JP2009234134A - 液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの増粘及び乾燥を防止してインクの増粘による画質の低下を防止し且つ駆動周波数を向上することのできる液体噴出装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】液滴を吐出させるための吐出パルスを含んだ一連の駆動信号を吐出周期毎に繰り返し発生可能な駆動信号発生手段１１９と、駆動信号の中から必要なパルスを選択して圧力発生素子に供給する選択供給手段と、液体噴射ヘッドの各ノズル開口からの液体の吐出状況を取得する吐出状況取得手段１１８とを設け、駆動信号発生手段１１９が、液滴を吐出させない程度の圧力変動を圧力室内の液体に生じさせて吐出パルスでの吐出の液滴速度が増大するタイミングでメニスカスを移動させる予備パルスを、吐出パルスに先立って発生し、選択供給手段が、吐出状況に基づいて所定期間以上非吐出のノズルに対して予備パルスの供給を行うようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの駆動方法に関する。

インクジェット式プリンタやプロッタ等のインクジェット式記録装置は、インクカートリッジやインクタンク等のインク貯留手段に貯留されたインクを、インク滴として吐出可能なインクジェット式記録ヘッドを有する。

ここで、インクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室と、複数の圧力発生室に連通する共通の液体室であるリザーバと、圧力発生室に圧力変化を生じさせてノズル開口から液滴を吐出させる圧力発生手段とを具備する。そして、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧力発生手段としては、例えば、縦振動型の圧電素子、撓み振動型の圧電素子、静電気力を用いたもの、発熱素子を用いたものなどが挙げられる。

このようなインクジェット式記録ヘッドでは、長期間に亘って印字に関与していないノズルではインクが増粘し、次の吐出の際に吐出量が低減するという問題がある。従来はこのような増粘インクに対しては、定期的にフラッシングをすることにより増粘インクを捨てる方法が取られていた。しかしながら、フラッシングは無駄なインクの消費につながる。またラインプリンターのようなヘッドが大型のプリンタではフラシングポジションに行くには、かなり時間を要するためにスループットが下がるという課題があった。

そこで極力フラッシングとフラッシングの間隔を伸ばす必要がある。そのため、インクを所定の粘度に維持してインク滴を確実に吐出させるために、インク吐出に先立って、メニスカス、すなわち、ノズル開口で露出されたインクの自由表面を、インク滴が吐出しない程度に微振動させる微振動駆動を実行している（例えば、特許文献１参照）。これにより、ノズル開口近傍のインクが撹拌され、インクが所定粘度に維持されている。

しかしながら、微振動を入れることによりメニスカス面が揺れるのでそのままの状態で印字すると、微振動の残留振動の影響で重量とインク滴速度がばらつき画質が悪くなるため、同一セグメント内で微振動と吐出波形とを入れることはできなかった。また、このような微振動駆動の信号の長さは、一般的に、連続するインク吐出のための駆動信号の間隔よりも長いため、インク吐出中に微振動駆動を実行すると、ヘッドの駆動周波数を下げて駆動信号の間隔を長くしなければならず、吐出スピード（スループット）が低下してしまうという問題がある。

特開平０９−２０１９６０号公報

上述したように、増粘した液体をノズルから液滴吐出しようとすると液滴量が減少し、液滴吐出にバラツキが発生するので、記録品質が低下してしまうという問題がある。また、記録品質の低下を防止するためにフラッシングを行うと、インク消費量が増大するという問題がある。

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。

本発明はこのような事情に鑑み、インクの増粘及び乾燥を防止してインクの増粘による画質の低下を防止し且つ駆動周波数を向上することのできる液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの駆動方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドを具備し、液滴を吐出させない程度に圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる予備パルスと液滴を吐出させるための吐出パルスを含んだ一連の駆動信号を吐出周期毎に繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、前記駆動信号の中から必要なパルスを選択して圧力発生素子に供給する選択供給手段と、前記液体噴射ヘッドの各ノズル開口からの液体の吐出状況を取得する吐出状況取得手段とを設け、前記選択供給手段は、前記吐出状況取得手段が取得した前記吐出状況に基づいて特定したノズル開口に対応する前記圧力発生手段に対して、前記予備パルスを供給した後に、前記予備パルスの供給によって発生する前記圧力発生室内の残留振動を利用して、液滴吐出速度が増大するタイミングで前記吐出パルスを供給するように、前記予備パルスと前記吐出パルスを選択することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、本来であれば、フラッシングを行う必要が発生するところ、増粘した液体を吐出するノズル開口に対応する圧力発生手段に対して予備パルス及び吐出パルスを供給することによって液滴吐出速度を増大させた液体吐出を行うことにより、フラッシングを行うことなく液滴吐出バラツキが低減されるので、フラッシングを省略でき、且つ記録品質低下が防止される。すなわち、フラッシング頻度の低減が図られ、インク消費量を削減することができる。

