JP4729976B2 - インクジェット記録ヘッド、ヘッド製造方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は高品位な画像を高速に高信頼で記録するためのインクジェット記録ヘッドとその製造方法、及びその記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置に関する。

多数のノズルを集積したマルチノズルオンデマンド型インクジェット記録ヘッドでは、高品位な画像を高速に高信頼で記録を行うため、ノズル間でのインク滴の吐出速度や質量のばらつきを少なくすることが重要である。
ノズル開口を有するインク加圧室の壁をダイヤフラムで構成し、このダイヤフラムを棒状圧電素子の縦振動で押し、インク加圧室の体積を減少させてインク滴を吐出させる、プッシュ型圧電素子方式のオンデマンド型インクジェット記録ヘッドにおいては、圧電素子やインク加圧室構成部品等の精度を上げることや、各部品の接着等による組立精度を向上させることが、従来の対策法として知られている。
しかし、この対策法では、部品のコストアップや、組み立て時間増大等の不都合を伴うことがあった。これに対し、圧電素子の分極度を適正に調整することで、ノズル間の吐出速度や質量のばらつきを小さくするように補正する所謂、分極補正による方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、追加部品や回路等が不要で、ヘッド製造過程での調整費の追加だけで、インク滴の吐出速度や質量のばらつきを改善したインクジェット記録ヘッドを提供できる。

特開２００１−２７７５２５号公報

しかしながら、上記従来の分極補正による方法は、分極度補正対象記録ヘッドのノズル個々について、圧電素子分極度に対するインク滴吐出速度特性を計測し、目的の速度を得るための適正な分極度を求め、個々の圧電素子について該分極度に調整する方法である。
このため、圧電素子の分極度に対するインク滴吐出特性の計測や、適値分極度への補正を行うのに、時間がかかり、充分なコストダウンや生産性向上が得られなかった。

本発明は、多数のノズルを集積したオンデマンド型インクジェット記録ヘッドとその製造方法、及び記録装置において、高品位な画像を高速に高信頼で記録できるとともに低コストなインクジェット記録ヘッドとその製造方法、及び記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに取りつけられた圧電素子と、該圧電素子の変形によりインク滴を吐出するノズル開口から構成されたノズルを複数集積したインクジェット記録ヘッドにおいて、複数ノズルがインク滴吐出速度に応じてグループ化され、該グループを構成するノズルのインク滴吐出速度が前記インク滴吐出速度ばらつき許容範囲内に収まるように、グループ毎に定められた分極度に一括して同時に再分極処理された圧電素子を備えることを特徴とする。
また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、ノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅をＡ、前記複数ノズルの各圧電素子が分極度ｂ_ｏに分極される場合におけるインク吐出速度が前記Ａ内の吐出速度であるノズルからなるグループをＧ_ｏ、前記Ａからの乖離の大きさに応じたグループをＧ_{＋１〜＋ｎ}及び_{Ｇ−１〜−ｎ}としたとき、Ｇ_ｏのノズルは分極度ｂ_ｏに分極され、Ｇ_ｎのノズルはインク滴吐出速度がＡ内に収まるような、同一の分極度ｂ_ｎに調整された圧電素子を備えたことを特徴とする。
さらに、前記Ｇ_ｎの構成ノズルの中で、分極度がｂ_ｏの時同一速度の複数ノズルを、分極度ｂ_ｎを目標値として再分極した際のインク滴吐出速度ばらつきの幅をα_ｎとしたとき、Ａ＞α_ｎとなることを特徴とする。
そして、本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記Ｇ_ｎのインク滴吐出速度乖離幅をＷ_ｎとしたとき、Ｗ_ｎ≦（Ａ−α_ｎ）となることを特徴とする。
本発明によるインクジェット記録ヘッド製造方法では、インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに取りつけられた圧電素子と、該圧電素子の変形によりインク滴を吐出するノズル開口から構成されたノズルを複数集積し、複数ノズルがインク滴吐出速度に応じてグループ化され、該グループを構成するノズルのインク滴吐出速度が所定のインク滴吐出速度ばらつき許容範囲内に収まるように、該グループのノズルの圧電素子がグループ毎に定められた分極度に一括して同時に再分極処理されることを特徴とする。
また、本発明によるインクジェット記録ヘッド製造方法では、グループのノズルの圧電素子の再分極処理は、該グループの複数ノズルの圧電素子に、グループ毎に定められた分極電圧を一括して同時に印加することで行なわれることを特徴とする。
さらに、本発明によるインクジェット記録ヘッド製造方法では、グループ毎に定められる分極度は、再分極処理され補正されるインクジェット記録ヘッドとは別のインクジェット記録ヘッドについて予め測定された、圧電素子の分極度に対するインク滴吐出速度補正量の関係をもとに、グループを構成するノズルのインク滴吐出速度が前記インク滴吐出速度ばらつき許容範囲内に収まるように決定され、前記再分極処理され補正されるインクジェット記録ヘッドについては、圧電素子の分極度に対するインク滴吐出速度補正量の関係についての計測を省略することを特徴とする。
そして、本発明によるインクジェット記録ヘッド製造方法では、グループのノズルのインク滴吐出速度がインク滴吐出速度ばらつき許容範囲内であるグループに対しては、再分極処理を省略することを特徴とする。
本発明によるインクジェット記録装置は、上記したインクジェット記録ヘッドを備えることを特徴とする。

