(57)【要約】【課題】  回路時定数のばらつきに影響を受けにくい矩形駆動波を得ることを目的とする。【解決手段】  矩形駆動波を生成する波形生成回路や電気機械変換素子のばらつきを考えると、矩形駆動波の電圧変動時間は１０％程度ばらつくと考えられるが、電圧変動時間を１０％変化させたときの滴体積のばらつきを測定した結果、電圧変動時間が短くなるほど滴体積のばらつきが小さくなり、画質への影響を考えると、電圧変動時間は液滴吐出ヘッドの固有周期Ｔｃの１／４より小さくする必要があることがわかった。しかしながら、電圧変動時間が電気機械変換素子の固有周期Ｔａの１／４以下になると極端に滴速が低下するので、液滴吐出ヘッドの固有周期をＴｃ、電気機械変換素子の固有周期をＴａとしたときに、電圧変動時間が、Ｔａ／４＜ｔ＜Ｔｃ／４となるように駆動回路４０の第１信号生成回路５２及び第２信号生成回路５４の時定数を設定する。【選択図】        図２
2006076083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子に駆動信号を印加して当該電気機械変換素子を変形させることにより圧力室に圧力変化を生じさせ、圧力室内に充填された液体を圧力室と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記駆動信号として矩形駆動波を用い、
前記液滴吐出ヘッドの固有周期をＴｃ、前記電気機械変換素子の固有周期をＴａとしたときに、電圧変動時間ｔが、Ｔａ／４＜ｔ＜Ｔｃ／４となるように前記駆動信号を生成する回路の時定数を設定することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記電圧変動時間ｔが、Ｔａ／２＜ｔ＜Ｔｃ／８となるように前記駆動信号を生成する回路の時定数を設定することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記電圧変動時間は、前記電圧変動時間の立上げ時間と立ち下げ時間が個別に設定可能な前記回路を用いる場合には、圧力室を収縮させる方向に電圧が変化するときの電圧変動時間であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記電圧変動時間は、前記駆動信号として３値の電圧レベルを有する矩形駆動波を用いた場合、最も大きな電位差が生じる部分の電圧変動時間であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
液滴が充填される圧力室と、
前記圧力室と連通するノズルと、
駆動信号が印加されると変形して、前記圧力室に圧力波を発生させ、充填された液滴を前記ノズルから液滴として吐出させる電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子を請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号を印加する駆動回路と、
を含む液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドの駆動方法及び液滴吐出ヘッドにかかり、特に、圧電素子等のアクチュエータに矩形駆動波形を印加して液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法及び該液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出装置として、従来より、圧電素子等によるアクチュエータを利用して、インクが充填された圧力室を体積変化（膨張・収縮）させ、これによる内部の圧力変化によって圧力室に連通して形成されたノズルからインク滴を吐出するインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
近年、上述のようなインクジェット記録装置の性能向上に伴い、ノズルの高密度化・多ノズル化が求められており、これに伴って、インク滴吐出に要する消費電力の増大、波形生成回路の大型化・高コスト化などが懸念される。これらを解決するために、駆動波形の形状を矩形形状とすることが提案されている。
【０００４】
