JP6461074B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射記録装置、及び液体噴射ヘッド駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射記録装置、及び液体噴射ヘッド駆動方法に関する。

液体噴射ヘッドを備えた液体噴射記録装置は様々な分野に利用されている。近年では、印刷速度の高速化への要求が高まり、液体噴射ヘッドも、ノズル数やノズル列を増加させた記録ヘッドや高周波数での液滴噴射が可能なヘッド、液滴サイズを大きくした大液滴噴射可能なヘッドなどが製品化されている。
また、画質の高精細性も求められるため、液滴サイズ（液体の吐出量）の階調を増加させ、多階調での液滴サイズを吐出しわけることで、小液滴から大液滴までをカバーした液体噴射ヘッドも開発されている（例えば、特許文献１又は２参照）。例えば、吐出量は、１ドロップ（１滴）吐出時を基準として、２ドロップ時に約２倍、３ドロップ時に約３倍というように段階的に増加している。

特開２００６−０６９１０５号公報 特開２００６−２４０１２５号公報

しかしながら、従来技術では、例えば、１ドロップと２ドロップとの中間値等の各階調の間の値をとるためには、駆動波形のパラメータ（例えば、パルス幅等）を変更する必要がある。駆動波形のパラメータを変更する場合には、吐出速度も大きく影響を受けるため、画質の悪化や高速吐出が行えない等の問題がある。そのため、吐出量は必然的にヘッド構造特有の固定値とみなされ、吐出量に自由度がないという課題がある。

そこで、本発明は上述の事情を鑑みてなされたものであり、吐出速度を低下させることなく、より微細に液体の吐出量を調整することができる液体噴射ヘッド、液体噴射記録装置、及び液体噴射ヘッド駆動方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、液体を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルそれぞれに対応しかつ液体が充填される複数の圧力室を有し、前記圧力室内の容積を変化させる圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータにパルス信号を印加することにより、前記圧力室内の容積を膨張及び収縮させて、前記圧力室内に充填された前記液体を噴射させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧力室内の容積を膨張させるパルス信号を複数重ねる駆動波形を発生させるとともに、当該駆動波形において、最後に印加する前記パルス信号以外の前記パルス信号のうちいずれかの波高値を他の前記パルス信号と異なる値にすることを特徴とする液体噴射ヘッドである。

また、本発明の一態様は、上記液体噴射ヘッドおいて、前記制御部は、前記駆動波形において、前記パルス信号のうちいずれか１つの波高値を他の前記パルス信号と異なる値にすることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記液体噴射ヘッドおいて、前記制御部は、前記駆動波形において、複数の前記パルス信号の波高値を他の前記パルス信号と異なる値にすることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記液体噴射ヘッドおいて、前記制御部は、前記駆動波形において、最初に印加する前記パルス信号の波高値を他の前記パルス信号と異なる値にすることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記液体噴射ヘッドおいて、前記制御部は、前記駆動波形の最後に、前記圧力室内の容積を収縮させるパルス信号を印加することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記液体噴射ヘッド、を備えることを特徴とする液体噴射記録装置である。

また、本発明の一態様は、液体を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルそれぞれに対応しかつ液体が充填される複数の圧力室を有し、前記圧力室内の容積を変化させる圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータにパルス信号を印加することにより、前記圧力室内の容積を膨張及び収縮させて、前記圧力室内に充填された前記液体を噴射させる制御部と、を備える液体噴射ヘッドにおける液体噴射ヘッド駆動方法であって、前記制御部が、前記圧力室内の容積を膨張させるパルス信号を複数重ねる駆動波形を発生させるステップと、前記制御部が、前記駆動波形において、最後に印加する前記パルス信号以外の前記パルス信号のうちいずれかの波高値を他の前記パルス信号と異なる値にするステップと、前記制御部が、前記駆動波形の最後のパルス信号を印加するステップと、を有することを特徴とする液体噴射ヘッド駆動方法である。

本発明によれば、吐出速度を低下させることなく、より微細に液体の吐出量を調整することができる。

本発明の第１の実施形態における液体噴射記録装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における液体噴射ヘッドの斜視図である。 本発明の第１の実施形態におけるヘッドチップの斜視図である。 本発明の第１の実施形態におけるヘッドチップの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態における制御部の一例を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態における制御回路が出力する駆動波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させたときの実験結果を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態における制御回路が出力する駆動波形の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させたときの実験結果を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態における制御回路が出力する駆動波形の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における任意のポジティブパルス信号の波高値を変化させたときの実験結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態について説明する。
（液体噴射記録装置）
本実施形態に係る液体噴射記録装置１の概略構成について説明する。
図１は、液体噴射記録装置１の構成を示す斜視図である。なお、以下の図では、説明を分かり易くするために各部材の縮尺を適宜変更している。
同図に示すように、液体噴射記録装置１は、記録紙等の被記録媒体Ｓを搬送する一対の搬送手段２，３と、被記録媒体Ｓに図示しないインクを噴射する液体噴射ヘッド４と、液体噴射ヘッド４にインクを供給するインク供給手段５と、液体噴射ヘッド４を被記録媒体Ｓの搬送方向Ｙと直交する走査方向Ｘに走査させる走査手段６と、を備えている。
なお、本実施形態では、搬送方向Ｙおよび走査方向Ｘの２方向に直交する方向を上下方向Ｚとする。

