JPWO2017010353A1 - インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、同一のノズルから吐出されるインクの液滴速度を変えずに、液滴量を変更可能としたインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供することを課題とし、アクチュエータへの駆動信号の印加により圧力室の容積を膨張、収縮させるインクジェットヘッドと、アクチュエータに対して駆動信号を印加する駆動回路とを有し、駆動信号は、基準電位から開始して圧力室の容積を膨張させる第１の膨張パルスと、圧力室の容積を収縮させてノズルからインクを吐出させる第１の収縮パルスと、圧力室の容積を膨張させる第２の膨張パルスと、圧力室の容積を収縮させて基準電位に戻る第２の収縮パルスとをこの順に含み、駆動回路は、第１の収縮パルスの始端と終端との電位差を変更することにより、同一のノズルから液滴量の異なるインクを吐出可能に構成したことで解決される。

Description

本発明はインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関し、詳しくは、同一のノズルから吐出されるインクの液滴速度を変えることなく、液滴量を容易に変更できるようにしたインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。

近年、インクジェットヘッドを用いた画像形成において、写真画像に匹敵する高精細な画質が求められている。このため、インクジェットヘッドのノズルから吐出されるインクの液滴量は厳しく管理されるようになっている。

従来、特許文献１には、環境温度変化によってインクの粘度が変化し、インク滴の速度やインク滴の体積が変化することに鑑み、加圧室の容積を膨張させる第１の波形要素と、膨張状態を保持する第２の波形要素と、加圧室の容積を収縮させてインク滴を吐出させる第３の波形要素とを含む駆動信号において、第１の波形要素と第２の波形要素の電位差と、第３の波形要素と第２の波形要素との電位差との差を、環境温度が高温のときに小さくし、低温のときに大きくすることが記載されている。

特許文献２には、温度が上がってインクの粘度が下がると、所定の式に従って、駆動信号の振幅を小さくなるように変化させることが記載されている。

特許文献３には、インクジェットヘッドの複数のノズルを１以上のノズルからなる複数のグループに区分し、膨張パルスの駆動電圧値を各グループで共通に設定し、収縮パルスの駆動電圧値をグループ毎に液滴速度の大小に応じて独立に設定した駆動信号をヘッドに印加することにより、ノズル毎の液滴速度のばらつきによる液滴量の変動を小さく抑えることが記載されている。

特開２００４−４２５７６号公報 特開２００５−２１２３６５号公報 再公表２０１２−１２１０１９号公報

ところで、インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドの同一のノズルから、液滴量の異なるインクを吐出させることにより、多階調を表現することも行われている。

同一のノズルから液滴量の異なるインクを吐出させるには、液滴量に応じた専用の駆動信号を選択して印加する方法が一般的である。しかし、異なる液滴量に対応して複数の駆動信号を用意する必要があり、また、制御も煩雑となる。

また、駆動信号を変更すると、液滴速度も変化するおそれがある。この場合、液滴量の異なるインクを吐出する毎に着弾位置ずれが発生するため、液滴量の変更と同時に、吐出タイミングも調整しなくてはならず、極めて制御が煩雑となる。このため、インクジェットヘッドの同一のノズルから、液滴速度を変化させることなく、液滴量の異なるインクを吐出できるようにすることが望まれる。

上記特許文献１、２は、インクの粘度変化に対応させて駆動信号を変化させるものであり、上記特許文献３は、インクジェットヘッドの複数のノズル間で液滴量の変動を抑制するものである。従って、何れのものも、インクジェットヘッドの同一のノズルから、液滴速度を変化させることなく、液滴量の異なるインクを吐出させるものではない。

そこで、本発明は、同一のノズルから吐出されるインクの液滴速度を変えることなく、液滴量を変更することができるインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法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。

