JPH11170508A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動信号の数を増やすことなく、インク滴吐
出時におけるサテライト滴発生抑制等の補助動作を可能
とするインクジェットプリンタを提供する。 【解決手段】 互いに固有振動周期の異なる２つの圧電
素子１１６ａ，１１６ｂを各ノズル１１８ごとに設ける
と共に、これらの２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂに
対して同一の駆動信号２１を印加し、固有振動周期の短
い方の圧電素子１１６ａによってインク滴の吐出を行う
一方、固有振動周期の長い方の圧電素子１１６ｂによっ
てインク滴吐出時におけるサテライト滴の発生を抑制す
る動作を行う。これにより、インク滴の尾を早期に断ち
切ることができ、サテライト滴の発生を抑制することが
可能となる。２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂに対し
てそれ別個の駆動信号を印加するのではなく、単一の駆
動信号によって２つの圧電素子を駆動するようにしてい
るので、全体として必要な駆動信号の数を低減可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はノズル部からインク
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
ンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インク室に連通したノズル部から
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。従来、この種のインクジェ
ットプリンタでは、１つのノズルに対応して１つの圧電
素子が設けられていた。この圧電素子は、例えば、イン
ク流路を介してインクが供給されるインク室の外壁をな
す振動板に固設されており、印加される駆動信号の電圧
波形に応じて撓むことでインク室の容積を変化させて吐
出圧力を生じさせ、この吐出圧力によってノズルからイ
ンク滴を吐出させることができるようになっていた。

【０００３】この種のインクジェットプリンタにおいて
は、上記のようにインク室の容積を変化させて吐出圧力
を発生させるようになっているので、ノズルから吐出さ
れたインクが柱状になって（尾を引く形で）飛翔し、こ
の飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に時間差
や速度差が生ずる。このため、先行する主たるインク滴
に付随して、微小な衛星状の不要なインク小滴（以下、
サテライト滴という。）が発生し、これが記録用紙上に
着弾することによって好ましくない印字結果が生ずる。
この場合、比較的大きなインク滴で記録を行う濃い画像
ではサテライト滴の発生は画品位にあまり大きな影響を
与えないが、濃度の淡い画像や中間階調画像を表現する
場合のように小さいインク滴で記録を行う場合には、サ
テライト滴の発生による画品位の低下が著しくなること
が予想される。したがって、特に、小さいサイズのイン
ク滴を吐出する場合におけるサテライト滴の発生が大き
な問題となる。

【０００４】この問題に対処するため、従来よりいくつ
かの方策が提案されている。例えば、特開平７−７６０
８７号公報には、１つのノズルについて１つの圧電素子
を設け、この圧電素子に印加する吐出用電圧の変化速度
を２段階に切り替えてインク滴吐出を行う方法が提案さ
れている。この方法は、図９に示したように、当初は第
１の電圧変化速度ｖ１をもって吐出用電圧を増加させ、
途中からｖ１よりも大きい第２の電圧変化速度ｖ２をも
って吐出用電圧を増加させるものである。なお、図９
で、縦軸は電圧、横軸は時間を表す。この方法によれ
ば、先に吐出されたインクの先頭部分を追いかける形で
引き続いてインクが噴射されるようになるので、インク
柱の先頭部分と後尾部分との間の速度差が小さくなり、
サテライト滴が生じにくくなる。

【０００５】また、例えば、特開昭５９−１３３０６７
号公報には、１つのノズルについて１つの圧電素子を設
け、この圧電素子に互いに独立した２つの電圧パルスを
印加してインク滴吐出を行う方法が提案されている。こ
の方法は、図１０に示したように、まず、第１のパルス
Ｐ１を圧電素子に加えて第１の圧力変動を生じさせてノ
ズルからのインク滴の噴射を開始し、その後、第１のパ
ルスＰ１を終了させたのちノズルからインク滴が射出さ
れる前に第２のパルスＰ２を圧電素子に加えて第２の圧
力変動を生じさせるようにしたものである。なお、図１
０で、縦軸は電圧、横軸は時間を表す。この方法によれ
ば、ノズルから噴射されたインク柱が早期に破断され、
サテライト滴が生じにくくなる。

【０００６】なお、例えば、特開昭５１−４５９３１号
公報には、１つのノズルに対して２つの圧力発生手段を
設け、これらの２つの圧力発生手段からの振動の重ね合
わせによってインクを振動させてインク滴を吐出させる
ようにしたインク滴吐出装置が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開平７−７６０８７号公報に記載された方法では、第
１の電圧変化速度ｖ１を第２の電圧変化速度ｖ２よりも
必ず小さくしなければならない。このため、全吐出行程
にわたって高速の電圧変化速度ｖ２で電圧を変化させた
場合に比べると、吐出されるインク滴の飛翔速度が低下
せざるを得なくなる。インク滴の飛翔速度の低下は、そ
の飛翔ルートの直線性の悪化や飛翔速度のばらつき等、
吐出の不安定性を招くことから、記録ドットのずれが生
じて印字品質を低下させるおそれがある。

