JP3827042B2 - インクジェットプリンタ、ならびにインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタ、ならびにインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インク室に連通したノズル部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタが普及している。この種のインクジェットプリンタの１つとして、ノズルにインクを供給するインク室の外壁をなす振動板に圧電素子を固設すると共に、駆動信号の印加により圧電素子を変位させて（撓ませて）インク室の容積を変化させることで吐出圧力を生じさせ、この吐出圧力によってノズルからインク滴を吐出させるようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなインクジェットプリンタでは、圧電素子を変位させてインク室内に吐出圧力を生じさせるようになっているため、インク滴の吐出後においても圧電素子に固有の振動が残り、この固有振動がその後のインク滴吐出制御に影響を及ぼすこととなる。したがって、印字速度の高速化のために吐出周期を縮めようとするには、この残留振動をできるだけ早く止めて次回の吐出動作に悪影響を及ぼさないようにする必要がある。
【０００４】
ところが、本出願人は、吐出動作後の圧電素子の残留振動が収束したのちにおいてもインク室内にインクの圧力変動が残存することを確認している。本出願人はまた、このようなインク室内の残留圧力変動が圧電素子の固有振動周期に比べて相当長い周期のうねり状の振動であって長期間継続するものであることも確認している。このような残留圧力変動が長期間続くと、次回のインク滴吐出動作に悪影響を与える原因となることから、印字品質を損なわずに吐出周期を短縮することは不可能である。すなわち、上記した圧電素子の固有振動を抑制しただけでは、不十分と考えられる。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、インク滴吐出後の残留振動を抑制して吐出周期を短縮化することができるインクジェットプリンタ、ならびにインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段と、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段とを備えている。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【０００７】
本発明に係る他のインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、それぞれ変位することによりインク室の容積を変化させて圧力を発生する第１の圧力発生手段および第２の圧力発生手段と、第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段とを備えている。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【０００８】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する装置であって、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段を備えたものである。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【０００９】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する方法であって、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてノズル部からインク滴を吐出させる行程と、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる行程とを含むものである。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【００１０】
本発明に係るインクジェットプリンタ、またはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置もしくは方法では、圧力発生手段のインク室収縮方向への変位が行われることでノズル部からインク滴が吐出される。そして、さらに、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で圧力発生手段がインク室膨張方向に変位する。
【００１１】
本発明に係る他のインクジェットプリンタ、またはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置もしくは方法では、第１の圧力発生手段のインク室収縮方向への変位が行われることでノズル部からインク滴が吐出される。そして、さらに、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で第２の圧力発生手段がインク室膨張方向に変位する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの要部の概略構成を表すものである。本実施の形態では、複数のノズルを有するマルチノズルヘッドを備えたインクジェットプリンタについて説明するが、本発明は単一のノズルを有するシングルノズルヘッドを備えたインクジェットプリンタについても適用可能である。なお、本発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法は本実施の形態に係るインクジェットプリンタによって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００１４】
このインクジェットプリンタ１は、記録用紙２に対してインク滴を吐出して記録を行う記録ヘッド１１と、この記録ヘッド１１にインクを供給するインクカートリッジ１２と、記録ヘッド１１の位置と記録用紙２の紙送りとを制御するヘッド位置・紙送りコントローラ１３と、駆動信号２１により記録ヘッド１１のインク滴吐出動作を制御するヘッドコントローラ１４と、入力される画像データに所定の画像処理を行い、印画データ２２としてヘッドコントローラ１４に供給する画像処理部１５と、制御信号２３，２４，２５によってそれぞれヘッド位置・紙送りコントローラ１３、ヘッドコントローラ１４および画像処理部１５を制御するシステムコントローラ１６とを備えている。ここで、ヘッドコントローラ１４が本発明における「吐出制御手段」に対応する。
【００１５】
図２は図１における記録ヘッド１１の斜視断面構造を表し、図３は図２における記録ヘッド１１を矢印Ｚの方向から見た断面構造を表すものである。これらの図に示したように、記録ヘッド１１は、薄いノズルプレート板１１１と、ノズルプレート１１１上に積層された流路プレート１１２と、流路プレート１１２上に積層された振動プレート１１３とを備えて構成されている。これらの各プレートは、例えば、図示しない接着剤により相互に貼り合わされている。
【００１６】
流路プレート１１２の上面側には選択的に凹部が形成されており、これらの凹部と振動プレート１１３とによって、複数のインク室１１４とこれらのインク室に連通する共同流路１１５とを構成している。共同流路１１５と各インク室１１４との連通部分は挟路となっており、ここから各インク室１１４の方向に向かうに従って流路幅が拡がるような構造となっている。各インク室１１４の真上部分の振動プレート１１３上には、それぞれ、例えばピエゾ素子等からなる圧電素子１１６が固着されている。各圧電素子１１６の上下面には、図示しない電極がそれぞれ積層配置されており、これらの電極にヘッドコントローラ１４（図１）からの駆動信号を印加して各圧電素子１１６、ひいては振動プレート１１３をたわませることで、インク室１１４の容積を増大（膨張）させたり減少（収縮）させることができるようになっている。ここで、インク室１１４が本発明における「インク室」に対応し、圧電素子１１６が本発明における「圧力発生手段」に対応する。
【００１７】
各インク室１１４における共同流路１１５に連通した側と反対側の部分は、流路幅が次第に狭まっていく構造になっており、その終端部の流路プレート１１２には、厚み方向に穿たれた流路孔１１７が設けられている。そして、この流路孔１１７は、最下層のノズルプレート１１１に形成された微小なノズル１１８へと連通しており、このノズル１１８からインク滴が吐出されるようになっている。本実施の形態では、記録ヘッド１１には、記録用紙２（図１）の紙送り方向（図２の矢印Ｘ）に沿って、複数のノズル１１８が１列に等間隔で形成されている。但し、その他の配列（例えば千鳥状の二列配列）としてもよい。ここで、ノズル１１８が本発明における「ノズル部」に対応する。
【００１８】
共同流路１１５は、図１に示したインクカートリッジ１２（図２および図３では図示せず）に連通している。そして、このインクカートリッジ１２から共同流路１１５を経て各インク室１１４に常時一定速度でインクが供給されるようになっている。このインクの供給は、例えば毛細管現象を利用して行うことができるが、そのほか、インクカートリッジ１２に所定の加圧機構を設けて加圧することで行うようにしてもよい。
【００１９】
このような構成の記録ヘッド１１は、図示しないキャリッジ駆動モータおよびこれに付随するキャリッジ機構によって記録用紙２の紙送り方向Ｘと直交する方向Ｙ（図２）に往復移動しながらインク滴を吐出することにより、記録用紙２に画像を記録するようになっている。
【００２０】
図１に示したヘッドコントローラ１４は、例えば、いずれも図示しないが、マイクロプロセッサと、このマイクロプロセッサが実行するプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、マイクロプロセッサによる所定の演算や一時的なデータ記憶等に用いられるワークメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性メモリからなる駆動波形記憶部と、駆動波形記憶部から読み出されたディジタルデータをアナログに変換するためのディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）コンバータと、Ｄ／Ａコンバータの出力を増幅するアンプとを備えて構成される。ここで、駆動波形記憶部は、記録ヘッド１１の各ノズルの圧電素子１１６（図２）をそれぞれ駆動するための駆動信号２１の各電圧波形を示す波形データを複数記憶している。これらの波形データは、吐出すべきインク滴のサイズに応じて、図４に示した各種のパラメータ（時間パラメータおよび電圧パラメータ）を様々な値に設定して作成されたものである。これらの波形データはマイクロプロセッサによってそれぞれ読み出され、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号に変換されたのちアンプで増幅される。そして、ノズル数ｎと同数の駆動信号２１として出力され、それぞれ、対応するノズルに供給される。なお、ヘッドコントローラ１４は、上記のような構成に限られることはなく、これと異なる構成とすることも可能である。
【００２１】
図４は駆動信号２１の一周期分（Ｔ）の波形の一例を表すものである。ここで、縦軸は電圧、横軸は時間を表し、時間は図の左から右方向へと進むものとする。この図に示したように、駆動信号２１は、基準電圧０Ｖのほかに、後述する引込電圧Ｖｐおよび吐出電圧Ｖａを取り得るようになっている。
【００２２】
ここで、図５を参照して、駆動信号２１の波形の意義について説明する。この図５は、駆動信号の波形と、この駆動信号が印加される圧電素子１１６の挙動と、ノズル１１８内におけるインクの先端部（以下、メニスカスという。）の位置変化との関係を表すものである。この図の（ａ）は、駆動信号２１のほぼ１周期分の波形を表し、同図（ｂ）は（ａ）のような波形の駆動信号が圧電素子１１６に印加されたときのインク室１１４の状態の変化を表し、同図（ｃ）はそのときのノズル１１８内におけるメニスカス位置の変化を表す。
【００２３】
図５（ａ）において、まず、駆動電圧を基準電圧０Ｖから引込電圧Ｖｐに変化させる行程（ＡからＢまで）を第１の前行程とし、引込電圧Ｖｐを一定時間保持する行程（ＢからＣまで）を第２の前行程とする。また、駆動電圧を引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖに変化させる行程（ＣからＤまで）を第１行程とし、これに要する時間をｔ１とする。また、基準電圧０Ｖを保持して待機する行程（ＤからＥまで）を第２行程とし、これに要する時間をｔ２とする。さらに、基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａに変化させる行程（ＥからＦまで）を第３行程とし、これに要する時間をｔ３とする。
【００２４】
本実施の形態において、第３行程の開始時点である時点Ｅは、吐出が開始されるタイミングであり、このタイミングに先立って第１の前行程、第２の前行程、第１行程、および第２行程が行われるようになっている。
【００２５】
まず、時点Ａおよびそれ以前においては、圧電素子１１６への印加電圧は０Ｖであるので、図５（ｂ）の状態ＰA のように、振動プレート１１３にたわみはなく、インク室１１４の容積は最大となっている。時点Ａにおいて、ノズル１１８内におけるメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態ＭA に示したように、ノズル開口端から所定距離だけ後退した所に位置しているものとする。
【００２６】
次に、時点Ａの電圧０Ｖから時点Ｂの引込電圧Ｖｐへと駆動電圧をゆっくりと増加させる第１の前行程を行うと、振動プレート１１３が内側にたわみ、インク室１１４は収縮する（図５（ｂ）の状態ＰB ）。このときのインク室１１４の収縮速度はゆっくりとしたものなので、インク室１１４の容積の減少分は、ノズル１１８内のメニスカス位置を前進させると同時に、図２に示した共同流路１１５へのインクの逆流をも引き起こす。このときのインクの前進量と逆流量との比は、主として、ノズル１１８内の流路抵抗と、インク室１１４と共同流路１１５とをつなぐ狭路における流路抵抗との比によって決まるが、これを最適化することにより、図５（ｃ）の状態ＭB で示したように、時点Ｂでのメニスカス位置がノズル開口端から突出することなく、ノズル開口端とほぼ同じ位置にくるように設定することができる。
【００２７】
次に、時点Ｂから時点Ｃまでの間、駆動電圧を引込電圧Ｖｐに保持することでインク室１１４の容積を一定に保つ第２の前行程を行う。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル１１８内におけるメニスカス位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｃでは、例えば図５（ｃ）の状態ＭC で示したように、ノズル開口端よりもやや突出した位置まで前進する。
【００２８】
