液体吐出装置、及び、その制御方法
【課題】高粘度液体を吐出する場合にミスト等の発生を抑えて、ドットの分離を防止することが可能な液体吐出装置、及び、その制御方法を提供する。
【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧電振動子を有する記録ヘッドと、圧電振動子を駆動する駆動パルスＤＰを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、を備える液体吐出装置であって、駆動信号発生回路が発生する駆動パルスには、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる第１収縮要素ｐ５及び第２収縮要素ｐ７とを含み、膨張要素は、第１膨張要素ｐ１と、第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素ｐ３とを含む。
【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧電振動子を有する記録ヘッドと、圧電振動子を駆動する駆動パルスＤＰを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生回路と、を備える液体吐出装置であって、駆動信号発生回路が発生する駆動パルスには、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる第１収縮要素ｐ５及び第２収縮要素ｐ７とを含み、膨張要素は、第１膨張要素ｐ１と、第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素ｐ３とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置、及び、その制御方法に関するものであり、特に、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変動を与えて、圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、及び、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置は、液体を吐出可能な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する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出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（着弾対象物）に対して吐出・着弾させ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吐出装置が応用されている。
【０００３】
上記液体吐出装置には、吐出駆動パルスを圧力発生素子（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力発生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発生室に連通したノズルから液体を吐出させるように構成されたものがある。このような液体吐出装置では、圧力発生室内の液体に与える圧力振動の振幅を大きくすることで、吐出される液体の量を増加させることができる。言い換えれば、吐出駆動パルスの駆動電圧を大きくすることで、吐出される液体の量を増やすことができる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９４６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、この液体吐出装置では、例えばＵＶインク（紫外線硬化型インク）等の従来扱われていた液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を吐出する試みがなされている。すなわち、従来は水のように粘度が低い液体を対象にしていたが、近年では６ミリパスカル秒以上の高粘度液体を吐出する試みがなされている。この高粘度液体を吐出する際に十分な吐出量を得るためには、吐出量に応じた大きさの圧力変化を圧力発生室内の液体に与える必要がある。しかし、圧力変化を大きくすると液体の飛行速度も高くなり、この液体の後端部分が尾のように伸びる現象が生じ易くなる傾向にある。そして、この尾の部分が液滴本体から分離して飛翔し、着弾対象物において正規の位置（望ましい位置）に着弾しない虞があった。例えば、インクジェットプリンターでは、尾の部分がミストになって正規の位置からずれて着弾してドットが分離し、これにより、画質の劣化が生じるという問題があった。特に、高粘度液体では、尾の部分が幾つにも分離することにより、これらの複数に分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が画質を著しく低下させる原因となっていた。
【０００６】
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、高粘度液体を吐出する場合にミスト等の発生を抑えて、ドットの分離を防止することが可能な液体吐出装置、及び、その制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有する液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記駆動信号発生手段が発生する前記駆動パルスには、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、
前記膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素とを含み、
前記膨張要素は、第１膨張要素と、前記第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素とを含むことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有する液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置であって、駆動信号発生手段が発生する駆動パルスには、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素とを含み、膨張要素は、第１膨張要素と、第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素とを含むので、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を圧力発生室側に引き込む際に、ノズル開口におけるメニスカスの周縁部（ノズル開口の内周に近い側）が中心部分に比べて動き難く、圧力変動に追従し難い場合でも、メニスカスの中心部分の液体とメニスカスの外周縁側の液体とが、寄り添うようにタイミングを合わせることができる。これにより、その後の圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑制されるので、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができ、可及的に球形に近い形状にすることができる。この結果、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾することを防止することができる。また、逆位相によって生じる液滴の飛翔速度の低下を抑えることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１膨張要素の電圧変化率を、前記第２膨張要素の電圧変化率よりも小さく設定することが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１膨張要素の電圧変化率を、第２膨張要素の電圧変化率よりも小さく設定したので、第１膨張要素の電圧の間に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分に比べてメニスカスの外周縁側が遅れる現象を抑えることができる。これにより、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えて、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１膨張要素と前記第２膨張要素との間に、前記第１膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する膨張ホールド要素を含むことが望ましい。
【００１２】
上記構成によれば、第１膨張要素と第２膨張要素との間に、第１膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する膨張ホールド要素を含むので、電圧を維持している間に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分に比べてメニスカスの外周縁側が遅れる現象をより抑えることができる。これにより、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えて、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができる。
【００１３】
上記構成において、前記吐出要素は、第１吐出要素と、前記第１吐出素とは異なる電圧変化率で前記圧力発生室を収縮させる第２吐出要素とを含むことが望ましい。
【００１４】
