JP2013248750A - 液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから噴射される液量の変動を抑制しつつメイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれを低減することが可能な液体噴射装置、および、その制御方法を提供する。
【解決手段】噴射パルスＤＰは、ノズルにおけるメニスカスを圧力室側に引き込む予備膨張部ｐ１と、予備膨張部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す収縮部ｐ３と、収縮部によって押し出されたメニスカスを圧力室側に引き込む再膨張部ｐ５と、を含む電圧波形であり、圧力室内のインクに生じる固有振動周期をＴｃ、予備膨張部の始端から終端までの時間をＰＴ１、予備膨張部の始端から収縮部の始端までの時間をＴ１、収縮部の始端から再膨張部の始端までの時間をＴ２としたとき、以下の各条件を満たすように各時間が設定される。
Ｔｃ／４≦ＰＴ１≦Ｔｃ／２ …（Ａ）
Ｔｃ／２≦Ｔ１≦３Ｔｃ／４ …（Ｂ）
Ｔｃ／２≦Ｔ２≦Ｔｃ …（Ｃ）
【選択図】図３

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、および、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波形を圧力発生手段に印加することにより当該圧力発生手段を駆動させ、ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズルから液体を噴射させる液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法に関するものである。

液体噴射装置は噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射（吐出）する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を活かして各種の製造装置にも応用されている。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形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記液体噴射装置には、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に開示されている液体噴射装置の一種であるプリンターでは、ノズルのメニスカスを圧力室側に引き込む工程と、この状態を一定時間維持してインクの噴射のタイミングを図る維持工程と、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、この種の液体噴射装置では、ノズルから液滴が噴射されると、先行するメイン滴の後端部の部分が当該メイン滴から分離してサテライト滴となることがある。特に、より大きい液滴を噴射する場合、或いは、粘度が比較的高い（例えば５ｍＰａ・ｓ以上の）液体を噴射する場合、よりサテライト滴が生じやすい傾向にある。そして、液体噴射ヘッドと着弾対象（例えば、記録紙等の記録媒体）とを相対移動させながら液体の噴射を行う構成では、着弾対象上におけるメイン滴とサテライト滴の着弾位置が離れてしまう。このようなメイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれが、例えば、記録画像等の画質の低下を招く要因となっていた。

また、上記の問題に鑑み、駆動波形を工夫してサテライト滴を抑制する構成も種々提案されているが、一般的には、サテライト滴の発生を抑制しようとした場合、ノズルから噴射される液体の量（メイン滴の液量）が本来目標とする液量よりも減少してしまうという問題があった。

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、ノズルから噴射される液量の変動を抑制しつつメイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれを低減することが可能な液体噴射装置、および、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、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ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噴射可能な液体噴射ヘッドと、
圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備えた液体噴射装置であって、
前記噴射パルスは、
前記ノズルにおけるメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１の波形部と、
前記第１の波形部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す第２の波形部と、
前記第２の波形部によって押し出されたメニスカスを前記圧力室側に引き込む第３の波形部と、
を含む電圧波形であり、
前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃ、前記第１の波形部の始端から終端までの時間をＰＴ１、前記第１の波形部の始端から前記第２の波形部の始端までの時間をＴ１、前記第２の波形部の始端から前記第３の波形部の始端までの時間をＴ２としたとき、以下の各条件を満たすように各時間が設定されたことを特徴とする。
Ｔｃ／４≦ＰＴ１≦Ｔｃ／２ …（Ａ）
Ｔｃ／２≦Ｔ１≦３Ｔｃ／４ …（Ｂ）
Ｔｃ／２≦Ｔ２≦Ｔｃ …（Ｃ）

本発明によれば、（Ａ）〜（Ｃ）の各条件を満たすように噴射パルスの波形部の時間が設定されることで、メイン滴の量を低減させることなく、サテライト滴の量を減らし、当該サテライト滴の飛翔速度を高めることができる。これにより、記録媒体上におけるメイン滴とサテライト滴との着弾位置ずれを低減することができる。その結果、メイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれに起因する記録画像等の画質の低下が防止される。

上記構成において前記噴射パルスは、前記第３の波形部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す第４の波形部を含み、
前記第２の波形部の始端から前記第４の波形部の始端までの時間をＴ３としたとき、以下の条件を満たすようにＴ３が設定される構成を採用することが望ましい。
５Ｔｃ／４≦Ｔ３≦７Ｔｃ／４ …（Ｄ）

この構成によれば、液体噴射後の残留振動を相殺するタイミングで第４の波形部が圧力発生手段に印加され、当該圧力発生手段の駆動によりメニスカスが噴射側に押し出されるので、残留振動を低減することができ、噴射安定性を確保することが可能となる。

