JP2012245686A - 液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メニスカスのＴｍ振動によって液体の噴射が不安定となることを低減することが可能な液体噴射装置、及び、その制御方法を提供する。
【解決手段】駆動信号生成回路は、単位周期Ｔにおいて最初に発生する第１噴射駆動パルスＰ１と、同一単位周期内で第１噴射駆動パルスの次に発生する第２噴射駆動パルスＰ２と、を含む駆動信号ＣＯＭを発生し、第１噴射駆動パルスおよび第２噴射駆動パルスは、ノズルからインクを噴射させるべく圧電振動子を駆動して圧力室内のインクを加圧する加圧要素をそれぞれ有し、第１噴射駆動パルスの加圧要素は、電位を一定に保持する中間ホールド部ｐ１４を途中に有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置、及び、液体噴射装置の制御方法に関し、特に、駆動信号に含まれる駆動パルスを圧力発生手段に印加することにより液体噴射ヘッドのノズルから液体を噴射させることが可能な液体噴射装置、及び、その制御方法に関するものである。

液体噴射装置は液体を液滴として噴射可能な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、インクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドから液体状のインクをインク滴として噴射させて記録を行うインクジェット式記録装置（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、ディスプレイ製造装置などの各種の製造装置にも応用されている。

上記プリンターでは、例えば、複数の駆動パルスを一連に含む駆動信号を発生させ、この駆動信号の中から駆動パルスを選択的に圧電振動子や発熱素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記録ヘッドのノズルからインク滴を噴射させている。そして、この種のプリンターには、記録紙等の記録媒体（着弾対象）の所定の領域（画素領域）に形成するドットの大きさや数を変えて、多階調記録を行うように構成されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記の特許文献１に開示されているプリンターでは、繰り返し周期Ｔで発生する駆動信号内にはインク滴の目標噴射量が等しい２つの駆動パルスが一対含まれている。そして、記録媒体の画素領域に対し、最も大きいドットを形成する場合には繰り返し周期Ｔ内で２つの駆動パルスが両方選択されて、圧力発生手段である圧電振動子（ピエゾ素子）に順次印加される。このように、複数の駆動パルスを組み合わせて連続的に圧力発生手段に印加するように構成した場合、ノズルから１回の噴射で得られるインクの最大量（重量・体積）よりも多い量のインクを、繰り返し周期内で噴射させることができる。

ここで、図１０（ａ）は、繰り返し周期Ｔで発生する駆動信号の一例を示し、図１０（ｂ）は、駆動信号に含まれる駆動パルスＰ１を圧力発生手段に印加することでノズルからインクを噴射したときのメニスカスの変位（振動）を示している。なお、図１０（ａ）において、横軸は時間、縦軸は駆動電圧である。縦軸におけるＶｂは、圧力発生手段を駆動するための基準となる電位（中間電位）である。ノズルからインクを噴射させない場合、圧力発生手段の電位はこの基準電位Ｖｂに設定される。そして、図１０（ａ）では、連続する３つの繰り返し周期、すなわち、繰り返し周期Ｔ（ｎ）と、その次の繰り返し周期Ｔ（ｎ＋１）と、さらにその次の繰り返し周期Ｔ（ｎ＋２）と、を示している。また、図１０（ｂ）において横軸は時間を表し、縦軸はノズル（ノズル軸方向）におけるメニスカスの位置を表している。縦軸における０の位置は、駆動信号の基準電位Ｖｂに対応するメニスカスの定常位置であり、一般的な記録ヘッドでは、ノズルの噴射側の開口面と同一面上または当該開口面から圧力室側に僅かに後退した位置に設定される。そして０よりも波形が上へ向かうほどノズル面よりも外側（噴射側）に向かってメニスカスが盛り上がり、逆に下へ向かうほど圧力室側にメニスカスが引き込まれることを意味する。

圧力発生手段に駆動パルスを印加することでノズルからインク滴を噴射した直後において、当該ノズル近傍のインク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Ｔｍに、圧力室内のインクに生じる固有振動周期Ｔｃの振動が重畳したものである。Ｔｃの振動は数μｓ程度の短い周期でメニスカスを変位させるのに対し、メニスカスの振動Ｔｍは、Ｔｃの振動よりも長い数十μｓ程度の周期でメニスカスを変位させる。

図１１（ａ）は、記録ヘッドの特性を等価回路に置き換えた模式図である。同図において、Ｍ〔ｋｇ/ｍ^４〕は単位長さあたりの媒質（インク）の質量であるイナータンス、Ｃ〔ｍ^５／Ｎ〕は単位圧力あたりの容積変化であるコンプライアンス、Ｒ〔Ｎｓ／ｍ^５〕は媒質の内部損失であるレジスタンスをそれぞれ示している。また、これらに関する添字ａは圧力発生手段を含む振動系、添字ｃは圧力室における振動系、添字ｓは圧力室にインクを供給する供給口における振動系、添字ｎはノズルにおける振動系をそれぞれ意味している。また、振動系のＰは、外部より加えられる圧力で、具体的には、駆動パルスの印加によって圧力発生手段が駆動する際に経時的に発生される圧力であり、駆動パルスを等価圧力に変換したものである。この等価回路を記録ヘッドのインクの噴射で重要となる回路に分解して、圧力室における振動系とノズル系と供給口系から成る部分を示すと図１１（ｂ）に示す等価回路となる。そして、この等価回路に基づくと、圧力室におけるインクに生じる固有周期Ｔｃは、以下の式（１）で表される。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］…（１）

