インクジェット記録装置
【課題】クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減し、印字パターンの違いによるインクの吐出速度や体積のばらつきを低減して印字品質を向上する。
【解決手段】複数のノズルに連通する複数の圧力室9a〜9kに対応して複数の電極12a〜12kを配置し、インクを吐出させる圧力室に対応する電極とこの圧力室に隣接した２つの圧力室に対応する電極との間に供給される駆動信号に応じて変形駆動し圧力室の容積を可変させるアクチュエータ14a〜14kを有するインクジェットヘッドと、圧力室を５分割駆動する駆動信号を発生する駆動信号選択手段を設け、インクを吐出させる圧力室9cを中心とした６個のアクチュエータ14a〜14fのうち最も外側のアクチュエータ14fのインク圧力による変形を緩和する駆動信号W4を、インクを吐出可能なタイミングにあるがインクを吐出させない圧力室9hを中心とした５個の圧力室9f〜9jの電極に同時に供給することにある。
【解決手段】複数のノズルに連通する複数の圧力室9a〜9kに対応して複数の電極12a〜12kを配置し、インクを吐出させる圧力室に対応する電極とこの圧力室に隣接した２つの圧力室に対応する電極との間に供給される駆動信号に応じて変形駆動し圧力室の容積を可変させるアクチュエータ14a〜14kを有するインクジェットヘッドと、圧力室を５分割駆動する駆動信号を発生する駆動信号選択手段を設け、インクを吐出させる圧力室9cを中心とした６個のアクチュエータ14a〜14fのうち最も外側のアクチュエータ14fのインク圧力による変形を緩和する駆動信号W4を、インクを吐出可能なタイミングにあるがインクを吐出させない圧力室9hを中心とした５個の圧力室9f〜9jの電極に同時に供給することにある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各圧力室間を隔てる隔壁を形成するアクチュエータを変形駆動して圧力室の容積を可変することによって圧力室に連通したノズルからインクを吐出して記録媒体に画像記録を行うインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各圧力室間を隔てる隔壁を圧電部材などのアクチュエータによって構成したヘッド、いわゆる、シェアードウォールヘッドでは、圧力室内に発生する圧力変動がアクチュエータを変形させて隣接する圧力室に伝播してクロストークが発生し、画像パターンにより吐出するインク滴の速度や体積がばらつくという問題がある。そこで、インクを吐出させないが隔壁を変形させてクロストークを活用する適度のダミーパルスを、インクを吐出させる圧力室に隣接する圧力室に印加してアクチュエータを駆動することによって、インクを吐出させない圧力室に圧力変動を生じさせ、この圧力変動のクロストークによりインク滴の吐出速度や体積の変化を補償するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００ー２５５０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、吐出速度の変化を補償するクロストークを発生させるための圧力変動がインクを吐出しない程度に制約されるため、クロストークによる吐出速度や体積の変化をある程度は低減できても、十分には低減できなかった。
【０００４】
そこで本発明は、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減でき、これにより、印字パターンの違いによるインクの吐出速度や体積のばらつきを低減して印字品質を向上できるインクジェット記録装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、記録媒体に画像記録を行うためにインクを吐出させる複数のノズルと、この各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、この各圧力室にインクを供給するインク供給手段と、各圧力室に対応して配置した複数の電極と、各圧力室間を隔てる隔壁を形成し、インクを吐出させる圧力室に対応する電極とこの圧力室に隣接した２つの圧力室に対応する電極との間に供給される駆動信号に応じて変形駆動しインクを吐出させる圧力室の容積を可変させる、例えば圧電部材からなるアクチュエータを有するインクジェットヘッドと、圧力室を奇数の時分割数Ｎ（但し、Ｎ≧３）で時分割駆動する駆動信号を発生してそれぞれ対応する圧力室の電極に供給する駆動信号発生手段を備え、駆動信号発生手段は、インクを吐出させる圧力室を中心とした（Ｎ＋１）個の隣接するアクチュエータのうち最も外側のアクチュエータのインク圧力による変形を阻止する駆動信号を、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接するＮ個の圧力室のうち、少なくとも最も外側の圧力室の電極に供給することにある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減でき、これにより、印字パターンの違いによるインクの吐出速度や体積のばらつきを低減して印字品質を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、インクジェットヘッドの構造について述べる。
【０００８】
図１はインクジェットヘッド全体の構成を示す縦方向の断面図で、図に示すように、低誘電率の基板１の先端部には、分極方向が互いに板厚方向に対して内側に向かって反対になるように貼り合わせた圧電部材２、３が埋め込まれている。そして、前記圧電部材２、３及びその後方にある基板１の部分には、例えばダイヤモンドカッタによる切削加工により、一定の間隔で複数の長溝４を互いに平行に形成している。
【０００９】
前記基板１の上には、天板枠５とインク供給口６を有する天板蓋７を接着し、これによりインク供給路８を形成している。前記各長溝４と天板枠５とで複数の圧力室９を形成している。前記各圧電部材２、３は、圧力室９を変形駆動するアクチュエータになっている。
【００１０】
前記各圧力室９の先端に、インク滴を吐出するためのノズル１０を形成したノズルプレート１１を接着剤により接着固定している。前記圧力室９を形成する長溝４の側面と底面に個々に電気的に独立した電極１２を無電解メッキにより形成している。前記電極１２は圧力室９の底面後端から長溝４の底面を経由して基板１の上面に延出し回路基板１３上に配置された後述する駆動回路に接続している。なお、電極１２の形成は、無電解メッキに限らず、スパッタリングや真空蒸着などで電極材を成膜後、エッチングにより所定のパターンにする方法で形成してもよい。
【００１１】
図２はインクジェットヘッドの先端部の構成を示す横方向の断面図で、この図に基づいてインクジェットヘッドの動作を説明する。図中９ａ〜９ｋは圧力室を示し、１２ａ〜１２ｋは各圧力室９ａ〜９ｋに形成された電極を示し、１４ａ〜１４ｋは前記各圧電部材２、３によって圧力室間の隔壁として形成されたアクチュエータを示している。
【００１２】
このインクジェットヘッドを時分割駆動したときにおいて圧力室９ｃからインク滴を吐出させる場合について説明する。なお、圧力室９ａ〜９ｊに対応するノズルをそれぞれノズル１０ａ〜１０ｊとして述べる。
【００１３】
インク供給口６からインクジェットヘッド内に注入されたインクは、インク供給路８を介して圧力室９に充填される。後述する駆動信号により、電極１２ｃと電極１２ｂ及び電極１２ｃと電極１２ｄの間に電圧差が生じると、アクチュエータ１４ｃ及び１４ｄがせん断変形して圧力室９ｃ内の容積が変化し、ノズル１０ｃからインク滴が吐出する。
【００１４】
このインクジエットヘッドは、いわゆる、シェアードウォールヘッドであり、アクチュエータ１４は、左右に隣接する圧力室９の間で共用される。このため、互いに隣接する２つの圧力室９を個別に制御することはできない。そのため、互いに隣接する圧力室９が同時に駆動されないようにするため時分割駆動が行われる。ここでは５分割駆動を行う。
【００１５】
さらに、例えば、圧力室９ｃのインクを吐出させる場合、電極１２ａ、１２ｂ間及び電極１２ｄ、１２ｅ間にも電位差を生じさせることにより、アクチュエータ１４ｂ及び１４ｅを、圧力室９ｂ及び９ｄに発生する圧力振動が圧力室９ａ，９ｅに分散する方向に変形させる。
【００１６】
このように、インクを吐出させない圧力室に発生する圧力振動を分散させることにより、非吐出ノズルにおけるメニスカス振動の振幅を減らすことができる。この結果、振動によりメニスカスがノズル面から盛り上がる現象を抑制することができるため、インク吐出時のメニスカスの位置のばらつきが小さくなり、インク滴の吐出速度のばらつきが抑制されて印字品質が向上する。
【００１７】
次に、インクジェットヘッドを駆動信号により駆動する駆動回路について述べる。
図３に示すように、駆動回路は、インクを吐出させる圧力室９に印加する駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５の波形情報及びインクを吐出させない圧力室９に印加する駆動信号ＩＮＡの波形情報を記憶した駆動波形メモリ２１、この駆動波形メモリ２１に記憶した駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２２、このＤ／Ａ変換器２２からの駆動信号を増幅する増幅器２３を設けている。そして、前記増幅器２３からの駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡを駆動信号選択手段２４に供給している。
【００１８】
また、駆動回路は、画像の各画素の階調情報を記憶した画像メモリ２５及びデコーダ２６を設け、画像メモリ２５に記録された画像の各画素の階調情報に基づき前記デコーダ２６がインク滴の吐出／非吐出を制御するＯＮ／ＯＦＦ信号を発生し、前記駆動信号選択手段２４に供給している。前記駆動信号選択手段２４は駆動信号を選択し、選択した駆動信号に基づいてインクジェットヘッド２７を駆動する。
【００１９】
ここでは、１画素につき最大で８値の階調記録を行う。すなわち、吐出体積が６ｐｌの第１ドロップ、吐出体積が１２ｐｌの第２ドロップ、吐出体積が２４ｐｌの第３ドロップの３滴のインク滴の吐出／非吐出を表１に示すように制御することにより８値の階調記録を行う。
【表１】
【００２０】
前記駆動信号選択手段２４は、図４に示すように、アナログスイッチ２８ａ〜２８ｊを備え、前記デコーダ２６からのＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｊにより前記アナログスイッチ２８ａ〜２８ｊをそれぞれオン、オフ動作する。なお、図４は、図２に示した一部のヘッドの電極に対応したアナログスイッチについて示しているが、実際にはインクジェットヘッド２７の全ての圧力室９の電極１２に対応してアナログスイッチは設けられる。
【００２１】
