(57)【要約】      （修正有）【課題】常温で再分極を行い、しかも長時間駆動しても圧電素子の分極度が崩れない液滴特性補正方法により、高品位な画像を、高速且つ高信頼で記録できる液滴吐出装置を提供する。【解決手段】複数個のノズル開口１３１に対応したインク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに固着され、共通電極と個別電極を有する複数個の圧電素子１１０とよりなる記録ヘッド１０と、前記圧電素子１１０の共通電極と個別電極との間に印加する駆動電圧を生成する記録ヘッド駆動装置２０とを備えた液滴吐出装置において、前記圧電素子１１０は正の所定電圧Ｖｂｐ以上の電圧及び負の所定電圧Ｖｂｎ以下で分極度が急増する特性を有し、前記記録ヘッド駆動装置２０は負の所定電圧Ｖｅ１と正の所定電圧Ｖｅ２との間で変化するパルス信号を生成し、前記電圧Ｖｂｐ，Ｖｂｎ，Ｖｅ１，Ｖｅ２は、Ｖｂｎ＜Ｖｅ１＜０，０＜Ｖｅ２＜Ｖｂｐに設定した。【選択図】図１
2007160701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク滴を吐出する複数個のノズル開口を有するオリフィス板と、前記ノズル開口に対応したインク加圧室を形成するインク流路形成板と、前記インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに固着され、共通電極と個別電極を有する複数個の圧電素子とよりなる記録ヘッドと、
前記圧電素子の共通電極と個別電極との間に印加する駆動電圧を生成する記録ヘッド駆動装置とを備えた液滴吐出装置において、
前記圧電素子は、正の所定電圧Ｖｂｐ以上の電圧及び負の所定電圧Ｖｂｎ以下で分極度が急増する特性を有し、前記記録ヘッド駆動装置は、負の所定電圧Ｖｅ１と正の所定電圧Ｖｅ２との間で変化するパルス信号を生成し、前記電圧Ｖｂｐ，Ｖｂｎ，Ｖｅ１，Ｖｅ２は、Ｖｂｎ＜Ｖｅ１＜０，０＜Ｖｅ２＜Ｖｂｐに設定されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記記録ヘッド駆動装置は、単一の極性のパルス信号を生成する回路手段と、該パルス信号を前記極性とは逆の極性の方向にレベルシフトする回路手段とよりなる圧電素子駆動電圧両極性分配回路を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項３】
請求項１において、前記記録ヘッド駆動装置は、前記圧電素子の共通電極に直流電圧Ｖｅ２を印加し、個別電極に直流電圧Ｖｅ（＝｜Ｖｅ１｜＋｜Ｖｅ２｜）を選択的に印加するスイッチ回路を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項４】
請求項３において前記スイッチ回路は、前記圧電素子の個別電極とアースとの間に接続された第１のスイッチング素子群と、前記直流電源Ｖｅと前記圧電素子の個別電極との間に接続された第２のスイッチング素子群とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項５】
インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに固着された圧電素子と、該圧電素子の変形によりインク滴を吐出するノズル開口とを有するノズルを複数個備えた記録ヘッドと、前記圧電素子に、電圧がＶｅ１からＶｅ２の間で変化する振幅Ｖｅのインク滴吐出用の駆動電圧を印加する記録へッド駆動装置を備えた液滴吐出装置の液滴吐出特性補正方法であって、
前記ノズル間の液滴吐出特性のばらつき量を測定する第１のステップと、前記ノズルの中で最も遅い吐出速度のノズルに等しいか又はそれよりも低い吐出速度に各ノズルの吐出速度を揃えるように、前記ばらつき量に応じた印加電圧を前記圧電素子に印加して再分極処理する第２のステップと、揃った各ノズルの吐出速度を一様に上昇するために、前記駆動電圧Ｖｅの大きさを調整する第３のステップとを備えたことを特徴とする液滴吐出特性補正方法。
【請求項６】
請求項５において、前記第３のステップで印加される電圧Ｖｅは、前記圧電素子が初期分極時の分極極性と同極性方向に再分極された時、再分極電圧の増加に伴って分極度が急増を始める再分極電圧がＶｂｐであり、初期分極の分極極性と逆極性方向に再分極された時、再分極電圧の逆極性方向への電圧増加に伴って、逆極性の分極度が急増を始める再分極電圧値がＶｂｎであるとき、前記Ｖｅ１、及びＶｅ２が、Ｖｂｎ＜Ｖｅ１＜０、０＜Ｖｅ２＜Ｖｂｐに設定されていることを特徴とする液滴吐出特性補正方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、前記第２のステップは、常温において前記圧電素子の再分極処理を行うことを特徴とする液滴吐出特性補正方法。
【請求項８】
