JP2019048458A - 駆動波形、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから吐出される液滴の吐出速度が駆動周波数により変化する周波数依存性を低下させる駆動波形、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】駆動波形は、圧力室を構成する駆動壁を変形させて圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する際に、駆動壁に与える駆動波形において、パルス幅がＴｚであり一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚと、一周期に含まれ駆動パルスＰｚの前に位置する駆動パルスＰｙと、駆動パルスＰｙと駆動パルスＰｚの間に位置する補助パルスＰｈと、を備え、補助パルスＰｈはパルス幅が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、補助パルスＰｈの終端と駆動パルスＰｚの始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである。【選択図】図３

Description

本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド用の駆動波形、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介して圧力室に導き、圧力室に充填される液体に圧力を印加して圧力室に連通するノズルから液体を吐出する。液体の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜や立体構造を形成する。

特許文献１には、被記録媒体に階調表現を記録する液体噴射装置が記載される。図９（特許文献１の図６）は液体噴射装置に使用される駆動波形を表し、図９（ａ）が１滴の液体を吐出する駆動波形であり、図９（ｂ）が２滴の液体を吐出する駆動波形であり、図９（ｃ）が３滴の液体を吐出する駆動波形であり、図９（ｄ）が３滴の液体を吐出する他の駆動波形である。図の横軸が時間を表し縦軸が駆動電圧を表す。液体が充填される圧力室は溝からなり、溝の側壁は圧電体からなる。この圧電体に駆動波形を印加することにより側壁が変形し圧力室の容積が増減する。パルス幅Ｔ１は、液滴の吐出速度を最大にする時間幅を表し、圧力室に充填される液体の共振周期により定まる。圧力室の側壁に電圧を印加して圧力室の容積を急激に増加させると、圧力室内の液体は負圧となって外部から圧力室に液体が取り込まれる。液体の圧力は共振周期により所定期間の経過後に反転し最大に達する。この圧力が最大になると同時に印加電圧を０ボルトに変化させて圧力室を収縮させる。この駆動方法により液滴を最大速度で吐出させることができる。従って、パルス幅Ｔ１は圧力室に充填される液体の共振周期の１／２に一致させている。

図９に示されるすべての駆動波形において、最終駆動パルスをパルス幅Ｔ１と共通にし、最終駆動パルスとその前の初期駆動パルスの開始の時間間隔を２Ｔ１とし、同様に、前の初期駆動パルスと更に前の初期駆動パルスの開始の時間間隔を等しく２Ｔ１とする。特許文献１においては、最終駆動パルスの前の初期駆動パルスのパルス幅Ｔ２、或いはその前の初期駆動パルスのパルス幅Ｔ３を最終駆動パルスと同じパルス幅Ｔ１とすると、１滴吐出する場合よりも２滴吐出するほうが吐出速度が大きく、２滴吐出するよりも３滴吐出するほうがさらに吐出速度が大きくなる。液体噴射ヘッドから液滴を吐出している間に被記録媒体は相対的に移動するので、液滴の吐出速度の相違は液滴が被記録媒体に着弾する位置が変動することを意味する。従って、液滴の数、即ち階調が変化しても液滴の吐出速度は一定にする必要がある。

そこで、最終駆動パルスの前の初期駆動パルス或いは更にその前の初期駆動パルスのパルス幅Ｔ２、Ｔ３を最終駆動パルスのパルス幅Ｔ１よりも狭くして、１滴の吐出速度と２滴或いは３滴の吐出速度が等しくなるようにする。なお、図９（ｄ）においては、最終駆動パルスの前の初期駆動パルス及び更にその前の初期駆動パルスのパルス幅Ｔ２ａ、Ｔ３ａをＴ１よりも長くすると、吐出速度が等しくなる効果が得られることが記載されている。

特許文献２には、高周波で多階調表現の記録を行う液体噴射装置の駆動波形が記載されている。液滴吐出後のサテライト滴を低減させ、安定して吐出させることを目的としている。駆動波形は、圧力発生室の容積を膨張させる第１の膨張パルスと、第１の膨張パルスに続いて圧力発生室を収縮させる収縮パルスと、収縮パルスの後に圧力発生室を膨張させる第２の膨張パルスとを有する。ここで、第１の膨張パルスは、第１の電位レベルを有し、パルス幅が０．７ＡＬ〜１．３ＡＬ（ＡＬは圧力発生室の音響的共振周期の１／２）である。収縮パルスは、第２の電位レベルを有し、第１の膨張パルスの終端が始端となり、パルス幅が０．３ＡＬ〜１．５ＡＬである。第２の膨張パルスは第１の電位レベルを有し、第１の膨張パルスの終端から第２の膨張パルスの中心までの間隔が２．０ＡＬ〜４．０ＡＬである。

