JP2006212920A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル開口から吐出対象物までの離隔距離に応じて吐出パルスを使い分けることで、離隔距離が小さい場合にはより高い着弾精度を確保し、離隔距離が大きい場合にはミストによる不具合を防止することが可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】 第１中ドット吐出パルスＤＰ１は、第１充電要素の印加後、メニスカスが静止位置よりも圧力室側に位置するタイミングで放電要素が圧電振動子に印加されるように構成され、第２中ドット吐出パルスＤＰ３は、第１充電要素の印加後、第１中ドット吐出パルスの場合よりもメニスカスが外側に位置するタイミングで放電要素が圧力発生素子に印加されるように構成され、パルス選択供給手段は、中ドットを形成する場合において、ペーパーギャップが小さい第１状態のときには、第１中ドット吐出パルスを選択し、ペーパーギャップが第１状態よりも大きい第２状態のときには、第２中ドット吐出パルスを選択する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、インクジェット式プリンタ等の液体噴射装置に関するものであり、特に、一吐出周期内に複数種類の吐出パルスを含む駆動信号を用いて圧力発生素子を駆動することにより、吐出対象物上に異なる大きさのドットを形成可能な液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は、液体を液滴として吐出可能な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吐出する装置である。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開口から液体状のインクをインク滴として記録紙等の吐出対象物に対して吐出・着弾させてドットを形成することで記録を行うインクジェット式プリンタ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。

上記インクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタという）では、例えば、吐出されるインク量がそれぞれ異なる複数種類の吐出パルスを一連に接続した駆動信号を発生させ、この駆動信号の中から吐出パルスを選択的に圧電振動子等の圧力発生素子に供給してこの圧力発生素子を駆動することにより、異なる大きさのドットを記録紙等の吐出対象物上に形成して記録を行うものがある。例えば、特許文献１に開示のプリンタの場合、中ドットを形成し得る吐出パルスである第１波形及び第３波形と、小ドットを形成し得る吐出パルスである第２波形及び第４波形とから単一の駆動信号を形成し、この駆動信号の中から吐出データに応じた波形を選択して圧力発生素子に供給することで、所望の大きさのドットを形成するようになっている。また、この特許文献１に開示のプリンタは、第１波形及び第３波形の両方を圧力発生素子に供給することで大ドットを形成するように構成されている。

ところで、この種のプリンタでは、所謂ベタ印刷等のように比較的多くのインクが記録紙に吐出される場合、記録紙が多量のインクを吸収することで波状に撓む、所謂コックリング現象を生じる場合がある。このコックリングが生じると、記録ヘッドのノズル開口から記録紙の記録面までの離隔距離（ペーパーギャップ或いはプラテンギャップ）が小さくなって、インク滴の飛翔距離がばらつくことにより記録むらが生じたり、或いは、記録紙が記録ヘッドに接触して汚れてしまったりする虞がある。

所謂専用紙と呼ばれる記録紙は、インク受容層を有し、このインク受容層中にインクを吸収させる構成となっているため、上記コックリングが発生し難いようになっている。そのため、この専用紙を用いて記録を行う場合には、ペーパーギャップをある程度小さくすることができる。これに対し、インク受容層を有しない所謂普通紙を用いた場合には、紙自体にインクが吸収されてしまうため、コックリングが大きくなる傾向にある。このため、一般的に、上記のプリンタでは、普通紙を用いる場合にはコックリングによる紙の浮き上がり分を考慮してペーパーギャップが専用紙の場合よりも大きめに設定される。

特開平１０−１９３５８７号公報（第４図等）

ところが、ペーパーギャップを大きく設定すると、インク滴が吐出されてから着弾するまでの飛翔時間が延びてしまうため、その分、インク滴の飛翔曲がりの影響が出易くなる。その結果、ドットの形成位置が然るべき位置から逸脱して画質低下の原因となってしまう問題があった。また、吐出された勢いでインク滴が吐出方向に伸び、その尾の部分が分離することでサテライトインク滴と呼ばれる細かいインクの粒子が発生する場合があるが、ペーパーギャップが大きいと、このサテライトインク滴が吐出対象物に着弾できずにミストとして大気中に漂うことがある。ミストが大気中を漂うと、プリンタ内を汚染する。

上記の不具合を防止するには、インク滴の吐出速度（飛翔速度）を抑えることでインク滴が吐出方向に伸長するのを抑え、これにより、サテライトインク滴が発生しないようにすることが考えられる。しかしながら、インク滴の飛翔速度を抑えると、ノズル開口周囲の濡れや形状ばらつき等の影響を受けやすくなる上、飛翔時間が長くなるため、飛翔曲がりが大きくなる。その結果、着弾精度が低下して画質が低下してしまう。特に、専用紙を使用する場合、使用者としては記録画像に対してより高い画質を求めているため、このような画質の低下を可及的に抑えることが望まれる。

