(57)【要約】  薄膜圧電素子に印加する駆動信号は、圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、キャンセルパルスとを含む。キャンセルパルスは、吐出パルスの印加による薄膜圧電素子の駆動によって圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、上記吐出パルスと同極性のパルスである。圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加が終了してから、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で印加される。
2014185142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容する圧力室と、
前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための駆動信号に基づいて駆動される薄膜圧電素子と、
前記駆動信号を生成して前記薄膜圧電素子に印加する駆動回路とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記駆動信号は、
前記圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、
前記吐出パルスの印加による前記薄膜圧電素子の駆動によって前記圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、前記吐出パルスと同極性のキャンセルパルスとを含み、
前記圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、
前記キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加が終了してから、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で印加されるインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記吐出パルスが１画素を描画する周期内で複数印加されるとき、前記複数の吐出パルスのパルス幅およびパルス間隔は、ともにＴｃである請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記複数の吐出パルスの電位は、１画素を描画する周期内で異なっている請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
１画素を描画する周期内で、後の吐出パルスほど、待機電位との電圧差が小さい請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記薄膜圧電素子の駆動に伴って振動し、前記圧力室内のインクに圧力を付与する振動板をさらに備え、
１画素を描画する周期内で、各吐出パルス印加時の前記振動板の振動振幅が揃うように、複数の吐出パルスの電位が設定されている請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍の時間が経過した時点で印加される請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記吐出パルスおよび前記キャンセルパルスは、それぞれ、立ち下げ時間および立ち上げ時間が同じパルス波である請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させるインクジェットプリンタ。
【請求項９】
薄膜圧電素子に駆動信号を印加して、圧力室内のインクを外部に吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記駆動信号は、前記圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、前記吐出パルスの印加による前記薄膜圧電素子の駆動によって前記圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、前記吐出パルスと同極性のキャンセルパルスとを含み、
前記圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、
１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で、前記キャンセルパルスを前記薄膜圧電素子に印加するインクジェットヘッドの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜圧電素子に駆動信号を印加して、圧力室内のインクを外部に吐出させるインクジェットヘッドおよびその駆動方法と、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。用紙や布などの記録メディアに対してインクジェットヘッドを相対的に移動させながら、インクの吐出を制御することにより、記録メディアに対して二次元の画像を出力することができる。インクの吐出は、アクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形などによるもの）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。【０００３】
圧電式のアクチュエータには、バルク状の圧電体を用いたものと、薄膜の圧電体（圧電薄膜）を用いたものとがある。前者は出力が大きいため、大きな液滴を吐出することができるが、大型でコストが高い。これに対して、後者は出力が小さいため、液滴を大きくできないが、小型でコストが低い。高解像度（小液滴で良い）で小型、低コストのプリンタを実現するには、圧電薄膜を用いてアクチュエータを構成することが適していると言える。【０００４】
圧電薄膜は、一対の電極（上部電極、下部電極）で挟まれた状態で、圧力室の上壁を構成する従動膜（振動板）の上に位置する。圧力室にインクを収容した状態で、一対の電極に電圧（駆動信号）を印加して圧電薄膜を伸縮させ、振動板を振動させることにより、圧力室内のインクに圧力が付与される。これにより、圧力室内のインクを外部に吐出することができる。このような圧電式のアクチュエータを横方向に並べることにより、インクジェットヘッドが構成される。【０００５】
圧力室からインクを吐出させる方法としては、インクの安定吐出に有効な点で、圧力室の容積を一旦膨張させ、その後収縮させてインクを吐出させる、引き打ち方式が広く用いられている。引き打ち方式では、待機時に一定の電圧（このときの待機電位をＶ１とする）をアクチュエータに印加して、振動板を一定量変形させておき、インク吐出時に電位をＶ０（＜Ｖ１）に下げ、その後、待機電位Ｖ１に戻すことで、圧力室の容積の膨張および収縮を行っている。【０００６】
上記のような圧電式のアクチュエータに用いられる圧電体には、ＢａＴｉＯ３や、ＰＺＴと呼ばれるＰｂ（Ｔｉ／Ｚｒ）Ｏ３など、ペロブスカイト型の金属酸化物が広く用いられている。圧電薄膜を用いたアクチュエータは、基板上に例えばＰＺＴを成膜して作製される。ＰＺＴの成膜は、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法、ゾルゲル法など、種々の方法を用いて行うことが可能である。なお、圧電材料の結晶化には高温が必要となるため、基板にはＳｉが良く用いられる。【０００７】
