(57)【要約】【課題】従来よりも高速駆動が可能な液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】実施形態の液体吐出ヘッドは、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内の液体の圧力を変化させる。印加部は、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる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、前記圧力室内の液体の圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させる第１のパルスと、前記圧力室内の液体の圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させる第２のパルスとを含む。第１のパルスの印加時間Ｔは、前記圧力室内の液体の固有振動周期の半分の時間をＡＬとすると、Ｔ＜ＡＬの条件を満たす。第１のパルスの電圧と前記第２のパルスの電圧との比が−０．９５〜−１．０５である。【選択図】図９
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【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内の液体の圧力を変化させるアクチュエーターと、
前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる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、前記圧力室内の液体の圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させる第１のパルスと、前記圧力室内の液体の圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させる第２のパルスとを含み、
前記第１のパルスの印加時間Ｔは、前記圧力室内の液体の固有振動周期の半分の時間をＡＬとすると、Ｔ＜ＡＬの条件を満たし、
前記第１のパルスの電圧と前記第２のパルスの電圧との比が約−０．９５〜−１．０５である、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
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内の液体の圧力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、前記圧力室内の液体の圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させる第１のパルスと、前記圧力室内の液体の圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させる第２のパルスとを含み、
前記第１のパルスの印加時間Ｔは、前記圧力室内の液体の固有振動周期の半分の時間をＡＬとすると、Ｔ＜０．７ＡＬの条件を満たす、液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１のパルスの印加時間Ｔは、前記条件に加えて、Ｔ≧（０．５ＡＬ＋０．２（μ秒））の条件も満たす、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１のパルスの印加時間Ｔは、前記条件に加えて、０．５４ＡＬ≦Ｔ≦０．８１ＡＬの条件も満たす、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第２のパルスの印加終了は、前記ノズルのメニスカス面での液体の圧力がピークであるときである、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルからインクなどの液体を吐出させるインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）が知られている。また、このようなインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置が知られている。
