液体噴射装置
【課題】液体噴射ヘッドの個体差によらず噴射特性を一定に揃えることが可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】駆動信号発生回路は、仕様上で標準の特性を有する標準ヘッドおよび当該標準ヘッドとは異なる他の記録ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号ＣＯＭを発生し、共通駆動信号は、単位周期Ｔ内で先に発生される第１の噴射パルスＰＳ１と、当該第１の噴射パルスの後に続いて発生される第２の噴射パルスＰＳ２と、を含み、第２の噴射パルスがアクチュエーターに印加されるタイミングが、標準ヘッドにおいて第１の噴射パルスを用いてインクを噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定される。
【解決手段】駆動信号発生回路は、仕様上で標準の特性を有する標準ヘッドおよび当該標準ヘッドとは異なる他の記録ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号ＣＯＭを発生し、共通駆動信号は、単位周期Ｔ内で先に発生される第１の噴射パルスＰＳ１と、当該第１の噴射パルスの後に続いて発生される第２の噴射パルスＰＳ２と、を含み、第２の噴射パルスがアクチュエーターに印加されるタイミングが、標準ヘッドにおいて第１の噴射パルスを用いてインクを噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定される。
【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噴射装置に関し、特に、単位周期内に複数の液体を連続的に噴射する構成の液体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射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）に対して噴射・着弾させてドットを形成す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、液晶ディスプレイ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噴射装置が応用されている。
【０００３】
例えば、上記プリンターには、複数のノズルを列設して成るノズル列（ノズル群）を有し、噴射パルスを圧力発生手段（例えば、圧電振動子、発熱素子、又は静電式アクチュエーター等）に印加してこれを駆動することにより圧力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室に連通したノズルから液体を噴射させるように構成されたものがある。
【０００４】
上記のプリンターでは、インク噴射後のインクの残留振動が問題となることがある。即ち、この残留振動によってメニスカスの挙動が乱れ、これにより次に行うインク滴の噴射動作に悪影響を及ぼす虞がある。特に、記録速度の高速化や記録画像の高解像度化に伴って、ごく微小（例えば、数ｐｌ）なインク滴を非常に短い時間（例えば、数μｓ）で連続的に噴射する場合、上記の残留振動を可及的に抑制することが望まれる。例えば、１回の印刷単位周期（駆動信号の始端を規定するタイミング信号で区画される駆動信号の繰り返し周期）内で噴射するインク滴の数に応じて記録媒体に形成する画素の階調表現を行う構成の場合、即ち、多ショット／画素印字の場合、上記の残留振動の影響を受けて、インク滴を連続して噴射した際に各噴射時のインク噴射特性が変動する。すなわち、単位周期において先にインク滴を噴射した後に続いて次にインク滴を噴射する場合、圧力室内に生じる圧力振動は、振動板電極の駆動によって生じる圧力振動と、先のインク滴の噴射時に生じた残留振動との重ね合わせになる。したがって、残留振動に起因して、振動板電極の駆動を開始する時点におけるメニスカスの変位状態が、１回の駆動のみでインク滴を１滴だけ噴射する場合と多ショットでインク滴を複数滴噴射する場合とで相違することがある。
【０００５】
そこで、連続したインク滴の噴射により１画素分の印字を行う場合に、第１の噴射パルスを印加し終わった時点からその次の噴射パルスを印加するまでの間隔を、圧力室内のインクに生じるヘルムホルツ周期Ｔｃ（以下、適宜、固有振動周期Ｔｃとも言う。）以上に設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、先の噴射による残留振動の影響を可及的に抑えて、後の噴射時の液滴の飛翔速度や液量の変動等を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０６２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、インク噴射後に生じるインクの残留振動の周期は、上記の固有振動周期Ｔｃと必ずしも一致しない。特に、噴射時の粘度がいわゆる高粘度領域の液体、たとえば、８ｍＰａ・ｓ以上の液体（以下、高粘度液体）を用いる場合には、粘度の低い液体（８ｍＰａ・ｓ未満）を用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にある。したがって、上記のパルスの間隔をＴｃに基づいて設定したとしても、上記の問題が解消されない可能性があった。なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。
【０００８】
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、液体噴射ヘッドの個体差によらず噴射特性を一定に揃えることが可能な液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、液体供給源からの液体が供給部を通じて供給される圧力室と、当該圧力室に連通し、液体が噴射されるノズルと、当該ノズルから液体を噴射させるために前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作を行う圧力発生手段と、を有する液体噴射ヘッド、及び、前記ノズルから液体を噴射させるべく前記圧力発生手段を駆動する噴射パルスを単位周期内に複数含む駆動振動を発生する駆動信号発生部を備えた液体噴射装置であって、
前記駆動信号発生部は、仕様上で標準の特性を有する標準液体噴射ヘッドおよび当該標準液体噴射ヘッドとは固有振動周期Ｔｃが同一の或いは異なる他の液体噴射ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号を発生し、
前記共通駆動信号は、単位周期内で先に発生される第１の噴射パルスと、当該第１の噴射パルスの後に続いて発生される第２の噴射パルスと、を含み、
前記第２の噴射パルスが前記圧力発生手段に印加されるタイミングが、前記標準液体噴射ヘッドにおいて前記第１の噴射パルスを用いて液体を噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されたことを特徴とする。
なお、「仕様上で標準の特性を有する標準液体噴射ヘッド」とは、所定の仕様の液体噴射ヘッドを製造する上で目標とする（理想の）特性を有する液体噴射ヘッド、又は、製造上で最も多く現れる特性を有する液体噴射ヘッドを意味する。また「特性」とは、液体噴射ヘッド自体の構造の寸法、これに応じて定まる固有振動周期Ｔｃ、或いは、ノズルから液体を実際に噴射したときの液体の重量や飛翔速度等を意味する。
また、「単位周期」とは、駆動信号の繰り返し周期であり、例えば、駆動信号の発生タイミングを規定するタイミング信号よって区切られる区間を意味する。
【００１０】
本発明に係る液体噴射装置では、駆動信号発生部が、標準液体噴射ヘッドおよび当該標準液体噴射ヘッドとは固有振動周期Ｔｃが同一の或いは異なる他の液体噴射ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号を発生し、共通駆動信号は、単位周期内で先に発生される第１の噴射パルスと、これに後続する第２の噴射パルスと、を含み、第２の噴射パルスが圧力発生手段に印加されるタイミングが、標準液体噴射ヘッドにおいて第１の噴射パルスを用いて液体を噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されている。そのため、単位周期内で第１の噴射パルスと第２の噴射パルスを圧力発生手段にそれぞれ印加することで液体を連続的に噴射したときの液体の量や飛翔速度などの噴射特性を、液体噴射ヘッドの個体差によらず一定に揃えることができる。即ち、標準ヘッドの液体噴射時の残留振動に基づいて設定された共通駆動信号を他の液体噴射ヘッドに用いた場合に、液体噴射ヘッドの個体差によって第２の噴射パルスが圧力発生手段に印加されるタイミングでの残留振動の位相が大きくずれることが防止され、しかも、多少位相がずれたとしても極点（極大点又は極小点）の近傍では、残留振動の中腹と比較して振幅の差が小さい。その結果、液体噴射ヘッドの個体差によらず噴射特性を一定に揃えることができる。そして、共通駆動信号が標準ヘッドの実際の液体噴射時の残留振動に基づいて設定されることで、実際の残留振動の周期とヘルムホルツ振動周期Ｔｃとの大幅な不一致に起因する噴射特性の変動を抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記第２の噴射パルスの前記圧力発生手段への印加タイミングが、前記残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されることが望ましい。
【００１２】
当該構成によれば、第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングが、残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されるので、噴射パルス間の間隔を必要以上に広げることなく、液体の噴射が不安定になることを防止することができる。即ち、残留振動の１つめの極大点又は極小点は、それ以降の極大点又は極小点と比較して振幅が大きいので、１つめの極大点又は極小点に第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングを合わせた場合には、液体の飛翔速度が不用意に上昇して飛翔曲がりが生じる等、噴射が不安定になる虞がある。また、残留振動の３つめ以降の極大点又は極小点に第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングを合わせた場合には、噴射パルス間の間隔が広がりすぎてしまうため、噴射動作が全体的に遅くなってしまう。これに対し、残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングを合わせた場合、１つめよりも振幅が減少しているので、噴射パルス間の間隔を広げすぎることなく、液体の噴射が不安定になることを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記ノズルから噴射される時点での前記液体の粘度が８ｍＰａ・ｓ以上である場合に好適である。
【００１４】
即ち、８ｍＰａ・ｓ以上の高粘度の液体を噴射する場合、粘度の低い液体を用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にあるため、共通駆動信号が標準ヘッドの実際の液体噴射時の残留振動に基づいて設定されることで、実際の残留振動の周期とヘルムホルツ振動周期Ｔｃとの不一致に起因する噴射特性の変動をより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】印刷システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】記録ヘッドの要部断面図である。