次に、時点Ｃの引込電圧Ｖｐから時点Ｂの基準電圧０Ｖへと駆動電圧を減少させる第１行程を行うと、圧電素子１１６への印加電圧が０になるので振動プレート１１３のたわみがなくなり、インク室１１４は膨張する（図５（ｂ）の状態ＰD ）。このため、ノズル１１８内のメニスカスはインク室１１４の方向に引き込まれ、時点Ｄでは、例えば図５（ｃ）の状態ＭD に示したように後退する（すなわち、ノズル開口端から遠ざかる）。なお、時点Ｃと時点Ｄとの電位差である引込電圧Ｖｐの大きさを変更することにより第１行程におけるメニスカスの引き込み量が変化するので、これによりインク滴のサイズを制御することが可能である。インク滴のサイズは、吐出開始時点のメニスカス位置に依存し、メニスカス位置が深いほど、インク滴サイズが小さくなるからである。
【００２９】
次に、時点Ｄから時点Ｅまでの時間ｔ２の間、駆動電圧を基準電圧０Ｖに固定して振動プレート１１３ｃをたわみがない状態に維持することでインク室１１４の容積を一定に保つ第２行程を行う（図５（ｃ）の状態ＰD 〜ＰE ）。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル１１８内のメニスカス位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｅでは、例えば図５（ｃ）の状態ＭE に示した位置まで前進する。なお、第２行程の所要時間ｔ２を変更することによりメニスカス位置の前進量が変化し、第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調整することができるので、これにより、吐出されるインク滴のサイズを制御することが可能である。
【００３０】
次に、時点Ｅの電圧０Ｖから時点Ｆの吐出電圧Ｖａへと駆動電圧を急激に増大させる第３行程を行う。ここで、時点Ｅは、上記したように、吐出開始タイミングである。このとき、時点Ｆにおいて振動プレート１１３は、図５（ｂ）の状態ＰF に示したように内側に大きくたわみ、インク室１１４は急激に収縮するので、図５（ｃ）の状態ＭF に示したように、ノズル１１８内のメニスカスはノズル開口端に向かって一気に押され、ここからインク滴として吐出される。吐出されたインク滴は空気中を飛翔し、記録用紙２（図２）上に着弾する。
【００３１】
その後、駆動電圧を吐出電圧Ｖａに保ったまま所定時間経過した時点Ｇで、再び基準電圧０Ｖまで減少させる。これにより時点Ｈでは、図５（ｂ）の状態ＰH に示したように、振動プレート１１３はたわみのない状態に戻る。この状態を次の吐出動作における第１前行程の開始時点Ｉまで維持する。駆動電圧を再び０Ｖに減少させた直後の時点Ｈにおいては、図５（ｃ）の状態ＭH に示したように、吐出されたインク滴の体積とインク室１１４の容積の増加分とを加えた体積に相当する分だけメニスカス位置が後退した状態となるが、その後も行われるインクの充填（リフィル）により、次回の吐出動作における第１の前行程の開始時点Ｉにおけるメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態ＭI に示したように、当初の時点Ａにおける状態ＭA と同じになる。
【００３２】
このようにして１回の吐出動作が終了する。以下、このようなサイクル動作を各ノズル１１８ごとに並行してそれぞれ繰り返し行うことで、記録用紙２（図２）への画像記録が連続的に行われる。
【００３３】
なお、本実施の形態において、第２行程の所要時間ｔ２は第１行程で引き込まれたメニスカスがノズル開口端に到達するまでの所要時間以下であるとし、第３行程の吐出電圧Ｖａはインク滴を吐出させるに足る範囲に入っているものとしている。
【００３４】
次に、再び図４に戻って、駆動信号２１の波形について説明する。なお、図４において、上記（図５）の第１行程ＣＤ，第２行程ＤＥ，第３行程ＥＦ以外の行程の所要時間については、それぞれ、ＡＢ＝τ１，ＢＣ＝τ２，ＦＧ＝ｔ４，ＧＨ＝ｔ５と表記する。本実施の形態では、吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）を起算点として、吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへの立ち下がり開始時点Ｇまでの時間（ｔ３＋ｔ４）を所定の値に設定するようにしている。ここで、吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへの立ち下がり開始時点Ｇは、インク滴の吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動（うねり状の振動）によってメニスカス位置が吐出方向に最初に大きく変位する前の所定の時点とする。この時点は予め実験によって求めることが可能であり、そのような最適化された時点Ｇに対して時間（ｔ３＋ｔ４）が定まる。この点が本発明の１つの特徴をなしているが、これについては後述する。
【００３５】
次に、図１のインクジェットプリンタ１の全体動作を簡単に説明する。
【００３６】
図１において、図示しないパーソナルコンピュータ等の情報処理装置から印刷データがインクジェットプリンタ１に入力されると、画像処理部１５は、この入力データに対して所定の画像処理（例えば圧縮されたデータの伸長等）を行ったのち、これを印画データ２２としてヘッドコントローラ１４に送出する。
【００３７】
ヘッドコントローラ１４は、記録ヘッド１１のノズル数に対応したｎドット分の印画データ２２を取得すると、これらの印画データ２２を基に、ｎ個のノズルのそれぞれについて、ドットを形成するためのインク滴サイズを判定し、この判定結果から、各ノズルに供給すべき駆動信号２１を選択する。例えば、高濃度を表現する場合にはインク滴サイズを大きくし得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが大きく、Ｖｐが小さい波形）を選択し、低濃度を表現する場合や高解像度表現を行う場合にはインク滴サイズを小さくし得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが小さく、Ｖｐが大きい波形）を選択する。また、例えば微妙な中間階調を表現する場合には、隣接するドット間でインク滴サイズを少しずつ異ならせるようにし、例えば、各ノズル間でインク吐出特性がばらついている場合には、これを補正し得るような駆動波形を選択する。
【００３８】
さて、ヘッドコントローラ１４は、ｎドット分の駆動信号（すなわち、ｎ個のノズル１１８に供給する駆動信号）を選択したのち、吐出周期の切替タイミングにおいて、記録ヘッド１１における各ノズル１１８の圧電素子１１６に対し、選択した駆動信号２１を供給する。各ノズルにおける圧電素子１１６は、供給された駆動信号２１の電圧波形に従って図５で説明したような各行程をそれぞれ行い、これにより、各ノズルごとに指定された通りのサイズのインク滴を吐出する。
【００３９】
次に、図４および図６を参照して、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの特徴的な作用を説明する。
【００４０】
既に述べたように、圧電素子を変位させてインク室内に吐出圧力を生じさせる方式のインクジェットプリンタでは、吐出動作後に圧電素子の残留振動が収束したのちにおいても、インク室内にはインクの圧力変動が残存する。この残留圧力変動は圧電素子の固有振動周期に比べて相当長い周期のうねり状の振動であって長期間継続するものである。このため、この残留圧力変動に伴ってインク室１１８内のメニスカス位置が長周期で変動し、次回のインク滴吐出に悪影響を及ぼす。以下、このような長周期のメニスカス変動をメニスカスの残留振動という。
【００４１】
本実施の形態では、このようなメニスカスの残留振動を防止するため、図４に示したように、駆動信号２１を時点Ｅ（吐出開始タイミングｔｅ）で基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａへと立ち上げて圧電素子１１６をインク室収縮方向に変位させたのち、時点Ｅから所定の時間（ｔ３＋ｔ４）が経過した時点Ｇにおいて圧電素子１１６を復帰方向（インク室膨張方向）に変位させる動作を開始させるようにしている。この点をさらに図６を参照して説明する。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタにおいて１回のインク滴吐出を行った場合における駆動信号２１の電圧波形の変化とメニスカス位置の変化との関係を、本実施の形態に対する比較例と対比して表すものである。この図の（ａ）は駆動信号２１の要部波形を表し、（ｂ）はメニスカス位置の変化を表す。なお、横軸は時間を示し、（ａ）における縦軸は電圧、（ｂ）における縦軸はメニスカス位置を示す。
【００４３】
図６（ａ）における破線▲１▼は比較例としての駆動信号２１の電圧波形を表すもので、図４の各時間パラメータおよび電圧パラメータを例えば次のように設定したものである。なお、時間パラメータの単位はいずれもμｓｅｃであり、電圧パラメータの単位はいずれもボルトである。
【００４４】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝２，ｔ４＝２８，ｔ５＝９
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝２０
この場合、ＥＧ′＝ｔ３＋ｔ４＝３０である。
【００４５】
一方、図６（ａ）における実線▲２▼は本発明の好適な実施の形態に係る駆動信号２１の電圧波形を表すもので、図４の各時間パラメータおよび電圧パラメータを例えば次のように設定したものである。なお、単位はいずれも上記と同様である。
【００４６】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝２，ｔ４＝１４，ｔ５＝９
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝２０
この場合、ＥＧ＝ｔ３＋ｔ４＝１６である。
【００４７】
すなわち、比較例に係る波形と本実施の形態に係る波形とでは時間ｔ４の長さのみが異なり、他の部分はすべて同一としている。
【００４８】
また、図６（ｂ）において、破線▲３▼は同図（ａ）に示した比較例の波形（破線▲１▼）に対応したメニスカス位置の変化を表し、実線▲４▼は同図（ａ）に示した本実施の形態の波形（実線▲２▼）に対応したメニスカス位置の変化を表す。
【００４９】
まず、比較例について説明する。図６（ａ）に示したように、時点Ｃにおいて駆動信号２１が引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖへと立ち下がり始めると、圧電素子１１６は、駆動信号２１の電圧減少と共にインク室膨張方向に変位する。これにより、同図（ｂ）に示したように、メニスカス位置は変位０の位置（ノズル開口端位置）から引込方向に変化する。そして、時点Ｅで駆動信号２１が吐出電圧Ｖａへと立ち上がり始めると、メニスカス位置はノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく変化する。これにより、インク滴が吐出される。こののち、メニスカスは一旦インク室１１８の深い位置まで戻るが、その後、再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出する。この時点Ｇ′において駆動信号２１が吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへと戻り始めると、圧電素子１１６はインク室膨張方向に変位し、メニスカスはインク室１１４の方向に引き戻される。
【００５０】
ところが、この場合のメニスカスの引き戻しは、メニスカスが既にノズル開口端位置から大きく吐出方向に突出してしまってから行われているので、このメニスカスの引き戻しによってその後のメニスカスの振動を効果的に抑制することはできず、図６（ｂ）の破線▲３▼で示したような長周期・大振幅の残留振動が長期にわたって継続することとなる。なお、図示のように、この残留振動には圧電素子１１６の固有振動に基づく短周期の振動が重畳している。
【００５１】
これに対して本実施の形態では、図６（ａ）の実線▲４▼で示したように、インク滴が吐出されたのちメニスカスが一旦インク室１１８の深い位置まで戻るところまでは比較例と同じであるが、この後に生ずるメニスカスの長周期振動を考慮して、この長周期振動の位相と逆の位相となるようなタイミングでこの長周期振動を抑える方向に圧電素子１１６を駆動している点が上記比較例と異なる。すなわち、本実施の形態では、メニスカスが再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出しようとする手前の時点Ｇにおいて駆動信号２１を吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへと戻し、圧電素子１１６をインク室膨張方向に変位させてメニスカスをインク室１１４の方向に引き戻すようにしている。このため、同図（ｂ）の実線▲４▼に示したようにメニスカスの突出量が小さくなり、上記の比較例の場合に比べてメニスカスの長周期の残留振動が効果的に抑制される。ここで、時点Ｇは、上記したように、ＥＧ＝ｔ３＋ｔ４で定まる時点である。
【００５２】
このように、本実施の形態によれば、インク滴吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動を抑制可能な方向に圧電素子１１６を変位させるようにしたので、メニスカスの長周期の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、前回の吐出動作によって次回の吐出動作が影響を受けることが少なくなる。すなわち、印字品質を低下させることなく吐出周期を短縮することが可能である。
【００５３】
なお、本実施の形態では、吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）からメニスカスの引き戻しタイミング（時点Ｇ）までの時間を１６〔μｓｅｃ〕としたが、この値に限定されるものではなく、使用する圧電素子１１６の厚さ等の形状や大きさ、インク室１１４やノズル１１８の形状やサイズ、さらには駆動信号２１の波形等に応じて、最適値を設定することが可能である。
【００５４】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態において、上記実施の形態に係るインクジェットプリンタの構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。
【００５５】
本実施の形態に係るインクジェットプリンタは、記録ヘッド１１の各インク室１１４ごとに２つの圧電素子を設け、これらのうちの一方の圧電素子によってインク滴を吐出すると共に、他方の圧電素子によってメニスカスの残留振動を抑制するようにしたものである。以下、詳細に説明する。
【００５６】
