JP2010221567A - 液体吐出装置、及び、その制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高粘度液体を吐出する場合に液体の吐出後の残留振動を抑制して液体を安定して吐出することが可能な液体吐出装置、及び、その制御方法を提供する。
【解決手段】駆動信号ＣＯＭは、膨張要素Ｐ１１と収縮要素Ｐ１３とを含む吐出駆動パルスＤＰＭと、膨張要素Ｐ２１とホールド要素Ｐ２２と収縮要素Ｐ２３とを含むカット駆動パルスＤＰＣと、を含み、吐出駆動パルスの収縮要素の終端からカット駆動パルスの膨張要素の始端までの時間幅をｔとし、カット駆動パルスの膨張要素、ホールド要素、及び収縮要素の時間幅を、それぞれａ、ｂ及びｃとし、圧力発生室内のインクの固有振動周期をＴｃとしたとき、カット駆動パルスを供給することで、吐出駆動パルスによるインクの吐出によって圧力発生室内のインクに発生する残留振動とは逆の位相の振幅を与える。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置、及び、その制御方法に関するものであり、特に、ノズルに連通する圧力発生室に圧力変動を与えて、圧力発生室内の液体をノズルから吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、及び、その制御方法に関する。

液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象物）に対して吐出・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）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、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。

上記液体吐出装置には、駆動パルス（吐出パルス）を圧力発生素子（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力発生室内の液体に圧力変化を与え、この圧力変化を利用して圧力発生室に連通したノズルから液体を吐出させるように構成されたものがある。このような液体吐出装置では、圧力発生室内の液体に与える圧力振動の振幅を大きくすることで、吐出される液体の量を増加させることができる。言い換えれば、吐出駆動パルスの駆動電圧を大きくすることで、吐出される液体の量を増やすことができる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−９４６５６号公報

近年、この液体吐出装置では、例えばＵＶインク（紫外線硬化型インク）等の従来扱われていた液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を吐出する試みがなされている。すなわち、従来は水のように粘度が低い液体を対象にしていたが、近年では８ミリパスカル秒以上の高粘度液体を吐出する試みがなされている。この高粘度液体を吐出する際に十分な吐出量を得るためには、吐出量に応じた大きさの圧力変化を圧力発生室内の液体に与える必要がある。しかし、圧力変化を大きくすると液体の飛行速度も高くなり、この液体の後端部分が尾のように伸びる現象が生じ易くなる傾向にある。そして、この尾の部分が液滴本体から分離して飛翔し、着弾対象物において正規の位置（望ましい位置）に着弾しない虞があった。例えば、インクジェットプリンターでは、尾の部分がミストになって正規の位置からずれて着弾してドットが分離し、これにより、画質の劣化が生じるという問題があった。特に、高粘度液体では、尾の部分が幾つにも分離することにより、これらの複数に分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が画質を著しく低下させる原因となっていた。

このため、インクを吐出した直後に、メニスカスを速やかに圧力発生室側に引き込むことにより、上記の尾を低減させるための駆動パルスが駆動信号中に含まれる構成も提案されている。この駆動パルスは、例えば、ノズルからインクが吐出されない程度に圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む引き込み要素から始まる非吐出駆動パルスである。
しかしながら、この非吐出駆動パルスを圧力発生素子に印加することで圧力発生室内のインクに発生する残留振動が次の吐出周期における吐出動作に悪影響（インクの量や飛翔速度の変動等）を与える虞があるため、これを抑制するべく非吐出駆動パルスの後ろに残留振動を減衰させるための期間が必要であった。このため、この振動減衰期間だけ吐出周期全体が長くなり、その結果、駆動周波数が低下してしまうという問題があった。