【図３】駆動信号発生回路等の構成を説明するブロック図である。
【図４】（ａ）駆動信号の一例を説明するための波形図、（ｂ）は第１の噴射パルスによるインク噴射後の残留振動を説明する模式図である。
【図５】噴射パルスについて説明する波形図である。
【図６】他のヘッドを説明する断面図である。
【図７】他のヘッド用の噴射パルスを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、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。
【００１７】
図１に例示したプリンター１は、記録用紙、布、フィルム等の記録媒体に向けて、液体の一種であるインクを噴射する。記録媒体は、液体が噴射されて着弾する対象となる着弾対象である。外部装置としてのコンピューターＣＰは、プリンター１と通信可能に接続されている。プリンター１に画像を印刷させるため、コンピューターＣＰは、その画像に応じた印刷データをプリンター１に送信する。
【００１８】
プリンター１は、用紙搬送機構２、キャリッジ移動機構３、駆動信号発生回路４、ヘッドユニット５、検出器群６、及び、プリンターコントローラー７を有する。用紙搬送機構２は、用紙を搬送方向に搬送させる。キャリッジ移動機構３は、ヘッドユニット５が取り付けられたキャリッジを所定の移動方向（例えば紙幅方向）に移動させる。駆動信号発生回路４は、駆動信号ＣＯＭを生成する。この駆動信号ＣＯＭは、記録用紙（記録媒体）への印刷時に記録ヘッド８のアクチュエーター１０（図２（ａ）参照）へ印加されるものであり、図４に一例を示すように、発生単位周期Ｔ内に噴射パルスＰＳを複数含む一連の信号である。ここで、噴射パルスＰＳとは、記録ヘッド８から液滴状のインクを噴射させるために、アクチュエーター１０に所定の動作を行わせるものである。駆動信号ＣＯＭが複数の噴射パルスＰＳを含むことから、駆動信号発生回路４は、駆動信号発生部に相当する。なお、駆動信号発生回路４の構成や噴射パルスＰＳの詳細については後述する。
【００１９】
ヘッドユニット５は、記録ヘッド８とヘッド制御部１１とを有する。記録ヘッド８は液体噴射ヘッドの一種であり、インクを記録媒体に向けて噴射させて、当該記録媒体に着弾させる。ヘッド制御部１１は、プリンターコントローラー７からのヘッド制御信号に基づき、記録ヘッド８を制御する。なお、記録ヘッド８の構成については後で説明する。検出器群６は、プリンター１の状況を監視する複数の検出器によって構成される。これらの検出器による検出結果は、プリンターコントローラー７に出力される。プリンターコントローラー７は、プリンター１における全体的な制御を行う。このプリンターコントローラー７についても後で説明する。
【００２０】
図２は、本実施形態の記録ヘッド８の構成を示す圧力室長手方向の要部断面図である。この記録ヘッド８は、シリコン製の流路基板１５の一方の面に、同じくシリコン製のノズル基板１６を、流路基板１５の他方の面に、ガラス製の電極基板１７を各々配置して積層し、各部材間を接着剤によって接合することで３層構造となっている。
【００２１】
上記ノズル基板１６は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル１４を列状に開設した板材である。上記流路基板１５には、その表面から異方性エッチングを施すことにより、インク流路となる溝部が形成されており、この溝部の開口部分がノズル基板１６によって塞がれることにより、各ノズル１４に対応して設けられた複数の圧力室１９、各圧力室共通のインクが導入されるリザーバー２０、及び、リザーバー２０と各圧力室１９との間を連通するインク供給路２１から成る一連のインク流路が区画される。リザーバー２０は、インクカートリッジ（液体供給源の一種。図示せず。）から供給されたインクを一旦貯留する部分であり、ノズル列を構成する各ノズル１４に共通の液体貯留室（共通液室）に相当する。また、インク供給路２１は、本発明における供給部に相当する。
【００２２】
流路基板１５において、リザーバー２０となる溝部の底面には、基板厚さ方向に貫通したインク導入口２２が開設されている。また、各圧力室１９となる溝部の底面（一方の面）には、ヘッド積層方向（図２において上下方向）に弾性変位可能な弾性面として機能する薄肉部２３が形成されている。そして、流路基板１５には共通電極端子１８が形成されており、この流路基板１５は導電性を有するので、上記薄肉部２３は、共通電極（可撓性電極）としても機能するようになっている。
【００２３】
上記電極基板１７は、例えば、ホウ珪酸ガラスによって作製されている。このホウ珪酸ガラスは、熱膨張率がシリコンと同程度である。このため、温度変化によるヘッド構成部材間の剥離が生じ難くなっている。この電極基板１７の流路基板１５に接合される面において、圧力室１９の薄肉部２３に対向する位置には、トレイ状に浅くエッチングされた凹部２４が、各圧力室１９に対応して形成されている。この凹部２４の底面には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの薄膜を積層して形成された個別電極（固定電極）２５がそれぞれ敷設されている。各個別電極２５は、各圧力室１９に対応して延在するセグメント電極２５ａと、外部に露出している電極端子部２５ｂと、から構成されている。そして、電極基板１７を流路基板１５に接合すると、各圧力室１９の薄肉部２３と各個別電極２５のセグメント電極２５ａとが狭小な隙間を形成した状態でそれぞれ対向する。
【００２４】
また、この電極基板１７には、基板厚さ方向を貫通したインク導入路１７′が形成されており、このインク導入路１７′は、流路基板１５との接合状態でインク導入口２２と連通するようになっている。このインク導入路１７′とインク導入口２２を通じて、例えばプリンター本体側に設けられたインクカートリッジからのインクがリザーバー２０内に導入されるようになっている。そして、リザーバー２０のインクは、このリザーバー２０から分岐したインク供給路２１を通って各圧力室１９に分配供給される。
【００２５】
流路基板１５の共通電極端子１８と、電極基板１７の個別電極２５との間には、プリンターコントローラー７側からの駆動信号（噴射パルスＰＳ）が印加される。駆動電圧が基準電位（又は接地電位）よりも＋側に変化することにより、可撓性電極或いは変形部として機能する薄肉部２３と個別電極２５との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、薄肉部２３が弾性変形して個別電極２５側に撓み、セグメント電極２５ａの表面に吸着する。この結果、圧力室１９の容積が増加して、インク供給路２１を通じてリザーバー２０側からインクが圧力室１９内に流入する。そして、駆動電圧が−側（接地電位側）に急激に変化して静電気力が急激に減少すると、薄肉部２３はその弾性力によってセグメント電極２５ａの表面から離れて圧力室１９側に変位する。その結果、圧力室１９の容積が急激に減少する。これにより、圧力室１９内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動によってノズル１４からインクが噴射（噴射）される。即ち、薄肉部２３、共通電極端子１８、個別電極２５、及び薄肉部２３は、アクチュエーター１０（本発明における圧力発生手段の一種）として機能する。アクチュエーター１０は、印加された噴射パルスＰＳにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、薄肉部２３（変形部）を変形させる手段といえる。そして、圧力室１９内のインクに対する加圧度合いや減圧度合いは、個別電極２５における単位時間あたりの電位変化量等によって概ね定めることができる。
【００２６】
上記のように記録ヘッド８には、リザーバー２０からノズル１４に至る一連のインク流路（液体で満たされる液体流路に相当する）が、ノズル１４の数に応じて複数設けられている。このインク流路では、太い流路の圧力室１９に対して、細い流路のノズル１４及びインク供給路２１がそれぞれ連通している。このため、インクの流れなどの特性を解析する場合、ヘルムホルツの共鳴器の考え方が適用される。このようなインク流路では、圧力室１９内のインクに圧力変化を与えることで、ノズル１４からインクを噴射させる。このとき、圧力室１９、インク供給路２１、及び、ノズル１４は、ヘルムホルツの共鳴器のように機能する。このため、圧力室１９内のインクに圧力が加わると、この圧力の大きさはヘルムホルツ周期と呼ばれる固有の周期Ｔｃに基づいて変化する。すなわち、インクには圧力振動が生じる。
【００２７】
ここで、ヘルムホルツ周期（圧力室内のインクの固有振動周期）Ｔｃは、一般的には次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕・・・（１）
式（１）において、Ｍｎはノズル１４のイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量、後述する。）、Ｍｓはインク供給路２１のイナータンス、Ｃｃは圧力室１９のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ２〕）である。
この圧力振動の振幅は、インク流路をインクが流れることで次第に小さくなる。例えば、ノズル１４やインク供給路２１における損失、及び、圧力室１９を区画する壁部等における損失により、圧力振動は減衰する。圧力振動が減衰するときの圧力振動の周期は一定の状態となる。
【００２８】
本実施形態の記録ヘッド８において、圧力室１９における固有振動周期Ｔｃは１０μｓ以下という比較的短い範囲内に定められる。なお、このＴｃは、隣り合う圧力室１９同士を区画する壁部の厚さ、薄肉部２３の厚さやコンプライアンス、流路基板１５やノズル基板１６の素材によっても変化する。したがって、同種、即ち、同じ仕様の記録ヘッドであっても、壁部の厚さ、薄肉部２３の厚さやコンプライアンス、流路基板１５やノズル基板１６などの製造時の寸法誤差等によってＴｃがヘッド毎に異なる場合がある。また、アクチュエーター１０の作動によりノズル１４からインクを噴射したときに圧力室１９内のインクに生じる圧力振動（残留振動）の周期は、上記Ｔｃと僅かにずれる。特に、噴射時の粘度が８ｍＰａｓ以上の高粘度液体（例えば、紫外線硬化型インク等）を用いる場合には、粘度が８ｍＰａｓ未満の液体を用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にある。
【００２９】
プリンターコントローラー７は、プリンター１における全体的な制御を行う。例えば、コンピューターＣＰから受け取った印刷データや各検出器からの検出結果に基づいて制御対象部を制御し、用紙に画像を印刷させる。図１に示すように、プリンターコントローラー７は、インターフェース部２８と、ＣＰＵ２９と、メモリー３０とを有する。インターフェース部２８は、コンピューターＣＰとの間でデータの受け渡しを行う。ＣＰＵ２９は、プリンター１の全体的な制御を行う。メモリー３０は、コンピュータープログラムを格納する領域や作業領域等を確保する。ＣＰＵ２９は、メモリー３０に記憶されているコンピュータープログラムに従い、各制御対象部を制御する。例えば、ＣＰＵ２９は、用紙搬送機構２やキャリッジ移動機構３を制御する。また、ＣＰＵ２９は、記録ヘッド８の動作を制御するためのヘッド制御信号をヘッド制御部１１に送信したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号発生回路４に送信したりする。
【００３０】
