JP5712158B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクを吐出して被記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドおよび該ヘッドを備えるインクジェット記録装置に関する。

インクジェット方式のプリンタ等に用いられるインクジェットヘッドは、インクが充填される圧力室に設けられたノズルからインクを吐出させることで、被記録媒体に画像を形成する。

インク吐出を長時間休止すると、ノズル内のインクが乾燥して、インクのメニスカス表面が高濃度化（乾燥増粘）する虞がある。このような乾燥増粘等のインクの特性変化は、インク吐出性能の劣化を招き、印刷結果に悪影響を及ぼしかねない。

特開平１１−２４０１７９号公報

本発明が解決しようとする課題は、ノズル内のインクの特性変化を防止することが可能なインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することである。

一実施形態に係るインクジェットヘッドは、インクタンク、圧力室、インク流路、循環装置、アクチュエータ、ノズル、およびコントローラを備える。
上記インクタンクは、上流側インクタンクおよび下流側インクタンクを含み、インクを収容する。上記圧力室にはインクが充填される。上記インク流路は上記上流側インクタンクから上記圧力室へインクを供給するとともに、上記圧力室内のインクを下流側インクタンクに戻す。上記循環装置は上記上流側インクタンク、下流側インクタンク、上記圧力室、および上記インク流路を含む経路でインクを循環させる循環ポンプを備える。そして上記循環装置は、上記上流側インクタンク、上記下流側インクタンク、上記圧力室、および上記インク流路を密閉した状態でインクを循環させる。上記アクチュエータは入力される信号に応じて上記圧力室の容積を変化させる。上記ノズルは上記圧力室の容積の変化に伴い、上記圧力室内のインクを吐出する。上記コントローラは上記ノズルからインクが吐出されるように上記圧力室の容積を拡張させる第１の拡張パルスと上記圧力室の容積を収縮させる収縮パルスとを含む吐出波形信号、および、上記ノズルからのインク吐出を伴わずに上記ノズル内のインクのメニスカスが上記圧力室内へ引き込まれ、上記ノズル内のインクが上記循環装置により循環するように上記圧力室の容積を拡張させる第２の拡張パルスを上記アクチュエータに対して選択的に出力し、１画素印字周期中に階調数に合わせて上記吐出波形信号の数を変化させ、かつ上記第２の拡張パルスの数については１画素印字周期中の最大インク吐出回数以下の値に設定する。

一実施形態に係るインクジェットヘッドの構成の一部を概略的に示す図。 上記ヘッドが備えるヘッドユニットの断面図。 図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図。 上記ヘッド及びインクジェット記録装置の回路構成を示すブロック図。 上記ヘッドの圧力室の容積拡張時及び収縮時におけるノズル近傍の様子を示す図。 図５における体積Ｑの変化を示す図。 上記ヘッドの駆動電圧信号制御回路が出力する駆動電圧信号の一例を示す波形図。 上記駆動電圧信号が含む拡張パルスのパルス幅とインク滴の吐出速度の関係を示す図。 インク温度に基づき拡張パルスのパルス幅を決定するためのテーブルの一例を示す図。 変形例に係る駆動電圧信号を示す波形図。

以下、一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッド１の構成の一部を概略的に示す図である。同図中に示された矢印は、インクの流れ方向を表している。
インクジェットヘッド１は、ヘッドユニット２、上流側タンク３、下流側タンク４、循環ポンプ５（循環装置）、ろ過フィルタ６、圧力センサ７，８、負圧調整用タンク９、負圧調整ポンプ１０、およびインク流路１１，１２，１３，１４等を備える。

インク流路１１〜１４は、例えば弾性材料から成るチューブ等で構成される。インク流路１１は上流側タンク３とヘッドユニット２とを接続し、インク流路１２はヘッドユニット２と下流側タンク４とを接続し、インク流路１３は下流側タンク４と上流側タンク３とを接続する。

