インクジェットヘッド及びその駆動方法
【課題】高品位の印刷が可能なインクジェットヘッド及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】 インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加するパルス信号生成部と、を備え、前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルス、及び、前記拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスを含み、前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【解決手段】 インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加するパルス信号生成部と、を備え、前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルス、及び、前記拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスを含み、前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
インク滴をノズル穴から吐出するインクジェットヘッドにおいては、インク滴を吐出した後に、インク滴を吐出しない休止時間が長くなると、ノズル穴付近でインクに含まれる溶媒が蒸発し、インクの粘度が高くなる現象（増粘）が発生する。このようなインクの増粘により、インク滴がノズル穴から吐出しにくくなり、吐出遅延や吐出体積の減少といった不具合の発生を招くおそれがある。また、ノズル穴が目詰まりを起こしてしまうと、インク滴が吐出せず、印刷の掠れを生ずるおそれがある。
【０００３】
このようなインクの増粘を抑制する方法として、アクチュエータにダミーパルス信号を印加し、インク滴を吐出させない程度にインク圧力室の容積を変化させるといった技術がある。しかしながら、例えダミーパルス信号を印加したとしてもインクの増粘を十分に抑制できない場合には、印刷時に本来吐出すべきメインのインク滴が尾をひき、メインのインク滴によって形成されたメインドットに加えて微小なインク滴によって形成された微小ドット（サテライト）が媒体上に印刷されてしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０６６８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本実施形態の目的は、高品位の印刷が可能なインクジェットヘッド及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態によれば、
インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加するパルス信号生成部と、を備え、前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルス、及び、前記拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスを含み、前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッドが提供される。
【０００７】
本実施形態によれば、
インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、を備えたインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加する駆動方法であって、前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張する時間ｔ１の拡張パルス、及び、拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮する時間ｔ３の収縮パルスを含み、前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示したインクジェットヘッドを構成するアクチュエータを概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示したインクジェットヘッドを構成するノズルプレートを概略的に示す上面図である。
【図４】図４は、本実施形態におけるインクジェットヘッドにおいてノズル穴からインクが吐出される過程を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態におけるインクジェットヘッドにより印字される印字パターンのドット図である。
【図６】図６は、インクの増粘によって生ずる不具合を説明するための印字パターンとドットとの関係を示す図である。
【図７】図７は、インクの増粘を十分に抑制できなかった場合に生ずる不具合を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１に適用可能な駆動技術であって、第１方向に並んだ３個のインク圧力室の容積を順次変化させる駆動技術の一例を説明するための図である。
【図９】図９は、ダミーパルス信号の時間に対するサテライトの発生の有無を確認した実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【００１１】
このインクジェットヘッド１は、主要部１０、及び、ノズルプレート２０、マスクプレート３０、ホルダ４０、及び、パルス信号生成部５０を備えている。主要部１０は、絶縁基板１１、枠体１２、アクチュエータ１３などを備えて構成されている。
【００１２】
絶縁基板１１は、例えば、アルミナなどのセラミックス製であり、第１方向Ｘに沿って延出した四角形の板状に形成されている。この絶縁基板１１は、ノズルプレート２０と対向する側に上面１１Ａを有するとともに、ホルダ４０と対向する側に下面１１Ｂを有している。このような絶縁基板１１は、インク供給口１１ｉｎ及びインク排出口１１ｏｕｔを有している。これらのインク供給口１１ｉｎ及びインク排出口１１ｏｕｔは、上面１１Ａから下面１１Ｂまで貫通している。
【００１３】
枠体１２は、例えば、金属製であり、矩形枠状に形成されている。この枠体１２は、絶縁基板１１の上面１１Ａに配置されている。アクチュエータ１３は、絶縁基板１１の上面１１Ａにおいて枠体１２で囲まれた内側に配置されている。各アクチュエータ１３は、第１方向Ｘに概ね直交する第２方向Ｙに沿って延出している。これらのアクチュエータ１３は、第１方向Ｘに沿って並んでいる。第１方向Ｘに沿って並んだアクチュエータ１３の間には、第２方向Ｙに沿って延出したインク圧力室１４がスリット状に形成される。
【００１４】
図示した例では、アクチュエータ１３は、第１方向Ｘに沿って２列に配置されている。複数のインク排出口１１ｏｕｔは、絶縁基板１１の略中央部、つまり、２列のアクチュエータ１３の間において第１方向Ｘに沿って並んでいる。複数のインク供給口１１ｉｎは、絶縁基板１１の周辺部、つまり、枠体１２とアクチュエータ１３との間において第１方向Ｘに沿って並んでいる。このような構成により、インク供給口１１ｉｎのそれぞれからインク圧力室１４に向けてインクが供給され、インク圧力室１４を通過したインクがインク排出口１１ｏｕｔのそれぞれから排出される。
【００１５】
ノズルプレート２０は、例えば、ポリイミド製であり、第１方向Ｘに沿って延出した四角形の板状に形成されている。このノズルプレート２０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに直交する第３方向Ｚに沿って主要部１０の上方に配置されている。このノズルプレート２０は、マスクプレート３０と対向する側に上面２０Ａを有するとともに、主要部１０と対向する側に下面２０Ｂを有している。このノズルプレート２０の下面２０Ｂと、枠体１２及びアクチュエータ１３とは、図示しない接着剤により接着されている。
