JP2001138551A

JP2001138551A - インクジェット式記録装置および同装置における記録ヘッドのアクチュエータ駆動信号設定方法

Info

Publication number: JP2001138551A
Application number: JP31880099A
Authority: JP
Inventors: Shunka Cho; 俊華張
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】記録ヘッドのアクチュエータにおける非線形
特性の影響を抑制したインクジェット式記録装置を提供
すること。【解決手段】プリンタコントローラ１には、記録ヘッ
ド８の圧電振動子２５に対して駆動信号を供給する駆動
信号発生回路９が搭載されている。この駆動信号発生回
路９には、電位情報格納手段１２より電位情報が供給さ
れ、前記圧電振動子２５に入力される駆動信号における
中間電位（ＶＣ）が、前記電位情報格納手段に格納され
た電位情報に基づいて設定されるように構成されてい
る。前記中間電位は、圧電振動子２５の非線形特性の影
響を受けにくい範囲に設定され、これにより最良な画像
品質を安定して得ることができる記録装置が提供され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル開口部に連
通した圧力室を膨張および収縮させる圧電振動子を備
え、前記圧電振動子に駆動信号を選択的に供給すること
でノズル開口部からインク滴を吐出させる記録へッドを
備えたインクジェット式記録装置および同装置における
記録ヘッドのアクチュエータ駆動信号設定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録装置は、印刷時の
騒音が比較的小さく、しかも小さなドットを高い密度で
形成できるため、昨今においてはカラー印刷を含めた多
くの印刷に使用されている。このようなインクジェット
式記録装置には、列状に並ベた状態で形成された多数の
ノズル開口部を備え、インクカートリッジからのインク
の供給を受けると共に、主走査方向（記録用紙の幅方
向）に移動するキャリッジに搭載された記録ヘッドが具
備されており、記録用紙を前記主走査方向と直交する副
走査方向に移動させる紙送り機構との連動により、記録
用紙上にインク滴を吐出することで画像記録が行われ
る。

【０００３】前記記録へッドには、ノズル開口部に連通
した圧力室とこの圧力室を膨張および収縮させることで
圧力室内のインク圧力を変化させるアクチュエータ、例
えばピエゾ圧電振動子が備えられている。このような記
録ヘッドでは、一連の駆動信号を前記ピエゾ圧電振動子
に供給することでインク圧力を変化させ、これによりノ
ズル開口部からインク滴を吐出させることができるよう
に構成されている。

【０００４】そして、例えばホストコンピュータから送
られる印刷制御データを、プリンコントローラにおいて
ビットマップデータに展開し、このビットマップデータ
に基づいて、各圧力室に配置された前記圧電振動子に対
して駆動信号を印加するか否かが制御され、これにより
所定の画像が印刷される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したピ
エゾ圧電振動子に代表されるアクチュエータにおいて
は、これに印加される駆動電圧に対する機械的な変位
は、非線形性を有している。例えば図８（Ａ）および
（Ｂ）はその例を示したものであり、いずれも横軸に駆
動電圧レベルを、縦軸にアクチュエータの機械的な変位
量もって示している。

【０００６】一般的にピエゾ素子の多くは、例えば図８
（Ａ）に示されたように駆動電圧が上昇するにしたがっ
て、変位量の増加が少なくなる特性を有している。また
時には、図８（Ｂ）に示したように駆動電圧レベルが低
い場合においての変位量は少なく、駆動電圧レベルが上
昇するにしたがって急激に変位量が増大する特性を有し
ているものもある。

【０００７】このような種々の非線形特性から理解され
るように、たとえ駆動電圧レベルを合わせても駆動電圧
レベルに応じたアクチュエータの機械的な変位量は個々
に変動し、したがって記録ヘッドのノズル開口部から吐
出されるインク量が変動するという問題を抱えている。
これはバラツキとして製品に残ることになり、このよう
なバラツキが存在していたとしても、容認できるレベル
に抑えているのが現状である。

【０００８】一方、この種のインクジェット式記録装置
では、画質の向上と記録速度の向上という相対する要求
を満たすため、同一のノズル開口部から異なる大きさの
インク滴を吐出させる技術が提案されている。例えば、
複数の波形要素を接続して構成された一連の駆動信号か
ら、必要な波形要素をスイッチ手段によって適宜選択
し、この選択した波形要素を圧電振動子に供給すること
により、重量が異なる複数種類のインク滴、例えば紙面
上において大ドット、中ドット、および小ドットを形成
するインク滴を選択的に吐出させるようになされる。こ
れにより高品位の多階調印刷を実現させることができ
る。

【０００９】このような多階調印刷を実現させる場合に
おいては、前記したように複数の波形要素を接続して構
成された一連の駆動信号から、必要な波形要素をスイッ
チ手段によって適宜選択する手法がとられるために、先
の駆動信号の終端電位と、次に印加される始端電位を同
一レベルに合わせる必要がある。

【００１０】すなわち、前記したピエゾ圧電振動子に代
表されるアクチュエータは、一般にコンデンサの特性を
有しており、したがって先の駆動信号の終端電位をセグ
メント電圧として保持している。そこで、次に印加され
る始端電位のレベルが先の駆動信号の終端電位に一致し
ない場合には、圧電振動子のセグメント電位が瞬間的に
変動することとなり、この結果、圧電振動子に急激な変
形が生じ、インク滴を誤って吐出させてしまうという問
題が発生する。

【００１１】また、圧電振動子には所定以上の大電流が
流れて、時にはこの大電流により圧電振動子の機能を劣
化させたり、極端な場合には圧電振動子を破壊してしま
う場合も発生し得る。

