JP6820704B2 - インクジェットヘッド駆動装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド駆動装置に関する。

マルチドロップ方式のインクジェットヘッド駆動装置は、インクの液滴を１ドットあたり複数回吐出することにより液滴量を調整する。この種の駆動装置は、液滴の吐出を制御する駆動回路を備える。駆動回路は、インクジェットヘッドが備えるアクチュエータに対し、高周波の駆動信号を出力することにより液滴の吐出を制御する。

特開２０１２−０４５７９７号公報

駆動信号は高周波の信号である。駆動回路は高周波の信号を繰り返し出力するので、高温になりやすい。駆動回路の温度上昇を抑えるには、１ドット分の液滴を吐出してから次のドットの液滴が吐出されるまでの間に、駆動回路が放熱するための待ち時間を入ればよい。しかし、この場合、ドット周波数が低下するので、印刷速度が低下する。

発明が解決しようとする課題は、印刷速度が速いインクジェットヘッド駆動装置を提供することである。

実施形態のインクジェットヘッド駆動装置は、液体を収容する圧力室と、駆動信号に基づいて圧力室の容積を拡張又は収縮させるアクチュエータと、アクチュエータに駆動信号を出力する駆動信号出力部と、圧力室に連通し、圧力室の容積変化によって液体を吐出するノズルと、を備える。駆動信号出力部が出力する駆動信号には、ノズルから液体を吐出させる吐出パルスの繰り返し回数が３以上の駆動波形の信号が含まれる。吐出パルスの繰り返し回数が３以上の場合、駆動信号の駆動波形は、第１の吐出パルス群と第１の吐出パルス群に後続する第２の吐出パルス群と、で構成される。第１の吐出パルス群は、第１の電圧振幅を有する複数の吐出パルスで構成されており、第２の吐出パルス群は、第１の電圧振幅よりも小さい第２の電圧振幅を有する１又は複数の吐出パルスで構成されている。駆動信号出力部は、第１の吐出パルス群の最初の吐出パルスのパルス幅を圧力室内のインクの音響共振周期の１／２の時間とし、第１、第２の吐出パルス群の吐出パルスのうち第１の吐出パルス群の最初の吐出パルス以外の吐出パルスのパルス幅を音響共振周期の１／２の時間以下とし、駆動波形における各吐出パルスのパルス幅中心の間隔を音響共振周期とする吐出パルスを出力する。

実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。 実施形態のインクジェット記録装置に用いられるインク供給装置の概略図である。 実施形態のインクジェットヘッドに適用可能なヘッド基板の平面図である。 （ａ）は図３に示すヘッド基板のＡ２−Ａ２線断面図、（ｂ）は図３に示すヘッド基板３のＡ−Ａ線断面図である。 図４（ｂ）に示すヘッド基板のＢ−Ｂ線断面図である。 １つの圧力室の容積を収縮させた状態を示す図である。 駆動回路の第１の構成例を示す図である。 （ａ）は連続吐出させる液滴が７つの場合の駆動波形例、（ｂ）は吐出させる液滴が２つの場合の駆動波形例、（ｃ）は連続吐出させる液滴が１つの場合の駆動波形例である。 駆動回路の第２の構成例を示す図である。 （ａ）は７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｂ）は、４つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｃ）は２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例である。 第２の吐出パルス群の各吐出パルスのパルス幅を変更した場合の、連続吐出する液滴数と吐出速度／吐出体積との関係を示すシミュレーション結果である。 （ａ）は７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｂ）は、４つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｃ）は２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例である。 （ａ）はメニスカスの盛り上りが発生したノズルを示す図、（ｂ）はメニスカスの引き込みが発生したノズルを示す図である。 メニスカス盛り上り量の時間的変化を示す図である。 （ａ）は７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｂ）は、３つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｃ）は２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例である。 第１の吐出パルス群の２つ目の吐出パルスのパルス幅を変化させた場合の液滴速度のシミュレーション結果である。 図１６のシミュレーション結果をグラフ化した図である。 第２の吐出パルス群の吐出パルスの電圧を変化させた場合の液滴速度のシミュレーション結果である。 図１８のシミュレーション結果をグラフ化した図である。 第２の吐出パルス群の吐出パルスの電圧を変化させた場合の液滴速度のシミュレーション結果である。 図２０のシミュレーション結果をグラフ化した図である。 連続吐出させる液滴数と、吐出速度及び吐出体積と、の関係を示したものである。 図２３のシミュレーション結果をグラフ化した図である。 連続吐出液滴数と打消しパルスのパルス幅とを変化させた場合のメニスカス盛り上りの最大値を示す図である。 図２４のシミュレーション結果をグラフ化した図である。 打消しパルスのパルス幅とメニスカス盛り上り最大値との関係を示す図である。 打消しパルスのパルス幅がＡＬ以上の範囲において、打消しパルスのパルス幅がＡＬ未満でのメニスカスの盛り上り量の最小値よりも小さくなる範囲をまとめた図である。 駆動回路の第３の構成例を示す図である。 （ａ）は７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｂ）は、３つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例であり、（ｃ）は２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形例である。

以下、発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施形態１）
図１は、インクジェットヘッド１の斜視図である。インクジェットヘッド１は、本実施形態のインクジェットヘッド駆動装置を含むインクジェット記録装置に用いられる。インクジェット記録装置とは、インクジェット方式のプリンタのことである。

インクジェットヘッド１は、ノズル２と、ヘッド基板３と、駆動回路４と、マニホールド５とを備える。マニホールド５は、インク供給口６とインク排出口７と、を備える。

ノズル２は、インクを吐出する部品である。ノズル２は、ヘッド基板３上に設けられる。駆動回路４は、ノズル２からインクの液滴を吐出させるための駆動信号を出力する駆動信号出力部である。駆動回路４は例えばドライバＩＣである。インク供給口６は、ノズル２にインクを供給するための供給口である。また、インク排出口７は、インクの排出口である。ノズル２は、駆動回路４から与えられる駆動信号に応じてインク供給口６から供給されるインクの液滴を吐出する。ノズル２から吐出されなかったインクはインク排出口７から排出される。

図２は、本実施形態のインクジェット記録装置に用いられるインク供給装置８の概略図である。インク供給装置８は、インクジェットヘッド１にインクを供給する装置である。インク供給装置８は、供給側インクタンク９と、排出側インクタンク１０と、供給側圧力調整ポンプ１１と、輸送ポンプ１２と、排出側圧力調整ポンプ１３と、を備える。これらは、インク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９はチューブを介してインク供給口６に接続されており、排出側インクタンク１０はチューブを介してインク排出口７に接続されている。

供給側圧力調整ポンプ１１は、供給側インクタンク９の圧力を調整する。排出側圧力調整ポンプ１３は、排出側インクタンク１０の圧力を調整する。供給側インクタンク９は、インクジェットヘッド１のインク供給口６にインクを供給する。排出側インクタンク１０は、インクジェットヘッド１のインク排出口７から排出されたインクを一時的に貯留する。輸送ポンプ１２は、チューブを介して、排出側インクタンク１０に貯留されたインクを供給側インクタンク９に還流させる。

次に、インクジェットヘッド１について詳細に説明する。

図３は、インクジェットヘッド１に適用可能なヘッド基板３の平面図である。図４（ａ）は、図３に示すヘッド基板３のＡ２−Ａ２線断面図である。図４（ｂ）は、図３に示すヘッド基板３のＡ−Ａ線断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すヘッド基板３のＢ−Ｂ線断面図である。

ヘッド基板３は、図３に示すように、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、を備える。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ベース基板１５、圧電部材１４及びノズルプレート１６で囲まれた中央部の空間は、インク供給路１８となっている。また、ベース基板１５、圧電部材１４、枠部材１７及びノズルプレート１６で囲まれた空間は、インク排出路１９となっている。

