JP6497383B2 - インクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

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Description

本発明はインクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置に関し、詳しくは、大液滴を吐出する際、短い駆動周期で安定して形成することができるインクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置に関する。
インクジェットヘッドのノズルから吐出された液滴をメディア上に着弾させてドットからなる画素を形成する際、1画素のドット径を大小変更することによって階調表現を行うことが知られている。階調表現のためにドット径を変更する方法としては、1画素周期内に同一ノズルから吐出させる液滴数を変化させる方法や、ドットサイズに応じて駆動信号を変更する方法等がある。
このうち、前者のドット径を変更する方法は、1画素周期内に印加する駆動信号の個数を変更するだけで簡単に階調を表現できる利点を有している。しかし、大ドットを形成するために駆動信号の個数を多くすると、画素周期は長くなるため、高周波駆動を行う上では課題がある。このため、より短い駆動周期で大液滴を安定して形成できるようにする工夫が求められている。
従来、インクジェットヘッドの駆動方法として特許文献1〜3に記載のものがある。
特許文献1には、同一のノズルから異なる速度で連続して吐出される少なくとも2つの液滴を吐出する際、速度の遅い方の液滴を速度の速い方の液滴よりも先に吐出させて1つの画素内に重ねて付着させ、1画素を形成することが記載されている。
しかし、この方法は、2つの液滴をメディア上で重なるように着弾させるため、各液滴の着弾位置ずれを起こし易い問題がある。
また、特許文献2には、矩形波からなる駆動信号であって、圧力室の容積を膨張させる第1パルス、圧力室の容積を収縮させる第2パルス、圧力室の容積を膨張させる第3パルス、圧力室の容積を収縮させる第4パルスを順次発生させる駆動信号を印加することが記載されている。第3パルスは第1パルスよりもパルス幅が短く、第4パルスは第2パルスよりもパルス幅が短い。そして、第1パルスのパルス幅中心と第3パルスのパルス幅中心との時間差を1AL、第2パルスのパルス幅中心と第4パルスのパルス幅中心との時間差を1AL、第1パルスのパルス幅と第3パルスのパルス幅の比、及び、第2パルスのパルス幅と第4パルスのパルス幅の比を、圧力室内のインクの残留振動の減衰率に応じて定めることにより、第1パルス及び第2パルスで発生した圧力波を、第3パルス及び第4パルスでキャンセルするものである。
この特許文献2では、階調情報に基づいて第1パルスと第2パルスのパルス幅の比を変化させることにより、インクの吐出体積を変化させ、階調印字を行うようにしている。しかし、この方法では、第1パルスと第2パルスのパルス幅の変化に応じて、第3パルスと第4パルスもパルス幅中心との時間差及び比が所定の値になるように調整するため、煩雑な制御を行う必要がある問題がある。
一方、特許文献3には、インク流路内を圧力波が片道伝播する時間をTとしたとき、最初に印加する第1の噴射パルス信号のパルス幅を0.35T〜0.65T、2番目以降に印加する噴射パルス信号のパルス幅をほぼT、第1の噴射パルス信号とそれに続く噴射パルス信号との時間間隔をTとして、第1の噴射パルス信号によりノズルから噴射した液滴がノズルから離れる前に2番目の噴射パルス信号による液滴をノズルから噴射させることが記載されている。
各噴射パルス信号により、アクチュエータ壁が変形してインク流路の容積が増大し、一定時間経過後にアクチュエータ壁が変形前の状態に戻り、インクに圧力が加わることでインク液滴が噴射されるが、第1の噴射パルス信号によって吐出される液滴に2番目の噴射パルス信号によって吐出される液滴が追い付いて一体となった大きな液滴を吐出するようにしている。
特許第3530717号公報 特許第4247043号公報 特許第3551822号公報
本発明者は、ノズルからできるだけ大きな液滴を効率的に吐出させるため、同一のノズルから複数の液滴を吐出させ、吐出直後の飛翔中に合体させて大液滴を形成する技術に着目した。この方法によれば、同じ液滴量の1個の大液滴をノズルから吐出する場合に比べて、液滴速度を抑制して大液滴を吐出することができ、メディア上での着弾位置調整が煩雑にならなくて済む。
一方、ノズルから吐出される液滴が大液滴になる程、また、液滴量が大きい場合には液滴速度が速くなる程、サテライトの発生や吐出後の圧力波残響振動が問題となる。サテライトとは、液滴(主滴)がノズルから吐出される際に、その背後に副次的に形成される小さな液滴(飛沫)のことであり、画像品質の低下を招くおそれがある。
特許文献3には、複数の液滴を飛翔中に合体させて大液滴を形成する技術が開示されているが、本発明者が確認したところ、サテライトの発生を抑制する観点からは十分なものではなかった。
そこで、本発明は、短い駆動周期で効率的に安定した大液滴を形成し、かつ、サテライトの発生を抑制して高品質の画像記録を行うことができるインクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
上述した目的のうちの少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したインクジェットヘッドの駆動方法は、以下の構成を有する。
圧力室の容積を膨張又は収縮させる圧力発生手段に駆動信号を印加し、該圧力発生手段を駆動させることによって前記圧力室内の液体に圧力を付与し、ノズルから液滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法において、同一の前記ノズルから少なくとも2つの液滴を吐出させ、吐出直後に合体させて大液滴を形成する際、前記駆動信号として第1の駆動信号を印加するものであり、
前記第1の駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第1の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第1の収縮パルスと、前記第1の収縮パルスの印加終了から休止期間を設けることなく引き続いて印加され前記圧力室の容積を膨張させ一定時間後に収縮させる第2の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第2の収縮パルスとをこの順に有し、
前記第1の膨張パルス及び前記第1の収縮パルスの印加により前記ノズルから1つ目の液滴を吐出させると共に、前記第2の膨張パルス及び前記第2の収縮パルスの印加により2つ目の液滴を吐出させ、
且つ、前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上2.0AL以下(但し、ALは前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2)であるインクジェットヘッドの駆動方法。
上述した目的のうちの少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映したインクジェット記録装置は、以下の構成を有する。
圧力発生手段の駆動によって圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与し、ノズルから液滴を吐出させるインクジェットヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動させる駆動信号を出力する駆動制御手段とを備えるインクジェット記録装置において、
前記駆動信号は、同一の前記ノズルから少なくとも2つの液滴を吐出させ、吐出直後に合体させて大液滴を形成する第1の駆動信号を含み、
前記第1の駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第1の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第1の収縮パルスと、前記第1の収縮パルスの印加終了から休止期間を設けることなく引き続いて印加され前記圧力室の容積を膨張させ一定時間後に収縮させる第2の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第2の収縮パルスとをこの順に有し、
前記第1の膨張パルス及び前記第1の収縮パルスの印加により前記ノズルから1つ目の液滴を吐出させると共に、前記第2の膨張パルス及び前記第2の収縮パルスの印加により2つ目の液滴を吐出させ、
且つ、前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上2.0AL以下(但し、ALは前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2)であるインクジェット記録装置。
