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】駆動信号発生回路が発生する吐出パルスＤＰ１には、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む膨張要素ｐ１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る収縮要素ｐ３と、収縮要素による収縮の後に圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素ｐ５と、再度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る再収縮要素とを含み、再収縮要素は、第１再収縮要素ｐ７と、第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮要素ｐ９とを含む。
【解決手段】駆動信号発生回路が発生する吐出パルスＤＰ１には、圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む膨張要素ｐ１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る収縮要素ｐ３と、収縮要素による収縮の後に圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素ｐ５と、再度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る再収縮要素とを含み、再収縮要素は、第１再収縮要素ｐ７と、第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮要素ｐ９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、駆動パルス（吐出パルス）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８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】
一方で、ノズル開口内における高粘度液体の尾の部分が、メニスカスから分離し始めているときに、最初の圧力変化よりも圧力変化量の小さい圧力変化を圧力発生室内の液体に与えると、吐出されずにメニスカス側に残った尾の部分が圧力発生室側に引き込まれて、メニスカスから千切れた尾の部分の長さは短くなる現象が発生する。このとき、尾の部分が伸びている途中で千切れるために、この千切れた反動によってメニスカスの残留振動が励起されることがあった。これにより、これらのメニスカス側に残った尾の部分同士が丸くまとまって分離してしまうと、その分離した部分が付随して吐出されるという問題があった。
【０００７】
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】
【０００８】
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る収縮要素と、該収縮要素による収縮の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素と、再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮要素は、第１再収縮要素と、前記第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮要素とを含むことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、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収縮要素と、該収縮要素の後で圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素と、再度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る再収縮要素とを含み、再収縮要素は、第１再収縮要素と、第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮要素とを含むので、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出させる際に、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、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。また、インク滴の吐出後のメニスカスの残留振動を抑えることで、メニスカス側に残った柱状部分が丸くなり、この部分が少量のインク滴として、余分に吐出されることを抑制できる。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。
【００１０】
上記構成において、前記第２再収縮要素の電圧変化率を、前記第１再収縮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。
【００１１】
この構成によれば、第２再収縮要素の電圧変化率を、第１再収縮要素の電圧変化率よりも小さく設定したので、第１再収縮要素によって圧力発生室を急激に収縮させて、メニスカスを急激に圧力発生室側に引き込むことで、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る。そして、第２再収縮要素によって圧力発生室を緩やかに収縮させて、液体が吐出された後のメニスカスからメニスカス側に残った尾の部分が丸まって吐出することを抑制できる。
【００１２】
上記構成において、再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定することが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、再膨張要素の電圧変化量を、駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定したので、収縮した圧力発生室を再び膨張させる際に、メニスカスを圧力発生室側に確実に引き込むことで、吐出される液体に付随する尾の成長を抑制することができ、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できる。
【００１４】
上記構成において、前記再膨張要素は、第１再膨張要素と、当該第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を再度膨張させる第２再膨張要素とを含み、
少なくとも第２再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定することが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、再膨張要素は、第１再膨張要素と、第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を再度膨張させる第２再膨張要素とを含み、少なくとも第２再膨張要素の電圧変化量を、駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定したので、再膨張要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、吐出された液体の後端部を圧力発生室側に引き込むことができ、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る。
【００１６】
上記構成において、前記再膨張要素と前記第１再収縮要素との間に、前記再膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する再膨張ホールド要素を含み、
再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定することが望ましい。
【００１７】
