(57)【要約】【課題】複数パルス波形で小滴放出装置を駆動するための方法及び装置を提供する。【解決手段】一実施形態において、アクチュエータを有する小滴放出装置を駆動するための方法は、２つ以上の駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する複数パルス波形をアクチュエータに印加することを含む。更に、この方法は、各パルスに応答してポンピングチャンバーに圧力応答波を発生することも含む。更に、この方法は、小滴放出装置が、複数パルス波形の駆動パルスに応答して流体の小滴を放出するようにさせることも含む。更に、この方法は、打ち消しパルスに関連した圧力応答波で駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消すことも含む。【選択図】図１１Ａ
2014168960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを有する小滴放出装置を駆動するための方法において、
２つ以上の駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する複数パルス波形をアクチュエータに印加するステップと、
小滴放出装置が、複数パルス波形の駆動パルスに関連した圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせるステップと、
打ち消しパルスに関連した圧力応答波で駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消すステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
打ち消しパルスに関連した圧力応答波で駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消す前記ステップは、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つ以上の駆動パルスは、実質的に同じ周波数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記打ち消しパルスは、前記２つ以上の駆動パルスに続いて発射される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記駆動パルスに関連した圧力応答波は、互いに同相で、建設的に合成される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記打ち消しパルスに関連した圧力応答波は、駆動パルスに関連した圧力応答波に対して位相ずれしていて、破壊的に合成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数パルス波形は、３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数パルス波形は、３つの駆動パルス及び２つの打ち消しパルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記打ち消しパルスは、前記駆動パルスに関連した圧力波を打ち消して、放出される小滴に関連したメニスカスバウンスを防止する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、前記駆動パルスに応答してポンピングチャンバーの流体の圧力を変化させるように動作できる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ポンピングチャンバーから流体の小滴を放出させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに結合された駆動電子装置と、
を備え、動作中に、前記駆動電子装置は、２つ以上の駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する複数パルス波形で前記アクチュエータを駆動して、前記アクチュエータが、各駆動パルスに応答して発生される前記アクチュエータ内の圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせ、更に、前記打ち消しパルスは、駆動パルスに関連した圧力応答波を減衰して、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少するようにした、装置。
【請求項１２】
小滴放出装置は、異なる小滴サイズを有する少なくとも３つの小滴を放出し、各小滴は、実質的に同じ有効小滴速度で放出される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数パルス波形は、ある期間中に放射される３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有し、前記アクチュエータが駆動パルスに応答して流体の小滴を放射するようにさせる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
３つの駆動パルス及び打ち消しパルスが発射される前記期間は、その巾が６０マイクロ秒未満である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記２つ以上の駆動パルスは実質的に同じ周波数を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
インクジェットモジュールを備え、このインクジェットモジュールは、
