JP2021049785A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】駆動状態に係らずマルチドロップの吐出速度を安定化でき、高品質な印刷が可能なインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】一実施形態において、インクジェットヘッドは、アクチュエータと、圧力室と、プレートと、ヘッド駆動回路と、を備える。ヘッド駆動回路は、アクチュエータにノズルからインク滴が吐出しない程度の第１の補助パルスを与えてアクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向になるように履歴をリセットした後で吐出を行うための主パルスを与え、かつ、第１の補助パルスに先立って第１の補助パルスによって発生する圧力振動をキャンセルする向きの圧力振動を発生させる第２の補助パルスを与える。【選択図】図８

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。

互いに隣接する圧力室の隔壁をアクチュエータとするタイプのインクジェットヘッドがある。このタイプのインクジェットヘッドでは、拡張パルスと収縮パルスとを含む駆動パルス信号がアクチュエータに印加されると、隔壁が圧力室を拡張させる方向または収縮させる方向に変形して、圧力室内に圧力振動が発生する。この圧力振動により圧力室内の容積が変化して、その圧力室に連通するノズルからインク滴が吐出される。

このように、インクジェットヘッドは、圧力室の隔壁を変形させることでノズルからインク滴を吐出させるため、互いに隣接する圧力室にそれぞれ連通した隣り合うノズルからインク滴を同時に吐出することはできない。そこで、インクジェットヘッドは、各圧力室を例えば２個おきの３組に分割し、組毎に駆動パルス信号の位相を変えている。このため、画像パターンによっては、インクを吐出するノズルは１つであり、他のノズルからはインクが吐出されない状態（以下、単ノズル駆動状態と称する）と、インクを吐出するのはいずれか１組に属するノズルであり、他の組に属するノズルからはインクが吐出されない状態（以下、複ノズル同時駆動状態と称する）と、少なくとも２つの組に属するノズルから時分割でインクが吐出される状態（以下、複ノズル連続駆動状態と称する）とが生じる。

インクジェットヘッドは、階調印字を行う場合に１つのノズルから吐出されるインク滴の数を調整するマルチドロップ方式を採用する。マルチドロップ方式を採用した場合、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。１滴目を吐出させる駆動パルス信号の前に、圧力室の圧力振動を増幅するための補助パルス信号を加えることで、１滴目の吐出速度を高める技術がある。
また、同じく１滴目を吐出させる駆動パルス信号の前に、圧力室内に残留圧力波に相当する圧力波を生じさせるための補助パルス信号を加えることで、１滴目の吐出速度を高める技術も知られている。

しかしながら、これらの技術を適用した場合、複ノズル同時駆動状態のときには、補助パルス信号による振動の影響により２滴目の吐出速度が１滴目よりも遅くなってしまい、２滴目が１滴目から分離して着弾するという弊害がある。

特開２００７‐０２２０７３号公報 特開２００２‐１３７３９０号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、駆動状態に係らずマルチドロップの吐出速度を安定化でき、高品質な印刷が可能なインクジェットヘッド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、アクチュエータと、圧力室と、プレートと、ヘッド駆動回路と、を備える。アクチュエータは、前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と同一方向である場合と逆方向である場合とで印加電圧に対する変位量が異なる。圧力室は、アクチュエータの変位によって内容積が変化することで、収容されているインクに圧力を与える。プレートは、圧力室に連通するノズルを有する。ヘッド駆動回路は、アクチュエータにノズルからインク滴が吐出しない程度の第１の補助パルスを与えてアクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向になるように履歴をリセットした後で吐出を行うための主パルスを与え、かつ、第１の補助パルスに先立って第１の補助パルスによって発生する圧力振動をキャンセルする向きの圧力振動を発生させる第２の補助パルスを与える。

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縦断面図。 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。 一実施形態における駆動パルス信号を示す波形図。 ヘッドの各ノズルを印刷用紙の搬送路側から見た模式図。 複ノズル連続駆動状態の説明図。 単ノズル駆動状態の説明図。 複ノズル同時駆動状態の説明図。 補助パルス波形を加えなかったときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 第１の補助パルスだけを加えたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 第１の補助パルスと第２の補助パルスとを加えたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 第１の補助パルスと第２の補助パルスのパルス幅を０．２μｓとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 第１の補助パルスと第２の補助パルスのパルス幅を０．３μｓとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 第１の補助パルスと第２の補助パルスのパルス幅を０．４μｓとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 第１の補助パルスと第２の補助パルスのパルス幅を０．５μｓとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 第１の補助パルスと第２の補助パルスのパルス幅を０．６μｓとしたときのドロップ毎の吐出速度の一例を示すグラフ。 複ノズル連続駆動状態でのアクチュエータの動作原理を説明するための図。 ＰＺＴテストピースに印加する電圧波形を示す図。 ＰＺＴテストピースに図２２の電圧波形を印加したときの充電電荷と変位量とを示す図。 ヘッドに印加される電圧とアクチュエータの充電電流との関係を示す図。 圧力室の等価回路を示す図。 図２５の等価回路を行ってシミュレーションを行った結果を示すグラフ。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 駆動電圧波形、インク圧力波形及びインク流速波形の一例を示す波形図。 最大ドロップ数３でドロップ数１の場合のみ補助パルスを与える例を示す図。 最大ドロップ数３でドロップ数２以下の場合のみ補助パルスを与える例を示す図。

以下、実施形態に係るインクジェットヘッドについて、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・シェアードウォール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の前方部における縦断面図、図３は、ヘッド１００の前方部における横断面図である。

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組とし、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のセット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、互いに隣接する圧力室１５ａ，１５ｂで挟まれた隔壁１６ａ及び同じく隣接する圧力室１５ｂ，１５ｃ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が印加された状態を示している。両隣の圧力室１５ａ，１５ｃの電極４の電位はいずれもグラウンド電位ＧＮＤのままである。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が印加された状態を示している。両隣の圧力室１５ａ，１５ｃの電極４の電位はいずれもグラウンド電位ＧＮＤのままである。この状態では、各隔壁１６ａ，１６ｂに対して、図４の（ｂ）のときとは逆の方向に電圧Ｖ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、圧力室１５ａ，１５ｂを隔てる隔壁１６ａと、圧力室１５ｂ，１５ｃを隔てる隔壁１６ｂとは、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。
ところで図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）では、中央の圧力室１５ｂに対応するノズルからインクを吐出させるために、中央の圧力室１５ｂの電極４に電圧−Ｖ、＋Ｖを与えた。中央の圧力室１５ｂに対応するノズルからインクを吐出させる例は、これに限らない。例えば、中央の圧力室１５ｂの電極４に電圧−Ｖを印加するとともに、両隣の圧力室１５ａ，１５ｃの電極４に電圧＋Ｖを印加する。逆に、中央の圧力室１５ｂの電極４に電圧＋Ｖを印加するとともに、両隣の圧力室１５ａ，１５ｃの電極４に電圧−Ｖを印加する。この場合も、与える電圧Ｖを半分にすればアクチュエータの動作は図４の場合と全く同じとなる。

