JP2011177963A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誤吐出が発生することを抑制しつつ、液体の増粘を抑制すること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】微振動パルスＤＰＣの収縮部ｐ３は、膨張部ｐ１の後に発生する第１収縮要素ｐ３１と、当該第１収縮要素ｐ３１に続く収縮維持要素ｐ３２と、当該収縮維持要素ｐ３２に続く第２収縮要素ｐ３３と、を有しており、膨張部ｐ１の開始時点をＰｃｓ、膨張部ｐ１の終了時点をＰｃｅ、収縮部ｐ３の開始時点をＰｄｓ、圧力室３８を含むインク流路内のインクの固有振動周期をＴｃとしたときに、収縮部ｐ３の開始時点Ｐｄｓが、以下の式（１）又は（２）の何れかの範囲内に設定されている。
Ｐｄｓ＜（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋３Ｔｃ／８ …（１）
Ｐｄｓ＞（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋５Ｔｃ／８ …（２）
【選択図】図４

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、ノズルに連通する圧力室に圧力変動を与えて、圧力室内の液体をノズル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（ノズルの一種）から液体状のインク（液体の一種）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、液晶ディスプレイ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（供給）してこれを駆動することにより圧力発生室（圧力室の一種）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、圧力発生手段を駆動する複数の駆動パルスを発生するように構成された液体吐出装置では、ノズル開口からメニスカス（ノズル開口内のインクの自由表面）が露出すること等によってインクが増粘した際に、圧力発生素子にノズル開口からインクを吐出させない程度にノズル開口内のインクを振動させる微振動パルスを供給することがある。

上記微振動パルスは、例えば、基準電圧から微振動電圧まで電圧を変化させる第１充電要素と、基準電圧と微振動電圧の間に定められた中間電圧まで微振動電圧から電圧を変化させる第１放電要素と、中間電圧から微振動電圧まで電圧を変化させる第２充電要素と、微振動電圧から基準電圧まで電圧を変化させる第２放電要素とを含んで構成され、電圧を変化する向きと変化量の異なるこれらの各要素を圧力発生素子に供給することによって、圧力発生室内のインクやノズル開口内のメニスカスに、電圧変化の異なる複数種類の振動を与え、この振動によってインクを攪拌することでインクの増粘を抑制させている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００７−２６０９３３号公報

しかしながら、近年では、従来扱われていた水系のインクよりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を吐出する試みがなされている。この高粘度液体としては、例えばＵＶインク（紫外線硬化型インク）等がある。このような高粘度のインクを吐出する場合や、上記したインクの自然増粘が促進した場合には、圧力変動を与えてもインクの揺動がさらに起き難くなるために、圧力発生室内のインクの攪拌効果をより高める必要が生じる。そのため、電圧変化量だけを単に大きくした微振動波形を圧力発生素子に供給することが考えられるが、従来の微振動パルスの電圧変化量を大きくした場合には、充電要素を圧力発生手段に供給することによるメニスカスの残留振動に対して、その後に発生する放電要素による圧力変動が加わることで、メニスカスの振動が増幅されて、ノズル開口からインクを誤吐出してしまう虞があった。また、この誤吐出を防止するために、微振動パルスの放電要素を供給する時間幅を長くすることも考えられるが、微振動パルス全体の波形長さが長くなるために、高周波駆動が不可能となったり、波形の設計の自由度が低くなったりする問題があった。

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、誤吐出が発生することを抑制しつつ、液体の増粘を抑制すること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。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出装置は、圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから液体を吐出しない程度に前記ノズル内の液体を振動させる微振動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生部と、を備えた液体吐出装置であって、
前記微振動パルスは、第１の方向に電圧が変化する第１の電圧変化部と、その後に発生して前記第１の方向とは反対の第２の方向に電圧が変化する第２の電圧変化部と、を含む電圧波形であり、
前記第２の電圧変化部は、第１の変化部の後に発生し、第２の方向に電圧が変化する第１変化要素と、当該第１変化要素に続き、該第１変化要素の終端電圧を維持する電圧維持要素と、当該電圧維持要素に続き、前記第２の方向に電圧が変化する第２変化要素と、を有し、
前記第１の電圧変化部の開始時点をＰｃｓ、前記第１の電圧変化部の終了時点をＰｃｅ、前記第２の電圧変化部の開始時点をＰｄｓ、前記圧力室を含む液体流路内の液体の固有振動周期をＴｃとしたときに、
前記第２の電圧変化部の開始時点Ｐｄｓが、以下の式（１）又は（２）の何れかの範囲内に設定されたことを特徴とする。
Ｐｄｓ＜（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋３Ｔｃ／８ …（１）
Ｐｄｓ＞（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋５Ｔｃ／８ …（２）

