JP7255498B2 - インクジェット記録装置の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置の駆動方法に関する。

ノズルからインクを吐出させて媒体上に着弾させ、画像などを記録するインクジェット記録装置が開発され、製品化されている。
インクジェット記録装置では、通常、単位面積当たりのインクの被覆面積に応じて濃淡が表現される。インクの被覆面積を制御する方法の一つとして、インクの一滴当たりの液量を変化させるものが知られている。

インク一滴当たりの液量を適切に変化させる際には、例えば、複数回の連続した液滴吐出動作により吐出させる複数の液滴の吐出タイミングや速度などを調節して、媒体への着弾前に合体させ、元の液滴数に応じた液量の単一液滴を得ることが行われている。元の液滴数に応じて液量を調整することで、濃淡つまり階調が表現される。しかしながら、液滴吐出動作を連続させると、先行の液滴吐出動作の影響で不要な微小液滴（サテライト）が発生しやすくなる場合があり、この微小液滴が媒体上に着弾して記録の質を低下させるという課題がある。

特許文献１には、多階調波形全体を伸縮させる際の変数を、その波形によって得られる吐出速度がピークとなるよう設定することで、ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度や液滴量の変動を抑制する技術が記載されている。この特許文献１に記載された技術を適用することで、インクジェットヘッドを駆動する圧電アクチュエータ同士に共振周波数のばらつきがあっても、記録の品質を向上させることができる。

特許４１１７１６２号公報

特許文献１に記載された技術は、階調数が少ない場合には、それなりに有効に機能する。しかしながら、階調数が多い多階調波形（例えば５階調以上の多階調波形）では、共振周波数のバラつきにより速度ピークの値も変化してしまう。このため、多階調波形では、ある基準チャネルで設定した波形生成周波数を用いても、チャネル間の共振バラつきに起因する速度バラつきを抑制することができないという問題がある。

本発明は、インクジェットヘッドを多階調で駆動する場合に、インクジェットヘッドを駆動する圧電アクチュエータの共振周波数のバラツキに起因する速度ずれを抑制して、記録画像の画質を向上させることを目的とする。

本発明のインクジェット記録装置の駆動方法は、所定の駆動信号により複数のアクチュエータでインクに圧力変化を与えることで、それぞれがインクを吐出するノズルとそのノズルに連通した圧力室を持つ複数のインクジェットヘッドからインクを吐出させると共に、複数のアクチュエータに対して、それぞれ１画素に１液滴または複数液滴を吐出して合一させる駆動を行うインクジェット記録装置の駆動方法である。
ここで、駆動信号は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の駆動波形要素から成る駆動波形を含み、インクが充填された圧力室内のヘルムホルツ固有振動周波数から求められる固有振動周期をＴｃとしたとき、駆動波形の始点から次の後続の駆動波形の始点までの時間Ｔｓを、
１．１Ｔｃ≦Ｔｓ≦１．４Ｔｃ
の関係を満たすようにし、吐出する液滴が１画素に１液滴の場合に、後ろから１番目の周期に駆動波形を出力し、吐出する液滴が１画素に２液滴の場合に、後ろから１番目と３番目の周期に駆動波形を出力し、吐出する液滴が１画素にＭ液滴（Ｍ≧３）の場合に、後ろから１～Ｍ番目の周期に駆動波形を出力することで、記録媒体へのインクの着弾が、１液滴からＭ液滴のいずれの場合でも合一した液滴としてほぼ一定の液滴速度で行われるようにした。

本発明の一実施の形態例のインクジェット記録装置の主要部の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態例によるインクジェットヘッドの例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態例によるインクジェット記録装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態例によるインク液滴状態の例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態例によるインク液滴状態の例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態例による駆動波形例（Ａ）および比較例（Ｂ）を示す波形図である。 本発明の一実施の形態例による液滴速度とサブドロップ周期との関係の例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態例による速度分布（Ａ）とその比較例（Ｂ）を示す特性図である。 本発明の一実施の形態例を説明するための、圧力波の減衰特性の例を示す特性図である。 本発明の一実施の形態例による駆動波形例（変形例）を示す波形図である。

以下、本発明の一実施の形態例を説明する。
［１．記録装置の構成］
図１は、本実施の形態例のインクジェット記録装置１の概略構成を模式的に示す斜視図である。
インクジェット記録装置１は、記録媒体Ｐにインクで画像などを記録する記録処理を行う。記録媒体Ｐは、駆動ローラ１１により搬送される。なお、図１では説明を簡単にするために１個の駆動ローラ１１のみを示すが、実際のインクジェット記録装置１では、複数のローラが配置される。

