JP2021181210A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヘッド構造を変えずに吐出量を変えることが可能な液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供すること。【解決手段】実施形態の駆動信号は、補助パルス、吐出パルス、キャンセルパルス及びダンピングパルスをこの順で含む。補助パルスは、圧力を増加させるようにアクチュエーターを駆動させる。吐出パルスは、圧力を減少させるようにアクチュエーターを駆動させて液体を吐出させる。キャンセルパルスは、圧力を増加させるようにアクチュエーターを駆動させて液体の残留振動を抑制する。ダンピングパルスは、圧力を減少させるようにアクチュエーターを駆動させて残留振動を抑制する。補助パルスのパルス幅は、ＡＬ以下である。キャンセルパルスのパルス幅は、２ＡＬである。キャンセルパルスの印加終了からダンピングパルスの印加開始までは、０．２ＡＬ以上０．４ＡＬ以下である。ダンピングパルスのパルス幅は、０．２ＡＬ以上０．４ＡＬ以下である。【選択図】図１０
Description
本発明の実施形態は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。
ノズルからインクなどの液体を吐出させる液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を搭載した液体吐出装置（インクジェットプリンター）が知られている。このような液体吐出ヘッドは、駆動信号をアクチュエーターに印加することで、アクチュエーターの動作により液滴を吐出させる。従来、液体吐出ヘッドの駆動方式において吐出する液滴量を変更するためには、ノズルの直径を変更する、アクチュエーターを強さの異なるものに変更するなど、ヘッド構造の変更が必要である。また、ノズルの形状が変わると、印字品質も変わってしまうため、駆動波形の調整に時間がかかる。
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、ヘッド構造を変えずに吐出量を変えることが可能な液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することである。
実施形態の液体吐出ヘッドは、圧力室、アクチュエーター及び印加部を備える。圧力室は、液体を収容する。アクチュエーターは、印加される駆動信号に応じて前記液体の圧力を変化させる。印加部は、補助パルス、吐出パルス、キャンセルパルス及びダンピングパルスをこの順で含む前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する。補助パルスは、前記圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させる。吐出パルスは、前記圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記液体を前記圧力室に連通したノズルから吐出させる。キャンセルパルスは、前記圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記液体の残留振動を抑制する。ダンピングパルスは、前記圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記残留振動を抑制する。補助パルスのパルス幅は、前記圧力室内の液体の主音響共振周波数の半周期以下である。キャンセルパルスのパルス幅は、前記半周期の２倍である。キャンセルパルスの印加終了からダンピングパルスの印加開始までは、前記半周期の０．２倍以上０．４倍以下である。ダンピングパルスのパルス幅は、前記半周期の０．２倍以上０．４倍以下である。
以下、実施形態に係るインクジェット記録装置について図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態の説明に用いる各図面は、各部の縮尺を適宜変更している場合がある。また、以下の実施形態の説明に用いる各図面は、説明のため、構成を省略して示している場合がある。また、各図面及び本明細書中において、同一の符号は同様の要素を示す。
図１は、実施形態に係るインクジェット記録装置１の要部構成の一例を示すブロック図である。
インクジェット記録装置１は、インクなどの液体状の記録材を用いて画像形成媒体Ｓなどに画像を形成する。インクジェット記録装置１は、一例として、複数の液体吐出部２と、液体吐出部２を移動可能に支持するヘッド支持機構３と、画像形成媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構４と、を備える。画像形成媒体Ｓは、例えば、シート状の紙などである。なお、インクジェット記録装置１は、液体吐出装置の一例である。
