(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、吐出パルス及び振動パルスを含む。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。振動パルスは、前記吐出パルスの前に印加され、前記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。駆動信号は、連続する２つ以上の前記吐出パルスを含む場合に、前記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。【選択図】図１１
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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吐出パルスと、
前記吐出パルスの前に印加され、前記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
連続する２つ以上の前記吐出パルスを含む場合に、前記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、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吐出パルスを印加し、
前記第１の電極に第３の電圧源を接続し、前記第２の電極に前記第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、前記駆動信号が連続する２つ以上の前記吐出パルスを含む場合に、最後の前記吐出パルスで吐出された液滴の速度が、最初の前記吐出パルスで吐出された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】
前記駆動信号は、連続する２つ以上の前記吐出パルスを含む場合に、複数の前記吐出パルスの幅のうち、最後の吐出パルスの幅が最も前記主音響共振周波数における周期に近い、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
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吐出パルスと、
前記吐出パルスの前に印加され、前記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
連続する２つ以上の前記吐出パルスを含む場合に、前記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、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、吐出パルス及び振動パルスを含む。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。振動パルスは、前記吐出パルスの前に印加され、前記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。駆動信号は、連続する２つ以上の前記吐出パルスを含む場合に、前記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。
【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】吐出観察写真の液滴輪郭を描画した図の一つ。
【図１３】吐出観察写真の液滴輪郭を描画した図の一つ。
【図１４】従来の駆動波形の一例を示す図。
【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】１つの圧力室を収縮させた状態を示す図。
【図１７】第２実施形態に係る駆動波形の一例を示す図。
【図１８】第３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、同一また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。
【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、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、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、電極１２０ｅは、第２の電極の一例である。
【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、その電圧値は電圧値Ｖ０（Ｖ０＝０［Ｖ］）とする。また、第２電圧源４１の出力電圧は、電圧値Ｖ０よりも高い電圧値Ｖ１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。
第１電圧源４０は、第１の電圧源の一例である。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図である。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図である。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図である。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、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の両隣の空気室は、空気室１１６ｃ及び空気室１１６ｅである。また、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、立ち上がり時間及び立ち下がり時間があるので、振動パルス、吐出パルス及び抑制パルスは、台形に近い波形になるので、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後の吐出パルスを、以下、単に「最後の吐出パルス」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後の吐出パルスであるとする。また、最後の吐出パルス以外の吐出パルスを、以下「最後以外の吐出パルス」というものとする。例えば、駆動波形５１−７では、１番目の吐出パルス〜６番目の吐出パルスが最後以外の吐出パルスで、７番目の吐出パルスが最後の吐出パルスである。また、１番目の吐出パルスは、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】
