JPH11320868A - インクジェットヘッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッドに高周波パルス列を与えて、パルス数
や周期、ゲート等の制御種類を多くした吐出制御により
多階調印画可能なインクジェットヘッド装置を得る。 【解決手段】 液体インクを超音波で液滴化して吐出さ
せて記録するインクジェットヘッドにおいて、超音波発
生手段と、超音波発生手段で発生した超音波を液体イン
クの吐出部分に集める収束手段と、超音波発生手段に設
定タイミング毎に高周波信号を所定ゲート幅与えてイン
クを吐出させるため、高周波信号の所定ゲート幅内のパ
ルス数と設定タイミング内のゲート数とを、吐出量に対
応して制御する制御手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インクジェット
記録装置のプリントヘッドの駆動に関し、特に、超音波
によって液滴化したインクを吐出するプリントヘッドの
駆動に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】記録装置の１つに、インク吐出手段によ
って液滴化された液体インクを被記録部材上に吐出させ
て画像や文字などを記録するインクジェット記録装置が
ある。インク吐出手段には、これまで様々の方式が提案
されているが、一般家庭やオフィスなどに普及している
ほとんどのインクジェット記録装置には、発熱素子や圧
電素子がインク吐出手段として使用されている。発熱素
子がインク吐出手段として使用される場合、素子から発
生する熱エネルギを用いてインクの液滴化、吐出を行
う。電流を通電させた発熱素子から生じる熱エネルギに
よってインクは膜沸騰し、インク内には気泡が発生す
る。この気泡の膨張圧力によってインクは液滴化され、
被記録部材上に吐出される。一方、圧電素子を用いた場
合には、圧電素子が電圧のオンオフにより伸縮すること
によって発生する機械的な圧力をインク滴の吐出力とし
て用いている。

【０００３】インクジェット記録装置の普及に伴なっ
て、低製造コストや低ランニングコストという要求に加
えて、記録画像の高解像度化や高画質化への要求が高ま
っている。しかし、従来のインクジェット記録装置で使
用された気泡の膨張圧力や圧電素子の伸縮による機械的
圧力によるインク吐出方式では、インク滴の液量をダイ
ナミックに変調することができないため、銀塩写真並み
の高い印字品質を得ることは困難であった。最近では、
これを改善した濃度の異なる２種類のインクを用いた多
階調／ドット記録法が提案され、実用化されている。し
かし、このような方法を用いて階調性を向上させる場合
は、濃度差を持つ複数のインクが必要となり、ヘッドの
大型化や装置コスト高を招く。

【０００４】高画質化を目指したインクジェット記録法
の１つに超音波を用いたインクジェット記録方式があ
る。これは圧電素子などから発生した超音波によって液
面付近の圧力を高め、インクを液滴化し、吐出する方法
である。超音波を用いたインクジェット記録方式におい
て、吐出するインク滴の粒径は圧電素子などの振動子か
ら発生する超音波の周波数に依存し、超音波の周波数が
高いほど吐出されるインク滴の粒径も小さくなる。更
に、非常に高い周波数の超音波を用いると、インクは霧
状に液滴化される。このとき霧化したインクは、微小な
インク滴の集まりとなって被記録部材に印画されるの
で、微小な粒の集合による良好な画像の記録が可能であ
る。霧化するインク滴の吐出量は、超音波発生手段に与
える駆動信号の印加時間などの駆動条件を制御すること
により調節することができる。例えば、特開平２−３０
３８４９号公報には、振動子に与える駆動信号の印加時
間を変化させることで、霧化するインク滴の量を調整す
る方法が記載されている。図２２，２３は、それぞれ上
述の特開平２−３０３８４９号公報に記載されているイ
ンクジェットヘッドの構成と駆動信号を示す図であり、
高周波数の駆動信号をヘッドに与える持続時間を変化さ
せインクの吐出量を調整している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなインクジ
ェットヘッドの駆動装置では、振動子に与える高周波信
号の持続時間を大きくしてインク滴の吐出量を多くしよ
うとすると、超音波による輻射圧がノズル開口付近にか
かる時間が長くなり、液滴の吐出状態が不安定になるた
め、高周波の駆動信号を一定波数ずつ一定周期で印加す
るバースト信号による駆動方法が知られている。このよ
うなバースト信号を用いた駆動装置では、階調記録を行
う場合、バースト信号の数を制御することになるため、
階調レベルが十分多くすることができないという課題が
あった。また、複数ノズルを用いて高速化しようとする
場合、ノズル間の吐出特性に僅かな差が生じると、補正
できないという課題もあった。

【０００６】この発明は、上述の課題を解決するために
なされたもので、多段階にインク吐出量を変調できるイ
ンクジェットヘッド駆動装置を得ることを目的とする。
即ち、ヘッドに高周波パルス列を与えて、パルス数や周
期、ゲート数等制御の種類を多くして多階調印画できる
インクジェットヘッドの駆動装置を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るインクジ
ェットヘッド駆動装置は、液体インクを超音波で液滴化
して吐出させて記録するインクジェットヘッドにおい
て、超音波発生手段と、超音波発生手段で発生した超音
波を液体インクの吐出部分に集める収束手段と、超音波
発生手段に設定タイミング毎に高周波信号を所定ゲート
幅与えてインクを吐出させるため、高周波信号の所定ゲ
ート幅内のパルス数と設定タイミング内のゲート数と
を、吐出量に対応して制御する制御手段とを備えた。