特許文献２に記載される駆動波形では、第１の膨張パルスにより圧力発生室を膨張させて圧力発生室に液体を引き込む。次に、圧力発生室が負圧から正圧に反転するタイミングで収縮パルスを印加し、圧力発生室に大きな圧力を発生させてノズルから液滴を吐出する。収縮パルスは、圧力発生室が最大負圧になった時に終了し、圧力発生室を膨張させる。これにより、ノズルに形成されるメニスカスが引き戻され、吐出した液滴の尻尾である液柱が細くなり、サテライトが低減する。その後、圧力発生室が正圧となるときに第２の膨張パルスを印加して圧力発生室を膨張させ、室内の圧力をキャンセルする。多階調表現の記録を行う場合は、第１の膨張パルス、収縮パルス、第２の膨張パルスを単位とし、一周期内に上記単位の波形を短い休止期間を挟んで繰り返して印加する。この繰り返し数に応じて一周期内において吐出する液滴数が決定される。

特開２００８−２７２９５２号公報 特開２００６−２０５５０４号公報

液体噴射ヘッドは駆動周波数により吐出液滴の速度が変化する。しかしながら搭載する液体噴射装置に応じて駆動周波数が異なる。しかし、液体噴射ヘッドは駆動周波数が異なっても液滴の吐出速度を一定とするのが望ましい。特に、階調表現を記録する液体噴射ヘッドでは、全階調表現の記録において吐出速度の周波数依存性を少なくしたい。加えて、駆動波形の電位レベルの数を少なくして駆動部の構成を簡素化したい。例えば、特許文献１に記載される駆動波形は、駆動電圧の電位レベルが２つであり、駆動部の構成は簡素化することができる。しかし、駆動周波数が変化すると液滴の吐出速度が大きく変化する。この吐出速度の駆動周波数依存性は初期駆動パルスのパルス幅を変化させても改善されない。また、特許文献２の駆動波形では、第１の膨張パルスの第１の電位レベルと、これと極性が反転する収縮パルスの第２の電位レベルと、０ボルトの３つの電位レベルを必要とする。そのため、駆動波形を生成する駆動部の構成が複雑となる。

本発明の駆動波形は、圧力室を構成する駆動壁を変形させて前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する際に、前記駆動壁に与える駆動波形において、パルス幅がＴｚであり一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚと、前記一周期に含まれ前記駆動パルスＰｚの前に位置する駆動パルスＰｙと、前記駆動パルスＰｙと前記駆動パルスＰｚの間に位置する補助パルスＰｈと、を備え、前記補助パルスＰｈはパルス幅が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、前記補助パルスＰｈの終端と前記駆動パルスＰｚの始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚであることとした。

また、前記Ｔｚは、前記圧力室に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、前記液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅であることとした。

また、前記駆動パルスＰｙの始端と前記駆動パルスＰｚの始端の間隔は、前記圧力室に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、前記液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅の２倍であることとした。

また、前記駆動パルスＰｙは複数の駆動パルスＰｙ１、・・・、Ｐｙｎ−１、Ｐｙｎ（ｎは２以上の整数）を含むこととした。

また、前記駆動パルスＰｙｍ−１（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）の前に前記駆動パルスＰｙｍが位置する場合に、前記駆動パルスＰｙｍと前記駆動パルスＰｙｍ−１の間に補助パルスＰｈｍ−１が位置し、前記補助パルスＰｈｍ−１はパルス幅が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、前記補助パルスＰｈｍ−１の終端と前記駆動パルスＰｙｍ−１の始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚであることとした。

また、前記駆動パルスＰｙｍ（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）の始端と前記駆動パルスＰｙｍ−１の始端の間隔は、前記圧力室に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、前記液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅の２倍であることとした。

本発明の液体噴射ヘッドは、上記の駆動波形を生成する駆動部と、前記駆動波形により駆動されるヘッド部と、を備えることとした。

本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。

本発明の駆動波形は、圧力室を構成する駆動壁を変形させて圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する際に、駆動壁に与える駆動波形において、パルス幅がＴｚであり一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚと、一周期に含まれ駆動パルスＰｚの前に位置する駆動パルスＰｙと、駆動パルスＰｙと駆動パルスＰｚの間に位置する補助パルスＰｈと、を備え、補助パルスＰｈはパルス幅が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、補助パルスＰｈの終端と駆動パルスＰｚの始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである。これにより、吐出速度の周波数依存性が低下する。

