JP2008049590A - 液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴を安定して吐出することが可能な液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法を提供する。
【解決手段】駆動信号発生回路は、圧力室を膨張させるための第１充電要素ＰＥ１と、膨張した圧力室を収縮させてインク滴を吐出するための第１放電要素ＰＥ３と、圧力室をさらに収縮させてインク滴吐出後の圧力室内に生じる残留振動を抑制するための第２放電要素ＰＥ５とを吐出パルスＤＰ中に含ませ、第１放電要素ＰＥ３の終端から第２放電要素ＰＥ５の始端までの時間Ｐｗ１を、圧電振動子２０の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定する。
【選択図】図５

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、及び、液体噴射装置の制御方法に関するものであり、特に、駆動信号の供給によって圧力発生手段を作動させることによりノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置、及び、その制御方法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、吐出対象物としての記録紙等に対して液体状のインクをインク滴として吐出・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（以下、単にプリンタという）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、ディスプレー製造装置などの各種の製造装置にも応用されている。

ここで、上記インクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタと略記する）を例に挙げると、このプリンタは、共通インク室（リザーバ）から圧力室を通りノズル開口に至る一連のインク流路や、圧力室の容積を変動させるための圧力発生手段（例えば、圧電振動子）等を有する記録ヘッドを搭載し、また、圧力発生手段に供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路（駆動振動発生手段）を備えている。そして、駆動信号発生回路からの駆動信号に含まれる駆動パルスによって圧電振動子を駆動して圧力室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズル開口からインク滴を吐出するように構成されている。この圧力変動に伴って圧力室内のインクには圧力室内が恰も音響管であるかのように振る舞うヘルムホルツ周波数の圧力振動が励起される。この圧力振動の振動周期を固有振動周期Ｔｃと表す。

ところで、インク滴吐出後には、圧力室内におけるインクの残留振動が問題となる。即ち、この残留振動によってメニスカスの挙動が乱れ、これによりインク滴が不用意に吐出されてしまったり、次に行うインク滴の吐出動作に悪影響を及ぼしたりする虞がある。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、極く微小（例えば、数ｐｌ）なインク滴を非常に短い時間（例えば、数μｓ）で連続的に吐出する場合、上記の残留振動を可及的に抑制することが望まれる。このため、この種のプリンタでは、駆動信号中においてインク滴を吐出するための波形要素（吐出要素）の後に制振要素を含ませ、この制振要素によって残留振動を低減するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１２７４１８号公報（図３）

ところで、圧力発生手段である圧電振動子も、その形状や材質等によって定まる固有の振動形態を持っている。この圧電振動子に固有の振動周期は、例えば、Ｔａとして表される。この固有振動周期Ｔａの振動は、当該Ｔａよりも短い時間で伸縮動作を行うことによって発振される。この圧電振動子の残留振動も、インク滴の吐出特性に悪影響を及ぼす虞がある。特に、１つの圧電材料を櫛歯状に切り分けて作成された振動子ユニットを用い、切り分けられた各圧電振動子を複数のノズル開口に対してそれぞれ対応させている構成では、あるノズル開口においてインク滴を吐出したときの残留振動が、同一振動子ユニットの他の圧電振動子に伝播することにより、当該他の圧電振動子を駆動してノズル開口からインク滴を吐出する際に、インク滴の液量の変動、飛翔速度の変動、或いは飛翔曲がり等の吐出特性の低下が生じる虞がある。

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、液滴吐出後の残留振動を抑制して液滴を安定して吐出することが可能な液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法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、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズル開口から液滴として吐出する液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動して液滴を吐出するための吐出パルスを含む駆動信号を吐出周期毎に発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体噴射装置であって、
前記駆動信号発生手段は、
圧力室を膨張させるための膨張要素と、当該膨張要素によって膨張した圧力室を収縮させて液滴を吐出するための吐出要素と、圧力室をさらに収縮させて液滴吐出後の圧力室内に生じる残留振動を抑制するための制振要素とを前記吐出パルス中に含ませ、
前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定することにより、液滴吐出後の圧力発生手段の振動が液滴の吐出方向とは反対方向に変位しているタイミングで制振要素が圧力発生手段に印加されるので、液滴吐出後の圧力発生手段の残留振動を抑制することができる。これにより、圧力発生手段の残留振動に起因する液滴吐出特性の低下を防止することができる。

