JP2011068111A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】滑らかな諧調表現が可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供する。
【解決手段】ノズル開口に連通する圧力室、及び、この圧力室のインクに圧力変動を生じさせる圧電振動子を有し、当該圧電振動子の作動によってノズル開口から記録紙に対して液体を吐出可能な記録ヘッドと、記録紙上に１ドットを形成する期間である１吐出周期Ｔ内に、圧電振動子を駆動する駆動パルスＰを複数含む一連の駆動信号を発生する制御部及び駆動信号発生回路と、を備えるプリンターであって、制御部及び駆動信号発生回路は、駆動パルス同士の間隔Ｐｈ２を変更することで、１ドット当たりのインクの吐出量を制御する。
【選択図】図６

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、液体吐出装置の制御方法に関するものであり、特に、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変動を与えて、圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関する。

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（着弾対象物）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ー（以下、単にプリンターという。）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。

上記液体吐出装置には、駆動パルス（吐出パルス）を含む駆動信号を発生して、発生した駆動パルスを圧力発生素子（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力発生室内の液体に圧力変化を与え、この圧力変化を利用して圧力発生室に連通したノズル開口から液体を吐出させるように構成されたものがある。そして、吐出対象物上に１ドットを形成する期間である１吐出周期（記録周期）内に、圧力発生素子を駆動する駆動パルスを複数含む駆動信号を発生するように構成された液体吐出装置では、複数の駆動パルスの中から選択した駆動パルスを圧力発生素子に印加することによって、１ドット（画素）当たりの液体の吐出量を異ならせることで、これにより複数種類の諧調を記録可能に構成されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−１８２０６１号公報

しかしながら、上記した予め用意された駆動パルスのみを組み合わせて液体を吐出させる液体吐出装置では、１吐出周期内に含まれる駆動パルスの数及び種類に応じて、吐出対象物上に形成される液体の吐出量（ドットサイズ）の種類が決まってしまうために、記録諧調の種類が制限されてしまっていた。また、１吐出周期に含まれる駆動パルスの数を増やすことで、記録諧調の種類は増加させることが可能となるが、１吐出周期分の駆動信号の波長が長くなり、高周波駆動が不可能となってしまう問題があった。

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、滑らかな諧調表現が可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置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、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から吐出対象物に対して液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記吐出対象物上に１ドットを形成する期間である１吐出周期内に、前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを複数含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生部と、
を備える液体吐出装置であって、
前記駆動信号発生部は、前記駆動パルス同士の間隔を変更することで、１ドット当たりの液体の吐出量を制御することを特徴とする。

この構成によれば、駆動信号発生部は、駆動パルス同士の間隔を変更することで、１ドット当たりの液体の吐出量を制御するので、１吐出周期内に含まれる複数の駆動パルスのうち、前側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる残留振動と、前側（先）の駆動パルスよりも後に発生する後側（次）の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる圧力変動とを重ね合わせることによって、１ドット当たりの液体の吐出量を変化させることができる。これにより、駆動パルスの形状や電圧を変更させることなく、記録諧調の種類を増加させることができる。この結果、滑らかな諧調表現が可能となる。また、駆動パルスの数を増加させる必要がないために、１吐出周期当たりの駆動信号の波長の長さを短くでき、高周波駆動が可能となる。

上記構成において、前記液体が８ミリパスカル秒以上の高粘度液体であることが望ましい。

この構成によれば、液体が８ミリパスカル秒以上の高粘度液体であるので、１吐出周期内に含まれる複数の駆動パルスのうち、前側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって吐出した後に圧力発生室内に残る残留振動が液体自体のダンパー効果によって低粘度の液体を使用するときよりも抑制される。これにより、前側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に残る残留振動と、前側の駆動パルスよりも後に発生する後側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる圧力変動とが重ね合うタイミングを調整し易くなり、１ドット当たりの液体の吐出量をより滑らかに変化させることができる。

