JP4631285B2 - インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関し、詳しくは、記録ヘッドのノズル内にあるインクを、吐出の有無に係わらず、常に、微振動させてインクを攪拌することにより、ポリマーや顔料等を含む粘度が高めのインクの間欠吐出性に優れ、特に、低温、低湿環境における高粘度インクの間欠吐出性に優れ、環境条件によらず、常に高品位な画像を高速で信頼性高く記録することが可能なインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。

インクジェット画像はインク滴のドット径が小さい程、画像の解像度が向上する。一つのノズルから、大、中、小滴を吐出したり、一つのノズルから、小滴を連続吐出させ、飛行中、或いは、記録媒体上で合体させて、大、中、小滴を作り出したりすることにより、バイナリープリンタであるインクジェットプリンタでも、高解像度で高階調の画像が形成されるようになった。

また、インクも進歩し、顔料インクを使用することで、染料に比べて耐水性や耐光性が著しく向上した。インクにラテックス等のポリマーを添加することで、或いは、紫外線硬化インクを使用することで、インクを吸収できない記録媒体、例えば、ＰＥＴベースや塩ビシート上でも、滲みや混色の無い高品質な画像が形成できるようになった。更に、顔料分散剤にポリマー分散剤を使用することにより、超微粒子顔料を安定に分散して、染料のように鮮やかな色彩を持つ顔料インクが出現した。

最近のプリンタは、ノズル数が増え、また、キャリッジの走査速度が４０〜７０ｃｍ／ｓｅｃと速くなり、高速記録が可能になり、これらの技術を組み合わせて、インクジェット法により、写真に近い画像を高速で得られるようになった。

しかし、記録ヘッドの移動速度が速くなったため、記録ヘッドに当たる風が強くなり、記録ヘッドから水分や溶剤の蒸発が促進されるようになった。また、インク中に顔料やポリマー等を加えたのでインクの粘度が高めになり、吐出休止時、ノズル表面から水分や有機溶剤が蒸発すると、ノズル表面のインク粘度が局所的に増大して、吐出開始時或いは吐出再開時、ノズル内で増粘したインクのために初発滴や最初の数発滴の重量、飛翔速度や飛翔方向が変化して、画質、特に、エッジの画質が著しく低下するようになった。

このように、吐出休止中に、ノズルの開口面からインク中の水分や溶剤が蒸発すると、局所的にインクの粘度が増大し、吐出開始時或いは吐出再開時、最初から正常に吐出せず、画像エッジの画質が損なわれたり、バンディングが発生する恐れがある。

ポリマーを含む水系、溶剤系インクは、極く微量の水分や溶剤が蒸発しても、ノズルの開口面に薄い皮膜を形成し易く、吐出量が大幅に低下したり、次の滴の吐出ができなくなったりすることがある。また、顔料を含む水系、溶剤系インクは、ノズル開口から極く微量の水分や溶剤が蒸発すると、局所的に顔料の凝集が起こることがある。

高解像度の画像を得るため、吐出滴の大きさが従来の２０〜３０ｐｌ（ピコリットル）から、２〜３ｐｌと、１／５〜１／１０に微小化した。このため、ノズル開口で局所的に増粘したインクが、吐出滴により持ち去られる速度が遅くなり、ノズル内で増粘したインクが、記録ヘッド内の粘度の低いインクで置換されにくく、吐出中断によって生じた吐出不良が簡単には解消しなくなった。

低湿環境では、水や溶剤などが揮発し易いので吐出を一時的に休止して再開する時、吐出不良を起こし易い。

低温環境では、インク粘度が上昇するので、一時的に休止して再開する時、吐出不良を起こし易い。

低温、低湿、環境では、一時的休止による粘度上昇が極めて速く起こる。特に、常温、常湿で、粘度が高めのインクは、このような環境で記録中に吐出を中断すると、ノズル開口面にあるインクの粘度が急上昇するので、記録不能になることすらある。

インクに顔料やポリマーを添加し、インク滴を微粒子化し、更に、記録ヘッドの走査速度を速めたことにより、高画質の画像を高速で得られるようになったが、インクが高粘度化したので極く短時間吐出を休止しても、吐出再開時、最初から正常に吐出せず、特に低温、低湿環境においてこれが起こり易く、画像劣化に繋がるので、その対策が必要となった。 このように、ノズル内にあるインクの粘度がインク滴の吐出性に大きく影響するので、吐出前、ノズル内にあるインクの粘度を記録ヘッド内部にあるインクの粘度まで低下させる必要がある。

その方法として、長時間記録を止める時は、記録ヘッドをホームポジションに移して、記録ヘッド表面をキャップで覆って、ノズル開口からの水分や溶剤の蒸発を防止する方法がある。しかし、キャップをしても、長期間停止するとインク粘度が上昇するので、記録直前にノズルからインクを吸引して、ノズル内の増粘したインクを取り除いて、記録ヘッドをクリーニングする操作が必要となる。

記録を開始すると、記録ヘッドが印刷領域外にある時、例えば待機ポジションに停止している時は、増粘したインクをインク受け器にパージ（吐き捨て）することができる。しかし、キャリッジが移動を開始して印刷領域内に入り、定速走行に入ると、増粘したインクをパージすることができない。このため、待機位置やキャリッジの加速領域等の印刷領域外で、増粘したインクを十分に吐き捨ててから記録を行う必要がある。

従来の、ポリマーや顔料等を殆ど含まない粘度が低いインク、例えば淡色系の染料インクのように増粘しにくいインクは、この方法で問題はなかった。しかし、濃色系の染料インクや顔料インクは、増粘し易く、この方法では問題となることがわかった。

ここで、粘度が高めのインクとは、２５℃で測定して、５ｃｐ以上の粘度を持つインクを言い、粘度が低めのインクとは５ｃｐ未満のインクをいう。

ここで、常温、常湿環境とは、温度２５℃、湿度６０％の環境をいう。低温とは２０℃以下、低湿とは５０％以下の環境をいう。

しかし、粘度が高めの増粘し易いインク、或いは、粘度が低めの増粘しにくいインクでも、低温、低湿環境では、待機位置で増粘したインクを十分パージしても、キャリッジの移動中にノズル内のメニスカスに風が当たるので、メニスカス表面にあるインクが直ぐに増粘してしまい、画像に応じて吐出しようとする時、最初から正常に吐出しなくなることがある。更に、画像に応じて吐出を一時休止してから再開しようとしても、最初の数滴は正常に吐出せず、画像のエッジ部が不良となり易い。画像のエッジ部の不良は、特に目につきやすいので好ましくない。

このように、キャリッジが高速で運動するので、ノズル面からのインク成分の揮発が促進され、休止ノズルの表面にあるインクが増粘し易く、顔料やポリマーを含む粘度が高めのインクや、顔料やポリマーを殆ど含まない粘度が低めのインクでも、低温、低湿環境では休止後の吐出が大きな問題となる。特に、常温、常湿環境で粘度が高めのインクを、低温、低湿環境で安定して記録することは特に難しい。このような吐出の休止は次のケースで起こる。

