(57)【要約】【課題】ノイズやインク吐出速さのばらつきを発生させにくくし、画像再現性を良好にする。【解決手段】インクジェットプリンタの制御部は、容積がＶ１である第１の状態から容積がＶ１より大きいＶ２である第２の状態に圧力室が変化し始める時点から第２の状態になる時点までの時間の長さＴｖ１が、圧力室の出口から吐出口に至る第１のインク流路内に充填されたインクにおける固有振動周期Ｔｄの３３％以上の大きさとなるように、且つ、Ｔｖ１がＴｄの８３％以下の大きさとなるように、アクチュエータユニットを制御する。【選択図】図１１
2007125881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧アクチュエータと、
前記加圧アクチュエータによって容積が変化させられる圧力室及びインクを吐出する吐出口が形成され、且つ、前記圧力室の出口から前記吐出口に至る第１のインク流路を有する流路ユニットと、
容積がＶ１である第１の状態から容積がＶ１より大きいＶ２である第２の状態に前記圧力室が変化し、続いて前記第２の状態から前記第１の状態に前記圧力室が戻ることによって、前記吐出口からインクが吐出されるように、前記圧力室が前記第１の状態から前記第２の状態に変化し始める時点から前記第２の状態になる時点までの時間の長さＴｖ１が前記第１のインク流路内に充填されたインクにおける固有振動周期Ｔｄの３３％以上の大きさとなるように、且つ、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの８３％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御する制御手段と、
を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記流路ユニットが、前記圧力室にインクを供給する共通インク室と、前記共通インク室の出口から前記圧力室の入口に至る第２のインク流路と、をさらに有し、
前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ１が、前記第１及び第２のインク流路並びに前記圧力室から構成された個別インク流路内に充填されたインクにおける固有振動周期Ｔｃの１２％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの６７％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記圧力室が前記第２の状態から前記第１の状態に戻り始める時点から前記第１の状態に戻る時点までの時間の長さＴｖ２が前記固有振動周期Ｔｄの３３％以上の大きさとなるように前記加圧アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ２が前記時間の長さＴｖ１より小さくなるように前記加圧アクチュエータを制御することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの５０％以上且つ６０％以下、前記時間の長さＴｖ２が前記固有振動周期Ｔｄの３３％以上且つ４４％以下となるように、前記加圧アクチュエータを制御することを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記圧力室の容積を変化させるために前記加圧アクチュエータに供給される信号の波形が単純な矩形波であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
加圧アクチュエータと、前記加圧アクチュエータによってそれぞれ容積が変化させられる圧力室及びインクを吐出する吐出口が形成され且つ前記圧力室の出口から前記吐出口に至る第１のインク流路を有する流路ユニットと、を備えているインクジェット記録装置の制御方法であって、
容積がＶ１である第１の状態から容積がＶ１より大きいＶ２である第２の状態に前記圧力室が変化し、続いて前記第２の状態から前記第１の状態に前記圧力室が戻ることによって、前記吐出口からインクが吐出されるように、前記圧力室が前記第１の状態から前記第２の状態に変化し始める時点から前記第２の状態になる時点までの時間の長さＴｖ１が前記第１のインク流路内に充填されたインクにおける固有振動周期Ｔｄの３３％以上の大きさとなるように、且つ、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの８３％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御することを特徴とするインクジェット記録装置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式によって印字を行うインクジェット記録装置には、圧力室内のインクに圧力を付与してノズルからインクを吐出するものがある。このうち、圧力を付与する方法として、特許文献１のように、いったん圧力室内の容積を増加させ、所定時間の経過後に圧力室内の容積を元に戻すことによりインクに圧力を付与する、いわゆる引き打ち方式を採用するインクジェット記録装置がある。
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
引き打ち方式を採用する場合、圧力室内の容積を増加させてから元の容積に戻すまでの時間（後述のパルス幅Ｔｏに対応）は、ノズルからインクが吐出される速さがちょうど最大になる長さ（ＡＬ；Acoustic Length）に調節される。しかし上記時間をＡＬ以外の長さに設定した場合に、インク吐出速さが上記最大値以外の極大値及び極小値をとることがある（図９の曲線Ｃ２参照）。例えば上記時間をある極小値に設定した場合、吐出されるインク液滴がちぎれて高速な小滴が発生することがある。このような場合、印刷画像にノイズ等が発生することになる。上記時間をある極大値に設定した場合、インクに加えられる圧力の変化に対するインク吐出速さの感度が高くなり、吐出されたインク液滴が高速化することがある。このような場合、インクに加えられる圧力のばらつきに対するインク吐出速さのばらつきが大きくなる。
【０００４】
上記のようにノイズやインク吐出速さのばらつきが発生すると、吐出されたインクによって形成される画像の再現性が悪化するという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、ノイズやインク吐出速さのばらつきが発生しにくく、良好な画像再現性を有するインクジェット記録装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るインクジェット記録装置は、加圧アクチュエータと、前記加圧アクチュエータによって容積が変化させられる圧力室及びインクを吐出する吐出口が形成され、且つ、前記圧力室の出口から前記吐出口に至る第１のインク流路を有する流路ユニットと、容積がＶ１である第１の状態から容積がＶ１より大きいＶ２である第２の状態に前記圧力室が変化し、続いて前記第２の状態から前記第１の状態に前記圧力室が戻ることによって、前記吐出口からインクが吐出されるように、前記圧力室が前記第１の状態から前記第２の状態に変化し始める時点から前記第２の状態になる時点までの時間の長さＴｖ１が前記第１のインク流路内に充填されたインクにおける固有振動周期Ｔｄの３３％以上の大きさとなるように、且つ、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの８３％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るインクジェット記録装置の制御方法は、加圧アクチュエータと、前記加圧アクチュエータによってそれぞれ容積が変化させられる圧力室及びインクを吐出する吐出口が形成され且つ前記圧力室の出口から前記吐出口に至る第１のインク流路を有する流路ユニットと、を備えているインクジェット記録装置の制御方法であって、容積がＶ１である第１の状態から容積がＶ１より大きいＶ２である第２の状態に前記圧力室が変化し、続いて前記第２の状態から前記第１の状態に前記圧力室が戻ることによって、前記吐出口からインクが吐出されるように、前記圧力室が前記第１の状態から前記第２の状態に変化し始める時点から前記第２の状態になる時点までの時間の長さＴｖ１が前記第１のインク流路内に充填されたインクにおける固有振動周期Ｔｄの３３％以上の大きさとなるように、且つ、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの８３％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によると、後述の解析結果から理解されるように、インクの吐出速さが図１１の範囲９１内に示されるような極値、即ち上述した図９の曲線Ｃ２に示されているような極値をとることがないため、ノイズやインク吐出速さのばらつきが発生して画像の再現性が悪化するという問題が生じにくくなる。このような効果が奏されるのは以下の理由によると解される。つまり、Ｔｖ１がある程度大きくなることにより、圧力室内のインクに加圧アクチュエータによって加えられる圧力の変動が緩やかになる。そして、第１のインク流路内に充填されたインクに固有振動を発生させるような圧力波が生じにくくなり、固有振動の励起が抑制されるためである。