一対の搬送手段２，３は、搬送方向Ｙに間隔をあけて配置されており、一方の搬送手段２が搬送方向Ｙの上流側に位置し、他方の搬送手段３が搬送方向Ｙの下流側に位置している。これら搬送手段２，３は、走査方向Ｘに延設されたグリットローラ２ａ，３ａと、このグリットローラ２ａ，３ａに対して平行に配置されると共に、グリットローラ２ａ，３ａとの間で被記録媒体Ｓを挟み込むピンチローラ２ｂ，３ｂと、グリットローラ２ａ，３ａをその軸回りに回転させるモータ等の図示しない駆動機構と、をそれぞれ備えている。
そして、一対の搬送手段２，３のグリットローラ２ａ，３ａを回転させることで、被記録媒体Ｓを搬送方向Ｙに沿った矢印Ｂ方向に搬送することが可能とされている。

インク供給手段５は、インクが収容されたインクタンク１０と、インクタンク１０と液体噴射ヘッド４とを接続するインク配管１１と、を備えている。
図示の例では、インクタンク１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクがそれぞれ収容されたインクタンク１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋが搬送方向Ｙに並んで配置されている。インク配管１１は、例えば可撓性を有するフレキシブルホースであり、液体噴射ヘッド４を支持するキャリッジ１６の動作（移動）に追従可能とされている。

走査手段６は、走査方向Ｘに延び、搬送方向Ｙに間隔をあけて互いに平行に配置された一対のガイドレール１５と、これら一対のガイドレール１５に沿って移動可能に配置されたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６を走査方向Ｘに移動させる駆動機構１７と、を備えている。
駆動機構１７は、一対のガイドレール１５の間に配置され、走査方向Ｘに間隔をあけて配置された一対のプーリ１８と、これら一対のプーリ１８の間に巻回されて走査方向Ｘに移動する無端ベルト１９と、一方のプーリ１８を回転駆動させる駆動モータ２０と、を備えている。

キャリッジ１６は、無端ベルト１９に連結されており、一方のプーリ１８の回転駆動による無端ベルト１９の移動に伴って走査方向Ｘに移動可能とされている。また、キャリッジ１６には、複数の液体噴射ヘッド４が走査方向Ｘに並んだ状態で搭載されている。
図示の例では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各インクをそれぞれ噴射する４つの液体噴射ヘッド４、すなわち液体噴射ヘッド４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋが搭載されている。

（液体噴射ヘッド）
次に、液体噴射ヘッド４について詳細に説明する。
図２は、液体噴射ヘッド４の斜視図である。
同図に示すように、液体噴射ヘッド４は、キャリッジ１６に固定される固定プレート２５と、この固定プレート２５上に固定されたヘッドチップ２６と、インク供給手段５から供給されたインクを、ヘッドチップ２６の後述するインク導入孔４１ａにさらに供給するインク供給部２７と、ヘッドチップ２６に駆動電圧を印加する制御部２８と、を備えている。

液体噴射ヘッド４は、駆動電圧が印加されることで、各色のインクを所定の噴出量で吐出する。このとき、液体噴射ヘッド４が走査手段６により走査方向Ｘに移動することにより、被記録媒体Ｓにおける所定範囲に記録を行うことができる。この走査を、搬送手段２，３により被記録媒体Ｓを搬送方向Ｙに搬送しながら繰り返し行うことで、被記録媒体Ｓの全体に記録を行うことが可能となる。

固定プレート２５には、アルミ等の金属製のベースプレート３０が上下方向Ｚに沿って起立した状態で固定されていると共に、ヘッドチップ２６の後述するインク導入孔４１ａにインクを供給する流路部材３１が固定されている。流路部材３１の上方には、インクを貯留する貯留室を内部に有する圧力緩衝器３２がベースプレート３０に支持された状態で配置されている。そして、流路部材３１と圧力緩衝器３２は、インク連結管３３を介して連結され、圧力緩衝器３２にはインク配管１１が接続されている。

このような構成のもと、圧力緩衝器３２は、インク配管１１を介してインクが供給されると、このインクを内部の貯留室内に一旦貯留した後、所定量のインクをインク連結管３３および流路部材３１を介してインク導入孔４１ａに供給する。
なお、これら流路部材３１、圧力緩衝器３２およびインク連結管３３は、上記インク供給部２７として機能する。

