(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号を発生させる駆動信号発生手段と、上記駆動信号の入力により振動板を振動させて圧力室を膨張収縮させる圧電振動子とを備え、上記圧力室の膨張収縮による圧力室内の圧力変動によってノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録装置であって、
上記駆動信号が、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む準備信号と、
駆動信号の始端が最高駆動電圧にあって、上記膨張した圧力室を上記準備信号による膨張容積より小さい容積で収縮させて保持するように電圧を変化させてインク滴を吐出させる吐出信号と、
インク滴吐出後の圧力室をインク滴が吐出されない程度に収縮させるように電圧を変化させる従属信号と、を含むとともに、
上記準備信号の出力前に一旦圧力室を収縮させるように電圧を変化させてメニスカスを押し出す収縮信号と、
上記従属信号の出力後に収縮している圧力室を元の容積に戻しつつ、メニスカスの残留振動を抑制させる復帰信号と、を備え、
該復帰信号の終端の電圧は、上記吐出信号の終端の駆動電圧と最低駆動電圧との間の中間駆動電圧に設定されて、上記収縮信号の始端と等しくしていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項２】
上記収縮信号の出力を開始する電圧が中間駆動電圧である請求項１記載のインクジェット式記録装置。
【請求項３】
上記従属信号が、準備信号の出力前の電圧まで電圧を変化させるものである請求項１または２記載のインクジェット式記録装置。
【請求項４】
収縮信号の出力開始から準備信号の出力開始までの経過時間が、圧力室の固有振動周期の整数倍と実質的に等しくなるよう設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項５】
収縮信号の出力開始から準備信号の出力開始までの経過時間が、振動板の固有振動周期の整数倍と実質的に等しくなるよう設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項６】
従属信号の出力終了から復帰信号の出力終了までの経過時間が、圧力室の固有振動周期の整数倍と実質的に等しくなるよう設定されている請求項１〜５のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項７】
収縮信号における電圧変化の勾配を、装置周辺の環境条件によって変化させるようになっている請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項８】
収縮信号における電圧差が、準備信号における電圧差の１０％以上５０％以下の範囲内に設定されている請求項１〜７のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項９】
複数の駆動信号により吐出される複数のインク滴によってひとつのドットを形成させるようになっている請求項１〜８のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項１０】
複数のインク滴の組み合わせにより、複数段階の大きさのドットを形成させるようになっている請求項９記載のインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極めて微小なインク滴を吐出させうるインクジェット式記録装置およびそれに用いるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置は、副走査方向（記録紙送り方向）に多数のノズル開口を備えた記録ヘッドを有しており、この記録ヘッドをキャリッジ機構によって主走査方向（記録紙幅方向）に移動させ、所定の紙送りを行うことで所望の印刷結果を得るものである。そして、ホストコンピュータから入力された印刷データを展開して得られたドットパターンデータに基づいて、記録ヘッドの各ノズル開口からインク滴がそれぞれ所定のタイミングで吐出され、これらの各インク滴が記録紙等の印刷記憶媒体に着弾し付着することによりドットが形成され、印刷が行われる。
【０００３】
上記記録ヘッドは、圧電振動子の変形を振動板に伝え、圧力発生室を収縮させて内部の圧力を上昇させ、ノズル開口からインク滴を吐出するようになっている。上記圧電振動子の変形は、圧電振動子に入力される駆動電圧を変化させることによって行われる。上記圧電振動子は、一般に、入力される駆動電圧が高くなると変形し、反対に低くなると変形がなくなる。したがって、インク滴の吐出は、駆動電圧の電圧レベルを切り換える駆動信号を圧電振動子に与え、圧力発生室を膨張収縮させることによって行われる。
【０００４】
一方、インクジェット式記録装置は、上述したように、インク滴を吐出するか否か、つまりドットの有無により画像を構成するものであるため、このままでは灰色等の中間階調を印刷出力することができない。
【０００５】