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、高粘度液体を吐出する場合に液体の吐出後の残留振動を抑制して液体を安定して吐出することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、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、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記駆動信号は、液滴を吐出する吐出駆動パルスと、液滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を駆動する非吐出駆動パルスと、を含み、
前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張要素と、当該膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮要素と、を含むパルス波形であり、
前記非吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張要素と、当該膨張要素の後端電圧を一定時間維持するホールド要素と、当該膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮要素と、を含むパルス波形であり、
前記吐出駆動パルスの収縮要素の終端から前記非吐出駆動パルスの膨張要素の始端までの時間幅をｔとし、前記非吐出駆動パルスの膨張要素、ホールド要素、及び収縮要素の時間幅を、それぞれａ、ｂ及びｃとし、また、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期をＴｃとしたとき、ｔ、ａ、ｂ及びｃを、以下の式（１）〜（３）の範囲に定めたことを特徴とする。
Ｔｃ／４≦ｔ≦Ｔｃ／２…（１）
（５Ｔｃ／８）−ｔ≦ａ≦（３Ｔｃ／４）−ｔ…（２）
ｂ＋ｃ＝Ｔｃ−ｔ−ａ…（３）

この構成によれば、液体の吐出によって圧力発生室内の液体に発生する残留振動とは逆の位相の振動を与えることができるので、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれて、吐出駆動パルスによって吐出された液体に付随する尾の成長が抑制される。したがって、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出する際に、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができる。これにより、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾すること、即ち、ドットの分離を防止することができる。また、残留振動が抑制されるので、この残留振動が次の吐出周期における吐出動作に悪影響（インクの量や飛翔速度の変動等）を与えることを抑制することができる。さらに、非吐出駆動パルスの後に残留振動を減衰させるための振動減衰期間が不要であるため、その分、吐出周期を短くすることができ、駆動周波数が低下することを抑制することができる。

上記構成において、前記非吐出駆動パルスの膨張要素の電圧変化量を、前記吐出駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の４０％以下に設定することが望ましい。

この構成によれば、前記非吐出駆動パルスの膨張要素の電圧変化量を、前記吐出駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の４０％以下に設定したので、非吐出駆動パルスの膨張要素によって残留振動が励起されることを抑制でき、メニスカスの安定性を確保できる。

また、本発明の液体吐出装置の制御方法は、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
液滴を吐出する吐出駆動工程と、液滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を駆動する非吐出駆動工程と、を含み、
前記吐出駆動工程は、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮工程と、を含み、
前記非吐出駆動工程は、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張工程と、当該膨張工程での圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する膨張維持工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮工程と、を含み、
前記吐出駆動工程の収縮工程の終了から前記非吐出駆動工程の膨張工程の開始までの時間幅をｔとし、前記非吐出駆動パルスの膨張要素、膨張維持要素、及び収縮要素の時間幅を、それぞれａ、ｂ及びｃとし、また、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期をＴｃとしたとき、ｔ、ａ、ｂ及びｃを、以下の式（１）〜（３）の範囲に定めたことを特徴とする。
Ｔｃ／４≦ｔ≦Ｔｃ／２…（１）
（５Ｔｃ／８）−ｔ≦ａ≦（３Ｔｃ／４）−ｔ…（２）
ｂ＋ｃ＝Ｔｃ−ｔ−ａ…（３）

プリンターの電気的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。 （ａ）は、駆動パルスの構成を説明する波形図であり、（ｂ）は、（ａ）の駆動パルスによるメニスカスの先端速度の変化を説明する模式図である。 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。 第２実施形態における駆動パルスの構成を説明する波形図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１はプリンターの電気的な構成を示すブロック図である。このプリンターは、プリンターコントローラー１とプリントエンジン２とで概略構成されている。プリンターコントローラー１は、ホストコンピューター等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インターフェース（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ーフェース（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（着弾対象物の一種）上にドットを形成するための吐出駆動パルスや、ノズル３２（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、紙送り機構１３と、リニアエンコーダー１４とから構成されている。記録ヘッド１０は、シフトレジスター（ＳＲ）１５、ラッチ１６、デコーダー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、及び圧電振動子２０を備えている。プリンターコントローラー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、シフトレジスター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。

シフトレジスター１５には、ラッチ１６が電気的に接続されており、プリンターコントローラー１からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ１６に入力されると、シフトレジスター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、デコーダー１７に入力される。このデコーダー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に対する吐出駆動パルスの供給又は非供給が選択される。

