JP4848706B2 - 液滴吐出装置及び液滴吐出方法 - Google Patents

Description

この発明は、液滴吐出装置及び液滴吐出方法に係り、特に、印加される電圧に基づいて、液滴を吐出する液滴吐出装置及び液滴吐出方法に関する。

従来、電気機械変換素子（ピエゾアクチュエータなど）を用いた液滴吐出ヘッドでは、電気機械変換素子に電圧を印加することによって、圧力室内の圧力変化を生じさせて、液滴を吐出させている。

印加された電圧によって液滴が吐出された後の圧力室内の残響圧力変化によって、サテライトやミストの発生状態が変化し、残響圧力変化を適切に設定しないと、画像品質低下や装置信頼性低下の原因となるサテライトやミストが発生してしまう。すなわち、サテライトの飛翔速度が遅いと、印加された電圧波形によって吐出された液滴との着弾位置に大きなずれが生じ、画像品質を悪化させてしまい、また、ミストがノズルの表面に付着し、液滴吐出不良が発生してしまう、という問題があった。

このサテライトやミストの発生を抑える方法として、圧電素子に主駆動信号を印加してインク滴を噴射させ、これに伴って励起される固有振動に対して逆位相の駆動信号を印加するインクジェットヘッド駆動方法（特許文献１）と、噴射パルスによる、インク滴噴射後のインク流路内の残留圧力波振動を抑制するように非噴射パルスを印加するインク噴射装置の駆動方法（特許文献２、３）とが知られている。
特開昭５９−１７６０６０号公報 特開２０００−２８０４６３号公報 特開２００３−２７６２００号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載のインクジェット駆動方法及び特許文献２、３に記載のインク噴射装置の駆動方法では、大きな粘度を有する液体を吐出しようとした場合、圧力変化の減衰定数が大きくなるため、液滴吐出直後の残響圧力変化が急激に減衰してしまい、サテライトやミストを防止するための適度な残響を得られなくなる。すなわち、液滴吐出直後の残響が過小となるため、メニスカスからのインク滴分離が緩慢となり、低速のサテライトやミストが発生しやすくなってしまう、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができ、画像品質の低下を防止することができる液滴吐出装置及び液滴吐出方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る液滴吐出装置は、液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴を吐出するための吐出パルスと前記吐出パルスによる前記圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスとからなる電圧を、前記電気機械変換器に印加するための印加手段と、環境温度及び前記液滴吐出ヘッドの温度の何れか一方を検知する検知手段と、前記検知手段によって検知された温度が低い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となるように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、前記検知手段によって検知された温度が高い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２からずらすように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、又は、前記検知手段によって検知された温度が低い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が大きくなるように補正し、前記検知手段によって検知された温度が高い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が小さくなるように補正する補正手段とを含み、前記電圧は、２値及び３値の何れか一方の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であり、前記吐出パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっている。

また、本発明に係る液滴吐出方法は、液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを含む液滴吐出装置の液滴吐出方法であって、前記液滴を吐出するための吐出パルスと前記吐出パルスによる前記圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスとからなる電圧を、前記電気機械変換器に印加し、環境温度及び前記液滴吐出ヘッドの温度の何れか一方を検知し、前記検知された温度が低い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となるように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、前記検知された温度が高い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２からずらすように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、又は、前記検知された温度が低い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が大きくなるように補正し、前記検知された温度が高い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が小さくなるように補正することを特徴とし、前記電圧は、２値及び３値の何れか一方の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であり、前記吐出パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっている。

本発明によれば、前記液滴を吐出するための吐出パルスからなる電圧を電気機械変換器に印加して、圧力室内の圧力変化を生じさせ、残響増幅パルスからなる電圧を電気機械変換器に印加して、吐出パルスによる圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅させる。これにより、液滴を吐出した後の残響圧力変化を増幅させ、適度な残響圧力変化を得ることができるため、液滴を吐出する際の液滴分離が良好となる。

従って、吐出パルスによる圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスからなる電圧を電気機械変換器に印加することにより、液滴を吐出した後の残響圧力変化を増幅させ、液滴を吐出する際の液滴分離が良好となるため、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができ、画像品質の低下を防止することができる。

本発明に係る電圧は、２値及び３値の何れか一方の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する。これにより、回路コストや消費電力を小さく抑えることができる。

また、本発明に係る吐出パルスのパルス幅を、圧力変化の固有周期の略１／２とする。これにより、効率的に圧力室内の圧力を変化させることができる。

また、吐出パルスと残響増幅パルスとの間隔を、圧力変化の固有周期の略１／２とする。これにより、吐出パルスで発生した圧力変化と同位相の圧力変化が残響増幅パルスによって生成され、残響圧力変化を効率的に増幅することができる。

また、本発明に係る電圧は、２値の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であって、残響増幅パルスのパルス幅を、圧力変化の固有周期の１／２未満とすることができる。これにより、残響圧力変化を適度に増幅することができ、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができる。

また、本発明に係る電圧は、３値の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であって、残響増幅パルスのパルス幅を、圧力変化の固有周期の略１／２とすることができる。また、補正手段は、前記検知手段によって検知された温度が低い場合、前記残響増幅パルスの電圧変化量が大きくなるように補正し、前記検知手段によって検知された温度が高い場合、前記残響増幅パルスの電圧変化量が小さくなるように補正することができる。

