JP2023042912A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インク滴の着弾精度を高める。【解決手段】アクチュエータを駆動する駆動回路は、ノズルからインク滴を吐出する圧力室に対応して設けられたアクチュエータに与える吐出波形に先立って、補助波形をアクチュエータに与えて、アクチュエータをインク滴が吐出しない程度に駆動する。補助波形は、吐出波形で圧力室を拡張するために印加する電圧よりも小さい中間電圧で圧力室を拡張する弱拡張波形と、弱拡張波形により拡張した圧力室を定常状態に戻して維持する保持波形とを含む波形である。【選択図】 図１６

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。

インクジェットヘッドにおいては、ノズルから吐出されたメインのインク滴（主液滴）に付随して、サテライト又はインクミスト等と呼ばれる小液滴が発生する場合がある。このような小液滴は、印字品質の低下につながる。小液滴の発生は、ノズルからインク滴を吐出するために駆動されるアクチュエータの駆動波形を工夫することによって抑えることができる。しかし、小液滴の抑制に効果のある駆動波形でアクチュエータを駆動した場合、インク滴の着弾精度が悪くなる傾向がある。

特開２０２１－０００７８５号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、インク滴の着弾精度を高め得る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、インクを収容する圧力室と、圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、圧力室に対応して設けられ、圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、アクチュエータを駆動する駆動回路とを含む。
駆動回路は、ノズルからインク滴を吐出する圧力室に対応して設けられたアクチュエータに与える吐出波形に先立って、吐出波形で圧力室を拡張するために印加する電圧よりも小さい中間電圧で圧力室を拡張する弱拡張波形と、弱拡張波形により拡張した圧力室を定常状態に戻して維持する保持波形と、を含む補助波形をアクチュエータに与えて、アクチュエータをインク滴が吐出しない程度に駆動する。

図１は、一実施形態のインクジェットヘッドを示す斜視図である。 図２は、同インクジェットヘッドの本体を示す平面図である。 図３は、同インクジェットヘッドの本体のＡ－Ａ縦断面図である。 図４は、同インクジェットヘッドの本体のＢ－Ｂ縦断面図である。 図５は、同インクジェットヘッドの動作原理の説明に用いる図である。 図６は、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である。 図７は、同インクジェットプリンタにおけるヘッド駆動回路の要部回路構成を示す図である。 図８は、同ヘッド駆動回路に含まれる波形発生回路の要部回路構成を示すブロック図である。 図９は、同波形発生回路に係るステートデータと駆動パターンデータとの対応関係を示す図である。 図１０は、本実施形態で使用される吐出波形の説明図である。 図１１は、本実施形態で使用される非吐出波形の説明図である。 図１２は、本実施形態で使用される補助波形の説明図である。 図１３は、バイナリ方式の場合に当該チャネルに印加される駆動波形の説明図である。 図１４は、最大３ドロップのマルチドロップ方式の場合に当該チャネルに印加される駆動波形の説明図である。 図１５は、吐出波形の前に補助波形を入れない駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させる場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１６は吐出波形の前に補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させる場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１７は、非吐出波形の前に補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させない場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１８は吐出波形の前に補助波形を入れない駆動波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室の圧力変化と、従来の非吐出波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室の圧力変化とを対比したグラフである。 図１９は、吐出波形の前に補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室の圧力変化と、非吐出波形の前に補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室の圧力変化とを対比したグラフである。

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態は、オンデマンド方式のインクジェットヘッドとして、ピエゾ方式のインクジェットヘッドを例示する。

図１は、ピエゾ方式のインクジェットヘッド１００を示す斜視図である。インクジェットヘッド１００は、シェアードウォールタイプのものである。以下では、インクジェットヘッド１００をヘッド１００と称する。

ヘッド１００は、インクを吐出するための複数のノズル２を備えたヘッド本体３と、駆動信号を発生するヘッドドライバ４と、インク供給口５とインク排出口６とを備えたマニホールド７と、で構成する。ヘッドドライバ４は、２つのドライバＩＣ４１，４２を備える。各ドライバＩＣ４１，４２は、回路構成を同一とする。各ドライバＩＣ４１，４２は、後述するヘッド駆動回路１０１を含む。

ヘッド１００は、インク供給手段であるインク供給口５から供給されたインクを、ヘッドドライバ４から発生される駆動信号に応じて、ノズル２から吐出する。また、ヘッド１００は、インク供給口５から流入したインクのうち、ノズル２から吐出しなかったインクを、インク排出口６から排出する。

図２は、ヘッド本体３の平面図である。また、図３は、図２に示すヘッド本体３のＡ－Ａ縦断面図であり、図４は図３に示すヘッド本体３のＢ－Ｂ横断面図である。
図２に示すように、ヘッド本体３は、圧電部材１４と、ベース基板１５と、ノズルプレート１６と、枠部材１７とで構成する。ヘッド本体３は、ベース基板１５を基礎とする。そしてヘッド本体３は、このベース基板１５の上に枠部材１７を接合し、枠部材１７の中に圧電部材１４を接合する。ヘッド本体３は、枠部材１７の上にノズルプレート１６を接着する。そしてヘッド本体３は、図３に示すように、ベース基板１５と圧電部材１４とノズルプレート１６とで囲まれた中央部の空間を、インク供給路１８とする。またヘッド本体３は、ベース基板１５と圧電部材１４と枠部材１７とノズルプレート１６とで囲まれた周辺部の空間を、インク排出路１９とする。ノズルプレート１６は、複数のノズル２を所定のパターンで形成する。

図３に示すように、ベース基板１５は、インク供給路１８に連通する穴２２と、インク排出路１９に連通する穴２３とを有する。穴２２は、マニホールド７によりインク供給口５と連通する。穴２３は、マニホールド７によりインク排出口６と連通する。

図４に示すように、圧電部材１４は、第１の圧電部材１４１に、この第１の圧電部材１４１とは極性が逆向きの第２の圧電部材１４２を積層してなる。第１の圧電部材１４１と第２の圧電部材１４２とは接着される。

図３に示すように、圧電部材１４は、インク供給路１８からインク排出路１９へと繋がる複数の長溝２６を並列に形成する。そして図４に示すように、各長溝２６の内面に、それぞれ電極２１を配設する。各電極２１は、図２に示すように、それぞれ配線２０を介してヘッドドライバ４と接続する。各長溝２６と、各長溝２６を覆うように第２の圧電部材１４２上に接着されたノズルプレート１６の裏面とで囲まれた空間が、それぞれ圧力室２４となる。そして、各圧力室２４に１対１で対応して、ノズル２が連通する。

図４に示すように、隣り合う圧力室２４の間の隔壁を形成する圧電部材１４は、各圧力室２４の電極２１によって挟まれる。ヘッド本体３は、圧電部材１４とその両側の電極２１とによって、アクチュエータ２５を構成する。アクチュエータ２５は、ヘッド駆動回路１０１で生成された駆動信号により電界が印加されると、第１の圧電部材１４１と第２の圧電部材１４２との接合部を頂部として“く”の字型に剪断変形する。このアクチュエータ２５の変形によって、圧力室２４の容積が変位し、圧力室２４の内部にあるインクが加圧される。加圧されたインクは、その圧力室２４に連通するノズル２から吐出する。すなわちヘッド駆動回路１０１は、アクチュエータ２５を駆動する駆動回路として機能する。

１つの圧力室２４と、その圧力室２４に配設された電極２１と、その圧力室２４に連通するノズル２とのセットをチャネルと称する。すなわちヘッド１００は、圧力室２４の数だけチャネルを有する。以下では、圧力室２４の数だけのチャネルをチャネル群１０２（図６を参照）と称する。