ここで、前記予備パルスと前記吐出パルスとの間隔が、前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周波数の周期をＴｃとした場合に、０．７Ｔｃ〜１．０Ｔｃの範囲となるのが好ましい。これによれば、予備パルスによる液滴の速度低下防止効果がより確実に発揮される。

また、前記予備パルスは、基準電位から予備最大電位まで一定の電位勾配で電位を上昇させて前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、予備最大電位を維持するホールド要素と、予備最大電位から基準電位まで電位を下降させて前記圧力発生室を収縮させる収縮要素とを含む台形状のパルスであるのが好ましい。これによれば、吐出パルスにより吐出される液滴の速度をより確実に増大でき、増粘による液滴の吐出速度低下がより確実に防止される。

また、前記駆動信号発生手段は、液体が吐出されない程度に前記ノズル開口に露出した液体の表面を微振動させる微振動パルスを前記一連の駆動信号の一部として発生させ、該微振動パルスは、液滴を吐出する吐出ノズル以外の非吐出ノズルに対して供給されるのが好ましい。これによれば、ノズル開口での増粘が低減される。

また、前記微振動パルスと前記予備パルスとが同一パルスで共用されているのが好ましい。これによれば、微振動パルスを予備パルスとして使用することで、駆動信号の生成を省力化できる。

さらに、他の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、前記ノズル開口のそれぞれからの吐出状況を取得して該吐出状況に基づいて特定したノズル開口に対応する前記圧力発生手段に対して、液滴を吐出させない程度に圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる予備パルスを供給した後に、前記予備パルスの供給によって発生する前記圧力発生室内の残留振動を利用して、液滴吐出速度が増大するタイミングで吐出パルスを供給するようにしたことを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法にある。
かかる態様によれば、本来であれば、フラッシングを行う必要が発生するところ、増粘した液体を吐出するノズル開口に対応する圧力発生手段に対して予備パルス及び吐出パルスを供給することによって液滴吐出速度を増大させた液体吐出を行うことにより、フラッシングを行うことなく液滴吐出バラツキが低減されるので、フラッシングを省略でき、且つ記録品質低下が防止される。すなわち、フラッシング頻度の低減が図られ、インク消費量を削減することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図である。

本実施形態の液体噴射装置は、例えば、インクジェット式記録装置であり、図１に示すように、詳しくは後述するインクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するインクカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

また、キャリッジ軸５の一端部近傍には、駆動モータ６が設けられており、駆動モータ６の軸の先端部には外周に溝を有する第１のプーリ６ａが設けられている。さらに、キャリッジ軸５の他端部近傍には、駆動モータ６の第１のプーリ６ａに対応する第２のプーリ６ｂが回転自在に設けられており、これら第１のプーリ６ａと第２のプーリ６ｂとの間には環状でゴム等の弾性部材からなるタイミングベルト７が掛けられている。

そして、駆動モータ６の駆動力がタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

ここで、上述のようなインクジェット式記録装置Ｉに搭載されるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの一例を示す断面図である。

図２に示すインクジェット式記録ヘッド１０は、縦振動型の圧電素子を有するタイプであり、流路基板１１には、複数の圧力発生室１２が並設され、流路基板１１の両側は、各圧力発生室１２に対応してノズル開口１３を有するノズルプレート１４と、振動板１５とにより封止されている。また、流路基板１１には、各圧力発生室１２毎にそれぞれインク供給口１６を介して連通されて複数の圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１７が形成されており、リザーバ１７には、図示しないインクカートリッジが接続される。

一方、振動板１５の圧力発生室１２とは反対側には、各圧力発生室１２に対応する領域にそれぞれ圧電素子１８の先端が当接されて設けられている。これらの圧電素子１８は、圧電材料１９と、電極形成材料２０及び２１とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層され、振動に寄与しない不活性領域が固定基板２２に固着されており、固定基板２２は、基台２３に固定されている。

このように構成されたインクジェット式記録ヘッド１０では、インクカートリッジに連通されるインク流路を介してリザーバ１７にインクが供給され、インク供給口１６を介して各圧力発生室１２に分配される。実際には、圧電素子１８に電圧を印加することにより圧電素子１８を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１８と共に変形されて（図中上方向に引き上げられて）圧力発生室１２の容積が広げられ、圧力発生室１２内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口１３に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧電素子１８の電極形成材料２０及び２１に印加していた電圧を解除すると、圧電素子１８が伸張されて元の状態に戻る。これにより、振動板１５も変位して元の状態に戻るため圧力発生室１２が収縮され、内部圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。すなわち、本実施形態では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として縦振動型の圧電素子１８が設けられている。

