JP6613655B2 - 液滴吐出装置、液滴吐出方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、液滴吐出装置、液滴吐出方法、及びプログラムに関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写機、及びこれらの複合機等の画像形成装置として、例えば液滴吐出装置の一種であるインクジェット記録装置が知られている。このインクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドからインク滴を用紙やＯＨＰなどの被記録媒体（記録媒体）上に吐出して所望の画像を形成するものである。

インクジェット記録ヘッドとしては、インク流路内のインクを加圧する圧力発生素子として圧電素子を用い、インク流路の壁面を形成する振動板を前記圧電素子で微振動させることにより、インク流路内の容積を変化させてインク滴を吐出させる、いわゆる圧電型のものが知られている。

上記のような記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置は近年高速化が進み、高速化実現のために、ライン走査型インクジェット記録装置が提案されている。
このようなライン走査型インクジェット記録装置には、コンティニュアスインクジェット方式の記録ヘッドを使用するものと、オンデマンドインクジェット方式の記録ヘッドを使用するものとがある。オンデマンド方式のインクジェット記録装置（例えば、特許文献１）は、コンティニュアス方式の記録装置に比べて記録速度では及ばないが、インクシステムが非常に簡単である等のため、普及型の高速の記録装置を提供するのに適している。

記録装置の高速化を実現するために、記録ヘッドの駆動周波数を上げると、液滴の吐出間隔が狭まる。そのために、前の吐出動作によって発生したノズル内のメニスカス振動が十分減衰する前に次の吐出動作が開始されることとなり、前の吐出動作の違いによって次の液滴の速度が増減することで、液滴の着弾位置、着弾量のばらつきが発生し、吐出曲がりや画質濃度の変動といった異常画質が発生することがあった。

そこで、高画質に画像を印字するためには、インク滴吐出後のメニスカスの挙動を安定させる必要がある。メニスカスの挙動を抑制する方法の一つに、例えば、図１４に示すように、インク滴を吐出させるヘッド駆動波形に残留振動を抑制する制振波形を組み込み、メニスカスの挙動を安定させる方法が、既に知られている（特許文献２）。

図１５に於いて、ヘッド駆動波形内に、ヘッドからインクを吐出させるときの駆動波形と、インク吐出後のノズルの表面のメニスカスの挙動を安定させるための制振波形とを含む例を示したものである。図１５において、Ｐ１〜Ｐ５はインクを吐出させるための吐出パルス波形であり、Ｐ６はメニスカスの挙動を抑制するための制振波形を示す。

しかし、制振波形をヘッド駆動波形に組み込むと、ヘッド駆動波形全体の波形長が長くなるため、ヘッドの駆動可能な上限周波数が低くなり、印字速度の高速化の妨げになる。

そこで、上記事情に鑑み、本発明の一態様では、ヘッド駆動波形の波形長を長くすることなく、メニスカスの挙動を抑える、液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本実施の形態の液滴吐出装置は、ノズルに連通する圧力室、該圧力室の液体を加圧して液滴を吐出させる第１の圧電素子、及び前記圧力室の液体を加圧可能である第２の圧電素子を備える液滴吐出ヘッドと、前記第１の圧電素子へ印加する第１の駆動波形を生成する第１の駆動波形生成部と、前記第２の圧電素子へ印加する第２の駆動波形を生成する第２の駆動波形生成部と、前記第１の駆動波形を前記第１の圧電素子へ印加して駆動させた後に、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する制御部と、を有し、前記第２の駆動波形は、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前
記液体の残留振動を抑制し、前記第１の駆動波形は、少なくとも前記第１の圧電素子を圧縮させ前記圧力室を膨張させる膨張波形要素及び前記第１の圧電素子を伸長させ前記圧力室を収縮させる収縮波形要素を備える、１又は複数のパルスを含んでおり、前記制御部は、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する。

本実施の形態によれば、インクジェット記録装置において、ヘッド駆動波形の波形長を長くすることなく、メニスカスの挙動を抑えることができる。

実施の形態１に係るインクジェット記録装置を例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出装置を例示する側面図である。 実施の形態１に係る記録手段を例示する平面図である。 実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドを例示する底面図である。 実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドを例示する斜視図である。 実施の形態１に係るインクジェット記録ヘッドを例示する断面図である。 インク吐出及び残留振動を示す動作概念図である。 実施の形態１の第１の制御例に係る駆動波形印加期間及び残留振動発生期間の駆動波形、圧電素子における電圧、及びインクのメニスカス位置を例示する図である。 実施の形態１の第２の制御例に係る駆動波形印加期間及び残留振動発生期間の駆動波形、圧電素子における電圧、及びインクのメニスカス位置を例示する図である。 実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドモジュールを例示するブロック図である。 連続液滴吐出時の、本願の実施の形態１に係る駆動波形を例示する図である。 実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドモジュールを例示するブロック図である。 実施の形態２に係る制御フローチャートである。 連続液滴吐出時の、本願の実施の形態２に係る駆動波形を例示する図である。 連続液滴吐出時の、比較例に係る駆動波形を例示する図である。

