JP5440392B2 - 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、特に独立ヘッドを用いたワンパスプリンターおいて、安定した吐出が可能なインクジェット記録装置に関する。

高精細な画像を描画できるヘッドを作るには、シェアモード型の構造が簡単にノズル密度を上げることができ優位である。

シェアモード型のヘッドは、圧力室となるチャネルの隔壁を隣のチャネルと共有し、両側に隣接するチャネルからは同時には吐出できないので、全チャネルを２つおきにＡ、Ｂ、Ｃの３組のチャネル群に分割して駆動する３サイクル駆動のセットで駆動を行うか、空気チャネル（空気室ともいう）とインクチャネル（圧力室ともいう）を交互に並べた独立駆動のセットで駆動を行う。

近年、インクジェットプリントのワンパス（印刷幅の長さのノズル列を有するインクジェットヘッド、または印刷幅の長さより短い複数のインクジェットヘッドを組み合わせて一体とし印刷幅の長さのノズル列を有する記録ヘッドユニットと、記録媒体とを相対的に１回だけ移動させて印刷する方法）による高速化が要望されている。

シェアモード型のヘッドをワンパスに適用する場合、特に一つおきに空気室などを設けた構造の、独立型駆動のヘッドが隣接チャネルの影響を受けないのと多列化しやすいためワンパス用のインクジェットプリンターに広く使われている。

更に、高速化、ワイドフォーマットの印刷の為に液滴量を多くしたワンパスプリンター用のヘッドが望まれはじめている。

しかし、ワンパスで独立駆動で使用する場合は、３サイクル駆動（Ａ１−Ｂ１−Ｃ１−Ａ２−Ｂ２−Ｃ２）と異なり、３サイクル駆動で起こる隣接のクロストーク（Ａチャネルに注目するとＢ，Ｃチャネルの駆動で起こるクロストーク）の振動がないため、いわゆるポンピング作用（圧力室の拡大・縮小によるインク導入の促進作用）によるリフィル（ノズルからインクを出射後、インク供給口から圧力室にインクが流入し満たされること）の促進の効果がない。そのため、一度吐出して次の吐出時までにメニスカスが復帰する時間が長くなり高速化が難しい。また、射出する液量を増やした大液滴ヘッドになるほどリフィルが遅れるのが顕著となり安定な液量を出すことができない。特に２滴目の吐出前の圧力波の残響が一番少ないので２滴目の液量が少なくなってしまう。

つまり、駆動波形で隣接駆動の際に得られるポンピング作用とおなじ効果を与えてやる必要が有る。しかし、ポンピングを得るためには、吐出後にある一定時間の間の残響を与え、しかしメニスカスが十分に復帰した後〜次の吐出までには残響がほとんどなくなっている必要がある。

特許文献１では、残響を低減するためにインク室を拡大−収縮する際に、ある所定の休止時間を設けることでインク室間のクロストークを減少させ、かつ残響を一部打ち消す作用を与える技術がある。

しかしこの技術を、ワンパス用の独立駆動の吐出に応用したが、これではリフィルがまったく追いつかず、リフィル不足の２滴目は吐出速度が異常に早くなり、その次の２滴目は、取り残された液量が加わり逆に液量が多くなり吐出速度が遅くなり、そして以下、奇数、偶数での液量変動が大きく独立駆動においては実用にまったく耐えないことが判明した。

また、特許文献２には、デキャップ防止の為にメニスカスの押し出しパルス信号をＡＬの２（Ｎ＋１）倍維持して振動させた後に、チャネルを拡大させて元に戻す駆動技術が開示されている。２（Ｎ＋１）倍の時間とそれにつづくメインの駆動信号の間の休止時間の１ＡＬの為に、振動させたメニスカスが揺り動かされているために速度成分が大きく変動し、やはり吐出速度が周波数で大きく変動し使用に耐えなかった。

また、同様な技術として、また、特許文献３には、高解像度化のために液滴量を４ｐｌ以下程度に微小液滴にして吐出する技術として、膨張パルス信号の時間とそれに続く休止時間を０．８〜１．２ＡＬにする技術が開示されている。しかし、この技術では、独立駆動においてポンピングの効果を得るには大きすぎる圧力波の残響を作用させすぎており、ある周波数では十分なリフィルを示すが、一方、大きすぎる残響の為に、次の吐出のタイミングでもメニスカスが大きく振動しており、液量が、周波数で安定性が大きく異なりやはり不十分であった。また、吐出液量が多い形状のヘッドでは更にメニスカスが不安定になり本発明の目的を達成することはできなかった。