ポンピングチャンバーから流体の小滴を放出させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに結合された駆動電子装置と、
を含み、動作中に、前記駆動電子装置は、２つ以上の駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する複数パルス波形で前記アクチュエータを駆動して、前記アクチュエータが、各駆動パルスに応答して発生される前記アクチュエータ内の圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせ、更に、前記打ち消しパルスは、駆動パルスに関連した圧力応答波を減衰して、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少するようにした、プリントヘッド。
【請求項１７】
前記複数パルス波形は、ある期間中に放射される３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有し、前記アクチュエータが駆動パルスに応答して流体の小滴を放射するようにさせる、請求項１６に記載のプリントヘッド。
【請求項１８】
前記打ち消しパルスは、３つの駆動パルスの後に放射されて、圧力応答波を減衰させ、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少させる、請求項１７に記載のプリントヘッド。
【請求項１９】
前記駆動パルスに関連した圧力応答波は、互いに同相で、建設的に合成される、請求項１７に記載のプリントヘッド。
【請求項２０】
前記打ち消しパルスに関連した圧力応答波は、駆動パルスに関連した圧力応答波に対して位相ずれして、破壊的に合成されるように構成される、請求項１７に記載のプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小滴放出に係り、より詳細には、取り消しパルスを使用してポンピングチャンバー内の圧力を減衰して可変小滴サイズ放出を行うことに係る。
【０００２】
本出願は、２００８年５月２３日に出願の同時係争中の米国プロビジョナル特許出願第６１／０５５，６３７号に係り、本出願は、３５ＵＳＣ  §１１９（ｅ）のもとでプロビジョナル出願日の利益を主張するものであり、参考としてここにそのまま援用される。
【背景技術】
【０００３】
小滴放出装置は、種々の目的で使用されており、最も一般的には、種々の媒体に映像をプリントするために使用されている。それらは、しばしば、インクジェット又はインクジェットプリンタと称される。小滴オンデマンド(drop-on-demand)の小滴放出装置が、その融通性及び経済性のために、多くの用途で使用されている。小滴オンデマンドの装置は、特定の信号、通常は、単一パルス又は複数パルスを含む電気的波形に応答して、１つ以上の小滴を放出する。複数パルス波形の異なる部分を選択的に作動して、小滴を発生する。
【０００４】
小滴放出装置は、典型的に、流体供給源からノズル経路への流体経路を含む。ノズル経路は、小滴が放出されるノズル開口で終わる。小滴の放出は、流体経路の流体をアクチュエータで加圧することにより制御され、アクチュエータは、例えば、圧電偏向器、熱バブルジェット（登録商標）発生器又は静電偏向要素である。アクチュエータは、印加電圧に応答して幾何学形状が変化し又は屈曲する。圧電層が屈曲すると、インク経路に沿って配置されたポンピングチャンバーのインクを加圧する。堆積精度は、装置の複数のヘッド間でヘッドのノズルにより放出される小滴の体積及び速度の均一性を含む多数のファクタによって影響される。小滴サイズ及び小滴速度の均一性は、次いで、インク経路の寸法均一性、音響干渉作用、インク流路の汚染及びアクチュエータの作動均一性のようなファクタによって影響される。
【０００５】
各インクジェットは、放出器（又はジェット）の長さを通して伝播する音波の周期の逆数に関係した固有周波数を有する。ジェットの固有周波数は、ジェット性能の多くの観点に影響する。例えば、ジェットの固有周波数は、典型的に、プリントヘッドの周波数応答に影響する。典型的に、ジェット速度は、ジェットの実質的に固有周波数未満からその固有周波数の約２５％までの周波数範囲に対してほぼターゲット速度を保つ。周波数がこの範囲を越えて高くなると、ジェット速度は、増加する量で変化し始める。この変化は、前回の駆動パルス（１つ又は複数）からの残留圧力及び流れによって一部分生じる。これらの圧力及び流れは、現在の駆動パルスと相互作用して建設的又は破壊的な干渉を引き起こし、小滴は、それがない場合よりも高速又は低速で発射することになる。建設的干渉は、駆動パルスの有効振幅を増加し、小滴の速度を高める。逆に、破壊的干渉は、駆動パルスの有効振幅を減少し、小滴の速度を低くする。
【０００６】
図１は、従来の解決策によるインクジェットの波形を示す。インクジェットは、電圧が印加されたときに撓み又は発射状態となるアクチュエータを含む。この波形は、小滴を発射させるが、それは、先ず初期の負の圧力（充填）を生成し、次いで、圧力波がポンピングチャンバーを通して伝播するときにアクチュエータをこの位置に保持することにより行われる。チャンバーの端で圧力波が反射するときに、アクチュエータが、圧力波の反射と同相の正の圧力（発射）を付与する。その後の駆動パルスは、前回の圧力波と建設的又は破壊的に干渉して、小滴速度の変化を招く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数パルス波形に応答してジェットにより放出される単一インク小滴の体積は、その後のパルスごとに増加する。複数パルス波形に応答するノズルからのインクの累積及び放出が図２に示されている。初期パルスの前に、インクジェット内のインクは、ノズルのオリフィスから（内部圧力のために）後方に若干カーブしたメニスカスで終了する。小滴の放出に続いて、インクジェット内のインクは、再び、ノズル内のメニスカスで終了しなければならない。図１の波形は、インク小滴の一部分が分割されずに放出されることに基づいて、図２に示すようなメニスカスバウンスを発生する。これは、放出小滴の体積により大きな変化を招き、その後の小滴放出に悪影響を及ぼす。
