(57)【要約】【課題】マルチドロップ方式でインクジェットヘッドの駆動を行う場合の記録品質を向上する。【解決手段】制御部２２は、インクジェットヘッド１において、１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合は、そのインクドロップの吐出速度が、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合の１ドロップ目の吐出速度よりも速くなるように、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合の各インクドロップを吐出するための通常波形とは異なる駆動波形を用いて吐出駆動を行うようにヘッド駆動部２１を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク室と、
前記インク室に連通してインクを吐出するノズルと、
前記インク室の容積を変化させる可変手段と、
画像データに基づいて各画素に応じた数のインクドロップを前記ノズルから吐出させるよう制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ノズルから１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合、インクドロップの吐出速度が、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合の１ドロップ目の吐出速度よりも速くなるように、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合の各インクドロップを吐出するための駆動波形である通常波形とは異なる駆動波形を用いて前記可変手段を制御することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記通常波形は、前記インク室を元の容積から拡張させるための拡張パルスを印加し、所定の休止時間の後、前記インク室を元の容積より収縮させるための収縮パルスを印加する波形であり、
１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合の駆動波形は、前記拡張パルスに連続して前記収縮パルスを印加する波形であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合の駆動波形における前記収縮パルスのパルス長が前記拡張パルスのパルス長の略２倍であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドに設けられたインク室に圧力を付与してインク室内のインクをノズルから吐出するインクジェット記録装置において、階調表現を行うための駆動方式としてマルチドロップ方式が知られている。マルチドロップ方式は、１画素に対して吐出する同じ大きさのインクドロップの数を制御することにより階調表現を行う方式である。
【０００３】
マルチドロップ方式において、ノズルからインクを吐出する際、最初の１ドロップ目は、インク室内部の圧力変動がなくメニスカスが静止した状態から吐出されることになるため、吐出速度が遅くなる。これに対して、１画素に対して複数ドロップを吐出する場合の２ドロップ目以降は、先のインクドロップの吐出後の残留振動によりインク室内部の圧力変動がありメニスカスが動いている状態から吐出されるため、１ドロップ目よりも吐出速度が速くなる。
【０００４】
１画素に対して複数ドロップを吐出する場合、その１ドロップ目は、吐出速度の速い２ドロップ目以降に吸収合体され、複数ドロップ吐出の吐出速度は２ドロップ目以降の吐出速度と同程度となる。このため、１ドロップ目の吐出速度が遅いことの影響はなくなる。しかし、１画素に１ドロップだけを吐出する場合、その吐出速度が遅く、上記のような複数ドロップを吐出する場合の吐出速度との間に差が生じる。このような吐出速度の差は、着弾位置のずれを招き、記録品質が低下することがあった。
【０００５】
そこで、１ドロップ目を吐出するためにインク室を吐出駆動するパルスを印加する前に、プリパルスを印加する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。このプリパルスにより、インクが吐出しない程度の小さな振動をインク室内のインクに生じさせ、１ドロップ目の吐出速度を向上させる。これにより、１画素に１ドロップだけを吐出する場合と、複数ドロップを吐出する場合との吐出速度の差を小さくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、プリパルスを印加することによっては、１ドロップ目の吐出速度を十分に向上することができず、上述のような着弾位置のずれによる記録品質の低下を改善する効果が十分でなかった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、マルチドロップ方式でインクジェットヘッドの駆動を行う場合の記録品質を向上することができるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るインクジェット記録装置の第１の特徴は、インク室と、前記インク室に連通してインクを吐出するノズルと、前記インク室の容積を変化させる可変手段と、画像データに基づいて各画素に応じた数のインクドロップを前記ノズルから吐出させるよう制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ノズルから１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合、インクドロップの吐出速度が、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合の１ドロップ目の吐出速度よりも速くなるように、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合の各インクドロップを吐出するための駆動波形である通常波形とは異なる駆動波形を用いて前記可変手段を制御することにある。
