(57)【要約】【課題】本発明は、振動の伝搬による吐出速度クロストークを低減すること課題とする。【解決手段】本発明は、電気信号の印加により圧力発生手段を長手方向に伸長させてノズル開口に連通するインクを蓄える圧力室を膨張させた後前記圧力発生手段を収縮させることにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において前記圧力発生手段を非インク滴吐出工程で第一の長さに伸長させる待機工程と前記圧力室を膨張させる膨張行程とインク滴の吐出時に前記圧力発生手段を第一の長さに伸長させるインク適吐出工程とからなり前記膨張行程が前記圧力発生手段を第二の長さに伸長させる膨張行程を有することを特徴とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号の印加により、圧力発生手段を長手方向に伸長させてノズル開口に連通するインクを蓄える圧力室を膨張させた後、前記圧力発生手段を収縮させることにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、前記圧力発生手段を非インク滴吐出工程で第一の長さに伸長させる待機工程と、前記圧力室を膨張させる膨張行程と、インク滴の吐出時に前記圧力発生手段を第一の長さに伸長させるインク適吐出工程とからなり、前記膨張行程が前記圧力発生手段を第二の長さに伸長させる膨張行程を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、インクジェット記録装置に関し、特にピエゾ圧電素子などの圧力発生手段を用いたインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧電素子によりノズル開口に連通するインクを蓄える圧力室を膨張収縮させてインクを押圧し、ノズルからインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェットプリンタなどのインクジェット記録装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このようなインクジェット記録ヘッドに用いられる圧電素子には、圧電体膜を下部電極と上部電極で挟み込んだ構造が一般的に使用され、電極に電圧を印加することによる圧電体膜の変位を利用している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
ノズルの位置に関わらず、全てのノズルの圧電素子に同一の駆動信号を印加する従来例では、記録ヘッドの構造上振動の伝搬によるクロストークが発生するので、ノズル位置によって吐出されるインク滴の重量吐出速度などにバラツキが発生する。その結果、記録ムラが発生して安定した画質が得られないという問題がある。これを解決するために、記録ヘッドのノズル位置に応じてノズルをグループに分けグループ毎にヘッド駆動波形を変更することにより、クロストークを削減し、安定した画質を得る駆動方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２１８７８６号公報
【特許文献２】
特開平６−１８８４７２号公報
【特許文献３】
特開２００２−１２０３６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来例のインクジェット記録装置では、ノズルの位置に関わらず全てのノズルの圧電素子に同一の駆動信号を印加している。従って、記録ヘッドの構造上振動の伝搬による吐出速度クロストークが発生するので、ノズル位置によって吐出されるインク滴の重量吐出速度などにバラツキが発生する。その結果、記録ムラが発生して安定した画質が得られないという問題がある。また、１ドットを吐出する駆動信号の時間が長くなり、高周波駆動ができないため高速記録ができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、クロストークを低減したインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電気信号の印加により、圧力発生手段を長手方向に伸長させてノズル開口に連通するインクを蓄える圧力室を膨張させた後、前記圧力発生手段を収縮させることにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、前記圧力発生手段を非インク滴吐出工程で第一の長さに伸長させる待機工程と、前記圧力室を膨張させる膨張行程と、インク滴の吐出時に前記圧力発生手段を第一の長さに伸長させるインク適吐出工程とからなり、前記膨張行程が前記圧力発生手段を第二の長さに伸長させる膨張行程を有することによって達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一例を図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本発明の駆動信号を適用したインクジェット記録装置の記録ヘッド周辺のブロック図である。図１において、３１は記録ヘッド３５を構成する圧電素子の共通電極に印加する電気信号である駆動信号Ｖｄｒｖを発生する駆動信号発生回路、３２はシリアルに転送されてくる記録データをパラレルに変換する直列／並列変換回路、３３はパラレルに変換された記録データを保持するラッチ回路、３４は並列の画像データに応じて圧電素子に印加する駆動信号Ｖｄｒｖをスイッチングするスイッチング回路、３５は記録ヘッドである。
【００１０】
図２は、図１のブロック図の中で示したスイッチング回路３４と記録ヘッド３５の詳細接続図、図３はその動作を示すタイミングチャートである。
【００１１】
図２に示した回路図の動作を、図３のタイミングチャートを参照して説明する。ここでは記録ヘッド３５が有するノズル数をｎ個とする。
