JP2009056759A - 液滴吐出装置及び液滴吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でかつコストアップを生じることがなく、隣接する圧力室間のクロストークに起因するメニスカス溢れを抑制して、高速で安定した駆動を可能とし、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出装置及び液滴吐出方法を提供すること。
【解決手段】基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数が、駆動パルスの駆動周波数と吐出される液滴の速度との関係を示す液滴の速度の駆動周波数依存性データにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定されていることを特徴とする液滴吐出装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出装置及び液滴吐出方法に関するものである。

微小なインク滴を用いて画像を記録するためのインクジェットヘッド（以下、単にヘッドという場合がある）のようにノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドでは、圧力室内に圧力を付与することでノズルから液滴を吐出させ、記録紙等の記録媒体上に着弾させる。

圧力室内に圧力を付与する圧力付与手段は様々であるが、その一つとして、圧電素子を用いてインク滴の吐出圧を得るようにした方式がある。

ところが、複数の圧力室が一列に配設され、各圧力室に連通する複数のノズルを有するヘッドよりインク滴を吐出させる場合、インク滴を吐出する圧力室の圧電素子の振動あるいは振動により発生した圧力波が隣接する他の圧力室にまで伝搬して、隣接する他の圧力室のインク吐出に悪影響を及ぼすといういわゆるクロストーク現象が発生するという問題がある。

このクロストークの発生を防止し、液滴吐出の安定性を向上させる方法として、特許文献１には、圧力室内に圧力変動を発生させる圧電素子を駆動する電気信号として、インク滴を吐出する際、ノズルとインクタンク内の液面の高さ（水頭差）を変化させた時に、インク滴速度の変化が小さく、かつ吐出周波数によるインク滴速度の変化が小さいパルス幅で駆動せしめることを特徴とするインクジェットヘッドの液滴吐出方法が提案されている。
特開２００２−１４４５５７号公報

従来においては、上記インク滴の吐出は圧力室の音響的共振を利用し、駆動パルスのパルス幅を圧力室の音響的共振周期に適合させて印加し、インク滴の吐出に利用する方法が用いられている。このような駆動によって圧力室を駆動すると、効率良くインク滴を吐出することができるとして、使用されている。

このため、特許文献１のような方法により駆動パルスのパルス幅を設定した場合、圧力室の音響的共振を十分利用できず、効率良くインク滴を吐出することができないという課題があった。

更に、発明者らの知見によると、ある特定の吐出の繰り返しパターンで吐出する場合、インクの吐出不良（インクの不吐出を含む）が発生したりして、記録品位が大きく乱れるケースがあった。このようなインクの不安定吐出が発生し易い吐出パターンは、発明者らの研究により、複数の圧力室のうち、第１の圧力室とこの第１の圧力室に隣接する第２の圧力室においてインク吐出動作を交互に行うような吐出パターンであり、第２の圧力室からインク吐出を行わない状態で第１の圧力室から所定時間インク吐出させる第１のサイクルと、次に、第１の圧力室からインク吐出を行わない状態で第２の圧力室から所定時間インク吐出させる第２のサイクルを繰り返す場合に発生し易いことが判明した。例えば、図９に示すように、副走査方向に１２個の圧力室と対応するノズルが配置されたヘッドを主走査方向に走査させながら、偶数番号のノズルの駆動と奇数番号のノズルの駆動を交互に間欠的に繰り返してドットを形成する場合である。

特に、高周波駆動時において、吐出していない圧力室の両隣が吐出している圧力室である場合、その中央の吐出していない圧力室内の圧力振動の振幅が過剰に大きくなるという共振現象を起こしてしまい、その結果、吐出していない圧力室のノズルに形成されるインクのメニスカス（インクと外気の界面）が大きく振動し、メニスカスがノズル面にあふれるメニスカス溢れ現象が発生してしまう。そのような状態では、次のサイクルで吐出するタイミングとなった際に安定したインク吐出は行われず、ドットがかすれたり吐出不良になったりして、記録品位が著しく低下してしまうという不都合があった。

また、吐出している圧力室への駆動パルスの印加により隣接する吐出していない圧力室に発生する圧力波は、時間の経過と共に減衰するので、例えば、次の駆動パルスで吐出するまでの時間間隔を長くし、駆動周波数を低くして駆動すれば良いが、そうすると全体の画像形成時間が遅くなる等の問題がある。

特に、少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁によって隔てられた複数の圧力室を有する剪断モード型の液滴吐出ヘッドを駆動する場合、一つの圧力室の隔壁が吐出の動作をすると、隣の圧力室が直接的に影響を受けるため、クロストークの問題がより一層顕著となる。

本発明の目的は、簡単な構成でかつコストアップを生じることがなく、隣接する圧力室間のクロストークに起因するメニスカス溢れを抑制して、高速で安定した駆動を可能とし、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出装置及び液滴吐出方法を提供することにある。