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５を用いて説明する。
図５の（ａ）は、中央の圧力室２４２と、この圧力室２４２に隣接する両隣の圧力室２４１，２４３との各壁面にそれぞれ配設された電極２１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２４１と圧力室２４２とで挟まれたアクチュエータ２５１及び圧力室２４２と圧力室２４３とで挟まれたアクチュエータ２５２は、いずれも何ら歪み作用を受けない。

図５の（ｂ）は、中央の圧力室２４２の電極２１に負極性の電圧－Ｖが印加され、両隣の圧力室２４１，２４３の電極２１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、各アクチュエータ２５１，２５２に対して、圧電部材１４１，１４２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、各アクチュエータ２５１，２５２は、圧力室２４２の容積を拡張するようにそれぞれ外側に変形する。

図５の（ｃ）は、中央の圧力室２４２の電極２１に正極性の電圧＋Ｖが印加され、両隣の圧力室２４１，２４３の電極２１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、各アクチュエータ２５１，２５２に対して、図５の（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、各アクチュエータ２５１，２５２は、圧力室２４２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２４２の容積が拡張または収縮された場合、圧力室２４２内に圧力振動が発生する。この圧力振動により、圧力室２４２内の圧力が高まり、圧力室２４２に連通するノズル２からインク滴が吐出する。

このように、圧力室２４１と圧力室２４２とを隔てるアクチュエータ２５１と、圧力室２４２と、圧力室２４３とを隔てるアクチュエータ２５２とは、両アクチュエータ２５１，２５２を壁面とする圧力室２４２の内部に圧力振動を与える。つまり圧力室２４２は、それぞれ隣接する圧力室２４１及び圧力室２４３とアクチュエータ２５を共有する。このため、ヘッド駆動回路１０１は、各圧力室２４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２４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２４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、ヘッド１００を用いたインクジェットプリンタ２００について説明する。以下では、インクジェットプリンタ２００をプリンタ２００と称する。
図６は、プリンタ２００のハードウェア構成を示すブロック図である。プリンタ２００は、プロセッサ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２１０を含む。そしてプリンタ２００は、このバスライン２１０に、プロセッサ２０１、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。

プロセッサ２０１は、コンピュータの中枢部分に相当する。プロセッサ２０１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。プロセッサ２０１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。

ＲＯＭ２０２は、上記コンピュータの読み出し専用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、プロセッサ２０１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書換え自在な主記憶部分に相当する。ＲＡＭ２０３は、プロセッサ２０１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、プロセッサ２０１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が起動すると、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。
図７は、ヘッド駆動回路１０１の要部回路構成を示す図である。ヘッド駆動回路１０１は、充放電回路３００、波形発生回路４００、及び、電源回路５００を含む。充放電回路３００は、波形発生回路４００と電源回路５００とを電気的に接続する。なお、波形発生回路４００及び電源回路５００は、ヘッド駆動回路１０１に含まれず、ヘッド１００とは物理的に離れた位置にあって、充放電回路３００と電気的に接続されてもよい。

電源回路５００は、第１電圧源５０１と第２電圧源５０２とを直列に接続する。詳しくは、電源回路５００は、第１電圧源５０１の負極と第２電圧源５０２の正極とを接続し、その接続点を零［Ｖ］のグラウンドに接地する。第１電圧源５０１及び第２電圧源５０２は、いずれも充放電回路３００の充電目標とする最大電圧Ｅ［Ｖ］の半分の直流電圧Ｅ／２［Ｖ］を出力する。したがって、第１電圧源５０１の正極に接続される電源ラインＬａは、＋Ｅ／２［Ｖ］の正電源ラインとなる。第２電圧源５０２の負極に接続される電源ラインＬｂは、－Ｅ／２［Ｖ］の負電源ラインとなる。第１電圧源５０１の負極と第２電圧源５０２の正極との接続点に接続される電源ラインＬｃは、零［Ｖ］のグラウンドラインとなる。

充放電回路３００は、電源ラインＬａ、電源ラインＬｂ及び電源ラインＬｃを介して、電源回路５００の第１電圧源５０１及び第２電圧源５０２と接続する。また充放電回路３００は、電源ラインＬｄを介して、＋２４［Ｖ］の基準電源ＶＢＧとも接続する。

充放電回路３００は、正電源ラインＬａと負電源ラインＬｂとの間に多数のスイッチ直列回路を接続する。詳しくは、充放電回路３００は、スイッチ素子６１１とスイッチ素子６１２とのスイッチ直列回路、スイッチ素子６２１とスイッチ素子６２２とのスイッチ直列回路、…、スイッチ素子６９１とスイッチ素子６９２とのスイッチ直列回路を、正電源ラインＬａと負電源ラインＬｂとの間に接続する。

また充放電回路３００は、各スイッチ直列回路のスイッチ素子相互接続点とグラウンドラインＬｃとの間に、それぞれスイッチ素子６１３、スイッチ素子６２３、…、スイッチ素子６９３を接続する。さらに充放電回路３００は、隣接するスイッチ直列回路のスイッチ素子相互接続点間に、圧電素子からなる静電容量性のアクチュエータ２５１，２５２（不図示），…，２５８を接続する。

このように、アクチュエータ２５１，２５２，…，２５８は、隣接するスイッチ直列回路のスイッチ素子相互接続点間に接続されるため、アクチュエータ２５１，２５２，…，２５８の数は、スイッチ直列回路の数よりも“１”だけ少ない数となる。なお、スイッチ直列回路のスイッチ素子を示す符号として“６１１”，“６１２”，…，”６１３”、“６２１”，“６２２”，…，”６２３”、“６９１”，“６９２”，…，”６９３”を使用しているが、スイッチ直列回路の数は９個に限定されず、符号“２５１”，“２５２”，…，”２５８”で示されるアクチュエータの数も８個に限定されないのは言うまでもないことである。

各スイッチ直列回路のスイッチ素子のうち、正電源ラインＬａに接続されるスイッチ素子６１１，６２１，…，６９１は、Ｐ型チャネルのＭＯＳトランジスタである。各スイッチ直列回路のスイッチ素子のうち、負電源ラインＬｂに接続されるスイッチ素子６１２，６２２，…，６９２は、Ｎ型チャネルのＭＯＳトランジスタである。したがって充放電回路３００は、正電源ラインＬａと負電源ラインＬｂとの間に、Ｐ型チャネルのＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間とＮ型チャネルのＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間との直列回路が多数接続される。

スイッチ素子６１３，６２３，…，６９３は、Ｎ型チャネルのＭＯＳトランジスタである。したがって充放電回路３００は、各スイッチ直列回路のスイッチ素子相互接続点とグラウンドラインＬｃとの間に、それぞれＮ型チャネルのＭＯＳトランジスタのソース・ドレイン間が接続される。

Ｐ型チャネルのＭＯＳトランジスタ（スイッチ素子６１１，６２１，…，６９１）のバックゲートは、＋２４［Ｖ］の基準電源ラインＬｄに接続される。Ｎ型チャネルのＭＯＳトランジスタ（スイッチ素子６１２，６２２，…，６９２及びスイッチ素子６１３，６２３，…，６９３）のバックゲートは、－Ｅ／２［Ｖ］の負電源ラインＬｂに接続される。Ｐ型チャネルのＭＯＳトランジスタ（スイッチ素子６１１，６２１，…，６９１）のゲート、及び、Ｎ型チャネルのＭＯＳトランジスタ（スイッチ素子６１２，６２２，…，６９２及びスイッチ素子６１３，６２３，…，６９３）のゲートは、いずれも波形発生回路４００に接続される。

