JP2007301954A

JP2007301954A - 液滴吐出装置

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Publication number: JP2007301954A
Application number: JP2006135700A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Ishiyama; 敏規石山
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP5034309B2

Abstract

【課題】記録画像の画質の低下を防止することができる液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】圧電素子が駆動電圧に応じて変形して液体が収容された圧力室４６に体積変化を発生させ、ノズル４０に供給された液体の液面に圧力室４６の体積変化に応じて液柱を形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズル４０から液体による液滴が吐出されるものとされており、液柱の液面からの分離位置がノズル４０の液滴吐出面４８の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を、圧電素子に印加するものとして生成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、液滴吐出装置に係り、特に、圧電素子に所定の駆動波形の駆動電圧を印加することにより液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、当該体積変化に応じて収容室に連通されたノズルから液滴を吐出させる液滴吐出装置に関する。

従来、ピエゾ素子等の圧電素子に所定の駆動波形の駆動電圧を印加することにより液体が収容された収容室に体積変化（膨張・収縮）を発生させ、当該体積変化に応じて収容室に連通されたノズルから液滴を吐出させるインクジェットプリンタ等の液滴吐出装置が知られている。

この種の液滴吐出装置では、一例として図８（Ａ）に示されるように、収容室からノズル４０に供給される液体の液面（所謂、メニスカス）に収容室の体積変化に応じて液柱が形成され、当該液柱が液面から分離して、一例として図８（Ｂ）に示されるように、１個又は複数個の液滴（図８（Ｂ）では、主滴とサテライト滴が吐出されている。）となって飛翔し、飛翔した液滴が記録媒体の着弾した位置に当該液滴によるドットが記録される。

ところで、この種の液滴吐出装置では、駆動電圧が印加される際のノズル４０の液面の振動状態や、ノズル４０内への異物の混入、ノズル４０の製造誤差などの様々な要因によって、一例として図８（Ｃ）に示されるように、液滴の飛翔方向にずれ（以下、「飛翔曲がり」という。）が発生する場合がある。液滴吐出装置では、このような飛翔曲がりが発生すると、液滴の着弾位置にずれが発生するため、記録される画像の品質が低下する。

従来より発生要因毎に飛翔曲がりの発生を防止する技術が各種提案されており、特許文献１には、ノズルから液滴を連続的に吐出する場合に、前回の吐出によってノズルの液面に発生する残響振動（特許文献１では「残留振動」と記載。）の影響によって飛翔曲がりが発生する場合があるため、残響振動と逆位相の振動をノズルの液面に発生させるように駆動電圧の駆動波形を調整して残響振動を打消す技術が提案されている。なお、特許文献１では、図８（Ｃ）に示される液滴の飛翔方向のずれ（飛翔曲がり）を「尾曲がり」と称している。

すなわち、一例として図９（Ａ）に示すような、駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加して収容室の体積変化を発生させてノズルから液滴を吐出させた場合、ノズル開口部では、一例として図９（Ｃ）の破線で示すように液体の流速が変化して駆動波形の終了後も液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動が発生する。なお、図９（Ｃ）の縦軸は、ノズル開口部での液体（インク）の流速を表しており、プラス側はノズルの外部方向に液体が移動し、マイナス側はノズルの内部方向に液体が移動していることを示している。なお、ノズルから液滴が吐出されると、吐出された液滴の体積分だけノズルの液面が内部に一時的に後退するため、図９（Ｃ）の縦軸がそのままノズルの液面の位置を示すものではない。

このため、図９（Ａ）に示すような駆動波形を用いてノズルから液滴を連続的に吐出させる場合、残響振動が液滴の吐出に影響の無いレベルに減衰するまで待たなければ飛翔曲がりが発生する場合がある。

そこで、図９（Ａ）に示すような駆動波形の駆動電圧に対して特許文献１の技術を適用して駆動波形を調整し、図９（Ｂ）に示すような駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加してノズルから液滴を吐出させた場合、図９（Ｃ）の実線に示されるように、当該駆動電圧によって残響振動を素早く打消すことができるため、飛翔曲がりを発生させることなく、短い周期でノズルから液滴を正確に吐出させることができる。