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、例えばオフィス用プリンタ、バーコードプリンタ、ＰＯＳ用プリンタ、産業用プリンタ等に適用される。

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、そのうちひとつのチャネル、例えば中央のチャネル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から供給されるパターンデータの信号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。
ただし、正電圧及び負電圧の適正値はインクの粘度によって異なる。インクの粘度はインクの種類や使用温度によって異なる。このため、正電圧＋Ｖ及び負電圧−Ｖはインクの種類や使用温度に応じて±１５ボルト〜±３０ボルト程度の範囲で選ばれる。その際、正電圧Ｖｃｃは正電圧＋Ｖよりも高くなくてはならないので、正電圧＋Ｖ及び負電圧−Ｖが最大±３０ボルトであれば正電圧Ｖｃｃは例えば３９ボルトとする。

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。ドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、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、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。ドライバＤＲ１，ＤＲ２，…，ＤＲＮは、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。

図８は、インクを吐出するチャネル（吐出チャネルch.x）の電極４に印加される駆動パルス信号の波形図である。この駆動パルス信号は、ヘッド駆動回路１０１のパターンジェネレータ１０１１で生成される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。図８において、区間Ｔ１は、吐出チャネルch.xのノズル８から１滴のインク滴を吐出するためのパルス波形（吐出パルス波形）を示す。吐出パルス波形は、区間Ｄの拡張パルスＥＰと、区間Ｐの収縮パルスＣＰとを含む。拡張パルスＥＰと収縮パルスＣＰとの間の区間Ｒは、グラウンド電位ＧＮＤを維持する。拡張パルスＥＰの中心と収縮パルスＣＰの中心との時間間隔は、インクの共振周期２ＡＬと等しい。因みに、マルチドロップ方式で２ドロップ目を吐出する場合には、区間Ｔ１に続く区間Ｔ２において、区間Ｔ１のときと同様の吐出パルス波形が繰り返される。３ドロップ目以降も同様である。

拡張パルスＥＰは、吐出チャネルch.xの電極４を負電位とする。すなわち、吐出チャネルch.xに対応したドライバＤＲxに対し、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がオンするように、バッファ回路１０１３からスイッチ回路１０１４に出力される信号のレベルが変化する。吐出チャネルch.xの電極４が負電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室１５は拡張する。

収縮パルスＣＰは、吐出チャネルch.xの電極４を正電位とする。すなわち、吐出チャネルch.xに対応したドライバＤＲxに対し、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とがオフするように、バッファ回路１０１３からスイッチ回路１０１４に出力される信号のレベルが変化する。吐出チャネルch.xの電極４が正電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室１５は収縮する。

拡張パルスＥＰと収縮パルスＣＰとの間は、吐出チャネルch.xの電極４がグラウンド電位ＧＮＤである。すなわち、吐出チャネルch.xに対応したドライバＤＲxに対し、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がオンするように、バッファ回路１０１３からスイッチ回路１０１４に出力される信号のレベルが変化する。吐出チャネルch.xの電極４がグラウンド電位ＧＮＤになることで、拡張または圧縮されていた吐出チャネルch.xの圧力室１５は、復元する。

すなわち区間Ｔ１において、吐出チャネルch.xの圧力室１５は、先ず拡張し、続いて復元し、その後収縮し、再び復元する。このような圧力室１５の容積変化により、この圧力室１５に連通するノズル８からインク滴が吐出される。区間Ｔ２以降についても、区間Ｔ１と同様に、拡張、復元、収縮、復元を繰り返すことでノズル８からインク滴が吐出される。ここで、拡張パルスＥＰは、主パルスとして機能する。また、収縮パルスＣＰは、キャンセルパルスとして機能する。

さて本実施形態では、１ドロップ目のインク滴が吐出される区間Ｔ１の前に補助パルス信号の出力区間Ｔ０を追加する。補助パルス信号は、１ドロップ目の拡張パルスＥＰの直前に印加される第１の補助パルスＳＰ１と、この第１の補助パルスＳＰ１よりも前に印加される第２の補助パルスＳＰ２とを含む。第１の補助パルスＳＰ１と第２の補助パルスＳＰ２との間の区間は、グラウンド電位ＧＮＤを維持する。第１の補助パルスＳＰ１の中心と第２の補助パルスＳＰ２の中心との時間間隔は、インクの共振周期２ＡＬと等しい。

第１の補助パルスＳＰ１は、拡張パルスＥＰとは逆極性であり、パルス幅ｗ１を有する。第２の補助パルスＳＰ２は、第１の補助パルスＳＰ１とは逆極性であり、パルス幅ｗ２を有する。パルス幅ｗ１，ｗ２は、拡張パルスＥＰのパルス幅（区間Ｄ）及び収縮パルスＣＰのパルス幅（区間Ｐ）と比較して十分に短い。ここで、パルス幅ｗ２は、第２の所定時間に相当する。またパルス幅ｗ１は、第１の所定時間に相当する。また、拡張パルス（主パルス）ＳＰの時間幅は、第３の所定時間に相当し、収縮パルス（キャンセルパルス）ＣＰの時間幅は、第４の所定時間に相当する。

第２の補助パルスＳＰ２は、吐出チャネルch.xの電極４を負電位とする。吐出チャネルch.xの電極４が負電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室１５は拡張する。すなわち第２の補助パルスＳＰ２は、拡張パルスである。

第１の補助パルスＳＰ１は、吐出チャネルch.xの電極４を正電位とする。吐出チャネルch.xの電極４が正電位になることで、吐出チャネルch.xの圧力室１５は収縮する。すなわち第１の補助パルスＳＰ１は、収縮パルスである。