１．
アクチュエータに駆動信号を印加することにより、該アクチュエータに対応する圧力室の容積を膨張、収縮させ、該圧力室内のインクをノズルから吐出させて記録媒体に印字を行うインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドの前記アクチュエータに対して駆動信号を印加する駆動回路とを有するインクジェット記録装置において、
前記駆動信号は、基準電位から開始して前記圧力室の容積を膨張させる第１の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記ノズルからインクを吐出させる第１の収縮パルスと、前記圧力室の容積を膨張させる第２の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記基準電位に戻る第２の収縮パルスとをこの順に含み、
前記駆動回路は、前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出可能に構成されているインクジェット記録装置。
２．
前記駆動回路は、前記電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出させ、前記記録媒体に多諧調印字を行う前記１記載のインクジェット記録装置。
３．
前記駆動回路は、前記記録媒体の種類に応じて、前記電位差を変更可能に構成されている前記１又は２記載のインクジェット記録装置。
４．
前記駆動回路は、前記基準電位と前記第１の膨張パルスの終端との電位差をΔＶ１、前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差をΔＶ２としたとき、電位差比ΔＶ２／ΔＶ１を、０．８以上１．２以下の範囲内となるように、前記電位差ΔＶ２を変更可能に構成されている前記１、２又は３記載のインクジェット記録装置。
５．
前記圧力室内におけるインクの振動周期をＴｃとしたとき、前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間Ｔ１は、０．４５Ｔｃ以上０．５５Ｔｃ以下である前記１〜４の何れかに記載のインクジェット記録装置。
６．
前記第１の収縮パルスの始端と前記第１の収縮パルスの終端との電位差をΔＶ２、前記第２の収縮パルスの始端と前記基準電位との電位差をΔＶ３としたとき、ΔＶ２＞ΔＶ３である前記１〜５の何れかに記載のインクジェット記録装置。
７．
電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．３以上０．９以下である前記６記載のインクジェット記録装置。
８．
電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．５以上０．９以下である前記６記載のインクジェット記録装置。
９．
前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．２以下である前記１〜８の何れかに記載のインクジェット記録装置。
１０．
前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．０以下である前記１〜８の何れかに記載のインクジェット記録装置。
１１．
前記駆動信号は、スロープ波形である前記１〜１０の何れかに記載のインクジェット記録装置。
１２．
インクジェットヘッドのアクチュエータに駆動信号を印加することにより、該アクチュエータに対応する圧力室の容積を膨張、収縮させ、該圧力室内のインクをノズルから吐出させて記録媒体に印画を行うインクジェット記録方法において、
前記駆動信号は、基準電位から開始して前記圧力室の容積を膨張させる第１の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記ノズルからインクを吐出させる第１の収縮パルスと、前記圧力室の容積を膨張させる第２の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記基準電位に戻る第２の収縮パルスとをこの順に含み、
前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出させるインクジェット記録方法。
１３．
前記電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出させ、前記記録媒体に多諧調印字を行う前記１２記載のインクジェット記録方法。
１４．
前記記録媒体の種類に応じて、前記電位差を変更する前記１２又は１３記載のインクジェット記録方法。
１５．
前記基準電位と前記第１の膨張パルスの終端との電位差をΔＶ１、前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差をΔＶ２としたとき、電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が０．８以上１．２以下の範囲内となるように、前記電位差ΔＶ２を変更する前記１２、１３又は１４記載のインクジェット記録方法。
１６．
前記圧力室内におけるインクの振動周期をＴｃとしたとき、前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間Ｔ１は、０．４５Ｔｃ以上０．５５Ｔｃ以下である前記１２〜１５の何れかに記載のインクジェット記録方法。
１７．
前記第１の収縮パルスの始端と前記第１の収縮パルスの終端との電位差をΔＶ２、前記第２の収縮パルスの始端と前記基準電位との電位差をΔＶ３としたとき、ΔＶ２＞ΔＶ３である前記１２〜１６の何れかに記載のインクジェット記録方法。
１８．
電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．３以上０．９以下である前記１７記載のインクジェット記録方法。
１９．
電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．５以上０．９以下である前記１７記載のインクジェット記録方法。
２０．
前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．２以下である前記１２〜１９の何れかに記載のインクジェット記録方法。
２１．
前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．０以下である前記１２〜１９の何れかに記載のインクジェット記録方法。
２２．
前記駆動信号は、スロープ波形である前記１２〜２１の何れかに記載のインクジェット記録方法。

本発明によれば、同一のノズルから吐出されるインクの液滴速度を変えることなく、液滴量を変更することができるインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供することができる。

本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す概略構成図 インクジェットヘッドの一実施形態を示す断面図 インクジェット記録装置の電気的構成の一実施形態を示すブロック図 駆動信号の一実施形態を示す図 電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が調整された駆動信号の説明図 （ａ）電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が大きく変更された駆動信号により大液滴を吐出する様子の説明図、（ｂ）電位差比ΔＶ２／ΔＶ１を変化させない駆動信号により中液滴を吐出する様子の説明図、（ｃ）電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が小さく変更された駆動信号により小液滴を吐出する様子の説明図 電位差比ΔＶ２／ΔＶ１と液滴量比率との関係を示すグラフ 電位差比ΔＶ２／ΔＶ１と液滴速度との関係を示すグラフ

以下、本発明の実施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実施形態を示す概略構成図である。

インクジェット記録装置１は、図１に示すように、複数のインクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄを備えている。本実施形態では、例えばＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のインク色毎の４つのインクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄが図示Ｘ−Ｘ’方向（主走査方向）に並設されているが、本発明においてインクジェットヘッドの数は特に限定されず、少なくとも１つあればよい。

各インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄは、ノズル面側が記録媒体５０と対向するように共通のキャリッジ２０に搭載され、フレキシブルケーブル３０を介して、インクジェット記録装置１に設けられた制御装置（図１において不図示）に電気的に接続されている。

キャリッジ２０は、主走査モーター（図１において不図示）によって、ガイドレール４０に沿う主走査方向に往復移動可能である。また、記録媒体５０は、副走査モーター（図１において不図示）の駆動によって、主走査方向と交差する図示Ｙ方向に沿って所定量ずつ間欠搬送されるようになっている。

このインクジェット記録装置１は、各インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄがキャリッジ２０の移動によって主走査方向に移動する過程で、各インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄのノズルから記録媒体５０に向けてインクを吐出する。そして、このインクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄの主走査方向の移動と記録媒体５０の副走査方向の間欠的な搬送との協働によって、記録媒体５０上に所定の画像を印字（以下、印画ともいう。）する。

次に、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄの一実施形態について、図２に示すインクジェットヘッドの断面図を用いて説明する。各インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄは同一構成であるため、図２では、符号１０によって示される一つのインクジェットヘッドの構成について説明する。

インクジェットヘッド１０は、図２に示すように、ヘッド基板１１と配線基板１２と接着樹脂層１３とが積層されることによって構成されている。配線基板１２の上面にはインクマニホールド１４が接合されている。インクマニホールド１４の内部は、配線基板１２との間でインクが貯留される共通インク室１４ａとなっている。

