JP2008114486A - 液体噴射装置、及び、その制御方法 - 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装置の制御方法、及び、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】吐出パルスＤＰには、インク滴が吐出しない程度に圧力室を収縮させる第１充電要素ｐ１と、この第１充電要素ｐ１の後端電圧を一定時間維持する第１ホールド要素ｐ２と、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む第１放電要素ｐ３と、膨張した圧力室を収縮させるように電圧を変化させてインク滴を吐出させる第２充電要素ｐ５と、を含ませて構成し、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、第１充電要素ｐ１の始端から第１ホールド要素ｐ２の後端までの時間幅ｔ１２を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定した。
【選択図】図３

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、及び、その制御方法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を備える液体噴射装置、及び、その制御方法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）から圧力室を通りノズル開口に至る一連のインク流路や、圧力室の容積を変動させるための圧力発生素子（例えば、圧電振動子）等を有する記録ヘッドを搭載し、また、この圧電振動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振動子を駆動して圧力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、圧電振動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室を一旦収縮させる予備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、上記の構成では、予備収縮を行う分、予備収縮を行わない場合と比較してメニスカスをより多く振動させるため、このメニスカスの振動に起因してインク滴の飛翔曲がりが生じる等、吐出が不安定になる虞がある。この点に関し、予備収縮の後のメニスカスの振動をできるだけ収束させてからインク滴の吐出を行うようにするために、予備収縮信号の後に発生してこの予備収縮信号の後端電圧を維持する信号（ホールド信号）の発生時間を長めに設定することが考えられるが、これにより波形全体の時間幅が長くなってしまい、その結果、高周波駆動に対応することが困難となる問題がある。

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でき、高周波駆動に対応することが可能な液体噴射装置、及び、その制御方法を提供することにある。

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室および当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、圧力発生手段の駆動により圧力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体を吐出する液体噴射ヘッドと、
吐出パルスを前記圧力発生手段に供給して当該圧力発生手段を駆動させる駆動手段と、を備え、
前記駆動手段が供給する前記吐出パルスには、液滴が吐出しない程度に圧力室を収縮させる予備収縮要素と、当該予備収縮要素の後端電圧を一定時間維持するホールド要素と、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む予備膨張要素と、上記膨張した圧力室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素と、を含ませて構成し、
前記予備収縮要素の時間幅を前記圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、前記予備収縮要素の始端から前記ホールド要素の後端までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、予備膨張要素と吐出要素よりも前に予備収縮要素とホールド要素を設け、予備収縮要素の時間幅を圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、予備収縮要素の始端からホールド要素の後端までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定することにより、吐出される液滴の微小化を図りつつ、液滴を安定的に吐出することができる。即ち、予備収縮要素の時間幅を圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定することで、圧力室の予備収縮の際に圧力室内の液体に不必要な振動を励起することを抑制することができ、また、予備収縮要素の始端からホールド要素の後端までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定することで、予備収縮によって生じたメニスカスの振動を減衰させるための必要最小限の時間を採ることができる。これにより、液滴の微小化を図りつつも、メニスカスの振動による液滴の飛翔曲がりや飛翔速度の変動を抑制して吐出動作を安定させることができる。また、波形全体の時間幅を不必要に長くすることがないので、高周波駆動に対応することができる。

上記構成において、前記予備収縮要素の電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３５％に設定することが望ましい。
また、前記吐出要素の電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３３％に設定することが望ましい。

また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、ノズル開口に連通する圧力室および当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、圧力発生手段の駆動により圧力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体を吐出する液体噴射ヘッドと、
吐出パルスを前記圧力発生手段に供給して当該圧力発生手段を駆動させる駆動手段と、を備える液体噴射装置の制御方法であって、
液滴が吐出しない程度に圧力室を収縮させる予備収縮工程と、当該予備収縮工程での圧力室の収縮状態を一定時間維持する収縮維持工程と、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む予備膨張工程と、当該予備膨張工程で膨張した圧力室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させるための吐出収縮工程と、を含み、
前記予備収縮工程の時間幅を前記圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、予備収縮工程の開始から前記収縮維持工程の終了までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、予備収縮工程の時間幅を圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、予備収縮工程の開始から収縮維持工程の終了までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定することにより、吐出される液滴の微小化を図りつつ、液滴を安定的に吐出することができる。即ち、予備収縮工程の時間幅を圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定することで、圧力室の予備収縮の際に圧力室内の液体に不必要な振動を励起することを抑制することができ、また、予備収縮工程の開始から収縮維持工程の終了までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定することで、予備収縮によって生じたメニスカスの振動を減衰させるための必要最小限の時間を採ることができる。これにより、液滴の微小化を図りつつも、メニスカスの振動による液滴の飛翔曲がりや飛翔速度の変動を抑制して吐出動作を安定させることができる。また、波形全体の時間幅を不必要に長くすることがないので、高周波駆動に対応することができる。

