JP2011207079A

JP2011207079A - 液体噴射装置

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Publication number: JP2011207079A
Application number: JP2010077520A
Authority: JP
Inventors: Junhua Zhang; 俊華張
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】高粘度液体を噴射する場合にサテライト滴を抑えることが可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】噴射パルスＤＰは、圧力室を膨張させるように電圧が変化する膨張要素ｐ１と、当該膨張要素の後端電位を一定時間保持する膨張ホールド要素ｐ２と、圧力室を収縮させるように電圧が変化する収縮要素と、を順に接続して有し、収縮要素が、先に発生される前側収縮要素ｐ３ａと、該前側収縮要素よりも後に発生される後側収縮要素ｐ３ｂと、を有し、後側収縮要素の電圧変化が、前側収縮要素の電圧変化よりも緩やかとなるように設定され、前側収縮要素の電位差が、噴射駆動パルス全体の電位差に対して４０％以上６０％以下の範囲に設定された。
【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噴射装置に関し、特に、噴射パルスを用いて圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射する構成の液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射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から液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象）に対して噴射・着弾させてドットを形成す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噴射装置が応用されている。

上記プリンターは、噴射駆動パルスを圧力発生手段（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室に連通したノズルから液体を噴射させるように構成されたものがある。例えば、特許文献１に開示されているプリンターでは、ノズルのメニスカスを圧力室側に最大限引き込む準備の膨張工程と、この状態を保持してインク滴の噴射のタイミングを図るホールド工程と、圧力室の収縮によってインク滴を噴射させる第１の収縮工程と、噴射動作の反動によるメニスカスの引き込みを低減する第２の収縮工程と、を含む駆動パルス（駆動波形）が用いられている。即ち、膨張工程でメニスカスを圧力室側に引き込んだ後、圧力室側を収縮させることにより、メニスカスの引き込みの反動を利用してインク滴を噴射させることができるようになっている。

特許第３４１２６８２号公報

ところで、プリンターで、粘度がいわゆる高粘度領域の液体、例えば８ｍＰａ・ｓ以上の液体（以下、高粘度液体）を噴射させる場合、水系のインクのように低粘度の液体を噴射する場合と比較して、噴射された液滴の進行方向後端部分が尾のように伸びる現象（以下、尾曳と称する。）が生じ易い傾向にある。このような尾曳が生じると、着弾対象における着弾形状（ドット形状）が乱れる可能性がある。即ち、着弾形状は、画質上またはデバイスの性能上目標とする大きさの円形や楕円形であることが望ましいが、尾の全体又は一部分が液滴本体から分離してサテライト滴として飛翔した場合には、着弾対象物において液滴本体とは別の位置に着弾する可能性もある。このような着弾形状の乱れは、例えばプリンターで記録紙に画像を記録したときの画質の劣化の原因となる。

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、高粘度液体を噴射する場合にサテライト滴を抑えることが可能な液体噴射装置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、液体が充填される圧力室と、当該圧力室に連通し、液体が噴射されるノズルと、前記圧力室内の液体に圧力変化を与える圧力発生手段と、を有する液体噴射ヘッド、及び、前記ノズルから液体を噴射させるべく前記圧力発生手段を駆動する噴射パルスを発生する噴射パルス発生部を備えた液体噴射装置であって、
前記噴射パルスは、前記圧力室を膨張させるように電圧が変化する第１電圧変化要素と、当該第１電圧変化要素の後端電位を一定時間保持するホールド要素と、前記第１電圧変化要素によって膨張された圧力室を収縮させるように電圧が変化する第２電圧変化要素と、を順に接続して有し、
前記第２電圧変化要素が、先に発生される第２前側要素と、該第２前側要素よりも後に発生される第２後側要素と、を有し、
前記第２後側要素の電圧変化が、前記第２前側要素の電圧変化よりも緩やかとなるように設定され、
前記第２前側要素の電位差が、前記噴射駆動パルス全体の電位差に対して４０％以上６０％以下の範囲に設定されたことを特徴とする。