本発明によるインクジェット記録ヘッドは、ノズル間の吐出速度のばらつきが小さいため、高品位な画像を高速に高信頼で記録を行うことができる。次に、本発明によるインクジェット記録ヘッド製造方法は、補正対象記録ヘッド個々について、圧電素子の分極度に対するインク滴吐出速度特性の測定を行う必要がなく、多数のノズルを一度に分極補正することができるため、従来行われている分極補正前のノズル間のインク滴吐出速度ばらつき許容範囲内の吐出速度であるノズルについての再分極作業を省略し、生産性を向上できる。さらに、本発明によるインクジェット記録装置は、ノズル間の吐出速度のばらつきが小さい記録ヘッドを搭載して記録するため、高品位な画像を高速に高信頼で記録を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を参考にしながら説明する。
図１は、本発明による記録装置の構成と動作を説明する装置構成図であり、図２は記録ヘッドの構造と動作を説明する部分斜視図であり、図３は、記録ヘッドの動作を説明する原理説明図である。

本発明による記録装置は、記録ヘッド１０と記録ヘッド駆動装置２０とを備える。そして、記録ヘッド１０はインク流路ユニット１０１と、該ユニットを保持するヘッドハウジング１０２、そして圧電素子ユニット１０３とから構成される。このうち、インク流路ユニット１０１は、図２に示すように、オリフィス板１３０、インク流路形成板１４２、ダイヤフラム形成板１２２がこの順に貼りつけられて成る。
圧電素子ユニット１０３は棒状圧電素子１１０を櫛歯状に圧電素子支持基板１１３に固着して成る。該構造により、記録ヘッド１０には、ｎ個のノズルが構成される。すなわち、各ノズルは、図２のオリフィス板１３０に所定ピッチで列状に配置したｎ個のノズル開口１３１を開口としている。そして、ノズル開口１３１を開口端とするインク加圧室１４０、このインク加圧室１４０にインクを導くインク流入口１４５、このインク流入口１４５にインクを供給する共通インク室１５０で構成される。また、ダイヤフラム形成板１２２の貼りつけにより、インク加圧室１４０の少なくとも１壁面はダイヤフラム１２０で形成される。そして、ダイヤフラム１２０のインク加圧室１４０と反対面には、圧電素子ユニット１０３の棒状圧電素子１１０の一端が取りつけられている。即ち、棒状圧電素子１１０の先端部がダイヤフラム１２０に突き当てられ、接着剤層を介してダイヤフラムに取りつけられている。各ノズルの構造は同一構造である。

各ノズル素子の棒状圧電素子１１０は、圧電素子支持基板１１３に接着等で取りつけられ圧電素子ユニット１０３を構成する。そして、圧電素子支持基板１１３の圧電素子配列方向の両側には柱状の圧電素子支持基板固定部１１４があり、その底面がインク流路ユニット１０１に接着等で固定される。一方、インク流路ユニット１０１は、前記接着固定部の近傍でヘッドハウジング１０２に接着固定されているため、圧電素子支持基板固定部１１４の底面がヘッドハウジング１０２に対して固定されていることになる。
なお、棒状圧電素子１１０は、図２に示すように積層構造であり、複数の層状圧電素子１１１が層状電極１１２を介して積層されている。そして該層状電極１１２は、１つおきに棒状圧電素子の側面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続される。該共通電極１１２１と個別電極１１２２は圧電素子支持基盤１１３の上面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続され、更にフレキシブルケーブル１６０のフレキシブルケーブル端子１６１に接続される。
そして棒状圧電素子１１０の各層状圧電素子１１１は残留分極１１２３を有している。この残留分極は共通電極１１２１と個別電極１１２２間に分極電圧が印加されて形成される。該残留分極の大きさは、分極電圧大きさや分極時の温度条件等の分極条件を変化させ、圧電素子の分極度を変えることで調整可能である。本実施例では、簡単に行える方法として、分極時の温度は一定に保っておき、分極電圧を変えて分極度を調整する方法をとっている。
本発明の記録ヘッドでは、各ノズル素子を構成する圧電素子１１０の分極度が、図１の圧電素子１１０の横に記載のレベル値のごとく段階的に設定され、同レベルの分極度のノズルが多数存在することを特徴としている。即ち、記録ヘッド仕様あるいは記録装置仕様として許容可能と定義されたノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅をＡと決めたとき、一定の分極度に一様に分極された分極補正前のノズルのインク滴吐出速度が、Ａ内に入るノズルで構成されるグループＧｏのノズル圧電素子に対しては、同一の分極度ｂ_ｏ＝ｂ６０に設定されている。また、前記Ａ外のノズルについては、インク滴吐出速度のＡからの乖離の大きさに応じて複数のグループ即ちＧ_{＋１〜＋ｎ}及びＧ_{−１〜−ｎ}に分けられ、グループ毎に、グループＧｎ内のノズルが、該ノズルのインク滴吐出速度がＡ内に収まるような、同一の分極度ｂ_ｎ（ｂ_＋１＝ｂ５０，ｂ_＋２＝ｂ４５，ｂ_−１＝ｂ７５，ｂ_−２＝ｂ１００）に調整された圧電素子を備えている。証左については後述する。