請求項１乃至４記載の何れか一つに記載の液滴吐出装置を搭載してな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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高品位な画像を高速且つ高信頼で記録するための液滴吐出装置及び、この装置の液滴吐出特性補正方法並に液滴吐出装置を搭載したインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のノズルを集積したマルチノズルオンデマンド型インクジェット記録ヘッドでは、高品位な画像を高速に高信頼で記録を行うため、ノズル間でのインク滴の吐出速度や質量のばらつきを少なくすることが重要である。
【０００３】
プッシュ型圧電素子方式のオンデマンド型インクジェット記録ヘッドにおいては、ノズル開口を有するインク加圧室の壁をダイヤフラムで構成し、このダイヤフラムを棒状圧電素子の縦振動で押し、インク加圧室の体積を減少させてインク滴を吐出させている。このような記録ヘッドでインク滴の吐出速度や質量のばらつきを少なくするため、従来は、圧電素子やインク加圧室構成部品等の精度を向上したり、各部品の接着等による組立精度を向上させる方法がとられている。
【０００４】
しかし、この方法では、部品のコストが高くなり、組み立て時間が増大する等の問題があった。これに対し、例えば特許文献１には、圧電素子の分極度を適正に調整することで、ノズル間の吐出速度や質量のばらつきを小さくするように補正する方法、つまり分極補正による方法が提案されている。この方法によれば、部品や回路の追加が不要で、ヘッド製造過程での調整の追加だけで、インク滴の吐出速度や質量のばらつきを改善したインクジェット記録ヘッドを提供できるという利点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７７５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の分極補正による方法では、圧電素子の分極度を適正に調整する際に、高温状態の圧電素子を再分極する必要があるため、圧電素子の加熱装置が必要で、加熱に時間や手間がかかり、充分なコストダウンや生産性向上を図ることが困難であった。
【０００７】
このような問題点を解決する方法として、常温（２５℃程度）に近い室温で分極する方法が考えられるが、温度が低いと、圧電素子の分極度が、高温分極時に比べて小さく設定されることになるために、圧電素子に駆動電圧を印加することにより、圧電素子の分極が進み、その駆動時間が長くなるに従って、分極度の調整が崩れて、ノズル間速度ばらつきが大きくなってしまう問題があることが判明した。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決した液滴吐出装置及び液滴吐出特性補正方法並に液滴吐出装置を搭載したインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【０００９】
具体的には、常温で分極補正が可能であり、しかも、圧電素子に長時間駆動電圧を印加しても圧電素子の分極度が崩れることがなく、分極度を補正した状態を維持することを可能な補正方法を提供し、これにより高品位な画像を高速且つ高信頼で記録できる液滴吐出装置及び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】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明は、インク滴を吐出する複数個のノズル開口を有するオリフィス板と、前記ノズル開口に対応したインク加圧室を形成するインク流路形成板と、前記インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに固着され、共通電極と個別電極を有する複数個の圧電素子とよりなる記録ヘッドと、前記圧電素子の共通電極と個別電極との間に印加する駆動電圧を生成する記録ヘッド駆動装置とを備えた液滴吐出装置において、前記圧電素子は正の所定電圧Ｖｂｐ以上の電圧及び負の所定電圧Ｖｂｎ以下で分極度が急増する特性を有し、前記記録ヘッド駆動装置は、負の所定電圧Ｖｅ１と正の所定電圧Ｖｅ２との間で変化するパルス信号を生成し、前記電圧Ｖｂｐ，Ｖｂｎ，Ｖｅ１，Ｖｅ２は、Ｖｂｎ＜Ｖｅ１＜０，０＜Ｖｅ２＜Ｖｂｐに設定したことに一つの特徴を有する。
【００１１】
本発明の他の特徴は、前記記録ヘッド駆動装置が、単一の極性のパルス信号を生成する回路手段と、該パルス信号を前記極性とは逆の極性の方向にレベルシフトする回路手段とよりなる圧電素子駆動電圧両極性分配回路を備えたことにある。
【００１２】
本発明の他の特徴は、前記記録ヘッド駆動装置が、前記圧電素子の共通電極に直流電圧Ｖｅ２を印加し、個別電極に直流電圧Ｖｅ（＝｜Ｖｅ１｜＋｜Ｖｅ２｜）を選択的に印加するスイッチ回路を備えたことにある。
【００１３】
本発明の他の特徴は、前記スイッチ回路が、前記圧電素子の個別電極とアースとの間に接続された第１のスイッチング素子群と、前記直流電源Ｖｅと前記圧電素子の個別電極との間に接続された第２のスイッチング素子群とを備えたことにある。
【００１４】