（１）記録ヘッドが印刷領域外にあり、記録待機ポジションにある時は、全ノズルが吐出を休止している。この時は、キャリッジが停止しているので、ヘッドに強い風が当たることはないが、停止期間が長くなることがあるので、この間に、粘度が徐々に増大する。
（２）記録ヘッドが印刷領域外にあるが、キャリッジが加速中や減速中は、全ノズルが休止している。この時は、記録ヘッドに強い風が当たるので、ノズル表面からインク成分の蒸発が加速される。
（３）記録ヘッドが印刷領域内にあり、キャリッジが定速走行を始めると、画像データに応じてインクを吐出するので、休止ノズルと吐出ノズルが現れる。この時は、記録ヘッド表面に強い風があたるので、休止ノズル表面のインクが増粘し易い。

インク吐出を休止中のノズル表面から水分や溶剤が蒸発すると、ポリマーや顔料等を含む粘度が高めの水系インクは、簡単に増粘して、画像データに応じてインクを吐出しようとする時、正常に吐出できなくなる。このため、非吐出ノズルのメニスカスを、インク滴が吐出しない程度に微振動させて、ノズル表面で増粘したインクをチャネル内の増粘していないインクと攪拌、混合して、粘度を下げる必要がある。増粘したインクを正常に吐出させる方法は、微振動により粘度を低下させる方法の他に、駆動電圧を高める方法がある。しかし、駆動電圧で制御する方法は、増粘程度に応じて電圧設定を変更せねばならず、また、ノズル内の増粘したインクを吐出すれば粘度が下がるので、電圧の設定が難しい。

メニスカスを微振動させて、増粘したインクの粘度を低下させる技術は、インクジェット記録装置では公知となっている。例えば、特許文献１には、非記録時、ノズル先端よりインクが吐出しない振幅又はパルス幅の信号電圧を印加する技術が公開されている。また、特許文献２〜５には、伸縮変形型或いは撓み変形型の圧電材料を使用するインクジェットヘッドのメニスカスを微振動させる技術が公開されている。更に、特許文献６には、長時間吐出を停止した後、矩形波を８０〜１００パルス分印加して、増粘したインクをノズル外に押し出し、その後、パルスを停止して、インクをノズル内に引き戻してから吐出させる技術が公開されている。
特開昭５５−１３９２７１号公報 特開平９−２９９９６号公報 特開平１０−８１０１２号公報 特開平１１−３００９６６号公報 特開２０００−９４６６９号公報 特開２０００−１６８１０３号公報

しかし、上記の従来の技術は、吐出する直前にだけノズルメニスカスを微振動させる吐出直前の微振動か、又は、吐出を休止する期間にだけ微振動を掛ける不吐出時の微振動である。吐出直前に微振動を掛けると安定して吐出できるが、不吐出期間が長くなり、この間に増粘が激しく起こると、直前の微振動だけでは不十分である。また、不吐出時に微振動を掛けて増粘を防ぐ方法は有効な方法であるが、増粘し易いインクを、低温、低湿のような厳しい環境で安定に吐出させるには、吐出直前にも微振動を掛けることが好ましい。

また、上記先行技術のいずれにも、低湿、低温環境下での画像記録時に見られる上記した問題点を解決することについては具体的に触れられていない。また、インク種類や環境に応じて増粘の速度や程度が異なるので、微振動を弱、中、強と選択することは公知であるが、全て台形波で駆動する場合であり、矩形波では知られていない。結局、上記同様に、ノズル内のインクの増粘により記録不能になる問題は解決されていない。

本発明は、吐出直前に微振動を掛けるだけでなく、吐出休止中にも微振動を掛ける方法である。微振動用と吐出用の２種類の簡単な矩形波パルスを用意しておき、ゲートパルスで切り替える方法である。即ち、吐出の有無に係わらず、常に、微振動用パルスをヘッドに送り、メニスカスを微振動させておき、画像信号が来ると、吐出するチャネルの電極に送るパルスを、吐出用パルスに切り替え、この吐出用パルスと、隣接するチャネルの電極に送られる微振動用パルスから、吐出パルスを作り出す方法である。即ち、吐出の有無に係わらず、全画素に、微振動を掛けることを特徴とする。簡単な矩形波のパルス列を、２種類用意して、画像信号に応じて、ゲートパルスで切り替える、簡単な方法である。

本発明の微振動は、印刷領域内で掛ける微振動と印刷領域外で掛ける微振動の２種類がある。印刷領域内の微振動は、微振動パルスを、各画素に一回掛けるシングルパルス微振動と、２回続けて掛けるダブルパルス微振動がある。印刷領域内の微振動は、すぐその後に吐出するので、吐出に悪影響しないように、メニスカスを弱く押し出し、引き込む微振動を掛ける。印刷領域外微振動は、吐出を行わないので、また、印刷領域内より休止時間が長くなるので、メニスカスを強く押し出し、引き込む微振動を掛ける。この微振動の強い、弱いは、微振動によりノズルから押し出されるインク柱の長さを観察して、ノズル半径以下の押し出し長さであれば、弱い微振動となり、ノズル半径以上の押し出しであれば、強い微振動となる。

そこで、本発明の課題は、記録ヘッドのノズル内にあるインクを常時効果的に微振動させてインクを攪拌することにより、ポリマーや顔料等を含む粘度が高めのインクの間欠吐出性に優れ、特に、低温、低湿環境における間欠吐出性に優れ、環境条件によらず、常に高品位な画像を高速で信頼性高く記録することが可能なインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供することにある。

また、本発明の他の課題は、記録ヘッドのノズル内にあるインクを、そのインクの増粘し易さに応じて、微振動の強度を変えてインクを攪拌することにより、環境条件によらず、インクの粘度に応じて、常に高品位な画像を高速で信頼性高く記録することが可能なインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供することにある。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
記録ヘッドのチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段に対し、チャネル内のインクをノズルより吐出させて記録媒体に画像記録を行うインク吐出信号を印加すると共に、前記電気・機械変換手段に対し、ノズルからチャネル内のインクを吐出させない程度にノズル内のメニスカスを微振動させる微振動信号を印加する駆動信号発生手段を備え、前記駆動信号発生手段は、画像データの有無に係わらず、全チャネルの電気・機械変換手段に対して連続して微振動信号を印加すると共に、画像データに応じて、該微振動信号と組み合わせてインク吐出信号を生成するインクジェット記録装置であって、
前記記録ヘッドを前記記録媒体に対して相対的に移動させる移動手段を有し、
前記駆動信号発生手段は、前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域内にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以下となるように弱く押し出させる第１の微振動信号又は第２の微振動信号と、前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域外にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以上となるように強く押し出させる第３の微振動信号とを、前記電気・機械変換手段に対して連続して印加するものであって、前記第１の微振動信号と前記第２の微振動信号による最大押し出し量は、第２の微振動信号の方が大きいことを特徴とするインクジェット記録装置。

（請求項２）
前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも矩形波であ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）
前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも同電圧であ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）
前記第１の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の１つのパルスを繰り返し掛けるシングルパルスの連続からなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録装置。

