JP2008105265A - 液体噴射ヘッドの駆動方法、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴の微小化を図りつつ液滴を安定して吐出することが可能な液体噴射ヘッドの駆動方法、及び、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】吐出パルスＤＰは、圧力発生室を収縮させてノズル開口から液滴を吐出させる第１放電要素Ｐｃ（第１の収縮工程）と、この吐出の反動によるメニスカスの圧力発生室側への後退を低減するように圧力発生室を収縮させる第２放電要素Ｐｅ（第２の収縮工程）とを含み、第１放電要素の始端から第２放電要素の始端までの時間を圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間に設定し、尚且つ、第１放電要素の発生時間を圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定した。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式プリンタ等の液体噴射装置の制御方法、及び、液体噴射装置に関するものであり、特に、駆動信号の供給によって圧力発生素子を作動させることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドの駆動方法、及び、液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は、液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、吐出対象物としての記録紙等に対して液体状のインクをインク滴として吐出・着弾させてドットを形成することで記録を行うインクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタという）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、ディスプレー製造装置などの各種の製造装置にも応用されている。

ここで、上記インクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタと略記する）を例に挙げると、このプリンタは、共通インク室（リザーバ）から圧力発生室を通りノズル開口に至る一連のインク流路や、圧力発生室の容積を変動させるための圧力発生素子（例えば、圧電素子）等を有する記録ヘッドを搭載し、また、この圧電素子に供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路（駆動振動発生手段）を備えている。そして、駆動信号発生回路からの駆動信号に含まれる駆動パルスによって圧電素子を駆動して圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズル開口からインク滴を吐出するように構成されている。

この種のプリンタでは、記録画像の高画質化の要請に伴い、吐出するインク滴の微小化が進んでいる。即ち、インク滴を微小化することにより、記録紙等の記録媒体に記録されてるドットの径を小さくして、記録画像の高解像度化や、低濃度領域における粒状感（視覚的に感じる画像の粗さ）の低減を図っている。このようなインク滴の微小化のためには、ノズル開口の径を小さくすることが考えられるが、ノズル開口の径を小さくすると、加工が困難になってコストが高くなるうえ、精度も低下しやすくなる。また、ノズル開口近傍のインクが乾燥することによる目詰まりが生じやすくなるという問題があるため、ノズル開口の小径化には限界があった。

このため、圧電素子を駆動するための駆動信号を工夫することにより、インク滴を吐出する際のメニスカスの挙動を制御して、ノズル開口のサイズを変えることなくインク滴の微小化を図る技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されているインクジェット式記録装置では、インク滴を吐出させる前に圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む準備信号に先だって、圧力発生室を一旦収縮させる収縮信号を駆動信号に設け、この収縮信号によってメニスカスを押し出し、その後に続く準備信号によってメニスカスの中央近傍を局所的に引き込み、この引き込まれたメニスカスの中央近傍の微小部分のインクを、極めて微小なインク滴として吐出させるようにしている。

特開２００２−１２７４１８号公報（図３、図４）

しかしながら、何らの対策も無くインク滴を微小化すると、吐出時の飛翔速度が低下し、これにより、飛翔曲がりが生じたり、吐出対象物（記録紙等）に着弾できずにミスト化する等の不具合が生じる虞がある。

また、インク滴吐出後には、インクの残留振動が問題となる。即ち、この残留振動によってメニスカスの挙動が乱れ、これによりインク滴が不用意に吐出されてしまったり、次に行うインク滴の吐出動作に悪影響を及ぼしたりする虞がある。特に、より微小なインク滴を非常に短い時間（例えば、数μｓ）で連続的に吐出する場合、上記の残留振動を可及的に抑制することが望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液滴の微小化を図りつつ液滴を安定して吐出することが可能な液体噴射ヘッドの駆動方法、及び、液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体噴射装置の制御方法は、上記目的を達成するために提案されたものであり、吐出パルスの供給により圧力発生素子を作動して圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動によりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第１の収縮工程と、液滴吐出後のメニスカスの圧力発生室側への後退を低減するように前記圧力発生室を収縮させる第２の収縮工程とを含み、
前記第１の収縮工程が開始されてから前記第２の収縮工程が開始されるまでの時間が前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間であって、尚且つ、前記第１の収縮工程の時間が前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下であることを特徴とする。