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、ノズル開口から吐出対象物までの離隔距離に応じて吐出パルスを使い分けることで、離隔距離が小さい場合にはより高い着弾精度を確保することができ、離隔距離が大きい場合にはミストによる不具合を防止することが可能な液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体噴射装置は、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室及び該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子を有し、前記圧力発生素子の作動によってノズル開口から液滴を吐出して吐出対象物上にドットを形成可能な液体噴射ヘッドと、
圧力発生素子を駆動して吐出対象物上に中ドットを形成するための第１中ドット吐出パルスと、該第１中ドット吐出パルスとは吐出タイミングが異なる第２中ドット吐出パルスとを一吐出周期内に含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記駆動信号発生手段が発生する駆動信号中の吐出パルスを選択的に前記圧力発生素子に供給するパルス選択供給手段とを備え、
前記第１中ドット吐出パルス及び前記第２中ドット吐出パルスは、圧力室を膨張させる膨張要素と、圧力室を収縮させて液滴を吐出する吐出要素とを少なくとも含み、
第１中ドット吐出パルスは、膨張要素の印加後、ノズル開口に露出した液体表面が静止位置よりも前記圧力室側に位置するタイミングで吐出要素が圧力発生素子に印加されるように構成され、
前記第２中ドット吐出パルスは、膨張要素の印加後、第１中ドット吐出パルスの場合よりも液体表面が外側に位置するタイミングで吐出要素が圧力発生素子に印加されるように構成され、
前記パルス選択供給手段は、吐出対象物上に中ドットを形成する場合において、ノズル開口から吐出対象物までの離隔距離が小さい第１状態のときには、前記第１中ドット吐出パルスを選択し、前記離隔距離が前記第１状態よりも大きい第２状態のときには、前記第２中ドット吐出パルスを選択することを特徴とする。

上記構成によれば、第１状態で選択される第１中ドット吐出パルスによって吐出される液滴は、飛翔速度が比較的高速で飛翔曲がりが生じ難いので、この第１状態のときには、より高い着弾精度を確保することができる。また、第２状態で選択される第２中ドット吐出パルスによって吐出される液滴は、飛翔速度が第１中ドット吐出パルスによる液滴よりも低速でサテライト液滴が生じ難いので、第２状態のときには、ミストの発生を抑制することができ、その結果、ミストによる不具合を防止することが可能となる。

上記構成において、前記第２中ドット吐出パルスが、膨張要素の印加後、液体表面が静止位置にあるタイミングで吐出要素が圧力発生素子に印加されるように構成されることが望ましい。
なお、「静止位置」とは、圧力発生素子が作動していない状態における停止した液体表面の位置を意味する。
また、「液体表面が静止位置にある」とは、液体表面が静止位置から多少前後した状態をも含む意味である。

また、上記構成において、前記パルス選択手段は、前記第１中ドット吐出パルス及び前記第２中ドット吐出パルスの両方を圧力発生素子に供給することで吐出対象物上に大ドットを形成するように構成され、
前記駆動信号発生手段は、前記第１状態のときには、前記第１中ドット吐出パルスを前記第２中ドット吐出パルスよりも後に配置した駆動信号を発生し、前記第２状態のときには、前記第１中ドット吐出パルスを前記第２中ドット吐出パルスよりも前に配置した駆動信号を発生することが望ましい。

この構成によれば、以下の効果を奏する。即ち、第２中ドット吐出パルスによって吐出された液滴は、飛翔速度が第１中ドット吐出パルスの場合よりも遅く、これにより飛翔時間が長くなるため、吐出された位置よりも液体噴射ヘッドの進行方向側にずれて着弾する。これに対し、第１中ドット吐出パルスによって吐出された液滴は、飛翔速度が第２中ドット吐出パルスの場合よりも速く、これにより飛翔時間も短いため、吐出された位置の直下に近い位置で着弾する。このため、第１状態のときに、第２中ドット吐出パルス、第１中ドット吐出パルスの順で圧力発生素子に印加して液滴を吐出すると、これらの液滴の着弾位置が近接するので、より精度良く大ドットを形成することができる。また、第２状態のときに、第１中ドット吐出パルス、第２中ドット吐出パルスの順で圧力発生素子に印加して液滴を吐出すると、第１中ドット吐出パルスによって吐出された液滴に付随して発生したサテライト液滴が、第２中ドット吐出パルスによって吐出された液滴に吸収されるため、ミストの発生を抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等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、図１に示すインクジェット式プリンタ（以下、プリンタと略記する）を例示する。

図１はプリンタ１の構成を示す斜視図である。このプリンタ１は、液体噴射ヘッドとして記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４（記録ヘッド２）を記録紙６（吐出対象物の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８とを備えて概略構成されている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダ１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダパルスがプリンタコントローラの制御部４１（図３参照）に送信される。これにより、制御部４１はこのリニアエンコーダ１０からのエンコーダパルスに基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（吐出動作）等を制御することができる。

