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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167402
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】インクジェットヘッド
(51)【国際特許分類】
B41J 2/015 20060101AFI20221027BHJP
B41J 2/045 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
B41J2/015 101
B41J2/045
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021073173
(22)【出願日】2021-04-23
(71)【出願人】
【識別番号】000003562
【氏名又は名称】東芝テック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】仁田 昇
【テーマコード（参考）】
2C057
【Ｆターム（参考）】
2C057AF71
2C057AG12
2C057AG45
2C057AM17
2C057AN01
(57)【要約】
【課題】発熱増加等が懸念されることなく、マルチドロップの吐出速度を安定化する。
【解決手段】インクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と、圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、圧力室に対応して設けられ、圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む。駆動回路は、アクチュエータに、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスとして、圧力室を収縮する向きに駆動して当該圧力室の圧力を増大させた後、その圧力が減少して負圧に転じ、再び増大して正圧に転ずるまで当該圧力室の収縮状態を保持し、その後、当該圧力室を復帰させるパルスを与える。
【選択図】 図９
【解決手段】インクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と、圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、圧力室に対応して設けられ、圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む。駆動回路は、アクチュエータに、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスとして、圧力室を収縮する向きに駆動して当該圧力室の圧力を増大させた後、その圧力が減少して負圧に転じ、再び増大して正圧に転ずるまで当該圧力室の収縮状態を保持し、その後、当該圧力室を復帰させるパルスを与える。
【選択図】 図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インクを収容する圧力室と、
前記圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、
前記圧力室に対応して設けられ、前記圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
を具備し、
前記駆動回路は、
前記アクチュエータに、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスとして、前記圧力室を収縮する向きに駆動して当該圧力室の圧力を増大させた後、その圧力が減少して負圧に転じ、再び増大して正圧に転ずるまで当該圧力室の収縮状態を保持し、その後、当該圧力室を復帰させるパルスを与える、インクジェットヘッド。
前記圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、
前記圧力室に対応して設けられ、前記圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
を具備し、
前記駆動回路は、
前記アクチュエータに、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスとして、前記圧力室を収縮する向きに駆動して当該圧力室の圧力を増大させた後、その圧力が減少して負圧に転じ、再び増大して正圧に転ずるまで当該圧力室の収縮状態を保持し、その後、当該圧力室を復帰させるパルスを与える、インクジェットヘッド。
【請求項2】
インクを収容する圧力室と、
前記圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、
前記圧力室に対応して設けられ、前記圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
を具備し、
前記駆動回路は、
前記アクチュエータに、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスとして、前記圧力室を収縮する向きに駆動し、その収縮状態を保持した後復帰させるパルスであり、当該パルスの開始から終了までの時間は、圧力室の圧力振動周期以上であるパルスを与えるインクジェットヘッド。
前記圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、
前記圧力室に対応して設けられ、前記圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
を具備し、
前記駆動回路は、
前記アクチュエータに、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスとして、前記圧力室を収縮する向きに駆動し、その収縮状態を保持した後復帰させるパルスであり、当該パルスの開始から終了までの時間は、圧力室の圧力振動周期以上であるパルスを与えるインクジェットヘッド。
【請求項3】
前記駆動パルスは、前記圧力室を拡張状態としてインクを引き込み、そのインクの前記圧力室内における圧力が負圧から正圧に代わった後に前記圧力室を前記拡張状態から復帰させることでさらに前記圧力を増大させてインクを吐出させ、その後、前記圧力室の収縮と拡張とを行うことで残留振動をキャンセルするパルスである、請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項4】
前記補助パルスは、その前縁で、前記圧力室を複数回に分けて段階的に収縮させる、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド。
【請求項5】
前記補助パルスは、その前縁で、前記圧力室を徐々に収縮させる、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド。
【請求項6】
前記補助パルスは、その後縁で、前記圧力室を複数回に分けて段階的に収縮状態から復帰させる、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド。
【請求項7】
前記補助パルスは、その後縁で、前記圧力室の残留振動を減少させる、請求項１乃至６のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド。
【請求項8】
前記補助パルスは、その後縁で、前記圧力室の残留振動が残っているうちに、前記駆動パルスの出力を開始する、請求項１乃至６のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド。
【請求項9】
隣接する前記圧力室は、前記アクチュエータを共有する、請求項１乃至８のうちいずれか１項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】
互いに隣接する圧力室の隔壁をアクチュエータとするタイプのインクジェットヘッドがある。このタイプのインクジェットヘッドでは、拡張パルスと収縮パルスとを含む駆動パルスがアクチュエータに印加されると、隔壁が圧力室を拡張させる方向または収縮させる方向に変形して、圧力室内に圧力振動が発生する。この圧力振動により圧力室内の容積が変化して、その圧力室に連通するノズルからインク滴が吐出される。
【0003】
このように、インクジェットヘッドは、圧力室の隔壁を変形させることでノズルからインク滴を吐出させるため、互いに隣接する圧力室にそれぞれ連通した隣り合うノズルからインク滴を同時に吐出することはできない。そこで、インクジェットヘッドは、各圧力室を例えば２個おきの３組に分割し、組毎に駆動パルスの位相を変えている。このため、画像パターンによっては、インクを吐出するノズルは１つであり、他のノズルからはインクが吐出されない状態（以下、単ノズル駆動状態と称する）と、インクを吐出するのはいずれか１組に属するノズルであり、他の組に属するノズルからはインクが吐出されない状態（以下、複ノズル同時駆動状態と称する）と、少なくとも２つの組に属するノズルから時分割でインクが吐出される状態（以下、複ノズル連続駆動状態と称する）とが生じる。