【０００８】また更に、制御手段は、設定タイミング毎
の所定ゲート幅内のパルス数と前ゲートからの周期を同
時に制御するようにした。

【０００９】また更に、制御手段は、超音波発生手段に
与える制御電圧も制御するようにした。

【００１０】また更に、制御手段は、超音波発生手段に
与える制御電圧をパルス毎に制御するようにした。

【００１１】また更に、制御手段は、超音波発生手段に
与えるゲート幅も制御するようにした。

【００１２】また更に、液体インクを超音波で液滴化、
吐出させて記録するインクジェットヘッドにおいて、超
音波発生手段と、上記超音波発生手段で発生した超音波
を液体インクの吐出部分に集める収束手段と、上記超音
波発生手段に設定タイミング毎に高周波信号を吐出量に
応じて所定ゲート幅与えて上記インクを吐出制御し、ま
た印画に先だって液体インクを予め振動させるダミーパ
ルスを吐出制御パルスの前に送出し、上記吐出制御パル
スまでの期間を制御する制御手段とを備えた。

【００１３】また更に、制御手段は、内部にルックアッ
プテーブルを持ち、吐出量を指定されるとルックアップ
テーブルをみてゲート幅内のパルス数と設定タイミング
内のゲート数とを定めるようにした。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．高周波駆動信号群
で、超音波を間欠的に発生させて、駆動信号群の駆動間
隔及び駆動信号群の印加回数を制御することによってイ
ンクの吐出量を調節し、階調性の高い画像を記録するイ
ンクヘッドを説明する。図１は、本発明の実施の形態１
におけるインクジェットヘッド駆動装置の動作タイミン
グチャートを示したものである。図２は、本実施の形態
１におけるバースト信号の例を示す図である。また、図
３は、図１に示すタイミングチャートによって駆動され
るインクジェットヘッド構成の例を示す図であり、図４
は、インクジェットヘッド駆動装置の回路を示した図で
ある。図５は、図４の制御装置の内部詳細回路図であ
る。各図に示す同番号の要素または信号は、互いに同じ
ものを意味している。振動子６により超音波振動を発生
させるために必要な駆動信号であるバースト信号４−１
は、図１，図４に示すように、パルス幅Ｔｗのゲート信
号３−１で、ＲＦ信号５−１を変調したものである。こ
のバースト信号４−１は、周期Ｔｆの印画タイミング信
号２−１に同期し、時間間隔Ｔｂで振動子に与えられ
る。図２に示すように、画像データに応じて時間間隔Ｔ
ｂを調整するとともに、同様に印画周期Ｔｆ間に振動子
に与えるバースト信号４−１の数も画像データに応じて
調整する。

【００１５】図３は、本発明により駆動されるインクジ
ェットヘッドの例を示す図である。図３のインクジェッ
トヘッドは、超音波を発生する振動子６と、振動子６に
より発生した超音波をインクの液面付近に収束するため
の超音波収束手段１０２と、ノズル１０５から構成され
ている。振動子６は、駆動信号群であるバースト信号４
−１が与えられる時間だけ、厚み方向に振動する。この
振動に伴って発生した超音波は、インク室１０４内を伝
搬して超音波収束手段１０２によって屈折し、図３のイ
ンク室内の収束点１０７に収束される。そして、収束点
１０７では、超音波による圧力が生じ、ここから霧化さ
れたインク滴が吐出される。図４において、ホストコン
ピュータ１は、駆動装置のコントローラであり、制御装
置２がインクジェットヘッドを制御する。制御装置２
は、印画タイミング発生回路２１、ルックアップテーブ
ル（以降、ＬＵＴと記す）２２から構成されている。Ｌ
ＵＴ２２には、ホストコンピュータ１から送られる画像
データと振動子６に与える駆動信号群の制御パラメータ
との関係が記憶されている。データ信号２−２，２−３
は、それぞれバースト信号の印加回数、駆動間隔を示す
データである。印画タイミング信号２−１は、インクを
吐出するタイミングを決める信号であり、ゲート信号発
生回路３は、データ信号２−２，２−３に基づいて、図
１に示すゲート信号３−１を生成する回路である。ＲＦ
信号発生回路５は、図１に示すＲＦ信号５−１を発生さ
せる回路であり、ゲート回路４は、ＲＦ信号５−１とゲ
ート信号３−１とのＡＮＤ演算を行う回路で、バースト
信号４−１を出力する。

【００１６】超音波による霧化現象を用いて液滴化され
るインク滴は、振動子の駆動条件に影響を受ける。例え
ば、超音波により霧化されるインクの粒径は、振動子か
ら発生する超音波の周波数に依存し、振動子から発生す
る超音波の周波数が高いほど霧化したインク滴の粒径は
小さくすることができる。そのため、微細化したインク
滴によって高品質な記録画像を得るには、なるべく高い
高周波数のＲＦ信号５−１で振動子を駆動することが必
要である。また、インクの吐出状態は超音波によって生
じる輻射圧に影響を受ける。輻射圧とは、駆動信号の低
周波成分により生じる圧力ことであり、図３のようなヘ
ッド構造によれば、振動子６から発生した超音波の収束
点１０７で輻射圧が発生する。図１のような駆動信号に
より超音波を発生させる場合、輻射圧はバースト信号の
パルス幅Ｔｗに依存しており、Ｔｗが長くなるに従い輻
射圧も高くなる。輻射圧が高まるに従い、インクのメニ
スカスは隆起し、表面には駆動信号の高周波成分による
波が発生している。この波面の上下動の速度が速くなる
とインク滴が生成される。このとき、Ｔｗが短かすぎる
と、収束点１０７で十分な輻射圧と波面の上下動の速度
が得られないので、メニスカスの隆起は小さく、インク
滴も吐出されない。一方、Ｔｗが長すぎると、収束点１
０７にかかる輻射圧が大きくなりすぎるため、ノズル１
０５から比較的大きなインク滴が吐出されるなるなど、
インクが過吐出状態等で印画品質も低下する。

