JP6450533B2 - 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において、ノズルからインク滴を吐出させる際、メインのインク滴に付随してサテライトと称される微小な液滴が飛翔する場合がある。サテライトは、メインのインク滴と比較して飛翔速度が遅い。このため、メインのインク滴から離れてサテライトが着弾し、印字ムラやゴースト等が発生して、印字品質が低下する。

そこで、サテライトが極力発生しないように、インクジェットヘッドの駆動電圧を小さくしてインク滴の吐出速度を遅くすることが考えられる。しかしインクジェットヘッドは、製造等に起因してノズル毎の吐出速度にばらつきがある。ばらつきは、吐出速度を遅くすればするほど顕著となる。このため、インク滴の吐出速度をサテライトが発生しない程度まで遅くすることは困難である。

また、メインのインク滴とサテライトとの着弾位置のずれは、インクジェットヘッドと記録媒体との相対的な搬送速度にも依存する。すなわち、搬送速度が速くなればなるほど、ずれは大きくなる。したがって、インクジェットヘッドの駆動周波数を低くして、インクジェットヘッドと記録媒体との相対的な搬送速度を遅くすることも考えられるが、その場合は印字速度が遅くなるため、生産性が悪化する。

特開２０１３‐０７５５０９号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、インク滴の吐出速度について適切な速度が得られる駆動電圧で、かつ、インクジェットヘッドと記録媒体との相対的な搬送速度について適切な速度が得られる駆動周波数で駆動しても、サテライトの発生を極力抑制することができ、高品質かつ高速印字に対応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、前記圧力室に連通するノズルと、前記圧力室の容積を膨張させる拡張パルスと収縮させる圧縮パルスと拡張パルスと圧縮パルスとの間の休止時間とからなり、圧縮パルスと拡張パルスと休止時間とをいずれも圧力伝播時間と等しくした駆動パルス信号の波形パターンを発生する発生部と、前記駆動パルス信号の駆動周波数を設定する設定部と、前記発生部から発生される波形パターンと前記設定部で設定された駆動周波数とに基づいて前記駆動パルス信号を生成する生成部と、この生成部で生成された駆動パルス信号により前記圧力室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滴を吐出させるアクチュエータと、を備える。インク滴の吐出速度は、駆動電圧を高めていくと、駆動パルス信号の駆動周波数に応じた吐出速度に飽和するようになっている。設定部は、駆動パルス信号の駆動周波数として、飽和したときのインク滴の吐出速度が、サテライトが発生しない吐出速度となる駆動周波数を設定する。

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横断面図。 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。 ヘッド駆動回路の要部構成を示すブロック図。 ３分割駆動のインクジェットヘッドに対するマルチドロップ方式の駆動パルス信号を示す波形図。 波形パターンの異なる駆動パルス信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を例示する波形図。 駆動パルス信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をそれぞれ用いて同一の駆動周波数でインクジェットヘッドを駆動したときの駆動電圧とインク滴の吐出速度との対応関係を示すグラフ。 異なる駆動周波数でインクジェットヘッドを駆動する場合において、駆動電圧とインク滴の吐出速度との関係を示す図。 駆動周波数の別に、図１０に示した駆動電圧と吐出速度との対応関係を示すグラフ。

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の前方部における横断面図、図３は、ヘッド１００の前方部における縦断面図である。

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からインク滴が吐出される。

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、図５，図６を用いて、インクジェットヘッド１００を搭載したインクジェットプリンタ２００（以下、プリンタ２００と略称する）について説明する。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、プリンタ２００に含まれるヘッド駆動回路１０１の構成を示す回路図である。

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（ch.1，ch.2，…，ch.N）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３０１、周波数設定部３０２、駆動信号生成部３０３及びスイッチ回路３０４を含む。

パターンジェネレータ３０１は、駆動パルス信号の波形パターンを生成する。駆動パルス信号は、通常、図４の（ｂ）に示すように、圧力室１５の容積を所定時間膨張させる拡張パルス（または吐出パルス）と、図４の（ｃ）に示すように、圧力室１５の容積を所定時間収縮させる圧縮パルス（またはダンピングパルス）と、拡張パルスと圧縮パルスとの間の休止時間とからなる。拡張パルスと圧縮パルスとは、極性が逆である。拡張パルス時間と休止時間と圧縮パルス時間との和が、１ドロップのインク滴を吐出させるための区間、いわゆる１ドロップ周期となる。

周波数設定部３０２は、ヘッド１００の駆動周波数Ｆを設定する。ここで駆動周波数Ｆについて、図７を用いて説明する。図７は、３分割駆動のヘッド１００に対するマルチドロップ方式の駆動パルス信号を示す波形図である。ヘッド１００は３分割駆動なので、連続する３つのチャネルch.A、ch.B、ch.Cが１つのグループとなる。そして、グループ毎に階調数に応じた駆動パルス信号を出力する。

