WO2015152186A1 - 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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亜紀子 木澤
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Definitions

  • the present inventor combined a relatively large droplet and a relatively small droplet.
  • the relationship between the droplet velocities and the timing for ejecting relatively small droplets it has been found that large dots can be formed on the medium and the generation of satellites can be suppressed. It came to.
  • (A) is a conceptual diagram of a droplet ejected by a first drive signal
  • (b) is a conceptual diagram of a droplet ejected by a second drive signal.
  • (A) is a figure explaining other examples of the 1st drive signal
  • (b) is a figure explaining other examples of the 2nd drive signal.
  • the transport mechanism 2 sandwiches a medium 7 made of paper, a plastic sheet, a fabric, or the like by a pair of transport rollers 22, and rotates the transport roller 21 by a transport motor 23 in the Y direction (sub-scanning direction). ).
  • An ink jet head (hereinafter simply referred to as a head) 3 is provided between the transport roller 21 and the transport roller pair 22.
  • the head 3 is mounted on the carriage 5 so that the nozzle surface side faces the recording surface 71 of the medium 7, and is electrically connected to the drive control unit 8 constituting the drive control means in the present invention via the flexible cable 6. It is connected.
  • 30 is a channel substrate.
  • a large number of narrow groove-like channels 31 and partition walls 32 are arranged in parallel so as to be alternately arranged.
  • a cover substrate 33 is provided on the upper surface of the channel substrate 30 so as to block all the channels 31 above.
  • a nozzle plate 34 is bonded to the end surfaces of the channel substrate 30 and the cover substrate 33. One end of each channel 31 communicates with the outside through a nozzle 341 formed in the nozzle plate 34.
  • drive electrodes are formed from the wall surfaces of the partition walls 32, 32 to the bottom surface.
  • a drive signal having a predetermined voltage is applied from the drive control unit 8 to the two drive electrodes arranged with the partition wall 32 in between
  • the partition wall 32 is bordered on the joint surface between the upper wall portion 321 and the lower wall portion 322. Shear deformation.
  • two adjacent partition walls 32 and 32 are shear-deformed in opposite directions, the volume of the channel 31 sandwiched between the partition walls 32 and 32 expands or contracts, and a pressure wave is generated inside. As a result, pressure for ejection is applied to the ink in the channel 31.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a driving method for forming a large dot on the medium 7 by applying a plurality of driving signals within one pixel period in the present invention.
  • a plurality of drive signals applied within one pixel period T to the drive electrodes of the channel 31 corresponding to the nozzles 341 that discharge droplets are illustrated.
  • first drive signals PA are applied in succession, satellites can be suppressed, but only dots consisting of a total of 24 pl droplets can be formed. Further, in order to form dots composed of 36 pl droplets, it is necessary to apply six first drive signals PA in one pixel period T, so productivity is lowered. In addition, if only the second drive signal PB is continuously applied, the last ejected droplet is also a large droplet, so there is a concern about the generation of satellites. However, as in the present invention, one or more second drive signals PB are applied within one pixel period T, and at the end of a plurality of drive signals arranged in time series within the one pixel period T.
  • the diameter of the droplet 100 ejected by the first drive signal PA is smaller than the diameter of the nozzle 341.
  • the diameter of the droplet 200 ejected by the second drive signal PB is a diameter in a state where the first droplet 201 and the second droplet 202 are integrated into one large droplet. .
  • gradation representation is performed by applying N second drive signals PB within one pixel period T, and applying the first drive signal PA at least last, from the same nozzle 341.
  • a droplet is ejected to form a pixel composed of a droplet on the medium 7, and the number N of second drive signals PB applied is changed by an integer of 0 or more according to image data. This can be done by creating dots of different sizes on the media 7 and forming pixels with dots of various sizes on the media 7.
  • FIG. 11 shows an example of a driving method in the present invention in the case where gradation expression is performed using the first driving signal PA and the second driving signal PB described above.
  • Level 0 minimum gradation
  • Level 5 six levels of gradation (maximum gradation) are expressed. Level 0 is when no drive signal is applied.
  • the droplet velocities of the droplets ejected by the three second drive signals PB were 4.5 m / s, 5.0 m / s, and 5.5 m / s in order.
  • the droplet amounts of the droplets ejected by the three second drive signals PB were 9.5 pl (diameter 26 ⁇ m), 10 pl (diameter 26.5 ⁇ m), and 10.5 pl (diameter 26 ⁇ m) in this order. It was.

