JP2010058385A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同一吐出周期内において隣り合うノズル開口から液体を吐出するときのクロストークを抑制することが可能な液体吐出装置、及び、その制御方法を提供する。
【解決手段】圧力発生室内のヘルムホルツ固有振動周期をＴｃ、ｎを自然数としたとき、第１駆動信号ＣＯＭ１に含まれる第１吐出パルスとしてのラージドット吐出パルスＤＰＬの始端から、第２駆動信号ＣＯＭ２に含まれる第２吐出パルスとしてのスモールドット吐出パルスＤＰＳの始端までの時間Δｔを、（ｎ−１／２）Ｔｃ＜Δｔ＜ｎＴｃに定めた。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット式プリンタ等の液体吐出装置、及び、その制御方法に関するものであり、特に、複数の駆動信号を利用して液体の吐出を制御可能な液体吐出装置、及び、その制御方法に関するものである。

例えば、液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出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記録紙等の記録媒体（吐出対象物）に対して吐出・着弾させることで画像等の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、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吐出装置が応用されている。

液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッドは、共通インク室（共通液体室）から圧力発生室を通ってノズルに至るまでの一連のインク流路を備え、圧電振動子等の圧力発生手段を作動させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用して圧力発生室内のインクをノズルからインクとして吐出可能に構成されている。そして、この記録ヘッドには、圧電振動子群を有するアクチュエータユニット（振動子ユニット）と、このアクチュエータユニットを収容する樹脂製のヘッドケースと、上記インク流路を形成する流路ユニットとを備えたものがある。

そして、近年においては、吐出されるインクの量（重量又は体積）が異なる吐出パルスを、複数の駆動信号に割り当て、各駆動信号に含まれる吐出パルスを選択的に圧電振動子に供給してインクを吐出する構成を採用したプリンタが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平１０−２９１３１０号公報 特開２００３−２３７１１３号公報

このような構成において、例えば、ある記録周期（駆動信号の繰り返し発生周期）で、隣り合うノズル開口からそれぞれ異なる大きさのインクを吐出する場合、例えば、隣り合うノズル開口のうちの一方のノズル開口について、ドットの大きさの異なる複数種類のドットのうちのあるドットを形成するためのドット吐出パルスを用いてインクを吐出し、他方のノズルについては、それらのドットのうちの他のドットを形成するためのドット吐出パルスを用いてインクを吐出する場合、他方のノズル開口での吐出の際に一方のノズル開口における吐出動作の影響を受ける虞がある。即ち、近年の記録ヘッドの軽量化・省スペース化に伴い、ノズル開口も高密度に形成されており、隣り合うノズル開口同士が近接しており、隣り合う圧力発生室同士を区画する隔壁の壁厚も薄くなっている。このため、圧電振動子を駆動することで圧力発生室内のインクに生じる圧力振動が、隔壁を通じて隣の圧力発生室に伝わり易くなっている。これにより、一方のノズル開口で吐出する際のメニスカス（ノズル開口に露出したインクの表面）の振動が、他方のノズル開口に干渉（所謂、クロストーク）する虞がある。そして、この振動の位相によっては、他方のノズル開口における吐出が不安定になる場合がある。特に、メニスカスが吐出側（圧力発生室側とは反対側）に盛り上がった状態で吐出動作を開始すると、メニスカスの引き込みに伴って気泡を引き込んでしまい、この気泡が原因で、サテライトインク（メインのインクの後に付随するインク滴）の飛翔方向が曲がる等、インクの吐出が不安定となる現象が確認されている。

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、同一吐出周期内において隣り合うノズル開口から液体を吐出するときのクロストークを抑制することが可能な液体吐出装置、及び、その制御方法を提供することにある。

本発明は、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、当該ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ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ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動して液体を吐出させるための吐出パルスを含む第１の駆動信号及び第２の駆動信号を一定周期で繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、
を備え、
前記圧力発生室内のヘルムホルツ固有振動周期をＴｃ、ｎを自然数としたとき、前記第１の駆動信号に含まれる第１吐出パルスの始端から、前記第２の駆動信号に含まれる第２吐出パルスの始端までの時間Δｔが、（ｎ−１／２）Ｔｃ＜Δｔ＜ｎＴｃであることを特徴とする。

上記構成において、前記第１吐出パルスによる圧力発生手段の駆動によって生じた前記固有振動周期Ｔｃの振動により前記ノズル開口に露出したメニスカスが前記圧力発生室方向に引き込まれている状態で、前記第２吐出パルスによる吐出動作が開始されるように前記時間Δｔを設定することが望ましい。
なお、「吐出動作」とは、吐出パルスを圧力発生手段に印加して当該圧力発生手段を駆動させることによる圧力発生室の容積変化（膨張又は収縮）によってノズル開口から液体を吐出するまでの一連の動作を意味する。

