JP5699427B2 - 液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体噴射装置、及び、その制御方法に関するものであり、特に、噴射パルスを圧力発生手段に印加することにより液体の噴射を制御可能な液体噴射装置、及び、その制御方法に関するものである。

液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを有する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体状のインクを記録紙等の記録媒体（即ち着弾対象）に対して噴射・着弾させてドットを形成す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噴射装置が応用されている。

例えば、上記プリンターには、複数のノズルを列設して成るノズル列（ノズル群）を有し、噴射パルスを圧力発生手段に印加してこれを駆動することにより圧力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室に連通したノズルから液体を噴射させるように構成されたものがある。圧力発生手段として圧電振動子を採用するプリンターでは、一般的には、まず圧力室を予備的に膨張させて（膨張工程）、この膨張状態を一定時間維持した後（ホールド工程）、圧力室を急激に収縮させて（収縮工程）圧力室内部のインクを加圧することにより、ノズルから数ｎｇ〜十数ｎｇの微小なインクを噴射させている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示されているプリンターでは、圧電振動子を駆動する駆動波形の形状や電圧等のパラメーターを、圧力室内のインクに生じる圧力波の固有周期を考慮して設定することで、圧電アクチュエーターの信頼性・耐久性を損なわずに微小なインク滴を噴射することができるように構成されている。

特開２００１−６３０４２号公報

ところで、この種のプリンターでは、ノズルからインクが噴射されると、先頭のメイン滴の後端部の部分が当該メイン滴から分離してサテライト滴となることがある。そして、通常、サテライト滴の飛翔速度は、メイン滴の飛翔速度よりも遅い。このため、ノズルから噴射されてから記録媒体に着弾するまでの時間が、メイン滴とサテライト滴とで異なる。したがって、記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させながら印刷等を行う構成では、記録媒体上におけるメイン滴とサテライト滴の着弾位置が離れてしまう。このようなメイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれが記録画像等の画質の低下を招く問題があった。

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、サテライト滴とメイン滴の着弾対象上での着弾位置ずれを抑制することが可能な液体噴射装置、及び、液体噴射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、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、
前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置であって、
前記噴射パルスは、
第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を膨張させる第１の波形部と、
前記第１の波形部の後端電位から前記第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圧力室容積を変化させる第２の波形部と、
前記第２の波形部の後端電位から前記第１の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第３の波形部と、
前記第３の波形部の後端電位から前記第２の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第４の波形部と、
を含む電圧波形であり、
前記第２の波形部の電位変化量Ｖ２、前記第３の波形部の電位変化量Ｖ３、前記第４の波形部の電位変化量Ｖ４が、以下の条件（１）及び（２）を満たし、
前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃとして、前記第２の波形部の時間幅Ｗｄ１、前記第３の波形部の時間幅Ｗｃ２、及び、前記第４の波形部の時間幅Ｗｄ２が、以下の条件（３）〜（５）を満たすことを特徴とする。
０．２×Ｖ２≦Ｖ３≦０．４×Ｖ２ …（１）
０．２×Ｖ２≦Ｖ４≦Ｖ２ …（２）
０．０５×Ｔｃ≦Ｗｄ１≦０．１×Ｔｃ …（３）
０．２×Ｔｃ≦Ｗｃ２≦０．６×Ｔｃ …（４）
０．２×Ｔｃ≦Ｗｄ２≦０．６×Ｔｃ …（５）

本発明によれば、第２の波形部の電位変化量Ｖ２、第３の波形部の電位変化量Ｖ３、第４の波形部の電位変化量Ｖ４が、条件（１）及び（２）を満たすことで、メイン滴とサテライト滴の着弾対象上の着弾位置ずれを抑制することができる。即ち、第２の波形部により圧力室の容積が変化されることでメニスカス中央部が噴射側に突出して液柱が形成され、第３の波形部によって圧力室容積を維持又は逆に変化させた後、第４の波形部によって再度圧力室が変化することでメニスカスが噴射側に押し出されることにより、液柱の後端部分が加速される。その結果、ノズルから噴射されるメイン滴の飛翔速度よりもサテライト滴の飛翔速度が高められ、これらの液滴の着弾対象上における相対的な位置ずれが抑制される。

また、上記構成において、前記噴射パルスは、前記第２の波形部と前記第３の波形部との間に前記第２の波形部の後端電位を一定時間維持する中間ホールド部を有し、
前記中間ホールド部の時間幅Ｗｈ２が、以下の条件（６）を満たすことが望ましい。
０．０３×Ｔｃ≦Ｗｈ２≦０．２×Ｔｃ …（６）