【００１０】
本発明に係るインクジェット記録装置の第２の特徴は、前記通常波形は、前記インク室を元の容積から拡張させるための拡張パルスを印加し、所定の休止時間の後、前記インク室を元の容積より収縮させるための収縮パルスを印加する波形であり、１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合の駆動波形は、前記拡張パルスに連続して前記収縮パルスを印加する波形であることにある。
【００１１】
本発明に係るインクジェット記録装置の第３の特徴は、１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合の駆動波形における前記収縮パルスのパルス長が前記拡張パルスのパルス長の略２倍であることにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るインクジェット記録装置の第１の特徴によれば、１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合、そのインクドロップの吐出速度が、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合の１ドロップ目の吐出速度よりも速くなるように、通常波形とは異なる駆動波形を用いて吐出駆動を行うことで、１画素に対して１ドロップだけを吐出する場合と複数ドロップを吐出する場合との吐出速度の差を小さくして、着弾位置のずれの発生を抑え、記録品質の低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係るインクジェット記録装置の第２の特徴によれば、１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合の駆動波形は、拡張パルスに連続して収縮パルスを印加する波形とすることで、インク室内のインクを急激に加圧し、吐出速度を向上することができる。
【００１４】
本発明に係るインクジェット記録装置の第３の特徴によれば、１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合の駆動波形における収縮パルスのパルス長を拡張パルスのパルス長の略２倍とすることで、インク室内の圧力波の振幅を弱め、不要なインクドロップが吐出されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドの概略構成を一部断面で示す斜視図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドにおいてインク供給部を備えた状態のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本実施の形態に係るインクジェット記録装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】インクジェットヘッドにおけるインク吐出動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態における通常波形を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における高速吐出用波形を示す図である。
【図８】高速吐出用波形を用いて１ドロップを吐出したときのインク室内の圧力変化を測定した実験結果の一例を示す図である。
【図９】通常波形を用いて１ドロップを吐出したときのインク室内の圧力変化を測定した実験結果の一例を示す図である。
【図１０】インク室内のピーク圧力とインクドロップの吐出速度とを示す図である。
【図１１】インクドロップの吐出速度を測定した実験結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図面を通じて同一もしくは同等の部位や構成要素には、同一もしくは同等の符号を付している。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係るインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドの概略構成を一部断面で示す斜視図、図２は、図１に示すインクジェットヘッドにおいてインク供給部を備えた状態のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１に示すインクジェットヘッドは、シェアモード型のインクジェットヘッドである。
【００１８】
なお、本実施の形態において、後述のインク室に関する構成は全インク室で共通であるので、個々のインク室を示す符号のアルファベット等の添え字を省略して総括的に表記することがある。
【００１９】
図１〜図３に示すように、インクジェットヘッド１には、セラミック等からなる基板２とカバープレート３との間に、２つの圧電部材４ａ，４ｂからなる複数の隔壁４が配置されている。圧電部材４ａ，４ｂは、例えば、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）等の公知の圧電材料からなり、図３中の矢印で示すように互いに異なる方向に分極している。
【００２０】