【００１２】そこで、前記したような多階調印刷を実現
させる場合においては、先の駆動信号の終端電位と、次
に印加される始端電位とを同一レベルに合わせるため
に、例えば駆動信号の中間電位ＶＣを管理し、前記中間
電位ＶＣが常に一定となるように制御する手段を採用す
るようになされる。

【００１３】しかしながら、前記したように紙面上にお
いて大ドット、中ドット、および小ドットを形成させる
多階調表現を実現させる場合における前記したようなア
クチュエータの非線形特性は、中間電位ＶＣの変動でヘ
ッド特性に影響を与え、結果として多階調表現において
要求される正確なドットの大小制御を困難とし、常に最
良な画像品質を安定して得ることが困難になるという問
題を含んでいる。

【００１４】本発明は前記した問題点に鑑みてなされた
ものであり、アクチュエータの非線形特性に起因して発
生する画像品質の変動を抑制し、常に最良な画像品質を
安定して得ることができるインクジェット式記録装置を
提供することを目的とするものである。

【００１５】また、本発明は個々の記録装置において最
良な画像品質を安定して得るようにするために、記録ヘ
ッドのアクチュエータに加える駆動信号を設定するため
の管理技術を提供することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ためになされた本発明にかかるインクジェット式記録装
置は、ノズル開口部に連通した圧力室を膨張および収縮
させるアクチュエータを備えた記録へッドと、前記アク
チュエータを駆動するための駆動信号を発生する駆動信
号発生手段と、前記駆動信号発生手段により得られる駆
動信号を前記アクチュエータに供給することで、アクチ
ュエータを変形させてノズル開口部よりインク滴を吐出
させる駆動信号供給手段とを備えたインクジェット式記
録装置であって、前記駆動信号発生手段によって発生さ
れる駆動信号は、インク滴をそれぞれ吐出するための複
数の波形要素を含み、前記各波形要素のうちのいずれか
一つまたは複数の波形要素を前記アクチュエータに対し
て入力させるスイッチ手段と、前記駆動信号発生手段に
対して電位情報を与える電位情報格納手段とが具備さ
れ、前記アクチュエータに入力される駆動信号における
中間電位が、前記電位情報格納手段に格納された電位情
報に基づいて設定されるように構成される。

【００１７】この場合、好ましくは前記駆動信号発生手
段より異なった重量のインク滴を吐出するための複数の
波形要素を接続して構成された一連の駆動信号が生成さ
れ、前記各波形要素の始端電位および終端電位が、ほぼ
同一レベルの中間電位となるように制御される。

【００１８】また、前記電位情報格納手段は書き換え可
能な不揮発性メモリにより構成されていることが望まし
い。そして、好ましくは前記記録ヘッド周辺における温
度情報を取得する温度情報取得手段がさらに具備され、
前記温度情報取得手段によって得られた温度情報に基づ
いて、前記駆動信号発生手段によって発生される駆動信
号の出力レベルを制御するように構成される。

【００１９】そして、前記したいずれの構成において
も、前記アクチュエータとして、ピエゾ圧電振動子によ
り構成された記録ヘッドを用いた記録装置に好適に利用
することができる。さらに、好ましい実施の形態におい
ては、前記中間電位の情報を格納する電位情報格納手段
が、プリンタコントローラに配置された構成とされる。
一方、本発明にかかるインクジェット式記録装置におけ
る記録ヘッドのアクチュエータ駆動信号設定方法は、個
々の記録装置に搭載された記録ヘッドにおけるアクチュ
エータの変位特性を測定する変位特性測定ステップと、
前記アクチュエータの変位特性に応じて、個々の記録装
置をいずれかのグループに定義するグループ化ステップ
と、前記各グループに応じて、グループ毎に最適な中間
電位を設定する中間電位設定ステップと、前記中間電位
選択ステップによって選択された中間電位の情報を前記
電位情報格納手段に格納する格納ステップとを順次実行
するようになされる。

【００２０】この場合、前記変位特性測定ステップにお
いては、１ドットのインク重量が所定の値となるように
駆動信号レベルを測定し、当該駆動信号レベルに応じて
アクチュエータの変位特性を求めるようになされる。ま
た、前記した駆動信号設定方法においては、前記グルー
プの数が１であるように設定される場合もある。

【００２１】以上のように構成されたインクジェット式
記録装置によると、駆動信号発生手段に対して電位情報
格納手段より電位情報を与えられ、駆動信号発生手段に
よって発生される駆動信号における中間電位は、前記電
位情報格納手段に格納された電位情報に基づいて設定さ
れるようなされる。

【００２２】したがって、個々の記録装置においては電
位情報格納手段に設定された電位情報によって特定され
た中間電位を有する駆動波形が生成される。これにより
駆動波形全体が上下動することによる非線形特性の影響
を抑制させることができる。

【００２３】一方、前記した構成の記録装置において
は、前記したアクチュエータ駆動信号の設定方法を採用
することが好適であり、個々の記録装置に搭載された記
録ヘッドにおけるアクチュエータの変位特性を測定し、
アクチュエータの変位特性に応じて、非線形特性の影響
を受け難い中間電位を設定することができる。

【００２４】したがって、特に多階調表現において要求
されるドットの大小制御を正確に実現させることがで
き、常に最良な画像品質を安定して得ることができる記
録装置が提供される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるインクジェ
ット式記録装置について、図に示す実施の形態に基づい
て説明する。図１は記録装置の全体構成をブロック図に
よって示したものである。このインクジェット式記録装
置は、大きく別けてプリンタコントローラ１とプリント
エンジン２とから構成されている。

