液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法
【課題】高粘度液体を吐出する場合に液滴の微小化を図ると共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、液体吐出装置の制御方法を提供する。
【解決手段】吐出駆動パルスＤＰは、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、第１収縮要素ｐ３と、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５と、を含むパルス波形であり、第２の圧力発生室膨張要素は、第１収縮要素によって収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み要素ｐ５ａと、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持要素ｐ５ｂと、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み要素ｐ５ｃとからなる。
【解決手段】吐出駆動パルスＤＰは、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、第１収縮要素ｐ３と、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５と、を含むパルス波形であり、第２の圧力発生室膨張要素は、第１収縮要素によって収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み要素ｐ５ａと、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持要素ｐ５ｂと、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み要素ｐ５ｃとからなる。
【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、液体吐出装置の制御方法に関するものであり、特に、駆動信号に含まれる駆動パルスを圧力発生素子に印加することにより液体の吐出を制御可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものである。
【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】
上記プリンターは、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。この種のプリンターでは、記録画像の高画質化の要請に伴い、吐出するインク滴の微小化が進んでいる。即ち、インク滴を微小化することにより、記録紙等の記録媒体に記録されるドットの径を小さくして、記録画像の高解像度化や、低濃度領域における粒状感（視覚的に感じる画像の粗さ）の低減を図っている。このようなインク滴の微小化のためには、ノズルの径を小さくすることが考えられるが、ノズルの径を小さくすると、加工が困難になってコストが高くなるうえ、精度も低下しやすくなる。また、ノズル近傍のインクが乾燥することによる目詰まりが生じやすくなるという問題があるため、ノズルの小径化には限界があった。
【０００４】
このため、圧電素子を駆動するための駆動信号を工夫することにより、インク滴を吐出する際のメニスカスの挙動を制御して、ノズルのサイズを変えることなくインク滴の微小化を図る技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されているプリンターでは、圧力発生室を予備的に膨張させた状態から収縮させることでノズルのメニスカスの中央領域を盛り上げる収縮工程と、圧力発生室を再度膨張させて、メニスカスの中央領域の外縁部を引き込ませる膨張工程と、を経て、メニスカスの中央領域の微小部分のインクを、極めて微小なインク滴として吐出させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２７５９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来家庭などで使用されていたインクジェットプリンターにおけるインク等の液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を用いた場合、上記膨張工程において急激に圧力発生室側に引き込むと、メニスカス中央領域の盛り上がった部分が必要以上に長くなってしまい、この部分がノズルから吐出された際にインクの後端部が尾のように伸びる現象（尾曳）がより顕著になる傾向にある。そして、この尾の部分がインク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（本来目標とする着弾位置）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。
【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液滴の微小化を図ると共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、液体吐出装置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、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張要素と、当該第１の圧力発生室膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮要素と、当該圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張要素と、を含むパルス波形であり、
前記第２の圧力発生室膨張要素は、前記圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み要素と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持要素と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み要素とからなることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出する際に、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑制することができ、可及的に球形に近い形状の液体を吐出させることができる。これにより、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。即ち、圧力発生室収縮要素によってメニスカスが吐出側に押し出されてメニスカス中央部が盛り上がった状態で第１の引き込み要素により圧力発生室が膨張されることで、吐出側に盛り上がったメニスカス中央部（液柱部）の周囲が急激に引き込まれるので、液柱部を小さくすることができる。その後、一定の時間を置いてから第２の引き込み要素により圧力発生室を再膨張させることにより、第１の引き込み要素による液柱部の周囲部の引き込み過ぎを抑制しつつ、第２の引き込み要素によって液柱部の途中を分断させることができる。これにより、分離された液柱部、即ち、液滴の微小化を図りつつ、当該液滴の後端部が尾のように伸びる現象、即ち、尾曳を抑制することができる。これにより、液滴の微小化を図ることができると共に、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。