以上の構造の記録ヘッド１０は、フレキシブルケーブル１６０を介して記録ヘッド駆動装置２０からの信号で駆動される。
記録ヘッド駆動装置２０は、記録データ信号作成回路３０２、圧電素子駆動データ信号作成回路３０３、圧電素子駆動スイッチング回路３０４、タイミング信号発生回路３０１、電素子駆動パルス波形発生回路３０５を備える。
図示しない上位装置（例えば、パーソナルコンピュータ）からの記録信号入力データに応じて、記録データ信号作成回路３０２で記録データ信号が作成され、該データ信号とタイミング信号発生回路３０１からのタイミング信号をもとに、圧電素子駆動データ信号作成回路３０３で圧電素子駆動データ信号が作成される。圧電素子駆動データ信号作成回路３０３は、圧電素子駆動スイッチング回路３０４のスイッチング素子３０４１を制御する。そして、該一個のスイッチング素子を介して電素子駆動パルス波形発生回路３０５に接続され、該スイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦが、圧電素子駆動データ信号で制御されるスイッチング素子駆動回路３０４２により作動する。これにより各ノズルの圧電素子は圧電素子駆動パルスで駆動される。
次に図１と図３を参照しながら本発明記録ヘッドの圧電素子の分極状態や動作について説明する。
図１の、各ノズル開口の下方に伸びる点線はインク滴３０の飛翔軌跡である。該点線の矢印先端に位置する丸印のインク滴３０の位置は、圧電素子１１０に駆動信号電圧が印加され、ノズルからインク滴が吐出されてから、一定時間後の飛翔位置を示している。白丸が本発明実施前の飛翔位置であり、黒丸が実施後の飛翔位置である。黒丸のみの記載は本発明実施前後の飛翔位置が等しいことを示している。丸印を横方向に繋ぐ点線は、本発明実施前における前記飛翔位置のばらつきの状態を分かり易くする参照用の線であり、点線は本発明実施後の同様の参照用の線である。
一方、図３の右側のグラフは、横軸にノズル番号をとり、縦軸にインク吐出速度をとって、ノズル間でのインク吐出速度のばらつき特性例を示したものである。ノズル番号は図１の記録ヘッドの左端から５個のノズルに対応している。
グラフ中に記載の、各ノズルの速度データプロットを横方向に繋ぐ点線は、本発明実施前におけるノズル間吐出ばらつきの状態を分かり易く示す参照用の線である。またこの点線に対応する実線は、本発明実施後の同様の参照用の線である。
このグラフから分かるように、本発明実施前の記録ヘッドのノズル間インク滴吐出速度ばらつきは、約８ｍ／ｓを中央値としてばらついている。この速度ばらつきは、記録媒体４０への着弾位置をばらつかせ、記録装置の記録品質を劣化させる。ノズル番号１の吐出速度は約７．５ｍ／ｓ、ノズル番号３は約８．０ｍ／ｓであり、近い値になっている。したがって、図１でのインク滴吐出方向での飛翔位置も近い。しかし、ノズル２の吐出速度や、ノズル４の吐出速度は９ｍ／ｓを超えており速い。そのためこれらノズルによるインク滴の飛翔位置はノズル１、ノズル３の飛翔位置より記録媒体に近い位置になる。逆にノズル５、ノズル６の吐出速度は７．２ｍ／ｓより遅い。したがってこれらノズルによるインク滴の飛翔位置はノズル１、ノズル３の飛翔位置よりノズル開口に近い位置になる。記録装置では、記録媒体を記録ヘッドに対して相対的に移動させながらインク滴を着弾させて記録するので記録媒体への着弾位置は、図１のインク滴飛翔位置のばらつきに対応してばらつき画像品位を劣化させる。
そこで記録装置の記録品質を確保するため、ノズル間におけるインク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅をＡとしたとき、このＡを所定値以下に抑えることが必要である。この実施例では８ｍ／ｓを中心に２０％（±１０％）の範囲をインク滴吐出速度ばらつき許容範囲幅として定めている。これにより飛翔位置ばらつき許容範囲の幅はＡに対抗した値になり、図１のＡ’で示されている。
このヘッドのノズル１〜６では、ノズル１とノズル３がＡおよびＡ’の範囲となる。
これに対しノズル２、ノズル４はＡ、Ａ’の高速度側にはみ出しており、ノズル５、ノズル６は低速度側にはみ出している。図１に記載のように、ノズル７以降のノズルについても許容範囲の幅Ａ、Ａ’からはみ出しているものがあることが分かる。
本発明は、従来より大幅に短時間で、手間をかけることなく、圧電素子の分極度を補正し、このように許容範囲からはみ出しているノズルを無くし、全てのノズルについて許容範囲の幅Ａ、Ａ’内に収める方法を提供するものである。
ところで、図３の左側のグラフは、横軸に圧電素子の個別電極と共通電極に印加する再分極電圧をとり、縦軸に評価ノズルのインク吐出速度をとって、評価ノズルの再分極電圧に対するインク滴吐出速度特性を示したものである。なお、圧電素子駆動信号電圧はこのヘッドにおけるインク吐出速度の平均値が約８ｍ／ｓ程度になるような所定電圧（２５Ｖ一定）に保たれ測定されている。