また、上記構成において前記噴射パルスは、前記第４の波形部によって押し出されたメニスカスを前記圧力室側に引き込む第５の波形部を含み、
前記第２の波形部の始端から前記第５の波形部の始端までの時間をＴ４としたとき、以下の条件を満たすようにＴ４が設定される構成を採用することが望ましい。
７Ｔｃ／４≦Ｔ４≦９Ｔｃ／４ …（Ｅ）

この構成によれば、液体噴射後の残留振動を相殺するタイミングで第５の波形部が圧力発生手段に印加され、当該圧力発生手段の駆動によりメニスカスが噴射側に引き込まれるので、残留振動をさらに低減することができ、噴射安定性をより確実に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、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ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噴射可能な液体噴射ヘッドと、
圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する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、
前記噴射パルスは、
前記ノズルにおけるメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１の波形部と、
前記第１の波形部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す第２の波形部と、
前記第２の波形部によって押し出されたメニスカスを前記圧力室側に引き込む第３の波形部と、
を含む電圧波形であり、
前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃ、前記第１の波形部の始端から終端までの時間をＰＴ１、前記第１の波形部の始端から前記第２の波形部の始端までの時間をＴ１、前記第２の波形部の始端から前記第３の波形部の始端までの時間をＴ２としたとき、以下の各条件を満たすように各時間を設定することを特徴とする。
Ｔｃ／４≦ＰＴ１≦Ｔｃ／２ …（Ａ）
Ｔｃ／２≦Ｔ１≦３Ｔｃ／４ …（Ｂ）
Ｔｃ／２≦Ｔ２≦Ｔｃ …（Ｃ）

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。 噴射パルスの構成を説明する波形図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 ノズルからインクを噴射する過程を説明する模式図である。 予備膨張部の時間を変化させたときのメイン滴速度、サテライト滴速度、および、ノズルから噴射されるインクの重量の変化と判定結果を示した表である。 予備膨張部の時間を変化させたときのメイン滴速度、サテライト滴速度、および、ノズルから噴射されるインクの重量の変化を示したグラフである。 予備膨張部の時間を一定にして予備膨張部の始端から収縮部の始端までの時間を変化させたときのメイン滴速度、サテライト滴速度、および、ノズルから噴射されるインクの重量の変化と判定結果を示した表である。 予備膨張部の時間を一定にして予備膨張部の始端から収縮部の始端までの時間を変化させたときのメイン滴速度、サテライト滴速度、および、ノズルから噴射されるインクの重量の変化を示したグラフである。 収縮部の時間を一定にして収縮部の始端から再膨張部の始端までの時間を変化させたときのメイン滴速度、サテライト滴速度、および、ノズルから噴射されるインクの重量の変化と判定結果を示した表である。 収縮部の時間を一定にして収縮部の始端から再膨張部の始端までの時間を変化させたときのメイン滴速度、サテライト滴速度、および、ノズルから噴射されるインクの重量の変化を示したグラフである。 収縮部の始端から再膨張部の後端までの時間を一定にして収縮部の始端から再収縮部の始端までの時間を変化させたときの噴射安定性が確保可能な駆動電圧の変化と判定結果を示した表である。 収縮部の始端から再膨張部の後端までの時間を一定にして収縮部の始端から再収縮部の始端までの時間を変化させたときの噴射安定性が確保可能な駆動電圧の変化を示したグラフである。 収縮部の始端から再収縮部の後端までの時間を一定にして収縮部の始端から復帰膨張部の始端までの時間を変化させたときの噴射安定性が確保可能な駆動電圧の変化を示した表である。 収縮部の始端から再収縮部の後端までの時間を一定にして収縮部の始端から復帰膨張部の始端までの時間を変化させたときの噴射安定性が確保可能な駆動電圧の変化を示したグラフである。

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、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。外部装置２は、例えばコンピューターやデジタルカメラなどの画像を取り扱う電子機器である。この外部装置２は、プリンター１と通信可能に接続されており、プリンター１において記録紙等の記録媒体に画像やテキストを印刷させるため、その画像等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、紙送り機構３、キャリッジ移動機構４（移動手段）、リニアエンコーダー５、記録ヘッド６、及び、プリンターコントローラー７を有する。記録ヘッド６は、インクカートリッジ１７を搭載したキャリッジ１６の底面側に固定されている。そして、当該キャリッジ１６は、キャリッジ移動機構４によってガイドロッド１８に沿って往復移動可能に構成されている。すなわち、プリンター１は、紙送り機構３によって記録媒体（記録紙）を順次搬送すると共に、記録媒体に対して記録ヘッド６を相対移動させながら当該記録ヘッド６のノズル３４（図４参照）からインクを噴射させて、記録媒体上に当該インクを着弾させることにより画像等を記録する。