そして、デコーダー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ー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ー１８に入力される。このレベルシフター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。レベルシフター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、対応する吐出駆動パルスが圧電振動子２０に供給され、この吐出駆動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、レベルシフター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ー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、制御部６、及び駆動信号発生回路８は、吐出制御手段として機能し、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駆動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３２から吐出される。

図２は上記の記録ヘッド１０（本発明における液体吐出ヘッドの一種）の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド１０は、圧電振動子群２２、固定板２３、及び、フレキシブルケーブル２４等をユニット化した振動子ユニット２５と、この振動子ユニット２５を収納可能なヘッドケース２６と、共通インク室（共通液体室）としてのリザーバー３３から圧力発生室３５を通りノズル３２に至る一連のインク流路（液体流路）を形成する流路ユニット２７とを備えて構成される。

まず、振動子ユニット２５について説明する。圧電振動子群２２を構成する圧電振動子２０（本発明における圧力発生素子の一種）は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子２０は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子として構成されている。各圧電振動子２０は、固定端部を固定板２３上に接合することにより、自由端部を固定板２３の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子２０における自由端部の先端は、後述するように、それぞれ流路ユニット２７におけるダイヤフラム部３８を構成する島部４０に接合される。フレキシブルケーブル２４は、固定板２３とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子２０と電気的に接続されている。また、各圧電振動子２０を支持する固定板２３は、圧電振動子２０からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。

次に、流路ユニット２７について説明する。流路ユニット２７は、ノズルプレート２９、流路形成基板３０、及び振動板３１から構成され、ノズルプレート２９を流路形成基板３０の一方の表面に、振動板３１をノズルプレート２９とは反対側となる流路形成基板３０の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。ノズルプレート２９は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル３２を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、１８０個のノズル３２を列状に開設し、これらのノズル３２によってノズル列（ノズル群）を構成している。そして、このノズル列を横並びに２列設けている。

流路形成基板３０は、リザーバー３３、インク供給口３４、及び圧力発生室３５からなる一連のインク流路（液体流路の一種）を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板３０は、各ノズル３２に対応させて圧力発生室３５となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口３４およびリザーバー３３となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板３０は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力発生室３５は、ノズル３２の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口３４は、圧力発生室３５とリザーバー３３との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー３３は、インクカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクを各圧力発生室３５に供給するための室であり、インク供給口３４を通じて対応する各圧力発生室３５に連通している。

振動板３１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板３６上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム３７をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力発生室３５の一方の開口面を封止してこの圧力発生室２５の容積を変動させるためのダイヤフラム部３８を有すると共に、リザーバー３３の一方の開口面を封止するコンプライアンス部３９が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部３８は、圧力発生室３５に対応した部分の支持板３６にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電振動子２０の自由端部の先端を接合するための島部４０を形成することで構成されている。この島部４０は、圧力発生室３５の平面形状と同様に、ノズル３２の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部４０の周りの樹脂フィルム３７が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部３９として機能する部分、すなわちリザーバー３３に対応する部分は、このリザーバー３３の開口形状に倣って支持板３６がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム３７のみとなっている。

上記構成の記録ヘッド１０では、圧電振動子２０を変形させることで対応する圧力発生室３５が収縮或いは膨張し、圧力発生室３５内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル３２からインク（インク滴）を吐出させることができる。インクを吐出するのに先だって定常容積の圧力発生室３５を予備的に膨張させるとリザーバー３３側からインク供給口３４を通じて圧力発生室３５内にインクが供給される。また、予備膨張の後に圧力発生室３５を急激に収縮させるとノズル３２からインクが吐出される。

次に、駆動信号発生回路８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる各駆動パルスについて説明する。本実施形態における駆動信号ＣＯＭは、図３（ａ）に示すように、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ（本発明における吐出駆動パルスの一種）と、インク吐出後におけるノズルのメニスカスを引き込んでインクの尾の発生を抑制するためのカット駆動パルスＤＰＣ（本発明における非吐出駆動パルスに相当）とを単位記録周期（吐出周期）Ｔ内に有する一連の信号であり、記録周期Ｔ毎に繰り返し発生される。本実施形態において、駆動信号ＣＯＭの一記録周期Ｔは、２つのパルス発生期間Ｔ１，Ｔ２に区分されている。そして、期間Ｔ１で第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭが発生され、期間Ｔ２でカット駆動パルスＤＰＣが発生される。