【００１７】このような課題を解消するため、本実施の
形態では、図１に示すバースト信号４−１のように、高
周波数の駆動信号群をある時間間隔Ｔｂをおいて振動子
に与え、ドット周期Ｔｆ内に与えた駆動信号の総印加時
間によってインク吐出量の調整を行う。このとき、イン
クの吐出状態を安定に保つため、振動子に与える駆動信
号群であるバースト信号４−１のパルス幅Ｔｗをインク
滴の吐出に適した時間長とする必要がある。以上のよう
に、本実施の形態では、振動子の駆動印加時間の代わり
に、振動子に与える駆動信号群（図１のバースト信号４
−１）の回数ｋをインク吐出量の制御パラメータとして
用いることにする。

【００１８】簡単のため、はじめに、バースト信号数だ
けを制御してインクの吐出量を変化させる駆動方法につ
いて述べる。図１において、バースト信号４−１として
駆動間隔を周期Ｔｂ＝Ｔｂ’という固定周期とした場
合、ドット周期Ｔｆ内には最大Ｎ（＝Ｔｆ／Ｔｂ’）回
のバースト信号４−１’を振動子に与えることができ
る。このとき、記録する画像の階調データに応じて振動
子に与えるバースト信号数ｋ（≦Ｎ）を制御すれば、理
想的には（Ｎ＋１）段階のインク吐出量の変調が可能で
ある。しかし、バースト信号数ｋのみの制御では、記録
画像の階調とびが発生しないほど細かく、インク吐出量
を調整できない場合がある。本実施の形態では、バース
ト信号の駆動間隔Ｔｂを変化させることにより、バース
ト信号数ｋのみを変化させた時に比べ、インクの吐出量
を細かく制御する。具体的には、図１のように、印画タ
イミング信号の周期Ｔｆ内に振動子に与えるバースト信
号の信号数ｋ（Ｔｒの総数）と、駆動間隔Ｔｂを画像デ
ータに応じて制御することで、インク吐出量の細かな調
整が可能となり、階調性の高い画像の記録が行える。

【００１９】バースト信号数ｋとバースト信号の駆動間
隔Ｔｂを制御し、インクの吐出量の調整を行う場合を説
明する。被記録材に印画される濃度は、吐出されたイン
ク総量によって決まり、印画濃度の変化によってインク
吐出量の変化を測定できるので、この場合には、振動子
の駆動条件による印画濃度の変化を実験により測定し
た。図６（ａ）は、バースト信号間の駆動間隔を固定周
期Ｔｂ’とし、振動子に与えるバースト数の調整によっ
て得られる印画濃度を実測した結果を示すグラフであ
る。図６（ａ）からバースト数の増加に従い、印画濃度
の値も大きくなっており、バースト数の調整により印画
濃度の制御が可能であることが分かる。更に、バースト
信号の駆動間隔Ｔｂの変化によって印画濃度をより細か
く変調した場合を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）は、バ
ースト信号数を２回として、駆動間隔Ｔｂを変化させた
ときの印画濃度の測定結果で、横軸を駆動間隔Ｔｂ、縦
軸をＯ．Ｄ．としたグラフである。図６の結果から、バ
ースト数ｋ＝０〜２間で得られる階調数は、ΔＯ．Ｄ．
＝０．０２とすれば、ほぼ７階調［レベル０：Ｏ．Ｄ．
＝０．０６（ｋ＝０）、レベル１：Ｏ．Ｄ．＝０．０８
（ｋ＝２，Ｔｂ＝５０，９０，１４０，１５０μｓ）、
レベル２：Ｏ．Ｄ．＝０．１０（ｋ＝２，Ｔｂ＝１２０
ｓ）、レベル３：Ｏ．Ｄ．＝０．１２（ｋ＝２，Ｔｂ＝
７０μｓ）、レベル４：Ｏ．Ｄ．＝０．１４（ｋ＝２，
Ｔｂ＝１０μｓ）、レベル５：Ｏ．Ｄ．＝０．１５（ｋ
＝２，Ｔｂ＝２０μｓ）、レベル６：Ｏ．Ｄ．＝０．１
９（ｋ＝２，Ｔｂ＝１５．６μｓ）］である。以上の結
果より、振動子に与えるバースト信号の印加回数ｋと駆
動間隔Ｔｂを調整すれば、印画濃度を多段階に細かく変
調できることが分かる。

【００２０】図４により、本実施の形態におけるヘッド
駆動装置の回路について説明する。インクジェット記録
装置のコントローラであるホストコンピュータ１から、
制御装置２に画像データ１−１や制御データ１−２が送
られる。制御装置２では、ホストコンピュータから送ら
れた各信号に基づき印画タイミング信号２−１を生成
し、この印画タイミング信号２−１に合わせて画像デー
タ１−１をデータ信号２−２，２−３に変換する。デー
タ信号２−２，２−３は、それぞれ振動子に与えるバー
スト信号の印加回数やバースト信号の駆動間隔を示すも
のである。これらは、画像データ１−１が制御装置２に
入力されると、ＬＵＴ２２から画像データに対するデー
タ信号２−２，２−３が読み出される。そして、データ
信号２−２，２−３は、印画タイミング信号２−１とと
もに、ゲート信号発生回路３に送られる。ゲート信号発
生回路３では、印画タイミング信号２−１と同期して、
バースト信号への印加回数・駆動間隔を規定したゲート
信号３−１を発生する。ゲート回路４では、ＲＦ信号発
生回路５から送られたＲＦ信号５−１とゲート信号３−
１とのＡＮＤ演算を行い、バースト信号４−１を振動子
６に送る。以上のような構成のインクジェットヘッド駆
動装置を用いれば、振動子に与えるバースト信号を画像
データの応じて制御することができる。なお、図５の回
路では、データ信号２−２，２−３は、ＬＵＴ２２を参
照して得られる場合を示したが、もちろん専用演算回路
を用いて対応算出を行う演算をして値を得るようにして
もよい。

