JP2014015050A

JP2014015050A - 液体吐出装置、及び、液体吐出方法

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Publication number: JP2014015050A
Application number: JP2013208347A
Authority: JP
Inventors: Tomoshige Kaneko; 智重金子
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2014-01-30

Abstract

【課題】液体の吐出を安定化することができる液体吐出装置を提供する。
【解決手段】液体吐出装置は、温度を取得する温度取得部（温度センサー５１）と、ノズルに連通された圧力室と、圧力室内の液体に圧力変化を与える動作をする素子と、ノズルから液体を吐出させる動作を素子にさせる先行吐出パルス及び後行吐出パルスを生成し、先行吐出パルスの生成終了から後行吐出パルスの生成開始までのパルス間隔（Ｐｗｄｉｓ）を、温度センサーによる検出温度に応じて定めるパルス生成部３０，６０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出装置、及び、液体吐出方法に関する。

インクジェットプリンター等の液体吐出装置では、液体の吐出量を吐出パルスの波形によって定めるとともに、繰り返し周期内に含まれる吐出パルス同士の間隔をインク滴の着弾位置に基づいて定めることが一般的であった（例えば特許文献１を参照）。そして、この液体吐出装置では、先のインク滴の吐出によるインクの圧力振動（残留振動）が収まってから後のインク滴を吐出させることが行われていた。

特開２００２−２２５２５０号公報

しかし、液体の高周波吐出への要求は強く、インク滴の吐出周波数を向上させるための試みが行われている。これにより、相前後する吐出パルス同士の間隔を狭めることとなり、強い残留振動が残っている状態で次のインク滴を吐出するための動作を行わざるを得なくなっている。この場合、周囲の温度に応じて液体の吐出安定性が損なわれてしまうことがあった。
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、液体の吐出を安定化することにある。

前記目的を達成するための主たる発明は、
温度を取得する温度取得部と、
ノズルに連通された圧力室と、
前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作をする素子と、
前記ノズルから液体を吐出させる動作を前記素子にさせる先行吐出パルス及び後行吐出パルスを生成し、前記先行吐出パルスの生成終了から前記後行吐出パルスの生成開始までのパルス間隔を、前記温度取得部による取得温度に応じて定めるパルス生成部と、
を有する液体吐出装置である。
本発明の他の特徴は、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

図１Ａは、印刷システムの構成を説明するブロック図。図１Ｂは、メモリーに設けられる記憶領域を説明するための概念図。ヘッドの断面図。インク流路の構造を模式的に説明する図。駆動信号生成回路等の構成を説明するブロック図。駆動信号の一例を説明する図。１つの吐出パルスでインク滴を吐出させた場合のメニスカスの状態変化であって、温度毎の違いを説明する図。図６におけるメニスカスの移動速度を説明する図。温度１５℃、パルス間隔３０μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度１５℃、パルス間隔１０μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度１５℃、パルス間隔８μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度１５℃、パルス間隔５μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度１５℃、パルス間隔３μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度１５℃、パルス間隔１μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度２５℃、パルス間隔３０μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度２５℃、パルス間隔１０μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度２５℃、パルス間隔８μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度２５℃、パルス間隔５μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度２５℃、パルス間隔３μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度２５℃、パルス間隔１μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度４０℃、パルス間隔３０μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度４０℃、パルス間隔１０μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度４０℃、パルス間隔８μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度４０℃、パルス間隔５μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度４０℃、パルス間隔３μｓのメニスカスの状態変化を示す図。温度４０℃、パルス間隔１μｓのメニスカスの状態変化を示す図。図２６Ａは、駆動信号を温度毎に説明する図。図２６Ｂは、関係式、検出温度、及び、パルス間隔を示す図。他のヘッドによる、温度１５℃のメニスカスの状態変化を示す図。他のヘッドによる、温度２５℃のメニスカスの状態変化を示す図。他のヘッドによる、温度４０℃のメニスカスの状態変化を示す図。図３０Ａは、他のヘッドについての駆動信号を温度毎に説明する図。図２６Ｂは、他のヘッドについての関係式、検出温度、及び、パルス間隔を示す図。