本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図 インクジェットヘッドの一例を示す図であり、(a)は外観を断面で示す斜視図、(b)は側面から見た断面図 第1の駆動信号の第1の実施形態を説明する図 (a)〜(c)はインクジェットヘッドの吐出動作を説明する図 第1の駆動信号によって吐出される液滴の概念図 第1の駆動信号の第2の実施形態を説明する図 第2の駆動信号の一例を説明する図 第2の駆動信号によって吐出される液滴の概念図 本発明において階調表現を行う場合のインクジェットヘッドの駆動方法の一例を説明する図 (a)は液滴の飛翔状態の一例を説明する図、(b)はそれによってメディア上に形成されたドットを示す図 (a)は液滴の飛翔状態の他の一例を説明する図、(b)はそれによってメディア上に形成されたドットを示す図 (a)は液滴の飛翔状態のさらに他の一例を説明する図、(b)はそれによってメディア上に形成されたドットを示す図 (a)(b)は第1の駆動信号の他の一例を説明する図、()は第2の駆動信号の他の一例を説明する図 第1の駆動信号における第1の膨張パルスのパルス幅を変化させたときの液滴量の変化を示すグラフ
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図1は、本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。
インクジェット記録装置1において、搬送機構2は、紙、プラスチックシート、布帛等からなるメディア7を搬送ローラー対22によって挟持し、搬送モーター23による搬送ローラー21の回転によって図中のY方向(副走査方向)に搬送する。搬送ローラー21と搬送ローラー対22の間に、インクジェットヘッド(以下、単にヘッドという。)3が設けられている。ヘッド3は、ノズル面側がメディア7の記録面71と対面するようにキャリッジ5に搭載され、フレキシブルケーブル6を介して、本発明における駆動制御手段を構成する駆動制御部8に電気的に接続されている。
キャリッジ5は、不図示の駆動手段によって、メディア7の幅方向に亘って架け渡されたガイドレール4に沿って、副走査方向と略直交する図中のX−X’方向(主走査方向)に往復移動可能に設けられている。ヘッド3は、キャリッジ5の往復移動に伴ってメディア7の記録面71を主走査方向に移動し、この移動の過程で、画像データに応じてノズルから液滴を吐出し、インクジェット画像を記録する。
図2は、ヘッド3の一例を示す図であり、(a)は外観を断面で示す斜視図、(b)は側面から見た断面図である。
ヘッド3において、30はチャネル基板である。チャネル基板30には、細溝状の多数のチャネル31と隔壁32とが交互となるように並設されている。チャネル基板30の上面には、全てのチャネル31の上方を塞ぐようにカバー基板33が設けられている。チャネル基板30とカバー基板33の端面にはノズルプレート34が接合されている。各チャネル31の一端は、このノズルプレート34に形成されたノズル341を介して外部と連通している。
各チャネル31の他端は、チャネル基板30に対して徐々に浅溝となるように形成されている。カバー基板33には各チャネル31に共通の共通流路331が形成されており、この共通流路331は各チャネル31に連通している。共通流路331はプレート35によって閉塞されている。プレート35にはインク供給口351が形成されている。このインク供給口351を介して、インク供給管352から共通流路331及び各チャネル31内にインクが供給される。
隔壁32は、電気・機械変換手段であるPZT等の圧電素子からなる。この隔壁32は、上壁部321と下壁部322とが互いに反対方向に分極処理された圧電素子によって形成されているものを例示している。しかし、隔壁32において圧電素子によって形成される部分は例えば上壁部321のみであってもよい。隔壁32とチャネル31は交互に並設されているため、1つの隔壁32はその両隣のチャネル31、31で共用されている。
チャネル31の内面には、両隔壁32、32の壁面から底面に亘って、それぞれ駆動電極(図2おいては不図示)が形成されている。隔壁32を挟んで配置される2つの駆動電極に、駆動制御部8から所定電圧の駆動信号が印加されると、隔壁32が上壁部321と下壁部322との接合面を境にしてせん断変形する。隣り合う2つの隔壁32、32が互いに反対方向にせん断変形すると、該隔壁32、32に挟まれたチャネル31の容積が膨張又は収縮し、内部に圧力波が発生する。これによってチャネル31内のインクに吐出のための圧力が付与される。
このヘッド3は、隔壁32がせん断変形することによってチャネル31内のインクをノズル341から吐出させるせん断モード型のヘッドであり、本発明において好ましい態様である。せん断モード型のヘッドは、駆動信号として後述する矩形波を使用することにより、効率良く液滴を吐出させることができる。
なお、このヘッド3において、チャネル基板30、隔壁32、カバー基板33、ノズルプレート34で囲まれるチャネル31が、本発明における圧力室の一例であり、隔壁32及びその表面の駆動電極が、本発明における圧力発生手段の一例である。
駆動制御部8は、ノズル341から液滴を吐出させるための駆動信号を生成する。生成された駆動信号はヘッド3に出力され、隔壁32に形成されている各駆動電極に印加される。
次に、第1の駆動信号の第1の実施形態について説明する。
図3は、駆動制御部8において生成される駆動信号としての本発明における第1の駆動信号の第1の実施形態を説明する図である。
第1の駆動信号PA1は、同一のノズル341から少なくとも2つの液滴を吐出させ、吐出直後の飛翔中に合体させて大液滴を形成するための駆動信号である。この第1の駆動信号PA1は、チャネル31の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第1の膨張パルスPa1と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第1の収縮パルスPa2と、チャネル31の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第2の膨張パルスPa3と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第2の収縮パルスPa4とをこの順に有している。
本実施形態に示す第1の駆動信号PA1の第1の膨張パルスPa1は、基準電位から立ち上がり、一定時間後に基準電位まで立ち下がるパルスである。第1の収縮パルスPa2は、基準電位から立ち下がり、一定時間後に基準電位まで立ち上がるパルスである。第2の膨張パルスPa3は、基準電位から立ち上がり、一定時間後に基準電位まで立ち下がるパルスである。第2の収縮パルスPa4は、基準電位から立ち下がり、一定時間後に基準電位まで立ち上がるパルスである。なお、ここでは基準電位を0電位としているが特に限定されない。
このように第1の駆動信号PA1は、基準電位から立ち上がり、一定時間後に基準電位まで立ち下がる膨張パルスと、基準電位から立ち下がり、一定時間後に基準電位まで立ち上がる収縮パルスとによって構成されるため、単極パルスを使用する場合に比べて駆動電圧を低く抑えることができ、回路負荷及び消費電力を抑えることができる。
第1の収縮パルスPa2は、第1の膨張パルスPa1の立ち下がりの終端から休止期間をおくことなく連続して立ち下がっている。また、第2の膨張パルスPa3は、第1の収縮パルスPa2の立ち上がりの終端から休止期間をおくことなく連続して立ち上がっている。さらに、第2の収縮パルスPa4は、第2の膨張パルスPa3の立ち下がりの終端から休止期間をおくことなく連続して立ち下がっている。
そして、第1の膨張パルスPa1の印加に続いて第2の収縮パルスPa2を駆動電極に印加することにより、ノズル341から1つ目の液滴を吐出し、その直後に、第2の膨張パルスPa3及び第2の収縮パルスPa4を印加することにより、同一のノズル341から2つ目の液滴を吐出する。吐出された液滴は吐出直後に合体して大きな液滴を形成し、その後、メディア7上に着弾する。
この第1の駆動信号PA1において、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1は、0.4AL以上2.0AL以下に設定されている。第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1がこの範囲に設定されることにより、2つの液滴によって液量増量を図り、短い駆動周期で効率的に安定した大液滴を吐出させることができると共に、液滴に付随するサテライトの発生を抑制することができて高品質の画像記録を行うことができるインクジェットヘッド3の駆動方法及びインクジェット記録装置1を提供できる。
パルス幅PWA1が0.4ALを下回ると、第1の膨張パルスPa1によってノズル341から押し出される液滴量が不十分となり、大液滴を形成することが困難となる。また、2.0ALを超えると、駆動効率が悪くなる上、駆動周期が長くなるために短周期での駆動が困難になる。
なお、本発明において、第1の駆動信号の印加によって同一のノズル341から吐出される少なくとも2つの液滴は、吐出直後の飛翔中に合体して大液滴を形成するものであれば、一部が繋がった状態であってもよいし、互いに分離していてもよい。
上記効果の実効を図る観点から、第1の収縮パルスPa2のパルス幅PWA2は、0.4AL以上0.7AL以下に設定されることが好ましく、0.5ALが最も好ましい。また同様の観点から、第2の膨張パルスPa3のパルス幅PWA3は、0.8AL以上1.2AL以下に設定されることが好ましく、1ALが最も好ましい。さらに同様の観点から、第2の収縮パルスPa4のパルス幅PWA4は、1.8AL以上2.2AL以下に設定されることが好ましく、2ALが最も好ましい。