また、特許文献２には、圧電素子に収容室を膨張、保持、収縮させる駆動波形の駆動電圧を印加してノズルから液滴を吐出させる場合に、収容室に収容された液体の固有振動周期（特許文献２では「ヘルムホルツ共振周波数」と記載。）をＴｃとしたとき、収容室を膨張させる期間を固有振動周期Ｔｃよりも短くし、収容室の膨張状態を保持する期間をＴｃの１／２以下にすることにより、ノズルの液面の残響振動を必要最小限に抑えて液滴の飛翔曲がりを防止し、また、サテライト滴の尾引きを低減させて小さい液滴を高い駆動周波数で安定して吐出させる技術が提案されている。

さらに、特許文献３には、ノズルが設けられたノズル形成面を拭くワイピング機構が設けられたインクジェット記録ヘッドにおいて、ノズル形成面に撥水処理を施して撥水領域とし、この撥水領域内のワイピング方向下流側の一部に親水領域を設けることにより、ノズル形成面をワイピング機構で拭くとき、インク成分の蒸発等により生成された固形物がノズル内に押し込まれることを防止して、飛翔曲がりが発生することを防止する技術が提案されている。
特開２００２−３６１８６３号公報特開平９−２２６１０６号公報特開平８−３９８１７号公報

ところで、本発明の発明者は、上記特許文献１の技術を適用して残響振動の抑制を行う駆動波形の駆動電圧を採用してノズルからの液滴の飛翔実験を行った結果、飛翔曲がりと異なる飛翔方向の不良が発生する場合があることを発見した。これは、一例として図８（Ｄ）に示されるように、吐出された液滴の最後尾の部分が曲がる現象である。本明細書では、この吐出された液滴の最後尾の部分が曲がる現象を「尾曲がり」と称する。

この尾曲がりは、一例として図１０（Ａ）〜（Ｆ）に示されるように、収容室の体積変化に応じてノズル４０の液面に形成された液柱が分離する際に、ノズル４０内への異物の混入や、ノズル４０の製造誤差などの様々な要因によって液柱の最後の尾のみがノズル４０の開口部の壁面に引きずられるために発生する現象である（図１０（Ｄ）〜（Ｆ）参照。）。

そして、液滴吐出装置では、ノズル４０から吐出される液滴にこのような尾曲がりが発生した場合、曲がった尾の部分によって、記録される画像の画質が低下する、という問題点があった。

この尾曲がりによる画質の低下は、吐出された液滴の大半が想定された方向に飛翔するため、上述した飛翔曲がりに比べて少ないが、記録される画像を高画質化する場合に無視できるものではない。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、記録画像の画質の低下を防止することができる液滴吐出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、印加された駆動電圧に応じて変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させる圧電素子と、前記収容室に連通されて前記液体が供給され、前記圧電素子による前記収容室の体積変化に応じて前記液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が前記液面から分離されることによって前記液体による液滴が吐出されるノズルと、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を、前記圧電素子に印加するものとして生成する生成手段と、を備えている。

請求項１記載の発明は、印加された駆動電圧に応じて圧電素子が変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、収容室に連通されてノズルに液体が供給され、圧電素子による収容室の体積変化に応じてノズルに供給された液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものとされており、生成手段により、液柱の液面からの分離位置がノズルの液滴吐出面の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧が圧電素子に印加されるものとして生成される。

このように請求項１記載の発明によれば、圧電素子が駆動電圧に応じて変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、ノズルに供給された液体の液面に収容室の体積変化に応じて液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものであって、液柱の液面からの分離位置がノズルの液滴吐出面の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を、圧電素子に印加するものとして生成しているので、生成された当該駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した場合に液柱が液面から分離する位置が液滴吐出面の外側となって液柱の最後の尾がノズルの開口部の壁面に引きずられて尾曲がりが発生することを防止できるため、記録画像の画質の低下を防止することができる。

なお、請求項１記載の生成手段は、請求項２記載のように、前記収容室に収容された液体の固有振動周期をＴｃとしたとき、前記収容室を収縮させて、前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させるもので、かつ当該収容室の収縮状態をＴｃ／３以上維持させる第１波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成してもよい。

