JP2010228196A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドの移動速度の変化に伴う位置制御信号の発生周期の変動が生じた場合においても、液滴の飛翔曲がり等の吐出不良を抑制しつつ高周波駆動に寄与することが可能な、液体吐出装置、及び、その制御方法を提供する。
【解決手段】キャリッジ移動機構によるキャリッジ（記録ヘッド）の移動に応じて出力されるエンコーダーパルスに基づくタイミングで、第１吐出駆動パルスＰ１を含む第１吐出周期Ｔａ、及び、第２吐出駆動パルスＰ２を含む第２吐出周期Ｔｂの合計２周期分の駆動信号ＣＯＭを単位周期毎に発生し、第１吐出周期が第２吐出周期よりも短く設定され、且つ、第１吐出駆動パルスの終端と第２吐出駆動パルスの始端との間隔ｔ１２が圧力発生室内のインクの固有振動周期Ｔｃ以下に設定された。
【選択図】図７

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置、及び、その制御方法に関するものであり、特に、液体吐出ヘッドの移動速度の変動に対応することが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。

液体吐出装置は、液体を液滴として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は、インクジェット式プリンター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ーの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。

上記インクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという）では、例えば、複数の吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生させ、この駆動信号の中から吐出駆動パルスを選択的に圧電振動子等の圧力発生手段に供給してこれを駆動することにより、圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を制御することでノズルからインクを吐出するように構成されている。

ここで、インクを吐出した直後において、ノズルに露出したインクの自由表面（メニスカス）には残留振動が生じる。この残留振動は、ノズルのメニスカスの振動に、圧力発生室内のインクの固有振動周期Ｔｃの振動が重畳したものである。この周期Ｔｃの振動は数μｓという非常に短い周期でメニスカスを変位させる。この圧力発生室内におけるインクの固有振動周期Ｔｃは、例えば、次式（Ａ）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（Ａ）
但し、式（Ａ）において、Ｍｎはノズルにおけるイナータンス、Ｍｓはリザーバーから圧力発生室に通じるインク供給口におけるイナータンス、Ｃｃは圧力発生室のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）である。上記式（Ａ）において、イナータンスＭとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。そして、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（Ｂ）で近似して表すことができる。
イナータンスＭ＝（密度ρ×長さＬ）／断面積Ｓ ・・・ （Ｂ）
なお、例示したＴｃは、上記式（Ａ）で定まるものに限らず、記録ヘッド内のインク流路や圧力発生手段等の形状・構造に応じて異なってくる。要は、圧力発生室が有している振動周期を表せるものであればよい。

この周期Ｔｃの残留振動は、次のインクを吐出する際の吐出特性に影響を及ぼす虞がある。具体的には、残留振動の状態に応じて吐出インクの飛翔速度が変化したり液量（重量・体積）が変動したりする。このような吐出特性の変動は、記録紙における着弾位置のずれやドット大きさのばらつきの原因となり、結果として記録画像の品質低下を招く。したがって、記録紙に対してインクを精度良く着弾させて高品位の画像を記録するためには、吐出特性を一定に揃えることが肝要である。特に、高速印字を行う場合には、吐出駆動パルスを短い周期で連続的に圧力発生手段に印加してインクを吐出するが、この場合には、先の吐出に伴う周期Ｔｃの振動が収束しないうちに次の吐出が行われることがあるため、常に吐出特性が同程度に揃うように、駆動信号中の各吐出駆動パルスの配置を定めることが望ましい。

ところで、駆動信号の発生タイミングや吐出駆動パルスの供給タイミングを規定するタイミング信号（ラッチ信号ＬＡＴ等）は、記録ヘッドを搭載したキャリッジの移動に伴って出力される位置制御信号（エンコーダーパルス）に基づいて生成される。したがって、記録動作中においてキャリッジの移動速度が一定であることが理想的であるが、現実的には±数％程度の変動が生じる。このようにキャリッジ移動速度が変動すると、タイミング信号の発生周期も変動する。例えば、キャリッジの移動速度が基準速度よりも増加したときには、タイミング信号の発生周期が短くなり、その結果、先の単位周期Ｔｎの最後の吐出駆動パルスと、次の単位周期Ｔｎ＋１の最初の吐出駆動パルスとの間隔が狭まる。そのため、キャリッジの移動速度が増加した場合には、記録周期（吐出周期）Ｔｎの最後の吐出駆動パルスによってインクを吐出した後、その際の残留振動が収束しない状態で単位周期Ｔｎ＋１の最初の吐出駆動パルスによってインクの吐出が行われる状況となり、吐出特性が安定しない問題があった。