【００１０】
上記構成において、前記第１の引き込み要素によるメニスカスの引き込みの後、メニスカス中央部に液柱部が形成される途中で、第２の引き込み要素が前記圧力発生素子に印加されるように前記中間維持要素の発生時間を設定する構成を採用することが望ましい。
また、この構成において、前記中間維持要素の発生時間が、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２以下であり、第２の引き込み要素の発生時間がＴｃの１／２以下である構成を採用することが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、より適切なタイミングで第２の引き込み要素が圧力発生素子に印加されるので、より効果的に尾の成長を抑えることができる。
【００１２】
また、本発明は、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に印加することによる吐出動作は、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮工程と、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張工程と、を含み、
前記第２の圧力発生室膨張工程は、前記第１の圧力発生室膨張工程で収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み工程と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持工程と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出する際に、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑制することができ、可及的に球形に近い形状の液体を吐出させることができる。これにより、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。即ち、圧力発生室収縮要素によってメニスカスが吐出側に押し出されてメニスカス中央部が盛り上がった状態で第１の引き込み要素により圧力発生室が膨張されることで、吐出側に盛り上がったメニスカス中央部（液柱部）の周囲が急激に引き込まれるので、液柱部を小さくすることができる。その後、一定の時間を置いてから第２の引き込み要素により圧力発生室を再膨張させることにより、第１の引き込み要素による液柱部の周囲部の引き込み過ぎを抑制しつつ、第２の引き込み要素によって液柱部の途中を分断させることができる。これにより、分離された液柱部、即ち、液滴の微小化を図りつつ、当該液滴の後端部が尾のように伸びる現象、即ち、尾曳を抑制することができる。これにより、液滴の微小化を図ることができると共に、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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【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】振動子ユニットの構成を説明する斜視図である。
【図４】吐出駆動パルスの構成を説明する波形図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、インク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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）を吐出して記録紙（着弾対象物の一種）上にドットを形成するための吐出駆動パルスや、ノズル３７（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。
【００１９】
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１３と、リニアーエンコーダー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（ＬＳ）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。
【００２０】
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に対する吐出駆動パルスの供給又は非供給が選択される。
【００２１】
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。
【００２２】
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、対応する吐出駆動パルスが圧電振動子２０に供給され、この吐出駆動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へは吐出駆動パルスが供給されない。
【００２３】
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、吐出制御手段として機能し、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駆動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から吐出される。
【００２４】
図２は、上記記録ヘッド１０（液体吐出ヘッドの一種）の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド１０は、ケース２３と、このケース２３内に収納される振動子ユニット２４と、ケース２３の底面（先端面）に接合される流路ユニット２５等を備えている。上記のケース２３は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット２４を収納するための収納空部２６が形成されている。振動子ユニット２４は、圧力発生素子の一種として機能する圧電振動子２０と、この圧電振動子２０が接合される固定板２８と、圧電振動子２０に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル２９とを備えている。図３に示すように、圧電振動子２０は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電振動子である。
【００２５】
流路ユニット２５は、流路形成基板３０の一方の面にノズルプレート３１を、流路形成基板３０の他方の面に振動板３２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２５には、リザーバー３３（共通液体室）と、インク供給口３４と、圧力発生室３５と、ノズル連通口３６と、ノズル３７とを設けている。そして、インク供給口３４から圧力発生室３５及びノズル連通口３６を経てノズル３７に至る一連のインク流路が、各ノズル３７に対応して形成されている。
【００２６】
上記ノズルプレート３１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば３６０ｄｐｉ）で複数のノズル３７が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート３１には、ノズル３７を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば３６０個のノズル３７によって構成される。
