JP2010179539A - 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】吐出される液滴の尾部を縮小させて、高速吐出を行わせることができると共に、吐出安定性を向上した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。
【解決手段】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と、前記圧力発生手段に、前記圧力発生室を膨張させる膨張要素Ｐ０１と、前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液体を吐出させる収縮要素Ｐ０３、Ｐ０７と、前記収縮要素Ｐ０３、Ｐ０７の途中に、前記圧力発生室を膨張させる再膨張要素Ｐ０５とを具備する駆動信号を供給する駆動手段と、を具備し、前記再膨張要素Ｐ０５を、前記ノズル開口における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始する。
【選択図】 図４

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ーやプロッター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ーと、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にインク滴の吐出を行わせた際に、吐出されたインク滴の尾部が長くなってしまうという問題や、二次的な微小なインク滴が吐出されるなどの問題が発生する場合がある。そして、このような問題が生じると、早いタイミングで複数のインク滴を吐出させる高周波吐出を行わせることができず、高速印刷を行うことができない。

このため、圧電素子等の圧力発生手段に供給する駆動信号として、圧力発生室の体積を収縮させてインク滴を吐出させた収縮要素の後、圧力発生室を膨張させてインク柱を切断する膨張要素を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平２−１８４４４９号公報 特開２００６−３０６０７６号公報 特許第３２７５９６５号公報

しかしながら、さらなる高速印刷が望まれており、インク滴の尾部をさらに低減することが必要である。このため、インク柱を切断する膨張要素の駆動電圧を高めると共に、電圧を印加する時間を短くして、電圧変化を急峻にすることが考えられるが、このような急峻な電圧変化を行うと、インク滴を吐出させた後のノズル開口のインクのメニスカスの振動が大きくなり、二次的なインク滴が吐出されてしまうことや、次のインク滴の吐出に悪影響を与えてしまうなどの問題がある。

そして、このような問題は、上記特許文献１〜３では、解決することができるものではない。また、このような問題は、特に高粘度のインクを吐出させる場合に、顕著に現れる。

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、吐出される液滴の尾部を縮小させて、高速吐出を行わせることができると共に、吐出安定性を向上した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と、前記圧力発生手段に、前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液体を吐出させる収縮要素と、前記収縮要素の途中に、前記圧力発生室を膨張させる再膨張要素とを具備する駆動信号を供給する駆動手段と、を具備し、前記再膨張要素が、前記ノズル開口における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始され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、収縮要素の途中に、再膨張要素をノズル開口の２つの位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始することで、吐出する液滴の尾部を短くすることができると共に、液滴を吐出した後のメニスカスの振動を安定させることができる。また、収縮要素の途中に再膨張要素を入れるだけなので、収縮要素の後に尾部を切る要素が不要となり、液滴を吐出するための駆動波形を短い周期で圧力発生手段に印加することができ、液滴の高速吐出（高周波吐出）を実現できる。

ここで、前記収縮要素が、前記圧力発生室を収縮させる第１収縮要素と、収縮した当該圧力発生室の容積を維持するホールド要素と、該ホールド要素の後に設けられて圧力発生室を収縮させる第２収縮要素とを具備し、前記再膨張要素が、前記ホールド要素の後に連続して設けられており、前記第２収縮要素が、前記再膨張要素で膨張した前記圧力発生室の容積を収縮させることが好ましい。これによれば、メニスカスが所定のタイミングで再膨張要素を開始させることができる。

また、前記再膨張要素が、前記膨張要素による前記圧力発生室の容積よりも小さな容積となるように膨張させることが好ましい。これによれば、再膨張要素によってメニスカスが暴れるのを抑制して、短い尾部の液滴を吐出させることができる。

また、前記液体噴射ヘッドに、１０ｍ・Ｐａｓ以上の粘度の液体を供給する供給手段をさらに具備することが好ましい。これによれば、特に液滴の尾部が長くなる高粘度の液体を、短い尾部で吐出させることができる。

