(57)【要約】【課題】低コストで消費電力の低いインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供すること。【解決手段】実施形態のインクジェットヘッドは、圧力室、アクチュエーター及び印加部を含む。圧力室は、液体を収容する。アクチュエーターは、印加される駆動信号に応じて圧力室の容積を変化させる。印加部は、駆動信号をアクチュエーターに印加する。駆動信号は、吐出パルス及び振動パルスを含む。吐出パルスは、圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる。第２の吐出パルスは、第１の吐出パルスより後に印可される。振動パルスは、吐出パルスの前に印加され、吐出パルスとは正負逆の電位を持ち、液体の吐出を助長する圧力振動を液体に発生させる。吐出パルスの周期が圧力室内の液体の主音響共振周波数における半周期の１．５倍以上２．５倍以下。第１の吐出パルスのパルス幅は、第２の吐出パルスのパルス幅より主音響共振周波数における半周期に近い。【選択図】図１１
2020093497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する圧力室と、
印加される駆動信号に応じて前記圧力室の容積を変化させるアクチュエーターと、
前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する印加部と、を備え、
前記駆動信号は、
前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第１の吐出パルスと、
前記第１の吐出パルスより後に印可され、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第２の吐出パルスと、
前記第１の吐出パルスの前に印加され、前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスとは正負逆の電位を持ち、液体の吐出を助長する圧力振動を液体に発生させる振動パルスと、を含み
前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスの周期が前記圧力室内の液体の主音響共振周波数における半周期の１．５倍以上２．５倍以下であり、
前記第１の吐出パルスのパルス幅は、前記第２の吐出パルスのパルス幅より前記主音響共振周波数における半周期に近い、インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記アクチュエーターは、第１の電極及び第２の電極を備え、
前記印加部は、
前記第１の電極に第２の電圧源を接続し、前記第２の電極に第１の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスを印加し、
前記第１の電極に前記第１の電圧源を接続し、前記第２の電極に前記第２の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記振動パルスを印加する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記アクチュエーターは、第１の電極及び第２の電極を備え、
前記印加部は、
前記第１の電極をグラウンドと接続し、前記第２の電極に第３の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスを印加し、
前記第１の電極をグラウンドと接続し、前記第２の電極に第２の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記振動パルスを印加する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記振動パルスは、前記駆動信号に含まれる前記第２の吐出パルスのうちの最後に印可される前記第２の吐出パルスで吐出される液滴の速度が、前記第１の吐出パルスで吐出される液滴の速度以上となるような幅である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに液体を供給するインク供給装置と、を備え、
前記インクジェットヘッドは、
液体を収容する圧力室と、
印加される駆動信号に応じて前記圧力室の容積を変化させるアクチュエーターと、
前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する印加部と、を備え、
前記駆動信号は、
前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第１の吐出パルスと、
前記第１の吐出パルスより後に印可され、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第２の吐出パルスと、
前記第１の吐出パルスの前に印加され、前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスとは正負逆の電位を持ち、液体の吐出を助長する圧力振動を液体に発生させる振動パルスと、を含み
前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスの周期が前記圧力室内の液体の主音響共振周波数における半周期の１．５倍以上２．５倍以下であり、
前記第１の吐出パルスのパルス幅は、前記第２の吐出パルスのパルス幅より前記主音響共振周波数における半周期に近い、インクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチドロップ方式のインクジェットヘッドは、インクの液滴を１ドットあたり複数回吐出することにより液滴量を調整する。この種の駆動装置は、液滴の吐出を制御する駆動回路を備える。駆動回路は、インクジェットヘッドが備えるアクチュエーターに対し、高周波の駆動信号を出力することにより液滴の吐出を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０４５７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明が解決しようとする課題は、低コストで消費電力の低いインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のインクジェットヘッドは、圧力室、アクチュエーター及び印加部を含む。圧力室は、液体を収容する。アクチュエーターは、印加される駆動信号に応じて前記圧力室の容積を変化させる。印加部は、前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する。駆動信号は、第１の吐出パルス、第２の吐出パルス及び振動パルスを含む。第１の吐出パルスは、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる。第２の吐出パルスは、前記第１の吐出パルスより後に印可され、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる。振動パルスは、前記第１の吐出パルスの前に印加され、前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスとは正負逆の電位を持ち、液体の吐出を助長する圧力振動を液体に発生させる。前記第１の吐出パルス及び前記第２の吐出パルスの周期が前記圧力室内の液体の主音響共振周波数における半周期の１．５倍以上２．５倍以下である。前記第１の吐出パルスのパルス幅は、前記第２の吐出パルスのパルス幅より前記主音響共振周波数における半周期に近い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態及び第２実施形態に係るインクジェット記録装置の構成の一例を示す模式図。
【図２】図１中に示すインクジェットヘッドの一例を示す斜視図。
【図３】図１中に示すインク供給装置の概略図。
【図４】図１中に示すインクジェットヘッドに適用可能なヘッド基板の平面図。
【図５】図４に示すヘッド基板のＡ−Ａ線断面図。
【図６】図４に示すヘッド基板の斜視図。
【図７】圧力室の状態を示す図。
【図８】１つの圧力室を拡張させた状態を示す図。
【図９】１つの圧力室を収縮させた状態を示す図。
【図１０】第１実施形態に係る駆動回路の構成例を示す図。
【図１１】第１実施形態に係る駆動波形の一例を示す図。
【図１２】従来の駆動波形の一例を示す図。