上流側タンク３および下流側タンク４は、インクカートリッジ等の図示せぬインク供給源から供給されるインクを収容する。本実施形態において上記インク供給源から供給されるインクは、水性インクであるとする。上流側タンク３は、同タンク３内の空気層を大気へ開放・密閉するバルブ３ａを備える。下流側タンク４は、同タンク４内の空気層を大気へ開放・密閉するバルブ４ａを備える。

循環ポンプ５は、例えばチューブポンプやルーツ式ポンプであり、インク流路１３の所定位置に設けられる。循環ポンプ５は、下流側タンク４内のインクを吸引し、上流側タンク３に送出する。バルブ３ａ，４ａを閉じた状態で循環ポンプ５が動作すると、インクが下流側タンク４、インク流路１３、上流側タンク３、インク流路１１、ヘッドユニット２、インク流路１２を順に含む循環経路に沿って流れる。循環ポンプ５の回転数を増減させることで、上記循環経路を流れるインクの流量を調整することができる。

ろ過フィルタ６は、インク流路１３に設けられ、インク流路１３を流れるインクから異物や気泡を除去する。

圧力センサ７は、インク流路１１に接続され、インク流路１１を流れるインクの圧力、すなわちヘッドユニット２に供給されるインクの圧力を測定する。圧力センサ８は、インク流路１２に接続され、インク流路１２を流れるインクの圧力、すなわちヘッドユニット２から排出されるインクの圧力を測定する。

インク流路１４は、インク流路１３と負圧調整用タンク９とを接続する。負圧調整用タンク９は、インク流路１３または上記インク供給源から供給されるインクを収容する。負圧調整ポンプ１０は、例えば正逆回転可能なチューブポンプやルーツ式ポンプであり、インク流路１４に設けられる。負圧調整ポンプ１０の回転方向および回転数を変化させることにより、下流側タンク４内の圧力、すなわちヘッドユニット２からインクを吸引しようとする負圧を調整することができる。

続いて、ヘッドユニット２の構造について説明する。
図２の断面図に示すように、ヘッドユニット２は、インク流路１１に接続されたインク流入口２０、インク流路１２に接続されたインク流出口２１、インク流入口２０に流入するインクを収容する共通圧力室２２、インク流出口２１に流出するインクを収容する共通圧力室２３、共通圧力室２２，２３の間に設けられた複数の圧力室２４、各圧力室２４と共通圧力室２２とを仕切る隔壁２５、各圧力室２４と共通圧力室２３とを仕切る隔壁２６、各圧力室２４にそれぞれ連通するインク吐出用の複数のノズル２７、各圧力室２４の一壁面を形成する複数の振動板２８、各振動板２８上にそれぞれ配置した複数の圧電素子２９等を備える。

さらにヘッドユニット２は、インク流入口２０を流れるインクの温度Ｔを検出する温度センサ３０、および、この温度センサ３０と各圧電素子２９を接続する駆動電圧信号制御回路４１を備える。駆動電圧信号制御回路４１は、各圧電素子２９に駆動電圧信号を出力することにより、各圧力室２４の容積を変化させる。

各振動板２８および各圧電素子２９により、各圧力室２４の容積を変化させる複数のアクチュエータが構成される。

インクが上記循環経路に沿って流れているとき、インクは図２中に矢印で示すように、インク流入口２０、共通圧力室２２、各圧力室２４、共通圧力室２３、インク流出口２１の経路に沿って流れる。

図２のＡ−Ａ線に沿う断面を矢印方向に見たのが図３である。すなわち、各圧力室２４は、それぞれ隔壁３１を介して隣り合う。

図４は、インクジェットヘッド１および該ヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の回路構成を示すブロック図である。
インクジェットヘッド１の回路は、各圧電素子２９および温度センサ３０を接続する駆動電圧信号制御回路４１、循環ポンプ５を接続する循環制御回路４２、各圧力センサ７，８および負圧調整ポンプ１０を接続する負圧制御回路４３等を備える。