さらに、上記構成において、前記第２の波形部の始端から前記第４の波形部の始端までの時間Ｔ′が、以下の条件（７）を満たすことが望ましい。
０．１×Ｔｃ≦Ｔ′≦０．７×Ｔｃ …（７）

上記構成によれば、第２の波形部の始端から第４の波形部の始端までの時間Ｔ′が、条件（７）を満たすことで、第２の波形部による圧力室容積の変化の後、圧力室内の液体に生じる振動（圧力波）の固有周期Ｔｃを考慮しつつより最適なタイミングで第４の波形部によって圧力発生手段の駆動を開始することができる。これにより、サテライト滴の飛翔速度が必要以上に高くなったり或いは低くなったりすることを抑制することができ、サテライト滴の飛翔を安定させることができる。

また、本発明は、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置の制御方法であって、
前記噴射パルスは、第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を膨張させる第１の波形部と、前記第１の波形部の後端電位から前記第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圧力室容積を変化させる第２の波形部と、前記第２の波形部の後端電位から前記第１の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第３の波形部と、前記第３の波形部の後端電位から前記第２の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第４の波形部と、を含み、
前記第２の波形部の電位変化量Ｖ２、前記第３の波形部の電位変化量Ｖ３、前記第４の波形部の電位変化量Ｖ４が、以下の条件（１）及び（２）を満たすように設定し、
前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃとして、前記第２の波形部の時間幅Ｗｄ１、前記第３の波形部の時間幅Ｗｃ２、及び、前記第４の波形部の時間幅Ｗｄ２が、以下の条件（３）〜（５）を満たすように設定することを特徴とする。
０．２×Ｖ２≦Ｖ３≦０．４×Ｖ２ …（１）
０．２×Ｖ２≦Ｖ４≦Ｖ２ …（２）
０．０５×Ｔｃ≦Ｗｄ１≦０．１×Ｔｃ …（３）
０．２×Ｔｃ≦Ｗｃ２≦０．６×Ｔｃ …（４）
０．２×Ｔｃ≦Ｗｄ２≦０．６×Ｔｃ …（５）

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。 噴射パルスの構成を説明する波形図である。 噴射パルスを用いてインクを噴射したときの記録紙等の印刷面における着弾形状の合否を示した表である。 ノズルからインクが噴射される様子を説明するノズル周辺の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、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、本発明の液体噴射装置として、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１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドとして記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３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、キャリッジ４を記録媒体としての記録紙６（着弾対象の一種。）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７（移動手段の一種）と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８とを備えて概略構成されている。

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、リニアーエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスがプリンターコントローラー３５の制御部４１（図３参照）に送信される。これにより、制御部４１はこのリニアーエンコーダー１０からのエンコーダーパルス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（ノズル基板２１：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２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。

図２は、上記記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド２は、ケース１３と、このケース１３内に収納される振動子ユニット１４と、ケース１３の底面（先端面）に接合される流路ユニット１５等を備えて構成されている。上記のケース１３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１４を収納するための収納空部１６が形成されている。振動子ユニット１４は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子１７と、この圧電振動子１７が接合される固定板１８と、圧電振動子１７に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル１９とを備えている。圧電振動子１７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、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット１５は、流路基板２０の一方の面にノズル基板２１を、流路基板２０の他方の面に弾性板２２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１５には、リザーバー２３と、インク供給口２４と、圧力室２５と、ノズル連通口２６と、ノズル２７とが設けられている。そして、インク供給口２４から圧力室２５及びノズル連通口２６を経てノズル２７に至る一連のインク流路が、ノズル２７毎に対応して形成されている。

上記ノズル基板２１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル２７が列状に穿設されたステンレス等の金属板またはシリコン単結晶基板等から成る板材である。このノズル基板２１には、ノズル２７の列（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１８０個のノズル２７によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド２は、それぞれ異なる色のインク（本発明における液体の一種）、具体的には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４色のインクを貯留する４つのインクカートリッジ３を装着可能に構成されており、これらの色に対応させて合計４列のノズル列がノズル基板２１に形成されている。

上記弾性板２２は、支持板２８の表面に弾性体膜２９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２８とし、この支持板２８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜２９としてラミネートした複合板材を用いて弾性板２２を作製している。この弾性板２２には、圧力室２５の容積を変化させるダイヤフラム部３０が設けられている。また、この弾性板２２には、リザーバー２３の一部を封止するコンプライアンス部３１が設けられている。