また、ノズルのメニスカスの振動に関わる等価回路は図１１（ｃ）のように表すことができる。同図からメニスカスの振動周期Ｔｍは、次式（２）によって算出できる。
Ｔｍ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）×Ｃｎ〕…（２）

記録媒体に対してインク滴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、ノズルから噴射されるインクの量や飛翔速度などの噴射特性を一定に揃えることが肝要である。特に、上記したように、繰り返し周期Ｔ内で複数の駆動パルスを組み合わせてインクの噴射を行う構成では、前の噴射に伴う残留振動が収束しないうちに後の噴射が行われることがあるため、一般的なプリンターでは、当該残留振動を考慮して、前後の駆動パルスの組み合わせでインクを噴射したときのインクの総量が所望の値（設計・仕様上の目標値）となるように、駆動信号中の各駆動パルスの位置関係（時間軸上での位置関係）が定められている。比較的短い間隔での連続的な噴射では、周期の短いＴｃ振動が問題となるため、駆動信号中の各駆動パルスの位置関係は、当該Ｔｃに基づいて定められている。

特開２００９−２６９３５１号公報

ところで、周期の比較的長いＴｍ振動に関し、インクの噴射が一定の間隔で連続して行われる場合、圧力室４１内の圧力変動が継続的に行われることよって供給口から圧力室側へインクの供給が促進されるため、Ｔｍ振動が低減されてインクの噴射は安定する。ところが、例えば、ある繰り返し周期Ｔ（ｎ）でインクが噴射された後、次の繰り返し周期Ｔ（ｎ＋１）でインクの噴射が行われない場合（非噴射期間となる場合）、この繰り返し周期Ｔ（ｎ＋１）では、メニスカスが自由振動する。上述したように、Ｔｍ振動の周期はＴｃの振動周期と比較して長い（数十μｓ）ため、このＴｍ振動の極値（噴射側の極大点または圧力室側の極小点）の近傍で、その次の繰り返し周期（ｎ＋２）においてインクの噴射が行われるケースが生じる。このケースでは、ノズルにおけるメニスカスが噴射側に盛り上がった状態、もしくは、圧力室側に引き込まれた状態、つまり、メニスカスの形状が安定していない状態で、メニスカスをさらに大きく変位させてインクの噴射を行うと、インクの飛翔方向が曲がったりする等、インクの噴射が不安定となる可能性があった。
なお、非噴射期間となる繰り返し周期が２つ以上連続する場合、Ｔｍ振動が十分に収束するため、上記の問題は生じにくい。
また、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドを搭載した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てなされたものであり、その目的は、ノズルのメニスカスにおけるＴｍ振動によって液体の噴射が不安定となることを低減することが可能な液体噴射装置、及び、その制御方法を提供することにある。

本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、圧力発生手段の駆動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動して液体を噴射させるための駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、
を備え、
前記駆動信号発生手段は、繰り返し周期において最初に発生する第１駆動パルスと、同一繰り返し周期内で前記第１駆動パルスの次に発生する第２駆動パルスと、を含む駆動信号を発生し、
前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、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して前記圧力室内の液体を加圧する加圧要素をそれぞれ有し、
前記第１駆動パルスの加圧要素は、電位を一定に保持する保持部を途中に有することを特徴とする。

上記構成によれば、繰り返し周期で最初に発生する第１駆動パルスの加圧要素は、電位を一定に保持する保持部を途中に有するので、所定の単位周期Ｔ（ｎ）で液体が噴射された後、次の単位周期Ｔ（ｎ＋１）では液体の噴射が行われず、次の単位周期（ｎ＋２）において液体の噴射が行われるケースで、メニスカスの状態が不安定となる場合でも、第１駆動パルスによる液体の噴射の際に、メニスカスを必要以上に大きく変位させることなく、安定して液体を噴射することができる。このため、液体の飛翔曲がり等を抑制することができる。

上記構成において、前記第１駆動パルスの前記保持部を除く加圧要素の勾配は、前記第２駆動パルスの加圧要素の勾配よりも急峻であることが望ましい。
また、前記第１駆動パルスにおいて前記保持部を含む加圧要素の時間幅は、前記第２駆動パルスの加圧要素の時間幅よりも短いことが望ましい。

この構成によれば、加圧要素の勾配が、第２駆動パルスの加圧要素の勾配よりも急峻であるので、メニスカス全体を必要以上に変位させることなく、液体の量や飛翔速度を高めることができる。このため、液体の噴射を安定させつつ、目標とする噴射特性を確保することが可能となる。

そして、本発明の液体噴射装置の制御方法は、圧力発生手段の駆動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動して液体を噴射させるための駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、
を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
前記駆動信号は、繰り返し周期において最初に発生する第１駆動パルスと、同一繰り返し周期内で前記第１駆動パルスの次に発生する第２駆動パルスと、を含み、
前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスを前記圧力発生手段に印加して前記ノズルから液体を噴射させる噴射処理は、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して前記圧力室内の液体を加圧する加圧工程を含み、
前記第１駆動パルスによる加圧工程は、前記圧力室の加圧を一定時間停止する停止工程を途中に含むことを特徴とする。