【0004】
近年、高解像度のインクジェットヘッドが望まれている。高解像度のインクジェットヘッドを実現するためには、アクチュエータを小さくする必要がある。小さなアクチュエータを使って所定の飛翔速度でインクを吐出しようとすると、アクチュエータに与える電界は強くしなくてはならない。アクチュエータに与える電界が強いと、アクチュエータの非線形性を無視できなくなる。
【0005】
このようなアクチュエータの一つ一つを隣接する圧力室が共有し、各圧力室を２個おきの３組に分割し、組毎に駆動パルスの位相を変えて順次駆動するインクジェットヘッドは、複ノズル同時駆動状態のときと複ノズル連続駆動状態のときとで吐出速度に大きな違いを生じる。これは、複ノズル同時駆動状態のときと複ノズル連続駆動状態のときとでは、隣接する圧力室と共有するアクチュエータを前回駆動した履歴の向きが、隣接する圧力室からの吐出の有無によって逆転するためである。
【0006】
このような課題を解決するために、１ドロップ目を吐出させる駆動パルスの前に、ノズルからインク滴が吐出しない程度の拡張パルスと収縮パルスとを含む補助パルスをアクチュエータに印加して、アクチュエータの駆動方向の履歴をリセットすることで、駆動状態に関わらずマルチドロップの吐出速度を安定化する技術が知られている。
【0007】
しかし、この技術は、補助パルスとして拡張パルスと収縮パルスの２つのパルスを使用するため、駆動回数が多く、発熱が増加する懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１７－０１３４８７号公報
【特許文献2】特開２０１８－１１４６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、補助パルスとして単一のパルスを用いることで発熱増加等が懸念されることなく、駆動状態に係らずマルチドロップの吐出速度を安定化でき、高品質な印刷が可能なインクジェットヘッドを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
一実施形態において、インクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室と、圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、圧力室に対応して設けられ、圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む。駆動回路は、アクチュエータに、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスとして、圧力室を収縮する向きに駆動して当該圧力室の圧力を増大させた後、その圧力が減少して負圧に転じ、再び増大して正圧に転ずるまで当該圧力室の収縮状態を保持し、その後、当該圧力室を復帰させるパルスを与える。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】インクジェットヘッドの一部を分解して示す斜視図。
【図2】インクジェットヘッドの前方部における縦断面図。
【図3】インクジェットヘッドの前方部における横断面図。
【図4】インクジェットヘッドの動作原理を説明するための図。
【図5】インクジェットプリンタのハードウェア構成を示すブロック図。
【図6】インクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路の具体的構成を示すブロック図。
【図7】ヘッド駆動回路に含まれるバッファ回路とスイッチ回路との概略回路図。
【図8】インクを吐出するための駆動パルスの一例を示す波形図。
【図9】ヘッドの各ノズルを印刷用紙の搬送路側から見た模式図。
【図10】複ノズル連続駆動状態の説明図。
【図11】複ノズル同時駆動状態の説明図。
【図12】ＰＺＴテストピースに印加する電圧波形を示す図。
【図14】補助パルス波形を加えなかったときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。
【図15】駆動パルスに先立って出力されるインクを吐出しない補助パルスの第１実施例を示す波形図。
【図17】第１実施例の補助パルスの変形例を示す波形図。
【図20】駆動パルスに先立って出力されるインクを吐出しない補助パルスの第２実施例を示す波形図。
【図22】第２実施例の補助パルスの変形例を示す波形図。
【図25】駆動パルスに先立って出力されるインクを吐出しない補助パルスの第３実施例を示す波形図。
【図27】第３実施例の補助パルスの変形例を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施形態に係るインクジェットヘッドについて、図面を用いて説明する。因みにこの実施形態では、インクジェットヘッドとしてシェアモード・シェアードウォールタイプのインクジェットヘッド１００（図１を参照）を例示する。
【0013】
はじめに、インクジェットヘッド１００（以下、ヘッド１００と略称する）の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、ヘッド１００の一部を分解して示す斜視図、図２は、ヘッド１００の前方部における縦断面図、図３は、ヘッド１００の前方部における横断面図である。
【0014】
図１乃至図３に示すように、ヘッド１００は、ベース基板９を有する。ヘッド１００は、ベース基板９の前方側の上面に第１の圧電部材１を接合し、この第１の圧電部材１の上に第２の圧電部材２を接合する。接合された第１の圧電部材１と第２の圧電部材２とは、図２の矢印で示すように、板厚方向に沿って互いに相反する方向に分極する。
【0015】
ベース基板９は、誘電率が小さく、かつ圧電部材１，２との熱膨張率の差が小さい材料を用いて形成する。ベース基板９の材料としては、例えばアルミナ（Al203）、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）等がよい。一方、圧電部材１，２の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）等が用いられる。
【0016】
ヘッド１００は、接合された圧電部材１，２の先端側から後端側に向けて、多数の長尺な溝３を設ける。各溝３は、間隔が一定でありかつ平行である。各溝３は、先端が開口し、後端が上方に傾斜する。
【0017】
ヘッド１００は、各溝３の側壁及び底面に電極４を設ける。電極４は、ニッケル（Ni）と金（Au）との二層構造となっている。電極４は、例えばメッキ法によって各溝３内に均一に成膜される。電極４の形成方法は、メッキ法に限定されない。他に、スパッタ法や蒸着法等を用いることもできる。
【0018】
図１及び図３に示すように、ヘッド１００は、天板６とノズルプレート７とを備える。天板６は、各溝３の上部を塞ぐ。ノズルプレート７は、各溝３の先端を塞ぐ。ヘッド１００は、天板６とノズルプレート７とで囲まれた各溝３によって、複数の圧力室１５を形成する。圧力室１５は、例えば深さが３００μｍで幅が８０μｍの形状を有し、１６９μｍのピッチで平行に配列される。このような圧力室１５は、インク室とも称される。
【0019】
天板６は、その内側後方に共通インク室５を備える。ノズルプレート７は、各溝３と対向する位置にノズル８を穿設する。ノズル８は、対向する溝３つまりは圧力室１５と連通する。ノズル８は、圧力室１５側から反対側のインク吐出側に向けて先細りの形状をなす。ノズル８は、隣り合う３つの圧力室１５に対応したものを１組とし、溝３の高さ方向（図２の紙面の上下方向）に一定の間隔でずれて形成される。
【0020】
図１に示すように、ヘッド１００は、各溝３の後端から第２の圧電部材２の後部上面に向けて引出し電極１０を設ける。引出し電極１０は、前記電極４から延出する。またヘッド１００は、ベース基板９の後方側の上面に、導電パターン１３が形成されたプリント基板１１を接合する。そしてヘッド１００は、このプリント基板１１に、後述するヘッド駆動回路１０１を実装したドライブＩＣ１２を搭載する。ドライブＩＣ１２は、導電パターン１３に接続する。導電パターン１３は、各引出し電極１０とワイヤボンディングにより導線１４で結合する。
【0021】
ヘッド１００が有する圧力室１５、電極４及びノズル８のセットをチャネルと称する。すなわちヘッド１００は、溝３の数Ｎだけチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nを有する。
【0022】
次に、上記の如く構成されたヘッド１００の動作原理について、図４を用いて説明する。
図４の（ａ）は、中央の圧力室１５２と、この圧力室１５２に隣接する両隣の圧力室１５１，１５３との各壁面にそれぞれ配設された電極４の電位がいずれもグラウンド電位ＧＮＤである状態を示している。この状態では、互いに隣接する圧力室１５１，１５２で挟まれた隔壁１６１及び同じく隣接する圧力室１５２，１５３で挟まれた隔壁１６２は、いずれも何ら歪み作用を受けない。