上記構成によれば、吐出要素は、第１吐出要素と、第１吐出素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を収縮させる第２吐出要素とを含むので、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えられた状態で、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが、寄り添うようにタイミングを合わせることができる。これにより、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができ、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾することを防止することができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１吐出要素と前記第２吐出要素との間に、前記第１吐出要素の後端で電圧を一定時間維持する吐出ホールド要素を含むことが望ましい。
【００１６】
上記構成によれば、第１吐出要素と第２吐出要素との間に、第１吐出要素の後端で電圧を一定時間維持する吐出ホールド要素を含むので、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えた状態で、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが、寄り添うようにタイミングを合わせることができる。これにより、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができ、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾することを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の液体吐出装置の制御方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張工程と、
前記膨張工程で膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出工程とを含み、
前記膨張工程には、第１膨張工程と、前記第１膨張工程とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張工程とを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図３】吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、インク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す図である。
【図５】吐出パルスの変形例を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、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。
【００２０】
図１はプリンターの電気的な構成を示すブロック図である。このプリンターは、プリンターコントローラー１とプリントエンジン２とで概略構成されている。プリンターコントローラー１は、ホストコンピューター等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３と、各種データ等を記憶するＲＡＭ４と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ５と、各部の制御を行う制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、記録ヘッド１０へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路８と、ドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド１０に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）９とを備えている。
【００２１】
制御部６は、各部の制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ３を通じて受信した印刷データを、ドットパターンデータに変換し、このドットパターンデータを内部Ｉ／Ｆ９を通じて記録ヘッド１０側に出力する。このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。また、制御部６は、発振回路７からのクロック信号に基づいて記録ヘッド１０に対してラッチ信号やチャンネル信号等を供給する。これらのラッチ信号やチャンネル信号に含まれるラッチパルスやチャンネルパルスは、駆動信号を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。
【００２２】
駆動信号発生回路８は、制御部６によって制御され、圧電振動子２０（図２参照）を駆動するための駆動信号を発生する。本実施形態における駆動信号発生回路８は、インク滴（液滴の一種）を吐出して、吐出対象物の一種としての記録紙上にドットを形成するための吐出パルスや、ノズル開口３２（図２参照）に露出したインク（液体の一種）の自由表面、即ちメニスカスを微振動させてインクを攪拌するための微振動パルス等を一記録周期内に含む駆動信号ＣＯＭを発生するように構成されている。
【００２３】
次に、プリントエンジン２側の構成について説明する。プリントエンジン２は、記録ヘッド１０と、キャリッジ移動機構１２と、紙送り機構１３と、リニアエンコーダ１４とから構成されている。記録ヘッド１０は、シフトレジスター（ＳＲ）１５、ラッチ１６、デコーダー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、及び圧電振動子２０を備えている。プリンターコントローラー１からのドットパターンデータ（ＳＩ）は、発振回路７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスター１５にシリアル伝送される。このドットパターンデータは、２ビットのデータであり、例えば、非記録（微振動）、小ドット、中ドット、大ドットからなる４階調の記録階調（吐出階調）を表す階調情報によって構成されている。具体的には、非記録は階調情報「００」、小ドットは階調情報「０１」、中ドットが階調情報「１０」、大ドットが階調情報「１１」と表される。
【００２４】
シフトレジスター１５には、ラッチ１６が電気的に接続されており、プリンターコントローラー１からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ１６に入力されると、シフトレジスタ１５のドットパターンデータをラッチする。このラッチ１６にラッチされたドットパターンデータは、デコーダー１７に入力される。このデコーダー１７は、２ビットのドットパターンデータを翻訳してパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスに各ビットを夫々対応させることで構成されている。そして、各ビットの内容、例えば、「０」，「１」に応じて圧電振動子２０に対する吐出パルスの供給又は非供給が選択される。
【００２５】
そして、デコーダー１７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１８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１８に入力される。このレベルシフター１８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１９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１８で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ１９に供給される。このスイッチ１９の入力側には、駆動信号発生回路８からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ１９の出力側には、圧電振動子２０が接続されている。
【００２６】
そして、パルス選択データは、スイッチ１９の作動、つまり、駆動信号中の駆動パルスの圧電振動子２０への供給を制御する。例えば、スイッチ１９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１９が接続状態になって、対応する吐出パルスが圧電振動子２０に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電振動子２０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１８からはスイッチ１９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１９は切断状態となり、圧電振動子２０へは吐出パルスが供給されない。
【００２７】
このような動作を行うデコーダー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、制御部６、及び駆動信号発生回路８は、本発明における駆動手段として機能し、ドットパターンデータに基づき、駆動信号の中から必要な吐出パルスを選択して圧電振動子２０に印加（供給）する。その結果、圧電振動子２０が伸張又は収縮し、この圧電振動子２０の伸縮に伴って圧力発生室３５（図２参照）が膨張又は収縮することにより、ドットパターンデータを構成する階調情報に応じた量のインク滴がノズル開口３２から吐出される。
【００２８】
図２は上記の記録ヘッド１０の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド１０は、圧電振動子群２２、固定板２３、及び、フレキシブルケーブル２４等をユニット化した振動子ユニット２５と、この振動子ユニット２５を収納可能なヘッドケース２６と、共通インク室（共通液体室）から圧力発生室３５を通りノズル開口３２に至る一連のインク流路（液体流路）を形成する流路ユニット２７とを備えて構成される。