また、インクジェット記録装置１００の回路は、インクジェットヘッド１の他に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、データメモリ１０４、入力ポート１０５、入力ポート１０５に接続された操作パネル１０６、インターフェース１０７、モータ駆動回路１０８、モータ駆動回路１０８に接続された搬送装置１０９、および、ＣＰＵバス１１０等を備える。

ＣＰＵバス１１０は、アドレスバスやデータバスで構成され、各回路４１〜４３、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、データメモリ１０４、入力ポート１０５、インターフェース１０７、およびモータ駆動回路１０８等を接続する。

ＲＯＭ１０２は、各種の処理を実現するコンピュータプログラムや、該処理に用いる固定値等を記憶する。ＲＡＭ１０３は、処理場面に応じて各種の作業用記憶領域を形成する。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２またはＲＡＭ１０３等に記憶されたコンピュータプログラムを実行し、インクジェットヘッド１およびインクジェット記録装置１００の制御に関わる各種の処理を実現する。すなわち、ＣＰＵ１０１は、インクジェットヘッド１およびインクジェット記録装置１００の主制御手段として機能する。

データメモリ１０４は、例えば印刷対象の画像データや、この画像データに含まれる各画素をインク滴の吐出回数に変換した階調値データの集合体である展開データ等を記憶するためのメモリである。

操作パネル１０６は、各種操作ボタンやタッチパネル付きのディスプレイ等で構成され、印刷コマンドの入力や印刷条件の設定等に関わる情報の入力に使用されるとともに、インクジェット記録装置１００の動作状況を上記ディスプレイへの表示によって報知する。

インターフェース１０７は、例えばホストコンピュータ等の外部機器と通信するためのケーブル等を接続し、このケーブルを介して外部機器から各種のデータやコマンドを受信する。

搬送装置１０９は、例えば、図示せぬ用紙カセットに収納された被記録媒体である用紙をピックアップするピックアップローラ、該ローラにてピックアップされた用紙を外周面に吸着してヘッドユニット２によるインク吐出位置に搬送する吸着ドラム、ヘッドユニット２により画像が形成された後の用紙を該ドラムから剥離する剥離機構、該剥離機構により剥離された用紙を図示せぬ排紙トレイへと排紙する排紙ローラ等を備える。モータ駆動回路１０８は、搬送装置１０９が備える各部を動作させるためのモータを駆動する。

循環制御回路４２は、ＣＰＵ１０１からの指令に応じて循環ポンプ５の回転数を制御する。

負圧制御回路４３は、圧力センサ７，８によって測定される圧力に応じて負圧調整ポンプ１０の回転数および回転方向を制御する。例えば負圧制御回路４３は、各ノズル２７のメニスカスに与えられる負圧が所定の値で一定となるように、圧力センサ７，８によって測定される各圧力の差分に応じて負圧調整ポンプ１０の回転数および回転方向を制御する。

駆動電圧信号制御回路４１、循環制御回路４２、および負圧制御回路４３は、インクジェットヘッド１のコントローラとして機能する。

次に、駆動電圧信号制御回路４１が各圧電素子２９に供給する駆動電圧信号について説明する。
駆動電圧信号制御回路４１は、圧力室２４の容積を拡張させる方向に圧電素子２９を変形させる拡張パルスと、圧力室２４の容積を収縮させる方向に圧電素子２９を変形させる収縮パルスとを生成し、各圧電素子に対して出力する機能を有する。

圧力室２４の容積拡張時および収縮時におけるノズル２７近傍の様子を図５に示す。拡張パルスによって圧力室２４の容積が拡張すると、図５（ａ）に示すようにノズル２７内のインクのメニスカスが圧力室２４内部に引き込まれる。一方、収縮パルスによって圧力室２４の容積が収縮すると、図５（ｂ）に示すようにノズル２７内のインクのメニスカスがノズル２７から外部に押し出される。

図５におけるＱは、ノズル２７の端部（破線位置）とメニスカス表面とで囲まれる領域の体積を表す。インクのメニスカスが当該端部から突出した状態における体積Ｑ（すなわちインクの体積）を正と定義し（Ｑ＞０）、インクのメニスカスが当該端部よりも引き込まれた状態における体積Ｑ（すなわち空気の体積）を負と定義する（Ｑ＞０）。