上記ガイドロット９には、ギャップ調整機構４６（図３参照）が設けられている。このギャップ調整機構４６は、図示しないギャップ調整用モータ、偏心カム等からなり、制御部４１による制御の下、ギャップ調整用モータを駆動して偏心カムを回転させることによりガイドロッド９を上下動可能に構成されている。このガイドロッド９の上下動に伴って、キャリッジ４がプラテン５に対して近接する方向又は離隔する方向に移動し、これにより、記録ヘッド２のノズル面（ノズルプレート２１）に開設されたノズル開口２７（図２参照）から記録紙表面までの離隔距離（以下、ペーパーギャップという）を調整することができる。本実施形態においては、記録紙６の種類に応じてペーパーギャップが調整されるようになっており、例えば、記録対象が普通紙の場合、ペーパーギャップは１．５ｍｍ前後に調整され、記録対象が専用紙の場合、ペーパーギャップは０.７〜１．２ｍｍの範囲に調整される。つまり、一方の普通紙は、コックリングが生じ易いため、このコックリングによる浮き上がり分を考慮してペーパーギャップが比較的大きめ（ＰＧ大）に設定され、他方の専用紙は、コックリングが生じ難いため、普通紙よりもペーパーギャップが小さめ（ＰＧ小）に設定される。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側（図１における右手前側）の端部領域には、走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２１：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンタ１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４（記録ヘッド２）が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

図２は、上記記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド２は、ケース１３と、このケース１３内に収納される振動子ユニット１４と、ケース１３の底面（先端面）に接合される流路ユニット１５等を備えて構成されている。上記のケース１３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１４を収納するための収納空部１６が形成されている。振動子ユニット１４は、圧力発生素子の一種として機能する圧電振動子１７と、この圧電振動子１７が接合される固定板１８と、圧電振動子１７に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル１９とを備えている。圧電振動子１７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、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット１５は、流路形成基板２０の一方の面にノズルプレート２１を、流路形成基板２０の他方の面に弾性板２２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１５には、リザーバ２３と、インク供給口２４と、圧力室２５と、ノズル連通口２６と、ノズル開口２７とが設けられている。そして、インク供給口２４から圧力室２５及びノズル連通口２６を経てノズル開口２７に至る一連のインク流路が、ノズル開口２７毎に対応して形成されている。

上記ノズルプレート２１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口２７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２１には、ノズル開口２７の列（ノズル列）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口２７によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド２は、それぞれ異なる色のインク（本発明における液体の一種）、具体的には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４色のインクを貯留する４つのインクカートリッジ３を装着可能に構成されており、これらの色に対応させて合計４列のノズル列がノズルプレート２１に形成されている。

上記弾性板２２は、支持板２８の表面に弾性体膜２９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２８とし、この支持板２８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜２９としてラミネートした複合板材を用いて弾性板２２を作製している。この弾性板２２には、圧力室２５の容積を変化させるダイヤフラム部３０が設けられている。また、この弾性板２２には、リザーバ２３の一部を封止するコンプライアンス部３１が設けられている。

上記のダイヤフラム部３０は、エッチング加工等によって支持板２８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３０は、圧電振動子１７の先端面が接合される島部３２と、この島部３２を囲う薄肉弾性部３３とからなる。上記のコンプライアンス部３１は、リザーバ２３の開口面に対向する領域の支持板２８を、ダイヤフラム部３０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２３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。

そして、上記の島部３２には圧電振動子１７の先端面が接合されているので、この圧電振動子１７の自由端部を伸縮させることで圧力室２５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室２５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル開口２７からインク滴を吐出させる。

図３はプリンタ１の電気的な構成を示すブロック図である。このプリンタ１は、プリンタコントローラ３５とプリントエンジン３６とで概略構成されている。プリンタコントローラ３５は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）３７と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３８と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ３９と、各部の制御を行う制御部４１と、クロック信号を発生する発振回路４２と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４３（本発明における駆動信号発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られる吐出データや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）４５とを備えている。

制御部４１は、各部の制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ３７を通じて入力された印刷データを、ドットパターンに対応した吐出データに変換し、この吐出データを内部Ｉ／Ｆ４５を通じて記録ヘッド２側に出力する。また、制御部４１は、上述したように、記録対象（吐出対象物）となる記録紙６の種類に応じて、ギャップ調整機構４６を制御してペーパーギャップを調整する。このときのペーパーギャップの大小を示す情報は、ＰＧ情報として、内部Ｉ／Ｆ４５を通じて記録ヘッド２側のデコーダ５０側に出力され、中ドット形成時の制御情報として用いられる。また、このＰＧ情報は、大ドット形成時の制御情報としても用いられる。この点についての詳細は後述する。なお、記録対象となる記録紙６の種類は、例えば、ホストコンピュータ等から送られてくる制御情報によって取得することができる。

駆動信号発生回路４３は、制御部４１によって制御され、各種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４３は、異なるサイズのドットを形成し得る複数の吐出パルスを一記録周期（本発明における一吐出周期）内に含み、これらの吐出パルスを所定の順序で配置した第１駆動駆動信号ＣＯＭ１と、この第１駆動信号ＣＯＭ１とは吐出パルスの配置順が異なる第２駆動信号ＣＯＭ２を発生するように構成されている。第１駆動信号ＣＯＭ１は、図４（ａ）に示すように、中ドットを形成するための第１中ドット吐出パルスＤＰ１（本発明における第１中ドット吐出パルスに相当）と、小ドットを形成するための小ドット吐出パルスＤＰ２と、第１中ドット吐出パルスＤＰ２とは吐出タイミングが異なる第２中ドット吐出パルスＤＰ３（本発明における第２中ドット吐出パルスに相当）と、ノズル開口２７に露出した液体表面（メニスカス）を吐出させない程度に微振動させる微振動パルスＶＰとを一連に含んで構成される。また、第２駆動信号ＣＯＭ２は、図４（ｂ）に示すように、第１中ドット吐出パルスＤＰ１と第２中ドット吐出パルスＤＰ３とを、上記第１駆動信号ＣＯＭ１の場合と逆に配置して構成されている。即ち、第２中ドット吐出パルスＤＰ３、小ドット吐出パルスＤＰ２、第１中ドット吐出パルスＤＰ１、微振動パルスＶＰの順に接続して第２駆動信号ＣＯＭ２が構成されている。