特開２００２−１９１０３号公報 特開２００５−２１２４１１号公報 特開２００４−８２４２５号公報

本発明の目的は、リフィルを促進することにより、高速で印刷しても、安定な液量を吐出させ、かつ、駆動周波数の影響を抑制することで、様々な吐出形態で液量と射出速度の変動を小さくして印刷品質の向上を図るとともに信頼性の高い記録が可能なインクジェット記録装置及び記録方法を提供することであり、特にワンパスプリンターなどで多く用いられる独立ヘッドにおいて、液滴量を大きくしても、安定して吐出することが可能なインクジェット記録装置及び記録方法を提供することである。

本発明の課題は以下の手段により達成された。

１．駆動信号の印加により動作する電気・機械変換手段を有する圧力発生手段と、該圧力発生手段の動作により容積が膨張または収縮する圧力室と、該圧力室に連通したノズルと、を有する記録ヘッドと、該駆動信号を発生させる駆動信号生成手段と、を有し、該駆動信号生成手段からの該駆動信号を前記圧力発生手段に印加することで前記圧力室の容積を膨張または収縮させ、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
前記駆動信号は、１つのインク滴を発生させる駆動波形の周期的な連なりからなり、該駆動波形は、少なくとも前記圧力室の容積を収縮させる第１の収縮パルスと該第１の収縮パルスに続いて前記圧力室の容積を膨張させる膨張パルスと、該膨張パルスに続いて休止後に前記圧力室の容積を収縮させる第２の収縮パルスとで構成され、
時間ｔに対し、前記圧力室内のインクに発生する圧力の相対値Ｐを、下記式１および式２から求め、
前記膨張パルスにより発生させられた最初の負圧のピークの圧力の相対値をＭ１、
該最初の負圧のピークに続く第２の負圧のピークの圧力の相対値をＭ２、
該第２の負圧のピークに続く第３の負圧のピークの圧力の相対値をＭ３とし、
前記最初の負圧のピークの前に発生する正圧のピークの圧力の相対値をＰ０、
該最初の負圧のピークに続く第１の正圧のピークの圧力の相対値をＰ１、
該第１の正圧のピークに続く第２の正圧のピークの圧力の相対値をＰ２、
該第２の正圧のピークに続く第３の正圧のピークの圧力の相対値をＰ３、
としたときに、各ピークの圧力の相対値が式３〜６の関係を満たすことを特徴とするインクジェット記録装置。

式１ Ｓｉ＝Ｒｉ×Ｅｘｐ（−（ｔ−ｅｉ）／τ）×Ｓｉｎ［２π×ｆｒ×（ｔ−ｅｉ）］
式２

（Ｐ：圧力室内の圧力の相対値、ｔ：時間、ｅｉ：駆動波形のｉ番目のエッジが発生する時間、τ：射出実験で求められた減衰定数、Ｒｉ：駆動波形のｉ番目のエッジにおける電圧変化、Ｓｉ：駆動波形のｉ番目のエッジにより発生する圧力成分の相対値）
（ｆｒ＝１／（２ＡＬ）、ＡＬ：圧力発生室の音響的共振周期の１／２）
式３ １．０＜｜Ｍ１｜／｜Ｍ２｜≦３．０
式４ ０．０５≦｜Ｐ０｜／｜Ｐ１｜≦０．２５
式５ ０．０５≦｜Ｍ３｜／｜Ｐ１｜≦０．２５
式６ ０．０５≦｜Ｐ３｜／｜Ｐ１｜≦０．２５。

本発明者は、まずポンピング作用を得るために必要な残響のパターンを鋭意検討した。予想に反して、最初のメニスカスの引き込み時に大きな負の圧力を生じさせることにより、十分なポンピングの作用が得られることが判明した。また、このような残響の影響は、ポンピング作用の他にノズルにおけるインクのメニスカスの振動にも影響し、もしも第一、第二の負圧の関係が式１のように｜Ｍ１｜＞｜Ｍ２｜であれば、メニスカスの振動よりもポンピングの作用の効果が大きいことが分かった。結果として、｜Ｍ１｜＞｜Ｍ２｜が必要な条件であることが判明した。また、｜Ｍ１｜／｜Ｍ２｜≦３．０であれば、印加する電圧を抑え、低電圧で駆動することが出来る。

また、ポンピング作用を得つつも次の吐出時までには残響が小さくなっている必要があり、Ｍ３，Ｐ３に注目して解析したところ、これら｜Ｍ３｜，｜Ｐ３｜が式５、６のように１／４｜Ｐ１｜以下にすると次の吐出時の速度変動が１０％以内、液量変動が５％以内で連続して安定に出せることがわかった。

