JP5943185B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は液体噴射装置に関し、特にノズルから噴射される液滴のサテライトの発生を防止する場合に適用して有用なものである。

圧電振動子や発熱素子等の圧力発生素子により圧力室内の圧力を変化させることで圧力室内のインクを液滴としてノズルから噴射するインクジェット式記録装置が従来から提案されている。この種の記録装置においてはそのインクジェット式記録ヘッドの圧力室内のインクが加圧されると、ノズル内の液体の基面から液柱が突出する。液柱の先端部は大きな主滴となって噴射され、液柱の尾部（液柱の後端部）は主滴よりも小さいサテライト滴となって噴射される。サテライト滴は着弾対象（例えば記録紙）上の意図しない場所に着弾して着弾位置の精度（例えば印字精度）を低下させたり、ミストとなって漂い液体噴射装置を汚染したりする。したがって、サテライト滴の発生は抑制される必要がある。

特許文献１では、単一の圧力室に、インク滴吐出用の圧電素子とサテライト滴防止用の圧電素子とを設けている。吐出の際には、インク滴吐出用の圧電素子を駆動してインクをノズルから押し出してインク柱を形成した後に、更にサテライト滴防止用の圧電素子を駆動してインク柱の後端部を押し出すことによりインク柱を断ち切って、サテライト滴の発生を抑制している。

特開平１１−１７０５１８号公報

特許文献１の技術では、インク滴吐出用の圧電素子に加えてサテライト滴防止用の圧電素子を設けているため、構造が複雑になるとともに、複数の圧電素子をそれぞれ別個に駆動する必要が生じる。

なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。

本発明は、上記従来技術に鑑み、駆動信号の最大電位および最小電位間の電圧差を所定の範囲内に規制しつつ液滴の噴射に伴うサテライト滴の発生を可及的に抑制することができる液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、圧力発生手段により圧力室内の圧力を変動させて前記圧力室内の液体を液滴として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作動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段を含む制御手段とを有する液体噴射装置において、前記駆動信号生成手段は、最大電位と最小電位との差が所定の範囲に収められるとともに、温度センサーが検出する周囲温度が所定の低温域である場合に送出して前記液体噴射ヘッドを駆動する第１の駆動信号と、前記温度センサーが検出する前記温度が所定の高温域である場合に送出して前記液体噴射ヘッドを駆動する第２の駆動信号とを生成し、さらに前記第１および第２の駆動信号は、前記圧力室を加圧させ、前記ノズル内の前記液体を突出させて液柱を形成する第１の要素を有する一方、前記第２の駆動信号は、前記第１の要素より後に前記圧力室を加圧させ、前記液柱と繋がった前記ノズル内の前記液体の液面である基面を突出させる第２の要素を含み、前記第１の駆動信号は、ミスト抑制要素を介して前記第１の要素より後に前記圧力室を加圧させる前記第２の駆動信号と同様の第２の要素を含み、前記第１の駆動信号の前記第２の要素の電位変化量が、前記第２の駆動信号の前記第２の要素の電位変化量よりも小さくなっていることを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、周囲温度が所定の低温域である場合には第１の駆動信号で、所定の高温域である場合には第２の駆動信号で液体噴射ヘッドが駆動される。液体噴射ヘッドが第２の駆動信号で駆動される場合には、サテライト滴の発生が抑制される。すなわち、第２の駆動信号による駆動においては、第１の要素の供給により基面から液柱を形成し、液柱がノズル内の液体と繋がった状態で第２の要素を供給して、液体の液面のうち液柱の表面を除く部分（すなわち、液体の基面）を押し出すので、液柱の尾部が細くなるとともに、吐出面に戻ろうとする表面張力が基面に働いて、液柱が分断され易くなる。したがって、液滴形成時におけるサテライト滴の形成を抑制することが可能となる。
一方、高温域では液体の粘度が小さく、所望の液滴を噴射する際の噴出エネルギーが小さくて済む。このため圧力室を加圧させ、ノズル内の液体を噴射させるために必要な駆動信号の加圧要素である第１の要素の電位差が小さくて済む。この結果、低温域の駆動信号を基準に規定される最大電位と最小電位との差である規制電位差の範囲に高温域の最大電位差と最小電位差との差である高温域電位差を当てはめると、規制電位差＞高温域電位差となり規制電位差と高温域電位差との差である余裕電位差が生起される。この余裕電位差の範囲を利用してミスト抑制要素に続く第２の要素を容易に形成することができる。
また、高温域で用いる第１の駆動信号が、第１の要素と、ミスト抑制要素と、第２の要素とを含み、第１の駆動信号の第２の要素の電位変化量が、第２の駆動信号の第２の要素の電位変化量よりも小さくすることで、液体の粘度が小さい場合であってもサテライトやミストを抑えつつ確実に吐出を行うことができる。
ここで、前記第１の駆動信号の前記第１の要素の電位変化量は、前記第２の駆動信号の前記第１の要素の電位変化量よりも大きいことが好ましい。これによれば、液体の粘度が小さい場合であってもサテライトやミストを抑制することができる。
また、前記第２の駆動信号の第２の要素における電位変化の幅が、第１の要素における電位変化の幅の２／５以内であることが望ましい。この場合には、液面を押し出すための２回目の加圧の程度が、液柱を突出させるための１回目の加圧の程度より小さく抑えられるからである。
さらに、前記第２の駆動信号の第１の要素により形成される前記液柱の吐出面に対する高さが、前記ノズルのノズル径の２倍以上５倍以下であるときに前記第２の要素が開始されるように構成するのが望ましい。この場合には、液柱が短すぎて液滴を形成することが困難であったり、液柱が長すぎて適当な大きさの液滴を形成することが困難であったりする状況を回避することができるからである。
前記第２の駆動信号の第２の要素により突出された前記基面の吐出面に対する高さが、前記ノズル径の１／２以上３／２以下であるのが望ましい。この場合には、サテライト滴の形成をより効果的に抑制することが可能であるからである。さらに、前記第２の駆動信号の第２の要素の印加開始と第１の要素の印加開始との間の時間ｔは、Ｔｃ／２＜ｔ＜Ｔｃ（ただし、Ｔｃは圧力室の固有振動の周期）であることが望ましい。
また、前記第２の駆動信号は、前記第１の要素と前記第２の要素との間にミスト抑制要素を有することが好ましい。これによれば、第２の駆動信号がミスト抑制要素を有することで、さらにミストやサテライトを抑えつつ確実に吐出を行うことができる。
他の態様は、圧力発生手段により圧力室内の圧力を変動させて前記圧力室内の液体を液滴として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作動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段を含む制御手段とを有する液体噴射装置において、前記駆動信号生成手段は、最大電位と最小電位との差が所定の範囲に収められるとともに、温度センサーが検出する周囲温度が所定の低温域である場合に送出して前記液体噴射ヘッドを駆動する第１の駆動信号と、前記温度センサーが検出する前記温度が所定の高温域である場合に送出して前記液体噴射ヘッドを駆動する第２の駆動信号とを生成し、さらに前記第１および第２の駆動信号は、前記圧力室を加圧させ、前記ノズル内の前記液体を突出させて液柱を形成する第１の要素を有する一方、少なくとも前記第２の駆動信号が、前記第１の要素を介して前記第１の要素より後に前記圧力室を加圧させ、前記液柱が前記ノズル内の前記液体と繋がった状態で、前記ノズル内の前記液面と、前記ノズルの内面と接する位置より前記液柱が突出する方向に突出させる第２の要素を含むことを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、周囲温度が所定の低温域である場合には第１の駆動信号で、所定の高温域である場合には第２の駆動信号で液体噴射ヘッドが駆動される。液体噴射ヘッドが第２の駆動信号で駆動される場合には、サテライト滴の発生が抑制される。すなわち、第２の駆動信号による駆動においては、第１の要素の供給により基面から液柱を形成し、液柱がノズル内の液体と繋がった状態で第２の要素を供給して、液体の液面のうち液柱の表面を除く部分（すなわち、液体の基面）を押し出すので、液柱の尾部が細くなるとともに、吐出面に戻ろうとする表面張力が基面に働いて、液柱が分断され易くなる。したがって、液滴形成時におけるサテライト滴の形成を抑制することが可能となる。
一方、高温域では液体の粘度が小さく、所望の液滴を噴射する際の噴出エネルギーが小さくて済む。このため圧力室を加圧させ、ノズル内の液体を噴射させるために必要な駆動信号の加圧要素である第１の要素の電位差が小さくて済む。この結果、低温域の駆動信号を基準に規定される最大電位と最小電位との差である規制電位差の範囲に高温域の最大電位差と最小電位差との差である高温域電位差を当てはめると、規制電位差＞高温域電位差となり規制電位差と高温域電位差との差である余裕電位差が生起される。この余裕電位差の範囲を利用してミスト抑制要素に続く第２の要素を容易に形成することができる。