前記アナログスイッチ２８ａ〜２８ｅはＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅがオンのとき、前記増幅器２３から入力した駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５をそれぞれ選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ａ〜１２ｅにそれぞれ供給し、ＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅがオフのときには前記増幅器２３から入力した駆動信号ＩＮＡを選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ａ〜１２ｅにそれぞれ供給する。
【００２２】
前記アナログスイッチ２８ｆ〜２８ｊはＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ〜２９ｊがオンのとき、前記増幅器２３から入力した駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５をそれぞれ選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ｆ〜１２ｊにそれぞれ供給し、ＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ〜２９ｊがオフのときには前記増幅器２３から入力した駆動信号ＩＮＡを選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ｆ〜１２ｊにそれぞれ供給する。
【００２３】
なお、駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５は５分割駆動の第１〜第５サイクルに対応している。例えば、あるタイミングにおいて、圧力室９ｃからインク滴を吐出させ、同じ動作タイミングにある圧力室９ｈからはインクを吐出させない場合、圧力室９ｃに対応するＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｃと、その両側２つずつのＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ、２９ｂ、２９ｄ、２９ｅをＯＮとし、圧力室９ｈに対応するＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｈと、その両側２つずつのＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ、２９ｇ、２９ｉ、２９ｊをＯＦＦとすることにより、インク滴を吐出させる圧力室９ｃとその両側２つずつの圧力室９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｅにはＡＣＴ３、ＡＣＴ１、ＡＣＴ２、ＡＣＴ４、ＡＣＴ５の各駆動信号を供給し、インクを吐出させない圧力室９ｈとその両側２つずつの圧力室９ｆ、９ｇ、９ｉ、９ｊにはＩＮＡの駆動信号を供給する。
【００２４】
次に、前記駆動信号選択手段２４に供給されるインク吐出用の駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５及び非インク吐出用の駆動信号ＩＮＡについて述べる。
図５に、駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５と、駆動信号ＩＮＡの１印字周期分、すなわち、５サイクル分を示す。駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５は、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の３つの駆動信号から構成され、駆動信号ＩＮＡは駆動信号Ｗ４から構成される。駆動信号Ｗ１はインク滴を吐出する圧力室９の電極１２に印加される駆動信号である。
【００２５】
駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５は、それぞれ時分割された時間だけ位相が異なる。例えば、図２における圧力室９ｃからインク滴を吐出させる場合は第３サイクルであり、この第３サイクルにおいてＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅをＯＮにすることにより、圧力室９ａと圧力室９ｅの電極１２ａと１２ｅには駆動信号Ｗ３が印加され、圧力室９ｂと圧力室９ｄの電極１２ｂと１２ｄには駆動信号Ｗ２が印加され、圧力室９ｃの電極１２ｃには駆動信号Ｗ１が印加される。
【００２６】
次に、駆動信号Ｗ１〜４について述べる。
駆動信号Ｗ１〜４は、図６に示すように、それぞれ体積が６ｐｌの第１ドロップを吐出させる期間にある駆動信号Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、Ｗ３ａ、Ｗ４ａと、体積が１２ｐｌの第２ドロップを吐出させる期間にある駆動信号Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ、Ｗ３ｂ、Ｗ４ｂと、体積が２４ｐｌの第３ドロップを吐出させる期間にある駆動信号Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ、Ｗ３ｃ、Ｗ４ｃとで構成されている。
【００２７】
例えば、図２における圧力室９ｃから第１ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからは第１ドロップを吐出させない場合、図５に示す第３サイクルの第１ドロップの期間にＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅをＯＮにし、ＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ〜２９ｊをＯＦＦにする。その結果、電極１２ｃにはＷ１ａの駆動信号が印加され、電極１２ｂ、１２ｄにはＷ２ａの駆動信号が印加され、電極１２ａ、１２ｅにはＷ３ａの駆動信号が印加され、電極１２ｆ〜１２ｊにはＷ４ａの駆動信号が印加される。
【００２８】
この結果、アクチュエータ１４ｃ、１４ｄは駆動信号Ｗ１ａとＷ２ａの電圧差により大きく変形して、圧力室９ｃから６ｐｌのインク滴が吐出する。アクチュエータ１４ｂと１４ｅは、駆動信号Ｗ２ａとＷ３ａの電圧差により圧力室９ｂ、９ｄに発生する圧力振動を圧力室９ａ、９ｅに分散させる方向に変形する。また、アクチュエータ１４ｆには、駆動信号Ｗ３ａとＷ４ａの電位差により、圧力室９ｅに発生する圧力によりアクチュエータ１４ｆが変形しようとするに抗する力が発生し、アクチュエータ１４ｆが実質的に変形しなくなる。
【００２９】
そのため、圧力室９ｃで吐出動作を行った際に圧力室９ｅに発生する圧力振動がアクチュエータ１４ｆを介して圧力室９ｆに漏洩する現象が遮断され、実質的にアクチュエータを介するクロストークを０にすることができる。アクチュエータ１４ｇ〜１４ｊには、各アクチュエータを挟む電極１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊに同じ駆動信号Ｗ４ａが印加されるため、電界が生じない。そのため、アクチュエータ１４ｇ〜１４ｊは変形せず、圧力室９ｆ〜９ｊには圧力振動が生じない。これにより、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減できる。
【００３０】
また、例えば、圧力室９ｃからも圧力室９ｈからも第１ドロップを吐出させる場合、図５に示す第３サイクルの第１ドロップの期間にＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｊをＯＮにする。その結果、電極１２ｃ、１２ｈにはＷ１ａの駆動信号が印加され、電極１２ｂ、１２ｄ、１２ｇ、１２ｉにはＷ２ａの駆動信号が印加され、電極１２ａ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｊにはＷ３ａの駆動信号が印加される。
【００３１】
この結果、圧力室９ｃ、９ｈから６ｐｌのインク滴が吐出する。アクチュエータ１４ｆには，アクチュエータを挟む電極１２ｅ、１２ｆに同じ駆動信号Ｗ３ａが印加されるため、電界が生じない。また、アクチュエータ１４ｆを挟む圧力室９ｅ、９ｆには同じ圧力が発生するため、アクチュエータ１４ｆは実質的に変形しない。
【００３２】
そのため、圧力室９ｃで吐出動作を行った際に圧力室９ｅに発生する圧力振動がアクチュエータ１４ｆを介して圧力室９ｆに漏洩する現象が遮断され、実質的にアクチュエータを介するクロストークを０にすることができる。これにより、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減できる。
【００３３】
また、例えば、圧力室９ｃからも圧力室９ｈからも第１ドロップを吐出させない場合、図５に示す第３サイクルの第１ドロップの期間にＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｊをＯＦＦにする。その結果、電極１２ａ〜１２ｊにはＷ４ａの駆動信号が印加される。この結果、アクチュエータ１４ｂ〜１４ｊには，各アクチュエータを挟む電極に同じ駆動信号Ｗ４ａが印加されるため、電界が生じない。そのため、アクチュエータ１４ｂ〜１４ｊは変形せず、圧力室９ａ〜９ｊには圧力振動が生じない。
【００３４】
このように、圧力室９ｈからのインクの吐出の有無に関わらず圧力室９ｃの駆動に伴うクロストークはアクチュエータ１４ｆで遮断されるので、圧力室９ｃから吐出させるインク滴の吐出速度や体積は圧力室９ｈからのインクの吐出の有無に関わらず一定になる。すなわち、印字パターンの違いによるインクの吐出速度や体積のばらつきを低減して、印字品質を向上できる。
【００３５】
続いて、駆動信号Ｗ１〜Ｗ４の決定方法について述べる。
駆動信号Ｗ１〜Ｗ４は、インクジェットヘッドの駆動信号に対する流速振動の応答特性と、インク吐出によるメニスカス後退を無視した仮想メニスカス振動とから、駆動信号を逆算することによって求めることができる。
【００３６】
仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動から、ノズルからのインク吐出に伴うメニスカスの前進や、ノズルからインクが排出された後に発生するメニスカスの後退や、インクの表面張力等によるインクのリフィル作用に伴うメニスカスの前進などの非線形な成分を除去した、駆動信号に対して線形なメニスカス振動である。
【００３７】
このようなメニスカス振動は、インクが吐出しない程度に振幅を縮小した駆動信号をインクジェットヘッドに与えた場合に発生するメニスカス振動の振幅を拡大したものと考えることができる。図７に実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の相違を示す。図中実線は仮想メニスカス振動を示し、図中点線は実際のメニスカス振動を示している。
【００３８】
このような仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動とは異なるが、ノズル間のクロストークなど、インクジェットヘッドの吐出動作に重要な特性を反映している。また、実際のメニスカス振動は、非線形振動であることに加え、インクのリフィル作用など駆動信号とは無関係な要因の影響を受けるので、これを駆動信号により制御することには限界がある。これに対し、仮想メニスカス振動は、駆動信号とは無関係な要因の影響を受けないので、これを駆動信号により制御することが十分可能である。従って、望ましい仮想メニスカス振動を定義し、それを生じさせる駆動信号をアクチュエータに与えることにより、ノズル間のクロストークなどに関して望ましい特性を得ることができる。