ヘッド基板１１は、図２中下層側から、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成されたノズルプレート１１ａ、ガラス基板によって形成された中間プレート１１ｂ、Ｓｉ（シリコン）基板によって形成された圧力室プレート１１ｃ、ＳｉＯ_２薄膜によって形成された振動板１１ｄとが積層されている。ノズルプレート１１ａの下面には複数のノズル１１ｅが開口している。

圧力室プレート１１ｃには、それぞれインクが収容される複数の圧力室１５が形成されている。圧力室１５の上壁は振動板１１ｄによって構成され、下壁は中間プレート１１ｂによって構成されている。各圧力室１５は、中間プレート１１ｂを介してノズル１１ｅと連通している。

振動板１１ｄの上面には、各圧力室１５に１対１に対応して、アクチュエータ１６が積層されている。アクチュエータ１６は、薄膜ＰＺＴ等の圧電素子が、駆動電極としての上部電極と下部電極（いずれも不図示）とで挟まれた構造をしている。上部電極はアクチュエータ本体の上面に配置され、下部電極は圧電素子の下面に配置されている。下部電極は、振動板１１ｄの上面に広がっており、全てのアクチュエータ１６に共通の共通電極を構成している。下部電極は接地されている。

配線基板１２は、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄ毎に設けられた駆動回路（図１、図２において不図示）からの駆動信号を各アクチュエータ１６の駆動電極に対して印加するための配線を備えた基板である。

接着樹脂層１３は、例えば熱硬化性の感光性接着樹脂シートによって形成され、ヘッド基板１１と配線基板１２との間で両基板１１、１２を一体に接着している。両基板１１、１２の間には、この接着樹脂層１３の厚み分の間隔が設けられている。接着樹脂層１３は、アクチュエータ１６及びその周囲に相当する領域が露光、現像によって除去されている。各アクチュエータ１６は、この接着樹脂層１３が除去された空間内にそれぞれ配置されている。

接着樹脂層１３には、上下に貫通する貫通孔１３ａが各圧力室１５に対応して形成されている。各貫通孔１３ａの一端（上端）は、配線基板１２に形成されたインク供給路１２ａと連通し、他端（下端）は、圧力室１５の内部と連通している。インク供給路１２ａは共通インク室１４ａに開口している。

このインクジェットヘッド１０は、共通インク室１４ａからインク供給路１２ａ、貫通孔１３ａを介して各圧力室１５内にインクが供給される。そして、駆動回路から各アクチュエータ１６の駆動電極に、後述するように膨張パルスと収縮パルスとを含む駆動信号が印加されると、アクチュエータ１６が変形動作して振動板１１ｄが振動し、対応する圧力室１５の容積が膨張、収縮する。これにより、圧力室１５内のインクに圧力変化が付与され、記録媒体５０に向けてノズル１１ｅからインクが吐出する。

図３は、インクジェット記録装置１の電気的構成の一実施形態を示すブロック図である。

図３において、１００は制御装置、２００はホストコンピューター、６０Ａ〜６０Ｄは、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄに１対１に対応する駆動回路である。

制御装置１００は、図３に示すように、インターフェースコントローラー１０１、画像メモリ１０２、転送手段１０３、ＣＰＵ１０４、主走査モーター１０５、副走査モーター１０６、入力操作部１０７、駆動信号発生回路１０８等を含んでいる。

インターフェースコントローラー１０１は、通信回線を介して接続されるホストコンピューター２００から、記録媒体５０に印画すべき画像情報を取り込む。

なお、後述する多諧調印字を行う場合、この画像情報には、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄの各ノズル１１ｅから吐出すべきインクの階調情報も含まれていることが好ましい。

画像メモリ１０２は、インターフェースコントローラー１０１を介して取得される画像情報を、一時的に記憶する。画像メモリ１０２の画像情報は、駆動回路６０Ａ〜６０Ｄに送られる。

転送手段１０３は、画像メモリ１０２から各駆動回路６０Ａ〜６０Ｄに、各インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄの複数ノズルからの一回の吐出で記録される部分画像情報を転送する。転送手段１０３は、タイミング発生回路１０３ａ及びメモリ制御回路１０３ｂを含む。タイミング発生回路１０３ａは、例えば不図示のエンコーダセンサー等によってキャリッジ２０の位置情報を求める。メモリ制御回路１０３ｂは、この位置情報から、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄ毎に必要とされる部分画像情報のアドレスを求める。そして、メモリ制御回路１０３ｂは、この部分画像情報のアドレスを用いて、画像メモリ１０２からの読み出し、駆動回路６０Ａ〜６０Ｄへの転送を行う。

ＣＰＵ１０４は、インクジェット記録装置１を統括する制御部であり、記録媒体５０の搬送、キャリッジ２０の移動、各インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄからのインクの吐出等を制御する。

主走査モーター１０５は、図１に示すキャリッジ２０を主走査方向に移動させるモーターである。副走査モーター１０６は、記録媒体５０を副走査方向に搬送するモーターである。これらモーター１０５、１０６の駆動は、ＣＰＵ１０４によって制御される。

入力操作部１０７は、ＣＰＵ１０４がオペレーターによる各種の入力操作を受け付ける部分であり、例えばタッチパネルによって構成される。

なお、後述するように、インクジェット記録装置１において使用される記録媒体５０の種類に応じて液滴量を変更可能とする場合には、この入力操作部１０７に備えられる入力キーは、記録媒体５０の種類を選択する記録媒体種選択キーを含んでいることが好ましい。記録媒体５０の種類としては、普通紙、光沢紙、布帛、プラスチックシート等が挙げられる。

