(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、
圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、
前記アクチュエータに対して一印刷周期内に複数のパルス信号を含む駆動信号を供給する信号供給手段とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記各パルス信号は、基準電位と、前記圧力室内を減圧するようにアクチュエータを駆動するピーク電位とを有し、
前記複数のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、前記各パルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間が、前記ヘルムホルツ周期以下に設定され、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、
最初のパルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間は、後のパルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間よりも長く設定されているインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドであって、
後のパルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間は、ヘッドのヘルムホルツ周期の半周期以下に設定されているインクジェットヘッド。
【請求項３】
ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、
圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、
前記アクチュエータに対して一印刷周期内に複数のパルス信号を含む駆動信号を供給する信号供給手段とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記各パルス信号は、基準電位と、前記圧力室内を減圧するようにアクチュエータを駆動するピーク電位とを有し、
前記複数のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、前記各パルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間が、前記ヘルムホルツ周期以下に設定され、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、
前記複数のパルス信号は、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号と、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号とを含んでいるインクジェットヘッド。
【請求項４】
ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、
圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、
前記アクチュエータに対して一印刷周期内に複数のパルス信号を含む駆動信号を供給する信号供給手段とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記各パルス信号は、基準電位と、前記圧力室内を減圧するようにアクチュエータを駆動するピーク電位とを有し、
前記複数のパルス信号は、パルス高さの異なる２以上のパルス信号を含み、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、前記各パルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間が、前記ヘルムホルツ周期以下に設定され、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定されているインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載のインクジェットヘッドであって、
最初のパルス信号のパルス高さが後のパルス信号のパルス高さよりも低く設定されているインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のインクジェットヘッドであって、
各パルス信号のピーク電位は、接地電位であり、
パルス高さの異なるパルス信号の基準電位は、互いに異なっているインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドであって、
アクチュエータの圧電素子の厚みが０．５μｍ〜５μｍに設定されているインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と
を備えているインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、いわゆる多階調印刷等のため、インクジェットヘッドの同一のノズルから一印刷周期内に複数のインク滴を吐出し、これら複数のインク滴によって一つのインクドットを形成するインクジェット式記録装置が知られている。
【０００３】