記録部２０は、記録ヘッド２１、キャリッジ２２、およびキャリッジレール２３を有する。
記録ヘッド２１は、インクを吐出して記録媒体Ｐに着弾させる。ここでは、ＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、黄色、黒色）の４色のインクを各々吐出する４つの記録ヘッド２１が設けられる。これら４つの記録ヘッド２１は、記録媒体Ｐの搬送方向に対して垂直な幅方向に配列され、キャリッジ２２に取り付けられている。記録ヘッド２１の記録媒体Ｐと対向する面は、ノズル２１２（図２）の開口（ノズル開口）が配列されたインク吐出面となっており、インクがノズルの開口から記録媒体Ｐに対してほぼ垂直に吐出されて記録媒体Ｐ上に着弾する。

図２は、インクジェットヘッドの概略構成を示す断面図である。
記録ヘッド２１は、インクを先端の開口２１２ａから吐出するノズル２１２と、ノズル２１２に連通する圧力室を含むインク流路２１３と、圧力室を変形させるアクチュエータ２１１とを備える。アクチュエータ２１１は、電圧により変形する圧電素子より構成される。

アクチュエータ２１１は、基準電圧と同じ極性であり、より低い電圧へと変化する電圧変化が印加されることで圧力室を膨張させる方向に変形して（容積を増大させて）インクを内部に引き込み流入させる。その後、アクチュエータ２１１の印加電圧が基準電圧に戻ることで変形状態から復帰して、圧力室の容積を縮小させてインクを押し出し、ノズル２１２からインクを吐出させる。

本実施の形態例の記録ヘッド２１には、図２に示すノズル２１２、インク流路２１３、およびアクチュエータ２１１が、それぞれ複数配置され、複数のノズル２１２を使って記録媒体Ｐへのインク吐出を効率よく行うようにしている。

図１の説明に戻ると、キャリッジ２２は、記録ヘッド２１を保持しながらキャリッジレール２３に沿って幅方向に移動する。
キャリッジレール２３は、搬送方向に対して交差する方向、ここでは、幅方向に沿って平行な２本（一対）が記録媒体Ｐの最大記録可能幅以上の範囲で設けられている。キャリッジレール２３は、キャリッジ２２を幅方向に移動可能としながら支持する。キャリッジ２２の移動は、例えば、リニアモーターなどによりなされる。また、キャリッジ２２のキャリッジレール２３上の位置（走査方向の位置）は、不図示のリニアエンコーダにより検出され、検出結果が制御部４０に出力される。

制御部４０は、搬送部１０による記録媒体Ｐの搬送、記録ヘッド２１の幅方向への移動（走査）、およびインク吐出動作のタイミングを制御し、記録媒体Ｐに対する画像記録動作を制御する。すなわち、インクジェット記録装置１では、記録ヘッド２１を幅方向に移動させるスキャン動作と、記録媒体Ｐを搬送方向に移動させる搬送動作とを組み合わせて二次元画像を形成する。

図３は、本実施形態のインクジェット記録装置１の機能構成を示すブロック図である。
インクジェット記録装置１は、制御部４０、搬送駆動部１２、記録ヘッド２１、ヘッド駆動部２４、走査駆動部２５、操作表示部７１、通信部７２、およびバス９０を備える。

ヘッド駆動部２４は、記録ヘッド２１の各ノズルから適切なタイミングでインクを吐出させるための駆動電圧信号を、選択されたノズル２１２に対応するアクチュエータ２１１に対して出力することで、アクチュエータ２１１を動作させる。ヘッド駆動部２４は、駆動波形信号出力部２４１と、デジタル／アナログ変換部（ＤＡＣ）２４２と、駆動回路２４３と、出力選択部２４４とを備える。

駆動波形信号出力部２４１は、不図示の発振回路から入力されるクロック信号に同期してインクの吐出や非吐出（画像記録の中断や終了を含む）に応じた駆動波形のデジタルデータを出力する。デジタル／アナログ変換部２４２は、このデジタルデータの駆動波形をアナログ信号に変換して入力信号Ｖｉｎとして駆動回路２４３へ出力する。