液体噴射ヘッドの構成を表す模式図である。 液体噴射ヘッドの駆動を説明するための模式図である。 第一実施形態に係る駆動波形の説明図である。 本発明の第二実施形態に係る駆動波形の一周期を表す。 本発明の第二実施形態に係る駆動波形の特徴を説明するための図である。 本発明の第三実施形態に係る駆動波形の説明図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドを構成するヘッド部の分解模式図である。 本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。 従来公知の液体噴射装置に使用される駆動波形を表す図である。

（第一実施形態） 図１は液体噴射ヘッド１の構成を表す模式図である。図２は液体噴射ヘッド１の駆動を説明するための模式図である。図３は、第一実施形態に係る駆動波形の説明図である。

本発明の駆動波形を説明する前に、図１を用いて液体噴射ヘッド１の構成を説明し、図２を用いて液体噴射ヘッド１の駆動を説明する。図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、液体を吐出するヘッド部２と、ヘッド部２の駆動壁５に駆動波形を供給する駆動部７とを備える。ヘッド部２は、駆動壁５を含む壁４により囲まれ液体が充填される圧力室３と、圧力室３に連通するノズル６と、駆動壁５に電界を印加する駆動電極８とを備える。

例えば、駆動壁５をＰＺＴセラミックスからなる圧電体材料により形成し、電界方向に直交する方向に分極処理を施しておく。駆動壁５にはその上半分に駆動壁５を挟むように駆動電極８が形成される。図２に示すように、圧力室３を挟む２つの駆動壁５の駆動電極８にスイッチＳをｏｎ側に倒して電圧を印加する。駆動壁５は圧力室３の容積を増加させる方向に厚みすべり変形し、圧力室３に液体が引き込まれる。次に、スイッチＳをｏｆｆ側に倒して駆動壁５を挟む駆動電極８を短絡する。すると、駆動壁５は元の形状に戻り、圧力室３の液体が圧縮され、ノズル６から液滴が吐出される。

図３（ａ）は、駆動信号として単一の駆動パルスを与えたときのパルス幅と液滴の吐出速度との関係を表す。横軸がパルス幅を表し、縦軸がノズル６から吐出される液滴の吐出速度を表す。図３（ａ）に示すように、単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させると液滴の吐出速度が次第に大きくなり、吐出速度が最初に極大となるパルス幅をＴａとする（ノズル位置における一次の固有振動）。更にパルス幅を増加させるとパルス幅Ｔｂで液滴の吐出速度が極小となり、更にパルス幅を増加させるとパルス幅Ｔｃで吐出速度が再び極大となる（ノズル位置における二次の固有振動）。パルス幅Ｔａは圧力室３に充填される液体の固有振動に基づく共振周期の１／２の期間と考えられ、パルス幅Ｔｂは共振周期であると考えられる。従って、一般的にはＴｂ＝２Ｔａの関係を有する。固有周期は圧力室３の形状、液体の粘性、温度等により変化する。

図３（ｂ）は、第一実施形態に係る駆動波形の一周期を表す。横軸が時間を表し縦軸が電圧を表す。本実施形態においては、一周期に液滴を１滴吐出する例である。駆動波形は、パルス幅Ｔｚであり一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚと、この一周期に含まれ駆動パルスＰｚの前に位置する補助パルスＰｈを備える。ここで、駆動パルスＰｚで液滴が吐出され、補助パルスＰｈでは液滴が吐出されない。そして、補助パルスＰｈはパルス幅Ｔｈが０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、補助パルスＰｈの終端と駆動パルスＰｚの始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである。補助パルスＰｈを備えることにより、液体噴射ヘッド１は吐出速度の周波数依存性が低下する。また、駆動パルスＰｚと補助パルスＰｈの電位レベルは等しいので、駆動波形を生成する駆動部７の構成を簡素化することができる。なお、本実施形態において、補助パルスＰｈの終端と駆動パルスＰｚの始端の間は電圧が０ボルトのオフ期間Ｔｏである。