上記構成によれば、再膨張要素と第１再収縮要素との間に、再膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する再膨張ホールド要素を含み、再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間を、圧力発生室内に充填された液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定したので、メニスカスの安定性を確保でき、これにより、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間の時間幅を広げることができる。このため、波形の設計自由度を高めることが可能となる。
【００１８】
上記構成において、前記第２再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定することが望ましい。
【００１９】
上記構成によれば、前記第２再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定したので、液体の吐出によるメニスカスの励起を抑えることができ、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象をさらに抑制することができる。
【００２０】
上記構成において、前記第１再収縮要素と前記第２再収縮要素との間に、前記第１再収縮要素の後端で電圧を一定時間維持する再収縮ホールド要素を含むことが望ましい。
【００２１】
上記構成によれば、第１再収縮要素と第２再収縮要素との間に、第１再収縮要素の後端で電圧を一定時間維持する再収縮ホールド要素を含むので、第１再収縮要素によるメニスカスの残留振動を抑制することができる。
【００２２】
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る収縮工程と、該収縮工程の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張工程と、前記再膨張工程で再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮工程には、第１再収縮工程と、当該第１再収縮工程とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮工程とを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】ミドルドット吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）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】インク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。
【図６】インク滴の吐出の安定性を観察する他の実験の結果を示す表である。
【図７】スモールドット吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【図８】スモールドット吐出パルスの変形例を説明する波形図である。
【図９】第２実施形態におけるミドルドット吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、シフトレジスター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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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と、当該ストレート部から圧力発生室３５側に向って拡径する拡径部とから構成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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ＤＰ１の構成を説明する波形図である。例示した吐出パルスＤＰ１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と最もサイズの大きいインク滴との中間のサイズのインク滴（中ドット）を吐出するためのミドルドット吐出パルスである。このミドルドット吐出パルスＤＰ１は、基準電位（最低電位）ＶＨＢから最高電位ＶＨ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の後端電位である最高電位ＶＨを短い時間維持する第１ホールド要素ｐ２と、最高電位ＶＨから基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ２（θ１≒θ２）で電位を降下させる第１収縮要素ｐ３（本発明における収縮要素に相当）と、基準電位ＶＨＢを短い時間維持する第２ホールド要素ｐ４と、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）θ３で電位を上昇させる再膨張要素ｐ５と、再膨張要素ｐ５の後端電位である第１中間電位ＶＭ１を一定時間維持する再膨張ホールド要素ｐ６と、第２中間電位ＶＭ２まで比較的急峻な一定勾配θ４で電位を降下させる第１再収縮要素ｐ７と、第２中間電位ＶＭ２を短い時間維持する再収縮ホールド要素ｐ８と、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ５（θ５＜θ４）で電位を降下させる第２再収縮要素ｐ９とから構成されている。なお、第１収縮要素ｐ３の勾配θ２は、第１膨張要素ｐ１の勾配θ１と等しくなくても良い。
【００４０】
上記ミドルドット吐出パルスＤＰ１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最高電位ＶＨに対応する容積まで圧力発生室３５が膨張する（膨張工程）。この膨張工程によって、図４（ａ）に示した状態のメニスカスが、図４（ｂ）に示すように、圧力発生室３５側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室３５内にはリザーバー３３側からインク供給口３４を通じてインクが供給される。そして、この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ｔ２中に亘って一定に維持される（膨張維持工程）。
【００４１】
その後、第１収縮要素ｐ３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基準電位ＶＨＢに対応する容積まで圧力発生室３５が収縮する（収縮工程）。この圧力発生室３５の収縮によって圧力発生室３５内のインクが加圧され、図４（ｃ）に示すように、メニスカスの中央部分が吐出側（圧力発生室の反対側）に押し出される。これは、メニスカスの中央部分の方が、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。続いて、第２ホールド要素ｐ４が供給され、吐出容積が僅かの間ｔ４維持される。続いて、再膨張要素ｐ５により圧電振動子２０が収縮することで、基準電位ＶＨＢに対応する容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する容積まで圧力発生室３５が再び膨張する（再膨張工程）。そして、この再膨張工程における圧力発生室３５の再膨張状態は、再膨張ホールド要素ｐ６の供給時間ｔ６に亘って一定に維持される（再膨張維持工程）。この再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１は、基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差、即ちミドルドット吐出パルスＤＰ１の駆動電圧Ｖｄよりも小さく設定されている。これにより、再び膨張した圧力発生室３５を収縮させる第１再収縮要素ｐ７から第２再収縮要素ｐ９を供給する期間ｔ７〜ｔ９中においても、圧力発生室３５を再収縮させる際の圧力変動がメニスカスに励起されることを抑制し、インク滴を吐出させた後に残留振動するメニスカスからインク滴が分離してミスト等として吐出することを抑制している。
【００４２】
その後、第１再収縮要素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が再び伸長して第１中間電位ＶＭ１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再収縮工程）。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、ノズル開口３２における拡径部内のメニスカスの中央部分が柱状に盛り上がる。
【００４３】