ここで、前記第１の駆動信号も、ミスト抑制要素を介して第１の要素より後に前記圧力室を加圧させる前記第２の駆動信号と同様の第２の要素を含むものとし、しかも前記第１の駆動信号の前記第２の要素の電位変化量が、前記第２の駆動信号の前記第２の要素の電位変化量よりも小さくなっているのが望ましい。この場合には、第１の駆動信号でもサテライト滴の発生を抑制することができるからである。

また、前記第２の駆動信号の第２の要素における電位変化の幅が、第１の要素における電位変化の幅の２／５以内であることが望ましい。この場合には、液面を押し出すための２回目の加圧の程度が、液柱を突出させるための１回目の加圧の程度より小さく抑えられるからである。

さらに、前記第２の駆動信号の第１の要素により形成される前記液柱の吐出面に対する高さが、前記ノズルのノズル径の２倍以上５倍以下であるときに前記第２の要素が開始されるように構成するのが望ましい。この場合には、液柱が短すぎて液滴を形成することが困難であったり、液柱が長すぎて適当な大きさの液滴を形成することが困難であったりする状況を回避することができるからである。

前記第２の駆動信号の第２の要素により突出された前記液面の吐出面に対する高さが、前記ノズル径の１／２以上３／２以下であるのが望ましい。この場合には、サテライト滴の形成をより効果的に抑制することが可能であるからである。さらに、前記第２の駆動信号の第２の要素の印加開始と第１の要素の印加開始との間の時間ｔは、Ｔｃ／２＜ｔ＜Ｔｃ（ただし、Ｔｃは圧力室の固有振動の周期）であることが望ましい。

本発明の第１の実施の形態に係る印刷装置の部分的な模式図である。 記録ヘッドの断面図である。 印刷装置の電気的な構成のブロック図である。 記録ヘッドの電気的な構成のブロック図である。 第１および第２の駆動信号の一例を示す波形図である。 インク滴の噴射の様子を示す図である。 第２の駆動信号とインク滴の噴射時刻との対応を示す図である。 従来の駆動信号によるインク滴の飛翔のシミュレーション図である。 第２の駆動信号によるインク滴の飛翔のシミュレーション図である。 第１の駆動信号の他の例を示す波形図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る液体噴射装置であるインクジェット方式の印刷装置を示す部分的な模式図である。同図に示すように、印刷装置１００は、微細なインク滴を記録紙２００に噴射する液体噴射装置であり、キャリッジ１２と移動機構１４と用紙搬送機構１６とを含む。キャリッジ１２には、液体噴射部として機能する記録ヘッド２２が設置されるとともに、記録ヘッド２２に供給されるインクを貯留するインクカートリッジ２４が着脱可能に搭載される。なお、印刷装置１００の筐体（図示略）にインクカートリッジ２４を固定して記録ヘッド２２にインクを供給する構成も採用され得る。

移動機構１４は、案内軸３２に沿ってキャリッジ１２を主走査方向（図１の矢印が示す記録紙２００の幅方向）に往復させる。キャリッジ１２の位置は、リニアエンコーダー等の検出器（図示略）で検出されて移動機構１４の制御に利用される。用紙搬送機構１６は、キャリッジ１２の往復に並行して記録紙２００を副走査方向に搬送する。キャリッジ１２の往復時に記録ヘッド２２が記録紙２００にインク滴を噴射することで所望の画像が記録紙２００に記録（印刷）される。なお、キャリッジ１２の往復の端点の近傍には、記録ヘッド２２の吐出面を封止するキャップ３４や、吐出面を払拭するワイパー３６が設置される。

図２は、記録ヘッド２２の断面図（主走査方向に垂直な断面）である。図２に示すように、記録ヘッド２２は、振動ユニット４２と収容体４４と流路ユニット４６とを具備する。振動ユニット４２は、圧電振動子４２２とケーブル４２４と固定板４２６とを含む。圧電振動子４２２は、圧電材料と電極とが交互に積層された縦振動型の圧電素子であり、ケーブル４２４を介して供給される駆動信号に応じて振動する。圧電振動子４２２を固定した固定板４２６が収容体４４の内壁面に接合された状態で振動ユニット４２は収容体４４に収容される。

流路ユニット４６は、相互に対向する基板４６２と基板４６４との間隙に流路形成板４６６を介挿した構造体である。流路形成板４６６は、圧力室５０と供給路５２と貯留室５４とを含む空間を基板４６２と基板４６４との間隙に形成する。圧力室５０は、振動ユニット４２毎に隔壁で個別に区画されるとともに供給路５２を介して貯留室５４に連通する。各圧力室５０に対応する複数のノズル（吐出口）５６が基板４６２に列状に形成される。吐出面５８は、基板４６２の圧力室５０とは反対側の表面である。各ノズル５６は、圧力室５０を外部に連通させる貫通孔である。インクカートリッジ２４から供給されるインクは貯留室５４に貯留される。以上の説明から理解されるように、貯留室５４から供給路５２と圧力室５０とノズル５６とを経由して外部に至るインクの流路が形成される。