この構成によれば、第１の収縮工程の時間を圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定することにより圧力発生素子の固有振動を励起することができ、この固有振動を利用して圧力発生素子をより俊敏に伸張させることができる。これにより、液滴が吐出対象物における所望の位置に着弾するのに必要な飛翔速度を確保しつつ、従来よりも液滴の量を少なくすることができる。そして、第１の収縮工程が開始されてから第２の収縮工程が開始されるまでの時間を圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間に設定することにより、液滴吐出後のメニスカスが圧力発生室側に移動しているタイミングで第２の収縮工程が行われるので、メニスカスの引き込みを抑えて次の液滴の吐出に備えることができ、これにより、高速安定駆動が実現できる。

上記構成において、前記第２の収縮工程の時間が、前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下であることが望ましい。

この構成においては、第２の収縮工程の時間を圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定することにより、第２の収縮工程で圧力発生素子をより俊敏に伸張させることができる。これにより、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれることを、より確実に抑制することができ、液滴吐出後のメニスカスの残留振動をより早い段階で収束させることが可能となる。また、このようにメニスカスの引き込みを防止すると、吐出直後の液滴にメニスカスを近づけることができ、これにより、液滴に付随する余分な液体が表面張力によってメニスカスに取り込まれ易くなる。その結果、液滴の一層の微小化を図ることが可能となる。

また、上記構成において、前記第１の収縮工程に先立って前記圧力発生室を膨張させる膨張工程を含み、
当該膨張工程の時間が、前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以上であることが望ましい。

この構成によれば、膨張工程の時間を圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以上に設定することにより、不必要な発振を抑えつつ圧力発生室を膨張させることができる。これにより、液滴の吐出を安定させることができる。

また、上記構成において、前記第１の収縮工程における収縮量が、前記膨張工程での膨張量の５０％以下であることが望ましい。

また、本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズル開口に連通する圧力発生室および当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子を有し、吐出パルスの供給により圧力発生素子を作動して圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動によりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させるための第１の収縮要素と、液滴吐出後のメニスカスの圧力発生室側への後退を低減するように前記圧力発生室を収縮させるための第２の収縮要素とを含む吐出パルスを前記圧力発生素子に供給して当該圧力発生素子を駆動する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記第１の収縮要素の始端から前記第２の収縮要素の始端までの時間を前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間に設定し、尚且つ、前記第１の収縮要素の発生時間を前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、第１の収縮要素の発生時間を圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定することにより圧力発生素子の固有振動を励起することができ、この固有振動を利用して圧力発生素子をより俊敏に伸張させることができる。これにより、液滴が吐出対象物における所望の位置に着弾するのに必要な飛翔速度を確保しつつ、従来よりも液滴の量を少なくすることができる。そして、第１の収縮要素の始端から第２の収縮要素の始端までの時間を圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間に設定することにより、液滴吐出後のメニスカスが圧力発生室側に移動しているタイミングで圧力発生素子が伸張して圧力発生室が収縮するので、メニスカスの引き込みを抑えて次の液滴の吐出に備えることができ、これにより、高速安定駆動が実現できる。

上記構成において、前記駆動手段は、前記第２の収縮要素の発生時間を前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定することが望ましい。

この構成においては、第２の収縮要素の発生時間を圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定することにより、圧力発生素子をより俊敏に伸張させることができる。これにより、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれることを、より確実に抑制することができ、液滴吐出後のメニスカスの残留振動をより早い段階で収束させることが可能となる。また、このようにメニスカスの引き込みを防止すると、吐出直後の液滴とメニスカスの距離を近づけることができ、これにより、液滴に付随する余分な液体が表面張力によってメニスカスに取り込まれ易くなる。その結果、液滴の一層の微小化を図ることが可能となる。

上記構成において、前記吐出パルスが、前記第１の収縮要素よりも前に発生して前記圧力発生室を膨張させる膨張要素を含み、
前記駆動手段は、前記膨張要素の発生時間を前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以上に設定することが望ましい。

この構成によれば、膨張要素の発生時間を圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以上に設定することにより、不必要な発振を抑えつつ圧力発生室を膨張させることができる。これにより、液滴の吐出を安定させることができる。

また、上記構成において、前記第１の収縮工程における収縮量が、前記膨張工程での膨張量の５０％以下であることが望ましい。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下においては、本発明の液体噴射装置の一例として図１に示すインクジェット式プリンタ（以下、プリンタと略記する）を例示する。

図１はプリンタの電気的な構成を示すブロック図である。このプリンタは、プリンタコントローラ１とプリントエンジン２とで概略構成されている。プリンタコントローラ１は、ホストコンピュータ等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）３と、各種データ等を記憶するＲＡＭ４と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ５と、各部の制御を行う制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、記録ヘッド１０へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路８と、ドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド１０に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）９とを備えている。

