JP5839028B2 - 液滴吐出ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法に関するものである。

従来、液滴吐出ヘッドから吐出される液滴の液滴速度や液滴量を検出し、その検出値を基に、液滴速度や液滴量が目標速度、目標液滴量となるように駆動信号の電圧を補正するようにした液滴吐出装置が特許文献１、２に開示されている。

特開平７−２５６８８４号公報 特開２００４−９０６２１号公報

インクジェット記録装置等の液滴吐出装置では、高品位の記録を実現するには液滴量を小さくする必要がある。液滴量を小さくする方法として、従来から、ノズルに連通する圧力室を膨張させてから収縮させるという、「引き打ち」方式を用いることが知られている。

一方、インクジェット方式の液滴吐出ヘッドは流路の寸法や圧電材料等の圧力発生手段の特性においてばらつきをもち、同一ノズル列内では各ノズルからの液滴速度が揃うものの、ノズル列間では同一の駆動信号を付与したとしても、液滴速度が大きくばらついてしまう。また、同一ノズル列内でも液滴速度がばらつく場合もある。液滴量のばらつきは小さいため、駆動信号の電圧を補正して液滴速度のばらつきを補正する必要がある。

先の「引き打ち」方式の駆動方法を採用するとき、液滴速度の補正方法として、膨張パルスの駆動電圧値を増減する場合は、液滴量が大きく変動し、記録品位の低下を招くという問題が生じることが判明した。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、「引き打ち」方式の駆動方法を用いた場合において、液滴量の変動を小さく抑え、液滴速度のばらつきを補正することができる液滴吐出ヘッドの駆動方法を提供することである。

本発明の目的は、以下のような構成により達成される。
１．
液滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通する圧力室と、駆動信号の印加により該圧力室の容積を変化させる圧力発生手段と、がそれぞれ複数設けられた液滴吐出ヘッドの圧力発生手段に駆動信号を印加することにより、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記駆動信号は、圧力室の容積を膨張させる膨張パルスと、該圧力室の容積を収縮させる収縮パルスと、を含み、
複数の前記ノズルを１以上のノズルからなる複数のグループに区分し、膨張パルスの駆動電圧値は各グループで共通に設定し、収縮パルスの駆動電圧値はグループ毎に液滴速度の大小に応じて独立に設定した前記駆動信号を前記液滴吐出ヘッドに印加して液滴を吐出させる吐出工程と、
前記吐出工程の前に、前記グループ毎の前記収縮パルスの駆動電圧値に関する情報を記憶手段に格納する格納工程と、
前記格納工程の前に、前記膨張パルスの駆動電圧値は一定で、前記収縮パルスの駆動電圧値を複数段階に変化させた駆動信号を前記液滴吐出ヘッドに印加して、前記グループ毎に液滴速度を測定し、液滴速度の大小に応じてグループ毎に収縮パルスの駆動電圧値を決定する決定工程とを備え、
前記吐出工程は、前記記憶手段に格納された前記情報を参照して前記収縮パルスの駆動電圧値を設定し、
前記格納工程は、前記決定工程で前記グループ毎に決定された前記収縮パルスの駆動電圧値に関する情報を前記記憶手段に格納することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
２．
前記吐出工程は、前記収縮パルスの駆動電圧値を、共通の駆動信号で駆動した場合のグループ毎の液滴速度が小さいほど、収縮パルスの駆動電圧値の絶対値を大きくして、グループ毎の液滴速度が実質的に等しくなるように設定することを特徴とする１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。

本発明によれば、「引き打ち」方式の駆動方法を用いた場合において、液滴量の変動を小さく抑え、液滴速度のばらつきを補正することができる液滴吐出ヘッドの駆動方法を提供することができる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。 ヘッドのノズル部の拡大図である。 ヘッド及びその製造工程を示す概略図である。 インクジェット記録装置全体の回路構成を示す回路ブロック図である。 駆動信号制御手段の構成を示すブロック図である。 ヘッドの駆動信号の例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はヘッドの動作を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はヘッドの時分割動作の説明図である。 Ａ、Ｂ、Ｃの各組の圧力室の電極に印加される駆動信号のタイミングチャートである。 正電圧のみを用いた場合の駆動信号のタイミングチャートである。 収縮パルスの駆動電圧値を変化させた場合の駆動電圧比と液滴速度との関係例を示す図である。 収縮パルスの駆動電圧値を変化させた場合の駆動電圧比と液滴体積（液滴量）との関係例を示す図である。 膨張パルスの駆動電圧値を変化させた場合の駆動電圧比と液滴体積（液滴量）との関係例を示す図である。 各ノズル列に印加される駆動信号の例を示す図である。

以下に本発明に関する実施の形態の例を示すが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

＜インクジェット記録装置の機械的構成＞
図１は、本発明に係る液滴吐出装置が適用されるインクジェット記録装置１の概略構成を示す図である。

キャリッジ部２は液滴吐出ヘッドであるヘッド１７とヘッド１７の圧力発生手段を駆動する駆動回路１６（図４参照）とインクカートリッジ（不図示）を納めた樹脂性のケースである。キャリッジ部２に納められた駆動回路１６はＩＣで構成してあり、キャリッジ部２から引き出されたフレキシブルケーブル５で制御基板１００（図４参照）と接続されている。