ここでALとは、Acoustic Lengthの略であり、チャネル31における圧力波の音響的共振周期の1/2のことである。ALは、駆動電極に矩形波の駆動信号を印加した際に吐出される液滴の飛翔速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、液滴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。
さらに、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以内、好ましくは1/4以内であるような波形を指す。
次に、この第1の駆動信号PA1を印加したときのヘッド3の吐出動作について、図4を用いて説明する。図4はヘッド3をチャネル31の長さ方向と直交する方向に切断した断面の一部を示している。ここでは図4中の中央のチャネル31Bから液滴を吐出させるものとする。また、第1の駆動信号PA1を印加したときに吐出される液滴の概念図を図5に示す。
まず、図4(a)に示す隔壁32B、32Cの中立状態から、駆動電極36A及び36Cを接地すると共に駆動電極36Bに、第1の駆動信号PA1における第1の膨張パルスPa1を印加すると、隔壁32B、32Cは、図4(b)に示すように互いに外側に向けて屈曲変形し、隔壁32B、32Cに挟まれたチャネル31Bの容積が膨張する。これによりチャネル31B内に負の圧力が発生し、インクが流れ込む。
第1の膨張パルスPa1は0.4AL以上2.0AL以下維持された後、第1の膨張パルスPa1の印加が終了する。これにより、チャネル31Bの容積は膨張状態から収縮し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。そして、休止期間をおくことなく引き続いて第1の収縮パルスPa2を印加すると、チャネル31Bの容積は直ちに図4(c)に示す収縮状態となる。このとき、チャネル31B内のインクに圧力がかかり、ノズル341からインクが押し出されて1つ目の液滴として吐出する。
第1の収縮パルスPa2の印加が終了すると、チャネル31Bの容積は収縮状態から膨張し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。そして、休止期間をおくことなく引き続いて第2の膨張パルスPa3を印加すると、チャネル31Bの容積は直ちに図4(b)に示す膨張状態となり、チャネル31内に負の圧力が発生する。このため、先に吐出された1つ目の液滴の速度が抑制される。また、チャネル31B内に発生した負の圧力により、再びインクが流れ込む。
第2の膨張パルスPa3の印加が終了すると、チャネル31Bの容積は膨張状態から収縮し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。そして、休止期間をおくことなく引き続いて第2の収縮パルスPa4を印加すると、チャネル31Bの容積は直ちに図4(c)に示す収縮状態となる。このとき、チャネル31B内のインクに大きな圧力がかかり、第1の膨張パルスPa1及び第1の収縮パルスPa2によって吐出された1つ目の液滴に続いてさらにインクが押し出され、やがて押し出されたインクが千切れて液滴速度の大きな2つ目の液滴が吐出する。
第1の駆動信号PA1によって吐出される液滴は、図5に示すように、第1の膨張パルスPa1及び第1の収縮パルスPa2による液滴速度の小さい第1液滴101に続いて、第2の膨張パルスPa3及び第2の収縮パルスPa4による液滴速度の大きい第2液滴102が形成される。吐出当初の液滴100は、第1液滴101と第2液滴102とが連なった形態となっているが、第2液滴102の吐出速度は第1液滴101に比べて十分に大きいため、これらは吐出直後の飛翔中に合体して1個の大きな液滴100となる。
第2の収縮パルスPa4の印加が終了すると、チャネル31Bの容積は収縮状態から膨張し、隔壁32B、32Cは図4(a)の中立状態に戻る。
この液滴100は、液滴速度の小さい第1液滴101と大きい第2液滴102とが合体するため、同じ液滴量の1個の大液滴をノズル341から吐出する場合に比べて、液滴速度は遅くなる。
また、この液滴100は液滴速度が遅いため、同じ液滴量の1個の液滴をノズル341から吐出させる場合に比べてサテライト量も抑制される。すなわち、一般にサテライトは、吐出された主滴に付随して後方に伸びるように形成される尾が主滴から分離することによって発生する。この尾は、液滴速度が速くなるほど長くなり、主滴から離れた位置で分離し易くなる。尾が主滴から離れた位置で分離すると、サテライトの着弾位置も主滴から大きく離れてしまい、画質を低下させる原因となる。換言すれば、サテライトが主滴に近接して分離する限り、両者はほぼ同一位置に着弾するため画質に影響を与えることは少ない。第1の駆動信号PA1によれば、液滴量を大きくしても低速で吐出できるため、液滴100(主滴)に付随する尾の長さを短くすることができ、主滴に近接した位置でサテライトを分離させることができる。従って、大きな液滴100を吐出しながらもサテライトによる影響を抑制することができる。このため、液滴100を吐出した際のサテライトが画像品質を低下させる問題は生じない。
なお、本発明において液滴速度は、液滴観測装置によって液滴を画像認識し、吐出からの経過時間とその際に液滴が存在する位置座標を得ることによって算出される。具体的には、液滴がノズル面から500μm離れた位置から50μsの間に飛翔する距離から算出される。吐出からの経過時間は、インクジェットヘッドの吐出信号と観測用のストロボとを同期させることで算出することができる。また、液滴の位置座標は、飛翔画像を画像処理することで算出することができる。
第1の駆動信号PA1における第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1は、0.4AL以上0.7AL以下、又は、1.3AL以上1.8AL以下に設定するとさらに好ましい。これにより、サテライトの影響を抑制しつつ、第1の駆動信号PA1を短周期で連続して駆動した場合における各液滴の液滴速度の変動を抑えることができる。
また、第1の駆動信号PA1は矩形波であることが好ましい。第1の駆動信号PA1を構成する第1の膨張パルスPa1、第1の収縮パルスPa2、第2の膨張パルスPa3及び第2の収縮パルスPa4は、図3に示すように矩形波で構成されている。特にせん断モード型のヘッド3は、矩形波からなる駆動信号の印加に対して、圧力波を位相を揃えて発生させることができるため、液滴を効率良く吐出することができると共に、駆動電圧をさらに低く抑えることが可能である。一般に吐出、非吐出を問わずヘッド3には常に電圧が掛かるので、低い駆動電圧はヘッド3の発熱を抑え、液滴を安定的に吐出させる上で重要である。
また、矩形波は、簡単なデジタル回路を用いることで容易に生成可能であるため、傾斜波を有する台形波を用いる場合に比べ、回路構成も簡素化できる。
第1の駆動信号PA1において、第1の膨張パルスPa1の電圧値と第2の膨張パルスPa3の電圧値とが等しく、且つ、第1の収縮パルスPa2の電圧値と第2の収縮パルスPa4の電圧値とが等しいことが好ましい。電源は少なくとも2つで足りるため、電源数を削減できる。これにより駆動制御部8の回路構成を簡易化できる。
また、このとき、第1の膨張パルスPa1及び第2の膨張パルスPa3の電圧値をVH2、第1の収縮パルスPa2及び第2の収縮パルスPa4の電圧値をVH1としたとき、|VH2|/|VH1|=2/1であることが好ましい。これによってノズル341内のインクメニスカスの戻りを促進して、高周波駆動が可能となる。また、特に高粘度インクを使用する場合の飛翔安定化を図ることもできる。
次に、第1の駆動信号の第2の実施形態について説明する。
図6は、駆動制御部8において生成される駆動信号としての本発明における第1の駆動信号の第2の実施形態を説明する図である。
第1の駆動信号PA2は、第1の駆動信号PA1と同様に、同一のノズル341から少なくとも2つの液滴を吐出させ、吐出直後の飛翔中に合体させて大液滴を形成するための駆動信号である。この第1の駆動信号PA2は、チャネル31の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第1の膨張パルスPa1と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第1の収縮パルスPa2と、チャネル31の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第2の膨張パルスPa3と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第2の収縮パルスPa4と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第3の収縮パルスPa5をこの順に有している。
本実施形態に示す第1の駆動信号PA2の波形の構成は、第2の収縮パルスPa4の印加終了から間隔をおいて第3の収縮パルスPa5が付加されている点のみが第1の駆動信号PA1とは異なっている。この第3の収縮パルスPa5は、基準電位から立ち下がり、一定時間後に基準電位まで立ち上がるパルスである。なお、ここでも基準電位を0電位としているが特に限定されない。