【０００８】また、上記の特開昭５９−１３３０６７号
公報に記載された方法では、第１のパルスＰ１を終了さ
せたのち、ある時間間隔Ｔｉをおいて第２のパルスＰ２
を印加するようになっているので、この時間間隔Ｔｉが
大きいと、インク柱の尾引きが長くなってサテライト滴
の発生を防止しにくくなる。一方、時間間隔Ｔｉが小さ
いと、圧電素子が電圧変化に追随できず、所期の動作が
得られなくなる。一般に、圧電素子は固有の振動特性を
有し、その固有振動数以上の周波数では動作し得ないか
らである。この点は、高い固有振動数をもつ圧電素子を
製作することで解決できると考えられるが、圧電素子の
固有振動数を高めるにしてもそれには限度があり、しか
も製造技術上の困難性を伴ってコスト高にもつながるこ
とから、現実的ではない。また、上記公報の記載では、
第１のパルスＰ１の電圧値Ｖ１よりも第２のパルスＰ２
の電圧値Ｖ２の方が小さくなっているが、インク柱の先
頭部分に後尾部分を追い付かせて一体化させるために
は、第１のパルスＰ１の電圧値Ｖ１よりも第２のパルス
Ｐ２の電圧値Ｖ２の方を大きくする必要がある。ところ
が、圧電素子への印加電圧を大きくすることは、圧電素
子およびこの圧電素子によって励振される振動板の寿命
を縮める要因になると共に、残留振動が大きくなって周
波数特性が悪化することが予想される。

【０００９】また、上記の特開昭５１−４５９３１号公
報に記載されたインク滴吐出装置は小さい電源入力で効
率よくインク滴を吐出させることを目的としたものであ
り、この目的を達成するために、２つの圧力発生手段に
高周波駆動信号をそれぞれ印加すると共に、これらの高
周波駆動信号の位相差や振幅を変化させることで２つの
圧力発生手段からの振動をうまく重ね合わせてインクを
振動させ、これによりインク滴を吐出させるようにして
いる。すなわち、このインク滴吐出装置は、サテライト
滴の発生を防止することを目的とはしておらず、また、
そのための構成を備えていない。また、そのような示唆
もない。

【００１０】このように、従来は、吐出されるインク滴
の飛翔速度の低下や装置寿命の短縮、あるいは周波数特
性の悪化等を伴うことなく、また、圧電素子の固有振動
特性による制約を受けることなく、サテライト滴の発生
を十分に抑制することは困難であった。

【００１１】これらの問題を解決するため、本出願人
は、各ノズルに対応したインク室ごとにインク滴吐出用
の圧電素子とは別個にサテライト滴の発生等を防止する
ための補助的な圧電素子を設け、これらの圧電素子の駆
動タイミングを適宜に制御するようにしたインクジェッ
トプリンタを提案している。このインクジェットプリン
タによれば、上記の諸問題を克服しつつインク滴吐出時
におけるサテライト滴の発生を抑制する等、印字品質を
向上させるための補助動作が可能となる。

【００１２】ところが、このような構成のインクジェッ
トプリンタにおいては、吐出用と補助用の２つの圧電素
子を個別に駆動するようにしているため、１回のインク
滴吐出動作につき２種類の駆動信号波形が必要となる。
このため、インク滴のサイズを様々に変える必要がある
ことをも考慮すると、全体として多数の駆動信号波形が
必要となり、制御が複雑化するおそれがある。

【００１３】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、上記のような諸問題を克服し、駆動
信号の数を増やすことなく、インク滴吐出時におけるサ
テライト滴発生抑制等の補助動作を可能とするインクジ
ェットプリンタを提供することにある。

【００１４】

【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部
と、ノズル部にインクを供給するインク室と、変位する
ことによりインク室の容積を変化させてノズル部からイ
ンク滴を吐出させるための圧力を発生する吐出圧力発生
手段と、変位することによりインク室の容積を変化させ
てノズル部からのインク滴吐出動作を補助するための圧
力を発生する補助圧力発生手段とを備え、吐出圧力発生
手段が補助圧力発生手段よりも短い固有振動周期を有す
るように構成したものである。吐出圧力発生手段の幅を
補助圧力発生手段の幅よりも小さく形成するか、あるい
は、吐出圧力発生手段の厚さを補助圧力発生手段の厚さ
よりも厚く形成することにより、吐出圧力発生手段の固
有振動周期を補助圧力発生手段の固有振動周期よりも短
くすることが可能である。ここで、「インク滴吐出動作
を補助する」とは、インク滴が予定通りの状態で吐出さ
れるように手を加えることをいい、具体的には、吐出さ
れるインク滴が予定通りのサイズや飛翔速度等をもつこ
とができるようにしたり、あるいは予定しない（不要
な）インク滴が吐出されないようにするために、吐出圧
力発生手段により発生する吐出圧力に対して所定の修正
を加えることをいう。以下の説明においても同義であ
る。例えば、補助圧力発生手段は、インク滴の吐出時に
おける付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力
を発生するためのものであるように構成することが可能
である。

【００１５】本発明に係るインクジェットプリンタで
は、吐出圧力発生手段が補助圧力発生手段よりも短い固
有振動周期を有するように構成される。したがって、例
えば同一の駆動信号により、２つの圧力発生手段が異な
る動きをするように駆動が行われる。すなわち、短い固
有振動周期を有する吐出圧力発生手段によってインク滴
の吐出動作が行われると共に、長い固有振動周期を有す
る補助圧力発生手段によってインク滴吐出を補助するた
めの動作が行われる。

【００１６】

【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。

【００１７】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。
本実施の形態では、複数のノズルを有するマルチノズル
ヘッドを備えたインクジェットプリンタについて説明す
るが、本発明は単一のノズルを有するシングルノズルヘ
ッドを備えたインクジェットプリンタについても適用可
能である。

【００１８】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、駆動信号２１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い、印画データ
２２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、制御信号２３，２４，２５によってそれぞれ
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。