本発明の目的は、以下のような構成により達成される。
１．
液滴を吐出するための複数のノズルと、各ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドを有し、駆動パルスを圧力付与手段に印加することにより圧力室内の圧力を変化させ、圧力室内の液体をノズルから吐出させて基材上に付着させる液滴吐出装置であって、
基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数が、駆動パルスの駆動周波数と吐出される液滴の速度との関係を示す液滴の速度の駆動周波数依存性データにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定されていることを特徴とする液滴吐出装置。
２．
前記駆動周波数領域内における液滴の速度の変動が、駆動周波数領域内における平均速度に対して±１５％以内であることを特徴とする前記１に記載の液滴吐出装置。
３．
前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記設定されている駆動周波数が、１／（８ＡＬ）以上１／（５ＡＬ）以下の範囲内にあることを特徴とする前記１または２に記載の液滴吐出装置。
４．
前記圧力付与手段は、隣接する圧力室を仕切る隔壁の少なくとも一部を形成し、且つ駆動パルスの印加によりせん断モードで変形して圧力室内の圧力を変化させる圧電素子であることを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載の液滴吐出装置。
５．
前記駆動パルスは、前記圧力室の容積を膨張させた後、元の容積に戻す矩形波の膨張パルスと、膨張パルスに続いて記圧力室の容積を収縮させた後、元の容積に戻す矩形波の収縮パルスとを有することを特徴とする前記４に記載の液滴吐出装置。
６．
前記膨張パルスの駆動電圧をＶｏｎ（Ｖ）、前記収縮パルスの駆動電圧をＶｏｆｆ（Ｖ）としたとき、Ｖｏｎ（Ｖ）とＶｏｆｆ（Ｖ）の比である｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜が２であることを特徴とする前記５に記載の液滴吐出装置。
７．
液滴を吐出するための複数のノズルと、各ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドの圧力付与手段に駆動パルスを印加することにより、圧力室内の圧力を変化させ、圧力室内の液体をノズルから吐出させて基材上に付着させる液滴吐出方法であって、
駆動パルスの駆動周波数と吐出される液滴の速度との関係を示す液滴の速度の駆動周波数依存性データを予め計測し、
基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数を、前記駆動周波数依存性データにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定することを特徴とする液滴吐出方法。
８．
前記駆動周波数領域内における液滴の速度の変動が、駆動周波数領域内における平均速度に対して±１５％以内であることを特徴とする前記７に記載の液滴吐出方法。
９．
前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記設定されている駆動周波数が、１／（８ＡＬ）以上１／（５ＡＬ）以下の範囲内にあることを特徴とする前記７または８に記載の液滴吐出方法。
１０．
前記圧力付与手段は、隣接する圧力室を仕切る隔壁の少なくとも一部を形成し、且つ駆動パルスの印加によりせん断モードで変形して圧力室内の圧力を変化させる圧電素子であることを特徴とする前記７乃至９の何れか１項に記載の液滴吐出方法。
１１．
前記駆動パルスは、前記圧力室の容積を膨張させた後、元の容積に戻す矩形波の膨張パルスと、膨張パルスに続いて前記圧力室の容積を収縮させた後、元の容積に戻す矩形波の収縮パルスとを有することを特徴とする前記１０に記載の液滴吐出方法。
１２．
前記膨張パルスの駆動電圧をＶｏｎ（Ｖ）、前記収縮パルスの駆動電圧をＶｏｆｆ（Ｖ）としたとき、Ｖｏｎ（Ｖ）とＶｏｆｆ（Ｖ）の比である｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜が２であることを特徴とする前記１１に記載の液滴吐出方法。

本発明によれば、簡単な構成でかつコストアップを生じることがなく、隣接する圧力室間のクロストークに起因するメニスカス溢れを抑制して、高速で安定した駆動を可能とし、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出装置及び液滴吐出方法を提供することができる。

以下に本発明に関する実施の形態の例を示すが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る液滴吐出装置が適用されるインクジェット記録装置の概略構成を示す図である。インクジェット記録装置１において、記録媒体Ｐ（基材）は、搬送機構３の搬送ローラ対３２に挟持され、更に、搬送モータ３３によって回転駆動される搬送ローラ３１により図示Ｙ方向に搬送されるようになっている。

搬送ローラ３１と搬送ローラ対３２の間には、記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するようにヘッド２が設けられている。このヘッド２は、記録媒体Ｐの幅方向に亘って掛け渡されたガイドレール４に沿って、不図示の駆動手段によって、上記記録媒体Ｐの搬送方向（副走査方向）と略直交する図示Ｘ−Ｘ’方向（主走査方向）に沿って往復移動可能に設けられたキャリッジ５に、ノズル面側が記録媒体Ｐの記録面ＰＳと対向するように配置されて搭載されており、フレキシケーブル６を介して、駆動パルスを生成するための回路が設けられる駆動パルス発生手段１００（図３参照）に電気的に接続されている。

また、インクジェット記録装置１は、制御部、記憶部（図示せず）を含んで構成される。制御部は、インクジェット記録装置１全体を制御する部位であり、例えば、ＣＰＵ（
Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、プログラムを格納するメモリと、処理に必要な情報を一時的に格納するためのメモリとから構成されるマイクロコンピュータであり、メモリに格納されているプログラムを実行することによって所定の処理を行なう。

駆動パルス発生手段１００は、制御部からの指示によって、ノズルから液滴を吐出するために、各圧力室にあるヒータあるいは圧電素子などの圧力付与手段に駆動信号、例えば電圧パルスなどの駆動パルスを与えて駆動する。ノズルから吐出される液滴は、駆動パルスの周波数である駆動周波数の１周期毎に１滴の液滴が吐出される。

記憶部は、液滴の吐出に使用する駆動パルスの周波数である駆動周波数などのデータを記憶する記憶媒体であり、半導体メモリなどで構成される読み取り書き込み可能なメモリでもよいし、磁気ディスク装置などの記憶装置であってもよく、その形態は問わない。

かかるヘッド２は、キャリッジ５の移動に伴って記録媒体Ｐの記録面ＰＳを図示Ｘ−Ｘ’方向に移動し、この移動過程でインク滴を吐出することによって所望のインクジェット画像を記録するようになっている。

なお、図中、７はインク受け器であり、ヘッド２が非記録時のホームポジション等の待機位置に設けられている。ヘッド２がこの待機位置にある時、このインク受け器７に向けてインク滴を少量はき捨てるようにする。ヘッド２がこの待機位置において長期間作動停止している時は、図示しないが、ヘッド２のノズル面にキャップを被せることにより保護するようになっている。また、８は記録媒体Ｐを挟んで上記インク受け器７の反対位置に設けられたインク受け器であり、往復両方向で記録するとき、往動から復動に切り替えるときに、上記同様にはき捨てられたインク滴を受け入れる。

本発明に係る液滴吐出装置及び液滴吐出方法は、液滴を吐出するための複数のノズルと、各ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドであれば、どのようなタイプの液滴吐出ヘッドにも適用でき、また、圧力室内に満たされる液体はどのような液体であっても良い。以下の説明では、圧力室内の容積を膨張又は収縮させることによって圧力を変化させる圧力付与手段を備え、圧力室内に満たされる液体としてインクを使用した液滴吐出ヘッドであるせん断モード（シェアモード）タイプのインクジェットヘッド２を用いて説明する。

せん断モードタイプのヘッドでは、圧力室の隔壁を圧力付与手段である圧電素子により構成し、この圧電素子を変形することによりノズルからインク滴を吐出する。

図２は、液滴吐出ヘッドの一態様であるせん断モードタイプのインクジェットヘッドの概略構成を示す図であり、（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図である。