当該構成によれば、第１の駆動信号に含まれる第１吐出パルスの始端から、第２の駆動信号に含まれる第２吐出パルスの始端までの時間Δｔを、（ｎ−１／２）Ｔｃ＜Δｔ＜ｎＴｃに設定することにより、隣り合うノズル開口のうちの一方のノズル開口に対して第１吐出パルスを用い、他方のノズル開口に対して第２吐出パルスを用いて、それぞれ液体の吐出を行う場合に、一方のノズル開口における吐出動作により生じた固有振動周期Ｔｃの振動によってメニスカスが圧力発生室側に引き込まれたタイミングで他方のノズル開口側の吐出が行われる。これにより、他方のノズル開口の吐出動作で気泡を引き込みにくくなり、これにより、他方のノズル開口における吐出を安定化させることが可能となる。

また、本発明は、前記第１吐出パルスと前記第２吐出パルスが、吐出される液体の量が互いに異なる吐出パルスである構成に好適である。
また、上記構成において、前記第２吐出パルスが、吐出される液体の量が最も少ない吐出パルスである構成に好適であり、また、前記第１吐出パルスが、吐出される液体の量が最も多い吐出パルスである構成に好適である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面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、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンタ）を例に挙げて説明する。

図１は、プリンタの電気的な構成を説明するブロック図である。例示したプリンタは、プリンタコントローラ１とプリントエンジン２とから構成されている。プリンタコントローラ１は、図示しないホストコンピュータ等の外部装置との間でデータの送受信を行う外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）３と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ４と、各種データ処理のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５と、ＣＰＵ等からなる制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、記録ヘッド８へ供給する駆動信号（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２）を発生する駆動信号発生回路９と、記録データ及び駆動信号等をプリントエンジン２に送信するための内部インタフェース１０（内部Ｉ／Ｆ１０）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ３は、例えばイメージデータ等の印刷データをホストコンピュータ等から受信する。また、外部Ｉ／Ｆ３からは、外部装置に対してビジー信号やアクノレッジ信号等の状態信号が出力される。ＲＡＭ４は、受信バッファ、中間バッファ、出力バッファ及びワークメモリ等として利用されるものである。また、ＲＯＭ５は、制御部６によって実行される各種制御プログラム、フォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。

駆動信号発生回路９は、第１の駆動信号ＣＯＭ１を発生可能な第１駆動信号発生部９Ａと、第２の駆動信号ＣＯＭ２を発生可能な第２駆動信号発生部９Ｂとを備えている。そして、図２に示すように、第１駆動信号ＣＯＭ１は、ラージドット吐出パルスＤＰＬ（本発明における第１吐出パルスに相当）、及び、ミドルドット吐出パルスＤＰＭを記録周期（吐出周期）Ｔ内に有する一連の信号であり、記録周期Ｔ毎に繰り返し発生される。本実施形態において、第１駆動信号ＣＯＭ１の一記録周期Ｔは、２つの期間（パルス発生期間）Ｔ１１，Ｔ１２に区分されている。そして、期間Ｔ１１でラージドット吐出パルスＤＰＬが発生し、期間Ｔ１２でミドルドット吐出パルスＤＰＭが発生する。

一方、第２駆動信号ＣＯＭ２は、スモール吐出パルスＤＰＳ（本発明における第２吐出パルスに相当）、及び、ラージドット吐出パルスＤＰＬを記録周期Ｔ内に有する一連の信号である。この第２駆動信号ＣＯＭ２の一記録周期Ｔは、Ｔ２１，Ｔ２２の２つのパルス発生期間に区分されており、期間Ｔ２１でスモール吐出パルスＤＰＳが発生し、期間Ｔ２２でラージドット吐出パルスＤＰＬが発生する。なお、これらの駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２については、後で詳しく説明する。

制御部６は、ＲＯＭ５に記憶されている制御プログラム等に従ってプリンタの各部を制御したり、外部装置からの印刷データを記録ヘッド８に送信するための記録データに展開したりする。そして、記録データへの展開時において、制御部６は、まずＲＡＭ４内に格納された印刷データを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデータをＲＡＭ４に設けられた中間バッファに記憶する。次に、制御部６は、中間バッファから読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５内の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毎の記録データ（ドットパターンデータ）に展開する。また、制御部６は、内部Ｉ／Ｆ１０を通じて記録ヘッド８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、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

次に、プリントエンジン２について説明する。このプリントエンジン２は、図１に示すように、記録ヘッド８、キャリッジ機構１１、紙送り機構１２、及び、リニアエンコーダ１３等を備えている。キャリッジ機構１１は、液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド８が取り付けられたキャリッジと、このキャリッジをタイミングベルト等を介して走行させる駆動モータ（例えば、ＤＣモータ）等からなり（何れも図示せず）、キャリッジに搭載された記録ヘッド８を主走査方向に移動させる。紙送り機構１２は、紙送りモータ及び紙送りローラ等からなり、記録紙（吐出対象物の一種）をプラテン上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダ１３は、キャリッジに搭載された記録ヘッド８の走査位置に応じたエンコーダパルスを、主走査方向における位置情報として内部Ｉ／Ｆ１０を通じて制御部６に出力する。制御部６は、リニアエンコーダ１３側から受信したエンコーダパルスに基づいて記録ヘッド８の走査位置（現在位置）を把握することができる。

