JP2022094553A - インクジェットヘッド及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】揮発性の高いインクを用いても高品質な印刷を可能とする。【解決手段】駆動回路は、印刷動作の前に、ノズルからインクが吐出しない程度に圧力室の容積を変位させて圧力室内のインクに微振動を励起させる第１の信号を第１の時間だけアクチュエータに印加する。続いて、駆動回路は、圧力室の容積を変位させて圧力室内のインクをノズルから吐出させる第２の信号を第２の時間だけアクチュエータに印加する。続いて、駆動回路は、ノズルからインクが吐出しない程度に圧力室の容積を変位させて圧力室内のインクに微振動を励起させる第３の信号を第３の時間だけアクチュエータに印加する。その後、駆動回路は、印刷動作を開始する。【選択図】 図１０

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びその駆動方法に関する。

インクジェットヘッドにおいて、ノズルにメニスカスを形成するインク表面の揮発によりインクが増粘又は固化するのを防ぐために、ノズルに連通する圧力室内のインクに、ノズルからインクが吐出しない程度に微振動を励起させる方法が知られている。また、印刷の期間外にノズルから少量のインクを吐出させる技術も知られている。

インクジェットヘッドに使用されるインクには、揮発性の高いインクがある。例えばソルベント系のインクは、一般的なオイル系のインクに比べて揮発性が非常に高い。このため、上述したような方法ではインクの増粘又は固化を防ぐことはできず、印刷の品質低下が懸念されている。

特開２００７－２８３１５９号公報 特開２００３－０８０７０２号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、たとえ揮発性の高いインクを用いても高品質な印刷が可能な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備える。駆動回路は、印刷動作の前に、ノズルからインクが吐出しない程度に圧力室の容積を変位させて圧力室内のインクに微振動を励起させる第１の信号を第１の時間だけアクチュエータに印加する。続いて、駆動回路は、圧力室の容積を変位させて圧力室内のインクをノズルから吐出させる第２の信号を第２の時間だけアクチュエータに印加する。続いて、駆動回路は、ノズルからインクが吐出しない程度に圧力室の容積を変位させて圧力室内のインクに微振動を励起させる第３の信号を第３の時間だけアクチュエータに印加する。その後、駆動回路は、印刷動作を開始する。

本実施形態におけるインクジェットヘッドの斜視図。 同インクジェットヘッドにおけるヘッド本体の平面図。 同ヘッド本体の縦断面図。 同ヘッド本体の横断面図。 同インクジェットヘッドの動作原理を説明するための図。 同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。 同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。 同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。 本実施形態の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。 同ヘッド駆動回路の印刷工程を説明するための流れ図。 同ヘッド駆動回路の印刷工程による印刷例を示す模式図。 同印刷工程に含まれる第１のプリカーサ工程に係る特性ラインを示すグラフ。

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、シェアードウォール型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、インクを吐出するための複数のノズル２を形成したヘッド本体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。

インクジェットヘッド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で発生させた駆動信号に応じて、ノズル２から吐出する。また、インクジェットヘッド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、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、ノズル２を備える。

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、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。その結果、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。

次に、上記の如く構成されたインクジェットヘッド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、インクジェットヘッド１００を備えたインクジェットプリンタ２００の構成について、図６～図８を用いて説明する。なお、以下の説明では、１つのアクチュエータ２５と、このアクチュエータ２５が一方の側壁をなす圧力室２４と、その圧力室２４に連通するノズル２とを合わせた部分を、チャネルと称する。すなわちインクジェットヘッド１００は、多数のチャネル、いわゆるチャネル群１０２（図６を参照）を有する。

図６は、インクジェットプリンタ２００のハードウェア構成を示すブロック図であり、図７は、ヘッド駆動回路１０１の具体的構成を示すブロック図であり、図８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。インクジェットプリンタ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。

インクジェットプリンタ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及びインクジェットヘッド１００を備える。またインクジェットプリンタ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。そしてインクジェットプリンタ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及びヘッド駆動回路１０１をそれぞれ接続する。

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、インクジェットプリンタ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、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、インクジェットプリンタ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、例えばインクジェットプリンタ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等に送信する。