Abstract

 1画素周期内で複数の液滴を吐出してメディア上に大ドットを形成しても、生産性の低下を抑えつつ、サテライトの発生を抑制でき、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目的とし、圧力発生手段に駆動信号を印加すること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際の駆動信号は、液滴を吐出する第1の駆動信号PAと、第1の駆動信号PAよりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号PBとの少なくとも2種類の駆動信号を含み、1画素周期内で、N個の第2の駆動信号PBを印加し、少なくとも最後に第1の駆動信号PAを印加することによって、同一のノズルから液滴を吐出させ、メディア上で液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、Nは1以上の整数である。

Description

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
 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、1画素周期内で複数の液滴を吐出してメディア上に大ドットを形成しても、サテライトの発生を抑制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液滴を吐出してメディア上に大ドットを形成する場合、1画素周期内で同一のノズルから複数の液滴を吐出させて飛翔中に合一させたり、メディア上で重なるように着弾させたりする方法が知られている。この方法によれば、1画素周期内で吐出させる液滴数を選択することによって濃淡を表現することもできるため、階調表現にも利用されている。
 従来、1画素周期内で同一のノズルから複数の液滴を吐出させる技術としては、特許文献1~3に記載のものがある。
 特許文献1には、1画素周期内に印加する最終駆動パルスの前に、階調に応じて1回以上の初期駆動パルスを印加する際、各パルスの電圧値を一定にし、初期駆動パルスの印加時間を最終駆動パルスよりも長く又は短くすることにより、各パルスによって吐出される各液滴量を同一にしつつ、初期駆動パルスによる液滴速度が最終駆動パルスによる液滴速度よりも遅くなるようにすることが記載されている。
 特許文献2には、1画素周期内に階調に応じた1以上の駆動パルスを印加する際、各駆動パルスの電圧値を一定にし、最大階調波形とその他の階調波形とで最終駆動パルスの出力タイミングを一致させると共に、画素周期間に所定間隔の休止期間をおくことが記載されている。
 特許文献3には、1画素周期内で複数の吐出用パルス信号と、インクメニスカス振動を抑制するための1つの補助パルス信号とを生成し、階調に応じて、吐出用パルス信号数を選択することが記載されている。各吐出用パルス信号は電圧値が一定であるが、後の吐出用パルス信号になるほど、パルスの時間間隔をアクチュエータの固有周期に徐々に近づいて長くすることで、後から吐出される液滴ほど液滴速度を速くして、複数の液滴を飛翔中に合一させるようにしている。
 また、特許文献4には、第1~第3の駆動信号の異なる駆動信号を含む一連の駆動波形のうち、1画素周期内で、第2の駆動信号の部分を選択して小滴を吐出し、第1、第3の駆動信号の部分を選択して中滴を吐出し、第1~第3の駆動信号の部分を選択して大滴を吐出することにより、階調表現を行うことが記載されている。
特開2007-118278号公報 特開2008-93950号公報 特開2001-146011号公報 特開2007-105936号公報
 1画素周期内で複数の液滴を吐出してメディア上にできるだけ大ドットを形成する場合、1画素周期内に同一ノズルからできるだけ大きな液滴を数多く吐出する必要がある。
 しかし、液滴量が大きくなる程、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1、3では、1画素周期内に同一ノズルから吐出される複数の液滴の液滴量を同一としている。このため、小さい液滴を連続で吐出すると、サテライトは抑制できても、大ドットの形成には1画素周期内で数多くの液滴を吐出する必要があり生産性が低下するという問題がある。また、大きい液滴を連続して吐出したのでは、最後に吐出される液滴も大液滴であるために最終吐出の液滴によるサテライトが多く発生する問題がある。
 特許文献2では、画素周期間に所定間隔の休止期間をおくことによって残留振動の影響を低減することを狙っているが、サテライトの発生を抑制する上では十分なものではなかった。
 また、特許文献4では、サテライトの発生を抑制することについて何ら言及されていない。
 本発明者は、1画素周期内で複数の液滴を吐出してメディア上にできるだけ大きなドットを形成させる方法について鋭意検討した結果、相対的に大きな液滴と相対的に小さな液滴とを組み合わせ、且つ、それらの液滴速度の関係と、相対的に小さな液滴を吐出させるタイミングとを工夫することにより、メディア上に大きなドットを形成できると共に、サテライトの発生も抑制できることを見出し、本発明に至った。
 また、1画素周期内に吐出する液滴数を変化させて階調表現を行う場合も同様に、サテライトの発生を抑制できることを見出し、本発明に至った。
 すなわち、本発明は、1画素周期内で複数の液滴を吐出してメディア上に大ドットを形成しても、生産性の低下を抑えつつ、サテライトの発生を抑制することができ、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。
 また、本発明は、1画素周期内で吐出させる液滴数を変化させることによって階調表現を行う際に、生産性の低下を抑えつつ、サテライトの発生を抑制することができ、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。
 圧力発生手段に駆動信号を印加すること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の駆動方法において、
 前記駆動信号は、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
 1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、前記Nは1以上の整数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他の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。
 圧力発生手段に駆動信号を印加すること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の駆動方法において、
 前記駆動信号は、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
 1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、画像データに応じて、前記Nを0以上の整数で変化させてメディア上に大きさの異なるドットを作り出し、階調表現を行う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、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
 前記駆動制御手段は、1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、前記Nは1以上の整数であるインクジェット記録装置。
 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他の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、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
 前記駆動制御手段は、1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、画像データに応じて、前記Nを0以上の整数で変化させてメディア上に大きさの異なるドットを作り出し、階調表現を行う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 本発明における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)は第1の駆動信号の一例を説明する図、(b)は第2の駆動信号の一例を説明する図 (a)~(c)はインクジェットヘッドの吐出動作を説明する図 (a)は第1の駆動信号によって吐出された液滴の概念図、(b)は第2の駆動信号によって吐出された液滴の概念図 (a)は第1の駆動信号の他の一例を説明する図、(b)は第2の駆動信号の他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 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1画素周期内に第2の駆動信号のみを印加する駆動方法の一例を説明する図、(b)は図3における第1の駆動信号のタイミングを異ならせた駆動方法の一例を説明する図