また、式５のように０．０５≦｜Ｍ３｜／｜Ｐ１｜、式６のように０．０５≦｜Ｐ３｜／｜Ｐ１｜とすることでポンピング作用が得られる。

これらの技術で連続吐出したところ、まだ２滴目の液量が減少してしまい実用に耐えないことがわかった。

これは、連続時と比べ２滴目の残響が一番少なくポンピングの効果が得られないためと考え、メニスカスが大きく振動しない程度ではあるが、ごく小さな押し出し圧力を加えてメニスカスを微小量だけ押し出し後に、上記のように圧力波のピークの圧力Ｍ１〜Ｍ３、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ３の関係を組み合わせたところ、２滴目の液量変動も問題なくなった。

ここで、式４のように｜Ｐ０｜が１／４｜Ｐ１｜以下にすると次の吐出時の速度変動が１０％以内、液量変動が５％以内で連続して安定に出射可能であり、０．０５≦｜Ｐ０｜／｜Ｐ１｜とすることでポンピング作用が得られる。このように、本発明は順次問題点とその原因を解析し、そして改良をすることで達成でき、公知の技術では独立駆動では達成しえなかったものである。

２．前記記録ヘッドは、前記インク滴を吐出させるための前記ノズルを設けた多数の前記圧力室と、インクが導入されない多数の空気室を、交互に設け、各圧力室と空気室が、印加電圧に応動して変形動作する前記圧力発生手段を有する隔壁を介して隣接するとともに、該圧力発生手段が圧電材料であるシェアモード方式の記録ヘッドであることを特徴とする前記１に記載のインクジェット記録装置。

３．前記駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させる前記膨張パルスの時間をｔ１、それに続く所定の休止の時間をｔ２、更に続く、インクを吐出させるために該圧力室の容積を収縮させる前記第２の収縮パルスの時間をｔ３としたとき、ｔ１、ｔ２が共に０．７ＡＬ以上、１ＡＬ未満であることを特徴とする前記１または２に記載のインクジェット記録装置。

４．前記第１の収縮パルスの時間ｔ０が０．２〜０．５ＡＬの範囲であることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。

５．前記記録ヘッドは、前記圧力室の形状が直方体であり、該直方体の１つの面が共通インク室から圧力室にインクが流入するインク供給口を有し、該インク供給口を有する面と対向する該直方体の面にノズルを有することを特徴とする前記２〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。

本発明に拠れば、ワンパスプリンターなどで多く用いられる独立ヘッドにおいて、高速でプリントしても、リフィル特性と液滴の速度安定性に優れ、安定して吐出することが可能なインクジェット記録装置を提供できた。

ライン型のインクジェット記録装置の構成を示す模式図である。 記録ヘッドユニットの記録ヘッドの配置例を示す図である。 記録ヘッドの外形、吐出幅及び千鳥配置の関係を示す図である。 記録ヘッドを示す図である。 シェアモード型の記録ヘッドのインク吐出時の作動を示す図である。 減衰定数τを求めるための駆動波形。 本発明の圧力波。 実施例１の圧力波。 比較例１の圧力波。 比較例２の圧力波。 比較例３の圧力波。 比較例４の圧力波。 比較例５の圧力波。 比較例６の圧力波。 比較例７の圧力波。 比較例８の圧力波。 実施例２の圧力波。 実施例３の圧力波。 実施例４の圧力波。 実施例５の圧力波。 実施例６の圧力波。 実施例７の圧力波。 比較例９の圧力波。 比較例１０の圧力波。

以下、本発明を図面を用いて詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、ライン型のインクジェット記録装置１の構成を示す模式図である。

図１に示すように、ロール状に巻かれた長尺状の記録媒体１０は、図示しない駆動手段により巻き出しロール１０Ａから矢印Ｘ方向に繰り出され搬送される。長尺状の記録媒体１０はバックロール２０に巻回され支持されながら搬送される。記録ヘッドユニット３０よりインクが記録媒体１０に向け吐出され、画像データに基づいた画像形成が行われる。記録ヘッドユニット３０は、記録媒体幅方向の吐出幅に対応した複数の記録ヘッド３１を有している。なお、記録ヘッド３１が記録媒体幅方向に移動可能となされ、記録媒体幅方向に移動しながら、インクを記録媒体１０に向け吐出する構成であってもよい。