【００２７】
上記振動板３２は、支持板３８の表面に弾性体膜３９を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板３８とし、この支持板３８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３９としてラミネートした複合板材を用いて振動板３２を作製している。この振動板３２には、圧力発生室３５の容積を変化させるダイヤフラム部４０が設けられている。また、この振動板３２には、リザーバー３３の一部を封止するコンプライアンス部４１が設けられている。
【００２８】
上記のダイヤフラム部４０は、エッチング加工等によって支持板３８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４０は、圧電振動子２０の自由端部の先端面が接合される島部４２と、この島部４２を囲う薄肉弾性部４３とからなる。上記のコンプライアンス部４１は、リザーバー３３の開口面に対向する領域の支持板３８を、ダイヤフラム部４０と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー３３に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
【００２９】
そして、上記の島部４２には圧電振動子２０の先端面が接合されているので、この圧電振動子２０の自由端部を伸縮させることで圧力発生室３５の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力発生室３５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１０は、この圧力変動を利用してノズル３７からインク滴を吐出させるようになっている。
【００３０】
図４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に含まれる吐出駆動パルスＤＰの構成を説明する波形図である。例示した吐出駆動パルス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駆動パルス（小ドット吐出駆動パルス）である。この吐出駆動パルスＤＰは、基準電位ＶＬから第１膨張電位ＶＨ１まで電位を上昇させて圧力発生室３５を基準容積から最大膨張容積まで膨張させる第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、圧力発生室３５の膨張状態を一定時間維持する、第１膨張電位ＶＨ１で一定な第１ホールド要素ｐ２と、第１膨張電位ＶＨ１から収縮電位ＶＬ２まで一定勾配で電位を降下させて圧力発生室３５を収縮容積まで収縮させる第１収縮要素ｐ３（圧力発生室収縮要素）と、圧力発生室３５の収縮状態を維持する収縮電位ＶＬ２で一定な第２ホールド要素ｐ４と、収縮電位ＶＬ２から第２膨張電位ＶＨ２まで電位を上昇させて圧力発生室３５を膨張させる第２の圧力発生室膨張要素ｐ５と、圧力発生室３５の膨張状態を一定時間維持する第２膨張電位ＶＨ２で一定な第３ホールド要素ｐ６と、第２膨張電位ＶＨ２から基準電位ＶＬまで一定勾配で電位を降下させて圧力発生室３５を収縮させて基準容積まで復帰させる第２収縮要素ｐ７と、を含んで構成されている。
【００３１】
ここで、この吐出駆動パルスＤＰにおける第２の圧力発生室膨張要素ｐ５は、第１の引き込み要素ｐ５ａと、中間維持要素ｐ５ｂと、第２の引き込み要素ｐ５ｃと、から構成されている点に特徴を有している。第１の引き込み要素ｐ５ａは、収縮電位ＶＬ２から第１中間電位ＶＭまで電位を上昇させて圧力発生室３５を収縮容積から第１中間膨張容積まで膨張させる波形要素である。中間維持要素ｐ５ｂは、第１中間電位ＶＭで一定な波形要素であり、圧力発生室３５の第１中間膨張容積状態を一定時間維持する。第２の引き込み要素ｐ５ｃは、第１中間電位ＶＭから第２膨張電位ＶＨ２（第２中間電位）まで電位を上昇させて圧力発生室３５を第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させる波形要素である。なお、基準電位ＶＬから第１膨張電位ＶＨ１までの電位差Ｖｄ１、基準電位ＶＬから第１中間電位ＶＭまでの電位差Ｖｄ２、及び、基準電位ＶＬから第２膨張電位ＶＨ２（第２中間電位）までの電位差Ｖｄ３の大きさに関し、Ｖｄ１＞Ｖｄ３＞Ｖｄ２となっている。即ち、最大膨張容積Ｃｍｘ、第１中間膨張容積Ｃ１、及び、第２中間膨張容積Ｃ２に関し、Ｃｍｘ＞Ｃ２＞Ｃ１となっている。また、基準電位ＶＬは、収縮電位ＶＬ２から第１膨張電位ＶＨ１までの間の値を採ることもできる。
【００３２】
上記吐出駆動パルスＤＰが圧電振動子２０に印加されると次のように作用する。まず、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１により圧電振動子２０が収縮して、基準電位ＶＬに対応する最小容積から最大膨張容積までインクが吐出されない程度に圧力発生室３５が膨張する（第１の圧力発生室膨張工程）。これにより、図５（ａ）に示すように、メニスカスが圧力発生室３５側に大きく引き込まれる。なお、図における矢印はメニスカスの移動方向を示す。この圧力発生室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維持される。その後、第１収縮要素ｐ３が圧電振動子２０に印加されることにより圧電振動子２０が急激に伸長して圧力発生室３５の容積が最大膨張容積から収縮電位ＶＬ２に対応する収縮容積まで収縮する（圧力発生室収縮工程）。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５（ｂ）に示すように、圧力変動に追従し易いメニスカスの中心部分が吐出側に押し出されて柱状に盛り上がる（以下、この部分を液柱部という。）。そして、圧力発生室３５の収縮状態は、第２ホールド要素ｐ４の供給期間に亘って維持される。
【００３３】
その後、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５によって圧力発生室３５が再膨張される（第２の圧力発生室膨張工程）。この工程では、まず、第１の引き込み要素ｐ５ａが圧電振動子２０に印加され、これにより、圧電振動子２０が収縮して圧力発生室３５が収縮容積から中間電位ＶＭに対応する第１中間膨張容積まで膨張する（第１の引き込み工程）。これにより、図５（ｃ）に示すように、メニスカスにおける液柱部の周囲が、圧力発生室３５側に引き込まれる。一方、液柱部は、圧力発生室収縮工程で吐出側に押し出されたときの慣性力により吐出側に移動を続ける。続いて、中間維持要素ｐ５ｂが圧電振動子２０に印加されて、第１中間膨張容積が一定時間維持される。この間に、液柱部が吐出側にさらに伸びる。この液柱部の成長の途中で、第２の引き込み要素ｐ５ｃが圧電振動子２０に印加され、これにより、圧力発生室３５が第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張する（第２の引き込み工程）。これにより、図５（ｄ）に示すように、メニスカスにおいて液柱部の周囲が、圧力発生室３５側に再度引き込まれる。これにより、液柱部は、途中で分断され、図５（ｅ）に示すように、分離された部分がノズル３７の内径よりも小さい径の微小な数ｐｌのインク滴としてノズル３７から吐出される。このときの圧力発生室３５の膨張状態は、第３ホールド要素ｐ６の供給期間中に亘って維持される。この第２の圧力発生室膨張工程では、収縮容積から第２中間膨張容積まで一気に膨張させることなく、第１の引き込み工程において第１中間膨張容積まで膨張させた後、僅かな時間を置いてから第２の引き込み工程において第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させるので、第１の引き込み工程におけるメニスカスにおける液柱部の周囲部の引き込み過ぎを抑制しつつ第２の引き込み工程において液柱部の途中を分断させることができる。これにより、分離された液柱、即ち、インク滴の微小化を図りつつ、当該インク滴の後端部が尾のように伸びる現象、即ち、尾曳を抑制することができる。