上記のダイヤフラム部３０は、エッチング加工等によって支持板２８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３０は、圧電振動子１７の先端面が接合される島部３２と、この島部３２を囲む薄肉弾性部３３とからなる。上記のコンプライアンス部３１は、リザーバー２３の開口面に対向する領域の支持板２８を、ダイヤフラム部３０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、リザーバー２３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３２には圧電振動子１７の先端面が接合されているので、この圧電振動子１７の自由端部を伸縮させることで圧力室２５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室２５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル２７からインク滴を噴射させる。

図３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。このプリンター１は、プリンターコントローラー３５とプリントエンジン３６とで概略構成されている。プリンターコントローラー３５は、ホストコンピュータ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）３７と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３８と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ３９と、各部の制御を行う制御部４１と、クロック信号を発生する発振回路４２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４３（本発明における駆動信号発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られる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）４５と、を備えている。

制御部４１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４３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ＣＨ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４１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、本発明に係る画素データ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。

次に、プリントエンジン３６側の構成について説明する。プリントエンジン３６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、リニアーエンコーダー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）４６、ラッチ４７、デコーダー４８、レベルシフター（ＬＳ）４９、スイッチ５０、及び圧電振動子１７を、各ノズル２７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３５からの画素データ（ＳＩ）は、発振回路４２からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスター４６にシリアル伝送される。

シフトレジスター４６には、ラッチ４７が電気的に接続されており、プリンターコントローラー３５からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ４７に入力されると、シフトレジスター４６の画素データをラッチする。このラッチ４７にラッチされた画素データは、デコーダー４８に入力される。このデコーダー４８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４８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４９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４９に入力される。このレベルシフター４９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５０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４９で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ５０に供給される。このスイッチ５０の入力側には、駆動信号発生回路４３からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ５０の出力側には、圧電振動子１７が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ５０の作動、つまり、駆動信号中の噴射パルスの圧電振動子１７への供給を制御する。例えば、スイッチ５０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５０が接続状態になって、対応する噴射パルスが圧電振動子１７に供給され、この噴射パルスの波形に倣って圧電振動子１７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４９からはスイッチ５０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５０は切断状態となり、圧電振動子１７へは噴射パルスが供給されない。

図４は、駆動信号発生回路４３が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射パルスＤＰの構成を説明する波形図である。
同図に示すように、噴射パルスＤＰは、予備膨張部ｐ１（第１の波形部に相当）と、膨張ホールド部ｐ２と、収縮部ｐ３（第２の波形部に相当）と、収縮ホールド部ｐ４（中間ホールド部に相当）と、再膨張部ｐ５（第３の波形部に相当）と、再膨張ホールド部ｐ６と、再収縮部ｐ７（第４の波形部に相当）と、再収縮ホールド部ｐ８と、制振収縮部ｐ９と、制振ホールド部ｐ１０と、復帰膨張部ｐ１１とからなる。予備膨張部ｐ１は基準電位ＶＢから膨張電位ＶＨまで一定勾配で電位がプラスの方向（第１の方向に相当）に変化（上昇）する波形部であり、膨張ホールド部ｐ２は予備膨張部ｐ１の終端電位である膨張電位ＶＨで一定な波形部であり、収縮部ｐ３は膨張電位ＶＨから第１中間電位ＶＭ１まで電位がマイナスの方向（第２の方向に相当）に時間Ｗｄ１で変化（降下）する波形部である。また、収縮ホールド部ｐ４は第１中間電位ＶＭ１で一定な波形部であり、再膨張部ｐ５は第１中間電位ＶＭ１から再膨張電位ＶＨ２まで電位がプラス方向に時間Ｗｃ２で変化（上昇）する波形部であり、再膨張ホールド部ｐ６は再膨張電位ＶＨ２で一定な波形部であり、再収縮部ｐ７は再膨張電位ＶＨ２から第２中間電位ＶＭ２まで電位が時間Ｗｄ２でマイナス方向に変化（降下）する波形部である。そして、再収縮ホールド部ｐ８は第２中間電位ＶＭ２で一定な波形部であり、制振収縮部ｐ９は第２中間電位ＶＭ２から収縮電位ＶＬまで電位がマイナス方向に変化（降下）する波形部であり、制振ホールド部ｐ１０は収縮電位ＶＬで一定な波形部であり、復帰膨張部ｐ１１は収縮電位ＶＬから基準電位ＶＢまで電位が一定勾配で復帰する波形部である。