基板４６４は、弾性材料で形成された平板材である。基板４６４のうち圧力室５０の反対側の領域には島状の島部４８が形成される。圧力室の一部を構成する基板４６４および島部４８が、圧電振動子４２２の駆動により変形して振動する振動板となる。島部４８には圧電振動子４２２の先端面（自由端）が接合される。したがって、駆動信号の供給により圧電振動子４２２が駆動されると、島部４８を介して基板４６４が変位することで圧力室５０の容積が変化して圧力室５０内のインクの圧力が変動する。すなわち、圧電振動子４２２は、圧力室５０内の圧力を変動させる圧力発生手段として機能する。以上に説明した圧力室５０内の圧力の変動に応じてノズル５６からインク滴を噴射することが可能である。

図３は、印刷装置１００の電気的な構成のブロック図である。図３に示すように、印刷装置１００は、制御装置１０２と印刷処理部（プリントエンジン）１０４とを具備する。制御装置１０２は、印刷装置１００の全体を制御する要素であり、制御部６０と記憶部６２と駆動信号生成部６４と外部Ｉ/Ｆ（interface）６６と内部Ｉ/Ｆ６８とを含む。記録紙２００に印刷される画像を示す印刷データが外部装置（例えばホストコンピューター）３００から外部Ｉ/Ｆ６６に供給され、内部Ｉ/Ｆ６８には印刷処理部１０４が接続される。印刷処理部１０４は、制御装置１０２による制御のもとで記録紙２００に画像を記録する要素であり、前述の記録ヘッド２２と移動機構１４と用紙搬送機構１６とを含む。

記憶部６２は、制御プログラム等を記憶するＲＯＭと、画像の印刷（ノズル５６毎のインク滴の噴射）に必要な各種のデータを一時的に記憶するＲＡＭとを含む。制御部６０は、記憶部６２に記憶された制御プログラムを実行することにより印刷装置１００の各要素（例えば印刷処理部１０４の移動機構１４や用紙搬送機構１６）を統括的に制御する。また、制御部６０は、外部装置３００から外部Ｉ/Ｆ６６に供給される印刷データを、記録ヘッド２２の各ノズル５６からのインク滴の噴射／非噴射を圧電振動子４２２毎に指示する噴射データＤ（図４参照）に変換する。駆動信号生成部６４は、駆動信号を生成し内部Ｉ/Ｆ６８を介して記録ヘッド２２に供給する。駆動信号ＣＯＭは、各圧電振動子４２２を駆動して圧力室５０のノズル５６からインク滴を噴射させる周期的な信号である。本形態における駆動信号生成部６４は、温度センサー６５が検出する周囲温度に基づき第１および第２の駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の何れか一方を選択的に送出する（この点に関しては後に詳述する）。

図４は、記録ヘッド２２の電気的な構成の模式図である。図４に示すように、記録ヘッド２２は、相異なるノズル５６（圧電振動子４２２）に対応する複数の駆動回路２２０を含む。駆動信号ＣＯＭは複数の駆動回路２２０に共通に供給される。また、制御部６０が生成した噴射データＤは内部Ｉ/Ｆ６８を介して各駆動回路２２０に供給される。

各駆動回路２２０は、噴射データＤに応じて第１または第２の駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２（図５参照）を圧電振動子４２２に供給する。具体的には、噴射データＤがインク滴の噴射を指示する場合、駆動回路２２０は、第１または第２の駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を圧電振動子４２２に供給して駆動し、振動板（島部４８および基板４６４）を振動させる。これにより、基板４６４を介して圧力室５０内が加圧されて、インク滴がノズル５６から記録紙２００に噴射される。他方、噴射データＤがインクの非噴射（噴射の停止）を指示する場合、駆動回路２２０は、第１および第２の駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を圧電振動子４２２に供給しない。したがって、圧力室５０のノズル５６からインク滴は噴射されない。なお、噴射データＤがインクの非噴射を指示する場合、駆動回路２２０は駆動信号ＣＯＭを圧電振動子４２２に供給して圧電振動子４２２を駆動し、インク滴が噴射されない程度に振動板（島部４８および基板４６４）を振動させてもよい。これにより、基板４６４を介して圧力室５０内の液体およびノズル内の液体に微振動が付与される。この場合には、圧力室５０内からインクが噴射されず適度に撹拌される。