インクは、記録ヘッド３１のインクの背圧を調整する中間タンク４０から複数のインクチューブ４３を介して記録ヘッド３１毎に供給される。なお、本説明において、図中のインクチューブ４３は、複数のインクチューブである。中間タンク４０へのインク供給は、インクを貯留する貯留タンク５０から供給管５１の途中に配設された送液ポンプＰで行われる。記録ヘッドユニット３０により画像が形成された記録媒体１０は、乾燥部９０で乾燥が行われ、巻き取りロール１０Ｂに巻き取られる。

図２は、記録ヘッドユニット３０の記録ヘッド３１の配置例を示す図である。

図２に示す記録ヘッドユニット３０は、全ての記録ヘッド３１がインクを一時的に貯留する中間タンク４０（図１参照）に対して同じ高さに配置されている例である。１つの記録ヘッドで吐出できる吐出幅は記録ヘッドの外形寸法よりも狭いことから、隙間なく吐出するために複数の記録ヘッドを記録媒体搬送方向に対して千鳥配置している。図２に示す例では、記録媒体幅方向に吐出幅に対応した複数の記録ヘッドを２列の千鳥配置としている。

図３は、記録ヘッド３１の外形、吐出幅及び千鳥配置の関係を示す図である。記録ヘッド３１の数及び千鳥配置の列数は、記録ヘッド３１の吐出幅等により適宜設定されるものであり、この例に限定されるものではない。

図４は、記録ヘッド３１を示す図である。図４（ａ）はシェアモード型の記録ヘッド３１のヘッドチップ３１０の一部断面で示す斜視図であり、ノズルは１チャネルおきに設けられ、ノズルの設けられている圧力室にはインクが導入されるが、ノズルの設けられていないチャネルはインク供給口が無く、インクが導入されない空気チャネルとなる。一般的には２５６個またはそれ以上の圧力室を設けたチップが好ましいが、図４（ａ）は分かりやすくするために多数のチャネルを省略している。図４（ｂ）はチャネル配列方向からみた断面図である。

図４において、４３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、Ｌは圧力室の長さ、Ｄは圧力室の深さ、Ｗ（図５参照）は圧力室の幅である。そして、圧力室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。

図５は、シェアモード型の記録ヘッド３１のインク吐出時の作動を示す図である。

記録ヘッド３１は、図５に示すように、カバープレート２４と基板２６の間に、圧力発生手段であるＰＺＴ等の圧電材料からなる複数の隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄで隔てられた圧力室２８が多数並設されている。図５では多数の圧力室２８の一部である３本（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）が示されている。圧力室２８のノズル側の端（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４３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、各圧力室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、図４（ｂ）と図５（ａ）に示すように、各電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃは、異方導電性フィルム７８とフレキシブルケーブル６を介して、駆動信号生成手段１００に接続されている。

各隔壁２７は、ここでは図５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。このように、隔壁２７を構成する圧電材料が圧力発生手段となり、圧力室内のインクに圧力を掛ける。

駆動信号生成手段１００は、複数の駆動パルスを含む一連の駆動信号を一画素周期毎に発生する駆動信号発生回路（図示せず）と、各圧力室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画像データに応じて駆動パルスを選択して各圧力室に供給する駆動パルス選択回路（図示せず）とからなり、各画素の画像データに応じて圧力発生手段としての隔壁２７を駆動するための駆動信号である駆動パルスを供給する。

画像データを受信すると、制御部（図示せず）が記録媒体の搬送手段を制御すると共に、駆動信号発生回路に少なくとも圧力室２８の容積を膨張させるパルスと圧力室の容積を収縮させるパルスを含む駆動パルスを有する駆動信号を発生させる。さらに、制御部は、画像データに基づいて、駆動パルス選択回路に選択すべき駆動パルスの情報を出力する。そして、駆動パルス選択回路は、上記情報に基づいて、駆動パルスを選択して隔壁２７に供給する。これにより、記録ヘッド３１のノズル２３から、一画素周期内にインク滴を吐出させるようになっている。

本実施の形態に係るインクジェット記録装置においては、隔壁２７の駆動に際し、駆動信号生成手段１００からの駆動信号が、圧力室２８の容積を収縮させる第１の収縮パルスと該第１の収縮パルスに続いて圧力室２８の容積を膨張させる第１の膨張パルスと、該膨張パルスに続いて休止後に圧力室２８の容積を収縮させる第２の収縮パルスを組み合わせた駆動波形を有し、該駆動波形を一定の駆動周期で有する。