本発明に係る液体噴射装置では、噴射パルスの第２電圧変化要素が、第２前側要素と第２後側要素とを有し、第２後側要素の電圧変化が、第２前側要素の電圧変化よりも緩やかとなるように設定され、第２前側要素の電位差が、噴射駆動パルス全体の電位差に対して４０％以上６０％以下の範囲に設定される。このため、特に高粘度液体を噴射する場合において液滴本体から分離して飛翔するサテライト滴の発生を抑制することができる。即ち、噴射パルスの第２電圧変化要素の印加によって圧力発生手段が駆動して圧力室が収縮する際に、前半では比較的急激に圧力室が収縮してノズルにおけるメニスカスが噴射側に急激に押し出されるのに対し、後半では前半よりも緩やかに圧力室が収縮するので、ノズルの内壁に近い部分である境界層を中央部に追従させることができ、境界層と中央部との速度差を抑制することができる。その結果、従来よりも液滴の進行方向後端部に生じる尾曳が細長くなることが抑制され、これによりサテライト滴の発生が抑制される。

上記構成において、前記第２電圧変化要素の電位差が、前記第１電圧変化要素の電位差よりも大きく設定され、
前記第２前側要素の電位差が、前記第１電圧変化要素の電位差よりも大きい構成を採用することができる。

また、上記構成において、前記第１電圧変化要素の始端電位と第２電圧変化要素の終端電位が同電位であって、
第１電圧変化要素が、先に発生される第１前側要素と、該第１前側要素よりも後に発生される第１後側要素と、を少なくとも有する構成を採用することができる。

プリンターの内部構成を説明する斜視図である。印刷システムの構成を説明するブロック図である。記録ヘッドの要部断面図である。（ａ）は本発明に係る噴射パルスの構成を説明する波形図、（ｂ）は比較例の噴射パルスの構成を説明する波形図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る噴射パルスによってノズルから液体が噴射される様子を説明する模式図である。（ａ）〜（ｄ）は比較例の噴射パルスによってノズルから液体が噴射される様子を説明する模式図である。第２の実施形態における噴射パルスの構成を説明する波形図である。（ａ）〜（ｄ）は第２の実施形態における噴射パルスによってノズルから液体が噴射される様子を説明する模式図である。

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、本発明の液体噴射装置として、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に例示したプリンター１は、記録用紙、布、フィルム等の記録媒体に向けて、液体の一種であるインクを噴射する。記録媒体は、液体が噴射されて着弾する対象となる着弾対象である。このプリンター１は、液体噴射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（液体供給源の一種）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を着弾対象の一種である記録紙８の紙幅方向に移動させるキャリッジ用移動機構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とを備えている。

上記のキャリッジ用移動機構６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、キャリッジ用移動機構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２５（図２参照）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２５による制御の下で主走査方向に往復移動される。また、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）を、主走査方向における位置情報として出力する。

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１６と、この紙送りモーター１６によって回転駆動される紙送りローラー１７とから構成される。本実施形態の紙送りローラー１７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２は、プリンター１の電気的な構成について説明するブロック図である。
このプリンターは、プリンターコントローラー２０とプリントエンジン２１とで概略構成されている。プリンターコントローラー２０は、ホストコンピューター等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インターフェ−ス（外部Ｉ／Ｆ）２２と、各種データ等を記憶するＲＡＭ２３と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ２４と、各部の制御を行う制御部２５と、クロック信号を発生する発振回路２６と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路２７（本発明における噴射パルス発生部の一種）と、ドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インターフェ−ス（内部Ｉ／Ｆ）２８と、を備えている。

制御部２５は、各部の制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ２２を通じて受信した印刷データを、ドットパターンデータに変換し、このドットパターンデータを内部Ｉ／Ｆ２８を通じて記録ヘッド２側に出力する。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されている。また、制御部２５は、発振回路２６からのクロック信号に基づいて記録ヘッド２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、駆動信号を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

