JP2012245758A

JP2012245758A - 液体噴射装置

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Publication number: JP2012245758A
Application number: JP2011121456A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kura; 圭司蔵; Daiki Tanaka; 大樹田中
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-31
Also published as: JP5810635B2

Abstract

【課題】パージ時に印加する駆動パルス信号の電圧を上げることなく、流路長さが最も長い圧力室に連通するノズルからの液体の排出量と、流路長さが短い他のノズルからの液体の排出量との差を小さくすることで、消費電力を低減する。パージ時における複数のノズルからの液体の排出量の差を小さくし、複数のノズルから排出される液体の総和を減らす。
【解決手段】インクジェットヘッド４は、パージ時に、インク供給口３６からの流路長さが最も長い２つの圧力室群に対応する個別電極に印加する駆動パルス信号の位相と、走査方向に関して圧力室群と隣接する圧力室群に対応する個別電極に印加する駆動パルス信号の位相とをパルスＰのパルス幅分だけずらす。上記以外の圧力室群に印加する駆動パルス信号については、同位相またはパルスＰのパルス幅よりも小さい幅だけ位相をずらす。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体を噴射する液体噴射装置に関する。

従来から、ノズルから液体を噴射する液体噴射装置において、ノズルに連通する液体流路内に異物や気泡などが混入する、あるいは、ノズル内の液体が乾燥して増粘するなどして、ノズルからの液体噴射性能が低下した場合に、上記異物や気泡、あるいは、増粘した液体をノズルから強制的に排出させるパージを実行し、ノズルからの液体噴射性能を回復させる手段を備えたものがある。

上述した液体噴射装置として、例えば、特許文献１には、被記録体に対してノズルからインクを噴射して文字や画像などの記録を行う、インクジェットプリンタが開示されている。このインクジェットプリンタは、インクジェットヘッドと、インクジェットヘッドのノズルが開口するノズル面に密着して複数のノズルを覆うキャップと、キャップに形成された吸引口に接続される吸引装置とを有している。そして、ノズル面にキャップが密着して複数のノズルがキャップで覆われた状態で、吸引装置によりキャップ内を減圧してノズルからインクを吸い出すことで、インクジェットヘッド内の異物や気泡などをインクとともに排出するパージを実行している。

ところで、液体噴射装置において、複数の圧力室には、供給口から液体が供給される。そして、供給口から複数の圧力室までの流路長さは同じではなく、供給口から圧力室までの流路長さが長いほど、供給口から圧力室までの流路抵抗は大きくなっている。このように、複数の圧力室のそれぞれで流路抵抗が異なっていると、供給口からそれぞれのノズルへの液体の供給速度に影響を及ぼすことになる。すると、上記パージ時に、流路抵抗が大きい圧力室ほど液体が供給されにくくなり、供給不足が生じやすい。そこで、特許文献２に記載のインクジェットヘッドにおいては、パージ圧力が低い末端のノズルを駆動することで、最も流路抵抗が大きい圧力室に連通するノズルから十分に液体が排出させていた。

特開２００８−２２１８３６号公報（図１）特開２０１０−８９３１２号公報（図１）

ところで、特許文献２に記載のインクジェットヘッドでは、ノズル数が多いと、１つのノズルだけ駆動するのではなく、流路抵抗が同じくらいの近傍のノズルも含めた、いくつかのノズルを駆動することになると考えられる。このとき、隣接する２つのノズルに連通する圧力室に駆動パルス信号を１度に印加すると、駆動パルス信号が印加されて変形する部材の２つの圧力室に対向する部分は、変形するタイミングが同じであるため、相互干渉（クロストーク）の影響により変位量が小さくなる。これでは、ノズルから十分に液体を排出させるには不十分であり、駆動パルス信号の電圧を上げて変位量を大きくする必要があり、消費電力が増大してしまう。

また、特許文献１に記載のインクジェットプリンタによる上記パージ時には、供給口からの流路抵抗が最も大きいノズルを基準に吸引装置による吸引力を設定しており、流路抵抗が小さい圧力室に連通するノズルからは、必要以上に多くの液体が無駄に排出されることになり、パージ時に複数のノズルから排出される液体の総和が増えていた。

そこで、本発明の目的は、パージ時に印加する駆動パルス信号の電圧を上げることなく、流路長さが最も長い圧力室に連通するノズルからの液体の排出量と、流路長さが短い他のノズルからの液体の排出量との差を小さくすることで、消費電力を低減した液体噴射装置を提供することである。また、パージ時における複数のノズルからの液体の排出量の差を小さくし、複数のノズルから排出される液体の総和を減らした液体噴射装置を提供することである。

本発明の液体噴射装置は、複数のノズルと、互いに隣接して配置され、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室に液体を供給するための液体供給口とを有する流路ユニットと、前記複数の圧力室を共通に覆うように前記流路ユニットに接合された振動板と、前記振動板に設けられて前記振動板の前記複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ変形させる複数の駆動素子とを有し、前記複数の圧力室内の液体に噴射圧力をそれぞれ付与するアクチュエータと、前記流路ユニットの外部から前記流路ユニット内の液体に圧力を作用させて前記複数のノズルから液体を強制的に排出させるパージを実行するパージ手段と、駆動パルス信号を前記駆動素子に印加する駆動装置と、を備え、前記アクチュエータは、前記パージ時に前記駆動素子に前記駆動パルス信号を印加しており、前記駆動装置は、前記液体供給口からの流路長さが最も長い前記圧力室とこれに隣接する隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差を、前記流路長さが最も長い前記圧力室よりも流路長さが短い前記圧力室とこれに隣接する隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差に比べて大きくする。

