JP6368691B2 - 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

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ドロップが吐出される。

この種のインクジェットヘッドにおいて、インクドロップを吐出させないノズルは、インクのメニスカスが変化しないため、間欠吐出性能が劣化するという問題がある。そこで間欠吐出性能を向上させるために、インクジェットヘッドにプリカーサ微振動を実行させる技術が知られている。プリカーサ微振動は、インクがノズルから吐出しない程度にインクのメニスカスを前もって振動させる技術である。

この技術を実現させるために、インクジェットヘッドの駆動回路は、アクチュエータにプリカーサ微振動のためのパルス信号、いわゆるプリカーサ信号を印加する。従来のインクジェットヘッドにおいては、駆動信号と同電位のプリカーサ信号がアクチュエータに生じていた。このため、駆動信号の印加時間、すなわちインクドロップの吐出に係る時間だけでなく、プリカーサ信号の印加時間、すなわちインクドロップの吐出に係らない時間においても、アクチュエータに対して同電位の電界が生じるため、余分な電力が消費されている懸念があった。

特開２００８‐１２６５３５号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、プリカーサ微振動のときの消費電力を削減でき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、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ドロップを吐出させるアクチュエータと、駆動回路と、を備える。駆動回路は、インクドロップの吐出時には、圧力室内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信号を出力し、インクを微振動させるプリカーサ微振動時には、ノズルからインクドロップが吐出しない程度に圧力室の容積を変化させるプリカーサ信号を出力する。そして、駆動回路は、駆動信号によりアクチュエータに生じる電界よりも、プリカーサ信号によりアクチュエータに生じる電界の方が小さくなるように、３つの隣り合うノズルに対して前記拡張パルス又は前記収縮パルスと同電位の電圧を印加し、続いて前記３つの隣り合うノズルのうち中央のノズルに印加される電圧を先にグラウンド電位に戻し、その後、遅れて両隣のノズルに印加される電圧をグラウンド電位に戻すようにして、プリカーサ信号を出力する。

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。 従来の駆動信号及びプリカーサ信号とアクチュエータに生じる電界との関係を示す波形図。 本実施形態の駆動信号及びプリカーサ信号とアクチュエータに生じる電界との関係を示す波形図。 最大ドロップを７ドロップとする階調印刷において、５ドロップを吐出させたときにアクチュエータに生じる電界と吐出チャネルにおける圧力室の圧力とを示すグラフ。 最大ドロップを７ドロップとする階調印刷において、２ドロップを吐出させたときにアクチュエータに生じる電界と吐出チャネルにおける圧力室の圧力とを示すグラフ。 最大ドロップを７ドロップとする階調印刷において、１ドロップも吐出しないときにアクチュエータに生じる電界と吐出チャネルにおける圧力室の圧力とを示すグラフ。 駆動電流の測定回路を示す概略図。 従来のプリカーサ信号がインクジェットヘッドに印加されたときの駆動電流を示す波形図。 本実施形態のプリカーサ信号がインクジェットヘッドに印加されたときの駆動電流を示す波形図。

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からインクドロップが吐出される。

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、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ものである。

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。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。

次に、ヘッド駆動回路１０１からチャネル群１０２に供給される駆動信号及びプリカーサ信号とアクチュエータに生じる電界との関係について説明する。始めに、従来のパルス信号と電界との関係について、図８を用いて説明する。

図８は、３つの隣り合うチャネルch.ａ、ch.ｂ、ch.ｃのうち、中央のチャネルch.ｂからインクドロップを１ドロップ吐出し、その後、この中央のチャネルch.ｂにおいてプリカーサ微振動を生じさせる場合である。

パルス波形Ｐ１は、チャネルch.ａに供給される駆動信号及びプリカーサ信号を示している。パルス波形Ｐ２は、チャネルch.ｂに供給される駆動信号及びプリカーサ信号を示している。パルス波形Ｐ３は、チャネルch.ｃに供給される駆動信号及びプリカーサ信号を示している。すなわち、パルス波形Ｐ２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。パルス波形Ｐ１及びＰ３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。

パルス波形Ｐ４は、チャネルch.ｂの一方の隔壁１６ａである第１のアクチュエータに生じる電界の変動波形を示している。パルス波形Ｐ５は、チャネルch.ｂの他方の隔壁１６ｂである第２のアクチュエータに生じる電界の変動波形を示している。すなわち、第２のアクチュエータに生じる電界の向きは、第１の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８において、期間Ｗ１は、インクドロップを１ドロップ吐出するのに必要な期間である。期間Ｗ１において、ヘッド駆動回路１０１は先ず、第１の時間ｔ１だけ、パルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を出力する。これらの駆動信号により、中央のチャネルch.ｂに負電圧−Ｖが印加され、その両隣のチャネルch.ａ，ch.ｂに正電圧＋Ｖが印加される。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、第１のアクチュエータには電界“Ｅ”が生じ、第２のアクチュエータには電界“−Ｅ”が生じる。このような電界変動により、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。ここに、第１の時間ｔ１に出力されるパルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を拡張パルスと称する。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第２の時間ｔ２だけ、パルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を出力する。これらの駆動信号により、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。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、第１及び第２のアクチュエータの電界は、いずれも“０”となる。このような電界変動により、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。このときの容積変動により、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からインクドロップが吐出される。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の時間ｔ３だけ、パルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を出力する。これらの駆動信号により、中央のチャネルch.ｂに正電圧＋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。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、第１のアクチュエータには電界“−Ｅ”が生じ、第２のアクチュエータには電界“Ｅ”が生じる。このような電界変動により、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。このときの容積変動により、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。ここに、第３の時間ｔ３に出力されるパルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を収縮パルスと称する。