このため、従来から、例えば、１つの画素を４×４、８×８等の複数のドットで表現することによって中間階調を表現する方法が採用されている。画素の分解能を上げれば、より細やかに階調表現を行うことができるが、記録ドット径を変えずに階調を上げると実質的な解像度が低下する。また、記録紙上の記録ドット径が大きいと、低濃度領域の粒状性が目立つようになる。このため、解像度の高い階調表現を行うためには、インク滴の体積をできるだけ小さくして記録ドット径を小さくする必要がある。
【０００６】
そして、従来から、微小なインク滴を吐出させる駆動信号として、例えば、図７に示すような波形の信号が用いられている。この例は、駆動電圧が高くなると圧力発生室を膨張させる方向に圧電振動子が変形し、駆動電圧が低くなると圧力発生室を収縮させる方向に圧電振動子が変形するタイプの記録ヘッドに用いられる信号を示している。
【０００７】
上記駆動信号において、待機状態（Ｐ０）では、図８（ａ）に示すように、メニスカス５０は、ノズル開口２８の位置に留まっている。そして、上記待機状態（Ｐ０）の電圧ＶＬからＶＨ１まで電圧を上昇させる信号（Ｐ１）を入力すると、圧力発生室が膨張し、図８（ｂ）に示すように、メニスカス５０は、ノズル開口２８から内部へ引き込まれる。ついで、この電圧ＶＨ１を一定時間保持したのち（Ｐ２）、ＶＬとＶＨ１の中間程度の電圧ＶＨ２まで急激に電圧を降下させる信号（Ｐ３）を入力し、この電圧ＶＨ２を一定時間保持する（Ｐ４）。このとき、膨張状態の圧力発生室が収縮して圧力発生室内の圧力が上昇し、図８（ｃ）に示すように、引き込まれたメニスカス５０の中心近傍のインクが飛び出して、インク滴として吐出される。そののち、インク滴が吐出されない程度の比較的緩やかな速度で待機状態と同じ電圧ＶＬまで電圧を降下させる信号（Ｐ５）を入力すると、図８（ｄ）に示すように、メニスカス５０は、残留振動が抑制されながらノズル開口２８の位置まで戻る。
【０００８】
上記駆動信号を用いた記録装置では、一旦メニスカス５０を大きく引き込んだ状態で圧力発生室の圧力を上昇させて引き込まれたメニスカス５０の中心近傍のインクをインク滴として吐出するため、ノズル開口２８の径に比較して小さなインク滴を吐出することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、さらなる解像度の向上のため、さらに微小なインク滴を吐出する記録装置の開発が望まれている。しかしながら、上記従来の記録装置では、吐出させるインク滴を小さくするにも限界があった。一方、ノズル開口２８の径を小さくすることにより吐出させるインク滴を微小にすることも考えられるが、ノズル開口２８を小さくすると、ノズル開口２８の加工が困難になってコストが高くなるうえ、精度も低下しやすくなる。また、装置の休止中等にノズル開口２８近傍のインクが乾燥して起こる目詰まりが激しくなるうえ、その回復も困難になるという問題が生じるため、現実には行えないのが実情である。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、ノズル径を小さくすることなく、極めて微小なインク滴を吐出できるようにしたインクジェット式記録装置およびそれに用いるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため、本発明のインクジェット式記録装置は、駆動信号を発生させる駆動信号発生手段と、上記駆動信号の入力により振動板を振動させて圧力室を膨張収縮させる圧電振動子とを備え、上記圧力室の膨張収縮による圧力室内の圧力変動によってノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録装置であって、上記駆動信号が、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む準備信号と、駆動信号の始端が最高駆動電圧にあって、上記膨張した圧力室を上記準備信号による膨張容積より小さい容積で収縮させて保持するように電圧を変化させてインク滴を吐出させる吐出信号と、インク滴吐出後の圧力室をインク滴が吐出されない程度に収縮させるように電圧を変化させる従属信号と、を含むとともに、上記準備信号の出力前に一旦圧力室を収縮させるように電圧を変化させてメニスカスを押し出す収縮信号と、上記従属信号の出力後に収縮している圧力室を元の容積に戻しつつ、メニスカスの残留振動を抑制させる復帰信号と、を備え、該復帰信号の終端の電圧は、上記吐出信号の終端の駆動電圧と最低駆動電圧との間の中間駆動電圧に設定されて、上記収縮信号の始端と等しくしていることを要旨とする。
【００１２】
また、本発明のインクジェット式記録ヘッドの駆動方法は、駆動信号を発生させ、上記駆動信号を圧電振動子に入力し、振動板を振動させて圧力室を膨張収縮させることにより、圧力室内の圧力を変動させてノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法であって、上記駆動信号として、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む準備信号と、上記膨張した圧力室を上記準備信号による膨張容積より小さい容積で収縮させて保持するように電圧を変化させてインク滴を吐出させる吐出信号と、インク滴吐出後の圧力室をインク滴が吐出されない程度に収縮させるように電圧を変化させる従属信号とを含むとともに、上記準備信号の出力前に一旦圧力室を収縮させるように電圧を変化させてメニスカスを押し出す収縮信号が存在したものを用いることを要旨とする。