【００２１】なお、本実施の形態では、超音波を液面に
収束する手段として、図３に示す超音波レンズを用いた
ものを示しているが、曲面を持った反射板などを用いて
もよい。超音波発生手段に与える駆動波形は、図１のよ
うな矩形波に限らず、正弦波や三角波、矩形波や三角波
など、超音波を発生させることができる駆動波形であれ
ばどのような波形を用いても同様の効果が得られる。

【００２２】このように、超音波による霧化現象を用い
てインクの液滴化・吐出方式のインクジェットヘッドに
おいて、超音波発生手段に与える駆動信号群の駆動間隔
と印加回数を変化させると、インクの吐出状態を良好に
保ったままでインクの吐出量を多段階に変調できる。ま
た、濃度の異なるインクが不必要であるので、多階調記
録用ヘッドの小型化や低コスト化が可能である。更に、
複数のノズルや複数のヘッドを使用して画像の記録を行
う場合、ノズルやヘッド毎に備えられた超音波発生手段
に与える駆動信号群の駆動間隔と印加回数を制御するこ
とで、ノズルやヘッド間に生じるインク吐出量のばらつ
きを補正することもできる。

【００２３】実施の形態２．実施の形態１では、超音波
を発生する振動子に与えるバースト信号数ｋ、バースト
間の駆動間隔Ｔｂを制御し、インクの吐出量を調整する
場合を説明した。本実施の形態では、更に、階調性を向
上させるためにバースト信号の駆動電圧も制御する場合
を説明する。図７は、実施の形態２におけるヘッド駆動
装置の動作タイミングチャートを示す図である。図１に
示す実施の形態１と同一部分は、同一符号を付してその
説明は省略する。図７の駆動電圧データ２−４は、駆動
信号群である駆動信号７−１の電圧値Ｖｂを示すデータ
信号である。図８，９は、本実施の形態におけるヘッド
駆動装置の回路を示す図である。図８，９において、図
４，５に示された要素と同一のものは、同一番号を付し
てその説明は省略する。図８，９の制御装置２’は、印
画タイミング発生回路２１とルックアップテーブルＬＵ
Ｔ２２と電圧制御手段２３で構成される。電圧制御手段
２３は、ホストコンピュータ１から送られた画像データ
１−１を電圧値に変換する装置であり、アンプ７は、電
圧データ２−４に基づきゲート回路４から送られるバー
スト信号４−１の駆動電圧値の増減幅を行うものであ
る。

【００２４】実施の形態２ではインク吐出量の変調レベ
ル数を実施の形態１以上に多くするために、画像データ
の階調信号に応じてバースト信号数ｋ、バースト信号の
駆動間隔Ｔｂを変化させるとともに、更に、バースト信
号の駆動電圧Ｖｂの制御も行う。図１０に、バースト信
号の駆動電圧Ｖｂにより印画濃度が変化する実験結果を
示す。図１０は、バースト信号のパルス幅Ｔｗ及び駆動
間隔Ｔｂ（固定周期）が同じ時間であり、駆動電圧Ｖｂ
が異なる条件で駆動した際に得られた印画濃度を示して
いる。丸１は、Ｔｂ’＝一定、Ｖｂ＝Ｖ₂ 、丸２は、Ｖ
ｂ＝Ｖ₂ とし、バースト数ｋを変化させたときに得られ
る印画濃度の測定結果を示している。この結果から分か
るように、バースト信号の駆動電圧Ｖｂを印画ドット毎
に変化させることによって、印画濃度の調整を行うこと
ができる。図６（ａ）に示す場合には、バースト信号の
駆動間隔を固定周期Ｔｂ’としているが、実施の形態１
と同様に、駆動間隔Ｔｂを変化させることによって、イ
ンク吐出量の変調レベル数を多くすることも可能なの
で、駆動電圧制御に加えてＴｂを変化させて所望のイン
ク滴量を吐出することもできる。以上のことから、実施
の形態１で述べたインク吐出量の調整方法に加え、バー
スト信号の駆動電圧Ｖｂを制御することによって、更
に、吐出するインクの液滴量の変調レベル数を増やすこ
とがきる。

【００２５】図８を用いて本実施の形態におけるヘッド
駆動装置の動作を説明する。制御装置２’は、画像デー
タ１−１、制御データ１−２を、印画タイミング信号２
−１や振動子に印加するバースト信号の印加回数データ
信号２−２、バースト信号の駆動間隔データ信号２−３
に変換する。ゲート信号発生回路３では、これらのバー
スト信号印加回数データ信号２−２、バースト信号の駆
動間隔データ信号２−３に基づきゲート信号３−１を発
生する。ここでは、制御装置２’内部に画像データ１−
１を電圧データ２−４に変換する駆動電圧Ｖｂも変化さ
せるための電圧制御装置２３を設ける。電圧制御装置２
３では、印画タイミング信号２−１に同期させて画像デ
ータ１−１を電圧データ２−４に変換し、アンプ７に送
る。そして、アンプ７では、電圧制御装置２３から送ら
れた電圧データに従って、振動子６に与えるバースト信
号４−１の駆動電圧を調整する。ここでは、印画ドット
毎に駆動電圧Ｖｂを調整するので、次の印画タイミング
信号が与えられるまで、アンプ７から同じ駆動電圧を持
つ駆動信号群が出力される。