このような矩形駆動波形を圧電素子等の電気機械変換素子に印加した場合には、回路の時定数によって決定される矩形駆動波形の立上げ、立ち下げ時間（電圧変動時間）によって液滴の吐出特性に影響を及ぼす。そこで、電圧変動時間の設定について特許文献１〜６に記載の技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、液滴吐出を安定させるために、電圧変位時間を圧力波の固有周期の１／２以上に設定することが提案され、特許文献２に記載の技術では、液滴吐出後のメニスカスの残響を小さく押さえるために、電圧変位時間を圧力室内のインクの振動周期Ｔｃに設定することが提案され、特許文献３に記載の技術では、時定数を圧電素子が構成する振動系の固有周期の逆数の整数倍の０．８〜１．２倍とすることが提案され、特許文献４に記載の技術では、同時に駆動する圧電素子の負荷変動を検知して、負荷に応じて波形を補正することで、波形の傾きを一定に抑えることが提案され、特許文献５に記載の技術では、圧電素子毎に印加すべき電圧値を記憶したメモリを持たせて、ノズル毎に電圧立上げ時間やパルス幅等を調整することが提案され、特許文献６に記載の技術では、吐出する液滴を微小化するために、電圧変動時間を圧力波の固有周期の１／２以下に設定することが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−３３４６５９号公報
【特許文献２】特開平０７−１４４４０８号公報
【特許文献３】特開平１１−３４２６０２号公報
【特許文献４】特開平０９−１８７９４９号公報
【特許文献５】特開２００２−２０５３９７号公報
【特許文献６】特許第３１５９１８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、矩形駆動波形を生成する回路の時定数は、回路を構成する素子の抵抗値のばらつき、配線抵抗のばらつき、温度変化による抵抗値の変動と、圧電素子等の電気機械変換素子の製造ばらつきによる静電容量のばらつき等が掛け合わさってばらつきが発生するため、駆動波形の電圧変動時間にも大きなばらつきが発生することが予想される。
【０００７】
アナログ波形では、ＤＡコンバータ等を用いて波形の傾きを決定し、また、波形のフィードバックを行うことで精度の高い駆動波形を実現していた。また、電圧変動時間を圧力波の固有周期Ｔｃの１／２にすることで、波形のばらつきが吐出特性に与える影響を最小限にすることが可能であった。
【０００８】
また、従来の矩形波駆動においても、素子や電気機械変換素子そのもののばらつきを低減させ、波形の精度を高めたり、電圧変動時間を圧力波の固有周期の１／２することで波形のばらつきが吐出特性に与える影響を最小限にしていた。
【０００９】
アナログ波形では、ＤＡコンバータの精度やコスト、回路の熱損失の面で無駄が多く、矩形駆動においても素子や電気機械変換素子の志度を高めるためには歩留りの低下を免れない。また、ＲＣ回路からなる矩形駆動波生成回路においては、電圧変動時間を圧力波の固有周期の１／２にするには、Ｒの値を必要以上に大きくする必要があり、消費電流の増加や実装面積の増加といった不具合がある。これらの問題は、昨今の印字スピードの向上や、それに伴う印字周波数の増加やノズル数の増加によって、より大きな問題として考慮する必要がある。
【００１０】
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、回路時定数のばらつきに影響を受けにくい矩形駆動波を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法は、電気機械変換素子に駆動信号を印加して当該電気機械変換素子を変形させることにより圧力室に圧力変化を生じさせ、圧力室内に充填された液体を圧力室と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、前記駆動信号として矩形駆動波を用い、前記液滴吐出ヘッドの固有周期をＴｃ、前記電気機械変換素子の固有周期をＴａとしたときに、電圧変動時間ｔが、Ｔａ／４＜ｔ＜Ｔｃ／４となるように前記駆動信号を生成する回路の時定数を設定することを特徴としている。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、電気機械変換素子に印加する駆動信号として矩形駆動波を用いる。
【００１３】
ここで、矩形駆動波を生成する波形生成回路や電気機械変換素子のばらつきを考えると、矩形駆動波の電圧変動時間は１０％程度ばらつくと考えられるが、電圧変動時間を１０％変化させたときの滴体積のばらつきを測定した結果、電圧変動時間が短くなるほど滴体積のばらつきが小さくなることが分かった。
【００１４】
また、画質への影響を考えると、電圧変動時間は、液滴吐出ヘッドの固有周期Ｔｃの１／４より小さくする必要があることがわかった。
