JP2015199246A - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ブーストパルスによる吐出安定性を高める。【解決手段】 電圧＋Ｖの正パルスと電圧−Ｖの負パルスとを交互に含む駆動パルスをアクチュエータに印加してインク室に圧力振動を生じさせ、この圧力振動によりインク室から複数のインク滴を連続して吐出させるマルチドロップ方式のインクジェットヘッドにおいて、駆動パルスの前にアクチュエータに印加してインク室を予備振動させるブーストパルスを、アクチュエータに正パルスと負パルスとの電位差の半分の電界が生じる電圧のパルスとする。【選択図】 図１２

Description

本発明の実施形態は、マルチドロップ方式のインクジェットヘッド及びこのヘッドを用いたインクジェットプリンタに関する。

複数のインク滴を連続して吐出することが可能なマルチドロップ方式のインクジェットヘッドがある。このヘッドを用いたインクジェットプリンタは、１ドットに対してヘッドから吐出されるインク滴の数を可変することで濃度階調を行う。

ヘッドから複数のインク滴を連続して吐出させる場合、２ドロップ目以降のインク滴は、その直前に吐出したインク滴の残留圧力振動により吐出速度が速まる。しかし、１ドロップ目のインク滴は、メニスカスが静止した状態から圧力振動が付与されるため、２ドロップ目以降と比較して吐出速度が遅い。その結果、吐出が不安定になって印字品質の低下が避けられない。

このような不具合を防止するために、１ドロップ目のインク滴を吐出させる駆動パルスの前にブーストパルスと呼ばれるパルスをインクジェットヘッドに印加する方法が知られている。ブーストパルスが印加されると、インクジェットヘッドでは、インク滴が吐出しない程度の微小な圧力振動が生じる。その結果、１ドロップ目のインク滴の吐出速度が速まる。このような圧力振動を予備振動と称する。

しかし、同じブーストパルスをインクジェットヘッドに印加しても、インクの種類や圧力室（インク室）の形状等によって予備振動が変化する。このため、安定した吐出が得られない。吐出安定性を高めるには、ブーストパルスによる予備振動を調整する必要がある。従来は、ブーストパルスの幅を可変することで予備振動を調整していた。しかし、ブーストパルスの幅だけでは調整に限界があり、ブーストパルスのパルス幅を短くしても予備振動が大きくなりすぎて、安定した吐出が得られないことがある。

特開２００７‐０２２０７３号公報

一実施形態が解決しようとする課題は、ブーストパルスによる吐出安定性を高め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しようとするものである。

一実施形態において、インクジェットヘッドは、電圧＋Ｖの正パルスと電圧−Ｖの負パルスとを交互に含む駆動パルスをアクチュエータに印加してインク室に圧力振動を生じさせ、この圧力振動によりインク室から複数のインク滴を連続して吐出させるマルチドロップ方式のものである。このマルチドロップ方式のインクジェットヘッドにおいて、駆動パルスの前にアクチュエータに印加してインク室を予備振動させるブーストパルスを、アクチュエータに正パルスと負パルスとの電位差の半分の電界が生じる電圧のパルスとする。

インクジェットヘッドの一部を分解して示す斜視図。 インクジェットヘッドの前方部における横断面図。 インクジェットヘッドの前方部における縦断面図。 インクジェットヘッドの動作原理を説明するための模式図。 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。 インクジェットヘッド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。 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。 第１パターンの駆動パルス信号を示す波形図。 第１パターンの駆動パルス信号によりアクチュエータに生じる電界の変遷図。 第１パターンの駆動パルス信号によるブーストパルスのパルス幅と１〜７ドロップ目までの各ドロップの圧力との対応関係を示す図。 第２パターンの駆動パルス信号を示す波形図。 第２パターンの駆動パルス信号によりアクチュエータに生じる電界の変遷図。 第２パターンの駆動パルス信号によるブーストパルスのパルス幅と１〜７ドロップ目までの各ドロップの圧力との対応関係を示す図。