波形発生回路４００は、第１波形発生回路４００１、第２波形発生回路４００２及び第３波形発生回路４００３を含む。第１波形発生回路４００１、第２波形発生回路４００２及び第３波形発生回路４００３は、いずれも各スイッチ素子６１１，６２１，…，６９１、６１２，６２２，…，６９２及び６１３，６２３，…，６９３のオン，オフの切り替えを制御するための制御波形を発生する。各スイッチ素子６１１，６２１，…，６９１、６１２，６２２，…，６９２及び６１３，６２３，…，６９３は、第１波形発生回路４００１、第２波形発生回路４００２又は第３波形発生回路４００３から出力される制御波形によりオン，オフを切り替える。このオン，オフの切り替えにより、各アクチュエータ２５１，２５２，…，２５８が充電され、また放電される。

ここに、アクチュエータ２５１を挟んで相互に接続されるスイッチ素子６１１，スイッチ素子６１２及びスイッチ素子６１３とスイッチ素子６２１，スイッチ素子６２２及びスイッチ素子６２３とは、アクチュエータ２５１に対する充放電用の通電路を形成する。また図示しないが、アクチュエータ２５２を挟んで相互に接続されるスイッチ素子６２１，スイッチ素子６２２及びスイッチ素子６２３とスイッチ素子６３１，スイッチ素子６３２及びスイッチ素子６３３とは、アクチュエータ２５２に対する充放電用の通電路を形成する。他のアクチュエータ２５３～２５８についても同様である。そこで以下では、アクチュエータ２５１とこのアクチュエータ２５１への通電路を形成する６つのスイッチ素子６１１，６１２，６１３，６２１，６２２，６２３とに着眼して、本実施形態の説明を続ける。

第１波形発生回路４００１は、吐出波形を生成する回路である。第２波形発生回路４００２は、非吐出波形を生成する回路である。第３波形発生回路４００３は、補助波形を生成する回路である。吐出波形、非吐出波形及び補助波形については後述する。第１波形発生回路４００１、第２波形発生回路４００２及び第３波形発生回路４００３の基本的な回路構成は共通である。そこで以下では、第１波形発生回路４００１に着眼して本実施形態の説明を続ける。

図８は、第１波形発生回路４００１の要部回路構成を示すブロック図である。第１波形発生回路４００１は、時間設定レジスタ４０１、セレクタ４０２、タイマ４０３、ステートカウンタ４０４及び駆動パターンメモリ４０５を備える。

時間設定レジスタ４０１は、第１設定レジスタ４０１１、第２設定レジスタ４０１２、第３設定レジスタ４０１３、第４設定レジスタ４０１４、第５設定レジスタ４０１５、第６設定レジスタ４０１６及び第７設定レジスタ４０１７を含む。第１設定レジスタ４０１１には、時間Ｔａがセットされる。第２設定レジスタ４０１２には、時間Ｔｂがセットされる。第３設定レジスタ４０１３には、時間Ｔｃがセットされる。第４設定レジスタ４０１４には、時間Ｔｄがセットされる。第５設定レジスタ４０１５には時間Ｔｅがセットされる。第６設定レジスタ４０１６には、時間Ｔｆがセットされる。第７設定レジスタ４０１７には、時間Ｔｇがセットされる。

セレクタ４０２は、ステートカウンタ４０４から出力されるステートデータＳＴに従い、第１～第７設定レジスタ４０１１～４０１７にそれぞれセットされた時間Ｔａ、時間Ｔｂ、時間Ｔｃ、時間Ｔｄ、時間Ｔｅ、時間Ｔｆ、時間Ｔｇを順番に選択する。セレクタ４０２は、選択した時間をタイマ４０３にセットする。

タイマ４０３は、セレクタ４０２によって設定された時間を計時する。そしてその時間を計時し終えると、タイマ４０３は、ステート更新信号ＳＡをステートカウンタ４０４に出力する。

ステートカウンタ４０４は、８進カウンタであり、初期状態では、ステートデータＳＴを“０”にリセットする。この状態で、プリンタ２００から波形出力開始のトリガ信号が入力されると、ステートカウンタ４０４は、ステートデータＳＴを“１”だけカウントアップする。その後、タイマ４０３からステート更新信号ＳＡが入力される毎に、ステートカウンタ４０４は、ステートデータＳＴを“１”ずつカウントアップする。そしてステートデータＳＴを上限値（８進カウンタのため“７”）までカウントすると、ステートカウンタ４０４は、その後のステート更新信号ＳＡの入力によりステートデータＳＴを“０”にリセットする。ステートカウンタ４０４は、ステートデータＳＴをセレクタ４０２と駆動パターンメモリ４０５とに出力する。

以下では、初期状態のステートデータＳＴをステートデータＳＴａとする。“１”だけカウントアップした後のステートデータＳＴをステートデータＳＴｂとする。以後、“１”ずつカウントアップしたステートデータをステートデータＳＴｃ，ＳＴｄ，ＳＴｅ，ＳＴｆとし、上限値の“７”までカウントアップした後のステートデータＳＴをステートデータＳＴｈとする。

駆動パターンメモリ４０５は、ステートデータＳＴａ～ＳＴｈにそれぞれ対応付けて駆動パターンデータを記憶する。駆動パターンデータは、アクチュエータ２５１への通電路を形成する６つのスイッチ素子６１１，６１２，６１３，６２１，６２２，６２３のオン，オフを制御するデータである。駆動パターンデータは、アクチュエータ２５２への通電路を形成する６つのスイッチ素子６２１，６２２，６２３，６３１，６３２，６３３のオン，オフを制御するデータでもある。

ステートカウンタ４０４からステートデータＳＴａ～ＳＴｈが入力される毎に、駆動パターンメモリ４０５は、そのステートデータＳＴａ～ＳＴｈに対応する駆動パターンデータに従い、各スイッチ素子６１１，６１２，６１３，６２１，６２２，６２３，…のオン，オフの切り替えを制御するための駆動波形を発生する。

図９は、ステートデータＳＴａ～ＳＴｈと駆動パターンデータとの対応関係を示す図である。ステートデータＳＴａの初期状態のとき、駆動パターンデータは、スイッチ素子６２３とスイッチ素子６１３とはオンし、スイッチ素子６２１、スイッチ素子６２２、スイッチ素子６１１及びスイッチ素子６１２はオフするデータとなる。

この状態で、ステートカウンタ４０４に波形出力開始のトリガ信号が入力されて、ステートデータがＳＴａからＳＴｂに更新されると（時点ｔａ）、駆動パターンメモリ４０５から出力されるステートデータＳＴｂに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６１３がオフし、スイッチ素子６１２がオンする。このとき、第１電圧源５０１→スイッチ素子６１１→アクチュエータ２５１→スイッチ素子６２３→第１電圧源５０１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は、電圧Ｅ／２［Ｖ］で順方向に通電されて充電される。

このように充電前半では、正極性の第１電圧源５０１を用いて、充電目標とする最大電圧Ｅ［Ｖ］の半分の中間電圧Ｅ／２［Ｖ］で、アクチュエータ２５１に半分までの電荷を充電する。

ステートデータがＳＴａからＳＴｂに更新されると、セレクタ４０２は、第１設定レジスタ４０１１を選択する。その結果、タイマ４０３は、時間Ｔａを計時する。そして時間Ｔａが計時されて、タイマ４０３がタイムアウトすると、ステートデータがＳＴｂからＳＴｃに更新される。

