JP6409519B2

JP6409519B2 - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP6409519B2
Application number: JP2014232426A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　祐一; 祐一伊藤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2034-11-17
Also published as: JP2015120336A; US9327497B2; US20150138265A1

Description

本発明は、液体を吐出する吐出口が形成された流路ユニットを有する液体吐出装置に関する。

特許文献１には、インクの増粘抑制（乾燥防止）のため、アクチュエータに予備波形を印加することが記載されている。また、予備波形のパルスから圧力室の固有周期の０．５４倍だけ後にパルスを供給すると、予備波形によって発生する振動の残響を抑制できることも記載されている。

特開２００５−１９３４３５号公報

上記の従来技術では予備波形の残響を抑制する観点でパルス同士の間隔が調整される。しかし、この観点では、予備波形による影響を抑制できたとしても、逆に、振動を効率的に利用できず、メニスカス近傍の増粘を効果的に抑制できないおそれがある。

本発明の目的は、メニスカスを効率的に振動させる液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体吐出装置は、第１の観点では、液体を吐出する吐出口と、液体を供給する第１の流路と、当該第１の流路の内壁面に当該第１の流路との連通口が形成され、当該連通口とは反対側の端部において前記吐出口と連通する第２の流路とを有する流路ユニットと、第１及び第２の電極と、当該第１及び第２の電極間に挟まれた圧電層とを含み、前記第１及び第２の電極間に電位差が生じると前記圧電層が前記第２の流路に対して変形して前記第２の流路内の液体に圧力を印加するアクチュエータと、前記第１及び第２の電極間の電圧が、所定電圧となる第１の状態から、前記所定電圧から単調減少していく第２の状態と、前記所定電圧まで単調増加していく第３の状態とを順に経て、前記第１の状態に戻るような電圧信号を、前記アクチュエータに供給する信号供給手段とを備えており、前記信号供給手段が、前記吐出口から液体が吐出される程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を含む吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を複数含む不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、前記不吐出駆動信号が、前記アクチュエータに供給された場合に、一の前記電圧信号において前記第３の状態の開始時点から次の前記電圧信号において前記第２の状態の開始時点までの第１の長さが、前記第２の流路の固有振動周期以上であり、且つ、前記吐出駆動信号に関して前記第１及び第２の電極間の電圧が前記第３の状態にある時間の長さの２倍を前記固有振動周期に加えた長さ以下であり、前記電圧信号のそれぞれにおける前記第２の状態の開始時点から前記第３の状態の開始時点までの第２の長さがいずれも同じになるという第１の条件と、隣り合う任意の２つの前記電圧信号における前記第１の長さがいずれも同じになるという第２の条件とを満たし、且つ、前記第１及び第２の条件下において、前記電圧信号が前記不吐出駆動信号内に最大数含まれるように調整されており、前記第１の条件における前記第２の長さと前記第２の条件における前記第１の長さとの和の整数倍の長さを有し、前記信号供給手段が、複数の前記不吐出駆動信号を連続して前記アクチュエータに供給する。

不吐出駆動信号を本発明の範囲で調整すると、後述の動作試験に示すように、メニスカス付近の液体の乾燥を適切に抑制できる。また、電圧信号において第２の状態の開始時点から第３の状態の開始時点までを１つのパルスとすると、上記構成は、１つの不吐出駆動信号内で同じ幅のパルスが等間隔で並ぶことに対応する。このため、効率的にメニスカスを振動できる。また、１つの不吐出駆動信号内で最大数の電圧信号が含まれるため、メニスカスを振動させる効果を大きくできる。また、複数の不吐出駆動信号にわたって同じ幅のパルスが等間隔で連続することになる。このため、複数の不吐出駆動信号にわたって効率的にメニスカスを振動させられる。
また、本発明の液体吐出装置は、第２の観点では、液体を吐出する吐出口と、液体を供給する第１の流路と、当該第１の流路の内壁面に当該第１の流路との連通口が形成され、当該連通口とは反対側の端部において前記吐出口と連通する第２の流路とを有する流路ユニットと、第１及び第２の電極と、当該第１及び第２の電極間に挟まれた圧電層とを含み、前記第１及び第２の電極間に電位差が生じると前記圧電層が前記第２の流路に対して変形して前記第２の流路内の液体に圧力を印加するアクチュエータと、前記第１及び第２の電極間の電圧が、所定電圧となる第１の状態から、前記所定電圧から単調減少していく第２の状態と、前記所定電圧まで単調増加していく第３の状態とを順に経て、前記第１の状態に戻るような電圧信号を、前記アクチュエータに供給する信号供給手段とを備えており、前記信号供給手段が、前記吐出口から液体が吐出される程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を含む吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を複数含む不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、前記不吐出駆動信号が、前記アクチュエータに供給された場合に、一の前記電圧信号において前記第３の状態の開始時点から次の前記電圧信号において前記第２の状態の開始時点までの第１の長さが、前記第２の流路の固有振動周期以上であり、且つ、前記吐出駆動信号に関して前記第１及び第２の電極間の電圧が前記第３の状態にある時間の長さの２倍を前記固有振動周期に加えた長さ以下であり、前記電圧信号のそれぞれにおける前記第２の状態の開始時点から前記第３の状態の開始時点までの第２の長さがいずれも同じになるという第１の条件と、隣り合う任意の２つの前記電圧信号における前記第１の長さがいずれも同じになるという第２の条件とを満たし、且つ、前記第１及び第２の条件下において、前記電圧信号が前記不吐出駆動信号内に最大数含まれるように調整されており、前記第１の条件における前記第２の長さと前記第２の条件における前記第１の長さとの和である第３の長さの整数倍の長さに前記第３の長さよりも短い長さを加えた長さを有し、前記信号供給手段が、複数の前記不吐出駆動信号を連続して前記アクチュエータに供給する。
不吐出駆動信号を本発明の範囲で調整すると、後述の動作試験に示すように、メニスカス付近の液体の乾燥を適切に抑制できる。また、電圧信号において第２の状態の開始時点から第３の状態の開始時点までを１つのパルスとすると、上記構成は、１つの不吐出駆動信号内で同じ幅のパルスが等間隔で並ぶことに対応する。このため、効率的にメニスカスを振動できる。また、１つの不吐出駆動信号内で最大数の電圧信号が含まれるため、メニスカスを振動させる効果を大きくできる。また、複数の不吐出駆動信号にわたって効率的にメニスカスを振動させられる。

