(57)【要約】【課題】圧電体の温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体を備えることで温度上昇に伴う圧電体自体の発熱量の増加を抑制し、インクの温度変動幅を小さくしてより安定した温度補償を行い、インクの吐出性能及び信頼性を向上する。【解決手段】記録ヘッド１３に備えられた圧電体２００において、その温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する材質を用いることで、温度上昇に伴い圧電体２００に付与する電気エネルギから圧電体２００を変形させるのに必要な機械エネルギに変換する効率を良くして、圧電体２００自体の発熱量を抑制し、インクの温度変動幅を小さくして、インクの温度変化に対する印可電圧の補正を正確に行う。【選択図】図４
2004017372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク室の少なくとも一部を形成している圧電体を電気エネルギの付与により変形させてインク室内に格納されているインクを吐出する記録ヘッドを備えたインクジェット画像形成装置において、
前記圧電体に付与する電気エネルギを画像データ及びインクの温度に基づいて制御する制御手段を具備し、
前記圧電体は、温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が正の特性を有することを特徴とするインクジェット画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、画像濃度に応じて１ドット当たりの電気エネルギの付与回数を変更することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、記録ヘッドにおけるインク室の少なくとも一部を形成している圧電体を変形させてインク室内を加圧することでインクを吐出して画像形成を行うインクジェット画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット画像形成装置において、用紙等の記録媒体に画像を形成する記録ヘッド（インクジェットヘッド）からインクを吐出する方法は、基本的には、記録ヘッドに設けられた吐出ノズルの先端からインクを吐出する。この吐出ノズルは、記録ヘッドに備えた複数のインク室の底部に設けられている。具体的には、インク室において、極めて短時間に加圧されたインクが吐出ノズルの先端から一滴のインク滴となって吐出される。
【０００３】
上記インク室の加圧方法の一つとして、インク室の壁面を構成するセラミック等の圧電体（電気機械エネルギ変換素子）に電界を発生させることにより、その圧電体を変形させて圧力を発生させる方法が知られている。この方法を用いた剪断モード方式の記録ヘッドを備えた構成が、特開昭６３−２４７０５１号公報に開示されている。
【０００４】
上記記録ヘッドより吐出されるインクの粘度η（ｃｐ）は、図８に示すように、インクの温度（℃）によって大きく変化する。これにより、低温時は記録ヘッドに設けられた吐出ノズルからのインク滴の吐出速度が遅くなり、最悪の場合インク吐出不可能となる等、記録ヘッドの吐出性能が低下する問題があった。
【０００５】
上記問題を解決するため、従来は、図８に示した記録ヘッドの温度（℃）、即ちインクの温度（℃）の変化に対応して、記録ヘッドの圧電体に電界を発生させるための印加電圧Ｖｐ（Ｖ）を変化させることで、インクの吐出速度を制御し、記録ヘッドの吐出性能を向上させるという方法が用いられていた。
【０００６】
また、特開平９−４８１１３号公報では、インクの温度変化による吐出性能の低下を防止するために、圧電体に付与する印加電圧は一定として、少なくとも２０℃以下の温度域において電気機械結合係数の温度変化に対する変化率が３０００ｐｐｍ／℃以下の温度変化に対する電気機械結合係数の変化率の低い特性を有する圧電体を備えたことで、低温領域においてインク噴射速度の低下を防ぐことができる構成が開示されている。
【０００７】