上記の噴射パルスＤＰは、当該噴射パルスＤＰによって圧電振動子１７を駆動することでノズル２７からインクを噴射したときに、メイン滴とサテライト滴の記録媒体上での相対的な着弾位置ずれが抑制されるように、パラメーターが設定されている。以下、この点について説明する。
まず、噴射パルスＤＰにおける収縮部ｐ３の電位変化量Ｖ２（始端電位である膨張電位ＶＨと終端電位である第１中間電位ＶＭ１との電位差の絶対値）、再膨張部ｐ５の電位変化量Ｖ３（始端電位である第１中間電位ＶＭ１と終端電位である再膨張電位ＶＨ２との電位差の絶対値）、再収縮部ｐ７の電位変化量Ｖ４（始端電位である再膨張電位ＶＨ２と終端電位である第２中間電位ＶＭ２との電位差の絶対値）が、以下の条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たすように設定されている。
０≦Ｖ３≦０．４×Ｖ２ …（Ａ）
０．２×Ｖ２≦Ｖ４≦Ｖ２ …（Ｂ）
即ち、再膨張部ｐ５の電位変化量Ｖ３は、０以上であって、収縮部ｐ３の電位変化量Ｖ２の４０％以下に設定される。このＶ３は、主に収縮部ｐ３によってメニスカスにインク柱（液柱）が形成された後の当該インク柱の大きさやメニスカスからの切れやすさ、後述するメイン滴の飛翔速度に関わるパラメーターである。なお、電位変化量Ｖ３が０の場合は、収縮ホールド部ｐ４、再膨張部ｐ５、及び再膨張ホールド部ｐ６が全体として収縮ホールド部として機能し、再収縮部ｐ７によって圧力室２５が再収縮されるまで第１中間電位ＶＭ１を一定時間維持する。
また、再収縮部ｐ７の電位変化量Ｖ４は、Ｖ２の２０％以上であって、Ｖ２以下に設定される。このＶ４は、主にインク柱の後端部分（サテライト滴となる部分）の押し出し量に関連するパラメーターである。

また、圧力室２５内のインクに生じる振動（圧力波）のヘルムホルツ振動周期（固有振動周期）をＴｃとして、収縮部ｐ３の時間幅（始端から終端までの時間）Ｗｄ１、再膨張部ｐ５の時間幅Ｗｃ２、及び、再収縮部ｐ７の時間幅Ｗｄ２が、以下の条件（Ｃ）〜（Ｅ）を満たすように設定される。
０．１×Ｔｃ≦Ｗｄ１ …（Ｃ）
Ｗｃ２≦０．５×Ｔｃ …（Ｄ）
Ｗｄ２≦０．５×Ｔｃ …（Ｅ）
さらに、収縮ホールド部ｐ４の時間幅Ｗｈ２が、以下の条件（Ｆ）を満たすように設定される。
０．０３×Ｔｃ≦Ｗｈ２≦０．２×Ｔｃ …（Ｆ）

ここで、上記Ｔｃは、ノズル２７、圧力室２５、インク供給口２４、及び圧電振動子１７等の各構成部材の形状、寸法、及び剛性などにより固有に定まる。この固有の振動周期Ｔｃは、例えば、次式（１）で表すことができる。

Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（１）
但し、式（１）において、Ｍｎはノズル２７におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口２４におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室２５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。また、上記式（１）において、イナータンスＭとは、ノズル２７等の流路における液体の移動し易さを示し、換言すると、単位断面積あたりの液体の質量である。そして、流体の密度をρ、流路の流体の流下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（２）で近似して表すことができる。
Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ ・・・ （２）
なお、Ｔｃは、上記式（１）で規定されるものに限られず、記録ヘッド２の圧力室２５が有している振動周期であればよい。

そして、収縮部ｐ３の始端から再収縮部ｐ７の始端までの時間Ｔ′が、以下の条件（Ｇ）を満たすように設定される。
０．１×Ｔｃ≦Ｔ′≦０．７×Ｔｃ …（Ｇ）
すなわち、Ｔ′は、収縮部ｐ３により圧力室２５の収縮が開始されてから、再収縮部ｐ７により圧力室２５の再収縮が開始されるまでの時間である。この時間Ｔ′を、条件（Ｇ）を満たすように設定することにより、収縮部ｐ３による圧力室２５の収縮により当該圧力室２５内のインクに生じる振動の固有周期Ｔｃに基づいて、より最適なタイミングで再収縮部ｐ７による圧力室２５の再収縮を開始することができる。

上記のように構成された噴射パルスＤＰが圧電振動子１７に供給されると、まず、予備膨張部ｐ１によって圧電振動子１７は素子長手方向に収縮し、これに伴って圧力室２５が基準電位ＶＢに対応する基準容積から膨張電位ＶＨに対応する膨張容積まで膨張する（第１の変化工程）。この膨張により、図６（ａ）に示すように、ノズル２７におけるインクの表面（メニスカス）が圧力室２５側（図における上側）に大きく引き込まれると共に、圧力室２５内にはリザーバー２３側からインク供給口２４を通じてインクが供給される。そして、この圧力室２５の膨張状態は、膨張ホールド部ｐ２によって時間Ｗｈ１だけ維持される（ホールド工程）。