これにより、液体の粘度が環境温度によって変化しても、適切な残響圧力変化を得ることができ、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができる。

本発明に係る液体の粘度を、１０ｃＰ以上とすることができる。

インクの粘度が大きい場合、圧力室内の圧力変化は急速に減衰して、低速サテライトの防止に適した残響圧力変化を得ることができないが、上記の発明によって、低速サテライトの発生を防止することができる。

本発明に係る印加手段は、吐出パルスによる圧力室内の１周期分の圧力変化の振幅と、該１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化の振幅との比が１／３〜１／２の範囲となるように、電圧を電気機械変換器に印加することができる。これにより、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができる残響圧力変化を得ることができる。

また、本発明に係る電気機械変換器を、ピエゾアクチュエータとすることができる。これにより、液滴吐出ヘッドによる液滴の吐出を高精度に制御することができる。

以上説明したように、本発明の液滴吐出装置及び液滴吐出方法によれば、吐出パルスによる圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスからなる電圧を電気機械変換器に印加することにより、液滴を吐出した後の残響圧力変化を増幅させ、液滴を吐出する際の液滴分離が良好となるため、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができ、画像品質の低下を防止することができる、という効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、インクジェット記録装置に本発明を適用した場合を例に説明する
図１に示すように、第１の実施の形態に係るインクジェット記録装置１０は、記録用紙Ｐにインク滴を吐出するインクジェットヘッドユニット１２を備えており、インクジェットヘッドユニット１２は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｋ）の４色のインク滴各々をノズルから吐出するインクジェットヘッド（図示省略）を備えている。インクジェットヘッドは記録用紙Ｐの幅以上の有効印字領域を有する長尺のヘッドで、記録用紙Ｐの幅方向の印字領域に一斉にインク滴を吐出する。また、インクジェットヘッドのノズルからインク滴を吐出させる方式は、ピエゾアクチュエータで圧力室内を加圧する方式となっている。この方式は、インク滴を吐出した直後の圧力室内の残響圧力変化を印加する電圧によって制御することにより、サテライトやミストの発生を制御できるため、TIJ（サーマルインクジェット）方式と比較した場合、大きな長所となっている。

なお、インクジェットヘッドユニット１２にインクジェットヘッドを主走査方向へ移動させる主走査機構を設け、有効印字領域が記録用紙Ｐの幅より小さいインクジェットヘッドを適用してもよい。

また、インクは、高粘度のインクであり、例えば、２０ｃＰの粘度となっている。

高い粘度を有する液体を吐出することに対するニーズが高まっている。すなわち、インクジェット記録装置では、粘度の高いインクを用いることによって記録用紙へのインクの滲みを低減し、品質の高い画像記録や両面印刷が可能となる。また、画像記録以外の工業的用途においても、粘度の高い液体を吐出できるようにすることで、装置の適用範囲を大幅に拡大できるという利点がある。

インクジェット記録装置１０の最下部には、給紙トレイ１６が挿抜可能に設けられており、給紙トレイ１６には、記録用紙Ｐが積載されており、最上位の記録用紙Ｐにはピックアップロール１８が当接している。記録用紙Ｐは、ピックアップロール１８によって１枚ずつ給紙トレイ１６から搬送方向下流側へ給紙され、搬送経路に沿って順に配設された搬送ロール２０、２２によってインクジェットヘッドユニット１２の下方へ給紙される。

また、インクジェットヘッドユニット１２の下方には、無端状の搬送ベルト２４が配設されており、搬送ベルト２４は、駆動ロール２６及び従動ロール３０に張架されている。また、従動ロール３０は接地されている。

また、記録用紙Ｐが搬送ベルト２４に接触する位置の上流側に、直流電源を供給する直流電源装置３４が接続された帯電ロール３２が配置されている。帯電ロール３２は、従動ロール３０との間で搬送ベルト２４を挟みつつ従動し、搬送ベルト２４に接触する接触位置と、搬送ベルト２４から離間した離間位置との間を移動可能とされている。接触位置では、接地された従動ロール３０との間に所定の電位差が生じるため、搬送ベルト２４に対して放電し、電荷を与えるようになっている。

また、帯電ロール３２より上流側には、搬送ベルト２４に帯電された電荷を除電するための除電ロール３６が設けられている。

また、インクジェットヘッドユニット１２の下流側には、記録用紙Ｐの排出経路を構成する複数の排出ロール対４０が設けられ、排出ロール対４０で構成された排出経路の先には、排紙トレイ４２が設けられている。

また、インクジェット記録装置１０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭから構成されるコントローラ６２が設けられており、コントローラ６２によって、インクジェットヘッドユニット１２、各種ロールを駆動する複数のモータ（図示省略）を含むインクジェット記録装置１０の全体を制御している。

図２に示すように、インクジェットヘッドユニット１２の１ノズルあたりのインクジェットヘッド５０は、インクタンク５２、供給路５４、圧力室５６、ノズル５８、及び電気機械変換器としてのピエゾアクチュエータ６０を有している。

インクタンク５２には、インクが充填され、インクタンク５２に充填されたインクは、供給路５４を介して圧力室５６に充填され、圧力室５６に連通したノズル５８にインクが供給される。