ところで、近年、インクジェットプリンタでは、より高速に高精細な画像を形成することが求められている。それに伴い、インクジェットヘッドのインク吐出波形（駆動波形）には、１画素あたりの駆動周期の短縮化と多階調化が求められている。【０００８】
しかしながら、高速駆動によりインク吐出の間隔が短くなると、直前に印加された吐出パルスにより圧力室内に発生した圧力波の残響振動が発生し、それによって次に吐出されるインクの吐出速度が変化してしまい、安定してインクを吐出することができない。そこで、高速駆動の際には、吐出パルスの印加後、圧力波の残響振動を抑制するためのキャンセルパルスをアクチュエータに印加することが必要となる。【０００９】
一方、多階調化に関しては、アナログ回路を用いて駆動波形を出力し、駆動波形の形状を変えることで、吐出するインク滴のサイズを変え、多階調を実現する方法がある。しかし、この場合は複雑で高コストな駆動回路が必要となってしまう。【００１０】
そこで、特許文献１では、圧力室の固有振動周期に合わせて連続して吐出パルスを複数回印加することで、１画素あたりに吐出するインク滴を増やし、多階調の描画を実現している。この方法では、吐出パルスを固有振動周期に合わせて印加しているため、残響振動の影響が大きくなり、高速安定駆動のためには、前述のキャンセルパルスを印加することが必要となる。【００１１】
ここで、キャンセルパルスの波形としては、吐出パルスと逆極性のパルスと、吐出パルスと同極性のパルスとがある。残響振動を早く抑制するためには、特許文献２にあるように、キャンセルパルスとして、吐出パルスと逆極性のパルスを用いるのが効果的である。しかし、薄膜圧電素子を用いたヘッドでは、圧電素子の膜厚が薄く、素子にかかる電界（単位厚み当たりの電圧）が大きい。このため、引き打ち方式において、吐出パルスと逆極性のパルスを印加すると、印加電圧が素子の耐電圧を超えて、素子が絶縁破壊してしまい、信頼性が保てなくなるという懸念がある。そこで、薄膜圧電素子を用いたヘッドでは、特許文献３のように、キャンセルパルスとして、吐出パルスと同極性のパルスを用いることが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６１−２２９５９号公報（特許請求の範囲、第５頁右上欄第２行〜左下欄第２行等参照）
【特許文献２】特許第３１６８６９９号公報（段落〔００１７〕〜〔００２７〕、図１、図２等参照）
【特許文献３】特開２０１２−１２６０４６号公報（請求項１、図６等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
１画素を描画する周期（以下、１画素周期とも称する）内で、１滴のインク滴を圧力室から吐出させる駆動を、１ｄｐｄ（drop  per  dot）駆動方式と呼ぶ。これに対して、１画素周期内で、２滴のインク滴を圧力室から吐出させる駆動方式を、２ｄｐｄ駆動方式と呼ぶ。これらの駆動方式を組み合わせて、１画素周期内で０〜２滴のインク滴の吐出を制御することにより、多階調の表示を行うことができる。【００１４】
上述した特許文献３では、吐出パルスと同極性のキャンセルパルスを印加して高速駆動を行うべく、２ｄｐｄ駆動方式において、１画素周期内で２回目の吐出パルスのパルス幅を小さくし、その次に印加するキャンセルパルスを、１ｄｐｄ駆動方式でのキャンセルパルスの印加タイミングと同じタイミングで印加するようにしている。【００１５】
しかし、このような駆動方法では、１画素周期内の２回目の吐出パルスの印加直後にキャンセルパルスが印加されるため、２回目の吐出パルスによって圧力室（インク）に付与される圧力が不安定になりやすく、インク吐出を安定して行うことができない。【００１６】
なお、インクの吐出安定性を実現するためには、１画素周期内の２回目の吐出パルスの印加終了時点から、同極性のキャンセルパルスの印加開始までの間隔を、圧力室の固有振動周期以上にする必要がある。しかし、特許文献３の手法では、１画素周期内で２回目の吐出パルスのパルス幅を小さくしているため、２回目の吐出パルスの印加終了時点から例えば圧力室の固有振動周期分の間隔をあけてキャンセルパルスを印加すると、キャンセルパルスの印加タイミングが１ｄｐｄ駆動方式と２ｄｐｄ駆動方式とでずれてしまい、駆動回路の構成が複雑になってしまう。【００１７】
また、図１１は、１ｄｐｄ駆動方式において、ｔ＝２Ｔｃのとき、およびｔ＝Ｔｃのときのそれぞれにおける駆動信号（駆動波形）と、その駆動信号に基づく駆動時に圧力室に付与される圧力波とを示している。ただし、説明の都合上、上記駆動信号にはキャンセルパルスは含まれていない。なお、Ｔｃは、圧力室の固有振動周期の半周期（μｓｅｃ）を示し、ｔは、ある画素の描画から次の画素の描画に移るまでの期間（μｓｅｃ）を指す。【００１８】
同図に示すように、ｔ＝２Ｔｃのとき、１つ目の画素の吐出パルス（第１パルス）の印加によって生じる圧力波（残響振動を含む）の波形は、２つ目の画素の吐出パルス（第２パルス）を印加しなければ、波形Ｗ１（１点鎖線）となるが、第２パルスを印加すると、それによって生じる圧力波の波形Ｗ２（２点鎖線）と逆位相で弱め合う結果、実線に示す波形となる。つまり、この場合、インク吐出速度は、第１パルス印加時よりも第２パルス印加時のほうが、圧力差Ｒ１に相当する量だけ低くなる。【００１９】
一方、ｔ＝Ｔｃのとき、第１パルスの印加によって生じる圧力波は、第２パルスの印加時には、第２パルスの印加によって生じる圧力波と同位相で強め合う。この場合、インク吐出速度は、第１パルス印加時よりも第２パルス印加時のほうが、圧力差Ｒ２に相当する量だけ高くなる。【００２０】
このように、キャンセルパルスの印加を考えない場合、期間ｔを短くすると（複数の画素を描画するときの駆動周波数を高くすると）、画素の描画ごとにインクの吐出速度が変化する。したがって、高速駆動の場合でも、画素の描画ごとにインクの吐出を安定して行うためには、上述したキャンセルパルスを印加するタイミングを適切に設定して、次の画素の吐出パルスの印加までに残響振動を十分に低減しておく必要がある。【００２１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、キャンセルパルスの印加タイミングを適切に設定することにより、駆動回路の複雑化を回避しながら、多階調かつ高速な描画を安定して行うことができるインクジェットヘッドおよびその駆動方法と、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一側面に係るインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と、前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための駆動信号に基づいて駆動される薄膜圧電素子と、前記駆動信号を生成して前記薄膜圧電素子に印加する駆動回路とを備えたインクジェットヘッドであって、前記駆動信号は、前記圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、前記吐出パルスの印加による前記薄膜圧電素子の駆動によって前記圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、前記吐出パルスと同極性のキャンセルパルスとを含み、前記圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、前記キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加が終了してから、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で印加される。【００２３】