例えば、ノズル２について、圧電素子の分極を一旦解除し、８０℃の分極環境温度の下において再度４５Ｖで分極し、該ノズルを２５Ｖの駆動信号電圧で駆動すると、８．３ｍ／ｓ程度でインク滴を吐出することが可能である。また、圧電素子の分極を一旦解除し、１００Ｖで再分極し、同一の駆動電圧２５Ｖで駆動すると約１１．２ｍ／ｓでインク滴を吐出することができる。
このように分極電圧を４５Ｖから１００Ｖまで変えることで、駆動信号電圧２５Ｖ時、８．３〜１１．２ｍ／ｓまで変化させることが可能である。また、６０Ｖで再分極したときにはインク滴吐出速度が約１０．２ｍ／ｓになり、再分極前の初期分極状態時とほぼ等しい速度になることから、初期分極の分極度の状態と、６０Ｖでの再分極の分極度の状態はほぼ等しくなっている。
図３のグラフには、ノズル３、ノズル５についての再分極特性も示されている。何れも、再分極電圧の調整で、インク滴吐出速度を調節できること、そして、初期分極時の本発明実施前の分極度と６０Ｖで再分極したときの分極度がほぼ等しいことが確認できる。このように、全てのノズルの圧電素子は該分極度に一定に分極されていることになる。
以上の特性を踏まえて、本発明では以下のように補正した。
まず、図３の許容範囲の幅Ａ内，図１のＡ’に入っているノズルの圧電素子については、再分極操作を行わない。あるいは、例えば８０℃の分極環境温度の下において、初期分極状態に相当する再分極電圧６０Ｖで分極し、圧電素子の分極度ｂ_ｏをｂ_ｏ＝ｂ６０に設定する。本実施例では、ノズル１、ノズル３、ノズル７、ノズル９、ノズル１２、ノズル１３が該当する。ここで、初期分極状態に相当する再分極電圧は、記録ヘッドが同じ部品で同一の製造工程で組み立てられている場合はほぼ一定であり、ヘッドごとに測定する必要はない。
次に許容範囲の幅Ａ、Ａ’からはみ出したノズルの補正について説明する。
該はみ出したノズルを、速度ばらつき許容範囲の幅Ａからの乖離の大きさに応じて複数のグループに分ける。例えば本実施例では、図３に記載のように高速側に８ｍ／ｓに対して１０〜２０％の範囲で乖離しているノズルのグループをＧ_＋１、２０〜３０％の範囲で乖離しているノズルのグループをＧ_＋２とし、低速度側に１０〜２０％の範囲で乖離しているノズルのグループをＧ_−１、２０〜３０％の範囲で乖離しているノズルのグループをＧ_−２としてグルーピングしている。そしてグループＧ_＋１のノズル４、ノズル１５については同一の再分極電圧５０Ｖで分極し圧電素子の分極度ｂ_＋１をｂ_＋１＝ｂ５０に補正する。Ｇ_＋２のノズル２、ノズル１４については再分極電圧４５Ｖで分極し圧電素子の分極度ｂ_＋２をｂ_＋２＝ｂ４５に補正する、Ｇ_−１のノズル６、ノズル８、ノズル１０については再分極電圧７５Ｖで分極し圧電素子の分極度ｂ_−１をｂ_−１＝ｂ７５に補正する。またＧ_−２のノズル５、ノズル１１、ノズル１７、ノズル１８については再分極電圧１００Ｖで分極し圧電素子の分極度ｂ_−２をｂ_−２＝ｂ１００に補正する。
以上により、例えばノズル２はグループＧ_＋２に属し４５Ｖで再分極される。これにより分極度が初期状態ｂ６０からｂ４５に変化し、図３左側の分極−吐出速度特性から分かるように、吐出速度を約１０．２ｍ／ｓから８．３ｍ．／ｓ程度に、８ｍ／ｓに対して約２５％程度減速させることができ、許容範囲の幅Ａ内に補正することが可能である。一方、ノズル５はグループＧ_−２に属するので１００Ｖで再分極される。これにより分極度がｂ６０からｂ１００に変化し、吐出速度を約５．７ｍ／ｓから７．７ｍ．／ｓ程度に、８ｍ／ｓに対して約２５％程度加速させることができ、許容範囲の幅Ａ内に補正することが可能である。
本実施例の記録ヘッドにおける、再分極電圧に対するインク滴吐出速度の減速、加速の度合は、ヘッド構造、仕様が同じなら図４のグラフのようになり、再分極電圧が４５Ｖの時には、８ｍ／ｓに対して約２５％程度減速し、５０Ｖに対しては１５％程度減速させることが可能であり、７５Ｖでは１５％、１００Ｖでは約２５％加速することが可能であった。また、先に述べたように、６０Ｖでは初期状態とほとんど同じ速度になる。この特性により、ノズル４、ノズル６もＡ内に補正される。