【０００９】
前記流路ユニットが、前記圧力室にインクを供給する共通インク室と、前記共通インク室の出口から前記圧力室の入口に至る第２のインク流路と、をさらに有し、前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ１が、前記第１及び第２のインク流路並びに前記圧力室から構成された個別インク流路内に充填されたインクにおける固有振動周期Ｔｃの１２％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御することが好ましい。この場合、後述の解析結果から理解されるように、インクの吐出速さが十分確保される。
【００１０】
前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの６７％以下の大きさとなるように、前記加圧アクチュエータを制御することが好ましい。この場合にも、インクの吐出速さが十分確保される。
【００１１】
前記制御手段は、前記圧力室が前記第２の状態から前記第１の状態に戻り始める時点から前記第１の状態に戻る時点までの時間の長さＴｖ２が前記固有振動周期Ｔｄの３３％以上の大きさとなるように前記加圧アクチュエータを制御することが好ましい。この場合、後述の解析結果においてＴｄに対するＴｖ２の割合が３３％以上の場合には図１３に示されるように極値がほとんど現れないため、ノイズやインク吐出速さのばらつきが発生して画像の再現性が悪化するという問題が生じにくくなる。
【００１２】
前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ２が前記時間の長さＴｖ１より小さくなるように前記加圧アクチュエータを制御することが好ましい。この場合、後述の解析結果から理解されるように、Ｔｖ１がどのような大きさであっても、Ｔｖ１≦Ｔｖ２の場合と比べてインク吐出速さが大きくなり、Ｔｖ１／Ｔｄについて広い範囲で印字に適したインクの吐出速さが確保される。
【００１３】
前記制御手段は、前記時間の長さＴｖ１が前記固有振動周期Ｔｄの５０％以上且つ６０％以下、前記時間の長さＴｖ２が前記固有振動周期Ｔｄの３３％以上且つ４４％以下となるように、前記加圧アクチュエータを制御することが好ましい。これによると、吐出速さの極端な低下を防ぎながら、最も安定したインクの飛翔状態が維持される。
【００１４】
前記圧力室の容積を変化させるために前記加圧アクチュエータに供給される信号の波形が単純な矩形波であることが好ましい。この場合、非矩形波である場合に比べて制御面で有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態、及び、本願発明者等による解析結果について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態によるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。カラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１と称す）は４つのインクジェットヘッド２を有している。インクジェットヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。各インクジェットヘッド２は、図１の紙面鉛直方向に沿って細長い形状を有している。
【００１７】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０、及び紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、インクジェットヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００１８】
給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００１９】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａ及び１１８ｂ並びに１１９ａ及び１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、送りローラ１１８ａ及び１１８ｂ並びに１１９ａ及び１１９ｂによってガイドされ、搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００２０】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６及び１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６及び１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラ１０６及び１０７に巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラ１０６及び１０７の共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。２つの平面のうち、インクジェットヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００２１】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４はベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させ、ベルトローラ１０７は搬送ベルト１１１に連動して回転する。従って、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００２２】
ベルトローラ１０７の近傍には、一対のニップローラ１３８，１３９が搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。上側のニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。下側のローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。一対のニップローラ１３８，１３９は回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００２３】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、インクジェットヘッド２が設置されている場所へと搬送される。搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよく、この場合は印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２４】
４つのインクジェットヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各インクジェットヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、インクを吐出する多数のノズル８が設けられている（図３及び図４参照）。１つのインクジェットヘッド２に設けられたノズル８からは、同じ色のインクが吐出されるようになっている。各インクジェットヘッド２から吐出されるインクの色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）である。各インクジェットヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００２５】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、インクジェットヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、ヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けてインクが吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００２６】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａ及び１２１ｂ並びに１２２ａ及び１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ及び１２１ｂ並びに１２２ａ及び１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６上に重ねられる。