この第1の駆動信号PA2においても、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1は、0.4AL以上2.0AL以下に設定されている。そして、第1の膨張パルスPa1及び第1の収縮パルスPa2の印加によりノズル341から1つ目の液滴を吐出した直後に第2の膨張パルスPa3及び第2の収縮パルスPa4を印加して2つ目の液滴を吐出する。このため、第1の駆動信号PA1を使用するインクジェットヘッド3の駆動方法及びインクジェット記録装置1と同様の効果を奏する。
さらに、第2の収縮パルスPa4のパルス幅PWA4は、0.3AL以上0.7AL以下に設定され、第3の収縮パルスPa5のパルス幅PWA5は、0.8AL以上1.2AL以下に設定され、第2の収縮パルスPa4の印加終了から0.3AL以上0.7AL以下の間隔、すなわち休止期間PWA6をおいて第3の収縮パルスPa5が印加されるように設定されている。これにより、主滴に付随する尾の千切れを促進してサテライトの影響をより低減することができる。さらに、第3の収縮パルスPa5によってチャネル31内の圧力波残響振動も効果的にキャンセルすることができる。
この効果の実効を図る上では、第2の収縮パルスPa4のパルス幅PWA4は0.5ALが最も好ましく、第3の収縮パルスPa5のパルス幅PWA5は1ALが最も好ましく、第2の収縮パルスPa4の印加終了から0.5ALの間隔をおいて第3の収縮パルスPa5が印加されることが最も好ましい。
また、上記効果の実効を図る観点から、第1の収縮パルスPa2のパルス幅PWA2及び第2の膨張パルスPa3のパルス幅PWA3は、第1の駆動信号PA1における第1の収縮パルスPa2及び第2の膨張パルスPa3と同様にすることが好ましい。
次に、この第1の駆動信号PA2を印加したときのヘッド3の吐出動作について、第1の駆動信号PA1と同様に図4を用いて説明する。第1の膨張パルスPa1から第2の膨張パルスPa3までは第1の駆動信号PA1と同一であるため、これらの説明は第1の駆動信号PA1における説明を援用し、ここでは省略する。
この第1の駆動信号PA2における第2の膨張パルスPa3の印加が終了すると、隔壁32B、32Cに挟まれたチャネル31Bの容積は膨張状態から収縮し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。そして、休止期間をおくことなく引き続いて駆動電極36Bに第2の収縮パルスPa4を印加すると、チャネル31Bの容積は直ちに図4(c)に示す収縮状態となる。このとき、チャネル31B内のインクに大きな圧力がかかり、第1の膨張パルスPa1及び第1の収縮パルスPa2によって吐出されたインクに続いてさらにインクが吐出され、図5と同様に第1液滴101と第2液滴102からなる大きな液滴100が吐出される。
第2の収縮パルスPa4が0.3AL以上0.7AL以下維持された後、チャネル31Bの容積は収縮状態から膨張し、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る。この際、チャネル31内には負の圧力が発生するため、インクメニスカスはチャネル31内に発生した負の圧力によって比較的早期に引き戻される。このため、吐出されたインク滴の尾が早期に千切れ、吐出された液滴100(主滴)に付随する尾は短くなる。従って、サテライトの影響を、第1の駆動信号PA1の場合に比較してさらに低減することができる。
また、第2の収縮パルスPa4の印加が終了して隔壁32B、32Cが図4(a)に示す中立状態に戻った後、0.3AL以上0.7AL以下の間隔をおいて第3の収縮パルスPa5が印加されると、チャネル31Bの容積は再び図4(c)に示す収縮状態になる。そして、0.8AL以上1.2AL以下経過した後、チャネル31内に正の圧力が残留している間にチャネル31Bの容積が膨張し、隔壁32B、32Cが再び図4(a)に示す中立状態に戻される。これにより、チャネル31内に負の圧力が発生し、圧力波残響振動はキャンセルされる。
この第1の駆動信号PA2においても、第1の駆動信号PA1と同様の理由で、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1は、0.4AL以上0.7AL以下、又は、1.3AL以上1.8AL以下に設定するとさらに好ましい。
また、第1の駆動信号PA2も、第1の駆動信号PA1と同様の理由で矩形波であることが好ましい。第1の駆動信号PA2を構成する第1の膨張パルスPa1、第1の収縮パルスPa2、第2の膨張パルスPa3、第2の収縮パルスPa4及び第3の収縮パルスPa5も、図6に示すように矩形波で構成されている。
第1の駆動信号PA2においても、第1の駆動信号PA1と同様の理由で、第1の膨張パルスPa1の電圧値と第2の膨張パルスPa3の電圧値とが等しく、且つ、第1の収縮パルスPa2の電圧値と第2の収縮パルスPa4の電圧値と第3の収縮パルスPa5の電圧値とが等しいことが好ましい。
また、このとき、第1の駆動信号PA1と同様の理由で、第1の膨張パルスPa1及び第2の膨張パルスPa3の電圧値をVH2、第1の収縮パルスPa2、第2の収縮パルスPa4及び第3の収縮パルスPa5の電圧値をVH1としたとき、|VH2|/|VH1|=2/1であることが好ましい。
次に、階調表現を行う場合について説明する。
本発明において階調表現を行うために液滴を吐出する際、上記した第1の駆動信号PA1又はPA2に、該第1の駆動信号PA1又はPA2による液滴100よりも相対的に高速で小さな液滴を吐出する第2の駆動信号PBを組み合わせ、1画素周期内で、N個(Nは0以上の整数)の第1の駆動信号PA1又はPA2と、少なくとも最後に第2の駆動信号PBとを印加し、且つ、画像データに応じて、Nの個数を変化させるものである。なお、1画素周期とは、ノズル341から吐出された液滴をメディア7上に着弾させることによってドットによる各画素を形成するための時間間隔のことである。
ここで第2の駆動信号PBについて説明する。
図7は、駆動制御部8において生成される駆動信号としての本発明における第2の駆動信号を説明する図である。但し、図7に示される第2の駆動信号PBは、本発明における好ましい一例であって、何ら図示するものに限定されない。
第2の駆動信号PBは、チャネル31の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる膨張パルスPb1と、チャネル31の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる収縮パルスPb2とをこの順に有している。
本実施形態に示す第2の駆動信号PBの膨張パルスPb1は、基準電位から立ち上がり、一定時間後に基準電位まで立ち下がるパルスである。収縮パルスPb2は、基準電位から立ち下がり、一定時間後に基準電位まで立ち上がるパルスである。なお、ここでも基準電位を0電位としているが特に限定されない。
この第2の駆動信号PBにおいても、膨張パルスPb1の電圧値をVH2、収縮パルスPb2の電圧値をVH1としたとき、|VH2|/|VH1|=2/1であることが好ましい。
この第2の駆動信号PBの例において、膨張パルスPb1の立ち下がりの終端と収縮パルスPb2の立ち下がりの始端との間には、基準電位を一定期間維持する休止期間PWB3が設けられている。これは、第1の駆動信号PA1又はPA2との関係で、チャネル31の容積が膨張パルスPb1による膨張状態から収縮パルスPb2による収縮状態に一気に変化することによって液滴速度が速くなりすぎるのを避け、吐出される液滴の液滴量が大きくなりすぎるのを避けるためである。この休止期間PWB3の長さを調整することによって、第2の駆動信号PBの印加によって吐出される液滴の速度及び液滴量を、第1の駆動信号PA1又はPA2によって吐出される液滴との関係で、容易に調整することができる。このため、この休止期間PWB3は第2の駆動信号PBにおいて好ましく設けられる。
第2の駆動信号PBを構成する膨張パルスPb1及び収縮パルスPb2も、第1の駆動信号PA1又はPA2と同様の理由で、図示するように矩形波であることが好ましい。
膨張パルスPb1のパルス幅PWB1は0.8AL以上1.2AL以下、収縮パルスPb2のパルス幅PWB2は1.8AL以上2.2AL以下であることが好ましい。これによって効率良く液滴を吐出することができる。また、休止期間PWB3は、長くなりすぎると、吐出効率が大きく低下するため、1/4AL以下で調整することが好ましい。
次に、第2の駆動信号PBを印加したときのヘッド3の吐出動作について、図4を用いて説明する。また、第2の駆動信号PBを印加したときに吐出される液滴の概念図を図8に示す。
図4(a)に示すように、互いに隣り合うチャネル31A、31B、31C内の駆動電極36A、36B、36Cのいずれにも駆動信号が印加されない時は、隔壁32A、32B、32C、32Dは変形しない中立状態となっている。そして、駆動電極36A及び36Cを接地すると共に駆動電極36Bに、第2の駆動信号PBにおける膨張パルスPb1を印加すると、隔壁32B、32Cを構成する圧電素子の分極方向に直角な方向の電界が生じる。これにより隔壁32B、32Cは、図4(b)に示すように互いに外側に向けて屈曲変形し、チャネル31Bの容積が膨張する(Draw)。これによりチャネル31B内に負の圧力が発生し、インクが流れ込む。
チャネル31B内の圧力は1AL毎に反転するため、この膨張パルスPa1を0.8AL以上1.2AL以下の期間維持すると、チャネル31B内は正の圧力に転じる。このタイミングで膨張パルスPb1の印加を終了して基準電位まで戻すと、隔壁32B、32Cに挟まれたチャネル31Bの容積は膨張状態から収縮する。これにより、隔壁32B、32Cは図4(a)に示す中立状態に戻る(Release)。このとき、チャネル31B内のインクに大きな圧力がかかり、インクはノズル341から押し出される方向に移動する。