また、固定プレート２５には、ヘッドチップ２６を駆動するための集積回路等の制御回路３５が搭載されたＩＣ基板３６が取り付けられている。この制御回路３５と、ヘッドチップ２６の後述する共通電極（駆動電極）および個別電極（何れも不図示）は、図示しない配線パターンがプリント配線されたフレキシブル基板３７を介して電気接続されている。これにより、制御回路３５は、フレキシブル基板３７を介して共通電極と個別電極との間に、駆動電圧を印加することが可能となる。
なお、これら制御回路３５が搭載されたＩＣ基板３６、およびフレキシブル基板３７は、上記制御部２８として機能する。

（ヘッドチップ）
続いて、ヘッドチップ２６について詳細に説明する。
図３は、ヘッドチップ２６の斜視図、図４は、ヘッドチップ２６の分解斜視図である。
図３、図４に示すように、ヘッドチップ２６は、アクチュエータプレート４０、カバープレート４１、支持プレート４２、およびアクチュエータプレート４０の側面に設けられたノズルプレート６０を備えている。
ヘッドチップ２６は、後述する液体吐出チャネル４５Ａの長手方向端部に臨むノズル孔４３ａからインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプとされている。

アクチュエータプレート４０は、第１アクチュエータプレート４０Ａおよび第２アクチュエータプレート４０Ｂの２枚のプレートを積層した、いわゆる積層プレートとされている。なお、アクチュエータプレート４０は、積層プレートに限らず、１枚のプレートで構成してもよい。

第１アクチュエータプレート４０Ａおよび第２アクチュエータプレート４０Ｂは、共に厚さ方向に分極処理された圧電基板、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス基板であり、互いの分極方向を反対に向けた状態で接合されている。
このアクチュエータプレート４０は、厚さ方向Ｌ１に直交する第１方向（配列方向）Ｌ２に長く、厚さ方向Ｌ１および第１方向Ｌ２に対して直交する第２方向Ｌ３に短い、平面視略長方形状に形成されている。

なお、本実施形態のヘッドチップ２６はエッジシュートタイプであるので、厚さ方向Ｌ１が液体噴射記録装置１における走査方向Ｘに一致し、且つ第１方向Ｌ２が搬送方向Ｙ、第２方向Ｌ３が上下方向Ｚに一致する。すなわち、例えばアクチュエータプレート４０の側面のうち、ノズルプレート６０に対向する側面（インクが吐出される側の側面）は、下端面４０ａとなり、この下端面４０ａとは第２方向Ｌ３の反対側に位置する側面は、上端面４０ｂとなる。以下の説明では、この上下方向に則して、単に下側、上側と称して説明する場合がある。しかしながら、通常、上下方向については、液体噴射記録装置１の設置角度に応じて変化してしまうことは言うまでもない。

アクチュエータプレート４０の一方の主面（カバープレート４１が重なる面）４０ｃには、第１方向Ｌ２に所定の間隔をあけて並んだ複数のチャネル４５が形成されている。これら複数のチャネル４５は、一方の主面４０ｃ側に開口した状態で第２方向Ｌ３に沿って直線状に延びる溝部であり、長手方向の一方側がアクチュエータプレート４０の下端面４０ａ側に開口している。これら複数のチャネル４５の間には、断面略矩形状で第２方向Ｌ３に延びる駆動壁（圧電隔壁）４６が形成されている。この駆動壁４６によって、各チャネル４５はそれぞれ区分けされている。

また、複数のチャネル４５は、インクが充填される液体吐出チャネル４５Ａと、インクが充填されない非吐出チャネル４５Ｂと、に大別される。そして、これら液体吐出チャネル４５Ａと非吐出チャネル４５Ｂは、第１方向Ｌ２に交互に並んで配置されている。
このうち、液体吐出チャネル４５Ａは、アクチュエータプレート４０の上端面４０ｂ側に開口することなく、下端面４０ａ側にだけ開口した状態で形成されている。一方、非吐出チャネル４５Ｂについては、アクチュエータプレート４０の下端面４０ａ側だけでなく、上端面４０ｂ側にも開口するように形成されている。

液体吐出チャネル４５Ａの内壁面、すなわち第１方向Ｌ２に向かい合う一対の側壁面および底壁面には、不図示の共通電極が形成されている。この共通電極は、液体吐出チャネル４５Ａに沿って第２方向Ｌ３に延び、アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上に形成された共通端子５１に導通している。
一方、非吐出チャネル４５Ｂの内壁面のうち、第１方向Ｌ２に向かい合う一対の側壁面には、不図示の個別電極がそれぞれ形成されている。これら個別電極は、非吐出チャネル４５Ｂに沿って第２方向Ｌ３に延び、アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上に形成された個別端子５３に導通している。