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では、１番目の吐出パルスは、最後以外の吐出パルスである。最後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ｄｐＡ幅の台形波である。したがって、吐出パルスと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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、駆動回路１０３は、１番目の吐出パルスの印加終了の後、所定の時間の後、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、最後の吐出パルスである。最後の吐出パルスは、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、振動パルスとは電位が正負逆である。最後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、最後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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
次に、駆動回路１０３は、最後の吐出パルスの印加終了の後、所定の時間の後、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
ここで、例えば、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。このようにすれば、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番目の液滴の吐出速度を小さくすることができる。
【００５４】
また、最後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。また、１番目の吐出パルスの幅ｄｐＡと２番目の吐出パルスの幅ｄｐＢの大きさを同一として、幅ｄｐＡ及び幅ｄｐＢの大きさを共にＡＬより小さくする、あるいは大きくすることででも、２滴目の液滴の吐出速度を１滴目の吐出速度よりも小さくすることができる。ただし、電圧Ｖ１を小さくする観点からは、幅ｄｐＡと幅ｄｐＢ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。幅ｄｐＡと幅ｄｐＢがＡＬと一致しているほど吐出力が大きくなるためである。なお、幅ｓｐを変更した場合の影響は、１滴目の液滴が最も顕著に受ける。このため、１滴目の液滴の速度と２滴目の液滴の速度との速度差の調整は幅ｓｐを変更することによって行う事が好ましい。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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ｄｐＡ及び幅ｄｐＢをＡＬより小さく、あるいは大きくする事で対応する事も可能である。ただし、電圧Ｖ１を小さくする観点からは、幅ｄｐＡ及び幅ｄｐＢ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。このため、１滴目の液滴の速度と２滴目以降の液滴の速度との速度差の調整は、まず幅ｓｐを変更することによって行い、幅ｓｐの調整では所望の速度差が得られない場合に幅ｄｐＡと幅ｄｐＢでの調整を行うことが好ましい。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
〔実施例〕
上記の実施形態を実施するための最良の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。
【００６１】
実施例では、粘度約１０ｍＰａｓ、比重約０．８５の液体を、試作したインクジェットヘッド１０で吐出した。ただし、インクジェットヘッド１０の１列に並んだノズル１０１のうち、連続する９つのノズル１０１を同じ駆動波形５１で駆動し、当該９つのノズル１０１のうちの真ん中のノズル１０１から吐出された液体を観察対象とした。なお、実施例のＡＬは、約２μ秒であった。
【００６２】
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は０．２μ秒前後となる。
【００６３】
（実験１）
実施例のインクジェットヘッド１０が駆動波形５１−１によって吐出した主液滴の吐出速度が約８．５ｍ／ｓとなる電圧Ｖ１の値を表１に示す。駆動波形５１−１の各波形パラメーターの値により、当該電Ｖ１は変化する。このため、表１では縦軸を時間ＵＬ、横軸を時間ｓｐと時間ＵＬの比（ｓｐ／ＵＬ）とした。そして、表１は、時間ＵＬを１．９、２．０及び２．１、ｓｐ／ＵＬを０．８、０．７及び０．６とした場合の９種の組み合わせについての当該電圧Ｖ１を示している。また、時間ｄｐＢと時間ＵＬとは、同値とした。そして、時間ｃｐは、時間ＵＬの０．４倍とした。
【００６４】
【表１】
2019123098.tif 000003