また、本発明においては、前記不吐出駆動信号が、１つの前記電圧信号が前記アクチュエータに供給されるごとに、前記第２の状態が終了した直後に前記第３の状態が開始する
ように調整されていることが好ましい。これによると、各電圧信号が供給された際に、第２の状態の終了直後に第３の状態が開始する。つまり、電極間の電圧が下がり切る以前に上昇に転じる。したがって、各電圧信号の供給によってメニスカスに生じる振動の影響が抑制され、より確実に液体の吐出が防止される。

また、本発明においては、前記電圧信号における前記第２の長さが、前記吐出駆動信号に関して前記第１及び第２の電極間の電圧が前記第３の状態にある時間の長さを前記固有振動周期に加えた長さであることが好ましい。これにより、メニスカス付近の液体の乾燥抑制の効果がより確実となる。

本発明の液体吐出装置の第１の観点によると、不吐出駆動信号を本発明の範囲で調整すると、後述の動作試験に示すように、メニスカス付近の液体の乾燥を適切に抑制できる。また、電圧信号において第２の状態の開始時点から第３の状態の開始時点までを１つのパルスとすると、上記構成は、１つの不吐出駆動信号内で同じ幅のパルスが等間隔で並ぶことに対応する。このため、効率的にメニスカスを振動できる。また、１つの不吐出駆動信号内で最大数の電圧信号が含まれるため、メニスカスを振動させる効果を大きくできる。また、複数の不吐出駆動信号にわたって同じ幅のパルスが等間隔で連続することになる。このため、複数の不吐出駆動信号にわたって効率的にメニスカスを振動させられる。
本発明の液体吐出装置の第２の観点によると、不吐出駆動信号を本発明の範囲で調整すると、後述の動作試験に示すように、メニスカス付近の液体の乾燥を適切に抑制できる。また、電圧信号において第２の状態の開始時点から第３の状態の開始時点までを１つのパルスとすると、上記構成は、１つの不吐出駆動信号内で同じ幅のパルスが等間隔で並ぶことに対応する。このため、効率的にメニスカスを振動できる。また、１つの不吐出駆動信号内で最大数の電圧信号が含まれるため、メニスカスを振動させる効果を大きくできる。また、複数の不吐出駆動信号にわたって効率的にメニスカスを振動させられる。

本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドが適用されるインクジェットプリンタの内部構造を示す概略側面図である。メンテナンスユニットの構成を示す概略正面図である。ヘッド本体の平面図である。（ａ）図４の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。（ｂ）図４（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図である。（ｃ）図４（ｂ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。コントローラとその周辺の電気的構成を示す機能ブロック図である。ドライバＩＣがアクチュエータユニットに供給する吐出駆動信号の波形及び当該信号が供給された際の個別電極の電位の変化を示す波形のグラフである。（ａ）ドライバＩＣがアクチュエータユニットに供給する不吐出駆動信号の波形及び当該信号が供給された際の個別電極の電位の変化を示す波形のグラフである。（ｂ）図７（ａ）とは別の不吐出駆動信号の波形及び当該信号が供給された際の個別電極の電位の変化を示す波形のグラフである。プリンタの一動作試験の流れを示すフロー図である。図８の動作試験において用紙に形成される画像の一例を示す。図８の動作試験に沿って形成された画像の評価結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

まず、図１を参照し、本発明に係る液体吐出装置の一実施形態としてのインクジェット
プリンタ１０１の全体構成について説明する。

プリンタ１０１は、直方体形状の筐体１０１ａを有する。筐体１０１ａの天板上部には、排紙部３１が設けられている。筐体１０１ａの内部空間は、上から順に空間Ａ，Ｂ，Ｃに区分できる。空間Ａ，Ｂには、給紙部１ｃから排紙部３１に向かう用紙搬送経路が形成されており、図１に示す黒太矢印に沿って用紙Ｐが搬送される。空間Ａでは、用紙Ｐへの画像形成と、用紙Ｐの排紙部３１への搬送が行われる。空間Ｂでは、用紙Ｐの搬送経路への給紙が行われる。空間Ｃからは、空間Ａのヘッド１に対してインクが供給される。