駆動信号発生回路２７は、制御部２５によって制御され、圧電振動子３０を駆動するための駆動信号を発生する。本実施形態における駆動信号発生回路２７は、インク滴（液滴の一種）を噴射して記録紙８上にドットを形成するための噴射パルスや、ノズル５０（図３参照）に露出したインク（液体の一種）の自由表面、即ち、メニスカスを微振動させてインクを攪拌するための微振動パルス等を一記録周期内に含む駆動信号ＣＯＭを発生するように構成されている。

次に、プリントエンジン２１側の構成について説明する。プリントエンジン２１は、記録ヘッド２と、キャリッジ用移動機構６と、紙送り機構９と、リニアエンコーダー７とから構成されている。記録ヘッド２は、シフトレジスター（ＳＲ）３１、ラッチ３２、デコーダー３３、レベルシフター（ＬＳ）３４、スイッチ３５、及び圧電振動子３０を備えている。プリンターコントローラー２０からのドットパターンデータＳＩは、発振回路２６からのクロック信号ＣＫに同期して、シフトレジスター３１にシリアル伝送される。このドットパターンデータは、２ビットのデータであり、例えば、非記録（微振動）、小ドット、中ドット、大ドットからなる４階調の記録階調（噴射階調）を表す階調情報によって構成されている。具体的には、非記録は階調情報「００」、小ドットは階調情報「０１」、中ドットが階調情報「１０」、大ドットが階調情報「１１」と表される。

シフトレジスター３１には、ラッチ３２が電気的に接続されており、プリンターコントローラー２０からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ３２に入力されると、シフトレジスター３１のドットパターンデータをラッチする。このラッチ３２にラッチされたドットパターンデータは、デコーダー３３に入力される。このデコーダー３３は、２ビットのドットパターンデータを翻訳してパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスに各ビットを夫々対応させることで構成されている。そして、各ビットの内容、例えば、「０」，「１」に応じて圧電振動子３０に対する噴射パルスの供給又は非供給が選択される。

そして、デコーダー３３は、ラッチ信号（ＬＡＴ）又はチャンネル信号（ＣＨ）の受信を契機にパルス選択データをレベルシフター３４に出力する。この場合、パルス選択データは、上位ビットから順にレベルシフター３４に入力される。このレベルシフター３４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、スイッチ３５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３４で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ３５に供給される。このスイッチ３５の入力側には、駆動信号発生回路２７からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ３５の出力側には、圧電振動子３０が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ３５の作動、つまり、駆動信号中の駆動パルスの圧電振動子３０への供給を制御する。例えば、スイッチ３５に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ３５が接続状態になって、対応する噴射パルスが圧電振動子３０に供給され、この噴射パルスの波形に倣って圧電振動子３０の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフター３４からはスイッチ３５を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ３５は切断状態となり、圧電振動子３０へは噴射パルスが供給されない。

このような動作を行うデコーダー３３、レベルシフター３４、スイッチ３５、制御部２５、及び駆動信号発生回路２７は、噴射制御手段として機能し、ドットパターンデータに基づき、駆動信号の中から必要な噴射パルスを選択して圧電振動子３０に印加（供給）する。その結果、圧電振動子３０が伸張又は収縮し、この圧電振動子３０の伸縮に伴って圧力室４８（図３参照）が膨張又は収縮することにより、ドットパターンデータを構成する階調情報に応じた量のインク滴がノズル５０から噴射される。

図３は、上記記録ヘッド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３７と、このケース３７内に収納される振動子ユニット３９と、ケース３７の底面（先端面）に接合される流路ユニット３８等を備えている。上記のケース３７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３９を収納するための収納空部４０が形成されている。振動子ユニット３９は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子３０と、この圧電振動子３０が接合される固定板４１と、圧電振動子３０に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル４２とを備えている。圧電振動子３０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（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット３８は、流路形成基板４３の一方の面にノズルプレート４４を、流路形成基板４３の他方の面に振動板４５をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット３８には、リザーバー４６（共通液室）と、インク供給口４７と、圧力室４８と、ノズル連通口４９と、ノズル５０とを設けている。そして、インク供給口４７から圧力室４８及びノズル連通口４９を経てノズル５０に至る一連のインク流路が、各ノズル５０に対応して形成されている。