図７は本発明の他の実施の形態に係るインクジェットプリンタにおける記録ヘッド１１の斜視断面構造を表すものである。図７に示したように、本実施の形態に係る記録ヘッド１１の各インク室１１４は、それぞれ独立して駆動可能な２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを備えている。これらの圧電素子１１６ａ，１１６ｂは互いに一定距離を隔てて振動プレート１１３上に固着されている。各圧電素子１１６ａ，１１６ｂの上下面には、図示しない電極がそれぞれ積層配置されており、これらの電極にそれぞれ異なる波形の駆動信号を印加することによりインク室１１４内の圧力を個別に変化させることができるようになっている。本実施の形態において、圧電素子１１６ａ，１１６ｂは、材質、厚さおよび面積を等しく形成され、これにより、同じ印加電圧に対する変位量（以下、変位能力という。）が等しくなるように構成されている。但し、２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂの面積や厚さ等を変えて、両者の変位能力を異ならせるように構成してもよい。ここで、圧電素子１１６ａが本発明における「第１の圧力発生手段」に対応し、圧電素子１１６ｂが本発明における「第２の圧力発生手段」に対応する。
【００５７】
なお、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体構成は上記実施の形態における図１と同様であり、この図を準用するものとする。また、上記実施の形態における図３に対応する断面図については図示を省略する。
【００５８】
本実施の形態において、ヘッドコントローラ１４（図１）の駆動波形記憶部は、記録ヘッド１１の各ノズルの圧電素子１１６ａ，１１６ｂ（図７）をそれぞれ駆動するための駆動信号２１ａ，２１ｂ（図８で後述）の各電圧波形を示す波形データの組を複数組記憶している。これらの波形データは、例えば図８に示した各種のパラメータ（時間パラメータおよび電圧パラメータ）を様々な値に設定して作成されたものである。但し、各組の駆動信号２１ａと駆動信号２１ｂとの間には、後述するような一定の関係が保たれている。これらの波形データはマイクロプロセッサによってそれぞれ読み出され、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号に変換されたのちアンプで増幅され、ノズル数ｎと同数の駆動信号２１ａ，２１ｂの組として出力される。なお、ヘッドコントローラ１４は、上記のような構成に限られることはなく、これと異なる構成とすることも可能である。
【００５９】
これらの駆動信号の組のうち、各駆動信号２１ａは対応するノズルの圧電素子１１６ａに印加され、各駆動信号２１ｂは対応するノズルの圧電素子１１６ｂに印加されるようになっている。なお、本実施の形態において準用する図１では、ｎ組の駆動信号２１ａ，２１ｂをまとめて駆動信号２１として描いている。
【００６０】
図８は駆動信号２１ａ，２１ｂの各一周期分（Ｔ）の波形の一例を表すものである。この図の（ａ）は駆動信号２１ａ、（ｂ）は駆動信号２１ｂを表す。ここで、縦軸は電圧、横軸は時間を表し、時間は図の左から右方向へと進むものとする。これらのうち、駆動信号２１ａは、インク滴を吐出する圧力を発生させるための吐出用駆動信号であり、基準電圧０Ｖのほかに引込電圧Ｖｐおよび吐出電圧Ｖａを取り得るようになっている。駆動信号２１ｂは、インク滴吐出時のサテライト滴の発生を抑制する圧力を発生させると共にメニスカスの残留振動を抑制するための補助駆動信号であり、基準電圧０Ｖのほかに引込電圧Ｖｐおよび補助電圧Ｖｂを取り得る。駆動信号２１ａ，２１ｂの組は、ヘッドコントローラ１４によって各吐出周期ごとに適宜切り替えられて、対応するノズルに供給されるようになっている。
【００６１】
その他の構成は上記実施の形態と同様である。
【００６２】
次に、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの動作および作用について説明する。なお、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体動作は、ヘッドコントローラ１４が各ノズル１１８について１組の駆動信号２１ａ，２１ｂを出力する点を除いて上記の実施の形態と同様であり、説明を省略する。また、駆動信号２１ａの波形の意義は、上記実施の形態における図５の内容と同様であり、その説明も省略する。ここでは、図８ないし図１０を参照して、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの特徴的な作用を説明する。
【００６３】
まず、図８および図９を参照して、第１の特徴的作用について説明する。
【００６４】
本実施の形態では、メニスカスの残留振動を防止するため、図８（ａ）に示したように、一方の駆動信号２１ａを時点Ｅ（吐出開始タイミングｔｅ）で基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａへと立ち上げて圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させると共に、この駆動信号２１ａが時点Ｇにおいて吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへと立ち下がって圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位するのとほぼ並行して、他方の駆動信号２１ｂを基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂへと立ち上げて圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向に変位させ、その後、時点Ｅから所定の時間（ｔ３＋ｔ４＋ｔ７＋ｔ８）が経過した時点Ｇ″において駆動信号２１ｂを基準電圧０Ｖに立ち下げて、圧電素子１１６ｂを復帰方向（インク室膨張方向）に変位させるようにしている。この点をさらに図９を参照して説明する。
【００６５】
図９は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタにおいて１回のインク滴吐出を行った場合における駆動信号２１ａ，２１ｂの電圧波形の変化とメニスカス位置の変化との関係を、本実施の形態に対する比較例と対比して表すもので、上記第１の実施の形態における図６に対応する。ここで、図９（ａ）は駆動信号２１ａ，２１ｂの要部波形を表し、同図（ｂ）はメニスカス位置の変化を表す。なお、これらの図で、横軸、縦軸の意義は図６の場合と同様である。
【００６６】
図９（ａ）における実線▲５▼は駆動信号２１ａの電圧波形を表し、一点鎖線▲６▼は駆動信号２１ｂの電圧波形を表すものである。これらの波形は、図８の各時間パラメータおよび電圧パラメータを例えば次のように設定したものである。なお、時間パラメータの単位はいずれもμｓｅｃであり、電圧パラメータの単位はいずれもボルトである。
【００６７】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝２，ｔ４＝３，ｔ５＝１１
ｔ６＝７，ｔ７＝２，ｔ８＝９，ｔ９＝１１
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝２０，Ｖｂ＝２３
この場合、ＥＧ″＝ｔ３＋ｔ４＋ｔ７＋ｔ８＝１６である。
【００６８】
また、図９（ｂ）において、破線▲７▼は、本実施の形態に対する比較例として、圧電素子１１６ａに駆動信号２１ａ（同図（ａ）の実線▲５▼）を印加し圧電素子１１６ｂには駆動信号２１ｂを印加しない場合のメニスカス位置の変化を表す。また、実線▲８▼は、本実施の形態の一具体例として、圧電素子１１６ａに駆動信号２１ａを印加すると共に圧電素子１１６ｂに駆動信号２１ｂ（同図（ａ）の一点鎖線▲６▼）を印加した場合のメニスカス位置の変化を表す。
【００６９】
まず、比較例について説明する。時点Ｅで駆動信号２１ａが吐出電圧Ｖａに立ち上がると共に時点Ｇで駆動信号２１ａが元の基準電圧０Ｖへと立ち下がると、メニスカス位置はノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく変化し、インク滴が吐出される。こののち、メニスカスは一旦インク室１１８の深い位置まで戻るが、その後、再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出する。したがって、この場合には、図９（ｂ）の破線▲７▼で示したような長周期・大振幅の残留振動が長期にわたって継続することとなる。なお、図示のように、この残留振動には圧電素子１１６ａの固有振動に基づく短周期の振動が重畳している。
【００７０】
これに対して本実施の形態では、図９（ａ）に示したように、時点Ｇにおける駆動信号２１ａの立ち下がりと並行して他方の駆動信号２１ｂを補助電圧Ｖｂに立ち上げると共に、インク滴吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動の位相と逆の位相となるようなタイミングでこの長周期振動を抑える方向に圧電素子１１６ａを駆動するようにしている。すなわち、吐出後に一旦深い位置まで戻ったメニスカスが再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出しようとする手前の時点Ｇ″において駆動信号２１ｂを補助電圧Ｖｂから基準電圧０Ｖへと戻し、圧電素子１１６ｂをインク室膨張方向に変位させてメニスカスをインク室１１４の方向に引き戻すようにしている。このため、図９（ｂ）の実線▲８▼に示したようにメニスカスの突出量が小さくなり、上記比較例の場合に比べてメニスカスの長周期の残留振動が効果的に抑制される。ここで、時点Ｇ″は、上記したように、ＥＧ″＝ｔ３＋ｔ４＋ｔ７＋ｔ８で定まる時点である。
【００７１】
なお、本実施の形態では、圧電素子１１６ａによる吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）から圧電素子１１６ｂによるメニスカスの引き戻しタイミング（時点Ｇ″）までの時間を１６〔μｓｅｃ〕としたが、この値に限定されるものではなく、使用する圧電素子１１６ａ，１１６ｂの厚さ等の形状や大きさ、インク室１１４やノズル１１８の形状やサイズ、さらには駆動信号２１ａ，２１ｂの波形等に応じて、最適値を設定することが可能である。
【００７２】
次に、図８および図１０を参照して、第２の特徴的作用について説明する。
【００７３】
本発明におけるインクジェットプリンタのように、圧電素子の変位により吐出圧力を発生させてインク滴吐出を行う方式のインクジェットプリンタにおいては、インク滴の吐出の際に付随的なインク小滴（以下、サテライト滴という。）が発生する場合が多い。これは、柱状になって飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に生ずる時間差や速度差に起因して先頭部分から後尾部分が分離し、この後尾部分が微小なインク小滴となったものと考えられる。
【００７４】
本実施の形態では、このようなサテライト滴の発生を防止するため、図８に示したように、一方の駆動信号２１ａを時点Ｅ（吐出開始タイミングｔｅ）で基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａへと立ち上げて圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させたのち、時点Ｇでこの駆動信号２１ａを立ち下げてインク室膨張方向に圧電素子１１６ａを変位させると共に、この圧電素子１１６ａのインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、他方の駆動信号２１ｂを補助電圧Ｖｂへと立ち上げて圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向へ変位させるようにしている。この点をさらに図１０を参照して説明する。
【００７５】
図１０は駆動信号２１ａ，２１ｂの電圧波形の変化と圧電素子１１６ａ，１１６ｂの変位との関係を表すものである。具体的には、この図の（ａ）は駆動信号２１ａの要部波形を表し、（ｂ）は圧電素子１１６ａの変位を表し、（ｃ）は駆動信号２１ｂの要部波形を表し、（ｄ）は圧電素子１１６ｂの変位を表す。ここで、横軸は時間を示し、また、（ａ），（ｃ）における縦軸は電圧を示し、（ｂ），（ｄ）における縦軸は変位量を示す。
【００７６】
図１０（ａ），（ｂ）に示したように、圧電素子１１６ａは、時点Ｅから始まる駆動信号２１ａの電圧増加と共にインク室収縮方向に変位し、慣性力により、電圧が吐出電圧Ｖａに達した時点Ｆをオーバーランした時点Ｐで最大変位状態となり、ここでインク室１１４は最収縮状態となる。そして、この時点Ｐ（同図（ａ）では時点Ｇ）で駆動信号２１ａの立ち下げを開始し、時点Ｈにおいて基準電圧０Ｖまで変化させる。これにより、圧電素子１１６ａはインク室膨張方向に変位して、時点Ｈで元の状態に復帰する。一方、図１０（ｃ），（ｄ）に示したように、駆動信号２１ｂは、駆動信号２１ａの立ち下がり開始時点Ｇと同じ時点Ｅ″において、基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂへの立ち上げを開始し、これにより、圧電素子１１６ｂはインク室１１４を収縮させる方向に変位する。そして、圧電素子１１６ｂは、上記と同様の慣性力により、電圧が補助電圧Ｖｂに達した時点Ｆ″をオーバーランした時点Ｐ′で最大変位状態となる。
【００７７】
このように、本実施の形態では、圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位するのと並行して圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向に変位させるようにしている。すなわち、圧電素子１１６ａ，１１６ｂは、並行して互いに相反する方向への変位動作を行うこととなる。これにより、次のような作用が現出する。
【００７８】
時点Ｅで駆動信号２１ａの吐出電圧Ｖａの印加が開始された圧電素子１１６ａは、インク室収縮方向に変位することによりインク室１１４内に圧力を発生させ、この圧力によりノズル１１８からインクを押し出す。この時点では、ノズル１１８から押し出されたインクはまだ尾を引いており、インク柱の状態をなしている。次に、時点Ｐ（時点Ｇ）で圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位を開始すると、インク柱の後尾部分は後ろに引き戻されて細くなる。そして、この時点Ｐ（時点Ｅ″）で、今度は圧電素子１１６ｂがインク室収縮方向に変位を開始してインク室１１４内に新たな圧力を発生させるので、この新たな圧力により、今度はインク柱が押し出されることとなり、インクの流れに不連続性が発生する。これにより、インク柱がより早く断ち切られて、インク柱の尾が長く伸びることが抑制されるので、サテライト滴の発生が抑制される。特に、圧電素子１１６ａの復帰開始時点（インク室膨張方向への変位開始時点）を、この圧電素子１１６ａのインク室収縮方向の変位量がほぼ最大になる時点としたときには、インク柱の後尾部分が早期に引き戻されることとなるため、インク滴のサイズが小さくなると共に、サテライト滴の発生がより効果的に抑制される。
【００７９】
なお、圧電素子１１６ａは、時点Ｈで変位が０に戻り、さらに、次第に減衰する固有振動を行う。同様に、圧電素子１１６ｂは、時点Ｈ″で変位が０に戻り、さらに、次第に減衰する固有振動を行う。
【００８０】