圧力室５６の壁面の一部は振動板５６Ａからなり、振動板５６Ａにピエゾアクチュエータ６０が設けられており、ピエゾアクチュエータ６０によって振動板５６Ａを変形させて振動させることで、圧力室５６内に圧力変化が発生する。すなわち、ピエゾアクチュエータ６０の振動によって発生する圧力変化によって、圧力室５６内に充填されたインクがインク滴としてノズル５８から吐出され、圧力室５６には供給路５４を介してインクタンク５２からインクが補充されるようになっている。

ノズル５８は、例えば、記録用紙幅方向に複数配列した記録ヘッドとすることで、記録用紙幅方向の画像を記録し、記録用紙と記録ヘッドとを相対的に移動することで記録用紙に画像を記録することができる。

図３に示すように、インクジェット記録装置１０のインクジェットヘッド５０を駆動する駆動回路８０は、シフトレジスタ８２と、ラッチ回路８４と、セレクタ８６と、レベルシフタ８８と、ドライバ９０とを半導体基板７０上に備えている。

コントローラ６２から出力されたクロック信号及び選択信号はシフトレジスタ８２に入力され、ラッチ信号はラッチ回路８４に入力される。

選択信号は、一対の第一波形又は第二波形を選択するための信号であり、第一波形選択信号８２Ａ、第二波形選択信号８２Ｂからなるシリアル信号である。第一波形選択信号８２Ａ、第二波形選択信号８２Ｂは、各々「０」及び「１」の何れか一方となる1ビットデータを示す信号である。第一波形選択信号８２Ａは、第一波形を選択するときに「１」となり、第一波形を選択しない時に「０」となる信号である。また、同様に、第二波形選択信号８２Ｂは、第二波形を選択するときに「１」となり、第二波形を選択しないときには「０」となる信号である。

すなわち、選択信号は、第一波形を選択する場合には「１０」、第二波形を選択する場合には、「０１」の２ビットシリアルデータとなる。このような選択信号が、各ピエゾアクチュエータ６０の数だけ連続してシフトレジスタ８２に入力される。

なお、以下では、１つのピエゾアクチュエータ６０に電圧を印加する場合について説明するが、他のピエゾアクチュエータ６０についても同様であるので、説明を省略する。

シフトレジスタ８２は、入力された２ビットシリアルデータである選択信号を２ビットのパラレルデータに変換してラッチ回路８４へ出力する。

ラッチ回路８４は、シフトレジスタ８２から出力されたパラレルデータをラッチ信号の入力に応じてラッチする。

セレクタ８６には、コントローラ６２から一対の第一波形及び第二波形が選択対象信号として入力されると共に、ラッチ回路８４によってラッチされた選択信号のパラレルデータがセレクト端子に入力される。従って、セレクタ８６は、一対の第一波形及び第二波形から選択信号によって選択が指示されたものを選択して出力することになる。

セレクタ８６の波形信号の出力端子はレベルシフタ８８に接続されており、セレクタ８６から出力された波形信号はレベルシフタ８８によってレベル変換されて出力される。なお、レベルシフタ８８には、図示しない第四電源から所定電圧レベルＨＶＤＤの電力が供給されており、レベルシフタ８８では、選択信号によって選択された波形信号を、電圧レベルＨＶＤＤに応じた電圧レベルまでレベル変換する。

一方、ドライバ９０には、第１信号生成回路９２と、第２信号生成回路９４とが備えられている。本実施の形態に係わる第１信号生成回路９２は、ＰＭＯＳ９２ＡとＮＭＯＳ９２Ｂとを直列に接続して構成したインバータ回路として構成されており、同様に、第２信号生成回路９４もまた、ＰＭＯＳ９４ＡとＮＭＯＳ９４Ｂとを直列接続して構成したインバータ回路として構成されている。

すなわち、第１信号生成回路９２は、ＰＭＯＳ９２ＡとＮＭＯＳ９２Ｂとのドレイン同士が接続されると共に、ＰＭＯＳ９２ＡとＮＭＯＳ９２Ｂとのゲート同士が接続されている。同様に、第２信号生成回路９４も、ＰＭＯＳ９４ＡとＮＭＯＳ９４Ｂとのドレイン同士が接続されると共に、ＰＭＯＳ９４ＡとＮＭＯＳ９４Ｂとのゲート同士が接続されている。

ここで、第１信号生成回路９２におけるＰＭＯＳ９２Ａのソースには、図示しない第一電源からの所定電圧レベルＨＶ１とされた電力が供給されると共に、ＮＭＯＳ９２Ｂのソースには、図示しない第三電源からの所定電圧レベルＨＶ３とされた電力が供給される。また、ＰＭＯＳ９２Ａ及びＮＭＯＳ９２Ｂの各ゲートにはレベルシフタ８８の一方の出力端子が接続されており、セレクタ８６によって選択された一対の波形信号の一方で、かつレベルシフタ８８によってレベル変換された波形信号Ｓ１が入力される。なお、電圧レベルＨＶ１と電圧レベルＨＶ３との関係は（電圧レベルＨＶ１＞電圧レベルＨＶ３）となっている。

