図６に示すように、インク吐出を行うチャネルの電極を接地して、その両隣のチャネルの電極に正電圧を掛けるようにしても同様に動作させることができる。この後者の方法によれば、正電圧だけで駆動させることができるために好ましい態様である。

本発明において用いられる図５、図６に示すこれらの吐出パルスは、同図に示すように、チャネル２８の容積を膨張させ１ＡＬ後に元の容積に戻す矩形波からなる第１のパルスＰ１と、チャネル２８の容積を収縮させ一定時間後に元の容積に戻す矩形波からなる第２のパルスＰ２とを含んでおり、第１のパルスＰ１の電圧Ｖonが第２のパルスＰ２の電圧Ｖoffよりも大きい駆動パルスからなっている。このように電圧Ｖonを電圧Ｖoffよりも大きく設定することは、特に、吐出するインクの粘度が高い場合においてチャネル２８内へのインクの供給を促進する効果もある。

この第１のパルスＰ１の電圧Ｖonと第２のパルスＰ２の電圧Ｖoffとの電圧比Ｖon／Ｖoffは、１．５以上であることが好ましい。これは、本発明においては、微振動パルスの電圧を吐出パルスの第２のパルスＰ２の電圧Ｖoffと同電圧に設定するが、このときの電圧比Ｖon／Ｖoffを１．５以上にすることにより、微振動パルスによるノズルのメニスカスの振動を適量に設定でき、且つ、吐出パルスの直前、直後に微振動パルスを印加した場合にも、吐出パルスによる圧力波の残響と微振動パルスによる圧力波の残響とが適度に打ち消し合うことにより、安定な吐出を実現することができる。特に、有機溶剤を主溶剤としたインクで、顔料分散インク及びポリマーを添加したインクにおいては、インク吐出時の動的な粘度が静的な粘度に比較して低くなるものが多く、電圧比Ｖon／Ｖoffを１．５以上に大きく設定することにより、安定に微振動を付加することができるため好ましい。

なお、この電圧比Ｖon／Ｖoffは、１以下に小さくすると、微振動パルスによるメニスカスの振動が大きくなり、微振動パルス印加後の圧力波の残響が吐出パルスによる駆動に大きく影響して、液滴の吐出が不安定になる。一方、電圧比Ｖon／Ｖoffを５以上に大きくすると、微振動パルスによるメニスカスの振動が小さく、デキャップ特性の改善効果が得られ難くなるため好ましくない。

本発明において、ノズル２３からインク滴として吐出させるチャネル２８内のインクは、揮発性の高い有機溶剤を含むインクが用いられる。ここで、揮発性が高いとは、水と同等以上の蒸発速度を持つものをいう。

このような有機溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ヘキサントリオール、ヘキシレングリコール、グリセリン、チオグリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、乳酸ブチル、γ−ブチロラクトン、トリメチロールエタン、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が挙げられる。有機溶剤は１種に限らず、２種以上を用いても良い。

特に、本発明では、このような揮発性の高い有機溶剤を分散媒として顔料粒子を分散させた顔料分散インクであることが好ましく、このようなインクを使用する場合に特に顕著な効果を発揮する。

また、特に本発明では、インクにポリマー成分を含む場合に顕著な効果を発揮する。ポリマー成分としては、分子量が１０００〜１０００００程度の溶剤への溶解性のある樹脂が使用される。インクが揮発性の高い有機溶剤を含み、且つ、ポリマー成分が添加されている場合、インク溶剤の揮発乾燥によりインク粘度が急激に上昇するため、全ての画素毎に微振動パルスを印加することにより、ノズルのメニスカスでのインクの増粘を効果的に抑制することができる。

次に、図７及び図８を用いて、かかる揮発性の高い有機溶剤を含むインクを用いたシェアモードタイプの記録ヘッド２において、メニスカスに微振動を与える動作について説明する。ここでも上記同様に３サイクル吐出動作を行うものについて説明する。また、ここでは、駆動波形電圧に図６と同様に正電圧のみを使用し、Ａ組→Ｂ組→Ｃ組の順に吐出させるものとする。また、ここでは、駆動信号は微振動パルスと吐出パルス各１種の駆動パルスで構成されたものを例に説明する。