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、記録媒体をインクジェットヘッド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インクジェットプリンタ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インクジェットヘッド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インクジェットヘッド１００のチャネル群１０２を駆動する。ヘッド駆動回路１０１は、図７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、インクジェットヘッド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８に示すように、インクジェットヘッド１００のチャネルch.1，ch.2，…， ch.N毎にプリバッファＰＢａ，ＰＢｂ，…，ＰＢｎを備える。なお、図８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)を示している。

各プリバッファＰＢａ，ＰＢｂ，…，ＰＢｎは、それぞれ３つのバッファ、すなわち第１バッファＢＵａ、第２バッファＢＵｂ及び第３バッファＢＵｃを有する。第１バッファＢＵａ、第２バッファＢＵｂ及び第３バッファＢＵｃは、いずれも正電圧Ｖｃｃの電源と負電圧－Ｖの電源とに接続される。第１バッファＢＵａ、第２バッファＢＵｂ及び第３バッファＢＵｃ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場合、第１バッファＢＵａ、第２バッファＢＵｂ又は第３バッファＢＵｃ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場合、第１バッファＢＵａ、第２バッファＢＵｂ又は第３バッファＢＵｃは、負電圧－Ｖレベルの信号を出力する。

各プリバッファＰＢａ，ＰＢｂ，…，ＰＢｎの出力、すなわち第１バッファＢＵａ、第２バッファＢＵｂ及び第３バッファＢＵｃの出力信号は、それぞれスイッチ回路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８に示すように、インクジェットヘッド１００のチャネルch.1，ch.2，…，ch.N毎にドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎを有する。なお、図８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)を示している。

各ドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎは、それぞれＰＭＯＳタイプの電界効果トランジスタＴＲａ（以下、第１トランジスタＴＲａと称する）と、ＮＭＯＳタイプの２つの電界効果トランジスタＴＲｂ，ＴＲｃ（以下、第２トランジスタＴＲｂ，第３トランジスタＴＲｃと称する）とを含む。各ドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，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ＴＲａと第２トランジスタＴＲｂとの直列回路を接続し、さらにこの第１トランジスタＴＲａと第２トランジスタＴＲｂ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ＴＲｃを接続する。また各ドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎは、それぞれ第１トランジスタＴＲａ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ＴＲｂ及び第３トランジスタＴＲｃ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ＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎは、それぞれ対応するプリバッファＰＢａ，ＰＢｂ，…，ＰＢｎの第１バッファＢＵａを第２トランジスタＴＲｂのゲートに接続し、第２バッファＢＵｂを第１トランジスタＴＲａのゲートに接続し、第３バッファＢＵｃを第３トランジスタＴＲｃのゲートに接続する。そして各ドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎは、それぞれ第１トランジスタＴＲａと第２トランジスタＴＲｂ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２１に印加する。

したがって、第１トランジスタＴＲａは、第２バッファＢＵｂ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ＴＲｂは、第１バッファＢＵａ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ＴＲｃは、第３バッファＢＵｃ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。

このような構成の各ドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎは、それぞれ第１トランジスタＴＲａがオンし、第２トランジスタＴＲｂと第３トランジスタＴＲｃとがオフすると、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極２１に正電圧＋Ｖを印加する。各ドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎは、それぞれ第１トランジスタＴＲａと第３トランジスタＴＲｃとが同時にオフし、第２トランジスタＴＲｂがオンすると、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極２１の電位をグラウンド電位ＧＮＤとする。各ドライバＤＲａ，ＤＲｂ，…，ＤＲｎは、それぞれ第１トランジスタＴＲａと第２トランジスタＴＲｂとが同時にオフし、第３トランジスタＴＲｃがオンすると、対応するチャネルch.1，ch.2，…，ch.Nの電極２１に負電圧－Ｖを印加する。

次に、図９を用いて、ヘッド駆動回路１０１からチャネル群１０２に供給される信号とアクチュエータ２５に生じる電界との関係について説明する。図９において、区間Ｗａは、３つの隣り合うチャネルch.(i-1)，ch.ｉ，ch.(i+1)のうち、中央のチャネルch.ｉからインク滴を１滴吐出させる信号の区間である。以下では、区間Ｗａの信号を駆動信号と称する。区間Ｗｂは、その中央のチャネルch.ｉにおいて、インクがノズル２から吐出しない程度に、ノズル２にメニスカスを形成する圧力室２４内のインクに微振動を励起させる信号の区間である。以下では、区間Ｗｂの信号をプリカーサ信号と称する。

