JP7001090B2 - インクジェット記録装置及び駆動方法 - Google Patents

Description

この発明は、インクジェット記録装置及び駆動方法に関する。

従来、ノズルからインクを吐出させて画像や構造などを形成するインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置は、幅広い用途に対して用いられている。

このインクジェット記録装置では、用途などに応じて種々のインクが用いられる。これらのインクの中には、温度などの周辺環境に応じて粘性などの特性が変化するものがある。インクの特性の変化により、インクに対して一定の圧力変動を付与してもインクの吐出速度や吐出量が変化して、適正に画像や構造が形成されなくなるという問題がある。

これに対し、特許文献１には、サーミスターを材質として形成されたノズルプレートにより温度を検出し、インクを吐出させるための駆動電圧波形の振幅の大小を温度変化に応じて補正する技術について開示されている。

特開２０１０－２０８０６８号公報

しかしながら、単純に温度に応じて駆動電圧の振幅を変化させると、インク吐出後のノズル内のインクの安定性が低下しやすく、高速に安定してインク吐出をさせにくいという課題がある。

この発明の目的は、温度条件によらず高速に安定してインク吐出が可能なインクジェット記録装置及び駆動方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
インクを吐出するノズルと、印加される電圧に応じて変形することで前記ノズルに供給されるインクに対して当該変形に応じた圧力を加える圧力発生素子とを有するインクジェットヘッドと、
前記圧力発生素子に印加する電圧を制御する駆動制御部と、
を備え、
前記ノズルからインクを吐出させる駆動動作時に前記圧力発生素子に印加される電圧の駆動電圧波形には、インク吐出動作に係る吐出駆動波形と、前記インク吐出動作により生じるインクの圧力変動を抑制する安定化波形とが含まれ、
前記吐出駆動波形及び前記安定化波形のうち一方は、基準電圧から当該基準電圧よりも大きい第１の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、他方は、前記基準電圧から当該基準電圧よりも小さい第２の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、
前記駆動制御部は、前記駆動電圧波形に含ませる前記吐出駆動波形の数を変更可能であり、吐出されるインクの温度に応じて前記第１の電圧、前記第２の電圧及び前記基準電圧のうち前記基準電圧のみを変化させる
インクジェット記録装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録装置において、
前記駆動制御部は、複数の前記吐出駆動波形が含まれる前記駆動電圧波形の電圧を前記圧力発生素子に印加させることにより、一滴のインク液滴を前記ノズルから吐出させる。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のインクジェット記録装置において、
前記駆動電圧波形に含まれる複数の前記吐出駆動波形には、二以上の互いに異なる形状の波形が含まれる。

また、請求項４記載の発明は、請求項１～３のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置において、
前記駆動制御部は、前記ノズルから吐出させるインクの着弾面における当該インクの濃度階調に応じて前記駆動電圧波形に含ませる前記吐出駆動波形の数を変更する。

また、請求項５記載の発明は、請求項１～４のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置において、
前記駆動制御部は、インクの種別に応じて前記基準電圧を定める。

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載のインクジェット記録装置において、
前記インクジェットヘッドを複数備え、
前記駆動制御部は、前記複数のインクジェットヘッドにそれぞれ供給されるインクの種別に応じて各々前記基準電圧を定める。

また、請求項７記載の発明は、請求項１～６のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置において、
前記温度と前記基準電圧との対応関係を記憶する対応記憶部を備える。

また、請求項８記載の発明は、請求項１～７のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置において、
前記駆動制御部は、前記ノズルからインクを吐出させずにインクに圧力変動を生じさせる非吐出電圧波形の電圧を前記圧力発生素子に印加させ、
前記非吐出電圧波形は、前記基準電圧から前記吐出駆動波形における電圧の一時的な変化と同一方向への電圧の一時的な変化を含み、前記安定化波形における電圧の一時的な変化と同一方向への電圧の一時的な変化を含まない。

また、請求項９記載の発明は、請求項１～８のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置において、
吐出されるインクの温度に応じた温度を計測する温度計測部を備える。

また、請求項１０記載の発明は、
インクを吐出するノズルと、印加される電圧に応じて変形することで前記ノズルに供給されるインクに対して当該変形に応じた圧力を加える圧力発生素子とを有するインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記ノズルからインクを吐出させる駆動動作時に前記圧力発生素子に印加される電圧の駆動電圧波形には、インク吐出動作に係る吐出駆動波形と、前記インク吐出動作により生じるインクの圧力変動を抑制する安定化波形とが含まれ、
前記吐出駆動波形及び前記安定化波形のうち一方は、基準電圧から当該基準電圧よりも大きい第１の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、他方は、前記基準電圧から当該基準電圧よりも小さい第２の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、
前記駆動電圧波形に含ませる前記吐出駆動波形の数を変更する変更ステップと、
吐出されるインクの温度に応じて前記第１の電圧、前記第２の電圧及び前記基準電圧のうち前記基準電圧のみを変化させる出力調整ステップと、
を含む。

本発明に従うと、温度条件によらず高速に安定してインク吐出が可能となるという効果がある。

インクジェット記録装置の機能構成を示すブロック図である。 インクジェット記録装置におけるインク吐出用の駆動電圧信号を示す図である。 インクジェット記録装置におけるインク非吐出時の駆動電圧信号を示す図である。 インクジェット記録装置におけるインク吐出用の駆動電圧信号の電圧調整について説明する図である。 インクジェット記録装置におけるインク非吐出時の駆動電圧信号の電圧調整について説明する図である。 本実施形態のインクジェット記録装置で実行される駆動電圧調整制御処理の制御手順を示すフローチャートである。 インクジェット記録装置で出力可能な駆動電圧信号の他の波形の例を示す図である。 インクジェット記録装置で出力可能な駆動電圧信号の他の波形の例を示す図である。 インクジェット記録装置で出力可能な駆動電圧信号の他の波形の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態であるインクジェット記録装置１の機能構成を示すブロック図である。