また、圧電体の発熱は、圧電体やその周辺回路の温度上昇をもたらし、圧電体自体やその周辺回路の特性や寿命に影響を与えてしまう。そのため、従来より機構的に圧電体の発熱を発散させる等の工夫がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインクジェット画像形成装置では、圧電体自体の発熱量の抑制は行っていなかった。即ちインクの温度変化に対応して印加電圧Ｖｐを変化させる従来の構成では、結果的に圧電体の温度が上昇した時の圧電体自体から発生する熱量は減少していたにもかかわらず、この圧電体の発熱量が減少することに着目して、それを積極的に活用する技術は皆無であった。また、印加電圧の制御は、現実的にはある一定周期の期間毎にしか実行できず、インクの吐出速度の補正も実際にはある一定周期でしか実現できないため、インクの吐出性能をより向上させることが困難であった。
【０００９】
特開平９−４８１１３号公報においても、電気機械結合係数の温度変化に対する変化率には着目して、低温領域におけるインクの吐出性能は向上しているが、圧電体の発熱量を抑制することは行っておらず、低温域以外の領域においては、インクの吐出性能をより向上させることが困難である。
【００１０】
この発明の目的は、圧電体の温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体を備えることで温度上昇に伴う圧電体自体の発熱量の増加を抑制し、インクの温度変動幅を小さくしてより安定した温度補償を行い、インクの吐出性能及び信頼性の高いインクジェット画像形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
【００１２】
（１）インク室の少なくとも一部を形成している圧電体を電気エネルギの付与により変形させてインク室内に格納されているインクを吐出する記録ヘッドを備えたインクジェット画像形成装置において、
前記圧電体に付与する電気エネルギを画像データ及びインクの温度に基づいて制御する制御手段を具備し、
前記圧電体は、温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が正の特性を有することを特徴とする。
【００１３】
この構成においては、インクを吐出するインク室の一部が、温度変化に対する電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体によって構成され、インク吐出時に圧電体に付与すべき電気エネルギが、画像データ及びインクの温度に基づいて制御手段によって制御される。したがって、温度上昇に伴って、圧電体の電気機械結合係数が高くなり、圧電体に付与された電気エネルギが機械エネルギに効率よく変換され、圧電体の機械的変形によってインクを吐出させるために必要な電気エネルギ量が減少し、圧電体への印可電圧が低下する。また、温度上昇に伴って、インクの粘度が低下するためインクを吐出させやすく、インクを吐出させるために必要な電気エネルギ量が減少し、圧電体への印可電圧がより低下する。圧電体の発熱量は圧電体の静電容量と印可電圧の２乗との積に比例するが、インク及び圧電体の温度上昇に伴う印可電圧の低下によって、圧電体自体の発熱量は温度上昇に伴って著しく増大していくことがなく、インク、圧電体及びその周辺回路の温度変動幅は小さくなる。このため、インクの粘土の変化する範囲を小さくすることができる。また、温度変化が、圧電体やその周辺回路の特性及び寿命に与える影響が減少する。
【００１４】
（２）前記制御手段は、画像濃度に応じて１ドット当たりの電気エネルギの付与回数を変更することを特徴とする。
【００１５】
この構成においては、１ドット当たりに画像濃度に応じて複数回にわたって電気エネルギが付与されるインク室の一部が、温度変化に対する電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体によって構成されるとともに、インク吐出時に圧電体に付与すべき電気エネルギが、画像データ及びインクの温度に基づいて制御手段によって制御される。