図５は、駆動信号生成部６４が生成する２種類の信号である第１の駆動信号ＣＯＭ１（図５（ａ））および第２の駆動信号ＣＯＭ２（図５（ｂ））の１周期の波形の一例である。同図中の縦軸は電位、横軸は時間を意味し、時間は図の左から右方向へと進む。図５に示す通り、第１および第２の駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２は、最大電位ＶＤＨと最小電位ＶＤＬとの差ＡＣＯＭが規格で決まる所定の範囲（例えば３５Ｖ）に収まるように形成されており、温度センサー６５が検出する周囲温度に基づき、何れか一方が選択される。ちなみに、温度が低い場合には、インクの粘度が高いので、ノズル５６（図２参照;以下同じ）からインクを噴射するために圧力室５０内の容積を大きく収縮させる（振動ユニット４２の変位量を大きくする）必要がある。そこで、第１の駆動信号ＣＯＭ１が選択される。一方、温度が高い場合には、インクの粘度が低く、圧力室５０内の容積変化は（振動ユニット４２の変位量）は小さくても構わない。そこで、第２の駆動信号ＣＯＭ２が選択される。ここで、温度が低い場合とは、周囲温度が、例えば１５℃を中心とする所定の範囲にあること、温度が高いとは、周囲温度が、例えば２５℃を中心とする所定の範囲にある場合をいう。

第１の駆動信号ＣＯＭ１は、圧力室５０を膨張させる膨張要素Ｅ_１Ａ、膨張要素Ｅ_１Ａによる膨張状態を一定期間維持させる保持要素Ｅ_２Ａ、圧力室５０を収縮させる収縮要素Ｅ_３Ａ、収縮要素Ｅ_３Ａによる収縮状態を一定期間維持させる保持要素Ｅ_６Ａおよび圧力室５０を膨張させて次の周期に移行させる膨張要素Ｅ_７Ａからなる。これに対し、第２の駆動信号ＣＯＭ２は、第１の駆動信号ＣＯＭ１の膨張要素Ｅ_１Ａ、保持要素Ｅ_２Ａ、収縮要素Ｅ_３Ａ、保持要素Ｅ_６Ａおよび膨張要素Ｅ_７Ａに、それぞれ対応する膨張要素Ｅ_１Ｂ、保持要素Ｅ_２Ｂ、収縮要素Ｅ_３Ｂ、保持要素Ｅ_６Ｂおよび膨張要素Ｅ_７Ｂの他に、収縮要素Ｅ_３Ｂの終端からこの収縮状態を一定期間維持させるミスト抑制要素Ｅ_４Ｂ（後に詳述する）および２段加圧用の収縮要素Ｅ_５Ｂを有しており、収縮要素Ｅ_５Ｂの終端から保持要素Ｅ_６Ｂおよび膨張要素Ｅ_７Ｂが続くように形成してある。ここで、両者を比較すれば明らかな通り、第１の駆動信号ＣＯＭ１では圧力室５０を収縮させる収縮要素Ｅ_３Ａにおける電位変化が大きく、一定電位が維持される期間であるミスト抑制要素（後に詳述する）およびさらなる収縮要素を経ることなく、次の周期への過渡期間である保持要素Ｅ_６Ａおよび膨張要素Ｅ_７Ａが形成されている。第１の駆動信号ＣＯＭ１は低温域で粘度の高いインクを噴射させる必要があるので、インクの噴射特性に大きく寄与する収縮要素Ｅ_３Ａにおける電位変化を大きくとる必要があるからである。

かかる本形態によれば、周囲温度に合わせて第１または第２の駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の何れか一方を選択することができ、第２の駆動信号ＣＯＭ２を選択した場合には、噴射されるインク滴におけるサテライト滴の発生を可及的に抑制することができる。

上述の如く、本形態における第２の駆動信号ＣＯＭ２は、加圧（収縮要素Ｅ_３Ｂ）→圧力維持（ミスト抑制要素Ｅ_４Ｂ）→加圧（収縮要素Ｅ_５Ｂ）という２段階に分離された加圧工程を実現する信号である。ここで、第２の駆動信号ＣＯＭ２における各要素の時間長や電位変化量は適宜に設定される。例えば、図５（ｂ）に示すように、収縮要素Ｅ_５Ｂの電位の変化量Ａe5（Ａe5＝ＶＬ−ＶＤＬ）は、収縮要素Ｅ_３Ｂの電位の変化量Ａe3（Ａe3＝ＶＤＨ−ＶＬ）を下回る。具体的には、収縮要素Ｅ_５Ｂの電位の変化量Ａe5は、収縮要素Ｅ_３Ｂの電位の変化量Ａe3の２／５以内に設定されることが好ましい。