（請求項５）
前記第２の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態まで戻し、（２ｎ＋１）ＡＬ時間休止後、チャネルの容積を再び縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の２つのパルスを繰り返し掛けるダブルパルスの連続からなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録装置。

（請求項６）
前記第３の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を２（Ｎ１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を縮小させてチャネルを拡大させる前の状態まで戻し、その戻した状態を２（Ｎ２）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させ、その収縮した状態を２（Ｎ３）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを最初に拡大させる前の状態まで戻し、この状態を２（Ｎ４）ＡＬ時間保持するパルスであって、極性の異なる２つのパルスを繰り返し掛けるパルスからなる（但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

（請求項７）
前記インク吐出信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させる前の容積に戻し、更にその容積より小さくなるように収縮させ、その収縮した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルの容積を最初に拡大させる前の状態まで戻すパルスからなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

（請求項８）
前記電気・機械変換手段は、隣接するチャネル間の隔壁を形成し、且つ、電界を印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

（請求項９）
記録ヘッドのチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段に対し、インク吐出信号を印加してチャネル内のインクをノズルより吐出させて記録媒体に画像記録を行うと共に、前記電気・機械変換手段に対し、微振動信号を印加してノズルからチャネル内のインクを吐出させない程度にノズル内のメニスカスを微振動させるものであり、画像データの有無に係わらず、全チャネルの電気・機械変換手段に対して連続して微振動信号を印加すると共に、画像データに応じて、該微振動信号と組み合わせてインク吐出信号を印加するインクジェット記録方法であって、
前記記録ヘッドを前記記録媒体に対して相対的に移動させると共に、
前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域内にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以下となるように弱く押し出させる第１の微振動信号又は第２の微振動信号と、前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域外にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以上となるように強く押し出させる第３の微振動信号とを、前記電気・機械変換手段に対して連続して印加するものであって、前記第１の微振動信号と前記第２の微振動信号による最大押し出し量は、第２の微振動信号の方が大きいことを特徴とするインクジェット記録方法。

（請求項１０）
前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも矩形波であることを特徴とする請求項９記載のインクジェット記録方法。

（請求項１１）
前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも同電圧であることを特徴とする請求項９又は１０記載のインクジェット記録方法。

（請求項１２）
前記第１の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の１つのパルスを繰り返し掛けるシングルパルスからなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９、１０又は１１記載のインクジェット記録方法。

（請求項１３）
前記第２の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態まで戻し、（２ｎ＋１）ＡＬ時間休止後、チャネルの容積を再び縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の２つのパルスを掛けるダブルパルスの連続からなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９、１０又は１１記載のインクジェット記録方法。

（請求項１４）
前記第３の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を２（Ｎ１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させてチャネルを拡大させる前の状態まで戻し、その戻した状態を２（Ｎ２）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させ、その収縮した状態を２（Ｎ３）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを最初に拡大させる前の状態まで戻し、この状態を２（Ｎ４）ＡＬ時間保持するパルスであって、極性の異なる２つのパルスを繰り返し掛けるパルスからなる（但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のインクジェット記録方法。

（請求項１５）
前記インク吐出信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させる前の容積に戻し、更にその容積より小さくなるように収縮させ、その収縮した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルの容積を最初に拡大させる前の状態まで戻すパルスからなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載のインクジェット記録方法。

（請求項１６）
前記電気・機械変換手段は、隣接するチャネル間の隔壁を形成し、且つ、電界を印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載のインクジェット記録方法。

本発明によれば、記録ヘッドのノズル内にあるインクを、画像信号の有無に係わらず、常時微振動させてインクを攪拌し、吐出命令に応じて微振動を止めて吐出するので、ポリマーや顔料等を含む粘度が高めのインクの間欠吐出性に優れる。

また、記録ヘッドのノズル内にあるインクを、そのインクの増粘し易さに応じて、微振動強度を変えてインクを攪拌し、吐出命令に応じて微振動を止めて吐出するので、インクによらず、環境条件によらず、間欠吐出性が優れ、常に高品位な画像を高速で信頼性高く記録することが可能なインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。このインクジェット記録装置１において、記録媒体Ｐは、搬送機構３の搬送ローラ対３２に挟持され、更に、搬送モータ３３によって回転駆動される搬送ローラ３１により図示Ｙ方向に搬送されるようになっている。

搬送ローラ３１と搬送ローラ対３２の間には、記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するように記録ヘッド２が設けられている。この記録ヘッド２は、記録媒体Ｐの幅方向に亘って掛け渡されたガイドレール４に沿って、不図示の駆動手段によって、上記記録媒体Ｐの搬送方向（副走査方向）と略直交する図示Ｘ−Ｘ’方向（主走査方向）に沿って往復移動可能に設けられたキャリッジ５に、該記録ヘッド２のノズル面が記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するように配置されて搭載されており、フレキシケーブル６を介して、後述する吐出信号や微振動信号を発生するための回路が設けられる駆動信号発生手段としての駆動信号発生部１００（図３参照）に電気的に接続されている。

かかる記録ヘッド２は、キャリッジ５の移動に伴って記録媒体Ｐの記録面ＰＳを図示Ｘ−Ｘ’方向に移動し、この移動過程で記録媒体Ｐに向けてインク滴を吐出することによって、記録媒体Ｐの記録面ＰＳに所望のインクジェット画像が記録される。

なお、図中、７、８はインク受け器であり、記録媒体Ｐの両脇にそれぞれ配置されている。記録ヘッド２がこのインク受け器７、８上に位置している時（停止中、移動中を問わない。）に、このインク受け器７、８に向けてインク滴を少量パージするようにする。また、記録ヘッド２がホームポジションにおいて長期間作動停止している時は、図１には示されていないが、記録ヘッド２のノズル面にキャップを被せることにより保護するようになっている。

図２は記録ヘッド２の一例を示す図であり、図２（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図である。また、図３はインク吐出時の作動を示す図である。

図２において、２１はインクチューブ、２２はノズル形成部材、２３はノズル、２４はカバープレート、２５はインク供給口、２６は基板、２７は隔壁である。そして、インク室となるチャネル２８が、隔壁２７、カバープレート２４及び基板２６によって形成されている。

記録ヘッド２は、ここでは特に図３に詳細に示されるように、カバープレート２４と基板２６の間に、電気・機械変換手段であるＰＺＴ等の圧電材料からなる複数の隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃで隔てられたチャネル２８が多数並設されたせん断モード（シェアモード）タイプの記録ヘッドを示している。このような記録ヘッド２では、隔壁２７が変形することによってチャネル２８内に圧力変化を発生させる。

図３では多数のチャネル２８の一部である３室（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）が示されているが、チャネル２８の数は限定されない。チャネル２８の一端（以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材２２に形成されたノズル２３につながり、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）はインク供給口２５を経て、インクチューブ２１によって図示されていないインクタンクに接続されている。そして、各チャネル２８内の隔壁２７表面には両隔壁２７の上方から基板２６の底面に亘って繋がる電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが密着形成され、各電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃは駆動信号発生手段である駆動信号発生部１００に接続している。