上記ノズルプレート４４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５０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４４には、ノズル５０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５０によって構成される。

上記振動板４５は、支持板５１の表面に弾性体膜５２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５１とし、この支持板５１の表面に樹脂フィルムを弾性体膜５２としてラミネートした複合板材を用いて振動板４５を作製している。この振動板４５には、圧力室４８の容積を変化させるダイヤフラム部５３が設けられている。また、この振動板４５には、リザーバー４６の一部を封止するコンプライアンス部５４が設けられている。

上記のダイヤフラム部５３は、エッチング加工等によって支持板５１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５３は、圧電振動子３０の自由端部の先端面が接合される島部５５と、この島部５５を囲む薄肉弾性部５６とからなる。上記のコンプライアンス部５４は、リザーバー４６の開口面に対向する領域の支持板５１を、ダイヤフラム部５３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４６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５５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４８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４８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５０からインク滴を噴射させるようになっている。

図４は、上記駆動信号発生回路２７が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射パルスＤＰの構成を説明する波形図である。なお、図４（ａ）が本実施形態における噴射駆動パルスＤＰの波形図であり、図４（ｂ）は本発明に係る対策が施されていない比較例の駆動パルスＤＰｃの波形図である。図４（ａ）に示すように、噴射パルスＤＰは、圧力室４８の容積の膨張・伸縮の基準容積に対応する基準電位ＶＢから膨張電位ＶＨまで電位を一定勾配上昇させて圧力室４８を基準容積から膨張容積まで膨張させる膨張要素ｐ１（本発明における第１電圧変化要素に相当）と、圧力室４８の膨張状態を一定時間維持する膨張電位ＶＨで一定な膨張ホールド要素ｐ２（本発明におけるホールド要素に相当）と、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＬまで電位を降下させて圧力室４８を収縮容積まで収縮させる収縮要素ｐ３（本発明における第２電圧変化要素に相当）と、圧力室４８の収縮状態を維持する収縮電位ＶＬで一定な収縮ホールド要素ｐ４と、収縮電位ＶＬから基準電位ＶＢまで電位を上昇させて圧力室４８を膨張させて基準容積まで復帰させる復帰要素ｐ５と、を含んで構成されている。同様に、図４（ｂ）に示すように、比較例の噴射駆動パルスＤＰｃは、膨張要素ｐ１と、膨張ホールド要素ｐ２と、収縮要素ｐ３ｃと、収縮ホールド要素ｐ４と、復帰要素ｐ５と、を含んで構成されている。本発明に係る噴射駆動パルスＤＰと比較例の噴射駆動パルスＤＰｃとは、収縮要素の構成のみが異なっており、その他の構成は共通である。

比較例の噴射駆動パルスＤＰｃにおける収縮要素ｐ３ｃは、最高電位ＶＨから最低電位ＶＬまで、一定の電位勾配で変化する。この収縮要素ｐ３ｃの始端から後端までの時間幅は、圧力室４８内のインクに生じる固有振動周期をＴｃ（後述）としたときに、Ｔｃ／４に設定されている。これにより、圧力室４８が膨張容積から収縮容積まで一気に収縮するように構成されている。これに対し、上記噴射パルスＤＰにおける収縮要素ｐ３は、圧力室４８の収縮過程の途中で収縮速度を変えるように構成されている。本実施形態における収縮要素ｐ３は、先に発生される前側収縮要素ｐ３ａ（第２前側要素に相当）と、この前側収縮要素ｐ３ａよりも後に発生される後側収縮要素ｐ３ｂ（第２後側要素に相当）と、により構成されている。前側収縮要素ｐ３ａは、最高電位ＶＨから中間電位ＶＭまで電位が下降して圧力室４８を膨張容積から中間容積まで急激に収縮させる波形要素であり、噴射パルスＤＰを構成する波形要素の中で最も電位勾配が急峻に設定されている。