駆動信号発生回路１０８は、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄからインクを吐出させるための駆動信号の信号波形を生成する。この信号波形は、タイミング発生回路１０３ａの画像情報のラッチ信号に同期し、ラッチ信号毎に生成され、駆動回路６０Ａ〜６０Ｄに出力される。

駆動回路６０Ａ〜６０Ｄは、対応するインクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄの各アクチュエータ１６を駆動する。この駆動回路６０Ａ〜６０Ｄは、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄと共にキャリッジ２０に搭載されており、フレキシブルケーブル３０によって制御装置１００と電気的に接続されている。

駆動回路６０Ａ〜６０Ｄは、それぞれ電圧設定部６１Ａ〜６１Ｄを有している。電圧設定部６１Ａ〜６１Ｄは、駆動信号発生回路１０８から送られる駆動信号の信号波形に対して所定の電圧を設定する。駆動回路６０Ａ〜６０Ｄは、電圧設定部６１Ａ〜６１Ｄによって電圧設定された駆動信号を、画像メモリ１０２から送られる画像情報に基づいて、対応するインクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄの各アクチュエータ１６の駆動電極に印加する。この電圧設定部６１Ａ〜６１Ｄによって設定される電圧値は、ＣＰＵ１０４によって駆動回路６０Ａ〜６０Ｄ毎に独立して制御可能となっている。

次に、駆動信号について説明する。

図４は、駆動回路６０Ａ〜６０Ｄからインクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄに出力される駆動信号の一実施形態を示している。

この駆動信号Ｐは、図４に示すように、基準電位から開始して圧力室１５の容積を膨張させる第１の膨張パルスＰ１と、圧力室１５の容積を収縮させてノズルからインクを吐出させる第１の収縮パルスＰ２と、圧力室１５の容積を膨張させる第２の膨張パルスＰ３と、圧力室１５の容積を収縮させて基準電位に戻る第２の収縮パルスＰ４とをこの順に含んでいる。

第１の膨張パルスＰ１の終端と第１の収縮パルスＰ２の始端との間には、第１の膨張パルスＰ１の電位を維持する維持パルスＰ５を有している。また、第１の収縮パルスＰ２の終端と第２の膨張パルスＰ３の始端との間には、一定電位を保持する中間パルスＰ６を有している。さらに、第２の膨張パルスＰ３の終端と第２の収縮パルスＰ４の始端との間には、第２の膨張パルスＰ３の電位を維持する維持パルスＰ７を有している。

なお、維持パルスＰ５、Ｐ７は、本実施形態では平坦なパルスとしているが、必ずしも平坦なパルスに限定されず、インク吐出に支障がない程度に、僅かに上り傾斜していてもよい。

また、ΔＶ１は、基準電位と第１の膨張パルスＰ１の終端との間の電位差である。ΔＶ２は、第１の収縮パルスＰ２の始端と終端との間の電位差である。ΔＶ３は、第２の収縮パルスＰ４の始端と基準電位との間の電位差である。

本実施形態に示す駆動信号Ｐは、各パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の立ち上がり、立ち下がりを傾斜状としたスロープ波形からなる。スロープ波形とすることにより、サテライト、速度異常、曲がり等の不安定吐出を抑制する効果があるため、本発明において好ましい態様である。

この駆動信号Ｐが、インクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄのアクチュエータ１６の駆動電極に印加されると、まず、第１の膨張パルスＰ１によって、圧力室１５の容積は、膨張も収縮もしていない初期状態から膨張し始める。これによって、共通インク室１４ａから圧力室１５内にインクが流れ込む。この膨張状態は維持パルスＰ５の期間維持される。

次いで、第１の収縮パルスＰ２によって、膨張状態にある圧力室１５の容積が収縮し始める。圧力室１５の容積の収縮により、圧力室１５内に正の圧力波が発生する。これにより、インクがノズル１１ｅから押し出され、インクが吐出する。この収縮状態は中間パルスＰ６の期間維持される。

次いで、第２の膨張パルスＰ３によって、圧力室１５の容積は再び膨張し始める。中間パルスＰ６の後、この第２の膨張パルスＰ３によって開始されるパルスは、第１の収縮パルスＰ２によって発生した圧力室１５内の残響圧力波をキャンセルするキャンセルパルスである。圧力室１５の容積が膨張することにより、圧力室１５内には負の圧力波が発生する。これにより、第１の収縮パルスＰ２によって圧力室１５内に発生した正の圧力波にキャンセルがかかる。

これと同時に、第１の収縮パルスＰ２によってノズル１１ｅから押し出されたインクの尾部が、ノズル１１ｅ側に引っ張られる。これにより、第１の収縮パルスＰ２によってノズル１１ｅから吐出されたインクが、ノズル１１ｅ内部のインクと強制的に分離される。インクの尾部が引っ張られることで、尾部は短くなるため、吐出されるインクに付随するサテライトも抑制される。分離したインクは、記録媒体５０に着弾してドットを形成する。第２の膨張パルスＰ３による膨張状態は、維持パルスＰ７の期間維持される。

次いで、第２の収縮パルスＰ４によって、圧力室１５の容積は再び収縮する。その後、第２の収縮パルスＰ４が基準電位に戻ることにより、圧力室１５の容積は、膨張も収縮もしていない初期状態に復帰する。