膨張ホールド部ｐ２によるホールドの後、収縮部ｐ３が供給されて圧電振動子１７が伸長する。これに伴い、圧力室２５は膨張容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する中間収縮容積まで時間Ｗｄ１で収縮される（第２の変化工程）。これにより、圧力室２５内のインクが加圧されて、図６（ｂ）に示すように、メニスカスの中央部分が噴射側（図における下側）に押し出され、この押し出された部分が液柱（インク柱）のように伸びる。続いて、収縮ホールド部ｐ４が供給され、中間収縮容積が上記時間Ｗｈ２だけ維持される（中間ホールド工程）。これにより、圧電振動子１７の伸長が一旦停止される。この間、メニスカス中央部のインク注が慣性力によって噴射方向へ伸びる。続いて、再膨張部ｐ５が供給されることにより、圧力振動子１７が少しだけ収縮する。これに伴い、圧力室２５は、中間収縮容積から再膨張電位ＶＨ２に対応する再膨張容積まで時間Ｗｃ２で再度膨張する（第３の変化工程）。これにより、メニスカスが圧力室２５側に引き込まれる。図６（ｃ）に示すように、メニスカス中央部のインク注が慣性力によって噴射方向へ伸びつつある状態でこの方向とは逆方向にメニスカスが引き込まれるので、インク柱がメニスカスから切れやすい状態となり、また、当該インク柱の先頭部分であるメイン滴の飛翔速度が抑制される。このときの再膨張容積は、再膨張ホールド部ｐ６によって時間Ｗｈ３だけ維持される（再膨張ホールド工程）。

再膨張ホールド部ｐ６によるホールドの後、メニスカスのＴｃに基づく振動が圧力室側から噴射側に変位しているタイミングで、再収縮部ｐ７により圧電振動子１７が伸長し、これにより圧力室２５の容積が再膨張容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する再収縮容積まで再度収縮される（第４の変化処理）。これにより、図６（ｄ）に示すように、メニスカス全体が噴射方向に急激に押し出され、インク柱の後端部分が加速される。そして、メニスカスとインク柱とが分離し、分離した部分がインク滴としてノズル２７から噴射されて飛翔する。噴射されたインク滴は、先行するメイン滴Ｄｍと、このメイン滴Ｄｍとは分離して後続するサテライト滴Ｄｓとから成る。

本実施形態においては、収縮部ｐ３によって圧力室２５内のインクが加圧されることによりメニスカス中央部のインク柱が噴射側に押し出された後、収縮ホールド部ｐ４（ホールド処理）によって圧力室２５内のインクの加圧が一旦ホールドされ、再膨張部ｐ５によって圧力室２５が再膨張されることにより、メイン滴Ｄｍの飛翔速度が抑制される。加えて、再収縮部ｐ７よって圧力室２５が再収縮されることでサテライト滴Ｄｓとなるインク柱の後端部分が加速されるので、メイン滴Ｄｍの飛翔速度よりも、サテライト滴Ｄｓの飛翔速度が高くなる。これにより、ノズル２７から噴射されて記録媒体の記録面に着弾するまでの間に、メイン滴Ｄｍとサテライト滴Ｄｓとが近接する。これにより、記録媒体の記録面に着弾して形成されるドットが円形或いは楕円形に近い形状となる。

再収縮部ｐ７による圧力室２５の再収縮の後、再収縮ホールド部ｐ８により、圧力室２５の再収縮容積が一定時間維持される（再収縮ホールド工程）。その後、制振収縮部ｐ９が圧電振動子１７に印加されて、圧力室２５が再収縮容積から収縮電位ＶＬに対応する最収縮容積まで収縮される。この圧力室２５の最収縮容積は、制振ホールド部ｐ１０によって一定時間維持され、その後、復帰膨張部ｐ１１により、圧力室２５が最収縮容積から基準容積（定常容積）まで緩やかに膨張復帰する。これらの制振収縮部ｐ９、制振ホールド部ｐ１０、及び復帰膨張部ｐ１１によって、メニスカスの残留振動が抑制される。