上記構成において、前記駆動信号発生部の発生する駆動信号には、前記ノズル開口から前記液体を吐出しない程度に、前記圧力発生素子を駆動させる非吐出駆動パルスを含むことが望ましい。

この構成によれば、駆動信号発生部の発生する駆動信号には、ノズル開口から液体を吐出しない程度に、圧力発生素子を駆動させる非吐出駆動パルスを含むので、非吐出駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる残留振動と、非吐出駆動パルスよりも後に発生する後側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる圧力変動とを重ね合わせることによって、１ドット当たりの液体の吐出量を変化させることができる。これにより、駆動パルスの形状や電圧を変更させることなく、記録諧調の種類を増加させることができる。この結果、滑らかな諧調表現が可能となる。

上記構成において、前記駆動パルス同士の間隔をＰｈ、前記圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときに、
前記駆動パルス同士の間隔Ｐｈを、以下の式（１）の範囲に設定することが望ましい。
Ｐｈ≦Ｔｃ ・・・（１）
なお、Ｐｈは、前側の駆動パルスの終端からその後の駆動パルスの始端までの時間である。

この構成によれば、１吐出周期内に含まれる複数の駆動パルスのうち、前側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる残留振動の振幅が減衰する前に、前側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる残留振動と、前側の駆動パルスよりも後に後側の駆動パルスを圧力発生素子に供給することによって圧力発生室内に生じる圧力変動を重ね合わせることができ、液体の吐出量をより大きく変化させることができる。

また、本発明の液体吐出装置の制御方法は、ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から吐出対象物に対して液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
前記吐出対象物上に１ドットを形成する期間である１吐出周期内に、前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを複数含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生部と、
を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記駆動信号発生部は、前記駆動パルス同士の間隔を変更することで、１ドット当たりの液体の吐出量を制御することを特徴とする。

プリンターの構成を説明する平面図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 記録ヘッドの１ノズル分の等価回路図である。 制御ＩＣの出力と圧電振動子に蓄積される電荷との関係を示す図である。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 駆動パルス同士の間隔とインク吐出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。 第３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最良の形態を、添付図面等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、本実施形態では、液体吐出装置の一例としてインクジェット式記録装置（以下、「プリンター」という）を、液体吐出ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」という）を例に挙げて説明する。

図１はプリンター１の構成を説明する斜視図である。このプリンター１は、筐体２の内部に、液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド３が取り付けられると共に、インク（本発明における液体に相当）を貯留するインクカートリッジ４が着脱可能に取り付けられるキャリッジ５と、記録ヘッド３の下方に配設されたプラテン６と、キャリッジ５（記録ヘッド３）を記録紙７（本発明における吐出対象物に相当）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構８と、主走査方向に直交する方向である副走査方向に記録紙５５を搬送する紙送り機構９とを備えて概略構成されている。なお、プリンター１の筐体２側にインクカートリッジ４を装着してインク供給チューブを介して記録ヘッド３に供給する構成を採用することもできる。

キャリッジ５は、主走査方向に架設されたガイドロッド１０に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構８の作動により、ガイドロッド１０に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ５の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１１によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスがプリンターコントローラーの制御部５６（図３参照）に送信される。これにより、制御部５６はこのリニアエンコーダー１１からのエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ５（記録ヘッド３）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド３による記録動作（吐出動作）等を制御することができる。

キャリッジ５の移動範囲内における記録領域よりも外側（図１における右側）の端部領域には、走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド３のノズル形成面（ノズルプレート３２：図２参照）を封止するキャッピング部材１２と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１３とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ５（記録ヘッド３）が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ５が戻る復動時との双方向で記録紙７上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

図２は上記の記録ヘッド３の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド３は、圧電振動子群２２、固定板２３、及び、フレキシブルケーブル２４等をユニット化した振動子ユニット２５と、この振動子ユニット２５を収納可能なヘッドケース２６と、リザーバー（共通インク室）３６から圧力室３８（本発明における圧力発生室に相当）を通りノズル開口３５に至る一連のインク流路を形成する流路ユニット２７とを備えて構成される。