参考までに、拡張パルスを３回連続して圧電素子２９に入力した場合における体積Ｑの変化の様子と、収縮パルスを３回連続して圧電素子２９に入力した場合における体積Ｑの変化の様子とを図６のグラフに示す。横軸は時間（μｓ）であり、縦軸は体積Ｑの変位（任意単位）である。圧電素子２９に拡張パルスを入力すると、体積Ｑは急激に下降する。拡張パルスの入力後において、体積Ｑは一時的に正に転じる。一方、圧電素子２９に収縮パルスを入力すると、体積Ｑは急激に上昇する。収縮パルスの入力後において、体積Ｑは一時的に負に転じる。拡張パルスおよび収縮パルスのパルス幅（期間）を変更すると、体積Ｑの変位の振幅は増減する。

画像の印刷に際し、駆動電圧信号制御回路４１は、上述のような性質を持つ拡張パルスと収縮パルスを組み合わせた駆動電圧信号を各圧電素子２９に出力する。

図７は、駆動電圧信号の一例を示す波形図である。図７中の時間軸後半（右側）に示す拡張パルスＰ１、グラウンド電位（パルス休止）Ｒ１、および収縮パルスＰ２によってノズル２７から１つのインク滴を吐出させるための吐出波形（第１信号）が構成される。

拡張パルスＰ１は、圧力室２４の容積が拡張する方向に圧電素子２９を変形させる。グラウンド電位Ｒ１は、拡張パルスＰ１によって変形した圧電素子２９を定常状態に復帰させる。収縮パルスＰ２は、グラウンド電位Ｒ１によって定常状態に復帰した圧電素子２９を、圧力室２４の容積が収縮する方向に変形させる。このような圧力室２４の容積変化の過程で、１つのインク滴がノズル２７から吐出される。

拡張パルスＰ１は正極性の矩形パルスであり、収縮パルスＰ２は負極性の矩形パルスである。但し、負極性の拡張パルスＰ１によって圧力室２４の容積が拡張する方向に圧電素子２９が変形し、正極性の収縮パルスＰ２によって圧力室２４の容積が収縮する方向に圧電素子２９が変形するようにしてもよい。

なお、拡張パルスＰ１、グラウンド電位Ｒ１、収縮パルスＰ２の期間は、圧力室２４内のインクと圧力室２４との共振周期等を考慮して、インク滴を効率的にノズル２７から吐出でき、かつ吐出後に圧力室２４内のインクの振動が抑制され易い期間に設定すればよい。上記共振周期は、圧力室２４の構造やインクの特性等によって決まるもので、ヘルムホルツ共振周期と称される。

本実施形態では、マルチドロップ方式を採用し、拡張パルスＰ１、グラウンド電位Ｒ１、および収縮パルスＰ２を含む吐出波形を、１つの画素を形成するための期間である１画素周期中で最大３回繰り返して同一の圧電素子２９に出力することにより、用紙上に１画素を形成する。これにより、１つのヘッドユニット２で４階調（０ドロップ、１ドロップ、２ドロップ、３ドロップ）の画像形成が可能となる。図７においては、上記吐出波形が３回（１〜３ドロップ）繰り返して出力される場合を示している。

インク吐出を伴わない画素（０ドロップ）に対する１画素周期において、駆動電圧信号制御回路４１は、図７中の時間軸前半（左側）に示す拡張パルスＰ３（第２信号）を当該画素に対応する圧電素子２９に出力する。

拡張パルスＰ３は、正極性の矩形パルスであり、圧力室２４の容積が拡張する方向に圧電素子２９を変形させる。但し、負極性の拡張パルスＰ３によって圧力室２４の容積が拡張する方向に圧電素子２９が変形するようにしてもよい。拡張パルスＰ３のパルス幅（期間）Ｄは、上記ヘルムホルツ共振周期の半値（＝ＡＬ）以下で、かつノズル２７からインクが吐出しない値に設定する。