このように、補助パルス信号の出力区間Ｔ０においても、区間Ｔ１と同様に、吐出チャネルch.xの圧力室１５は、先ず拡張し、続いて復元し、その後収縮し、再び復元する。しかしながら、第１及び第２の補助パルスＳＰ１，ＳＰ２のパルス幅ｗ１，ｗ２は、拡張パルスＥＰのパルス幅（区間Ｄ）と比較して十分に短いため、ノズル８からインク滴が吐出されない。換言すれば、第１及び第２の補助パルスＳＰ１，ＳＰ２のパルス幅ｗ１，ｗ２は、ノズル８からインク滴が吐出しない程度の幅に設定されている。

ここで、補助パルス信号を加えたことによる作用効果を説明する前に、図９〜図１２を用いて、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態、複ノズル連続駆動状態について今一度説明する。
図９は、ヘッド１００の各ノズル８を印刷用紙ＰＡの搬送路側から見た模式図である。図示するように、本実施形態のヘッド１００は、ノズル８が３列の千鳥配置となっている。このタイプのヘッド１００は、隣接するノズル８から同時にインク滴を吐出することができない。このため、各ノズル８に対応した圧力室１５を、（３ｎ＋１）番目の組と、（３ｎ＋２）番目の組と、（３ｎ＋３）番目の組とに分けて時分割で順次駆動する。例えば図９において、矢印Ｈの方向に印刷用紙ＰＡが搬送される場合、横一列の直線を印字するためには、先ず符号ａのノズル８に対応する圧力室１５を駆動し、続いて符号ｃのノズル８に対応する圧力室１５を駆動し、続いて符号ｂのノズル８に対応する圧力室１５を駆動する。なお、図９において、符号ｂのノズル８は注目する当該ノズルであり、圧力室１５は図４の圧力室１５ｂに相当する。符号ａ，ｃのノズル８は当該ノズルに隣接するノズルであり、圧力室１５は図４の圧力室１５ａ，１５ｃに相当する。

図１０は、複ノズル連続駆動状態の説明図である。複ノズル連続駆動状態とは、少なくとも２つの組に属するノズルから時分割でインクが吐出される状態をいう。例えば同図（ａ）に示すように、横２本線の印刷イメージを得るためには、同図（ｂ）に示すように、符号ａ，ｃ，ｂの時間順でノズル８から必要な量のインク滴が吐出されるようにアクチュエータを駆動する。この場合、時間をずらして隣接するアクチュエータはすべて駆動される。このような駆動モードを複ノズル連続駆動と称する。ここで、連続駆動とは、空間方向（ノズルの並び方向）に連続するノズル８が駆動されるという意味である。

図１１は、単ノズル駆動状態の説明図である。単ノズル駆動状態とは、いずれか１つのノズル８からしかインクが吐出されない状態をいう。例えば同図（ａ）に示すように、縦方向に並んで複数の点を配置する印刷イメージを得るためには、同図（ｂ）に示すように、符号ｂのノズルだけから必要な量のインクが吐出されるようにアクチュエータを駆動する。このような駆動モードを単ノズル駆動と称する。

図１２は、複ノズル同時駆動状態の説明図である。複ノズル同時駆動状態とは、いずれか１つの組に属するノズルからインクが吐出され、他の組に属するノズルからはインクが吐出されない状態をいう。例えば同図（ａ）に示すように、横方向に並べられた複数の点を複数列に配置する印刷イメージを得るためには、同図（ｂ）に示すように、（３ｎ＋１）番目の組と、（３ｎ＋２）番目の組と、（３ｎ＋３）番目の組とに分けたときに同じ組に属するノズルから必要な量のインクが吐出されるようにアクチュエータを駆動する。このような駆動モードを複ノズル同時駆動と称する。

複ノズル同時駆動は、圧力室１５の挙動としては最もシンプルなものである。すなわち、同一の組に属するアクチュエータがノズルの並び方向に均一に駆動されるため、全てのチャネルの圧力室１５が均一の挙動となる。これに対し、単ノズル駆動では、空間方向に少し複雑な挙動を示す。これは、駆動されるチャネルが一つだけであるために、も駆動したチャネルの圧力室に生じた圧力が周囲のチャネルに伝搬するためである。

一方、複ノズル連続駆動は、時間方向に複雑な挙動を示す。これは、隣接するチャネルからインク滴が吐出される際に、隣接チャネルと共有する当該チャネルのアクチュエータの片壁を駆動した履歴が、当該チャネルのアクチュエータの動作に影響してしまうからである。

以上のような理由から、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態、複ノズル連続駆動状態の３つのモードでそれぞれ同一ノズルから１ドロップだけを吐出する場合と２ドロップ以上連続して吐出する場合とで、インク滴の吐出速度を評価する。因みに、同一ノズルからインク滴を連続して吐出してその吐出する数の多少により印刷媒体上のドット径の大小を調節するグレースケール印字方式はマルチドロップ方式と呼ばれる。マルチドロップ方式において、安定した吐出状態を得るためには、連続するインク滴の数による吐出速度の変化は小さいことが望ましい。

次に、補助パルス信号を加えたことによる作用効果について、図１３〜図１５を用いて説明する。図１３〜図１５は、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、マルチドロップ方式により１ドロップのみ、または、２〜５ドロップを連続して吐出したときの吐出速度［m/s］の一例を示している。図１３〜図１５において、横軸の数値“１”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、１ドロップのみ吐出したときの吐出速度である。横軸の数値“２”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して２ドロップを吐出したときの２ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“３”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して３ドロップを吐出したときの３ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“４”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して４ドロップを吐出したときの４ドロップ目の吐出速度である。横軸の数値“５”に対応してプロットされた点の縦軸の数値が、連続して５ドロップを吐出したときの５ドロップ目の吐出速度である。そして図１３は、補助パルス波形を加えなかったときのグラフであり、図１４は、第１の補助パルスＳＰ１だけを加えたときのグラフであり、図１５は、第１の補助パルスＳＰ１と第２の補助パルスＳＰ２とを加えたときのグラフである。各図において、実線のグラフは、単ノズル駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。一点鎖線のグラフは、複ノズル同時駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。破線のグラフは、複ノズル連続駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。

補助パルス波形を加えなかった場合は、図１３に示すように、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態において、１ドロップのみ吐出したときの吐出速度が、連続して２ドロップ以上を吐出したときの最終ドロップの吐出速度よりも遅くなる。特に、複ノズル連続駆動状態のときには、１ドロップのみ吐出したときの吐出速度が極めて遅く、安定した印字品質が得られない。