【００３９】
次に、仮想メニスカス振動から駆動信号を逆算する過程で必要となる、インクジェットヘッドの駆動信号に対する流速振動の応答特性Ｒの求め方について述べる。
応答特性Ｒは、テスト駆動信号ＶＴに対するノズル内の流速振動ＵＴから求める。具体的には、テスト駆動信号ＶＴ１〜ＶＴ１０を各々の電極１２ａ〜１２ｊに印加する。駆動信号ＶＴ１は、図８に示すように低電圧の周期Ｔｃのノイズ波形であり、駆動信号ＶＴ２〜ＶＴ１０は０Ｖとする。Ｔｃは、インク吐出動作の時間より十分長くすることが望ましい。さらに、電極１２ｋに対しては電極１２ａと同じ駆動信号ＶＴ１を印加することで、多数の圧力室に対して１０チャンネルおきの駆動パターンを適用する。そのような駆動パターンでヘッドを駆動するときのノズル１０ａ〜１０ｊ内のメニスカスの流速を各々ＵＴ１〜ＵＴ１０としたとき、図９に示すような周期Ｔｃの流速振動が発生する。この流速振動は、市販のレーザードップラー振動計、例えば（株）小野測器のＬＶ−１７１０を用い、インクジェットヘッドのノズル内のメニスカスに測定用レーザビームを照射することによって観測することができる。
続いて、下記の(1)式と(2)式を用いて、テスト駆動信号ＶＴと、流速振動ＵＴをフーリエ変換し、それぞれ電圧スペクトルＦＶＴと流速スペクトルＦＵＴに変換する。
【数１】
【００４０】
ここで、ｍは、レーザードップラー振動計で観測された時系列流速データのデータ数である。レーザードップラー振動計で観測された流速データのサンプリング時間をｄｔとすれば、ｍはＴｃ／ｄｔの値となる。添字のｉは、チャンネル番号を示す１から１０までの整数であり、この番号は電極１２ａ〜１２ｊ、又は、ノズル１０ａ〜１０ｊに対応している。また、添字のｊは、時系列データにおいて先頭からｊ番目のデータを示す１〜ｍまでの整数である。ｊ番目のデータは、時刻ｊ×ｄｔのデータを示している。添字のｋは、周波数系列データにおいて先頭からｋ番目のデータを示す１〜ｍまでの整数である。ｋ番目のデータは、周波数（ｋ−１）／Ｔｃのデータを示している。Ｉは虚数単位である。ここで述べた添字の記法は以下の説明においても用いることとする。ＶＴｉ、ＵＴｉは時間間隔ｄｔで長さｍの時系列データであり、また、ＦＶＴｉ、ＦＵＴｉは、周波数間隔１／（ｍ dt）おきの周波数系列データである。
【００４１】
次にＦＶＴとＦＵＴから、下記(3)式により応答特性Ｒを求める。
Ｒｉ，ｋ＝ＦＵＴｉ，ｋ／ＦＶＴ１，ｋ …(3)
Ｒｉ，ｋは、駆動信号ＶＴ１に対するノズル内のメニスカス流速Ｕｉの周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける振幅と位相の変化を複素数の形で示している。Ｒｉを各チャンネルの応答特性とするとき、Ｒ１〜Ｒ１０の絶対値を図１０に示し、位相角を図１１に示す。図１０のｆmaxは、ノズル１０内のメニスカスが、駆動信号に対して低周波領域から連続して応答可能な周波数領域の上限の周波数である。
【００４２】
ここでは、テスト駆動信号ＶＴとしてノイズ波形を求める場合について説明したが、テスト駆動信号として周波数可変の正弦波や余弦波を用い、各周波数におけるメニスカス流速振動の振幅と位相を測定することによって応答特性Ｒを求めることも可能である。
【００４３】
次に、上記方法で求めた応答特性Ｒを用い、仮想メニスカス振動から駆動信号を決定する方法について述べる。
図１２は仮想メニスカス振動の変位Ｘを示す図である。例えば、圧力室９ｃから第１〜第３ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからはインクを吐出させない場合、ノズル１０ａ〜１０ｊの仮想メニスカス変位はそれぞれＸ１〜Ｘ１０となる。仮想メニスカス変位のプラス側の山のピークが各ドロップのインクの吐出体積に相当する。
【００４４】
次に、仮想メニスカス変位Ｘに対応する仮想メニスカス流速を求める。仮想メニスカス変位Ｘは、下記(4)式の演算を行う都合上、始点と終点が実質的に連続で、始点から終点まで微分した結果が連続であり、かつ、微分した結果の始点と終点も実質的に連続である。仮想メニスカス流速Ｕは、下記(4)式により求められる。
【００４５】
Ｕｉ＝ｄ／ｄｔ・Ｘｉ …(4)
図１３に、上記(4)式により求めた仮想メニスカス流速Ｕ１〜Ｕ１０を示す。
仮想メニスカス流速Ｕは始点から終点まで実質的に連続な時系列データで、また始点と終点も実質的に連続である。仮想メニスカス流速を仮想メニスカス変位から演算する代わりに最初から仮想メニスカス流速を定義しても良い。
【００４６】
次に、下記(5)を用いて仮想メニスカス流速Ｕのフーリエ変換を行い、仮想メニスカス流速Ｕの流速スペクトルＦＵを得る。
【数２】
【００４７】
ここで、Ｕｉは時間間隔ｄｔで長さｍの時系列データであり、ＵＴｉ，ｊは、ＵＴｉの先頭からｊ番目のデータである。また、流速スペクトルＦＵｉ，ｋは、仮想メニスカス流速Ｕｉ周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける流速振幅と位相の複素数の形で表している。このようにして得られた流速スペクトルＦＵのうち、ＦＵ3の絶対値を図１４に示す。この流速スペクトルＦＵの周波数の大部分は、図１４に示すように前述した周波数ｆmaxより低い周波数に含まれることが望ましい。
【００４８】
次に、インクジェットヘッドの応答特性Ｒと仮想メニスカス振動の流速スペクトルＦＵとから、駆動信号の電圧スペクトルＦＶＡを求める。応答特性行列［Ｒ］ｋを下記(6)式、電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝ｋを下記(7)式、仮想メニスカス振動の流速ベクトル｛ＦＵ｝ｋを下記(8)式としたとき、下記(9)式により周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧ベクトルＦＶＡｋが求められる。
【数３】
【００４９】
｛ＦＶＡ｝ｋ＝［Ｒ］ｋ−１・｛ＦＵＡ｝ｋ …(9)
(7)式および(9)式で得られた電圧スペクトルＦＶＡｉ，ｋは、仮想メニスカス流速Ｕｉを発生させる駆動信号ＶＡｉの、周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、(6)式で得られる［Ｒ］ｋのａ行ｂ列目の要素は、ｂ番目のチャンネルの周波数（ｋ−１）／Ｔｃの電圧振動に対するａ番目のノズル内のメニスカス流速振動の振幅と位相の変化を複素数の形で表している。［Ｒ］ｋ−１は［Ｒ］ｋの逆行列である。逆行列の演算は、WOLFRAM RESEARCH社のMATHEMATICAなどの数式解析ソフトウエアにより行うことができる。
【００５０】
次に、駆動信号ＶＡを求める。駆動信号ＶＡは、電圧スペクトルＦＶＡを、下記(10)式により逆フーリエ変換することにより求めることができる。
【数４】
【００５１】
ここで、Ｒｅ［ｚ］は、複素数ｚ＝ａ＋ｂＩの実数部ａを得る関数である。ＶＡｉ，ｊは、仮想メニスカス流速Ｕを発生させる駆動信号ＶＡの、ｉ番目のチャンネルの時刻ｊ×ｄｔにおける電圧値である。
【００５２】
このように得られた駆動信号ＶＡｉ、すなわちＶＡ１〜ＶＡ１０は、それぞれ電極１２ａ〜１２ｊに印加された場合、ノズル１０ａ〜１０ｊ内のメニスカスに仮想メニスカス変位Ｘ１〜Ｘ１０を生じさせる駆動信号になる。
【００５３】
また、ｍ′は、
ｍ′≦ｆmax・Ｔｃ
となる最も大きい整数である。このように逆フーリエ変換の周波数の上限をｆmaxとすることにより、駆動信号ＶＡの周波数成分の上限値がｆmaxに定められる。
【００５４】
このように、駆動信号の波形を仮想メニスカス振動からフーリエ変換を用いて逆算する場合、演算を行う周波数の範囲をインクジェットヘッドが応答する周波数の範囲である０〜ｆmaxに制限することにより、計算結果が発散することを防止できる。計算の結果得られた波形の駆動信号が十分な精度で仮想メニスカス振動を再現するためには、ｆmaxが流速スペクトルＦＵの周波数成分の大部分を含んでいることが望ましい。ｆmaxは、圧力室の長さＬなどのインクジェットヘッドの寸法によって変化する。したがって、ｆmaxが流速スペクトルＦＵの周波数成分の大部分を含むよう、インクジェットヘッドの寸法を調整することが望ましい。以上のようにして得られた駆動信号ＶＡ（ＶＡ１〜ＶＡ１０）を図１５に示す。
【００５５】
以上のようにして得られた駆動信号ＶＡは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることが可能であるが、駆動信号ＶＡから図１５に点線で示すような基準電圧波形ＶＲＥＦ（ＶＲＥＦ１〜ＶＲＥＦ１０）との差を計算して、図１６に示す駆動信号ＶＢ（ＶＢ１〜ＶＢ１０）を得ることにより、駆動信号の長さを短縮できる。このことにより、インクジェットヘッドの駆動周期を短縮でき、印刷速度を向上させることができる。
【００５６】
以上のようにして得られた駆動信号ＶＢは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることが可能であるが、さらに下記(11)式で示される駆動信号ＶＤを得ることにより、駆動信号の電圧振幅を小さくできる。このことにより、駆動回路のコストを低減でき、安価なインクジェット記録装置を提供できる。図１７に、駆動信号ＶＤ１〜ＶＤ１０を示す。
【００５７】
ＶＤｉ，ｊ＝ＶＢｉ，ｊ−ＭＩＮ［ＶＢ１，ｊ，ＶＢ２，ｊ，…ＶＢ１０，ｊ］ …(11)
ここで、ＭＩＮ［ＶＢ１，ｊ，ＶＢ２，ｊ，…］は、［］内の値のうち最小の値を示す関数である。この計算で求めた駆動信号ＶＤ３は駆動信号Ｗ１になり、駆動信号ＶＤ２またはＶＤ４は駆動信号Ｗ２になり、駆動信号ＶＤ１またはＶＤ５は駆動信号Ｗ３になり、駆動信号ＶＤ６〜ＶＤ１０のいずれかは駆動信号Ｗ４になる。
【００５８】
以上述べた駆動信号の作成方法をインクジェット記録装置の製造に応用するには、以下の手順で行う。まず、ノイズ波形あるいは正弦波などの適当なテスト駆動信号を用い、製造されたインクジェットヘッドの電圧信号に対するメニスカスの応答特性Ｒを測定する。次に、応答特性Ｒと、あらかじめ定められた仮想メニスカス振動をもとに、(4)式〜(10)式により駆動信号の波形を演算により作成する。次に、必要に応じて(11)式などにより駆動信号の波形を変形する。最後に、得られた駆動信号の波形をインクジェット記録装置の駆動波形メモリ２１に記憶させる。
【００５９】
続いて、仮想メニスカス振動について詳細に述べる。図１２に示す変位Ｘ１〜Ｘ１０は、圧力室９ｃから第１〜第３ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからはインクを吐出させない場合の、各ノズル１０ａ〜１０ｊにおける仮想メニスカス振動の変位を示している。また、図１３のＵ１〜Ｕ１０は、各ノズル１０ａ〜１０ｊにおける仮想メニスカス流速を示している。
【００６０】
この実施の形態では、インクを吐出させるノズル１０ｃの仮想メニスカス振動の変位Ｘ３において、第１ドロップ、第２ドロップ、第３ドロップの吐出時の吐出時間をそれぞれｓｔ１、ｓｔ２、ｓｔ３とし、インク吐出時の仮想メニスカス変位の動きをａ１、ａ２、ａ３とするとき、