従って、第１信号生成回路９２では、レベルシフタ８８から入力された波形信号Ｓ１の信号レベルがハイレベルである場合はＰＭＯＳ９２Ａがオフ状態でＮＭＯＳ９２Ｂがオン状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは電圧レベルＨＶ３となる。これに対して、レベルシフタ８８から入力された波形信号Ｓ１の信号レベルがローレベルである場合はＰＭＯＳ９２Ａがオン状態でＮＭＯＳ９２Ｂがオフ状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは電圧レベルＨＶ１となる。この結果、第１信号生成回路９２から出力される電圧は、波形がレベルシフタ８８から入力された波形信号Ｓ１の反転波形と同一で、かつ電圧レベルとして電圧レベルＨＶ３及び電圧レベルＨＶ１の２つを有するものとなる。

一方、第２信号生成回路９４におけるＰＭＯＳ９４Ａのソースには、図示しない第二電源からの所定電圧レベルＨＶ２とされた電力が供給されると共に、ＮＭＯＳ９４Ｂのソースには、第１信号生成回路９２におけるＰＭＯＳ９２Ａ及びＮＭＯＳ９２Ｂの接続点（ドレイン）が接続されている。従って、ＮＭＯＳ９４Ｂのソースには、第１信号生成回路９２のインバータ出力が印加されることになる。更に、ＰＭＯＳ９４Ａ及びＮＭＯＳ９４Ｂの各ゲートにはレベルシフタ８８の他方の出力端子が接続されており、セレクタ８６によって選択された一対の波形信号の他方で、かつレベルシフタ８８によってレベル変換された波形信号Ｓ２が入力される。

従って、第２信号生成回路９４では、レベルシフタ８８から入力された波形信号Ｓ２の信号レベルがハイレベルである場合はＰＭＯＳ９４Ａがオフ状態でＮＭＯＳ９４Ｂがオン状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは第１信号生成回路９２から出力された電圧と同様のもの（波形がレベルシフタ８８から入力されている波形信号の反転波形と同一で、かつ電圧レベルが電圧レベルＨＶ３及び電圧レベルＨＶ１の２つを有するもの）となる。これに対し、レベルシフタ８８から入力された波形信号Ｓ２の信号レベルがローレベルである場合はＰＭＯＳ９４Ａがオン状態でＮＭＯＳ９４Ｂがオフ状態となるため、出力される電圧の電圧レベルは電圧レベルＨＶ２となる。この結果、第２信号生成回路９４から出力される電圧は、レベルシフタ８８から入力された一対の波形信号Ｓ１、Ｓ２に応じて第１信号生成回路９２及び第２信号生成回路９４から各々出力される電圧を組み合わせた、電圧レベルとして電圧レベルＨＶ１、電圧レベルＨＶ２、及び電圧レベルＨＶ３の３値となる。

例えば、出力される電圧の電圧レベルを電圧レベルＨＶ２としたい場合は、第２信号生成回路９４からの出力波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ２にするようにする。従って、この場合には、第２信号生成回路９４に入力する波形信号Ｓ２をローレベルとすればよい。なお、この場合は第１信号生成回路９２の出力は第２信号生成回路９４の出力に影響を与えることはないので、第１信号生成回路９２に入力する波形信号Ｓ１のレベルは制限されない。

一方、出力される電圧の電圧レベルを電圧レベルＨＶ１としたい場合は、第１信号生成回路９２からの出力波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ１にすると共に、第２信号生成回路９４からの出力波形の電圧レベルも電圧レベルＨＶ１にする必要がある。従って、この場合には、第１信号生成回路９２に入力する波形信号Ｓ１をローレベルにすると共に、第２信号生成回路９４に入力する波形信号Ｓ２をハイレベルにする必要がある。

更に、出力される電圧の電圧レベルを電圧レベルＨＶ３としたい場合は、第１信号生成回路９２からの出力波形の電圧レベルを電圧レベルＨＶ３にすると共に、第２信号生成回路９４からの出力波形の電圧レベルも電圧レベルＨＶ３にする必要がある。従って、この場合には、第１信号生成回路９２に入力する波形信号Ｓ１をハイレベルにすると共に、第２信号生成回路９４に入力する波形信号Ｓ２もハイレベルにする必要がある。

なお、本実施の形態に係るインクジェット記録装置１０では、図示しない第四電源から供給される電力の電圧レベルＨＶＤＤと第二電源から供給される電力の電圧レベルＨＶ２との関係を（電圧レベルＨＶＤＤ≧電圧レベルＨＶ２）とし、電圧レベルＨＶ２と図示しない第一電源から供給される電力の電圧レベルＨＶ１との関係を（電圧レベルＨＶ２＞電圧レベルＨＶ１）としている。

次に、インクジェットヘッド５０の圧力室５６内の圧力変化について説明する。ピエゾアクチュエータ６０を用いたインク滴吐出では、図４（Ａ）に示すように、ピエゾアクチュエータ６０に１つのパルスからなる電圧を印加することによって、パルスの立ち下がりで圧力室５６が膨張され、パルスの立ち上がりで圧力室５６が収縮される。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、パルスの立ち下がりで圧力室５６内の圧力が通常圧力より低下した後、通常圧力に戻り、パルスの立ち上がりで圧力室５６内内の圧力が上昇し、その後に通常圧力に戻る。その後は、この圧力の変化が残響するため、圧力室５６内の圧力が通常圧力より低下した後、通常圧力に戻り、そして、通常圧力より上昇し、通常圧力に戻り、この圧力変化が減衰しながら繰り返される。