本発明の他の側面に係るインクジェットヘッドの駆動方法は、薄膜圧電素子に駆動信号を印加して、圧力室内のインクを外部に吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、前記駆動信号は、前記圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、前記吐出パルスの印加による前記薄膜圧電素子の駆動によって前記圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、前記吐出パルスと同極性のキャンセルパルスとを含み、前記圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で、前記キャンセルパルスを前記薄膜圧電素子に印加する。
【発明の効果】
【００２４】
上記したインクジェットヘッドおよびその駆動方法によれば、薄膜圧電素子に駆動信号を印加する駆動回路の構成の複雑化を回避しながら、多階調かつ高速な描画を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。
【図２】上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドのアクチュエータの概略の構成を示す平面図、およびその平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの断面図である。
【図４】上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施例１の駆動信号の波形を示す説明図である。
【図６】実施例１の駆動信号の波形と、その駆動信号に基づく駆動によって発生する圧力波の波形とを示す説明図である。
【図７】実施例２の駆動信号の波形を示す説明図である。
【図８】実施例２の駆動信号の波形と、その駆動信号に基づく駆動によって発生する圧力波の波形とを示す説明図である。
【図９】比較例１の駆動信号の波形を示す説明図である。
【図１０】実施例１および２の駆動信号に含まれる吐出パルスまたはキャンセルパルスを拡大して示す説明図である。
【図１１】１ｄｐｄ駆動方式において、ｔ＝２Ｔｃのとき、およびｔ＝Ｔｃのときのそれぞれにおける駆動信号と、その駆動信号に基づく駆動によって発生する圧力波とを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２７】
〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
【００２８】
インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
【００２９】
インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド２１の詳細については後述する。
【００３０】
繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
【００３１】
巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
【００３２】
各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
【００３３】
中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、複数のインクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。
【００３４】
送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。
【００３５】
定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
【００３６】
上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
【００３７】
なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。
【００３８】
〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド２１のアクチュエータ２１ａの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。また、図３は、図２のアクチュエータ２１ａにノズル基板３１を接合してなるインクジェットヘッド２１の断面図である。
【００３９】
インクジェットヘッド２１は、複数の圧力室２２ａを有する基板２２上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電薄膜２５、上部電極２６をこの順で有している。
【００４０】
基板２２は、厚さが例えば３００〜５００μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon  on  Insulator）基板で構成されている。なお、図２では、基板２２をＳＯＩ基板で構成した場合を示している。ＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。基板２２における圧力室２２ａの上壁は、従動膜となる振動板２２ｂを構成しており、圧電薄膜２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。
【００４１】
熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ２（酸化シリコン）からなり、基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。
【００４２】
下部電極２４は、複数の圧力室２２ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
【００４３】
圧電薄膜２５は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成されており、各圧力室２２ａに対応して設けられている。ＰＺＴは、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３；チタン酸鉛）とＰＺＯ（ＰｂＺｒＯ３；ジルコン酸鉛）との固溶体である。圧電薄膜２５の膜厚は、例えば３〜５μｍである。
【００４４】
上部電極２６は、各圧力室２２ａに対応して設けられる個別電極であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電薄膜２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ程度である。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電薄膜２５を挟むように設けられている。
【００４５】