ａ１／ｓｔ１≒ａ２／ｓｔ２≒ａ３／ｓｔ３
としている。このように仮想メニスカス振動を定めることにより、異なる体積のインクドロップを略一定の速度で吐出できる。
【００６１】
また、ノズル１０ｃに隣接するノズル１０ｂ、１０ｄと、さらにノズル１０ｂ、１０ｄに隣接するノズル１０ａ、１０ｅの仮想メニスカス振動Ｘ１、Ｘ２、Ｘ４、Ｘ５の変位は、ノズル１０ｃの仮想メニスカス振動Ｘ３の−１／４にしている。このように仮想メニスカス振動を定めて、ノズル１０ｃからのインク吐出動作に伴うノズル１０ｂ、１０ｄのメニスカス振動をノズル１０ａ、１０ｅに分散させて、ノズル１０ｂ、１０ｄに発生するメニスカス振動の振幅を低減させることにより、ノズル１０ｂ、１０ｄのメニスカスが盛り上り、ノズル１０ｂや１０ｄから吐出するインク滴の速度や体積がばらつくのを低減できる。
【００６２】
さらに、インクが吐出しないノズル１０ｈと、ノズル１０ｈに隣接するノズル１０ｇ、１０ｉと、ノズル１０ｇ，１０ｉに隣接するノズル１０ｆ，１０ｊの仮想メニスカス流速Ｕ６〜Ｕ１０の振幅を０にしている。これにより、ノズル１０ｅに流速振動が発生しても、ノズル１０ｆには流速振動が発生しない状態を仮想メニスカス振動により定義している。これは、圧力室９ｅに圧力振動が発生しても、圧力室９ｆには圧力振動が発生しない状態を仮想メニスカス振動により定義していると言える。すなわち、圧力室９ｅと圧力室９ｆの間のクロストークが０になることを仮想メニスカス振動により定義していることになる。
【００６３】
このように、メニスカスを振動させるノズル１０ａ〜１０ｅと、メニスカスを振動させないノズル１０ｆ〜１０ｊの仮想メニスカス振動を定めて、この仮想メニスカス振動とインクジェットヘッドの応答特性とから駆動信号を逆算すると、メニスカスを振動させないノズル１０ｆ〜１０ｊに対応するチャンネルの駆動信号として、図１７にＷ４で示される駆動信号が得られる。この駆動信号Ｗ４は、ノズル１０ｃからのインク吐出に伴う圧力室９ｅの圧力変動がアクチュエータ１４ｆの変形を介して圧力室９ｆに伝達するのを遮断していることから、アクチュエータ１４ｆの変形を実質的に０にする駆動信号ということになる。
【００６４】
図１８はインクジェットヘッドに対して上述した制御が行われるインクジェット記録装置の要部外観を示す斜視図である。このインクジェット記録装置は、例えば、４個のインクジェットヘッド２７1，２７2，２７3，２７4を、基板２８の両面に、交互にかつ位置も交互となるようにずらして配置して１つのラインヘッド２９を構成している。
【００６５】
前記ラインヘッド２９は媒体搬送ベルト３０から所定の隙間だけ離れた位置に設置されている。前記媒体搬送ベルト３０は搬送ローラ３１によって矢印の方向に駆動するもので、用紙などの記録媒体３２を上面に密着した状態で搬送する。記録媒体３２がラインヘッド２９の下を通過するとき、各インクジェットヘッド２７1〜２７4から下向きにインク滴を吐出し、このインク滴を記録媒体３２に付着させて印刷を行う。なお、記録媒体３２を媒体搬送ベルト３０に密着させる方法としては、静電気や空気流により吸着させる方法や、記録用紙の端を部材で押さえる方法など、周知の方法を用いることができる。
【００６６】
ラインヘッド２９の各インクジェットヘッド２７1〜２７4は圧力室のノズルから吐出するインク滴のタイミングをインクジェットヘッド間で調整することで、各インクジェットヘッド２７1〜２７4により記録媒体３２に対して同一ラインを印刷できるようになっている。これにより、このインクジェット記録装置に使用する各インクジェットヘッド２７1〜２７4は、残留振動を低減し吐出速度の変動を極力抑えることができる。
【００６７】
なお、この実施の形態では、ノズル１０ｆ〜１０ｊのメニスカス振動の振幅を０としたが、インクが吐出しない程度のメニスカス振動であれば、ノズル１０ｆ〜１０ｊに適度のメニスカス振動を与えてやることも可能である。その場合は、仮想メニスカス振動Ｘ６〜Ｘ１０に、小さな振幅を有するメニスカス振動を定義し、上記の方法を用いて駆動信号の波形を逆算すればよい。
【００６８】
なお、この実施の形態では駆動回路として、インクを吐出させる圧力室９に印加する駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５の波形情報及びインクを吐出させない圧力室９に印加する駆動信号ＩＮＡの波形情報を記憶した駆動波形メモリ２１を設け、この駆動波形メモリ２１から駆動信号を読み出し、それを駆動信号選択手段２４にて選択するようにしたが必ずしもこれに限定するものではない。
【００６９】
例えば、図１９に示すように、仮想メニスカス振動情報を記憶した仮想メニスカス振動メモリ３３と、応答特性Ｒ情報を記憶した応答特性メモリ３４と、演算手段３５を設け、演算手段３５にて、仮想メニスカス振動メモリ３３の仮想メニスカス振動の変位から仮想メニスカス流速Ｕを求め、この仮想メニスカス流速Ｕから流速スペクトルＦＵを求め、この流速スペクトルＦＵと応答特性メモリ３４に記憶した応答特性Ｒとから、駆動信号の電圧スペクトルＦＶＡを求め、さらに(10)式および(11)式の演算を行って駆動信号をＷ1、Ｗ2、Ｗ3、Ｗ4を求めて駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡを得るようにし、この駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡを駆動信号選択手段２４にて選択するようにしてもよい。
【００７０】
この場合、演算手段３５でｆmax以上の電圧波形ＶＡの周波数成分をカットするか、あらかじめ仮想メニスカス振動メモリ３３に記憶される仮想メニスカス振動あるいは応答特性メモリ３４に記憶される応答特性のｆmax以上の周波数成分をカットしておくことが演算を簡単にするために望ましい。
【００７１】
また、前述した実施の形態は、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接する５個の圧力室、すなわち、圧力室９ｃから第１ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからは第１ドロップを吐出させない場合において、圧力室９ｆ〜９ｊの電極１２ｆ〜１２ｊに同じ駆動信号Ｗ４ａを同時に供給させるようにしたが必ずしもこれに限定するものではなく、少なくとも最も外側の圧力室である圧力室９ｆの電極１２ｆに駆動信号Ｗ４ａを供給すればよい。このようにしてもアクチュエータ１４ｆには、駆動信号Ｗ３ａとＷ４ａの電位差により、圧力室９ｅに発生する圧力によりアクチュエータ１４ｆが変形しようとするに抗する力が発生し、アクチュエータ１４ｆが実質的に変形しなくなる。
【００７２】
また、前述した実施の形態は、５分割駆動の場合について述べたがこれに限定するものではなく、３分割駆動でも上述の手順を適用することによって容易に実施できる。そして、３分割駆動においてもクロストークを実質的に０にすることができることは明らかである。また、７分割以上の奇数の時分割数においても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の、一実施の形態に係るインクジェットヘッド全体の構成を示す縦方向の断面図。
【図２】同実施の形態に係るインクジェットヘッドの先端部の構成を示す横方向の部分断面図。
【図３】同実施の形態に係るインクジェットヘッドの駆動回路を示すブロック図。
【図４】図３の駆動信号選択手段の回路構成を示す図。
【図５】図３の駆動信号選択手段に入力する駆動信号を示す波形図。
【図６】図５の駆動信号を構成する電圧波形を示す波形図。
【図７】実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の相違を示す図。
【図８】同実施の形態におけるヘッド周波数応答特性測定用駆動信号を示す波形図。
【図９】図８のヘッド周波数応答特性測定用駆動信号に対するメニスカスの流速振動を示す図。
【図１０】同実施の形態におけるヘッドの応答特性の絶対値を示す図。
【図１１】同実施の形態におけるヘッドの応答特性の位相角を示す図。
【図１２】同実施の形態における仮想メニスカス変位を示す図。
【図１３】同実施の形態における仮想メニスカス流速を示す図。
【図１４】同実施の形態における仮想メニスカス流速の周波数成分を示す図。
【図１５】同実施の形態における仮想メニスカス流速とヘッド応答特性から演算された駆動信号波形を示す図。
【図１６】図１５の駆動信号波形を変形した駆動信号波形を示す図。
【図１７】図１６の駆動信号波形を変形した駆動信号波形を示す図。
【図１８】同実施の形態におけるインクジェット記録装置の要部外観を示す斜視図。
【図１９】本発明の、他の実施の形態に係るインクジェットヘッドの駆動回路を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７４】
９，９ａ〜９ｋ…圧力室、１０…ノズル、１２，１２ａ〜１２ｋ…電極、１４ａ〜１４ｋ…アクチュエータ、２１…駆動波形メモリ、２４…駆動信号選択手段、２７…インクジェットヘッド。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各圧力室間を隔てる隔壁を形成するアクチュエータを変形駆動して圧力室の容積を可変することによって圧力室に連通したノズルからインクを吐出して記録媒体に画像記録を行うインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各圧力室間を隔てる隔壁を圧電部材などのアクチュエータによって構成したヘッド、いわゆる、シェアードウォールヘッドでは、圧力室内に発生する圧力変動がアクチュエータを変形させて隣接する圧力室に伝播してクロストークが発生し、画像パターンにより吐出するインク滴の速度や体積がばらつくという問題がある。そこで、インクを吐出させないが隔壁を変形させてクロストークを活用する適度のダミーパルスを、インクを吐出させる圧力室に隣接する圧力室に印加してアクチュエータを駆動することによって、インクを吐出させない圧力室に圧力変動を生じさせ、この圧力変動のクロストークによりインク滴の吐出速度や体積の変化を補償するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００ー２５５０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、吐出速度の変化を補償するクロストークを発生させるための圧力変動がインクを吐出しない程度に制約されるため、クロストークによる吐出速度や体積の変化をある程度は低減できても、十分には低減できなかった。
【０００４】