ここで、一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚは、圧力室３に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅Ｔａとするのが好ましい。補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈは、０．２Ｔｚを下回ると液滴の吐出速度の周波数依存性が増加し、また、０．４Ｔｚを超えても液滴の吐出速度の周波数依存性が増加する。補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈは、好ましくは、０．２５Ｔｚ〜０．３５Ｔｚ、とするのがよい。一周期の最後に与える駆動パルスＰｚの直前に補助パルスＰｈを与えることにより、前周期の駆動により圧力室３に残留する圧力波が打ち消され、液滴の吐出速度の周波数依存性が改善されるものと考えられる。

なお、本実施形態では一周期に１滴吐出する駆動波形について説明したが、補助パルスＰｈの前に液滴を吐出する他の駆動パルスが存在し、一周期に複数の液滴を吐出する駆動波形であってもよい。また、液体噴射ヘッド１は、圧電体材料の分極方向に電界を印加する方式や、分極方向に直交する方向に電界を印加する方式であってもよい。また、液体噴射ヘッド１は、駆動壁５の上半分に駆動電極８を設置する方式に変え、駆動壁５の上端から下端まで形成してもよい。この場合、駆動壁５は上半分と下半分の分極方向が反対方向を向く。また、液体噴射ヘッド１として、圧力室３と非圧力室が交互に配列し、一吐出サイクルですべての圧力室３を駆動する一サイクル駆動方式の他に、圧力室３のみが配列し三吐出サイクルですべての圧力室３を駆動する三サイクル駆動方式を採用することができる。

（第二実施形態）
図４（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る駆動波形の一周期を表す。横軸が時間を表し縦軸が電圧を表す。本実施形態は、一周期に少なくとも２滴を吐出する。第一実施形態の駆動波形と組み合わせ、一周期に１滴を吐出する場合と２滴を吐出する場合を、或いは更に多数の液滴を吐出する場合を選択して階調表現を記録することができる。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

駆動波形は、パルス幅がＴｚであり一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚと、この一周期に含まれ駆動パルスＰｚの前に位置する駆動パルスＰｙと、駆動パルスＰｙと駆動パルスＰｚの間に位置する補助パルスＰｈと、を備える。駆動パルスＰｙで一滴目の液滴が吐出され、駆動パルスＰｚで二滴目の液滴が吐出され、補助パルスＰｈでは液滴が吐出されない。そして、補助パルスＰｈはパルス幅Ｔｈが０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、補助パルスＰｈの終端と駆動パルスＰｚの始端の間のオフ期間Ｔｏが０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである。これにより、液体噴射ヘッドの吐出速度の周波数依存性が低下する。

ここで、一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚは、圧力室３に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅Ｔａとするのが好ましい。また、駆動パルスＰｙの始端と駆動パルスＰｚの始端の間隔を２Ｔｚ、つまり圧力室３に充填される液体の固有振動に基づく共振周期であるＴｂ（＝２Ｔａ）とするのが好ましい。補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈが０．２Ｔｚを下回ると液滴の吐出速度の周波数依存性が増加する。同様に、補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈが０．４Ｔｚを超えても液滴の吐出速度の周波数依存性が増加する。

駆動波形をこのように設定することにより、吐出速度の周波数依存性が低下する。また、駆動パルスＰｚ、駆動パルスＰｙ及び補助パルスＰｈの各電位レベルを等しくすることができるので、駆動波形を生成する駆動部７の構成が簡素化され、駆動部７の負担が軽減する。

図５は本発明の第二実施形態に係る駆動波形の特徴を説明するための図である。図５（ａ）は、駆動波形［１］〜［１１］、［参考１］、［参考２］の波形の形状を表し、図５（ｂ）は、駆動波形［９］、［１０］、［参考１］、［参考２］を用いたときの駆動周波数と液滴の吐出速度の関係を表す。いずれも実測値である。駆動波形[１]〜[４]、［８］〜［１１］が本発明の要件を満たす駆動波形である。［参考１］は特許文献１に記載の駆動波形の例であり、補助パルスＰｈが存在しない。［参考２］は、［参考１］を改良して周波数特性を改善させた駆動波形の例であり、［参考１］と同じく補助パルスＰｈが存在せず、駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚと駆動パルスＰｙのパルス幅Ｔｙとを［参考１］の駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚの１．５倍と長くした場合である。