【００１５】
しかしながら、電圧変動時間が電気機械変換素子の固有周期Ｔａの１／４以下になると極端に滴速が低下する。
【００１６】
そこで、液滴吐出ヘッドの固有周期をＴｃ、電気機械変換素子の固有周期をＴａとしたときに、電圧変動時間が、Ｔａ／４＜ｔ＜Ｔｃ／４となるように駆動信号を生成する回路の時定数を設定することによって、回路時定数のばらつきに影響を受けにくい矩形駆動波を得ることができる。
【００１７】
なお、電圧変動時間は、請求項２に記載の発明のように、好ましくはＴａ／２＜ｔ＜Ｔｃ／８となるように駆動信号を生成する回路の時定数を設定する方がよい。
【００１８】
また、吐出する際の電圧変動時間の方が特に吐出特性への影響が大きいため、電圧変動時間は、請求項３に記載の発明のように、電圧変動時間の立ち上げ時間と立ち下げ時間が個別に設定可能な回路を用いる場合に、圧力室を収縮させる方向に電圧が変化するときの電圧変動時間とするようにしてもよい。
【００１９】
また、駆動信号として３値の電圧レベルを有する矩形駆動波を用いる場合には、時定数が一定の時には、最も大きな電位差が生じる部分の電圧変動時間が最も長い時間となり、画質、吐出効率及び電気機械変換素子寿命の全ての面において不利となると共に、最も大きな電位差を生じる部分では、大きな滴径の液滴を吐出する時であるので、記録画像の欠陥を最も認識しやすい。従って、請求項４に記載の発明のように、最も大きな電位差が生じる部分の電圧変動時間を上記範囲になるように、駆動信号を生成する回路の時定数を設定するようにしてもよい。
【００２０】
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドは、液滴が充填される圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、駆動信号が印加されると変形して、前記圧力室に圧力波を発生させ、充填された液滴を前記ノズルから液滴として吐出させる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子を請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号を印加する駆動回路と、を含むことを特徴としている。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、圧力室に液滴が充填され、ノズルが圧力室に連通している。また、電気機械変換素子に駆動信号が印加されると電気機械変換素子が変形して、圧力室に圧力波が発生し、圧力室に充填された液体がノズルから液滴として吐出される。
【００２２】
そして、駆動回路では、電気機械変換素子に対して、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号が印加される。従って、上述したように、回路時定数のばらつきに影響を受けにくい矩形駆動波で液滴吐出ヘッドを駆動することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、駆動信号として矩形駆動波を用いて、液滴吐出ヘッドの固有周期Ｔｃ、電気機械変換素子の固有周期Ｔａとしたときに、電圧変動時間ｔが、Ｔａ／４＜ｔ＜Ｔｃ／４となるように駆動信号を生成する回路の時定数を設定することにより、回路時定数のばらつきに影響を受けにくい矩形駆動波を得ることができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。なお、本実施の形態は、本発明をインクジェット記録装置に適用したものである。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の１ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。
【００２６】
ヘッド１０は、インクタンク１２、供給路１４、圧力室１６、ノズル１８、及び電気機械変換素子としての圧電素子２０を有している。
【００２７】
インクタンク１２には、インクが充填され、インクタンク１２に充填されたインクは、供給路１４を介して圧力室１６に充填され、圧力室１６に連通したノズル１８にインクが供給される。
【００２８】
圧力室１６の壁面の一部は振動板１６Ａからなり、該振動板１６Ａにピエゾ素子等の圧電素子２０が設けられており、圧電素子２０によって振動板１６Ａを変形させて振動させることで、圧力室１６内に圧力波が発生する。すなわち、圧電素子２０の振動によって発生する圧力波によって、圧力室１６内に充填されたインクがノズル１８から吐出され、圧力室１６には供給路１４を介してインクタンク１２からインクが補充されるようになっている。