本発明における液体噴射装置によると、パージ手段によるパージ時に、外部から流路ユニット内の液体に圧力を作用させて複数のノズルから強制的に液体を排出させながら、複数の駆動素子を駆動して、振動板の複数の圧力室と対向する部分を積極的に変形させて、ノズルからの液体の排出量を増大させている。ここで、仮に、隣接する２つの圧力室に対応した２つの駆動素子に同位相の駆動パルス信号を印加すると、振動板の２つの圧力室に対向する部分が変形するタイミングが同じため、相互干渉（クロストーク）の影響が最も大きく、振動板の圧力室に対向する部分の変位量は小さくなる。一方、２つの駆動素子に印加する駆動パルス信号の位相差を大きくするにつれて、振動板の２つの圧力室に対向する部分が変形するタイミングがずれるため、クロストークの影響は小さくなり、振動板の圧力室に対向する部分の変位量は大きくなる。

そこで、本発明では、パージ時に、流路長さが最も長い圧力室とこれに隣接する隣接圧力室との間での駆動パルス信号の位相差を、流路長さが最も長い上記圧力室よりも流路長さが短い圧力室とこれに隣接する隣接圧力室との間での駆動パルス信号の位相差に比べて大きくしている。これにより、駆動パルス信号の電圧を上げることなく、振動板の、流路長さが最も長い圧力室に対向する部分の変位量が、他の部分の変位量に比べて大きくなり、パージ時における流路長さが最も長い圧力室に連通するノズルからの液体の排出量と、流路長さが短い他のノズルからの液体の排出量との差を小さくすることができ、消費電力を低減することができる。そして、流路長さの違いに起因した複数の圧力室に連通するノズルからの液体の排出量の差を小さくすることができる。したがって、パージ手段により流路ユニット内の液体に作用させる圧力を小さくして、複数のノズルから液体が無駄に排出されるのを抑制し、複数のノズルから排出される液体の総和を減らすことができる。

また、前記駆動装置は、前記流路長さが長い前記圧力室ほど、隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差を大きくすることが好ましい。

これによると、流路長さが長い圧力室ほど、隣接圧力室との間での駆動パルス信号の位相差を大きくすることで、流路長さが長い圧力室に連通するノズルほど、駆動なしでのパージのときよりも液体の排出量を増やすことができる。したがって、液体供給口から圧力室までの流路長さによらず、パージ時における全ての圧力室に連通するノズルの間における液体の排出量をほぼ均一化することができ、パージ手段により流路ユニット内の液体に作用させる圧力を小さくして、複数のノズルから液体が無駄に排出されるのをさらに抑制することができ、複数のノズルから排出される液体の総和をさらに減らすことができる。

そして、前記流路ユニットは、前記複数の圧力室に共通に連通し、前記液体供給口から液体が供給されるとともに、所定の第１方向に延在する共通液室を有しており、前記複数の圧力室が前記第１方向に配列されて圧力室列を形成し、前記圧力室列が前記第１方向と交差する第２方向に複数並んでおり、前記駆動装置は、前記第２方向に隣接する２つの前記圧力室間において前記駆動パルス信号をずらしてもよい。

これによると、互いに異なる圧力室列に属し、流路長さが最も長い２つの圧力室間において駆動パルス信号の位相をずらすことで、これら２つの圧力室に対向する振動板の部分において互いにクロストークの影響を小さくして変位量を大きくすることができる。

また、前記流路ユニットは、前記複数の圧力室に共通に連通し、前記液体供給口から液体が供給されるとともに、所定の第１方向に延在する共通液室を有しており、前記複数の圧力室が前記第１方向に配列されて圧力室列を形成しており、前記駆動装置は、前記第１方向に隣接する２つの前記圧力室間において前記駆動パルス信号をずらしてもよい。

これによると、同じノズル列に属し、流路長さが最も長い圧力室とこの圧力室に隣接する圧力室間において駆動パルスの位相をずらすことで、これら２つの圧力室に対向する振動板の部分において互いにクロストークの影響を小さくして変位量を大きくすることができる。また、仮に、圧力室列が複数列ではなく１列しかない場合でも、流路長さが最も長い圧力室と対向する振動板の部分の変位量を大きくすることができる。

また、前記駆動装置は、前記流路長さが最も長い前記圧力室については、隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差をパルス幅分にすることが好ましい。