本明細書の記載、及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。

すなわち、温度を取得する温度取得部と、ノズルに連通された圧力室と、前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作をする素子と、前記ノズルから液体を吐出させる動作を前記素子にさせる先行吐出パルス及び後行吐出パルスを生成し、前記先行吐出パルスの生成終了から前記後行吐出パルスの生成開始までのパルス間隔を、前記温度取得部による取得温度に応じて定めるパルス生成部と、を有する液体吐出装置を実現できることが明らかにされる。
このような液体吐出装置によれば、後行吐出パルスの印加開始時点における液体の状態がパルス間隔に応じて定められ、適当な状態の時点で後行吐出パルスの印加を開始できる。これにより、液体の吐出を安定化できる。

かかる液体吐出装置であって、前記パルス生成部は、前記先行吐出パルスの生成終了から、前記圧力室における液体の固有振動周期の１周期以内に、前記後行吐出パルスの生成を開始することが好ましい。
このような液体吐出装置によれば、大きな残留振動が生じていても、液体の状態が適正な時点から後行吐出パルスの素子への印加を開始できる。これにより、液体滴を高い周波数で吐出する場合において、液体の吐出を安定化できる。

かかる液体吐出装置であって、前記パルス生成部は、前記検出温度と前記パルス間隔の関係を示す関係式を記憶する関係式記憶部を有することが好ましい。
このような液体吐出装置によれば、パルス間隔を精度良く設定できる。

かかる液体吐出装置であって、前記関係式記憶部は、前記関係式を、前記圧力室における液体の固有振動周期に応じた複数種類記憶することが好ましい。
このような液体吐出装置によれば、圧力室における液体の固有振動周期が異なる仕様に対して容易に対応できる。

かかる液体吐出装置であって、前記パルス生成部は、前記先行吐出パルスの電圧情報、及び、前記後行吐出パルスの電圧情報を記憶する電圧情報記憶部を有し、これらの電圧情報を用いて前記先行吐出パルス及び前記後行吐出パルスを生成することが好ましい。
このような液体吐出装置によれば、電圧波形が精度良く定められた吐出パルスを生成できる。

また、次の液体吐出方法を実現できることも明らかにされる。
すなわち、温度を取得する温度取得部、ノズルに連通された圧力室、前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作をする素子、及び、前記素子を動作させるパルスを生成するパルス生成部を有する液体吐出装置を用い、前記ノズルから前記液体を吐出させる液体吐出方法であって、前記温度取得部から温度を取得すること、前記素子を動作させる先行吐出パルスを生成すること、前記先行吐出パルスによって前記素子を動作させ、前記ノズルから前記液体を吐出させること、前記先行吐出パルスの生成終了から前記取得温度に応じて定めたパルス間隔の経過後に後行吐出パルスを生成すること、前記後行吐出パルスによって前記素子を動作させ、前記ノズルから前記液体を吐出させること、を有する液体吐出方法を実現できることも明らかにされる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜印刷システムについて＞
図１Ａに例示した印刷システムは、プリンター１と、コンピューターＣＰとを有する。プリンター１は液体吐出装置に相当し、用紙、布、フィルム等の媒体に向けて、液体の一種であるインクを吐出する。媒体は、液体が吐出される対象となる対象物である。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。

＝＝＝プリンター１の概要＝＝＝
プリンター１は、用紙搬送機構１０、キャリッジ移動機構２０、駆動信号生成回路３０、ヘッドユニット４０、検出器群５０、及び、主制御部６０を有する。