図３は上記の記録ヘッド８の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド８は、圧電振動子群１２、固定板１３、及び、フレキシブルケーブル１４等をユニット化した振動子ユニット１５と、この振動子ユニット１５を収納可能なヘッドケース１６と、共通インク室（共通液体室）から圧力発生室を通りノズル開口に至る一連のインク流路（液体流路）を形成する流路ユニット１７とを備えて構成される。

まず、振動子ユニット１５について説明する。圧電振動子群１２を構成する圧電振動子２０（本発明における圧力発生手段の一種）は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子２０は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子として構成されている。各圧電振動子２０は、固定端部を固定板１３上に接合することにより、自由端部を固定板１３の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子２０における自由端部の先端は、後述するように、それぞれ流路ユニット１７におけるダイヤフラム部３２を構成する島部３４に接合される。フレキシブルケーブル１４は、固定板１３とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子２０と電気的に接続されている。また、各圧電振動子２０を支持する固定板１３は、圧電振動子２０からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。

次に、流路ユニット１７について説明する。流路ユニット１７は、ノズルプレート２２、流路形成基板２３、及び振動板２４から構成され、ノズルプレート２２を流路形成基板２３の一方の表面に、振動板２４をノズルプレート２２とは反対側となる流路形成基板２３の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。

ノズルプレート２２は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口２５を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、１８０個のノズル開口２５を列状に開設し、これらのノズル開口２５によってノズル列を構成している。そして、このノズル列を横並びに２列設けている。

流路形成基板２３は、リザーバ２６、インク供給口２７、及び圧力発生室２８からなる一連のインク流路（液体流路の一種）を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板２３は、各ノズル開口２５に対応させて圧力発生室２８となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口２７およびリザーバ２６となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板２３は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力発生室２８は、ノズル開口２５の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口２７は、圧力発生室２８とリザーバ２６との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバ２６は、インクカートリッジ（図示せず）に貯留されたインクを各圧力発生室２８に供給するための室であり、インク供給口２７を通じて対応する各圧力発生室２８に連通している。

振動板２４は、ステンレス鋼等の金属製の支持板３０上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム３１をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力発生室２８の一方の開口面を封止してこの圧力発生室２８の容積を変動させるためのダイヤフラム部３２を有すると共に、リザーバ２６の一方の開口面を封止するコンプライアンス部３３が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部３２は、圧力発生室２８に対応した部分の支持板３０にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電振動子２０の自由端部の先端を接合するための島部３４を形成することで構成されている。この島部３４は、圧力発生室２８の平面形状と同様に、ノズル開口２５の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部３４の周りの樹脂フィルム３１が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部３３として機能する部分、すなわちリザーバ２６に対応する部分は、このリザーバ２６の開口形状に倣って支持板３０がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム３１のみとなっている。

次に、この記録ヘッド８の電気的構成について説明する。この記録ヘッド８は、図１に示すように、第１シフトレジスタ４１及び第２シフトレジスタ４２からなるシフトレジスタ回路と、第１ラッチ回路４３及び第２ラッチ回路４４からなるラッチ回路と、デコーダ４５と、制御ロジック４６と、第１レベルシフタ４７及び第２レベルシフタ４８からなるレベルシフタ回路と、第１スイッチ４９及び第２スイッチ５０からなるスイッチ回路と、圧電振動子２０とを備えている。そして、各シフトレジスタ４１，４２、各ラッチ回路４３，４４、各レベルシフタ４７，４８、各スイッチ４９，５０、及び、圧電振動子２０は、それぞれノズル開口２５毎に対応した数だけ設けられる。

この記録ヘッド８は、プリンタコントローラ１からの記録データに基づいてインクを吐出させる。本実施形態では、２ビットで構成された記録データの上位ビット群、記録データの下位ビット群の順に記録ヘッド８へ送られてくるので、まず、記録データの上位ビット群が第２シフトレジスタ４２にセットされる。全てのノズル開口２５について記録データの上位ビット群が第２シフトレジスタ４２にセットされると、こららの上位ビット群が第１シフトレジスタ４１にシフトする。これと同時に、記録データの下位ビット群が第２シフトレジスタ４２にセットされる。

第１シフトレジスタ４１の後段には、第１ラッチ回路４３が電気的に接続され、第２シフトレジスタ４２の後段には、第２ラッチ回路４４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１側からのラッチパルスが各ラッチ回路４３，４４に入力されると、第１ラッチ回路４３は記録データの上位ビット群をラッチし、第２ラッチ回路４４は記録データの下位ビット群をラッチする。各ラッチ回路４３，４４でラッチされた記録データ（上位ビット群，下位ビット群）はそれぞれ、デコーダ４５へ出力される。このデコーダ４５は、記録データの上位ビット群及び下位ビット群に基づいて、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を構成する各パルスを選択するためのパルス選択データを生成する。

本実施形態においてパルス選択データは、各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２毎に生成される。即ち、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応する第１パルス選択データは、ラージドット吐出パルスＤＰＬ（期間Ｔ１１）、ミドルドット吐出パルスＤＰＭ（期間Ｔ１２）に対応する合計２ビットのデータによって構成されている。また、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応する第２パルス選択データは、スモールドット吐出パルスＤＰＳ（期間Ｔ２１）、ラージドット吐出パルスＤＰＬ（期間Ｔ２２）に対応する合計２ビットのデータによって構成されている。

