(57)【要約】  【課題】  駆動回数の増加によるインクの噴射速度、体積が低下するのを補償して、長期間にわたって記録品質を保つ。  【解決手段】  記録ヘッドが圧電材料の変形により噴射チャンネルからインクを噴射する回数を計数し、記録ヘッドに一体に設けた記憶手段に格納する。その回数が所定回数を超えたとき、圧電材料に印加する駆動パルスの波幅を、前記圧力波が前記噴射チャンネル内を片道伝播する時間のほぼ奇数倍に対しずれてエネルギー効率を落とした値から、エネルギー効率の高い値へ変更する。それによって、圧電材料の分極状態の劣化による変形量の低下を補償して、インクの噴射速度、体積を回復する。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料の変形により噴射チャンネル内のインクをノズルから噴射する記録ヘッドと、
前記圧電材料を変形させ、その変形によって前記噴射チャンネル内のインクに生じた圧力波に、さらに前記圧電材料の変形によって生じた圧力とをたし合わせてインクを噴射する駆動パルスを出力する駆動回路と、
前記圧電材料の駆動回数を計数する計数手段と、
前記計数手段の計数値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶した計数値にもとづいて、前記駆動回路が出力する前記駆動パルスの駆動波形を変更する変更手段と
を備え、前記変更手段は、前記駆動波形の幅を、エネルギー効率を落とした値から、前記計数値にもとづいてエネルギー効率の高い値へ変更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】
前記エネルギー効率を落とした値は、前記圧力波が前記噴射チャンネル内を片道伝播する時間のほぼ奇数倍に対しずれた値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】
前記エネルギー効率の高い値は、前記圧力波が前記噴射チャンネル内を片道伝播する時間のほぼ奇数倍の値であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記変更手段は、前記インクの噴射速度が所定値を下回る前の前記計数値にもとづいて、前記駆動パルスの駆動波形を変更する請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記記録ヘッドは、少なくとも一部が分極された隔壁によって前記噴射チャンネルを構成していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記記憶手段は、所定量の記録動作が終了した後に、前記計数手段が計数した計数値を格納することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記変更手段は、異なる記録媒体に対し記録動作を行うことになる際に、前記駆動波形を変更することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
前記変更手段は、改ページ信号または新しい記録命令にもとづいて、前記駆動波形を変更することを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録装置。
【請求項９】
前記記録ヘッドと前記記憶手段は、記録媒体に沿って走行可能なキャリッジに着脱可能に搭載されたヘッドホルダに装着されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか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、インクを噴射して記録動作をするインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置としては、インクを局部的に加熱して沸騰させ噴射する電気−熱変換方式、圧電材料を変形させてインクを噴射する電気−機械変換方式などがある。さらに、圧電材料を用いたものとして、噴射チャンネルの一側を振動板によって覆い、その振動板上に圧電材料を配置したもの、圧電材料のプレートに噴射チャンネルとなる複数の溝を加工し、複数の噴射チャンネルを圧電材料の隔壁によって隔てたものなどがある。それらは、圧電材料にその分極方向に対して平行または直角に電圧を印加することで、その圧電材料を変形し、噴射チャンネル内のインクに圧力を加え、インクを噴射する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電気−熱変換方式および電気−機械変換方式のいずれも、長期にわたる駆動回数の増大により、特性が劣化し、インクの噴射速度、体積が低下してくる。その結果、記録品質が低下する。特に、記録ヘッドがキャリッジに搭載されて記録媒体に沿って走査するものでは、インクの着弾位置がずれてしまう。特に、圧電材料は、駆動回数の増大とともに、分極状態が劣化し、変形量が少なくなって、上記のような状態に至る。