ここで、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号はＤＡＣデータとも呼ばれ、例えば複数ビットのデジタルデータである。このＤＡＣデータは、生成される駆動信号ＣＯＭの電位の変化パターンを定める。従って、このＤＡＣデータは、駆動信号ＣＯＭや噴射パルスＰＳの電位を示すデータともいえる。このＤＡＣデータは、メモリー３０の所定領域に記憶されており、駆動信号ＣＯＭの生成時に読み出されて駆動信号発生回路４へ出力される。
【００３１】
駆動信号発生回路４は、駆動信号発生部として機能し、ＤＡＣデータに基づき、噴射パルスＰＳを有する駆動信号ＣＯＭを生成する。図３に示すように、駆動信号発生回路４は、ＤＡＣ回路３１と、電圧増幅回路３２と、電流増幅回路３３と、を有する。ＤＡＣ回路３１は、デジタルのＤＡＣデータをアナログ信号に変換する。電圧増幅回路３２は、ＤＡＣ回路３１で変換されたアナログ信号の電圧を、アクチュエーター１０を駆動できるレベルまで増幅する。このプリンター１では、ＤＡＣ回路３１から出力されるアナログ信号は最大３．３Ｖであるのに対し、電圧増幅回路３２から出力される増幅後のアナログ信号（便宜上、波形信号ともいう。）は最大４２Ｖである。電流増幅回路３３は、電圧増幅回路３２からの波形信号について電流の増幅をし、駆動信号ＣＯＭとして出力する。この電流増幅回路３３は、例えば、プッシュプル接続されたトランジスタ対によって構成される。
【００３２】
ヘッド制御部１１は、駆動信号発生回路４で生成された駆動信号ＣＯＭの必要部分をヘッド制御信号に基づいて選択し、アクチュエーター１０へ印加する。このため、図３に示すように、ヘッド制御部１１は、駆動信号ＣＯＭの供給線の途中に、アクチュエーター１０毎に設けられた複数のスイッチ３４を有する。そして、ヘッド制御部１１は、ヘッド制御信号からスイッチ制御信号を生成する。このスイッチ制御信号によって各スイッチ３４を制御することで、駆動信号ＣＯＭの必要部分（噴射パルスＰＳ）がアクチュエーター１０へ印加される。このとき、必要部分の選択の仕方次第で、ノズル１４からのインクの噴射を制御できる。
【００３３】
次に、駆動信号発生回路４によって生成される駆動信号ＣＯＭについて説明する。図４（ａ）に示すように、駆動信号ＣＯＭには、繰り返し生成される複数の噴射パルスＰＳが含まれている。本実施形態において、タイミング信号の一種であるＬＡＴ信号で区切られる駆動信号ＣＯＭの繰り返し周期であって、記録媒体上に画像を構成する単位である画素を形成するための周期である単位周期Ｔ内に、合計２つの噴射パルスＰＳ１及びＰＳ２が含まれる。これらの噴射パルスＰＳは、いずれも同じ波形となっている。すなわち、電位の変化パターンが同じである。前述したように、この駆動信号ＣＯＭは、アクチュエーター１０の個別電極２５と共通電極端子１８との間に印加される。これにより、固定電位とされた薄肉部２３との間に、噴射パルスＰＳの電位の変化パターンに応じた電位差が生じる。その結果、アクチュエーター１０は、電位の変化パターンに応じて薄肉部２３を静電気力によって変位させることで圧力室１９の容積を変化させる。
【００３４】
図５は、上記噴射パルスＰＳ１（本発明における第１の噴射パルスに相当）の構成を説明する波形図である。なお、噴射パルスＰＳ２（本発明における第２の噴射パルスに相当）については、噴射パルスＰＳ１と同一の波形であるので、その説明を省略する。また、図５において、縦軸は駆動信号の電位であり、基準電位としての基準電位ＶＢを０Ｖにしている。また、横軸は時間である。
噴射パルスＰＳ１は、第１波形部Ｐ１と、第２波形部Ｐ２と、第３波形部Ｐ３とからなる略台形状の波形である。第１波形部Ｐ１は、タイミングｔ０ａからタイミングｔ１ａに亘って生成される部分である。この第１波形部Ｐ１は、タイミングｔ０ａにおける電位（始端電位に相当する）が基準電位ＶＢであり、タイミングｔ１ａにおける電位（終端電位に相当する）が最高電位（動作電位の一種）ＶＨである。このため、第１波形部Ｐ１がアクチュエーター１０に印加されると、圧力室１９は、基準容積から最大容積まで、第１波形部Ｐ１の生成期間に亘って膨張する。この第１波形部Ｐ１は、インク滴を噴射させるための準備動作としてメニスカスを圧力室１９側に引き込むべく圧力室１９を膨張させる部分である。
【００３５】
上記噴射パルスＰＳ１における最高電位ＶＨから基準電位ＶＢまでの差（以下、駆動電圧Ｖｈともいう）は数十Ｖである。この駆動電圧Ｖｈの設定については、例えば、駆動電圧が異なる２つの評価用パルスを用いて、アクチュエーター１０を駆動してノズル１４から噴射されるインクの量をそれぞれ取得し、これらの駆動電圧とインク量とに基づき、目標とする噴射量（噴射パルス単発で用いてインクを噴射したときのインク量）が得られる駆動電圧を設定する。具体的には、噴射量の変化量が電圧の変化量に比例するものとして、プリンターの仕様上目標とするインク量に対応する駆動電圧を取得し、この値を噴射パルスＰＳ１，ＰＳ２の駆動電圧Ｖｈとして設定する。なお、噴射パルスＰＳ１の駆動電圧と噴射パルスＰＳ２の駆動電圧とは、それぞれ異なる値に設定される場合もある。
【００３６】
第２波形部Ｐ２は、タイミングｔ１ａからタイミングｔ２ａに亘って生成される部分である。この第２波形部Ｐ２は、最高電位ＶＨで一定である。このため、第２波形部Ｐ２がアクチュエーター１０に印加されると、圧力室１９は、第２波形部Ｐ２の生成期間に亘って最大容積が維持される。第３波形部Ｐ３は、タイミングｔ２ａからタイミングｔ３ａに亘って生成される部分である。この第３波形部Ｐ３は、始端電位が最高電位ＶＨであり、終端電位が基準電位ＶＢである。このため、第３波形部Ｐ３がアクチュエーター１０に印加されると、圧力室１９は、最大容積から基準容積（或いはそれを越える程度）まで第３波形部Ｐ３の生成期間に亘って収縮する。この圧力室１９の収縮に伴ってインクが噴射されるので、第３波形部Ｐ３はインク滴を噴射させるための部分に相当する。この噴射パルスＰＳ１には、インク滴を噴射した後の残留振動を抑制するための制振部分が含まれないので、インク噴射後には、残留振動が生じる。
【００３７】
インクの最大噴射周波数は、単位周期Ｔにおいて生成される各噴射パルスＰＳの間隔によって定められる。そして、この噴射パルスＰＳ１を１つだけアクチュエーター１０に印加することでノズル１４から１回だけ噴射されるインクの重量は、例えば数ｎｇである。即ち、単位周期Ｔにおいて、この噴射パルスＰＳ１のみを選択してアクチュエーター１０を駆動してインク滴を噴射させると、記録媒体上にはミドルドットに対応する大きさのドットが形成される。また、単位周期Ｔにおいて、噴射パルスＰＳ１と噴射パルスＰＳ２の両方を選択してアクチュエーター１０に印加すると、ノズル１４からはインク滴が２回連続して噴射されて、記録媒体上にはラージドットに対応する大きさのドットが形成される。
【００３８】
ところで、記録媒体に印刷される画像の画質を向上させるには、記録ヘッド８の個体差に拘わらず、一定の噴射特性（噴射されるインクの量や飛翔速度）が得られることが望まれる。
図４（ｂ）は、単位周期Ｔ中で先に発生される噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射したときのノズル１４におけるメニスカスの振動状態を模式的に示すグラフであり、同一仕様の３つの記録ヘッド８（Ａ〜Ｃ）の場合を示している。なお、当該グラフにおいて横軸は時間を表し、縦軸はメニスカスの噴射方向（ノズル１４の軸方向）の位置を表している。同図において、波形が上へ向かうほど記録ヘッド８の外側（噴射側）にメニスカスが移動し、逆に下へ向かうほど圧力室側にメニスカスが引き込まれることを意味する。また、グラフにおいてＤｘで示す時点が、本実施形態における噴射パルスＰＳ２の始端であり、当該噴射パルスＰＳ２によってアクチュエーター１０の駆動（噴射動作）が開始されるタイミングである。さらに、上記３つの記録ヘッド８のうち、Ｂの記録ヘッド８は、所定の仕様の記録ヘッド８を製造する上で目標とする（即ち、理想の）特性、又は、製造上で最も多く現れる特性を有する標準記録ヘッド（本発明における標準液体噴射ヘッドに相当）である。なお、この標準ヘッドに関し、当該標準ヘッドの特性が得られることを目標として各記録ヘッドが設計・製造されるので、結果的に、製造上で最も多く現れる特性を有する記録ヘッドとも言える。
【００３９】
ここで、上述した固有振動周期Ｔｃは、記録ヘッド毎に固有であるため、このＴｃに応じて残留振動の周期もヘッド毎に相違する場合がある。例えば、実線で示すＢの標準ヘッドにおける残留振動の周期と比較して、破線で示す記録ヘッドＡにおける残留振動の周期は短くなっており、また、一点鎖線で示す記録ヘッドＣの残留振動の周期は長くなっている。したがって、全ての記録ヘッドについて噴射パルス同士の間隔Δｔ（図４（ａ））を一定の値とした場合、単位周期内において先に発生される噴射パルスＰＳ１の次に発生される噴射パルスＰＳ２がアクチュエーター１０に印加される時点（即ち、噴射パルスＰＳ２によってアクチュエーター１０の駆動が開始されるタイミングであり、噴射パルスＰＳ２の始点）における残留振動の位相が記録ヘッド毎に異なる場合がある。
【００４０】
そして、例えば、標準ヘッドにおいて噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射したときの残留振動の中腹あたり（図４（ｂ）におけるタイミングＤｙ）に噴射パルスＰＳ２の始端を合わせるように、噴射パルス同士の間隔Δｔを定めた場合、図４（ｂ）においてＧ１で示すように、各記録ヘッド間で当該タイミングＤｙにおける残留振動の振幅の差が大きくなってしまう。その結果、各記録ヘッド間において噴射特性のばらつきが大きくなってしまう問題がある。この問題は、本実施形態に示すようなＴｃが小さい噴射ヘッド、具体的には、１０μｓ以下の液体噴射ヘッドにおいて顕著に存在する。その理由としては、Ｔｃと残留振動の周期は異なることを上述したが、その計時的なずれ量は僅かである上、Ｔｃの数値と残留振動の周期には相関関係が存在する。つまり、Ｔｃが小さいと残留振動の周期も小さくなると言える。ここで、振幅が同じであるものと仮定して周期が大きい残留振動と周期が小さい残留振動とを想定する。前者については、残留振動の振幅の極値から振幅の中腹に至るまでの時間が比較的長いため、極値に対応したタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加しなくても所望の量の液滴を噴射しやすい。しかしながら、後者の場合には、残留振動の振幅の極値から残留振動の振幅の中腹に至るまでの時間が短いため、極値に対応したタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加しないということは、残留振動の中腹に非常に近いタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加することを意味する。そのため、極値に対応したタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加する場合と、極値に対応しないタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加する場合との間には、噴射される液滴の量が所望の量であるか否かの差が出てしまう。そのため、Ｔｃが小さい液体噴射ヘッドでは、本発明を適用することによる作用効果がより顕著なものとなる。
【００４１】
このため、本発明に係るプリンター１では、単位周期Ｔ内の駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射パルスＰＳ１と、この次に発生される噴射パルスＰＳ２との間隔Δｔが、標準ヘッドにおいて噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射したときの残留振動の極値（極大点又は極小点）に噴射パルスＰＳ２の始端（即ち、ＰＳ２がアクチュエーター１０に印加開始される時点）を合わせるようにパルス同士の間隔Δｔが設定される。本実施形態では、噴射パルスＰＳ２の始端が、上記残留振動の振幅の２つめの極大点Ｍｘ２又は極小点Ｍｍ２に対応するタイミングＤｘに設定される。