一般に、この種のインクジェット式記録装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と当該圧力室に連通するノズルとが形成されたヘッド本体と、上記ノズルからインク滴を吐出させるように圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、アクチュエータに駆動信号を供給する駆動信号供給部とを備えている。ヘッドの小型化等のため、アクチュエータとしては、圧電素子を有するものがよく用いられている。
【０００４】
記録動作の際には、まず、上記駆動信号供給部が一印刷周期中に１または２以上のパルスを含む駆動信号を供給する。そして、当該駆動信号を受けたアクチュエータは、圧力室内のインクをノズルから押し出すことによって、パルス数と同数のインク滴を吐出させる。吐出されたインク滴は、吐出順に記録紙上に着弾し、一つのインクドットを形成する。このようなインクドットが記録紙上に多数集合することにより、当該記録紙に所定の画像等が形成される。ここで、一印刷周期中に吐出するインク滴の個数を調整することにより、ドットの濃淡や大きさが調整される。その結果、いわゆる多階調印刷が行われることになる。
【０００５】
しかし、高速印刷を行う場合には、インクジェットヘッドのキャリッジ速度が大きいため、同一のノズルから吐出された複数のインク滴は、キャリッジ方向にずれた位置に着弾しやすくなる。その結果、インクドットがキャリッジ方向に細長い長円形状になってしまい、画像の品質が低下しやすかった。
【０００６】
そこで、高速印刷を可能にすべく、例えば特開平８−３３６９７０号公報に開示されているように、後から吐出するインク滴の吐出速度を先に吐出するインク滴の吐出速度よりも大きくすることにより、同一のノズルから吐出された２つのインク滴同士を飛翔中に合体させ、一つのインク滴にしてから着弾させることが提案されている。
【０００７】
上記インクジェットヘッドは、ヘッドのヘルムホルツ周期よりも大きな周期でパルス信号を印加することを前提とし、そのうえで、パルス信号の立ち上がり波形または立ち下がり波形の傾斜角度を変更すると、ノズル内のインクメニスカスの引き込み量が変化し、インク滴の吐出速度が変更されることに着目したものである。上記インクジェットヘッドでは、パルス信号の立ち上がり波形または立ち下がり波形の傾斜角度を調整することにより、後から吐出するインク滴の吐出速度を前に吐出したインク滴の吐出速度よりも大きくしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記インクジェットヘッドでは、各パルス信号の印加周期がヘルムホルツ周期よりも長いので、一印刷周期は必然的にヘルムホルツ周期のパルス数倍以上の長さとなる。そのため、駆動周波数の増大が難しく、印刷速度の更なる高速化を図ることは困難であった。そこで、更なる高速印刷を可能にする新たな技術が待ち望まれていた。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、一印刷周期内に複数のインク滴を吐出し、それらインク滴を飛翔中に合体させるインクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置において、印刷の更なる高速化を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るインクジェットヘッドは、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、前記アクチュエータに対して一印刷周期内に複数のパルス信号を含む駆動信号を供給する信号供給手段とを備えたインクジェットヘッドであって、前記各パルス信号は、基準電位と、前記圧力室内を減圧するようにアクチュエータを駆動するピーク電位とを有し、前記複数のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、前記各パルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間が、前記ヘルムホルツ周期以下に設定され、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、最初のパルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間は、後のパルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間よりも長く設定されているものである。
【００１１】
このことにより、インクのメニスカス振動が共振するように、後のパルス信号は先のパルス信号から比較的短時間の間に印加されるので、一印刷周期の時間を短くすることができる。そのため、印刷速度の高速化を図ることができる。パルス信号の印加によって吐出された複数のインク滴は、飛翔中に合体し、一つのインク滴となって記録紙に着弾する。そのため、インクドットが長円となることはなく、記録の品質は向上する。最初のパルス信号の電位変化時間は後のパルス信号の電位変化時間よりも長く設定されているので、最初のパルス信号によるノズル内のインクメニスカスの引き込み速度は、後のパルス信号によるインクメニスカスの引き込み速度に比べて緩慢となる。そのため、最初のパルス信号の印加によって吐出されるインク滴は、後のパルス信号の印加によって吐出されるインク滴に比べて吐出速度が小さくなる。したがって、後に吐出されたインク滴は最初に吐出されたインク滴に容易に追いつき、それら複数のインク滴を飛翔中に合体させることが容易になる。そのため、一印刷周期の時間を短くしても安定したインク滴の飛翔が得られる。結果として、記録の品質は向上する。