【図１３】１つの圧力室を拡張させた状態を示す図。
【図１４】１つの圧力室を収縮させた状態を示す図。
【図１５】第２実施形態に係る駆動回路の構成例を示す図。
【図１６】第２実施形態に係る駆動波形の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。また、実施形態の説明に用いる各図面は、説明のため、各部の縮尺を適宜変更して示している場合がある。
【０００８】
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッドを含むインクジェット記録装置１の構成の一例を示す模式図である。
インクジェット記録装置１は、インクなどの液体状の記録材を用いて画像形成媒体Ｓなどに画像を形成する。インクジェット記録装置１は、一例として、複数の液体吐出部２と、液体吐出部２を移動可能に支持するヘッド支持機構３と、画像形成媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構４と、を備える。画像形成媒体Ｓは、例えば、シート状の紙などである。
【０００９】
図１に示すように、複数の液体吐出部２が、所定の方向に並列して配置された状態でヘッド支持機構３に支持される。ヘッド支持機構３は、ローラー３ａに掛けられたベルト３ｂに取り付けられている。インクジェット記録装置１は、ローラー３ａを回転させることで、ヘッド支持機構３を、画像形成媒体Ｓの搬送方向に対して直交する主走査方向Ａに移動させることが可能である。液体吐出部２は、インクジェットヘッド１０及びインク供給装置２０を一体に備える。液体吐出部２は、インクなどの液体Ｉをインクジェットヘッド１０から吐出させる吐出動作を行う。インクジェット記録装置１は、一例として、ヘッド支持機構３を主走査方向Ａに往復移動させながらインク吐出動作を行うことで、対向して配置される画像形成媒体Ｓに所望の画像を形成するスキャン方式である。あるいは、インクジェット記録装置１は、ヘッド支持機構３を移動させずにインク吐出動作を行うシングルパス方式であっても良い。この場合、ローラー３ａ及びベルト３ｂを設けるには及ばない。またこの場合、ヘッド支持機構３は、例えばインクジェット記録装置１の筐体などに固定される。さらに、この場合、画像形成媒体Ｓの搬送方向は、Ａ方向である。
【００１０】
複数の液体吐出部２のそれぞれは、例えば、ＣＭＹＫ（cyan, magenta, yellow, and key(black)）の４色のインクのいずれかに対応する。すなわち、複数の液体吐出部２は、それぞれがシアンインク、マゼンタインク、イエローインク又はブラックインクのいずれかに対応する。そして、複数の液体吐出部２のそれぞれは、対応する色のインクを吐出する。液体吐出部２は、対応する色のインクを、画像形成媒体Ｓ上の１画素に対して１又は複数の液滴を連続吐出することができる。連続吐出された回数が多い画素ほど、１画素に対して着弾する液滴の量が多くなる。したがって、連続吐出された回数が多い画素ほど、対応する色が濃く見える。これにより、インクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに形成する画像の階調表現が可能である。
【００１１】
図２は、インクジェットヘッド１０の一例を示す斜視図である。インクジェットヘッド１０は、ノズル１０１と、ヘッド基板１０２と、駆動回路１０３と、マニホールド１０４とを備える。マニホールド１０４は、インク供給口１０５とインク排出口１０６と、を備える。
【００１２】
ノズル１０１は、ヘッド基板１０２上に設けられる。ノズル１０１は、ヘッド基板１０２の長手方向に沿って一列に並んでいる。駆動回路１０３は、ノズル１０１からインクの液滴を吐出させるための駆動信号を出力する駆動信号出力部である。駆動回路１０３は例えばドライバーＩＣ（integrated circuit）である。駆動回路１０３は、例えば、波形データに基づいて駆動信号を生成する。インク供給口１０５は、ノズル１０１にインクを供給するための供給口である。また、インク排出口１０６は、インクの排出口である。ノズル１０１は、駆動回路１０３から与えられる駆動信号に応じてインク供給口１０５から供給されるインクの液滴を吐出する。ノズル１０１から吐出されなかったインクはインク排出口１０６から排出される。
駆動回路１０３は、印加部の一例である。
【００１３】
図３は、インクジェット記録装置１に用いられるインク供給装置２０の概略図である。インク供給装置２０は、インクジェットヘッド１０にインクを供給する装置である。インク供給装置２０は、供給側インクタンク２１と、排出側インクタンク２２と、供給側圧力調整ポンプ２３と、輸送ポンプ２４と、排出側圧力調整ポンプ２５と、を備える。これらは、インクを流すことができるチューブにより接続される。供給側インクタンク２１はチューブを介してインク供給口１０５に接続されており、排出側インクタンク２２はチューブを介してインク排出口１０６に接続されている。
【００１４】
供給側圧力調整ポンプ２３は、供給側インクタンク２１の圧力を調整する。排出側圧力調整ポンプ２５は、排出側インクタンク２２の圧力を調整する。供給側インクタンク２１は、インクジェットヘッド１０のインク供給口１０５にインクを供給する。排出側インクタンク２２は、インクジェットヘッド１０のインク排出口１０６から排出されたインクを一時的に貯留する。輸送ポンプ２４は、チューブを介して、排出側インクタンク２２に貯留されたインクを供給側インクタンク２１に還流させる。
【００１５】
次に、インクジェットヘッド１０についてさらに詳細に説明する。
図４は、インクジェットヘッド１０に適用可能なヘッド基板１０２の平面図である。図４ではノズルプレート１０９の図中左下を部分的に不図示としヘッド基板１０２の内部構造を図示している。図５は図４に示すヘッド基板１０２のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４に示すヘッド基板１０２の斜視図である。
【００１６】
ヘッド基板１０２は、図４及び図５に示すように、圧電部材１０７、インク流路部材１０８、ノズルプレート１０９、枠部材１１０、及び板壁１１１を備える。また、インク流路部材１０８には、インク供給穴１１２とインク排出穴１１３とが形成されている。インク流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、インク供給穴１１２が形成されている空間は、インク供給路１１４である。また、インク流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、インク排出穴１１３が形成されている空間は、インク排出路１１７である。インク供給穴１１２は、インク供給路１１４に連通している。インク排出穴１１３は、インク排出路１１７に連通している。インク供給穴１１２は、マニホールド１０４のインク供給口１０５と流体的に接続している。インク排出穴１１３は、マニホールド１０４のインク排出口１０６と流体的に接続している。
【００１７】
圧電部材１０７は、インク供給路１１４からインク排出路１１７までに渡る複数の長溝を有する。これらの長溝は、圧力室１１５或いは空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６は、それぞれ一つおきに形成される。すなわち、圧電部材１０７は、圧力室１１５と空気室１１６とが交互に形成される。空気室１１６は、長溝の両端を板壁１１１で塞ぐことにより形成される。板壁１１１で長溝の両端を塞ぐことにより、インク供給路１１４およびインク排出路１１７のインクが空気室１１６に流入しない様にする。板壁１１１の圧力室１１５に接する箇所は溝が形成される。これにより、インク供給路１１４から圧力室１１５にインクが流入し、圧力室１１５からインク排出路１１７にインクが排出される。
【００１８】
圧電部材１０７には、図６〜図９に示すように、配線電極１１９（１１９ａ、１１９ｂ、…、１１９ｇ、…）が形成されている。圧力室１１５と空気室１１６の圧電部材内面には、後述する電極１２０が形成されている。配線電極１１９は、電極１２０と駆動回路１０３とを電気的に接続する。インク流路部材１０８、枠部材１１０及び板壁１１１は、例えば、誘電率が小さく、かつ圧電部材との熱膨張率の差が小さい材料で構成されることが好ましい。これらの材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを用いることが可能である。本実施形態では、インク流路部材１０８、枠部材１１０及び板壁１１１はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で構成されるものとする。
