JP2011126220A - 液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体流路内におけるキャビテーションの発生を抑制することで、気泡による噴射不良を防止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。
【解決手段】噴射駆動パルスＤＰ１は、圧力発生室２１の容積を緩やかに膨張させる膨張要素ｐ１と、電位ＶＬ１を維持する膨張維持要素ｐ２と、圧力発生室２１容積を収縮させる収縮要素ｐ３と、電位ＶＨ１を維持する収縮維持要素ｐ４と、圧力発生室２１容積を緩やかに膨張させる復帰要素ｐ５と、を含む電圧波形であり、膨張要素ｐ１の時間幅Ｗｄ１は、膨張維持要素ｐ２の時間幅Ｗｈ１よりも長く、復帰要素ｐ５の時間幅Ｗｄ２は、収縮維持要素ｐ４の時間幅Ｗｈ２よりも長く、第１基準電位ＶＢ１は、収縮維持要素ｐ４の電位ＶＨ１の５０％以上に設定され、噴射駆動パルスＤＰ１が圧電振動子２６に印加されることによりノズル開口２８から噴射されるインクの流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上である。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置、及び、その制御方法に関するものである。

液体噴射装置は、液体を噴射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噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射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滴状のインクを記録紙等の記録媒体（噴射対象物）に対して噴射・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、各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、或いはＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等のディスプレイ製造装置においては、色材や電極等の液体状の各種材料を、画素形成領域や電極形成領域等に対して噴射するためのものとして、液体噴射装置が用いられている。

上記の記録ヘッドでは、液体状のインクを封入したインクカートリッジなどの液体貯留部からのインクが導入されると共に、リザーバーから圧力室を経てノズルに至る一連の液体流路が形成された流路ユニットや圧力室の容積を変動可能な圧力発生素子を有するアクチュエーターユニットなど備えている。この記録ヘッドでは、圧力素子の作動によって生じる圧力変動が大きい程、ノズルから噴射されるインクの速度を速くすることが可能となる。しかしながら、より高い圧力変動を圧力室に与えると、液体流路のうち流路径が縮小した縮径部分を通過した際に負圧が生じ、この負圧によってキャビテーションが発生してインク中に気泡が生じることがあった。この結果、インクに混入した気泡の圧力変動の吸収による圧力損失などによって、ノズルからインクが噴射されない、所謂ドット抜けや飛翔曲がりが発生する虞があり、記録ヘッドがインクの噴射不良を発生させる等の不具合を招く問題があった。

このようなインクの噴射不良の原因となるキャビテーションを抑制するため、種々のメンテナンス処理が実行されている。例えば、圧力室（チャンバー）の容積を、容積変動の基準である通常状態から膨張状態まで変形させる膨張パルスの前側に膨張パルスと同等の電圧を有する短駆動パルスと、圧力室の容積を収縮状態から通常状態まで変形させる収縮パルスの後側に収縮パルスと同等の電圧を有する短駆動パルスとの何れか一方又は両方を設けることで、圧力室が急激に膨張する際に生じる負圧によるキャビテーションの発生を抑制可能なプリンターが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２４３６６１号公報

しかしながら、上記した短駆動パルスの電位と短休止期間の電位とをスイッチによって切り替える構成のプリンターでは、短駆動パルスの電位と短休止期間の電位との差を大きくなるように設定すると、圧力室を急激に変形させてしまう。この圧力室の急激な変化により、液体流路内の負圧によって発生するキャビテーションを確実に抑制することは困難であった。この結果、キャビテーションによって発生した気泡が液体流路内に滞留し、この気泡が圧力変動を吸収することによって噴射不良が生じる問題があった。

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、液体流路内におけるキャビテーションの発生を抑制することで、気泡による噴射不良を防止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。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様による液体噴射装置は、圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから着弾対象に対して液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生手段と、を備えた液体噴射装置であって、
前記噴射駆動パルスは、
中間電位から第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を変化させる第１の変化部と、
当該第１の変化部の終端電位を維持して圧力室容積を一定時間ホールドする第１のホールド部と、
前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化して前記第１の変化部によって変化させられた圧力容積を変化させる第２の変化部と、
当該第２の変化部の終端電位を維持して圧力室容積を一定時間ホールドする第２のホールド部と、
前記第１の方向に前記中間電位まで電位が復帰する変化をして前記第２の変化部によって変化させられた圧力容積を変化させる第３の変化部と、
を含む電圧波形であり、
前記第１の変化部の時間幅が、前記第１のホールド部の時間幅よりも長く、
前記第３の変化部の時間幅が、前記第２のホールド部の時間幅よりも長く、
前記中間電位が、第２のホールド部の電位の５０％以上に設定され、
前記噴射駆動パルスが前記圧力発生手段に印加されることにより前記ノズルから噴射される液体の流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上であることを特徴とする。