【００１９】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の方向から見た断面構造を表し、図４は図２にお
ける記録ヘッド１１を矢印Ｗの方向から見た平面構造を
表すものである。但し、図４では、後述する振動プレー
ト１１３の図示を省略している。これらの図に示したよ
うに、記録ヘッド１１は、薄いノズルプレート板１１１
と、ノズルプレート１１１上に積層された流路プレート
１１２と、流路プレート１１２上に積層された振動プレ
ート１１３とを備えて構成されている。これらの各プレ
ートは、例えば、図示しない接着剤により相互に貼り合
わされている。

【００２０】流路プレート１１２の上面側には選択的に
凹部が形成されており、これらの凹部と振動プレート１
１３とによって、幅方向に等間隔で配列された複数の細
長いインク室１１４とこれらのインク室に連通する共同
流路１１５とを構成している。各インク室１１４は、図
４に示したように、一定幅α１の部分と一定幅β１の部
分とを有する。本実施の形態においてはα１＜β１とな
るように形成されている。ここで、インク室１１４が本
発明における「インク室」に対応する。

【００２１】共同流路１１５と各インク室１１４との連
通部分は挟路となっており、ここから各インク室１１４
の一定幅α１の部分に向かって流路幅が拡がっている。
幅α１の部分と幅β１の部分との間の部分は、流路幅が
なだらかに移り行くように形成されている。各インク室
１１４における共同流路１１５に連通した側と反対側の
幅β１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１１２には、厚み
方向に穿たれた流路孔１１７が設けられている。そし
て、この流路孔１１７は、最下層のノズルプレート１１
１に形成された微小なノズル１１８へと連通しており、
このノズル１１８からインク滴が吐出されるようになっ
ている。ここで、ノズル１１８が本発明における「ノズ
ル部」に対応する。

【００２２】なお、本実施の形態では、図２に示したよ
うに、記録用紙２（図１）の紙送り方向（矢印Ｘ）に沿
って複数のノズル１１８を１列に等間隔で形成している
が、その他の配列としてもよい。例えば、ノズルを千鳥
状に２列に配列すると共に、両ノズル列の両側にインク
室１１４を振り分けて配置するようにすれば、ノズルの
配置間隔を縮小することが可能である。

【００２３】各インク室１１４の真上部分の振動プレー
ト１１３上には、それぞれ、例えばピエゾ素子等からな
る一対の圧電素子１１６ａ，１１６ｂが互いに一定距離
を隔てて固着されている。圧電素子１１６ａはインク室
１１４の幅α１の部分に対応して配置され、その幅はα
２である。圧電素子１１６ｂはインク室１１４の幅β１
の部分に対応して配置され、その幅はβ２である。ここ
で、α１＞α２，β１＞β２である。各圧電素子１１６
ａ，１１６ｂの上下面には、図示しない電極がそれぞれ
積層配置されており、これらの電極にヘッドコントロー
ラ１４（図１）からの駆動信号２１を印加して各圧電素
子１１６ａ，１１６ｂ、ひいては振動プレート１１３を
たわませることで、インク室１１４の容積を増大（膨
張）させたり減少（収縮）させることができるようにな
っている。

【００２４】ここで、圧電素子１１６ａの幅α２は圧電
素子１１６ｂの幅β２よりも小さく構成され、一方、両
者の厚さおよび材質は同じく構成されている。このた
め、印加電圧の変化に対する応答速度は圧電素子１１６
ｂよりも圧電素子１１６ａの方が速く、したがって、圧
電素子１１６ｂよりも圧電素子１１６ａの方が固有振動
周期が短くなっている。この点が本発明の１つの特徴を
なしている。ここで、圧電素子１１６ａが本発明におけ
る「吐出用圧力発生手段」に対応し、圧電素子１１６ｂ
が本発明における「補助圧力発生手段」に対応する。

【００２５】図５は圧電素子１１６ａ，１１６ｂの固有
振動特性を表すものである。この図の（ａ）は単一ステ
ップの駆動電圧波形を表し、同図（ｂ），（ｃ）は、同
図（ａ）に示した駆動電圧が印加されたときの圧電素子
１１６ａ，１１６ｂの変位を表すものである。なお、こ
の図の（ｂ），（ｃ）では、インク室１１４が収縮する
方向（以下、インク室収縮方向という。）の変位を下向
きに描いている。この例で用いる駆動電圧波形は、同図
（ａ）に示したように、時間ｔの間に電圧０Ｖから電圧
Ｖａへと立ち上がり、その後もこの電圧Ｖａを保持する
ものとする。なお、立ち上がり時間ｔは例えば２μｓｅ
ｃ、電圧Ｖａは例えば２０Ｖに設定する。

【００２６】図５（ｂ）に示したように、駆動電圧が０
ＶからＶａへと立ち上がり始めると、圧電素子１１６ａ
は、インク室収縮方向に急激に変位し、駆動電圧がＶａ
に達した時点の直後に最大変位を示す。その後、圧電素
子１１６ａは、ほぼ一定の短い周期Ｔａで固有振動を繰
り返し、次第に減衰していく。一方、圧電素子１１６ｂ
は、同図（ｃ）に示したように、駆動電圧が０ＶからＶ
ａへと立ち上がり始めると、インク室収縮方向にゆっく
りと変位し、駆動電圧がＶａに達した時点から相当の時
間が経過した時点で最大変位を示す。その後、圧電素子
１１６ｂは、ほぼ一定の長い周期Ｔｂで固有振動を繰り
返し、次第に減衰していく。このように、圧電素子１１
６ａは圧電素子１１６ｂよりも長い固有振動周期を持っ
ている。本実施の形態では、このような２つの圧電素子
の固有振動周期の違いを利用し、短周期の圧電素子１１
６ａによって吐出動作を行うと共に、長周期の圧電素子
１１６ｂによって補助的な動作（本実施の形態ではサテ
ライト滴の発生の抑制動作）を行うようにしている。こ
の点が本発明の１つの特徴をなしている。