【００４２】
そして、このように設定された駆動信号ＣＯＭが、標準ヘッド及びこの標準ヘッド以外の他の記録ヘッド８（標準ヘッドの固有振動周期Ｔｃと同一のＴｃを有する記録ヘッド及び標準ヘッドの固有振動周期Ｔｃと異なるＴｃを有する記録ヘッドの両方を含む）に共通な駆動信号（共通駆動信号）として用いられる。これにより、噴射パルスＰＳ２がアクチュエーター１０に印加される時点Ｄｘの、先に噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射した後の残留振動の位相が、記録ヘッド８の個体差によらず一定に揃えられる。これにより、単位周期内で噴射パルスＰＳ１と第２の噴射パルスＰＳ２をアクチュエーター１０にそれぞれ印加することでインクを連続的に噴射したときのインクの量や飛翔速度などの噴射特性を、記録ヘッド８の個体差によらず一定に揃えることが可能となる。
【００４３】
即ち、標準ヘッドは、製造上目標とする特性、又は、製造上で最も多く現れる特性を有するので、この標準ヘッドのインク噴射時の残留振動に基づいて設定された共通駆動信号を他の記録ヘッド８に用いた場合に、記録ヘッド８の個体差によって第２の噴射パルスＰＳ２がアクチュエーター１０に印加されるタイミングでの残留振動の位相が大きくずれることが防止され、しかも、多少位相がずれたとしても極点（極大点又は極小点）の近傍では、残留振動の中腹と比較して振幅の差Ｇ２が小さい。その結果、記録ヘッド８の個体差によらず噴射特性を一定に揃えることができる。そして、共通駆動信号が標準ヘッドの実際のインク噴射時の残留振動に基づいて設定されることで、実際の残留振動の周期とヘルムホルツ振動周期Ｔｃ（固有振動周期Ｔｃ）との不一致に起因する噴射特性の変動が抑制される。特に、例えば、紫外線硬化型インクのような高粘度のインクを噴射する場合、粘度の低いインクを用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にあるため、標準ヘッドにおけるインク噴射時の実際の残留振動に基づいて共通駆動信号が設定されることで、実際の残留振動の周期とＴｃとの不一致に起因する噴射特性の変動をより確実に抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、噴射パルスＰＳ２の始端が、上記残留振動の振幅の２つめの極大点Ｍｘ２又は極小点Ｍｍ２に対応するタイミングに設定されるので、噴射パルス間の間隔を必要以上に広げることなく、インクの噴射が不安定になることが防止される。即ち、残留振動の１つめの極大点Ｍｘ１又は極小点Ｍｍ１は、それ以降の極大点又は極小点と比較して振幅が大きいので、１つめの極大点Ｍｘ１又は極小点Ｍｍ１に噴射パルスＰＳ２の始端を合わせた場合には、インクの量や飛翔速度が不用意に上昇して飛翔曲がりが生じる等、噴射が不安定になる虞がある。また、残留振動の３つめ以降の極大点又は極小点に第２の噴射パルスの始端を合わせた場合には、噴射パルス間の間隔が広がりすぎてしまうため、噴射動作が全体的に遅くなってしまい、高周波駆動が困難となる。これに対し、残留振動の振幅の２つめの極大点Ｍｘ２又は極小点Ｍｍ２に第２の噴射パルスＰＳ２の始端を合わせた場合、１つめの極点よりも振幅が減少しているので、噴射パルス間の間隔Δｔを広げすぎることなく、インクの噴射が不安定になることを抑制することができる。特に、高粘度インクの場合、残留振動の減衰が低粘度のものよりも早いので、より高い効果が得られる。
【００４５】
なお、本実施形態においてはパルス同士の間隔Δｔを噴射パルスＰＳ１の後端（第３波形部Ｐ３の後端）から噴射パルスＰＳ２の始端（第１波形部Ｐ１の始端）までの間隔としているが、これには限られない。例えば、各パルスの始端同士の間隔でも良いし、各パルスの終端同士の間隔でも良い。
【００４６】
上記パルス間隔Δｔの設定方法に関し、例えば、記録ヘッドの検査工程で実際にインクを噴射することでインクの量（重量又は体積）や飛翔速度等の噴射特性が取得され、設計・仕様上最も理想的な噴射特性を有するものが標準ヘッドとして特定される。そして、この標準ヘッドでインクを噴射したときに圧力室１９内のインクに生じる残留振動を測定することで当該残留振動の極値が把握される。残留振動の測定方法としては、例えば、噴射パルスの第２波形部Ｐ２の長さを段階的に変えつつ当該噴射パルスを用いてインクを噴射し、各段階のインクの飛翔速度を測定してプロットする方法等が挙げられる。
【００４７】
前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００４８】
前述した実施形態の記録ヘッド８では、アクチュエーター１０として、噴射パルスＰＳ１で与えられる電位が高いほど、静電気力を利用して圧力室１９の容積を大きくするための動作をする静電式アクチュエータータイプのものを用いていたが、アクチュエーター１０としては、他のタイプのものを用いてもよい。図６に例示した他の記録ヘッド８′は、アクチュエーター１０として、所謂撓み振動型の圧電素子（ピエゾ素子）３７を採用している。そして、この圧電素子３７として、噴射パルスＰＳ′（図７を参照）で与えられる電位が高いほど、圧力室４０の容積を小さくするための動作をするタイプのものを用いている。
【００４９】
簡単に説明すると、他の記録ヘッド８′は、リザーバー３８と、インク供給口３９と、圧力室４０と、ノズル４１とを有する。そして、リザーバー３８から圧力室４０を通ってノズル４１に至る一連のインク流路をノズル４１に対応して複数有している。他の記録ヘッド８′でも圧力室４０は、その容積が圧電素子３７の動作によって変化される。すなわち、圧力室４０の一部は振動板４２によって区画され、圧力室４０とは反対側となる振動板４２の表面には圧電素子３７が設けられている。
【００５０】
圧電素子３７はそれぞれの圧力室４０に対応して複数設けられている。各圧電素子３７は、例えば圧電体を上電極と下電極とで挟んだ構成であり（何れも図示せず。）、これらの電極間に電位差を与えることにより変形する。この例では、上電極の電位を上昇させると圧電体が充電され、これに伴って圧電素子３７は圧力室４０側に凸となるように撓む。これにより圧力室４０が収縮される。なお、他の記録ヘッド８′では、振動板４２における圧力室４０を区画している部分が変形部に相当する。
【００５１】
他の記録ヘッド８′用の噴射パルスＰＳ′（第１の噴射パルスＰＳ１′，第２の噴射パルスＰＳ２′）は、例えば図７に示す波形のものである。簡単に説明すると、この噴射パルスＰＳ′は、前述した噴射パルスＰＳ（ＰＳ１，ＰＳ２）を電位方向（高低方向）に反転させた波形をしている。従って、この噴射パルスＰＳ′（ＰＳ１′，ＰＳ２′）は、第１波形部Ｐ１１と、第２波形部Ｐ１２と、第３波形部Ｐ１３とを有する。
【００５２】
第１波形部Ｐ１１は、始端電位が最高電位ＶＨ、終端電位が基準電位ＶＢであり、タイミングｔ０ｂからタイミングｔ１ｂに亘って生成される。第２波形部Ｐ１２は、基準電位ＶＢで一定であり、タイミングｔ１ｂからタイミングｔ２ｂに亘って生成される。第３波形部Ｐ１３は、始端電位が基準電位ＶＢ、終端電位が最高電位ＶＨであり、タイミングｔ２ｂからタイミングｔ３ｂに亘って生成される。他の記録ヘッド８′用の噴射パルスＰＳ′が有する各部分Ｐ１１〜Ｐ１３の機能は、前述した噴射パルスＰＳが有する各部分Ｐ１〜Ｐ３の機能と同じである。
【００５３】
このような構成の他の記録ヘッド８′でも、単位周期Ｔ内の駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射パルスＰＳ１′と、この次に発生される噴射パルスＰＳ２′との間隔Δｔが、標準ヘッドにおいて噴射パルスＰＳ１′を用いてインクを噴射したときの残留振動の極値に噴射パルスＰＳ２′の始端（即ち、ＰＳ２′が圧電素子３７に印加開始される時点）を合わせるようにパルス同士の間隔Δｔが設定されることにより、単位周期内で噴射パルスＰＳ１′と噴射パルスＰＳ２′を圧電素子３７にそれぞれ印加することでインクを連続的に噴射したときのインクの量や飛翔速度などの噴射特性を、記録ヘッド８′の個体差によらず一定に揃えることができる。
【００５４】
なお、前述した各噴射パルスＰＳ（ＰＳ１，ＰＳ２），ＰＳ′（ＰＳ１′，ＰＳ２′）はあくまで一例である。噴射パルスの波形（電位の変化パターン）は、インクの噴射量やインクの粘度に応じて適宜定められる。
また、単位周期Ｔ内の駆動信号中に含まれる噴射パルスの数は例示したものには限られない。即ち、単位周期Ｔ内の駆動信号中に３つ以上の噴射パルスが含まれる構成を採用することもできる。この場合、時間軸上で隣り合う噴射パルス同士の間隔を上記の方法で設定すればよい。
さらに、上記実施形態では、ラージドットに対応する大きさのドットを挙げて説明したが、ラージドットに限定されず、複数の噴射パルスを印加して所望の液滴量を得ようとするものであれば、本発明を適用できる。
【００５５】
このプリンター１では、インクを噴射させるための動作（噴射動作）をする素子として、アクチュエーター１０，圧電素子３７を用いている。ここで、噴射動作をする素子は、前述したアクチュエーター１０や圧電素子３７に限定されるものではない。例えば、所謂縦振動型の圧電素子であってもよいし、発熱素子であってもよいし、磁歪素子であってもよい。そして、この素子として、前述の実施形態のようにアクチュエーター１０，圧電素子３７を用いた場合には、圧力室１９，４０の容積を噴射パルスＰＳの電位に基づいて精度良く制御できる。
【００５６】
そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、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噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。
【符号の説明】
【００５７】
１…プリンター，４…駆動信号発生回路，１０…アクチュエーター，１４…ノズル，１９…圧力室，２０…リザーバー，２１…インク供給路，２３…薄肉部，２５…個別電極，ＰＳ１…第１の噴射パルス，ＰＳ２…第２の噴射パルス，Ｐ１…第１波形部，Ｐ２…第２波形部，Ｐ３…第３波形部
【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噴射装置に関し、特に、単位周期内に複数の液体を連続的に噴射する構成の液体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射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）に対して噴射・着弾させてドットを形成す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、液晶ディスプレイ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噴射装置が応用されている。
【０００３】
例えば、上記プリンターには、複数のノズルを列設して成るノズル列（ノズル群）を有し、噴射パルスを圧力発生手段（例えば、圧電振動子、発熱素子、又は静電式アクチュエーター等）に印加してこれを駆動することにより圧力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室に連通したノズルから液体を噴射させるように構成されたものがある。
【０００４】