【００２６】プリンタコントローラ１は、ホストコンピ
ュータ（図示せず）等からの印刷データ等を受信するイ
ンターフェース３と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ
４と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶し
たＲＯＭ５と、ＣＰＵ等からなる制御部６と、発振回路
７と、後述する記録へッド８へ供給する駆動信号を発生
する駆動信号発生回路９と、ドットパターンデータ（ビ
ットマップデータ）に展開された印字データや駆動信号
等をプリントエンジン２に送信するためのインターフェ
ース１０と、後述する記録へッド周辺における温度情報
を取得するセンサからの検出信号を、デジタルデータに
変換して制御部６に出力するＡ／Ｄ変換回路１１と、前
記駆動信号発生回路９に対して電位情報を供給し、駆動
信号発生回路９より出力される駆動信号の中間電位を設
定する電位情報格納手段１２とを備えている。なお、駆
動信号発生回路９と制御部６は、本発明における駆動信
号発生手段を構成している。

【００２７】インターフェース３は、例えばキャラクタ
コード、グラフィック関数、イメージデータのいずれか
１つのデータまたは複数のデータからなる印刷データを
ホストコンピュータ等から受信する。また、インターフ
ェース３は、ホストコンピュータに対してビジー（ＢＵ
ＳＹ）信号やアクノレッジ（ＡＣＫ）信号等を出力する
ことができる。

【００２８】ＲＡＭ４は、受信バッファ４ａ、中間バッ
ファ４ｂ、出力バッファ４ｃおよびワークメモリ（図示
せず）等として利用されるものである。受信バッフア４
ａには、インターフェース３が受信したホストコンピュ
ータからの印刷データが一時的に記憶される。また中間
バッファ４ｂには、制御部６によって中間コードに変換
された中間コードデータが記憶される。さらに出力バッ
フア４ｃには、後述するようにドットパターンデータが
展開される。

【００２９】ＲＯＭ５は、前記したように制御部６によ
って実行される各種制御ルーチン、フォントデータ、お
よび、グラフィック関数等を記憶している。また制御部
６は、受信バッファ４ａ内の印刷データを読み出して中
間コードに変換し、変換した中間コードデータを中間バ
ッファ４ｂに記憶させる機能を備えている。そして、制
御部６は、中間バッファ４ｂから読み出した中間コード
データを、ＲＯＭ５内のフォントデータおよびグラフィ
ック関数等を参照してドットパターンデータに展開する
機能を備えている。そして、この展開されたドットパタ
ーンデータは、必要な装飾処理が行われた後、出力バッ
ファ４ｃに記憶される。

【００３０】そして、記録へッド８による印字の１行分
に相当するドットパターンデータが得られると、この１
行分のドットパターンデータは、インターフェース１０
を介して記録へッド８にシリアル伝送される。また、出
力バッファ４ｃから１行分のドットパターンデータが出
力されると、中間バッファ４ｂの内容が消去されて、次
の中間コードに対する展開が行われる。ここで、ドット
パターンデータに展開された印字データは後述するよう
に各ノズル毎の階調データとして例えば４ビットで構成
されている。

【００３１】さらに、制御部６はＡ／Ｄ変換回路１１か
ら出力されたセンサ出力（記録へッド周辺における温度
情報）に基づいて、ＲＯＭ５に記憶されたデータテーブ
ルを参照し、前記駆動信号発生手段９によって発生され
る駆動信号の出力レベルを制御するように構成されてい
る。

【００３２】一方、プリントエンジン２は、記録ヘッド
８と、紙送り機構１４と、キャリッジ機構１５とから構
成されている。紙送り機構１４は、紙送りモータおよび
紙送りローラ等からなり、記録用紙を順次送り出すよう
に作用する。すなわち、紙送り機構１４は記録動作にお
ける副走査を行う。またキャリッジ機構１５は、記録へ
ッド８を搭載するキャリッジと、このキャリッジをタイ
ミングベルト等を介して走行させるパルスモータ等から
なる。このキャリッジ機構１５は、記録動作における主
走査を行う。

【００３３】記録へッド８は、副走査方向に例えば６４
個の多数のノズル開口部１６（図２参照）を有し、図示
せぬインクカートリッジから供給されるインクを、各ノ
ズル開口部１６からインク滴として吐出させるように機
能する。

【００３４】ドットパターンデータに展開された印字デ
ータは、発振回路７からのクロック信号（ＣＫ）に同期
して、インターフェース１０を通じてシフトレジスタ２
１にシリアル伝送される。このシリアル転送された印字
データ（ＳＩ）は、一旦、ラッチ回路２２によってラッ
チされる。そして、ラッチされた印字データは、電圧増
幅器であるレベルシフタ２３によってスイッチ手段とし
てのスイッチ回路２４を駆動可能な電圧まで昇圧し、こ
の昇圧されたスイッチング信号をスイッチ回路２４に供
給するように構成されている。

【００３５】前記スイッチ回路２４の入力側には、駆動
信号発生回路９からの駆動信号（ＣＯＭ）が入力されて
おり、スイッチ回路２４の出力側には、ピエゾ素子によ
る圧電振動子２５が接続されている。

【００３６】前記した印字データは、スイッチ回路２４
の動作を制御する。例えば、スイッチ回路２４に加わる
印字データが“１”である期間中は、駆動信号が圧電振
動子２５に供給され、この駆動信号に応じて圧電振動子
２５は変形する。一方、スイッチ回路２４に加わる印字
データが“０”の期間中は、圧電振動子２５への駆動信
号の供給が遮断される。このような圧電振動子２５の変
形に伴って、ノズル開口部１６からインク滴が吐出され
る。

【００３７】また、前記記録ヘッド８には、温度情報取
得手段としての温度センサ２６が具備されており、この
温度センサ２６による検出信号は、前記したとおりＡ／
Ｄ変換回路１１にもたらされ、前記駆動信号発生手段９
によって発生される駆動信号の出力レベル（ＶＨ）を制
御するように構成されている。これにより温度変化に基
づくインクの粘度の変化を補正し、後述するような多階
調印刷を実行するに際しての各インク滴の重量が、環境
温度に依存されるのを抑制するようになされている。