ステートデータがＳＴｂからＳＴｃに更新されると（時点ｔｂ）、ステートデータＳＴｃに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６２３がオフし、スイッチ素子６２２がオンする。このとき、第１電圧源５０１→スイッチ素子６１１→アクチュエータ２５１→スイッチ素子６２２→第２電圧源５０２→第１電圧源５０１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は、最大電圧Ｅ［Ｖ］で順方向に通電されてさらに充電される。

このように充電後半では、正極性の第１電圧源５０１と負極性の第２電圧源５０２とを用いて、最大電圧Ｅ［Ｖ］でアクチュエータ２５１に電荷を充電する。最大電圧Ｅ［Ｖ］でアクチュエータ２５１に電荷を充電することにより、アクチュエータ２５１は完全に充電される。

ステートデータがＳＴｂからＳＴｃに更新されると、セレクタ４０２は、第２設定レジスタ４０１２を選択する。その結果、タイマ４０３は、時間Ｔｂを計時する。そして時間Ｔｂが計時されて、タイマ４０３がタイムアウトすると、ステートデータがＳＴｃからＳＴｄに更新される。

ステートデータがＳＴｃからＳＴｄに更新されると（時点ｔｃ）、ステートデータＳＴｄに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６２２がオフし、スイッチ素子６２３がオンする。このとき、アクチュエータ２５１→スイッチ素子６１１→第１電圧源５０１→スイッチ素子６２３→アクチュエータ２５１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は放電する。

このように放電前半では、アクチュエータ２５１から正極性の第１電圧源５０１に電荷を戻して、第１電圧源５０１を充電しつつ、アクチュエータ２５１を放電する。

ステートデータがＳＴｃからＳＴｄに更新されると、セレクタ４０２は、第３設定レジスタ４０１３を選択する。その結果、タイマ４０３は、時間Ｔｃを計時する。そして時間Ｔｃが計時されて、タイマ４０３がタイムアウトすると、ステートデータがＳＴｄからＳＴｅに更新される。

ステートデータがＳＴｄからＳＴｅに更新されると（時点ｔｄ）、ステートデータＳＴｅに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６１１がオフし、スイッチ素子６１３がオンする。このとき、アクチュエータ２５１→スイッチ素子６１３→スイッチ素子６２３→アクチュエータ２５１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は放電を続ける。

このように放電後半では、アクチュエータ２５１の端子間をループすることによって、アクチュエータ２５１は、完全に放電する。

以上の充電・放電動作により、ヘッド１００は、圧力室の容積を拡張してインクを補充した後、圧力室の容積を元に戻す。この動作により圧力室に圧力振動が生じてノズルからインク滴が吐出する。吐出するタイミングは放電動作のときである。

ステートデータがＳＴｄからＳＴｅに更新されると、セレクタ４０２は、第４設定レジスタ４０１４を選択する。その結果、タイマ４０３は、時間Ｔｄを計時する。そして時間Ｔｄが計時されて、タイマ４０３がタイムアウトすると、ステートデータがＳＴｅからＳＴｆに更新される。

ステートデータがＳＴｅからＳＴｆに更新されると（時点ｔｅ）、ステートデータＳＴｆに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６２３がオフし、スイッチ素子６２１がオンする。このとき、第１電圧源５０１→スイッチ素子６２１→アクチュエータ２５１→スイッチ素子６１３→第１電圧源５０１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は、Ｅ／２［Ｖ］で逆方向に通電されて充電される。

このように逆充電前半では、正極性の第１電圧源５０１を用いて、最大電圧Ｅ［Ｖ］の半分の中間電圧Ｅ／２［Ｖ］でアクチュエータ２５１に逆方向から半分までの電荷を充電する。

ステートデータがＳＴｅからＳＴｆに更新されると、セレクタ４０２は、第５設定レジスタ４０１５を選択する。その結果、タイマ４０３は、時間Ｔｅを計時する。そして時間Ｔｅが計時されて、タイマ４０３がタイムアウトすると、ステートデータがＳＴｆからＳＴｇに更新される。

ステートデータがＳＴｆからＳＴｇに更新されると（時点ｔｆ）、ステートデータＳＴｇに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６１３がオフし、スイッチ素子６１２がオンする。このとき、第１電圧源５０１→スイッチ素子６２１→アクチュエータ２５１→スイッチ素子６１２→第２電圧源５０２→第１電圧源５０１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は、Ｅ［Ｖ］で逆方向に通電されてさらに充電される。

このように逆充電後半では、正極性の第１電圧源５０１と負極性の第２電圧源５０２とを用いて、最大電圧Ｅ［Ｖ］でアクチュエータ２５１に逆方向から電荷を充電する。最大電圧Ｅ［Ｖ］でアクチュエータ２５１に逆方向から電荷を充電することにより、アクチュエータ２５１は、完全に逆方向から充電される。

ステートデータがＳＴｆ～ＳＴｇに更新されると、セレクタ４０２は、第６設定レジスタ４０１６を選択する。その結果、タイマ４０３は、時間Ｔｆを計時する。そして時間Ｔｆが計時されて、タイマ４０３がタイムアウトすると、ステートデータがＳＴｇからＳＴｈに更新される。

ステートデータがＳＴｇからＳＴｈに更新されると（時点ｔｇ）、ステートデータＳＴｈに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６１２がオフし、スイッチ素子６１３がオンする。このときアクチュエータ２５１→スイッチ素子６２１→第１電圧源５０１→スイッチ素子６１３→アクチュエータ２５１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は放電する。

このように放電前半では、アクチュエータ２５１から正極性の第１電圧源５０１に電荷を戻して、第１電圧源５０１を充電しつつ、アクチュエータ２５１を放電する。

ステートデータがＳＴｇからＳＴｈに更新されると、セレクタ４０２は、第７設定レジスタ４０１７を選択する。その結果、タイマ４０３は、時間Ｔｇを計時する。そして時間Ｔｇが計時されて、タイマ４０３がタイムアウトすると、ステートデータがＳＴｈからＳＴａに戻る。

ステートデータがＳＴｈからＳＴａに戻ると（時点ｔｈ）、ステートデータＳＴａに対応した駆動パターンデータの駆動波形により、スイッチ素子６２１がオフし、スイッチ素子６２３がオンする。このとき、アクチュエータ２５１→スイッチ素子６２３→スイッチ素子６１３→アクチュエータ２５１の閉回路が形成される。その結果、アクチュエータ２５１は放電を続ける。

このように放電後半では、アクチュエータ２５１の端子間をループすることによって、アクチュエータ２５１は、完全に放電する。

以上の逆充電・放電動作により、ヘッド１００は、圧力室の容積を収縮した後、元に戻す。この動作により、圧力室の残留振動がキャンセルされる。

以後、ステートカウンタ４０４に波形出力開始のトリガ信号が入力される毎に、第１波形発生回路４００１は、同様の動作を繰り返し実行する。このような第１波形発生回路４００１の動作により、充放電回路３００は、アクチュエータ２５１への通電路を形成する６つのスイッチ素子６１１，６１２，６１３，６２１，６２２，６２３のオン，オフを切り替える。