図６に基づき第２の駆動信号ＣＯＭ２の供給により圧力室５０のノズル５６からインク滴Ｂが噴射される態様を詳説する。図６は、ノズル５６の断面図であり、圧力室５０の圧力変動によりインクの液面Ｍが変位してインク滴Ｂが噴射される様子を時系列（時刻ｔ1〜時刻ｔ6）で示している。図６においては、図の上方が圧力室５０の外部へ向かう方向であり、図の下方が圧力室５０の内部へ向かう方向である。すなわち、図６の方向は、図２の方向と上下が反転している。また、図７は、図６の各時刻（時刻ｔ1〜時刻ｔ6）と第２の駆動信号ＣＯＭ２中の時刻との対応を示している。

両図に示すように、時刻ｔ1では、圧電振動子４２２に基準電位ＶＲＥＦが印加されているので、振動板（島部４８および基板４６４）は変位しておらず圧力室５０は加圧も減圧もされていない。そのため、インクの液面Ｍは表面張力により僅かに凹状となる（図６の時刻ｔ1）。

時刻ｔ1の後、高位側の電位ＶＤＨに上昇する膨張要素Ｅ_１Ｂに対応する電圧が圧電振動子４２２に供給され、圧力室５０が膨張して減圧される。この減圧により、インクの液面Ｍが圧力室５０の内部へ向かう方向に引き込まれて吐出面５８から後退する（図６の時刻ｔ2）。

時刻ｔ2の後、電位ＶＤＨを維持する保持要素Ｅ_２Ｂが終端に至ると、低位側の電位ＶLに低下する収縮要素Ｅ_３Ｂに基づく電圧が圧電振動子４２２に供給され、圧力室５０が急激に収縮して加圧される。この加圧により、インクの液面Ｍが圧力室５０の外部へ向かう方向（インク滴Ｂの噴射方向）に前進するとともに、ノズル５６内のインクの基面Ｍb（インクの液面Ｍのうちインク柱Ｐの表面を除く部分）からインクが突出してインク柱Ｐが形成される（図６の時刻ｔ3）。

時刻ｔ3の後、収縮要素Ｅ_３Ｂが終端に至ると、収縮要素Ｅ_３Ｂの終端の電位ＶLを維持する保持要素Ｅ_４Ｂが圧電振動子４２２に供給される。保持要素Ｅ_４Ｂの供給により圧力室５０への加圧は停止されるが、インク柱Ｐはノズル５６から突出した際の慣性力によって更に伸長を続ける。時刻ｔ3の後、時刻ｔ4においてインク柱Ｐはインクの基面Ｍbと繋がっている（図６の時刻ｔ4）。

インク柱Ｐがインクの基面Ｍbと繋がった状態で、より低位側の電位ＶＤＬに低下する収縮要素Ｅ_５Ｂが圧電振動子４２２に供給され、圧力室５０が更に収縮して圧力室５０内の圧力が増大する。この圧力の増大により、インクの基面Ｍbが吐出面５８から押し出される（図６の時刻ｔ5）。なお、収縮要素Ｅ_５Ｂは、インク柱Ｐの吐出面５８に対する高さＰLが、例えばノズル５６の径ｄの２倍以上５倍以下（２ｄ≦ＰL≦５ｄ）であるときに開始するのが好ましい。ノズル５６の径ｄは、例えば１０μｍ〜９０μｍ程度である。また、収縮要素Ｅ_５Ｂの供給が開始されるのは、例えば収縮要素Ｅ_３Ｂの供給を開始した時刻の５〜１５μ秒後である。

時刻ｔ5において収縮要素Ｅ_５Ｂが終端に至ると、収縮要素Ｅ_５Ｂの終端の電位ＶＤＬを維持する保持要素Ｅ_６Ｂが圧電振動子４２２に供給される。インク柱Ｐは依然として慣性力によって伸長を続けており、時刻ｔ6において凸状の基面Ｍbとインク柱Ｐとが分断されて単一のインク滴Ｂが形成される（図６の時刻ｔ6）。分断されたインク滴Ｂは慣性力に従って飛翔する。インク滴Ｂの飛翔速度は、例えば５〜１０ｍ／秒程度である。その後、基準電位ＶＲＥＦまで上昇する膨張要素Ｅ_７Ｂが圧電振動子４２２に供給され、圧力室５０が減圧される。