【００２７】再び図２〜図４に戻って説明する。共同流
路１１５は、図１に示したインクカートリッジ１２（図
２〜図４では図示せず）に連通している。そして、この
インクカートリッジ１２から共同流路１１５を経て各イ
ンク室１１４に常時一定速度でインクが供給されるよう
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。

【００２８】このような構成の記録ヘッド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Ｘと直交す
る方向Ｙ（図２）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（図１）に画像を記録するよ
うになっている。

【００２９】図１に示したヘッドコントローラ１４は、
例えば、いずれも図示しないが、マイクロプロセッサ
と、このマイクロプロセッサが実行するプログラムが格
納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、マイクロプロ
セッサ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としてのＲＡＭ（Random Access Me
mory）と、不揮発性メモリからなる駆動波形記憶部と、
駆動波形記憶部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）
コンバータと、Ｄ／Ａコンバータの出力を増幅するアン
プとを備えて構成される。ここで、駆動波形記憶部は、
記録ヘッド１１の各ノズルの圧電素子１１６ａ，１１６
ｂを駆動するための駆動信号２１の電圧波形を示す波形
データを複数記憶している。これらの波形データは、例
えば図６（ａ）に示した各種のパラメータ（時間パラメ
ータおよび電圧パラメータ）を様々な値に設定して作成
されたものである。これらの波形データはマイクロプロ
セッサによってそれぞれ読み出され、Ｄ／Ａコンバータ
でアナログ信号に変換されたのちアンプで増幅され、ノ
ズル数ｎと同数の駆動信号２１として出力される。な
お、ヘッドコントローラ１４は、上記のような構成に限
られることはなく、これと異なる構成とすることも可能
である。

【００３０】図６（ａ）は駆動信号２１の一周期分
（Ｔ）の波形の一例を表すものである。この図で、縦軸
は電圧、横軸は時間を表し、時間は図の左から右方向へ
と進むものとする。この図に示したように、駆動信号２
１は基準電圧０Ｖのほかに引込電圧Ｖｐおよび吐出電圧
Ｖａを取り得る。この駆動信号２１は、圧電素子１１６
ａ，１１６ｂの両方に同時に印加されるようになってお
り、インク滴を吐出する圧力を発生させるための吐出用
駆動信号として働くと共に、インク滴吐出時のサテライ
ト滴の発生を抑制する圧力を発生させるための補助駆動
信号としても働く。より具体的には、吐出電圧Ｖａは、
圧電素子１１６ａにとっては文字通りの吐出電圧として
作用する一方、圧電素子１１６ｂにとってはサテライト
滴発生抑制用の補助電圧として作用するようになってい
る。この点が本発明の１つの特徴をなす。これらのｎ個
の駆動信号２１は、ヘッドコントローラ１４によって各
吐出周期ごとに適宜切り替えられて、それぞれ対応する
ノズル１１８の圧電素子１１６ａ，１１６ｂに供給され
るようになっている。

【００３１】ここで、図７を参照して、吐出用の圧電素
子１１６ａにとっての駆動信号２１の波形の意義につい
て説明する。この図７は、駆動信号２１の波形と、この
駆動信号２１が印加される圧電素子１１６ａの挙動と、
ノズル１１８内におけるインクの先端部の位置（以下、
メニスカス位置という。）の変化との関係を表すもので
ある。この図の（ａ）は、駆動信号２１のほぼ１周期分
の波形を表し、同図（ｂ）は（ａ）のような波形の駆動
信号が圧電素子１１６ａに印加されたときのインク室１
１４の状態の変化を表し、同図（ｃ）はそのときのノズ
ル１１８内におけるメニスカス位置の変化を表す。

【００３２】図７（ａ）において、まず、駆動電圧を基
準電圧０Ｖから引込電圧Ｖｐに変化させる行程（Ａから
Ｂまで）を第１の前行程とし、引込電圧Ｖｐを一定時間
保持する行程（ＢからＣまで）を第２の前行程とする。
また、駆動電圧を引込電圧Ｖｐ１から基準電圧０Ｖに変
化させる行程（ＣからＤまで）を第１行程とし、これに
要する時間をｔ１とする。また、基準電圧０Ｖを保持し
て待機する行程（ＤからＥ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、基準電圧０Ｖから
吐出電圧Ｖａに変化させる行程（ＥからＦまで）を第３
行程とし、これに要する時間をｔ３とする。

【００３３】本実施の形態において、第３行程の開始時
点である時点Ｅは、吐出が開始されるタイミングであ
り、このタイミングに先立って第１の前行程、第２の前
行程、第１行程、および第２行程が行われるようになっ
ている。

【００３４】まず、時点Ａおよびそれ以前においては、
圧電素子１１６ａへの印加電圧は０Ｖであるので、図７
（ｂ）の状態Ｐ_A のように、振動プレート１１３にたわ
みはなく、インク室１１４の容積は最大となっている。
時点Ａにおいて、ノズル１１８内におけるメニスカス位
置は、図７（ｃ）の状態Ｍ_A に示したように、ノズル開
口端から所定距離だけ後退した所に位置しているものと
する。