【０００４】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、駆動回数の増加によるインクの噴射速度、体積が低下するのを補償して、長期間にわたって記録品質を保つことができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するために、請求項１に記載のインクジェット記録装置は、圧電材料の変形により噴射チャンネル内のインクをノズルから噴射する記録ヘッドと、前記圧電材料を変形させ、その変形によって前記噴射チャンネル内のインクに生じた圧力波に、さらに前記圧電材料の変形によって生じた圧力とをたし合わせてインクを噴射する駆動パルスを出力する駆動回路と、前記圧電材料の駆動回数を計数する計数手段と、前記計数手段の計数値を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶した計数値にもとづいて、前記駆動回路が出力する前記駆動パルスの駆動波形を変更する変更手段とを備え、前記変更手段は、前記駆動波形の幅を、エネルギー効率を落とした値から、前記計数値にもとづいてエネルギー効率の高い値へ変更することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載のインクジェット記録装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記エネルギー効率を落とした値は、前記圧力波が前記噴射チャンネル内を片道伝播する時間のほぼ奇数倍に対しずれた値であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載のインクジェット記録装置は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記エネルギー効率の高い値は、前記圧力波が前記噴射チャンネル内を片道伝播する時間のほぼ奇数倍の値であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載のインクジェット記録装置は、請求項１から３のいずれかに記載のものにおいて、前記変更手段は、前記インクの噴射速度が所定値を下回る前の前記計数値にもとづいて、前記駆動パルスの駆動波形を変更することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載のインクジェット記録装置は、請求項１から４のいずれかに記載のものにおいて、前記記録ヘッドは、少なくとも一部が分極された隔壁によって前記噴射チャンネルを構成していることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載のインクジェット記録装置は、請求項１から５のいずれかに記載のものにおいて、前記記憶手段は、所定量の記録動作が終了した後に、前記計数手段が計数した計数値を格納することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載のインクジェット記録装置は、請求項１から６のいずれかに記載のものにおいて、前記変更手段は、異なる記録媒体に対し記録動作を行うことになる際に、前記駆動波形を変更することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載のインクジェット記録装置は、請求項７に記載のものにおいて、前記変更手段は、改ページ信号または新しい記録命令にもとづいて、前記駆動波形を変更することを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載のインクジェット記録装置は、請求項１から８のいずれかに記載のものにおいて、前記記録ヘッドと前記記憶手段は、記録媒体に沿って走行可能なキャリッジに着脱可能に搭載されたヘッドホルダに装着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように本発明は、駆動回数の増大とともに、圧電材料の分極状態が劣化しても、駆動パルスの駆動波形を、エネルギー効率を落とした値から、エネルギー効率の高い値へ変更することで、記録品質を保つことができる。
【００１５】
なお、前記駆動波形の幅を、前記圧力波が前記噴射チャンネル内を片道伝播する時間のほぼ奇数倍に対しずれた値とすることで、容易にエネルギー効率を落とした値とすることができ、また、前記圧力波が前記噴射チャンネル内を片道伝播する時間のほぼ奇数倍の値とすることで、容易にエネルギー効率の高い値とすることができる。さらに、前記変更手段が、前記インクの噴射速度が所定値を下回る前の前記計数値にもとづいて、前記駆動パルスの駆動波形を変更することで、圧電材料の分極状態が劣化しても、インクの噴射速度を回復することができ、インクの着弾位置がずれることなく、記録品質を保つことができる。
【００１６】
このような圧電材料を用いたインクジェット記録装置は、少なくとも一部が分極された隔壁によって前記噴射チャンネルを構成することで、駆動波形の変更が即インク噴射に反映される。
【００１７】
また、所定量の記録動作が終了した後に、記憶手段に計数値を格納することで、記憶手段に頻繁に格納する必要がなく制御を容易にすることができる。
【００１８】
また、前記変更手段が、異なる記録媒体に対し記録動作を行うことになる際に、駆動波形を変更するように構成することで、仮に、駆動回数が所定値に達して、１つの記録媒体上での記録途中で直ちに駆動波形を変更してしまうと、その境目が目立つことになるが、そのようなことを回避し、優れた記録品質を保つことができる。
【００１９】
さらに、この駆動波形の変更は、改ページ信号または新しい記録命令にもとづいて行うことができる。改ページ信号の方が、早く変更することができるので好ましい。
【００２０】