以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜インクジェット記録装置＞
図１は、本実施の形態に係るオンデマンド方式におけるライン走査型のインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、記録媒体供給部１１１と記録媒体回収部１１２との間に配置され、記録手段１０１、記録手段１０１に対向して設けられるプラテン１０２、乾燥手段１０３、維持・回復手段１１４、記録媒体搬送装置、等を含む。

連続する記録媒体（ロール紙、連続紙、等とも称される）１１３は、記録媒体供給部１１１から高速で繰り出され、記録媒体回収部１１２により巻き取り回収される。

記録手段１０１は、ノズル（印字ノズル）が印刷幅全域に配置されるライン状のインクジェット記録ヘッドを有する。カラー印刷は、クロ、シアン、マゼンダ、イエローの各色のインクジェット記録ヘッドにより行われる。各インクジェット記録ヘッドのノズル面は、プラテン１０２上に、所定の隙間を保って支持されている。記録手段１０１は、記録媒体搬送装置の搬送速度に同期してインク液滴の吐出を行うことで、記録媒体１１３の印刷面に、カラー画像を形成する。乾燥手段１０３は、記録媒体１１３に印刷されたインクが、他の部分へ付着することを防止するために、インクの乾燥・定着を行う。乾燥手段１０３としては、非接触式の乾燥装置を用いても良いし、接触式の乾燥装置を用いても良い。

維持・回復手段１１４は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールに、適切な維持・回復動作を施し、インクジェット記録ヘッドの吐出性能を回復させる。

記録媒体搬送装置は、規制ガイド１０４、インフィード部１０５、ダンサローラ１０６、ＥＰＣ（Ｅｄｇｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１０７、蛇行量検出器１０８、アウトフィード部１０９、及びプラー１１０等を含む。

規制ガイド１０４は、記録媒体供給部１１１から供給される記録媒体１１３の幅方向の位置決めを行う。インフィード部１０５は、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３の張力を一定に保つ。ダンサローラ１０６は、記録媒体１１３の張力に応じて上下し、位置信号を出力する。ＥＰＣ１０７は、記録媒体１１３の蛇行を制御する。蛇行量検出器１０８は、蛇行量のフィードバックに使用される。アウトフィード部１０９は、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を設定速度で搬送するために一定速度で回転する。プラー１１０は、従動ローラ及び駆動ローラで構成され、記録媒体１１３を装置外に排紙する。記録媒体搬送装置は、ダンサローラ１０６の位置検出を行い、インフィード部１０５の回転を制御することで、搬送中の記録媒体１１３の張力を一定に保つ、張力制御型の搬送装置である。

＜インクジェット記録ヘッドモジュール＞
図２は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッドモジュールの一例を示す概略側面図である。

図２に示すように、インクジェット記録ヘッドモジュール（液滴吐出装置）２００は、駆動制御基板２１０、インクジェット記録ヘッド２２０、ケーブル２３０、等を含む。

駆動制御基板２１０には、第１の駆動波形生成部２１２、第２の駆動波形制御部２１４、制御部２１５、等が搭載される。インクジェット記録ヘッド２２０は、ヘッド基板２２１、残留振動検知基板２２２、ヘッド駆動ＩＣ基板２２３、インクタンク２２４、剛性プレート２２５、等を含む。ケーブル２３０は、駆動制御基板側コネクタ２３１及びヘッド側コネクタ２３２と接続され、駆動制御基板２１０とヘッド基板２２１との間のアナログ信号通信、デジタル信号通信を担う。

ライン走査型のインクジェット記録装置１００において、１又は複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に配置される。ライン走査型のインクジェット記録ヘッド２２０から記録媒体１１３へとインク液滴を吐出させることで、高速な画像形成が可能となる。なお、本実施の形態に係る液滴吐出装置は、１又は複数のインクジェット記録ヘッドを、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向へ移動させて画像を形成するシリアル走査型のインクジェット記録装置、等にも適用可能である。

＜インクジェット記録ヘッド＞
図３は、インクジェット記録装置１００に搭載される記録手段１０１におけるヘッド部の一例を示す拡大平面図である。

記録手段１０１は、クロ用ヘッドアレー１０１Ｋ、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃ、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍ、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙを含み、各色のヘッドアレーは、複数のインクジェット記録ヘッド２２０を含む。クロ用ヘッドアレー１０１Ｋは、クロのインク液滴を吐出し、シアン用ヘッドアレー１０１Ｃは、シアンのインク液滴を吐出し、マゼンダ用ヘッドアレー１０１Ｍは、マゼンダのインク液滴を吐出し、イエロー用ヘッドアレー１０１Ｙは、イエローのインク液滴を吐出する。