ここで、駆動回路６０Ａ〜６０Ｄは、各々の電圧設定部６１Ａ〜６１Ｄによって、駆動信号Ｐにおける電位差ΔＶ２を変更可能に構成されている。

駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更する様子を図５に示す。図５は、液滴量の増減のため、駆動信号Ｐにおける電位差ΔＶ１を一定に維持しながら、電位差ΔＶ２を大小に変更させる様子を示している。また、本実施形態では、サテライトの抑制や安定吐出の観点から、第１の収縮パルスＰ２の始端電位と、第２の膨張パルスＰ３の終端電位は変化させず、一定電位に維持しており、本発明において好ましい態様を示している。

駆動回路６０Ａ〜６０Ｄは、電圧設定部６１Ａ〜６１Ｄにおいて、駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更することにより、図５中の一点鎖線で示すように、電位差ΔＶ２を大きくした駆動信号Ｐａと、図５中の二点鎖線で示すように、電位差ΔＶ２を小さくした駆動信号Ｐｃとの間で可変としている。このとき、中間パルスＰ６の維持期間は変化させておらず、第１の収縮パルスＰ２及び第２の膨張パルスＰ３の傾きを変化させている。これにより、電位差ΔＶ２を変更しても、第１の膨張パルスＰ１の始端から第２の収縮パルスＰ４の終端までの期間は不変となり、最大駆動周波数が変化することはないため、本発明において好ましい。但し、サテライト等の不安定吐出の抑制を重視する場合、中間パルスＰ６の維持期間を変化させることにより、第１の収縮パルスＰ２及び第２の膨張パルスＰ３の傾きが一定となるようにしてもよい。

このように、駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更することにより、中間パルスＰ６の電位が相対的に変化する。これにより、第１の収縮パルスＰ２によって圧力室１５の容積が収縮した際にノズル１１ｅから押し出されるインクの押し出し量が変化する。

図６は、（ａ）電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が大きく変更された駆動信号により大液滴を吐出する様子の説明図であり、（ｂ）電位差比ΔＶ２／ΔＶ１を変化させない駆動信号により中液滴を吐出する様子の説明図であり、（ｃ）電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が小さく変更された駆動信号により小液滴を吐出する様子の説明図である。

例えば、駆動信号Ｐａをアクチュエータ１６の駆動電極に印加すると、中間パルスＰ６の電位は、基準電位である駆動信号Ｐｂを印加した場合に比べて相対的に大きくなるため、第１の収縮パルスＰ２による圧力室１５の容積の収縮量も大きくなる。その結果、図６（ａ）に示すように、ノズル１１ｅから押し出されるインク３００の押し出し量Ｌ１は、図６（ｂ）に示す駆動信号Ｐｂを印加した場合のインク３００の押し出し量Ｌ２に比べて大きくなる。そして、キャンセルパルスによって、押し出し量が大きい状態でインク３００が強制的に分離される。このため、ノズル１１ｅからは、駆動信号Ｐｂによって吐出される図６（ｂ）に示す液滴３０２よりも大きな液滴量の液滴３０１が吐出される。

一方、駆動信号Ｐｃをアクチュエータ１６の駆動電極に印加すると、逆に、中間パルスＰ６の電位は相対的に下がるため、第１の収縮パルスＰ２による圧力室１５の容積の収縮量も小さくなる。その結果、図６（ｃ）に示すように、ノズル１１ｅから押し出されるインク３００の押し出し量Ｌ３は、図６（ｂ）に示す駆動信号Ｐｂを印加した場合のインク３００の押し出し量Ｌ２に比べて小さくなる。そして、キャンセルパルスによって、押し出し量が小さい状態でインク３００が強制的に分離される。このため、ノズル１１ｅからは液滴３０２よりも小さな液滴量の液滴３０３が吐出される。

すなわち、インク３００の押し出し量は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３となり、それによって吐出されるインクの液滴量は、液滴３０１＞液滴３０２＞液滴３０３の関係となる。従って、駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更することにより、ノズル１１ｅから吐出されるインクの液滴量を増減させることができる。

しかも、このように液滴量を増減させても、インクの液滴速度は実質的に変化しない。その理由は次の通りである。駆動信号Ｐの電位差ΔＶ１は一定であるため、第１の膨張パルスＰ１による圧力室１５の容積の膨張の程度は、液滴量に関わらず一定である。しかも、第２の膨張パルスＰ３は第１の収縮パルスＰ２の印加によって吐出されるインクを強制的に分離して、吐出されるインクの尾を切る役割を有している。電位差ΔＶ２が大きい時には、第１の収縮パルスＰ２の印加による吐出エネルギーも大きくなるが、第２の膨張パルスＰ３の印加によるエネルギーも大きくなる。一方、電位差ΔＶ２が小さい時には、第１の収縮パルスＰ２の印加による吐出エネルギーも小さいが、第２の膨張パルスＰ３の印加によるエネルギーも小さくなる。これらの結果、ノズル１１ｅから押し出されるインクの押し出し速度が変化することはなく、インクの液滴速度は実質的に変化しない。

本発明者が確認したところ、駆動信号Ｐの中間パルスＰ６を基準電位に設定した場合に吐出されるインクの標準液滴量３．０ｐｌに対して、電位差ΔＶ１を一定に維持しながら、電位差ΔＶ２が大きくなるように電圧調整した場合、液滴速度は実質的に変化することなく、最大４．６ｐｌ（約５０％増加）の大液滴を吐出することができた。一方、同様に、電位差ΔＶ１を一定に維持しながら、電位差ΔＶ２が小さくなるように電圧調整した場合、液滴速度は実質的に変化することなく、最小１．９ｐｌ（約４０％低減）の小液滴を吐出することができた。すなわち、液滴速度を変えずに、１．９ｐｌから４．６ｐｌまでの約２．５倍の液滴量のコントロールが可能であった。