本発明において、ノズルからインク滴を吐出させない程度に微振動させる微振動パルスは、吐出パルスを印加する場合と同様、図３に示す駆動信号発生部１００において生成される。本発明における微振動パルスは、チャネルの容積を収縮させた後に元に戻す矩形波のみからなり、パルス幅が２ＡＬの矩形波を含んでいる。微振動パルスに矩形波を用いることで、台形波を使用する方法に比べてメニスカスを微振動させる効率が良く、低い駆動電圧で振動させることができる上に、簡単なデジタル回路で駆動回路を設計できる効果がある。また、チャネルの容積を収縮させた後に元に戻すので、ノズルからインク滴を吐出することがなく効果的に微振動を与えることができる。

例えば、図７に示す例では、画像記録領域内において、始めにＡ組のチャネルの電極を接地し、Ｂ組及びＣ組のチャネルの電極に２ＡＬ幅の正電圧の矩形波からなる微振動パルスを印加している。これによりＡ組のチャネルは容積が収縮した後に元に戻ることで、そのノズル内のメニスカスは、ノズルからインク滴を吐出させない程度に押し出させるように微振動が与えられ、Ｂ組及びＣ組の各チャネルは片側の隔壁のみが変位して、Ａ組のチャネルの半分の強度の微振動が与えられる。

続いて、Ａ組のチャネルに１ＡＬ幅の正電圧の吐出パルスを与え、引き続き２ＡＬ幅の正電圧の吐出パルスをＢ組及びＣ組のチャネルにそれぞれ与えると、上述したＤＲＲ駆動法によりＡ組のチャネルからインクが吐出され、画素が記録される。マルチドロップ吐出を行う場合には、吐出したい液滴数分だけこの２種類のパルスを繰り返す。

Ａ組のチャネルからの吐出が終了し、続いてＢ組のチャネルから吐出させる場合も同様に、Ｂ組のチャネルの電極を接地してからＡ組及びＣ組のチャネルの電極にそれぞれ２ＡＬ幅の正電圧の微振動パルスを印加し、メニスカスを微振動させる。その後、Ｂ組のチャネルの電極に１ＡＬ幅の正電圧の吐出パルスを与え、引き続き２ＡＬ幅の正電圧の吐出パルスをＡ組及びＣ組のチャネルの電極に与えることでＢ組のチャネルからの吐出が行われ、画素が記録される。Ｃ組のチャネルの微振動パルスの印加及び吐出も同様に行われる。

次に、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組のチャネルがいずれも吐出を行わず、Ａ組→Ｂ組→Ｃ組の順にメニスカスに微振動を与える場合について、図８を用いて説明する。

図７と同様、始めにＡ組のチャネルの電極は接地し、Ｂ組及びＣ組のチャネルの電極に２ＡＬ幅の正電圧の微振動パルスを印加することで、Ａ組のチャネルは容積が収縮した後に元に戻ることで、そのノズル内のメニスカスに微振動が与えられる。続いて、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組いずれのチャネルにも２ＡＬ幅の正電圧のパルスを与えると、隔壁は変位しないためインク吐出も行われない。

このような本発明における微振動パルスは、吐出パルスを構成する第２のパルスＰ２の電圧Ｖoffと同電圧に設定している。これにより、微振動パルスの電圧を電圧の低いＶoff電圧に設定することで、微振動が強く掛かりすぎることがなく、インク滴をノズルから吐出させない程度の微振動を効率良く掛けることができる。また、吐出パルス及び微振動パルスを発生するための駆動信号発生部１００における電源電圧数を少なくして回路コストを下げることができる効果もある。