各色のヘッドアレー（１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ）は、記録媒体１１３の搬送方向に対して平行な方向に配置される。複数のインクジェット記録ヘッド２２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に配置される。複数のインクジェット記録ヘッドをアレー化することにより、印刷領域の幅を広域化できる。

図４は、ヘッド部におけるインクジェット記録ヘッド２２０の拡大底面図である。インクジェット記録ヘッド２２０は、複数のノズル２０を含み、複数のノズル２０は、記録媒体１１３の搬送方向に対して垂直な方向に、千鳥状に配置される。複数のノズルを千鳥状に配置することにより、印刷領域を高解像度化できる。

なお、本実施の形態では、インクジェット記録ヘッド２２０を、１列につき４個配置し、ノズル２０を、１列につき３２個、且つ２列の千鳥状に配置する構成を一例として示すが、列の数、各列に配置される個数は、特に限定されるものではない。

このように、ライン走査型の記録手段は、記録用紙（記録媒体１１３）の幅方向に延びる長尺状のインクジェット記録ヘッドを用い、その記録ヘッドには記録用紙の幅方向に沿ってインク粒子吐出用のノズル孔（ノズル２０）が列状に配置され、構成されている。この記録ヘッドを記録媒体に対向させた状態で、ノズルからインク粒子を吐出させ、同時に記録媒体を連続移動させて走査を行うことにより、各ノズルが対向する記録用紙の走査方向の走査線へ選択的に記録ドットを形成し、記録用紙上に記録画像が形成される。

図５は、インクジェット記録装置１００に搭載されるインクジェット記録ヘッド２２０の一例を示す斜視図である。

図５に示すように、インクジェット記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２１、圧力室プレート２２、リストリクタプレート２３、ダイアフラムプレート２４、剛性プレート２２５、圧電素子群２６、等を含む。圧電素子群２６は、支持部材３４、複数の圧電素子３１１，３１２、圧電素子接続基板３６、圧電素子駆動ＩＣ３７、等を含む。

ノズルプレート２１には、複数のノズル２０が形成されている。圧力室プレート２２には、各ノズル２０に対応する圧力室２７が形成されており、圧力室プレート２２の圧力室２７が形成されていないプレート部分は図６において、複数の圧力室２７を仕切る、隔壁として機能する。リストリクタプレート２３には、圧力室２７と共通インク流路２８とを連通し、圧力室２７へのインク流量を制御するリストリクタ２９が形成され、ダイアフラムプレート２４には、振動板（弾性壁）３０及びフィルタ３１が形成される。

これらのプレート２１、２２、２３、２４が、順次重ねられ、位置決めされて接合されることにより流路板が形成される。なお、流路板を形成するこれらのプレート２１、２２、２３、２４は、図２において、剛性プレート２２５の下部に位置する。流路板は、剛性プレート２２５と接合され、フィルタ３１と共通インク流路２８の開口部３２とが対向し、圧電素子群２６は、開口部３２に挿入される。インク導入パイプ３３の上側開口端は、共通インク流路２８に接続され、インク導入パイプ３３の下側開口端は、インクを充填したヘッドタンクに接続される。

支持部材３４の表面には、複数の圧電素子３１１，３１２が形成され、圧電素子３１１，３１２の自由端は、振動板３０に接着固定される。圧電素子接続基板３６の表面には、圧電素子駆動ＩＣ３７が形成され、圧電素子３１１，３１２と圧電素子接続基板３６とは電気的に接続される。圧電素子３１１，３１２は、駆動波形生成部２１２，２１４（図１０参照）により生成される駆動波形（例えば、駆動電圧波形）に基づいて、圧電素子駆動ＩＣ３７により制御される。圧電素子駆動ＩＣ３７は、上位コントローラから伝送される画像データ、制御部２１５から出力されるタイミング信号、等に基づいて、制御される。

なお、図５では、図面の簡略化のため、ノズル２０、圧力室２７、リストリクタ２９、圧電素子３１１，３１２等を実際より少ない個数で図示している。

図６は、本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッド２２０の一例を示す概略断面図である。

図６に示すように、圧電素子は、第１の圧電素子である駆動用圧電素子３１１と第２の圧電素子である支柱用圧電素子３１２とを含み、駆動用圧電素子３１１と支柱用圧電素子３１２とは、交互に配置される。駆動用圧電素子３１１は、圧力室２７の開口部に相当する位置に、振動板３０を介して形成される。支柱用圧電素子３１２は、圧力室２７を仕切る隔壁（圧力室プレート２２）に相当する位置に、振動板３０を介して形成される。

この構成により、振動板に圧電素子を接続させる際に、位置ずれが生じても特性変動が起こりにくい。また、支柱用圧電素子３１２を下記のように、メニスカスの制御に用いることで、インクジェット記録ヘッドの噴射特性を安定させることができる。

＜残留振動の制御＞
図７は、インクジェット記録ヘッド２２０における圧力室内のインクに発生する残留振動を示す動作概念図である。図７（Ａ）はインク液滴吐出中、図７（Ｂ）はインク液滴吐出後であり、両図により圧力室内に発生する圧力変化が模式的に示されている。