駆動回路２４３は、入力信号Ｖｉｎをアクチュエータ２１１の駆動電圧に応じた電圧値に増幅する。さらに、駆動回路２４３は、出力選択部２４４を経由して、アクチュエータ２１１（両端の電極）に対して流れる電流に応じて電流増幅を行った出力信号Ｖｏｕｔを出力する。
出力選択部２４４は、制御部４０から入力された形成対象画像の画素データに応じて出力信号Ｖｏｕｔの出力対象とされるアクチュエータ２１１を選択する切替信号を出力する。

記録ヘッド２１では、ヘッド駆動部２４の駆動回路２４３からの駆動電圧信号によりアクチュエータ２１１が変形する。このアクチュエータ２１１の変形に応じて複数のノズル２１２からインクが吐出され、搬送駆動部１２および走査駆動部２５の動作に応じた記録媒体上の位置にインク液滴が着弾する。

搬送駆動部１２は、画像記録前の記録媒体Ｐを媒体供給部から取得して、記録ヘッド２１のインク吐出面に対して適切な位置が対向するように配置させ、また、画像が記録された記録媒体Ｐをインク吐出面と対向する位置から排出させる。搬送駆動部１２は、駆動ローラ１１を回転させるモータを適切な速度およびタイミングで回転動作させる。

走査駆動部２５は、キャリッジ２２を幅方向に沿って適切な位置に移動させる。走査駆動部２５は、例えば、上述の無端状のベルトを周回移動させるモータを適切なタイミングおよび速度で回転動作させる。

操作表示部７１は、画像記録に係るステータス情報やメニューなどを表示するとともに、ユーザからの入力操作を受け付ける。操作表示部７１は、例えば、液晶表示パネルと、液晶画面上に重ねて設けられたタッチパネルを備え、ユーザによりタッチ操作がなされた位置と操作の種別に応じた操作検出信号を制御部４０に出力する。操作表示部７１には、さらに、警告表示や、主電源の表示および操作に用いられるＬＥＤ（Light Emitting Diode）ランプや押しボタンスイッチなどが設けられている。

通信部７２は、所定の通信規格に従って外部とのデータの送受信を行う。
通信規格としては、ＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルを用いた通信に係るＴＣＰ／ＩＰ接続、無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信（ＩＥＥＥ８０２．１５など）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）接続など各種周知の方式が用いられる。通信部７２は、利用可能とする通信規格に準拠した接続端子およびその通信規格での通信を行うネットワークカードなどのハードウェアを備える。

制御部４０は、インクジェット記録装置１の全体動作を統括制御する。制御部４０は、中央制御ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）４１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２と、記憶部４３を備える。ＣＰＵ４１は、インクジェット記録装置１の統括制御に係る各種演算処理を行う。ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１に作業用のメモリ空間を提供し、一時データを記憶する。記憶部４３は、ＣＰＵ４１により実行される制御プログラムや設定データなどを記憶するとともに、形成対象の画像データを一時記憶する。記憶部４３は、ＤＲＡＭなどの揮発性メモリとＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの不揮発性の記憶媒体を備え、用途に応じて使い分けられる。

バス９０は、これらの各構成間を繋いでデータの送受信を行う通信経路である。
なお、ここでは、インクジェット記録装置１として記録ヘッド２１の走査を行うスキャン型のものを例に挙げて説明したが、記録ヘッド２１としてラインヘッドが用いられ、固定された記録ヘッド２１に対して記録媒体Ｐの搬送方向への移動だけで二次元画像を記録するようにしてもよい。

［２．インク吐出動作］
次に、本実施の形態例のインクジェット記録装置１におけるインク吐出動作について説明する。既に説明したように、インクジェット記録装置１は、ヘッド駆動部２４によりアクチュエータ２１１に対してインク流路２１３（圧力室）を膨張（容積を増大）させた後に、その膨張を元に戻す変形を行わせる駆動動作により、インクを吐出させる。このアクチュエータ２１１による変形は、圧電素子であるアクチュエータ２１１に印加する駆動電圧を、基準電圧から一度低下させて維持した後に、元の基準電圧まで上昇させることで行われる。

インクジェット記録装置１では、通常の１滴分に当たる単位吐出量に対し、その単位吐出量の複数倍（２以上の所定数倍）の吐出が可能である。本実施の形態例の場合には、最大で単位吐出量の６倍の液量を吐出する多階調吐出動作が可能となっている。