用紙搬送機構１０は媒体搬送部に相当し、媒体としての用紙を搬送方向に搬送させる。キャリッジ移動機構２０はヘッド移動部に相当し、ヘッドユニット４０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（搬送方向と交差する交差方向に相当する））へ移動させる。駆動信号生成回路３０は、駆動信号ＣＯＭを生成する。この駆動信号ＣＯＭは、用紙への印刷時にヘッド（ピエゾ素子４５，図２を参照）へ印加されるものであり、図５に一例を示すように、吐出パルスＰＳを含む一連の信号である。ここで、吐出パルスＰＳとは、ヘッドＨＤが有するノズル４４（図２を参照）から滴状のインクを吐出させるため、ピエゾ素子４５に所定の動作を行わせる電圧の変化パターン、すなわち電圧波形である。駆動信号ＣＯＭが吐出パルスＰＳを含むことから、駆動信号生成回路３０及び制御信号（ＤＡＣデータ）を出力する主制御部６０は、パルス生成部に相当する。なお、駆動信号生成回路３０の構成や吐出パルスＰＳについては、後で説明する。

ヘッドユニット４０は、ヘッドＨＤとヘッド制御部ＨＣとを有する。ヘッドＨＤは液体吐出ヘッドの一種であり、インクを用紙に向けて吐出させる。ヘッド制御部ＨＣは、主制御部６０からのヘッド制御信号に基づき、ヘッドＨＤを制御する。なお、ヘッドＨＤについては後で説明する。検出器群５０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。これらの検出器の中には、温度センサー５１が含まれる。温度センサー５１は、温度取得部の一種であり、ヘッドユニット４０に設けられてヘッドＨＤの周辺温度を検出する。なお、温度センサー５１は、プリンター１が使用されている環境の温度を検出できればよいので、必ずしもヘッドユニット４０に設けられている必要はない。例えば、温度センサー５１をハウジングに配置して、プリンター１の機内温度を検出するように構成してもよい。また、温度センサー５１をキャリッジに配置してもよい。これらの検出器による検出結果は、主制御部６０に出力される。主制御部６０は、プリンター１における全体的な制御を行う。この主制御部６０についても後で説明する。

＝＝＝プリンター１の要部＝＝＝
＜ヘッドＨＤについて＞
図２に示すように、ヘッドＨＤは、共通インク室４１と、インク供給口４２と、圧力室４３と、ノズル４４とを有する。そして、共通インク室４１から圧力室４３を通ってノズル４４に至る一連のインク流路（液体で満たされる液体流路に相当する）をノズル４４に対応する複数有している。共通インク室４１は、インクカートリッジ（図示せず）からのインクが貯留される部分であり、共通液室に相当する。インク供給口４２は、共通インク室４１に溜められたインクを圧力室４３に供給するための絞り流路であり、液体供給部の一種である。圧力室４３は、インク流路内のインクに圧力変化を与えるための部分である。ノズル４４は、インクが吐出される部分であり、圧力室４３と連通している。

このヘッドＨＤにおいて、圧力室４３の容積はピエゾ素子４５の動作によって変化される。すなわち、圧力室４３の一部は振動板４６によって区画され、圧力室４３とは反対側となる振動板４６の表面にはピエゾ素子４５が設けられている。ピエゾ素子４５はそれぞれの圧力室４３に対応して設けられている。各ピエゾ素子４５は、例えば圧電体を上電極と下電極とで挟んだ構成であり（何れも図示せず。）、これらの電極間に電位差を与えることにより変形する。この例では、上電極の電位を上昇させると圧電体が充電される。これに伴って、ピエゾ素子４５は圧力室４３側に凸となるように撓んで圧力室４３を収縮させる。また、上電極の電位を下降させると圧電体が放電され、撓みの度合いが緩やかになる。このため、その分だけ圧力室４３の容積が拡がる。

このヘッドＨＤでは、振動板４６における圧力室４３を区画している部分が区画部に相当し、ピエゾ素子４５の変形に伴って変形して圧力室４３内のインクに圧力変化を与える。このヘッドＨＤでは、圧力室４３内のインクに圧力変化を与え、この圧力変化を利用してインク滴を吐出させている。