図８は、駆動波形印加期間及び残留振動波形発生期間の駆動波形、圧電素子における電圧、及びインクのメニスカスを例示する概略図である。横軸は時間［ｓ］、縦軸は電圧［Ｖ］を示す。駆動波形印加期間は、図７（Ａ）に対応し、残留振動波形発生期間は、図７（Ｂ）に対応する。

図７（Ａ）に示すように、駆動用圧電素子３１１（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、第１の駆動波形生成部２１２より生成される駆動波形が印加されると、駆動用圧電素子３１１は、伸縮する。駆動用圧電素子３１１から、振動板３０を介して、圧力室２７内のインクへと伸縮力が働き、圧力室２７内に圧力変化が生じることで、ノズル２０からインク液滴が吐出する。

図７（Ａ）及び図８（Ａ）を参照して、第１の駆動波形の立ち下げ（膨張波形要素Ｗａ）により、駆動用圧電素子３１１を圧縮させて圧力室２７を膨張させることで、圧力室２７内の圧力は低くなる。また、第１の駆動波形の立ち上げ（収縮波形要素Ｗｃ）により、駆動用圧電素子３１１を伸長させて圧力室２７を収縮させる（加圧する）ことで、圧力室２７内の圧力は高くなる。

図７の（Ｂ）に示すように、駆動用圧電素子３１１に、駆動波形が印加された後（インク液滴吐出後）、圧力室２７内のインクには、液体の収縮と膨張を繰り返す、残留圧力振動が発生する。この残留圧力波が圧力室２７内のインクから、振動板３０を介して、駆動用圧電素子３１１へと残留圧力波が伝播する。残留圧力波の残留振動波形は、減衰振動波形となる。

このような残留振動により発生する、インクのメニスカス振動が減衰する前に次の吐出動作が開始されると、前の吐出動作の違いによって次の液滴の速度が増減する。これにより、液滴の着弾位置、着弾量のばらつきが発生し、吐出曲がりや画質濃度の変動といった異常画質を引き起こすおそれがあった。

（第１の制御例）
そこで、本願の実施形態の第１の制御例では、インク滴吐出後のメニスカスの挙動を安定させるため、（Ｃ）に示すように、第２の駆動波形を支柱用圧電素子３１２へ印加する。

第２の駆動波形は、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、支柱用圧電素子（第２の圧電素子）へ印加される。（Ｃ）の例では、パルスの収縮波形要素Ｗｃの収縮の終端Ｅのタイミングで、残留振動での最初に発生する収縮を抑制するように、支柱用圧電素子３１２を圧縮させ圧力室２７を膨張させる第２の駆動波形を第２の圧電素子へ印加するように制御する。

なお、支柱用圧電素子に印加した駆動波形は、前記残留振動での最初の収縮に対して作用すればよいので、次の第１の駆動波形を駆動用圧電素子の印加終了までに所定の電圧値まで戻せばよい。

（Ｃ）のように第２の駆動波形を支柱用圧電素子へ印加することで、（Ｄ）に示すように、支柱用圧電素子３１２に電圧が発生する。支柱用圧電素子３１２に発生する電圧は、（Ｂ）に示す第１の圧電素子の駆動により圧力室に発生した残留振動と、逆位相の振動である。

従って、第１の圧電素子３１１に発生した残留振動と、第２の圧電素子３１２で発生した逆位相の振動が打ち消しあうことで、（Ｅ）に示すように、インクのメニスカス位置が安定する。

なお、上記の残留振動駆動と逆位相の振動を支柱用圧電素子で発生させる第２の駆動波形を印加する制御は、駆動用圧電素子３１１と支柱用圧電素子３１２が同位相で振動するような構成や剛性の、インクジェット記録ヘッド構造に適用すると好ましい。

しかし、メニスカスの安定化のため、支柱用圧電素子３１２で発生させる振動は逆位相に限定するものではない。

駆動用圧電素子と支柱用圧電素子が逆位相で振動する場合は、同位相の振動を発生させるように駆動波形を印加すれば、残留振動を抑制することができる。この制御例を図９に示す。

（第２の制御例）
本願の実施形態の制御例２では、第２の駆動波形は、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、支柱用圧電素子（第２の圧電素子）へ印加される。（Ｃ）の例では、パルスの収縮波形要素Ｗｃの収縮の終端Ｅのタイミングで、残留振動での最初に発生する収縮を抑制するように、支柱用圧電素子３１２を圧縮させ圧力室２７を収縮させる第２の駆動波形を第２の圧電素子へ印加するように制御する。

なお、支柱用圧電素子に印加した駆動波形は、前記残留振動での最初の収縮に対して作用すればよいので、次の第１の駆動波形を駆動用圧電素子の印加終了までに所定の電圧値まで戻せばよい。