【００２９】
まず、振動子ユニット２５について説明する。圧電振動子群２２を構成する圧電振動子２０（本発明における圧力発生素子の一種）は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子２０は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子として構成されている。各圧電振動子２０は、固定端部を固定板２３上に接合することにより、自由端部を固定板２３の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子２０における自由端部の先端は、後述するように、それぞれ流路ユニット２７におけるダイヤフラム部３８を構成する島部４０に接合される。フレキシブルケーブル２４は、固定板２３とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子２０と電気的に接続されている。また、各圧電振動子２０を支持する固定板２３は、圧電振動子２０からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。
【００３０】
次に、流路ユニット２７について説明する。流路ユニット２７は、ノズルプレート２９、流路形成基板３０、及び振動板３１から構成され、ノズルプレート２９を流路形成基板３０の一方の表面に、振動板３１をノズルプレート２９とは反対側となる流路形成基板３０の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。ノズルプレート２９は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口３２を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、１８０個のノズル開口３２を列状に開設し、これらのノズル開口３２によってノズル列（ノズル群）を構成している。そして、このノズル列を横並びに２列設けている。なお、本実施形態のノズル開口３２は、流路形成基板３０に接合されたノズルプレート２９における圧力発生室３５とは反対側（吐出面側）に配されるストレート部４２と、当該ストレート部４２から圧力発生室３５側に向って拡径する拡径部４３とから構成されている。
【００３１】
流路形成基板３０は、リザーバー３３、インク供給口３４、及び圧力発生室３５からなる一連のインク流路（液体流路の一種）を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板３０は、各ノズル開口３２に対応させて圧力発生室３５となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口３４およびリザーバー３３となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板３０は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力発生室３５は、ノズル開口３２の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口３４は、圧力発生室３５とリザーバー３３との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー３３は、インクカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクを各圧力発生室３５に供給するための室であり、インク供給口３４を通じて対応する各圧力発生室３５に連通している。
【００３２】
振動板３１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板３６上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム３７をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力発生室３５の一方の開口面を封止してこの圧力発生室２５の容積を変動させるためのダイヤフラム部３８を有すると共に、リザーバー３３の一方の開口面を封止するコンプライアンス部３９が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部３８は、圧力発生室３５に対応した部分の支持板３６にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電振動子２０の自由端部の先端を接合するための島部４０を形成することで構成されている。この島部４０は、圧力発生室３５の平面形状と同様に、ノズル開口３２の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部４０の周りの樹脂フィルム３７が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部３９として機能する部分、すなわちリザーバー３３に対応する部分は、このリザーバー３３の開口形状に倣って支持板３６がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム３７のみとなっている。
【００３３】
上記構成の記録ヘッド１０では、圧電振動子２０を変形させることで対応する圧力発生室３５が収縮或いは膨張し、圧力発生室３５内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口３２からインク（インク滴）を吐出させることができる。インクを吐出するのに先だって定常容積の圧力発生室３５を予備的に膨張させるとリザーバー３３側からインク供給口３４を通じて圧力発生室３５内にインクが供給される。また、予備膨張の後に圧力発生室３５を急激に収縮させるとノズル開口３２からインクが吐出される。
【００３４】
図３は、上記構成の駆動信号発生回路８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる吐出パルスＤＰの構成を説明する波形図である。例示した吐出パルスＤＰは、本実施形態におけるプリンターにおいて吐出可能なインク滴のうち最もサイズの小さいインク滴を吐出するための吐出パルスである。この吐出パルスＤＰは、基準電位ＶＨＢから第１中間電位ＶＭ１まで一定勾配（電圧変化率）θ１で電位を上昇させる第１膨張要素ｐ１（本発明における膨張要素に相当）と、第１膨張要素ｐ１の後端電位である第１中間電位ＶＭ１を短い時間維持する第１ホールド要素ｐ２（本発明における膨張ホールド要素に相当）と、第１中間電位ＶＭ１から最高電位ＶＨまで比較的急峻な勾配θ２（θ２＞θ１）で電位を上昇させる第２膨張要素ｐ３（本発明における膨張要素に相当）と、最高電位ＶＨを短い時間維持する第２ホールド要素ｐ４と、最高電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２まで比較的急峻な一定勾配θ３で電位を降下させる第１収縮要素ｐ５（本発明における第１吐出要素に相当）と、第２中間電位ＶＭ２を一定時間維持する第３ホールド要素ｐ６（本発明における吐出ホールド要素に相当）と、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ４（θ４＜θ３）で電位を降下させる第２収縮要素ｐ７（本発明における第２吐出要素に相当）とから構成されている。
【００３５】
上記吐出パルスＤＰが圧電振動子２０に供給されると次のように作用する。まず、第１膨張要素ｐ１が圧電振動子２０に供給されると、当該圧電振動子２０が素子長手方向に収縮して、これにより、基準電位ＶＨＢに対応する基準容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する容積まで圧力発生室３５が膨張する（第１膨張工程）。この第１膨張工程における圧力発生室３５の収縮は、後の第２膨張工程における圧力発生室３５の膨張動作よりも穏やかに行われる。これにより、図４（ａ）に示すように、ノズル開口３２のストレート部４２におけるメニスカスが徐々に圧力発生室３５側に引き込まれ始め、そして、図４（ｂ）に示すように、ノズル開口３２のストレート部４２において特に中心部分が周縁部分よりも先に圧力発生室３５側に引き込まれ、その圧力発生室３５側の先端部分は拡径部４３内に浸入する。これは、メニスカスの中心部分の方が、メニスカスの周縁部（ノズル開口３２の内周に近い側）と比べて動き易く、圧力変動に追従し易いためである。このため、本実施形態では前記追従の遅れを解消するために、基準電位ＶＨＢから第１中間電位ＶＭ１までの勾配θ１を、第１中間電位ＶＭ１から最高電位ＶＨまでの勾配θ２よりも小さく（緩く）設定している。これにより、第１膨張工程における圧力発生室３５の膨張によって、ノズル開口３２のストレート部４２におけるメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に比べて、遅れて到達することを抑制させることができる。
【００３６】
そして、第１膨張工程における圧力発生室３５の膨張状態は、第１ホールド要素ｐ２の供給期間中に亘って一定に維持される（膨張維持工程）。これにより、第１膨張工程における圧力発生室３５の膨張によって、ノズル開口３２のストレート部４２におけるメニスカスの中心部分のインクに比べて、メニスカスの外周縁側のインクが、遅れて到達することをさらに抑制させることができる。その間に、ノズル開口３２のストレート部４２内におけるメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に続いて、拡径部４３内に徐々に浸入する。
【００３７】