続いて、再収縮ホールド要素ｐ８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ｔ８維持される（再収縮維持工程）。そして、この圧力発生室３５の収縮状態は、再収縮ホールド要素ｐ８の供給期間に亘って一定時間維持される。この再収縮ホールド要素ｐ８の供給期間中に、図４（ｄ）に示すように、メニスカスの柱状中央部分が途中で千切れ、この先端側の部分がミドル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。また、この再収縮ホールド要素ｐ８を供給することで、メニスカスの中央側と外周縁側との位相差を抑えることができ、柱状中央部分のメニスカス側に残った部分が丸くなり、少量のインク滴（ミストインク）として吐出することを抑制できる。
【００４４】
その後、第２再収縮要素ｐ９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第１再収縮工程よりも緩やかに圧力発生室３５が収縮して復帰する（第２再収縮工程）。ここで、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまでの勾配θ５を、第１中間電位ＶＭ１から第２中間電位ＶＭ２までの勾配θ４よりも小さく（緩く）設定している。これにより、第１再収縮要素ｐ７によって圧力発生室３５を急激に収縮させて、メニスカスを急激に圧力発生室側に引き込むことで、吐出された柱状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る。そして、第２再収縮要素ｐ９によって圧力発生室３５を緩やかに収縮させて、インクが吐出された後のメニスカスの残留振動を抑制させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の波形要素を最適化することにより、インク滴の吐出後の残留振動を抑制してインク滴を安定して吐出するようにしている。具体的には、上記ミドルドット吐出パルスＤＰ１において、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％以上に設定し、尚且つ、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、圧力発生室３５内に充填されたインクの固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定している。
【００４６】
再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１に関し、前述したようにミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差よりも小さく設定することで、圧力発生室３５を再収縮させる際の圧力変動がメニスカスに励起されることを抑制している。これに対して、電圧変化量Ｖｈ１を限りなく小さくしていくと、メニスカスから盛り上がった柱状のインク滴の後端が尾のように伸びたままとなり、尾の部分がインク滴本体から分離して飛翔する虞がある。そのため、インク滴の吐出の安定性を保つためには、電圧変化量Ｖｈ１をある範囲内に設定する必要がある。
【００４７】
図５は、ミドルドット吐出パルスＤＰ１における再膨張ホールド要素ｐ６から第１再収縮要素ｐ７までの供給時間ｔ６＋ｔ７を変えてインク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。なお、この実験では、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の２５％と、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％と、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の５０％とに設定している。一方で、インク滴の吐出の安定性は、吐出タイミングにおけるメニスカスの状態、具体的には、メニスカスの位置や移動速度によって変化する。圧力発生室２６内のインクに圧力振動を励起させる第１膨張要素ｐ１によって圧力発生室２６を膨張させることで発生した圧力振動の周期は、記録ヘッド２毎に定まる圧力発生室２６の固有振動周期Ｔｃと呼ばれ、メニスカスの状態は、圧力発生室２６内のインクに励起される圧力振動に依存する。即ち、固有振動周期Ｔｃに応じて、メニスカスが振動し、インクの飛翔速度は変化する。そして、このインク滴の吐出の安定性については、実際に吐出されるインク滴或いはこのインク滴が吐出された後に残留振動するメニスカスからに付随して生じるミストインクを観察し、ミストインクが飛翔する場合を×印とし、インク滴の尾曳きを低減される場合を△印とし、使用に耐えうる吐出安定性を確保できる場合を○印とし、安定性が良好である場合を◎印としている。
【００４８】
まず、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の２５％に設定した場合を見ると、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７が、固有振動周期Ｔｃの１／２以上でないと安定して吐出できないことが判る。これに対し、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％に設定した場合、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、少なくとも固有振動周期Ｔｃの１／３よりも大きく設定すれば、吐出安定性を得られることが判る。同様に、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の５０％に設定した場合、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定すれば、吐出安定性を得られることが判る。
【００４９】
以上のことから、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％以上であり、尚且つ、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定することで、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の波形全体の時間幅を最小限に抑えつつインク滴の尾曳きの低減及び吐出安定性が得られることが判った。
【００５０】
また、図６は、ミドルドット吐出パルスＤＰ１における第２再収縮要素ｐ９の供給時間ｔ９を変えてインク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。
前述したように、第２再収縮要素ｐ９を供給する期間においては、吐出されたインク滴は、ノズル開口３２内のインクのメニスカスからは分離しており、この吐出に伴ってメニスカスに残留振動が励起した状態となっている。そのため、このメニスカスの残留振動を抑制させるために、第２再収縮要素ｐ９を供給することによって、第１再収縮要素ｐ７による圧力発生室３５の収縮よりもさらに圧力発生室３５を収縮させる必要がある。なお、図６中では、インク滴の尾曳きが低減される場合を△印とし、使用に耐えうる吐出安定性を確保できる場合を○印とし、安定性が良好である場合を◎印としている。
【００５１】
図６に示された結果より、ミドルドット吐出パルスＤＰ１における第２再収縮要素ｐ９の供給時間ｔ９は固有振動周期Ｔｃよりも短く設定した方が、メニスカスの残留振動を抑制できることが判る。このため、固有振動周期Ｔｃ以下に設定することで、第２再収縮要素ｐ９によって圧力発生室３５を緩やかに収縮させて、インクが吐出された後のメニスカスの残留振動を抑制させることができることが判った。
【００５２】
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、再度膨張した圧力発生室３５を再収縮させる際に、勾配θ４の変化率に設定された第１再収縮要素ｐ７と、当該第１再収縮要素ｐ７の勾配θ４よりも変化率が小さい勾配θ５に設定された第１再収縮要素ｐ９と、を供給することで、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、吐出されたインク滴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。また、インク滴の吐出後の残留振動を抑えることで、メニスカス側に残った柱状中央部分の残りの部分が丸くなり、少量のインク滴（ミストインク）としてさらに分離して吐出されることを抑制できる。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。