そして、前記記録ヘッドと前記記憶手段を、記録媒体に沿って走行可能なキャリッジに対し着脱可能に搭載したヘッドホルダに装着した構成とすることで、記録ヘッドを含むヘッドホルダを交換するとき、記憶手段も一緒に交換され、新しいヘッドに対する駆動回数の計数を新たに開始することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１において、記録ヘッド１は、複数の噴射チャンネル１４を有し、インクカートリッジ５からマニホールド７をとおして供給されたインクを、前面のノズル孔からインク滴として噴射する。記録ヘッド１は、マニホールド７とともにヘッドホルダ３に固定され、カバー８により覆われている。ヘッドホルダ３には、記録ヘッド１に駆動パルスを供給する駆動回路を搭載した印刷配線基板９が装着されている。印刷配線基板９と記録ヘッド１は図示しない配線材によって接続されている。また、印刷配線基板９には、記録ヘッド１の駆動回数を記録する不揮発性の記憶手段、例えばＥＥＰＲＯＭ１０が搭載されている。
【００２３】
ヘッドホルダ３は、記録媒体に沿って走行可能な公知のキャリッジ（図示しない）に着脱可能に搭載され、印刷配線基板９は、キャリッジ上の接点を介して記録装置本体の制御回路に接続される。
【００２４】
図２から４は、記録ヘッド１の構成を示すものである。この実施の形態の記録ヘッドは、アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌとプレート部材４とノズルプレート６とからなる。各アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌは、図４に示すように複数の圧電材料を積層して構成されており、各層の圧電材料は相互に反対方向（それぞれアクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌの厚さ方向、矢印２７Ｕ，２７Ｌ）に分極処理されている。そして、各アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌの対向面には、各層にわたって切削加工された複数のチャンネル１４，１５が形成されている。その複数のチャンネルのうち、１つおきのものをインクを噴射するための噴射チャンネル１４とし、両端のものと噴射チャンネル１４間の１つおきのものをダミーチャンネル１５としている。
【００２５】
各噴射チャンネル１４は、アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌの前端（図中左端）から後端（図中右端）にわたって所定深さで貫通形成されている。各ダミーチャンネル１５は、アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌの先端から後端側の近傍まで所定深さとなるように形成され、そのダミーチャンネルの後端部１５ｂは、立ち上げられて閉塞されている。これにより、各噴射チャンネル１４とダミーチャンネル１５は、隔壁２０を介して交互に平行に配列され、隔壁２０は互いに反対方向に分極された複数層の圧電材料により構成される。アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌの間には、プレート部材４が接着剤２４により固定され、各噴射チャンネル１４とダミーチャンネル１５の長手方向に沿った開放面が覆われている。アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌとプレート部材４の前端には、ノズルプレート６が固定され、そのノズルプレート６には各噴射チャンネル１４に対応したノズル孔３０が形成されている。また、後端には、マニホールド７が固定され、各噴射チャンネル１４のみにインクカートリッジからのインクを分配する。
【００２６】
図４に示すように、アクチュエータ基板２Ｕ，２Ｌの各噴射チャンネル１４内の隔壁２０の側面には、１つの電極２１が形成され、また、各ダミーチャンネル１５内の隔壁２０の側面には、左右独立した電極２２，２２が形成されている。
１つの噴射チャンネル１４とその両側の隔壁２０，２０を１組のアクチュエータとして、両隔壁２０，２０の外側の電極２２，２２に駆動回路から駆動パルスを印加し、内側の電極２１を接地すると、両隔壁２０，２０に分極方向２７Ｕ，２７Ｌに対して直角方向の電界が生成され、両隔壁２０，２０がそれぞれ変形され噴射チャンネル１４内のインクがノズル孔３０から噴射される。
【００２７】
好ましくは、電極２２，２２への駆動パルスの印加により、両隔壁２０，２０を相互に離れる方向に変形させ、噴射チャンネル１４内のインクに圧力波振動を発生させる。この圧力波振動が噴射チャンネル１４内を片道伝播する時間Ｔの奇数倍後、両隔壁２０，２０間の拡大により低下したインクの圧力が反転するので、これに合わせて電極２２，２２への駆動パルスの印加を停止して、両隔壁２０，２０を復帰させると、反転したインクの圧力と両隔壁２０，２０復帰によって生じた圧力とがたし合わされ、効率よくインクが噴射される。片道伝播時間Ｔは、噴射チャンネル１４の長さＬとインク中の音速Ｃとから、Ｌ／Ｃで計算される。
【００２８】
図５は、インクジェット記録装置の制御のための構成を示すものである。制御回路４０は、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭから構成され、外部から受信した記録データをシリアルデータで駆動回路４４に出力する。駆動回路４４は、そのシリアルデータを記録ヘッド１の各噴射チャンネル１４に対応したパラレルデータに変換して、記録ヘッド１の各噴射チャンネル１４に対応した駆動パルスとして出力する。制御回路４０は記録装置本体に設けられ、記録ヘッド１，記憶手段１０，駆動回路４４は、ヘッドホルダ３に一体に設けられている。図６は、記録ヘッドの駆動回数にかかわる制御回路の制御内容を示す。