【００３４】
なお、本実施形態において、中間維持要素ｐ５ｂの発生時間ｔ１、即ち、圧力発生室３５の第１中間膨張容積を維持する時間ｔ１、及び、第２の引き込み要素の発生時間ｔ２は、圧力発生室３５内のインクの固有振動周期Ｔｃの１／２以下、に設定している。これにより、液柱部が吐出側に成長している途中で圧力発生室３５が急峻に膨張するため、液柱部の後端部の余分なインクを圧力発生室３５側により速やかに引き込むことができ、インク滴の尾曳をより効果的に抑制することができる。
【００３５】
なお、圧力発生室３５内におけるインクの振動周期Ｔｃは、例えば特許文献２００３−１１３５２号公報に示されるように、次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（１）
但し、式（１）において、Ｍｎはノズル３７におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口３４におけるイナータンス、Ｃｃは圧力発生室３５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。）である。上記式（１）において、イナータンスＭとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。そして、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（２）で近似して表すことができる。
イナータンスＭ＝（密度ρ×長さＬ）／断面積Ｓ ・・・ （２）
また、Ｔｃは、上記式（１）に限らず、圧力発生室３５が有している振動周期であればよい。
【００３６】
そして、第３ホールド要素ｐ６の後に続いて、インク滴の吐出による反動でメニスカスが圧力発生室３５側に引き込まれるタイミングで、第２収縮要素ｐ７が圧電振動子２０に印加されて圧電振動子２０が伸張すると、圧力発生室３５が第２中間膨張容積から基準容積まで収縮する（第２の収縮工程）。これにより、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれることを抑えて、メニスカスの残留振動が抑制される。
【００３７】
このように、第２の圧力発生室膨張工程では、第１の引き込み工程において第１中間膨張容積まで膨張させた後、僅かな時間を置いてから第２の引き込み工程において第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させるので、インク滴の微小化を図りつつ、当該インク滴の尾曳を抑制することができる。その結果、従来よりも高粘度のインクを用いる場合においても、ミスト等の発生が防止され、ドットの分離を抑制することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
上記実施形態では、本発明における吐出駆動パルスの一例として、図４に示す吐出駆動パルスＤＰを挙げて説明したが、吐出駆動パルスの形状はこれには限られない。要は、少なくとも、圧力発生室を予備的に膨張させるための第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、膨張した圧力発生室を収縮させてメニスカスを押し出すための第１収縮要素ｐ３（圧力発生室収縮要素）と、その後圧力発生室を膨張させる第２の圧力発生室膨張要素ｐ５とを含み、第２の圧力発生室膨張要素が、第１の引き込み要素ｐ５ａと、中間維持要素ｐ５ｂと、第２の引き込み要素ｐ５ｃと、を含む構成の吐出駆動パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。
また、上記各実施形態では、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５が２つの引き込み要素を含む構成、即ち、第２の圧力発生室膨張工程が２つの引き込み工程を含む構成を例示したが、これには限られず、例えば、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５が３つの引き込み要素を含む構成、即ち、第２の圧力発生室膨張工程が３つの引き込み工程を含む構成を採用することもできる。
【００４０】
また、上記各実施形態では、圧力発生素子として、所謂縦振動型の圧電振動子２０を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。
【００４１】
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】
【００４２】
１…プリンターコントローラー，２…プリントエンジン，６…制御部，８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電振動子，２４…振動子ユニット，３５…圧力発生室，３７…ノズル
【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、液体吐出装置の制御方法に関するものであり、特に、駆動信号に含まれる駆動パルスを圧力発生素子に印加することにより液体の吐出を制御可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものである。
【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】
上記プリンターは、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。この種のプリンターでは、記録画像の高画質化の要請に伴い、吐出するインク滴の微小化が進んでいる。即ち、インク滴を微小化することにより、記録紙等の記録媒体に記録されるドットの径を小さくして、記録画像の高解像度化や、低濃度領域における粒状感（視覚的に感じる画像の粗さ）の低減を図っている。このようなインク滴の微小化のためには、ノズルの径を小さくすることが考えられるが、ノズルの径を小さくすると、加工が困難になってコストが高くなるうえ、精度も低下しやすくなる。また、ノズル近傍のインクが乾燥することによる目詰まりが生じやすくなるという問題があるため、ノズルの小径化には限界があった。
【０００４】
このため、圧電素子を駆動するための駆動信号を工夫することにより、インク滴を吐出する際のメニスカスの挙動を制御して、ノズルのサイズを変えることなくインク滴の微小化を図る技術が提案されている。例えば、特許文献１に開示されているプリンターでは、圧力発生室を予備的に膨張させた状態から収縮させることでノズルのメニスカスの中央領域を盛り上げる収縮工程と、圧力発生室を再度膨張させて、メニスカスの中央領域の外縁部を引き込ませる膨張工程と、を経て、メニスカスの中央領域の微小部分のインクを、極めて微小なインク滴として吐出させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２７５９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来家庭などで使用されていたインクジェットプリンターにおけるインク等の液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を用いた場合、上記膨張工程において急激に圧力発生室側に引き込むと、メニスカス中央領域の盛り上がった部分が必要以上に長くなってしまい、この部分がノズルから吐出された際にインクの後端部が尾のように伸びる現象（尾曳）がより顕著になる傾向にある。そして、この尾の部分がインク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（本来目標とする着弾位置）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。