（減衰定数）
減衰定数は、以下のようにして求めた。

図６の駆動波形を用いた駆動信号を印加し、単チャネルで出射試験した（例えば、チップが圧力室を２５６チャネル有する場合２５５チャネルは駆動信号を印加しない。）。該駆動信号は該駆動波形の周期的な連なりからなる。図６において、縦軸は圧力室の電極に印加される電圧であり、上方向が正電圧方向であり、下方向が負電圧方向である。横軸は時間である。図６で、Ｖｏｎの電圧のパルスを印加して圧力室を膨張させ、Ｖｏｆｆの電圧のパルスを印加して圧力室を収縮させている。パルス幅は何れも１ＡＬであり、両パルス間の休止時間も１ＡＬである。駆動信号は駆動波形を間隔を空けて一定の駆動周期で繰り返すことにより形成される。駆動周期を１０ＡＬとしたときに液滴速度が６ｍ／ｓとなる条件で、Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆを変化させ、該駆動周期を６・ＡＬから１０・ＡＬまで０．５・ＡＬ刻みで変化させて射出速度の変動を測定した。

これらの結果、駆動周期の変化に対し最も安定（駆動周期を１０ＡＬとしたときの射出速度Ｘとし、駆動周期を６・ＡＬから１０・ＡＬまで０．５・ＡＬ刻みで変化させたときの射出速度をＹｊ（ｊ＝１〜９）としたときに、｜Ｙｊ−Ｘ｜の最大値が最小となること）した｜Ｖｏｎ｜：｜Ｖｏｆｆ｜の電圧比、ｍ：ｎを求めた。即ち、電圧比がｍ：ｎのときに圧力波が最も減衰と考えた。

次に、式１、式２より、電圧比をｍ：ｎとし、減衰定数τを変化させ、時間ｔと圧力の相対値Ｐの関係を求め、圧力波のキャンセルが最も良好な減衰定数τを求めた。

圧力波のキャンセルが最も良好とは、第２の負圧のピーク（圧力の谷）より後の圧力が０になるということである。

前記減衰定数τは駆動波形には拠らないので、他の駆動波形を用いた場合でも同じτを用いることが出来る。

ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｌｅｎｇｔｈ）とは、インク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。この値は、ヘッドの構造やインクの密度等に依存して決まるものである。

（駆動信号）
本発明の駆動信号を図７に示す駆動波形を用いて説明する。該駆動信号は該駆動波形の周期的な連なりからなる。図７の駆動波形において、縦軸は圧力室の電極に印加される電圧であり、上方向が正電圧方向であり、下方向が負電圧方向である。横軸は時間である。

電極に正電圧を印加すると、電圧が印加されていない図５（ａ）の状態から、図５（ｂ）で示したように、圧力室が膨張しインクに負の圧力成分を生じさせる。逆に負電圧を印加すると図５（ｃ）のように圧力室が収縮しインクに正の圧力成分を生じさせる。

該駆動信号を構成する駆動波形は、順に第１の収縮パルス（電圧Ｖｏｆｆ、パルス幅ｔ０の収縮パルス）、膨張パルス（電圧Ｖｏｎ、パルス幅ｔ１の膨張パルス）、休止（電圧０Ｖ、時間ｔ２）および第２の収縮パルス（電圧Ｖｏｆｆ、時間ｔ３の収縮パルス）が続く形で構成される。

インク室の容積を膨張させるパルス信号の時間ｔ１と、それに続く所定の休止の時間ｔ２と、そして更に前記アクチュエータを変形動作させて実際に吐出させるためにそのインク室の容積を収縮させるパルス信号の時間ｔ３としたとき、ｔ１、ｔ２が共に０．７以上、１ＡＬ未満であることを特徴とするのが好ましい。休止時間を設ける駆動波形自体がメニスカスの吐出時のちぎれたときの引き込みが少なくすぐ復帰しやすいし、そこから共鳴周期をずらして残響を大きくすることがリフィルを促進させるので好ましい。

インク室の容積を膨張させるパルス信号のｔ１の前にノズル内のメニスカスを振動させない程度で押し出すためのインク室を収縮させるパルス信号の時間ｔ０が０．２〜０．５ＡＬの範囲であることが好ましい。ｔ０をこの範囲にすることで２滴目の速度、液量変動が小さくなる。

ここで、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からの電圧の立ち上がり始め又は立ち下がり始めの１０％から波高値電圧からの立ち下がり始め又は立ち上がり始めの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１／１０以内、好ましくは１／２０以内であるような波形を指す。

