JP6512036B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体吐出装置に関し、特に、液体を吐出しない程度にノズルおよび圧力室内の液体を振動させる微振動動作を行う液体吐出装置に関するものである。

液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出（噴射）する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を活かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタ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形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液を吐出する。

ここで、上記の液体吐出装置において、液体吐出ヘッドによる液体の吐出処理を行っている最中は、当該液体吐出ヘッドのノズルはキャップ等による封止部材による封止状態（キャッピング状態）から開放されて空気に晒されている。このため、時間の経過とともにノズルに露出したインクの表面（メニスカス）を通じて溶媒が蒸発してノズル内の液体が次第に増粘する。液体の増粘が進むと、ノズルから液体が吐出されなかったり、或はノズルから吐出された液体の飛翔方向が曲がったりする等の吐出不良が生じる場合がある。一般的な液体吐出装置では、このようなインク等の液体の増粘による吐出不良を回避するべく、ノズルから液体を強制的に吐出させる所謂フラッシング動作や、ノズルから液体を吸引するクリーニング動作等の回復動作を定期的に行う必要があった。しかしながら、このような回復動作を頻繁に実行すると、その分、液体が無駄に消費されてしまう。

ここで、上記回復動作を行うことなく液体の吐出処理を支障なく継続できる能力を間欠能力と称する。つまり、ユーザーからの実行命令等に基づく一連・一まとまりのジョブとしての吐出処理が開始された時点（液体吐出ヘッドのノズル面がキャップによる封止状態から開放された時点）から、或は、上記一連の吐出処理において最後（前回）に回復動作を実行した時点から、回復動作を行うことなく吐出処理を継続して吐出不良が生じるまでの時間が長いほど、間欠能力がより高いと言える。このような間欠能力を向上させるため、この種の液体吐出装置では、吐出処理（例えば、プリンターにおいては印刷動作中）に液体を吐出しないノズルについては、当該ノズルから液体を吐出させない程度に当該ノズル内および圧力室内の液体を振動させる微振動動作が行われている。即ち、この微振動動作により、ノズル付近の液体が攪拌されることで、増粘の進行が抑えられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−９６４２３号公報

上記間欠能力を向上させる観点では、微振動動作をより強力にすることが考えられる。具体的には、微振動動作の際にアクチュエーターに印加される駆動パルスの電圧をより高めたり、あるいは、単位時間あたりにアクチュエーターに印加される駆動パルスの数を増加させたりすることにより、微振動動作をより強力にすることができる。しかしながら、微振動動作をより強力にすると、その分、ノズルにおけるメニスカスの振動が大きくなるため、その残留振動がその後の吐出動作における吐出安定性に悪影響を及ぼすおそれがあった。具体的には、ノズルから吐出される液滴の量の変動や飛翔曲がり等が生じる可能性があった。

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、間欠能力の向上と吐出安定性の確保を両立させることが可能な液体吐出装置を提供することにある。

〔手段１〕
本発明の液体吐出装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体が吐出されるノズル、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振動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの駆動によって前記ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、
前記アクチュエーターを駆動して前記圧力室および前記ノズルにおける液体を振動させる振動駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路と、を有する液体吐出装置であって、
前記駆動パルス発生回路は、基準電位から電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計３回変化して前記基準電位に戻る第１振動駆動パルスと、前記基準電位から電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計４回変化して前記基準電位に戻る第２振動駆動パルスと、を発生可能であり、
吐出処理が開始されてから、又は、当該吐出処理において液体が前回に吐出されてから、その後に液体が吐出されない非吐出状態での経過時間が、予め定められた閾値以下である場合、前記第１振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加する一方、前記経過時間が、前記閾値を超えた場合、前記第２振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加して、微振動動作を行うことを特徴とする。

本発明によれば、吐出処理における非吐出状態での経過時間に応じて第１振動駆動パルスまたは第２振動駆動パルスの何れかが選択的にアクチュエーターに印加されることにより、より過不足なくより適切な微振動動作が実行される。その結果、間欠能力の向上と、微振動動作後の吐出安定性の確保の両立が可能となる。そして、間欠能力が向上することにより、フラッシング動作やクリーニング動作等の回復処理を実行する頻度を低減することができるので、その分、液体の消費を抑制することが可能となる。

〔手段２〕
上記手段１の構成において、前記駆動パルス発生回路は、前記基準電位から電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計２回変化して前記基準電位に戻る第３振動駆動パルスを発生可能であり、
前記経過時間が、第１の閾値以下である場合、前記第３振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加し、
前記経過時間が、前記第１の閾値を超え、且つ、前記第１の閾値よりも長い第２の閾値以下である場合、前記第１振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加し
前記経過時間が、前記第２の閾値を超えた場合、前記第２振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加する構成を採用することが望ましい。

上記手段２の構成によれば、経過時間についての２つの閾値に基づいて第１振動駆動パルス、第２の振動駆動パルス、または第３の振動駆動パルスの何れかが選択された微振動動作が行われるので、さらに過不足なく微振動動作が実行される。

プリンターの内部構成を説明する正面図である。 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。 記録ヘッドの内部構成を説明する断面図である。 微振動動作用の駆動信号の波形図である。 第１微振動パルス（第３振動駆動パルス）の例を示す波形図である。 第２微振動パルス（第１振動駆動パルス）の例を示す波形図である。 第３微振動パルス（第２振動駆動パルス）の例を示す波形図である。 空走時間に対する振動駆動パルスの選択例とその場合の間欠能力および吐出安定性の効果について示した表である。 振動駆動パルスの選択処理の流れを説明するフローチャートである。