ここで、最初の１周期分（圧力の低下と上昇）の圧力変化によって、ノズルから液滴が吐出され、次の１周期分の圧力変化によって、サテライトやミストが発生する。

本実施の形態では、高粘度インクを用いているため、圧力変化を示す波形の振幅の減衰が激しく、吐出直後の残響強度は非常に小さくなっている。低速のサテライトおよびミストの発生を防止するためには、上昇値Ｂ／上昇値Ａの比が約１／３〜１／２となることが望ましいが、こうした高粘度インクを用いた場合には、十分な残響強度を得ることが不可能となる。

次に、インクジェットヘッド５０でのインク滴を吐出する際の作用について説明する。

例えば、一対の第一波形を吐出パルス用の波形、一対の第二波形を残響増幅パルス用の波形とすると、一対の第一波形は、例えば、「１」をハイ、「０」をローとした場合に、一対のパルス波形を共に「０１１１１１１１００」とすることによって、セレクタ８６が第一波形を選択したときに、レベルシフタ８８によって電圧レベルが変換されて出力され、Ｓ１とＳ２とが共にロー「０」の時に、電圧レベルＨＶ２となり、Ｓ１とＳ２とが共にハイ「１」の時に、電圧レベルＨＶ３となり、吐出パルスの電圧の波形は、図５（Ａ）に示す左側の波形となる。

一方、一対の第二波形は、例えば、「１」をハイ、「０」をローとした場合に、一対のパルス波形の一方を「０１１１１０００００」、他方を「００００００００００」とすることによって、セレクタ８６が第二波形を選択したときに、レベルシフタ８８によって電圧レベルが変換されて出力され、Ｓ１としては、「０１１１１０００００」のパルス波形を適用し、Ｓ２としては、「００００００００００」のパルス波形を適用する。従って、Ｓ１とＳ２が共にロー「０」の時に、電圧レベルＨＶ２となり、Ｓ１がハイ「１」でＳ２がロー「０」の時に、電位レベルがＨＶ１となり、残響増幅パルスの電圧の波形は、図５（Ａ）に示す右側の波形となる。

なお、出力される吐出パルス及び残響増幅パルスのパルス幅がインクジェットヘッド５０のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／２付近となるように、コントローラ６２に一対の第一波形及び第二波形（Ｓ１、Ｓ２）が記憶されており、また、吐出パルスと残響増幅パルスの間の時間間隔が１／２・Ｔｃとなるように、コントローラ６２に選択信号が記憶されている。

そして、コントローラ６２から、上記の選択信号及び第一波形及び第二波形を出力して、パルス幅がそれぞれヘルムホルツ振動周期（Ｔｃ）の略１／２となっている吐出パルス及び残響増幅パルスを有する電圧を、両パルスの時間間隔を略１／２・Ｔｃとして、ピエゾアクチュエータ６０に印加する。

これにより、吐出パルスで発生した圧力変化と同位相の圧力変化が残響増幅パルスによって生成され、圧力室５６内の圧力変化において、図５（Ｂ）に示すように、上昇値Ｂ´／上昇値Ａ´の比が約１／３〜１／２となり、圧力変化の残響が効率的に増幅される。従って、適度な残響圧力変化を得ることができるため、メニスカスからのインク滴分離が良好となり、低速のサテライトやミストの発生が防止される。

以上説明したように、第１の実施の形態に係るインクジェット記録装置によれば、吐出パルスによる圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスからなる電圧をピエゾアクチュエータに印加することにより、インク滴を吐出した後の残響圧力変化を増幅させ、インク滴を吐出する際のメニスカスからのインク滴分離が良好となるため、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができ、画像品質の低下を防止することができる。

なお、本明細書において、「圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅する」とは、図５（Ｂ）に示すように、液滴を吐出する部分の圧力のピーク（高さＡ´）に次いで発生する圧力のピーク（高さＢ´）を増幅することを意味しており、必ずしも両ピーク間の時間間隔が圧力波の固有周期（ヘルムホルツ振動周期）と一致している必要はない。

また、電圧レベルを３値に限定した矩形波の電圧を印加する方式にすることにより、回路コストや消費電力を小さく抑えることができ、特に紙幅ヘッド（ＦＷＡヘッド）に対しては非常に有利な電圧印加方式となる。

また、吐出パルスのパルス幅をヘルムホルツ振動周期の略１／２とすることにより、効率的に圧力室内の圧力を変化させることができる。

また、吐出パルスと残響増幅パルスとの間隔を、圧力変化のヘルムホルツ振動周期の略１／２とすることにより、吐出パルスで発生した圧力変化と同位相の圧力変化が残響増幅パルスによって生成され、残響圧力変化を効率的に増幅することができる。

インクの粘度が大きい場合、圧力室内の圧力変化は急速に減衰して、低速サテライトの防止に適した残響圧力変化を得ることができないが、本実施の形態に係るインクジェット記録装置では、低速サテライトの発生を防止することができる。

次に第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。第２の実施の形態では、図６（Ａ）に示すように、吐出するための吐出パルスの後に吐出する残響増幅パルスの電圧レベルが吐出パルスの電圧レベルと同じとなっている点が第１の実施の形態と異なる。