図４の（ａ）は、中央の圧力室１５２と、この圧力室１５２に隣接する両隣の圧力室１５１，１５３との各壁面にそれぞれ配設された電極４の電位がいずれもグラウンド電位ＧＮＤである状態を示している。この状態では、互いに隣接する圧力室１５１，１５２で挟まれた隔壁１６１及び同じく隣接する圧力室１５２，１５３で挟まれた隔壁１６２は、いずれも何ら歪み作用を受けない。
【0023】
図４の（ｂ）は、中央の圧力室１５２の電極４に負極性の電圧－Ｖが印加された状態を示している。両隣の圧力室１５１，１５３の電極４の電位はいずれもグラウンド電位ＧＮＤのままである。この状態では、各隔壁１６１，１６２に対して、圧電部材１，２の分極方向と直交する方向に電圧Ｖの電界が作用する。この作用により、各隔壁１６１，１６２は、圧力室１５２の容積を拡張するようにそれぞれ外側に変形する。
【0024】
図４の（ｃ）は、中央の圧力室１５２の電極４に正極性の電圧＋Ｖが印加された状態を示している。両隣の圧力室１５１，１５３の電極４の電位はいずれもグラウンド電位ＧＮＤのままである。この状態では、各隔壁１６１，１６２に対して、図４の（ｂ）のときとは逆の方向に電圧Ｖの電界が作用する。この作用により、各隔壁１６１，１６２は、圧力室１５２の容積を収縮するようにそれぞれ内側に変形する。
【0025】
圧力室１５２の容積が拡張または収縮された場合、圧力室１５２内に圧力振動が発生する。この圧力振動により、圧力室１５２内の圧力が高まり、圧力室１５２に連通するノズル８からインク滴が吐出される。
【0026】
このように、圧力室１５１，１５２を隔てる隔壁１６１と、圧力室１５２，１５３を隔てる隔壁１６２とは、当該隔壁１６１，１６２を壁面とする圧力室１５２の内部に圧力振動を与えるためのアクチュエータとなる。つまり各圧力室１５は、それぞれ隣接する圧力室１５とアクチュエータを共有する。このため、ヘッド駆動回路１０１は、各圧力室１５を個別に駆動することができない。ヘッド駆動回路１０１は、各圧力室１５をｎ（ｎは２以上の整数）個おきに（ｎ＋１）個のグループに分割して駆動する。本実施形態では、ヘッド駆動回路１０１が、各圧力室１５を２つおきに３つの組に分けて分割駆動する、いわゆる３分割駆動の場合を例示する。なお、３分割駆動はあくまでも一例であり、４分割駆動または５分割駆動などであってもよい。
ところで図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）では、中央の圧力室１５２に対応するノズルからインクを吐出させるために、中央の圧力室１５２の電極４に電圧－Ｖ、＋Ｖを与えた。中央の圧力室１５２に対応するノズルからインクを吐出させる例は、これに限らない。例えば、中央の圧力室１５２の電極４に電圧－Ｖを印加するとともに、両隣の圧力室１５１，１５３の電極４に電圧＋Ｖを印加する。逆に、中央の圧力室１５２の電極４に電圧＋Ｖを印加するとともに、両隣の圧力室１５１，１５３の電極４に電圧－Ｖを印加する。この場合も、与える電圧Ｖを半分にすればアクチュエータの動作は図４の場合と全く同じとなる。
ところで図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）では、中央の圧力室１５２に対応するノズルからインクを吐出させるために、中央の圧力室１５２の電極４に電圧－Ｖ、＋Ｖを与えた。中央の圧力室１５２に対応するノズルからインクを吐出させる例は、これに限らない。例えば、中央の圧力室１５２の電極４に電圧－Ｖを印加するとともに、両隣の圧力室１５１，１５３の電極４に電圧＋Ｖを印加する。逆に、中央の圧力室１５２の電極４に電圧＋Ｖを印加するとともに、両隣の圧力室１５１，１５３の電極４に電圧－Ｖを印加する。この場合も、与える電圧Ｖを半分にすればアクチュエータの動作は図４の場合と全く同じとなる。
【0027】
次に、インクジェットプリンタ２００（以下、プリンタ２００と略称する）の構成について、図５～図７を用いて説明する。図５は、プリンタ２００のハードウェア構成を示すブロック図、図６は、ヘッド駆動回路１０１の具体的構成を示すブロック図、図７は、ヘッド駆動回路１０１に含まれるバッファ回路１０１３とスイッチ回路１０１４との概略回路図である。プリンタ２００は、例えばオフィス用プリンタ、バーコードプリンタ、ＰＯＳ用プリンタ、産業用プリンタ等に適用される。
【0028】
プリンタ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３、操作パネル２０４、通信インターフェース２０５、搬送モータ２０６、モータ駆動回路２０７、ポンプ２０８、ポンプ駆動回路２０９及びヘッド１００を備える。またプリンタ２００は、アドレスバス，データバスなどのバスライン２１１を含む。そしてプリンタ２００は、このバスライン２１１に、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、操作パネル２０４、通信インターフェース２０５、モータ駆動回路２０７、ポンプ駆動回路２０９及びヘッド１００の駆動回路１０１をそれぞれ直接あるいは入出力回路を介して接続する。
【0029】
ＣＰＵ２０１は、コンピュータの中枢部分に相当する。ＣＰＵ２０１は、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムに従って、プリンタ２００としての各種の機能を実現するべく各部を制御する。
【0030】
ＲＯＭ２０２は、上記コンピュータの主記憶部分に相当する。ＲＯＭ２０２は、上記のオペレーティングシステムやアプリケーションプログラムを記憶する。ＲＯＭ２０２は、ＣＰＵ２０１が各部を制御するための処理を実行する上で必要なデータを記憶する場合もある。
【0031】
ＲＡＭ２０３は、上記コンピュータの主記憶部分に相当する。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１が処理を実行する上で必要なデータを記憶する。またＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１によって情報が適宜書き換えられるワークエリアとしても利用される。ワークエリアは、印刷データが展開される画像メモリを含む。
【0032】
操作パネル２０４は、操作部と表示部とを有する。操作部は、電源キー、用紙フィードキー、エラー解除キー等のファンクションキーを配置したものである。表示部は、プリンタ２００の種々の状態を表示可能なものである。
【0033】
通信インターフェース２０５は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して接続されるクライアント端末から印刷データを受信する。通信インターフェース２０５は、例えばプリンタ２００にエラーが発生したとき、エラーを通知する信号をクライアント端末に送信する。
【0034】
モータ駆動回路２０７は、搬送モータ２０６の駆動を制御する。搬送モータ２０６は、印刷用紙などの記録媒体を搬送する搬送機構の駆動源として機能する。搬送モータ２０６が駆動すると、搬送機構が記録媒体の搬送を開始する。搬送機構は、記録媒体をヘッド１００による印刷位置まで搬送する。搬送機構は、印刷を終えた記録媒体を図示しない排出口からプリンタ２００の外部に排出する。
【0035】
ポンプ駆動回路２０９は、ポンプ２０８の駆動を制御する。ポンプ２０８が駆動すると、図示しないインクタンク内のインクがヘッド１００に供給される。
【0036】
ヘッド駆動回路１０１は、印刷データに基づきヘッド１００のチャネル群１０２を駆動する。ヘッド駆動回路１０１は、図６に示すように、パターンジェネレータ１０１１、ロジック回路１０１２、バッファ回路１０１３及びスイッチ回路１０１４を含む。
【0037】
パターンジェネレータ１０１１は、吐出当該波形、吐出両隣波形、非吐出当該波形、非吐出両隣波形等の波形パターンを生成する。パターンジェネレータ１０１１で生成された波形パターンのデータは、ロジック回路１０１２に供給される。
【0038】
ロジック回路１０１２は、画像メモリから１ラインずつ読み出される印刷データの入力を受け付ける。印刷データが入力されると、ロジック回路１０１２は、ヘッド１００の隣り合う３つのチャネルch.(i-1)，ch.ｉ，ch.(i+1)を１セットとし、そのうちひとつのチャネル、例えば中央のチャネルch.ｉがインクを吐出する吐出チャネルなのか、インクを吐出しない非吐出チャネルなのかを決定する。そして、チャネルch.ｉが吐出チャネルの場合、ロジック回路１０１２は、このチャネルch.ｉに対して吐出当該波形のパターンデータを出力し、かつ、その両隣のチャネルch.(i-1)，ch.(i+1)に対して吐出両隣波形のパターンデータを出力する。チャネルch.ｉが非吐出チャネルの場合、ロジック回路１０１２は、このチャネルch.ｉに対して非吐出当該波形のパターンデータを出力し、かつ、その両隣のチャネルch.(i-1)，ch.(i+1)に対して非吐出両隣波形のパターンデータを出力する。ロジック回路１０１２から出力される各パターンデータは、バッファ回路１０１３に与えられる。