また、後側収縮要素ｐ３ｂは、中間電位ＶＭから最低電位まで電位が下降して圧力室４８を中間容積から収縮容積まで比較的緩やかに収縮させる波形要素であり、前側収縮要素ｐ３ａよりも電位勾配が緩やかに設定されている。そして、前側収縮要素ｐ３ａの始端電位（最高電位ＶＨ）から終端電位（中間電位ＶＭ）までの電位差Ｖｄａは、駆動パルスＤＰの最高電位ＶＨから最低電位ＶＬまでの電位差Ｖｄの４０％以上６０％以下に設定される。電位差Ｖｄａを上記範囲に設定することにより、前側収縮要素ｐ３ａの電位差と後側収縮要素ｐ３ｂの電位差とのバランスが好ましい範囲となり、後述するように所望の噴射特性（噴射されるインクの量や飛翔速度）を確保しつつも、インク滴の進行方向後端部に生じる尾曳が従来よりも細長くなることが抑制される。本実施形態においては、ＶｄａはＶｄの６０％に設定されている。そして、収縮要素ｐ３全体の電位差（最高電位ＶＨから最低電位ＶＬまでの電位差）はＶｄであり、膨張要素ｐ１の電位差Ｖｄｓよりも大きく、尚かつ、前側収縮要素ｐ３ａの電位差Ｖｄａは膨張要素ｐ１の電位差Ｖｄｓよりも大きく設定されている。

また、前側収縮要素ｐ３ａの始端から終端までの時間幅Ｔ３ａに関し、圧力室４８内のインクに生じる振動のヘルムホルツ周期（固有振動周期）をＴｃとしたときに、以下の式（Ａ）を満たすように設定される。
０＜Ｔ３ａ≦Ｔｃ／３…（Ａ）
本実施形態においては、Ｔ３ａがＴｃ／３に設定される。
さらに、後側収縮要素ｐ３ｂの始端から後端までの時間幅Ｔ３ｂに関しては、以下の式（Ｂ）を満たすように設定される。
Ｔｃ／３≦Ｔ３ｂ≦２Ｔｃ／３…（Ｂ）
本実施形態においては、Ｔ３ｂが２Ｔｃ／３に設定される。
ここで、上記のＴｃは、一般的には次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕…（１）
上記式（１）において、Ｍｎはノズル５０におけるイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量）、Ｍｓはインク供給口４７におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室４８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。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ^２〕）である。

図５は、上記噴射パルスＤＰが圧電振動子３０に印加されてノズル５０からインクが噴射されるまでのメニスカスの動きを説明する模式図である。なお、図における矢印はメニスカスの移動方向を示す。また、同図では、噴射時のノズル５０におけるインクの粘度が、８ｍＰａ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下である場合のメニスカスの動きを示している。
まず、膨張要素ｐ１により圧電振動子３０が収縮して、基準電位ＶＢに対応する基準容積から最高電位ＶＨで規定される膨張容積まで圧力室４８が膨張する（膨張工程）。これにより、図５（ａ）に示すように、メニスカスが、圧力室４８側に大きく引き込まれる。この圧力室４８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（膨張維持工程）。内径が一定なストレート部５０ａと、圧力室４８側に向けて次第に内径が大きくなるテーパー部５０ｂとの境界を越える程度までメニスカス全体が引き込まれたタイミングで、収縮要素ｐ３の前側収縮要素ｐ３ａが圧電振動子３０に印加されることにより、圧電振動子３０が急激に伸長して圧力室４８の容積が膨張容積から中間電位ＶＭに対応する中間容積まで収縮する（前側収縮工程）。この圧力室４８の急激な収縮によって圧力室４８内のインクが加圧され、これにより、図５（ｂ）に示すように、圧力変動に追従し易いメニスカスの中心部分が、圧力室４８とは反対側の噴射側に押し出されて柱状に盛り上がる（以下、この部分を柱状部という。）。