【００６５】
表１より、時間ＵＬがＡＬに近く、時間ＳＰがＡＬに近いほど、電圧Ｖ１が小さくなっていることが分かる。以下の実験２及び実験３において、連続吐出する液滴の数によらず駆動波形５１の電圧Ｖ１の値は、表１の通りとする。例えば、「ＵＬ＝２．０μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．８」の条件では、駆動波形５１−１も駆動波形５１−７も、電圧Ｖ１は、１８．２Ｖとする。また例えば、「ＵＬ＝１．９μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．７」の条件では、駆動波形５１−１も駆動波形５１−７も、電圧Ｖ１は、１８．８Ｖとする。
【００６６】
（実験２）
実施例のインクジェットヘッド１０に、駆動波形５１−７によって液滴を吐出させた。このときの、最後の吐出パルスの印加終了から１００μ秒経過時の主液滴の数を表２に示す。駆動波形５１−７では、７つの主液滴が吐出されるが１００μ秒の時間経過でいくつかの主液滴は合体する。これにより、主液滴の数は７つより少なくなる。表２では、合体後の主液滴の数を示している。例えば、表２で主液滴の数が１となった条件では、１００μ秒の時間経過の過程で７つの主液滴全てが合体して１つの主液滴となった事を示している。なお、主液滴の後部にサテライトと呼ばれる微小液滴が発生する場合があるが、表２の主液滴の数には、サテライトの数は含めていない。
【００６７】
【表２】
2019123098.tif 000004
【００６８】
時間ＵＬがＡＬとほぼ同じ２．０μ秒である場合、圧力振動の強めあいにより、後半の液滴ほど徐々に速度が増加する。このため、表２に示すように、時間ＵＬがＡＬとほぼ同じ２．０μ秒である場合、ｓｐ／ＵＬによらずに主液滴全てが合体して１つの主液滴となっている。
【００６９】
（実験３）
実施例のインクジェットヘッド１０に、駆動波形５１−７によって液滴を吐出させた。このときの先頭の主液滴の速度に対する最後の主液滴の速度の倍率（以下「先頭の主液滴の速度に対する最後の主液滴の速度の倍率」を「速度倍率」という。）を表３に示す。なお、先頭の主液滴の速度は、１番目の吐出パルスの印加終了から１００μ秒経過時の、先頭の主液滴のノズル１０１からの距離から算出した。また、最後の主液滴の速度は、最後の吐出パルスの印加終了から１００μ秒経過時の、最後の吐出パルスによって吐出された主液滴のノズル１０１からの距離から算出した。すなわち、速度倍率は、（最後の吐出パルスの印加終了から１００μ秒経過時の、最後の吐出パルスによって吐出された主液滴のノズル１０１からの距離）／（１番目の吐出パルスの印加終了から１００μ秒経過時の、先頭の主液滴のノズル１０１からの距離）である。なお、実験２で示したとおり、駆動波形５１−７によって吐出された７つの主液滴は、時間経過により合体する。主液滴が合体していた場合には、測定対象の主液滴を含む合体後の主液滴のノズル１０１からの距離から、速度を算出した。
【００７０】
【表３】
2019123098.tif 000005
【００７１】
表３より、ｓｐ／ＵＬを小さくすると、先頭の主液滴に対する最後の主液滴の速度が大きくなっていることが分かる。また、表３より、時間ＵＬが２．０μ秒である場合に比べて、時間ＵＬが１．９μ秒である場合、先頭の主液滴の速度に対する最後の主液滴の速度が小さくなっていることが分かる。また、表３より、時間ＵＬが２．０μ秒である場合のｓｐ／ＵＬの変化は、時間ＵＬが１．９μ秒ｄである場合に比べて小さいことがわかる。これは、時間ＵＬが１．９μ秒の場合、ｓｐ/ＵＬの減少によって主に後続の主液滴の速度が増加しているのに対し、ＵＬが２．０μ秒の場合、ｓｐ/ＵＬの減少によって後続の主液滴の速度が増加するのみならず、後続の主液滴と先頭の主液滴が合体する事によって先頭の主液滴の速度も増加しているためである。
【００７２】
また、表３より、ＵＬが２．１μ秒である場合、ｓｐ／ＵＬが０．７のときに速度倍率が最も小さくなっていることが分かる。これは、ＵＬが２．１μ秒でｓｐ／ＵＬが０．７である場合、振動パルスの印加開始から、１番目の吐出パルスの印加終了までの時間が約２ＡＬ（約４．０μ秒）になっており、その分だけ先頭の液滴吐出時の圧力振動の強めあいが大きくなるためである。また、振動パルスの印加開始から、７番目の吐出パルスの印加終了までの時間が２ＡＬの倍数にならないためである。
【００７３】
また、表２及び表３より、速度倍率が１．２５以上である場合に合体後の主液滴の数が１つになることがわかる。また、速度倍率が１．１９以上である場合に合体後の主液滴の数が２つ以下になることがわかる。また、速度倍率が１．１６以上である場合に合体後の主液滴の数が３つ以下になることがわかる。
【００７４】
次に、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１１の駆動波形５１−７及び駆動波形５１−１を見れば分かるように、駆動波形５１−７における７番目の吐出パルスと駆動波形５１−１における１番目の吐出パルスは、同じタイミングで印加される。したがって、ノズル１０１ｆから吐出される最後（７番目）の液滴とノズル１０１ｄから吐出される最後（１番目）の液滴は、同時に吐出されると考えられる。してみると、画像形成媒体Ｓへの液滴の着弾位置ズレを小さくすることを考えるならば、ノズル１０１ｆから吐出される最後の液滴とノズル１０１ｄから吐出される最後の液滴の速度差はなるべく小さいことが望ましい。この点を考慮して波形パラメーターを選ぶなら、表３の結果の数値が１以上で且つ１に近い、「ＵＬ＝１．９μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．７」が好適となる。
【００７５】