上記構成において、前記駆動信号発生手段が、前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定する構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定し、尚且つ、前記圧力室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定することにより、液滴吐出後の圧力発生手段の残留振動とメニスカスの残留振動の両方を効果的に抑制することができる。これにより、液滴を一層安定して吐出することが可能となる。

また、上記構成において、前記駆動信号発生手段が、前記制振要素の始端から終端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａ以上に設定することが望ましい。

この構成によれば、制振要素を圧力発生手段に印加する際に、固有振動周期Ｔａの振動を発振させないようにすることができる。これにより、次の吐出動作への悪影響を防止することができる。

また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、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、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズル開口から液滴として吐出する液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動して液滴を吐出するための吐出パルスを含む駆動信号を吐出周期毎に発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体噴射装置の制御方法であって、
前記吐出パルスに、圧力室を膨張させるための膨張要素と、当該膨張要素によって膨張した圧力室を収縮させて液滴を吐出するための吐出要素と、圧力室をさらに収縮させて液滴吐出後の圧力室内に生じる残留振動を抑制するための制振要素とを含ませ、
前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定したことを特徴とする。

この構成によれば、吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定することにより、液滴吐出後の圧力発生手段の振動が液滴の吐出方向とは反対方向に変位しているタイミングで制振要素が圧力発生手段に印加されるので、液滴吐出後の圧力発生手段の残留振動を抑制することができる。これにより、圧力発生手段の残留振動に起因する液滴吐出特性の低下を防止することができる。

上記構成において、前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定することが望ましい。

この構成によれば、吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定し、尚且つ、前記圧力室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定することにより、液滴吐出後の圧力発生手段の残留振動とメニスカスの残留振動の両方を効果的に抑制することができる。これにより、液滴を一層安定して吐出することが可能となる。

上記構成において、前記制振要素の始端から終端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａ以上に設定することが望ましい。

この構成によれば、制振要素を圧力発生手段に印加する際に、固有振動周期Ｔａの振動を発振させないようにすることができる。これにより、次の吐出動作への悪影響を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下においては、本発明の液体噴射装置の一例として図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はプリンタの電気的な構成を示すブロック図である。このプリンタは、プリンタコントローラ１とプリントエンジン２とで概略構成されている。プリンタコントローラ１は、ホストコンピュータ等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インタフェース（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（本発明における駆動信号発生手段の一種）と、吐出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フェース（内部Ｉ／Ｆ）９とを備えている。

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／Ｆ９を通じて記録ヘッド１０側に出力する。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、後述する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。

駆動信号発生回路８は、制御部６によって制御され、圧電振動子２０（図２参照）を駆動するための駆動信号を発生する。本実施形態における駆動信号発生回路８は、インク滴を吐出して記録紙上にドットを形成するための吐出パルスや、ノズル開口３７（図２参照）に露出したインクの自由表面（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（一吐出周期）内に含む駆動駆動信号ＣＯＭを発生するように構成されている。

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、リニアエンコーダ１４とから構成されている。記録ヘッド１０は、シフトレジスタ（ＳＲ）１５、ラッチ１６、デコーダ１７、レベルシフタ１８、スイッチ１９、及び圧電振動子２０を備えている。プリンタコントローラ１からの吐出データ（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１５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、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。

シフトレジスタ１５には、ラッチ１６が電気的に接続されており、プリンタコントローラ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１５の吐出データをラッチする。このラッチ１６にラッチされた吐出データは、デコーダ１７に入力される。このデコーダ１７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ＣＯＭを構成する各パルスに各ビットを夫々対応させることで構成されている。そして、各ビットの内容、例えば、「０」，「１」に応じて圧電振動子２０に対する吐出パルスの供給又は非供給が選択される。

そして、デコーダ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１８に入力される。このレベルシフタ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。

そして、パルス選択データは、スイッチ１９の作動、つまり、駆動信号中の駆動パルスの圧電振動子２０への供給を制御する。例えば、スイッチ１９に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ１９が接続状態になって、対応する吐出パルスが圧電振動子２０に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電振動子２０の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフタ１８からはスイッチ１９を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ１９は切断状態となり、圧電振動子２０へは吐出パルスが供給されない。

このような動作を行うデコーダ１７、レベルシフタ１８、スイッチ１９、及び制御部６は、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２０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から吐出される。また、非記録の階調情報の場合には、例えば、微振動パルスが圧電振動子２０に供給されて、メニスカスの微振動が行われる。