しかし、分極度がｂ_ｏの同一速度の複数ノズルを、分極度ｂ_ｎを目標として、圧電素子に同一電圧を印加して再分極補正しても、実際のインク滴吐出速度の補正量は平均的インク滴吐出速度補正量からばらつく。このインク滴吐出速度ばらつきの幅をインク滴吐出速度補正量のばらつき幅αとして図３に記載してある。発明者らの記録ヘッドでは、記録ヘッドが同じ構造、仕様であり、同じ部品で同一の製造工程で組み立てられている場合は、各記録ヘッドやノズルの個性によるばらつきや再分極の再現性等によるαは、８ｍ／ｓに対して±５％程度におさまることがわかった。本発明では、このαと、ノズル間のインク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅Ａとの関係をＡ＞αに設定する。また、グループの速度乖離の幅Ｗは、Ｗ≦（Ａ−α）に設定する。例えば本実施例では、α＝１０％（±５％）、Ａ＝２０％（±１０％）、Ｗ＝１０％に設定されている。これにより、グループＧ_＋１内の最低速ノズルは、８ｍ／ｓ基準で−１０（１０−１５−５）％まで減速されるが、ノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅Ａ＝２０％（±１０％）の下限以内に入る。逆にグループＧ_＋１内の最高速ノズルは、８ｍ／ｓ基準で＋１０（２０−１５＋５）％まで減速され、ノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅Ａ＝２０％（±１０％）の上限以内に入る。同様に他のグループの全てのノズルについても、ノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅Ａ＝２０％（±１０％）内に入る。図１には、以上の本発明分極補正方法に基づき、全ノズル圧電素子についての分極度補正値が圧電素子の横に記載されている。この補正により、全てのノズルから吐出するインク滴の飛翔位地がＡ’内に入り、インク吐出速度ばらつきが大幅改善されている様子が示されている。
このように、本発明による記録ヘッドを製造する場合、次の理由から分極補正に要する時間や手間を大幅削減可能である。第一に、任意のノズルのグループを構成する多数ノズルの圧電素子の分極度は同時に設定すれば良いため、同一の再分極電圧を一括して圧電素子に印加して、グループを構成する多数ノズルを一度に分極することが可能である。このため分極調整を短時間ですませることができる。図５にはグループＧ_−１を構成するノズル６、ノズル８、ノズル１０、ノズル１６を一括して分極する場合の再分極装置の例が図示されている。分極装置４００の分極データ作成回路４０１は、分極データを受けて分極電圧発生回路４０２と、分極用スイッチング回路４０３を制御し、分極するノズルに繋がれた分極用スイッチング素子４０３１を閉じ、所定の大きさの分極電圧を所定ノズルに印加するようになっている。そしてグループＧ_−１を構成するノズル６、ノズル８、ノズル１０、ノズル１６に繋がれた分極用スイッチング素子を閉じ、７５Ｖの分極電圧をノズル６、ノズル８、ノズル１０、ノズル１６に印加することで、一括して分極することができる。これにより、従来のようにノズル６、ノズル８、ノズル１０、ノズル１６に個々に分極電圧を印加するより大幅に早く再分極処理が完了する。また、インク滴吐出速度許容範囲の幅Ａ内のグループＧｏのノズルについては、再分極を省略することも可能であり、これにより分極補正対象のノズルを大幅に削減でき、その分ヘッド全体の分極補正時間や手間を大幅削減できる。第二に再分極の補正適値電圧の決定に要する時間や手間が大幅に削減可能である。即ち、従来のように補正対象記録ヘッドについてのノズル個々について分極度に対する吐出速度特性の測定を行うこと無しに、補正対象記録ヘッドと同じ構造、仕様の他のヘッドについて、図４の分極度に対する吐出速度特性を予めデータ採取しておき、該データをもとに、各ノズルについての再分極の補正適値電圧値が決定できるため、時間や手間が大幅に削減可能である。
以上で説明した本発明実施例では、ノズルのグループを５グループに分ける場合を説明したが、該グループ数に制限を与えるものではない。グループの幅Ｗを狭くし、グループ数を増加させるほど、補正の精度が向上する。またＷを大きくしてグループ数を減らす程、分極補正時間や手間を大きく削減できる。
図６は本発明の他の実施例を説明する図である。図１〜５で説明した実施例との相違点は、再分極補正によるインク滴吐出速度の加減速方向にある。先の実施例では、再分極補正でインク滴吐出速度を加減速両方向に補正された圧電素子を備えるのに対し、図６の実施例では減速方向のみで補正された圧電素子を備える。本実施例によるヘッドは常温環境下で分極補正できるので、製作が容易で生産性も更に向上する。以下、記録ヘッドの圧電素子が２３Ｖで駆動される時、目標インク吐出速度が６．８ｍ／ｓである場合の圧電素子の分極補正状態を説明する。
図７は、本実施例記録ヘッドにおける、常温分極環境下での再分極電圧に対するインク滴吐出速度の減速加速の度合、即ち速度補正量の測定結果である。再分極電圧が１００Ｖで速度補正量が０となり、初期分極時の分極度と同じになる。１００Ｖ以下で減速補正、１００Ｖ以上で加速補正が可能である。しかし本記録ヘッドでは１００Ｖ以上の電圧印加は圧電素子の耐電圧の点で問題が起こることがある。このため１００Ｖ以下の減速補正のみを活用するのが本実施例の特徴である。図７の特性は、図４の場合と同様に、ヘッド構造、仕様が同一なら、ほぼ同じになる。