【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液滴の微小化を図ると共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、液体吐出装置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、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張要素と、当該第１の圧力発生室膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮要素と、当該圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張要素と、を含むパルス波形であり、
前記第２の圧力発生室膨張要素は、前記圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み要素と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持要素と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み要素とからなることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出する際に、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑制することができ、可及的に球形に近い形状の液体を吐出させることができる。これにより、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。即ち、圧力発生室収縮要素によってメニスカスが吐出側に押し出されてメニスカス中央部が盛り上がった状態で第１の引き込み要素により圧力発生室が膨張されることで、吐出側に盛り上がったメニスカス中央部（液柱部）の周囲が急激に引き込まれるので、液柱部を小さくすることができる。その後、一定の時間を置いてから第２の引き込み要素により圧力発生室を再膨張させることにより、第１の引き込み要素による液柱部の周囲部の引き込み過ぎを抑制しつつ、第２の引き込み要素によって液柱部の途中を分断させることができる。これにより、分離された液柱部、即ち、液滴の微小化を図りつつ、当該液滴の後端部が尾のように伸びる現象、即ち、尾曳を抑制することができる。これにより、液滴の微小化を図ることができると共に、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。
【００１０】
上記構成において、前記第１の引き込み要素によるメニスカスの引き込みの後、メニスカス中央部に液柱部が形成される途中で、第２の引き込み要素が前記圧力発生素子に印加されるように前記中間維持要素の発生時間を設定する構成を採用することが望ましい。
また、この構成において、前記中間維持要素の発生時間が、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２以下であり、第２の引き込み要素の発生時間がＴｃの１／２以下である構成を採用することが望ましい。
【００１１】
この構成によれば、より適切なタイミングで第２の引き込み要素が圧力発生素子に印加されるので、より効果的に尾の成長を抑えることができる。
【００１２】
また、本発明は、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に印加することによる吐出動作は、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮工程と、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張工程と、を含み、
前記第２の圧力発生室膨張工程は、前記第１の圧力発生室膨張工程で収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み工程と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持工程と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、粘度が比較的高い液体（高粘度液体）を吐出する際に、吐出された液体の後端部が尾のように伸びる現象を抑制することができ、可及的に球形に近い形状の液体を吐出させることができる。これにより、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。即ち、圧力発生室収縮要素によってメニスカスが吐出側に押し出されてメニスカス中央部が盛り上がった状態で第１の引き込み要素により圧力発生室が膨張されることで、吐出側に盛り上がったメニスカス中央部（液柱部）の周囲が急激に引き込まれるので、液柱部を小さくすることができる。その後、一定の時間を置いてから第２の引き込み要素により圧力発生室を再膨張させることにより、第１の引き込み要素による液柱部の周囲部の引き込み過ぎを抑制しつつ、第２の引き込み要素によって液柱部の途中を分断させることができる。これにより、分離された液柱部、即ち、液滴の微小化を図りつつ、当該液滴の後端部が尾のように伸びる現象、即ち、尾曳を抑制することができる。これにより、液滴の微小化を図ることができると共に、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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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。
【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】振動子ユニットの構成を説明する斜視図である。
【図４】吐出駆動パルスの構成を説明する波形図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、インク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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）を吐出して記録紙（着弾対象物の一種）上にドットを形成するための吐出駆動パルスや、ノズル３７（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。
【００１９】
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１３と、リニアーエンコーダー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（ＬＳ）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。