本発明の他の特徴は、インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに固着された圧電素子と、該圧電素子の変形によりインク滴を吐出するノズル開口とを有するノズルを複数個備えた記録ヘッドと、前記圧電素子に、電圧がＶｅ１からＶｅ２の間で変化する振幅Ｖｅのインク滴吐出用の駆動電圧を印加する記録へッド駆動装置を備えた、液滴吐出装置の液滴吐出特性補正方法であって、前記ノズル間の液滴吐出特性のばらつき量を測定する第１のステップと、前記ノズルの中で最も遅い吐出速度のノズルに等しいか又はそれよりも低い吐出速度に各ノズルの吐出速度を揃えるように前記ばらつき量に応じた印加電圧を前記圧電素子に印加して再分極処理する第２のステップと、揃った各ノズルの吐出速度を一様に上昇するために前記駆動電圧Ｖｅの大きさを調整する第３のステップとを備えたことにある。
【００１５】
本発明の他の特徴は、前記第３のステップで印加される電圧Ｖｅは、圧電素子が、再分極処理される前の初期分極時の分極極性と同じ順極性方向に、再分極された時、再分極電圧の増加に伴って分極度が急増を始める再分極電圧がＶｂｐであり、初期分極の分極極性と逆極性方向に、再分極された時、再分極電圧の逆極性方向への電圧増加に伴って、逆極性の分極度が急増を始める再分極電圧値がＶｂｎであるとき、前記Ｖｅ１、及びＶｅ２が、Ｖｂｎ＜Ｖｅ１＜０、０＜Ｖｅ２＜Ｖｂｐに設定されていることにある。
【００１６】
本発明の他の特徴は、前記第２のステップは、常温において前記圧電素子の再分極処理を行うことにある。
【００１７】
本発明の他の特徴は以下の説明により一層明確に理解される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば次のような効果が得られる。
【００１９】
（１）ノズル間の液滴吐出特性のばらつきを大幅に改善することが可能となるので、高品位な画像を形成する液滴吐出装置及びインクジェット記録装置を実現することができる。
【００２０】
（２）ノズル間の液滴吐出特性のばらつきの補正を、常温の室温で実施することができるので、加熱装置等を必要とせず簡便であると共に、補正の手間も省くことができるので、記録ヘッドの生産性を向上することができる。
【００２１】
（３）圧電素子に駆動電圧を長時間印加しても圧電素子の分極度が崩れることがないため長寿命の記録ヘッドが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
最初に本発明の第１の実施例に係る液滴吐出装置の装置構成を説明し、次に本発明装置の液滴吐出特性の補正方法を述べ、更に本発明の第２の実施例に係る液滴吐出装置の装置構成について説明する。
【００２３】
（１）第１実施例の液滴吐出装置の構成
図１は、本発明に係る液滴吐出装置の第１の実施例を示す装置構成図である。同図に示すように本実施例に係る液滴吐出装置は、記録ヘッド１０と、記録ヘッド駆動装置２０とを備える。以下順に記録ヘッド１０、記録ヘッド駆動装置２０の詳細を述べる。
【００２４】
（１．１）記録ヘッド１０
本発明における記録ヘッド１０は、図１に示すようにインク流路ユニット１０１と、このインク流路ユニット１０１を保持するヘッドハウジング１０２及び圧電素子ユニット１０３とから構成される。インク流路ユニット１０１は、図２に示すように、オリフィス板１３０、インク流路形成板１４２、ダイヤフラム形成板１２２をこの順に貼りつけて形成される。圧電素子ユニット１０３は、複数個の棒状圧電素子１１０を、櫛歯状に圧電素子支持基板１１３に固着して構成される。
【００２５】
上記の構造により、記録ヘッド１０には、ｎ個のノズルが構成され、各ノズルは、図２のオリフィス板１３０に所定ピッチで列状に配置したｎ個のノズル開口１３１を有する。また、インク流路ユニット１０１及びヘッドハウジング１０２により、ノズル開口１３１を開口端とするインク加圧室１４０、このインク加圧室１４０にインクを導くインク流入口１４５、このインク流入口１４５にインクを供給する共通インク室１５０が形成される。
【００２６】
一方、インク流路ユニット１０１にダイヤフラム形成板１２２が貼り付けられていることにより、インク加圧室１４０の少なくとも一つの壁面にダイヤフラム１２０が形成される。そして、ダイヤフラム１２０のインク加圧室１４０と反対面には、圧電素子ユニット１０３の棒状圧電素子１１０の先端が突き当てられ、接着剤層を介してダイヤフラム１２０に接着されている。なお、各ノズルは同一構造をしている。
【００２７】
各ノズル素子の棒状圧電素子１１０は、圧電素子支持基板１１３に接着等で取りつけられ、圧電素子ユニット１０３を構成する。そして、圧電素子支持基板１１３の圧電素子配列方向の両側面に柱状の圧電素子支持基板固定部１１４（図１）が形成され、その底面がインク流路ユニット１０１に接着等で固定される。このインク流路ユニット１０１は、ヘッドハウジング１０２に接着固定されているため、圧電素子支持基板固定部１１４の底面がヘッドハウジング１０２に対して固定されていることになる。
【００２８】