また、デコーダ４５には、制御ロジック４６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４６は、ラッチ信号やチャンネル信号の入力に同期してタイミング信号を発生する。このタイミング信号も駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２毎に生成される。デコーダ４５によって生成された各パルス選択データは、タイミング信号によって規定されるタイミングで上位ビット側から順次各レベルシフタ４７，４８に入力される。これらのレベルシフタ４７，４８は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが［１］の場合には、対応するスイッチ４９，５０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。即ち、第１パルス選択データが［１］の場合には第１スイッチ４９に電気信号が出力され、第２パルス選択データが［１］の場合には第２スイッチ５０に電気信号が出力される。

第１スイッチ４９の入力側には第１駆動信号発生部９Ａからの第１駆動信号ＣＯＭ１が供給されており、第２スイッチ５０の入力側には第２駆動信号発生部９Ｂからの第２駆動信号ＣＯＭ２が供給されている。また、各スイッチ４９，５０の出力側には、圧電振動子２０が接続されている。即ち、第１スイッチ４９は、圧電振動子２０への第１駆動信号ＣＯＭ１の供給・非供給の切り替えを行い、第２スイッチ５０は、圧電振動子２０への第２駆動信号ＣＯＭ２の供給・非供給の切り替えを行うように構成されている。そして、このような動作をする第１スイッチ４９及び第２スイッチ５０は、選択供給手段として機能する。

上記のパルス選択データは、各スイッチ４９，５０の作動を制御する。即ち、第１スイッチ４９に入力されたパルス選択データが［１］である期間中は、この第１スイッチ４９が導通状態になり、第１駆動信号ＣＯＭ１が圧電振動子２０に供給される。同様に、第２スイッチ５０に入力されたパルス選択データが［１］である期間中は、第２駆動信号ＣＯＭ２が圧電振動子２０に供給される。一方、各スイッチ４９，５０に入力されたパルス選択データが共に［０］の期間中は、各スイッチ４９，５０が切断状態となり、圧電振動子２０へは駆動信号が供給されない。要するに、パルス選択データとして［１］が設定された期間のパルスが選択的に圧電振動子２０に供給される。
なお、前述のように、記録データに基づいて生成されたパルス選択データに応じて、各ノズル開口２５毎に対応する各圧電振動子２０毎に各パルスが選択され供給されるため、ある期間Ｔにおいて、あるノズル開口２５に対応する圧電振動子２０にラージドット吐出パルスＤＰＬが供給され、あるノズルに隣接するノズルに対応する圧電振動子２０にスモールドット吐出パルスＤＰＳが供給されるケースは、記録データによる印刷中において必ず起こりうる。

次に、駆動信号発生回路９が発生する各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２に含まれる吐出パルスについて説明する。
まず、第１駆動信号ＣＯＭ１において期間Ｔ１２で発生するミドルドット吐出パルスＤＰＭについて説明する。図２に示すように、このミドルドット吐出パルスＤＰＭは、第１膨張要素Ｐ１１（圧力発生室膨張要素）と、第１膨張ホールド要素Ｐ１２（膨張維持要素）と、第１収縮要素Ｐ１３（吐出要素）と、第１制振ホールド要素Ｐ１４と、第１膨張制振要素Ｐ１５とからなる。第１膨張要素Ｐ１１は、中間電位ＶＨＢ（基準電位）から第１膨張電位ＶＨ１までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第１膨張ホールド要素Ｐ１２は、第１膨張電位ＶＨ１で一定な波形要素である。第１収縮要素Ｐ１３は、第１膨張電位ＶＨ１から第１収縮電位ＶＬ１まで急勾配で電位を下降させる波形要素であり、第１制振ホールド要素Ｐ１４は、第１収縮電位ＶＬ１を所定期間維持する波形要素である。また、第１膨張制振要素Ｐ１５は第１収縮電位ＶＬ１から中間電位ＶＨＢまでインクを吐出させない程度の一定勾配で電位を復帰させる波形要素である。

このように構成されたミドルドット吐出パルスＤＰＭが圧電振動子２０に供給されると、まず、第１膨張要素Ｐ１１によって圧電振動子２０は素子長手方向に収縮し、圧力発生室２８が中間電位ＶＨＢに対応する基準容積から第１膨張電位ＶＨ１に対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室２８側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室２８内にはリザーバ２６側からインク供給口２７を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室２８の膨張状態は、第１膨張ホールド要素Ｐ１２の供給期間中に亘って維持される。その後、第１収縮要素Ｐ１３が供給されて圧電振動子２０が伸長する。この圧電振動子２０の伸長により、圧力発生室２８は、膨張容積から第１収縮電位ＶＬ１に対応する収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室２８の急激な収縮により圧力発生室２８内のインクが加圧され、ノズル開口２５からミドルドットに対応する量のインクが吐出される。圧力発生室２８の収縮状態は、第１制振ホールド要素Ｐ１４の供給期間に亘って維持され、この間に、インクの吐出によって減少した圧力発生室２８内のインク圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングにあわせて第１膨張制振要素Ｐ１５が供給される。この第１膨張制振要素Ｐ１５の供給により、圧力発生室２８が基準容積まで膨張復帰し、圧力発生室２８内のインクの圧力変動が吸収される。