【００５３】
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。
【００５４】
図７は、スモールドット吐出パルスＤＰ２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、ミドルドット吐出パルスＤＰ１を説明したが、吐出パルスの形状はこれには限られない。例えば、図７に示すスモールドット吐出パルスＤＰ２は、第１膨張要素ｐ１と、第１ホールド要素ｐ２と、最高電位ＶＨから第４中間電位ＶＭ４まで一定勾配θ２で電位を降下させる本パルスにおける第１収縮要素ｐ１０と、第１収縮要素ｐ１０の後端電位である第４中間電位ＶＭ４を一定時間維持する本パルスにおける第２ホールド要素ｐ１１と、第４中間電位ＶＭ４から第５中間電位ＶＭ５まで一定勾配（電圧変化率）θ６で電位を上昇させる再膨張要素ｐ１２と、再膨張要素ｐ１２の後端電位である第５中間電位ＶＭ５を一定時間維持する再膨張ホールド要素ｐ１３と、第６中間電位ＶＭ６まで比較的急峻な一定勾配θ７で電位を降下させる第１再収縮要素ｐ１４と、第６中間電位ＶＭ６を短い時間維持する再収縮ホールド要素ｐ１５と、第６中間電位ＶＭ６から基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ８（θ８＜θ７）で電位を降下させる第２再収縮要素ｐ１６とから構成されている。
【００５５】
上記スモールドット吐出パルスＤＰ２が圧電振動子２０に供給されると、ミドルドット吐出パルスＤＰ１を供給する場合よりも、メニスカスの柱状中央部分が細くなって、この柱状中央部分のうち途中で千切れた先端側の部分がスモール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。
【００５６】
図８は、スモールドット吐出パルスの変形例を示す波形図である。このスモールドット吐出パルスＤＰ２´は、前述したスモールドット吐出パルスＤＰ２の再膨張要素ｐ１２が、第４中間電位ＶＭ４から第８中間電位ＶＭ８まで一定勾配（電圧変化率）θ９で電位を上昇させる第１再膨張要素ｐ１７と、第１再膨張要素ｐ１７の後端電位である第８中間電位ＶＭ８を一定時間維持する再膨張中間ホールド要素ｐ１８と、第８中間電位ＶＭ８から第５中間電位ＶＭ５まで一定勾配θ１０（θ１０＜θ９）で電位を上昇させる第２再膨張要素ｐ１９とから構成されている。そして、第１再膨張要素ｐ１７の電圧変化量Ｖｈ８と第２再膨張要素ｐ１９の電圧変化量Ｖｈ９の和（Ｖｈ８＋Ｖｈ９）を、スモールドット吐出パルスＤＰ２´の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％以上に設定している。
【００５７】
上記スモールドット吐出パルスＤＰ２´が圧電振動子２０に供給されると、スモールドット吐出パルスＤＰ２を供給する場合よりも、メニスカスの中央側と外周縁側との位相差を抑えることができ、柱状中央部分のメニスカス側に残った部分が丸くなり、この部分が少量のインク滴として余分に吐出されることを抑制できる。
【００５８】
なお、吐出パルスＤＰは、少なくとも、第１再収縮要素ｐ７，ｐ１４と、第１再収縮要素ｐ７，ｐ１４とは変化率の異なる第２再収縮要素ｐ９，ｐ１６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。
例えば、ミドルドット吐出パルスＤＰ１に関し、図９に示す第２の実施形態のように、圧力発生室３５の中間容積に対応する中間電位ＶＣを始端電位及び終端電位とする駆動パルスを採用することもできる。本実施形態のミドルドット吐出パルスＤＰ３は、圧力発生室３５の中間容積（膨張又は収縮の基準となる容積）に対応する中間電位ＶＣ（基準電位）から膨張電位ＶＨまで一定勾配θ１１で電位を上昇させる第１膨張要素ｐ２１と、膨張電位ＶＨを短い時間維持する第１ホールド要素ｐ２２と、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＨＢまで急勾配θ１２（θ１２＞θ１１）で電位を降下させる第１収縮要素ｐ２３と、収縮電位ＶＨＢを短い時間維持する第２ホールド要素ｐ２４と、収縮電位ＶＨＢから第１１中間電位ＶＭ１１まで急勾配θ１３（θ１２≒θ１３）で電位を上昇させる再膨張要素ｐ２５と、第１１中間電位ＶＭ１１で一定な再膨張ホールド要素ｐ２６と、第１２中間電位ＶＭ１２までインクを吐出させない程度の比較的急峻な一定勾配θ１４で電位を降下させる第１再収縮要素ｐ２７と、第１２中間電位ＶＭ１２を短い時間維持する再収縮ホールド要素ｐ２８と、第２中間電位ＶＭ１２から中間電位ＶＣまでインクを吐出させない程度の一定勾配θ１５（θ１５＜θ１４）で電位を復帰させる第２再収縮要素ｐ２９とから構成されている。
【００５９】
この第２の実施形態においても、再度膨張した圧力発生室３５を再収縮させる際に、勾配θ１４の変化率に設定された第１再収縮要素ｐ２７と、当該第１再収縮要素ｐ２７の勾配θ１４よりも変化率が小さい勾配θ１５に設定された第１再収縮要素ｐ２９と、を供給することで、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、吐出されたインク滴の後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができる。そのため、高粘度インク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となる。
【００６０】
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３，７，８，９に示した吐出パルスＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ２´，ＤＰ３の波形が上下反転する。
【００６１】
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】
【００６２】
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、駆動パルス（吐出パルス）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８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】
一方で、ノズル開口内における高粘度液体の尾の部分が、メニスカスから分離し始めているときに、最初の圧力変化よりも圧力変化量の小さい圧力変化を圧力発生室内の液体に与えると、吐出されずにメニスカス側に残った尾の部分が圧力発生室側に引き込まれて、メニスカスから千切れた尾の部分の長さは短くなる現象が発生する。このとき、尾の部分が伸びている途中で千切れるために、この千切れた反動によってメニスカスの残留振動が励起されることがあった。これにより、これらのメニスカス側に残った尾の部分同士が丸くまとまって分離してしまうと、その分離した部分が付随して吐出されるという問題があった。
【０００７】
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】
【０００８】
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る収縮要素と、該収縮要素による収縮の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素と、再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮要素は、第１再収縮要素と、前記第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮要素とを含むことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、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収縮要素と、該収縮要素の後で圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素と、再度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る再収縮要素とを含み、再収縮要素は、第１再収縮要素と、第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮要素とを含むので、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出させる際に、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、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。また、インク滴の吐出後のメニスカスの残留振動を抑えることで、メニスカス側に残った柱状部分が丸くなり、この部分が少量のインク滴として、余分に吐出されることを抑制できる。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。