拡張パルスＰ３によって圧力室２４の容積が拡張すると、当該圧力室２４に設けられたノズル２７内のインクのメニスカスは、図５（ａ）のように圧力室２４内に引き込まれる。引き込まれたメニスカス付近のインクは、図１，図２を用いて説明した循環の流れに乗って攪拌される。

拡張パルスＰ３は、１画素周期中に複数含ませることができる。１画素周期における拡張パルスＰ３の出力回数Ｋは、例えばマルチドロップの最大吐出回数Ｎ以下の値に設定する（Ｋ≦Ｎ）。図７においてはＫ＝３（＝Ｎ）とし、グラウンド電位（パルス休止）Ｒ２間隔で３回の拡張パルスＰ３を出力した場合を例示している。

駆動電圧信号制御回路４１は、温度センサ３０が検出するインク温度Ｔに応じて、動的にパルス幅Ｄを設定する。以下、パルス幅Ｄの設定方法について説明する。
あるインク温度Ｔにおいて、圧電素子２９に入力する拡張パルスＰ３のパルス幅Ｄ（μｓ）を変更しつつ、ノズル２７から吐出されるインク滴の速度（ｍ／ｓ）を測定した結果のグラフを図８に示す。なお、インク滴が吐出されなかった測定結果のプロットは、０.０ｍ／ｓとしている。

パルス幅Ｄ＝１.７μｓ以下の範囲では吐出速度が０.０ｍ／ｓである。すなわちインク滴は吐出されない。

図６に示した拡張パルスに関する測定結果から分かるように、拡張パルスによる圧力室２４の容積の拡張の後に、インクのメニスカスがノズル２７の端部から突出する。パルス幅Ｄを大きくするとこの突出部分が分離し、インク滴となる。図８の例ではパルス幅Ｄ＝１.７μｓ付近からこの分離が生じている。

１.７μｓからさらにパルス幅Ｄを大きくするとインク滴の吐出速度が増加していき、やがてパルス幅Ｄ＝２.３μｓ付近でピークに達して下降に転じ、パルス幅Ｄ＝２.９μｓ付近で０.０ｍ／ｓとなる。上記ピーク時のパルス幅Ｄは、ヘルムホルツ共振周期の半値、すなわちＡＬである。

パルス幅Ｄは、インク滴が吐出されない範囲で定める必要がある。すなわち図８の例においては、インク滴が吐出されるパルス幅Ｄの範囲の下限値である１.７μｓ以下（Ｄ≦１.７μｓ）、あるいは、インク滴が吐出されるパルス幅Ｄの範囲の上限値である２.９μｓ以上（Ｄ≧２.９μｓ）の範囲でパルス幅Ｄを定めなければならない。

また、この範囲内であっても、パルス幅Ｄが小さすぎるとノズル２７内のインクのメニスカスが十分に圧力室２４内に引き込まれないし、パルス幅Ｄが大きすぎると消費電力の増大を招いてしまう。そこで、好適には約０.１ＡＬ〜約０．７ＡＬ（≒１.７μｓ）の範囲でパルス幅Ｄを定めることが好ましい。特に本実施形態では、上記下限値をパルス幅Ｄに定める。但し、拡張パルスＰ３によってインク滴が吐出されることを確実に防止すべく、上記下限値から所定のマージンを差し引いた値をパルス幅Ｄとしてもよい。

図８に例示したパルス幅Ｄと吐出速度との関係は、インク温度Ｔごとに異なる。本実施形態では、予めインク温度Ｔごとに図８に示すようなパルス幅Ｄと吐出速度の関係を実験的乃至は理論的に取得し、インク温度Ｔごとにインクが吐出されるパルス幅Ｄの範囲の下限値を求めておく。この結果は、例えばテーブルの形式で駆動電圧信号制御回路４１が備えるメモリやＲＯＭ１０２に保存する。

上記テーブルの一例を図９に示す。このテーブルは、インク温度Ｔ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・）ごとに、上記下限値であるパルス幅Ｄ（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・）を割り当てたものである。