続いて、収縮要素ｐ３の後側収縮要素ｐ３ｂが圧電振動子３０に印加されることにより圧電振動子３０が前側収縮要素ｐ３ａのときよりも緩やかに伸長し、これにより圧力室４８の容積が中間容積から最低電位ＶＬに対応する収縮容積まで穏やかに収縮する（後側収縮工程）。このように後側収縮工程における圧力室４８の収縮速度を、前側収縮工程のときよりも遅くすることで、この間に、図５（ｃ）に示すように、柱状部の周囲の部分（ノズル５０の内壁に近い部分であり、インク自体の粘性による影響を強く受ける部分。以下、境界層という。）が、柱状部の先端部分に近づく。圧力室４８の収縮状態は、収縮ホールド要素ｐ４の供給期間に亘って維持される。

その後、図５（ｄ）に示すように、柱状部が噴射側に大きく伸びる。この柱状部は、根元部分でメニスカスと分離し、この分離した部分が、ノズル５０からインク滴として噴射される。そして、収縮ホールド要素ｐ４の後に続いて、インク滴の噴射による反動でメニスカスが圧力室４８側に一旦引き込まれた後、再度噴射側に押し出されるタイミングで、復帰要素ｐ５が圧電振動子３０に印加される。これにより、圧力室４８が収縮容積から基準容積まで膨張する（復帰工程）。その結果、メニスカスの残留振動が抑制される。

このように、本発明に係る噴射パルスＤＰを用いてインクを噴射する際の収縮工程では、前側収縮要素ｐ３ａによって最初は比較的速い速度で圧力室４８を収縮させることで、メニスカスの中央部が噴射側に急激に押し出されて柱状部が形成される。本実施形態では、前側収縮要素ｐ３ａの電位差Ｖｄａが噴射パルスＤＰの電位差Ｖｄの６０％に設定され、前側収縮要素ｐ３ａの電位差Ｖｄａが膨張要素ｐ１の電位差Ｖｄｓよりも大きいので、柱状部をより大きくすることができる。これにより、噴射されるインク滴をより大きくすることができる。その後、後側収縮要素ｐ３ｂによって比較的緩やかな速度で圧力室４８が収縮され、メニスカスの境界層を中央部に追従させることができ、境界層と中央部（柱状部）との速度差を抑制することができる。その結果、高粘度のインクを用いる場合においても、所望の噴射特性（噴射されるインクの量や飛翔速度）を確保しつつも、インク滴の進行方向後端部に生じる尾曳が従来よりも細長くなることが抑制される。この尾がインク滴本体から分離した場合でも、細かいミスト等の発生が防止され、ドットの分離を抑制することができる。

これに対し、比較例の噴射駆動パルスＤＰｃでインクの噴射を行う場合、図６に示すように、膨張工程および膨張維持工程までは上記噴射駆動パルスＤＰの場合と同様であるが（図６（ａ））、収縮工程では、収縮要素ｐ３ｃにより圧力室４８が膨張容積から収縮容積まで一気に急激に収縮するため、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、圧力変動に追従し易いメニスカス中心部の柱状部に対して境界層が追従できず、図６（ｄ）に示すように、本発明に係る噴射パルスＤＰの場合と比較して、柱状部が細長くなってしまう。このため、柱状部が根元部分でメニスカスと分離してノズル５０からインク滴として噴射されたときに、尾の部分がインク滴本体から分離し、この分離した部分がより細かいミスト状になりやすい。このミスト化した部分が、記録紙８等の着弾対象に対して、インク滴本体から離れた位置に着弾すると、記録された画像等の画質に悪影響を及ぼす等の不具合が生じる可能性がある。