上記の第１駆動信号ＣＯＭ１と第２駆動信号ＣＯＭ２は、記録ヘッド２の往動時と復動時で使い分けられる。例えば、駆動信号発生回路４３は、記録ヘッド２の往動時において第１駆動信号ＣＯＭ１を発生する場合には、復動時に第２駆動信号ＣＯＭ２を発生し、逆に、往動時において第２駆動信号ＣＯＭ２を発生する場合には、復動時に第１駆動信号ＣＯＭ１を発生する。このようにすると、往動時と復動時とで中ドットの主走査方向の着弾位置がずれるのを抑制することができる。例えば、第１中ドット吐出パルスＤＰ１を用いて中ドットを形成する場合を挙げると、第１駆動信号ＣＯＭ１における第１中ドット吐出パルスＤＰ１は、一記録周期内で最も早いタイミングで圧電振動子１７に印加されるため、往動時に第１駆動信号ＣＯＭ１によって中ドットＭＤを形成すると、図５（ａ）に示すように、その形成位置は画素Ｐ内の左寄りとなる。そして、復動時にも第１駆動信号ＣＯＭ１を用いて中ドットＭＤを形成すると、図５（ｂ）に示すように、形成位置が画素Ｐ内の右寄となり、往動時と復動時とで中ドットの主走査方向の形成位置がずれてしまう。これに対し、第２駆動信号ＣＯＭ２を復動時に用いるようにすると、第１中ドット吐出パルスＤＰ１が一記録周期中で比較的遅いタイミングで圧電振動子１７に印加されるので、図５（ｃ）に示すように、画素Ｐ内の左寄りに中ドットＭＤが形成される。その結果、往動時と復動時とで中ドットの主走査方向の形成位置を揃えることができる。

また、第１駆動信号ＣＯＭ１と第２駆動信号ＣＯＭ２は、ペーパーギャップの大小、即ち、上述のＰＧ情報に基づいて使い分けられる。具体的には、ペーパーギャップが小さい場合には、駆動信号発生回路４３は、往動時に第２駆動信号ＣＯＭ２を発生し、復動時に第１駆動信号ＣＯＭ１を発生する。逆に、ペーパーギャップが大きい場合には、駆動信号発生回路４３は、往動時に第１駆動信号ＣＯＭ１を発生し、復動時は第２駆動信号ＣＯＭ２を発生する。これは、大ドットを形成する際に、ペーパーギャップが小さい場合には、より着弾精度を高めて記録画像の高画質化を図り、ペーパーギャップが大きい場合には、ミストの影響を軽減するためである。この点についての詳細は後述する。

次に、プリントエンジン３６側の構成について説明する。プリントエンジン３６は、記録ヘッド２と、キャリッジ移動機構７と、紙送り機構８と、リニアエンコーダ１０と、ギャップ調整機構４６とから構成されている。記録ヘッド２は、シフトレジスタ（ＳＲ）４８、ラッチ４９、デコーダ５０、レベルシフタ５１、スイッチ５２、及び圧電振動子１７を、各ノズル開口２７に対応させて複数備えている。プリンタコントローラ３５からの吐出データ（ＳＩ）は、発振回路４２からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスタ４８にシリアル伝送される。この吐出データは、２ビットのデータであり、本実施形態では、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」となっている。

シフトレジスタ４８には、ラッチ４９が電気的に接続されており、プリンタコントローラ３５からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ４９に入力されると、シフトレジスタ４８の吐出データをラッチする。このラッチ４９にラッチされた吐出データは、デコーダ５０に入力される。このデコーダ５０は、２ビットの吐出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ＣＯＭ１，ＣＯＭ２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１７に対する吐出パルスの供給又は非供給が選択される。具体的には、例えば、駆動信号ＣＯＭ１の場合を例示すると、吐出データが「０１」、つまり小ドットを形成するときには、デコーダ５０は、パルス選択データ「０１００」を生成する。また、吐出データが「１１」のとき、つまり大ドットを形成するときには、デコーダ５０は、パルス選択データ「１０１０」を生成する。なお、中ドットを形成するときには、制御部４１からのＰＧ情報に応じて２通りのパルス選択データ「１０００」，「００１０」を生成するようになっている。即ち、ペーパーギャップに応じて第１中ドット吐出パルスと第２中ドット吐出パルスが使い分けられる。この点についての詳細は後述する。

そして、デコーダ５０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５１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５１に入力される。このレベルシフタ５１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５２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５１で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ５２に供給される。このスイッチ５２の入力側には、駆動信号発生回路４３からの駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２が供給されており、スイッチ５２の出力側には、圧電振動子１７が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ５２の作動、つまり、駆動信号中の吐出パルスの圧電振動子１７への供給を制御する。例えば、スイッチ５２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５２が接続状態になって、対応する吐出パルスが圧電振動子１７に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電振動子１７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５１からはスイッチ５２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５２は切断状態となり、圧電振動子１７へは吐出パルスが供給されない。