まず、振動子ユニット２５について説明する。圧電振動子群２２を構成する圧電振動子３０（本発明における圧力発生素子の一種）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３０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３０は、固定端部を固定板２３上に接合することにより、自由端部を固定板２３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３０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２７におけるダイヤフラム部４２を構成する島部４４に接合される。フレキシブルケーブル２４は、固定板２３とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子３０と電気的に接続されている。また、各圧電振動子３０を支持する固定板２３は、圧電振動子３０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。本実施形態では、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼板によって作製されている。

ヘッドケース２６は、例えば、エポキシ系樹脂により作製された中空箱体状部材であり、その先端面（下面）には流路ユニット２７を固定し、ケース内部に形成された収容空部２８内には、アクチュエータの一種である振動子ユニット２５を収容している。また、ヘッドケース２６の内部には、その高さ方向を貫通してケース流路２９が形成されている。このケース流路２９は、インクカートリッジ４側からのインクをリザーバー３６に供給するための流路である。

次に、流路ユニット２７について説明する。流路ユニット２７は、ノズルプレート３２、流路形成基板３３、及び振動板３４から構成され、ノズルプレート３２を流路形成基板３３の一方の表面に、振動板３４をノズルプレート３２とは反対側となる流路形成基板３３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３２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３５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３５を列状に開設し、これらのノズル開口３５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４列設けている。

流路形成基板３３は、リザーバー３６、インク供給口３７、及び圧力室３８からなる一連のインク流路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３３は、各ノズル開口３５に対応させて圧力室３８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３７およびリザーバー３６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３３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。上記の圧力室３８は、ノズル開口３５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３７は、圧力室３８とリザーバー３６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、リザーバー３６は、インクカートリッジ４に貯留されたインクを各圧力室３８に供給するための室であり、インク供給口３７を通じて対応する各圧力室３８に連通している。

振動板３４は、ステンレス鋼等の金属製の支持板４０上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム４１をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力室３８の一方の開口面を封止してこの圧力室３８の容積を変動させるためのダイヤフラム部４２を有すると共に、リザーバー３６の一方の開口面を封止するコンプライアンス部４３が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部４２は、圧力室３８に対応した部分の支持板４０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３０の自由端部の先端を接合するための島部４４を形成することで構成されている。この島部４４は、圧力室３８の平面形状と同様に、ノズル開口３５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４４の周りの樹脂フィルム４１が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部４３として機能する部分、すなわちリザーバー３６に対応する部分は、このリザーバー３６の開口形状に倣って支持板４０がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム４１のみとなっている。

そして、上記の島部４４には圧電振動子３０の先端面が接合されているので、この圧電振動子３０の自由端部を伸縮させることで圧力室３８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室３８内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド３は、この圧力変動を利用してノズル開口３５からインク滴を吐出させるようになっている。

次に、プリンター１の電気的な構成を説明する。
図３は、プリンター１の電気的な構成を示すブロック図である。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５０とプリントエンジン５１とで概略構成されている。プリンターコントローラー５０は、ホストコンピューター等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）５２と、各種データ等を記憶するＲＡＭ５３と、各種制御のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５４と、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュＲＯＭ等からなる不揮発性記憶素子５５と、ＲＯＭ５４に記憶されている制御プログラムに従って各部の統括的な制御を行う制御部５６（本発明における駆動信号発生部の一部に相当）と、クロック信号を発生する発振回路５７と、記録ヘッド３へ供給する駆動信号ＣＯＭを発生する駆動信号発生回路５８（駆動信号発生部の一部に相当）と、印刷データをドット毎に展開することで得られたドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド３に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）５９とを備えている。また、プリントエンジン５１は、記録ヘッド３と、キャリッジ移動機構８と、紙送り機構９とから構成されている。