図２は、上記記録ヘッド１０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、圧力発生手段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３３（共通液体室）と、インク供給口３４と、圧力室３５と、ノズル連通口３６と、ノズル開口３７とを設けている。そして、インク供給口３４から圧力室３５及びノズル連通口３６を経てノズル開口３７に至る一連のインク流路が、各ノズル開口３７に対応して形成されている。

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）で複数のノズル開口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、ノズル開口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個のノズル開口３７によって構成される。

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。

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。なお、本実施形態においては、振動板３２を、支持板３８及び弾性体膜３９の２つの部材から構成した例を示したが、これには限られない。例えば、振動板３２を単一の部材から構成して、ダイヤフラム部４０における薄肉弾性部４３に対応する部分や、コンプライアンス部４１に対応する部分を薄肉化する構成を採用しても良い。

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開口３７からインク滴を吐出させるようになっている。

次に、上記駆動信号発生回路８について説明する。
図４は、駆動信号発生回路８の構成を説明するブロック図である。この駆動信号発生回路８は、駆動信号を構成する各吐出パルスを生成する波形生成回路４５と、この波形生成回路４５からの信号に対する電流増幅を行う電流増幅回路５０とから概略構成されている。

波形生成回路４５は、波形メモリ５１と、第１波形ラッチ回路（ラッチ１）５２と、第２波形ラッチ回路（ラッチ２）５３と、加算器５４と、デジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）５５と、電圧増幅回路５６とを備えている。波形メモリ５１は、複数種類の電圧変化量のデータを個別に記憶する変化量データ記憶手段として機能する。第１波形ラッチ回路５２は、第１タイミング信号に同期して波形メモリ５１の所定アドレスに記憶された電圧変化量のデータを保持するようになっている。加算器５４には、第１波形ラッチ回路５２と第２波形ラッチ回路５３とが接続されており、第１波形ラッチ回路５２の出力と第２波形ラッチ回路５３の出力とが入力されるように構成されている。そして、この加算器５４は、変化量データ加算手段として機能し、ラッチ回路５２，５３の出力信号同士を加算して出力する。

第２波形ラッチ回路５３は、第２タイミング信号に同期して加算器５４から出力されたデータ（電圧情報）を保持する出力データ保持手段である。Ｄ／Ａ変換器５５は、第２波形ラッチ回路５３の後段に接続されており、第２波形ラッチ回路５３が保持する出力信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。電圧増幅回路５６は、Ｄ／Ａ変換器５５の出力側に接続されており、このＤ／Ａ変換器５５で変換されたアナログ信号を駆動信号の電圧まで増幅する。

電流増幅回路５０は、電圧増幅回路５６の出力側、即ち、波形生成回路４５の後段に接続されており、電圧増幅回路５６で電圧が増幅された信号に対する電流増幅を行って駆動信号ＣＯＭとして出力する。

上記の構成を有する駆動信号発生回路８では、駆動信号の生成に先立って、電圧変化量を示す複数の変化量データを波形メモリ５１の記憶領域に個別に記憶させる。例えば、制御部６は、変化量データとこの変化量データに対応するアドレスデータとを波形メモリ５１に出力する。そして、波形メモリ５１は、変化量データをアドレスデータで指定される記憶領域に記憶する。なお、本実施形態において、変化量データは正負の情報（増減情報）を含んだデータで構成され、アドレスデータは４ビットのアドレス信号で構成される。

このようにして、複数種類の変化量データが波形メモリ５１に記憶されると、駆動信号の生成が可能になる。駆動信号の生成は、変化量データを第１波形ラッチ回路５２にセットし、所定の更新周期毎に、第１波形ラッチ回路５２にセットした変化量データを第２波形ラッチ回路５３からの出力電圧に加算することで行う。

本実施形態では、第１波形ラッチ回路５２への変化量データのセットを、波形メモリ５１に入力された４ビットのアドレス信号と、第１波形ラッチ回路５２に入力される第１タイミング信号とによって行う。即ち、波形メモリ５１は、アドレス信号に基づいて対象となる変化量データを選択する。そして、第１タイミング信号が入力されると、第１波形ラッチ回路５２は、選択された変化量データを波形メモリ５１から読み出して保持する。