ヘッド１７は、記録媒体に対する主走査方向であるＸ方向に配置した２列のノズル列を有している。ノズル数は、１列当たり２５６個であり、副走査方向であるＹ方向に配列している。また、ノズル列毎に駆動回路１６を有している。

１列当たりのノズル数は、特に限定されず、記録装置の用途等によって決定されればよい。

キャリッジ部２はキャリッジ部駆動機構６によって図中矢印Ｘで示した主走査方向に往復移動される。キャリッジ部駆動機構６は、主走査モータ６ａ、プーリ６ｂ、歯付きベルト６ｃ、ガイドレール６ｄを含んで構成されていて、キャリッジ部２は歯付きベルト６ｃに固着されている。

主走査モータ６ａによりプーリ６ｂが回転すると、歯付きベルト６ｃに固着されたキャリッジ部２は図中矢印Ｘの方向に沿って移動させられる。ガイドレール６ｄは互いに平行な２本の円柱で、かつキャリッジ部２の挿通穴を貫通していてキャリッジ部２が滑走するようにしてある。

インクカートリッジは内部に１つのインクタンクを有している。インクタンクのインク供給口はインクカートリッジをキャリッジ部２にセットしてインク供給パイプと接続されると開口し、接続が解除されると閉鎖され、１つのインクタンクからヘッド１７の各ノズル列に同じ組成のインクが供給される。

フレキシブルケーブル５は、吐出データである画像データ、駆動信号等を転送する転送手段であり、可撓性を有するフィルムに、データ信号線、電源線等を含む配線パターンをプリントしたもので、駆動回路１６と制御基板１００との間でデータを転送し、キャリッジ部２の移動に追従する。

詳細は後述するが、駆動信号は、ヘッドの圧力室の容積を膨張させる膨張パルスと、該圧力室の容積を収縮させる収縮パルスと、を含み、２列のノズル列を１列毎に２つのグループに区分し、膨張パルスの駆動電圧値は各グループで共通に設定され、収縮パルスの駆動電圧値は各グループ毎に液滴速度の大小に応じて独立に設定されている。

エンコーダ７は樹脂の透明なフィルムに所定の間隔で目盛りをつけたもので、この目盛りをキャリッジ部２に設けたエンコーダセンサ１２６（光センサ）により検出して、キャリッジ部２の位置を検知する。

記録媒体搬送機構８は図中矢印Ｙで示した副走査方向に記録媒体Ｐを搬送させる機構で、副走査モータ８ａ、搬送ローラー対８ｂ、８ｃを含んで構成される。搬送ローラー対８ｂと搬送ローラー対８ｃは副走査モータ８ａにより駆動されて、図示せぬギア列によって略等しいか搬送ローラー対８ｃが極わずかに速い周速で回転するローラー対である。

記録媒体Ｐは給紙機構（図示せず）から送り出されてから一定速度で回転させられている搬送ローラー対８ｂに挟持され、給紙ガイド（図示せず）によって副走査方向に搬送の向きを修正させられたうえで搬送ローラー対８ｃに挟持されて搬送される。

このようにして記録媒体Ｐを副走査方向に一定速度で移動させつつ、キャリッジ部２を主走査方向に一定速度で移動させ、ヘッド１７から吐出したインクを付着させて記録媒体Ｐの片面の所定範囲に画像を記録する。

＜ヘッドの構成＞
本発明に係る駆動方法は、液滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通する圧力室と、駆動信号の印加により該圧力室の容積を変化させる圧力発生手段と、がそれぞれ複数設けられた液滴吐出ヘッドであれば、どのようなタイプの液滴吐出ヘッドにも適用できる。

以下の説明では、圧力室の隔壁の少なくとも一部を圧電材料により構成し、圧力発生手段である隔壁をせん断変形させることによりノズルから液滴を吐出するせん断モード（シェアモード）型のヘッドを用いて説明する。

図２は図１におけるヘッド１７を記録媒体Ｐの方向からみたノズル部の拡大図である。この図では、５１２個のノズルの一部に相当する１５個のノズルが示してある。

ヘッド１７は、記録媒体に対する主走査方向Ｘに対して、ノズル１８ａのノズル列１０２ａと、ノズル１８ｂのノズル列１０２ｂを有している。

このように少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁によって隔てられた複数の圧力室を有するノズル列１０２ａまたは１０２ｂを駆動する場合、１つの圧力室の隔壁が吐出の動作をすると、隣の圧力室が影響を受けるため、通常、複数の圧力室（ノズル）の内、互いに１本以上の圧力室（ノズル）を挟んで離れている圧力室（ノズル）をまとめて１つの組となすようにして、２つ以上の組に分割し、各組ごとにインク吐出動作を時分割で順次行う様に駆動制御される。本実施形態では、１列の全圧力室（ノズル）を２つおきに選んで３組に分けて吐出する、いわゆる３サイクル吐出法を採用している。

本実施形態では、各ノズル列は２５６ノズルからなり、各列内のノズルは３ノズル周期で隣接ノズルが主走査方向に最小画素ピッチの１／３ずつずれて配置される。各列内は２ノズルおきにＡ組、Ｂ組、Ｃ組の３サイクルで、ヘッドの主走査速度及び最小画素ピッチの１／３のずれ量とで定まる吐出周期に合わせて駆動される。これよりＡ組，Ｂ組，Ｃ組の各ノズルから吐出される液滴の着弾位置を揃えて、副走査方向に直線のライン像を形成する。