【００２０】
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に対する吐出駆動パルスの供給又は非供給が選択される。
【００２１】
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。
【００２２】
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、対応する吐出駆動パルスが圧電振動子２０に供給され、この吐出駆動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へは吐出駆動パルスが供給されない。
【００２３】
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、吐出制御手段として機能し、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駆動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から吐出される。
【００２４】
図２は、上記記録ヘッド１０（液体吐出ヘッドの一種）の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド１０は、ケース２３と、このケース２３内に収納される振動子ユニット２４と、ケース２３の底面（先端面）に接合される流路ユニット２５等を備えている。上記のケース２３は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット２４を収納するための収納空部２６が形成されている。振動子ユニット２４は、圧力発生素子の一種として機能する圧電振動子２０と、この圧電振動子２０が接合される固定板２８と、圧電振動子２０に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル２９とを備えている。図３に示すように、圧電振動子２０は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電振動子である。
【００２５】
流路ユニット２５は、流路形成基板３０の一方の面にノズルプレート３１を、流路形成基板３０の他方の面に振動板３２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２５には、リザーバー３３（共通液体室）と、インク供給口３４と、圧力発生室３５と、ノズル連通口３６と、ノズル３７とを設けている。そして、インク供給口３４から圧力発生室３５及びノズル連通口３６を経てノズル３７に至る一連のインク流路が、各ノズル３７に対応して形成されている。
【００２６】
上記ノズルプレート３１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば３６０ｄｐｉ）で複数のノズル３７が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート３１には、ノズル３７を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば３６０個のノズル３７によって構成される。
【００２７】
上記振動板３２は、支持板３８の表面に弾性体膜３９を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板３８とし、この支持板３８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３９としてラミネートした複合板材を用いて振動板３２を作製している。この振動板３２には、圧力発生室３５の容積を変化させるダイヤフラム部４０が設けられている。また、この振動板３２には、リザーバー３３の一部を封止するコンプライアンス部４１が設けられている。
【００２８】
上記のダイヤフラム部４０は、エッチング加工等によって支持板３８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４０は、圧電振動子２０の自由端部の先端面が接合される島部４２と、この島部４２を囲う薄肉弾性部４３とからなる。上記のコンプライアンス部４１は、リザーバー３３の開口面に対向する領域の支持板３８を、ダイヤフラム部４０と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー３３に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
【００２９】
そして、上記の島部４２には圧電振動子２０の先端面が接合されているので、この圧電振動子２０の自由端部を伸縮させることで圧力発生室３５の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力発生室３５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１０は、この圧力変動を利用してノズル３７からインク滴を吐出させるようになっている。
【００３０】
図４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に含まれる吐出駆動パルスＤＰの構成を説明する波形図である。例示した吐出駆動パルス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駆動パルス（小ドット吐出駆動パルス）である。この吐出駆動パルスＤＰは、基準電位ＶＬから第１膨張電位ＶＨ１まで電位を上昇させて圧力発生室３５を基準容積から最大膨張容積まで膨張させる第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、圧力発生室３５の膨張状態を一定時間維持する、第１膨張電位ＶＨ１で一定な第１ホールド要素ｐ２と、第１膨張電位ＶＨ１から収縮電位ＶＬ２まで一定勾配で電位を降下させて圧力発生室３５を収縮容積まで収縮させる第１収縮要素ｐ３（圧力発生室収縮要素）と、圧力発生室３５の収縮状態を維持する収縮電位ＶＬ２で一定な第２ホールド要素ｐ４と、収縮電位ＶＬ２から第２膨張電位ＶＨ２まで電位を上昇させて圧力発生室３５を膨張させる第２の圧力発生室膨張要素ｐ５と、圧力発生室３５の膨張状態を一定時間維持する第２膨張電位ＶＨ２で一定な第３ホールド要素ｐ６と、第２膨張電位ＶＨ２から基準電位ＶＬまで一定勾配で電位を降下させて圧力発生室３５を収縮させて基準容積まで復帰させる第２収縮要素ｐ７と、を含んで構成されている。
【００３１】
ここで、この吐出駆動パルスＤＰにおける第２の圧力発生室膨張要素ｐ５は、第１の引き込み要素ｐ５ａと、中間維持要素ｐ５ｂと、第２の引き込み要素ｐ５ｃと、から構成されている点に特徴を有している。第１の引き込み要素ｐ５ａは、収縮電位ＶＬ２から第１中間電位ＶＭまで電位を上昇させて圧力発生室３５を収縮容積から第１中間膨張容積まで膨張させる波形要素である。中間維持要素ｐ５ｂは、第１中間電位ＶＭで一定な波形要素であり、圧力発生室３５の第１中間膨張容積状態を一定時間維持する。第２の引き込み要素ｐ５ｃは、第１中間電位ＶＭから第２膨張電位ＶＨ２（第２中間電位）まで電位を上昇させて圧力発生室３５を第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させる波形要素である。なお、基準電位ＶＬから第１膨張電位ＶＨ１までの電位差Ｖｄ１、基準電位ＶＬから第１中間電位ＶＭまでの電位差Ｖｄ２、及び、基準電位ＶＬから第２膨張電位ＶＨ２（第２中間電位）までの電位差Ｖｄ３の大きさに関し、Ｖｄ１＞Ｖｄ３＞Ｖｄ２となっている。即ち、最大膨張容積Ｃｍｘ、第１中間膨張容積Ｃ１、及び、第２中間膨張容積Ｃ２に関し、Ｃｍｘ＞Ｃ２＞Ｃ１となっている。また、基準電位ＶＬは、収縮電位ＶＬ２から第１膨張電位ＶＨ１までの間の値を採ることもできる。