この駆動信号発生部１００は、複数の駆動パルスを含む一連の駆動信号を各画素周期毎に発生する駆動信号発生回路と、各チャネル毎に前記駆動信号発生回路から供給された駆動信号の中から各画素のデータに応じて駆動パルスを選択して各チャネルに供給する駆動パルス選択回路とからなり、各画素のデータに応じて電気・機械変換手段としての隔壁２７を駆動するための駆動パルスを供給する。この駆動パルスには、微振動信号による微振動パルスとインク吐出信号による吐出パルスとを含んでいる。

各隔壁２７は、ここでは図３の矢印で示すように分極方向が異なる２枚の圧電材料２７ａ、２７ｂによって構成されているが、圧電材料は例えば符号２７ａの部分のみであってもよく、隔壁２７の少なくとも一部にあればよい。

各隔壁２７表面に密着形成された電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃに駆動信号発生部１００の制御により図４に示すようなインク吐出信号が印加されると、以下に例示する動作によってインク滴をノズル２３から吐出する。なお、図３ではノズルは省略してある。

まず、電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃのいずれにもインク吐出信号が印加されない時は、隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃのいずれも変形しないが、図３（ａ）に示す状態において、電極２９Ａ及び２９Ｃを接地すると共に電極２９Ｂに駆動信号発生部１００からインク吐出信号を印加すると、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁２７Ｂ、２７Ｃ共に、それぞれ隔壁２７ａ、２７ｂの接合面にズリ変形を生じ、図３（ｂ）に示すように隔壁２７Ｂ、２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、チャネル２８Ｂの容積を拡大してチャネル２８Ｂ内に負の圧力が生じてインクが流れ込む（Draw）。また、この状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、電位を０に戻すと、隔壁２７Ｂ、２７Ｃは図３（ｂ）に示す膨張位置から図３（ａ）に示す中立位置に戻り、チャネル２８Ｂ内のインクに高い圧力が掛かる（Release）。引き続いて、図３（ｃ）に示すように、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを互いに逆方向に変形するようにインク吐出信号を印加して、チャネル２８Ｂの容積を収縮させると、チャネル２８Ｂ内に正の圧力が生じる（Reinforce）。これによりチャネル２８Ｂを満たしているインクの一部によるノズル２３内のメニスカスがノズル２３から押し出される方向に変化する。この正の圧力がインク滴をノズル２３から吐出する程に大きくなると、インク滴はノズル２３から吐出する。この状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、電位を０に戻し、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを収縮位置から中立位置に戻し、残留する圧力波をキャンセルする（Cancel）と、次のインク滴の吐出が可能となる。

これはせん断モードで駆動する記録ヘッドの基本的な駆動法であり、Draw（チャネルを拡大させる）→Release（元に戻す）→ Reinforce（チャネルを収縮させる）→ Cancel（元に戻す）操作を繰り返すので、ＤＲＲＣ駆動と呼ばれ、本発明においても吐出信号として好ましく用いることができる。なお、ｎは０又は１以上の整数である。

ここで、ＡＬ（Acoustic Length）とは、チャネルの音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、電気・機械変換手段である圧電材料で構成された隔壁２７に矩形波の電圧パルスを印加して吐出するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、インク滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。また、パルス幅とは、電圧の立ち上がり１０％と立ち下がり１０％との間の時間と定義する。さらに、ここで矩形波とは、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／２、好ましくは１／４以内であるような波形を指す。

上記２（ｎ＋１）ＡＬ時間はＡＬの偶数倍とすることで、パルス波形の立ち上がりで残留振動による残留圧力をキャンセルできる。すなわち、パルス波形が立ち下がってチャネル２８が収縮すると、チャネル２８内に正の圧力波が発生する。発生した正の圧力波は、音響理論に従ってＡＬ時間毎に圧力反転を繰り返しながら減衰してゆく。電圧が立ち下がってから例えば２ＡＬ後、チャネル２８内のインク圧力が正→負→正と反転したタイミングで、電圧を立ち上げて、チャネル２８の収縮を元に戻せば、負の圧力が発生して、チャネル内に残留する正の圧力がキャンセルされ、その後、インク滴を吐出する必要があるような場合でも、直ちに吐出することができるようになる。好ましい一例を挙げると、チャネルを膨張させて１ＡＬ保持し、チャネルを収縮して２ＡＬ保持することである。

インク吐出信号は、図４（ａ）に示したように矩形波からなるが、本発明におけるインク吐出信号も、このように矩形波であることが好ましい。なお、この矩形波とは、上記した通りである。

矩形波は、電圧の立ち上がり、立ち下がりが急激なため、これが傾斜状となる台形波よりインクの圧力変動が大きくなるように思われるが、実際は、本実施形態に示す記録ヘッド２は、チャネル２８を構成する隔壁２７を圧電材料により構成し、この隔壁２７をせん断変形させることによりインク滴をノズル２３から吐出させるための圧力を作り出すせん断モードタイプの記録ヘッドであるため、発生した圧力波の共振を利用して吐出するので、せん断変形する隔壁２７の変位量はｎｍオーダーで済み、伸縮モードで作動する積層型圧電素子で振動板を変形させるタイプの記録ヘッドに比べて、チャネル２８の変形は１／１０〜１／１００と極めて小さい。このため、矩形波を使用して隔壁２７を急激に変位させても、メニスカスが上記積層型のように大きく振動することはなく、空気を吸い込んだり、メニスカス振動の静定に時間がかかるような問題はない。

また、本実施形態に示すように吐出、非吐出を問わず、各隔壁２７には常に電圧が掛かるので、低い駆動電圧は、記録ヘッド２の発熱を抑え、インク滴を安定的に吐出させる上で重要である。また、矩形波を使用すると、台形波に比べて、電圧の立ち上がり、立ち下がり傾斜が急なので、駆動波形の長さが半分以下と短くて済む。

更に、矩形波は、簡単なデジタル回路を用いることで容易に生成可能であるため、傾斜波を有する台形波を用いるものに比べ、回路構成も簡素化できる利点がある。

かかるせん断モードタイプの記録ヘッド２では、隔壁２７の変形は隔壁２７の両側に設けられる電極２９に掛かる電圧差で起こるので、インク吐出を行うチャネル２８の電極２９に負電圧を掛ける代わりに、図４（ｂ）に示すように、例えばインク吐出を行うチャネル２８Ｂの電極２９Ｂを接地して、その両隣のチャネル２８Ａ、２８Ｃの電極２９Ａ、２９Ｃに正電圧を掛けるようにしても同様に動作させることができる。この後者の方法によれば、正電圧だけで駆動させることができる。

また、せん断モードタイプの記録ヘッド２は、チャネル２８の隔壁２７を隣りのチャネル２８と共有するので、両側に隣接するチャネル２８からは同時には吐出できない。このため、全チャネル２８を２つおきにＡ、Ｂ、Ｃの３組のチャネル群に分割して駆動する３サイクル駆動を行うことが好ましい。また、後述する微振動信号を掛ける場合も、１つのチャネル２８に微振動を掛けると、その両隣りのチャネル２８にも強度が１／２であるが微振動が自動的に掛かるので、全てのチャネル２８に電圧を掛ける必要はない。或いは、ノズル密度は低下するが、チャネルとインクを含まない空気室とを交互に設けることにより、各チャネルを独立させて駆動させるようにしてもよい。