棒状圧電素子１１０は、図２に示すように積層構造をしており、複数の層状圧電素子１１１が層状電極１１２を介して積層されている。そして複数の層状電極１１２は、例えば偶数番目のものが棒状圧電素子１１０の側面に形成された共通電極１１２１に接続され、奇数番目のものが個別電極１１２２に接続される。上記共通電極１１２１と個別電極１１２２は圧電素子支持基盤１１３の上面に形成された共通電極１１２１’と個別電極１１２２’にそれぞれ接続され、更にフレキシブルケーブル１６０のフレキシブルケーブル端子１６１に接続される。
【００２９】
上記棒状圧電素子１１０の各層状圧電素子１１１は、図２に示すような残留分極１１２３を有している。この残留分極は共通電極１１２１と個別電極１１２２間に分極電圧が印加されて形成される。残留分極１１２３の大きさは、電極間に印加される分極電圧の大きさや、分極電圧の印加時間、また分極時の温度条件等の分極条件を変化させ、圧電素子１１１の分極度を変えることで調整可能である。
【００３０】
このように構成された記録ヘッド１０は、フレキシブルケーブル１６０を介して記録ヘッド駆動装置２０から供給される信号により駆動される。
【００３１】
（１．２）記録ヘッド駆動装置２０
記録ヘッド駆動装置２０は、図１に示すように記録データ信号作成回路３０２、圧電素子駆動データ信号作成回路３０３、圧電素子駆動スイッチング回路３０４、タイミング信号発生回路３０１、圧電素子駆動パルス波形発生回路３０５及び圧電素子駆動電圧両極性分配回路３０６を備える。
【００３２】
上記圧電素子駆動電圧両極性分配回路３０６はクランプ回路であり、コンデンサ３０６１、ダイオード３０６２、ツェナダイオード３０６３等で構成されている。このクランプ回路３０６の出力電圧が圧電素子１１０の共通電極１１２１に印加される。
【００３３】
また、圧電素子駆動スイッチング回路３０４は、圧電素子１１０の個別電極１１２２とアースとの間に接続されたスイッチング素子３０４１と、これらのスイッチング素子３０４１を駆動するためのスイッチング素子駆動回路３０４２を含む。
【００３４】
次に本実施例の記録ヘッド駆動装置２０の動作について説明する。
【００３５】
記録データ信号作成回路３０２は、図示しない上位装置（例えば、パーソナルコンピュータ）からの記録信号入力データに応じて、記録データ信号を作成する。圧電素子駆動データ信号生成回路３０３は、上記記録データ信号と、タイミング信号発生回路３０１からのタイミング信号をもとに、圧電素子駆動データ信号を作成する。この圧電素子駆動データ信号作成回路３０３の出力信号により圧電素子駆動スイッチング回路３０４のスイッチング素子３０４１を制御する。
【００３６】
スイッチング素子３０４１を選択的にオンにすると、このスイッチング素子に接続された圧電素子１１０の個別電極１１２２は、選択的に接地される。一方、圧電素子１１０の共通電極１１２１には圧電素子駆動パルス波形発生回路３０５からクランプ回路３０６を介してパルス信号が印加されているので、選択された圧電素子１１０には該パルス信号が印加されることになる。従って選択された圧電素子１１０に対応するノズルより記録紙４０に向けてインク滴を吐出する。
【００３７】
上記の構成において、本発明の液滴吐出装置は圧電素子１１０に印加するパルス信号の波形に特徴を有する。
【００３８】
図３（ａ）は圧電素子駆動パルス波形発生回路３０５により発生される信号の出力波形であり、電圧振幅Ｖｅのパルス信号である。このパルス波形において、電位がＶｅから０Ｖへ変化すると、インク加圧室１４０内へのインクの吸い込みが行なわれ、電位が０ＶからＶｅへ変化すると、インク加圧室１４０が加圧されてインク滴３０を吐出する。従来は図３の（ａ）に示すパルス信号を圧電素子駆動信号として圧電素子１１０の共通電極１１２１に直接印加していた。
【００３９】
これに対し本実施例は、圧電素子駆動電圧両極性分配回路３０６のクランプ回路を経由し、図３（ｂ）に示したパルス信号を生成し、このパルス信号を圧電素子の共通電極１１２１に印加するように構成されている。このパルス信号は図３（ａ）のパルス信号を負電位方向にＶｅ１シフトした波形である。つまり、圧電素子駆動電圧の振幅Ｖｅを、圧電素子１１０の分極電圧印加極性方向と同一方向の正極性方向にＶｅ２、逆方向の負極性方向にＶｅ１と、両極性方向に電圧分配した信号波形になっている。
【００４０】
クランプ回路３０６では、ツェナダイオード３０６３の端子間電圧が約Ｖｅ１になるように設定されている。これにより、コンデンサ３０６１は矢印の方向に電圧Ｖｅ１が充電されることになる。従って、圧電素子駆動パルス波形発生回路３０５の出力パルス信号がこのＶｅ１の分だけ負方向にシフトされ、図３の（ｂ）のように両極性方向に変化する圧電素子駆動電圧が生成される。
【００４１】
次に、上記のように構成された液滴吐出装置の液滴吐出特性補正方法について説明する。
【００４２】
（２）液滴吐出特性補正方法