【００１２】
さらに、印刷速度の高速化が図られる。
【００１３】
また、後のパルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間は、前記ヘルムホルツ周期の半周期以下に設定されていてもよい。
【００１４】
このことにより、合体後のインク滴の吐出速度が高速となり、着弾精度の向上が図られる。
【００１５】
本発明に係るインクジェットヘッドは、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、前記アクチュエータに対して一印刷周期内に複数のパルス信号を含む駆動信号を供給する信号供給手段とを備えたインクジェットヘッドであって、前記各パルス信号は、基準電位と、前記圧力室内を減圧するようにアクチュエータを駆動するピーク電位とを有し、前記複数のパルス信号は、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、前記各パルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間が、前記ヘルムホルツ周期以下に設定され、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定され、前記複数のパルス信号は、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期の半周期以下である第１のパルス信号と、基準電位からピーク電位までの電位変化時間が前記ヘルムホルツ周期以下で且つ前記第１のパルス信号の前記電位変化時間よりも長い第２のパルス信号とを含んでいるものである。
【００１６】
このことにより、第２のパルス信号により吐出されるインク滴（以下、第２インク滴という）は第１のパルス信号により吐出されるインク滴（以下、第１インク滴という）よりも吐出速度が遅くなるので、第１インク滴は第２インク滴に容易に追いつき、それらインク滴は容易に合体する。そのため、前述したように、印刷速度の高速化や記録品質の向上を図ることができる。
【００１７】
本発明に係るインクジェットヘッドは、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子と当該圧電素子に電圧を印加する電極とを有し、前記圧電素子の圧電効果によって前記圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、前記アクチュエータに対して一印刷周期内に複数のパルス信号を含む駆動信号を供給する信号供給手段とを備えたインクジェットヘッドであって、前記各パルス信号は、基準電位と、前記圧力室内を減圧するようにアクチュエータを駆動するピーク電位とを有し、前記複数のパルス信号は、パルス高さの異なる２以上のパルス信号を含み、パルス間隔がヘッドのヘルムホルツ周期以下に設定されているとともに、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、前記各パルス信号における基準電位からピーク電位までの電位変化時間が、前記ヘルムホルツ周期以下に設定され、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定されているものである。
【００１８】
このことにより、パルス高さの低いパルス信号により吐出されるインク滴（以下、第２インク滴という）はパルス高さの高いパルス信号により吐出されるインク滴（以下、第１インク滴という）よりも吐出速度が遅くなるので、第１インク滴は第２インク滴に容易に追いつき、それらインク滴は容易に合体する。そのため、前述したように、印刷速度の高速化や記録品質の向上を図ることができる。
【００１９】
前記インクジェットヘッドは、最初のパルス信号のパルス高さが後のパルス信号のパルス高さよりも低く設定されていることが好ましい。
【００２０】
このことにより、最初に吐出されるインク滴の方が後に吐出されるインク滴よりも吐出速度が小さくなり、最初に吐出されるインク滴と後発のインク滴との合体が円滑かつ確実に行われる。
【００２１】
前記各パルス信号は、基準電位と、前記圧力室内を減圧するようにアクチュエータを駆動するピーク電位とを有し、各パルス信号のピーク電位は、接地電位であり、パルス高さの異なるパルス信号の基準電位は、互いに異なっていることが好ましい。
【００２２】
このことにより、パルス信号のピーク電位は、接地電位として共通化される。そのため、基準電位とピーク電位との差であるパルス高さは、基準電位によって決定されることになる。したがって、パルス信号同士の間では、基準電位の差がパルス高さの差となる。基準電位の調整は容易であることから、パルス高さを容易に調整することができ、パルス信号同士のパルス高さの誤差は生じにくくなる。
【００２３】
なお、前記アクチュエータの圧電素子の厚みは０．５μｍ〜５μｍに設定されていてもよい。
【００２４】
本発明に係るインクジェット式記録装置は、前記インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段とを備えているものである。
【００２５】
このことにより、高速かつ高品質の記録を行う記録装置が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数のパルス信号をインクのメニスカス振動を共振させるように印加するので、一印刷周期の時間を短くすることができ、印刷速度の高速化を図ることができる。