まず、駆動信号ＣＯＭにおいて期間Ｔ１で発生するミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭについて説明する。図３（ａ）に示すように、このミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭは、本実施形態におけるプリンター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と最もサイズの大きいインク滴との中間のサイズのインク滴（中ドット）を吐出するためのミドルドット吐出駆動パルスである。このミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭは、第１膨張要素Ｐ１１（本発明における膨張要素に相当）と、第１膨張ホールド要素Ｐ１２（膨張維持要素）と、第１収縮要素Ｐ１３（本発明における吐出要素に相当）とからなる。第１膨張要素Ｐ１１は、基準電位ＶＨＢから第１膨張電位ＶＨ１までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第１膨張ホールド要素Ｐ１２は、第１膨張電位ＶＨ１で一定な波形要素である。また、第１収縮要素Ｐ１３は、第１膨張電位ＶＨ１から基準電位ＶＨＢまで急勾配で電位を下降させる波形要素である。

上記駆動信号ＣＯＭにおいて期間Ｔ２（記録周期Ｔにおける最後の期間）で発生されるカット駆動パルスＤＰＣは、第２膨張要素Ｐ２１（本発明における膨張要素に相当）と、第２膨張ホールド要素Ｐ２２（本発明におけるホールド要素に相当）と、第２収縮要素Ｐ２３（本発明における収縮要素に相当）とからなる。第２膨張要素Ｐ２１は、基準電位ＶＨＢから第２膨張電位ＶＨ２までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第２膨張ホールド要素Ｐ２２は、第２膨張電位ＶＨ２で一定な波形要素である。第２収縮要素Ｐ２３は、第２膨張電位ＶＨ２から基準電位ＶＨＢまで緩やかな一定勾配で電位を下降させる波形要素である。なお、基準電位ＶＨＢから第１膨張電位ＶＨ１までの電位差Ｖｈ１、及び、基準電位ＶＨＢから第２膨張電位ＶＨ２までの電位差Ｖｈ２の大きさに関し、Ｖｈ１＞Ｖｈ２となっている。即ち、最大膨張容積Ｃｍｘ（Ｃ１）、及び、第２膨張容積Ｃ２に関し、Ｃｍｘ（Ｃ１）＞Ｃ２となっている。また、基準電位ＶＨＢは、第２膨張電位ＶＨ２から第１膨張電位ＶＨ１までの間の値を採ることもできる。

次に、上記構成において中ドットを記録する場合について説明する。この場合において、期間Ｔ１では、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭが、期間Ｔ２では、カット駆動パルスＤＰＣが圧電振動子１８に印加される。このように構成されたミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭが圧電振動子２０に供給されると、まず、第１膨張要素Ｐ１１によって圧電振動子１８は素子長手方向に収縮し、圧力発生室３５が基準電位ＶＨＢに対応する基準容積から第１膨張電位ＶＨ１に対応する膨張容積まで膨張する（膨張工程）。この膨張により、図３（ｂ）に示すように、メニスカスが圧力発生室３５側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室３５内にはリザーバー３３側からインク供給口３４を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室３５の膨張状態は、第１膨張ホールド要素Ｐ１２の供給期間中に亘って維持される。この間にメニスカスの中心部分の移動方向が吐出方向に反転し、圧力変動に追従し易いメニスカスの中心部分が吐出側に押し出されて柱状に盛り上がった状態になる（以下、この部分を液柱部という）。その後、第１収縮要素Ｐ１３が供給されて圧電振動子２０が伸長する。この圧電振動子２０の伸長により、圧力発生室３５は、膨張容積から基準電位ＶＨＢに対応する基準容積まで急激に収縮される（収縮工程）。この圧力発生室３５の収縮によって圧力発生室３５内のインクが加圧され、これにより、液柱部は、圧力発生室収縮工程で吐出側に押し出されたときの慣性力により吐出側に移動を続け、この間に、液柱部が吐出側にさらに伸びる。この液柱部の成長の途中で、液柱部分の根元（圧力発生室側）部分はメニスカスと連なったままであり、液柱部の先端（吐出側）部分は、尾を曳くようにしてノズル３２からミドルドットに対応する量のインク滴として勢い良く記録紙に向かって飛翔する（吐出駆動工程）。なお、この時点では液柱部の先端部分は、尾がノズル３２内のメニスカス（根元部分）と繋がった滴状を呈しており、この尾の部分を積極的に分離すると共にメニスカスを安定させるカット駆動パルスＤＰＣについて、以下に説明する。