以下、ブーストパルスによる吐出安定性を高め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の実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、この実施形態は、シェアモードタイプのインクジェットヘッド１００を用いたインクジェットプリンタ２００を例示する。

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の前方部における横断面図、図３は、ヘッド１００の前方部における縦断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

ヘッド１００は、天板６とオリフィスプレート７とを備える。天板６は、各溝３の上部を塞ぐ。オリフィスプレート７は、各溝３の先端を塞ぐ。ヘッド１００は、天板６とオリフィスプレート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。

天板６は、その内側後方に共通インク室５を備える。オリフィスプレート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セットとし、圧力室１５の高さ方向に対して互いに重ならない位置に形成される。

オリフィスプレート７の材料としては、ステンレス等の金属材料、単結晶シリコンなどの無機材料、あるいはポリイミドフィルム等の樹脂材料を用いることができる。本実施形態では、ポリイミドフィルムをオリフィスプレート７の材料とする。ポリイミドフィルムをオリフィスプレート７の材料とした場合、オリフィスプレート７を圧電部材１，２に接着した後にエキシマレーザ等で孔加工を施すことにより、高精度なノズル８を形成することができる。金属材料をオリフィスプレート７の材料とした場合には、プレス加工によってノズル８を形成できる。無機材料をオリフィスプレート７の材料とした場合には、フォトリングラフィーによるドライエッジングやウェットエッジング等でノズル８を形成できる。

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。

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１５ａと、この圧力室１５ａに隣接する両隣の圧力室１５ｂ，１５ｃ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ンド電位ＧＮＤである状態を示している。この状態では、圧力室１５ａと圧力室１５ｂとで挟まれた隔壁１６ａ及び圧力室１５ａと圧力室１５ｃとで挟まれた隔壁１６ｂは、いずれも何ら歪み作用を受けない。

図４の（ｂ）は、中央の圧力室１５ａの電極４に負電圧−Ｖが印加され、両隣の圧力室１５ｂ，１５ｃの電極４に正電圧＋Ｖが印加された状態を示している。この状態では、各隔壁１６ａ，１６ｂ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２倍の電界が作用する。この作用により、各隔壁１６ａ，１６ｂは、圧力室１５ａの容積を拡大するようにそれぞれ外側に変形する。

図４の（ｃ）は、中央の圧力室１５ａの電極４に正電圧＋Ｖが印加され、両隣の圧力室１５ｂ，１５ｃの電極４に負電圧−Ｖが印加された状態を示している。この状態では、各隔壁１６ａ，１６ｂに対して、図４（ｂ）のときとは逆の方向に電圧Ｖの２倍の電界が作用する。この作用により、各隔壁１６ａ，１６ｂは、圧力室１５ａの容積を収縮するようにそれぞれ内側に変形する。

圧力室１５ａの容積が拡張または収縮された場合、圧力室１５ａ内に圧力振動が発生する。この圧力振動により、圧力室１５ａ内の圧力が高まり、圧力室１５ａに連通するノズル８からインク液滴が吐出される。

このように、各圧力室１５ａ，１５ｂ，１５ｃを隔てる隔壁１６ａ，１６ｂは、当該隔壁１６ａ，１６ｂを壁面とする圧力室１５ａ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。

ここで、インクジェットヘッド１００が有する圧力室１５、電極４及びノズル８の組をチャネルと称する。すなわちインクジェットヘッド１００は、溝３の数Ｎだけチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nを有する。

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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＰＢ１，ＰＢ２，…，ＰＢＮ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。

各プリバッファＰＢ１，ＰＢ２，…，ＰＢＮは、それぞれ第１〜第３の３つのバッファＢ１，Ｂ２，Ｂ３を有する。各バッファＢ１，Ｂ２，Ｂ３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。

各プリバッファＰＢ１，ＰＢ２，…，ＰＢＮにおいて、第１〜第３のバッファＢ１，Ｂ２，Ｂ３の出力は、ロジック回路１０１２から供給される信号の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Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３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Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、負電圧−Ｖレベルの信号を出力する。