【００１０】
上記構成において、前記第２再収縮要素の電圧変化率を、前記第１再収縮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。
【００１１】
この構成によれば、第２再収縮要素の電圧変化率を、第１再収縮要素の電圧変化率よりも小さく設定したので、第１再収縮要素によって圧力発生室を急激に収縮させて、メニスカスを急激に圧力発生室側に引き込むことで、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る。そして、第２再収縮要素によって圧力発生室を緩やかに収縮させて、液体が吐出された後のメニスカスからメニスカス側に残った尾の部分が丸まって吐出することを抑制できる。
【００１２】
上記構成において、再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定することが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、再膨張要素の電圧変化量を、駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定したので、収縮した圧力発生室を再び膨張させる際に、メニスカスを圧力発生室側に確実に引き込むことで、吐出される液体に付随する尾の成長を抑制することができ、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できる。
【００１４】
上記構成において、前記再膨張要素は、第１再膨張要素と、当該第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を再度膨張させる第２再膨張要素とを含み、
少なくとも第２再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定することが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、再膨張要素は、第１再膨張要素と、第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を再度膨張させる第２再膨張要素とを含み、少なくとも第２再膨張要素の電圧変化量を、駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定したので、再膨張要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、吐出された液体の後端部を圧力発生室側に引き込むことができ、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る。
【００１６】
上記構成において、前記再膨張要素と前記第１再収縮要素との間に、前記再膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する再膨張ホールド要素を含み、
再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定することが望ましい。
【００１７】
上記構成によれば、再膨張要素と第１再収縮要素との間に、再膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する再膨張ホールド要素を含み、再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間を、圧力発生室内に充填された液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定したので、メニスカスの安定性を確保でき、これにより、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間の時間幅を広げることができる。このため、波形の設計自由度を高めることが可能となる。
【００１８】
上記構成において、前記第２再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定することが望ましい。
【００１９】
上記構成によれば、前記第２再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定したので、液体の吐出によるメニスカスの励起を抑えることができ、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象をさらに抑制することができる。
【００２０】
上記構成において、前記第１再収縮要素と前記第２再収縮要素との間に、前記第１再収縮要素の後端で電圧を一定時間維持する再収縮ホールド要素を含むことが望ましい。
【００２１】
上記構成によれば、第１再収縮要素と第２再収縮要素との間に、第１再収縮要素の後端で電圧を一定時間維持する再収縮ホールド要素を含むので、第１再収縮要素によるメニスカスの残留振動を抑制することができる。
【００２２】
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る収縮工程と、該収縮工程の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張工程と、前記再膨張工程で再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮工程には、第１再収縮工程と、当該第１再収縮工程とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮工程とを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】ミドルドット吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）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】インク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。
【図６】インク滴の吐出の安定性を観察する他の実験の結果を示す表である。
【図７】スモールドット吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【図８】スモールドット吐出パルスの変形例を説明する波形図である。
【図９】第２実施形態におけるミドルドット吐出パルスの構成を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、シフトレジスター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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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と、当該ストレート部から圧力発生室３５側に向って拡径する拡径部とから構成されている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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ＤＰ１の構成を説明する波形図である。例示した吐出パルスＤＰ１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と最もサイズの大きいインク滴との中間のサイズのインク滴（中ドット）を吐出するためのミドルドット吐出パルスである。このミドルドット吐出パルスＤＰ１は、基準電位（最低電位）ＶＨＢから最高電位ＶＨ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の後端電位である最高電位ＶＨを短い時間維持する第１ホールド要素ｐ２と、最高電位ＶＨから基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ２（θ１≒θ２）で電位を降下させる第１収縮要素ｐ３（本発明における収縮要素に相当）と、基準電位ＶＨＢを短い時間維持する第２ホールド要素ｐ４と、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）θ３で電位を上昇させる再膨張要素ｐ５と、再膨張要素ｐ５の後端電位である第１中間電位ＶＭ１を一定時間維持する再膨張ホールド要素ｐ６と、第２中間電位ＶＭ２まで比較的急峻な一定勾配θ４で電位を降下させる第１再収縮要素ｐ７と、第２中間電位ＶＭ２を短い時間維持する再収縮ホールド要素ｐ８と、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ５（θ５＜θ４）で電位を降下させる第２再収縮要素ｐ９とから構成されている。なお、第１収縮要素ｐ３の勾配θ２は、第１膨張要素ｐ１の勾配θ１と等しくなくても良い。