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、本発明の液体吐出装置として、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の内部構成を説明する正面図、図２は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。外部装置２は、例えばコンピューター、デジタルカメラ、携帯電話機などの電子機器である。この外部装置２は、プリンター１と無線又は有線で電気的に接続されており、記録用紙等の記録媒体（液体の着弾対象）に画像やテキストの記録（吐出処理）を指示・命令するため、指示・命令と共にその画像等に応じた印刷データをプリンター１に送信する。

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７とプリントエンジン１３とを有している。液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド６は、インクカートリッジ（液体供給源）を搭載したキャリッジ１６の底面側に取り付けられている。そして、当該キャリッジ１６は、キャリッジ移動機構４によってガイドロッド１８に沿って往復移動可能に構成されている。すなわち、プリンター１は、紙送り機構３によって記録媒体をプラテン１２上に順次搬送すると共に、記録ヘッド６を記録媒体の幅方向（主走査方向）に相対移動させながら当該記録ヘッド６のノズル３７（図３参照）から本発明における液体の一種であるインクを吐出させて、記録媒体上に着弾させることにより画像等を記録する。なお、インクカートリッジ１７がプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジ１７のインクが供給チューブを通じて記録ヘッド６側に送られる構成を採用することもできる。

プラテン１２に対して主走査方向の一端側（図２中、右側）に外れた位置には、記録ヘッド６の待機位置であるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、一端側から順にキャッピング機構２０、および、ワイピング機構２２が設けられている。キャッピング機構２０は、例えば、エラストマー等の弾性部材からなるキャップ２１を有しており、当該キャップ２１を記録ヘッド６のノズル面（ノズルプレート２５）に対して当接させて封止した状態（キャッピング状態）あるいは当該ノズル面から離隔した待避状態に変換可能に構成されている。キャッピング機構２０は、記録ヘッド６が、プラテン１２上の記録媒体に対して記録動作を行っていない待機状態、或は、プリンター１の電源がオフの状態において、記録ヘッド６のノズル面をキャッピング状態とする。

ワイピング機構２２は、ワイパー２３を主走査方向に対して交差する方向（ノズル列方向あるいは副走査方向）に沿って移動可能に有しており、当該ワイパー２３を記録ヘッド６のノズル面に対して当接した状態あるいは当該ノズル面から離隔した待避状態に変換可能に構成されている。ワイパー２３は、種々の構成のものを採用することができるが、例えば、弾性を有するブレード本体の表面が布で被覆されたものからなる。ワイピング機構２２は、当該ワイパー２３をノズル面に当接させた状態で、ノズル列の一方から他方に向けて摺動させることでノズル面を払拭する。

プリンターコントローラー７は、プリンター１における各部の制御を行う制御ユニットである。本実施形態におけるプリンターコントローラー７は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部８と、主制御回路９と、記憶部１０と、駆動信号発生回路１１（本発明における駆動パルス発生回路に相当）と、を有する。インターフェース部８は、外部装置２からプリンター１へ印刷データや印刷命令を受け取ったり、プリンター１の状態情報を外部装置２側に出力したりする。記憶部１０は、主制御回路９のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。

主制御回路９は、記憶部１０に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。また、本実施形態における主制御回路９は、外部装置２からの印刷データに基づき、記録動作時にどのノズル３７からどのタイミングでインクを吐出させるかを示す吐出データを生成し、当該吐出データを記録ヘッド６のヘッドコントローラー１５に送信する。また、リニアエンコーダー５から出力されるエンコーダーパルスからタイミングパルスＰＴＳを生成する（図４参照）。そして、主制御回路９は、このタイミングパルスＰＴＳに同期させて印刷データの転送や、駆動信号発生回路１１による駆動信号の生成等を制御する。また、主制御回路９は、タイミングパルスＰＴＳに基づいて、ラッチ信号ＬＡＴ等のタイミング信号を生成して記録ヘッド２のヘッドコントローラー１５に出力する。さらに、主制御回路９は、印刷命令に基づき記録動作が開始された時点（記録ヘッド６のノズル面がキャッピング状態から解放された時点）から、或は、印刷命令に基づく一連の記録動作において前回（最後）に吐出された時点から、その後にインクが吐出されない非吐出状態（但し、後述するように微振動動作は行われる）での経過時間（以下、空走時間と呼ぶ）をノズル３７毎に計時する計時手段としても機能する。すなわち、記録動作が開始されると同時にノズル３７毎に空走時間の計時が開始され、当該ノズル３７でインクが吐出される（フラッシング動作における吐出も含む）毎にリセットされ（初期値に戻され）つつ、一連の記録動作が終了するまで計時される。

ヘッドコントローラー１５は、上記吐出データおよびタイミング信号に基づき駆動信号を選択的に圧電素子２３に印加する。これにより圧電素子２３が駆動されてノズル３７からインク滴が吐出されたり、インク滴が吐出されない程度に微振動動作が行われたりする。

駆動信号発生回路１１は、記録媒体に対してインクを吐出して画像等を記録するための駆動パルスを含む駆動信号を発生する。また、本実施形態における駆動信号発生回路１１は、複数の振動駆動波形（微振動パルスＰｖ１〜Ｐｖ３）を含む駆動信号ＣＯＭｖｂを発生する。この振動駆動波形を用いた微振動動作の詳細については後述する。