下部電極２４、圧電薄膜２５および上部電極２６は、圧力室２２ａ内のインクを外部に吐出させるための薄膜圧電素子２７を構成している。この薄膜圧電素子２７は、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。駆動回路２８は、圧力室２２ａからインクを吐出させるための上記駆動信号を生成して薄膜圧電素子２７に印加するが、その駆動信号の具体例については後述する。
【００４６】
圧力室２２ａの振動板２２ｂとは反対側には、ノズル基板３１が接合されている。ノズル基板３１には、圧力室２２ａ内のインクをインク滴として外部に吐出するための吐出孔（ノズル孔）３１ａが形成されている。圧力室２２ａには、中間タンク６より供給されるインクが収容される。
【００４７】
上記の構成において、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、圧電薄膜２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電薄膜２５と振動板２２ｂとの長さの違いにより、振動板２２ｂに曲率が生じ、振動板２２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
【００４８】
したがって、圧力室２２ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２２ｂの振動により、圧力室２２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２２ａ内のインクが吐出孔３１ａからインク滴として外部に吐出される。
【００４９】
〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッド２１の製造方法について以下に説明する。図４は、インクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。
【００５０】
まず、基板２２を用意する。基板２２としては、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、酸化膜２２ｅを介して２枚のＳｉ基板２２ｃ・２２ｄが接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。
【００５１】
基板２２を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ基板２２ｃ・２２ｄの表面にＳｉＯ２からなる熱酸化膜２３ａ・２３ｂをそれぞれ形成する。次に、一方の熱酸化膜２３ａ上に、チタンおよび白金の各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４を形成する。
【００５２】
続いて、基板２２を６００℃程度に再加熱し、変位膜となるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の層２５ａをスパッタ法で成膜する。そして、基板２２に感光性樹脂４１をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂４１の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜２５の形状を転写する。その後、感光性樹脂４１をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２５ａの形状を加工し、圧電薄膜２５とする。
【００５３】
次に、圧電薄膜２５を覆うように下部電極２４上に、チタン、白金層をスパッタ法で順に成膜し、層２６ａを形成する。続いて、層２６ａ上に感光性樹脂４２をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂４２の不要な部分を除去し、形成する上部電極２６の形状を転写する。その後、感光性樹脂４２をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２６ａの形状を加工し、上部電極２６を形成する。
【００５４】
次に、基板２２の裏面（熱酸化膜２２ｄ側）に感光性樹脂４３をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂４３の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室２２ａの形状を転写する。そして、感光性樹脂４３をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板２２の除去加工を行い、圧力室２２ａを形成する。
【００５５】
その後、基板２２と、吐出孔３１ａを有するノズル基板３１とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド２１が完成する。なお、吐出孔３１ａに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜２３ｂを除去して、基板２２と中間ガラス、および中間ガラスとノズル基板３１とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに３者（基板２２、中間ガラス、ノズル基板３１）を接合することができる。
【００５６】
なお、下部電極２４を構成する電極材料は、上述したＰｔに限定されるわけではなく、その他にも、例えばＡｕ（金）、Ｉｒ（イリジウム）、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）、ＲｕＯ２（酸化ルテニウム）、ＬａＮｉＯ３（ニッケル酸ランタン）、ＳｒＲｕＯ３（ルテニウム酸ストロンチウム）等の金属または金属酸化物、およびこれらの組み合わせが考えられる。
【００５７】
また、下部電極２４と圧電薄膜２５との間に、ＰＬＴ（チタン酸ランタン鉛）、ＬａＮｉＯ３またはＳｒＲｕＯ３からなる配向制御層（シード層）を設けるようにしてもよい。
【００５８】
また、圧電薄膜２５を構成する材料は、上述したＰＺＴに限定されるわけではなく、その他にも、例えばＰＺＴにＬａ（ランタン）や、Ｎｂ（ニオブ）、Ｓｒ（ストロンチウム）を添加したもの、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）、ＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム）、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３、Ｐｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３等の酸化物やこれらの組み合わせが考えられる。
【００５９】
〔駆動信号について〕
次に、駆動回路２８が薄膜圧電素子２７に印加する駆動信号の具体例について、実施例１および２として説明するとともに、各実施例との比較のため、比較例についても併せて説明する。
【００６０】
＜実施例１＞
図５は、実施例１の駆動信号であって、１画素を描画する周期（１画素周期とも称する）内で、１滴のインク滴を吐出させる１ｄｐｄ駆動の場合の駆動信号（第１の駆動信号とも称する）と、１画素周期内で２滴のインク滴を吐出させる２ｄｐｄ駆動の場合の駆動信号（第２の駆動信号とも称する）の各波形を示している。また、図６は、実施例１の駆動信号と、その駆動信号に基づく薄膜圧電素子２７の駆動によって圧力室２２ａに付与される圧力波の各波形を示している。
【００６１】