このような不具合を防止するべく、位置制御信号の発生周期の変動分を考慮して、今回単位周期Ｔｎの最後の画素パルスＰＸ２の終端と次回単位周期Ｔｎ＋１の最初の画素パルスＰＸ１の始端とを接続する吐出周期接続要素Ｐｃと、同一記録周期内の画素パルス同士を接続する画素接続要素Ｐｂとを駆動信号中に含ませ、画素接続要素の時間幅Ｗｂを一定とする一方で、吐出周期接続要素の時間幅Ｗｃを、エンコーダーパルスの出力間隔の変動に応じて変化するように構成し、吐出周期接続要素の時間幅の最大値が画素接続要素の時間幅に対して１．５倍以上となるように設定し、画素接続要素の時間幅を、圧力発生室内のインクの固有振動周期Ｔｃ以上に設定した構成が提案されている（特許文献１参照）。これにより、今回記録周期における吐出動作による残留振動が次回記録周期における吐出動作に悪影響を及ぼすことを抑制している。

特開２００８−０６２５４８号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、記録周期全体が長くなってしまうため、より高い駆動周波数での液体の吐出動作に対応することが困難である問題があった。

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、液体吐出ヘッドの移動速度の変化に伴う位置制御信号の発生周期の変動が生じた場合においても、液滴の飛翔曲がり等の吐出不良を抑制しつつ高周波駆動に寄与することが可能な、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、ノズルに連通する圧力発生室および当該圧力発生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ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
前記ヘッド移動手段による液体吐出ヘッドの移動に応じて出力される位置制御信号に基づくタイミングで、第１吐出駆動パルスを含む第１吐出周期、及び、第２吐出駆動パルスを含む第２吐出周期の合計２周期分の駆動信号を単位周期毎に発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記第１吐出周期が前記第２吐出周期よりも短く設定され、且つ、第１吐出駆動パルスの終端と第２吐出駆動パルスの始端との間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定されたことを特徴とする。

本発明によれば、第１吐出周期を第２吐出周期よりも短く設定し、且つ、第１吐出駆動パルスと第２吐出駆動パルスとの間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定したので、液体吐出ヘッドの移動速度の変動が生じた場合においても吐出特性が変動することを抑えつつ、単位周期全体を短くすることが可能となる。その結果、記録画像の画質の低下を防止すると共に、高周波駆動に寄与することが可能となる。
即ち、第２記録周期が第１記録周期よりも長くなり、先の単位周期Ｔｎの第２吐出駆動パルスの後端から次の単位周期Ｔｎ＋１の第１吐出駆動パルスの始端までの時間をより長く確保することができる。このため、ヘッド移動速度が変動することにより、第２記録周期が変動した場合においても、単位周期Ｔｎの第２吐出駆動パルスによるインク吐出の後、残留振動がほぼ収束した状態或いは収束しつつある状態で単位周期Ｔｎ＋１の第１吐出駆動パルスによるインクの吐出が行われる。また、第１吐出駆動パルスと第２吐出駆動パルスとの間隔をＴｃ以下とすることで、単位周期の短縮化に寄与することができる。

上記構成において、前記第１吐出周期が前記第２吐出周期の２／３以下である構成を採用することが望ましい。

また、上記構成において、前記第１吐出駆動パルスと前記第２吐出駆動パルスとの間隔が、第１吐出駆動パルスによって吐出される液体の量と第２吐出駆動パルスによって吐出される液体の量とが揃うように定められた構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、第１吐出駆動パルスと第２吐出駆動パルスとの間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定することで第１吐出駆動パルスによる吐出後の残留振動が収束しない状態で第２吐出駆動パルスによる吐出が行われる状況においても、吐出特性が一定に揃うので、着弾対象物に対して液体を精度良く着弾させることが可能となる。

また、本発明は、前記液体の粘度が８〜１００ｍＰａ・ｓである場合に好適である。
即ち、粘度が、例えば２５℃における粘度が８〜１００ｍＰａ・ｓの高粘度液体を吐出する場合においても、第１吐出駆動パルスによる吐出の後、可及的に早い段階で第２吐出駆動パルスにより圧力発生室が膨張することでノズルにおけるメニスカスが圧力発生室側に引き込まれるので、尾曳を低減することができる。また、高粘度液体を吐出する構成では、粘度が低い液体を用いる場合と比べて吐出後の振動の減衰が速いので、吐出駆動パルス同士の間隔をより短く、特に圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定することができる。

また、上記構成において、前記第１吐出駆動パルス及び前記第２吐出駆動パルスは、前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張状態の圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、により構成される吐出駆動パルスである構成を採用することができる。

また、本発明は、ノズルに連通する圧力発生室および当該圧力発生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ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを移動させるヘッド移動手段と、前記ヘッド移動手段による液体吐出ヘッドの移動に応じて出力される位置制御信号に基づくタイミングで、第１吐出駆動パルスを含む第１吐出周期、及び、第２吐出駆動パルスを含む第２吐出周期の合計２周期分の駆動信号を発生する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、
前記第１吐出周期を前記第２吐出周期よりも短く設定し、且つ、第１吐出駆動パルスと第２吐出駆動パルスとの間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定したことを特徴とする。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 リニアエンコーダーを説明する部分拡大図である。 キャリッジの側面図である。 （ａ）はリニアエンコーダーのスケールを説明する図、（ｂ）はエンコーダーパルスを説明する図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 プリンター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。 吐出駆動パルス同士の間隔とインク重量との関係を示すグラフである。 第２実施形態における駆動信号の構成を説明する波形図である。