【００１９】
圧電部材１０７は、図７〜図９に示すように、圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂを積層することにより形成される。図７〜図９は、圧力室の状態を示す図である。圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂの分極方向は、板厚方向に沿って互いに反対向きとなっている。圧電部材１０７には、インク供給路１１４からインク排出路１１７へ繋がる複数の長溝が並列に形成されている。
【００２０】
各長溝の内面には、電極１２０（１２０ａ、１２０ｂ、…、１２０ｇ、…）が形成されている。長溝と長溝を覆うノズルプレート１０９の一面とで囲まれた空間が、圧力室１１５及び空気室１１６となる。図７の例であれば、１１５ｂ、１１５ｄ、１１５ｆ、…の符号で示した空間それぞれが圧力室１１５であり、１１６ａ、１１６ｃ、１１６ｅ、１１６ｇ、…の符号で示した空間それぞれが空気室１１６である。
【００２１】
上述したように、圧力室１１５と空気室１１６は交互に並んでいる。電極１２０は、配線電極１１９を通して駆動回路１０３に接続される。圧力室１１５の隔壁を構成する圧電部材１０７は、各長溝の内面に設けた電極１２０によって挟まれている。圧電部材１０７及び電極１２０はアクチュエーター１１８を構成する。
【００２２】
駆動回路１０３は、駆動信号によりアクチュエーター１１８に電界を印加する。アクチュエーター１１８は、印加される電界によって、図８のアクチュエーター１１８ｄ、１１８ｅのように、圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂとの接合部を頂部としてせん断変形する。アクチュエーター１１８が変形することにより、圧力室１１５の容積は変化する。圧力室１１５の容積の変化により、圧力室１１５の内部にあるインクは加圧或いは減圧される。この加圧或いは減圧により、インクはノズル１０１から吐出される。圧電部材１０７としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などが使用可能である。本実施形態では、圧電部材１０７は、圧電定数の高いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であるものとする。
【００２３】
電極１２０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との２層構造である。電極１２０は、例えばメッキ法によって、長溝内に均一に成膜される。なお、電極１２０の形成方法としては、メッキ法以外に、スパッタ法、蒸着法を用いることも可能である。長溝は、例えば、長手方向１.５〜２.５ｍｍ、深さ１５０.０〜３００．０μｍ、幅３０.０〜１１０．０μｍの形状で、７０〜１８０μｍのピッチで平行に配列されている。前述したように、長溝は、圧力室１１５又は空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６とは、交互に並んでいる。
【００２４】
ノズルプレート１０９は、圧電部材１０７の上に接着されている。ノズルプレート１０９の圧力室１１５の長手方向の中央部にはノズル１０１が形成されている。ノズルプレート１０９の材質は、例えば、ステンレスなどの金属材料、単結晶シリコンなどの無機材料、或いは、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料である。なお、本実施形態では、一例として、ノズルプレート１０９の材料はポリイミドフィルムであるものとする。
【００２５】
上述したインクジェットヘッド１０は、圧力室１１５の一端にインク供給路１１４があり、他端にインク排出路１１７があり、圧力室１１５の中央部にノズル１０１がある。なお、インクジェットヘッド１０は、この構成例に限定されるものではない。例えば、インクジェットヘッドは、圧力室１１５の一端にノズルがあり、他端にインク供給路があってもよい。
【００２６】
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０の動作原理について説明する。
図７は、配線電極１１９ａ〜配線電極１１９ｇを介して、電極１２０ａ〜電極１２０ｇにグランド電圧を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図７は、電極１２０ａ〜電極１２０ｇが同電位であるため、アクチュエーター１１８ａ〜アクチュエーター１１８ｈには電界がかからない。このため、アクチュエーター１１８ａ〜アクチュエーター１１８ｈは変形しない。
【００２７】
図８は、電極１２０ｄのみに電圧Ｖ１を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図８に示す状態では、電極１２０ｄと、電極１２０ｄの両隣の電極１２０ｃ及び電極１２０ｅとの間に電位差が生じる。アクチュエーター１１８ｄ及びアクチュエーター１１８ｅは、印加される電位差により、圧力室１１５ｄの容積を膨張させるようにせん断変形する。ここで、電極１２０ｄの電圧をＶ１からグランド電圧に戻すと、アクチュエーター１１８ｄ及びアクチュエーター１１８ｅは、図８の状態から図７の状態に戻るため、ノズル１０１ｄから液滴が吐出される。
【００２８】
また、図９では、圧力室１１５ｄの容積が収縮している。図９では、アクチュエーター１１８ｄ及びアクチュエーター１１８ｅが図８に示す状態とは逆の形状に変形している。
図９は、電極１２０ｄをグラウンド電圧とし、空気室１１６ａ、空気室１１６ｃ、空気室１１６ｅ及び空気室１１６ｇの電極１２０ａ、電極１２０ｃ、電極１２０ｅ及び電極１２０ｇに電圧Ｖ１を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図９に示す状態では、電極１２０ｄと、電極１２０ｄの両隣の電極１２０ｃ及び電極１２０ｅとの間には、図８とは逆の電位差（逆の電界）が生じる。これらの電位差により、アクチュエーター１１８ｄ及びアクチュエーター１１８ｅは、図８に示す形とは逆向きのせん断変形をする。なお、図９は、電極１２０ｂ及び電極１２０ｆにも電圧Ｖ１を印加した状態を示している。これにより、アクチュエーター１１８ｂ、アクチュエーター１１８ｃ、アクチュエーター１１８ｆ及びアクチュエーター１１８ｇは変形しない。アクチュエーター１１８ｂ、アクチュエーター１１８ｃ、アクチュエーター１１８ｆ及びアクチュエーター１１８ｇが変形しなければ、圧力室１１５ｂ及び圧力室１１５ｆは、収縮しない。
アクチュエーター１１８ｄにおいて、電極１２０ｄは、第１の電極の一例である。また、アクチュエーター１１８ｄにおいて、電極１２０ｃは、第２の電極の一例である。アクチュエーター１１８ｅにおいて、電極１２０ｄは、第１の電極の一例である。また、アクチュエーター１１８ｅにおいて、電極１２０ｅは、第２の電極の一例である。なお、他のアクチュエーター１１８についても同様に第１の電極及び第２の電極を備える。
【００２９】
図１０は、駆動回路１０３の構成例を示す図である。駆動回路１０３はインクジェットヘッド１０内部の圧力室１１５と空気室１１６の数だけ電圧切替え部３１を備えるが、図１０に示す構成例においては電圧切替え部３１を３１ａ、３１ｂ、…、３１ｅまで図示する。また、駆動回路１０３は、電圧制御部３２を備える。
【００３０】
駆動回路１０３は、第１電圧源４０と、第２電圧源４１とに接続されている。駆動回路１０３は、第１電圧源４０及び第２電圧源４１から供給された電圧を、選択的に各配線電極１１９に与える。図１０に示す例では、第１電圧源４０の出力電圧は、グラウンド電圧であり、その電圧値はＶ０（Ｖ０＝０［Ｖ］）とする。また、第２電圧源４１の出力電圧が示す電圧値は、Ｖ１とする。なお、電圧値Ｖ１は、Ｖ０よりも高い電圧とする。
【００３１】
電圧切替え部３１は、例えば、半導体スイッチにより構成される。電圧切替え部３１ａ、電圧切替え部３１ｂ、…、電圧切替え部３１ｅは、それぞれ配線電極１１９ａ、配線電極１１９ｂ、…、配線電極１１９ｅに接続されている。また、電圧切替え部３１は、駆動回路１０３の内部に引き込まれた配線を介して、第１電圧源４０及び第２電圧源４１に接続される。電圧切替え部３１は、配線電極１１９に接続する電圧源を切替えるための切替えスイッチを有している。電圧切替え部３１はこのスイッチを使って配線電極１１９に接続する電圧源を切り換える。例えば、電圧切替え部３１ａは、切替えスイッチにより、第１電圧源４０又は第２電圧源４１の何れか１つと配線電極１１９ａとを接続する。
