(57)【要約】【課題】十分多量のインクを安定して高精度に吐出可能なインクジェットヘッドを提供すること。【解決手段】一例のインクジェットヘッドは、一面に設けられた複数のノズルと、これらのノズルの各々に対応して各々設けられインクが満たされる複数の圧力室と、これらの圧力室に対応する複数の圧電部材と、前記圧力室内の固有振動周期の半分の時間、前記圧力室を拡張させる第１の波形、この第１の波形に続き前記圧力室内の固有振動周期の半分以下の時間、前記圧力室を収縮及び拡張を繰り返す第２の波形、この第２の波形に続き前記圧力室内の前記圧力室を収縮させる第３の波形から成る駆動波形を、前記ノズルの面から吐出するインクの流速がゼロとなるように前記第２波形の収縮及び拡張時間と第３の収縮時間を調整して、前記圧電部材に印加する駆動信号発生部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に設けられた複数のノズルと、
これらのノズルの各々に対応して各々設けられインクが満たされる複数の圧力室と、
これらの圧力室に対応する複数の圧電部材と、
前記圧力室内の固有振動周期の半分の時間、前記圧力室を拡張させる第１の波形、この第１の波形に続き前記圧力室内の固有振動周期の半分以下の時間、前記圧力室を収縮及び拡張を繰り返す第２の波形、この第２の波形に続き前記圧力室内の前記圧力室を収縮させる第３の波形から成る駆動波形を、前記ノズルの面から吐出するインクの流速がゼロとなるように前記第２波形の収縮及び拡張時間と第３の収縮時間を調整して、前記圧電部材に印加する駆動信号発生部と、
を有することを特徴とする、インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第１の波形と前記第２の波形は、前記圧力室が拡張状態から収縮状態に連続的に変化するタイミングで、前記圧電部材に印加されることを特徴とする、請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第２の波形は、繰り返して前記圧電部材に印加され、前記第２の波形が印加された後、前記ノズルの面から吐出するインクの流速が振動して２回目にゼロとなる時点で次の第２の波形が印加されることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記第３の波形は、最後の第２の波形の入力後、吐出後の前記ノズルの面の振動を抑えるように前記圧電部材に印加されることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式のプリンタ等に用いられるインクジェットヘッドは、インクを収容する複数の圧力室と、これら圧力室の一端面側に設けられ、各圧力室にそれぞれ対応してインク滴を吐出するためのノズルが複数形成されたノズルプレートと、各圧力室にそれぞれ対応して設けられ、それらの圧力室に振動板を介して振動を与える複数の圧電アクチュエータと、を備える。
【０００３】
この種のインクジェットヘッドは、圧電アクチュエータが駆動すると、このアクチュエータに対応した圧力室に振動が与えられる。この圧力振動によって、圧力室内部の体積が変化し、この圧力室に対応したノズルからインク滴が吐出される。インク滴は、記録紙等の記録媒体に着弾して当該記録媒体にドットを形成する。このようなドットを連続して形成することによりインクジェットヘッドは、画像データに基づいた文字や画像等を記録媒体上に形成する。
【０００４】
インクジェットヘッドにおいて、印字精度などの観点からインク滴を安定して吐出することが好ましい。そこで、所定の１周期（ＡＬ）を単位として、−Ｖ，０，＋Ｖの電圧を３ＡＬ時間に印加する、１１１波形の駆動方式が知られている。
【０００５】
この方式では、インク滴を安定して吐出することができる。しかしこの方式では隣接する電圧差がＶであるから、十分な吐出量を得ることができない。そこで、最初のＡＬ時間に−Ｖを印加し次の２ＡＬ時間に＋Ｖを印加し、次のＡＬ時間に０を印加する１２０波形の駆動方式が考えられた。この場合には第１ＡＬ時間と第２ＡＬ時間の電圧差は２Ｖであるから十分なインク吐出を行うことができる。
【０００６】
しかし、第２ＡＬ時間に＋Ｖを印加した時、インクの吐出が不安定となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１９１０３号公報