【００２６】このように、本実施の形態では、画像デー
タに応じて振動子に与えるバースト信号の駆動間隔Ｔ
ｂ、信号数ｋ、駆動電圧Ｖｂを制御することで、より多
種類のインク吐出量制御を行い、階調画像の記録をす
る。なお、本実施の形態では、超音波を発生する手段と
して振動子を用いて説明を行っているが、他の超音波発
生手段、他の超音波収束手段、また、他の駆動波形であ
ってよいことは、先の実施の形態と同様である。

【００２７】このように、超音波による霧化現象を用い
てインクの液滴化・吐出を行うインクジェットヘッドに
おいて、超音波発生手段に与える駆動信号として印加パ
ルス数、印加ゲート数、更に、駆動信号の駆動電圧を印
画タイミング毎に変化させることにより、超音波エネル
ギの微調整が可能で、より階調数が多い高画質画像を記
録することができる。また、多階調記録用ヘッドの小型
化や低コスト等やノズルやヘッド間に生じるインク吐出
量のばらつき補正ができることも先の実施の形態と同様
である。

【００２８】実施の形態３．実施の形態２では、バース
ト信号数ｋ、駆動間隔Ｔｂの制御に加え、駆動電圧Ｖｂ
を制御する場合を説明した。本実施の形態では、バース
ト信号毎に駆動電圧を制御する場合を説明する。図１１
は、実施の形態３におけるヘッド駆動装置の動作タイミ
ングチャートを示す図である。図の駆動電圧データ２−
４’は、バースト信号４−１の駆動電圧を示すデータ信
号であり、バーストタイミング信号２−５は、バースト
信号を発生するタイミングを示すデータ信号である。図
１２，１３は、本実施の形態におけるヘッド駆動回路を
示す図である。これらの図で、実施の形態１〜２と同一
要素には、同じ番号が付されている。図１２，１３の制
御装置２’’は、印画タイミング発生回路２１とＬＵＴ
２２と電圧制御手段２３’、バーストタイミング信号発
生回路２４で構成される。電圧制御手段２３’は、画像
データ１−１を電圧値に変換する装置で、駆動電圧デー
タ２−４’は、バースト信号４−１の電圧値を示すデー
タ信号である。アンプ７は、駆動電圧データ２−４’に
基づき、バースト信号４−１の電圧を増減幅するもので
ある。

【００２９】実施の形態３によるヘッド駆動装置は、イ
ンク吐出量の変調レベル数を更に多くするため、画像デ
ータの階調信号に応じて、バースト信号数ｋ、バースト
信号の駆動間隔Ｔｂに加えて、バースト信号の駆動電圧
Ｖｂの制御も行う。実施の形態２では、バースト信号の
駆動電圧データ２−４を印画タイミング信号２−１に同
期してアンプ７に送り、駆動電圧Ｖｂを印画ドット毎に
制御していたが、ここでは、図１１のように、バースト
信号毎にバースト信号の駆動電圧Ｖｂを変化させため、
制御装置２’’内部にはバーストタイミング信号２−５
を発生するバーストタイミング信号発生回路２４を設け
る。電圧制御装置２３’では、バーストタイミング信号
２−５に同期させて、画像データ１−１をバースト信号
の駆動電圧データ２−４’に変換する。電圧制御装置２
３’で変換された駆動電圧データ２−４’は、アンプ７
に送られ、ここでバースト信号の駆動電圧Ｖｂをバース
トタイミングに合わせて電圧増減幅を行う。そして、電
圧調整された駆動信号群を振動子６に送る。

【００３０】以上のように、画像データに応じて、バー
スト信号数ｋ、駆動間隔Ｔｂ、駆動電圧Ｖｂを調整した
駆動信号７−１を振動子に与えれば、インク吐出量をよ
り多種類に変調させることができ、階調段階数が多い高
画質画像の記録が行える。超音波手段、超音波収束手
段、駆動波形に変化があり得るのは、他の実施の形態と
同様である。このように、超音波発生手段に与える駆動
信号として印加パルス数、印加ゲート数、更に、駆動信
号の駆動電圧をパルス印加毎に変化させると、非常に広
範囲にインク吐出量の微調整が行える。

【００３１】実施の形態４．先の実施の形態では、バー
スト信号数、バースト信号の駆動間隔、バースト信号の
駆動電圧の制御によりインク吐出量の変調を行う場合を
説明した。本実施の形態では、上述の各制御パラメータ
に加えて、バースト信号のパルス幅Ｔｗを変化させるこ
とによりインク吐出量の変調レベル数を更に増加させる
場合を説明する。図１４は、実施の形態４におけるイン
クジェットヘッド駆動装置の動作タイミングチャートを
示す図である。図のパルス幅データ信号２−６は、バー
スト信号のパルス幅Ｔｗを制御するためのデータ信号で
あり、駆動信号７−１は最終的に振動子に与えられる駆
動信号である。図１５，１６は、本実施の形態における
駆動回路を示す図である。これらの図において、先の各
実施の形態と同一要素には、同じ番号が付されている。
図１５の制御装置２’’’は、内部にパルス幅制御装置
２５を備え、パルス幅制御装置２５により画像データ１
−１をパルス幅データ信号２−６に変換する。こうし
て、画像データ１−１に応じて、バースト信号の信号数
と駆動間隔を制御するとともに、パルス幅データ信号２
−６によりバースト信号のパルス幅Ｔｗを制御すること
で、インク吐出量の調整を行う。