なお、個別端子５３は、アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上における共通端子５１よりも上端面４０ｂ側に形成されている。そして、液体吐出チャネル４５Ａを挟んだ両側に位置する個別電極同士（異なる非吐出チャネル４５Ｂ内に形成された個別電極同士）を、接続するように形成されている。

このような構成のもと、制御回路３５が、フレキシブル基板３７を介し、さらに共通端子５１および個別端子５３を通じて、共通電極と個別電極との間に駆動電圧を印加すると、駆動壁４６が変形する。そして、液体吐出チャネル４５Ａ内に充填されたインクに圧力変動が生じる。これにより、液体吐出チャネル４５Ａ内のインクをノズル孔４３ａより吐出することができ、被記録媒体Ｓに文字や図形等の各種情報を記録することが可能となる。

アクチュエータプレート４０の一方の主面４０ｃ上には、カバープレート４１が重ね合わされている。このカバープレート４１には、インク導入孔４１ａが第１方向Ｌ２に長い平面視略矩形状に形成されている。
このインク導入孔４１ａには、流路部材３１を介して供給されてきたインクを液体吐出チャネル４５Ａ内に導入させ、且つ非吐出チャネル４５Ｂ内への導入を規制する複数のスリット５５ａが形成されたインク導入板５５が形成されている。つまり、複数のスリット５５ａは、液体吐出チャネル４５Ａに対応する位置に形成されており、各液体吐出チャネル４５Ａ内にのみインクを充填することが可能となる。

なお、カバープレート４１は、例えばアクチュエータプレート４０と同じＰＺＴセラミックス基板で形成され、アクチュエータプレート４０と同じ熱膨張をさせることで、温度変化に対する反りや変形を抑制している。但し、この場合に限られず、アクチュエータプレート４０とは異なる材料でカバープレート４１を形成しても構わない。この場合、カバープレート４１の材料として、アクチュエータプレート４０と熱膨張係数が近い材料を用いることが好ましい。

支持プレート４２は、重ね合されたアクチュエータプレート４０およびカバープレート４１を支持していると共に、ノズルプレート６０を同時に支持している。支持プレート４２は、アクチュエータプレート４０に対応するように、第１方向Ｌ２に長く形成された略長方形状の板材で、中央の大部分に、厚さ方向に貫通する嵌合孔４２ａが形成されている。この嵌合孔４２ａは、第１方向Ｌ２に沿って略長方形状に形成されており、重ね合されたアクチュエータプレート４０およびカバープレート４１を嵌合孔４２ａ内に嵌め込んだ状態で支持している。

また、支持プレート４２は、その外形状が厚さ方向下端に向かうに従って段差により小さくなるように段付き板状に形成されている。すなわち、支持プレート４２は、厚さ方向上端側に位置するベース部４２Ａと、ベース部４２Ａの下端面に配置され、このベース部４２Ａよりも外形状が小さくなるように形成された段差部４２Ｂと、が一体成形されたものである。そして、支持プレート４２は、段差部４２Ｂの端面がアクチュエータプレート４０の下端面４０ａと面一となるように組み合わされている。また、段差部４２Ｂの端面に、ノズルプレート６０が、例えば接着等により固定されている。

（制御部）
続いて、制御部２８について詳細に説明する。図５は、制御部２８の一例を示す概略ブロック図である。本図に示すように、制御部２８では、ＩＣ基板３６に搭載された制御回路３５がフレキシブル基板３７を介し、さらにアクチュエータプレート４０の共通端子５１および個別端子５３を通じて、共通電極および個別電極にそれぞれ電気的に接続されている。

制御回路３５は、アクチュエータプレート４０の共通電極と個別電極との間に駆動電圧（パルス信号）を印加する。これにより、駆動壁４６が変形して、液体吐出チャネル４５Ａ（圧力室）内の容積が膨張及び収縮し、液体吐出チャネル４５Ａに充填されたインク（液体）がノズル孔４３ａより噴射する。

ここで、制御回路３５は、駆動電圧が正であるポジティブパルス信号（膨張パルス信号）を共通電極と個別電極との間に印加することにより、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を膨張させる。また、制御回路３５は、駆動電圧が負であるネガティブパルス信号（収縮パルス信号）を共通電極と個別電極との間に印加することにより、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を収縮させる。

また、制御回路３５は、ポジティブパルス信号を１つ、もしくは複数重ねることにより液滴の吐出量（液滴サイズ）を可変させる駆動波形を複数種備える。すわなち、制御回路３５は、多階調で液滴サイズを吐出しわけることができる。これにより、小液滴から大液滴までをカバーして、画質を高精細にすることができる。