【００３８】次に、前記した記録へッド８の具体的な構
成について、図２に示す断面図に基づいて説明する。図
２に例示した記録へッド８は、たわみ振動モードの圧電
振動子２５を取り付けた記録ヘッドである。この記録ヘ
ッド８は、圧力室３１を形成したアクチュエータユニッ
ト３２と、このアクチュエータユニット３２の前面に接
合された流路ユニット３３と、アクチュエータユニット
３２の背面に、圧力室３１に対応させて形成されたピエ
ゾ圧電振動子２５とを備えている。

【００３９】アクチュエータユニット３２は、圧力室３
１が形成された圧力室形成基板３４と、この圧力室形成
基板３４の前面に接合された蓋部材３５と、圧力室形成
基板３４の背面に接合されて圧力室３１の背面側開口面
を塞ぐ振動板３６とから構成されている。振動板３６
は、例えば、弾性を有する薄いセラミック板によって構
成されている。また蓋部材３５には、圧力室３１に連通
した第１インク流路３７および第２インク流路３８が形
成されている。

【００４０】流路ユニット３３は、インク室形成基板４
０と、インク室形成基板４０の前面に接合されたノズル
プレート４１と、インク室形成基板４０の背面に接合さ
れた供給口形成板４２とから構成されている。

【００４１】インク室形成基板４０には共通インク室４
３とノズル連通口４４とが形成されており、またノズル
プレート４１にはノズル開口部１６が列状に並べられた
状態で多数穿設されている。そして、各ノズル開口部１
６は、対応するノズル連通口４４にそれぞれ連通されて
いる。また、供給口形成板４２には、共通インク室４３
と第１インク流路３７とを連通するインク供給口４５が
形成されており、さらにノズル連通口４４と第２インク
流路３８とを連通する連通口４６が形成されている。

【００４２】そして、前記した構造を有する記録へッド
８には、共通インク室４３から、インク供給口４５、第
１インク流路３７、圧力室３１、第２インク流路３８、
連通口４６、および、ノズル連通口４４を通ってノズル
開口部１６に至る一連のインク流路が形成されている。

【００４３】圧電振動子２５は、振動板３６を挟んで圧
力室３１の背面側に配置されている。この圧電振動子２
５の前面には下部電極５０が形成され、背面には圧電振
動子２５を覆うようにして上部電極５１が形成されてい
る。

【００４４】また、アクチュエータユニット３２の両端
部には、基端部分が各圧電振動子２５の上部電極５１に
導通する接続端子５２が配設されている。この接続端子
５２の先端面には、フレキシブル回路基板５３が接合さ
れており、接続端子５２および上部電極５１を介して圧
電振動子２５に駆動信号が供給されるように構成されて
いる。

【００４５】このように構成された記録へッド８におい
ては、後述するような駆動信号が供給されると上部電極
５１と下部電極５０との間に電位差が生じる。この電位
差により圧電振動子２５は例えば、電界とは直交する方
向に収縮し、圧電振動子２５および振動板３６は、圧力
室３１側に突出するように撓んで圧力室３１を収縮させ
る。

【００４６】そして、ノズル開口部１６からインク滴を
吐出させる場合には、例えば、圧力室３１を急激に収縮
させる。すなわち、圧力室３１が急激に収縮されると圧
力室３１内のインク圧力が上昇し、この圧力上昇に伴っ
てノズル開口部１６からはインク滴が吐出される。ま
た、インク滴の吐出後に、上部電極５１と下部電極５０
との間の電位差をなくすと、圧電振動子２５および振動
板３６が元の状態に戻る。これにより、収縮されていた
圧力室３１内が膨張し、共通インク室４３からインク供
給口４５および第１インク流路３７を通して圧力室３１
内にインクが補給される。

【００４７】次に、記録へッドの電気的な構成について
説明する。この記録へッド８は、図１に示すように、シ
フトレジスタ２１、ラッチ回路２２、レベルシフタ２
３、スイッチ回路２４、および圧電振動子２５等を備え
ている。そしてさらに詳細には、図３に示すようにこれ
らのシフトレジスタ２１、ラッチ回路２２、レベルシフ
タ２３、スイッチ回路２４、および圧電振動子２５は、
それぞれ、各ノズル開口部１６毎に対応させて、それぞ
れシフトレジスタ２１ａ〜２１ｎ、ラッチ回路２２ａ〜
２２ｎ、レベルシフタ２３ａ〜２３ｎ、スイッチ回路２
４ａ〜２４ｎ、および圧電振動子２５ａ〜２５ｎを具備
している。

【００４８】この実施の形態においては印字データは、
後述するように“１０１０”，“０１００”等の如く、
各ノズル毎に最上位のビット３から最下位のビット０ま
での合計４ビットデータで構成されている。

【００４９】そして、発振回路７からのクロック信号
（ＣＫ）に同期して、ドットパターンデータを構成する
印字データ（ＳＩ）が出力バッファ４ｃからシリアル伝
送され、各シフトレジスタ２１ａ〜２１ｎに順次セット
される。この場合、まず全てのノズル開口部１６の印字
データにおける最上位ビットのデータがシリアル伝送さ
れ、この最上位ビットのデータのシリアル伝送が終了す
ると、上位から２番目のビットのデータがシリアル伝送
される。以下同様に、下位ビットのデータが順次シリア
ル伝送される。