＜インク流路について＞
前述したように、このヘッドＨＤにはインク流路がノズル４４毎に設けられている。このインク流路では、圧力室４３に対してノズル４４及びインク供給口４２がそれぞれ連通している。このため、インクの流れなどの特性を解析する場合、ヘルムホルツの共鳴器の考え方が適用される。図３は、この考え方に基づくインク流路の構造を模式的に説明する図である。模式的に示している関係から、図３ではインク流路を実際とは異なる形状で示している。
このインク流路では、圧力室４３内のインクに圧力変化を与えることで、ノズル４４からインクを吐出させる。このとき、圧力室４３、インク供給口４２、及び、ノズル４４は、ヘルムホルツの共鳴器のように機能する。このため、圧力室４３内のインクに圧力が加わると、この圧力の大きさはヘルムホルツ周期Ｔｃと呼ばれる固有の周期で変化する。すなわち、インクには圧力振動が生じる。

ここで、ヘルムホルツ周期Ｔｃ（圧力室４３内におけるインクの固有振動周期）は、一般的には次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝１／ｆ
ｆ＝１／２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕・・・（１）
式（１）において、Ｍｎはノズル４４のイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量）、Ｍｓはインク供給口４２のイナータンス、Ｃｃは圧力室４３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ｃ²〕）である。
この圧力振動の振幅は、インク流路をインクが流れることで次第に小さくなる。例えば、ノズル４４やインク供給口４２における損失、及び、圧力室４３を区画する壁部等における損失により、圧力振動は減衰する。
一般的なヘッドＨＤにおいて、圧力室４３におけるヘルムホルツ周期Ｔｃは５μｓから１０μｓの範囲内に定められる。なお、このヘルムホルツ周期Ｔｃは、隣り合う圧力室４３同士を区画する壁部の厚さ、振動板４６の厚さやコンプライアンス、ノズルプレートの素材や厚さによっても変化する。

＜主制御部６０について＞
主制御部６０（メインコントローラー）は、プリンター１における全体的な制御を行う。例えば、コンピューターＣＰから受け取った印刷データや各検出器からの検出結果に基づいて制御対象部を制御し、用紙に画像を印刷させる。図１Ａに示すように、主制御部６０は、インタフェース部６１と、ＣＰＵ６２と、メモリー６３とを有する。インタフェース部６１は、コンピューターＣＰとの間でデータの受け渡しを行う。ＣＰＵ６２は、プリンター１の全体的な制御を行う。メモリー６３は、コンピュータープログラムを記憶する領域や作業領域等を確保する。例えば、図１Ｂに示すように、メモリー６３の一部領域は、ファームウェアを記憶するファームウェア記憶領域、ＤＡＣデータ（駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号）を記憶するＤＡＣデータ記憶領域、駆動信号ＣＯＭに含まれる吐出パルスＰＳ，ＰＳ同士の間隔と温度センサー５１による検出温度との関係を定める関係式（後述する）を記憶するための関係式記憶領域とを有する。この関係式記憶領域は、パルス間隔Ｐｗｄｉｓ（図５等を参照）を示すパルス間隔情報を記憶したパルス間隔情報記憶領域に相当する。そして、関係式記憶領域を有するメモリー６３は、関係式記憶部に相当する。また、この関係式は、ヘッドＨＤ毎に定められるヘルムホルツ周期Ｔｃに応じた複数種類記憶される。

ＣＰＵ６２は、メモリー６３に記憶されているコンピュータープログラムに従い、各制御対象部を制御する。例えば、ＣＰＵ６２は、用紙搬送機構１０やキャリッジ移動機構２０を制御する。また、ＣＰＵ６２は、ヘッドＨＤの動作を制御するためのヘッド制御信号をヘッド制御部ＨＣに送信したり、ＤＡＣデータを駆動信号生成回路３０に送信したりする。ＤＡＣデータは、生成される駆動信号ＣＯＭにおける電圧の時系列での変化を定めるものであり、駆動信号ＣＯＭの生成時に読み出されて駆動信号生成回路３０へ出力される。このようなＤＡＣデータは、駆動信号ＣＯＭ（吐出パルスＰＳ）の電圧を示す電圧情報ともいえる。そして、ＤＡＣデータ記憶領域は電圧情報記憶領域に相当し、メモリー６３は電圧情報記憶部に相当する。