空間Ａには、４色の互いに異なるインクを吐出する４つのヘッド１、搬送機構８、用紙センサ３２、及び、コントローラ１００等が配置されている。コントローラ１００は、プリンタ各部の動作を制御して、プリンタ１０１全体の動作を司る。

搬送機構８は、用紙Ｐをガイドする２つのガイド部９ａ，９ｂとプラテン５とを含んでいる。２つのガイド部９ａ，９ｂは、プラテン５を挟んで配置されている。搬送方向上流側のガイド部９ａは、３つのガイド１８ａと３つの送りローラ対２２〜２４とを有し、給紙部１ｃとプラテン５とを繋ぐ。ガイド部９ａは、画像形成用の用紙Ｐをプラテン５に向けて搬送する。搬送方向下流側のガイド部９ｂは、３つのガイド１８ｂと４つの送りローラ対２５〜２８とを有し、プラテン５と排紙部３１とを繋ぐ。ガイド部９ｂは、画像形成後の用紙Ｐを、排紙部３１に向けて搬送する。

４つのヘッド１は、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの４色のインクに対応している。各ヘッド１は、インクを吐出する複数の吐出口１０８（図４参照）を有している。吐出口１０８は、ヘッド１の下面１ａ（以下、吐出面１ａとする）に開口している。ヘッド１は、ヘッドホルダ１３を介して筐体１０１ａに支持されている。ヘッドホルダ１３は、空間Ａ内に設けられた昇降装置によって昇降する。ヘッドホルダ１３の昇降動作はコントローラ１００によって制御される。この昇降動作により、用紙Ｐへの印字処理に適した図１に示す印刷位置と、この位置より上方の図２に示す退避位置との間でヘッド１が移動する。退避位置では、後述のワイパブレード４１によるワイピングが可能である。

用紙センサ３２は、送りローラ対２４の上流側に配置され、搬送される用紙Ｐの先端を検知する。このとき出力された検知信号は、用紙Ｐへの画像形成の際に、ヘッド１の駆動と搬送機構８の駆動の同期に用いられる。これにより、所望の解像度と速度で画像が形成されることになる。

空間Ｂには、給紙部１ｃが配置されている。給紙部１ｃは、給紙トレイ２０及び給紙ローラ２１を有する。このうち、給紙トレイ２０が、筐体１０１ａに対して着脱可能である。給紙トレイ２０には、複数の用紙Ｐが収納可能である。給紙ローラ２１は、給紙トレイ２０内で最も上方の用紙Ｐを送り出す。

ここで、副走査方向とは、用紙Ｐが送りローラ対２３〜２５によって搬送される搬送方向Ｄ（図１中矢印Ｄ方向）と平行な方向であり、主走査方向とは、水平面に平行且つ副走査方向に直交する方向である。

空間Ｃには、４色のインクを貯留するカートリッジ４が、筐体１０１ａに対して着脱可能に配置されている。カートリッジ４は、インクチューブ等を介して色ごとにヘッド１と接続されている。ヘッド１においてインクが消費されると、カートリッジ４内のインクがヘッド１へと補充される。

空間Ａにはさらに、メンテナンスユニット４０が設けられている。図２に示すようにメンテナンスユニット４０は、ワイパブレード４１、ローラ４３及び４４、並びに、これらのローラに巻き掛けられた無端ベルト４５を有している。ワイパブレード４１は、ゴムなどの弾性材料からなる板状部材である。ワイパブレード４１は、固定台４２の上面に立設されており、ヘッド１が退避位置にあるときにブレード上端が吐出面１ａに当接する高さに配置されている。固定台４２は無端ベルト４５に固定されている。ローラ４３は駆動モータに接続されており、図中の矢印Ｒの示す両方向に回転可能である。駆動モータはコントローラ１００の制御に基づいて動作する。駆動モータがローラ４３を回転させると無端ベルト４５が走行する。これにより、ワイパブレード４１にヘッド１の吐出面１ａを払拭させるワイピング動作を実施できる。またメンテナンスユニット４０は、ポンプ４６を有している。ポンプ４６は、コントローラ１００によって制御され、カートリッジ４からのインクを強制的にヘッド１へと流入させる。これにより、ヘッド１内のインクを吐出口１０８から排出させるパージ動作を実施できる。

次に、図３及び図４に基づいて、ヘッド１の構成についてより詳細に説明する。ヘッド１は、図３に示すように、インク流路が内部に形成されたヘッド本体３を有している。カートリッジ４からのインクは、ヘッド１の上部構造であるリザーバユニットを介し、下部構造であるヘッド本体３へと流入する。ヘッド本体３は、内部にインク流路が形成された流路ユニット１１と、インク流路内のインクに圧力を印加するアクチュエータユニット１９とを有している。流路ユニット１１は、略同一サイズの矩形状の９枚の金属プレート１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０（図４（ｂ）参照）を互いに積層し接着した流路部材である。図３及び図４に示すように、流路ユニット１１の上面には、開口１０５ｂが形成されている。開口１０５ｂには、フィルタを介してリザーバユニットからのインクが流入する。フィルタは、インクが開口１０５ｂから流路ユニット１１に流れ込む際に、インク中の異物等をろ過する。