なお、収縮要素Ｅ_５Ｂにより押し出されたインクの基面Ｍbの先端における吐出面５８に対する高さｈをノズル５６の径ｄの１／２以上３／２以下（(1/2)ｄ≦ｈ≦(3/2)ｄ）とした場合にサテライト滴を抑制する効果が大きい。

一方、従来と同様の駆動信号ＣＯＭ１（第２の駆動信号ＣＯＭ２のように２段階に分離された加圧工程を実現する信号ではない）では、保持要素Ｅ_４Ｂおよび収縮要素Ｅ_５Ｂを有しないので、インク柱の尾部の径が増大しインク柱が相当に伸長してしまう。このため、インク柱が分断されてインク滴（主滴）が形成される際にサテライト滴も形成されてしまう。このように加圧工程を２段階に分離することでサテライト滴の発生を抑制することができる。ここで、収縮要素Ｅ_３Ｂに続く圧力維持要素であるミスト抑制要素Ｅ_４Ｂはサテライト滴の発生を抑制する要素として機能する。

図８は従来の駆動信号によるインク滴の飛翔のシミュレーション結果を示す図、図９は第２の駆動信号ＣＯＭ２によるインク滴の飛翔のシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）に示すように、従来の駆動信号を用いた場合、ノズル５６（図面下部のテーパー形状の部材）から噴射されたインク滴Ｂ１１（ノズル開口に下端部が接して上方に伸びる帯形状）は、その後図８（ｂ）に示すように、インク滴Ｂ１２となって長く尾を引いて飛翔していることが分かる。これに対し、図９（ａ）に示すように、第２の駆動信号ＣＯＭ２を用いた場合、同様にノズルから噴射されたインク滴Ｂ２１は、その後図９（ｂ）に示すように、インク滴Ｂ２２となって、図８（ｂ）に較べ、尾が顕著に短縮されて飛翔している。この場合の尾の長さがサテライト滴の生成に密接に関連し、尾が短い場合がサテライト滴の発生がより少ない。したがって、２段加圧方式を採る第２の駆動信号ＣＯＭ２の方が、よりサテライト滴の発生を抑制される。

上述の如く、２段加圧方式を実現する第２の駆動信号ＣＯＭ２を使用した場合、すなわちミスト抑制要素Ｅ_４Ｂおよびこれに続く収縮要素Ｅ_５Ｂを有する信号を使用した場合が効果的にサテライト滴の発生を防止し得る。そこで、最大電位ＶＤＨと最小電位ＶＤＬとの差ＡＣＯＭを規格で決まる所定の範囲（例えば３５Ｖ）に収まるようにすることができれば、第１の駆動信号ＣＯＭ１にも保持要素Ｅ_４Ｂおよび収縮要素Ｅ_５Ｂに相当する要素を形成して２段加圧方式とする方が好ましい。高温域のみならず低温域でもサテライト滴の発生を抑制することができるからである。

この場合の第１の駆動信号ＣＯＭ１Ａの波形を図１０に示す。同図に示すように、第１の駆動信号ＣＯＭ１Ａは 収縮要素Ｅ_３Ａの後に続くミスト抑制要素Ｅ_４Ａおよび２段加圧用の収縮要素Ｅ_５Ａを有している。ここで、収縮要素Ｅ_３Ａの始点の電位と収縮要素Ｅ_５Ａの終点の電位との電位差は最大電位ＶＤＨと最小電位ＶＤＬとの差ＡＣＯＭと等しく形成してある。したがって、収縮要素Ｅ_３Ａの始点と終点の電位差は収縮要素Ｅ_３Ｂのそれよりも大きく、収縮要素Ｅ_５Ａの始点と終点の電位差は収縮要素Ｅ_５Ｂのそれよりも小さくなっている。このように、収縮要素Ｅ_５Ａの始点と終点の電位差が収縮要素Ｅ_５Ｂのそれより小さくても２段加圧方式のほうが効果的にサテライト滴の発生を抑制し得る。したがって、差ＡＳＯＭが許容する範囲内という制約内で、第１の駆動信号ＣＯＭ１Ａのように抑制要素Ｅ_４Ａおよび２段加圧用の収縮要素Ｅ_５Ａを形成したほうが好ましい。