従って、駆動回路６０Ａ〜６０Ｄからインクジェットヘッド１０Ａ〜１０Ｄに対して出力される駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を大小変更することにより、同一のノズル１１ｅから吐出されるインクの液滴速度を変えることなく、液滴量を変更することができる。液滴量毎の駆動信号は、同一の駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更するだけであるため、液滴量毎の異なる駆動信号を用意する必要はなく、制御が煩雑になることはない。また、液滴量を変更しても、液滴速度は実質的に変化しないため、液滴量毎に着弾位置ずれが発生するおそれはなく、液滴量が異なる毎に吐出タイミングを調整する必要もない。

駆動回路６０Ａ〜６０Ｄは、駆動信号Ｐの電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が０．８以上１．２以下の範囲内となるように、電位差ΔＶ２を変更可能とすることが好ましい。０．８を下回ると、吐出されるインクが散り始め、１．２を超えると、吐出されるインクがぶれ始めるようになり、いずれもインクの吐出が安定しにくくなる。従って、電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が０．８以上１．２以下の範囲内となるように、電位差ΔＶ２を変更すれば、液滴速度に変化がない状態で、異なる液滴量のインクを安定的に吐出させることができる。

駆動信号Ｐにおいて、電位差ΔＶ２とΔＶ３とを比較したとき、ΔＶ２＞ΔＶ３となっている。これにより、キャンセルパルスを構成する第２の収縮パルスＰ４によって、さらにインクがノズル１１ｅから吐出してしまうことはない。

この電位差ΔＶ２とΔＶ３との電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．３以上０．９以下であることが好ましい。この範囲内では、第１の収縮パルスＰ２の印加後に圧力室１５内に発生した残響圧力波を効果的に抑制でき、インクを安定して吐出させることができる。残響圧力波の抑制は、高周波駆動を行う上で重要である。０．３よりも小さい場合は、キャンセルパルスとして妥当でなくなる。電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．５以上０．９以下であることがより好ましく、０．８が最も好ましい。

駆動信号Ｐは、第１の膨張パルスＰ１の始端から第１の収縮パルスＰ２の始端までの期間Ｔ１が、０．４５Ｔｃ以上０．５５Ｔｃ以下であることが好ましい。これにより、最も効率的にインクを吐出させることができる。

ここで、Ｔｃとは、圧力室１５内のインクの振動周期である。このＴｃは、例えば次式で表すことができる。

Ｔｃ＝２π［｛（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）｝×Ｃｃ］^１／２

Ｍｎはノズル１１ｅにおけるイナータンス、Ｍｓは圧力室１５へのインクの供給口におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室１５のコンプライアンスである。イナータンスとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。イナータンスＭは次式で近似して表すことができる。

Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ

ρはインクの密度、Ｓはインク流路のインク流れ方向と直交する面の断面積、Ｌはインク流路の長さである。

駆動信号Ｐにおいて、第１の膨張パルスＰ１の始端から第１の収縮パルスＰ２の始端までの期間をＴ１、第１の収縮パルスＰ２の始端から第２の膨張パルスＰ３の始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．２以下であることが好ましい。この範囲内であれば、ノズル１１ｅから吐出されるインクに付随するサテライトが抑制され、インクを安定して吐出することができる。０．６以上１．０以下であることが、吐出効率を落とさずに吐出できる点でより好ましく、０．７以上０．９以下であることが、吐出効率よく安定吐出できる点でさらに好ましい。

次に、駆動回路６０Ａ〜６０Ｄにより、駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更して、同一のノズル１１ｅから、液滴速度を変化させることなく、液滴量を変更する具体的な態様について説明する。

同一のノズル１１ｅから吐出される液滴量の異なるインクは、記録媒体５０上に着弾した際、それぞれ径の異なるドットを形成する。このため、同一のノズル１１ｅから液滴量の異なるインクを吐出させることによって、記録媒体５０上に多諧調印字を行うことができる。

同一のノズル１１ｅから吐出されるインクの液滴量は、印画すべき画像データに含まれる階調情報に基づいて決定される。このとき、ＣＰＵ１０４又は駆動回路６０Ａ〜６０Ｄ等に、階調（液滴量）と駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２の値との関係を予め規定したテーブルを用意しておくことが好ましい。このテーブルを参照することにより、画像データの階調情報から、迅速に駆動信号Ｐの電圧を設定することが可能となる。

多諧調印字を行う場合、１画素当たりに同一のノズル１１ｅから吐出されるインクは、１滴に限らず、複数滴とすることもできる。すなわち、１画素周期内に複数の駆動信号を連続して印加し、同一のノズル１１ｅから複数滴のインクを吐出させることにより、より大きな液滴量の大液滴を形成することもできる。複数滴のインクは、飛翔中に合体し、又は、記録媒体５０上で重なり合うことにより、大ドットを形成する。この場合、少なくとも最終滴を形成する駆動信号に、上記の駆動信号Ｐを使用することにより、サテライトが抑制された大ドットを形成することができる。

次に、記録媒体５０の種類に応じて、同一のノズル１１ｅから吐出されるインクの液滴量を変更可能とする、すなわち、駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更可能とすることで、記録媒体５０上に形成されるドットの径を調整することも好ましい。