次に、プリントエンジン１３について説明する。このプリントエンジン１３は、図２に示すように、紙送り機構３、キャリッジ移動機構４、リニアエンコーダー５及び、記録ヘッド６等を備えている。キャリッジ移動機構４は、記録ヘッド６が取り付けられたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６を、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モーター（例えば、ＤＣモーター）等からなり（図示せず）、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６を主走査方向に移動させる。紙送り機構３は、紙送りモーター及び紙送りローラー等（いずれも図示せず）からなり、記録媒体をプラテン１２上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー５は、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報としてプリンターコントローラー７に出力する。プリンターコントローラー７の主制御回路９は、リニアエンコーダー５側から受信したエンコーダーパルスに基づいて記録ヘッド６の走査位置（現在位置）を把握することができる。

図３は、記録ヘッド６の内部構成を示す要部断面図である。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。本実施形態における記録ヘッド６は、ノズルプレート２５、連通基板２６、および圧力室形成基板２７が、この順で積層されて互いに接着剤により接合されてユニット化されている。このユニットにおける圧力室形成基板２７の連通基板２６側とは反対側の面には、弾性膜２８、圧電素子２９（アクチュエーターの一種）、および保護基板３０が積層されて、圧電デバイス３１が構成されている。そして、この圧電デバイス３１がケース３２に取り付けられて記録ヘッド６が構成されている。

ケース３２は、底面側に圧電デバイス３１が固定される合成樹脂製の箱体状部材である。このケース３２の下面側には、当該下面からケース３２の高さ方向の途中まで直方体状に窪んだ収容空部３３が形成されており、圧電デバイス３１が下面に接合されると、圧電デバイス３１における圧力室形成基板２７、弾性膜２８、圧電素子２９、および保護基板３０が、収容空部３３内に収容される。また、ケース３２には、インク導入路３４が形成されている。上記インクカートリッジ１７側からのインクは、インク導入路３４を通じて後述する共通液室３５に導入される。

本実施形態における圧力室形成基板２７は、シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも言う。）から作製されている。この圧力室形成基板２７には、圧力室３８を区画する圧力室空部が、ノズルプレート２５の各ノズル３７に対応して異方性エッチングによって複数形成されている。圧力室形成基板２７における圧力室空部の一方（上面側）の開口部は、弾性膜２８によって封止される。また、圧力室形成基板２７における弾性膜２８とは反対側の面には、連通基板２６が接合され、当該連通基板２６によって圧力室空部の他方の開口部が封止される。これにより、圧力室３８が区画形成される。ここで、圧力室３８の上部開口が弾性膜２８により封止された部分は、圧電素子２９の駆動により変位する可撓面である。なお、圧力室形成基板２７と可撓面が一体である構成を採用することもできる。すなわち、圧力室形成基板２７の下面側からエッチング処理が施されて、上面側に板厚の薄い薄肉部分を残して圧力室空部が形成され、この薄肉部分が可撓面として機能する構成を採用することもできる。

本実施形態における圧力室３８は、ノズル３７の並設方向に直交する方向に長尺な空部である。この圧力室３８の第２の方向の一端部は、連通基板２６のノズル連通口３６（本発明における空間の一種）を介してノズル３７と連通する。また、圧力室３８の第２の方向の他端部は、連通基板２６の個別連通口３９（本発明における空間の一種）を介して共通液室３５（本発明における空間の一種）と連通する。そして、圧力室３８は、ノズル３７毎に対応してノズル列方向に沿って複数並設されている。

連通基板２６は、圧力室形成基板２７と同様にシリコン基板から作製された板材である。この連通基板２６には、圧力室形成基板２７の複数の圧力室３８に共通に設けられる共通液室３５（リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる）となる空部が、異方性エッチングによって形成されている。この共通液室３５は、各圧力室３８の並設方向に沿って長尺な空部である。本実施形態における共通液室３５は、連通基板２６の板厚方向を貫通した第１液室３５ａと、連通基板２６の下面側から上面側に向けて当該連通基板２６の板厚方向の途中まで上面側に薄肉部を残した状態で形成された第２液室３５ｂと、から構成される。この第２液室３５ｂの第２の方向における一端部（ノズル３７から遠い側の端部）は、第１液室３５ａと連通する一方、同方向の他端部は、圧力室３８の下方に対応する位置に形成されている。この第２液室３５ｂの他端部、すなわち、第１液室３５ａ側とは反対側の縁部には、薄肉部を貫通する個別連通口３９が、圧力室形成基板２７の各圧力室３８に対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。この個別連通口３９の下端は第２液室３５ｂと連通し、個別連通口３９の上端は圧力室３８と連通する。

上記のノズルプレート２５は、複数のノズル３７が列状に開設された板材である。本実施形態では、ドット形成密度に対応したピッチでノズル３７が複数列設されてノズル列が構成されている。本実施形態におけるノズルプレート２５は、シリコン基板から作製され、当該基板に対してドライエッチングにより円筒形状のノズル３７が形成されている。そして、本実施形態における圧電デバイス３１には、上記の共通液室３５から個別連通口３９、圧力室３８、およびノズル連通口３６を通ってノズル３７に至るまでのインク流路が形成されている。

圧力室形成基板２７の上面に形成された弾性膜２８は、例えば厚さが約１μｍの二酸化シリコンから構成される。また、この弾性膜２８上には、図示しない絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、例えば、酸化ジルコニウムから成る。そして、この弾性膜２８および絶縁膜上における各圧力室３８に対応する位置に、圧電素子２９がそれぞれ形成されている。本実施形態における圧電素子２９、弾性膜２８および絶縁膜上に、金属製の下電極膜、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層、および、金属製の上電極膜（何れも図示せず）が順次積層されて構成される。この構成において、上電極膜または下電極膜の一方が共通電極とされ、他方が個別電極とされる。また、個別電極となる電極膜および圧電体層が圧力室３８毎にパターニングされる。この圧電素子２９において、上電極膜および下電極膜によって圧電体層が挟まれた領域が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる圧電能動部である。そして、印加電圧の変化に応じて圧電能動部が撓み変形することにより、圧力室３８の一面を区画する可撓面、すなわち、弾性膜２８が、ノズル３７に近づく側またはノズル３７から遠ざかる方向に変位する。これにより、圧力室３８内のインクに圧力振動が生じ、この圧力振動を利用してノズル３７からインクが吐出される。