インクジェットヘッドは、駆動速度（駆動周波数）の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７７９５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、従来よりも高速駆動が可能な液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の液体吐出ヘッドは、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内の液体の圧力を変化させる。印加部は、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる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、前記圧力室内の液体の圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させる第１のパルスと、前記圧力室内の液体の圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させる第２のパルスとを含む。第１のパルスの印加時間Ｔは、前記圧力室内の液体の固有振動周期の半分の時間をＡＬとすると、Ｔ＜ＡＬの条件を満たす。第１のパルスの電圧と前記第２のパルスの電圧との比が−０．９５〜−１．０５である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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中に示す液体吐出ヘッドの構成の一例を示す斜視模式図。
【図３】図１中に示す液体吐出ヘッドの構成の一例を示す分解斜視模式図。
【図４】図２のＦ−Ｆ線断面模式図。
【図５】圧力室の状態を示す図。
【図６】圧力室の状態を示す図。
【図７】圧力室の状態を示す図。
【図８】図１に示すインクジェット記録装置の要部回路構成の一例を示すブロック図。
【図９】実施形態に係る駆動波形の一例及び当該駆動波形をアクチュエーターに印加した場合のインクの圧力波形を示す図。
【図１０】従来の駆動波形の一例及び当該駆動波形をアクチュエーターに印加した場合のインクの圧力波形を示す図。
【図１１】従来の駆動波形の一例及び当該駆動波形をアクチュエーターに印加した場合のインクの圧力波形を示す図。
【図１２】実施例及び従来例のノズルピッチ間のばらつきを示すグラフ。
【図１３】実施例及び従来例の相対移動方向の着弾ばらつきを示すグラフ。
【図１４】実施例６のインクジェットヘッドによる印字結果を示す模式図。
【図１５】比較例１のインクジェットヘッドによる印字結果を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態に係るインクジェット記録装置について図面を用いて説明する。なお、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。また、実施形態の説明に用いる各図面は、説明のため、構成を省略して示している場合がある。
図１は、実施形態に係る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。
【０００８】
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及び循環装置２０を一体に備える。液体吐出部２は、液体として例えばインク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。
【０００９】
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。
【００１０】
以下、インクジェットヘッド１０について図２〜図４に基づいて説明する。なお、インクジェットヘッド１０として、シェアモードシェアウォール方式の循環タイプのサイドシューター型インクジェットヘッドを各図に例示する。しかしながら、インクジェットヘッド１０は、その他の種類のインクジェットヘッドであっても良い。インクジェットヘッド１０は、液体吐出ヘッドの一例である。
図２は、インクジェットヘッド１０の構成の一例を示す斜視図である。図３は、インクジェットヘッド１０の構成の一例を示す分解斜視図である。図４は、図２のＦ−Ｆ線断面図である。
【００１１】
インクジェットヘッド１０は、インクジェット記録装置１に搭載され、チューブのような部品を介してインクタンクに接続されている。このようなインクジェットヘッド１０は、ヘッド本体１１と、ユニット部１２と、一対の回路基板１３とを備えている。インクジェットヘッド１０は、波形生成装置の一例である。
【００１２】
ヘッド本体１１は、インクを吐出するための装置である。ヘッド本体１１は、ユニット部１２に取り付けられている。ユニット部１２は、ヘッド本体１１と前記インクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールドや、インクジェット記録装置１の内部に取り付けるための部材を含んでいる。一対の回路基板１３は、ヘッド本体１１にそれぞれ取り付けられている。
【００１３】
ヘッド本体１１は、図３及び図４に示すようにベースプレート１５と、ノズルプレート１６と、枠部材１７と、一対の駆動素子１８とを備えている。ヘッド本体１１の内部には、図４に示すように、インクが供給されるインク室１９が形成されている。
【００１４】
ベースプレート１５は、図３に示すように、例えばアルミナのようなセラミックスによって矩形の板状に形成されている。ベースプレート１５は、平坦な実装面２１を有している。ベースプレート１５は、実装面２１に、複数の供給孔２２と、複数の排出孔２３とが開口している。