第１ホールド要素ｐ２の後に続いて第２膨張要素ｐ３が圧電振動子２０に供給されると、当該圧電振動子２０が素子長手方向に第１膨張工程よりもさらに急激に収縮して、これにより、圧力発生室３５が、第１中間電位ＶＭ１に対応する容積から最高電位ＶＨで規定される容積に急激に膨張する（第２膨張工程）。これにより、図４（ｃ）に示すように、ノズル開口３２におけるストレート部４２から拡径部４３内に浸入したメニスカスの外周縁側が、インクの引き込み方向に沿って拡径する拡径部４３の内周面に沿って拡径部４３内に急速に浸入し、メニスカスの中心部分及び外周縁面側を、圧力発生室３５側により大きく引き込むことができる。そして、この第２膨張工程における圧力発生室３５の膨張状態は、第２ホールド要素ｐ４の供給期間中に亘って維持される。
【００３８】
その後、第１収縮要素ｐ５が圧電振動子２０に供給されることにより当該圧電振動子２０が伸長して最高電位ＶＨに対応する容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する容積まで圧力発生室３５が急激に収縮する（第１吐出収縮工程）。この圧力発生室３５の急激な収縮によって圧力発生室３５内のインクが加圧され、これにより、図４（ｄ）に示すように、ノズル開口３２における拡径部４３内のメニスカスの中心部分が柱状に盛り上がる。これは、メニスカスの中心部分が、圧力発生室３５から離れる方向に進行しているのに対して、メニスカスの外周縁側が、圧力発生室３５側に引き込まれているためである。つまり、メニスカスの中心部分と、メニスカスの外周縁側とは、逆位相の状態となっている。
【００３９】
そして、第３ホールド要素ｐ６が圧電振動子２０に供給されて、第２中間電位ＶＭ２が一定時間維持される（吐出収縮維持工程）。そして、この圧力発生室３５の収縮状態は、第３ホールド要素ｐ６の供給期間に亘って一定時間維持される。この間に、図４（ｅ）に示すように、メニスカスの中心部分と、メニスカスの外周縁側とが、圧力発生室３５側から離れる方向に同位相の状態となり、前記した膨張行程と同様に、特に中心部分が拡径部４３側からストレート部４２に向って進行し、その柱状中心部分の先端部分がその周りの部分よりも先にストレート部４２内に浸入する。
【００４０】
その後、第２収縮要素ｐ７が圧電振動子２０に供給されることにより当該圧電振動子２０が第１吐出収縮工程よりもさらに伸長して、第２中間電位ＶＭ２に対応する容積から基準電位ＶＨＢに対応する容積まで圧力発生室３５が収縮して復帰する（第２吐出収縮工程）。ここで、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまでの勾配θ４を、最高電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２までの勾配θ３よりも緩く設定している。これにより、第１収縮工程における圧力発生室３５の収縮によってストレート部４２内に浸入したメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に比べて、遅れて到達することを抑制させることができる。この間に、図４（ｆ）に示すように、メニスカスの中心部分からノズル開口３２外に排出され、その後、メニスカスの中心部分の柱状部分が千切れ、これが小ドットに対応する数ｐｌのインク滴としてノズル開口３２から吐出される。
【００４１】
以上のように説明した構成を採用することにより、例えば、紫外線等の光エネルギーの照射によって硬化する光硬化型インクのように従来のインクよりも粘度の高いインク（高粘度液体）を吐出する際に、変化率の異なる第１膨張要素ｐ１及び第２膨張要素ｐ２と、第１収縮要素ｐ５及び第２収縮要素ｐ７とを含む吐出パルスＤＰを圧電振動子２０に供給することで、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑制されるので、吐出されたインクの後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができ、可及的に球形に近い形状にすることができる。これにより、記録紙等の着弾対象物上でインクが複数に分離して着弾することを防止することができ、その結果、記録画像の画質の劣化を低減することができる。また、第１膨張要素ｐ１と第２膨張要素ｐ２との間に第１ホールド要素ｐ２を、第１収縮要素ｐ５と第２収縮要素ｐ７との間に第３ホールド要素ｐ６を、含むので、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑え、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができる。さらに、逆位相によって生じるインクの飛翔速度の低下を抑えることができる。
【００４２】
ここで、何らの対策も施さない従来構成では、高粘度インクで中ドットを形成する場合に、インクの尾が引き易い傾向があり、この尾の部分が中ドットインク滴本体から分離することにより、これらの分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が記録紙上でそれぞれ異なる位置に着弾する等して画質を著しく低下させる原因となっていた。このような不具合を防止するべく、基準電位ＶＨＢから第１中間電位ＶＭ１までの勾配θ１を、第１中間電位ＶＭ１から最高電位ＶＨまでの勾配θ２よりも緩く設定するとともに、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまでの勾配θ４を、最高電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２までの勾配θ３よりも緩く設定したので、ストレート部４２内に浸入したメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に比べて、遅れて到達することを抑制させることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
図５は、吐出パルスの変形例を示す波形図である。上記実施形態では、本発明における吐出パルスの一例として、第１収縮要素ｐ５及び第２収縮要素ｐ７の２つの収縮要素を含んでいたが、吐出パルスの形状はこれには限られない。例えば、図５に示す吐出パルスＤＰ´は、収縮要素として、最高電位ＶＨから第３中間電位ＶＭ３まで一定勾配で電位を降下させる第３収縮要素ｐ８（本発明における吐出要素に相当）と、第３中間電位ＶＭ３を一定時間維持する第４ホールド要素ｐ９（本発明における吐出ホールド要素に相当）と、第３中間電位ＶＭ２から第４中間電位ＶＭ４まで一定勾配で電位を降下させる第４収縮要素ｐ１０（本発明における吐出要素に相当）と、第４中間電位ＶＭ４を一定時間維持する第５ホールド要素ｐ１１（本発明における吐出ホールド要素に相当）と、第４中間電位ＶＭ４から基準電位ＶＨＢまで一定勾配で電位を降下させる第２収縮要素ｐ１２（本発明における吐出要素に相当）との３つの収縮要素を含んでいても良い。
【００４５】
これにより、圧力発生室３５の収縮による高粘度インクの吐出の際に、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることをさらに抑えて、吐出されたインクに付随する尾の成長を抑制することができる。さらに、逆位相によって生じる液滴の飛翔速度の低下を抑えることができる。即ち、吐出パルスＤＰは、少なくとも、第１膨張要素ｐ１と、第１膨張要素ｐ１とは変化率の異なる第２膨張要素ｐ３とを含む構成の吐出パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動モードの圧電振動子２０を例示したが、これには限られない。例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子を用いる場合にも本発明を適用することが可能である。なお、この撓み振動モードの圧電振動子を採用する場合は、図３に示した吐出パルスＤＰの波形が上下反転する。
【００４７】
そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッタ、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吐出装置、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。
【符号の説明】
【００４８】
８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電振動子，３２…ノズル開口，３５…圧力発生室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置、及び、その制御方法に関するものであり、特に、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変動を与えて、圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、及び、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置は、液体を吐出可能な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する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出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（着弾対象物）に対して吐出・着弾させ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吐出装置が応用されている。
【０００３】