駆動電圧信号制御回路４１は、このようなテーブルを参照して現在のインク温度Ｔに割り当てられたパルス幅Ｄを取得し、当該パルス幅Ｄの拡張パルスＰ３を各圧電素子２９に出力する。

ここで、インクジェットヘッド１乃至インクジェット記録装置１００が１つの印刷ジョブを実行する際の一連の動作、および拡張パルスＰ３を導入したことによる作用について説明する。

インクジェット記録装置１００に電源が投入されると、循環制御回路４２が循環ポンプの駆動を開始し、負圧制御回路４３が圧力センサ７，８によって測定される圧力のモニタおよびこれら圧力の差分に応じた負圧調整ポンプ１０の回転数および回転方向の制御を開始する。これにより、インクジェットヘッド１のインクが上述の循環経路を循環するとともに、各ノズル２７のメニスカスに与えられる負圧が規定値で一定となる。上記規定値は、各ノズル２７のメニスカスがインクの吐出に適した位置で静止するような値に設定しておく。

この状態で外部機器から送信される印刷対象の画像データおよび印刷コマンドをインターフェース１０７が受信すると、インターフェース１０７は、当該画像データをデータメモリ１０４に書き込むとともに、ＣＰＵ１０１に印刷コマンドの受信を通知する。この通知を受けたＣＰＵ１０１は、データメモリ１０４に書き込まれた印刷対象の画像データに基づいて上記展開データを生成し、データメモリ１０４に書き込む。

さらにＣＰＵ１０１は、駆動電圧信号制御回路４１およびモータ駆動回路１０８に動作開始を指令する。この指令を受けたモータ駆動回路１０８は、搬送装置１０９が備えるモータを駆動して、用紙カセットに収容された用紙の搬送を開始させる。

一方、動作開始の指令を受けた駆動電圧信号制御回路４１は、温度センサ３０が検出するインク温度Ｔに割り当てられたパルス幅Ｄを図９に示したテーブルから取得し、取得したパルス幅Ｔを当該印刷ジョブで使用する拡張パルスＰ３のパルス幅Ｄに設定する。

その後、搬送装置１０９によって搬送される用紙がヘッドユニット２によるインク吐出位置に到達した後、駆動電圧信号制御回路４１は、搬送装置１０９による用紙の搬送に同期して、データメモリ１０４に書き込まれた展開データに基づく駆動電圧信号を各圧電素子２９に出力していく。すなわち駆動電圧信号制御回路４１は、１ドロップの階調値データに対応する画素の形成タイミングにおいて拡張パルスＰ１、グラウンド電位Ｒ１および収縮パルスＰ２からなる吐出波形を１つ含む駆動電圧信号を当該画素に対応する圧電素子２９に出力し、２ドロップの階調値データに対応する画素の形成タイミングにおいて上記吐出波形を２つ含む駆動電圧信号を当該画素に対応する圧電素子２９に出力し、３ドロップの階調値データに対応する画素の形成タイミングにおいて上記吐出波形を３つ含む駆動電圧信号を当該画素に対応する圧電素子２９に出力する。上記吐出波形が入力された圧電素子２９に対応するノズル２７からは、入力された吐出波形の数だけインク滴が吐出され、これらインク滴が用紙に着弾して画素が形成される。

また、駆動電圧信号制御回路４１は、０ドロップの階調値データに対応する画素の形成タイミングにおいて、拡張パルスＰ３を３つ含む駆動電圧信号を当該画素に対応する圧電素子２９に出力する。拡張パルスＰ３が入力された圧電素子２９に対応するノズル２７においては、拡張パルスＰ３による圧力室２４の容積の変化に応じて、インクのメニスカスが圧力室２４内に引き込まれる。引き込まれたメニスカス付近のインクは、図１，図２を用いて説明した循環の流れに乗って攪拌される。これにより、インク吐出を伴わない画素の形成タイミングにおいて、当該画素に対応するノズル２７内のインクのメニスカスの乾燥像粘等が防がれる。