＜駆動信号生成回路３０について＞
駆動信号生成回路３０は、主制御部６０とともにパルス生成部として機能し、ＤＡＣデータに基づき、吐出パルスＰＳを含んだ駆動信号ＣＯＭを生成する。図４に示すように、駆動信号生成回路３０は、ＤＡＣ回路３１と、電圧増幅回路３２と、電流増幅回路３３とを有する。ＤＡＣ回路３１は、デジタルのＤＡＣデータをアナログ信号に変換する。電圧増幅回路３２は、ＤＡＣ回路３１で変換されたアナログ信号の電圧を、ピエゾ素子４５を駆動できるレベルまで増幅し、波形信号として出力する。電流増幅回路３３は、電圧増幅回路３２からの波形信号について電流の増幅をし、駆動信号ＣＯＭとして出力する。この電流増幅回路３３は、例えば、プッシュプル接続されたトランジスタ対によって構成される。

＜ヘッド制御部ＨＣについて＞
ヘッド制御部ＨＣは、駆動信号生成回路３０で生成された駆動信号ＣＯＭの必要部分をヘッド制御信号に基づいて選択し、ピエゾ素子４５へ印加する。このため、ヘッド制御部ＨＣは、図４に示すように、駆動信号ＣＯＭの供給線の途中に、ピエゾ素子４５毎に設けられた複数のスイッチ４７を有する。ヘッド制御部ＨＣは、ヘッド制御信号からスイッチ制御信号を生成する。このスイッチ制御信号によって各スイッチ４７を制御することで、駆動信号ＣＯＭの必要部分、例えば吐出パルスＰＳがピエゾ素子４５へ印加される。このとき、必要部分の選択の仕方次第で、ノズル４４からのインクの吐出を制御できる。例えば、ドット階調に応じて必要な吐出パルスＰＳを選択し、ピエゾ素子４５へ印加できる。このようなヘッド制御部ＨＣは、駆動信号ＣＯＭに含まれる吐出パルスＰＳを主制御部６０からのヘッド制御信号に応じて選択し、ピエゾ素子４５へ印加するパルス印加部に相当する。

＜駆動信号ＣＯＭについて＞
次に、駆動信号生成回路３０によって生成される駆動信号ＣＯＭの概略について説明する。図５に示すように、駆動信号ＣＯＭには、繰り返し生成される複数の吐出パルスＰＳが含まれている。例示した吐出パルスＰＳは、いずれも同じ波形をしている。すなわち、電圧の変化パターンが同じである。前述したように、この駆動信号ＣＯＭは、ピエゾ素子４５が有する上電極に印加される。これにより、固定電位とされた共通電極との間に波形に応じた電位差が生じる。その結果、ピエゾ素子４５は波形に応じて変形し、圧力室４３の容積を変化させる。例示した吐出パルスＰＳは、第１減圧部分Ｐｄ１と第１ホールド部分Ｐｈ１と加圧部分Ｐｃ１と第２ホールド部分Ｐｈ２と第２減圧部分Ｐｄ２とを有している。
この駆動信号ＣＯＭでは、各吐出パルスＰＳ同士の間に定電圧部分Ｐｉを生成している。そして、各吐出パルスＰＳがピエゾ素子４５へ印加されるインターバルは、定電圧部分Ｐｉの生成期間（パルス間隔Ｐｗｄｉｓ）に応じて定まる。すなわち、インク滴の吐出周波数は、吐出パルスＰＳの生成期間と定電圧部分Ｐｉの生成期間とを加算した期間によって定まる。

