特許 6999317 インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-24

(45)【発行日】2022-01-18

(54)【発明の名称】インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20220111BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20220111BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20220111BHJP

   B41J 2/045 20060101ALI20220111BHJP

【ＦＩ】

B41J2/015 101

B41J2/14 303

B41J2/01 401

B41J2/045

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017142022

(22)【出願日】2017-07-21

(65)【公開番号】P2019018538

(43)【公開日】2019-02-07

【審査請求日】2020-05-22

(73)【特許権者】

【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】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】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 洋之

【審査官】中村 博之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－００７８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１３４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８９６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７５５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０８４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２８６９２５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２００５－００８７９２９（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インクが充填される圧力室と、
前記圧力室の少なくとも一部を構成するアクチュエータと、
前記アクチュエータに信号を入力し、前記アクチュエータを変形させ、前記圧力室の容積を変化させるドライブＩＣと、
前記圧力室に連通し、且つ前記圧力室の圧力により前記圧力室内の前記インクを吐出する吐出ノズルを備えるノズルプレートと、
を具備し、
前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を初期状態から拡張状態に拡張させ、前記圧力室及び前記インクにより定まる固有振動周期の間、前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持し、
前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持した後に前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記初期状態で維持し、
前記圧力室の容積を前記初期状態で維持した後に前記圧力室の容積を前記初期状態から収縮状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記収縮状態で維持する、
インクジェットヘッド。

【請求項2】

前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させてから、前記固有振動周期の２倍の間、前記圧力室の容積を前記初期状態で維持する請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項3】

前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を前記初期状態から前記収縮状態に収縮させてから、前記固有振動周期の２倍の間、前記圧力室の容積を前記収縮状態で維持する請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。

【請求項4】

前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を初期状態から拡張状態に拡張させてから、前記初期状態での前記圧力室の圧力である初期圧力を前記圧力室の圧力が超えた場合、前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させ、
前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させてから、前記初期圧力を前記圧力室の圧力が超えた場合、前記圧力室の容積を前記初期状態から前記収縮状態に収出させる請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項5】

印刷媒体を搬送する搬送モータと、
インクが充填される圧力室と、
前記圧力室の少なくとも一部を構成するアクチュエータと、
前記アクチュエータに信号を入力し、前記アクチュエータを変形させ、前記圧力室の容積を変化させるドライブＩＣと、
前記圧力室に連通し、且つ前記圧力室の圧力により前記圧力室内の前記インクを前記搬送モータにより搬送される前記印刷媒体に吐出する吐出ノズルを備えるノズルプレートと、
を具備し、
前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を初期状態から拡張状態に拡張させ、前記圧力室及び前記インクにより定まる固有振動周期の間、前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持し、
前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持した後に前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記初期状態で維持し、
前記圧力室の容積を前記初期状態で維持した後に前記圧力室の容積を前記初期状態から収縮状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記収縮状態で維持する、
インクジェットプリンタ。

【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及びインクジェットプリンタに関する。

【背景技術】

【0002】

印刷データに応じて印刷媒体に画像を形成するインクジェットプリンタが実用化されている。インクジェットプリンタは、例えば、インクジェットヘッドと、インクジェットヘッドを制御するヘッドコントローラとを備える。インクジェットヘッドは、インクを吐出するアクチュエータと、ヘッドコントローラの制御に基づいてアクチュエータを駆動するドライバＩＣとを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２０８４１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような構成のインクジェットヘッドにおいて、単位時間当たりのアクチュエータの駆動時間の割合を示す印字率が増加すると、ドライバＩＣにおける消費電力及び温度が増加するという課題がある。

【0005】

本発明は、吐出体積当たりの消費電力を抑えることができるインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係るインクジェットヘッドは、圧力室と、アクチュエータと、ドライブＩＣと、ノズルプレートとを具備する。圧力室は、インクが充填される。アクチュエータは、前記圧力室の少なくとも一部を構成する。ドライブＩＣは、前記アクチュエータに信号を入力し、前記アクチュエータを変形させ、前記圧力室の容積を変化させる。ノズルプレートは、吐出ノズルを備える。吐出ノズルは、前記圧力室に連通し、且つ前記圧力室の圧力により前記圧力室内の前記インクを吐出する。さらに、ドライブＩＣは、前記圧力室の容積を初期状態から拡張状態に拡張させ、前記圧力室及び前記インクにより定まる固有振動周期の間、前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持し、前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持した後に前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記初期状態で維持し、前記圧力室の容積を前記初期状態で維持した後に前記圧力室の容積を前記初期状態から収縮状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記収縮状態で維持する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態に係るインクジェットプリンタの構成の例についての説明図である。

【図2】図２は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの構成の例についての説明図である。

【図3】図３は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの１つのチャネルを切断して示す断面図である。