プリンターコントローラー７は、制御手段の一種であり、プリンターの各部の制御を行う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（Ｉ／Ｆ）部８と、ＣＰＵ９と、記憶部１０と、駆動信号生成部１１とを有する。インターフェース部８は、外部装置２からプリンター１へ印刷データや印刷命令を送ったり、プリンター１の状態情報を外部装置２側に出力したりする際にプリンターの状態データの送受信を行う。ＣＰＵ９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。記憶部１０は、ＣＰＵ９のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。ＣＰＵ９は、記憶部１０に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。

駆動信号生成部１１は、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、駆動信号生成部１１は、上記の電圧信号を増幅して駆動信号ＣＯＭを生成する。本実施形態における駆動信号生成部１１は、例えば、図３に示す噴射駆動パルスＤＰを１つ以上含む駆動信号ＣＯＭを発生する。

次に、プリントエンジン１３について説明する。このプリントエンジン１３は、図１に示すように、記録ヘッド６、キャリッジ移動機構４、紙送り機構３、及び、リニアエンコーダー５等を備えている。キャリッジ移動機構４は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド６が取り付けられたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６を、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モータ（例えば、ＤＣモータ）等からなり（図示せず）、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６を主走査方向に移動させる。紙送り機構３は、紙送りモータ及び紙送りローラ等からなり、記録紙（記録媒体の一種。また、液体着弾対象の一種）をプラテン上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー５は、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６の走査位置に応じたエンコーダパルスを、主走査方向における位置情報としてプリンターコントローラー７に出力する。プリンターコントローラー７は、リニアエンコーダー５側から受信したエンコーダパルスに基づいて記録ヘッド６の走査位置（現在位置）を把握することができる。

図４は、記録ヘッド６の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド６は、ケース１９、このケース１９内に収納される振動子ユニット１５（広義の圧力発生手段）、および、ケース１９の底面（先端面）に接合される流路ユニット２０等を備えている。上記のケース１９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１５が収納される収納空部２１が形成されている。振動子ユニット１５は、狭義の圧力発生手段として機能する圧電素子２２と、この圧電素子２２が接合される固定板２３と、圧電素子２２に駆動信号（駆動パルス）を供給するフレキシブルケーブル２４とを備えている。圧電素子２２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素子である。

流路ユニット２０は、流路形成基板２６の一方の面にノズルプレート２７を、流路形成基板２６の他方の面に振動板２８をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２０には、リザーバー３０（共通液室）と、インク供給口３１と、圧力室３２と、ノズル連通口３３と、ノズル３４とが設けられている。そして、インク供給口３１から圧力室３２及びノズル連通口３３を経てノズル３４に至る一連のインク流路が、各ノズル３４に対応して形成されている。

上記ノズルプレート２７は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば３６０ｄｐｉ）で複数のノズル３４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２７には、ノズル３４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３６０個のノズル３４によって構成される。

上記振動板２８は、支持板３７の表面に弾性体膜３８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３７とし、この支持板３７の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３８としてラミネートした複合板材を用いて振動板２８を作製している。この振動板２８には、圧力室３２の容積を変化させるダイヤフラム部３９が設けられている。また、この振動板２８には、リザーバー３０の一部を封止するコンプライアンス部４０が設けられている。

上記のダイヤフラム部３９は、エッチング加工等によって支持板３７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３９は、圧電素子２２の先端面が接合される島部４１と、この島部４１を囲む弾性部４２とからなる。上記のコンプライアンス部４０は、リザーバー３０の開口面に対向する領域の支持板３７を、ダイヤフラム部３９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３０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４１には圧電素子２２の先端面が接合されているので、この圧電素子２２の自由端部を伸縮させることで圧力室３２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３２内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド６は、この圧力変動を利用してノズル３４からインクを噴射させるようになっている。