上記構成によれば、噴射駆動パルスは、中間電位から第１の方向に電位が変化して圧力室の容積を変化させる第１の変化部と、第１の変化部の終端電位を維持して圧力室容積を一定時間ホールドする第１のホールド部と、第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化して第１の変化部によって変化させられた圧力容積を変化させる第２の変化部と、第２の変化部の終端電位を維持して圧力室容積を一定時間ホールドする第２のホールド部と、第１の方向に中間電位まで電位が復帰する変化をして第２の変化部によって変化させられた圧力容積を変化させる第３の変化部と、を含む電圧波形であり、第１の変化部の時間幅は、第１のホールド部の時間幅よりも長く、第３の変化部の時間幅は、第２のホールド部の時間幅よりも長く、中間電位は、第２のホールド部の電位の５０％以上に設定され、噴射駆動パルスが圧力発生手段に印加されることによりノズルから噴射される液体の流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上であるので、ノズルから液体を噴射するべく圧力室内の圧力変動を生じさせる際に、圧力室を緩やかに変形させることができ、液体の噴射に必要な流速を確保しつつも液体流路内に生じる負圧を低減することができる。これにより、負圧によってキャビテーションが発生することを抑制して、キャビテーションの発生に伴う液体流路内の気泡を低減させることができる。この結果、液体流路内に滞留する気泡によってドット抜けや飛翔曲がり等の噴射不良が生じることを防止することができる。

また、上記構成において、前記液体噴射装置に装着される液体カートリッジに充填された液体の溶存窒素量が７．０ｐｐｍ以上である。

液体カートリッジに充填された液体の溶存窒素量が７．０ｐｐｍ未満であっても、ノズルから噴射される液体の流速が０．３６ｍｇ/s以上において、第１の態様の噴射駆動パルスであれば、負圧によるキャビテーションの発生を抑制することができる。一方、液体カートリッジの使用を開始してからの経過時間に応じて液体カートリッジ内の液体の脱気度が徐々に低下する場合や、製造環境と使用環境とが異なることによって液体カートリッジ内の液体の脱気度が使用開始時点において低い場合には、液体カートリッジに充填された液体の溶存窒素量が７．０ｐｐｍ以上となる場合がある。このような場合には、液体に溶存している窒素量が多くなりキャビテーションが生じやすくなる。このような場合においても、第１の態様の噴射駆動パルスであれば、液体流路内に負圧が生じることによるキャビテーションの発生を抑制できる。これにより、キャビテーションの発生に伴う液体流路内の気泡によって噴射不良が生じることを防止することができる。

また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから着弾対象に対して液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
前記噴射駆動パルスは、中間電位から第１の方向に電位が変化する第１の変化部と、当該第１の変化部の終端電位を維持する第１のホールド部と、前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化する第２の変化部と、当該第２の変化部の終端電位を維持する第２のホールド部と、前記第１の方向に前記中間電位まで電位が復帰する変化をする第３の変化部と、を含む電圧波形であり、
前記中間電位が、第２のホールド部の電位の５０％以上に設定され、
前記圧力室の容積を第１の変化部によって変化させる第１の変化工程と、
前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第１のホールド部によって所定時間ホールドする第１のホールド工程と、
前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第２の変化部によって変化させる第２の変化工程と、
前記第２の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第２のホールド部によって所定時間ホールドする第２のホールド工程と、
前記第２の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第３の変化部によって変化させる第３の変化工程と、
を含み、
前記第１の変化工程における時間幅が、前記第１のホールド工程における時間幅よりも長く、
前記第３の変化工程における時間幅が、前記第２のホールド工程における時間幅よりも長く、
前記各工程を経て前記ノズルから噴射される液体の流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上であることを特徴とする。
この制御方法によれば、ノズルから液体を噴射するべく圧力室内の圧力変動を生じさせる際に、圧力室を緩やかに変形させることができ、液体の噴射に必要な流速を確保しつつも液体流路内に生じる負圧を低減することができる。これにより、負圧によってキャビテーションが発生することを抑制して、キャビテーションの発生に伴う液体流路内の気泡を低減させることができる。この結果、液体流路内に滞留する気泡によってドット抜けや飛翔曲がり等の噴射不良が生じることを防止することができる。

プリンターの概略構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドを圧力発生ユニット側から見た斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 噴射駆動パルスを含む駆動信号の構成を説明する波形図である。 噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。 比較例としての噴射駆動パルスを含む駆動信号の構成を説明する波形図である。 比較例としての噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。 インクカートリッジの脱気度とドット抜けとの関係を説明する図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等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、本発明の液体噴射装置として、図１に示すインクジェット式記録装置（以下、プリンターと略記する）に適用した場合を例示する。