上記のプリンターでは、インク噴射後のインクの残留振動が問題となることがある。即ち、この残留振動によってメニスカスの挙動が乱れ、これにより次に行うインク滴の噴射動作に悪影響を及ぼす虞がある。特に、記録速度の高速化や記録画像の高解像度化に伴って、ごく微小（例えば、数ｐｌ）なインク滴を非常に短い時間（例えば、数μｓ）で連続的に噴射する場合、上記の残留振動を可及的に抑制することが望まれる。例えば、１回の印刷単位周期（駆動信号の始端を規定するタイミング信号で区画される駆動信号の繰り返し周期）内で噴射するインク滴の数に応じて記録媒体に形成する画素の階調表現を行う構成の場合、即ち、多ショット／画素印字の場合、上記の残留振動の影響を受けて、インク滴を連続して噴射した際に各噴射時のインク噴射特性が変動する。すなわち、単位周期において先にインク滴を噴射した後に続いて次にインク滴を噴射する場合、圧力室内に生じる圧力振動は、振動板電極の駆動によって生じる圧力振動と、先のインク滴の噴射時に生じた残留振動との重ね合わせになる。したがって、残留振動に起因して、振動板電極の駆動を開始する時点におけるメニスカスの変位状態が、１回の駆動のみでインク滴を１滴だけ噴射する場合と多ショットでインク滴を複数滴噴射する場合とで相違することがある。
【０００５】
そこで、連続したインク滴の噴射により１画素分の印字を行う場合に、第１の噴射パルスを印加し終わった時点からその次の噴射パルスを印加するまでの間隔を、圧力室内のインクに生じるヘルムホルツ周期Ｔｃ（以下、適宜、固有振動周期Ｔｃとも言う。）以上に設定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、先の噴射による残留振動の影響を可及的に抑えて、後の噴射時の液滴の飛翔速度や液量の変動等を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０６２５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、インク噴射後に生じるインクの残留振動の周期は、上記の固有振動周期Ｔｃと必ずしも一致しない。特に、噴射時の粘度がいわゆる高粘度領域の液体、たとえば、８ｍＰａ・ｓ以上の液体（以下、高粘度液体）を用いる場合には、粘度の低い液体（８ｍＰａ・ｓ未満）を用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にある。したがって、上記のパルスの間隔をＴｃに基づいて設定したとしても、上記の問題が解消されない可能性があった。なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。
【０００８】
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、液体噴射ヘッドの個体差によらず噴射特性を一定に揃えることが可能な液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、液体供給源からの液体が供給部を通じて供給される圧力室と、当該圧力室に連通し、液体が噴射されるノズルと、当該ノズルから液体を噴射させるために前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作を行う圧力発生手段と、を有する液体噴射ヘッド、及び、前記ノズルから液体を噴射させるべく前記圧力発生手段を駆動する噴射パルスを単位周期内に複数含む駆動振動を発生する駆動信号発生部を備えた液体噴射装置であって、
前記駆動信号発生部は、仕様上で標準の特性を有する標準液体噴射ヘッドおよび当該標準液体噴射ヘッドとは固有振動周期Ｔｃが同一の或いは異なる他の液体噴射ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号を発生し、
前記共通駆動信号は、単位周期内で先に発生される第１の噴射パルスと、当該第１の噴射パルスの後に続いて発生される第２の噴射パルスと、を含み、
前記第２の噴射パルスが前記圧力発生手段に印加されるタイミングが、前記標準液体噴射ヘッドにおいて前記第１の噴射パルスを用いて液体を噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されたことを特徴とする。
なお、「仕様上で標準の特性を有する標準液体噴射ヘッド」とは、所定の仕様の液体噴射ヘッドを製造する上で目標とする（理想の）特性を有する液体噴射ヘッド、又は、製造上で最も多く現れる特性を有する液体噴射ヘッドを意味する。また「特性」とは、液体噴射ヘッド自体の構造の寸法、これに応じて定まる固有振動周期Ｔｃ、或いは、ノズルから液体を実際に噴射したときの液体の重量や飛翔速度等を意味する。
また、「単位周期」とは、駆動信号の繰り返し周期であり、例えば、駆動信号の発生タイミングを規定するタイミング信号よって区切られる区間を意味する。
【００１０】
本発明に係る液体噴射装置では、駆動信号発生部が、標準液体噴射ヘッドおよび当該標準液体噴射ヘッドとは固有振動周期Ｔｃが同一の或いは異なる他の液体噴射ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号を発生し、共通駆動信号は、単位周期内で先に発生される第１の噴射パルスと、これに後続する第２の噴射パルスと、を含み、第２の噴射パルスが圧力発生手段に印加されるタイミングが、標準液体噴射ヘッドにおいて第１の噴射パルスを用いて液体を噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されている。そのため、単位周期内で第１の噴射パルスと第２の噴射パルスを圧力発生手段にそれぞれ印加することで液体を連続的に噴射したときの液体の量や飛翔速度などの噴射特性を、液体噴射ヘッドの個体差によらず一定に揃えることができる。即ち、標準ヘッドの液体噴射時の残留振動に基づいて設定された共通駆動信号を他の液体噴射ヘッドに用いた場合に、液体噴射ヘッドの個体差によって第２の噴射パルスが圧力発生手段に印加されるタイミングでの残留振動の位相が大きくずれることが防止され、しかも、多少位相がずれたとしても極点（極大点又は極小点）の近傍では、残留振動の中腹と比較して振幅の差が小さい。その結果、液体噴射ヘッドの個体差によらず噴射特性を一定に揃えることができる。そして、共通駆動信号が標準ヘッドの実際の液体噴射時の残留振動に基づいて設定されることで、実際の残留振動の周期とヘルムホルツ振動周期Ｔｃとの大幅な不一致に起因する噴射特性の変動を抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記第２の噴射パルスの前記圧力発生手段への印加タイミングが、前記残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されることが望ましい。
【００１２】
当該構成によれば、第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングが、残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されるので、噴射パルス間の間隔を必要以上に広げることなく、液体の噴射が不安定になることを防止することができる。即ち、残留振動の１つめの極大点又は極小点は、それ以降の極大点又は極小点と比較して振幅が大きいので、１つめの極大点又は極小点に第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングを合わせた場合には、液体の飛翔速度が不用意に上昇して飛翔曲がりが生じる等、噴射が不安定になる虞がある。また、残留振動の３つめ以降の極大点又は極小点に第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングを合わせた場合には、噴射パルス間の間隔が広がりすぎてしまうため、噴射動作が全体的に遅くなってしまう。これに対し、残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に第２の噴射パルスの圧力発生手段への印加タイミングを合わせた場合、１つめよりも振幅が減少しているので、噴射パルス間の間隔を広げすぎることなく、液体の噴射が不安定になることを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記ノズルから噴射される時点での前記液体の粘度が８ｍＰａ・ｓ以上である場合に好適である。
【００１４】
即ち、８ｍＰａ・ｓ以上の高粘度の液体を噴射する場合、粘度の低い液体を用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にあるため、共通駆動信号が標準ヘッドの実際の液体噴射時の残留振動に基づいて設定されることで、実際の残留振動の周期とヘルムホルツ振動周期Ｔｃとの不一致に起因する噴射特性の変動をより確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】印刷システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】記録ヘッドの要部断面図である。
【図３】駆動信号発生回路等の構成を説明するブロック図である。
【図４】（ａ）駆動信号の一例を説明するための波形図、（ｂ）は第１の噴射パルスによるインク噴射後の残留振動を説明する模式図である。
【図５】噴射パルスについて説明する波形図である。
【図６】他のヘッドを説明する断面図である。
【図７】他のヘッド用の噴射パルスを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、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。
【００１７】
図１に例示したプリンター１は、記録用紙、布、フィルム等の記録媒体に向けて、液体の一種であるインクを噴射する。記録媒体は、液体が噴射されて着弾する対象となる着弾対象である。外部装置としてのコンピューターＣＰは、プリンター１と通信可能に接続されている。プリンター１に画像を印刷させるため、コンピューターＣＰは、その画像に応じた印刷データをプリンター１に送信する。
【００１８】
プリンター１は、用紙搬送機構２、キャリッジ移動機構３、駆動信号発生回路４、ヘッドユニット５、検出器群６、及び、プリンターコントローラー７を有する。用紙搬送機構２は、用紙を搬送方向に搬送させる。キャリッジ移動機構３は、ヘッドユニット５が取り付けられたキャリッジを所定の移動方向（例えば紙幅方向）に移動させる。駆動信号発生回路４は、駆動信号ＣＯＭを生成する。この駆動信号ＣＯＭは、記録用紙（記録媒体）への印刷時に記録ヘッド８のアクチュエーター１０（図２（ａ）参照）へ印加されるものであり、図４に一例を示すように、発生単位周期Ｔ内に噴射パルスＰＳを複数含む一連の信号である。ここで、噴射パルスＰＳとは、記録ヘッド８から液滴状のインクを噴射させるために、アクチュエーター１０に所定の動作を行わせるものである。駆動信号ＣＯＭが複数の噴射パルスＰＳを含むことから、駆動信号発生回路４は、駆動信号発生部に相当する。なお、駆動信号発生回路４の構成や噴射パルスＰＳの詳細については後述する。
【００１９】
ヘッドユニット５は、記録ヘッド８とヘッド制御部１１とを有する。記録ヘッド８は液体噴射ヘッドの一種であり、インクを記録媒体に向けて噴射させて、当該記録媒体に着弾させる。ヘッド制御部１１は、プリンターコントローラー７からのヘッド制御信号に基づき、記録ヘッド８を制御する。なお、記録ヘッド８の構成については後で説明する。検出器群６は、プリンター１の状況を監視する複数の検出器によって構成される。これらの検出器による検出結果は、プリンターコントローラー７に出力される。プリンターコントローラー７は、プリンター１における全体的な制御を行う。このプリンターコントローラー７についても後で説明する。