各プリバッファＰＢ１，ＰＢ２，…，ＰＢＮの出力、すなわち第１〜第３のバッファＢ１，Ｂ２，Ｂ３の出力信号は、スイッチ回路１０１４に与えられる。

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１２ボルトである。この場合、負電圧−Ｖは−１２ボルトである。

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ＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮ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。

各ドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、それぞれＰＭＯＳタイプの電界効果トランジスタＴ１（以下、第１トランジスタＴ１と称する）と、ＮＭＯＳタイプの２つの電界効果トランジスタＴ２，Ｔ３（以下、第２トランジスタＴ２，第３トランジスタＴ３と称する）とを含む。各ドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、それぞれ正電圧Ｖの電源とグランド電位ＧＮＤとの間に、第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２との直列回路を接続し、さらにこの第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２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Ｔ３を接続する。また各ドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、それぞれ第１トランジスタＴ１のバックゲートを正電圧Ｖｃｃの電源に接続し、第２トランジスタ及び第３トランジスタ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ＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、それぞれ対応するプリバッファＰＢ１，ＰＢ２，…，ＰＢＮの第１のバッファＢ１を第２トランジスタＴ２のゲートに接続し、第２のバッファＢ２を第１トランジスタＴ１のゲートに接続し、第３のバッファＢ３を第３トランジスタＴ３のゲートに接続する。そして各ドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、それぞれ第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２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。

したがって、第１トランジスタＴ１は、第２のバッファＢ２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Ｔ２は、第１のバッファＢ１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Ｔ３は、第３のバッファＢ３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。

このような構成のドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、第１トランジスタＴ１がオンし、第２トランジスタＴ２と第３のトランジスタＴ３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。第１トランジスタＴ１と第３トランジスタＴ３とが同時にオフし、第２のトランジスタＴ２がオンすると、ドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極４の電位をグランドＧＮＤレベルとする。第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２とが同時にオフし、第３のトランジスタＴ３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。

次に、最大階調を０〜７の８階調として印字を行う際にヘッド駆動回路１０１からチャネル群１０２に供給される駆動パルス信号について説明する。はじめに、図８〜図１０を用いて第１パターンの駆動パルス信号から説明する。因みに、この第１パターンの駆動パルス信号は、従来の駆動パルス信号に相当する。

図８は、隣り合う３つのチャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)のうち、中央のチャネルch.iが吐出チャネルであるときに、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)にそれぞれ供給される第１パターンの駆動パルス信号Ｐ(i-1)，Ｐｉ，Ｐ(i+1)を示す。駆動パルス信号Ｐｉは、パターンジェネレータ１０１１で生成される第１の吐出当該波形のパターンデータに従ったパルス信号である。駆動パルス信号Ｐ(i-1)及びＰ(i+1) は、パターンジェネレータ１０１１で生成される第１の吐出両隣波形のパターンデータに従ったパルス信号である。

図８において、区間Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７は、中央のチャネルch.iからインク滴が吐出される区間を示している。この区間Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７では、ヘッド駆動回路１０１は、先ず第１の行動ａ１として、中央のチャネルch.iに対して負電圧−Ｖを印加すると同時に両隣のチャネルch.(i-1)， ch.(i+1)に対して正電圧＋Ｖを印加する（図４の（ｂ）を参照）。続いてヘッド駆動回路１０１は、第２の行動ａ２として、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に印加される電圧をグランド電位ＧＮＤに戻す（図４の（ａ）を参照）。続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の行動ａ３として、中央のチャネルch.iに対して正電圧＋Ｖを印加すると同時に両隣のチャネルch.(i-1)， ch.(i+1)に負電圧−Ｖを印加する（図４の（ｃ）を参照）。最後にヘッド駆動回路１０１は、第４の行動ａ４として、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に印加される電圧をグランド電位ＧＮＤに戻す（図４の（ａ）を参照）。以上により、チャネルch.iでは、圧力室１５の容積が拡張され、また収縮されて、圧力室１５内に圧力振動が発生し、この圧力振動により、圧力室１５内の圧力が高まって、圧力室１５に連通するノズル８からインク液滴が吐出される。