第１の駆動信号および第２の駆動信号は、薄膜圧電素子２７の待機状態を形成するための待機電位Ｖ１を基準として、引き打ち方式にてインク滴を吐出させるための駆動信号であり、少なくとも１つの吐出パルスと、キャンセルパルスとを含んでいる。吐出パルスは、圧力室２２ａから１滴のインクを吐出させるためのパルスである。キャンセルパルスは、吐出パルスの印加による薄膜圧電素子２７の駆動によって圧力室２２ａに付与される圧力波の残響振動を抑制するためのパルスであり、ここでは吐出パルスと同極性である。以下、第１の駆動信号および第２の駆動信号の詳細について説明する。
【００６２】
（第１の駆動信号）
第１の駆動信号は、１画素周期内に、電圧ｖ１（電位Ｖ１−Ｖ０）からなる吐出パルスＰ１と、電圧ｖ１よりも小さい電圧ｖ２（電位Ｖ１−Ｖ２）からなるキャンセルパルスＰｃとを有している。なお、電圧および電位の単位は、全てＶ（ボルト）とする。電圧ｖ１・ｖ２は、待機電位Ｖ１からの電位差（電圧幅）を指す。
【００６３】
ここで、１画素周期とは、ある画素を描画する際の最初の吐出パルスの印加開始時点から、次の画素を描画する際の最初の吐出パルスの印加開始時点までの区間を指し、本実施形態では、６Ｔｃ＋ｔに設定されている。なお、Ｔｃは、インクを含む圧力室２２ａの固有振動周期の半分の期間（例えば４μｓｅｃ）を指し、ｔは、ある画素の描画から次の画素の描画に移るまでの期間（例えば１μｓｅｃ）を指す。期間ｔが短いほど、複数の画素を描画するときの時間的な間隔が短くなり、複数の画素を高速で（高周波数で）描画することになる。
【００６４】
吐出パルスＰ１のパルス幅は、圧力室２２ａから安定した吐出特性でインク滴を吐出させるため、圧力室２２ａの固有振動周期に基づいてＴｃと等しくなるように設定されている。吐出パルスＰ１が薄膜圧電素子２７に印加されると、図６に示すように、電位がＶ１からＶ０へと低下する過程で、薄膜圧電素子２７によって圧力室２２ａには負圧の圧力波が作用し、これによってインクが圧力室２２ａ内に引き込まれる。その後、電位がＶ０からＶ１へと上昇すると、圧力室２２ａには正圧の圧力波が作用し、これによってインクが圧力室２２ａから押し出される。その結果、圧力室２２ａ内のインクは、図６に示す時刻Ｔ１の時点で、１滴のインク滴として圧力室２２ａの下方の吐出孔３１ａより外部に吐出される。
【００６５】
キャンセルパルスＰｃのパルス幅も、吐出パルスＰ１と同様にＴｃに設定されている。このキャンセルパルスＰｃは、１画素周期内で、吐出パルスＰ１の印加が終了してから、Ｔｃの４倍の時間（４Ｔｃ）が経過した時点で薄膜圧電素子２７に印加される。
【００６６】
ここで、仮に、キャンセルパルスＰｃが印加されない場合（後述の比較例１に相当）、吐出パルスＰ１の印加によって生じる圧力波は、残響振動の影響により振動し、次の画素を描画する周期内で吐出パルスＰ１を印加したときに、その吐出パルスＰ１によって生じる圧力波（図６の１ｄｐｄの実線の波形参照）と打ち消し合う。その結果、圧力波は破線のように振動し、時刻Ｔ２で吐出されるインク滴の吐出速度は、時刻Ｔ１で吐出されるインク滴の吐出速度よりも、圧力差Ｓ１に相当する量だけ小さくなる。
【００６７】
しかし、上記のように、１画素周期内で、吐出パルスＰ１と同極性のキャンセルパルスＰｃを、吐出パルスＰ１の印加が終了してから４Ｔｃの時間が経過した時点で印加することで、正圧の圧力波を吐出パルスＰ１による負圧で打ち消して残響振動を抑制することができる。これにより、次の画素を描画する周期内で吐出パルスＰ１を印加したときに、時刻Ｔ２において、前の画素の吐出パルスＰ１による時刻Ｔ１での吐出速度とほぼ同じ速度でインクを吐出することができる（１ｄｐｄの実線の波形参照）。
【００６８】
また、例えば、１画素周期内で、吐出パルスＰ１の印加が終了してからＴｃの期間が経過した時点でキャンセルパルスＰｃを印加すると、このキャンセルパルスＰｃの印加期間では圧力室２２ａには負圧の圧力波が作用しているので（図６参照）、残響振動の影響を抑制するためには、キャンセルパルスＰｃの電圧ｖ２を、吐出パルスＰ１の電圧ｖ１と逆極性にする必要がある。この場合、第１の駆動信号全体における電圧幅が広くなってしまう。
【００６９】
この点、本実施例では、上述のように、圧力室２２ａに正圧の圧力波が作用する時間にキャンセルパルスＰｃを印加することができるので、キャンセルパルスＰｃの電圧ｖ２を、吐出パルスＰ１の電圧ｖ１と同極性にして、第１の駆動信号全体における電圧幅を狭くすることができる。その結果、薄膜圧電素子２７の絶縁破壊を防止し、薄膜圧電素子２７ひいてはインクジェットヘッド２１の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
また、例えば、１画素周期内で、吐出パルスＰ１の印加が終了してから２Ｔｃの期間が経過した時点でキャンセルパルスＰｃを印加しても、キャンセルパルスＰｃを吐出パルスＰ１と同極性にすることができる。しかし、この場合は、後述する第２の駆動信号に基づく２ｄｐｄ駆動において、第１の駆動信号と同じタイミングでキャンセルパルスＰｃを印加したときに、キャンセルパルスＰｃが１画素周期内で２つ目の吐出パルスＰ２と連続することになる。したがって、第１の駆動信号と第２の駆動信号とでキャンセルパルスＰｃの印加タイミングを同じにして、駆動回路２８の構成が複雑になるのを回避できる反面、１画素周期内で２滴目のインク吐出を安定して行うことができなくなる。
【００７１】
しかし、本実施例では、２つ目の吐出パルスＰ２とキャンセルパルスＰｃとの間隔を（２Ｔｃだけ）十分に確保することができるので、２滴目のインクの吐出がキャンセルパルスＰｃの印加によって不安定になるのを回避することができる。
【００７２】
（第２の駆動信号）
第２の駆動信号は、図５に示すように、１画素周期内に、電圧ｖ１（電位Ｖ１−Ｖ０）からなる２つの吐出パルスＰ１・Ｐ２と、電圧ｖ２（電位Ｖ１−Ｖ２）からなるキャンセルパルスＰｃとを含んでいる。吐出パルスＰ１・Ｐ２のパルス幅およびパルス間隔は、ともにＴｃである。
【００７３】
第２の駆動信号では、１画素周期内において、１つ目の吐出パルスＰ１の印加が終了してからＴｃの時間が経過した時点で２つ目の吐出パルスＰ２が印加される。なお、１つ目の吐出パルスＰ１により吐出されるインク滴と、２つ目の吐出パルスＰ２により吐出されるインク滴とは、各々が吐出された後に一体となり、同じ画素に対する１つのインク滴として記録媒体上に着弾する。
【００７４】
キャンセルパルスＰｃは、圧力室２２ａに付与される圧力波の残響振動の影響を抑制するためのパルスであり、そのパルス幅はＴｃに設定されている。また、キャンセルパルスＰｃの電圧ｖ２は、吐出パルスＰ１・Ｐ２の電圧ｖ１と同極性である。図５に示すように、キャンセルパルスＰｃは、第１の駆動信号と同様に、１つ目の吐出パルスＰ１の印加が終了してから４Ｔｃが経過した時点で印加される。したがって、第２の駆動信号において、キャンセルパルスＰｃが印加されるタイミングは、第１の駆動信号において、キャンセルパルスＰｃが印加されるタイミングと等しい。
【００７５】
ここで、キャンセルパルスＰｃが印加されない場合（後述の比較例１に相当）、吐出パルスＰ１・Ｐ２の印加によって生じる圧力波は、残響振動の影響により振動し、次の画素を描画する周期内で最初の吐出パルスＰ１を印加したときに、その吐出パルスＰ１によって生じる圧力波（図６の２ｄｐｄの実線の波形参照）と打ち消し合う。その結果、圧力波は図６の破線のように振動し、時刻Ｔ２で吐出されるインク滴の吐出速度は、時刻Ｔ１で吐出されるインク滴の吐出速度よりも、圧力差Ｓ２に相当する量だけ小さくなる。