上記の制御部５６は、ＲＯＭ５４に記憶された動作プログラム等に従って記録ヘッド３によるインク滴の吐出制御やその他のプリンター１の各部を制御する。この制御部５６は、外部Ｉ／Ｆ５２を介して外部装置から入力された印刷データを、記録ヘッド３においてインク滴の吐出に用いられる吐出データに変換する。変換後の吐出データは、内部Ｉ／Ｆ５９を通じて記録ヘッド３に転送され、記録ヘッド３では、この吐出データに基づいて駆動信号ＣＯＭの圧電振動子３０への供給が制御されてインク滴の吐出、つまり、記録動作（吐出動作）が行われる。このように、本発明における動信号発生部は、制御部５６及び駆動信号発生回路５８によって構成されている。

続いて、圧電振動子３０に供給される駆動信号ＣＯＭについて説明する。図４は、記録ヘッドの１ノズル分の等価回路図である。同図に示すように、駆動信号発生回路５８は、トランジスタＴｒ１と、トランジスタＴｒ２と、トランジスタＴｒ３と、制御ＩＣ６０などから概略構成されている。トランジスタＴｒ１の一端は、抵抗器６１を介して電源６２と接続される一方、他端は抵抗器６３を介して圧電振動子３０と接続されている。さらに、トランジスタＴｒ１には、抵抗器６４を介して制御ＩＣ６０に接続されることで、制御ＩＣ６０からの出力（信号）が供給される。電源６２は、抵抗器６１とトランジスタＴｒ１と抵抗器６３を介して圧電振動子３０に電圧を供給する。トランジスタＴｒ２の一端は抵抗器６５を介して電源６２に接続されている一方、他端は抵抗器６３を介して圧電振動子３０と接続されている。トランジスタＴｒ３の一端は、抵抗器６５を介して電源６２と接続されている。
制御ＩＣ６０より出力（信号）がある場合、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３は動作し、トランジスタＴｒ３が動作することでトランジスタＴｒ２への入力はなされなくなり、トランジスタＴｒ２は動作しない。制御ＩＣ６０より出力（信号）がない場合、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３は動作せず、トランジスタＴｒ３が動作しないことで電源６２より抵抗器６５を介してトランジスタＴｒ２への入力がなされるため、トランジスタＴｒ２は動作する。

図５は制御ＩＣ６０の出力と圧電振動子３０に蓄積される電荷との関係を説明する図であり、（ａ）は制御ＩＣ６０の出力（信号）であり、（ｂ）は圧電振動子３０に蓄積される電荷量である。駆動信号発生回路５８は、制御ＩＣ６０からの出力があるとき（この出力期間を図５（ａ）中に符号Ｐｈ１示す）には、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３が動作すると共に、トランジスタＴｒ２は動作しないため、図５（ｂ）に示すように、圧電振動子３０に電荷［Ｃ］を充電する一方、制御ＩＣ６０からの出力がないときには、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ３は動作せず、トランジスタＴｒ２が動作するため、圧電振動子３０に蓄えられた電荷を放電させる。即ち、駆動信号発生回路５８は、制御ＩＣ６０からの出力に応じて圧電振動子３０を充放電させる。そして、この圧電振動子３０の充放電に伴い、図５（ｂ）に示すように、圧電振動子３０には、電荷保有期間ｔ１、非電荷保有期間Ｐｈ２、及び電荷保有期間ｔ２が繰り返し発生することで、圧電振動子３０が機械的に変形するため、本発明のプリンター１は、この変形によって生じる圧力室３８内の圧力変動を利用して、電荷保有期間ｔ１及び電荷保有期間ｔ２の間に、ノズル開口３５からそれぞれのタイミングでインクを吐出させる。なお、インクの吐出が行われると、その反動で圧力室３８内には残留振動が発生する。そして、電荷保有期間ｔ１の間に発生する後述する前側駆動パルスＤＰ１によるインクの吐出で発生した残留振動は、次の電荷保有期間ｔ２の間に発生する後述する後側駆動パルスＤＰ２によるインクの吐出に影響を与えることになる。