一方、区間Ａ０は、１ドロップ目のインク滴を吐出させる前にインク滴が吐出しない程度の微小な圧力振動（予備振動）をチャネルch.iに与えるために印加されるブーストパルスの発生区間である。この区間Ａ０では、ヘッド駆動回路１０１は、先ず第１の行動ｂ１として、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に印加される電圧をグランド電位ＧＮＤとする。続いてヘッド駆動回路１０１は、第２の行動ｂ２として、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に負電圧−Ｖを印加する。続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の行動ｂ３として、中央のチャネルch.ｉにだけ正電圧Ｖを印加する。最後にヘッド駆動回路１０１は、第４の行動ｂ４として、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に印加される電圧をグランド電位ＧＮＤに戻す。

図９は、駆動パルス信号Ｐ(i-1)，Ｐｉ，Ｐ(i+1)により、チャネルch.(i-1)とチャネルch.iとの間のアクチュエータ（以下、アクチュエータＱ１と称する）と、チャネルch.iとチャネルch.(i+1)との間のアクチュエータ（以下、アクチュエータＱ２と称する）とに生じる電界の変遷図である。同図は、区間Ａ０のブーストパルス発生区間と、区間Ａ１の１ドロップ目発生区間とを拡大して示す。また同図では、電圧Ｖの２倍の電界を“Ｅ”で表している。

区間Ａ０において、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に印加される電圧がグランド電位ＧＮＤとなる第１の行動ｂ１から負電圧−Ｖとなる第２の行動ｂ２が経過するまでは、両アクチュエータＱ１，Ｑ２に電界は生じない。第３の行動ｂ３に入ると、中央のチャネルch.ｉにだけ正電圧Ｖが印加されるので、両アクチュエータＱ１，Ｑ２には正負が逆の電界“Ｅ”及び“−Ｅ”が生じる。最後に、第４の行動ｂ４に入ると、再び両アクチュエータＱ１，Ｑ２に電界は生じなくなる。以上の第１〜第４の行動ｂ１〜ｂ４により、チャネルch.iでは、圧力室１５の容積が収縮されて圧力室１５内に予備振動が発生し、圧力振動が圧力室１５内のインクに伝わって、１ドロップ目のインクの吐出速度が高まる。

ここで、圧力室１５内に生じる圧力振動の大きさは、第３の行動ｂ３で中央のチャネルch.ｉに印加される電圧のパルス幅（以下、このパルス幅をブーストパルスのパルス幅と称する）を変化させることで調整できる。

図１０は、ブーストパルスのパルス幅と１ドロップ目から７ドロップ目までの各ドロップの圧力との関係を示す図である。同図において、白四角のグラフはパルス幅が０．３μｓのときを示し、黒菱形のグラフはパルス幅が０．４μｓのときを示し、黒三角のグラフはパルス幅が０．５μｓのときを示し、黒四角のグラフはブーストパルス幅が０．６μｓのときを示す。また、黒丸のグラフは、ブーストパルスがないときを示している。

ブーストパルスがないときには、１ドロップ目の吐出速度が２ドロップ目以降の吐出速度よりも遅い。このため、１ドロップ目は圧力が上がらない。その分、２ドロップ目は、３ドロップ目以降よりも圧力が大きくなる。このため、インクジェットヘッド１００は、安定した吐出が得られない。

一方、１ドロップ目のインク滴を吐出させる駆動パルスの前にブーストパルスを印加したときには、１ドロップ目の吐出速度が速まる。このため、１ドロップ目は圧力が大きくなる。圧力の大きさは、ブーストパルスのパルス幅に依存する。すなわち、パルス幅が大きくなればなるほど、１ドロップ目の圧力が大きくなる。その分、２ドロップ目は、３ドロップ目以降よりも圧力が小さくなる。

図１０のグラフを見ると、ブーストパルスのパルス幅を０．３μｓとすることで、１パルス目と２パルス目以降との間で圧力の差がほとんど生じなくなる。したがって、インクジェットヘッド１００は、安定した吐出が得られる。しかしながら、インクの種類や圧力室の形状等によっては、パルス幅を０．３μｓとしてもブーストパルスによる圧力振動が大きくなって、吐出安定性が得られないことがある。このような問題は、１ドロップ目と２ドロップ目以降との圧力差をさらに小さくすることで解決できる。