制御部６は、各部の制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ３を通じて受信した印刷データを、ドットパターンデータに変換し、このドットパターンデータを内部Ｉ／Ｆ９を通じて記録ヘッド１０側に出力する。このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。また、制御部６は、発振回路７からのクロック信号に基づいて記録ヘッド１０に対してラッチ信号やチャンネル信号等を供給する。これらのラッチ信号やチャンネル信号に含まれるラッチパルスやチャンネルパルスは、駆動信号を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

駆動信号発生回路８は、制御部６によって制御され、圧電素子２０（図２参照）を駆動するための駆動信号を発生する。本実施形態における駆動信号発生回路８は、インク滴（液滴の一種）を吐出して記録紙（吐出対象物の一種）上にドットを形成するための吐出パルスや、ノズル開口３７（図２参照）に露出したインク（液体の一種）の自由表面、即ち、メニスカスを微振動させてインクを攪拌するための微振動パルス等を一記録周期内に含む駆動駆動信号ＣＯＭを発生するように構成されている。

次に、プリントエンジン２側の構成について説明する。プリントエンジン２は、記録ヘッド１０と、キャリッジ移動機構１２と、紙送り機１３と、リニアエンコーダ１４とから構成されている。記録ヘッド１０は、シフトレジスタ（ＳＲ）１５、ラッチ１６、デコーダ１７、レベルシフタ１８、スイッチ１９、及び圧電素子２０を備えている。プリンタコントローラ１からのドットパターンデータ（ＳＩ）は、発振回路７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスタ１５にシリアル伝送される。このドットパターンデータは、２ビットのデータであり、例えば、非記録（微振動）、小ドット、中ドット、大ドットからなる４階調の記録階調（吐出階調）を表す階調情報によって構成されている。具体的には、非記録は階調情報「００」、小ドットは階調情報「０１」、中ドットが階調情報「１０」、大ドットが階調情報「１１」と表される。

シフトレジスタ１５には、ラッチ１６が電気的に接続されており、プリンタコントローラ１からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ１６に入力されると、シフトレジスタ１５のドットパターンデータをラッチする。このラッチ１６にラッチされたドットパターンデータは、デコーダ１７に入力される。このデコーダ１７は、２ビットのドットパターンデータを翻訳してパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスに各ビットを夫々対応させることで構成されている。そして、各ビットの内容、例えば、「０」，「１」に応じて圧電素子２０に対する吐出パルスの供給又は非供給が選択される。

そして、デコーダ１７は、ラッチ信号（ＬＡＴ）又はチャンネル信号（ＣＨ）の受信を契機にパルス選択データをレベルシフタ１８に出力する。この場合、パルス選択データは、上位ビットから順にレベルシフタ１８に入力される。このレベルシフタ１８は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが「１」の場合、スイッチ１９を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。レベルシフタ１８で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ１９に供給される。このスイッチ１９の入力側には、駆動信号発生回路８からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ１９の出力側には、圧電素子２０が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ１９の作動、つまり、駆動信号中の駆動パルスの圧電素子２０への供給を制御する。例えば、スイッチ１９に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ１９が接続状態になって、対応する吐出パルスが圧電素子２０に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電素子２０の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフタ１８からはスイッチ１９を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ１９は切断状態となり、圧電素子２０へは吐出パルスが供給されない。

このような動作を行うデコーダ１７、レベルシフタ１８、スイッチ１９、制御部６、及び駆動信号発生回路８は、本発明における駆動手段として機能し、ドットパターンデータに基づき、駆動信号の中から必要な吐出パルスを選択して圧電素子２０に印加（供給）する。その結果、圧電素子２０が伸張又は収縮し、この圧電素子２０の伸縮に伴って圧力発生室３５（図２参照）が膨張又は収縮することにより、ドットパターンデータを構成する階調情報に応じた量のインク滴がノズル開口から吐出される。

図２は、上記記録ヘッド１０（液体噴射ヘッドの一種）の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド１０は、ケース２３と、このケース２３内に収納される振動子ユニット２４と、ケース２３の底面（先端面）に接合される流路ユニット２５等を備えている。上記のケース２３は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット２４を収納するための収納空部２６が形成されている。振動子ユニット２４は、圧力発生素子の一種として機能する圧電素子２０と、この圧電素子２０が接合される固定板２８と、圧電素子２０に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル２９とを備えている。図３に示すように、圧電素子２０は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電素子である。