【００２７】
印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にあるインクジェットヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子及び受光素子を含み、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出する。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、インクジェットヘッド２や搬送モータ１７４等を制御する。
【００２８】
次に、ヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３の上面図である。
【００２９】
ヘッド本体１３は、流路ユニット４と、流路ユニット４上に接着されたアクチュエータユニット２１とを有している。アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路ユニット４の長手方向に平行になるように流路ユニット４の上面に配置されている。また、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つのアクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路ユニット４上に配列されている。流路ユニット４上で隣接し合うアクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路ユニット４の幅方向について部分的にオーバーラップしている。
【００３０】
流路ユニット４の内部にはマニホールド流路５が形成されている。流路ユニット４の上面にはマニホールド流路５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直線のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つのアクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド流路５には開口５ｂを通じて図示されていないインクタンクからインクが供給されるようになっている。
【００３１】
図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図である。説明の都合上、図３にはアクチュエータユニット２１が二点鎖線で示されている。流路ユニット４の内部に形成されているアパーチャ１２や流路ユニット４の下面に形成されているノズル８などは、本来破線で示されるべきであるが、実線で示されている。
【００３２】
流路ユニット４内に形成されたマニホールド流路５からは、４本の副マニホールド流路５ａが分岐している。副マニホールド流路５ａは、流路ユニット４の内部であって各アクチュエータユニット２１に対向する領域に、互いに隣接するように延在している。
【００３３】
流路ユニット４の上面における各アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面に亘って、多数の圧力室１０がマトリクス状に開口するように形成されている。圧力室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。各アクチュエータユニット２１に対応する圧力室１０が、圧力室群９を形成している。圧力室群９はアクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさ及び形状の領域を占有している。圧力室１０の開口は、流路ユニット４の上面にアクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。
【００３４】
アクチュエータユニット２１の上面における各圧力室１０に対向する位置には、後述のような個別電極３５が形成されている。個別電極３５は、圧力室１０より一回り小さく圧力室１０とほぼ相似な形状を有しており、アクチュエータユニット２１の上面における圧力室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００３５】
流路ユニット４の下面における副マニホールド流路５ａと対向する領域を避ける位置に、多数のノズル８が形成されている。ノズル８は、流路ユニット４の下面におけるアクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。各領域内のノズル８は、流路ユニット４の長手方向に平行な複数の直線に沿って、等間隔に配列されている。
【００３６】
ノズル８は、流路ユニット４の長手方向に平行な仮想直線上に当該仮想直線と垂直な方向から各ノズル８の形成位置を射影した射影点が、印字の解像度に対応した間隔で等間隔に途切れずに並ぶような位置に、形成されている。これによって、インクジェットヘッド２は、流路ユニット４におけるノズル８が形成された領域の長手方向についてのほぼ全領域に亘って、印字の解像度に対応した間隔で途切れずに印字できるようになっている。
【００３７】
流路ユニット４の内部には、多数のアパーチャ１２が水平面に平行方向に沿って延在するよう（図４参照）、形成されている。アパーチャ１２は、圧力室群９と対向する領域内に配置されている。
【００３８】
流路ユニット４の内部には、副マニホールド流路５ａのインク流出口からアパーチャ１２及び圧力室１０を経てノズル８先端の吐出口８ａに至る個別インク流路３２が多数形成されている（図４参照）。マニホールド流路５に供給されたインクは、副マニホールド流路５ａから各個別インク流路３２へと供給され、吐出口８ａから吐出される。
【００３９】
ヘッド本体１３の断面構造について説明する。図４は、図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った縦断面図である。
【００４０】
ヘッド本体１３に含まれる流路ユニット４は、上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９、及びノズルプレート３０の、計９枚のプレートが積層された積層構造を有している。各プレートには多数の孔が形成されている。プレート２２〜３０は、個別インク流路３２及び副マニホールド流路５ａが形成されるように、孔を位置合わせして積層されている。図４に示されているように、圧力室１０は流路ユニット４の上面に、副マニホールド流路５ａは流路ユニット４の内部に、ノズル８は流路ユニット４の下面に、アパーチャ１２は圧力室１０と副マニホールド流路５ａとの間にと、それぞれプレートの厚み方向に関して互いに異なる位置に配設されている。
【００４１】
マニホールドプレート２６〜２８には、副マニホールド流路５ａに対応する孔が形成されている。プレート２３〜２５には、副マニホールド流路５ａのインク流出口から圧力室１０のインク流入口に至る第２のインク流路であってアパーチャ１２を含む第２のインク流路を形成する孔が形成されている。キャビティプレート２２には、圧力室１０に対応する孔が形成されている。プレート２３〜２９には、圧力室１０のインク流出口からノズル８の入口に至る流路を形成する孔が形成されている。ノズルプレート３０にはノズル８に対応する孔が形成されている。圧力室１０のインク流出口からノズル８先端の吐出口８ａに至る流路を、第１のインク流路３３又はディセンダと称す。
【００４２】
副マニホールド流路５ａに供給されたインクは、以下の経路でノズル８へと進む。先ず、副マニホールド流路５ａから上方向に向かって、アパーチャ１２の一端に至る。次に、アパーチャ１２の延在方向に沿って水平に進み、アパーチャ１２の他端に至る。そこから上方に向かって、圧力室１０のインク流入口である一端に至る。さらに、圧力室１０内をその延在方向に沿って水平に進み、圧力室１０のインク流出口である他端に至る。そこから３枚のプレート２３〜２５に形成され孔を経由して斜め下方に向かい、直下のノズル８へと進む。