【０００８】
本発明は、以下、添付図面を参照して一例として説明するが、これに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の解決策によるインクジェットの波形を示す。
【図２】従来の解決策により複数パルス波形に応答してノズルからインクを累積及び放出するところを示す。
【図３】一実施形態による圧電インクジェットプリントヘッドを示す。
【図４】一実施形態によるインクジェットモジュールの断面側面図である。
【図５】一実施形態によりインクの小滴を基板に放出して映像をレンダリングするための圧電小滴オンデマンドプリントヘッドモジュールを示す。
【図６】一実施形態による隣接流路に対応する一連の駆動電極の上面図である。
【図７】複数パルス波形で小滴放出装置を駆動するための実施形態のフローチャートである。
【図８】一実施形態による単一パルス波形及びその関連圧力応答波形を示す。
【図９】一実施形態による駆動パルス及び打ち消しパルスを伴う複数パルス波形、並びにポンピングチャンバーにおけるその関連圧力応答波を示す。
【図１０】一実施形態による打ち消しパルスをもつ及びもたない小滴速度対周波数応答のグラフである。
【図１１Ａ】ある実施形態による駆動パルス及び打ち消しパルスを有する複数パルス波形、並びにアクチュエータにおけるそれに対応する圧力応答波を示す。
【図１１Ｂ】ある実施形態による駆動パルス及び打ち消しパルスを有する複数パルス波形、並びにアクチュエータにおけるそれに対応する圧力応答波を示す。
【図１１Ｃ】一実施形態による図１１Ａ及び１１Ｂに示した複数パルス波形の小滴速度対周波数応答のグラフである。
【図１２】一実施形態による３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する逆台形型複数パルス波形を示す。
【図１３】一実施形態による波形の小滴形成を示す。
【図１４】別の実施形態による３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する逆台形型複数パルス波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
複数パルス波形で小滴放出装置を駆動するための方法及び装置を以下に説明する。一実施形態では、アクチュエータを有する小滴放出装置を駆動するための方法は、２つ以上の駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する複数パルス波形をアクチュエータに印加することを含む。更に、この方法は、各パルスに応答してポンピングチャンバーに圧力応答波を発生することも含む。更に、この方法は、小滴放出装置が、複数パルス波形の駆動パルスに関連した１つ以上の圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせることも含む。更に、この方法は、打ち消しパルスに関連した圧力応答波で駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消すことも含む。
【００１１】
図３は、一実施形態による圧電インクジェットプリントヘッドである。図３に示すように、プリントヘッド１２の１２８個の個々の小滴放出装置１０（図３には１つしか示されていない）は、電源ライン１４及び１５を経て供給されて個々の小滴放出装置１０の発射を制御するオンボード制御回路１９により分配される一定電圧によって駆動される。外部コントローラ２０は、ライン１４及び１５に電圧を供給すると共に、付加的なライン１６を経てオンボード制御回路１９へ制御データ並びに論理的電力及びタイミングを与える。
個々の放出装置１０により噴射されるインクは、プリントヘッド１２の下を移動する基板１８にプリント線１７を形成するように配送される。基板１８は、単一パスモードにおいて固定プリントヘッド１２を越えて移動するように示されているが、スキャニングモードにおいてプリントヘッド１２も基板１８を横切って移動することができる。
【００１２】
図４は、一実施形態によるインクジェットモジュールの断面側面図である。図４を参照すれば、各小滴放出装置１０は、プリントヘッド１２の半導体ブロック２１の上面に細長いポンピングチャンバー３０を備えている。このポンピングチャンバー３０は、入口３２から（インク源３４から側部に沿って）下降通路３６のノズル流路まで延び、下降通路３６は、ブロック２１の上面２２から下部層２９のノズル開口２８へと下降する。各ポンピングチャンバー３０をカバーするフラットな圧電アクチュエータ３８は、ライン１４から供給されてオンボード回路１９からの制御信号によりオン及びオフにスイッチされる電圧によって作動されて、圧電アクチュエータの形状、ひいては、チャンバー３０の容積を歪め、プリントヘッド装置１２を越える基板１８の相対的移動に同期した希望の時間に小滴を放出する。各ポンピングチャンバー３０への入口３２に制流部４０が設けられる。
【００１３】
図５は、一実施形態によりインクの小滴を基板へ放出して映像をレンダリングするための圧電小滴オンデマンドプリントヘッドモジュールを示す。このモジュールは、インクを放出することのできる一連の至近離間されたノズル開口を有する。各ノズル開口は、圧電アクチュエータによりインクが加圧されるポンピングチャンバーを含む流路によって作用される。ここに述べる技術と共に他のモジュールが使用されてもよい。