流路ユニット２５は、流路形成基板３０の一方の面にノズルプレート３１を、流路形成基板３０の他方の面に振動板３２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２５には、リザーバ３３（共通液体室）と、インク供給口３４と、圧力発生室３５と、ノズル連通口３６と、ノズル開口３７とを設けている。そして、インク供給口３４から圧力発生室３５及びノズル連通口３６を経てノズル開口３７に至る一連のインク流路が、各ノズル開口３７に対応して形成されている。

上記ノズルプレート３１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば３６０ｄｐｉ）で複数のノズル開口３７が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート３１には、ノズル開口３７を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば３６０個のノズル開口３７によって構成される。

上記振動板３２は、支持板３８の表面に弾性体膜３９を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板３８とし、この支持板３８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３９としてラミネートした複合板材を用いて振動板３２を作製している。この振動板３２には、圧力発生室３５の容積を変化させるダイヤフラム部４０が設けられている。また、この振動板３２には、リザーバ３３の一部を封止するコンプライアンス部４１が設けられている。

上記のダイヤフラム部４０は、エッチング加工等によって支持板３８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４０は、圧電素子２０の自由端部の先端面が接合される島部４２と、この島部４２を囲う薄肉弾性部４３とからなる。上記のコンプライアンス部４１は、リザーバ３３の開口面に対向する領域の支持板３８を、ダイヤフラム部４０と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバ３３に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部４２には圧電素子２０の先端面が接合されているので、この圧電素子２０の自由端部を伸縮させることで圧力発生室３５の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力発生室３５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１０は、この圧力変動を利用してノズル開口３７からインク滴を吐出させるようになっている。

図４は、上記構成の駆動信号発生回路８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる吐出パルスＤＰの構成を説明する波形図である。例示した吐出パルスＤＰは、本実施形態におけるプリンタにおいて吐出可能なインク滴のうち最もサイズの小さいインク滴を吐出するための吐出パルス（小ドット吐出パルス）である。この吐出パルスＤＰは、最低電位ＶＬから最高電位ＶＨまで一定勾配で電位を上昇させる第１充電要素Ｐａ（膨張要素の一種）と、最高電位ＶＨを一定時間維持する第１ホールド要素Ｐｂと、最高電位ＶＨから中間電位ＶＭまで一定勾配で電位を降下させる第１放電要素Ｐｃ（第１の収縮要素の一種）と、中間電位ＶＭを一定時間維持する第２ホールド要素Ｐｄと、中間電位ＶＭから最低電位ＶＬまで電位を一定勾配で降下させる第２放電要素Ｐｅ（第２の収縮要素の一種）とを含んで構成されている。

上記吐出パルスＤＰが圧電素子２０に供給されると次のように作用する。まず、第１充電要素Ｐａが供給されて圧電素子２０が収縮すると、最低電位ＶＬに対応する最小容積（圧電素子２０の作動に応じて増減可能な範囲内において最小の容積）から圧力発生室３５が最高電位ＶＨで規定される最大容積（圧電素子２０の伸縮駆動に応じて増減可能な範囲内において最大の容積）に膨張する（膨張工程）。これにより、図５（ａ）に示すように、ノズル開口３７におけるメニスカスが、圧力発生室３５側に大きく引き込まれる。この圧力発生室３５の膨張状態は、第１ホールド要素Ｐｂの供給期間中に亘って維持される。その後、第１放電要素Ｐｃが供給されることにより圧電素子２０が急激に伸長して圧力発生室３５の容積が中間電位ＶＭに対応する容積まで収縮する（第１の収縮工程）。この圧力発生室３５の急激な収縮によって圧力発生室内のインクが加圧され、これにより、図５（ｂ）に示すように、メニスカスの中心部分が柱状に盛り上がる。これは、メニスカスの中心部分の方が、メニスカスの周縁部（ノズル開口３７の内周に近い側）と比べて動き易く、圧力変動に追従し易いためである。そして、圧力発生室３５の収縮状態は、第２ホールド要素Ｐｄの供給期間に亘って維持される。この間に、図５（ｃ）に示すように、メニスカスの中心部分の柱状部分が千切れ、これが小ドットに対応する数ｐｌのインク滴としてノズル開口３７から吐出される。第２ホールド要素Ｐｄの後に続いて、インク滴の吐出による反動でメニスカスが圧力発生室側に引き込まれるタイミングで、第２放電要素Ｐｅが圧電素子２０に供給される。第２放電要素Ｐｅが圧電素子２０に供給されて圧電素子２０がさらに伸張すると、圧力発生室３５が中間電位ＶＭで規定される容積から最低電位ＶＬで規定される最小容積に収縮する（第２の収縮工程）。これにより、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれることを抑えて、メニスカスの残留振動が抑制される。