【0039】
バッファ回路１０１３は、正電圧Ｖｃｃの電源と負電圧－Ｖの電源とを接続する。またバッファ回路１０１３は、図７に示すように、ヘッド１００のチャネルch.1，ch.2，…， ch.N毎にプリバッファＰＢを備える。なお、図７では、隣り合う３つのチャネルch.(i-1)，ch.ｉ，ch.(i+1)にそれぞれ対応したプリバッファＰＢ(i-1)，ＰＢｉ，ＰＢ(i+1)を示す。
【0040】
各プリバッファＰＢは、それぞれ第１～第３の３つのバッファＢａ，Ｂｂ，Ｂｃを有する。各バッファＢａ，Ｂｂ，Ｂｃは、それぞれ正電圧Ｖｃｃの電源と負電圧－Ｖの電源とに接続される。
【0041】
各プリバッファＰＢにおいて、第１～第３のバッファＢａ，Ｂｂ，Ｂｃの出力は、ロジック回路１０１２から供給されるパターンデータの信号レベルに応じて変化する。ロジック回路１０１２からは、対応するチャネルch.k（１≦ｋ≦Ｎ）が吐出チャネルなのか、非吐出チャネルなのか、吐出チャネルまたは非吐出チャネルに隣接するチャネルなのかによってそれぞれ異なるレベルの信号が供給される。ハイレベル信号が供給された第１～第３のバッファＢａ，Ｂｂ，Ｂｃは、正電圧Ｖｃｃレベルの信号を出力する。ローレベル信号が供給された第１～第３のバッファＢａ，Ｂｂ，Ｂｃは、負電圧－Ｖレベルの信号を出力する。
【0042】
各プリバッファＰＢの出力、すなわち第１～第３のバッファＢａ，Ｂｂ，Ｂｃの出力信号は、スイッチ回路１０１４に与えられる。
【0043】
スイッチ回路１０１４は、正電圧Ｖｃｃの電源と、正電圧＋Ｖの電源と、負電圧－Ｖの電源とグラウンド電位ＧＮＤとを接続する。正電圧Ｖｃｃは正電圧＋Ｖよりも高い。その代表的な値としては、正電圧Ｖｃｃが２４ボルトであり、正電圧＋Ｖが１５ボルトである。この場合、負電圧－Ｖは－１５ボルトである。
【0044】
ただし、正電圧及び負電圧の適正値はインクの粘度によって異なる。インクの粘度はインクの種類や使用温度によって異なる。このため、正電圧＋Ｖ及び負電圧－Ｖはインクの種類や使用温度に応じて±１５ボルト～±３０ボルト程度の範囲で選ばれる。その際、正電圧Ｖｃｃは正電圧＋Ｖよりも高くなくてはならないので、正電圧＋Ｖ及び負電圧－Ｖが最大±３０ボルトであれば正電圧Ｖｃｃは例えば３９ボルトとする。
【0045】
スイッチ回路１０１４は、図７に示すように、ヘッド１００のチャネルch.1，ch.2，…，ch.N毎にドライバＤＲを有する。なお、図７では、隣り合う３つのチャネルch.(i-1)，ch.ｉ，ch.(i+1)にそれぞれ対応したドライバＤＲ (i-1)，ＤＲｉ，ＤＲ(i+1)を示す。
【0046】
各ドライバＤＲは、それぞれＰＭＯＳタイプの電界効果トランジスタＴｒａ（以下、第１トランジスタＴｒａと称する）と、ＮＭＯＳタイプの２つの電界効果トランジスタＴｒｂ，Ｔｒｃ（以下、第２トランジスタＴｒｂ，第３トランジスタＴｒｃと称する）とを含む。各ドライバＤＲは、それぞれ正電圧＋Ｖの電源とグラウンド電位ＧＮＤとの間に、第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂとの直列回路を接続し、さらにこの第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂとの接続点と負電圧－Ｖの電源との間に、第３トランジスタＴｒｃを接続する。また各ドライバＤＲは、それぞれ第１トランジスタＴｒａのバックゲートを正電圧Ｖｃｃの電源に接続し、第２トランジスタＴｒｂ及び第３トランジスタＴｒｃのバックゲートをそれぞれ負電圧－Ｖの電源に接続する。さらに各ドライバＤＲは、それぞれ対応するプリバッファＰＢの第１のバッファＢａを第２トランジスタＴｒｂのゲートに接続し、第２のバッファＢｂを第１トランジスタＴｒａのゲートに接続し、第３のバッファＢｃを第３トランジスタＴｒｃのゲートに接続する。そして各ドライバＤＲは、それぞれ第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂとの接続点の電位を、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極４に印加する。
【0047】
したがって、第１トランジスタＴｒａは、第２のバッファＢｂから正電圧Ｖｃｃレベルの信号が入力されるとオフし、負電圧－Ｖレベルの信号が入力されるとオンする。第２トランジスタＴｒｂは、第１のバッファＢａから正電圧Ｖｃｃレベルの信号が入力されるとオンし、負電圧－Ｖレベルの信号が入力されるとオフする。第３トランジスタＴｒｃは、第３のバッファＢｃから正電圧Ｖｃｃレベルの信号が入力されるとオンし、負電圧－Ｖレベルの信号が入力されるとオフする。
【0048】
このような構成のドライバＤＲは、第１トランジスタＴｒａがオンし、第２トランジスタＴｒｂと第３トランジスタＴｒｃとがオフすると、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極４に正電圧＋Ｖを印加する。ドライバＤＲは、第１トランジスタＴｒａと第３トランジスタＴｒｃとが同時にオフし、第２トランジスタＴｒｂがオンすると、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極４の電位をグラウンドＧＮＤレベルとする。ドライバＤＲは、第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂとが同時にオフし、第３トランジスタＴｒｃがオンすると、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極４に負電圧－Ｖを印加する。
【0049】
次に、インクを吐出するための駆動パルスの一例について説明する。駆動パルスは、インクを吐出するチャネル（吐出チャネルch.x）の電極４、ひいてはアクチュエータに印加されるパルスである。
【0050】
図８は、駆動パルスの一例であるＤＲＰ波形の説明図である。図８において、実線「駆動電圧」は、駆動パルスの電圧を表す波形である。一点鎖線「圧力」は、駆動パルスにより圧力室１５内に生じる圧力の変化を表す波形である。二点鎖線「流速」は、駆動パルスによりノズル８に流入するインクの流速の変化を表す波形である。破線「メニスカス」は、駆動パルスによりインクの液面の位置の変化を表す波形である。横軸は、時間（ｓ）の経過を表している。縦軸は、駆動電圧、圧力、流速、波形及びメニスカスの大きさを表しており、その数値は正規化されている。なお、以下では、圧力室１５における圧力の固有振動周期２ＡＬ（acoustic length）を、圧力振動周期Ｔとする。本実施形態において、圧力振動周期Ｔは、３．８μｓとする。
【0051】
吐出のための駆動パルスは、拡張パルス（Ｄｒａｗ）Ｐｄと、保持時間（Ｒｅｌｅａｓｅ）Ｒと、収縮パルス（Ｐｕｓｈ）Ｐｐと、を含む。駆動パルスは、定常状態である０Ｖから拡張パルスＰｄを印加後、０Ｖの保持時間Ｒを維持し、その後、収縮パルスＰｐを印加する。収縮パルスＰｐを印加後は、定常状態である０Ｖを維持する。
【0052】
拡張パルスＰｄは、その前縁で吐出チャネルch.xの圧力室１５を急激に拡張するためのパルスである。拡張パルスＰｄは、圧力室１５の拡張状態をＴ／２（１．９μｓ）の時間だけ維持してインクを引き込み、そのインクの圧力室１５内における圧力が負圧から正圧に変わるまで待つ。拡張パルスＰｄは、インクの圧力が負圧から正圧に変わった後に、その後縁で圧力室１５を急激に拡張状態から復帰させる。この復帰により、正圧となったインクの圧力はさらに増大して、圧力室１５に連通したノズル８からインクが吐出する。
【0053】
保持時間Ｒは、復帰状態になった圧力室１５内のインクの圧力が正圧から負圧に転じ、最大負圧に達した後、再度増加するのを待つための時間である。
【0054】
収縮パルスＰｐは、その前縁で保持時間Ｒの経過によりインクの圧力が増加に転じた圧力室１５を収縮し、後援で圧力室１５を収縮状態から復帰させる。この収縮と復帰により、圧力室１５の残留振動がキャンセルされる。
【0055】
ＤＲＰ波形は、最初に圧力室１５を拡張状態とするが、その拡張状態を維持する時間を圧力室１５の圧力振動周期Ｔの１／２としたときインクの吐出体積が最大となる。拡張状態を維持する時間が圧力振動周期Ｔの１／２よりも長い若しくは短いと、インクの吐出体積が減少する。そこでＤＲＰ波形では、吐出体積の調節等を目的として圧力室１５の拡張状態を維持する時間を圧力振動周期Ｔの１／２からずらしても構わない。なお、インクを吐出するための駆動波形は、ＤＲＰ波形に限定されない。他の駆動波形のパルス波形を駆動パルスとして用いてもよい。
【0056】
次に、図９～図１４を用いて、複ノズル同時駆動状態、複ノズル連続駆動状態について今一度説明する。