次に、かかるインクジェット記録装置１において、本発明の特徴となるメニスカスを微振動させる構成について説明する。ここでは、一例として、Ａ、Ｂ、Ｃの３つのチャネルに微振動を掛けてインクを吐出する方法について説明する。

本発明では、駆動信号発生部１００より、画像データの有無に係わらず、全チャネルの隔壁に対して連続して微振動信号を印加すると共に、画像データに応じて、該微振動信号と組み合わせてインク吐出信号を生成することを特徴としている。

従来のように吐出を中断した時だけ、または吐出再開直前にだけ微振動を掛ける方法と異なり、常に全ノズルに微振動を掛けておくので、インクに高画質と高耐久性を与えるポリマーや顔料を含む高粘度で且つ増粘し易いインクを使用する時、常温、常湿環境だけでなく、低温、低湿等の厳しい環境でも安定に吐出を行うことができる。しかも、画像データの有無に係わらず、すなわちインク吐出信号の有無に係わらず、全ノズルに常に微振動を掛けるため、吐出の直前にタイミングをとって微振動信号を印加するような複雑な制御も不要となる利点がある。

本実施形態に示すインクジェット記録装置１のように、記録ヘッド２が主走査方向に沿って移動することにより画像を記録するものにおいては、記録ヘッド２の動作位置は、図１０に示すように、主走査方向に沿って、ホームポジション、第一待機ポジション、加（減）速領域、印刷領域、加（減）速領域、第二待機ポジションから構成されており、これを大きく分けると、記録ヘッド２が記録媒体Ｐに対して画像記録を行う印刷領域内と、記録ヘッド２がホームポジション、第一待機ポジション、各加（減）速領域及び第二待機ポジションのいずれかにあって画像記録を行わない印刷領域外とに分けられる。

本発明では、これら印刷領域内及び印刷領域外のいずれにおいても、画像データの有無に係わらず、全チャネルの隔壁に対して、駆動信号発生部１００から連続して微振動信号を印加する。

図５は本発明による印刷領域内微振動の例であり、全チャネルＡ、Ｂ、Ｃの隔壁に対して印加する第１の微振動信号の例である。この第１の微振動信号は、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の１つのパルスを掛けるシングルパルスからなる。但し、ｎは０又は１以上の整数である。このシングルパルスからなる第１の微振動信号は、粘度が少し高めの増粘し易いインクを、通常環境下で使用する時の増粘防止に有効である。

ここでは、ｎ＝０とし、２ＡＬ幅のシングルパルスにより、画素毎に微振動を掛けながら吐出する例を示している。せん断モードヘッドはチャネルの隔壁を隣接するチャネルと共有し、隔壁の両側に設けた電極に掛ける電圧差に応じて隔壁が変形するので連続するＡ、Ｂ、Ｃ３つのチャネルを一組にして説明する。３チャネルの内２チャネルに電圧を掛けて残りのチャネルを接地すれば、隔壁に電圧差が生じて変形する。また、隔壁を共有しているので、Ａ、Ｂ、Ｃ３チャネルから同時には吐出できず、順番に吐出することになる。図５はＡ、Ｂ、Ｃ３チャネルの画素毎に微振動を掛けながら、Ａ、Ｂ、Ｃ３チャネルから順番に吐出する例を示している。

図５のON波形及びOFF波形は駆動信号発生部１００が生成する２種類の駆動信号を示す。この駆動信号は、微振動パルス（OFF波形）と、この微振動パルスと組み合わせて吐出パルスとするための吐出用パルス（ON波形）の２種類の駆動パルスで構成されている。ON波形、OFF波形は、各チャネルの駆動パルス選択回路にそれぞれ供給されており、各チャネルの印字データに応じたパルス選択ゲート信号の制御により、各チャネルの電極に選択的に供給される。駆動パルス選択回路は、パルス選択ゲート信号がHighの時には、ON波形を電極に供給し、パルス選択ゲート信号がLowの時には、OFF波形を電極に供給する。図５では、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組の各チャネル駆動の１周期分を表しているが、Ａ組チャネル駆動のタイミングを例として説明する。

微振動パルスを掛ける期間と吐出パルスを掛ける期間は、パルス分割信号で制御する。画素を印字するデータが与えられると、それに応じてパルス分割信号に同期したパルス選択ゲート信号がHighとなる。Ａ組のチャネルに対応するパルス選択ゲート信号がHighである期間、Ａ組チャネルの電極には駆動波形のON波形が印加される。この時、Ｂ組、及びＣ組チャネルに対応するパルス選択ゲート信号はLowであるから、OFF波形が選択される。Ｂ組、Ｃ組チャネル駆動のタイミングも同様に作用する。従って、Ａ組のチャネルの隔壁に掛かる差電圧は図５の最下段のようになり、インクの吐出の有無に係わらず、各画素毎に微振動が掛かることが分かる。また、この微振動パルスが掛かる期間は２ＡＬ幅であってＡＬの偶数倍であるため、残留圧力はキャンセルされ、次にインクを吐出する場合でも直ちにインク滴の吐出が可能となる。

図６は、各チャネルの各画素に微振動を掛けるが、吐出しない例を示している。図５と異なる点は、ON波形を選択する期間に吐出パルスを含ませないようにすることで、Ａ、Ｂ、Ｃ３チャネルに順番に微振動を掛ける。図６の最下段にＡチャネルの隔壁に掛かる差電圧を示す。

図７は、本発明による印刷内微振動の更に別の例であり、全チャネルＡ、Ｂ、Ｃの隔壁に対して連続して印加する第２の微振動信号の例である。この第２の微振動信号は、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態まで戻し、（２ｎ＋１）ＡＬ時間休止後、チャネルの容積を再び縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の２つのパルスを掛けるダブルパルスからなる。但し、ｎは０又は１以上の整数である。このダブルパルスからなる第２の微振動信号は、粘度が高い増粘し易いインクを、低温、低湿等の厳しい環境下で使用する時の増粘防止に有効である。

ここでは、ｎ＝０とし、インクの吐出の有無に係わらず、各画素毎に１ＡＬ＋２ＡＬのダブルパルスの微振動を掛ける例を示している。駆動方法や制御方法は、図５で説明したシングルパルスの場合と同じであるから、Ａチャネルの隔壁の電極に掛かる差電圧だけを示す。

また、図８（ａ）〜（ｈ）は、図７中のａ〜ｈにおける微振動によるノズルメニスカスの動きの模式図を示す。

この微振動は、上記第１の微振動信号によるものに比べて相対的に大きい微振動である。シングルパルスより最大押し出し量は大きいが、印刷領域内であるので、その大きさはノズル半径以下である。すなわち、ここではパルス幅が１ＡＬ幅の信号と２ＡＬ幅の信号とを、間に１ＡＬ幅の間隔をおいて印加することによってメニスカスに微振動を与えるが、最初の１ＡＬ幅のパルスを印加すると、パルスの立ち下がりでチャネルが縮小し、該チャネル中に正圧が発生して、ノズルからインクを押し出し、１ＡＬ経過後、インク圧力が負圧に反転したタイミングでパルスが立ち上がり、大きな負圧となり、ノズル内にインクを引き込む。これを２回繰り返すので、ノズル内のメニスカスが上記第１の微振動信号の場合に比べて大きく微振動する。１ＡＬ幅のパルスに引き続いて２ＡＬ幅のパルスを印加するので、メニスカスが大きく微振動するが、最後が２ＡＬ幅なので、その立ち上がりで残留圧力をキャンセルすることができる。