このように、本実施の形態によれば、一方の圧電素子１１６ａによってインク滴の吐出を行うと共に、このインク滴吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動を抑制可能な方向に他方の圧電素子１１６ｂを変位させるようにしたので、メニスカスの長周期の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、前回の吐出動作によって次回の吐出動作が影響を受けることが少なくなる。すなわち、印字品質を低下させることなく吐出周期を短縮することが可能である。また、本実施の形態のように、吐出用の圧電素子１１６ａとは別個にメニスカス残留振動抑制用の圧電素子１１６ｂを設けるようにしたので、単一の圧電素子のみを用いた場合には圧電素子の固有振動特性の制約によってなし得ないような高速かつ自由度の高いタイミング制御が可能となる。
【００８１】
また、本実施の形態によれば、各ノズルに対応した各インク室１１４ごとに２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けると共に、一方の圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させてインク滴吐出動作を開始させ、その後、この圧電素子１１６ａをインク室膨張方向に戻すように変位させるのと並行して、他方の圧電素子１１６ｂを変位０からインク室収縮方向に変位させるようにしたので、インク滴の尾を早期に断ち切ることができ、サテライト滴の発生を抑制することが可能となる。特に、圧電素子１１６ａのインク室収縮方向の変位量が最大になった時点またはその近傍からこの圧電素子１１６ａの復帰を開始することにより、インク滴の小滴化と、より効果的なサテライト滴発生抑制とが可能となる。
【００８２】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々変更可能である。
【００８３】
例えば第２の実施の形態（図８）に示した例では、圧電素子１１６ａのインク室膨張方向への変位開始時点Ｇと、圧電素子１１６ｂのインク室収縮方向への変位開始時点Ｅ″とを一致させるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、より広く、圧電素子１１６がをインク室膨張方向に変位するのとほぼ並行して圧電素子１１６ｂがインク室収縮方向に変位することとなるのであれば、それ以外のタイミングで圧電素子１１６ｂの変位を開始させるようにしてもよい。具体的には、図４における時間パラメータが次の条件（１）および（２）を共に満たすように設定すればよい。
【００８４】
ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＜ｔ６＋ｔ７ …（１）
ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＞ｔ６ …（２）
【００８５】
また、図８に示した例では、吐出開始後に圧電素子１１６ａが最も大きく変位した時点でこの圧電素子１１６ａを元の変位状態に戻し始めるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、それ以外のタイミングで圧電素子１１６ａの変位復帰を開始させるようにしてもよい。但し、上記したように、圧電素子１１６ａの変位復帰開始時点をその最大変位時点またはその近傍に設定したときの方がインク滴の尾をより早期に細くすることができるので、インク滴の小滴化とサテライト滴の発生の抑制とを図る上で有利である。
【００８６】
また、図４および図８における各時間パラメータおよび電圧パラメータの設定値は、例示した値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、図８の例では、駆動信号２１ａ，２１ｂの双方における引込電圧を同じＶｐとしたが、両者を異ならせてもよい。
【００８７】
また、上記第２の実施の形態では、吐出圧力を発生させるためにインク供給側の圧電素子１１６ａを用いると共に、サテライト滴の発生の抑制およびメニスカスの残留振動の抑制のためにノズル側の圧電素子１１６ｂを用いることとしたが、これとは逆にしてもよい。
【００８８】
また、上記第２の実施の形態では、１つのノズルについて２つの圧電素子を設ける場合について説明したが、１つのノズルについて３つ以上の圧電素子を設け、これらの圧電素子を吐出用、メニスカス振動抑制用およびサテライト滴抑制用に分け、それぞれの圧電素子に各用途用の駆動信号を与えるようにしてもよい。この場合、３つ以上の圧電素子の変位能力は、互いに等しくしてもよいし、あるいは異ならせてもよい。
【００８９】
また、上記第２の実施の形態では、１つのノズル１１８に対して１つのインク室１１４を設けると共に、この１つのインク室１１４に対応して２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしたが、例えば、図１１に示したように、１つのノズル１１８に対して２つのインク室１１４ａ，１１４ｂを設けると共に、これらの各インク室１１４ａ，１１４ｂに対応させて圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしてもよい。なお、図１１は、記録ヘッド１１の一部を真上から見た状態を表すものであり、図７に示した要素と同一要素には同一の符号を付し、また、振動プレート１１３の図示を省略している。この図に示した構成によれば、上記した作用に加えて、さらに、一方のインク室１１４ａにおける圧電素子１１６ａの挙動が他方のインク室１１４ｂの状態に与える影響が少ないので、圧電素子１１６ａ，１１６ｂの相互間のクロストークを低減することができ、より高精度の印字品質を得ることができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載のインクジェットプリンタ、請求項５記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項９記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させることでノズル部からインク滴を吐出させ、さらに、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させるようにしたので、メニスカス位置の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、各吐出動作の相互間の影響を少なくできる。したがって、印字品質を損なわずに吐出周期の短縮化、すなわち、印字動作の高速化が可能になるという効果がある。
【００９１】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ、請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１の圧力発生手段とは別個に第２の圧力発生手段を設け、第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させることでノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させるようにしたので、メニスカス位置の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、各吐出動作の相互間の影響を少なくできる。したがって、印字品質を損なわずに吐出周期の短縮化、すなわち、印字動作の高速化が可能になるという効果がある。また、単一の圧力発生手段だけではその固有振動特性の制約によってなし得ないような高速かつ自由度の高いタイミング制御が可能になるという効果がある。
【００９２】
特に、請求項３記載のインクジェットプリンタ、請求項７記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項１１記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてインク滴を吐出させたのちこの第１の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して第２の圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させたのち、第１の圧力発生手段によるインク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させるようにしたので、第１の圧力発生手段の変位によってノズル部から押し出されたインクの後尾部分が第２の圧力発生手段の変位によって後押しされると共にインクの流れに不連続性が発生することとなり、インク滴が長く尾を引く前に早期に断ち切ることができる。このため、さらに、付随的なインク小滴の発生を抑制することができるという効果がある。
【００９３】
特に、請求項４記載のインクジェットプリンタ、請求項８記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項１２記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１の圧力発生手段がインク室収縮方向に最も大きく変位した時点またはその近傍において、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させるようにしたので、さらに、記録に用いるインク滴のサイズをより小さくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成を表すブロック図である。
【図２】このインクジェットプリンタの記録ヘッドの構造を表す斜視断面図である。
【図３】このインクジェットプリンタの記録ヘッドの構造を表す断面図である。
【図４】図１におけるヘッドコントローラから出力される駆動信号の波形の一例を表す図である。
【図５】図４に示した駆動信号波形と、インク室の状態およびノズル内のメニスカス位置の変化との関係を説明するための図である。
【図６】図４に示した駆動信号の波形とメニスカス位置の変化との関係の一例を表す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るインクジェットプリンタの記録ヘッドの構造を表す斜視断面図である。
【図８】図７に示した記録ヘッドに供給される駆動信号の波形の一例を表す図である。
【図９】図８に示した駆動信号の波形とメニスカス位置の変化との関係の一例を表す図である。
【図１０】図８に示した駆動信号の波形と圧電素子の変位との関係の一例を表す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るインクジェットプリンタの記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタ、１１…記録ヘッド、１４…ヘッドコントローラ、２１，２１ａ，２１ｂ…駆動信号、２２…印画データ、１１３…振動プレート、１１４…インク室、１１５…共同流路、１１６，１１６ａ，１１６ｂ…圧電素子、１１８…ノズル、Ｖｐ…引込電圧、Ｖａ…吐出電圧、Ｖｂ…補助電圧、ｔｅ…吐出開始タイミング
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタ、ならびにインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インク室に連通したノズル部からインク滴を吐出して記録用紙に記録を行うインクジェットプリンタが普及している。この種のインクジェットプリンタの１つとして、ノズルにインクを供給するインク室の外壁をなす振動板に圧電素子を固設すると共に、駆動信号の印加により圧電素子を変位させて（撓ませて）インク室の容積を変化させることで吐出圧力を生じさせ、この吐出圧力によってノズルからインク滴を吐出させるようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなインクジェットプリンタでは、圧電素子を変位させてインク室内に吐出圧力を生じさせるようになっているため、インク滴の吐出後においても圧電素子に固有の振動が残り、この固有振動がその後のインク滴吐出制御に影響を及ぼすこととなる。したがって、印字速度の高速化のために吐出周期を縮めようとするには、この残留振動をできるだけ早く止めて次回の吐出動作に悪影響を及ぼさないようにする必要がある。
【０００４】
ところが、本出願人は、吐出動作後の圧電素子の残留振動が収束したのちにおいてもインク室内にインクの圧力変動が残存することを確認している。本出願人はまた、このようなインク室内の残留圧力変動が圧電素子の固有振動周期に比べて相当長い周期のうねり状の振動であって長期間継続するものであることも確認している。このような残留圧力変動が長期間続くと、次回のインク滴吐出動作に悪影響を与える原因となることから、印字品質を損なわずに吐出周期を短縮することは不可能である。すなわち、上記した圧電素子の固有振動を抑制しただけでは、不十分と考えられる。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、インク滴吐出後の残留振動を抑制して吐出周期を短縮化することができるインクジェットプリンタ、ならびにインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段と、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段とを備えている。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【０００７】
本発明に係る他のインクジェットプリンタは、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、それぞれ変位することによりインク室の容積を変化させて圧力を発生する第１の圧力発生手段および第２の圧力発生手段と、第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段とを備えている。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【０００８】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する装置であって、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段を備えたものである。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【０００９】
本発明に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法は、インク滴を吐出するためのノズル部と、ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することによりインク室の容積を変化させてノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する方法であって、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてノズル部からインク滴を吐出させる行程と、インク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる行程とを含むものである。ここで、メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である。