図９は、図１～図４のヘッド１００の各ノズル８を印刷用紙ＰＡの搬送路側から見た模式図である。図示するように、本実施形態のヘッド１００は、ノズル８が３列の千鳥配置となっている。このタイプのヘッド１００は、隣接する圧力室（１５１，１５２，１５３等）がアクチュエータ（１６１、１６２等）を共有しているため、隣接するノズル８から同時にインク滴を吐出することができない。このため、各ノズル８に対応した圧力室１５を、（３ｎ＋１）番目の組と、（３ｎ＋２）番目の組と、（３ｎ＋３）番目の組とに分けて時分割で順次駆動する。例えば図９において、矢印の方向に印刷用紙ＰＡが搬送される場合、横一列の直線を印字するためには、先ず符号ａのノズル８に対応する圧力室１５を駆動し、続いて符号ｃのノズル８に対応する圧力室１５を駆動し、続いて符号ｂのノズル８に対応する圧力室１５を駆動する。なお、図９において、符号ｂのノズル８は注目する当該ノズルであり、圧力室１５は図４の圧力室１５２に相当する。符号ａ，ｃのノズル８は当該ノズルに隣接するノズルであり、圧力室１５は図４の圧力室１５１，１５３に相当する。
図９は、図１～図４のヘッド１００の各ノズル８を印刷用紙ＰＡの搬送路側から見た模式図である。図示するように、本実施形態のヘッド１００は、ノズル８が３列の千鳥配置となっている。このタイプのヘッド１００は、隣接する圧力室（１５１，１５２，１５３等）がアクチュエータ（１６１、１６２等）を共有しているため、隣接するノズル８から同時にインク滴を吐出することができない。このため、各ノズル８に対応した圧力室１５を、（３ｎ＋１）番目の組と、（３ｎ＋２）番目の組と、（３ｎ＋３）番目の組とに分けて時分割で順次駆動する。例えば図９において、矢印の方向に印刷用紙ＰＡが搬送される場合、横一列の直線を印字するためには、先ず符号ａのノズル８に対応する圧力室１５を駆動し、続いて符号ｃのノズル８に対応する圧力室１５を駆動し、続いて符号ｂのノズル８に対応する圧力室１５を駆動する。なお、図９において、符号ｂのノズル８は注目する当該ノズルであり、圧力室１５は図４の圧力室１５２に相当する。符号ａ，ｃのノズル８は当該ノズルに隣接するノズルであり、圧力室１５は図４の圧力室１５１，１５３に相当する。
【0057】
図１０は、複ノズル連続駆動状態の説明図である。複ノズル連続駆動状態とは、少なくとも２つの組に属するノズルから時分割でインクが吐出される状態をいう。例えば同図（ａ）に示すように、横２本線の印刷イメージを得るためには、同図（ｂ）に示すように、符号ａ，ｃ，ｂの時間順でノズル８から必要な量のインク滴が吐出されるようにアクチュエータを駆動する。この場合、時間をずらして隣接するアクチュエータはすべて駆動される。このような駆動モードを複ノズル連続駆動と称する。ここで、連続駆動とは、空間方向（ノズルの並び方向）に連続するノズル８が駆動されるという意味である。
【0058】
図１１は、複ノズル同時駆動状態の説明図である。複ノズル同時駆動状態とは、いずれか１つの組に属するノズルからインクが吐出され、他の組に属するノズルからはインクが吐出されない状態をいう。例えば同図（ａ）に示すように、横方向に並べられた複数の点を複数列に配置する印刷イメージを得るためには、同図（ｂ）に示すように、（３ｎ＋１）番目の組と、（３ｎ＋２）番目の組と、（３ｎ＋３）番目の組とに分けたときに同じ組に属するノズルから必要な量のインクが吐出されるようにアクチュエータを駆動する。このような駆動モードを複ノズル同時駆動と称する。
【0059】
複ノズル同時駆動は、圧力室１５の挙動としては最もシンプルなものである。すなわち、同一の組に属するアクチュエータがノズルの並び方向に均一に駆動されるため、全てのチャネルの圧力室１５が均一の挙動となる。
【0060】
一方、複ノズル連続駆動は、時間方向に複雑な挙動を示す。これは、隣接するチャネルからインク滴が吐出される際に、隣接チャネルと共有する当該チャネルのアクチュエータの片壁を駆動した履歴が、当該チャネルのアクチュエータの動作に影響してしまうからである。
【0061】
また、ノズル連続駆動状態では、アクチュエータが動作する際の履歴の向きが１ドロップ目と２ドロップ目以降とで異なる。この向きの違いが、１ドロップ目で吐出速度が大きく落ち込む原因である。その理由を理解するために、次に、圧電部材１，２として用いられるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）のヒステリシス特性について説明する。
【0062】
このヒステリシス特性の説明に関しては、ＰＺＴのテストピースを用いる。テストピースは、高さ１０[mm]、幅３[mm]、厚み０．２[mm]の直方体である。そしてこのテストピースを高さ方向で分極し、厚み方向に図１２に示す波形の電圧を印加する。電圧は、テストピースの厚みがヘッド１００の隔壁の厚みの約２．３倍なので、６０[V]とした。
【0063】
図１２に示す波形の電圧を印加してテストピースに注入される充電電荷Ｐ１[μC/cm2]とテストピースの変位量ｄ[nm]とを測定すると、図１３の結果が得られた。すなわち、アクチュエータが同方向の履歴を持つ場合、６０[V]の電圧変化でテストピースに６０[nm]の変位があった。これに対して逆方向の履歴を持つ場合には、６０[V]の電圧変化でテストピースに８０[nm]の変位があった。つまり、逆方向の履歴を持つことにより、同方向の履歴を持つときに対して１３３％の変位に増大する。このように、テストピースの変位量は、逆方向の履歴を持ったときよりも同方向の履歴を持ったときの方が小さい。したがって、同方向の履歴を持つ複ノズル連続駆動状態の１ドロップ目は、吐出速度が大きく落ち込むと考えられる。
【0064】
図１４は、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、補助パルス波形を加えずにマルチドロップ方式により１ドロップのみ、または、２～５ドロップを連続して吐出したときの吐出速度［m/s］の一例を示している。図１４において、横軸の数値“１”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、１ドロップのみ吐出したときの吐出速度である。横軸の数値“２”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して２ドロップを吐出したときの２ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“３”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して３ドロップを吐出したときの３ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“４”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して４ドロップを吐出したときの４ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“５”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して５ドロップを吐出したときの５ドロップ目の吐出速度である。図１４において、一点鎖線のグラフは、複ノズル同時駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。破線のグラフは、複ノズル連続駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。
【0065】
補助パルスを加えなかった場合、図１４に示すように、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態において、１ドロップのみ吐出したとき、及び、連続して２ドロップ以上を吐出したときの始めのドロップを吐出したときの吐出速度が、連続して２ドロップ以上を吐出したときの最終ドロップの吐出速度よりも遅くなる。特に、複ノズル連続駆動状態のときには、１ドロップのみ吐出したときの吐出速度が極めて遅く、安定した印字品質が得られない。
【0066】
このような不具合は、インクを吐出するための駆動パルスに先立って補助パルスをアクチュエータに印加することで解決できる。そこで次に、補助パルスについて説明する。
【0067】
補助パルスは、インクを吐出しないパルスである。アクチュエータに対し、吐出のための駆動を行う直前に補助パルスをアクチュエータに印加して、アクチュエータに対して吐出しない程度の駆動を行うと、その後の吐出に影響を与える。その影響は、アクチュエータの履歴に依存する振幅の差異によるものと、駆動直前に残った残留振動によるものが含まれる。特に、マルチドロップ方式によりインク滴を吐出する場合には、補助パルスが１ドロップ目と２ドロップ目の吐出速度に与える影響は大きい。良好な吐出特性を得るためには、アクチュエータの履歴に依存する振幅の差異と吐出のための駆動直前の残留振動の両方を適切に制御できなくてはならない。そこで、先ず履歴をリセットし、その後に残留振動を残さない補助パルスについて説明する。そして次に、この補助パルスに修正を加えて、駆動直前に故意に所望の残留振動を残す補助パルスについて説明する。
【0068】
［第１実施例］