したがって、画像濃度に応じて１ドット当たり複数のインク滴を連続して吐出してするマルチドロップ方式のインクジェット画像形成装置では、１ドット当たり１滴のインク滴で画像形成を行うシングルドロップ方式の画像形成装置と比較して、圧電体への電気エネルギの付与回数が多く、複数のインク滴それぞれの吐出速度が異なるため温度変化に対する印可電圧の補正回数も多く、温度の変動も激しいが、温度変化に対する電気機械結合係数の変化率において正の特性を有する圧電体を備えることで、インク、圧電体及びその周辺回路の著しい温度上昇が防止され、インクの粘土の変化する範囲を小さくすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、この発明の実施形態に係るインクジェット画像形成装置の概略の構成を示す斜視図及び断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように、この発明の実施形態に係るインクジェット画像形成装置１（以下、画像形成装置１と言う。）の筐体２内には、後部（図２紙面右側）から上部にかけて給紙部３が配置され、給紙部３から筐体２の前方に向かって分離部４、搬送部５、画像形成部（印刷部）６及び排出部７がこの順に配置されている。また、画像形成装置１は、後述するインク室の壁面を構成する圧電体を長手方向と直交する方向に変形させる剪断歪方式により、インク室に格納されているインクを吐出する。
【００１８】
給紙部３は、給紙トレイ８及び図示しないピックアップローラを有し、画像形成を行う時に用紙Ｐを画像形成部６へ供給する。また、給紙部３は、画像形成が行われない時、用紙Ｐを収納する機能を果たしている。
【００１９】
分離部４は、給紙ローラ９及び分離装置１０を有し、給紙部３から画像形成部６へ供給する用紙Ｐを１枚ずつ分離する。分離装置１０では、用紙Ｐとの接触部分である分離装置１０のパッド部分と用紙Ｐとの間の摩擦が、用紙Ｐ同士の摩擦より大きくなるように設定される。また、給紙ローラ９では、給紙ローラ９と用紙Ｐとの間の摩擦が、パッド部分と用紙Ｐとの間の摩擦及び用紙Ｐ同士の摩擦よりも大きくなるように設定される。これにより、例えば、上下に重なった２枚の用紙Ｐが分離部４まで送られてきたとしても、給紙ローラ９によってこれらの用紙Ｐを分離し、上側の用紙Ｐのみを搬送部５に送ることができる。
【００２０】
搬送部５は、ガイド板１１及びローラ対（搬送機構）１２を有し、分離部４より１枚ずつ供給される用紙Ｐを画像形成部６へ搬送する。ローラ対１２は、用紙Ｐを記録ヘッド１３とプラテン１４との間に送り込む時に記録ヘッド１３から吐出されるインクが用紙Ｐの適切な位置に吹き付けられるように、用紙Ｐの搬送を調整する。
【００２１】
画像形成部６は、記録ヘッド１３、プラテン１４、キャリッジ１５及びガイドシャフト１６を有し、搬送部５のローラ対１２から供給される用紙Ｐにインクを吐出して画像形成を行う。ガイドシャフト１６は、記録ヘッド１３を搭載したキャリッジ１５を主走査方向Ｄ２へ案内する。プラテン１４は、画像形成時に用紙Ｐを支持する。
【００２２】
排出部７は、排出ローラ１７、排出トレイ１８及び図示しないインク乾燥部を有し、画像形成が終了した用紙Ｐを筐体２内から外へ排出する。
【００２３】
また、画像形成を行う場合は、図示しないコンピュータ等の外部装置から、画像データが画像形成装置１に送られる。画像データを受信した画像形成装置１は、給紙部３に収納されている用紙Ｐをピックアップローラによって搬出する。搬出された用紙Ｐは、給紙ローラ９により分離部４を通過して搬送部５へ搬送される。搬送部５では、ローラ対１２により用紙Ｐを記録ヘッド１３とプラテン１４との間へ搬送する。次に画像形成部６にて、画像データに基づいてプラテン１４上の用紙Ｐに、記録ヘッド１３に設けられた吐出ノズルからインクが吹き付けられる。この時、用紙Ｐはプラテン１４上で一旦停止し、キャリッジ１５がガイドシャフト１６に案内されて主走査方向Ｄ２に走査しながら、記録ヘッド１３からインクを用紙Ｐに吹き付けることで１ライン分の画像を形成し、その後、用紙Ｐを主走査方向に直交する副走査方向Ｄ１に一定の幅だけ移動させる。上記の処理を画像データに基づいて繰り返し行うことで、用紙Ｐ全体に画像を形成する。画像形成が完了した用紙Ｐは、インク乾燥部を介して排出ローラ１７によって排出トレイ１８から筐体２の外へ排出され、用紙Ｐは、画像形成物としてユーザに提供される。
【００２４】
図３は、この発明の実施形態に係るインクジェット画像形成装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【００２５】