図７において、区間Ｔｐは、１つのチャネルから最大階調数ｍのインク滴を吐出させる際の駆動パルス信号の出力に要する時間である。区間Ｔｄは、グループ間の休止時間（または遅延時間）である。区間Ｔｃは、１グループ内の３つのチャネルch.A、ch.B、ch.Cからインク滴が吐出し終わるのに要する時間、いわゆるサイクルタイムである。サイクルタイムＴｃは次の（１）式で表される。

Ｔｃ＝（Ｔｐ＋Ｔｄ）＊３ …（１）
駆動周波数Ｆは、サイクルタイムＴｃの逆数である。すなわち駆動周波数Ｆは、次の（２）式で表される。
Ｆ＝１／Ｔｃ …（２）
１ドロップの液滴をノズル８から吐出するために要する時間である１ドロップ周期（Ｔｐ／ｍ）は一定である。したがって、駆動周波数Ｆが低いと、休止時間Ｔｄが長くなる。逆に、駆動周波数Ｆが高いと、休止時間Ｔｄが短くなる。

駆動信号生成部３０３は、バスライン２１１から入力される印刷データに従い、パターンジェネレータ３０１で生成される波形パターンと、周波数設定部３０２で設定される駆動周波数Ｆとを基に、チャネル毎の駆動パルス信号を生成する。チャネル毎の駆動パルス信号は、駆動信号生成部３０３からスイッチ回路３０４に出力される。

スイッチ回路３０４は、駆動信号生成部３０３から出力されるチャネル毎の駆動パルス信号に応じて、各チャネルの電極４に印加される電圧を切り替える。この電圧の切り替えにより、各チャネルの圧力室１５の容積が膨張し、または収縮して、各チャネルのノズル８からインク滴が階調数分吐出される。

図８は、波形パターンの異なる駆動パルス信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を例示する。図８は、２ドロップのインク滴を吐出する場合である。図８において、区間ＵＬは、圧力伝播時間（圧力室１５の後端から先端まで圧力波が伝播する時間）を示す。すなわち、駆動パルス信号Ｐ１は、期間ｔ０〜ｔ１の拡張パルスＥＰと、期間ｔ２〜ｔ３の圧縮パルスＣＰと、期間ｔ１〜ｔ２の休止時間とをいずれも圧力伝播時間ＵＬと等しくした波形パターンの信号である。なお、拡張パルスＥＰの前に出力されるパルスは、１滴目のインク滴の吐出速度を高めるために、圧力室１５をインク滴が吐出しない程度に収縮させるブーストパルスＢＰである。駆動パルス信号Ｐ２は、拡張パルスＥＰを駆動パルス信号Ｐ１と同じとするが、休止時間を圧力伝播時間ＵＬよりも十分に短くし、その分、圧縮パルスＣＰの幅を長くした波形パターンの信号である。駆動パルス信号Ｐ３は、拡張パルスＥＰを駆動パルス信号Ｐ１と同じとするが、休止時間を圧力伝播時間ＵＬよりも十分に長くし、その分、圧縮パルスＣＰの幅を短くした波形パターンの信号である。

図９は、駆動パルス信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をそれぞれ用いて同一の駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］でインクジェットヘッド１００を駆動したときの駆動電圧Ｅ［Ｖ］とメイン液滴の吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］との対応関係を示すグラフである。グラフは、横軸を駆動電圧Ｅ［Ｖ］とし、縦軸を吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］とする。駆動電圧Ｅ［Ｖ］は、図に向かって右側に行けばいくほど大きい値をとる。吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］は、図に向かって上に行けばいくほど大きい値をとる。駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］は、必要十分な生産性が得られる程度の印字速度に対応した任意の値である。

同図において、実線のグラフＧ１は、駆動パルス信号Ｐ１を印加した場合である。破線のグラフＧ２は、駆動パルス信号Ｐ２を印加した場合である。一点鎖線のグラフＧ３は、駆動パルス信号Ｐ３を印加した場合である。グラフＧ２，Ｇ３に示すように、駆動パルス信号Ｐ２または駆動パルス信号Ｐ３を使用した場合、駆動電圧Ｅ［Ｖ］の上昇に伴って吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］が速くなる。ところが、駆動パルス信号Ｐ１を使用した場合には、グラフＧ１に示すように、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がある程度まで上昇すると吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］が飽和する。そして駆動電圧Ｅ［Ｖ］をさらに上げても、吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］は速くならない。吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］が上昇しなければ、製造等に起因したノズル８毎の吐出速度のばらつきを吸収するために、駆動電圧Ｅ［Ｖ］を上げてもサテライトが発生しない可能性がある。そこで本実施形態では、パターンジェネレータ３０１で生成される駆動パルス信号の波形パターンとして、駆動パルス信号Ｐ１で示される波形パターンを使用する。