次に、図１１〜図１３を用いて、第２パターンの駆動パルス信号について説明する。

図１１は、隣り合う３つのチャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)のうち、中央のチャネルch.iが吐出チャネルであるときに、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)にそれぞれ供給される第２パターンの駆動パルス信号Ｐ(i-1)，Ｐｉ，Ｐ(i+1)を示す。駆動パルス信号Ｐｉは、パターンジェネレータ１０１１で生成される第２の吐出当該波形のパターンデータに従ったパルス信号である。駆動パルス信号Ｐ(i-1)及びＰ(i+1) は、パターンジェネレータ１０１１で生成される第２の吐出両隣波形のパターンデータに従ったパルス信号である。

図１１において、区間Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７は、中央のチャネルch.iからインク滴が吐出される区間を示している。この区間Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７は、図８に示した区間Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７と信号のパターンが同一なので、説明を省略する。

一方、区間Ａ０は、ブーストパルスの発生区間である。この区間Ａ０では、ヘッド駆動回路１０１は、先ず第１の行動ｂ１として、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に印加される電圧をグランド電位ＧＮＤとする。続いてヘッド駆動回路１０１は、第２の行動ｂ２として、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に負電圧−Ｖを印加する。続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の行動ｂ３として、中央のチャネルch.ｉに印加される電圧だけをグランド電位ＧＮＤに戻す。最後にヘッド駆動回路１０１は、第４の行動ｂ４として各チャネルch.(i-1)及びch.(i+1)に印加される電圧もまたグランド電位ＧＮＤに戻す。

図１２は、駆動パルス信号Ｐ(i-1)，Ｐｉ，Ｐ(i+1)により、チャネルch.(i-1)とチャネルch.iとの間のアクチュエータＱ１と、チャネルch.iとチャネルch.(i+1)との間のアクチュエータＱ２とに生じる電界の変遷図である。同図は、区間Ａ０のブーストパルス発生区間と、区間Ａ１の１ドロップ目発生区間とを拡大して示す。また同図でも、図９と同様に、電圧Ｖの２倍の電界を“Ｅ”で表している。

区間Ａ０において、各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に印加される電圧がグランド電位ＧＮＤとなる第１の行動ｂ１から負電圧−Ｖとなる第２の行動ｂ２が経過するまでは、両アクチュエータＱ１，Ｑ２に電界は生じない。第３の行動ｂ３に入ると、中央のチャネルch.ｉに印加される電圧だけがグランド電位ＧＮＤになるので、両アクチュエータＱ１，Ｑ２には正負が逆の電界“Ｅ／２”，“−Ｅ／２”が生じる。最後に、第４の行動ｂ４に入ると、両アクチュエータＱ１，Ｑ２に電界は生じなくなる。以上の第１〜第４の行動ｂ１〜ｂ４により、チャネルch.iでは、圧力室１５の容積が収縮されて圧力室１５内に微弱な圧力振動が発生し、圧力振動が圧力室１５内のインクに伝わって、１ドロップ目のインクの吐出速度が高まる。

ここで、圧力室１５内に生じる圧力振動の大きさは、第３の行動ｂ３で中央のチャネルch.ｉに印加される電圧のパルス幅、いわゆるブーストパルス幅を変化させることで調整できる。

図１３は、ブーストパルスのパルス幅と１ドロップ目から７ドロップ目までの各ドロップの圧力との関係を示す図である。同図において、白四角のグラフはパルス幅が０．３μｓのときを示し、黒菱形のグラフはパルス幅が０．４μｓのときを示し、黒三角のグラフはパルス幅が０．５μｓのときを示し、黒四角のグラフはブーストパルス幅が０．６μｓのときを示す。また、黒丸のグラフは、ブーストパルスがないときを示している。