補助パルス波形として第１の補助パルスＳＰ１だけを加えた場合は、図１４に示すように、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態において、１ドロップのみ吐出したときの吐出速度が速くなるので、連続吐出するドロップの数に依る吐出速度の変化を抑えることができる。複ノズル同時駆動状態においても、第１の補助パルスＳＰ１によって１ドロップのみ吐出したときの吐出速度が速くなるが、しかし複ノズル同時駆動状態ではそれが必ずしも吐出速度の変化を抑えることにならない。複ノズル同時駆動状態では補助パルスの無い駆動波形を与えたとしても、図１３に示したように、１ドロップのみ吐出したときの吐出速度と連続して２ドロップ吐出したときの２ドロップ目の吐出速度とに元々あまり差がない。このため、第１の補助パルスＳＰ１を入れると相対的に１ドロップ目よりも２ドロップ目の吐出速度が遅くなってかえって速度バランスが崩れる。この状態で連続して２ドロップを吐出すると、遅い２ドロップ目が１ドロップ目に対して分離して着弾し、印字品質を低下させる可能性が高い。

補助パルス波形として第１の補助パルスＳＰ１と第２の補助パルスＳＰ２とを加えた場合は、図１５に示すように、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態において１ドロップのみ吐出したときの吐出速度が速くなる。しかし、複ノズル同時駆動状態で１ドロップのみ吐出したときの吐出速度はあまり速くならず、連続して２ドロップを吐出したときの２ドロップ目の吐出速度とほぼ同じとなる。したがって、速度バランスが崩れないため、２ドロップ目が１ドロップ目に対して分離して着弾するようなことはない。

このように本実施形態では、補助パルス信号として、従来のブーストパルスと同様の機能を果たす第１の補助パルスＳＰ１の前に、第１の補助パルスＳＰ１とは逆極性の第２の補助パルスＳＰ２を加える。そうすることによって、単ノズル駆動状態及び複ノズル連続駆動状態だけでなく、複ノズル同時駆動状態のときもマルチドロップの吐出速度を安定化することができ、ひいては高品質な印刷が可能な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できる。

ここで、第１及び第２の補助パルスＳＰ１，ＳＰ２のパルス幅ｗ１，ｗ２について、図１６〜図２０を用いて検証する。なお、第１の補助パルスＳＰ１のパルス幅ｗ１と第２の補助パルスＳＰ２のパルス幅ｗ２とは同じ幅とする。また、第１の補助パルスＳＰ１と第２の補助パルスＳＰ２とのパルス中心間隔は、インクの共振周期２ＡＬと等しくする。

図１６〜図２０は、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、マルチドロップ方式により５ドロップを連続して吐出したときの、ドロップ毎の吐出速度［m/s］の一例を示している。そして図１６は、パルス幅ｗ１を０．２μｓとしたときのグラフである。図１７は、パルス幅ｗ１を０．３μｓとしたときのグラフである。図１８は、パルス幅ｗ１を０．４μｓとしたときのグラフである。図１９は、パルス幅ｗ１を０．５μｓとしたときのグラフである。図２０は、パルス幅ｗ１を０．６μｓとしたときのグラフである。各図において、実線は、単ノズル駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。一点鎖線は、複ノズル同時駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。破線は、複ノズル連続駆動状態のときの吐出速度［m/s］を示す。

パルス幅が０．２μｓのとき、図１６に示すように、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態のうち、複ノズル連続駆動状態のときの１ドロップ目の吐出速度が遅く、ばらつきがある。しかも複ノズル連続駆動状態のときには、２ドロップ目と比べて１ドロップ目の吐出速度がまだ遅いため、吐出が不安定である。

パルス幅が０．３μｓになると、図１７に示すように、複ノズル連続駆動状態においても１ドロップ目の吐出速度が速くなり、２ドロップ目と比べてそれほど大きな差は生じない。また、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、１ドロップ目の吐出速度がほぼ同じとなる。このため、いずれの状態においても安定した吐出効果が得られる。

パルス幅が０．４μｓになると、図１８に示すように、単ノズル駆動状態、複ノズル同時駆動状態及び複ノズル連続駆動状態の各状態において、１ドロップ目の吐出速度がほぼ同じである。また、２ドロップ目と比較して１ドロップ目の吐出速度が大きく遅くなることもない。むしろ、複ノズル同時駆動状態のときの１ドロップ目の吐出速度が２ドロップ目よりも若干早くなっているため、速度バランスが崩れかけている。

パルス幅が０．５μｓになると、図１９に示すように、複ノズル同時駆動状態において、１ドロップ目の吐出速度が２ドロップ目よりも早くなり、速度バランスが崩れる。この点は、図２０に示すように、パルス幅が０．６μｓになった場合にも顕著である。

したがって、図１６〜図２０に示した例の場合には、第１及び第２の補助パルスのパルス幅ｗ１，ｗ２は、０．３μｓから０．４μｓの範囲内において、駆動状態に係らずマルチドロップの吐出速度を安定化できる効果を奏する。

次に、本実施形態の効果が生じる原理について説明する。
背景技術の項で述べたように、インク滴の吐出前にインク滴が吐出しない程度の補助パルス信号、いわゆるブーストパルスを与えて吐出速度の均一化を図ることはすでに行われている。ブーストパルスを与えることにより、メニスカスが静止した状態から圧力振動が付与される場合と、その直前に吐出したインク滴の残留圧力振動が残っている状態で圧力振動が付与される場合との違いを補償する効果がある。しかしこの違いを補償するという理由だけでは第２の補助パルスＳＰ２を第１の補助パルスＳＰ１と併用することによる効果を説明できない。第２の補助パルスＳＰ２の効果を理解するためには、アクチュエータのヒステリシスに起因する履歴現象について理解しておく必要がある。そこで先ず、単ノズル駆動状態及び複ノズル同時駆動状態と複ノズル連続駆動状態との動作の違いについて、補助パルスを持たない単純な駆動波形、すなわち図８の区間Ｔ１で示されるＤＲＰ波形によるアクチュエータの動作で説明する。