また、請求項２記載の生成手段は、請求項３記載のように、前記第１波形の駆動電圧が前記圧電素子に印加された際に前記収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動を、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第２波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成してもよい。

また、請求項１記載の生成手段は、請求項４記載のように、前記収容室を収縮させて、前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させて前記ノズルから液滴を吐出させる第１波形と、当該第１波形の駆動電圧が前記圧電素子に印加された際に前記収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制する第２波形と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成してもよい。

また、請求項１記載の生成手段は、請求項５記載のように、前記収容室を収縮させて、前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させて前記ノズルから液滴を吐出させる第１波形と、当該第１波形の駆動電圧が前記圧電素子に印加された際に前記収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動及びその直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制せず、次に前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制する第２波形と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成してもよい。

また、請求項３乃至請求項５の何れか１項記載の生成手段は、請求項６記載のように、前記第２波形として、前記圧電素子に印加された際に前記残響振動と逆位相の振動を前記液面に発生させることにより前記残響振動を抑制する波形を生成することが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、圧電素子が駆動電圧に応じて変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させ、ノズルに供給された液体の液面に収容室の体積変化に応じて液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものであって、液柱の液面からの分離位置がノズルの液滴吐出面の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を、圧電素子に印加するものとして生成しているので、生成された当該駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した場合に液柱が液面から分離する位置が液滴吐出面の外側となって液柱の最後の尾がノズルの開口部の壁面に引きずられて尾曲がりが発生することを防止できるため、記録画像の画質の低下を防止することができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、本発明をインクジェットプリンタに適用した場合について説明する。

［第１の実施の形態］
図１には、第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）１０の構成が示されている。

同図に示されるように、プリンタ１０は、装置全体の動作を制御するコントローラ１２と、所定の駆動波形の駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路１４と、後述する液滴吐出ヘッド２０を駆動させる制御を行う駆動制御回路１６と、複数のノズル４０（図２参照。）が設けられた液滴吐出ヘッド２０と、を備えている。

コントローラ１２は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えており、図示しない外部装置から画像データが入力されると、当該画像データに対してハーフトーン処理等の各種画像処理を行って画素を構成するドット毎のドットデータを作成する。そして、コントローラ１２は、所定周期のクロック信号を生成して駆動電圧生成回路１４へ出力すると共に、当該所定周期毎にドットデータに基づいて液滴吐出ヘッド２０の各ノズル４０からの液滴の吐出／不吐出を指定した複数ラインの制御信号を駆動制御回路１６へ順次出力する。

駆動電圧生成回路１４は、コントローラ１２からクロック信号が入力されると、当該クロック信号に同期して所定の駆動波形の駆動電圧を生成して駆動制御回路１６へ出力する。

駆動制御回路１６は、コントローラ１２及び駆動電圧生成回路１４と接続されており、駆動電圧生成回路１４から所定周期毎に駆動電圧が供給される。また、駆動制御回路１６は、後述する液滴吐出ヘッド２０の各ノズル４０にそれぞれ対応して設けられた各圧電素子５２（図２参照。）とそれぞれ配線によって個別に電気的に接続されており、それぞれの配線毎に通電のオン／オフを個別に制御するスイッチ回路を内蔵している。

駆動制御回路１６は、コントローラ１２より入力される複数ラインの制御信号に応じて各スイッチ回路をオン／オフさせることにより各圧電素子５２への駆動電圧の印加を制御する。

図２には、第１の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド２０に設けられた複数のノズル４０のうちの１個のノズル部分の断面図が示されている。

同図に示されるように、液滴吐出ヘッド２０は、ノズル４０、インクタンク４２、供給路４４、圧力室４６及び圧電素子５２を備えている。

インクタンク４２には、図示しないインクカートリッジから適量のインクが供給され、一時的に蓄えられる。また、インクタンク４２は、供給路４４を介して圧力室４６と連通されており、圧力室４６はノズル４０を介して外部と連通されている。