液注部分の先端部分と根元部分とが繋がった状態で、カット駆動パルスＤＰＣを圧電振動子２０に供給すると、まず、第２膨張要素Ｐ２１によって圧電振動子２０は素子長手方向に収縮し、圧力発生室３５が基準電位ＶＨＢに対応する基準容積から第２膨張電位ＶＨ２に対応する膨張容積まで膨張する（膨張工程）。この膨張により、メニスカスが圧力発生室３５側に再度引き込まれ、特にメニスカスにおいて液柱部の周囲が、圧力発生室３５側に引き込まれる。これにより、液柱部は、先端部分に繋がった細い尾尻（テールエンド）とメニスカスに繋がった尖端部分とに分断する。そして、メニスカス側から分離した先端部分が流線形のインク滴（前記ミドルドット）となって記録紙に向かって飛翔する。そして、この圧力発生室３５の膨張状態は、第２膨張ホールド要素Ｐ２２の供給期間中に亘って維持される（膨張維持工程）。その後、第２収縮要素Ｐ２３が供給されて圧電振動子２０が伸長する。この圧電振動子２０の伸長により、圧力発生室３５は、膨張容積から基準電位ＶＨＢに対応する基準容積まで収縮される（収縮工程）。ここで、基準電位ＶＨＢから第２膨張電位ＶＨ２までの電位差、すなわち駆動パルスＤＰＣの駆動電圧は、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭの駆動電圧よりも十分に低い値に設定されている。このため、このカット駆動パルスＤＰＣを圧電振動子２０に供給した場合、圧力発生室３５には、尾曳き部分を積極的に切断するがノズル３２からインクが吐出されない程度の圧力振動が生じる（非吐出駆動工程）。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル３２からは中ドットに対応する量のインクが１回吐出され、記録紙上の画素領域に対して着弾して中ドットが形成される。そして、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭによるインクの吐出後、カット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１により、ノズル３２のメニスカスが圧力発生室３５側に速やかに引き込まれる。これにより、インクの粘度が高くてもミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭによって吐出されたインクに付随する尾の成長（尾曳）が低減される。

しかしながら、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭによるインクの吐出後に、カット駆動パルスＤＰＣを供給した場合に、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭを供給することによって発生するメニスカスの残留振動と、カット駆動パルスＤＰＣによる振動とが同期すると、残留振動の振幅が増幅されるため、この増幅された残留振動によって次の記録周期におい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、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭによって発生したメニスカスの振動をできるだけ減衰（収束）させてからカット駆動パルスＤＰＣを供給するようにするために、吐出駆動パルスＤＰＭの収縮要素Ｐ１３の終端からカット駆動パルスＤＰＣの膨張要素Ｐ２１の始端までの時間幅を長めに設定することが考えられるが、これにより単位記録周期Ｔにおける駆動パルス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ーでは、カット駆動パルスＤＰＣの波形要素を最適化することにより、インクの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、吐出駆動パルスＤＰＭを供給することで発生するメニスカスの残留振動とは逆位相となる振幅（振動）を与えるように、上記駆動信号ＣＯＭは、吐出駆動パルスＤＰＭの収縮要素Ｐ１３の終端からカット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１の始端までの時間幅をｔとし、カット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１、ホールド要素Ｐ２２、及び第２収縮要素Ｐ２３の時間幅を、それぞれａ、ｂ及びｃとし、また、圧力発生室内のインクの固有振動周期をＴｃとしたとき、ｔ、ａ、ｂ及びｃを、以下の式（１）〜（３）の範囲に設定している。以下、この点について説明する。
Ｔｃ／４≦ｔ≦Ｔｃ／２…（１）
（５Ｔｃ／８）−ｔ≦ａ≦（３Ｔｃ／４）−ｔ…（２）
ｂ＋ｃ＝Ｔｃ−ｔ−ａ…（３）