以下、本発明を実施するための形態を、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、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１に示すように、このプリンター１は、液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構６と、キャリッジ４の移動に伴ってエンコーダーパルスを出力するリニアエンコーダー７と、記録紙８を紙送り方向に移動させる紙送り機構９（図６参照）とを備えている。

上記のキャリッジ移動機構６（ヘッド移動手段の一種）は、プリンター１における主走査方向（紙幅方向）に架設されたガイド軸１１と、主走査方向の一側に配設されたキャリッジ移動モーター１２と、このキャリッジ移動モーター１２の回転軸に接続され、キャリッジ移動モーター１２によって回転駆動される駆動プーリー１３と、駆動プーリー１３とは反対側の主走査方向他側に配設された遊転プーリー１４と、駆動プーリー１３と遊転プーリー１４との間に掛け渡され、キャリッジ４に接続されたタイミングベルト１５とから構成される。キャリッジ移動モーター１２は、キャリッジ移動機構６における駆動源として機能し、例えば、パルスモーターやＤＣモーターが用いられる。このキャリッジ移動モーター１２は、制御手段として機能する制御部１６（図６参照）により、その回転速度や回転方向等が制御される。そして、キャリッジ移動モーター１２が回転すると、駆動プーリー１３及びタイミングベルト１５が回転し、キャリッジ４がガイド軸１１に沿って記録紙８の幅方向に移動する。つまり、このキャリッジ４に搭載された記録ヘッド２は、制御部１６による制御の下で主走査方向に往復移動される。

上記のリニアエンコーダー７は、キャリッジ４の走査位置に応じたエンコーダーパルス（位置制御信号の一種）を、主走査方向における位置情報として出力する。本実施形態におけるリニアエンコーダー７は、図２及び図３に示すように、プリンター１の筐体側に主走査方向へ張設されたスケール１７（エンコーダーフィルム）と、キャリッジ４の背面に取り付けられたフォトインタラプター１８とを備えている。スケール１７は透明な樹脂製フィルムによって作製された帯状部材であり、例えば、図４（ａ）に示すように、透明なベースフィルム１９の表面に帯幅方向に横断するストライプ２０が複数形成されたもので構成される。各ストライプ２０は、同じ幅とされ、帯長手方向に一定ピッチ、例えば１８０ｄｐｉに相当するピッチで形成されている。また、フォトインタラプター１８は、互いに対向配置された一対の発光素子２１と受光素子２２とによって構成されている。

上記のスケール１７は、発光素子２１と受光素子２２との間に配置されている。このため、受光素子２２からの検出信号（エンコーダー出力）は、発光素子２１からの光がスケール１７を透過した状態と、ストライプ２０が発光素子２１からの光を遮った状態とで出力レベルが異なる。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、ストライプ２０が発光素子２１からの光を遮っている遮光状態で受光素子２２からの出力がＨレベルになる。また、発光素子２１からの光がベースフィルム１９（透明部分）に照射されている状態では、この光はベースフィルム１９を透過して受光素子２２に受光される。このため、この状態では受光素子２２からの出力がＬレベルになる。従って、キャリッジ４の主走査方向への移動に伴って、受光素子２２からはパルス状の信号、即ち、エンコーダーパルスＥＰが出力される。ここで、ストライプ２０は同じ幅のものが一定ピッチで形成されているため、キャリッジ４の移動速度が一定であれば、図４（ｂ）に示すように、エンコーダーパルスＥＰは一定周期で出力されることになる。そして、制御部１６は、このエンコーダーパルスＥＰに基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識できる。即ち、例えば、受信したエンコーダーパルスＥＰをカウントすることで、キャリッジ４の位置を認識することができる。

上記の紙送り機構９は、紙送り駆動源としての紙送りモーター２５と、この紙送りモーター２５によって回転駆動される紙送りローラー２６とから構成される。本実施形態の紙送りローラー２６は、上下一対のローラーで構成されている。即ち、下側に位置する駆動ローラーと上側に位置する従動ローラー（図示せず）によって構成されている。駆動ローラーは上端部分をプラテン５の上面から露出させた状態でプラテン５内に配設されており、この露出した部分の上に従動ローラーが配置される。そして、従動ローラーと駆動ローラーとによって記録紙８を挟み付け、この挟持状態で駆動ローラーを回転することで記録紙８を紙送り方向に移動させる。