次に、上記第２駆動信号ＣＯＭ２において期間Ｔ２１で発生するスモールドット吐出パルスＤＰＳについて説明する。このスモールドット吐出パルスＤＰＳは、第２膨張要素Ｐ２１と、第２膨張ホールド要素Ｐ２２と、第２収縮要素Ｐ２３と、収縮ホールド要素Ｐ２４と、第３膨張要素Ｐ２５と、第３膨張ホールド要素Ｐ２６と、第３収縮要素Ｐ２７と、第２制振ホールド要素Ｐ２８と、第２膨張制振要素Ｐ２９とから構成されている。第２膨張要素Ｐ２１は、中間電位ＶＨＢから第２膨張電位ＶＨ２まで電位を上昇させる波形要素であり、第２膨張ホールド要素Ｐ２２は、第２膨張電位ＶＨ２で一定な波形要素である。また、第２収縮要素Ｐ２３は第２膨張電位ＶＨ２から第１中間電位ＶＭ１まで急激に電位を下降させる波形要素、収縮ホールド要素Ｐ２４は第１中間電位ＶＭ１で一定な波形要素、第３膨張要素Ｐ２５は第１中間電位ＶＭ１から第２中間電位ＶＭ２まで電位を上昇せる波形要素、第３膨張ホールド要素Ｐ２６は第２中間電位ＶＭ２で一定な波形要素である。そして、第３収縮要素Ｐ２７は第２中間電位ＶＭ２から第２収縮電位ＶＬ２まで急勾配で電位を下降させる波形要素、第２制振ホールド要素Ｐ２８は第２収縮電位ＶＬ２で一定な波形要素、第２膨張制振要素Ｐ２９は第２収縮電位ＶＬ２から中間電位ＶＨＢまでインクを吐出させない程度の一定勾配で電位を復帰させる波形要素である。

このように構成されたスモールドット吐出パルスＤＰＳが圧電振動子２０に供給されると、まず、第２膨張要素Ｐ２１によって圧電振動子２０は素子長手方向に急速に収縮し、これに伴い島部３４が圧力発生室２８から離隔する方向に変位する。この島部３４の変位により、圧力発生室２８が基準容積から第２膨張電位ＶＨ２に対応する膨張容積まで急速に膨張する。この圧力発生室２８の膨張により、圧力発生室２８内には比較的強い負圧が発生し、メニスカスが圧力発生室２８側に引き込まれると共に、リザーバ２６側から圧力発生室２８にインクが供給される。そして、この圧力発生室２８の膨張状態は、第２膨張ホールド要素Ｐ２２の供給期間中に亘って維持される。

その後、第２収縮要素Ｐ２３が供給されて圧電振動子２０が伸長する。この圧電振動子２０の伸長により、島部３４が圧力発生室２８に近接する方向に急激に変位する。この島部３４の変位により、圧力発生室２８は、膨張容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する吐出容積まで急激に収縮される。そして、この圧力発生室２８の急激な収縮により圧力発生室２８内のインクが加圧されてメニスカスの中央部分が吐出側に押し出される。続いて、収縮ホールド要素Ｐ２４が供給され、吐出容積が僅かの間維持される。続いて、第３膨張要素Ｐ２５により圧電振動子２０が収縮することにより圧力発生室２８の容積が再度僅かに膨張し、第３膨張ホールド要素Ｐ２６を経て、第３収縮要素Ｐ２７によって圧電振動子２０が伸長し、圧力発生室２８の容積が再度急激に収縮する。これらの収縮ホールド要素Ｐ２４から第３収縮要素Ｐ２７の供給期間中に、メニスカス中央部分が途中でちぎれ、この部分がスモールドットに対応する量のインクとして吐出される。その後、第２制振ホールド要素Ｐ２８及び第２膨張制振要素Ｐ２９が供給されることにより、圧力発生室２８が基準容積まで膨張復帰し、圧力発生室２８内のインクの圧力変動が吸収される。

第１駆動信号ＣＯＭ１における期間Ｔ１１及び第２駆動信号ＣＯＭ２における期間Ｔ２２で発生するラージドット吐出パルスＤＰＬは、何れも同じ波形である。これらのラージドット吐出パルスＤＰＬは、第４膨張要素Ｐ３１（圧力発生室膨張要素）と、第４膨張ホールド要素Ｐ３２（膨張維持要素）と、第４収縮要素Ｐ３３（吐出要素）と、第３制振ホールド要素Ｐ３４と、第３膨張制振要素Ｐ３５とからなる。第４膨張要素Ｐ３１は、中間電位ＶＨＢから第３膨張電位ＶＨ３までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第４膨張ホールド要素Ｐ３２は、第３膨張電位ＶＨ３で一定な波形要素である。第４収縮要素Ｐ３３は、第３膨張電位ＶＨ３から第３収縮電位ＶＬ３まで急勾配で電位を下降させる波形要素であり、第３制振ホールド要素Ｐ３４は、第３収縮電位ＶＬ３を所定期間維持する波形要素である。また、第３膨張制振要素Ｐ３５は第３収縮電位ＶＬ３から中間電位ＶＨＢまで電位を復帰させる波形要素である。