【００１４】
このように、吐出信号の入力前に、メニスカスを押し出す収縮信号と、メニスカスを引き込む準備信号とを入力することにより、メニスカスを一旦押し出してから引き込むため、準備信号によってメニスカスの中央近傍が局所的に引き込まれる。この状態で吐出信号を入力して圧力室を収縮させるため、局所的に引き込まれたメニスカスのさらに中央近傍の微小部分のインクが飛び出してインク滴として吐出される。したがって、ノズル開口の径を小さくしなくても、極めて微小なインク滴を吐出することが可能となり、解像度の高い印刷を実現することができる。しかも、吐出されるインク滴の速度も速くなり、着弾位置の精度等を向上させることができる。
【００１５】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、上記収縮信号の出力を開始する電圧が中間駆動電圧である場合には、最低駆動電圧をグラウンド電圧に設定し、容易に制御を行うことができる。
【００１６】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、上記従属信号が、準備信号の出力前の電圧まで電圧を変化させるものである場合には、従属信号により、インク滴吐出後の圧力室をインク滴が吐出されない速度で十分収縮させることによりメニスカスの残留振動を十分抑えることができる。したがって、連続してインク滴を吐出させる際、メニスカスの振動を収束させてからつぎの吐出動作を行うことができ、インク滴の体積のばらつきが少なくなり、安定した印刷品質を確保できる。
【００１７】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、上記駆動信号が、上記従属信号の出力後に中間駆動電圧まで電圧を復帰させる復帰信号を存在させたものである場合には、駆動信号の始点と終点の電圧が等しくなることから、駆動信号を連続的に発生させる際に電圧を戻すための不要な信号を付加する必要がなくなる。
【００１８】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、収縮信号の出力開始から準備信号の出力開始までの経過時間が、圧力室の固有振動周期の整数倍と実質的に等しくなるよう設定されている場合には、クロストークの発生を抑え、より安定した吐出を行うことができるようになる。
【００１９】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、収縮信号の出力開始から準備信号の出力開始までの経過時間が、振動板の固有振動周期の整数倍と実質的に等しくなるよう設定されている場合には、クロストークの発生を抑え、より安定した吐出を行うことができるようになる。
【００２０】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、従属信号の出力終了から復帰信号の出力終了までの経過時間が、圧力室の固有振動周期の整数倍と実質的に等しくなるよう設定されている場合には、復帰信号によって圧力室を膨張させるタイミングがメニスカスの残留振動と略逆位相になるため、メニスカスの残留振動をより効果的に抑えることができる。したがって、連続してインク滴を吐出させる際、メニスカスの振動を十分収束させてからつぎの吐出動作を行うことができ、インク滴の体積のばらつきが少なくなり、安定した印刷品質を確保できる。
【００２１】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、収縮信号における電圧変化の勾配を、装置周辺の環境条件によって変化させるようになっている場合には、装置周辺の温度や湿度等の環境条件によってインクの粘度等が変化するため、収縮信号におけるメニスカスの挙動も変化する。したがって、装置周辺の環境条件に応じて、収縮信号での電圧変化の勾配を最適なものに変化させることにより、インクの粘度等に変化があっても、微小なインク滴を安定して吐出することができるようになる。なお、本発明において、「環境条件」とは、例えば、温度と湿度の少なくともいずれかをあげることができるが、これに限定するものではない。
【００２２】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、収縮信号における電圧差が、準備信号における電圧差の１０％以上５０％以下の範囲内に設定されている場合には、十分なインク滴の吐出速度と安定性とを確保できる。
【００２３】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、複数の駆動信号により吐出される複数のインク滴によってひとつのドットを形成させるようになっている場合には、１種類の駆動信号で異なる大きさのドットを形成させ、ドット径の可変範囲が大きくなって多段階の階調表現が可能になる。
【００２４】