図５は、本発明の液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド２は、ケース２９と、このケース２９内に収納される振動子ユニット３０と、ケース２９の底面（先端面）に接合される流路ユニット３１等を備えている。上記のケース２９は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット３０を収納するための収納空部３２が形成されている。振動子ユニット３０は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子３３と、この圧電振動子３３が接合される固定板３４と、圧電振動子３３に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル３５とを備えている。圧電振動子３３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３１は、流路形成基板３７の一方の面にノズルプレート３８を、流路形成基板３７の他方の面に振動板３９をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット３１には、リザーバー４０（共通液体室）と、インク供給口４１と、圧力発生室４２と、ノズル連通口４３と、ノズル４４とを設けている。そして、インク供給口４１から圧力発生室４２及びノズル連通口４３を経てノズル４４に至る一連のインク流路が、ノズル４４毎に対応して形成されている。

上記ノズルプレート３８は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル４４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３８には、ノズル４４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１８０個のノズル４４によって構成される。

上記振動板３９は、支持板４６の表面に弾性体膜４７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４６とし、この支持板４６の表面に樹脂フィルムを弾性体膜４７としてラミネートした複合板材を用いて振動板３９を作製している。この振動板３９には、圧力発生室４２の容積を変化させるダイヤフラム部４８が設けられている。また、この振動板３９には、リザーバー４０の一部を封止するコンプライアンス部４９が設けられている。

上記のダイヤフラム部４８は、エッチング加工等によって支持板４６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４８は、圧電振動子３３の自由端部の先端面が接合される島部４２と、この島部４２を囲む薄肉弾性部４３とからなる。上記のコンプライアンス部４９は、リザーバー４０の開口面に対向する領域の支持板４６を、ダイヤフラム部４８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、リザーバー４０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。

そして、上記の島部４２には圧電振動子３３の先端面が接合されているので、この圧電振動子３３の自由端部を伸縮させることで圧力発生室４２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発生室４２内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル４４からインク滴を吐出させるようになっている。

次に、図６のブロック図に基づき、プリンター１の電気的構成について説明する。本実施形態におけるプリンター１は、プリンターコントローラー５１と、プリントエンジン５２とを備えている。プリンターコントローラー５１は、図示しないホストコンピューター等の外部機器からの印刷データ等を受信するインターフェース（外部Ｉ／Ｆ）５３と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ５４と、各種データ処理のためのプログラム等を記憶したＲＯＭ５５と、各部の電気的制御を行う制御部１６と、クロック信号ＣＫを発生する発振回路５６と、記録ヘッド２へ供給するための駆動信号ＣＯＭを発生する駆動信号発生回路５８と、階調データ及び駆動信号等をプリントエンジン５２に送信するためのインターフェース（内部Ｉ／Ｆ）５９とを備える。

外部Ｉ／Ｆ５３は、例えばキャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータのいずれか１つのデータ又は複数のデータからなる印刷データをホストコンピューター等から受信する。ＲＡＭ５４は、受信バッファー、中間バッファー、出力バッファー等として利用されるものである。ＲＯＭ５５は、制御部１６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。

制御部１６は、駆動信号の圧電振動子３３への供給制御を行う。例えば、制御部１６は、ホストコンピューター等から送信された印刷データをドットパターンに対応した階調データに展開して記録ヘッド２に送信する。この場合において、制御部１６は、受信バッファー内の印刷データを読み出して中間コードデータに変換し、この中間コードデータを中間バッファーに記憶する。そして、制御部１６は、中間バッファーから読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５５内のフォントデータや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階調データに展開する。

展開された階調データは出力バッファーに一旦記憶される。一回の主走査に相当する１行分の階調データが得られると、この１行分の階調データ（ＳＩ）は内部Ｉ／Ｆ５９を通じて記録ヘッド２にシリアル伝送される。出力バッファーから１行分の階調データが送信されると、中間バッファーの内容が消去されて次の中間コードデータに対する変換が行われる。そして、記録ヘッド２では、受信した階調データに基づき、インクの吐出動作が行われる。

上記の駆動信号発生回路５８は、本発明における駆動信号発生手段の一種であり、吐出駆動パルスを含んだ駆動信号を発生する。この吐出駆動パルスは、規定量のインクを記録ヘッド２のノズル４４から吐出させ得る駆動パルスである。そして、駆動信号発生回路５８は、この駆動信号ＣＯＭを単位周期毎に繰り返し発生する。なお、この駆動信号ＣＯＭについての詳細は後述する。