パルス波形Ｐａは、チャネルch.(i-1)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Ｐｂは、チャネルch.ｉ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Ｐｃは、チャネルch.(i+1)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Ｐｂは、パターンジェネレータ１０１１で生成される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Ｐａ及びパルス波形Ｐｃは、パターンジェネレータ１０１１で生成される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Ｐｄは、チャネルch.ｉの一方の隔壁であるアクチュエータ２５１に生じる電界の変動波形を示している。パルス波形Ｐｅは、チャネルch.ｉの他方の隔壁であるアクチュエータ２５２に生じる電界の変動波形を示している。図示するように、アクチュエータ２５２に生じる電界の向きは、アクチュエータ２５１に生じる電界の向きと正負が反転する。

はじめに、駆動信号の区間Ｗａについて説明する。
区間Ｗａにおいて、ヘッド駆動回路１０１は先ず、第１の時間ｔａだけ、パルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃで示される信号を出力する。これらの信号により、中央のチャネルch.ｉに負電圧－Ｖが印加され、その両隣のチャネルch.(i-1)，ch. (i+1)に正電圧＋Ｖが印加される。その結果、パルス波形Ｐｄ及びパルス波形Ｐｅに示すように、アクチュエータ２５１には電界“Ｅ”が生じ、アクチュエータ２５２には電界“－Ｅ”が生じる。このような電界変動により、図５の（ｂ）に示すように、チャネルch.ｉに対応した圧力室２４２が拡張して、圧力室２４２にインクが供給される。ここに、第１の時間ｔａに出力されるパルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ，パルス波形Ｐｃで示される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ｔｂだけ、パルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃで示される信号を出力する。これらの信号により、各チャネルch.(i-1)，ch.ｉ ch.(i+1)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Ｐｄ及びパルス波形Ｐｅに示すように、アクチュエータ２５１及びアクチュエータ２５２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５の（ａ）に示すように、チャネルch.ｉに対応した圧力室２４２の容積が定常状態に戻る。このときの容積の変位により、圧力室２４２の圧力が高まって、圧力室２４２に連通したノズル２からインク滴が吐出される。

続いてヘッド駆動回路１０１は、第３の時間ｔｃだけ、パルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃ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.ｉに正電圧＋Ｖが印加され、両隣のチャネルch.(i-1)，ch.(i+1)に負電圧－Ｖが印加される。その結果、パルス波形Ｐｄ及びパルス波形Ｐｅに示すように、アクチュエータ２５１には電界“－Ｅ”が生じ、アクチュエータ２５２には電界“Ｅ”が生じる。このような電界変動により、図５の（ｃ）に示すように、チャネルch.ｉに対応した圧力室２４２が収縮する。このときの容積の変位により、圧力室２４２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ｔｃに出力されるパルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃで示される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ｔｄだけ、パルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃ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.(i-1)，ch.ｉ ch.(i+1)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Ｐｄ及びパルス波形Ｐｅに示すように、アクチュエータ２５１及びアクチュエータ２５２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５の（ａ）に示すように、チャネルch.ｉに対応した圧力室２４２の容積が定常状態に戻る。

次に、プリカーサ信号の区間Ｗｂについて説明する。
区間Ｗｂにおいて、ヘッド駆動回路１０１は先ず、第１の時間ｔａと等しい第５の時間ｔｅだけ、パルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃで示される信号を出力する。これらの信号により、各チャネルch.(i-1)，ch.ｉ ch.(i+1)に対して負電圧－Ｖが印加される。その結果、パルス波形Ｐｄ及びパルス波形Ｐｅに示すように、アクチュエータ２５１及びアクチュエータ２５２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ｔｂと等しい第６の時間ｔｆだけ、パルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃで示される信号を出力する。これらの信号により、各チャネルch.(i-1)，ch.ｉ ch.(i+1)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Ｐｄ及びパルス波形Ｐｅに示すように、アクチュエータ２５１及びアクチュエータ２５２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ｔｃと等しい第７の時間ｔｇだけ、パルス波形Ｐａ，パルス波形Ｐｂ及びパルス波形Ｐｃで示される信号を出力する。これらの信号により、先ず、各チャネルch.(i-1)，ch.ｉ ch.(i+1)に対して負電圧－Ｖが印加される。そして、第７の時間ｔｇから第８の時間ｔｈを減じた時間が経過すると、中央のチャネルch.ｉだけ正電圧＋Ｖが印加される。その結果、パルス波形Ｐｄ及びパルス波形Ｐｅに示すように、中央のチャネルch.ｉが正電位に戻った第８の時間ｔｈだけ、アクチュエータ２５１には電界“－Ｅ”が生じ、アクチュエータ２５２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.ｉに対応した圧力室２４２内のインクが微振動する。すなわち区間Ｗｂでは、ノズル２からインクが吐出しない程度に圧力室２４の容積が変位して、圧力室２４内のインクに微振動が励起される。