表３の「ＵＬ＝１．９μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．７」の条件で液滴を吐出した場合の、最後の吐出パルス印加終了から１００μ秒経過時の吐出観察写真の液滴輪郭を描画した図を図１２に示す。液滴Ｄは、ノズル面Ｎから吐出されて右側に飛翔する。一番右の液滴Ｄ１が、先頭の主液滴であり、後続の主液滴とは合体していない。液滴Ｄ１の左隣の液滴Ｄ２は、２番目に吐出された主液滴から４番目に吐出された主液滴までが合体した主液滴である。液滴Ｄ２の左隣の液滴Ｄ３は、５番目に吐出された主液滴から７番目に吐出された主液滴までが合体した主液滴である。液滴Ｄ３の右端は、ノズル面Ｎから０．９５ｍｍの距離に位置している。７番目の主液滴（最後の主液滴）を含む液滴である液滴Ｄ３の速度は、９．５ｍ／ｓである。なお、小液滴ＳＡは、サテライトである。
【００７６】
また、インクジェットヘッド１０の消費電力を低減することを考慮した場合、表１において電圧Ｖ１が最も小さい１８．２Ｖの条件が好適となる。電圧Ｖ１が１８．２Ｖでかつ表２の液滴数が１となる、表２の「ＵＬ＝２．０μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．８」の条件で液滴を吐出した場合の、最後の吐出パルス印加終了から１００μ秒経過時の吐出観察写真の液滴輪郭を描画した図を図１３に示す。図１３では、７つの主液滴は全て合体して１つの液滴Ｄ４となっている。液滴Ｄ４の右端は、ノズル面Ｎから１．１ｍｍの距離に位置している。７番目の主液滴（最後の主液滴）を含む液滴である液滴Ｄ４の速度は１１ｍ／ｓとなる。
【００７７】
図１４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。
【００７８】
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。
【００７９】
また、駆動波形５０−１での液滴の吐出速度が約８．５ｍ／ｓとなる電圧Ｖ１は２７．１Ｖ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１４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１の電圧値と比べかなり大きな値になっている。
【００８０】
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７つとした場合、駆動波形５０−７の台形波の数は１４個となり、駆動波形５１−７の台形波の数は９個となる。駆動波形５０−７と駆動波形５１−７の消費電力を、「ＵＬ＝２．０μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．８」の条件で比較すると、駆動波形５１−７の消費電力は、駆動波形５０−７の消費電力の２９％程になり、７０％以上の消費電力低減が可能となる。
【００８１】
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。
【００８２】
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、画質の向上が可能である。
【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。
ただし、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、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を備えるが、図１５に示す構成例においては電圧切替え部３３を３３ｂ及び３３ｄまで図示する。また、駆動回路１０３ｂは、電圧制御部３２ｂを備える。
【００８４】
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とに接続されている。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１１９ｂ及び１１９ｄに与える。第３電圧源４２の出力電圧は、電圧値−Ｖ１である。第３電圧源４２は、振動パルス及び抑制パルスに用いる第２の電圧振幅を提供する。
【００８５】
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１１９ｂ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１１９ｄとを接続する。電圧切替え部３３ｆ、電圧切替え部３３ｈ、…についても同様である。なお、配線電極１１９ｂは、圧力室の内壁の電極１２０ｂと、配線電極１１９ｄは、圧力室の内壁の電極１２０ｄと接続される。配線電極１１９ｆ、配線電極１１９ｈ、…についても同様である。一方、空気室の内壁の電極１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｅ、…は、配線電極１１９ａ、１１９ｃ、１１９ｅ、…を介して第１電圧源４０と接続される。
【００８６】
なお、図１５の例では、空気室内壁の電極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、圧力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。
【００８７】
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１６に示す状態にする。
図１６では、圧力室１１５ｄの容積が収縮している。図１６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１６は、電極１２０ｄに印加する電圧を電圧−Ｖ１、その他の電極１２０ａ〜電極１２０ｃ及び電極１２０ｅ〜電極１２０ｇ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１６に示す状態においても、電極１２０ｄと両隣の電極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。