【００２９】
ノズル１８は、例えば、記録紙幅方向に複数配列した記録ヘッドとすることで、記録紙幅方向の画像を記録し、記録紙と記録ヘッドとを相対的に移動することで記録紙に画像を記録することができる。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置のヘッドを駆動する駆動回路を示す図である。
【００３１】
図２に示すように、駆動回路４０は、シフトレジスタ４２と、ラッチ回路４４と、セレクタ４６と、レベルシフタ４８と、ドライバ５０と、が半導体基板３０上に構成されている。
【００３２】
コントローラ２２から出力されたクロック信号及び選択信号はシフトレジスタ４２に入力され、ラッチ信号はラッチ回路４４に入力される。
【００３３】
選択信号は、第一波形又は第二波形を選択するための信号であり、第一波形選択信号４２Ａ、第二波形選択信号４２Ｂからなるシリアル信号である。第一波形選択信号４２Ａ、第二波形選択信号４２Ｂは、各々「０」又は「１」となる1ビットデータを示す信号である。第一波形選択信号４２Ａは、第一波形を選択するときに「１」となり、第一波形を選択しない時に「０」となる信号である。また、同様に、第二波形選択信号４２Ｂは、第二波形を選択するときに「１」となり、第二波形を選択しないときには「０」となる信号である。
【００３４】
すなわち、選択信号は、第一波形を選択する場合には「１０」、第二波形を選択する場合には、「０１」の２ビットシリアルデータとなる。このような選択信号が、各圧電素子２０の数だけ連続してシフトレジスタ４２に入力される。
【００３５】
なお、以下では、１つの圧電素子２０に駆動波形を供給する場合について説明するが、他の圧電素子２０についても同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
シフトレジスタ４２は、入力された２ビットシリアルデータである選択信号を２ビットのパラレルデータに変換してラッチ回路４４へ出力する。
【００３７】
ラッチ回路４４は、シフトレジスタ４２から出力されたパラレルデータをラッチ信号の入力に応じてラッチする。
【００３８】
セレクタ４６には、コントローラ２２から第一波形及び第二波形が選択対象信号として入力されると共に、ラッチ回路４４によってラッチされた選択信号のパラレルデータがセレクト端子に入力される。従って、セレクタ４６は、第一波形及び第二波形から選択信号によって選択が指示されたものを選択して出力することになる。
【００３９】
セレクタ４６の波形信号の出力端子はレベルシフタ４８に接続されており、セレクタ４６から出力された波形信号はレベルシフタ４８によってレベル変換されて出力される。なお、レベルシフタ４８には、図示しない第３電源から所定電圧レベルＨＶＤＤの電力が供給されており、レベルシフタ４８では、選択信号によって選択された波形信号を、電圧レベルＨＶＤＤに応じた電圧レベルまでレベル変換する。
【００４０】
一方、ドライバ５０は、第１信号生成回路５２と、第２信号生成回路５４とが備えられている。本実施の形態に係わる第１信号生成回路５２は、ＰＭＯＳ５２ＡとＮＭＯＳ５２Ｂを直列に接続して構成したインバータ回路として構成されており、同様に、第２信号生成回路５４もまた、ＰＭＯＳ５４ＡとＮＭＯＳ５４Ｂを直列接続して構成したインバータ回路として構成されている。
【００４１】
すなわち、第１信号生成回路５２は、ＰＭＯＳ５２ＡとＮＭＯＳ５２Ｂのドレイン同士が接続されると共に、ＰＭＯＳ５２ＡとＮＭＯＳ５２Ｂのゲートが接続されている。同様に、第２信号生成回路５４も、ＰＭＯＳ５４ＡとＮＭＯＳ５４Ｂのドレイン同士が接続されると共に、ＰＭＯＳ５４ＡとＮＭＯＳ５４Ｂのゲートが接続されている。
【００４２】
ここで、第１信号生成回路５２におけるＰＭＯＳ５２Ａのソースには、図示しない第一電源からの所定電圧レベルＨＶ１とされた電力が供給されると共に、ＮＭＯＳ５２Ｂのソースは接地されてグランドレベルとされている。また、ＰＭＯＳ５２Ａ及びＮＭＯＳ５２Ｂの各ゲートにはレベルシフタ４８の一方の出力端子が接続されており、セレクタ４６によって選択された一対の波形信号の一方で、かつレベルシフタ４８によってレベル変換された波形信号Ｓ１が入力される。
【００４３】