単ノズル駆動状態及び複ノズル同時駆動状態では、ドット(複数ドロップの集まり)と次のドットとの間で隣接するチャネルからインクが吐出されない。このため、アクチュエータの動作は常に、図４において（ａ）→（ｂ）→（ａ）→（ｃ）→（ａ）→（ｂ）→（ａ）→（ｃ）の繰り返しとなる。この繰り返しの中で、中央の圧力室１５ｂに連通するノズル８からインク滴が２滴吐出される。そして、圧力室１５ｂに対応して設けられるアクチュエータは、拡張パルスＥＰによって拡張する前は必ず収縮パルスＣＰによって収縮する動作を行う。

これに対し、複ノズル連続駆動状態では、隣接する圧力室１５の動きを考慮する必要がある。
図２１は、中央の圧力室１５ｂに連通するノズル８からインク滴を吐出する前に、先ず左隣の圧力室１５ａに連通するノズル８からインク滴を吐出し、次いで右隣の圧力室１５ｃに連通するノズル８からインク滴を吐出する場合の、各圧力室１５ａ、１５ｂ，１５ｃに対応したアクチュエータの動作を示す。

Ａ１〜Ａ４は、左隣の圧力室１５ａに連通するノズル８からインク滴を吐出する際のアクチュエータの動作であり、連続してインク滴を吐出する場合にはＡ１〜Ａ４の動作が繰り返される。
Ａ５〜Ａ８は、右隣の圧力室１５ｃに連通するノズル８からインク滴を吐出する際のアクチュエータの動作であり、連続してインク滴を吐出する場合にはＡ５〜Ａ８の動作が繰り返される。
Ａ９〜Ａ１６は、中央の圧力室１５ｂに連通するノズル８からインク滴を吐出する際のアクチュエータの動作であり、Ａ９〜Ａ１２が１ドロップ目の動作、Ａ１３〜Ａ１６が２ドロップ目の動作である。３ドロップ目以降のインク滴を吐出する場合にはＡ１３〜Ａ１６の動作が繰り返される。

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一方の隔壁１６ａは、Ａ４の動作で図中左方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、Ａ９の動作まで維持される。これに対し、同じアクチュエータとなる他方の隔壁１６ｂは、Ａ８の動作で図中右方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、Ａ９の動作まで維持される。したがって、Ａ１０の動作で隔壁１６ａ，１６ｂが広がる向きに変形する際、その変形の向きはそれぞれ履歴と同方向である。

ところが、中央の圧力室１５ｂに連通するノズル８から２ドロップ目以降を吐出する場合はその状況が変わる。一方の隔壁１６ａは、Ａ１２の動作で図中右方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、Ａ１３の動作まで維持される。他方の隔壁１６ｂは、Ａ１２の動作で図中左方向の履歴を持つ。そしてこの履歴は、Ａ１３の動作まで維持される。したがって、Ａ１４の動作で隔壁１６ａ，１６ｂが広がる向きに変形する際、その変形の向きはそれぞれ履歴と逆方向となる。

このように、複ノズル連続駆動状態では、アクチュエータが動作する際の履歴の向きが１ドロップ目と２ドロップ目以降とで異なる。この向きの違いが、１ドロップ目で吐出速度が大きく落ち込む原因である。その理由を理解するために、次に、圧電部材１，２として用いられるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）のヒステリシス特性について説明する。

このヒステリシス特性の説明に関しては、ＰＺＴのテストピースを用いる。テストピースは、高さ１０[mm]、幅３[mm]、厚み０．２[mm]の直方体である。そしてこのテストピースを高さ方向で分極し、厚み方向に図２２に示す波形の電圧を印加する。電圧は、テストピースの厚みがヘッド１００の隔壁の厚みの約２．３倍なので、６０[V]とした。

図２２に示す波形の電圧を印加してテストピースに注入される充電電荷Ｐ１[μC/cm²]とテストピースの変位量ｄ[nm]とを測定すると、図２３の結果が得られた。すなわち、アクチュエータが同方向の履歴を持つ場合、６０[V]の電圧変化でテストピースに６０[nm]の変位があった。これに対して逆方向の履歴を持つ場合には、６０[V]の電圧変化でテストピースに８０[nm]の変位があった。つまり、逆方向の履歴を持つことにより、同方向の履歴を持つときに対して１３３％の変位に増大する。このように、テストピースの変位量は、逆方向の履歴を持ったときよりも同方向の履歴を持ったときの方が小さい。したがって、同方向の履歴を持つ複ノズル連続駆動状態の１ドロップ目は、吐出速度が大きく落ち込むと考えられる。

ところで、図２３に示すように、変位のプロファイルは充電電荷のプロファイルと類似している。その一方で、ヘッド１００を組み立てた状態でアクチュエータの変位を測定することは困難であるが、充電電荷は、電流波形から比較的容易に求めることができる。そこで次に、この充電電荷を利用して、ヘッド１００に組み立てられたアクチュエータのヒステリシス特性を調べる。具体的には、ヘッド１００に図２３の波形Ｖ１で示す電圧を印加し、アクチュエータの充電電流を計測する。なお、アクチュエータの静電容量は、隔壁１６ａと隔壁１６ｂとの並列により約４００[pF]である。

充電電流は、図２３の波形Ｉ１のように測定された。この波形Ｉ１の面積Ｓ１は、履歴が逆方向のときの充電電荷を表しており、面積Ｓ２は、履歴が同方向のときの充電電荷を表している。そこで面積Ｓ１，Ｓ２から充電電荷を計測すると、面積Ｓ１から計測される充電電荷は４．２[nC]であり、面積Ｓ２から計測される充電電荷は３．１[nC]であった。つまりアクチュエータは、ヘッド１００に組み立てられた状態でも、逆方向の履歴を持つことにより、同方向の履歴を持つときに対して１３３％の電荷が注入される。

以上の結果から、逆方向の履歴を持ったときよりも同方向の履歴を持ったときの方がアクチュエータの変位が小さいため、同方向の履歴を持つ複ノズル連続駆動状態の１ドロップ目は、吐出速度が大きく落ち込むことがわかる。

