JP7775105B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

従来、液体を吐出する液体吐出ヘッドを用いた液体吐出方式にはコンティニュアス方式やオンデマンド方式のピエゾ方式などがある。コンティニュアス方式は印字していない時も連続的に吐出し、印字しない時は偏向電極で屈曲させて媒体に印字しない。コンティニュアス方式は印字駆動周波数が高いが、構造が複雑で廃棄するインクが多い。ピエゾ方式は圧電素子に駆動波形を印加して動作させることで液体吐出ヘッドの圧力室の容量を変化させて印字する。ピエゾ方式は、インクの廃棄はないが、駆動周波数を高速にすることが困難である。

ピエゾ方式の液体吐出ヘッドへの吐出制御信号の与え方には、予め駆動波形などの設定データをヘッド駆動回路に転送しておき、各ラインの印字同期信号に合わせてライン単位の印刷画像データをヘッド駆動回路に転送する方式がある。各ラインの各ノズルのドロップ数や吐出量などを制御することで階調となる。

駆動波形はライン単位で吐出パルスや予備駆動のブーストパルスや圧力振動を打ち消すキャンセルパルスなどが入った構成となる。しかし、高速化に伴い、各ラインの時間(ラインタイム)が短くなり、ブーストパルスやキャンセルパルスなどを入れる時間的余裕がなくなってくる。各ラインのパルスの終わりから次のラインのパルスの始まり(サイクル間ディレイ)の時間が短くなると、キャンセルしきれなかった分の圧力振動が十分に減衰せずに印字品質が悪化するクロストークが生じる虞がある。

特許4764038号公報 特開2005-35271号公報 特開平10-296976号公報

本発明は、駆動周波数を高速化させつつ印字品質の低下を抑制できる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズルプレートと、圧力室と、アクチュエータと、駆動回路と、を備える。ノズルプレートは、ノズルを備える。液体を吐出する圧力室は、前記ノズルに連通する。アクチュエータは、電気信号に応じて前記圧力室の容積を変化させる。駆動回路は、前記アクチュエータを駆動する電気信号を生成する。前記駆動回路が出力する駆動波形は、圧力伝搬時間の１．８倍～２．２倍の周期で複数のパルスを有する吐出パルス部を有する。前記吐出パルス部は、収縮要素を有する第１パルスと、前記第１パルスの前記収縮要素と異なる前記圧力伝搬時間の０．５倍～１．５倍の長さの収縮要素を有する第２パルスと、を有する。前記第１パルスは、複数のパルスＰＡを有し、前記第２パルスは、単数又は複数のパルスＰＢと、単数又は複数のパルスＰＣと、を有し、前記パルスＰＢの収縮要素は、前記パルスＰＡの収縮要素の時間よりも短く、前記パルスＰＣの収縮要素は、前記パルスＰＢの収縮要素よりも短い。

実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す斜視図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す断面図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す断面図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置の構成を示す説明図。 実施形態に係る液体吐出装置の構成の一例を示すブロック図。 比較例の駆動波形の一例を示す説明図。 比較例１の駆動波形の一例を示す説明図。 比較例におけるサイクル間ディレイと吐出速度との関係を示す説明図。 比較例２の駆動波形の一例を示す説明図。 実施例１の駆動波形の一例を示す説明図。 実施例２の駆動波形の一例を示す説明図。 実施例３の駆動波形の一例を示す説明図。

以下に、実施形態に係る液体吐出ヘッド１及び液体吐出ヘッド１を用いた液体吐出装置１００の構成を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、液体吐出ヘッド１の構成を一部省略して示す斜視図であり、図２は、液体吐出ヘッド１の構成を一部省略して示す断面図であり、図３は、液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す断面図である。図４は、液体吐出ヘッド１を用いた液体吐出装置１００の構成を示す説明図であり、図５は、液体吐出装置１００の構成の一例を示すブロック図である。なお、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、例えば、液体としてのインクを吐出するピエゾ方式のインクジェットヘッドである。図１乃至図３に示すように、液体吐出ヘッド１は、ベース１０と、アクチュエータ２０と、振動板３０と、流路プレート４０と、複数のノズル５１を有するノズルプレート５０と、フレーム部材６０と、駆動回路７０と、を備える。