インクジェット記録装置１は、インクなどの液体状の記録材を用いて画像形成媒体Ｓなどに画像を形成する。インクジェット記録装置１は、一例として、複数の液体吐出部２と、液体吐出部２を移動可能に支持するヘッド支持機構３と、画像形成媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構４と、を備える。画像形成媒体Ｓは、例えば、シート状の紙などである。なお、インクジェット記録装置１は、液体吐出装置の一例である。
図１に示すように、複数の液体吐出部２が、所定の方向に並列して配置された状態でヘッド支持機構３に支持される。ヘッド支持機構３は、ローラー５に掛けられたベルト６に取り付けられている。インクジェット記録装置１は、ローラー５を回転させることで、ヘッド支持機構３を、画像形成媒体Ｓの搬送方向に対して直交する主走査方向Ｍに移動させることが可能である。液体吐出部２は、インクジェットヘッド１０及び液体供給装置２０を一体に備える。液体吐出部２は、インクなどの液体Ｉをインクジェットヘッド１０から吐出させる吐出動作を行う。インクジェット記録装置１は、一例として、ヘッド支持機構３を主走査方向Ｍに往復移動させながら液体吐出動作を行うことで、対向して配置される画像形成媒体Ｓに所望の画像を形成するスキャン方式である。あるいは、インクジェット記録装置１は、ヘッド支持機構３を移動させずに液体吐出動作を行うシングルパス方式であっても良い。この場合、ローラー５及びベルト６を設けるには及ばない。またこの場合、ヘッド支持機構３は、例えばインクジェット記録装置１の筐体などに固定される。さらに、この場合、画像形成媒体Ｓの搬送方向は、例えばＭ方向である。なお、インクジェットヘッド１０は、液体吐出ヘッドの一例である。
複数の液体吐出部２のそれぞれは、例えば、ＣＭＹＫ（cyan, magenta, yellow, and key(black)）の４色のインクのいずれかに対応する。すなわち、複数の液体吐出部２は、それぞれがシアンインク、マゼンタインク、イエローインク又はブラックインクのいずれかに対応する。そして、複数の液体吐出部２のそれぞれは、対応する色のインクを吐出する。液体吐出部２は、対応する色のインクを、画像形成媒体Ｓ上の１画素に対して１又は複数の液滴を連続吐出することができる。連続吐出された回数が多い画素ほど、１画素に対して着弾する液滴の量が多くなる。したがって、連続吐出された回数が多い画素ほど、対応する色が濃く見える。これにより、インクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに形成する画像の階調表現が可能である。
図２は、インクジェットヘッド１０の一例を示す斜視図である。インクジェットヘッド１０は、ノズル１０１、ヘッド基板１０２、駆動回路１０３、及びマニホールド１０４を備える。
マニホールド１０４は、インク供給口１０５及びインク排出口１０６と、を備える。インク供給口１０５は、ノズル１０１に液体Ｉを供給するための供給口である。また、インク排出口１０６は、液体Ｉの排出口である。ノズル１０１は、駆動回路１０３から与えられる駆動信号に応じてインク供給口１０５から供給される液体Ｉの液滴を吐出する。ノズル１０１から吐出されなかった液体Ｉはインク排出口１０６から排出される。
図３は、インクジェット記録装置１に用いられる液体供給装置２０の概略図である。液体供給装置２０は、インクジェットヘッド１０に液体Ｉを供給する装置である。液体供給装置２０は、供給側インクタンク２１、排出側インクタンク２２、供給側圧力調整ポンプ２３、輸送ポンプ２４、排出側圧力調整ポンプ２５、及び供給ポンプ２６を備える。これらは、液体Ｉを流すことができるチューブにより接続される。
供給側インクタンク２１は、チューブを介してインク供給口１０５に接続している。供給側インクタンク２１は、インクジェットヘッド１０のインク供給口１０５に液体Ｉを供給する。
排出側インクタンク２２は、チューブを介してインク排出口１０６に接続している。排出側インクタンク２２は、インクジェットヘッド１０のインク排出口１０６から排出される液体Ｉを一時的に貯留する。
排出側インクタンク２２は、チューブを介してインク排出口１０６に接続している。排出側インクタンク２２は、インクジェットヘッド１０のインク排出口１０６から排出される液体Ｉを一時的に貯留する。
供給側圧力調整ポンプ２３は、供給側インクタンク２１の圧力を調整する。
輸送ポンプ２４は、チューブを介して、排出側インクタンク２２に貯留された液体Ｉを供給側インクタンク２１に還流させる。
排出側圧力調整ポンプ２５は、排出側インクタンク２２の圧力を調整する。
供給ポンプ２６は、インクカートリッジ３０内の液体Ｉを液体供給装置２０の供給側インクタンク２１に送液する。
インクカートリッジ３０は、液体Ｉを保有可能なタンクを備える。また、インクカートリッジ３０は、液体情報を記憶している。液体情報は、インクカートリッジ３０内の液体Ｉに関する情報である。
輸送ポンプ２４は、チューブを介して、排出側インクタンク２２に貯留された液体Ｉを供給側インクタンク２１に還流させる。
排出側圧力調整ポンプ２５は、排出側インクタンク２２の圧力を調整する。
供給ポンプ２６は、インクカートリッジ３０内の液体Ｉを液体供給装置２０の供給側インクタンク２１に送液する。