従って、第１信号生成回路５２では、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ１の信号レベルがハイレベルである場合はＰＭＯＳ５２Ａがオフ状態でＮＭＯＳ５２Ｂがオン状態となるため、出力される電圧の電圧レベルはグランドレベルとなる。これに対して、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ１の信号レベルがローレベルである場合はＰＭＯＳ５２Ａがオン状態でＮＭＯＳ５２Ｂがオフ状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは電圧レベルＨＶ１となる。この結果、第１信号生成回路５２から出力される電圧は、波形がレベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ１の反転波形と同一で、かつ電圧レベルとしてグランドレベル及び電圧レベルＨＶ１の２つを有するものとなる。
【００４４】
一方、第２信号生成回路５４におけるＰＭＯＳ５４Ａのソースには、図示しない第二電源からの所定電圧レベルＨＶ２とされた電力が供給されると共に、ＮＭＯＳ５４Ｂのソースには、第１信号生成回路５２におけるＰＭＯＳ５２Ａ及びＮＭＯＳ５２Ｂの接続点（ドレイン）が接続されている。従って、ＮＭＯＳ５４Ｂのソースには、第１信号生成回路５２のインバータ出力が印加されることになる。更に、ＰＭＯＳ５４Ａ及びＮＭＯＳ５４Ｂの各ゲートにはレベルシフタ４８の他方の出力端子が接続されており、セレクタ４６によって選択された一対の波形信号の他方で、かつレベルシフタ４８によってレベル変換された波形信号Ｓ２が入力される。
【００４５】
従って、第２信号生成回路５４では、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ２の信号レベルがハイレベルである場合はＰＭＯＳ５４Ａがオフ状態でＮＭＯＳ５４Ｂがオン状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは第１信号生成回路５２から出力された電圧と同様のもの（波形がレベルシフタ４８から入力されている波形信号の反転波形と同一で、かつ電圧レベルがグランドレベル及び電圧レベルＨＶ１の２つを有するもの）となる。これに対し、レベルシフタ４８から入力された波形信号Ｓ２の信号レベルがローレベルである場合はＰＭＯＳ５４Ａがオン状態でＮＭＯＳ５４Ｂがオフ状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは電圧レベルＨＶ２となる。この結果、第２信号生成回路５４から出力される電圧は、レベルシフタ４８から入力された一対の波形信号Ｓ１、Ｓ２に応じて第１信号生成回路５２及び第２信号生成回路５４から各々出力される電圧を組み合わせた、電圧レベルとしてグランドレベル、電圧レベルＨＶ１、及び電圧レベルＨＶ２の３値となる。
【００４６】
例えば、駆動波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ２としたい場合は、第２信号生成回路５４からの出力波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ２にするようにする。従って、この場合には、第２信号生成回路５４に入力する波形信号Ｓ２をローレベルとすればよい。なお、この場合は第１信号生成回路５２の出力は第２信号生成回路５４の出力に影響を与えることはないので、第１信号生成回路５２に入力する波形信号Ｓ１のレベルは制限されない。
【００４７】
一方、駆動波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ１としたい場合は、第１信号生成回路５２からの出力波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ１にすると共に、第２信号生成回路５４からの出力波形の電圧レベルも電圧レベルＨＶ１にする必要がある。従って、この場合には、第１信号生成回路５２に入力する波形信号Ｓ１をローレベルにすると共に、第２信号生成回路５４に入力する波形信号Ｓ２をハイレベルにする必要がある。
【００４８】
更に、駆動波形の電圧レベルをグランドレベルとしたい場合は、第１信号生成回路５２からの出力波形の電圧レベルをグランドレベルにすると共に、第２信号生成回路５４からの出力波形の電圧レベルもグランドレベルにする必要がある。従って、この場合には、第１信号生成回路５２に入力する波形信号Ｓ１をハイレベルにすると共に、第２信号生成回路５４に入力する波形信号Ｓ２もハイレベルにする必要がある。