【特許文献２】特開２０００−１５８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の課題は、十分多量のインクを安定して高精度に吐出可能なインクジェット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】
【０００９】
一実施形態のインクジェットヘッドは、一面に設けられた複数のノズルと、これらのノズルの各々に対応して各々設けられインクが満たされる複数の圧力室と、これらの圧力室に対応する複数の圧電部材と、前記圧力室内の固有振動周期の半分の時間、前記圧力室を拡張させる第１の波形、この第１の波形に続き前記圧力室内の固有振動周期の半分以下の時間、前記圧力室を収縮及び拡張を繰り返す第２の波形、この第２の波形に続き前記圧力室内の前記圧力室を収縮させる第３の波形から成る駆動波形を、前記ノズルの面から吐出するインクの流速がゼロとなるように前記第２波形の収縮及び拡張時間と第３の収縮時間を調整して、前記圧電部材に印加する駆動信号発生部と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの要部を断面で示す構成図である。
【図３】図２で矢印Ａ−Ａの方向から見たインクジェットヘッドの断面図である。
【図４】インクジェットヘッドの動作を説明するための模式図である。
【図５】従来の一例のインクジェットヘッドの圧電部材に印加される駆動波形の例である。
【図６】図５に示す駆動波形が印加されたときのインク圧力とインク流速の例を示す特性図である。
【図７】一実施形態のインクジェットヘッドの圧電部材に印加される駆動波形の例である。
【図８】図７に示す駆動波形が印加されたときのインク圧力とインク流速の例を示す特性図である。
【図９】図５の駆動波形が印加されたときのピッチ誤差特性を示す図である。
【図１０】図７に示す駆動波形が印加されたときのピッチ誤差特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下実施形態について、図面を用いて説明する。図１は一実施形態のインクジェットヘッド１の斜視図、図２はインクジェットヘッドの要部を断面で示す構成図、図３は、図２で矢印Ａ−Ａの方向から見たインクジェットヘッドの断面図である。
【００１２】
インクジェットヘッド１は、駆動装置２と、ヘッド基板３と、マニホールド４とを備える。マニホールド４は、インクの供給管５と排出管６とを備える。インクジェットヘッドは、インクの供給手段から供給管５を経て供給されるインクを、駆動装置からの駆動信号に応じて、各ノズル１３ａから吐出する。供給管５からマニホールド４内に供給されたインクのうち、各ノズル１３ａから吐出されなかったインクは、排出管６からインク供給手段へ排出される。
【００１３】
ヘッド基板３は、ノズルプレート１３を含む。ノズルプレート１３には、インク滴を吐出するための複数のノズル１３ａが形成されている。各ノズル１３ａは、ノズルプレート１３の長手方向に複数列（図１では２列）で整列している。
【００１４】
ヘッド基板３は、各ノズル１３ａのそれぞれに対応して複数の圧力室１１を並設する。各圧力室１１は、隔壁１２によって仕切られており、それぞれインクを収容する。
【００１５】
ノズルプレート１３は、各圧力室１１の底面側に接着される。各ノズル１３ａは、圧力室１１側である裏面側からインク吐出側である表面側に向けて先細りの形状になっている。
【００１６】
各圧力室１１の天面側には、振動板１４が接着される。振動板１４の上面側には、各圧力室１１にそれぞれ対応して複数の圧電部材１５の一端が接続される。各圧電部材１５の他端は保持部材１６によって保持される。各圧電部材１５はそれぞれ圧電層１５ａと電極層１５ｂとが交互に複数積層される。各電極層１５ｂを挟むように一対の電極１７が配置される。両電極１７は駆動装置２に電気的に接続される。
【００１７】
ヘッド基板３は、共通圧力室を備える。共通圧力室１８には、供給管５を経由してインクが注入される。共通圧力室１８は各圧力室１１に連通しており、注入されたインクは各圧力室１１とこの圧力室１１に対応したノズル１３ａとに充填される。圧力室１１とノズル１３ａとにインクが充填されることにより、ノズル１３ａ内にインクのメニスカスが形成される。
【００１８】