なお、以下、圧力室に関する構成は、全圧力室で共通なので、個々の圧力室に関する構成を表示するアルファベットの添え字は省略して、総括的に表記する場合がある。

図３（ａ）〜（ｃ）はその動作を示す図である。

図２及び図３において１００は駆動パルス発生手段、２はヘッド、２１はインクチューブ、２２はノズル形成部材、２３はノズル、２４はカバープレート、２５はインク供給口、２６は基板、２７は隔壁、Ｌは圧力室の長さ、Ｄは圧力室の深さ、Ｗは圧力室の幅である。そして、インク圧力室である圧力室２８が隔壁２７、カバープレート２４及び基板２６によって形成されている。

ヘッド２は、図３に示すように、カバープレート２４と基板２６の間に、電気・機械変換手段であるＰＺＴ等の圧電材料からなる複数の隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄで隔てられた圧力室２８が多数並設されたせん断モードタイプのヘッドである。図３では多数の圧力室２８の一部である３本（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）が示されている。圧力室２８の一端（以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材２２に形成されたノズル２３につながり、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）はインク供給口２５を経て、インクチューブ２１によって図示されていないインクタンクに接続されている。そして、各圧力室２８内の隔壁２７表面には両隔壁２７の上方から基板２６の底面に亘って繋がる電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが密着形成され、各電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃは駆動パルス発生手段１００に接続している。

次に、ヘッド２の製造方法と構成材料について説明する。

基板２６上に互いに分極方向が異なる２枚の圧電材料２７ａ、２７ｂを接着剤を介して上下に貼り合わせ、その上側の圧電材料２７ａからダイヤモンドブレード等により、圧力室２８となる複数の溝が全て同じ形状で平行に切削加工される。これにより隣接する圧力室２８は、矢印の方向に分極された側壁２７によって区画される。また、圧力室２８は、圧力室２８の出口側（図２における左側）の深溝部２８ａと、該深溝部２８ａから圧力室２８の入口側（図２における右側）に行くに従って徐々に浅くなる浅溝部２８ｂとを有している。

各隔壁２７は、ここでは図３の矢印で示すように分極方向が異なる２枚の圧電材料２７ａ、２７ｂによって構成されているが、圧電材料は例えば符号２７ａの部分のみであってもよく、隔壁２７の少なくとも一部にあればよい。

圧電材料２７ａ，２７ｂに使用される圧電材料としては、電圧を加えることにより変形を生じるものであれば特に限定されず、公知のものが用いられ、有機材料からなる基板であっても良いが、圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この圧電性非金属材料からなる基板として、例えば成形、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板、又は塗布や積層の工程を経て形成される基板等がある。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料が挙げられる。

セラミックス基板としては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃）、第三成分添加ＰＺＴがあり、第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｍｎ_1/3Ｓｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃等があり、さらにＢａＴｉＯ₃、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等を用いて形成することができる。

また、塗布や積層の工程を経て形成される基板として、例えば、ゾルーゲル法、積層基板コーティング等で形成することができる。

圧電材料２７ａの上面には、全圧力室２８に亘って深溝部２８ａ上を覆うようにカバープレート２４が接着剤を介して接着されると共に、各圧力室２８の浅溝部２８ｂ上に、圧力室２８内へのインク流入口７７が形成されている。

カバープレート２４の接着後、ノズル２３が開設された１枚のノズル形成部材２２が接着剤を介して接着される。

カバープレート２４及び基板２６の材料は、特に限定されず、有機材料からなる基板であっても良いが、非圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この非圧電性非金属材料からなる基板として、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英、分極されていないＰＺＴの少なくとも１つから選ばれることが好ましい。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと有機物とのハイブリッド材料が挙げられる。

また、ノズル形成部材２３の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、アロマティックポリアミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリサルフォン樹脂等の合成樹脂のほか、ステンレス等の金属材料を用いることもできる。

各圧力室２８内には、その両側面から底面にかけて金属電極２９が形成されており、この金属電極２９は、浅溝部２８ｂを通って圧電材料２７ａの後部側表面まで延びている。各金属電極２９には、この後部側表面において異方導電性フィルム７８を介してフレキシブルケーブル６が接着されており、駆動パルス発生手段１００から各金属電極２９に駆動パルスを印加することにより側壁２７をせん断変形させ、その変形時の圧力により圧力室２８内のインクをノズルプレート２２に形成されたノズル２３から吐出するようになっている。

金属電極２９に用いられる金属としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タンタル、チタンを用いることができ、特に、電気的特性、加工性の点から、金、アルミニウム、銅、ニッケルが好ましく、めっき、蒸着、スパッタで形成される。

せん断モードタイプのヘッド２は、以上のように圧電材料２７ａ，２７ｂに圧力室２８を形成して、その側壁２７に金属電極２９を形成するだけで、ヘッドの主要部分を構成できるので、製造が簡単で、多数の圧力室２８を高密度に配置できるために、高精細な画像記録を行う上で好ましい態様である。

次に、吐出動作について説明する。

各隔壁２７表面に密着形成された電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃに駆動パルス発生手段１００から駆動パルスが印加されると、以下に例示する動作によってインク滴をノズル２３から吐出する。なお、図３ではノズルは省略してある。

なお、かかるヘッド２では、以上のように、隔壁２７の変形によって圧力室２８内のインクに正負の圧力が付与されるものであり、この隔壁２７は圧力付与手段を構成している。

図４は、本発明に係る実施の形態の液滴吐出方法における駆動パルスを示している。図４において、横軸は時間、縦軸は駆動電圧を表す。

（１）かかるヘッド２は、図３（ａ）に示す状態において、電極２９Ａ及び２９Ｃをアースに接続すると共に電極２９Ｂに、矩形波からなる膨張パルス（正電圧）を印加すると、まず、パルスの最初の立ち上がり（Ｐ１）によって、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを構成する圧電材料２７ａ、２７ｂの分極方向に直角な方向の電界が生じ、２７ａ、２７ｂともに隔壁の接合面にズリ変形を生じ、図３（ｂ）に示すように隔壁２７Ｂ及び隔壁２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、圧力室２８Ｂの容積が膨張する。これにより圧力室２８Ｂ内のインクに負の圧力が生じてインクが流れ込む（Ｄｒａｗ）。