さらに本発明の他の態様は、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、前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液体を吐出させる収縮要素と、前記収縮要素の途中に、前記圧力発生室を膨張させると共に、前記ノズル開口における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始される再膨張要素と、を具備する駆動信号によって前記圧力発生手段を駆動することを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法にある。
かかる態様では、収縮要素の途中に、再膨張要素をノズル開口の２つの位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始することで、吐出する液滴の尾部を短くすることができると共に、液滴を吐出した後のメニスカスの振動を安定させることができる。また、収縮要素の途中に再膨張要素を入れるだけなので、収縮要素の後に尾部を切る要素が不要となり、液滴を吐出するための駆動波形を短い周期で圧力発生手段に印加することができ、液滴の高速吐出（高周波吐出）を実現できる。

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に係る駆動信号を示す波形図である。 本発明の実施形態１に係るメニスカスの状態を示す要部断面図である。 本発明の実施形態１に係るメニスカスの状態を示す要部断面図である。 本発明の比較例１に係る駆動信号を示す波形図である。 インク滴の吐出状態を撮影した画像である。

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、本発明の一実施形態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、インクジェット式記録ヘッドにインクを供給する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、駆動モーター６が設けられており、駆動モーター６の軸の先端部には外周に溝を有する第１のプーリー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、駆動モーター６の第１のプーリー６ａに対応する第２のプーリー６ｂが回転自在に設けられており、これら第１のプーリー６ａと第２のプーリー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、駆動モーター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ーの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラー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ー１７が形成されており、リザーバー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ー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は、図３に示すように、プリンターコントローラー１１１とプリントエンジン１１２とから概略構成されている。プリンターコントローラー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、液体噴射ヘッド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、キャラクターコード、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ー等から受信する。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ー等に対して出力される。ＲＡＭ１１４は、受信バッファー１２１、中間バッファー１２２、出力バッファー１２３、及び、図示しないワークメモリーとして機能する。そして、受信バッファー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、中間バッファー１２２は制御部１１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー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印字データによって構成してある。

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、受信バッファー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ー１２２に記憶させる。また、中間バッファー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ー１２３に記憶させる。

そして、インクジェット式記録ヘッド１０の１行分に相当するドットパターンデータが得られたならば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ１２０を通じてインクジェット式記録ヘッド１０に出力される。また、出力バッファー１２３から１行分のドットパターン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ー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、紙送りモーターとプラテン８等から構成してあり、記録紙等の印刷記憶媒体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、印刷記憶媒体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ー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、後述する駆動信号（ＣＯＭ）や印字データ（ＳＩ）等が供給される。なお、このように構成されるプリンターコントローラー１１１及びプリントエンジン１１２では、プリンターコントローラー１１１と、駆動信号発生回路１１９から出力された所定の駆動波形を有する駆動信号を選択的に圧電素子１８に入力するラッチ１３２、レベルシフター１３３及びスイッチ１３４等を有する駆動回路（図示なし）とが圧電素子１８に所定の駆動信号を印加する駆動手段となる。

なお、これらのシフトレジスター１３１、ラッチ１３２、レベルシフター１３３、スイッチ１３４及び圧電素子１８は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッド１０の各ノズル開口１３毎に設けられており、これらのシフトレジスター１３１、ラッチ１３２、レベルシフター１３３及びスイッチ１３４は、駆動信号発生回路１１９が発生した吐出駆動信号や緩和駆動信号から駆動パルスを生成する。ここで、駆動パルスとは実際に圧電素子１８に印加される印加パルスのことである。

このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、最初に発振回路１１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、ドットパターンデータを構成する印字データ（ＳＩ）が出力バッファー１２３からシフトレジスター１３１へシリアル伝送され、順次セットされる。この場合、まず、全ノズル開口１３の印字データにおける最上位ビットのデータがシリアル伝送され、この最上位ビットのデータシリアル伝送が終了したならば、上位から２番目のビットのデータがシリアル伝送される。以下同様に、下位ビットのデータが順次シリアル伝送される。