【図4】図４は、図３のＡＡ線でインクジェットヘッドを切断して示す断面図である。

【図5】図５は、一実施形態に係るインクジェットヘッドのアクチュエータの変形の例についての説明図である。

【図6】図６は、一実施形態に係るインクジェットヘッドのドライバＩＣの構成例についての説明図である。

【図7】図７は、アクチュエータに生じる電位差の変化と、圧力室内の圧力の変化と、吐出ノズルに形成されるメニスカス面の速度の変化とについての説明図である。

【図8】図８は、吐出ノズルから吐出されたインク滴の飛翔状態の例を示す。

【図9】図９は、ドライブＩＣの温度の変化についての説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、一実施形態に係るインクジェットプリンタ、及びインクジェットヘッドについて図面を参照して説明する。
まず、一実施形態に係るインクジェットプリンタ１について説明する。図１は、一実施形態に係るインクジェットプリンタ１の構成例を示す説明図である。

【0009】

インクジェットプリンタ１は、インクジェット記録装置の一例である。なお、インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。

【0010】

インクジェットプリンタ１は、例えば、記録媒体である印刷媒体を搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェットプリンタ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、通信インタフェース１４、ディスプレイ１５、操作部１６、搬送モータ１７、モータ駆動回路１８、ポンプ１９、ポンプ駆動回路２０、インクジェットヘッド２１、及びヘッドコントローラ２２を備える。さらに、インクジェットプリンタ１は、図示されない給紙カセット及び排紙トレイを備える。

【0011】

ＣＰＵ１１は、演算処理を実行する演算素子（たとえば、プロセッサ）である。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶されているプログラムなどのデータに基づいて種々の処理を行う。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されているプログラムを実行することにより、種々の動作を実行可能な制御部として機能する。

【0012】

ＲＯＭ１２は、読み出し専用の不揮発性メモリである。ＲＯＭ１２は、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する。

【0013】

ＲＡＭ１３は、ワーキングメモリとして機能する揮発性のメモリである。ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１の処理中のデータなどを一時的に格納する。また、ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１が実行するプログラムを一時的に格納する。

【0014】

通信インタフェース１４は、他の機器と通信するインタフェースである。通信インタフェース１４は、例えば、インクジェットプリンタ１に印刷データを送信する上位装置との通信に用いられる。通信インタフェース１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉ－ｆｉ（登録商標）などの規格に応じて他の機器と無線通信を行うものであってもよい。

【0015】

ディスプレイ１５は、ＣＰＵ１１、または図示されないグラフィックコントローラなどの表示制御部から入力される映像信号に応じて画面を表示する表示装置である。例えば、ディスプレイ１５には、インクジェットプリンタ１の設定の画面が表示される。

【0016】

操作部１６は、操作に基づいて、操作信号を生成する。操作部１６は、例えば、タッチセンサ、テンキー、電源キー、用紙フィードキー、種々のファンクションキー、またはキーボードなどである。タッチセンサは、例えば、抵抗膜式タッチセンサ、または静電容量式タッチセンサ等である。タッチセンサは、ある領域内において指定された位置を示す情報を取得する。タッチセンサは、上記のディスプレイ１５と一体にタッチパネルとして構成されることにより、ディスプレイ１５に表示された画面上のタッチされた位置を示す信号を生成する。

【0017】

搬送モータ１７は、回転することによって、印刷媒体を搬送する為の図示されない搬送路の搬送部材を動作させる。搬送部材は、印刷媒体を搬送するベルト、ローラ、及びガイドなどである。搬送モータ１７は、印刷媒体を保持するベルトと連動して動作するローラを駆動することによって印刷媒体をガイドに沿って搬送させる。

【0018】

モータ駆動回路１８は、搬送モータ１７を駆動する回路である。モータ駆動回路１８は、ＣＰＵ１１から入力された搬送制御信号に従って搬送モータ１７を駆動することにより、給紙カセットの印刷媒体をインクジェットヘッド２１を経由させて排紙トレイに搬送する。給紙カセットは、複数の印刷媒体を収容するカセットである。排紙トレイは、インクジェットプリンタ１によって画像形成されて排出された印刷媒体を収容する。

【0019】

ポンプ１９は、例えばインクが保持されているインクタンク（図示せず）とインクジェットヘッド２１とを連通するチューブを備える。具体的には、チューブは、インクジェットヘッド２１の図示されない共通インク室と連通されている。

【0020】

ポンプ駆動回路２０は、ＣＰＵ１１から入力されたインク供給制御信号に従ってポンプ１９を駆動することによって、インクタンク内のインクをインクジェットヘッド２１の共通インク室に供給させる。

【0021】

インクジェットヘッド２１は、印刷媒体に画像を形成する画像形成部である。インクジェットヘッド２１は、図示されない保持ローラによって保持された印刷媒体に対してインクを吐出することにより、印刷媒体に画像を形成する。インクジェットプリンタ１は、例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、及びブラック等の各色にそれぞれ対応した複数のインクジェットヘッド２１を備えていてもよい。