プリンター１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、インク（本発明における液体の一種）を貯留するインクカートリッジ３（本発明における液体カートリッジの一種）が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、記録ヘッド２が搭載されたキャリッジ４を記録紙６（着弾対象の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向（ヘッド走査方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、ヘッド走査方向に直交する方向）である。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、検出信号が位置情報として制御部４６（図４参照）に送信される。これにより、制御部４６はこのリニアエンコーダー１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側（図１における右側）の端部領域には、走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート３６：図３参照）を封止するキャッピング部材１２と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１３とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４（記録ヘッド２）が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

次に、記録ヘッド２の構成について説明する。ここで、図２は、記録ヘッド２を圧力発生ユニット側から見た斜視図、図３は、記録ヘッド２の要部断面図である。例示した記録ヘッド２は、圧力発生ユニット（又はアクチュエーターユニット）１９と、流路ユニット２０とから構成されており、これらを重ね合わせた状態で一体化してある。圧力発生ユニット１９は、圧電振動子２６（本発明における圧力発生手段に相当）と、振動板２７と、圧力発生室（本発明における圧力室に相当）２１を区画するための圧力発生室プレート２２とを積層し、焼成等により一体化することで構成されている。

また、流路ユニット２０は、供給口３０や第２連通口３１を形成した供給口形成プレート３２と、リザーバー３３及び第１連通口３４を形成したリザーバープレート３５とを積層することで構成されている。また、リザーバープレート３５の供給口形成プレート３２とは反対側の面には、ノズル開口２８（本発明におけるノズルに相当）が形成されたノズルプレート３６を設けている。

振動板２７は、弾性を有する板材で構成されている。圧力発生室２１とは反対側となる振動板２７の外側表面には、各圧力発生室２１に対応した状態で複数の圧電振動子２６が配設される。例示した圧電振動子２６は撓み振動モードの振動子であり、駆動電極２６ａと共通電極２６ｂとによって圧電体２６ｃを挟んで構成されている。そして、圧電振動子２６の駆動電極に駆動信号が印加されると、駆動電極２６ａと共通電極２６ｂ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２６ｃに付与され、圧電体２６ｃが付与された電場の強さに応じて変形する。

圧力発生室プレート２２は、圧力発生室２１を形成するのに適した厚さのセラミックス材の薄板、例えばアルミナやジルコニア等によって構成され、圧力発生室２１を区画するための空部がプレートの厚さ方向に貫通した状態で形成されている。圧力発生室２１は、ノズルプレート３６のノズル開口２８のピッチと同じ一定のピッチで列状に開設され、列設方向と直交する左右方向に細長い長孔である。

供給口形成プレート３２は、図３に示すように、ステンレス材等の金属材料によって構成された薄手の板状部材である。この供給口形成プレート３２には、板厚方向を貫通する供給口３０が複数開設されている。また、板厚方向を貫通する第２連通口３１が、リザーバープレート３５の第１連通口３４に対応させて形成されている。供給口３０は、インク流路（液体流路）内のインクに対して流体抵抗（流動抵抗）を付与する部分である。この供給口３０に関し、リザーバー３３側の口径が圧力発生室２１側の口径よりも広くなっている。この供給口３０はプレス加工によって形成される。また、供給口形成プレート３２には、肉厚を他の部分よりも十分に薄くしたコンプライアンス部３８が形成されている。このコンプライアンス部３８は、エッチングなどによってリザーバープレート３５のリザーバー３３に対応する領域内をリザーバー３３とは反対面側から板厚方向に窪ませて凹部３９を形成することで作製されている。

リザーバープレート３５は、ステンレス材等の金属材料によって構成された板状部材である。このリザーバープレート３５には、リザーバー３３を区画するための空部が板厚方向を貫通した状態で形成されている。この空部がリザーバー３３を区画形成する。このリザーバー３３は、複数の圧力発生室２１に共通な液室として機能する部分であり、インクの種類（色）毎に設けられ、インクカートリッジ３から供給されるインクを貯留する。また、リザーバープレート３５には、板厚方向を貫通する第１連通口３４が上記の第２連通口３１に対応させて複数形成されている。

ノズルプレート３６は、ステンレス材等の金属材料によって構成された板状部材である。このノズルプレート３６には、複数のノズル開口２８を列設してノズル列（ノズル開口群）が横並びに形成されており、本実施形態では、ノズル列は一定のピッチ（例えば、１８０ｄｐｉ）で開設された１８０個のノズル開口２８によって構成されている。なお、ノズルプレート３６は金属材料以外にも、有機プラスチックフィルム等から構成してもよい。