このような動作を行うデコーダ５０、レベルシフタ５１、スイッチ５２、及び制御部４１は、本発明におけるパルス選択供給手段として機能し、吐出データに基づき、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１７に印加（供給）する。その結果、吐出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２７から吐出される。また、非記録の階調情報の場合には、微振動パルスＶＰが圧電振動子１７に供給されて、メニスカスの微振動が行われる。そして、このパルス選択供給手段は、記録紙６上に中ドットを形成する場合において、ペーパーギャップの大小（ＰＧ情報）に応じて、第１中ドット吐出パルスＤＰ１又は第２中ドット吐出パルスＤＰ３のどちらかを選択するようになっている。以下、この点について説明する。

まず、中ドット吐出パルスＤＰ１，ＤＰ３の構成について説明する。図６（ａ）は、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の構成を説明する図、図６（ｂ）は、第２中ドット吐出パルスＤＰ３の構成を説明する図である。これらの中ドット吐出パルスＤＰ１，ＤＰ３は、基準電位（中間電位）ＶＢから最高電位ＶＨまで比較的穏やかな勾配で電位を上昇させる第１充電要素ＰＥ１（本発明における膨張要素に相当）と、最高電位ＶＨを一定の時間（以下、膨張ホールド時間Ｐｗｈという）維持する第１ホールド要素ＰＥ２と、最高電位ＶＨから最低電位ＶＬまで急峻な勾配で電位を降下させる放電要素ＰＥ３（本発明における吐出要素に相当）と、最低電位ＶＬを短い時間維持する第２ホールド要素ＰＥ４と、最低電位ＶＬから基準電位ＶＢまで電位を復帰させる第２充電要素ＰＥ５とにより構成されている。

ここで、インク滴の飛翔速度は、吐出タイミングでのメニスカスの状態、具体的には、メニスカスの張力に応じて変化する。つまり、メニスカスが圧力室２５側に大きく引き込まれた状態では、吐出方向側（外側）に働くメニスカスの張力が大きいので、メニスカスが静止位置（静止状態におけるメニスカスの位置）よりも圧力室２５側に位置するタイミングでインク滴を吐出すると飛翔速度が高くなる。これは、弓の弦を大きく引っ張った方が、小さく引っ張ったときよりも矢の飛翔速度が高くなるのと同じ理由である。逆に、メニスカスが外側に大きく盛り上がった状態では、メニスカスの張力は圧力室２５側に働くので、このタイミングでインク滴を吐出すると飛翔速度は低くなる。そして、上記中ドット吐出パルスＤＰ１，ＤＰ３は、吐出タイミング、つまり、放電要素ＰＥ３が圧電振動子１７に印加されるタイミングが夫々異なり、これにより、インク滴の飛翔速度が互いに異なっている。この放電要素ＰＥ３が圧電振動子１７に印加されるタイミングは、膨張ホールド時間Ｐｗｈによって規定される。

図７は、膨張ホールド時間Ｐｗｈとインク滴の飛翔速度の関係を示したグラフである。圧力室２５内に圧力変動を与えたときのメニスカスの状態は、圧力室２５内のインクの固有振動周期Ｔｃに従って変化するため、インク滴の飛翔速度の変化の周期は固有振動周期Ｔｃに一致する。即ち、図７のグラフにおける振幅の中立線Ｌは、メニスカスの静止位置に対応し、極小値Ｅ１から極小値Ｅ２までの間隔は、固有振動周期Ｔｃに対応している。そして、メニスカスが静止位置よりも圧力室２５側（メニスカスが凹の状態）に位置するタイミングで放電要素ＰＥ３を圧電振動子１７に印加すると、インク滴の飛翔速度は比較的高速（中立線Ｌよりも上）になる。また、メニスカスが静止位置よりも外側（メニスカスが凸の状態）に位置するタイミングで放電要素ＰＥ３を圧電振動子１７に印加すると、インク滴の飛翔速度は比較的低速（中立線Ｌよりも下）となる。

本実施形態において、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の膨張ホールド時間Ｐｗｈは、約３μｓに設定されている。この第１中ドット吐出パルスＤＰ１を圧電振動子１７に印加すると、次のようにしてインク滴が吐出される。即ち、第１充電要素ＰＥ１が供給されると、圧電振動子１７が収縮して圧力室２５が膨張する。これに伴って、図８（ａ）に示すように、メニスカスが圧力室２５側に大きく引き込まれる。この圧力室２５の膨張状態が極く短い間（３μｓ）維持された後、メニスカスが静止位置Ｒよりも圧力室２５側に位置するタイミングで放電要素ＰＥ３が印加されて圧電振動子１７が急激に伸長する。これに伴って、圧力室２５の容積が基準容積（圧電振動子１７に基準電位ＶＢを印加したときの圧力室２５の容積）以下に収縮し、図８（ｂ）に示すように、メニスカスが外側に向けて急激に加圧される。これにより、図８（ｃ）に示すように、中ドットを形成し得る液量のインク滴がノズル開口２７から吐出される。その後、第２ホールド要素ＰＥ４、及び、第２充電要素ＰＥ５が圧電振動子１７に順次供給され、インク滴の吐出に伴うメニスカスの振動を短時間で収束させるべく、圧力室２５が基準容積に復帰する。