上記液体吐出装置には、吐出駆動パルスを圧力発生素子（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力発生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発生室に連通したノズルから液体を吐出させるように構成されたものがある。このような液体吐出装置では、圧力発生室内の液体に与える圧力振動の振幅を大きくすることで、吐出される液体の量を増加させることができる。言い換えれば、吐出駆動パルスの駆動電圧を大きくすることで、吐出される液体の量を増やすことができる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−９４６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、この液体吐出装置では、例えばＵＶインク（紫外線硬化型インク）等の従来扱われていた液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を吐出する試みがなされている。すなわち、従来は水のように粘度が低い液体を対象にしていたが、近年では６ミリパスカル秒以上の高粘度液体を吐出する試みがなされている。この高粘度液体を吐出する際に十分な吐出量を得るためには、吐出量に応じた大きさの圧力変化を圧力発生室内の液体に与える必要がある。しかし、圧力変化を大きくすると液体の飛行速度も高くなり、この液体の後端部分が尾のように伸びる現象が生じ易くなる傾向にある。そして、この尾の部分が液滴本体から分離して飛翔し、着弾対象物において正規の位置（望ましい位置）に着弾しない虞があった。例えば、インクジェットプリンターでは、尾の部分がミストになって正規の位置からずれて着弾してドットが分離し、これにより、画質の劣化が生じるという問題があった。特に、高粘度液体では、尾の部分が幾つにも分離することにより、これらの複数に分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が画質を著しく低下させる原因となっていた。
【０００６】
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、高粘度液体を吐出する場合にミスト等の発生を抑えて、ドットの分離を防止することが可能な液体吐出装置、及び、その制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有する液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記駆動信号発生手段が発生する前記駆動パルスには、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、
前記膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素とを含み、
前記膨張要素は、第１膨張要素と、前記第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素とを含むことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有する液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置であって、駆動信号発生手段が発生する駆動パルスには、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素とを含み、膨張要素は、第１膨張要素と、第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素とを含むので、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を圧力発生室側に引き込む際に、ノズル開口におけるメニスカスの周縁部（ノズル開口の内周に近い側）が中心部分に比べて動き難く、圧力変動に追従し難い場合でも、メニスカスの中心部分の液体とメニスカスの外周縁側の液体とが、寄り添うようにタイミングを合わせることができる。これにより、その後の圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑制されるので、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができ、可及的に球形に近い形状にすることができる。この結果、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾することを防止することができる。また、逆位相によって生じる液滴の飛翔速度の低下を抑えることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１膨張要素の電圧変化率を、前記第２膨張要素の電圧変化率よりも小さく設定することが望ましい。
【００１０】
この構成によれば、第１膨張要素の電圧変化率を、第２膨張要素の電圧変化率よりも小さく設定したので、第１膨張要素の電圧の間に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分に比べてメニスカスの外周縁側が遅れる現象を抑えることができる。これにより、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えて、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記第１膨張要素と前記第２膨張要素との間に、前記第１膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する膨張ホールド要素を含むことが望ましい。
【００１２】
上記構成によれば、第１膨張要素と第２膨張要素との間に、第１膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する膨張ホールド要素を含むので、電圧を維持している間に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分に比べてメニスカスの外周縁側が遅れる現象をより抑えることができる。これにより、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えて、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができる。
【００１３】
上記構成において、前記吐出要素は、第１吐出要素と、前記第１吐出素とは異なる電圧変化率で前記圧力発生室を収縮させる第２吐出要素とを含むことが望ましい。
【００１４】
上記構成によれば、吐出要素は、第１吐出要素と、第１吐出素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を収縮させる第２吐出要素とを含むので、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えられた状態で、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが、寄り添うようにタイミングを合わせることができる。これにより、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができ、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾することを防止することができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１吐出要素と前記第２吐出要素との間に、前記第１吐出要素の後端で電圧を一定時間維持する吐出ホールド要素を含むことが望ましい。
【００１６】
上記構成によれば、第１吐出要素と第２吐出要素との間に、第１吐出要素の後端で電圧を一定時間維持する吐出ホールド要素を含むので、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑えた状態で、圧力発生室の収縮による液滴の吐出の際に、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが、寄り添うようにタイミングを合わせることができる。これにより、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができ、着弾対象物上で液体が複数に分離して着弾することを防止することができる。
【００１７】
また、本発明の液体吐出装置の制御方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張工程と、
前記膨張工程で膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出工程とを含み、
前記膨張工程には、第１膨張工程と、前記第１膨張工程とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張工程とを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。
【図３】吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、インク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す図である。
【図５】吐出パルスの変形例を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、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。
【００２０】
