JP2016022623A - 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】インクジェットヘッドの消費電力を削減する。【解決手段】インクが充填される圧力室と、圧力室に連通するノズルと、圧力室内の容積を変化させて当該圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させるアクチュエータと、圧力室の容積を拡張させる拡張パルスと収縮させる収縮パルスとを含む駆動パルス信号をアクチュエータに出力し、インク滴の吐出に係る時間にアクチュエータに印加される電界よりもインク滴の吐出に係らない時間にアクチュエータに印加される電界の方が小さくなる駆動パルス信号をアクチュエータに出力する駆動回路とを備える。【選択図】 図１１

Description

本発明の実施形態は、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。

インクジェットヘッドは、インクが充填される圧力室と、圧力室に設けられたアクチュエータと、圧力室に連通するノズルとを備える。そしてインクジェットヘッドは、アクチュエータに駆動パルス信号が印加されると、このアクチュエータの作用により圧力室が振動し、圧力室内部の容積が変化して、この圧力室に連通するノズルからインク滴が吐出される。

ところで、圧力室に生じた振動は、インク滴が吐出された後も残留する。この残留振動は、その後のインク滴の安定吐出の妨げとなる。そこで、駆動パルス信号としてインク滴を吐出させるためのパルス信号、いわゆる吐出パルスの後に、圧力室に生じた振動を抑制するためのパルス信号、いわゆるダンピングパルスを出力することで、圧力室に生じた残留振動を抑制する技術が知られている。

従来、ダンピングパルスの電位は吐出パルスの電位と等しかった。このため、インク滴の吐出に係る時間、すなわち吐出パルスが印加される時間だけでなく、インク滴の吐出に係わらない時間、すなわちダンピングパルスが印加される時間においても、アクチュエータに対して同じ電界が印加されていたため、余分な電力を消費している懸念があった。

特開２０００−０１５８０３号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、インク滴の吐出に係る時間に対し、インク滴の吐出に係わらない時間にアクチュエータに対して印加される電界を減らすことで、消費電力を削減し得る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、インクが充填される圧力室と、前記圧力室に連通するノズルと、前記圧力室内の容積を変化させて当該圧力室に連通する前記ノズルからインク滴を吐出させるアクチュエータと、前記圧力室の容積を拡張させる拡張パルスと収縮させる収縮パルスとを含む駆動パルス信号を前記アクチュエータに出力し、前記インク滴の吐出に係る時間に前記アクチュエータに印加される電界よりも前記インク滴の吐出に係らない時間に前記アクチュエータに印加される電界の方が小さくなる前記駆動パルス信号を前記アクチュエータに出力する駆動回路とを備える。

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 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。 ヘッド駆動回路からチャネル群に供給される従来の駆動パルス信号の一例を示す波形図。 図８に示した駆動パルス信号を各チャネルに供給したときのアクチュエータに生じる電界の変動と、圧力室内の圧力変動とを示す図。 ヘッド駆動回路からチャネル群に供給される本実施形態の駆動パルス信号の一例を示す波形図。 図１０に示した駆動パルス信号を各チャネルに供給したときのアクチュエータに生じる電界の変動と、圧力室内の圧力変動とを示す図。

以下、実施形態に係る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。

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、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。

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。

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、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１５ｂと、この圧力室１５ｂに隣接する両隣の圧力室１５ａ，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ウンド電位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１５ｂ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１５ｂの電極４に負極性の電圧−Ｖが印加され、両隣の圧力室１５ａ，１５ｃ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。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１５ｂの容積を拡張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１５ｂの電極４に正極性の電圧＋Ｖが印加され、両隣の圧力室１５ａ，１５ｃ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。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１５ｂ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１５ｂの容積が拡張または収縮された場合、圧力室１５ｂ内に圧力振動が発生する。この圧力振動により、圧力室１５ｂ内の圧力が高まり、圧力室１５ｂに連通するノズル８からインク滴が吐出される。

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１５ｂ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。

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。

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の電源とグラウンド電位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の電位をグラウンド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、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、従来の駆動パルス信号について、図８，図９を用いて説明する。

図８は、３つの隣接するチャネルch.a、ch.b、ch.cのうち中央のチャネルch.bからインク滴を１滴吐出する場合に、各チャネルch.a、ch.b、ch.cに供給される駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを示している。すなわち駆動パルス信号Ｐｂ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信号である。他の駆動パルス信号Ｐａ及びＰｃ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信号である。