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。 プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 駆動信号の構成、および、その発生パターンの一例を示す波形図である。 第１噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。 第２噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。 第１噴射駆動パルスによってノズルからインクが噴射される様子を説明する模式図である。 第２噴射駆動パルスによってノズルからインクが噴射される様子を説明する模式図である。 ノズルからインクが噴射される際のメニスカスの変位について説明するグラフである。 （ａ）は従来の駆動信号、（ｂ）はインクを噴射したときのメニスカスの変位を示す図である。 等価回路を説明する図である。

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は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。また、図２は、プリンター１の内部構成を説明する斜視図である。
例示したプリンター１は、記録用紙、布、樹脂フィルム等の記録媒体９に向けて、液体の一種であるインクを噴射する。記録媒体９は、液体が噴射されて着弾する対象となる着弾対象の一種である。外部装置としてのコンピューターＣＰは、プリンター１と通信可能に接続されている。プリンター１に画像を印刷させるため、コンピューターＣＰは、その画像に応じた印刷データをプリンター１に送信する。

本実施形態におけるプリンター１は、搬送機構２、キャリッジ用移動機構３、駆動信号生成回路４（駆動信号発生手段の一種）、ヘッドユニット５、検出器群６、リニアエンコーダー２０、及び、プリンターコントローラー７を有する。搬送機構２は、記録媒体９を搬送方向に搬送させる。キャリッジ用移動機構３は、ヘッドユニット５が取り付けられたキャリッジを所定の移動方向（例えば紙幅方向）に移動させる。駆動信号生成回路４は、図示しないＤＡＣ（Digital Analog Converter）を含む。そして、プリンターコントローラー７から送られた駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成回路４は図示しない増幅回路も含んでおり、ＤＡＣからの電圧信号を電力増幅し、駆動信号ＣＯＭを生成する。駆動信号ＣＯＭは、記録媒体９に対する印刷処理（記録処理或いは噴射処理の一種）時に記録ヘッド８の圧電振動子３２（図３参照）に印加されるものである。駆動信号ＣＯＭは、図４に例示するように、駆動信号の発生繰り返し周期である単位期間Ｔ内に駆動パルスＰを少なくとも１つ以上含む信号である。ここで、駆動パルスＰとは、記録ヘッド８から液滴状のインクを噴射させるために、圧電振動子３２に所定の動作を行わせるものである。なお、駆動信号ＣＯＭの詳細については後述する。

ヘッドユニット５は、記録ヘッド８およびヘッド制御部１１を有する。記録ヘッド８は、液体噴射ヘッドの一種であり、ノズル４３からインクを記録媒体９に向けて噴射させて、当該記録媒体９の所定の領域（画像等の形成単位である画素に対応する領域）に着弾させてドットを形成する。このドットを複数マトリクス状に並べることで記録媒体９に画像等が記録される。ヘッド制御部１１は、プリンターコントローラー７からのヘッド制御信号に基づき、記録ヘッド８を制御する。なお、記録ヘッド８の構成については後で説明する。検出器群６は、プリンター１の状況を監視する複数の検出器によって構成される。この検出器群６には、プリンター内部の環境温度を検出する温度センサー（図示せず）等が含まれる。

搬送機構２は、記録ヘッド８の走査方向に直交する方向（以下、搬送方向という）に記録媒体９を搬送させるための機構である。この搬送機構２は、搬送モーター１４と、搬送ローラー１５と、プラテン１６と、を有する。搬送ローラー１５は、記録媒体９を印刷可能な領域であるプラテン１６上まで搬送するローラーであり、搬送モーター１４によって駆動される。プラテン１６は、印刷中の記録媒体９を支持する。

プリンターコントローラー７は、プリンターの制御を行うための制御ユニットである。プリンターコントローラー７は、インターフェース部２４と、ＣＰＵ２５と、メモリー２６とを有する。インターフェース部２４は、外部装置であるコンピューターＣＰとプリンター１との間でデータの送受信を行う。ＣＰＵ２５は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。メモリー２６は、ＣＰＵ２５のプログラムを格納する領域や作業領域等を確保するためのものであり、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶素子を有する。ＣＰＵ２５は、メモリー２６に格納されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。また、プリンターコントローラー７は、コンピューターＣＰからの印刷データに基づき、記録媒体９上のどの位置にどのような大きさのドットを形成するかを示すドット形成データＳＩを生成し、当該ドット形成データＳＩをヘッド制御部１１に送信する。そして、ヘッド制御部１１は、プリンターコントローラー７からのドット形成データＳＩに基づき、駆動信号ＣＯＭに含まれる各駆動パルスを選択して圧電振動子３２に印加するための選択データを生成する。これらのプリンターコントローラー７及びヘッド制御部１１は、選択制御手段として機能する。

さらに、プリンターコントローラー７は、上記のドット形成データＳＩの他、例えば、転送クロックＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨなどのヘッド制御信号を記録ヘッド８に出力したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号生成回路４に出力したりする。駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号は、例えばＤＡＣ（Digital to Analog Converter）値である。このＤＡＣ値は、駆動信号生成回路４から出力させる電圧を指示するための情報であり、極めて短い更新周期毎に更新される。