また、列内のノズル列方向のノズルピッチは１８０ｄｐｉ（１４１μｍ）であり、２列は平行に配列し、互いのノズルに対してノズル列方向に７０．５μｍ（３６０ｄｐｉ相当）ずらして、２列全体でノズル列方向のノズル密度が３６０ｄｐｉで、５１２個のノズル群を構成している。即ち、各ノズル列１０２ａ，１０２ｂのノズル位置が、互いに補間し画像格子に対応するようにノズル列方向にずらして配置され、１走査で全画素が記録されるように構成される。

ノズル密度は、特に限定されず、記録装置の用途等によって決定されればよい。

図３はせん断モード型のヘッド１７及びその製造工程を示す概略図である。

まず、互いに分極方向が異なる第１の圧電材料基板１０ａと第２の圧電材料基板１０ｂとが用意され、第１の圧電材料基板１０ａは、厚基板２６ａと薄基板２２ａとからなり、同様に第２の圧電材料基板１０ｂも厚基板２６ｂと薄基板２２ｂとからなる（図３（ａ））。

第１の圧電材料基板１０ａの薄基板２２ａ上にドライフィルム１３０ａを貼り、このドライフィルム１３０ａに露光現像処理して圧力室（チャネル）や電極の加工位置を設定するマスクを作成する（図３（ｂ））。第１の圧電材料基板１０ａには、マスクにより設定された位置にダイヤモンドブレード等により２５８本の溝加工を行ない、圧力室２８ａを形成する。これにより隣接する圧力室は、圧電材料の隔壁により区画される。アルミ蒸着により圧力室２８ａに駆動電極２５ａを形成するとともに、この駆動電極２５ａに接続した取出電極１６０ａを形成する（図３（ｃ））。

ここで、２５８個の圧力室のうち、両端の２個の圧力室は、ノズルからのインク吐出を伴わないダミーのチャネルである。このダミーのチャネルには、インクは供給されるが、対応するノズルを設けていない。

同様に、第２の圧電材料基板１０ｂの薄基板２２ｂ上にドライフィルム１３０ｂを貼り、このドライフィルム１３０ｂに露光現像処理してインク圧力室や電極の加工位置を設定するマスクを作成する。第２の圧電材料基板１０ｂには、マスクにより設定された位置にダイヤモンドブレード等により２５８本の溝加工を行ない、圧力室２８ｂを形成する。これにより隣接する圧力室は、圧電材料の隔壁により区画される。アルミ蒸着により圧力室２８ｂに駆動電極２５ｂを形成するとともに、この駆動電極２５ｂに接続した取出電極１６０ｂを形成する。

次に、第１の圧電材料基板１０ａ及び第２の圧電材料基板１０ｂに、圧力室２８ａ、２８ｂを覆うカバー基板２４ａ、２４ｂを取出電極１６０ａ，１６０ｂを残して設け（図３（ｄ））、第１の圧電材料基板１０ａと第２の圧電材料基板１０ｂとを、カバー基板２４ａ，２４ｂを設けた側と反対側を貼り合わせて中央部を切断し（図３（ｅ））、圧力室２８ａ，２８ｂに対応する部分に２５６個×２列のノズル１８ａ、１８ｂを有するノズルプレート１８０を設けて２個のヘッド１７を製造する（図３（ｆ））。

貼り合わせの際、各ヘッドの圧力室が、相互に１／２ピッチずらされ、千鳥状に配置するように貼り合わせることより、各ヘッドのそれぞれが１８０ｄｐｉのヘッドであるので、ノズルのピッチを互いに１／２ずらせることで、３６０ｄｐｉのヘッドとして使用することが可能となり、ノズル数を増やし、高密度のヘッドとすることができる。

その後に、それぞれの２個のヘッドには、第１の圧電材料基板１０ａと第２の圧電材料基板１０ｂとに、インクを圧力室２８ａ，２８ｂに供給するマニホールド１９ｂ、１９ｂを接続すると共に、取出電極１６０ａ，１６０ｂに駆動回路１６ａ，１６ｂを備えた配線基板であるフレキシブルケーブル５ａ，５ｂを接続して同時に２個のヘッドを製造する（図３（ｇ））。

この実施形態では、圧力室の隔壁が、分極方向が異なる２枚の圧電材料基板である薄基板と厚基板によって構成されているが、圧電材料基板は例えば薄基板の部分のみであってもよく、隔壁の少なくとも一部にあればよい。

＜インクジェット記録装置全体の電気的構成＞
図４は図１に示した本発明の実施の形態例のインクジェット記録装置全体の電気的構成の一例を示すブロック図である。

図４において、破線で示された制御基板１００はインクジェット記録装置１全体の制御を行う制御部９が実装されており、先に説明したとおりフレキシブルケーブル５によってキャリッジ部２の駆動回路１６と接続されている。

インターフェースコントローラ６１は、通信回線を介して接続されるホストコンピュータ５０から、画像情報を取り込む入力手段をなす。

画像メモリ６４は、インターフェースコントローラ６１を介して取得される画像情報を、一時的に記憶する。

キャリッジ部２は、画像メモリ６４の画像情報を、記録媒体Ｐに記録する。ここで、キャリッジ部２は、ヘッド１７を構成するノズル列１０２ａ、１０２ｂ，駆動回路１６ａ、１６ｂ，およびエンコーダセンサ１２６を含む。