流路ユニット１１内のインク流路は、図３及び図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、開口１０５ｂを一端に有するマニホールド流路１０５、マニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａ（第１の流路）、及び、副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る個別インク流路１３２（第２の流路）を含んでいる。なお、図４（ａ）では、アクチュエータユニット１９の下側にあって点線で示すべき圧力室１１０及びアパーチャ１１２を実線で示している。

アクチュエータユニット１９は、図３に示すように、それぞれ台形の平面形状を有し、流路ユニット１１の上面において２列の千鳥状に配置されている。また、図４（ａ）に示すように、流路ユニット１１の上面には、圧力室１１０が略菱形形状に多数開口している。当該開口は、流路ユニット１１の各アクチュエータユニット１９が対向する台形領域内に形成されている。流路ユニット１１の下面（吐出面１ａ）には、圧力室１１０と同数の吐出口１０８が開口している。吐出口１０８は、主走査方向には印刷解像度に対応する所定の一定間隔で配置されており、副走査方向には分散配置されている。

アクチュエータユニット１９は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックスであり、図４（ｃ）に示すように、３枚の圧電層１４１〜１４３から構成されている。最上層の圧電層１４１は、上面に複数の個別電極１３５が形成され、厚み方向に分極されている。個別電極１３５の先端部には、駆動信号が供給される個別ランド１３６が形成されている。圧電層１４２の上面には、共通電極１３４が全体的に形成されている。共通電極１３４は、常にグランド電位にある。個別電極１３５がグランド電位以外の電位になると、共通電極１３４と個別電極１３５の間に電位差が生じる。これにより、共通電極１３４と個別電極１３５間に分極方向の電界が生じると、両電極間の圧電層１４１（駆動活性部）が面方向に縮む。圧電層１４２、１４３は、自発的に変形しないので、圧電層１４１との間に歪み差が生じる。これにより、個別電極１３５と圧力室１１０とに挟まれた部分が、圧力室１１０に向かって突出（ユニモルフ変形）する。

ヘッド１は、さらに、アクチュエータユニット１９へと駆動信号を供給するドライバＩＣ１５１（図５参照、信号供給手段）等の電子部品を有している。ドライバＩＣ１５１は、コントローラ１００からの制御信号に基づいて駆動信号を生成する。駆動信号は、個別ランド１３６を通じて個別電極１３５に選択的に供給される。個別電極１３５に駆動信号が供給されると、共通電極１３４と個別電極１３５の間に電位差が生じる。これによって、圧電層１４１〜１４３の、その個別電極１３５に対応する部分がユニモルフ変形し、その個別電極１３５に対応する圧力室１１０内のインクに圧力が印加される。

次に、コントローラ１００による各部の制御について、図５を参照しつつより詳細に説明する。コントローラ１００は、図５に示すように、外部装置（プリンタ１０１と接続されたＰＣ等）から供給された記録指令（画像データなど）に基づいてドライバＩＣ１５１や搬送機構８等を制御することにより、これらの各部に印刷動作を実行させる。コントローラ１００は、記録指令を受けると、給紙部１ｃ、及び、搬送機構８（送りローラ対２２〜２８）に動作を開始させる。

図１の太い矢印に沿って給紙トレイ２０から送り出された用紙Ｐは、上流側ガイド部９ａによりガイドされプラテン５上に送られる。これと同時に、コントローラ１００は、ドライバＩＣ１５１を制御して、アクチュエータユニット１９に駆動信号を供給する。これによって、コントローラ１００は、用紙Ｐがヘッド１の真下を図１の搬送方向Ｄに沿って通過する際に、ヘッド１に吐出口１０８からインクを吐出させる。吐出されたインクは用紙Ｐ上にドットを形成し、これによって、所望の画像が用紙Ｐ上に形成される。このとき、コントローラ１００は、用紙センサ３２からの検知信号に基づいてインクの吐出タイミングを制御する。画像が形成された用紙Ｐは、下流側ガイド部９ｂによりガイドされつつ図１の太い矢印に沿って搬送され、筐体１０１ａの上部から排紙部３１に排出される。

さらに、コントローラ１００は、メンテナンスユニット４０を制御して、ワイピング動作及びパージ動作を実施する。ワイピング動作は、吐出面１ａを払拭し、各吐出口１０８のメニスカスを整える。また、パージ動作は、乾燥したインクを吐出口１０８から排出する。これらにより、各吐出口１０８においてインクの吐出性能が回復する。