上記構成において、前記予備収縮工程における電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３５％に設定することが望ましい。
また、前記吐出収縮工程における電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３３％に設定することが望ましい。

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、圧電振動子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、吐出対象物の一種としての記録紙上にドットを形成するための吐出パルスや、ノズル開口３０（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、及び圧電振動子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」に応じて圧電振動子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、圧電振動子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振動子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振動子２０に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電振動子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、圧電振動子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振動子２０に印加（供給）する。その結果、圧電振動子２０が伸張又は収縮し、この圧電振動子２０の伸縮に伴って圧力室３２（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の構成を説明する要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド１０は、流路ユニット２３とアクチュエータユニット２４とを備えて概略構成されている。

流路ユニット２３は、インク供給口１３及びノズル連通口２６の一部となる貫通孔を開設した供給口形成基板２７と、共通インク室２８（共通液体室の一種）となる貫通孔及びノズル連通口２６の一部となる貫通孔を開設したインク室形成基板２９と、ノズル開口３０を開設したノズル基板３１から構成されている。これらの供給口形成基板２７、インク室形成基板２９、ノズル基板３１は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。そして、流路ユニット２３は、インク室形成基板２９の一方の表面に（図２中下側）にノズル基板３１を、他方の表面（同図上側）に供給口形成基板２７をそれぞれ配置し、これらを接合することで作製される。

アクチュエータユニット２４は、圧力室３２となる貫通孔を開設した圧力室形成基板３３と、圧力室３２の一部を区画する振動板３４と、供給側連通口３５の一部となる連通孔及びノズル連通口２６の一部となる連通孔を開設した連通口基板３６と、圧電振動子２０とによって構成される。

このアクチュエータユニット２４は、圧力室形成基板３３の一方の表面に連通口基板３６を、他方の表面に振動板３４をそれぞれ配置して各部材を接合し、その後、振動板３４の表面に圧電振動子２０を形成することで作製される。これらの各部材の中で圧力室形成基板３３、振動板３４、及び、連通口基板３６は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって接合される。

上記の圧電振動子２０は、所謂撓みモードの圧電振動子であり、圧力室３２とは反対側の振動板３４の表面に圧力室３２毎に形成されている。この圧電振動子２０は、圧電体層３８と駆動電極３９と共通電極４０とによって構成される多層構造であり、駆動電極３９と共通電極４０とによって圧電体層３８を挟んでいる。駆動電極３９には、フレキシブルケーブルなどを通じて駆動信号が供給されるようになっている。また、共通電極４０は、接地電位に調整される。そして、駆動電極３９に駆動信号が供給されると、駆動電極３９と共通電極４０との間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体層３８に付与され、圧電体層３８は付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極３９の電位を高くする程、圧電体層３８は電場と直交する方向に収縮し、圧力室３２の容積を少なくするように振動板３４を変形させる。

図３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である。この吐出パルスＤＰは、基準電位ＶＢから第１中間電位ＶＭ１まで一定勾配で電位を上昇させる第１充電要素ｐ１（本発明における予備収縮要素に相当）と、第１充電要素ｐ１の後端電位である第１中間電位ＶＭ１を一定時間維持する第１ホールド要素ｐ２（本発明におけるホールド要素に相当）と、第１中間電位ＶＭ１から最低電位ＶＬまで一定勾配で電位を降下させる第１放電要素ｐ３（本発明における予備膨張要素に相当）と、最低電位ＶＬを極く短い時間維持する第２ホールド要素ｐ４と、最低電位ＶＬから第２中間電位ＶＭ２まで比較的急峻な勾配で電位を上昇させる第２充電要素ｐ５（本発明における吐出要素に相当）と、第２中間電位ＶＭ２を短い時間維持する第３ホールド要素ｐ６と、第２中間電位ＶＭ２から最高電位ＶＨまで一定勾配で電位を上昇させる第３充電要素ｐ７と、最高電位ＶＨを一定時間維持する第４ホールド要素ｐ８と、最高電位ＶＨから基準電位ＶＢまで一定勾配で電位を復帰させる第２放電要素ｐ９とから構成されている。