基板２、カバープレート３、および隔壁４の先端には、ノズルプレート５が固定されている。これにより、基板２、カバープレート３、隔壁４、およびノズルプレート５に囲まれた複数のインク室６が並列して形成される。ノズルプレート５には、複数のノズル７が設けられており、インク室６の一端側はノズル７に連通されている。インク室６の他端側は、全インク室６に連通するインク流入口８、インク供給口９を経て、インクチューブ１０によってインクタンク（図示せず）に接続されている。このインク流入口８、インク供給口９、およびインクチューブ１０によりインク供給部が構成される。
【００２１】
インク室６の側面を構成する隔壁４および底面を構成する基板２の表面には、電極（可変手段）１１が密着形成されている。インク室６内の電極１１は、圧電部材４ａの後部側表面まで延びている。各電極１１には、この後部側表面において異方導電性フィルム（図示せず）を介してフレキシブルケーブル１２が接続されており、このフレキシブルケーブル１２を介して電極１１に駆動電圧が印加されるようになっている。
【００２２】
電極１１は、駆動電圧が印加されると、隔壁４をせん断変形させることによりインク室６の容積およびインク室６内の圧力を変化させる。これにより、ノズル７からインク室６内のインクが吐出される。
【００２３】
図４は、本実施の形態に係るインクジェット記録装置の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施の形態に係るインクジェット記録装置は、インクジェットヘッド１を駆動させるヘッド駆動部２１と、制御部２２と、駆動波形格納部２３とを備える。
【００２４】
ヘッド駆動部２１は、フレキシブルケーブル１２を介してインクジェットヘッド１の電極１１に駆動電圧を印加することにより、隔壁４を変形させてインク室６の容積およびインク室６内の圧力を変化させ、ノズル７からインクを吐出させる吐出駆動を行う。
【００２５】
制御部２２は、画像処理部（図示せず）等から入力される画像データに基づいて、ヘッド駆動部２１によるインクジェットヘッド１の駆動を制御する。画像データは、各画素に対して吐出するインクドロップ数を示すデータである。制御部２２は、この画像データに基づく数のインクドロップをノズル７から吐出させるようヘッド駆動部２１を制御することで、マルチドロップ方式の駆動制御を行う。
【００２６】
駆動波形格納部２３は、インクジェットヘッド１を駆動させるための電圧の波形データを格納するものであり、後述する通常波形および高速吐出用波形の波形データを格納している。
【００２７】
次に、インク吐出の動作について説明する。
【００２８】
図５に示すように、圧電部材４ａ，４ｂからなる隔壁４Ａ〜４Ｄで隔てられた３つのインク室６Ａ〜６Ｃのうちのインク室６Ｂからインクを吐出させる場合について説明する。図６は、インク室６Ｂの電極１１Ｂに印加される電圧の波形図であり、本実施の形態における通常波形を示す。
【００２９】
図５（ａ）に示す定常状態から、図６における時刻ｔ１において、インク室６Ａ，６Ｃの電極１１Ａ，１１Ｃを接地するとともに、インク室６Ｂの電極１１Ｂに負電圧−ＶＡのパルスである拡張パルスＰ１を印加すると、隔壁４Ｂ，４Ｃを構成する圧電部材４ａ，４ｂの分極方向に垂直な方向の電界が生じる。これにより、圧電部材４ａ，４ｂの接合面にズリ変形が生じ、図５（ｂ）に示すように、隔壁４Ｂ，４Ｃは互いに離反する方向に変形し、インク室６Ｂの容積が拡張する。この結果、インク室６Ｂ内のインクに負圧が生じて、インク流入口８からインク室６Ｂにインクが流れ込む。
【００３０】
拡張パルスＰ１のパルス長は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの１ＡＬである。ＡＬ（Acoustic Length）は、容積が拡張したインク室６にインクが流入することによる圧力波が、インク室６の全域を伝播してノズル７に達するまでの時間であり、インクジェットヘッド１の構造や、インクの密度等に依存して決まるものである。
【００３１】
図５（ｂ）の状態から、図６における時刻ｔ２において、インク室６Ｂの電極１１Ｂに印加する電圧を接地電位に戻すと、隔壁４Ｂ，４Ｃは、図５（ａ）に示した中立位置に戻る。これにより、インク室６Ｂ内のインクが急激に加圧され、対応するノズル７からインクが吐出される。
【００３２】
インク室６Ｂの電極１１Ｂに印加する電圧を接地電位に戻してから１ＡＬの休止時間が経過すると、インク室６Ｂの電極１１Ｂに正電圧ＶＡのパルスである収縮パルスＰ２を印加する。収縮パルスＰ２のパルス長は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの１ＡＬである。この収縮パルスＰ２の印加により、図５（ｃ）に示すように、隔壁４Ｂ，４Ｃは互いに接近する方向に変形し、インク室６Ｂの容積が収縮する。
【００３３】
インクは時刻ｔ２の直後にインク室６Ｂ内の圧力がピークを迎えることで吐出される。圧力がピークを迎えた後、インク室６Ｂ内には負圧が生じる。収縮パルスＰ２を印加してインク室６Ｂ内の容積を収縮させて加圧力を発生させることで、インク吐出後のインク室６Ｂ内の負圧が抑えられ、インク室６Ｂ内におけるインクの残留振動が減衰される。これにより、次回の吐出動作を安定して行うことができる。
【００３４】
収縮パルスＰ２の印加後、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間においてインク室６Ｂの電極１１Ｂに印加する電圧を接地電位とし、図５（ａ）の状態に戻す。
【００３５】
本実施の形態では、１画素に対して複数のインクドロップを吐出する場合に、各インクドロップを吐出するために図６の通常波形が用いられる。この場合、制御部２２は、図６の通常波形の波形データを駆動波形格納部２３から読み出し、この通常波形に基づいてヘッド駆動部２１により電極１１を駆動させて、上述のような吐出動作をインクドロップ数分だけ繰り返し行わせる。