【００１４】
モジュール１００の単一ジェット構造の流路の断面図である図５を参照すれば、インクは、供給路１１２を経てモジュール１００に入り、上昇路１０８によってインピーダンス特徴部１１４及びポンピングチャンバー１１６へ向けられる。インクは、支持体１２６の周りに流れた後にインピーダンス特徴部に通流する。インクは、ポンピングチャンバーにおいてアクチュエータ１２２により加圧され、そして下降路１１８を通してノズル開口１２０へ向けられ、そこから、小滴が放出される。
【００１５】
流路の特徴は、モジュール本体１２４において規定される。モジュール本体１２４は、ベース部分と、ノズル部分と、メンブレーンとを含む。ベース部分は、シリコンのベース層（ベースシリコン層１３６）を含む。ベース部分は、供給路１１２、上昇路１０８、インピーダンス特徴部１１４、ポンピングチャンバー１１６及び下降路１１８の特徴を規定する。ノズル部分は、シリコン層１３２で形成される。一実施形態では、ノズルシリコン層１３２は、ベース部分のシリコン層１３６に融合されて、テーパー壁１３４を画成し、これは、下降路１１８からノズル開口１２０へインクを向ける。メンブレーンは、ノズルシリコン層１３２とは反対に、ベースシリコン層１３６に融合されるメンブレーンシリコン層１４２を含む。
【００１６】
一実施形態では、アクチュエータ１２２は、厚みが約２１ミクロンの圧電層１４０を含む。圧電層１４０は、他の厚みでも設計できる。圧電層１４０上の金属層は、接地電極１５２を形成する。又、圧電層１４０の上部金属層は、駆動電極１５６を形成する。ラップアラウンド接続１５０は、接地電極１５２を、圧電層１４０の露出面上の接地接触部１５４に接続する。電極切断部１６０は、接地電極１５２を駆動電極１５６から電気的に分離する。金属化圧電層１４０は、接着剤層１４６によりシリコンメンブレーン１４２に接合される。一実施形態では、接着剤は、重合化ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）であるが、他の形式の種々の接着剤でもよい。
【００１７】
金属化圧電層１４０は、ポンピングチャンバー１１６の上に活性圧電領域を画成するように区分化される。より詳細には、金属化圧電層１４０は、分離エリア１４８を与えるように区分化される。分離エリア１４８において、下降路上の領域から圧電材料が除去される。この分離エリア１４８は、ノズルアレイの各側でアクチュエータのアレイを分離する。
【００１８】
図６は、一実施形態による隣接流路に対応する一連の駆動電極の上面図である。各流路は、駆動電極１５６を有し、これは、狭い電極部分１７０を通して駆動電極接触部１６２に接続され、これには、駆動パルスを付与するための電気的接続がなされる。狭い電極部分１７０は、インピーダンス特徴部１１４の上に位置され、作動される必要のないアクチュエータ１２２の部分にわたる電流ロスを減少する。単一のプリントヘッドダイに複数のジェット構造体を形成することができる。一実施形態では、製造中に、複数のダイが同時に形成される。
【００１９】
ＰＺＴ部材又は要素（例えば、アクチュエータ）は、駆動電子装置から印加される駆動パルスに応答してポンピングチャンバー内の流体の圧力を変化させるように構成される。
一実施形態では、アクチュエータは、ポンピングチャンバーから流体の小滴を放出する。
駆動電子装置は、ＰＺＴ部材に結合される。プリントヘッドモジュールの動作中に、アクチュエータは、ポンピングチャンバーから流体の小滴を放出する。駆動電子装置は、２つ以上の駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する複数パルス波形でアクチュエータを駆動するようにアクチュエータに結合され、アクチュエータが、各駆動パルスに応答してポンピングチャンバーに圧力応答波を発生するのに応答して流体の小滴を放出するようにさせる。打ち消しパルスに関連した圧力応答波は、駆動パルスに関連した圧力応答波を減衰し、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少させる。一実施形態では、放出される小滴の少なくとも２つは、小滴サイズが異なり、各小滴は、実質的に同じ有効小滴速度で放出される。
【００２０】
通常の動作において、圧電素子は、先ず、ポンピングチャンバーの容積を増加するように作動され、次いで、ある期間の後に、圧電素子は、不作動にされて、元の位置へ戻る。
ポンピングチャンバーの容積を増加することで、負の圧力波が放射される。この負の圧力は、ポンピングチャンバーにおいてスタートし、ポンピングチャンバーの両端に向かい、オリフィス及びインク充填通路に向かって進行する。負の波がポンピングチャンバーの端に到着し、おおよその自由面と連通するインク充填通路の大きなエリアに遭遇すると、負の波は、正の波としてポンピングチャンバーへ反射して戻され、オリフィスに向かって進行する。又、圧電素子がその元の位置へ戻っても、正の波が生じる。圧電素子を不作動にするタイミングは、その正の波及び反射した正の波が、オリフィス到着時に、加算的となるようなものである。
【００２１】