【００１６】
このようなノズルプレート２０は、ノズル穴２１を有している。各ノズル穴２１は、それぞれインク圧力室１４に対向して形成されている。図示した例では、互いに隣接するノズル穴２１は、第１方向Ｘに沿った同一直線上に形成されていない。これらのノズル穴２１のレイアウトについては後に詳述する。
【００１７】
マスクプレート３０は、例えば、金属製であり、ノズルプレート２０を囲む枠状に形成されている。このマスクプレート３０は、第３方向Ｚに沿って主要部１０の上方に配置されている。このマスクプレート３０は、ノズルプレート２０の外径と略同等の四角形状の開口部３０Ａを有している。このマスクプレート３０と、枠体１２とは、図示しない接着剤により接着されている。
【００１８】
ホルダ４０は、第３方向Ｚに沿って主要部１０の下方に配置されている。このホルダ４０は、インク供給口１１ｉｎに向けてインクを導入するためのインク導入路４１、及び、インク排出口１１ｏｕｔから排出されたインクを回収するインク回収路４２を有している。インク導入路４１には、図示しないインクタンクからインクを導入するための導入用パイプＰ１が接続されている。インク回収路４２には、インクをインクタンクに回収するための回収用パイプＰ２が接続されている。このホルダ４０は、主要部１０と対向する側に上面４０Ａを有している。このホルダ４０の上面４０Ａと、絶縁基板１１の下面１１Ｂとは、図示しない接着剤により接着されている。
【００１９】
絶縁基板１１の上面１１Ａにおいて、枠体１２の外側には、詳述しないがアクチュエータ１３に電気的に接続された端子が配置され、図示しない異方性導電膜を介して配線基板１５が実装されている。パルス信号生成部５０は、アクチュエータ１３を駆動するのに必要なパルス信号を生成する。このパルス信号生成部５０は、配線基板１５を介して各アクチュエータ１３にパルス信号を印加する。このパルス信号は、インク圧力室１４の容積を変化させるものであり、後述する駆動パルス信号及びダミーパルス信号を含んでいる。
【００２０】
ホルダ４０と絶縁基板１１とを接着する接着剤、ノズルプレート２０と枠体１２及びアクチュエータ１３とを接着する接着剤、及び、マスクプレート３０と枠体１２とを接着する接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化型樹脂が適用可能である。
【００２１】
図２は、図１に示したインクジェットヘッド１を構成するアクチュエータ１３を概略的に示す断面図である。
【００２２】
アクチュエータ１３は、隔壁１３１を形成する圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂ、及び、これらの隔壁１３１の両側面にそれぞれ形成された電極１３２及び１３３によって構成されている。インク圧力室１４は、隣接する２つのアクチュエータ１３の間に形成されている。
【００２３】
圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製である。圧電部材１３１Ａは絶縁基板１１の上面に形成され、圧電部材１３１Ｂは圧電部材１３１Ａの上に貼り合わせられている。圧電部材１３１Ａの分極方向は、図中の矢印で示すように圧電部材１３１Ｂの分極方向と互いに逆向きである。
【００２４】
電極１３２及び１３３は、例えば、ニッケルメッキや銅メッキなどによって形成されている。これらの電極１３２及び１３３は、圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂを挟み込んでいる。このような構成のアクチュエータ１３は、電極１３２及び１３３に逆極性の電圧が印加されることにより、圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂによって形成された隔壁１３１が変形し、インク圧力室１４の容積を変化させる（つまり、容積を拡張させたり、容積を収縮させたりする）。
【００２５】
アクチュエータ１３を構成する圧電部材１３１Ｂには、ノズルプレート２０が接着されている。このノズルプレート２０に形成されたノズル穴２１は、インク圧力室１４に連通している。
【００２６】
図３は、図１に示したインクジェットヘッド１を構成するノズルプレート２０を概略的に示す上面図である。
【００２７】
ノズルプレート２０には、複数のノズル穴２１が形成されている。このノズル穴２１は、図中に破線で示したように、アクチュエータ１３の間に形成されたインク圧力室１４の直上に形成されている。
【００２８】
ここに示した例では、第１方向Ｘに並んだ３個のインク圧力室をそれぞれ第１インク圧力室１４Ａ、第２インク圧力室１４Ｂ、及び、第３インク圧力室１４Ｃと称する。また、第１インク圧力室１４Ａ、第２インク圧力室１４Ｂ、及び、第３インク圧力室１４Ｃにそれぞれ対向する３個のノズル穴をそれぞれ第１ノズル穴２１Ａ、第２ノズル穴２１Ｂ、及び、第３ノズル穴２１Ｃと称する。
【００２９】
これらの第１乃至第３ノズル穴２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、第１方向Ｘに対して鋭角に交差する同一直線Ｌ上に位置している。このように並んだ３個のノズル穴２１は、繰り返し形成され、２個おきに並んだノズル穴２１が第１方向Ｘに沿った同一直線上に形成されている。
【００３０】
第２方向Ｙは、インクジェットヘッドに対して相対的に媒体が移動する方向と略平行である。第１インク圧力室１４Ａ（及び第１インク圧力室１４Ａから２個おきのインク圧力室）が選択された駆動期間において第１ノズル穴２１Ａからインク滴の吐出が可能であり、これに続いて、第２インク圧力室１４Ｂ（及び第２インク圧力室１４Ｂから２個おきのインク圧力室）が選択された駆動期間において第２ノズル穴２１Ｂからインク滴の吐出が可能であり、これに続いて、第３インク圧力室１４Ｃ（及び第３インク圧力室１４Ｃから２個おきのインク圧力室）が選択された駆動期間において第３ノズル穴２１Ｃからインク滴の吐出が可能である。
【００３１】
図４は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１においてノズル穴２１からインクが吐出される過程を説明するための図である。
【００３２】
図中の（ａ）は、インク圧力室１４を仕切るアクチュエータ１３に印加される駆動パルス信号の一例である。この駆動パルス信号は、インク圧力室１４の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルスＰＬ１と、この拡張パルスＰＬ１に続く時間ｔ２の後に、インク圧力室１４の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスＰＬ２を含んでいる。この駆動パルス信号の実質的な駆動時間は、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３に相当する。拡張パルスＰＬ１及び収縮パルスＰＬ２は、同じ振幅Ｖであって互いに異なる極性である。ここでは、拡張パルスＰＬ１は正極性であり、収縮パルスＰＬ２は負極性である。
【００３３】
駆動パルス信号の拡張パルスＰＬ１がアクチュエータ１３に印加される前の初期状態では、図中の（ｂ）で示すように、アクチュエータ１３は、絶縁基板１１に対して略垂直に起立している。拡張パルスＰＬ１がアクチュエータ１３に印加されると、図中の（ｃ）で示すように、アクチュエータ１３が変形し、インク圧力室１４の容積が急激に拡張され、インク圧力室１４に負圧が発生する。この状態は時間ｔ１だけ保たれ、インクがインク圧力室１４に充填される。
【００３４】
時間ｔ１が経過した後、拡張パルスＰＬ１がアクチュエータ１３に印加されなくなると、図中の（ｂ）で示した状態にアクチュエータ１３が復帰し、インク圧力室１４の容積が初期状態に戻る。これにより、インク圧力室１４の圧力が高まり、インク圧力室１４に充填されたインクがノズル穴２１からインク滴として吐出される。この状態は、時間ｔ２だけ保たれる。
【００３５】