上記吐出パルスＤＰが圧電振動子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ｐ１が圧電振動子２０に供給されると、当該圧電振動子２０が圧力室３２側に撓み、これにより、基準電位ＶＢに対応する基準容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する容積まで圧力室３２が収縮する（予備収縮工程）。この予備収縮工程における圧力室３２の収縮は、後の吐出収縮工程における圧力室３２の収縮動作よりも穏やかに行われる。そして、これにより、図４（ａ）に示すように、インク滴が吐出されない程度にメニスカスが吐出側（圧力室３２とは反対側）に押し出される。この予備収縮工程は、第１放電要素ｐ３による圧力室２３の膨張に先立って圧力室３２を収縮させることによって膨張代を確保するために行われる。そして、予備収縮工程における圧力室３２の収縮状態は、第１ホールド要素ｐ２の供給期間中に亘って一定に維持される（収縮維持工程）。これにより、収縮維持工程における圧力室３２の収縮によって圧力室３２内のインクに生じた振動を減衰させることができる。

第１ホールド要素ｐ２の後に続いて第１放電要素ｐ３が圧電振動子２０に供給されると、当該圧電振動子２０が圧力室３２から離隔する方向に撓み、これにより、圧力室３２が、第１中間電位ＶＭ１に対応する容積から最低電位ＶＬで規定される容積に急激に膨張する（予備膨張工程）。これにより、図４（ｂ）に示すように、ノズル開口３０におけるメニスカスにおいて特に中心部分が圧力室３２側に大きく引き込まれる。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３０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。上記のように、予備収縮工程において圧力室３２を予め収縮させているので、この予備膨張工程では、より大きくメニスカスを引き込むことができる。そして、予備膨張工程における圧力室３２の膨張状態は、第２ホールド要素ｐ４の供給期間中に亘って維持される。

その後、第２充電要素ｐ５が圧電振動子２０に供給されることにより当該圧電振動子２０が伸長して最低電位ＶＬに対応する容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する容積まで圧力室３２が急激に収縮する（吐出収縮工程）。この圧力室３２の急激な収縮によって圧力室内のインクが加圧され、これにより、図４（ｃ）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。そして、この圧力室３２の収縮状態は、第３ホールド要素ｐ６の供給期間に亘って短時間維持される。この間に、図４（ｄ）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３０から吐出される。

第３ホールド要素ｐ６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室側に引き込まれるタイミングで、第３充電要素ｐ７が圧電振動子２０に供給される。この第３充電要素ｐ７が圧電振動子２０に供給されて当該圧電振動子２０がさらに伸張すると、圧力室３２が第２中間電位ＶＭ２で規定される容積から最高電位ＶＨで規定される容積に収縮する（制振収縮工程）。これにより、メニスカスが圧力室側に引き込まれることを抑制して、吐出後のメニスカスの振動を低減することができる。そして、第４ホールド要素ｐ８が圧電振動子２０に供給されて、最高電位ＶＨが一定時間維持された後、第２放電要素ｐ９が圧電振動子２０に供給されて、圧力室３２が最高電位ＶＨに対応する容積から基準電位ＶＢに対応する基準容積まで復帰する。

このように、図３に例示した吐出パルスＤＰを用いたインク滴の吐出動作では、第１充電要素ｐ１によって圧力室３２を一旦収縮（予備収縮）させてから、第１放電要素ｐ３によって圧力室３２を大きく膨張させることでメニスカスの中央近傍を局所的に引き込み、メニスカスを引き込んだ後に第２充電要素ｐ５によって急激にメニスカスを加圧することで、メニスカスの中心部分のインクをインク滴として吐出するので、より微小なインク滴を高速に吐出することができる。

しかしながら、予備収縮工程を行う分、予備収縮工程を行わない場合と比較してメニスカスをより多く振動させるため、このメニスカスの振動によってインク滴の飛翔曲がりが生じる等、吐出が不安定になる虞がある。この点に関し、予備収縮工程によって発生したメニスカスの振動をできるだけ収束させてからインク滴の吐出を行うようにするために、第１ホールド要素ｐ２の発生時間を長めに設定することが考えられるが、これにより吐出パルスＤＰ全体の波形長が長くなってしまい、高周波駆動への対応が困難となる問題がある。