そこで本発明は、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減でき、これにより、印字パターンの違いによるインクの吐出速度や体積のばらつきを低減して印字品質を向上できるインクジェット記録装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、記録媒体に画像記録を行うためにインクを吐出させる複数のノズルと、この各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、この各圧力室にインクを供給するインク供給手段と、各圧力室に対応して配置した複数の電極と、各圧力室間を隔てる隔壁を形成し、インクを吐出させる圧力室に対応する電極とこの圧力室に隣接した２つの圧力室に対応する電極との間に供給される駆動信号に応じて変形駆動しインクを吐出させる圧力室の容積を可変させる、例えば圧電部材からなるアクチュエータを有するインクジェットヘッドと、圧力室を奇数の時分割数Ｎ（但し、Ｎ≧３）で時分割駆動する駆動信号を発生してそれぞれ対応する圧力室の電極に供給する駆動信号発生手段を備え、駆動信号発生手段は、インクを吐出させる圧力室を中心とした（Ｎ＋１）個の隣接するアクチュエータのうち最も外側のアクチュエータのインク圧力による変形を阻止する駆動信号を、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接するＮ個の圧力室のうち、少なくとも最も外側の圧力室の電極に供給することにある。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減でき、これにより、印字パターンの違いによるインクの吐出速度や体積のばらつきを低減して印字品質を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
まず、インクジェットヘッドの構造について述べる。
【０００８】
図１はインクジェットヘッド全体の構成を示す縦方向の断面図で、図に示すように、低誘電率の基板１の先端部には、分極方向が互いに板厚方向に対して内側に向かって反対になるように貼り合わせた圧電部材２、３が埋め込まれている。そして、前記圧電部材２、３及びその後方にある基板１の部分には、例えばダイヤモンドカッタによる切削加工により、一定の間隔で複数の長溝４を互いに平行に形成している。
【０００９】
前記基板１の上には、天板枠５とインク供給口６を有する天板蓋７を接着し、これによりインク供給路８を形成している。前記各長溝４と天板枠５とで複数の圧力室９を形成している。前記各圧電部材２、３は、圧力室９を変形駆動するアクチュエータになっている。
【００１０】
前記各圧力室９の先端に、インク滴を吐出するためのノズル１０を形成したノズルプレート１１を接着剤により接着固定している。前記圧力室９を形成する長溝４の側面と底面に個々に電気的に独立した電極１２を無電解メッキにより形成している。前記電極１２は圧力室９の底面後端から長溝４の底面を経由して基板１の上面に延出し回路基板１３上に配置された後述する駆動回路に接続している。なお、電極１２の形成は、無電解メッキに限らず、スパッタリングや真空蒸着などで電極材を成膜後、エッチングにより所定のパターンにする方法で形成してもよい。
【００１１】
図２はインクジェットヘッドの先端部の構成を示す横方向の断面図で、この図に基づいてインクジェットヘッドの動作を説明する。図中９ａ〜９ｋは圧力室を示し、１２ａ〜１２ｋは各圧力室９ａ〜９ｋに形成された電極を示し、１４ａ〜１４ｋは前記各圧電部材２、３によって圧力室間の隔壁として形成されたアクチュエータを示している。
【００１２】
このインクジェットヘッドを時分割駆動したときにおいて圧力室９ｃからインク滴を吐出させる場合について説明する。なお、圧力室９ａ〜９ｊに対応するノズルをそれぞれノズル１０ａ〜１０ｊとして述べる。
【００１３】
インク供給口６からインクジェットヘッド内に注入されたインクは、インク供給路８を介して圧力室９に充填される。後述する駆動信号により、電極１２ｃと電極１２ｂ及び電極１２ｃと電極１２ｄの間に電圧差が生じると、アクチュエータ１４ｃ及び１４ｄがせん断変形して圧力室９ｃ内の容積が変化し、ノズル１０ｃからインク滴が吐出する。
【００１４】
このインクジエットヘッドは、いわゆる、シェアードウォールヘッドであり、アクチュエータ１４は、左右に隣接する圧力室９の間で共用される。このため、互いに隣接する２つの圧力室９を個別に制御することはできない。そのため、互いに隣接する圧力室９が同時に駆動されないようにするため時分割駆動が行われる。ここでは５分割駆動を行う。
【００１５】
さらに、例えば、圧力室９ｃのインクを吐出させる場合、電極１２ａ、１２ｂ間及び電極１２ｄ、１２ｅ間にも電位差を生じさせることにより、アクチュエータ１４ｂ及び１４ｅを、圧力室９ｂ及び９ｄに発生する圧力振動が圧力室９ａ，９ｅに分散する方向に変形させる。
【００１６】
このように、インクを吐出させない圧力室に発生する圧力振動を分散させることにより、非吐出ノズルにおけるメニスカス振動の振幅を減らすことができる。この結果、振動によりメニスカスがノズル面から盛り上がる現象を抑制することができるため、インク吐出時のメニスカスの位置のばらつきが小さくなり、インク滴の吐出速度のばらつきが抑制されて印字品質が向上する。
【００１７】
次に、インクジェットヘッドを駆動信号により駆動する駆動回路について述べる。
図３に示すように、駆動回路は、インクを吐出させる圧力室９に印加する駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５の波形情報及びインクを吐出させない圧力室９に印加する駆動信号ＩＮＡの波形情報を記憶した駆動波形メモリ２１、この駆動波形メモリ２１に記憶した駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２２、このＤ／Ａ変換器２２からの駆動信号を増幅する増幅器２３を設けている。そして、前記増幅器２３からの駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡを駆動信号選択手段２４に供給している。
【００１８】
また、駆動回路は、画像の各画素の階調情報を記憶した画像メモリ２５及びデコーダ２６を設け、画像メモリ２５に記録された画像の各画素の階調情報に基づき前記デコーダ２６がインク滴の吐出／非吐出を制御するＯＮ／ＯＦＦ信号を発生し、前記駆動信号選択手段２４に供給している。前記駆動信号選択手段２４は駆動信号を選択し、選択した駆動信号に基づいてインクジェットヘッド２７を駆動する。
【００１９】
ここでは、１画素につき最大で８値の階調記録を行う。すなわち、吐出体積が６ｐｌの第１ドロップ、吐出体積が１２ｐｌの第２ドロップ、吐出体積が２４ｐｌの第３ドロップの３滴のインク滴の吐出／非吐出を表１に示すように制御することにより８値の階調記録を行う。
【表１】
【００２０】
前記駆動信号選択手段２４は、図４に示すように、アナログスイッチ２８ａ〜２８ｊを備え、前記デコーダ２６からのＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｊにより前記アナログスイッチ２８ａ〜２８ｊをそれぞれオン、オフ動作する。なお、図４は、図２に示した一部のヘッドの電極に対応したアナログスイッチについて示しているが、実際にはインクジェットヘッド２７の全ての圧力室９の電極１２に対応してアナログスイッチは設けられる。
【００２１】
前記アナログスイッチ２８ａ〜２８ｅはＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅがオンのとき、前記増幅器２３から入力した駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５をそれぞれ選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ａ〜１２ｅにそれぞれ供給し、ＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅがオフのときには前記増幅器２３から入力した駆動信号ＩＮＡを選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ａ〜１２ｅにそれぞれ供給する。
【００２２】
前記アナログスイッチ２８ｆ〜２８ｊはＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ〜２９ｊがオンのとき、前記増幅器２３から入力した駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５をそれぞれ選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ｆ〜１２ｊにそれぞれ供給し、ＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ〜２９ｊがオフのときには前記増幅器２３から入力した駆動信号ＩＮＡを選択してインクジェットヘッド２７の電極１２ｆ〜１２ｊにそれぞれ供給する。
【００２３】
なお、駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５は５分割駆動の第１〜第５サイクルに対応している。例えば、あるタイミングにおいて、圧力室９ｃからインク滴を吐出させ、同じ動作タイミングにある圧力室９ｈからはインクを吐出させない場合、圧力室９ｃに対応するＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｃと、その両側２つずつのＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ、２９ｂ、２９ｄ、２９ｅをＯＮとし、圧力室９ｈに対応するＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｈと、その両側２つずつのＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ、２９ｇ、２９ｉ、２９ｊをＯＦＦとすることにより、インク滴を吐出させる圧力室９ｃとその両側２つずつの圧力室９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｅにはＡＣＴ３、ＡＣＴ１、ＡＣＴ２、ＡＣＴ４、ＡＣＴ５の各駆動信号を供給し、インクを吐出させない圧力室９ｈとその両側２つずつの圧力室９ｆ、９ｇ、９ｉ、９ｊにはＩＮＡの駆動信号を供給する。
【００２４】
次に、前記駆動信号選択手段２４に供給されるインク吐出用の駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５及び非インク吐出用の駆動信号ＩＮＡについて述べる。
図５に、駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５と、駆動信号ＩＮＡの１印字周期分、すなわち、５サイクル分を示す。駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５は、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の３つの駆動信号から構成され、駆動信号ＩＮＡは駆動信号Ｗ４から構成される。駆動信号Ｗ１はインク滴を吐出する圧力室９の電極１２に印加される駆動信号である。
【００２５】
駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５は、それぞれ時分割された時間だけ位相が異なる。例えば、図２における圧力室９ｃからインク滴を吐出させる場合は第３サイクルであり、この第３サイクルにおいてＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅをＯＮにすることにより、圧力室９ａと圧力室９ｅの電極１２ａと１２ｅには駆動信号Ｗ３が印加され、圧力室９ｂと圧力室９ｄの電極１２ｂと１２ｄには駆動信号Ｗ２が印加され、圧力室９ｃの電極１２ｃには駆動信号Ｗ１が印加される。