インクジェット記録装置１は、本体制御部４１と、移動制御部４２と、移動動作部５１と、通信部５２と、操作表示部５３と、報知出力部５４と、温度計測部５５と、ヘッド駆動制御部２０（駆動制御部）と、インクジェットヘッド３０などを備え、これらは、バス５６を介して信号を送受信可能に接続されている。

本体制御部４１は、インクジェット記録装置１の全体動作を統括制御する。本体制御部４１は、ＣＰＵ４１１（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ４１２（Random Access Memory）と、記憶部４１３などを備える。

ＣＰＵ４１１は、各種演算処理を行う。ＣＰＵ４１１は、記憶部４１３に記憶されている制御プログラムを読み出して画像記録やその設定などに係る各種制御処理を行う。

ＲＡＭ４１２は、ＣＰＵ４１１に作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。記憶部４１３は、制御プログラムや設定データなどを記憶する不揮発性メモリーを含む。また、記憶部４１３は、通信部５２を介して外部から取得された液滴吐出命令（プリントジョブ）に係る設定や記録対象の画像データなどを一時的に記憶するＤＲＡＭなどを備えても良い。

移動動作部５１は、画像を記録する対象である記録媒体を所定の方向に搬送することでインクジェットヘッド３０に対して相対的に移動させ、少なくとも記録媒体の供給及び排出に係る動作を行う。移動動作部５１としては、例えば、表面に記録媒体を担持する円筒形状のドラム外周や無端状ベルトの表面を周回動作させる回転モーターなどが挙げられる。なお、移動動作部５１は、記録媒体とインクジェットヘッド３０とが相対移動させられれば良く、すなわち、インクジェットヘッド３０を静止又は移動する記録媒体に対して移動させる構成であっても良い。
移動制御部４２は、移動動作部５１を動作させて、担持されている記録媒体を適切なタイミング及び速度で移動させる制御動作を行う。この移動制御部４２は、本体制御部４１と共通の構成であっても良い。

インクジェットヘッド３０は、インクを吐出する複数のノズル３５が所定のパターンで配列されて設けられ、当該複数のノズル３５の開口部から適切なタイミングでインクの液滴を吐出させることで記録媒体上に画像を記録する。インクジェット記録装置１がカラー画像の記録を行う場合には、画像の記録に用いられる複数色のインク（複数のインクの種別）にそれぞれ対応して複数のインクジェットヘッド３０が設けられる。インクジェットヘッド３０におけるノズル３５の配列パターンは、特には限られず、一次元配列でも二次元配列でも良い。インクジェットヘッド３０は、これら複数のノズル３５に加えて、印加される電圧に応じて変形する圧力発生素子（電気機械変換素子）としての圧電素子３１と、吐出選択スイッチング素子３２などを備える。

圧電素子３１は、複数のノズル３５に対して各々設けられ、印加される電圧に応じて変形して、当該変形に応じた圧力を吐出対象の液体（インク）に加えることでノズル３５から液滴を吐出させるアクチュエーターである。ここでは、圧電素子３１は、例えば、一端がノズル３５に連通し、他端がインクを供給するインク流路やインク室に連通する圧力室に沿って設けられ、印加電圧に応じた変形により圧電素子３１が振動板を振動させることで、圧力室内のインクに変形量に応じた圧力を加える。これにより、圧力室内のインクに加えられる圧力に応じてインクを圧力室からノズル３５へ押し出したり、ノズル３５などからインクを引き戻したりする。圧電素子の変形モードには、例えば、たわみモード（ベンドモード）が用いられるが、印加電圧と圧電素子の変形量とが対応し、当該変形に応じてインクに加えられる圧力が変化するモードであれば特には限られない。ここでは、基準電圧Ｖｒｅｆより正の側の電圧が印加されることで、圧電素子３１は、インクを加圧する方向（圧力室を縮小する方向）に変形し、基準電圧Ｖｒｅｆより負の側の電圧が印加されることで、圧電素子３１は、インクを減圧させる方向（圧力室を拡張させる方向）に変形する。

吐出選択スイッチング素子３２は、各圧電素子３１にヘッド駆動制御部２０からインク吐出用の駆動電圧信号とインク非吐出時の駆動電圧信号のいずれを供給させるか否かを切り替える。吐出選択スイッチング素子３２は、記録対象の画像データなどに基づいて各ノズル３５からの液滴の吐出有無に応じた駆動電圧信号を供給することで、各ノズル３５でインクに加えられる圧力の変動パターンを切り替える。インク非吐出時の駆動電圧信号は、インク液滴を吐出させない程度に小振幅の駆動電圧信号である。

ヘッド駆動制御部２０は、記録対象画像の各画素データに応じて適切なタイミングでインクジェットヘッド３０の圧電素子３１を駆動する駆動電圧信号を出力する。ヘッド駆動制御部２０は、基板上などにまとめて形成されても良いし、インクジェット記録装置１の各部に分散して配置されていても良い。また、ヘッド駆動制御部２０の構成の一部又は全部は、インクジェットヘッド３０に設けられていても良い。ヘッド駆動制御部２０は、ヘッド制御部４３と、駆動波形増幅回路２１と、ＤＡＣ２２（デジタルアナログ変換器）などを備える。

ＤＡＣ２２は、ヘッド制御部４３から所定のクロック周波数で出力された各駆動波形（インク吐出用及びインク非吐出時）の波形パターンデータをアナログ変換して得られたアナログ信号を駆動波形増幅回路２１に出力する。

駆動波形増幅回路２１は、各圧電素子３１に対してノズル３５からのインク液滴の吐出タイミングや非吐出の状態種別などに応じて予め定められた波形パターンの駆動電圧信号をそれぞれ出力する。本実施形態のインクジェット記録装置１では、特に限られるものではないが、この駆動電圧信号に応じて基準電圧に対して正側及び負側に各々変化する台形状の電圧波形を含む駆動電圧波形の電圧が圧電素子３１に対して印加される。駆動波形増幅回路２１には、ＤＡＣ２２で得られたアナログ信号が入力され、このアナログ信号を電力増幅して出力する。
なお、後述のように、このインクジェット記録装置１では、基準電圧Ｖｒｅｆが変化するので、駆動波形増幅回路２１は、例えば、各駆動波形データを基準電圧Ｖｒｅｆに応じた電圧振幅に増幅したのち、オフセット値の基準電圧Ｖｒｅｆを加算して出力する。