ここで、駆動ＩＣ６０の出力期間Ｐｈ１を変更すると、それに伴い圧電振動子３０に対する充放電の間隔、即ち電荷保有期間ｔ１，ｔ２及び非電荷保有期間Ｐｈ２も変化する。このように電荷保有期間ｔ１，ｔ２及び非電荷保有期間Ｐｈ２が変化すると、電荷保有期間ｔ１の間に発生する前側駆動パルスＤＰ１を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動と、電荷保有期間ｔ２の間に発生する後側駆動パルスＤＰ２を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる圧力変動とが重なる場合のタイミング（位相）が変わり、後側駆動パルスＤＰ２を圧電振動子３０に供給することによるインク吐出量が変化する。即ち、先の駆動パルスＤＰ１の残留振動と後の駆動パルスＤＰ２の振動とが合成され、これにより、後のパルスによる圧力変動が増減し、この増減に応じたインク量が吐出されることになる。そこで、本発明におけるプリンター１は、前側駆動パルスＤＰ１及び後側駆動パルスＤＰ２を含む駆動信号ＣＯＭを発生して、前側駆動パルスＤＰ１を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動を、後側駆動パルスＤＰ２を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる圧力変動に対して重ね合わせるように、駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２を変更することで、ノズル開口３５から吐出される１ドット当たりのインクの吐出量を制御するように構成にされており、これにより、記録諧調の種類を増加させて、滑らかな諧調表現を可能にしている。

図６は、駆動信号ＣＯＭの構成を説明する波形図である。本発明における駆動信号発生回路５８は、図５（ｂ）及び図６に示すように、記録紙７上に１ドットを形成する期間である１吐出周期Ｔ内に、圧電振動子３０を駆動する駆動パルスＤＰを複数含む一連の駆動信号ＣＯＭを発生する。本実施形態における駆動パルスＣＯＭは、１画素分の区間（１吐出周期又は１記録周期：図５，６中に符号Ｔで示す）において、電荷保有期間ｔ１の間に発生する前側駆動パルスＤＰ１と、電荷保有期間ｔ２の間に発生する後側駆動パルスＤＰ２と、非電荷保有期間である駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２とを、この順に一連に含み、これらを繰り返し単位としている。この駆動パルスＣＯＭは、前側駆動パルスＤＰ１及び後側駆動パルスＤＰ２に挟まれた駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２が変更可能に構成されている。

本実施形態における前側駆動パルスＤＰ１及び後側駆動パルスＤＰ２は、図６に示すように、同じ台形状のパルス信号であって、基準電位ＶＢ（例えば０．４４Ｖ）から最高電位ＶＨ（例えば２２．４４Ｖ）まで一定の勾配の電位差ｖｈ１で電位を上昇させる第１パルス要素ｐ１１と、第１パルス要素ｐ１１の後端電位である最高電位ＶＨを一定時間維持する第２パルス要素ｐ１２と、最高電位ＶＨから一定の勾配の電位差ｖｈ１で電位を降下させる第３パルス要素ｐ１３とからそれぞれ構成されている。駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２は、前側駆動パルスＤＰ１の第３パルス要素ｐ１３の後端と、後側駆動パルスＤＰ２の第１パルス要素ｐ１１の始端との間の時間であり、第３パルス要素ｐ１３の後端電位を一定時間維持する。

上記構成の記録ヘッド３では、上記したように構成された駆動信号ＣＯＭが圧電振動子３０に供給されると、圧電振動子３０を変形させることで対応する圧力室３８が収縮或いは膨張し、圧力室３８内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口３５からインクを吐出させることができる。インクを吐出するのに先だって定常容積の圧力室３８を予備的に膨張させるとリザーバー３６側からインク供給口３７を通じて圧力室３８内にインクが供給される。また、予備膨張の後に圧力室３８を急激に収縮させるとノズル開口３５からインクが吐出される。