【００１２】
転送クロックＣＬＫに同期して転送されてくるシリアルの記録データＳＤＡＴＡは、直列／並列変換回路３２によってパラレルの記録データＰＤＡＴＡに変換される。ラッチ回路３３は、パラレルの記録データＰＤＡＴＡをラッチ信号ＬＡＴＣＨによってラッチしてＤ１〜Ｄｎを出力する。区間Ｔ０に転送されてきたシリアルの記録データＳＤＡＴＡは、区間Ｔ１のラッチデータＤ１〜Ｄｎになる。ラッチデータＤ１〜Ｄｎは、スイッチング回路３４の各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎのＯＮＯＦＦを制御する制御信号になる。各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎの一方の端子は、アースに接続され他方の端子は記録ヘッド３５の圧電素子１４−１（ＰＺＴ１）〜１４−ｎ（ＰＺＴｎ）の個別端子１７−１〜１７−ｎに接続される。
【００１３】
一方駆動信号発生回路３１は、駆動信号Ｖｄｒｖを発生して記録ヘッド３５を構成する圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴｎの共通電極端子１８（ＣＯＭ）に供給する。
【００１４】
従って、ラッチデータＤ１〜ＤｎがＨｉｇｈ（＝１）になった圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴｎだけに駆動信号Ｖｄｒｖによる電流が流れ、その圧電素子が変形する。例えばね区間Ｔ１ではラッチデータＤ１Ｄ３ＤｎがＨｉｇｈ（＝１）であるので、圧電素子ＰＺＴ１ＰＺＴ３ＰＺＴｎに電流が流れ駆動信号に応じて変形してそれぞれのノズルからインク滴が吐出する。
【００１５】
ラッチ信号ＬＡＴＣＨが発生する周期の動作（例えば主走査）を繰り返して記録データに対応したノズルからインク滴を吐出させ一方、用紙を移動（例えば副走査）させることによって用紙上に２次元の記録画像を得ることができる。
【００１６】
本実施例では、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷｎとしてスイッチを用いたが、アナログスイッチやトランジスタＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などでも構わない。
【００１７】
図４は、図１に示した記録ヘッド３５の主要部の構造を説明する分解斜視図である。図４において、２は複数のノズル１を形成したオリフィスプレートである。ノズル１の開口形状の加工精度は記録ヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のノズル１間においてこれらのノズル精度ばらつきを低く押さえるため、オリフィスプレート２の製法は高い加工精度が要求される。このため、オリフィスプレート２はニッケルの電鋳加工精密プレス法レーザ加工法などにより形成される。このオリフィスプレート２に、圧力室３が形成されたチャンバプレート４、及びインク供給路１０と圧力室３とを連結し、圧力室３へのインク流入を制御するリストリクタ５を形成したリストリクタプレート６を位置決めして接合する。
【００１８】
さらに、圧電素子１３の圧力を効率よく圧力室に伝えるための振動板７と、共通インク通路１０からリストリクタ５に流入するインク中のゴミなどを取り除くフィルタ部とを形成したダイアフラムプレート９と、共通インク通路１０を形成したハウジング１１を同様に位置決めして接合する。
【００１９】
チャンバプレート４、リストリクタプレート６、及びダイアフラムプレート９は、ステンレス材のエッチング加工法またはニッケル材の電鋳加工法で作られる。金属または樹脂で作られたハウジング１１には、外部インクタンクからインクを共通インク通路１０まで導くインク導入パイプ２０が接合されている。最後に、複数の積層圧電素子１４とそれを固定する支持基板１６からなる圧電素子を位置決めして接合する。
【００２０】
なお、上述した圧電素子１４を製作する順序は以下の通りである。
【００２１】
まず、メッキスパッタエッチングなどにより個別電極１７及び共通電極１８（図５参照。）の配線が表裏に形成された支持基板１６に、棒状の積層圧電素子を複数本並べて接着固定する。そして、棒状の積層圧電素子１４と個別電極１７及び共通電極１８を導電性接合部材１５で電気的に接続する。その後、棒状の積層圧電素子をダイシングソーワイヤソーなどを利用した切断により分割する。この時分割された個々の積層圧電素子１４は、圧力室の一つずつに対応するようになっている。
【００２２】
このようにして作成された上記構成の圧電素子１３は、図１の外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電素子１４に印加されることにより、積層圧電素子１４がひずみを生じるように動作する。圧電素子１４は、高剛性の支持基板１６上に接合されているため振動板７に優先的に変位を与え、圧力室３の圧力を高める。本発明の記録ヘッドは、こうした原理によってノズル１からインクを吐出して記録媒体上にインク画像を形成する。
【００２３】
図５は、本発明の駆動信号を印加する記録ヘッドの部分断面図である。図５において、積層圧電素子１４は弾性材料１２を介して振動板７と接合されている。振動板７とチャンバプレート４とで圧力室３を構成している。圧力室３内の圧力は振動板７が変形することにより急激に変動する。支持基板１６には個別電極１７と共通電極１８が形成されていて積層圧電素子１４と導電性接合部材１５で電気的に接続されている。図１の駆動回路から選択的な電気信号が積層圧電素子１４に印加されることにより、積層圧電素子１４はノズル１へ向かう方向に変位を発生する。この変位により、弾性部材１２を介して振動板７が変形し圧力室３内に充填されたインクは加圧され、ノズル１からインク滴となって吐出する。