本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、複数のインク滴の組み合わせにより、複数段階の大きさのドットを形成させるようになっている場合には、１種類の駆動信号で異なる大きさのドットを形成させ、ドット径の可変範囲が大きくなって多段階の階調表現が可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態のインクジェット式記録装置の機能ブロック図である。
【００２６】
上記インクジェット式記録装置は、プリンタコントローラ１とプリントエンジン２とから構成されている。プリンタコントローラ１は、ホストコンピュータ（図示せず）等からの印刷データ等を受信するインターフェース（以下「Ｉ／Ｆ」という）３と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ４と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ５と、ＣＰＵ等からなる制御部６と、発振回路７と、後述する記録ヘッド１０への駆動信号を発生させる駆動信号発生回路（駆動信号発生手段）８と、ドットパターンデータ（ビットマップデータ）に展開された印字データおよび駆動信号等をプリントエンジン２に送信するためのＩ／Ｆ９とを備えている。
【００２７】
上記Ｉ／Ｆ３は、例えばキャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータのいずれか１つのデータまたは複数のデータからなる印刷データをホストコンピュータ等から受信する。また、このＩ／Ｆ３は、ホストコンピュータに対してビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）等を出力することができる。
【００２８】
上記ＲＡＭ４は、受信バッファ４ａ、中間バッファ４ｂ、出力バッファ４ｃおよびワークメモリ（図示せず）等として利用されるものである。受信バッファ４ａには、Ｉ／Ｆ３が受信したホストコンピュータからの印刷データが一時的に記憶される。中間バッファ４ｂには、制御部６によって中間コードに変換された中間コードデータが記憶される。出力バッファ４ｃには、階調データをデコードした後のドットパターンデータが展開される。上記ＲＯＭ５は、制御部６によって実行される各種制御ルーチンとフォントデータおよびグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。
【００２９】
上記制御部６は、受信バッファ４ａ内の印刷データを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデータを中間バッファ４ｂに記憶する。つぎに、制御部６は、中間バッファ４ｂから読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５内のフォントデータおよびグラフィック関数等を参照して中間コードデータをドットパターンデータに展開する。この展開されたドットパターンデータは、必要な装飾処理が行われた後、出力バッファ４ｃに記憶される。
【００３０】
記録ヘッド１０の１行分に相当するドットパターンデータが得られると、この１行分のドットパターンデータは、Ｉ／Ｆ９を介して記録ヘッド１０にシリアル伝送される。出力バッファ４ｃから１行分のドットパターンデータが出力されると、中間バッファ４ｂの内容が消去されて、つぎの中間コード変換が行われる。
【００３１】
上記プリントエンジン２は、記録ヘッド１０と、紙送り機構１１と、キャリッジ機構１２とを備えている。上記紙送り機構１１は、紙送りモータおよび紙送りローラ等からなり、記録紙等の印刷記憶媒体を順次送り出して副走査を行うものである。上記キャリッジ機構１２は、記録ヘッド１０を搭載するキャリッジと、このキャリッジをタイミングベルト等を介して走行させるキャリッジモータ等からなり、記録ヘッド１０を主走査させるものである。
【００３２】
上記記録ヘッド１０は、副走査方向に多数（例えば９６個等）のノズル開口を有し、所定のタイミングで各ノズル開口からインク滴を吐出させるものである。ドットパターンデータに展開された印字データは、発振回路７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、Ｉ／Ｆ９からシフトレジスタ１３にシリアル伝送される。このシリアル転送された印字データ（ＳＩ）は、一旦、ラッチ回路１４によってラッチされる。ラッチされた印字データは、電圧増幅器であるレベルシフタ１５によって、スイッチ回路１６を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の所定の電圧値まで昇圧される。所定の電圧値まで昇圧された印字データは、スイッチ回路１６に与えられる。スイッチ回路１６の入力側には、駆動信号発生回路８からの駆動信号（ＣＯＭ）が印加されており、スイッチ回路１６の出力側には、圧電振動子１７が接続されている。
【００３３】
印字データは、スイッチ回路１６の作動を制御する。例えば、スイッチ回路１６に加わる印字データが「１」である期間中は、駆動信号が圧電振動子１７に入力され、この駆動信号に応じて圧電振動子１７は伸縮変形を行う。一方、スイッチ回路１６に加わる印字データが「０」の期間中は、圧電振動子１７への駆動信号の供給が遮断され、圧電振動子１７は、直前の電荷を保持し、直前の変位状態が保持される。