図１はプリンターの電気的な構成を示すブロック図である。このプリンターは、プリンターコントローラー１とプリントエンジン２とで概略構成されている。プリンターコントローラー１は、ホストコンピューター等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３と、各種データ等を記憶するＲＡＭ４と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ５と、各部の制御を行う制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、記録ヘッド１０へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路８と、ドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド１０に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）９とを備えている。
【００２１】
制御部６は、各部の制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ３を通じて受信した印刷データを、ドットパターンデータに変換し、このドットパターンデータを内部Ｉ／Ｆ９を通じて記録ヘッド１０側に出力する。このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。また、制御部６は、発振回路７からのクロック信号に基づいて記録ヘッド１０に対してラッチ信号やチャンネル信号等を供給する。これらのラッチ信号やチャンネル信号に含まれるラッチパルスやチャンネルパルスは、駆動信号を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。
【００２２】
駆動信号発生回路８は、制御部６によって制御され、圧電振動子２０（図２参照）を駆動するための駆動信号を発生する。本実施形態における駆動信号発生回路８は、インク滴（液滴の一種）を吐出して、吐出対象物の一種としての記録紙上にドットを形成するための吐出パルスや、ノズル開口３２（図２参照）に露出したインク（液体の一種）の自由表面、即ちメニスカスを微振動させてインクを攪拌するための微振動パルス等を一記録周期内に含む駆動信号ＣＯＭを発生するように構成されている。
【００２３】
次に、プリントエンジン２側の構成について説明する。プリントエンジン２は、記録ヘッド１０と、キャリッジ移動機構１２と、紙送り機構１３と、リニアエンコーダ１４とから構成されている。記録ヘッド１０は、シフトレジスター（ＳＲ）１５、ラッチ１６、デコーダー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、及び圧電振動子２０を備えている。プリンターコントローラー１からのドットパターンデータ（ＳＩ）は、発振回路７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスター１５にシリアル伝送される。このドットパターンデータは、２ビットのデータであり、例えば、非記録（微振動）、小ドット、中ドット、大ドットからなる４階調の記録階調（吐出階調）を表す階調情報によって構成されている。具体的には、非記録は階調情報「００」、小ドットは階調情報「０１」、中ドットが階調情報「１０」、大ドットが階調情報「１１」と表される。
【００２４】
シフトレジスター１５には、ラッチ１６が電気的に接続されており、プリンターコントローラー１からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ１６に入力されると、シフトレジスタ１５のドットパターンデータをラッチする。このラッチ１６にラッチされたドットパターンデータは、デコーダー１７に入力される。このデコーダー１７は、２ビットのドットパターンデータを翻訳してパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスに各ビットを夫々対応させることで構成されている。そして、各ビットの内容、例えば、「０」，「１」に応じて圧電振動子２０に対する吐出パルスの供給又は非供給が選択される。
【００２５】
そして、デコーダー１７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１８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１８に入力される。このレベルシフター１８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１９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１８で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ１９に供給される。このスイッチ１９の入力側には、駆動信号発生回路８からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ１９の出力側には、圧電振動子２０が接続されている。
【００２６】
そして、パルス選択データは、スイッチ１９の作動、つまり、駆動信号中の駆動パルスの圧電振動子２０への供給を制御する。例えば、スイッチ１９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１９が接続状態になって、対応する吐出パルスが圧電振動子２０に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電振動子２０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１８からはスイッチ１９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１９は切断状態となり、圧電振動子２０へは吐出パルスが供給されない。
【００２７】
このような動作を行うデコーダー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、制御部６、及び駆動信号発生回路８は、本発明における駆動手段として機能し、ドットパターンデータに基づき、駆動信号の中から必要な吐出パルスを選択して圧電振動子２０に印加（供給）する。その結果、圧電振動子２０が伸張又は収縮し、この圧電振動子２０の伸縮に伴って圧力発生室３５（図２参照）が膨張又は収縮することにより、ドットパターンデータを構成する階調情報に応じた量のインク滴がノズル開口３２から吐出される。
【００２８】
図２は上記の記録ヘッド１０の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド１０は、圧電振動子群２２、固定板２３、及び、フレキシブルケーブル２４等をユニット化した振動子ユニット２５と、この振動子ユニット２５を収納可能なヘッドケース２６と、共通インク室（共通液体室）から圧力発生室３５を通りノズル開口３２に至る一連のインク流路（液体流路）を形成する流路ユニット２７とを備えて構成される。
【００２９】
まず、振動子ユニット２５について説明する。圧電振動子群２２を構成する圧電振動子２０（本発明における圧力発生素子の一種）は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子２０は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子として構成されている。各圧電振動子２０は、固定端部を固定板２３上に接合することにより、自由端部を固定板２３の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子２０における自由端部の先端は、後述するように、それぞれ流路ユニット２７におけるダイヤフラム部３８を構成する島部４０に接合される。フレキシブルケーブル２４は、固定板２３とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子２０と電気的に接続されている。また、各圧電振動子２０を支持する固定板２３は、圧電振動子２０からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。
【００３０】
次に、流路ユニット２７について説明する。流路ユニット２７は、ノズルプレート２９、流路形成基板３０、及び振動板３１から構成され、ノズルプレート２９を流路形成基板３０の一方の表面に、振動板３１をノズルプレート２９とは反対側となる流路形成基板３０の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。ノズルプレート２９は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口３２を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、１８０個のノズル開口３２を列状に開設し、これらのノズル開口３２によってノズル列（ノズル群）を構成している。そして、このノズル列を横並びに２列設けている。なお、本実施形態のノズル開口３２は、流路形成基板３０に接合されたノズルプレート２９における圧力発生室３５とは反対側（吐出面側）に配されるストレート部４２と、当該ストレート部４２から圧力発生室３５側に向って拡径する拡径部４３とから構成されている。
【００３１】