まず、図５（ａ）に示す波形を説明する。図４（ａ）に示すように、Ｔｚは一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚのパルス幅、Ｔｈは補助パルスＰｈのパルス幅、Ｔｙは駆動パルスＰｚの前に位置する駆動パルスＰｙのパルス幅、Ｔｏは補助パルスＰｈの終端と駆動パルスＰｚの始端との間隔で０ボルトの電圧が与えられるオフ期間である。Ｔｏ’は駆動パルスＰｙの終端と補助パルスＰｈの始端との間隔で０ボルトの電圧が与えられる他のオフ期間である。相対偏差は、駆動周波数を変化させたときの液滴の吐出速度のばらつきを表し、駆動波形［参考２］の吐出速度のばらつきの標準偏差値を基準とする相対値である。相対電圧は、前周期の駆動パルスの影響を受けない状態で、基準速度５．０ｍ／ｓを得るための電圧であり、駆動波形［参考１］の液滴の吐出速度を基準とする相対値である。パルス幅及びオフ期間の数値の単位はすべてμｓである。ここで、ヘッド部２の共振周期Ｔｂは１５．２μｓであり、駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚはこの共振周期Ｔｂの１／２である７．６μｓに固定され、駆動パルスＰｙのパルス幅Ｔｙは駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚの１／２である３．８μｓに固定され、駆動パルスＰｙの始端と駆動パルスＰｚの始端との間隔は１５．２μｓ、つまりヘッド部２の共振周期Ｔｂに固定されている。

駆動波形［５］はオフ期間Ｔｏが３．０μｓであり、Ｔｏ（＝０．３９Ｔｚ）＜０．４Ｔｚ）で本発明の駆動波形の範囲外である。この場合に、相対偏差が１．４３と大きく、評価は×となる。また、駆動波形［６］は補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈが０．８μｓ（＝０．１１Ｔｚ）＜０．２Ｔｚであり、駆動波形［７］は補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈが１．２μｓ（＝０．１６Ｔｚ）＜０．２Ｔｚであり、いずれも本発明の駆動波形の範囲外である。これらの場合、駆動電圧は低いが相対偏差がそれぞれ１．６１及び１．３９といずれも大きく、評価は×となる。なお、駆動波形[参考１］では相対偏差が２．３９であり、駆動波形［参考２］では相対電圧が１．１となり、いずれも高く、評価は×となる。

これに対して、本発明の要件を満たす駆動波形［１］〜［４］、［８］〜［１１］では相対偏差が１．３５以下であり、駆動波形［参考１］よりも大幅に改善される。また、本発明の要件を満たす駆動波形［１］〜［４］、［８］〜［１１］では相対電圧が１．０５以下であり、駆動波形［参考２］よりも改善される。特に、補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈが２．０μｓ（＝０．２６Ｔｚ）の駆動波形［９］、及び、補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈが２．４μｓ（＝０．３２Ｔｚ）の駆動波形［１０］では、いずれも相対偏差が０．９６で駆動波形［参考２］の標準偏差よりも改善され、かつ、相対電圧１．０３で駆動波形［参考１］の駆動電圧と同程度となる。従って、補助パルスＰｈのパルス幅Ｔｈは、好ましくは、０．２５Ｔｚ〜０．３５Ｔｚ、とするのがよい。

図５（ｂ）において、横軸が駆動周波数（ｋＨｚ）を表し、縦軸が液滴の吐出速度（ｍ／ｓ）を表す。図に示すように、駆動波形［参考１］では、駆動周波数が８ｋＨｚ〜１７ｋＨｚでは吐出速度が４．５ｍ／ｓを大きく下回っている。また、駆動波形［参考２］では、駆動周波数１６ｋＨｚ〜１８ｋＨｚに吐出速度が５．５ｍ／ｓを大きく超える特異点が現れる。これに対して、本発明の駆動波形［９］及び［１０］では、周波数４ｋＨｚ〜２０ｋＨｚにおいて、吐出速度が４．５ｍ／ｓ〜５．５ｍ／ｓの範囲内となり、吐出速度の周波数依存性が極めて少ない。また、図５（ａ）に示すように、本発明の要件を満たす駆動波形[１]〜[４]、［８］〜［１１］は、駆動波形［参考１］と同程度の駆動電圧であり、高効率で液滴を吐出することができる。

なお、本実施形態では一周期に２滴を吐出する駆動波形について説明したが、駆動パルスＰｙの前に液滴を吐出する他の駆動パルスが存在し、その駆動パルスにより液滴を吐出し、一周期に３滴以上の液滴を吐出する駆動波形であってもよい。