【００４９】
表１には、ドライバ５０の動作を示す真理値表が示されている。なお、同表におけるＳ１は第１信号生成回路５２に入力される波形信号を示し、Ｓ２は第２信号生成回路５４に入力される波形信号を示し、ＯＵＴは第２信号生成回路５４から対応する圧電素子２０に供給される駆動波形の電圧レベルを示す。
【００５０】
【表１】
2006076083.tif 000003
【００５１】
第１信号生成回路５２及び第２信号生成回路５４の各々に入力すべき波形信号Ｓ１、Ｓ２を生成させる際には、表１に示される真理値表に基づき、最終的に所望の駆動波形が得られるように一対の第一波形及び第二波形を生成し、駆動回路４０に供給すればよい。
【００５２】
本実施の形態に係るインクジェット記録装置では、圧電素子２０の駆動によって吐出されるインク滴の吐出量の種類として、「大滴」及び「小滴」の２種類が適用されており、コントローラ２２では、当該２種類の吐出量の各々に対応する駆動波形を生成することができる２組の波形信号として、第一波形及び第二波形が各々生成され、駆動回路４０に入力されるように構成されている。
【００５３】
なお、本実施の形態に係るインクジェット記録装置では、図示しない第３電源から供給される電力の電圧レベルＨＶＤＤと第二電源から供給される電力の電圧レベルＨＶ２との関係を（電圧レベルＨＶＤＤ≧電圧レベルＨＶ２）とし、電圧レベルＨＶ２と図示しない第一電源から供給される電力の電圧レベルＨＶ１との関係を（電圧レベルＨＶ２＞電圧レベルＨＶ１）としている。
【００５４】
ところで、このような駆動回路４０では、駆動回路４０の時定数により、駆動波形の立上げ、立ち下げ時間（電圧変動時間）が決定されるが、駆動回路４０や圧電素子２０のばらつきによる吐出特性のばらつきが問題となる。そこで、立上げ、立ち下げ時間（電圧変動時間）のばらつきに対してロバスト性の高い駆動波形を設計することが必須となる。
【００５５】
ここで、駆動回路４０における最適な時定数を求めるための実験を行った。図３は、電圧変動時間ｔを１０％変化させたときの吐出滴体積のばらつきを示すグラフであり、図４は、電圧変動時間に対する滴速の変化を示すグラフである。なお、図３では、電圧変動時間は、ヘッド１０の固有周期Ｔｃを１とした時の電圧変動時間を示し、図４では、電圧変動時間は、圧電素子２０の固有周期Ｔａ（ヘッド１０にインク充填されていない時の固有周期）を１とした時の電圧変動時間を示す。
【００５６】
波形生成回路（上述の第１信号生成回路５２や第２信号生成回路５４）のばらつきや圧電素子２０のばらつきなどを考慮すると、電圧変動時間ｔは±１０％程度ばらつくと考えられる。電圧変動時間を１０％変化させたときには、図３に示すように、電圧変動時間ｔが短くなるほど滴体積のばらつきが小さくなることが分かる。
【００５７】
普通紙でビジネス文書などを印字する場合には、滴体積のばらつきが４％以内であることが望まれ、光沢紙で写真画質を印字する場合には、滴体積のばらつきが２％以内であることが望まれる。従って、図３に示すように、電圧変動時間がヘッド１０の固有周期Ｔｃの１／４より小さいときに、滴体積のばらつきが４％程度になり、普通紙でビジネス文書を印字する場合にはほとんど気になる画質欠陥を生じなくなる。
【００５８】
さらに、電圧変動時間がヘッド１０の固有周期Ｔｃの１／８より小さくすると、図３に示すように、滴体積のばらつきが２％程度に収まり、光沢紙で写真画質を出力しても画質に影響を及ぼさなくなる。なお、上記結果を表２に普通紙ビジネス文書と光沢紙写真画質の画質欠陥の有無を示す。表２では、「×」は画質欠陥有りを示し、「○」は画質欠陥無しを示す。
【００５９】
【表２】
2006076083.tif 000004
【００６０】
一方、電圧を一定にして電圧変動時間ｔを短くしていくと、滴速の変化は、図４に示すようになり、圧電素子の固有周期Ｔａに対して、電圧変動時間がＴａ／４以下になると極端に滴速が低下することが分かる。
【００６１】
また、一般的に、圧力室１６内にインクが充填されていない場合は、圧電素子２０の固有周期Ｔａの１／２以下の電圧変動時間で波形を印加すると、圧電素子２０が励振して壊れやすくなる。従って、吐出効率と圧電素子２０の寿命の観点から見ると表３に示すような結果となる。表３では、「×」は問題あり、「○」は問題無しを示す。
【００６２】
【表３】
2006076083.tif 000005
【００６３】