次に、プリンター１において記録動作中に実行される微振動動作について説明する。

図４は、駆動信号発生回路１１により発生される駆動信号の一例を説明する波形図であり、微振動動作に用いられる駆動信号ＣＯＭｖｂを示している。この駆動信号ＣＯＭｖｂの繰り返し周期である単位周期Ｔは、インクの吐出に用いられる駆動信号の単位周期Ｔと同じであり、上記タイミング信号ＰＴＳに基づいて生成されるラッチ信号ＬＡＴによって規定される。この駆動信号ＣＯＭｖｂは、記録ヘッド６が記録媒体Ｓに対する記録動作（インクの吐出処理）を行っている最中において、所定の周期でインクが吐出されないノズル３７（非吐出ノズル）について微振動動作を実行するための駆動信号である。また、微振動動作は、ノズル３７内あるいは圧力室３８内のインクを撹拌する目的として、ノズル３７からインクが吐出されない程度に圧力室３８内のインクに圧力振動を生じさせる動作である。なお、吐出処理は、記録ヘッド６全体として記録媒体に対して所定のノズルからインクを吐出して画像等の記録を行う１まとまり（全体）のジョブとしての処理を意味する。そして、吐出動作は、所定ノズル３７において所定の周期で実際にインクが吐出される際の動作を意味し、吐出処理よりも狭い概念として用いる。

本実施形態において、単位周期Ｔは、合計３つのパルス発生周期ｔ１〜ｔ３に区分されている。第１のパルス発生周期ｔ１では第１パルス部Ｐ１が、第２のパルス発生周期ｔ２で第２パルス部Ｐ２が、第３のパルス発生周期ｔ３で第３パルス部Ｐ３が、それぞれ発生される。そして、ヘッドコントローラー１５は、切替信号ＣＨ１〜ＣＨ３に基づいて駆動信号ＣＯＭｖｂ中の何れか１つあるいは複数のパルス部を選択して圧電素子２９に印加する。各パルス部Ｐ１〜Ｐ３の一部またはこれらの組み合わせが圧電素子２９に選択的に印加されることで、微振動動作の強さや効果が変化する。発生周期ｔ１で発生される第１パルス部Ｐ１は、単独で第１微振動パルスＰｖ１としても機能する。また、第１パルス部Ｐ１と第２パルス部Ｐ２との組み合わせは、第２微振動パルスＰｖ２として機能する。そして、第１パルス部Ｐ１、第２パルス部Ｐ２、および第３パルス部Ｐ３の組み合わせは、第３微振動パルスＰｖ３として機能する。これらの微振動パルスの詳細については後述する。なお、第２パルス部Ｐ２および第３パルス部Ｐ３は、それぞれ単独で圧電素子２９に印加されることはない。

まず、各パルス部Ｐ１〜Ｐ３を構成している各波形要素について説明する。なお、第１の膨張要素ｐ１、第１の収縮要素ｐ３、第２の膨張要素ｐ５、および第２の収縮要素ｐ７の各電位勾配（単位時間あたりの電位変化率）は、圧電素子２９に印加されたときにノズル３７からインクが吐出されない程度の値にそれぞれ設定されている。第１の膨張要素ｐ１は、圧力室３８の基準容積（膨張又は収縮の基準となる容積）に対応する基準電位Ｅｂから当該基準電位Ｅｂよりも負極性（第１の極性）側の膨張電位Ｅ１（第１電位）まで所定の勾配で電位を降下させる。また、第１のホールド要素ｐ２は、第１の膨張要素ｐ１の終端電位である第１の膨張電位Ｅ１を一定時間維持する。

第１の収縮要素ｐ３は、第１のホールド要素ｐ２に続いて発生される波形要素であり、第１の膨張電位Ｅ１から基準電位Ｅｂを超えて当該基準電位Ｅｂよりも正極性（第２の極性）側の収縮電位Ｅ２（第２電位）まで一定勾配で電位を上昇させる。この第１の収縮要素ｐ３は、基準電位Ｅｂを境として、これよりも負極側の前段収縮要素ｐ３ａと、これよりも正極側の後段収縮要素ｐ３ｂと、に区分される。前段収縮要素ｐ３ａは、第１のパルス発生周期ｔ１で発生され、第１パルス部Ｐ１（第１微振動パルスＰｖ１）の一要素である。一方、後段収縮要素ｐ３ｂは、第２のパルス発生周期ｔ２で発生され、第２パルス部Ｐ２の一要素である。

第２のホールド要素ｐ４は、第１の収縮要素ｐ３の終端電位である収縮電位Ｅ２を一定時間維持する。第２の膨張要素ｐ５は、収縮電位Ｅ２から第１の膨張電位Ｅ１まで負極性側に電位が所定の勾配で変化する波形要素である。この第２の膨張要素ｐ５は、上記第１の収縮要素ｐ３と同様に、基準電位Ｅｂよりも正極側の前段膨張要素ｐ５ａと、基準電位Ｅｂよりも負極側の後段膨張要素ｐ５ｂと、に区分される。前段膨張要素ｐ５ａは、第２のパルス発生周期ｔ２で発生され、第２パルス部Ｐ２の一要素である。一方、後段膨張要素ｐ５ｂは、第３のパルス発生周期ｔ３で発生され、第３パルス部Ｐ３の一要素である。第３のホールド要素ｐ６は、第１の膨張電位Ｅ１を一定時間維持する波形要素である。また、第２の収縮要素ｐ７は第１の膨張電位Ｅ１から基準電位Ｅｂまで一定勾配で電位が復帰する波形要素である。