用紙に全ての画素を形成し終えると、駆動電圧信号制御回路４１は動作を停止する。画素が形成された用紙は、搬送装置１０９によって排紙トレイに排紙される。以上で一連の印刷ジョブが完了する。

このように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１乃至インクジェット記録装置１００は、インクを循環経路に沿って循環させるとともに拡張パルスＰ３を各圧電素子２９に出力することにより、ノズル２７内のインクのメニスカスの乾燥像粘等の特性変化を防止している。このようにすることで、各ノズル２７のインク吐出性能が良好に保たれる。

なお、ノズル２７内のインクのメニスカスを圧力室２４内に引き込む方法としては、負圧調整ポンプ１０等によりメニスカスに与えられる負圧を常に大きくすることも考えられる。しかしながら、そのようにした場合、インクの円滑な吐出が妨げられる虞がある。また、ある印刷コマンドによる印刷ジョブの完了から、次の印刷コマンドによる印刷ジョブの実行時に限り負圧を増加させてメニスカスを圧力室２４内に引き込み、印刷ジョブの実行時には負圧を緩和させることも考えられる。しかしながら、そのようにした場合には、印刷ジョブの実行時にメニスカスを印刷に適した位置に復帰させるまでに時間が掛かってしまう。一方、本実施形態の手法であれば、各ノズル２７内のメニスカスを常時インクの吐出に適した位置に所在させることができるので、これらの問題は生じない。
その他、本実施形態に開示した構成からは、種々の好適な効果が得られる。

上記実施形態にて開示した構成は、実施段階において各構成要素を適宜変形して具体化できる。

例えば、上記実施形態では図９のようなテーブルを用いてパルス幅Ｄを設定するとしたが、パルス幅Ｄは計算式に基づく演算等で設定されてもよい。また、図８に例示したようなパルス幅Ｄと吐出速度との関係は、インクの種別に応じて異なる。これに鑑み、図９のようなテーブルあるいは上記計算式をインクの種別ごとに定めておき、インクジェットヘッド１で使用されるインクの種類に応じた上記テーブルあるいは計算式に基づいてパルス幅Ｄを定めるようにしてもよい。この場合、パルス幅Ｄの設定に用いるインクの種別は、例えばユーザが操作パネル１０６の操作によって指定するようにすればよい。

また、拡張パルスＰ３のパルス幅Ｄをインク温度Ｔに応じて変更するのではなく、拡張パルスＰ３の電圧値をインク温度Ｔに応じて変更し、メニスカスを適度に引き込むようにしてもよい。