隣接する２つの圧力室の間での駆動パルス信号の位相差をパルス幅分にすると、一方の駆動素子においてパルスが印加されて電圧が立ち上がり、この駆動素子に対応する圧力室と対向する振動板の部分が変形する。その後、一方の駆動素子において電圧が立ち下がり、この駆動素子に対応する圧力室と対向する振動板の部分の変形が戻るとともに、他方の駆動素子においてパルスが印加されて電圧が立ち上がり、この駆動素子に対応する圧力室と対向する振動板の部分が変形する。このとき、一方の駆動素子に対応する圧力室と対向する振動板の部分の変形が戻る力を利用して、この圧力室と隣接する、他方の駆動素子に対応する圧力室と対向する振動板の部分が大きく変形することになる。したがって、効率的に振動板を大きく変形させることができる。

駆動パルス信号の電圧を上げることなく、振動板の、流路長さが最も長い圧力室に対向する部分の変位量が、他の部分の変位量に比べて大きくなり、パージ時における流路長さが最も長い圧力室に連通するノズルからの液体の排出量と、流路長さが短い他のノズルからの液体の排出量との差を小さくすることができ、消費電力を低減することができる。また、パージ手段により流路ユニット内の液体に作用させる圧力を小さくして、複数のノズルから液体が無駄に排出されるのを抑制し、複数のノズルから排出される液体の総和を減らすことができる。

本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成を示す平面図である。インクジェットヘッドの平面図である。（ａ）は図２のＡ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。インクジェットプリンタの制御系を概略的に示すブロック図である。個別電極に印加する駆動パルス信号の波形である。（ａ）はクロストークの影響により変位量が最小となったときの振動板近傍の模式図であり、（ｂ）は変位量が最大となったときの振動板近傍の模式図である。パージ時におけるインクジェットヘッドの縦断面図である。変形例における圧力室群ごとの分割配置について説明するためのインクジェットヘッドの平面図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態においては、記録用紙２０にインクを噴射して文字や画像などを記録するインクジェットプリンタを例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成を示す平面図である。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１（液体噴射装置）は、記録用紙２０が載置されるプラテン２と、このプラテン２と平行な走査方向に往復移動可能なキャリッジ３と、このキャリッジ３に搭載されたインクジェットヘッド４と、記録用紙２０を走査方向と直交する搬送方向に搬送する搬送機構５と、インクジェットヘッド４の液体噴射性能の回復・維持に関する各種メンテナンス作業を行うメンテナンスユニット６と、インクジェットプリンタ１の全体制御を司る制御装置７（図４参照）などを有している。

プラテン２の上面には、図示しない給紙機構から供給された記録用紙２０が載置される。また、プラテン２の上方には、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイドレール１０、１１が設けられ、キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０、１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。

また、２本のガイドレール１０、１１は、プラテン２よりもさらに走査方向に沿って図１の右方に離れた位置まで延在しており、キャリッジ３は、プラテン２上の記録用紙２０と対向する領域（記録領域）から、非記録領域である、プラテン２から右方向に離れた位置まで移動可能に構成されている。また、キャリッジ３には、２つのプーリ１２、１３間に巻き掛けられた無端ベルト１４が連結されており、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が走行駆動されると、キャリッジ３は、無端ベルト１４の走行にともなって走査方向に移動するようになっている。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３の下部に搭載されており、プラテン２の上面と平行な、インクジェットヘッド４の下面が、複数のノズル１６が開口するインク噴射面４ａ（図３（ｂ）参照）となっている。そして、このインク噴射面４ａの複数のノズル１６から、プラテン２に載置された記録用紙２０に対してインクを噴射する。

また、インクジェットヘッド４の上面には、各色のインクに対応した４つのインク供給口３６（図２参照）が設けられており、この４つのインク供給口３６に４本のチューブ１７の一端が接続されている。そして、４本のチューブ１７の他端は、各色のインクが貯留された４つのインクカートリッジ８を着脱自在なカートリッジ装着部９に接続されており、これにより、カートリッジ装着部９に装着された４つのインクカートリッジ８から４本のチューブ１７を介して供給された各色のインクが、インクジェットヘッド４へ供給される。

次に、インクジェットヘッド４について説明する。図２は、インクジェットヘッドの平面図である。図３（ａ）は図２のＡ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２、図３に示すように、インクジェットヘッド４は、複数のノズル１６及び複数のノズル１６にそれぞれ連通する複数の圧力室３４が形成された流路ユニット３０と、流路ユニット３０の上面に配置され、圧力室３４内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ３１と、を有している。

まず、流路ユニット３０について説明する。図３（ｂ）に示すように、流路ユニット３０は、４枚のプレートが積層された構造を有し、この流路ユニット３０の下面（インク噴射面４ａ）には複数のノズル１６が形成されている。図２に示すように、これら複数のノズル１６は搬送方向に配列され、走査方向に並ぶ４列のノズル列３３を構成している。４列のノズル列３３にそれぞれ属するノズル１６からは、ブラックインクと３色のカラーインク（イエロー、シアン、マゼンタ）との、合計４色のインクがそれぞれ噴射される。