ブーストパルスがないときは、１ドロップ目の吐出速度が２ドロップ目以降の吐出速度よりも遅い。このため、１ドロップ目は圧力が上がらない。その分、２ドロップ目は、３ドロップ目以降よりも圧力が大きくなる。このため、安定した吐出が得られない。

一方、１ドロップ目のインク滴を吐出させる駆動パルスの前にブーストパルスを印加したときには、１ドロップ目の吐出速度が速まる。このため、１ドロップ目は圧力が大きくなる。圧力の大きさは、ブーストパルスのパルス幅に依存する。すなわち、パルス幅が大きくなればなるほど、１ドロップ目の圧力が大きくなる。しかしながら、ブーストパルスのパルス幅に係らず、１ドロップ目と２ドロップ目以降との間の圧力の差に大きな変化はない。このため、インクジェットヘッド１００は、安定した吐出が得られる。

ここで、図１０と図１３とを対比すると、図１０においてブーストパルスのパルス幅が０．３μｓのときと、図１３においてブーストパルスのパルス幅が０．６μｓのときとがほぼ類似する。つまり、第１パターンの駆動パルス信号によりパルス幅０．３μｓのブーストパルスを発生させる場合と、第２パターンの駆動パルス信号によりパルス幅０．６μｓのブーストパルスを発生させる場合とで、インクジェットヘッド１００の吐出安定性がほぼ類似する。

すなわち、第１パターンの駆動パルス信号によりアクチュエータＱ１及びアクチュエータＱ２に電界“−Ｅ”と“Ｅ”とを生じさせるブーストパルスを印加する場合と、第２パターンの駆動パルス信号によりアクチュエータＱ１及びアクチュエータＱ２に電界“−Ｅ／２”と“Ｅ／２”とを生じさせるブーストパルスを印加する場合とを比較すると、前者のブーストパルスのパルス幅を０．３μｓとしたときと後者のブーストパルスのパルス幅を０．６μｓとしたときとで、インクジェットヘッド１００の吐出安定性がほぼ類似する。

パルス幅０．６μｓのブーストパルスについては、そのパルス幅を０．３μｓ程度まで狭くすることができる。パルス幅０．６μｓのブーストパルスによってアクチュエータＱ１及びアクチュエータＱ２に電界“−Ｅ／２”と“Ｅ／２”とを生じさせる場合と、パルス幅０．３μｓのブーストパルスによってアクチュエータＱ１及びアクチュエータＱ２に電界“−Ｅ／２”と“Ｅ／２”とを生じさせる場合とを比較すると、後者の方がインクジェットヘッド１００の吐出安定性が向上する。

したがって、インクジェットヘッド１００は、アクチュエータＱ１及びアクチュエータＱ２に電界“−Ｅ／２”と“Ｅ／２”とを生じさせるブーストパルスをヘッド駆動回路１０１で生成することによって、吐出安定性を高めることができる。

ところで、前述したように、同じブーストパルスをインクジェットヘッドに印加しても、インクの種類や圧力室の形状等によって圧力振動が変化する。そこで本実施形態では、第２パターンの駆動パルス信号によりアクチュエータＱ１及びアクチュエータＱ２に電界“−Ｅ／２”と“Ｅ／２”とを生じさせるブーストパルスについても、そのパルス幅を調整可能とする。パルス幅の調整手段は、従来の手法を適用する。パルス幅を調整可能とすることにより、ブーストパルスによる予備振動をきめ細かく調整できるので、インクの種類や圧力室の形状等に適したブーストパルスをインクジェットヘッド１００に印加できるようになる。

また、インクの種類や圧力室の形状等によっては、第１パターンの駆動パルス信号によりアクチュエータＱ１及びアクチュエータＱ２に電界“−Ｅ”と“Ｅ”とを生じさせるブーストパルスの方が吐出安定性が向上する可能性もある。そこで本実施形態では、ヘッド駆動回路１０１からチャネル群１０２に供給される駆動パルス信号として、第１パターンの駆動パルス信号と第２パターンの駆動信号とを選択的に切り替えて供給できるようにする。第１パターンの駆動パルス信号と第２パターンの駆動信号とを選択的に切り替えて供給できるようにすることにより、１ドロップ目の圧力振動を広範囲に調整することができる。