上記リニアエンコーダー７からのエンコーダーパルスＥＰは、駆動信号発生回路５８及び制御部１６に入力されている。制御部１６は、このエンコーダーパルスＥＰからタイミングパルスＰＴＳ（print timing signal）を生成し、このタイミングパルスＰＴＳに同期させて印刷データの転送や駆動信号の発生等を行っている。そして、駆動信号発生回路５８は、タイミングパルスＰＴＳに基づくタイミングで駆動信号ＣＯＭを出力する。また、制御部１６は、タイミングパルスＰＴＳに基づいて、ラッチ信号ＬＡＴ等のタイミング信号を生成して記録ヘッド２に出力する。図７に示すように、ラッチ信号ＬＡＴは、記録周期の開始タイミングを規定する信号であり、本実施形態においては、１つのタイミングパルスＰＴＳに基づいて、第１記録周期Ｔａを規定する第１ラッチ信号ＬＡＴ１と第２記録周期Ｔｂを規定する第２ラッチ信号ＬＡＴ２が生成されるように構成されている。

上記のプリントエンジン５２は、キャリッジ移動機構６の電気駆動系と、紙送り機構９の電気駆動系と、記録ヘッド２の電気駆動系と、リニアエンコーダー７等から構成される。キャリッジ移動機構６の電気駆動系には上記のキャリッジ移動モーター１２が含まれ、紙送り機構９の電気駆動系には上記の紙送りモーター２５が含まれる。これらのキャリッジ移動機構６の電気駆動系、及び、紙送り機構９の電気駆動系は制御部１６によって制御され、互いに連係して動作する。

記録ヘッド２の電気駆動系は、第１シフトレジスター６１及び第２シフトレジスター６２からなるシフトレジスター回路と、第１ラッチ回路６３と第２ラッチ回路６４とからなるラッチ回路と、デコーダー６５と、制御ロジック６６と、レベルシフター６７と、スイッチ回路６８と、圧電振動子３３とから構成される。各シフトレジスター６１，６２、各ラッチ回路６３，６４、デコーダー６５、スイッチ回路６８、及び、圧電振動子３３は、それぞれ記録ヘッド２の各ノズル４４に対応して複数設けられる。この記録ヘッド２の電気駆動系は、プリンターコントローラー５１からの階調データＳＩに応じて圧電振動子３３に駆動信号中の駆動パルスを選択的に供給するものである。換言すれば、記録ヘッド２の電気駆動系は駆動パルスを供給するパルス供給手段として機能し、制御部１６（制御手段）による制御の下、駆動信号に含まれる駆動パルスを圧電振動子３３に対して選択的に供給する。

第１シフトレジスター６１には第１ラッチ回路６３が電気的に接続され、第２シフトレジスター６２には第２ラッチ回路６４が電気的に接続されている。そして、プリンターコントローラー５１（制御部１６）からのラッチ信号ＬＡＴが各ラッチ回路６３，６４に入力されると、第１ラッチ回路６３は階調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６４は階調データの上位ビットをラッチする。このような動作をする第１シフトレジスター６１及び第１ラッチ回路６３と、第２シフトレジスター６２及び第２ラッチ回路６４の組は、それぞれが記憶回路を構成し、デコーダー６５に入力される前の階調データを一時記憶する。

各ラッチ回路６３，６４でラッチされた階調データは、デコーダー６５に入力される。このデコーダー６５は、２ビットの階調データを翻訳して４ビットの印字データを生成する。そして、このデコーダー６５、上記の制御部１６、シフトレジスター６１，６２、及び、ラッチ回路６３，６４は、印字データ生成手段として機能し、階調データから印字データを生成する。この印字データの各ビットは、駆動信号ＣＯＭ中に含まれる駆動パルスにそれぞれ対応しており、各駆動パルスの選択情報として機能する。デコーダー６５によって翻訳された４ビットの印字データは、制御ロジック６６からの供給タイミング信号ＴＭ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レベルシフター６７に入力される。制御ロジック６６は、ラッチ信号ＬＡＴに基づいて供給タイミング信号ＴＭを発生する。即ち、この制御ロジック６６は、ラッチ信号ＬＡＴを受信する毎に供給タイミング信号ＴＭを発生する。レベルシフター６７は、電圧増幅器として機能し、印字データが「１」の場合には、スイッチ回路６８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。

レベルシフター６７で昇圧された「１」の印字データは、スイッチ手段として機能するスイッチ回路６８に供給される。このスイッチ回路６８の入力側には、駆動信号発生回路５８からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ回路６８の出力側には圧電振動子３３が接続されている。印字データは、スイッチ回路６８の作動を制御する。例えば、スイッチ回路６８に加わる印字データが「１」である期間中は、駆動信号ＣＯＭ中の吐出駆動パルスが圧電振動子３３に供給され、この吐出駆動パルスに応じて圧電振動子３３は変形する。一方、スイッチ回路６８に加わる印字データが「０」の期間中は、レベルシフター６７からはスイッチ回路６８を作動させる電気信号が出力されないので、圧電振動子３３へは吐出駆動パルスが供給されない。要するに、印字データ「１」が設定された駆動パルスが選択的に圧電振動子３３に供給される。