【００２７】
また、最初のパルス信号の電位変化時間を後のパルス信号の電位変化時間よりも長く設定したので、複数のインク滴を飛翔中に合体させることが容易になる。
【００２８】
また、第２パルス信号の電位変化時間を第１パルス信号の電位変化時間よりも長く設定したので、第１パルス信号により吐出されるインク滴は第２パルス信号により吐出されるインク滴に追いつきやすくなる。そのため、複数のインク滴を合体させることが容易になり、合体の安定性が向上する。
【００２９】
また、パルス高さの異なる２以上のパルス信号を用いるので、パルス高さの高いパルス信号により吐出されたインク滴は、パルス高さの低いパルス信号により吐出されたインク滴よりも吐出速度が大きくなる。そのため、複数のインク滴を合体させることが容易になり、合体の安定性が向上する。
【００３０】
したがって、本発明によれば、更なる高速印刷が可能になり、また、高品質の記録を行うことが容易になる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
＜駆動信号と吐出性能との関係＞
本発明の実施形態の説明に先立ち、駆動信号と吐出性能との関係について説明する。
【００３２】
図１は、駆動信号の波形とアクチュエータの変位とインクメニスカスの状態との関係を示した図である。駆動信号は、基準電位Ｖ０とピーク電位Ｖ１とを有するパルス信号Ｐである。ピーク電位Ｖ１は、圧力室を減圧するようにアクチュエータを駆動する電位であり、言い換えると、圧力室の容積を増大させるようにアクチュエータを駆動する電位である。本駆動信号は、圧力室をいったん減圧してから加圧する信号であり、インクメニスカスをいったんノズル内に引き込んだ後に押し出す信号（いわゆる引き押し波形の信号）である。なお、図１及び後述する図２〜４の駆動信号では、共振を利用するために、パルス信号Ｐの電位降下波形Ｓ１の開始時から電位上昇波形Ｓ３の開始時までの時間は、ヘルムホルツ周期の半周期に設定されている。図２〜図４の駆動信号との比較のため、以下では図１の上記駆動信号を基本信号と称することとする。
【００３３】
ここで、吐出されるインクの液滴量は、アクチュエータの変位量とメニスカスの引き込み量とに影響され、上記変位量と上記引き込み量との差と液滴量との間には、相関関係が見られる。また、液滴の吐出速度は、アクチュエータの変位速度（つまり、図１におけるアクチュエータ変位曲線の傾き）と相関関係がある。
【００３４】
図２に示すように、パルス信号Ｐの電位降下波形Ｓ１の傾きを緩やかにすると、アクチュエータの変位量は減少するが、メニスカスの引き込み量も減少する。そのため、吐出されるインクの液滴量ｍ２は、基本信号により吐出されるインクの液滴量ｍ１とほぼ同等か、あるいはｍ１よりも若干小さな値となる。一方、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きは緩やかになる。そのため、吐出速度ｖ２は、基本信号により吐出されるインクの吐出速度ｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ２≦ｍ１、ｖ２＜ｖ１となる。
【００３５】
図３に示すように、吐出速度がｖ２とほぼ等しくなるようにパルス信号Ｐの電位上昇波形Ｓ３の傾きを緩やかにすると、メニスカスの引き込み量は基本信号の場合と変わらないが、アクチュエータの変位量は若干減少する。そのため、液滴量ｍ３は、ｍ２よりも少なくなる。また、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きが緩やかになり、吐出速度ｖ３はｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ３＜ｍ２≦ｍ１、ｖ３≒ｖ２＜ｖ１となる。
【００３６】
図４に示すように、吐出速度がｖ２とほぼ等しくなるようにパルス信号Ｐのパルス高さを若干下げると、アクチュエータの変位量は減るが、メニスカスの引き込み量も基本信号の場合よりも若干減少する。そのため、液滴量ｍ４はｍ１より小さくなるが、ｍ３よりは大きくなる。また、アクチュエータの変位量が減ったため、変位曲線の傾きが緩やかになり、吐出速度ｖ４はｖ１よりも小さくなる。つまり、ｍ３＜ｍ４＜ｍ１、ｖ４≒ｖ３≒ｖ２＜ｖ１となる。
【００３７】
以上のように、液滴量に関しては、ｍ３＜ｍ２≦ｍ１、ｍ３＜ｍ４＜ｍ１という関係が見られ、吐出速度に関しては、ｖ４≒ｖ３≒ｖ２＜ｖ１という関係が見られる。
【００３８】
実際に図１〜図４の駆動信号を用い、吐出速度と液滴量とを測定する実験を行った。図５に、測定条件と測定結果とを示す。本実験から、上記関係が正しいことが確認された。
【００３９】
＜実施形態１＞
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
図６は、インクジェット式記録装置としてのプリンタ２０の概略構成を示している。プリンタ２０は、キャリッジ１６に固定されたインクジェットヘッド１を備えている。キャリッジ１６には、図６では図示を省略するキャリッジモータ２８（図１１参照）が設けられている。キャリッジ１６は、キャリッジモータ２８によって主走査方向（図６及び図７に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸１７にガイドされ、その方向に往復移動するように構成されている。インクジェットヘッド１はキャリッジ１６に搭載されているので、インクジェットヘッド１もキャリッジ１６の往復移動に伴って主走査方向Ｘに往復移動する。なお、このキャリッジ１６、キャリッジ軸１７及びキャリッジモータ２８により、インクジェットヘッド１と記録紙４１とを相対移動させる移動手段が構成されている。