ヘッド制御部４３は、記録対象の画像データの有無や画像データの内容に応じてヘッド駆動制御部２０の動作を制御する。ヘッド制御部４３は、ＣＰＵ４３１と、記憶部４３２（対応記憶部）などを備える。記憶部４３２は、ノズル３５からインクを吐出させたりノズル３５の内部のインクの液面（メニスカス）を振動させたりするための駆動電圧信号の波形パターンをデジタル離散値配列データ（デジタルデータ）として予め保持する。また、記憶部４３２には、後述の基準電圧設定表４３２ａを記憶保持する。記憶部４３２にはＲＯＭや書き換え更新可能なフラッシュメモリーなどの不揮発性メモリーが用いられ、基準電圧設定表４３２ａは、初期データとして予め保持され、又は出荷前検査時などに定められたインクなどに応じて書き込まれて記憶保持される。また、インクジェットヘッド３０から吐出対象とされるインクの種別の追加や改良などに応じて基準電圧設定表４３２ａのデータを追加変更可能とすることができる。

ＣＰＵ４３１は、記憶部４３２又は記憶部４１３に記憶された記録対象の画像データに基づいて、各ノズル３５から液滴を吐出させるか否かなどに従ってヘッド駆動制御部２０により適切な波形パターンの駆動電圧信号を出力させるための波形パターンデータを選択し、図示略のクロック信号（同期信号）に応じた適切なタイミングで出力する。
このヘッド制御部４３は、本体制御部４１と共通に設けられても良い。

通信部５２は、外部機器との間で所定の通信規格に従って通信し、データの送受信を行う。用いられる通信規格としては、ＬＡＮ（Local Area Network）によるＴＣＰ／ＩＰなどの各種規格の他、無線ＬＡＮ、ブルートゥース通信（登録商標：Bluetooth）などの近距離無線通信や、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などによる外部機器との直接通信を用いることが可能である。通信部５２は、外部機器から画像記録に係る命令であるプリントジョブを受信し、必要に応じて外部機器に対してインクジェット記録装置１のステータス情報などを出力する。

操作表示部５３は、ユーザー操作を受け付けたりユーザーに情報やメニューなどを示すための表示を行なったりする。操作表示部５３としては、例えば、表示部５３２としてのＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を備えたものが用いられ、当該ＬＣＤの表示画面上に画像記録に係る各種メニューやステータスなどを表示させる。また、このＬＣＤに対応して操作検出部５３１としてのタッチパネルを備え、ＬＣＤの表示画面上に重ねて配置することで当該表示画面へ表示に応じたタッチ操作を検出可能としている。あるいは、操作表示部５３は、押しボタンスイッチを備え、当該押しボタンスイッチの押下操作を検出しても良い。

報知出力部５４は、インクジェット記録装置１に異常が生じた場合などに所定の報知動作を行う。報知出力部５４としては、例えば、圧電素子などを用いて所定のビープ音を発生させる音声発生部やＬＥＤランプを点滅又は点灯させる発光部などが挙げられる。

温度計測部５５は、ノズル３５から吐出されるインクの温度に応じた温度を計測して、計測結果を出力する。ノズル３５内のインクの温度を直接計測する代わりに、温度計測部５５は、例えば、ノズル３５が形成されているノズル基板のノズル３５近傍における温度や、ノズル３５に供給するインクを貯留するインク室やインク流路内のインクの温度などを計測する。これらの計測値が吐出されるインクの温度として直接用いられても良いし、本体制御部４１やヘッド制御部４３（ＣＰＵ４３１）が吐出されるインクの温度の推定値に換算しても良い。複数のインクジェットヘッド３０が設けられている場合、温度計測部５５は、各々についてインクの温度の計測を別個に行っても良いし、複数のインクジェットヘッド３０間で温度のばらつきが小さい構成、構造及びインクの種別の場合などには、一部のインクジェットヘッド３０について計測された温度を共通に用いることとしても良い。

次に、本実施形態のインクジェット記録装置１におけるインクジェットヘッド３０の駆動方法について説明する。
図２Ａは、インクジェット記録装置１におけるインク吐出用の駆動電圧信号を示す図である。また、図２Ｂは、インクジェット記録装置１におけるインク非吐出時の駆動電圧信号駆動電圧信号を示す図である。

図２Ａに示すように、インクの吐出時（駆動動作時）には、ヘッド駆動制御部２０は、駆動電圧信号（駆動電圧波形）として、基準電圧Ｖｒｅｆ、ここでは初期基準電圧Ｖｒｅｆ０から当該基準電圧Ｖｒｅｆよりも負の電圧側（小さい電圧）に一時的に変化する台形状の電圧波形Ｗ１、Ｗ２の信号を出力し、次いで、基準電圧Ｖｒｅｆから当該基準電圧Ｖｒｅｆよりも正の電圧側（大きい電圧）に一時的に変化する台形状の電圧波形Ｗ３の信号を出力する。電圧波形Ｗ１のピーク電圧は、電圧Ｖａ１に固定されており、また、電圧波形Ｗ２のピーク電圧は、電圧Ｖａ２に固定されている（電圧Ｖａ１、Ｖａ２が第２の電圧）。また、電圧波形Ｗ３のピーク電圧は、電圧Ｖｃ（第１の電圧）に固定されている。なお、特に限られるものではないが、ここでは、基準電圧Ｖｒｅｆ及び電圧Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｃを全て正の電圧とすることができる。