【００３２】実施の形態４では、インク吐出量の変調レ
ベルを先の実施の形態以上に向上させるため、画像デー
タの階調信号に応じて、バースト信号数ｋ、バースト信
号の駆動間隔Ｔｂを変化させ、更に、バースト信号のパ
ルス幅Ｔｗの制御も行う。ここで、バースト信号のパル
ス幅Ｔｗは、インク滴を吐出するために必要な時間以上
のものとする。バースト信号のパルス幅Ｔｗの変化によ
って得られる印画濃度が変化する実験結果を図１７に示
す。図１７は、バースト信号のパルス幅Ｔｗ及び駆動間
隔Ｔｂ（固定周期）を同じ時間とし、駆動電圧Ｖｂが異
なる場合に得られる印画濃度の変化を示したグラフであ
る。図１７の丸２は、Ｔｗ＝Ｔｗ₁ 、丸３は、Ｔｗ＝Ｔ
ｗ₂ とし、バースト数ｋを変化させたときに得られる印
画濃度の測定結果である。この結果から分かるように、
バースト信号の異なるパルス幅Ｔｗによって印画濃度が
得られる。実施の形態１の説明で述べたように、駆動間
隔Ｔｂを変化させてインク吐出量をより細かく制御でき
るので、バースト信号の信号数ｋ、駆動間隔Ｔｂ、駆動
電圧Ｖｂに加えて、バースト信号のパルス幅Ｔｗを制御
することによって、インク吐出量を更に細かく制御で
き、結果として、変調レベル数を増やして多段階の階調
記録画像が得られる。

【００３３】図１５，１６は、実施の形態４におけるヘ
ッド駆動回路を示す図である。制御装置２’’’では、
画像データ１−１、制御データ１−２を印画タイミング
信号２−１や振動子に印可するバースト信号印加回数デ
ータ信号２−２、バースト信号の駆動間隔データ信号２
−３、駆動電圧データ２−４’’に変換する。パルス幅
制御装置２５では、バースト信号のバーストタイミング
信号２−５に同期して、画像データをバースト信号のパ
ルス幅データ信号２−６に変換する。このパルス幅デー
タ信号２−６は、ゲート信号発生回路３に送られ、デー
タ信号２−２，２−３，２−５，２−６に基づき、ゲー
ト信号３−１が生成される。ゲート信号３−１は、ＲＦ
信号５−１とともにゲート回路４に送られ、バースト信
号４−１に変換されて、アンプ７に送られる。アンプ７
では、先に変換された駆動電圧データ２−４’’に基づ
き、バースト信号毎、もしくは、ドット毎に電圧制御さ
れて振動子に送られる。このようにしてできた駆動信号
７−１により、インク吐出量を制御し、階調画像を記録
する。

【００３４】このように、超音波発生手段に与える駆動
信号として印加パルス数、印加ゲート数、駆動電圧及び
駆動信号の印加時間を変化させることにより、超音波エ
ネルギの制御パラメータが更に増えるので、インク吐出
量の微調整がより容易に、かつ、広範囲に行え、インク
吐出状態もより安定的に保てる。

【００３５】実施の形態５．先の実施の形態では、バー
スト信号の各パラメータを制御することにより、インク
吐出量の変調を行う場合を説明した。本実施の形態で
は、インク滴を吐出しない程度の圧力を発生するような
ダミーパルスを予め振動子に与えてインク吐出量制御を
行う。図１８は、実施の形態５におけるインクジェット
ヘッド駆動装置の動作タイミングチャートを示す図であ
る。図のダミーパルスは、インクは吐出させないが、メ
ニスカスを振動させるような駆動信号のことであり、バ
ースト信号より先に振動子に与えられる。また、駆動信
号７−１は、ダミーパルスを含めた圧電素子に与えられ
る駆動信号である。図２０，２１は、本実施の形態にお
けるヘッド駆動回路を示す図である。これらの図におい
て、先の各実施の形態と同一要素には、同じ番号が付さ
れている。図２０のダミーパルス制御装置８は、画像デ
ータ１−１をダミーパルスの電圧データ８−１、パルス
幅データ８−２に変換する装置である。ダミーパルス発
生器９は、電圧データ８−１，パルス幅データ８−２基
づき、ダミーパルス９−１を発生する装置である。ま
た、バーストタイミング信号発生回路２４’では、画像
データ１−１をダミーパルスとバースト信号の駆動間隔
データ２−５’に変換し、ゲート信号発生回路３に送
る。

【００３６】実施の形態１で述べたように、バースト信
号の駆動間隔が変化するとインクの吐出量は変化する。
これは、振動子から超音波を放射するときのインクメニ
スカスの状態と大きな関係がある。通常、インクのメニ
スカスは振動子から発生した超音波によって隆起し、振
動子に与えられる駆動電圧Ｖｂが０となった後もしばら
く残留振動している。インク滴の吐出量は、メニスカス
の残留振動に影響を受け、インクのメニスカスの隆起が
大きい場合には、インクの吐出量も多くなる。実施の形
態１の場合、メニスカスの残留振動の状態がバースト信
号の印加後の経過時間によって異なることを利用し、バ
ースト信号間の駆動間隔Ｔｂの変化によってインク吐出
量を調整する。このように、超音波を用いたインクジェ
ット装置では、印画タイミング信号に同期した駆動信号
が入力されるときのメニスカスの隆起度が、その吐出性
能に影響を及ぼす。従って、白の画像データがしばらく
続いた後に、ある濃度を記録する場合と、常にいくらか
の量のインクを吐出し続けた後に、ある濃度を記録する
場合では、実際に吐出されるインク量は異なってしま
う。ダミーパルスは、このような現象を防ぐ非常に有効
な方法である。