【００７６】
しかし、上記のように、１画素周期内で、吐出パルスＰ１・Ｐ２と同極性のキャンセルパルスＰｃを、最初の吐出パルスＰ１の印加が終了してから４Ｔｃの時間が経過した時点で印加することで、残響振動を抑制することができる。これにより、次の画素を描画する周期内で吐出パルスＰ１を印加したときに、時刻Ｔ２において、前の画素の吐出パルスＰ１による時刻Ｔ１でのインクの吐出速度とほぼ同じ速度でインクを吐出することができる（２ｄｐｄの実線の波形参照）。
【００７７】
また、キャンセルパルスＰｃの電圧ｖ２は、吐出パルスＰ１・Ｐ２の電圧ｖ１と同極性であるため、第２の駆動信号において使用される電圧の幅が狭くなり、薄膜圧電素子２７ひいてはインクジェットヘッド２１の信頼性を向上させることができる。
【００７８】
以上のように、キャンセルパルスＰｃは、１画素周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍の時間が経過した時点で印加されるので、第１の駆動信号を用いた１ｄｐｄ駆動の場合でも、第２の駆動信号を用いた２ｄｐｄ駆動の場合でも、圧力室２２ａの固有振動周期に合わせて、吐出パルスを薄膜圧電素子２７に印加できるとともに、１ｄｐｄと２ｄｐｄの場合とでキャンセルパルスＰｃの印加タイミングを同じにすることができる。これにより、駆動信号を生成する駆動回路２８の構成が複雑になるのを回避しながら、多階調の描画を行うことができる。また、２ｄｐｄの場合においては、１画素周期内で２回目の吐出パルスＰ２を印加した後、キャンセルパルスＰｃの印加までに圧力室２２ａの固有振動周期分（２Ｔｃ）の時間を確保できるので、２回目の吐出パルスＰ２の印加によるインクの吐出が、キャンセルパルスＰｃの印加によって不安定になるのを回避することができ、多階調の描画を安定して行うことができる。
【００７９】
また、吐出パルスと同極性のキャンセルパルスＰｃを上記のタイミングで印加することにより、残響振動によって圧力室２２ａに正圧が作用しているときに、キャンセルパルスＰｃによる負圧を作用させて、残響振動を効率よく、かつ、十分に低減することができる。これにより、期間ｔを短くして複数の画素の描画を高速で行う場合でも、各画素の描画ごとに、最初の吐出パルスＰ１によるインクの吐出を安定して行うことができる。
【００８０】
このように、本実施例のインクジェットヘッドの駆動方法によれば、１ｄｐｄ駆動でも、２ｄｐｄ駆動でも、安定したインク吐出を行うことができ、多階調の描画を安定して行うとともに、各画素の駆動周期を短くすることができる。その結果、高精細な画像を高速で形成可能な高性能のインクジェットプリンタを実現することができる。
【００８１】
また、第２の駆動信号において、複数の吐出パルスＰ１・Ｐ２のパルス幅およびパルス間隔はともにＴｃであるので、２ｄｐｄ駆動を行う場合に、圧力室２２ａの固有振動周期に合わせてインク吐出を効率よく行うことができる。
【００８２】
ところで、本実施例では、吐出パルスＰ１と同極性のキャンセルパルスＰｃにより、圧力室２２ａに負圧を作用させるため、残響振動により圧力室２２ａに正圧が作用しているときにキャンセルパルスＰｃを印加するようにすれば、その残響振動を抑えることができる。１画素周期内で、最初の吐出パルスＰ１の印加が終了してから、Ｔｃの４倍の期間が経過した時点をＴａとすると、Ｔａ以降において、１ｄｐｄ駆動と２ｄｐｄ駆動とに共通して、残響振動により圧力室２２ａに正圧が作用する時期は、Ｔａから、Ｔｃの偶数倍の時間が経過するごとに現れる。したがって、キャンセルパルスＰｃは、１画素周期内で、最初の吐出パルスＰ１の印加が終了してから、Ｔｃの偶数倍の時間で、かつ、Ｔｃの４倍以上の時間（Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間）が経過した時点で印加されれば、残響振動を抑制して本実施例と同様の効果が得られると言える。
【００８３】
特に、本実施例のように、キャンセルパルスＰｃが、１画素周期内で、最初の吐出パルスＰ１の印加終了時点から、Ｔｃの４倍の時間が経過した時点で印加されれば、最初の吐出パルスＰ１の印加からキャンセルパルスＰｃの印加までの期間を最も短くしながら、その期間内にキャンセルパルスＰｃと干渉させることなく２回目の吐出パルスＰ２を印加して、多階調の描画を実現することができる。したがって、複数の画素を高速でかつ多階調で描画する場合に最も有効となる。
【００８４】
また、キャンセルパルスＰｃが、１画素周期内で、最初の吐出パルスＰ１の印加終了時点から、Ｔｃの偶数倍の時間で、かつ、Ｔｃの６倍以上の時間が経過した時点で印加されるようにすれば、１画素周期内で吐出パルスを３つ以上印加することが可能となる。この場合は、１画素周期内で３滴以上のインク滴を吐出させて、さらに多階調の描画を行うことが可能となる。
【００８５】
なお、ｎを２以上の整数として、１画素周期内に吐出パルスをパルス幅およびパルス間隔Ｔｃでｎ個印加する場合は、キャンセルパルスＰｃの印加タイミングは、１画素周期内で、最初の吐出パルスＰ１の印加が終了した時点から、２ｎ・Ｔｃの時間が経過した時点で印加されればよい。
【００８６】
なお、本実施例では、キャンセルパルスＰｃのパルス幅をＴｃとしているが、このＴｃには限定されず、Ｔｃよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。要は、残響振動を抑制できる範囲でキャンセルパルスＰｃのパルス幅を適宜設定すればよい。
【００８７】
＜実施例２＞
図７は、実施例２の駆動信号（第１の駆動信号、第２の駆動信号）の波形を示しており、図８は、実施例２の駆動信号と、その駆動信号に基づく薄膜圧電素子２７の駆動によって圧力室２２ａに付与される圧力波の各波形を示している。実施例２では、第２の駆動信号において、複数の吐出パルスＰ１・Ｐ２の電位（待機電位Ｖ１との電位差、電圧幅、パルスの深さ）が、１画素周期内で異なっている以外は、実施例１と同様である。より具体的には、第２の駆動信号において、吐出パルスＰ２の電圧ｖ２（電位Ｖ１−Ｖ２）が、吐出パルスＰ１の電圧ｖ１（電位Ｖ１−Ｖ０）よりも小さくなるように、待機電位Ｖ１を基準として、吐出パルスＰ１の電位Ｖ０および吐出パルスＰ２の電位Ｖ２が設定されている。なお、キャンセルパルスＰｃの電圧ｖ３（電位Ｖ１−Ｖ３）は、吐出パルスＰ２の電圧ｖ２よりも小さいものとする。
【００８８】
本実施例のように、吐出パルスＰ１・Ｐ２の電位Ｖ０・Ｖ２（電圧ｖ１・ｖ２）を１画素周期内で異なるようにすることで、２滴目のインク滴の吐出時に圧力室２２ａに付与される圧力波の大きさを、１滴目の吐出時とは異なるように制御することができる。このような制御は、安定したインク吐出に効果的である。また、上記のように圧力波の大きさを調整することで、吐出するインク滴の速度や液滴サイズの調整を行うこともできる。
【００８９】
また、上述の実施例１では、１画素周期内で吐出パルスＰ１・Ｐ２の電圧をともにｖ１で同じにしているが、この場合、１つ目の吐出パルスＰ１の印加による残響振動の影響で、２つ目の吐出パルスＰ２の印加によって発生する圧力波の大きさ（振幅）は、１つ目の吐出パルスＰ１の印加によって発生する圧力波よりも大きくなる（図６の２ｄｐｄの波形参照）。
【００９０】
この点、本実施例のように、吐出パルスＰ２の電圧ｖ２を吐出パルスＰ１の電圧ｖ１よりも小さくすることで、図８に示すように、残響振動の影響を加味して、１滴目および２滴目の吐出時に圧力室２２ａに付与される圧力波の大きさを一定にすることができる。これにより、さらに安定したインク吐出を行うことが可能になる。