図３は、インクジェット式記録装置の制御構成を示すブロック図である。ここで、図３を参照して、本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉの制御について説明する。本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉは、図３に示すように、プリンタコントローラ１１１とプリントエンジン１１２とから概略構成されている。プリンタコントローラ１１１は、外部インターフェース１１３（以下、外部Ｉ／Ｆ１１３という）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ１１４と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ１１５と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部１１６と、クロック信号を発生する発振回路１１７と、吐出状況取得手段１１８と、インクジェット式記録ヘッド１０へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路１１９と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン１１２に送信する内部インターフェース１２０（以下、内部Ｉ／Ｆ１２０という）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ１１３は、例えば、キャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、図示しないホストコンピュータ等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ１１３を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、ホストコンピュータ等に対して出力される。ＲＡＭ１１４は、受信バッファ１２１、中間バッファ１２２、出力バッファ１２３、及び、図示しないワークメモリとして機能する。そして、受信バッファ１２１は外部Ｉ／Ｆ１１３によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファ１２２は制御部１１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファ１２３はドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる記録データによって構成してあり、各ノズル開口１３毎に生成される。

吐出状況取得手段１１８は、各ノズル開口１３毎に、それぞれの吐出状況を取得するものであり、本実施形態では中間コードデータから、各ノズル開口１３毎に非吐出の期間を積算し、また、所定期間以上非吐出の状況のノズル開口１３についてはその情報を制御部１１６に出力する。なお、ここで、所定期間は、ノズル開口１３付近のインクの増粘が吐出量に影響を与えるか否かにより決定するものであり、使用されるインクやノズル開口１３の状態などを考慮して予め設置されるものである。

駆動信号発生回路１１９は、本発明の駆動信号発生手段に相当し、駆動信号ＣＯＭを発生する。そして、図４に示すように、駆動信号ＣＯＭは、本実施形態では、微振動パルスとしても使用される予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３と、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３とを１記録周期Ｔ内に有する信号であり、記録周期Ｔ毎に繰り返し発生される。

また、ＲＯＭ１１５には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させてある。制御部１１６は、受信バッファ１２１内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファ１２２に記憶させる。また、中間バッファ１２２から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ１１５に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御部１１６は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファ１２３に記憶させる。

この際、制御部１１６は、吐出状況取得手段１１８から所定期間以上非吐出であるノズル開口１３に関する情報を取得した場合には、当該ノズル開口１３からの吐出の際に、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３に先だって予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３を選択するように制御する。これにより、非吐出期間が所定期間以上で増粘している可能性があるノズル開口１３からの吐出量の低減を防止するものである。この点についての詳細は後述する。

そして、記録データは、内部Ｉ／Ｆ１２０を介して圧電素子１８にシリアル転送され、１行分の記録データが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファ１２２から消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。

プリントエンジン１１２は、インクジェット式記録ヘッド１０と、紙送り機構１２４と、キャリッジ機構１２５とを含んで構成してある。紙送り機構１２４は、紙送りモータとプラテン８等から構成してあり、記録紙等の記録シートＳをインクジェット式記録ヘッド１０の記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構１２４は、記録シートＳを副走査方向に相対移動させる。

キャリッジ機構１２５は、インクジェット式記録ヘッド１０を搭載可能なキャリッジ３と、このキャリッジ３を主走査方向に沿って走行させるキャリッジ駆動部とから構成してあり、キャリッジ３を走行させることによりインクジェット式記録ヘッド１０を主走査方向に移動させる。なお、キャリッジ駆動部は、上述したように駆動モータ６及びタイミングベルト７等で構成されている。

インクジェット式記録ヘッド１０は、副走査方向に沿って多数のノズル開口１３を有し、ドットパターンデータ等によって規定されるタイミングで各ノズル開口１３から液滴を吐出する。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド１０の圧電素子１８には、図示しない外部配線を介して電気信号、例えば、駆動信号（ＣＯＭ）や記録データ（ＳＩ）等が供給される。

ここで、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０の電気的構成について説明する。図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド１０は、第１シフトレジスタ１３１Ａ及び第２シフトレジスタ１３１Ｂからなるシフトレジスタ回路と、第１ラッチ回路１３２Ａ及び第２ラッチ回路１３２Ｂからなるラッチ回路と、デコーダ１３３と、制御ロジック１３４と、レベルシフタ１３５からなるレベルシフタ回路と、スイッチ回路１３６からなるスイッチ回路と、圧電素子１８とを具備する。そして、各シフトレジスタ１３１Ａ、１３１Ｂ、各ラッチ回路１３２Ａ、１３２Ｂ、レベルシフタ１３５、スイッチ回路１３６及び圧電素子１８は、それぞれノズル開口１３に対応して設けられている。