ドライバＩＣ１５１がアクチュエータユニット１９に供給する駆動信号について、より詳細に説明する。なお、以下の説明において、「信号Ｓｘ」とは波形Ｓｘを有する信号を意味する。駆動信号は、図６の信号Ｓ１や図７の信号Ｓ２等に示すように、個別電極１３５をグランド電位Ｖｇにする部分（以下、Ｌ信号とする）と、個別電極１３５を電位Ｖ０（Ｖ０＞Ｖｇ）にする部分（以下、Ｈ信号とする）とを含んでいる。Ｈ信号及びＬ信号が交互に配列されることにより、各信号中に複数のパルスが形成される。各駆動信号は、ちょうど１印字周期に相当する時間の長さを１単位とする。１印字周期は、印刷解像度（例えば、６００ｄｐｉ）に応じた所定の単位距離だけ搬送機構８が用紙Ｐを搬送するのに要する時間に等しい。

本実施形態の駆動信号には吐出駆動信号と不吐出駆動信号との２種類がある。吐出駆動信号は、アクチュエータユニット１９を駆動することにより吐出口１０８からインクを吐出させるための信号である。この信号は印刷動作に用いられる。不吐出駆動信号は、インクを吐出させない程度にアクチュエータユニット１９を駆動する信号である。この信号は、吐出口１０８付近のインクを振動させることによりインクの乾燥を抑制するために用いられる。

図６の信号Ｓ１の波形は吐出駆動信号の波形の一例である。信号Ｓ１は、Ｗ０の幅を持つＬ信号とＷ１の幅を持つＨ信号とが交互に配列して形成されている。

ドライバＩＣ１５１は、インクを吐出しない印字周期に、通常、個別電極１３５を電位Ｖ０に維持している。そして、インクの吐出が必要な印字周期になると、ドライバＩＣ１５１は、その印字周期ごとに信号Ｓ１を個別電極１３５に供給する。なお、後述のとおり、インクを吐出しない印字周期に不吐出駆動信号が供給されることもある。図６の波形σ１は、信号Ｓ１が個別電極１３５に供給された場合の個別電極１３５における電位の変化を示している。波形σ１は、個別電極１３５の電位がＶ０からＶｇに徐々に変化する過渡期間Ｔｒと、個別電極１３５の電位がＶｇからＶ０に徐々に変化する過渡期間Ｔｆとを含んでいる。過渡期間Ｔｒ及びＴｆの長さは互いに等しい。以下、単に「Ｔｒ」と記載するときには、その記載は期間Ｔｒの長さを意味する。Ｔｒは、Ｗ０及びＷ１のいずれよりも小さい。

個別電極１３５の電位がＶ０に維持されているときには、個別電極１３５と共通電極１３４との電位差が生じている。なお、このときの電位差に相当する電圧は本発明の所定電圧の一例である。また、個別電極１３５と共通電極１３４との間の電圧がこの所定電圧である状態が本発明の第１の状態の一例である。この状態では、圧電層１４１においてこれらの電極に挟まれた部分が圧力室１１０に向かってユニモルフ変形している。

一方、個別電極１３５に信号Ｓ１が供給されると、その電位が波形σ１のように変化することにより、まずＶ０から単調減少する。これによって、個別電極１３５の電位が一旦Ｖｇになる。このように個別電極１３５及び共通電極１３４間の電圧が単調減少していく状態は、本発明の第２の状態の一例である。個別電極１３５の電位がＶｇになると、個別電極１３５と共通電極１３４の電位差がなくなるため、ユニモルフ変形が解除される。この変形解除により、圧力室１１０の容積が増加する。このとき、圧力室１１０内のインクに負圧が印加される。

そして、Ｖ０からＶｇへの変化の開始時点からＷ０の時間が経過すると、個別電極１３５の電位はＶｇから単調増加し始め、再びＶ０に戻る。このように個別電極１３５及び共通電極１３４間の電圧が単調増加していく状態は、本発明の第３の状態の一例である。これにより個別電極１３５と共通電極１３４の間に再び電位差が発生するため、ユニモルフ変形が生じる。この変形により、圧力室１１０の容積が減少する。このとき、圧力室１１０内のインクに正圧が印加される。

ここで、Ｗ０は、最初の負圧の印加によって圧力室１１０内のインクに生じた圧力波が個別インク流路１３２の長手方向に伝搬し、反転して正圧のピークを迎えるタイミング（圧力波の片道伝搬時間）で次の正圧が印加されるように調整される。このようなＷ０は、個別インク流路１３２の固有振動周期をＴ０とするとき、Ｔ０／２に等しい。これにより、最初の負圧の印加に起因した正圧のピークに、次に印加される正圧が重畳するため、圧力室１１０内のインクに効率よく圧力が印加される。よって、吐出口１０８から効率よくインクが吐出される。また、Ｗ１は、１つの方形パルスの供給によって圧力室１１０内に生じた振動が、次の方形パルスの供給によるインク吐出に影響を与えにくいように調整される。

以上のように、信号Ｓ１においてＷ０の幅を持つ１つのパルス（図６参照）が個別電極１３５に供給されるごとにインクが１回、吐出される。信号Ｓ１にはＷ０の幅を持つ複数のパルスがＷ１の時間間隔で含まれる。このため、１つの信号Ｓ１が個別電極１３５に供給されると、Ｗ１ごとに１回、インクが吐出される。なお、信号Ｓ１において上記のＷ０の幅を持つパルスを１つ含む部分が、本発明における電圧信号の一例である。