図３は、駆動信号発生回路４３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。
同図に示すように、本実施形態における噴射パルスＤＰは、予備膨張部ｐ１（第１の波形部に相当）と、膨張ホールド部ｐ２と、収縮部ｐ３（第２の波形部に相当）と、収縮ホールド部ｐ４と、再膨張部ｐ５（第３の波形部に相当）と、再膨張ホールド部ｐ６と、再収縮部ｐ７（第４の波形部に相当）と、再収縮ホールド部ｐ８と、復帰膨張部ｐ９（第５の波形部に相当）とからなる。予備膨張部ｐ１は、基準電位ＶＢから膨張電位ＶＨまで一定勾配で電位がプラス（第1の極性）側に時間ＰＴ１で変化（上昇）する波形部である。膨張ホールド部ｐ２は、予備膨張部ｐ１の終端電位である膨張電位ＶＨを時間ＰＴ２だけ維持する波形部である。収縮部ｐ３は、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＬまで電位がマイナス（第２の極性）側に変化（下降）する波形部である。収縮ホールド部ｐ４は、収縮電位ＶＬを時間ＰＴ３だけ維持する波形部である。再膨張部ｐ５は、収縮電位ＶＬから再膨張電位ＶＨ′（ＶＢ＜ＶＨ′＜ＶＨ）まで電位がプラス側に変化する波形部である。本実施形態において、再膨張電位ＶＨ′は、噴射パルスＤＰの収縮電位ＶＬから膨張電位ＶＨまでの電位差である駆動電圧Ｖｄの５０％に設定されている。なお、再膨張電位ＶＨ′は、例示した値には限られない。再膨張ホールド部ｐ６は、再膨張電位ＶＨ′を時間ＰＴ４だけ維持する波形部である。再収縮部ｐ７は再膨張電位ＶＨ′から収縮電位ＶＬまで電位がマイナス側に変化する波形部である。再収縮ホールド部ｐ８は、収縮電位ＶＬを時間ＰＴ５だけ維持する波形部である。復帰膨張部ｐ９は、収縮電位ＶＬから基準電位ＶＢまで電位が復帰する波形部である。

次に、上記の噴射パルスＤＰの特徴部分について説明する。本実施形態における噴射パルスＤＰは、当該噴射パルスＤＰによって圧電素子２２を駆動することでノズル３４からインクを噴射した際のサテライト滴の飛翔速度を高めて、メイン滴とサテライト滴の記録媒体上での相対的な着弾位置ずれが抑制されるように、各種パラメーターが設定されている。具体的には、圧力室３２内のインクに生じる振動（圧力波）のヘルムホルツ振動周期（固有振動周期）をＴｃとしたとき、予備膨張部ｐ１の始端から終端までの時間ＰＴ１が、以下の式（１）を満たすように設定される。また、予備膨張部ｐ１の始端から収縮部ｐ３の始端までの時間Ｔ１が、以下の式（２）を満たすように設定される。
Ｔｃ／４≦ＰＴ１≦Ｔｃ／２ …（１）
Ｔｃ／２≦Ｔ１≦３Ｔｃ／４ …（２）

時間ＰＴ１および時間Ｔ１は、ノズル３４からインクを噴射する際に、メニスカスが噴射側に押し出されて形成されるインク柱（液柱）の大きさに関わるパラメーターである。時間ＰＴ１が上記式（１）を満たすように設定されることにより、予備膨張部ｐ１によってメニスカスを圧力室側に引き込む際、圧力室３２内のインクに周期Ｔｃの振動が励振されるので、当該振動を利用してメニスカスをより速く圧力室側に引き込むことができる。すなわち、メニスカスを圧力室側により大きく引き込むことができる。また、時間Ｔ１が上記式（２）を満たすように設定されることで、予備膨張部ｐ１によってメニスカスが圧力室側に引きこまれた後、当該メニスカスが圧力室側から噴射側に移動しているタイミングで収縮部ｐ３によってメニスカスが噴射側に押し出されるので、より大きいインク柱を形成することができる。したがって、後述するように、サテライト滴の液量を減らした場合においても、メイン滴の液量の減少を抑制することができる。

ここで、上記Ｔｃは、ノズル３４、圧力室３２、インク供給口３１、及び圧電素子２２等の各構成部材の形状、寸法、及び剛性などにより、記録ヘッド毎に固有に定まる。この固有の振動周期Ｔｃは、例えば、次式（３）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］ …（３）
但し、式（３）において、Ｍｎはノズル３４におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口３１におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室３２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。また、上記式（３）において、イナータンスＭとは、ノズル３４等の流路における液体の移動し易さを示し、換言すると、単位断面積あたりの液体の質量である。そして、流体の密度をρ、流路の流体の流下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（４）で近似して表すことができる。
Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ …（４）
なお、Ｔｃは、上記式（３）で規定されるものに限られず、記録ヘッド６の圧力室３２が有している振動周期であればよい。