【００３５】次に、時点Ａの電圧０Ｖから時点Ｂの引込
電圧Ｖｐへと駆動電圧をゆっくりと増加させる第１の前
行程を行うと、振動プレート１１３が内側にたわみ、イ
ンク室１１４は収縮する（図７（ｂ）の状態Ｐ_B ）。こ
のときのインク室１１４の収縮速度はゆっくりとしたも
のなので、インク室１１４の容積の減少分は、ノズル１
１８内のメニスカス位置を前進させると同時に、図２に
示した共同流路１１５へのインクの逆流をも引き起こ
す。このときのインクの前進量と逆流量との比は、主と
して、ノズル１１８内の流路抵抗と、インク室１１４と
共同流路１１５とをつなぐ狭路における流路抵抗との比
によって決まるが、これを最適化することにより、図７
（ｃ）の状態Ｍ_B で示したように、時点Ｂでのメニスカ
ス位置がノズル開口端から突出することなく、ノズル開
口端とほぼ同じ位置にくるように設定することができ
る。

【００３６】次に、時点Ｂから時点Ｃまでの間、駆動電
圧を引込電圧Ｖｐに保持することでインク室１１４の容
積を一定に保つ第２の前行程を行う。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１１８内におけるメニスカス
位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｃでは、例
えば図７（ｃ）の状態Ｍ_C で示したように、ノズル開口
端よりもやや突出した位置まで前進する。

【００３７】次に、時点Ｃの引込電圧Ｖｐから時点Ｂの
基準電圧０Ｖへと駆動電圧を減少させる第１行程を行う
と、圧電素子１１６への印加電圧が０になるので振動プ
レート１１３のたわみがなくなり、インク室１１４は膨
張する（図７（ｂ）の状態Ｐ_D ）。このため、ノズル１
１８内のメニスカスはインク室１１４の方向に引き込ま
れ、時点Ｄでは、例えば図７（ｃ）の状態Ｍ_D に示した
ように後退する（すなわち、ノズル開口端から遠ざか
る）。なお、時点Ｃと時点Ｄとの電位差である引込電圧
Ｖｐの大きさを変更することにより第１行程におけるメ
ニスカスの引き込み量が変化するので、これによりイン
ク滴のサイズを制御することが可能である。インク滴の
サイズは、吐出開始時点のメニスカス位置に依存し、こ
のメニスカス位置が深いほどインク滴サイズが小さくな
るからである。

【００３８】次に、時点Ｄから時点Ｅまでの時間ｔ２の
間、駆動電圧を基準電圧０Ｖに固定して振動プレート１
１３ｃをたわみがない状態に維持することでインク室１
１４の容積を一定に保つ第２行程を行う（図７（ｃ）の
状態Ｐ_D 〜Ｐ_E ）。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１１８内のメニスカス位置はノズル開口端に
向かって変位し、時点Ｅでは、例えば図７（ｃ）の状態
Ｍ_E に示した位置まで前進する。なお、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
が変化し、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ので、これにより、吐出される
インク滴のサイズを制御することが可能である。

【００３９】次に、時点Ｅの電圧０Ｖから時点Ｆの吐出
電圧Ｖａへと駆動電圧を急激に増大させる第３行程を行
う。ここで、時点Ｅは、上記したように、吐出開始タイ
ミングである。このとき、時点Ｆにおいて振動プレート
１１３は、図７（ｂ）の状態Ｐ_F に示したように内側に
大きくたわみ、インク室１１４は急激に収縮するので、
図７（ｃ）の状態Ｍ_F に示したように、ノズル１１８内
のメニスカスはノズル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。

【００４０】その後、駆動電圧を吐出電圧Ｖａに保った
まま所定時間経過した時点Ｇで、再び基準電圧０Ｖまで
減少させる。これにより時点Ｈでは、図７（ｂ）の状態
Ｐ_Hに示したように、振動プレート１１３はたわみのな
い状態に戻る。この状態を次の吐出動作における第１前
行程の開始時点Ｉまで維持する。駆動電圧を再び０Ｖに
減少させた直後の時点Ｈにおいては、図７（ｃ）の状態
Ｍ_H に示したように、吐出されたインク滴の体積とイン
ク室１１４の容積の増加分とを加えた体積に相当する分
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、次回の吐出
動作における第１の前行程の開始時点Ｉにおけるメニス
カス位置は、図７（ｃ）の状態Ｍ_I に示したように、当
初の時点Ａにおける状態Ｍ_A と同じになる。

【００４１】このようにして１回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１１８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
への画像記録が連続的に行われる。

【００４２】なお、本実施の形態において、第２行程の
所要時間ｔ２は第１行程で引き込まれたメニスカスがノ
ズル開口端に到達するまでの所要時間以下であるとし、
第３行程の吐出電圧Ｖａはインク滴を吐出させるに足る
範囲に入っているものとしている。また、上記した図６
（ａ）において、上記の行程ＣＤ，ＤＥ，ＥＦ以外の行
程の所要時間については、それぞれ、ＡＢ＝τ１，ＢＣ
＝τ２，ＦＧ＝ｔ４，ＧＨ＝ｔ５と表記する。

【００４３】次に、以上のような構成のインクジェット
プリンタ１の動作および作用を説明する。

【００４４】まず、インクジェットプリンタ１の全体動
作を簡単に説明する。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１
５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、これを印画
データ２２としてヘッドコントローラ１４に送出する。

【００４５】ヘッドコントローラ１４は、記録ヘッド１
１のノズル数に対応したｎドット分の印画データ２２を
取得すると、これらの印画データ２２を基に、ｎ個のノ
ズルのそれぞれについて、ドットを形成するためのイン
ク滴サイズを判定し、この判定結果から、各ノズルに供
給すべき駆動信号２１を選択する。例えば、高濃度を表
現する場合にはインク滴サイズを大きくし得るような駆
動波形（ｔ２，Ｖａが大きく、Ｖｐが小さい波形）を選
択し、低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し得るような駆動波形（ｔ
２，Ｖａが小さく、Ｖｐが大きい波形）を選択する。ま
た、微妙な中間階調を表現する場合には、隣接するドッ
ト間でインク滴サイズを少しずつ異ならせるようにし、
また、例えば、各ノズル間でインク吐出特性がばらつい
ている場合には、これを補正し得るような駆動波形を選
択する。