上記の点に鑑み、本発明に係るプリンタ１では、吐出パルスＤＰの波形要素を最適化することにより、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充電要素ｐ１の時間幅ｔ１（即ち、予備収縮工程の時間幅）を圧力室３２の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、第１充電要素ｐ１の始端から第１ホールド要素ｐ２の後端までの時間幅ｔ１２（即ち、予備収縮工程の開始から収縮維持工程の終了までの時間幅）を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定している。

第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を固有振動周期Ｔｃ以上に設定する構成に関し、圧電振動子にある一定の電圧変化（例えば、基準電位ＶＢから第１中間電位ＶＭ１までの電圧変化）を付与する際に、電圧の変化時間を固有振動周期Ｔｃよりも短くして圧電振動子２０を駆動すると、圧力室３２内のインクに固有振動周期Ｔｃの振動が励振されてしまい、これによりメニスカスを不必要に振動させてしまう。このため、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を固有振動周期Ｔｃ以下に設定した場合には、この第１充電要素ｐ１による予備収縮工程で生じたメニスカスの振動が、その後に行われるインク滴の吐出（予備膨張工程、吐出収縮工程）に悪影響を及ぼす虞がある。これに対し、固有振動周期Ｔｃ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Ｔｃの振動を抑えることができる。したがって、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を固有振動周期Ｔｃ以上に設定すると、予備収縮工程において不要な振動を可及的に生じさせないようにすることができる。また、第１充電要素ｐ１の後に第１ホールド要素ｐ２を設け、この第１ホールド要素ｐ２によって圧力室３２の収縮状態を一定時間維持することで、予備収縮工程において多少の振動が生じた場合でも第１放電要素ｐ３による予備膨張工程が開始されるまでに当該振動を減衰させることができる。

その一方で、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１や、第１ホールド要素ｐ２の時間幅を必要以上に長く採ってしまうと、上記したように吐出パルスＤＰ全体の時間幅が長くなってしまう。このため、予備収縮工程における振動を抑制しつつ吐出パルス全体の波形長を最小限に抑えることが可能な条件として、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を固有振動周期Ｔｃ以上に設定することに加え、第１充電要素ｐ１の始端から第１ホールド要素ｐ２の後端までの時間幅ｔ２を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定することを採用している。この条件については、実際に行った実験の結果に基づいて定めている。

図５は、吐出パルスＤＰにおける第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１や第１ホールド要素ｐ２の時間幅ｔ２を変えてインク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。なお、この実験では、第１充電要素ｐ１の電圧変化量Ｖｈ１を、吐出パルスＤＰの最低電圧ＶＬから最高電圧ＶＨまでの電位差の３５％に設定し、第２充電要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ２を、最低電圧ＶＬから最高電圧ＶＨまでの電位差の３３％に設定している。また、圧力室３２の固有振動周期Ｔｃは、６．５μｓである。そして、インク滴の吐出の安定性については、実際に吐出されるインク滴を観察し、インク滴或いはこのインク滴に付随して生じるサテライトインク滴の飛翔曲がりが生じてない状態を安定としている。

まず、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を３．２５μｓに設定した場合、即ち、ｔ１がＴｃよりも短い時間に設定されている場合を見ると、第１ホールド要素ｐ２の時間幅ｔ２が１９．５μｓ以上でないと安定して吐出ができないことが判る。つまり、吐出安定性を得るためには、第１充電要素ｐ１の始端から第１ホールド要素ｐ２の後端までの時間幅ｔ１２を少なくとも２２．７５μｓに設定する必要がある。この場合、時間幅ｔ１２が、固有振動周期Ｔｃ（本実施形態においては６．５μｓ）の３倍（１９．５μｓ）よりも長くなり、これにより、吐出パルスＤＰ全体の波形長が長くなってしまう。