なお、圧力発生室３５内におけるインクの振動周期Ｔｃは、例えば特許文献２００３−１１３５２号公報に示されるように、次式（Ａ）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（Ａ）
但し、式（Ａ）において、Ｍｎはノズル３２におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口３４におけるイナータンス、Ｃｃは圧力発生室３５のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）である。上記式（Ａ）において、イナータンスＭとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。そして、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（Ｂ）で近似して表すことができる。
イナータンスＭ＝（密度ρ×長さＬ）／断面積Ｓ ・・・ （Ｂ）
また、Ｔｃは、上記式（Ａ）に限らず、圧力発生室３５が有している振動周期であればよい。

即ち、式（１）〜（３）を換言すると、吐出駆動パルスＤＰＭを供給することで発生するメニスカスの残留振動とは逆位相の振幅となるカット駆動パルスＤＰＣを供給することにより、カット駆動パルスＤＰＣを供給しない場合に比べ（図３（ｂ）中の二点鎖線）、メニスカスの残留振動が減衰する。詳しくは、式（１），（２）は、吐出駆動パルスＤＰＭによってインクを吐出する際に、吐出側に押し出されたメニスカスが、残留振動によって圧力発生室３５側に引き込まれ、その後にメニスカスが再び吐出側に移動するタイミングで、カット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１を供給して圧電振動子２０を収縮させることで圧力発生室３５を膨張させる。これにより、カット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１による圧力発生室３５への圧力変動が、残留振動とは逆位相の振幅となる。また、式（３）は、インクを吐出した後のメニスカスが圧力発生室３５側に引き込まれ、残留振動によって吐出側に再び移動し、さらに圧力発生室３５側に再び引き込まれるタイミングで、カット駆動パルスＤＰＣの第２ホールド要素Ｐ２２を供給して圧力発生室３５の膨張状態維持を維持した後に第２収縮要素Ｐ２３を供給して圧電振動子２０を伸長させることで圧力発生室３５を収縮させる。これにより、カット駆動パルスＤＰＣの第２ホールド要素Ｐ２２及び第２収縮要素Ｐ２３による圧力発生室３５への圧力変動が、残留振動とは逆位相の振幅となる。この結果、メニスカスの残留振動が極短時間で減衰する。

吐出駆動パルスＤＰＭの収縮要素Ｐ１３の終端からカット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１の始端までの時間幅ｔに関し、インクの吐出後のメニスカスが圧力発生室３５側に移動しているタイミングでカット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１を供給して圧電振動子２０を収縮させると、圧力発生室３５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、インク滴の吐出の安定性を保つためには、時間幅ｔをある範囲内に設定する必要がある。この時間幅ｔの範囲については、実際に行った実験の結果に基づいて定めている。

図４は、時間幅ｔ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、圧力発生室３５内のインクの固有振動周期Ｔｃは、７．５μｍと、８．０μｍと、８．５μｍである。そして、インク滴の吐出の安定性については、記録紙上に着弾したインクの重量を測定し（インク変動）、設定重量（例えば７ｎｇ）に対する着弾したインクの重量の誤差が予め設定した範囲を越える場合を×印とし、設定重量に対する誤差が使用に耐えうる範囲である場合を△印とし、設定重量に対する誤差が予め設定した範囲内である場合を○印とし、また、実際に吐出されるインク滴或いはこのインク滴が吐出された後に残留振動するメニスカスに付随して生じるミストインクを観察し（尾切り効果）、ミストインクが飛翔する場合を×印とし、インク滴の尾曳きが低減される場合を△印とし、安定性が良好である場合を○印としている。