第１波形ラッチ回路５２に保持された変化量データは加算器５４に入力される。この加算器５４には、第２波形ラッチ回路５３が保持している出力電圧も入力されているので、加算器５４からの出力データは第１波形ラッチ回路５２が保持する変化量データと第２波形ラッチ回路５３が保持する出力電圧とが加算された電圧値となる。ここで、変化量データには正負の情報が含まれているので、変化量データが正の値の場合には、加算器５４からの出力データは出力電圧よりも高い電圧値になる（つまり、増加する）。一方、変化量データが負の値の場合には、加算器５４からの出力データは出力電圧よりも低い電圧値になる（つまり、減少する）。なお、変化量データが値「０」の場合には、加算器５４からの出力データは出力電圧と同じ電圧値になる。そして、加算器５４からの出力データは、第２タイミング信号に同期して第２波形ラッチ回路５３に取り込まれて保持される。つまり、第２波形ラッチ回路５３からの出力電圧は、第２タイミング信号に同期して更新される。そして、第２波形ラッチ回路５３からの出力電圧は、Ｄ／Ａ変換器５５によってデジタル信号からアナログ信号に変換された後、電圧増幅回路５６及び電流増幅回路５０を経て駆動信号ＣＯＭとして出力される。

図５は、上記構成の駆動信号発生回路８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる吐出パルスＤＰの構成を説明する波形図である。この吐出パルスＤＰは、基準電位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（膨張要素の一種）と、最高電位ＶＨを極く短時間維持する第１ホールド要素ＰＥ２と、最高電位ＶＨから中間電位ＶＭまで比較的急峻な勾配で電位を降下させる第１放電要素ＰＥ３（吐出要素の一種）と、中間電位ＶＭを所定の時間維持する第２ホールド要素ＰＥ４と、第１放電要素ＰＥ３よりも緩やかな勾配で中間電位ＶＭから最低電位ＶＬまで電位を降下させる第２放電要素ＰＥ５（制振要素の一種）と、最低電位ＶＬを所定時間維持する第３ホールド要素ＰＥ６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ＰＥ７とにより構成されている。

この吐出パルスＤＰが圧電振動子２０に供給されると次のように作用する。まず、第１充電要素ＰＥ１が供給されて圧電振動子２０が収縮すると、圧力室３５が基準電位ＶＢに対応する基準容積から最高電位ＶＨで規定される最大容積に膨張する。この圧力室３５の膨張状態は、第１ホールド要素ＰＥ２の供給期間中に亘って維持される。その後、第１放電要素ＰＥ３が供給されることにより圧電振動子２０が急激に伸長して圧力室３５の容積が収縮する。これにより、圧力室３５内のインクが加圧され、ノズル開口３７から数ｐｌのインク滴が吐出される。この圧力室３５の収縮状態は、第２ホールド要素ＰＥ４の供給期間に亘って維持される。この間に、インク滴の吐出によって吐出方向に突出したメニスカスが、再び圧力室側へと引き込まれる。このタイミングにあわせて第２放電要素ＰＥ５が圧電振動子２０に供給される。これにより、圧電振動子２０がさらに伸長して圧力室３５の容積が収縮する。これにより、インク滴の吐出に伴うメニスカスの残留振動が抑制される。その後、第３ホールド要素ＰＥ６及び第２充電要素ＰＥ７が圧電振動子２０に順次供給されて圧力室３５が基準容積に復帰する。

次に、インク滴の吐出に伴って生じる残留振動の抑制について説明する。
上述したように、インク滴を吐出する際、圧力室３５内のインクには圧力室内が恰も音響管であるかのように振る舞う固有振動周期Ｔｃの圧力振動が励起される。この残留振動によってメニスカスが不安定となっている状態で次のインク滴の吐出を行うと、インク滴の飛翔速度の低下や飛翔曲がり等の吐出特性の低下を招く虞があるため、制振要素としての第２放電要素ＰＥ５を吐出パルスＤＰに含ませ、この第２放電要素ＰＥ５を圧電振動子２０に供給することによって残留振動を抑制している。

ところで、圧力発生手段である圧電振動子２０も、その形状や材質等によって定まる固有の振動形態を持っている。
図６は、インク滴吐出後の圧電振動子２０に生じる残留振動の様子を示した図であり、（ａ）は圧電振動子２０に固有の振動周期（固有振動周期Ｔａ）よりも長い時間で当該圧電振動子２０を伸張させた場合、（ｂ）は固有振動周期Ｔａよりも短い時間で圧電振動子２０を伸張させた場合、をそれぞれ示している。なお、同図においてＭｘで示す点がインク滴を吐出すべく圧電振動子２０が最も伸張したタイミングである。また、波形が上へ向かうほど圧電振動子２０がより伸張した状態であり、逆に下に向かうほど、より収縮した状態であることを示す。同図（ａ）に示すように、圧電振動子２０を固有振動周期Ｔａよりも長い時間で伸張させた場合には、当該周期Ｔａの振動は発振されないため、吐出後の残留振動の振幅は比較的小さい。これに対し、同図（ｂ）に示すように、固有振動周期Ｔａよりも短い時間で圧電振動子２０を伸張させた場合には、その当該周期Ｔａの振動が発振されることにより、吐出後の残留振動の振幅が（ａ）の場合と比較して大きくなる。