図７は、図６で示された駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２を含む駆動信号ＣＯＭを圧電振動子３０に供給した際の、駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２とインク吐出量との関係を示す実験結果のグラフであって、横軸は間隔Ｐｈ２の時間［μｓ］、縦軸は１ドット当たりのインク吐出量［ｎｇ］である。本発明におけるプリンター１では、駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２を複数変更した駆動信号ＣＯＭを圧電振動子３０に供給した場合に、図７に示すように、圧力室３８内のインクの固有振動周期Ｔｃ（例えば、８．５μｓ）に応じて、１ドット当たりのインク吐出量が変化することが判った。例えば、駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２を１．５μｓに設定すると、１ドット当たり１５．５ｎｇのインクが吐出され、また、駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２を５．０μｓに設定すると、１ドット当たり１２．３ｎｇのインクが吐出される。

なお、上記の固有振動周期Ｔｃは、ノズル開口３５や圧力室３８の形状等によって決まる値であって、圧力室３８内におけるインクの振動周期Ｔｃは、次式（２）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（２）
但し、式（２）において、Ｍｎはノズル開口３５におけるイナータンス、Ｍｓは圧力室３８に連通するインク供給口３７におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室３８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（２）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（３）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 ・・・ （３）
また、Ｔｃは、上記式（２）に限らず、圧力室３８が有している振動周期であればよい。

このように、本実施形態のプリンター１は、制御部５６及び駆動信号発生回路５８が、駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２を変更することで、１ドット当たりのインクの吐出量を制御することができるので、前側駆動パルスＤＰ１を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動と、後側駆動パルスＤＰ２を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる圧力変動とを重ね合わせることによって、前側駆動パルスＤＰ１による圧力室３８内に生じる残留振動と、後側駆動パルスＤＰ２による圧力室３８内に生じる圧力変動とが、同方向の位相で振動するときには、互いの振幅が加算されてインクの吐出量が増加する一方、逆方向の位相で振動するときには、互いの振幅を打ち消し合うことでインクの吐出量が減少する。この結果、前記間隔Ｐｈ２を増減することにより、ノズル開口３５から吐出される１ドット当たりのインクの吐出量を無段階に変化させることができる。これにより、駆動パルスＤＰの形状や電圧を変更させることなく、記録諧調の種類を増加させることができ、したがって、滑らかな諧調表現が可能となる。また、駆動パルスＤＰの数を増加させる必要がないために、１吐出周期Ｔ当たりの駆動信号ＣＯＭの波長の長さを短くでき、高周波駆動が可能となる。

また、本発明におけるプリンター１は、駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２同士の間隔Ｐｈ２が以下の式（１）の範囲に設定することで、前側駆動パルスＤＰ１を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動の振幅が減衰する前に、前側駆動パルスＤＰ１を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動と、後側駆動パルスＤＰ２を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる圧力変動を確実に重ね合わせることができ、１ドット当たりのインクの吐出量をより大きく変化させることができる。
Ｐｈ２≦Ｔｃ ・・・（１）

また、例えば、紫外線等の光エネルギーの照射によって硬化する光硬化型インクのように、粘度が８ミリパスカル以上の従来のインクよりも粘度の高いインク（高粘度液体）を吐出する際には、前側駆動パルスＤＰ１を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動が、従来の低粘度のインクを使用するときよりも抑制される。これにより、前側駆動パルスＤＰ１を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動と、後側駆動パルスＤＰ２を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる圧力変動とが重ね合うタイミングを調整し易くなり、１ドット当たりのインクの吐出量をより滑らかに変化させることができる。

ところで、本発明は、上記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。
上記実施形態では、本発明における駆動信号ＣＯＭの一例として、図５（ｂ），６に示す駆動信号ＣＯＭを挙げたが、パルスの形状は例示したものに限られず、任意の波形のものを用いることができる。また、駆動信号ＣＯＭに含まれる駆動パルスＤＰの数は２つに限られず、３つ以上の駆動パルスＤＰによって駆動信号ＣＯＭが構成されていても良い。