ベース１０は、例えば、矩形板状に形成される。ベース１０には、アクチュエータ２０が接合される。

アクチュエータ２０は、例えば、複数の圧電柱２１と、複数の圧電柱２１と交互に配置された非駆動圧電柱２２と、を備える圧電部材である。アクチュエータ２０は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２が所定の間隔で一方向に並ぶことで、櫛歯状に形成される。例えば、このようなアクチュエータ２０は、ベース１０に接合された積層型圧電部材を、ベース１０側とは反対側の端面からダイシングによって溝２３を加工して、１つの圧電部材に対して矩形の柱状に形成された複数の圧電素子を所定の間隔で形成する。そして、形成された複数の圧電素子は、電極等が設けられることで、圧電素子としての、交互に配置された複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２を構成する。即ち、アクチュエータ２０は、形成された複数の溝２３により、一端側が複数に分割され、他端側（ベース１０側）が連結する。即ち、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２は、一方向（第１方向）に沿って、溝２３を挟んで交互に並列配置される。

なお、アクチュエータ２０を構成する積層型圧電部材は、シート状の圧電材料を積層して焼結することで形成される。なお、アクチュエータ２０は、積層型圧電部材に限定されない。例えば、アクチュエータ２０は、チップ型や多段チップ型等であってもよく、他の構成であってもよい。即ち、アクチュエータ２０は、圧力室の容積を可変可能なピエゾ方式であればよい。

具体例として、図１乃至図３に示すように、圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は、例えば駆動素子としての積層圧電体である。圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は、積層された複数の圧電体層２１１と、ベース１０側のダミー層２１２と、各圧電体層２１１の主面に形成される内部電極２２１、２２２と、外部電極２２３、２２４と、を備える。なお、一例としては、圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は同じ構成である。

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向（第２方向）に積層され、焼結することにより接着される。なお、ここで、複数の圧電体層２１１の積層方向（第２方向）は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の並び方向（第１方向）に対して直交する。

内部電極２２１、２２２は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１、２２２は、互いに異なる極である。例えば、図３に示すように、一方の内部電極２２１は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の並び方向（第１方向）、並びに、圧電体層２１１の積層方向（第２方向）の双方と直交する方向（第３方向）において、圧電体層２１１の一方の端部に至り、圧電体層２１１の他方の端部には至らない領域に形成される。他方の内部電極２２２は、図３に示すように、第３方向において、圧電体層２１１の一方の端部には至らず、圧電体層２１１の他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１、２２２は圧電柱２１、２２の側面に形成される外部電極２２３、２２４にそれぞれ接続される。

外部電極２２３、２２４は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の表面に形成され、内部電極２２１、２２２の端部を集めて構成される。例えば外部電極２２３、２２４は、圧電体層２１１の積層方向と直交する第３方向における一方の端面と他方の端面とに、それぞれ形成される。外部電極２２３、２２４はメッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜される。外部電極２２３と外部電極２２４は、異なる極である。外部電極２２３と外部電極２２４とは、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の異なる側面部にそれぞれ配置されている。なお、外部電極２２３と２２４とは、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の同じ側面部のうち、異なる領域に取り回されていてもよい。

本実施形態において一例として外部電極２２３を個別電極、外部電極２２４を共通電極とする。複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の個別電極となる外部電極２２３は、電極層が溝２３によって分割され、互いに独立して配置される。共通電極となる外部電極２２４は、電極層が溝２３よりもベース１０側の領域で互いに連結され、例えば接地される。

外部電極２２３、２２４は、例えば駆動回路７０に接続される。例えば、個々の外部電極２２３、２２４は、配線により駆動回路７０の後述するドライバ７２３を介して、駆動部としての制御部１５０に接続され、プロセッサ１５１による制御によって駆動制御可能に構成される。

ダミー層２１２は、圧電体層２１１と同材料である。ダミー層２１２は電極を片側にしか有さず、電界がかからないので変形しない。すなわち、ダミー層２１２は圧電体としては機能せず、アクチュエータ２０をベース１０に固定するベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

一例として、各圧電柱２１及び各非駆動圧電柱２２は、圧電体層２１１の積層数を５０層以下、各層の厚さを１０μｍ～４０μｍ、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。

圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２は、外部電極２２３、２２４を介して内部電極２２１、２２２に電圧が印加されることで、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。ここで言う縦振動とは、例えば「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。例えば、図２に示すように、１つおきに配される複数の圧電柱２１が振動板３０を挟んで圧力室３１に対応して配置され、残りの非駆動圧電柱２２は振動板３０を挟んで隔壁部４２に対向する位置に配置される。

圧電柱２１は、電圧が印加されることで縦振動し、振動板３０を変位させる。即ち、圧電柱２１は、圧力室３１を変形させる。非駆動圧電柱２２は、隔壁部４２に対向する位置に配置される。非駆動圧電柱２２には電圧を印加しない。