液滴サイズ、すなわち、ノズル孔４３ａから吐出する液滴（インク）の吐出量は、ポジティブパルス信号を印加する回数に応じて変化する。例えば、印加するポジティブパルス信号全ての波高値（駆動電圧）が一定電圧である場合には、ポジティブパルス信号を２回印加するときの吐出量は、ポジティブパルス信号を１回印加するときの概ね２倍である。同様に、印加するポジティブパルス信号全ての波高値が一定電圧である場合には、ポジティブパルス信号をｎ（ｎは正の整数）回印加するときの吐出量は、ポジティブパルス信号を１回印加するときの概ねｎ倍である。以下、一定電圧のポジティブパルス信号を１回印加する駆動波形におけるインクの吐出量を１ドロップとして説明する。すなわち、以下の例において、一定電圧のポジティブパルス信号をｎ回印加するときの吐出量はｎドロップである。

図６は、制御回路３５が出力する駆動波形の一例を示す図である。
本図において、横軸は時間である。また、本図には、ポジティブパルス信号を３回印加する駆動波形を示している。

本図に示す例では、制御回路３５は、まず、最初の第１のポジティブパルス信号Ｐ１をパルス幅１／２ＡＰ（オンパルスピーク）で印加し、その３／２ＡＰ後、第２のポジティブパルス信号Ｐ２をパルス幅１／２ＡＰで印加し、その３／２ＡＰ後、第１のポジティブパルス信号Ｐ１及び第２のポジティブパルス信号Ｐ２の２倍のパルス幅ＡＰで最後のポジティブパルス信号Ｐ３を印加している。オンパルスピークとは、インクを収容する液体吐出チャネル４５Ａ（圧力室）と、液体吐出チャネル４５Ａに連通し液体吐出チャネル４５Ａのインクを噴出するノズル孔４３ａと、液体吐出チャネル４５Ａの容積を拡張又は収縮変化させるアクチュエータプレート４０とを有する液体噴射ヘッド４に対し、液体吐出チャネル４５Ａ（圧力室）内におけるインクの固有振動周期の１／２を１ＡＰとしたものである。

ここで、制御回路３５は、第１のポジティブパルス信号Ｐ１の波高値を他のポジティブパルス信号と異なる値に変化させることにより、インクの吐出量を２ドロップから３ドロップの間で変化させる。なお、第２のポジティブパルス信号Ｐ２及び第３のポジティブパルス信号Ｐ３の波高値は、一定電圧（例えば、２５Ｖ（ボルト））である。

図７は、第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させたときの実験結果を示すグラフである。本図には、ポジティブパルス信号を３回印加する場合及びポジティブパルス信号を５回印加する場合それぞれにおいて、最初に印加する第１のポジティブパルス信号の波高値（先頭電圧）を０Ｖから２５Ｖまで変化させたときの実験結果を示している。

図７（Ａ）は、第１のポジティブパルス信号の波高値（先頭電圧：単位はＶ）とインクの吐出速度（単位はｍ／ｓ（メートル毎秒））との関係を示すグラフである。本図において、横軸は波高値（先頭電圧）であり、縦軸は吐出速度である。また、実線５０１は、ポジティブパルス信号を３回印加した場合における変化量を示し、実線５０２はポジティブパルス信号を５回印加した場合における変化量を示している。

図示するように、ポジティブパルス信号を３回印加する場合及びポジティブパルス信号を５回印加する場合いずれにおいても、第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させたとしても、インクの吐出速度は略一定の速度である。

図７（Ｂ）は、第１のポジティブパルス信号の波高値（先頭電圧：単位はＶ）とインクの吐出量（単位はｐＬ（ピコリットル））との関係を示すグラフである。本図において、横軸は波高値（先頭電圧）であり、縦軸は吐出量である。また、実線５０３はポジティブパルス信号を３回印加した場合における変化量を示し、実線５０４はポジティブパルス信号を５回印加した場合における変化量を示している。

図示するように、ポジティブパルス信号を３回印加する場合及びポジティブパルス信号を５回印加する場合いずれにおいても、インクの吐出量は、第１のポジティブパルス信号の波高値が高くなると多くなり、波高値が小さくなると少なくなる。よって、制御回路３５は、第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させることにより、吐出速度を低下させることなく、インクの吐出量を各ドロップ間の値に調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る液体噴射記録装置１は、液体を噴射する複数のノズル孔４３ａと、複数のノズル孔４３ａそれぞれに対応しかつ液体が充填される複数の液体吐出チャネル４５Ａを有し、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を変化させるアクチュエータプレート４０と、アクチュエータプレート４０にパルス信号を印加することにより、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を膨張及び収縮させて、液体吐出チャネル４５Ａ内に充填された液体を噴射させる制御回路３５と、を備え、制御回路３５は、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を膨張させるパルス信号を複数重ねる駆動波形を発生させるとともに、当該駆動波形において、最初に印加するパルス信号の波高値を他のパルス信号と異なる値にすることを特徴とする液体噴射ヘッド４を備える。