ここで、本実施形態における記録ヘッド１０においては、単位長さあたりのインクの質量を示すイナータンス、単位圧力あたりの容積変化を示すコンプライアンス、インクの内部損失を示すレジスタンス、圧電素子２０が発生する圧力、及び、圧電素子２０やインク等の体積速度等をパラメータにして定めた等価回路に基づき、圧力発生室３５内のインクの固有振動周期（ヘルムホルツ振動周期）Ｔｃを求めることができる。また、圧電素子２０の材料密度、弾性係数、及び寸法などから圧電素子２０の固有振動周期Ｔａ等を求めることができる。そして、上記プリンタでは、これらの固有振動周期Ｔｃ，Ｔａを利用して、インク滴の微小化を図りつつ、吐出後の残留振動を抑制してインク滴を安定して吐出するようにしている。具体的には、上記吐出パルスＤＰにおいて、第１放電要素Ｐｃの供給（即ち、第１の収縮工程）が開始されてから第２放電要素Ｐｅの供給（即ち、第２の収縮工程）が開始されるまでの時間Ｔ１を圧力発生室３５の固有振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間に設定し、尚且つ、第１放電要素Ｐｃの発生時間（第１の収縮工程の時間）Ｔ２を圧電素子２０の固有振動周期Ｔａ以下に設定している。

第１放電要素Ｐｃの発生時間（即ち、圧電素子２０への供給時間）Ｔ２を固有振動周期Ｔａ以下に設定する構成に関し、圧電素子にある一定の電圧変化（例えば、最高電位ＶＨから中間電位ＶＭまでの電圧変化）を付与する際に、固有振動周期Ｔａより十分長い時間で電圧を変化させると、この固有振動周期Ｔａの振動は低く抑えられる。逆に、電圧の変化時間を固有振動周期Ｔａよりも短くすると、固有振動周期Ｔａの振動が励振される。そして、固有振動周期Ｔａの振動を励振すると、この振動波（縦振動波）が圧電素子を素子長手方向に伝播し、これにより、Ｔａの振動を励起しない場合と比べて圧電素子が急峻に変位する。したがって、第１放電要素Ｐｃの発生時間Ｔ２を圧電素子２０の固有振動周期Ｔａ以下に設定すると、第１の収縮工程において、圧電素子２０が急峻に伸張して圧力発生室３５が急激に収縮する。これにより、図５（ｂ）に示すように、圧力変動により追従し易いメニスカスの中心部分を、急激に吐出方向側に押し出すことができる。その結果、インク滴が記録紙等の吐出対象物における所望の位置に着弾するのに必要な飛翔速度を確保しつつ、第１放電要素Ｐｃの発生時間Ｔ２を固有振動周期Ｔａ以上に設定した場合よりも、ノズル開口３７からインク滴として吐出させるインクの量を少なくすることができる。

なお、本実施形態においては、第１の収縮工程での第１放電要素Ｐｃによる圧力発生室３５の収縮量が、膨張工程での膨張量の５０％以下となるように第１放電要素Ｐｃの電圧変位量を設定している。即ち、インク滴を吐出する際、圧電素子２０を高速に変位させつつも圧電素子２０の変位量を抑えることで、インク滴の飛翔速度の確保とインク滴の微小化を一層両立させることができる。

このように、圧電素子２０を高速に変位させてインク滴を吐出すると、吐出後の残留振動が問題となる。即ち、吐出時の圧力変動により圧力発生室３５内のインクには圧力発生室内が恰も音響管であるかのように振る舞う固有振動周期Ｔｃの圧力振動が励起される。この残留振動によってメニスカスが不安定となっている状態で次のインク滴の吐出を行うと、インク滴の飛翔速度の低下や飛翔曲がり等の吐出特性の低下を招く虞があるため、この残留振動を可及的に抑制することが必要となる。

このため、上記プリンタでは、第１放電要素Ｐｃの始端から第２放電要素Ｐｅの始端までの時間Ｔ１を圧力発生室３５の固有振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間に設定している。これにより、インク滴吐出後のメニスカスが圧力発生室側に引き込まれる（後退する）タイミングで圧電素子２０が伸張して圧力発生室３５が膨張するので、インク滴吐出後のメニスカスの残留振動を効率良く抑制することができる。これにより、微小なインク滴をより高速に吐出する場合においても、当該吐出動作によるメニスカスの残留振動が次回の吐出動作に対して悪影響を及ぼすことを防止することができる。その結果、記録ヘッド１０の高周波駆動が可能となる。