【００９１】
また、吐出パルスＰ１・Ｐ２の印加時に圧力室２２ａに付与される圧力波の大きさが一定である場合、吐出パルスＰ１・Ｐ２の印加時に振動板２２ｂの振動振幅が揃う。振動板２２ｂの振動振幅が変化すると、連続駆動を行ったときに振動板２２ｂの上部の圧電薄膜２５の圧電特性（圧電定数ｄ３１）が変化してしまい、安定したインク吐出特性が得られず、画素ズレなどの描画乱れが生じることがわかっている。したがって、吐出パルスＰ１・Ｐ２の印加によって発生する圧力波の大きさを一定にすることで、振動板２２ｂの振動振幅を揃えて圧電薄膜２５の圧電特性の変化を抑え、これによって画像の描画乱れを抑えることができる。
【００９２】
このことから、圧電薄膜２５の圧電特性を安定させるためには、１画素周期内で、各吐出パルスＰ１・Ｐ２の印加時の振動板２２ｂの振動振幅が揃うように、複数の吐出パルスＰ１・Ｐ２の電位Ｖ０・Ｖ２（電圧ｖ１・ｖ２）が設定されていればよいと言うことができる。
【００９３】
本実施例では、第２の駆動信号において、１画素周期内で吐出パルスを２つ入れる場合について説明したが、３つ以上入れる場合も、本実施例と同様に考えることができる。すなわち、１画素周期内で、前の吐出パルスによる残響振動の影響を考慮して、後の吐出パルスほど電圧（待機電位Ｖ１との電位差）を小さくすることで、各インク滴の吐出時に圧力室２２ａに付与される圧力波の大きさを一定にして、安定したインク吐出を行うことができる。
【００９４】
ところで、本実施例では、吐出パルスＰ２の電圧ｖ２を吐出パルスＰ１の電圧ｖ１よりも小さくしているが、電圧ｖ２を電圧ｖ１よりも大きくしてもよい。高速で多階調の描画を行う場合、１画素周期内に入れる吐出パルスの数を多くしすぎると、１画素の描画に時間がかかり、複数の画素を高速で描画することができなくなる場合がある。上記のように、１画素周期内で、電圧ｖ２を電圧ｖ１よりも大きくすれば、吐出パルスの少ない数で多階調の描画を行うことができ、多階調の描画のさらなる高速化を追求する場合には有効となる。
【００９５】
なお、電圧ｖ２を電圧ｖ１よりも大きくする場合は、薄膜圧電素子２７およびインクジェットヘッド２１の信頼性を確保する観点から、薄膜圧電素子２７の耐電圧を超えないように電圧ｖ１・ｖ２を設定することが望ましい。
【００９６】
＜比較例１＞
図９は、比較例１の駆動信号（第１の駆動信号、第２の駆動信号）の波形を示している。比較例１では、第１の駆動信号および第２の駆動信号ともに、キャンセルパルスを入れなかった。このような駆動信号に基づく薄膜圧電素子２７の駆動によって圧力室２２ａに付与される圧力波の波形は、図６の破線で示す通りである。
【００９７】
比較例１では、駆動信号にキャンセルパルスが入っていないため、前の画素周期での吐出パルスの印加に基づく残響振動の影響により、次の画素周期内で、最初の吐出パルスＰ１を印加しても、時刻Ｔ２で吐出されるインク滴の吐出速度は、前の画素周期内の時刻Ｔ１で吐出されるインク滴の吐出速度よりも、圧力差Ｓ１またはＳ２に相当する量だけ小さくなる。このように、２画素目以降の描画におけるインク吐出速度が変化するため、高速描画においては画素ズレ等が生じてしまい、高精細な画像を安定して得ることができなくなる。
【００９８】
〔パルス波形について〕
図１０は、実施例１および２の駆動信号に含まれる吐出パルス（吐出パルスＰ１・Ｐ２）およびキャンセルパルスＰｃを拡大して示している。吐出パルスＰ１（Ｐ２）は、立ち下げ時間Ｔｍ（μｓｅｃ）および立ち上げ時間Ｔｎ（μｓｅｃ）が同じパルス波であることが望ましい。また、キャンセルパルスＰｃも、立ち下げ時間Ｓｍ（μｓｅｃ）および立ち上げ時間Ｓｎ（μｓｅｃ）が同じパルス波であることが望ましい。このようなパルス波には、台形波や、図５〜図８で示した矩形波（方形波）が含まれる。矩形波の場合、Ｔｍ、Ｔｎ、Ｓｍ、Ｓｎは、ともに０に限りなく近い。
【００９９】
このように、吐出パルスＰ１・Ｐ２およびキャンセルパルスＰｃが、それぞれ立ち下げ時間および立ち上げ時間が等しいシンプルなパルス波である場合、そのようなパルス波を含む駆動信号を、論理回路等を含むデジタル回路で作製することができ、駆動回路２８をデジタル回路で構成することができる。この場合、駆動回路２８をアナログ回路で構成する場合に比べて、駆動回路２８の作製が容易となる。
【０１００】
以上で説明した本実施形態のインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と、前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための駆動信号に基づいて駆動される薄膜圧電素子と、前記駆動信号を生成して前記薄膜圧電素子に印加する駆動回路とを備えたインクジェットヘッドであって、前記駆動信号は、前記圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、前記吐出パルスの印加による前記薄膜圧電素子の駆動によって前記圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、前記吐出パルスと同極性のキャンセルパルスとを含み、前記圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、前記キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加が終了してから、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で印加される。
【０１０１】
キャンセルパルスの印加タイミングを上記のように設定することにより、例えば、１画素周期内で吐出パルスを１回印加する１ｄｐｄ駆動の場合でも、１画素周期内で吐出パルスを２回印加する２ｄｐｄ駆動の場合でも、圧力室の固有振動周期に合わせて吐出パルスを薄膜圧電素子に印加できるとともに、１ｄｐｄ駆動と２ｄｐｄ駆動とでキャンセルパルスの印加タイミングを同じにすることができる。これにより、駆動信号を生成する駆動回路の構成の複雑化を回避しながら、１ｄｐｄ駆動と２ｄｐｄ駆動とを組み合わせて多階調の描画を実現することができる。また、２ｄｐｄ駆動においては、圧力室の固有振動周期に合わせて各吐出パルスを印加するとしたときに、１画素周期内で２回目の吐出パルスを印加した後、キャンセルパルスの印加までに圧力室の固有振動周期以上の時間（例えば２Ｔｃ）を確保できる。これにより、２回目の吐出パルスの印加によるインクの吐出が、キャンセルパルスの印加によって不安定になるのを回避することができ、多階調の描画を安定して行うことができる。
【０１０２】
また、吐出パルスと同極性のキャンセルパルスを上記のタイミングで印加することにより、圧力波の残響振動を効率よく、かつ、十分に低減することができる。これにより、キャンセルパルスの印加終了から次の吐出パルスの印加開始までの期間を短くしても（１画素あたりの駆動周期を短縮化しても）、各画素の描画ごとに、最初の吐出パルスによるインクの吐出を安定して行うことができる。したがって、複数の画素の高速描画にも十分に対応することができる。
【０１０３】
つまり、上記構成によれば、駆動回路の複雑化を回避しながら、多階調の描画を安定して行うとともに、１画素の駆動周期を短縮化して高速かつ安定な描画を実現することができる。
【０１０４】