この第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されたインク滴は、図７に示すように飛翔速度が約９ｍ／ｓと比較的高速となるので、ノズル開口２７周囲の濡れや形状ばらつき等の影響を受け難く、飛翔曲がりが生じ難い。そのため、第１中ドット吐出パルスＤＰ１を用いた場合には、着弾位置の誤差を、狭い範囲にに抑えることができる。その反面、飛翔速度が高い分、図８（ｃ）に示すように、吐出された勢いでインク滴が恰も餅のように伸び、この尾の部分が本体から分離することでサテライトインク滴Ｓ（サテライト液滴）が発生するという欠点がある。このサテライトインク滴Ｓは、記録紙６までの距離、つまりペーパーギャップが長いと、記録紙６に着弾できずに大気中に漂うミストとなってしまう場合がある。

一方、第２中ドット吐出パルスＤＰ３の場合、膨張ホールド時間Ｐｗｈが、約３．４μｓに設定されている。これは、第１充電要素ＰＥ１の印加後、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の場合よりもメニスカスが外側に位置するタイミングでインク滴が吐出される設定である。この第２中ドット吐出パルスＤＰ３を圧電振動子１７に印加すると、次のようにしてインク滴が吐出される。即ち、第１充電要素ＰＥ１が供給されると、圧電振動子１７が収縮して圧力室２５が膨張する。これに伴って、図９（ａ）に示すように、メニスカスが圧力室２５側に大きく引き込まれる。この圧力室２５の膨張状態は、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の場合よりも長い３．４μｓ維持される。この間、リザーバ２３から圧力室２５内にインクが流入することでメニスカスは外側に向けて移動し、その後、図９（ｂ）に示すように、メニスカスが静止位置Ｒ（多少前後する位置も含む）にあるタイミングで放電要素ＰＥ３が印加されて圧電振動子１７が急激に伸長する。これに伴って、圧力室２５の容積が基準容積以下に収縮し、メニスカスが外側に向けて急激に加圧される。これにより、図９（ｃ）に示すように、中ドットを形成し得る液量のインク滴がノズル開口２７から吐出される。その後、第２ホールド要素ＰＥ４、及び、第２充電要素ＰＥ５が圧電振動子１７に順次供給され、インク滴の吐出に伴うメニスカスの振動を短時間で収束させるべく、圧力室２５が基準容積に復帰する。

この第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴の飛翔速度は、図７に示すように約６．５ｍ／ｓとなり、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の場合よりも低速なので飛行曲がりが発生し易い。そのため、この第２中ドット吐出パルスＤＰ３を用いた場合には、着弾位置の誤差範囲が第１中ドット吐出パルスＤＰ１の場合よりも大きくなってしまう。また、インク滴の量も第１中ドット吐出パルスＤＰ１の場合よりも若干多くなる。その一方で、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴は、低速であるが故に第１中ドット吐出パルスＤＰ１の場合に比べて尾が伸び難く、その結果、サテライトインク滴が発生し難いという利点がある。

上記プリンタ１では、中ドットを形成する場合に、ペーパーギャップの大小に応じて、これらの中ドット吐出パルスＤＰ１，ＤＰ３を使い分ける。即ち、パルス選択供給手段として機能するデコーダ５０、レベルシフタ５１、スイッチ５２、及び制御部４１は、中ドットを形成する場合において、ＰＧ情報に基づきペーパーギャップが小さい第１状態（ＰＧ小）と判断したときには、第１中ドット吐出パルスＤＰ１を選択して中ドットを形成する。これにより、着弾精度良く中ドットを形成することができ、例えば、記録画像の高画質化を図ることができる。また、ペーパーギャップが小さい場合には、サテライトインク滴が発生したとしても、記録紙６に着弾することができるのでミスト発生の虞が少ない。

また、中ドットを形成する場合において、ＰＧ情報に基づきペーパーギャップが大きい第２状態（ＰＧ大）と判断したときには、パルス選択供給手段は、第２中ドット吐出パルスＤＰ３を選択して中ドットを形成する。この第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されるインク滴は、上記のようにサテライトインク滴が発生し難いので、ペーパーギャップが大きい場合であっても、ミストを発生させることなく中ドットを形成することができる。

次に、大ドットを形成する場合について説明する。大ドットを形成する場合、中ドット吐出パルスＤＰ１，ＤＰ３の両方を圧電振動子１７に印加するのだが、本実施形態においては、吐出パルスＤＰ１，ＤＰ３を圧電振動子１７に供給する順序を、ＰＧ情報、即ちペーパーギャップの大小に応じて変えるようになっている。具体的には、ペーパーギャップが小さい第１状態（ＰＧ小）のときには、駆動信号発生回路４３は、第１中ドット吐出パルスＤＰ１を第２中ドット吐出パルスＤＰ３よりも後に配置した第２駆動信号ＣＯＭ２を発生する。これにより、第１状態で大ドットを形成する場合、第２中ドット吐出パルスＤＰ３、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の順で圧電振動子１７に供給される。これにより、図１０（ａ）に示すように、先に第２中ドット吐出パルスＤＰ３によってインク滴が吐出され、その後、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によってインク滴が吐出される。