なお、ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｌｅｎｇｔｈ）とは、上述したように、圧力室の音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、電気・機械変換手段である隔壁２７に矩形波のパルスを印加して吐出するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、インク滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。本実施形態のヘッド２のＡＬは２〜６（μｓ）であるが、この値は、ヘッドの構造やインクの密度等に依存して決まるものである。

また、パルスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、０Ｖを０％、波高値電圧を１００％とした場合に、パルス幅とは、電圧の０Ｖからの電圧の立ち上がり始め又は立ち下がり始めの１０％から波高値電圧からの立ち下がり始め又は立ち上がり始めの１０％との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／２以内、好ましくは１／４以内であるような波形を指す。

（２）圧力室２８Ｂ内の圧力波は、１ＡＬ時間毎に反転を繰り返すので、この最初のＰ１の印加から１ＡＬ時間経過後に電位を０に戻す（Ｐ２）と、隔壁２７Ｂ，２７Ｃは膨張位置から図３（ａ）に示す中立位置に戻り、圧力室２８Ｂ内のインクに高い圧力が掛かる。

引き続いて、矩形波からなる収縮パルス（負電圧）を印加する。まず収縮パルスの立ち下がり（Ｐ３）によって、図３（ｃ）に示すように、隔壁２７Ｂ及び２７Ｃは互いに逆方向に変形し、圧力室２８Ｂの容積が収縮する。この収縮により圧力室２８Ｂ内のインクに更に高い圧力を掛け（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）、ノズル２３の開口からインク柱を突出させる。

（３）１ＡＬ時間経過すると、圧力室２８Ｂ内のインクの圧力波は負圧に反転する。

（４）更に１ＡＬ時間経過すると、圧力波が反転して正圧となるので、電位を０に戻し（Ｐ４）、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを収縮位置から中立位置に戻すと、圧力室２８Ｂの容積が膨張する。この膨張の負圧による圧力波と前記正圧の圧力波は、位相が１８０°ずれているので、相殺してキャンセルし合い、圧力波は早期に減衰することになる。その後、インク柱は、メニスカスから分離してインク滴として飛翔する。

これらの一連の動作により圧力室２８Ｂ内のインクの一部がインク滴としてノズル２３から飛翔する。

このような液滴吐出方法は、いわゆるＤＲＲ（ＤｒａｗーＲｅｌｅａｓｅーＲｅｉｎｆｏｒｃｅ）方式による液滴吐出方法であり、膨張パルスのパルス幅はインク滴の吐出力に大きく影響し、１ＡＬにこのパルス幅が一致したときにインク滴吐出力（吐出速度）は最大となる。また、収縮パルスは、膨張パルスの立ち下がり時（Ｐ２）、つまり、１ＡＬの経過後に印加される。このため、上述の如く膨張パルスのパルス幅を１ＡＬに設定することにより、膨張パルスの立ち上がり時（Ｐ１）に発生した負の圧力波が、圧力室を伝播して正圧に反転すると同時に、膨張パルスの立ち下がり（Ｐ２）及び収縮パルスの立ち下がり（Ｐ３）による圧力室の収縮により発生した正圧が加わり、これらが相俟って最も効率の良い吐出力が得られる。よって、インク滴の吐出速度が速くなるという利点を有する。

また、収縮パルスのパルス幅を２ＡＬとしているので、圧力波をキャンセルし、より短周期での駆動が可能になる。

この収縮パルスのパルス幅は、上記の実施形態では２ＡＬとしたが、１．５ＡＬ〜２．５ＡＬ時間の範囲内に設定すればよい。この範囲内に設定することにより、圧力波をキャンセルできる。

また、膨張パルスのパルス幅は、上記の実施形態では１ＡＬとしたが、０．７ＡＬ〜１．３ＡＬの範囲内に設定すればよい。この範囲を外れると圧力波による吐出効率が下がり、駆動電圧が大きく上昇する。

駆動パルスの周期ｔは、ＡＬの奇数倍とすることが好ましい。例えば、図４に示すように、膨張パルスの時間をＡＬ、その後の収縮パルスの時間を２ＡＬ、そして次の駆動パルスまでのアース電位の時間を２ＡＬとして、全体を５ＡＬの時間で１駆動パルス、即ち１周期が終了する。このように、ｔ＝５ＡＬの時間で各圧力室を駆動すると、インク滴の飛翔を効率よく行うことができる。

また、図４の駆動パルスでは、膨張パルスの駆動電圧Ｖｏｎ（Ｖ）と収縮パルスの駆動電圧Ｖｏｆｆ（Ｖ）の比を｜Ｖｏｎ｜＞｜Ｖｏｆｆ｜とすることが好ましい。このように｜Ｖｏｎ｜＞｜Ｖｏｆｆ｜の関係とすると、圧力室内へのインクの供給を促進する効果があり、特に、高粘度インクで高周波駆動を行う場合に好ましい。なお、この電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｏｆｆの基準電圧は０とは限らない。この電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｏｆｆは、それぞれ基準電圧からの差分の電圧である。また、｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝２とすることがより好ましい。

かかるせん断モードタイプのインクジェットヘッドでは、隔壁２７の変形は壁の両側に設けられる電極に掛かる電圧差で起こるので、インク吐出を行う圧力室の電極に負電圧を掛ける代わりに、インク吐出を行う圧力室の電極を接地して、その両隣の圧力室の電極に正電圧を掛けるようにしても同様に動作させることができる。この後者の方法によれば、正電圧だけで駆動できるため、電源コストの点で好ましい態様である。

次に、本発明の実施形態に係わる液滴吐出方法の１例である時分割駆動について説明する。

前述のような少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁２７によって隔てられた複数の圧力室２８を有するヘッド２を駆動する場合、一つの圧力室２８の隔壁が吐出の動作をすると、隣の圧力室２８が影響を受けるため、通常、複数の圧力室２８のうち、互いに１本以上の圧力室２８を挟んで離れている圧力室２８をまとめて１つの組となすようにして、２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行うように駆動制御される。

即ち、ｎ個の圧力室を所定の複数を単位としてｍの単位に区分し、各単位の１圧力室を時間間隔ｔの周期で駆動して、ｍ周期でｎ個の圧力室を駆動する。そして、エンコーダパルスＤにより基本周期Ｔを形成し、基本周期Ｔを繰り返すことにより、キャリッジを往復移動させて記録媒体に画像を記録する。