駆動回路１６ａ、１６ｂは、画像メモリ６４からの画像情報に基づいて、ノズル列１０２ａ、１０２ｂごとに液滴の吐出タイミングが制御される。駆動回路１６ａ、１６ｂには、各ノズル列を構成するノズルに対応する圧力室の隔壁（圧力発生手段）を駆動するドライバーが圧力室（ノズル）ごとに存在し、後述する駆動信号発生回路３０からの駆動信号に基づいて、隔壁を駆動する。この駆動信号を受けて隔壁が変形することにより圧力室内のインクがノズルから吐出される。

また、エンコーダセンサ１２６は、キャリッジ部２上に存在し、エンコーダ７の主走査方向に、所定の間隔を持って刻印された目盛りを、読み取る。これにより、キャリッジ部２の主走査方向の位置を正確に把握し、インクの吐出タイミングを的確なものとする。

転送手段７１は、画像メモリ６４から駆動回路１６ａ、１６ｂに、各ノズル列のノズルからの一回の吐出で記録される部分画像情報を転送する。転送手段７１は、タイミング発生回路６２およびメモリ制御回路６３を含む。タイミング発生回路６２は、エンコーダセンサ１２６の出力から、正確なキャリッジ部２の位置を求め、メモリ制御回路６３は、この位置情報から、ノズル列ごとに必要とされる部分画像情報のアドレスを求める。そして、メモリ制御回路６３は、この部分画像情報のアドレスを用いて、画像メモリ６４からの読み出し、駆動回路１６ａ、１６ｂへの転送を行う。

主走査モータ６ａは、図１に示す、主走査方向にキャリッジ部２を移動するモータである。また、副走査モータ８ａは、記録媒体Ｐを副走査方向に搬送する、モータである。

記憶手段６５は、フラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性のメモリで、駆動信号の収縮パルスの駆動電圧値に関する情報がノズル列毎に格納されている。

制御部９は、インクジェット記録装置１全体の制御を行う制御手段としてのＣＰＵが実装されており、記録媒体Ｐの搬送、キャリッジ部２の移動、各ノズル列からの液滴の吐出等を制御し、記録媒体Ｐ上に、目的とする画像情報を形成する。

また、操作入力手段６７は、表示と入力の両方の機能を有し、駆動信号の収縮パルスの駆動電圧値に関する情報のノズル列毎の設定をはじめとする各種の設定や記録指令等の指示操作を制御部９に行う。

駆動信号発生回路３０は、ノズル列１０２ａ，１０２ｂを駆動し、液滴を吐出させる駆動信号を生成する。この駆動信号は、タイミング発生回路６２の画像情報のラッチ信号に同期するもので、ラッチ信号ごとに生成される。

図５は、上述した電気的な構成から、本実施の形態にかかる駆動信号制御手段１０１の構成のみを抽出した図である。駆動信号制御手段１０１は、制御部９、記憶手段６５、および駆動信号発生回路３０を含む。

駆動信号発生回路３０は、制御部３１、Ｄ／Ａ変換器３２および複数のラインメモリ３３を含む。ラインメモリ３３は、ＳＲＡＭ等からなり、ノズル列１０２ａ，１０２ｂを駆動する駆動信号を記憶している。そして、複数のラインメモリ３３の各々には、膨張パルスの駆動電圧値（波高値）が一定で、収縮パルスの駆動電圧値（波高値）が、各々所定量ずつ連続して異なる駆動信号が記憶されている。Ｄ／Ａ変換器３２は、ラインメモリ３３に記憶される駆動信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換し、駆動回路１６ａ，１６ｂへ送信する。

また、本実施形態では、複数のラインメモリ３３の各々に記憶される各駆動信号の膨張パルスは共通のものを用いているので、駆動信号を発生するための駆動信号発生回路３０を簡略化でき、コスト低減を図ることができる。

なお、記憶手段６５に格納されている、ノズル列毎の収縮パルスの駆動電圧値に関する情報は、予め、実験により求めることができる。例えば、ヘッドを新しく設置した場合や交換した場合には、実験により求めた収縮パルスの駆動電圧値に関する情報をヘッド１７に搭載したメモリ等に記憶させ、制御部９がフレキシブルケーブル５を介してこの情報を読み出すか、あるいは、操作入力手段６７やホストコンピュータ５０から収縮パルスの駆動電圧値に関する情報を入力設定し、制御部９がこれらの情報を取得した後、記憶手段６５に格納するようにすればよい。

制御部３１は、制御部９からの、ノズル列１０２ａ，１０２ｂに印加するそれぞれの駆動信号の収縮パルスの駆動電圧値に関する情報に基づいて、ラインメモリ３３を選択し、このラインメモリからの駆動信号の読み出しを行い、タイミング発生回路６２のラッチ信号に同期して、Ｄ／Ａ変換を行う。

＜駆動信号＞
ここで、図６は、ラインメモリ３３に記憶される駆動信号の例である。駆動信号は、矩形波の膨張パルス（正電圧）と、これにつづく矩形波の収縮パルス（負電圧）とからなる。

本実施形態では、膨張パルスの駆動電圧値（波高値）Ｖｏｎは一定であるので、収縮パルスの駆動電圧値（波高値）Ｖｏｆｆを指定することにより膨張パルスの駆動電圧値Ｖｏｎと収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆの比率｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜は、一義的に決定される。ここで、｜Ｖｏｎ｜はＶｏｎの絶対値であり、｜Ｖｏｆｆ｜はＶｏｆｆの絶対値である。