上記吐出パルスＤＰでは、微小なインク滴を高速に吐出させるために、第１放電要素ＰＥ３の圧電振動子２０への供給期間が固有振動周期Ｔａよりも短く設定されている。このため、第１放電要素ＰＥ３の圧電振動子２０への供給によってインク滴を吐出する際に、圧電振動子２０に固有振動周期Ｔａの振動が励起される。この圧電振動子２０の残留振動が、インク滴の吐出特性に悪影響を及ぼす虞がある。具体的には、圧電振動子２０の残留振動が、同一振動子ユニット２４の他の圧電振動子２０に伝播することにより、当該他の圧電振動子２０を駆動してインク滴を吐出する際に、インク滴の液量の変動、飛翔速度の変動、或いは飛翔曲がり等が生じる虞がある。

このため、上記プリンタでは、インク滴の吐出後、制振が行われるタイミングを最適化することにより、圧電振動子２０の残留振動を可及的に抑制している。具体的には、図５に示すように、駆動信号発生回路８が吐出パルスＤＰを生成する際に、吐出要素である第１放電要素ＰＥ３の終端から制振要素である第２放電要素ＰＥ５の始端までの時間（Ｐｗ１）を、圧電振動子２０の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定する。これにより、インク滴吐出後の圧電振動子２０の振動がインク滴の吐出方向とは反対方向（圧力室３５を膨張させる方向）に変位しているタイミングで第２放電要素ＰＥ５が圧電振動子２０に印加されるので、図７に示すように、インク滴吐出後の圧電振動子２０の残留振動を効率良く抑制することができる。これにより、微小なインク滴をより高速に吐出する場合においても、圧電振動子２０の残留振動に起因する他の圧電振動子２０（他のノズル開口３７）における吐出特性の低下を防止することができる。特に、Ｐｗ１を上記範囲内に設定した場合、固有振動周期Ｔａの振動が励起されてから速やかに制振が行われるので、より早い段階で残留振動を抑制することができる。

また、駆動信号発生回路８は、上述したようにインク滴吐出後におけるメニスカス残留振動を抑制するべく、第１放電要素ＰＥ３の終端から第２放電要素ＰＥ５の始端までの時間（Ｐｗ１）を最適化している。即ち、当該時間を、圧電振動子２０の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内であって、尚且つ、圧力室３５内のインクの固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定している。このように、第１放電要素ＰＥ３の終端から第２放電要素ＰＥ５の始端までの時間を固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定すると、インク滴吐出後のメニスカスの振動がインク滴の吐出方向とは反対方向（圧力室３５側に引き込まれる方向）に変位しているタイミングで第２放電要素ＰＥ５が圧電振動子２０に印加されるので、インク滴吐出後のメニスカスの残留振動を可及的に早い段階で抑制することができる。その結果、同一ノズル開口３７から短い周期で連続的にインク滴を吐出する場合においても、前回の吐出動作によるメニスカスの残留振動が次回の吐出動作に対して悪影響を及ぼすことを防止することができる。その結果、記録ヘッド１０の高周波駆動が可能となる。

さらに、本実施形態においては、第２放電要素ＰＥ５の始端から終端までの時間、即ち、第２放電要素ＰＥ５の発生時間（Ｐｗ２）を、圧電振動子２０の固有振動周期Ｔａ以上に設定している。これにより、この第２放電要素ＰＥ５によって圧電振動子２０を駆動しても固有振動周期Ｔａの振動を発振させないようにすることができる。これにより、次の吐出動作への悪影響をより確実に防止することができる。

図８は、インク滴を吐出したときのメニスカスの振動状態を示すグラフであり、（ａ）は吐出後に制振を行わない構成の場合、（ｂ）は本発明を適用した場合を示している。なお、グラフにおいて横軸は経過時間を表し、縦軸はメニスカスの吐出方向の位置を表している。縦軸における０の位置はノズル面に対応しており、これよりも波形が上へ向かうほどノズル面よりも外側（吐出側）にメニスカスが突出し、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、Ｄで示す時点が、インク滴の吐出タイミングである。図８（ａ）に示すように、制振を行わない場合においては、インク滴の吐出後に比較的振幅の大きい固有振動周期Ｔｃの残留振動が生じているのに対し、図８（ｂ）に示すように、本発明を適用した場合には、図８（ａ）と比べて、上記残留振動が低く抑えられていることが分かる。