以上のように、実験の結果、電圧変動時間が短ければ短いほど、ばらつきが吐出に与える影響が小さくなることが明らかになった。より具体的には、ヘッド１０の固有周期Ｔｃの１／４以下にすることが望ましく、さらには写真画質までを考えると、１／８以下であればよいことが分かった。
【００６４】
しかしながら、吐出効率や圧電素子２０の寿命の面で考えると、電圧変動時間が短すぎると不具合が生じることが明らかになった。具体的には、圧電素子２０の固有周期Ｔａに対して、電圧変動時間を固有周期Ｔａの１／４以下にすると駆動波形に対して圧電素子が追従しきれないため十分な音響はが発生せず、吐出不良が発生することが明らかになった。また、電圧変動時間を圧電素子２０の固有周期Ｔａの１／２以下にすると、何らかの原因で圧力室１６内にインクが充填されていない場合に、圧電素子２０が励振して破壊される恐れがある。
【００６５】
従って、電圧変動時間をＴａ／４＜ｔ＜Ｔｃ／４となるように駆動回路４０の時定数を設定することによって、回路時定数のばらつきの影響を受けにくい、最適な矩形駆動波を得ることができる。
【００６６】
また、電圧変動時間をＴａ／２＜ｔ＜Ｔｃ／８となるように駆動回路４０の時定数を設定する方がより好ましい。
【００６７】
なお、電圧変動時間として立上げと立ち下げ時間をそれぞれ異なる時定数を設定することができる場合には、圧力室１６を収縮する方向、すなわち吐出する際の電圧変動時間の方が特に吐出特性への影響が大きいため、少なくとも圧力室１６を収縮する方向の電圧変動時間を上記の範囲に設定すればよい。
【００６８】
また、３値の電圧レベルを持った矩形駆動波を考えた場合には、時定数が一定の時には、最も大きな電位差が生じる部分の電圧変動時間が最も長い時間となり、画質、吐出効率及び圧電素子寿命の全ての面において不利となると共に、最も大きな電位差を生じる部分では、大きな滴径の液滴を吐出する時であるので、記録画像の欠陥を最も認識しやすい。従って、少なくとも最も大きな電位差が生じる部分の電圧変動時間を上記の範囲に設定すればよい。
【００６９】
詳細には、本実施の形態に係わる駆動回路４０における電圧変動時間の上記範囲への設定は、波形の電圧変動時間が回路の時定数によって決定されるので、本実施の形態では、第１信号生成回路５２及び第２信号生成回路５４におけるトランジスタ（ＰＭＯＳ５２Ａ、ＮＭＯＳ５２Ｂ、ＰＭＯＳ５４Ａ、及びＮＭＯＳ５４Ｂ）と圧電素子２０の静電容量によって決定される。従って、本実施の形態に係わる駆動回路４０における第１信号生成回路５２及び第２信号生成回路５４のトランジスタサイズを任意に設定することで電圧変動時間を設定することができる。
【００７０】
例えば、電圧変動時間を短くするためには、トランジスタのサイズを大きくしてオン抵抗を小さくし、逆に電圧変動時間を長くするためには、トランジスタのサイズを小さくしてオン抵抗を大きくすることで、電圧変動時間が上述した範囲になるように設定する。
【００７１】
なお、立上げと立ち下げで電圧変動時間を異ならせるためには、ＰＭＯＳ５２ＡとＮＭＯＳ５２Ｂ（またはＰＭＯＳ５４ＡとＮＭＯＳ５４Ｂ）のオン抵抗の値を異なる値とすればよい。また、電位差によって電圧変動時間を異ならせるためにはＰＭＯＳ５２ＡとＰＭＯＳ５４Ａ（またはＮＭＯＳ５２ＢとＮＭＯＳ５４Ｂ）のオン抵抗を異なる値とすればよい。
【００７２】
なお、上記の実施の形態では、大滴と小滴の２種類の滴径変調を行う例を説明したが、３種類以上の滴径変調を行うようにしてもよい。例えば、３種類の滴径変調を行う場合には、コントローラ２２で更に第三波形を生成することによって３種類の滴径変調を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の１ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置のヘッドを駆動する駆動回路を示す図である。
【図３】電圧変動時間ｔを１０％変化させたときの吐出滴体積のばらつきを示すグラフである。
【図４】電圧変動時間に対する滴速の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１０    ヘッド
１６    圧力室
１８    ノズル
２０    圧電素子
４０    駆動回路
５２    第１信号生成回路
５２Ａ、５４Ａ    ＰＭＯＳ
５２Ｂ、５４Ｂ    ＮＭＯＳ
５４    第２信号生成回路
【図１】
2006076083.tif 000006
【図２】
2006076083.tif 000007
【図３】
2006076083.tif 000008
【図４】
2006076083.tif 000009