そして、各プレート部材は、圧力発生ユニット１９と供給口形成プレート３２との間、供給口形成プレート３２とリザーバープレート３５との間、およびリザーバープレート３５とノズルプレート３６との間を接合して一体化される。これにより、図３に示すように、リザーバー３３と圧力発生室２１の他端部とが、供給口３０を通じて連通する。また、圧力発生室２１の一端部とノズル開口２８とが、リザーバープレート３５の第１連通口３４および供給口形成プレート３２の第２連通口３１を通じて連通する。そして、リザーバー３３から圧力発生室２１を通って圧力発生ユニット１９とノズル開口２８とを連通する一連のインク流路（液体流路）がノズル開口２８毎に形成される。

上記構成の記録ヘッド２では、圧電振動子２６を変形させることで対応する圧力発生室２１が収縮或いは膨張し、圧力発生室２１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、ノズル開口２８からインクを噴射（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２１を予備的に膨張させるとリザーバー３３側から供給口３０を通じて圧力発生室２１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２１を急激に収縮させるとノズル開口２８からインクが噴射される。

次に、プリンター１の電気的な構成を説明する。
図４は、プリンター１の電気的な構成を示すブロック図である。本実施形態におけるプリンター１は、プリンターコントローラー４０とプリントエンジン４１とで概略構成されている。プリンターコントローラー４０は、ホストコンピューター等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）４２と、各種データ等を記憶するＲＡＭ４３と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ４４と、各部の制御を行う制御部４６と、クロック信号を発生する発振回路４７と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４８（本発明における駆動信号発生手段に相当）と、印刷データをドット毎に展開することで得られた画素データや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）４９と、を備えている。

制御部４６は、記録ヘッド２の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド２に出力したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号発生回路４８に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックＣＬＫ、画素データＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ１である。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

また、制御部４６は、上記印刷データに基づき、ＲＧＢ表色系からＣＭＹ表色系への色変換処理、多階調のデータを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデータを、インク種類毎（ノズル列毎）に所定の配列で並べてドットパターンデータに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド２の噴射制御に用いる画素データＳＩを生成する。この画素データＳＩは、印刷される画像の画素に関するデータであり、噴射制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。そして、本実施形態に係る画素データＳＩは、記録媒体上に形成されるドットの有無（又はインクの噴射の有無）及びドットの大きさ（又は噴射されるインクの量）に関する階調データからなる。本実施形態において、画素データＳＩは合計２ビットの２値階調データによって構成されている。２ビットの階調値には、インクを噴射しない非記録（微振動）に対応する［００］と、小ドットの記録に対応する［０１］と、中ドットの記録に対応する［１０］と、大ドットの記録に対応する［１１］とがある。従って、本実施形態におけるプリンターは４階調で記録ができる。

次に、プリントエンジン４１側の構成について説明する。プリントエンジン４１は、記録ヘッド２と、キャリッジ移動機構７と、紙送り機構８と、リニアエンコーダー１０と、から構成されている。記録ヘッド２は、シフトレジスター（ＳＲ）５０、ラッチ５１、デコーダー５２、レベルシフター（ＬＳ）５３、スイッチ５４、及び圧電振動子２６を、各ノズル開口２８に対応させて複数備えている。プリンターコントローラー４０からの画素データ（ＳＩ）は、発振回路４７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスター５０にシリアル伝送される。

シフトレジスター５０には、ラッチ５１が電気的に接続されており、プリンターコントローラー４０からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ５１に入力されると、シフトレジスター５０の画素データをラッチする。このラッチ５１にラッチされた画素データは、デコーダー５２に入力される。このデコーダー５２は、２ビットの画素データを翻訳してパルス選択データを生成する。本実施形態におけるパルス選択データは、合計２ビットのデータによって構成されている。

そして、デコーダー５２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５３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５３に入力される。このレベルシフター５３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５４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５３で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ５４に供給される。このスイッチ５４の入力側には、駆動信号発生回路４８からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ５４の出力側には、圧電振動子２６が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ５４の作動、つまり、駆動信号中の噴射パルスの圧電振動子２６への供給を制御する。例えば、スイッチ５４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５４が接続状態になって、対応する噴射パルスが圧電振動子２６に供給され、この噴射パルスの波形に倣って圧電振動子２６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５３からはスイッチ５４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５４は切断状態となり、圧電振動子２６へは噴射パルスが供給されない。