図７（ａ）の信号Ｓ２及び図７（ｂ）の信号Ｓ３は、それぞれ、不吐出駆動信号の一例
である。また、図７（ａ）の波形σ２及び図７（ｂ）の波形σ３は、それぞれ、信号Ｓ２及びＳ３が個別電極１３５に供給された場合の個別電極１３５における電位の変化を示している。不吐出駆動信号が供給される場合も、吐出駆動信号が供給される場合と同様、個別電極１３５の電位が徐々に変化する過渡期間が生じる。Ｖ０からＶｇまで変化する過渡期間の長さは、吐出駆動信号と同じく、Ｔｒである。また、ＶｇからＶ０まで変化する過渡期間の長さＴｆもＴｒである。

不吐出駆動信号は、吐出駆動信号（Ｓ１）と同様、Ｈ信号とＬ信号とが交互に配列されることで構成されている。各信号において、Ｌ信号の幅は一定であり、Ｌ信号間の時間間隔も一定である。以下、不吐出駆動信号におけるＬ信号の幅をＷａ、Ｌ信号同士の時間間隔をＷｂとする。不吐出駆動信号が個別電極１３５に供給されると、吐出駆動信号と同様、個別電極１３５の電位がＶ０に維持された状態（第１の状態）から、Ｖｇに向かって単調減少し（第２の状態）、その後再び単調増加して（第３の状態）、個別電極１３５の電位がＶ０に維持された状態に戻る。したがって、圧力室１１０内のインクには、個別電極１３５の電位が単調減少する際に負圧が印加され、次に、個別電極１３５の電位が単調増加する際に正圧が印加される。

なお、Ｌ信号の幅Ｗａは、第２の状態の開始時点から第３の状態の開始時点までの長さに相当し、不吐出駆動信号においてＬ信号の幅Ｗａは一定である。これは、本発明における第１の条件に対応する。また、Ｌ信号間の時間間隔Ｗｂは、任意の２つのパルス（例えば、図７（ａ）の二点鎖線の枠で囲まれた２つのパルス）に関し、前の第３の状態の開始時点からその後の第２の状態の開始時点までの長さに相当し、不吐出駆動信号においてＬ信号間の時間間隔Ｗｂは一定である。これは、本発明の第２の条件に対応する。

ここで、Ｗａは、吐出駆動信号におけるＷ０とは異なり、最初の負圧の印加に起因して圧力室１１０内に発生する正圧がピークになるタイミングからずれたタイミングで次の正圧が印加されるように調整されている。つまり、Ｗａは、Ｔ０／２とは異なる大きさに調整されている。また、一動作例によると、Ｗａは、圧力室１１０内に負圧が印加されてから吐出口１０８におけるインクの振動が最初にピークになるまでの時間の１／５以下である。そして、このようにＷａが調整されていることにより、不吐出駆動信号は、個別電極１３５に供給されても吐出口１０８からインクが吐出されないように調整されている。

特に、本実施形態の不吐出駆動信号は、いずれも、（条件１）Ｗａ≦Ｔｒ、及び、（条件２）Ｔ０≦Ｗｂ≦Ｔ０＋２＊Ｔｒの２つの条件を満たすように調整される。これらの条件が採用されることにより、後述の動作試験に示すように、吐出口１０８（メニスカス）付近のインクの乾燥が適切に抑制される。また、１印字周期の長さを有する各信号において、所定のＷａ及びＷｂに関し、最大数のパルスが各信号に含まれるという条件３を満たすように信号が調整される。この条件により、各信号中に同じ幅Ｗａのパルスが同じ間隔Ｗｂで並ぶため、吐出口１０８付近のインクを効率的に振動させることができる。また、各信号中にパルスが最大数含まれるので、吐出口１０８付近のインクを効果的に振動させることができる。信号Ｓ２及びＳ３は、それぞれ、上記条件１〜３を満たす信号の一例である。

信号Ｓ２は、条件１〜３に加え、さらに次の３つの条件を満たすように調整されている：（条件４）Ｗａ＝Ｔｒ、（条件５）Ｗｂ＝Ｔ０＋Ｔｒ、及び（条件６）（Ｗａ＋Ｗｂ）＊４＝１印字周期。条件４及び５は条件１及び２を満たすものの一例である。条件４により、１つのパルスが供給されるたび、個別電極１３５の電位は、Ｖ０からＶｇまで低下していき、Ｖｇに到達すると同時に上昇に転じ、その後、Ｖ０へと戻る。また、条件５によってＷｂが条件２の範囲の中間値を取るため、インクの乾燥を抑制する効果がより確実に得られる。そして、条件６により、複数の信号Ｓ２を途切れなく連続的に個別電極１３５に供給した際に、各パルスが等間隔で繰り返し個別電極１３５に供給される。このため、複数の信号にわたって効率的に吐出口１０８付近のインクを振動させることができる。

信号Ｓ３は、条件１〜３に加え、さらに次の条件を満たすように調整されている：（条件７）Ｗａ＜Ｔｒ。この条件により、１つのパルスが供給されるたび、個別電極１３５の電位は、Ｖ０からＶｇまで低下していき、Ｖｇに到達し切る前に上昇に転じ、その後、Ｖ０へと戻る。このように、個別電極１３５の電位がＶｇまで落ち切る前に上昇に転ずるため、ユニモルフ変形の程度も小さい。よって、圧力室１１０内に印加される圧力の大きさが制限され、吐出口１０８付近のメニスカスに生じる振動の大きさが抑制されるため、より確実にインクの吐出が防止される。