ここで、ｍ＝３、ｎ＝９とした吐出動作について図５〜図７を用いて更に説明する。図５に示す例では、ヘッドは圧力室がＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の９つの圧力室２８で構成されているとし、図４の駆動パルスで駆動する場合について説明する。また、このときのＡ、Ｂ、Ｃの各組の圧力室２８の電極に印加される駆動パルスのタイミングチャートを図６、７に示す。図６，７は縦軸には圧力室Ａ１〜Ｃ３を、また、横軸には時間をとってある。

図６に示すように、初め第１周期ｔ１の駆動パルスＰａをＡ１、Ａ２、Ａ３の３圧力室に同時に印加し駆動すると、これらＡ１、Ａ２、Ａ３の３圧力室の側壁が同時に変化し、各ノズルからインク滴が飛翔する。前記のようにインク滴を飛翔する圧力室は初め体積を増加した後、急激に体積を縮小する。図５には、各圧力室が縮小した時の状態を示してある。以下同様に、図６に示すように、第２周期ｔ２の駆動パルスＰｂをＢ１、Ｂ２、Ｂ３の３圧力室に同時に印加して駆動した後、更に第３周期ｔ３の駆動パルスＰｃをＣ１、Ｃ２、Ｃ３の３圧力室に同時に印加して駆動すると、各側壁が逐次変形し、ｔ１、ｔ２、ｔ３の３周期で、各圧力室の駆動が一巡し、９個の圧力室全てが駆動されてインク滴を飛翔することになる。ここで、Ｐａ，Ｐｂ、Ｐｃは、同一の駆動パルスであり図４に示した駆動パルスを用い、ｔ１、ｔ２、ｔ３は図４の周期ｔに等しく設定される。

また、１つの圧力室の駆動周期Ｔは、ヘッド２が主走査方向に走査される時の最小画素ピッチを走査する時間であり、１／Ｔが駆動周波数に相当する。

ここで、実際には前記のように常に、全ての圧力室が駆動されるとは限らず、画像データに従って、選択された圧力室のみ駆動し、インク滴を飛翔させて画像を形成する。例えば、図９に示すようなパターンで吐出する場合は、図７に示すように１つおきの圧力室Ａ１、Ｃ１、Ｂ２、Ａ３、Ｃ３の駆動を所定回数繰り返した後、図７とは逆に、１つおきの圧力室Ａ１、Ｃ１、Ｂ２、Ａ３、Ｃ３をアースし、１つおきの圧力室Ｂ１、Ａ２、Ｃ２、Ｂ３に駆動パルスを印加し駆動を所定回数繰り返す。この動作を交互に繰り返す。

次に、ノズルのスタガー配列について説明する。既に述べたように、本発明の実施の形態では複数の圧力室を主走査方向に直角な配列、即ち、縦配列に構成したヘッドをキャリッジで移動させながら画像を形成する。

図１０は縦に配列した圧力室のノズルをスタガー配列し、インク滴で縦線を形成する場合の基本動作を示す図である。図は実際ヘッドの構造とは多少異なるが、分かり易いように、ノズル形成部材２２のノズル２３部分を裏側から示し、各ノズル２３に対応した（図５に示した）圧力室の符号を示してある。

ヘッド２は一定速度で矢印方向に移動する。最初に第１周期で圧力室Ａ１、Ａ２、Ａ３が駆動されて、インク滴が実線で示すよう飛翔する（白丸で示す）。次に、ヘッド２が左に移動し圧力室Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３のＺ２位置にあるノズルがＺ１位置に来た時、第２周期の駆動が行われて破線で示すようインク滴が飛翔する（二重丸で示す）。更にヘッド２が左に移動し、同様圧力室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３のＺ３位置にあったノズルがＺ１位置に来た時、第３周期の駆動が行われ、点線で示すようインク滴（黒丸で示す）が飛翔されて、図示のようなドットラインを形成する。

スタガー量である主走査方向の各ノズルの間隔、即ち、図１０の位置Ｚ１と位置Ｚ２間及び位置Ｚ２と位置Ｚ３間をΔＸとする。

このように、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の順でインク吐出動作を行っても図１０に示すように画素が副走査方向に並ぶように各相のノズルの位置は主走査方向でΔＸずつ僅かにずれた位置に設定され、スタガー配列されている。

ここで、前述のように、特に、少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁によって隔てられた複数の圧力室を有する剪断モード型の液滴吐出ヘッドを駆動する場合、一つの圧力室の隔壁が吐出の動作をすると、隣の圧力室が直接的に影響を受けるため、クロストークの問題がより一層顕著となる。

例えば、図５に示すようにインク滴の吐出制御対象相がＢ相であった場合、このＢ相の圧力室に挟まれたＡ，Ｃ各相の圧力室における片側の隔壁も変形することになる。上述の場合には、圧力室Ａ１，Ｃ１、Ａ２，Ｃ２、Ａ３，Ｃ３の片側の隔壁が変形している。このため、吐出制御対象でないＡ，Ｃ各相の圧力室Ａ１，Ｃ１、Ａ２，Ｃ２、Ａ３，Ｃ３においてもインク吐出が起こらない程度の圧力変動が生じる。

更に、発明者らの知見によると、ある特定の吐出の繰り返しパターンで吐出する場合、インクの吐出不良（インクの不吐出を含む）が発生したりして、記録品位が大きく乱れるケースがあった。このようなインクの不安定吐出が発生し易い吐出パターンは、発明者らの研究により、複数の圧力室のうち、第１の圧力室とこの第１の圧力室に隣接する第２の圧力室においてインク吐出動作を交互に行うような吐出パターンであり、第２の圧力室からインク吐出を行わない状態で第１の圧力室から所定時間インク吐出させる第１のサイクルと、次に、第１の圧力室からインク吐出を行わない状態で第２の圧力室から所定時間インク吐出させる第２のサイクルを繰り返す場合に発生し易いことが判明した。例えば、図９に示すように、副走査方向に１２個の圧力室と対応するノズルが配置されたヘッドを主走査方向に走査させながら、偶数番号のノズルの駆動と奇数番号のノズルの駆動を交互に間欠的に繰り返してドットを形成する場合である。