また、第１放電要素ＰＥ３の終端から第２放電要素ＰＥ５の始端までの時間Ｐｗ１を、固有振動周期Ｔｃの１／３以下であって、圧電振動子２０の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲外に設定した場合、固有振動周期Ｔｃの残留振動に重畳するように、このＴｃの振動よりも周期が短い圧電振動子の固有振動周期Ｔａの残留振動が発生し、このＴａの残留振動の振幅が、図８において０で示す位置よりも上側に突出してしまう虞がある。しかしながら、本実施形態のように、第１放電要素ＰＥ３の終端から第２放電要素ＰＥ５の始端までの時間Ｐｗ１を、固有振動周期Ｔｃの１／３以下であって、圧電振動子２０の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定すると、周期Ｔｃの残留振動及び周期Ｔａの残留振動の両方を抑制することができるため、残留振動の振幅が０の位置よりも上に出ることがない。

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。
例えば、上記実施形態では、本発明における吐出パルスの一例として、図５に示す吐出パルスＤＰを挙げて説明したが、吐出パルスの形状はこれには限られない。少なくとも、圧力室を膨張させるための膨張要素と、膨張した圧力室を収縮させてインク滴を吐出するための吐出要素と、圧力室をさらに収縮させて吐出後の圧力室内に生じる残留振動を抑制するための制振要素とを含む構成の吐出パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。

また、上記実施形態では、本発明における圧力発生手段として所謂縦振動モードの圧電振動子２０を例示したが、これに限定されるものではなく、インク滴（液滴）の吐出後の残留振動が問題となる圧力発生手段であれば本発明を適用することができる。

プリンタの電気的な構成を説明するブロック図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 振動子ユニットの構成を説明する斜視図である。 駆動信号発生回路の電気的構成を説明するブロック図である。 吐出パルスの構成を説明する波形図である。 インク滴吐出後の圧電振動子に生じる残留振動の様子を示した図であり、（ａ）は固有振動周期Ｔａよりも長い時間で圧電振動子を伸張させた場合、（ｂ）は固有振動周期Ｔａよりも短い時間で圧電振動子を伸張させた場合をそれぞれ示す。 本発明を適用した場合における圧電振動子の残留振動の様子を示した図である。 インク滴を吐出したときのメニスカスの振動状態を示すグラフであり、（ａ）は吐出後の制振を行わない構成の場合、（ｂ）は本発明を適用した場合を示す。

符号の説明

１…プリンタコントローラ，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…圧力室，３７…ノズル開口

Claims (6)

1. ノズル開口に連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズル開口から液滴として吐出する液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動して液滴を吐出するための吐出パルスを含む駆動信号を吐出周期毎に発生する駆動信号発生手段と、
   を備える液体噴射装置であって、
   前記駆動信号発生手段は、
   圧力室を膨張させるための膨張要素と、当該膨張要素によって膨張した圧力室を収縮させて液滴を吐出するための吐出要素と、圧力室をさらに収縮させて液滴吐出後の圧力室内に生じる残留振動を抑制するための制振要素とを前記吐出パルス中に含ませ、
   前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定したことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記駆動信号発生手段は、前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記駆動信号発生手段は、前記制振要素の始端から終端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａ以上に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。
4. ノズル開口に連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズル開口から液滴として吐出する液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動して液滴を吐出するための吐出パルスを含む駆動信号を吐出周期毎に発生する駆動信号発生手段と、
   を備える液体噴射装置の制御方法であって、
   前記吐出パルスに、圧力室を膨張させるための膨張要素と、当該膨張要素によって膨張した圧力室を収縮させて液滴を吐出するための吐出要素と、圧力室をさらに収縮させて液滴吐出後の圧力室内に生じる残留振動を抑制するための制振要素とを含ませ、
   前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａの１／３〜２／３の範囲内に設定したことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
5. 前記吐出要素の終端から前記制振要素の始端までの時間を、前記圧力室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／３以下に設定したことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置の制御方法。
6. 前記制振要素の始端から終端までの時間を、前記圧力発生手段の固有振動周期Ｔａ以上に設定したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液体噴射装置の制御方法。
   

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