図９は、印刷領域外微振動の例であり、印刷領域外において全チャネルＡ、Ｂ、Ｃの隔壁に対して連続して印加する第３の微振動信号の例である。この第３の微振動信号は、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を２（Ｎ１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させてチャネルを拡大させる前の状態まで戻し、その戻した状態を２（Ｎ２）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させ、その収縮した状態を２（Ｎ３）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを最初に拡大させる前の状態まで戻し、この状態を２（Ｎ４）ＡＬ時間保持するパルスであって、極性の異なる２つのパルスを繰り返し掛けるパルスからなる。但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は１以上の整数である。

ここではＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４＝２とした場合を例示している。この場合は、インク吐出を行わないので、Ａ、Ｂ、Ｃ３チャネル内の２チャネルに、同じ電圧を同じタイミングで掛け、残りのチャネルを接地して、これを繰り返せば良い。すなわち、例えば同図に示すように、チャネルＡ、Ｃに同じタイミングで４ＡＬ幅の矩形波からなるパルスを１２ＡＬ間隔をあけて連続して掛け、チャネルＢにはチャネルＡ、Ｃのパルスとの間に４ＡＬ間隔をあけてタイミングをずらして同じく４ＡＬ幅の矩形波からなるパルスを１２ＡＬ間隔をあけて連続して掛ける。隔壁に掛かる差電圧は、正負の電圧が掛かるので、正電圧又は負電圧だけが掛かる印刷内微振動よりもメニスカスが大きく押し出される。但し、正電圧と負電圧が連続して掛からないので、インクが吐出されることはない。

この印刷領域外に掛ける第３の微振動信号では、正と負の差電圧が生じるようにパルス電圧を繰り返し印加するので、印刷領域内で正の差電圧パルスを１〜２パルス印加するだけの印刷領域内における第１及び第２の微振動信号より大きな振幅の微振動を掛けることができるので、長期間吐出を休止して著しく粘度が増大したインクでも効率良く減粘させることができる。従って、記録終了後、キャリッジが減速を始めると、上記した印刷領域内の第１の微振動信号又は第２の微振動信号からこの印刷領域外の第３の微振動信号に切り替えて、記録ヘッドが待機ポジションに移動して停止している間、この印刷領域外の第３の微振動信号を連続して印加しておくと、長期間停止しても、インク粘度の上昇を防ぐことができる。

このように、印刷領域内では第１の微振動信号又は第２の微振動信号と印刷領域外では第３の微振動信号を区別して用いることが好ましい。

印刷領域内で掛ける上記第１の微振動信号及び第２の微振動信号は、ノズル２３内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以下となるように弱く押し出させて引き込み、印刷領域外で掛ける上記第３の微振動信号は、ノズル２３内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以上となるように強く押し出させて、引き込めることが好ましい。

印刷領域内では、画像データに応じて、インク吐出を行う必要があることから、ノズル２３内のメニスカスのノズル先端からの最大押し出し量をノズル半径以下となるように押し出させることで、比較的弱い微振動が与えられることとなり、メニスカスの静定が速くなって、インク吐出への影響を抑えることができる。なお、第１の微振動信号と第２の微振動信号とでは、いずれも最大押し出し量がノズル半径以下であるが、第１の微振動信号よりも第２の微振動信号の方が、メニスカスの押し出し量は相対的に大きい。

また、印刷領域外では、インク吐出への影響はないため、印刷領域内よりも強い微振動を掛けることができる。ノズル２３内のメニスカスのノズル先端からの最大押し出し量をノズル半径以上となるように押し出させると、メニスカスを強い力で引き戻さなくてはならないので、強い微振動が掛けられ、インクを効率良く攪拌させることができる。

ここで、最大押し出し量とは、１回のメニスカス押し出し動作におけるノズル先端からのメニスカスの押し出し量の最大値である。ノズル２３からのメニスカスの押し出し量は、例えば、ＫＥＹＥＮＣＥ社製デジタルマイクロスコープ「ＶＨ−６３００」を用いてストロボ同期により測定することができる。押し出し量は、図１１に示すように、メニスカスＭの略ノズル２３の中央部におけるノズル先端からの突出量を、ノズル形成部材２２と略垂直方向に測定した値である。

また、ノズル２３の開口形状は真円に限らず楕円形等様々であるが、このノズル半径とは、ノズル２３の先端（ノズル形成部材２２の表面）側の最長径の１／２のことである。

上記のいずれの微振動信号も、矩形波を使用すると、台形波を使用するものに比べて、微振動信号波形の長さが半分以下と短くて済み、非吐出のノズルのみならず、吐出中の休止ノズルに微振動を掛けても、記録速度が大きく低下しないので、各画素毎に微振動を掛けて記録を行うことができる。

また、本発明における微振動を掛ける矩形波は最短で２ＡＬであり、インク吐出信号は最短で５ＡＬである。一方、従来の台形波による微振動は、最短でも５ＡＬかかるので、本発明の矩形波は記録速度の低下を防ぐことができる。

以上のインク吐出信号、第１の微振動信号、第２の微振動信号及び第３の微振動信号は、図示したように、いずれも同電圧であることが好ましい。これにより電源を複数用意する必要がない。特に印刷領域外の場合には、第３の微振動信号を連続して印加していることによりインク粘度の上昇が防止されているため、吐出時と同じ電圧でインクをインク受け器７、８にパージすることができる。

全てのパルスを同電圧で掛けるが、インク吐出信号は正の差電圧と負の差電圧を連続して印加するので、隔壁２７の両側の電極２９を通して、倍の電圧が隔壁２７に掛かることになる。印刷領域外で掛ける第３の微振動信号は、正の差電圧と負の差電圧を掛けるので倍の電圧が掛かるが、間隔をおいて印加するので、同時に掛かることがなくメニスカスが強く振動するが、インク滴を吐出することはない。これに対して、印刷領域内の微振動信号は、正の差電圧しか掛からないのでメニスカスが弱く振動するだけである。

なお、これらの微振動信号は矩形波を用いているが、本発明において微振動信号にこのような矩形波を用いることは好ましい。本発明のように画像データに係わらず微振動信号を印加すると、常に各チャネルを駆動するので、圧電素子のヒステリシス損による発熱が問題になる。しかし、矩形波は台形波に比べて、微振動を効率的に掛けられるので、駆動電圧が台形波の１／２〜１／３と低くてすみ、発熱は電圧の二乗に比例するので、大きな問題にはならない。また、画像データの有無に係わらず、常に微振動を掛けると、記録速度が遅くなるが、矩形波は効率が良く、台形波の半分以下の時間ですむので、記録速度の大きな低下は起こらない。