休止期間PWB3だけ隔壁32B、32Cの中立状態を維持した後、駆動電極36Bに収縮パルスPb2を印加すると、隔壁32B、32Cは図4(c)に示すように互いに内側に向けて屈曲変形し、チャネル31Bの容積が収縮する(Reinforce)。その結果、チャネル31B内のインクにさらに圧力がかかり、ノズル341から押し出される方向に移動したインクがさらに押し出される。その後、押し出されたインクが千切れて、図8に示すように1個の液滴200が吐出される。
この液滴200は、上述した第1の駆動信号PA1又はPA2による液滴100に比べて液滴量が小さい小液滴となる。この液滴200の吐出時、サテライトは発生しないか、発生しても極く少量に抑制される。
収縮パルスPb2による収縮状態は、1.8A以上2.2AL以下経過した後、チャネル31B内の圧力が正に転じている際に元に戻される。これによって、チャネル31Bの容積は収縮状態から膨張し、隔壁32B、32Cは図4(a)の中立状態に戻る。
図9は、以上説明した第1の駆動信号PA1と第2の駆動信号PBとを組み合わせて階調表現を行う場合の駆動方法の一例を示している。ここでは1画素周期T内において印加する第1の駆動信号PA1の個数を0個(N=0)から最大で4個(N=4)まで変化させることにより、Level0(最小階調)からLevel5(最大階調)の6段階の階調表現を行う例を示している。Level0は全く駆動信号を印加しない場合である。なお、図示しないが、第1の駆動信号PA2も、第1の駆動信号PA1と同様にして第2の駆動信号PBと組み合わせて、以下に説明する階調表現を行うことができることはもちろんである。
Level1からLevel5の階調を表現する各駆動信号群は、駆動制御部8内に予め階調毎に対応付けて記憶しておくことができる。駆動制御部8は、画像データに応じて所望の階調を選択し、それに対応する駆動信号群を呼び出した後、その駆動信号群をヘッド3に印加する。
本発明において階調表現を行う場合、Level0を除き、1画素周期Tの少なくとも最後に第2の駆動信号PBを印加することによって、同一のノズル341から吐出させる液滴数を変化させる。このとき、階調は、第1の駆動信号PA1を印加する個数Nを0以上の整数で変化させ、メディア7上で液滴からなるドットによる画素を形成することによって表現することができる。1画素周期T内に同一のノズル341から複数の液滴が吐出される場合、該複数の液滴を飛翔中に合一させることにより、メディア7上に1つの合体した液滴からなるドットによって画素を形成することができる。また、複数の液滴をメディア7上に重なり合うように着弾させることによって複数のドットの集合体からなるドットによって画素を形成することもできる。
第1の駆動信号PA1は、第2の駆動信号PBによる液滴200に比べて相対的に大きな液滴100を吐出する駆動信号である。このため、第1の駆動信号PA1が1画素周期T内に1個以上印加されることによって、主として大ドットを形成し、濃い階調を表現することに寄与する。また、上述したように液滴100は、液滴200に比べて相対的に低速であり、発生するサテライトは同一画素周期T内で後に吐出される液滴に捕捉される。従って、サテライトが画像品質を低下させる程の問題にはならない。
液滴100は、液滴200に比べて液滴量が大きい大液滴となる。しかし、液滴速度の小さい第1液滴101と液滴速度の大きい第2液滴102とが合体するため、同じ液滴量の1個の大液滴をノズル341から吐出する場合に比べて液滴速度は遅くなる。本実施形態によれば、液滴100は液滴200よりも低速となる。
このとき、液滴200の液滴速度は、液滴100の第2液滴102の液滴速度より小さく調整することが好ましい。液滴100のサテライト量は第2液滴102の液滴速度に依存し、液滴200の液滴速度を、液滴100の第2液滴102の液滴速度より小さく調整することにより、液滴200のサテライト量を抑制することができる。
1画素周期T内に複数の液滴が吐出される場合、先行の液滴のサテライトは同一画素周期T内で後に吐出される液滴に捕捉されるため、画像品質の観点から、1画素周期T内の最後に吐出される液滴に付随するサテライトが特に問題となる。本実施形態においては、1画素周期T内の最後には必ず第2の駆動信号PBが印加され、これによって、第1の駆動信号PA1による液滴100に比べて相対的に小さな液滴200が吐出されるため、サテライトは発生しないか又は抑制される。
従って、1画素周期T内で第1の駆動信号PA1及び第2の駆動信号PBを印加し、複数の液滴を吐出することでメディア7上に大ドットを形成しても、サテライトが抑制された高品質の画像記録を行うことができる。
図9において、TAは1画素周期T内における第1の駆動信号PA1の駆動周期、TBは1画素周期T内における第2の駆動信号PBの駆動周期である。第1の駆動信号PA1は、後続の駆動信号との間に所定の休止期間T1をおいて印加され、最後に印加される1個の第2の駆動信号PBの印加終了から次の1画素周期Tの開始までの間に所定の休止期間T2をおいた例を示している。
複数の液滴間に存在するサテライトの影響を低減する観点から、休止期間T1は2AL以下であることが好ましく、液滴吐出後の残留振動の影響を抑え、後続の液滴吐出を安定化させる観点から、休止期間T2は1.5AL以上であることが好ましい。
階調表現を行うために液滴を吐出させる際、Level0を除き、1画素周期T内の少なくとも最後に必ず1個の第2の駆動信号PBが印加されることが好ましい。従って、1画素周期T内の最後に印加される第2の駆動信号PBの前に、1個以上の第2の駆動信号PBを印加することをなんら妨げるものではない。この場合、第2の駆動信号PBが、1画素周期T内の最初に印加される場合もあり得るが、第2の駆動信号PBの休止期間PWB3を、最後に印加する第2の駆動信号PBの休止期間PWB3より長く設定することで、最初に吐出される液滴が最後に吐出される液滴よりも速度が遅くなるようにして、着弾性を改善することが好ましい。
また、第1の駆動信号PA1の個数Nは0以上の整数であればよく、図示する個数に限定されないが、いずれの階調も、1画素周期Tの最後には必ず第2の駆動信号PBが印加される。このため、いずれの階調を表現する場合でもサテライトは抑制される。なお、液滴を吐出するいずれの階調も、最後に印加される第2の駆動信号PBは、図示するように、1画素周期T内の同一のタイミングとなるように印加される。
この第2の駆動信号PBは、1画素周期T内で時系列に並べられた複数の駆動信号のうちで最も小さな液滴を形成するための駆動信号であることが好ましい。これによってサテライトを抑制する効果をさらに高めることができる。
さらに、第2の駆動信号PBが、1画素周期T内で時系列に並べられた複数の駆動信号のうちで最も小さな液滴で、且つ、液滴速度が速い液滴を形成するための駆動信号であることが、サテライトの抑制効果及び着弾位置ずれの抑制効果を高める観点から好ましい。
ここでは、第1の駆動信号PA1によって10plの液滴100を吐出し、第2の駆動信号PBによって6plの液滴200を吐出するものを想定している。このため、Level1=6pl、Level2=16pl、Level3=26pl、Level4=36pl、Level5=46plとなり、第2の駆動信号PBによる最小液量(6pl)を確保したまま広い階調を表現することができる。
一般に、第2の駆動信号PBと同様のDRR(Draw-Release-Reinforce)波形からなる駆動信号を用い、そのパルス幅を長くすることによっても大液滴を吐出することはできる。しかし、この場合は長周期の駆動信号となるため、最大階調を表現する場合のように、1画素周期T内の限られた時間内に多くの液滴を吐出することはできない。しかし、第1の駆動信号PA1によれば、短い周期で相対的に低速の大きな液滴100を吐出することができるため、1画素周期T内の限られた時間内で、より多くの液滴を吐出することができる。従って、第1の駆動信号PA1の個数Nを画像データに応じて変化させることにより、最小階調から最大階調に亘って広い階調表現を実現することができる。
階調表現において、第2の駆動信号PBによって吐出される液滴200の直径は、ノズル341の直径よりも小さいものであることが好ましい。ノズル341の直径よりも小径の液滴200とすることにより、サテライト抑制効果をより高めることができる。
ここで、ノズルの直径とは、ノズルの吐出方向先端の開口の形状が円形の場合はその直径を指し、円形でない場合は、開口の面積が同じ円に置き換えた場合のその円の直径とする。
また、液滴の直径とは、液滴が球形の場合はその直径を指し、球形でない場合は、体積が同じ球に置き換えた場合のその球の直径とする。
一方、第1の駆動信号PA1又はPA2によって吐出される液滴100の直径は、ノズル341の直径よりも大きいものであることが好ましい。ノズル341の直径よりも大径の液滴100とすることにより、メディア7上に可及的に大きなドットを形成することによって階調を表現することができる。
なお、第1の駆動信号PA1又はPA2によって吐出される液滴100の直径は、第1液滴101と第2液滴102とが一体化して1個の大きな液滴となった状態での直径である。
もちろん、第2の駆動信号PBによって吐出される液滴200の直径がノズル341の直径よりも小さく、且つ、第1の駆動信号PA1又はPA2によって吐出される液滴100の直径がノズル341の直径よりも大きいものであることがより好ましい。