図５は、第１微振動パルスＰｖ１の波形図である。第１パルス部Ｐ１からなる第１微振動パルスＰｖ１は、上記各微振動パルスの中で微振動動作の効果、すなわち、インクの撹拌効果が最も弱い駆動パルスであり、液体吐出装置において微振動動作用に一般的に用いられる微振動パルスである。この第１微振動パルスＰｖ１は、第１の膨張要素ｐ１と、第１のホールド要素ｐ２と、第１の収縮要素ｐ３の前段収縮要素ｐ３ａとからなる。このような構成の第１微振動パルスＰｖ１は、基準電位Ｅｂから電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計２回変化して基準電位Ｅｂに戻る駆動パルス（本発明における第３振動駆動パルスに相当）である。なお、前段収縮要素ｐ３ａは、膨張電位Ｅ１から基準電位Ｅｂまで電位を上昇させる波形要素である。第１微振動パルスＰｖ１が圧電素子２９に印加されると、まず、第１の膨張要素ｐ１により圧電素子２９が基準電位Ｅｂに対応する初期位置から圧力室３８の外側（ノズルプレート２５から離れる側）に撓み、圧力室３８が基準電位Ｅｂに対応する基準容積から第１の膨張電位Ｅ１に対応する膨張容積まで膨張する。この圧力室３８の膨張状態は、第１のホールド要素ｐ２の印加期間中に亘って維持される。続いて、前段収縮要素ｐ３ａにより圧電素子２９が圧力室３８の内側（ノズルプレート２５に近づく側）に撓み、圧力室３８が第１の膨張電位Ｅ１に対応する膨張容積から基準容積まで復帰する。このように、第１の膨張要素ｐ１による圧力室３８の膨張、および、前段収縮要素ｐ３ａによる圧力室３８の収縮により、圧力室３８内のインクには圧力振動が生じ、これにより圧力室３８内およびノズル３７内のインクが攪拌される。

このような第１微振動パルスＰｖ１による微振動動作では、インクの撹拌効果は各微振動パルスによるもののうち最も弱いが、必要以上にインクを撹拌することがないので、微振動動作後の残留振動を抑制することができる。また、第１微振動パルスＰｖ１は、パルス長（始端から終端までの時間）が各微振動パルスの中で最も短く、パルスの終端から次の周期までの時間が最も長いので、その間に残留振動をより確実に収束させることができる。このため、第１微振動パルスＰｖ１による微振動動作後の吐出動作を最も安定させることができる。つまり、微振動動作の後の次の周期でインクの吐出が行われる場合に、ノズル３７から吐出されるインクの量や飛翔速度が微振動動作後の残留振動に起因して変動することがより確実に抑制される。

図６は、第２微振動パルスＰｖ２の波形図である。第１パルス部Ｐ１および第２パルス部Ｐ２の組み合わせからなる第２微振動パルスＰｖ２は、第１微振動パルスＰｖ１の場合よりも微振動動作におけるインクの撹拌効果が高められた駆動パルスである。この第２微振動パルスＰｖ２は、第１の膨張要素ｐ１と、第１のホールド要素ｐ２と、第１の収縮要素ｐ３と、第２のホールド要素ｐ４と、前段膨張要素ｐ５ａとからなる。本実施形態における第２微振動パルスＰｖ２は、基準電位Ｅｂから電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計３回変化して基準電位Ｅｂに戻る駆動パルス（本発明における第１振動駆動パルスに相当）である。なお、前段膨張要素ｐ５ａは、収縮電位Ｅ２から基準電位Ｅｂまで電位を降下させる波形要素である。この第２微振動パルスＰｖ２が圧電素子２９に印加されると、まず、第１の膨張要素ｐ１により圧電素子２９が初期位置から圧力室３８の外側に撓み、圧力室３８が基準電位Ｅｂに対応する基準容積から第１の膨張電位Ｅ１に対応する膨張容積まで膨張する。この圧力室３８の膨張状態は、第１のホールド要素ｐ２の印加期間中に亘って維持される。続いて、第１の収縮要素ｐ３により圧電素子２９が圧力室３８の内側に撓み、圧力室３８が第１の膨張電位Ｅ１に対応する膨張容積から収縮電位Ｅ２に対応する収縮容積まで急激に収縮する。この圧力室３８の急激な収縮により圧力室３８内のインクが加圧されて圧力振動が生じ、これにより圧力室３８内およびノズル３７内のインクが攪拌される。圧力室３８の膨張状態は、第２のホールド要素ｐ４の印加期間中に亘って維持された後、前段膨張要素ｐ５ａにより圧電素子２９が初期位置まで戻り、圧力室３８の容積が基準容積まで復帰する。

このような第２微振動パルスＰｖ２により微振動動作が行われることにより、特に第１の収縮要素ｐ３によって圧力室３８の容積をより大きく変化させることができ、第１微振動パルスＰｖ１による微振動動作よりもインクの攪拌効果が向上する。また、第１の収縮要素ｐ３によって生じた圧力振動は、後述するように前段膨張要素ｐ５ａにより制振される。