【0022】

ヘッドコントローラ２２は、インクジェットヘッド２１を制御する回路である。ヘッドコントローラ２２は、インクジェットヘッド２１を動作させることにより、インクジェットヘッド２１からインクを吐出させる。ヘッドコントローラ２２は、ＣＰＵ１１から入力された印刷データ、クロック信号、リセット信号、及びインクジェットヘッド２１を動作させる為の直流電力をインクジェットヘッド２１に入力する。これにより、ヘッドコントローラ２２は、インクジェットヘッド２１に印刷媒体に印刷データに応じた画像を形成させる。

【0023】

また、インクジェットプリンタ１は、商用電源から供給された交流電力を直流電力に変換し、インクジェットプリンタ１内の各構成に供給する電源回路をさらに備えていてもよい。

【0024】

図２乃至図４は、インクジェットヘッド２１の構成例を示す。図２は、インクジェットヘッド２１の一部を分解した場合の斜視図である。図３は、インクジェットヘッド２１の１つのチャネルを切断して示す断面図である。図４は、図３のＡＡ線でインクジェットヘッド２１を切断して示す断面図である。

【0025】

インクジェットヘッド２１は、ヘッド基板３１、チャネル群３２、及びドライブＩＣ３３を備える。図２では、チャネル群３２の天板３４及びノズルプレート３５が分解されて示されている。

【0026】

ヘッド基板３１は、チャネル群３２、及びドライブＩＣ３３が実装される基板である。ヘッド基板３１は、ガラス・エポキシ基板、または、ポリイミド・フィルムを基材とした可撓性を有する基板として構成される。

【0027】

チャネル群３２は、印加された電圧に応じてインクを吐出するチャネルが複数配列されて構成される。チャネル群３２は、ヘッド基板３１に接合された第１の圧電部材３６、第１の圧電部材３６に接合された第２の圧電部材３７、複数の電極３８、天板３４、及びノズルプレート３５を備える。

【0028】

第１の圧電部材３６及び第２の圧電部材３７は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成される。第１の圧電部材３６は、ヘッド基板３１に接合される。第２の圧電部材３７は、第１の圧電部材３６と分極方向が対向するように第１の圧電部材３６に接合される。接合された第１の圧電部材３６及び第２の圧電部材３７には、第２の圧電部材３７側から第１の圧電部材３６に至る複数の平行な溝３９が形成される。

【0029】

電極３８は、第１の圧電部材３６及び第２の圧電部材３７の溝３９を構成する１対の壁と底面とに亘って形成されている。電極３８は、溝３９毎に形成される。これにより、溝３９の壁を構成する第１の圧電部材３６及び第２の圧電部材３７が異なる電極３８によって挟まれる。２つの電極３８により挟まれた第１の圧電部材３６及び第２の圧電部材３７は、２つの電極３８の電位差によって変形するアクチュエータ４０として構成される。

【0030】

ノズルプレート３５は、天板３４と共に溝３９を封止する部材である。ノズルプレート３５は、溝３９の長手方向の端部を塞ぐように構成される。ノズルプレート３５には、溝３９とインクジェットヘッド２１の外部とを連通させる複数の吐出ノズル４１が形成されている。吐出ノズル４１は、溝３９毎に形成されている。

【0031】

天板３４は、ノズルプレート３５と共に溝３９を封止する部材である。天板３４は、溝３９をヘッド基板３１と対向する側から封止する。また、天板３４は、溝３９に接する面の一部が凹部４２として形成されている。凹部４２は、ポンプ１９のチューブに連通し、チューブにより供給されたインクを一時的に保持する共通インク室として機能する。また、凹部４２は、溝３９のノズルプレート３５が接する端部とは逆側の端部と連通し、共通インク室内のインクを溝３９に供給する。

【0032】

上記の複数の溝３９がノズルプレート３５及び天板３４により封止されることにより、圧力室４３が構成される。即ち、圧力室４３は、１対のアクチュエータ４０と、ノズルプレート３５と、天板３４とにより囲われ、且つ共通インク室に連通したスペースである。また、圧力室４３は、ノズルプレート３５に形成された吐出ノズル４１毎に構成されている。本例では、圧力室４３の電極３８と、吐出ノズル４１との組合せをチャネルと称する。即ち、チャネル群３２は、溝３９の数に応じたチャネルを備える。

【0033】

ドライブＩＣ３３は、圧力室４３の壁を構成するアクチュエータ４０に信号を入力することにより、アクチュエータ４０を変形させて、圧力室４３の容積を変化させる。これにより、ドライブＩＣ３３は、圧力室４３の圧力を制御し、圧力室４３内のインクを吐出ノズル４１から吐出させる。