【００２０】
図２は、本実施形態の記録ヘッド８の構成を示す圧力室長手方向の要部断面図である。この記録ヘッド８は、シリコン製の流路基板１５の一方の面に、同じくシリコン製のノズル基板１６を、流路基板１５の他方の面に、ガラス製の電極基板１７を各々配置して積層し、各部材間を接着剤によって接合することで３層構造となっている。
【００２１】
上記ノズル基板１６は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル１４を列状に開設した板材である。上記流路基板１５には、その表面から異方性エッチングを施すことにより、インク流路となる溝部が形成されており、この溝部の開口部分がノズル基板１６によって塞がれることにより、各ノズル１４に対応して設けられた複数の圧力室１９、各圧力室共通のインクが導入されるリザーバー２０、及び、リザーバー２０と各圧力室１９との間を連通するインク供給路２１から成る一連のインク流路が区画される。リザーバー２０は、インクカートリッジ（液体供給源の一種。図示せず。）から供給されたインクを一旦貯留する部分であり、ノズル列を構成する各ノズル１４に共通の液体貯留室（共通液室）に相当する。また、インク供給路２１は、本発明における供給部に相当する。
【００２２】
流路基板１５において、リザーバー２０となる溝部の底面には、基板厚さ方向に貫通したインク導入口２２が開設されている。また、各圧力室１９となる溝部の底面（一方の面）には、ヘッド積層方向（図２において上下方向）に弾性変位可能な弾性面として機能する薄肉部２３が形成されている。そして、流路基板１５には共通電極端子１８が形成されており、この流路基板１５は導電性を有するので、上記薄肉部２３は、共通電極（可撓性電極）としても機能するようになっている。
【００２３】
上記電極基板１７は、例えば、ホウ珪酸ガラスによって作製されている。このホウ珪酸ガラスは、熱膨張率がシリコンと同程度である。このため、温度変化によるヘッド構成部材間の剥離が生じ難くなっている。この電極基板１７の流路基板１５に接合される面において、圧力室１９の薄肉部２３に対向する位置には、トレイ状に浅くエッチングされた凹部２４が、各圧力室１９に対応して形成されている。この凹部２４の底面には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの薄膜を積層して形成された個別電極（固定電極）２５がそれぞれ敷設されている。各個別電極２５は、各圧力室１９に対応して延在するセグメント電極２５ａと、外部に露出している電極端子部２５ｂと、から構成されている。そして、電極基板１７を流路基板１５に接合すると、各圧力室１９の薄肉部２３と各個別電極２５のセグメント電極２５ａとが狭小な隙間を形成した状態でそれぞれ対向する。
【００２４】
また、この電極基板１７には、基板厚さ方向を貫通したインク導入路１７′が形成されており、このインク導入路１７′は、流路基板１５との接合状態でインク導入口２２と連通するようになっている。このインク導入路１７′とインク導入口２２を通じて、例えばプリンター本体側に設けられたインクカートリッジからのインクがリザーバー２０内に導入されるようになっている。そして、リザーバー２０のインクは、このリザーバー２０から分岐したインク供給路２１を通って各圧力室１９に分配供給される。
【００２５】
流路基板１５の共通電極端子１８と、電極基板１７の個別電極２５との間には、プリンターコントローラー７側からの駆動信号（噴射パルスＰＳ）が印加される。駆動電圧が基準電位（又は接地電位）よりも＋側に変化することにより、可撓性電極或いは変形部として機能する薄肉部２３と個別電極２５との間に静電気力が発生し、この静電気力によって、薄肉部２３が弾性変形して個別電極２５側に撓み、セグメント電極２５ａの表面に吸着する。この結果、圧力室１９の容積が増加して、インク供給路２１を通じてリザーバー２０側からインクが圧力室１９内に流入する。そして、駆動電圧が−側（接地電位側）に急激に変化して静電気力が急激に減少すると、薄肉部２３はその弾性力によってセグメント電極２５ａの表面から離れて圧力室１９側に変位する。その結果、圧力室１９の容積が急激に減少する。これにより、圧力室１９内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動によってノズル１４からインクが噴射（噴射）される。即ち、薄肉部２３、共通電極端子１８、個別電極２５、及び薄肉部２３は、アクチュエーター１０（本発明における圧力発生手段の一種）として機能する。アクチュエーター１０は、印加された噴射パルスＰＳにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、薄肉部２３（変形部）を変形させる手段といえる。そして、圧力室１９内のインクに対する加圧度合いや減圧度合いは、個別電極２５における単位時間あたりの電位変化量等によって概ね定めることができる。
【００２６】
上記のように記録ヘッド８には、リザーバー２０からノズル１４に至る一連のインク流路（液体で満たされる液体流路に相当する）が、ノズル１４の数に応じて複数設けられている。このインク流路では、太い流路の圧力室１９に対して、細い流路のノズル１４及びインク供給路２１がそれぞれ連通している。このため、インクの流れなどの特性を解析する場合、ヘルムホルツの共鳴器の考え方が適用される。このようなインク流路では、圧力室１９内のインクに圧力変化を与えることで、ノズル１４からインクを噴射させる。このとき、圧力室１９、インク供給路２１、及び、ノズル１４は、ヘルムホルツの共鳴器のように機能する。このため、圧力室１９内のインクに圧力が加わると、この圧力の大きさはヘルムホルツ周期と呼ばれる固有の周期Ｔｃに基づいて変化する。すなわち、インクには圧力振動が生じる。
【００２７】
ここで、ヘルムホルツ周期（圧力室内のインクの固有振動周期）Ｔｃは、一般的には次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕・・・（１）
式（１）において、Ｍｎはノズル１４のイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量、後述する。）、Ｍｓはインク供給路２１のイナータンス、Ｃｃは圧力室１９のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ２〕）である。
この圧力振動の振幅は、インク流路をインクが流れることで次第に小さくなる。例えば、ノズル１４やインク供給路２１における損失、及び、圧力室１９を区画する壁部等における損失により、圧力振動は減衰する。圧力振動が減衰するときの圧力振動の周期は一定の状態となる。
【００２８】
本実施形態の記録ヘッド８において、圧力室１９における固有振動周期Ｔｃは１０μｓ以下という比較的短い範囲内に定められる。なお、このＴｃは、隣り合う圧力室１９同士を区画する壁部の厚さ、薄肉部２３の厚さやコンプライアンス、流路基板１５やノズル基板１６の素材によっても変化する。したがって、同種、即ち、同じ仕様の記録ヘッドであっても、壁部の厚さ、薄肉部２３の厚さやコンプライアンス、流路基板１５やノズル基板１６などの製造時の寸法誤差等によってＴｃがヘッド毎に異なる場合がある。また、アクチュエーター１０の作動によりノズル１４からインクを噴射したときに圧力室１９内のインクに生じる圧力振動（残留振動）の周期は、上記Ｔｃと僅かにずれる。特に、噴射時の粘度が８ｍＰａｓ以上の高粘度液体（例えば、紫外線硬化型インク等）を用いる場合には、粘度が８ｍＰａｓ未満の液体を用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にある。
【００２９】
プリンターコントローラー７は、プリンター１における全体的な制御を行う。例えば、コンピューターＣＰから受け取った印刷データや各検出器からの検出結果に基づいて制御対象部を制御し、用紙に画像を印刷させる。図１に示すように、プリンターコントローラー７は、インターフェース部２８と、ＣＰＵ２９と、メモリー３０とを有する。インターフェース部２８は、コンピューターＣＰとの間でデータの受け渡しを行う。ＣＰＵ２９は、プリンター１の全体的な制御を行う。メモリー３０は、コンピュータープログラムを格納する領域や作業領域等を確保する。ＣＰＵ２９は、メモリー３０に記憶されているコンピュータープログラムに従い、各制御対象部を制御する。例えば、ＣＰＵ２９は、用紙搬送機構２やキャリッジ移動機構３を制御する。また、ＣＰＵ２９は、記録ヘッド８の動作を制御するためのヘッド制御信号をヘッド制御部１１に送信したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号発生回路４に送信したりする。
【００３０】
ここで、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号はＤＡＣデータとも呼ばれ、例えば複数ビットのデジタルデータである。このＤＡＣデータは、生成される駆動信号ＣＯＭの電位の変化パターンを定める。従って、このＤＡＣデータは、駆動信号ＣＯＭや噴射パルスＰＳの電位を示すデータともいえる。このＤＡＣデータは、メモリー３０の所定領域に記憶されており、駆動信号ＣＯＭの生成時に読み出されて駆動信号発生回路４へ出力される。
【００３１】
駆動信号発生回路４は、駆動信号発生部として機能し、ＤＡＣデータに基づき、噴射パルスＰＳを有する駆動信号ＣＯＭを生成する。図３に示すように、駆動信号発生回路４は、ＤＡＣ回路３１と、電圧増幅回路３２と、電流増幅回路３３と、を有する。ＤＡＣ回路３１は、デジタルのＤＡＣデータをアナログ信号に変換する。電圧増幅回路３２は、ＤＡＣ回路３１で変換されたアナログ信号の電圧を、アクチュエーター１０を駆動できるレベルまで増幅する。このプリンター１では、ＤＡＣ回路３１から出力されるアナログ信号は最大３．３Ｖであるのに対し、電圧増幅回路３２から出力される増幅後のアナログ信号（便宜上、波形信号ともいう。）は最大４２Ｖである。電流増幅回路３３は、電圧増幅回路３２からの波形信号について電流の増幅をし、駆動信号ＣＯＭとして出力する。この電流増幅回路３３は、例えば、プッシュプル接続されたトランジスタ対によって構成される。
【００３２】
ヘッド制御部１１は、駆動信号発生回路４で生成された駆動信号ＣＯＭの必要部分をヘッド制御信号に基づいて選択し、アクチュエーター１０へ印加する。このため、図３に示すように、ヘッド制御部１１は、駆動信号ＣＯＭの供給線の途中に、アクチュエーター１０毎に設けられた複数のスイッチ３４を有する。そして、ヘッド制御部１１は、ヘッド制御信号からスイッチ制御信号を生成する。このスイッチ制御信号によって各スイッチ３４を制御することで、駆動信号ＣＯＭの必要部分（噴射パルスＰＳ）がアクチュエーター１０へ印加される。このとき、必要部分の選択の仕方次第で、ノズル１４からのインクの噴射を制御できる。
【００３３】
次に、駆動信号発生回路４によって生成される駆動信号ＣＯＭについて説明する。図４（ａ）に示すように、駆動信号ＣＯＭには、繰り返し生成される複数の噴射パルスＰＳが含まれている。本実施形態において、タイミング信号の一種であるＬＡＴ信号で区切られる駆動信号ＣＯＭの繰り返し周期であって、記録媒体上に画像を構成する単位である画素を形成するための周期である単位周期Ｔ内に、合計２つの噴射パルスＰＳ１及びＰＳ２が含まれる。これらの噴射パルスＰＳは、いずれも同じ波形となっている。すなわち、電位の変化パターンが同じである。前述したように、この駆動信号ＣＯＭは、アクチュエーター１０の個別電極２５と共通電極端子１８との間に印加される。これにより、固定電位とされた薄肉部２３との間に、噴射パルスＰＳの電位の変化パターンに応じた電位差が生じる。その結果、アクチュエーター１０は、電位の変化パターンに応じて薄肉部２３を静電気力によって変位させることで圧力室１９の容積を変化させる。