図１０は、ヘッド駆動回路１０１の印刷工程を説明するための流れ図である。ヘッド駆動回路１０１は、印刷データの印刷開始が指令されると、図１０の印刷工程を開始する。先ずヘッド駆動回路１０１は、ＡＣＴ１として第１のプリカーサ工程のための第１の信号をチャネル群１０２へと出力する。

第１のプリカーサ工程は、ノズル２からインクが吐出しない程度に、各ノズル２に連通した圧力室２４の容積を変位させて、圧力室２４内のインクに微振動を励起させる工程である。例えば、インクジェットヘッド１００の隣り合う３つのチャネルch.(i-1)，ch.ｉ，ch.(i+1)のうちの中央のチャネルch.ｉに第１のプリカーサ工程を適用する場合、ヘッド駆動回路１０１は、その中央のチャネルch.ｉに、図９に示すパルス波形Ｐｂの区間Ｗｂの信号を与える。またヘッド駆動回路１０１は、両隣のチャネルch.(i-1)，ch.(i+1)に、図９に示すパルス波形Ｐａ及びパルス波形Ｐｃの区間Ｗｂの信号を与える。このように、第１の信号は、図９に示すパルス波形Ｐａ，Ｐｂ及びＰｃの区間Ｗｂの信号、すなわちプリカーサ信号である。

ヘッド駆動回路１０１は、ＡＣＴ２として、第１の時間Ｔａが経過したか否かを確認する。ヘッド駆動回路１０１は、第１の時間Ｔａが経過するまで、第１のプリカーサ工程を繰り返す。第１の時間Ｔａは、印刷開始の際にインクの安定した吐出が実現されるのに要する時間である。その詳細については後述する。

第１の時間Ｔａが経過すると、ヘッド駆動回路１０１は、ＡＣＴ３として、捨て印刷工程のための第２の信号をチャネル群１０２へと出力する。

捨て印刷工程は、各ノズル２からそれぞれ少量のインクを吐出させる工程である。例えば、インクジェットヘッド１００の隣り合う３つのチャネルch.(i-1)，ch.ｉ，ch.(i+1)のうちの中央のチャネルch.ｉに捨て印刷工程を適用する場合、ヘッド駆動回路１０１は、その中央のチャネルch.ｉに、図９に示すパルス波形Ｐｂの区間Ｗａの信号を与える。またヘッド駆動回路１０１は、両隣のチャネルch.(i-1)，ch.(i+1)に、図９に示すパルス波形Ｐａ及びパルス波形Ｐｃの区間Ｗａの信号を与える。このように、第２の信号は、図９に示すパルス波形Ｐａ，Ｐｂ及びＰｃの区間Ｗａの信号、すなわち駆動信号である。

ヘッド駆動回路１０１は、ＡＣＴ４として、第２の時間Ｔｂが経過したか否かを確認する。ヘッド駆動回路１０１は、第２の時間Ｔｂが経過するまで、捨て印刷工程を繰り返す。第２の時間Ｔｂは、ノズル２にメニスカスを形成するインクの吐出に要する時間である。その詳細については後述する。

第２の時間Ｔｂが経過すると、ヘッド駆動回路１０１は、ＡＣＴ５として、第２のプリカーサ工程のための第３の信号をチャネル群１０２へと出力する。

第２のプリカーサ工程は、第１のプリカーサ工程と同様に、ノズル２からインクが吐出しない程度に、各ノズル２に連通した圧力室２４の容積を変位させて、圧力室２４内のインクに微振動を励起させる工程である。第３の信号は、第１の信号と同様に、図９に示すパルス波形Ｐａ，Ｐｂ及びＰｃの区間Ｗｂの信号、すなわちプリカーサ信号である。