圧電部材１４は、インク供給路１８からインク排出路１９までに渡る複数の長溝を有する。これらの長溝は、圧力室２４或いは空気室２０１の一部となる。圧力室２４と空気室２０１は一つおきに形成される。空気室２０１は、長溝の両端を蓋２０２で塞ぐことにより形成される。蓋２０２で長溝の両端を塞ぐことにより、インク供給路１８およびインク排出路１９のインクが空気室２０１に流入しない様にする。蓋２０２は、例えば光硬化樹脂などにより形成する。

ベース基板１５には、図３に示すように、配線電極２０が形成されている。圧力室２４と空気室２０１との内面には、後述する電極２１が形成されている。配線電極２０は、電極２１と駆動回路４とを電気的に接続する。また、ベース基板１５には、インク供給穴２２とインク排出穴２３とが形成されている。インク供給穴２２はインク供給路１８に連通しており、インク排出穴２３はインク排出路１９に連通している。インク供給穴２２は、マニホールド５のインク供給口６と流体的に接続しており、インク排出穴２３はマニホールド５のインク排出口７と流体的に接続している。ベース基板１５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。ベース基板１５の材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、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）などを用いることが可能である。本実施形態では、ベース基板１５は低誘電率のＰＺＴで構成されるものとする。

ベース基板１５上には、圧電部材１４が接合されている。圧電部材１４は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、圧電部材１４ａと圧電部材１４ｂを積層することにより形成される。圧電部材１４ａと圧電部材１４ｂ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１４には、インク供給路１８からインク排出路１９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２１（２１ａ、２１ｂ、...、２１ｇ）が形成されている。長溝と長溝を覆うノズルプレート１６の一面とで囲まれた空間が、圧力室２４及び空気室２０１となる。図５（ａ）の例であれば、２４ｂ、２４ｄ、２４ｆの符号で示した空間それぞれが圧力室２４であり、２０１ａ、２０１ｃ、２０１ｅ、２０１ｇの符号で示した空間それぞれが空気室２０１である。

上述したように、圧力室２４と空気室２０１は交互に並んでいる。電極２１は、配線電極２０を通して駆動回路４に接続される。圧力室２４の隔壁を構成する圧電部材１４は、各圧力室２４に設けた電極２１によって挟まれている。圧電部材１４及び電極２１はアクチュエータ２５を構成する。

駆動回路４は、駆動信号によりアクチュエータ２５に電界を印加する。アクチュエータ２５は、印加される電界によって、図５（ｂ）のアクチュエータ２５ｄ、２５ｅのように、圧電部材１４ａと圧電部材１４ｂ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２５が変形することにより、圧力室２４の容積は変化する。圧力室２４の容積の変化により、圧力室２４の内部にあるインクは加圧或いは減圧される。この加圧或いは減圧により、インクはノズル２から吐出される。圧電部材１４としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などが使用かのうである。本実施形態では、圧電部材１４は圧電定数の高いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）であるものとする。

電極２１は、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との２層構造である。電極２１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２１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、深さ３００．０μｍ幅８０．０μｍの形状で、１６９．０μｍ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２４と空気室２０１の一部となる。圧力室２４と空気室２０１とは、交互に並んでいる。

ノズルプレート１６は、圧電部材１４の上に接着されている。ノズルプレート１６の圧力室２４の長手方向の中央部にはノズル２が形成されている。ノズルプレート１６の材質は、例えば、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、或いは、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料である。なお、本実施形態では、一例として、ノズルプレート１６の材料はポリイミドフィルムであるものとする。

ノズル２は、例えば、ノズルプレート１６を圧電部材１４に接着した後に、エキシマレーザ等で孔加工を施すことにより形成される。ノズル２の形状は、圧力室２４側からインク吐出側に向けて先細りの形状となっている。ノズルプレート１６の材質がステンレスの場合、ノズル２はプレス加工で形成できる。また、ノズルプレート１６の材質が単結晶シリコンの場合、ノズル２は、フォトリソグラフィーによるドライエッチングやウエットエッチングなどで形成できる。

上述したインクジェットヘッド１は、圧力室２４の一端にインク供給路１８があり、他端にインク排出路１９があり、圧力室２４の中央部にノズル２がある。なお、インクジェットヘッド１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２４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１の動作原理について説明する。

図５（ａ）は、配線電極２０ａ〜２０ｇを介して、全ての電極２１ａ〜２１ｇにグランド電圧を印加した状態のヘッド基板３を示している。図５（ａ）は、全ての電極が同電位であるため、アクチュエータ２５ａ〜２５ｈには電界がかからない。このため、アクチュエータ２５ａ〜２５ｈは変形しない。図５（ｂ）は、電極２１ｄのみに電圧Ｖ２を印加した状態のヘッド基板３を示している。図５（ｂ）に示す状態では、電極２１ｄと両隣の電極２１ｃ、２１ｅとの間に電位差が生じる。アクチュエータ２５ｄ、２５ｅは、印加される電位差により、圧力室２４ｄの容積を膨張させるようにせん断変形する。電極２１ｄの電圧をグランド電圧に戻すと、アクチュエータ２５ｄ、２５ｅは、図５（ｂ）の状態から図５（ａ）の状態に戻るため、ノズル２ｄから液滴が吐出される。

また、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すヘッド基板３のＢ−Ｂ線断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、圧力室２４ｄの容積が収縮している。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、アクチュエータ２５ｄ、２４ｅが図５（ｂ）に示す状態とは逆の形状に変形している。

図６（ａ）は、電極２１ｄをグラウンド電圧とし、各空気室２０１ａ、２０１ｃ、２０１ｅ、２０１ｇの電極２１ａ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｇに電圧Ｖ２を印加した状態のヘッド基板３を示している。図６（ａ）に示す状態では、電極２１ｄと両隣の電極２１ｃ、２１ｅとの間には、図５（ｂ）とは逆の電位差が生じる。これらの電位差により、アクチュエータ２５ｄ、２５ｅは、図５（ｂ）に示す形とは逆向きのせん断変形をする。なお、図６（ａ）は、電極２１ｂ、２１ｆにも電圧Ｖ２を印加した状態を示している。これにより、アクチュエータ２５ｂ、２５ｃ、２５ｆ、２５ｇは変形しない。アクチュエータ２５ｂ、２５ｃ、２５ｆ、２５ｇが変形しなければ、圧力室２４ｂ、２４ｆは収縮しない。

また、図６（ｂ）は、電極２１ｄに印加する電圧を電圧-Ｖ２、その他の電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇに印加する電圧をグラウンド電圧とした状態のヘッド基板３を示している。図６（ｂ）に示す状態においても、電極２１ｄと両隣の電極２１ｃ、２１ｅとの間には、図５（ｂ）とは逆の電位差が生じる。これらの電位差により、アクチュエータ２５ｄ、２５ｅは、図５（ｂ）に示す形とは逆向きのせん断変形をする。

図７は、駆動回路４の構成例（第１の構成例）を示す図である。駆動回路４はヘッド内部の圧力室と空気室の数だけ電圧切替部３１を備えるが、図７に示す構成例においては電圧切替部３１を３１a、３１b、...、３１eまで図示する。また駆動回路４は電圧制御部３２を備える。

駆動回路４は、第１電圧源４０と、第２電圧源４１と、第３電圧源４２とに接続されている。駆動回路４は、各電圧源４０、４１、４２から供給された電圧を、選択的に各配線電極２０に与える。図７に示す例では、第１電圧源４０の出力電圧は、グラウンド電圧であり、その電圧値は電圧値Ｖ０（Ｖ０＝０［Ｖ］）とする。また、第２電圧源４１の出力電圧は、電圧値Ｖ０よりも高い電圧値Ｖ１とする。また、第３電圧源４２の出力電圧は、電圧値Ｖ１よりも高い電圧値Ｖ２とする。