【００３２】
電圧制御部３２は、電圧切替え部３１ａ、電圧切替え部３１ｂ、…、電圧切替え部３１ｅそれぞれと接続されている。電圧制御部３２は、第１電圧源４０及び第２電圧源４１のうちどの電圧源を選択するかを示す命令を各電圧切替え部３１に出力する。例えば、電圧制御部３２は、駆動回路１０３の外部から印刷データを受信し、各電圧切替え部３１における電圧源の切替えタイミングを決定する。そして、電圧制御部３２は、決定した切換えタイミングで、電圧切替え部３１に対し、第１電圧源４０又は第２電圧源４１の何れかを選択する命令を出力する。電圧切替え部３１は、電圧制御部３２からの命令に従って、配線電極１１９と接続する電圧源を切替える。
なお、第１電圧源４０は、第１の電圧源の一例である。また、第２電圧源４１は、第２の電圧源の一例である。
【００３３】
図１１は、駆動回路１０３が電極１２０に与える駆動信号の駆動波形例を示す図である。駆動波形５１−７は、７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形の一例を示す。駆動波形５１−２は、２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形の一例を示す。駆動波形５１−１は、１つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形の一例を示す。連続吐出させる液滴数が３〜６の場合の駆動波形５１−３〜駆動波形５１−６についての図示は省略する。なお、駆動波形５１−１〜駆動波形５１−７を総称して駆動波形５１というものとする。
【００３４】
図１１は、横軸が時間で、縦軸が電圧である。当該電圧は、駆動波形５１が印加される電極１２０の電圧である。当該電極１２０の電圧は、当該電極１２０の両隣の空気室１１６の内壁の電極１２０につながる配線電極１１９の電位を基準とする電位である。なお、図１１に示す駆動波形５１は、図７に示す電極１２０ｄに印加されることを想定したものである。電極１２０ｄの両隣の空気室１１６は、空気室１１６ｃ及び空気室１１６ｅである。また、電極１２０ｄの両隣の空気室１１６ｃ及び空気室１１６ｅの内壁の電極は、電極１２０ｃ及び電極１２０ｅであり、電極１２０ｃ及び電極１２０ｅにつながる配線電極は、配線電極１１９ｃ及び配線電極１１９ｅである。したがって、駆動波形５１が電極１２０ｄに印加される場合、図１１に示す電圧は、配線電極１１９ｃ及び配線電極１１９ｅ（電極１２０ｃ及び電極１２０ｅ）の電位を基準とする電極１２０ｄの電位である。
【００３５】
電極１２０ｄに印加する駆動波形５１の電圧が０であるとき、圧力室１１５ｄは、図７に示す状態となり、容積が変化しない。また、電極１２０ｄに印加する駆動波形５１の電圧がＶ１であるとき、圧力室１１５ｄは、図８に示す状態となり、容積が膨張する。さらに、電極１２０ｄに印加する駆動波形５１の電圧が−Ｖ１であるとき、圧力室１１５ｄは、図９に示す状態となり、容積が収縮する。
【００３６】
駆動波形５１は、振動パルス、吐出パルス及び抑制パルスをこの順で含む。振動パルスは、液滴の吐出を助長するための圧力振動を発生させるために印加される。吐出パルスは、ノズル１０１から液滴を吐出させるために印加される。抑制パルスは、残留振動を抑制するために印加される。
【００３７】
振動パルス、吐出パルス及び抑制パルスは、立ち上がり時間及び立ち下がり時間を無視すれば矩形波である。しかしながら、振動パルス、吐出パルス及び抑制パルスは、立ち上がり時間及び立ち下がり時間があるため、台形に近い波形になる。したがって、振動パルス、吐出パルス及び抑制パルスは、台形波であるといえる。
【００３８】
なお、駆動波形５１−１は１つの吐出パルスを、駆動波形５１−２は連続する２つの吐出パルスを、…、駆動波形５１−７は連続する７つの吐出パルスを含む。例えば、図１１に示す駆動波形５１−７は、振動パルス、１番目の吐出パルス〜７番目の吐出パルス及び抑制パルスをこの順で含む。また、駆動波形５１−２は、振動パルス、１番目の吐出パルス、２番目の吐出パルス及び抑制パルスをこの順を含む。そして、駆動波形５１−１は、振動パルス、１番目の吐出パルス及び抑制パルスをこの順で含む。なお、連続する吐出パルスの最初の吐出パルスを、以下、単に「最初の吐出パルス」というものとする。ただし、駆動波形５１−１のように吐出パルスを１つのみ含む駆動波形では、当該１つの吐出パルスが最初の吐出パルスであるとする。また、最初の吐出パルス以外の吐出パルスを、以下「最初以外の吐出パルス」というものとする。例えば、駆動波形５１−７では、２番目の吐出パルス〜７番目の吐出パルスが最初以外の吐出パルスで、１番目の吐出パルスが最初の吐出パルスである。
【００３９】
駆動波形５１について、駆動波形５１−２を例にさらに説明する。
駆動回路１０３は、まず、振動パルスの印加を開始する。振動パルスは、一例として、電圧が０、−Ｖ１、０の順で変化するｓｐ幅の台形波である。なお、幅とは、パルスの印加開始から印加終了までの時間を示す。したがって、ｓｐ幅とは、パルスの印加開始から印加終了までの時間がｓｐであることを示す。振動パルスの印加開始に伴い、電極１２０ｄの電圧は、０から−Ｖ１に変化する。そして、電極１２０ｄの電圧は、振動パルスの印加終了まで−Ｖ１に保持される。電極１２０ｄの電圧が０から−Ｖ１に立ち下がるまでの時間と、電極１２０ｄの電圧が−Ｖ１に保持される時間との合計は、時間ｓｐである。
振動パルスの印加開始により、圧力室１１５ｄの容積は収縮し、圧力室１１５ｄ内の液体が加圧される。なお、振動パルスによる印加開始の加圧は、ノズル１０１から液滴が吐出しない程度の加圧とする。
【００４０】
振動パルスの印加のために、電圧制御部３２は、例えば、電圧切替え部３１を制御することで、第１電圧源４０と配線電極１１９ｄとを接続し、第２電圧源４１と配線電極１１９ｃ及び配線電極１１９ｅとを接続する。これにより、図９に示すように圧力室１１５ｄの容積が収縮した状態となる。
【００４１】
駆動回路１０３は、振動パルスの印加開始から所定時間ｓｐ経過後に、振動パルスの印加を終了する。そして、駆動回路１０３は、１番目の吐出パルスの印加を開始する。駆動波形５１−２の最初の吐出パルスは、一例として、電圧が０、Ｖ１、０の順で変化するｄｐＡ幅の台形波である。したがって、最初の吐出パルスは、振動パルスとは電位が正負逆である。振動パルスの印加終了及び吐出パルスの印加開始に伴い、電極１２０ｄの電圧は、−Ｖ１から０を経てＶ１に変化する。そして、電極１２０ｄの電圧は、１番目のパルスの印加終了までＶ１に保持される。電極１２０ｄの電圧が０からＶ１に立ち上がるまでの時間と、電極１２０ｄの電圧がＶ１に保持される時間との合計は、時間ｄｐＡである。
振動パルスの印加終了及び１番目の吐出パルスの印加開始により、圧力室１１５ｄの容積が拡張され、圧力室１１５ｄ内の液体は減圧される。
【００４２】
駆動回路１０３は、１番目の吐出パルスの印加開始から所定の時間ｄｐＡ経過後に、１番目の吐出パルスの印加を終了する。吐出パルスの印加終了に伴い、電極１２０ｄの電圧は、Ｖ１から０に変化する。そして、電極１２０ｄの電圧は、次のパルスの印加開始まで０に保持される。
吐出パルスの印加終了により、圧力室１１５ｄの容積は収縮し、圧力室１１５ｄ内の液体が加圧される。これにより、圧力室１１５ｄ内の液体がノズル１０１から液滴として吐出される。
【００４３】
吐出パルスの印加のために、電圧制御部３２は、例えば、電圧切替え部３１を制御することで、第２電圧源４１と配線電極１１９ｄとを接続し、第１電圧源４０と配線電極１１９ｃ及び配線電極１１９ｅとを接続する。これにより、図８に示すように圧力室１１５ｄの容積が膨張した状態となる。
【００４４】
振動パルスの印加開始による電圧０から電圧−Ｖ１への立ち下げと、振動パルスの印加終了及び１番目の吐出パルスの印加開始による電圧−Ｖ１から電圧Ｖ１への立ち上げにより、圧力室１１５ｄ内の液体に圧力振動が発生する。この圧力振動に合わせて、電極１２０ｄの電圧をＶ１から０へ立ち下げることで、液滴の吐出力を高めることができる。このために、時間ｓｐ及び時間ｄｐＡを、圧力室１１５内の液体の圧力振動の半周期ＡＬに近付けることで、１番目の吐出パルスの吐出力を高めることができる。強い吐出力を得るためには時間ｓｐ及び時間ｄｐＡを０．５ＡＬ以上１．５ＡＬ以下の範囲とし、時間ｓｐ及び時間ｄｐＡをＡＬに一致させることで１番目の吐出パルスの吐出力を最大にすることができる。なお、圧力振動の半周期ＡＬは、圧力室１１５内の液体の固有振動周期（主音響共振周波数における周期）の半分の時間である。