ここで、３つのスイッチ素子６２１，６２２，６２３のオン，オフにより印加電圧が制御される電極２１は、インクを吐出可能な１つのチャネル、例えば図５の圧力室２４２を含むチャネル（以下、当該チャネルCh.Xと称する）の電極である。残りの３つのスイッチ素子６１１，６１２，６１３のオン，オフにより印加電圧が制御される電極２１は、当該チャネルCh.Xに隣接するチャネル、例えば図５の圧力室２４１を含むチャネル（以下、隣接チャネルCh.X-1と称する）の電極である。アクチュエータ２５１は、当該チャネルCh.Xの電極２１と隣接チャネルCh.X-1の電極２１とにより挟まれる。したがって、アクチュエータ２５１は、当該チャネルCh.Xの電極２１に印加される電圧と隣接チャネルCh.X-1の電極２１に印加される電圧との差分により充電又は放電が繰り返されて駆動する。このアクチュエータ２５１の駆動を適切に制御することによって、当該チャネルCh.Xのノズル２から１滴のインク滴を吐出させることができる。

このように、当該チャネルCh.Xのノズル２から１滴のインク滴を吐出させるためにアクチュエータ２５１の駆動を制御する波形を吐出波形と称する。また、当該チャネルCh.Xのノズル２からインク滴が吐出しないようにアクチュエータ２５１の駆動を制御する波形を非吐出波形と称する。また、当該チャネルCh.Xの吐出性能を高めるために、吐出波形又は非吐出波形の前に挿入される波形を補助波形と称する。

図１０は、本実施形態で使用される吐出波形の説明図である。
吐出波形は、区間ＳＡの拡張波形と、区間ＳＢの保持波形と、区間ＳＣの第１の弱収縮波形と、区間ＳＤの収縮波形と、区間ＳＥの第２の弱収縮波形とを含む。拡張波形は、０［Ｖ］の定常状態から負の最大電圧－Ｅ［Ｖ］へと変化する第１パルスＰａをアクチュエータ２５１に印加する。第１パルスＰａがアクチュエータ２５１に印加されることにより、アクチュエータ２５１は、吐出チャネルCh.Xの圧力室２４を拡張する方向に駆動する。

拡張波形は、区間ＳＡに相当する時間ＳＡｔが経過すると、０［Ｖ］の定常状態となる。アクチュエータ２５１に印加される電圧が０［Ｖ］の定常状態となることで、アクチュエータ２５１は、圧力室２４を復元する方向に駆動する。

このように区間ＳＡにおいては、吐出チャネルCh.Xの圧力室２４は、先ず拡張し、その拡張状態を維持した後、復元する。このような圧力室２４の容積変化により、この圧力室２４に連通するノズル２からインク滴が吐出される。因みに、区間ＳＡに相当する圧力室２４の拡張状態を維持する時間ＳＡｔを、圧力室２４の圧力振動周期２ＡＬ（Acoustic Length）の１／２、すなわちＡＬとすると、インクの吐出体積が最大となる。時間ＳＡｔは、第１設定レジスタ４０１１にセットされる時間Ｔａと第２設定レジスタ４０１２にセットされる時間Ｔｂとを調整すればよい。区間ＳＡの拡張波形は、圧縮パルス、吐出パルス等と称される。

拡張波形が０［Ｖ］の定常状態となると、吐出波形は、保持波形となる。保持波形は、０［Ｖ］の定常状態を区間ＳＢに相当する時間ＳＢｔだけ保持する。保持波形の区間ＳＢに相当する時間ＳＢｔが経過すると、吐出波形は、第１の弱収縮波形となる。

第１の弱収縮波形は、０［Ｖ］の定常状態から正の最大電圧＋Ｅ［Ｖ］に対して半分の中間電圧＋Ｅ／２［Ｖ］へと変化する第２パルスＰｂをアクチュエータ２５１に印加する。第２パルスＰｂがアクチュエータ２５１に印加されることにより、アクチュエータ２５１は、当該チャネルCh.Xの圧力室２４を収縮する方向に駆動する。ただし、その収縮の度合いは、後述の第３パルスＰｃによって正の最大電圧＋Ｅ［Ｖ］が印加されることにより圧力室２４が収縮する度合いよりも小さい。以下、第２パルスＰｂによる圧力室２４の収縮の度合いを弱収縮と称し、この弱収縮の状態を弱収縮状態と称する。

弱収縮波形の区間ＳＣに相当する時間ＳＣｔが経過すると、吐出波形は、収縮波形となる。収縮波形は、中間電圧＋Ｅ／２［Ｖ］から正の最大電圧＋Ｅ［Ｖ］へと変化する第３パルスＰｃをアクチュエータ２５１に印加する。第３パルスＰｃがアクチュエータ２５１に印加されることにより、アクチュエータ２５１は、当該チャネルCh.Xの圧力室２４をさらに収縮する方向に駆動する。

収縮波形の区間ＳＤに相当する時間ＳＤｔが経過すると、吐出波形は、第２の弱収縮波形となる。第２の弱収縮波形は、最大電圧＋Ｅ［Ｖ］から中間電圧＋Ｅ／２［Ｖ］へと変化する第４パルスＰｄをアクチュエータ２５１に印加する。第４パルスＰｄがアクチュエータ２５１に印加されることにより、アクチュエータ２５１は、当該チャネルCh.Xの圧力室２４を復元する方向に駆動する。ただし、圧力室２４は完全には復元されない。アクチュエータ２５１に印加される電圧が中間電圧＋Ｅ／２［Ｖ］となることで、圧力室２４は、弱収縮状態となる。

第２の弱収縮波形の区間ＳＥに相当する時間ＳＥｔが経過すると、吐出波形は、０［Ｖ］の定常状態となる。アクチュエータ２５１に印加される電圧が０［Ｖ］の定常状態となることで、弱収縮状態であった圧力室２４は完全に復元する。

このような構成の吐出波形は、サテライト、インクミスト等と呼ばれる小液滴の発生を抑制することができる。詳しくは、保持波形の区間ＳＢに相当する時間ＳＢｔと、第１の弱収縮波形の区間ＳＣに相当する時間ＳＣｔと、強収縮波形の区間ＳＤに相当する時間ＳＤｔと、第２の弱収縮波形の区間ＳＥに相当する時間ＳＥｔとを適切な値に調整する。そうすることにより、サテライト、インクミスト等と呼ばれる小液滴の発生が抑制される。時間ＳＢｔは、第４設定レジスタ４０１４にセットされる時間Ｔｄを調整すればよい。時間ＳＣｔは、第５設定レジスタ４０１５にセットされる時間Ｔｅを調整すればよい。時間ＳＤｔは、第６設定レジスタ４０１６にセットされる時間Ｔｆを調整すればよい。時間ＳＥｔは、第７設定レジスタ４０１７にセットされる時間Ｔｇを調整すればよい。

このように吐出波形は、区間ＳＡの拡張波形と、区間ＳＢの保持波形と、区間ＳＣの第１の弱収縮波形と、区間ＳＤの収縮波形と、区間ＳＥの第２の弱収縮波形とで構成される。すなわち吐出波形の所要時間は、区間ＳＡに相当する時間ＳＡｔと、区間ＳＢに相当する時間ＳＢｔと、区間ＳＣに相当する時間ＳＣｔと、区間ＳＤに相当する時間ＳＤｔと、区間ＳＥに相当する時間ＳＥｔとの合算時間である。以下では、この合算時間、すなわち図１０において時点ｔａから時点ｔｈまでの時間を時間ＤＣと称する。