【0034】

図５は、アクチュエータ４０を挟む電極に電位差が生じた場合のアクチュエータ４０の変形の例について説明する説明図である。アクチュエータ４０を挟む２つの電極３８に電位差が生じていない場合、アクチュエータ４０は、図４の例のように変形しない。アクチュエータ４０が変形しない場合の圧力室４３の容積の状態を初期状態と称する。

【0035】

図５（ａ）は、あるチャネルの圧力室４３ａの電極３８ａの電位が－Ｖであり、隣接するチャネルの圧力室４３ｂの電極３８ｂの電位が＋Ｖである例を示す。この場合、図５（ａ）に示されるように、電極３８ａと電極３８ｂとに挟まれたアクチュエータ４０の第１の圧電部材３６及び第２の圧電部材３７に、分極方向と直交する方向に電圧Ｖの２倍の電界が生じる。この電界によりアクチュエータ４０は、圧力室４３ａの容積を初期状態から拡張状態に拡張し、圧力室４３の圧力を減少させる。

【0036】

図５（ｂ）は、あるチャネルの圧力室４３ａの電極３８ａの電位が＋Ｖであり、隣接するチャネルの圧力室４３ｂの電極３８ｂの電位が－Ｖである例を示す。この場合、図５（ｂ）に示されるように、電極３８ａと電極３８ｂとに挟まれたアクチュエータ４０の第１の圧電部材３６及び第２の圧電部材３７に、分極方向と直交する方向であって、図５（ａ）の例とは逆方向に電圧Ｖの２倍の電界が生じる。この電界によりアクチュエータ４０は、圧力室４３ａの容積を初期状態から収縮状態に収縮し、圧力室４３の圧力を増加させる。

【0037】

上記の様に、圧力室４３は、壁を構成するアクチュエータ４０が変形し、容積が初期状態、拡張状態、及び収縮状態で切り替わることによって圧力が変化する。圧力室４３の圧力が低くなると、共通インク室から圧力室４３にインクが引きこまれる。また、圧力室４３の圧力が高くなると、圧力室４３内のインクが吐出ノズル４１から吐出される。

【0038】

また、上記の様に、あるチャネルの圧力室４３は、隣接するチャネルの圧力室４３とアクチュエータ４０を共有する構成となっている。このため、ドライブＩＣ３３は、チャネル毎に圧力室４３の圧力を制御するのではなく、ｎチャネル（ｎは２以上の整数）毎のグループ毎に圧力室４３の圧力を制御する。上記の図５（ａ）及び図５（ｂ）の例では、３つのチャネルを１つのグループとして圧力室４３の圧力を制御する例が示されている。

【0039】

なお、圧力室４３は、スペースの大きさ、インクを構成する素材の特性、及び圧力室４３を構成する素材の特性などに応じて定まる固有のＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｌｅｎｇｔｈ（ＡＬ）を有する。即ち、ＡＬは、圧力室４３の固有振動周期を示す。

【0040】

図６は、ドライブＩＣ３３の構成例について説明する説明図である。
ドライブＩＣ３３は、ヘッドコントローラ２２の制御に基づいて、チャネル群３２の各電極３８の電位を切り替えることにより、チャネル群３２を変形させる。ドライブＩＣ３３の駆動信号を出力する為の複数の出力端子は、各チャネル群３２のチャネル毎の電極３８に接続されている。

【0041】

ドライブＩＣ３３は、レジスタ５１、波形生成回路５２、周波数設定回路５３、駆動信号生成回路５４、及びスイッチ回路５５を備える。

【0042】

レジスタ５１は、ヘッドコントローラ２２から入力された印刷データを一時的に記憶する。レジスタ５１は、記憶している印刷データを記憶した順に駆動信号生成回路５４に供給する。レジスタ５１は、例えばＦＩＦＯである。

【0043】

波形生成回路５２は、波形を生成し、駆動信号生成回路５４に供給する。波形生成回路５２は、圧力室４３の容積を拡張状態にする信号（拡張信号）と、圧力室４３の容積を初期状態にする信号（解放信号）と、圧力室４３の容積を収縮状態にする信号（収縮信号）とを用いて、種々の波形を生成する。即ち、拡張信号は、圧力室４３を上記の図５（ａ）の状態にする波形パターンである。解放信号は、圧力室４３を上記の図４の状態にする波形パターンである。収縮信号は、圧力室４３を上記の図５（ｂ）の状態にする波形パターンである。

【0044】

周波数設定回路５３は、インクジェットヘッド２１の駆動周波数を設定する。駆動周波数は、駆動信号生成回路５４が生成する駆動信号の周波数である。

【0045】

駆動信号生成回路５４は、レジスタ５１から供給される印刷データと、波形生成回路５２から供給される信号と、周波数設定回路５３で設定された駆動周波数とに基づいて、チャネル毎の駆動信号を生成する。駆動信号生成回路５４は、生成した駆動信号をスイッチ回路５５に供給する。