図２に示すように、キャリッジ１２は、主走査方向に架設されたガイドロッド１９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ用移動機構３の作動により、ガイドロッド１９に沿って記録媒体９の搬送方向に直交する主走査方向に往復移動するように構成されている。キャリッジ１２の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー２０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（位置情報の一種）がプリンターコントローラー７のＣＰＵ２５に送信される。リニアエンコーダー２０は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド８の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として出力する。これにより、プリンターコントローラー７はこのリニアエンコーダー２０からのエンコーダーパルスＥＰに基づいてキャリッジ１２（記録ヘッド８）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド８による記録動作を制御することができる。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（フルポジション）へ向けてキャリッジ１２が移動する往動時と、フルポジションからホームポジション側にキャリッジ１２が戻る復動時との双方向で記録媒体９上に文字や画像等を記録する。

上記リニアエンコーダー２０からのエンコーダーパルスＥＰは、プリンターコントローラー７に入力されている。プリンターコントローラー７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ＣＯＭの発生等を行っている。そして、駆動信号生成回路４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、プリンターコントローラー７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８に出力する。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る。したがって、駆動信号ＣＯＭの単位周期は、このラッチ信号ＬＡＴで区切られる区間であると言える。さらに、チェンジ信号ＣＨは、駆動信号ＣＯＭに含まれる各駆動パルスの供給タイミングを規定する。ラッチ信号ＬＡＴの後に各チェンジ信号ＣＨが発生するタイミングは予め一定の値に規定されている。

次に、図３を参照しながら記録ヘッド８の構成について説明する。
記録ヘッド８は、ケース２８と、このケース２８内に収納される振動子ユニット２９と、ケース２８の底面（先端面）に接合される流路ユニット３０等を備えている。上記のケース２８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２９を収納するための収納空部３１が形成されている。振動子ユニット２９は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子３２と、この圧電振動子３２が接合される固定板３３と、圧電振動子３２に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル３４とを備えている。圧電振動子３２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３０は、流路基板３６の一方の面にノズルプレート３７を、流路基板３６の他方の面に振動板３８をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット３０には、リザーバー３９（共通液体室またはマニホールドとも言う）と、インク供給口４０と、圧力室４１と、ノズル連通口４２と、ノズル４３と、が設けられている。そして、インク供給口４０から圧力室４１及びノズル連通口４２を経てノズル４３に至る一連のインク流路が、各ノズル４３に対応して形成されている。上記ノズルプレート３７は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数（例えば、１８０個）のノズル４３が副走査方向に沿って列状に穿設された部材であり、本実施形態では、例えば、ステンレス鋼によって作製されている。また、ノズルプレート３７は、シリコン単結晶基板によって作製される場合もある。ノズル４３は、ストレート部４３ａと、テーパー部４３ｂと、から構成されている（図７（ａ）参照）。ストレート部４３ａは、一端がノズルプレート３７における噴射側の面に開口し、他端（圧力室側）がテーパー部４３ｂと連通した、内径が一定な円筒状の空部である。テーパー部４３ｂは、その内径がストレート部４３ａの他端側から圧力室側に向かって拡大する空部である。

上記振動板３８は、支持板４５の表面に弾性体膜４６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４５とし、この支持板４５の表面に樹脂フィルムを弾性体膜４６としてラミネートした複合板材を用いて振動板３８を作製している。この振動板３８には、圧力室４１の容積を変化させるダイヤフラム部４７が設けられている。また、この振動板３８には、リザーバー３９の一部を封止するコンプライアンス部４８が設けられている。

上記のダイヤフラム部４７は、エッチング加工等によって支持板４５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４７は、圧電振動子３２の自由端部の先端面が接合される島部４９と、この島部４９を囲む薄肉弾性部５０と、からなる。上記のコンプライアンス部４８は、リザーバー３９の開口面に対向する領域の支持板４５を、ダイヤフラム部４７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３９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４９には圧電振動子３２の先端面が接合されているので、この圧電振動子３２の自由端部を伸縮させることで圧力室４１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４１内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド８は、この圧力変動を利用してノズル４３からインク滴を噴射させるようになっている。

図４は、駆動信号生成回路４によって生成される駆動信号ＣＯＭの構成、および、その発生パターンの一例を説明する波形図である。本実施形態において、駆動信号ＣＯＭの繰り返し周期である単位周期Ｔは、記録ヘッド８が記録媒体９に対して相対的に移動しながらインクの噴射を行う際に、ノズル４３が上記の画素の幅に対応する距離だけ移動する時間に相当し、例えば、数十μｓに設定されている。即ち、この場合、駆動信号の繰り返し周波数は数十ｋＨｚである。本実施形態では、１つの画素に対して２種類の大きさのドットを形成することが可能に構成されている。したがって、上記プリンター１では、画素に対してドットを形成しない非記録も含めて合計３階調の表現が可能である。図４では、連続する３つの単位周期、すなわち、所定の単位周期Ｔ（ｎ）と、その次に続く単位周期Ｔ（ｎ＋１）と、さらにその次に続く単位周期Ｔ（ｎ＋２）と、を示している。この例では、単位周期Ｔ（ｎ）では、後述する第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２が選択されて、圧電振動子３２に順次印加される。単位周期Ｔ（ｎ＋１）は、インクが一度も噴射されない非記録期間である。なお、同図では、便宜上、単位周期Ｔ（ｎ＋１）の途中の図示が省略されている。そして、単位周期Ｔ（ｎ＋２）では、第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２が選択されて、圧電振動子３２に順次印加される。