インクカートリッジ３０は、液体Ｉを保有可能なタンクを備える。また、インクカートリッジ３０は、液体情報を記憶している。液体情報は、インクカートリッジ３０内の液体Ｉに関する情報である。
インクジェットヘッド１０についてさらに詳細に説明する。
図４は、インクジェットヘッド１０に適用可能なヘッド基板１０２の平面図である。図４では、ノズルプレート１０９の図中左下を部分的に不図示として、ヘッド基板１０２の内部構造を図示している。図５は、図４に示すヘッド基板１０２のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４に示すヘッド基板１０２の斜視図である。
図４は、インクジェットヘッド１０に適用可能なヘッド基板１０２の平面図である。図４では、ノズルプレート１０９の図中左下を部分的に不図示として、ヘッド基板１０２の内部構造を図示している。図５は、図４に示すヘッド基板１０２のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４に示すヘッド基板１０２の斜視図である。
ヘッド基板１０２は、図４及び図５に示すように、圧電部材１０７、インク流路部材１０８、ノズルプレート１０９、枠部材１１０、及び板壁１１１を備える。また、インク流路部材１０８は、インク供給穴１１２とインク排出穴１１３とが形成されている。インク流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、インク供給穴１１２が形成されている空間は、インク供給路１１４である。また、インク流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、インク排出穴１１３が形成されている空間は、インク排出路１１７である。インク供給穴１１２は、インク供給路１１４に連通している。インク排出穴１１３は、インク排出路１１７に連通している。インク供給穴１１２は、マニホールド１０４のインク供給口１０５と流体的に接続している。インク排出穴１１３は、マニホールド１０４のインク排出口１０６と流体的に接続している。
圧電部材１０７は、インク供給路１１４からインク排出路１１７までに渡る複数の長溝を有する。これらの長溝は、圧力室１１５或いは空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６は、それぞれ一つおきに形成される。すなわち、圧電部材１０７は、圧力室１１５と空気室１１６とが交互に形成される。空気室１１６は、長溝の両端を板壁１１１で塞ぐことにより形成される。板壁１１１で長溝の両端を塞ぐことにより、インク供給路１１４およびインク排出路１１７の液体Ｉが空気室１１６に流入しない様にしている。板壁１１１の圧力室１１５に接する箇所は溝が形成される。これにより、インク供給路１１４から圧力室１１５に液体Ｉが流入し、圧力室１１５からインク排出路１１７に液体Ｉが排出される。また、圧力室１１５は、流入する液体Ｉを収容する。
圧電部材１０７には、図６〜図９に示すように、配線電極１１９（１１９１、１１９２、１１９３、…）が形成されている。圧力室１１５と空気室１１６の圧電部材内面には、後述する電極１２０が形成されている。配線電極１１９は、電極１２０と駆動回路１０３とを電気的に接続する。インク流路部材１０８、枠部材１１０及び板壁１１１は、例えば、誘電率が小さく、かつ圧電部材との熱膨張率の差が小さい材料で構成されることが好ましい。これらの材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを用いることが可能である。
圧電部材１０７は、図７〜図９に示すように、圧電部材１０７１と圧電部材１０７２を積層することにより形成される。図７〜図９は、圧力室の状態を示す図である。圧電部材１０７１と圧電部材１０７２の分極方向は、板厚方向に沿って互いに反対向きとなっている。圧電部材１０７には、インク供給路１１４からインク排出路１１７へ繋がる複数の長溝が並列に形成されている。
各長溝の内面には、電極１２０（１２０１、１２０２、１２０３、…）が形成されている。長溝と長溝を覆うノズルプレート１０９の一面とで囲まれた空間が、圧力室１１５及び空気室１１６となる。図７の例であれば、１１５２、１１５４、１１５６、…の符号で示した空間それぞれが圧力室１１５であり、１１６１、１１６３、１１６５、…の符号で示した空間それぞれが空気室１１６である。
上述したように、圧力室１１５と空気室１１６は交互に並んでいる。電極１２０は、配線電極１１９を通して駆動回路１０３に接続される。圧力室１１５の隔壁を構成する圧電部材１０７は、各長溝の内面に設けた電極１２０によって挟まれている。圧電部材１０７及び電極１２０は、アクチュエーター１１８を構成する。
駆動回路１０３は、駆動信号によりアクチュエーター１１８に電界を印加する。アクチュエーター１１８は、印加される電界によって、図８のアクチュエーター１１８４、１１８５のように、圧電部材１０７１と圧電部材１０７２との接合部を頂部としてせん断変形する。アクチュエーター１１８が変形することにより、圧力室１１５の容積は変化する。圧力室１１５の容積の変化により、圧力室１１５の内部にある液体Ｉは加圧あるいは減圧される。この加圧あるいは減圧により、液体Ｉはノズル１０１（１０１２、１０１４、１０１６、…）から吐出される。圧電部材１０７としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などが使用可能である。好ましくは、圧電定数の高いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。