吐出パルスのパルス幅は略１／２・Ｔｃに設定され、残響増幅パルスのパルス幅は吐出パルスのパルス幅より小さくなるように設定されている。２値の矩形波の場合、残響増幅パルスによる残響圧力変化の増幅を電圧レベルによって調整することができないが、図６（Ｂ）に示すように、残響増幅パルスのパルス幅を小さく設定することによって、適度な残響圧力変化の増幅を実現することが可能となる。

なお、吐出パルスと残響増幅パルスの間の時間間隔は略１／２・Ｔｃに設定されている。これにより、吐出パルスで発生した圧力変化と同位相の圧力変化が残響増幅パルスによって生成され、圧力変化の残響を効率的に増幅することが可能となる。

図７に示すように、ドライバ１９０には、１つの信号生成回路１９２のみが設けられている点が第１の実施の形態とは異なる。

信号生成回路１９２は、ＰＭＯＳ１９２ＡとＮＭＯＳ１９２Ｂを直列に接続して構成したインバータ回路として構成されおり、ＰＭＯＳ１９２Ａのソースには、第一電源からの電圧レベルＨＶ２とされた電力が供給されると共に、ＮＭＯＳ１９２Ｂのソースには、第二電源からの電圧レベルＨＶ３とされた電力が供給される。また、ＰＭＯＳ１９２Ａ及びＮＭＯＳ１９２Ｂの各ゲートにはレベルシフタ１８８の出力端子が接続されており、セレクタ１８６によって選択された波形信号の一方で、かつレベルシフタ１８８によってレベル変換された波形信号Ｓ１が入力される。

また、第一波形を吐出パルス用の波形、第二波形を残響増幅パルス用の波形とすると、例えば、「１」をハイ、「０」をローとした場合に、第一波形を「０１１１１１１１００」とすることによって、セレクタ１８６が第一波形を選択したときに、レベルシフタ１８８によって電圧レベルが変換されて出力され、Ｓ１がロー「０」の時に、電圧レベルＨＶ２となり、Ｓ１がハイ「１」の時に、電圧レベルＨＶ３となり、吐出パルス用の電圧の波形は、図６（Ａ）に示す左側の波形となる。

一方、例えば、「１」をハイ、「０」をローとした場合に、第二波形を「０１１１１０００００」とすることによって、セレクタ１８６が第二波形を選択したときに、レベルシフタ１８８によって電圧レベルが変換されて出力される。従って、Ｓ１がロー「０」の時に、電圧レベルＨＶ２となり、Ｓ１がハイ「１」の時に、電圧レベルＨＶ３となり、残響増幅パルス用の電圧の波形は、図６（Ａ）に示す右側の波形となる。

また、本実施の形態に係わる駆動回路１８０では、出力される吐出パルスのパルス幅がインクジェットヘッドのヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／２付近となるように、コントローラ１６２に第一波形が記憶され、また、パルス幅が１／２・Ｔｃにより小さくなるように、コントローラ１６２に第二波形が記憶されている。

また、吐出パルスと残響増幅パルスの間の時間間隔が１／２・Ｔｃとなるように、コントローラ６２に選択信号が記憶されている。

そして、コントローラ６２から、上記の選択信号及び第一波形及び第二波形を出力すると、パルス幅がそれぞれヘルムホルツ振動周期（Ｔｃ）の略１／２となっている吐出パルス及び残響増幅パルスが、両パルスの時間間隔を略１／２・Ｔｃとして、ピエゾアクチュエータ６０に印加される。

これにより、吐出パルスで発生した圧力変化と同位相の圧力変化が残響増幅パルスによって生成され、圧力室５６内の圧力変化において、図６（Ｂ）に示すように、上昇値Ｂ´／上昇値Ａ´の比が約１／３〜１／２となり、圧力変化の残響が効率的に増幅される。従って、適度な残響圧力変化を得ることができるため、メニスカスからのインク滴分離が良好となり、低速のサテライトやミストの発生が防止される。

以上説明したように、第２の実施の形態に係るインクジェット記録装置によれば、電圧レベルを２値に限定した矩形波の電圧を印加する方式にすることにより、回路コストや消費電力を更に小さく抑えることができ、特に紙幅ヘッド（ＦＷＡヘッド）に対しては非常に有利な電圧印加方式となる。

次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。第３の実施の形態では、図８に示すように、ピエゾアクチュエータ６０に印加する電圧の波形が、矩形波状の波形ではなく、アナログ波形となっている点が第１の実施の形態と異なる。

ピエゾアクチュエータ６０に印加する電圧の波形について、インク滴を吐出するための電圧変化ａ、ｂの後に、残響増幅用の電圧変化ｃが付加されている点に特徴がある。アナログ波形の場合、電圧変化量や電圧変化時間（立ち上げ／立ち下げ時間）に自由度があるため、いろいろな形態（波形）で残響増幅用の電圧変化を設定することができるが、残響増幅用の電圧変化で生成される圧力波が、液滴を吐出するための電圧変化（ａ、ｂ）で生成される圧力波と略同位相になるように設定されている。