図４（ｂ）に、一周期に３滴の液滴を吐出する本発明の第二実施形態に係る他の駆動波形を表す。本実施形態では、駆動パルスＰｙが駆動パルスＰｙ１とＰｙ２を含み、各駆動パルスＰｙ１、Ｐｙ２において液滴を吐出する。図４（ｂ）に示すように、駆動パルスＰｙ１の前にオフ期間Ｔｏ１”を設けて新たな駆動パルスＰｙ２を追加し、駆動パルスＰｙ２と駆動パルスＰｙ１の間に補助パルスＰｈを挿入しない。駆動パルスＰｙ２のパルス幅Ｔｙ２と駆動パルスＰｙ１のパルス幅Ｔｙ１を、それぞれ、駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚの１／２に固定する。更に、駆動パルスＰｙ２の始端と駆動パルスＰｙ１の始端との間隔を、パルス幅Ｔｚの２倍、つまりヘッド部２の共振周期Ｔｂに固定する。駆動パルスＰｙ２の終端と駆動パルスＰｙ１の始端の間はオフ期間Ｔｏ１”であり、０ボルトに固定する。例えば共振周期Ｔｂを１５．２μｓとすれば、パルス幅Ｔｙ２は３．８μｓであり、オフ期間Ｔｏ１”は１１．４μｓである。本実施形態においては、補助パルスＰｈを、駆動パルスＰｙ１と駆動パルスＰｚの間にのみ挿入し、駆動パルスＰｙ２と駆動パルスＰｙ１の間には挿入しない構成を採用する。その結果、一周期に１個の補助パルスＰｈが増えるだけなので消費電力が大幅に増加することがなく、また、圧電体の変形動作回数も大幅な増加がないので圧電体の耐久性に与える影響も少ない。

なお、一周期に３滴の液滴を吐出する上記駆動波形の場合に駆動パルスＰｙ１の前にオフ期間Ｔｏ１”を設けて駆動パルスＰｙ２を追加したと同様に、一周期に４滴の液滴を吐出する場合は、駆動パルスＰｙ２の前にオフ期間Ｔｏ２”を設けて新たな駆動パルスＰｙ３を追加すればよい。この場合においても、３滴の液滴を吐出する場合と同様に、新たな駆動パルスＰｙ３と駆動パルスＰｙ２との間のオフ期間Ｔｏ２”に補助パルスＰｈを挿入しない。言い換えれば、補助パルスＰｈは駆動パルスＰｙ１と駆動パルスＰｚの間にのみ挿入する。これを一般化して表現すると、駆動パルスＰｙはｎ（ｎは２以上の整数）個の駆動パルスＰｙ１、Ｐｙ２、・・・、Ｐｙｎ−１、Ｐｙｎを含み、駆動パルスＰｙｍ−１（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）の前に駆動パルスＰｙｍを与え、駆動パルスＰｙｍ−１と駆動パルスＰｙｍの間のオフ期間Ｔｏｍ−１”に補助パルスＰｈを挿入しない。なお、駆動パルスＰｙｍの始端と駆動パルスＰｙｍ−１の始端との間隔をパルス幅Ｔｚの２倍とする。その他、液体噴射ヘッド１やヘッド部２の構成、駆動方式は第一実施形態と同様である。

（第三実施形態）
図６は、本発明の第三実施形態に係る駆動波形の説明図である。横軸が時間を表し、縦軸が電圧を表す。本実施形態においては、一周期に（ｎ＋１）滴（ｎは２以上の整数）吐出する場合を表す。すでに第一及び第二実施形態において説明したように、駆動パルスのパルス数を選択することにより、液体の吐出量を変化させ、階調表現を記録することができる。従って、一周期の期間に３以上の駆動パルスを与えることにより多階調表現を記録することができる。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図６に示すように、駆動パルスＰｙは、複数の駆動パルスＰｙｎ、Ｐｙｎ−１、・・・、Ｐｙ１を含み、駆動パルスＰｙｍ（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）と駆動パルスＰｙｍ−１の間に補助パルスＰｈｍ−１が位置し、補助パルスＰｈｍ−１はパルス幅Ｔｈｍ−１が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、補助パルスＰｈｍ−１の終端と駆動パルスＰｙｍ−１の始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである。