ここで、記録ヘッド２は主走査方向に移動しながらインク滴を吐出するので、吐出されたインク滴には記録ヘッド２の移動に起因する慣性成分が作用し、インク滴は記録紙６に対して斜めに飛翔する。特に、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴は、飛翔速度が第１中ドット吐出パルスＤＰ１の場合よりも遅く、これにより飛翔時間が長くなるため、吐出された位置よりも記録ヘッド２の進行方向側にやや大きめにずれて着弾する。これに対し、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されたインク滴は、飛翔速度が第２中ドット吐出パルスＤＰ３の場合よりも速く、これにより飛翔時間が短くなるため、吐出された位置の直下に近い位置で着弾する。したがって、第２中ドット吐出パルスＤＰ３、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の順でインク滴を吐出すると、図１０（ａ）に示すように、これらのインク滴の着弾位置が近接し、広がりの少ない大ドットを形成することができる。その結果、記録画像の高画質化を図ることができる。また、この第１状態では、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されたインク滴は、飛翔時間が短いので、飛翔速度が速いにも拘らずミストが発生し難く、また、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されるインク滴は、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されるインク滴よりも飛翔時間が長くなるが、飛翔速度が比較的遅いが故に元来ミストが発生し難いため、ミストの発生を効果的に抑制しつつ、大ドットを形成できる。

また、ペーパーギャップが大きい第２状態（ＰＧ大）のときには、駆動信号発生回路４３は、第１中ドット吐出パルスＤＰ１を第２中ドット吐出パルスＤＰ３よりも前に配置した第１駆動信号ＣＯＭ１を発生する。これにより、第２状態で大ドットを形成する場合、第１中ドット吐出パルスＤＰ１、第２中ドット吐出パルスＤＰ３の順で圧電振動子１７に供給される。これにより、図１０（ｂ）に示すように、先に第１中ドット吐出パルスＤＰ１によってインク滴が吐出され、その後、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によってインク滴が吐出される。この場合、第１状態のときとは逆に、これらのインク滴の着弾位置は互いに離れることで、第１状態のときよりも主走査方向に広がった大ドットが形成される。しかしながら、この場合、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されたインク滴に付随して発生したサテライトインク滴Ｓが、図１０（ｂ）に示すように、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴に吸収されるため、ミストの発生を抑えることができる。上記サテライトインク滴Ｓに関し、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されたインク滴よりも飛翔速度やインク滴重量を小さくすることで、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されたインク滴の着弾位置とは異なる位置、より具体的には、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴の着弾位置方向に向けて飛翔させ、さらに、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴の飛翔速度、飛翔方向や着弾位置などを考慮して、サテライトインク滴Ｓの飛翔速度を調整することによって、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴にサテライトインク滴Ｓが吸収されるためミストの発生を抑えることができる。

以上のように、ペーパーギャップが小さい第１状態で選択される第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されるインク滴は、飛翔速度が比較的高速で飛翔曲がりが生じ難いので、この第１状態で中ドットを形成する場合には、より高い着弾精度を確保することができる。また、ペーパーギャップが大きい第２状態で選択される第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されるインク滴は、飛翔速度が第１中ドット吐出パルスＤＰ１によるインク滴よりも低速でサテライトインク滴が生じ難いので、第２状態で中ドットを形成する場合には、ミストの発生を抑制することができ、その結果、ミストによる不具合を防止することが可能となる。

また、第１状態で大ドットを形成する場合において、第２中ドット吐出パルスＤＰ３、第１中ドット吐出パルスＤＰ１の順で圧電振動子１７に印加してインク滴を吐出すると、これらのインク滴の着弾位置が近接するので、より精度良く大ドットを形成することができる。また、第２状態で大ドットを形成する場合において、第１中ドット吐出パルスＤＰ１、第２中ドット吐出パルスＤＰ３の順で圧電振動子１７に印加してインク滴を吐出すると、第１中ドット吐出パルスＤＰ１によって吐出されたインク滴に付随して発生したサテライトインク滴は、第２中ドット吐出パルスＤＰ３によって吐出されたインク滴に吸収されるため、ミストの発生を抑えることができる。

ところで、上記した実施形態では、ペーパーギャップについて、ペーパーギャップが小さい第１状態とペーパーギャップが大きい第２状態との２段階で説明しているが、ここでの「第１の状態」、「第２の状態」の概念は、２段階に限定されるものではなく、例えば、ペーパーギャップを３段階以上に設定した場合において、ペーパーギャップの所定の状態（大きさ）を境にして、これよりも小さい状態を「第１の状態」とし、それよりも大きい状態を「第２の状態」とする概念を含むものである。即ち、例えば、ペーパーギャップが最小である小状態と、最小状態よりもやや大きい（つまり、最小と最大の間の）中状態では、中ドットを形成する際に第１中ドット吐出パルスＤＰ１を用い、中状態よりもさらにペーパーギャップが大きい大状態では、第２中ドット吐出パルスＤＰ３を用いるといった設定の場合には、小状態及び中状態が「第１の状態」に相当し、大状態が「第２の状態」に相当する。