【００４０】
上記ミドルドット吐出パルスＤＰ１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最高電位ＶＨに対応する容積まで圧力発生室３５が膨張する（膨張工程）。この膨張工程によって、図４（ａ）に示した状態のメニスカスが、図４（ｂ）に示すように、圧力発生室３５側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室３５内にはリザーバー３３側からインク供給口３４を通じてインクが供給される。そして、この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ｔ２中に亘って一定に維持される（膨張維持工程）。
【００４１】
その後、第１収縮要素ｐ３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基準電位ＶＨＢに対応する容積まで圧力発生室３５が収縮する（収縮工程）。この圧力発生室３５の収縮によって圧力発生室３５内のインクが加圧され、図４（ｃ）に示すように、メニスカスの中央部分が吐出側（圧力発生室の反対側）に押し出される。これは、メニスカスの中央部分の方が、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。続いて、第２ホールド要素ｐ４が供給され、吐出容積が僅かの間ｔ４維持される。続いて、再膨張要素ｐ５により圧電振動子２０が収縮することで、基準電位ＶＨＢに対応する容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する容積まで圧力発生室３５が再び膨張する（再膨張工程）。そして、この再膨張工程における圧力発生室３５の再膨張状態は、再膨張ホールド要素ｐ６の供給時間ｔ６に亘って一定に維持される（再膨張維持工程）。この再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１は、基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差、即ちミドルドット吐出パルスＤＰ１の駆動電圧Ｖｄよりも小さく設定されている。これにより、再び膨張した圧力発生室３５を収縮させる第１再収縮要素ｐ７から第２再収縮要素ｐ９を供給する期間ｔ７〜ｔ９中においても、圧力発生室３５を再収縮させる際の圧力変動がメニスカスに励起されることを抑制し、インク滴を吐出させた後に残留振動するメニスカスからインク滴が分離してミスト等として吐出することを抑制している。
【００４２】
その後、第１再収縮要素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が再び伸長して第１中間電位ＶＭ１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再収縮工程）。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、ノズル開口３２における拡径部内のメニスカスの中央部分が柱状に盛り上がる。
【００４３】
続いて、再収縮ホールド要素ｐ８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ｔ８維持される（再収縮維持工程）。そして、この圧力発生室３５の収縮状態は、再収縮ホールド要素ｐ８の供給期間に亘って一定時間維持される。この再収縮ホールド要素ｐ８の供給期間中に、図４（ｄ）に示すように、メニスカスの柱状中央部分が途中で千切れ、この先端側の部分がミドル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。また、この再収縮ホールド要素ｐ８を供給することで、メニスカスの中央側と外周縁側との位相差を抑えることができ、柱状中央部分のメニスカス側に残った部分が丸くなり、少量のインク滴（ミストインク）として吐出することを抑制できる。
【００４４】
その後、第２再収縮要素ｐ９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第１再収縮工程よりも緩やかに圧力発生室３５が収縮して復帰する（第２再収縮工程）。ここで、第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまでの勾配θ５を、第１中間電位ＶＭ１から第２中間電位ＶＭ２までの勾配θ４よりも小さく（緩く）設定している。これにより、第１再収縮要素ｐ７によって圧力発生室３５を急激に収縮させて、メニスカスを急激に圧力発生室側に引き込むことで、吐出された柱状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る。そして、第２再収縮要素ｐ９によって圧力発生室３５を緩やかに収縮させて、インクが吐出された後のメニスカスの残留振動を抑制させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の波形要素を最適化することにより、インク滴の吐出後の残留振動を抑制してインク滴を安定して吐出するようにしている。具体的には、上記ミドルドット吐出パルスＤＰ１において、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％以上に設定し、尚且つ、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、圧力発生室３５内に充填されたインクの固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定している。
【００４６】
再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１に関し、前述したようにミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差よりも小さく設定することで、圧力発生室３５を再収縮させる際の圧力変動がメニスカスに励起されることを抑制している。これに対して、電圧変化量Ｖｈ１を限りなく小さくしていくと、メニスカスから盛り上がった柱状のインク滴の後端が尾のように伸びたままとなり、尾の部分がインク滴本体から分離して飛翔する虞がある。そのため、インク滴の吐出の安定性を保つためには、電圧変化量Ｖｈ１をある範囲内に設定する必要がある。
【００４７】
図５は、ミドルドット吐出パルスＤＰ１における再膨張ホールド要素ｐ６から第１再収縮要素ｐ７までの供給時間ｔ６＋ｔ７を変えてインク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。なお、この実験では、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の２５％と、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％と、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の５０％とに設定している。一方で、インク滴の吐出の安定性は、吐出タイミングにおけるメニスカスの状態、具体的には、メニスカスの位置や移動速度によって変化する。圧力発生室２６内のインクに圧力振動を励起させる第１膨張要素ｐ１によって圧力発生室２６を膨張させることで発生した圧力振動の周期は、記録ヘッド２毎に定まる圧力発生室２６の固有振動周期Ｔｃと呼ばれ、メニスカスの状態は、圧力発生室２６内のインクに励起される圧力振動に依存する。即ち、固有振動周期Ｔｃに応じて、メニスカスが振動し、インクの飛翔速度は変化する。そして、このインク滴の吐出の安定性については、実際に吐出されるインク滴或いはこのインク滴が吐出された後に残留振動するメニスカスからに付随して生じるミストインクを観察し、ミストインクが飛翔する場合を×印とし、インク滴の尾曳きを低減される場合を△印とし、使用に耐えうる吐出安定性を確保できる場合を○印とし、安定性が良好である場合を◎印としている。