特に、高周波駆動時において、吐出していない圧力室の両隣が吐出している圧力室である場合、その中央の吐出していない圧力室内の圧力振動の振幅が過剰に大きくなるという共振現象を起こしてしまい、その結果、吐出していない圧力室のノズルに形成されるインクのメニスカス（インクと外気の界面）が大きく振動し、メニスカスがノズル面にあふれるメニスカス溢れ現象が発生してしまう。そのような状態では、次のサイクルで吐出するタイミングとなった際に安定したインク吐出は行われず、ドットがかすれたり吐出不良になったりして、記録品位が著しく低下してしまうという不都合があった。

また、吐出している圧力室への駆動パルスの印加により隣接する吐出していない圧力室に発生する圧力波は、時間の経過と共に減衰するので、例えば、次の駆動パルスで吐出するまでの時間間隔を長くし、駆動周波数を低くして駆動すれば良いが、そうすると全体の画像形成時間が遅くなる等の問題がある。

そのため、どのような吐出パターンを繰り返して吐出する場合でも隣接する圧力室間のクロストークに起因するメニスカス溢れを抑制して、高速で安定した駆動を可能とし、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出方法を選定しなければならない。

発明者らは、これらの課題に対して、鋭意研究を行い、液滴吐出速度および吐出安定性の駆動周波数特性には相関があることを見出した。特に本実施形態の様に、圧力波の共振周波数を備えた圧力室を有するヘッドでは、圧力波の共振周波数に依存して特に強い相関が見られる。具体的には、駆動周波数の上昇に対して液滴速度が上昇する領域と駆動周波数の低下に対して液滴速度が低下する領域とが繰り返すような液滴速度の駆動周波数依存性が見られ、駆動周波数の上昇に対して液滴速度が上昇する領域に液滴の吐出に使用する駆動周波数を設定すると、クロストークの発生しやすい特定の吐出の繰り返しパターンで吐出する場合でも、インクの吐出不良（インクの不吐出を含む）が発生しにくくなり、逆に駆動周波数の低下に対して液滴速度が低下する領域では、インクの吐出不良（インクの不吐出を含む）が発生しやすくなるという知見を得た。これらの知見により、駆動パルスの駆動周波数と吐出される液滴の速度との関係を示す液滴の速度の駆動周波数依存性データを計測し、基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数を、計測されたデータにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定するという簡単な構成でかつコストアップを生じることがなく、どのような吐出パターンを繰り返して吐出する場合でも隣接する圧力室間のクロストークに起因するメニスカス溢れを抑制して、高速で安定した駆動を可能とし、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出装置及び液滴吐出方法を提供することができる。

ここで、液滴の速度の駆動周波数依存性データは、ヘッドの全ノズルから、駆動周波数を変化させて液滴の吐出速度を測定したデータであり、例えば後述する図８に示すような液滴速度と駆動周波数との関係を示すデータである。

安定した液滴吐出を維持することができる詳細なメカニズムは判らないが、液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数を、計測されたデータにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定することにより、クロストークの起こりやすい或る特定パターンのインク吐出を繰り返した場合においても、吐出している圧力室に隣接する吐出していない圧力室内の圧力振動の振幅が過剰に大きくなるという共振現象が発生しにくくなり、その結果、吐出していない圧力室のノズルに形成されるインクのメニスカス（インクと外気の界面）の振動が抑制され、メニスカスがノズル面にあふれるメニスカス溢れ現象が発生しにくくなる。このことにより、次のサイクルで吐出するタイミングとなった際に安定したインク吐出を行うことができ、ドットがかすれたり吐出不良になったりして、記録品位が著しく低下してしまうという不都合を防止できるものと考えている。

このような駆動周波数領域内のなかから、基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動周波数を選択し、インクジェット記録装置１の記憶部に記憶させる。インクジェット記録装置１の制御部は、記憶部から駆動周波数を読み出して、この駆動周波数で駆動パルスを発生させてヘッド２の圧電素子に印加して記録媒体Ｐに液滴を吐出させるように、駆動パルス発生手段１００及び記録ヘッド２を制御する。

また、前記駆動周波数領域内における液滴の速度の変動が、駆動周波数領域内における平均速度に対して±１５％以内であることが吐出安定性をより高める上で好ましい。

また、ヘッドの圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記設定されている駆動周波数が、１／（８ＡＬ）以上１／（５ＡＬ）以下の範囲内にあることが好ましい。

前述のように、駆動周波数を低くすればクロストークに起因する共振現象が発生しにくくなるのでメニスカス押出し量は小さくなり、逆に駆動周波数を高くすればメニスカス溢れが生じ易くなる。このため、駆動周波数を高くした方が本発明の効果が大きくなるということになるが、１／（５ＡＬ）を超えるとメニスカス溢れの影響が大きすぎて抑制が容易ではなく、１／（８ＡＬ）以上１／（５ＡＬ）以下とすることにより本発明の効果が顕著となる。

以上の実施形態では、圧力付与手段（隔壁Ｓ）が圧電素子により構成されるものを示した。本発明の液滴吐出方法は、このように圧力付与手段が圧電素子により構成されるものである場合に、圧力室の容積を膨張させる制御が容易にできるために好ましい。

また、上記実施形態では、ＡＬに比べて十分に短い立ち上がり時間及び立ち下がり時間を持った矩形波の駆動パルスを圧電素子に印加している。矩形波を用いることで、圧力波の音響的共振をより有効に利用した駆動を行なうことができる。台形波を使用する方法に比べてインク滴を吐出させる効率が良く、低い駆動電圧で駆動させることができる上に、簡単なデジタル回路で駆動回路を設計できる効果がある。また、パルス幅の設定が容易になるという利点を有する。

また、上記実施形態例では、圧力付与手段として電界を印加することによりせん断モードで変形するせん断モード型の圧電素子を用いた。せん断モード型の圧電素子では、矩形波の駆動パルスをより効果的に利用することができ、駆動電圧が下げられ、より効率的な駆動が可能となるため好ましい。

但し、本発明はこれらに限られるものではなく、例えば、圧電素子を単板型の圧電アクチュエータや縦振動タイプの積層型圧電素子等、別の形態の圧電素子を用いてもかまわない。また、静電力や磁力を利用した電気機械変換素子や、沸騰現象を利用して圧力を付与させるための電気熱変換素子等、他の圧力付与手段を用いてもかまわない。