１番目の吐出パルスは、ノズル１０１から液体を吐出させる第１の吐出パルスの一例である。
【００４５】
次に、駆動回路１０３は、１番目の吐出パルスの印加終了後の所定時間経過後、２番目の吐出パルスの印加を開始する。すなわち、駆動回路１０３は、１番目の吐出パルスの中心から、２番目の吐出パルスの中心までの時間が所定の時間２ＵＬとなるように、２番目の吐出パルスの印加を開始する。なお、パルスの中心とは、当該パルスの印加開始時と印加終了時の間の中央の時点である。駆動波形５１−２では、２番目の吐出パルスは、最初以外の吐出パルスである。最初以外の吐出パルスは、一例として、電圧が０、Ｖ１、０の順で変化するｄｐＢ幅の台形波である。したがって、最初以外の吐出パルスは、振動パルスとは電位が正負逆である。最初以外の吐出パルスの印加開始に伴い、電極１２０ｄの電圧は、０からＶ１に変化する。そして、電極１２０ｄの電圧は、最初以外のパルスの印加終了までＶ１に保持される。電極１２０ｄの電圧が０からＶ１に立ち上がるまでの時間と、電極１２０ｄの電圧がＶ１に保持される時間との合計は、時間ｄｐＢである。
【００４６】
１番目の吐出パルスにより圧力室１１５ｄ内に発生した振動にタイミングを合わせて２番目の吐出パルスを印加開始する事で２番目の吐出パルスの吐出力を高める事ができる。したがって、時間２ＵＬを２ＡＬとすることが好ましい。
【００４７】
駆動回路１０３は、最後の吐出パルスの印加開始から所定の時間ｄｐＢ経過後に、最後の吐出パルスの印加を終了する。最後の吐出パルスの印加終了に伴い、電極１２０ｄの電圧は、Ｖ１から０に変化する。そして、電極１２０ｄの電圧は、抑制パルスの印加開始まで０に保持される。強い吐出力を得るためには時間ｄｐＢを０．５ＡＬ以上１．５ＡＬ以下の範囲とし、時間ｄｐＢの長さは、ＡＬであることが好ましい。時間ｄｐＢの長さを、ＡＬに近付けることで、最後の吐出パルスの吐出力を高めることができるためである。
【００４８】
次に、駆動回路１０３は、最後の吐出パルスの印加終了後の所定時間経過後、抑制パルスの印加を開始する。すなわち、駆動回路１０３は、最後の吐出パルスの中心から、抑制パルスの中心までの時間が所定の時間２ＵＬとなるように、２番目の吐出パルスの印加を開始する。抑制パルスは、一例として、電圧が０、−Ｖ１、０の順で変化するｃｐ幅の台形波である。抑制パルスの印加開始に伴い、電極１２０ｄの電圧は、０から−Ｖ１に変化する。そして、電極１２０ｄの電圧は、抑制パルスの印加終了まで−Ｖ１に保持される。電極１２０ｄの電圧が０から−Ｖ１に立ち下がるまでの時間と、電極１２０ｄの電圧が−Ｖ１に保持される時間との合計は、時間ｃｐである。
【００４９】
時間２ＵＬを２ＡＬとすることが好ましい。時間２ＵＬが２ＡＬであると、最後の吐出パルスにより発生する振動とは逆位相の振動が、抑制パルスによって圧力室１１５ｄに加わり、圧力室１１５ｄ内の残留振動が抑制されるためである。なお、時間ｃｐの長さは、圧力室１１５ｄ内の残留振動の程度に合わせて調整することが好ましい。
【００５０】
駆動回路１０３は、駆動波形５１−１及び駆動波形５１−３〜駆動波形５１−７においても、駆動波形５１−２の場合と同様にして電極１２０ｄに駆動波形を印加する。ただし、駆動回路１０３は、駆動波形５１−１を印加する場合、１番目の吐出パルスが最後の吐出パルスであるため、１番目の吐出パルスの次に抑制パルスを印加する。また、駆動回路１０３は、ｎ番目の吐出パルスの中心から、ｎ＋１番目の吐出パルスの中心までの時間が所定の時間２ＵＬとなるようにする。ただし、ｎは、１〜６の整数である。
【００５１】
ｎ番目の吐出パルスにより圧力室１１５ｄ内に発生した振動にタイミングを合わせてｎ＋１番目の吐出パルスを印加開始する事で、ｎ＋１番目の吐出パルスの吐出力を高める事ができる。したがって、ｎ番目の吐出パルスの中心から、ｎ＋１番目の吐出パルスの中心までの時間は、２ＡＬであることが好ましい。すなわち、時間２ＵＬは、２ＡＬであることが好ましい。
２〜６番目の吐出パルスは、第１の吐出パルスより後に印可される、ノズル１０１から液体を吐出させる第２の吐出パルスの例である。
【００５２】
上記は、電極１２０ｄを代表的に説明したが、電極１２０ｂ、電極１２０ｄ、電極１２０ｆ、…の場合も同様である。
【００５３】
前述したように、液体吐出部２は、画像形成媒体Ｓに対して連続吐出する液滴の数で１画素に着弾する液滴の量を変更することで階調表現を実現する。第１実施形態では、０〜７の８段階である。画像形成媒体Ｓを液滴の吐出方向に対して垂直方向に搬送しながら液滴を画像形成媒体Ｓ上に着弾させる場合、連続吐出した液滴の画像形成媒体Ｓ上での着弾位置ズレは、小さい事が望ましい。着弾位置ズレを小さくするには、連続吐出した液滴のうち後に吐出された液滴の速度がそれ以前に吐出した液滴の速度と同じかそれ以上となる事が望ましい。また、最後に吐出した液滴の速度が最初に吐出した液滴に比べて極端に大きい場合も、着弾位置ズレが大きくなる。
【００５４】
したがって、駆動波形により吐出される液滴の速度を調整することを考える。
まず、２つの液滴を連続吐出させる駆動波形５１−２について考える。振動パルスと１番目の吐出パルスにより発生した圧力室１１５内の圧力振動は、ノズル１０１から１滴目の液滴が吐出されることによって減衰する。また、当該圧力振動は、圧力室１１５内の粘性抵抗によって減衰する。ここで、１番目の吐出パルスの中心から２番目の吐出パルスの中心までの時間が時間２ＵＬとなるタイミングで、最後の吐出パルスである２番目の吐出パルスを印加する。これにより、前述の要因などによって減衰した圧力振動に対して、圧力振動の減衰分を補うことができる。これにより、２滴目の液滴を吐出するための吐出力が得られる。圧力振動の減衰分と２番目の吐出パルスによる圧力振動の付加が同程度であれば、１滴目の液滴と２滴目の液滴の吐出速度はほぼ同じとなる。すなわち、２番目の吐出パルスは、２滴目の液滴吐出に必要な圧力振動を維持する役割を果たす。
【００５５】
ここで、例えば、２番目の吐出パルスの幅ｄｐＢをＡＬにしても、２滴目の液滴の吐出速度が１滴目の吐出速度より遅い場合は、振動パルスの幅ｓｐを、ＡＬより小さくする、あるいは大きくすることを考える。なお、吐出する液体の粘度が高い、又は圧力室１１５の流路抵抗が大きい場合に、このようなことが起こりやすい。振動パルスの幅ｓｐをＡＬより小さくする、あるいは大きくすれば、振動パルスによって圧力室１１５内に生じる圧力振動の位相と、１番目のパルスによって圧力室１１５内に生じる圧力振動の位相とずれる。したがって、振動パルスの幅ｓｐをＡＬより小さくする、あるいは大きくすることで、振動パルスの幅ｓｐをＡＬとした場合よりも、１滴目の液滴の吐出速度を小さくすることができる。
【００５６】
また、最初以外の吐出パルスである２番目の吐出パルスの幅ｄｐＢを、ＡＬより小さくする、あるいは大きくすることで、２滴目の液滴の吐出速度を小さくすることができる。吐出する液体の粘度が低い場合、又は圧力室の流路抵抗が小さい場合には、パルス幅ｄｐＢ幅がＡＬに近いと最後の液滴の吐出速度が大きくなる。これにより、１滴目の液滴が媒体Ｓに着弾する位置と比べ着弾位置ズレが大きくなる場合がある。このため最後の液滴の吐出速度が最初の液滴速度に比べ吐出速度が大きくなりすぎないように幅ｄｐＢを調整する必要がある。なお、電圧Ｖ１を小さくする観点からは、事前の液滴吐出による残留振動がない最初の液滴吐出において駆動波形の吐出力を最大にすることが好ましい。このためには、幅ｓｐと幅ｄｐＡは、ＡＬと近い値であることが好ましく、ＡＬと一致させることがより好ましい。
【００５７】
また、１番目の吐出パルスの中心から２番目の吐出パルスの中心までの時間２ＵＬを２ＡＬより小さくする、あるいは大きくすることで、２滴目の液滴の吐出速度を調整することができる。ただし、振動パルスと１番目の吐出パルスにより発生した圧力室１１５内の圧力振動を、２番目の吐出パルスにより発生する圧力振動によって強めるようにするため、時間２ＵＬは、１．５ＡＬ〜２．５ＡＬの範囲内であることが好ましい。なお、時間２ＵＬが１．５ＡＬ未満及び２．５ＡＬ〜３．５ＡＬの範囲では、２番目の吐出パルスにより発生する圧力振動は、１番目の吐出パルスにより発生する圧力振動に対して位相が反転するため、圧力振動を強めることができない。
【００５８】