ここで、一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚのパルス幅Ｔｚは、圧力室３に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅Ｔａとするのが好ましい。また、駆動パルスＰｙ１の始端と駆動パルスＰｚの始端の間隔、及び、駆動パルスＰｙｍの始端と駆動パルスＰｙｍ−１の始端との間隔をパルス幅Ｔａの２倍、つまり圧力室３に充填される液体の固有振動に基づく共振周期であるＴｂ（＝２Ｔａ）とするのが好ましい。補助パルスＰｈｍ−１のパルス幅Ｔｈｍ−１が０．２Ｔｚを下回ると液滴の吐出速度の周波数依存性が増加する。同様に、補助パルスＰｈｍ−１のパルス幅Ｔｈｍ−１が０．４Ｔｚを超えても液滴の吐出速度の周波数依存性が増加する。補助パルスＰｈｍ−１のパルス幅Ｔｈｍ−１は、好ましくは、０．２５Ｔｚ〜０．３５Ｔｚ、とするのがよい。なお、各補助パルスＰｈ、Ｐｈ１〜Ｐｈｎ−１それぞれのパルス幅Ｔｈ、Ｔｈ１〜Ｔｈｎ−１は本発明の範囲内であればよく、各パルス幅Ｔｈ、Ｔｈ１〜Ｔｈｎ−１がすべて同一である必要はない。同様に、各補助パルスＰｈ、Ｐｈ１〜Ｐｈｎ−１の終端と各駆動パルスＰｚ、Ｐｙ１〜Ｐｙｎ−１の始端とのそれぞれの間のオフ期間Ｔｏ、Ｔｏ１〜Ｔｏｎ−１がすべて同一である必要はなく、上記の範囲内であればよい。

駆動波形をこのように設定することにより、吐出速度の周波数依存性が低下する。また、駆動パルスＰｚ、駆動パルスＰｙ１〜Ｐｙｎ及び補助パルスＰｈ、Ｐｈ１〜Ｐｈｎ−１の各電位レベルを等しくすることができるので、駆動波形を生成する駆動部７の構成が簡素化され、駆動部７の負担が軽減する。その他、液体噴射ヘッド１やヘッド部２の構成、駆動方式については第一実施形態と同様である。

（第四実施形態）
図７は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１を構成するヘッド部２の分解模式図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。図７に示すように、ヘッド部２は、圧電プレート９と、圧電プレート９の上面ＵＳに接合されるカバープレート１０と、圧電プレート９の側面ＳＳに接合されるノズルプレート１１と、圧電プレート９のノズルプレート１１とは反対側の後方側の上面ＵＳに接着されるフレキシブル基板１２とを備える。圧電プレート９は、その上面ＵＳに交互に配列する吐出溝９ａとダミー溝９ｂを備える。吐出溝９ａとダミー溝９ｂは、一方側が側面ＳＳに開口し他方側は上面ＵＳにおいて終端する。吐出溝９ａとダミー溝９ｂは側壁９ｅ（図１及び図２において駆動壁５に相当する。）により分離される。側壁９ｅの両側面には上面ＵＳから溝の深さの略１／２まで駆動電極８が設置される。吐出溝９ａ側の側面に形成される駆動電極８は、圧電プレート９の後方側の上面ＵＳに形成されるコモン端子９ｃに電気的に接続する。ダミー溝９ｂ側の側面に形成される駆動電極８は、圧電プレート９の後方側の上面ＵＳに形成されるアクティブ端子９ｄに電気的に接続される。カバープレート１０は、スリット１０ｂを介して吐出溝９ａに液体を供給する液体供給室１０ａを備える。カバープレート１０は圧電プレート９の上面ＵＳに接合されて吐出溝９ａ及びダミー溝９ｂの上部開口を覆う。ノズルプレート１１は、複数のノズル６を備え、各ノズル６が各吐出溝９ａに連通して圧電プレート９の側面ＳＳに接合される。吐出溝９ａは、上部開口がカバープレート１０により覆われ、側面ＳＳの開口がノズルプレート１１により塞がれ、側壁９ｅと底部の圧電プレート９により囲まれて圧力室（図１及び図２に示す圧力室３に相当する。）を構成する。

圧電プレート９は圧電体セラミックス、例えばＰＺＴセラミックスが使用される。圧電プレート９は、上面ＵＳの垂直方向に予め分極処理が施される。液体は液体供給室１０ａに供給され、スリット１０ｂを介して各吐出溝９ａに供給される。図示しない駆動部７から第一〜第三実施形態において説明した駆動波形がフレキシブル基板１２を介してコモン端子９ｃとアクティブ端子９ｄに与えられる。すると、吐出溝９ａの両側壁９ｅが厚みすべり変形して内部に充填される液体に圧力波を誘起し、ノズル６から液滴が吐出される。なお、本発明において、ヘッド部２は図７に示す構造に限定されない。