これに対し、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を固有振動周期Ｔｃ以上に設定した場合、例えば、ｔ１をＴｃと等しい６．５μｓに設定した場合、第１ホールド要素ｐ２の時間幅ｔ２を１３μｓ以上に設定すれば、吐出安定性が得られることが判る。同様に、時間幅ｔ１を９．７５μｓに設定した場合は、ｔ２を９．７５μｓ以上に設定すれば吐出安定性が得られ、ｔ１を１３μｓに設定した場合は、ｔ２を６．５μｓ以上に設定すれば吐出安定性が得られるという結果となった。これらの何れの場合も、ｔ１とｔ２の合計、即ち、第１充電要素ｐ１の始端から第１ホールド要素ｐ２の後端までの時間幅ｔ１２をＴｃの３倍（１９．５μｓ）に設定することで、最短の時間幅で吐出安定性が得られる。

以上のことから、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、尚且つ、第１充電要素ｐ１の始端から第１ホールド要素ｐ２の後端までの時間幅ｔ１２を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定することで、吐出パルスＤＰの波形全体の時間幅を最小限に抑えつつ吐出安定性が得られることが判った。

したがって、インク滴を微小化するべく第１充電要素ｐ１によって予備収縮を行う構成においても、第１充電要素ｐ１の時間幅ｔ１を圧力室３２の固有振動周期Ｔｃ以上に設定することで、圧力室３２の予備収縮の際に圧力室内のインクに不必要な振動を励起することを抑制することができ、また、第１充電要素ｐ１の始端から第１ホールド要素ｐ２の後端までの時間幅ｔ１２を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定することで、予備収縮によって生じたメニスカスの振動を減衰させるための必要最小限の時間を採ることができる。これにより、インク滴の微小化を図りつつも、メニスカスの振動によるインク滴の飛翔曲がりや飛翔速度の変動を抑制することができる。また、吐出パルスＤＰの波形全体の時間幅を不必要に長くすることがないので、高周波駆動に対応することができる。

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３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、予備収縮要素（第１充電要素ｐ１）と、予備収縮要素の後端電圧を一定時間維持するホールド要素（第１ホールド要素ｐ２）とを、予備膨張要素（第１放電要素ｐ３）及び吐出要素（第２充電要素ｐ５）の前に発生する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、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動モードの圧電振動子２０を例示したが、これには限られない。例えば、所謂縦振動モードの圧電振動子を用いる場合にも本発明を適用することが可能である。なお、この縦振動モードの圧電振動子を採用する場合は、図３に示した吐出パルスＤＰの波形が上下反転する。

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。 吐出パルスの構成を説明する波形図である。 （ａ）〜（ｄ）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。 インク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。

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…圧電振動子，３０…ノズル開口，３２…圧力室

Claims (6)

1. ノズル開口に連通する圧力室および当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、圧力発生手段の駆動により圧力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体を吐出する液体噴射ヘッドと、
   吐出パルスを前記圧力発生手段に供給して当該圧力発生手段を駆動させる駆動手段と、を備え、
   前記駆動手段が供給する前記吐出パルスには、液滴が吐出しない程度に圧力室を収縮させる予備収縮要素と、当該予備収縮要素の後端電圧を一定時間維持するホールド要素と、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む予備膨張要素と、上記膨張した圧力室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素と、を含ませて構成し、
   前記予備収縮要素の時間幅を前記圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、前記予備収縮要素の始端から前記ホールド要素の後端までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定したことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記予備収縮要素の電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３５％に設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記吐出要素の電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３３％に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。
4. ノズル開口に連通する圧力室および当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、圧力発生手段の駆動により圧力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体を吐出する液体噴射ヘッドと、
   吐出パルスを前記圧力発生手段に供給して当該圧力発生手段を駆動させる駆動手段と、を備える液体噴射装置の制御方法であって、
   液滴が吐出しない程度に圧力室を収縮させる予備収縮工程と、当該予備収縮工程での圧力室の収縮状態を一定時間維持する収縮維持工程と、圧力室を膨張させるように電圧を変化させてメニスカスを引き込む予備膨張工程と、当該予備膨張工程で膨張した圧力室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させるための吐出収縮工程と、を含み、
   前記予備収縮工程の時間幅を前記圧力室の固有振動周期Ｔｃ以上に設定し、且つ、予備収縮工程の開始から前記収縮維持工程の終了までの時間幅を固有振動周期Ｔｃの３倍に設定したことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
5. 前記予備収縮工程における電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３５％に設定したことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置の制御方法。
6. 前記吐出収縮工程における電圧変化量を、前記吐出パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３３％に設定したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液体噴射装置の制御方法。

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