図１０は、駆動パルス信号Ｐ１で示される波形パターンを使用し、４種類の駆動周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４（ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４）でヘッド１００を駆動する場合において、駆動電圧Ｅ［Ｖ］をｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４，ｅ５，ｅ６，ｅ７（ｅ１＜ｅ２＜ｅ３＜ｅ４＜ｅ５＜ｅ６＜ｅ７）と変化させた場合のインク滴の吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］を示す図である。

ここで、駆動周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、いずれも十分な生産性が得られる高速印字に対応した値である。具体的には、駆動周波数ｆ１は１８［ｋＨｚ］であり、駆動周波数ｆ２は２０［ｋＨｚ］であり、駆動周波数ｆ３は２２［ｋＨｚ］であり、駆動周波数ｆ４は２４［ｋＨｚ］である。

駆動電圧ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４，ｅ５，ｅ６，ｅ７は、製造等に起因したノズル毎の吐出速度のばらつきを吸収できる程度に十分高い値である。具体的には、駆動電圧ｅ１は１９［Ｖ］であり、駆動電圧ｅ２は２０［Ｖ］であり、駆動電圧ｅ３は２１［Ｖ］であり、駆動電圧ｅ４は２２［Ｖ］であり、駆動電圧ｅ５は２３［Ｖ］であり、駆動電圧ｅ６は２４［Ｖ］であり、駆動電圧ｅ７は２５［Ｖ］である。

図１１は、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の別に、図１０に示した駆動電圧Ｅ［Ｖ］と吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］との対応関係を示すグラフである。グラフは、横軸を駆動電圧とし、縦軸を吐出速度とする。同図において、破線のグラフＧ１１は、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ１（１８［ｋＨｚ］）の場合である。一点鎖線のグラフＧ１２は、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ２（２０［ｋＨｚ］）の場合である。二点鎖線のグラフＧ１３は、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ３（２２［ｋＨｚ］）の場合である。実線のグラフＧ１４は、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ４（２４［ｋＨｚ］）の場合である。

図１０，図１１に示すように、駆動電圧Ｅ［Ｖ］が等しい場合、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］が大きくなるにつれて吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］は低下する。しかも、吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］の低下の度合いは、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］が大きくなればなるほど大きくなる。そして、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ４のとき、駆動電圧Ｅ［Ｖ］をｅ５（２３［Ｖ］）程度まで上げたならばそれ以上上げても吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］は殆ど変化しなくなり、飽和する。この飽和という現象は、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ１〜ｅ７の範囲内においては駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ４のときだけであり、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ１，ｆ２，ｆ３のときには見られない。

一方、図１０において、ハッチングで塗り潰した部分は、サテライトが発生しない吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］を示している。すなわち、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ１（１８［ｋＨｚ］）の場合、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ２（２０［Ｖ］）までは吐出速度Ｓが４．９［ｍ／ｓ］以下でありサテライトが発生しないが、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ３（２１［Ｖ］）以上になると吐出速度Ｓが６．５［ｍ／ｓ］以上となってサテライトが発生する。駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ２（２０［ｋＨｚ］）の場合、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ３（２１［Ｖ］）までは吐出速度Ｓが６．２［ｍ／ｓ］以下でありサテライトが発生しないが、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ４（２２［Ｖ］）以上になると吐出速度Ｓが７．１［ｍ／ｓ］以上となってサテライトが発生する。駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ３（２２［ｋＨｚ］）の場合、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ５（２３［Ｖ］）までは吐出速度Ｓが６．２［ｍ／ｓ］以下でありサテライトが発生しないが、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ６（２４［Ｖ］）以上になると吐出速度Ｓが６．６［ｍ／ｓ］以上となってサテライトが発生する。

一方、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ４（２４［ｋＨｚ］）の場合には、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ７（２５［Ｖ］）まで高くなっても吐出速度Ｓが６．０［ｍ／ｓ］以下でありサテライトが発生しない。しかも、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ４の場合には、駆動電圧Ｅ［Ｖ］がｅ５以上で吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］がほぼ飽和するので、駆動電圧Ｅ［Ｖ］をｅ７よりさらに高くしてもサテライトが発生しないものと推測できる。

因みに、駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］がｆ１，ｆ２，ｆ３の場合には、駆動電圧Ｅ［Ｖ］をｅ７よりさらに高めることで飽和すると考えられるが、飽和したときの吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］ではサテライトが発生するので、印字品質の低下は避けられない。