振動板３０は、複数の圧電柱２１、２２の圧電体層２１１の積層方向の一方側、即ち、ノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は、例えば変形可能に構成される。振動板３０は、アクチュエータ２０の圧電柱２１及び非駆動圧電柱２２と、フレーム部材６０と、に接合される。

振動板３０は、例えば、厚さ方向が圧電体層２１１の積層方向となるように配された平板状である。振動板３０は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の並び方向に面方向が延びる。振動板３０は、例えば金属板である。振動板３０は、各圧力室３１に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有する。振動板３０は、複数の振動部位が一体に連なって形成される。

例えば、振動板３０は、１枚の平板状に構成され、圧電柱２１に接合された領域がそれぞれ個別に変位する。振動板３０は、例えばＳＵＳ板で構成される。振動板３０の厚さ寸法は、５μｍ～１５μｍ程度に構成される。なお、振動板３０は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。

振動板３０は、圧電柱２１の縦振動によって生じる圧電柱２１の伸長と圧縮によって、当該圧電柱２１に対向配置された部位が変位することで、圧力室３１を変形させて、圧力室３１の容積を変化させる。

振動板３０は、圧電柱２１、２２の第２方向の一方側の端面及びフレーム部材６０の端面に、接合される。一例として、本実施形態において、振動板３０の第２方向一方側の主面が流路プレート４０に接合される。振動板３０と流路プレート４０との間にはインクが収容可能な圧力室３１及びガイド流路３４が形成される。振動板３０の第２方向の他方側の主面が圧電柱２１、２２に接合される。また、振動板３０の第２方向の他方側の主面がフレーム部材６０の端面に接合される。

振動板３０は、フレーム部材６０との間に、インクが収容可能な共通室３２を形成する。振動板３０は、一方側の主面が圧電柱２１、２２、フレーム部材６０及び共通室３２にそれぞれ面しているとともに、他方側の主面が圧力室３１、隔壁部４２、及びガイド流路３４に、それぞれ面している。

振動板３０は、厚さ方向に貫通するとともに圧力室３１と共通室３２とを連通させる開口３３を複数有する。複数の開口３３は、振動板３０の厚さ方向で一方側に形成される複数の圧力室３１と、振動板３０の厚さ方向で他方側に形成される共通室３２を連通する。振動板３０は、圧電柱２１の変形に伴って変形することにより、圧力室３１の容積を変化させる。

流路プレート４０は、振動板３０の一方側に接合される。流路プレート４０は、ノズルプレート５０と振動板３０との間に配される。流路プレート４０は、所定の流路３５を形成する。流路プレート４０は、振動板３０の外縁部に接合される枠状部４１と、複数の流路３５を隔てる複数の隔壁部４２と、ガイド流路３４を形成するガイド壁４３と、を備える。

所定の流路３５は、隔壁部４２によって隔てられる複数の圧力室３１と、共通室３２と、振動板３０の複数の開口３３と、圧力室３１及び開口３３を連通する、隔壁部４２によって隔てられる複数のガイド流路３４と、を含む。

複数の圧力室３１は、複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２の並び方向である第１方向に並ぶ。一方向に並ぶ複数の圧力室３１は、隔壁部４２によって隔てられる。複数の圧力室３１は、第２方向において、一方側が振動板３０で閉塞される。複数の圧力室３１は、振動板３０の複数の圧電柱２１及び複数の非駆動圧電柱２２が設けられる側とは反対側に形成される。各圧力室３１は、第２方向において、振動板３０とは反対側に配されるノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。

複数の圧力室３１は、ガイド流路３４及び開口３３を介して共通室３２に連通する。圧力室３１は共通室３２からガイド流路３４を経て供給される液体を保有し、圧力室３１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

共通室３２は、フレーム部材６０の内側に形成される。共通室３２は、振動板３０に設けられた複数の開口３３及び複数のガイド流路３４を通じて圧力室３１に連通する。

開口３３は、振動板３０に形成される。複数の開口３３は、共通室３２と複数のガイド流路３４を連通する。ガイド流路３４は、開口３３及び圧力室３１を連通し、共通室３２のインクを圧力室３１に案内する。

隔壁部４２は、第１方向に並ぶ複数の圧力室３１間を隔てるとともに、第１方向に並ぶ複数のガイド流路３４間を隔て、圧力室３１及びガイド流路３４の両側部を構成する壁部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、非駆動圧電柱２２に対向配置され、非駆動圧電柱２２によって支持される。

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室３１の一方側の開口を覆うように、流路プレート４０の一方側に配置されている。ノズルプレート５０には、厚さ方向に貫通する複数のノズル５１が形成される。ノズル５１は第３方向に沿って並び、ノズル列が形成される。各ノズル５１は、複数の圧力室３１に対応する位置にそれぞれ設けられている。