ヘッド駆動回路１０１は、ＡＣＴ６として、第３の時間Ｔｃが経過したか否かを確認する。ヘッド駆動回路１０１は、第３の時間Ｔｃが経過するまで、第２のプリカーサ工程を繰り返す。第３の時間Ｔｃは、第２の時間Ｔｂだけ吐出したインクによる印刷が捨て印刷であることをユーザが認識するのに要する時間である。その詳細については後述する。

第３の時間Ｔ３が経過すると、ヘッド駆動回路１０１は、ＡＣＴ７として印刷処理工程のための第４の信号をチャネル群１０２へと出力する。

印刷処理工程は、印刷データを基に、ライン毎に吐出対象のノズル２から諧調に応じた数のインク滴を吐出させることで、印刷データの文字、画像等を記録媒体に印刷する工程である。例えば、インクジェットヘッド１００の隣り合う３つのチャネルch.(i-1)，ch.ｉ，ch.(i+1)のうちの中央のチャネルch.ｉがインク吐出対象である場合、ヘッド駆動回路１０１は、チャネルch.ｉに、吐出当該波形のパターンデータに従った信号を与える。また、ヘッド駆動回路１０１は、両隣のチャネルch.(i-1)，ch.(i+1)に、吐出両隣波形のパターンデータに従った信号を与える。一方、中央のチャネルch.ｉがインク非吐出対象である場合には、ヘッド駆動回路１０１は、チャネルch.ｉに、非吐出当該波形のパターンデータに従った信号を与える。また、ヘッド駆動回路１０１は、両隣のチャネルch.(i-1)，ch.(i+1)に、非吐出両隣波形のパターンデータに従った信号を与える。

ヘッド駆動回路１０１は、印刷データの印刷が終了したか否かを確認する。ヘッド駆動回路１０１は、印刷が終了するまで、印刷処理工程を繰り返す。印刷が終了すると、ヘッド駆動回路１０１は、図１０に示す印刷工程を終了する。

図１１は、図１０に示した印刷工程で印刷データが印刷された印刷媒体３００の一例である。図１１において、幅Ｌａによって示される領域３０１は、第１のプリカーサ工程が実施された領域である。この領域３０１の幅Ｌａは、第１の時間Ｔａによって決まる。幅Ｌｂによって示される領域３０２は、捨て印刷工程が実施された領域である。この領域３０２の幅Ｌｂは、第２の時間Ｔｂによって決まる。幅Ｌｃによって示される領域３０３は、第２のプリカーサ工程が実施された領域である。この領域３０３の幅Ｌｃは、第３の時間Ｔｃによって決まる。幅Ｌｄによって示される領域３０４は、印刷処理工程が実施された領域である。この領域３０４の幅Ｌｄは、印刷データのライン数によって決まる。

このように、印刷媒体３００に対しては、先ず、第１のプリカーサ工程によって、幅Ｌａに相当するライン数の余白が形成される。続いて、捨て印刷工程によって、幅Ｌｂに相当するライン数の印刷が行われる。続いて、第２のプリカーサ工程によって、幅Ｌｃに相当するライン数の余白が形成される。その後、印刷処理工程によって、幅Ｌｄに相当するライン数の印刷、すなわち印刷データに基づく印刷が行われる。

ここで、第１のプリカーサ工程、捨て印刷工程、及び、第２のプリカーサ工程の意義について説明する。始めに、第１のプリカーサ工程の意義について説明する。
本実施形態のインクジェットヘッド１００は、ソルベント系のガラスインクを使用する。ソルベント系のガラスインクは、非常に揮発性が高い。このため、ノズル２に形成されたメニスカスの表面が揮発してインクの粘度が増す。そして、場合によっては、インクが固化する。インクの増粘又は固化が生じると、印刷処理工程の際にインクが吐出されない不吐出ノズルが発生する。その結果、かすれたような低品質の印刷となる。