まず、圧力発生室３５内のインクの固有振動周期Ｔｃを７．５μｍに設定した場合を見ると、インク変動に関しては、時間幅ｔが１．９μｓ以上、３．７μｓ以下、即ち固有振動周期Ｔｃの１／４以上、１／２以下でないと安定して吐出できないことが判る。一方、尾切り効果に関しては、時間幅ｔが３．７μｓ以下、即ち固有振動周期Ｔｃの１／２以下に設定すれば、吐出安定性を得られることが判る。同様に、固有振動周期Ｔｃを８．０μｍに設定した場合、及び、固有振動周期Ｔｃを８．５μｍに設定した場合、インク変動に関しては、時間幅ｔが固有振動周期Ｔｃの１／４以上、１／２以下、尾切り効果に関しては、時間幅ｔが固有振動周期Ｔｃの１／２以下に設定すれば、吐出安定性を得られることが判る。
以上のことから、時間幅ｔを固有振動周期Ｔｃの１／４以上、１／２以下に設定することで、単位記録周期Ｔにおける駆動パルスの波形全体の時間幅を最小限に抑えつつインク滴の尾曳きの低減及び吐出安定性が得られることが判った。

また、カット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１の時間幅ａに関し、吐出側に押し出されたメニスカスが、残留振動によって圧力発生室３５側に引き込まれ、その後にメニスカスが再び吐出側に移動するタイミングであって、且つメニスカスがノズル３２の吐出側の面（ノズル面）よりも外側（吐出側）に押し出されている間に供給されるように設定ことが望ましい。これにより、カット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１による圧力発生室３５への圧力変動が、残留振動とは逆位相となる。また、カット駆動パルスＤＰＣの第２ホールド要素Ｐ２２の時間幅ｂ、及び、第２収縮要素Ｐ２３の時間幅ｃに関し、上記カット駆動パルスＤＰＣの第２ホールド要素Ｐ２２及び第２収縮要素Ｐ２３による圧力発生室３５への圧力変動が、残留振動とは逆位相となるためには、第２収縮要素Ｐ２３の終端を固有振動周期Ｔｃの一周期の終端に設定すれば良い。このため、カット駆動パルスＤＰＣの第２ホールド要素Ｐ２２の時間幅ｂと、第２収縮要素Ｐ２３の時間幅ｃとの合計時間（ｂ＋ｃ）は、固有振動周期Ｔｃから時間幅ｔ、及び、時間幅ａを除いた時間幅に設定される。このように構成されたカット駆動パルスＤＰＣを供給することで、インクの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ことができる。

さらに、本実施形態では、上記カット駆動パルスＤＰＣにおいて、第２膨張要素Ｐ２１の電圧変化量Ｖｈ２を、吐出駆動パルスＤＰＭの最低電圧ＶＨＢから最高電圧ＶＨ１までの電位差Ｖｈ１の４０％以下に設定している。これは、電圧変化量Ｖｈ２を大きくしていくと、このカット駆動パルスＤＰＣによってインクが吐出されてしまう虞がある。そのため、第２膨張要素Ｐ２１の電圧変化量Ｖｈ２を電位差Ｖｈ１の４０％以下に設定することで、カット駆動パルスＤＰＣの第２膨張要素Ｐ２１によって残留振動が励起されることを抑制でき、メニスカスの安定性を確保できる。

以上のように説明した構成を採用することにより、例えば、紫外線等の光エネルギーの照射によって硬化する光硬化型インクのように従来のインクよりも粘度の高いインク（高粘度液体）を吐出する際に、吐出駆動パルスＤＰＭによるインクの吐出後に、時間幅ｔ，ａ，ｂ，ｃが最適化されたカット駆動パルスＤＰＣを圧電振動子２０に供給することで、吐出駆動パルスＤＰＭによるインクの吐出によって圧力発生室３５内のインクに発生する残留振動とは逆の位相の振動を与えることができるので、メニスカスが圧力発生室３５側に引き込まれて、吐出駆動パルスＤＰＭによって吐出されたインクに付随する尾の成長が抑制される。したがって、吐出されたインクの後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができる。これにより、記録紙上でインクが複数に分離して着弾すること、即ち、ドットの分離を防止することができる。また、残留振動が抑えられるので、この残留振動が次の記録周期における吐出動作に悪影響（インクの量や飛翔速度の変動等）を与えることを抑制することができる。さらに、カット駆動パルスＤＰＣの後に残留振動を減衰させるための振動減衰期間が不要であるため、その分、吐出周期を短くすることができ、駆動周波数が低下することを抑制することができる。