また、第1の駆動信号PA1又はPA2によって吐出される液滴の液滴量をMA、第2の駆動信号PBによって吐出される液滴の液滴量をMBとしたとき、MA≧MB×1.5であることが好ましい。これにより、サテライトを効果的に抑制しつつ、最大階調時にメディア7上に可及的に大ドットからなる画素を形成することができる。
ところで、一般に隔壁32を隣り合うチャネル31で共用するせん断モード型のヘッド3では、1つのチャネル31が吐出のための駆動しているとき、その両隣のチャネル31、31は吐出を行うことができない。このため、液滴を吐出する吐出チャネルと液滴を吐出しないダミーチャネルとを交互となるように配置させた独立駆動タイプのヘッドとすることが知られている。ヘッド3がこのような独立駆動タイプのヘッドである場合、吐出チャネルは全ての画素周期Tにおいて吐出を行う可能性があるため、画素を形成する画素周期Tが連続する場合がある。
このとき、1画素周期T内の第1の駆動信号PA1又はPA2の駆動周期TAと第2の駆動信号PBの駆動周期TBは、サテライトを抑制しつつメディア7上に階調を表現する上ではTA=TBとすることもできるが、TA≦TBとすることが好ましい。第1の駆動信号PA1又はPA2による大きな液滴100は相対的に低速であるため、TA≦TBとすることで、濃階調時に、1画素周期T内に第1の駆動信号PA1又はPA2による大きな液滴100を短時間で高速に数多く作り出すことができる。
また、同一のノズル341に対応するチャネル31の駆動電極に印加される第1の駆動信号PA1又はPA2と第2の駆動信号PBのそれぞれの膨張パルス(第1の膨張パルスPa1、第2の膨張パルスPa3、膨張パルスPb1)は、波高が一定であり、且つ、同一のノズル341に対応するチャネル31の駆動電極に印加される第1の駆動信号PA1又はPA2と第2の駆動信号PBのそれぞれの収縮パルス(第1の収縮パルスPa2、第2の収縮パルスPa4、第2の収縮パルスPa5、収縮パルスPb2、)は、図9に示すように波高が一定であることが好ましい。各駆動信号PA1又はPA2、PBの+Vonの電圧値及び−Voffの電圧値をそれぞれ一定にできるため、駆動制御部8の構成をさらに簡素化できる。
1画素周期T内に印加される第1の駆動信号PA1又はPA2の個数NがN≧2であるとき、各第1の駆動信号PA1又はPA2によって吐出される液滴100は同一速度であってもよいし、異なる速度であってもよい。
図10は、一例として図9に示すLevel4(N=3)の場合に、複数の第1の駆動信号PA1によって同一のノズル341から吐出される各液滴100を同一速度にしたときの液滴100、200の時間経過に伴う飛翔状態と、それによってメディア7上に形成されるドットDの平面図を示している。
各液滴100を同一速度とする場合、図10(a)に示すように、1画素周期T内で連続して吐出される3個の液滴100は、それぞれ等速で飛翔する。そして、第2の駆動信号PBによる最終の液滴200が吐出されると、液滴200はその直前に吐出された液滴100よりも高速であるために追い付いて合一する。合一滴は、さらにその直前の液滴100よりも高速であるため、合一滴がさらにその直前の液滴100に追い付いて合一していくことで飛翔中に全ての液滴100、200が合一する。その結果、メディア7上に図10(b)に示す1個の液滴によるドットDからなる画素を形成する。
また、液滴100の液滴速度は、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1によって調整することができる。従って、各液滴100の液滴速度を異ならせる場合、この第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1を、0.4AL以上2.0AL以下の範囲内において調整することによって行うことができる。
このとき、1画素周期T内において、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1が短い順に第1の駆動信号PA1を印加することが好ましい。これによって吐出される各液滴100は、後から吐出される液滴100ほど速度が速くなるため、各液滴100を飛翔中に確実に合一させたい場合に有効である。
図11は、一例として図9に示すLevel4(N=3)の場合に、複数の第1の駆動信号PA1によって同一のノズル341から吐出される各液滴100を、後から吐出される液滴100ほど速度が速くなるようにしたときの液滴100、200の時間経過に伴う飛翔状態と、それによってメディア7上に形成されるドットDの平面図を示している。
この場合、図11(a)に示すように、1画素周期T内で連続して吐出される3個の液滴100が飛翔中に合一して合一滴を形成し、最後に液滴200が合一滴に追い付いて合一することで飛翔中に全ての液滴100、200が合一する。その結果、メディア7上に図11(b)に示す1個の液滴によるドットDを形成する。
また、1画素周期T内において、第1の駆動信号PA1の第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1が長い順、すなわち液滴速度が速い順に第1の駆動信号PA1を印加することもできる。
図12は、一例として図9に示すLevel4(N=3)の場合に、複数の第1の駆動信号PA1によって同一のノズル341から吐出される各液滴100を、先に吐出される液滴100ほど速度が速くなるようにしたときの液滴100、200の時間経過に伴う飛翔状態と、それによってメディア7上に形成されるドットDの平面図を示している。
この場合は、図12(a)に示すように、第2の駆動信号PBによる液滴200がその直前に吐出された液滴100と合一して合一滴を形成する以外は、図12(b)に示すように複数のドットがメディア7上に重なり合った1つのドットDからなる画素を形成することになる。これは、吐出後の早い段階で最後に吐出された液滴200のエネルギーが失われたためである。
この図12(b)に示すようなドットDは、ベタ画像を記録する場合のように大ドットのみを利用して塗布量を稼ぐ用途では全く影響はない。また、階調表現を行う場合でも画質に大きな影響はないが、液滴量が異なる毎に着弾位置が僅かにずれる懸念がある。
1画素周期T内に吐出する液滴数を変化させて階調表現を行う場合、吐出される各液滴が合一するタイミングによって液滴速度が変化し、階調毎の着弾位置ずれが問題となる場合がある。特に、第1の駆動信号PA1又はPA2によって吐出される液滴100と第2の駆動信号PBによって吐出される液滴200とが飛翔中に合一すると、液滴200のエネルギーが失われてしまい、液滴速度に影響する。液滴200よりも液滴100の方が相対的に大液滴だからである。従って、1個の液滴200のみを吐出する場合と、液滴200の他に複数の液滴100も吐出する場合とで着弾位置が僅かに異なるおそれがある。
第1の駆動信号PA1又はPA2による液滴100の液滴速度をVA、その液滴量をMA、第2の駆動信号PBによる液滴200の液滴速度をVB、その液滴量をMBとしたとき、合一時の影響は、大液滴と小液滴の運動量の比(MB×VB)/(MA×VA)に依存し、着弾への影響はメディア7までのギャップ(ヘッド3のノズル面とメディア7との間の距離)Lに依存する。また、第1の駆動信号PA1又はPA2の個数Nが多くなってN≧3になると、最終的な合一回数が増える傾向となるため、着弾位置ずれの問題は他に比べて顕著となる。
そこで、1画素周期T内に印加される第1の駆動信号PA1又はPA2の個数NがN≧3である場合に、少なくともノズルから(L×MB×VB)/(MA×VA)離れた位置までは、1画素周期Tの最後に印加される第2の駆動信号PBによる液滴200と、その直前に印加される第1の駆動信号PA1又はPA2による液滴100とが合一滴を形成しないようにすることが好ましい。すなわち、液滴100と液滴200は、ノズルから(L×MB×VB)/(MA×VA)離れた位置を越えた後に合一するか、又は、メディア7上に重なり合うように着弾する。
これにより、階調毎の着弾位置ずれを抑制することができる。また、1画素周期T内の最後に吐出される液滴200の速度を必要以上に上げなくてもよいため、サテライトの発生もさらに抑制することができる。
以上の説明では、各駆動信号として+Vonの膨張パルスと−Voffの収縮パルスとを有するものを使用したが、これに限らない。隔壁32の変形は、該隔壁32を挟むように設けられる2つの駆動電極間の電圧差で起こるので、図4に示すチャネル31Bから第1の駆動信号PA1によって吐出を行う場合、図13(a)に示すように、吐出チャネルであるチャネル31B内の駆動電極36Bに、+Vonの第1の膨張パルスPa1と第2の膨張パルスPa3を印加し、隣接するチャネル31A、31Cの駆動電極36A、36Cに、+Voffの第1の収縮パルスPa2を印加しても同様に駆動させることができる。
また、同様にして、図4に示すチャネル31Bから第1の駆動信号PA2によって吐出を行う場合、図13(b)に示すように、吐出チャネルであるチャネル31B内の駆動電極36Bに、+Vonの第1の膨張パルスPa1と第2の膨張パルスPa3を印加し、隣接するチャネル31A、31Cの駆動電極36A、36Cに、+Voffの第1の収縮パルスPa2、第2の収縮パルスPa4、第3の収縮パルスPa5を印加しても同様に駆動させることができる。