【0046】

スイッチ回路５５は、駆動信号生成回路５４から供給されるチャネル毎の駆動信号に基づいて、各チャネルの電極３８に印加する電圧を切り替える。

【0047】

上記したように、ドライブＩＣ３３は、各チャネルの電極３８に印加する電圧を切り替えることにより、チャネルの圧力室４３の壁を構成するアクチュエータ４０に印加する駆動電圧を変化させる。これにより、ドライブＩＣ３３は、アクチュエータ４０を変形させ、圧力室４３の容積を変化させる。ドライブＩＣ３３は、圧力室４３内の容積を拡張させることにより、共通インク室から圧力室４３にインクを引き込ませる。また、ドライブＩＣ３３は、圧力室４３内の容積を収縮させることにより、圧力室４３のインクを吐出ノズル４１から吐出させる。

【0048】

具体的には、ドライブＩＣ３３は、アクチュエータ４０に拡張信号を印加することにより、アクチュエータ４０を変形させ、圧力室４３内の容積を通常の状態（初期状態）から拡張状態に拡張させる。また、ドライブＩＣ３３は、アクチュエータ４０に解放信号を印加することにより、アクチュエータ４０を変形させ、圧力室４３内の容積を拡張状態から初期状態に収縮させる。また、ドライブＩＣ３３は、アクチュエータ４０に収縮信号を印加することにより、アクチュエータ４０を変形させ、圧力室４３内の容積を初期状態から収縮状態に収縮させる。

【0049】

次に、ドライブＩＣ３３によるアクチュエータ４０の制御について説明する。
図７は、アクチュエータ４０に生じる電位差の変化と、圧力室４３内の圧力の変化と、吐出ノズル４１に形成されるメニスカス面の速度の変化とについて説明する説明図である。

【0050】

図７の横軸は時刻を示す。グラフ６１Ａは、アクチュエータ４０に生じる電位差を示す。なお、グラフ６１Ａにおいて、圧力室４３の容積を初期状態から拡張させる方向にアクチュエータ４０を駆動する為の電圧が負電圧であり、圧力室４３の容積を初期状態から収縮させる方向にアクチュエータ４０を駆動する為の電圧が正電圧であるとする。また、グラフ６１Ａにおいて、圧力室４３の容積を初期状態に維持する為の電圧が「０［Ｖ］」であるとする。グラフ６１Ｂは、圧力室４３内の圧力を示す。グラフ６１Ｃは、吐出ノズル４１に形成されるメニスカス面の速度の変化を示す。

【0051】

ドライブＩＣ３３は、上記の拡張信号、解放信号、及び収縮信号を組み合わせることによりアクチュエータ４０を駆動する。アクチュエータ４０に拡張信号が印加される期間をＤｒａｗと称する。また、アクチュエータ４０に解放信号が印加される期間をＲｅｌｅａｓｅと称する。また、アクチュエータ４０に収縮信号が印加される期間をＰｕｓｈと称する。即ち、Ｄｒａｗ（Ｄｒａｗ期間）は、圧力室４３の容積が拡張状態である期間を示す。即ち、Ｒｅｌｅａｓｅ（Ｒｅｌｅａｓｅ期間）は、圧力室４３の容積が初期状態である期間を示す。即ち、Ｐｕｓｈ（Ｐｕｓｈ期間）は、圧力室４３の容積が収縮状態である期間を示す。

【0052】

ドライブＩＣ３３は、Ｄｒａｗ、Ｒｅｌｅａｓｅ、Ｐｕｓｈの順に圧力室４３の容積の状態を変化させる。Ｄｒａｗ、Ｒｅｌｅａｓｅ、及びＰｕｓｈの組み合わせを１回の駆動と称する。ドライブＩＣ３３は、１回の駆動中に、吐出ノズル４１からインク滴を複数滴吐出させる。本実施形態では、ドライブＩＣ３３は、１回の駆動中に、吐出ノズル４１からインク滴を２滴吐出させるものとして説明する。

【0053】

図７に示されるように、まず、ドライブＩＣ３３は、タイミングｔ１からタイミングｔ２に亘って、アクチュエータ４０に負電圧を印加する。図７の例では、負電圧は、圧力室４３を拡張させる方向にアクチュエータ４０を駆動する為の電圧である。即ち、ドライブＩＣ３３は、タイミングｔ１からタイミングｔ２に亘って、アクチュエータ４０に拡張信号を印加する。

【0054】

タイミングｔ１からタイミングｔ２に亘って、アクチュエータ４０に拡張信号を印加することにより、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間がＤｒａｗになる。Ｄｒａｗ期間の長さＤは、圧力室４３の固有振動周期ＡＬに応じた長さである。例えば、Ｄｒａｗ期間の長さＤは、圧力室４３の固有振動周期ＡＬと略等しい長さである。なお、ドライブＩＣ３３は、Ｄｒａｗ期間において、段階的に圧力室４３を拡張してもよい。即ち、ドライブＩＣ３３は、Ｄｒａｗ期間において、負電圧の値を段階的に変化させて拡張信号に応じた電圧になるように制御してもよい。