そして、当該ビットの印字データが全ノズル分が各シフトレジスター１３１にセットされたならば、制御部１１６は、所定のタイミングでラッチ１３２へラッチ信号（ＬＡＴ）を出力させる。このラッチ信号により、ラッチ１３２は、シフトレジスター１３１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ１３２がラッチした印字データ（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフター１３３に印加される。このレベルシフター１３３は、印字データが例えば「１」の場合に、スイッチ１３４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルトまでこの印字データを昇圧する。そして、この昇圧された印字データは各スイッチ１３４に印加され、各スイッチ１３４は、当該印字データにより接続状態になる。

そして、各スイッチ１３４には、駆動信号発生回路１１９が発生した駆動信号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ１３４が選択的に接続状態になると、このスイッチ１３４に接続された圧電素子１８に選択的に駆動信号が印加される。このように、例示したインクジェット式記録ヘッド１０では、印字データによって圧電素子１８に吐出駆動信号を印加するか否かを制御することができる。例えば、印字データが「１」の期間においてはラッチ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ１３４が接続状態となるので、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子１８に供給することができ、この供給された駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）により圧電素子１８が変位（変形）する。また、印字データが「０」の期間においてはスイッチ１３４が非接続状態となるので、圧電素子１８への駆動信号の供給は遮断される。なお、この印字データが「０」の期間において、各圧電素子１８は直前の電位を保持するので、直前の変位状態が維持される。

なお、上記の圧電素子１８は、上述のように縦振動型の圧電素子１８である。この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。このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、圧電素子１８に対する充放電に伴って対応する圧力発生室１２の容積が変化するので、圧力発生室１２の圧力変動を利用してノズル開口１３から液滴を吐出させることができる。

ここで、圧電素子１８に入力される本実施形態の駆動信号（ＣＯＭ）を表す駆動波形について説明する。なお、図４は、本実施形態の駆動信号を示す駆動波形である。

圧電素子１８に入力される駆動波形は、共通電極を基準電位（本実施形態では０Ｖ）として、個別電極に印加されるものである。駆動波形は、図４に示すように、中間電位Ｖｍを維持した状態から第１電位Ｖ１まで上昇させる第１膨張要素Ｐ０１と、第１電位Ｖ１を一定時間維持する第１ホールド要素Ｐ０２と、第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２まで降下させる第１収縮要素Ｐ０３と、第２電位Ｖ２を一定時間維持する第２ホールド要素Ｐ０４と、第２電位Ｖ２から第３電位Ｖ３まで上昇させる再膨張要素Ｐ０５と、第３電位Ｖ３を一定時間維持する第３ホールド要素Ｐ０６と、第３電位Ｖ３から中間Ｖｍまで降下させる第２収縮要素Ｐ０７と、を具備する。

本実施形態では、第１収縮要素Ｐ０３と第２収縮要素Ｐ０７とが、圧力発生室１２の容積を収縮させてノズル開口１３からインク滴を吐出させる収縮要素として機能する。

また、駆動波形には、収縮要素の途中、すなわち、第１収縮要素Ｐ０３と第２収縮要素Ｐ０７との間に再膨張要素Ｐ０５が設けられている。このような再膨張要素Ｐ０５は、収縮要素によってノズル開口１３からインク滴が吐出される途中に挿入されたものである。また、再膨張要素Ｐ０５は、詳しくは後述するが、ノズル開口１３における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始される。ここで、ノズル開口１３における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態とは、ノズル開口１３における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が、互いに強め合っている状態を言う。この２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が互いに強め合うとは、例えば、一方がノズル開口１３の吐出方向に移動し、他方も吐出方向と同じ方向に向かっている状態のことである。また、２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態とは、例えば、一方がノズル開口１３の吐出方向に移動し、他方が吐出方向や圧力発生室１２側に移動しておらず、止まっている状態であってもよい。