電圧切替部３１は、例えば、半導体スイッチにより構成される。電圧切替部３１ａ、３１ｂ、...、３１ｅは、それぞれ配線電極２０ａ、２０ｂ、...、２０ｅに接続されている。また、電圧切替部３１は、駆動回路４の内部に引き込まれた配線を介して、電圧源４０、４１、４２に接続されている。電圧切替部３１は、配線電極２０に接続する電圧源を切替えるための切替えスイッチを有している。電圧切替部３１はこのスイッチを使って配線電極２０に接続する電圧源を切り換える。例えば、電圧切替部３１ａは、切替えスイッチにより、電圧源４０、４１、４２の何れか１つと配線電極２０ａとを接続する。

電圧制御部３２は、電圧切替部３１ａ、３１ｂ、...、３１ｅそれぞれと接続されている。電圧制御部３２は、第１〜第３電圧源４０、４１、４２のうちどの電圧源を選択するかを示す命令を各電圧切替部３１に出力する。例えば、電圧制御部３２は、駆動回路４の外部から印刷データを受信し、各電圧切替部３１における電圧源の切替えタイミングを決定する。そして、電圧制御部３２は、決定した切換えタイミングで、電圧切替部３１に対し、電圧源４０、４１、４２の何れかを選択する命令を出力する。電圧切替部３１は、電圧制御部３２からの命令に従って、配線電極２０と接続する電圧源を切替える。

図８（ａ）〜（ｃ）は、駆動回路４から電極２１に与えられる駆動信号の駆動波形例を示す図である。図８（ａ）は、７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５１−７である。図８（ｂ）は、２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５１−２である。図８（ｃ）は、吐出する液滴が１つ場合の駆動波形５１−１である。液滴数が３〜６の駆動波形例の図示は省略する。

図８（ａ）〜（ｃ）は、横軸が時間で、縦軸が電位差である。図８（ａ）〜（ｃ）に示す電圧は、両隣の空気室２０１の内壁の電極につながる配線電極２０との電位差を示している。以下、この電位差のことを単に電圧と呼ぶことにする。すなわち、圧力室の電極の電圧は、隣接する空気室の電極の電圧を基準とした電圧を意味する。

図８（ａ）〜（ｃ）に示す駆動波形は、図５（ａ）に示す電極２１ｄに印加されることを想定したものである。この場合、両隣の空気室は、空気室２０１ｃ及び２０１ｅである。また、両隣の空気室２０１ｃ及び２０１ｅの内壁の電極は、電極２１ｃ及び２１ｅであり、電極２１ｃ及び２１ｅにつながる配線電極は、配線電極２０ｃ及び２０ｅである。すなわち、駆動波形を印加する電極が電極２１ｄである場合、図８（ａ）〜（ｃ）に示す電圧は、配線電極２０ｄと配線電極２０ｃ、２０ｅとの電位差（電極２１ｄと電極２１ｃ、２１ｅとの電位差）を意味する。

図８（ａ）は、１ドットあたり７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５１−７の例である。駆動波形５１−７が電極２１ｄに印加される場合、駆動波形５１−７の電圧が０の時間では、圧力室２４ｄは、図５（ａ）に示す状態となり、容積が変化しない。また、電極２１ｄに印加する駆動波形５１−７の電圧がＶ２の時間では、圧力室２４ｄは、図５（ｂ）に示す状態となり、容積が膨張する。さらに、電極２１ｄに印加する駆動波形５１−７の電圧が−Ｖ２の時間では、圧力室２４ｄは、図６（ａ）に示す状態となり、容積が収縮する。

図９は、駆動回路の変形例（第２の構成例）である。図９に示した駆動回路４Ａは、電圧−Ｖ１を保持することが無い場合の構成例である。電圧切替部は電圧制御部３２Ａにより制御される。駆動波形において電圧−Ｖ１の状態を保持する必要が無いのであれば、空気室の内壁の電極と電圧値Ｖ１の第２電圧源４１とを接続する必要はない。図９の例の場合、空気室の内壁の電極と配線電極を介してつながるのは電圧切替部３１ａ１、３１ｃ１、３１ｅ１である。そのため、図９の例では、電圧切替部３１ａ１、３１ｃ１、３１ｅ１は、第２電圧源４１と接続されていない。

図８（ａ）は、吐出させる液滴が７つの場合の駆動波形５１−７である。また、図８（ｂ）は、吐出させる液滴が２つの場合の駆動波形５１−２であり、図８（ｃ）は、連続吐出させる液滴が１つの場合の駆動波形５１−１である。これら駆動波形５１−７、５１−２は、いずれも、電圧がＶ２の第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスと、電圧がＶ１の第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスと、で構成される。第１の吐出パルス群Ｇ１は駆動波形の先頭の吐出パルス群であり、第２の吐出パルス群Ｇ２は第１の吐出パルス群Ｇ１に後続する吐出パルス群である。

なお、以下の説明では、パルス数が１つの場合でも"吐出パルス群"（例えば、第１の吐出パルス群、第２の吐出パルス群）と呼ぶ。図８（ａ）に示す駆動波形５１−７では、７つの吐出パルスの最初の吐出パルスのみ第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスとなる。２つ目以降の吐出パルスが第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスとなる。また、図８（ｂ）に示す駆動波形５１−２では、２つの吐出パルスの最初の吐出パルスが第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスであり、２つ目の吐出パルスが第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスとなる。図８（ｃ）に示す駆動波形５１−１では、吐出パルスは第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスのみとなる。

第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスの電圧振幅は、第１の電圧振幅（電圧Ｖ２）である。第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスの電圧振幅は、第１の電圧振幅よりも小さい第２の電圧振幅（電圧Ｖ１）である。図８（ａ）〜（ｃ）では、第１の吐出パルスの電圧（第１の電圧振幅）を一例として２５Ｖとする。

第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスによりインクの液滴が吐出されると、駆動波形が印加される圧力室には、残留圧力振動が生じる。第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスは、それ以前の吐出パルスによる残留圧力振動と次の吐出パルスが強め合うタイミングで出力される。圧力室２４内のインクの音響共振周期の１／２（半周期）を「ＡＬ」とすると、各吐出パルスの間隔は、「ＡＬ」に応じて設定される。

図８（ａ）〜（ｃ）に示す例では、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスのパルス幅は１ＡＬとなっている。また、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅ｄｐは、いずれも、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスのパルス幅と同じ１ＡＬとなっている。各吐出パルスの間隔は２ＡＬとなっている。なお、パルス幅は、基準電位Ｖ０から各吐出パルスの電圧にまで波形を立ち上げる時間と立ち上げた電圧を維持する時間との合計である。一例として、ＡＬは約２．２μｓである。このとき、各パルスの立ち上げ時間と立ち下げ時間は、例えば、約０．２μｓである。パルスの立ち上げ及び立ち下げ時間は、アクチュエータをコンデンサに見立てて駆動回路の内部抵抗や配線抵抗を考慮した場合の回路全体の時定数と相関する。この時間は、コンデンサとつながる電圧源が変化した場合の、コンデンサ内部の電圧変化に要する充電時間あるいは放電時間を示している。

最後の吐出パルスによりインクの液滴を吐出した後にも、圧力室には、残留圧力振動が生じる。最後の吐出パルスによる残留圧力振動は、次の駆動波形による次のインクの吐出に影響する。従って、次の駆動波形によって次のインクの吐出を開始するまでに、残留圧力振動は鎮静化させておく必要がある。