この構成によれば、第１の電圧変化部を圧力発生手段に供給した際の残留振動によってメニスカスが吐出方向へ急速に移動する範囲を可及的に避けるタイミングで、第２の電圧変化部を圧力発生手段に供給することができる。これにより、従来よりも微振動パルスの電圧変化量を大きくしても、第１の電圧変化部による残留振動と第２の電圧変化部による圧力変動とが合成されることによってメニスカスの振動が増幅されることを抑制することができる。これに加え、第２の電圧変化部の途中に電圧維持要素を設けて圧力変化に休止期間を設けているので、休止期間を設けることなく一気に圧力を変化させる構成と比較して、メニスカスが過度に加振されることが防止される。この結果、誤吐出が発生することを抑制しつつ、液体を効率良く攪拌して液体の増粘を抑制することができる。また、微振動パルスの波形長さを長くしなくても、誤吐出が発生することを抑制できるので、高周波駆動が可能となると共に、波形の設計の自由度を高めることができる。

上記構成において、前記第２の電圧変化部における、前記第１変化要素の開始時点と前記第２変化要素の開始時点との間隔が、Ｔｃ／４以上３Ｔｃ／４以下に設定され、且つ、その間の電圧変化量が、全体の電圧変化量の２０〜５０％に設定されていることが望ましい。

この構成によれば、前記第２の電圧変化部における、前記第１変化要素の開始時点と前記第２変化要素の開始時点との間隔が、Ｔｃ／４以上３Ｔｃ／４以下に設定され、且つ、その間の電圧変化量が、全体の電圧変化量の２０〜５０％に設定されているので、微振動パルスの波形長が必要以上に長くなることなく、且つ、誤吐出を発生させることなく、液体を十分に攪拌することができる。即ち、第１変化要素の電圧変化量が全体の電圧変化量の２０〜５０％に設定されることで、第１変化要素が圧力発生手段に供給されたときの誤吐出がより確実に防止される。また、第１変化要素の開始時点と第２変化要素の開始時点との間隔がＴｃ／４以上３Ｔｃ／４以下に設定されることで、第１変化要素によって発生するメニスカスの振動と、第２変化要素によって発生するメニスカスの振動が互いに打ち消すあうように作用するため、微振動パルスの波形長が必要以上に長くなることなく且つ誤吐出を生じさせることなく効果的に液体を攪拌することができる。

本発明は、前記液体が８ミリパスカル秒以上の粘度を有する場合に好適である。

即ち、８ミリパスカル秒以上の高粘度の液体は、微振動動作時の圧力変動によって揺動し難いため、この高粘度の液体に対する微振動動作を行う場合、従来の水系のインクのような低粘度の液体の場合よりも微振動パルスの電圧変化量を大きくすることでより大きな圧力変動を付与する必要があるが、この場合においても微振動動作によって誤吐出が発生することを抑制しつつ、液体を効率良く攪拌して液体の増粘を抑制することができる。