【００４６】さて、ヘッドコントローラ１４は、ｎドッ
ト分の駆動信号（すなわち、ｎ個のノズル１１８に供給
する駆動信号）を選択したのち、この選択した駆動信号
２１を、吐出周期の切替タイミングにおいて、記録ヘッ
ド１１の対応するノズル１１８の圧電素子１１６ａ，１
１６ｂに同時に供給する。各ノズルの圧電素子１１６ａ
は、供給された駆動信号２１の電圧波形に従って図７で
説明したような各行程をそれぞれ行い、インク滴を吐出
する。このとき、他方の圧電素子１１６ｂは、その固有
振動周期が圧電素子１１６ａよりも長いことから、後述
するように圧電素子１１６ａとは異なった動きを示し、
圧電素子１１６ａによる吐出動作を補助する（本実施の
形態では、サテライト滴の発生を抑制する）ように作用
する。

【００４７】次に、図６を参照して、本実施の形態に係
るインクジェットプリンタの特徴的な作用を説明する。
図６（ａ）は上記したように駆動信号２１の波形を表
し、（ｂ）は圧電素子１１６ａの変位を表し、（ｃ）は
圧電素子１１６ｂの変位を表す。これらの図で、横軸は
時間を示す。また、（ｂ），（ｃ）では、インク室収縮
方向への変位を下向きに描いている。

【００４８】従来技術の項において述べたように、イン
ク滴の吐出の際に生ずる付随的なインク小滴であるサテ
ライト滴は、圧電素子により吐出圧力を発生させてイン
ク滴吐出を行う方式において多く発生するもので、柱状
になって飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に
生ずる時間差や速度差に起因して先頭部分から後尾部分
が分離し、この後尾部分が微小なインク小滴となったも
のと考えられる。

【００４９】本実施の形態では、このようなサテライト
滴の発生を防止するため、図２〜図４に示したように互
いに固有振動周期の異なる２つの圧電素子１１６ａ，１
１６ｂを各ノズル１１８ごとに設けると共に、これらの
２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂに１つの駆動信号２
１を印加し、固有振動周期の短い方の圧電素子１１６ａ
によってインク滴の吐出を行う一方、固有振動周期の長
い方の圧電素子１１６ｂによってインク滴吐出時におけ
るサテライト滴の発生を抑制させるようにしている。こ
の点をさらに図６を参照して説明する。

【００５０】図６（ａ）に示したように駆動信号２１が
Ａ〜Ｅと変化すると、圧電素子１１６ａは同図（ｂ）に
示したように駆動信号２１の電圧変化にほぼ追随して変
位する。次に、駆動信号２１が吐出開始タイミングｔｅ
（時点Ｅ）で立ち上がると、圧電素子１１６ａはインク
室収縮方向に変位し、電圧が吐出電圧Ｖａに達した時点
Ｆをオーバーランした時点Ｐで最大変位状態となり、イ
ンク室１１４は最収縮状態となる。

【００５１】一方、同図（ｃ）に示したように、圧電素
子１１６ｂは、Ａ〜Ｃにおいては駆動信号２１の電圧変
化にほぼ追随して変位するが、ＣからＤにかけての引込
行程区間における駆動信号２１の急激な電圧変化には追
随できず、変位量が０に戻る前に時点Ｅで駆動信号２１
が立ち上がり始める。圧電素子１１６ｂは、駆動信号２
１が時点Ｅで立ち上がり始めると、再びインク室収縮方
向にゆっくりと変位を開始し、圧電素子１１６ａが最大
変位を示した時点Ｐから時間ｔｄだけ遅れた時点Ｐ′で
最大変位を示す。すなわち、圧電素子１１６ａによるイ
ンク滴吐出が開始された時点Ｅから起算するとｔ６とい
う長い時間が経過した時点で圧電素子１１６ｂの変位は
最大となる。

【００５２】さて、圧電素子１１６ａの変位によってイ
ンク室１１４内に吐出圧力が発生してノズル１１８から
インクが押し出された時点では、インクはまだ尾を引い
ており、インク柱の状態をなしている。一方、圧電素子
１１６ａの最大変位時点Ｐから時間ｔｄ遅れて最大変位
となる圧電素子１１６ｂはインク室１１４内に新たな補
助圧力を発生させ、この新たな圧力により、既にノズル
１１８から押し出されつつあるインク柱を後押しする。
このため、インクの流れに不連続性が発生し、インク柱
はその後尾部分の直後で断ち切られる。そして、インク
柱の後尾部分は先頭部分に追いつき、両者は一体化して
単一のインク滴になる。これにより、インク柱の尾が長
く伸びることが抑制されて、サテライト滴の発生が抑制
される。

【００５３】なお、圧電素子１１６ａは、駆動信号２１
が吐出電圧Ｖａに保たれている間、周期Ｔａの固有振動
をするが、駆動信号２１が時点Ｇの吐出電圧Ｖａから時
点Ｈの基準電圧０Ｖへと変化すると、圧電素子１１６ａ
の変位は一旦０に戻ったのち、次第に減衰する周期Ｔａ
の固有振動を行う。一方、圧電素子１１６ｂは、その変
位が最大となった直後の時点Ｇにおいて駆動信号２１が
立ち下がり始めると、これに伴ってインク室膨張方向に
変位し、一旦変位に戻ったのち、次第に減衰する周期Ｔ
ｂの固有振動を行う。