さらに、同様にして、図4に示すチャネル31Bから第2の駆動信号PBによって吐出を行う場合、図13(c)に示すように、吐出チャネルであるチャネル31B内の駆動電極36Bに、+Vonの第1の膨張パルスPb1、第2の膨張パルスPb3を印加し、隣接するチャネル31A、31Cの駆動電極36A、36Cに、+Voffの第1の収縮パルスPb2、第2の収縮パルスPb4を印加しても同様に駆動させることができる。
図13(a)〜(c)に示す第1の駆動信号PA1、PA2及び第2の駆動信号PBを使用する場合、各駆動信号を正電圧だけで構成できるため、駆動制御部8の構成を簡略化することができる。
また、以上の説明では、ヘッド3として隣り合うチャネル31、31間の隔壁32をせん断変形させるものを例示したが、チャネルの上壁又は下壁をPZT等の圧電素子によって構成される圧力発生手段とし、この上壁又は下壁をせん断変形させるものであってもよい。
その他、本発明におけるインクジェットヘッドは、せん断モード型になんら限定されない。例えば、圧力室の一壁面を振動板によって形成し、この振動板をPZT等の圧電素子によって構成される圧力発生手段によって振動させ、圧力室内のインクに吐出のための圧力を付与するタイプのインクジェットヘッドであってもよい。
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はかかる実施例により限定されない。
(実施例1)
図2に示すせん断モード型のインクジェットヘッド(ノズルの直径=24μm、AL=3.7μs)を用意した。インクにはUV硬化型のインクを40℃で使用した。このときのインクの粘度は0.01Pa・sであった。
第1の駆動信号として図3に示す矩形波の第1の駆動信号PA1を用い、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1を図14のグラフに示す通り、0.2ALから2ALまで変化させた時にそれぞれ吐出される液滴の液滴量を計測した。
なお、いずれも、第1の収縮パルスPa2のパルス幅PWA2=0.5AL、第2の膨張パルスPa3のパルス幅PWA3=1AL、第2の収縮パルスPa4のパルス幅PWA4=2AL、駆動周期=7ALとし、液滴速度は6m/sとなるように吐出した。
その結果、図14に示すように、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1を0.4AL以上とすることにより、およそ10ng以上の大液滴を吐出することができた。しかし、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1が0.4ALを下回った場合は、第1液滴と第2液滴からなる2つの液滴が合体した大液滴を形成することができなかった。
(比較例1)
図7に示す第2の駆動信号PBにおいて、膨張パルスPb1のパルス幅PWB1=1AL、収縮パルスPb2のパルス幅PWB2=2AL、休止期間PWB3=0とした一般的なDRR波形からなる駆動信号を用いて、同じく6m/sの液滴速度で液滴を吐出させたところ、液滴量は6.7ngであった。
(実施例2)
実施例1において吐出された各液滴のサテライトの発生状況を観察した。サテライトの発生状況は、ノズルから1.0mm飛翔した位置における主滴からサテライトまでの分離距離を計測し、その長短を以下の基準によって評価した。分離距離が長い程、サテライトは主滴からずれて着弾し、画像品質の低下に影響する。その結果を表1に示す。
◎:短い
○:普通
△:やや長い
×:長い
評価が◎〜△であれば画像品質に大きな影響はない。従って、パルス幅PWA1が0.4AL以上の場合、サテライトの影響は抑制できたことがわかる。
Figure 0006497383
(実施例3)
実施例1と同一の第1の駆動信号PA1を用いて、駆動周期=7ALとして連続して10発の液滴を吐出させ、そのときの1発目から10発目の各液滴の射出順の速度変化を求め、以下の基準に従って評価した。
なお、速度変化は、基準速度(6m/s)に対する各液滴の速度のずれを%で表した。その結果を表2に示す。
◎:10%未満
○:10%以上、15%未満
△:15%以上、25%未満
×:25%以上
Figure 0006497383
表2の通り、第1の膨張パルスPa1のパルス幅PWA1が0.4AL以上0.7AL以下、又は、1.3AL以上1.8AL以下の場合、連続駆動した際の速度変動が抑えられた。
1:インクジェット記録装置
2:搬送機構
21:搬送ローラー
22:搬送ローラー対
23:搬送モーター
3:インクジェットヘッド
30:チャネル基板
31:チャネル
32:隔壁
321:上壁部
322:下壁部
33:カバー基板
331:共通流路
34:ノズルプレート
341:ノズル
35:プレート
351:インク供給口
352:インク供給管
4:ガイドレール
5:キャリッジ
6:フレキシブルケーブル
7:メディア
71:記録面
8:駆動制御部
100:液滴
101:第1液滴
100:第2液滴
200:液滴
D:ドット
PA1、PA2:第1の駆動信号
Pa1:第1の膨張パルス
Pa2:第1の収縮パルス
Pa3:第2の膨張パルス
Pa4:第2の収縮パルス
Pa5:第3の収縮パルス
PWA1〜PWA5:パルス幅
PWA6:休止期間
PB:第2の駆動信号
Pb1:膨張パルス
Pb2:収縮パルス
PWB1、PWB2:パルス幅
PWB3:休止期間
T:画素周期
TA:第1の駆動信号の駆動周期
TB:第2の駆動信号の駆動周期
T1、T2:休止期間

Claims (26)

  1. 圧力室の容積を膨張又は収縮させる圧力発生手段に駆動信号を印加し、該圧力発生手段を駆動させることによって前記圧力室内の液体に圧力を付与し、ノズルから液滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法において、
    同一の前記ノズルから少なくとも2つの液滴を吐出させ、吐出直後に合体させて大液滴を形成する際、前記駆動信号として第1の駆動信号を印加するものであり、
    前記第1の駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第1の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第1の収縮パルスと、前記第1の収縮パルスの印加終了から休止期間を設けることなく引き続いて印加され前記圧力室の容積を膨張させ一定時間後に収縮させる第2の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第2の収縮パルスとをこの順に有し、
    前記第1の膨張パルス及び前記第1の収縮パルスの印加により前記ノズルから1つ目の液滴を吐出させると共に、前記第2の膨張パルス及び前記第2の収縮パルスの印加により2つ目の液滴を吐出させ、
    且つ、前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上2.0AL以下(但し、ALは前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2)であるインクジェットヘッドの駆動方法。
  2. 前記第1の駆動信号における前記第1の収縮パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.7AL以下であり、前記第2の膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下であり、前記第2の収縮パルスのパルス幅は、1.8AL以上2.2AL以下である請求項1記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  3. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルスの電圧値と前記第2の膨張パルスの電圧値が等しく、且つ、前記第1の収縮パルスの電圧値と前記第2の収縮パルスの電圧値が等しい請求項2記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  4. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルス及び前記第2の膨張パルスの電圧値をVH2、前記第1の収縮パルス及び前記第2の収縮パルスの電圧値をVH1としたとき、|VH2|/|VH1|=2/1である請求項3記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  5. 前記第1の駆動信号は、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第3の収縮パルスをさらに有し、
    前記第2の収縮パルスのパルス幅は、0.3AL以上0.7AL以下であり、
    前記第3の収縮パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下であり、