図３に示すように、画像形成装置１の制御部２０は、インタフェース部２１、メモリ２２、画像処理部２３及び駆動系制御部２４を備えている。
【００２６】
インタフェース部２１は、外部装置等と、画像処理部２３及び駆動系制御部２４との信号のやりとりを行う回路である。また、外部装置等から送られてくる画像データは、インタフェース部２１を介して画像処理部２３へ送られる。
【００２７】
画像処理部２３は、外部装置等からインタフェース部２１を介して送られてくる画像データに基づいて画像処理を行う。また、画像処理部２３は、記録ヘッド１３の駆動を制御するヘッド駆動回路３０に接続されている。記録ヘッド１３には、温度センサ１９が具備され、この温度センサ１９によって検出された温度情報はヘッド駆動回路３０に伝送される。ヘッド駆動回路３０は、この温度情報と画像処理部２３からの画像データに基づいて記録ヘッド１３（圧電体２００）の印加電圧を適応制御するこの発明の制御手段である。
【００２８】
メモリ２２は、画像処理部２３に送られてきた画像データを一時格納する。
【００２９】
駆動系制御部２４は、キャリッジ１５の駆動及び用紙Ｐの搬送を制御する。また、駆動系制御部２４は、キャリッジモータ４０の駆動を制御するキャリッジ駆動回路３１及び用紙搬送モータ４１の駆動を制御する用紙搬送駆動回路３２に接続されている。
【００３０】
図４及び図５は、この発明の実施形態に係るインクジェット画像形成装置に備えられた記録ヘッドの底面図及び縦断面図である。
【００３１】
図４及び図５に示すように、記録ヘッド１３は、圧電体（圧電材料）２００、天板３００、複数のインク室４００及びインクタンク７００を備えている。
【００３２】
圧電体２００は、櫛歯状に形成されており、各櫛歯の隙間に櫛歯を壁面としてインク室４００が形成されているが、圧電体２００の形状は特にこれに限定されるものではない。また、圧電体２００は、特に剪断歪方式に限定されるものでなく、ユニモルフ方式、厚み方向歪方式、軸方向歪方式、積層圧電体方式等であっても良く、特に電気機械結合係数が大きく、温度依存性の小さいものを用いることが好ましい。
【００３３】
また、一般的な圧電体２００としては、図９に例示するように、温度変化に対して、電気機械結合係数の変化率（Ｋ）が正の特性を有するもの（Ｎ−１０）と、負の特性を有するもの（Ｎ−６，Ｎ−６１）とがあるが、画像形成装置１においては、温度変化に対して電気機械結合係数が正の特性を有する圧電体２００を用いる。圧電体２００についての詳細は、後述する。
【００３４】
インク室４００は、両側の壁面に形成された駆動電極５００及び吐出ノズル６００を備えている。
【００３５】
天板３００は、複数のインク室４００を圧電体２００中に嵌合させるためのものであり、導電性樹脂からなる複数の接続電極３０１を備えている。それぞれの接続電極３０１は、インク室４００内で対向する２つの駆動電極５００に接続されている。
【００３６】
吐出ノズル６００は、インクタンク７００に蓄えられているインクを、複数のインク室４００に接続された共通インクパス８００を介して吐出する。吐出動作については、図６及び図７に基づいて説明する。
【００３７】
図６は、この発明の実施形態に係るインクジェット画像形成装置に備えられた記録ヘッドの画像形成時の動作を示す図である。図７は、この発明の実施形態に係るインクジェット画像形成装置に備えられた記録ヘッドに電圧を印可するタイミングを示すタイミングチャートである。
【００３８】
図６に示すように、隣り合う３つのインク室４００をそれぞれＡチャンネル、Ｂチャンネル、Ｃチャンネルとして区別する。また、以下に記述するインクの吐出方法は、Ｂチャンネルからインクを吐出する方法であるが、Ａチャンネル、Ｃチャンネルからも同様の方法でインクが吐出される。
【００３９】
即ち、記録ヘッド１３の画像形成時の動作は、インクを吐出するチャンネルを順次切り替えながら、Ａ〜Ｃチャンネルの何れかからインクを吐出することである。換言すれば、記録ヘッド１３は、隣り合う３つのインク室４００のＡチャンネル、Ｂチャンネル、Ｃチャンネルを駆動させることによりインクを吐出する。
【００４０】
図６（ａ）に示すように、インクの吐出（画像形成）を行わない通常状態では、Ａチャンネル、Ｂチャンネル、Ｃチャンネルのうち、何れの駆動電極５００にも電界は付与されない。