（ｃ）のように第２の駆動波形を支柱用圧電素子へ印加することで、（Ｄ）に示すように、支柱用圧電素子３１２に電圧が発生する。支柱用圧電素子３１２に発生する電圧は、（Ｂ）に示す第１の圧電素子の駆動により圧力室に発生した残留振動と、同位相の振動である。

従って、本制御例では、駆動用圧電素子と支柱用圧電素子が逆位相で振動するようなヘッドの構成及び剛性の場合に適用するため、第１の圧電素子３１１に発生した残留振動と、第２の圧電素子３１２で発生した同位相の振動が打ち消しあうことで、（Ｅ）に示すように、インクのメニスカス位置が安定する。

ここで、図８に示すように、圧力室（個別液室）２７のインクのメニスカスの残留振動を抑制するとき、駆動用圧電素子３１１に隣接する、または両隣の支柱用圧電素子３１２を駆動すれば（図６参照）、正確に残留振動を抑制することができる。

また、圧力室２７のインクのメニスカスの残留振動抑制用として支柱用圧電素子を駆動するとしたが、図６に示す支柱用圧電素子に限定するものではなく、駆動用の圧電素子以外で、圧力室に振動を与える圧電素子ならば圧電素子（第２の圧電素子）はどこに配置されてもよい。

＜駆動部の構成＞
図１０は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドモジュール２００を例示するブロック図である。図１０に於いて、液滴吐出ヘッドモジュール２００は、駆動制御基板２１０と、インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）２２０とを備える。

駆動制御基板２１０は制御部２１５と、第１の駆動波形生成部（駆動波形生成部）２１２と、第２の駆動波形生成部（支柱用圧電素子駆動波形生成部）２１４とを備えている。制御部２１５は第１の駆動制御部（駆動制御部）２１１と、第２の駆動制御部（支柱用圧電素子駆動制御部）２１３と、を備えている。

インクジェット記録ヘッド２２０は駆動部として、ヘッド基板２２１と、圧電素子支持基板３８と、圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ、３１２ａ〜３１２ｘとを備えている。

駆動制御基板２１０において、第１の駆動制御部２１１は、画像データを元にしたタイミング制御信号と、駆動用圧電素子３１１を駆動させる駆動波形データとを生成する。第１の駆動波形生成部２１２は生成された駆動波形データをＤＡ変換し、電圧増幅、電流増幅する。

第２の駆動制御部２１３は、支柱用圧電素子３１２の駆動させるタイミングを制御するタイミング制御信号と支柱用圧電素子３１２を駆動させる駆動波形データとを生成する。
第２の駆動波形生成部２１４は、生成された支柱用圧電素子３１２の駆動波形データをＤＡ変換し、電圧増幅、電流増幅する。

駆動制御基板２１０の第１の駆動制御部２１１及び第２の駆動制御部２１３の波形生成部で生成されたタイミング制御信号等のデジタル信号は、シリアル通信でインクジェット記録ヘッド２２０に伝送される。そして、伝送されたデジタル信号は、ヘッド基板２２１上の制御部２２６によってデシリアライズされ、圧電素子駆動ＩＣ３７に入力される。

第１の駆動波形生成部２１２によって生成された駆動波形は、タイミング制御信号に応じた圧電素子駆動ＩＣ３７のＯＮ／ＯＦＦによって駆動用圧電素子３１１に入力される。同様に、第２の駆動波形生成部２１４によって生成された駆動波形は、タイミング制御信号に応じた圧電素子駆動ＩＣ３７のＯＮ／ＯＦＦによって支柱用圧電素子３１２に入力される。

なお、制御部２１５において、第１の駆動制御部２１１と第２の駆動制御部２１３は接続されている。第１の駆動制御部２１１と第２の駆動制御部２１３は、駆動用圧電素子３１１へ第１の駆動波形の印加が終了するタイミングで、支柱用圧電素子３１２へ第２の駆動波形を印加するようにタイミングを制御する（図８、図９の（Ａ）、（Ｃ）参照）。

図１０は、連続液滴吐出時の、本願の実施の形態１に係る駆動波形を例示する図である。

図１０において、Ｐ５のパルス波形の直後に支柱用圧電素子に残留振動とは逆位相の振動を発生させるように駆動波形を印加することで、Ｔ_Ａの期間で、圧力室２７のメニスカスの挙動を抑制している。

このように、本願の制御では、ヘッド駆動波形に制振用波形を含めないため、従来例の図１４のＰ６に該当する制振波形分の波形長を必要とせず、制振波形分の駆動波形長を短くでき、インクジェット記録ヘッド２２０を高周波で駆動させることが可能となる。但し、駆動波形や制振波形は必ずしもこの構成でなくてもよい。また、Ｔ_Ａ以外期間で作用させてもよい。

＜第２の実施形態＞
図１２は、実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドモジュール２００Ａを例示するブロック図である。図１２に於いて、液滴吐出ヘッドモジュール２００Ａは、駆動制御基板２１０Ａと、液滴吐出ヘッド２２０Ａとを備える。