図７は、第３微振動パルスＰｖ３の波形図である。第１パルス部Ｐ１、第２パルス部Ｐ２、および第３パルス部Ｐ３の組み合わせからなる第３微振動パルスＰｖ３は、第１の膨張要素ｐ１と、第１のホールド要素ｐ２と、第１の収縮要素ｐ３と、第２のホールド要素ｐ４と、第２の膨張要素ｐ５と、第３のホールド要素ｐ６と、第２の収縮要素ｐ７とからなる。本実施形態における第３微振動パルスＰｖ３は、基準電位Ｅｂに対して電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計４回変化する駆動パルス（本発明における第２振動駆動パルスに相当）である。

上記のように構成された第３微振動パルスＰｖ３が圧電素子２９に印加されると、まず、第１の膨張要素ｐ１により圧電素子２９が基準電位Ｅｂに対応する初期位置から圧力室３８の外側に撓み、圧力室３８が基準電位Ｅｂに対応する基準容積から第１の膨張電位Ｅ１に対応する膨張容積まで膨張する。この圧力室３８の膨張状態は、第１のホールド要素ｐ２の印加期間中に亘って維持される。続いて、第１の収縮要素ｐ３により圧電素子２９が圧力室３８の内側に撓み、圧力室３８が第１の膨張電位Ｅ１に対応する膨張容積から収縮電位Ｅ２に対応する収縮容積まで急激に収縮する。この圧力室３８の急激な収縮により圧力室３８内のインクが加圧されて圧力振動が生じ、これにより圧力室３８内およびノズル３７内のインクが攪拌される。圧力室３８の膨張状態は、第２のホールド要素ｐ４の印加期間中に亘って維持された後、第２の膨張要素ｐ５により圧電素子２９が圧力室３８の外側に撓み、圧力室３８は収縮容積から上記膨張容積まで再度膨張する。続いて、圧力室３８の収縮状態は、第３のホールド要素ｐ６の印加期間に亘って維持される。第３のホールド要素ｐ６の後、第２の収縮要素ｐ７により圧電素子２９が初期位置まで戻り、圧力室３８の容積が基準容積まで復帰する。

このような第３微振動パルスＰｖ３により微振動動作が行われることにより、特に第１の収縮要素ｐ３および第２の膨張要素ｐ５によって圧力室３８の容積をより大きく変化させることができ、他の微振動パルスの場合と比較して最も高いインクの攪拌効果が得られる。また、第２の膨張要素ｐ５および第２の収縮要素ｐ７を、圧力室３８内に生じた圧力振動を抑制する波形要素として機能させることができる。このため、第３微振動パルスＰｖ３による微振動動作後のメニスカスの動きが抑えられるので、その後の吐出動作におけるインクの吐出安定性を確保することが可能となる。

ここで、本実施形態において、第１の収縮要素ｐ３が圧電素子２９に印加されるタイミングに関し、第１の膨張要素ｐ１により圧力室３８が膨張される際に生じる圧力振動を加振し得るタイミングとなるように設定されている。具体的には、図４に示すように、第１の膨張要素ｐ１の始端から第１の収縮要素ｐ３の始端までの時間Δｔ１が、圧力室３８内のインクに生じる圧力振動の周期（固有振動周期）Ｔｃの１／２となるように設定されている。これにより、第１の膨張要素ｐ１により生じた圧力振動に対して同位相となる圧力振動が第１の収縮要素ｐ３によって励起されるので、振動を強め合い、これによりインクの撹拌効果をより高めることができる。また、第１の収縮要素ｐ３によって生じた圧力振動を抑制させるタイミングで第２の膨張要素ｐ５が圧電素子２９に印加されるように構成されている。具体的には、第１の収縮要素ｐ３の始端から第２の膨張要素ｐ５の始端までの時間Δｔ２が、固有振動周期Ｔｃと等しく（若しくはＴｃの自然数倍）なるように設定されている。これにより、第１の収縮要素ｐ３により生じた圧力振動に対して逆位相となる圧力振動が第２の膨張要素ｐ５によって励起されるので、振動を弱め合い、これにより第１の収縮要素ｐ３により生じた圧力振動を制振することができる。なお、第２の膨張要素ｐ５が、収縮電位Ｅ２から膨張電位Ｅ１まで変化することで、第１の収縮要素ｐ３により生じた圧力振動が制振される一方で第２の膨張要素ｐ５による圧力振動が残るので、これによりインクの撹拌効果が得られる。同様に、第２の膨張要素ｐ５によって生じた圧力振動を抑制させるタイミングで第２の収縮要素ｐ７が圧電素子２９に印加されるように構成されている。すなわち、第２の膨張要素ｐ５の始端から第２の収縮要素ｐ７の始端までの時間Δｔ３が、固有振動周期Ｔｃと等しく（若しくはＴｃの自然数倍）なるように設定されている。これにより、第２の膨張要素ｐ５により生じた圧力振動に対して逆位相となる圧力振動が第２の収縮要素ｐ７によって励起されるので、第２の膨張要素ｐ５により生じた圧力振動を制振することができる。

このような構成を採用することで、特に、第２微振動パルスＰｖ２および第３微振動パルスＰｖ３による微振動動作において、ノズル３７や圧力室３８におけるインクを効果的に攪拌させつつ、圧力振動が低減される。したがって、微振動動作が行われた周期の次の周期でインクを吐出するような場合においても、微振動動作後の残留振動の影響が抑制されるので、吐出安定性を確保することが可能となる。上記Δｔ１乃至Δｔ３に関し、例示した値には限られず、より大きな圧力振動を生じさせてインクの撹拌効果を向上させる場合にはＴｃの１／２に設定し、残留振動を抑制して吐出安定性を向上させる場合にはｎ×Ｔｃ（ｎ：自然数）に設定すればよい。
ここで、上記のＴｃは、一般的には次式で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕
上記式において、Ｍｎはノズル３７におけるイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量）、Ｍｓは個別連通口３９におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室３８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。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ^２〕）である。