本実施形態では、再膨張要素Ｐ０５は、ノズル開口１３のインクのメニスカスの中央部が慣性力で吐出方向に移動し、ノズル開口１３の内壁面側のインクが、メニスカスの中央部と逆位相となっていない状態、すなわち、吐出方向とは反対側に向かっていないタイミングで開始される。ちなみに、上述したように、ノズル開口１３の内壁面側のインクが吐出方向とは反対側に向かっていない状態とは、圧力発生室１２側に向かっている状態以外を指し、ノズル開口１３の内壁面側のインクが停止した状態又はインク滴の吐出方向に向かっている状態を言う。

このような再膨張要素Ｐ０５が開始されるタイミングは、第２ホールド要素Ｐ０４の時間によって制御される。例えば、第２ホールド要素Ｐ０４が短すぎると、ノズル開口１３における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となった状態で、再膨張要素Ｐ０５が開始される。すなわち、第２ホールド要素Ｐ０４が短すぎると、ノズル開口１３のインクのメニスカスの中央部が吐出方向に移動し、ノズル開口１３の内壁面側のインクが吐出方向とは反対側（圧力発生室１２側）に向かっている状態となる。このような状態で再膨張要素Ｐ０５が入力されると、吐出されるインク滴の尾部が長くなってしまう。これに対して、第２ホールド要素Ｐ０４を適宜調整して、再膨張要素Ｐ０５が、ノズル開口１３における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始することで、吐出されるインク滴の尾部を短くすることができる。

ここで、本実施形態の駆動波形とノズル開口１３のメニスカスとの関係について説明する。なお、図５及び図６は、ノズル開口のメニスカスの状態を示す要部断面図である。

まず、図４に示す膨張要素Ｐ０１が圧電素子１８に印加されると、圧電素子１８が圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変形して、図５（ａ）に示すようにノズル開口１３内のメニスカス３０が圧力発生室１２側に引き込まれると共に、圧力発生室１２にはリザーバー１７側からインクが供給される。

次に、図４に示す第１ホールド要素Ｐ０２が圧電素子１８に印加されると、図５（ｂ）に示すように、ノズル開口１３のメニスカス３０は、慣性力によってさらに圧力発生室１２側に向かって移動する。

次に、図４に示す第１収縮要素Ｐ０３が圧電素子１８に印加されると、圧電素子１８が伸張する。これにより、圧力発生室１２は膨張容積から第２電位Ｖ２に対応する収縮容積まで急激に収縮され、圧力発生室１２内のインクが加圧されてノズル開口１３からインク滴の吐出が開始される。すなわち、図５（ｃ）に示すように、ノズル開口１３のインクのメニスカス３０の中央部３１は吐出側に移動する（柱状に盛り上がる）。このとき、ノズル開口１３の内壁面側のインクは、慣性力によって圧力発生室１２側に移動している。すなわち、インクのノズル開口１３の内壁面側には、粘性層（粘性境界層）３２が存在し、ノズル開口１３のメニスカスには、中央部と内壁面（粘性層３２）との２つの異なる位相が存在する。

次に、図４に示す第２ホールド要素Ｐ０４が圧電素子１８に印加されると、図５（ｄ）に示すように、ノズル開口１３のメニスカス３０の中央部３１のインクが吐出側に移動する（ノズル開口１３のメニスカス３０の中央部３１の柱状の成長が促進される）。また、ノズル開口１３の内壁面側のインク（粘性層３２）は、メニスカス３０の中央部３１と同様に吐出側に移動する。これにより、ノズル開口１３における２つの異なるメニスカスの振動が、逆位相ではない状態となる。すなわち、ノズル開口１３の内壁面側のインク（粘性層３２）は、圧力発生室１２側に向かっていたものが、この第２ホールド要素Ｐ０４によって、停止するか又は吐出側に移動した状態で、次の再膨張要素Ｐ０５が開始される。

そして、図４に示す再膨張要素Ｐ０５が圧電素子１８に入力されると、図６（ａ）に示すようにノズル開口１３のインクのメニスカス３０の中央部３１と内壁面側の粘性層３２との両方が、圧力発生室１２側に移動する。このようにメニスカス３０の中央部３１が圧力発生室１２側に移動することにより、メニスカス３０の中央部３１において柱状に成長した部分４０は引きちぎられるように吐出側に移動する。