電極１２０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との２層構造である。電極１２０は、例えばメッキ法によって、長溝内に均一に成膜される。なお、電極１２０の形成方法としては、メッキ法以外に、スパッタ法、蒸着法を用いることも可能である。長溝は、例えば、長手方向１.５〜２.５［ｍｍ］、深さ１５０.０〜３００．０［μｍ］、幅３０.０〜１１０．０［μｍ］の形状で、７０〜１８０［μｍ］のピッチで平行に配列されている。前述したように、長溝は、圧力室１１５又は空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６とは、交互に並んでいる。
ノズルプレート１０９は、圧電部材１０７の上に接着されている。ノズルプレート１０９の圧力室１１５の長手方向の中央部にはノズル１０１が形成されている。ノズルプレート１０９の材質は、例えば、ポリイミドフィルムである。あるいは、ノズルプレート１０９の材質は、ステンレスなどの金属材料、単結晶シリコンなどの無機材料、又はポリイミドフィルムなどの樹脂材料であっても良い。
上述したインクジェットヘッド１０は、圧力室１１５の一端にインク供給路１１４があり、他端にインク排出路１１７があり、圧力室１１５の中央部にノズル１０１がある。なお、インクジェットヘッド１０は、この構成例に限定されるものではない。例えば、インクジェットヘッドは、圧力室１１５の一端にノズルがあり、他端にインク供給路があってもよい。
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０の動作原理について図７〜図９を用いて説明する。
図７は、配線電極１１９を介して、全ての電極１２０にグラウンド電圧を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図７は、全ての電極１２０が同電位であるため、アクチュエーター１１８１〜アクチュエーター１１８８には電界がかからない。このため、アクチュエーター１１８１〜アクチュエーター１１８８は変形しない。
図７は、配線電極１１９を介して、全ての電極１２０にグラウンド電圧を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図７は、全ての電極１２０が同電位であるため、アクチュエーター１１８１〜アクチュエーター１１８８には電界がかからない。このため、アクチュエーター１１８１〜アクチュエーター１１８８は変形しない。
図８は、電極１２０４のみに電圧Ｖａを印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図８に示す状態では、電極１２０４と、電極１２０４の両隣の電極１２４３及び電極１２３５との間に電位差が生じる。アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５には、電圧−Ｖａが印加される。アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、印加される電位差により、圧力室１１５４の容積を膨張させるようにせん断変形する。ここで、電極１２０４の電圧をＶａからグラウンド電圧に戻すと、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、図８の状態から図７の状態に戻る。
また、図９では、圧力室１１５４の容積が縮小している。図９では、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５が図８に示す状態とは逆の形状に変形している。
図９は、電極１２０４をグラウンド電圧とし、電極１２４３及び電極１２３５のみに電圧Ｖａを印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図９に示す状態では、電極１２０４と、電極１２０４の両隣の電極１２４３及び電極１２３５との間には、図８とは逆の電位差（逆の電界）が生じる。アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５には、電圧Ｖａが印加される。アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、印加される電位差により、図８に示す形とは逆向きのせん断変形をする。ここで、電極１２４３及び電極１２３５の電圧をＶａからグラウンド電圧に戻すと、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、図９の状態から図７の状態に戻る。