図１２に示すように、駆動制御基板２１０Ａは制御部２１５Ａと、第１の駆動波形生成部（駆動波形生成部）２１２と、第２の駆動波形生成部（支柱用圧電素子駆動波形生成部）２１４と、記憶手段２１６とを備えている。制御部２１５Ａは第１の駆動制御部（駆動制御部）２１１と、第２の駆動制御部（支柱用圧電素子駆動制御部）２１３Ａと、を備えている。

液滴吐出ヘッド２２０Ａは駆動部として、ヘッド基板２２１と、圧電素子支持基板３８と、圧電素子３１１ａ〜３１１ｘ，３１２ａ〜３１２ｘと、残留振動検知基板２２２とを備えている。

残留振動検知基板２２２に残留振動検知部２４０が搭載され、波形処理回路２５０、切替手段２４１、Ａ／Ｄ変換器２４２、等が搭載される。波形処理回路２５０は、フィルタ回路２５１、増幅回路２５２、ピークホールド回路２５３、等を含む。

図７（Ｂ）に示すように、駆動用圧電素子３１１に、駆動波形が印加された後（インク液滴吐出後）、圧力室２７内のインクには、残留圧力振動が発生し、圧力室２７内のインクから、振動板３０を介して、駆動用圧電素子３１１へと残留圧力波が伝播する。残留圧力波の残留振動波形は、減衰振動波形となる（図８（Ｂ）の駆動用圧電素子に発生する電圧の残留振動波形発生期間参照）。この結果、駆動用圧電素子３１１（具体的には、圧電素子接続基板３６の電極）に、残留振動電圧が誘起される。

図１１に於いて、第１の駆動制御部２１１と第２の駆動制御部２１３は、圧電素子駆動ＩＣ３７に送信するタイミング制御信号に同期した切替信号を、切替手段２４１に送信している。このタイミング信号により、インク吐出後の駆動用圧電素子３１１に発生する残留振動電圧を残留振動検知部２４０に取り組むタイミングを制御している。

残留振動検知部２４０に残留振動波形が取り込まれると、フィルタ回路２５１及び増幅回路２５２により、残留振動波形にフィルタ処理を施して増幅し、ピークホールド回路２５３により、残留振動波形の振幅値のピーク値（例えば、最大値）を認識・抽出してピーク値で固定する。

切替手段２４１は、駆動用圧電素子３１１と波形処理回路２５０との接続／非接続を切り替える。例えば、駆動用圧電素子３１１と波形処理回路２５０とが、切替手段２４１により接続されると、圧電素子接続基板３６の電極に誘起される残留振動電圧は、波形処理回路２５０に取り込まれる。

Ａ／Ｄ変換器２４２は、波形処理回路２５０により固定された振幅値（アナログ信号）を、デジタル信号に変換した残集振動波形データを、第２の駆動波形制御部２１３Ａへと出力する（フィードバック）。

第２の駆動制御部２１３Ａでは、残留振動波形データから位相情報を演算した後、記憶手段２１６に予め保存された位相情報と比較し、比較結果から支柱用圧電素子３１２に印加する第２の駆動波形データを補正する。なお、表１に示すように、残留波形の位相情報と、第２の駆動波形（データ）とを対応付けて相関テーブルとして記憶手段２１６に保存し、第２の駆動波形データを相関テーブルから選択してもよい。

表１は相関テーブルの一例であって、残留振動の位相のずれを修正するために、残留振動と逆位相の波形を第２の駆動波形とする場合の相関テーブルである。なお、位相のずれの補正の方法は上記に限られない。また、残留振動の位相に加えて、検知した残留振動の振幅や周波数をさらに考慮して、第２の駆動波形を補正してもよい。

なお、図１２では、駆動用圧電素子３１１ａ〜３１１ｘの残留振動電圧を、１組の残留振動検知部（切替手段２４１、波形処理回路２５０、Ａ／Ｄ変換器２４２）を用いて順次切り替えて検知する構成としているが、残留振動検知部の構成は、特に限定されるものではない。例えば、全ての圧電素子に対応して、それぞれ、残留振動検知部を形成し、減衰振動の減衰比を、同時に検知する構成としても良い。又、例えば、圧電素子を、いくつかのグループに分け、グループ毎に残留振動検知部を形成し、グループ毎に順次切り替えて、減衰振動の減衰比を、検知する構成としても良い。グループ化することにより、回路規模の増大を抑えつつ、同時に検知できるノズルの個数を増やすことができる。