図１の、各ノズル開口の下方に伸びる点線はインク滴３０の飛翔軌跡である。点線の矢印先端に位置する丸印のインク滴３０の位置は、圧電素子１１０に駆動信号電圧が印加され、ノズルからインク滴が吐出されてから、一定時間後の飛翔位置を示している。白丸はノズルによってインク滴の吐出特性にばらつきがあるために飛翔位置もばらつくことを示している。これに対し、黒丸は各ノズルの吐出特性が一様であるためインク滴の飛翔位置が等しいことを示している。白丸印を横方向に繋ぐ点線は、インク滴の飛翔位置のばらつきの状態を分かり易く示す参照用の線であり、実線は吐出特性を補正してばらつきをなくした同様の参照用の線である。なお図１のノズル開口１３１の下に示した、丸印の中央の数字は、各ノズル番号を表すものとする。
【００４３】
本発明に係る液滴吐出特性補正方法は、上記の白丸で示したようにインク滴の飛翔位置にばらつきのあるものを、黒丸で示したように補正するものであり、以下各工程について図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
（２．１）各ノズルのばらつきの大きさの測定
図４（ａ）のグラフは、横軸にノズル番号、縦軸にインク吐出速度をとり、各ノズルに対応する圧電素子１１０の圧電素子駆動電圧を２８Ｖとした場合の、各ノズルのインク吐出速度を示したものである。
【００４５】
図中、各ノズルの速度データプロットを横方向に繋ぐ点線は、ノズル間吐出ばらつきの状態を分かり易く示す参照用の線であり、これを実線のように補正するためには、図１０のステップＳ１０１でまず、各ノズル毎の液滴吐出速度のばらつきの大きさを測定する。
【００４６】
このばらつき量を測定する方法は公知であるのでここでは詳細な説明を省くが、例えば各圧電素子１１０の共通電極１１２１と個別電極１１２２に所定の駆動電圧を印加してインク滴を吐出させ、インク滴がノズル開口部から吐出してから、例えばノズル開口部の前方の１ｍｍの地点に達するまでに要する時間を測定することによって求められる。
【００４７】
本実施例では図４（ａ）のように記録ヘッド１０の各ノズルのインク滴吐出速度が、８ｍ／ｓ近辺を中心にばらついている例を示す。この速度ばらつきは、記録媒体４０への着弾位置をばらつかせ、記録装置により形成される画像の品質を劣化させる。この例では、ノズル１及びノズル３は約８ｍ／ｓであり、ほぼ同じ値になっている。したがって、図１でのインク滴吐出方向での飛翔位置も近い。しかし、ノズル４、５、８の吐出速度は８ｍ／ｓを超えており速い。そのためこれらノズルによるインク滴の飛翔位置はノズル１、３の飛翔位置より記録媒体に近い位置になる。逆にノズル２、６、７、９の吐出速度は８ｍ／ｓより遅い。したがってこれらノズルによるインク滴の飛翔位置はノズル１、ノズル３の飛翔位置よりノズル開口に近い位置になる。記録装置では、記録媒体を記録ヘッドに対して相対的に移動させながらインク滴を着弾させて記録するので記録媒体への着弾位置は、図１のインク滴飛翔位置のばらつきに対応してばらつき記録画像品位を劣化させる。したがって、記録装置の記録品質を確保するためには、ノズル間におけるインク滴吐出速度ばらつきをできるだけ小さくすることが必要である。
【００４８】
（２．２）各ノズルの補正量の決定及び再分極電圧の印加
ステップＳ１０１で各ノズルのばらつき量を測定した後、次にステップＳ１０２でばらつきを補正するための補正量を決定する。
【００４９】
本発明は液滴吐出特性のばらつきを補正するために、各圧電素子１１０に補正量に応じた再分極電圧を印加する。各圧電素子の１１０の分極度は、分極処理用の印加電圧が高いほど高くなり、また電圧の印加時間が長いほど高くなる。また圧電素子１１０の温度が高いほど分極度が進みやすくなる。本発明は圧電素子１１０を常温（約２５℃程度）の室温で分極を行う。
【００５０】
図５は、横軸に圧電素子の再分極電圧、縦軸にインク滴の吐出速度補正量をとった分極速度補正特性を示すもので、記録ヘッド１０を室温（約２５℃）で再分極補正する場合、圧電素子１１０に印加する再分極電圧の大きさに対して、インク滴速度をどれ程度加速、或いは減速できるかを示すグラフである。
【００５１】
この図から明らかなように、再分極電圧が１００Ｖの時には、液滴速度の補正量は０％であり、インク滴吐出速度は、分極補正前、すなわち初期分極状態時とほぼ同じである。再分極電圧を８０Ｖにすると、インク滴の吐出速度は補正前の約−１０％となり、再分極電圧を５５Ｖとすると、インク滴の吐出速度は補正前の３０数％程度となる。このように、再分極電圧を１００Ｖから５５Ｖの間の適当な値に設定することにより、インク滴吐出速度を０〜３０数％の範囲で所望の値に調整可能である。
【００５２】
この特性を利用して本発明は、各ノズルのインク吐出速度を記録ヘッド１０の中で最も遅いノズルのインク滴吐出速度と同じか、或いはそれよりも低い値に揃え、各圧電素子１１０に補正用の再分極電圧を印加する。
【００５３】
本実施例の場合には、図４（ａ）から分かるように最遅ノズルはノズル６であり、そのインク滴吐出速度は約７．０ｍ／ｓであるので、設定速度を例えば７．０ｍ／ｓ以下に設定可能である。そこで以下、各ズルのインク滴吐出速度を一例として６．７ｍ／ｓに揃える場合について説明する。
【００５４】
ノズル１は約８．０ｍ／ｓであるので１．３ｍ／ｓ減速させる必要がある。この減速（−１６％）に対応する再分極電圧は、図５より約７１Ｖである。ノズル２の速度は７．３ｍ／ｓであるので、０．６ｍ／ｓ減速させれば良いため、この減速（−８％）に相当する再分極電圧は８２Ｖ程度となる。