また、本発明の液体吐出装置の制御方法は、圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから液体を吐出しない程度に前記ノズル内の液体を振動させる微振動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生部と、を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
前記微振動パルスは、第１の方向に電圧が変化する第１の電圧変化部と、その後に発生して前記第１の方向とは反対の第２の方向に電圧が変化する第２の電圧変化部と、を含む電圧波形であり、
前記第２の電圧変化部は、第１の変化部の後に発生し、第２の方向に電圧が変化する第１変化要素と、当該第１変化要素に続き、該第１変化要素の終端電圧を維持する電圧維持要素と、当該電圧維持要素に続き、前記第２の方向に電圧が変化する第２変化要素と、を有し、
前記圧力室の容積を前記第１の変化部によって変化させる第１の変化工程と、
前記第１の変化工程によって変化させられた圧力室容積を前記第２の変化部によって変化させる第２の変化工程と、
を含み、
前記第２の変化工程は、前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第１変化要素により途中まで変化させる第１の変化処理と、当該第１の変化処理において変化させられた圧力室容積を一定時間維持するホールド処理と、当該ホールド処理において維持された圧力室容積を前記第２変化要素によって変化させる第２の変化処理と、を含み、
前記第１の電圧変化工程の開始時点をＰｃｓ、前記第１の電圧変化工程の終了視点をＰｃｅ、前記第２の電圧変化工程の開始時点をＰｄｓ、前記圧力室を含む液体流路内の液体の固有振動周期をＴｃとしたときに、
前記第２の電圧変化工程の開始時点Ｐｄｓが、以下の式（１）又は（２）の何れかの範囲内に設定されたことを特徴とする。
Ｐｄｓ＜（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋３Ｔｃ／８ …（１）
Ｐｄｓ＞（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋５Ｔｃ／８ …（２）
この制御方法によれば、第１の電圧変化部を圧力発生手段に供給した際の残留振動によってメニスカスが吐出方向へ急速に移動する範囲を可及的に避けるタイミングで、第２の電圧変化部を圧力発生手段に供給することができる。これにより、従来よりも微振動パルスの電圧変化量を大きくしても、第１の電圧変化部による残留振動と第２の電圧変化部による圧力変動とが合成されることによってメニスカスの振動が増幅されることを抑制することができる。この結果、誤吐出が発生することを抑制しつつ、液体を効率良く攪拌して液体の増粘を抑制することができる。また、微振動パルスの波形長さを長くしなくても、誤吐出が発生することを抑制できるので、高周波駆動が可能となると共に、波形の設計の自由度を高めることができる。

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。 微振動パルスの構成を説明する波形図である。 膨張部を供給した際のメニスカスの動きを説明する模式図である。 膨張部の供給終了時点から収縮部の供給開始時点までの時間幅を変化させた際のインク滴の吐出の有無を示す表である。

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（着弾対象の一種）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７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（圧力発生室）３８を通りノズル開口３５（本発明におけるノズルに相当）に至る一連のインク流路（本発明における液体流路に相当）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、アクチュエーター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（インクの一種）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。

図４は、上記構成の駆動信号発生回路５８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる微振動パルスＤＰＣの構成を説明する波形図である。なお、図４において、縦軸は微振動パルスＤＰＣの電圧［Ｖ］であり、横軸は時間［μｓ］である。
例示した微振動パルスＤＰＣは、通常のインクの吐出に用いられる吐出パルスとは異なる駆動パルスであって、記録ヘッド３内で増粘したインクを攪拌するために用いられる駆動パルスである。本実施形態における微振動パルスＤＰＣは、水系のインクのように比較的低粘度の液体を微振動させるための微振動パルス（例えば１０Ｖ）よりも高い駆動電圧ＶＨ（電圧変化量の一種。例えば、従来の微振動パルスの２倍以上である約２４Ｖ）に設定されている。この微振動パルスＤＰＣは、時間幅ｔ１（例えば、２．０μｓ）の間に基準電圧ＶＢから膨張電圧ＶＨまでプラス側（第１の方向）に比較的急峻な一定勾配の電圧変化量ｖｈ１で電圧が変化して圧力室３８を急激に膨張させる膨張部ｐ１（本発明における第１の電圧変化部に相当）と、膨張部ｐ１の終端電圧である膨張電圧ＶＨを（短い）一定時間（時間幅ｔ２であって、例えば、１．０μｓ）維持する膨張維持部ｐ２と、時間幅ｔ３（ｔ３１＋ｔ３２＋ｔ３３（例えば、６．０μｓ））の間に膨張電圧ＶＨから基準電圧ＶＢまでマイナス側（第２の方向）に緩やかな一定勾配で電圧が変化して圧力室３８を比較的に緩やかに収縮させる収縮部ｐ３（本発明における第２の電圧変化部に相当）と、から構成される。