また、圧力室４６の壁面の一部は、圧力調整板４６Ａにより構成されており、当該圧力調整板４６Ａには圧電素子５２が取り付けられている。

圧電素子５２は、駆動制御回路１６（図１参照。）より供給された駆動電圧が印加されて変形することにより圧力調整板４６Ａに対する押圧力を変化させて圧力室４６内の体積変化を発生させる。液滴吐出ヘッド２０は、圧力室４６内の体積変化により発生するインクの振動波（圧力波）によって、インクタンク４２内に蓄えられたインクを供給路４４及び圧力室４６を介してノズル４０から吐出する。

圧力室４６は、圧力室４６のサイズや形状に応じて収容したインクに振動波が伝播する固有振動周期Ｔｃが定まっている。本実施の形態に係る液滴吐出ヘッド２０は、圧力室４６の固有振動周期Ｔｃが、例えば１３μｓｅｃであるものとする。

次に、第１の実施の形態で採用する駆動波形について説明する。

図１０（Ａ）〜（Ｆ）には、上述した図９（Ｂ）に示した駆動波形の駆動電圧が圧電素子５２に印加された場合のノズル４０の液面の変化が示されている。

ノズル４０の液面（図１０（Ａ）参照。）は、印加される電圧が低下（図９（Ｂ）の駆動波形のＡ点〜Ｂ点。）すると、圧電素子５２が変形して圧力室４６が拡張されるため、ノズルの内部に引き込まれる（図１０（Ｂ）参照。）。

そして、電圧が所定時間だけ維持（図９（Ｂ）の駆動波形のＢ点〜Ｃ点。）されて圧力室４６の体積が拡張状態で維持された後に、印加される電圧が上昇（図９（Ｂ）の駆動波形のＣ点〜Ｄ点）すると、圧電素子５２が変形して圧力室４６が収縮されるため、ノズル４０の液面に液柱が形成される（図１０（Ｃ）参照。）。

そして、電圧が所定の保持時間（図９（Ｂ）の駆動波形のＤ点〜Ｅ点。）だけ維持されて圧力室４６の体積が収縮状態で維持されるとノズル４０の液面がノズル４０の内部方向及び外部方向に振動する残響振動が発生し、残響振動と逆位相の振動を発生させるような波形（図９（Ｂ）の駆動波形のＥ点〜Ｇ点）の駆動電圧が印加されると、残響振動が打消されると共に、液柱が液面から分離（図１０（Ｄ）（Ｅ）参照。）して飛翔する（図１０（Ｆ）参照。）。

このような駆動波形において、圧力室４６の体積を収縮状態で維持する保持時間（図９（Ｂ）の駆動波形のＤ点〜Ｅ点）を、以下の表１に示すように変化させた場合、液柱がノズル４０の液面から分離するタイミングが変化し、保持時間がＴｃ／３以上（本実施の形態では１３／３ｓｅｃ以上）になると液柱が分離する位置がノズル４０の液滴吐出面４８の外側から内側に変化する。なお、以下の表１では、液柱がノズル４０の液滴吐出面４８より内側で分離する場合、分離するタイミングを正確に測定することが困難であるため、不明としている。

尾曲がりは、図１０（Ｄ）（Ｅ）に示したように、液柱の最後の尾のみがノズル４０の開口部の壁面に引きずられるために発生する現象である。

このため、残響振動の抑制を行ったとしても保持時間がＴｃ／３未満に設定すれば、液柱が液面から分離する位置がノズル４０の液滴吐出面４８よりも外側となるため、尾曲がりの発生を抑制できる。また、保持時間を短くした場合、サテライト滴の尾が短くでき、吐出されるインク滴の滴量を少なくできる。

一方、残響振動の抑制を行いかつ保持時間がＴｃ／３以上の場合は、サテライト滴の尾を長くできるため、吐出されるインク滴の滴量を多くすることができるが、液柱が液面から分離する位置がノズル４０の液滴吐出面４８よりも内側となるため、尾曲がりが発生する場合がある。

本実施の形態に係る駆動電圧生成回路１４では、吐出されるインク滴の滴量を多くするため、圧力室４６を収縮させた後に当該収縮状態をＴｃ／３以上（ここでは、８μｓｅｃ）維持し、かつ液柱の液面からの分離位置が液滴吐出面４８の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を生成する。