次に、７つの液滴を連続吐出させる駆動波形５１−７について考える。７つの液滴は、１番目の吐出パルス〜７番目の吐出パルスのそれぞれにおける、電圧Ｖ１から電圧０への立ち下げのタイミングでノズル１０１から吐出される。ここで、時間２ＵＬを２ＡＬとした場合、先頭の液滴速度に対する後半に吐出される液滴速度の比（後半の液滴速度／先頭の液滴速度）は、大きくなる。
【００５９】
なお、駆動波形５１−２と同様に駆動波形５１−７の２番目以降の吐出パルスは、２滴目以降の液滴吐出に必要な圧力振動を維持する役割を果たす。仮に液体の粘度や流路構造の要因で圧力室１１５等インクジェットヘッド１０内の流路抵抗が低い場合、２滴目以降の液滴吐出に必要な圧力振動を維持するために印加する吐出力は小さくなるため、幅ｄｐＢをＡＬより小さく、あるいは大きくする事で対応する。なお、電圧Ｖ１を小さくする観点からは、幅ｓｐと幅ｄｐＡは、ＡＬと近い値であることが好ましく、ＡＬと一致させることがより好ましい。
【００６０】
また、時間２ＵＬを２ＡＬより小さくする、あるいは大きくすることで、２滴目以降の吐出速度を調整することができる。ただし、ｎ番目の吐出パルスで発生した残留振動（圧力振動）を、ｎ＋１番目の吐出パルスで発生する圧力振動によって強めるため、時間２ＵＬは、１．５ＡＬ〜２．５ＡＬの範囲であることが好ましい。
【００６１】
本実施形態の駆動波形は、圧力室１１５内の残留振動と吐出波形との位相を合わせることで吐出力を得ている。また、駆動波形の印加により発生する残留振動の大きさは、吐出する液体の粘度、インクジェットヘッドの流路構造及びインクジェットヘッドの流路の材質などによって変化する。そのため、駆動波形の時間ｓｐ、時間ｄｐＡ、時間ｄｐＢ、時間ＵＬ及び時間ｃｐなどの各波形パラメーターの比率は、当該液体の粘度及びインクジェットヘッドの種類などに応じて調整する必要がある。
【００６２】
〔実施例〕
上記の実施形態を実施するための一形態を実施例により説明する。実施例は、上記の実施形態の範囲を限定するものではない。
【００６３】
実施例は、数値解析によるシミュレーションを用いて行ったものである。なお、アクチュエーターに発生する変位は、構造解析により算出した。また、アクチュエーターの変位を受けた後の圧力室内の流体の流れは、圧縮性流体解析によって算出した。そして、ノズルから吐出される液滴の挙動は、表面流体解析で算出した。
【００６４】
構造解析の範囲を、図４及び図５を参照して説明する。図５における上下方向の当該範囲は、圧力室１１５を形成する圧電部材１０７とノズルプレート１０９を含む範囲とした。図５における左右方向の当該範囲は、圧電部材１０７と板壁１１１を含む範囲とした。図４における上下方向の範囲は、圧力室１１５のＡ−Ａ線から隣の空気室２０１までの範囲である。なお、図４における上下方向を法線とする境界面を対称境界とした。また、図４における上下方向は、図５における奥行方向である。
【００６５】
圧縮性流体解析の範囲は、圧力室を含む範囲とした。インク供給路及びインク排出路と圧力室との境界は自由流入条件とした。圧力室内のノズル近傍の圧力値をノズルの液表面を解析する表面流体解析の入力条件とした。その結果、表面流体解析において圧力室からノズルに流入した液体流量を、圧力室におけるノズル近傍での流出流量として、圧縮性流体解析に入力した。これにより連成解析を行った。
【００６６】
実施例として、粘度約５ｍＰａｓ、比重約０．８５の液体を、インクジェットヘッド１０で吐出する場合についてシミュレーションを実施した。なお、実施例のインクジェットヘッド１０のシミュレーションモデルのＡＬは、約２μ秒であった。
【００６７】
ここで、アクチュエーターをコンデンサーに見立てて、駆動回路１０３の内部抵抗、配線抵抗及びその他のエネルギー損失を抵抗に見立てると、電圧源、駆動回路１０３、配線電極１１９及びアクチュエーターをつなぐ回路は、ＲＣ直列回路に見立てる事が出来る。このＲＣ直列回路において電圧源を切り替えた場合を考える。駆動波形の各台形波の立ち上げ及び立ち下げ時間は、前記ＲＣ回路の時定数と相関し、コンデンサーとつながる電圧源が変化した場合の、コンデンサー内部の電圧変化に要する充電時間あるいは放電時間を示している。実施例では、駆動波形５１の各台形波の立ち上げ及び立ち下げ時間を０．２μ秒前後としシミュレーションモデルの駆動波形を設定した。
【００６８】
（数値解析１）
数値解析１では、実施例のインクジェットヘッド１０が駆動波形５１−５によって液滴を吐出した場合のシミュレーションを行った。このときの波形パラメーターは、ＵＬ＝ＡＬ、ｓｐ＝０．８ＡＬ、ｄｐＡ＝ＡＬ、ｃｐ＝ＡＬ、電圧Ｖ１＝１５Ｖとした。また、表１に示す通り、ｄｐＢを０．６ＡＬ〜１．０ＡＬまで０．１ＡＬ刻みで変化させてシミュレーションを行い、それぞれのｄｐＢの場合の１〜５ドロップ目の液滴の速度を求めた。この結果を表１に示す。なお、途中で複数の液滴が合体した場合は、合体した複数の液滴の先頭の液滴の速度欄に合体後の液滴の速度を記載した。また、合体した複数の液滴の先頭以外の液滴の速度欄には「←」と記載した。さらに、最後の液滴と先頭の液滴との速度比も示す。ただし、１〜５ドロップ目の全ての液滴が合体している場合には速度比に代えて「合体」と記載した。
【００６９】
【表１】
2020093497.tif 000003
【００７０】
表１から、ｄｐＢ＝０．８〜０．９ＡＬの条件で１〜５ドロップ目の全ての液滴が合体し、他の条件では１〜４ドロップ目の液滴が合体していることが分かる。したがって、表１から、ｄｐＢの値がＡＬに近づくにつれ先頭の液滴に対する最後の液滴の速度が増加する傾向があることが分かる。このため、ｄｐＢの値を調整することで先頭の液滴と最後の液滴の速度の比を調整できる事がわかる。
【００７１】
本実施例では、駆動波形５１−５で吐出した５つの液滴が画像形成媒体に着弾することで画像形成媒体上に１つのドットを形成する。そのため、画像形成媒体上で５つの液滴の着弾位置が離れないようにするには、５つの液滴が合体するか５つの液滴の先頭の液滴の速度より最後の液滴の速度が大きくなる事が望ましい。この事から表１に示す波形パラメーターでは、ｄｐＢを０．８ＡＬ以上に設定する事が望ましい。
【００７２】
（数値解析２）
数値解析２では、ｓｐの値を０．９ＡＬとした以外は数値解析１と同様にシミュレーションを行った。この結果を表２に示す。なお、ｄｐＡの終端で電圧をＶ１からＶ０に立ち下げる際に生じる圧力振動とｓｐの始端の電圧Ｖ０から−Ｖ１に立ち下げる際に生じる圧力振動を同位相とするにはｓｐ＋０．２μｓ＝ＡＬとすれば良い。このため、ｓｐの値を０．９ＡＬとした。
【００７３】
【表２】
2020093497.tif 000004
【００７４】
液滴を連続吐出した場合、吐出直後は各液滴が繋がっている。そして、時間の経過に伴って表面張力の作用及び液滴群が内包する気泡の位置などによって液滴群が分裂する。また、分裂箇所は、表面張力の作用及び液滴群が内包する気泡の位置などによって変わる。特に、先頭以外の液滴は、表面張力の作用及び液滴群が内包する気泡の影響を受けやすい。これにより、先頭の液滴と最後の液滴の速度の関係が前後する。表２の結果からも、ｄｐＢの値がＡＬに近づくにつれ先頭の液滴に対する最後の液滴の速度が増加する傾向がみられることが分かる。数値解析２は、数値解析１よりも、ｓｐ＋０．２μｓの値がＡＬに近い。このため、数値解析１より数値解析２の方が先頭の液滴の速度が大きくなっていることが分かる。したがって、数値解析２の波形パラメーターの方が数値解析１の場合と比べてより低い電圧で同等の吐出速度が得られることが分かる。表２に示す波形パラメーターでは、先頭の液滴より最後の液滴速度を大きくするには、ｄｐＢを０．７ＡＬ、０．９ＡＬ又は１．０ＡＬにすればよい。また、インクジェットヘッドの製造誤差等により液滴速度が多少変化する場合があることを踏まえて、より確実に１〜５ドロップ目の全ての液滴が合体するようにするため、ｄｐＢ値は０．９ＡＬ以上とすることが望ましい。
【００７５】
ここで、駆動波形５１で駆動されるインクジェットヘッド１０について、連続吐出する液滴の数が異なるノズル１０１がある場合について考える。一例として、図７に示すノズル１０１ｆから５つの液滴を吐出させ、隣のノズル１０１ｄから１つの液滴を吐出させる場合について考える。ノズル１０１ｆから吐出された最後の液滴が画像形成媒体に着弾する時間とノズル１０１ｄから吐出された液滴が画像形成媒体に着弾する時間とのずれを小さくするには、駆動波形５１−１により吐出される液滴の速度と駆動波形５１−５により吐出される最後の液滴の速度との差が小さい事が望ましい。表１に示した波形パラメーターの駆動波形５１−１によってインクジェットヘッド１０が吐出する液滴の速度は、約７．１ｍ／ｓであった。また、表２に示した波形パラメーターの駆動波形５１−１によってインクジェットヘッド１０が吐出する液滴の速度は、約８．１ｍ／ｓであった。したがって、先頭の液滴より最後の液滴の方が速度が速いという条件において、前記した画像形成媒体に着弾する時間のずれが小さくなるのは表２に示す波形パラメーターであることが分かる。