【００４１】
また、圧電体２００は、剪断モードの変形を生じるように、図６（ａ）の矢印Ｚ方向の駆動電極５００の表面と平行な方向、即ち駆動電界に直交する方向に分極している。
【００４２】
Ｂチャンネルよりインクを吐出する場合、まず図７に示すように、Ｂチャンネルの駆動電極５００に対して吐出パルス４１を与える。一方、Ａチャンネル及びＣチャンネルの駆動電極については、吐出パルスを与えない。
【００４３】
すると、Ｂチャンネルの駆動電極５００から、Ａチャンネル及びＣチャンネルの駆動電極５００に向かって電界が発生する。この電界の向きに従って、ＡチャンネルとＢチャンネルとの間に形成された圧電体２００及びＢチャンネルとＣチャンネルとの間に形成された圧電体２００は、剪断変形する。この結果、図６（ｂ）に示すように、Ｂチャンネルのインク室４００の容積が拡張する。これにより、Ｂチャンネルにインクが吸引される。
【００４４】
次に、図７に示すように、共通パルス４２を、Ａチャンネル及びＣチャンネルの駆動電極５００に与える。すると、Ａチャンネル及びＣチャンネルの駆動電極５００から、Ｂチャンネルの駆動電極５００に向かって電界が発生する。この電界の向きに従って、ＡチャンネルとＢチャンネルとの間に形成された圧電体２００及びＢチャンネルとＣチャンネルとの間に形成された圧電体２００は、剪断変形する。この結果、図６（ｃ）に示すように、Ｂチャンネルのインク室４００の容積が収縮する。これにより、Ｂチャンネルの吐出ノズル６００からインクが吐出される。
【００４５】
なお、何れのチャンネルからも吐出しない場合は、図７に示すようにＡチャンネル及びＣチャンネルの駆動電極５００に共通パルス４２を与えると同時に、Ｂチャンネルの駆動電極５００に、共通パルス４２と同じ電位の非吐出パルス４３を与える。この場合、Ａ〜Ｃチャンネルの駆動電極は等しい電位となるので、各駆動電極５００間に電界は発生しない。したがって、圧電体２００は電界による変形を生じることなく、いずれのインク室４００の容積も拡張したり収縮したりすることはないので、インクの吐出は行われない。
【００４６】
パルスの印加時間を相対的に表す単位をＡＬとすると、ＡＬは下記の式で表される。
【００４７】
ＡＬ＝インク室の長さ÷インク中における音速
ここで、インク室の長さとは、共通インクパス８００から吐出ノズル６００までの壁面方向の長さを示している。
【００４８】
記録ヘッド１３に設けられたチャンネルの上記インク室の長さが全て同じである画像形成装置１では、非吐出パルス及び共通パルスの印加時間は２×ＡＬであり、吐出パルスの印加時間はＡＬである。一般的なインクジェット画像形成装置であれば、ＡＬ＝数μｓ程度である。
【００４９】
図８は、インクの粘度の温度特性及びインク吐出速度を一定に保った時の圧電体２００への印加電圧の温度特性を示す図である。また、図９は、一般的な圧電体の電気機械結合係数の温度特性を示す図である。
【００５０】
ここで、電気機械結合係数とは、圧電体２００に付与された電気エネルギがどれだけ機械エネルギに変換されるかを示すものであり、上記電気エネルギで、圧電体２００の結晶中に機械的な形で蓄積された上記機械エネルギを除算した値の平方根で表される。
【００５１】
図８に示すように、記録ヘッド１２より吐出されるインクの粘度ηは、インクの温度が高くなるにしたがって減少する、負の特性を有している。したがって、温度変化に係わらずインクの吐出速度を一定にするためには、インクの温度が高くなるにしたがって、インクを吐出するために圧電体２００に蓄積される機械エネルギを小さくする必要がある。換言すると、インクの温度上昇の要因の一つである圧電体の温度上昇が進むにつれて、インクの吐出速度を一定に維持すれば、上記機械エネルギを小さくすることが可能である。
【００５２】
また、図９に示すような電気機械結合係数の変化率が正の温度特性を有する圧電体２００を用いれば、圧電体２００の温度が高くなるにしたがって、圧電体２００に付与される電気エネルギを機械エネルギへ変換する効率が増大していく。これにより、圧電体２００自身によって、インクの吐出速度がさらに速くなる。この結果、インクの吐出速度を一定にすれば、圧電体２００に蓄積される機械エネルギをその分さらに小さくすることが可能となる。