【００３７】ダミーパルスについて説明する。ダミーパ
ルスとは、インク滴を吐出することなく、インクのメニ
スカスを隆起させるような圧力を発生させるような信号
である。従って、例えば、図１９のようなパルス幅Ｔｗ
の小さなバースト信号をダミーパルスとして使うことも
できる。駆動電圧をＶｂと固定電圧としたときに、イン
ク滴を吐出させるために必要なバースト信号の最小パル
ス幅をＴｗ（ｍｉｎ）とすると、図１９のように、駆動
電圧Ｖｄ＝Ｖｂとしたダミーパルスのパルス幅Ｔｄを、
Ｔｄ＜Ｔｗ（ｍｉｎ）となるように設定する。そうすれ
ば、ダミーパルスを与えた場合に、振動子から発生する
超音波よって生じる圧力はインク滴を吐出するほどの大
きな圧力にならないが、インクのメニスカスを隆起させ
ることはできる。

【００３８】ダミーパルスを用いてインクの吐出量を制
御する場合、図１８のように、バースト信号より先にダ
ミーパルスを振動子に与える。図に示した例では、印画
タイミング信号に続いてダミーパルスを振動子に送って
いるが、バースト信号より先に振動子に与えるような条
件であれば、印画タイミング信号の直後ではなく、前ド
ット印画時に与えたバースト信号の後にするなどのよう
に、ダミーパルスの印加タイミングを変えても構わな
い。バースト信号は、ダミーパルスを振動子に与えたＴ
ｓ時間後に振動子に与え、この駆動間隔Ｔｓを画像デー
タに応じて、印画タイミング毎に調整することにより、
インクの吐出量を制御する。ダミーパルスは、インクを
吐出はしないが、メニスカスを隆起させる程度の信号で
あれば、パルス幅Ｔｄや、電圧Ｖｄ、ダミーパルス内の
ＲＦ信号の周期を変更しても構わない。また、バースト
信号の駆動条件として、ダミーパルスとの駆動間隔Ｔ
ｓ、駆動信号数ｋ、駆動間隔Ｔｂを制御する必要がある
が、その他の駆動条件であるバースト信号の駆動電圧Ｖ
ｂ、バースト信号のパルス幅Ｔｗを印画中は一定値、或
いは、画像データに応じて制御しても構わない。

【００３９】図２０，２１は、本実施の形態におけるヘ
ッド駆動回路を示す図である。制御装置２’’’では、
画像データ１−１、制御データ１−２を印画タイミング
信号２−１や振動子に印可するバースト信号印加回数デ
ータ信号２−２、バースト信号の駆動間隔データ信号２
−３、駆動電圧データ信号２−４’’’、バースト信号
パルス幅データ信号２−６に変換する。ダミーパルス制
御装置８は、データ信号１−１，１−３に基づき、ダミ
ーパルスの電圧データ８−１、パルス幅データ８−２を
生成し、ダミーパルス発生器９に送る。ダミーパルス発
生器９から振動子６にダミーパルス９−１が与えられ、
対応した超音波によりインクのメニスカスを隆起させ
る。そして、ダミーパルス９−１が与えられてからＴｓ
時間後に駆動信号７−１を振動子６に与える。ダミーパ
ルス９−１と駆動信号７−１の駆動間隔Ｔｓは、画像デ
ータ１−１に応じて制御装置２’’’内のバーストタイ
ミング信号発生回路２４で生成される。

【００４０】ダミーパルス９−１は、電圧、パルス幅な
どの条件を画像データ１−１に応じてドット毎に調整し
てもよいし、印画中は常に同じ条件のダミーパルスを用
いてもよい。しかし、インク吐出量を調整するため、ダ
ミーパルス９−１と駆動信号７−１間の駆動間隔Ｔｓ
は、画像データに応じてドット毎に制御する。また、バ
ースト信号数ｋとバースト駆動間隔Ｔｂは画像データに
応じて調整し、駆動電圧Ｖｂやバーストパルス幅Ｔｗは
印画中は一定値としてもよいし、駆動電圧Ｖｂやバース
トパルス幅Ｔｗを画像データに応じて調整してもよい。
また、本実施の形態では、ダミーパルスをパルス幅の小
さいバースト信号としたが、例えば、バースト信号と同
じパルス幅で低電圧のバースト信号、ＲＦ信号周期の異
なるようなバースト信号など、インク滴が吐出しないよ
うなバースト信号ならどのような信号をダミーパルスと
して用いてもよい。また、インクのメニスカスを隆起さ
せるが、インクは吐出しないような信号であれば、バー
スト信号とは全くことなる信号をダミーパルスとして用
いても構わない。

【００４１】このように、超音波発生手段に与える駆動
信号として、印加パルス数、印加ゲート数、駆動電圧Ｖ
ｂ及び駆動信号の印加時間を変化させることにより、イ
ンクの吐出状態を良好に保ったままでインクの吐出量を
多段階に制御でき、更に、ダミーパルスと駆動信号の駆
動間隔を制御することで、インクの吐出応答性を向上さ
せることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、超音
波発生手段と、収束手段と、高周波数パルス列を用いて
設定タイミング内のゲート数と、所定ゲート幅内のパル
ス数とを吐出量対応で制御する制御手段を備えたので、
広範囲にわたって多数のレベルの階調印画が可能となる
効果がある。また、濃度の異なるインクが不必要であ
り、ヘッドの小型化や低コスト化が可能で、ノズルやヘ
ッド間に生じるインク吐出量のばらつきを補正できる効
果がある。