流路形成基板３０は、リザーバー３３、インク供給口３４、及び圧力発生室３５からなる一連のインク流路（液体流路の一種）を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板３０は、各ノズル開口３２に対応させて圧力発生室３５となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口３４およびリザーバー３３となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板３０は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力発生室３５は、ノズル開口３２の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口３４は、圧力発生室３５とリザーバー３３との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー３３は、インクカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクを各圧力発生室３５に供給するための室であり、インク供給口３４を通じて対応する各圧力発生室３５に連通している。
【００３２】
振動板３１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板３６上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム３７をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力発生室３５の一方の開口面を封止してこの圧力発生室２５の容積を変動させるためのダイヤフラム部３８を有すると共に、リザーバー３３の一方の開口面を封止するコンプライアンス部３９が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部３８は、圧力発生室３５に対応した部分の支持板３６にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電振動子２０の自由端部の先端を接合するための島部４０を形成することで構成されている。この島部４０は、圧力発生室３５の平面形状と同様に、ノズル開口３２の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部４０の周りの樹脂フィルム３７が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部３９として機能する部分、すなわちリザーバー３３に対応する部分は、このリザーバー３３の開口形状に倣って支持板３６がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム３７のみとなっている。
【００３３】
上記構成の記録ヘッド１０では、圧電振動子２０を変形させることで対応する圧力発生室３５が収縮或いは膨張し、圧力発生室３５内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口３２からインク（インク滴）を吐出させることができる。インクを吐出するのに先だって定常容積の圧力発生室３５を予備的に膨張させるとリザーバー３３側からインク供給口３４を通じて圧力発生室３５内にインクが供給される。また、予備膨張の後に圧力発生室３５を急激に収縮させるとノズル開口３２からインクが吐出される。
【００３４】
図３は、上記構成の駆動信号発生回路８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる吐出パルスＤＰの構成を説明する波形図である。例示した吐出パルスＤＰは、本実施形態におけるプリンターにおいて吐出可能なインク滴のうち最もサイズの小さいインク滴を吐出するための吐出パルスである。この吐出パルスＤＰは、基準電位ＶＨＢから第１中間電位ＶＭ１まで一定勾配（電圧変化率）θ１で電位を上昇させる第１膨張要素ｐ１（本発明における膨張要素に相当）と、第１膨張要素ｐ１の後端電位である第１中間電位ＶＭ１を短い時間維持する第１ホールド要素ｐ２（本発明における膨張ホールド要素に相当）と、第１中間電位ＶＭ１から最高電位ＶＨまで比較的急峻な勾配θ２（θ２＞θ１）で電位を上昇させる第２膨張要素ｐ３（本発明における膨張要素に相当）と、最高電位ＶＨを短い時間維持する第２ホールド要素ｐ４と、最高電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２まで比較的急峻な一定勾配θ３で電位を降下させる第１収縮要素ｐ５（本発明における第１吐出要素に相当）と、第２中間電位ＶＭ２を一定時間維持する第３ホールド要素ｐ６（本発明における吐出ホールド要素に相当）と、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ４（θ４＜θ３）で電位を降下させる第２収縮要素ｐ７（本発明における第２吐出要素に相当）とから構成されている。
【００３５】
上記吐出パルスＤＰが圧電振動子２０に供給されると次のように作用する。まず、第１膨張要素ｐ１が圧電振動子２０に供給されると、当該圧電振動子２０が素子長手方向に収縮して、これにより、基準電位ＶＨＢに対応する基準容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する容積まで圧力発生室３５が膨張する（第１膨張工程）。この第１膨張工程における圧力発生室３５の収縮は、後の第２膨張工程における圧力発生室３５の膨張動作よりも穏やかに行われる。これにより、図４（ａ）に示すように、ノズル開口３２のストレート部４２におけるメニスカスが徐々に圧力発生室３５側に引き込まれ始め、そして、図４（ｂ）に示すように、ノズル開口３２のストレート部４２において特に中心部分が周縁部分よりも先に圧力発生室３５側に引き込まれ、その圧力発生室３５側の先端部分は拡径部４３内に浸入する。これは、メニスカスの中心部分の方が、メニスカスの周縁部（ノズル開口３２の内周に近い側）と比べて動き易く、圧力変動に追従し易いためである。このため、本実施形態では前記追従の遅れを解消するために、基準電位ＶＨＢから第１中間電位ＶＭ１までの勾配θ１を、第１中間電位ＶＭ１から最高電位ＶＨまでの勾配θ２よりも小さく（緩く）設定している。これにより、第１膨張工程における圧力発生室３５の膨張によって、ノズル開口３２のストレート部４２におけるメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に比べて、遅れて到達することを抑制させることができる。
【００３６】
そして、第１膨張工程における圧力発生室３５の膨張状態は、第１ホールド要素ｐ２の供給期間中に亘って一定に維持される（膨張維持工程）。これにより、第１膨張工程における圧力発生室３５の膨張によって、ノズル開口３２のストレート部４２におけるメニスカスの中心部分のインクに比べて、メニスカスの外周縁側のインクが、遅れて到達することをさらに抑制させることができる。その間に、ノズル開口３２のストレート部４２内におけるメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に続いて、拡径部４３内に徐々に浸入する。
【００３７】
第１ホールド要素ｐ２の後に続いて第２膨張要素ｐ３が圧電振動子２０に供給されると、当該圧電振動子２０が素子長手方向に第１膨張工程よりもさらに急激に収縮して、これにより、圧力発生室３５が、第１中間電位ＶＭ１に対応する容積から最高電位ＶＨで規定される容積に急激に膨張する（第２膨張工程）。これにより、図４（ｃ）に示すように、ノズル開口３２におけるストレート部４２から拡径部４３内に浸入したメニスカスの外周縁側が、インクの引き込み方向に沿って拡径する拡径部４３の内周面に沿って拡径部４３内に急速に浸入し、メニスカスの中心部分及び外周縁面側を、圧力発生室３５側により大きく引き込むことができる。そして、この第２膨張工程における圧力発生室３５の膨張状態は、第２ホールド要素ｐ４の供給期間中に亘って維持される。
【００３８】
その後、第１収縮要素ｐ５が圧電振動子２０に供給されることにより当該圧電振動子２０が伸長して最高電位ＶＨに対応する容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する容積まで圧力発生室３５が急激に収縮する（第１吐出収縮工程）。この圧力発生室３５の急激な収縮によって圧力発生室３５内のインクが加圧され、これにより、図４（ｄ）に示すように、ノズル開口３２における拡径部４３内のメニスカスの中心部分が柱状に盛り上がる。これは、メニスカスの中心部分が、圧力発生室３５から離れる方向に進行しているのに対して、メニスカスの外周縁側が、圧力発生室３５側に引き込まれているためである。つまり、メニスカスの中心部分と、メニスカスの外周縁側とは、逆位相の状態となっている。
【００３９】
そして、第３ホールド要素ｐ６が圧電振動子２０に供給されて、第２中間電位ＶＭ２が一定時間維持される（吐出収縮維持工程）。そして、この圧力発生室３５の収縮状態は、第３ホールド要素ｐ６の供給期間に亘って一定時間維持される。この間に、図４（ｅ）に示すように、メニスカスの中心部分と、メニスカスの外周縁側とが、圧力発生室３５側から離れる方向に同位相の状態となり、前記した膨張行程と同様に、特に中心部分が拡径部４３側からストレート部４２に向って進行し、その柱状中心部分の先端部分がその周りの部分よりも先にストレート部４２内に浸入する。
【００４０】
その後、第２収縮要素ｐ７が圧電振動子２０に供給されることにより当該圧電振動子２０が第１吐出収縮工程よりもさらに伸長して、第２中間電位ＶＭ２に対応する容積から基準電位ＶＨＢに対応する容積まで圧力発生室３５が収縮して復帰する（第２吐出収縮工程）。ここで、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまでの勾配θ４を、最高電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２までの勾配θ３よりも緩く設定している。これにより、第１収縮工程における圧力発生室３５の収縮によってストレート部４２内に浸入したメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に比べて、遅れて到達することを抑制させることができる。この間に、図４（ｆ）に示すように、メニスカスの中心部分からノズル開口３２外に排出され、その後、メニスカスの中心部分の柱状部分が千切れ、これが小ドットに対応する数ｐｌのインク滴としてノズル開口３２から吐出される。