【００５３】
圧電体２００に付与する電気エネルギを一定にした場合、上記のインク粘度及び圧電体２００のインクの温度変化に対する関係を以下に記述する。
【００５４】
インクの温度が比較的低い時は、インクの粘度が大きくなることから、インクの粘度の特性によって、インクの吐出速度は遅くなる。さらに、圧電体２００の電気機械結合係数の特性からすれば、圧電体に付与された電気エネルギからインクを吐出するための機械エネルギに変換される効率が悪くなることから、インクの吐出速度はより遅くなる。
【００５５】
一方、インクの温度が比較的高い時は、インクの粘度が小さくなることから、インクの粘度の特性によって、インクの吐出速度は速くなる。さらに、圧電体２００の電気機械結合係数の特性からすれば、圧電体２００に付与された電気エネルギからインクを吐出するための機械エネルギに変換される効率が良くなることから、温度が高くなるに伴いインクの吐出速度はより速くなる。
【００５６】
即ち、インクの粘度の特性により変化するインクの吐出速度が増速する時は、圧電体２００の電気機械結合係数の特性により変化するインクの吐出速度も増速する。したがって、この発明に係る電気機械結合係数の変化率が正の温度特性を有する圧電体２００を用いることで、インクの吐出速度を一定に維持した状態において、圧電体２００に付与される電気エネルギを、インクの粘度の特性による影響分に加えてさらに小さくすることが可能となる。これにより、圧電体２００から発生する熱量をさらに減少させることが可能になる。
【００５７】
圧電体２００に入力される電気エネルギをＵｉ、電気エネルギＵｉから変換される圧電体２００を変形させるため機械エネルギ（歪エネルギ）をＵｏとすると、電気機械結合係数Ｋは下式で表される。
【００５８】
Ｋ＝√｛（機械エネルギＵｏ）／（電気エネルギＵｉ）｝・・・（１）
ここで、機械エネルギＵｏは、圧電体２００の歪ｅ及びヤング率Ｙとすると、（２）式で表され、
Ｕｏ＝（１／２）×Ｙ×ｅ２　・・・（２）
電気エネルギＵｉは、圧電体の誘電率ε、電界強度Ｅとすると、（３）式で表される。
【００５９】
Ｕｉ＝（１／２）×ε×Ｅ２　・・・（３）
一方、圧電体２００に電圧を印加した時に、発生する歪みを示す圧電定数ｄは、（４）式で表される。
【００６０】
ｄ＝Ｋ×√（ε／Ｙ）・・・（４）
また、圧電定数ｄは、電界強度Ｅに対する歪みｅの変位量であるので、（５）式で表すこともできる。
【００６１】
ｄ＝ｅ／Ｅ・・・（５）
ここで、（４）式を２乗し、その式に、（１）〜（３）式を代入すると、
ｄ２　＝〔｛（１／２）×Ｙ×ｅ２　｝／｛（１／２）×ε×Ｅ２　｝〕×（ε／Ｙ）
∴ｄ２　＝（ｅ／Ｅ）２　・・・（６）
となり、（５）式を２乗した式と（６）式とは一致することから、（１）〜（５）式が正しいことが確認できる。したがって、圧電体２００へ入力される電気エネルギＵｉを、圧電体２００の静電容量Ｃ及び圧電体２００への印加電圧Ｖとで表すと、（１）〜（５）式を用いて、電気エネルギＵｉに対する圧電体２００変形させる機械エネルギＵｏは、（７）式で表せるようになる。
【００６２】
Ｕｏ＝Ｋ２　×（１／２）×Ｃ×Ｖ２　・・・（７）
ここで、インクの温度がＴａ（℃）、Ｔｂ（℃）の場合における、圧電体２００の静電容量をそれぞれＣａ、Ｃｂ、圧電体２００の電気機械結合係数をそれぞれＫａ、Ｋｂ及び圧電体２００を変形させるために付与される印加電圧をそれぞれＶａ、Ｖｂとする。インクの温度がＴａ（℃）、Ｔｂ（℃）の両方の場合、圧電体２００を変形させる機械エネルギを等しくする条件を（７）式を用いて算出すると、以下の（８）式で示すものとなる。
【００６３】
Ｖｂ２　＝（Ｃａ／Ｃｂ）×（Ｋａ／Ｋｂ）２　×Ｖａ２　・・・（８）
また、一般的な圧電体２００の静電容量は、図１０に示すように、温度が高くなるにつれて増加する正の特性を有している。
【００６４】
圧電体２００の出力機械エネルギを等しくする条件の下で、（８）式より、圧電体２００の温度変化による静電容量の変化が、圧電体２００に印加する電圧に影響するのは自明である。しかしながら、圧電体２００の発熱量は、圧電体の静電容量Ｃ及び圧電体への印加電圧Ｖで表すとＣ×Ｖ２　に比例する。したがって、（８）式を用いて発熱量を計算すると、圧電体２００の温度変化による静電容量の変化に伴う印加電圧の変化と静電容量自体の変化とが相殺されることになって発熱量には影響を与えず、発熱量は、電気機械結合係数の変化のみに影響される。