【0055】

上記の例によると、グラフ６１Ｂが示すように、タイミングｔ１において、圧力室４３の容積が初期状態から拡張状態に拡張される為、圧力室４３の圧力が低下する。さらに、圧力室４３の固有振動周期ＡＬと略等しい長さＤで拡張信号がアクチュエータ４０に印加されることにより、タイミングｔ２までの間、圧力室４３の容積が拡張した状態で維持される。これにより、圧力室４３の圧力は、一度低下してから、タイミングｔ２までの間に再び増加し、初期状態における圧力室４３の圧力（初期圧力）を超える。

【0056】

次に、ドライブＩＣ３３は、タイミングｔ２からタイミングｔ３に亘って、アクチュエータ４０に電位差が０Ｖになるように維持する。アクチュエータ４０の電位差が０Ｖである場合、アクチュエータ４０の形状が元の形状に戻る。即ち、ドライブＩＣ３３は、タイミングｔ２からタイミングｔ３に亘って、アクチュエータ４０に解放信号を印加する。

【0057】

タイミングｔ２からタイミングｔ３に亘って、アクチュエータ４０に解放信号を印加することにより、タイミングｔ２からタイミングｔ３の間がＲｅｌｅａｓｅになる。Ｒｅｌｅａｓｅ期間の長さＲは、圧力室４３の固有振動周期ＡＬに応じた長さである。例えば、Ｒｅｌｅａｓｅ期間の長さＲは、ＡＬ＜Ｒ＜３ＡＬの関係を満たす長さである。より具体的には、Ｒｅｌｅａｓｅ期間の長さＲは、Ｒ＝２ＡＬである。

【0058】

上記の例によると、グラフ６１Ｂが示すように、圧力室４３の圧力が初期圧力以上であるタイミングｔ２において、圧力室４３の容積が拡張状態から初期状態に収縮される為、圧力室４３の圧力がさらに増加する。圧力室４３の圧力が、インクの特性、並びに吐出ノズル４１の径及び形状によって定まる吐出閾値を超えた場合、吐出ノズル４１からインク滴が吐出される。図７の例においてグラフ６１Ｃが示すように、タイミングｔ２において、圧力室４３の圧力が吐出閾値を超え、メニスカス面の変位が大きくなり、吐出ノズル４１からインク滴が吐出される。

【0059】

さらに、圧力室４３の固有振動周期ＡＬの２倍の長さＲで解放信号がアクチュエータ４０に印加される。これにより、タイミングｔ３までの間、圧力室４３の容積が初期状態で維持される。これにより、圧力室４３の圧力は、一度低下してから、タイミングｔ３までの間に再び増加し、初期圧力を超える。

【0060】

次に、ドライブＩＣ３３は、タイミングｔ３からタイミングｔ４に亘って、アクチュエータ４０に正電圧を印加する。図７の例では、正電圧は、圧力室４３を収縮させる方向にアクチュエータ４０を駆動する為の電圧である。即ち、ドライブＩＣ３３は、タイミングｔ３からタイミングｔ４に亘って、アクチュエータ４０に収縮信号を印加する。

【0061】

タイミングｔ３からタイミングｔ４に亘って、アクチュエータ４０に収縮信号を印加することにより、タイミングｔ３からタイミングｔ４の間がＰｕｓｈになる。Ｐｕｓｈ期間の長さＰは、圧力室４３の固有振動周期ＡＬに応じた長さである。例えば、Ｐｕｓｈ期間の長さＰは、ＡＬ＜Ｐ＜３ＡＬの関係を満たす長さである。より具体的には、Ｐｕｓｈ期間の長さＰは、Ｐ＝２ＡＬである。なお、ドライブＩＣ３３は、Ｐｕｓｈ期間において、段階的に圧力室４３を収縮してもよい。即ち、ドライブＩＣ３３は、Ｐｕｓｈ期間において、正電圧の値を段階的に変化させて収縮信号に応じた電圧になるように制御してもよい。

【0062】

上記の例によると、グラフ６１Ｂが示すように、圧力室４３の圧力が初期圧力以上であるタイミングｔ３において、圧力室４３の容積が初期状態から収縮状態に収縮される為、圧力室４３の圧力が増加する。圧力室４３の圧力が、インクの特性、並びに吐出ノズル４１の径及び形状によって定まる吐出閾値を超えた場合、吐出ノズル４１からインク滴が吐出される。図７の例においてグラフ６１Ｃが示すように、タイミングｔ３において、圧力室４３の圧力が吐出閾値を超え、メニスカス面の変位が大きくなり、吐出ノズル４１からインク滴が吐出される。