図１１は、本実施形態で使用される非吐出波形の説明図である。
非吐出波形は、区間ＳＦの弱拡張波形と、区間ＳＧの保持波形とを含む。弱拡張波形は、０［Ｖ］の定常状態から負の最大電圧－Ｅ［Ｖ］に対して半分の中間電圧－Ｅ／２［Ｖ］へと変化する第５パルスＰｅをアクチュエータ２５１に印加する。第５パルスＰｅがアクチュエータ２５１に印加されることにより、アクチュエータ２５１は、当該チャネルCh.Xの圧力室２４を拡張する方向に駆動する。ただし、その拡張の度合いは、吐出波形の第１パルスＰａによって負の最大電圧－Ｅ［Ｖ］が印加されることにより圧力室２４が拡張する度合いよりも小さい。以下、第５パルスＰｅによる圧力室２４の拡張の度合いを弱拡張と称し、この弱拡張の状態を弱拡張状態と称する。

弱拡張波形は、区間ＳＦに相当する時間ＳＦｔが経過すると、０［Ｖ］の定常状態となる。アクチュエータ２５１に印加される電圧が０［Ｖ］の定常状態となることで、アクチュエータ２５１は、圧力室２４を復元する方向に駆動する。

このように区間ＳＦにおいては、吐出チャネルCh.Xの圧力室２４は、先ず弱拡張し、その弱拡張状態を維持した後、復元する。ここで、区間ＳＦに相当する圧力室２４の弱拡張状態を維持する時間ＳＦｔは、圧力室２４の圧力振動周期２ＡＬの１／２、すなわちＡＬ以下（ＡＬ≧ＳＦｔ＞０）とする。時間ＳＦｔにおいて、弱収縮波形による容積変化が圧力室２４に生じても、この圧力室２４に連通するノズル２からインク滴が吐出されることはない。

弱拡張波形が０［Ｖ］の定常状態となると、非吐出波形は、保持波形となる。保持波形は、０［Ｖ］の定常状態を区間ＳＧに相当する時間ＳＧｔだけ保持する。

このように非吐出波形は、区間ＳＦの弱拡張波形と、区間ＳＧの保持波形とで構成される。すなわち、非吐出波形の所要時間は、区間ＳＦに相当する時間ＳＦｔと、区間ＳＧに相当する時間ＳＧｔとの合算時間である。この合算時間、すなわち図１１において時点ｔｉから時点ｔｋまでの時間は、吐出波形の所要時間ＤＣと等しい。

充放電回路３００に対して非吐出波形を発生する第２波形発生回路４００２は、ステートカウンタ４０４を３進カウンタとする。また、時間設定レジスタ４０１を第１設定レジスタ４０１１と第２設定レジスタ４０１２とで構成する。このような構成により、ステートデータがＳＴａからＳＴｂに更新されると、セレクタ４０２は、第１設定レジスタ４０１１を選択する。ステートデータがＳＴｂからＳＴｃに更新されると、セレクタ４０２は、第２設定レジスタ４０１２を選択する。ここで、第１設定レジスタ４０１１の設定時間Ｔａは、区画ＳＦの時間ＳＦｔとする。同様に、第２設定レジスタ４０１２の設定時間Ｔｂは、区画ＳＧの時間ＳＧｔ、つまりは時間ＤＣから時間ＳＦｔを減じた時間とする。そうすることにより、第２波形発生回路４００２は、充放電回路３００に対して図１１に示す非吐出波形を発生することができる。

因みに、従来の非吐出波形は、図１１において、区間ＳＦの波形が弱収縮波形でなく、区間ＳＧと同様の保持波形である。すなわち従来の非吐出波形は、圧力室２４に容積変化を生じさせない。

図１２は、本実施形態で使用される補助波形の説明図である。
補助波形は、区間ＳＨの弱拡張波形と、区間ＳＩの保持波形とを含む。弱拡張波形は、０［Ｖ］の定常状態から負の最大電圧－Ｅ［Ｖ］に対して半分の中間電圧－Ｅ／２［Ｖ］へと変化する第６パルスＰｆをアクチュエータ２５１に印加する。第６パルスＰｆがアクチュエータ２５１に印加されることにより、アクチュエータ２５１は、当該チャネルCh.Xの圧力室２４を拡張する方向に駆動する。ただし、その拡張の度合いは、吐出波形の第１パルスＰａによって負の最大電圧－Ｅ［Ｖ］が印加されることにより圧力室２４が拡張する度合いよりも小さい。そしてその拡張の度合いは、非吐出波形の第５パルスＰｅによって負の中間電圧－Ｅ／２［Ｖ］が印加されることにより圧力室２４が拡張する度合いと等しい。以下、第６パルスＰｆによる圧力室２４の拡張の度合いも弱拡張と称し、この弱拡張の状態を弱拡張状態と称する。

弱拡張波形は、区間ＳＨに相当する時間ＳＨｔが経過すると、０［Ｖ］の定常状態となる。アクチュエータ２５１に印加される電圧が０［Ｖ］の定常状態となることで、アクチュエータ２５１は、圧力室２４を復元する方向に駆動する。

このように区間ＳＨにおいては、吐出チャネルCh.Xの圧力室２４は、先ず弱拡張し、その弱拡張状態を維持した後、復元する。ここで、区間ＳＨに相当する圧力室２４の弱拡張状態を維持する時間ＳＨｔは、圧力室２４の圧力振動周期２ＡＬの１／２、すなわちＡＬ以下（ＡＬ≧ＳＦｔ＞０）とする。そして、この時間ＳＨｔは、ＡＬ以下という条件を満足しているのであれば、非吐出波形の弱拡張状態を維持する時間ＳＦｔと等しくてもよいし等しくなくてもよい。時間ＳＨｔにおいて、弱拡張波形による容積変化が圧力室２４に生じても、この圧力室２４に連通するノズル２からインク滴が吐出されないのは、非吐出波形の場合と同じである。

弱拡張波形が０［Ｖ］の定常状態となると、補助波形は、保持波形となる。保持波形は、０［Ｖ］の定常状態を区間ＳＩに相当する時間ＳＩｔだけ保持する。

このように補助波形は、区間ＳＨの弱拡張波形と、区間ＳＩの保持波形とで構成される。すなわち、補助波形の所要時間は、区間ＳＨに相当する時間ＳＨｔと、区間ＳＩに相当する時間ＳＩｔとの合算時間である。この合算時間、すなわち図１２において時点ｔｌから時点ｔｎまでの時間は、圧力室２４の圧力振動周期２ＡＬとする。なお、補助波形の所要時間は、保持波形による定常状態の保持時間ＳＩｔを延ばすことによって、圧力振動周期２ＡＬの２倍である４ＡＬ、又は３倍の６ＡＬ等としてもよい。すなわち、補助波形の、弱収縮波形により圧力室２４を拡張する時間ＳＨｔと保持波形により圧力室２４の定常状態を維持する時間ＳＩｔとの合計時間は、当該圧力室２４における圧力振動周期の整数倍であればよい。

充放電回路３００に対して補助波形を発生する第３波形発生回路４００３は、第２波形発生回路４００２と同様に、ステートカウンタ４０４を３進カウンタとする。また、時間設定レジスタ４０１を第１設定レジスタ４０１１と第２設定レジスタ４０１２とで構成する。このような構成により、ステートデータがＳＴａからＳＴｂに更新されると、セレクタ４０２は、第１設定レジスタ４０１１を選択する。ステートデータがＳＴｂからＳＴｃに更新されると、セレクタ４０２は、第２設定レジスタ４０１２を選択する。ここで、第１設定レジスタ４０１１の設定時間Ｔａは、区画ＳＨの時間ＳＨｔとする。同様に、第２設定レジスタ４０１２の設定時間Ｔｂは、区画ＳＩの時間ＳＩｔ、つまりは時間２ＡＬから時間ＳＨｔを減じた時間とする。そうすることにより、第３波形発生回路４００３は、充放電回路３００に対して図１２に示す補助波形を発生することができる。
以上で、本実施形態において使用する吐出波形、非吐出波形及び補助波形の説明を終了する。