【００５５】
図４（ｂ）は、横軸にノズル番号、縦軸に液滴速度を補正をするために各圧電素子に印加する再分極電圧をとり、上記のようにして求めた各ノズルの補正用再分極電圧をプロットしたグラフである。各圧電素子１１０に上記のような再分極電圧を印加して分極補正を行うことにより、最遅ノズル６の分極度は、初期分極状態の分極補正前の分極度よりも幾分低い分極度に設定され、他のノズルに対応する圧電素子の分極度も同様にそれぞれ分極補正前の分極度よりも低い値に再分極される。この結果、図４（ｃ）のように全てのインク吐出速度を、再遅ノズルの速度より幾分遅い速度６．７ｍ／ｓ程度に揃えることが可能となる。
【００５６】
（２．３）駆動電圧による速度低下分補正
ステップＳ１０３により、ノズルのインク吐出速度を最も遅いノズルの吐出速度又はそれ以下に揃えたので、次のステップＳ１０４では圧電素子１１０の共通電極１１２１に印加する駆動電圧を調整して、分極補正によるインク滴吐出速度の低下分を補正する処理を行う。つまり初期分極状態の記録ヘッドにおけるノズルのインク滴吐出平均速度近傍に合わせるために駆動電圧の振幅を調整する。
【００５７】
図６は横軸にノズルに対応する圧電素子の駆動電圧、縦軸にインク滴吐出速度をとった特性図である。このグラフから分かるように、圧電素子駆動電圧Ｖｅを例えば２８Ｖから３２Ｖに上げることにより、６．７ｍ／ｓのインク滴吐出速度を８ｍ／ｓに上昇することができる。この結果、図４（ｄ）に示すように各ノズルのインク滴吐出速度は一様に８ｍ／ｓに揃えることが可能となる。
【００５８】
なお上記の実施例では、再分極電圧の分極補正で各ノズルのインク滴吐出速度を、６．７ｍ／に揃えたが、再遅ノズルの速度と等しい値の７．０ｍ／ｓに揃えることも可能である。ただこの場合、１００Ｖでの再分極後のインク滴吐出速度が、正確に７．０ｍ／ｓに達しないことがあるため、本実施例では設定に余裕のある少し遅い速度、つまり約６．７ｍ／ｓ程度に揃えた。なお、図５の分極速度補正特性はノズルごとにばらつくことがあるが、この場合には、各ノズルについて分極補正特性を調べ、この特性をもとに、前記のように各ノズルの再分極電圧をもとめることにより、分極補正の精度を向上させることが可能である。
【００５９】
（２．４）駆動電圧のレベルシフト量の決定
次にステップＳ１０５においては駆動電圧を負方向に所定量レベルシフトする。
【００６０】
前述のように本発明は圧電素子１１０に分極電圧を印加して分極補正を行うが、これを常温（約２５℃）近傍の室温で実施する。
【００６１】
ところで、このように常温で分極補正できる理由は、各ノズルの分極度を初期分極の分極度より低く設定し、調整するためである。しかし、この分極補正に伴うインク滴吐出速度の低下を、圧電素子駆動電圧を増加することで修正しているため、この記録ヘッドを長時間駆動して使用していると、分極補正が崩れ、補正前の速度ばらつき特性に戻ることがあることが判明した。この問題を解決するためステップＳ１０５で駆動電圧を負方向にシフトして正の電圧と負の電圧との間で変化するパルス波形を生成している。
【００６２】
図７は、常温の室温（２５℃）における圧電素子の分極特性を示すもので、横軸に圧電素子の再分極電圧をとり、縦軸に分極度をとってある。
【００６３】
初期分極状態の圧電素子１１０に、分極消去信号を印加して初期分極を消極した後、圧電素子１１０に再分極電圧を印加して再分極する場合に、再分極の極性方向が、初期分極時の分極電圧印加極性方向と同じ順極性方向のときには、同図のグラフのように、再分極電圧の増加に伴い分極度が増加する。しかし、再分極電圧が小さい間は、分極度の増加は非常に小さい。そして再分極電圧が、分極度急変電圧Ｖｂｐを過ぎると急激に増加する特性を示す。
【００６４】
一方、初期分極時の分極電圧印加極性と逆極性方向に再分極する場合にも同様な特性を示し、再分極急変電圧Ｖｂｎよりも負極性方向に小さな再分極電圧に対しては分極度の増加は小さいが、この電圧を過ぎると急に分極が進む。
【００６５】
本発明のように常温の室温で分極補正した記録ヘッド１０に、図３（ａ）に示す従来の圧電素子駆動信号電圧を印加した場合、Ｖｅ＞Ｖｂｐの関係にあると、長時間駆動した場合、或いは圧電素子を高温の状態で駆動した場合は、圧電素子駆動信号電圧が再分極電圧として作用し、圧電素子の分極が進み、分極補正の分極度状態が崩れてしまい、この結果、ノズルの液滴吐出装置の速度ばらつきが再び大きくなってしまうことが判明した。
【００６６】
このため、本発明の記録ヘッド駆動装置２０は前述のように、図３（ｂ）のような波形の駆動電圧を生成し、これを圧電素子１１０の共通電極１１２に印加するように構成している。即ち、駆動電圧Ｖｅのピークからピークの大きさは従来と同様にＶｅとした上で、圧電素子１１０に加わる順極性方向の電圧Ｖｅ２は、０＜Ｖｅ２＜Ｖｂｐの関係に、圧電素子１１０に加わる逆極性方向の電圧Ｖｅ１は、Ｖｂｎ＜Ｖｅ１＜０に設定した。
【００６７】