電圧波形Ｗ１の昇圧部分Ｗｉ１及び電圧波形Ｗ２の昇圧部分Ｗｉ２は、それぞれインクの吐出に係る電圧変化であり、すなわち、電圧波形Ｗ１、Ｗ２（３つの電圧波形Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３のうち一方）は、吐出パルス（複数の吐出駆動波形）である。ここでは、これらの間隔がノズル３５及びノズル３５に連通するインク流路及び圧力室内のインクの共振周波数及びその振動の位相に対して適切に定められ（すなわち、同位相）、インクの液面の振動が増幅されて２回目の昇圧部分Ｗｉ２に合わせてインクが吐出される。すなわち、この複数の吐出パルスを含む駆動電圧波形により、一滴のインク液滴が吐出される。この場合の各吐出パルスの振幅、すなわち、電圧Ｖａ１、Ｖａ２は、互いに異なる値（互いに異なる形状の吐出駆動波形）とすることができる。

一方、電圧波形Ｗ３の降圧部分Ｗｄ３は、インク吐出に係るインクの液面の振動を減衰させて安定化させる電圧変化であり、すなわち、電圧波形Ｗ３（３つの電圧波形Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３のうち他方）は、安定化パルス（安定化波形）である。ここでは、昇圧部分Ｗｉ２と降圧部分Ｗｄ３の間隔がノズル３５及びノズル３５に連通するインク流路及び圧力室内のインクの共振周波数及びその振動の位相に対して適切に定められることで（すなわち、逆位相）、効果的にインクの圧力変動、すなわち液面（表面）の振動の振幅が抑制される。このように、インクの圧力変動を抑えてインクの液面（メニスカス）を安定させてから次のインク吐出に係る圧力変動を改めて発生させることで、高速（高周波数）でインクを吐出させる場合でも毎回安定してインク吐出に適切な圧力変動をノズル内のインクに生じさせることができる。

一方、図２Ｂに示すように、インクの非吐出時には、非吐出電圧波形として、ヘッド駆動制御部２０は、基準電圧Ｖｒｅｆ（ここでは初期基準電圧Ｖｒｅｆ０）に対して負の電圧側（吐出駆動波形と同一方向）に一時的に変化する台形状の電圧波形Ｗ４（非吐出パルス）のみをパルス信号として含む信号を出力する。電圧波形Ｗ４のピーク電圧は、電圧Ｖａ１、Ｖａ２より大きい（すなわち、Ｖｒｅｆ０からの電位差が小さい）電圧Ｖａ３に固定されている。また、電圧波形Ｗ４の出力時間は、電圧波形Ｗ１～Ｗ３の出力時間より長い（ここでは、２倍）。これにより、ノズル３５内のインクには、ノズル３５の開口部からインクを吐出させない範囲で圧力変動が生じ、すなわち、液面が振動し、この振動が抑制されずに適切な周期で維持される。

吐出対象とされるインクは特には限られないが、多くのインクは、温度変化に応じて粘性が変化する。例えば、温度が上昇すると粘度が低下し、温度が低下すると粘度が上昇するインクを用いた場合、温度によらずに同一の駆動電圧波形でインクの吐出を行うと、粘性の違いに応じてインク液滴の吐出速度や吐出量が変化し得る。そこで、粘度が上昇するのに従って強い力でノズル３５内のインクの液面を振動させるように駆動電圧波形を調整することで、温度によらずに均一のインクの吐出を行わせる。

本実施形態のインクジェット記録装置１では、温度計測部５５が計測した温度に応じて、すなわち、インクの温度に応じて基準電圧Ｖｒｅｆを変化させることで、インク吐出時の電圧振幅（電圧Ｖａ１、Ｖａ２と基準電圧Ｖｒｅｆとの差）を変化させる。基準電圧Ｖｒｅｆは、インクの種別（色）ごと温度ごとにそれぞれ予め設定され、これら温度と基準電圧Ｖｒｅｆの対応関係が基準電圧設定表４３２ａとして記憶部４３２に記憶保持されている。

図３Ａは、インクジェット記録装置１におけるインク吐出用の駆動電圧信号の電圧調整について説明する図である。また、図３Ｂは、インクジェット記録装置１におけるインク非吐出時の駆動電圧信号の電圧調整について説明する図である。
図３Ａに示すように、基準電圧Ｖｒｅｆは、初期基準電圧Ｖｒｅｆ０から温度変化に応じて高いＶｒｅｆＨや低いＶｒｅｆＬに変更される。変更ステップ数は温度の影響が画質に影響しない範囲で適宜定められる。すなわち、要求される画質に応じて変更ステップ数を変更可能である。

このように基準電圧Ｖｒｅｆが変更されると、インク吐出時の電圧波形Ｗ１、Ｗ２の振幅ｄＶ１及び電圧波形Ｗ３の振幅ｄＶ３は、基準電圧Ｖｒｅｆの変動に応じて変化する。最も高い上限基準電圧ＶｒｅｆＨが設定された場合には、駆動電圧信号の電圧波形は、太点線で示した形状となる。このときの電圧波形Ｗ１の振幅は、第１基準間隔ｄＶ１ｍより広い第１上限間隔ｄＶ１Ｈに変化し、電圧波形Ｗ３の振幅は、第３基準間隔ｄＶ３ｍより狭い第３下限間隔ｄＶ３Ｈに変化する。また、最も低い下限基準電圧ＶｒｅｆＬが設定された場合には、駆動電圧信号の電圧波形は、太実線で示した形状となる。このときの電圧波形Ｗ１の振幅は、第１基準間隔ｄＶ１ｍより狭い第１下限間隔ｄＶ１Ｌに変化し、電圧波形Ｗ３の振幅は、第３基準間隔ｄＶ３ｍより広い第３上限間隔ｄＶ３Ｌに変化する。