図５は、噴射パルスＤＰを用いてインクを噴射したときの印刷結果を示した表である。実施例１〜１３は、上記の条件（Ａ）〜（Ｆ）を変えつつ１３通りを検証した結果を示している。また、比較例１〜３は、本発明の必須条件（Ａ），（Ｂ）が範囲外となっている場合である。印刷結果は、メイン滴とサテライト滴が記録媒体（記録紙６）に着弾して形成されるドット形状の状態を示すものである。即ち、「◎」は、メイン滴とサテライト滴とが記録媒体上のほぼ同じ位置に着弾して完全な１つのドットが形成された状態を示し、最も理想的な結果である。「○」は「◎」の場合よりもメイン滴の着弾位置とサテライト滴の着弾位置が記録ヘッド２と記録媒体との相対移動方向にずれてドット形状が楕円から達磨状に近い状態であるが、概ね合格であることを示す結果である。「△」は「○」の場合よりもサテライト滴の着弾位置がメイン滴の着弾位置からずれており、ドットは１つで形状が達磨状であるが、合格範囲内であることを示す結果である。「×」はサテライト滴の着弾位置がメイン滴の着弾位置から完全に離れ、ドット形状が２つ以上に分離した状態を示し、記録画像の画質に悪影響が生じる結果（不合格）である。

この実験では、常温（例えば、２５℃）の環境下で粘度が５ミリパスカル秒のインクを用いている。また、記録ヘッド２のノズル２７から記録媒体（記録紙６）の印刷面までの距離は１．２ｍｍ、キャリッジ４の移動速度（即ち、記録ヘッド２の移動速度）は２５ｍ／ｍｉｎである。即ち、一般的なプリンターで印刷が行われる際に想定される条件に設定されている。
図５に示す実施例１〜１３のうち、実施例１〜６については、上記条件（Ａ）〜（Ｇ）を全て満たしており、何れも印刷結果が「◎」で合格となっている。即ち、これらの場合、全ての条件を満たすことで、メイン滴とサテライト滴とをそれぞれ望ましい飛翔速度で飛翔させることができ、プリンター１のように記録ヘッド２と記録媒体である記録紙２とを相対的に移動させながらインクを噴射する構成においても、記録媒体上におけるメイン滴とサテライト液滴との着弾位置ずれを抑制することができる。その結果、記録画像について良好な画質が得られる。

また、実施例７及び実施例８は、条件（Ａ）〜（Ｆ）を満たす一方で条件（Ｇ）を満たしていない場合である。即ち、実施例７では、収縮部ｐ３の始端から再収縮部ｐ７の始端までの時間Ｔ′のＴｃに対する割合が、条件（Ｇ）の下限に相当する０．１に満たない０．０５となっており、再収縮部ｐ７による圧力室２５の再収縮のタイミングが理想よりも早い場合である。また、実施例８では、時間Ｔ′のＴｃに対する割合が、条件（Ｇ）の上限に相当する０．７を超えて０．８となっており、再収縮部ｐ７による圧力室２５の再収縮のタイミングが理想よりも遅い場合である。これらの場合、印刷結果が「○」で概ね合格となっている。実施例９及び実施例１０は、条件（Ａ）〜（Ｅ）、（Ｇ）を満たす一方で条件（Ｆ）を満たしていない場合である。即ち、実施例９では、収縮ホールド部ｐ４の時間幅Ｗｈ２のＴｃに対する割合が条件（Ｆ）の下限に対応する０．０３に満たない０．０２となっており、収縮ホールド部ｐ４による中間収縮容積のホールド時間が理想よりも短い場合である。この場合、サテライト液滴の飛翔が安定しないことがある。また、実施例１０では、収縮ホールド部ｐ４の時間幅Ｗｈ２のＴｃに対する割合が条件（Ｆ）の上限に対応する０．２を超えており、収縮ホールド部ｐ４による中間収縮容積のホールド時間が理想よりも長い場合である。これらの場合も、印刷結果が「○」で概ね合格となっている。

実施例１１は、条件（Ａ）〜（Ｄ）、（Ｆ）、（Ｇ）を満たす一方で条件（Ｅ）を満たしていない場合である。即ち、実施例１１では、再収縮部ｐ７の時間幅Ｗｄ２のＴｃに対する割合が条件（Ｅ）の上限に対応する０．５を超えて０．６となっている場合である。この場合、サテライト液滴の飛翔速度が十分に得られないことがあり、メイン滴の着弾位置とサテライト滴の着弾位置とが多少ずれる可能性があるが、印刷結果は「△」で許容範囲内となっている。実施例１２は、条件（Ａ）〜（Ｃ）、（Ｅ）〜（Ｇ）を満たす一方で条件（Ｄ）を満たしていない場合である。即ち、実施例１２では、再膨張部ｐ５の時間幅Ｗｃ２のＴｃに対する割合が条件（Ｄ）の上限に対応する０．５を超えている場合である。この場合も印刷結果は「△」で許容範囲内となっている。そして、実施例１３は、条件（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）〜（Ｇ）を満たす一方で条件（Ｃ）を満たしていない場合である。即ち、実施例１３では、収縮部ｐ３の時間幅Ｗｄ１のＴｃに対する割合が、下限に対応する０．１に満たない０．０５となっている場合である。この場合、メイン滴の飛翔速度が理想よりも速くなるため、メイン滴の着弾位置とサテライト滴の着弾位置とが多少ずれる可能性があるが、印刷結果は「△」で許容範囲内となっている。