例えば、使用される記録媒体５０が、布帛のようにインク吸収性の高いものと、プラスチックシートのようにインク吸収性が低いものとでは、同じ液滴量のインクを吐出させても、記録媒体５０上に形成されるドットの径は異なる。インク吸収性が高いもの程、ドットは記録媒体５０に吸収されながら周囲に広がり易く、インク吸収性が低いものに比べてドット径は大きくなる傾向にある。このため、同一の画像データに基づく印画を行なっても、記録媒体５０の種類によって、形成される画像の印象が大きく異なってしまうおそれがある。

そこで、記録媒体５０の種類に応じて、同一のノズル１１ｅから吐出されるインクの液滴量を異ならせ、記録媒体５０上に形成されるドットの径を適切に調整することにより、画像の均質化を図ることができる。

具体的には、記録媒体５０のインク吸収性が高いもの程、駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を小さくすることにより、吐出されるインクの液滴量が小さくなるように変更する。液滴速度は変わらないため、記録媒体５０の種類毎に着弾位置ずれが発生するおそれはなく、記録媒体５０の種類毎に吐出タイミングを調整し直す必要もない。

記録媒体５０の種類は、一般に、オペレーターが入力操作部１０７を入力操作することにより設定される。また、図示しないが、記録媒体５０の種類毎に用意された専用トレーの種別を、インクジェット記録装置１に設けたセンサーによって検出すること等により、使用される記録媒体５０の種類を自動検出するようにしてもよい。

記録媒体５０の種類に対応するインクの液滴量を決定する際、ＣＰＵ１０４又は駆動回路６０Ａ〜６０Ｄ等に、記録媒体５０の種類毎に、液滴量と駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２との関係を予め規定したテーブルを用意しておくことが好ましい。このテーブルを参照することにより、記録媒体５０の種類に応じて、最適な駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を迅速に設定することができる。

なお、上述した多諧調印字を行う場合にも、記録媒体５０の種類に応じてインクの液滴量を変更するようにしてもよいことはもちろんである。すなわち、記録媒体５０のインク吸収性が高いもの程、多諧調印字を行う際の駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２をより小さくすることにより、吐出されるインクの液滴量が小さくなるように変更する。これにより、記録媒体５０の種類に関わらず、多諧調印字時に形成される画像の均質化を図ることができる。

上述したように、本発明によれば、同一のノズルから吐出されるインクの液滴速度を変えることなく、液滴量を変更することができるインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供することができる。

以下、実施例によって本発明の効果を例証する。

図２に示す構造のインクジェットヘッドを用いて、図４に示す駆動信号Ｐについて、図５に示すように、電位差ΔＶ２を変更することにより、同一のノズルからそれぞれ吐出されるインクの液滴体積、液滴速度を計測した。ここでは、電位差ΔＶ１を一定に維持した状態で、電位差比ΔＶ２／ΔＶ１を変化させた。

（インクジェットヘッド）
圧力室の振動周期：Ｔｃ＝６μｓ
インク粘度：１０ｃｐ

（駆動波形）
Ｔ１：３μｓ
Ｔ２：２．５μｓ
Ｐ５：２．０μｓ
Ｐ６：１．０μｓ
Ｐ７：０．５μｓ
駆動周期（Ｐ１の始端〜Ｐ４の終端）：８．５μｓ
基準電位：０Ｖ
ΔＶ１：２０Ｖ
ΔＶ３：１６Ｖ

液滴体積は、液滴観測装置によって飛翔する液滴を画像認識し、当該液滴を１つの球であるとみなしたときの体積（ｐｌ）に換算することによって求めた。また、電位差比ΔＶ２／ΔＶ１を変更した場合の液滴量比率を、ΔＶ２／ΔＶ１＝１とした場合の液滴体積に対する比率により求めた。その結果を表１及び図７のグラフに示す。

液滴速度は、液滴観測装置によって液滴を画像認識し、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を画像処理によって算出した。その結果を表１及び図８に示す。

以上の通り、駆動信号Ｐの電位差ΔＶ２を変更することにより、液滴量を増減させることができることがわかる。この電位差ΔＶ２の変更によって液滴速度に大きな変化はなく、ほぼ一定であった。

次に、上記と同じインクジェットヘッドについて、図４に示す駆動信号Ｐの電位差比ΔＶ２／ΔＶ１＝１とした際の電位差比ΔＶ３／ΔＶ２を、表２に示すように変化させた場合のインクの吐出状態について評価した。その結果を表２に示す。

次に、上記と同じインクジェットヘッドについて、図４に示す駆動信号ＰのＴ１／Ｔ２を、表３に示すように変化させた場合のインクの吐出状態について評価した。その結果を表３に示す。

１：インクジェット記録装置
１０、１０Ａ〜１０Ｄ：インクジェットヘッド
１１：ヘッド基板
１１ａ：ノズルプレート
１１ｂ：中間プレート
１１ｃ：圧力室プレート
１１ｄ：振動板
１１ｅ：ノズル
１２：配線基板
１２ａ：インク供給路
１３：接着樹脂層
１３ａ：貫通孔
１４：インクマニホールド
１４ａ：共通インク室
１５：圧力室
１６：アクチュエータ
２０：キャリッジ
３０：フレキシブルケーブル
４０：ガイドレール
５０：記録媒体
６０Ａ〜６０Ｄ：駆動回路
６０１：電圧設定部
１００：制御装置
１０１：インターフェースコントローラー
１０２：画像メモリ
１０３：転送手段
１０３ａ：タイミング発生回路
１０３ｂ：メモリ制御回路
１０４：ＣＰＵ
１０５：主走査モーター
１０６：副走査モーター
１０７：入力操作部
１０８：駆動信号発生回路
２００：ホストコンピューター
Ｐ、Ｐａ、Ｐｂ：駆動信号
Ｐ１：第１の膨張パルス
Ｐ２：第１の収縮パルス
Ｐ３：第２の膨張パルス
Ｐ４：第２の収縮パルス
Ｐ５：維持パルス
Ｐ６：中間パルス
Ｐ７：維持パルス