【００４１】
記録紙４１は、図６では図示を省略する搬送モータ２６（図１１参照）によって回転駆動される２つの搬送ローラ４２に挟まれており、この搬送モータ２６及び各搬送ローラ４２により、主走査方向Ｘと直交する副走査方向（図６及び図７に示すＹ方向）に搬送される。
【００４２】
図７〜図１０に示すように、インクジェットヘッド１は、インクを収容する複数の圧力室４と各圧力室４にそれぞれ連通する複数のノズル２とが形成されたヘッド本体４０と、各圧力室４内のインクに圧力を付与するアクチュエータ１０とを有している。アクチュエータ１０は、圧電素子１３を有するピエゾ式のアクチュエータであって、圧電素子１３に固着した振動板１１がたわみ変形を行ういわゆるたわみ振動型のアクチュエータである。このアクチュエータ１０は、圧力室４の縮小及び拡大に伴う圧力室４内の圧力変化によって、ノズル２からインク滴を吐出し且つ圧力室４にインクを充填する。
【００４３】
図７に示すように、圧力室４は、インクジェットヘッド１の内部に主走査方向Ｘに延びるように長溝状に形成され、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて配設されている。圧力室４の一端部（図７の右側の端部）には、ノズル２が設けられている。ノズル２，２，…は、インクジェットヘッド１の下面において、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけて開口するように設けられている。圧力室４の他端部（図７の左側の端部）は、インク供給路５の一端部に連続している。各インク供給路５の他端部は、副走査方向Ｙに延びるインク供給室３に連続している。
【００４４】
図８に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズル２が形成されたノズルプレート６と、圧力室４及びインク供給路５を区画形成する区画壁７と、アクチュエータ１０とが順に積層されて構成されている。このノズルプレート６は厚さ２０μｍのポリイミド板からなり、区画壁７は厚さ４８０μｍのステンレス製ラミネート板またはステンレスと感光性ガラスとのラミネート板からなっている。
【００４５】
図９及び図１０に誇張して示すように、アクチュエータ１０は、圧力室４を覆う振動板１１と、振動板１１を振動させる薄膜の圧電素子１３と、個別電極１４とが順に積層されて構成されている。振動板１１は、厚さ２μｍのクロム板からなっていて、個別電極１４と共に圧電素子１３に電圧を印加するための共通電極としての機能をも有している。圧電素子１３は、圧力室４に対応して設けられており、厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺＴ（ジルコル酸チタン酸鉛）等を好適に用いることができる。本実施形態では、圧電素子１３の厚みは３μｍに設定されている。個別電極１４は厚さ０．１μｍの白金板からなっており、アクチュエータ１０の全体の厚さは約５μｍとなっている。なお、互いに隣接する圧電素子１３及び個別電極１４の間には、ポリイミドからなる絶縁層１５が設けられている。
【００４６】
次に、図１１のブロック図を参照しながら、プリンタ２０の制御回路３５を説明する。制御回路３５は、ＣＰＵからなる主制御部２１と、各種データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ２２と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ２３と、搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８とをそれぞれ駆動制御するためのドライバ回路２５，２７及びモータ制御回路２４と、印刷データを受信するデータ受信回路２９と、駆動信号発生回路３０と、選択回路３１とを備えている。選択回路３１には、アクチュエータ１０が接続されている。駆動信号発生回路３０は、一印刷周期内に複数のパルス信号を有する駆動信号を発生させる。選択回路３１は、インクジェットヘッド１がキャリッジ１６と共に主走査方向Ｘに移動しているときに、上記駆動信号に含まれる１または２以上の駆動パルスをアクチュエータ１０に選択的に入力させる。これら駆動信号発生回路３０及び選択回路３１により、アクチュエータ１０に所定の駆動信号を供給する信号供給手段３２が構成されている。
【００４７】
次に、プリンタ２０の動作について説明する。まず、プリンタ本体（図示せず）から画像データが送信され、データ受信回路２９がこの画像データを受信すると、主制御部２１がＲＯＭ２２に記憶された処理ルーチンに基づいて、モータ制御回路２４及びドライバ回路２５，２７を介して搬送モータ２６及びキャリッジモータ２８をそれぞれ制御すると共に、駆動信号発生回路３０に駆動信号を発生させる。さらに、主制御部２１は、上記画像データに基づいて、選択回路３１に対し選択すべきパルス信号の情報を出力する。そして、選択回路３１は、上記情報に基づいて、複数の駆動パルスのうちから所定の１または２以上の駆動パルスを選択してアクチュエータ１０に供給する。例えば、一印刷周期内に１つのインク滴を吐出する場合には、１つのパルス信号を選択し、２つのインク滴を吐出する場合には、２つのパルス信号を選択する。これにより、インクジェットヘッド１のノズル２から、一印刷周期内に１または２以上のインク滴が吐出されることになる。