図６（ａ）の駆動信号は｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝１／０．５であり（ｂ）は｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝１／０．７である。図６（ａ）の駆動信号に対して（ｂ）の駆動信号は、膨張パルスの駆動電圧値Ｖｏｎは同じで、収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆの絶対値が大きくなっており、液滴速度を増加させる補正を行うことが出来る。

なお、上記駆動信号において、膨張パルスのパルス幅を１ＡＬに設定すると、発生圧力をより効率的に利用して液滴を吐出することができるので好ましい。また、収縮パルスの後端のエッジは、液滴の吐出後に圧力室内に残った圧力波の残響をキャンセルする作用があり、収縮パルスのパルス幅を２ＡＬに設定すると、圧力波の残響を適正にキャンセルすることができるので好ましい。

なお、ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｌｅｎｇｔｈ）とは、圧力室の音響的共振周期の１／２である。

なお、ここで説明する駆動信号は一例であり、本発明はこのタイプの駆動信号に限定されるものではない。膨張パルス、収縮パルスとしては、矩形波に限らず、スロープ波形および任意のアナログ波形であってもよい。また、ここで言う矩形波とは、駆動電圧値（波高値）の１０％から９０％までの立ち上がり時間、および、駆動電圧値（波高値）の９０％から１０％までの立ち下がり時間のいずれもが圧力室の音響的共振周期の１／５、好ましくは１／１０以下であるような波形を指す。

また、膨張パルスの駆動電圧値Ｖｏｎと収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆの基準電圧は０とは限らない。このＶｏｎとＶｏｆｆは、それぞれ基準電圧からの差分の電圧である。なお、本実施形態では基準電圧をＧＮＤレベルとしているため、低電圧化が可能であり、駆動電圧の低減化により、圧電材料（ＰＺＴ）の劣化を抑えることができると共に、低い駆動電圧でありながら、圧力室内に大きな圧力変動を与えることが可能である。

また、この基準電圧に保持された状態を基準状態としたとき、本実施形態のように、駆動信号は、所定の基準状態から圧力室の容積を膨張させた後、基準状態に戻す膨張パルスと、引き続き圧力室の容積を収縮させた後、基準状態に戻す収縮パルスと、を有することが好ましい。膨張パルスと収縮パルスからなる吐出パルスの始点と終点の電圧（基準電圧）を等しくさせることができるので、吐出パルスを連続的に発生させる際に電圧を戻すための不要な信号を付加する必要が無くなる。

また、基準状態における圧力室は膨張状態でも収縮状態でもない基準容積の状態にあることが好ましい。

＜駆動方法＞
ヘッドの駆動方法について説明する。

ここでは、ヘッド１７の１つのノズル列の駆動方法について示すが、他のノズル列についても同様である。

図７はインク吐出時の動作を示す図である。図７に示すように、２５６本の圧力室２８の一部である３本（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）が示されていて、カバー基板２４と基板２６の間に、圧電材料からなる複数の隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄで隔てられている。

そして、各圧力室２８内の隔壁２７表面には、両隔壁２７の上方から基板２６の底面に亘って繋がる電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃが密着形成され、各電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは、駆動回路１６ａまたは１６ｂを介し駆動信号制御手段１０１に接続している。

各隔壁２７は、ここで図７の矢印で示す様に、分極方向が異なる２枚の圧電材料２７ａ，２７ｂによって構成されているが、圧電材料は例えば符号２７ａの部分のみであってもよく、隔壁２７の少なくとも一部にあればよい。

各隔壁２７表面に密着形成された電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃに駆動信号制御手段１０１の制御により図６に示すような駆動信号が印加されると、以下に例示する動作によって液滴をノズル１８から吐出する。なお、図７ではノズルは省略してある。

まず、図７（ａ）に示す状態において、電極２５Ａおよび２５Ｃを接地すると共に電極２５Ｂに１ＡＬ幅の正電圧の矩形波である膨張パルスを印加すると、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁２７Ｂ、２７Ｃ共に、それぞれ隔壁２７ａ，２７ｂの接合面にズリ変形を生じ、図７（ｂ）に示すように隔壁２７Ｂ、２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、圧力室２８Ｂの容積を拡大して圧力室２８Ｂ内に負の圧力が生じてインクが流れ込む。

この状態を１ＡＬ間保つと、圧力が正圧に反転するので、このタイミングで電位を０に戻すと、隔壁２７Ｂ，２７Ｃは図７（ｂ）に示す膨張位置から図７（ａ）に示す中立位置に戻り、圧力室２８Ｂ内のインクに高い圧力がかかる。更に、同じタイミングで圧力室の電極に２ＡＬ幅の負電圧の矩形波である収縮パルスを印加すると、図７（ｃ）に示すように、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを互いに逆方向に変形して、圧力室２８Ｂの容積を縮小すると、更に高い圧力がインクにかかる。これにより、圧力室２８Ｂを満たしているインクの一部によるノズル内のインクメニスカスがノズルから押し出される方向に変化する。この正の圧力が液滴をノズルから吐出する程に大きくなると、液滴はノズルから吐出する。１ＡＬ後、圧力が反転して圧力室２８内が負圧になり、更に１ＡＬ経過すると、圧力室２８内の圧力が反転して正圧になるので、このタイミングで電位を０に戻すと、隔壁の変形が元に戻り、残留する圧力波をキャンセルできる。