【００１０】
本発明に係るインクジェットプリンタ、またはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置もしくは方法では、圧力発生手段のインク室収縮方向への変位が行われることでノズル部からインク滴が吐出される。そして、さらに、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で圧力発生手段がインク室膨張方向に変位する。
【００１１】
本発明に係る他のインクジェットプリンタ、またはインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置もしくは方法では、第１の圧力発生手段のインク室収縮方向への変位が行われることでノズル部からインク滴が吐出される。そして、さらに、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で第２の圧力発生手段がインク室膨張方向に変位する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの要部の概略構成を表すものである。本実施の形態では、複数のノズルを有するマルチノズルヘッドを備えたインクジェットプリンタについて説明するが、本発明は単一のノズルを有するシングルノズルヘッドを備えたインクジェットプリンタについても適用可能である。なお、本発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置および方法は本実施の形態に係るインクジェットプリンタによって具現化されるので、以下併せて説明する。
【００１４】
このインクジェットプリンタ１は、記録用紙２に対してインク滴を吐出して記録を行う記録ヘッド１１と、この記録ヘッド１１にインクを供給するインクカートリッジ１２と、記録ヘッド１１の位置と記録用紙２の紙送りとを制御するヘッド位置・紙送りコントローラ１３と、駆動信号２１により記録ヘッド１１のインク滴吐出動作を制御するヘッドコントローラ１４と、入力される画像データに所定の画像処理を行い、印画データ２２としてヘッドコントローラ１４に供給する画像処理部１５と、制御信号２３，２４，２５によってそれぞれヘッド位置・紙送りコントローラ１３、ヘッドコントローラ１４および画像処理部１５を制御するシステムコントローラ１６とを備えている。ここで、ヘッドコントローラ１４が本発明における「吐出制御手段」に対応する。
【００１５】
図２は図１における記録ヘッド１１の斜視断面構造を表し、図３は図２における記録ヘッド１１を矢印Ｚの方向から見た断面構造を表すものである。これらの図に示したように、記録ヘッド１１は、薄いノズルプレート板１１１と、ノズルプレート１１１上に積層された流路プレート１１２と、流路プレート１１２上に積層された振動プレート１１３とを備えて構成されている。これらの各プレートは、例えば、図示しない接着剤により相互に貼り合わされている。
【００１６】
流路プレート１１２の上面側には選択的に凹部が形成されており、これらの凹部と振動プレート１１３とによって、複数のインク室１１４とこれらのインク室に連通する共同流路１１５とを構成している。共同流路１１５と各インク室１１４との連通部分は挟路となっており、ここから各インク室１１４の方向に向かうに従って流路幅が拡がるような構造となっている。各インク室１１４の真上部分の振動プレート１１３上には、それぞれ、例えばピエゾ素子等からなる圧電素子１１６が固着されている。各圧電素子１１６の上下面には、図示しない電極がそれぞれ積層配置されており、これらの電極にヘッドコントローラ１４（図１）からの駆動信号を印加して各圧電素子１１６、ひいては振動プレート１１３をたわませることで、インク室１１４の容積を増大（膨張）させたり減少（収縮）させることができるようになっている。ここで、インク室１１４が本発明における「インク室」に対応し、圧電素子１１６が本発明における「圧力発生手段」に対応する。
【００１７】
各インク室１１４における共同流路１１５に連通した側と反対側の部分は、流路幅が次第に狭まっていく構造になっており、その終端部の流路プレート１１２には、厚み方向に穿たれた流路孔１１７が設けられている。そして、この流路孔１１７は、最下層のノズルプレート１１１に形成された微小なノズル１１８へと連通しており、このノズル１１８からインク滴が吐出されるようになっている。本実施の形態では、記録ヘッド１１には、記録用紙２（図１）の紙送り方向（図２の矢印Ｘ）に沿って、複数のノズル１１８が１列に等間隔で形成されている。但し、その他の配列（例えば千鳥状の二列配列）としてもよい。ここで、ノズル１１８が本発明における「ノズル部」に対応する。
【００１８】
共同流路１１５は、図１に示したインクカートリッジ１２（図２および図３では図示せず）に連通している。そして、このインクカートリッジ１２から共同流路１１５を経て各インク室１１４に常時一定速度でインクが供給されるようになっている。このインクの供給は、例えば毛細管現象を利用して行うことができるが、そのほか、インクカートリッジ１２に所定の加圧機構を設けて加圧することで行うようにしてもよい。
【００１９】
このような構成の記録ヘッド１１は、図示しないキャリッジ駆動モータおよびこれに付随するキャリッジ機構によって記録用紙２の紙送り方向Ｘと直交する方向Ｙ（図２）に往復移動しながらインク滴を吐出することにより、記録用紙２に画像を記録するようになっている。
【００２０】
図１に示したヘッドコントローラ１４は、例えば、いずれも図示しないが、マイクロプロセッサと、このマイクロプロセッサが実行するプログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、マイクロプロセッサによる所定の演算や一時的なデータ記憶等に用いられるワークメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性メモリからなる駆動波形記憶部と、駆動波形記憶部から読み出されたディジタルデータをアナログに変換するためのディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）コンバータと、Ｄ／Ａコンバータの出力を増幅するアンプとを備えて構成される。ここで、駆動波形記憶部は、記録ヘッド１１の各ノズルの圧電素子１１６（図２）をそれぞれ駆動するための駆動信号２１の各電圧波形を示す波形データを複数記憶している。これらの波形データは、吐出すべきインク滴のサイズに応じて、図４に示した各種のパラメータ（時間パラメータおよび電圧パラメータ）を様々な値に設定して作成されたものである。これらの波形データはマイクロプロセッサによってそれぞれ読み出され、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号に変換されたのちアンプで増幅される。そして、ノズル数ｎと同数の駆動信号２１として出力され、それぞれ、対応するノズルに供給される。なお、ヘッドコントローラ１４は、上記のような構成に限られることはなく、これと異なる構成とすることも可能である。
【００２１】
図４は駆動信号２１の一周期分（Ｔ）の波形の一例を表すものである。ここで、縦軸は電圧、横軸は時間を表し、時間は図の左から右方向へと進むものとする。この図に示したように、駆動信号２１は、基準電圧０Ｖのほかに、後述する引込電圧Ｖｐおよび吐出電圧Ｖａを取り得るようになっている。
【００２２】
ここで、図５を参照して、駆動信号２１の波形の意義について説明する。この図５は、駆動信号の波形と、この駆動信号が印加される圧電素子１１６の挙動と、ノズル１１８内におけるインクの先端部（以下、メニスカスという。）の位置変化との関係を表すものである。この図の（ａ）は、駆動信号２１のほぼ１周期分の波形を表し、同図（ｂ）は（ａ）のような波形の駆動信号が圧電素子１１６に印加されたときのインク室１１４の状態の変化を表し、同図（ｃ）はそのときのノズル１１８内におけるメニスカス位置の変化を表す。
【００２３】
図５（ａ）において、まず、駆動電圧を基準電圧０Ｖから引込電圧Ｖｐに変化させる行程（ＡからＢまで）を第１の前行程とし、引込電圧Ｖｐを一定時間保持する行程（ＢからＣまで）を第２の前行程とする。また、駆動電圧を引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖに変化させる行程（ＣからＤまで）を第１行程とし、これに要する時間をｔ１とする。また、基準電圧０Ｖを保持して待機する行程（ＤからＥまで）を第２行程とし、これに要する時間をｔ２とする。さらに、基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａに変化させる行程（ＥからＦまで）を第３行程とし、これに要する時間をｔ３とする。
【００２４】
本実施の形態において、第３行程の開始時点である時点Ｅは、吐出が開始されるタイミングであり、このタイミングに先立って第１の前行程、第２の前行程、第１行程、および第２行程が行われるようになっている。
【００２５】
まず、時点Ａおよびそれ以前においては、圧電素子１１６への印加電圧は０Ｖであるので、図５（ｂ）の状態ＰA のように、振動プレート１１３にたわみはなく、インク室１１４の容積は最大となっている。時点Ａにおいて、ノズル１１８内におけるメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態ＭA に示したように、ノズル開口端から所定距離だけ後退した所に位置しているものとする。
【００２６】
次に、時点Ａの電圧０Ｖから時点Ｂの引込電圧Ｖｐへと駆動電圧をゆっくりと増加させる第１の前行程を行うと、振動プレート１１３が内側にたわみ、インク室１１４は収縮する（図５（ｂ）の状態ＰB ）。このときのインク室１１４の収縮速度はゆっくりとしたものなので、インク室１１４の容積の減少分は、ノズル１１８内のメニスカス位置を前進させると同時に、図２に示した共同流路１１５へのインクの逆流をも引き起こす。このときのインクの前進量と逆流量との比は、主として、ノズル１１８内の流路抵抗と、インク室１１４と共同流路１１５とをつなぐ狭路における流路抵抗との比によって決まるが、これを最適化することにより、図５（ｃ）の状態ＭB で示したように、時点Ｂでのメニスカス位置がノズル開口端から突出することなく、ノズル開口端とほぼ同じ位置にくるように設定することができる。
【００２７】
次に、時点Ｂから時点Ｃまでの間、駆動電圧を引込電圧Ｖｐに保持することでインク室１１４の容積を一定に保つ第２の前行程を行う。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル１１８内におけるメニスカス位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｃでは、例えば図５（ｃ）の状態ＭC で示したように、ノズル開口端よりもやや突出した位置まで前進する。
【００２８】
次に、時点Ｃの引込電圧Ｖｐから時点Ｂの基準電圧０Ｖへと駆動電圧を減少させる第１行程を行うと、圧電素子１１６への印加電圧が０になるので振動プレート１１３のたわみがなくなり、インク室１１４は膨張する（図５（ｂ）の状態ＰD ）。このため、ノズル１１８内のメニスカスはインク室１１４の方向に引き込まれ、時点Ｄでは、例えば図５（ｃ）の状態ＭD に示したように後退する（すなわち、ノズル開口端から遠ざかる）。なお、時点Ｃと時点Ｄとの電位差である引込電圧Ｖｐの大きさを変更することにより第１行程におけるメニスカスの引き込み量が変化するので、これによりインク滴のサイズを制御することが可能である。インク滴のサイズは、吐出開始時点のメニスカス位置に依存し、メニスカス位置が深いほど、インク滴サイズが小さくなるからである。
【００２９】
次に、時点Ｄから時点Ｅまでの時間ｔ２の間、駆動電圧を基準電圧０Ｖに固定して振動プレート１１３ｃをたわみがない状態に維持することでインク室１１４の容積を一定に保つ第２行程を行う（図５（ｃ）の状態ＰD 〜ＰE ）。ところが、この間もインクカートリッジ１２からのインク供給は連続的に行われているので、ノズル１１８内のメニスカス位置はノズル開口端に向かって変位し、時点Ｅでは、例えば図５（ｃ）の状態ＭE に示した位置まで前進する。なお、第２行程の所要時間ｔ２を変更することによりメニスカス位置の前進量が変化し、第３行程の開始時点におけるメニスカス位置を調整することができるので、これにより、吐出されるインク滴のサイズを制御することが可能である。
【００３０】
次に、時点Ｅの電圧０Ｖから時点Ｆの吐出電圧Ｖａへと駆動電圧を急激に増大させる第３行程を行う。ここで、時点Ｅは、上記したように、吐出開始タイミングである。このとき、時点Ｆにおいて振動プレート１１３は、図５（ｂ）の状態ＰF に示したように内側に大きくたわみ、インク室１１４は急激に収縮するので、図５（ｃ）の状態ＭF に示したように、ノズル１１８内のメニスカスはノズル開口端に向かって一気に押され、ここからインク滴として吐出される。吐出されたインク滴は空気中を飛翔し、記録用紙２（図２）上に着弾する。
【００３１】
その後、駆動電圧を吐出電圧Ｖａに保ったまま所定時間経過した時点Ｇで、再び基準電圧０Ｖまで減少させる。これにより時点Ｈでは、図５（ｂ）の状態ＰH に示したように、振動プレート１１３はたわみのない状態に戻る。この状態を次の吐出動作における第１前行程の開始時点Ｉまで維持する。駆動電圧を再び０Ｖに減少させた直後の時点Ｈにおいては、図５（ｃ）の状態ＭH に示したように、吐出されたインク滴の体積とインク室１１４の容積の増加分とを加えた体積に相当する分だけメニスカス位置が後退した状態となるが、その後も行われるインクの充填（リフィル）により、次回の吐出動作における第１の前行程の開始時点Ｉにおけるメニスカス位置は、図５（ｃ）の状態ＭI に示したように、当初の時点Ａにおける状態ＭA と同じになる。
【００３２】
このようにして１回の吐出動作が終了する。以下、このようなサイクル動作を各ノズル１１８ごとに並行してそれぞれ繰り返し行うことで、記録用紙２（図２）への画像記録が連続的に行われる。
【００３３】
なお、本実施の形態において、第２行程の所要時間ｔ２は第１行程で引き込まれたメニスカスがノズル開口端に到達するまでの所要時間以下であるとし、第３行程の吐出電圧Ｖａはインク滴を吐出させるに足る範囲に入っているものとしている。
【００３４】