時間ｔ２が経過した後、収縮パルスＰＬ２がアクチュエータ１３に印加されると、図中の（ｄ）で示すように、アクチュエータ１３が変形し、インク圧力室１４の容積が急激に収縮される。この状態は、時間ｔ３だけ保たれる。時間ｔ３が経過した後に、収縮パルスＰＬ２がアクチュエータ１３に印加されなくなると、図中の（ｂ）で示した状態にアクチュエータ１３が復帰し、インク圧力室１４の容積が初期状態に戻る。これにより、インク圧力室１４の圧力が抑えられ、残留振動が抑えられる。
【００３６】
ここに示した時間ｔ１、ｔ２、及び、ｔ３は、ともに数μｓであり、例えば、互いに異なる（ｔ１≠ｔ２≠ｔ３）。ここでは、時間ｔ２が最も長く、時間ｔ３が最も短い（ｔ２＞ｔ１＞ｔ３）。時間ｔ２は、時間ｔ１の約１．３倍相当である。時間ｔ３は、時間ｔ１の０．４倍相当である。
【００３７】
図５は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１により印字される印字パターンのドット図である。なお、図中の横方向はノズル２１の並び方向であり、縦方向は媒体の送り方向あるいはインクジェットヘッド１の移動方向である。
【００３８】
図示した例では、図中の左側に位置する５個のノズル穴２１からは、１ライン置きに交互にインク滴が吐出され、千鳥パターンのドットが印字されている。図中の右側に位置する５個のノズル穴２１からは、各ラインにインク滴が吐出され、ベタパターンのドットが印字されている。図中の中央に位置する２個のノズル穴２１からはインク滴が吐出されず、空白パターンが形成されている。
【００３９】
図示したように、印字パターンにより、インク滴を吐出させるノズル穴２１とインク滴を吐出させないノズル穴２１とがあり、インク滴を吐出させない休止時間が長くなるほどインクが増粘し、インク滴を吐出させるタイミングでノズル穴２１からインク滴が吐出しにくくなることがある。このため、本実施形態では、インクの増粘を抑制する駆動技術を適用している。
【００４０】
図６は、インクの増粘によって生ずる不具合を説明するための印字パターンとドットとの関係を示す図である。なお、図中の横方向はノズル２１の並び方向であり、縦方向は媒体の送り方向あるいはインクジェットヘッド１の移動方向である。
【００４１】
図示した例では、図中の左側に位置するノズル穴２１１を含む３個のノズル穴２１からは、各ラインにインク滴が正常に吐出され、均一なドットが形成された状態を示している。一方で、図中の右側に位置するノズル穴２１２を含む３個のノズル穴２１からは、図示した２ラインまではインク滴が吐出されない休止時間であったために、インクの増粘が発生し、図示した３ライン目からインク滴が吐出された際に正常なドットが形成されなかった状態を示している。具体的には、ノズル穴２１２から吐出されるインク滴の吐出体積の減少により、形成されたドット径が正常なドット径よりも小さくなってしまうとともに、インク滴の吐出速度の低下により形成されたドットの印字位置が正常なドットの印字位置よりも後退してしまう。このようなドット径の不均一やドットの印字位置のずれは、印刷品位の低下の原因となりうる。
【００４２】
図７は、インクの増粘を十分に抑制できなかった場合に生ずる不具合を説明するための図である。
【００４３】
すなわち、インクの増粘に起因して、印刷時にノズル穴２１から吐出されたメインのインク滴の液柱から微小なインク滴がちぎれ、メインのインク滴によって形成されたメインドットＤに加えて微小なインク滴によって形成された微小ドット（サテライト）Ｄ’が媒体上に印刷されてしまう。このようなサテライトの存在は、印刷品位の低下の原因となりうる。
【００４４】
そこで、本実施形態におけるインクジェットヘッド１においては、第１方向Ｘに並んだインク圧力室１４がそれぞれ選択された駆動期間において、ノズル穴２１からインク滴を吐出させる駆動パルス信号またはノズル穴２１からインク滴を吐出させないダミーパルス信号をアクチュエータ１３に印加する。
【００４５】
ここでの駆動パルス信号とは、図４を参照して説明したように、インク圧力室１４の容積を変化させるパルス信号である。このような駆動パルス信号がアクチュエータ１３に印加されることにより、インク圧力室１４に取り込んだインクがノズル穴２１からインク滴として吐出される。
【００４６】
ダミーパルス信号とは、インク圧力室１４のインクをノズル穴２１から吐出させない程度にインク圧力室１４の容積を変化させるパルス信号である。このようなダミーパルス信号がアクチュエータ１３に印加されることにより、インク圧力室１４のインクに適度な微小振動を与え、インクの増粘を抑制することができる。
【００４７】
図８は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１に適用可能な駆動技術であって、第１方向Ｘに並んだ３個のインク圧力室１４の容積を順次変化させる駆動技術の一例を説明するための図である。
【００４８】
ここに示した例では、例えば、上段が第１インク圧力室１４Ａ及び第１ノズル穴２１Ａに対応し、中段が第２インク圧力室１４Ｂ及び第２ノズル穴２１Ｂに対応し、下段が第３インク圧力室１４Ｃ及び第３ノズル穴２１Ｃに対応するものとする。
【００４９】
すなわち、第１インク圧力室１４Ａが選択される第１駆動期間Ｔ１においては、第１インク圧力室１４Ａの容積を変化させる駆動パルス信号Ｓ１またはダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加される。図示した例では、第１駆動期間Ｔ１においては、駆動パルス信号Ｓ１がアクチュエータ１３に印加されている。これにより、第１ノズル穴２１Ａからインク滴が吐出される。
【００５０】
第１駆動期間Ｔ１に続き、第２インク圧力室１４Ａが選択される第２駆動期間Ｔ２においては、第２インク圧力室１４Ｂの容積を変化させる駆動パルス信号Ｓ１またはダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加される。図示した例では、第２駆動期間Ｔ２においては、ダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加されている。これにより、第２ノズル穴２１Ｂからはインク滴が吐出されないが、第２インク圧力室１４Ｂ内のインクに微小振動が付与される。
【００５１】
第２駆動期間Ｔ２に続き、第３インク圧力室１４Ｃが選択される第３駆動期間Ｔ３においては、第３インク圧力室１４Ｃの容積を変化させる駆動パルス信号Ｓ１またはダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加される。図示した例では、第３駆動期間Ｔ３においては、ダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加されている。これにより、第３ノズル穴２１Ｃからはインク滴が吐出されないが、第３インク圧力室１４Ｃの内部のインクに微小振動が付与される。
【００５２】
なお、第１駆動期間Ｔ１、第２駆動期間Ｔ２、及び、第３駆動期間Ｔ３のそれぞれの長さは同一である。
【００５３】
つまり、駆動期間にインク滴を不吐出とする際には、駆動パルス信号Ｓ１に代えてダミーパルス信号Ｓ２が印加される。これにより、インク圧力室１４の内部のインクの増粘を抑制し、駆動期間にインク滴が吐出される際に、インク滴の吐出体積の減少や吐出速度の低下を抑制することができる。したがって、休止時間が長くなっても、ダミーパルス信号Ｓ２によってインクの増粘が抑制され、次に駆動パルス信号Ｓ１が印加された際に正常なドットを形成することができる。
【００５４】
本実施形態で適用されるダミーパルス信号Ｓ２は、インク圧力室１４の容積を収縮させるパルスを含んでいる。すなわち、ダミーパルス信号Ｓ２は、駆動パルス信号Ｓ１の収縮パルスＰＬ２と極性が同一（正極性）であるとともに振幅も同一（＋Ｖ）である。このようなダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加された際には、インク圧力室１４からインクを押し出す方向に力が作用するが、それ以前にインク圧力室１４の容積を拡張するインク充填動作を行っていないため、ダミーパルス信号Ｓ２の時間ｔ４が長すぎなければ、インク滴がノズル穴２１から吐出されることはない。