 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に搭載されており、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、メディア7の搬送方向である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が形成されている。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ようになっている。
 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。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、1画素周期内で同一のノズル341から複数の液滴を吐出可能とするため、1画素周期内に複数の駆動信号を生成することができる。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。なお、1画素周期とは、ノズルから吐出された液滴をメディア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。
 図3は、本発明において、1画素周期内に複数の駆動信号を印加することによってメディア7上に大ドットを形成するための駆動方法の一例を説明する図である。ここでは、液滴を吐出するノズル341に対応するチャネル31の駆動電極に1画素周期T内で印加される複数の駆動信号を例示している。
 本発明における複数の駆動信号は、第1の駆動信号PAと第2の駆動信号PBの少なくとも2種類の駆動信号を含んでいる。第1の駆動信号PAと第2の駆動信号PBは、これによって吐出される液滴の速度と液滴量が異なる信号である。第2の駆動信号PBによって吐出される液滴の方が、第1の駆動信号PAによって吐出される液滴よりも相対的に低速であり、且つ、液滴量が大きい。
 なお、本発明における液滴速度は、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。
 大ドットを形成するための本発明におけるインクジェットヘッドの駆動方法によると、1画素周期T内で、N個の第2の駆動信号PBを印加し、且つ、その1画素周期Tの少なくとも最後に第1の駆動信号PAを印加することによって、同一のノズル341から複数の液滴を吐出させる。このとき、Nを1以上の整数とすることにより、メディア7上で該複数の液滴からなるドットによる画素を形成する。1画素周期T内に同一のノズル341から吐出される複数の液滴は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、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2の駆動信号PBは、第1の駆動信号PAによる液滴に比べて相対的に大きな液滴を吐出する駆動信号であるため、これが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することに寄与する。また、第2の駆動信号PBによる液滴は、第1の駆動信号PAによる液滴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ため、画像品質を低下させる程の問題にはならない。
 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。本発明によれば、1画素周期T内の最後には必ず第1の駆動信号PAが印加され、これによって、第2の駆動信号PBによる液滴に比べて相対的に小さな液滴が吐出されるため、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PA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、生産性の低下を抑えつつ、サテライトの発生を抑制することができ、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。
 図3において、TAは1画素周期T内における第1の駆動信号PA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。ここでは1画素周期T内に3個(N=3)の第2の駆動信号PBを、後続の駆動信号との間に所定の休止期間T1をおいて印加し、最後に印加される1個の第1の駆動信号PA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。
 また、第2の駆動信号PBの個数Nは1以上の整数であり、図示する3個に限定されないが、Nが1以上のいずれの値であっても、1画素周期Tの最後には必ず第1の駆動信号PAが印加される。このため、Nが1以上のいずれの値であっても、上述したようにサテライトは抑制される。なお、図示しないが、Nが1以上のいずれの値であっても、最後に印加される第1の駆動信号PAは、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。
 次に、第1の駆動信号PA及び第2の駆動信号PBの具体的構成について図4を用いて説明する。図4(a)は第1の駆動信号PA、(b)は第2の駆動信号PBを示している。但し、図4に示される駆動信号PA、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。
 まず、第1の駆動信号PAの構成について説明する。
 第1の駆動信号PA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収縮パルスPa2とを有している。
 図4(a)に示す例では、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。また、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。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。
 膨張パルスPa1の駆動電圧値(+Von)と収縮パルスPa2の駆動電圧値(-Voff)とは、|Von|:|Voff|=2:1に設定されている。
 この第1の駆動信号PAの例において、膨張パルスPa1の立ち下がりの終端と収縮パルスPa2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PWA3が設けられている。これは、後述する第2の駆動信号PBとの関係で、チャネル31の容積が膨張パルスPa1による膨張状態から収縮パルスPa2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PWA3の長さを調整することによって、第1の駆動信号PAの印加によって吐出される液滴の速度及び液滴量を、後述する第2の駆動信号PB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PWA3は第1の駆動信号PAにおいて好ましく設けられる。
 なお、本発明においては、1画素周期T内の少なくとも最後に必ず1個の第1の駆動信号PAが印加されればよい。従って、1画素周期T内の最後に印加される第1の駆動信号PAの前に、第2の駆動信号PBに加えて1個以上の第1の駆動信号PAが印加されることをなんら妨げるものではない。このとき、第1の駆動信号PA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、この場合は、例えば、最初に印加する第1の駆動信号PAの休止期間PWA3を、最後に印加する第1の駆動信号PAの休止期間PWA3より長く設定することで、最初に吐出される液滴の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、この第1の駆動信号PA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と共に、着弾位置ずれも抑制できる。
 さらに、第1の駆動信号PA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より高める観点から好ましい。