【００５４】ここで、一具体例を示す。本具体例では、
ノズル１１８の径を３５μｍ、圧電素子１１６ａ，１１
６ｂの厚さを共に２０μｍ、振動プレート１１３の厚さ
を２０μｍ、インク室１１４の幅α１，β１をそれぞれ
３００μｍ，４２８μｍ、圧電素子１１６ａ，１１６ｂ
の幅α２，β２をそれぞれ２８０μｍ，４１０μｍとす
る。また、図６（ａ）に示した駆動信号２１の各時間パ
ラメータおよび電圧パラメータを次のように設定する。
なお、時間パラメータの単位はいずれもμｓｅｃであ
り、電圧パラメータの単位はいずれもボルトである。

【００５５】τ１＝３０，τ２＝１０，ｔ１＝９，ｔ２
＝２，ｔ３＝４，ｔ４＝２０，ｔ５＝８，Ｖｐ＝３５，
Ｖａ＝３０

【００５６】このような各パラメータの設定により、圧
電素子１１６ａ，１１６ｂの固有振動周期Ｔａ，Ｔｂと
してそれぞれ１２μｓｅｃ，２０μｓｅｃという値が得
られている。

【００５７】このように、本実施の形態によれば、互い
に固有振動周期の異なる２つの圧電素子１１６ａ，１１
６ｂを各ノズル１１８ごとに設けると共に、これらの２
つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂに対して同一の駆動信
号２１を印加し、固有振動周期の短い方の圧電素子１１
６ａによってインク滴の吐出を行う一方、固有振動周期
の長い方の圧電素子１１６ｂによってインク滴吐出時に
おけるサテライト滴の発生を抑制する動作を行うように
したので、インク滴の尾を早期に断ち切ることができ、
この結果、サテライト滴の発生を抑制することが可能と
なる。しかも、２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂに対
してそれ別個の駆動信号を印加するのではなく、単一の
駆動信号によって２つの圧電素子を駆動するようにして
いるので、全体として必要となる駆動信号の数を低減す
ることができる。

【００５８】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限定されず、種々変更
可能である。

【００５９】例えば、図６（ａ）における各時間パラメ
ータおよび電圧パラメータや、インク室１１４および圧
電素子１１６ａ，１１６ｂのサイズパラメータは、例示
した値に限定されるものではなく、適宜変更可能であ
る。

【００６０】また、上記実施の形態では、圧電素子１１
６ａの固有振動周期を圧電素子１１６ｂの固有振動周期
よりも短くするために、前者の幅α２を後者の幅β２よ
りも小さくするという方法を採ったが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば圧電素子の厚さを変え
ることによって固有振動周期を異ならせるようにしても
よい。具体的には、吐出用の圧電素子１１６ａをサテラ
イト滴発生抑制用の圧電素子１１６ｂよりも厚く形成す
ることにより、圧電素子１１６ａの固有振動周期を圧電
素子１１６ｂの固有振動周期よりも短くすることが可能
である。なお、この場合には、圧電素子１１６ａ，１１
６ｂの幅を等しく形成し、また、インク室１１４の幅も
均一にすればよい。一具体例を上げると、例えば、振動
プレート１１３の厚さを２５μｍ、インク室１１４の幅
α１（＝β１）を４２８μｍ、圧電素子１１６ａ，１１
６ｂの幅α２（＝β２）を３６４μｍ、圧電素子１１６
ａ，１１６ｂの厚さをそれぞれ３５μｍ，２５μｍとす
る。この場合には、圧電素子１１６ａ，１１６ｂの固有
振動周期Ｔａ，Ｔｂとしてそれぞれ１０μｓｅｃ，２０
μｓｅｃという値が得られている。また、圧電素子の幅
と厚さとを変えて固有振動周期を異らせるようにしても
よい。

【００６１】また、上記実施の形態では、インク供給側
に吐出圧力発生手段としての短周期振動特性をもつ圧電
素子１１６ａを配置すると共に、ノズル側に補助圧力発
生手段としての長周期振動特性をもつ圧電素子１１６ｂ
を配置することとしたが、これとは逆に、ノズル側に吐
出圧力発生手段としての短周期振動特性をもつ圧電素子
１１６ａを配置すると共に、インク供給側に補助圧力発
生手段としての長周期振動特性をもつ圧電素子１１６ｂ
を配置するようにしてもよい。但し、上記実施の形態の
ように配置した方が、インク滴のサイズをより小さくで
きると共にインク滴の飛翔速度をより高速化できるので
有利である。

【００６２】また、上記実施の形態では、１つのノズル
について２つの圧電素子を設ける場合について説明した
が、１つのノズルについて固有振動周期が異なる３つ以
上の圧電素子を設け、これらの圧電素子に単一の駆動信
号を印加するようにしてもよい。こうすることにより、
よりきめ細かくサテライト滴の抑制制御を行うことも可
能である。