インクジェット記録装置１では、所定の周期時間ごとのタイミングで連続して、所定の駆動波形電圧を印加する一連の駆動動作が行われることで、押し出されたインクがインク流路内のインクと分離せずに連なった複数個のインク液塊を生成する。そして、これらがインク流路２１３内のインクと分離した後、これらの複数個のインク液塊が合一化して、合計液量（駆動動作の動作回数に応じた液量）を有する単一のインク液滴となって、記録媒体上に着弾する。

ここでの周期時間は、ノズル開口から飛び出るインク液塊を生じさせて、最終的にインク液滴として分離して、液塊の合一化が可能な範囲内に設定される。さらに、電圧波形の周期時間は、複数個（複数チャネル）用意されたインクジェットヘッドの、各チャネルの固有振動周期Ｔｃのバラつきを吸収し、ヘッド面内、およびヘッド間の速度バラつきが７％以内となるように定められる。この７％以内とすることは、標準的なインクジェットプリンタの仕様において、６００dpiの半画素以内のバラツキに収めることを意味する。

また、インク液滴の液量、すなわち、駆動波形電圧がアクチュエータ２１１に印加される回数によらず、インク液塊合一化後のインク液滴の速度が均一となるように各駆動波形電圧の振幅が調整され、最後の駆動波形電圧の印加タイミングがインクの吐出タイミング、すなわち、記録媒体Ｐへのインクの着弾タイミングに応じて定められる。そして、インク液滴の液量を単位吐出量の２以上の所定数倍とする場合には、最後の周期の駆動波形電圧信号の前に、所定の駆動波形電圧を追加した上で、その合計の数の周期の駆動波形電圧をアクチュエータ２１１に印加する。なお、ここでいう所定数倍とは、厳密な値でなくてもよい。つまり、吐出されたインクによる画像の濃度に問題を生じない程度の誤差を有していてもよい。

上述したように、ここでは６段階の液量のインク液滴が吐出可能とされ、これに応じて駆動動作を行うことが可能な時間として、一滴のインクの吐出動作ごとに６周期時間（２以上の所定数回の駆動動作が可能な時間）が予め確保される。これにより、６周期時間に応じた均等な周期でインクの吐出動作が可能となる。ヘッド駆動部２４では、各画素位置について記憶部４３から入力された濃度階調データに応じて６周期時間の各タイミングにおける駆動動作の有無を出力選択部２４４において切り替えることで、対応する液量のインクを当該画素位置へと吐出、着弾させる。

図４の（Ａ）～（Ｆ）は、単位吐出量の１倍～６倍での、アクチュエータ２１１に印加する駆動波形電圧信号の例を示す。
図４の（Ａ）は、駆動波形電圧を１回だけアクチュエータ２１１に印加して、単位吐出量の１倍の液量を吐出、着弾させる場合の駆動波形電圧信号を示す。駆動波形電圧信号の期間Ｔａは、電圧の立ち下がり開始から立ち上がり開始までを示す。

図４の（Ｂ）は、駆動波形電圧を２回アクチュエータ２１１に印加して、単位吐出量の２倍の液量を吐出、着弾させる場合（動作回数が２の場合）の駆動波形電圧信号を示す。
ここでは、図４の（Ｂ）に示すように、最後の駆動波形電圧信号の出力タイミングに対し、２周期時間２Ｔｃ前（周期時間Ｔｃの２倍の時間前）に１回目（最初）の駆動波形電圧信号を出力させる駆動動作をヘッド駆動部２４に行わせている。

図４の（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、および（Ｆ）は、それぞれ駆動波形電圧を３回、４回、５回、および６回アクチュエータ２１１に印加して、単位吐出量の３倍、４倍、５倍、および６倍の液量を吐出、着弾させる場合の駆動波形電圧信号を示す。
なお、複数回の動作を行う場合において、最後の駆動波形電圧信号以外の電圧の立ち下がり開始から立ち上がり開始までを期間Ｔｂとする。それぞれの期間Ｔｂで低下する電位は、最後の駆動波形電圧信号の期間Ｔａに低下する電位よりも小さい値に設定してある。最後の駆動波形電圧信号の電位が他の期間の駆動波形電圧信号の電位よりも大きいのは、最後のインク押し出しのタイミングのみ、実際のインク振動の位相により合わせるように立ち下がり開始から立ち上がり開始までの時間長が調整されるためである。