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。

図５は、第２の実施形態における駆動パルスの構成を説明する波形図である。上記実施形態では、本発明における駆動パルスの一例として、中ドットを記録するミドルドット吐出パルスＤＰＭを説明したが、駆動パルスの形状はこれには限られない。例えば、図５に示す大ドットを記録する駆動パルスは、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ（ＤＰＭ１，ＤＰＭ２）と、カット駆動パルスＤＰＣとを単位記録周期（吐出周期）Ｔ内に有する一連の信号であり、記録周期Ｔ毎に繰り返し発生されるように構成されている。本実施形態において、駆動信号ＣＯＭの一記録周期Ｔは、３つのパルス発生期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に区分されている。そして、期間Ｔ１で第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が発生され、期間Ｔ２で第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が発生され、期間Ｔ３でカット駆動パルスＤＰＣが発生される。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル３２から中ドットに対応する量のインクが２回連続して吐出され、大ドットが形成される。そして、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によるインクの吐出後に、時間幅ｔ，ａ，ｂ，ｃが最適化された上記構成のカット駆動パルスＤＰＣを圧電振動子２０に供給することにより、次の記録周期との間隔が短くても、吐出駆動パルスＤＰＭ１，２によるインクの吐出によって圧力発生室３５内のインクに発生する残留振動とは逆の位相の振動を与えることができ、残留振動が次の記録周期における吐出動作に悪影響を与えることを抑制することができる。

また、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦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、所謂撓み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、この撓み振動モードの圧電振動子を採用する場合は、図３（ａ），５に示した駆動パルスの波形が上下反転する。

そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、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。

８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電振動子，３２…ノズル，３５…圧力発生室

Claims (3)

1. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
   前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   を備える液体吐出装置であって、
   前記駆動信号は、液滴を吐出する吐出駆動パルスと、液滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を駆動する非吐出駆動パルスと、を含み、
   前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張要素と、当該膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮要素と、を含むパルス波形であり、
   前記非吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張要素と、当該膨張要素の後端電圧を一定時間維持するホールド要素と、当該膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮要素と、を含むパルス波形であり、
   前記吐出駆動パルスの収縮要素の終端から前記非吐出駆動パルスの膨張要素の始端までの時間幅をｔとし、前記非吐出駆動パルスの膨張要素、ホールド要素、及び収縮要素の時間幅を、それぞれａ、ｂ及びｃとし、また、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期をＴｃとしたとき、ｔ、ａ、ｂ及びｃを、以下の式（１）〜（３）の範囲に定めたことを特徴とする液体吐出装置。
   Ｔｃ／４≦ｔ≦Ｔｃ／２…（１）
   （５Ｔｃ／８）−ｔ≦ａ≦（３Ｔｃ／４）−ｔ…（２）
   ｂ＋ｃ＝Ｔｃ−ｔ−ａ…（３）
2. 前記非吐出駆動パルスの膨張要素の電圧変化量を、前記吐出駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の４０％以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によりノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
   液滴を吐出する吐出駆動工程と、液滴が吐出されない程度に前記圧力発生素子を駆動する非吐出駆動工程と、を含み、
   前記吐出駆動工程は、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮工程と、を含み、
   前記非吐出駆動工程は、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む膨張工程と、当該膨張工程での圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する膨張維持工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す収縮工程と、を含み、
   前記吐出駆動工程の収縮工程の終了から前記非吐出駆動工程の膨張工程の開始までの時間幅をｔとし、前記非吐出駆動パルスの膨張要素、膨張維持要素、及び収縮要素の時間幅を、それぞれａ、ｂ及びｃとし、また、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期をＴｃとしたとき、ｔ、ａ、ｂ及びｃを、以下の式（１）〜（３）の範囲に定めたことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
   Ｔｃ／４≦ｔ≦Ｔｃ／２…（１）
   （５Ｔｃ／８）−ｔ≦ａ≦（３Ｔｃ／４）−ｔ…（２）
   ｂ＋ｃ＝Ｔｃ−ｔ−ａ…（３）

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