期間Ｔは、インク滴を１滴吐出するのに必要な期間である。この期間内Ｔに、ヘッド駆動回路１０１は先ず、第１の時間ｔ１だけ、中央のチャネルch.ｂに対して負電圧−Ｖが印加され、両隣のチャネルch.ａ，ch.ｃに対して正電圧＋Ｖが印加されるように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ｂ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂが拡張して、圧力室１５ｂにインクが供給される。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第２の時間ｔ２だけ、各チャネルch.ａ，ch.ｂ ch.ｃに印加される電圧がグラウンド電位ＧＮＤに戻るように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ａ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂの容積が定常状態に戻る。この容積変動により、圧力室１５ｂの圧力が高まって、圧力室１５ｂに連通したノズル８からインク滴が吐出される。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の時間ｔ３だけ、中央のチャネルch.ｂに対して正電圧＋Ｖが印加され、両隣のチャネルch.ａ，ch.ｃに負電圧−Ｖが印加されるように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ｃ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂが収縮する。この容積変動により、圧力室１５ｂにおけるインク吐出後の圧力振動が抑制される。

その後、ヘッド駆動回路１０１は、各チャネルch.ａ，ch.ｂ ch.ｃに印加される電圧がグラウンド電位ＧＮＤに戻るように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ａ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂの容積が定常状態に戻る。

図９は、図８に示した駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを各チャネルch.ａ，ch.ｂ，ch.ｃに供給したときの一方の隔壁１６ｂであるアクチュエータに生じる電界の変動と、圧力室１５ｂ内の圧力変動とを示す。因みに、他方の隔壁１６ａであるアクチュエータに生じる電界の向きは、隔壁１６ｂであるアクチュエータに生じる電界の向きと正負が反転する。

図９に示すように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの場合、第１の時間ｔ１、いわゆる吐出パルスによってアクチュエータに生じる電界を“−Ｅ”としたとき、第３の時間ｔ３、いわゆるダンピングパルスによってアクチュエータに生じる電界は“Ｅ”となる。

一方、圧力室１５ｂ内の圧力は、吐出パルスの終了時点で急激に上昇する。この圧力変動によって、圧力室１５ｂに連通したノズル８からインク滴が吐出される。インク滴が吐出された後、圧力室１５ｂ内の圧力は、第２の時間ｔ２の経過とともに負圧まで低下するが、ダンピングパルスの入力によって再び正圧まで上昇する。そして、ダンピングパルスの終了によって略ゼロに戻る。すなわち、圧力室１５に生じた残留振動が抑制される。

次に、本実施形態の駆動パルス信号について、図１０，図１１を用いて説明する。

図１０は、３つの隣接するチャネルch.a，ch.b，ch.cのうち中央のチャネルch.bからインク滴を１滴吐出する場合に、各チャネルch.a，ch.b，ch.cに供給される駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを示している。すなわち駆動パルス信号Ｐｂ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信号である。他の駆動パルス信号Ｐａ及びＰｃ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信号である。

期間Ｔ’は、インク滴を１滴吐出するのに必要な期間である。この期間内Ｔ’に、ヘッド駆動回路１０１は先ず、第１の時間ｔ１’だけ、中央のチャネルch.ｂに対して負電圧−Ｖが印加され、両隣のチャネルch.ａ，ch.ｃに対して正電圧＋Ｖが印加されるように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ｂ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂが拡張して、圧力室１５ｂにインクが供給される。第１の時間ｔ１’は、従来例における第１の時間ｔ１と等しい。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第２の時間ｔ２’だけ、各チャネルch.ａ，ch.ｂ，ch.ｃに印加される電圧がグラウンド電位ＧＮＤに戻るように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ａ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂの容積が定常状態に戻る。この容積変動により、圧力室１５ｂの圧力が高まって、圧力室１５ｂに連通したノズル８からインク滴が吐出される。第２の時間ｔ２’は、従来例における第２の時間ｔ２よりも短い。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の時間ｔ３’だけ、両隣のチャネルch.ａ，ch.ｃに負電圧−Ｖが印加され、中央のチャネルch.ｂではグラウンド電位ＧＮＤが維持されるように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ｃ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂが収縮する。この容積変動により、圧力室１５ｂにおけるインク吐出後の圧力振動が抑制される。第３の時間ｔ３’は、従来例における第３の時間ｔ３よりも長い。

その後、ヘッド駆動回路１０１は、各チャネルch.ａ，ch.ｂ ch.ｃに印加される電圧がグラウンド電位ＧＮＤに戻るように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを出力する。この駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにより、図４の（ａ）に示すように、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂの容積が定常状態に戻る。

図１１は、図１０に示した駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを各チャネルch.ａ，ch.ｂ，ch.ｃに供給したときの一方の隔壁１６ｂであるアクチュエータに生じる電界の変動と、圧力室１５ｂ内の圧力変動とを示す。因みに、他方の隔壁１６ａであるアクチュエータに生じる電界の向きは、隔壁１６ｂであるアクチュエータに生じる電界の向きと正負が反転する。

図１１に示すように、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの場合、第１の時間ｔ１’、いわゆる吐出パルスによってアクチュエータに生じる電界を“−Ｅ”としたとき、第３の時間ｔ３’、いわゆるダンピングパルスによってアクチュエータに生じる電界は“Ｅ／２”となる。