図５は、インク吐出時のノズル開口付近でのインク液面を模式的に示す図である。なお、これらの図におけるインク液塊やインク液滴のサイズとインク液柱のサイズとの関係は、説明上の見やすさのために実際の比率を正確に反映していない。

駆動波形電圧における最初の電圧低下に伴って、アクチュエータ２１１が変形してインク流路２１３（圧力室）が膨張し、ノズル２１２の内部のインク液面（メニスカス面）がノズル開口よりも奥側へ引き込まれる。その後の電圧上昇（元の電圧への回復）に伴って、図５の（Ａ）に示すように、ノズル２１２の内部のインク液面がノズル開口２１２ａから飛び出す。このタイミング（インク液面の振動の位相）は、それぞれ、インクの粘性やノズルの形状などに応じた摩擦により、電圧の低下開始時を基準としたノズル内のインクの圧力振動に係る固有振動周期の位相０およびπのタイミングからそれぞれ少しずつ、具体的には、インク流路２１３およびノズル２１２の内部のインクの固有振動周期の０．０５～０．２０倍程度（π／１０～２π／５程度の位相差）、遅れが生じる。

ノズル２１２の開口２１２ａから飛び出したインクは、この時点ではノズル２１２内のインクと分離せずにインク液柱としてつながったインク液塊となる。インク液塊は、最後の駆動波形電圧信号の出力開始タイミングから３周期時間程度の経過後に、図５の（Ｂ）に示すように、ノズル２１２内のインクから分離してインク液滴となる。

単位吐出量の２倍のインク液滴を吐出させる場合には、図４の（Ｂ）として説明したように、１回目の駆動波形電圧信号の出力開始から２周期時間の経過後に、２回目の駆動波形電圧信号がアクチュエータ２１１に入力される。これに伴い、ノズル２１２の開口２１２ａからは、図５の（Ｃ）に示すように、２つのインク液塊が間隔を開けて連なったインク液柱が生じる。この２つのインク液塊がノズル２１２内のインクから分離することで、図５の（Ｄ）に示すように、単位吐出量の２倍の液量のインク液滴が吐出される。分離したインク液滴は、粘性（表面張力）などにより、より一体となって（すなわち、合一化して）飛翔し、記録媒体Ｐ上に着弾する。インク液滴が分離したインク液柱の根元部分は、インクの粘性（残響振動によるノズル２１２内への引き込み力）に応じてノズル２１２の内部に引き戻される。

このとき、最後（２回目）の駆動波形電圧信号に伴う振動には、残響振動が重畳される。この残響振動の振幅が大きいほど、最後（２回目）にノズル開口２１２ａから飛び出すインク液塊の速度が大きくなる。不要な微小液滴であるサテライトの生じやすさは、最後のインク液塊の射出速度、すなわち、ノズル２１２内のインクから分離するまでのインク液塊の尾の長さに依存する。

図４の（Ｂ）に示すように、２周期時間経過後のタイミングで出力された駆動波形電圧信号がアクチュエータ２１１に入力された場合、１周期時間分の間隔に応じて残響振動が減衰しているので、この残響振動の減衰に応じてサテライトの発生が抑制される。

単位吐出量の３倍のインク液滴を吐出させる場合には、図４の（Ｃ）に示したように、３周期続けて３回の駆動波形電圧信号がアクチュエータ２１１に入力される。これに伴い、ノズル２１２の開口２１２ａからは、図５の（Ｅ）に示すように、３つのインク液塊が連なったインク液柱が生じる。そして、図５の（Ｆ）に示すように、これらがノズル２１２内のインクと分離して、単位吐出量の３倍の液量のインク液滴が吐出される。

単位吐出量の３倍のインク液滴を吐出させる場合には、最後のインク液塊の液量（すなわち、単位吐出量）は、先行のインク液塊の合計液量と比較して比率が小さい。これにより、上述のように単位吐出量の２倍の液量のインク液滴を吐出させる場合と比較して、最後のインク液塊は、より効果的に先行のインク液塊に引き寄せられる。他方で、ノズル２１２の側でのインクの振動も大きくなるので、ノズル２１２内への引き込み方向への力も大きくなる。したがって、最後のインク液塊の速度が多少上昇しても、サテライトを生じさせずにインク液滴のみが分離されやすくなる。