【００５５】
また、本実施形態において、インク不吐出の際にダミーパルス信号Ｓ２が印加されるタイミングは、インク吐出の際に駆動パルス信号Ｓ１の拡張パルスＰＬ１が印加されるタイミングと同一である。すなわち、インク吐出の際には、駆動期間に瞬時に拡張パルスＰＬ１が立ち下がる。インク不吐出の際には、駆動期間に瞬時にダミーパルス信号Ｓ２が立ち上がる。なお、ダミーパルス信号Ｓ２の時間ｔ４は、拡張パルスＰＬ１の時間ｔ１よりも短い。
【００５６】
このようなダミーパルス信号Ｓ２の時間ｔ４は、発明者による検討の結果、誤吐出を防止するとともに、インク滴の吐出体積の減少や吐出速度の低下さらにはサテライトの発生の原因となるインクの増粘を十分に抑制するといった観点から、拡張パルスＰＬ１の時間ｔ１に対して、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定されることが望ましいことが確認された。
【００５７】
時間ｔ４が（ｔ１／５）×１．６よりも長い場合には、インク滴の誤吐出が確認され、印刷品位の低下を招く。また、この場合には、インク不吐出にもかかわらず、多大な電気エネルギーが必要となり、省エネルギーの観点からも望ましくない。
【００５８】
時間ｔ４が（ｔ１／５）×１．４よりも短い場合には、インクの増粘を十分に抑制することができず、ドット径の不均一やドットの印字位置のずれ、さらには、サテライトの発生が確認された。
【００５９】
本実施形態によれば、駆動期間においてインク不吐出の際に上記のように規定した時間ｔ４のダミーパルス信号Ｓ２をアクチュエータ１３に印加することにより、インクの増粘が抑制されるとともに、ノズル穴、インク、及び、メニスカスが適正な状態に保持される。このため、駆動期間において、インク吐出の駆動パルス信号Ｓ１がアクチュエータ１３に印加された際には、インク滴の吐出体積及び吐出速度が均一化され、また、サテライトの発生を抑制することが可能となるため、高品位の印刷が可能となる。
【００６０】
図９は、ダミーパルス信号の時間ｔ４に対するサテライトの発生の有無を確認した実験結果を示す図である。
【００６１】
ここでは、インク不吐出となる一定の休止時間にダミーパルス信号をそれぞれの時間ｔ４で印加し、直後にインク吐出のための駆動パルス信号を印加した場合に、１ラインあたりに発生したサテライトの個数をカウントした。
【００６２】
ｔ４＝（ｔ１／５）×０．４の場合、１ラインあたり５個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×０．６の場合、１ラインあたり４個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×０．８の場合、１ラインあたり１個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×１．０の場合、１ラインあたり２個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×１．２の場合、１ラインあたり１個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×１．４の場合、及び、ｔ４＝（ｔ１／５）×１．６の場合には、１ラインにサテライトは発生しなかった。
【００６３】
このような実験結果からも明らかように、ダミーパルス信号の時間ｔ４は、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定することが極めて有効である。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、高品位の印刷が可能なインクジェットヘッド及びその駆動方法を提供することができる。
【００６５】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…インクジェットヘッド
１０…主要部
１３…アクチュエータ １４…インク圧力室
１４Ａ…第１インク圧力室 １４Ｂ…第２インク圧力室 １４Ｃ…第３インク圧力室
２０…ノズルプレート ２１…ノズル穴
２１Ａ…第１ノズル穴 ２１Ｂ…第２ノズル穴 ２１Ｃ…第３ノズル穴
３０…マスクプレート
５０…パルス信号生成部
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
インク滴をノズル穴から吐出するインクジェットヘッドにおいては、インク滴を吐出した後に、インク滴を吐出しない休止時間が長くなると、ノズル穴付近でインクに含まれる溶媒が蒸発し、インクの粘度が高くなる現象（増粘）が発生する。このようなインクの増粘により、インク滴がノズル穴から吐出しにくくなり、吐出遅延や吐出体積の減少といった不具合の発生を招くおそれがある。また、ノズル穴が目詰まりを起こしてしまうと、インク滴が吐出せず、印刷の掠れを生ずるおそれがある。
【０００３】
このようなインクの増粘を抑制する方法として、アクチュエータにダミーパルス信号を印加し、インク滴を吐出させない程度にインク圧力室の容積を変化させるといった技術がある。しかしながら、例えダミーパルス信号を印加したとしてもインクの増粘を十分に抑制できない場合には、印刷時に本来吐出すべきメインのインク滴が尾をひき、メインのインク滴によって形成されたメインドットに加えて微小なインク滴によって形成された微小ドット（サテライト）が媒体上に印刷されてしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０６６８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本実施形態の目的は、高品位の印刷が可能なインクジェットヘッド及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態によれば、
インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加するパルス信号生成部と、を備え、前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルス、及び、前記拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスを含み、前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッドが提供される。
【０００７】
本実施形態によれば、
インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、を備えたインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加する駆動方法であって、前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張する時間ｔ１の拡張パルス、及び、拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮する時間ｔ３の収縮パルスを含み、前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッドの構成を概略的に示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示したインクジェットヘッドを構成するアクチュエータを概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示したインクジェットヘッドを構成するノズルプレートを概略的に示す上面図である。