図７の特性を初期分極時にインク吐出速度の等しい複数ノズルについて測定すれば、先に述べたインク滴吐出速度補正量のばらつき幅αを実験的に求めることができる。図６の本実施例では、各記録ヘッドやノズルの個性によるばらつきや再分極の再現性等を考慮し該αを８．８％（±４．４％）として説明してある。本発明ではグループの速度乖離の幅Ｗを確保するめ、このαと、ノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅Ａとの関係をＡ＞αに設定する。また記録精度確保の点も考慮し、記録ヘッド仕様としてのノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲を６．３〜７．３ｍ／ｓとし、該許容範囲の幅Ａを１４．８％（±７．４％）に設定している。前記ＷはＷ≦（Ａ−α）に設定しないと、各グループのすべてのノズルを該許容範囲の幅Ａに収めることができない。このため本実施例ではＷを６％に設定している。これにより図７のように記録ヘッドのノズルをグループＧ_ｏ〜Ｇ_＋６にグルーピングしている。次に各グループの再分極補正電圧は次のように求められる。Ｇ_＋ｎの必要補正減速値ｖ_＋ｎは次式で得られる。ｖ_＋ｎ＝（Ｇ_＋ｎの最速ノズルの速度）−Ａ／２＋α／２、従ってｖ_＋１は１０．２（１３．２−１４．８／２＋８．８／２）％と求まる。そして、１０．２％減速させるための再分極電圧は図７から８０Ｖと求められる。よって、Ｇ_＋ｎのノズルは再分極電圧８０Ｖで分極され、分極度ｂ_＋１はＳ８０に設定される。他のグループＧ_＋２〜Ｇ_＋６についても同様に、図６中に記載のように再分極電圧、分極度が設定されている。これにより全てのノズルを記録ヘッド仕様としてのノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲６．３〜７．３ｍ／ｓに収めることが可能である。
図８は本発明の他の実施例を説明する図である。以上で説明した実施例との相違点は、グループのインク滴速度乖離幅Ｗがノズルのグループにより相違する点である。Ｇ_＋１のＷ_＋１は１１．８％、Ｇ_＋２のＷ_＋２は７．３％、Ｇ_＋３のＷ_＋３は４．５％、Ｇ_＋４のＷ_＋４は２．９％であり、ノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲から乖離する程狭くなっている。この理由は、初期分極時に図７の特性を、インク吐出速度の等しい複数ノズルについて測定したとき、先に述べたインク滴吐出速度補正量のばらつき幅αが分極補正量増加に伴い大きくなった実施例であるからである。Ｇ_ｎに対するインク滴吐出速度補正量のばらつき幅をα_ｎとするとき、本発明成立のためにはＷ_ｎ≦（Ａ−α_ｎ）である必要があるので、Ｗ_＋１の最大値は１１．８（１７．６−５．８）％、Ｗ_＋２の最大値は７．３（１７．６−１０．３）％、Ｗ_＋３の最大値は４．５（１７．６−１３．１）％、Ｗ_＋４の最大値は２．９（１７．６−１４．７）％となっている。以上のＷ_ｎとα_ｎとから、次式、ｖ_＋ｎ＝（Ｇ_＋ｎの最速ノズルの速度）−Ａ／２＋α_ｎ／２によりＧ_＋ｎの必要補正減速値ｖ_＋ｎを求め、図７から前記と同様に各グループについての再分極電圧を求め、図８中に記載のように再分極電圧、分極度が設定されている。これにより全てのノズルを記録ヘッド仕様としてのノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲６．２〜７．４ｍ／ｓに収めることが可能である。
αが一定でない場合、最大のαを代表値に設定し、Ｗ_ｎを一定幅に決める方法がある。しかしこの方法ではＷ_ｎが狭くなってグループ数ｎが増加する。これに対し本実施例では、補正精度を確保した上で、グループの数を減らして多数のノズルを同時に再分極補正できるため、記録ヘッドの生産性を向上させることが可能である。
なお、以上の実施例では、所謂プッシュ型圧電素子方式のオンデマンド型インクジェット記録ヘッドへの本発明適用について説明したが、板状の圧電素子をダイヤフラム面に形成する構造の、所謂ベンド型圧電素子方式のオンデマンド型インクジェット記録ヘッド等にも同様に適用可能なことは明らかである。
また、以上の実施例では、分極補正によりインク滴吐出速度を補正する場合について説明したが、図３左側のグラフや、図４、図７で、再分極電圧の調整で吐出速度が調整できるように、再分極電圧の調整でインク滴吐出重量も調整可能であることはよく知られている。従って、以上実施例におけるインク滴吐出速度をインク滴吐出重量に置き換えた実施例により、同様に、インク滴吐出重量も時間や手間を削減して補正でき、インク滴吐出重量ばらつき幅の少ない記録ヘッドを生産性よく製造可能である。