（圧力）
圧電素子に掛かる電圧が変化すると、圧電素子が変形し、圧力室内のインクに掛かる圧力が変化する。該電圧の変化はパルスの始めと、終わりで起こる。

図７において、電圧変化は、第１の収縮パルスによるエッジ１（０ＶからＶｏｆｆまでの電圧下降）、第１の収縮パルスと膨張パルスによるエッジ２（ＶｏｆｆからＶｏｎまでの電圧上昇）、膨張パルスによるエッジ３（Ｖｏｎから０Ｖまでの電圧下降）、第２の収縮パルスのエッジ４（０ＶからＶｏｆｆまでの電圧下降）、同エッジ５（Ｖｏｆｆから０Ｖまでの電圧上昇）で生じる。エッジｉの発生時間をｅｉで表した。即ち、エッジ１〜５の発生時間はｔ＝ｅ１〜ｔ＝ｅ５となる。ここでｅ１＝０とした。

各エッジｉで、圧電素子に掛かる電圧変動Ｒｉに比例する圧力成分がインクに働く。式１により、エッジ１〜５でインクに働く圧力成分の相対値Ｓ１〜Ｓ５が求められる。

即ち、該電圧変動としては以下を用いればよい。

Ｒ１＝Ｖｏｆｆ（ｔ＝ｅ１で０ＶからＶｏｆｆまで電圧降下）
Ｒ２＝Ｖｏｎ−Ｖｏｆｆ（ｔ＝ｅ２でＶｏｆｆからＶｏｎまで電圧上昇）
Ｒ３＝−Ｖｏｎ（ｔ＝ｅ３でＶｏｎから０Ｖまで電圧降下）
Ｒ４＝Ｖｏｆｆ（ｔ＝ｅ４で０からＶｏｆｆまで電圧降下）
Ｒ５＝−Ｖｏｆｆ（ｔ＝ｅ５でＶｏｆｆから０Ｖまで電圧上昇）
ただし、Ｖｏｎはプラスの値であり、Ｖｏｆｆはマイナスの値である。

インクの圧力の相対値Ｐは、前記Ｓ１〜Ｓ５を総和した値として、式２によって求めることができる。

即ち、エッジ１、３、４で正圧方向の変化が発生し、エッジ２、５で負圧方向の変化が生じ、それぞれのエッジで発生した圧力波の成分が足しあわされて、圧力波Ｐが形成される。従って、圧力波Ｐは各エッジで発生する圧力波の成分を合計して算出する。

本発明は、前記膨張パルスにより発生させられた最初の負圧のピークの圧力の相対値をＭ１、
該最初の負圧のピークに続く第２の負圧のピークの圧力の相対値をＭ２、
該第２の負圧のピークに続く第３の負圧のピークの圧力の相対値をＭ３とし、
前記最初の負圧のピークの前に発生する正圧のピークの圧力の相対値をＰ０、
該最初の負圧のピークに続く第１の正圧のピークの圧力の相対値をＰ１、
該第１の正圧のピークに続く第２の正圧のピークの圧力の相対値をＰ２、
該第２の正圧のピークに続く第３の正圧のピークの圧力の相対値をＰ３、
としたときに、各ピークの圧力の相対値が前記式３〜６の関係を満たすことを特徴とする。

式３ １．０＜｜Ｍ１｜／｜Ｍ２｜≦３．０
式４ ０．０５≦｜Ｐ０｜／｜Ｐ１｜≦０．２５
式５ ０．０５≦｜Ｍ３｜／｜Ｐ１｜≦０．２５
式６ ０．０５≦｜Ｐ３｜／｜Ｐ１｜≦０．２５。

負圧のピークは圧力波Ｐが極小を示す圧力波上の点であり、正圧のピークは圧力波Ｐが極大を示す圧力波上の点である。

例として、本発明に係る駆動波形を用いた図８の圧力波上に、Ｐ０、Ｍ１、Ｐ１、Ｍ２、Ｐ２、Ｍ３、Ｐ３を記した。

［実施例１〜６および比較例１〜８］
実験の条件を以下に示す。まず、３０ｐｌを吐出するヘッドを作成した。

記録ヘッド：図４に示すシェアモード型のヘッド（ノズル数：２５６、ノズル径：３９μｍ、Ｄ＝３００μｍ、Ｌ＝４．５ｍｍ）
ＡＬ ：７．６μｓ
インク ：溶剤インク（粘度１０ｍＰａ・ｓ、表面張力３０ｍＮ／ｍ（２５℃））
減衰定数 ：２７μｓ
駆動時間 ：連続３００秒
上記の条件で、表１に示すパルス幅ｔ０、ｔ１、ｔ３および休止時間ｔ２を有する種々の駆動波形からなる駆動信号を与え、実施例１〜６および比較例１〜７の吐出実験を行った。比較例８は、表２に示すとおり、膨張パルスと休止の順序が本発明の駆動波形と逆となる駆動波形により駆動信号を印加した。上記表において、パルスまたは休止が存在しない過程の時間は０とする。なお、駆動パルス幅はＡＬ単位で示した。