【００１５】
供給孔２２は、ベースプレート１５の中央部において、ベースプレート１５の長手方向に並んで設けられている。供給孔２２は、ユニット部１２の前記マニホールドのインク供給部１２ａに連通している。供給孔２２は、インク供給部１２ａを介して循環装置２０内のインクタンクに接続されている。前記インクタンクのインクは、インク供給部及び供給孔２２を通じてインク室１９に供給される。
【００１６】
排出孔２３は、供給孔２２を挟むように二列に並んで設けられている。排出孔２３は、ユニット部１２の前記マニホールドのインク排出部１２ｂに連通している。排出孔２３は、インク排出部１２ｂを介して循環装置２０内のインクタンクに接続されている。インク室１９のインクは、インク排出部１２ｂ及び排出孔２３を通じて前記インクタンクに回収される。このように、インクは前記インクタンクとインク室１９との間で循環する。
【００１７】
ノズルプレート１６は、例えば表面に撥液性機能を付与したポリイミド製の矩形状のフィルムによって形成されている。ノズルプレート１６は、ベースプレート１５の実装面２１に対向している。ノズルプレート１６に、複数のノズル２５が設けられている。複数のノズル２５は、ノズルプレート１６の長手方向に沿って二列に並んでいる。
【００１８】
枠部材１７は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成されている。枠部材１７は、ベースプレート１５の実装面２１とノズルプレート１６との間に介在している。枠部材１７は、実装面２１とノズルプレート１６とにそれぞれ接着されている。すなわち、ノズルプレート１６は、枠部材１７を介してベースプレート１５に取り付けられている。インク室１９は、図４に示すように、ベースプレート１５と、ノズルプレート１６と、枠部材１７とに囲まれて形成されている。
【００１９】
駆動素子１８は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成された板状の二つの圧電体によって形成されている。前記二つの圧電体は、分極方向がその厚さ方向に互いに逆向きになるように貼り合わされている。
【００２０】
一対の駆動素子１８は、図３に示すように、ベースプレート１５の実装面２１に接着されている。一対の駆動素子１８は、図４に示すように、二列に並ぶノズル２５に対応して、インク室１９の中に平行に配置されている。駆動素子１８は、断面台形状に形成されている。駆動素子１８の頂部は、ノズルプレート１６に接着されている。
【００２１】
駆動素子１８に、複数の溝２７が設けられている。溝２７は、駆動素子１８の長手方向と交差する方向にそれぞれ延びており、駆動素子１８の長手方向に並んでいる。複数の溝２７は、ノズルプレート１６の複数のノズル２５に対向している。本実施形態の駆動素子１８は、図４に示すように、溝２７にインクを吐出する駆動流路となる複数の圧力室５１を配置している。
【００２２】
複数の溝２７のそれぞれに、電極２８が設けられている。電極２８は、例えばニッケル薄膜をフォトレジストエッチング加工することによって形成されている。電極２８は、溝２７の内面を覆っている。
【００２３】
図３に示すように、ベースプレート１５の実装面２１から駆動素子１８に亘って、複数の配線パターン３５が設けられている。これらの配線パターン３５は、例えばニッケル薄膜をフォトレジストエッチング加工することによって形成されている。
【００２４】
配線パターン３５は、実装面２１の一つの側端部２１ａおよび他方の側端部２１ｂからそれぞれ延びている。なお、側端部２１ａ，２１ｂは、実装面２１の縁のみならずその周辺の領域を含む。このため、配線パターン３５は、実装面２１の縁よりも内側に設けられても良い。
【００２５】
以下、一つの側端部２１ａから延びる配線パターン３５について代表して説明する。なお、他方の側端部２１ｂの配線パターン３５の基本的な構成は、一つの側端部２１ａの配線パターン３５と同様である。
【００２６】
配線パターン３５は、図３及び図４に示すように、第１の部分３５ａと、第２の部分３５ｂとを有している。配線パターン３５の第１の部分３５ａは、実装面２１の側端部２１ａから駆動素子１８に向かって直線状に延びている部分である。第１の部分３５ａは、互いに平行に延びている。配線パターン３５の第２の部分３５ｂは、第１の部分３５ａの端部と、電極２８とに跨る部分である。第２の部分３５ｂは、電極２８にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２７】
一つの駆動素子１８において、複数の電極２８のうち幾つかの電極２８は、第１の電極群３１を構成する。複数の電極２８のうち他の幾つかの電極２８は、第２の電極群３２を構成する。
【００２８】
第１の電極群３１と第２の電極群３２とは、駆動素子１８の長手方向の中央部を境に分かれている。第２の電極群３２は、第１の電極群３１と隣り合っている。第１および第２の電極群３１，３２は、例えば１５９個の電極２８をそれぞれ含んでいる。
【００２９】