図３（Ａ）には、本実施の形態に係る駆動電圧生成回路１４により生成される駆動波形の一例が示されており、図３（Ｂ）には、当該駆動波形の駆動電圧が圧電素子５２に印加された際のノズル開口部での液体の流速の変化が実線で示されている。なお、図３（Ｂ）には、残響振動の抑制が行わない駆動波形の駆動電圧（図９（Ａ）参照。）が圧電素子５２に印加された際の流速の変化（図９（Ｃ）の破線。）が破線で示されている。

また、図４（Ａ）〜（Ｆ）には、上述した図３（Ａ）に示した駆動波形の駆動電圧が圧電素子５２に印加された場合のノズル４０の液面の変化が示されている。

図３（Ａ）に示した駆動波形のＡ点〜Ｅ点は、図９（Ｂ）の駆動波形のＡ点〜Ｅ点と同様の波形であるため、ノズル４０の液面は同様に変化する（図４（Ａ）〜（Ｃ）と図１０（Ａ）〜（Ｃ）は同じ変化。）。

そして、圧電素子５２に図３（Ａ）に示した駆動波形のＥ点〜Ｇ点のような波形の駆動電圧が印加されると、図３（Ｂ）に示されるように、残響振動が完全に打消されずに一部が残り、図４（Ｄ），（Ｅ）に示されるように、液柱の液面からの分離位置が液滴吐出面４８の外側になる範囲で抑制される。

次に、図５を参照して、図示しない外部装置から画像データが入力された際のプリンタ１０の作用を説明する。なお、図５は、図示しない外部装置から画像データが入力された際にコントローラ１２によって実行される画像記録処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ１００では、図示しない外部装置から入力した画像データに対してハーフトーン処理等の各種画像処理を行って、画素を構成するドット毎のドットデータを作成し、次のステップ１０２では、所定周期のクロック信号の生成を開始して当該クロック信号の駆動電圧生成回路１４への出力を開始する。

駆動電圧生成回路１４は、コントローラ１２からクロック信号が入力すると、当該クロック信号に同期して、上述の図３（Ａ）に示した駆動波形の駆動電圧を生成して駆動制御回路１６へ出力する。

次のステップ１０４では、作成したドットデータに基づいて液滴吐出ヘッド２０の各ノズル４０の液滴を吐出／不吐出を指定した複数ラインの制御信号を駆動制御回路１６へ出力する。

駆動制御回路１６は、複数ラインの制御信号が入力されると、当該制御信号に応じて内蔵する各スイッチ回路をオン／オフする。これにより、オンとなったスイッチ回路に接続された圧電素子５２に駆動電圧生成回路１４より供給される駆動電圧が印加される。

駆動電圧が印加された圧電素子５２は、印加された駆動電圧の駆動波形に応じて変形することにより圧力室４６内の体積変化を発生させ、圧力室４６内に振動波を発生させることによりノズル４０から液滴を吐出させる。この際、液柱の液面から分離する位置がノズル４０の液滴吐出面４８よりも外側になるため、吐出される液滴に尾曲がりが発生しない。

次のステップ１０６では、作成したドットデータにより示される画像の記録が終了したか否かを判定し、肯定判定であった場合はステップ１０８へ移行し、否定判定であった場合は上述したステップ１０４へ戻ってドットデータに基づく画像の記録を継続する。

次のステップ１０８では、クロック信号の出力を終了し、本画像記録処理は終了となる。

このように、第１の実施の形態によれば、吐出される液滴の尾曲がりの発生を防止することができるため、記録される画像の画質の低下を防止することができる。また、残響振動を抑制しているため、残響振動を抑制しない場合と比較して、飛翔曲がりの発生させることなくノズル４０から液滴を短い周期で吐出させることもできる。

以上のように第１の実施の形態によれば、印加された駆動電圧に応じて圧電素子が変形して液体（ここでは、インク）が収容された収容室（ここでは、圧力室４６）に体積変化を発生させ、収容室に連通されてノズルに液体が供給され、圧電素子による収容室の体積変化に応じて液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が液面から分離されることによってノズルから液体による液滴が吐出されるものとされており、生成手段（ここでは、駆動電圧生成回路１４）により、液柱の液面からの分離位置がノズルの液滴吐出面の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を、圧電素子に印加するものとして生成しているので、生成された当該駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した場合に液柱が液面から分離する位置が液滴吐出面の外側となって液柱の最後の尾がノズルの開口部の壁面に引きずられて尾曲がりが発生することを防止できるため、記録画像の画質の低下を防止することができる。