図１５は、第１実施例に係る補助パルスＰａの説明図である。図１５において、実線「駆動電圧」は、補助パルスＰａの電圧を表す波形である。一点鎖線「圧力」は、補助パルスＰａにより圧力室１５内に生じる圧力の変化を表す波形である。二点鎖線「流速」は、補助パルスＰａによりノズル８に流入するインクの流速の変化を表す波形である。破線「メニスカス」は、補助パルスＰａによりインクの液面の位置の変化を表す波形である。横軸は、時間（ｓ）の経過を表している。縦軸は、駆動電圧、圧力、流速、波形及びメニスカスの大きさを表しており、その数値は正規化されている。
図１５は、第１実施例に係る補助パルスＰａの説明図である。図１５において、実線「駆動電圧」は、補助パルスＰａの電圧を表す波形である。一点鎖線「圧力」は、補助パルスＰａにより圧力室１５内に生じる圧力の変化を表す波形である。二点鎖線「流速」は、補助パルスＰａによりノズル８に流入するインクの流速の変化を表す波形である。破線「メニスカス」は、補助パルスＰａによりインクの液面の位置の変化を表す波形である。横軸は、時間（ｓ）の経過を表している。縦軸は、駆動電圧、圧力、流速、波形及びメニスカスの大きさを表しており、その数値は正規化されている。
【0069】
補助パルスＰａは、定常状態である０Ｖから電圧を印加することで、圧力室１５を収縮させ、一定時間電圧を維持した後、段階的に電圧を下げて０Ｖに戻す。補助パルスＰａは、その前縁で圧力室１５を急激に収縮させ、その収縮状態を維持する。このとき、圧力室１５内に生じる圧力は、収縮によって急峻に増大する。そして、その収縮状態が維持されている間、その圧力は低下して負圧に転じ、やがて最大負圧に達する。最大負圧に達するのは補助パルスＰａの前縁から圧力振動周期Ｔの１／２の時間が経過した後である。その後、圧力室１５内に生じる圧力は再び増大し、正圧に転じる。仮に、圧力室１５の収縮状態をそのまま維持していたとすれば、補助パルスＰａの前縁から圧力振動周期Ｔの時間が経過時点で圧力室１５内に生じる圧力は最大値を迎えて残留振動が継続する。しかし、圧力室１５内に生じる圧力が正圧に転じた後、収縮状態にあった圧力室１５を段階的に復帰させると、アクチュエータに収縮方向の履歴を持たせた状態で残留振動を止めることができる。
【0070】
補助パルスＰａは、その後縁で圧力室１５を２段階に分けて段階的に復帰させる。１段階目の復帰動作は、その後の２段階目の復帰動作による圧力変化で圧力室１５内に生じる圧力がゼロとなるように振動の大きさを調節する。２段階目の復帰動作は、圧力室１５のインクの流速がゼロとなった時点で行う。このような補助パルスＰａは、その前縁である収縮動作の開始から、その後縁である２段階目の復帰動作終了までの時間が、圧力室１５の圧力振動周期Ｔ以上、例えば４．４μｓとなる。
【0071】
かかる構成の補助パルスＰａを、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってアクチュエータに印加する。そうすることにより、アクチュエータが常に収縮方向の履歴を持った状態で圧力室１５の残留振動がキャンセルされる。そして、アクチュエータが常に収縮方向の履歴を持った後で、しかも圧力室１５の残留振動がキャンセルされた後にインクを吐出するための駆動パルスがアクチュエータに与えられる。すなわち、前回駆動時の印字内容に係らず、インク吐出前におけるアクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向に揃えられる。
【0072】
このように、第１実施例における補助パルスＰａは、先ずアクチュエータの履歴をリセットし、その後に残留振動を残さない信号である。すなわち補助パルスＰａは、アクチュエータの履歴を一方向に固定することによって履歴に依存する振幅の差異を排除し、かつその後の吐出前に残留振動を止める。
【0073】
図１６は、図８の駆動パルス（ＰＲＤ波形）と図１５の補助パルスＰａとを用いてマルチドロップ方式によりインク滴を吐出する場合のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、インクジェットヘッドを模擬したＬＣＲ等価回路（図示省略）を用いて行った。図１６は、補助パルスＰａを１回印加した後、駆動パルスを３回印加した例を示す。
【0074】
図１６において、実線「駆動電圧」は、補助パルスＰａ及び駆動パルスの電圧変化を表す波形である。駆動パルスは、拡張パルスＰｄと、収縮パルスＰｐとを含む。一点鎖線「圧力」は、圧力室１５内に生じる圧力の変化を表す波形である。二点鎖線「流速」は、ノズル８に流入するインクの流速の変化を表す波形である。破線「メニスカス」は、インクの液面の位置の変化を表す波形である。図１６において、横軸は時間（ｓ）の経過を表しており、縦軸は、正規化された各項目の大きさを表している。
【0075】
図１６に示すように、インクを吐出するための駆動パルスに先立って補助パルスＰａを印加することにより、インク吐出前におけるアクチュエータの駆動方向の履歴は、収縮方向となる。また、圧力室１５の残留振動はキャンセルされる。かくして、マルチドロップ方式により連続して吐出されるインクは、シミュレーション上では一定の吐出速度で吐出される。
【0076】
しかし現実には正確にシミュレーション通りの動作とはならず、吐出前に残留振動を残すことによってその後の挙動を調整したい場合がある。そこで次に、補助パルスＰａの変形例として、履歴をリセットした後で、残留振動を故意に残す補助パルスＰｅについて説明する。
【0077】
図１７は、補助パルスＰｅの説明図である。なお、図１７においても、縦軸、横軸、実線「駆動電圧」、一点鎖線「圧力」、二点鎖線「流速」、破線「メニスカス」は、図１５で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
【0078】
補助パルスＰｅも補助パルスＰａと同様に定常状態である０Ｖから電圧を印加することで、圧力室１５を収縮させ、一定時間電圧を維持した後、段階的に電圧を下げて０Ｖに戻す。補助パルスＰｅは、残留振動を故意に残すように補助パルスＰａに修正を加えたものである。補助パルスＰａの段階的な復帰動作のタイミングをずらすことにより、残留振動を残すことができる。補助パルスＰｅは、復帰１段目のタイミングを遅らせることで、残留振動を故意に残している。
【0079】
復帰１段目のタイミングが遅くなることにより、その後の２段階目の復帰動作により圧力室１５の圧力振動は減少するもののゼロにはならない。つまり、圧力室１５の圧力振動が残る。このように圧力室１５の圧力振動が残っているうちに、駆動パルスの出力を開始する。そうすることにより、１ドロップ目又は２ドロップ目の吐出速度を調整することができる。
【0080】
図１８は、１ドロップ目の吐出速度を速める場合のシミュレーション結果であり、図１９は、２ドロップ目の吐出速度を速める場合のシミュレーション結果である。図１８及び図１９は、補助パルスＰｅを１回印加した後、駆動パルスを３回印加した例を示す。
【0081】
図１８のシミュレーションと図１９のシミュレーションとで異なる点は、補助パルスＰｅの２段階目の復帰動作が終了してから、駆動パルスの拡張パルスＰｄの前縁に至るまでの待機時間Ｈａである。図１８のシミュレーションでは、図１９のシミュレーションよりも待機時間Ｈａを短くしている。待機時間Ｈａを短くして、圧力室１５内の圧力が負圧のときに、拡張パルスＰｄの前縁で吐出チャネルch.xの圧力室１５を急激に拡張する。そうすると、補助パルスＰａを印加した場合と比較して、圧力室１５内に生じる負の圧力は大きくなる。したがって、拡張パルスＰｄの後縁で圧力室１５を急激に拡張状態に復帰させた際に圧力室１５内に生じる正の圧力は、補助パルスＰａを印加した場合と比較して大きい。その結果、１ドロップ目の吐出速度が速くなる。
【0082】
一方、図１９のシミュレーションでは、図１８のシミュレーションよりも待機時間Ｈａを長くしている。待機時間Ｈａを長くして、圧力室１５内の圧力が正圧のときに、拡張パルスＰｄの前縁で吐出チャネルch.xの圧力室１５を急激に拡張する。そうすると、補助パルスＰａを印加した場合と比較して、圧力室１５内に生じる負の圧力は小さくなる。したがって、拡張パルスＰｄの後縁で圧力室１５を急激に拡張状態に復帰させた際に圧力室１５内に生じる正の圧力は、補助パルスＰａを印加した場合と比較して小さい。その結果、１ドロップ目の吐出速度よりも２ドロップ目の吐出速度が速くなる。
【0083】
例えば、１ドロップ目の吐出速度が落ちるインクジェットヘッドに対しては、図１８のシミュレーション結果をもたらす補助パルスＰｅが有効である。２ドロップ目の吐出速度が落ちるインクジェットヘッドに対しては、図１９のシミュレーション結果をもたらす補助パルスＰｅが有効である。
【0084】
このように、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスＰａ又は補助パルスＰｅをアクチュエータに印加することにより、複ノズル連続駆動状態又は複ノズル同時駆動状態等の駆動状態に係らず、マルチドロップの吐出速度を安定にできる効果を奏し得る。その結果、高品質な印刷が可能なインクジェットヘッド１００を提供することができる。