式１および式２により求めた圧力波Ｐを図８〜２１に示した。なお、横軸の時間ｔの単位はμｓ（μ秒）である。時間ｔはｅ１を０として設定した。

以下に、実施例、比較例と図との対応関係を示す。

実施例１ 図８
実施例２ 図１７
実施例３ 図１８
実施例４ 図１９
実施例５ 図２０
実施例６ 図２１
比較例１ 図９
比較例２ 図１０
比較例３ 図１１
比較例４ 図１２
比較例５ 図１３
比較例６ 図１４
比較例７ 図１５
比較例８ 図１６
前記圧力波Ｐより式３〜６の条件を満足するかどうか計算した結果を表３に記載した。

（液量変動の評価）
液量変動は、表１の駆動波形を有する駆動周期が１０ＡＬの駆動信号を印加したときの初発の液滴量を測定し基準の液滴量Ｌ１とした。それに対して、駆動周波数１７ｋＨｚで連続射出を行い合計の液滴量を測定し平均の液滴量Ｌ２を求めた。

液滴量は採取したインクの液滴量と液滴数より１滴あたりの液滴量を求めた。

液量変動＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ１
液量変動の評価基準は、前記液量変動の絶対値が５％内を○、５〜１５％の液量の場合△、１５％の範囲を超えるものを×とした。

（速度安定性の評価）
速度安定性は、各ノズルから連続して出射される液滴の、各ノズルにおける飛翔速度の変動の少なさを示す指標である。

駆動周期は７ＡＬ（駆動周波数は１８．８ｋＨｚ）とし、液量変動の評価と同様に、高速ビデオ撮影を行い、上記連続駆動での１発目の射出速度が６ｍ／ｓｅｃの場合に、一番影響が出やすい２発目の速度の変動を評価した。

１発目の速度６ｍ／ｓｅｃと２発目の速度（ｍ／ｓｅｃ）との差の絶対値が５％内を○、５〜１５％の速度の場合△、１５％の範囲を超えるものを×とした。

（高速安定性の評価）
高速安定性は駆動周期を短くして、単位時間当たりに多数の液滴を出射したときの、不吐出の少なさを表す指標である。

高速安定性は、上記実験条件の駆動周期７ＡＬ（駆動周波数は１８．８ｋＨｚ）での吐出（１５万回）を行った際の、全吐出数（２５６ノズル×１５万回）に対する、不吐出回数の比率を算出した。評価基準は、不吐出回数が０％の場合を◎、１％未満の場合を○、１％〜５％未満の場合を△、５％以上の場合を×とした。

（総合評価）
一つでも、×があるものは×で使用に耐えない。△がある場合も△。○が３つあるものは◎、他は○とした。

上記評価結果を表３に示した。

表３より、本発明の駆動波形を用いたインクジェット記録装置は液量変動、速度安定性および高速安定性に優れ、特に液量変動と速度安定性が優れていることが分かる。

［実施例７、比較例９，１０］
下記ヘッドとインクを用いて実験を行った。

記録ヘッド：図４に示すシェアモード型のヘッド（ノズル数：２５６、ノズル径：２８μｍ、Ｄ＝３００μｍ、Ｌ＝２．５ｍｍ）
液滴量 ：１４ｐｌ
ＡＬ ：５．０μｓ
インク ：水系インク（粘度５．７ｍＰａ・ｓ、表面張力５８ｍＮ／ｍ（２５℃））
減衰定数 ：１３μｓ
駆動周期 ：１５ｋＨｚ
駆動時間 ：連続３００秒
上記の条件で、表４に示す種々の駆動波形からなる駆動信号を与え、吐出実験を行った。表４において、パルスまたは休止が存在しない過程の時間は０とする。なお、パルスの幅ｔ０、ｔ１、ｔ３および休止時間ｔ２はＡＬ単位で示した。