ここで、記録ヘッド２のインク流路内のインクに残存する気泡について説明する。インクカートリッジ３は、製造工程においてインク内の空気を脱気する脱気処理が行なわれている。しかしながら、インクカートリッジ３をプリンター１に装着すると、時間の経過と共にインク流路の壁面などを介して空気（主に窒素）が透過してインク流路内に侵入することなどでインクに空気が溶け込んだり、気泡が混入することや、或いはインクカートリッジ３の製造環境と使用環境とが異なることにより、例えば、溶存窒素量が７．０ｐｐｍ以上までインク内の窒素濃度が上昇して脱気度が低下する場合がある。このような脱気度の低下したインクが充填された圧力発生室２１に対して、急激な圧力変化を加えるとインク流路内に負圧が生じ、この負圧によってキャビテーションが発生し易くなる傾向がある。そして、キャビテーションの発生によってインク流路内に生じた気泡が成長して大きくなると、成長した気泡が圧力変動を吸収することによって、ノズル開口２８からインクが噴射されない、所謂ドット抜けや飛翔曲がり等の噴射不良が発生する虞があった。そのため、本発明のプリンター１の噴射駆動パルスＤＰ１は、圧電振動子２６に印加した際のインク流路内に生じる負圧によるキャビテーションの発生を抑制すべく圧力発生室２１を緩やかに変形（膨張）させる圧力変動を圧力発生室２１に与え、ノズル開口２８からインクを噴射させるように構成された一連の波形要素からなる。

図５は、上記構成の駆動信号発生回路４８が発生する噴射駆動パルスＤＰ１を含む駆動信号ＣＯＭ１の構成を説明する波形図であり、図６は、噴射駆動パルスＤＰ１の構成を説明する波形図であり、図７は、比較例としての噴射駆動パルスＤＰ２を含む駆動信号ＣＯＭ２の構成を説明する波形図であり、図８は、比較例としての噴射駆動パルスＤＰ２の構成を説明する波形図である。
まず、本発明の噴射駆動パルスＤＰ１（良波形（対策波形））とは異なる比較例としての噴射駆動パルスＤＰ２（未対策波形）について説明する。この噴射駆動パルスＤＰ２は、従来のプリンターで一般的に用いられる駆動パルスの一例であり、この種のプリンターにおいて噴射可能なインク滴のうち最もサイズの大きいインク滴を噴射するための噴射駆動パルスである。駆動信号ＣＯＭ２は、図７に示すように、３つの噴射駆動パルスＤＰ２（ＤＰ２ａ，ＤＰ２ｂ，ＤＰ２ｃ）を、ＬＡＴ信号で区切られる単位周期内に含んで構成されている。この駆動信号ＣＯＭ２の第２基準電位ＶＢ２（中間電位に相当）は、図８に示すように、圧電振動子２６が圧力発生室２１側に変位して圧力発生室２１を収縮させた状態に対応する電位（第２収縮電位ＶＨ２）の４６％以下に調整される。なお、第２膨張電位ＶＬ２は、圧電振動子２６が圧力発生室２１とは反対側に変位して圧力発生室２１を膨張させた状態に対応する電位である。

噴射駆動パルスＤＰ２は、第２基準電位ＶＢ２から第２膨張電位ＶＬ２までマイナス側（第１の方向）に電位が変化して圧力発生室２１を膨張させる膨張要素ｐ６と、第２膨張電位ＶＬ２を一定時間維持する膨張維持要素ｐ７と、第２膨張電位ＶＬ２から第２収縮電位ＶＨ２までプラス側（第２の方向）に電位が変化して圧力発生室２１を急激に収縮させる収縮要素ｐ８と、第２収縮電位ＶＨ２を一定時間維持する収縮維持（制振ホールド）要素ｐ９と、第２収縮電位ＶＨ２から第２基準電位ＶＢ２まで電位が復帰する復帰要素ｐ１０と、から構成される。

噴射駆動パルスＤＰ２は、膨張要素ｐ６の時間幅Ｗｄ３（例えば、２．６７μｓ）が、膨張維持要素ｐ７の時間幅Ｗｈ３（例えば、３．２３μｓ）よりも短く設定され、復帰要素ｐ１０の時間幅Ｗｄ４（例えば、３．００μｓ）が、収縮維持要素ｐ９の時間幅Ｗｈ４（例えば、３．４２μｓ）よりも短く設定され、第２基準電位ＶＢ２が第２収縮電位ＶＨ２の５０％未満（例えば、４６％）に設定されている。すなわち、噴射駆動パルスＤＰ２は、圧力発生室２１を急激に膨張変形させる圧力変化を圧力発生室２１内に生じさせるための一連の波形要素からなる。