この複数の圧力室を有するせん断モード型ヘッドを駆動するには前述のように、Ａ組，Ｂ組，Ｃ組の３周期をもって行う。

かかる３サイクル吐出動作について図８、図９を用いて更に説明する。図８は、せん断モードヘッドの分割駆動の動作を示す図であり、図では、圧力室の容積が収縮した状態を示し、１列の２５６個の圧力室の一部であるＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の９個の圧力室を示してある。

また、この時のＡ，Ｂ，Ｃの各組の圧力室２８に印加される駆動信号のタイミングチャートを図９に示す。

インク吐出時には、まずＡ組の各圧力室２８の電極に画像データに応じて駆動信号を印加する。

続いてＢ組の各圧力室２８、更に続いてＣ組の各圧力室２８へと上記同様に動作する。

かかるせん断モード型のヘッドでは、隔壁の変形は壁の両側に設けられる電極に掛かる電圧差でおこるので、インク吐出を行う圧力室の電極に負電圧を印加する代わりに、図１０に示す様に、インク吐出を行う圧力室の電極を接地して、その両隣の圧力室の電極に正電圧を印加するようにしても、同様に動作させることができる。この方法によれば、正電圧だけで駆動させることができるために好ましい態様である。

ここで、本実施の形態にかかる駆動信号制御手段１０１の動作を説明する前に、駆動信号の駆動電圧値と液滴量、液滴速度の関係について述べる。

ノズルから吐出されるインクの液滴は、記録媒体Ｐ上に形成される画像の画質を決定する上で重要な役割を演ずる。まず、液滴量のばらつきは、記録媒体Ｐ上に形成される画素を構成するドット面積のばらつきを生じ、ひいては画質の低下につながる。

また、液滴は、図１に示すように、記録媒体Ｐと所定距離だけ離れた位置を、一定の速度で主走査方向に移動するヘッド１７から吐出される。従って、液滴速度のばらつきは、液滴の記録媒体Ｐ上の着弾位置のばらつきとなり、ひいては画質の低下につながる。

一方、インクジェット方式の液滴吐出ヘッドは流路の寸法や圧電材料等の圧力発生手段の特性においてばらつきをもち、同一ノズル列内では各ノズルからの液滴速度が揃うものの、ノズル列間では同一の駆動信号を付与したとしても、液滴速度が大きくばらついてしまう。また、同一ノズル列内でも液滴速度がばらつく場合もある。液滴量のばらつきは小さいため、駆動信号の電圧を補正して液滴速度のばらつきを補正する必要がある。

本実施形態では、ヘッド１７のノズル列１０２ａまたは１０２ｂ内では各ノズルからの液滴速度が揃うものの、ノズル列１０２ａと１０２ｂ間では同一の駆動信号を付与したとしても、液滴速度が大きくばらついてしまう。

ここで「引き打ち」方式の駆動方法を採用するとき、液滴速度の補正方法として、膨張パルスの駆動電圧値を増減する場合は以下のような問題がある。

液滴速度を増加補正するために膨張パルスの駆動電圧値を上げれば、メニスカス引き込み量とその移動速度が大きくなり、液滴速度はほぼ電圧に比例して増加する。しかしながら電圧増加がノズルに形成されたメニスカスの引き込み量をも増大させるため、電圧に比例して液滴量が減少してしまう。逆に、液滴速度を減少補正するために膨張パルスの駆動電圧値を下げれば、メニスカス引き込み量とその移動速度が小さくなり、液滴速度はほぼ電圧に比例して減少する。しかしながら電圧低下がノズルに形成されたメニスカスの引き込み量をも減少させるため、電圧に比例して液滴量が増加してしまう。

以上のような現象から推察できるように、液滴速度適正化のために、膨張パルスの駆動電圧値補正を実施したとき、液滴速度を一定に維持することが可能になるものの、液滴量が大きく変動し、記録品位の低下を招くという問題が生じることになる。

本実施形態では、膨張パルスの駆動電圧値はノズル列間で共通に設定され、収縮パルスの駆動電圧値は各ノズル列毎に液滴速度の大小に応じて異なる値に設定されているので、液滴量の変動を小さく抑え、液滴速度のばらつきを補正することができる。

つづいて、駆動信号制御手段１０１の動作を説明する。まず、制御部９は、記憶手段６５からノズル列１０２ａ、１０２ｂそれぞれの収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂに関する情報を取得する。ここで、Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂは、実験的に決定される値である。

本実施形態では、ノズル列１０２ａと１０２ｂの液滴速度が実質的に等しくなるように決定された収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂに関する情報が記憶されている。

ここで実質的に等しいとは、ノズル列１０２ａと１０２ｂの液滴速度の差が０．１ｍ／ｓ以下の範囲にあることをいう。また、本実施形態のように１つのノズル列内に複数のノズルが備えられている場合の液滴速度とは、各ノズルから吐出された各液滴の液滴速度の平均値を指す。各ノズル列１０２ａ、１０２ｂはそれぞれ２５６個のノズルを備えているので、２５６個の各ノズルから吐出された各液滴の液滴速度の平均値を各ノズル列の液滴速度とする。

また、３個以上のノズル列を備える場合、液滴速度が実質的に等しいとは、各ノズル列の液滴速度の最大値と最小値の差が０．１ｍ／ｓ以下の範囲にあることをいう。

その後、制御部９は、取得した情報から駆動電圧値を決定する。そして、制御部９は、決定された駆動電圧値Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂを、駆動信号発生回路３０の制御部３１に送信する。