図９に示すように、インクジェット記録装置２００は、所定の波形の電圧を発生し、ピエゾアクチュエータ６０に印加する波形発生部２３３と、アナログ波形を示す波形データを含む波形発生部２３３を駆動するために必要なデータを予め記憶すると共に、前記各部の駆動及び各種信号の授受の制御を行うコントローラ２３１とを備えている。

コントローラ２３１に記憶されているアナログ波形を示す波形データを、波形発生部２３３に与えることにより、波形発生部２３３によって、アナログ波形となっている電圧がピエゾアクチュエータ６０に印加される。

以上、説明したように、第３の実施の形態に係るインクジェット記録装置によれば、アナログ波形の電圧をピエゾアクチュエータに印加するため、電圧変化量や電圧変化時間（立ち上げ／立ち下げ時間）を自由に設定することができ、低速のサテライトやミストの発生防止を容易に実現することができる。

次に、第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。第４の実施の形態では、環境温度又はインクジェットヘッド５０の温度に基づいて、ピエゾアクチュエータ６０に印加する電圧の波形を補正する点が第１の実施の形態と異なる。

高粘度のインクを用いた場合、例えば、環境温度３５℃でのインク粘度は１０ｃＰ、１５℃でのインク粘度は２０ｃＰとなり、環境温度変化によって非常に大きな粘度変化（本実施例では２０−１０＝１０ｃＰ）が発生する。それにより、吐出効率が変化するだけでなく、圧力変化の減衰速度も大きく変化する。そのため、吐出効率の変化を補正するために、吐出パルスの電圧レベルを補正するだけでは、サテライトの発生状態を一定に保つことができず、インク粘度が増加する低温時に低速のサテライトが発生しやすくなってしまう。

そこで、本実施形態では、環境温度を検知する温度センサを装置内に設置するか、インクジェットヘッド５０の温度を検知する温度センサをインクジェットヘッド５０に設置し、検出した温度に応じて、残響増幅用の残響増幅パルスの電圧レベルを補正するために、電圧レベルHV２の電力を供給する第二電源及び電圧レベルHV３の電力を供給する第三電源を、温度センサが検出した温度に基づいてコントローラ６２によって制御する。

なお、以下では、装置内に設置された温度センサが環境温度を検知する場合について説明する。図１０（Ａ）に示すように、検出された環境温度が３５℃である場合には、コントローラ６２によって、第三電源が供給する電力の電圧レベルHV３が例えば１０Vになるように制御すると共に、第二電源が供給する電力の電圧レベルHV２が２６Vになるように制御する。

また、図１０（Ｂ）に示すように、検出された環境温度が低温（例えば１５℃）である場合には、コントローラ６２によって、第三電源が供給する電力の電圧レベルHV３が例えば５Vになるように制御すると共に、第二電源が供給する電力の電圧レベルHV２が２２Vになるように制御する。

なお、コントローラ６２には、電圧レベルHV２、HV３と環境温度とを対応させたテーブルが記憶されており、このテーブルに基づいて、第二電源が供給する電力の電圧レベルＨＶ２及び第三電源が供給する電力の電圧レベルHV３をコントローラ６２によって制御する。

これにより、環境温度が変化しても、図１０（C）、（D）のように、一定の圧力変化及び残響圧力変化を得ることが可能となる。

なお、上記の第４の実施の形態では、ピエゾアクチュエータ６０に印加する電圧の電圧レベルが３値となっている場合について説明したが、電圧レベルが２値であってもよい。

この場合には、残響増幅パルスの電圧レベルを補正することができないため、図１１に示すように、温度センサによって検出された環境温度に応じて、吐出パルスと残響増幅パルスの間隔を補正する。吐出パルスと残響増幅パルスとの間隔を１／２・Ｔｃに近づけるほど、大きな残響増幅作用が得られるため、インク粘度が上昇する低温時には、図１１（B）に示すように、吐出パルスと残響増幅パルスとの間隔が略１／２・Ｔｃになるように残響増幅パルスの印加タイミングを設定する。また、インク粘度が低下する高温時には、図１１（A）に示すように、吐出パルスと残響増幅パルスとの間隔を１／２・Ｔｃからずらすように残響増幅パルスの印加タイミングを設定することによって、適度な残響圧力変化を得ることができる。

また、図１２に示すように、残響増幅パルスのパルス幅を補正してもよい。残響増幅パルスのパルス幅を大きくするほど、大きな残響増幅作用を得ることができるため、インク粘度が上昇する低温時には、図１２（B）に示すように、残響増幅パルスのパルス幅を大きく設定する。また、インク粘度が低下する高温時には、図１２（A）に示すように、残響増幅パルスのパルス幅を小さくする。