図２に示すように、一対の回路基板１３のそれぞれは、基板本体４４と、一対のフィルムキャリアーパッケージ（ＦＣＰ）４５とをそれぞれ有している。なお、ＦＣＰは、テープキャリアーパッケージ（ＴＣＰ）とも称される。
【００３０】
基板本体４４は、矩形状に形成された剛性を有するプリント配線板である。基板本体４４に、種々の電子部品やコネクターが実装される。また、基板本体４４に、一対のＦＣＰ４５がそれぞれ取り付けられている。
【００３１】
一対のＦＣＰ４５は、複数の配線が形成されるとともに柔軟性を有する樹脂製のフィルム４６と、前記複数の配線に接続されたヘッド駆動回路４７とをそれぞれ有している。フィルム４６は、テープオートメーテッドボンディング（ＴＡＢ）である。ヘッド駆動回路４７は、電極２８に電圧を印加するためのＩＣ（integrated circuit）である。ヘッド駆動回路４７は、樹脂によってフィルム４６に固定されている。
【００３２】
一方のＦＣＰ４５の端部は、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）４８によって、配線パターン３５の第１の部分３５ａに、熱圧着接続されている。これにより、ＦＣＰ４５の前記複数の配線は、配線パターン３５に電気的に接続される。
【００３３】
ＦＣＰ４５が配線パターン３５に接続されることで、ヘッド駆動回路４７が、ＦＣＰ４５の前記配線を介して電極２８に電気的に接続される。ヘッド駆動回路４７は、フィルム４６の前記配線を介して電極２８に電圧を印加する。
【００３４】
実施形態に係るインクジェットヘッド１０の動作原理の一例について、図５〜図７を用いて説明する。ここでは、１つの圧力室５１に着目して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５〜図７は、圧力室５１の状態を示す図である。駆動素子１８は、図５〜図７に示すように、圧電部材１８１ａと圧電部材１８１ｂを積層することにより形成される。圧電部材１８１ａと圧電部材１８１ｂ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。圧力室５１は、２つの駆動素子１８（駆動素子１８ａ及び駆動素子１８ｂに挟まれている。また、駆動素子１８ａは、２つの電極２８（電極２８ａ及び電極２８ｂ）に挟まれている。そして、駆動素子１８ｂは、２つの電極２８（電極２８ｂ及び電極２８ｃ）に挟まれている。
【００３５】
図５は、電極２８ａ〜電極２８ｃを電圧０（グランド電圧）とした状態の圧力室５１の状態を示している。図５は、電極２８ａ〜電極２８ｃが同電位であるため、駆動素子１８ａ及び駆動素子１８ｂには電界がかからない。このため、駆動素子１８ａ及び駆動素子１８ｂは変形しない。
【００３６】
図６は、電極２８ｂを電圧Ｖ１とし、電極２８ａ及び電極２８ｃを電圧０（グランド電圧）とした状態の圧力室５１の状態を示している。図６に示す状態では、電極２８ｂと両隣の電極２８ａ及び電極２８ｃとの間に負の電位差が生じる。このような電位差により、駆動素子１８ａ及び駆動素子１８ｂは、圧力室５１の容積を膨張させるようにせん断変形する。
【００３７】
また、図７では、電極２８ａ及び電極２８ｃを電圧Ｖ１とし、電極２８ｂを電圧０（グランド電圧）とした状態の圧力室５１の状態を示している。図７に示す状態では、電極２８ｂと両隣の電極２８ａ及び電極２８ｃとの間に、図６とは逆の、正の電位差が生じる。このような電位差により、駆動素子１８ａ及び駆動素子１８ｂが図６に示す状態とは逆の形状に変形している。すなわち、駆動素子１８ａ及び駆動素子１８ｂは、圧力室５１の容積を収縮させるようにせん断変形する。
【００３８】
以上のような動作原理で動作するインクジェットヘッド１０は、電圧Ｖ１の電圧源と、電圧０（グランド電圧）の電圧源の２種類の電圧源をスイッチなどによって接続を切り替えることで、実現できる。また、以上のような構成は、２種類の電圧源の電圧は固定で良い。したがって、以上のような動作原理で動作するインクジェットヘッド１０は、ヘッド駆動回路４７を簡単な構成とすることができる。
しかしながら、インクジェットヘッドの電圧源を可変としたり、電圧源から供給される電圧を変圧したりするなど、その他の構成によって、上記と同様の動作を実現しても良い。
【００３９】
ヘッド駆動回路４７が電極２８に電圧を印加すると、以上のように駆動素子１８がシェアモード変形することにより、当該電極２８が設けられた圧力室５１の容積が増減させられる。これにより、圧力室５１の中のインクの圧力が変化し、当該インクがノズル２５から吐出される。このように、圧力室５１を隔てる駆動素子１８は、圧力室５１の内部に圧力振動を与えるためのアクチュエーターとなる。
【００４０】
図１に示す循環装置２０は、金属製などの連結部品によりインクジェットヘッド１０の上部に一体に連結されている。循環装置２０は、前記インクタンク及びインクジェットヘッド１０を通り液体が循環可能に構成された所定の循環路を備える。循環装置２０は、液体を循環させるためのポンプを備える。当該液体は、ポンプの働きにより循環装置２０からインク供給部を通じてインクジェットヘッド１０内に供給され、所定の流路を通った後、インク排出部を通じてインクジェットヘッド１０内から循環装置２０へと送られる。