インクの粘性が低い場合、ノズル３５内のインクの振動の減衰率が小さいので、強い力で振動を減衰させて安定化させる。反対に、インクの粘性が高い場合には、ノズル３５内のインクの振動の減衰率が大きくなり、強い力で安定化させずとも短時間でインクの振動が十分に小さくなる。したがって、インク液滴の吐出時とは必要な力の大小関係が反対になり、すなわち、吐出と安定にそれぞれ必要な振幅の大小が相補的になる。インクジェット記録装置１では、吐出時の電圧Ｖａ１、Ｖａ２と安定化時の電圧Ｖｃとを固定した状態で基準電圧Ｖｒｅｆのみを変化させることで、このような振幅の大小を定める。

すなわち、インク温度が上昇してインクの粘性が低下した場合、基準電圧Ｖｒｅｆを初期基準電圧Ｖｒｅｆ０から下限基準電圧ＶｒｅｆＬの側へ低下させていくことで、吐出パルスにおいてインクに加えられる吐出エネルギーを減少させ、安定化パルスにおいてインクに加えられる安定化エネルギーを増加させる。一方、インク温度が低下してインクの粘性が上昇した場合、基準電圧Ｖｒｅｆを初期基準電圧Ｖｒｅｆ０から上限基準電圧ＶｒｅｆＨの側へ上昇させていくことで、吐出エネルギーを増加させ、安定化エネルギーを減少させる。

この場合、温度が上がって基準電圧Ｖｒｅｆ（上述のように、正の値）が低下すると、印加電圧の絶対値が低下することになるので、圧電素子３１の変形量が小さくなることになる。インクジェットヘッド３０の基板部材などは、温度の上昇によって僅かにゆがみが生じ得るので、このような場合に圧電素子３１の通常時における変形量を低下させることで、圧電素子３１に対して通常時に継続的にかかる負荷を低減させることが出来る。

なお、ここでは、基準電圧Ｖｒｅｆの値によらず、電圧波形Ｗ１、Ｗ２（吐出パルス）及び電圧波形Ｗ３（安定化パルス）における電圧の変化開始タイミング及び変化終了タイミングを固定し、振幅に応じて傾きを変化させることとしたが、変化開始タイミング及び変化終了タイミングのうちいずれか一方と傾きとを固定して、変化開始タイミング又は変化終了タイミングのうちの他方を変化させても良い。また、振幅に比して基準電圧Ｖｒｅｆの値の変化が大きく、駆動電圧の上昇時及び下降時の傾きが大きく変化し、吐出特性に影響を及ぼすような場合には、傾きを維持して変化開始タイミングをずらすなど、両者の間で切り替えを行っても良い。

同様に、図３Ｂに示すように、インク非吐出時の駆動電圧信号についても、基準電圧Ｖｒｅｆが温度に応じて変化する。すなわち、基準電圧Ｖｒｅｆは、インク吐出用の駆動電圧信号とインク非吐出時の駆動電圧信号とに共通に用いられる。この場合、基準電圧Ｖｒｅｆが大きくなるほど電圧Ｖａ３との差、すなわち振幅が大きくなる。温度が低下するなどで粘度が上昇する場合に、吐出パルスの電圧波形Ｗ１、Ｗ２と同様に非吐出パルスの電圧波形Ｗ４の振幅も大きくなっていくことで、インクのノズル３５内部での凝固やインク面でのインクの蒸発の影響によるインク濃度の変化などの影響を効果的に防ぐ振動や攪拌動作を当該ノズル３５内部のインクに生じさせることができる。

図４は、本実施形態のインクジェット記録装置１で実行される駆動電圧調整制御処理のヘッド制御部４３による制御手順を示すフローチャートである。
この処理は、本発明の実施形態の出力調整ステップを構成し、定期的に所定の間隔で、及びインクジェット記録装置１のユーザーや管理者などによる操作検出部５３１への所定の入力操作などに基づいて開始される。

駆動電圧調整制御処理が開始されると、ヘッド制御部４３（ＣＰＵ４３１）は、温度計測部５５から計測された温度データを取得する（ステップＳ１１）。ヘッド制御部４３は、必要に応じて取得された温度データに基づいてノズル３５におけるインクの温度の推定値を算出する。ヘッド制御部４３は、基準電圧設定表４３２ａを参照して、当該インクの温度に応じた各インクの基準電圧Ｖｒｅｆをそれぞれ取得する（ステップＳ１２）。

ヘッド制御部４３は、取得されたＶｒｅｆの値を各インクジェットヘッド３０により吐出されるインクの種別に応じてそれぞれのインクジェットヘッド３０を対象とする駆動電圧信号を出力する駆動波形増幅回路２１ごとに設定する（ステップＳ１３）。そして、ヘッド制御部４３は、駆動電圧調整制御処理を終了する。

なお、ここでは、ヘッド制御部４３による制御としたが、本体制御部４１がこの動作を制御しても良い。この場合、基準電圧設定表４３２ａは、記憶部４１３に記憶されていても良い。

図５Ａ～図５Ｃは、インクジェット記録装置１で出力可能な駆動電圧信号の他の波形の例を示す図である。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、駆動電圧波形における吐出パルスの数は、２つに限られるものではなく変更可能である。図５Ａでは、１つの吐出パルス（電圧波形Ｗ１１）と１つの安定化パルス（電圧波形Ｗ１３）とが組み合わされた駆動電圧波形の信号が出力される。反対に図５Ｂに示すように、吐出パルスの数を３つ（電圧波形Ｗ２１～Ｗ２３）とし、その後に安定化パルスを１つ（電圧波形Ｗ２４）を出力することも可能である。

基本的には、インク液滴が途中で分離したりノズル３５の開口部から漏れ出したりしない範囲において、吐出パルスの数が増えると増えた回数に応じてノズル３５の内部でのインク液面の振幅が増大し、インク吐出量が増えていく。したがって、１つの吐出パルスの場合を基準として、記録画像の（インクの着弾面におけるインクの）濃度階調に応じた回数（数）の吐出パルスと１つの安定化パルスとを組み合わせた駆動電圧波形の信号を出力することとすることができる。