【００４１】
以上のように説明した構成を採用することにより、例えば、紫外線等の光エネルギーの照射によって硬化する光硬化型インクのように従来のインクよりも粘度の高いインク（高粘度液体）を吐出する際に、変化率の異なる第１膨張要素ｐ１及び第２膨張要素ｐ２と、第１収縮要素ｐ５及び第２収縮要素ｐ７とを含む吐出パルスＤＰを圧電振動子２０に供給することで、ノズル開口におけるメニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑制されるので、吐出されたインクの後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができ、可及的に球形に近い形状にすることができる。これにより、記録紙等の着弾対象物上でインクが複数に分離して着弾することを防止することができ、その結果、記録画像の画質の劣化を低減することができる。また、第１膨張要素ｐ１と第２膨張要素ｐ２との間に第１ホールド要素ｐ２を、第１収縮要素ｐ５と第２収縮要素ｐ７との間に第３ホールド要素ｐ６を、含むので、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることを抑え、吐出された液体に付随する尾の成長を抑制することができる。さらに、逆位相によって生じるインクの飛翔速度の低下を抑えることができる。
【００４２】
ここで、何らの対策も施さない従来構成では、高粘度インクで中ドットを形成する場合に、インクの尾が引き易い傾向があり、この尾の部分が中ドットインク滴本体から分離することにより、これらの分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が記録紙上でそれぞれ異なる位置に着弾する等して画質を著しく低下させる原因となっていた。このような不具合を防止するべく、基準電位ＶＨＢから第１中間電位ＶＭ１までの勾配θ１を、第１中間電位ＶＭ１から最高電位ＶＨまでの勾配θ２よりも緩く設定するとともに、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまでの勾配θ４を、最高電位ＶＨから第２中間電位ＶＭ２までの勾配θ３よりも緩く設定したので、ストレート部４２内に浸入したメニスカスの外周縁側が、メニスカスの中心部分に比べて、遅れて到達することを抑制させることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
図５は、吐出パルスの変形例を示す波形図である。上記実施形態では、本発明における吐出パルスの一例として、第１収縮要素ｐ５及び第２収縮要素ｐ７の２つの収縮要素を含んでいたが、吐出パルスの形状はこれには限られない。例えば、図５に示す吐出パルスＤＰ´は、収縮要素として、最高電位ＶＨから第３中間電位ＶＭ３まで一定勾配で電位を降下させる第３収縮要素ｐ８（本発明における吐出要素に相当）と、第３中間電位ＶＭ３を一定時間維持する第４ホールド要素ｐ９（本発明における吐出ホールド要素に相当）と、第３中間電位ＶＭ２から第４中間電位ＶＭ４まで一定勾配で電位を降下させる第４収縮要素ｐ１０（本発明における吐出要素に相当）と、第４中間電位ＶＭ４を一定時間維持する第５ホールド要素ｐ１１（本発明における吐出ホールド要素に相当）と、第４中間電位ＶＭ４から基準電位ＶＨＢまで一定勾配で電位を降下させる第２収縮要素ｐ１２（本発明における吐出要素に相当）との３つの収縮要素を含んでいても良い。
【００４５】
これにより、圧力発生室３５の収縮による高粘度インクの吐出の際に、メニスカスの中心部分とメニスカスの外周縁側とが逆位相になることをさらに抑えて、吐出されたインクに付随する尾の成長を抑制することができる。さらに、逆位相によって生じる液滴の飛翔速度の低下を抑えることができる。即ち、吐出パルスＤＰは、少なくとも、第１膨張要素ｐ１と、第１膨張要素ｐ１とは変化率の異なる第２膨張要素ｐ３とを含む構成の吐出パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動モードの圧電振動子２０を例示したが、これには限られない。例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子を用いる場合にも本発明を適用することが可能である。なお、この撓み振動モードの圧電振動子を採用する場合は、図３に示した吐出パルスＤＰの波形が上下反転する。
【００４７】
そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッタ、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吐出装置、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。
【符号の説明】
【００４８】
８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電振動子，３２…ノズル開口，３５…圧力発生室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記駆動信号発生手段が発生する前記駆動パルスには、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、
前記膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素とを含み、
前記膨張要素は、第１膨張要素と、前記第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素とを含むことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記第１膨張要素の電圧変化率を、前記第２膨張要素の電圧変化率よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記第１膨張要素と前記第２膨張要素との間に、前記第１膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する膨張ホールド要素を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記吐出要素は、第１吐出要素と、前記第１吐出素とは異なる電圧変化率で前記圧力発生室を収縮させる第２吐出要素とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記第１吐出要素と前記第２吐出要素との間に、前記第１吐出要素の後端で電圧を一定時間維持する吐出ホールド要素を含むことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張工程と、
前記膨張工程で膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出工程とを含み、
前記膨張工程には、第１膨張工程と、前記第１膨張工程とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張工程とを含むことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記駆動信号発生手段が発生する前記駆動パルスには、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張要素と、
前記膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出要素とを含み、
前記膨張要素は、第１膨張要素と、前記第１膨張要素とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張要素とを含むことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記第１膨張要素の電圧変化率を、前記第２膨張要素の電圧変化率よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記第１膨張要素と前記第２膨張要素との間に、前記第１膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する膨張ホールド要素を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記吐出要素は、第１吐出要素と、前記第１吐出素とは異なる電圧変化率で前記圧力発生室を収縮させる第２吐出要素とを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記第１吐出要素と前記第２吐出要素との間に、前記第１吐出要素の後端で電圧を一定時間維持する吐出ホールド要素を含むことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む複数の膨張工程と、
前記膨張工程で膨張した圧力発生室を収縮させるように電圧を変化させて液滴を吐出させる吐出工程とを含み、
前記膨張工程には、第１膨張工程と、前記第１膨張工程とは異なる電圧変化率でメニスカスを引き込む第２膨張工程とを含むことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１５８８４３（Ｐ２０１０−１５８８４３Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６４１（Ｐ２００９−２６４１）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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