このように、本実施形態で圧電部材１，２として用いられるＰＺＴは、このテスト条件で約３３％のヒステリシスを持っているといえる。圧電部材１，２のヒステリシスの大きさは、アクチュエータの変位の大きさに直接作用する。アクチュエータの変位の大きさは、インク滴の吐出速度及び吐出量に影響を及ぼす。このため、３０％を超える大きさのヒステリシスは、印字品質に対して無視できないものとなる。そこで、３０％を超える大きさのヒステリシスを持つ圧電部材を使用する場合には、常に逆方向の履歴を持つように履歴を考慮して制御するとよい。常に逆方向の履歴を持たせることで、インク滴の吐出速度及び吐出量が安定化し、高効率かつ高品質な印刷結果を得ることができる。例えば、機械的品質係数Qmが小さく圧電歪定数（ｄ定数）の大きいソフト材の圧電部材は、一般に大きなヒステリシスを持っている。このようなヒステリシスの大きい圧電部材を使用することをさけようとするのではなく、上述のようにヒステリシスを適切に利用することによって、アクチュエータの変位を大きくでき、かつ安定した変位を得ることが可能となる。

以上の説明により、複ノズル連続駆動状態において、第２の補助パルスＳＰ２を第１の補助パルスＳＰ１と併用することによる効果は以下の通りとなる。

先ず、第１の補助パルスＳＰ１をヘッド１００に与えることにより、１ドロップ目の吐出の前に、アクチュエータに逆方向の履歴が加わるので、ヒステリシスを利用したアクチュエータの振幅拡大の効果と、液体に事前の振動が与えられることによる残留圧力振動の効果とを奏する。しかし、アクチュエータに逆方向の履歴を加えることによる効果は、１ドロップ目のみに作用し、２ドロップ目以降には作用しない。一方、残留圧力振動を与えることにより、１ドロップ目終了時の圧力振動が変化する。このため、図１４を用いて説明したように、第１の補助パルスＳＰ１だけでは２ドロップ目の速度低下を招いてしまう。

そこで、第１の補助パルスＳＰ１の前に、第２の補助パルスＳＰ２をヘッド１００に与える。第２の補助パルスＳＰ２は、第１の補助パルスＳＰ１の１周期前に逆位相の振幅を与えるパルスである。このため、第２の補助パルスＳＰ２を与えることによって、第１の補助パルスＳＰ１によって液体に与えられる事前の振動は減少する。しかし、アクチュエータの履歴に関しては、最後のパルスの向きで決まるため、第２の補助パルスＳＰ２を与えても変わらない。その結果、図１５を用いて説明したように、第１の補助パルスＳ１と第２の補助パルスＳＰ２とを併用することによって、連続して２ドロップを吐出する際の２ドロップ目の吐出速度の落ち込みを改善することができる。

この考え方で、図１６乃至図２０を用いて説明したように、第１の補助パルスＳ１と第２の補助パルスＳＰ２とのパルス幅ｗ１，ｗ２を調整することにより、２ドロップ目の吐出速度の落ち込みを抑えつつ１ドロップ目の吐出速度を高めることが可能となる。

なお、本実施形態では、第１の補助パルスＳ１と第２の補助パルスＳＰ２とのパルス幅を同一としたが、パルス幅を異ならせて２つの効果のバランスを微調整することも可能である。その最も簡単な例として、液体に事前の振動を与えることなくヒステリシスのキャンセルだけを行う場合の補助パルスＳＰ１、ＳＰ２の波形の決め方を説明する。この方法で一旦補助パルスＳＰ１、ＳＰ２を仮決めし、ヒステリシスの影響をキャンセルしてからさらに第１の補助パルスＳＰ１を調節して液体に事前の振動を与えることができる。この説明には、圧力室を模擬した等価回路を用いる。

図２５は、圧力室を模擬した等価回路１５０である。等価回路１５０は、電圧源１５１の正電圧端子に抵抗Ｒ（０．１７Ω）の一端を接続し、抵抗Ｒの他端にコンデンサＣ（０．８３μＦ）の一端を接続し、コンデンサＣの他端にインダクタＬ（０．７μＨ）の一端を接続し、インダクタＬの他端を電圧源１５１の負電圧端子に接続してなる。そして、電圧源１５１の電圧を第１の電圧計１５２で計測し、インダクタＬの両端電圧を第２の電圧計１５３で計測し、回路電流を電流計１５４で計測する。電圧源１５１の電圧は、駆動電圧に相当する。インダクタＬの両端電圧は、ノズル付近のインクの圧力に相当する。回路電流は、ノズル付近のインクの流速に相当する。但し、駆動電圧、インクの圧力、インクの流速の各数値は１に正規化されている。

この駆動回路を用いてシミュレーションを行うと、図２６に示すように、インク吐出後に圧力振動を残さないように駆動電圧波形（ＤＲＰ波形）を調整することができる。なお、図２６において、実線の波形は駆動電圧を示し、一点鎖線の波形はインクの圧力を示し、破線の波形はインクの流速を示す。駆動電圧波形は、負電位の期間ｔ１が２．４[μs]であり、グランド電位の期間ｔ２が３．２５[μs]であり、正電位の期間ｔ３が０．９[μs]である。ヘッド１００が有する圧力室の圧力振動周期は、４．８[μs]であるから、負電位の期間ｔ１は、最も効率の良い条件、すなわち圧力振動周期の１／２時間に設定されている。因みに、グランド電位の期間ｔ２と正電位の期間ｔ３とが、負電位の期間ｔ１と異なる理由は、圧力室の損失、つまりは抵抗Ｒに起因する。

ところで、負電位の期間ｔ１を有するパルスは拡張パルスＥＰである。先に説明したように、拡張パルスＥＰの立下りの振幅はその前のアクチュエータの駆動の向きが、当該チャネルにとって収縮方向（隣接チャネルにとっては拡張方向）なのか、拡張方向（隣接チャネルにとっては収縮方向）なのかによって異なる。この点については、どちらか一方に統一しておかないと、前の印字履歴に依存して印字濃度が変化する不具合が生じる。

そこで前の履歴を収縮方向へと統一するように、駆動パルスＥＰの前に収縮方向のパルスを、インク滴が吐出しない程度に与える。このようなパルスを、本実施形態では第１の補助パルスＳＰ１と称する。なお、履歴の向きを拡張方向でなく収縮方向に統一するのは、前述したように履歴の駆動方向と今回の駆動方向とが逆向きの方が大きな振幅を得られるためである。