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。

上記実施形態では、本発明における噴射パルスの一例として、図４に示す噴射パルスＤＰを挙げて説明したが、噴射パルスの形状はこれには限られない。
例えば、図７は第２の実施形態における噴射パルスＤＰ′の構成を例示する図である。この第２の実施形態における噴射パルスＤＰ′は、圧力室４８の収縮容積に対応する基準電位ＶＢから膨張電位ＶＨまで電位を上昇させて圧力室４８を収縮容積から膨張容積まで膨張させる膨張要素ｐ１と、圧力室４８の膨張状態を一定時間維持する膨張電位ＶＨで一定な膨張ホールド要素ｐ２と、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＬまで電位を降下させて圧力室４８を収縮容積まで収縮させる収縮要素ｐ３と、を含んで構成されている。そして、上記噴射パルスＤＰ′は、膨張要素ｐ１の始端から終端までの電位差と収縮要素ｐ３の始端から終端までの電位差とが噴射パルスＤＰ′全体の電位差Ｖｄ′で等しい点、膨張要素ｐ１が圧力室４８の膨張過程の途中で膨張速度を変えるように構成されている点、及び、収縮ホールド要素ｐ４と復帰要素ｐ５とを有していない点、で上記第１の実施形態における噴射パルスＤＰと異なっている。その他の構成については上記第１実施形態と同様であるためその説明については省略する。

本実施形態における膨張要素ｐ１は、先に発生される前側膨張要素ｐ１ａ（第１前側要素に相当）と、この前側膨張要素ｐ１ａよりも後に発生される後側膨張要素ｐ１ｂ（第１後側要素に相当）と、により構成されている。前側膨張要素ｐ１ａは、基準電位ＶＢから第１中間電位ＶＭ１まで電位が上昇して圧力室４８を収縮容積から第１中間容積まで急激に膨張させる波形要素であり、その電位勾配は、後側膨張要素ｐ１ｂの電位勾配よりも急峻に設定されている。一方、後側膨張要素ｐ１ｂは、第１中間電位ＶＭ１から最高電位まで電位が上昇して圧力室４８を第１中間容積から膨張容積まで比較的緩やかに膨張させる波形要素であり、前側膨張要素ｐ１ａよりも電位勾配が緩やかに設定されている。そして、前側膨張要素ｐ１ａの始端電位（基準電位ＶＢ）から終端電位（第１中間電位ＶＭ１）までの電位差Ｖｄｂは、Ｖｄ′の４０％以上６０％以下に設定される。

また、前側膨張要素ｐ１ａの始端から終端までの時間幅Ｔ１ａに関し、以下の式（Ｃ）を満たすように設定される。
０＜Ｔ１ａ≦Ｔｃ／３…（Ｃ）
さらに、後側膨張要素ｐ１ｂの始端から後端までの時間幅Ｔ１ｂに関しては、以下の式（Ｂ）を満たすように設定される。
Ｔｃ／３≦Ｔ１ｂ≦２Ｔｃ／３…（Ｂ）

上記噴射パルスＤＰ′が圧電振動子３０に印加されると次のように作用する。まず、膨張要素ｐ１の前側膨張要素ｐ１ａにより圧電振動子３０が収縮して、基準電位ＶＢに対応する収縮容積から最高電位ＶＨで規定される膨張容積まで圧力室４８が急激に膨張する（前側膨張工程）。これにより、図８（ａ）に示すように、メニスカスが圧力室４８側に急激に引き込まれる。このとき、圧力変動に追従し易いメニスカスの中央部が圧力室４８側に比較的速い速度で移動する一方で、圧力変動に追従し難い境界層はメニスカス中央部よりも遅い速度で圧力室側に移動する。このため、メニスカスでは、中央部が圧力室４８側に大きく窪んだ形状となる。続いて、後側膨張要素ｐ１ｂにより圧電振動子３０が前側膨張要素ｐ１ａのときよりも緩やかに収縮し、これにより圧力室４８の容積が第１中間容積から最高電位ＶＨに対応する膨張容積まで穏やかに膨張する（後側膨張工程）。このように後側膨張工程における圧力室４８の膨張速度を、前側膨張工程のときよりも遅くすることで、メニスカスの中央部と境界層との間の速度差が低減されて、図８（ｂ）に示すように、メニスカス全体を圧力室４８側に大きく引き込むことができる。そして、圧力室４８の収縮状態は、膨張ホールド要素ｐ２の供給期間に亘って維持される。