【0085】
その上、補助パルスＰａ又は補助パルスＰｅは、１つのパルス信号で構成される。したがって、拡張パルスと収縮パルスとを含む補助パルスを出力する場合と比較して、駆動回数が少ない。その結果、発熱が増加する懸念も生じ得ない。
【0086】
［第２実施例］
図２０は、第２実施例に係る補助パルスＰｂの説明図である。なお、図２０においても、縦軸、横軸、実線「駆動電圧」、一点鎖線「圧力」、二点鎖線「流速」、破線「メニスカス」は、図１５で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
図２０は、第２実施例に係る補助パルスＰｂの説明図である。なお、図２０においても、縦軸、横軸、実線「駆動電圧」、一点鎖線「圧力」、二点鎖線「流速」、破線「メニスカス」は、図１５で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
【0087】
補助パルスＰｂは、補助パルスＰａと比較してその前縁が異なる。すなわち補助パルスＰｂは、その前縁で、圧力室１５を２段階に分けて段階的に収縮させる。補助パルスＰｂは、定常状態である０Ｖから電圧を印加することで、段階的に圧力室１５を収縮させ、一定時間電圧を維持した後、段階的に電圧を下げて０Ｖに戻す。１段階目の収縮動作は、その前縁で圧力室１５を収縮させ、その収縮状態を維持する。このとき、圧力室１５内に生じる圧力は、収縮によって増大するが、収縮状態が維持されている間、その圧力は低下してゼロとなる。
【0088】
圧力室１５内に生じる圧力がゼロとなった時点で２段階目の収縮動作を行う。この収縮動作により、圧力室１５内に生じる圧力は、再び増大する。そして、２段階目の収縮状態が維持されている間、その圧力は低下して負圧に転じ、やがて最大負圧に達する。最大負圧に達するのは補助パルスＰａの２段階目の収縮時点から圧力振動周期Ｔの１／２の時間が経過した後である。その後、圧力室１５内に生じる圧力は再び増大し、正圧に転じる。
【0089】
正圧に転じた圧力がゼロとなった時点で、補助パルスＰｂは、補助パルスＰａと同様に、圧力室１５を２段階に分けて段階的に復帰させる。１段階目の復帰動作は、その後の２段階目の復帰動作による圧力変化で圧力室１５内に生じる圧力がゼロとなるように振動の大きさを調節する。２段階目の復帰動作は、圧力室１５のインクの流速がゼロとなった時点で行う。このような補助パルスＰｂも、その前縁である１段階目の収縮動作の開始から、その後縁である２段階目の復帰動作終了までの時間が、圧力室１５の圧力振動周期Ｔ以上、例えば４．８μｓとなる。
【0090】
かかる構成の補助パルスＰｂを、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってアクチュエータに印加する。そうすることにより、アクチュエータが常に収縮方向の履歴を持った状態で圧力室１５の残留振動がキャンセルされる。そして、アクチュエータが常に収縮方向の履歴を持った後で、しかも圧力室１５の残留振動がキャンセルされた後にインクを吐出するための駆動パルスがアクチュエータに与えられる。すなわち、前回駆動時の印字内容に係らず、インク吐出前におけるアクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向に揃えられる。
【0091】
このように、第２実施例における補助パルスＰｂも、先ずアクチュエータの履歴をリセットし、その後に残留振動を残さない信号である。すなわち補助パルスＰｂは、アクチュエータの履歴を一方向に固定することによって履歴に依存する振幅の差異を排除し、かつその後の吐出前に残留振動を止める。
【0092】
図２１は、図８の駆動パルス（ＰＲＤ波形）と図２０の補助パルスＰｂとを用いてマルチドロップ方式によりインク滴を吐出する場合のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、インクジェットヘッドを模擬したＬＣＲ等価回路（図示省略）を用いて行った。図２１は、補助パルスＰｂを１回印加した後、駆動パルスを３回印加した例を示す。
【0093】
図２１において、実線「駆動電圧」は、補助パルスＰｂ及び駆動パルスの電圧変化を表す波形である。駆動パルスは、拡張パルスＰｄと、収縮パルスＰｐとを含む。一点鎖線「圧力」は、圧力室１５内に生じる圧力の変化を表す波形である。二点鎖線「流速」は、ノズル８に流入するインクの流速の変化を表す波形である。破線「メニスカス」は、インクの液面の位置の変化を表す波形である。図２１において、横軸は時間（ｓ）の経過を表しており、縦軸は、正規化された各項目の大きさを表している。
【0094】
図２１に示すように、インクを吐出するための駆動パルスに先立って補助パルスＰｂを印加することにより、インク吐出前におけるアクチュエータの駆動方向の履歴は、収縮方向となる。また、圧力室１５の残留振動はキャンセルされる。かくして、マルチドロップ方式により連続して吐出されるインクは、シミュレーション上では一定の吐出速度で吐出される。
【0095】
しかし現実には正確にシミュレーション通りの動作とはならず、吐出前に残留振動を残すことによってその後の挙動を調整したい場合がある。そこで次に、補助パルスＰｂの変形例として、履歴をリセットした後で、残留振動を故意に残す補助パルスＰｆについて説明する。
【0096】
図２２は、補助パルスＰｆの説明図である。なお、図２２においても、縦軸、横軸、実線「駆動電圧」、一点鎖線「圧力」、二点鎖線「流速」、破線「メニスカス」は、図１５で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
【0097】
補助パルスＰｆは、残留振動を故意に残すように補助パルスＰｂに修正を加えたものである。補助パルスＰｆにおいても、補助パルスＰｅと同様に、段階的な復帰動作のタイミングをずらすことにより、残留振動を残すことができる。補助パルスＰｆは、定常状態である０Ｖから電圧を印加することで、圧力室１５を段階的に収縮させ、一定時間電圧を維持した後、段階的に電圧を下げて０Ｖに戻す。補助パルスＰｆは、復帰１段目のタイミングを遅らせることで、残留振動を故意に残している。
【0098】
復帰１段目のタイミングが遅くなることにより、その後の２段階目の復帰動作により圧力室１５の圧力振動は減少するもののゼロにはならない。つまり、圧力室１５の圧力振動が残る。このように圧力室１５の圧力振動が残っているうちに、駆動パルスの出力を開始する。そうすることにより、１ドロップ目又は２ドロップ目の吐出速度を調整することができる。
【0099】
図２３は、１ドロップ目の吐出速度を速める場合のシミュレーション結果であり、図２４は、２ドロップ目の吐出速度を速める場合のシミュレーション結果である。図２３及び図２４は、補助パルスＰｆを１回印加した後、駆動パルスを３回印加した例を示す。
【0100】
図２３のシミュレーションと図２４のシミュレーションとで異なる点は、補助パルスＰｆの２段階目の復帰動作が終了してから、駆動パルスの拡張パルスＰｄの前縁に至るまでの待機時間Ｈｂである。図２３のシミュレーションでは、図２４のシミュレーションよりも待機時間Ｈｂを短くしている。待機時間Ｈａを短くして、圧力室１５内の圧力が負圧のときに、拡張パルスＰｄの前縁で吐出チャネルch.xの圧力室１５を急激に拡張する。そうすると、補助パルスＰｂを印加した場合と比較して、圧力室１５内に生じる負の圧力は大きくなる。したがって、拡張パルスＰｄの後縁で圧力室１５を急激に拡張状態に復帰させた際に圧力室１５内に生じる正の圧力は、補助パルスＰｂを印加した場合と比較して大きい。その結果、１ドロップ目の吐出速度が速くなる。
【0101】
一方、図２４のシミュレーションでは、図２３のシミュレーションよりも待機時間Ｈｂを長くしている。待機時間Ｈａを長くして、圧力室１５内の圧力が正圧のときに、拡張パルスＰｄの前縁で吐出チャネルch.xの圧力室１５を急激に拡張する。そうすると、補助パルスＰｂを印加した場合と比較して、圧力室１５内に生じる負の圧力は小さくなる。したがって、拡張パルスＰｄの後縁で圧力室１５を急激に拡張状態に復帰させた際に圧力室１５内に生じる正の圧力は、補助パルスＰｂを印加した場合と比較して小さい。その結果、１ドロップ目の吐出速度よりも２ドロップ目の吐出速度が速くなる。
【0102】
例えば、１ドロップ目の吐出速度が落ちるインクジェットヘッドに対しては、図２３のシミュレーション結果をもたらす補助パルスＰｆが有効である。２ドロップ目の吐出速度が落ちるインクジェットヘッドに対しては、図２４のシミュレーション結果をもたらす補助パルスＰｆが有効である。
【0103】
このように、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってインクを吐出しない補助パルスＰｂ又は補助パルスＰｆをアクチュエータに印加することにより、複ノズル連続駆動状態又は複ノズル同時駆動状態等の駆動状態に係らず、マルチドロップの吐出速度を安定にできる効果を奏し得る。その結果、高品質な印刷が可能なインクジェットヘッド１００を提供することができる。