この残留圧力振動は、例えば、打消しパルス（流入出抑制パルス）により打ち消される。打消しパルス（流入出抑制パルス）は、ノズルと圧力室の液体流入出を抑制する。図８（ａ）〜（ｃ）に示す駆動波形において、最後の下向きの台形波が打消しパルスである。打消しパルスは、第３の電圧振幅として電圧−Ｖ２を持っている。この打消しパルスは、残留圧力振動を打消すタイミングで印加する。上述の例（第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスの電圧が２５Ｖ、ＡＬが約２．２μｓ）の場合、打消しパルスの電圧（第３の電圧振幅）は−２５Ｖ、打消しパルスのパルス幅ｃｐはＡＬより大きな３．４μｓである。なお、打消しパルスのパルス幅は、基準電位Ｖ０から打消しパルスの電圧にまで波形を立ち下げる時間と立ち下げた電圧を維持する時間との合計である。

本実施形態に係るインクジェット記録装置は、連続吐出させた液滴（駆動波形５１−７では７つの液滴、駆動波形５１−２では２つの液滴）を合体させる事で、対象物に大きな液滴を着弾させる。例えば、駆動波形５１−７であれば、インクジェット記録装置は、７つの液滴を連続吐出させることにより液滴７つ分のインクを対象物に着弾させる。駆動波形５１−２であれば、インクジェット記録装置は、２つの液滴を連続吐出させることにより液滴２つ分のインクを対象物に着弾させる。すなわち、本実施形態に係るインクジェット記録装置は、駆動波形の第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルス数を変更する事で、対象物に着弾する液滴の大きさを調整する。本実施形態のインクジェット記録装置の場合、連続吐出させる液滴の最大数は７つであるものとする。勿論、最大数は７つより多くてもよいし、少なくてもよい。連続吐出させる液滴の最大数が７つの場合、液滴量の階調数は、不吐出（液滴量が「０」）の場合を含め８階調となる。

また、本実施形態に係るインクジェット記録装置は、連続吐出させる液滴を飛翔中に合体させるように制御する。連続吐出させた液滴が飛翔中に合体するためには、連続吐出させる最後の液滴が、最初の液滴以上の吐出速度となる必要がある。本実施形態に係るインクジェット記録装置は、最後の液滴が最初の液滴以上の吐出速度となるように、駆動波形の第１の電圧振幅Ｖ２と第２の電圧振幅Ｖ１とが設定される。例えば、第１の電圧振幅Ｖ２が２５Ｖの上述の例の場合、吐出挙動の安定性も考慮すると第２の電圧振幅Ｖ２は１４Ｖより大きく設定される。

本実施形態によれば、インクジェット記録装置の印刷速度を速くできる。駆動回路４の温度上昇を抑えるには、駆動時に増減する駆動回路の消費電力を下げる事が重要となる。高周波の信号を出力する駆動回路は、その性質上、１つ１つのパルスの幅よりも、パルスの電圧レベルの方が消費電力に与える影響が大きい。従来のマルチドロップ方式のインクジェットヘッド駆動装置は、全ての吐出パルスで電圧が同じである。しかし、本実施形態では、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスの電圧Ｖ１が第１の吐出パルス群の吐出パルスの電圧Ｖ２よりも小さくなっている。従って、本実施形態の駆動回路４は、従来の駆動回路（Ｖ１とＶ２とが同じ駆動回路）と比較して電力消費が小さくなる。この結果、駆動回路の温度上昇が抑制されるので、駆動回路の温度上昇を抑えるために行う放熱のための待ち時間が小さくてもよくなる。結果として、ドット周波数が高くなるので、本実施形態のインクジェット記録装置は印刷速度が速い。

（実施形態２）
実施形態１では、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅ｄｐは第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスのパルス幅（＝ＡＬ）と同じであった。しかしながら、パルス幅ｄｐは必ずしもパルス幅ＡＬと同じでなくてもよい。以下、実施形態２のインクジェット記録装置について説明する。なお、インクジェット記録装置の機器構成は実施形態１と同じであるので説明を省略する。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、連続的に打ち出す液滴数に応じて、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅を変更した駆動信号の駆動波形例である。図１０（ａ）は、７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５２−７である。図１０（ｂ）は、４つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５２−４である。図１０（ｃ）は、２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５２−２である。液滴数が１、３、５、６の駆動波形例の図示は省略する。

印字品質の安定のためには、液滴合体後の液滴の吐出速度が一定で、液滴合体後の液滴の体積が、連続吐出する液滴数に比例して増加するのが望ましい。ここで、液滴合体とは、第１の吐出パルス群Ｇ１による液滴に第２の吐出パルス群Ｇ２による各液滴が加わって、１つの液滴となることをいう。図１１は、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅を変更した場合の、連続吐出する液滴数と吐出速度／吐出体積との関係を示すシミュレーション結果である。シミュレーションの手法については後述する。

液滴数が２のとき（すなわち図１０（ｃ）のとき）の第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスのパルス幅ｄｐ−２は、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスのパルス幅ＡＬ（例えば２．２μｓ）と同じである。このため、図８（ｂ）に示す駆動波形５１−２と図１０（ｃ）に示す駆動波形５２−２は同じ駆動波形となる。そのため、液滴数が２の場合は、吐出速度及び吐出体積は実施形態１の場合と同じとなる。

一方、液滴数が３〜７（３〜７滴目）のとき、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅は第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスのパルス幅ＡＬよりも小さい。図１１の例では、３〜７滴目については、液滴合体後の吐出速度がほぼ一定となる。図１１の例では、吐出速度はほぼ１０ｍ／ｓとなっており、吐出体積は液滴数に対してほぼ比例した値となっている。

液滴の吐出が連続して繰り返されるほど、圧力室及びノズル表面に生じる残留振動が大きくなる。連続吐出させる液滴数に応じて第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅を変える事により、液滴合体後の吐出速度が液滴数によらず一定となるように制御できる。また、連続吐出させる液滴数に応じて第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅を変える事により、吐出体積が液滴数に比例するように制御できる。

本実施形態においても、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧Ｖ１が第１の吐出パルス群Ｇ１の電圧Ｖ２よりも小さくなっているので、駆動回路の消費電力が抑制される。その結果、駆動回路の温度上昇が抑制されるので、駆動回路の温度上昇を抑えるための待ち時間は少なくてもよくなる。結果として、ドット周波数を高くできるので、インクジェット記録装置の印刷速度が速くなる。しかも、液滴数に応じて第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅を変更しているので、印字品質も高い。

（実施形態３）
実施形態１、２では、打消しパルスのパルス幅ｃｐは第１の吐出パルスのパルス幅ＡＬより大きかった。しかしながら、このパルス幅ｃｐは第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスのパルス幅ＡＬより小さくてもよい。以下、実施形態３のインクジェット記録装置について説明する。なお、インクジェット記録装置の機器構成は実施形態１、２と同じであるので説明を省略する。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１０（ａ）〜（ｃ）の駆動波形において、打消しパルスのパルス幅ｃｐを小さくしたときの駆動波形例である。図１２（ａ）は、７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５３−７である。図１２（ｂ）は、４つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５３−４である。図１２（ｃ）は、２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５３−２である。液滴数が１、３、５、６の駆動波形例の図示は省略する。

打消しパルスのパルス幅ｃｐは、メニスカス盛り上りを考慮して決定される。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、メニスカス盛り上りが発生したときのノズルの断面図である。図１３（ａ）は、メニスカスの盛り上りが発生したノズルを示しており、図１３（ｂ）は、メニスカスの引き込みが発生したノズルを示している。本実施形態では、メニスカス引き込みも、メニスカス盛り上りの一種であるものとして扱う。図１３（ａ）では、ノズル開口部の直上にある斜線で示した部分の液の体積がメニスカスの盛り上り量となり、図１３（ｂ）では、斜線で示したノズル内の外気の体積がメニスカス盛り上り量となる。図１３（ｂ）の場合、メニスカス盛り上り量はマイナス値となる。