駆動パルスにより発生される圧力波は、ジェットにおいて、ジェットの固有周波数又は共振周波数で前後に反射する。圧力波は、通常、ポンピングチャンバーの原点からジェットの端へ進行し、そしてポンピングチャンバーの下に戻り、その点においてその後の駆動パルスに影響を及ぼす。しかしながら、ジェットの種々の部分が部分的反射を与え、応答の複雑さを増大させる。図７は、一実施形態により複数パルス波形で小滴放出装置を駆動するためのプロセスのフローチャートである。アクチュエータを有する小滴放出装置を駆動するプロセスは、処理ブロック７０２において、２つ以上の駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する複数パルス波形をアクチュエータに印加することを含む。更に、このプロセスは、処理ブロック７０４において、各パルスに応答してポンピングチャンバーに圧力応答波を発生することも含む。更に、このプロセスは、処理ブロック７０６において、小滴放出装置が、複数パルス波形の駆動パルスに関連した圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせることも含む。更に、このプロセスは、処理ブロック７０８において、打ち消しパルスに関連した圧力応答波で駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消し又は実質的に減少することも含む。ある実施形態では、少なくとも２つの小滴は、小滴サイズが異なり、各小滴は、ノズルからターゲットへ実質的に同じ有効小滴速度で放出される。
【００２２】
一実施形態では、２つ以上の駆動パルスは、ほぼ同じ周波数を有する。駆動パルスに関連した圧力応答波は、互いに同位相で、建設的に合成される。この実施形態では、打ち消しパルスに関連した圧力応答波は、駆動パルスに関連した圧力応答波に対して（例えば、９０°）位相ずれするように設計され、駆動パルスに関連した圧力応答波と破壊的に合成される。
【００２３】
別の実施形態では、２つ以上の駆動パルスは、異なる周波数を有する。異なる周波数を有する駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消すために付加的な打ち消しパルスが必要になることがある。
【００２４】
一実施形態では、小滴放出装置は、複数パルス波形のパルスに応答して、又は付加的な複数パルス波形のパルスに応答して、流体の付加的な小滴を放出する。波形は、一連の区分が一緒に連結されたものでもよい。各区分は、固定時間周期（例えば、１から３マイクロ秒）及びそれに関連した量のデータを含むある数のサンプルを含んでもよい。サンプルの時間周期は、駆動電子装置の制御ロジックが次の波形区分に対して各ジェットノズルをイネーブル又はディスエイブルするに充分な長さである。一実施形態では、波形データは、一連のアドレス、電圧、及びフラグビットサンプルとしてテーブルに記憶され、ソフトウェアでアクセスすることができる。波形は、単一サイズの小滴及び種々の異なるサイズの小滴を発生するに必要なデータを与える。例えば、波形は、２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数で動作し、そして波形の異なるパルスを選択的に作動させることで３つの異なるサイズの小滴を発生することができる。これらの小滴は、同じターゲット速度で放出される。
【００２５】
図８は、一実施形態による単一パルス波形及びそれに関連した圧力応答波を示す。図８を参照すれば、アクチュエータに付与される入力パルス８１０は、指数関数的に減衰する圧力応答波形８２０をポンピングチャンバーに発生する。一実施形態では、ポンピングチャンバー内の圧力応答は、二次微分方程式（ｄ2／ｄｔ2ｘ(ｔ)＋２ζωnｄ／ｄｔｘ(ｔ)＋ωn2ｘ(ｔ)−Ｐｕｌｓｅ(ｔ)＝０）を厳密にモデリングし、ここで、振動する圧力波の振幅は、徐々に減少する。データ信号８３０は、圧力応答波８２０に対応する。データ信号８３０は、時間ドメインにおいてプロットされたジェットアレイの周波数応答を表す。
例えば、これは、正規化された速度応答減衰・対・発射パルス間の時間を表すことができる。
【００２６】
波形は、先ず初期の負の圧力（充填）を生成し、次いで、圧力波がポンピングチャンバーを通して伝播するときにＰＺＴをこの位置に保持することにより、小滴の発射を生じさせる。圧力波がノズルに向かって反射して戻るときに、ＰＺＴは、圧力波の反射と同相の正の圧力（発射）を付与する。波形は、ジェットから自然の小滴サイズを発生する。
【００２７】
この小滴が発射された後に、圧力波は、ノズルから反射し、チャンバーにおいて振動し続け、これが次の発射パルスと干渉する。圧力波を減衰するために、打ち消しパルスは、反射圧力波と位相ずれした正の圧力を付与する。この正の圧力波は、反射圧力波と干渉して、それを打ち消す。次いで、ポンピングチャンバーは、次の発射パルスに対する準備ができる。
【００２８】
図９は、一実施形態による駆動パルス及び打ち消しパルスを伴う複数パルス波形、並びにポンピングチャンバーにおけるその関連圧力応答波を示す。図９を参照すれば、入力パルス９１０は、上述した二次微分方程式に基づいて通常指数関数的に減衰する圧力応答波９２０を発生する。しかしながら、打ち消しパルス９４０に関連した圧力応答波は、圧力応答波９２０を減衰して、圧力応答波９５０を生成し、これは、振幅がほぼゼロであり、その後の入力パルスと干渉しない。データ信号９３０は、データ信号８３０及びそれに対応する圧力応答波８２０と同様に、圧力応答波９２０に対応する。データ信号９３０は、打ち消しパルス９４０により影響されないことに注意されたい。データ信号９３０は、時間ドメインにおいてプロットされるジェットアレイの周波数応答を表す。
【００２９】