図７は、本実施形態における駆動信号ＣＯＭの構成を説明する波形図である。同図に例示した駆動信号ＣＯＭは、前側の第１記録周期（第１吐出周期）Ｔａと後側の第２記録周期（第２吐出周期）Ｔｂとの連続した２つの周期を単位周期として、駆動信号発生回路５８がＰＴＳを受信する毎に発生される信号である。第１記録周期Ｔａでは第１吐出駆動パルスＰ１が発生され、第２記録周期Ｔｂでは第２吐出駆動パルスＰ２が発生される。したがって、本実施形態における駆動信号ＣＯＭは、単位周期Ｔｎ内に合計２つの吐出駆動パルスを含んでいる。ここで、１つの記録周期は、記録紙上に記録する１つの画素に対応している。つまり、駆動信号ＣＯＭは、１つの単位周期内に合計２つの画素分の吐出駆動パルスを含んでいるとも言える。

上記第１吐出駆動パルスＰ１及び第２吐出駆動パルスＰ２は、同一形状のパルスであり、膨張要素ｐ１（圧力発生室膨張要素）と、膨張ホールド要素ｐ２（膨張維持要素）と、収縮要素ｐ３（吐出要素）とからなる。膨張要素ｐ１は、基準電位ＶＬから膨張電位ＶＨまで一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、膨張ホールド要素ｐ２は、膨張電位ＶＨで一定な波形要素である。収縮要素ｐ３は、膨張電位ＶＨから基準電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させる波形要素である。このように構成された吐出駆動パルスＰ１，Ｐ２が圧電振動子３３に供給されると、まず、膨張要素ｐ１によって圧電振動子３３は素子長手方向に収縮し、圧力発生室４２が基準電位ＶＬに対応する基準容積から膨張電位ＶＨに対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、ノズル４４におけるメニスカスが圧力発生室４２側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室４２内にはリザーバー４０側からインク供給口４１を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室４２の膨張状態は、膨張ホールド要素ｐ２の供給期間中に亘って維持される。その後、収縮要素ｐ３が供給されて圧電振動子３３が伸長する。この圧電振動子３３の伸長により、圧力発生室４２は、膨張容積から基準電位ＶＬに対応する基準容積まで急激に収縮される。この圧力発生室４２の急激な収縮により圧力発生室４２内のインクが加圧され、ノズル４４から数ｐｌ〜十数ｐｌの量のインクが吐出される。

ここで、図８は、前側の吐出駆動パルスによってインクを吐出した後、当該前側の吐出駆動パルスの次に発生される後側の吐出駆動パルスによってインクを吐出する場合において、前側の吐出駆動パルスと後側の吐出駆動パルスとの間隔を変化させたときの、後側の吐出駆動パルスによって吐出されるインクの重量Ｉｗの変化を示すグラフである。同図において、横軸は前側の吐出駆動パルスと後側の吐出駆動パルスとの間隔ｔであり、例えば、同一単位周期内における第１吐出駆動パルスＰ１の終端（収縮要素ｐ３の後端）から第２吐出駆動パルスＰ２の始端（膨張要素ｐ１の始端）までの間隔ｔ１２、或いは、前側の単位周期Ｔｎの第２吐出駆動パルスＰ２の後端から次の単位周期Ｔｎ＋１の第１吐出駆動パルスＰ１の始端までの間隔ｔ２１である。また、縦軸は、後側の吐出駆動パルスによって吐出されたインクの重量Ｉｗである。なお、以下の説明において、便宜上、図８の波形を適宜メニスカスの残留振動として置き換えて説明する場合がある。

図８に示すように、前側の吐出駆動パルスと後側の吐出駆動パルスとの間隔ｔを変えることによって、後側の吐出駆動パルスによって吐出されるインクの重量Ｉｗが周期的に変動することが判る。このようにインク重量Ｉｗが周期的に変動するのは、前側の吐出駆動パルスによってインクを吐出した後のメニスカスの残留振動の影響による。したがって、インク重量Ｉｗの変動周期は、圧力発生室内のインクに生じる圧力振動の周期Ｔｃとほぼ一致する。このような残留振動の影響によってインク重量Ｉｗやインクの飛翔速度Ｖｍ等の吐出特性が変動してしまうと、記録画像等の画質に悪影響を及ぼす虞があるため、常に一定の吐出特性が得られるように吐出駆動パルス同士の間隔を設定することが望ましい。