また、流路ユニット３０には、複数のノズル１６にそれぞれ連通する複数の圧力室３４が形成され、４列のノズル列３３に対応して、複数の圧力室３４も４列に配列されている。さらに、流路ユニット３０には、それぞれ搬送方向に延在し、４列の圧力室列にブラック、イエロー、シアン、マゼンタの４色のインクをそれぞれ供給する４本のマニホールド３５が形成されている。４本のマニホールド３５は、延在方向の一端（図２の上端）が流路ユニット３０の上面に形成された４つのインク供給口３６に接続されている。すなわち、マニホールド３５の一端にインク供給口３６が接続され、マニホールド３５の延在方向に沿って圧力室列が配列されており、圧力室列に属する複数の圧力室３４は、インク供給口３６からのマニホールド３５を介した距離（流路の長さ）がそれぞれ異なっている。

次に、圧電アクチュエータ３１について説明する。図３（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ３１は、複数の圧力室３４を覆うように流路ユニット３０の上面に配置された振動板４０と、この振動板４０の上面に、複数の圧力室３４と対向するように配置された圧電層４１と、圧電層４１の上面に複数の圧力室３４に対応して配置された複数の個別電極４２と、を有している。

圧電層４１の上面に位置する複数の個別電極４２は、圧電アクチュエータ３１を駆動するドライバＩＣ４７とそれぞれ接続されており、ドライバＩＣ４７（駆動装置）から複数の個別電極４２に対して所定の駆動電圧とグランド電位からなる駆動パルス信号が独立して印加されるようになっている。また、圧電層４１の下面に位置する振動板４０は金属材料で形成されており、圧電層４１を挟んで複数の個別電極４２と対向する共通電極の役割を果たす。この振動板４０はドライバＩＣ４７のグランド配線に接続されて常にグランド電位に保持されている。

この圧電アクチュエータ３１は、ドライバＩＣ４７から、ある個別電極４２と共通電極としての振動板４０の間に上記駆動電圧が印加されたときに、両者の間に挟まれた圧電層４１の部分（活性部Ｒ１：駆動素子）の圧電変形（圧電歪）によって圧力室３４に体積変化を生じさせ、圧力室３４内のインクに圧力を付与する。このとき、圧力が付与された圧力室３４に連通するノズル１６からインクが噴射されることになる。

図１に戻って、搬送機構５は、搬送方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８、１９を有し、これら２つの搬送ローラ１８、１９によって、プラテン２に載置された記録用紙２０を搬送方向（図１の下方）に搬送する。

そして、インクジェットプリンタ１は、プラテン２上に載置された記録用紙２０に対して、キャリッジ３とともに走査方向（図１の左右方向）に往復移動するインクジェットヘッド４からインクを噴射させるとともに、２つの搬送ローラ１８、１９によって記録用紙２０を搬送方向（図１の前方）に搬送することにより、記録用紙２０に所望の文字や画像などを記録する。

次に、メンテナンスユニット６について説明する。図１に示すように、メンテナンスユニット６は、プラテン２に対して走査方向一方側（図１の右側）に離れた位置に、インクジェットヘッド４のインク噴射面４ａに接触して複数のノズル１６の開口を覆う吸引キャップ２１と、吸引キャップ２１に接続された吸引ポンプ２３とを有している。なお、本実施形態における吸引キャップ２１と吸引ポンプ２３が、本発明におけるパージ手段に相当する。

吸引キャップ２１は、キャップ昇降モータ２５（図４参照）により昇降駆動され、インク噴射面４ａに対して離接する。そして、吸引キャップ２１はインク噴射面４ａに接触（キャッピング）すると、複数のノズル１６を覆って密閉空間を画定する。このように、吸引キャップ２１がキャッピング状態にあるときに、吸引ポンプ２３を駆動して、吸引キャップ２１内を吸引して減圧させることで、吸引キャップ２１によって覆われた全てのノズル１６からインクを強制的に排出させる（以下、パージと称す）。このパージは、ノズル１６からのインク噴射性能が低下したときに行われ、このパージ時に、本実施形態においては、個別電極４２に駆動パルス信号を印加して、活性部Ｒ１を圧電変形させることで、振動板４０を変形させて圧力室３４に体積変化を生じさせているが、これについて詳しくは後述する。

次に、インクジェットプリンタ１の電気的な構成について、図４のブロック図を参照して説明する。図４に示すように、制御装置７は、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）５０、ＲＯＭ（Read Only Memory）５１、ＲＡＭ（Random Access Memory）５２、及び、これらを接続するバス５３からなるマイクロコンピュータを有する。また、バス５３には、インクジェットヘッド４のドライバＩＣ４７、キャリッジ３を駆動するキャリッジ駆動モータ１５、搬送機構５、メンテナンスユニット６の吸引ポンプ２３とキャップ昇降モータ２５などを制御する、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）５４が接続されている。また、このＡＳＩＣ５４は、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５８を介して外部装置であるＰＣ（パーソナルコンピュータ）７０とデータ通信可能に接続されている。

また、ＡＳＩＣ５４には、記録動作時にＰＣ７０から入力された印刷データに基づいて、インクジェットヘッド４のドライバＩＣ４７とキャリッジ駆動モータ１５をそれぞれ制御し、また、パージ時に同じくインクジェットヘッド４のドライバＩＣ４７とキャリッジ駆動モータ１５をそれぞれ制御するヘッド制御回路６１と、同じく上記印刷データに基づいて搬送機構５を制御する搬送制御回路６２と、パージ時にメンテナンスユニット６の吸引ポンプ２３とキャップ昇降モータ２５とをそれぞれ制御するパージ制御回路６３などが組み込まれている。