このような不具合を防ぐために、本実施形態では、印刷工程の最初に第１のプリカーサ工程を実施する。第１のプリカーサ工程を実施することで、圧力室２４内のインクがノズル２から吐出しない程度に微振動する。この微振動により、インクの粘度が低減され、不吐出ノズルの発生を抑制する。

図１２は、第１のプリカーサ工程に係る特性ラインＧを示すグラフである。グラフは、縦軸を領域３０１の幅Ｌａに相当するライン数（White Line）とし、横軸をプリカーサ信号のパルス幅(Precursor width)としている。パルス幅は、インクの固有振動周期２ＡＬ（ＡＬ：acoustic length）の半分の時間ＡＬに対する比率で表している。プリカーサ信号のパルス幅は、図９に示される第８の時間ｔｈによって決まる。

特性ラインＧは、横軸の値に対応するパルス幅のプリカーサ信号で、縦軸の値に対応するライン数だけ第１のプリカーサ工程を実施した場合に、かすれが生じない高品質の印刷が得られる特性のラインである。この特性ラインＧ上のパルス幅のプリカーサ信号で、第１のプリカーサ工程を、そのパルス幅に対応するライン数だけ実施することで、印刷開始の際にインクの安定した吐出が実現される。

このように第１の時間Ｔａは、印刷開始の際にインクの安定した吐出が実現されるのに要する時間とする。そうすることにより、インクの増粘又は固化を防止し、インクが吐出されない不吐出ノズルの発生を抑制できる。その結果、不吐出ノズルによってかすれたような低品質の印刷が行われるのを未然に防ぐことができる。

なお、領域３０１の幅Ｌａに相当するライン数は、できるだけ少ない方が印刷処理工程の領域３０４を大きくできるので好ましい。図１２に示すように、プリカーサ信号のパルス幅を大きくすることで、領域３０１の幅Ｌａに相当するライン数が少なくなる。しかし、プリカーサ信号のパルス幅を大きくすると、誤吐出の可能性が高まる。本実施形態では、ＡＬ比が０．７のパルス幅のプリカーサ信号を使用する。これにより、領域３０１の幅Ｌａに相当するライン数は約３００ラインとなる。

上述したように、印刷開始前に第１のプリカーサ工程を実施することによって、不吐出ノズルによるかすれ等が生じなくなる。しかし、例えば、非常に揮発性が高いソルベント系のガラスインクを使用した場合、第１のプリカーサ工程を実施してインクの増粘又は固化を防止しても、印刷開始位置であるエッジ部分の濃度が濃くなることがある。このような事象は、第１のプリカーサ工程を終えて最初に吐出するインクの吐出速度が２滴目以降のインクよりも遅いためと考えられる。そして、この事象は、領域３０１の幅Ｌａに相当するライン数を変化させても発生する。つまり、非常に揮発性の高いインクの場合には、第１のプリカーサ工程を実施することでメニスカス表面のインクの増粘又は固化を防止できても、正常なメニスカスの状態にはなり得ないことが原因と考えられる。

そこで本実施形態では、第１のプリカーサ工程の後に捨て印刷工程を実施する。捨て印刷工程は、第２の時間Ｔ２だけ実施する。捨て印刷工程が実施されることにより、メニスカスを形成していたインクが吐出される。その結果、捨て印刷工程の印刷開始位置である領域３０１と領域３０２との境界部分では濃度が濃くなるが、捨て印刷工程の印刷終了位置である領域３０２と領域３０３との境界部分では濃度は一定となる。

このように、第２の時間Ｔｂは、ノズル２にメニスカスを形成するインクの吐出に要する時間とする。そうすることにより、領域３０４の印刷開始位置となるエッジ部分が濃くなって、品質が低下する不具合を未然に防ぐことができる。

ところで、捨て印刷工程によって印刷された領域３０２が、印刷処理工程によって印刷される領域３０４の近くにあると、ユーザは、捨て印刷工程による印刷と印刷処理工程による印刷とを区別できなくなる懸念がある。そこで本実施形態では、捨て印刷工程の後に第２のプリカーサ工程を実施する。第２のプリカーサ工程は、第３の時間Ｔ３だけ実施する。第３の時間Ｔ３だけ第２のプリカーサ工程が実施されることにより、捨て印刷工程による印刷と印刷処理工程による印刷との間に、幅Ｌｃの余白が生じる。この余白により、捨て印刷工程による印刷と印刷処理工程による印刷とをユーザが区別できるようになる。