【００２６】
次に、駆動信号Ｗ１〜４について述べる。
駆動信号Ｗ１〜４は、図６に示すように、それぞれ体積が６ｐｌの第１ドロップを吐出させる期間にある駆動信号Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、Ｗ３ａ、Ｗ４ａと、体積が１２ｐｌの第２ドロップを吐出させる期間にある駆動信号Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ、Ｗ３ｂ、Ｗ４ｂと、体積が２４ｐｌの第３ドロップを吐出させる期間にある駆動信号Ｗ１ｃ、Ｗ２ｃ、Ｗ３ｃ、Ｗ４ｃとで構成されている。
【００２７】
例えば、図２における圧力室９ｃから第１ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからは第１ドロップを吐出させない場合、図５に示す第３サイクルの第１ドロップの期間にＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｅをＯＮにし、ＯＮ／ＯＦＦ信号２９ｆ〜２９ｊをＯＦＦにする。その結果、電極１２ｃにはＷ１ａの駆動信号が印加され、電極１２ｂ、１２ｄにはＷ２ａの駆動信号が印加され、電極１２ａ、１２ｅにはＷ３ａの駆動信号が印加され、電極１２ｆ〜１２ｊにはＷ４ａの駆動信号が印加される。
【００２８】
この結果、アクチュエータ１４ｃ、１４ｄは駆動信号Ｗ１ａとＷ２ａの電圧差により大きく変形して、圧力室９ｃから６ｐｌのインク滴が吐出する。アクチュエータ１４ｂと１４ｅは、駆動信号Ｗ２ａとＷ３ａの電圧差により圧力室９ｂ、９ｄに発生する圧力振動を圧力室９ａ、９ｅに分散させる方向に変形する。また、アクチュエータ１４ｆには、駆動信号Ｗ３ａとＷ４ａの電位差により、圧力室９ｅに発生する圧力によりアクチュエータ１４ｆが変形しようとするに抗する力が発生し、アクチュエータ１４ｆが実質的に変形しなくなる。
【００２９】
そのため、圧力室９ｃで吐出動作を行った際に圧力室９ｅに発生する圧力振動がアクチュエータ１４ｆを介して圧力室９ｆに漏洩する現象が遮断され、実質的にアクチュエータを介するクロストークを０にすることができる。アクチュエータ１４ｇ〜１４ｊには、各アクチュエータを挟む電極１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊに同じ駆動信号Ｗ４ａが印加されるため、電界が生じない。そのため、アクチュエータ１４ｇ〜１４ｊは変形せず、圧力室９ｆ〜９ｊには圧力振動が生じない。これにより、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減できる。
【００３０】
また、例えば、圧力室９ｃからも圧力室９ｈからも第１ドロップを吐出させる場合、図５に示す第３サイクルの第１ドロップの期間にＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｊをＯＮにする。その結果、電極１２ｃ、１２ｈにはＷ１ａの駆動信号が印加され、電極１２ｂ、１２ｄ、１２ｇ、１２ｉにはＷ２ａの駆動信号が印加され、電極１２ａ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｊにはＷ３ａの駆動信号が印加される。
【００３１】
この結果、圧力室９ｃ、９ｈから６ｐｌのインク滴が吐出する。アクチュエータ１４ｆには，アクチュエータを挟む電極１２ｅ、１２ｆに同じ駆動信号Ｗ３ａが印加されるため、電界が生じない。また、アクチュエータ１４ｆを挟む圧力室９ｅ、９ｆには同じ圧力が発生するため、アクチュエータ１４ｆは実質的に変形しない。
【００３２】
そのため、圧力室９ｃで吐出動作を行った際に圧力室９ｅに発生する圧力振動がアクチュエータ１４ｆを介して圧力室９ｆに漏洩する現象が遮断され、実質的にアクチュエータを介するクロストークを０にすることができる。これにより、クロストークによるインクの吐出速度や体積の変化を十分に低減できる。
【００３３】
また、例えば、圧力室９ｃからも圧力室９ｈからも第１ドロップを吐出させない場合、図５に示す第３サイクルの第１ドロップの期間にＯＮ／ＯＦＦ信号２９ａ〜２９ｊをＯＦＦにする。その結果、電極１２ａ〜１２ｊにはＷ４ａの駆動信号が印加される。この結果、アクチュエータ１４ｂ〜１４ｊには，各アクチュエータを挟む電極に同じ駆動信号Ｗ４ａが印加されるため、電界が生じない。そのため、アクチュエータ１４ｂ〜１４ｊは変形せず、圧力室９ａ〜９ｊには圧力振動が生じない。
【００３４】
このように、圧力室９ｈからのインクの吐出の有無に関わらず圧力室９ｃの駆動に伴うクロストークはアクチュエータ１４ｆで遮断されるので、圧力室９ｃから吐出させるインク滴の吐出速度や体積は圧力室９ｈからのインクの吐出の有無に関わらず一定になる。すなわち、印字パターンの違いによるインクの吐出速度や体積のばらつきを低減して、印字品質を向上できる。
【００３５】
続いて、駆動信号Ｗ１〜Ｗ４の決定方法について述べる。
駆動信号Ｗ１〜Ｗ４は、インクジェットヘッドの駆動信号に対する流速振動の応答特性と、インク吐出によるメニスカス後退を無視した仮想メニスカス振動とから、駆動信号を逆算することによって求めることができる。
【００３６】
仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動から、ノズルからのインク吐出に伴うメニスカスの前進や、ノズルからインクが排出された後に発生するメニスカスの後退や、インクの表面張力等によるインクのリフィル作用に伴うメニスカスの前進などの非線形な成分を除去した、駆動信号に対して線形なメニスカス振動である。
【００３７】
このようなメニスカス振動は、インクが吐出しない程度に振幅を縮小した駆動信号をインクジェットヘッドに与えた場合に発生するメニスカス振動の振幅を拡大したものと考えることができる。図７に実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の相違を示す。図中実線は仮想メニスカス振動を示し、図中点線は実際のメニスカス振動を示している。
【００３８】
このような仮想メニスカス振動は、実際のインクジェットヘッドの吐出動作において生じるメニスカス振動とは異なるが、ノズル間のクロストークなど、インクジェットヘッドの吐出動作に重要な特性を反映している。また、実際のメニスカス振動は、非線形振動であることに加え、インクのリフィル作用など駆動信号とは無関係な要因の影響を受けるので、これを駆動信号により制御することには限界がある。これに対し、仮想メニスカス振動は、駆動信号とは無関係な要因の影響を受けないので、これを駆動信号により制御することが十分可能である。従って、望ましい仮想メニスカス振動を定義し、それを生じさせる駆動信号をアクチュエータに与えることにより、ノズル間のクロストークなどに関して望ましい特性を得ることができる。
【００３９】
次に、仮想メニスカス振動から駆動信号を逆算する過程で必要となる、インクジェットヘッドの駆動信号に対する流速振動の応答特性Ｒの求め方について述べる。
応答特性Ｒは、テスト駆動信号ＶＴに対するノズル内の流速振動ＵＴから求める。具体的には、テスト駆動信号ＶＴ１〜ＶＴ１０を各々の電極１２ａ〜１２ｊに印加する。駆動信号ＶＴ１は、図８に示すように低電圧の周期Ｔｃのノイズ波形であり、駆動信号ＶＴ２〜ＶＴ１０は０Ｖとする。Ｔｃは、インク吐出動作の時間より十分長くすることが望ましい。さらに、電極１２ｋに対しては電極１２ａと同じ駆動信号ＶＴ１を印加することで、多数の圧力室に対して１０チャンネルおきの駆動パターンを適用する。そのような駆動パターンでヘッドを駆動するときのノズル１０ａ〜１０ｊ内のメニスカスの流速を各々ＵＴ１〜ＵＴ１０としたとき、図９に示すような周期Ｔｃの流速振動が発生する。この流速振動は、市販のレーザードップラー振動計、例えば（株）小野測器のＬＶ−１７１０を用い、インクジェットヘッドのノズル内のメニスカスに測定用レーザビームを照射することによって観測することができる。
続いて、下記の(1)式と(2)式を用いて、テスト駆動信号ＶＴと、流速振動ＵＴをフーリエ変換し、それぞれ電圧スペクトルＦＶＴと流速スペクトルＦＵＴに変換する。
【数１】
【００４０】
ここで、ｍは、レーザードップラー振動計で観測された時系列流速データのデータ数である。レーザードップラー振動計で観測された流速データのサンプリング時間をｄｔとすれば、ｍはＴｃ／ｄｔの値となる。添字のｉは、チャンネル番号を示す１から１０までの整数であり、この番号は電極１２ａ〜１２ｊ、又は、ノズル１０ａ〜１０ｊに対応している。また、添字のｊは、時系列データにおいて先頭からｊ番目のデータを示す１〜ｍまでの整数である。ｊ番目のデータは、時刻ｊ×ｄｔのデータを示している。添字のｋは、周波数系列データにおいて先頭からｋ番目のデータを示す１〜ｍまでの整数である。ｋ番目のデータは、周波数（ｋ−１）／Ｔｃのデータを示している。Ｉは虚数単位である。ここで述べた添字の記法は以下の説明においても用いることとする。ＶＴｉ、ＵＴｉは時間間隔ｄｔで長さｍの時系列データであり、また、ＦＶＴｉ、ＦＵＴｉは、周波数間隔１／（ｍ dt）おきの周波数系列データである。
【００４１】
次にＦＶＴとＦＵＴから、下記(3)式により応答特性Ｒを求める。
Ｒｉ，ｋ＝ＦＵＴｉ，ｋ／ＦＶＴ１，ｋ …(3)
Ｒｉ，ｋは、駆動信号ＶＴ１に対するノズル内のメニスカス流速Ｕｉの周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける振幅と位相の変化を複素数の形で示している。Ｒｉを各チャンネルの応答特性とするとき、Ｒ１〜Ｒ１０の絶対値を図１０に示し、位相角を図１１に示す。図１０のｆmaxは、ノズル１０内のメニスカスが、駆動信号に対して低周波領域から連続して応答可能な周波数領域の上限の周波数である。
【００４２】
ここでは、テスト駆動信号ＶＴとしてノイズ波形を求める場合について説明したが、テスト駆動信号として周波数可変の正弦波や余弦波を用い、各周波数におけるメニスカス流速振動の振幅と位相を測定することによって応答特性Ｒを求めることも可能である。
【００４３】
次に、上記方法で求めた応答特性Ｒを用い、仮想メニスカス振動から駆動信号を決定する方法について述べる。
図１２は仮想メニスカス振動の変位Ｘを示す図である。例えば、圧力室９ｃから第１〜第３ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからはインクを吐出させない場合、ノズル１０ａ〜１０ｊの仮想メニスカス変位はそれぞれＸ１〜Ｘ１０となる。仮想メニスカス変位のプラス側の山のピークが各ドロップのインクの吐出体積に相当する。
【００４４】
次に、仮想メニスカス変位Ｘに対応する仮想メニスカス流速を求める。仮想メニスカス変位Ｘは、下記(4)式の演算を行う都合上、始点と終点が実質的に連続で、始点から終点まで微分した結果が連続であり、かつ、微分した結果の始点と終点も実質的に連続である。仮想メニスカス流速Ｕは、下記(4)式により求められる。
【００４５】
Ｕｉ＝ｄ／ｄｔ・Ｘｉ …(4)
図１３に、上記(4)式により求めた仮想メニスカス流速Ｕ１〜Ｕ１０を示す。