【図４】図４は、本実施形態におけるインクジェットヘッドにおいてノズル穴からインクが吐出される過程を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態におけるインクジェットヘッドにより印字される印字パターンのドット図である。
【図６】図６は、インクの増粘によって生ずる不具合を説明するための印字パターンとドットとの関係を示す図である。
【図７】図７は、インクの増粘を十分に抑制できなかった場合に生ずる不具合を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１に適用可能な駆動技術であって、第１方向に並んだ３個のインク圧力室の容積を順次変化させる駆動技術の一例を説明するための図である。
【図９】図９は、ダミーパルス信号の時間に対するサテライトの発生の有無を確認した実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１の構成を概略的に示す分解斜視図である。
【００１１】
このインクジェットヘッド１は、主要部１０、及び、ノズルプレート２０、マスクプレート３０、ホルダ４０、及び、パルス信号生成部５０を備えている。主要部１０は、絶縁基板１１、枠体１２、アクチュエータ１３などを備えて構成されている。
【００１２】
絶縁基板１１は、例えば、アルミナなどのセラミックス製であり、第１方向Ｘに沿って延出した四角形の板状に形成されている。この絶縁基板１１は、ノズルプレート２０と対向する側に上面１１Ａを有するとともに、ホルダ４０と対向する側に下面１１Ｂを有している。このような絶縁基板１１は、インク供給口１１ｉｎ及びインク排出口１１ｏｕｔを有している。これらのインク供給口１１ｉｎ及びインク排出口１１ｏｕｔは、上面１１Ａから下面１１Ｂまで貫通している。
【００１３】
枠体１２は、例えば、金属製であり、矩形枠状に形成されている。この枠体１２は、絶縁基板１１の上面１１Ａに配置されている。アクチュエータ１３は、絶縁基板１１の上面１１Ａにおいて枠体１２で囲まれた内側に配置されている。各アクチュエータ１３は、第１方向Ｘに概ね直交する第２方向Ｙに沿って延出している。これらのアクチュエータ１３は、第１方向Ｘに沿って並んでいる。第１方向Ｘに沿って並んだアクチュエータ１３の間には、第２方向Ｙに沿って延出したインク圧力室１４がスリット状に形成される。
【００１４】
図示した例では、アクチュエータ１３は、第１方向Ｘに沿って２列に配置されている。複数のインク排出口１１ｏｕｔは、絶縁基板１１の略中央部、つまり、２列のアクチュエータ１３の間において第１方向Ｘに沿って並んでいる。複数のインク供給口１１ｉｎは、絶縁基板１１の周辺部、つまり、枠体１２とアクチュエータ１３との間において第１方向Ｘに沿って並んでいる。このような構成により、インク供給口１１ｉｎのそれぞれからインク圧力室１４に向けてインクが供給され、インク圧力室１４を通過したインクがインク排出口１１ｏｕｔのそれぞれから排出される。
【００１５】
ノズルプレート２０は、例えば、ポリイミド製であり、第１方向Ｘに沿って延出した四角形の板状に形成されている。このノズルプレート２０は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに直交する第３方向Ｚに沿って主要部１０の上方に配置されている。このノズルプレート２０は、マスクプレート３０と対向する側に上面２０Ａを有するとともに、主要部１０と対向する側に下面２０Ｂを有している。このノズルプレート２０の下面２０Ｂと、枠体１２及びアクチュエータ１３とは、図示しない接着剤により接着されている。
【００１６】
このようなノズルプレート２０は、ノズル穴２１を有している。各ノズル穴２１は、それぞれインク圧力室１４に対向して形成されている。図示した例では、互いに隣接するノズル穴２１は、第１方向Ｘに沿った同一直線上に形成されていない。これらのノズル穴２１のレイアウトについては後に詳述する。
【００１７】
マスクプレート３０は、例えば、金属製であり、ノズルプレート２０を囲む枠状に形成されている。このマスクプレート３０は、第３方向Ｚに沿って主要部１０の上方に配置されている。このマスクプレート３０は、ノズルプレート２０の外径と略同等の四角形状の開口部３０Ａを有している。このマスクプレート３０と、枠体１２とは、図示しない接着剤により接着されている。
【００１８】
ホルダ４０は、第３方向Ｚに沿って主要部１０の下方に配置されている。このホルダ４０は、インク供給口１１ｉｎに向けてインクを導入するためのインク導入路４１、及び、インク排出口１１ｏｕｔから排出されたインクを回収するインク回収路４２を有している。インク導入路４１には、図示しないインクタンクからインクを導入するための導入用パイプＰ１が接続されている。インク回収路４２には、インクをインクタンクに回収するための回収用パイプＰ２が接続されている。このホルダ４０は、主要部１０と対向する側に上面４０Ａを有している。このホルダ４０の上面４０Ａと、絶縁基板１１の下面１１Ｂとは、図示しない接着剤により接着されている。
【００１９】
絶縁基板１１の上面１１Ａにおいて、枠体１２の外側には、詳述しないがアクチュエータ１３に電気的に接続された端子が配置され、図示しない異方性導電膜を介して配線基板１５が実装されている。パルス信号生成部５０は、アクチュエータ１３を駆動するのに必要なパルス信号を生成する。このパルス信号生成部５０は、配線基板１５を介して各アクチュエータ１３にパルス信号を印加する。このパルス信号は、インク圧力室１４の容積を変化させるものであり、後述する駆動パルス信号及びダミーパルス信号を含んでいる。
【００２０】
ホルダ４０と絶縁基板１１とを接着する接着剤、ノズルプレート２０と枠体１２及びアクチュエータ１３とを接着する接着剤、及び、マスクプレート３０と枠体１２とを接着する接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化型樹脂が適用可能である。
【００２１】
図２は、図１に示したインクジェットヘッド１を構成するアクチュエータ１３を概略的に示す断面図である。
【００２２】
アクチュエータ１３は、隔壁１３１を形成する圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂ、及び、これらの隔壁１３１の両側面にそれぞれ形成された電極１３２及び１３３によって構成されている。インク圧力室１４は、隣接する２つのアクチュエータ１３の間に形成されている。
【００２３】
圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）製である。圧電部材１３１Ａは絶縁基板１１の上面に形成され、圧電部材１３１Ｂは圧電部材１３１Ａの上に貼り合わせられている。圧電部材１３１Ａの分極方向は、図中の矢印で示すように圧電部材１３１Ｂの分極方向と互いに逆向きである。
【００２４】
電極１３２及び１３３は、例えば、ニッケルメッキや銅メッキなどによって形成されている。これらの電極１３２及び１３３は、圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂを挟み込んでいる。このような構成のアクチュエータ１３は、電極１３２及び１３３に逆極性の電圧が印加されることにより、圧電部材１３１Ａ及び１３１Ｂによって形成された隔壁１３１が変形し、インク圧力室１４の容積を変化させる（つまり、容積を拡張させたり、容積を収縮させたりする）。
【００２５】
アクチュエータ１３を構成する圧電部材１３１Ｂには、ノズルプレート２０が接着されている。このノズルプレート２０に形成されたノズル穴２１は、インク圧力室１４に連通している。
【００２６】
図３は、図１に示したインクジェットヘッド１を構成するノズルプレート２０を概略的に示す上面図である。
【００２７】
ノズルプレート２０には、複数のノズル穴２１が形成されている。このノズル穴２１は、図中に破線で示したように、アクチュエータ１３の間に形成されたインク圧力室１４の直上に形成されている。
【００２８】