そして、このインクジェット式記録ヘッド１０は、プリンタコントローラ１１１からの記録データ（ＳＩ）に基づいてインク滴を吐出する。具体的に説明すると、次の通りである。

プリンタコントローラ１１１からの記録データは、発振回路１１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、内部Ｉ／Ｆ１２０から第１シフトレジスタ１３１Ａ及び第２シフトレジスタ１３１Ｂにシリアル伝送される。この記録データは、２ビットのデータであり、本実施形態では、非記録、小ドット、中ドット、大ドットからなる４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、非記録が階調情報［００］であり、小ドットが階調情報［０１］であり、中ドットが階調情報［１０］であり、大ドットが階調情報［１１］である。なお、この記録データは、吐出される液滴の量を示す吐出量情報の一種でもある。

この記録データは、各ノズル開口１３毎に設定される。即ち、そのノズル列に属する全ノズル開口１３の下位ビット（Ｌ）のデータが第１シフトレジスタ１３１Ａに入力され、上位ビット（Ｈ）のデータが第２シフトレジスタ１３１Ｂに入力される。第１シフトレジスタ１３１Ａには第１ラッチ回路１３２Ａが電気的に接続され、第２シフトレジスタ１３１Ｂには第２ラッチ回路１３２Ｂが電気的に接続されている。そして、プリンタコントローラ１１１からのラッチ信号（ＬＡＴ）が各ラッチ回路１３２Ａ、１３２Ｂに入力されると、第１ラッチ回路１３２Ａは記録データの下位ビットのデータをラッチし、第２ラッチ回路１３２は記録データの上位ビットのデータをラッチする。このような動作をする第１シフトレジスタ１３１Ａ及び第１ラッチ回路１３２Ａの組と、第２シフトレジスタ１３１Ｂ及び第２ラッチ回路１３２Ｂの組は、それぞれが記憶回路を構成し、デコーダ１３３に入力される前の記録データを一時的に記憶する。

各ラッチ回路１３２Ａ、１３２Ｂでラッチされた記録データはデコーダ１３３に入力される。このデコーダ１３３は翻訳手段として機能し、２ビットの記録データを翻訳してパルス選択情報を生成する。本実施形態のデコーダ１３３は、記録データと駆動パルスとの関係を規定する波形選択テーブルを備えており、この波形選択テーブルに基づいてパルス選択情報を生成する。パルス選択情報は、駆動信号（ＣＯＭ）を構成する各駆動パルス（ＤＰ１〜ＤＰ３、ＳＰ１〜ＳＰ３）に各ビットを対応させることで構成されている。このため、本実施形態では、６ビットのパルス選択情報が生成される。そして、各ビットの内容（例えば、［０］、［１］）に応じて圧電素子１８に対する駆動パルスの供給或いは非供給が選択される。なお、駆動パルスの供給制御については後で詳しく説明する。

また、デコーダ１３３には、制御ロジック１３４からのタイミング信号も入力されている。この制御ロジック１３４は、制御部１１６と共にタイミング信号発生手段として機能しており、ラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）に基づいてタイミング信号を発生する。即ち、この制御ロジック１３４は、ラッチ信号或いはチャンネル信号を受信する毎にタイミング信号（ＴＩＭ）を発生する。

デコーダ１３３によって翻訳されたパルス選択情報は、上位ビット側から順に、タイミング信号の受信タイミングが到来する毎に、レベルシフタ１３５に入力される。例えば、記録周期Ｔにおける最初のタイミング（期間Ｔ１の開始時）ではパルス選択情報の最上位ビットのデータがレベルシフタ１３５に入力され、２番目のタイミング（期間Ｔ２の開始時）ではパルス選択情報における２番目のビットのデータがレベルシフタ１３５に入力される。以下同様にデータが入力され、６番目のタイミング（期間Ｔ６の開始時）ではパルス選択情報における最下位ビットのデータがレベルシフタ１３５に入力される。このレベルシフタ１３５は、電圧増幅器として機能し、パルス選択情報が［１］の場合には、スイッチ回路１３６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１３５で昇圧された［１］のパルス選択情報は、スイッチ手段として機能するスイッチ回路１３６に供給される。このスイッチ回路１３６の入力側には、駆動信号発生回路１１９からの駆動信号（ＣＯＭ）が供給されており、スイッチ回路１３６の出力側には圧電素子１８が接続されている。