フレーム部材６０は振動板３０の第１方向における他方側に配置される。フレーム部材６０は圧電柱２１、２２とともに振動板３０に接合される構造体である。フレーム部材６０は圧電柱２１、２２の、振動板３０の振動方向に直交する方向に設けられ、例えば本実施形態においてはアクチュエータ２０の周りに配置される。フレーム部材６０は、液体吐出ヘッド１の外郭を構成する。またフレーム部材６０は、内部に液体の流路を形成していてもよい。本実施形態において、フレーム部材６０は、振動板３０の他方側に接合されるとともに、振動板３０との間に共通室３２を形成する。

駆動回路７０は、一端が外部電極２２３、２２４に接続される配線フィルム７１と、配線フィルム７１に搭載されたドライバＩＣ７２と、配線フィルム７１の他端に実装されたプリント配線基板と、を備える。

駆動回路７０は、アクチュエータ２０の駆動信号を生成する駆動信号生成手段である。駆動回路７０は、ドライバＩＣ７２により駆動電圧を外部電極２２３、２２４に印加することで、圧電柱２１、２２を駆動し、圧力室３１の容積を増減させて、ノズル５１から液滴を吐出させる。

配線フィルム７１は、複数の個別電極である個別電極２２３及び共通電極２２４に接続される。例えば、配線フィルム７１は、外部電極２２３、２２４の接続部に熱圧着等により固定されるＡＣＦ（異方導電性フィルム）である。配線フィルム７１は、例えば、ドライバＩＣ７２が実装されたＣＯＦ（Chip on Film）である。

ドライバＩＣ７２は、配線フィルム７１を介して外部電極２２３、２２４に接続される。なお、ドライバＩＣ７２は、配線フィルム７１ではなく、ＡＣＰ（異方導電ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、及びＮＣＰ（非導電性ペースト）のような他の手段によって、外部電極２２３、２２４に接続されても良い。

ドライバＩＣ７２は、各圧電柱２１、２２を動作させるための制御信号及び駆動信号を生成する。ドライバＩＣ７２は、液体吐出装置１００の制御部１５０から入力された画像信号に従い、インクを吐出させるタイミング及びインクを吐出させる圧電柱２１を選択するなどの制御のための制御信号を生成する。また、ドライバＩＣ７２は、制御信号に従って圧電柱２１に印加する電圧、すなわち駆動信号（電気信号）を生成する。ドライバＩＣ７２が圧電柱２１に駆動信号を印加すると、圧電柱２１は、振動板３０を変位させて圧力室３１の容積を変化させるように駆動する。これにより、圧力室３１に充填されたインクは、圧力振動を生じる。圧力振動により、圧力室３１に設けられたノズル５１からインクが吐出する。なお、液体吐出ヘッド１は、１画素に着弾するインク滴の量を変更することで階調表現を実現できるようにしてもよい。また、液体吐出ヘッド１は、インクの吐出回数を変えることで、１画素に着弾するインク滴の量を変更できるようにしてもよい。このように、ドライバＩＣ７２は、駆動信号を圧電柱２１に印加する印加部の一例である。

例えば、ドライバＩＣ７２は、データバッファ７２１、デコーダ７２２、ドライバ７２３を備えている。データバッファ７２１は、印字データを圧電柱２１、２２毎に時系列に保存する。デコーダ７２２は、圧電柱２１、２２毎に、データバッファ７２１に保存された印字データに基づいて、ドライバ７２３を制御する。ドライバ７２３は、デコーダ７２２の制御に基づき、各圧電柱２１、２２を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、各圧電柱２１、２２に印加する電圧である。

プリント配線基板は、各種電子部品やコネクタが搭載されたＰＷＡ（Printing Wiring Assembly）である。プリント配線基板は、液体吐出装置１００の制御部１５０に接続される。

以下、液体吐出ヘッド１を備える液体吐出装置１００の一例について、図４及び図５を参照して説明する。液体吐出装置１００は、例えば、インクジェット記録装置である。液体吐出装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、を備える。また、液体吐出装置１００は、制御部１５０を備える。

液体吐出装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

筐体１１１は、液体吐出装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

ヘッドユニット１３０は、液体吐出ヘッド１と、液体吐出ヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしての複数のインクタンク１３２と、液体吐出ヘッド１とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、供給ポンプ１３４と、を備える。