ここに示した例では、第１方向Ｘに並んだ３個のインク圧力室をそれぞれ第１インク圧力室１４Ａ、第２インク圧力室１４Ｂ、及び、第３インク圧力室１４Ｃと称する。また、第１インク圧力室１４Ａ、第２インク圧力室１４Ｂ、及び、第３インク圧力室１４Ｃにそれぞれ対向する３個のノズル穴をそれぞれ第１ノズル穴２１Ａ、第２ノズル穴２１Ｂ、及び、第３ノズル穴２１Ｃと称する。
【００２９】
これらの第１乃至第３ノズル穴２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、第１方向Ｘに対して鋭角に交差する同一直線Ｌ上に位置している。このように並んだ３個のノズル穴２１は、繰り返し形成され、２個おきに並んだノズル穴２１が第１方向Ｘに沿った同一直線上に形成されている。
【００３０】
第２方向Ｙは、インクジェットヘッドに対して相対的に媒体が移動する方向と略平行である。第１インク圧力室１４Ａ（及び第１インク圧力室１４Ａから２個おきのインク圧力室）が選択された駆動期間において第１ノズル穴２１Ａからインク滴の吐出が可能であり、これに続いて、第２インク圧力室１４Ｂ（及び第２インク圧力室１４Ｂから２個おきのインク圧力室）が選択された駆動期間において第２ノズル穴２１Ｂからインク滴の吐出が可能であり、これに続いて、第３インク圧力室１４Ｃ（及び第３インク圧力室１４Ｃから２個おきのインク圧力室）が選択された駆動期間において第３ノズル穴２１Ｃからインク滴の吐出が可能である。
【００３１】
図４は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１においてノズル穴２１からインクが吐出される過程を説明するための図である。
【００３２】
図中の（ａ）は、インク圧力室１４を仕切るアクチュエータ１３に印加される駆動パルス信号の一例である。この駆動パルス信号は、インク圧力室１４の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルスＰＬ１と、この拡張パルスＰＬ１に続く時間ｔ２の後に、インク圧力室１４の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスＰＬ２を含んでいる。この駆動パルス信号の実質的な駆動時間は、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３に相当する。拡張パルスＰＬ１及び収縮パルスＰＬ２は、同じ振幅Ｖであって互いに異なる極性である。ここでは、拡張パルスＰＬ１は正極性であり、収縮パルスＰＬ２は負極性である。
【００３３】
駆動パルス信号の拡張パルスＰＬ１がアクチュエータ１３に印加される前の初期状態では、図中の（ｂ）で示すように、アクチュエータ１３は、絶縁基板１１に対して略垂直に起立している。拡張パルスＰＬ１がアクチュエータ１３に印加されると、図中の（ｃ）で示すように、アクチュエータ１３が変形し、インク圧力室１４の容積が急激に拡張され、インク圧力室１４に負圧が発生する。この状態は時間ｔ１だけ保たれ、インクがインク圧力室１４に充填される。
【００３４】
時間ｔ１が経過した後、拡張パルスＰＬ１がアクチュエータ１３に印加されなくなると、図中の（ｂ）で示した状態にアクチュエータ１３が復帰し、インク圧力室１４の容積が初期状態に戻る。これにより、インク圧力室１４の圧力が高まり、インク圧力室１４に充填されたインクがノズル穴２１からインク滴として吐出される。この状態は、時間ｔ２だけ保たれる。
【００３５】
時間ｔ２が経過した後、収縮パルスＰＬ２がアクチュエータ１３に印加されると、図中の（ｄ）で示すように、アクチュエータ１３が変形し、インク圧力室１４の容積が急激に収縮される。この状態は、時間ｔ３だけ保たれる。時間ｔ３が経過した後に、収縮パルスＰＬ２がアクチュエータ１３に印加されなくなると、図中の（ｂ）で示した状態にアクチュエータ１３が復帰し、インク圧力室１４の容積が初期状態に戻る。これにより、インク圧力室１４の圧力が抑えられ、残留振動が抑えられる。
【００３６】
ここに示した時間ｔ１、ｔ２、及び、ｔ３は、ともに数μｓであり、例えば、互いに異なる（ｔ１≠ｔ２≠ｔ３）。ここでは、時間ｔ２が最も長く、時間ｔ３が最も短い（ｔ２＞ｔ１＞ｔ３）。時間ｔ２は、時間ｔ１の約１．３倍相当である。時間ｔ３は、時間ｔ１の０．４倍相当である。
【００３７】
図５は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１により印字される印字パターンのドット図である。なお、図中の横方向はノズル２１の並び方向であり、縦方向は媒体の送り方向あるいはインクジェットヘッド１の移動方向である。
【００３８】
図示した例では、図中の左側に位置する５個のノズル穴２１からは、１ライン置きに交互にインク滴が吐出され、千鳥パターンのドットが印字されている。図中の右側に位置する５個のノズル穴２１からは、各ラインにインク滴が吐出され、ベタパターンのドットが印字されている。図中の中央に位置する２個のノズル穴２１からはインク滴が吐出されず、空白パターンが形成されている。
【００３９】
図示したように、印字パターンにより、インク滴を吐出させるノズル穴２１とインク滴を吐出させないノズル穴２１とがあり、インク滴を吐出させない休止時間が長くなるほどインクが増粘し、インク滴を吐出させるタイミングでノズル穴２１からインク滴が吐出しにくくなることがある。このため、本実施形態では、インクの増粘を抑制する駆動技術を適用している。
【００４０】
図６は、インクの増粘によって生ずる不具合を説明するための印字パターンとドットとの関係を示す図である。なお、図中の横方向はノズル２１の並び方向であり、縦方向は媒体の送り方向あるいはインクジェットヘッド１の移動方向である。
【００４１】
図示した例では、図中の左側に位置するノズル穴２１１を含む３個のノズル穴２１からは、各ラインにインク滴が正常に吐出され、均一なドットが形成された状態を示している。一方で、図中の右側に位置するノズル穴２１２を含む３個のノズル穴２１からは、図示した２ラインまではインク滴が吐出されない休止時間であったために、インクの増粘が発生し、図示した３ライン目からインク滴が吐出された際に正常なドットが形成されなかった状態を示している。具体的には、ノズル穴２１２から吐出されるインク滴の吐出体積の減少により、形成されたドット径が正常なドット径よりも小さくなってしまうとともに、インク滴の吐出速度の低下により形成されたドットの印字位置が正常なドットの印字位置よりも後退してしまう。このようなドット径の不均一やドットの印字位置のずれは、印刷品位の低下の原因となりうる。
【００４２】
図７は、インクの増粘を十分に抑制できなかった場合に生ずる不具合を説明するための図である。
【００４３】
すなわち、インクの増粘に起因して、印刷時にノズル穴２１から吐出されたメインのインク滴の液柱から微小なインク滴がちぎれ、メインのインク滴によって形成されたメインドットＤに加えて微小なインク滴によって形成された微小ドット（サテライト）Ｄ’が媒体上に印刷されてしまう。このようなサテライトの存在は、印刷品位の低下の原因となりうる。
【００４４】
そこで、本実施形態におけるインクジェットヘッド１においては、第１方向Ｘに並んだインク圧力室１４がそれぞれ選択された駆動期間において、ノズル穴２１からインク滴を吐出させる駆動パルス信号またはノズル穴２１からインク滴を吐出させないダミーパルス信号をアクチュエータ１３に印加する。
【００４５】
ここでの駆動パルス信号とは、図４を参照して説明したように、インク圧力室１４の容積を変化させるパルス信号である。このような駆動パルス信号がアクチュエータ１３に印加されることにより、インク圧力室１４に取り込んだインクがノズル穴２１からインク滴として吐出される。
【００４６】
ダミーパルス信号とは、インク圧力室１４のインクをノズル穴２１から吐出させない程度にインク圧力室１４の容積を変化させるパルス信号である。このようなダミーパルス信号がアクチュエータ１３に印加されることにより、インク圧力室１４のインクに適度な微小振動を与え、インクの増粘を抑制することができる。
【００４７】