Claims (22)

1. アクチュエータに駆動信号を印加することにより、該アクチュエータに対応する圧力室の容積を膨張、収縮させ、該圧力室内のインクをノズルから吐出させて記録媒体に印字を行うインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドの前記アクチュエータに対して駆動信号を印加する駆動回路とを有するインクジェット記録装置において、
   前記駆動信号は、基準電位から開始して前記圧力室の容積を膨張させる第１の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記ノズルからインクを吐出させる第１の収縮パルスと、前記圧力室の容積を膨張させる第２の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記基準電位に戻る第２の収縮パルスとをこの順に含み、
   前記駆動回路は、前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出可能に構成されているインクジェット記録装置。
2. 前記駆動回路は、前記電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出させ、前記記録媒体に多諧調印字を行う請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記駆動回路は、前記記録媒体の種類に応じて、前記電位差を変更可能に構成されている請求項１又は２記載のインクジェット記録装置。
4. 前記駆動回路は、前記基準電位と前記第１の膨張パルスの終端との電位差をΔＶ１、前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差をΔＶ２としたとき、電位差比ΔＶ２／ΔＶ１を、０．８以上１．２以下の範囲内となるように、前記電位差ΔＶ２を変更可能に構成されている請求項１、２又は３記載のインクジェット記録装置。
5. 前記圧力室内におけるインクの振動周期をＴｃとしたとき、前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間Ｔ１は、０．４５Ｔｃ以上０．５５Ｔｃ以下である請求項１〜４の何れかに記載のインクジェット記録装置。
6. 前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差をΔＶ２、前記第２の収縮パルスの始端と前記基準電位との電位差をΔＶ３としたとき、ΔＶ２＞ΔＶ３である請求項１〜５の何れかに記載のインクジェット記録装置。
7. 電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．３以上０．９以下である請求項６記載のインクジェット記録装置。
8. 電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．５以上０．９以下である請求項６記載のインクジェット記録装置。
9. 前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．２以下である請求項１〜８の何れかに記載のインクジェット記録装置。
10. 前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．０以下である請求項１〜８の何れかに記載のインクジェット記録装置。
11. 前記駆動信号は、スロープ波形である請求項１〜１０の何れかに記載のインクジェット記録装置。
12. インクジェットヘッドのアクチュエータに駆動信号を印加することにより、該アクチュエータに対応する圧力室の容積を膨張、収縮させ、該圧力室内のインクをノズルから吐出させて記録媒体に印画を行うインクジェット記録方法において、
    前記駆動信号は、基準電位から開始して前記圧力室の容積を膨張させる第１の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記ノズルからインクを吐出させる第１の収縮パルスと、前記圧力室の容積を膨張させる第２の膨張パルスと、前記圧力室の容積を収縮させて前記基準電位に戻る第２の収縮パルスとをこの順に含み、
    前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出させるインクジェット記録方法。
13. 前記電位差を変更することにより、同一の前記ノズルから液滴量の異なるインクを吐出させ、前記記録媒体に多諧調印字を行う請求項１２記載のインクジェット記録方法。
14. 前記記録媒体の種類に応じて、前記電位差を変更する請求項１２又は１３記載のインクジェット記録方法。
15. 前記基準電位と前記第１の膨張パルスの終端との電位差をΔＶ１、前記第１の収縮パルスの始端と終端との電位差をΔＶ２としたとき、電位差比ΔＶ２／ΔＶ１が０．８以上１．２以下の範囲内となるように、前記電位差ΔＶ２を変更する請求項１２、１３又は１４記載のインクジェット記録方法。
16. 前記圧力室内におけるインクの振動周期をＴｃとしたとき、前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間Ｔ１は、０．４５Ｔｃ以上０．５５Ｔｃ以下である請求項１２〜１５の何れかに記載のインクジェット記録方法。
17. 前記第１の収縮パルスの始端と前記第１の収縮パルスの終端との電位差をΔＶ２、前記第２の収縮パルスの始端と前記基準電位との電位差をΔＶ３としたとき、ΔＶ２＞ΔＶ３である請求項１２〜１６の何れかに記載のインクジェット記録方法。
18. 電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．３以上０．９以下である請求項１７記載のインクジェット記録方法。
19. 電位差比ΔＶ３／ΔＶ２は、０．５以上０．９以下である請求項１７記載のインクジェット記録方法。
20. 前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．２以下である請求項１２〜１９の何れかに記載のインクジェット記録方法。
21. 前記第１の膨張パルスの始端から前記第１の収縮パルスの始端までの期間をＴ１、前記第１の収縮パルスの始端から前記第２の膨張パルスの始端までの期間をＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１は、０．６以上１．０以下である請求項１２〜１９の何れかに記載のインクジェット記録方法。
22. 前記駆動信号は、スロープ波形である請求項１２〜２１の何れかに記載のインクジェット記録方法。

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