以上説明したように、第４の実施の形態に係るインクジェット記録装置によれば、環境温度又はインクジェットヘッドの温度に応じて残響増幅パルスの印加タイミング、電圧レベル、又はパルス幅を補正することにより、環境温度又はインクジェットヘッドの温度が変化しても常に適切な残響圧力変化を得られるようにするため、液体の粘度が温度によって変化しても、低速のサテライトやミストの発生を有効に防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るインクジェット記録装置の構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るインクジェット記録装置の駆動回路の構成を示す回路図である。 （Ａ）本発明の第１の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される電圧を示す図及び（Ｂ）圧力室内の圧力変化を示す図である。 （Ａ）本発明の第１の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される残響増幅パルスを含む電圧を示す図及び（Ｂ）圧力室内の圧力変化を示す図である。 （Ａ）本発明の第２の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される残響増幅パルスを含む電圧を示す図及び（Ｂ）圧力室内の圧力変化を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るインクジェット記録装置の駆動回路の構成を示す回路図である。 （Ａ）本発明の第３の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される残響増幅パルスを含む電圧を示す図及び（Ｂ）圧力室内の圧力変化を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るインクジェット記録装置の制御係の構成を示すブロック図である。 （Ａ）本発明の第４の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される高温時の残響増幅パルスを含む電圧を示す図、（Ｂ）高温時の圧力室内の圧力変化を示す図、（Ｃ）低温時の残響増幅パルスを含む電圧を示す図、及び（Ｄ）低温時の圧力室内の圧力変化を示す図である。 （Ａ）本発明の第４の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される高温時の残響増幅パルスを含む電圧であって、電圧レベルが２値となっている場合を示す図及び（Ｂ）高温時の圧力室内の圧力変化を示す図である。 （Ａ）本発明の第４の実施の形態に係るピエゾアクチュエータに印加される低温時の残響増幅パルスを含む電圧であって、電圧レベルが２値となっている場合を示す図及び（Ｂ）低温時の圧力室内の圧力変化を示す図である。

符号の説明

１０、２００ インクジェット記録装置
５０ インクジェットヘッド
５６ 圧力室
５８ ノズル
６０ ピエゾアクチュエータ
６２、１６２、２３１ コントローラ
８０、１８０ 駆動回路
２３３ 波形発生部
ＨＶ１、ＨＶ２、ＨＶ３ 電圧レベル

Claims (7)

1. 液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴を吐出するための吐出パルスと前記吐出パルスによる前記圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスとからなる電圧を、前記電気機械変換器に印加するための印加手段と、
   環境温度及び前記液滴吐出ヘッドの温度の何れか一方を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって検知された温度が低い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となるように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、前記検知手段によって検知された温度が高い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２からずらすように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、又は、
   前記検知手段によって検知された温度が低い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が大きくなるように補正し、前記検知手段によって検知された温度が高い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が小さくなるように補正する補正手段とを含み、
   前記電圧は、２値及び３値の何れか一方の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であり、
   前記吐出パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっている液滴吐出装置。
2. 液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴を吐出するための吐出パルスと前記吐出パルスによる前記圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスとからなる電圧を、前記電気機械変換器に印加するための印加手段と、
   環境温度及び前記液滴吐出ヘッドの温度の何れか一方を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって検知された温度が低い場合、前記残響増幅パルスの電圧変化量が大きくなるように補正し、前記検知手段によって検知された温度が高い場合、前記残響増幅パルスの電圧変化量が小さくなるように補正する補正手段とを含み、
   前記電圧は、３値の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であり、
   前記吐出パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっており、
   前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっており、
   前記残響増幅パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっている液滴吐出装置。
3. 前記液体の粘度が、１０ｃＰ以上である請求項１又は２項記載の液滴吐出装置。
4. 前記印加手段は、前記吐出パルスによる前記圧力室内の１周期分の圧力変化の振幅と、該１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化の振幅との比が１／３〜１／２の範囲となるように、前記電圧を前記電気機械変換器に印加する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の液滴吐出装置。
5. 前記電気機械変換器は、ピエゾアクチュエータである請求項１〜請求項４の何れか１項記載の液滴吐出装置。
6. 液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを含む液滴吐出装置の液滴吐出方法であって、
   前記液滴を吐出するための吐出パルスと前記吐出パルスによる前記圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスとからなる電圧を、前記電気機械変換器に印加し、
   環境温度及び前記液滴吐出ヘッドの温度の何れか一方を検知し、
   前記検知された温度が低い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となるように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、前記検知された温度が高い場合、前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２からずらすように、前記残響増幅パルスの印加タイミングを設定し、又は、
   前記検知された温度が低い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が大きくなるように補正し、前記検知された温度が高い場合、前記残響増幅パルスのパルス幅が小さくなるように補正することを特徴とし、
   前記電圧は、２値及び３値の何れか一方の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であり、
   前記吐出パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっている液滴吐出方法。
7. 液体が充填される圧力室、及び印加された電圧に応じて前記圧力室内の圧力を変化させる電気機械変換器を備え、かつ、前記圧力変化に応じて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを含む液滴吐出装置の液滴吐出方法であって、
   前記液滴を吐出するための吐出パルスと前記吐出パルスによる前記圧力室内の１周期分の圧力変化の次の１周期分の圧力変化を増幅するための残響増幅パルスとからなる電圧を、前記電気機械変換器に印加し、
   環境温度及び前記液滴吐出ヘッドの温度の何れか一方を検知し、
   前記検知された温度が低い場合、前記残響増幅パルスの電圧変化量が大きくなるように補正し、前記検知された温度が高い場合、前記残響増幅パルスの電圧変化量が小さくなるように補正することを特徴とし、
   前記電圧は、３値の電圧レベルからなる矩形状の波形を有する電圧であり、
   前記吐出パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっており、
   前記吐出パルスと前記残響増幅パルスとの間隔が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっており、
   前記残響増幅パルスのパルス幅が、前記圧力変化の固有周期の略１／２となっている液滴吐出方法。

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