本実施形態における単位周期Ｔは、２つの期間、具体的には、前半の期間Ｔ１と後半の期間Ｔ２に区切られている。そして、先頭の期間Ｔ１では第１噴射駆動パルスＰ１（本発明における第１駆動パルスに相当）が発生され、期間Ｔ１に続く期間Ｔ２では第２噴射駆動パルスＰ２（本発明における第２駆動パルスに相当）が発生される。これらの噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２は、同一の単位周期Ｔで両方とも選択されて圧電振動子３２に連続的に印加された場合に、所定の合計量（設計上目標とする量）のインクがノズル４３から噴射されるように設計されている。これにより、記録媒体９上の画素形成領域（仮想的な画素形成予定領域）に上記合計量のインクが着弾して所定の大きさのドット（以下、適宜大ドット）が形成される。また、単位周期Ｔにおいて、上記の合計量よりも少ない量のインクを噴射する場合、第１噴射駆動パルスＰ１または第２噴射駆動パルスＰ２の何れか一方が選択されて圧電振動子３２に印加される。これにより、記録媒体９上の画素形成領域（仮想的な画素形成予定領域）に上記合計量よりも少ない量のインクが着弾してドット（以下、小ドット）が形成される。さらに、単位周期Ｔにおいて画素にドットを形成しない非記録の場合、噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２は何れも選択されない。これにより、ノズル４３からはインクが噴射されない。なお、非記録の場合、圧電振動子３２に図示しない微振動パルスが印加されて、ノズル４３からインクが噴射されない程度にメニスカスが微振動される場合もある。

図５は、第１噴射駆動パルスＰ１の構成を説明する波形図である。
同図に示すように、第１噴射駆動パルスＰ１は、予備膨張部ｐ１１（第１の変化要素）と、膨張ホールド部ｐ１２（維持要素）と、第１収縮部ｐ１３（第２の変化要素）と、中間ホールド部ｐ１４と、第２収縮部ｐ１５と、収縮ホールド部ｐ１６と、復帰膨張部ｐ１７とからなる。予備膨張部ｐ１１は、基準電位Ｖｂから第１膨張電位ＶＨ１まで電位がプラス（第１の極性）側に変化する波形要素であり、膨張ホールド部ｐ１２は、予備膨張部ｐ１１の終端電位である第１膨張電位ＶＨ１で一定な波形要素である。また、第１収縮部ｐ１３は、第１膨張電位ＶＨ１から中間電位ＶＭ（ＶＬ１＜ＶＭ＜ＶＨ１）まで電位がマイナス（第２の極性）側に変化する波形要素であり、中間ホールド部ｐ１４は、中間電位ＶＭで一定な波形要素である。さらに、第２収縮部ｐ１５は、中間電位ＶＭから第１収縮電位ＶＬ１まで電位がマイナス側に一定の勾配で変化（下降）する波形要素であり、収縮ホールド部ｐ１６は、第１収縮電位ＶＬ１で一定な波形要素であり、復帰膨張部ｐ１７は、第１収縮電位ＶＬ１から基準電位Ｖｂまで電位が復帰する波形要素である。この第１噴射駆動パルスＰ１において、第１収縮部ｐ１３および第２収縮部ｐ１５は、本発明における加圧要素を構成しており、中間ホールド部ｐ１４は、本発明における保持部に相当する。

図７は、第１噴射駆動パルスＰ１が圧電振動子３２に印加されることによりノズル４３からインクが噴射される様子を説明する模式図（ノズル軸方向の断面図）である。上記のように構成された第１噴射駆動パルスＰ１が圧電振動子３２に印加されると、まず、予備膨張部ｐ１１によって圧電振動子３２は素子長手方向に収縮し、これに伴って圧力室４１が基準電位Ｖｂに対応する基準容積から第１膨張電位ＶＨ１に対応する膨張容積まで膨張する（予備膨張工程）。この膨張により、図７（ａ）に示すように、ノズル４３におけるメニスカスが圧力室４１側に引き込まれると共に、圧力室４１内にはリザーバー３９側からインク供給口４０を通じてインクが供給される。そして、この圧力室４１の膨張状態は、膨張ホールド部ｐ１２の供給期間中に亘って維持される（ホールド工程）。

膨張ホールド部ｐ１２による膨張状態が維持された後、ノズル４３からインクを噴射すべく、第１収縮部ｐ１３、中間ホールド部ｐ１４、および、第２収縮部ｐ１５が圧電振動子３２に順次印加されて加圧工程が行われる。本発明に係るプリンター１は、この第１噴射駆動パルスＰ１による加圧工程に、途中で圧力室４１の加圧を一時的に停止する停止工程が含まれている点に特徴を有している。加圧工程では、まず、第１収縮部ｐ１３により圧電振動子３２が伸長する。これに伴い、圧力室４１は膨張容積から中間電位ＶＭに対応する中間容積まで収縮される（前側加圧工程）。これにより、図７（ｂ）に示すように、圧力室４１内のインクが加圧されて、ノズル４３におけるメニスカスの中央部分が噴射側に押し出され、この押し出された部分が液柱のように伸びる。続いて、中間ホールド部ｐ１４により、中間容積が僅かな時間だけ維持される（停止工程）。これにより、圧電振動子３２の伸長が一時的に停止される。この間にノズル４３におけるメニスカスの中央部に形成された液柱部は、図７（ｃ）に示すように、慣性力によって噴射側に移動を続ける。