続いて、各画素内における駆動パルスの選択方法について、図９を用いて説明する。図９のＯＮ波形およびＯＦＦ波形は、駆動信号発生回路が生成する２種類の駆動信号を示す。この駆動信号は、微振動パルス(1)と吐出パルス(2)、(3)との３種の駆動パルスで構成されており、２ドロップのマルチドロップ吐出の選択が可能な駆動信号の例である。ここで、微振動パルスの電圧が吐出パルスを構成する第２のパルスの電圧Ｖoffと同電圧に設定されているため、ＯＮ波形及びＯＦＦ波形は、それぞれ単一の電源電圧、Ｖon及びＶoffをデジタル的にスイッチングするのみで波形を生成することができる。

ＯＮ波形およびＯＦＦ波形は、各チャネルの駆動パルス選択回路にそれぞれ供給されており、各チャネルの印字データに応じたパルス選択ゲート信号の制御により、各チャネルの電極へ選択的に供給される。駆動パルス選択回路は、パルス選択ゲート信号がＨｉｇｈのときにはＯＮ波形を電極に供給し、パルス選択ゲート信号がＬｏｗのときにはＯＦＦ波形を電極に供給する。図９は、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組の各チャネル駆動の１周期分を表記しているが、以降は、Ａ組チャネル駆動のタイミングを例として説明する。

微振動パルスの印加前の期間および微振動パルスの印加後から吐出パルスの印加前までの期間、吐出パルス印加後の期間には、それぞれパルス分割信号が印加される。画素の印字データが与えられると、それに応じてパルス分割信号に同期したパルス選択ゲート信号がＯＮとなる。Ａ組チャネルに対応するパルス選択ゲート信号がＯＮである期間（図９の(1)〜(2)）は、Ａ組チャネルの電極には駆動波形のＯＮ波形が印加され、このとき、Ｂ組およびＣ組チャネルに対応するパルス選択ゲート信号はＯＦＦであるから、Ｂ組およびＣ組のチャネルの電極にはＯＦＦ波形が印加されて、Ａ組チャネルの両側の隔壁が変位する。また、図９の(3)の期間は、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組のパルス選択ゲート信号がいずれもＯＦＦであるため、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組のチャネルの電極にはＯＦＦ波形が印加されて、いずれの隔壁も変位しない。

Ｂ組、Ｃ組チャネル駆動のタイミングも同様に動作する。

本発明では、このように、印字画素（図７の場合）にも非印字画素（図８の場合）にも常に、微振動パルスを印加していることで、揮発性の高い有機溶剤を含むインクを使用しても、ノズル開口付近のインクの増粘を効果的に抑制することができる。

特に、図７に示したように、画像記録領域内の全ての印字画素に、吐出パルスに先立って微振動パルスが印加されるようにすることで、印字を行う各画素の直前に常にメニスカスに微振動が与えられるため、常に安定したインク吐出により高画質の記録を行うことができ、しかも、連続吐出中においては、先に吐出した際の残留圧力波を微振動パルスの印加によりキャンセルすることができるため、より高品質の画像記録が可能となる。

なお、吐出パルスに先立ってとは、微振動させた後のインク滴の吐出において、デキャップ特性の改善に効果が見られる範囲の時間を指す。

本発明において、パルス幅が２ＡＬの矩形波は微振動パルス中に少なくとも１つ含まれればよいが、パルス幅２ＡＬの矩形波が一連の微振動パルス中の最後に少なくとも含まれるようにすると、微振動パルスによる残留圧力波をキャンセルする効果があるために、メニスカスを微振動させた直後に吐出を行うような高周波駆動を行う場合に好ましい。

なお、微振動パルスの最後にパルス幅２ＡＬの矩形波が印加される場合は、図７に示すように、その１ＡＬ後に吐出パルスを印加することが好ましい。その理由は、微振動パルスによる残留圧力波のキャンセルは必ずしも完全ではないため、微振動パルスの１ＡＬ後に吐出パルスを印加すると、残留した圧力波と吐出パルスによる圧力波とが逆位相となり、残留圧力波の吐出パルスへの影響を最小にすることができるためである。