図８は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１に適用可能な駆動技術であって、第１方向Ｘに並んだ３個のインク圧力室１４の容積を順次変化させる駆動技術の一例を説明するための図である。
【００４８】
ここに示した例では、例えば、上段が第１インク圧力室１４Ａ及び第１ノズル穴２１Ａに対応し、中段が第２インク圧力室１４Ｂ及び第２ノズル穴２１Ｂに対応し、下段が第３インク圧力室１４Ｃ及び第３ノズル穴２１Ｃに対応するものとする。
【００４９】
すなわち、第１インク圧力室１４Ａが選択される第１駆動期間Ｔ１においては、第１インク圧力室１４Ａの容積を変化させる駆動パルス信号Ｓ１またはダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加される。図示した例では、第１駆動期間Ｔ１においては、駆動パルス信号Ｓ１がアクチュエータ１３に印加されている。これにより、第１ノズル穴２１Ａからインク滴が吐出される。
【００５０】
第１駆動期間Ｔ１に続き、第２インク圧力室１４Ａが選択される第２駆動期間Ｔ２においては、第２インク圧力室１４Ｂの容積を変化させる駆動パルス信号Ｓ１またはダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加される。図示した例では、第２駆動期間Ｔ２においては、ダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加されている。これにより、第２ノズル穴２１Ｂからはインク滴が吐出されないが、第２インク圧力室１４Ｂ内のインクに微小振動が付与される。
【００５１】
第２駆動期間Ｔ２に続き、第３インク圧力室１４Ｃが選択される第３駆動期間Ｔ３においては、第３インク圧力室１４Ｃの容積を変化させる駆動パルス信号Ｓ１またはダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加される。図示した例では、第３駆動期間Ｔ３においては、ダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加されている。これにより、第３ノズル穴２１Ｃからはインク滴が吐出されないが、第３インク圧力室１４Ｃの内部のインクに微小振動が付与される。
【００５２】
なお、第１駆動期間Ｔ１、第２駆動期間Ｔ２、及び、第３駆動期間Ｔ３のそれぞれの長さは同一である。
【００５３】
つまり、駆動期間にインク滴を不吐出とする際には、駆動パルス信号Ｓ１に代えてダミーパルス信号Ｓ２が印加される。これにより、インク圧力室１４の内部のインクの増粘を抑制し、駆動期間にインク滴が吐出される際に、インク滴の吐出体積の減少や吐出速度の低下を抑制することができる。したがって、休止時間が長くなっても、ダミーパルス信号Ｓ２によってインクの増粘が抑制され、次に駆動パルス信号Ｓ１が印加された際に正常なドットを形成することができる。
【００５４】
本実施形態で適用されるダミーパルス信号Ｓ２は、インク圧力室１４の容積を収縮させるパルスを含んでいる。すなわち、ダミーパルス信号Ｓ２は、駆動パルス信号Ｓ１の収縮パルスＰＬ２と極性が同一（正極性）であるとともに振幅も同一（＋Ｖ）である。このようなダミーパルス信号Ｓ２がアクチュエータ１３に印加された際には、インク圧力室１４からインクを押し出す方向に力が作用するが、それ以前にインク圧力室１４の容積を拡張するインク充填動作を行っていないため、ダミーパルス信号Ｓ２の時間ｔ４が長すぎなければ、インク滴がノズル穴２１から吐出されることはない。
【００５５】
また、本実施形態において、インク不吐出の際にダミーパルス信号Ｓ２が印加されるタイミングは、インク吐出の際に駆動パルス信号Ｓ１の拡張パルスＰＬ１が印加されるタイミングと同一である。すなわち、インク吐出の際には、駆動期間に瞬時に拡張パルスＰＬ１が立ち下がる。インク不吐出の際には、駆動期間に瞬時にダミーパルス信号Ｓ２が立ち上がる。なお、ダミーパルス信号Ｓ２の時間ｔ４は、拡張パルスＰＬ１の時間ｔ１よりも短い。
【００５６】
このようなダミーパルス信号Ｓ２の時間ｔ４は、発明者による検討の結果、誤吐出を防止するとともに、インク滴の吐出体積の減少や吐出速度の低下さらにはサテライトの発生の原因となるインクの増粘を十分に抑制するといった観点から、拡張パルスＰＬ１の時間ｔ１に対して、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定されることが望ましいことが確認された。
【００５７】
時間ｔ４が（ｔ１／５）×１．６よりも長い場合には、インク滴の誤吐出が確認され、印刷品位の低下を招く。また、この場合には、インク不吐出にもかかわらず、多大な電気エネルギーが必要となり、省エネルギーの観点からも望ましくない。
【００５８】
時間ｔ４が（ｔ１／５）×１．４よりも短い場合には、インクの増粘を十分に抑制することができず、ドット径の不均一やドットの印字位置のずれ、さらには、サテライトの発生が確認された。
【００５９】
本実施形態によれば、駆動期間においてインク不吐出の際に上記のように規定した時間ｔ４のダミーパルス信号Ｓ２をアクチュエータ１３に印加することにより、インクの増粘が抑制されるとともに、ノズル穴、インク、及び、メニスカスが適正な状態に保持される。このため、駆動期間において、インク吐出の駆動パルス信号Ｓ１がアクチュエータ１３に印加された際には、インク滴の吐出体積及び吐出速度が均一化され、また、サテライトの発生を抑制することが可能となるため、高品位の印刷が可能となる。
【００６０】
図９は、ダミーパルス信号の時間ｔ４に対するサテライトの発生の有無を確認した実験結果を示す図である。
【００６１】
ここでは、インク不吐出となる一定の休止時間にダミーパルス信号をそれぞれの時間ｔ４で印加し、直後にインク吐出のための駆動パルス信号を印加した場合に、１ラインあたりに発生したサテライトの個数をカウントした。
【００６２】
ｔ４＝（ｔ１／５）×０．４の場合、１ラインあたり５個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×０．６の場合、１ラインあたり４個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×０．８の場合、１ラインあたり１個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×１．０の場合、１ラインあたり２個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×１．２の場合、１ラインあたり１個のサテライトが確認された。ｔ４＝（ｔ１／５）×１．４の場合、及び、ｔ４＝（ｔ１／５）×１．６の場合には、１ラインにサテライトは発生しなかった。
【００６３】
このような実験結果からも明らかように、ダミーパルス信号の時間ｔ４は、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定することが極めて有効である。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、高品位の印刷が可能なインクジェットヘッド及びその駆動方法を提供することができる。
【００６５】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…インクジェットヘッド
１０…主要部
１３…アクチュエータ １４…インク圧力室
１４Ａ…第１インク圧力室 １４Ｂ…第２インク圧力室 １４Ｃ…第３インク圧力室
２０…ノズルプレート ２１…ノズル穴
２１Ａ…第１ノズル穴 ２１Ｂ…第２ノズル穴 ２１Ｃ…第３ノズル穴
３０…マスクプレート
５０…パルス信号生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを取り込むインク圧力室と、
前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、