【００４３】更に、ゲート周期や制御電圧も可変にした
ので、更に広範囲の階調制御を安定して行える効果があ
る。

【００４４】更に、ダミーパルスを制御するようにした
ので、吐出応答性を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１におけるインクジェ
ットヘッド駆動装置の動作タイミングチャート図であ
る。

【図２】 実施の形態１におけるバースト信号の例を示
す図である。

【図３】 この発明におけるインクジェットヘッドの例
を示す図である。

【図４】 実施の形態１におけるインクジェット駆動回
路を示す図である。

【図５】 図４の制御装置の回路図である。

【図６】 実施の形態１の駆動制御を実測した結果を示
す図である。

【図７】 この発明の実施の形態２におけるインクジェ
ットヘッド駆動装置の動作タイミングチャート図であ
る。

【図８】 実施の形態２における駆動回路を示す図であ
る。

【図９】 図８の制御装置の回路図である。

【図１０】 実施の形態２の駆動制御を実測した結果を
示す図である。

【図１１】 この発明の実施の形態３におけるインクジ
ェットヘッド駆動装置の動作タイミングチャート図であ
る。

【図１２】 実施の形態３におけるインクジェット駆動
回路を示す図である。

【図１３】 図１２の制御装置の回路図である。

【図１４】 この発明の実施の形態４におけるインクジ
ェットヘッド駆動装置の動作タイミングチャート図であ
る。

【図１５】 実施の形態４におけるインクジェットヘッ
ド駆動回路を示す図である。

【図１６】 図１５の制御装置の回路図である。

【図１７】 実施の形態４の駆動制御を実測した結果を
示す図である。

【図１８】 この発明の実施の形態５におけるインクジ
ェットヘッド駆動装置の動作タイミングチャート図であ
る。

【図１９】 実施の形態５で用いるダミーパルスの例を
示す図である。

【図２０】 実施の形態５におけるインクジェット駆動
回路を示す図である。

【図２１】 図２０の制御装置の回路図である。

【図２２】 従来例によるインクジェットヘッドとその
駆動装置の構成図である。

【図２３】 従来例によるインクジェットヘッド駆動法
を示すタイミングチャート図である。

【符号の説明】

３ ゲート信号発生回路、４ ゲート回路、５ ＲＦ信
号発生回路、６ 振動子、８ ダミーパルス制御装置、
９ ダミーパルス発生器、２２ ＬＵＴ（ルックアップ
テーブル）、２３ 電圧制御装置、２３’ 電圧制御装
置、２４ バーストタイミング信号発生回路、２５ パ
ルス幅制御装置、２−２ バースト信号印加回数データ
信号、２−３ 駆動間隔データ信号、２−４ 電圧デー
タ信号、２−４’ 電圧データ信号、２−５’ ダミー
パルスとバースト信号間の駆動間隔データ、２−６ パ
ルス幅データ信号、３−１ ゲート信号、４−１ バー
スト信号、５−１ ＲＦ信号、８−１ 電圧データ、８
−２ パルス幅データ、９−１ ダミーパルス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 雅敏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体インクを超音波で液滴化、吐出させ
   て記録するインクジェットヘッドにおいて、 超音波発生手段と、 上記超音波発生手段で発生した超音波を液体インクの吐
   出部分に集める収束手段と、 上記超音波発生手段に設定タイミング毎に高周波信号を
   所定ゲート幅与えて上記インクを吐出させるため、上記
   高周波信号の所定ゲート幅内のパルス数と設定タイミン
   グ内のゲート数とを、吐出量に対応して制御する制御手
   段とを備えたインクジェットヘッド駆動装置。
2. 【請求項２】 制御手段は、設定タイミング毎の所定ゲ
   ート幅内のパルス数と前ゲートからの周期を同時に制御
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載のインク
   ジェットヘッド駆動装置。
3. 【請求項３】 制御手段は、超音波発生手段に与える制
   御電圧も制御するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載のインクジェットヘッド駆動装置。
4. 【請求項４】 制御手段は、超音波発生手段に与える制
   御電圧をパルス毎に制御するようにしたことを特徴とす
   る請求項３記載のインクジェットヘッド駆動装置。
5. 【請求項５】 制御手段は、超音波発生手段に与えるゲ
   ート幅も制御するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載のインクジェットヘッド駆動装置。
6. 【請求項６】 液体インクを超音波で液滴化、吐出させ
   て記録するインクジェットヘッドにおいて、 超音波発生手段と、 上記超音波発生手段で発生した超音波を液体インクの吐
   出部分に集める収束手段と、 上記超音波発生手段に設定タイミング毎に高周波信号を
   吐出量に応じて所定ゲート幅与えて上記インクを吐出制
   御し、また印画に先だって液体インクを予め振動させる
   ダミーパルスを吐出制御パルスの前に送出し、上記吐出
   制御パルスまでの期間を制御する制御手段とを備えたイ
   ンクジェットヘッド駆動装置。
7. 【請求項７】 制御手段は、内部にルックアップテーブ
   ルを持ち、吐出量を指定されると上記ルックアップテー
   ブルをみてゲート幅内のパルス数と設定タイミング内の
   ゲート数とを定めるようにしたことを特徴とする請求項
   １記載のインクジェットヘッド駆動装置。