図７〜図９では、微振動パルスがパルス幅２ＡＬの矩形波のみを含むものとしているが、この場合は短時間にメニスカスを効率良く微振動させることができるために、特にデキャップ現象の激しい系で、メニスカス微振動直後にインク吐出を行うような高周波駆動時において、画像記録速度をあまり低下させることなく全ての画素でメニスカスを微振動させることができるために好ましい態様である。

なお、微振動パルスが、パルス幅が２ＡＬの矩形波を少なくとも１つ含む２以上の複数の微振動パルスを有している場合、先の矩形波と後の矩形波との間隔はＡＬの整数倍とすると、メニスカスを効率的に微振動させることができるために好ましい。

本発明における電気・機械変換手段は、以上説明したように、隣接するチャネル間の隔壁を形成し、且つ電界を印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されるものに限らず、記録ヘッドにチャネルの容積を変化させる機能を与えるものであればどのような構成であってもよいが、本実施形態において示したように、せん断モードで変形する圧電材料により構成される場合には、上記した矩形波をより効果的に利用することができ、駆動電圧を低下させ、より効率的な駆動が可能となるために好ましい。

（出射安定性の評価）
図２に示すシェアモードタイプの記録ヘッド（ノズル数：２５６、ノズル径２７μｍ）の各チャネルを図４に示したように３群に分け、表１に示す通りのパルス幅からなる矩形波の微振動パルス１つ及び表１に示す通りの電圧比Ｖon／Ｖoffからなる吐出パルスを用いて、以下の条件で３サイクル駆動を行った。このときの出射安定性及びデキャップ特性改善効果を下記の方法で測定した結果を表１に示す。

なお、吐出パルスは、図７に示すように、チャネルの容積を膨張させ１ＡＬ後に元の容積に戻す矩形波からなる第１のパルスと、チャネルの容積を収縮させ２ＡＬ後に元の容積に戻す矩形波からなる第２のパルスとを含むパルスであり、微振動パルスは、吐出パルスの第２のパルスＶoffと同電圧である。

条件
ヘッド：ＡＬ＝４．７μｓ
インク：顔料分散溶剤インク
溶剤：２−ブトキシエチルアセテート＋γ−ブチロラクトン
（粘度：１０ｍＰａ・ｓ、表面張力：２８ｍＮ／ｍ、ａｔ２５℃）
吐出パルス：ＤＲＲ波形

出射安定性の測定方法
それぞれの微振動パルス及び吐出パルス印加条件において、駆動電圧を上げることによりインク滴の飛翔速度を上げていき、飛翔状態を観察した。吐出方向の曲がりやサテライトの飛散などが起こらない飛翔速度の上限を安定出射速度上限と定めた。

出射安定性の評価基準
○：８ｍ／ｓ≦安定出射速度上限
△：６ｍ／ｓ≦安定出射速度上限＜８ｍ／ｓ
×：安定出射速度上限＜６ｍ／ｓ

デキャップ特性の測定方法
それぞれの微振動パルス及び吐出パルス印加条件において、定常駆動時のインク滴の飛翔速度が６ｍ／ｓとなる電圧に駆動電圧を固定し、吐出間隔を広げながらインクを吐出した時の初発速度の変化を測定した。そのときの速度変化が小さい程、大きな改善効果ありと認められる。

表１に示す通り、パルス幅が２ＡＬの矩形波からなる微振動パルスでも、吐出パルスの電圧比Ｖon／Ｖoffが１．５未満である場合、また、吐出パルスの電圧比Ｖon／Ｖoffが１．５以上でも、微振動パルスのパルス幅が２ＡＬでない場合は、出射安定性が十分ではないが、パルス幅が２ＡＬの矩形波を含む微振動パルス及び電圧比Ｖon／Ｖoffが１．５以上の吐出パルスを印加した場合には、出射安定性に優れることがわかる。