このように構成されたラージドット吐出パルスＤＰＬが圧電振動子２０に供給されると、まず、第４膨張要素Ｐ３１によって圧電振動子２０は素子長手方向に収縮し、圧力発生室２８が中間電位ＶＨＢに対応する基準容積から第３膨張電位ＶＨ３に対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室２８側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室２８内にはリザーバ２６側からインク供給口２７を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室２８の膨張状態は、第４膨張ホールド要素Ｐ３２の発生期間中に亘って維持される。その後、第４収縮要素Ｐ３３が供給されて圧電振動子２０が伸長する。この圧電振動子２０の伸長により、圧力発生室２８は、膨張容積から第３収縮電位ＶＬ３に対応する収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室２８の急激な収縮により圧力発生室２８内のインクが加圧され、ノズル開口２５からラージドットに対応する量のインクが吐出される。その後、第３制振ホールド要素Ｐ３４及び第３膨張制振要素Ｐ３５が供給されることにより、圧力発生室２８が基準容積まで膨張復帰し、圧力発生室２８内のインクの圧力変動が吸収される。

ところで、本実施形態において、第１駆動信号ＣＯＭ１におけるラージドット吐出パルスＤＰＬの発生タイミング（パルスの始端）ｔｍ１と、第２駆動信号ＣＯＭ２におけるスモールドット吐出パルスＤＰＳの発生タイミングｔｍ２とが一致していない。即ち、図２に示すように、本実施形態では、第２駆動信号ＣＯＭ２におけるスモールドット吐出パルスＤＰＳが、第１駆動信号ＣＯＭ１におけるラージドット吐出パルスＤＰＬよりも時間Δｔだけ遅延して発生する構成となっている。同様に、第１駆動信号ＣＯＭ１におけるミドルドット吐出パルスＤＰＭの発生タイミングｔｍ３と、第２駆動信号ＣＯＭ２におけるラージドット吐出パルスＤＰＬの発生タイミングｔｍ４とが一致しない構成である。

ここで、上記の記録ヘッド８は、軽量化や省スペース化の観点から小型化が図られている。これに伴い、ノズル開口２５がより高密度に形成されており、隣り合う圧力発生室２８同士を区画する隔壁の壁厚が薄くなっている。このため、圧電振動子２０を駆動することで圧力発生室２８内のインクに生じる圧力振動が、隔壁を通じて隣の圧力発生室２８に伝わり易くなっている。これにより、隣のノズル開口２５のメニスカスも振動するため、このメニスカスの振動の位相によっては、当該隣のノズル開口２５でのインクの吐出が不安定になる場合がある。特に、メニスカスが吐出側、即ち、圧力発生室側とは反対側に盛り上がった状態で当該ノズル開口２５においてインクの吐出動作を開始すると、圧力発生室膨張要素によるメニスカスの引き込みに伴って気泡を引き込んでしまう。即ち、メニスカスが吐出側に盛り上がった状態では、メニスカスの引き込みの際、メニスカスの中央部とノズル開口周縁近傍のメニスカス周縁部との間の引き込み速度の差が大きいため、このメニスカス中央部とメニスカス周縁部との間に気泡が巻き込まれると考えられる。そして、この気泡が原因で、サテライトインクの飛翔方向が曲がる等、吐出が不安定と虞がある。特に、本実施形態のように、同一記録周期において隣り合うノズル開口２５同士で互いに異なるサイズのインクを吐出する場合、これらのノズル開口間での干渉（所謂、クロストーク）がより顕著であり、具体的には、より小さいサイズのインクを吐出する側のノズル開口で吐出が不安定になりやすい傾向にある。

このため、本発明に係るプリンタ１では、第１駆動信号ＣＯＭ１におけるラージドット吐出パルスＤＰＬの始端ｔｍ１から第２駆動信号ＣＯＭ２におけるスモールドット吐出パルスＤＰＳの始端ｔｍ２までの時間軸上のずれ量（時間Δｔ）を最適化することにより、隣り合うノズル開口２５の一方に対してラージドット吐出パルスＤＰＬを用い、他方に対してスモールドット吐出パルスＤＰＳを用いて、同一記録周期内で各ノズル開口２５からインクを吐出する場合においても、他方のノズル開口２５での吐出が不安定になることを抑制している。以下、この点について説明する。