【００３４】
つぎに、上記記録ヘッド１０について詳しく説明する。
【００３５】
上記記録ヘッド１０としては、例えば、縦振動モードの圧電振動子１７が取り付けられた記録ヘッド１０が用いられる。この記録ヘッド１０は、図２に示すように、合成樹脂製の基台２１と、この基台２１の前面（図の左側）に貼着された流路ユニット２２とを備えている。そして、この流路ユニット２２は、ノズル開口２８が穿設されたノズルプレート２５と、振動板２６と、流路形成板２７とから構成されている。
【００３６】
上記基台２１は、前面と背面に開放された収容空間２４が設けられたブロック状部材である。上記収容空間２４には、固定基板２０に固定された圧電振動子１７が収容されている。
【００３７】
上記ノズルプレート２５は、副走査方向に沿って多数のノズル開口２８が穿設された薄い板状部材である。各ノズル開口２８は、ドット形成密度に対応した所定ピッチで開設されている。振動板２６は、圧電振動子１７が当接する厚肉のアイランド部２９と、このアイランド部２９の周囲を囲うように設けられ弾性を有する薄肉部３０とを備えた板状部材である。上記アイランド部２９は、１つのノズル開口２８に１つのアイランド部２９が対応するように、所定ピッチで多数設けられている。
【００３８】
流路形成板２７は、圧力発生室３１，インク室３２，圧力発生室３１とインク室３２とを連通させるインク供給路３３を形成するための開口部が設けられている。そして、ノズルプレート２５を流路形成板２７の前面に配設するとともに、振動板２６を背面側に配設し、ノズルプレート２５と振動板２６とにより流路形成板２７を挟んだ状態で、接着等により一体化されて流路ユニット２２が形成されている。
【００３９】
この流路ユニット２２では、ノズル開口２８の背面側に圧力発生室３１が形成され、この圧力発生室３１の背面側に振動板２６のアイランド部２９が位置している。また、圧力発生室３１とインク室３２とがインク供給路３３によって連通している。
【００４０】
上記圧電振動子１７の先端は、アイランド部２９に背面側から当接され、この当接状態で圧電振動子１７が基台２１に固定されている。また、この圧電振動子１７には、フレキシブルケーブル２３を介して駆動信号（ＣＯＭ）や印字データ（ＳＩ）等が供給される。
【００４１】
ここで、圧電振動子１７は、充電されると収縮し、放電すると伸長するようになっている。したがって、上記構成の記録ヘッド１０では、充電されることにより圧電振動子１７は収縮し、この収縮に伴ってアイランド部２９が後方に引き戻され、収縮した圧力発生室３１が膨張する。この膨張に伴ってインク室３２のインクがインク供給路３３を通って圧力発生室３１内に流入する。一方、放電することにより圧電振動子１７は前方に向けて伸長し、弾性板のアイランド部２９が前方に押されて圧力発生室３１が収縮する。この収縮に伴って圧力発生室３１におけるインク圧力が高くなってノズル開口２８からインク滴が吐出される。このとき、インク供給路３３側へも圧力が伝播するが、インク室３２に存在する薄肉部３０を介してダンパ空間３４に圧力を吸収し、隣接する圧力発生室３１への圧力伝播を防止できる。
【００４２】
つぎに、上記記録ヘッド１０の制御について説明する。
【００４３】
図３は、駆動信号発生回路８が発生する駆動信号を示した図である。この駆動信号は、信号始点の待機状態（Ｐ０）および信号の終点（Ｐ１０）が中間駆動電圧ＶＭに設定され、最低駆動電圧ＶＬと最高駆動電圧ＶＨ１との間で波形を形成している。
【００４４】
上記駆動信号は、最低駆動電圧ＶＬから最高駆動電圧ＶＨ１まで電圧を上昇させて圧力発生室３１を膨張させ、最高駆動電圧ＶＨ１を維持して膨張した圧力発生室３１を一定時間その状態で保持し、メニスカスを引き込む信号（Ｐ３，Ｐ４；準備信号）と、電圧をＶＬとＶＨ１の中間程度の電圧ＶＨ２まで降下させて圧力発生室３１を収縮させ、その電圧ＶＨ２を一定時間維持して圧力発生室３１を保持することによりインク滴を吐出する信号（Ｐ５，Ｐ６；吐出信号）と、吐出後に電圧を比較的緩やかに最低駆動電圧ＶＬまで降下させて圧力発生室３１を収縮させてメニスカスの残留振動を制振する信号（Ｐ７；従属信号）とを備えている。ここで、メニスカスとは、ノズル開口２８に露呈したインクの湾曲した自由表面をいう。
【００４５】
そして、上記駆動信号は、準備信号（Ｐ３，Ｐ４）の出力前に、中間駆動電圧ＶＭから最低駆動電圧ＶＬまで電圧を降下させ、一旦圧力発生室３１を収縮させてメニスカスを押し出し、その状態で一定時間保持する信号（Ｐ１，Ｐ２；収縮信号）を有している。また、上記駆動信号は、従属信号（Ｐ７）の出力後に、最低駆動電圧ＶＬを一定時間保持し、再び中間駆動電圧ＶＭまで電圧を復帰させて圧力発生室３１を元の容積に戻す信号（Ｐ８，Ｐ９；復帰信号）を有している。
【００４６】