その後、制御部３１は、電圧値情報Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂに基づいて、複数のラインメモリ３３から、電圧値が一致するものをそれぞれ選択する。そして、制御部３１は、タイミング発生回路６２からのラッチ信号に同期して、Ｄ／Ａ変換を行い、アナログ駆動信号を駆動回路１６ａ、１６ｂにそれぞれ出力する。

次に、Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂの求め方について説明する。

図１１、図１２は、図２に示すシェアモード型のヘッドで、ノズル列１０２ａ、１０２ｂの各列それぞれについて収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆと液滴速度、液滴体積（液滴量）の関係をみたものである。

具体的には、１つのインクタンクからヘッド１７の各ノズル列に同じ組成のインクを供給し、各ノズル列の圧力室を図９に示した駆動信号を基本として、３群に分け、３サイクル駆動を行った。液滴速度測定は、ＣＣＤカメラを用いたストロボ測定により、液滴がノズル開口から約１ｍｍ飛翔した時点での液滴速度を測定し、それぞれ１列分の２５６ノズルの液滴速度、液滴体積の平均値をそのノズル列の液滴速度、液滴体積とした。１列分の２５６ノズルの各ノズルから吐出される各液滴の液滴速度、液滴体積のばらつきはほとんどなかった。

Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂを実験的に決定する際には、膨張パルスの駆動電圧値は一定で、収縮パルスの駆動電圧値を複数段階に変化させた駆動信号を各ノズル列に印加して液滴速度を測定し、測定結果に基づいて、各ノズル列の液滴速度が実質的に等しくなるように各ノズル列毎に調整した収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆ−ａ、Ｖｏｆｆ−ｂを決定するようにすることが好ましい。

予め駆動信号を標準条件に設定し、そのときの膨張パルスの駆動電圧値Ｖｏｎを１２Ｖ、収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆを−６Ｖとする。次に、Ｖｏｎ＝１２Ｖ（一定値）のもと、Ｖｏｆｆを増減（−６Ｖ、−７．２Ｖ、−８．４Ｖ、−９．６Ｖ、−１０．８Ｖ、−１２Ｖの６水準）したときの、｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜と液滴速度との関係を示したのが図１１であり、｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜と液滴体積との関係を示したのが図１２である。

また、Ｖｏｆｆ＝−６Ｖ（一定値）のもと、Ｖｏｎを増減（１２Ｖ、１５Ｖ、２０Ｖ、３０Ｖ、６０Ｖ、０Ｖ（収縮パルスなし）の６水準）したときの｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜と液滴体積を示したのが図１３である。

図１１からわかるように同一の駆動信号で駆動した場合の液滴速度は、ノズル列１０２ａの方が１０２ｂより大きくなっている。ノズル列１０２ａと１０２ｂの液滴速度差を収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆによって補正を行なうとすれば、ノズル列１０２ａと１０２ｂでＶｏｆｆを変更する必要が生じ、例えば、目標液滴速度を７ｍ／ｓに合わせるためには、ノズル列１０２ａは｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝１／０．６９で、Ｖｏｆｆ＝−８．３Ｖ、ノズル列１０２ｂは｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝１／０．９３で、Ｖｏｆｆ＝−１１．２Ｖとなり、図１２より、そのときの液滴体積は、ノズル列１０２ａは１２．４ｐｌ、ノズル列１０２ｂは１２．８ｐｌで変動幅は小さい。一方、図１３からわかるように膨張パルスの駆動電圧値Ｖｏｎによって補正を行なうとすれば、ノズル列１０２ａと１０２ｂでＶｏｎを変更すると、そのときの液滴体積の変動幅が大きくなってしまう。

すなわち、液滴速度を補正するとき、収縮パルスの駆動電圧値を制御したほうが効果的であり、液滴体積の変動を小さくできる。

これら現象は、膨張パルスの駆動電圧値を大きくしたとき、吐出開始時のノズル内のメニスカスの引き込み量が増大するため、液滴体積が低下するためと推察できる。一方、収縮パルスの駆動電圧値は、吐出開始時のメニスカス位置に影響しないため、液滴体積はほとんど変化しないものと推察できる。

本実施の形態では、ノズル列１０２ａの収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆ−ａ＝−８．３Ｖ、ノズル列１０２ｂの収縮パルスの駆動電圧値Ｖｏｆｆ−ｂ＝−１１．２Ｖを、記憶手段６５に格納し、駆動信号制御手段１０１は、この情報を参照して、ノズル列１０２ａには図１４（ａ）に示す駆動信号を、ノズル列１０２ｂには図１４（ｂ）に示す駆動信号を生成する。即ち、膨張パルスの駆動電圧値Ｖｏｎを各ノズル列で共通に設定し、ノズル列毎に液滴速度の大小に応じて駆動電圧値Ｖｏｆｆを調節した駆動信号を生成して各ノズル列に印加するので、「引き打ち」方式の駆動方法を用いた場合において、液滴体積の変動を小さく抑え、液滴速度のばらつきを補正することができる。

また、各ノズル列に印加される駆動信号の膨張パルスは、共通のものを用いているので、メニスカスの引き込みをより安定に制御でき、液滴体積の変動をより小さく抑えることができる。

なお、上記の実施形態では、インクジェット記録装置がシリアルヘッド方式である場合について説明したが、インクジェット記録装置がラインヘッド方式である場合にも適用できる。