図９は、電極１２０４をグラウンド電圧とし、電極１２４３及び電極１２３５のみに電圧Ｖａを印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図９に示す状態では、電極１２０４と、電極１２０４の両隣の電極１２４３及び電極１２３５との間には、図８とは逆の電位差（逆の電界）が生じる。アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５には、電圧Ｖａが印加される。アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、印加される電位差により、図８に示す形とは逆向きのせん断変形をする。ここで、電極１２４３及び電極１２３５の電圧をＶａからグラウンド電圧に戻すと、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、図９の状態から図７の状態に戻る。
図８の状態から図７の状態に遷移する際、及び図７の状態から図９の状態に遷移する際、圧力室１１５の容積が減少することで圧力室１１５内の液体Ｉの圧力が上昇し、ノズル１０１から液滴が吐出される。
圧力室１１５４を変形させるための電圧のかけ方は図７〜図９の例に限らない。
例えば、駆動回路１０３は、電極１２０３〜電極１２０５に電圧Ｖａなどの同じ電圧をかける、すなわち、電極１２０３〜電極１２０５を同電位にする。これにより、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、変形していない状態となる。このとき、圧力室１１５４は、変形していない状態となる。
例えば、駆動回路１０３は、電極１２０３〜電極１２０５に電圧Ｖａなどの同じ電圧をかける、すなわち、電極１２０３〜電極１２０５を同電位にする。これにより、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、変形していない状態となる。このとき、圧力室１１５４は、変形していない状態となる。
例えば、駆動回路１０３は、電極１２０４にグラウンド電圧を印加し、その両隣の電極１２０３及び電極１２０５に負の電圧−Ｖａを印加する。これにより、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５には、図８の場合と同様に電圧−Ｖａが印加される。そして、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、図８の場合と同様に圧力室１１５４の容積を膨張させるように変形する。例えば、駆動回路１０３は、電極１２０４に正の電圧Ｖａ／２を印加し、その両隣の電極１２０３及び電極１２０５に負の電圧−Ｖａ／２を印加する。これにより、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５には、図８の場合と同様に電圧−Ｖａが印加される。そして、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、図８の場合と同様に圧力室１１５４の容積を膨張させるように変形する。
例えば、駆動回路１０３は、電極１２０４に負の電圧−Ｖａを印加し、その両隣の電極１２０３及び電極１２０５にグラウンド電圧を印加する。これにより、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５には、図９の場合と同様に電圧Ｖａが印加される。そして、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、図９の場合と同様に圧力室１１５４の容積を収縮させるように変形する。例えば、駆動回路１０３は、電極１２０４に負の電圧−Ｖａ／２を印加し、その両隣の電極１２０３及び電極１２０５に電圧Ｖａ／２を印加する。これにより、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５には、図９の場合と同様に電圧Ｖａが印加される。そして、アクチュエーター１１８４及びアクチュエーター１１８５は、図９の場合と同様に圧力室１１５４の容積を収縮させるように変形する。
以上より、駆動回路１０３は、駆動信号をアクチュエーター１１８に印加する印加部の一例である。
以上より、駆動回路１０３は、駆動信号をアクチュエーター１１８に印加する印加部の一例である。
図１０は、駆動回路１０３がアクチュエーター１１８に印加する実施形態に係る駆動波形Ｗａの例を示す図である。駆動波形Ｗａは、液滴の吐出１回分の波形を示す。複数回連続で液滴を吐出する場合の駆動波形は、駆動波形Ｗａを吐出回数分連続で繰り返したものとなる。駆動波形Ｗａは、補助パルスＢ、保持要素Ｒａａ、吐出パルスＤａ、保持要素Ｒａｂ、キャンセルパルスＰａ、及びダンピング波形を含む。また、ダンピング波形は、保持要素ＲＥａ、ダンピングパルスＤＭＰ及び保持要素ＲＥｂによって構成される。