 第1の駆動信号PAは矩形波であることが好ましい。すなわち、図示するように膨張パルスPa1及び収縮パルスPa2は、いずれも矩形波によって構成されている。本実施形態に示す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、液滴を安定的に射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。
 膨張パルスPa1のパルス幅PWA1は0.8AL以上1.2AL以下、収縮パルスPa2のパルス幅PWA2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PWA3は、長くなりすぎると、第2の駆動信号PBによる液滴に対して液滴速度が速い液滴を吐出することが困難となり、また、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。
 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、第2の駆動信号PBの構成について説明する。
 第2の駆動信号PBの例は、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第1の収縮パルスPb2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Pb3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Pb4とをこの順に有している。
 図4(b)に示す例では、第1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。第1の収縮パルス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。第2の膨張パルスPb3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Pb4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。
 第1の膨張パルスPb1及び第2の膨張パルスPb3の駆動電圧値(+Von)と第1の収縮パルスPb2及び第2の収縮パルスPb4の駆動電圧値(-Voff)とは、|Von|:|Voff|=2:1に設定されている。
 第1の収縮パルスPb2は、第1の膨張パルスPb1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Pb3は、第1の収縮パルスPb2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Pb4は、第2の膨張パルスPb3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。
 この第2の駆動信号PBも、第1の駆動信号PAと同様の理由から矩形波であることが好ましい。図示するように、第1の膨張パルスPb1、第1の収縮パルスPb2、第2の膨張パルスPb3及び第2の収縮パルスPb4は矩形波によって構成されている。
 第2の駆動信号PBにおける第1の膨張パルスPb1のパルス幅PWB1は0.4AL以上2.0AL以下、第1の収縮パルスPb2のパルス幅PWB2は0.4AL以上0.7AL以下、第2の膨張パルスPb3のパルス幅PWB3は0.8AL以上1.2AL以下、第2の収縮パルスPb4のパルス幅PWB4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、短い駆動周期で大きな液滴を吐出することができると共に、液滴速度も抑えられる。従って、第1の駆動信号PAによる液滴に比べて相対的に低速で液滴量の大きい液滴を吐出することができる。
 また、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、液滴吐出後のチャネル31内の圧力波残響振動の影響を抑え、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。
 次に、図4に示した第1の駆動信号PA及び第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5を用いて説明する。図5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5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PA及び第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6に示す。
 まず、第1の駆動信号PAによる吐出動作について説明する。
 図5(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1の駆動信号PAにおける膨張パルスPa1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5(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Pa1の印加を終了して基準電位まで戻すと、隔壁32B、32Cは図5(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PWA3だけ中立状態を維持した後、駆動電極36Bに収縮パルスPa2を印加すると、隔壁32B、32Cは、図5(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6(a)に示すように1個の液滴100が吐出される。
 この液滴100は、後述する第2の駆動信号PBによる液滴に比べて液滴量が小さい小液滴となる。液滴100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Pa2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、隔壁32B、32Cは図5(a)の中立状態に戻る。
 次に、第2の駆動信号PBによる吐出動作について説明する。
 図5(a)に示す中立状態から、駆動電極36A及び36Cを接地すると共に駆動電極36Bに、第2の駆動信号PBにおける第1の膨張パルスPb1を印加すると、隔壁32B、32Cは、図5(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。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Pb1は0.4AL以上2.0AL以下維持された後、第1の膨張パルスPb1の印加が終了する。これにより、隔壁32B、32Cは膨張状態から収縮して中立状態に戻る。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Pb2を印加すると、隔壁32B、32Cは中立状態を経て直ちに図5(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Pb2は0.4AL以上0.7AL以下維持される。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Pb3を印加すると、隔壁32B、32Cは収縮状態から膨張し、中立状態を経て直ちに図5(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、これによりチャネル31B内に負の圧力が発生し、再びインクが流れ込む。
 第2の膨張パルスPb3は0.8AL以上1.2AL以下維持された後、チャネル31B内が正の圧力に転じる頃に印加が終了する。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Pb4を印加すると、隔壁32B、32Cは膨張状態から収縮し、中立状態を経て直ちに図5(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Pb1及び第1の収縮パルスPb2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大きく押し出され、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つの目の液滴が吐出する。
 第2の駆動信号PBによって吐出される液滴は、図6(b)に示すように、第1の膨張パルスPb1及び第1の収縮パルスPb2により吐出される液滴速度の小さい1つ目の第1液滴201に続いて、第2の膨張パルスPb3及び第2の収縮パルスPb4により吐出される液滴速度の大きい2つ目の第2液滴202が形成される。このため、吐出当初は第1液滴201と第2液滴202とが連なった液滴200となる。第1液滴201と第2液滴202は、吐出直後の飛翔中に一体化して1個の大きな液滴200となる。