前記吐出パルスが１画素を描画する周期内で複数印加されるとき、前記複数の吐出パルスのパルス幅およびパルス間隔は、ともにＴｃであってもよい。この場合、例えば２ｄｐｄ駆動を行う場合でも、圧力室の固有振動周期に合わせて薄膜圧電素子を駆動して、効率よくインク吐出を行うことができる。
【０１０５】
前記複数の吐出パルスの電位は、１画素を描画する周期内で異なっていてもよい。この場合、２滴目以降のインク滴を吐出する際に、圧力室に付与される圧力波の大きさを制御することができ、安定したインク吐出に効果的である。また、圧力波の大きさを調整することにより、吐出するインク滴の速度や液滴サイズの調整を行うこともできる。
【０１０６】
１画素を描画する周期内で、後の吐出パルスほど、待機電位との電位差が小さくてもよい。この場合は、各吐出パルスによって圧力室に付与される圧力波の大きさを一定に近づけて、さらに安定したインク吐出を行うことが可能になる。
【０１０７】
上記のインクジェットヘッドは、前記薄膜圧電素子の駆動に伴って振動し、前記圧力室内のインクに圧力を付与する振動板をさらに備え、１画素を描画する周期内で、各吐出パルス印加時の前記振動板の振動振幅が揃うように、複数の吐出パルスの電位が設定されていてもよい。
【０１０８】
各吐出パルスの印加時に振動板の振動振幅が揃うので、薄膜圧電素子を連続駆動した場合でも、圧電特性（例えば圧電定数ｄ３１）が変化するのを抑えることができ、特性の安定したインクジェットヘッドを実現することができる。
【０１０９】
前記キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍の時間が経過した時点で印加されてもよい。
【０１１０】
この場合、１画素周期内で、最初の吐出パルスの印加からキャンセルパルスの印加までの期間が最も短いので、１画素の駆動周期を短くして高速描画を図るのに最も有効である。
【０１１１】
前記吐出パルスおよび前記キャンセルパルスは、それぞれ、立ち下げ時間および立ち上げ時間が同じパルス波であることが望ましい。
【０１１２】
この場合、駆動信号を生成する駆動回路をデジタル回路で構成することができ、アナログ回路で構成する場合に比べて、駆動回路の作製が容易である。
【０１１３】
以上で説明した本実施形態のインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる構成である。この場合、記録媒体に対して多階調でかつ高速な描画を安定して行うことが可能な、高性能なインクジェットプリンタを実現できる。
【０１１４】
以上で説明した本実施形態のインクジェットヘッドの駆動方法は、薄膜圧電素子に駆動信号を印加して、圧力室内のインクを外部に吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、前記駆動信号は、前記圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、前記吐出パルスの印加による前記薄膜圧電素子の駆動によって前記圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、前記吐出パルスと同極性のキャンセルパルスとを含み、前記圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で、前記キャンセルパルスを前記薄膜圧電素子に印加する。このような駆動方法により、駆動回路の複雑化を回避しながら、多階調の描画を安定して行うとともに、１画素の駆動周期を短縮化して高速かつ安定な描画を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに利用可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１      インクジェットプリンタ
２１      インクジェットヘッド
２２ａ    圧力室
２２ｂ    振動板
２７      薄膜圧電素子
２８      駆動回路
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年6月1日(2016.6.1)
【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】
インクを収容する圧力室と、
前記圧力室内のインクを外部に吐出させるための駆動信号に基づいて駆動される薄膜圧電素子と、
前記駆動信号を生成して前記薄膜圧電素子に印加する駆動回路とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記駆動信号は、
前記圧力室から１滴のインクを吐出させる少なくとも１つの吐出パルスと、
前記吐出パルスの印加による前記薄膜圧電素子の駆動によって前記圧力室に付与される圧力波の残響振動を抑制するための、前記吐出パルスと同極性のキャンセルパルスとを含み、
前記圧力室の固有振動周期の半分の期間をＴｃとしたとき、
前記キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加が終了してから、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で印加されるインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記吐出パルスが１画素を描画する周期内で複数印加されるとき、前記複数の吐出パルスのパルス幅およびパルス間隔は、ともにＴｃである請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記吐出パルスが１画素を描画する周期内で複数印加されるとき、複数の吐出パルスの電位は、１画素を描画する周期内で異なっている請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
１画素を描画する周期内で、後の吐出パルスほど、待機電位との電圧差が小さい請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記薄膜圧電素子の駆動に伴って振動し、前記圧力室内のインクに圧力を付与する振動板をさらに備え、
前記吐出パルスが１画素を描画する周期内で複数印加されるとき、１画素を描画する周期内で、各吐出パルス印加時の前記振動板の振動振幅が揃うように、複数の吐出パルスの電位が設定されている請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記キャンセルパルスは、１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍の時間が経過した時点で印加される請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記吐出パルスおよび前記キャンセルパルスは、それぞれ、立ち下げ時間および立ち上げ時間が同じパルス波である請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させるインクジェットプリンタ。
【請求項９】
請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法であって、
１画素を描画する周期内で、最初の吐出パルスの印加終了時点から、Ｔｃの４倍以上の偶数倍の時間が経過した時点で、前記キャンセルパルスを前記薄膜圧電素子に印加する工程を有するインクジェットヘッドの駆動方法。
【国際調査報告】
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