補助パルスＢは、液滴の吐出を助長するための圧力振動を発生するためにアクチュエーター１１８に印加される電圧Ｖａの矩形波パルスである。また、補助パルスＢは、圧力室１１５の容積を縮小させることで圧力室１１５内の圧力を増加させる縮小パルスである。補助パルスＢのパルス幅ＬＢは、１ＡＬ以下である。パルス幅ＬＢが１ＡＬ以下である場合、圧力室１１５内の液体Ｉの圧力振動の振幅を増加させることができるためである。補助パルスＢのパルス幅を変更することにより、液滴の吐出量を変更することが可能である。なお、パルス幅とは、パルスの印加開始から印加終了までの時間である。また、ＡＬは、圧力室１１５内の液体Ｉの固有振動周期（主音響共振周波数における周期）の半分の時間（半周期）である。なお、ＡＬは、acoustic lengthの略を示す。
保持要素Ｒａａは、補助パルスＢの印加終了から吐出パルスＤａの印加開始までアクチュエーター１１８に電圧０が印加される期間を示す。
吐出パルスＤａは、液滴を吐出させるためにアクチュエーター１１８に印加される、電圧−Ｖａの矩形波パルスである。また、吐出パルスＤａは、圧力室１１５の容積を拡張させることで圧力室１１５内の圧力を減少させる拡張パルスである。吐出パルスＤａのパルス幅ＬＤは、１ＡＬであることが好ましい。これは、液滴の吐出力を高めるためである。
保持要素Ｒａｂは、吐出パルスＤａの印加終了からキャンセルパルスＰａの印加開始までアクチュエーター１１８に電圧０が印加される期間を示す。保持要素Ｒａｂの期間の長さＬＲは、駆動回路１０３がアクチュエーター１１８に電圧０を印加可能な最小の時間であることが好ましい。当該最小の時間は、例えば、駆動回路１０３の性能などによる。
キャンセルパルスＰａは、残留振動を抑制するためにアクチュエーター１１８に印加される電圧Ｖａの矩形波パルスである。また、キャンセルパルスＰａは、圧力室１１５の容積を縮小させることで圧力室１１５内の圧力を増加させる縮小パルスである。キャンセルパルスＰａのパルス幅ＬＰは、２ＡＬであることが好ましい。これは、残留振動を効率よく抑制することができるためである。
ダンピング波形は、残留振動を抑制するためにアクチュエーター１１８に印加される波形である。
保持要素ＲＥａは、キャンセルパルスＰａの印加終了からダンピングパルスＤＭＰの印加開始までアクチュエーター１１８に電圧０が印加される期間を示す。保持要素ＲＥａの期間の長さＬＲａは、０．２ＡＬ以上０．４ＡＬ以下であることが好ましい。長さＬＲａが０．２ＡＬ以上０．４ＡＬ以下であることで、残留振動を効率よく抑制できる。なお、長さＬＲａが１ＡＬに近い値であると、残留振動が増幅する場合があるため、長さＬＲａを１ＡＬより短い時間としている。
保持要素ＲＥａは、キャンセルパルスＰａの印加終了からダンピングパルスＤＭＰの印加開始までアクチュエーター１１８に電圧０が印加される期間を示す。保持要素ＲＥａの期間の長さＬＲａは、０．２ＡＬ以上０．４ＡＬ以下であることが好ましい。長さＬＲａが０．２ＡＬ以上０．４ＡＬ以下であることで、残留振動を効率よく抑制できる。なお、長さＬＲａが１ＡＬに近い値であると、残留振動が増幅する場合があるため、長さＬＲａを１ＡＬより短い時間としている。
ダンピングパルスＤＭＰは、アクチュエーター１１８に印加される、電圧−Ｖａの矩形波パルスである。また、ダンピングパルスＤＭＰは、圧力室１１５の容積を拡張させることで圧力室１１５内の圧力を減少させる拡張パルスである。ダンピングパルスＤＭＰのパルス幅ＬＤは、０．２ＡＬ〜０．４ＡＬであることが好ましい。
保持要素ＲＥｂは、ダンピングパルスＤＭＰの印加終了から駆動波形Ｗａの印加終了までのアクチュエーター１１８に電圧０が印加される期間を示す。なお、駆動波形Ｗａに続いて駆動波形Ｗａが連続して印加される場合には、保持要素ＲＥｂは、ダンピングパルスＤＭＰの印加終了から、次の駆動波形Ｗａの補助パルスＢの印加開始までのアクチュエーター１１８に電圧０が印加される期間を示す。保持要素ＲＥｂの期間の長さＬＲｂは、０．２ＡＬ〜０．４ＡＬであることが好ましい。
ダンピング波形の長さＬＤＲは、１ＡＬ以下であることが好ましい。なお、長さＬＤＲは、長さＬＲａ、パルス幅ＬＤ及び長さＬＲｂを合計した期間の長さである。
駆動波形Ｗａの周期Ｌａは、ＡＬの奇数倍であることが好ましく、５ＡＬであることがより好ましい。
駆動波形Ｗａの周期Ｌａは、ＡＬの奇数倍であることが好ましく、５ＡＬであることがより好ましい。
図１１は、駆動回路１０３がアクチュエーター１１８に印加する従来の駆動波形Ｗｂの例を示す図である。駆動波形Ｗｂは、液滴の吐出１回分の波形を示す。複数回連続で液滴を吐出する場合の駆動波形は、駆動波形Ｗｂを吐出回数分連続で繰り返したものとなる。駆動波形Ｗａは、吐出パルスＤｂ、保持要素Ｒｂ及びキャンセルパルスＰｂを含む。
吐出パルスＤｂは、液滴を吐出させるためにアクチュエーター１１８に印加される、電圧−Ｖａの矩形波パルスである。また、吐出パルスＤａは、圧力室１１５の容積を拡張させることで圧力室１１５内の圧力を減少させる拡張パルスである。吐出パルスＤｂのパルス幅は、１ＡＬである。
保持要素Ｒｂは、吐出パルスＤｂの印加終了からキャンセルパルスＰｂの印加開始までアクチュエーター１１８に電圧０が印加される期間を示す。
キャンセルパルスＰｂは、残留振動を抑制するためにアクチュエーター１１８に印加される電圧Ｖａの矩形波パルスである。また、キャンセルパルスＰｂは、圧力室１１５の容積を縮小させることで圧力室１１５内の圧力を増加させる縮小パルスである。