図８は、空走時間に対する微振動パルスの選択例とその場合の間欠能力および吐出安定性の効果について示した表である。図８の例１は、所定のノズル３７についての空走時間Ｔｉが２．５秒である場合に、上記第１微振動パルスＰｖ１が選択されて微振動動作が行われた例を示している。空走時間Ｔｉが２．５秒である場合、インクの増粘の度合が比較的軽微であるため、第１微振動パルスＰｖ１による微振動動作のインク撹拌効果により、その後の吐出動作（特に、当該微振動動作が行われた周期の次の周期における吐出動作）においてインクの増粘に起因した吐出不良が防止される（○）。また、第１微振動パルスＰｖ１による微振動動作では、次の周期までには残留振動が確実に収束されるので、残留振動に起因した吐出不良も防止され、吐出安定性も良好となる（○）。一方、例２および例３の場合のように、空走時間Ｔｉが５．０秒以上の場合、第１微振動パルスＰｖ１による微振動動作では、増粘したインクを十分に撹拌することができず、吐出安定性は良好（○）であるものの、その後の吐出動作においてインクの増粘に起因した吐出不良が生じる（×）。

例４は、空走時間Ｔｉが５．０秒である場合に、上記第２微振動パルスＰｖ２が選択されて微振動動作が行われた例を示している。第２微振動パルスＰｖ２は、第１微振動パルスＰｖ１と比較して微振動動作における撹拌効果が高められているので、空走時間Ｔｉが５．０秒である場合においてもインクの増粘に起因した吐出不良が防止される（○）。また、制振要素としての前段膨張要素ｐ５ａにより残留振動が抑制される上、増粘したインクは、その粘性抵抗により残留振動を抑制するので、吐出安定性も良好（○）となる。しかしながら、例５の場合のように、空走時間Ｔｉが１０．０秒以上の場合、インクの増粘が一層進むので、第２微振動パルスＰｖ２による微振動動作では、増粘したインクを十分に撹拌することができず、その後の吐出動作においてインクの増粘に起因した吐出不良が生じる（×）。

例６は、空走時間Ｔｉが５．０秒である場合に、上記第３微振動パルスＰｖ３が選択されて微振動動作が行われた例を示している。第３微振動パルスＰｖ３は、微振動動作における撹拌効果が、各微振動パルスの中で最も高いので、空走時間Ｔｉが５．０秒である場合においても、増粘インクを十分に撹拌することができ、インクの増粘に起因した吐出不良が防止される（○）。また、第２の膨張要素および第２の収縮要素ｐ７が制振要素として機能する上、上記したように増粘したインクには振動が残りにくいので、吐出安定性も良好（○）となる。また、例７の場合のように、空走時間Ｔｉが１０．０秒の場合であっても、第３微振動パルスＰｖ３による微振動動作では、インクの増粘による吐出不良が防止され（○）、また、吐出安定性も良好（○）である結果が得られた。なお、例８のように、空走時間Ｔｉが２．５秒である場合、すなわち、インクの増粘があまり進んでいない場合に、上記第３微振動パルスＰｖ３が選択されて微振動動作が行われると、必要以上にインクが撹拌されることになるため、残留振動が大きくなる。この場合、インクの増粘による吐出不良は防止される（○）ものの、吐出安定性が悪化する（×）結果となる。このため、インクの増粘による吐出不良を防止して間欠能力を向上させることと、吐出安定性を両立させるためには、空走時間Ｔｉに応じて、より最適な振動駆動パルスで微振動動作を行うことが重要となる。

図９は、微振動パルスの選択処理について説明するフローチャートである。本発明に係るプリンター１では、図８に示す結果に基づき、予め空走時間について閾値が設定され、当該閾値とノズル３７毎の空走時間とを比較した結果に基づき駆動信号ＣＯＭｖｂの中からいずれかの微振動パルスＰｖ１〜Ｐｖ３が選択的に当該ノズル３７に対応する圧電素子２９に印加されて微振動動作が行われる。具体的には、例えば、第１の閾値ｔｈ１として４秒が、第２の閾値ｔｈ２として８秒が、それぞれ設定されている。そして、記録動作中においてノズル３７毎に空走時間が計時され、所定の記録周期でインクの吐出を行わないノズル３７について、以下のような処理が行われる。すなわち、まず、空走時間Ｔｉが第１の閾値ｔｈ１を超えたか否かが判定され（ステップＳ１）、空走時間Ｔｉが閾値ｔｈ１を超えていない（Ｔｉ≦ｔｈ１）と判定された場合（Ｎｏ）、今回の記録周期では第１微振動パルスＰｖ１が選択されて当該ノズル３７に対応する圧電素子２９に印加されて微振動動作が行われる（ステップＳ２）。一方、空走時間Ｔｉが閾値ｔｈ１を超えた（Ｔｉ＞ｔｈ１）と判定された場合（Ｙｅｓ）、続いて、空走時間Ｔｉが第２の閾値ｔｈ２を超えたか否かが判定される（ステップＳ３）。空走時間Ｔｉが閾値ｔｈ２を超えていない（ｔｈ１＜Ｔｉ≦ｔｈ２）と判定された場合（Ｎｏ）、今回の記録周期では第２微振動パルスＰｖ２が選択されて当該ノズル３７に対応する圧電素子２９に印加されて微振動動作が行われる（ステップＳ４）。一方、空走時間Ｔｉが閾値ｔｈ２を超えた（Ｔｉ＞ｔｈ２）と判定された場合（Ｙｅｓ）、今回の記録周期では第３微振動パルスＰｖ３が選択されて当該ノズル３７に対応する圧電素子２９に印加されて微振動動作が行われる（ステップＳ５）。