本発明により分極補正を行う記録ヘッドでは、Ｖｅが３２Ｖ必要であり、一方、図７に示す圧電素子の分極特性におけるＶｂｐは３０Ｖ程度、Ｖｂｎも−３０Ｖ程度である。このため、図３（ａ）の従来の駆動ではＶｅ＞Ｖｂｐとなって、長時間駆動や高温状態での駆動で分極補正が崩れてしまうが、本発明による記録ヘッド駆動装置によれば、図３（ｂ）において、Ｖｅ１を−１２Ｖ、Ｖｅ２を２０Ｖと設定することで、Ｖｅ＝３２を確保しながらＶｂｐとＶｂｎを超えることがないから、補正分極度の状態を崩すことはない。
【００６８】
また、Ｖｂｐが３０Ｖ、Ｖｂｎも−３０Ｖの場合には圧電素子駆動電圧Ｖｅを６０Ｖ近くにまで上げることができるため、効率の低い記録ヘッドへの適用や、分極補正で対応できるインク滴吐出ばらつき範囲を広げることも可能である。また、高温のインクを使用する場合など、圧電素子が高温になると、再分極されやすくなって、ＶｂｐやＶｂｎの絶対値が小さくなる傾向があるが、このような場合にも対応可能となる。
【００６９】
以上述べた補正方法によれば、ノズル間の速度のばらつきが±２０％程度の記録ヘッドを±３％以下のばらつきに改善できることが確認された。
【００７０】
また本発明方法によれば分極補正を常温の室温で実施することが可能であるため圧電素子を高温に過熱して分極補正を行う場合に比べて、加熱や温度制御に手間や時間を必要とせず、生産性が向上するという利点があり、更には加熱装置等の余計な設備も不要であるため簡便であるという利点もある。
【００７１】
また本発明補正方法によれば、長寿命で、ノズル間のインク滴速度ばらつきの少ない液滴吐出装置を実現することが可能となり、このため、本液滴吐出装置を搭載した記録装置は、高品位な画像を高速且つ高信頼で記録することが可能となるという効果もある。
【００７２】
（３）第２実施例の液滴吐出装置の構成
次に、本発明の第２の実施例を図８を参照して説明する。本実施例は、図１の圧電素子駆動パルス波形発生回路３０５や圧電素子駆動電圧両極性分配回路３０６を備えず、圧電素子駆動スイッチング回路３０４の構成が図１と異なる。
【００７３】
本実施例の圧電素子駆動スイッチング回路３０４は、各ノズルに対して交互に開閉する、直列接続された２個のスイッチング素子３０４１Ｌ、３０４１Ｈを備えている。この２個のスイッチング素子３０４１Ｌ及び３０４１Ｈは２種類の開閉モードで動作する。第１のＬモードでは、アースに一端が接地された接地側スイッチング素子３０４１Ｌがオン、直流電源Ｖｅに一端が接続された電圧印加側スイッチング素子３０４１Ｈがオフとなる。一方、第２のＨモードでは逆に、アースに一端が接地された接地側スイッチング素子３０４１Ｌがオフ、直流電源Ｖｅに一端が接続された電圧印加側スイッチング素子３０４１Ｈがオンとなる。２つのスイッチング素子３０４１Ｈと３０４１Ｌの接続点は各ノズル圧電素子の個別電極に接続されている。また圧電素子の共通電極は、電源Ｖｅ２に接続されている。そしてこれらのスイッチング素子３１４１は、圧電素子駆動データ信号作成回路３０３とタイミング信号発生回路３０１に接続された、スイッチング素子駆動回路３０４２により駆動される。
【００７４】
次に、第２の実施例の動作を図９を参照して説明する。
【００７５】
図９（ａ）、（ｂ）は図８中に示した（ａ）、（ｂ）における波形である。即ち、図９（ａ）は圧電素子１１０の共通電極側の電位であり、図９（ｂ）は個別電極側の波形である。図９（ｃ）は、図９（ａ）の電位から図９（ｂ）の電位を差し引いた波形であり、個別電極に対する共通電極の電位である。
【００７６】
ノズルからインクを吐出する場合には、まず、スイッチング素子３０４１が第１のＬモードから第２のＨモードに変化するように駆動される。よって個別電極に対する共通電極の電位はＶｅ２−０＝Ｖｅ２から、Ｖｅ２−Ｖｅ＝Ｖｅ１に変化し、圧電素子分極時の分極電圧印加極性と同じ極性の順極性から逆極性の電圧に変化するようになるので、インク加圧室１４０は減圧される。そしてこれに引き続いて、スイッチング素子３０４１は第２のＨモードから第１のＬモードに変化するように駆動される。よって個別電極に対する共通電極の電位はＶｅ２−Ｖｅ＝Ｖｅ１から、Ｖｅ２−０＝Ｖｅ２に変化し、圧電素子分極時の分極電圧印加極性と同極性の順極性方向の電圧印加に変化するので、インク加圧室１４０は加圧され、インク滴が吐出されるようになる。
【００７７】
このように、第１の実施例とは記録ヘッド駆動装置２０の構成と動作は異なるが、圧電素子１１０に印加される電圧は同様になり、圧電素子駆動電圧Ｖｅを、Ｖｅ１とＶｅ２の両極性に分配して駆動できるため、第１の実施例と同様の効果を奏する。
【００７８】
本実施例では図１の実施例に比べて、圧電素子駆動パルス波形発生回路３０５や圧電素子駆動電圧両極性分配回路３０６を備える必要がないので、記録ヘッド駆動装置２０を安価に実現できる利点がある。
【００７９】
（４）変形例
以下、本発明の実施例について説明したが、本発明はその基本的な考え方を変更しない範囲で種々の変形をすることは可能であり、これらも本発明の範囲に属する。
【００８０】
例えば、上述の実施例では、所謂プッシュ型圧電素子方式のオンデマンド型インクジェット記録ヘッドに本発明を適用した例について説明したが、板状の圧電素子をダイヤフラム面に形成する構造の、所謂ベンド型圧電素子方式のオンデマンド型インクジェット記録ヘッド等にも同様に適用可能なことは明らかである。