また、循環装置２０は、循環路の外部に設けられる補給タンクとしてのカートリッジから循環路に液体を補給する。
【００４１】
インクジェット記録装置１の要部回路構成について説明する。図８は、実施形態に係るインクジェット記録装置１の要部回路構成の一例を示すブロック図である。
インクジェット記録装置１は、プロセッサー１０１、ＲＯＭ（read-only memory）１０２、ＲＡＭ（random-access memory）１０３、通信インターフェース１０４、表示部１０５、操作部１０６、ヘッドインターフェース１０７、バス１０８及びインクジェットヘッド１０を含む。
【００４２】
プロセッサー１０１は、インクジェット記録装置１の動作に必要な処理及び制御を行うコンピューターの中枢部分に相当する。プロセッサー１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶されたシステムソフトウェア、アプリケーションソフトウェア又はファームウェアなどのプログラムに基づいて、インクジェット記録装置１の各種の機能を実現するべく各部を制御する。プロセッサー１０１は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（micro processing unit）、ＳｏＣ（system on a chip）、ＤＳＰ（digital signal processor）又はＧＰＵ（graphics processing unit）などである。あるいは、プロセッサー１０１は、これらの組み合わせである。
【００４３】
ＲＯＭ１０２は、プロセッサー１０１を中枢とするコンピューターの主記憶部分に相当する、専らデータの読み出しに用いられる不揮発性メモリである。ＲＯＭ１０２は、上記のプログラムを記憶する。また、ＲＯＭ１０２は、プロセッサー１０１が各種の処理を行う上で使用するデータ又は各種の設定値などを記憶する。
【００４４】
ＲＡＭ１０３は、プロセッサー１０１を中枢とするコンピューターの主記憶部分に相当する、データの読み書きに用いられるメモリである。ＲＡＭ１０３は、プロセッサー１０１が各種の処理を行う上で一時的に使用するデータを記憶しておく、いわゆるワークエリアなどとして利用される。
【００４５】
通信インターフェース１０４は、インクジェット記録装置１がネットワーク又は通信ケーブルなどを介してホストコンピューターなどと通信するためのインターフェースである。
【００４６】
表示部１０５は、インクジェット記録装置１の操作者に各種情報を通知するための画面を表示する。表示部１０５は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（electro-luminescence）ディスプレイなどのディスプレイである。
【００４７】
操作部１０６は、インクジェット記録装置１の操作者による操作を受け付ける。操作部１０６は、例えば、キーボード、キーパッド、タッチパッド又はマウスなどである。また、操作部１０６としては、表示部１０５の表示パネルに重ねて配置されたタッチパッドを用いることもできる。すなわち、タッチパネルが備える表示パネルを表示部１０５として、タッチパネルが備えるタッチパッドを操作部１０６として用いることができる。
【００４８】
ヘッドインターフェース１０７は、プロセッサー１０１がインクジェットヘッド１０と通信するために設けられる。ヘッドインターフェース１０７は、プロセッサー１０１の制御のもと、階調データなどをインクジェットヘッド１０へ送信する。
【００４９】
バス１０８は、コントロールバス、アドレスバス及びデータバスなどを含み、インクジェット記録装置１の各部で授受される信号を伝送する。
【００５０】
インクジェットヘッド１０は、ヘッドドライバー１００を備える。
ヘッドドライバー１００は、インクジェットヘッド１０を動作させるための駆動回路である。ヘッドドライバー１００は、例えばラインドライバーである。ヘッドドライバー１００は、波形データＷＤを記憶する。
ヘッドドライバー１００は、波形データＷＤに基づいて単一の駆動信号を繰り返し生成する。そして、ヘッドドライバー１００は、階調データに基づき、画像形成媒体Ｓ上の画素それぞれに対して液滴を吐出する回数を制御する。単一の駆動信号の印加ごとに、ノズル２５からは１発のインク（主液滴）が吐出される。したがって、インクジェット記録装置１は、例えば、何発のインクをそれぞれの画素に吐出するかによって濃淡を表現する。すなわち、１つの画素に対して多くのセットのインクを吐出するほど、当該画素における対応する色の濃さが濃くなる。
ヘッドドライバー１００は、波形生成装置の一例である。また、ヘッドドライバー１００は、駆動信号を生成することで、生成部として動作する。
【００５１】