図１０は、一実施形態による打ち消しパルスをもつ及びもたない小滴速度対周波数応答のグラフである。この周波数応答は、周波数範囲を通して設定電圧で波形を発射して、各周波数において発射パルスの開始から、放射ノズルからのある距離（例えば、０．５ミリメーター（ｍｍ）、１．０ｍｍ）までの小滴速度を測定することにより、測定される。図１０は、ジェット内の音響エネルギーがどのように伝播するか、その音響エネルギーがどのように性能に影響するか、及び周波数範囲にわたる性能の均一性を示している。図１０を参照すれば、プロット１０１０は、打ち消しパルスがない状態でのプリントヘッドに対する周波数応答を表す。対照的に、プロット１０２０は、打ち消しパルスがある状態でのプリントヘッドに対する周波数応答を表す。プロット１０１０に比して、プロット１０２０の場合、放出速度は、変化が少なく、より均一である。打ち消しパルスは、残留圧力応答波を減衰し、周波数の範囲にわたる放出速度を改善する。プリントヘッドにわたる速度の均一性は、良質な映像にとって重要なメトリックである。一実施形態では、プリントヘッドは、全ジェットにわたる速度の標準偏差が標準テスト条件における平均速度の１０％未満である。
【００３０】
図１１Ａ及び１１Ｂは、ある実施形態により駆動パルス及び打ち消しパルスを各々有する複数パルス波形、並びにアクチュエータにおけるそれに対応する圧力応答波を示す。図１１Ａにおいて、入力パルス１１１０は、上述した二次微分方程式により通常指数関数的に減衰する圧力応答波１１２０を発生する。しかしながら、打ち消しパルス１１３０及びそれに関連した圧力応答波１１４０は、圧力応答波１１２０を減衰し、これは、打ち消しパルス１１３０の発射に続いて振幅がほぼゼロになり、その後の入力パルスと干渉しなくなる。
【００３１】
図１１Ａと同様に、図１１Ｂは、通常指数関数的に減衰する圧力応答波１１６０を発生する入力パルス１１５０を示す。しかしながら、打ち消しパルス１１７０及びそれに関連した圧力応答波１１８０は、圧力応答波１１６０を減衰し、これは、打ち消しパルス１１７０の発射に続いて振幅がほぼゼロになり、その後の入力パルスと干渉しなくなる。
【００３２】
図１１Ｃは、一実施形態による図１０、１１Ａ及び１１Ｂに示した打ち消しパルスに対する小滴速度対周波数応答のグラフである。プロット線１１９０、１１９２及び１１９４は、異なる形式の打ち消しパルスを伴うインクジェットに対する周波数範囲にわたる小滴速度の変化を表す。プロット線１１９０は、図１１Ａに示す駆動及び打ち消しパルスに対する周波数応答である。プロット線１１９２は、図１１Ｂに示す駆動及び打ち消しパルスに対する周波数応答である。プロット線１１９４は、図９に示す駆動及び打ち消しパルスに対する周波数応答である。
【００３３】
上述した打ち消しパルスは、残留圧力応答波を減衰して、周波数範囲にわたり放出速度を改善する。パルス巾、パルス振幅、打ち消しパルスに対する減衰、及び符号（正又は負の電圧）は、全て、周波数応答に影響を及ぼすように打ち消しパルスにおいて変化させることができる。
【００３４】
図１２は、別の実施形態による３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する逆台形型複数パルス波形を示す。この波形は、駆動パルス１２０２、１２０４、１２０６、及び打ち消しパルス１２０８を含む。この波形１２００は、アクチュエータが印加電圧の期間中に発射を行い、そして電圧が解放される期間中に充填するようにさせる。充填は、セグメント１２１０、１２３０及び１２５０の間に生じる。発射は、セグメント１２２０、１２４０及び１２６０の間に生じる。充填と発射との間の遅延がパルス巾となる。一実施形態では、パルス巾は、パルス変化の開始と、次のパルス変化の開始との間の遅延である。
【００３５】
別の実施形態では、セグメント１２１０が初期の負の圧力（充填）を生成し、次いで、圧力波がポンピングチャンバーを通して伝播するときにアクチュエータがこの位置に保持される。チャンバーの端で圧力波が反射するときに、アクチュエータは、セグメント１２２０、正の圧力（発射）を付与して、反射圧力波と同相の別の圧力波を発生し、それらの圧力波が建設的に合成されるようにする。同様に、セグメント１２３０及び１２５０は、チャンバーの端で反射する負の圧力波を発生する。セグメント１２４０及び１２６０は、反射圧力波と同相の正の圧力波を発生する。駆動パルス１２０２、１２０４及び１２０６は、インクジェットの自然の小滴サイズを生じさせる。一実施形態では、ダイヤモンド形状が、駆動パルスに関連付けできる区分の終了点を画成する。
【００３６】
セグメント１２６０は、チャンバーの端で反射されてチャンバー内で振動し続ける圧力波を発生し、これは、次の発射パルスと干渉する。この圧力波及び他の残留圧力波を減衰するために、打ち消しパルス１２０８は、反射圧力波（１つ又は複数）とは位相ずれした正の圧力を付与する。この正の圧力の波は、反射圧力波（１つ又は複数）と破壊的に干渉し、それを打ち消す。
【００３７】
遅延セグメント１２６２は、第１セグメント１２６０と打ち消しパルス１２０８を分離する。遅延セグメントは、一実施形態では、３ないし８マイクロ秒である。打ち消しパルス１２０８は、別の小滴を放出するために付加的な駆動パルスがアクチュエータに印加される前に、一定電圧（例えば、２０ボルト）に１５ないし２５マイクロ秒間保持される。
一実施形態では、波形１２００は、小滴を発生し、そして圧力波間の干渉を減少するために、３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスに対して３５マイクロ秒の期間を必要とする。従って、波形１２００は、反射波を減少するための減衰を効果的に与え、残留圧力波の形成を減少し、且つ広い動作周波数範囲にわたってより均一な小滴体積及び速度を与えるように、高周波用途（例えば、２８ｋＨｚまで）に使用することができる。
【００３８】