【００４３】
アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、４枚の圧電層４１、４２、４３、４４が積層された積層構造を有している。各圧電層４１〜４４は１５μｍ程度の厚みを有し、アクチュエータユニット２１全体の厚みは６０μｍ程度である。アクチュエータユニット２１を形成する圧電層４１〜４４はいずれも、圧力室群９に含まれる多数の圧力室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。圧電層４１〜４４は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００４４】
アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる個別電極３５及び共通電極３４を有している。個別電極３５は上述のようにアクチュエータユニット２１の上面における圧力室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は圧力室１０と対向する領域外に引き出され、当該一端上にランド３６が形成されている。ランド３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚みが１５μｍ程度で凸状である。ランド３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられたコンタクトと電気的に接合されている。制御部１００は、後述のように、ＦＰＣを通じて個別電極３５に電圧パルス信号を供給する。
【００４５】
共通電極３４は圧電層４１と圧電層４２との間の領域に面方向のほぼ全面に亘って介在している。すなわち、共通電極３４は、アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての圧力室１０に跨るように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、常にグランド電位に保持されている。
【００４６】
図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とによって、最上層の圧電層４１のみが挟まれている。圧電層４１における各個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた部分は、活性部と称される。アクチュエータユニット２１では、最上層の圧電層４１のみが活性部を含み、その他の圧電層４２〜４４は活性部を含んでいない。すなわち、アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプである。
【００４７】
後述のように、個別電極３５に選択的に所定の電圧パルス信号が供給されることにより、個別電極３５に対応する圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、個別インク流路３２を通じて、対応するノズル８の吐出口８ａからインクが吐出される。すなわち、アクチュエータユニット２１における各圧力室１０に対向する部分は、各圧力室１０に対応する個別の圧電アクチュエータ５０に相当する。本実施形態において１回の吐出動作によって吐出口８ａから吐出されるインクの量は３〜４ｐｌ（ピコリットル）程度である。
【００４８】
次に、アクチュエータユニット２１の制御について説明する。プリンタ１は、アクチュエータユニット２１の制御のために、制御部１００及びドライバＩＣ８０を有している。プリンタ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムに使用されるデータが記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory）を有し、これらによって以下に説明する機能を有する制御部１００が構築されている。
【００４９】
制御部１００は、図６に示されているように、印刷制御部１０１及び動作制御部１０５を有している。印刷制御部１０１は、画像データ記憶部１０２、波形データ記憶部１０３、及び印刷信号生成部１０４を有している。画像データ記憶部１０２は、ＰＣ１３５などから送信された印刷に係る画像データを記憶する。
【００５０】
波形データ記憶部１０３は、画像の階調等に応じた電圧パルス信号の基本波形に関する波形データを記憶している。ある階調に対応する電圧パルス信号がドライバＩＣ８０を介して個別電極３５に供給されることにより、当該階調に対応した量のインクがインクジェットヘッド２から吐出される。
【００５１】
印刷信号生成部１０４は、画像データ記憶部１０２に記憶された画像データに基づき、シリアルの印刷データを生成する。印刷データは、波形データ記憶部１０３に記憶された波形データが示す基本波形のいずれかに対応する電圧パルス信号が、各個別電極３５に所定のタイミングで供給されるよう指示するデータである。印刷信号生成部１０４は、生成した印刷データをドライバＩＣ８０に出力する。
【００５２】
ドライバＩＣ８０はアクチュエータユニット２１ごとに設けられており、シフトレジスタ、マルチプレクサ及びドライブバッファ（共に図示されず）を有している。
【００５３】
シフトレジスタは、印刷信号生成部１０４から出力されたシリアルの印刷データをパラレルデータに変換する。つまり、シフトレジスタは、シリアルの印刷データに基づき、各圧力室１０に対応する圧電アクチュエータ５０毎に個別のデータを出力する。
【００５４】
マルチプレクサは、シフトレジスタから出力されたパラレルデータに基づいて、各個別電極３５に対し、波形データ記憶部１０３に記憶されている波形データが示す基本波形信号の中から適切なものを選択する。そしてマルチプレクサは、個別電極３５ごとに選択した基本波形信号を、ドライブバッファに出力する。
【００５５】
ドライブバッファは、マルチプレクサから出力された基本波形信号に基づいて、各個別電極３５に対し、所定のレベルを有する電圧パルス信号を生成する。そして、ドライブバッファは、各圧電アクチュエータ５０に対応する個別電極３５に上記の電圧パルス信号を、ＦＰＣを介して供給する。
【００５６】
次に、電圧パルス信号の供給を受けた個別電極３５における電位の変化について説明する。
【００５７】
図７は、１滴のインクを吐出口８ａから吐出させるための電圧パルス信号が供給された個別電極３５における電位の変化の一例を示している。ここで個別電極３５に供給される電圧パルス信号の波形は、立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジが共に直角な単純な矩形波であって、図７に示すパルス幅Ｔｏを有すると共に、図７に示すハイレベル電位Ｕ０及びローレベル電位０を指示するものである。
【００５８】
時刻ｔ１は、個別電極３５に電圧パルス信号が供給され始める時刻である。時刻ｔ１は、吐出口８ａからインクを吐出させるタイミングに合わせて調節される。時刻ｔ１までの期間及び時刻ｔ４以降の期間、個別電極３５の電位はＵ０（≠０）に保持される。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間、個別電極３５はグランド電位に保持される。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、個別電極３５の電位がＵ０からグランド電位になるまでの過渡期間である。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間は、個別電極３５の電位がグランド電位からＵ０になるまでの過渡期間である。図５に示されているとおり、圧電アクチュエータ５０はコンデンサーと同様の構成を有しているため、個別電極３５の電位が変化する際には上記のような過渡期間が生じる。
