(57)【要約】 【課題】  インク吐出後のメニスカスの復帰を早めることによりインクを吐出させる周波数を高めて印刷速度を向上すること。【解決手段】  圧力室の容積を拡張又は収縮させるインク吐出パルス３５をアクチュエータに駆動信号として供給することにより前記ノズルからインク滴を吐出させた後、インクが吐出しない程度に前記圧力室を収縮又は拡張させてメニスカスの振動を誘起する振動誘起パルス３６とメニスカス振動の振幅を一定に維持する振動維持パルス３３をアクチュエータに供給した。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、又は収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェット式記録ヘッドに対し、前記圧力室の容積を拡張又は収縮させてインクを吐出させる吐出パルスを前記アクチュエータに駆動信号として供給することにより、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録装置において、前記インク滴を吐出させた後、前記圧力室の容積を収縮又は拡張させてインクが吐出しない程度にメニスカス振動を誘起する振動誘起パルスと、前記圧力室の容積を収縮又は拡張させてメニスカス振動の振幅を一定に維持する振動維持パルスを前記アクチュエータに駆動信号として供給す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】
前記振動維持パルスにより維持されたメニスカス振動を低減させる振動消去パルスを前記アクチュエータに駆動信号として供給することを特徴とする請求項1 記載インクジェット式記録装置。
【請求項３】
前記振動維持パルスの電圧振幅またはパルス幅は、前記振動誘起パルスの電圧振幅またはパルス幅より小さいことを特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録装置。
【請求項４】
インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張、又は収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェット式記録ヘッドに対し、前記圧力室の容積を拡張又は収縮させてインクを吐出させる吐出パルスを前記アクチュエータに駆動信号として供給することにより、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録装置において、前記インク滴を吐出させた後、前記圧力室の容積を収縮又は拡張させてインクが吐出しない程度にメニスカス振動を誘起する振動誘起パルスと、前記振動誘起パルスで生じたメニスカス振動を低減させる振動消去パルスを交互に複数回前記アクチュエータに駆動信号として供給することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項５】
インクを収容する圧力室と、その圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張又は収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェット式記録ヘッドに対し、前記圧力室の容積を拡張又は収縮させてインクを吐出させる吐出パルスを前記アクチュエータに駆動信号として供給することにより、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録装置において、
前記インクの温度を検出する温度検出手段を有し、振動誘起パルスあるいは振動維持パルスあるいは振動消去パルスの電圧振幅又はパルス幅又はパルス間の時間差は前記インクの温度変化に応じて調整されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１記載のインクジェット式記録装置。
【請求項６】
さらに前記インクを収容する圧力室にインクを供給する共通圧力室が設けられたインクジェット記録装置において、前記共通圧力室とインクを収容する圧力室に連通する流路を流路抵抗体としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか１記載のインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動信号に応じて圧力室の容積を変化させてインクを吐出するインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子等の電気機械変換手段により圧力室の容積を変化させてインクを吐出するインクジェット記録装置を用いてインクを吐出した後のメニスカスの復帰を早める駆動方法として、図１１に示すようにインク吐出パルス３５によりインクを吐出した後に、メニスカスの振動の振幅を大きくする振動誘起パルス３６を与える方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この文献によれば、インク吐出後のメニスカス振動の振幅を大きくすることによって、インクの吐出後のメニスカスの復帰を早めることができるということが示されている。