前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加するパルス信号生成部と、を備え、
前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルス、及び、前記拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスを含み、
前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記インク圧力室は、第１方向に並んだ第１乃至第３インク圧力室を含み、
前記パルス信号生成部は、第１駆動期間において前記第１インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第１駆動期間に続く第２駆動期間において前記第２インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第２駆動期間に続く第３駆動期間において前記第３インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記ノズル穴は、前記第１インク圧力室に連通する第１ノズル穴、前記第２インク圧力室に連通する第２ノズル穴、及び、前記第３インク圧力室に連通する第３ノズル穴を含み、
前記第１乃至第３ノズル穴は、前記第１方向に対して鋭角に交差する同一直線上に位置することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、を備えたインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加する駆動方法であって、
前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張する時間ｔ１の拡張パルス、及び、拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮する時間ｔ３の収縮パルスを含み、
前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項５】
第１駆動期間において第１インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第１駆動期間に続く第２駆動期間において前記第１インク圧力室に隣接する第２インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第２駆動期間に続く第３駆動期間において前記第２インク圧力室に隣接する第３インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項６】
前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を収縮させるパルスを含むことを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項７】
インク滴が不吐出の際に前記ダミーパルス信号が印加されるタイミングは、インク滴が吐出される際に前記駆動パルス信号の前記拡張パルスが印加されるタイミングと同一であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項１】
インクを取り込むインク圧力室と、
前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、
前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加するパルス信号生成部と、を備え、
前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張させる時間ｔ１の拡張パルス、及び、前記拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮させる時間ｔ３の収縮パルスを含み、
前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記インク圧力室は、第１方向に並んだ第１乃至第３インク圧力室を含み、
前記パルス信号生成部は、第１駆動期間において前記第１インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第１駆動期間に続く第２駆動期間において前記第２インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第２駆動期間に続く第３駆動期間において前記第３インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記ノズル穴は、前記第１インク圧力室に連通する第１ノズル穴、前記第２インク圧力室に連通する第２ノズル穴、及び、前記第３インク圧力室に連通する第３ノズル穴を含み、
前記第１乃至第３ノズル穴は、前記第１方向に対して鋭角に交差する同一直線上に位置することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
インクを取り込むインク圧力室と、前記インク圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記インク圧力室に連通するノズル穴を有するノズルプレートと、を備えたインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル穴からインク滴を吐出させる駆動パルス信号または前記ノズル穴からインク滴を吐出させないダミーパルス信号を前記アクチュエータに印加する駆動方法であって、
前記駆動パルス信号は、前記インク圧力室の容積を拡張する時間ｔ１の拡張パルス、及び、拡張パルスに続く時間ｔ２の後に前記インク圧力室の容積を収縮する時間ｔ３の収縮パルスを含み、
前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を変化させる時間ｔ４のパルスを含み、時間ｔ４は、
（ｔ１／５）×１．４≦ｔ４≦（ｔ１／５）×１．６
の範囲に設定されたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項５】
第１駆動期間において第１インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第１駆動期間に続く第２駆動期間において前記第１インク圧力室に隣接する第２インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加し、前記第２駆動期間に続く第３駆動期間において前記第２インク圧力室に隣接する第３インク圧力室の容積を変化させる前記駆動パルス信号または前記ダミーパルス信号を印加することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項６】
前記ダミーパルス信号は、前記インク圧力室の容積を収縮させるパルスを含むことを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項７】
インク滴が不吐出の際に前記ダミーパルス信号が印加されるタイミングは、インク滴が吐出される際に前記駆動パルス信号の前記拡張パルスが印加されるタイミングと同一であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３５４２０（Ｐ２０１２−３５４２０Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７４７３６（Ｐ２０１０−１７４７３６）
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３日（２０１０．８．３）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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