これにより、液体噴射ヘッド４の構造やパルス幅を変更することなく、液体の吐出量を各ドロップ間の値に調整することができる。すなわち、液体噴射ヘッド４の構造を変更せずに、吐出速度を低下させることなく、液体の吐出量を各ドロップ間の値に調整することができる。

［第２の実施形態］
続いて、第２の実施形態について説明する。本実施形態における液体噴射記録装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。本実施形態では、制御回路３５がネガティブパルス信号を駆動波形の最後に印加する点が、第１の実施形態と異なる。他の構成は第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図８は、制御回路３５が出力する駆動波形の一例を示す図である。
本図において、横軸は時間である。また、本図には、ポジティブパルス信号を３回印加する駆動波形を示している。

本図に示す例では、制御回路３５は、まず、最初の第１のポジティブパルス信号Ｐ１１をパルス幅１／２ＡＰで印加し、その３／２ＡＰ後、第２のポジティブパルス信号Ｐ１２をパルス幅１／２ＡＰで印加し、その３／２ＡＰ後、第１のポジティブパルス信号Ｐ１１及び第２のポジティブパルス信号Ｐ１２の２倍のパルス幅ＡＰで最後のポジティブパルス信号Ｐ１３を印加し、その直後にネガティブパルス信号Ｐ１４を印加している。ここで、制御回路３５は、第１のポジティブパルス信号Ｐ１１の波高値を他のポジティブパルス信号と異なる値に変化させることにより、インクの吐出量を２ドロップから３ドロップの間で変化させる。なお、第２のポジティブパルス信号Ｐ１２、第３のポジティブパルス信号Ｐ１３及びネガティブパルス信号Ｐ１４の波高値は、一定電圧（例えば、２０Ｖ）である。なお、ネガティブパルス信号Ｐ１４の波高値は、ポジティブパルス信号Ｐ１３と同一でもよいし、異なっていてもよい。

ネガティブパルス信号は、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を収縮させることにより、前段で印加したポジティブパルス信号（すなわち、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を膨張させたこと）によってノズル孔４３ａから排出された複数のインク滴をより大きな圧力で噴射させるためのパルス信号である。このように、駆動波形の最終印加パルス信号としてネガティブパルス信号を印加することにより、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を収縮させてインク滴をより大きな圧力で噴射させることができるので、ネガティブパルス信号を最後に印加しない場合に比べて、ポジティブパルス信号の波高値を低くすることができる。例えば、波高値を２０Ｖに抑えることができる。また、ネガティブパルス信号を印加することにより、液滴の吐出量に対する吐出速度、すなわち、吐出効率を向上させることができる。

図９は、第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させたときの実験結果を示すグラフである。本図には、最後にネガティブパルス信号を印加する駆動波形において、ポジティブパルス信号を３回印加する場合及びポジティブパルス信号を５回印加する場合それぞれにおいて、最初に印加する第１のポジティブパルス信号の波高値を０Ｖから２５Ｖまで変化させたときの実験結果を示している。

図９（Ａ）は、第１のポジティブパルス信号の波高値（先頭電圧：単位はＶ）とインクの吐出速度（単位はｍ／ｓ）との関係を示すグラフである。本図において、横軸は波高値（先頭電圧）であり、縦軸は吐出速度である。また、実線６０１は、ポジティブパルス信号を３回印加した場合における変化量を示し、実線６０２はポジティブパルス信号を５回印加した場合における変化量を示している。

図示するように、ポジティブパルス信号を３回印加する場合及びポジティブパルス信号を５回印加する場合いずれにおいても、第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させたとしても、インクの吐出速度は略一定の速度である。

図９（Ｂ）は、第１のポジティブパルス信号の波高値（先頭電圧：単位はＶ）とインクの吐出量（単位はｐＬ）との関係を示すグラフである。本図において、横軸は波高値（先頭電圧）であり、縦軸は吐出量である。また、実線６０３はポジティブパルス信号を３回印加した場合における変化量を示し、実線６０４はポジティブパルス信号を５回印加した場合における変化量を示している。

図示するように、ポジティブパルス信号を３回印加する場合及びポジティブパルス信号を５回印加する場合いずれにおいても、インクの吐出量は、第１のポジティブパルス信号の波高値が高くなると多くなり、波高値が小さくなると少なくなる。よって、制御回路３５は、駆動波形の最後にネガティブパルス信号を印加する場合であっても、第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させることにより、吐出速度を低下させることなく、インクの吐出量を各ドロップ間の値に調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る液体噴射記録装置１は、第１の実施形態における構成に加えて、制御回路３５は、駆動波形の最後に、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を収縮させるパルス信号を印加する。これにより、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を収縮させるパルス信号を駆動波形の最後に印加する場合であっても、液体噴射ヘッド４の構造やパルス幅を変更することなく、液体の吐出量を各ドロップ間の値に調整することができるとともに、吐出効率を向上させることができる。