【００８８】
図１６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１６に示すように、電極１２０ｄに−Ｖ１の電圧をかける。すなわち、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事が出来る。このため図１７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。
【００８９】
図１７は、駆動回路１０３ｂ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。
【００９０】
図１７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１７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。このため、波形パラメーターを選ぶなら、表２の結果が１で表３の結果が１以上でなおかつ消費電力が小さくなる「ＵＬ＝２．０μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．８」の条件が好適となる。
【００９１】
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、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。
【００９２】
〔第３実施形態〕
第３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実施形態又は第２実施形態のインクジェット記録装置１と同様である。したがって、第３実施形態に係るインクジェット記録装置１の構成についての説明を省略する。
第３実施形態では、画像形成媒体Ｓ上に形成する画像の階調数を、８段階より増やす場合について考える。例えば連続吐出させる主液滴の数を１１とする場合を考える。図１８は、１１個の液滴を連続吐出させる場合の駆動波形の一例を示す図である。駆動波形５３−１１は、１１個の液滴を連続吐出させる場合の駆動波形の一例を示す図である。
【００９３】
〔実施例〕
（実験４）
前述の実施例のインクジェットヘッド１０に、「ＵＬ＝２．０μ秒でｓｐ／ＵＬ＝０．８」の条件の駆動波形５３−１１によって液滴を吐出させた。このときの、最後の吐出パルスの印加終了から１００μ秒経過時の主液滴の数を表４に示す。
【００９４】
【表４】
2019123098.tif 000006
【００９５】
この結果、最後の吐出パルス（１１番目の吐出パルス）の印加終了から１００μ秒経過時の主液滴の数は、２つとなった。このときの先頭の主液滴は、１番目の主液滴から８番目の主液滴が合体した主液滴であった。そして、その後に続く主液滴（最後の主液滴）は、９番目の主液滴から１１番目の主液滴が合体した主液滴であった。また、このときの先頭の主液滴の速度は、９．０ｍ／ｓであった。そして、最後の主液滴の速度は、１１．５ｍ／ｓであった。
【００９６】
ここで、連続吐出させる１１の主液滴を全て合体させる駆動波形について考える。例えば、１１個の吐出パルスのうち、前半の液滴を吐出する吐出パルスの幅は、ＡＬより小さくする、あるいは大きくし、後半の液滴を吐出する吐出パルスの幅はそれ以前の吐出パルスよりＡＬに近くなるような駆動波形でインクジェットヘッドを駆動すればよい。この場合、複数の吐出パルスのうち最後の吐出パルスの幅が最もＡＬに近い。具体例の一つとして、実施例のインクジェットヘッド１０に「ｄｐＡ＝１．６μ秒、ｓｐ／ｄｐＡ＝０．８、ＵＬ＝２．０μ秒、ｄｐＢ＝ＵＬ、ｃｐ＝０．４ＵＬ」の条件の駆動波形５３−１１によって液滴を吐出させた。この結果を表４に示す。この結果、最後の吐出パルス（１１番目の吐出パルス）の印加終了から１００μ秒経過時の主液滴の数は、１となった。また、このときの先頭の主液滴の速度は、８．４ｍ／ｓであった。そして、最後の主液滴の速度は、１２．４ｍ／ｓであった。
【００９７】
第３実施形態のインクジェットヘッド１０は、階調数を増やした場合でも合体後の主液滴の数を第１実施形態及び第２実施形態よりも減らすことができる。したがって、第３実施形態のインクジェットヘッド１０は、第１実施形態及び第２実施形態よりも、階調数を増やした場合の画質を向上させることができる。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
第３実施形態のインクジェット記録装置１は、最後の吐出パルスの幅のみがｄｐＢで、その他の吐出パルスの幅はｄｐＡである。しかしながら、２番目の吐出パルスから最後の吐出パルスの１つ前の吐出パルスまでのうちのいずれかから、最後の吐出パルスまでのそれぞれの幅がｄｐＢであっても良い。また、１番目の吐出パルスから最後の吐出パルスまで徐々に幅をＡＬに近づけていっても良い。以上の場合でも、複数の吐出パルスのうち最後の吐出パルスの幅が最もＡＬに近い。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
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……配線電極、１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆ，１２０ｇ……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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【図１７】
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【図１８】
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