また、収縮部ｐ３の始端から再膨張部ｐ５の始端までの時間Ｔ２が、以下の式（５）を満たすように設定される。
Ｔｃ／２≦Ｔ２≦Ｔｃ …（５）
時間Ｔ２は、収縮部ｐ３により圧力室３２の収縮が開始されてから、再膨張部ｐ５により圧力室３２の再膨張が開始されるまでの時間であり、ノズル３４から噴射されるインク（メイン滴）の後端のサテライト滴となる部分の液量および飛翔速度に関連するパラメーターである。この時間Ｔ２が、条件（５）を満たすように設定されることにより、より最適なタイミングで再膨張部ｐ５による圧力室３２の再膨張を開始することができる。すなわち、収縮部ｐ３によってメニスカスが噴射側に押し出されてインク柱が形成された後、より最適なタイミングで当該インク柱の後端部を圧力室側に引き込むことができる。このタイミングが早すぎると、メイン滴の重量が目標とする値よりも低下してしまう一方、このタイミングが遅すぎると、サテライト滴の量を十分に減らすことができない。

また、収縮部ｐ３の始端から再収縮部ｐ７の始端までの時間Ｔ３が、以下の式（６）を満たすように設定される。さらに、収縮部ｐ３の始端から復帰膨張部ｐ９の始端までの時間Ｔ４が、以下の式（７）を満たすように設定される。
５Ｔｃ／４≦Ｔ３≦７Ｔｃ／４ …（６）
７Ｔｃ／４≦Ｔ４≦９Ｔｃ／４ …（７）
時間Ｔ３および時間Ｔ４は、メニスカス振動（インク噴射後の残留振動）の制振に関わるパラメーターである。時間Ｔ３は、収縮部ｐ３により圧力室３２の収縮が開始されてから、再収縮部ｐ７により圧力室３２の再収縮が開始されるまでの時間である。この時間Ｔ３が、条件（６）を満たすように設定されることにより、Ｔｃ振動によりメニスカスが圧力室側に移動しているタイミングで再収縮部ｐ７による圧力室３２の再収縮を開始することができる。これにより、インク噴射後のメニスカスの残留振動を低減することができる。また、時間Ｔ４が、条件（７）を満たすように設定されることにより、Ｔｃ振動によりメニスカスが噴射側に移動しているタイミングで復帰膨張部ｐ９による圧力室３２の再膨張を開始することができる。これにより、メニスカスの残留振動をより確実に低減することができる。

上記のように構成された噴射パルスＤＰが圧電素子２２に印加されると、まず、予備膨張部ｐ１によって圧電素子２２は素子長手方向に収縮し、これに伴って圧力室３２が基準電位ＶＢ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（第１の変化工程）。この膨張により、図５（ａ）に示すように、ノズル３４におけるインクの表面（メニスカス）が圧力室３２側（図における上側）に大きく引き込まれると共に、圧力室３２内にはリザーバー３０側からインク供給口３１を通じてインクが供給される。そして、この圧力室３２の膨張状態は、膨張ホールド部ｐ２によって時間Ｗｈ１だけ維持される（ホールド工程）。

膨張ホールド部ｐ２によるホールドの後、収縮部ｐ３により圧電素子２２が伸長する。これに伴い、圧力室３２は膨張容積から収縮電位ＶＬに対応する収縮容積まで急激に収縮される（第２の変化工程）。これにより、圧力室３２内のインクが加圧されて、図５（ｂ）に示すように、メニスカスの中央部分が噴射側（図における下側）に押し出され、この押し出された部分が液柱（インク柱）のように伸びる。続いて、収縮ホールド部ｐ４が供給され、収縮容積が時間ＰＴ３だけ維持される（第１収縮ホールド工程）。この間、メニスカス中央部のインク柱が慣性力によって噴射方向へ伸びる。続いて、再膨張部ｐ５が供給されることにより、圧電素子２２が収縮する。これに伴い、圧力室３２は、収縮容積から再膨張電位ＶＨ′に対応する再膨張容積まで再度膨張する（第３の変化工程）。これにより、メニスカスが圧力室３２側に引き込まれる。図５（ｃ）に示すように、メニスカス中央部のインク柱が慣性力によって噴射方向へ伸びつつある状態でこの方向とは逆方向にメニスカスが引き込まれるので、インク柱がメニスカスから分離してインク滴として飛翔する。噴射されたインク滴は、先行するメイン滴Ｄｍと、このメイン滴Ｄｍの後端部から分離して生じるサテライト滴Ｄｓとから成る。この際、主にサテライト滴Ｄｓとなる部分が圧力室側に引き込まれるので、当該サテライト滴Ｄｓの量を低減することができる。そして、サテライト滴Ｄｓの量を減らすことで、サテライト滴Ｄｓの飛翔速度を高めることができる。これにより、ノズル３４から噴射されて記録媒体の記録面に着弾するまでの間に、メイン滴Ｄｍにサテライト滴Ｄｓが近接する。これにより、記録媒体上におけるメイン滴Ｄｍとサテライト滴Ｄｓとの着弾位置ずれを低減することができる。