【００３２】
上記吐出駆動パルスＤＰが圧電振動子２０に印加されると次のように作用する。まず、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１により圧電振動子２０が収縮して、基準電位ＶＬに対応する最小容積から最大膨張容積までインクが吐出されない程度に圧力発生室３５が膨張する（第１の圧力発生室膨張工程）。これにより、図５（ａ）に示すように、メニスカスが圧力発生室３５側に大きく引き込まれる。なお、図における矢印はメニスカスの移動方向を示す。この圧力発生室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維持される。その後、第１収縮要素ｐ３が圧電振動子２０に印加されることにより圧電振動子２０が急激に伸長して圧力発生室３５の容積が最大膨張容積から収縮電位ＶＬ２に対応する収縮容積まで収縮する（圧力発生室収縮工程）。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５（ｂ）に示すように、圧力変動に追従し易いメニスカスの中心部分が吐出側に押し出されて柱状に盛り上がる（以下、この部分を液柱部という。）。そして、圧力発生室３５の収縮状態は、第２ホールド要素ｐ４の供給期間に亘って維持される。
【００３３】
その後、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５によって圧力発生室３５が再膨張される（第２の圧力発生室膨張工程）。この工程では、まず、第１の引き込み要素ｐ５ａが圧電振動子２０に印加され、これにより、圧電振動子２０が収縮して圧力発生室３５が収縮容積から中間電位ＶＭに対応する第１中間膨張容積まで膨張する（第１の引き込み工程）。これにより、図５（ｃ）に示すように、メニスカスにおける液柱部の周囲が、圧力発生室３５側に引き込まれる。一方、液柱部は、圧力発生室収縮工程で吐出側に押し出されたときの慣性力により吐出側に移動を続ける。続いて、中間維持要素ｐ５ｂが圧電振動子２０に印加されて、第１中間膨張容積が一定時間維持される。この間に、液柱部が吐出側にさらに伸びる。この液柱部の成長の途中で、第２の引き込み要素ｐ５ｃが圧電振動子２０に印加され、これにより、圧力発生室３５が第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張する（第２の引き込み工程）。これにより、図５（ｄ）に示すように、メニスカスにおいて液柱部の周囲が、圧力発生室３５側に再度引き込まれる。これにより、液柱部は、途中で分断され、図５（ｅ）に示すように、分離された部分がノズル３７の内径よりも小さい径の微小な数ｐｌのインク滴としてノズル３７から吐出される。このときの圧力発生室３５の膨張状態は、第３ホールド要素ｐ６の供給期間中に亘って維持される。この第２の圧力発生室膨張工程では、収縮容積から第２中間膨張容積まで一気に膨張させることなく、第１の引き込み工程において第１中間膨張容積まで膨張させた後、僅かな時間を置いてから第２の引き込み工程において第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させるので、第１の引き込み工程におけるメニスカスにおける液柱部の周囲部の引き込み過ぎを抑制しつつ第２の引き込み工程において液柱部の途中を分断させることができる。これにより、分離された液柱、即ち、インク滴の微小化を図りつつ、当該インク滴の後端部が尾のように伸びる現象、即ち、尾曳を抑制することができる。
【００３４】
なお、本実施形態において、中間維持要素ｐ５ｂの発生時間ｔ１、即ち、圧力発生室３５の第１中間膨張容積を維持する時間ｔ１、及び、第２の引き込み要素の発生時間ｔ２は、圧力発生室３５内のインクの固有振動周期Ｔｃの１／２以下、に設定している。これにより、液柱部が吐出側に成長している途中で圧力発生室３５が急峻に膨張するため、液柱部の後端部の余分なインクを圧力発生室３５側により速やかに引き込むことができ、インク滴の尾曳をより効果的に抑制することができる。
【００３５】
なお、圧力発生室３５内におけるインクの振動周期Ｔｃは、例えば特許文献２００３−１１３５２号公報に示されるように、次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（１）
但し、式（１）において、Ｍｎはノズル３７におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口３４におけるイナータンス、Ｃｃは圧力発生室３５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。）である。上記式（１）において、イナータンスＭとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。そして、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（２）で近似して表すことができる。
イナータンスＭ＝（密度ρ×長さＬ）／断面積Ｓ ・・・ （２）
また、Ｔｃは、上記式（１）に限らず、圧力発生室３５が有している振動周期であればよい。
【００３６】
そして、第３ホールド要素ｐ６の後に続いて、インク滴の吐出による反動でメニスカスが圧力発生室３５側に引き込まれるタイミングで、第２収縮要素ｐ７が圧電振動子２０に印加されて圧電振動子２０が伸張すると、圧力発生室３５が第２中間膨張容積から基準容積まで収縮する（第２の収縮工程）。これにより、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれることを抑えて、メニスカスの残留振動が抑制される。
【００３７】
このように、第２の圧力発生室膨張工程では、第１の引き込み工程において第１中間膨張容積まで膨張させた後、僅かな時間を置いてから第２の引き込み工程において第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させるので、インク滴の微小化を図りつつ、当該インク滴の尾曳を抑制することができる。その結果、従来よりも高粘度のインクを用いる場合においても、ミスト等の発生が防止され、ドットの分離を抑制することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
上記実施形態では、本発明における吐出駆動パルスの一例として、図４に示す吐出駆動パルスＤＰを挙げて説明したが、吐出駆動パルスの形状はこれには限られない。要は、少なくとも、圧力発生室を予備的に膨張させるための第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、膨張した圧力発生室を収縮させてメニスカスを押し出すための第１収縮要素ｐ３（圧力発生室収縮要素）と、その後圧力発生室を膨張させる第２の圧力発生室膨張要素ｐ５とを含み、第２の圧力発生室膨張要素が、第１の引き込み要素ｐ５ａと、中間維持要素ｐ５ｂと、第２の引き込み要素ｐ５ｃと、を含む構成の吐出駆動パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。