〔実施例〕
上記の実施形態を実施するための一形態を実施例により説明する。実施例は、上記の実施形態の範囲を限定するものではない。
上記の実施形態を実施するための一形態を実施例により説明する。実施例は、上記の実施形態の範囲を限定するものではない。
実施例のインクジェットヘッド１０に、ＬＤ＝２．５５［μ秒］、ＬＲ＝０．２［μ秒］、ＬＰ＝５．１０［μ秒］、ＬＲａ＝０．８５［μ秒］、ＬＤ＝０．８５［μ秒］、ＬＲｂ＝０．６５［μ秒］の駆動波形Ｗａを印加した。なお、実施例において１ＡＬ＝２．５５［μ秒］である。この場合において補助パルスＢのパルス幅ＬＢを様々に変化させた場合に吐出される液滴の体積を図１２に示す。図１２は、補助パルスのパルス幅−吐出体積特性を示すグラフである。図１２に示すように、パルス幅ＬＢが長いほど液滴の吐出体積が大きくなることが分かる。
実施例のインクジェットヘッド１０に、ＬＢ＝１．４０［μ秒］、ＬＤ＝２．５５［μ秒］、ＬＲ＝０．２［μ秒］、ＬＰ＝５．１０［μ秒］、ＬＲａ＝０．８５［μ秒］、ＬＤ＝０．８５［μ秒］、ＬＲｂ＝０．６５［μ秒］の駆動波形Ｗａを印加した。また、インクジェットヘッド１０に、比較例として従来の駆動波形Ｗｂを印加した。この場合の、それぞれの駆動波形についてのドロップ数ごとの液滴の吐出体積を図１３に示す。また、この場合の、それぞれの駆動波形についてのドロップ数ごとの液滴の吐出速度を図１４に示す。図１３は、実施形態の駆動波形及び従来の駆動波形についての各ドロップ数における吐出体積を示すグラフである。図１４は、実施形態の駆動波形及び従来の駆動波形についての各ドロップ数における吐出速度を示すグラフである。なお、ドロップ数とは、液滴を連続吐出させる回数を示す。
図１３に示すように、実施形態の駆動波形Ｗａは、従来の駆動波形Ｗｂと同様に、ドロップ数に比例して吐出体積が増加することが分かる。したがって、実施形態のインクジェットヘッド１０は、実施形態の駆動波形Ｗａを用いて安定した階調表現が可能である。
図１４に示すように、実施形態の駆動波形Ｗａは、従来の駆動波形Ｗｂと同様に、ドロップ数に拘らず同程度の吐出速度であることが分かる。したがって、実施形態のインクジェットヘッド１０は、実施形態の駆動波形Ｗａを用いて安定した吐出が可能である。
上記の実施形態は以下のような変形も可能である。
実施形態のインクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに、インクによる二次元の画像を形成するインクジェットプリンターである。しかしながら、実施形態のインクジェット記録装置は、これに限られるものではない。実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、３Ｄプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などであっても良い。実施形態のインクジェット記録装置が３Ｄプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などである場合には、実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、素材となる物質又は素材を固めるためのバインダーなどをインクジェットヘッドから吐出させることで、立体物を形成する。
実施形態のインクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに、インクによる二次元の画像を形成するインクジェットプリンターである。しかしながら、実施形態のインクジェット記録装置は、これに限られるものではない。実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、３Ｄプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などであっても良い。実施形態のインクジェット記録装置が３Ｄプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などである場合には、実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、素材となる物質又は素材を固めるためのバインダーなどをインクジェットヘッドから吐出させることで、立体物を形成する。
実施形態のインクジェット記録装置１は、液体吐出部２を４つ備え、それぞれの液体吐出部２が使用する液体Ｉの色はシアン、マゼンタ、イエロー又はブラックである。しかしながら、インクジェット記録装置が備える液体吐出部２の数は４つに限定せず、また、複数でなくても良い。また、それぞれの液体吐出部２が使用する液体Ｉの色及び特性などは限定しない。
また、液体吐出部２は、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、液体吐出部２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、液体吐出部２が吐出する液体Ｉは、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出部２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。