【００４８】
まず、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の２５％に設定した場合を見ると、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７が、固有振動周期Ｔｃの１／２以上でないと安定して吐出できないことが判る。これに対し、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％に設定した場合、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、少なくとも固有振動周期Ｔｃの１／３よりも大きく設定すれば、吐出安定性を得られることが判る。同様に、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の５０％に設定した場合、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定すれば、吐出安定性を得られることが判る。
【００４９】
以上のことから、再膨張要素ｐ５の電圧変化量Ｖｈ１を、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％以上であり、尚且つ、再膨張ホールド要素ｐ６及び第１再収縮要素ｐ７の供給時間ｔ６＋ｔ７を、固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定することで、ミドルドット吐出パルスＤＰ１の波形全体の時間幅を最小限に抑えつつインク滴の尾曳きの低減及び吐出安定性が得られることが判った。
【００５０】
また、図６は、ミドルドット吐出パルスＤＰ１における第２再収縮要素ｐ９の供給時間ｔ９を変えてインク滴の吐出の安定性を観察する実験の結果を示す表である。
前述したように、第２再収縮要素ｐ９を供給する期間においては、吐出されたインク滴は、ノズル開口３２内のインクのメニスカスからは分離しており、この吐出に伴ってメニスカスに残留振動が励起した状態となっている。そのため、このメニスカスの残留振動を抑制させるために、第２再収縮要素ｐ９を供給することによって、第１再収縮要素ｐ７による圧力発生室３５の収縮よりもさらに圧力発生室３５を収縮させる必要がある。なお、図６中では、インク滴の尾曳きが低減される場合を△印とし、使用に耐えうる吐出安定性を確保できる場合を○印とし、安定性が良好である場合を◎印としている。
【００５１】
図６に示された結果より、ミドルドット吐出パルスＤＰ１における第２再収縮要素ｐ９の供給時間ｔ９は固有振動周期Ｔｃよりも短く設定した方が、メニスカスの残留振動を抑制できることが判る。このため、固有振動周期Ｔｃ以下に設定することで、第２再収縮要素ｐ９によって圧力発生室３５を緩やかに収縮させて、インクが吐出された後のメニスカスの残留振動を抑制させることができることが判った。
【００５２】
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、再度膨張した圧力発生室３５を再収縮させる際に、勾配θ４の変化率に設定された第１再収縮要素ｐ７と、当該第１再収縮要素ｐ７の勾配θ４よりも変化率が小さい勾配θ５に設定された第１再収縮要素ｐ９と、を供給することで、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、吐出されたインク滴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。また、インク滴の吐出後の残留振動を抑えることで、メニスカス側に残った柱状中央部分の残りの部分が丸くなり、少量のインク滴（ミストインク）としてさらに分離して吐出されることを抑制できる。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。
【００５３】
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。
【００５４】
図７は、スモールドット吐出パルスＤＰ２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、ミドルドット吐出パルスＤＰ１を説明したが、吐出パルスの形状はこれには限られない。例えば、図７に示すスモールドット吐出パルスＤＰ２は、第１膨張要素ｐ１と、第１ホールド要素ｐ２と、最高電位ＶＨから第４中間電位ＶＭ４まで一定勾配θ２で電位を降下させる本パルスにおける第１収縮要素ｐ１０と、第１収縮要素ｐ１０の後端電位である第４中間電位ＶＭ４を一定時間維持する本パルスにおける第２ホールド要素ｐ１１と、第４中間電位ＶＭ４から第５中間電位ＶＭ５まで一定勾配（電圧変化率）θ６で電位を上昇させる再膨張要素ｐ１２と、再膨張要素ｐ１２の後端電位である第５中間電位ＶＭ５を一定時間維持する再膨張ホールド要素ｐ１３と、第６中間電位ＶＭ６まで比較的急峻な一定勾配θ７で電位を降下させる第１再収縮要素ｐ１４と、第６中間電位ＶＭ６を短い時間維持する再収縮ホールド要素ｐ１５と、第６中間電位ＶＭ６から基準電位ＶＨＢまで一定勾配θ８（θ８＜θ７）で電位を降下させる第２再収縮要素ｐ１６とから構成されている。
【００５５】
上記スモールドット吐出パルスＤＰ２が圧電振動子２０に供給されると、ミドルドット吐出パルスＤＰ１を供給する場合よりも、メニスカスの柱状中央部分が細くなって、この柱状中央部分のうち途中で千切れた先端側の部分がスモール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。
【００５６】
図８は、スモールドット吐出パルスの変形例を示す波形図である。このスモールドット吐出パルスＤＰ２´は、前述したスモールドット吐出パルスＤＰ２の再膨張要素ｐ１２が、第４中間電位ＶＭ４から第８中間電位ＶＭ８まで一定勾配（電圧変化率）θ９で電位を上昇させる第１再膨張要素ｐ１７と、第１再膨張要素ｐ１７の後端電位である第８中間電位ＶＭ８を一定時間維持する再膨張中間ホールド要素ｐ１８と、第８中間電位ＶＭ８から第５中間電位ＶＭ５まで一定勾配θ１０（θ１０＜θ９）で電位を上昇させる第２再膨張要素ｐ１９とから構成されている。そして、第１再膨張要素ｐ１７の電圧変化量Ｖｈ８と第２再膨張要素ｐ１９の電圧変化量Ｖｈ９の和（Ｖｈ８＋Ｖｈ９）を、スモールドット吐出パルスＤＰ２´の基準電位ＶＨＢから最高電圧ＶＨまでの電位差の３０％以上に設定している。
【００５７】
上記スモールドット吐出パルスＤＰ２´が圧電振動子２０に供給されると、スモールドット吐出パルスＤＰ２を供給する場合よりも、メニスカスの中央側と外周縁側との位相差を抑えることができ、柱状中央部分のメニスカス側に残った部分が丸くなり、この部分が少量のインク滴として余分に吐出されることを抑制できる。
【００５８】
なお、吐出パルスＤＰは、少なくとも、第１再収縮要素ｐ７，ｐ１４と、第１再収縮要素ｐ７，ｐ１４とは変化率の異なる第２再収縮要素ｐ９，ｐ１６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。
例えば、ミドルドット吐出パルスＤＰ１に関し、図９に示す第２の実施形態のように、圧力発生室３５の中間容積に対応する中間電位ＶＣを始端電位及び終端電位とする駆動パルスを採用することもできる。本実施形態のミドルドット吐出パルスＤＰ３は、圧力発生室３５の中間容積（膨張又は収縮の基準となる容積）に対応する中間電位ＶＣ（基準電位）から膨張電位ＶＨまで一定勾配θ１１で電位を上昇させる第１膨張要素ｐ２１と、膨張電位ＶＨを短い時間維持する第１ホールド要素ｐ２２と、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＨＢまで急勾配θ１２（θ１２＞θ１１）で電位を降下させる第１収縮要素ｐ２３と、収縮電位ＶＨＢを短い時間維持する第２ホールド要素ｐ２４と、収縮電位ＶＨＢから第１１中間電位ＶＭ１１まで急勾配θ１３（θ１２≒θ１３）で電位を上昇させる再膨張要素ｐ２５と、第１１中間電位ＶＭ１１で一定な再膨張ホールド要素ｐ２６と、第１２中間電位ＶＭ１２までインクを吐出させない程度の比較的急峻な一定勾配θ１４で電位を降下させる第１再収縮要素ｐ２７と、第１２中間電位ＶＭ１２を短い時間維持する再収縮ホールド要素ｐ２８と、第２中間電位ＶＭ１２から中間電位ＶＣまでインクを吐出させない程度の一定勾配θ１５（θ１５＜θ１４）で電位を復帰させる第２再収縮要素ｐ２９とから構成されている。