ところが、記録紙等の着弾対象物に対して画像等の記録動作（液体の吐出動作）を行う際に、記録ヘッド２を搭載したキャリッジ４の移動速度が変動することによってエンコーダーパルスＥＰの出力間隔（発生周期）が変化することがある。記録動作時のキャリッジ移動速度に関し、一般的には±数％程度の変動が生じる可能性がある。このようなキャリッジ移動速度の変動によりエンコーダーパルスＥＰの出力間隔が変動すると、これに伴ってタイミングパルスＰＴＳの発生周期も変動するので、単位周期の長さが変わってしまう。この場合、本実施形態における駆動信号ＣＯＭでは、ＬＡＴ１とＬＡＴ２との間隔は一定値に固定されているので第１記録周期Ｔａは変動しない一方、第２記録周期Ｔｂが変動する。そして、例えば、キャリッジの移動速度が基準速度よりも増加したときには、タイミングパルスＰＴＳの発生周期が短くなり、その結果、先の単位周期Ｔｎの最後の吐出駆動パルス（第２吐出駆動パルスＰ２）と、次の単位周期Ｔｎ＋１の最初の吐出駆動パルス（第１吐出駆動パルスＰ１）との間隔ｔ２１が短くなる。この場合、従来の構成では、単位周期Ｔｎの第２吐出駆動パルスＰ２によってインクを吐出した後、図８においてＷ１で示す範囲のように残留振動の振幅の差が比較的大きい状態で単位周期Ｔｎ＋１の第１吐出駆動パルスＰ１によって吐出が行われるケースが生じ、その結果、吐出特性が安定しない問題があった。

上記のキャリッジ移動速度の変動に対応するべく、本発明に係るプリンター１では、上記駆動信号ＣＯＭにおいて、第１記録周期Ｔａが第２記録周期Ｔｂよりも短く設定されている。より具体的には、第１記録周期Ｔａが第２記録周期Ｔｂの２／３以下となっている。これにより、第２記録周期Ｔｂが第１記録周期Ｔａよりも長くなり、先の単位周期Ｔｎの第２吐出駆動パルスＰ２の後端から次の単位周期Ｔｎ＋１の第１吐出駆動パルスＰ１の始端までの時間ｔ２１がより長く確保される。このため、キャリッジ移動速度が変動することにより、第２記録周期Ｔｂが変動した場合においても、単位周期Ｔｎの第２吐出駆動パルスＰ２によるインク吐出の後、残留振動がほぼ収束した状態或いは収束しつつある状態（図８においてＷ２で示す範囲における振幅の差が比較的小さい状態）で単位周期Ｔｎ＋１の第１吐出駆動パルスＰ１によるインクの吐出が行われるように構成されている。したがって、キャリッジ移動速度が変動した場合においても吐出特性を安定させることができる。

また、第１吐出駆動パルスＰ１の終端と第２吐出駆動パルスＰ２の始端との間隔ｔ１２が圧力発生室４２内のインクに生じる固有振動周期Ｔｃ以下に設定されている。間隔ｔ１２をＴｃ以下に設定することで、単位周期全体を短縮化することができ高周波駆動に寄与することができる。さらに、粘度が８〜１００ｍＰａ・ｓ程度の比較的高粘度の液体（光硬化型インク等）を吐出する場合に本発明は好適である。即ち、このような高粘度液体を吐出する場合、吐出された高粘度液体の後端部分が尾のように伸びる現象（尾曳）が生じ易くなる傾向にある。本実施形態では、第１吐出駆動パルスＰ１の終端と第２吐出駆動パルスＰ２の始端との間隔ｔ１２が周期Ｔｃ以下に設定されているので、第１吐出駆動パルスＰ１による吐出の後、可及的に早い段階で第２吐出駆動パルスの膨張要素ｐ１により圧力発生室４２が膨張することでノズル４４におけるメニスカスが圧力発生室側に引き込まれる。この引き込みにより尾曳を低減することができる。また、高粘度液体を吐出する構成では、粘度が低い液体を用いる場合と比べて吐出後の振動の減衰が速いので、吐出駆動パルス同士の間隔をより短く、特に圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定することができる。

このように間隔ｔ１２を周期Ｔｃ以下に設定すると、第１吐出駆動パルスＰ１によるインク吐出の後、第２吐出駆動パルスＰ２で吐出する際の残留振動の状態が図８におけるＷ１で示す範囲となる。この点に関し、間隔ｔ１２は、記録ヘッド２の製造時の検査工程でヘッド毎に実際にインクを吐出することで、第１吐出駆動パルスＰ１で吐出したときのインク重量Ｉｗ１と第２吐出駆動パルスＰ２で吐出したときのインク重量Ｉｗ２とが揃うように定められる。即ち、まず、単位周期Ｔｎの第２吐出駆動パルスＰ２でインクを吐出した後、単位周期Ｔｎ＋１の第１吐出駆動パルスＰ１でインクを吐出したときのインク重量Ｉｗ１が取得される。このインク重量Ｉｗ１は、上述したようにキャリッジ移動速度が変動した場合においてもほぼ一定の値（図８におけるＩｗｘに近い値）が得られる。次に、単位周期内で第１吐出駆動パルスＰ１によってインクを吐出した後、間隔ｔ１２を固有振動周期Ｔｃ以下の範囲で変えつつ、第２吐出駆動パルスＰ２によって吐出されるインク重量Ｉｗ２を観察し、この値がＩｗｘとなったときの間隔が採用される。これにより、第１吐出駆動パルスＰ１によって吐出されるインク重量Ｉｗ１と第２吐出駆動パルスＰ２によって吐出されるインク重量Ｉｗ２を揃えることができる。その結果、記録紙等の着弾対象物に対してインクを精度良く着弾させることが可能となる。