図２７は、正電位の期間ｔ６が０．４５μｓの第１の補助パルスＳＰ１を与えたときの駆動電圧波形（実線）、インク圧力波形（一点鎖線）及びインク流速波形（破線）の一例である。図示するように、正電位の期間ｔ６がインクを吐出しない程度に短い第１の補助パルスＳＰ１でも、その後に残留圧力振動を伴う。このため、図２８に示すように、第１の補助パルスＳＰ１の直後である期間ｔ７＝０．２μｓが経過した後にインクを吐出させるためのＤＲＰ波形である駆動パルスを印加すると、第１の補助パルスＳＰ１による圧力振動が吐出に影響を与えて、吐出後に残留圧力振動が残ってしまう。このとき、特に問題となるのは、図２９に示すように、そのまま継続して２ドロップ目のＤＲＰ波形である駆動パルスを印加した場合に、その２ドロップ目の吐出速度が落ち込むことである。そこで、第１の補助パルスＳＰ１の前に、第２の補助パルスＳＰ２を与える。

図３０は、第１の補助パルスＳＰ１の前に負電位の期間ｔ４が０．４μｓの第２の補助パルスＳＰ２を与えたときの駆動電圧波形（実線）、インク圧力波形（一点鎖線）及びインク流速波形（破線）の一例である。ここで、第１の補助パルスＳＰ１の後の残留圧力振動の大きさは、第２の補助パルスＳＰ２の発生位置とパルス幅（期間ｔ４）とによって調整できる。図３０の状態から第２の補助パルスＳＰ２のパルス幅（期間ｔ４）が長くなる方向に変化させると、図３１に示すように、第１の補助パルスＳＰ１の後の残留圧力振動がキャンセルされる場所がある。図３１において、期間ｔ４は０．８μｓである。また、第２の補助パルスＳＰ２と第１の補助パルスＳＰ１との間のグラウンド電位の期間ｔ５は、４．２５μｓである。

このように、期間ｔ４，ｔ５，ｔ６を適切な値に調整することで、第１の補助パルスＳＰ１が終了した時点での残留圧力振動をキャンセルすることができる。ただし抵抗Ｒによる損失があるために、期間ｔ６が終了した時点で残留圧力振動がキャンセルされる条件では、期間ｔ４＞期間ｔ６となる。またＳＰ１とＳＰ２のパルスの中心間の時間間隔、すなわち期間「（ｔ４／２）＋ｔ５＋（ｔ６／２）」は、圧力振動周期よりも若干長くなる。

一方、図３２に示すように、期間ｔ４をさらに長くすると、第１の補助パルスＳＰ１の後に位相が反転した残留圧力振動が残る。この残留圧力振動は、図３３に示すように期間ｔ５と期間ｔ６とを再度調整することで、再び残留圧力振動をキャンセルことができる。図３３の例では、ｔ４＝１．２μｓ、ｔ５＝４．２５μｓ、ｔ６＝０．６μｓとなっている。このように、残留圧力振動のキャンセルにはある程度の自由度がある。

なお、第２の補助パルスＳＰ２の波形は、インク滴が吐出しない程度に短い任意の幅でよいが、あまり短いと第１の補助パルスＳＰ１のパルス幅ｔ６が小さくなりすぎてアクチュエータが応答しなくなる。このため期間ｔ４は、０．８μｓ〜１．２μｓ程度が望ましい。

さて、ヘッド１００においては、図３４に示すように、残留圧力振動がキャンセルされた第２の補助パルスＳＰ２と第１の補助パルスＳＰ１とに続けてＤＲＰ波形の駆動パルス信号を与えてインク滴を吐出させる。図３４において、期間ｔ１，ｔ２，ｔ３は、図２６で説明したＤＲＰ波形と同一である。

このように、期間ｔ７の時点で残留圧力振動が無ければ、ＤＲＰ波形によって生じる圧力及び流速の波形は、補助パルスが無いときのＤＲＰ波形によって生じる場合と一致し、駆動履歴のキャンセルだけが働く波形となる。かくして、図３５に示すように、このＤＲＰ波形に続けて２回目のＤＲＰ波形を印加して２ドロップ目を吐出させても、２ドロップ目の吐出速度は低下しない。

なお、図２５に示した等価回路は、ヒストリシスをシミュレーションしていないが、ヘッドの駆動波形を決めるにはこの波形を基準として吐出観察を行い、期間ｔ４，ｔ５，ｔ６の値を微調整すればよい。

ところで、補助パルスＳＰ１，ＳＰ２に要する時間は、そのヘッド１００が吐出可能な最大駆動周波数を低下させてしまう懸念がある。最大駆動周波数は最大ドロップ数を吐出する場合の所要時間によって制約される。このため、最大ドロップ数の吐出に先だって補助パルスＳＰ１，ＳＰ２が付加されていると、補助パルスの所要時間分だけ所要時間が長くなり、最大駆動周波数が落ちてしまう。しかしながらこのような懸念は、次のような工夫をすることで解決できる。

一般に、吐出するドロップ数が多い場合、後から飛翔してくる液滴が先に吐出した液滴と合体するので、最初の方のドロップは遅くても問題ない。一方、アクチュエータのヒステリシスは２ドロップ目以降のインクの吐出には影響しない。また、仮にヒステリシスの影響があったとしても、図１３乃至図２０に示すように、通常、３〜４ドロップ目以降の吐出速度は安定する。したがって、連続して３〜４ドロップ以上吐出する場合は補助パルスを必要としない。

これらの観点から、１ドロップだけ吐出する場合に限って補助パルスを付加し（第２の駆動条件）、連続して２ドロップ以上を吐出する場合には補助パルスを入れない（第１の駆動条件）、制御方法を採ることができる。そうすることによって1ドロップだけ吐出する場合の吐出速度を上げつつ、かつ２ドロップ以上を吐出する場合には所要時間を増やさないので駆動周波数の上限を下げることが無い。

最大ドロップ数が３以上の場合には、Ｎドロップ以下のドロップを連続して吐出する場合だけ補助パルスＳＰ１，ＳＰ２を付加し、Ｎ＋１ドロップ以上を連続して吐出する場合は補助パルスＳＰ１，ＳＰ２を付与しないよう制御することで、駆動周波数の高速化を図ることができる。但しNは１以上でかつ(最大ドロップ数−１)以下である。

図３６は、最大ドロップ数３でドロップ数１の場合のみ補助パルスを与える例、図３７は最大ドロップ数３でドロップ数２以下の場合のみ補助パルスを与える例である。
印刷データから各チャネル毎にこれから吐出するドロップ数を判定して補助パルスの有無を決める機能は、ロジック回路１０１２内で実現できる。