図１３は、一実施形態による波形１２００の小滴形成を示す。波形１２００は、３つの駆動パルスを使用して、３つの小滴を発生し、これら小滴は、ノズルを出た後に合流し、単一放出小滴を形成する前に個々の小滴に分離しない。図１３に示す各時間スライス（例えば、１０マイクロ秒、１５マイクロ秒）は、波形１２００の開始に対して示された時間に撮られた映像である。波形１２００の付加的な効果は、図２の５０ないし７５マイクロ秒の時間スライスに示されて上述されたメニスカスバウンスの打ち消しである。このメニスカスバウンスは、７ないし８ｋＨｚの周波数で振動し、プリントヘッドの周波数応答に影響することがある。図２とは対照的に、図１３では、インク小滴の一部分がノズル内のインクに付着したままとなって前後に振動することはない。放出される小滴は、きれいに断たれ、インクメニスカスは、ノズル内で退却する。打ち消しパルスは、駆動パルスに関連した圧力波を打ち消し、放出小滴に関連したメニスカスバウンスを打ち消す。
【００３９】
図１４は、別の実施形態による３つの駆動パルス及び１つの打ち消しパルスを有する逆台形型複数パルス波形を示す。この波形は、駆動パルス１４０２、１４０４、１４０６、及び打ち消しパルス１４０８を含む。波形１４００は、アクチュエータが印加電圧の期間中に発射を行い、電圧が解放される期間中に充填を行うようにさせる。充填は、セグメント１４１０、１４３０及び１４５０の間に行われる。発射は、セグメント１４２０、１４４０及び１４６０の間に行われる。
【００４０】
一実施形態では、セグメント１４１０が初期の負の圧力（充填）を生成し、次いで、圧力波がポンピングチャンバーを通して伝播するときにアクチュエータがこの位置に保持される。チャンバーの端で圧力波が反射するときに、アクチュエータは、セグメント１２２０、正の圧力（発射）を付与して、反射圧力波と同相の別の圧力波を発生し、それらの圧力波が建設的に合成されるようにする。同様に、セグメント１４３０及び１４５０は、チャンバーの端で反射する負の圧力波を発生する。セグメント１４４０及び１４６０は、反射圧力波と同相の正の圧力波を発生する。駆動パルス１４０２、１４０４及び１４０６は、インクジェットの自然の小滴サイズを生じさせる。
【００４１】
セグメント１４６０は、チャンバーの端で反射されてチャンバー内で振動し続ける圧力波を発生し、これは、次の発射パルスと干渉する。この圧力波及び他の残留圧力波を減衰するために、打ち消しパルス１４０８は、反射圧力波とは位相ずれした正の圧力を付与する。この正の圧力の波は、反射圧力波と破壊的に干渉し、それを打ち消す。
【００４２】
波形１４００は、反射波を減少するための減衰を効果的に与え、残留圧力波の形成を減少し、且つ広い動作周波数範囲にわたってより均一な小滴体積及び速度を与えるように、種々の高周波用途（例えば、３３ｋＨｚまで）に使用することができる。
【００４３】
波形における１つ以上の打ち消しパルスの種々のパラメータ（例えば、振幅、位相）の制御及び設計は、残留圧力波と、その後のパルスにより発生される圧力波との干渉を減少させる。これは、各小滴サイズの小滴形成を改善することができ、小滴速度にわたる制御を改善することができ、メニスカスバウンスを減少及び／又は排除し、広い周波数範囲にわたるインクジェット動作を可能にする。
【００４４】
以上の説明は、例示に過ぎず、これに限定されないことを理解されたい。当業者であれば、以上の説明を読んで理解したときには、他の多数の実施形態が明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等効物の全範囲を参照して決定される。
【符号の説明】
【００４５】
１０：小滴放出装置
１２：プリントヘッド
１４、１５：電源ライン
１７：プリント線
１８：基板
１９：オンボード制御回路
２０：外部コントローラ
２１：半導体ブロック
２２：上面
２８：ノズル開口
２９：下部層
３０：ポンピングチャンバー
３２：入口
３４：インク源
３８：圧電アクチュエータ
４０：制流部
１００：モジュール
１０８：上昇路
１１２：供給路
１１４：インピーダンス特徴部
１１６：ポンピングチャンバー
１１８：下降路
１２０：ノズル開口
１２２：アクチュエータ
１２４：モジュール本体
１２６：支持体
１３２：シリコン層
１３４：テーパー壁
１３６：ベースシリコン層
１４０：圧電層
１４２：メンブレーンシリコン層
１４６：接着剤層
１４８：分離エリア
１５０：ラップアラウンド電極
１５２：接地電極
１５４：接地接触部
１５６：駆動電極
１６０：電極切断部
１６２：接触部
１７０：狭い電極部分
【図１】
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【図３】
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【図４】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１４】
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【図２】
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【図５】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年6月10日(2014.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを有する小滴放出装置を駆動するための方法において、
２つ以上の駆動パルス及び単一の打ち消しパルスを有する複数パルス波形をアクチュエータに印加するステップと、
小滴放出装置が、複数パルス波形の駆動パルスに関連した圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせるステップと、