【００４８】
一印刷周期内に印加される複数のパルス信号は、パルス間隔がインクジェットヘッド１のヘルムホルツ周期以下に設定されている。なお、ここでいうヘルムホルツ周期とは、インクだけでなくアクチュエータ１０の影響をも含めた振動系全体の固有周期（共振周期）をいう。また、上記複数のパルス信号は、これらパルス信号の印加により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定されている。また、上記複数のパルス信号は、最初のパルス信号の立ち下がり波形の立ち下がり時間が後のパルス信号の立ち下がり波形の立ち下がり時間よりも長くなるように設定されている。
【００４９】
次に、図１２を参照しながら、一印刷周期Ｔ内にノズル２から４つのインク滴を吐出する場合について説明する。ここでは、アクチュエータ１０に供給される駆動信号は、４つの台形波状パルスＰ１〜Ｐ４、すなわち、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２と第３パルスＰ３と第４パルスＰ４とを含んでいる。各パルスＰ１〜Ｐ４は、圧力室４をいったん減圧してから加圧するようにアクチュエータ１０を駆動するパルス信号であり、言い換えると、アクチュエータ１０に引き押し動作（いわゆるプルプッシュ動作）を行わせることによってインク滴を吐出させる信号である。
【００５０】
第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４は、パルス間隔がヘルムホルツ周期に徐々に近づくような順番（ただし、隣り合う一部のパルス同士のパルス間隔は等しくてもよい。つまり、全体的にヘルムホルツ周期に近づくような順番になっていればよい。）に並んでいる。ただし、第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４のパルス間隔は、これらパルスによって吐出される第１〜第４のインク滴を飛翔中に合体させることができる限り、上記間隔に限定されるものではない。
【００５１】
第１パルスＰ１の立ち下がり波形Ｐ１１の立ち下がり時間ｔ１は、へルムホルツ周期以下に設定されている。第２パルスＰ２の立ち下がり波形Ｐ２１の立ち下がり時間ｔ２，第３パルスＰ３の立ち下がり波形Ｐ３１の立ち下がり時間ｔ３、及び第４パルスＰ４の立ち下がり波形Ｐ４１の立ち下がり時間ｔ４は、いずれも上記ヘルムホルツ周期の半分の値（半周期）以下に設定されている。
【００５２】
ところで、前記特開平８−３３６９７０号公報に開示された従来のインクジェットヘッドでは、複数のパルスは、ヘルムホルツ周期よりも長い時間をかけて圧力室を膨張させ、インクのメニスカスをノズル内に引き込んでいた。そして、このように引き込み時間がヘルムホルツ周期よりも長いので、メニスカス振動の共振は起こらず、引き込み時間を変化させてもアクチュエータの変位は変化しなかった。つまり、従来のインクジェットヘッドは、アクチュエータの変位を変えることなく、メニスカスの引き込み量の調整のみでインク滴の液適量及び吐出速度を調整するものであった。
【００５３】
これに対し、本実施形態では、インクメニスカス振動の共振を利用するものである。具体的には、ヘルムホルツ周期よりも短い時間でメニスカスを引き込むものとし、そのような引き込みを行わせるパルスの立ち下がり時間を調整することにより、メニスカスの引き込み量及びアクチュエータの変位の両方を調整するものである。本実施形態では、引き込み時間（パルスの立ち下がり時間）がヘルムホルツ周期よりも短いため、引き込み時間によってアクチュエータの変位を変えることができる。したがって、引き込み時間が長いほどアクチュエータの変位は小さくなる。そのため、吐出速度の遅いインク滴を吐出する場合には、引き込み時間を長くすることによってアクチュエータの変位を小さくする。なお、この場合、インク滴の液適量も若干少なくなる。
【００５４】
アクチュエータ１０に対して上記駆動信号が供給されると、まず、第１パルスＰ１によって第１のインク滴が吐出される。次に、第２パルスＰ２が印加され、インクメニスカス振動の共振によって、第１インク滴の吐出速度ｖ１よりも大きな吐出速度ｖ２で第２のインク滴が吐出される。更に、第３パルスＰ３が印加され、インクメニスカス振動の共振によって、第２インク滴の吐出速度ｖ２以上の吐出速度ｖ３で第３のインク滴が吐出される。そして、更に、第４パルスＰ４が印加され、インクメニスカス振動の共振によって、第３インク滴の吐出速度ｖ３以上の吐出速度ｖ４で第４のインク滴が吐出される。つまり、ｖ１＜ｖ２≦ｖ３≦ｖ４となっている。
【００５５】
第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４によって吐出された第１〜第４インク滴は、飛翔中に合体して一つのインク滴となり、記録紙４１に着弾して単一のインクドットを形成する。これにより、高速印刷の場合であっても、インクドットが長円になることがなく、良好なインクドットが形成されることになる。
【００５６】
なお、ここでいうインク滴の合体とは、完全に分離しているインク滴同士が空中で一体となる場合だけでなく、各々の一部がつながっているものの各インク滴の存在が分かる程度に分かれているインク滴同士が、各インク滴の存在が分からない程度に一体化する場合も含まれる。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、インクメニスカス振動が共振を起こすように複数のパルス信号を連続的に印加することとしたので、合体インク滴を形成するための複数のインク滴を、短時間の間に吐出することができる。したがって、駆動周波数の向上を図ることができ、高速印刷を実現することができる。