本実施形態において、ヘッドユニット１３０は、複数設けられる。各ヘッドユニット１３０は、異なる色のインクが用いられる。例えば、複数のヘッドユニット１３０として、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色の液体吐出ヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によって液体吐出ヘッド１に接続される。

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、液体吐出ヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク１３２内を負圧制御することで、液体吐出ヘッド１の各ノズル５１に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１５０に接続され、制御部１５０によって制御される。供給ポンプ１３４は、液体吐出ヘッド１に液体を供給する。

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。

搬送用ローラ１２２は、制御部１５０の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

制御部１５０は、例えば、制御基板である。制御部１５０は、プロセッサ１５１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１５２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１５３、入出力ポートであるＩ／Ｏポート１５４、画像メモリ１５５を搭載している。

プロセッサ１５１は、コントローラであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理回路である。プロセッサ１５１は、Ｉ／Ｏポート１５４を通して、液体吐出装置１００に設けられるヘッドユニット１３０、駆動モータ１６１、操作部１６２、及び各種センサ１６３等を制御する。プロセッサ１５１は、画像メモリ１５５に保存した印字データを描画順に駆動回路７０に送信する。

ＲＯＭ１５２は、各種のプログラムなどを記憶する。ＲＡＭ１５３は、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶する。Ｉ／Ｏポート１５４は、外部接続機器２００等の外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部である。外部接続機器２００からの印字データは、Ｉ／Ｏポート１５４を通じて制御部１５０へ送信され、画像メモリ１５５に保存される。

以下、実施形態に係る液体吐出装置１００に用いられる液体吐出ヘッド１の駆動回路７０で生成される駆動信号による駆動波形について、従来の駆動波形の一例である比較例の駆動波形と比較して説明する。

［比較例の駆動波形］
先ず、図６乃至図９を用いて、比較例の駆動波形を説明する。

図６に示すように、比較例の駆動波形は、ライン単位で駆動波形が構成される。比較例の駆動波形は、各ラインにおいて、吐出パルス部、予備駆動のブーストパルス部及び圧力振動を打ち消すキャンセルパルス部などが入る。

ここで、比較例の駆動波形には、インクが充填された圧力室３１の圧力振動周期の半周期である圧力伝搬時間ＡＬ(Acoustic Length)に対して、１．８ＡＬ～２．２ＡＬ(即ち、２．０ＡＬ±０．２ＡＬ(ばらつき))の周期の圧力振動を維持する吐出パルス部を設ける。また、比較例の駆動波形のブーストパルス部には、吐出パルス部に対して、２ＡＬの時間の同位相のパルスか、１ＡＬの時間の逆位相のパルスを設ける。また、比較例の駆動波形のキャンセルパルス部には、吐出パルス部に対して、２ＡＬの時間の逆位相のパルスか、１ＡＬの時間の同位相のパルスを設ける。また、ブーストパルス部とキャンセルパルス部を除き、非吐出時はパルスを設けないサイクル間ディレイを設ける。

比較例の駆動波形の例として、図７に、比較例１として従来の駆動波形と圧力振動との関係を示し、図９に、比較例２として、比較例の駆動波形において、隣り合うラインの間のブーストパルス部、サイクル間ディレイ及びキャンセルパルス部を有さず、複数のパルスを連続させた駆動波形と、連続駆動による圧力振動との関係を示す。また、図８に、圧力振動が残留した場合のサイクル間ディレイと吐出速度の関係を示す。

［比較例１］
図７に示す圧力振動のように、比較例１の駆動波形では、キャンセルパルス部で打ち消せない圧力振動が残留した場合、サイクル間ディレイの時間で減衰する。しかしながら、図８に示すように、サイクル間ディレイが短い場合、吐出速度や吐出体積が影響を受ける。また、サイクル間ディレイが短くなるため駆動周波数を高くすることが困難となる。

［比較例２］
図９の比較例２は、連続駆動した場合の駆動波形と圧力振動である。理論上は最大の駆動周波数とすることができる波形であるが、安定性やロバスト性が低下して印字品質が悪化する。また、インクの粘度や各圧力室の加工誤差により圧力伝搬時間が変わり、吐出パルスによる圧力振動の残る程度に差が生じるが、僅かな差であっても連続で吐出した場合は、差が蓄積して影響が大きくなる。

［実施形態の駆動波形］
次に、本実施形態の液体吐出ヘッド１の駆動波形を説明する。本実施形態の液体吐出ヘッド１の駆動波形は、複数回の吐出パルスを含む吐出パルス部を有する。また、液体吐出ヘッド１の駆動波形は、圧力振動を吐出しない程度に維持する非吐出パルスを含む非吐出パルス部を含む。吐出パルス部は、インクが充填された圧力室３１の圧力振動周期の半周期である圧力伝搬時間ＡＬに対して、１．８ＡＬ～２．２ＡＬ(即ち、２．０ＡＬ±０．２ＡＬ(ばらつき))の周期の圧力振動を維持する。