そして、パルス選択情報は、スイッチ回路１３６の作動、つまり、駆動パルスの圧電素子１８への供給を制御する。例えば、スイッチ回路１３６に加わるパルス選択情報が［１］である期間中は、スイッチ回路１３６が接続状態になって駆動パルスが圧電素子１８に供給され、この駆動パルスに倣って圧電素子１８の電位レベルが変化する。一方、スイッチ回路１３６に加わるパルス選択情報が［０］の期間中は、レベルシフタ１３５からはスイッチ回路１３６を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ回路１３６が切断状態になって圧電素子１８へは駆動パルスが供給されない。なお、圧電素子１８はコンデンサの様に振る舞うので、スイッチ回路１３６の切断状態において切断直前の電位を保持し続ける。

このような動作をするデコーダ１３３、制御ロジック１３４、レベルシフタ１３５、スイッチ回路１３６は、本発明における選択供給手段の一種として機能し、記録データに基づき、駆動信号の中から駆動パルスを選択して圧電素子１８に供給する。

次に、駆動信号発生回路１１９（駆動信号発生手段の一種）が生成する駆動信号（ＣＯＭ）について説明する。

図４に示すように、本実施形態の駆動信号発生回路１１９は、３つの吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３と、３つの予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３とを含む一連の駆動信号を発生する。即ち、記録周期Ｔを６つの期間Ｔ１〜Ｔ６に区切り、１つの期間内に１つのパルスを発生させている。具体的には、第１期間Ｔ１では第１予備パルスＳＰ１を発生し、第２期間Ｔ２では第１吐出パルスＤＰ１を発生する。そして、第３期間Ｔ３では第２予備パルスＳＰ２を発生し、第４期間Ｔ４では第２吐出パルスＤＰ２を発生する。また、第５期間Ｔ５では第３予備パルスＳＰ３を発生し、第６期間Ｔ６では第３吐出パルスＤＰ３を発生する。

上記の吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３は、インク滴を吐出させるためのパルスである。この吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３が圧電素子１８に供給されると、所定量のインク滴がノズル開口１３から吐出される。上記の予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３は、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３によって吐出されるインク滴の量を調整するためのパルスであり、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３に先立って発生される。また、これらの予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３は、ノズル開口１３付近のインク増粘を防止するための微振動パルスであり、インク滴を吐出させない場合に選択される。以下、これらの駆動パルスについて詳細に説明する。

まず、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３について説明する。本実施形態において、各吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３は、同一の波形形状である吐出パルスＤＰとされている。具体的には、図５（ａ）に示すように、中間電位ＶＭ（基準電位の一種）から最大電位ＶＨまでインク滴を吐出させない程度の一定勾配で電位を上昇させて圧力発生室１２を膨張させる膨張要素Ｐ０１と、最大電位ＶＨを所定時間保持する膨張ホールド要素Ｐ０２と、最大電位ＶＨから最低電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させて圧力発生室１２を収縮させて吐出を行う収縮要素Ｐ０３と、最低電位ＶＬを所定時間保持する制振ホールド要素Ｐ０４と、最低電位ＶＬから中間電位ＶＭまで電位を上昇させる制振要素Ｐ０５とを備える。

そして、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３が圧電素子１８に供給されると、ノズル開口１３からは、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３が供給される毎に７ｐｌ（ピコリットル）前後のインク滴が吐出される。なお、「７ｐｌ前後」とは、流路基板１１やノズルプレート１４等の寸法ばらつきや取付公差によって、インク滴の吐出量等にばらつきが生じ得ることを意味している。

以下、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３の供給に伴うインク滴の吐出について詳細に説明する。まず、膨張要素Ｐ０１の供給によって圧力発生室１２は、中間電位ＶＭに対応する定常容積から最大電位ＶＨに対応する最大容積まで膨張する。この圧力発生室１２の膨張により、メニスカスの位置は定常状態から圧力発生室１２側に引き込まれる。この圧力発生室１２の膨張状態は、膨張ホールド要素Ｐ０２の供給期間中に亘って維持される。この期間中においてメニスカスは自由振動し、移動方向が吐出側に切り替わる。

次に、収縮要素Ｐ０３が供給されて、圧力発生室１２は、最大容積から最低電位ＶＬに対応する最小容積まで急激に収縮し、圧力発生室１２内のインクが加圧される。この加圧によってメニスカスは、吐出方向に急速に移動する。続いて、制振ホールド要素Ｐ０４が供給され、圧力発生室１２はこの制振ホールド要素Ｐ０４の供給期間中に亘って収縮状態に維持される。その間メニスカスは、慣性力によって収縮要素Ｐ０３の供給後も吐出側に移動し続ける。その結果、柱状となったメニスカスの先端部分がちぎれ、インク滴となって吐出する。また、先端部分がちぎれた反動により、残った部分は圧力発生室１２側へ急速に移動する。