また、本実施形態における収縮部ｐ３は、膨張維持部ｐ２の後に続き、時間幅ｔ３１（例えば、２．０μｓ）の間に膨張電圧ＶＨから中間電圧ＶＭ（例えば、約１５Ｖ）までマイナス側に一定勾配の電圧変化量ｖｈ２で電圧が変化して圧力室３８を収縮させる第１収縮要素ｐ３１（本発明における第１変化要素に相当）と、当該第１収縮要素ｐ３１に続き、第１収縮要素ｐ３１の終端電圧である中間電位ＶＭを（短い）一定時間（時間ｔ３２であって、例えば、１．０μｓ）維持する収縮維持要素ｐ３２と、当該収縮維持要素ｐ３２に続き、時間幅ｔ３３（例えば、３．０μｓ）の間に電圧ＶＭから基準電圧ＶＢまでマイナス側に一定勾配の電圧変化量ｖｈ３で電圧が変化して圧力室３８を収縮させる第２収縮要素ｐ３３（本発明における第２変化要素に相当）と、を有している。

次に、微振動パルスＤＰＣを圧電振動子３０に供給（印加）した際のノズル開口３５内のメニスカス（ノズル開口３５内のインクの自由表面）の動きについて説明する。図５は、膨張部ｐ１を印加した際のメニスカスの動き（振動）を説明する模式図であり、膨張部ｐ１以降の波形要素を圧電振動子３０に印加しないときの振動状態を示している。なお、図５において、縦軸は、メニスカスの位置（同図において下側が吐出側、上側が圧力室３８側）であり、また、横軸は時間［μｓ］であって図４における時間［μｓ］と同期している。また、この記録ヘッド３における圧力室３８内のインクの固有振動周期Ｔｃは、８．０μｓに設定されている。

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（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（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）
また、Ｔｃは、上記式（Ｂ）に限らず、圧力室３８が有している振動周期であればよい。

まず、上記微振動パルスＤＰＣのうち、膨張部ｐ１が圧電振動子３０に印加されると、圧電振動子３０が素子長手方向に収縮して、これにより、基準電圧ＶＢに対応する基準容積から最高電圧ＶＨに対応する最大容積（微振動動作における最大容積）まで圧力室３８が急激に膨張する（膨張工程（本発明における第１の変化工程に相当））。この膨張工程によって、図５に示すように、ノズル開口３５内のインクのメニスカスが圧力室３８側（図５中の上側）に大きく引き込まれると共に、圧力室３８内にはリザーバー３６側からインク供給口３７を通じてインクが供給される。そして、この膨張工程における圧力室３８の膨張状態は、膨張維持部ｐ２の供給期間ｔ２中に亘って一定に維持される（膨張維持工程）。圧力室３８側に引き込まれたメニスカスは、膨張部ｐ１の供給期間ｔ１よりも僅かに遅れた時間、即ち膨張維持部ｐ２の供給期間ｔ２に、膨張工程での引き込みによる慣性力によって最大引き込み位置（この位置を図５中に符号ａで示す）までさらに引き込まれる。

そして、最大引き込み位置ａまで引き込まれたメニスカスは、今度は吐出側（図５中の下側）に押し出されて、この際の慣性力によって元の位置（この位置を図５中に符号ｂで示す）を越えた位置（この位置を図５中に符号ｃで示す）までさらに押し出され、その後、再び圧力室２８側に引き込まれる減衰振動を繰り返す。なお、膨張部ｐ１を圧電振動子３０に供給することによるメニスカスの振動は、膨張部ｐ１の供給開始時点（図４中に符号Ｐｃｓで示す）と膨張部ｐ１の供給終了時点（図４中に符号Ｐｃｅで示す）との中間となる供給中間時点Ｐｃを始点（図５における０の時点）とする正弦波とほぼ同じ波形となり、圧力室３８内のインクの固有振動周期Ｔｃに応じた振動周期で、振幅が次第に減衰する減衰振動となる。