【００５９】
この第２の実施形態においても、再度膨張した圧力発生室３５を再収縮させる際に、勾配θ１４の変化率に設定された第１再収縮要素ｐ２７と、当該第１再収縮要素ｐ２７の勾配θ１４よりも変化率が小さい勾配θ１５に設定された第１再収縮要素ｐ２９と、を供給することで、再収縮要素を一定の電圧変化率で供給する場合と比べて、吐出されたインク滴の後端部が尾のように伸びる現象を抑えることができる。そのため、高粘度インク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となる。
【００６０】
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３，７，８，９に示した吐出パルスＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ２´，ＤＰ３の波形が上下反転する。
【００６１】
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】
【００６２】
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る収縮要素と、該収縮要素による収縮の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素と、再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮要素は、第１再収縮要素と、当該第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮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２再収縮要素の電圧変化率を、前記第１再収縮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】
前記再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定した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】
前記再膨張要素は、第１再膨張要素と、当該第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を再度膨張させる第２再膨張要素とを含み、
少なくとも第２再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定した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５】
前記再膨張要素と前記第１再収縮要素との間に、前記再膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する再膨張ホールド要素を含み、
該再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記第２再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記第１再収縮要素と前記第２再収縮要素との間に、前記第１再収縮要素の後端で電圧を一定時間維持する再収縮ホールド要素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
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る収縮工程と、該収縮工程の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張工程と、前記再膨張工程で再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮工程には、第１再収縮工程と、当該第１再収縮工程とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮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る収縮要素と、該収縮要素による収縮の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張要素と、再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮要素は、第１再収縮要素と、当該第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮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２再収縮要素の電圧変化率を、前記第１再収縮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】
前記再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定した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】
前記再膨張要素は、第１再膨張要素と、当該第１再収縮要素とは異なる電圧変化率で圧力発生室を再度膨張させる第２再膨張要素とを含み、
少なくとも第２再膨張要素の電圧変化量を、前記駆動パルスの最低電圧から最高電圧までの電位差の３０％以上に設定した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５】
前記再膨張要素と前記第１再収縮要素との間に、前記再膨張要素の後端で電圧を一定時間維持する再膨張ホールド要素を含み、
該再膨張ホールド要素及び第１再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以上に設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記第２再収縮要素の供給時間を、前記圧力発生室内に充填された前記液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記第１再収縮要素と前記第２再収縮要素との間に、前記第１再収縮要素の後端で電圧を一定時間維持する再収縮ホールド要素を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
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る収縮工程と、該収縮工程の後に前記圧力発生室を再度膨張させてメニスカスを引き込む再膨張工程と、前記再膨張工程で再度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る再収縮要素とを含み、
前記再収縮工程には、第１再収縮工程と、当該第１再収縮工程とは異なる電圧変化率で再度膨張した圧力発生室を収縮させる第２再収縮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６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１６７６４５（Ｐ２０１０−１６７６４５Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５２６（Ｐ２００９−１１５２６）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【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８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【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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