【特許文献１】特開２０００−２９６６１０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、インク吐出後に振動誘起パルスを一度与えるだけでは、インクの粘性などによりメニスカスの振動が減衰してしまい、メニスカスの復帰を早める効果が不十分であるという問題点がある。そこで、メニスカスの復帰を早める効果を強めるためにインク吐出後のメニスカス振動の振幅を大きくすると、メニスカスで気泡巻込みが起きてインクの不吐出が発生したり、インクが誤吐出したりして、インクジェット式記録ヘッドの動作が不安定になるという問題点がある。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、インク吐出後のメニスカスの復帰を早めることによりインクを吐出させる周波数を高めて印刷速度を向上させると共に、インクの不吐出が発生したり、インクが誤吐出したりすることのないインクジェット式記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、インクを収容する圧力室と、この圧力室に連通しこの圧力室のインクを吐出するノズルと、前記圧力室の容積を拡張又は収縮変化させるアクチュエータとを有するインクジェット式記録ヘッドに対し、前記圧力室の容積を拡張又は収縮させてインクを吐出させる吐出パルスを前記アクチュエータに駆動信号として供給することにより、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録装置において、前記インク滴を吐出させた後、前記圧力室の容積を収縮又は拡張させてインクが吐出しない程度にメニスカス振動を誘起する振動誘起パルスと、前記圧力室の容積を収縮又は拡張させてメニスカス振動の振幅を一定に維持する振動維持パルスを前記アクチュエータに駆動信号として供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、メニスカス振動の振幅を気泡の巻き込みによる不吐出や誤吐出が発生しない範囲に保ったまま、インクが吐出してから次のインクが吐出するまでの時間を従来技術より短くできるので、インクの吐出周波数を向上させることができ、印刷速度を早めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。  
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施に用いたインクジェット式記録ヘッドの構成を示す一部ブロックを含む縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った部分横断面図である。図において、１はインクジェット式記録ヘッド、２は駆動信号発生手段である。
【０００９】
前記インクジェット式記録ヘッド１は、圧電部材からなる基板１１の上に振動板１２を介して天板１３を積層し、前記天板１３に縦方向に長尺な溝を多数所定のピッチで横方向に形成し、この各溝と前記振動板１２とで複数の圧力室１４を形成している。
【００１０】
前記各圧力室１４における両側壁と対向する基板１１には圧電部材がアクチュエータとして各圧力室１４に個々に作用するように溝１５が形成されている。そして、各アクチュエータ１６と振動板１２との間にそれぞれ個別の電極１７を形成している。前記基板１１の底面には共通の電極１８が形成されている。前記個別電極１７と共通電極１８は前記駆動信号発生手段２の出力端子に接続している。
【００１１】
前記インクジェット式記録ヘッド１の先端、すなわち、前記基板１１と天板１３の先端には、ノズルプレート１９が貼り付けられ、このノズルプレート１９には前記各圧力室１４と外部を連通する複数のノズル２０が所定のピッチで形成されている。また、前記インクジェット式記録ヘッド１には、前記各圧力室１４に後方で連通する共通圧力室２１が形成され、この共通圧力室２１にインク供給口２２を経由してインク供給手段（図示せず）からインクを注入し、前記共通圧力室２１及び各圧力室１４にインクを満たすようになっている。前記圧力室１４にインクを満たすことで、ノズル２０内にはインクのメニスカスが形成される。
【００１２】