［第３の実施形態］
続いて、第３の実施形態について説明する。本実施形態における液体噴射記録装置１の構成は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。第１の実施形態では、制御回路３５は、駆動波形の最初に印加する第１のポジティブパルス信号の波高値を変化させているが、本実施形態では、最後に印加するポジティブパルス信号以外の任意のポジティブパルス信号の波高値を変化させる点が異なる。

本実施形態における制御回路３５は、最後に印加するポジティブパルス信号以外のポジティブパルス信号のうちいずれかの波高値を他のポジティブパルス信号と異なる値に変化させることにより、インクの吐出量を変化させる。他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図１０は、制御回路３５が出力する駆動波形の一例を示す図である。
本図において、横軸は時間である。また、本図には、ポジティブパルス信号を５回印加する駆動波形を示している。

本図に示す例では、制御回路３５は、まず、最初の第１のポジティブパルス信号Ｐ２１をパルス幅１／２ＡＰで印加し、その３／２ＡＰ後、第２のポジティブパルス信号Ｐ２２をパルス幅１／２ＡＰで印加し、その３／２ＡＰ後、第３のポジティブパルス信号Ｐ２３をパルス幅１／２ＡＰで印加し、その３／２ＡＰ後、第４のポジティブパルス信号Ｐ２４をパルス幅１／２ＡＰで印加し、その３／２ＡＰ後、第１〜第４のポジティブパルス信号Ｐ２１〜Ｐ２４の２倍のパルス幅ＡＰで最後のポジティブパルス信号Ｐ２５を印加している。

ここで、制御回路３５は、第２のポジティブパルス信号Ｐ２２の波高値を他のポジティブパルス信号と異なる値に変化させることにより、インクの吐出量を４ドロップから５ドロップの間で変化させる。なお、第１，第３〜第５のポジティブパルス信号Ｐ２１、Ｐ２３〜Ｐ２５の波高値は、一定電圧（例えば、２０Ｖ）である。

図１１は、任意のポジティブパルス信号の波高値を変化させたときの実験結果を示すグラフである。本図には、ポジティブパルス信号を５回印加する場合において、第２のポジティブパルス信号の波高値を０Ｖから２５Ｖまで変化させたときと、第４のポジティブパルス信号の波高値を０Ｖから２５Ｖまで変化させたときの実験結果を示している。

図１１（Ａ）は、波高値（電圧：単位はＶ）とインクの吐出速度（単位はｍ／ｓ）との関係を示すグラフである。本図において、横軸は波高値（電圧）であり、縦軸は吐出速度である。また、実線７０１は第２のポジティブパルス信号の波高値を変化させた場合における変化量を示し、実線７０２は第４のポジティブパルス信号の波高値を変化させた場合における変化量を示している。

図示するように、第２又は第４のポジティブパルス信号いずれの波高値を変化させたとしても、インクの吐出速度は略一定の速度である。

図１１（Ｂ）は、波高値（電圧：単位はＶ）とインクの吐出量（単位はｐＬ）との関係を示すグラフである。本図において、横軸は波高値（電圧）であり、縦軸は吐出量である。また、実線７０３は第２のポジティブパルス信号の波高値を変化させた場合における変化量を示し、実線７０４は第４のポジティブパルス信号の波高値を変化させた場合における変化量を示している。

図示するように、インクの吐出量は、第２又は第４のポジティブパルス信号の波高値が高くなると多くなり、波高値が小さくなると少なくなる。なお、本図には、第２又は第４のポジティブパルス信号の波高値を変化させた例を示しているが、制御回路３５は、第１又は第３のポジティブパルス信号の波高値を変化させてもよい。よって、制御回路３５は、最後のポジティブパルス信号以外の任意のポジティブパルス信号の波高値を変化させることにより、吐出速度を低下させることなく、インクの吐出量を各ドロップ間の値に調整することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る液体噴射記録装置１は、液体を噴射する複数のノズル孔４３ａと、複数のノズル孔４３ａそれぞれに対応しかつ液体が充填される複数の液体吐出チャネル４５Ａを有し、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を変化させることができるアクチュエータプレート４０と、アクチュエータプレート４０にパルス信号を印加することにより、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を膨張及び収縮させて、液体吐出チャネル４５Ａ内に充填された液体を噴射させる制御回路３５と、を備え、制御回路３５は、液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を膨張させるパルス信号を複数重ねる駆動波形を発生させるとともに、当該駆動波形において、最後に印加するパルス信号以外のパルス信号のうちいずれか１つの波高値を他のパルス信号と異なる値にすることを特徴とする液体噴射ヘッド４を備える。