【００２９】
制御回路４０は、電源が投入されたときあるいはデータの記録命令を受信したとき、記憶手段１０に格納されている駆動回数を読み出し、制御回路４０内のＲＡＭに格納する。データの記録命令を受信する（図６、Ｓ１：Ｙｅｓ）と、改ページ信号がなければ（Ｓ２：Ｎｏ）、記録ヘッド１に記録データを出力して記録動作を実行する（Ｓ５）。このとき、制御回路４０は、出力した記録データ数すなわち記録ヘッドの動作回数を、制御回路内の計数手段４１に、記憶手段１０から読み出した駆動回数に加算して計数させる。駆動回数の計数は、噴射チャンネル１４ごと行われる。
【００３０】
改ページ信号が受信される（Ｓ２：Ｙｅｓ）と、制御回路内の判別手段４２が、複数の噴射チャンネル１４のうちどれか１つの駆動回数が所定駆動回数を超えたかどうかを判別し、超えていなければ（Ｓ３：Ｎｏ）、上記のように、記録動作を継続する（Ｓ５）。駆動回数が所定回数を超える（Ｓ３：Ｙｅｓ）と、制御回路内の変更手段４３は、駆動回路４４へ出力する駆動波形を変更する。その結果、駆動回路４４から記録ヘッド１へ出力する駆動波形も変わる。以降、新しい駆動波形で記録動作が行われる（Ｓ５）。
【００３１】
受信したデータの記録動作が終了する（Ｓ６：Ｙｅｓ）と、計数手段４１が計数した駆動回数は、記憶手段１０に格納され（Ｓ７）、終了する。
【００３２】
上記の圧電材料を用いた記録ヘッドにおいては、駆動回数の増大とともに圧電材料の分極状態が劣化し、隔壁２０の変形量が低下してインク滴の噴射速度が低下してくる。この噴射速度の低下は、図７に示すように駆動回数を対数でとったとき、ほぼ直線的になる。
【００３３】
例えば、噴射速度が７．５ｍ／ｓを下回ると、インク滴の着弾位置がずれて記録品質の低下が許容できなくなるという場合、噴射速度７．５ｍ／ｓを下回る前
の、駆動回数が１０６回を超えた時点で、駆動波形を変更して、図８に示すように駆動エネルギーをアップさせ、噴射速度の回復を図る。
【００３４】
駆動波形の変更は、パルスの波高値すなわち電圧を上げる方法、パルスの幅を変える方法がある。パルス幅は、前述のように、噴射チャンネル内での圧力波の片道伝播時間（Ｌ／Ｃ）の奇数倍のとき、もっとも効率よく噴射することができるから、駆動回数が所定値に達する前には、図９（ａ）に示すように、１．３Ｌ／Ｃとして、エネルギー効率を少し落としておき、駆動回数が所定値に達した後には、図９（ｂ）に示すように、Ｌ／Ｃとして、エネルギー効率を高めることができる。
【００３５】
駆動波形の変更は、上記のほか、駆動パルスの前に、インクに噴射に至らない振動を与える予備的なパルスを付加するものであってもよい。
【００３６】
複数の噴射チャンネル１４のうちどれか１つの駆動回数が所定回数を超えたとき、該当する噴射チャンネルのみの駆動波形を変更してもよいが、全噴射チャンネルに対して駆動波形を変更してもよい。
【００３７】
また、駆動回数を複数段階において判別し、各段階においてそれぞれ駆動波形を変更し、さらに、最終段階において、記録ヘッドが寿命に達したことを報知するようにしてもよい。
【００３８】
修理、点検等のために記録ヘッド１を含むヘッドホルダ３をキャリッジから取り外し、再び装着しても記憶手段１０の内容は保持されており、駆動回数の計数に支障をきたすことがない。また、記録ヘッド１を含むヘッドホルダ３を新しいものに交換すると、その記録ヘッドについての新たな計数値が格納されていくことになる。
【００３９】
制御回路４０は、図６のＳ２で改ページ信号を判別して、駆動回数の超過にもとづく波形変更をしているので、１つの記録媒体の途中で波形変更による境目が形成されることがない。この場合、改ページ信号でなく、新たなデータの記録命令でも異なる記録媒体に記録を行うことになるから、波形変更による問題を解消できる。
【００４０】
以上、噴射チャンネル１４を構成する隔壁が圧電材料で形成されたものについて説明したが、振動板に圧電材料を貼り付けたものにも、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】記録ヘッド、インクカートリッジ、ヘッドホルダ等を組み合わせた状態の断面図である。
【図２】記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】記録ヘッドの縦断面図である。
【図４】記録ヘッドの拡大横断面図である。
【図５】インクジェット記録装置の制御のための構成を示すブロック図である。
【図６】インクジェット記録装置において記録ヘッドの駆動回数にかかわる制御内容フローチャート図である。
【図７】記録ヘッドの駆動回数とインク液滴の噴射速度の関係図である。
【図８】図７において、駆動波形の変更を行ったときの説明図である。
【図９】駆動波形の変更の例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    記録ヘッド
３    ヘッドホルダ
１０  記憶手段
１４  噴射チャンネル
４０  制御回路
４１  計数手段
４２  判別手段
４３  変更手段
４４  駆動回路
【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】
2005022420.tif 000008
【図７】
2005022420.tif 000009
【図８】
2005022420.tif 000010
【図９】
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