次に、図４に示す第３ホールド要素Ｐ０６が圧電素子１８に印加されると、図６（ｂ）に示すように、メニスカス３０の中央部３１と内壁面側の粘性層３２とはさらに圧力発生室１２側に向かって移動し、メニスカス３０の柱状に成長した部分４０の分離が進行する。そして、図４に示す第２収縮要素Ｐ０７が圧電素子１８に印加されることで、図６（ｃ）に示すように、メニスカス３０の中央部３１と柱状に成長した部分４０との分離が進行し、メニスカスの柱状に成長した部分４０が完全に引きちぎられてインク滴４０として吐出される。実質的には、第３ホールド要素Ｐ０６の成分によってインク滴４０の吐出は行われ、第２収縮要素Ｐ０７は、再膨張要素Ｐ０５に対してカウンターを当てるように、すなわち、メニスカスの振動を抑える制振要素としても機能する。

もちろん、第２収縮要素Ｐ０７を中間電位Ｖｍよりも低い電位（例えば、電位Ｖ４）に達するまで行うようにしてもよい。この場合には、圧力発生室１２の電位Ｖ４に相当する収縮状態で、圧力発生室１２内のインク圧力はその固有振動によって下降・上昇を繰り返す。したがって、第２収縮要素Ｐ０７を中間電位Ｖｍよりも低い電位に達するまで行う場合には、圧力発生室１２の圧力の上昇タイミングに合わせて中間電位Ｖｍまで戻す制振要素を供給して、圧力発生室１２を基準容積まで復帰（収縮）し、圧力発生室１２内の圧力変動を吸収するようにすればよい。

そして、このような駆動波形によって、インク滴４０を吐出させることで、吐出されたインク滴４０の尾部を短くすることができると共に、インク滴４０を吐出後のメニスカス３０の振動を安定させることができる。すなわち、上述した駆動波形では、インク滴４０を吐出するための収縮要素である第１収縮要素Ｐ０３と第２収縮要素Ｐ０７との間に再膨張要素Ｐ０５を設けることで、ノズル開口１３のインクのメニスカス３０の動きを制御して、吐出されるインク滴４０の尾部を短くすることができる。また、収縮要素Ｐ０３、Ｐ０７内に再膨張要素Ｐ０５を設けることによって、第２電位Ｖ２から基準電位Ｖｍまで一定の電圧変化率（時間に対する電圧の変化率；波形の傾き）で印加するのに比べて、二次的なインク滴の吐出を防止することができると共に、インク滴４０を吐出後のメニスカス３０の振動を安定させることができる。このように、インク滴４０の尾部を短くすると共に、インク滴４０の吐出後のメニスカス３０の安定性を高めることで、次のインク滴４０を吐出するまでの間隔を短くしても、吐出されたインク滴４０の尾部が次のインク滴４０に干渉することなく、常に同じインク吐出特性で安定したインク滴４０の吐出を行わせることができる。この結果、インク滴４０の高速吐出（高周波吐出）を行って高速印刷を行わせることができる。また、本実施形態の駆動波形では、収縮要素内に再膨張要素Ｐ０５を設けただけであるため、１滴のインクの吐出に必要な時間（駆動波形の周期）を短くすることができる。すなわち、インク滴４０を吐出する吐出波形の後に、別途インク滴４０の尾部を切断するための波形（要素）を設ける必要がないため、短時間で多くのインク滴を吐出させて高速吐出（高周波吐出）を実現することができる。

なお、第１収縮要素Ｐ０３が終了する第２電位Ｖ２、すなわち、再膨張要素Ｐ０５が開始される第２電位Ｖ２は、第２収縮要素Ｐ０７の終了する電位、すなわち中間電位Ｖｍよりも高くするのが好ましい。これは、第１収縮要素Ｐ０３が終了する第２電位Ｖ２を、第２収縮要素Ｐ０７が終了する中間電位Ｖｍよりも低くすると、ノズル開口１３でメニスカスが暴れ、インク滴の尾部を短く切ることができないと共に二次的なインク滴が吐出されてしまう虞があるからである。