【００５０】そして、当該ビットの印字データが全ての
ノズル開口部１６に対応した分だけ各シフトレジスタ２
１ａ〜２１ｎにセットされたならば、制御部６は、所定
のタイミングで各ラッチ回路２２ａ〜２２ｎへラッチ信
号（ＬＡＴ）を出力する。このラッチ信号により、各ラ
ッチ回路２２ａ〜２２ｎは、それぞれのシフトレジスタ
２１ａ〜２１ｎにセットされた印字データをラッチす
る。

【００５１】この各ラッチ回路２２ａ〜２２ｎがラッチ
した印字データは、それぞれに対応するレベルシフタ２
３ａ〜２３ｎに供給される。このレベルシフタ２３ａ〜
２３ｎでは、印字データが例えば“１”の場合に、スイ
ッチ回路２４ａ〜２４ｎが駆動可能な電圧値、例えば、
数十ボルトまでこの印字データを昇圧する。そして、こ
の昇圧された印字データはアナログスイッチとして機能
するスイッチ回路２４ａ〜２４ｎにスイッチング信号と
して供給され、印字データ“１”が供給されたスイッチ
回路２４ａ〜２４ｎは、この印字データにより接続（オ
ン）状態になる。

【００５２】そして、各スイッチ回路２４ａ〜２４ｎに
は、駆動信号発生回路９よりもたらされる駆動信号（Ｃ
ＯＭ）も入力されており、スイッチ回路２４ａ〜２４ｎ
がそれぞれオン状態とされることにより、各スイッチ回
路２４ａ〜２４ｎに接続された圧電振動子２５ａ〜２５
ｎに駆動信号が供給される。

【００５３】このように、この記録へッド８では、印字
データによって各圧電振動子２５ａ〜２５ｎに駆動信号
を入力するか否かを制御することができる。例えば、印
字データが“１”の状態においては、それに対応した各
スイッチ回路２４ａ〜２４ｎがオン状態となるので、駆
動信号がそれに対応した圧電振動子２５ａ〜２５ｎに供
給される。そして、この駆動信号によって圧電振動子２
５ａ〜２５ｎが変形する。

【００５４】また、印字データが“０”となった状態に
おいては、それに対応するスイッチ回路２４ａ〜２４ｎ
が非接続（オフ）状態となり、圧電振動子２５ａ〜２５
ｎへの駆動信号の供給は遮断される。

【００５５】次に記録ヘッドに供給される駆動信号と、
これにより吐出されるインク滴および階調表現方法の一
例について図４を参照しつつ説明する。図４には駆動信
号の波形と、これらの各波形の印加タイミングによる階
調表現の制御方法が示されている。駆動信号発生回路９
より生成される駆動信号は、第１の駆動信号としての波
形要素を含んだ第１パルスと、第２の駆動信号としての
波形要素を含んだ第２パルスと、第３の駆動信号として
の波形要素を含んだ第３パルスと、第４の駆動信号とし
ての波形要素を含んだ第４パルスから構成されている。

【００５６】ここで、第１パルスおよび第３パルスは同
一のパルス形状を有しており、例えば１０ｎｇの中程度
のインク滴を吐出させるためのものである。第２パルス
は、第１パルスと第３パルスの間に位置しており、例え
ば２ｎｇの小さなインク滴を吐出させるためのものであ
る。第３パルスと第１パルスとの間に位置する第４パル
スは、ノズル開口部１６付近のインクに微振動を与えて
インク粘度の増加を防止させるためのものであり、した
がって、この第４パルスによってはインク滴は吐出され
ない。

【００５７】図４に示す第１パルスは、その電圧値が中
間電位ＶＣからスタートし（Ｐ１１）、中間電位ＶＣか
ら所定の電圧勾配θＤＭで、第１の最低電位ＶＬＭまで
下降し（Ｐ１２）、最低電位ＶＬＭを所定時間維持する
（Ｐ１３）。次に第１パルスの電圧値は最低電位ＶＬＭ
から所定の電圧勾配θＣＭをもって最高電位ＶＨまで上
昇する（Ｐ１４）。

【００５８】ここで放電時の電圧勾配θＤＭよりも、充
電時の電圧勾配θＣＭの方が大きくなるように設定され
ている。また、第１パルスの電圧値が最低電位ＶＬＭか
ら最高電位ＶＨまで上昇するのに要する時間は、圧電振
動子１７の固有振動周期ＴＡとほぼ同一に設定されてい
る。なお、最低電位ＶＬＭは圧電振動子１７の分極反転
を防止するために、基準電位（０Ｖ）と同じか、あるい
はプラス電位であることが好ましい。

【００５９】そして、第１パルス電圧値は最高電位ＶＨ
を所定時間保持した後（Ｐ１５）、再び中間電位ＶＣま
で下降する（Ｐ１６）。ここで、最低電位ＶＬＭからの
電圧上昇の開始から最高電位ＶＨの維持終了までの時間
は、インクの固有周期（ヘルムホルツ周期）とほぼ同一
に設定されている。

【００６０】続いて第２パルスの電圧値は、第１パルス
と同様に中間電位ＶＣからスタートし（Ｐ２１）、所定
の電圧勾配θＤＳで、第２の最低電位ＶＬＳまで下降す
る（Ｐ２２）。この第２パルスの最低電位ＶＬＳは、第
１パルスの最低電位ＶＬＭよりもその電位レベルは大き
く設定されている。そして、第２パルスの電圧値は、最
低電位ＶＬＳを所定時間だけ維持した後（Ｐ２３）に、
所定の電圧勾配θＣＳをもって中間電位ＶＣまで上昇す
る（Ｐ２４）。なお、第２パルスでは放電時の電圧勾配
θＤＳの方が、充電時の電圧勾配θＣＳよりも大きくな
るように設定されている。