前述したように、図１０に示す吐出波形は、サテライト、インクミスト等と呼ばれる小液滴の発生を抑制することができる。しかし、この吐出波形は、インクを吐出した後の残留振動が残りやすい。そのため、この残留振動の影響でインク滴の飛翔速度が低下し、着弾精度が低下する懸念がある。

そこで本実施形態では、ノズル２からインク滴を吐出する圧力室２４に対応して設けられたアクチュエータ２５に与える吐出波形に先立って、補助波形を挿入する。補助波形は、吐出波形で圧力室２４を拡張するために印加する電圧よりも小さい中間電圧で圧力室２４を拡張する弱拡張波形と、弱拡張波形により拡張した圧力室２４を定常状態に戻して維持する保持波形とを含む。このような補助波形でアクチュエータ２５を駆動した場合、そのアクチュエータ２５に対応する圧力室２４に圧力変化が生じる。しかし、この圧力変化によって、ノズル２からインク滴が吐出されることはない。この圧力変化は、吐出波形によってノズル２から吐出されるインク滴の吐出速度を上げる効果がある。インク滴の吐出速度が上がることによって、インク滴の着弾精度が向上する。

また本実施形態では、ノズル２からインク滴を吐出しない圧力室２４に対応して設けられたアクチュエータ２５に与える非吐出波形を、図１１に示す波形とする。すなわち、吐出波形で圧力室２４を拡張するために印加する電圧よりも小さい中間電圧で圧力室２４を拡張する弱拡張波形と、弱拡張波形により拡張した圧力室２４を定常状態に戻して維持する保持波形と、を含む波形とする。そして、弱収縮波形により圧力室２４を拡張する時間と保持波形により圧力室２４の定常状態を維持する時間との合計時間を、吐出波形の時間と等しくする。このような非吐出波形でアクチュエータ２５を駆動した場合、そのアクチュエータ２５に対応する圧力室２４に圧力変化が生じる。この圧力変化は、吐出波形をアクチュエータ２５に与えることで圧力室２４に生じる圧力変化よりも小さく、ノズル２からインク滴が吐出されることはない。非吐出波形をアクチュエータ２５に与えることによって、インク滴の非吐出時もアクチュエータ２５が振動する。この振動は、インク滴の吐出時におけるアクチュエータ２５の駆動に好影響を与え、誤吐出が発生しがたくなる。

さらに本実施形態では、非吐出波形に先立って図１２に示す補助波形を挿入する。したがって、非吐出波形でアクチュエータ２５を振動させる前においても、当該アクチュエータ２５を振動させる。この振動は、インク滴の吐出時におけるアクチュエータ２５の駆動にさらなる好影響を与えることとなる。

ところで、補助波形の挿入は、１滴のインク滴（ドロップ）で１ドットを形成するバイナリ方式により印字を行う場合だけでなく、連続して吐出される複数のインク滴で１ドットを形成するマルチドロップ方式により階調印字を行う場合も行う。

図１３は、バイナリ方式の場合に当該チャネルCh.Xに印加される駆動波形の説明図である。図示するように、ドロップ数が“０”、すなわち当該チャネルCh.Xからインク滴を吐出させない場合には、１フレーム目として所要時間２ＡＬの補助波形を印加し、２フレーム目として所要時間ＤＣの非吐出波形を印加する。ドロップ数が“１”、すなわち当該チャネルCh.Xからインク滴を１滴吐出させる場合には、１フレーム目として所要時間２ＡＬの補助波形を印加し、２フレーム目として所要時間ＤＣの吐出波形を印加する。

このように、バイナリ方式で印字を行う場合、ヘッド１００は、吐出波形の前と非吐出波形の前にそれぞれ補助波形を与えて、アクチュエータ２５を駆動する。

図１４は、最大３ドロップのマルチドロップ方式の場合に当該チャネルCh.Xに印加される駆動波形の説明図である。図示するように、ドロップ数が“０”、すなわち当該チャネルCh.Xからインク滴を吐出させない場合には、１フレーム目として所要時間２ＡＬの補助波形を印加し、２フレーム目、３フレーム目及び４フレーム目としていずれも所要時間ＤＣの非吐出波形を印加する。ドロップ数が“１”、すなわち当該チャネルCh.Xからインク滴を１滴吐出させる場合には、１フレーム目として所要時間２ＡＬの補助波形を印加し、２フレーム目として所要時間ＤＣの吐出波形を印加し、３フレーム目及び４フレーム目としていずれも所要時間ＤＣの非吐出波形を印加する。ドロップ数が“２”、すなわち当該チャネルCh.Xからインク滴を２滴吐出させる場合には、１フレーム目として所要時間２ＡＬの補助波形を印加し、２フレーム目及び３フレーム目としていずれも所要時間ＤＣの吐出波形を印加し、４フレーム目として所要時間ＤＣの非吐出波形を印加する。ドロップ数が“３”、すなわち当該チャネルCh.Xからインク滴を３滴吐出させる場合には、１フレーム目として所要時間２ＡＬの補助波形を印加し、２フレーム目、３フレーム目及び４フレーム目としていずれも所要時間ＤＣの吐出波形を印加する。

このように、マルチドロップ方式で階調印字を行う場合、ヘッド１００は、１フレーム目の吐出波形又は非吐出波形の前に補助波形を与えて、アクチュエータ２５を駆動する。

図１５は、図１０の吐出波形の前に図１２の補助波形を入れない駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させる場合のシミュレーション結果を示す図である。図１６は、図１０の吐出波形の前に図１２の補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させる場合のシミュレーション結果を示す図である。図１７は、図１１の非吐出波形の前に図１２の補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させない場合のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、いずれもインクジェットヘッドを模擬したＬＣＲ等価回路（図示省略）を用いて行った。その際のインダクタンスＬは０．７１［μＨ］とし、キャパシタンスＣは０．２６［Ω］とし、抵抗値Ｒは、０．４１［μＦ］とした。このとき、アクチュエータに固有な圧力の周期は３．４μｓ（ＡＬ＝１．７μｓ）となる。

図１５乃至図１７において、実線「駆動電圧」は、駆動波形の電圧変化を表す波形である。一点鎖線「圧力」は、圧力室２４内に生じる圧力の変化を表す波形である。二点鎖線「流速」は、ノズル２に流入するインクの流速の変化を表す波形である。また、横軸は時間（μｓ）の経過を表しており、縦軸は、正規化された各項目の大きさを表している。

図１５に示すように、吐出波形の前に補助波形を入れない駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させた場合、吐出波形における拡張波形によって拡張した圧力室２４が、拡張波形の後縁で復元した際に、圧力が急激に高まる。その結果、圧力室２４に連通するノズル２からインク滴が吐出される。