メニスカスの盛り上りが大きいまま次の駆動波形を入力すると、次の駆動波形による吐出される液滴の体積（吐出体積）が変化してしまう。このため、次の駆動波形の入力タイミングは、メニスカスの盛り上り量に配慮して決定する必要がある。

図１４は、打消しパルスのパルス幅を変化させた場合のメニスカス盛り上り量の時間的変化を示す図である。メニスカス盛り上り量がマイナス値の場合、その体積に相当する分だけメニスカスの引き込みが発生している事を意味する。図１４は、連続吐出する液滴数が７つの例を示している。図横軸が駆動波形を入力時からの経過時間であり、縦軸がメニスカス盛り上り量である。縦軸は、ノズルプレート表面から吐出方向５０μｍ以内に存在する液体量である。打消しパルスのパルス幅ｃｐが１．４μｓ、２．８μｓおよび３．４μｓの３種類である。ＡＬは２．２μｓであるので、パルス幅ｃｐがＡＬより小さいのは１．４μｓのときのみである。

７つの液滴がノズルプレート表面より５０μｍの範囲から出るのは駆動波形入力の３５μｓ後である。そのため、図１４のグラフでは、グラフ中の３５μｓ経過以後が液滴吐出後のメニスカス盛り上り量となる。打消しパルスのパルス幅が１．４μｓの場合、メニスカス盛り上り量が最大となるのはおよそ４２．５μｓの時点である。また、メニスカス盛り上り量が最小となるのは（メニスカス盛り上りが安定するタイミングは）およそ７０μｓの時点である。

打消しパルスのパルス幅ｃｐが１．４μｓの場合、パルス幅ｃｐが２．８μｓ、３．４μｓの場合と比べて、メニスカス盛り上り量の増減が大きくなっている。しかしながら、パルス幅ｃｐが１．４μｓの場合、メニスカス盛り上りが安定するタイミングは、図１４を見れば分かるように、他の場合よりむしろ早い。この例の場合、駆動回路は前の駆動波形の入力開始時点から７０μｓ以後に次の駆動波形の入力を開始するのが望ましい。もちろん、印字速度を考慮して、次の駆動波形の入力のタイミングを７０μｓより早くてもよい。

上述したように、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す打消しパルスのパルス幅ｃｐはＡＬより大きい。これに対して、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す各駆動波形５３−７、５３−４、５３−２の打消しパルスのパルス幅ｃｐは、ＡＬよりも小さい。打消しパルスのパルス幅ｃｐが小さくなると、１ドットあたりの駆動波形の時間も短くなる。１ドットあたりの駆動波形の時間の長さが短くなると、駆動波形の繰り返し周期（ドット周期）を短くする事が可能となる。結果として、インクジェット記録装置の印刷速度を速くする事が可能となる。

（実施形態４）
駆動回路の消費電力を下げるためには、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧Ｖ１を下げることが望ましい。ここで、図１１に示したシミュレーション結果に注目する。上述したように、図１１は、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧Ｖ１を１６Ｖとしたときのシミュレーション結果である。図１１の例では、液滴合体後の吐出速度が液滴数に関わらすほぼ一定となっている。加えて、吐出体積は液滴数に対してほぼ比例した値となっている。これはほぼ理想的な状態である。

ここで、連続吐出の液滴数が３〜７滴の結果に注目する。連続吐出の液滴数が３〜７滴では、図１１の表を見れば分かるように、パルス幅はいずれも１．４μｓ以下となっている。パルス幅がＡＬに近い程、液滴速度は上昇する。図１１の例の場合、ＡＬは２．２μｓであるので、連続吐出の液滴数が３〜７滴の場合、パルス幅を大きくする余力が残されている。連続吐出の液滴数が３〜７滴の場合、パルス幅を大きくすることで、電圧を１６Ｖから下げる余地が残されている。

次に、連続吐出の液滴数が２滴の結果に注目する。連続吐出の液滴数が２滴の場合、パルス幅はすでにＡＬと同じ２．２μｓとなっている。すなわち、連続吐出の液滴数が２滴の場合、パルス幅を大きくする余力は残されていない。連続吐出の液滴数が２滴の場合、電圧を１６Ｖから下げることはできない。電圧を１６Ｖから低くすると、液滴数が２滴の場合に、吐出力が不足することになる。

そこで、本実施形態では、第１の吐出パルス群Ｇ１に含まれる吐出パルスを複数とする。すなわち、２滴目を吐出する吐出パルスを、電圧の低い第１の吐出パルス群Ｇ１ではなく、電圧の高い第１の吐出パルス群Ｇ１に含める。２滴目の吐出力はパルス幅で調整する。これにより、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧を下げることを可能とする。以下、実施形態４のインクジェット記録装置について説明する。なお、インクジェット記録装置の機器構成は、第２電圧源４１がＶ１より低いＶ１'を出力する以外は、実施形態１〜３と同じである。

図１５（ａ）〜（ｃ）は、実施形態４で使用される駆動信号の駆動波形５５（５５−７、５５−３、５５−１）を示す図である。図１５（ａ）は、７つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５５−７の例である。図１５（ｂ）は、３つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５５−３の例である。図１５（ｃ）は、２つの液滴を連続吐出させる場合の駆動波形５５−２の例である。液滴数が１、４〜６の駆動波形の図示は省略する。

図１５（ａ）〜（ｃ）を見れば分かるように、第１の吐出パルス群Ｇ１は、２つの吐出パルスから構成される。第１の吐出パルス群Ｇ１の２つの吐出パルスはいずれも電圧がＶ２である。電圧Ｖ２は、例えば２５Ｖである。第１の吐出パルス群Ｇ１の１つ目の吐出パルスのパルス幅はＡＬである。ＡＬは例えば２．２μｓである。第１の吐出パルス群Ｇ１のパルス幅は、ｄｐ−２'である。ｄｐ−２'はＡＬと同じ或いはＡＬより小さな値である。

実施形態４の場合、第２の吐出パルス群Ｇ２は、３滴目以降の液滴を吐出させるパルス群となる。図１５（ａ）に示す駆動波形５５−７では、第２の吐出パルス群Ｇ２は５つの吐出パルスで構成される。図１５（ｂ）に示す駆動波形５５−３では、第２の吐出パルス群Ｇ２は１つの吐出パルスで構成される。図１５（ｃ）に示す駆動波形５５−２では、吐出パルスは全て第１の吐出パルス群Ｇ１に含まれるため、第２の吐出パルス群Ｇ２は存在しない。

第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧は、実施形態１〜３で示した電圧Ｖ１より小さい電圧Ｖ１'となっている。仮に、実施形態１〜３の電圧Ｖ１が１６Ｖであったとすると、電圧Ｖ１'は１６Ｖより小さい。また、第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パスルのパルス幅は液滴数ごとに変化させる。連続吐出させる液滴数が７の場合、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅はｄｐ−７'である。連続吐出させる液滴数が３の場合、第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスのパルス幅はｄｐ−３'である。第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パスルのパルス幅はＡＬと同じ或いはＡＬより小さな値である。

打消しパルスの電圧及びパルス幅は、実施形態２と同様であるが、パルス幅は実施形態３で説明したように、ＡＬより小さくてもよい。勿論、ＡＬと同じ或いは大きくてもよい。打消しパルスの電圧も変化させてもよい。

なお、駆動ヘッドやインクの特性により、圧力室に発生する残留圧力振動は変化する。図１５（ａ）〜（ｃ）の例では、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルス数は２となっているが、駆動ヘッドやインクの特性に応じて、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルス数を３以上としてもよい。