【００６１】第３パルスは、前記したとおり第１パルス
と同一波形であり、その説明は省略するが、第１パルス
と第３パルスの合計の時間は、印刷周期の半分となって
いる。すなわち、記録用紙上に大ドットを形成すべく第
１パルスおよび第３パルスを選択した場合に、中ドット
相当のインク滴が時間的に等間隔で吐出されるようにな
っている。具体的には例えば印刷周期を１４．４ｋＨｚ
とすると、中ドット相当のインク滴の吐出周期は２８．
８ｋＨｚに設定される。したがって第１パルスと第３パ
ルスの合計の時間は、記録ヘッド８の最大駆動周期に設
定されている。

【００６２】第４パルスの電圧も、第１〜第３パルスと
同様に中間電位ＶＣからスタートして（Ｐ４１）、第３
の最低電位ＶＬＮまで下降する（Ｐ４２）。そして、こ
の最低電位ＶＬＮを所定時間維持した後（Ｐ４３）、中
間電位ＶＣまで上昇する。ここで、第４パルスはインク
滴を吐出しない程度の微振動を与えるものであるから、
第４パルスの最低電位ＶＬＮは、第２パルスの最低電位
ＶＬＳよりも中間電位ＶＣに近いレベルに設定されてい
る。また、第４パルスによる放電時の電圧勾配と充電時
の電圧勾配とはほぼ等しくなるように設定されている。

【００６３】次に前記した第１パルス（中ドット）、第
２パルス（小ドット）、第３パルス（中ドット）、第４
パルス（微振動）を一または複数選択して多階調表現す
る方法を図３および図４を参照して説明する。

【００６４】前記したように、各シフトレジスタ２１ａ
〜２１ｎから、ラッチ回路２２ａ〜２２ｎ等を経てスイ
ッチ回路２４ａ〜２４ｎに加わる印字データのビットが
“１”の期間中には、駆動信号が圧電振動子２５ａ〜２
５ｎに印加され、圧電振動子２５ａ〜２５ｎは駆動信号
の波形に応じて伸縮する。一方、印字データのビットが
“０”の期間中は、圧電振動子２５ａ〜２５ｎへの駆動
信号の供給が遮断される。

【００６５】したがって、図４に示すように繰り返して
発生する一連の駆動信号の発生タイミングに合わせて、
印字データのビットを“１”または“０”に設定するこ
とによって、第１〜第４パルスのうちのいずれか１つあ
るいは複数のパルスを選択することができる。例えば、
ドットを形成しない無ドットの場合（階調値１）、小ド
ットのみを形成する場合（階調値２）、１個の中ドット
のみを形成する場合（階調値３）、２個の中ドットで大
ドットを形成する場合（階調値４）の４パターンで記録
用紙上にドットを形成すれば、４段階のドット階調を得
ることができる。

【００６６】なお、前記したような４階調の場合、図４
に示すように階調値１を“００”、階調値２を“０
１”、階調値３を“１０”、階調値４を“１１”のよう
に、各階調値を２ビットデータで表わすことができる。

【００６７】インク滴を吐出しない無ドットの階調値１
の場合は、図４に○印で示したように微振動を発生させ
るだけの第４パルスを圧電振動子２５ａ〜２５ｎに供給
すればよい。したがって階調値１の場合は、スイッチ回
路２４ａ〜２４ｎに対して、第１〜第３パルスの発生期
間中は“０”を印加する一方、第４パルスの発生タイミ
ングに同期させて“１”を印加すれば、第４パルスのみ
を圧電振動子２５ａ〜２５ｎに加えることができる。

【００６８】すなわち、階調値１を示す２ビットのデー
タ“００”を４ビットデータ“０００１”に翻訳（デコ
ード）することにより、インク滴を吐出しない第４パル
スのみを圧電振動子２５ａ〜２５ｎに印加することがで
き、これにより無ドットの階調値１を実現することがで
きる。

【００６９】同様に、スイッチ回路２４ａ〜２４ｎに対
して第１パルス、第３パルスおよび第４パルスの発生期
間中に“０”を与え、同様に○印で示したように第２パ
ルスの発生タイミングに同期させて“１”を印加すれ
ば、第２パルスのみが圧電振動子２５ａ〜２５ｎに供給
される。これも同様に階調値２を示す２ビットのデータ
“０１”を４ビットデータ“０１００”に翻訳すること
により、小ドットを形成する第２パルスのみを圧電振動
子２５ａ〜２５ｎに印加することができ、これにより小
ドットの階調値１を実現することができる。

【００７０】同様に、階調値３を示す２ビットのデータ
“１０”を４ビットデータ“１０００”に翻訳し、これ
をスイッチ回路２４ａ〜２４ｎに与えれば、第１パルス
のみが圧電振動子２５ａ〜２５ｎに印加され、記録用紙
に中ドットが１個形成されて階調値３が実現される。

【００７１】さらに、階調値４を示す２ビットのデータ
“１１”を４ビットデータ“１０１０”に翻訳し、これ
をスイッチ回路２４ａ〜２４ｎに与えれば、中ドットを
形成する第１パルスおよび第３パルスのみが圧電振動子
２５ａ〜２５ｎに印加される。これにより、記録用紙上
に中ドット相当のインク滴が続けて２回吐出され、各イ
ンクが混じり合って紙面上には実質的に１つの大ドット
を形成させる階調値４を実現することができる。

【００７２】図５および図６は、前記したように第１パ
ルス（中ドット）、第２パルス（小ドット）、第３パル
ス（中ドット）、第４パルス（微振動）を一または複数
選択して多階調表現する場合において、１つのアクチュ
エータにもたらされる駆動信号の印加タイミングを示し
たものである。

【００７３】まず、図５（Ａ）は印刷の１周期において
第１パルスおよび第３パルスを２回吐出させて紙面上に
大ドットを形成させる場合が示されている。前記したよ
うに、この場合においては第１パルスおよび第３パルス
の発生タイミングにおいて、スイッチ回路２４ａ〜２４
ｎがオン状態とされる。