インク滴が吐出された後、圧力は、吐出波形における保持波形、第１の弱収縮波形、収縮波形及び第２の弱収縮波形の作用により、負のビーク値と正のピーク値とを２回繰り返す。この繰り返しに伴なう圧力室２４の状態変化により、圧力室２４に連通するノズル２では、インク滴が吐出されない程度にインクのメニスカスが盛り上がる。このメニスカスの盛り上がりにより、サテライト発生の主要因である尾引きが短くなる。その結果、サテライト又はインクミストとなる小液滴の発生は抑制される。その結果、サテライトが記録媒体上に着弾して、濃度ムラやゴーストといった印字品質の低下を招いたり、インクミストがヘッド１００やその周辺の回路部材等に付着して、プリンタ２００の誤動作を引き起こしたりする懸念が無くなる。また、圧力室２４の残留振動も、圧力室２４の状態が収縮状態から復元されることによって概ねキャンセルされる。しかし、若干の残留振動が残る。そして、この残留振動の影響により、インク滴の飛翔速度が低下し、着弾精度が低下する場合がある。

一方、図１６に示すように、吐出波形の前に補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させた場合には、吐出波形における拡張波形によって拡張した圧力室２４が拡張波形の後縁で復元した際の圧力が、吐出波形の前に補助波形を入れない駆動波形によりアクチュエータを駆動した場合と比較して十分に大きくなる。したがって、インク滴の飛翔速度が高まるので、着弾精度が良好となる。

従来の非吐出波形は、圧力室２４に容積変化を生じさせないので、圧力室２４内に生じる圧力は変化しない。これに対し、弱拡張波形と保持波形とからなる本実施形態の非吐出波形の前にさらに補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動した場合、圧力室２４内に生じる圧力は、図１７の一点鎖線で示すように変化する。この圧力変化の曲線は、図１６に示す圧力変化の曲線と形状が類似している。

図１８は、図１０の吐出波形の前に図１２の補助波形を入れない駆動波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室２４の圧力変化（実線）と、従来の非吐出波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室２４の圧力変化（破線）とを対比したグラフである。図１８から明らかなように、インク滴を吐出する場合とインク滴を吐出しない場合とで、圧力室２４に生じる圧力の差が大きい。圧力の差が大きいと、インク滴を吐出しないフレームからインク滴を吐出するフレームに移行した際にインク滴が吐出されないというような誤吐出が発生する場合がある。あるいは、インク滴を吐出するフレームからインク滴を吐出しないフレームに移行した際にインク滴が吐出されるというような誤吐出が発生する場合がある。

図１９は、図１０の吐出波形の前に図１２の補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室２４の圧力変化（実線）と、図１１の非吐出波形の前に図１２の補助波形を入れた駆動波形によりアクチュエータを駆動した際の圧力室２４の圧力変化（破線）とを対比したグラフである。図１９から明らかなように、インク滴を吐出する場合とインク滴を吐出しない場合とで、圧力室２４に生じる圧力変化の差が小さい。その結果、上述したような誤吐出が発生しなくなる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、小液滴の抑制に効果のある駆動波形、すなわち図１０に示す吐出波形でアクチュエータを駆動した場合でも、インク滴の着弾精度を高めることができる。

また、吐出波形の前に挿入される補助波形の印加時間を圧力室２４における圧力振動周期の整数倍とすることで、補助波形が吐出波形に及ぼす影響を抑えることができる。その結果、吐出波形の制御が簡便となる。

また、非吐出時もアクチュエータ２５が振動するので、誤吐出を減らすことができる。その上、非吐出波形の前にも、吐出波形と同様に補助波形を挿入するので、吐出時と非吐出時とで動作タイミングがずれることはない。

そして、このような作用効果は、バイナリ方式でヘッド１００を駆動する場合に限らず、マルチドロップ方式でヘッド１００を駆動する場合も奏し得る。

以上、インクジェットヘッドの実施形態について説明したが、かかる実施形態はこれに限定されるものではない。

例えば吐出波形は、図１０に示すものに限定されない。例えば、ＤＲＰ波形と称される周知の吐出波形であってもよい。このような吐出波形に先立って図１２に示す補助波形をアクチュエータ２５に与えた場合も、着弾精度が向上する。

圧力室２４を弱拡張状態とするための中間電圧は、充電目標とする最大電圧Ｅ［Ｖ］の半分であるとは限らない。圧力室２４が弱拡張状態から０［Ｖ］の定常状態に復元した際にノズル２からインク滴が吐出しない程度に最大電圧Ｅ［Ｖ］よりも小さいで圧であればよい。

ヘッド１００は、シェアードウォールタイプのものに限定されない。他のタイプによるピエゾ方式のインクジェットヘッドについても、本実施形態を適用することが可能である。

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。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲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。

２…ノズル、３…ヘッド本体、４…ヘッドドライバ、１４，１４１，１４２…圧電部材、１６…ノズルプレート、２１…電極、２４，２４１，２４２，２４３…圧力室、２５，２５１，２５２，２５８…アクチュエータ、１００…インクジェットヘッド（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（プリンタ）、２０１…プロセッサ、２０２…ＲＯＭ、２０３…ＲＡＭ、２０４…操作パネル、２０５…通信インターフェース、２０６…搬送モータ、２０７…モータ駆動回路、２０８…ポンプ、２０９…ポンプ駆動回路、３００…充放電回路、４０１…時間設定レジスタ、４０２…セレクタ、４０３…タイマ、４０４…ステートカウンタ、４０５…駆動パターンメモリ、５００…電源回路、４００１…第１波形発生回路、４００２…第２波形発生回路、４００３…第３波形発生回路。

Claims (5)

1. インクを収容する圧力室と、
   前記圧力室に連通するノズルを備えるノズルプレートと、
   前記圧力室に対応して設けられ、前記圧力室の容積を変位させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
   を具備し、
   前記駆動回路は、前記ノズルからインク滴を吐出する前記圧力室に対応して設けられた前記アクチュエータに与える吐出波形に先立って、前記吐出波形で前記圧力室を拡張するために印加する電圧よりも小さい中間電圧で前記圧力室を拡張する弱拡張波形と、前記弱拡張波形により拡張した圧力室を定常状態に戻して維持する保持波形と、を含む補助波形を前記アクチュエータに与えて、前記アクチュエータを前記インク滴が吐出しない程度に駆動する、インクジェットヘッド。
2. 前記補助波形の、前記弱拡張波形により前記圧力室を拡張する時間と前記保持波形により前記圧力室の定常状態を維持する時間との合計時間は、当該圧力室における圧力振動周期の整数倍である、請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記駆動回路は、前記ノズルからインク滴を吐出しない前記圧力室に対応して設けられた前記アクチュエータに対し、前記吐出波形で前記圧力室を拡張するために印加する電圧よりも小さい中間電圧で前記圧力室を拡張する弱拡張波形と、前記弱拡張波形により拡張した圧力室を定常状態に戻して維持する保持波形と、を含み、前記弱拡張波形により前記圧力室を拡張する時間と前記保持波形により前記圧力室の定常状態を維持する時間との合計時間は、前記吐出波形の時間と等しい非吐出波形を前記アクチュエータに与えて、前記アクチュエータを前記インク滴が吐出しない程度に駆動する、請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記非吐出波形に先立って、前記補助波形を前記アクチュエータに与えて、前記アクチュエータを前記インク滴が吐出しない程度に駆動する、請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 前記駆動回路は、前記ノズルからインク滴を連続して吐出することにより１ドットを形成するマルチドロップ方式で前記アクチュエータを駆動する際には、前記インク滴を吐出する前記圧力室に対応して設けられた前記アクチュエータに対して前記吐出波形を与え、前記インク滴を吐出しない前記圧力室に対応して設けられた前記アクチュエータに対して非吐出波形を与え、さらに、前記アクチュエータに最初に前記吐出波形又は前記非吐出波形を与える前に前記補助波形を与えて、前記アクチュエータを前記インク滴が吐出しない程度に駆動する、請求項３又は４記載のインクジェットヘッド。

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