この装置は、前記駆動信号発生手段２から駆動信号Ｄを発生して個別電極１７と共通電極１８との間に印加されると、個別電極１７に対応したアクチュエータ１６が変形動作し、これにより振動板１２が変形し、該当する圧力室１４の容積が、拡張あるいは収縮変化する。これにより、圧力室１４内の圧力が変動しノズル２０からインク滴が吐出する。
【００１３】
駆動信号発生手段２から出力され、アクチュエータ１６に印加される駆動信号Ｄは、例えば、図３に示すようなパルス波形を有する。このパルス波形は、インクを吐出させるインク吐出パルス３５と、ノズル２０からインクを吐出しない程度のメニスカス振動を誘起する振動誘起パルス３６と、振動誘起パルス３６で生じたメニスカス振動の振幅を一定に維持する振動維持パルス３３と、振動維持パルス３３で維持されたメニスカス振動を低減させる振動消去パルス３４から成り立っている。
【００１４】
インク吐出パルス３５は、圧力室１４の容積を拡張させる拡張パルス３１と圧力室１４の容積を収縮させる収縮パルス３２から成り立っている。この２つのパルスに応じてまず圧力室１４の容積が拡張し、続いて圧力室１４の容積が収縮して１つのインク滴がノズル２０から吐出する。振動誘起パルス３６は、インク滴が吐出した後、圧力室１４の容積を変化させることによって、メニスカスを早く復帰させるためのメニスカス振動を発生させる。このメニスカス振動の振幅が、ノズル２０からの気泡の巻き込みによる不吐出や誤吐出が発生しない範囲で、最大限大きくなるように振動誘起パルスの電圧を設定することが望ましい。
【００１５】
また、振動維持パルス３３は、圧力室１４の容積を変化させることによって、振動誘起パルス３６が発生させたメニスカス振動の振幅が一定になるように維持する。振動維持パルス３３は、直前のパルスに対し同極性の場合は、当該パルスのパルス幅の中心と直前のパルスのパルス幅の中心間の時間がＡＬの偶数倍になるタイミングで発生させる。
【００１６】
ここで、ＡＬとは、圧力室１４内のインクの主音響共振周波数、あるいはヘルムホルツ周波数における周期の１／２の時間を示す。
【００１７】
例えば、本実施形態においては、振動維持パルス３３ａの直前のパルスである振動誘起パルス３６は振動維持パルス３３ａと同極性なので、振動誘起パルス３６のパルス幅の中心と振動維持パルス３３ａのパルス幅の中心の時間差は２ＡＬである。また、直前のパルスに対し反対極性の場合は、当該パルスのパルス幅の中心と直前のパルスのパルス幅の中心間の時間がＡＬの奇数倍になるタイミングで発生させる。
【００１８】
上記した本発明の変形例として、図５に示すような信号波形が挙げられる。振動維持パルス３３は、振動誘起パルス３６が発生させたメニスカス振動の自然減衰を補償する程度の予め調整された電圧振幅に設定されると、一定のメニスカス振動を維持することができる。そのため、振動維持パルス３３の電圧振幅は、振動誘起パルス３６の電圧振幅より小さいことが望ましい。なお、本実施形態では、メニスカス振動の振幅を一定に維持するために、振動維持パルス３３の電圧振幅を調整しているが、振動維持パルス３３のパルス幅を調整することによってメニスカス振動の振幅を一定に維持することも可能である。
【００１９】
以上述べたように振動維持パルス３３を印加することにより、各パルスが発生させるメニスカス振動の位相が一致し、メニスカス振動の振幅が一定に保たれる。それゆえ、インクの吐出により後退したメニスカスは、メニスカス振動によるメニスカス復帰作用が継続的に作用し、すみやかに次のインク吐出が可能な位置まで復帰するので、印刷速度を向上させることができる。なおかつ、メニスカス振動の振幅は、気泡の巻き込みによる不吐出や誤吐出が発生しない範囲に保たれるので、インクジェット式記録ヘッドの動作の安定性を損なう恐れがない。
【００２０】
上記振動維持パルスを印加した後に、さらに振動消去パルス３４を付加することにより、圧力室１４の容積を変化させることによって、振動維持パルス３３により維持されたメニスカス振動を、次のインク滴の吐出動作を行う前に打ち消すことができる。この振動消去パルス３４は、直前のパルスに対し逆極性の場合は、当該パルスのパルス幅の中心と直前のパルスのパルス幅の中心間の時間がＡＬの偶数倍になるタイミングで発生させる。例えば、本実施形態においては、振動消去パルス３４の直前のパルスである振動維持パルス３３ｂは振動消去パルス３４と逆極性なので、振動維持パルス３３ｂのパルス幅の中心と振動消去パルス３４のパルス幅の中心との時間差は２ＡＬである。
【００２１】
また、直前の振動維持パルスに対し同極性の場合は、当該パルスのパルス幅の中心と直前のパルスのパルス幅の中心との時間差がＡＬの奇数倍になるタイミングで発生させる。
【００２２】
上記した図５に示した駆動信号のパルス波形と同様な効果を得ることができる本発明の他の変形例として、図６に示すような信号波形が挙げられる。