一例として、ヘッドドライバー１００は、波形データＷＤが記憶された状態でヘッドドライバー１００の管理者などへと譲渡される。しかしながら、ヘッドドライバー１００は、波形データＷＤがヘッドドライバー１００に記憶されない状態で当該管理者などに譲渡されても良い。また、ヘッドドライバー１００は、別の波形データが記憶された状態で当該管理者などに譲渡されても良い。そして、波形データＷＤが別途に当該管理者などへと譲渡され、当該管理者又はサービスマンなどによる操作の下にヘッドドライバー１００へと書き込まれても良い。このときの波形データＷＤの譲渡は、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク又は半導体メモリなどのようなリムーバブルな記憶媒体に記録して、あるいはネットワークなどを介したダウンロードにより実現できる。
【００５２】
インクジェットヘッド１０は、特定の波形を有する駆動信号が印加されることによって、インクを吐出させる。駆動信号の波形を以下「駆動波形」という。
【００５３】
実施形態に係る駆動波形の例を図９に基づいて説明する。図９は、インクをノズル２５から吐出させるためにヘッドドライバー１００がアクチュエーターに印加する駆動信号Ｄ１の波形の一例を示す。ヘッドドライバー１００は、波形データＷＤに基づいて駆動信号Ｄ１を生成し、アクチュエーターに印加する。駆動信号Ｄ１がアクチュエーターに印加されることで、ノズル２５からインクが吐出される。
また、図９には、駆動信号Ｄ１がアクチュエーターに印加されたときのノズル２５におけるメニスカス面でのインクの圧力波形Ｐ１も示す。
【００５４】
駆動信号Ｄ１は、拡張パルスＰＬ１１及び収縮パルスＰＬ１２をこの順で含む。拡張パルスＰＬ１１は、負の電位を持つ単一の矩形波である。収縮パルスＰＬ１２は、正の電位を持つ単一の矩形波である。収縮パルスＰＬ１２は、拡張パルスＰＬ１１に続いて印加される。
【００５５】
拡張パルスＰＬ１１は、圧力室５１の容積を増加させる拡張パルスである。圧力室５１の容積が増加することで、圧力室５１内のインクの圧力は、減少する。したがって、拡張パルスＰＬ１１は、圧力室５１内の液体の圧力を減少させるようにアクチュエーターを駆動させる第１のパルスの一例である。
圧力室５１内のインクの固有振動周期の半分の時間を１ＡＬ（acoustic length）とすると、拡張パルスＰＬ１１の印加時間Ｔ１１は、１ＡＬ未満である。拡張パルスＰＬ１１の印加時間Ｔ１１を１ＡＬ未満とすることで、駆動波形の振幅に対する残留振動の比が小さくなる。これにより、拡張パルスＰＬ１１の印加時間Ｔ１１を１ＡＬ以上とした場合よりも効率的に残留振動を抑えることができる。また、拡張パルスＰＬ１１の印加時間Ｔ１１は、０．７ＡＬ未満であることが好ましい。拡張パルスＰＬ１１の印加時間Ｔ１１を短くすることにより、駆動信号Ｄ１全体の長さも短くすることができる。したがって、実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも高速駆動が可能となる。また、実施形態のインクジェットヘッド１０は、安定した印字が得られる。なお、拡張パルスＰＬ１１の印加終了により、圧力室５１の容積は、拡張パルスＰＬ１１の印加前の容積に戻る。これにより、圧力室５１内のインクの圧力は、増加する。
【００５６】
ヘッドドライバー１００は、拡張パルスＰＬ１１に続いて収縮パルスＰＬ１２を印加する。
収縮パルスＰＬ１２は、圧力室５１の容積を減少させる収縮パルスである。圧力室５１の容積が減少することで、圧力室５１内のインクの圧力は、増加する。したがって、収縮パルスＰＬ１２は、圧力室５１内の液体の圧力を増加させるようにアクチュエーターを駆動させる第２のパルスの一例である。
収縮パルスＰＬ１２の印加終了は、ノズル２５におけるメニスカス面でのインクの圧力が正のピークを示すときであるときが好ましい。すなわち、収縮パルスＰＬ１２の印加時間Ｔ１２は、収縮パルスＰＬ１２の印加開始から、ノズル２５におけるメニスカス面でのインクの圧力が正のピークを示すときまでであることが好ましい。ノズル２５におけるメニスカス面でのインクの圧力が正のピークを示すときに収縮パルスＰＬ１２の印加を終了することで、残留振動を抑えることができる。なお、収縮パルスＰＬ１２の印加終了により、圧力室５１の容積は、収縮パルスＰＬ１２の印加前の容積に戻る。これにより、圧力室５１内のインクの圧力は、減少する。
【００５７】
２種類の電圧源をスイッチなどによって接続を切り替える構成によって、圧力室５１を収縮及び拡張させる場合、拡張パルスＰＬ１１と収縮パルスＰＬ１２との電圧比は、約−１となる。なお、当該電圧比は、誤差があっても良い。例えば、当該電圧比は、−０．９５〜−１．０５程度の範囲の誤差が許容されても良い。
【実施例】
【００５８】
実施形態のインクジェットヘッドの最良の形態を実施例及び比較例により説明する。実施例及び比較例は、実施形態の範囲を限定するものではない。
【００５９】
（実験１）
実施例１、従来例１及び従来例２の３種類のインクジェットヘッドを用いて実験１を行った。
〔実施例１〕
実施例１のインクジェットヘッドは、拡張パルスＰＬ１１の印加時間を１．７５μ秒とした駆動信号Ｄ１によってインクを吐出するものである。なお、実施例１のＡＬは、２．８５μ秒であった。また、以下の従来例１、従来例２、実施例２〜実施例６及び比較例についても、ＡＬは、同様に２．８５μ秒である。