また、以上の説明では、液滴吐出装置としてインクジェット記録装置の適用例を示し、液滴吐出ヘッドとして画像記録を行うためのインクジェットヘッドを用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、液滴を吐出するためのノズルと、このノズルに連通する圧力室と、この圧力室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備え、圧力室内の液体を液滴としてノズルから吐出させる液滴吐出装置及び液滴吐出方法として広く適用可能である。特に、液晶用カラーフィルターの作製用途など、サテライト付着のない高精細な印字を必要とする産業用途において有効である。

以下、実施例に基づいて本発明の効果を例証する。

まず、インクジェットヘッドを次の条件で作成した。図１〜図３に示したように、ＰＺＴからなる基板に多数の溝を研削して側壁を形成し、各側壁の側面にはアルミ蒸着電極を形成した。各側壁の上面には接着剤を用いてカバープレートを接着すると共に前端に２５μｍφのノズルを開設したノズル形成部材を接着することによりインクジェットヘッドを構成した。

圧力室の密度は１８０ｄｐｉ（１４１μｍピッチ）とし、各圧力室の幅は８５μｍ、長さは３ｍｍ前後とし、インクには水系インク（比重：１．０６、体積弾性率：２．５ＧＰａ）を使用した。

インクジェットヘッドは、圧力室の長さを変えてＡＬを変化させた計２個のヘッドＡ，Ｂを作成した。それぞれのヘッドのＡＬ値は、ヘッドＡが、４．７μｓ、ヘッドＢが、５．１μｓであった。

クロストークの影響を受け難い駆動をするための駆動周波数を選択するため、まず、インク滴速度の駆動周波数依存性を調べた。

上記ヘッドの各圧力室を図６に示した駆動パルスを基本として、３群に分け、以下の条件で３サイクル駆動を行い全ノズルからインク滴を吐出させた。

駆動パルスは、膨張パルスの駆動電圧Ｖｏｎと収縮パルスの駆動電圧Ｖｏｆｆの比（｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜）を２とし、膨張パルスのパルス幅を１ＡＬに設定し、収縮パルスのパルス幅を２ＡＬに設定し、アース電位の時間の２ＡＬを変更することにより駆動周波数（図６における１／駆動周期Ｔ）を５ｋＨｚ〜１５ｋＨｚまで変化させた。

任意の１ノズルについて、駆動周波数を変化させながら（｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝２に固定）、インク滴の飛翔速度を下記の方法を用いて評価した。

なお、インク滴は、連続して２０発のインク滴を吐出させ、２０発目のインク滴について評価した。

飛翔速度測定：ＣＣＤカメラを用いたストロボ測定により、インク滴がノズル開口から約１ｍｍ飛翔した時点でのインク滴速度を測定した。

ヘッドＡ及びヘッドＢについて、駆動周波数と２０発目のインク滴速度との関係を図８に示す。

図８において、横軸は駆動周波数（ｋＨｚ）、縦軸は液滴速度（ｍ／ｓ）を表す。図中の＊で表された点及び線Ｌ１はヘッドＡ、図中の●で表された点及び線Ｌ２はヘッドＢにそれぞれ対応している。

ここで、図８において、駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する場合に液滴速度変化を＋、駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が低下する場合に液滴速度変化を−、駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が変化しない場合に液滴速度変化を０と称する。

図８より、ヘッドＡについては、例えば駆動周波数が８〜８．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は−、駆動周波数が８．５〜９．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は＋、駆動周波数が９．５〜１０．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は０、駆動周波数が１０．５〜１１．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は−、駆動周波数が１１．５〜１２．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は＋、駆動周波数が１２．５〜１３．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は＋であることがわかる。

また、ヘッドＢについては、例えば駆動周波数が７．５〜８ｋＨｚのとき液滴速度変化は−、駆動周波数が８〜８．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は＋、駆動周波数が８．５〜９．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は０、駆動周波数が９．５〜１０．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は−、駆動周波数が１０．５〜１１．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は＋、駆動周波数が１１．５〜１２．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は＋、駆動周波数が１２．５〜１３．５ｋＨｚのとき液滴速度変化は０であることがわかる。

このように、液滴速度は、駆動周波数に依存して周期的に変化する。これは、圧力波の共振状態が駆動周波数によって変化するためと考えられる。

次に、駆動周波数を変更しながら、図９に示すようなクロストークが発生しやすい特定のパターンでインク滴を吐出させ、吐出している圧力室に隣接する吐出していない圧力室内のノズルのメニスカスがノズル面にあふれるメニスカス溢れ現象の発生しやすさを評価した。

具体的には、前述のインク滴速度の駆動周波数依存性を調べた駆動パルスを基本として、図７に示すように１つおきの圧力室の駆動を１秒間繰り返した後、図７とは逆に、先に駆動した１つおきの圧力室をアースし、残りの１つおきの圧力室に駆動パルスを印加し駆動を１秒間繰り返す。この動作を交互に繰り返してインク滴を吐出させる。

駆動電圧（Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆ）を変化させながら、このようなパターンで吐出させてＣＣＤカメラを用いたストロボ測定によりメニスカス溢れ現象を観測し、メニスカス溢れ現象が発生するときの液滴速度を測定することで吐出安定性を以下の評価基準により評価した。即ち、メニスカス溢れ現象が発生するときの液滴速度が高いほど吐出安定性が高いと判断した。

吐出安定性の評価基準
◎：メニスカス溢れが発生するときの液滴速度≧９．０ｍ／ｓ
○：９．０ｍ／ｓ＞メニスカス溢れが発生するときの液滴速度≧８．５ｍ／ｓ
△：８．５ｍ／ｓ＞メニスカス溢れが発生するときの液滴速度≧８．０ｍ／ｓ
×：８．０ｍ／ｓ／ｓ＞メニスカス溢れが発生するときの液滴速度
各駆動周波数領域において、駆動電圧を変化させることにより、液滴速度を変えながら吐出安定性を測定した結果をヘッドＡについては表１、ヘッドＢについては表２に示す。ここで、液滴速度変化の「ー」はその駆動周波数領域において駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が低下することを、液滴速度変化の「＋」は駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇することを、液滴速度変化の「０」は駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が変化しないことを示しており、図８のグラフに対応している。