上記駆動信号を圧電振動子１７に入力して圧電振動子１７を伸長収縮させることにより、圧力発生室３１を膨張収縮させてインク滴の吐出が行われる。すなわち、まず、待機状態（Ｐ０）では、図４（ａ）に示すように、メニスカス５０は、ノズル開口２８の開口縁の位置に留まっている。この待機状態（Ｐ０）から、収縮信号（Ｐ１，Ｐ２）が入力されると、圧電振動子１７が伸長して圧力発生室３１が収縮し、図４（ｂ）に示すように、メニスカス５０が矢印１１２の方向に若干ノズル開口８から押し出される。
【００４７】
ついで、準備信号（Ｐ３，Ｐ４）が入力されると、圧電振動子１７が収縮して圧力発生室３１が膨張し、メニスカス５０が引き込まれる。このとき、収縮信号（Ｐ１，Ｐ２）によって押し出されつつあるメニスカス５０が引き込まれるため、図４（ｃ）に示すように、メニスカス５０の中心部近傍が矢印１３４の方向に局所的に引き込まれることになる。このとき、ノズル開口２８の開口縁近傍では、依然として矢印１１２方向への圧力が残っている。つぎに、吐出信号（Ｐ５，Ｐ６）が入力されると、圧電振動子１７が伸長して圧力発生室３１が急激に収縮する。この圧力発生室３１の収縮により、圧力発生室２内が昇圧され、図４（ｄ）に示すように、局所的に引き込まれたメニスカス５０のさらに中央近傍の微小領域のインクが矢印１５６の方向に飛び出してインク滴として吐出される。このとき、ノズル開口２８の径に比べ、極めて微小なインク滴を高い速度で吐出させることができる。
【００４８】
つぎに、従属信号（Ｐ７）が入力されると、圧電振動子１７がさらに伸長し、圧力発生室３１がインク滴が吐出されない程度の比較的ゆっくりした速度で準備信号入力前の容積まで収縮し、この間にメニスカス５０の残留振動が制振される。そののち、復帰信号（Ｐ８，Ｐ９）が入力されると、圧電振動子１７が収縮して圧力発生室３１が待機状態（Ｐ０）と同じ容積になるまで膨張する。
【００４９】
上記駆動信号において、収縮信号（Ｐ１，Ｐ２）の出力開始から準備信号（Ｐ３，Ｐ４）の出力開始までの経過時間ｔ１は、圧力発生室３１の固有振動周期Ｔｃの整数倍もしくは振動板の固有振動周期Ｔａの整数倍と等しくなるよう設定するのが好ましい。このようにすることにより、より安定した吐出を行うことができるようになる。
【００５０】
また、上記駆動信号において、従属信号（Ｐ７）の出力終了から復帰信号（Ｐ８、Ｐ９）の出力終了までの経過時間ｔ２は、圧力発生室３１の固有振動周期Ｔｃの整数倍と等しくなるよう設定するのが好ましい。このようにすることにより、復帰信号（Ｐ８，Ｐ９）の出力によって圧力発生室３１が膨張するタイミングがメニスカス５０の残留振動と略逆位相になるため、メニスカス５０の残留振動をより効果的に抑えることができる。
【００５１】
また、上記駆動信号において、収縮信号（Ｐ１）における中間駆動電圧ＶＭと最低駆動電圧ＶＬとの電圧差Ｖ１は、準備信号（Ｐ３）における電圧差Ｖ０の１０％以上５０％以下の範囲内に設定するのが好ましい。上記電圧差Ｖ０に対するＶ１の比率が１０％未満では、インク滴の吐出速度が低くなってインク滴の着弾位置のばらつきが大きくなる等の不利益が生じ、反対に５０％を超えると、かえって吐出特性の安定性が悪くなるからである。
【００５２】
また、上記記録装置では、装置周辺における温湿度等の環境条件を測定する温湿度センサ等を設け、収縮信号（Ｐ１）における電圧変化の勾配αを、装置周辺の環境条件に応じて変化させるのが好ましい。例えば、高温環境よりも低温環境のほうがインクの粘度が高くなる等、装置周辺の温湿度等によってインクの粘度特性等が変化してメニスカス５０の挙動にも変化が現れる。上記記録装置では、上述したように、一旦ノズル開口２８からメニスカス５０を若干押し出してから引き込んで吐出を行うことにより微小なインク滴の吐出を可能にするものである。したがって、インクの粘度等が変化してメニスカス５０の挙動が変化すると、吐出されるインク滴の体積にばらつきが生じるおそれがある。したがって、装置周辺の環境条件により、収縮信号（Ｐ１）での電圧変化の勾配αを最適なものに変化させることにより、微小なインク滴を安定して吐出させることができるのである。
【００５３】
具体的には、例えば、高温環境下ではインクの粘度が低下してメニスカス５０が動きやすくなるため、上記勾配αを緩やかになるよう設定し、反対に、低温環境下ではインクの粘度が高くなってメニスカス５０が動きにくくなるため、上記勾配αが大きくなるよう設定することが行われる。
【００５４】
このように、上記実施の形態では、ノズル開口２８の径を小さくしなくても、極めて微小なインク滴を吐出することが可能となり、解像度の高い印刷を実現することができる。また、上記実施の形態では、収縮信号（Ｐ１）の出力を開始する電圧が中間駆動電圧ＶＭであるため、最低駆動電圧ＶＬをグラウンド電圧に設定して容易に制御を行うことができる。
【００５５】
また、従属信号（Ｐ７）において、準備信号（Ｐ３）の出力前の最低駆動電圧ＶＬまで電圧を変化させることにより、インク滴吐出後の圧力発生室３１を十分収縮させてメニスカス５０の残留振動を抑えることができる。また、従属信号（Ｐ７）の出力終了から復帰信号（Ｐ８，Ｐ９）の出力終了までの経過時間ｔ２を、圧力発生室３１の固有振動周期Ｔｃの整数倍に設定することにより、復帰信号（Ｐ８，Ｐ９）によって圧力発生室３１が膨張するタイミングをメニスカス５０の残留振動と略逆位相にして、メニスカス５０の残留振動をより効果的に抑えることができる。したがって、連続してインク滴を吐出させる際、メニスカスの振動を十分収束させてからつぎの吐出動作を行うことができ、インク滴の体積のばらつきが少なくなり、安定した印刷品質を確保できる。