なお、図１０中、図５（ａ）に示す各要素と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

＜他の実施の形態＞
以上、本発明の第１の実施の形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、圧力発生手段として、縦振動型の圧電振動子４２２を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、下電極と圧電体層と上電極とを積層形成した撓み変形型の圧電素子を用いるようにしてもよい。ちなみに、縦振動型の圧電振動子４２２を用いると、充電により圧電振動子４２２が縦方向に縮んで圧力室５０を膨張させ、放電により圧電振動子４２２が縦方向に伸長して圧力室５０を収縮させる。これに対して、圧力発生手段として撓み変形型の圧電素子を用いた場合には、充電により圧電素子が圧力室５０側に変形して圧力室５０を収縮し、放電により圧電素子が圧力室５０とは反対側に変形して圧力室５０を膨張させる。このような圧電素子を駆動する駆動信号は、上述した駆動信号の電位極性が反転した形状となる。

また、圧力発生手段として、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル５６から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用してもよい。

また、上述した印刷装置１００では、記録ヘッド２２がキャリッジ１２に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド２２が固定されて、記録紙２００等の記録メディアを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。勿論、このような液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置も特に限定されるものではない。

１２ キャリッジ、 １４ 移動機構、 １６ 用紙搬送機構、 ２２ 記録ヘッド、 ２４ インクカートリッジ、 ４２ 振動ユニット、 ４２２ 圧電振動子、 ４６ 流路ユニット、 ４６２，４６４ 基板、 ４６６ 流路形成板、 ４８ 島部、 ５０ 圧力室、 ５２ 供給路、 ５４ 貯留室、 ５６ ノズル、 ５８ 吐出面、 １００ 印刷装置、 １０２ 制御装置、 １０４ 印刷処理部、 ６０ 制御部、 ６２ 記憶部、 ６４ 駆動信号生成部、 ６６ 外部Ｉ/Ｆ、 ６８ 内部Ｉ/Ｆ、 ２００ 記録紙、 ２２０ 駆動回路、 ３００ 外部装置、 Ｂ インク滴、 ＣＯＭ１，ＣＯＭ２ 駆動信号、 ｄ ノズルの径、 Ｍ 液面、 Ｍb 基面、 Ｐ インク柱

Claims (7)

1. 圧力発生手段により圧力室内の圧力を変動させて前記圧力室内の液体を液滴として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作動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段を含む制御手段とを有する液体噴射装置において、
   前記駆動信号生成手段は、最大電位と最小電位との差が所定の範囲に収められるとともに、温度センサーが検出する周囲温度が所定の低温域である場合に送出して前記液体噴射ヘッドを駆動する第１の駆動信号と、前記温度センサーが検出する前記温度が所定の高温域である場合に送出して前記液体噴射ヘッドを駆動する第２の駆動信号とを生成し、
   さらに前記第１および第２の駆動信号は、
   前記圧力室を加圧させ、前記ノズル内の前記液体を突出させて液柱を形成する第１の要素を有する一方、
   前記第２の駆動信号は、前記第１の要素より後に前記圧力室を加圧させ、前記液柱と繋がった前記ノズル内の前記液体の液面である基面を突出させる第２の要素を含み、
   前記第１の駆動信号は、ミスト抑制要素を介して前記第１の要素より後に前記圧力室を加圧させる前記第２の駆動信号と同様の第２の要素を含み、
   前記第１の駆動信号の前記第２の要素の電位変化量が、前記第２の駆動信号の前記第２の要素の電位変化量よりも小さくなっている
   ことを特徴とする液体噴射装置。
2. 請求項１に記載する液体噴射装置において、
   前記第１の駆動信号の前記第１の要素の電位変化量は、前記第２の駆動信号の前記第１の要素の電位変化量よりも大きいことを特徴とする液体噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載する液体噴射装置において、
   前記第２の駆動信号の第２の要素における電位変化の幅が、第１の要素における電位変化の幅の２／５以内であることを特徴とする液体噴射装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する液体噴射装置において、
   前記第２の駆動信号の第１の要素により形成される前記液柱の吐出面に対する高さが、前記ノズルのノズル径の２倍以上５倍以下であるときに前記第２の要素が開始されるように構成したことを特徴とする液体噴射装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載する液体噴射装置において、
   前記第２の駆動信号の第２の要素により突出された前記基面の吐出面に対する高さが、前記ノズル径の１／２以上３／２以下であることを特徴とする液体噴射装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する液体噴射装置において、
   前記第２の駆動信号の第２の要素の印加開始と第１の要素の印加開始との間の時間ｔは、
   Ｔｃ／２＜ｔ＜Ｔｃ（ただし、Ｔｃは圧力室の固有振動の周期）
   であることを特徴とする液体噴射装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載する液体噴射装置において、
   前記第２の駆動信号は、前記第１の要素と前記第２の要素との間にミスト抑制要素を有することを特徴とする液体噴射装置。