また、上記各実施形態では、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５が２つの引き込み要素を含む構成、即ち、第２の圧力発生室膨張工程が２つの引き込み工程を含む構成を例示したが、これには限られず、例えば、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５が３つの引き込み要素を含む構成、即ち、第２の圧力発生室膨張工程が３つの引き込み工程を含む構成を採用することもできる。
【００４０】
また、上記各実施形態では、圧力発生素子として、所謂縦振動型の圧電振動子２０を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。
【００４１】
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】
【００４２】
１…プリンターコントローラー，２…プリントエンジン，６…制御部，８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電振動子，２４…振動子ユニット，３５…圧力発生室，３７…ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張要素と、当該第１の圧力発生室膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮要素と、当該圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張要素と、を含むパルス波形であり、
前記第２の圧力発生室膨張要素は、前記圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み要素と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持要素と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み要素とからなることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記第１の引き込み要素によるメニスカスの引き込みの後、メニスカス中央部に液柱が形成される途中で、第２の引き込み要素が前記圧力発生素子に印加されるように前記中間維持要素の発生時間が設定され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】
前記中間維持要素の発生時間は、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２以下であり、第２の引き込み要素の発生時間はＴｃの１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に印加することによる吐出動作は、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮工程と、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張工程と、を含み、
前記第２の圧力発生室膨張工程は、前記第１の圧力発生室膨張工程で収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み工程と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持工程と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み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、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張要素と、当該第１の圧力発生室膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮要素と、当該圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張要素と、を含むパルス波形であり、
前記第２の圧力発生室膨張要素は、前記圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み要素と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持要素と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み要素とからなることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記第１の引き込み要素によるメニスカスの引き込みの後、メニスカス中央部に液柱が形成される途中で、第２の引き込み要素が前記圧力発生素子に印加されるように前記中間維持要素の発生時間が設定され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】
前記中間維持要素の発生時間は、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２以下であり、第２の引き込み要素の発生時間はＴｃの１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内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ノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し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、
前記吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に印加することによる吐出動作は、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮工程と、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張工程と、を含み、
前記第２の圧力発生室膨張工程は、前記第１の圧力発生室膨張工程で収縮された圧力発生室を第１中間膨張容積まで膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の引き込み工程と、圧力発生室の第１中間膨張容積を一定時間維持する中間維持工程と、第１中間膨張容積から第２中間膨張容積まで膨張させてメニスカスをさらに引き込む第２の引き込み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２０１０−１７９５８５（Ｐ２０１０−１７９５８５Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７０９（Ｐ２００９−２５７０９）
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【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１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月６日（２００９．２．６）
【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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