次に、再び図４に戻って、駆動信号２１の波形について説明する。なお、図４において、上記（図５）の第１行程ＣＤ，第２行程ＤＥ，第３行程ＥＦ以外の行程の所要時間については、それぞれ、ＡＢ＝τ１，ＢＣ＝τ２，ＦＧ＝ｔ４，ＧＨ＝ｔ５と表記する。本実施の形態では、吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）を起算点として、吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへの立ち下がり開始時点Ｇまでの時間（ｔ３＋ｔ４）を所定の値に設定するようにしている。ここで、吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへの立ち下がり開始時点Ｇは、インク滴の吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動（うねり状の振動）によってメニスカス位置が吐出方向に最初に大きく変位する前の所定の時点とする。この時点は予め実験によって求めることが可能であり、そのような最適化された時点Ｇに対して時間（ｔ３＋ｔ４）が定まる。この点が本発明の１つの特徴をなしているが、これについては後述する。
【００３５】
次に、図１のインクジェットプリンタ１の全体動作を簡単に説明する。
【００３６】
図１において、図示しないパーソナルコンピュータ等の情報処理装置から印刷データがインクジェットプリンタ１に入力されると、画像処理部１５は、この入力データに対して所定の画像処理（例えば圧縮されたデータの伸長等）を行ったのち、これを印画データ２２としてヘッドコントローラ１４に送出する。
【００３７】
ヘッドコントローラ１４は、記録ヘッド１１のノズル数に対応したｎドット分の印画データ２２を取得すると、これらの印画データ２２を基に、ｎ個のノズルのそれぞれについて、ドットを形成するためのインク滴サイズを判定し、この判定結果から、各ノズルに供給すべき駆動信号２１を選択する。例えば、高濃度を表現する場合にはインク滴サイズを大きくし得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが大きく、Ｖｐが小さい波形）を選択し、低濃度を表現する場合や高解像度表現を行う場合にはインク滴サイズを小さくし得るような駆動波形（ｔ２，Ｖａが小さく、Ｖｐが大きい波形）を選択する。また、例えば微妙な中間階調を表現する場合には、隣接するドット間でインク滴サイズを少しずつ異ならせるようにし、例えば、各ノズル間でインク吐出特性がばらついている場合には、これを補正し得るような駆動波形を選択する。
【００３８】
さて、ヘッドコントローラ１４は、ｎドット分の駆動信号（すなわち、ｎ個のノズル１１８に供給する駆動信号）を選択したのち、吐出周期の切替タイミングにおいて、記録ヘッド１１における各ノズル１１８の圧電素子１１６に対し、選択した駆動信号２１を供給する。各ノズルにおける圧電素子１１６は、供給された駆動信号２１の電圧波形に従って図５で説明したような各行程をそれぞれ行い、これにより、各ノズルごとに指定された通りのサイズのインク滴を吐出する。
【００３９】
次に、図４および図６を参照して、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの特徴的な作用を説明する。
【００４０】
既に述べたように、圧電素子を変位させてインク室内に吐出圧力を生じさせる方式のインクジェットプリンタでは、吐出動作後に圧電素子の残留振動が収束したのちにおいても、インク室内にはインクの圧力変動が残存する。この残留圧力変動は圧電素子の固有振動周期に比べて相当長い周期のうねり状の振動であって長期間継続するものである。このため、この残留圧力変動に伴ってインク室１１８内のメニスカス位置が長周期で変動し、次回のインク滴吐出に悪影響を及ぼす。以下、このような長周期のメニスカス変動をメニスカスの残留振動という。
【００４１】
本実施の形態では、このようなメニスカスの残留振動を防止するため、図４に示したように、駆動信号２１を時点Ｅ（吐出開始タイミングｔｅ）で基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａへと立ち上げて圧電素子１１６をインク室収縮方向に変位させたのち、時点Ｅから所定の時間（ｔ３＋ｔ４）が経過した時点Ｇにおいて圧電素子１１６を復帰方向（インク室膨張方向）に変位させる動作を開始させるようにしている。この点をさらに図６を参照して説明する。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタにおいて１回のインク滴吐出を行った場合における駆動信号２１の電圧波形の変化とメニスカス位置の変化との関係を、本実施の形態に対する比較例と対比して表すものである。この図の（ａ）は駆動信号２１の要部波形を表し、（ｂ）はメニスカス位置の変化を表す。なお、横軸は時間を示し、（ａ）における縦軸は電圧、（ｂ）における縦軸はメニスカス位置を示す。
【００４３】
図６（ａ）における破線▲１▼は比較例としての駆動信号２１の電圧波形を表すもので、図４の各時間パラメータおよび電圧パラメータを例えば次のように設定したものである。なお、時間パラメータの単位はいずれもμｓｅｃであり、電圧パラメータの単位はいずれもボルトである。
【００４４】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝２，ｔ４＝２８，ｔ５＝９
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝２０
この場合、ＥＧ′＝ｔ３＋ｔ４＝３０である。
【００４５】
一方、図６（ａ）における実線▲２▼は本発明の好適な実施の形態に係る駆動信号２１の電圧波形を表すもので、図４の各時間パラメータおよび電圧パラメータを例えば次のように設定したものである。なお、単位はいずれも上記と同様である。
【００４６】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝２，ｔ４＝１４，ｔ５＝９
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝２０
この場合、ＥＧ＝ｔ３＋ｔ４＝１６である。
【００４７】
すなわち、比較例に係る波形と本実施の形態に係る波形とでは時間ｔ４の長さのみが異なり、他の部分はすべて同一としている。
【００４８】
また、図６（ｂ）において、破線▲３▼は同図（ａ）に示した比較例の波形（破線▲１▼）に対応したメニスカス位置の変化を表し、実線▲４▼は同図（ａ）に示した本実施の形態の波形（実線▲２▼）に対応したメニスカス位置の変化を表す。
【００４９】
まず、比較例について説明する。図６（ａ）に示したように、時点Ｃにおいて駆動信号２１が引込電圧Ｖｐから基準電圧０Ｖへと立ち下がり始めると、圧電素子１１６は、駆動信号２１の電圧減少と共にインク室膨張方向に変位する。これにより、同図（ｂ）に示したように、メニスカス位置は変位０の位置（ノズル開口端位置）から引込方向に変化する。そして、時点Ｅで駆動信号２１が吐出電圧Ｖａへと立ち上がり始めると、メニスカス位置はノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく変化する。これにより、インク滴が吐出される。こののち、メニスカスは一旦インク室１１８の深い位置まで戻るが、その後、再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出する。この時点Ｇ′において駆動信号２１が吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへと戻り始めると、圧電素子１１６はインク室膨張方向に変位し、メニスカスはインク室１１４の方向に引き戻される。
【００５０】
ところが、この場合のメニスカスの引き戻しは、メニスカスが既にノズル開口端位置から大きく吐出方向に突出してしまってから行われているので、このメニスカスの引き戻しによってその後のメニスカスの振動を効果的に抑制することはできず、図６（ｂ）の破線▲３▼で示したような長周期・大振幅の残留振動が長期にわたって継続することとなる。なお、図示のように、この残留振動には圧電素子１１６の固有振動に基づく短周期の振動が重畳している。
【００５１】
これに対して本実施の形態では、図６（ａ）の実線▲４▼で示したように、インク滴が吐出されたのちメニスカスが一旦インク室１１８の深い位置まで戻るところまでは比較例と同じであるが、この後に生ずるメニスカスの長周期振動を考慮して、この長周期振動の位相と逆の位相となるようなタイミングでこの長周期振動を抑える方向に圧電素子１１６を駆動している点が上記比較例と異なる。すなわち、本実施の形態では、メニスカスが再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出しようとする手前の時点Ｇにおいて駆動信号２１を吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへと戻し、圧電素子１１６をインク室膨張方向に変位させてメニスカスをインク室１１４の方向に引き戻すようにしている。このため、同図（ｂ）の実線▲４▼に示したようにメニスカスの突出量が小さくなり、上記の比較例の場合に比べてメニスカスの長周期の残留振動が効果的に抑制される。ここで、時点Ｇは、上記したように、ＥＧ＝ｔ３＋ｔ４で定まる時点である。
【００５２】
このように、本実施の形態によれば、インク滴吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動を抑制可能な方向に圧電素子１１６を変位させるようにしたので、メニスカスの長周期の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、前回の吐出動作によって次回の吐出動作が影響を受けることが少なくなる。すなわち、印字品質を低下させることなく吐出周期を短縮することが可能である。
【００５３】
なお、本実施の形態では、吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）からメニスカスの引き戻しタイミング（時点Ｇ）までの時間を１６〔μｓｅｃ〕としたが、この値に限定されるものではなく、使用する圧電素子１１６の厚さ等の形状や大きさ、インク室１１４やノズル１１８の形状やサイズ、さらには駆動信号２１の波形等に応じて、最適値を設定することが可能である。
【００５４】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態において、上記実施の形態に係るインクジェットプリンタの構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。
【００５５】
本実施の形態に係るインクジェットプリンタは、記録ヘッド１１の各インク室１１４ごとに２つの圧電素子を設け、これらのうちの一方の圧電素子によってインク滴を吐出すると共に、他方の圧電素子によってメニスカスの残留振動を抑制するようにしたものである。以下、詳細に説明する。
【００５６】
図７は本発明の他の実施の形態に係るインクジェットプリンタにおける記録ヘッド１１の斜視断面構造を表すものである。図７に示したように、本実施の形態に係る記録ヘッド１１の各インク室１１４は、それぞれ独立して駆動可能な２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを備えている。これらの圧電素子１１６ａ，１１６ｂは互いに一定距離を隔てて振動プレート１１３上に固着されている。各圧電素子１１６ａ，１１６ｂの上下面には、図示しない電極がそれぞれ積層配置されており、これらの電極にそれぞれ異なる波形の駆動信号を印加することによりインク室１１４内の圧力を個別に変化させることができるようになっている。本実施の形態において、圧電素子１１６ａ，１１６ｂは、材質、厚さおよび面積を等しく形成され、これにより、同じ印加電圧に対する変位量（以下、変位能力という。）が等しくなるように構成されている。但し、２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂの面積や厚さ等を変えて、両者の変位能力を異ならせるように構成してもよい。ここで、圧電素子１１６ａが本発明における「第１の圧力発生手段」に対応し、圧電素子１１６ｂが本発明における「第２の圧力発生手段」に対応する。
【００５７】
なお、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体構成は上記実施の形態における図１と同様であり、この図を準用するものとする。また、上記実施の形態における図３に対応する断面図については図示を省略する。
【００５８】
本実施の形態において、ヘッドコントローラ１４（図１）の駆動波形記憶部は、記録ヘッド１１の各ノズルの圧電素子１１６ａ，１１６ｂ（図７）をそれぞれ駆動するための駆動信号２１ａ，２１ｂ（図８で後述）の各電圧波形を示す波形データの組を複数組記憶している。これらの波形データは、例えば図８に示した各種のパラメータ（時間パラメータおよび電圧パラメータ）を様々な値に設定して作成されたものである。但し、各組の駆動信号２１ａと駆動信号２１ｂとの間には、後述するような一定の関係が保たれている。これらの波形データはマイクロプロセッサによってそれぞれ読み出され、Ｄ／Ａコンバータでアナログ信号に変換されたのちアンプで増幅され、ノズル数ｎと同数の駆動信号２１ａ，２１ｂの組として出力される。なお、ヘッドコントローラ１４は、上記のような構成に限られることはなく、これと異なる構成とすることも可能である。
【００５９】
これらの駆動信号の組のうち、各駆動信号２１ａは対応するノズルの圧電素子１１６ａに印加され、各駆動信号２１ｂは対応するノズルの圧電素子１１６ｂに印加されるようになっている。なお、本実施の形態において準用する図１では、ｎ組の駆動信号２１ａ，２１ｂをまとめて駆動信号２１として描いている。
【００６０】
図８は駆動信号２１ａ，２１ｂの各一周期分（Ｔ）の波形の一例を表すものである。この図の（ａ）は駆動信号２１ａ、（ｂ）は駆動信号２１ｂを表す。ここで、縦軸は電圧、横軸は時間を表し、時間は図の左から右方向へと進むものとする。これらのうち、駆動信号２１ａは、インク滴を吐出する圧力を発生させるための吐出用駆動信号であり、基準電圧０Ｖのほかに引込電圧Ｖｐおよび吐出電圧Ｖａを取り得るようになっている。駆動信号２１ｂは、インク滴吐出時のサテライト滴の発生を抑制する圧力を発生させると共にメニスカスの残留振動を抑制するための補助駆動信号であり、基準電圧０Ｖのほかに引込電圧Ｖｐおよび補助電圧Ｖｂを取り得る。駆動信号２１ａ，２１ｂの組は、ヘッドコントローラ１４によって各吐出周期ごとに適宜切り替えられて、対応するノズルに供給されるようになっている。
【００６１】
その他の構成は上記実施の形態と同様である。
【００６２】
次に、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの動作および作用について説明する。なお、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの全体動作は、ヘッドコントローラ１４が各ノズル１１８について１組の駆動信号２１ａ，２１ｂを出力する点を除いて上記の実施の形態と同様であり、説明を省略する。また、駆動信号２１ａの波形の意義は、上記実施の形態における図５の内容と同様であり、その説明も省略する。ここでは、図８ないし図１０を参照して、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの特徴的な作用を説明する。
【００６３】
まず、図８および図９を参照して、第１の特徴的作用について説明する。