また、図５Ａや図５Ｃに示すように、最後の吐出パルス（電圧波形Ｗ１１、Ｗ３２）における昇圧部分と安定化パルス(電圧波形Ｗ１３、Ｗ３３)における昇圧部分とは、連続していなくて良い。この場合でも、吐出パルスの昇圧部分と安定化パルスの降圧部分との間隔がノズル３５やインク流路及び圧力室におけるインクの共振周波数において位相が反転するタイミングとされることで、インクの振動が抑制される。

以上のように、本実施形態のインクジェット記録装置１は、インクを吐出するノズル３５、及び印加される電圧に応じて変形することでノズル３５に供給されるインクに対して当該変形に応じた圧力を加える圧電素子３１とを有するインクジェットヘッド３０と、圧電素子３１に印加する電圧を制御するヘッド駆動制御部２０と、を備え、ノズル３５からインクを吐出させる駆動動作時に圧電素子３１に印加される電圧の駆動電圧波形には、インク吐出動作に係る吐出パルスと、インク吐出動作により生じるインクの圧力変動を抑制する安定化パルスとが含まれ、吐出パルス及び安定化パルスのうち一方は、基準電圧Ｖｒｅｆから当該基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きい電圧Ｖｃへの一時的な変化を含む電圧波形であり、他方は、基準電圧Ｖｒｅｆから当該基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さい電圧Ｖａ１、Ｖａ２への一時的な変化を含む電圧波形であり、ヘッド駆動制御部２０は、吐出されるインクの温度に応じて基準電圧Ｖｒｅｆを変化させる。
このように、温度によって変化する粘性などに応じてインク吐出時におけるインクへの加圧（与えるエネルギー）を増減させる際に、電圧Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｃを個々に変えるのではなく、基準電圧Ｖｒｅｆのみ（単一のパラメーター）を変更することで、容易にインク吐出動作に対して適正な大きさとすることができる。特に、粘度の大小に応じて均一なインク吐出（圧力変動の励起）に必要なエネルギーの増減と、インク吐出後にインク内の圧力変動を抑制するのに必要なエネルギーの増減とは相補的であり、基準電圧Ｖｒｅｆを変更することでこれらがまとめて調整されるので、効果的な調整を容易に行うことができる。そして、このようにして適切に駆動電圧波形の周期内でインクの圧力変動や液面の振動が励起、抑制されることで、次のインク吐出時に前回の圧力変動や液面の振動の影響を残さずに適正な圧力変動を再度励起させることができる。これにより、ノズル３５内のインクの粘性による圧力変動の減衰に頼らずに、温度条件によらず安定して高速（高周波数）でのインク吐出を行うことができる。特に、長時間の連続動作などで温度が上昇していくような場合でも、途中で容易に調整を行うことができ、安定した高速なインク吐出動作、すなわち、高速な画像記録が可能となる。

なお、上記実施の形態の範囲では、電圧Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｃが固定値とされたまま温度に応じた駆動電圧波形などの調整を容易に行うことが可能とされているが、実際には、圧電素子３１の特性のばらつきなどにより、電圧Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｃの初期調整や経年変化に伴う調整などはなされ得る。ただし、電圧Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｃを調整する代わりに、吐出パルスや安定化パルスの幅（加圧周波数）を変化させて共振周波数との対応関係を調整することで、電圧Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖｃなどの調整が不要な構成としても良い。

また、ヘッド駆動制御部２０は、駆動電圧波形に含ませる吐出パルスの数を変更可能である。これにより複数の濃度階調の画像を安定して記録することが可能となる。また、このように複数の吐出パルスによりインクの圧力変動を増幅させたり個々にインクを吐出させたりするような場合には、特に温度に応じて適切に各吐出パルスの電圧印加時におけるインクの圧力変動（表面の振動）の振幅を制御することができるので、インクの吐出不良や意図しないサテライト（副液滴）の吐出などを防ぎ、効果的に安定した高速なインク吐出動作が維持可能となる。また、このように液滴の吐出に比して細かくインクの液面（メニスカス）を振動させることで、ノズル内で開口部を介した空気との接触などによるインクの乾燥やこれに伴う粘性の変化などの影響を低減させ、更に安定して適正なインクの吐出動作を維持することが出来る。

また、ヘッド駆動制御部２０は、複数の吐出パルスが含まれる駆動電圧波形の電圧を圧電素子３１に印加させることにより、一滴のインク液滴をノズル３５から吐出させる。このように複数の吐出パルスを合わせて一滴のインク液滴とする場合に、各吐出パルスにおけるインクの圧力変動幅（液面の振動幅）の誤差が重なると大きな吐出量のずれとなりやすいので、本発明により、より効果的に安定したインク吐出動作を行うことが可能となる。

また、駆動電圧波形に含まれる複数の吐出パルスには、二以上の互いに異なる形状の波形が含まれる。すなわち、本実施形態のインクジェット記録装置１では、基準電圧Ｖｒｅｆから異なる電圧Ｖａ１、Ｖａ２に移行する吐出パルスを組み合わせてインクの吐出動作を行っている。このような場合でも、通常の基準電圧Ｖｒｅｆの変更の範囲内、すなわち、振幅ｄＶ１などと比して十分に小さい範囲の変更であれば、各吐出パルスに係るインクの圧力変動やノズル内の液面の振動を適切な大きさに制御することが出来る。

また、ヘッド駆動制御部２０は、ノズル３５から吐出させるインクの着弾面における当該インクの濃度階調に応じて駆動電圧波形に含ませる吐出パルスの数を変更する。すなわち、濃度階調に応じた容易な制御で当該濃度階調の表現が適切に可能となる。この場合の濃度階調を温度条件によらずに適切に維持することができるので、安定した画質の維持向上につながる。

また、ヘッド駆動制御部２０は、インクの種別に応じて基準電圧Ｖｒｅｆを定める。インクの粘度特性は、各色の染料や顔料などに応じて異なるので、各々別個に基準電圧Ｖｒｅｆを定めることで、温度条件によらずに各色のインクを各々適正量及び速度で不良なく吐出させることが可能となり、複数種別のインクを用いた画像、特に、カラー画像を安定して生成することができる。