中間ホールド部ｐ１４によるホールドの後、第２収縮部ｐ１５により圧電振動子３２が伸長し、圧力室４１の容積が中間容積から収縮容積まで加圧される（後側加圧工程）。これにより、メニスカス全体が噴射方向に急激に押し出され、液柱の後端部分が加速される。そして、メニスカスと液柱とが分離し、分離した部分がインク滴としてノズル４３から噴射されて記録媒体９に向けて飛翔する。第２収縮部ｐ１５の後、収縮ホールド部ｐ１６により、圧力室４１の収縮状態が一定時間維持される。インクの噴射によって減少した圧力室４１内のインク圧力が再び上昇するタイミングにあわせて復帰膨張部ｐ１７が圧電振動子３２に印加される。この復帰膨張部ｐ１７の印加により、圧力室４１が定常容積まで膨張復帰し、圧力室４１内のインクの圧力変動が制振される。

図６は、第２噴射駆動パルスＰ２の構成を説明する波形図である。
同図に示すように、第２噴射駆動パルスＰ２は、予備膨張部ｐ２１と、膨張ホールド部ｐ２２と、収縮部ｐ２３と、収縮ホールド部ｐ２４と、復帰膨張部ｐ２５とからなる。予備膨張部ｐ２１は、基準電位Ｖｂから第２膨張電位ＶＨ２まで一定勾配で電位がプラス側に変化（上昇）する波形要素であり、膨張ホールド部ｐ２２は、予備膨張部ｐ２１の終端電位である第２膨張電位ＶＨ２で一定な波形要素である。また、収縮部ｐ２３は、第２膨張電位ＶＨ２から第２収縮電位ＶＬ２（ＶＬ２＜Ｖｂ）まで電位がマイナス側に一定の勾配で変化（下降）する波形要素であり、収縮ホールド部ｐ２４は、第２収縮電位ＶＬ２で一定な波形要素であり、復帰膨張部ｐ２５は、第２収縮電位ＶＬ２から基準電位Ｖｂまで電位が復帰する波形要素である。この第２噴射駆動パルスＰ２において、収縮部ｐ２３は、本発明における加圧要素に相当する。

上記のように構成された第２噴射駆動パルスＰ２が圧電振動子３２に印加されると、まず、予備膨張部ｐ２１によって圧電振動子３２が素子長手方向に収縮し、これに伴って圧力室４１が基準電位Ｖｂに対応する基準容積から第２膨張電位ＶＨ２に対応する膨張容積まで膨張する（膨張工程）。この膨張により、図８（ａ）に示すように、ノズル４３におけるメニスカスが圧力室４１側に大きく引き込まれると共に、圧力室４１内にはリザーバー３９側からインク供給口４０を通じてインクが供給される。そして、この圧力室４１の膨張状態は、膨張ホールド部ｐ２２の供給期間中に亘って維持される（ホールド工程）。膨張ホールド部ｐ２２による膨張状態が維持された後、収縮部ｐ２３が圧電振動子３２に印加されてこれに応じて圧電振動子３２が伸長する。これに伴い、圧力室４１は膨張容積から第２収縮電位ＶＬ２に対応する収縮容積まで収縮される（加圧工程）。これにより、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すように、圧力室４１内のインクが加圧されて、ノズル４３メニスカスの中央部分が噴射側に押し出され、この押し出された部分が液柱のように伸びる。続いて、収縮ホールド部ｐ２４により、圧力室４１の収縮状態が一定時間維持される。この間にメニスカスと液柱とが分離し、図８（ｄ）に示すように、分離した部分がインク滴としてノズル４３から噴射されて記録媒体９に向けて飛翔する。このインクの噴射によって減少した圧力室４１内のインク圧力が再び上昇するタイミングにあわせて復帰膨張部ｐ２５が圧電振動子３２に印加される。この復帰膨張部ｐ２５の印加により、圧力室４１が定常容積まで膨張復帰し、圧力室４１内のインクの圧力変動（残留振動）が吸収、即ち、制振される。

ここで、図９は、ノズル４３からインクを噴射する際のメニスカスの挙動（変位）を示すグラフであり、（ａ）は第１噴射駆動パルスＰ１によって圧電振動子３２した場合、（ｂ）は第２噴射駆動パルスＰ２によって圧電振動子３２した場合をそれぞれ示している。図９において横軸は時間を表し、縦軸はノズルにおけるメニスカス（ノズル軸方向）の位置を表している。横軸における０は、噴射駆動パルスによって一連のインク噴射動作が開始される時点であり、Ｄは、ノズル４３からインクが噴射されるタイミングを示している。また、縦軸における０の位置は、噴射駆動パルスの基準電位Ｖｂに対応するメニスカスの定常位置であり、本実施形態における記録ヘッド８では、ノズル４３の噴射側の開口面から圧力室４１側に僅かに後退した位置に設定される。そして０よりも波形が上へ向かうほどノズル面よりも外側（噴射側）に向かってメニスカスが突出し、逆に下へ向かうほど圧力室側にメニスカスが引き込まれる。また、図９では、メニスカスが噴射側に最も変位した時点と、最も圧力室４１側に引き込まれた時点とのメニスカスの変位の差をＡ１，Ａ２としてそれぞれ示している。