かかる構成のインクジェットヘッド１は、電極１７を介して圧電部材１５に駆動信号が印加されると、圧電部材１５が膨張又は収縮する。この圧電部材１５の膨張又は収縮に伴い振動板１４が変形して、圧力室１１に振動を与える。この振動により圧力室１１の容積が変化して圧力室１１内に圧力波が発生し、ノズル１３ａからインク滴が吐出される。
【００１９】
なお、振動板１４と圧電部材１５とは、圧力室１１に振動を与えるためのアクチュエータを形成する。インクジェットヘッド１は、ノズル１３ａの数だけ、アクチュエータを備えている。
【００２０】
次に、駆動装置２について説明する。駆動装置２は通信部２１と演算部２２と駆動信号発生部２３とを備える。通信部２１は、例えばインクジェットプリンタを制御するためのホストコンピュータから印字を行う画像の階調データを受信する。演算部２２は、上記階調データに基づいて駆動パルス数を算出する。
【００２１】
駆動信号発生手段である駆動信号発生部２３は、演算部２２で算出されたパルス数の駆動信号を各アクチュエータに選択的に供給する。駆動信号の電圧がアクチュエータに印加されることにより、このアクチュエータに対応し圧力室１１のノズル１３ａから、パルス数に相当するドロップ数のインク滴が吐出される。
【００２２】
一実施形態において、隣り合うアクチュエータのそれぞれに印加される駆動信号の波形例を図５に示す。詳細は後述する。
【００２３】
この駆動信号は、４倍のＡＬ時間で完結し、以後はそれの繰り返しとなる。ここでＡＬ時間は圧力室１１内におけるインクの固有振動周期の半分の時間である。
【００２４】
各状態ＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３における各圧力室の電極への電圧印加と圧力室の状態を、模式的に図４に示す。これらの図は、理解を容易にするための図であり、構造位置関係などは図１、図２に示したものと正確には一致していない。
【００２５】
図４において、ノズルプレート３３に有するノズル３３ａから吐出するインクに着目して説明する。
【００２６】
ノズル３３ａには圧電部材３５内に設けられた圧力室３１ａが直結しており、この圧力室の電極には端子３７ａが接続されている。その横には隣接して同じ構造の圧力室３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅが設けられている。ここでは圧力室を独立して示しているが、実際には連通している。これらの圧力室の電極には、端子３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３７ｅが接続されている。
【００２７】
これらの端子には、正電圧＋Ｖが印加されるか、接地（ＧＮＤ）される。状態ＳＴ１では、各端子には一様に正電圧＋Ｖが印加される。状態ＳＴ２では、圧力室３１ａに対応する端子３７ａが接地され、他の端子は、正電圧＋Ｖが印加されたままである。状態ＳＴ３では、電極３７ａのみ正電圧が印加され、他の電極は接地される。すなわち、電極３７ａは相対的に、状態ＳＴ１ではゼロ電位であり、状態ＳＴ２では負電圧が印加され、状態ＳＴ３では正電圧＋Ｖが印加された状態となることを意味する。
【００２８】
従来の場合の駆動波形の例を図５に示し、本発明一実施形態の駆動波形例を図７に示す。
【００２９】
従来の場合の図５に示す例の駆動波形は、いわゆる１２０波形である。時刻ｔ１において、状態ＳＴ１から状態ＳＴ２に移り、電極３７ａのみ接地される。ＡＬ時間後の時刻ｔ２において電極３７ａに正電圧＋Ｖが印加され他の電極は接地される。２ＡＬ時間後の時刻ｔ３において状態ＳＴ１に戻り、この状態がＡＬ時間、続く。このように４ＡＬが１サイクルである。
【００３０】
従来の図５に示した駆動波形を圧力室に加えた時のインク圧力とインク流速の特性の一例を駆動波形に重ねて、図６に示した。図６において、横軸は時刻（μsec）であり、縦軸は正規化した出力の大きさを示す。特性線６１は駆動波形であり、特性線６２はインクにかかる圧力を示し、特性線６３はその時のインク流速を示している。この特性の見方については本実施形態の特性を示す図８と比べて後で説明する。
【００３１】
一方、本実施形態における駆動波形は、図７に示すように状態ＳＴ１から時刻ｔ１において、状態ＳＴ２に移る。この状態ＳＴ２では端子３７ａが接地され、他の電極には前と同じように正電圧＋Ｖが印加されたままである。
【００３２】
この状態ＳＴ２のとき、端子３７ａに接続された電極がゼロ電位になり、対応する圧力室３１ａは膨張して負圧がかかる。一方、この影響で隣接する圧力室３１ｂ，３１ｄの圧力室３１ａに面する側がへこむ。