【００６３】また、上記実施の形態では、１つのノズル
１１８に対して１つのインク室１１４を設けると共に、
この１つのインク室１１４に対応して２つの圧電素子１
１６ａ，１１６ｂを設けるようにしたが、例えば、図８
に示したように、１つのノズル１１８に対して２つのイ
ンク室１１４ａ，１１４ｂを設けると共に、各インク室
１１４ａ，１１４ｂに対応させて短い固有振動周期の圧
電素子１１６ａおよび長周期の固有振動周期の圧電素子
１１６ｂを設けるようにしてもよい。なお、図８は、記
録ヘッド１１の一部を真上から見た状態を表すものであ
り、図４に示した要素と同一要素には同一の符号を付
し、また、振動プレート１１３の図示を省略している。
この図に示した構成によれば、一方のインク室１１４ａ
における圧電素子１１６ａの挙動が他方のインク室１１
４ｂの状態に与える影響が少ないので、圧電素子１１６
ａ，１１６ｂの相互間のクロストークを低減することも
可能となり、より高精度の印字品質を得ることができ
る。

【００６４】また、本実施の形態では、補助圧力発生手
段としての圧電素子１１６ｂをサテライト滴の発生の抑
制という用途に用いるものとして説明したが、本発明は
これには限定されず、補助圧力発生手段を他の用途に用
いる場合にも適用可能である。

【００６５】例えば、本出願人は、吐出用圧電素子で吐
出を行った後のインクのメニスカス位置の変化を観察し
た結果、この吐出用圧電素子の短周期振動がほぼ消滅し
た後においても、メニスカス位置は大きな変動（長周期
の残留振動）を示すことを確認しており、そのようなメ
ニスカスの残留振動を抑制するために補助用圧電素子を
適当なタイミングで駆動することを提案している。この
ような場合においても、吐出用の圧電素子の固有振動周
期を補助用の圧電素子の固有振動周期よりも短くしてお
き、これらの圧電素子に単一の駆動信号を印加するよう
にすれば、駆動信号の数を増加させることなく、メニス
カスの残留振動を抑制することが可能となる。

【００６６】また、本出願人は、装置起動後に初めてイ
ンク滴を吐出する場合や、長期間吐出を行っていないノ
ズルからインク滴の吐出を行う場合に、吐出前に予め補
助用圧電素子によってメニスカスに予備的な小振動を与
えておくことによってノズルからの吐出を円滑に行うこ
とができるようにしたインクジェットプリンタを提案し
ている。このような場合においても本発明を適用するこ
とは可能であり、これにより、駆動信号の数を増加させ
ることなく、吐出の円滑化を図ることができる。

【００６７】

【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によれ
ば、吐出圧力発生手段が補助圧力発生手段よりも短い固
有振動周期を有するように構成し、この固有振動周期の
違いを積極的に利用して、短い固有振動周期を有する吐
出圧力発生手段によってインク滴の吐出動作を行うと共
に、長い固有振動周期を有する補助圧力発生手段によっ
てインク滴吐出を補助するための動作を行うようにした
ので、同一の駆動信号を用いて２つの圧力発生手段に異
なる動きをさせることができる。したがって、駆動信号
の数を増やすことなく、インク滴吐出時における補助動
作が可能になるという効果がある。

【００６８】特に、請求項４記載のインクジェットプリ
ンタによれば、補助圧力発生手段がインク滴の吐出時に
おける付随的なインク小滴の発生を抑制するための圧力
を発生するためのものであるように構成したので、駆動
信号の数を増やすことなく、有害な付随的インク小滴の
発生を抑制することができ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
リンタの概略構成を表すブロック図である。

【図２】図１における記録ヘッドの一構造例を表す斜視
断面図である。

【図３】図１における記録ヘッドの一構造例を表す断面
図である。

【図４】図１における記録ヘッドの一構造例を表す平面
図である。

【図５】圧電素子の固有振動特性を表す特性図である。

【図６】図１におけるヘッドコントローラから出力され
る駆動信号の波形と圧電素子の変位との関係を表す説明
図である。

【図７】図６（ａ）に示した駆動信号波形と、インク室
の状態およびノズル内のメニスカス位置の変化との関係
を説明するための図である。

【図８】本実施の形態に係るインクジェットプリンタに
用いられる記録ヘッドの変形例を表す平面図である。

【図９】従来のインクジェットプリンタの駆動方法を説
明するための説明図である。

【図１０】従来の他のインクジェットプリンタの駆動方
法を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…インクジェットプリンタ、１１…記録ヘッド、１４
…ヘッドコントローラ、２１…駆動信号、２２…印画デ
ータ、１１３…振動プレート、１１４、１１４ａ，１１
４ｂ…インク室、１１５…共同流路、１１６ａ，１１６
ｂ…圧電素子、１１８…ノズル、Ｖｐ…引込電圧、Ｖａ
…吐出電圧、ｔｅ…吐出開始タイミング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出するためのノズル部と、 前記ノズル部にインクを供給するインク室と、 変位することにより前記インク室の容積を変化させて前
   記ノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生
   する吐出圧力発生手段と、 変位することにより前記インク室の容積を変化させて前
   記ノズル部からのインク滴吐出動作を補助するための圧
   力を発生する補助圧力発生手段とを備え、 前記吐出圧力発生手段が前記補助圧力発生手段よりも短
   い固有振動周期を有することを特徴とするインクジェッ
   トプリンタ。
2. 【請求項２】 前記吐出圧力発生手段の幅を前記補助圧
   力発生手段の幅よりも小さく形成することにより、前記
   吐出圧力発生手段の固有振動周期を前記補助圧力発生手
   段の固有振動周期よりも短くした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。
3. 【請求項３】 前記吐出圧力発生手段の厚さを前記補助
   圧力発生手段の厚さよりも厚く形成することにより、前
   記吐出圧力発生手段の固有振動周期を前記補助圧力発生
   手段の固有振動周期よりも短くした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。
4. 【請求項４】 前記補助圧力発生手段は、インク滴の吐
   出時における付随的なインク小滴の発生を抑制する圧力
   を発生するためのものであ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。