【００２３】
このように振動消去パルス３４を付加することにより、圧力室１４の容積を変化させることによって、振動維持パルス３３により維持されたメニスカス振動を、次のインク滴の吐出動作を行う前に打ち消すことができ、次のインク滴の吐出動作の開始タイミングをさらに早めることができる。また、メニスカスの振動を早期に終焉させることができるので、次のインク滴の吐出動作においてメニスカス振動がインクの吐出動作を阻害して気泡巻き込みによる不吐出を発生させたり、インク滴の吐出速度や体積がばらついたりすることを防止することができる。
【００２４】
次に、本記録装置で周囲の環境温度が変化した場合でも、安定してインクを吐出することができる装置について説明する。気泡の巻き込みによる不吐出や誤吐出のない適切なメニスカス振動の振幅や、この振動の自然減衰率、あるいはＡＬは、インクジェット式記録ヘッド１の内部の寸法、インクの種類、さらにはインクジェット式記録ヘッド１内部のインクの温度など、多数の要因によって定まる値である。したがって、振動誘起パルス３６や振動維持パルス３３や振動消去パルス３４の電圧振幅あるいはパルス幅、あるいは各パルス間の時間間隔などの波形パラメータを用いて、インクジェット式記録ヘッド１内のインクの温度条件に応じて実験や数値流体解析（Ｃ．Ｆ．Ｄ．）により設定することができる。
【００２５】
このようにして決定された各パルスのパラメータは、図１０のブロックダイアグラムに示す温度テーブル７２に記憶される。本記録装置が稼動される時には、温度センサー７１がインクジェット式記録ヘッド１内部のインクの温度を検出する。温度テーブル７２はその温度に応じた最適な波形パラメータを駆動信号発生手段２に設定する。駆動信号発生手段２は、この波形パラメータに基づいた駆動信号をインクジェット式記録ヘッド１に供給する。この様に記録装置を構成することにより、本記録装置は、周囲の環境温度が変化しても常にインクの不吐出が発生したり、インクが誤吐出したりすることなく高い印刷速度を維持することができる。
【００２６】
なお、ＡＬの測定は、市販のインピーダンスアナライザーによって、インクが充填されたインクジェットヘッドのアクチュエータのインピーダンスを測定し、圧力室内のインクの共振によってアクチュエータのインピーダンスが低下する周波数から求めることができる。また、シンクロスコープなどによりインク圧力振動がアクチュエータに誘起する電圧を測定し、その電圧の振動周期を調べることにより求めることもできる。
【００２７】
ここで、本発明者は、インク滴の吐出後のメニスカスの振動による変位が復帰する時間について、インクジェット式記録ヘッドの吐出動作の数値流体解析シミュレーションを用いて、図３に示す本実施例の駆動信号におけるメニスカス変位と、図１１に示す従来技術の駆動信号におけるメニスカス変位の比較を行い、その結果を図４に示す。
【００２８】
横軸は、インク滴の吐出動作開始後の時間を示し、縦軸はノズル内におけるインクのメニスカスの変位を示している。吐出動作開始後、まずインク吐出パルス３５がインクジェットヘッドに印加され、Ａの時点においてインクが吐出される。インクが吐出されると、Ｂの時点においてメニスカスが後退する。その後、Ｃの時点において、振動誘起パルス３６が印加され、メニスカス振動の振幅が大きくなる。そして、振動誘起パルス３６が印加された後、従来技術におけるメニスカス振動は自然に減衰し、徐々に振幅が小さくなる。それに対し、本発明におけるメニスカス振動は、振動維持パルス３３が印加されることによって、Ｄの時点までメニスカス振動の振幅が維持されるので、メニスカスの復帰が従来技術より早まっていることがわかる。Ｄの時点になると、本発明においては、振動消去パルス３４が印加され、メニスカス振動の大部分が消去される。
【００２９】
そして、本発明の場合は、Ｅの時点でメニスカスが初期の位置に復帰し、なおかつメニスカス振動も小さくなっているので、Ｅの時点以降に次のインク滴の吐出動作を開始することが可能になる。しかし、従来技術では、Ｆの時点までインク滴の吐出動作の開始を待たなければならない。
【００３０】
このように本発明は、メニスカス振動の振幅を気泡の巻き込みによる不吐出や誤吐出が発生しない範囲に保ったまま、インクが吐出してから次のインク滴の吐出動作を開始するまでの時間を従来技術より短くできるので、インク滴の吐出周波数を向上させることができ、その結果、印刷速度を早めることができる。
【００３１】
なお、本発明を実施した場合、メニスカスが復帰する速度が向上するので、場合によってはメニスカス復帰後にノズル面よりメニスカスがオーバーシュートしてしまうことがある。メニスカスのオーバーシュートは、インク滴の吐出体積や吐出速度がばらつく原因になる。このような場合には、例えば、図９に示すように共通圧力室２１と圧力室１４の間にオリフィス状の形状をした流路、すなわち流体抵抗体６０を設ける。このような流路抵抗体６０を設け、共通圧力室２１から圧力室１４へインクが流入する時の流路のサイズを小さくし、インクの粘性抵抗を上げることによりメニスカス変位の変動を抑制し、メニスカスのオーバーシュートを防止することができる。