また、本実施の形態では、複数のノズルは複数列に配列され、１列毎に区分して複数のグループを形成し、ノズル列毎に駆動信号の収縮パルスの駆動電圧値を設定することとしたが、複数のノズルを１以上のノズルからなる複数のグループに区分し、膨張パルスの駆動電圧値は各グループで共通に設定され、収縮パルスの駆動電圧値は各グループ毎に液滴速度の大小に応じて独立に設定すればよく、複数のグループへの区分の仕方は、液滴速度のばらつきに応じて適宜設定すれば良く、特に限定されない。例えば、同一ノズル列内でも液滴速度がばらつく場合には、１列の複数ノズルを１以上のノズルからなる複数のグループに区分してもよい。

また、本実施の形態では、液滴吐出ヘッドは、所定の間隔をおいて複数列のノズル列が形成されたヘッドを１つ備えるように構成したが、例えば、それぞれ１列ずつノズル列が形成された単位ヘッド（分離可能な独立したヘッド）を複数備えることで複数列の液滴吐出ヘッドとし、単位ヘッド毎に区分して複数のグループを形成してもよい。また、液滴吐出ヘッドは、少なくとも１つのノズルを備える単位ヘッドを複数備えるように構成することも可能である。

また、上記実施形態では、圧力発生手段として電界を印加することによりせん断モードで変形するせん断モード型の圧電材料を用いた。せん断モード型の圧電材料では、矩形波の駆動パルスをより効果的に利用することができ、駆動電圧値が下げられ、より効率的な駆動が可能となるため好ましい。また、圧力室が隔壁を隔てて連続しているヘッドの例を示したが、圧力室とダミーチャネル（空気室）とを交互に配列して、圧力室が１つおきに配置されており、圧力室からインクを吐出するようにしたダミーチャネル型ヘッドにも本発明は適用できる。この場合、圧力室の隔壁がせん断変形しても、隣接した他のダミーチャネルに影響することがなく、圧力室の駆動が容易である。

但し、本発明はこれらに限られるものではなく、例えば、圧電材料を単板型の圧電アクチュエータや縦振動型の積層型圧電材料等、別の形態の圧電材料を用いてもかまわない。また、静電力や磁力を利用した電気機械変換素子や、沸騰現象を利用して圧力を付与させるための電気熱変換素子等、他の圧力発生手段を用いてもかまわない。

また、以上の説明では、液滴吐出装置としてインクジェット記録装置の適用例を示し、液滴吐出ヘッドとして画像記録を行うためのヘッドを用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、液滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通する圧力室と、駆動信号の印加により該圧力室の容積を変化させる圧力発生手段と、がそれぞれ複数設けられた液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置として広く適用可能である。例えば、液晶用カラーフィルターの作製用途などの産業用途においても有効である。

１ インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
２ キャリッジ部
５ フレキシブルケーブル
９ 制御部
１０、１０ａ、１０ｂ 圧電材料基板
１６、１６ａ、１６ｂ 駆動回路
１７ ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１８、１８ａ、１８ｂ ノズル
１９，１９ａ，１９ｂ マニホールド
２４，２４ａ，２４ｂ カバー基板
２５、２５ａ、２５ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ 駆動電極
２８、２８ａ、２８ｂ、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ 圧力室
６５ 記憶手段
１００ 制御基板
１０１ 駆動信号制御手段
１０２、１０２ａ、１０２ｂ ノズル列
１８０ ノズルプレート
Ｘ 主走査方向
Ｙ 副走査方向

Claims (2)

1. 液滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通する圧力室と、駆動信号の印加により該圧力室の容積を変化させる圧力発生手段と、がそれぞれ複数設けられた液滴吐出ヘッドの圧力発生手段に駆動信号を印加することにより、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
   前記駆動信号は、圧力室の容積を膨張させる膨張パルスと、該圧力室の容積を収縮させる収縮パルスと、を含み、
   複数の前記ノズルを１以上のノズルからなる複数のグループに区分し、膨張パルスの駆動電圧値は各グループで共通に設定し、収縮パルスの駆動電圧値はグループ毎に液滴速度の大小に応じて独立に設定した前記駆動信号を前記液滴吐出ヘッドに印加して液滴を吐出させる吐出工程と、
   前記吐出工程の前に、前記グループ毎の前記収縮パルスの駆動電圧値に関する情報を記憶手段に格納する格納工程と、
   前記格納工程の前に、前記膨張パルスの駆動電圧値は一定で、前記収縮パルスの駆動電圧値を複数段階に変化させた駆動信号を前記液滴吐出ヘッドに印加して、前記グループ毎に液滴速度を測定し、液滴速度の大小に応じてグループ毎に収縮パルスの駆動電圧値を決定する決定工程とを備え、
   前記吐出工程は、前記記憶手段に格納された前記情報を参照して前記収縮パルスの駆動電圧値を設定し、
   前記格納工程は、前記決定工程で前記グループ毎に決定された前記収縮パルスの駆動電圧値に関する情報を前記記憶手段に格納することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
2. 前記吐出工程は、前記収縮パルスの駆動電圧値を、共通の駆動信号で駆動した場合のグループ毎の液滴速度が小さいほど、収縮パルスの駆動電圧値の絶対値を大きくして、グループ毎の液滴速度が実質的に等しくなるように設定することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。

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