【００２４】
ここで、図３に示した駆動信号Ｖｄｒｖについて詳細に説明する。
【００２５】
図６は、従来例の駆動信号Ｖｄｒｖの拡大図である。駆動信号Ｖｄｒｖは、圧電素子１４を電圧Ｖ１に充電して第一の長さに伸長された待機状態を形成する信号４０と、圧電素子１４の電荷を放電させる放電信号４１と、圧電素子１４を電圧Ｖ２に充電して第二の長さに伸長されたインク滴を吐出するための充電信号４２と、インク滴吐出後に上述の待機状態を形成するための再放電信号４３とが組となるように構成されている。
【００２６】
図７は、本発明の実施例の駆動信号Ｖｄｒｖの拡大図である。駆動信号Ｖｄｒｖは、圧電素子１４を第一の長さに伸長された待機状態を形成する信号４４と、圧電素子１４の電荷を放電させる放電信号４５〜４７と、圧電素子１４をインク滴吐出後に上述の待機状態を形成するための再充電信号４８とが組となるように構成されている。
【００２７】
図８は、従来例の駆動信号Ｖｄｒｖの拡大図である。駆動信号Ｖｄｒｖは、圧電素子１４が充電された待機状態を形成する信号４９と、圧電素子１４の電荷を放電させる放電信号５０と、圧電素子１４をインク滴吐出後に上述の待機状態を形成するための再充電信号５１とが組となるように構成されている。
【００２８】
図９は、吐出速度クロストークと吐出ノズル数の関係を示すグラフであり、１列１２８ノズル、中央の６４番目のノズルから吐出するインク速度を１．０とした場合、６４番目のノズルを吐出させた状態で中央部のノズル（６３番目６５番目）から両端（１番目１２８番目）のノズル方向に吐出ノズル数を増加させていった時の４８番目のノズルのインク吐出速度の変化を示したものである。
【００２９】
インクの吐出速度は、その吐出ノズルの近傍のオンノズル数が多いほど吐出速度が低下してしまうことを示している。
【００３０】
従って、この吐出速度クロストークは記録デューティが低い時の記録データと高い時の記録データが前後して記録された場合記録ムラが発生することになる。
【００３１】
図９には、図６に示した従来例の駆動信号５２と、図７に示した本発明の実施例の駆動信号５３と、図８に示した従来例の駆動信号５４とによる吐出速度クロストークを示した。従来例の駆動信号５２５４に比較して本発明の駆動信号５３では、吐出速度クロストークが小さくなっている。
【００３２】
図６に示した従来例の駆動信号５２を使用すると、従来例の駆動信号５４に比べて吐出速度クロストークが小さくなる理由は、信号４３によりノズル内インクが大気と接する面であるメニスカスの振動が小さくなり、その結果振動の伝搬も小さくなるためである。
【００３３】
図７に示した本発明の例の駆動信号５３を使用すると、従来例の駆動信号５４に比べて吐出速度クロストークが小さくなる理由は、信号４５〜４７により特に信号４６によりインク滴を吐出する前のメニスカスの振動が小さくなり、その結果振動の伝搬も小さくためである。
【００３４】
本実施例によれば、電気信号の印加により圧力発生手段を長手方向に伸長させてノズル開口に連通するインクを蓄える圧力室を膨張させた後前記圧力発生手段を収縮させることにより、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において前記圧力発生手段を非インク滴吐出工程で第一の長さに伸長させる待機工程と前記圧力室を膨張させる膨張行程とインク滴の吐出時に前記圧力発生手段を第一の長さに伸長させるインク適吐出工程とからなり前記膨張行程が前記圧力発生手段を第二の長さに伸長させる膨張行程を有するので、インク滴を吐出する前のメニスカスの振動が小さくなり、振動の伝搬による吐出速度クロストークが小さくなる。
【００３５】
また、１ドットを吐出する駆動信号の時間が短くなるので高周波駆動が可能になり、高速記録ができるようになる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、振動の伝搬による吐出速度クロストークが小さくなるので、安定した画質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインクジェット記録装置の記録ヘッド周辺のブロック図である。
【図２】本発明におけるスイッチング回路と記録ヘッドの詳細接続図である。
【図３】本発明におけるスイッチング回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明における記録ヘッドの主要部の構造を説明する分解斜視図である。
【図５】本発明における駆動信号を印加する記録ヘッドの部分断面図である。
【図６】従来の駆動信号Ｖｄｒｖの拡大図である。
【図７】本発明における駆動信号Ｖｄｒｖの拡大図である。
【図８】従来の駆動信号Ｖｄｒｖの拡大図である。
【図９】吐出速度クロストークと吐出ノズル数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ノズル、２…オリフィスプレート、３…圧力室、４…チャンバプレート、５…リストリクタ、６…リストリクタプレート、７…振動板、８…フィルタ部、９…ダイアフラムプレート、１０…共通インク流路、１１…ハウジング、１２…弾性材料、１３…圧電素子、１４…積層圧電素子、１５…導電性接合部材、１６…支持基板、１７…個別電極、１８…共通電極、３１…駆動信号発生回路、３２…直列／並列変換回路、３３…ラッチ回路、３４…スイッチング回路、３５…記録ヘッド、５２…駆動信号、５３…駆動信号、５４…駆動信号。
【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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