 この液滴200は、第1の駆動信号PAによって吐出される液滴100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201と液滴速度の大きい第2液滴202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り、本実施形態によれば第1の駆動信号PAによって吐出される液滴100よりも低速となる。このとき、第1の駆動信号PAによって吐出される液滴100の液滴速度は、第2液滴202の液滴速度より小さく調整することが好ましい。液滴200のサテライト量は第2液滴202の液滴速度に依存し、液滴100の液滴速度を、第2の駆動信号PBによる第2液滴202の液滴速度より小さく調整することにより、液滴100のサテライト量を抑制することができる。
 なお、第2の駆動信号PBによって吐出される液滴200の液滴速度は、第1液滴201と第2液滴202とが一体となった状態の液滴速度である。
 第2の収縮パルスPb4による収縮状態は、1.8AL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。これによって隔壁32B、32Cは収縮状態から膨張し、中立状態に戻る。
 図3に示す駆動方法によれば、1画素周期T内において、最初に3個の第2の駆動信号PBが連続して印加されることによって、同一のノズル341から3個の大きな液滴200が吐出され、続いて最後に1個の第1の駆動信号PAが印加されることによって1個の液滴100が吐出されるため、メディア7上に4個の液滴からなるドットによって画素が形成される。
 本実施形態においては、第1の駆動信号PAによって6pl(ピコリットル)の液滴100を吐出し、第2の駆動信号PBによって10plの液滴200を吐出するものを想定している。従って、図3では1画素周期Tで合計36plの液滴からなる大きなドットをメディア7上に形成することができる。
 仮に第1の駆動信号PAのみを4個連続で印加すると、サテライトは抑制できても、合計24plの液滴からなるドットしか形成できない。また、36plの液滴からなるドットを形成するには、1画素周期T内に第1の駆動信号PAを6個連続で印加する必要があるため生産性が低下する。また、第2の駆動信号PBのみを連続して印加したのでは、最後に吐出される液滴も大液滴であるためにサテライトの発生が懸念される。しかし、本発明のように、1画素周期T内に1個以上の第2の駆動信号PBを印加し、該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の最後には必ず第1の駆動信号PAを印加することにより、メディア7上に大ドットを形成できながらも、最後は必ず最も小さな液滴からなる液滴100が吐出されるため、生産性の低下を抑えつつ、サテライトの発生は抑制される。
 また、一般に、第1の駆動信号PA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、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2の駆動信号PBは、短い周期で相対的に低速の大きな液滴200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、それだけメディア7上に大きなドットからなる画素を形成することができる。
 なお、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。このため、図5に示すチャネル31Bから第1の駆動信号PAによって吐出を行う場合、図7(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の膨張パルスPa1を印加し、隣接するチャネル31A、31Cの駆動電極36A、36Cに、+Voff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5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7(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7(a)(b)に示す第1の駆動信号PA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。
 本発明において、第1の駆動信号PA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100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200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ができる。
 なお、第2の駆動信号PBによって吐出される液滴200の直径は、第1液滴201と第2液滴202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1の駆動信号PAによって吐出される液滴100の直径がノズル341の直径よりも小さく、且つ、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PAによって吐出される液滴100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200の液滴量をMBとしたとき、MA×1.5≦MB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、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PA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上に後述する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2の駆動信号PBによる大きな液滴200は相対的に低速であるため、TA≧TBとすることで、例えば濃階調時等のようにできるだけ大きなドットを形成したい場合に、1画素周期T内に第2の駆動信号PBによる大きな液滴200を短時間で高速に数多く作り出すことができる。
 また、図3に示すように、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PA及び第2の駆動信号PBのそれぞれの膨張パルス(膨張パルスPa1、第1の膨張パルスPb1、第2の膨張パルスPb3)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PA及び第2の駆動信号PBのそれぞれの収縮パルス(収縮パルスPa2、第1の収縮パルスPb2、第2の収縮パルスPb4)も、波高が一定であることが好ましい。各駆動信号PA、PBの膨張パルスの電圧値及び収縮パルス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2の駆動信号PBの個数NがN≧2であるとき、各第2の駆動信号PBによって吐出される液滴200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8は、一例として図3に示すN=3の場合に、複数の第2の駆動信号PBによって同一のノズル341から吐出される各液滴200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200を同一速度とする場合、図8(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200は、それぞれ等速で飛翔する。そして、第1の駆動信号PAによる最終の液滴100が吐出されると、液滴100は、その直前に吐出された液滴200よりも高速であるために追い付いて合一する。また、吐出された液滴は飛翔中の空気抵抗を受けて減速するため、合一滴がさらにその直前の液滴200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8(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。全ての液滴100、200は合一後に着弾するため、着弾位置ずれのない高精度のドットDを形成することができる。
 また、第2の駆動信号PBによる液滴200の液滴速度は、第1の膨張パルスPb1のパルス幅PWB1によって調整することができる。従って、各第2の駆動信号PBによって吐出される液滴200の液滴速度を異ならせる場合、この第1の膨張パルスPb1のパルス幅PWB1を調整することによって行うことができる。本実施形態では、このパルス幅PWB1の好ましい範囲として、0.4AL以上2.0AL以下の範囲を例示しているため、この範囲内においてパルス幅PWB1の長さを調整することになる。
 このとき、1画素周期T内において、第1の膨張パルスPb1のパルス幅PWB1が短い順に第2の駆動信号PB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200は、後から吐出される液滴200ほど速度が速くなるため、各液滴200を飛翔中に確実に合一させたい場合に有効である。