仮想メニスカス流速Ｕは始点から終点まで実質的に連続な時系列データで、また始点と終点も実質的に連続である。仮想メニスカス流速を仮想メニスカス変位から演算する代わりに最初から仮想メニスカス流速を定義しても良い。
【００４６】
次に、下記(5)を用いて仮想メニスカス流速Ｕのフーリエ変換を行い、仮想メニスカス流速Ｕの流速スペクトルＦＵを得る。
【数２】
【００４７】
ここで、Ｕｉは時間間隔ｄｔで長さｍの時系列データであり、ＵＴｉ，ｊは、ＵＴｉの先頭からｊ番目のデータである。また、流速スペクトルＦＵｉ，ｋは、仮想メニスカス流速Ｕｉ周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける流速振幅と位相の複素数の形で表している。このようにして得られた流速スペクトルＦＵのうち、ＦＵ3の絶対値を図１４に示す。この流速スペクトルＦＵの周波数の大部分は、図１４に示すように前述した周波数ｆmaxより低い周波数に含まれることが望ましい。
【００４８】
次に、インクジェットヘッドの応答特性Ｒと仮想メニスカス振動の流速スペクトルＦＵとから、駆動信号の電圧スペクトルＦＶＡを求める。応答特性行列［Ｒ］ｋを下記(6)式、電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝ｋを下記(7)式、仮想メニスカス振動の流速ベクトル｛ＦＵ｝ｋを下記(8)式としたとき、下記(9)式により周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧ベクトルＦＶＡｋが求められる。
【数３】
【００４９】
｛ＦＶＡ｝ｋ＝［Ｒ］ｋ−１・｛ＦＵＡ｝ｋ …(9)
(7)式および(9)式で得られた電圧スペクトルＦＶＡｉ，ｋは、仮想メニスカス流速Ｕｉを発生させる駆動信号ＶＡｉの、周波数（ｋ−１）／Ｔｃにおける電圧振幅と位相を複素数の形で表している。また、(6)式で得られる［Ｒ］ｋのａ行ｂ列目の要素は、ｂ番目のチャンネルの周波数（ｋ−１）／Ｔｃの電圧振動に対するａ番目のノズル内のメニスカス流速振動の振幅と位相の変化を複素数の形で表している。［Ｒ］ｋ−１は［Ｒ］ｋの逆行列である。逆行列の演算は、WOLFRAM RESEARCH社のMATHEMATICAなどの数式解析ソフトウエアにより行うことができる。
【００５０】
次に、駆動信号ＶＡを求める。駆動信号ＶＡは、電圧スペクトルＦＶＡを、下記(10)式により逆フーリエ変換することにより求めることができる。
【数４】
【００５１】
ここで、Ｒｅ［ｚ］は、複素数ｚ＝ａ＋ｂＩの実数部ａを得る関数である。ＶＡｉ，ｊは、仮想メニスカス流速Ｕを発生させる駆動信号ＶＡの、ｉ番目のチャンネルの時刻ｊ×ｄｔにおける電圧値である。
【００５２】
このように得られた駆動信号ＶＡｉ、すなわちＶＡ１〜ＶＡ１０は、それぞれ電極１２ａ〜１２ｊに印加された場合、ノズル１０ａ〜１０ｊ内のメニスカスに仮想メニスカス変位Ｘ１〜Ｘ１０を生じさせる駆動信号になる。
【００５３】
また、ｍ′は、
ｍ′≦ｆmax・Ｔｃ
となる最も大きい整数である。このように逆フーリエ変換の周波数の上限をｆmaxとすることにより、駆動信号ＶＡの周波数成分の上限値がｆmaxに定められる。
【００５４】
このように、駆動信号の波形を仮想メニスカス振動からフーリエ変換を用いて逆算する場合、演算を行う周波数の範囲をインクジェットヘッドが応答する周波数の範囲である０〜ｆmaxに制限することにより、計算結果が発散することを防止できる。計算の結果得られた波形の駆動信号が十分な精度で仮想メニスカス振動を再現するためには、ｆmaxが流速スペクトルＦＵの周波数成分の大部分を含んでいることが望ましい。ｆmaxは、圧力室の長さＬなどのインクジェットヘッドの寸法によって変化する。したがって、ｆmaxが流速スペクトルＦＵの周波数成分の大部分を含むよう、インクジェットヘッドの寸法を調整することが望ましい。以上のようにして得られた駆動信号ＶＡ（ＶＡ１〜ＶＡ１０）を図１５に示す。
【００５５】
以上のようにして得られた駆動信号ＶＡは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることが可能であるが、駆動信号ＶＡから図１５に点線で示すような基準電圧波形ＶＲＥＦ（ＶＲＥＦ１〜ＶＲＥＦ１０）との差を計算して、図１６に示す駆動信号ＶＢ（ＶＢ１〜ＶＢ１０）を得ることにより、駆動信号の長さを短縮できる。このことにより、インクジェットヘッドの駆動周期を短縮でき、印刷速度を向上させることができる。
【００５６】
以上のようにして得られた駆動信号ＶＢは、そのままインクジェットヘッドの駆動信号として用いることが可能であるが、さらに下記(11)式で示される駆動信号ＶＤを得ることにより、駆動信号の電圧振幅を小さくできる。このことにより、駆動回路のコストを低減でき、安価なインクジェット記録装置を提供できる。図１７に、駆動信号ＶＤ１〜ＶＤ１０を示す。
【００５７】
ＶＤｉ，ｊ＝ＶＢｉ，ｊ−ＭＩＮ［ＶＢ１，ｊ，ＶＢ２，ｊ，…ＶＢ１０，ｊ］ …(11)
ここで、ＭＩＮ［ＶＢ１，ｊ，ＶＢ２，ｊ，…］は、［］内の値のうち最小の値を示す関数である。この計算で求めた駆動信号ＶＤ３は駆動信号Ｗ１になり、駆動信号ＶＤ２またはＶＤ４は駆動信号Ｗ２になり、駆動信号ＶＤ１またはＶＤ５は駆動信号Ｗ３になり、駆動信号ＶＤ６〜ＶＤ１０のいずれかは駆動信号Ｗ４になる。
【００５８】
以上述べた駆動信号の作成方法をインクジェット記録装置の製造に応用するには、以下の手順で行う。まず、ノイズ波形あるいは正弦波などの適当なテスト駆動信号を用い、製造されたインクジェットヘッドの電圧信号に対するメニスカスの応答特性Ｒを測定する。次に、応答特性Ｒと、あらかじめ定められた仮想メニスカス振動をもとに、(4)式〜(10)式により駆動信号の波形を演算により作成する。次に、必要に応じて(11)式などにより駆動信号の波形を変形する。最後に、得られた駆動信号の波形をインクジェット記録装置の駆動波形メモリ２１に記憶させる。
【００５９】
続いて、仮想メニスカス振動について詳細に述べる。図１２に示す変位Ｘ１〜Ｘ１０は、圧力室９ｃから第１〜第３ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからはインクを吐出させない場合の、各ノズル１０ａ〜１０ｊにおける仮想メニスカス振動の変位を示している。また、図１３のＵ１〜Ｕ１０は、各ノズル１０ａ〜１０ｊにおける仮想メニスカス流速を示している。
【００６０】
この実施の形態では、インクを吐出させるノズル１０ｃの仮想メニスカス振動の変位Ｘ３において、第１ドロップ、第２ドロップ、第３ドロップの吐出時の吐出時間をそれぞれｓｔ１、ｓｔ２、ｓｔ３とし、インク吐出時の仮想メニスカス変位の動きをａ１、ａ２、ａ３とするとき、
ａ１／ｓｔ１≒ａ２／ｓｔ２≒ａ３／ｓｔ３
としている。このように仮想メニスカス振動を定めることにより、異なる体積のインクドロップを略一定の速度で吐出できる。
【００６１】
また、ノズル１０ｃに隣接するノズル１０ｂ、１０ｄと、さらにノズル１０ｂ、１０ｄに隣接するノズル１０ａ、１０ｅの仮想メニスカス振動Ｘ１、Ｘ２、Ｘ４、Ｘ５の変位は、ノズル１０ｃの仮想メニスカス振動Ｘ３の−１／４にしている。このように仮想メニスカス振動を定めて、ノズル１０ｃからのインク吐出動作に伴うノズル１０ｂ、１０ｄのメニスカス振動をノズル１０ａ、１０ｅに分散させて、ノズル１０ｂ、１０ｄに発生するメニスカス振動の振幅を低減させることにより、ノズル１０ｂ、１０ｄのメニスカスが盛り上り、ノズル１０ｂや１０ｄから吐出するインク滴の速度や体積がばらつくのを低減できる。
【００６２】
さらに、インクが吐出しないノズル１０ｈと、ノズル１０ｈに隣接するノズル１０ｇ、１０ｉと、ノズル１０ｇ，１０ｉに隣接するノズル１０ｆ，１０ｊの仮想メニスカス流速Ｕ６〜Ｕ１０の振幅を０にしている。これにより、ノズル１０ｅに流速振動が発生しても、ノズル１０ｆには流速振動が発生しない状態を仮想メニスカス振動により定義している。これは、圧力室９ｅに圧力振動が発生しても、圧力室９ｆには圧力振動が発生しない状態を仮想メニスカス振動により定義していると言える。すなわち、圧力室９ｅと圧力室９ｆの間のクロストークが０になることを仮想メニスカス振動により定義していることになる。
【００６３】
このように、メニスカスを振動させるノズル１０ａ〜１０ｅと、メニスカスを振動させないノズル１０ｆ〜１０ｊの仮想メニスカス振動を定めて、この仮想メニスカス振動とインクジェットヘッドの応答特性とから駆動信号を逆算すると、メニスカスを振動させないノズル１０ｆ〜１０ｊに対応するチャンネルの駆動信号として、図１７にＷ４で示される駆動信号が得られる。この駆動信号Ｗ４は、ノズル１０ｃからのインク吐出に伴う圧力室９ｅの圧力変動がアクチュエータ１４ｆの変形を介して圧力室９ｆに伝達するのを遮断していることから、アクチュエータ１４ｆの変形を実質的に０にする駆動信号ということになる。
【００６４】
図１８はインクジェットヘッドに対して上述した制御が行われるインクジェット記録装置の要部外観を示す斜視図である。このインクジェット記録装置は、例えば、４個のインクジェットヘッド２７1，２７2，２７3，２７4を、基板２８の両面に、交互にかつ位置も交互となるようにずらして配置して１つのラインヘッド２９を構成している。
【００６５】
前記ラインヘッド２９は媒体搬送ベルト３０から所定の隙間だけ離れた位置に設置されている。前記媒体搬送ベルト３０は搬送ローラ３１によって矢印の方向に駆動するもので、用紙などの記録媒体３２を上面に密着した状態で搬送する。記録媒体３２がラインヘッド２９の下を通過するとき、各インクジェットヘッド２７1〜２７4から下向きにインク滴を吐出し、このインク滴を記録媒体３２に付着させて印刷を行う。なお、記録媒体３２を媒体搬送ベルト３０に密着させる方法としては、静電気や空気流により吸着させる方法や、記録用紙の端を部材で押さえる方法など、周知の方法を用いることができる。
【００６６】
ラインヘッド２９の各インクジェットヘッド２７1〜２７4は圧力室のノズルから吐出するインク滴のタイミングをインクジェットヘッド間で調整することで、各インクジェットヘッド２７1〜２７4により記録媒体３２に対して同一ラインを印刷できるようになっている。これにより、このインクジェット記録装置に使用する各インクジェットヘッド２７1〜２７4は、残留振動を低減し吐出速度の変動を極力抑えることができる。
【００６７】
なお、この実施の形態では、ノズル１０ｆ〜１０ｊのメニスカス振動の振幅を０としたが、インクが吐出しない程度のメニスカス振動であれば、ノズル１０ｆ〜１０ｊに適度のメニスカス振動を与えてやることも可能である。その場合は、仮想メニスカス振動Ｘ６〜Ｘ１０に、小さな振幅を有するメニスカス振動を定義し、上記の方法を用いて駆動信号の波形を逆算すればよい。
【００６８】
なお、この実施の形態では駆動回路として、インクを吐出させる圧力室９に印加する駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５の波形情報及びインクを吐出させない圧力室９に印加する駆動信号ＩＮＡの波形情報を記憶した駆動波形メモリ２１を設け、この駆動波形メモリ２１から駆動信号を読み出し、それを駆動信号選択手段２４にて選択するようにしたが必ずしもこれに限定するものではない。
【００６９】