また、第１の実施の形態によれば、生成手段は、収容室に収容された液体の固有振動周期をＴｃとしたとき、収容室を収縮させて、ノズルに供給された液体の液面に液柱を形成させるもので、かつ当該収容室の収縮状態をＴｃ／３以上維持させる第１波形（図３（Ａ）に示した駆動波形のＡ点〜Ｅ点。）を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成しており、このような駆動波形において顕著に尾曲がりが発生して記録される画像の画質が低下するため、液柱が液面から分離する位置を液滴吐出面の外側にさせることにより、記録される画像の画質の低下を防止することができる。

また、第１の実施の形態によれば、生成手段は、第１波形の駆動電圧が圧電素子に印加された際に収容室の収縮によって液面に発生する、当該液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動を、液柱の液面からの分離位置がノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第２波形（図３（Ａ）に示した駆動波形のＥ点〜Ｇ点。）を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成しているので、尾曲がりが発生することを防止でき、また、残響振動を抑制しない場合と比較して、飛翔曲がりの発生させることなくノズルから液滴を短い周期で吐出させることもできる。

［第２の実施の形態］
本第２の実施の形態では、圧力室４６の体積の収縮によってノズル４０の液面に発生する当該液面がノズル４０の内部方向及び外部方向に振動する残響振動を、最初の液面が外部方向に振動する残響振動が発生した後に抑制する形態例について説明する。

第２の実施の形態に係るプリンタ１０及び液滴吐出ヘッド２０の構成は、図１及び図２と同一であるので、ここでの説明は省略する。

ここで、例えば、図９（Ａ）に示すような残響振動の抑制を行わない駆動波形の駆動電圧を圧電素子５２に印加して圧力室４６の体積変化を発生させて液滴を吐出させた場合、圧力室４６の体積変化に応じて形成された液柱は、最初の液面が外部方向に移動する残響振動が発生している期間（図９（Ｃ）のｔ１。）にノズル４０の液面から分離し、圧力室４６の体積を収縮状態で維持する保持時間（図９（Ａ）の駆動波形のＤ点〜Ｅ点）に関わらず、液柱が分離する位置がノズル４０の液滴吐出面４８の外側になる。

しかし、図９（Ａ）に示すような駆動波形を採用した場合、上述したように駆動波形の駆動電圧を圧電素子５２に印加した際にノズル４０の液面に発生する残響振動が影響の無いレベルに減衰するまで待たなければ飛翔曲がりが発生する場合があるため、ノズル４０から液滴を短い周期で正確に吐出させることができない。

そこで、第２の実施の形態に係る駆動電圧生成回路１４は、図６（Ａ）に示すように、圧力室４６の収縮によって液面に発生する当該液面がノズル４０の内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の液面が外部方向に移動する残響振動（図９（Ｃ）のｔ１。）を抑制せず、次の液面が内部方向に移動する残響振動（図６（Ｂ）のｔ２。）を抑制する波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成する。

これにより、生成された駆動波形の駆動電圧が圧電素子５２に印加された場合、図６（Ｂ）の実線に示されるように、最初の液面が外部方向に移動する残響振動（図６（Ｂ）のｔ１。）が発生した後の次の液面が内部方向に移動する残響振動（図６（Ｂ）のｔ２。）を抑制される。

このように、最初の液面が外部方向に移動する残響振動（図６（Ｂ）のｔ１。）を抑制しないことにより、液柱のノズル４０の液面から分離する位置がノズル４０の液滴吐出面４８の外側となり、吐出される液滴の尾曲がりの発生を防止することができるため、記録される画像の画質の低下を防止することができる。

また、次の液面が内部方向に移動する残響振動（図６（Ｂ）のｔ２。）の抑制を行って残響振動を打消しているため、飛翔曲がりの発生させることなくノズル４０から液滴を短い周期で吐出させることもできる。