 図9は、一例として図3に示すN=3の場合に、複数の第2の駆動信号PBによって同一のノズル341から吐出される各液滴200を、後から吐出される液滴200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9(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200が飛翔中に合一して合一滴を形成し、最後に第1の駆動信号PAによる最終の液滴100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9(b)に示す1個の液滴によるドットDを形成する。この場合も、全ての液滴100、200は合一後に着弾するため、着弾位置ずれのない高精度のドットDを形成することができる。
 一方、1画素周期T内において、第2の駆動信号PBの第1の膨張パルスPb1のパルス幅PWB1が長い順、すなわち液滴速度が速い順に第2の駆動信号PBを印加することもできる。
 図10は、一例として図3に示すN=3の場合に、複数の第2の駆動信号PBによって同一のノズル341から吐出される各液滴200を、先に吐出される液滴200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10(a)に示すように、第1の駆動信号PAによる液滴100がその直前に吐出された液滴200と合一して合一滴を形成する以外は、図10(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100のエネルギーが失われたためである。
 この図10(b)に示すようなドットDは、後述するように、1画素周期T内で吐出する液滴量(液滴数)を変えることで階調表現を行う用途では、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が、画質に大きな影響を与えるものではない。また、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何ら影響はない。
 次に、本発明において階調表現を行う場合について説明する。
 本発明において、階調表現は、1画素周期T内で、N個の第2の駆動信号PBを印加し、少なくとも最後に第1の駆動信号PAを印加することによって、同一のノズル341から液滴を吐出させ、メディア7上で液滴からなる画素を形成するものであり、且つ、画像データに応じて、第2の駆動信号PBを印加する個数Nを0以上の整数で変化させることで、メディア7上に大きさの異なるドットを作り出し、メディア7上で様々な大きさのドットによる画素を形成することによって行うことができる。
 これにより、1画素周期T内で吐出させる液滴数を変化させることによって階調表現を行う際でも、生産性の低下を抑えつつ、サテライトの発生を抑制することができると共に着弾位置ずれも抑制でき、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。また、1画素周期T内に印加する第2の駆動信号PBの個数Nを変更するだけでよいため、簡単に階調を表現することができる。
 図11は、以上説明した第1の駆動信号PAと第2の駆動信号PBとを用いて階調表現を行う場合の本発明における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2の駆動信号PB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。なお、Level0はいずれの駆動信号も印加しない場合である。
 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られて記憶することができる。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すことによってヘッド3に印加する。
 階調表現を行う場合、全く駆動信号を印加しないLevel0を除いて、Level1からLevel5の中には、第2の駆動信号PBを印加しないもの(N=0)も含まれるが、Level1からLevel5のいずれの階調においても、1画素周期Tの最後には必ず第1の駆動信号PAが印加される。このため、Level1からLevel5のいずれの階調も、上述したようにサテライトは抑制される。なお、Level1からLevel5のいずれの階調も、最後に印加される第1の駆動信号PAは、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。
 また、ここでも第1の駆動信号PAによって6plの液滴100を吐出し、第2の駆動信号PBによって10pl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1の駆動信号PA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。
 ところで、このように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、階調毎の着弾位置ずれが問題となる。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するためである。特に、第1の駆動信号PA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100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100よりも液滴200の方が相対的に大きな液滴だからである。従って、1個の液滴100のみを吐出する場合と、液滴100の他に複数の液滴200を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PA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(MA×VA)/(MB×VB)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の表面との間の距離)Lに依存する。また、第2の駆動信号PB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2の駆動信号PBの個数NがN≧3である場合に、少なくともノズルから(MA×VA)/(MB×VB)×L離れた位置までは、1画素周期Tの最後に印加される第1の駆動信号PAによる液滴100と、その直前に印加される第2の駆動信号PBによる液滴200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(MA×VA)/(MB×VB)×L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100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更に抑制することができる。
 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。メディアにはインクジェット用紙を使用し、メディア表面とノズル面との間のギャップLを1.5mmとした。
 第1の駆動波形として図4(a)に示す矩形波の第1の駆動波形PAを用い、第2の駆動波形として図4(b)に示す矩形波の第2の駆動波形PBを用いた。各パルス幅及び駆動周期は以下の通りとした。
<第1の駆動波形PA>
 膨張パルスPa1のパルス幅PWA1=3.7μs(1AL)
 収縮パルスPa2のパルス幅PWA2=7.4μs(2AL)
 駆動周期TA=26μs(7AL)
 なお、膨張パルスPa1と収縮パルスPa2の間には、0.5μs(1/4AL以下)の休止期間PWA3を設けた。
<第2の駆動波形PB>
 第1の膨張パルスPb1のパルス幅PWB1=2.4μs(0.65AL)
 第1の収縮パルスPb2のパルス幅PWB2=1.8μs(0.5AL)
 第2の膨張パルスPb3のパルス幅PWB3=3.7μs(1AL)
 第2の収縮パルスPb4のパルス幅PWB4=7.4μs(2AL)
 駆動周期TB=18.5μs(5AL)
 第1の駆動信号PA及び第2の駆動信号PBの基準電位は0電位とし、膨張パルス(Pa1、Pb1、Pb3)の電圧値(|Von|)は11V、収縮パルス(Pa2、Pb2、Pb4)の電圧値(|Voff|)は5.5Vで一定とした。
 図3と同様に1画素周期T内の第2の駆動信号PBの個数NをN=3とし、最後に1個の第1の駆動信号PAを印加して、3個の大液滴と1個の小液滴とを連続して吐出した。
 第1の駆動信号PAによって吐出される液滴の液滴速度は6m/s、第2の駆動信号PBによって吐出される3個の液滴の各液滴速度は5m/sで全て同一であった。また、第1の駆動信号PAによって吐出される1個の液滴の液滴量は6pl(直径22.5μm)、第2の駆動信号PBによって吐出される3個の液滴の液滴量はそれぞれ10pl(直径26.5μm)であった。