また、液体吐出部２は、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、液体吐出部２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、液体吐出部２が吐出する液体Ｉは、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出部２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。
インクジェットヘッド１０は、上記実施形態の他、例えば静電気で振動板を変形させてインクを吐出する構造、あるいはヒーターなどの熱エネルギーを利用してノズルからインクを吐出する構造などであってもよい。これらの場合、当該振動板又はヒーターなどは、圧力室内のインクの圧力を変化させるアクチュエーターである。
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。
１……インクジェット記録装置、２……液体吐出部、１０……インクジェットヘッド、１０３……駆動回路、１１５……圧力室、１１８……アクチュエーター
Claims (5)
- 液体を収容する圧力室と、
印加される駆動信号に応じて前記液体の圧力を変化させるアクチュエーターと、
前記圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させる補助パルス、前記圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記液体を前記圧力室に連通したノズルから吐出させる吐出パルス、前記圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記液体の残留振動を抑制するキャンセルパルス、及び前記圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記残留振動を抑制するダンピングパルスを、この順で含む前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する印加部と、を備え、
前記補助パルスのパルス幅は、前記圧力室内の液体の主音響共振周波数の半周期以下であり、
前記キャンセルパルスのパルス幅は、前記半周期の２倍であり、
前記キャンセルパルスの印加終了から前記ダンピングパルスの印加開始までは、前記半周期の０．２倍以上０．４倍以下であり、
前記ダンピングパルスのパルス幅は、前記半周期の０．２倍以上０．４倍以下である、液体吐出ヘッド。 - 前記印加部は、前記液体を連続吐出させる回数だけ前記駆動信号を連続して前記アクチュエーターに印加し、
前記ダンピングパルスの印加終了から連続する次の前記駆動信号の印加開始までは、前記半周期の０．２倍以上０．４倍以下である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記駆動信号の周期は、前記半周期の奇数倍である、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記吐出パルスのパルス幅は、前記半周期である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
- 液体を収容する圧力室と、
前記圧力室に前記液体を供給する液体供給装置と、
印加される駆動信号に応じて前記液体の圧力を変化させるアクチュエーターと、
前記圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させる補助パルス、前記圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記液体を前記圧力室に連通したノズルから吐出させる吐出パルス、前記圧力を増加させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記液体の残留振動を抑制するキャンセルパルス、及び前記圧力を減少させるように前記アクチュエーターを駆動させて前記残留振動を抑制するダンピングパルスを、この順で含む前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する印加部と、を備え、
前記補助パルスのパルス幅は、前記圧力室内の液体の主音響共振周波数の半周期以下であり、
前記キャンセルパルスのパルス幅は、前記半周期の２倍であり、
前記キャンセルパルスの印加終了から前記ダンピングパルスの印加開始までは、前記半周期の０．２倍以上０．４倍以下であり、
前記ダンピングパルスのパルス幅は、前記半周期の０．２倍以上０．４倍以下である、液体吐出装置。
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