例えば、図１９に示すように、仮想メニスカス振動情報を記憶した仮想メニスカス振動メモリ３３と、応答特性Ｒ情報を記憶した応答特性メモリ３４と、演算手段３５を設け、演算手段３５にて、仮想メニスカス振動メモリ３３の仮想メニスカス振動の変位から仮想メニスカス流速Ｕを求め、この仮想メニスカス流速Ｕから流速スペクトルＦＵを求め、この流速スペクトルＦＵと応答特性メモリ３４に記憶した応答特性Ｒとから、駆動信号の電圧スペクトルＦＶＡを求め、さらに(10)式および(11)式の演算を行って駆動信号をＷ1、Ｗ2、Ｗ3、Ｗ4を求めて駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡを得るようにし、この駆動信号ＡＣＴ１〜ＡＣＴ５、ＩＮＡを駆動信号選択手段２４にて選択するようにしてもよい。
【００７０】
この場合、演算手段３５でｆmax以上の電圧波形ＶＡの周波数成分をカットするか、あらかじめ仮想メニスカス振動メモリ３３に記憶される仮想メニスカス振動あるいは応答特性メモリ３４に記憶される応答特性のｆmax以上の周波数成分をカットしておくことが演算を簡単にするために望ましい。
【００７１】
また、前述した実施の形態は、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接する５個の圧力室、すなわち、圧力室９ｃから第１ドロップを吐出させ、圧力室９ｈからは第１ドロップを吐出させない場合において、圧力室９ｆ〜９ｊの電極１２ｆ〜１２ｊに同じ駆動信号Ｗ４ａを同時に供給させるようにしたが必ずしもこれに限定するものではなく、少なくとも最も外側の圧力室である圧力室９ｆの電極１２ｆに駆動信号Ｗ４ａを供給すればよい。このようにしてもアクチュエータ１４ｆには、駆動信号Ｗ３ａとＷ４ａの電位差により、圧力室９ｅに発生する圧力によりアクチュエータ１４ｆが変形しようとするに抗する力が発生し、アクチュエータ１４ｆが実質的に変形しなくなる。
【００７２】
また、前述した実施の形態は、５分割駆動の場合について述べたがこれに限定するものではなく、３分割駆動でも上述の手順を適用することによって容易に実施できる。そして、３分割駆動においてもクロストークを実質的に０にすることができることは明らかである。また、７分割以上の奇数の時分割数においても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の、一実施の形態に係るインクジェットヘッド全体の構成を示す縦方向の断面図。
【図２】同実施の形態に係るインクジェットヘッドの先端部の構成を示す横方向の部分断面図。
【図３】同実施の形態に係るインクジェットヘッドの駆動回路を示すブロック図。
【図４】図３の駆動信号選択手段の回路構成を示す図。
【図５】図３の駆動信号選択手段に入力する駆動信号を示す波形図。
【図６】図５の駆動信号を構成する電圧波形を示す波形図。
【図７】実際のメニスカス振動と仮想メニスカス振動の相違を示す図。
【図８】同実施の形態におけるヘッド周波数応答特性測定用駆動信号を示す波形図。
【図９】図８のヘッド周波数応答特性測定用駆動信号に対するメニスカスの流速振動を示す図。
【図１０】同実施の形態におけるヘッドの応答特性の絶対値を示す図。
【図１１】同実施の形態におけるヘッドの応答特性の位相角を示す図。
【図１２】同実施の形態における仮想メニスカス変位を示す図。
【図１３】同実施の形態における仮想メニスカス流速を示す図。
【図１４】同実施の形態における仮想メニスカス流速の周波数成分を示す図。
【図１５】同実施の形態における仮想メニスカス流速とヘッド応答特性から演算された駆動信号波形を示す図。
【図１６】図１５の駆動信号波形を変形した駆動信号波形を示す図。
【図１７】図１６の駆動信号波形を変形した駆動信号波形を示す図。
【図１８】同実施の形態におけるインクジェット記録装置の要部外観を示す斜視図。
【図１９】本発明の、他の実施の形態に係るインクジェットヘッドの駆動回路を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７４】
９，９ａ〜９ｋ…圧力室、１０…ノズル、１２，１２ａ〜１２ｋ…電極、１４ａ〜１４ｋ…アクチュエータ、２１…駆動波形メモリ、２４…駆動信号選択手段、２７…インクジェットヘッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に画像記録を行うためにインクを吐出させる複数のノズルと、この各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、この各圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記各圧力室に対応して配置した複数の電極と、前記各圧力室間を隔てる隔壁を形成し、インクを吐出させる圧力室に対応する電極とこの圧力室に隣接した２つの圧力室に対応する電極との間に供給される駆動信号に応じて変形駆動しインクを吐出させる圧力室の容積を可変させるアクチュエータを有するインクジェットヘッドと、
前記圧力室を奇数の時分割数Ｎ（但し、Ｎ≧３）で時分割駆動する駆動信号を発生してそれぞれ対応する圧力室の電極に供給する駆動信号発生手段を備え、
前記駆動信号発生手段は、インクを吐出させる圧力室を中心とした（Ｎ＋１）個の隣接するアクチュエータのうち最も外側のアクチュエータのインク圧力による変形を阻止する駆動信号を、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接するＮ個の圧力室のうち、少なくとも最も外側の圧力室の電極に供給することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記駆動信号発生手段は、駆動信号を、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接するＮ個の圧力室の電極に同時に供給することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
変形を阻止する駆動信号は、電圧信号に対するノズル内のメニスカス振動の測定によるメニスカス流速の応答特性と予め設定した仮想メニスカス流速とから演算された波形に基づいて作成され、仮想メニスカス流速は、流速振幅を有する流速波形と流速振幅を有しない流速波形とから成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。
【請求項４】
メニスカス流速の応答特性と仮想メニスカス流速との演算は、複数のノズルの仮想メニスカス流速ベクトルを｛Ｕ｝、この仮想メニスカス流速ベクトル｛Ｕ｝のフーリエ変換結果の流速スペクトルを｛ＦＵ｝、駆動信号に対する各ノズル内のメニスカス流速の応答特性の行列を｛Ｒ｝としたとき、複数の電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝を、［Ｒ］−１・｛ＦＵ｝によって求め、さらに、この電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝を逆フーリエ変換する過程を含むことを特徴とする請求項３記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
メニスカス流速の応答特性と仮想メニスカス流速との演算は、電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝を逆フーリエ変換するとき、所定の周波数以上の周波数成分をカットすることを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録装置。
【請求項１】
記録媒体に画像記録を行うためにインクを吐出させる複数のノズルと、この各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、この各圧力室にインクを供給するインク供給手段と、前記各圧力室に対応して配置した複数の電極と、前記各圧力室間を隔てる隔壁を形成し、インクを吐出させる圧力室に対応する電極とこの圧力室に隣接した２つの圧力室に対応する電極との間に供給される駆動信号に応じて変形駆動しインクを吐出させる圧力室の容積を可変させるアクチュエータを有するインクジェットヘッドと、
前記圧力室を奇数の時分割数Ｎ（但し、Ｎ≧３）で時分割駆動する駆動信号を発生してそれぞれ対応する圧力室の電極に供給する駆動信号発生手段を備え、
前記駆動信号発生手段は、インクを吐出させる圧力室を中心とした（Ｎ＋１）個の隣接するアクチュエータのうち最も外側のアクチュエータのインク圧力による変形を阻止する駆動信号を、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接するＮ個の圧力室のうち、少なくとも最も外側の圧力室の電極に供給することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記駆動信号発生手段は、駆動信号を、インクを吐出可能な時分割タイミングにあるがインクを吐出させない圧力室を中心とした隣接するＮ個の圧力室の電極に同時に供給することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
変形を阻止する駆動信号は、電圧信号に対するノズル内のメニスカス振動の測定によるメニスカス流速の応答特性と予め設定した仮想メニスカス流速とから演算された波形に基づいて作成され、仮想メニスカス流速は、流速振幅を有する流速波形と流速振幅を有しない流速波形とから成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。
【請求項４】
メニスカス流速の応答特性と仮想メニスカス流速との演算は、複数のノズルの仮想メニスカス流速ベクトルを｛Ｕ｝、この仮想メニスカス流速ベクトル｛Ｕ｝のフーリエ変換結果の流速スペクトルを｛ＦＵ｝、駆動信号に対する各ノズル内のメニスカス流速の応答特性の行列を｛Ｒ｝としたとき、複数の電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝を、［Ｒ］−１・｛ＦＵ｝によって求め、さらに、この電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝を逆フーリエ変換する過程を含むことを特徴とする請求項３記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
メニスカス流速の応答特性と仮想メニスカス流速との演算は、電圧ベクトル｛ＦＶＡ｝を逆フーリエ変換するとき、所定の周波数以上の周波数成分をカットすることを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−２２４３８７（Ｐ２００６−２２４３８７Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３９３９７（Ｐ２００５−３９３９７）
【出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１６日（２００５．２．１６）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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