実施形態４の駆動波形の場合、２ドロップを吐出する駆動波形５５−２では、第２の吐出パルス群がない。そのため、消費電力は、実施形態１〜３で示した駆動波形５１−２、５２−２、５３−２の方が小さくなる。しかしながら、第２の吐出パルス群Ｇ２が存在する３ドロップ以上の駆動波形の場合は、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧Ｖ１'が低い。特に、７ドロップを吐出する駆動波形５５−７では、第２の吐出パルスの数が５つと多いため、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧を低くした効果が大きく出る。

（実施例）
以下、実施形態４のインクジェット記録装置を使った各種シミュレーション結果を示す。図１６〜図２５は、数値解析によるシミュレーションの結果である。シミュレーションの手法は以下の通りである。

まず、シミュレーション実行者は、アクチュエータに発生する変位を算出する。この変位は構造解析により算出する。アクチュエータの変位を受けた後の圧力室内の流体の流れは、圧縮性流体解析で算出する。ノズルから吐出される液滴の挙動は、表面流体解析で算出する。構造解析の範囲は、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して説明すると、上下方向は圧力室２４を形成する圧電部材１４とノズルプレート１６を含む範囲、左右方向は圧電部材１４を含む範囲、奥行き方向（図３の上下方向）は図３に示すＡ線からＡ２線の範囲である。図３の上下方向を法線とする境界面を対称境界としている。

圧縮性流体解析の範囲は、圧力室を含む範囲となっている。インク供給路及びインク排出路と圧力室との境界は自由流入条件とする。圧力室内のノズル近傍の圧力値をノズルの液表面を解析する表面流体解析の入力条件とする。その結果、表面流体解析において圧力室からノズルに流入した液体流量を、圧力室におけるノズル近傍での流出流量として、圧縮性流体解析に入力する。これにより連成解析を行う。

最初に、第１の吐出パルス群Ｇ１の２つ目の吐出パルスのパルス幅ｄｐ−２'と、液滴速度と、の関係について検討する。

図１６及び図１７は、図１５（ｃ）に示す駆動波形５５−２でのシミュレーション結果である。図１６は、パルス幅ｄｐ−２'を変化させた場合の、液滴速度のシミュレーション結果である。シミュレーションした液滴速度は、第１の吐出パルス群Ｇ１の１つ目の吐出パルスにより吐出される液滴（１番目の液滴）の速度と、第１の吐出パルス群Ｇ１の２つ目の吐出パルスにより吐出される液滴（２番目の液滴）の速度の２つである。図１７は、図１６に示すシミュレーション結果をグラフ化したものである。ＡＬは２．２μｓ、パルス間隔は４．４μｓ、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスの電圧Ｖ２は２５Ｖ、打消しパルスの電圧は−２５Ｖ、パルス幅ｃｐは３．４μｓである。

図１６及び図１７を見れば分かるように、第１の吐出パルス群Ｇ１の２つ目の吐出パルスのパルス幅ｄｐ−２'が０．８μｓ以上では、２つの液滴の速度が等速になっている。すなわち、１番目の液滴と２番目の液滴とが合体している。また、パルス幅ｄｐ−２'が０．８μｓ前後では、パルス幅ｄｐ−２'の増加に伴い２つ目の液滴の速度は単純増加している。つまり、吐出挙動が安定している。そのため本実施例では、パルス幅ｄｐ−２'は０．８μｓとする。

次に、第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスのパルス幅と、液滴速度と、の関係について検討する。

図１８及び図１９は、図１５（ｂ）に示す駆動波形５５−３でのシミュレーション結果である。図１８は、第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスの電圧Ｖ１'を変化させた場合の、液滴速度のシミュレーション結果である。シミュレーションした液滴速度は、第１の吐出パルス群Ｇ１の１つ目の吐出パルスにより吐出される液滴（１番目の液滴）の速度と、第２の吐出パルス群Ｇ２の１つ目の吐出パルスにより吐出される液滴（３番目の液滴）の速度の２つである。図１９は、図１８に示すシミュレーション結果をグラフ化したものである。ＡＬは２．２μｓ、パルス間隔は４．４μｓ、電圧Ｖ２は２５Ｖ、パルス幅ｄｐ−２'は０．８μｓ、打消しパルスの電圧は−２５Ｖ、パルス幅ｃｐは３．４μｓである。第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスのパルス幅ｄｐ−３'は２．２μｓである。

図１８及び図１９を見れば分かるように、電圧８Ｖ以上の場合では、１番目の液滴の速度（最初の液滴）と３番目の液滴（最後の液滴）の速度が同じとなっている。すなわち、連続吐出する液滴数が３の場合、電圧８Ｖ以上で、連続吐出される全液滴が合体することが分かる。

図２０及び図２１は、図１５（ａ）に示す駆動波形５５−７でのシミュレーション結果である。図２０は、第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスの電圧Ｖ１'を変化させた場合の、液滴速度のシミュレーション結果である。シミュレーションした液滴速度は、第１の吐出パルス群Ｇ１の１つ目の吐出パルスにより吐出される液滴（１番目の液滴）の速度と、第２の吐出パルス群Ｇ２の最後の吐出パルスにより吐出される液滴（７番目の液滴）の速度の２つである。図２１は、図２０に示すシミュレーション結果をグラフ化したものである。ＡＬは２．２μｓ、パルス間隔は４．４μｓ、電圧Ｖ２は２５Ｖ、パルス幅ｄｐ−２'は０．８μｓ、打消しパルスの電圧は−２５Ｖ、パルス幅ｃｐは３．４μｓである。第２の吐出パルス群Ｇ２の吐出パルスのパルス幅ｄｐ−７'は２．２μｓである。

図２０及び図２１を見れば分かるように、電圧１１Ｖ以上で、７番目の液滴の速度が１番目の液滴の速度より大きくなっている。また７番目の液滴の速度は、電圧の増加に伴い単純増加しており、吐出挙動が安定していることが分かる。図１８〜図２１の結果から、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧Ｖ１'は１１Ｖが望ましい。

次に、第１の吐出パルス群Ｇ１の２つ目の吐出パルスのパルス幅ｄｐ−２'を０．８μｓ、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧Ｖ１'を１１Ｖとして吐出シミュレーションを行った。図２２及び図２３は、そのシミュレーション結果である。

図２２は、連続吐出させる液滴数と、吐出速度及び吐出体積と、の関係を示したものである。表中の「第２の吐出パルス群のパルス幅」は、最後の吐出パルスによる液滴の速度が最初の吐出パルスによる液滴の速度より大きくなるパルス幅の最小値を示している。表中の吐出速度及び吐出体積はそのときの値である。図２３は、図２２に示すシミュレーション結果をグラフ化したものである。ＡＬは２．２μｓ、パルス間隔は４．４μｓ、電圧Ｖ２は２５Ｖ、パルス幅ｄｐ−２'は０．８μｓ、打消しパルスの電圧は−２５Ｖ、パルス幅ｃｐは３．４μｓである。上述したように電圧Ｖ１'は１１Ｖである。

図２２の結果と図１１に示す実施形態２の結果とを比べれば分かるように、本実施例の第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅は、実施形態２の第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅より大きい。これは、第２の吐出パルス群の電圧が１６Ｖから１１Ｖに低くなったことに起因する。この結果は、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスがパルス幅を有効活用できた結果ともいえる。