【００３３】
次に、ＡＬ時間の後の時刻ｔ２では、インクジェットヘッド１は状態ＳＴ２から状態ＳＴ３に移り、端子３７ａに正電圧＋Ｖが印加され、他の電極は接地電位とされる（図４参照）。なお、ここでは時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間を第1ＡＬ時間という。
【００３４】
状態ＳＴ３では、端子３７ａに接続されている電極に正電圧＋Ｖがかかる。すると、対応する圧力室３１ａは凹み、ノズル３３ａからインク滴が吐出することになる。このとき隣接する圧力室３１ｂ，３１ｄの圧力室３１ａ側は、突出することになる。
【００３５】
状態ＳＴ３になるまでは図５に示す従来の場合と同じである。
【００３６】
しかし、この実施形態では、ＡＬ／２以下の時間（この時間をＴ１とする）を経過した時刻ｔ３には、状態ＳＴ１に戻り、各端子に正電圧＋Ｖが印加された状態になる。この状態では、各圧力室は通常の状態に戻る。
【００３７】
そして、次のＡＬ／２以下の時間（この時間をＴ２とする）を経過した時刻ｔ４では再び状態ＳＴ３になる。すなわち、電極３７ａに正電圧＋Ｖが印加され、ノズル３３ａに対応する圧力室３１ａがへこむ。このとき隣接する圧力室３１ｂ，３１ｄの圧力室３１ａ側は、突出することになる。この時間Ｔ１と時間Ｔ２の時間をここでは第２ＡＬ内時間という。すなわち、時間Ｔ１＋時間Ｔ２はＡＬ時間以下となる。
【００３８】
ｔ４からＡＬ時間経過した次の時刻ｔ５では、再び状態ＳＴ１に戻る。この時間をここでは第３ＡＬ時間という。このように、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで及び時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間は、ＡＬであるが、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの時間はＡＬ時間以下になる。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間はＴ１であり、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間はＴ２である（Ｔ１＋Ｔ２≦ＡＬ）。
【００３９】
ここで、上記時間Ｔ１，Ｔ２の設定の仕方について説明する。
【００４０】
従来例の特性を示す図６において、横軸は時刻、縦軸は正規化された圧力、流速を示す。特性線６１は駆動波形を示し、特性線６２は、そのときのインクにかかる圧力を示し、特性線６３は吐出するインクの流速を示す。
【００４１】
図６において、特性線６２のポイントＰ６１を見ると、駆動波形が状態ＳＴ３から状態ＳＴ１に戻るとき、インク圧力を急激にゼロにしようとするが、急激な変動のためゼロにすることができず、ポイントＰ６２等に示すようにその後も圧力変動が残る。このため、特性線６３のポイントＰ６５等において、インク流速をゼロにすることができず、ポイントＰ６６に示すように変動が残ることになる。
【００４２】
これに対して、この実施形態の図７に示す駆動波形を用いた場合、インク圧力とインク流速は図８に示すようになる。この図においても横軸は時刻、縦軸は正規化された圧力、流速を示す。特性線８１はこの実施形態の駆動波形を示し、特性線８２はそのときのインクにかかる圧力を示し、特性線８３は吐出するインクの流速を示す。
【００４３】
この場合には図７に示す駆動波形と異なり、時刻ｔ３に示すように状態ＳＴ３から状態ＴＳ１に変えている。そのため、その前の状態ＳＴ２から状態ＳＴ３に移った時の急激な変化が緩和される。したがって、図８におけるインク圧力の特性線８２のポイントＰ８１に示すように、状態ＳＴ３から状態ＳＴ１に戻った時の圧力を抑えることが可能となる。すなわち、圧力変動をゼロにできる。それゆえ、インク流速を示す特性線８３は、時刻ｔ５において、ポイントＰ８５に示すようにゼロにすることが可能となる。
【００４４】
これらのインク圧力及びインク流速は、矢印７１に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間Ｔ１及び時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間Ｔ２を調整することにより可能である。すなわち、時刻ｔ５におけるインク流速がゼロになるように、時間Ｔ１，Ｔ２を調整することができる。