【００７６】
図１２に従来の駆動波形の一例を示す。駆動波形５０−７は、７つの液滴を連続吐出させる場合の従来の駆動波形の一例を示す図である。駆動波形５０−１は、１つの液滴を連続吐出させる場合の従来の駆動波形の一例を示す図である。連続吐出させる液滴数が２〜６の場合の駆動波形５０−２〜駆動波形５０−６についての図示は省略する。なお、駆動波形５０−１〜駆動波形５０−７を総称して駆動波形５０というものとする。
【００７７】
駆動波形５０−７に示すように、従来の駆動波形５０は、電圧Ｖ１で幅ＡＬの台形波で１つ分の液滴を吐出し、その直後の電圧−Ｖ１で幅ｃｐの台形波で圧力室内の残留振動を打ち消す。従来の駆動波形５０は、これを、連続吐出させる液滴の数だけ繰り返すものである。
したがって、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、複数の液滴を連続吐出させるのにかかる時間が従来よりも短い。すなわち、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、駆動周波数が従来よりも向上する。
【００７８】
また、駆動波形５１−１でｓｐ＝０．９ＡＬとし電圧を１５Ｖとした場合、吐出速度は約８．１ｍ／ｓとなるのに対し、駆動波形５０−１での液滴の吐出速度が約８．１ｍ／ｓとなる電圧Ｖ１は２４．６Ｖであった。
したがって、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも電圧Ｖ１をかなり低くすることができる。すなわち、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも消費電力が少ない。
これは、駆動波形５１は、液滴吐出の前の振動パルスにより発生した圧力振動又は、液滴を吐出した際に発生した圧力振動に合わせて、圧力振動を強めるように次の吐出パルスが印加されるためである。これにより、液滴吐出に不足する分の吐出力を補っている。一方、図１２の駆動波形５０は、主液滴を１つ吐出するたびｃｐ幅の台形波により圧力振動を打ち消しており、ＡＬ幅の台形波のみにより液滴吐出に足る吐出力を確保する必要があり、その結果、駆動波形５０の電圧Ｖ１は表２に示す電圧値と比べかなり大きな値になっている。
【００７９】
前記した通り、電圧源、駆動回路、配線電極、アクチュエーターをつなぐ回路はＲＣ直列回路に見立てる事が出来る。このＲＣ直列回路の消費電力は、台形波（パルス）の数と電圧の２乗に比例する。連続吐出液滴の数を５つとした場合、駆動波形５０−５の台形波の数は１０個となり、駆動波形５１−５の台形波の数は７個となる。駆動波形５０−５と駆動波形５１−５の消費電力を、「ｓｐ＝０．９ＡＬ」の条件で比較すると、駆動波形５１−５の消費電力は、駆動波形５０−５の消費電力の２６％程になり、７０％以上の消費電力低減が可能となる。
【００８０】
また、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、第１電圧源４０及び第２電圧源４１の２つの電圧源で動作する。このように、少ない数の電圧源で動作可能であるので、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも低コストでの製造が可能である。
【００８１】
また、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、合体後の主液滴の数を少なくすることができる。したがって、第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも画質の向上が可能である。
【００８２】
粘度が低い液体を吐出させる場合、最後の液滴の速度が速くなりすぎてしまう場合がある。この場合、全ての液滴が合体するような場合でも、液滴の着弾精度が落ちる場合がある。第１実施形態のインクジェットヘッド１０は、最後の液滴の速度が速くなりすぎてしまうことを防ぐことができるので、粘度の低い液体を吐出させる場合に好適である。
【００８３】
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係るインクジェット記録装置１の構成は、第１実施形態の図１〜図６と同様である。したがって、当該部分についての説明を省略する。
【００８４】
ただし、第２実施形態のインクジェット記録装置１は、図１３及び図１４に示すように、空気室の圧電部材内面に、電極１２０に代えて電極１２３及び電極１２４が形成されている。なお、図１３及び図１４は、圧力室の状態を示す図である。電極１２３と電極１２４は、例えば溝の底部で分断されており、電気的に分離されている。また、圧電部材１０７には、配線電極１１９ａ、１１９ｃ、１１９ｅ、…に代えて、配線電極１２１（１２１ａ、１２１ｃ、１２１ｅ、…）及び配線電極１２２（１２２ａ、１２２ｃ、１２２ｅ、…）が形成されている。配線電極１２１は、電極１２３と駆動回路１０３ｂとを電気的に接続する。配線電極１２２は、電極１２４と駆動回路１０３ｂとを電気的に接続する。駆動回路１０３ｂについては、以下で説明する。
【００８５】
第２実施形態のインクジェット記録装置１は、図１０の駆動回路１０３に代えて図１５に示すような駆動回路１０３ｂを備える。図１５は、駆動回路１０３ｂの構成例を示す図である。駆動回路１０３ｂは、電圧制御部３２ｂを備える。そして、駆動回路１０３ｂは、インクジェットヘッド１０内部の圧力室１１５の数だけ電圧切替え部３３を備える。ただし、図１５には、電圧切替え部３３として電圧切替え部３３ｂ、電圧切替え部３３ｄ及び電圧切替え部３３ｆを図示し、電圧切替え部３３ｈ以降の図示を省略している。
【００８６】
駆動回路１０３ｂは、第１電圧源４０と第２電圧源４１と第３電圧源４２とに接続している。駆動回路１０３ｂは、第１電圧源４０、第２電圧源４１及び第３電圧源４２から供給された電圧を、選択的に各配線電極１２１及び配線電極１２２に与える。第３電圧源４２の出力電圧が示す電圧値は、−Ｖ１である。
【００８７】
電圧切替え部３３ｂは、電圧制御部３２ｂの制御により、第１電圧源４０、第２電圧源４１及び第３電圧源４２の何れかと配線電極１２２ａ及び配線電極１２１ｃとを接続する。電圧切替え部３３ｄは、電圧制御部３２ｂの制御により、第１電圧源４０、第２電圧源４１及び第３電圧源４２の何れかと配線電極１２２ｃ及び配線電極１２１ｅとを接続する。電圧切替え部３３ｆは、電圧制御部３２ｂの制御により、第１電圧源４０、第２電圧源４１及び第３電圧源４２の何れかと配線電極１２２ｅ及び配線電極１２１ｇとを接続する。電圧切替え部３３ｈ、電圧切替え部３３ｊ、…についても同様である。また、配線電極１１９ｂ、１１９ｄ、…は、第１電圧源４０と接続する。したがって、圧力室の内壁の電極１２０ｂ、１２０ｄ、…は、配線電極１１９ｂ、１１９ｄ、…を介して第１電圧源４０と接続する。
【００８８】
なお、図１５の例では、圧力室内壁の電極１２０とつながる配線電極１１９は、駆動回路１０３ｂの内部で第１電圧源４０と接続されている。しかしながら、この配線電極は、駆動回路の外部で第１電圧源４０と接続されてもよい。この場合、駆動回路と接続する配線電極は、空気室内壁の電極とつながっているもののみとなる。
第３電圧源４２は、第３の電圧源の一例である。駆動回路１０３ｂは、印加部の一例である。
【００８９】
第２実施形態では、駆動回路１０３ｂは、第１実施形態の駆動回路１０３が圧力室を図８に示す状態にすることに代えて、圧力室を図１３に示す状態にする。
図１３では、圧力室１１５ｄの容積が拡張している。
図１３は、電極１２４ｃ及び電極１２３ｅに印加する電圧を電圧−Ｖ１、その他の電極１２０、電極１２３及び電極１２４に印加する電圧をグラウンド電圧とした状態のヘッド基板１０２を示している。
【００９０】
また、第２実施形態では、駆動回路１０３ｂは、第１実施形態の駆動回路１０３が圧力室を図９に示す状態にすることに代えて、圧力室を図１４に示す状態にする。
図１４では、圧力室１１５ｄの容積が収縮している。図１４では、アクチュエーター１１８ｄ及びアクチュエーター１１８ｅが図１３に示す状態とは逆の形状に変形している。