【００３４】
図５は、上記噴射パルスＰＳ１（本発明における第１の噴射パルスに相当）の構成を説明する波形図である。なお、噴射パルスＰＳ２（本発明における第２の噴射パルスに相当）については、噴射パルスＰＳ１と同一の波形であるので、その説明を省略する。また、図５において、縦軸は駆動信号の電位であり、基準電位としての基準電位ＶＢを０Ｖにしている。また、横軸は時間である。
噴射パルスＰＳ１は、第１波形部Ｐ１と、第２波形部Ｐ２と、第３波形部Ｐ３とからなる略台形状の波形である。第１波形部Ｐ１は、タイミングｔ０ａからタイミングｔ１ａに亘って生成される部分である。この第１波形部Ｐ１は、タイミングｔ０ａにおける電位（始端電位に相当する）が基準電位ＶＢであり、タイミングｔ１ａにおける電位（終端電位に相当する）が最高電位（動作電位の一種）ＶＨである。このため、第１波形部Ｐ１がアクチュエーター１０に印加されると、圧力室１９は、基準容積から最大容積まで、第１波形部Ｐ１の生成期間に亘って膨張する。この第１波形部Ｐ１は、インク滴を噴射させるための準備動作としてメニスカスを圧力室１９側に引き込むべく圧力室１９を膨張させる部分である。
【００３５】
上記噴射パルスＰＳ１における最高電位ＶＨから基準電位ＶＢまでの差（以下、駆動電圧Ｖｈともいう）は数十Ｖである。この駆動電圧Ｖｈの設定については、例えば、駆動電圧が異なる２つの評価用パルスを用いて、アクチュエーター１０を駆動してノズル１４から噴射されるインクの量をそれぞれ取得し、これらの駆動電圧とインク量とに基づき、目標とする噴射量（噴射パルス単発で用いてインクを噴射したときのインク量）が得られる駆動電圧を設定する。具体的には、噴射量の変化量が電圧の変化量に比例するものとして、プリンターの仕様上目標とするインク量に対応する駆動電圧を取得し、この値を噴射パルスＰＳ１，ＰＳ２の駆動電圧Ｖｈとして設定する。なお、噴射パルスＰＳ１の駆動電圧と噴射パルスＰＳ２の駆動電圧とは、それぞれ異なる値に設定される場合もある。
【００３６】
第２波形部Ｐ２は、タイミングｔ１ａからタイミングｔ２ａに亘って生成される部分である。この第２波形部Ｐ２は、最高電位ＶＨで一定である。このため、第２波形部Ｐ２がアクチュエーター１０に印加されると、圧力室１９は、第２波形部Ｐ２の生成期間に亘って最大容積が維持される。第３波形部Ｐ３は、タイミングｔ２ａからタイミングｔ３ａに亘って生成される部分である。この第３波形部Ｐ３は、始端電位が最高電位ＶＨであり、終端電位が基準電位ＶＢである。このため、第３波形部Ｐ３がアクチュエーター１０に印加されると、圧力室１９は、最大容積から基準容積（或いはそれを越える程度）まで第３波形部Ｐ３の生成期間に亘って収縮する。この圧力室１９の収縮に伴ってインクが噴射されるので、第３波形部Ｐ３はインク滴を噴射させるための部分に相当する。この噴射パルスＰＳ１には、インク滴を噴射した後の残留振動を抑制するための制振部分が含まれないので、インク噴射後には、残留振動が生じる。
【００３７】
インクの最大噴射周波数は、単位周期Ｔにおいて生成される各噴射パルスＰＳの間隔によって定められる。そして、この噴射パルスＰＳ１を１つだけアクチュエーター１０に印加することでノズル１４から１回だけ噴射されるインクの重量は、例えば数ｎｇである。即ち、単位周期Ｔにおいて、この噴射パルスＰＳ１のみを選択してアクチュエーター１０を駆動してインク滴を噴射させると、記録媒体上にはミドルドットに対応する大きさのドットが形成される。また、単位周期Ｔにおいて、噴射パルスＰＳ１と噴射パルスＰＳ２の両方を選択してアクチュエーター１０に印加すると、ノズル１４からはインク滴が２回連続して噴射されて、記録媒体上にはラージドットに対応する大きさのドットが形成される。
【００３８】
ところで、記録媒体に印刷される画像の画質を向上させるには、記録ヘッド８の個体差に拘わらず、一定の噴射特性（噴射されるインクの量や飛翔速度）が得られることが望まれる。
図４（ｂ）は、単位周期Ｔ中で先に発生される噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射したときのノズル１４におけるメニスカスの振動状態を模式的に示すグラフであり、同一仕様の３つの記録ヘッド８（Ａ〜Ｃ）の場合を示している。なお、当該グラフにおいて横軸は時間を表し、縦軸はメニスカスの噴射方向（ノズル１４の軸方向）の位置を表している。同図において、波形が上へ向かうほど記録ヘッド８の外側（噴射側）にメニスカスが移動し、逆に下へ向かうほど圧力室側にメニスカスが引き込まれることを意味する。また、グラフにおいてＤｘで示す時点が、本実施形態における噴射パルスＰＳ２の始端であり、当該噴射パルスＰＳ２によってアクチュエーター１０の駆動（噴射動作）が開始されるタイミングである。さらに、上記３つの記録ヘッド８のうち、Ｂの記録ヘッド８は、所定の仕様の記録ヘッド８を製造する上で目標とする（即ち、理想の）特性、又は、製造上で最も多く現れる特性を有する標準記録ヘッド（本発明における標準液体噴射ヘッドに相当）である。なお、この標準ヘッドに関し、当該標準ヘッドの特性が得られることを目標として各記録ヘッドが設計・製造されるので、結果的に、製造上で最も多く現れる特性を有する記録ヘッドとも言える。
【００３９】
ここで、上述した固有振動周期Ｔｃは、記録ヘッド毎に固有であるため、このＴｃに応じて残留振動の周期もヘッド毎に相違する場合がある。例えば、実線で示すＢの標準ヘッドにおける残留振動の周期と比較して、破線で示す記録ヘッドＡにおける残留振動の周期は短くなっており、また、一点鎖線で示す記録ヘッドＣの残留振動の周期は長くなっている。したがって、全ての記録ヘッドについて噴射パルス同士の間隔Δｔ（図４（ａ））を一定の値とした場合、単位周期内において先に発生される噴射パルスＰＳ１の次に発生される噴射パルスＰＳ２がアクチュエーター１０に印加される時点（即ち、噴射パルスＰＳ２によってアクチュエーター１０の駆動が開始されるタイミングであり、噴射パルスＰＳ２の始点）における残留振動の位相が記録ヘッド毎に異なる場合がある。
【００４０】
そして、例えば、標準ヘッドにおいて噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射したときの残留振動の中腹あたり（図４（ｂ）におけるタイミングＤｙ）に噴射パルスＰＳ２の始端を合わせるように、噴射パルス同士の間隔Δｔを定めた場合、図４（ｂ）においてＧ１で示すように、各記録ヘッド間で当該タイミングＤｙにおける残留振動の振幅の差が大きくなってしまう。その結果、各記録ヘッド間において噴射特性のばらつきが大きくなってしまう問題がある。この問題は、本実施形態に示すようなＴｃが小さい噴射ヘッド、具体的には、１０μｓ以下の液体噴射ヘッドにおいて顕著に存在する。その理由としては、Ｔｃと残留振動の周期は異なることを上述したが、その計時的なずれ量は僅かである上、Ｔｃの数値と残留振動の周期には相関関係が存在する。つまり、Ｔｃが小さいと残留振動の周期も小さくなると言える。ここで、振幅が同じであるものと仮定して周期が大きい残留振動と周期が小さい残留振動とを想定する。前者については、残留振動の振幅の極値から振幅の中腹に至るまでの時間が比較的長いため、極値に対応したタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加しなくても所望の量の液滴を噴射しやすい。しかしながら、後者の場合には、残留振動の振幅の極値から残留振動の振幅の中腹に至るまでの時間が短いため、極値に対応したタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加しないということは、残留振動の中腹に非常に近いタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加することを意味する。そのため、極値に対応したタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加する場合と、極値に対応しないタイミングで噴射パルスＰＳ２を印加する場合との間には、噴射される液滴の量が所望の量であるか否かの差が出てしまう。そのため、Ｔｃが小さい液体噴射ヘッドでは、本発明を適用することによる作用効果がより顕著なものとなる。
【００４１】
このため、本発明に係るプリンター１では、単位周期Ｔ内の駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射パルスＰＳ１と、この次に発生される噴射パルスＰＳ２との間隔Δｔが、標準ヘッドにおいて噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射したときの残留振動の極値（極大点又は極小点）に噴射パルスＰＳ２の始端（即ち、ＰＳ２がアクチュエーター１０に印加開始される時点）を合わせるようにパルス同士の間隔Δｔが設定される。本実施形態では、噴射パルスＰＳ２の始端が、上記残留振動の振幅の２つめの極大点Ｍｘ２又は極小点Ｍｍ２に対応するタイミングＤｘに設定される。
【００４２】
そして、このように設定された駆動信号ＣＯＭが、標準ヘッド及びこの標準ヘッド以外の他の記録ヘッド８（標準ヘッドの固有振動周期Ｔｃと同一のＴｃを有する記録ヘッド及び標準ヘッドの固有振動周期Ｔｃと異なるＴｃを有する記録ヘッドの両方を含む）に共通な駆動信号（共通駆動信号）として用いられる。これにより、噴射パルスＰＳ２がアクチュエーター１０に印加される時点Ｄｘの、先に噴射パルスＰＳ１を用いてインクを噴射した後の残留振動の位相が、記録ヘッド８の個体差によらず一定に揃えられる。これにより、単位周期内で噴射パルスＰＳ１と第２の噴射パルスＰＳ２をアクチュエーター１０にそれぞれ印加することでインクを連続的に噴射したときのインクの量や飛翔速度などの噴射特性を、記録ヘッド８の個体差によらず一定に揃えることが可能となる。
【００４３】
即ち、標準ヘッドは、製造上目標とする特性、又は、製造上で最も多く現れる特性を有するので、この標準ヘッドのインク噴射時の残留振動に基づいて設定された共通駆動信号を他の記録ヘッド８に用いた場合に、記録ヘッド８の個体差によって第２の噴射パルスＰＳ２がアクチュエーター１０に印加されるタイミングでの残留振動の位相が大きくずれることが防止され、しかも、多少位相がずれたとしても極点（極大点又は極小点）の近傍では、残留振動の中腹と比較して振幅の差Ｇ２が小さい。その結果、記録ヘッド８の個体差によらず噴射特性を一定に揃えることができる。そして、共通駆動信号が標準ヘッドの実際のインク噴射時の残留振動に基づいて設定されることで、実際の残留振動の周期とヘルムホルツ振動周期Ｔｃ（固有振動周期Ｔｃ）との不一致に起因する噴射特性の変動が抑制される。特に、例えば、紫外線硬化型インクのような高粘度のインクを噴射する場合、粘度の低いインクを用いる場合と比較して、Ｔｃと残留振動の周期が乖離する傾向にあるため、標準ヘッドにおけるインク噴射時の実際の残留振動に基づいて共通駆動信号が設定されることで、実際の残留振動の周期とＴｃとの不一致に起因する噴射特性の変動をより確実に抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、噴射パルスＰＳ２の始端が、上記残留振動の振幅の２つめの極大点Ｍｘ２又は極小点Ｍｍ２に対応するタイミングに設定されるので、噴射パルス間の間隔を必要以上に広げることなく、インクの噴射が不安定になることが防止される。即ち、残留振動の１つめの極大点Ｍｘ１又は極小点Ｍｍ１は、それ以降の極大点又は極小点と比較して振幅が大きいので、１つめの極大点Ｍｘ１又は極小点Ｍｍ１に噴射パルスＰＳ２の始端を合わせた場合には、インクの量や飛翔速度が不用意に上昇して飛翔曲がりが生じる等、噴射が不安定になる虞がある。また、残留振動の３つめ以降の極大点又は極小点に第２の噴射パルスの始端を合わせた場合には、噴射パルス間の間隔が広がりすぎてしまうため、噴射動作が全体的に遅くなってしまい、高周波駆動が困難となる。これに対し、残留振動の振幅の２つめの極大点Ｍｘ２又は極小点Ｍｍ２に第２の噴射パルスＰＳ２の始端を合わせた場合、１つめの極点よりも振幅が減少しているので、噴射パルス間の間隔Δｔを広げすぎることなく、インクの噴射が不安定になることを抑制することができる。特に、高粘度インクの場合、残留振動の減衰が低粘度のものよりも早いので、より高い効果が得られる。