【００８１】
また、上記の実施例では、分極補正によりインク滴吐出速度を補正する場合について説明したが、再分極電圧の調整で吐出速度を補正する代わりに、再分極電圧の調整でインク滴吐出重量を調整してもよい。つまり、実施例におけるインク滴吐出速度をインク滴吐出重量に置き換えた実施例により、同様に、インク滴吐出重量も時間や手間を削減して補正でき、インク滴吐出重量ばらつき幅の少ない記録ヘッドを生産性よく製造可能である。
【００８２】
本発明による記録ヘッド及び駆動装置は、シリアル走査型インクジェット記録装置やライン走査型インクジェット記録装置に好適である。シリアル走査型インクジェット記録装置では、本発明による記録ヘッドのオリフィス面を記録媒体に対向させて設置し、該記録ヘッドを連続記録媒体の連続方向と交叉する横方向に、インク滴を記録信号に応じて吐出しながら移動（主走査）させて一行分を記録し、その後連続記録媒体の連続方向に記録媒体を所定量紙送り（副走査）し、続いて次の行の画像を主走査して記録する。この主走査と副走査を繰り返して画像を記録する。
【００８３】
またライン走査型インクジェット記録装置では、本発明による記録ヘッド多数を、連続記録媒体の幅方向に、幅いっぱいに記録媒体面に対向して配置し、インク滴を記録信号に応じて噴射する。同時に記録媒体を連続記録媒体の長手方向に高速移動させて主走査する。この主走査とインク滴の吐出制御で走査線への記録ドット形成の制御を行い、記録画像を記録媒体上に得る。このような本発明によるインクジェット記録装置によれば、高品位画像を高速で印刷することが可能になる。
【００８４】
また本発明は、記録媒体にインクで記録するインクジェット記録装置の他に、生産物へのマーキング装置や塗膜装置等の工業用液体分配装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る液滴吐出装置の第１の実施例を示す構成概略図である。
【図２】本発明の液滴吐出装置における記録ヘッドの構造を示す部分斜視拡大図である。
【図３】本発明装置の第１の実施例における記録ヘッド駆動装置の動作を説明する波形図である。
【図４】本発明の実施例における記録ヘッドの再分極補正によるインク滴吐出速度の補正を説明するグラフである。
【図５】本発明の実施例における記録ヘッドの再分極補正によるインク滴吐出速度の補正特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例における記録ヘッドの再分極補正に伴う速度低下の修正を説明するグラフである。
【図７】本発明の実施例における記録ヘッドの再分極特性を示すグラフである。
【図８】本発明に係る液滴吐出装置の第２の実施例を示す構成概略図である。
【図９】本発明装置の第２の実施例における記録ヘッド駆動装置の動作を説明する波形図である。
【図１０】本発明に係る液滴吐出特性補正方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１０      記録ヘッド
２０      記録ヘッド駆動装置
３０      インク滴
４０      記録媒体
１０１    インク流路ユニット
１０２    ヘッドハウジング
１０３    圧電素子ユニット
１１０    圧電素子
１１１    層状圧電素子
１１２    層状電極
１１２１  共通電極
１１２２  個別電極
１１２３  残留分極
１１２４  分極度レベル値
１１３    圧電素子支持基板
１１４    圧電素子支持基板固定部
１２０    ダイヤフラム
１２２    ダイヤフラム形成板
１３０    オリフィス板
１３１    ノズル開口
１４０    インク加圧室
１４２    インク流路形成板
１４５    インク流入孔
１５０    共通インク室
１６０    フレキシブルケーブル
１６１    フレキシブルケーブル端子
３０１    タイミング信号発生回路
３０２    記録データ信号作成回路
３０３    圧電素子駆動データ信号作成回路
３０４    圧電素子駆動スイッチング回路
３０４１  スイッチング素子
３０４１L  接地側スイッチング素子
３０４１Ｈ  電圧印加側スイッチング素子
３０４２  スイッチング素子駆動回路
３０５    圧電素子駆動パルス波形発生回路
３０６    圧電素子駆動電圧両極性分配回路
３０６１  コンデンサ
３０６２  ダイオード
３０６３  ツェナダイオード
【図１】
2007160701.tif 000003
【図２】
2007160701.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007160701.tif 000008
【図７】
2007160701.tif 000009
【図８】
2007160701.tif 000010
【図９】
2007160701.tif 000011
【図１０】
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