また、図２３を見ると、連続吐出の液滴数が増加するに伴い、第２の吐出パルス群Ｇ２の各吐出パルスのパルス幅は大きくなっていることが分かる。ここで、設計の都合等により、連続吐出の液滴数を８以上にする必要があるとする。このとき、第２の吐出パルスＧ２のパルス幅を最大のＡＬとしても、最後の吐出パルスによる液滴（最後の液滴）の速度が最初の吐出パルスによる液滴（最初の液滴）の速度より大きくならないとする。この場合、最後の吐出パルスの電圧を第２の吐出パルス群の電圧Ｖ１'より高くしてもよい。例えば、最後の吐出パルスの電圧を第１の吐出パルスと同じ電圧Ｖ２（本実施例では２５Ｖ）としてもよい。そして、最後の液滴の速度が最初の液滴の速度より大きくなるよう、最後の吐出パルスのパルス幅を調整してもよい。

次に、実施形態４の駆動波形による消費電力と実施形態２の駆動波形による消費電力との差について検討する。

消費エネルギーの差を検討するにあたり、インクジェットヘッドのエネルギー消費モデルを考える。まず、圧力室のアクチュエータをコンデンサと見立てる。そして、このコンデンサに抵抗を直列接続する。抵抗は液滴を吐出させた際にエネルギーを消費するものとする。こうして完成するＲＣ直列回路を簡易的なインクジェットヘッドのエネルギー消費モデルとする。

電圧源からアクチュエータに電圧が加わった際に電圧源が消費するエネルギーは、アクチュエータの静電容量Ｃに比例し、かつ、アクチュエータにかける電圧の二乗に比例する。インクジェットヘッドが同一で駆動波形のみ異なる場合、静電容量Ｃは同一となる。そのため、消費電力の差を考えるにあたり、駆動波形の矩形波の数と矩形波の電圧のみを考慮すればよい。

図１５（ａ）〜（ｃ）に示した実施形態４の駆動波形による消費電力と、図１０（ａ）〜（ｃ）に示した実施形態２の駆動波形による消費電力との差Ｐは、以下の式（１）で表現される。
Ｐ＝（N−M(N)）×（V1²−V1'²）−（M(N)−1）×（V2²−V1²）...（１）

ここで、Nは連続吐出の液滴数、M(N)は第１の吐出パルスＧ１の吐出パルスの数、V1は実施形態２の駆動波形の第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧、V1'は実施形態４の駆動波形の第２の吐出パルスＧ２の電圧、V2は第１の吐出パルス分Ｇ１の電圧である。なお、図１５に示した駆動波形の場合、M(N)は、Nが１のときに１、Nが２以上のときに２となる。Ｐがプラスの値であれば、実施形態４の駆動波形の方が実施形態２の駆動波形よりも消費電力が小さくなる。

ここで、式（１）に具体的な値を代入して消費電力の差Ｐを考える。ドット当りのドロップ数が多いほどドット当りの消費電力が大きくなり、駆動回路の温度が上昇しやすい。そのためNは実施形態２の最大ドロップ数である７として実施形態２と実施形態４を比較する。M(7)が２、V2が２５Ｖ、V1が１６Ｖとした場合に式（１）がゼロ以上となるV1'（実施形態４の第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧）は約１３．４９Ｖ以下となる。本実施例では第２の吐出パルスの電位差は１１Ｖのため、ドロップ数７の波形では、実施形態２の駆動波形よりも本実施例の駆動波形の方が、消費電力が小さい事がわかる。

次に、打消しパルスのパルス幅ｃｐについて検討する。

インクジェットヘッドの各ノズルには製造上のバラツキが不可避に存在する。メニスカス盛り上りの増減が大きい駆動信号の場合、この製造バラツキによるメニスカス挙動のバラツキも大きくなる。このため、打消しパルスのパルス幅は、ノズルごとに調整する必要がある。しかし、本実施形態に係るインクジェットヘッド駆動装置は、打消しパルスにより、圧力室に隣接する両サイドの空気室にＶ２の電圧を与える。両サイドの空気室は、該当ノズルの両隣のノズルの圧力室とも隣接する。このため、ノズルごとの打消しパルスの時間調整には制約がある。

例えば、図６（ａ）では、電極２１ｄの電圧を−Ｖ２とするため、隣接する電極２１ｃと２１ｅに電圧Ｖ２が与えられている。なお、"電極２１ｄの電圧"とは、隣接する空気室の電極の電圧を基準とした電圧を意味することに注意する。ここで、図６（ａ）において、電極２１ｄの電圧を−Ｖ２に維持したまま、電極２１ｂの電圧を０及び−Ｖ２とするにはどうすればよいか考える。電極２１ｄの場合と同様に"電極２１ｂの電圧"とは、隣接する空気室の電極の電圧を基準とした電圧を意味する。

まず、電極２１ｂの電圧を０とすることについて考える。電極２１ｂの電圧を０とするには、電極２１ｂにＶ２の電圧を与えればよい。こうすることで、電極２１ｂの周囲電極との電位差は０となるので、結果として、電極２１ｂの電圧は０となる。

次に、電極２１ｂの電圧を−Ｖ２とする（すなわち、電極２１ｂに打消しパルスを入力する）ことについて考える。電極２１ｂの電圧を−Ｖ２とするには、電極２１ｂに０の電圧を与えればよい。こうすることで、電極２１ｂの周囲電極との電位差は−Ｖ２となるので、結果として、電極２１ｂの電圧は−Ｖ２となる。しかし、この場合、電極２１ｂの電圧をＶ２にするには（すなわち、電極２１ｂに第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスを入力するには）、電極２１ｂの周囲電極がＶ２であるので、電極２１ｂにＶ２の２倍の電圧を印加する必要がある。これは、Ｖ２の２倍の電圧を出力可能な新たな電圧源が必要になることを意味する。

また、図７に示す構成の駆動回路４は、同一の瞬間に、隣接するノズルの一方に電圧−Ｖ２を与え、他方に電圧Ｖ２を与える動作ができない。ノズルごとの打消しパルスの時間調整には制約がある。従って、本実施形態に係るインクジェットヘッド駆動装置は、打消しパルスの各ノズルでの個別調整が必要なく、かつ、液滴吐出後のメニスカス盛り上りの増減が小さい事が要求される。

図２４は、実施形態４の駆動波形において、連続吐出液滴数と打消しパルスのパルス幅ｃｐとを変化させた場合のメニスカス盛り上りの最大値を示す図である。図２５は、図２４に示す値をグラフ化したものである。図２４及び図２５は、連続吐出液滴数ごとに、駆動波形の打消しパルスのパルス幅を０.８μｓから４μｓまでの種々の値とした場合のメニスカス盛り上りの最大値の変化を示している。ＡＬは２．２μｓ、パルス間隔は４．４μｓ、第１の吐出パルス群Ｇ１の電圧（第１の電圧振幅）Ｖ２は２５Ｖ、第２の吐出パルス群Ｇ２の電圧（第２の電圧振幅）Ｖ１'は１１Ｖである。また連続吐出液滴数ごとの第２の吐出パルス群Ｇ２のパルス幅は０．８μｓである。図２４及び図２５によれば、連続吐出する液滴数にかからず、メニスカス盛り上り量が最も小さくなる打消しパルスのパルス幅ｃｐはＡＬ以上である。

図２６は、駆動波形５５−７（連続吐出液滴数が７）における打消しパルスのパルス幅ｃｐとメニスカス盛り上り最大値との関係を示す図である。図２６を見れば分かるように、パルス幅ｃｐがＡＬ以上のある一定の範囲で、ｃｐ幅がＡＬ未満でのメニスカスの盛り上り量の最小値（＝１．２ｐＬ）よりも小さくなっている。また、図２７は、打消しパルスのパルス幅ｃｐがＡＬ以上の範囲において、ｃｐ幅がＡＬ未満でのメニスカスの盛り上り量の最小値よりも小さくなる範囲をまとめた図である。図２７をみれば分かるように、打消しパルスのパルス幅をＡＬ以上の値とすれば、液滴吐出後におけるメニスカスの盛り上り量を小さくできる。