図１３は、実施の形態２に係る制御フローチャートである。

実施の形態２の残留振動を検知して、支柱用圧電素子３１２に印加する駆動波形を補正する方法に関するフローチャートを以下に説明する。

まず、インクを吐出するため、第１の駆動波形生成部２１２が駆動用圧電素子３１１に駆動波形を印加する（Ｓ１）。

第１の駆動制御部２１１は、圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしたかを監視する（Ｓ２）。

圧電素子駆動ＩＣ３７がＯＦＦしていない場合は監視を継続し（Ｓ１へ戻る）、ＯＦＦした場合は、切替手段２４１を用いて、検出する駆動用圧電素子３１１と波形処理回路２５０とを接続する（Ｓ３）。

そして、残留振動検知部２４０が残留振動波形を検知する（一の回の残留振動を検知する）（Ｓ４）。

第２の駆動波形制御部２１３Ａは、残留振動波形の第１波のパルス幅から位相を算出し算出した位相と、予め記憶手段２１６に保存されていた位相とを比較する（Ｓ５）。

比較により、補正が必要かどうかを判断し（Ｓ６）、補正が必要な場合（Ｙｅｓ）は、算出した位相と基準の位相の差分を算出し、差分に応じた所定倍数を支柱用圧電素子に印加する駆動波形に乗算し補正をかける（Ｓ７）。

そして、図１４に示すように、次の液滴吐出のタイミングで、即ち、一の回の次の回の第１の圧電素子３１１の駆動後に、第２の駆動制御部２１３は補正した第２の駆動波形を、支柱用圧電素子３１２へ印加する（Ｓ８）。

補正しない場合は、予め設定した第２の駆動波形を支柱用圧電素子３１２へ印加する（Ｓ９）。

上述のような処理により、残留振動が変化しても、変化する残留振動に対応するように、支柱用圧電素子３１２を駆動することでインク吐出後のメニスカスの挙動（＝液体の残留振動）をより精密に抑制することができる。

また、位相を算出する際、第１波目のパルス幅から算出すると記載したが、第１波目に限定するものではない。

本実施形態では、残留振動波形の位相情報によって補正した波形を印加することができる。よって、単純に圧力室２７のメニスカスの残留振動の逆位相若しくは準位相の波形を支柱用圧電素子３１２に印加するよりも、さらに高精度に残留振動波形を打ち消すことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

２０ ノズル
２２ 圧力室プレート（隔壁）
２７ 圧力室
３０ 振動板
２００ インクジェット記録ヘッドモジュール（液滴吐出装置）
２２０，２２０Ａ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
２１２ 第１の駆動波形生成部
２１４ 第２の駆動波形生成部
２１１ 第１の駆動制御部
２１３，２１３Ａ 第２の駆動制御部
２１５，２１５Ａ 制御部
２４０ 残留振動検知部
３１１ 駆動用圧電素子（第１の圧電素子）
３１２ 支柱用圧電素子（第２の圧電素子）

特開平１１−７８０１３号公報 特開２００２−３３７３３３号公報

Claims (12)