また、再膨張要素Ｐ０５が終了する第３電位Ｖ３は、第１収縮要素Ｐ０３が開始される第１電位Ｖ０１よりも低くするのが好ましい。これは、再膨張要素Ｐ０５が終了する第３電位Ｖ３が高いと、ノズル開口１３でメニスカスが暴れ、インク滴の尾部を短く切ることができないと共に二次的なインク滴が吐出されてしまう虞があるからである。

（実施例１）
上述したインクジェット式記録ヘッド１０を実施形態１の駆動波形（駆動信号）で駆動し、粘度が３０ｍ・Ｐａｓのインクを吐出させた。

（比較例１）
実施例１と同じインクジェット式記録ヘッド１０を図７に示す駆動波形で駆動し、粘度が３０ｍ・Ｐａｓのインクを吐出させた。

なお、図７に示す比較例１の駆動波形は、実施形態１と同じ第１膨張要素Ｐ０１と第１ホールド要素Ｐ０２とを有し、第１ホールド要素Ｐ０２の後、第１電位Ｖ１から中間電位Ｖｍまで降下させる収縮要素Ｐ１０を有するものである。

そして、実施例１と比較例１との吐出されたインク滴の状態を撮影した。この結果を図８に示す。なお、図８（ａ）は実施例１のインク滴の状態を撮影した画像であり、図８（ｂ）は、比較例１のインク滴の状態を撮影した画像である。

図８（ａ）に示すように、実施例１の駆動波形によって吐出されたインク滴４０の尾部４１は、図８（ｂ）に示す比較例１の駆動波形によって吐出されたインク滴１４０の尾部１４１よりも短くなることが分かった。

この結果からも分かるように、本発明の駆動信号を用いることで、インク滴４０の尾部４１を短くすることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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、上述した駆動信号にインク滴が吐出しない程度に圧電素子１８を微振動させる微振動パルスを設けるようにしてもよい。なお、微振動パルスとしては、台形状の波形形状を有する台形パルスを用いることができる。

また、上述した実施形態１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ー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、プリンター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ー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。

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 リザーバー、 １８ 圧電素子（圧力発生手段）、 ３０ メニスカス、 ３１ 中央部、 ３２ 粘性層、 ４０、１４０ インク滴、 ４１、１４１ 尾部、 １１１ プリンターコントローラー、 １１２ プリントエンジン、 １１６ 制御部、 １１９ 駆動信号発生回路、 １３１ シフトレジスター、 １３２ ラッチ、 １３３ レベルシフター、 １３４ スイッチ

Claims (5)

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と、
   前記圧力発生手段に、前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液体を吐出させる収縮要素と、前記収縮要素の途中に、前記圧力発生室を膨張させる再膨張要素とを具備する駆動信号を供給する駆動手段と、を具備し、
   前記再膨張要素が、前記ノズル開口における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始されることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記収縮要素が、前記圧力発生室を収縮させる第１収縮要素と、収縮した当該圧力発生室の容積を維持するホールド要素と、該ホールド要素の後に設けられて圧力発生室を収縮させる第２収縮要素とを具備し、
   前記再膨張要素が、前記ホールド要素の後に連続して設けられており、前記第２収縮要素が、前記再膨張要素で膨張した前記圧力発生室の容積を収縮させることを特徴とする請求項１記載の液体噴射装置。
3. 前記再膨張要素が、前記膨張要素による前記圧力発生室の容積よりも小さな容積となるように膨張させ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. 前記液体噴射ヘッドに、１０ｍ・Ｐａｓ以上の粘度の液体を供給する供給手段をさらに具備す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. 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、
   前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、
   前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液体を吐出させる収縮要素と、
   前記収縮要素の途中に、前記圧力発生室を膨張させると共に、前記ノズル開口における２つの異なる位相を持つメニスカスの振動が逆位相となっていない状態で開始される再膨張要素と、
   を具備する駆動信号によって前記圧力発生手段を駆動することを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法。