【００４５】
状態ＳＴ２から状態ＳＴ３に遷移し、その後状態ＳＴ３から状態ＳＴ１に遷移するまでの、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間Ｔ１、及び状態ＳＴ３から状態ＳＴ１に遷移し、その後状態ＳＴ１から状態ＳＴ３に遷移するまでの、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間Ｔ２は、通常ＡＬ／２かそれ以下である。したがってＴ１＋Ｔ２はＡＬ時間以下になる。
【００４６】
上記圧電部材に印加される駆動波形について、圧力室の拡張及び収縮の観点から述べると次のようになる。図７において、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間には圧力室３１ａを拡張させており、この状態にする波形を第１の波形という。次に時刻ｔ２から時刻ｔ４の間では、圧力室３１ａを収縮と拡張を繰り返しており、このとき圧電部材に印加される波形を第２の波形という。そして、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間では、再び圧力室を収縮させており、このときの駆動波形を第３の波形という。
【００４７】
駆動信号発生部では、圧力室内の固有振動周期の半分の時間、圧力室を拡張させる第１の波形、この第１の波形に続き圧力室内の固有振動周期の半分以下の時間、圧力室を収縮及び拡張を繰り返す第２の波形、この第２の波形に続き圧力室内の固有振動周期の半分の時間、圧力室を収縮させる第３の波形から成る駆動波形を、圧電部材に印加する。そして、上記第２の時間を調整して前記ノズルの面から吐出するインクの流速がゼロとなるようにしていることになる。
【００４８】
上記第１の波形と前記第２の波形は、圧力室が拡張状態から収縮状態に連続的に変化するタイミングで、圧電部材に印加されることが好ましい。
【００４９】
また、上記第２の波形は、繰り返して圧電部材に印加され、第２の波形が印加された後、ノズルの面から吐出するインクの流速が振動して２回目にゼロとなる時点で次の第２の波形が印加されることが好ましい。
【００５０】
更に、上記第３の波形は、最後の第２の波形の入力後、吐出後のノズルの面の振動を抑えるように前記圧電部材に印加されることが好ましい。
【００５１】
従来の図５に示す波形でインク室を駆動した場合と、一実施形態の図7に示す波形でインク室を駆動した場合のピッチ誤差の特性の一例を、図９と図10に示す。
【００５２】
これらの図において、横軸は各ノズルの番号を取り、縦軸は複数のノズルが理論値で１６９μｍの間隔で一列に並べられた場合に、各ノズルから吐出されるノズル滴のピッチ誤差（μｍ）を取っている。
【００５３】
図９及び図１０から明らかに、図１０のピッチ誤差は小さくなっている。標準偏差で比べると、図９の場合は１．２２μｍとなり、図１０の場合は０．６μｍとなった。このように、本実施形態の駆動波形（図７）を用いると、ピッチ誤差が小さくなる、すなわちインク滴の流速の変動を抑えて安定して高精度にインク滴を吐出できることが理解できる。
【００５４】
本実施の形態では、圧電部材１５を直接圧力室１１に接続しているがこれに限定されず、圧電部材は振動板を介して圧力室に対応する構造にしてもよい。
【００５５】
実施形態によれば、十分多量のインクを安定して高精度に吐出可能なインクジェットヘッドが得られる。
【００５６】
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】
【００５７】
１・・・・インクジェットヘッド
２・・・・駆動装置
３・・・・ヘッド基板
１１・・・・圧力室
１２・・・・隔壁
１３・・・・ノズルプレート
１３ａ，３３ａ・・・・ノズル
１４・・・・振動板
１５・・・・圧電部材
１５ａ・・・・圧電層
１５ｂ・・・・電極層
１７，３７ａ〜３７ｅ・・・・電極
１８・・・・共通圧力室
２３・・・・駆動信号発生部
３１ａ〜３１ｅ・・・・圧力室
８１，８２，８３・・・・特性線
【図１】
2015089645.tif 000003
【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】
2015089645.tif 000011
【図１０】
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