以上のように第２の実施の形態によれば、生成手段は、収容室を収縮させて、ノズルに供給された液体の液面に液柱を形成させてノズルから液滴を吐出させる第１波形（図６（Ａ）に示した駆動波形のＡ点〜Ｅ点。）と、当該第１波形の駆動電圧が圧電素子に印加された際に収容室の収縮によって液面に発生する、当該液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の液面が外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の液面が内部方向に移動する残響振動を抑制する第２波形（図６（Ａ）に示した駆動波形のＥ点〜Ｇ点。）と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成しているので、記録される画像の画質の低下を防止することができ、また、残響振動を抑制しない場合と比較して、飛翔曲がりの発生させることなくノズルから液滴を短い周期で吐出させることもできる。

なお、第２の実施の形態に係る駆動電圧生成回路１４は、最初の液面が外部方向に振動する残響振動（図６（Ｃ）のｔ１。）を抑制せず、次の液面が内部方向に振動する残響振動（図６（Ｂ）のｔ２。）を抑制するように予め駆動波形が調整された駆動電圧を生成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、最初の液面が外部方向に振動する残響振動（図６（Ｃ）のｔ１。）が発生した後であればいずれであってもよい。

例えば、図７（Ａ）に示すように、収容室を収縮させてノズルに供給された液体の液面に液柱を形成させてノズルから液滴を吐出させる第１波形（図７（Ａ）に示した駆動波形のＡ点〜Ｅ点。）と、当該第１波形の駆動電圧が圧電素子に印加された際に収容室の収縮によって液面に発生する当該液面がノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の液面が外部方向に移動する残響振動及びその直後の液面が内部方向に移動する残響振動を抑制せず、次に液面が外部方向に移動する残響振動を抑制する第２波形（図７（Ａ）に示した駆動波形のＥ点〜Ｇ点。）と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成してもよい。これにより、図７（Ｂ）の実線に示されるように、最初の液面が外部方向に移動する残響振動（図７（Ｂ）のｔ１。）及びその直後の液面が内部方向に移動する残響振動（図７（Ｂ）のｔ２。）が発生した後の次の液面が外部方向に移動する残響振動（図７（Ｂ）のｔ３。）が抑制される。

また、第１及び第２の実施の形態では、駆動電圧生成回路１４が生成する駆動波形を１種類とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、駆動電圧生成回路１４が、圧力室４６の体積を収縮状態で維持する保持時間をそれぞれ変えて吐出される液滴の量が異なる３種類（例えば、大滴、中滴、小滴）とされると共に、各々液柱の液面からの分離位置がノズル４０の液滴吐出面４８の外側となるように予め駆動波形が定められた駆動電圧１〜３を生成してそれぞれ駆動制御回路１６へ出力するものとし、駆動制御回路１６は、コントローラ１２より入力される複数ラインの制御信号に応じて各圧電素子５２に駆動電圧１〜３を選択的に印加可能とし、コントローラ１２は、記録するドットの濃度に応じた制御信号を出力することによりノズル４０から吐出される液滴の量を変化させるものとしてもよい。

また、本発明は、液滴吐出ヘッド２０を主走査方向に往復移動させながら、記録用紙に対して画像を記録するプリンタ１０に適用してもよく、また、液滴吐出ヘッド２０を記録用紙の幅より幅広とした長尺ヘッドとして、多数のノズル４０が記録用紙の幅方向に沿って設けられたものとし、記録用紙を副走査方向へ相対的に移動させながら、当該液滴吐出ヘッド２０の各ノズル４０から液滴を吐出することにより記録用紙の全幅を一括で記録するプリンタ１０に適用してもよい。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。

その他、第１の実施の形態で説明したプリンタ１０の構成（図１参照。）、液滴吐出ヘッド２０の構成（図２参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、第１及び第２の実施の形態で説明した駆動波形（図３（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、第１の実施の形態で説明した画像記録処理（図５参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施形態で説明したプリンタ１０は、記録媒体上へ画像（文字を含む）を記録するものであったが、本発明のプリンタ１０は、これに限定されるものではない。また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば半導体や液晶表示器等のパターン形成のためにシート状の基板に液滴を吐出するパターン形成装置等の他の液滴吐出記録装置にも適用することができる。