図１４は、電極１２４ｃ及び電極１２３ｅに印加する電圧を電圧Ｖ１、その他の電極１２０、電極１２３及び電極１２４に印加する電圧をグラウンド電圧とした状態のヘッド基板１０２を示している。図１４に示す状態において、電極１２０ｄとその両隣の電極１２４ｃ及び電極１２３ｅとの間には、図１３とは正負逆の電位差が生じる。これらの電位差により、アクチュエーター１１８ｄ及びアクチュエーター１１８ｅは、図１３に示す形とは逆向きのせん断変形をする。
【００９１】
図１３及び図１４におけるアクチュエーター１１８ｄにおいて、電極１２０ｄは、第１の電極の一例である。また、図１３及び図１４におけるアクチュエーター１１８ｄにおいて、電極１２４ｃは、第２の電極の一例である。図１３及び図１４におけるアクチュエーター１１８ｅにおいて、電極１２０ｄは、第１の電極の一例である。また、図１３及び図１４におけるアクチュエーター１１８ｅにおいて、電極１２３ｅは、第２の電極の一例である。なお、他のアクチュエーター１１８についても同様に第１の電極及び第２の電極を備える。
【００９２】
図１３に示すノズル１０１ｄに連通する圧力室１１５ｄに振動パルス又は抑制パルスを入力する場合、駆動回路１０３ｂは、図１４に示すように、電極１２４ｃ及び電極１２３ｅにＶ１の電圧をかける。ここで、隣の圧力室１１５ｆの変形の状態は、電極１２４ｅ及び電極１２３ｇにかけられる電圧によって決定される。したがって、駆動回路１０３ｂは、例えば圧力室１１５ｆに吐出パルスを入力中に、隣の圧力室１１５ｄに振動パルス又は抑制パルスを入力するといった事が出来る。このため図１６に示すように１〜６つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形の印加開始を第１実施形態に比べて前倒しする事が出来る。
【００９３】
図１６は、駆動回路１０３ｂが出力する駆動信号の駆動波形例を示す図である。駆動波形５２−７は、連続吐出する液滴数が７の場合の駆動波形である。駆動波形５２−２は、連続吐出する液滴数が２の場合の駆動波形である。駆動波形５２−１は、連続吐出する液滴数が１の場合の駆動波形である。連続吐出させる液滴数が３〜６の場合の駆動波形５２−３〜駆動波形５２−６についての図示は省略する。なお、駆動波形５２−１〜駆動波形５２−７を総称して駆動波形５２というものとする。図１６は、横軸が時間で、縦軸が電圧である。当該電圧は、圧力室１１５内壁の電極１２０の両隣の電圧を示す。ただし、当該電圧は、圧力室１１５の両隣の空気室の、圧力室１１５側の電極１２４及び電極１２３を基準電圧としたときの、電極１２０の電圧を示す。一例として、当該電圧は、電極１２４ｃ及び電極１２３ｅの電圧を基準とした電極１２０ｄの電圧である。例えば、駆動回路１０３ｂから電極１２４ｃ及び電極１２３ｅに−Ｖ１の電圧を与えているとき、電極１２０ｄの電圧は、電極１２４ｃ及び電極１２３ｅを基準とするとＶ１である。
【００９４】
図１６に示すような駆動波形５２で駆動されるインクジェットヘッド１０のノズル列中の複数のノズルについて、連続吐出する液滴の数が異なるノズルがある場合について考える。一例として、図７のノズル１０１ｆから７つの液滴を吐出させ、隣のノズル１０１ｄから１つの液滴を吐出させる場合について考える。図１６の駆動波形５２−７及び駆動波形５２−１を見れば分かるように、駆動波形５２−７における１番目の吐出パルスまでの波形と駆動波形５２−１における１番目の吐出パルスまでの波形は同一である。このため、ノズル１０１ｆ及びノズル１０１ｄの両ノズルから吐出される先頭滴の吐出速度の差は小さい。
【００９５】
第２実施形態のインクジェットヘッド１０は、第１実施形態と同様に、駆動周波数の向上及び消費電力の低減が可能である。また、第２実施形態のインクジェットヘッド１０は、第１実施形態と同様に、粘度の低い液体を吐出させる場合に好適である。
また、第２実施形態のインクジェットヘッド１０は、前述のように駆動波形の印加開始を第１実施形態に比べて前倒しする事が出来る。したがって、第２実施形態のインクジェットヘッド１０は、液滴を7つ連続吐出させた場合でも液滴が合体しやすい波形パラメーターを選ぶことができ、連続吐出した7つの液滴の着弾位置ずれを小さくすることができる。
【００９６】
さらに、第２実施形態のインクジェットヘッド１０によれば、液体Ｉに接する電極１２０は、グラウンド電圧である第1電圧源４０と接続する。そして、第２実施形態のインクジェットヘッド１０は、液体Ｉと接しない電極１２３及び電極１２４に正又は負の電圧をかける。したがって、第２実施形態のインクジェットヘッド１０は、液体Ｉと接する圧力室１１５内壁の電極１２０には電圧を与えずに駆動する事ができる。これにより液体Ｉに電位差が発生しないため、第２実施形態のインクジェットヘッド１０は、電気化学反応を起こして性質が変化しやすい液体でもその性質を変えずに吐出することが可能となる。
【００９７】
上記の実施形態は以下のような変形も可能である。
実施形態のインクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに、インクによる二次元の画像を形成するインクジェットプリンターである。しかしながら、実施形態のインクジェット記録装置は、これに限られるものではない。実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、３Ｄプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などであっても良い。実施形態のインクジェット記録装置が３Ｄプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などである場合には、実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、素材となる物質又は素材を固めるためのバインダーなどをインクジェットヘッドから吐出させることで、立体物を形成する。
【００９８】
実施形態のインクジェット記録装置１は、液体吐出部２を４つ備え、それぞれの液体吐出部２が使用する液体Ｉの色はシアン、マゼンタ、イエロー又はブラックである。しかしながら、インクジェット記録装置が備える液体吐出部２の数は４つに限定せず、また、複数でなくても良い。また、それぞれの液体吐出部２が使用する液体Ｉの色及び特性などは限定しない。
また、液体吐出部２は、透明光沢インク、赤外線又は紫外線等を照射したときに発色するインク、又はその他の特殊インクなども吐出可能である。さらに、液体吐出部２は、インク以外の液体を吐出することができるものであっても良い。なお、液体吐出部２が吐出する液体は、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出部２が吐出するインク以外の液体としては例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体、人工的に組織又は臓器などを形成するための細胞などを含む液体、接着剤などのバインダー、ワックス、又は液体状の樹脂などが挙げられる。
【００９９】
上記実施形態における各数値は、本発明の目的が達成される範囲の誤差が許容される。
【０１００】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１……インクジェット記録装置、２……液体吐出部、１０……インクジェットヘッド、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３３ｂ，３３ｄ……電圧切替え部、３２，３２ｂ……電圧制御部、４０……第１電圧源、４１……第２電圧源、４２……第３電圧源、１０１……ノズル、１０３，１０３ｂ……駆動回路、１０７，１０７ａ，１０７ｂ……圧電部材、１１５，１１５ｂ，１１５ｄ，１１５ｆ……圧力室、１１６，１１６ａ，１１６ｃ，１１６ｅ，１１６ｇ……空気室、１１８ａ，１１８ｂ，１１８ｃ，１１８ｄ，１１８ｅ，１１８ｆ，１１８ｇ，１１８ｈ……アクチュエーター、１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄ，１１９ｅ，１１９ｆ，１１９ｇ,１２１ａ，１２１ｃ，１２１ｅ，１２１ｇ，１２２ａ，１２２ｃ，１２２ｅ，１２２ｇ……配線電極、１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆ，１２０ｇ，１２３ａ，１２３ｃ，１２３ｅ，１２３ｇ，１２４ａ，１２４ｃ，１２４ｅ，１２４ｇ……電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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