【0104】
その上、補助パルスＰｂ又は補助パルスＰｆは、１つのパルス信号で構成される。したがって、拡張パルスと収縮パルスとを含む補助パルスを出力する場合と比較して、駆動回数が少ない。その結果、発熱が増加する懸念も生じ得ない。
【0105】
しかも、補助パルスＰｂ又は補助パルスＰｆは、その前縁で圧力室１５を段階的に収縮させている。そして、その段階的収縮の時間差を適宜調整することより、圧力室１５の最大変位を第１実施例と同じ大きさに保ったまま、圧力室１５の最大圧力を減らすことができる効果を奏し得る。
【0106】
［第３実施例］
図２５は、第３実施例に係る補助パルスＰｃの説明図である。なお、図２５においても、縦軸、横軸、実線「駆動電圧」、一点鎖線「圧力」、二点鎖線「流速」、破線「メニスカス」は、図１５で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
図２５は、第３実施例に係る補助パルスＰｃの説明図である。なお、図２５においても、縦軸、横軸、実線「駆動電圧」、一点鎖線「圧力」、二点鎖線「流速」、破線「メニスカス」は、図１５で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
【0107】
補助パルスＰｃは、補助パルスＰａ又は補助パルスＰｂと比較してその前縁及び後縁が異なる。すなわち補助パルスＰｃは、その前縁で、圧力室１５を徐々に収縮させる。また補助パルスＰｃは、その後縁で、圧力室１５を徐々に復帰させる。補助パルスＰｃは、定常状態である０Ｖから徐々に電圧を印加することで、圧力室１５を徐々に収縮させ、一定時間電圧を維持した後、徐々に電圧を下げて０Ｖに戻す。
【0108】
補助パルスＰｃの前縁で、圧力室１５を徐々に収縮させると、圧力室１５内に生じる圧力は、収縮によって増加するが、その途中で最大正圧に達し、その後低下する。そして、圧力室１５の収縮状態が維持されている間、その圧力はさらに低下して負圧に転じ、やがて最大負圧に達する。その後、圧力室１５を徐々に復帰させると、圧力室１５内に生じる圧力は、復帰させている途中で正圧に転じるが、その後、低下して、圧力室１５のインクの流速がゼロとなった時点、つまりは圧力室１５が復帰した時点で、圧力室１５内に生じる圧力はゼロとなる。このような補助パルスＰｃも、その前縁である収縮動作の開始から、その後縁である復帰動作終了までの時間Ｆ、圧力室１５の圧力振動周期Ｔ以上、例えば６．０μｓとなる。
【0109】
図２６は、図８の駆動パルス（ＰＲＤ波形）と図２５の補助パルスＰｃとを用いてマルチドロップ方式によりインク滴を吐出する場合のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、インクジェットヘッドを模擬したＬＣＲ等価回路（図示省略）を用いて行った。図２６は、補助パルスＰｃを１回印加した後、駆動パルスを３回印加した例を示す。
【0110】
図２６において、実線「駆動電圧」は、補助パルスＰｃ及び駆動パルスの電圧変化を表す波形である。駆動パルスは、拡張パルスＰｄと、収縮パルスＰｐとを含む。一点鎖線「圧力」は、圧力室１５内に生じる圧力の変化を表す波形である。二点鎖線「流速」は、ノズル８に流入するインクの流速の変化を表す波形である。破線「メニスカス」は、インクの液面の位置の変化を表す波形である。図２６において、横軸は時間（ｓ）の経過を表しており、縦軸は、正規化された各項目の大きさを表している。
【0111】
図２６に示すように、インクを吐出するための駆動パルスに先立って補助パルスＰｃを印加することにより、インク吐出前におけるアクチュエータの駆動方向の履歴は、収縮方向となる。また、圧力室１５の残留振動はキャンセルされる。かくして、マルチドロップ方式により連続して吐出されるインクは、一定の吐出速度で吐出される。
【0112】
かかる構成の補助パルスＰｃを、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってアクチュエータに印加した場合も、第１実施例の補助パルスＰａ又は第２実施例の補助パルスＰｂを印加した場合と同様の作用効果を奏し得る。
その上に、補助パルスＰｃは、補助パルスＰｂと比較して、圧力室１５の最大変位を所定に保ったまま、最大圧力をさらに減らすことができるメリットを奏し得る。
その上に、補助パルスＰｃは、補助パルスＰｂと比較して、圧力室１５の最大変位を所定に保ったまま、最大圧力をさらに減らすことができるメリットを奏し得る。
【0113】
このように、圧力室１５内に生じる圧力の変化は、補助パルスＰａ、補助パルスＰｂ、補助パルスＰｃの順に少なくなる。そしてその順番に、補助パルスによる語吐出が起こりにくい。ただし、チキソ性のあるインクに対しては、補助パルスＰａ、補助パルスＰｂ、補助パルスＰｃの順に吐出時のインクの粘度を下げる効果が大きい利点がある。
【0114】
なお、補助パルスＰｃにおいても、後縁の波形を調整することにより、補助パルスＰｅ又は補助パルスＰｆと同様に、残留振動を故意に残すことによって、１ドロップ目又は２ドロップ目の吐出速度を調整することは可能である。
【0115】
図２７は、補助パルスＰｃの変形例として、履歴をリセットした後で、残留振動を故意に残す補助パルスＰｇの説明図である。なお、図２７においても、縦軸、横軸、実線「駆動電圧」、一点鎖線「圧力」、二点鎖線「流速」、破線「メニスカス」は、図１５で説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
【0116】
補助パルスＰｃは、その後縁で、圧力室１５を徐々に復帰させた。補助パルスＰｇは、その後縁で、補助パルスＰｅ、補助パルスＰｆと同様に、圧力室１５を急峻に復帰させ、圧力室１５の圧力振動を残す。この圧力振動が残っているうちに、駆動パルスの出力を開始する。そうすることにより、１ドロップ目又は２ドロップ目の吐出速度を調整することができる。補助パルスＰｇは、定常状態である０Ｖから徐々に電圧を上げることで、圧力室１５を徐々に収縮させ、一定時間電圧を維持した後、電圧を下げて０Ｖに戻す。
【0117】
図２８は、１ドロップ目の吐出速度を速める場合のシミュレーション結果であり、図２９は、２ドロップ目の吐出速度を速める場合のシミュレーション結果である。図２８及び図２９は、補助パルスＰｇを１回印加した後、駆動パルスを３回印加した例を示す。
【0118】
図２８のシミュレーションと図２９のシミュレーションとで異なる点は、補助パルスＰｇの段階的な復帰動作が終了してから、駆動パルスの拡張パルスＰｄの前縁に至るまでの待機時間である。待機時間を代えることによって、１ドロップ目の吐出速度を速めたり、２ドロップ目の吐出速度を速めたりできる。
【0119】
以上、インクを吐出するための駆動パルスに先立ってアクチュエータに与えられるインクを吐出しない補助パルスの実施例として、補助パルスＰａ、補助パルスＰｂ、補助パルスＰｃ、補助パルスＰｅ、補助パルスＰｆを例示したが、補助パルスはこれらに限定されるものではない。
【0120】
例えば、その前縁で圧力室１５を収縮する際には、補助パルスＰｂのように段階的な収縮し、その後縁で圧力室１５を復帰させる際には、補助パルスＰｃのように徐々に復帰させる補助パルスであってもよい。あるいは、その前縁で圧力室１５を収縮する際には、補助パルスＰｃのように徐々に収縮し、その後縁で圧力室１５を復帰させる際には、補助パルスＰａ又は補助パルスＰｂのように段階的に復帰させる補助パルスであってもよい。
【0121】
補助パルスＰａ又は補助パルスＰｂにおいて、収縮状態にある圧力室１５を段階的に復帰させる場合の段階数は２段階に限定されない。３段階以上に分けて、圧力室１５を復帰させてもよい。
【0122】
補助パルスＰｂにおいて、圧力室１５を段階的に収縮する場合の段階数は２段階に限定されない。３段階以上に分けて、圧力室１５を収縮してもよい。
【0123】
補助パルスＰａ、補助パルスＰｂ、補助パルスＰｃ、補助パルスＰｅ及び補助パルスＰｆのパルスの開始から終了までの時間は、圧力室１５の圧力振動周期Ｔ以上であるとした。この点に関しては、圧力室１５の圧力振動周期Ｔに近い値であれば、必ずしも圧力振動周期Ｔ以上でなくてもよい。
【0124】
この他、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。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲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】
【0125】
４…電極、７…ノズルプレート、８…ノズル、１５、１５１、１５２、１５３…圧力室、１６、１６１、１６２…隔壁、１００…インクジェットヘッド、１０１…ヘッド駆動回路、Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｅ、Ｐｆ、Ｐｇ…補助パルス、Ｐｄ…拡張パルス、Ｐｐ…収縮パルス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