【００５６】
図５（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における駆動信号を示す図である。この実施の形態では、図３に示す駆動信号を４つ連続して発生させうるようになっている。そして、上記４つの駆動波形Ｓ１〜Ｓ４を選択的に駆動して連続的にインク滴を吐出させ、連続吐出された複数のインク滴でひとつのドットを形成させるようになっている。
【００５７】
このとき、従属信号（Ｐ７）の出力後に中間駆動電圧ＶＭまで電圧を復帰させる復帰信号（Ｐ８，Ｐ９）を存在させることにより、駆動信号の始点と終点の電圧を等しくしたため、駆動信号を連続的に発生させる際に電圧を戻すための不要な信号を付加する必要がなくなる。
【００５８】
この記録装置において、例えば、１つのインク滴を吐出して微小ドットを形成させる場合は、期間Ｔ１だけスイッチ回路１６を接続状態にして駆動信号Ｓ１だけを発生させ、１つのインク滴でドットを形成する。２つのインク滴を吐出してドットを形成させる場合は、期間Ｔ１およびＴ２でスイッチ回路１６を接続状態にして駆動信号Ｓ１＋Ｓ２を発生させ、２つのインク滴でドットを形成する。３つのインク滴を吐出してドットを形成させる場合は、期間Ｔ１，Ｔ２およびＴ３でスイッチ回路１６を接続状態にして駆動信号Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３を発生させ、３つのインク滴でドットを形成する。４つのインク滴を吐出してドットを形成させる場合は、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４でスイッチ回路１６を接続状態にして駆動信号Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４を発生させ、４つのインク滴でドットを形成する。
【００５９】
このようにすることにより、１種類の駆動信号で、図５（ｂ）に示すように、異なる大きさの４段階のドットを形成することができ、ドット径の可変範囲が大きくなって多段階の階調表現が可能になる。それ以外は、上記実施の形態と同様であり、同様の作用効果を奏する。
【００６０】
図６は、本発明の第３の実施の形態に用いられる記録ヘッド１０ａを示す断面図である。
【００６１】
上記記録ヘッド１０ａは、たわみ振動モードの圧電振動子が取り付けられた記録ヘッド１０ａである。この記録ヘッド１０ａは、複数の圧力発生室５２が形成されたアクチュエータユニット５１と、ノズル開口５３およびインク室５４が形成され上記アクチュエータユニット５１の下面に貼着された流路ユニット５５と、上記アクチュエータユニット５１の上面に貼着された圧電振動子１７とを備え、上記圧電振動子１７の振動により圧力発生室５２に圧力を発生させ、ノズル開口５３からインク滴を吐出させるようになっている。
【００６２】
上記アクチュエータユニット５１は、圧力発生室５２を形成する空間が形成された圧力室形成基板６０と、この圧力室形成基板６０の上面に位置して上記空間の上面開口を塞ぐ振動板６１と、上記圧力室形成基板６０の下面に位置する蓋部材６４とから構成されている。この蓋部材６４には、インク室５４と圧力発生室５２を連通させる第１インク流路６２と、圧力発生室５２とノズル開口５３を連通させる第２インク流路６３とが形成されている。
【００６３】
上記流路ユニット５５は、インク室５４を形成する空間が形成された貯留室形成基板６６と、ノズル開口５３が穿設され、上記貯留室形成基板６６の下面に位置するノズルプレート６７と、上記貯留室形成基板６６の上面に位置する供給口形成板６８とから構成されている。上記貯留室形成基板６６には、ノズル開口５３に連通するノズル連通口５９が形成されている。また、上記供給口形成板６８には、インク室５４から第１インク流路６２を介して圧力発生室５２にインクを供給するインク供給口６５が穿設されるとともに、圧力発生室５２および第２インク流路６３とノズル連通口５９ならびにノズル開口５３とを連通させる連通口５８が形成されている。
【００６４】
上記圧電振動子１７は、振動板６１上面の圧力発生室５２に対応する部分に、平板状に形成されている。そして、上記圧電振動子５２の下面には、下部電極６９が形成され、上面には圧電振動子１７を覆うように上部電極７０が形成されている。また、上記アクチュエータユニット５１の上面両端部には、各圧電振動子１７の上部電極７０に導通する端子７１が形成されている。上記端子７１上面は、圧電振動子１７上面よりも高く形成されている。そして、上記端子７１の上面には、フレキシブル回路板７２が張設され、端子７１および上部電極７０を介して圧電振動子１７に駆動信号を入力するようになっている。なお、圧力発生室５２および圧電振動子１７ならびに端子７１は、図ではそれぞれ２つしか示していないが、紙面に垂直方向に多数列設されている。
【００６５】