その後、ヘッド駆動回路１０１は、第４の時間ｔ４だけ、パルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を出力する。これらの駆動信号により、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。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、第１及び第２のアクチュエータの電界は、いずれも“０”となる。このような電界変動により、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８において、期間Ｗ２は、プリカーサ微振動を生じさせるのに必要な期間である。期間Ｗ２において、ヘッド駆動回路１０１は先ず、第１の時間ｔ１と等しい第５の時間ｔ５だけ、パルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を出力する。これらの駆動信号により、各チャネルch.ａ，ch.ｂ ch.ｃに対して負電圧−Ｖが印加される。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、第１及び第２のアクチュエータの電界は、“０”を維持する。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第２の時間ｔ２と等しい第６の時間ｔ６だけ、パルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を出力する。これらの駆動信号により、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。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、第１及び第２のアクチュエータの電界は、“０”を維持する。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の時間ｔ３と等しい第７の時間ｔ７だけ、パルス波形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で示される駆動信号を出力する。これらの駆動信号により、先ず、各チャネルch.ａ，ch.ｂ ch.ｃに対して負電圧−Ｖが印加される。続いて、中央のチャネルch.ｂだけ正電圧＋Ｖが印加される。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、中央のチャネルch.ｂだけ正電圧＋Ｖが印加されるタイミングで、第１のアクチュエータには電界“−Ｅ”が生じ、第２のアクチュエータには電界“Ｅ”が生じる。このような電界変動により、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂに微振動が生じる。この微振動により、圧力室１５ｂに連通するノズル８では、インクが吐出しない程度にインクのメニスカスが振動する。

このように従来は、インク吐出時とプリカーサ微振動時とでは、アクチュエータに同電位の電界Ｅが生じていた。

次に、本実施形態の駆動信号及びプリカーサ信号とアクチュエータに生じる電界との関係について、図９を用いて説明する。図９は、図８と同様に、３つの隣り合うチャネルch.ａ、ch.ｂ、ch.ｃのうち、中央のチャネルch.ｂからインクドロップを１ドロップ吐出し、その後、この中央のチャネルch.ｂにおいてプリカーサ微振動を生じさせる場合である。なお、図９において、図８と共通する部分には同一の符号を付してある。このため、共通する部分の説明は省略する。

図８と図９とを比較すれば分かるように、本実施形態は、第７の時間ｔ７において、チャネルch.ｂに供給されるパルス信号（パルス波形Ｐ２）が従来と異なる。チャネルch.ｂの両隣りに位置するチャネルch.ａ、ch.ｃに供給されるパルス信号（パルス波形Ｐ１，Ｐ３）は、従来と変わらない。すなわち、第７の時間ｔ７においては、先ず、各チャネルch.ａ，ch.ｂ ch.ｃに対して負電圧−Ｖが印加される。続いて、中央のチャネルch.ｂに印加される電圧だけがグラウンド電位ＧＮＤに戻る。その結果、パルス波形Ｐ４，Ｐ５に示すように、中央のチャネルch.ｂに印加される電圧だけグラウンド電位ＧＮＤに戻るタイミングで、チャネルch.ｂの一方の隔壁１６ａである第１のアクチュエータには電界“−Ｅ／２”が生じ、他方の隔壁１６ｂである第２のアクチュエータには電界“Ｅ／２”が生じる。このような電界変動により、チャネルch.ｂに対応した圧力室１５ｂに微振動が生じる。この微振動により、圧力室１５ｂに連通するノズル８では、インクが吐出しない程度にインクのメニスカスが振動する。

このように本実施形態においては、プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界は、インク吐出時に印加される電界の１／２となる。

図１０は、最大ドロップ数を７ドロップとする階調印刷において、５ドロップを吐出させたときにアクチュエータに生じる電界と吐出チャネルにおける圧力室の圧力とを示すグラフである。この例では、最大ドロップのうち５ドロップがインクドロップを吐出する駆動波形となり、残りの２ドロップがプリカーサ微振動のための波形となる。

図１１は、最大ドロップ数を７ドロップとする階調印刷において、２ドロップを吐出させたときにアクチュエータに生じる電界と吐出チャネルにおける圧力室の圧力とを示すグラフである。この例では、最大ドロップのうち２ドロップがインクドロップを吐出する駆動波形となり、残りの５ドロップがプリカーサ微振動のための波形となる。

図１２は、最大ドロップ数を７ドロップとする階調印刷において、１ドロップも吐出しないときにアクチュエータに生じる電界と吐出チャネルにおける圧力室の圧力とを示すグラフである。この例では、最大ドロップである７ドロップの全てがプリカーサ微振動のための波形となる。