図８は、第２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。さらに、上記実施形態では、本発明における駆動パルスの一例として、同一形状の前側駆動パルスＤＰ１及び後側駆動パルスＤＰ２を説明したが、駆動パルスの形状はこれには限られない。例えば、図８に示す駆動信号ＣＯＭは、上記した第１実施形態における駆動パルスＤＰ１の第３パルス要素ｐ１３が、最高電位ＶＨから一定の勾配の電位差ｖｈ２（ｖｈ２＜ｖｈ１）で電位を降下させる第３パルス要素ｐ２１と、第３パルス要素ｐ２１の後端電位である中間電位ＶＨ１を一定時間維持する第３パルス要素ｐ２２と、中間電位ＶＨ１から一定の勾配の電位差ｖｈ３（ｖｈ３＜ｖｈ２）で電位を降下させる第３パルス要素ｐ２３とから構成した駆動パルスＤＰ３であっても良い。

図９は、第３実施形態における駆動信号ＣＯＭの構成を説明する波形図ある。図９に示された駆動信号ＣＯＭは、上記した第１実施形態における駆動パルスＤＰ１を、ノズル開口３５からインクを吐出しない程度に、圧電振動子３０を駆動させる非吐出駆動パルスＤＰＣとしても良い。非吐出駆動パルスＤＰＣは、基準電位ＶＢから中間電位ＶＨ２まで一定の勾配の電位差ｖｈ４で電位を上昇させる第１パルス要素ｐ３１と、第１パルス要素ｐ３１の後端電位である中間電位ＶＨ２を一定時間維持する第２パルス要素ｐ３２と、中間電位ＶＨ２から一定の勾配の電位差ｖｈ４で電位を降下させる第３パルス要素ｐ３３とから構成されている。この構成によれば、駆動信号ＣＯＭには、ノズル開口３５からインクを吐出しない程度に、圧電振動子３０を駆動させる非吐出駆動パルスＤＰＣを含むので、非吐出駆動パルスＤＰＣを圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる残留振動と、後側の駆動パルスＤＰ２を圧電振動子３０に供給することによって圧力室３８内に生じる圧力変動とを重ね合わせることによって、１ドット当たりのインクの吐出量を変化させることができ、これにより、記録諧調の種類を増加させることができる。この結果、滑らかな諧調表現が可能となる。

また、上記実施形態では、圧力発生素子として、所謂縦振動モードの圧電振動子３０を例示したが、これには限られない。例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子を用いる場合にも本発明を適用することが可能である。なお、この撓み振動モードの圧電振動子を採用する場合は、図５（ａ），６，８，９に示した駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２，ＤＰ３，ＤＰＣの波形が上下反転する。

そして、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、プリンターに限らず、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。

１…プリンター，３…記録ヘッド，３０…圧電振動子，３５…ノズル開口，３８…圧力室，５６…制御部，５８…駆動信号発生回路

Claims (5)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から吐出対象物に対して液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
   前記吐出対象物上に１ドットを形成する期間である１吐出周期内に、前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを複数含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生部と、
   を備える液体吐出装置であって、
   前記駆動信号発生部は、前記駆動パルス同士の間隔を変更することで、１ドット当たりの液体の吐出量を制御することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記液体が８ミリパスカル秒以上の高粘度液体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. 前記駆動信号発生部の発生する駆動信号には、前記ノズル開口から前記液体を吐出しない程度に、前記圧力発生素子を駆動させる非吐出駆動パルスを含む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. 前記駆動パルス同士の間隔をＰｈ、前記圧力発生室の固有振動周期をＴｃとしたときに、
   前記駆動パルス同士の間隔Ｐｈを、以下の式（１）の範囲に設定したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体吐出装置。
   Ｐｈ≦Ｔｃ …（１）
5. ノズル開口に連通する圧力発生室、及び、この圧力発生室の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によって前記ノズル開口から吐出対象物に対して液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
   前記吐出対象物上に１ドットを形成する期間である１吐出周期内に、前記圧力発生素子を駆動する駆動パルスを複数含む一連の駆動信号を発生する駆動信号発生部と、
   を備える液体吐出装置の制御方法であって、
   前記駆動信号発生部は、前記駆動パルス同士の間隔を変更することで、１ドット当たりの液体の吐出量を制御することを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

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