即ち、吐出パルス部は、圧力伝搬時間ＡＬの１．８倍（１．８ＡＬ）～２．２倍（２．２ＡＬ）の周期のタイミングで連続して動作する複数回の吐出パルスを有し、そして、これら複数回の吐出パルスは、異なる周期で圧力室３１を収縮させる２種以上の周期を有する。具体例として、吐出パルス部は、単数又は複数の第１パルス及び単数又は複数の第２パルスを組み合わせることで構成される。

第１パルスは、圧力室３１を収縮させる収縮要素を含む。第１パルスの収縮要素は、圧力伝搬時間ＡＬの０．９倍（０．９ＡＬ）～１．１倍（１．１ＡＬ）の時間で圧力室３１を収縮させる。例えば、吐出パルス部において複数の第１パルスが連続する。

第２パルスは、第１パルスとは異なるパルスである。第２パルスは、第１パルスと同様に、圧力伝搬時間ＡＬの１．８倍（１．８ＡＬ）～２．２倍（２．２ＡＬ）の周期の圧力振動を維持するパルスである。第２パルスは、インク吐出のタイミングで、圧力伝搬時間ＡＬの０．５倍（０．５ＡＬ）～１．５倍（１．５ＡＬ）の時間で圧力室３１を収縮させるパルスのうち少なくとも一種類のパルスである。ここで、第２パルスの収縮要素は、圧力伝搬時間ＡＬの０．５～１．５倍の間の周期で複数設定可能である。例えば、第１パルスをパルスＰＡとしたときに、第２パルスは、異なるパルスＰＢ～Ｐｎというように、複数の異なるパルス（複数種のパルス）を設定可能である。

即ち、吐出パルス部は、第１パルスであるパルスＰＡと、第２パルスである異なるパルスＰＢ～Ｐｎまでの少なくとも１つと、を有する。

非吐出パルス部は、インクが吐出しない程度に圧力振動を維持する。非吐出パルス部は、吐出パルス部の間に設けられる。非吐出パルス部は、収縮要素及び拡張要素を有さないか、又は、圧力伝搬時間ＡＬの０．５倍（０．５ＡＬ）以下の拡張要素を有する。

このような液体吐出ヘッド１の駆動波形の具体例及び駆動波形による圧力振動の例として、以下、実施例１乃至実施例３を図１０乃至図１２を用いて説明する。
［実施例１］
図１０は、実施例１に係る駆動波形を示す。実施例１の駆動波形は、隣り合うライン間にサイクル間ディレイを有さず、吐出パルス部を第１パルスとしての複数のパルスＰＡと、第２パルスとしての複数のパルスＰＢ及び複数のパルスＰＣとを有する。例えば、パルスＰＢの収縮要素の時間は、パルスＰＡの収縮要素の時間よりも短く、パルスＰＣの収縮要素の時間は、パルスＰＢの収縮要素の時間のよりも短い。また、実施例１の駆動波形は、例えば、ブーストパルス部の後の吐出パルス部において、２つのパルスＰＡと、４つのパルスＰＢと、２つのパルスＰＣとを有する。そして、実施例１の駆動波形は、吐出パルス部のあとに、圧力伝搬時間ＡＬの０．５倍（０．５ＡＬ）以下の拡張要素を有する非吐出パルス部としてのキャンセルパルス部を有する。

［実施例２］
図１１は、実施例２に係る駆動波形を示す。実施例２の駆動波形は、隣り合う吐出パルス部の間に非吐出パルス部を有する。吐出パルス部は、第１パルスとしての複数のパルスＰＡと、第２パルスとしての単数又は複数のパルスＰＢ及び単数又は複数のパルスＰＣとを有する。具体的には、非吐出パルス部の前の吐出パルス部は、第１パルスとしての２つのパルスＰＡと、第２パルスとしての１つのパルスＰＢとを有する。非吐出パルス部の後の吐出パルス部を第１パルスとしての３つのパルスＰＡと、第２パルスとしての１つのパルスＰＢ及び１つのパルスＰＣとを有する。例えば、パルスＰＢの収縮要素の時間は、パルスＰＡの収縮要素の時間よりも短く、パルスＰＣの収縮要素の時間は、パルスＰＢの収縮要素の時間のよりも短い。隣り合う吐出パルス部の間に設けられる非吐出パルス部は、収縮要素及び拡張要素を有さない。また、実施例２の駆動波形は、例えば、ブーストパルス部、吐出パルス部、非吐出パルス部、吐出パルス部及びキャンセルパルス部を順に有する。そして、実施例２の駆動波形は、吐出パルス部のあとに、圧力伝搬時間ＡＬの０．５倍（０．５ＡＬ）以下の拡張要素を有する非吐出パルス部としてのキャンセルパルス部を有する。