 吐出された液滴にサテライトが発生していると、ドットの周囲にサテライト滴に起因する飛沫が形成される。従って、メディア上のドットを顕微鏡観察し、サテライトの発生状況について以下の基準に従って評価した。その結果を表1に示す。
 ◎:まったくサテライトが発生していない。
 ○:僅かにサテライトが発生するが、画質には全く影響がないレベルである。
 △:サテライトによって僅かに画質に影響が出るレベルである。
 ×:多くのサテライトが発生し、画質に影響が出るレベルである。
 また、これによってメディア上に形成されたドットを顕微鏡観察し、着弾位置ずれの発生状況について以下の基準に従って評価した。その結果を表1に示す。
 ◎:まったく着弾位置ずれがなく、高精度の画素が形成された。
 ○:僅かに着弾位置ずれがあるが、画質には全く影響がないレベルである。
 △:着弾位置ずれがあり、僅かに画質に影響が出るレベルである。
 ×:大きな着弾位置ずれが発生し、画質に影響が出るレベルである。
(比較例1)
 図12(a)に示すように、1画素周期T内で第1の駆動信号PAを印加せず、第2の駆動信号PBのみを4個連続して印加した以外は実施例1と同一とし、同様にサテライトの発生状況と着弾位置ずれを評価した。その結果を表1に示す。
(比較例2)
 図12(b)に示すように、1画素周期T内で第1の駆動信号PAを印加するタイミングを1つ繰り上げ、最後に第2の駆動信号PBを印加した以外は実施例1と同一とし、同様にサテライトの発生状況と着弾位置ずれの発生状況を評価した。その結果を表1に示す。
(比較例3)
 第1の駆動信号PAにおける膨張パルスPa1と収縮パルスPa2の間の休止期間PWA3を1.2μs(1/4AL以上)とした以外は実施例1と同一とし、同様にサテライトの発生状況と着弾位置ずれの発生状況を評価した。
 このとき、最後に吐出される液滴は、第2の駆動信号PBによって吐出される液滴よりも実施例1と同様に小さい液滴(6pl)であるが、休止期間PWA3を長く設定したことによって、液滴速度は4.5m/sとなり、第2の駆動信号PBによって吐出される液滴よりも遅くなった。その結果を表1に示す。
(実施例2)
 第1の駆動信号PAにおける膨張パルスPa1のパルスPWA1=5.6μs(1.5AL)、収縮パルスPa2のパルス幅PWA=11.2μs(3AL)とすることにより、第1の駆動信号PAによる1個の液滴の液滴量を8pl(直径25μm)として、ノズル径(24μm)よりも大径の液滴とした以外は実施例1と同一とし、同様にサテライトの発生状況及び着弾位置ずれの発生状況を評価した。その結果を表1に示す。
(実施例3)
 3個の第2の駆動波形PBにおける第1の膨張パルスPb1の各パルス幅PWB1を、1画素周期T内で印加される順に2.2μs、2.4μs、2.6μsとすることにより、後発の液滴になるほど液滴速度が速くなるようにした以外は実施例1と同一とし、同様にサテライトの発生状況及び着弾位置ずれの発生状況を評価した。その結果を表1に示す。
 なお、3個の第2の駆動信号PBによって吐出される液滴の各液滴速度は、順に4.5m/s、5.0m/s、5.5m/sであった。また、3個の第2の駆動信号PBによって吐出される液滴の各液滴量は、順に9.5pl(直径26μm)、10pl(直径26.5μm)、10.5pl(直径26μm)であった。
(実施例4)
 3個の第2の駆動波形PBにおける第1の膨張パルスPb1の各パルス幅PWB1を、1画素周期T内で印加される順に2.6μs、2.4μs、2.2μsとすることにより、後発の液滴になるほど液滴速度が遅くなるようにした以外は実施例1と同一とし、同様にサテライトの発生状況及び着弾位置ずれの発生状況を評価した。その結果を表1に示す。
 なお、3個の第2の駆動信号PBによって吐出される液滴の各液滴速度は、順に5.5m/s、5.0m/s、4.5m/sであった。また、3個の第2の駆動信号PBによって吐出される液滴の各液滴量は、順に10.5pl(直径27μm)、10pl(直径26.5μm)、9.5pl(直径26μm)であった。
(実施例5)
 実施例3における第2の駆動信号PBの個数NをN=3とした場合を最大階調とし、さらに1画素周期T内の個数Nを1つずつ減らしてN=2、N=1、N=0とした4レベルを用いた階調駆動を実施し、階調間での着弾位置ずれと各階調のドットのサテライトの確認実験を行った。その結果を表1に示す。
 本実施例において、第1の駆動信号PAによる液滴の液滴量MA=6pl、その液滴速度VA=6m/s、第2の駆動信号PBによる液滴の液滴量MB=10.5pl、その液滴速度VB=5.5m/s、メディア表面とノズル面との間のギャップL=1.5mmであるため、(L×MA×VA)/(MB×VB)は0.94mmとなる。
 液滴観測装置による観察の結果、1画素周期Tの最後に印加される第1の駆動信号PAによる液滴と、その直前に印加される第2の駆動信号PBによる液滴とが、ノズルから0.94mm離れた位置で合一滴を形成しないことが確認された。
 サテライトと着弾位置ずれの結果を表1に示す。本実施例では、階調間での着弾位置ずれは見られず、良好な画像が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 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
 200:液滴
  201:小液玉
  202:大液玉
 D:ドット
 PA:第1の駆動信号
  Pa1:膨張パルス
  Pa2:収縮パルス
  PWA1、PWA2:パルス幅
  PWA3:休止期間
 PB:第2の駆動信号
  Pb1:第1の膨張パルス
  Pb2:第1の収縮パルス
  Pb3:第2の膨張パルス
  Pb4:第2の収縮パルス
  PWB1~PWB4:パルス幅
 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 (32)

  1.  圧力発生手段に駆動信号を印加すること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の駆動方法において、
     前記駆動信号は、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
     1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、前記Nは1以上の整数であるインクジェットヘッドの駆動方法。
  2.  圧力発生手段に駆動信号を印加すること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の駆動方法において、
     前記駆動信号は、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
     1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、画像データに応じて、前記Nを0以上の整数で変化させてメディア上に大きさの異なるドットを作り出し、階調表現を行うインクジェットヘッドの駆動方法。
  3.  前記インクジェットヘッドのノズル面と前記メディアとの間の距離をL、前記第1の駆動信号による液滴速度をVA、液滴量をMA、前記第2の駆動信号による液滴速度をVB、液滴量をMBとしたとき、
     N≧3である場合に、少なくとも前記ノズルから(L×MA×VA)/(MB×VB)離れた位置までは、前記第1の駆動信号による液滴と、その直前の前記第2の駆動信号による液滴とが合一滴を形成しない請求項2記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  4.  前記第1の駆動信号によって吐出される液滴の直径が、前記ノズルの直径よりも小さい請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  5.  前記第2の駆動信号によって吐出される液滴の直径が、前記ノズルの直径よりも大きい請求項1~4のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  6.  前記第1の駆動信号の駆動周期をTA、前記第2の駆動信号の駆動周期をTBとしたとき、TA≧TBである請求項1~5のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  7.  前記第1の駆動信号によって吐出される液滴の液滴量をMA、前記第2の駆動信号によって吐出される液滴の液滴量をMBとしたとき、MA×1.5≦MBである請求項1~6のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  8.  前記圧力発生手段は、駆動によって前記圧力室の容積を膨張又は収縮させるものであり、