上記のように、打消しパルスのパルス幅をＡＬ以上の値とすることにより、液滴を吐出した後におけるメニスカスの盛り上り量を小さくすることができる。インクジェットヘッド駆動装置は、液滴を吐出した後のメニスカスの盛り上り量を小さくすることにより、印字品質を向上できる。

（変形例）
次に、実施形態１〜４の変形例について説明する。

図２８は、上述した実施形態の変形例に係るインクジェット記録装置に適用可能な駆動回路４Ｂの構成例（駆動回路の第３の構成例）を示す図である。図２８に示すように、駆動回路４Ｂは、４種類の電圧源（第１電圧源４０、第２電圧源４１、第３電圧源４２、第４電圧源４３）に接続される。第４電圧源４３の電圧値は−Ｖ２である。第４電圧源４３は打消しパルスに用いる第３の電圧振幅を提供する。

駆動回路４Ｂはヘッド内部の圧力室の数だけ電圧切替部を備えるが、図２８においては電圧切替部３１ｂ２、３１ｄ２までを図示する。電圧切替部３１ｂ２、３１ｄ２は、電圧制御部３２Ｂの制御により第１〜第４電圧源４０，４１，４２，４３の何れかと配線電極２０ｂ、２０ｄを接続する。配線電極２０ｂ、２０ｄは、圧力室の内壁の電極２１ｂ、２１ｄと接続される。一方、空気室の内壁の電極２１ａ、２１ｃ、２１ｅは、配線電極２０ａ、２０ｃ、２０ｅを介して第１電圧源４０と接続される。

なお、図２８の例では、空気室内壁の電極とつながる配線電極は、駆動回路４Ｂの内部で第１電圧源４０と接続されている。しかしながら、この配線電極は、駆動回路の外部で第１電圧源４０と接続されてもよい。この場合、駆動回路と接続する配線電極は、圧力室内壁の電極とつながっているもののみとなる。

図６（ｂ）に示すノズル２ｄに打消しパルスを入力する場合、駆動回路４Ｂは、図６（ｂ）に示すように、電極２１ｄに−Ｖ２の電圧をかける。すなわち、駆動回路４Ｂは、吐出パルスだけでなく打消しパルスのパルス幅もノズルごとに調整する事ができる。駆動回路４Ｂは、打消しパルスをノズルごとに調整できるため、連続吐出する液滴数が最大数より少ない場合に、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスの開始時間を前倒しする事ができる。

図２９（ａ）〜（ｃ）は、駆動回路４Ｂが出力する駆動信号の駆動波形５６−７、５６−３、５６−２を示す図である。図２９（ａ）は、連続吐出する液滴数が最大数の７の場合の駆動波形５６−７である。図２９（ｂ）は、連続吐出する液滴数が最大数より少ない３の場合の駆動波形５６−３である。図２９（ｃ）は、連続吐出する液滴数が最大数より少ない２の場合の駆動波形５６−２である。液滴数が１、４〜６の駆動波形の図示は省略する。

図２９（ｂ）又は（ｃ）に示すように連続吐出する液滴数が最大数より少ない場合、駆動回路４Ｂは、第１の吐出パルス群Ｇ１の吐出パルスの開始時間を前倒しできる。第１の吐出パルス群Ｇ１の開始時間を前倒しすることで、打消しパルスの入力後の次の駆動波形入力までの時間を長くすることができる。例えば、図２４及び図２５の例では、連続吐出する液滴数が３の場合にメニスカス盛り上り量が最も大きい。駆動回路４Ｂは、連続吐出する液滴数が「３」であれば、最大「７−３＝４」パルス分の時間だけ、第１の吐出パルスの開始時間を前倒しできる。

打消しパルス出力後、次の駆動波形入力までの時間が長くなればなるほど、メニスカス盛り上りが鎮静化される。メニスカス盛り上りが鎮静化されれば、次の液滴吐出における吐出体積への影響を小さくする事が出来きる。この結果、インクジェット記録装置としては、印字品質を向上できる。

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...インクジェットヘッド
２、２ｂ、２ｄ、２ｆ...ノズル
３...ヘッド基板
４、４Ａ、４Ｂ...駆動回路
５...マニホールド
６...インク供給口
７...インク排出口
８...インク供給装置
９...供給側インクタンク
１０...排出側インクタンク
１１...供給側圧力調整ポンプ
１２...輸送ポンプ
１３...排出側圧力調整ポンプ
１４、１４ａ、１４ｂ...圧電部材
１５...ベース基板
１６...ノズルプレート
１７...枠部材
１８...インク供給路
１９...インク排出路
２０、２０ａ〜２０ｇ...配線電極
２１、２１ａ〜２１ｇ...電極
２２...インク供給穴
２３...インク排出穴
２４、２４ｂ、２４ｄ、２４ｆ...圧力室、
２５、２５ａ〜２５ｈ...アクチュエータ
３１、３１ａ〜３１ｅ...電圧切替部
３２、３２Ａ、３２Ｂ...電圧制御部
４０...第１電圧源
４１...第２電圧源
４２...第３電圧源
４３...第４電圧源
５１〜５６...駆動波形
２０１、２０１ａ、２０１ｃ、２０１ｅ、２０１ｆ...空気室
２０２...蓋
Ｇ１...第１の吐出パルス群
Ｇ２...第２の吐出パルス群

Claims (4)

1. 液体を収容する圧力室と、
   駆動信号に基づいて前記圧力室の容積を拡張又は収縮させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータに前記駆動信号を出力する駆動信号出力部と、
   前記圧力室に連通し、前記圧力室の容積変化によって液体を吐出するノズルと、を備え、
   前記駆動信号出力部が出力する前記駆動信号には、前記ノズルから液体を吐出させる吐出パルスの繰り返し回数が３以上の駆動波形の信号が含まれ、
   前記吐出パルスの繰り返し回数が３以上の場合、前記駆動信号の駆動波形は、第１の吐出パルス群と前記第１の吐出パルス群に後続する第２の吐出パルス群と、で構成され、
   前記第１の吐出パルス群は、第１の電圧振幅を有する複数の吐出パルスで構成されており、前記第２の吐出パルス群は、前記第１の電圧振幅よりも小さい第２の電圧振幅を有する１又は複数の吐出パルスで構成され、
   前記駆動信号出力部は、前記第１の吐出パルス群の最初の吐出パルスのパルス幅を前記圧力室内のインクの音響共振周期の１／２の時間とし、前記第１、第２の吐出パルス群の吐出パルスのうち前記第１の吐出パルス群の最初の吐出パルス以外の吐出パルスのパルス幅を前記音響共振周期の１／２の時間以下とし、前記駆動波形における各吐出パルスのパルス幅中心の間隔を前記音響共振周期とする吐出パルスを出力する、
   インクジェットヘッド駆動装置。
2. 異なる電圧値をもつ少なくとも３種類の電圧源と接続された電圧切替部、を備え、
   前記駆動信号出力部は、前記電圧切替部を制御して、前記アクチュエータと接続する電圧源を複数ある前記電圧源のいずれかに切り替える事でアクチュエータに出力する吐出パルスの電圧振幅の値を変化させる、
   請求項１に記載のインクジェットヘッド駆動装置。
3. 前記第２の電圧振幅は、前記第２の吐出パルス群に含まれる最後の吐出パルスにより吐出された液滴の速度が、前記第１の吐出パルス群に含まれる最初の吐出パルスにより吐出された液滴の速度以上となる電圧振幅である、
   請求項１または２に記載のインクジェットヘッド駆動装置。
4. 前記駆動信号出力部は、前記第１、第２の吐出パルス群の吐出パルスを出力した後に、前記ノズルと前記圧力室の液体流入出を抑制する流入出抑制パルスを出力する、
   前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド駆動装置。