単位吐出量の４倍以上の液量のインク液滴を吐出させる場合には、先行のインク液塊の合計液量がさらに増えていくので、より効果的にサテライトの発生が抑制される。
単位吐出量の２倍以上のインク液滴を吐出させる場合、最後の駆動波形電圧信号以外の駆動波形電圧信号は、電圧の立ち下がり開始から立ち上がり開始までの期間Ｔａが固有振動周期Ｔｃの半分（Ｔｃ／２）とされる。また、最後の駆動波形電圧信号（最後の液滴の駆動動作）では、電圧の立下り開始から立ち上がり開始までの時間Ｔａが固有振動周期Ｔｃの半分よりも長く、０．５５～０．７０Ｔｃとされる。この０．５５～０．７０Ｔｃの値は、液面の振動に係る伝播時間を示すＡＬ（Acoustic Length：固有振動周期Ｔｃの半分と等しい）で示すと、時間Ｔａの１．１～１．４倍になる。これは、駆動波形電圧の印加タイミング（駆動動作）に対する実際のインクの振動（変位）の位相遅れに対応する大きさ（遅延時間）だけ、電圧の立ち上がり開始を遅延させたものに対応する。

上述したように、各波形要素を印加する周期時間は、個別チャネルの固有振動周期Ｔｃのバラつきがあったとしても、画質の劣化を防ぐため、それらチャネル間の速度差が７％以下となるよう設定する必要がある。ここで、本実施の形態例においては、周期時間Ｔｓを固有振動周期Ｔｃの１．１倍以上とすることで、固有振動周期Ｔｃが約５％ばらついているチャネルに対しても、最大階調６ｄｐｄの速度差を７％とすることができる。
したがって、周期時間Ｔｓは、固有振動周期Ｔｃの１．１倍以上とすることが望ましい。

一方、周期時間Ｔｓを大きくして行くと共振から離れて行くため駆動効率が落ち、各波形要素により吐出する液滴が合一しなくなってしまう。したがって、周期時間Ｔｓは、固有振動周期Ｔｃの１．４倍以下が望ましい。

図６は、ここまで説明した対処を行ったヘッド駆動部２４が各チャネルのアクチュエータ２１１に供給する駆動波形電圧信号の例を示す。
図６の（Ａ）は、本実施の形態例の駆動波形電圧信号を示し、図６の（Ｂ）は比較例（従来例）を示す。
ここでは、基準電圧Ｖrefを３４Ｖに設定している。

図６の（Ａ）の駆動波形電圧信号は、６周期（６液滴）の駆動時である。
また、各周期のパルスの立ち上がり開始タイミングから、次のパルスの立下り開始タイミングまでの時間Ｔｂ′に、上述した時間Ｔｂを加えることで、周期時間Ｔｓ（サブドロップ周期）が決まる。図６の（Ａ）の例では、Ｔａ＝３．９μｓ、Ｔｂ＝３．６μｓ、Ｔｂ′＝３．６μｓとして、最後のパルスの時間Ｔａのみを長く設定する。

また、図６の（Ａ）において、値Ｖ１は、最後の周期のパルスが低下する電位であり、値Ｖ２は、最後から２周期前のパルスが低下する電位であり、値Ｖ３は、それ以外（最後から最後から１周期前、３周期前、４周期前、および５周期前）のパルスが低下する電位である。
ここでは、電位Ｖ２を電位Ｖ１の０．８２倍とし、電位Ｖ３を電位Ｖ１の０．６６倍としている。

図６の（Ｂ）は、従来の駆動波形電圧信号を図６の（Ａ）との比較のために示した駆動波形電圧信号の例である。
本実施の形態例のような対処を行わない図６の（Ｂ）に示す駆動波形電圧信号の場合には、Ｔａ＝３．９μｓ、Ｔｂ＝３．０μｓ、Ｔｂ′＝３．０μｓになる。また、パルスの電位Ｖ２が電位Ｖ１の０．７倍になり、電位Ｖ３が電位Ｖ１の０．５８倍になる。この図６の（Ｂ）に示す例では、サブドロップ周期Ｔｓを、固有振動周期Ｔｃと一致させている。