以上の説明により、以下のような実施形態が考えられる。

（第１の実施形態）
ヘッド駆動回路１０１は、インクジェットヘッド１００のチャネル群１０２に対し、第２パターンの駆動パルス信号を出力するように構成する。このような構成により、第２パターンの駆動パルス信号によって生成されるブーストパルスにより１ドロップ目のインク滴の吐出速度が速まるだけでなく、２ドロップ目以降のインク滴の吐出速度も安定するので、高い吐出安定性を得ることができる。

（第２の実施形態）
ヘッド駆動回路１０１は、インクジェットヘッド１００のチャネル群１０２に対し、第２パターンの駆動パルス信号を出力するように構成する。その場合において、第２パターンの駆動パルス信号によって生成されるブーストパルスのパルス幅を調整できるようにする。ブーストパルスのパルス幅を調整できるようにすることによって、インクの種類や圧力室の形状等を考慮して、吐出安定性に優れた適正なパルス幅を設定できるようになる。

（第３の実施形態）
ヘッド駆動回路１０１は、インクジェットヘッド１００のチャネル群１０２に対し、第１パターンの駆動パルス信号と第２パターンの駆動パルス信号とを設定により切り替えて出力できるように構成する。また、第１パターンの駆動パルス信号及び第２パターンの駆動パルス信号の双方においても、ブーストパルスのパルス幅を調整できるようにする。このような構成により、１ドロップ目の圧力振動を広範囲にかつきめ細かく調整できるようになるので、インクの種類や圧力室の形状等による吐出安定性への悪影響を極力排除することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。
例えば前記実施形態では、駆動パルス信号の出力区間Ａ０においてブーストパルスを生成するにあたり、行動ｂ２のタイミングで各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に負電圧−Ｖを印加したが、同タイミングで各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)に正電圧Ｖを印加し、その後の行動ｂ３のタイミングでチャネルch.(i-1)， ch.(i+1)をグランド電位ＧＮＤに戻すようにしてもよい。あるいは、行動ｂ２のタイミングが終了するまでは各チャネルch.(i-1)， ch.i， ch.(i+1)の電位をグランド電位ＧＮＤとし、その後の行動ｂ３のタイミングでチャネルch.iに正電圧Ｖを印加してもよい。

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。

１，２…圧電部材、４…電極、８…ノズル、１５…圧力室、１００…インクジェットヘッド、１０１…ヘッド駆動回路、１０２…チャネル群、２００…インクジェットプリンタ、１０１１…パターンジェネレータ、１０１２…ロジック回路、１０１３…バッファ回路、１０１４…スイッチ回路。

Claims (5)

1. 電圧＋Ｖの正パルスと電圧−Ｖの負パルスとを交互に含む駆動パルスをアクチュエータに印加してインク室に圧力振動を生じさせ、この圧力振動により前記インク室から複数のインク滴を連続して吐出させるマルチドロップ方式のインクジェットヘッドにおいて、
   前記駆動パルスの前に前記アクチュエータに印加して前記インク室を予備振動させるブーストパルスを、前記アクチュエータに前記正パルスと前記負パルスとの電位差の半分の電界が生じる電圧のパルスとしたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記ブーストパルスのパルス幅を調整可能としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記ブーストパルスを、前記アクチュエータに前記正パルスと前記負パルスとの電位差の半分の電界が生じる電圧のパルスとする第１のパターンと、前記アクチュエータに前記正パルスと前記負パルスとの電位差の電界が生じる電圧のパルスとする第２のパターンとの間で使い分けるようにしたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第１のパターンによる前記ブーストパルスのパルス幅と、前記第２のパターンによる前記ブーストパルスのパルス幅とをそれぞれ調整可能とすることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１に記載のインクジェットヘッドを備え、
   このインクジェットヘッドによりマルチドロップ方式の階調印字を行うことを特徴とするインクジェットプリンタ。