本発明による記録ヘッド及び駆動装置は、シリアル走査型インクジェット記録装置やライン走査型インクジェット記録装置に好適である。
シリアル走査型インクジェット記録装置では、本発明による記録ヘッドのオリフィス面を記録媒体に対向させて設置し、該記録ヘッドを連続記録媒体の連続方向と交叉する横方向に、インク滴を記録信号に応じて吐出しながら移動（主走査）させて一行分を記録し、その後連続記録媒体の連続方向に記録媒体を所定量紙送り（副走査）し、続いて次の行の画像を主走査して記録する。この主走査と副走査を繰り返して画像を記録する。またライン走査型インクジェット記録装置では、本発明による記録ヘッド多数を、連続記録媒体の幅方向に、幅いっぱいに記録媒体面に対向して配置し、インク滴を記録信号に応じて噴射する。同時に記録媒体を連続記録媒体の長手方向に高速移動させて主走査する。この主走査とインク滴の吐出制御で走査線への記録ドット形成の制御を行い、記録画像を記録媒体上に得る。このような本発明によるインクジェット記録装置によれば、高品位画像を高速で印刷することが可能になる。

本発明は、記録媒体にインクで記録するインクジェット記録装置に限定することなく、生産物へのマーキング装置や塗膜装置等の工業用液体分配装置にも適用可能である。

本発明の実施例における記録装置の構成と動作を説明する装置構成図である。 本発明の実施例における記録ヘッドの構造と動作を説明する部分斜視拡大図である。 本発明の実施例における記録ヘッドの動作を説明する原理説明図である。 本発明の実施例における記録ヘッドの再分極補正によるインク滴吐出速度の補正特性を示すグラフである。 本発明の実施例における再分極装置の構成と動作を説明する装置構成図である。 本発明の他の実施例として、記録ヘッドの再分極補正の他の変形例を説明する図である。 本発明の他の実施例として、記録ヘッドの再分極補正の変形例における、記録ヘッドの再分極補正によるインク滴吐出速度の補正特性を示すグラフである。 本発明の他の実施例として、記録ヘッドの再分極補正の他の変形例を説明する図である。