【００６０】
〔従来例１〕
従来例１のインクジェットヘッドは、図１０に示すような駆動信号Ｄ２によってインクを吐出するものである。図１０は、従来の駆動信号Ｄ２の一例を示す。また、図１０には、駆動信号Ｄ２がアクチュエーターに印加されたときのインクの圧力波形Ｐ２も示している。駆動信号Ｄ２は、駆動信号Ｄ１と同様に拡張パルスＰＬ２１及び収縮パルスＰＬ２２をこの順で含む。ただし、拡張パルスＰＬ２１の印加時間Ｔ２１は、１ＡＬである。また、収縮パルスＰＬ２２の印加時間Ｔ２２は、２ＡＬである。
【００６１】
〔従来例２〕
従来例２のインクジェットヘッドは、図１１に示すような駆動信号Ｄ３によってインクを吐出するものである。図１１は、従来の駆動信号Ｄ３の一例を示す。また、図１１には、駆動信号Ｄ３がアクチュエーターに印加されたときのインクの圧力波形Ｐ３も示している。駆動信号Ｄ３は、拡張パルスＰＬ３１、第１の収縮パルスＰＬ３２、及び第２の収縮パルスＰＬ３３をこの順で含む。すなわち、駆動信号Ｄ３は、駆動信号Ｄ１及び駆動信号Ｄ２とは異なり、２つの収縮パルスを含む。拡張パルスＰＬ３１の印加時間Ｔ３１は、１ＡＬである。第１の収縮パルスＰＬ３２の印加時間Ｔ３２は、０．５ＡＬである。第１の収縮パルスＰＬ３２の印加終了から第２の収縮パルスＰＬ３３の印加開始までの時間Ｔ３３は、０．３３ＡＬである。第２の収縮パルスＰＬ３３の印加時間Ｔ３４は、０．９６ＡＬである。
【００６２】
実施例１、従来例１及び従来例２のインクジェットヘッドを用いて、それぞれインクを吐出させる。このときのノズルピッチ間の着弾ばらつき（ピッチ方向の着弾ばらつき）をそれぞれ測定した結果を図１２に示す。また、このときの相対移動方向の着弾ばらつきをそれぞれ測定した結果を図１３に示す。
なお、ピッチ方向とは、ノズルが並んでいる方向である。ノズルは、画像形成媒体Ｓが搬送される方向と直行する方向に配設されており、この配設された方向がピッチ方向である。そして、相対移動方向とは、画像形成媒体Ｓが搬送される方向と同じ方向であり、ピッチ方向と直交する方向である。
【００６３】
図１２より、実施例１は、従来例１及び従来例２よりもピッチ誤差が小さいことが分かる。また、図１３より、実施例１は、従来例１及び従来例２よりも相対移動方向の着弾ばらつきが小さいことがわかる。すなわち、実施例１は、ピッチ方向と相対移動方向のどちらの方向にもばらつきが小さいことが分かる。
また、図９に示す実施形態の圧力波形Ｐ１の方が、図１０に示す圧力波形Ｐ２よりも、収縮パルス印加終了後の振幅が小さいことが分かる。すなわち、駆動信号Ｄ１は、駆動信号Ｄ２に比べて、残留振動が小さい。
【００６４】
また、図１１に示す駆動信号Ｄ３は、収縮パルスを２個含む。これに対して、図９に示す実施形態の駆動信号Ｄ１は、収縮パルスを１個含む。したがって、実施形態のインクジェットヘッドは、駆動信号Ｄ３を印加する従来例２のインクジェットヘッドに比べてスイッチング回数が少なくて済む。これにより、実施形態のインクジェットヘッドは、駆動信号Ｄ３を印加する従来例２のインクジェットヘッドに比べて発熱を抑えることができる。
【００６５】
（実験２）
〔実施例２〕
実施例２のインクジェットヘッドは、拡張パルスＰＬ１１の印加時間を０．６３とした駆動信号Ｄ１によってインクを吐出するものである。
〔実施例３〕
実施例３のインクジェットヘッドは、拡張パルスＰＬ１１の印加時間を０．６７とした駆動信号Ｄ１によってインクを吐出するものである。
〔実施例４〕
実施例３のインクジェットヘッドは、拡張パルスＰＬ１１の印加時間を０．７０とした駆動信号Ｄ１によってインクを吐出するものである。
〔実施例５〕
実施例３のインクジェットヘッドは、拡張パルスＰＬ１１の印加時間を０．７４とした駆動信号Ｄ１によってインクを吐出するものである。
【００６６】
実施例２〜実施例５及び従来例１のインクジェットヘッドについて、それぞれ印字を行って印字抜けが発生するか否かを調べた。結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2019188613.tif 000003
【００６８】
表１より、従来例１では印字抜けが発生していることが分かる。これに対して実施例２〜実施例５は、いずれも印字抜けが発生していないことが分かる。したがって、実施例２〜実施例５のインクジェットヘッドは、従来例のインクジェットヘッドよりも印字品質が良い。
また、表１より、拡張パルスＰＬ１１の印加時間が０．６３ＡＬ以上０．７４ＡＬ以下である場合には印字抜けが発生していないことがわかる。したがって、印字品質の観点から、拡張パルスＰＬ１１の印加時間は、０．６１４ＡＬ以上０．７４ＡＬ以下であることが好ましい。
【００６９】
（実験３）
〔実施例６〕
実施例６のインクジェットヘッドは、拡張パルスＰＬ１１の印加時間を（０．５ＡＬ＋０．２μ秒）とした駆動信号Ｄ１によってインクを吐出するものである。
〔比較例〕
比較例のインクジェットヘッドは、拡張パルスＰＬ１１の印加時間を０．５ＡＬとした駆動信号Ｄ１によってインクを吐出するものである。
【００７０】