この噴射駆動パルスＤＰ２が圧電振動子２６に印加されると、まず、膨張要素ｐ６によって圧電振動子２６は圧力発生室２１から離隔する方向に撓み、これにより圧力発生室２１が第２基準電位ＶＢ２に対応する基準容積から第２膨張電位ＶＬ２に対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、ノズル開口２８におけるメニスカスが圧力発生室２１側に大きく引き込まれる。そして、この圧力発生室２１の膨張状態は、膨張維持要素ｐ７の供給期間（Ｗｈ３）に亘って維持される。その後、収縮要素ｐ８が時間幅Ｗｃ２（２．８９μｓ）に亘って印加されることで圧電振動子２６が圧力発生室２１側に撓む。この圧電振動子２６の変位により、圧力発生室２１は膨張容積から収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室２１の急激な収縮により圧力発生室２１内のインクが加圧され、ノズル開口２８からインクが噴射される。この圧力発生室２１の収縮状態は、収縮維持要素ｐ９の供給期間（Ｗｈ４）に亘って維持される。そして、復帰要素ｐ１０が印加されることで圧電振動子２６が圧力発生室２１から離隔する側に緩やかに撓み、これにより、圧力発生室２１は収縮容積から基準容積まで復帰する。その結果、残留振動とは位相が異なる（望ましくは、逆位相の）圧力振動が生じ、残留振動が低減される。そして、上記した噴射駆動パルスＤＰ１を用いてインクを噴射させる場合、圧力発生室２１内の圧力変動がインク流路内を伝播することで負圧が生じ、この負圧によってインク流路内にキャビテーションが発生する虞があった。

次に、本発明の駆動信号ＣＯＭ１に含まれる噴射駆動パルスＤＰ１について説明する。
駆動信号ＣＯＭ１は、図５に示すように、３つの噴射駆動パルスＤＰ１（ＤＰ１ａ，ＤＰ１ｂ，ＤＰ１ｃ）を、ＬＡＴ信号で区切られる単位周期内に含んで構成されている。なお、第１収縮電位ＶＨ１は、圧電振動子２６が圧力発生室２１側に変位して圧力発生室２１を収縮させた状態に対応する電位であり、第１膨張電位ＶＬ１は、圧電振動子２６が圧力発生室２１とは反対側に変位して圧力発生室２１を膨張させた状態に対応する電位である。

噴射駆動パルスＤＰ１は、本実施形態におけるプリンター１において噴射可能なインク滴のうち最もサイズの大きいインク滴を噴射するための噴射駆動パルスである。この噴射駆動パルスＤＰ１は、第１基準電位ＶＢ１（中間電位に相当）から第１膨張電位ＶＬ１までマイナス側（第１の方向）に電位が変化して圧力発生室２１を膨張させる膨張要素ｐ１（第１の変化部）と、第１膨張電位ＶＬ１を一定時間維持する膨張維持要素ｐ２（第１のホールド部）と、第１膨張電位ＶＬ１から第１収縮電位ＶＨ１までプラス側（第２の方向）に電位が変化して圧力発生室２１を急激に収縮させる収縮要素ｐ３（第２の変化部）と、第１収縮電位ＶＨ１を一定時間維持する収縮維持（制振ホールド）要素ｐ４（第２のホールド部）と、第１収縮電位ＶＨ１から第１基準電位ＶＢ１まで電位が復帰する復帰要素ｐ５（第３の変化部）と、から構成される。換言すると、噴射駆動パルスＤＰ１は、ノズル開口２８からインクを噴射させるための波形要素（膨張要素ｐ１〜収縮要素ｐ３）からなる噴射部と、当該噴射部によってインクが噴射された後のメニスカスの残留振動を抑制して安定させるための波形要素（収縮維持要素ｐ４，復帰要素ｐ５）からなる制振部と、から構成される。

本発明の噴射駆動パルスＤＰ１は、上記の噴射駆動パルスＤＰ２と比較したときに、基準電位の値や、各波形要素の時間幅についての設定が異なっている。具体的には、膨張要素ｐ１の時間幅Ｗｄ１（３．６７μｓ）が、膨張維持要素ｐ２の時間幅Ｗｈ１（２．２３μｓ）よりも長く設定され、復帰要素ｐ５の時間幅Ｗｄ２（３．５０μｓ）が、収縮維持要素ｐ４の時間幅Ｗｈ２（２．８２μｓ）よりも長く設定され、第１基準電位ＶＢ１が第１収縮電位ＶＨ１の５０％以上であって、本実施形態においては６５％に設定されていることに特徴を有している。また、当該噴射駆動パルスＤＰ１を用いてノズル開口２８からインクを噴射する際のインクの流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上である。すなわち、噴射駆動パルスＤＰ１は、インク流路内に生じる負圧によるキャビテーションの発生を抑制すべく圧力発生室２１を緩やかに変形させる圧力変化を圧力発生室２１内に生じさせるための一連の波形要素からなる。なお、本実施形態におけるインク密度は、１．０６ｇ／ｃｍ^３となっている。さらに、本実施形態におけるノズルの径は２２．５μｍ（±１μｍ以下の製造誤差を含む）となっている。