図７は、３つのチャネル（サンプルＡ，Ｂ，Ｃ）について、サブドロップ周期Ｔｓと液滴速度との関係を測定した例である。図７の縦軸は液滴速度［ｍ／ｓ］を示し、横軸は駆動波形電圧信号のサブドロップ周期Ｔｓを固有振動周期Ｔｃの整数倍で示す。
サンプルＡの特性（図中に○で示す）は、固有振動周期Ｔｃ＝６．０８μｓであり、サンプルＢの特性（図中に△で示す）は、固有振動周期Ｔｃ＝６．２０μｓであり、サンプルＣの特性（図中に×で示す）は、固有振動周期Ｔｃ＝６．３８μｓである。

この図７から分かるように、サブドロップ周期Ｔｓが固有振動周期Ｔｃの１．１倍～１．４倍の範囲であるとき、３つのチャネルの液滴速度がほぼ等しくなっていることが分かる。より好ましくは、サブドロップ周期Ｔｓが固有振動周期Ｔｃの１．２倍～１．４倍の範囲であるとき、液滴速度が均一になっている。

図８は、複数のチャネルでの速度分布の特性例を示す。図８の（Ａ）は、サブドロップＴｓをインクジェットヘッドの固有振動周期Ｔｃの１．２倍とした場合の速度分布である。また、図８の（Ｂ）は、サブドロップ周期Ｔｓをインクジェットヘッドの固有振動周期Ｔｃの１．０倍とした場合の速度分布である。図８の（Ａ）および（Ｂ）において、縦軸は液滴速度であり、横軸は時間である。ここでは、６４チャネルのヘッドを駆動した場合であり、ヘッドの配置位置によって吐出タイミングが異なっている。
図８の○、△、および×は、それぞれ吐出量を単位吐出量の１倍、３倍、および６倍の液量とした場合を示す。

図８の（Ａ）に示す本実施の形態例の電圧波形の場合には、いずれの液量でも、６４チャネル全てで、ほぼ一定の液滴速度になっている。一方、図８の（Ｂ）に示す従来の電圧波形の場合には、液滴速度のバラツキが大きく、特に６倍の液量（×の特性）でより大きな液滴速度の変化が合われている。
このように全てのチャネルのインクジェットヘッドの液滴速度がほぼ等しくなることで、全てのインクジェットヘッドが同じ特性で駆動されるようになり、記録画質が向上する。

ここで、固有振動周期Ｔｃとサブドロップ周期Ｔｓとの関係を、１．２Ｔｃ≦Ｔｓ≦１．４Ｔｃとしたときに液滴速度がほぼ等しくなる原理について、図９を参照して説明する。
一般的に、インクジェットヘッドをより高速、低電圧で効率よく駆動するためには、駆動信号を形成する波形要素がインクを含むインクジェットヘッドの構造から決まる、系の固有振動周期(共振)を利用した波形となっていることが好ましい。

共振を利用するためには、波形要素が、膨張パルス、保持パルス、収縮パルスをこの順に備え、収縮パルスが印加されるタイミングが、ちょうど膨張パルスが印加されてから固有振動周期Ｔｃの１／２の時間経った後となるよう、保持パルス時間を調整すればよい。
膨張パルスおよび収縮パルスがヘッド圧力室内部のインクに印加されると、図９に示すように、それぞれ逆位相の圧力波が生じる。
図９に示す電圧波形Ｖａは、アクチュエータへの印加電圧であり、特性Ｐ１は膨張パルスによる圧力波速度、特性Ｐ２は収縮パルスによる圧力波速度を示す。

図９に示すこれら２つの圧力波は、系の固有周期で振動しながら、インク流路構造に起因する抵抗などにより減衰する、減衰振動となっている。
このため、膨張パルスが印加され始めてから収縮パルスが印加され始めるまでの時間をＴｃの１／２倍とすることで、それぞれの圧力波の位相が揃い、駆動効率が最大となる。
圧力波の振動周期と減衰率は流路構造に依存するため、インクジェットヘッドの構成部品や組立バラツキが原因で流路構造の微妙な変化が生じてしまうと、固有振動周期と減衰率の両方が変化してしまう。

流路構造により固有振動周期と減衰率が変化する事は、以下の式からもわかる。
系の抵抗をＲ、イナータンスをＬ、コンプライアンスをＣとした場合、系の共振周期Ｔｃは、Ｔｃ＝２π√（Ｌ＊Ｃ）、減衰を示す一般的な指標であるＱ値（Ｑ値が小さい程減衰が大きい）は、Ｑ＝（２π／Ｒ）＊√（Ｌ／Ｃ）で表される。つまり、コンプライアンスＣが大きくなるほど共振周期Ｔｃは長くなり、Ｑ値は小さくなる。抵抗Ｒは、共振周期Ｔｃへの影響はないが、Ｑ値への影響はイナータンスＬやコンプライアンスＣよりも大きくなる。