以下、本実施形態に係る一動作試験について図８〜図１０を参照しつつ説明する。本動作試験で用いられるプリンタ１０１は、コントローラ１００に外部から指令を送ることによってさまざまな条件で用紙Ｐの搬送、インクの吐出、パージ動作、ワイピング動作等を実行するように構成される。本動作試験においては、まず、プリンタ１０１において、パージ動作及びワイピング動作が実行される（図８のステップＡ１）。これにより、ヘッド１の吐出特性がある程度回復する。次に、用紙Ｐを搬送しつつヘッド１から用紙Ｐに向かってインクを吐出させるリフレッシュ動作を実施する（ステップＡ２）。リフレッシュ動作は、ヘッド１の全吐出口１０８から用紙Ｐに向けて一斉にインクを吐出させる動作である。一例として、リフレッシュ動作により、図９に示すように用紙Ｐ上に画像ＩＭが形成される。画像ＩＭは、全領域が１色に塗りつぶされた矩形の画像である。これにより、画像ＩＭを形成した直後の時点で、全吐出口１０８における吐出条件がほぼ均一になる。

次に、一定時間（例えば、１０秒間）インクを吐出しない状態でヘッド１を放置する（ステップＡ３）。これにより、吐出口１０８付近のインクの乾燥が進む。次に、各吐出口１０８に対応する個別電極１３５に所定数の不吐出駆動信号を供給する（ステップＡ４）。これにより、吐出口１０８付近のインクが吐出されない程度に振動され、乾燥が抑制される。次に、用紙Ｐを送ることにより、画像ＩＭから用紙搬送方向に所定距離（図９のΔ）のスペースを空ける（ステップＡ５）。次に、全吐出口１０８から１印字周期分のインクを吐出することにより、用紙搬送方向（副走査方向）に関して１ドット分の幅を有する主走査方向に沿った直線Ｌを用紙Ｐ上に形成する（ステップＡ６）。そして、直線Ｌの印字結果を目視で評価する（ステップＡ７）。ステップＡ４における不吐出駆動信号の供給によってインクの乾燥が抑制されるほど、直線Ｌは主走査方向に沿ってまっすぐに形成される。一方、ステップＡ４におけるインクの乾燥抑制の効果が低いと、吐出口１０８からのインクの吐出タイミングにずれが生じ、直線Ｌが用紙搬送方向に波打つように乱れる。インクの乾燥抑制の効果が一定の程度を下回ると、インクの乾燥により、吐出口１０８からインクが吐出されなくなり、直線Ｌにドット抜けが生じる。

以上の動作試験を、ステップＡ４の不吐出駆動信号においてＷａを１マイクロ秒（μｓ）に固定し、Ｗｂを７．０〜１３．０μｓの間で１．０μｓずつずらしながら、ブラックインクに対応するヘッド１とシアンインクに対応するヘッド１とのそれぞれに関して行った。なお、本動作試験で用いたヘッド１は、いずれもＴｏ＝１０．０マイクロ秒（μｓ）、Ｔｒ＝１．０μｓであった。この場合、Ｔｒ＜Ｔｏ／５が満たされる。図１０はその結果を示す。図１０の横軸はＷｂであり、縦軸はステップＡ７による評価結果である。評価は、０、１、２の３段階で示す。評価２は、インクの吐出タイミングのずれが直線Ｌにほとんど表れず、許容範囲であったことを示す。評価１は、インクの吐出タイミングのずれが直線Ｌに表れたことを示す。評価０は、直線Ｌにドット抜け、つまり、インクの不吐出が生じたことを示す。Ｂｋはブラックインクに対応する結果を示し、Ｃはシアンインクに対応する結果を示す。図１０により、ブラックインクのときもシアンインクのときも、Ｔ０≦Ｗｂ≦Ｔ０＋２＊Ｔｒを満たす場合にステップＡ４のインクの乾燥抑制が効果的であることが示される。プリンタ１０１の動作条件として採用される場合には、Ｗｂ＝Ｔ０＋Ｔｒとされることが好ましい。この場合、Ｗｂが、Ｔ０≦Ｗｂ≦Ｔ０＋２＊Ｔｒの範囲の中間値となる。このため、インクの乾燥抑制の効果がより確実である。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

上述の実施形態では、不吐出駆動信号の一例である信号Ｓ２が条件６（（Ｗａ＋Ｗｂ）＊４＝１印字周期）を満たす。これにより、複数の信号Ｓ２を個別電極１３５に供給した際に効率的に吐出口１０８付近のインクを振動させることができる。この条件６の代わりに、（Ｗａ＋Ｗｂ）＊ｎ＝１印字周期（ｎ：４以外の自然数）との条件が採用されてもよい。これにより、条件６と同様、複数の信号Ｓ２を途切れなく連続的に個別電極１３５に供給した際に、各パルスが等間隔で繰り返し個別電極１３５に供給される。