この噴射駆動パルスＤＰ１が圧電振動子２６に印加されると、まず、膨張要素ｐ１によって圧電振動子２６は圧力発生室２１から離隔する方向に撓み、これにより圧力発生室２１が第１基準電位ＶＢ１に対応する基準容積から第１膨張電位ＶＬ１に対応する膨張容積まで膨張要素ｐ６を圧電振動子２６に印加したときよりも緩やかに膨張する（第１の変化工程）。この膨張により、ノズル開口２８におけるメニスカスが圧力発生室２１側に大きく引き込まれる。そして、この圧力発生室２１の膨張状態は、膨張維持要素ｐ２の供給期間（Ｗｈ１）に亘って維持される（第１のホールド工程）。その後、収縮要素ｐ３が時間幅Ｗｃ１（２．９９μｓ）に亘って印加されることで圧電振動子２６が圧力発生室２１側に撓む。この圧電振動子２６の変位により、圧力発生室２１は膨張容積から収縮容積まで急激に収縮される（第２の変化工程）。この圧力発生室２１の急激な収縮により圧力発生室２１内のインクが加圧され、ノズル開口２８からインクが噴射される。この圧力発生室２１の収縮状態は、収縮維持要素ｐ４の供給期間（Ｗｈ２）に亘って維持される（第２のホールド工程）。そして、復帰要素ｐ５が印加されることで圧電振動子２６が圧力発生室２１から離隔する側に膨張要素ｐ１０を圧電振動子２６に印加したときよりも緩やかに撓み、これにより、圧力発生室２１は収縮容積から基準容積まで復帰する（第３の変化工程）。これにより、残留振動とは位相が異なる（望ましくは、逆位相の）圧力振動が生じ、残留振動が低減される。そして、上記した噴射駆動パルスＤＰ１が圧電振動子２６に印加されることによって、インクがノズル開口２８から噴射される際の流速は、０．３６ｍｇ／ｓ以上となる。

図９は、インクカートリッジ３の脱気度とドット抜け検査結果との関係を説明する図である。なお、図９中の「×」は、略全てのノズル開口２８で噴射不良が発生したことを示し、「△」は、約８割のノズル開口２８で噴射不良が発生したことを示し、「○」は、全てのノズル開口２８の噴射が良好であったことを示している。
同図に示すように、噴射駆動パルスＤＰ２（図９中の下段）を圧電振動子２６に印加する場合には、インクカートリッジ３をプリンター１に装着した時点（開直）から２週間経過後（２Ｗ飽和）までは、ノズル開口２８からインクが良好に噴射されたが、インクカートリッジ３をプリンター１に装着してから１月経過後（１Ｍ飽和）以降では、ノズル開口２８からインクが噴射されない、所謂ドット抜けが発生した。一方、噴射駆動パルスＤＰ１（良波形：図９中の上段）を圧電振動子２６に印加する場合には、インクカートリッジ３をプリンター１に装着した時点（開直）から１月経過後（１Ｍ飽和）までノズル開口２８からインクが良好に噴射され、２月経過までは概ね良好に噴射することができた。そして、インクカートリッジ３をプリンター１に装着してから３月経過後（３Ｍ飽和）以降において、約８割のノズル開口２８で噴射不良が発生した。つまり、噴射駆動パルスＤＰ１を圧電振動子２６に印加する場合は、噴射駆動パルスＤＰ２を圧電振動子２６に印加する場合に比べて、インクカートリッジ３内のインクの溶存窒素量が上昇しても、インク流路内においてキャビテーションが生じ難いことが判る。