比較例１及び比較例２は、条件（Ａ）、（Ｃ）〜（Ｇ）を満たす一方で、必須条件のうち（Ｂ）を満たしていない場合である。即ち、比較例１では、収縮部ｐ３の電位変化量Ｖ２に対する再収縮部ｐ７の電位変化量Ｖ４の割合が、条件（Ｂ）の下限に対応する０．２に満たない０．１となっており、収縮部ｐ３による圧力室２５の収縮量に対して再収縮部ｐ７による圧力室２５の再収縮量が理想よりも小さい場合である。この場合、圧力室２５の再収縮によるインク柱の後端部の押し出し量が不足し、結果としてメイン滴とサテライト滴が離れてしまい、両者の着弾位置ずれが拡大する虞がある。また、比較例２では、収縮部ｐ３の電位変化量Ｖ２に対する再収縮部ｐ７の電位変化量Ｖ４の割合が、条件（Ｂ）の上限に対応する１を超えて１．１となっており、収縮部ｐ３による圧力室２５の収縮量に対して再収縮部ｐ７による圧力室２５の再収縮量が理想よりも大きい場合である。この場合、圧力室２５の再収縮によるインク柱の後端部の押し出し量が必要よりも多くなり、サテライト滴の飛翔方向が曲がる等して、メイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれが拡大する虞がある。これらの場合、共に印刷結果が「×」で不合格となっている。

比較例３は、条件（Ｂ）〜（Ｇ）を満たす一方で必須条件のうち（Ａ）を満たしていない場合である。即ち、比較例３では、収縮部ｐ３の電位変化量Ｖ２に対する再膨張部ｐ５の電位変化量Ｖ３の割合が、条件（Ａ）の上限に対応する０．４を超えて０．５となっており、収縮部ｐ３による圧力室２５の収縮量に対して再膨張部ｐ５による圧力室２５の再膨張量が理想よりも大きい場合である。この場合、圧力室２５の再膨張によるメニスカスの引き込み量が必要以上に多くなり、これにより、インク柱がメニスカスから切れるタイミングが早すぎたり、メイン滴の量（重量・体積）が不足したりする等、ドットの着弾形状に悪影響が生じる虞がある。この場合、印刷結果が「×」で不合格となっている。

以上のように、噴射パルスＤＰの収縮部ｐ３の電位変化量Ｖ２、再膨張部ｐ５の電位変化量Ｖ３、再収縮部ｐ７の電位変化量Ｖ４が、条件（Ａ）及び（Ｂ）を満たすことで、メイン滴とサテライト滴の着弾対象上の着弾位置ずれを抑制することができる。即ち、収縮部ｐ３の電位変化量Ｖ２により圧力室２５の容積が膨張容積から中間容積まで収縮された後、再膨張部ｐ５によって圧力室容積を再膨張容積まで再膨張させることで、メイン滴の飛翔速度が抑制される。その後、第４の波形部によって再収縮容積まで再度収縮することでメニスカスが噴射側に急激に押し出されることにより、インク柱の後端部分が押し出される。これにより、メイン滴の飛翔速度よりもサテライト滴の飛翔速度が高められ、これらの液滴の着弾対象上における相対的な位置ずれが抑制される。その結果、メイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれに起因する記録画像等の画質の低下が防止される。なお、再膨張させることなく、再収縮部ｐ７によって再収縮されるまで中間収縮容積を維持する構成（Ｖ３／Ｖ２＝０）においても、少なくともサテライト滴の飛翔速度が高められるので、メイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれは抑制される。

また、噴射パルスＤＰのパラメーターが条件（Ｃ）〜（Ｆ）をそれぞれ満たすことで、より最適な条件でインクを噴射することができ、メイン滴とサテライト滴の着弾対象上における相対的な着弾位置ずれがより確実に抑制される。
さらに、収縮部ｐ３の始端から再収縮部ｐ７の始端までの時間Ｔ′が、条件（Ｇ）を満たすことで、収縮部ｐ３による圧力室２５の収縮の後、圧力室２５内のインクに生じる振動の固有周期Ｔｃを考慮しつつより最適なタイミングで再収縮部ｐ７によって圧電振動子１７の駆動による圧力室２５の再収縮動作を開始することができる。これにより、サテライト滴の飛翔速度が必要以上に高くなったり或いは低くなったりすることを抑制することができ、サテライト滴の飛翔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。