上記記録ヘッドにおいて、圧電振動子１７に駆動波形が入力されて圧電振動子１７が充電されると、圧電振動子１７が横方向に収縮する。このとき、圧電振動子１７の振動板６１に固定された下面側は収縮せず、上面側だけが収縮するため、圧電振動子１７および振動板６１が下方にたわみ、圧力発生室５２を収縮させる。そして、圧力発生室５２内の圧力上昇により、圧力発生室５２内のインクがノズル開口５３からインク滴７３として吐出され、記録紙等に印刷が行われる。ついで、圧電振動子１７が放電されると、圧電振動子１７および振動板６１が元の状態に戻り、圧力発生室５２内が膨張し、インク室５４からインク供給口６５を通して圧力発生室５２へ新しいインクが供給される。
【００６６】
このように、上記記録ヘッド１０ａでは、圧電振動子１７の充放電による電圧レベルと、圧力発生室５２が膨張収縮する方向との関係が、上記第１および第２の実施の形態とはまったく逆になっている。この記録ヘッド１０ａでは、上記各実施の形態で示した駆動信号とまったく逆の波形の駆動信号が用いられる。すなわち、上記第１および第２の実施の形態では、圧力発生室３１の膨張は電圧を上昇させ、インク滴の吐出は電圧を下降させる波形の駆動信号を用いたが、この記録ヘッド１０ａでは、圧力発生室５２の膨張は電圧を下降させ、圧力発生室５２の収縮は電圧を上昇させる波形の駆動信号を用いる。この場合でも、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
つぎに、実施例について説明する。
【００６８】
【実施例】
まず、図２に示す記録ヘッドを用い、本発明の記録装置と従来例とで、同一重量（２．５ｎｇ）のインク滴を吐出する際の駆動電圧とインク滴速度を測定した。その結果を下記の表１に示す。表１から明らかなように、実施例では、従来例に比べて高いインク滴速度が得られることがわかる。
【００６９】
【表１】
0003711443.tif 000002
【００７０】
ついで、常温下，低温下および高温下における準備信号（Ｐ３）における電圧差Ｖ０に対する収縮信号（Ｐ１）の電圧差Ｖ１の比率を変化させたときの、インク滴速度Ｖｍと吐出特性の安定性とを評価した。その結果を下記の表２に示す。ここで、吐出特性の安定性は、１５０〜３００ページの連続印字を行い、ドット抜けやドット曲がりの発生がないことを確認することにより行なった。
【００７１】
【表２】
0003711443.tif 000003
【００７２】
上記表２から明かなように、常温下，低温下，高温下のいずれの環境条件でも、電圧差Ｖ０に対するＶ１の比率が１０％未満では、インク滴速度Ｖｍが低下することがわかる。また、電圧差Ｖ０に対するＶ１の比率が５０％を超えると、いずれの環境条件でも、吐出の安定性が悪くなることがわかる。すなわち、上記電圧差Ｖ１の比率の吐出特性面からの使用可能範囲は１０％以上５０％以下であり、安定性面からの使用可能範囲は５０％以下である。したがって、総合的な評価における上記電圧差Ｖ１の比率の使用可能範囲は、１０％以上５０％以下であった。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明のインクジェット式記録装置およびインクジェット式記録ヘッドの駆動方法によれば、吐出信号の入力前に、メニスカスを押し出す収縮信号と、メニスカスを引き込む準備信号とを入力することにより、メニスカスを一旦押し出してから引き込むため、準備信号によってメニスカスの中央近傍が局所的に引き込まれる。この状態で吐出信号を入力して圧力室を収縮させるため、局所的に引き込まれたメニスカスのさらに中央近傍の微小部分のインクが飛び出してインク滴として吐出される。したがって、ノズル開口の径を小さくしなくても、極めて微小なインク滴を吐出することが可能となり、解像度の高い印刷を実現することができる。しかも、吐出されるインク滴の速度も速くなり、着弾位置の精度等を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のインクジェット式記録装置の全体構成を示す構成説明図である。
【図２】記録ヘッドの機械的構造を示す構成説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に用いられる駆動信号を示す説明図である。
【図４】本発明の駆動方法によるメニスカスの挙動を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図であり、（ａ）は駆動信号を示す説明図であり、（ｂ）は形成されるドットを示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に用いられる記録ヘッドを示す断面図である。
【図７】従来例の記録装置の駆動信号を示す図である。
【図８】上記従来例の記録装置によるメニスカスの挙動を示す説明図である。
【図１】
0003711443.tif 000004
【図２】
0003711443.tif 000005
【図３】
0003711443.tif 000006
【図４】
0003711443.tif 000007
【図５】
0003711443.tif 000008
【図６】
0003711443.tif 000009
【図７】
0003711443.tif 000010
【図８】
0003711443.tif 000011