【００４５】
なお、本実施形態においてはパルス同士の間隔Δｔを噴射パルスＰＳ１の後端（第３波形部Ｐ３の後端）から噴射パルスＰＳ２の始端（第１波形部Ｐ１の始端）までの間隔としているが、これには限られない。例えば、各パルスの始端同士の間隔でも良いし、各パルスの終端同士の間隔でも良い。
【００４６】
上記パルス間隔Δｔの設定方法に関し、例えば、記録ヘッドの検査工程で実際にインクを噴射することでインクの量（重量又は体積）や飛翔速度等の噴射特性が取得され、設計・仕様上最も理想的な噴射特性を有するものが標準ヘッドとして特定される。そして、この標準ヘッドでインクを噴射したときに圧力室１９内のインクに生じる残留振動を測定することで当該残留振動の極値が把握される。残留振動の測定方法としては、例えば、噴射パルスの第２波形部Ｐ２の長さを段階的に変えつつ当該噴射パルスを用いてインクを噴射し、各段階のインクの飛翔速度を測定してプロットする方法等が挙げられる。
【００４７】
前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００４８】
前述した実施形態の記録ヘッド８では、アクチュエーター１０として、噴射パルスＰＳ１で与えられる電位が高いほど、静電気力を利用して圧力室１９の容積を大きくするための動作をする静電式アクチュエータータイプのものを用いていたが、アクチュエーター１０としては、他のタイプのものを用いてもよい。図６に例示した他の記録ヘッド８′は、アクチュエーター１０として、所謂撓み振動型の圧電素子（ピエゾ素子）３７を採用している。そして、この圧電素子３７として、噴射パルスＰＳ′（図７を参照）で与えられる電位が高いほど、圧力室４０の容積を小さくするための動作をするタイプのものを用いている。
【００４９】
簡単に説明すると、他の記録ヘッド８′は、リザーバー３８と、インク供給口３９と、圧力室４０と、ノズル４１とを有する。そして、リザーバー３８から圧力室４０を通ってノズル４１に至る一連のインク流路をノズル４１に対応して複数有している。他の記録ヘッド８′でも圧力室４０は、その容積が圧電素子３７の動作によって変化される。すなわち、圧力室４０の一部は振動板４２によって区画され、圧力室４０とは反対側となる振動板４２の表面には圧電素子３７が設けられている。
【００５０】
圧電素子３７はそれぞれの圧力室４０に対応して複数設けられている。各圧電素子３７は、例えば圧電体を上電極と下電極とで挟んだ構成であり（何れも図示せず。）、これらの電極間に電位差を与えることにより変形する。この例では、上電極の電位を上昇させると圧電体が充電され、これに伴って圧電素子３７は圧力室４０側に凸となるように撓む。これにより圧力室４０が収縮される。なお、他の記録ヘッド８′では、振動板４２における圧力室４０を区画している部分が変形部に相当する。
【００５１】
他の記録ヘッド８′用の噴射パルスＰＳ′（第１の噴射パルスＰＳ１′，第２の噴射パルスＰＳ２′）は、例えば図７に示す波形のものである。簡単に説明すると、この噴射パルスＰＳ′は、前述した噴射パルスＰＳ（ＰＳ１，ＰＳ２）を電位方向（高低方向）に反転させた波形をしている。従って、この噴射パルスＰＳ′（ＰＳ１′，ＰＳ２′）は、第１波形部Ｐ１１と、第２波形部Ｐ１２と、第３波形部Ｐ１３とを有する。
【００５２】
第１波形部Ｐ１１は、始端電位が最高電位ＶＨ、終端電位が基準電位ＶＢであり、タイミングｔ０ｂからタイミングｔ１ｂに亘って生成される。第２波形部Ｐ１２は、基準電位ＶＢで一定であり、タイミングｔ１ｂからタイミングｔ２ｂに亘って生成される。第３波形部Ｐ１３は、始端電位が基準電位ＶＢ、終端電位が最高電位ＶＨであり、タイミングｔ２ｂからタイミングｔ３ｂに亘って生成される。他の記録ヘッド８′用の噴射パルスＰＳ′が有する各部分Ｐ１１〜Ｐ１３の機能は、前述した噴射パルスＰＳが有する各部分Ｐ１〜Ｐ３の機能と同じである。
【００５３】
このような構成の他の記録ヘッド８′でも、単位周期Ｔ内の駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射パルスＰＳ１′と、この次に発生される噴射パルスＰＳ２′との間隔Δｔが、標準ヘッドにおいて噴射パルスＰＳ１′を用いてインクを噴射したときの残留振動の極値に噴射パルスＰＳ２′の始端（即ち、ＰＳ２′が圧電素子３７に印加開始される時点）を合わせるようにパルス同士の間隔Δｔが設定されることにより、単位周期内で噴射パルスＰＳ１′と噴射パルスＰＳ２′を圧電素子３７にそれぞれ印加することでインクを連続的に噴射したときのインクの量や飛翔速度などの噴射特性を、記録ヘッド８′の個体差によらず一定に揃えることができる。
【００５４】
なお、前述した各噴射パルスＰＳ（ＰＳ１，ＰＳ２），ＰＳ′（ＰＳ１′，ＰＳ２′）はあくまで一例である。噴射パルスの波形（電位の変化パターン）は、インクの噴射量やインクの粘度に応じて適宜定められる。
また、単位周期Ｔ内の駆動信号中に含まれる噴射パルスの数は例示したものには限られない。即ち、単位周期Ｔ内の駆動信号中に３つ以上の噴射パルスが含まれる構成を採用することもできる。この場合、時間軸上で隣り合う噴射パルス同士の間隔を上記の方法で設定すればよい。
さらに、上記実施形態では、ラージドットに対応する大きさのドットを挙げて説明したが、ラージドットに限定されず、複数の噴射パルスを印加して所望の液滴量を得ようとするものであれば、本発明を適用できる。
【００５５】
このプリンター１では、インクを噴射させるための動作（噴射動作）をする素子として、アクチュエーター１０，圧電素子３７を用いている。ここで、噴射動作をする素子は、前述したアクチュエーター１０や圧電素子３７に限定されるものではない。例えば、所謂縦振動型の圧電素子であってもよいし、発熱素子であってもよいし、磁歪素子であってもよい。そして、この素子として、前述の実施形態のようにアクチュエーター１０，圧電素子３７を用いた場合には、圧力室１９，４０の容積を噴射パルスＰＳの電位に基づいて精度良く制御できる。
【００５６】
そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、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噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。
【符号の説明】
【００５７】
１…プリンター，４…駆動信号発生回路，１０…アクチュエーター，１４…ノズル，１９…圧力室，２０…リザーバー，２１…インク供給路，２３…薄肉部，２５…個別電極，ＰＳ１…第１の噴射パルス，ＰＳ２…第２の噴射パルス，Ｐ１…第１波形部，Ｐ２…第２波形部，Ｐ３…第３波形部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給源からの液体が供給部を通じて供給される圧力室と、当該圧力室に連通し、液体が噴射されるノズルと、当該ノズルから液体を噴射させるために前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作を行う圧力発生手段と、を有する液体噴射ヘッド、及び、前記ノズルから液体を噴射させるべく前記圧力発生手段を駆動する噴射パルスを単位周期内に複数含む駆動振動を発生する駆動信号発生部を備えた液体噴射装置であって、
前記駆動信号発生部は、仕様上で標準の特性を有する標準液体噴射ヘッドおよび当該標準液体噴射ヘッドとは固有振動周期Ｔｃが同一の或いは異なる他の液体噴射ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号を発生し、
前記共通駆動信号は、単位周期内で先に発生される第１の噴射パルスと、当該第１の噴射パルスの後に続いて発生される第２の噴射パルスと、を含み、
前記第２の噴射パルスが前記圧力発生手段に印加されるタイミングが、前記標準液体噴射ヘッドにおいて前記第１の噴射パルスを用いて液体を噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されたことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記第２の噴射パルスの前記圧力発生手段への印加タイミングが、前記残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記ノズルから噴射される時点での前記液体の粘度が８ｍＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項１】
液体供給源からの液体が供給部を通じて供給される圧力室と、当該圧力室に連通し、液体が噴射されるノズルと、当該ノズルから液体を噴射させるために前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作を行う圧力発生手段と、を有する液体噴射ヘッド、及び、前記ノズルから液体を噴射させるべく前記圧力発生手段を駆動する噴射パルスを単位周期内に複数含む駆動振動を発生する駆動信号発生部を備えた液体噴射装置であって、
前記駆動信号発生部は、仕様上で標準の特性を有する標準液体噴射ヘッドおよび当該標準液体噴射ヘッドとは固有振動周期Ｔｃが同一の或いは異なる他の液体噴射ヘッドに共通で用いられる共通駆動信号を発生し、
前記共通駆動信号は、単位周期内で先に発生される第１の噴射パルスと、当該第１の噴射パルスの後に続いて発生される第２の噴射パルスと、を含み、
前記第２の噴射パルスが前記圧力発生手段に印加されるタイミングが、前記標準液体噴射ヘッドにおいて前記第１の噴射パルスを用いて液体を噴射した後に生じる残留振動の振幅の極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されたことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記第２の噴射パルスの前記圧力発生手段への印加タイミングが、前記残留振動の振幅の２つめの極大点又は極小点に対応するタイミングに設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記ノズルから噴射される時点での前記液体の粘度が８ｍＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１８３６７１（Ｐ２０１１−１８３６７１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１３５１（Ｐ２０１０−５１３５１）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【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２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【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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