【0063】

さらに、圧力室４３の固有振動周期ＡＬの２倍の長さＰで収縮信号がアクチュエータ４０に印加される。これにより、タイミングｔ４までの間、圧力室４３の容積が収縮状態で維持される。これにより、圧力室４３の圧力は、一度低下してから、タイミングｔ４までの間に再び増加する。

【0064】

またさらに、グラフ６１Ｂが示すように、タイミングｔ４において、ドライブＩＣ３３は、アクチュエータ４０の電位差が０になるように制御する。これにより、圧力室４３の圧力が初期圧力以上であるタイミングｔ４において、圧力室４３の容積が収縮状態から初期状態に拡張される。この結果、初期圧力以上である圧力室４３の圧力が、圧力室４３の容積の拡張によって打ち消され、圧力室４３の中の圧力振動が抑制される。

【0065】

図８は、吐出ノズル４１から吐出されたインク滴７１の飛翔状態の例を示す。図８に示されるように、１回の駆動でインク滴７１が２滴吐出されている。さらに、吐出された２滴のインク滴７１は、着弾するまでの間に合わさり、１つのインク滴７２となって印刷媒体に着弾する。

【0066】

上記したように、ドライブＩＣ３３は、Ｄｒａｗ、Ｒｅｌｅａｓｅ、及びＰｕｓｈの組み合わせである１回の駆動において、Ｄｒａｗの間であり、且つ圧力室４３の圧力が初期圧力以上であるタイミングで、圧力室４３の容積を収縮させてＤｒａｗからＲｅｌｅａｓｅに切り替える。これにより、ドライブＩＣ３３は、圧力室４３の圧力を増加させて、吐出ノズル４１からインク滴を吐出させる。またさらに、ドライブＩＣ３３は、Ｒｅｌｅａｓｅの間であり、且つ圧力室４３の圧力が初期圧力以上であるタイミングで、圧力室４３の容積をさらに収縮させてＲｅｌｅａｓｅからＰｕｓｈに切り替える。これにより、ドライブＩＣ３３は、圧力室４３の圧力を増加させて、吐出ノズル４１からインク滴を吐出させる。即ち、ドライブＩＣ３３は、ＤｒａｗからＲｅｌｅａｓｅに切り替えるタイミング及びＲｅｌｅａｓｅからＰｕｓｈに切り替えるタイミングと、圧力室４３の圧力が初期圧力以上にあるタイミングを合わせることにより、吐出ノズル４１からインク滴を吐出させる。これにより、ドライブＩＣ３３は、Ｄｒａｗ、Ｒｅｌｅａｓｅ、及びＰｕｓｈの組み合わせである１回の駆動の間に、吐出ノズル４１からインク滴を２滴吐出させることができる。この結果、本実施形態のインクジェットヘッド２１及びインクジェットプリンタ１は、ドロップ当たりに必要な電力を抑制することができる。

【0067】

また、Ｄｒａｗ期間の長さＤがＤ＝ＡＬである場合、タイミングｔ２において圧力室４３の圧力がピークになる。この為、タイミングｔ２においてＤｒａｗからＲｅｌｅａｓｅに切り替えることにより、圧力室４３の圧力を得ることが容易になる。

【0068】

また、Ｒｅｌｅａｓｅ期間の長さＲがＲ＝２ＡＬの関係を満たす場合、タイミングｔ３において圧力室４３の圧力がピークになる。この為、タイミングｔ３においてＲｅｌｅａｓｅからＰｕｓｈに切り替えることにより、圧力室４３の圧力を得ることが容易になる。

【0069】

また、Ｐｕｓｈ期間の長さＰがＰ＝２ＡＬの関係を満たす場合、タイミングｔ４において圧力室４３の圧力と、ＰｕｓｈからＲｅｌｅａｓｅへの切り替えにより減少する圧力との釣り合いが取れる。これにより、効率的に圧力室４３の圧力をキャンセルすることができる。

【0070】

図９は、ドライブＩＣ３３の温度の変化について説明する説明図である。ドライブＩＣ３３は、アクチュエータ４０を駆動する為の電力に応じて温度が上昇する。例えば、ドライブＩＣ３３が１回の駆動でインク滴を１滴吐出させる構成であり、且つ印字率が１００％である場合、ドライブＩＣ３３の温度が６５℃程度まで上昇する。しかし、ドライブＩＣ３３が１回の駆動でインク滴を２滴吐出させる構成であり、且つ印字率が１００％である場合、ドライブＩＣ３３の温度を図９に示されている４８℃程度に抑えることができる。よって、本実施形態のインクジェットヘッド２１及びインクジェットプリンタ１は、温度上昇を抑制することができる。