次に、ヘッド制御回路６１について詳細に説明する。ヘッド制御回路６１は、駆動波形選択部６４を有している。駆動波形選択部６４は、記録動作時やパージ時に後述する４種類の駆動波形から１種類を選択して決定する。４種類の駆動波形とは、記録動作時に用いられるものであり、それぞれパルス幅やパルス数が異なり、液滴径の異なる３種類のインク玉（小玉、中玉、大玉）を噴射する３種類の記録用駆動波形と、パージ時に用いられるものであり、上述した３種類の記録用駆動波形とはパルス幅やパルス数が異なる１種類のパージ用駆動波形とからなる。

具体的に、駆動波形選択部６４は、記録動作時にＰＣ７０から入力された印刷データに基づいて、３種類の記録用駆動波形から１種類を選択して決定する。そして、ヘッド制御回路６１は、記録動作時に、駆動波形選択部６４により選択された駆動波形をそのままドライバＩＣ４７に送信し、ドライバＩＣ４７に、駆動波形に基づいた所定電圧の駆動パルス信号を生成させる。そして、この駆動パルス信号が圧電アクチュエータ３１の複数の個別電極４２に供給されることで、記録動作時において、インクジェットヘッド４の複数の個別電極４２にそれぞれ対応する複数のノズル１６からインクが噴射される。

ここで、仮に、上述したように、パージ時に、個別電極４２に駆動パルス信号を印加しない場合には、インク供給口３６から複数の圧力室３４までのマニホールド３５の流路長さがそれぞれ異なると、流路抵抗がそれぞれ異なることになり、インク供給口３６からそれぞれの圧力室３４へのインクの供給速度に影響を及ぼすことになり、パージ時における複数のノズル１６からのインクの排出量に差が生じていた。

そこで、本実施形態では、パージ時に、個別電極４２に駆動パルス信号を印加して、この個別電極４２に対応する活性部Ｒ１を積極的に変形させて、ノズル１６からのインクの排出量を増大させている。具体的には、ヘッド制御回路６１は、駆動波形選択部６４に加えて、さらに位相変更部６５を有している。そして、上述したように、駆動波形選択部６４が、パージ時に４種類の駆動波形からパージ用駆動波形を選択して決定する。

位相変更部６５は、パージ時において、駆動波形選択部６４が選択したパージ用駆動波形に基づいた駆動パルス信号の位相（すなわち駆動パルス信号を個別電極４２に印加するタイミング）を１周期（３６０度）以内で後述する圧力室群ごとに変更する。より具体的には、位相変更部６５は、走査方向に関して隣接する２つの圧力室群に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相を、インク供給口３６からマニホールド３５を介して圧力室３４に至るまでの流路長さが長いほど大きくずらす。なお、同じ圧力室群に属する複数の圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号は全て同位相になっている。そして、本実施形態では、パージ用駆動波形に基づいた駆動パルス信号は、図５（ａ）に示すような１周期の中に１つのパルスＰを有する駆動パルス信号となっている。

図２に示すように、複数の圧力室３４は、１つの圧力室列内でインク供給口３６からの距離に応じて３つの圧力室群に区分されている。そして、本実施形態では、複数の圧力室３４は、圧力室列が４列あることにともなって計１２コの圧力室群に区分されている。なお、本実施形態では、インク供給口３６からの流路長さが最も長い４つの圧力室群３９のうち、図２の左から１番目と３番目を圧力室群３９Ａとし、図２の左から２番目と４番目を圧力室群３９Ｂとする。すなわち、圧力室群３９Ａと圧力室群３９Ｂは、走査方向に交互に並んで隣接して配置されている。また、インク供給口３６からの流路長さが最も短い４つの圧力室群３７のうち、図２の左から１番目と３番目を圧力室群３７Ａとし、図２の左から２番目と４番目を圧力室群３７Ｂとする。また、残り４つの圧力室群３８のうち、図２の左から１番目と３番目を圧力室群３８Ａとし、図２の左から２番目と４番目を圧力室群３８Ｂとする。

そして、位相変更部６５は、より具体的には、インク供給口３６からの流路長さが最も長い２つの圧力室群３９Ａに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相と、走査方向に関して圧力室群３９Ａと隣接する圧力室群３９Ｂに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相とをパルスＰのパルス幅分だけずらす（駆動パルス信号の印加タイミングをパルスＰの印加時間だけずらす）。すなわち、図５（ａ）に示す駆動パルス信号を、圧力室群３９Ａに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号とすると、この駆動パルス信号におけるパルスＰの立ち上がり時間ｒｔ１１からパルス幅分だけ遅れた立ち上がり時間ｒｔ１２においてパルスＰが発生する、図５（ｂ）に示す駆動パルス信号が圧力室群３９Ｂに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号となる。

また、位相変更部６５は、インク供給口３６からの流路長さが最も短い２つの圧力室群３７Ａに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相と、走査方向に関して圧力室群３７Ａと隣接する圧力室群３７Ｂに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相とを同位相にする。すなわち、図５（ｅ）に示す駆動パルス信号が、圧力室群３７に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号であり、図５（ｆ）に示す駆動パルス信号が、圧力室群３７Ｂに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号となる。