【００５９】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの過渡期間の長さＴｖ１及び時刻ｔ３から時刻ｔ４までの過渡期間の長さＴｖ２は、個別電極３５の大きさ及び形状、個別電極３５と共通電極３４との離隔距離、圧電層４１の誘電率、並びに、個別電極３５に供給される電圧パルス信号の波形に依存する。本実施形態では、個別電極３５の大きさ及び形状、個別電極３５と共通電極３４との離隔距離、並びに圧電層４１の誘電率を所定の値とし、個別電極３５に供給される電圧パルス信号の波形を、第１のインク流路３３内に充填されたインクにおける固有振動周期をＴｄとしたときに０．５Ｔｄ≦Ｔｖ１≦０．６Ｔｄ、且つ、０．３３Ｔｄ≦Ｔｖ２≦０．４４Ｔｄとなるように、予め調節している。さらに電圧パルス信号の波形は、時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間の長さ、即ちパルス幅Ｔｏが、必要とされるインクが個別電極３５に対応するノズル８の吐出口８ａから吐出されるような範囲内となるように、調節されている。このような電圧パルス信号が個別電極３５に供給されることで、吐出速さの極端な低下を防ぎつつ、インク吐出を最も安定した状態に維持することができる。
【００６０】
次に、電圧パルス信号が個別電極３５に供給されることにより、圧電アクチュエータ５０がどのように駆動するかを説明する。
【００６１】
図５に示す本実施形態におけるアクチュエータユニット２１では、最上層の圧電層４１だけが個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に分極されている。従って、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にし、圧電層４１に対してその分極方向と同じ方向に電界を印加すると、電界が印加された部分、即ち活性部が、厚み方向、即ち積層方向に伸長しようとする。また、このとき、活性部は積層方向と垂直な方向、即ち面方向に収縮しようとする。これに対し、残りの３枚の圧電層４２〜４４は分極されておらず、電界を印加したとしても自発的には変形しない。
【００６２】
このように、圧電層４１と圧電層４２〜４４との間で歪み方に差が生じるので、全体として各圧電アクチュエータ５０は圧力室１０に向けて凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００６３】
図８（ａ）〜（ｃ）は、電圧パルス信号が供給されることにより個別電極の電位が図７に示すように変化した際の、圧電アクチュエータ５０の経時変化を示す図である。
【００６４】
図８（ａ）は、図７に示される時刻ｔ１までの期間での圧電アクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＵ０である。従って、圧電アクチュエータ５０は上記のようなユニモルフ変形により圧力室１０に向けて突出している。このときの圧力室１０の容積はＶ１となっている。この状態を圧力室１０における第１の状態とする。
【００６５】
図８（ｂ）は、図７に示される時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間での圧電アクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はグランド電位である。従って、圧電層４１における活性部に印加されていた電界が解除され、圧電アクチュエータ５０のユニモルフ変形も解除されている。このときの圧力室１０の容積Ｖ２は、図８（ａ）に示される圧力室１０の容積Ｖ１より大きい。この状態を圧力室１０における第２の状態とする。このように圧力室１０の容積が増大した結果、インクが副マニホールド流路５ａから圧力室１０に吸い込まれる。
【００６６】
図８（ｃ）は、図７に示される時刻ｔ４以降の期間での圧電アクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＵ０である。従って、圧電アクチュエータ５０は、再び第１の状態に戻っている。このように圧電アクチュエータ５０が圧力室１０を第２の状態から第１の状態に変化させることで、圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、ノズル８先端の吐出口８ａからインク滴が吐出される。インク滴は印刷用紙Ｐの印刷面、即ち上面に着弾し、ドットを形成する。
【００６７】
このように、本実施形態による圧電アクチュエータ５０の駆動では、まず、一旦圧力室１０の容積を増大させて、圧力室１０内のインクに負の圧力波を発生させる（図８（ａ）から（ｂ）へ）。すると、圧力波が流路ユニット４内のインク流路端部で反射して、ノズル８に進行する正の圧力波として帰ってくる。正の圧力波が圧力室１０に到達したタイミングを見計らって、再び圧力室１０の容積を減少させる（図８（ｂ）から（ｃ）へ）。これはいわゆる「引き打ち」と呼ばれる手法である。
【００６８】
上記のような引き打ちによるインク吐出が行われるように、電圧パルス信号のパルス幅Ｔｏ（図７参照）は、ＡＬに調節されている。ＡＬとは、圧力室１０内で発生した圧力波が、アパーチャ１２における圧力室１０側の端部からノズル８先端の吐出口８ａの手前まで伝播する時間の長さである。これによると、上記のようにして反射してきた正の圧力波と、圧電アクチュエータ５０の変形により生じた正の圧力波とを重畳させ、より強い圧力をインクに付与することができる。そのため、単に圧力室１０の容積を１回減少させるだけでインクを押し出す場合より、同じ量のインクを吐出する際の圧電アクチュエータ５０の駆動電圧が低く抑えられる。したがって引き打ち方式は、圧力室１０の高集積化、インクジェットヘッド２のコンパクト化、及び、インクジェットヘッド２を駆動する際のランニングコストの点で有利である。
【００６９】
なお、個別電極３５の電位が変化するタイミングと圧電アクチュエータ５０が変形するタイミングとはほぼ一致している。このため、本願明細書においては個別電極３５の電位が変化するタイミングと圧力室１０の容積が変化するタイミングとが一致していると想定されている。例えば、図７において時刻ｔ１で個別電極３５の電位が低下し始めると同時に、圧力室１０の容積も同時に小さくなり始める。そして、時刻ｔ２で個別電極３５の電位がグランドになると同時に圧力室１０の容積が最小となる。仮に個別電極３５の電位が変化するタイミングと圧電アクチュエータ５０が変形するタイミングとがずれていても、そのずれをあらかじめ考慮した上で本発明を適用すればよい。
【００７０】
次に、本願発明者等によって行われた解析について説明する。
【００７１】
本解析では、インクに圧力を付与する加圧アクチュエータとして、図５に示す圧電アクチュエータ５０を用いた。上述のように、圧電アクチュエータ５０は個別電極３５及び共通電極３４を有し、共通電極３４は常にグランド電位に保持されている。個別電極３５がグランド電位以外の電位になると、圧電歪みによって圧電アクチュエータ５０が変形し、圧力室１０の容積が変化する。このような圧力室１０の容積変化で生じた圧力波がノズル８に達すると、ノズル８に形成されたインクのメニスカスが変形し、メニスカスを形成しているインクの一部がインク滴として吐出される。その後、次の吐出のため、圧力室１０の上流（例えば図４に示す副マニホールド流路５ａ）からインクが吐出された分だけ補充される。本解析では、個別電極３５に所定の電圧パルス信号を供給し圧電アクチュエータ５０を変形させて引き打ちを行うことによって、吐出口８ａからインクを吐出させる。
【００７２】
図９は、様々な値のパルス幅Ｔｏ（図７参照）を有する電圧パルス信号によって吐出されたインクの速さを示すグラフである。従来から存在する近似的な計算によると、パルス幅Ｔｏに対するインク吐出速さの関数は、Ｔｏ＝ＡＬで極大となる曲線Ｃ１のようになる。しかし実際には、パルス幅ＴｏがＡＬ以外で複数の極大値や極小値を有する曲線Ｃ２のようになることが発明者等によって確かめられている。
【００７３】
Ｔｏ＜ＡＬの範囲で吐出速さが極小となるＴｏ＝Ｔ１においては、吐出されるインク液滴がちぎれて高速な小滴が発生することが確かめられている。Ｔｏ＜ＡＬの場合に吐出速さが極大となるＴｏ＝Ｔ２においては、圧電アクチュエータ５０から加えられる圧力の変化に対するインク吐出速さの感度が高くなり、吐出されたインク液滴が高速化することが確かめられている。このようにノイズやインク吐出速さのばらつきが発生すると、画像の再現性が悪化するという問題が生じる。
【００７４】
発明者等は、パルス幅Ｔｏに対する吐出速さの関数が曲線Ｃ２のようにＴｏ＝ＡＬ以外で極値をとるのは以下のような原因によるものと考えた。すなわち、インク吐出速さが曲線Ｃ１のような特性を示すのは、ヘッド２の個別インク流路３２内に充填されたインクの圧力波によるものと考えられる。曲線Ｃ２のような特性が現れるのは、曲線Ｃ１のような特性を与える圧力波が伝播する範囲とは別の局所的な範囲において発生する振動によるものであり、具体的には上述の第１のインク流路３３（図４参照）に充填されたインクの固有振動が原因である、と考えた。
【００７５】