また、印刷領域内及び印刷領域外のいずれにおいても、メニスカスを微振動させるための矩形波からなる微振動信号には少なくともパルス幅がＡＬの偶数倍の信号を含むことが好ましい。これによれば、パルス波形の立ち下がりで微振動を開始し、波形の立ち上がりで残留振動による残留圧力をキャンセルできる。すなわち、微振動信号のパルス波形が立ち下がってチャネル２８が収縮すると、チャネル２８内に正の圧力波が発生する。発生した正の圧力波は、音響理論に従ってＡＬ時間毎に圧力反転を繰り返しながら減衰してゆく。電圧が立ち下がってから例えば２ＡＬ後、チャネル２８内のインク圧力が正→負→正と反転したタイミングで、電圧を立ち上げて、チャネル２８の収縮を元に戻せば、負の圧力が発生して、チャネル内に残留する正の圧力をキャンセルできる。これにより、その後、インク滴を吐出する必要があるような場合でも、直ちに吐出することができるようになる。このように、微振動信号のパルス幅をＡＬの偶数倍にとると、パルスの立ち下がりで微振動を掛け、立ち上がりで微振動を停止して残留圧力をキャンセルできるので好ましい。

メニスカスを微振動させることによるインクの攪拌は、インクの粘度、表面張力、ヘッド温度、環境湿度の影響を大きく受けるので、実際に使用するインクを実際の環境条件でメニスカスを微振動させて、メニスカスの微振動の大きさを、ノズルからヘッドの外に押し出されるインク柱を観察して、第１の微振動信号か第２の微振動信号を選択することが好ましい。

次に、インクジェット記録装置の具体的な動作の流れについて、図１２に示すフロー図を用いて説明する。

まず、長期間停止した後、画像記録のため電源を入れると、記録ヘッド２がホームポジションから第一待機ポジションに移動し（Ｓ１）、全ノズルに上記した図７に示す印刷領域外の微振動信号を連続して印加する（Ｓ２）。この印刷領域外の微振動信号の印加は、画像データが送られてくるまで継続する。

１スワス（swath；記録ヘッド２の多数のノズル２３により構成されるノズル列の先頭ノズルから最終ノズルまでの長さ＝記録幅）分の画像データが送られてくると（Ｓ３）、この印刷領域外の微振動信号の印加を停止し、メニスカスの微振動を止める（Ｓ４）。次いで、キャリッジ５が更に走行を開始して加速領域に入る（Ｓ５）。この記録ヘッド２を加速している間、駆動信号発生部１００から全チャネル２８に対してインク吐出信号を印加して、全ノズル２３内の増粘したインクを所定滴数インク受け器７又は８にパージする（Ｓ６）。

引き続いて、記録ヘッド２が印刷領域内に入ると、全ノズルに上記した図６（ａ）又は（ｂ）に示す印刷領域内の微振動信号を連続して印加する。この間、画像データが来るとこれに応じて、微振動信号と組み合わせてインク吐出信号を生成することによりインク滴を記録媒体Ｐに向けて吐出し、画像記録を行う（Ｓ７）。

１スワス分の記録が終わると、キャリッジ５が減速領域に入り（Ｓ８）、反対側に設けられた第二待機ポジションで記録ヘッド２を停止させる（Ｓ９）。ここでは、全てのノズル２３からインク滴は吐出されないため、全ノズルに上記した図７に示す印刷領域外の微振動信号を再び連続して印加する（Ｓ１０）。これにより１パスの画像記録を終了する。

以上は１パスで画像記録を行う場合であるが、ｎパスのマルチパス記録を行う場合は、記録媒体Ｐをスワス長さの１／ｎだけ送ってから、次の１スワス分の画像データが送られてくると、印刷領域外のメニスカスの微振動を止める。そして、キャリッジ５が走行を開始し、記録ヘッド２が加速している間、インク受け器７又は８に少量のインクをパージする。次いで、印刷領域内に入ってキャリッジ５が定速になると、印刷領域内の微振動信号を再び連続して印加すると共に、微振動信号と組み合わせてインク吐出信号を生成することでインクを吐出し、次のスワスの記録を開始する。以下、この操作を繰り返す。

（実施例１）
１１℃、３５％ＲＨの、低温、低湿環境における印刷領域内微振動（第１の微振動信号）の効果を試験した。

本発明の微振動によるデキャップ効果を試験した。ここでいうデキャップとは、吐出を止めて記録ヘッドのノズル面にキャップ゜をしないで放置した後、吐出を再開して、初発の速度が低下するまでの最短の停止時間をいい、ノズル表面のインクの乾燥、増粘による初発速度の低下し易さを表わす。

使用する微振動信号は、２ＡＬ幅のシングルパルスである。使用する記録ヘッドのＡＬは、２μｓｅｃで、ノズル径は２３μｍである。使用するインクは、粘度５．５ｍＰｓ＊Ｓの増粘し易いインクで、その表面張力は４１ｍＮ／ｍ²である。

液滴速度を６ｍ／ｓｅｃに保って、記録停止時間の変化による、記録再開時の液滴速度を測定したところ、微振動電圧は１０Ｖで、メニスカスの押し出し量は８μｍであった。差電圧２０Ｖで、６ｍ／ｓｅｃの飛翔速度が得られた。

吐出停止時間を１０秒以上延ばしたが、吐出再開しても初発滴の飛翔速度が低下することは無かった。

（比較例１）
実施例１と同一条件で、微振動信号を印加しなかった場合、停止時間が０．１秒以下で、初滴の速度が３ｍ／ｓｅｃ以下に低下した。

（実施例２）
１１℃、３５％ＲＨの低温、低湿環境における、本発明のもう一つの印刷領域内微振動（第２の微振動信号）の効果を試験した。

使用する微振動信号は、１ＡＬ幅と２ＡＬ幅のダブルパルスを１ＡＬ間隔をあけて掛けた。使用する記録ヘッドＡＬは２μｓｅｃで、ノズル径は２３μｍである。使用するインクは、粘度６．５ｍＰｓ＊Ｓの増粘し易いインクで、その表面張力は４０ｍＮ／ｍ²である。

液滴速度を６ｍ／ｓｅｃに保って、記録停止時間の変化による記録再開時の液滴速度の測定を行ったところ、微振動電圧は１０Ｖで、メニスカスの押し出し量が１０μｍであった。差電圧２０Ｖで吐出して、６ｍ／ｓｅｃの飛翔速度が得られた。

吐出停止時間を１０秒以上延ばしたが、吐出再開すると、初発滴の飛翔速度が低下することは無かった。

（比較例２）
実施例２と同じ条件で、微振動を印加しなかったところ、吐出停止時間が０．１秒で、初発滴の飛翔速度が５ｍ／ｓｅｃ以下に低下した。

（実施例３）
１１℃、３５％ＲＨの低温、低湿環境における、本発明の印刷領域外の微振動（第３の微振動信号）の効果を試験した。

使用した微振動波形は、差電圧の極性が異なる４ＡＬ幅のパルスを１２ＡＬ間隔をあけて掛けた。使用する記録ヘッドのＡＬは２μｓｅｃで、ノズル径は２３μｍである。使用するインクは、粘度６．５ｍＰｓ＊Ｓの増粘し易いインクで、その表面張力は４０ｍＮ／ｍ²である。