このように、本実施形態のプリンター１の噴射駆動パルスＤＰ１は、第１基準電位ＶＢ１からマイナス側に電位が変化して圧力発生室２１の容積を緩やかに膨張させる膨張要素ｐ１と、膨張要素ｐ１によって膨張させられた圧力発生室２１容積を一定時間ホールドする、膨張要素ｐ１の終端電位ＶＬ１で一定な膨張維持要素ｐ２と、プラス側に電位が変化して膨張要素ｐ１によって膨張させられた圧力発生室２１容積を収縮させる収縮要素ｐ３と、収縮要素ｐ３によって収縮させられた圧力発生室２１容積を一定時間ホールドする、収縮要素ｐ３の終端電位ＶＨ１で一定な収縮維持要素ｐ４と、マイナス側に第１基準電位ＶＢ１まで電位が復帰する変化をして収縮要素ｐ３によって収縮させられた圧力発生室２１容積を緩やかに膨張させる復帰要素ｐ５と、を含む電圧波形であり、膨張要素ｐ１の時間幅Ｗｄ１は、膨張維持要素ｐ２の時間幅Ｗｈ１よりも長く、復帰要素ｐ５の時間幅Ｗｄ２は、収縮維持要素ｐ４の時間幅Ｗｈ２よりも長く、第１基準電位ＶＢ１は、収縮維持要素ｐ４の電位ＶＨ１の５０％以上に設定され、噴射駆動パルスＤＰ１が圧電振動子２６に印加されることによりノズル開口２８から噴射されるインクの流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上であるので、ノズル開口２８からインクを噴射するべく圧力発生室内２１内に圧力変動を生じさせる際に、圧力発生室２１を緩やかに変形させることができ、インクの噴射に必要な流速を確保しつつもインク流路内に生じる負圧を低減することができる。特に、供給口３０などの流路断面積が減少して流速が速くなる部分（境界部分）に生じる負圧を低減することができる。これにより、負圧によってキャビテーションが発生することを抑制して、キャビテーションの発生に伴うインク流路内の気泡を低減させることができる。この結果、インク流路内に滞留する気泡によってドット抜けや飛翔曲がり等の噴射不良が生じることを防止することができる。

また、プリンター１に装着されるインクカートリッジ３の溶存窒素量が７．０ｐｐｍ以上である場合においても、圧力発生室２１に圧力変動を与えた際に、インク流路内に負圧が生じることによって、キャビテーションが発生することを抑制できる。これにより、キャビテーションの発生に伴うインク流路内の気泡によって噴射不良が生じることを防止することができる。

なお、上記各実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電振動子２６を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。

以上は、液体噴射装置の一種であるプリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は他の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極製造装置、バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンター、２…記録ヘッド、３…インクカートリッジ、６…記録紙、２１…圧力発生室、２６…圧電振動子、２８…ノズル開口、４８…駆動信号発生回路、ＤＰ…噴射駆動パルス

Claims (3)

1. 圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから着弾対象に対して液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生手段と、を備えた液体噴射装置であって、
   前記噴射駆動パルスは、
   中間電位から第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を変化させる第１の変化部と、
   当該第１の変化部の終端電位を維持して圧力室容積を一定時間ホールドする第１のホールド部と、
   前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化して前記第１の変化部によって変化させられた圧力室容積を変化させる第２の変化部と、
   当該第２の変化部の終端電位を維持して圧力室容積を一定時間ホールドする第２のホールド部と、
   前記第１の方向に前記中間電位まで電位が復帰する変化をして前記第２の変化部によって変化させられた圧力室容積を変化させる第３の変化部と、
   を含む電圧波形であり、
   前記第１の変化部の時間幅が、前記第１のホールド部の時間幅よりも長く、
   前記第３の変化部の時間幅が、前記第２のホールド部の時間幅よりも長く、
   前記中間電位が、第２のホールド部の電位の５０％以上に設定され、
   前記噴射駆動パルスが前記圧力発生手段に印加されることにより前記ノズルから噴射される液体の流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上であることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記液体噴射装置に装着される液体カートリッジに充填された液体の溶存窒素量が７．０ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから着弾対象に対して液体を噴射させるための噴射駆動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
   前記噴射駆動パルスは、中間電位から第１の方向に電位が変化する第１の変化部と、当該第１の変化部の終端電位を維持する第１のホールド部と、前記第１の方向とは反対方向である第２の方向に電位が変化する第２の変化部と、当該第２の変化部の終端電位を維持する第２のホールド部と、前記第１の方向に前記中間電位まで電位が復帰する変化をする第３の変化部と、を含む電圧波形であり、
   前記中間電位が、第２のホールド部の電位の５０％以上に設定され、
   前記圧力室の容積を第１の変化部によって変化させる第１の変化工程と、
   前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第１のホールド部によって所定時間ホールドする第１のホールド工程と、
   前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第２の変化部によって変化させる第２の変化工程と、
   前記第２の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第２のホールド部によって所定時間ホールドする第２のホールド工程と、
   前記第２の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第３の変化部によって変化させる第３の変化工程と、
   を含み、
   前記第１の変化工程における時間幅が、前記第１のホールド工程における時間幅よりも長く、
   前記第３の変化工程における時間幅が、前記第２のホールド工程における時間幅よりも長く、
   前記各工程を経て前記ノズルから噴射される液体の流速が０．３６ｍｇ／ｓ以上であることを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

Images