【００５８】
第１パルスＰ１の立ち下がり時間ｔ１を第２〜第４パルスＰ２〜Ｐ４の立ち下がり時間ｔ２〜ｔ４よりも長くしたので、第１パルスＰ１によって吐出される第１インク滴の吐出速度ｖ１を、第２〜第４パルスＰ２〜Ｐ４によって吐出される第２〜第４インク滴の吐出速度ｖ２〜ｖ４よりも小さくすることができる。
【００５９】
このように第１インク滴の吐出速度が小さいため、たとえ第３インク滴の吐出速度ｖ３が第２インク滴の吐出速度ｖ２と等しい場合であっても、第２インク滴と第１インク滴とが合体してなる合体インク滴は、第３インク滴よりも吐出速度が小さくなる。そのため、第３インク滴は合体インク滴と合体しやすくなる。また、同様に、第４インク滴も、第１〜第３インク滴が合体してなる合体インク滴と合体しやすくなる。
【００６０】
したがって、本実施形態によれば、複数のインク滴を飛翔中に合体させることが容易となり、合体インク滴によって、記録紙４１上に良好な単一ドットを形成することができる。そのため、高品質の記録を行うことができる。
【００６１】
なお、上記実施形態のパルス信号Ｐ１〜Ｐ４は、アクチュエータ１０に引き押し動作を行わせる信号であったが、パルス信号Ｐ１〜Ｐ４は、アクチュエータ１０に押し引き動作（プッシュプル動作）を行わせる信号であってもよい。
【００６２】
一印刷周期に含まれるパルスの個数は４に限定されず、２又は３であってもよく、５以上であってもよい。
【００６３】
−実施例−
次に、実施例について説明する。本実施例では、基準電位ＶＨ、負圧電位ＶＬ、及び第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４の立ち下がり時間ｔ１〜ｔ４を、それぞれ表１に示す値に設定した。なお、本実施例では、ヘルムホルツ周期は８μｓである。
【００６４】
【表１】
0004117153.tif 000002
【００６５】
第１〜第４パルスＰ１〜Ｐ４を印加したところ、第１〜第４のインク滴は飛翔中に合体し、一つのインク滴となって約８ｍ／ｓの吐出速度で記録紙上に着弾した。その結果、記録紙上には、単一の良好なインクドットが形成された。
【００６６】
＜実施形態２＞
実施形態１は、一印刷周期内に印加される複数のパルス信号のうち、最初のパルスＰ１の立ち下がり時間ｔ１を、その後のパルスＰ２〜Ｐ４の立ち下がり時間ｔ２〜ｔ４よりも長くしたものであった。これに対し、図１３に示すように実施形態２は、２番目のパルスＰ２の立ち下がり時間ｔ２を、他のパルスＰ１，Ｐ３，Ｐ４の立ち下がり時間ｔ１，ｔ３，ｔ４よりも長くしたものである。
【００６７】
本実施形態の駆動信号は、第１〜第４のインク吐出用のパルス信号Ｐ１〜Ｐ４と、インクを吐出しない程度にアクチュエータを駆動する補助パルス信号Ｐ５とを有している。補助パルス信号Ｐ５は、アクチュエータの残留振動を抑制し、またはノズル内のインク粘度の上昇を抑制するものである。
【００６８】
パルス信号Ｐ１〜Ｐ４は、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定されている。また、パルス信号Ｐ１，Ｐ３，Ｐ４の立ち下がり時間ｔ１，ｔ３，ｔ４は、ヘルムホルツ周期の半周期以下に設定されている。一方、第２パルス信号Ｐ２の立ち下がり時間ｔ２は、ヘルムホルツ周期以下であり、上記立ち下がり時間ｔ１，ｔ３，ｔ４のいずれよりも長く設定されている。なお、本実施形態では、第１パルス信号Ｐ１、第３パルス信号Ｐ３、及び第４パルス信号Ｐ４が、本発明でいうところの「第１のパルス信号」に対応し、第２パルス信号Ｐ２が「第２のパルス信号」に対応する。
【００６９】
本実施形態では、第２パルスＰ２によって吐出された第２インク滴は、液滴量はあまり変化しない一方、吐出速度が比較的小さくなる。そのため、第３パルスＰ３によって吐出された第３インク滴は第２インク滴に容易に追いつき、それらインク滴の合体の安定性が向上する。なお、本実施形態では共振を利用しているので、第４パルスＰ４によって吐出された第４インク滴の吐出速度は大きくなり、第４インク滴は合体後のインク滴に追いつく。そして、最終的には第１〜第４インク滴はすべて合体することになる。
【００７０】
本実施形態においても、一印刷周期に含まれるパルスの個数は４に限らず、２又は３であってもよく、５以上であってもよい。立ち下がり時間が他のパルスよりも長いパルス（本発明でいうところの「第２のパルス」）は、２番目のパルスに限らず、３番目以降のパルスであってもよい。また、一印刷周期に含まれる上記パルス（＝「第２のパルス」）の個数は１に限らず、２以上であってもよい。
【００７１】
＜実施形態３＞
実施形態３は、パルスの立ち下がり時間を長くすることによって吐出速度を低減する代わりに、パルス高さを低くすることによって吐出速度を低減させるものである。
【００７２】
図１４に示す駆動信号は、第１〜第３パルスＰ１〜Ｐ３からなり、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２のパルス高さＶＨ２−ＶＬが、その後のパルスＰ３のパルス高さＶＨ１−ＶＬよりも低く設定されているものである。なお、本実施形態の第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２のように、パルスによっては、パルスの前後において基準電位の値が異なっている場合がある。ここでは、パルス高さは、立ち下がり波形の立ち下がり開始時の基準電位とピーク電位との差と、立ち上がり波形の立ち上がり終了後の基準電位とピーク電位との差とのうち、どちらか小さい方をいうものとする。