微振動電圧は１０Ｖで、メニスカスの押し出し量は１５μｍであった。この微振動を掛けてから吐出すると、差電圧２０Ｖで吐出して、６ｍ／ｓｅｃの飛翔速度が得られた。

（比較例３）
実施例３と同じ条件で、微振動を印加しなかったところ、吐出停止時間が１０秒を越えると増粘して、駆動電圧が３０Ｖとなった。

インクジェット記録装置の概略構成を示す図 記録ヘッドの一例を示す図であり、（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図 インク吐出時の作動を示す図 （ａ）（ｂ）はそれぞれ吐出信号の例を示す波形図 第１の微振動信号を説明する波形図 第１の微振動信号の他の例を説明する波形図 第２の微振動信号を説明する波形図 （ａ）〜（ｈ）は第２の微振動信号による微振動及びインク吐出の様子を示す模式図 第３の微振動信号を説明する波形図 インクジェット記録装置における記録ヘッドの動作位置の説明図 ノズル先端からのメニスカスの押し出し量を説明する図 インクジェット記録装置の具体的な動作を示すフロー図

符号の説明

１：インクジェット記録装置
２：記録ヘッド
２１：インクチューブ
２２：ノズル形成部材
２３：ノズル
２４：カバープレート
２５：インク供給口
２６：基板
２７：隔壁
２８：チャネル
３：搬送機構
３１：搬送ローラ
３２：搬送ローラ対
３３：搬送モータ
４：ガイドレール
５：キャリッジ
６：フレキシケーブル
７、８：インク受け器
１００：駆動信号発生部
Ｐ：記録媒体
ＰＳ：記録面

Claims (16)

1. 記録ヘッドのチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段に対し、チャネル内のインクをノズルより吐出させて記録媒体に画像記録を行うインク吐出信号を印加すると共に、前記電気・機械変換手段に対し、ノズルからチャネル内のインクを吐出させない程度にノズル内のメニスカスを微振動させる微振動信号を印加する駆動信号発生手段を備え、前記駆動信号発生手段は、画像データの有無に係わらず、全チャネルの電気・機械変換手段に対して連続して微振動信号を印加すると共に、画像データに応じて、該微振動信号と組み合わせてインク吐出信号を生成するインクジェット記録装置であって、
   前記記録ヘッドを前記記録媒体に対して相対的に移動させる移動手段を有し、
   前記駆動信号発生手段は、前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域内にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以下となるように弱く押し出させる第１の微振動信号又は第２の微振動信号と、前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域外にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以上となるように強く押し出させる第３の微振動信号とを、前記電気・機械変換手段に対して連続して印加するものであって、前記第１の微振動信号と前記第２の微振動信号による最大押し出し量は、第２の微振動信号の方が大きいことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも矩形波であ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。
3. 前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも同電圧であ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. 前記第１の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の１つのパルスを繰り返し掛けるシングルパルスの連続からなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録装置。
5. 前記第２の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態まで戻し、（２ｎ＋１）ＡＬ時間休止後、チャネルの容積を再び縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の２つのパルスを繰り返し掛けるダブルパルスの連続からなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録装置。
6. 前記第３の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を２（Ｎ１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を縮小させてチャネルを拡大させる前の状態まで戻し、その戻した状態を２（Ｎ２）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させ、その収縮した状態を２（Ｎ３）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを最初に拡大させる前の状態まで戻し、この状態を２（Ｎ４）ＡＬ時間保持するパルスであって、極性の異なる２つのパルスを繰り返し掛けるパルスからなる（但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
7. 前記インク吐出信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させる前の容積に戻し、更にその容積より小さくなるように収縮させ、その収縮した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルの容積を最初に拡大させる前の状態まで戻すパルスからなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
8. 前記電気・機械変換手段は、隣接するチャネル間の隔壁を形成し、且つ、電界を印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
9. 記録ヘッドのチャネルの容積を変化させる電気・機械変換手段に対し、インク吐出信号を印加してチャネル内のインクをノズルより吐出させて記録媒体に画像記録を行うと共に、前記電気・機械変換手段に対し、微振動信号を印加してノズルからチャネル内のインクを吐出させない程度にノズル内のメニスカスを微振動させるものであり、画像データの有無に係わらず、全チャネルの電気・機械変換手段に対して連続して微振動信号を印加すると共に、画像データに応じて、該微振動信号と組み合わせてインク吐出信号を印加するインクジェット記録方法であって、
   前記記録ヘッドを前記記録媒体に対して相対的に移動させると共に、
   前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域内にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以下となるように弱く押し出させる第１の微振動信号又は第２の微振動信号と、前記記録ヘッドが前記記録媒体に対する印刷領域外にあるときに、ノズル内のメニスカスを、該ノズル先端からの最大押し出し量がノズル半径以上となるように強く押し出させる第３の微振動信号とを、前記電気・機械変換手段に対して連続して印加するものであって、前記第１の微振動信号と前記第２の微振動信号による最大押し出し量は、第２の微振動信号の方が大きいことを特徴とするインクジェット記録方法。
10. 前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも矩形波であることを特徴とする請求項９記載のインクジェット記録方法。
11. 前記インク吐出信号、前記第１の微振動信号、前記第２の微振動信号及び前記第３の微振動信号は、いずれも同電圧であることを特徴とする請求項９又は１０記載のインクジェット記録方法。
12. 前記第１の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の１つのパルスを繰り返し掛けるシングルパルスからなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９、１０又は１１記載のインクジェット記録方法。
13. 前記第２の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を縮小させ、その縮小した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態まで戻し、（２ｎ＋１）ＡＬ時間休止後、チャネルの容積を再び縮小させ、その縮小した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを縮小する前の状態にまで戻すパルスであって、同一極性の２つのパルスを掛けるダブルパルスの連続からなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９、１０又は１１記載のインクジェット記録方法。
14. 前記第３の微振動信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を２（Ｎ１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させてチャネルを拡大させる前の状態まで戻し、その戻した状態を２（Ｎ２）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を収縮させ、その収縮した状態を２（Ｎ３）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルを最初に拡大させる前の状態まで戻し、この状態を２（Ｎ４）ＡＬ時間保持するパルスであって、極性の異なる２つのパルスを繰り返し掛けるパルスからなる（但し、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
15. 前記インク吐出信号は、チャネルの音響的共振周期の１／２をＡＬ（Acoustic Length）としたとき、チャネルの容積を拡大させ、その拡大した状態を（２ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させる前の容積に戻し、更にその容積より小さくなるように収縮させ、その収縮した状態を２（ｎ＋１）ＡＬ時間維持した後、チャネルの容積を拡大させてチャネルの容積を最初に拡大させる前の状態まで戻すパルスからなる（但し、ｎは０又は１以上の整数）ことを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
16. 前記電気・機械変換手段は、隣接するチャネル間の隔壁を形成し、且つ、電界を印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載のインクジェット記録方法。

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