上記固有振動は以下のように発生すると考えられる。つまり、圧電アクチュエータ５０の変形によって圧力室１０内のインクに圧力波が発生すると、圧力波は圧力室１０の上流方向、即ち副マニホールド流路５ａに向かう方向と、下流方向、即ちノズル８（図４参照）に向かう方向とに伝播する。引き打ちにおいては、上述ように、圧力室１０の容積を一旦増加させ、その後パルス幅Ｔｏに相当する時間を置いて再びもとの容積に戻すことで、吐出口８ａからインクが吐出される。圧力室１０の容積を増加させる際には圧力室１０内のインクに負の圧力波（以下、第１の圧力波とする）が発生し、これに続けて容積を減少させる際には圧力室１０内のインクに正の圧力波（以下、第２の圧力波とする）が発生する。圧力波の一部は、上記のように下流方向の第１のインク流路３３へと伝播する。したがって、例えば第１のインク流路３３へと伝播した第１の圧力波は、第１のインク流路３３の一端、つまり圧力室１０と第１のインク流路３３との境界及びノズル８付近で反射する。このような反射波によって第１のインク流路３３内に充填されたインクに固有振動が発生する。
【００７６】
一方で、第１の圧力波の一部は、副マニホールド流路５ａに向かって伝播する。そして、アパーチャ１２の圧力室１０側端部において反射し、圧力の正負が反転した圧力波となって圧力室１０及び第１のインク流路３３を伝播し吐出口８ａへと向かう。つまり、第１の圧力波の一部は、アパーチャ１２の圧力室１０側端部で反射する際に圧力が反転して正圧の圧力波（以下、第３の圧力波とする）となって、圧力室１０に戻ってくる。
【００７７】
第２及び第３の圧力波が重なり合った合成波が進行波としてノズル８に到達した際に、吐出口８ａからインクが吐出される。一方、第２及び第３の圧力波の一部は、第１の圧力波の一部によって第１のインク流路３３内に発生した固有振動波に重畳する。したがって、第２及び第３の圧力波が進行波としてノズル８に到達した時、ノズル８付近では、上記進行波による振動に加えて、第２及び第３の圧力波の一部によって発生した振動と第１の圧力波によって発生した振動とが重畳した合成振動が観測される。
【００７８】
圧電アクチュエータ５０によるこのようなインク吐出動作において、Ｔｏ＝ＡＬである場合とは、第３の圧力波によって圧力室１０内のインクに加わる圧力の大きさが最大となるタイミングで、圧力室１０の状態を第２の状態（図８（ｂ）参照）から第１の状態（図８（ｃ）参照）に変化させ始める場合に相当する。Ｔｏ＝ＡＬで引き打ちを行った場合、インク吐出速さが図９の曲線Ｃ１に示す極大値をとるタイミングで互いに重なり合った第２及び第３の圧力波が、ノズル８に到達する。
【００７９】
第３の圧力波によって圧力室１０内の圧力の大きさが最大となるまでのいずれかのタイミングで圧力室１０の状態を第２の状態から第１の状態に変化させ始める場合が、Ｔｏ＜ＡＬである場合に相当する。Ｔｏ＝Ｔ２で引き打ちを行う場合とは、上記合成振動の影響によってノズル８付近のインク圧力が正圧で且つ最大値をとるタイミングで、第２及び第３の圧力波の合成波が進行波としてノズル８付近に到達するように、圧力室１０の状態を第２の状態から第１の状態に変化させ始める場合に相当する。従って、Ｔｏ＝Ｔ２で引き打ちを行った場合、第２及び第３の圧力波の合成波は、第１〜第３の圧力波による合成振動によってノズル８付近におけるインクの圧力が最大値をとる時に、ノズル８付近に到達する。これによって、ノズル８付近において、圧力室１０から伝播した正圧の合成波と合成振動による最大の正圧とが重畳するため、図９に示されているように吐出速さが極大値をとることになる。
【００８０】
Ｔｏ＝Ｔ１で引き打ちを行う場合とは、上記合成振動の影響によってノズル８付近のインク圧力が負圧で且つ最大値をとるタイミングで、第２及び第３の圧力波の合成波が進行波としてノズル８付近に到達するように、圧力室１０の状態を第２の状態から第１の状態に変化させ始める場合に相当する。従って、Ｔｏ＝Ｔ１で引き打ちを行った場合、ノズル８付近において正圧の合成波と合成振動による最大の負圧とが重畳するため、図９に示されているように吐出速さが極小値をとることになる。
【００８１】
パルス幅Ｔｏに対するインク吐出速さの関数が図９の曲線Ｃ２のように複数の極値をとる原因が、上記のように第１のインク流路３３に充填されたインクの固有振動であるとすれば、当該固有振動が発生しなくなれば曲線Ｃ２のような極値が現れなくなる。そして、圧電アクチュエータ５０によって引き打ちが行われる際に個別電極３５に供給される電圧パルス信号の波形を、後述の解析結果おいて好ましいとされる条件に適合させることにより、上記のような固有振動が生じなくなると考えられる。このことを確かめるため、発明者等は下記のようなシミュレーションを実施した。図１０（ａ）〜（ｃ）は本シミュレーションの内容を示す図である。
【００８２】
本シミュレーションに当たっては、図４に示されるような個別インク流路３２、つまり、副マニホールド流路５ａのインク流出口からアパーチャ１２及び圧力室１０を経てノズル８先端の吐出口８ａに至る流路を、音響的に等価変換した回路（図１０（ａ）参照）に見立てた上で、等価回路について音響解析を行った。図１０（ａ）の回路において、アパーチャ１２はコイル２１２ａ及び抵抗２１２ｂ、圧電アクチュエータ５０はコンデンサー２５０、圧力室１０はコンデンサー２１０に相当する。第１のインク流路３３はこの回路において流体解析部２３３に相当する。流体解析部２３３は、回路中の単なるコンデンサーや抵抗等とはみなされず、別途後述の流体解析によって数値解析される。
【００８３】
本シミュレーションの音響解析では、圧電アクチュエータ５０の厚み、圧力室１０の面積及び上記圧電アクチュエータ５０の厚み方向に関する深さ、アパーチャ１２の幅、長さ、上記厚み方向に関する深さ等が用いられている。圧電アクチュエータ５０のコンプライアンス（音響容量）、即ち等価回路中のコンデンサー２５０の容量や、発生圧力定数は、上記の圧電アクチュエータ５０等の諸元から、有限要素法によって予め求められている。さらに、圧電定数は圧電素子のインピーダンスを測定する共振法を用いて求められている。
【００８４】
図１０（ｂ）は、流体解析部２３３における第１のインク流路３３の構成を示している。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に示す第１のインク流路３３におけるノズル８の構成を示している。図１０（ｂ）において、長さＬ１〜Ｌ４の範囲が、ノズル８を除く第１のインク流路３３に相当する。図１０（ｂ）の左端が圧力室１０に接続する部分である。本流体解析で用いられる第１のインク流路３３の内径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４並びに長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は表１のとおりである。また、ノズル８の先端、即ち吐出口８ａの直径Ｄ５、その他構成要素Ｌ５，Ｌ６，θは表２のとおりである。
【００８５】
【表１】
2007125881.tif 000003
【００８６】
【表２】
2007125881.tif 000004
【００８７】
流体解析部２３３における流体解析は、上記のような第１のインク流路３３の構成を用い、擬似圧縮性により定式化された流体解析である擬似圧縮法、即ち、擬似的に密度の時間変化を表す甲を加えた連続の式にNavier-Stokes方程式を連立させて速度と圧力とを求める方法によって、行われた。
【００８８】
圧力室１０のコンプライアンス（音響容量）、即ち等価回路中のコンデンサー２５０の容量は、関係式Ｃ＝Ｗ＊Ｅｖによって求められた。ここで、Ｃはコンプライアンス、Ｗは圧力室１０の容積、Ｅｖはインクの体積弾性率である。
【００８９】
アパーチャ１２におけるイナータンス、即ち等価回路中のコイル２１２ａのインダクタンスは、関係式ｍ＝ρ＊ｌ／Ａによって求められた。ここで、ｍはイナータンス、ρはインクの密度、Ａはアパーチャ１２における上記厚み方向に垂直な方向に関する断面の面積、ｌは図４の左右方向に関するアパーチャ１２の長さである。
【００９０】
アパーチャ１２の流路抵抗、即ち抵抗２１２ｂの抵抗値Ｒは、以下のように求められた。上述の実施形態において、アパーチャ１２は、上記厚み方向に垂直な方向に関して各辺の長さが２ａ及び２ｂである長方形の形状を有している。この場合、アパーチャ１２を流れるインクの量は下記の式１を用いて表される。アパーチャ１２に加えられる圧力Δｐ、即ち圧力波の強度と、アパーチャ１２を流れるインクの量Ｑとの関係は、Ｑ＝Δｐ／Ｒで表される。これと式１とにより抵抗値Ｒが算出される。なお、ｌは上記の通りアパーチャ１２の長さであり、μはインクの粘度である。
【００９１】
[式１]