式１および式２により求めた圧力波Ｐを図２２〜２４に示した。図２２〜２４の横軸の時間ｔの単位はμｓ（μ秒）である。

以下に、実施例、比較例と図との対応関係を示す。

実施例７ 図２２
比較例９ 図２３
比較例１０ 図２４
前記圧力波Ｐより式３〜６の条件を満足するかどうか計算した結果を表５に記載した。

実施例１〜６および比較例１〜８と同様に、評価を行い、結果を表５に示した。

表５より、本発明の駆動波形を用いたインクジェット記録装置は液量変動、速度安定性および高速安定性に優れ、特に液量変動と速度安定性が優れていることが分かる。

１ インクジェット記録装置
１０ 記録媒体
２０ バックロール
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 圧力室
３０ 記録ヘッドユニット
３１ 記録ヘッド
４０ 中間タンク
４３ インクチューブ
５０ 貯留タンク
５１ 供給管
９０ 乾燥部
１００ 駆動信号生成手段

Claims (5)

1. 駆動信号の印加により動作する電気・機械変換手段を有する圧力発生手段と、該圧力発生手段の動作により容積が膨張または収縮する圧力室と、該圧力室に連通したノズルと、を有する記録ヘッドと、該駆動信号を発生させる駆動信号生成手段と、を有し、該駆動信号生成手段からの該駆動信号を前記圧力発生手段に印加することで前記圧力室の容積を膨張または収縮させ、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
   前記駆動信号は、１つのインク滴を発生させる駆動波形の周期的な連なりからなり、該駆動波形は、少なくとも前記圧力室の容積を収縮させる第１の収縮パルスと該第１の収縮パルスに続いて前記圧力室の容積を膨張させる膨張パルスと、該膨張パルスに続いて休止後に前記圧力室の容積を収縮させる第２の収縮パルスとで構成され、
   時間ｔに対し、前記圧力室内のインクに発生する圧力の相対値Ｐを、下記式１および式２から求め、
   前記膨張パルスにより発生させられた最初の負圧のピークの圧力の相対値をＭ１、
   該最初の負圧のピークに続く第２の負圧のピークの圧力の相対値をＭ２、
   該第２の負圧のピークに続く第３の負圧のピークの圧力の相対値をＭ３とし、
   前記最初の負圧のピークの前に発生する正圧のピークの圧力の相対値をＰ０、
   該最初の負圧のピークに続く第１の正圧のピークの圧力の相対値をＰ１、
   該第１の正圧のピークに続く第２の正圧のピークの圧力の相対値をＰ２、
   該第２の正圧のピークに続く第３の正圧のピークの圧力の相対値をＰ３、
   としたときに、各ピークの圧力の相対値が式３〜６の関係を満たすことを特徴とするインクジェット記録装置。
   式１ Ｓｉ＝Ｒｉ×Ｅｘｐ（−（ｔ−ｅｉ）／τ）×Ｓｉｎ［２π×ｆｒ×（ｔ−ｅｉ）］
   式２
   

   

   （Ｐ：圧力室内の圧力の相対値、ｔ：時間、ｅｉ：駆動波形のｉ番目のエッジが発生する時間、τ：射出実験で求められた減衰定数、Ｒｉ：駆動波形のｉ番目のエッジにおける電圧変化、Ｓｉ：駆動波形のｉ番目のエッジにより発生する圧力成分の相対値）
   （ｆｒ＝１／（２ＡＬ）、ＡＬ：圧力発生室の音響的共振周期の１／２）
   式３ １．０＜｜Ｍ１｜／｜Ｍ２｜≦３．０
   式４ ０．０５≦｜Ｐ０｜／｜Ｐ１｜≦０．２５
   式５ ０．０５≦｜Ｍ３｜／｜Ｐ１｜≦０．２５
   式６ ０．０５≦｜Ｐ３｜／｜Ｐ１｜≦０．２５
2. 前記記録ヘッドは、前記インク滴を吐出させるための前記ノズルを設けた多数の前記圧力室と、インクが導入されない多数の空気室を、交互に設け、各圧力室と空気室が、印加電圧に応動して変形動作する前記圧力発生手段を有する隔壁を介して隣接するとともに、該圧力発生手段が圧電材料であるシェアモード方式の記録ヘッドであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させる前記膨張パルスの時間をｔ１、それに続く所定の休止の時間をｔ２、更に続く、インクを吐出させるために該圧力室の容積を収縮させる前記第２の収縮パルスの時間をｔ３としたとき、ｔ１、ｔ２が共に０．７ＡＬ以上、１ＡＬ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記第１の収縮パルスの時間ｔ０が０．２〜０．５ＡＬの範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記記録ヘッドは、前記圧力室の形状が直方体であり、該直方体の１つの面が共通インク室から圧力室にインクが流入するインク供給口を有し、該インク供給口を有する面と対向する該直方体の面にノズルを有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。

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