なお、前記実施形態では、図１６〜図２０を用いて第１の補助パルスと第２の補助パルスのパルス幅を可変させた場合のドロップ毎の吐出速度を示し、好ましいパルス幅として０．３〜０．４μｓとしたが、この値は、あくまでも一例であって、本発明の好ましい値として限定解釈されるものではない。この値は、インクの特性等により代わるものであり、ヘッド１００に対して適切な値が設定されるものである。

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。

４…電極、７…オリフィスプレート、８…ノズル、１５…圧力室、１６…隔壁、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。

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
以下に本願の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] 前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と同一方向である場合と逆方向である場合とで印加電圧に対する変位量が異なるアクチュエータと、
前記アクチュエータの変位によって内容積が変化することで、収容されているインクに圧力を与える圧力室と、
前記圧力室に連通するノズルを有するプレートと、
前記アクチュエータに前記ノズルからインク滴が吐出しない程度の第１の補助パルスを与えて前記アクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向になるように前記履歴をリセットした後で吐出を行うための主パルスを与え、かつ、前記第１の補助パルスに先立って前記第１の補助パルスによって発生する圧力振動をキャンセルする向きの圧力振動を発生させる第２の補助パルスを与えるヘッド駆動回路と、
を具備するインクジェットヘッド。
[Ｃ２] インクが収容される複数の圧力室と、
前記複数の圧力室をそれぞれ挟むように設けられ、隣接する前記圧力室の間で共有されるアクチュエータと、
前記複数の圧力室にそれぞれ連通し、かつ３列の千鳥状に配列されたノズルを有するプレートと、
インク滴の吐出を行う前記ノズルに対応する前記圧力室を拡張させ、第２の所定時間後に戻す第２の補助パルスと、前記第２の補助パルスによって生じる圧力振動をキャンセルするタイミングで前記圧力室を収縮させ、第１の所定時間経過後に戻す第１の補助パルスと、前記第１の補助パルスに続けて前記圧力室を拡張させ、第３の所定時間経過後に戻す主パルスと、を前記アクチュエータに与えるヘッド駆動回路と、
を具備し、
前記千鳥状に配列された前記ノズルから同列のグループ毎にインク滴を吐出するインクジェットヘッド。
[Ｃ３] 前記ヘッド駆動回路は、さらに、
前記主パルスの後に生じる圧力振動をキャンセルするタイミングで前記圧力室を収縮させ、第４の所定時間経過後に戻すキャンセルパルスを与える、Ｃ２記載のインクジェットヘッド。
[Ｃ４] 前記主パルスと前記キャンセルパルスとの後に、前記主パルス及び前記キャンセルパルスと同等の信号を与え、同一の前記ノズルから連続してインク滴を吐出するＣ３記載のインクジェットヘッド。
[Ｃ５] 前記ヘッド駆動回路は、
前記主パルスと前記キャンセルパルスとを繰り返し与えることで同一の前記ノズルから複数のインク滴を吐出させる第１の駆動条件と、
前記第２の補助パルスと前記第１の補助パルスとに続けて前記主パルスと前記キャンセルパルスとを少なくとも１回与えることで前記ノズルからインク滴を吐出させる第２の駆動条件と、
を有するＣ３記載のインクジェットヘッド。
[Ｃ６] 前記ヘッド駆動回路は、
同一の前記ノズルから連続して吐出されるインク滴の数が所定数以上の場合は前記第１の駆動条件で駆動し、所定数未満の場合は前記第２の駆動条件で駆動する、Ｃ５記載のインクジェットヘッド。

Claims (6)

1. 前回の駆動方向の履歴が今回の駆動方向と同一方向である場合と逆方向である場合とで印加電圧に対する変位量が異なるアクチュエータと、
   前記アクチュエータの変位によって内容積が変化することで、収容されているインクに圧力を与える圧力室と、
   前記圧力室に連通するノズルを有するプレートと、
   前記アクチュエータに前記ノズルからインク滴が吐出しない程度の第１の補助パルスを与えて前記アクチュエータの駆動方向の履歴が常に一方向になるように前記履歴をリセットした後で吐出を行うための主パルスを与え、かつ、前記第１の補助パルスに先立って前記第１の補助パルスによって発生する圧力振動をキャンセルする向きの圧力振動を発生させる第２の補助パルスを与えるヘッド駆動回路と、
   を具備するインクジェットヘッド。
2. インクが収容される複数の圧力室と、
   前記複数の圧力室をそれぞれ挟むように設けられ、隣接する前記圧力室の間で共有されるアクチュエータと、
   前記複数の圧力室にそれぞれ連通し、かつ３列の千鳥状に配列されたノズルを有するプレートと、
   インク滴の吐出を行う前記ノズルに対応する前記圧力室を拡張させ、第２の所定時間後に戻す第２の補助パルスと、前記第２の補助パルスによって生じる圧力振動をキャンセルするタイミングで前記圧力室を収縮させ、第１の所定時間経過後に戻す第１の補助パルスと、前記第１の補助パルスに続けて前記圧力室を拡張させ、第３の所定時間経過後に戻す主パルスと、を前記アクチュエータに与えるヘッド駆動回路と、
   を具備し、
   前記千鳥状に配列された前記ノズルから同列のグループ毎にインク滴を吐出するインクジェットヘッド。
3. 前記ヘッド駆動回路は、さらに、
   前記主パルスの後に生じる圧力振動をキャンセルするタイミングで前記圧力室を収縮させ、第４の所定時間経過後に戻すキャンセルパルスを与える、請求項２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記主パルスと前記キャンセルパルスとの後に、前記主パルス及び前記キャンセルパルスと同等の信号を与え、同一の前記ノズルから連続してインク滴を吐出する請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 前記ヘッド駆動回路は、
   前記主パルスと前記キャンセルパルスとを繰り返し与えることで同一の前記ノズルから複数のインク滴を吐出させる第１の駆動条件と、
   前記第２の補助パルスと前記第１の補助パルスとに続けて前記主パルスと前記キャンセルパルスとを少なくとも１回与えることで前記ノズルからインク滴を吐出させる第２の駆動条件と、
   を有する請求項３記載のインクジェットヘッド。
6. 前記ヘッド駆動回路は、
   同一の前記ノズルから連続して吐出されるインク滴の数が所定数以上の場合は前記第１の駆動条件で駆動し、所定数未満の場合は前記第２の駆動条件で駆動する、請求項５記載のインクジェットヘッド。
   

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