以上のように、第１吐出周期Ｔａを第２吐出周期Ｔｂよりも短く設定し、且つ、第１吐出駆動パルスＰ１の終端と第２吐出駆動パルスＰ２の始端との間隔ｔ１２を固有振動周期Ｔｃ以下に設定することにより、キャリッジ移動速度の変動が生じた場合においても吐出特性が変動することを抑えつつ、単位周期全体を短くすることが可能となる。その結果、記録画像の画質の低下を防止すると共に、高周波駆動に寄与することが可能となる。

なお、上記実施形態では、本発明の圧力発生手段として所謂縦振動モードの圧電振動子３３を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子や磁歪素子、発熱素子などの他の圧力発生手段を用いる場合にも本発明を適用することができる。

また、駆動信号ＣＯＭに関し、上記実施形態では、各記録周期に１つの吐出駆動パルスが含まれる構成を例示したが、これには限られず、例えば、図９に示す第２の実施形態のように、１つの記録周期に複数の吐出駆動パルスが含まれる構成にも本発明を適用することができる。例示した第２の実施形態では、１つの記録周期内に２つの吐出駆動パルスが含まれており、同一記録周期内の各吐出駆動パルスによってパルスグループが構成されている。即ち、第１記録周期Ｔａでは第１前側吐出駆動パルスＰ１１と第１後側吐出駆動パルスＰ１２とにより第１パルスグループが構成され、第２記録周期Ｔｂでは第２前側吐出駆動パルスＰ２１と第２後側吐出駆動パルスＰ２２により第２パルスグループが構成されている。この第２の実施形態においても、第１記録周期Ｔａが第２記録周期Ｔｂの２／３以下に設定されている。これにより、先の単位周期Ｔｎの第２後側吐出駆動パルスＰ２２の後端から次の単位周期Ｔｎ＋１の第１前側吐出駆動パルスＰ１１の始端までの時間ｔ２１がより長く確保される。そして、同一パルスグループを構成する吐出駆動パルス同士の間隔、及び、第１パルスグループの第１後側吐出駆動パルスＰ１２の後端から第２パルスグループの第２前側吐出駆動パルスＰ２１の始端までの間隔ｔ１２は、圧力発生室４２内のインクに生じる固有振動周期Ｔｃ以下に設定されている。

また、本発明は、駆動信号（吐出駆動パルス）を用いて液体の吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、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。

１…プリンター，２…記録ヘッド，４…キャリッジ，７…リニアエンコーダー，１６…制御部，５１…プリンターコントローラー，５２…プリントエンジン，５８…駆動信号発生回路，６１…第１シフトレジスター，６２…第２シフトレジスター，６３…第１ラッチ回路，６４…第２ラッチ回路，６５…デコーダー，６６…制御ロジック，６７…レベルシフター，６８…スイッチ回路

Claims (6)

1. ノズルに連通する圧力発生室および当該圧力発生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ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドを移動させるヘッド移動手段と、
   前記ヘッド移動手段による液体吐出ヘッドの移動に応じて出力される位置制御信号に基づくタイミングで、第１吐出駆動パルスを含む第１吐出周期、及び、第２吐出駆動パルスを含む第２吐出周期の合計２周期分の駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   を備える液体吐出装置であって、
   前記第１吐出周期が前記第２吐出周期よりも短く設定され、且つ、第１吐出駆動パルスと第２吐出駆動パルスとの間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定されたことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記第１吐出周期が前記第２吐出周期の２／３以下である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吐出駆動パルスと前記第２吐出駆動パルスとの間隔が、第１吐出駆動パルスによって吐出される液体の量と第２吐出駆動パルスによって吐出される液体の量とが揃うように定められたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記液体の粘度が８〜１００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体吐出装置。
5. 前記第１吐出駆動パルス及び前記第２吐出駆動パルスは、前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張状態の圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、により構成される吐出駆動パルスであることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体吐出装置。
6. ノズルに連通する圧力発生室および当該圧力発生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ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを移動させるヘッド移動手段と、前記ヘッド移動手段による液体吐出ヘッドの移動に応じて出力される位置制御信号に基づくタイミングで、第１吐出駆動パルスを含む第１吐出周期、及び、第２吐出駆動パルスを含む第２吐出周期の合計２周期分の駆動信号を発生する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、
   前記第１吐出周期を前記第２吐出周期よりも短く設定し、且つ、第１吐出駆動パルスと第２吐出駆動パルスとの間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃ以下に設定したことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

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