【0071】

なお、上記の実施形態では、ＤｒａｗからＲｅｌｅａｓｅに切り替わるタイミングｔ２、ＲｅｌｅａｓｅからＰｕｓｈに切り替わるタイミングｔ３、及びＰｕｓｈからＲｅｌｅａｓｅに切り替わるタイミングｔ４において、圧力室４３の圧力が初期圧力以上になるようにＤｒａｗの長さＤ、Ｒｅｌｅａｓｅの長さＲ、及びＰｕｓｈの長さＰがそれぞれ設定されるものと説明したがこの構成に限定されない。ＤｒａｗからＲｅｌｅａｓｅに切り替わるタイミングｔ２、ＲｅｌｅａｓｅからＰｕｓｈに切り替わるタイミングｔ３、及びＰｕｓｈからＲｅｌｅａｓｅに切り替わるタイミングｔ４において、圧力室４３の圧力が予め設定された所定の値以上になるように、Ｄｒａｗの長さＤ、Ｒｅｌｅａｓｅの長さＲ、及びＰｕｓｈの長さＰがそれぞれ設定される構成であってもよい。なお、タイミングｔ２における所定の値は、ＤｒａｗからＲｅｌｅａｓｅに切り替わることにより増加する圧力を吐出閾値から減算した値以上の値である。また、タイミングｔ３における所定の値は、ＲｅｌｅａｓｅからＰｕｓｈに切り替わることにより増加する圧力を吐出閾値から減算した値以上の値である。また、タイミングｔ４における所定の値は、ＰｕｓｈからＲｅｌｅａｓｅに切り替わることにより減少する圧力に相当し、且つ初期圧力以上の値である。

【0072】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
インクが充填される圧力室と、
前記圧力室の少なくとも一部を構成するアクチュエータと、
前記アクチュエータに信号を入力し、前記アクチュエータを変形させ、前記圧力室の容積を変化させるドライブＩＣと、
前記圧力室に連通し、且つ前記圧力室の圧力により前記圧力室内の前記インクを吐出する吐出ノズルを備えるノズルプレートと、
を具備し、
前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を初期状態から拡張状態に拡張させ、前記圧力室及び前記インクにより定まる固有振動周期の間、前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持し、
前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を初期状態で維持し、 前記圧力室の容積を前記初期状態から収縮状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記収縮状態で維持する、 インクジェットヘッド。
［Ｃ２］
前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させてから、前記固有振動周期の２倍の間、前記圧力室の容積を前記初期状態で維持するＣ１に記載のインクジェットヘッド。
［Ｃ３］
前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を前記初期状態から前記収縮状態に収縮させてから、前記固有振動周期の２倍の間、前記圧力室の容積を前記収縮状態で維持するＣ１または２に記載のインクジェットヘッド。
［Ｃ４］
前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を初期状態から拡張状態に拡張させてから、前記初期状態での前記圧力室の圧力である初期圧力を前記圧力室の圧力が超えた場合、前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させ、
前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させてから、前記初期圧力を前記圧力室の圧力が超えた場合、前記圧力室の容積を前記初期状態から前記収縮状態に収出させるＣ１に記載のインクジェットヘッド。
［Ｃ５］
印刷媒体を搬送する搬送モータと、
インクが充填される圧力室と、
前記圧力室の少なくとも一部を構成するアクチュエータと、
前記アクチュエータに信号を入力し、前記アクチュエータを変形させ、前記圧力室の容積を変化させるドライブＩＣと、
前記圧力室に連通し、且つ前記圧力室の圧力により前記圧力室内の前記インクを前記搬送モータにより搬送される前記印刷媒体に吐出する吐出ノズルを備えるノズルプレートと、
を具備し、
前記ドライブＩＣは、
前記圧力室の容積を初期状態から拡張状態に拡張させ、前記圧力室及び前記インクにより定まる固有振動周期の間、前記圧力室の容積を前記拡張状態で維持し、
前記圧力室の容積を前記拡張状態から前記初期状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を初期状態で維持し、 前記圧力室の容積を前記初期状態から収縮状態に収縮させ、前記固有振動周期より長く且つ前記固有振動周期の３倍より短い間、前記圧力室の容積を前記収縮状態で維持する、 インクジェットプリンタ。

【符号の説明】

【0073】

１…インクジェットプリンタ、１１…ＣＰＵ、１２…ＲＯＭ、１３…ＲＡＭ、１４…通信インタフェース、１５…ディスプレイ、１６…操作部材、１７…搬送モータ、１８…モータ駆動回路、１９…ポンプ、２０…ポンプ駆動回路、２１…インクジェットヘッド、２２…ヘッドコントローラ、３１…ヘッド基板、３２…チャネル群、３３…ドライブＩＣ、３４…天板、３５…ノズルプレート、３６…第１の圧電部材、３７…第２の圧電部材、３８…電極、３９…溝、４０…アクチュエータ、４１…吐出ノズル、４２…凹部、４３…圧力室、５１…レジスタ、５２…波形生成回路、５３…周波数設定回路、５４…駆動信号生成回路、５５…スイッチ回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】