【００７３】
第１〜第３パルスＰ１〜Ｐ３は、後のパルス信号によるインクメニスカス振動が先のパルス信号によるインクメニスカス振動と共振するように、且つこれらパルス信号により吐出された複数のインク滴が飛翔中に合体するように設定されている。
【００７４】
上記駆動信号によれば、第１インク滴及び第２インク滴の吐出速度が小さくなり、第３インク滴は第１インク滴及び第２インク滴に容易に追いつきやすくなる。したがって、第１〜第３インク滴の合体の安定性を高めることができる。また、複数のインク滴のうち、初めの方に吐出されるインク滴の吐出速度を低減することとしたので、後発のインク滴との合体を円滑且つ確実に行わせることができる。したがって、合体の安定性をより向上させることができる。
【００７５】
なお、一印刷周期に含まれるパルスの個数は３に限らず、２又は４以上であってもよい。
【００７６】
例えば、図１５に示す駆動信号のように、４つのパルス信号Ｐ１〜Ｐ４を含んでいてもよい。また、インクを吐出しない程度にアクチュエータを駆動する補助パルス信号Ｐ５を含んでいてもよい。補助パルス信号Ｐ５は、アクチュエータの残留振動を抑制し、またはノズル内のインク粘度の上昇を抑制するものである。上記駆動信号においても、第１パルスＰ１及び第２パルスＰ２のパルス高さＶＨ２−ＶＬは、その後のパルスＰ３，Ｐ４のパルス高さＶＨ１−ＶＬよりも低く設定されている。したがって、上記駆動信号によっても、インク滴の合体の安定性を向上させることができる。
【００７７】
なお、パルス高さを変化させる手法として、基準電位ＶＨを一定としつつピーク電位の値ＶＬを変化させることもできる。ただし、駆動回路の構成によってはピーク電位ＶＬを接地電位（ＧＮＤ）にすることが好ましいので、このような場合には、ピーク電位ＶＬを一定（＝接地電位）としつつ基準電位ＶＨの値を変化させることが好ましい。図１６（ａ）に示すように、接地電位以外の電位ＶＬ１がピーク電位となった後、電位を上昇させる際に誤差が生じやすく、基準電位の値ＶＨ＝ＶＬ１＋ΔＶが不安定になりやすいからである。これに対し、図１６（ｂ）に示すように、ピーク電位ＶＬを接地電位とすれば、基準電位の値ＶＨ２＝ΔＶは安定しやすく、ピーク高さを正確に調整しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図２】  駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図３】  駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図４】  駆動信号の波形とアクチュエータ変位とメニスカス状態との関係を示す図である。
【図５】  駆動信号と吐出性能との関係を調べる確認実験の結果を示す図であり、（ａ）はパラメータの定義を示す波形図であり、（ｂ）は測定条件及び測定結果を示す表である。
【図６】  実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図７】  インクジェットヘッドの部分平面図である。
【図８】  図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】  アクチュエータ近傍の部分断面図である。
【図１０】  図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】  制御回路のブロック図である。
【図１２】  実施形態１に係る駆動信号の波形図である。
【図１３】  実施形態２に係る駆動信号の波形図である。
【図１４】  実施形態３に係る駆動信号の波形図である。
【図１５】  実施形態３に係る駆動信号の波形図である。
【図１６】  実施形態３に係る駆動信号の波形図である。
【符号の説明】
１          インクジェットヘッド
２          ノズル
３          インク供給室
４          圧力室
１０        アクチュエータ
１１        振動板
１３        圧電素子
１４        個別電極
２０        プリンタ（インクジェット式記録装置）
３２        信号供給手段
３５        制御回路
４０        ヘッド本体
４１        記録紙（記録媒体）
Ｐ１〜Ｐ４  パルス信号
【図１】
0004117153.tif 000003
【図２】
0004117153.tif 000004
【図３】
0004117153.tif 000005
【図４】
0004117153.tif 000006
【図５】
0004117153.tif 000007
【図６】
0004117153.tif 000008
【図７】
0004117153.tif 000009
【図８】
0004117153.tif 000010
【図９】
0004117153.tif 000011
【図１０】
0004117153.tif 000012
【図１１】
0004117153.tif 000013
【図１２】
0004117153.tif 000014
【図１３】
0004117153.tif 000015
【図１４】
0004117153.tif 000016
【図１５】
0004117153.tif 000017
【図１６】
0004117153.tif 000018