2007125881.tif 000005
【００９２】
流体解析部２３３における流体解析では、流体解析部２３３を通過するインクの体積速度が求められる。圧電アクチュエータ５０において個別電極３５と共通電極３４との間に加えられる電圧の大きさに対応する圧力Ｐが、回路中の圧力源２９９によって加えられるものとする。この条件下で、圧力Ｐ、音響容量、イナータンス及び抵抗値、並びに、別途数値解析された流体解析部２３３における解析結果に基づいて、回路を流れるインクの体積速度が数値解析によって求められた。表３は、このように求められた数値解析の結果を示している。
【００９３】
【表３】
2007125881.tif 000006
【００９４】
表３において、Ｔｄは第１のインク流路３３内に充填されたインクの固有振動周期を表し、Ｔｃ（＝２ＡＬ）は個別インク流路３２に充填されたインクの固有振動周期を表す。Ｔｄ及びＴｃは個別インク流路３２の形状に依存する。いずれのシミュレーションにおいても同じ形状の個別インク流路３２を用いたため、Ｔｄ及びＴｃは一定である。Ｔｖ１は、個別電極３５の電位がＵ0からグランドに過渡的に変化する時間を示している（図７参照）。ここではＴｖ１を様々に変化させるため、電圧パルス信号の波形を変化させた。表３には、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が１７％〜８３％（Ｔｖ１／Ｔｄ＝０．１７〜０．８３）の範囲の様々な値をとる場合において、Ｔｏ／Ｔｃが０．３２〜０．６４の範囲で変化するときの、吐出口８ａから吐出されるインクの吐出速さの割合が示されている。吐出速さの割合は、Ｔｖ１／Ｔｄ＝Ｔｖ２／Ｔｄ＝０．３３でＴｏ／Ｔｃ＝０．５０のときの吐出速さを１として、百分率で表されている。表３に係る数値解析はＴｖ２＝Ｔｖ１という条件下で行われたが、Ｔｖ２＞Ｔｖ１，Ｔｖ２＜Ｔｖ１のときでも同様の結果が得られた。
【００９５】
図１１は表３に示されている数値解析の結果をグラフに表したものである。横軸はＴｏ／Ｔｃ、縦軸は吐出速さの割合を表す。各曲線はパラメータＴｖ１／Ｔｄごとの結果を示している。Ｔｖ１／Ｔｄが０．３３未満、即ちＴｄに対するＴｖ１の割合が３３％未満の曲線に関して、図１１の範囲９１内に確かにＴｏ＝ＡＬ以外で吐出速さの極値が現れている。当該極値が図９の曲線Ｃ２に示されている極値に相当する。吐出速さにこのような極値が現れると、上記のようにノイズやインク吐出速さのばらつきが発生し、画像の再現性が悪化するという問題が生じる。したがって、このような問題を回避するため、Ｔｖ１／Ｔｄを、吐出速さに極値が現れないような範囲にする必要がある。
【００９６】
図１１の範囲９１内に示されている極値は、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が３３％未満である場合に明確に現れている。一方、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が３３％以上の曲線は、図９における曲線Ｃ１の形状に近似しており、極値がほとんど現れていない。したがって、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が３３％以上であれば、ノイズやインク吐出速さのばらつきが発生して画像の再現が良好になされないという問題が生じにくくなると理解される。
【００９７】
ところで、図１１に示されているように、Ｔｖ１／Ｔｄが０．３３以上の場合、曲線のピークはＴｏ／Ｔｃ＝０．５０の付近に現れている。したがって、インク吐出の際にはＴｏ／Ｔｃが０．５０付近になるようにＴｏが調節される。一方、Ｔｖ１が大きくなるにつれ、曲線のピークが小さくなっている。これは、Ｔｖ１が大きくなるにつれ、電圧の変化が緩やかになり（図７参照）、圧電アクチュエータ５０の変形に時間がかかるためである。つまりこの場合、圧電アクチュエータ５０が結果的に同じ変位量を示しても、個別インク流路３２に生じる圧力波や第１のインク流路３３に生じる圧力波におけるインク吐出に寄与する割合が減り、インクへの加圧効率が悪くなる。加圧効率が悪くなって吐出速さが小さくなりすぎると、吐出口８ａからインクがうまく吐出されなくなる等の問題が生じ得る。
【００９８】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、表３に基づいて作成された、Ｔｏ／Ｔｃ＝０．５０のときの吐出速さの割合のグラフである。図１２Ａは横軸がＴｃに対するＴｖ１の割合を示し、図１２Ｂは横軸がＴｄに対するＴｖ１の割合を示している。図１２Ａに示されているように、特にＴｃに対するＴｖ１の割合が１２％を超えると、吐出速さの低下が著しくなる。図１２Ｂに示されているように、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が６７％を超えると、吐出速さはＴｖ１／Ｔｄ＝０．３３のときの９０％未満となる。
【００９９】
したがって、流路ユニット４が、圧力室１０にインクを供給する副マニホールド流路５ａと、副マニホールド流路５ａのインク流出口から各圧力室１０のインク流入口に至る第２のインク流路とを有し、制御部１００はＴｖ１がＴｃの１２％以下の大きさとなるように圧電アクチュエータ５０を制御することが好ましい。さらに、Ｔｖ１がＴｄの６７％以下の大きさとなるように、圧電アクチュエータ５０を制御することがより好ましい。これによると、上記の解析結果から、吐出口８ａから吐出されるインクの速さが十分確保される。これは、Ｔｖ１がある程度小さくなることにより、圧電アクチュエータ５０によって圧力室１０内のインクにある程度急激に圧力が付与され、加圧の効率が向上するからである。
【０１００】
さらには、図１２Ａ、図１２Ｂ、及び表３から、Ｔｃに対するＴｖ１の割合が６．４％を超えると、又は、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が４２％を超えると、吐出速さの割合が１００％から低下することが理解される。したがって、吐出速さの割合が１００％程度となるよう、Ｔｃに対するＴｖ１の割合が６．４％以下、又は、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が４２％以下であることが好ましい。これによると、吐出速さを最も大きく保つことができる。
【０１０１】
表４は、本シミュレーションにおける数値解析の表３とは別の結果を示している。
【０１０２】
【表４】
2007125881.tif 000007
【０１０３】
表４には、Ｔｄに対するＴｖ２の割合が１７％〜８３％の範囲（Ｔｖ２／Ｔｄ＝０．１７〜０．８３）の様々な値をとる場合において、Ｔｏ／Ｔｃが０．３２〜０．６４の範囲で変化するときの、吐出口８ａから吐出されるインクの吐出速さの割合が示されている。吐出速さの割合は、Ｔｖ１／Ｔｄ＝Ｔｖ２／Ｔｄ＝０．３３でＴｏ／Ｔｃ＝０．５０のときの吐出速さを１として、百分率で表されている。表４に係る数値解析はＴｖ１／Ｔｄ＝０．３３の条件下で行われた。
【０１０４】
図１３は、表４に示されている数値解析の結果をグラフに表したものである。横軸はＴｏ／Ｔｃ、縦軸は吐出速さの割合を示す。各曲線はパラメータＴｖ１／Ｔｄごとの結果を示している。Ｔｖ１／Ｔｄが０．３３未満、即ちＴｄに対するＴｖ１の割合が３３％未満の曲線に関して、図１３の範囲９２内に、図１１の範囲９１内と同様、Ｔｏ＝ＡＬ以外で吐出速さの極値が現れている。このような結果から、Ｔｄに対するＴｖ２の割合は３３％以上であればよいことが理解される。
【０１０５】
したがって、Ｔｖ２がＴｄの３３％以上の大きさとなるように圧電アクチュエータ５０を制御することが好ましい。これによると、上記の解析結果においてＴｄに対するＴｖ２の割合が３３％以上の場合には図１３に示されるように極値がほとんど現れていないため、ノイズやインク吐出速さのばらつきが発生して画像の再現性が悪化するという問題が生じにくくなる。このような効果が奏されるのは、Ｔｖ２がある程度大きくなることにより、圧力室１０内のインクに圧電アクチュエータ５０によって加えられる圧力の変動が緩やかになるためである。これにより、第１のインク流路３３内に充填されたインクに固有振動を発生させるような圧力波が生じにくくなり、固有振動の励起が抑制される。
【０１０６】
表５は、Ｔｖ２＝０．９Ｔｖ１、Ｔｖ２＝Ｔｖ１、及びＴｖ２＝１．１Ｔｖ１のそれぞれの場合における本シミュレーションで行われた数値解析の結果を示している。表５には、Ｔｄに対するＴｖ１の割合が１７％〜８３％（Ｔｖ１／Ｔｄ＝０．１７〜０．８３）の様々な値をとるときの吐出速さの割合が示されている。吐出速さの割合は、Ｔｖ１／Ｔｄ＝Ｔｖ２／Ｔｄ＝０．３３でＴｏ／Ｔｃ＝０．５０のときの吐出速さを１として、百分率で表されている。表５に係る数値解析はＴｏ／Ｔｃ＝０．５０の条件下で行われた。