さらに、位相変更部６５は、２つの圧力室群３８Ａに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相と、走査方向に関して圧力室群３８Ａと隣接する圧力室群３８Ｂに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相とをパルスＰのパルス幅よりも小さい幅だけずらす。すなわち、図５（ｃ）に示す駆動パルス信号が、圧力室群３８Ａに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号であり、図５（ｄ）に示す駆動パルス信号が、圧力室群３８Ｂに対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号となる。

そして、ヘッド制御回路６１は、パージ時において、駆動波形選択部６４により選択された駆動波形を、位相変更部６５で変更された位相にずらすように、駆動パルス信号を個別電極４２に印加するタイミングをずらすように、ドライバＩＣ４７に送信し、ドライバＩＣ４７に、駆動波形に基づいた所定電圧の駆動パルス信号を生成させる。そして、この駆動パルス信号が圧電アクチュエータ３１の複数の個別電極４２に供給されることで、パージ時において、インクジェットヘッド４の複数の個別電極４２にそれぞれ対応する複数のノズル１６からインクが噴射される。ここで、本実施形態においては、パージの行われる時間は２ｓｅｃであり、このパージの間上述した１周期に１つのパルスＰを有する駆動パルス信号を２０ｋＨｚで印加している。すなわち、駆動パルス信号は、１周期５０μｓｅｃとなっており、パージの間に４万回、振動板４０の圧力室３４と対向する部分が変形することになる。なお、パージ時間や駆動パルス信号の周波数、駆動パルス信号の印加時間は適宜変更可能である。

このように、本実施形態では、パージ時において複数のノズル１６から吸引により強制的にインクを排出させるのに加えて、複数の個別電極４２に駆動パルス信号を印加して、複数の活性部Ｒ１を積極的に変形させて、複数のノズル１６からのインクの排出量を増大させている。そして、走査方向に関して隣接する２つの圧力室群に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相を、流路長さが長いほど大きくずらすことで、ノズル１６からのインクの噴射量を変えている。

ここで、隣接する圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相をずらすことによるノズル１６からのインクの噴射量について図６を参照して説明する。図６（ａ）はクロストークの影響により変位量が最小となったときの振動板近傍の模式図であり、（ｂ）は変位量が最大となったときの振動板近傍の模式図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）においては、振動板４０の変位量についてわかりやすく説明するため、振動板４０に接合された流路ユニット３０のプレートと圧力室３４の境界部分、すなわち振動板４０の拘束された端の部分を三角で模式的に示し、個別電極４２などの図示を省略している。

例えば、互いに隣接する圧力室３４に対応する個別電極４２に対して、位相をずらさずに同位相の駆動パルス信号（一例として、図５（ｅ）、（ｆ）に示す２つの駆動パルス信号）を印加すると、図６（ａ）に示すように、振動板４０の２つの圧力室３４に対向する部分が変形するタイミングが同じため、相互干渉（クロストーク）の影響が最も大きく、振動板４０の圧力室３４に対向する部分の変位量は小さくなる。一方、互いに隣接する圧力室３４に対応する個別電極４２に対して印加する駆動パルス信号の位相を少しずつずらしていくにつれて、振動板４０の２つの圧力室３４に対向する部分が変形するタイミングがずれるため、クロストークの影響は小さくなり、振動板４０の変形を阻害しないため、振動板４０の圧力室３４に対向する部分の変位量は大きくなる。また、別の観点では、振動板４０の両側の圧力室３４と対向する部分が中央の圧力室３４と対向する部分に引っ張られて、上に凸状に変形する。その後、振動板４０の両側の圧力室３４と対向する部分が下に凸に変形すると、振動が励起されて変形し易くなり、振動板４０の圧力室３４に対向する部分の変位量は大きくなる。

そして、互いに隣接する圧力室３４に対応する個別電極４２に対して、パルスＰのパルス幅分だけ位相をずらした駆動パルス信号（一例として、図５（ａ）、（ｂ）に示す２つの駆動パルス信号）を印加すると、一方の個別電極４２に印加される駆動パルス信号の電圧が立ち上がり（すなわちパルスＰが印加されて）、この個別電極４２に対応する圧力室３４と対向する振動板４０の部分が変形する。その後、一方の個別電極４２に印加される駆動パルス信号の電圧が立ち下がり、この個別電極４２に対応する圧力室３４と対向する振動板４０の部分の変形が戻るとともに、他方の個別電極４２に印加される駆動パルス信号の電圧が立ち上がり、この個別電極４２に対応する圧力室３４と対向する振動板４０の部分が変形する。このとき、図６（ｂ）に示すように、一方の個別電極４２に対応する圧力室３４と対向する振動板４０の部分の変形が戻る力を利用して、他方の個別電極４２に対応する圧力室３４と対向する振動板４０の部分が大きく変形することになる。したがって、効率的に振動板４０を大きく変形させることができ、最も変位量が大きくなる。