表１、表２からわかるように、図８における液滴速度変化が「＋」、即ち、駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内においては、吐出安定性が高いことが分かる。

また、前述のように、ヘッドの圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記設定されている駆動周波数が、１／（８ＡＬ）以上１／（５ＡＬ）以下の範囲内にあることが好ましい。これらの好ましい駆動周波数領域を計算すると、ヘッドＡが８．９ｋＨｚ以上１４．２ｋＨｚ以下であり、ヘッドＢが８．２ｋＨｚ以上１３．１ｋＨｚ以下となる。

ヘッドＡは、表１の駆動周波数が８〜８．５ｋＨｚの領域、ヘッドＢは、表２の７．５〜８ｋＨｚの領域では、下限より低い駆動周波数で駆動しており、液滴速度変化が−であるにもかかわらず吐出安定性は良好である。このことからも、特に高速駆動において、駆動周波数を液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定する条件設定が良好なインク滴の吐出安定性を得るために、重要な要素であることが分かる。

以上より、例えば、駆動パルスの駆動電圧、駆動周波数などを変化させて吐出安定性の高い駆動周波数を求めるためには、多大の時間と労力が必要であるという問題があるが、本発明では、駆動パルスの駆動周波数と吐出される液滴の速度との関係を示す液滴の速度の駆動周波数依存性データを予め計測し、基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数を、前記駆動周波数依存性データにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定することにより、簡単な構成でかつコストアップを生じることがなく、隣接する圧力室間のクロストークに起因するメニスカス溢れを抑制して、高速で安定した駆動を可能とし、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出装置及び液滴吐出方法を提供することができる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。 液滴吐出ヘッドの一態様であるせん断モード（シェアモード）タイプのインクジェットヘッドの概略構成を示す図であり、（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はヘッドの動作を示す図である。 駆動パルスの波形を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はヘッドの時分割駆動の説明図である。 Ａ、Ｂ、Ｃの各組の圧力室の電極に印加される駆動パルスのタイミングチャートである。 １つおきの圧力室を駆動する場合の駆動パルスのタイミングチャートである。 本発明の液滴吐出方法に係る駆動周波数と液滴吐出速度を対比した実験データを示すグラフである。 典型的な特定吐出パターンの説明図である。 複数ノズルのスタガー配列を示す図である。

符号の説明

１ インクジェット記録装置
２ ヘッド
２１ インクチューブ
２２ ノズル形成部材
２３ ノズル
２４ カバープレート
２５ インク供給口
２６ 基板
２７ 隔壁
２８ 圧力室
３ 搬送機構
３１ 搬送ローラ
３２ 搬送ローラ対
３３ 搬送モータ
４ ガイドレール
５ キャリッジ
６ フレキシケーブル
７、８ インク受け器
１００ 駆動パルス発生手段
Ｐ 記録媒体
ＰＳ 記録面

Claims (12)

1. 液滴を吐出するための複数のノズルと、各ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドを有し、駆動パルスを圧力付与手段に印加することにより圧力室内の圧力を変化させ、圧力室内の液体をノズルから吐出させて基材上に付着させる液滴吐出装置であって、
   基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数が、駆動パルスの駆動周波数と吐出される液滴の速度との関係を示す液滴の速度の駆動周波数依存性データにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定されていることを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記駆動周波数領域内における液滴の速度の変動が、駆動周波数領域内における平均速度に対して±１５％以内であることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記設定されている駆動周波数が、１／（８ＡＬ）以上１／（５ＡＬ）以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記圧力付与手段は、隣接する圧力室を仕切る隔壁の少なくとも一部を形成し、且つ駆動パルスの印加によりせん断モードで変形して圧力室内の圧力を変化させる圧電素子であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の液滴吐出装置。
5. 前記駆動パルスは、前記圧力室の容積を膨張させた後、元の容積に戻す矩形波の膨張パルスと、膨張パルスに続いて記圧力室の容積を収縮させた後、元の容積に戻す矩形波の収縮パルスとを有することを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出装置。
6. 前記膨張パルスの駆動電圧をＶｏｎ（Ｖ）、前記収縮パルスの駆動電圧をＶｏｆｆ（Ｖ）としたとき、Ｖｏｎ（Ｖ）とＶｏｆｆ（Ｖ）の比である｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜が２であることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出装置。
7. 液滴を吐出するための複数のノズルと、各ノズルに連通する複数の圧力室と、前記圧力室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドの圧力付与手段に駆動パルスを印加することにより、圧力室内の圧力を変化させ、圧力室内の液体をノズルから吐出させて基材上に付着させる液滴吐出方法であって、
   駆動パルスの駆動周波数と吐出される液滴の速度との関係を示す液滴の速度の駆動周波数依存性データを予め計測し、
   基材上に付着させるための液滴の吐出に使用する駆動パルスの駆動周波数を、前記駆動周波数依存性データにおいて駆動周波数の上昇に対して液滴の速度が上昇する駆動周波数領域内に設定することを特徴とする液滴吐出方法。
8. 前記駆動周波数領域内における液滴の速度の変動が、駆動周波数領域内における平均速度に対して±１５％以内であることを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出方法。
9. 前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記設定されている駆動周波数が、１／（８ＡＬ）以上１／（５ＡＬ）以下の範囲内にあることを特徴とする請求項７または８に記載の液滴吐出方法。
10. 前記圧力付与手段は、隣接する圧力室を仕切る隔壁の少なくとも一部を形成し、且つ駆動パルスの印加によりせん断モードで変形して圧力室内の圧力を変化させる圧電素子であることを特徴とする請求項７乃至９の何れか１項に記載の液滴吐出方法。
11. 前記駆動パルスは、前記圧力室の容積を膨張させた後、元の容積に戻す矩形波の膨張パルスと、膨張パルスに続いて前記圧力室の容積を収縮させた後、元の容積に戻す矩形波の収縮パルスとを有することを特徴とする請求項１０に記載の液滴吐出方法。
12. 前記膨張パルスの駆動電圧をＶｏｎ（Ｖ）、前記収縮パルスの駆動電圧をＶｏｆｆ（Ｖ）としたとき、Ｖｏｎ（Ｖ）とＶｏｆｆ（Ｖ）の比である｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜が２であることを特徴とする請求項１１に記載の液滴吐出方法。

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