【０１０７】
【表５】
2007125881.tif 000008
【０１０８】
図１４は、表５に示されている数値解析の結果をグラフに表したものである。横軸はＴｄに対するＴｖ１の比であり、縦軸は吐出速さの割合である。曲線９３、９４、及び９５はそれぞれＴｖ２＝０．９Ｔｖ１、Ｔｖ２＝Ｔｖ１、及びＴｖ２＝１．１Ｔｖ１のときの結果を表している。図１４に示されているように、Ｔｖ１／Ｔｄのほぼ全範囲に亘って、曲線９３の吐出速さ＞曲線９４の吐出速さ＞曲線９５の吐出速さの関係が成立している。
【０１０９】
したがって、Ｔｖ１＞Ｔｖ２という関係が成り立っていることが好ましい。これにより、Ｔｖ１がどのような大きさであっても、Ｔｖ１≦Ｔｖ２の場合と比べて、インク吐出速さが大きくなり、Ｔｖ１／Ｔｄについて広い範囲で印字に適したインクの吐出速さが確保される。
【０１１０】
表６は、Ｔｖ１及びＴｖ２が様々な値をとる場合の、吐出口８ａから吐出されるインクの吐出速さの割合が示されている。吐出速さの割合は、Ｔｖ１／Ｔｄ＝Ｔｖ２／Ｔｄ＝０．３３でＴｏ／Ｔｃ＝０．５０のときの吐出速さを１として、百分率で表されている。表６に係る数値解析はＴｏ／Ｔｃ＝０．５０の条件下で行われた。
【０１１１】
【表６】
2007125881.tif 000009
【０１１２】
表６に示されているように、Ｔｖ２／Ｔｄ≦０．４４において、吐出速さが基準値のほぼ９８％以上に保たれている。０．５０≦Ｔｖ１／Ｔｄ≦０．６０においては、吐出速さの極端な低下を防ぎながら、最も安定したインクの飛翔状態を維持できることが確認される。
【０１１３】
したがって、Ｔｖ１がＴｄの５０％以上且つ６０％以下、Ｔｖ２がＴｄの３３％以上且つ４４％以下の大きさとなるよう、圧電アクチュエータ５０を制御することが好ましい。これによると、吐出速さの極端な低下を防ぎながら、最も安定したインクの飛翔状態が維持される。
【０１１４】
上述の説明では電圧パルス信号のパルス幅ＴｏがＡＬに調節される場合について記載したが、パルス幅ＴｏはＡＬ以外でもよい。図１１及び図１３に示されているように、Ｔｏ／Ｔｃ＞０．５の範囲では、第１のインク流路３３におけるインクの固有振動の影響は目立たないが、Ｔｖ１やＴｖ２の値によらず、パルス幅Ｔｏに対する吐出速さの変化率がＴｏ／Ｔｃ≦０．５の場合に比べて大きい。Ｔｏ／Ｔｃが０．４〜０．５の範囲では、それ以外の範囲に比べて上記変化率が緩やかである。つまり、Ｔｏ／Ｔｃが０．４以上且つ０．５以下となるようにパルス幅Ｔｏが調節されていれば、パルス幅Ｔｏに対する吐出速さの変化率が小さい、即ちパルス幅Ｔｏに対する吐出速さの感度が低いものとなる。さらに、０．３３Ｔｄ≦Ｔｖ１≦０．１２Ｔｃ又は０．３３Ｔｄ≦Ｔｖ１≦０．６Ｔｄで、且つ、０．３３Ｔｄ≦Ｔｖ２≦０．４４Ｔｄ及びＴｖ１＞Ｔｖ２である場合、Ｔｏ／Ｔｃを０．４〜０．５の範囲にすると、吐出速さを基準値の８０％以上に安定に保つことができ、且つ、パルス幅Ｔｏに対する自由度も高くなる。つまり、パルス幅Ｔｏの広い範囲に亘って、第１のインク流路３３でのインクの振動がインク吐出に効果的に作用し、吐出速さの極端な変化や低下を回避しつつ、安定したインクの飛翔状態を維持することができる。
【０１１５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【０１１６】
電圧パルス信号の波形は、当該波形に対応する電圧パルス信号を個別電極３５に供給したときに上記条件を満たす限りは、矩形波に限定されず、例えば図７に示す個別電極３５の電位変化曲線と同様に立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジが直角よりも大きな角度となる形状を有する、非矩形波であってよい。
【０１１７】
個別電極３５に供給される電圧パルス信号の波形を調整することで、Ｔｖ１及び／又はＴｖ２を上記数値範囲に設定することに限定されない。例えば、個別電極３５の大きさ及び形状、個別電極３５と共通電極３４との離隔距離、並びに、圧電層４１の誘電率の少なくともいずれか１つを調整することで、Ｔｖ１及び／又はＴｖ２を上記数値範囲に設定してよい。
【０１１８】
電圧パルス信号を個別電極３５に供給したときにＴｖ１、Ｔｖ２等が上述した各条件（Ｔｖ１≧０．３３Ｔｄ、Ｔｖ１≦０．１２Ｔｃなど）を満たすような複数種類の基本波形を示す波形データを、予め波形データ記憶部１０３に記憶しておき、印刷制御部１０１が、波形データ記憶部１０３に記憶されている波形データが示す複数種類の基本波形から１つの基本波形を選択し、当該基本波形に対応する電圧パルス信号を個別電極３５に供給してよい。
【０１１９】
本発明に係る課題は、第１のインク流路３３内に充填されたインクに発生する圧力の固有振動と上記のようなインク流路内で反射した圧力波とが重なり合うことによって発生すると解される。したがって、図４に示されているような第１のインク流路３３、圧力室１０、及びアパーチャ１２を含む個別インク流路３２と副マニホールド流路５ａとを有する流路ユニット４以外のものにおいても、本発明に係る課題が生じ得る。また、本発明に係る課題は上記のようにインク流路内に発生する圧力波の重なり合いによって生じるものであるため、本発明に係る課題が生じるかどうかはインクへの加圧の方式に依存しないと解される。したがって、圧電アクチュエータ以外の加圧アクチュエータによってインクが加圧される場合においても本発明に係る課題が生じ得る。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。
【図２】図１に示されるヘッド本体の上面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。
【図５】図４に示される圧電アクチュエータ周辺の部分拡大図である。
【図６】図１に示されるプリンタが有する制御部についての説明図である。
【図７】電圧パルス信号が供給された個別電極における電位の変化の一例を示すグラフである。
【図８】電圧パルス信号が供給されることにより個別電極の電位が図７に示すように変化した際の、圧電アクチュエータの駆動を示す図である。
【図９】図７に示される幅Ｔｏに対する吐出されたインクの吐出速さを示すグラフである。
【図１０】（ａ）は、本願発明者等による解析で用いられた、図４に示される個別インク流路をモデル化した等価回路を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示す流体解析部における第１のインク流路の構成を示す図である。（ｃ）は、（ｂ）に示す第１のインク流路におけるノズルの構成を示す図である。
【図１１】図１０に示されるモデルを用いて行われた数値解析の結果を示すグラフである。
【図１２】図１０に示されるモデルを用いて行われた数値解析の結果を示す別のグラフである。
【図１３】図１０に示されるモデルを用いて行われた別の数値解析の結果を示すグラフである。
【図１４】図１０に示されるモデルを用いて行われたさらに別の数値解析の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２１】
１  インクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）
４  流路ユニット
５ａ  副マニホールド流路（共通インク室）
８ａ  吐出口
１０  圧力室
２１  アクチュエータユニット（加圧アクチュエータ）
３２  個別インク流路
３３  第１のインク流路
１００  制御部（制御手段）
【図１】
2007125881.tif 000010
【図２】
2007125881.tif 000011
【図３】
2007125881.tif 000012
【図４】
2007125881.tif 000013
【図５】
2007125881.tif 000014
【図６】
2007125881.tif 000015
【図７】
2007125881.tif 000016
【図８】
2007125881.tif 000017
【図９】
2007125881.tif 000018
【図１０】
2007125881.tif 000019
【図１１】
2007125881.tif 000020
【図１２】
2007125881.tif 000021
【図１３】
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【図１４】
2007125881.tif 000023