膨張維持部ｐ２の後に続いて収縮部ｐ３の第１収縮要素ｐ３１が圧電振動子３０に供給されると、当該圧電振動子３０が伸長し、これにより、圧力室３８が上記最大容積から中間電圧ＶＭに対応する中間容積まで緩やかに収縮する（第１収縮処理（本発明における第２の変化工程の一部であって、第１の変化処理に相当））。この圧力室３８の収縮によって圧力室３８内のインクが加圧され、これにより、ノズル開口３５からインクが吐出されない程度に圧力室３５内のインクに圧力変動が与えられ、メニスカスを含む圧力室３５内のインクが攪拌される。そして、この第１収縮処理における圧力室３８の収縮状態は、収縮維持要素ｐ３２の供給期間に亘って一定に維持される（収縮維持処理（本発明における第２の変化工程の一部であって、ホールド処理に相当））。収縮維持要素ｐ３２の後に続いて、第２収縮要素ｐ３３が圧電振動子３０に供給されると、当該圧電振動子３０がさらに伸長し、これにより、圧力室３８が上記中間容積から基準電圧ＶＢに対応する基準容積まで緩やかに収縮して復帰する（第２収縮処理（本発明における第２の変化工程の一部であって、第１の変化処理に相当））。
る。

ここで、膨張部ｐ１の終了時点Ｐｃｅ（本実施形態は、図４における２〔μｓ〕の時点）から収縮部ｐ３の供給開始時点（図４中に符号Ｐｄｓ）までの時間、即ち膨張維持部ｐ２の供給期間ｔ２を変化させた際に、ノズル開口３５からのインク滴が吐出されるか否かを測定した実験結果について説明する。図６によれば、膨張維持部ｐ２の供給期間ｔ２が１μｓの場合（図５において、収縮部ｐ３の供給開始時点Ｐｄｓが、３〔μｓ〕の場合、即ち、ハッチングで示すＸ１の範囲外）は、ノズル開口３５からのインクの誤吐出が起きなかった。また、供給期間ｔ２が２μｓ〜４μｓの場合（図５において、収縮部ｐ３の供給開始時点が、４〜６〔μｓ〕の場合、即ち、Ｘ１の範囲内）は、ノズル開口３５からインクが誤吐出された。さらに、供給期間ｔ２が５μｓの場合（図５において、収縮部ｐ３の供給開始時点が、７〔μｓ〕の場合、即ち、Ｘ１の範囲外）は、ノズル開口３５からのインクの誤吐出が起きなかった。つまり、収縮部ｐ３の供給開始時点Ｐｄｓが、Ｐｃ＋Ｔｃ／２±Ｔｃ／８の範囲（Ｘ１）にあるときに誤吐出が生じる。

上記の点に鑑み、本発明に係るプリンター１では、微振動パルスＤＰＣの膨張部ｐ１の終了時点Ｐｃｅから収縮部ｐ３の供給開始時点Ｐｄｓまでの時間幅ｔ２を、圧力室３８内のインクの固有振動周期Ｔｃに応じて設定することで、駆動電圧ＶＨを従来の微振動パルスの駆動電圧よりも高めたとしても、膨張部ｐ１による残留振動と収縮部ｐ３による圧力変動とが合成されることによってメニスカスの振動が増幅されることを抑制して、インクの誤吐出が発生することを抑制させている。具体的には、上記の誤吐出が生じない条件は、収縮部ｐ３の供給開始時点Ｐｄｓが範囲Ｘ１に入らないようにすることであり、以下の式（Ｃ）又は（Ｄ）を満たすことである。なお、Ｐｄｓ＞Ｐｃｅである。
Ｐｄｓ＜Ｐｃ＋Ｔｃ／２−Ｔｃ／８ …（Ｃ）
Ｐｄｓ＞Ｐｃ＋Ｔｃ／２＋Ｔｃ／８ …（Ｄ）
上記式（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ以下のように変形することができる。
式（Ｃ）：Ｐｄｓ＜Ｐｃ＋３Ｔｃ／８ …（Ｃ′）
式（Ｄ）：Ｐｄｓ＞Ｐｃ＋５Ｔｃ／８ …（Ｄ′）
そして、Ｐｃ＝（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２であることから、収縮部ｐ３の開始時点Ｐｄｓは、以下の式（１）又は（２）の何れかの範囲内に設定される。
Ｐｄｓ＜（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋３Ｔｃ／８ …（１）
Ｐｄｓ＞（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋５Ｔｃ／８ …（２）
このように設定されることにより、膨張部ｐ１を圧電振動子３０に供給した際の残留振動によってメニスカスが吐出方向へ急速に移動する範囲Ｘ１（図５におけるハッチング部分）を可及的に避けるタイミングで、収縮部ｐ３が圧電振動子３０に供給される。