図１０〜図１２に示すように、最大ドロップを７ドロップとする階調印刷においても、プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界は、インク吐出時に印加される電界の１／２となる。電界が１／２となった場合、従来と比較して圧力室の圧力は小さくなる。しかし、インクがノズル８から吐出しない程度にインクのメニスカスを前もって振動させることができるので、プリカーサ微振動の機能は十分に果たされる。

そこで次に、プリカーサ微振動によってアクチュエータに生じる電界を従来の１／２とした場合の駆動電流について考察する。
図１３は、駆動電流の測定回路を示す。前述したように、ヘッド１００は、ヘッド駆動回路１０１とチャネル群１０２とからなる。このようなヘッド１００に使用する電源は、論理回路用の電源ＶDDと、アナログ回路用の電源Ｖccと、ヘッド駆動用の電源＋Ｖ，−Ｖ，ＧＮＤとなる。

測定回路は、正電源＋Ｖの供給端子とグラウンド電位ＧＮＤの端子との間に第１のバイパスコンデンサＣ１を配置する。また測定回路は、負電源−Ｖの供給端子とグラウンド電位ＧＮＤの端子との間に第２のバイパスコンデンサＣ２を配置する。第１及び第２のバイパスコンデンサＣ１，Ｃ２は、アクチュエータの急速充電用として機能する。

測定回路は、外部からワイヤーハーネス等で供給される電源ラインの電流を測定する。具体的には、正電源＋Ｖからヘッド駆動回路１０１の端子Ｖに流れ込む電流ＩＶＰと、ヘッド駆動回路１０１の端子−Ｖから負電源−Ｖに流れ込む電流ＩＶＮとを測定する。

図１４は、従来例である。すなわち図１４は、プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界をＥとしたときの駆動電流ＩＶＰと駆動電流ＩＶＮとを示す。測定条件として、正電源を＋１２Ｖ、負電源を−１２Ｖとし、駆動ノズル数を２００本とする。図１４の例の場合、時間Ｔにおける正側の駆動電流ＩＶＰの平均電流値は１３５ｍＡとなり、負側の駆動電流ＩＶＮの平均電流値は１８５ｍＡとなる。

図１５は、本実施形態である。すなわち図１５は、プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界をＥ／２としたときの駆動電流ＩＶＰと駆動電流ＩＶＮとを示す。測定条件は、従来例のときと変わらない。図１５の例の場合、時間Ｔにおける正側の駆動電流ＩＶＰの平均電流値は０ｍＡとなり、負側の駆動電流ＩＶＮの平均電流値は１３３ｍＡとなる。

このように、プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界をＥ／２とすることで、駆動電流ＩＶＰ，ＩＶＮを削減することができる。この作用は、特に、インクを吐出させない部分を多く含む画像を印刷する場合、消費電力低減に関して効果的である。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。
例えば前記実施形態では、プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界をインク吐出時にアクチュエータに生じる電界の１／２としたが、電界の大きさは１／２に限定されるものではない。プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界が、インク吐出時にアクチュエータに生じる電界よりも小さければ、消費電力削減の効果を奏し得るので、適用可能である。

また、前記実施形態は、隣接する圧力室とアクチュエータを共有するシェアモードタイプのヘッド１００について例示したが、インクジェットヘッドのタイプはこれに限定されるものではない。例えば、隣接する圧力室とアクチュエータを共有しないタイプのインクジェットヘッドについても、プリカーサ微振動時にアクチュエータに生じる電界を、インク吐出時にアクチュエータに生じる電界よりも小さくすることで、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ドロップを吐出させるアクチュエータと、
   インクドロップの吐出時には、前記圧力室内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信号を出力し、インクを微振動させるプリカーサ微振動時には、前記ノズルからインクドロップが吐出しない程度に前記圧力室の容積を変化させるプリカーサ信号を出力する駆動回路と、
   を具備し、
   前記駆動回路は、前記駆動信号により前記アクチュエータに生じる電界よりも、前記プリカーサ信号により前記アクチュエータに生じる電界の方が小さくなるように、３つの隣り合うノズルに対して前記拡張パルス又は前記収縮パルスと同電位の電圧を印加し、続いて前記３つの隣り合うノズルのうち中央のノズルに印加される電圧を先にグラウンド電位に戻し、その後、遅れて両隣のノズルに印加される電圧をグラウンド電位に戻すようにして、前記プリカーサ信号を出力するインクジェットヘッド。
2. 前記駆動回路は、前記駆動信号により前記アクチュエータに生じる電界に対して、前記プリカーサ信号により前記アクチュエータに生じる電界が半分となるように前記プリカーサ信号を出力する、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、階調印刷の最大ドロップ数をＮとしたとき、ｎ（ｎ＜Ｎ）ドロップを吐出させる駆動信号の後に、（Ｎ−ｎ）回のプリカーサ微振動を実行させるプリカーサ信号を出力する、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記駆動回路は、前記インクドロップを吐出させないときには、前記最大ドロップ数Ｎ回のプリカーサ微振動を実行させるプリカーサ信号を出力する、請求項３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。