このように、第３の時間Ｔ３は、第２の時間Ｔ２だけ吐出したインクによる印刷が捨て印刷であることをユーザが認識するのに要する時間とする。そうすることにより、捨て印刷工程による印刷が印刷処理工程による印刷と区別できなくなるのを未然に防ぐことができる。その上、第３の時間Ｔ３においては、第２のプリカーサ工程が実施される。すなわち、圧力室２４内のインクがノズル２から吐出しない程度に微振動する。したがって、捨て印刷工程によって改善されたメニスカス表面のインクが再度増粘又は固化することが抑制されるので、高品質な印刷を実現することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、たとえ揮発性の高いインクを用いても高品質な印刷が可能なインクジェットヘッドを提供することができる。また、たとえ揮発性の高いインクを用いても高品質な印刷が可能なインクジェットヘッドの駆動方法を提供することができる。

以上、一実施形態について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。

前記実施形態では、捨て印刷を印刷媒体３００に行う場合を例示した。例えば、ヘッド移動タイプのプリンタの場合には、印刷の際にインクジェットヘッドを待機位置から印字位置へ移動させる。その移動の途中で、受け皿等に捨て印刷を行うようにしてもよい。また、ヘッド固定で記録媒体を移動させるタイプ（ワンパスタイプ）のプリンタの場合には、印刷媒体３００がインクジェットヘッドの対向面を通過していないときに、捨て印刷を行うようにしてもよい。
例えば前記実施形態では、ソルベント系のガラスインクを使用する場合を例示した。使用するインクは、ソルベント系のガラスインクに限定されるものではない。一般的なオイル系のインクを使用してもよい。ソルベント系のガラスインク以外の揮発性の高いインクを使用してもよい。

例えば、印刷媒体３００のサイズと印刷処理工程が実施される領域３０４の幅Ｌｄとの関係により、第３の時間Ｔｃを幅Ｌｃに相当する時間とすると領域３０４が印刷媒体３００からはみ出る可能性がある。このような場合には、第３の時間Ｔｃを短くすることによって幅Ｌｃを狭くし、領域３０４が印刷媒体３００からはみ出ないようにする。このように、第３の時間Ｔｃを適宜可変できるようにしてもよい。

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…アクチュエータ、１００…インクジェットヘッド、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、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、２０８…ポンプ、３００…印刷媒体、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、
   印刷動作の前に、
   前記ノズルからインクが吐出しない程度に前記圧力室の容積を変位させて前記圧力室内のインクに微振動を励起させる第１の信号を第１の時間だけ前記アクチュエータに印加し、
   続いて、前記圧力室の容積を変位させて前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる第２の信号を第２の時間だけ前記アクチュエータに印加し、
   続いて、前記ノズルからインクが吐出しない程度に前記圧力室の容積を変位させて前記圧力室内のインクに微振動を励起させる第３の信号を第３の時間だけ前記アクチュエータに印加した後、
   印刷動作を開始する、インクジェットヘッド。
2. 前記第１の時間は、印刷開始の際にインクの安定した吐出が実現されるのに要する時間である、請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記第２の時間は、前記ノズルにメニスカスを形成するインクの吐出に要する時間である、請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記第３の時間は、前記第２の時間だけ吐出したインクによる印刷が捨て印刷であることをユーザが認識するのに要する時間である、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のインクジェットヘッド。
5. インクを収容した圧力室の容積をアクチュエータで変位させて、前記圧力室に連通するノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
   印刷動作の前に、
   前記ノズルからインクが吐出しない程度に前記圧力室の容積を変位させて前記圧力室内のインクに微振動を励起させる第１の信号を第１の時間だけ前記アクチュエータに印加し、
   続いて、前記圧力室の容積を変位させて前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる第２の信号を第２の時間だけ前記アクチュエータに印加し、
   続いて、前記ノズルからインクが吐出しない程度に前記圧力室の容積を変位させて前記圧力室内のインクに微振動を励起させる第３の信号を第３の時間だけ前記アクチュエータに印加した後、
   印刷動作を開始する、インクジェットヘッドの駆動方法。
   

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