符号の説明

１０ 記録ヘッド
２０ 記録ヘッド駆動装置
３０ インク滴
４０ 記録媒体
１０１ インク流路ユニット
１０２ ヘッドハウジング
１０３ 圧電素子ユニット
１１０ 圧電素子
１１１ 層状圧電素子
１１２ 層状電極
１１２１ 共通電極
１１２２ 個別電極
１１２３ 残留分極
１１２４ 分極度レベル値
１１３ 圧電素子支持基板
１１４ 圧電素子支持基板固定部
１２０ ダイヤフラム
１２２ ダイヤフラム形成板
１３０ オリフィス板
１３１ ノズル開口
１４０ インク加圧室
１４２ インク流路形成板
１４５ インク流入孔
１５０ 共通インク室
１６０ フレキシブルケーブル
１６１ フレキシブルケーブル端子
３０１ タイミング信号発生回路
３０２ 記録データ信号作成回路
３０３ 圧電素子駆動データ信号作成回路
３０４ 圧電素子駆動スイッチング回路
３０４１ スイッチング素子
３０４２ スイッチング素子駆動回路
３０５ 圧電素子駆動パルス波形発生回路
４００ 分極装置
４０１ 分極データ作成回路
４０２ 分極電圧発生回路
４０３ 分極用スイッチング回路
４０３１ 分極用スイッチング素子
４０３２ 分極用スイッチング素子駆動回路
４０４ 分極用スイッチング素子

Claims (9)

1. インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに取りつけられた圧電素子と、該圧電素子の変形によりインク滴を吐出するノズル開口から構成されたノズルを複数集積したインクジェット記録ヘッドにおいて、
   複数ノズルがインク滴吐出速度に応じてグループ化され、該グループを構成するノズルのインク滴吐出速度が前記インク滴吐出速度ばらつき許容範囲内に収まるように、グループ毎に定められた分極度に一括して同時に再分極処理された圧電素子を備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記ノズル間インク滴吐出速度ばらつき許容範囲の幅をＡ、前記複数ノズルの各圧電素子が分極度ｂ_ｏに分極される場合におけるインク吐出速度が前記Ａ内の吐出速度であるノズルからなるグループをＧ_ｏ、前記Ａからの乖離の大きさに応じたグループをＧ_{＋１〜＋ｎ}及びＧ_{−１〜−ｎ}としたとき、Ｇ_ｏのノズルは分極度ｂ_ｏに分極され、Ｇ_ｎのノズルはインク滴吐出速度がＡ内に収まるような、同一の分極度ｂ_ｎに調整された圧電素子を備えたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記Ｇ_ｎの構成ノズルの中で、分極度がｂ_ｏの時同一速度の複数ノズルを、分極度ｂ_ｎを目標値として再分極した際のインク滴吐出速度ばらつきの幅をα_ｎとしたとき、Ａ＞α_ｎとなることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記Ｇ_ｎのインク滴吐出速度乖離幅をＷ_ｎとしたとき、Ｗ_ｎ≦（Ａ−α_ｎ）となることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
5. インク加圧室の一部を形成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに取りつけられた圧電素子と、該圧電素子の変形によりインク滴を吐出するノズル開口から構成されたノズルを複数集積し、複数ノズルがインク滴吐出速度に応じてグループ化され、該グループを構成するノズルのインク滴吐出速度が所定のインク滴吐出速度ばらつき許容範囲内に収まるように、該グループのノズルの圧電素子がグループ毎に定められた分極度に一括して同時に再分極処理されることを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。
6. グループのノズルの圧電素子の再分極処理は、該グループの複数ノズルの圧電素子に、グループ毎に定められた分極電圧を一括して同時に印加することで行なわれることを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録ヘッド製造方法。
7. グループ毎に定められる分極度は、再分極処理され補正されるインクジェット記録ヘッドとは別のインクジェット記録ヘッドについて予め測定された、圧電素子の分極度に対するインク滴吐出速度補正量の関係をもとに、グループを構成するノズルのインク滴吐出速度が前記インク滴吐出速度ばらつき許容範囲内に収まるように決定され、前記再分極処理され補正されるインクジェット記録ヘッドについては、圧電素子の分極度に対するインク滴吐出速度補正量の関係についての計測を省略することを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録ヘッド製造方法。
8. グループのノズルのインク滴吐出速度がインク滴吐出速度ばらつき許容範囲内であるグループに対しては、再分極処理を省略することを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録ヘッド製造方法。
9. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載のインクジェット記録ヘッドを備えてなるインクジェット記録装置。

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