その後は、制振要素Ｐ０５の供給によって圧力発生室１２が定常容積まで膨張復帰する。この制振要素Ｐ０５は、圧力発生室１２側に引き込まれたメニスカスが反転して吐出側に移動するタイミングで供給されるので、メニスカスの吐出側への移動力を吸収するように作用する。その結果、メニスカスの振動が短時間で収束される。

次に、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３について説明する。図５（ｂ）に示すように、この予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３となる予備パルスＳＰは、中間電位ＶＭ（基準電位の一種）から予備最大電位ＶＰまで一定の電位勾配で電位を上昇させて圧力発生室１２を膨張させる予備膨張要素Ｐ１１（電位上昇要素の一種）と、予備最大電位ＶＰを維持する予備ホールド要素Ｐ１２（定電位要素の一種）と、予備最大電位ＶＰから中間電位ＶＭまで一定の電位勾配で電位を下降させて圧力発生室１２を収縮させる予備収縮要素Ｐ１３（電位下降要素の一種）とを含む台形状のパルスである。

上記の予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３が圧電素子１８に供給されると、インク滴を吐出させない程度の圧力変動が圧力発生室１２内のインクに生じ、メニスカスが移動する。予備膨張要素Ｐ１１が圧電素子１８に供給されると圧電素子１８が多少収縮して圧力発生室１２が膨張し、メニスカスが圧力発生室１２側に引き込まれる。この時、メニスカスの引き込み量は、予備膨張要素Ｐ１１の印加電圧（電位差）及び電位勾配（発生時間）によって規定される。続いて、予備ホールド要素Ｐ１２が圧電素子１８に供給される。これにより、圧電素子１８の収縮状態が維持され、圧力発生室１２の膨張状態も維持される。そして、この期間中においてメニスカスは自由振動する。次に、予備収縮要素Ｐ１３が供給されて圧電素子１８が伸長し、圧力発生室１２が定常容積まで収縮する。ここで、圧力発生室１２の収縮タイミングは、メニスカスの移動方向がインク滴の吐出方向に切り替わった後に設定される。従って、メニスカスは、圧力発生室１２の収縮によって後押しされた状態となり、吐出方向へ円滑に移動する。その結果、予備収縮要素Ｐ１３の供給終了後、圧力発生室１２が定常容積で維持されている期間においてもメニスカスは自由振動し、吐出パルスＤＰ２，ＤＰ３の供給開始時点において定常状態よりも盛り上がった状態になる。

従って、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３を吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３に先立って供給することで、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３の供給開始時点におけるメニスカスの状態、即ち、定常状態に対する盛り上がりの度合いを制御できる。そして、メニスカスの盛り上がりを制御できることから、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３の供給に伴う吐出インク量を変化させることができる。即ち、同じ波形形状の吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３を用いながらも、吐出されるインク量を予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３の非使用時よりも増やすことができる。これは、メニスカスの盛り上がり状態の差がインク量の差になったことによる。

図６は、このような予備パルスＳＰと吐出パルスＤＰとのパルス間隔Ｄを変化させてインクを吐出した際の、パルス間隔Ｄとインク吐出速度との関係を示したものであり、予備パルスＳＰを供給しなかった場合のインク吐出速度をＦで示す。圧力発生室のヘルムホルツ振動周波数の周期をＴｃとした場合、パルス間隔Ｄが、０．７Ｔｃ〜１．０Ｔｃの範囲となった場合に、インク吐出速度が予備パルスＳＰを供給しなかった場合と比較して上昇することがわかった。よって、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３と吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３との間隔が０．７Ｔｃ〜１．０Ｔｃとなるように、駆動信号を発生するのが好ましい。

また、吐出パルスＤＰ２，ＤＰ３の供給開始時点におけるメニスカスの状態は、予備膨張要素Ｐ１１の印加電圧、言い換えれば、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３の波高値Ｖｐを変えることで調整することができる。

ここで、各ノズル開口１３に対応する圧電素子１８に対し、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３に先だって予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３を供給するか否かは、当該ノズル開口１３が所定期間以上非吐出か否かにより、これは吐出状況取得手段１１８からの情報に基づく。すなわち、吐出状況取得手段１１８から所定期間以上非吐出であるとされたノズル開口１３については、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３に先だって予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３が供給される。