そして、本実施形態では、走査方向に関して隣接する２つの圧力室群に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相を、流路長さが長いほど大きくずらすことで、駆動パルス信号の電圧を上げることなく、流路長さが長い圧力室３４に連通するノズル１６ほど、従来の駆動なしでのパージのときよりもインクの排出量を増やすことができ、消費電力を低減することができる。これにより、図７に示すように、パージ時における流路長さの違いに起因した複数の圧力室３４に連通するノズル１６からのインクの排出量をほぼ均一化することができ、吸引ポンプ２３による吸引力を小さくして、複数のノズル１６からインクが無駄に排出されるのを抑制し、複数のノズル１６から排出されるインクの総和を減らすことができる。

このとき、走査方向に隣接する２つの圧力室３４の距離はヘッドの小型化を考慮して狭くなっており、活性部Ｒ１が搬送方向よりも走査方向に長く延在しているため、搬送方向よりも走査方向に隣接する２つの圧力室３４の間でのクロストークによる影響が大きい。その上で、走査方向に隣接し、互いに異なる圧力室列に属する２つの圧力室３４の間で、２つの駆動パルス信号の位相をずらしているため、クロストークの影響を最大限に活用して、振動板４０の最も小さく変形したときの変位量と、最も大きく変形したときの変位量の差を大きくすることができる。したがって、圧力室列の長さが長く、インク供給口３６からの距離が最も短い圧力室３４と最も長い圧力室３４との流路抵抗の差が大きな場合にも対応することができる。本実施形態における走査方向に関して隣接する２つの圧力室３４の一方が、本発明における圧力室であり、他方が、本発明における隣接圧力室である。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、上述した実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

本実施形態においては、パージ時において、走査方向に隣接し、互いに異なる圧力室列に属する２つの圧力室３４の間で、２つの駆動パルス信号の位相をずらしていたが、搬送方向に隣接する２つの圧力室３４の間で、２つの駆動パルス信号の位相をずらしてもよい。例えば、図８に示すように、複数の圧力室３４は、インク供給口３６からの距離に応じて３つの圧力室群に区分されている。なお、本変形例では、インク供給口３６からの流路長さが最も長い圧力室群１３７を圧力室群１３７Ｃとし、流路長さが短くなる順に、圧力室群１３７Ｂ、１３７Ａとする。

そして、位相変更部６５は、インク供給口３６からの流路長さが最も長い圧力室群１３７Ｃに属する複数の圧力室３４の隣接間で、個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相とをパルスＰのパルス幅分だけずらす（駆動パルス信号の印加タイミングをパルスＰの印加時間だけずらす）。すなわち、図５（ａ）に示す駆動パルス信号を、圧力室群１３７Ｃに属するある圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号とすると、この駆動パルス信号におけるパルスＰの立ち上がり時間ｒｔ２１からパルス幅分だけ遅れた立ち上がり時間ｒｔ２２においてパルスＰが発生する、図５（ｂ）に示す駆動パルス信号が圧力室群１３７Ｃに属し、前記圧力室３４と隣接する圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号となる。

また、位相変更部６５は、圧力室群１３７Ｂに属する複数の圧力室３４の隣接間で、個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相とをパルスＰのパルス幅分よりも小さい幅だけずらす。すなわち、図５（ｃ）に示す駆動パルス信号が圧力室群１３７Ｂに属するある圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号であり、図５（ｄ）に示す駆動パルス信号が圧力室群１３７Ｂに属し、前記圧力室３４と隣接する圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号である。

さらに、位相変更部６５は、圧力室群１３７Ａに属する複数の圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相を全て同じ位相にする。すなわち、図５（ｅ）に示す駆動パルス信号が圧力室群１３７Ａに属する全ての圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号である。なお、異なる圧力室群１３７に属し、互いに隣接する２つの圧力室３４に対応する個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相は、どちらかの圧力室群１３７内における位相のずらし方に合わせておく。

これによっても、圧力室群１３７Ａ、１３７Ｂ、１３７Ｃのそれぞれでクロストークの影響が異なることになり、流路長さが最も長い圧力室群１３７Ｃで最も振動板４０の変位量が大きくなり、流路長さが短くなるにつれて振動板４０の変位量が小さくなる。したがって、パージ時における流路長さの違いに起因した複数の圧力室３４に連通するノズル１６からのインクの排出量をほぼ均一化することができ、複数のノズル１６からインクが無駄に排出されるのを抑制し、複数のノズル１６から排出されるインクの総和を減らすことができる。また、走査方向に隣接する２つの圧力室３４の間で、２つの駆動パルス信号の位相をずらす本実施形態の場合に比べて、走査方向に関する圧力室列の区分数は同じにした上で、個別電極４２に印加する駆動パルス信号の種類を少なくすることができる（本実施形態では６種類、本変形例では３種類）。さらに、圧力室列が複数列ではなく１列の場合でも、本変形例であれば、複数の圧力室に連通するノズルからのインクの排出量の差を小さくすることができる。なお、本変形例における搬送方向に関して隣接する２つの圧力室３４の一方が、本発明における圧力室であり、他方が、本発明における隣接圧力室である。