【００７４】そして、図５（Ａ）に示すように第２パル
スの発生区間および第４パルスの発生区間においては、
スイッチ回路２４ａ〜２４ｎはオフ状態とされ、記録ヘ
ッドの駆動信号としての各パルス信号は選択されない。

【００７５】次に図５（Ｂ）は、印刷の１周期において
第１パルスを１回吐出させて紙面上に中ドットを形成さ
せる場合が示されている。この場合においては第１パル
スの発生タイミングにおいて、スイッチ回路２４ａ〜２
４ｎがオン状態とされる。そして、第２パルス、第３パ
ルスおよび第４パルスの発生区間においては、スイッチ
回路２４ａ〜２４ｎはオフ状態とされ、記録ヘッドの駆
動信号としての各パルス信号は選択されない。

【００７６】図６（Ａ）は、印刷の１周期において第２
パルスを１回吐出させて紙面上に小ドットを形成させる
場合が示されている。この場合においては第２パルスの
発生タイミングにおいて、スイッチ回路２４ａ〜２４ｎ
がオン状態とされる。そして、第１パルス、第３パルス
および第４パルスの発生区間においては、スイッチ回路
２４ａ〜２４ｎはオフ状態とされ、記録ヘッドの駆動信
号としての各パルス信号は選択されない。

【００７７】さらに、図６（Ｂ）は、印刷の１周期にお
いて第４パルスを与えて、記録ヘッドのノズル開口部付
近のインクに微振動を与える場合が示されている。この
場合においては第４パルスの発生タイミングにおいて、
スイッチ回路２４ａ〜２４ｎがオン状態とされる。そし
て、第１パルス、第２パルスおよび第３パルスの発生区
間においては、スイッチ回路２４ａ〜２４ｎはオフ状態
とされ、記録ヘッドの駆動信号としての各パルス信号は
選択されない。

【００７８】この実施の形態においては、図５（Ａ）
（Ｂ）および図６（Ａ）（Ｂ）に示されたように、駆動
信号としての各パルスの始端電位および終端電位は、ほ
ぼ同一レベルの中間電位（ＶＣ）となるように制御され
ている。これは、後述するように個々の記録装置におい
て、図１に示した電位情報格納手段１２に格納された電
位情報に基づいて設定されている。

【００７９】したがって、前記したように間欠的に繰り
返して駆動パルスがアクチュエータに印加された場合に
おいて、前の駆動パルスの終端電位（ＶＣ）と、次に印
加される駆動パルスの始端電位（ＶＣ）とはほぼ同レベ
ルとなるために、前記スイッチ回路２４ａ〜２４ｎのオ
ン制御によって、圧電振動子に急激な変形を発生させて
インク滴を誤吐出させるなどの不都合が発生するのを防
止できる。

【００８０】次に図７は、前記した構成の個々の記録装
置において、記録ヘッドのアクチュエータに加える駆動
信号を設定する手順を説明するものである。前記した実
施の形態に示す記録装置においては、電位情報格納手段
１２より駆動信号発生回路９に対して電位情報を供給
し、この電位情報に基づいて駆動信号発生回路９により
生成される駆動信号の中間電位（ＶＣ）が制御されるよ
うに構成されている。

【００８１】これは、既に図８において説明したように
アクチュエータには非線形性によるバラツキがあるた
め、個々の記録装置においてアクチュエータに加える駆
動信号の最適な中間電位（ＶＣ）を設定させることで、
アクチュエータの非線形性によるバラツキの影響を抑え
るようになされるものである。

【００８２】したがって、前記電位情報格納手段１２に
は、アクチュエータの変位特性に応じて分類し、それぞ
れに中間電位（ＶＣ）の情報を書き込むステップが実行
される。それ故、電位情報格納手段１２は、書き換え可
能な不揮発性メモリにより構成されていることが望まし
い。この不揮発性メモリとしては、例えばプログラマブ
ルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）を用いることができ、またこれ以
外にＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリなどを用いること
もできる。

【００８３】その手順について図７に基づいて説明す
る。まず、個々の記録装置における記録ヘッドにおける
アクチュエータの変位特性が測定される。これは、例え
ば１ドットのインク重量が所定の値となるように駆動信
号レベルを測定することによって求めることができる。
すなわち、１ドットのインク重量が所定の値となる駆動
信号レベルが小さい場合には、アクチュエータの変位特
性が大きく、また１ドットのインク重量が所定の値とな
る駆動信号レベルが大きい場合には、アクチュエータの
変位特性が小さいと言うことができる。

【００８４】このような手法によって個々にアクチュエ
ータの変位特性を求め、個々の記録装置をいずれかのグ
ループに定義する（グループ化ステップ）。図７におい
ては、便宜上、グループとしてＧ１，Ｇ２，Ｇ３，……
Ｇｎの符号で示されている。続いて、前記のようにして
グループ化された各グループに応じて、最適な中間電位
（ＶＣ）が設定される（中間電位設定ステップ）。この
場合、前記変位量の大きいグループから小さいグループ
（または、逆に変位量の小さいグループから大きいグル
ープ）にしたがって、それに応じた中間電位（ＶＣ）が
設定される。図７においては、便宜上、中間電位として
ＶＣ−１，ＶＣ−２，ＶＣ−３，……ＶＣ−ｎの符号で
示されている。

【００８５】この場合、変位特性が大きなグループにお
ける記録装置には、比較的高レベルの中間電位が設定さ
れ、変位特性が小さなグループにおける記録装置には、
比較的高レベルの中間電位が設定される。これにより、
アクチュエータの非線形性による影響を受けにくい電位
設定を行うことができる。