噴射パルスＤＰの波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られない。要は、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の波形部と、第１の波形部の後端電位から第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圧力室容積を変化させる第２の波形部と、第２の波形部の後端電位を一定時間維持して圧力室容積を維持する、又は、第２の波形部の後端電位から第１の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第３の波形部と、第３の波形部の後端電位から第２の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第４の波形部と、を含む電圧波形であればよい。

また、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子１７を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電素子を採用することも可能である。この場合、例示した噴射パルスＤＰ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。

そして、本発明は、噴射パルスを用いて噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、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噴射装置、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。そして、ディスプレー製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録ヘッド，１７…圧電振動子，２５…圧力室，２７…ノズル，３５…プリンターコントローラー，４１…制御部，４３…駆動信号発生回路

Claims (4)

1. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、
   前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置であって、
   前記噴射パルスは、
   第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を膨張させる第１の波形部と、
   前記第１の波形部の後端電位から前記第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圧力室容積を変化させる第２の波形部と、
   前記第２の波形部の後端電位から前記第１の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第３の波形部と、
   前記第３の波形部の後端電位から前記第２の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第４の波形部と、
   を含む電圧波形であり、
   前記第２の波形部の電位変化量Ｖ２、前記第３の波形部の電位変化量Ｖ３、前記第４の波形部の電位変化量Ｖ４が、以下の条件（１）及び（２）を満たし、
   前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃとして、前記第２の波形部の時間幅Ｗｄ１、前記第３の波形部の時間幅Ｗｃ２、及び、前記第４の波形部の時間幅Ｗｄ２が、以下の条件（３）〜（５）を満たすことを特徴とする液体噴射装置。
   ０．２×Ｖ２≦Ｖ３≦０．４×Ｖ２ …（１）
   ０．２×Ｖ２≦Ｖ４≦Ｖ２ …（２）
   ０．０５×Ｔｃ≦Ｗｄ１≦０．１×Ｔｃ …（３）
   ０．２×Ｔｃ≦Ｗｃ２≦０．６×Ｔｃ …（４）
   ０．２×Ｔｃ≦Ｗｄ２≦０．６×Ｔｃ …（５）
2. 前記噴射パルスは、前記第２の波形部と前記第３の波形部との間に前記第２の波形部の後端電位を一定時間維持する中間ホールド部を有し、
   前記中間ホールド部の時間幅Ｗｈ２が、以下の条件（６）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
   ０．０３×Ｔｃ≦Ｗｈ２≦０．２×Ｔｃ …（６）
3. 前記第２の波形部の始端から前記第４の波形部の始端までの時間Ｔ′が、以下の条件（７）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
   ０．１×Ｔｃ≦Ｔ′≦０．７×Ｔｃ …（７）
4. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、前記移動手段により前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象とを相対移動させつつ、前記ノズルから液滴を噴射させて前記着弾対象に着弾させる液体噴射装置の制御方法であって、
   前記噴射パルスは、第１の方向に電位が変化して前記圧力室の容積を膨張させる第１の波形部と、前記第１の波形部の後端電位から前記第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圧力室容積を変化させる第２の波形部と、前記第２の波形部の後端電位から前記第１の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第３の波形部と、前記第３の波形部の後端電位から前記第２の方向に電位が変化して圧力室容積を変化させる第４の波形部と、を含み、
   前記第２の波形部の電位変化量Ｖ２、前記第３の波形部の電位変化量Ｖ３、前記第４の波形部の電位変化量Ｖ４が、以下の条件（１）及び（２）を満たすように設定し、
   前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃとして、前記第２の波形部の時間幅Ｗｄ１、前記第３の波形部の時間幅Ｗｃ２、及び、前記第４の波形部の時間幅Ｗｄ２が、以下の条件（３）〜（５）を満たすように設定することを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
   ０．２×Ｖ２≦Ｖ３≦０．４×Ｖ２ …（１）
   ０．２×Ｖ２≦Ｖ４≦Ｖ２ …（２）
   ０．０５×Ｔｃ≦Ｗｄ１≦０．１×Ｔｃ …（３）
   ０．２×Ｔｃ≦Ｗｃ２≦０．６×Ｔｃ …（４）
   ０．２×Ｔｃ≦Ｗｄ２≦０．６×Ｔｃ …（５）

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