また、本実施形態においては、第２の収縮工程の時間、即ち、第２放電要素Ｐｅの発生時間Ｔ３を圧電素子２０の固有振動周期Ｔａ以下に設定している。これにより、第２の収縮工程で圧電素子２０を高速に変位させることができ、メニスカスの中心部分が圧力発生室側に引き込まれることを、より確実に抑制することができる。その結果、インク滴吐出後のメニスカスの残留振動をより早い段階で収束させることができる。また、このように吐出後のメニスカスの引き込みを防止すると、図５（ｃ）に示すように、吐出直後のインク滴にメニスカスを近づけることができ、これにより、インク滴に付随する余分なインクがメニスカスに取り込まれ易くなる。その結果、インク滴の一層の微小化を図ることが可能となる。

さらに、本実施形態においては、膨張工程の時間、即ち、第１充電要素Ｐａの発生時間Ｔ４を、圧電素子２０の固有振動周期Ｔａ以上に設定している。これにより、膨張工程で圧電素子２０を駆動しても固有振動周期Ｔａの振動を不必要に発振させないようにすることができる。これにより、第１の収縮工程においてインク滴の吐出を安定させることができる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、本発明における吐出パルスの一例として、図４に示す吐出パルスＤＰを挙げて説明したが、吐出パルスの形状はこれには限られない。少なくとも、圧力発生室を膨張させるための第１充電要素Ｐａ（膨張要素）と、膨張した圧力発生室を収縮させてインク滴を吐出するための第１放電要素Ｐｃ（第１の収縮要素）と、吐出後のメニスカスの圧力発生室側への後退を低減するように圧力発生室を収縮させる第２放電要素Ｐｅとを含む構成の吐出パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。

また、本発明は、上記プリンタ以外の液体噴射装置にも適用できる。例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

プリンタの電気的な構成を説明するブロック図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 振動子ユニットの構成を説明する斜視図である。 吐出パルスの構成を説明する波形図である。 （ａ）〜（ｃ）は、インク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す図である。

符号の説明

１…プリンタコントローラ，２…プリントエンジン，６…制御部，８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電素子，２４…振動子ユニット，３５…圧力発生室，３７…ノズル開口

Claims (8)

1. 吐出パルスの供給により圧力発生素子を作動して圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動によりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
   前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第１の収縮工程と、液滴吐出後のメニスカスの圧力発生室側への後退を低減するように前記圧力発生室を収縮させる第２の収縮工程とを含み、
   前記第１の収縮工程が開始されてから前記第２の収縮工程が開始されるまでの時間が前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間であって、尚且つ、前記第１の収縮工程の時間が前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法。
2. 前記第２の収縮工程の時間が、前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの駆動方法。
3. 前記第１の収縮工程に先立って前記圧力発生室を膨張させる膨張工程を含み、
   当該膨張工程の時間が、前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以上であ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の駆動方法。
4. 前記第１の収縮工程における収縮量が、前記膨張工程での膨張量の５０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの駆動方法。
5. ノズル開口に連通する圧力発生室および当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子を有し、吐出パルスの供給により圧力発生素子を作動して圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動によりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させるための第１の収縮要素と、液滴吐出後のメニスカスの圧力発生室側への後退を低減するように前記圧力発生室を収縮させるための第２の収縮要素とを含む吐出パルスを前記圧力発生素子に供給して当該圧力発生素子を駆動する駆動手段と、を備え、
   前記駆動手段は、前記第１の収縮要素の始端から前記第２の収縮要素の始端までの時間を前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの１／４から３／４の間に設定し、尚且つ、前記第１の収縮要素の発生時間を前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定したことを特徴とする液体噴射装置。
6. 前記駆動手段は、前記第２の収縮要素の発生時間を前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以下に設定したことを特徴とする請求項５に記載の液体噴射装置。
7. 前記吐出パルスは、前記第１の収縮要素よりも前に発生して前記圧力発生室を膨張させる膨張要素を含み、
   前記駆動手段は、前記膨張要素の発生時間を前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａ以上に設定したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液体噴射装置。
8. 前記第１の収縮要素による前記圧力発生室の収縮量が、前記膨張工程での膨張量の５０％以下であることを特徴とする請求項７に記載の液体噴射装置。

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