実施の形態に係るプリンタの構成を示すブロック図である。実施の形態に係るノズルの断面図である。（Ａ）は第１の実施の形態に係る駆動電圧の駆動波形を示す波形図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した際のノズル開口部での液体の流速を示すグラフである。第１の実施の形態に係る液滴を吐出する際のノズルの液面の変化を示す拡大図である。実施の形態に係る画像記録処理の流れを示すフローチャートである。（Ａ）は第２の実施の形態に係る駆動電圧の駆動波形を示す波形図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した際のノズル開口部での液体の流速を示すグラフである。（Ａ）は第２の実施の形態に係る駆動電圧の駆動波形の別な例を示す波形図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した際のノズル開口部での液体の流速を示すグラフである。（Ａ）はノズルを示す拡大図であり、（Ｂ）は正常に液滴を吐出される際のノズル部分の拡大図であり、（Ｃ）は吐出される液滴に飛翔曲がりが発生した際のノズル部分の拡大図であり、（Ｄ）は吐出される液滴に尾曲がりが発生した際のノズル部分の拡大図である。（Ａ）は残響振動を抑制するように調整されていない駆動電圧の駆動波形を示す波形図であり、（Ｂ）は残響振動を抑制するように調整された駆動電圧の駆動波形を示す波形図であり、（Ｃ）は（Ａ）及び（Ｂ）に示す駆動波形の駆動電圧を圧電素子に印加した際のノズル開口部での液体の流速を示すグラフである。従来の液滴を吐出する際のノズルの液面の変化を示す拡大図である。

符号の説明

１０プリンタ
１４駆動電圧生成回路
４０ノズル
４６圧力室
５２圧電素子

Claims

印加された駆動電圧に応じて変形して液体が収容された収容室に体積変化を発生させる圧電素子と、
前記収容室に連通されて前記液体が供給され、前記圧電素子による前記収容室の体積変化に応じて前記液体の液面に液柱が形成された後に当該液柱が前記液面から分離されることによって前記液体による液滴が吐出されるノズルと、
前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となるように予め定められた駆動波形の駆動電圧を、前記圧電素子に印加するものとして生成する生成手段と、
を備えた液滴吐出装置。
前記生成手段は、前記収容室に収容された液体の固有振動周期をＴｃとしたとき、前記収容室を収縮させて、前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させるもので、かつ当該収容室の収縮状態をＴｃ／３以上維持させる第１波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成する
請求項１記載の液滴吐出装置。
前記生成手段は、前記第１波形の駆動電圧が前記圧電素子に印加された際に前記収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動を、前記液柱の前記液面からの分離位置が前記ノズルの液滴吐出面の外側となる範囲内で抑制する第２波形を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成する
請求項２記載の液滴吐出装置。
前記生成手段は、前記収容室を収縮させて、前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させて前記ノズルから液滴を吐出させる第１波形と、当該第１波形の駆動電圧が前記圧電素子に印加された際に前記収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制せず、その直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制する第２波形と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成する
請求項１記載の液滴吐出装置。
前記生成手段は、前記収容室を収縮させて、前記ノズルに供給された前記液体の液面に前記液柱を形成させて前記ノズルから液滴を吐出させる第１波形と、当該第１波形の駆動電圧が前記圧電素子に印加された際に前記収容室の収縮によって前記液面に発生する、当該液面が前記ノズルの内部方向及び外部方向に振動する残響振動のうち、最初の前記液面が前記外部方向に移動する残響振動及びその直後の前記液面が前記内部方向に移動する残響振動を抑制せず、次に前記液面が前記外部方向に移動する残響振動を抑制する第２波形と、を含んだ駆動波形の駆動電圧を生成する
請求項１記載の液滴吐出装置。
前記生成手段は、前記第２波形として、前記圧電素子に印加された際に前記残響振動と逆位相の振動を前記液面に発生させることにより前記残響振動を抑制する波形を生成する
請求項３乃至請求項５の何れか１項記載の液滴吐出装置。