また、表１に示す実施例２と同一の条件で、微振動パルスを印加しなかった場合のデキャップ特性について測定した結果を図１０に示す。

同図に示すように、微振動パルスを印加しない場合は、出射間隔が広くなるに従って液滴速度が低下することがわかる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す図 （ａ）は記録ヘッドの一例を示す概観斜視図、（ｂ）は断面図 （ａ）〜（ｃ）は記録ヘッドのインク吐出時の作動を示す図 （ａ）〜（ｃ）は記録ヘッドの時分割動作の説明図 Ａ、Ｂ、Ｃの各組のチャネルに印加されるパルス波形のタイミングチャート 正電圧のみを用いた場合のパルス波形のタイミングチャート 全ての印字画素に対するメニスカス微振動時のＡ、Ｂ、Ｃの各組のチャネルに印加されるパルス波形のタイミングチャート 非印字画素に対するメニスカス微振動時のＡ、Ｂ、Ｃの各組のチャネルに印加されるパルス波形のタイミングチャート 微振動パルスおよび吐出パルスがＡ組、Ｂ組、Ｃ組のチャネルに選択的に印加される例を示すタイミングチャート デキャップ特性の測定結果を示すグラフ

符号の説明

１：インクジェット記録装置
２：記録ヘッド
２１：インクチューブ
２２：ノズル形成部材
２３：ノズル
２４：カバープレート
２５：インク供給口
２６：基板
２７：隔壁
２８：チャネル
３：搬送機構
３１：搬送ローラ
３２：搬送ローラ対
３３：搬送モータ
４：ガイドレール
５：キャリッジ
６：フレキシケーブル
７、８：インク受け器
１００：駆動信号発生回路
Ｐ：記録媒体
ＰＳ：記録面

Claims (10)

1. 複数の駆動パルスを含んでなる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   各画素のデータに応じて駆動パルスを選択する駆動パルス選択手段と、
   選択された駆動パルスに基づいてチャネルの容積を変化させることにより前記チャネルに対応して設けられたノズルから前記チャネル内の液体を液滴として吐出させるヘッドと、を有するインクジェット記録装置であって、
   前記液体が揮発性の高い有機溶剤を含むインクであり、
   前記駆動信号が、駆動パルスとして、前記液滴を吐出させる吐出パルスと、前記ノズル内のメニスカスをノズルから液滴を吐出させない程度に微振動させる微振動パルスとを含み、
   前記吐出パルスは、チャネルの容積を膨張させ１ＡＬ後（ＡＬはチャネルの音響的共振周期の１／２）に元の容積に戻す矩形波からなる第１のパルスと、チャネルの容積を収縮させ一定時間後に元の容積に戻す矩形波からなる第２のパルスとを含み、第１のパルスの電圧Ｖonが第２のパルスの電圧Ｖoffよりも大きい駆動パルスからなり、
   前記微振動パルスは、チャネルの容積を収縮させた後に元の容積に戻すパルス幅が２ＡＬの矩形波を含み、前記吐出パルスの第２のパルスの電圧Ｖoffと同電圧であることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記微振動パルスは、前記吐出パルスの印加の有無に関わらず、全ての画素で印加されることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記吐出パルスの第１のパルスの電圧Ｖonと第２のパルスの電圧Ｖoffとの比Ｖon／Ｖoffが１．５以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置。
4. 前記微振動パルスは、前記吐出パルスに先立って印加されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録装置。
5. 前記インクは、顔料分散インクであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
6. 前記インクは、ポリマー成分を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
7. 前記微振動パルスにおけるパルス幅が２ＡＬの矩形波は、前記微振動パルスの少なくとも最後に印加されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
8. 前記最後に印加される２ＡＬの矩形波の１ＡＬ後に、吐出パルスを印加することを特徴とする請求項７記載のインクジェット記録装置。
9. 前記ヘッドは、前記吐出パルス又は前記微振動パルスの印加により前記チャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
10. 前記電気・機械変換手段は、隣接するチャネル間の隔壁を形成し、且つ電圧を印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする請求項９記載のインクジェット記録装置。

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