【００３６】
これに対し、１画素に対して１ドロップだけを吐出する場合、図６の通常波形とは異なる高速吐出用波形が用いられる。この高速吐出用波形の一例を図７に示す。
【００３７】
この高速吐出用波形を用いる場合、図５（ａ）に示す定常状態から、図７における時刻ｔ６において、インク室６Ａ，６Ｃの電極１１Ａ，１１Ｃを接地するとともに、インク室６Ｂの電極１１Ｂに負電圧−ＶＡの拡張パルスＰ３を印加すると、図５（ｂ）のようにインク室６Ｂの容積が拡張し、インク室６Ｂにインクが流れ込む。
【００３８】
図５（ｂ）の状態から、図７における時刻ｔ７において、拡張パルスＰ３に連続して正電圧ＶＡの収縮パルスＰ４をインク室６Ｂの電極１１Ｂに印加すると、図５（ｃ）に示すように、インク室６Ｂの容積が収縮する。このように、図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）の状態に移行することで、インク室６Ｂ内のインクが急激に加圧され、対応するノズル７からインクが吐出される。
【００３９】
収縮パルスＰ４の印加後、時刻ｔ８から時刻ｔ９の間においてインク室６Ｂの電極１１Ｂに印加する電圧を接地電位とし、図５（ａ）の状態に戻す。
【００４０】
１画素に対して１ドロップだけを吐出する場合に、制御部２２は、図７の高速吐出用波形の波形データを駆動波形格納部２３から読み出し、この高速吐出用波形に基づいてヘッド駆動部２１により電極１１を駆動させて、上述のような吐出動作を行わせる。
【００４１】
図７の高速吐出用波形では、図６の通常波形のような拡張パルスＰ１と収縮パルスＰ２との間の休止時間（時刻ｔ２〜ｔ３）を省略し、拡張パルスＰ３に連続して収縮パルスＰ４を電極１１に印加することで、駆動電圧ＶＡが同じでも、通常波形よりも吐出タイミングでのインク室６内の圧力を高め、インクドロップの吐出速度を向上することができる。
【００４２】
図８は、高速吐出用波形を用いて１ドロップを吐出したときのインク室６内の圧力変化を測定した実験結果の一例を示す図、図９は、通常波形を用いて１ドロップを吐出したときのインク室６内の圧力変化を測定した実験結果の一例を示す図である。図８、図９において、ＡＬ＝２．４μｓである。図９では、通常波形の拡張パルスＰ１の前にプリパルスＰ５を印加した場合の実験結果を示している。
【００４３】
また、図１０は、図８および図９に示した実験におけるインク室６内のピーク圧力と、インクドロップの吐出速度とを示す図である。図１１は、図８の実験におけるインクドロップの吐出速度と、図９の実験と同様の通常波形を用いて、１ドロップ目の前にはプリパルスを印加して７ドロップを連続して吐出したときの各インクドロップの吐出速度とを測定した実験結果の一例を示す図である。なお、図１１における通常波形を用いた場合の２ドロップ目以降の吐出速度の平均は７．５１ｍ／ｓである。
【００４４】
図１０、図１１に示すように、通常波形を用いた場合では、プリパルスＰ５を印加しても、１ドロップ目の吐出速度は遅い。
【００４５】
前述のように、１画素に対して複数ドロップを吐出する場合、吐出速度の遅い１ドロップ目は２ドロップ目以降に吸収合体されるため、この実験の場合、複数ドロップ吐出の吐出速度は、上述の２ドロップ目以降の平均速度の７．５１ｍ／ｓと同程度となる。一方、通常波形を用いて１画素に対して１ドロップだけ吐出する場合の吐出速度は、図１０に示すように４．４２ｍ／ｓであり、複数ドロップ吐出の吐出速度とは大きな差がある。このような吐出速度の差は、着弾位置のずれによる記録品質の低下を招く。
【００４６】
これに対して、高速吐出用波形を用いて１ドロップのみを吐出したときの吐出速度は、通常波形を用いた場合の１ドロップ目の吐出速度より速く、図１０、図１１に示すように７．８１ｍ／ｓである。これは、通常波形を用いた複数ドロップ吐出の吐出速度と同程度となっている。
【００４７】
なお、高速吐出用波形においては、図７および図８のように、収縮パルスＰ４のパルス長が、拡張パルスＰ３のパルス長の２倍の２ＡＬであることが好ましい。図８に示すように、電極１１に対してパルス長２ＡＬの収縮パルスＰ４の印加後に電圧を接地電位（０Ｖ）に戻すことでインク室６内の圧力波の振幅が弱められ、不要なインクドロップが吐出されることを防止できる。収縮パルスＰ４の電圧ＶＡから電圧を接地電位に戻すタイミングによっては、１ドロップの吐出後に圧力が再度高まって不要なインクドロップが吐出されるおそれがあるが、収縮パルスＰ４のパルス長を２ＡＬとすれば、上述のように、不要なインクドロップの吐出を回避できる。
【００４８】
以上説明したように本実施の形態では、マルチドロップ方式の駆動において、１画素に対して１ドロップのみ吐出するときは、通常波形とは異なる高速吐出用波形を用いて電極１１を駆動することで、インクドロップの吐出速度を向上する。これにより、１画素に１ドロップだけを吐出する場合と、複数ドロップを吐出する場合との吐出速度の差を小さくして、着弾位置のずれの発生を抑え、記録品質の低下を抑制することができる。
【００４９】
なお、高速吐出用波形は、図７に示した波形に限らず、通常波形を用いた場合よりもインク室６内の圧力変化を大きくしてインクドロップの吐出速度を向上するものであればよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  インクジェットヘッド
４  隔壁
６  インク室
７  ノズル
１１  電極
２１  ヘッド駆動部
２２  制御部
２３  駆動波形格納部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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