    前記第2の収縮パルスの印加終了から0.3AL以上0.7AL以下の間隔をおいて前記第3の収縮パルスを印加する請求項1記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  6. 前記第1の駆動信号における前記第1の収縮パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.7AL以下であり、前記第2の膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下である請求項5記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  7. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルスの電圧値と前記第2の膨張パルスの電圧値が等しく、且つ、前記第1の収縮パルスの電圧値と前記第2の収縮パルスと前記第3の収縮パルスの電圧値が等しい請求項5又は6記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  8. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルス及び前記第2の膨張パルスの電圧値をVH2、前記第1の収縮パルス、前記第2の収縮パルス及び前記第3の収縮パルスの電圧値をVH1としたとき、|VH2|/|VH1|=2/1である請求項7記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  9. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.7AL以下、又は、1.3AL以上1.8AL以下である請求項1〜8のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  10. 前記第1の駆動信号は矩形波である請求項1〜9のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  11. 前記第1の駆動信号による液滴よりも相対的に高速で小さな液滴を形成する際、前記駆動信号として第2の駆動信号を印加するものであり、
    前記第2の駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる収縮パルスと、前記膨張パルスと前記収縮パルスとの間を繋ぐ休止期間とを有し、
    1画素周期内で、N個(Nは0以上の整数)の前記第1の駆動信号と、少なくとも最後に前記第2の駆動信号とを印加し、且つ、画像データに応じて、前記Nの個数を変化させることにより階調表現を行う請求項1〜10のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  12. 前記第2の駆動信号における前記膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下であり、前記収縮パルスのパルス幅は、1.8AL以上2.2AL以下であり、前記休止期間は、1/4AL以下である請求項11記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  13. 前記インクジェットヘッドは、せん断モード型のインクジェットヘッドである請求項1〜12のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  14. 圧力発生手段の駆動によって圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与し、ノズルから液滴を吐出させるインクジェットヘッドと、
    前記圧力発生手段を駆動させる駆動信号を出力する駆動制御手段とを備えるインクジェット記録装置において、
    前記駆動信号は、同一の前記ノズルから少なくとも2つの液滴を吐出させ、吐出直後に合体させて大液滴を形成する第1の駆動信号を含み、
    前記第1の駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる第1の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第1の収縮パルスと、前記第1の収縮パルスの印加終了から休止期間を設けることなく引き続いて印加され前記圧力室の容積を膨張させ一定時間後に収縮させる第2の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第2の収縮パルスとをこの順に有し、
    前記第1の膨張パルス及び前記第1の収縮パルスの印加により前記ノズルから1つ目の液滴を吐出させると共に、前記第2の膨張パルス及び前記第2の収縮パルスの印加により2つ目の液滴を吐出させ、
    且つ、前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上2.0AL以下(但し、ALは前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の1/2)であるインクジェット記録装置。
  15. 前記第1の駆動信号における前記第1の収縮パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.7AL以下であり、前記第2の膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下であり、前記第2の収縮パルスのパルス幅は、1.8AL以上2.2AL以下である請求項14記載のインクジェット記録装置。
  16. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルスの電圧値と前記第2の膨張パルスの電圧値が等しく、且つ、前記第1の収縮パルスの電圧値と前記第2の収縮パルスの電圧値が等しい請求項15記載のインクジェット記録装置。
  17. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルス及び前記第2の膨張パルスの電圧値をVH2、前記第1の収縮パルス及び前記第2の収縮パルスの電圧値をVH1としたとき、|VH2|/|VH1|=2/1である請求項16記載のインクジェット記録装置。
  18. 前記第1の駆動信号は、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる第3の収縮パルスをさらに有し、
    前記第2の収縮パルスのパルス幅は、0.3AL以上0.7AL以下であり、
    第3の収縮パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下であり、
    前記第2の収縮パルスの印加終了から0.3AL以上0.7AL以下の間隔をおいて前記第3の収縮パルスを印加する請求項14記載のインクジェット記録装置。
  19. 前記第1の駆動信号における前記第1の収縮パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.7AL以下であり、前記第2の膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下である請求項18記載のインクジェット記録装置。
  20. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルスの電圧値と前記第2の膨張パルスの電圧値が等しく、且つ、前記第1の収縮パルスの電圧値と前記第2の収縮パルスと前記第3の収縮パルスの電圧値が等しい請求項18又は19記載のインクジェット記録装置。
  21. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルス及び前記第2の膨張パルスの電圧値をVH2、前記第1の収縮パルス、前記第2の収縮パルス及び前記第3の収縮パルスの電圧値をVH1としたとき、|VH2|/|VH1|=2/1である請求項20記載のインクジェット記録装置。
  22. 前記第1の駆動信号における前記第1の膨張パルスのパルス幅は、0.4AL以上0.7AL以下、又は、1.3AL以上1.8AL以下である請求項14〜21のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  23. 前記第1の駆動信号は矩形波である請求項14〜22のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  24. 前記第1の駆動信号による液滴よりも相対的に高速で小さな液滴を形成する際、前記駆動信号として第2の駆動信号を印加するものであり、
    前記第2の駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させ、一定時間後に収縮させる膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させ、一定時間後に膨張させる収縮パルスと、前記膨張パルスと前記収縮パルスとの間を繋ぐ休止期間とを有し、
    1画素周期内で、N個(Nは0以上の整数)の前記第1の駆動信号と、少なくとも最後に前記第2の駆動信号とを印加し、且つ、画像データに応じて、前記Nの個数を変化させることにより階調表現を行う請求項14〜23のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  25. 前記第2の駆動信号における前記膨張パルスのパルス幅は、0.8AL以上1.2AL以下であり、前記収縮パルスのパルス幅は、1.8AL以上2.2AL以下であり、前記休止期間は、1/4AL以下である請求項24記載のインクジェット記録装置。
  26. 前記インクジェットヘッドは、せん断モード型のインクジェットヘッドである請求項14〜25のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
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