【００６５】
よって、電気機械結合係数の影響のみを考慮するために、以降ではＣａ＝Ｃｂとして（８）式を適用する。
【００６６】
ここで、温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する図９のＮ−１０の圧電体２００を用いて計算する。図９に示されるように、２０℃時の電気機械結合係数は０．６８で、６０℃時の電気機械結合係数は０．７１である。したがって、圧電体２００に対する６０℃時の印加電圧は、２０℃時の印加電圧の
（０．６８／０．７１）×１００＝９５．８（％）
の大きさで良いことになる。さらに、圧電体２００の発熱量は、Ｃ×Ｖ２　に比例するため、６０℃時の発熱量は、２０℃時の発熱量の
（０．６８／０．７１）２　×１００＝９１．７（％）
と抑制される。
【００６７】
同様にして、温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が負の特性を有する図９のＮ−６１の圧電体２００を用いて計算した場合、図９に示されるように、２０℃時の電気機械結合係数は０．６３５で、６０℃時の電気機械結合係数は０．６２である。したがって、圧電体２００に対する６０℃時の印加電圧は、２０℃時の印加電圧の
（０．６３５／０．６２）×１００＝１０２．４（％）
の大きさにしなければならない。さらに、６０℃時の発熱量は、２０℃時の発熱量の
（０．６３５／０．６２）２　×１００＝１０４．９（％）
に増大する。
【００６８】
以上の算出例から、温度変化に対して電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体２００を備えることによって、圧電体２００の発熱量が抑制されることが証明された。
【００６９】
以上のように、インクを吐出するインク室４００の壁面を温度変化に対する電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体で構成し、インク吐出時に圧電体２００に付与すべき電気エネルギを、画像データ及び記録ヘッドに具備された温度センサ１９によって検出された温度情報基づいてこの発明の制御手段であるヘッド駆動回路３０が制御することによって、温度上昇に伴って、圧電体２００の電気機械結合係数が高くなり、圧電体２００に付与された電気エネルギを機械エネルギに効率よく変換することができ、圧電体２００の機械的変形によってインクを吐出させるために必要な電気エネルギ量が減少し、圧電体２００への印可電圧が低下する。
【００７０】
また、温度上昇に伴って、インクの粘度が低下するためインクを吐出させやすくなり、インクを吐出させるために必要な電気エネルギ量がより減少し、圧電体２００への印可電圧をより低下させることができる。インク及び圧電体２００の温度上昇に伴う印可電圧の低下によって、圧電体２００自体の発熱量は温度上昇に伴った著しい増大を防ぐことができるため、インク、圧電体２００及びその周辺回路の温度変動幅を小さくすることができる。このため、インクの粘土の変化する範囲を小さくすることができ、より正確な印可電圧の補正を行うことができるため、より安定した温度補償が可能となり、インクの吐出性能の安定化を図ることができる。
【００７１】
さらに、温度変化が、圧電体２００やその周辺回路の特性及び寿命に与える影響が減少するため、特性の安定化及び長寿命化を図ることができる。
【００７２】
また、圧電体２００の変形を複数回連続して行うことで複数のインク滴を吐出し、それらのインク摘が合体したインク滴を１ドットとして紙面上に画像を形成するマルチドロップ方式の画像形成装置では、１ドット当たり１滴のインク滴で画像形成を行うシングルドロップ方式の画像形成装置と比較して、圧電体への電気エネルギの付与回数が多く、複数のインク滴それぞれの吐出速度が異なるため温度変化に対する印可電圧の補正回数も多く、温度の変動も激しいが、温度変化に対する電気機械結合係数の変化率において正の特性を有する圧電体を備えることで、インク、圧電体及びその周辺回路の著しい温度上昇を防ぐことができ、連続して吐出する複数のインク滴それぞれの吐出速度に対応した、温度変化に対する印可電圧の補正をより正確に行うことができる。したがって、より効果的にインクの吐出性能の安定化を図ることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００７４】