【００６４】
本実施の形態では、メニスカスの残留振動を防止するため、図８（ａ）に示したように、一方の駆動信号２１ａを時点Ｅ（吐出開始タイミングｔｅ）で基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａへと立ち上げて圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させると共に、この駆動信号２１ａが時点Ｇにおいて吐出電圧Ｖａから基準電圧０Ｖへと立ち下がって圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位するのとほぼ並行して、他方の駆動信号２１ｂを基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂへと立ち上げて圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向に変位させ、その後、時点Ｅから所定の時間（ｔ３＋ｔ４＋ｔ７＋ｔ８）が経過した時点Ｇ″において駆動信号２１ｂを基準電圧０Ｖに立ち下げて、圧電素子１１６ｂを復帰方向（インク室膨張方向）に変位させるようにしている。この点をさらに図９を参照して説明する。
【００６５】
図９は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタにおいて１回のインク滴吐出を行った場合における駆動信号２１ａ，２１ｂの電圧波形の変化とメニスカス位置の変化との関係を、本実施の形態に対する比較例と対比して表すもので、上記第１の実施の形態における図６に対応する。ここで、図９（ａ）は駆動信号２１ａ，２１ｂの要部波形を表し、同図（ｂ）はメニスカス位置の変化を表す。なお、これらの図で、横軸、縦軸の意義は図６の場合と同様である。
【００６６】
図９（ａ）における実線▲５▼は駆動信号２１ａの電圧波形を表し、一点鎖線▲６▼は駆動信号２１ｂの電圧波形を表すものである。これらの波形は、図８の各時間パラメータおよび電圧パラメータを例えば次のように設定したものである。なお、時間パラメータの単位はいずれもμｓｅｃであり、電圧パラメータの単位はいずれもボルトである。
【００６７】
τ１＝３０，τ２＝１０，
ｔ１＝９，ｔ２＝２，ｔ３＝２，ｔ４＝３，ｔ５＝１１
ｔ６＝７，ｔ７＝２，ｔ８＝９，ｔ９＝１１
Ｖｐ＝３５，Ｖａ＝２０，Ｖｂ＝２３
この場合、ＥＧ″＝ｔ３＋ｔ４＋ｔ７＋ｔ８＝１６である。
【００６８】
また、図９（ｂ）において、破線▲７▼は、本実施の形態に対する比較例として、圧電素子１１６ａに駆動信号２１ａ（同図（ａ）の実線▲５▼）を印加し圧電素子１１６ｂには駆動信号２１ｂを印加しない場合のメニスカス位置の変化を表す。また、実線▲８▼は、本実施の形態の一具体例として、圧電素子１１６ａに駆動信号２１ａを印加すると共に圧電素子１１６ｂに駆動信号２１ｂ（同図（ａ）の一点鎖線▲６▼）を印加した場合のメニスカス位置の変化を表す。
【００６９】
まず、比較例について説明する。時点Ｅで駆動信号２１ａが吐出電圧Ｖａに立ち上がると共に時点Ｇで駆動信号２１ａが元の基準電圧０Ｖへと立ち下がると、メニスカス位置はノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく変化し、インク滴が吐出される。こののち、メニスカスは一旦インク室１１８の深い位置まで戻るが、その後、再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出する。したがって、この場合には、図９（ｂ）の破線▲７▼で示したような長周期・大振幅の残留振動が長期にわたって継続することとなる。なお、図示のように、この残留振動には圧電素子１１６ａの固有振動に基づく短周期の振動が重畳している。
【００７０】
これに対して本実施の形態では、図９（ａ）に示したように、時点Ｇにおける駆動信号２１ａの立ち下がりと並行して他方の駆動信号２１ｂを補助電圧Ｖｂに立ち上げると共に、インク滴吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動の位相と逆の位相となるようなタイミングでこの長周期振動を抑える方向に圧電素子１１６ａを駆動するようにしている。すなわち、吐出後に一旦深い位置まで戻ったメニスカスが再びノズル開口端位置を越えて吐出方向に大きく突出しようとする手前の時点Ｇ″において駆動信号２１ｂを補助電圧Ｖｂから基準電圧０Ｖへと戻し、圧電素子１１６ｂをインク室膨張方向に変位させてメニスカスをインク室１１４の方向に引き戻すようにしている。このため、図９（ｂ）の実線▲８▼に示したようにメニスカスの突出量が小さくなり、上記比較例の場合に比べてメニスカスの長周期の残留振動が効果的に抑制される。ここで、時点Ｇ″は、上記したように、ＥＧ″＝ｔ３＋ｔ４＋ｔ７＋ｔ８で定まる時点である。
【００７１】
なお、本実施の形態では、圧電素子１１６ａによる吐出開始タイミングｔｅ（時点Ｅ）から圧電素子１１６ｂによるメニスカスの引き戻しタイミング（時点Ｇ″）までの時間を１６〔μｓｅｃ〕としたが、この値に限定されるものではなく、使用する圧電素子１１６ａ，１１６ｂの厚さ等の形状や大きさ、インク室１１４やノズル１１８の形状やサイズ、さらには駆動信号２１ａ，２１ｂの波形等に応じて、最適値を設定することが可能である。
【００７２】
次に、図８および図１０を参照して、第２の特徴的作用について説明する。
【００７３】
本発明におけるインクジェットプリンタのように、圧電素子の変位により吐出圧力を発生させてインク滴吐出を行う方式のインクジェットプリンタにおいては、インク滴の吐出の際に付随的なインク小滴（以下、サテライト滴という。）が発生する場合が多い。これは、柱状になって飛翔するインクの先頭部分と後尾部分との間に生ずる時間差や速度差に起因して先頭部分から後尾部分が分離し、この後尾部分が微小なインク小滴となったものと考えられる。
【００７４】
本実施の形態では、このようなサテライト滴の発生を防止するため、図８に示したように、一方の駆動信号２１ａを時点Ｅ（吐出開始タイミングｔｅ）で基準電圧０Ｖから吐出電圧Ｖａへと立ち上げて圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させたのち、時点Ｇでこの駆動信号２１ａを立ち下げてインク室膨張方向に圧電素子１１６ａを変位させると共に、この圧電素子１１６ａのインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、他方の駆動信号２１ｂを補助電圧Ｖｂへと立ち上げて圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向へ変位させるようにしている。この点をさらに図１０を参照して説明する。
【００７５】
図１０は駆動信号２１ａ，２１ｂの電圧波形の変化と圧電素子１１６ａ，１１６ｂの変位との関係を表すものである。具体的には、この図の（ａ）は駆動信号２１ａの要部波形を表し、（ｂ）は圧電素子１１６ａの変位を表し、（ｃ）は駆動信号２１ｂの要部波形を表し、（ｄ）は圧電素子１１６ｂの変位を表す。ここで、横軸は時間を示し、また、（ａ），（ｃ）における縦軸は電圧を示し、（ｂ），（ｄ）における縦軸は変位量を示す。
【００７６】
図１０（ａ），（ｂ）に示したように、圧電素子１１６ａは、時点Ｅから始まる駆動信号２１ａの電圧増加と共にインク室収縮方向に変位し、慣性力により、電圧が吐出電圧Ｖａに達した時点Ｆをオーバーランした時点Ｐで最大変位状態となり、ここでインク室１１４は最収縮状態となる。そして、この時点Ｐ（同図（ａ）では時点Ｇ）で駆動信号２１ａの立ち下げを開始し、時点Ｈにおいて基準電圧０Ｖまで変化させる。これにより、圧電素子１１６ａはインク室膨張方向に変位して、時点Ｈで元の状態に復帰する。一方、図１０（ｃ），（ｄ）に示したように、駆動信号２１ｂは、駆動信号２１ａの立ち下がり開始時点Ｇと同じ時点Ｅ″において、基準電圧０Ｖから補助電圧Ｖｂへの立ち上げを開始し、これにより、圧電素子１１６ｂはインク室１１４を収縮させる方向に変位する。そして、圧電素子１１６ｂは、上記と同様の慣性力により、電圧が補助電圧Ｖｂに達した時点Ｆ″をオーバーランした時点Ｐ′で最大変位状態となる。
【００７７】
このように、本実施の形態では、圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位するのと並行して圧電素子１１６ｂをインク室収縮方向に変位させるようにしている。すなわち、圧電素子１１６ａ，１１６ｂは、並行して互いに相反する方向への変位動作を行うこととなる。これにより、次のような作用が現出する。
【００７８】
時点Ｅで駆動信号２１ａの吐出電圧Ｖａの印加が開始された圧電素子１１６ａは、インク室収縮方向に変位することによりインク室１１４内に圧力を発生させ、この圧力によりノズル１１８からインクを押し出す。この時点では、ノズル１１８から押し出されたインクはまだ尾を引いており、インク柱の状態をなしている。次に、時点Ｐ（時点Ｇ）で圧電素子１１６ａがインク室膨張方向に変位を開始すると、インク柱の後尾部分は後ろに引き戻されて細くなる。そして、この時点Ｐ（時点Ｅ″）で、今度は圧電素子１１６ｂがインク室収縮方向に変位を開始してインク室１１４内に新たな圧力を発生させるので、この新たな圧力により、今度はインク柱が押し出されることとなり、インクの流れに不連続性が発生する。これにより、インク柱がより早く断ち切られて、インク柱の尾が長く伸びることが抑制されるので、サテライト滴の発生が抑制される。特に、圧電素子１１６ａの復帰開始時点（インク室膨張方向への変位開始時点）を、この圧電素子１１６ａのインク室収縮方向の変位量がほぼ最大になる時点としたときには、インク柱の後尾部分が早期に引き戻されることとなるため、インク滴のサイズが小さくなると共に、サテライト滴の発生がより効果的に抑制される。
【００７９】
なお、圧電素子１１６ａは、時点Ｈで変位が０に戻り、さらに、次第に減衰する固有振動を行う。同様に、圧電素子１１６ｂは、時点Ｈ″で変位が０に戻り、さらに、次第に減衰する固有振動を行う。
【００８０】
このように、本実施の形態によれば、一方の圧電素子１１６ａによってインク滴の吐出を行うと共に、このインク滴吐出後に生ずるメニスカスの長周期振動を抑制可能な方向に他方の圧電素子１１６ｂを変位させるようにしたので、メニスカスの長周期の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、前回の吐出動作によって次回の吐出動作が影響を受けることが少なくなる。すなわち、印字品質を低下させることなく吐出周期を短縮することが可能である。また、本実施の形態のように、吐出用の圧電素子１１６ａとは別個にメニスカス残留振動抑制用の圧電素子１１６ｂを設けるようにしたので、単一の圧電素子のみを用いた場合には圧電素子の固有振動特性の制約によってなし得ないような高速かつ自由度の高いタイミング制御が可能となる。
【００８１】
また、本実施の形態によれば、各ノズルに対応した各インク室１１４ごとに２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けると共に、一方の圧電素子１１６ａをインク室収縮方向に変位させてインク滴吐出動作を開始させ、その後、この圧電素子１１６ａをインク室膨張方向に戻すように変位させるのと並行して、他方の圧電素子１１６ｂを変位０からインク室収縮方向に変位させるようにしたので、インク滴の尾を早期に断ち切ることができ、サテライト滴の発生を抑制することが可能となる。特に、圧電素子１１６ａのインク室収縮方向の変位量が最大になった時点またはその近傍からこの圧電素子１１６ａの復帰を開始することにより、インク滴の小滴化と、より効果的なサテライト滴発生抑制とが可能となる。
【００８２】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、種々変更可能である。
【００８３】
例えば第２の実施の形態（図８）に示した例では、圧電素子１１６ａのインク室膨張方向への変位開始時点Ｇと、圧電素子１１６ｂのインク室収縮方向への変位開始時点Ｅ″とを一致させるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、より広く、圧電素子１１６がをインク室膨張方向に変位するのとほぼ並行して圧電素子１１６ｂがインク室収縮方向に変位することとなるのであれば、それ以外のタイミングで圧電素子１１６ｂの変位を開始させるようにしてもよい。具体的には、図４における時間パラメータが次の条件（１）および（２）を共に満たすように設定すればよい。
【００８４】
ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＜ｔ６＋ｔ７ …（１）
ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５＞ｔ６ …（２）
【００８５】
また、図８に示した例では、吐出開始後に圧電素子１１６ａが最も大きく変位した時点でこの圧電素子１１６ａを元の変位状態に戻し始めるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、それ以外のタイミングで圧電素子１１６ａの変位復帰を開始させるようにしてもよい。但し、上記したように、圧電素子１１６ａの変位復帰開始時点をその最大変位時点またはその近傍に設定したときの方がインク滴の尾をより早期に細くすることができるので、インク滴の小滴化とサテライト滴の発生の抑制とを図る上で有利である。
【００８６】
また、図４および図８における各時間パラメータおよび電圧パラメータの設定値は、例示した値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、図８の例では、駆動信号２１ａ，２１ｂの双方における引込電圧を同じＶｐとしたが、両者を異ならせてもよい。
【００８７】
また、上記第２の実施の形態では、吐出圧力を発生させるためにインク供給側の圧電素子１１６ａを用いると共に、サテライト滴の発生の抑制およびメニスカスの残留振動の抑制のためにノズル側の圧電素子１１６ｂを用いることとしたが、これとは逆にしてもよい。
【００８８】
また、上記第２の実施の形態では、１つのノズルについて２つの圧電素子を設ける場合について説明したが、１つのノズルについて３つ以上の圧電素子を設け、これらの圧電素子を吐出用、メニスカス振動抑制用およびサテライト滴抑制用に分け、それぞれの圧電素子に各用途用の駆動信号を与えるようにしてもよい。この場合、３つ以上の圧電素子の変位能力は、互いに等しくしてもよいし、あるいは異ならせてもよい。
【００８９】