［実施例３］
図１２は、実施例３に係る駆動波形を示す。実施例３の駆動波形は、隣り合う吐出パルス部の間に非吐出パルス部を有する。吐出パルス部は、第１パルスとしての複数のパルスＰＡと、第２パルスとしての単数又は複数のパルスＰＢ及び単数又は複数のパルスＰＣとを有する。具体的には、非吐出パルス部の前の吐出パルス部は、第１パルスとしての２つのパルスＰＡと、第２パルスとしての１つのパルスＰＢとを有する。非吐出パルス部の後の吐出パルス部を第１パルスとしての３つのパルスＰＡと、第２パルスとしての１つのパルスＰＢ及び１つのパルスＰＣとを有する。例えば、パルスＰＢの収縮要素の時間は、パルスＰＡの収縮要素の時間よりも短く、パルスＰＣの収縮要素の時間は、パルスＰＢの収縮要素の時間のよりも短い。非吐出パルス部は、圧力伝搬時間ＡＬの０．５倍（０．５ＡＬ）以下の拡張要素を有する。また、実施例３の駆動波形は、例えば、ブーストパルス部、吐出パルス部、非吐出パルス部、吐出パルス部及びキャンセルパルス部を順に有する。そして、実施例３の駆動波形は、吐出パルス部のあとに、圧力伝搬時間ＡＬの０．５倍（０．５ＡＬ）以下の拡張要素を有する非吐出パルス部としてのキャンセルパルス部を有する。

このような実施形態の駆動波形は比較例の単一の吐出パルスと異なり、圧力振動を減衰・増幅させる複数種の吐出パルスを有する吐出パルス部で構成されるか、又は、吐出パルス部に加えて圧力振動を吐出しない程度に維持する非吐出パルスで構成される。

即ち、収縮要素のパルス幅は、１ＡＬの時に最も圧力振動が高くなり、ずれるほど圧力振動が低下する。このため、実施形態の駆動波形は、複数種の吐出パルスであるパルスＰＡ～Ｐｎを組み合わせることで、図１０乃至図１２の圧力振動に示すように、連続で吐出する時の圧力振動を個別で制御するために、パルス幅や電圧などで圧力振動を調整できる。

また、実施形態の駆動波形は、圧力振動を吐出しない程度に維持する非吐出パルス部を、吐出パルス部間で非吐出になる時に設ける。例えば、図１１のように、吐出パルス部の間の非吐出時に拡張要素のパルスを設けない場合、圧力振動はインクの粘度などに基づき減衰する。その場合、非吐出パルス部の後の吐出パルス部での圧力振動が弱くなり、吐出量の低下に繋がる。このため、次の吐出パルス部においてインクを安定して吐出するために、図１２のように、非吐出時も圧力振動を制御することも好適である。

上述したように、液体吐出ヘッド１は、アクチュエータ２０を駆動するための駆動回路７０が生成する駆動信号としての駆動波形を、インクを吐出する吐出パルス部において、複数の異なる収縮要素を有するパルスＰＡ～Ｐｎから２以上用いる構成とする。これにより、液体吐出ヘッド１は、サイクル間ディレイを設けなくても、圧力振動を減衰させることができ、駆動周波数を高速化させつつ印字品質の低下を抑制できる。

なお、実施形態は、例として提示したものであり、上述した例に限定されない。例えば、上述した圧電柱２１、２２の具体的な構成や、流路の形状、流路プレート４０、ノズルプレート５０、フレーム部材６０を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。また、ノズル５１や圧力室３１の配列も上記に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また複数の圧力室３１の間に、ダミー室を形成してもよい。また、ピエゾ方式の液体吐出ヘッド１であれば、種々のアクチュエータを用いることができる。

また、上述した例では、アクチュエータが振動板を駆動し、これにより圧力室を変形させて液体を吐出するルーフシュータ型の液体吐出ヘッド１を説明したが、この例に限られない。即ち、上記の駆動波形は、アクチュエータによって圧力室を変形させる種々のタイプの液体吐出ヘッドに適用できる。例えば、液体吐出ヘッドは、サイドシュータ型の液体吐出ヘッドでもよい。