図４は、隣り合うノズル開口２５のうちの一方のノズル開口２５Ａに対してラージドット吐出パルスＤＰＬを用い、他方のノズル開口２５Ｂに対してスモールドット吐出パルスＤＰＳを用いて同一記録周期内で各ノズル開口２５Ａ，２５Ｂからインクを吐出する場合において、上記時間Δｔ（μｓ）を変化させたときの、他方のノズル開口２５Ｂ側でのインクの飛翔速度Ｖｍ（ｍ／ｓ）の変化を示すグラフである。なお、時間Δｔに関し、この値が０のときは、ラージドット吐出パルスＤＰＬとスモールドット吐出パルスＤＰＳとが同時に発生し、両ノズル開口２５Ａ，２５Ｂで同時にインクを吐出する状態である。

図４に示すように、時間Δｔを変化させるとインクの飛翔速度Ｖｍが周期的に変動することが判る。即ち、ラージドット吐出パルスＤＰＬによってノズル開口２５Ａ側の圧電振動子２０を駆動したときに圧力発生室２８内に固有の圧力振動が励起されるため、この圧力振動に応じて他方のノズル開口２５Ｂのメニスカスも振動し、この振動の位相に応じてインクの飛翔速度Ｖｍが増減する。より詳しくは、圧力振動が吐出方向とは反対方向（圧力発生室側）に変位しているタイミングでノズル開口２５Ｂでインクを吐出すると、インクの飛翔速度は低下し、逆に、圧力振動が吐出方向に変位しているタイミングでノズル開口２５Ｂ側でインクを吐出するとインクの飛翔速度は高まる。この飛翔速度Ｖｍの変動周期は、圧力発生室２８内のインクに生じる圧力振動、即ち、ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃとほぼ一致している。

そして、上述したようにメニスカスが吐出側に盛り上がった状態でインクの吐出動作を開始してメニスカスを圧力発生室側に引き込むと、これに伴って気泡を引き込んでしまう。この現象は、ノズル開口２５Ａとノズル開口２５Ｂで同時にインクの吐出動作を開始した場合にも生じることが判っている。このため、本実施形態では、ノズル開口２５Ｂにおけるメニスカスが圧力発生室側にある程度引き込まれた状態でノズル開口２５Ｂにおいてスモールドット吐出パルスＤＰＳによるインクの吐出動作が開始されるようにしている（図４において、ハッチングで示す領域。）。具体的には、上記の時間Δｔを、以下の式（ａ）によって定めている。なお、Ｔｃは圧力発生室２８内のヘルムホルツ固有振動周期であり、ｎは自然数である。
（ｎ−１／２）Ｔｃ＜Δｔ＜ｎＴｃ…（ａ）
なお、記録周期を可及的に短くする観点からは、ｎ＝１とすることが望ましい。
ここで、上記式（ａ）により時間Δｔを定め、ノズル開口２５Ｂにおけるメニスカスが引き込まれた状態でインクの吐出動作を開始すると、図４に示すように、インクの飛翔速度は低下するが、ここでは、サテライトインクの飛翔曲がり等を抑制して吐出の安定性を確保することに主眼を置いているため、インクの飛翔速度の低下については問題としていない。

同様に、第１駆動信号ＣＯＭ１におけるミドルドット吐出パルスＤＰＭを第１吐出パルスとし、第２駆動信号ＣＯＭ２におけるラージドット吐出パルスＤＰＬを第２吐出パルスとした場合に、ミドルドット吐出パルスＤＰＭの始端ｔｍ３からラージドット吐出パルスＤＰＬの始端ｔｍ４までの時間軸上のずれ量（時間Δｔ′）を、上記の式（ａ）に基づいて定める。

このようにして、第1駆動信号ＣＯＭ１の第１吐出パルスの始端から第２駆動信号ＣＯＭ２の第２吐出パルスの始端までの時間Δｔ（Δｔ′）を設定することにより、隣り合うノズル開口２５の一方のノズル開口２５Ａに対して第１吐出パルスを用い、他方のノズル開口２５Ｂに対して第２吐出パルスを用いて同一記録周期内で各ノズル開口からインクを吐出する場合において、ノズル開口２５Ｂではメニスカスが圧力発生室側に引き込まれた状態でスモールドット吐出パルスＤＰＳによるインクの吐出動作が開始されるので、気泡の巻き込みを抑制することができる。これにより、気泡を原因とするインクの飛翔曲がり等を防止することができ、ノズル開口２５Ｂにおけるインクの吐出を安定化することができる。その結果、インクを吐出対象物である記録紙上に精度良く着弾させることができる。

また、液量が少ない吐出パルスほど、隣接するノズル開口２５での吐出による圧力振動の影響を受け易い。一方、液量が多い吐出パルスほど、隣接するノズル開口２５での吐出に対して圧力振動の影響を与え易い。よって、本実施形態には限定されないが、本実施形態のように、第１吐出パルスのほうが第２吐出パルスより吐出されるインク量が多い場合に、本発明は好適である。また、吐出されるインクの量が最大であるラージドット吐出パルスＤＰＬを第１吐出パルスとする場合も、本発明は好適である。また、吐出されるインクの量が最小であるスモールドット吐出パルスＤＰＳを第２吐出パルスとした場合も、本発明は好適である。