本発明に係る液体吐出装置は、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機等に適用可能である。また、液体吐出装置に適用されるヘッドの数は１に限定されず、２以上であってもよい。ヘッドは、ライン式に限定されず、シリアル式でもよい。さらに、本発明に係る液体吐出装置は、インク以外の液体を吐出してもよい。

１ヘッド
１９アクチュエータユニット
１００コントローラ
１０１インクジェットプリンタ（プリンタ）
１０８吐出口
１３２個別インク流路
１３４共通電極
１３５個別電極
１４１〜１４３圧電層
１５１ドライバＩＣ

Claims

液体を吐出する吐出口と、液体を供給する第１の流路と、当該第１の流路の内壁面に当該第１の流路との連通口が形成され、当該連通口とは反対側の端部において前記吐出口と連通する第２の流路とを有する流路ユニットと、
第１及び第２の電極と、当該第１及び第２の電極間に挟まれた圧電層とを含み、前記第１及び第２の電極間に電位差が生じると前記圧電層が前記第２の流路に対して変形して前記第２の流路内の液体に圧力を印加するアクチュエータと、
前記第１及び第２の電極間の電圧が、所定電圧となる第１の状態から、前記所定電圧から単調減少していく第２の状態と、前記所定電圧まで単調増加していく第３の状態とを順に経て、前記第１の状態に戻るような電圧信号を、前記アクチュエータに供給する信号供給手段とを備えており、
前記信号供給手段が、
前記吐出口から液体が吐出される程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を含む吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を複数含む不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、
前記不吐出駆動信号が、
前記アクチュエータに供給された場合に、一の前記電圧信号において前記第３の状態の開始時点から次の前記電圧信号において前記第２の状態の開始時点までの第１の長さが、前記第２の流路の固有振動周期以上であり、且つ、前記吐出駆動信号に関して前記第１及び第２の電極間の電圧が前記第３の状態にある時間の長さの２倍を前記固有振動周期に加えた長さ以下であり、
前記電圧信号のそれぞれにおける前記第２の状態の開始時点から前記第３の状態の開始時点までの第２の長さがいずれも同じになるという第１の条件と、隣り合う任意の２つの前記電圧信号における前記第１の長さがいずれも同じになるという第２の条件とを満たし、且つ、前記第１及び第２の条件下において、前記電圧信号が前記不吐出駆動信号内に最大数含まれるように調整されており、
前記第１の条件における前記第２の長さと前記第２の条件における前記第１の長さとの和の整数倍の長さを有し、
前記信号供給手段が、複数の前記不吐出駆動信号を連続して前記アクチュエータに供給することを特徴とする液体吐出装置。
液体を吐出する吐出口と、液体を供給する第１の流路と、当該第１の流路の内壁面に当該第１の流路との連通口が形成され、当該連通口とは反対側の端部において前記吐出口と連通する第２の流路とを有する流路ユニットと、
第１及び第２の電極と、当該第１及び第２の電極間に挟まれた圧電層とを含み、前記第１及び第２の電極間に電位差が生じると前記圧電層が前記第２の流路に対して変形して前記第２の流路内の液体に圧力を印加するアクチュエータと、
前記第１及び第２の電極間の電圧が、所定電圧となる第１の状態から、前記所定電圧から単調減少していく第２の状態と、前記所定電圧まで単調増加していく第３の状態とを順に経て、前記第１の状態に戻るような電圧信号を、前記アクチュエータに供給する信号供給手段とを備えており、
前記信号供給手段が、
前記吐出口から液体が吐出される程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を含む吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記アクチュエータを駆動する前記電圧信号を複数含む不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給し、
前記不吐出駆動信号が、
前記アクチュエータに供給された場合に、一の前記電圧信号において前記第３の状態の開始時点から次の前記電圧信号において前記第２の状態の開始時点までの第１の長さが、前記第２の流路の固有振動周期以上であり、且つ、前記吐出駆動信号に関して前記第１及び第２の電極間の電圧が前記第３の状態にある時間の長さの２倍を前記固有振動周期に加えた長さ以下であり、
前記電圧信号のそれぞれにおける前記第２の状態の開始時点から前記第３の状態の開始時点までの第２の長さがいずれも同じになるという第１の条件と、隣り合う任意の２つの前記電圧信号における前記第１の長さがいずれも同じになるという第２の条件とを満たし、且つ、前記第１及び第２の条件下において、前記電圧信号が前記不吐出駆動信号内に最大数含まれるように調整されており、
前記第１の条件における前記第２の長さと前記第２の条件における前記第１の長さとの和である第３の長さの整数倍の長さに前記第３の長さよりも短い長さを加えた長さを有し、
前記信号供給手段が、複数の前記不吐出駆動信号を連続して前記アクチュエータに供給することを特徴とする液体吐出装置。
前記不吐出駆動信号が、
１つの前記電圧信号が前記アクチュエータに供給されるごとに、前記第２の状態が終了した直後に前記第３の状態が開始するように調整されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
前記電圧信号における前記第２の長さが、前記吐出駆動信号に関して前記第１及び第２の電極間の電圧が前記第３の状態にある時間の長さを前記固有振動周期に加えた長さであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。