同図に示すように、圧電振動子３２に噴射駆動パルスを印加することでノズル４３からインクを噴射することにより、メニスカスが変位（振動）する。この振動は、先述したように、ノズル４３のメニスカスの振動Ｔｍに、圧力室４１内のインクに生じる固有振動周期Ｔｃの振動が重畳したものである。第２噴射駆動パルスＰ２は、加圧要素である収縮部ｐ２３による加圧工程において途中で止めることなく圧力室４１を収縮容積まで一気に収縮させる（すなわち、インクを加圧する）ので、噴射されるインクの量や速度が第１噴射駆動パルスＰ１の場合と比較して増加する一方で、メニスカス全体が比較的大きく変位し、Ｔｃ振動およびＴｍ振動の両方の振幅が大きくなる傾向となる。これに対し、第１噴射駆動パルスＰ１では、加圧要素である第１収縮部ｐ１３および第２収縮部ｐ１５の間に設けられた中間ホールド部ｐ１４により、加圧工程の途中で停止工程が入るので、噴射されるインクの量や速度が第２噴射駆動パルスＰ２の場合と比較して低下するが、メニスカス全体の急激な変位が抑えられ、Ｔｃ振動およびＴｍ振動の振幅が小さくなる傾向となる（Ａ１＜Ａ２）。すなわち、ノズル４３の内周面から離れた位置にあるメニスカスの中央部は、圧力変化に追従しやすく高速に移動する一方、中央部よりもノズル４３の内周面に近い部分（境界層）ほどその粘性が影響して圧力変化に追従し難いため、移動速度が中央部よりも遅くなる。このため、加圧を途中で一時的に停止することで、メニスカスの境界層をメニスカスの中央部に追従させることができ、境界層と中央部（液柱部）との速度差を抑制することができる。その結果、メニスカス全体の挙動が大きくなることが抑制される。その結果、インクを噴射するタイミングにおけるメニスカスのノズル４３における位置や挙動（後述するように、前回のインクの噴射に伴う残留振動の状態）に拘わらず、安定してインクを噴射することが可能となる。すなわち、インクの飛翔方向が意図しない方向に曲がったりする（本来目標とする方向から外れたりする）等の不具合が低減される。

また、本実施形態における第１噴射駆動パルスＰ１では、加圧要素である第１収縮部ｐ１３の電位勾配θ１および第２収縮部ｐ１５の電位勾配θ２に関し、何れも、後述する第２噴射駆動パルスＰ２の加圧要素である収縮部ｐ２３の電位勾配θ３よりも大きくなっている。すなわち、第１収縮部ｐ１３の単位時間あたりの電位変化〔（ＶＨ１−ＶＭ）／Ｐｗｄ１１〕および第２収縮部ｐ１５の単位時間あたりの電位変化〔（ＶＭ−ＶＬ１）／Ｐｗｄ１２〕は、何れも、収縮部ｐ２３の単位時間あたりの電位変化〔（ＶＨ２−ＶＬ２）／Ｐｗｄ２〕よりも大きくなっている。さらに、本実施形態においては、第１噴射駆動パルスＰ１第１収縮部ｐ１３の始端から第２収縮部ｐ２３の終端までの時間幅Ｐｗｄ１は、第２噴射駆動パルスＰ２の収縮部ｐ２３の時間幅Ｐｗｄ２よりも短くなっている。

このため、第１噴射駆動パルスＰ１で圧電振動子３２を駆動したときに、第２噴射駆動パルスＰ２の場合と比較して、加圧工程における圧力室４１の単位時間あたりの圧力変化が大きくなる。これにより、加圧工程の途中で中間ホールド部ｐ１４による停止工程が入ることによってノズル４３から噴射されるインクの量や飛翔速度（噴射特性）が低下することが抑制される。また、後述する第２噴射駆動パルスＰ２の場合では、予備膨張部ｐ２１によってメニスカス全体が大きく変位するのに対し、第１噴射駆動パルスＰ１の場合では、主にメニスカス中央部が変位する傾向となる。加えて、上記のように加圧工程の途中で停止工程が入ることでメニスカス中央部に境界層が追従するので、第１噴射駆動パルスＰ１によるインクの噴射時には、メニスカス全体に大きな振動が励振されることが抑制される。このため、インクの噴射安定性に寄与することが可能となる。