また、上述した例では、液体吐出ヘッド１及び液体吐出装置１００において、吐出する液体は印字用のインクの説明をしたが、液体は上述したインクに限られるものではなく、透明光沢インク、赤外線又は紫外線等を照射したときに発色するインク、又はその他の特殊インクなども吐出可能である。さらに、液体吐出ヘッド１は、インク以外の液体を吐出することができるものであっても良い。なお、液体吐出ヘッド１が吐出する液体は、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出ヘッド１が吐出するインク以外の液体としては例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体、人工的に組織又は臓器などを形成するための細胞などを含む液体、接着剤などのバインダー、ワックス、又は液体状の樹脂などが挙げられる。このため、液体吐出装置は、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途等にも用いることが可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態の液体吐出ヘッドによれば、複数の異なる収縮要素を有するパルスを２以上有する駆動波形とすることで、駆動周波数を高速化させつつ印字品質の低下を抑制できる。

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、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
［１］ 液体を吐出するノズルを備えるノズルプレートと、
前記ノズルに連通する圧力室と、
電気信号に応じて前記圧力室の容積を変化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電気信号を生成する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路が出力する駆動波形は、圧力伝搬時間の１．８倍～２．２倍の周期で複数のパルスを有する吐出パルス部を有し、
前記吐出パルス部は、収縮要素を有する第１パルスと、前記第１パルスの前記収縮要素と異なる前記圧力伝搬時間の０．５倍～１．５倍の長さの収縮要素を有する第２パルスと、を有する、液体吐出ヘッド。
［２］ 前記第１パルスの前記収縮要素は、前記圧力伝搬時間の０．９倍～１．１倍の長さである、［１］に記載の液体吐出ヘッド。
［３］ 前記第２パルスの前記収縮要素は、前記第１パルスの前記収縮要素よりも短い、［２］に記載の液体吐出ヘッド。
［４］ 前記駆動波形は、隣り合う前記吐出パルス部の間に非吐出パルス部を有する、［１］乃至［３］のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
［５］ 前記非吐出パルス部は、前記圧力伝搬時間の０．５倍以下の拡張要素を有する、［４］に記載の液体吐出ヘッド。

１…液体吐出ヘッド、１０…ベース、２０…アクチュエータ、２１…圧電柱、２２…非駆動圧電柱、２３…溝、３０…振動板、３１…圧力室、３２…共通室、３３…開口、３４…ガイド流路、３５…流路、４０…流路プレート、４１…枠状部、４２…隔壁部、４３…ガイド壁、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、６０…フレーム部材、７０…駆動回路、７１…配線フィルム、７２…ドライバＩＣ、１００…液体吐出装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…供給ポンプ、１５０…制御部、１５１…プロセッサ、１５４…Ｉ／Ｏポート、１５５…画像メモリ、１６１…駆動モータ、１６２…操作部、１６３…種センサ、２００…外部接続機器、２１１…圧電体層、２１２…ダミー層、２２１…内部電極、２２２…内部電極、２２３…外部電極（個別電極）、２２４…外部電極（共通電極）、７２１…データバッファ、７２２…デコーダ、７２３…ドライバ。

Claims (5)

1. 液体を吐出するノズルを備えるノズルプレートと、
   前記ノズルに連通する圧力室と、
   電気信号に応じて前記圧力室の容積を変化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電気信号を生成する駆動回路と、を備え、
   前記駆動回路が出力する駆動波形は、圧力伝搬時間の１．８倍～２．２倍の周期で複数のパルスを有する吐出パルス部を有し、
   前記吐出パルス部は、収縮要素を有する第１パルスと、前記第１パルスの前記収縮要素と異なる前記圧力伝搬時間の０．５倍～１．５倍の長さの収縮要素を有する第２パルスと、を有し、
   前記第１パルスは、複数のパルスＰＡを有し、前記第２パルスは、単数又は複数のパルスＰＢと、単数又は複数のパルスＰＣと、を有し、前記パルスＰＢの収縮要素は、前記パルスＰＡの収縮要素の時間よりも短く、前記パルスＰＣの収縮要素は、前記パルスＰＢの収縮要素よりも短い、液体吐出ヘッド。
2. 前記第１パルスの前記収縮要素は、前記圧力伝搬時間の０．９倍～１．１倍の長さである、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第２パルスの前記収縮要素は、前記第１パルスの前記収縮要素よりも短い、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記駆動波形は、隣り合う前記吐出パルス部の間に非吐出パルス部を有する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記非吐出パルス部は、前記圧力伝搬時間の０．５倍以下の拡張要素を有する、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。