また、図７には１画素周期における拡張パルスＰ３の出力回数Ｋが３である場合を例示したが、出力回数Ｋは他の値であってもよい。

また、インクの吐出を伴う画素に関する１画素周期中に、拡張パルスＰ３と吐出波形とを混在させてもよい。１画素周期中に拡張パルスＰ３と吐出波形とを混在させる例を図１０に示す。図１０中の時間軸前半（左側）に示す１画素周期は１ドロップ分の吐出波形を含み、時間軸後半（右側）に示す１画素周期は２ドロップ分の吐出波形を含む。時間軸前半に示す１画素周期においては、吐出波形に続き２つの拡張パルスＰ３を配置している。また、時間軸後半に示す１画素周期においては、２つ目の吐出波形に続き１つの拡張パルスＰ３を配置している。すなわちこの例では、１画素周期における拡張パルスＰ３の出力回数Ｋ＝Ｎ−（当該画素周期中の吐出波形の数）としている。したがって、０ドロップの画素周期は３つの拡張パルスＰ３を含み、３ドロップの画素周期は拡張パルスＰ３を含まないことになる。なお、必ずしも拡張パルスＰ３の出力回数ＫをＮ以下とする必要はないが、拡張パルスＰ３を過度に混在させるとインクのメニスカスの形状が不安定になるため、出力回数ＫのＮを超えない方が好ましい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］インクを収容するインクタンクと、インクが充填される圧力室と、前記インクタンクから前記圧力室へインクを供給するとともに、前記圧力室内のインクを前記インクタンクに戻すためのインク流路と、前記インクタンク、前記圧力室、および前記インク流路を含む経路でインクを循環させる循環装置と、入力される信号に応じて前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記圧力室の容積の変化に伴い、前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、前記ノズルからインクが吐出されるように前記圧力室の容積を変化させる第１信号、および、前記ノズルからのインク吐出を伴わずに前記ノズル内のインクのメニスカスが前記圧力室内へ引き込まれるように前記圧力室の容積を変化させる第２信号を、前記アクチュエータに対して選択的に出力するコントローラとを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
［２］前記第２信号は、前記圧力室の容積を拡張させる拡張パルスであることを特徴とする付記［１］に記載のインクジェットヘッド。
［３］前記拡張パルスのパルス幅は、前記圧力室とインクのヘルムホルツ共振周期の半値ＡＬよりも小さい値に設定されていることを特徴とする付記［１］又は［２］に記載のインクジェットヘッド。
［４］インクの温度を検出する温度センサをさらに備え、前記コントローラは、前記温度センサによって検出される温度に応じて前記拡張パルスのパルス幅を変更することを特徴とする付記［１］乃至［３］のうちいずれか１に記載のインクジェットヘッド。
［５］付記［１］ないし［４］のうちいずれか１に記載のインクジェットヘッドと、画像を形成するための被記録媒体を前記ノズルからインクが吐出される位置に搬送する搬送装置と、を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。

Ｐ１，Ｒ１，Ｐ２…拡張パルス，グラウンド電位，収縮パルス（第１信号）、Ｐ３…拡張パルス（第２信号）、１…インクジェットヘッド、３，４…上流側タンク，下流側タンク（インクタンク）、５…循環ポンプ（循環装置）、９…負圧調整用タンク、１０…負圧調整ポンプ、１１〜１４…インク流路、２４…圧力室、２７…ノズル、２８，２９…振動板，圧電素子（アクチュエータ）、３０…温度センサ、４１…駆動電圧信号制御回路（コントローラ）、１００…インクジェット記録装置、１０９…搬送装置。

Claims (4)

1. インクを収容する上流側インクタンクおよび下流側インクタンクと、
   インクが充填される圧力室と、
   前記上流側インクタンクから前記圧力室へインクを供給するとともに、前記圧力室内のインクを前記下流側インクタンクに戻すためのインク流路と、
   前記上流側インクタンク、前記下流側インクタンク、前記圧力室、および前記インク流路を含む経路でインクを循環させる循環ポンプを備え、前記上流側インクタンク、前記下流側インクタンク、前記圧力室、および前記インク流路を密閉した状態でインクを循環させる循環装置と、
   入力される信号に応じて前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
   前記圧力室の容積の変化に伴い、前記圧力室内のインクを吐出するノズルと、
   前記ノズルからインクが吐出されるように前記圧力室の容積を拡張させる第１の拡張パルスと前記圧力室の容積を収縮させる収縮パルスとを含む吐出波形信号、および、前記ノズルからのインク吐出を伴わずに前記ノズル内のインクのメニスカスが前記圧力室内へ引き込まれ、前記ノズル内のインクが前記循環装置により循環するように前記圧力室の容積を拡張させる第２の拡張パルスを前記アクチュエータに対して選択的に出力し、１画素印字周期中に階調数に合わせて前記吐出波形信号の数を変化させ、かつ前記第２の拡張パルスの数については１画素印字周期中の最大インク吐出回数以下の値に設定するコントローラと、
   を備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記第２の拡張パルスのパルス幅は、前記圧力室とインクのヘルムホルツ共振周期の半値ＡＬよりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. インクの温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記温度センサによって検出される温度に応じて前記第２の拡張パルスのパルス幅を変更することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のインクジェットヘッドと、
   画像を形成するための被記録媒体を前記ノズルからインクが吐出される位置に搬送する搬送装置と、
   を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。

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