以上の構成を採用するプリンター１では、図４の例のように、ある単位周期Ｔ（ｎ）で第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２によってインクの噴射が行われた後、次の単位周期Ｔ（ｎ＋１）ではインクが一度も噴射されない非噴射期間となり、その次の単位周期（ｎ＋２）で少なくとも第１噴射駆動パルスＰ１によってインクの噴射が行われる場合に、インクの噴射安定性を確保することができるようになっている。すなわち、一定の間隔で連続してインクの噴射が行われる場合、圧力室４１内の圧力変動が継続的に行われることよってインク供給口４０から圧力室４１側へインクの供給が促進されるため、Ｔｍ振動の影響が出にくくなる。このため、インクの噴射は安定する。ところが、単位周期Ｔ（ｎ）でインクが噴射された後、単位周期Ｔ（ｎ＋１）でインクの噴射が行われない場合、この単位周期Ｔ（ｎ＋１）では、メニスカスが自由振動する。Ｔｍ振動の周期は長い（数十μｓ）ため、キャリッジ１２（記録ヘッド８）の移動速度に依存するタイミングパルスＰＴＳの発生間隔によっては、このＴｍ振動の極値（図９に示す、噴射側の極大点Ｍｘまたは圧力室４１側の極小点Ｍｍ）の近傍で、次の単位周期（ｎ＋２）においてインクの噴射が行われるケースが生じる。このケースでは、ノズル４３におけるメニスカスがストレート部４３ａよりも噴射側に盛り上がった状態、もしくは、メニスカス全体が圧力室４１側のテーパー部４３ｂまで引き込まれた状態、つまり、メニスカスの形状が安定していない状態（ストレート部４３ａにメニスカスが位置していない状態）で、メニスカスをさらに大きく変位させてインクの噴射を行うと、インクの飛翔方向が曲がったりする等、インクの噴射が不安定となる可能性がある。

この点に関し、本発明に係るプリンター１では、単位周期の最初に発生される第１噴射駆動パルスＰ１の加圧要素が、電位を一定に保持する保持部（中間ホールド部ｐ１４）を途中に有する構成であるため、上記のようにメニスカスが安定していない状態においても、メニスカスをさらに大きく変位させることなく、安定してインクを噴射することができる。このため、インクの飛翔曲がり等を抑制することができ、記録媒体９に記録される記録画像等の画質の低下が低減される。また、本実施形態における第１噴射駆動パルスＰ１において中間ホールド部ｐ１４を除く加圧要素の勾配は、第２噴射駆動パルスＰ２の加圧要素の勾配よりも急峻であるので、メニスカス全体を必要以上に変位させることなく、インクの量や飛翔速度を高めることができる。

なお、本発明は、上記した各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。

例えば、駆動信号ＣＯＭの構成に関し、上記実施形態では、単位周期Ｔに第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２の２つの噴射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、３つ以上の噴射駆動パルスが含まれる構成を採用することも可能である。要は、単位周期の長さが、一単位周期分の非噴射期間を置いた場合に上述したＴｍ振動による影響が生じる可能性のある長さであって、当該単位周期の最初に上記構成の第１噴射駆動パルスＰ１が発生される構成であれば、本発明の作用効果が得られる。
また、単位周期Ｔで最初に発生されるインクの噴射に係る駆動パルスが第１噴射駆動パルスＰ１であれば良く、単位周期Ｔにおいて、第１噴射駆動パルスＰ１よりも前に、インクの噴射に関わらない波形（例えば、インクが噴射されない程度にメニスカスを微振動させる微振動パルスなどの波形要素）が含まれていても良い。

また、上記各実施形態では、記録媒体９に対して記録ヘッド８を移動させながらインクの噴射を行う構成を例示したが、これには限られない。例えば、記録ヘッド８の位置を固定した状態で、当該記録ヘッド８に対して記録媒体９を移動させながらインクの噴射を行う構成を採用することもできる。要は、記録ヘッド８と記録媒体９とが相対移動しながらインクを噴射して記録媒体９にインクを着弾させる構成であれば、本発明を適用することができる。

さらに、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子３２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素子を採用することも可能である。この場合、上記実施形態で例示した駆動パルスＰ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。
さらに、圧力発生手段としては圧電素子には限らず、圧力室内に気泡を発生させる発熱素子や静電気力を利用して圧力室の容積を変動させる静電アクチュエーター等の各種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。

そして、以上では、液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、駆動パルスを用いて液体の噴射を行う他の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置，ごく少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペットにも適用することができる。

１…プリンター，２…搬送機構，３…キャリッジ用移動機構，４…駆動信号生成回路，６…検出器群，７…プリンターコントローラー，８…記録ヘッド，１１…ヘッド制御部，１２…キャリッジ，２０…リニアエンコーダー，３２…圧電振動子，４１…圧力室，４３…ノズル

Claims (4)

1. 圧力発生手段の駆動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動して液体を噴射させるための駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、
   を備え、
   前記駆動信号発生手段は、繰り返し周期において最初に発生する第１駆動パルスと、同一繰り返し周期内で前記第１駆動パルスの次に発生する第２駆動パルスと、を含む駆動信号を発生し、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、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して前記圧力室内の液体を加圧する加圧要素をそれぞれ有し、
   前記第１駆動パルスの加圧要素は、電位を一定に保持する保持部を途中に有することを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記第１駆動パルスにおいて前記保持部を除く加圧要素の勾配は、前記第２駆動パルスの加圧要素の勾配よりも急峻であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記第１駆動パルスにおいて前記保持部を含む加圧要素の時間幅は、前記第２駆動パルスの加圧要素の時間幅よりも短いことを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 圧力発生手段の駆動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動して液体を噴射させるための駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し発生可能な駆動信号発生手段と、
   を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
   前記駆動信号は、繰り返し周期において最初に発生する第１駆動パルスと、同一繰り返し周期内で前記第１駆動パルスの次に発生する第２駆動パルスと、を含み、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスを前記圧力発生手段に印加して前記ノズルから液体を噴射させる噴射処理は、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して前記圧力室内の液体を加圧する加圧工程を含み、
   前記第１駆動パルスによる加圧工程は、前記圧力室の加圧を一定時間停止する停止工程を途中に含むことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

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