1. ノズルに連通する圧力室、該圧力室の液体を加圧して液滴を吐出させる第１の圧電素子、及び前記圧力室の前記液体を加圧可能である第２の圧電素子を備える液滴吐出ヘッドと、
   前記第１の圧電素子へ印加する第１の駆動波形を生成する第１の駆動波形生成部と、
   前記第２の圧電素子へ印加する第２の駆動波形を生成する第２の駆動波形生成部と、
   前記第１の駆動波形を前記第１の圧電素子へ印加して駆動させた後に、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する制御部と、を有し、
   前記第２の駆動波形は、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動を抑制し、
   前記第１の駆動波形は、少なくとも前記第１の圧電素子を圧縮させ前記圧力室を膨張させる膨張波形要素及び前記第１の圧電素子を伸長させ前記圧力室を収縮させる収縮波形要素を備える、１又は複数のパルスを含んでおり、
   前記制御部は、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する、
   液滴吐出装置。
2. 前記圧力室に発生する前記液体の残留振動は、前記液体の収縮と膨張を繰り返す振動であり、
   前記制御部は、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、前記残留振動での最初に発生する収縮を抑制するように、前記第２の圧電素子を圧縮させ前記圧力室を膨張させる前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する、
   請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加することで、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室に発生した残留振動と、逆位相の振動を前記第２の圧電素子へ発生させる、
   請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記圧力室に発生する前記液体の残留振動は、前記液体の収縮と膨張を繰り返す振動であり、
   前記制御部は、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、前記残留振動での最初に発生する収縮を抑制するように、前記第２の圧電素子を伸長させ前記圧力室を収縮させる前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する、
   請求項１に記載の液滴吐出装置。
5. 前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加することで、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室に発生した残留振動と、同位相の振動を前記第２の圧電素子へ発生させる、
   請求項１又は４に記載の液滴吐出装置。
6. ノズルに連通する圧力室、該圧力室の液体を加圧して液滴を吐出させる第１の圧電素子、及び前記圧力室の前記液体を加圧可能である第２の圧電素子を備える液滴吐出ヘッドと、
   前記第１の圧電素子へ印加する第１の駆動波形を生成する第１の駆動波形生成部と、
   前記第２の圧電素子へ印加する第２の駆動波形を生成する第２の駆動波形生成部と、
   前記第１の駆動波形を前記第１の圧電素子へ印加して駆動させた後に、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する制御部と、を有し、
   前記第２の駆動波形は、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動を抑制し、
   前記第２の圧電素子は前記第１の圧電素子の両隣に位置する、
   液滴吐出装置。
7. ノズルに連通する圧力室、該圧力室の液体を加圧して液滴を吐出させる第１の圧電素子、及び前記圧力室の前記液体を加圧可能である第２の圧電素子を備える液滴吐出ヘッドと、
   前記第１の圧電素子へ印加する第１の駆動波形を生成する第１の駆動波形生成部と、
   前記第２の圧電素子へ印加する第２の駆動波形を生成する第２の駆動波形生成部と、
   前記第１の駆動波形を前記第１の圧電素子へ印加して駆動させた後に、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する制御部と、を有し、
   前記第２の駆動波形は、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動を抑制し、
   前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動を検知する、残留振動検知部を備え、
   前記制御部は、前記残留振動検知部で検知した前記残留振動の位相情報に基づいて、前記第２の圧電素子に印加する前記第２の駆動波形を補正する、
   液滴吐出装置。
8. 前記液滴を複数回吐出する場合、
   前記制御部は、一の回の液滴吐出のための前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動の位相情報に基づいて、前記第２の圧電素子に印加する前記第２の駆動波形を補正し、
   前記第２の駆動波形生成部は、前記一の回の次の回の液滴吐出のための前記第１の圧電素子の駆動後に、前記制御部により補正された前記第２の駆動波形を、前記第２の圧電素子へ印加する、
   請求項７に記載の液滴吐出装置。
9. ノズルに連通する圧力室、該圧力室の液体を加圧して液滴を吐出させる第１の圧電素子、及び前記圧力室の前記液体を加圧可能である第２の圧電素子を備える液滴吐出ヘッドと、
   前記第１の圧電素子へ印加する第１の駆動波形を生成する第１の駆動波形生成部と、
   前記第２の圧電素子へ印加する第２の駆動波形を生成する第２の駆動波形生成部と、
   前記第１の駆動波形を前記第１の圧電素子へ印加して駆動させた後に、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する制御部と、を有し、
   前記第２の駆動波形は、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動を抑制し、
   前記圧力室と対向して形成される振動板を備えており、
   前記圧力室は複数のノズルに連通し、
   前記第１の圧電素子は、前記振動板を介して、前記複数のノズルから前記液滴を吐出させ、
   仕切りとなる隔壁に挟まれることで、前記複数のノズルの対応する複数の圧力室が形成されており、
   前記第２の圧電素子は、複数の圧力室の間にある前記隔壁と対向するように配置される、
   液滴吐出装置。
10. 前記第２の圧電素子は前記第１の圧電素子に隣接する、
    請求項１〜５、７〜９のいずれか一項に記載の液滴吐出装置。
11. 圧力室、該圧力室の液体を加圧して液滴を吐出させる第１の圧電素子、及び前記圧力室の液体を加圧可能である第２の圧電素子を備える液滴吐出ヘッドの液滴吐出方法であって、
    前記第１の圧電素子へ印加する第１の駆動波形を生成するステップと、
    前記第２の圧電素子へ印加する、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動を抑制するための第２の駆動波形を生成するステップと、
    前記第１の駆動波形を前記第１の圧電素子へ印加して駆動させた後に、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御するステップと、を有し、
    前記第１の駆動波形を生成するステップで生成される前記第１の駆動波形は、少なくとも前記第１の圧電素子を圧縮させ前記圧力室を膨張させる膨張波形要素及び前記第１の圧電素子を伸長させ前記圧力室を収縮させる収縮波形要素を備える、１又は複数のパルスを含んでおり、
    前記制御するステップにおいて、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する、
    液滴吐出ヘッドの液滴吐出方法。
12. 請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドの液滴吐出方法を実行するプログラムであって、
    前記第１の圧電素子へ印加する第１の駆動波形を生成する処理と、
    前記第２の圧電素子へ印加する、前記第１の圧電素子の駆動により前記圧力室内に発生する前記液体の残留振動を抑制するための第２の駆動波形を生成する処理と、
    前記第１の駆動波形を前記第１の圧電素子へ印加して駆動させた後に、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する処理と、を有し、
    前記第１の駆動波形を生成する処理で生成される前記第１の駆動波形は、少なくとも前記第１の圧電素子を圧縮させ前記圧力室を膨張させる膨張波形要素及び前記第１の圧電素子を伸長させ前記圧力室を収縮させる収縮波形要素を備える、１又は複数のパルスを含んでおり、
    前記制御する処理において、前記パルスの収縮波形要素の収縮の終端のタイミングで、前記第２の駆動波形を前記第２の圧電素子へ印加するように制御する、
    プログラム。

Images