また、インクジェットヘッド３０を複数備え、ヘッド駆動制御部２０は、複数のインクジェットヘッド３０にそれぞれ供給されるインクの種別に応じて各々基準電圧Ｖｒｅｆを定める。すなわち、カラー画像などのように同一の着弾面（記録媒体）上に複数の種別のインクを吐出させ、それらの組み合わせによって出力画像を得る場合などに、これら複数の種別のインクの着弾量（濃度）のバランスを適切に維持することができるので、安定した画質の記録画像を高速で得ることができる。

また、温度と基準電圧Ｖｒｅｆとの対応関係を示す基準電圧設定表４３２ａを記憶する記憶部４３２を備える。インクジェット記録装置１では、温度計測値を取得して、インクの温度に応じた基準電圧Ｖｒｅｆを基準電圧設定表４３２ａから得れば良いだけなので、容易に基準電圧Ｖｒｅｆを調整することができる。特に、複数の種別のインクを用いる場合に、適切な基準電圧Ｖｒｅｆを得る手間が過大にならないので、調整に係る処理が容易となる。

また、ヘッド駆動制御部２０は、ノズル３５からインクを吐出させずにインクに圧力変動（液面の振動）を生じさせる非吐出電圧波形の電圧を圧電素子３１に印加させる。この非吐出電圧波形は、基準電圧Ｖｒｅｆから吐出パルスにおける電圧の一時的な変化と同一方向（電圧値が小さい方向）への電圧の一時的な変化である非吐出パルスを含み、安定化パルスにおける電圧の一時的な変化と同一方向（電圧値が大きい方向）への電圧の一時的な変化を含まない。
このような非吐出電圧波形が用いられることで、基準電圧Ｖｒｅｆが連動して変更され、温度条件によらずにインクの圧力変動やインク液面（表面）の振動を適切な大きさに維持してインクを吐出させずに効果的な攪拌などによるインクの粘度（濃度）変化の抑制を図ることが出来る。

また、インクジェット記録装置１は、吐出されるインクの温度に応じた温度を計測する温度計測部５５を備える。すなわち、インクジェット記録装置１自身で適切にインクの温度に対応する温度を計測することができる。したがって、容易に基準電圧Ｖｒｅｆの調整を行うことができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド３０の駆動方法は、ノズル３５からインクを吐出させる駆動動作時に圧電素子３１に印加される電圧の駆動電圧波形には、インク吐出動作に係る吐出パルスと、インク吐出動作により生じるインクの圧力変動を抑制する安定化パルスとが含まれ、吐出パルス及び安定化パルスのうち一方は、基準電圧Ｖｒｅｆから当該基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きい電圧Ｖｃへの一時的な変化を含む電圧波形であり、他方は、基準電圧Ｖｒｅｆから当該基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さい電圧Ｖａ１、Ｖａ２への一時的な変化を含む電圧波形であり、吐出されるインクの温度に応じて基準電圧Ｖｒｅｆを変化させる出力調整ステップを含む。
このように、基準電圧Ｖｒｅｆに対して正側と負側に一時的な電圧変化を伴う吐出パルスと安定化パルスとを出力する駆動電圧波形を用いる場合に、温度に応じて基準電圧Ｖｒｅｆを変動させることで、容易な制御で駆動電圧波形の周期ごとに適切に温度に応じたインクの圧力変動や液面振動の大きさを維持し、また、インク吐出後に抑制することができる。したがって、温度条件によらずに安定した高速なインク吐出動作が維持可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、基準電圧より低い電圧でインク吐出動作を行い、基準電圧より高い電圧でインクの圧力変動（液面の振動）を安定化させたが、駆動回路と圧電素子３１の接続の極性を反対として、基準電圧より高い電圧でインク吐出動作を行わせることもできる。

また、上記実施の形態では、駆動電圧波形内の複数の吐出パルスにより一滴の液滴を吐出させることとしたが、各吐出パルスで各々インク液滴を吐出させても良い。各インク液滴が直近の位置に着弾することで、着弾面上で全体として着弾面積などが変化して濃度階調を変化させることができる。

また、上記実施の形態では、台形状の駆動波形を用いることとしたが、矩形状であっても良いし、より細かい形状を有する波形であっても良い。また、電圧の立ち上がり時と立ち下がり時とで波形が異なっていても良い。

また、上記実施の形態では、一回のインク吐出に係る駆動電圧波形内でインク吐出直後に安定化パルスが出力される構成としたが、インク吐出後、次の駆動電圧波形の先頭で安定化パルスが出力された後にインク吐出動作が行われても良い。

また、上記実施の形態では、吐出パルスにおいて電圧Ｖａ１、Ｖａ２などから基準電圧Ｖｒｅｆに戻る部分をインクの圧力変動を励起する部分とし、安定化パルスにおいて基準電圧Ｖｒｅｆに戻る部分をインクの圧力変動を抑制する位相タイミングで生じさせることとしたが、安定化パルスの立ち上がり部分（基準電圧Ｖｒｅｆから電圧Ｖｃに立ち上がる部分）については、その位相タイミングに応じてインク吐出にも圧力変動の抑制にも用いることができる。

また、上記実施の形態では、複数階調の濃度でインク吐出を行うことが可能であるとしたが、各画素について単一濃度でのインク吐出を行い、ハーフトーン処理のみで複数階調の画像を表現するものであっても良い。

また、上記実施の形態では、複数色のインクに各々応じて基準電圧Ｖｒｅｆと温度との対応関係を定めることとしたが、同色であっても粘性について異なる特性を有するインクについては同様に基準電圧Ｖｒｅｆと温度との対応関係を定めて保持させることができる。