【００３２】
また、この流路の流路抵抗の大きさは、メニスカスがオーバーシュートしない程度で、しかも圧力室１４に対して、所定のインク滴の吐出量を供給することができる程度に適宜設定される。
【００３３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図７を参照して説明する。図７はインクジェット式記録ヘッド１のアクチュエータ１６に印加される駆動信号Ｄの波形である。このパルス波形は、インクを吐出させるインク吐出パルス３５と、ノズル２０からインクを吐出しない程度のメニスカス振動を誘起する振動誘起パルス３６と、振動誘起パルス３６で生じたメニスカス振動を消去する振動消去パルス３４から成り立っている。また、振動誘起パルス３６と振動消去パルス３４は一対となっており、振動誘起パルス３６と振動消去パルス３４が交互に複数回繰り返される。
【００３４】
この場合、振動誘起パルス３６によりメニスカス振動が誘起され、所定の時間をおいて振動消去パルス３４によりメニスカス振動が消去される。この動作が連続的に繰り返されることにより、第１の実施形態と同様にメニスカス振動の振幅が一定に保たれる。それゆえ、インクの吐出により後退したメニスカスは、メニスカス振動によるメニスカス復帰作用が継続的に作用し、上記した図３に示した駆動信号の場合と同様に本実施形態においてもシミュレーションにより、インク滴の吐出後のメニスカスの復帰速度を早めることができることが確認された。
【００３５】
この場合、振動消去パルス３４は、振動誘起パルス３６に対し逆極性の場合は、当該パルスのパルス幅の中心と振動誘起パルス３６のパルス幅の中心間の時間がＡＬの偶数倍になるタイミングで発生させる。例えば、本実施形態においては、振動誘起パルス３６と振動消去パルス３４とは逆極性なので、振動誘起パルス３６のパルス幅の中心と振動消去パルス３４のパルス幅の中心との時間差は２ＡＬである。また、振動誘起パルス３６に対し同極性の場合は、振動誘起パルス３６のパルス幅の中心と振動消去パルス３４のパルス幅の中心との時間差がＡＬの奇数倍になるタイミングで発生させる。
【００３６】
この第２の実施形態の変形例として、図８に示す駆動信号Ｄが挙げられる。この実施形態においては、振動誘起パルス３６はパルス３６ａとパルス３６ｂの２つのパルスから構成されている。また、振動消去パルス３４はパルス３４ａとパルス３４ｂの２つのパルスから構成されている。この場合は、振動誘起パルス３６と振動消去パルス３４とは同極性なので、振動誘起パルス３６のパルス幅の中心と振動消去パルス３４のパルス幅の中心との時間差は１ＡＬである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に用いたインクジェット式記録ヘッドの構成を示す一部ブロックを含む縦断面図である。
【図２】図１のインクジェット式記録ヘッドのＡ−Ａ線に沿った部分横断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータを駆動する駆動信号を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態と従来技術によるメニスカスの変位の時間経過を示す図である。
【図５】第１実施の形態の第１の変形例を示す駆動信号を示す図である。
【図６】第１の実施の形態の第２の変形例を示す駆動信号を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る駆動信号を示す図である。
【図８】同第２の実施の形態の変形例を示す駆動信号を示す図である。
【図９】本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの構成を示す一部ブロックを含む縦断面図である。
【図１０】本発明に係るインクジェット式記録装置を示すブロック図である。
【図１１】従来のアクチュエータを駆動する駆動信号を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…インクジェット式記録ヘッド、２…駆動信号発生手段、１４…圧力室、１６…アクチュエータ、２０…ノズル、６０…流路抵抗体。
【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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