また、本実施形態においては、流路長さに応じて、走査方向に関して３つの圧力室群に区分していたが、２または４以上の圧力室群に区分してもよい。最も多い区分数としては、圧力室列に属する圧力室の数だけ区分することが可能である。区分数を増やすほど、複数の圧力室に連通するノズルからのインクの排出量の差をより小さくすることができる。

さらに、本実施形態においては、駆動波形として、パージ専用のパージ用駆動波形を有していたが、パージ用駆動波形を有さずに、記録動作に用いる記録用駆動波形を用いて、パージ時の駆動パルス波形を生成してもよい。パージ専用のパージ用駆動波形を用いることで、自由に波形を設定することができ、例えば、最も流路長さが長い圧力室に連通するノズルから十分最小限にインクが排出されるように設定すれば、複数のノズルから排出される液体の排出量の差をさらに小さくすることができる。

加えて、本実施形態においては、吸引キャップ２１によりキャッピングして、吸引ポンプ２３を駆動して、吸引キャップ２１内を吸引して減圧させることで、吸引キャップ２１によって覆われた全てのノズル１６からインクを強制的に排出させていたが、例えば、インク供給口３６にマニホールド３５に向かって加圧を加えて、全てのノズル１６からインクを強制的に排出させるなど、あらゆる方法で、流路ユニット３０の外部からマニホールド３５内のインクに圧力を作用させて複数のノズル１６からインクを強制的に排出させるパージであってもよい。

また、流路長さが最も長い圧力室３４と対向する振動板４０の部分の変位量を大きくするために、流路長さが最も長い圧力室３４とこの圧力室３４に隣接する圧力室３４間で、個別電極４２に印加する駆動パルス信号の位相をずらしさせすればよい。

さらに、本実施形態では、インクジェットヘッド４の圧電アクチュエータ３１の駆動方式として、待機状態では圧電層４１が変形しておらず、駆動パルス信号（パルスＰ）が印加されたときに圧電層４１に電界が作用して圧電層４１に変形が生じることによって、圧力室３４内のインクに圧力が付与される方式、いわゆる、押し打ち方式を例に挙げて説明していた。しかしながら、圧電アクチュエータ３１の駆動方式としては、この押し打ち方式に限らず引き打ち方式であってもよい。

また、本実施形態においては、全ての個別電極４２に駆動パルス信号を印加していたが、流路長さが最も短い圧力室群（本実施形態では圧力室群３７Ａ、３７Ｂ）については、駆動パルス信号を印加しなくてもよい。

また、本実施形態は、本発明を、記録用紙にインクを噴射して文字や画像などを記録するインクジェットプリンタに適用したものであるが、本発明の適用対象は、このような用途に使用されるものに限られない。すなわち、インク以外のさまざまな種類の液体をその用途に応じて対象に噴射する、種々の液体噴射装置に本発明を適用することが可能である。

１インクジェットプリンタ
４インクジェットヘッド
６メンテナンスユニット
１６ノズル
２１吸引キャップ
２３吸引ポンプ
３０流路ユニット
３１圧電アクチュエータ
３４圧力室
４０振動板
４７ドライバＩＣ
Ｒ１活性部

Claims

複数のノズルと、互いに隣接して配置され、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室に液体を供給するための液体供給口とを有する流路ユニットと、
前記複数の圧力室を共通に覆うように前記流路ユニットに接合された振動板と、前記振動板に設けられて前記振動板の前記複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ変形させる複数の駆動素子とを有し、前記複数の圧力室内の液体に噴射圧力をそれぞれ付与するアクチュエータと、
前記流路ユニットの外部から前記流路ユニット内の液体に圧力を作用させて前記複数のノズルから液体を強制的に排出させるパージを実行するパージ手段と、
駆動パルス信号を前記駆動素子に印加する駆動装置と、を備え、
前記アクチュエータは、前記パージ時に前記駆動素子に前記駆動パルス信号を印加しており、
前記駆動装置は、前記液体供給口からの流路長さが最も長い前記圧力室とこれに隣接する隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差を、前記流路長さが最も長い前記圧力室よりも流路長さが短い前記圧力室とこれに隣接する隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差に比べて大きくすることを特徴とする液体噴射装置。
前記駆動装置は、前記流路長さが長い前記圧力室ほど、隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
前記流路ユニットは、前記複数の圧力室に共通に連通し、前記液体供給口から液体が供給されるとともに、所定の第１方向に延在する共通液室を有しており、
前記複数の圧力室が前記第１方向に配列されて圧力室列を形成し、前記圧力室列が前記第１方向と交差する第２方向に複数並んでおり、
前記駆動装置は、前記第２方向に隣接する２つの前記圧力室間において前記駆動パルス信号をずらすことを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射装置。
前記流路ユニットは、前記複数の圧力室に共通に連通し、前記液体供給口から液体が供給されるとともに、所定の第１方向に延在する共通液室を有しており、
前記複数の圧力室が前記第１方向に配列されて圧力室列を形成しており、
前記駆動装置は、前記第１方向に隣接する２つの前記圧力室間において前記駆動パルス信号をずらすことを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射装置。
前記駆動装置は、前記流路長さが最も長い前記圧力室については、隣接圧力室との間での前記駆動パルス信号の位相差をパルス幅分にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体噴射装置。