一方、圧力室１５ｂ内の圧力は、吐出パルスの終了時点で急激に上昇する。この圧力変動によって、圧力室１５ｂに連通したノズル８からインク滴が吐出される。インク滴が吐出された後、圧力室１５ｂ内の圧力は、第２の時間ｔ２’の経過とともに負圧まで低下するが、ダンピングパルスの入力によって再び正圧まで上昇する。そして、ダンピングパルスが印加されている間、正負を繰り返し、ダンピングパルスの終了によって略ゼロに戻る。すなわち、圧力室１５に生じた残留振動が抑制される。

このように、図１０に示す駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを用いることで、ダンピングパルスによってアクチュエータに生じる電界を“Ｅ／２”としても、圧力室１５の残留振動抑制効果を得ることができる。

ここで、ダンピングパルスに生じる電界を“Ｅ”から“Ｅ／２”に減らすことによる効果について検証する。なお、この検証を行うにあたり、図８に示した従来の駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにおいて、第１の時間ｔ１を１．６μsecとし、第２の時間ｔ２を２．００μsecとし、第３の時間ｔ３を０．７３μｓｅｃとした。また、駆動電源Ｖを１５［Ｖ］とー１５［Ｖ］とし、駆動ノズル数を２００本とした。一方、図１０に示した本実施形態の駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにおいては、第１の時間ｔ１’を１．６μsecとし、第２の時間ｔ２’を１．７０μsecとし、第３の時間ｔ３’を４．６０μｓｅｃとした。駆動電源Ｖと、駆動ノズル数とは、従来と同様とした。そして、駆動電源Ｖからヘッド１００の＋Ｖ電源端子に流れる電流を正側の駆動電源電流とし、ヘッド１００の−Ｖ電源端子から駆動電源−Ｖに流れる電流を負側の駆動電源電流とした。

従来例の場合、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが出力されるのに十分な時間内の正側の駆動電源電流の平均電流は５３５ｍＡであり、負側の駆動電源電流の平均電流は６１２ｍＡであった。これに対し、本実施形態の場合、駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが出力されるのに十分な時間内の正側の駆動電源電流の平均電流は２７０ｍＡであり、負側の駆動電源電流の平均電流は４８８ｍＡであった。

このように、ダンピングパルスの電界を“Ｅ”としたときと比べて、“Ｅ／２”としたときには、静電容量に充電する電圧が半分になるため、充電電流を削減することができる。また、ダンピングパルスの幅は広がるものの、容量性負荷の駆動に対しては不都合がない。したがって、高速動作よりも消費電力低減を目的としたインクジェットプリンタにおいては、大変効果的である。

なお、前記実施形態では、前記インク滴の吐出に係る時間に前記アクチュエータに印加される電界を“Ｅ”としたとき、前記インク滴の吐出に係らない時間に前記アクチュエータに印加される電界が“Ｅ／２”となる前記駆動パルス信号を前記アクチュエータに出力したが、前記インク滴の吐出に係らない時間に前記アクチュエータに印加される電界は“Ｅ／２”に限定されるものではない。この電界が“Ｅ”より小さければ、消費電力削減の効果を奏し得るので、適用可能である。

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。

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、２００…インクジェットプリンタ、２０１…ＣＰＵ、２０６…搬送モータ、２０８…ポンプ、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. インクが充填される圧力室と、
   前記圧力室に連通するノズルと、
   前記圧力室内の容積を変化させて当該圧力室に連通する前記ノズルからインク滴を吐出させるアクチュエータと、
   前記圧力室の容積を拡張させる拡張パルスと収縮させる収縮パルスとを含む駆動パルス信号を前記アクチュエータに出力し、前記インク滴の吐出に係る時間に前記アクチュエータに印加される電界よりも前記インク滴の吐出に係らない時間に前記アクチュエータに印加される電界の方が小さくなる前記駆動パルス信号を前記アクチュエータに出力する駆動回路と、
   を具備するインクジェットヘッド。
2. 前記インク滴の吐出に係る時間は、前記圧力室の容積を拡張させた後、定常状態に戻すことで前記インク滴を前記ノズルから吐出させる前記拡張パルスのパルス幅時間である請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記インク滴の吐出に係らない時間は、前記圧力室の容積を収縮させた後、定常状態に戻すことで前記圧力室に生じた残留振動を抑制する前記収縮パルスのバルス幅時間である請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記駆動回路は、前記インク滴の吐出に係る時間に前記アクチュエータに印加される電界を“Ｅ”としたとき、前記インク滴の吐出に係らない時間に前記アクチュエータに印加される電界が“Ｅ／２”となる前記駆動パルス信号を前記アクチュエータに出力する請求項１乃至３のうちいずれか１に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と、
   インクタンク内のインクを前記インクジェットヘッドに供給するポンプと、
   を具備するインクジェットプリンタ。

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