このように、記録動作における空走時間Ｔｉに応じて駆動信号ＣＯＭｖｂ中の各微振動パルスＰｖ１〜Ｐｖ３の何れかが選択的に圧電素子２９に印加されることにより、空走時間（インクの増粘の度合）に応じて、より過不足なくより適切な微振動動作が実行される。これにより、間欠能力の向上と吐出安定性の確保の両立が可能となる。そして、間欠能力が向上することにより、フラッシング動作やクリーニング動作等の回復処理を実行する頻度を低減することができるので、その分、インクの消費を抑制することが可能となる。

なお、上記第１の実施形態においては、第１の閾値ｔｈ１および第２の閾値ｔｈ２と各ノズル３７についての空走時間Ｔｉとの比較結果に応じて第１微振動パルスＰｖ１乃至第３微振動パルスＰｖ３の３つのうちの何れかが選択されて微振動動作が行われる構成を例示したが、これには限られず、例えば、空走時間について１つの閾値が設定され、当該閾値と各ノズル３７の空走時間Ｔｉとの比較結果に応じて、第２微振動パルスＰｖ２または第３微振動パルスＰｖ３の何れか一方が選択されて微振動動作が行われる構成とすることもできる。すなわち、この構成では、ノズル３７の空走時間Ｔｉが予め定められた閾値以下である場合、第２微振動パルスＰｖ２が選択されて当該ノズル３７に対応する圧電素子２９に印加される一方、空走時間Ｔｉが上記閾値を超えた場合、第３微振動パルスＰｖ３が選択されて当該ノズル３７に対応する圧電素子２９に印加されて、微振動動作が行われる。

また、上記実施形態においては、同一の駆動信号ＣＯＭｖｂ内にパルス部Ｐ１〜Ｐ３の一部またはこれらの組み合わせを選択することで、第１微振動パルスＰｖ１、第２微振動パルスＰｖ２、および第３微振動パルスＰｖ３が圧電素子２９に印加される構成を例示したが、これには限られない。例えば、第１微振動パルスＰｖ１、第２微振動パルスＰｖ２、および第３微振動パルスＰｖ３が、それぞれ別の駆動信号に含まれ、これらの駆動信号からの１つが空走時間と閾値との比較に基づき選択されて圧電素子２９に印加される構成であってもよい。
さらに、インクの吐出に係る駆動パルスが含まれる駆動信号中に、これらの微振動パルスが含まれる構成を採用することもできる。

また、上記実施形態では、圧電素子として、所謂撓み振動型の圧電素子２９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素子を採用することも可能である。この場合、上記実施形態で例示した各微振動パルスに関し、電位の変化方向、つまり上下（極性）が反転した波形となる。

そして、本発明は、微振動動作を行う液体吐出装置であれば、上記の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、あるいは、着弾対象の一種である布帛（被捺染材）に対して液体吐出ヘッドからインクを着弾させて捺染を行う捺染装置、または、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレイ製造装置、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。

１…プリンター，２…外部装置，３…紙送り機構，４…キャリッジ移動機構，５…リニアエンコーダー，６…記録ヘッド，７…プリンターコントローラー，８…インターフェース，９…主制御回路，１０…記憶部，１１…駆動信号発生回路，１２…プラテン，１３…プリントエンジン，１５…ヘッドコントローラー，１６…キャリッジ，１７…インクカートリッジ，１８…ガイドロッド，２０…キャッピング機構，２１…キャップ，２２…ワイピング機構，２３…ワイパー，２５…ノズルプレート，２６…連通基板，２７…圧力室形成基板，２８…弾性膜，２９…圧電素子，３０…保護基板，３１…圧電デバイス，３２…ケース，３３…収容空部，３４…インク導入路，３５…共通液室，３７…ノズル，３８…圧力室，３９…個別連通口

Claims (2)

1. 液体が吐出されるノズル、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振動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの駆動によって前記ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、
   前記アクチュエーターを駆動して前記圧力室および前記ノズルにおける液体を振動させる振動駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路と、を有する液体吐出装置であって、
   前記駆動パルス発生回路は、基準電位から電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計３回変化して前記基準電位に戻る第１振動駆動パルスと、前記基準電位から電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計４回変化して前記基準電位に戻る第２振動駆動パルスと、を発生可能であり、
   吐出処理が開始されてから、又は、当該吐出処理において液体が前回に吐出されてから、その後に液体が吐出されない非吐出状態での経過時間が、予め定められた閾値以下である場合、前記第１振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加する一方、前記経過時間が、前記閾値を超えた場合、前記第２振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加して、微振動動作を行うことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記駆動パルス発生回路は、前記基準電位から電位変化の極性を交互に異ならせて電位が合計２回変化して前記基準電位に戻る第３振動駆動パルスを発生可能であり、
   前記経過時間が、第１の閾値以下である場合、前記第３振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加し、
   前記経過時間が、前記第１の閾値を超え、且つ、前記第１の閾値よりも長い第２の閾値以下である場合、前記第１振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加し
   前記経過時間が、前記第２の閾値を超えた場合、前記第２振動駆動パルスを選択して当該ノズルに対応するアクチュエーターに印加することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。

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