また、上記第２の実施の形態では、１つのノズル１１８に対して１つのインク室１１４を設けると共に、この１つのインク室１１４に対応して２つの圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしたが、例えば、図１１に示したように、１つのノズル１１８に対して２つのインク室１１４ａ，１１４ｂを設けると共に、これらの各インク室１１４ａ，１１４ｂに対応させて圧電素子１１６ａ，１１６ｂを設けるようにしてもよい。なお、図１１は、記録ヘッド１１の一部を真上から見た状態を表すものであり、図７に示した要素と同一要素には同一の符号を付し、また、振動プレート１１３の図示を省略している。この図に示した構成によれば、上記した作用に加えて、さらに、一方のインク室１１４ａにおける圧電素子１１６ａの挙動が他方のインク室１１４ｂの状態に与える影響が少ないので、圧電素子１１６ａ，１１６ｂの相互間のクロストークを低減することができ、より高精度の印字品質を得ることができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載のインクジェットプリンタ、請求項５記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項９記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させることでノズル部からインク滴を吐出させ、さらに、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させるようにしたので、メニスカス位置の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、各吐出動作の相互間の影響を少なくできる。したがって、印字品質を損なわずに吐出周期の短縮化、すなわち、印字動作の高速化が可能になるという効果がある。
【００９１】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ、請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１の圧力発生手段とは別個に第２の圧力発生手段を設け、第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させることでノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴吐出後に生じるメニスカス位置の長周期振動によりメニスカス位置がノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点で第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させるようにしたので、メニスカス位置の残留振動を効果的に抑制することができる。このため、インク滴の吐出間隔を短くしても、各吐出動作の相互間の影響を少なくできる。したがって、印字品質を損なわずに吐出周期の短縮化、すなわち、印字動作の高速化が可能になるという効果がある。また、単一の圧力発生手段だけではその固有振動特性の制約によってなし得ないような高速かつ自由度の高いタイミング制御が可能になるという効果がある。
【００９２】
特に、請求項３記載のインクジェットプリンタ、請求項７記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項１１記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてインク滴を吐出させたのちこの第１の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して第２の圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させたのち、第１の圧力発生手段によるインク滴の吐出によりノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させるようにしたので、第１の圧力発生手段の変位によってノズル部から押し出されたインクの後尾部分が第２の圧力発生手段の変位によって後押しされると共にインクの流れに不連続性が発生することとなり、インク滴が長く尾を引く前に早期に断ち切ることができる。このため、さらに、付随的なインク小滴の発生を抑制することができるという効果がある。
【００９３】
特に、請求項４記載のインクジェットプリンタ、請求項８記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置、または請求項１２記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法によれば、第１の圧力発生手段がインク室収縮方向に最も大きく変位した時点またはその近傍において、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させるようにしたので、さらに、記録に用いるインク滴のサイズをより小さくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成を表すブロック図である。
【図２】このインクジェットプリンタの記録ヘッドの構造を表す斜視断面図である。
【図３】このインクジェットプリンタの記録ヘッドの構造を表す断面図である。
【図４】図１におけるヘッドコントローラから出力される駆動信号の波形の一例を表す図である。
【図５】図４に示した駆動信号波形と、インク室の状態およびノズル内のメニスカス位置の変化との関係を説明するための図である。
【図６】図４に示した駆動信号の波形とメニスカス位置の変化との関係の一例を表す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るインクジェットプリンタの記録ヘッドの構造を表す斜視断面図である。
【図８】図７に示した記録ヘッドに供給される駆動信号の波形の一例を表す図である。
【図９】図８に示した駆動信号の波形とメニスカス位置の変化との関係の一例を表す図である。
【図１０】図８に示した駆動信号の波形と圧電素子の変位との関係の一例を表す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るインクジェットプリンタの記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…インクジェットプリンタ、１１…記録ヘッド、１４…ヘッドコントローラ、２１，２１ａ，２１ｂ…駆動信号、２２…印画データ、１１３…振動プレート、１１４…インク室、１１５…共同流路、１１６，１１６ａ，１１６ｂ…圧電素子、１１８…ノズル、Ｖｐ…引込電圧、Ｖａ…吐出電圧、Ｖｂ…補助電圧、ｔｅ…吐出開始タイミング
Claims (12)
- インク滴を吐出するためのノズル部と、
前記ノズル部にインクを供給するインク室と、
変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段と、
前記圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段と
を備え、
前記メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じる前記メニスカス位置の長周期振動により前記メニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。 - インク滴を吐出するためのノズル部と、
前記ノズル部にインクを供給するインク室と、
それぞれ変位することにより前記インク室の容積を変化させて圧力を発生する第１の圧力発生手段および第２の圧力発生手段と、
前記第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段と
を備え、
前記メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じる前記メニスカス位置の長周期振動により前記メニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。 - 前記吐出制御手段は、前記第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてインク滴を吐出させたのちこの第１の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して前記第２の圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させたのち、前記第１の圧力発生手段によるインク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる
ことを特徴とする請求項２記載のインクジェットプリンタ。 - 前記吐出制御手段は、前記第１の圧力発生手段がインク室収縮方向に最も大きく変位した時点またはその近傍において、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させる
ことを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタ。 - インク滴を吐出するためのノズル部と、前記ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する装置であって、
前記圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段と
を備え、
前記メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じる前記メニスカス位置の長周期振動により前記メニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である
ことを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置。 - インク滴を吐出するためのノズル部と、前記ノズル部にインクを供給するインク室と、それぞれ変位することにより前記インク室の容積を変化させて圧力を発生する第１の圧力発生手段および第２の圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する装置であって、
前記第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させると共に、インク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる吐出制御手段と
を備え、
前記メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じる前記メニスカス位置の長周期振動により前記メニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である
ことを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置。 - 前記吐出制御手段は、前記第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させてインク滴を吐出させたのちこの第１の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させると共に、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して前記第２の圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させたのち、前記第１の圧力発生手段によるインク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる
ことを特徴とする請求項６記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置。 - 前記吐出制御手段は、前記第１の圧力発生手段がインク室収縮方向に最も大きく変位した時点またはその近傍において、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させる
ことを特徴とする請求項７記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動装置。 - インク滴を吐出するためのノズル部と、前記ノズル部にインクを供給するインク室と、変位することにより前記インク室の容積を変化させて前記ノズル部からインク滴を吐出させるための圧力を発生する圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する方法であって、
前記圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させる行程と、
インク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる行程とを含み、
前記メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じる前記メニスカス位置の長周期振動により前記メニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である
ことを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。 - インク滴を吐出するためのノズル部と、前記ノズル部にインクを供給するインク室と、それぞれ変位することにより前記インク室の容積を変化させて圧力を発生する第１の圧力発生手段および第２の圧力発生手段とを備えたインクジェットプリンタ用記録ヘッドを駆動する方法であって、
前記第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させる行程と、
インク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる行程とを含み、
前記メニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングは、インク滴吐出後に生じる前記メニスカス位置の長周期振動により前記メニスカス位置が前記ノズル部を超えて吐出方向に突出しようとする手前の時点である
ことを特徴とするインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。 - 前記第１の圧力発生手段をインク室収縮方向に変位させて前記ノズル部からインク滴を吐出させる行程ののち、前記第１の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる行程と、
前記第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作とほぼ並行して、前記第２の圧力発生手段をインク室収縮方向へ変位させる行程と、
前記第１の圧力発生手段によるインク滴の吐出により前記ノズル部に生ずるメニスカス位置の振動を抑制可能なタイミングで前記第２の圧力発生手段をインク室膨張方向に変位させる行程と
を含むことを特徴とする請求項１０記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。 - 前記第１の圧力発生手段がインク室収縮方向に最も大きく変位した時点またはその近傍において、この第１の圧力発生手段のインク室膨張方向への変位動作を開始させる
ことを特徴とする請求項１１記載のインクジェットプリンタ用記録ヘッドの駆動方法。
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