以上の観点から、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］が６．４［ｍ／ｓ］以下であればサテライトが発生しないが、６．４［ｍ／ｓ］を超えるとサテライトが発生する。そこで、周波数設定部３０２で設定される駆動周波数Ｆ［ｋＨｚ］は、駆動電圧Ｅ［Ｖ］を高めても、吐出速度Ｓ［ｍ／ｓ］が６．４［ｍ／ｓ］以下で飽和してサテライトが発生しない周波数ｆ４とする。

このように本実施形態では、駆動パルス信号の波形として、駆動電圧がある程度まで上昇すると吐出速度が飽和して、それ以上駆動電圧を上げても吐出速度が速くならないパターンの波形を使用する。すなわち、拡張パルスＥＰ及び圧縮パルスＣＰと、拡張パルスＥＰと圧縮パルスＣＰとの間の休止時間とを、いずれも圧力伝播時間ＵＬと等しくしたパターンの波形を使用する。また、駆動周波数としては、十分な生産性が得られる印字速度に対応した値の範囲内で、飽和したときの吐出速度においてサテライトが発生しない駆動周波数ｆ４を設定する。そうすることにより、高速印字に対応できるとともに、サテライトによる印字ムラやゴースト等の印字品質低下を招く現象も抑制できるインクジェットヘッド１００を提供することができる。

なお、前記実施形態では、シェアモードタイプのインクジェットヘッド１００について説明したが、本発明を適用可能なインクジェットヘッドはシェアモードタイプに限定されるものではない。１つのノズルからインクを吐出させる際に１つのアクチュエータだけを動作させるタイプ、すなわちシェアモードタイプ以外のインクジェットヘッドに対しても、同様に適用することができる。

また、前記実施形態では、駆動パルス信号の波形として、図８のパターンＰ１で示す波形を示したが、必ずしもこのパターンＰ１の波形に限定されるものではない。要は、駆動電圧がある程度まで上昇すると吐出速度が飽和して、それ以上駆動電圧を上げても吐出速度が速くならないパターンの波形を使用すればよい。

同様に、駆動周波数としては、図１０の周波数ｆ４を使用すると説明したが、必ずしも周波数ｆ４に限定されるものではない。要は、十分な生産性が得られる印字速度に対応した値の範囲内で、飽和したときの吐出速度においてサテライトが発生しない駆動周波数であればよい。

この他、前記実施形態は、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、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［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、前記圧力室の容積を膨張させる拡張パルスと収縮させる圧縮パルスとを含む駆動パルス信号の波形パターンを発生する発生部と、前記駆動パルス信号の駆動周波数を設定するものであり飽和したときの吐出速度においてサテライトが発生しない駆動周波数を設定する設定部と、前記発生部から発生される波形パターンと前記設定部で設定された駆動周波数とに基づいて前記駆動パルス信号を生成し、駆動電圧を高めても吐出速度が飽和する波形パターンを発生する生成部と、この生成部で生成された駆動パルス信号により前記圧力室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滴を吐出させるアクチュエータと、を具備するインクジェットヘッド。
［２］前記発生部から発生される波形パターンは、拡張パルス及び圧縮パルスと、拡張パルスと圧縮パルスとの間の休止時間とを、いずれも圧力伝播時間とするパターンである、付記［１］記載のインクジェットヘッド。
［３］前記設定部で設定される駆動周波数は、十分な生産性が得られる印字速度に対応した周波数である、付記［１］または［２］記載のインクジェットヘッド。
［４］付記［１］乃至［３］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。

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、３０１…パターンジェネレータ、３０２…周波数設定部、３０３…駆動信号生成部、３０４…スイッチ回路。

Claims (2)

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、
   前記圧力室の容積を膨張させる拡張パルスと収縮させる圧縮パルスと前記拡張パルスと前記圧縮パルスとの間の休止時間とからなり、前記圧縮パルスと前記拡張パルスと前記休止時間とをいずれも圧力伝播時間と等しくした駆動パルス信号の波形パターンを発生する発生部と、
   前記駆動パルス信号の駆動周波数を設定する設定部と、
   前記発生部から発生される波形パターンと前記設定部で設定された駆動周波数とに基づいて前記駆動パルス信号を生成する生成部と、
   この生成部で生成された駆動パルス信号により前記圧力室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滴を吐出させるアクチュエータと、
   を具備し、
   インク滴の吐出速度は、駆動電圧を高めていくと、前記駆動パルス信号の駆動周波数に応じた吐出速度に飽和するようになっており、
   前記設定部は、前記駆動パルス信号の駆動周波数として、飽和したときのインク滴の吐出速度が、サテライトが発生しない吐出速度となる駆動周波数を設定するインクジェットヘッド。
2. 請求項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。

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