このときの再膨張容積は、再膨張ホールド部ｐ６によって時間ＰＴ４だけ維持される（再膨張ホールド工程）。再膨張ホールド部ｐ６によるホールドの後、メニスカスのＴｃに基づく振動が噴射側から圧力室側に変位しているタイミングで、再収縮部ｐ７により圧電素子２２が伸長し、これにより圧力室３２の容積が再膨張容積から収縮電位ＶＬに対応する収縮容積まで再度収縮される（第４の変化工程）。これにより、メニスカスの振動が低減される。

再収縮部ｐ７による圧力室３２の再収縮の後、再収縮ホールド部ｐ８により、圧力室３２の収縮容積が一定時間維持される（再収縮ホールド工程）。その後、制振収縮部ｐ９が圧電素子２２に印加されて、圧力室３２が収縮容積から基準容積（定常容積）まで膨張復帰する。この復帰膨張部ｐ９によって、メニスカスの残留振動がさらに抑制される。

次に、上記の噴射パルスＤＰを用いてインクを噴射したときの印刷結果の良否判定について説明する。なお、実験においては、インクとして、２０℃における粘度が５．０〔ｍＰａ・ｓ〕の有機溶剤インクを使用した。粘度が５．０〔ｍＰａ・ｓ〕以上の液体は、サテライト滴がより生じ易い傾向にある。また、実験時の環境温度は２５℃である。そして、圧力室３２の固有振動周期Ｔｃは７．６〔μｓ〕である。

図６は、予備膨張部ｐ１の時間ＰＴ１を変化させたときのメイン滴速度Ｖｍｄ、サテライト滴速度Ｖｓｄ、および、ノズル３４から噴射されるインク（メイン滴およびサテライト滴）の重量Ｉｗの変化と判定結果を示した表であり、図７は、ＰＴ１の変化に対するＶｍｄ，Ｖｓｄ，Ｉｗの変化をグラフにしたものである。判定結果に関し、ノズル３４から噴射されるインクの重量Ｉｗ、メイン滴の飛翔速度Ｖｍｄ、およびサテライト滴の飛翔速度Ｖｓｄが、それぞれ目標値以上となる場合を「○」（合格）、目標値に満たない場合を「×」（不合格）としている。本実施形態においては、Ｉｗ≧７．０〔ｎｇ〕、Ｖｍｄ≧５．５〔ｍ／ｓ〕、Ｖｓｄ≧４．０〔ｍ／ｓ〕の場合に合格とされる。なお、Ｔ１が一定（５μｓ）となるようにＰＴ２の値が定められている。

Ｔｃが７．６〔μｓ〕の場合、上記式（１）を満たすＰＴ１は、１．９≦ＰＴ１≦３．８〔μｓ〕の範囲となる。図６の例において上記の条件を満たすＰＴ１は、「２．０」、「２．５」、「３．０」、「３．５」の計４つで、何れも判定結果が「○」で合格となっている。一方、ＰＴ１が条件を満たさない場合、すなわち、ＰＴ１が１．９〔μｓ〕に満たない場合（「１．０」、「１．５」）、或いは、ＰＴ１が３．８〔μｓ〕を超えた場合（「４．０」、「４．５」）、インク重量Ｉｗが、目標とする値（７．０〔ｎｇ〕）に満たず、不合格となっている。

図８は、予備膨張部ｐ１の時間ＰＴ１を一定（この例では３．０〔μｓ〕）にして予備膨張部ｐ１の始端から収縮部ｐ３の始端までの時間Ｔ１を変化させたときのＶｍｄ、Ｖｓｄ、およびＩｗの変化と判定結果を示した表であり、図９は、Ｔ１の変化に対するＶｍｄ，Ｖｓｄ，Ｉｗの変化をグラフにしたものである。本実施形態では、上記式（２）を満たすＴ１は、３．８≦Ｔ１≦５．７〔μｓ〕の範囲となる。図８の表で上記の条件を満たすＴ１は、「４．０」、「４．５」、「５．０」、「５．５」の計４つで、何れも判定結果が「○」で合格となっている。一方、Ｔ１が条件を満たさない場合、すなわち、Ｔ１が４．０〔μｓ〕に満たない場合（「３．５」）、或いは、Ｔ１が５．５〔μｓ〕を超えた場合（「６．０」、「６．５」）、インク重量Ｉｗが、目標とする値（７．０〔ｎｇ〕）に満たず、不合格となっている。