収縮要素ｐ３の前側収縮要素ｐ３ａが圧電振動子３０に印加されることにより圧電振動子３０が急激に伸長して圧力室４８の容積が膨張容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する第２中間容積まで収縮する（前側収縮工程）。この圧力室４８の急激な収縮によって圧力室４８内のインクが加圧され、これにより、図８（ｃ）に示すように、メニスカスの中心部分が、圧力室４８とは反対側の噴射側に押し出されて柱状部が形成される。続いて、収縮要素ｐ３の後側収縮要素ｐ３ｂが圧電振動子３０に印加されることにより圧電振動子３０が前側収縮要素ｐ３ａのときよりも緩やかに伸長し、これにより圧力室４８の容積が第２中間容積から最低電位ＶＬに対応する収縮容積まで穏やかに収縮する（後側収縮工程）。このように後側収縮工程における圧力室４８の収縮速度を、前側収縮工程のときよりも遅くすることで、この間に、柱状部の周囲の境界層が、柱状部の先端部分に近づく。

その後、図８（ｄ）に示すように、柱状部が噴射側に大きく伸びる。この柱状部は、根元部分でメニスカスと分離し、この分離した部分が、ノズル５０からインク滴として噴射される。

このように、噴射パルスＤＰ′によれば、メニスカス中央部と境界層との間の速度差を抑制しつつインクを噴射することができるので、高粘度のインクを用いる場合においても、所望の噴射特性を確保しつつも、インク滴の進行方向後端部に生じる尾曳が従来よりも細長くなることが抑制される。

また、上記各実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子３０を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。

そして、本発明は、噴射パルスを用いて噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、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噴射装置、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。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録ヘッド，２５…制御部，２７…駆動信号発生回路，３０…圧電振動子，４８…圧力室，５０…ノズル，ＤＰ…噴射駆動パルス，ｐ１…膨張要素，ｐ２…膨張ホールド要素，ｐ３…収縮要素，ｐ３ａ…前側収縮要素，ｐ３ｂ…後側収縮要素

Claims

液体が充填される圧力室と、当該圧力室に連通し、液体が噴射されるノズルと、前記圧力室内の液体に圧力変化を与える圧力発生手段と、を有する液体噴射ヘッド、及び、前記ノズルから液体を噴射させるべく前記圧力発生手段を駆動する噴射パルスを発生する噴射パルス発生部を備えた液体噴射装置であって、
前記噴射パルスは、前記圧力室を膨張させるように電圧が変化する第１電圧変化要素と、当該第１電圧変化要素の後端電位を一定時間保持するホールド要素と、前記第１電圧変化要素によって膨張された圧力室を収縮させるように電圧が変化する第２電圧変化要素と、を順に接続して有し、
前記第２電圧変化要素が、先に発生される第２前側要素と、該第２前側要素よりも後に発生される第２後側要素と、を有し、
前記第２後側要素の電圧変化が、前記第２前側要素の電圧変化よりも緩やかとなるように設定され、
前記第２前側要素の電位差が、前記噴射駆動パルス全体の電位差に対して４０％以上６０％以下の範囲に設定されたことを特徴とする液体噴射装置。
前記第２電圧変化要素の電位差が、前記第１電圧変化要素の電位差よりも大きく設定され、
前記第２前側要素の電位差が、前記第１電圧変化要素の電位差よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
前記第１電圧変化要素の始端電位と第２電圧変化要素の終端電位が同電位であって、
第１電圧変化要素が、先に発生される第１前側要素と、該第１前側要素よりも後に発生される第１後側要素と、を少なくとも有することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。