このように、本実施形態のプリンター１は、膨張部ｐ１を圧電振動子３０に供給することによる圧力室３８内のインクの残留振動によって、ノズル開口３５内のメニスカスが吐出側に急速に移動している範囲（図５中に斜線Ｘ１で示す４μｓ〜６μｓの範囲）を可及的に避けるタイミングで、収縮部ｐ３の供給開始時点Ｐｄｓを設定することで、駆動電圧ＶＨを従来の微振動パルスの駆動電圧よりも高めたとしても、膨張部ｐ１による残留振動と収縮部ｐ３による圧力変動とが合成されることによってメニスカスの振動が増幅されることを抑制することができる。これに加え、収縮部ｐ３の途中に収縮維持要素ｐ３２を設けて圧力変化に休止期間を設けているので、休止期間を設けることなく一気に圧力を変化させる構成と比較して、メニスカスが過度に加振されることが防止される。これにより、従来よりも駆動電圧ＶＨの高い微振動パルスＤＰＣを圧電振動子３０に供給することによって、インク滴が吐出されない程度にノズル開口３５内のインクに圧力変動を与えることができる。この結果、ノズル開口３５からインクが誤って吐出される誤吐出が発生することを抑制でき、インクを効率良く攪拌して、インクの増粘を抑制することができる。また、微振動パルスＤＰＣの波形長さを長くしなくても、誤吐出が発生することを抑制できるので、高周波駆動が可能となると共に、波形（パルス）の設計の自由度を高めることができる。

また、本実施形態の微振動駆動パルスＤＰＣでは、収縮部ｐ３における、第１収縮要素ｐ３１の供給開始時点（図４中に符号Ｐｄｓ１（＝収縮部ｐ３の供給開始時点Ｐｄｓ）で示す）と第２収縮要素ｐ３３の供給開始時点（図４中に符号Ｐｄｓ２で示す）との間隔、即ち、第１収縮要素ｐ３１の時間幅ｔ３１と収縮維持要素ｐ３２の時間幅ｔ３２とを合計した時間幅（ｔ３１＋ｔ３２）が、Ｔｃ／４以上３Ｔｃ／４以下に設定され、且つ、その間の電圧変化量ｖｈ２が、全体の電圧変化量ｖｈ１（基準電圧ＶＢから膨張電圧ＶＨまでの差）の２０〜５０％に設定されている。

これにより、微振動パルスＤＰＣの波形長が必要以上に長くなることなく、且つ、誤吐出を発生させることなく、インクを十分に攪拌することができる。即ち、第１収縮要素ｐ３１の電圧変化量ｖｈ２が全体の電圧変化量の２０〜５０％に設定されることで、第１収縮要素ｐ３１が圧電振動子３０に供給されたときの誤吐出がより確実に防止される。また、第１収縮要素ｐ３１の開始時点Ｐｄｓ１と第２収縮要素ｐ３３の開始時点ｐｄｓ２との間隔がＴｃ／４以上３Ｔｃ／４以下に設定されることで、第１収縮要素ｐ３１によって発生するメニスカスの振動と、第２収縮要素ｐ３３によって発生するメニスカスの振動が互いに打ち消すあうように作用するため、微振動パルスＤＰＣの波形長が必要以上に長くなることなく且つ誤吐出を生じさせることなく効果的にインクを攪拌することができる。

また、上記構成は、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）を吐出する場合やインクの自然増粘が促進した場合に好適である。この場合には、従来吐出していた水系のインクのように粘度の低いインクよりも、圧力変動によってインクが揺動し難く、この高粘度の液体に対する微振動動作を行う場合、従来の水系のインクのような低粘度の液体の場合よりも微振動パルスの電圧変化量を大きくすることでより大きな圧力変動を付与する必要があるが、上記微振動パルスＤＰＣを用いて微振動を行えば、誤吐出が発生することを抑制しつつ、液体を効率良く攪拌して液体の増粘を抑制することができる。