これにより、液体噴射ヘッド４の構造やパルス幅を変更することなく、液体の吐出量を各ドロップ間の値に調整することができる。すなわち、液体噴射ヘッド４の構造を変更せずに、吐出速度を低下させることなく、液体の吐出量を各ドロップ間の値に調整することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態では、ヘッドチップ２６は、液体吐出チャネル４５Ａの長手方向端部に臨むノズル孔４３ａからインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプとされている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、液体吐出チャネル４５Ａの長手方向中央に臨むノズル孔からインクを吐出する、いわゆるサイドシュートタイプのヘッドチップにも、上述の実施形態の構成を採用することが可能である。また、液体噴射ヘッド４は、各液体吐出チャネル４５Ａに供給されたインクを圧力緩衝器３２の貯留室に還流させる循環型の液体噴射ヘッドであってもよいし、非循環型の液体噴射ヘッドであってもよい。

また、上述した実施形態では、記録紙等の被記録媒体Ｓを搬送する一対の搬送手段２，３と、液体噴射ヘッド４を被記録媒体Ｓの搬送方向Ｙと直交する走査方向Ｘに走査させる走査手段６とを移動させて記録する液体噴射記録装置１について説明したが、これに代えて、走査手段６を固定し、移動機構が被記録媒体を２次元的に移動させて記録する液体噴射記録装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。

また、上述した実施形態では、一定電圧のポジティブパルス信号を１回印加する駆動波形における液滴サイズを１ドロップとしたが、液滴サイズとポジティブパルス信号の回数は同一でなくてもよく、例えば、１ドット（画素）の記録を形成するにあたって、液滴を吐出しないポジティブパルス信号を追加して１ドロップを生成してもよい。

また、上述した実施形態では、ポジティブパルス信号が膨張パルス信号である場合について説明したが、膨張パルス信号は液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を実質的に膨張させるものであればネガティブパルス信号であってもよい。同様に、収縮パルス信号は液体吐出チャネル４５Ａ内の容積を実質的に収縮させるものであればポジティブパルス信号であってもよい。

また、上述した実施形態では、制御回路３５は、駆動波形において、最後に印加するポジティブパルス信号以外のポジティブパルス信号のうちいずれか１つの波高値を変化させることにより、インクの吐出量を変化させているが、これに限らず、最後に印加するポジティブパルス信号以外のポジティブパルス信号であれば、複数のポジティブパルス信号の波高値を変化させてもよい。

なお、上述した実施形態における制御回路３５が備える各部の機能全体あるいはその一部は、これらの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶部のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

また、上述した実施形態における制御回路３５を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。また、例えば、制御回路３５を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

１…液体噴射記録装置、４…液体噴射ヘッド、２８…制御部、３５…制御回路、３６…ＩＣ基板、３７…フレキシブル基板、４０…アクチュエータプレート、４３ａ…ノズル孔、４５…チャネル、４５Ａ…液体吐出チャネル、５１…共通端子、５３…個別端子

Claims (5)

1. 液体を噴射する複数のノズルと、
   前記複数のノズルそれぞれに対応しかつ液体が充填される複数の圧力室を有し、前記圧力室内の容積を変化させる圧電アクチュエータと、
   前記圧電アクチュエータにパルス信号を印加することにより、前記圧力室内の容積を膨張及び収縮させて、前記圧力室内に充填された前記液体を噴射させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記圧力室内の容積を膨張させるパルス信号を複数重ねる駆動波形を発生させるとともに、当該駆動波形において、最後に印加する前記パルス信号以外の前記パルス信号のうちいずれか１つの波高値を他の前記パルス信号以下の値にし、かつ他の前記パルス信号の波高値は一定である
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記制御部は、前記駆動波形において、最初に印加する前記パルス信号の波高値を他の前記パルス信号と異なる値にする
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記制御部は、前記駆動波形の最後に、前記圧力室内の容積を収縮させるパルス信号を印加する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド、
   を備えることを特徴とする液体噴射記録装置。
5. 液体を噴射する複数のノズルと、
   前記複数のノズルそれぞれに対応しかつ液体が充填される複数の圧力室を有し、前記圧力室内の容積を変化させる圧電アクチュエータと、
   前記圧電アクチュエータにパルス信号を印加することにより、前記圧力室内の容積を膨張及び収縮させて、前記圧力室内に充填された前記液体を噴射させる制御部と、
   を備える液体噴射ヘッドにおける液体噴射ヘッド駆動方法であって、
   前記制御部が、前記圧力室内の容積を膨張させるパルス信号を複数重ねる駆動波形を発生させるステップと、
   前記制御部が、前記駆動波形において、最後に印加する前記パルス信号以外の前記パルス信号のうちいずれか１つの波高値を他の前記パルス信号以下の値にするステップと、
   前記制御部が、前記駆動波形の最後のパルス信号を印加するステップと、
   を有し、
   他の前記パルス信号の波高値は一定である
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド駆動方法。