（第五実施形態）
図８は本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動部７とヘッド部２により構成され、ヘッド部２は、圧電プレート９と、ノズルプレート１１と、カバープレート１０等とを備える。液体ポンプ３３、３３’として、流路部３５、３５’に液体を供給する供給ポンプとそれ以外に液体を排出する排出ポンプのいずれかもしくは両方を設置し、液体を循環させる。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することもある。液体噴射ヘッド１、１’は、第一〜第三実施形態において説明した駆動波形により駆動され、例えば第四実施形態において説明したヘッド部２を備える液体噴射ヘッド１を使用することができる。

液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。

一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９とを備えている。

キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。

なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を２次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。

なお、本発明は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
圧力室を構成する駆動壁を変形させて前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する際に、前記駆動壁に与える駆動波形において、
パルス幅がＴｚであり一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚと、前記一周期に含まれ前記駆動パルスＰｚの前に位置する駆動パルスＰｙと、前記駆動パルスＰｙと前記駆動パルスＰｚの間に位置する補助パルスＰｈと、を備え、
前記補助パルスＰｈはパルス幅が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、前記補助パルスＰｈの終端と前記駆動パルスＰｚの始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである駆動波形。
（２）
前記Ｔｚは、前記圧力室に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、前記液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅である
上記（１）に記載の駆動波形。
（３）
前記駆動パルスＰｙの始端と前記駆動パルスＰｚの始端の間隔は、前記圧力室に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、前記液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅の２倍である
上記（１）又は（２）に記載の駆動波形。
（４）
前記駆動パルスＰｙは複数の駆動パルスＰｙ１、・・・、Ｐｙｎ−１、Ｐｙｎ（ｎは２以上の整数）を含む
上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の駆動波形。
（５）
前記駆動パルスＰｙｍ−１（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）の前に前記駆動パルスＰｙｍが位置する場合に、
前記駆動パルスＰｙｍと前記駆動パルスＰｙｍ−１の間に補助パルスＰｈｍ−１が位置し、
前記補助パルスＰｈｍ−１はパルス幅が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、前記補助パルスＰｈｍ−１の終端と前記駆動パルスＰｙｍ−１の始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである
上記（４）に記載の駆動波形。
（６）
前記駆動パルスＰｙｍ（ｍは１＜ｍ≦ｎの整数）の始端と前記駆動パルスＰｙｍ−１の始端の間隔は、前記圧力室に駆動波形として与える単一の駆動パルスのパルス幅を漸次増加させたときに、前記液滴の吐出速度が最初に極大となるパルス幅の２倍である
上記（４）又は（５）に記載の駆動波形。
（７）
上記（１）に記載の駆動波形を生成する駆動部と、前記駆動波形により駆動されるヘッド部と、を備える液体噴射ヘッド。
（８）
上記（７）に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。

１ 液体噴射ヘッド２ ヘッド部
３ 圧力室
４ 壁
５ 駆動壁
６ ノズル
７ 駆動部
８ 駆動電極
９ 圧電プレート
１０ カバープレート
１１ ノズルプレート
１２ フレキシブル回路基板
Ｐｚ、Ｐｙ、Ｐｙ１〜Ｐｙｎ 駆動パルス
Ｐｈ、Ｐｈ１〜Ｐｈｎ−１ 補助パルス
Ｔｚ、Ｔｙ、Ｔｈ、Ｔｈ１〜Ｔｈｎ−１、 パルス幅
Ｔａ 吐出速度が最初に極大となるパルス幅
Ｔｂ 吐出速度が最初に極小となるパルス幅
Ｔｏ、Ｔｏ’、Ｔｏ１〜Ｔｏｎ−１、Ｔｏ１” オフ期間

Claims (1)

1. 圧力室を構成する駆動壁を変形させて前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する際に、前記駆動壁に与える駆動波形において、
   パルス幅がＴｚであり一周期の最後に位置する駆動パルスＰｚと、前記一周期に含まれ前記駆動パルスＰｚの前に位置する駆動パルスＰｙと、前記駆動パルスＰｙと前記駆動パルスＰｚの間に位置する補助パルスＰｈと、を備え、
   前記補助パルスＰｈはパルス幅が０．２Ｔｚ〜０．４Ｔｚであり、前記補助パルスＰｈの終端と前記駆動パルスＰｚの始端の間隔が０．４Ｔｚ〜０．６Ｔｚである駆動波形。

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