固有振動周期と減衰率のバラツキは、１つの波形要素のみで駆動する場合には液滴速度への影響は無視できるレベルである。一方、多階調駆動で複数の波形要素を印加する場合には、振動周期のずれと圧力波の減衰が重畳されるため、速度バラツキが画素ずれとして印刷画質に影響が出てしまう。
ここで、固有振動周期Ｔｃとサブドロップ周期Ｔｓとの関係を、１．２Ｔｃ≦Ｔｓ≦１．４Ｔｃとすることで、図７および図８で説明したように、液滴速度がほぼ均一になる。

以上説明したように、本実施の形態例のインクジェットヘッド駆動方法を適用したインクジェットヘッド記録装置によると、複数のインクジェットヘッドの固有振動周期のバラツキを吸収して、全てのインクジェットヘッドが同じ特性で駆動されるようになり、記録画質を向上させることができる。

［３．変形例］
なお、図６に示す駆動電圧波形では、各波形要素のパルス幅Ｔｂは、サブドロップ周期Ｔｓ（図６の例のＴｂ＋Ｔｂ′）の１／２とした。これに対して、各波形要素のパルス幅Ｔｂは、必ずしもサブドロップ周期Ｔｓの１／２に限定されるものではなく、液滴が合一してから、合一した後の速度が揃う範囲で任意に決められる。
例えば、図１０に示す駆動電圧波形としてもよい。この図１０に示す駆動電圧波形は、サブドロップ周期Ｔｓ＝１．１Ｔｃ、Ｔｂ＝０．７Ｔｃ、Ｔｂ′＝０．４Ｔｃとした。
また、図１および図２に示すインクジェット記録装置１の構成は一例を示すものであり、その他の構成のインクジェット記録装置に本実施の形態例の駆動方法を適用してもよい。

１…インクジェット記録装置、１０…搬送部、１１…駆動ローラ、１２…搬送駆動部、２０…記録部、２１…記録ヘッド、２１１…アクチュエータ、２１２…ノズル、２１２ａ…開口、２１３…インク流路、２２…キャリッジ、２３…キャリッジレール、２４…ヘッド駆動部、２４１…駆動波形信号出力部、２４２…アナログ変換部、２４３…駆動回路、２４４…出力選択部、２５…走査駆動部、４０…制御部、４１…ＣＰＵ、４２…ＲＡＭ、４３…記憶部、７１…操作表示部、７２…通信部、９０…バス

Claims (2)

1. 所定の駆動信号により複数のアクチュエータでインクに圧力変化を与えることで、それぞれがインクを吐出するノズルと前記ノズルに連通した圧力室を持つ複数のインクジェットヘッドからインクを吐出させると共に、前記複数のアクチュエータに対して、それぞれ１画素に１液滴または複数液滴を吐出して合一させる駆動を行うインクジェット記録装置のヘッド駆動方法において、
   前記駆動信号は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の駆動波形要素から成る駆動波形を含み、
   インクが充填された前記圧力室内のヘルムホルツ固有振動周波数から求められる固有振動周期をＴｃとしたとき、前記駆動波形の始点から次の後続の駆動波形の始点までの時間Ｔｓを、インクの液量に応じた液滴速度がほぼ一定になる範囲である
   １．１Ｔｃ≦Ｔｓ≦１．４Ｔｃ
   の関係を満たすようにし、
   吐出する液滴が１画素に１液滴の場合に、後ろから１番目の周期に駆動波形を出力し、
   吐出する液滴が１画素に２液滴の場合に、後ろから１番目と３番目の周期に駆動波形を出力し、
   吐出する液滴が１画素にＭ液滴（Ｍ≧３）の場合に、後ろから１～Ｍ番目の周期に駆動波形を出力することで、記録媒体へのインクの着弾が、１液滴からＭ液滴のいずれの場合でも合一した液滴としてほぼ一定の液滴速度で行われるようにした
   インクジェット記録装置の駆動方法。
2. 最後尾の駆動波形要素の電位は、他の駆動波形要素の電位よりも大きい
   請求項１に記載のインクジェットヘッド記録装置の駆動方法。

Images