前記単一の打ち消しパルスに関連した圧力応答波で駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消すステップであって、前記単一の打ち消しパルスが前記２つ以上の駆動パルスに関して反転されている、ステップと、
を備えた方法。
【請求項２】
単一の打ち消しパルスに関連した圧力応答波で駆動パルスに関連した圧力応答波を打ち消す前記ステップは、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２つ以上の駆動パルスは、実質的に同じ周波数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記単一の打ち消しパルスは、前記２つ以上の駆動パルスに続いて発射される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記駆動パルスに関連した圧力応答波は、互いに同相で、建設的に合成される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記単一の打ち消しパルスに関連した圧力応答波は、駆動パルスに関連した圧力応答波に対して位相ずれしていて、破壊的に合成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記複数パルス波形は、３つの駆動パルス及び単一の打ち消しパルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数パルス波形は、２つの駆動パルス及び単一の打ち消しパルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記単一の打ち消しパルスは、前記駆動パルスに関連した圧力波を打ち消して、放出される小滴に関連したメニスカスバウンスを防止する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、前記駆動パルスに応答してポンピングチャンバーの流体の圧力を変化させるように動作できる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ポンピングチャンバーから流体の小滴を放出させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに結合された駆動電子装置と、
を備え、動作中に、前記駆動電子装置は、２つ以上の駆動パルス及び単一の打ち消しパルスを有する複数パルス波形で前記アクチュエータを駆動して、前記アクチュエータが、各駆動パルスに応答して発生される前記アクチュエータ内の圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせ、更に、前記単一の打ち消しパルスは、駆動パルスに関連した圧力応答波を減衰して、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少するようにし、前記単一の打ち消しパルスが前記２つ以上の駆動パルスに関して反転されている、装置。
【請求項１２】
小滴放出装置は、異なる小滴サイズを有する少なくとも３つの小滴を放出し、各小滴は、実質的に同じ有効小滴速度で放出される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記複数パルス波形は、ある期間中に放射される３つの駆動パルス及び単一の打ち消しパルスを有し、前記アクチュエータが駆動パルスに応答して流体の小滴を放射するようにさせる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
３つの駆動パルス及び単一の打ち消しパルスが発射される前記期間は、その巾が６０マイクロ秒未満である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記２つ以上の駆動パルスは実質的に同じ周波数を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
インクジェットモジュールを備え、このインクジェットモジュールは、
ポンピングチャンバーから流体の小滴を放出させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに結合された駆動電子装置と、
を含み、動作中に、前記駆動電子装置は、２つ以上の駆動パルス及び単一の打ち消しパルスを有する複数パルス波形で前記アクチュエータを駆動して、前記アクチュエータが、各駆動パルスに応答して発生される前記アクチュエータ内の圧力応答波に応答して流体の小滴を放出するようにさせ、更に、前記単一の打ち消しパルスは、駆動パルスに関連した圧力応答波を減衰して、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少するようにし、前記単一の打ち消しパルスが前記２つ以上の駆動パルスに関して反転されている、プリントヘッド。
【請求項１７】
前記複数パルス波形は、ある期間中に放射される３つの駆動パルス及び単一の打ち消しパルスを有し、前記アクチュエータが駆動パルスに応答して流体の小滴を放射するようにさせる、請求項１６に記載のプリントヘッド。
【請求項１８】
前記単一の打ち消しパルスは、３つの駆動パルスの後に放射されて、圧力応答波を減衰させ、付加的な圧力応答波を発生するその後の駆動パルスとの干渉を減少させる、請求項１７に記載のプリントヘッド。
【請求項１９】
前記駆動パルスに関連した圧力応答波は、互いに同相で、建設的に合成される、請求項１７に記載のプリントヘッド。
【請求項２０】
前記単一の打ち消しパルスに関連した圧力応答波は、駆動パルスに関連した圧力応答波に対して位相ずれして、破壊的に合成されるように構成される、請求項１７に記載のプリントヘッド。