（１）インクを吐出するインク室の一部を温度変化に対する電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体で構成し、インク吐出時に圧電体に付与すべき電気エネルギを画像データ及びインクの温度に基づいて制御手段が制御することによって、温度上昇に伴って、圧電体の電気機械結合係数が高くなり、圧電体に付与された電気エネルギを機械エネルギに効率よく変換することができ、圧電体の機械的変形によってインクを吐出させるために必要な電気エネルギ量が減少し、圧電体への印可電圧を低くすることができる。また、温度上昇に伴って、インクの粘度が低下するためインクを吐出させやすくなり、インクを吐出させるために必要な電気エネルギ量がより減少し、圧電体への印可電圧をより低下させることができる。さらに、インク及び圧電体の温度上昇に伴う印可電圧の低下によって、圧電体自体の発熱量は温度上昇に伴った著しい増大を防ぐことができるため、インク、圧電体及びその周辺回路の温度変動幅を小さくすることができる。このため、インクの粘土の変化する範囲を小さくすることができ、より正確な印可電圧の補正を行うことができるため、より安定した温度補償が可能となり、インクの吐出性能の安定化を図ることができる。
【００７５】
また、温度変化が、圧電体やその周辺回路の特性及び寿命に与える影響が減少するため、特性の安定化及び長寿命化を図ることができる。
【００７６】
（２）１ドット当たりに画像濃度に応じて複数回にわたって電気エネルギが付与されるインク室の一部を温度変化に対する電気機械結合係数の変化率が正の特性を有する圧電体で構成し、インク吐出時に圧電体に付与すべき電気エネルギを画像データ及びインクの温度に基づいて制御手段が制御することによって、シングルドロップ方式の画像形成装置と比較して、圧電体への電気エネルギの付与回数が多く、複数のインク滴それぞれの吐出速度が異なり温度変化に対する印可電圧の補正回数も多く、温度の変動も激しい、マルチドロップ方式のインクジェット画像形成装置においても、インク、圧電体及びその周辺回路の著しい温度上昇を防ぐことにより、インクの粘土の著しい低下が防止されるので温度変化に対する印可電圧の補正をより正確に行うことができる。したがって、より効果的にインクの吐出性能の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係るインクジェット画像形成装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】同インクジェット画像形成装置の概略の構成を示す断面図である。
【図３】同インクジェット画像形成装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】同インクジェット画像形成装置に備えられた記録ヘッドの底面図である。
【図５】同インクジェット画像形成装置に備えられた記録ヘッドの縦断面図である。
【図６】同インクジェット画像形成装置に備えられた記録ヘッドの画像形成時の動作を示す図である。
【図７】同インクジェット画像形成装置に備えられた記録ヘッドに電圧を印可するタイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】インクの粘度の温度特性及びインク吐出速度を一定に保った時の圧電体への印加電圧の温度特性を示す図である。
【図９】一般的な圧電体の電気機械結合係数の温度特性を示す図である。
【図１０】一般的な圧電体の静電容量の温度特性を示す図である。
【符号の説明】
１−インクジェット画像形成装置
６−画像形成部
１３−記録ヘッド
１９−温度センサ
２００−圧電体
４００−インク室
５００−駆動電極
６００−吐出ノズル
【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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