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、本発明における微振動パルスＤＰＣの一例として、図４に示す微振動パルスＤＰＣ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。即ち、微振動パルスＤＰＣの収縮部ｐ３に含まれる収縮維持要素ｐ３２の数は１つに限られず、２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し、微振動パルスＤＰＣの収縮部ｐ３が３つ以上の収縮要素を有していても良い。

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や発熱素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４に示した微振動パルス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、ディスプレイ製造装置、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 (4)

1. 圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから液体を吐出しない程度に前記ノズル内の液体を振動させる微振動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生部と、を備えた液体吐出装置であって、
   前記微振動パルスは、第１の方向に電圧が変化する第１の電圧変化部と、その後に発生して前記第１の方向とは反対の第２の方向に電圧が変化する第２の電圧変化部と、を含む電圧波形であり、
   前記第２の電圧変化部は、第１の変化部の後に発生し、第２の方向に電圧が変化する第１変化要素と、当該第１変化要素に続き、該第１変化要素の終端電圧を維持する電圧維持要素と、当該電圧維持要素に続き、前記第２の方向に電圧が変化する第２変化要素と、を有し、
   前記第１の電圧変化部の開始時点をＰｃｓ、前記第１の電圧変化部の終了時点をＰｃｅ、前記第２の電圧変化部の開始時点をＰｄｓ、前記圧力室を含む液体流路内の液体の固有振動周期をＴｃとしたときに、
   前記第２の電圧変化部の開始時点Ｐｄｓが、以下の式（１）又は（２）の何れかの範囲内に設定されたことを特徴とする液体吐出装置。
   Ｐｄｓ＜（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋３Ｔｃ／８ …（１）
   Ｐｄｓ＞（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋５Ｔｃ／８ …（２）
2. 前記第２の電圧変化部における、前記第１変化要素の開始時点と前記第２変化要素の開始時点との間隔が、Ｔｃ／４以上３Ｔｃ／４以下に設定され、且つ、その間の電圧変化量が、全体の電圧変化量の２０〜５０％に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記液体が８ミリパスカル秒以上の粘度を有する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. 圧力発生手段の作動により圧力室内に圧力変動を与え、当該圧力室に充填された液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動して前記ノズルから液体を吐出しない程度に前記ノズル内の液体を振動させる微振動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生部と、を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
   前記微振動パルスは、第１の方向に電圧が変化する第１の電圧変化部と、その後に発生して前記第１の方向とは反対の第２の方向に電圧が変化する第２の電圧変化部と、を含む電圧波形であり、
   前記第２の電圧変化部は、第１の変化部の後に発生し、第２の方向に電圧が変化する第１変化要素と、当該第１変化要素に続き、該第１変化要素の終端電圧を維持する電圧維持要素と、当該電圧維持要素に続き、前記第２の方向に電圧が変化する第２変化要素と、を有し、
   前記圧力室の容積を前記第１の変化部によって変化させる第１の変化工程と、
   前記第１の変化工程によって変化させられた圧力室容積を前記第２の変化部によって変化させる第２の変化工程と、
   を含み、
   前記第２の変化工程は、前記第１の変化工程において変化させられた圧力室容積を前記第１変化要素により途中まで変化させる第１の変化処理と、当該第１の変化処理において変化させられた圧力室容積を一定時間維持するホールド処理と、当該ホールド処理において維持された圧力室容積を前記第２変化要素によって変化させる第２の変化処理と、を含み、
   前記第１の電圧変化工程の開始時点をＰｃｓ、前記第１の電圧変化工程の終了視点をＰｃｅ、前記第２の電圧変化工程の開始時点をＰｄｓ、前記圧力室を含む液体流路内の液体の固有振動周期をＴｃとしたときに、
   前記第２の電圧変化工程の開始時点Ｐｄｓが、以下の式（１）又は（２）の何れかの範囲内に設定されたことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
   Ｐｄｓ＜（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋３Ｔｃ／８ …（１）
   Ｐｄｓ＞（Ｐｃｓ＋Ｐｃｅ）／２＋５Ｔｃ／８ …（２）

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