【００８６】続いて、前記のようにして設定された中間
電位に応じて、当該グループに対応する記録装置におけ
る各電位情報格納手段１２に対して中間電位の電位情報
をインストールする作業（格納ステップ）が実行され、
これにより個々の記録装置における電位情報格納手段１
２に対する電位情報の書き込みが終了する。

【００８７】このようにして得られる記録装置による
と、アクチュエータの変位特性に応じて個々に駆動信号
の中間電位が設定されるため、前記したアクチュエータ
の非線形性によるバラツキの影響を抑えることができ
る。

【００８８】

【発明の効果】この発明によるアクチュエータ駆動信号
設定方法を採用したインクジェット式記録装置による
と、駆動信号発生手段に対して電位情報格納手段より電
位情報が与えられ、駆動信号発生手段によって発生され
る駆動信号における中間電位は、前記電位情報格納手段
に格納された電位情報に基づいて設定されるようなされ
る。したがって、個々の記録装置においては電位情報格
納手段に設定された電位情報によって特定された中間電
位を有する駆動波形が生成され、これにより駆動波形全
体が上下動することによる非線形特性の影響を抑制させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるインクジェット式記録装置の全
体構成を示したブロック図である。

【図２】記録へッドの機械的構造を示した断面図であ
る。

【図３】記録へッド駆動回路の要部を示したブロック図
である。

【図４】記録へッドに供給される一連の駆動信号の例を
示した波形図である。

【図５】記録ヘッドに大ドット駆動信号および中ドット
駆動信号を供給した場合におけるタイミング図である。

【図６】記録ヘッドに小ドット駆動信号および微振動信
号を供給した場合におけるタイミング図である。

【図７】個々の記録装置において、記録ヘッドのアクチ
ュエータに加える駆動信号の中間電位を設定する手順を
説明する図である。

【図８】記録ヘッドのアクチュエータが有する駆動電圧
と機械的な変位量との関係を示した特性図である。

【符号の説明】

１プリンタコントローラ２プリントエンジン３インターフェース４ＲＡＭ５ＲＯＭ６制御部７発振回路８記録ヘッド９駆動信号発生回路１０インターフェース１１Ａ／Ｄ変換回路１２電位情報格納手段１４紙送り機構１５キャリッジ機構１６ノズル開口部２１シフトレジスタ２２ラッチ回路２３レベルシフタ２４スイッチ回路２５圧電振動子２６温度センサ３１圧力室３２アクチュエータユニット３３流路ユニット３４圧力室形成基板３５蓋部材３６振動板４１ノズルプレート４４ノズル連通口４５インク供給口５０下部電極５１上部電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口部に連通した圧力室を膨張お
よび収縮させるアクチュエータを備えた記録へッドと、
前記アクチュエータを駆動するための駆動信号を発生す
る駆動信号発生手段と、前記駆動信号発生手段により得
られる駆動信号を前記アクチュエータに供給すること
で、アクチュエータを変形させてノズル開口部よりイン
ク滴を吐出させる駆動信号供給手段とを備えたインクジ
ェット式記録装置であって、前記駆動信号発生手段によって発生される駆動信号は、
インク滴をそれぞれ吐出するための複数の波形要素を含
み、前記各波形要素のうちのいずれか一つまたは複数の
波形要素を前記アクチュエータに対して入力させるスイ
ッチ手段と、前記駆動信号発生手段に対して電位情報を
与える電位情報格納手段とが具備され、前記アクチュエ
ータに入力される駆動信号における中間電位が、前記電
位情報格納手段に格納された電位情報に基づいて設定さ
れるように構成したインクジェット式記録装置。
【請求項２】前記駆動信号発生手段より、異なった重
量のインク滴を吐出するための複数の波形要素を接続し
て構成された一連の駆動信号が生成され、前記各波形要
素の始端電位および終端電位が、ほぼ同一レベルの中間
電位となるように制御される請求項１に記載のインクジ
ェット式記録装置。
【請求項３】前記電位情報格納手段は書き換え可能な
不揮発性メモリにより構成されてなる請求項１または請
求項２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項４】前記記録ヘッド周辺における温度情報を
取得する温度情報取得手段がさらに具備され、前記温度
情報取得手段によって得られた温度情報に基づいて、前
記駆動信号発生手段によって発生される駆動信号の出力
レベルを制御するように構成した請求項１乃至請求項３
のいずれかに記載のインクジェット式記録装置。
【請求項５】前記中間電位の情報を格納する電位情報
格納手段が、プリンタコントローラに配置されてなる請
求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット
式記録装置。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
されたインクジェット式記録装置における記録ヘッドの
アクチュエータ駆動信号設定方法であって、個々の記録装置に搭載された記録ヘッドにおけるアクチ
ュエータの変位特性を測定する変位特性測定ステップ
と、前記アクチュエータの変位特性に応じて、個々の記録装
置をいずれかのグループに定義するグループ化ステップ
と、前記各グループに応じて、グループ毎に最適な中間電位
を設定する中間電位設定ステップと、前記中間電位選択ステップによって選択された中間電位
の情報を前記電位情報格納手段に格納する格納ステップ
とを順次実行するインクジェット式記録装置における記
録ヘッドのアクチュエータ駆動信号設定方法。
【請求項７】前記変位特性測定ステップにおいては、
１ドットのインク重量が所定の値となるように駆動信号
レベルを測定し、当該駆動信号レベルに応じてアクチュ
エータの変位特性を求めるようになされた請求項６に記
載のインクジェット式記録装置における記録ヘッドのア
クチュエータ駆動信号設定方法。
【請求項８】前記グループの数が１であることを特徴
とする請求項６に記載のインクジェット式記録装置にお
ける記録ヘッドのアクチュエータ駆動信号設定方法。