具体的には、デコーダ１３３（翻訳手段）は、プリンタの動作時において、吐出状況取得手段１１８からの情報に基づき、所定期間以上非吐出のノズル開口１３に対応する圧電素子１８が吐出する駆動信号については、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３の発生期間に対応するパルス選択情報を［１］に設定することで、吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３の供給に先立って予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３を圧電素子１８に供給する。

図７は、非吐出期間が所定期間未満で、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３を使用しないノズル開口１３に対応する圧電素子１８に供給される駆動波形であり、（ａ）階調情報［０１］（小ドット）に基づき、パルス選択情報［０００１００］により生成された駆動波形、（ｂ）は、階調情報［１０］（中ドット）に基づき、パルス選択情報［０１０００１］により生成された駆動信号、（ｃ）は階調情報［１１］（大ドット）に基づき、パルス選択情報［０１０１０１］により生成された駆動波形である。

また、図８は、非吐出期間が所定期間以上で、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３が吐出パルスＤＰ１〜ＤＰ３に先だって供給されるノズル開口１３に対応する圧電素子１８に供給される駆動波形であり、（ａ）階調情報［０１］（小ドット）に基づき、パルス選択情報［００１１００］により生成された駆動波形、（ｂ）は、階調情報［１０］（中ドット）に基づき、パルス選択情報［１１００１１］により生成された駆動波形、（ｃ）は階調情報［１１］（大ドット）に基づき、パルス選択情報［１１１１１１］により生成された駆動波形である。

このような駆動波形により、非吐出期間が所定期間以上で増粘が予想されるノズル開口からの吐出の低下が防止される。ここで、中ドットの場合、初めの吐出パルスＤＰ１に先だって予備パルスＳＰ１を供給すれば、後の予備パルスＳＰ３は必ずしも設ける必要はなく、この場合にも同様な効果が期待できる。また、大ドットの場合には、最初の予備パルスＳＰ１のみ供給して予備パルスＳＰ２及びＳＰ３を供給しなくてもよく、また、予備パルスＳＰ１及びＳＰ２を供給し予備パルスＳＰ３を供給しなくてもよい。

なお、本実施形態においても、微振動による増粘防止は、従来と同様に行われる。かかる微振動による増粘防止は、インク滴を吐出させない場合（階調情報「００」の場合）に選択されるものであり、本実施形態では、予備パルスＳＰ１を選択することで、インク滴を吐出させない程度の圧力変動を圧力発生室１２内のインクに励起し、これにより、メニスカスが微振動し、ノズル開口１３付近のインクを攪拌してインクの増粘を防止している。すなわち、微振動させるための微振動パルスとして、予備パルスＳＰ１を使用する以外は、従来技術の増粘防止処理と同様である。勿論、予備パルスＳＰ２、ＳＰ３を微振動パルスとして用いてもよく、また、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３とは別に駆動信号に微振動パルスを含めるようにしてもよい。

（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係る駆動信号の一例を示す波形図である。

図９に示すように、本実施形態の駆動信号は、予備パルスＳＰ１と吐出パルスＤＰ１とからなり、予備パルスＳＰ１は、上述した実施形態１と同様に所定期間以上非吐出のノズル開口１３に対応する圧電素子１８に供給される吐出パルスＤＰ１に先だって供給され、また、微振動パルスとして使用される。

図１０は、本実施形態の駆動波形の一例で、一番目の記録周期で微振動による増粘防止を行い、２番目の記録周期で吐出する波形であり、（ａ）は、非吐出の期間が所定期間未満のノズル開口１３に対応する圧電素子１８に供給される駆動波形であり、（ｂ）は、非吐出の期間が所定期間以上のノズル開口１３に対応する圧電素子１８に供給される駆動波形である。

この場合においても、上述した実施形態と同様に、非吐出期間が所定期間以上で増粘が予想されるノズル開口からの吐出の低下が防止される。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、予備パルスの形状は、実施形態の形状に限定されず、また、膨張要素、ホールド要素、収縮要素をこの順番に具備するものではなく、収縮要素、ホールド要素、膨張要素をこの順番に有する逆台形などの波形形状でもよい。いずれにしても、予備パルスは、非吐出ノズルを吐出させるにあたり、当該非吐出ノズルに対応する圧力発生室に圧力変動を付与し、残留振動を発生させ、当該残留振動を利用して吐出パルスを供給することにより、吐出速度を増大させるものであればよい。

また、例えば、駆動信号として、第１駆動信号ＣＯＭ１、第２駆動信号ＣＯＭ２の２系統を用意して、記録周期Ｔ内にそれぞれ１つの吐出パルスと予備パルスとを設けるようにしてもよい。