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。

各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られず、本発明は、種々の構成の駆動信号に対して適用することができる。
例えば、上記実施形態では、吐出されるインクの量が第１吐出パルスと第２吐出パルスとで異なる構成を例示したが、これには限らない。例えば、第１吐出パルスと第２吐出パルスとで吐出されるインクの量が同じ構成でも適用することができる。この構成において、Δｔを０として、隣り合うノズル開口２５から同時にインクを吐出する場合、互いのクロストークは小さい。しかしながら、この構成で多数のノズル開口２５で同時に吐出する場合では、隣接するノズル開口間でクロストークが生じる場合がある。このため、この構成においても、第１吐出パルスと第２吐出パルスとの間の時間Δｔを上記式（ａ）に基づいて定めることで、クロストークを抑制することができる。

また、上記実施形態では、第１駆動信号ＣＯＭ１と第２駆動信号ＣＯＭ２にそれぞれ吐出パルスが２つずつ配置される構成を例示したが、これには限られない。例えば、図５に示すように、第１駆動信号ＣＯＭ１と第２駆動信号ＣＯＭ２にそれぞれ吐出パルスが１つずつ配置される構成を採用することもできる。この例では、第１駆動信号ＣＯＭ１に第１吐出パルスとしてのラージドット吐出パルスＤＰＬが含まれ、第２駆動信号ＣＯＭ２に第２吐出パルスとしてのスモールドット吐出パルスＤＰＳが含まれており、ラージドット吐出パルスＤＰＬの始端からスモールドット吐出パルスＤＰＳの始端までの時間Δｔが上記式（ａ）に基づいて定められている。勿論、第１駆動信号ＣＯＭ１と第２駆動信号ＣＯＭ２に吐出パルスが１つでも良いし３つ以上含まれていても良いし、第１駆動信号ＣＯＭ１と第２駆動信号ＣＯＭ２とで含まれる吐出パルスの数が異なっていても良い。
さらに、図５に示すように、第１吐出パルスの途中（始端から終端までの間、特に、圧力発生室膨張要素の始端から吐出要素の終端までの間）に第２吐出パルスの始端が設定される構成を採用することもできる。この構成においても、第１吐出パルス（ラージドット吐出パルスＤＰＬ）の始端から第２吐出パルス（スモールドット吐出パルスＤＰＳ）の始端までの時間Δｔを上記式（ａ）に基づいて定めることにより、隣り合うノズル開口２５の一方のノズル開口２５Ａに対して第１吐出パルスを用い、他方のノズル開口２５Ｂに対して第２吐出パルスを用いて同一記録周期内で各ノズル開口からインクを吐出する場合において、他方のノズル開口２５Ｂでの吐出が不安定になることを抑制することができる。
このような、第１吐出パルスの途中に第２吐出パルスの始端が設定される構成を採用することもできることは、図２の実施形態についても同様である。

なお、本発明は、複数の駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンタに限らず、プロッタ、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、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。

インクジェット式プリンタの電気的構成を説明するブロック図である。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 第１吐出パルスの始端から第２吐出パルスの始端までの時間を変化させたときのインク飛翔速度の変化を示すグラフである。 他の実施形態における駆動信号の構成を説明する図である。

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…記録ヘッド，９…駆動信号発生回路，１７…流路ユニット，２０…圧電振動子，１６…ヘッドケース，２２…ノズルプレート，２３…流路形成基板，２４…振動板，２５…ノズル開口，２８…圧力発生室，３４…島部

Claims (6)

1. ノズル開口、当該ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ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ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動して液体を吐出させるための吐出パルスを含む第１の駆動信号及び第２の駆動信号を一定周期で繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、
   を備える液体吐出装置であって、
   前記圧力発生室内のヘルムホルツ固有振動周期をＴｃ、ｎを自然数としたとき、前記第１の駆動信号に含まれる第１吐出パルスの始端から、前記第２の駆動信号に含まれる第２吐出パルスの始端までの時間Δｔが、（ｎ−１／２）Ｔｃ＜Δｔ＜ｎＴｃであることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記第１吐出パルスによる圧力発生手段の駆動によって生じた前記固有振動周期Ｔｃの振動により前記ノズル開口に露出したメニスカスが前記圧力発生室方向に引き込まれている状態で、前記第２吐出パルスによる吐出動作が開始されるように前記時間Δｔが設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記第１吐出パルスと前記第２吐出パルスは、吐出される液体の量が互いに異なる吐出パルスであることを特徴とする請求項１あるいは請求項２の何れか一項に記載の液体吐出装置。
4. 前記第２吐出パルスは、吐出される液体の量が最も少ない吐出パルスであることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記第１吐出パルスは、吐出される液体の量が前記第２吐出パルスより多い吐出パルスであることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
6. ノズル開口、当該ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ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ノズル開口から液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動して液体を吐出させるための吐出パルスを含む第１の駆動信号及び第２の駆動信号を一定周期で繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
   前記圧力発生室内のヘルムホルツ固有振動周期をＴｃ、ｎを自然数としたとき、前記第１の駆動信号に含まれる第１吐出パルスの始端から、前記第２の駆動信号に含まれる第２吐出パルスの始端までの時間Δｔを、（ｎ−１／２）Ｔｃ＜Δｔ＜ｎＴｃに定めたことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

Images