     前記第1の駆動信号及び前記第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をそれぞれ含み、同一の前記ノズルに対応する前記圧力発生手段に印加される前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号のそれぞれの前記膨張パルスの波高が一定であり、且つ、同一の前記ノズルに対応する前記圧力発生手段に印加される前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号のそれぞれの前記収縮パルスの波高が一定である請求項1~7のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  9.  前記第1の駆動信号は、前記膨張パルスと、前記収縮パルスと、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する請求項8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(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9記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  11.  前記第2の駆動信号は、時系列順に前記膨張パルスからなる第1の膨張パルスと、前記収縮パルスからなる第1の収縮パルスと、前記膨張パルスからなる第2の膨張パルスと、前記収縮パルスからなる第2の収縮パルスとを有する請求項8、9又は10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第1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)であり、
     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11記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  13.  N≧2であるとき、1画素周期内に印加されるN個の前記第2の駆動信号の前記第1の膨張パルスは、それぞれパルス幅が異なる請求項12記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  14.  1画素周期内において、前記第1の膨張パルスのパルス幅が短い順に印加する請求項13記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  15.  前記第1の駆動信号及び第2の駆動信号は、いずれも矩形波である請求項1~14のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  16.  前記第1の駆動信号は、1画素周期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請求項1~15のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
  17.  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、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
     前記駆動制御手段は、1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、前記Nは1以上の整数であるインクジェット記録装置。
  18.  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、液滴を吐出する第1の駆動信号と、前記第1の駆動信号よりも相対的に低速で大きな液滴を吐出する第2の駆動信号との少なくとも2種類の駆動信号を含み、
     前記駆動制御手段は、1画素周期内で、N個の前記第2の駆動信号を印加し、少なくとも最後に前記第1の駆動信号を印加することによって、同一の前記ノズルから液滴を吐出させ、メディア上で前記液滴からなるドットによる画素を形成するものであり、且つ、画像データに応じて、前記Nを0以上の整数で変化させてメディア上に大きさの異なるドットを作り出し、階調表現を行うインクジェット記録装置。
  19.  前記インクジェットヘッドのノズル面と前記メディアとの間の距離をL、前記第1の駆動信号による液滴速度をVA、液滴量をMA、前記第2の駆動信号による液滴速度をVB、液滴量をMBとしたとき、
     N≧3である場合に、少なくとも前記ノズルから(L×MA×VA)/(MB×VB)離れた位置までは、前記第1の駆動信号による液滴と、その直前の前記第2の駆動信号による液滴とが合一滴を形成しない請求項18記載のインクジェット記録装置。
  20.  前記第1の駆動信号によって吐出される液滴の直径が、前記ノズルの直径よりも小さい請求項17、18又は19記載のインクジェット記録装置。
  21.  前記第2の駆動信号によって吐出される液滴の直径が、前記ノズルの直径よりも大きい請求項17~20のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  22.  前記第1の駆動信号の駆動周期をTA、前記第2の駆動信号の駆動周期をTBとしたとき、TA≧TBである請求項17~21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の駆動信号によって吐出される液滴の液滴量をMA、前記第2の駆動信号によって吐出される液滴の液滴量をMBとしたとき、MA×1.5≦MBである請求項17~22のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  24.  前記圧力発生手段は、駆動によって前記圧力室の容積を膨張又は収縮させるものであり、
     前記第1の駆動信号及び前記第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をそれぞれ含み、同一の前記ノズルに対応する前記圧力発生手段に印加される前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号のそれぞれの前記膨張パルスの波高が一定であり、且つ、同一の前記ノズルに対応する前記圧力発生手段に印加される前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号のそれぞれの前記収縮パルスの波高が一定である請求項17~23のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  25.  前記第1の駆動信号は、前記膨張パルスと、前記収縮パルスと、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する請求項24記載のインクジェット記録装置。
  26.  前記第1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(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25記載のインクジェット記録装置。
  27.  前記第2の駆動信号は、前記膨張パルスからなる第1の膨張パルスと、前記収縮パルスからなる第1の収縮パルスと、前記膨張パルスからなる第2の膨張パルスと、前記収縮パルスからなる第2の収縮パルスとを有する請求項24、25又は26記載のインクジェット記録装置。
  28.  前記第2の駆動信号における前記第1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)であり、
     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27記載のインクジェット記録装置。
  29.  N≧2であるとき、1画素周期内に印加されるN個の前記第2の駆動信号の前記第1の膨張パルスは、それぞれパルス幅が異なる請求項28記載のインクジェット記録装置。
  30.  1画素周期内において、前記第1の膨張パルスのパルス幅が短い順に印加する請求項29記載のインクジェット記録装置。
  31.  前記第1の駆動信号及び第2の駆動信号は、いずれも矩形波である請求項17~30のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
  32.  前記第1の駆動信号は、1画素周期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請求項17~31のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
     
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