また、吐出状況取得手段は、中間コードデータから各ノズル開口１３毎に、それぞれの吐出状況を取得するものとしたが、これに限定されず、例えば、デコーダ１３３に入力される記録データなどに基づいて非吐出の記録周期をカウントし、この情報に基づいて、予備パルスＳＰ１〜ＳＰ３を供給するか否かを選択するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、圧力発生手段として、縦振動型の圧電素子１８を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、下電極と圧電体層と上電極とを積層形成した撓み変形型の圧電素子を用いるようにしてもよい。ちなみに、縦振動型の圧電素子１８を用いると、充電により圧電素子１８が縦方向に縮んで圧力発生室１２を膨張させ、放電により圧電素子１８が縦方向に伸長して圧力発生室１２を収縮させる。これに対して、圧力発生手段として撓み変形型の圧電素子を用いた場合には、充電により圧電素子が圧力発生室１２側に変形して圧力発生室１２を収縮し、放電により圧電素子が圧力発生室１２とは反対側に変形して圧力発生室１２を膨張させる。このような圧電素子を駆動する駆動信号は、上述した駆動信号ＣＯＭの電位極性が反転した形状となる。

また、圧力発生手段として、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口１３から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータなどを使用してもよい。

また、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッド１０（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。勿論、このような液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置も特に限定されるものではない。

本発明の実施形態１に係る記録装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る駆動信号の一例を示す波形図である。 本発明の実施形態１に係る吐出パルス、予備パルスを説明する図である。 本発明の実施形態１における吐出試験の結果を示す図である。 本発明の実施形態１に係る駆動波形の一例を示す波形図である。 本発明の実施形態１に係る駆動波形の一例を示す波形図である。 本発明の実施形態２に係る駆動信号の一例を示す波形図である。 本発明の実施形態２に係る駆動波形の一例を示す波形図である。

符号の説明

Ｉ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １２ 圧力発生室、 １３ ノズル開口、 １７ リザーバ、 １８ 圧電素子（圧力発生手段）、 １１１ プリンタコントローラ、 １１２ プリントエンジン、 １１６ 制御部、 １１８ 吐出状況取得手段、 １１９ 駆動信号発生回路、 １３１Ａ 第１シフトレジスタ、 １３１Ｂ 第２シフトレジスタ、 １３２Ａ 第１ラッチ回路、 １３２Ｂ 第２ラッチ回路、 １３３ デコーダ、 １３４ 制御ロジック、 １３５ レベルシフタ、 １３６ スイッチ回路

Claims (6)

1. 液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドを具備し、
   液滴を吐出させない程度に圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる予備パルスと液滴を吐出させるための吐出パルスを含んだ一連の駆動信号を吐出周期毎に繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、
   前記駆動信号の中から必要なパルスを選択して圧力発生素子に供給する選択供給手段と、
   前記液体噴射ヘッドの各ノズル開口からの液体の吐出状況を取得する吐出状況取得手段とを設け、
   前記選択供給手段は、前記吐出状況取得手段が取得した前記吐出状況に基づいて特定したノズル開口に対応する前記圧力発生手段に対して、前記予備パルスを供給した後に、前記予備パルスの供給によって発生する前記圧力発生室内の残留振動を利用して、液滴吐出速度が増大するタイミングで前記吐出パルスを供給するように、前記予備パルスと前記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. 前記予備パルスと前記吐出パルスとの間隔が、前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周波数の周期をＴｃとした場合に、０．７Ｔｃ〜１．０Ｔｃの範囲となることを特徴とする請求項１記載の液体噴射装置。
3. 前記予備パルスは、基準電位から予備最大電位まで一定の電位勾配で電位を上昇させて前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、予備最大電位を維持するホールド要素と、予備最大電位から基準電位まで電位を下降させて前記圧力発生室を収縮させる収縮要素とを含む台形状のパルスであることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射装置。
4. 前記駆動信号発生手段は、液体が吐出されない程度に前記ノズル開口に露出した液体の表面を微振動させる微振動パルスを前記一連の駆動信号の一部として発生させ、該微振動パルスは、液滴を吐出する吐出ノズル以外の非吐出ノズルに対して供給されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射装置。
5. 前記微振動パルスと前記予備パルスとが同一パルスで共用されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射装置。
6. 液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
   前記ノズル開口のそれぞれからの吐出状況を取得して該吐出状況に基づいて特定したノズル開口に対応する前記圧力発生手段に対して、液滴を吐出させない程度に圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる予備パルスを供給した後に、前記予備パルスの供給によって発生する前記圧力発生室内の残留振動を利用して、液滴吐出速度が増大するタイミングで吐出パルスを供給するようにしたことを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法。

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