また、上記実施の形態では、基準電圧設定表４３２ａを参照してインク温度に応じた基準電圧Ｖｒｅｆを定めることとしたが、制御プログラム内にインク温度を基準電圧Ｖｒｅｆに換算する換算式を保持し、基準電圧Ｖｒｅｆを算出することとしても良い。

また、上記実施の形態では、駆動電圧信号と非吐出動作時の信号の基準電圧Ｖｒｅｆを共通で変化させたが、非吐出動作時の基準電圧Ｖｒｅｆは別個に制御されても良い。

また、上記実施の形態では、各インクの種別及び各温度について各々基準電圧Ｖｒｅｆを予め定めることとしたが、各インクの種別に応じた所定温度での初期基準電圧Ｖｒｅｆ０と、所定温度からの温度差に応じた共通の電圧補正量とを定め、各初期基準電圧Ｖｒｅｆ０と電圧補正量とにより基準電圧Ｖｒｅｆを算出することとしても良い。

また、上記実施の形態では、駆動電圧波形に２回以上の吐出パルスが含まれる場合に、一度目の吐出パルスの振幅（電圧Ｖａ１）が二回目以降の吐出パルスの振幅（電圧Ｖａ２）と異なることとしたが、これに限られない。適正なインク吐出量及びインク吐出速度が得られる任意の振幅の組み合わせとすることができる。

また、上記実施の形態では、温度計測部５５がインク温度の計測を行ったが、外部の温度センサー、例えば、非接触の温度センサーなどから通信部５２を介してインク温度データを取得することとしても良い。
その他、上記実施の形態で示した構成、制御内容や手順などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

この発明は、インクジェット記録装置及び駆動方法に関する。

１ インクジェット記録装置
２０ ヘッド駆動制御部
２１ 駆動波形増幅回路
２２ ＤＡＣ
３０ インクジェットヘッド
３１ 圧電素子
３２ 吐出選択スイッチング素子
３５ ノズル
４１ 本体制御部
４１１ ＣＰＵ
４１２ ＲＡＭ
４１３ 記憶部
４２ 移動制御部
４３ ヘッド制御部
４３１ ＣＰＵ
４３２ 記憶部
４３２ａ 基準電圧設定表
５１ 移動動作部
５２ 通信部
５３ 操作表示部
５３１ 操作検出部
５３２ 表示部
５４ 報知出力部
５５ 温度計測部
５６ バス
Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (10)

1. インクを吐出するノズルと、印加される電圧に応じて変形することで前記ノズルに供給されるインクに対して当該変形に応じた圧力を加える圧力発生素子とを有するインクジェットヘッドと、
   前記圧力発生素子に印加する電圧を制御する駆動制御部と、
   を備え、
   前記ノズルからインクを吐出させる駆動動作時に前記圧力発生素子に印加される電圧の駆動電圧波形には、インク吐出動作に係る吐出駆動波形と、前記インク吐出動作により生じるインクの圧力変動を抑制する安定化波形とが含まれ、
   前記吐出駆動波形及び前記安定化波形のうち一方は、基準電圧から当該基準電圧よりも大きい第１の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、他方は、前記基準電圧から当該基準電圧よりも小さい第２の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、
   前記駆動制御部は、前記駆動電圧波形に含ませる前記吐出駆動波形の数を変更可能であり、吐出されるインクの温度に応じて前記第１の電圧、前記第２の電圧及び前記基準電圧のうち前記基準電圧のみを変化させる
   インクジェット記録装置。
2. 前記駆動制御部は、複数の前記吐出駆動波形が含まれる前記駆動電圧波形の電圧を前記圧力発生素子に印加させることにより、一滴のインク液滴を前記ノズルから吐出させる請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記駆動電圧波形に含まれる複数の前記吐出駆動波形には、二以上の互いに異なる形状の波形が含まれることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置。
4. 前記駆動制御部は、前記ノズルから吐出させるインクの着弾面における当該インクの濃度階調に応じて前記駆動電圧波形に含ませる前記吐出駆動波形の数を変更する請求項１～３のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記駆動制御部は、インクの種別に応じて前記基準電圧を定める請求項１～４のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記インクジェットヘッドを複数備え、
   前記駆動制御部は、前記複数のインクジェットヘッドにそれぞれ供給されるインクの種別に応じて各々前記基準電圧を定める
   請求項５記載のインクジェット記録装置。
7. 前記温度と前記基準電圧との対応関係を記憶する対応記憶部を備える請求項１～６のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記駆動制御部は、前記ノズルからインクを吐出させずにインクに圧力変動を生じさせる非吐出電圧波形の電圧を前記圧力発生素子に印加させ、
   前記非吐出電圧波形は、前記基準電圧から前記吐出駆動波形における電圧の一時的な変化と同一方向への電圧の一時的な変化を含み、前記安定化波形における電圧の一時的な変化と同一方向への電圧の一時的な変化を含まない
   請求項１～７のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
9. 吐出されるインクの温度に応じた温度を計測する温度計測部を備える請求項１～８のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
10. インクを吐出するノズルと、印加される電圧に応じて変形することで前記ノズルに供給されるインクに対して当該変形に応じた圧力を加える圧力発生素子とを有するインクジェットヘッドの駆動方法であって、
    前記ノズルからインクを吐出させる駆動動作時に前記圧力発生素子に印加される電圧の駆動電圧波形には、インク吐出動作に係る吐出駆動波形と、前記インク吐出動作により生じるインクの圧力変動を抑制する安定化波形とが含まれ、
    前記吐出駆動波形及び前記安定化波形のうち一方は、基準電圧から当該基準電圧よりも大きい第１の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、他方は、前記基準電圧から当該基準電圧よりも小さい第２の電圧への一時的な変化を含む電圧波形であり、
    前記駆動電圧波形に含ませる前記吐出駆動波形の数を変更する変更ステップと、
    吐出されるインクの温度に応じて前記第１の電圧、前記第２の電圧及び前記基準電圧のうち前記基準電圧のみを変化させる出力調整ステップと、
    を含む駆動方法。

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