実施例６及び比較例のインクジェットヘッドについて、それぞれ印字を行って印字品質の比較を行った。結果を図１４及び図１５に示す。図１４は、実施例６のインクジェットヘッドによる印字結果を示す模式図である。図１５は、比較例１のインクジェットヘッドによる印字結果を示す模式図である。なお、図１４及び図１５中のＩＪヘッドは、インクジェットヘッドの略称である。
比較例１の印字結果は、図１５に示すように、印字の出だしが歪んだり印字抜けがまばらに発生したりしている。一方、実施例６の印字結果は、図１４に示すように、図１５と比較して、印字開始から安定した吐出が可能で、シャープな印字が得られている。したがって、図１４に示す実施例６の印字結果は、図１５に示す比較例１の印字結果と比較して印字品質が良いことが分かる。以上より、拡張パルスＰＬ１１の印加時間は、印字品質の観点から、０．５ＡＬ＋０．２μ秒以上であることが好ましい。
【００７１】
（実験４）
拡張パルスＰＬ１１の印加時間及び駆動電圧を様々に変化させた駆動信号Ｄ１によって、インクジェットヘッドにインクを吐出させた。それぞれの印字品質を、ランダム抜けの本数によって評価した結果を表２に示す。拡張パルスＰＬ１１の印加時間は、１．６μ秒（Ｄ１６０）から２．４μ秒（Ｄ２４０）までの範囲とした。また、駆動電圧は、（基準電圧−３Ｖ）から（基準電圧＋４Ｖ）までの範囲とした。なお、実験４における基準電圧とは、インクジェットヘッドがインク滴７ドロップで９０ピコリットルを吐出する電圧である。また、実験４におけるＡＬの長さは、インクジェットヘッドとインクの組み合わせにより、約２．９５μ秒であった。
【００７２】
【表２】
2019188613.tif 000004
【００７３】
表２に示すＡ〜Ｄを、印字品質の評価結果が良好な順に並べるとＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順である。すなわち、Ａが最も良好な結果であることを示す。また、表２に示すＢは、Ｂ１〜Ｂ４のようにＢの後ろに数字を付して示している。当該数字は、発生したランダム抜けの本数を示している。なお、ランダム抜けの本数は、少ないほど良好な結果である。したがって、表２より、拡張パルスＰＬ１１の印加時間が０．５４ＡＬ（Ｄ１６０）〜０．８１ＡＬ（Ｄ２４０）の範囲で、Ａ又はＢという良好な印字結果が得られる駆動電圧が存在することが分かる。特に、駆動電圧が基準電圧−１Ｖ〜基準電圧＋１Ｖの範囲では、Ｄ１６０〜Ｄ２４０の範囲全てにおいて、Ａ又はＢという良好な印字結果が得られていることが分かる。また、０．６１ＡＬ（Ｄ１８０）〜０．７８ＡＬ（Ｄ２３０）の範囲では、Ａという最も良好な印字結果が得られる駆動電圧の範囲が、Ｄ１６０及びＤ２４０よりも広いことが分かる。
【００７４】
上記の実施形態は以下のような変形も可能である。
インクジェットヘッド１０は、上記実施形態の他、例えば静電気で振動板を変形させてインクを吐出する構造、あるいはヒーターなどの熱エネルギーを利用してノズルからインクを吐出する構造などであってもよい。これらの場合、当該振動板又はヒーターなどは、圧力室５１の内部に圧力振動を与えるためのアクチュエーターである。
【００７５】
上記の実施形態では、駆動素子１８は、シェアモード変形する。しかしながら、駆動素子１８は、シェアモード以外の変形をするものであっても良い。
【００７６】
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。
【００７７】
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が使用するインク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が使用するインク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。
【００７８】
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】
【００７９】
１……インクジェット記録装置、１０……インクジェットヘッド、１８……駆動素子、１００……ヘッドドライバー
【図１】
2019188613.tif 000005
【図２】
2019188613.tif 000006
【図３】
2019188613.tif 000007
【図４】
2019188613.tif 000008
【図５】
2019188613.tif 000009
【図６】
2019188613.tif 000010
【図７】
2019188613.tif 000011
【図８】
2019188613.tif 000012
【図９】
2019188613.tif 000013
【図１０】
2019188613.tif 000014
【図１１】
2019188613.tif 000015
【図１２】
2019188613.tif 000016
【図１３】
2019188613.tif 000017
【図１４】
2019188613.tif 000018
【図１５】
2019188613.tif 000019