また、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。例えば、吐出パルスの波形に関し、上記実施形態で例示したものには限らない。要は、圧力室を膨張させる膨張要素と、圧力室を収縮させて液滴を吐出する吐出要素とに相当する波形要素を含み、吐出要素の印加タイミングを変更可能な波形であれば本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、本発明の圧力発生素子として所謂縦振動モードの圧電振動子１７を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、電界方向（圧電体と内部電極との積層方向）に振動可能な圧電振動子であってもよい。また、ノズル列毎にユニット化されているものに限らず、所謂撓み振動モードの圧電振動子のように、圧力室２５毎に設けられるものであってもよい。さらに、圧電振動子に限らず、発熱素子等の他の圧力発生素子を用いることもできる。

また、本発明は、上記プリンタ以外の液体噴射装置にも適用できる。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。

プリンタの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 プリンタの電気的な構成を説明するブロック図である。 （ａ），（ｂ）は、駆動信号の構成を説明する波形図である。 （ａ）〜（ｃ）は、往動時と復動時における中ドットの着弾位置を説明する模式図である。 （ａ）は第１中ドット吐出パルスの構成を説明する波形図、（ｂ）は第２中ドット吐出パルスの構成を説明する波形図である。 膨張ホールド時間とインク滴の飛翔速度の関係を示したグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、第１中ドット吐出パルスを用いてインク滴を吐出する際のメニスカスの状態の変化を説明する模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２中ドット吐出パルスを用いてインク滴を吐出する際のメニスカスの状態の変化を説明する模式図である。 （ａ）は、第１状態における大ドットの形成について説明する模式図、（ｂ）は、第２状態における大ドットの形成について説明する模式図である。

符号の説明

１ プリンタ，２ 記録ヘッド，３ インクカートリッジ，４ キャリッジ，５ プラテン，６ 記録紙，７ キャリッジ移動機構，８ 紙送り機構，９ ガイドロッド，１０ リニアエンコーダ，１１ キャッピング部材，１２ ワイパー部材，１３ ケース，１４ 振動子ユニット，１５ 流路ユニット，１６ 収納空部，１７ 圧電振動子，１８ 固定板，１９ フレキシブルケーブル，２０ 流路形成基板，２１ ノズルプレート，２２ 弾性板，２３ リザーバ，２４ インク供給口，２５ 圧力室，２６ ノズル連通口，２７ ノズル開口，２８ 支持板，２９ 弾性体膜，３０ ダイヤフラム部，３１ コンプライアンス部，３２ 島部，３３ 薄肉弾性部，３５ プリンタコントローラ，３６ プリントエンジン，３７ 外部インタフェース，３８ ＲＡＭ，３９ ＲＯＭ，４１ 制御部，４２ 発振回路，４３ 駆動信号発生回路，４５ 内部インタフェース，４６ ギャップ調整機構，４８ シフトレジスタ，４９ ラッチ，５０ デコーダ，５１ レベルシフタ，５２ スイッチ

Claims (3)

1. ノズル開口に連通する圧力室及び該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子を有し、前記圧力発生素子の作動によってノズル開口から液滴を吐出して吐出対象物上にドットを形成可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生素子を駆動して吐出対象物上に中ドットを形成するための第１中ドット吐出パルスと、該第１中ドット吐出パルスとは吐出タイミングが異なる第２中ドット吐出パルスとを一吐出周期内に含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   前記駆動信号発生手段が発生する駆動信号中の吐出パルスを選択的に前記圧力発生素子に供給するパルス選択供給手段とを備え、
   前記第１中ドット吐出パルス及び前記第２中ドット吐出パルスは、圧力室を膨張させる膨張要素と、圧力室を収縮させて液滴を吐出する吐出要素とを少なくとも含み、
   第１中ドット吐出パルスは、膨張要素の印加後、ノズル開口に露出した液体表面が静止位置よりも前記圧力室側に位置するタイミングで吐出要素が圧力発生素子に印加されるように構成され、
   前記第２中ドット吐出パルスは、膨張要素の印加後、第１中ドット吐出パルスの場合よりも液体表面が外側に位置するタイミングで吐出要素が圧力発生素子に印加されるように構成され、
   前記パルス選択供給手段は、吐出対象物上に中ドットを形成する場合において、ノズル開口から吐出対象物までの離隔距離が小さい第１状態のときには、前記第１中ドット吐出パルスを選択し、前記離隔距離が前記第１状態よりも大きい第２状態のときには、前記第２中ドット吐出パルスを選択することを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記第２中ドット吐出パルスは、膨張要素の印加後、液体表面が静止位置にあるタイミングで吐出要素が圧力発生素子に印加されるように構成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。
3. 前記パルス選択手段は、前記第１中ドット吐出パルス及び前記第２中ドット吐出パルスの両方を圧力発生素子に供給することで吐出対象物上に大ドットを形成するように構成され、
   前記駆動信号発生手段は、前記第１状態のときには、前記第１中ドット吐出パルスを前記第２中ドット吐出パルスよりも後に配置した駆動信号を発生し、前記第２状態のときには、前記第１中ドット吐出パルスを前記第２中ドット吐出パルスよりも前に配置した駆動信号を発生す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。
   

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