図１０は、収縮部ｐ３の時間を一定にして収縮部ｐ３の始端から再膨張部ｐ５の始端までの時間Ｔ２を変化させたときのＶｍｄ、Ｖｓｄ、およびＩｗの変化と判定結果を示した表であり、図１１は、時間Ｔ２の変化に対するＶｍｄ、Ｖｓｄ、およびＩｗの変化をグラフにしたものである。本実施形態では、上記式（５）を満たすＴ２は、３．８≦Ｔ２≦７．６〔μｓ〕の範囲となる。図１０の表で上記の条件を満たすＴ２は、「４．０」、「４．５」、「５．０」、「５．５」、「６．０」、「６．５」、「７．０」、「７．５」の計８つで、何れも判定結果が「○」で合格となっている。一方、Ｔ２が条件を満たさない場合、すなわち、Ｔ２が４．０〔μｓ〕に満たない場合（「３．０」、「３．５」）、インク重量Ｉｗが、目標とする値（７．０〔ｎｇ〕）に満たず、不合格となっている。また、Ｔ２がＴｃよりも大きい場合（「８．０」）、サテライト滴の飛翔速度Ｖｓｄが目標値に満たず、不合格となっている。サテライト滴の飛翔速度Ｖｓｄが目標値に満たない場合、メイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれが顕著となり、記録媒体に記録された画像等の画質の低下を招く虞がある。

図１２は、収縮部ｐ３の始端から再膨張部ｐ５の後端までの時間を一定にして収縮部ｐ３の始端から再収縮部ｐ７の始端までの時間Ｔ３を変化させたとき（即ち、再膨張ホールド部ｐ６の時間ＰＴ４のみを変化させたとき）の、噴射安定性が確保可能な駆動電圧Ｖｄ（収縮電位ＶＬから膨張電位ＶＨまでの電位差）の変化と判定結果を示した表であり、図１３は、Ｔ３の変化に対するＶｄの変化をグラフにしたものである。なお、インク噴射後の残留振動に起因するインクの飛翔曲がりやインク量の変動が許容範囲内であれば、噴射安定性が確保された状態であるものとする。また、判定結果に関し、噴射安定性が確保可能な駆動電圧Ｖｄが目標値以上となる場合を「○」（合格）、目標値に満たない場合を「×」（不合格）としている。本実施形態においては、Ｖｄ≧２６〔Ｖ〕以上の場合に合格とされる。

本実施形態では、上記式（６）を満たすＴ３は、９．５≦Ｔ３≦１３．３〔μｓ〕の範囲となる。図１２の表で上記の条件を満たすＴ３は、「１０．０」、「１１．０」、「１２．０」、「１３．０」の計４つで、何れも判定結果が「○」で合格となっている。一方、Ｔ３が条件を満たさない場合、すなわち、Ｔ３が９．５〔μｓ〕に満たない場合（「８．０」、「９．０」）、或いは、Ｔ３が１３．３〔μｓ〕を超えた場合（「１４．０」）、噴射安定性が確保可能な駆動電圧Ｖｄが目標値よりも低くなる。つまり、Ｔ３が条件を満たさない場合、再収縮部ｐ７による残留振動の抑制効果が十分に得られないため、この場合、噴射を安定させるためには駆動電圧Ｖｄを目標値よりも下げる必要がある。駆動電圧Ｖｄを目標値よりも下げてしまうと、インク重量Ｉｗやメイン滴の飛翔速度Ｖｍｄの低下を招いてしまう。

図１４は、収縮部ｐ３の始端から再収縮部ｐ７の後端までの時間を一定にして収縮部ｐ３の始端から復帰膨張部ｐ９の始端までの時間Ｔ４を変化させたとき（即ち、再収縮ホールド部ｐ８の時間ＰＴ５のみを変化させたとき）の、噴射安定性が確保可能な駆動電圧Ｖｄの変化と判定結果を示した表であり、図１５は、Ｔ４の変化に対するＶｄの変化をグラフにしたものである。本実施形態では、上記式（７）を満たすＴ４は、１３．３≦Ｔ４≦１７．１〔μｓ〕の範囲の値となる。図１２の表で上記の条件を満たすＴ４は、「１３．５」、「１４．５」、「１５．５」、「１６．５」の計４つで、何れも判定結果が「○」で合格となっている。一方、Ｔ４が条件を満たさない場合、すなわち、Ｔ４が１３．３〔μｓ〕に満たない場合、或いは、Ｔ４が１７．１〔μｓ〕を超えた場合（「１７．５」、「１８．５」）、噴射安定性が確保可能な駆動電圧Ｖｄが目標値よりも低くなる。つまり、Ｔ４が条件を満たさない場合、復帰膨張部ｐ９による残留振動の抑制効果が十分に得られないため、この場合、噴射を安定させるためには駆動電圧Ｖｄを目標値よりも下げる必要がある。駆動電圧Ｖｄを目標値よりも下げてしまうと、インク重量Ｉｗやメイン滴の飛翔速度Ｖｍｄの低下を招いてしまう。

以上のように、式（１）、式（２）、および式（５）を満たすよう噴射パルスＤＰのパラメーターが設定されることで、メイン滴の量を低減させることなく、サテライト滴の量を減らし、当該サテライト滴の飛翔速度を高めることができる。これにより、記録媒体上におけるメイン滴Ｄｍとサテライト滴Ｄｓとの着弾位置ずれを低減することができる。その結果、メイン滴とサテライト滴の着弾位置ずれに起因する記録画像等の画質の低下が防止される。

また、式（６）を満たすように噴射パルスＤＰのパラメーターが設定されることで、噴射後の残留振動を低減することができ、噴射安定性を確保することが可能となる。さらに式（７）を満たすように噴射パルスＤＰのパラメーターが設定されることで、噴射後の残留振動をより低減することができ、噴射安定性をより確実に確保することが可能となる。

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。

噴射パルスＤＰの波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られない。少なくとも、ノズルにおけるメニスカスを圧力室側に引き込む第１の波形部と、第１の波形部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す第２の波形部と、第２の波形部によって押し出されたメニスカスを圧力室側に引き込む第３の波形部と、を含む電圧波形であればよい。

また、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素子２２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、例示した噴射パルスＤＰ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，６…記録ヘッド，７…プリンターコントローラー，１１…駆動信号生成部，１３…プリントエンジン，１４…ヘッド制御部，１５…アクチュエーターユニット，２２…圧電素子，３４…ノズル

Claims (4)

1. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ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噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記噴射パルスは、
   前記ノズルにおけるメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１の波形部と、
   前記第１の波形部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す第２の波形部と、
   前記第２の波形部によって押し出されたメニスカスを前記圧力室側に引き込む第３の波形部と、
   を含む電圧波形であり、
   前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃ、前記第１の波形部の始端から終端までの時間をＰＴ１、前記第１の波形部の始端から前記第２の波形部の始端までの時間をＴ１、前記第２の波形部の始端から前記第３の波形部の始端までの時間をＴ２としたとき、以下の各条件を満たすように各時間が設定されたことを特徴とする液体噴射装置。
   Ｔｃ／４≦ＰＴ１≦Ｔｃ／２ …（Ａ）
   Ｔｃ／２≦Ｔ１≦３Ｔｃ／４ …（Ｂ）
   Ｔｃ／２≦Ｔ２≦Ｔｃ …（Ｃ）
2. 前記噴射パルスは、前記第３の波形部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す第４の波形部を含み、
   前記第２の波形部の始端から前記第４の波形部の始端までの時間をＴ３としたとき、以下の条件を満たすようにＴ３が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
   ５Ｔｃ／４≦Ｔ３≦７Ｔｃ／４ …（Ｄ）
3. 前記噴射パルスは、前記第４の波形部によって押し出されたメニスカスを前記圧力室側に引き込む第５の波形部を含み、
   前記第２の波形部の始端から前記第５の波形部の始端までの時間をＴ４としたとき、以下の条件を満たすようにＴ４が設定されたことを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
   ７Ｔｃ／４≦Ｔ４≦９Ｔｃ／４ …（Ｅ）
4. 液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ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噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動してノズルから液体を噴射させるための噴射パルスを含む駆動信号を発生する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、
   前記噴射パルスは、
   前記ノズルにおけるメニスカスを前記圧力室側に引き込む第１の波形部と、
   前記第１の波形部によって引き込まれたメニスカスを噴射側に押し出す第２の波形部と、
   前記第２の波形部によって押し出されたメニスカスを前記圧力室側に引き込む第３の波形部と、
   を含む電圧波形であり、
   前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃ、前記第１の波形部の始端から終端までの時間をＰＴ１、前記第１の波形部の始端から前記第２の波形部の始端までの時間をＴ１、前記第２の波形部の始端から前記第３の波形部の始端までの時間をＴ２としたとき、以下の各条件を満たすように各時間を設定することを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
   Ｔｃ／４≦ＰＴ１≦Ｔｃ／２ …（Ａ）
   Ｔｃ／２≦Ｔ１≦３Ｔｃ／４ …（Ｂ）
   Ｔｃ／２≦Ｔ２≦Ｔｃ …（Ｃ）

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