＜プリンター１の特徴について＞
このプリンター１では、印刷の高速化が求められている。印刷を高速化するためには、インク滴の吐出周波数を高める必要がある。ここで、インク供給口４２から圧力室４３を経てノズル４４に至る一連のインク流路は、前述したようにヘルムホルツの共鳴器のように動作をする。このため、インク滴を吐出した後に圧力室４３のインクには圧力振動が残る。この圧力振動（残留振動）は時間の経過とともに減衰するが、吐出周波数を高めた場合には残留振動が減衰されない状態で次の吐出パルスＰＳ（後行吐出パルスＰＳ）の印加を開始せざるを得ない。従って、インク滴の吐出を安定化させるためには、後行吐出パルスＰＳの印加開始タイミング、言い換えれば相前後する吐出パルスＰＳ同士のパルス間隔Ｐｗｄｉｓを精度よく定める必要がある。

ところで、高い周波数でインク滴を吐出させた場合、或る温度では吐出が安定的に行われていたが、別の温度では吐出の安定性が損なわれてしまうことがあった。図６は、この種のプリンター１で用いられるインクを用いた場合のインク滴の吐出動作をシュミレーションした結果である。図６において、縦軸はメニスカス（ノズル４４で露出しているインクの自由表面）の状態をインクの量で示しており、横軸は吐出パルスＰＳの印加開始からの経過時間を示す。インク量に関し、数値［０］は定常状態（大気圧とバランスしている状態）におけるメニスカスの位置を示している。そして、数値が正側（＋側）に大きくなると、その分メニスカスが吐出側へ移動していることを意味し、負側（−側）に大きくなると、その分メニスカスが圧力室４３側へ移動していることを意味する。

図６において、実線は、ヘッドＨＤの周辺温度が２５℃の場合のシミュレーションデータである。同様に、一点鎖線は周辺温度が１５℃の場合、破線は周辺温度が４０℃の場合のシュミレーションデータである。ここで、２５℃は、プリンター１の使用温度として想定される基準温度である。１５℃は、プリンター１の低温側の保証温度として想定される温度であり、４０℃は、プリンター１の高温側の保証温度として想定される温度である。

まず、吐出パルスＰＳをピエゾ素子４５へ印加した場合におけるインクの挙動について説明する。吐出パルスＰＳの第１減圧部分Ｐｄ１がピエゾ素子４５へ印加されると、圧力室４３は基準容積から最大容積まで膨張する。この膨張に伴い圧力室４３内のインクが負圧となり、インクがインク供給口４２を通じて圧力室４３側に流入する。また、インクが負圧になったことに伴って、メニスカスがノズル４４内で圧力室４３側（−側）に引き込まれる。

メニスカスの圧力室４３側への移動は、第１減圧部分Ｐｄ１の印加終了後も継続される。すなわち、圧力室４３を区画する壁部や振動板４６のコンプライアンス等により、メニスカスは第１ホールド部分Ｐｈ１の印加期間中も圧力室４３側へ移動する。その後、メニスカスの移動方向が反転する。このとき、加圧部分Ｐｃ１の印加に伴う圧力室４３の収縮も加わる。このため、圧力室４３内のインク圧力が高くなり、メニスカスは吐出側（＋側）へ高速で移動する。加圧部分Ｐｃ１の印加に伴って移動したメニスカスは柱状になる。そして、加圧部分Ｐｃ１のピエゾ素子４５への印加終了後（第２ホールド部分Ｐｈ２の印加中）のタイミングｔ３にて、ノズル４４からインク滴が吐出される。すなわち、柱状になったメニスカスの先端側の一部分が切れ、滴状になって吐出される。

吐出の反動で、メニスカスは圧力室４３側に速い速度で戻る。その際に、第２減圧部分Ｐｄ２がピエゾ素子４５へ印加されて圧力室４３は基準容積に戻る。このときの容積変化によってメニスカスの移動速度を緩やかにする。そして、圧力室４３側に十分引き込まれたら、メニスカスは、移動方向を吐出側に切り替える。その後、メニスカスは、移動方向を圧力室４３側と吐出側とに切り替えながら移動し、定常状態に近付く。このように、メニスカスが圧力室４３側と吐出側と移動するのは、前述したように、インク滴吐出後の残留振動による。従って、圧力室４３内のインクの圧力は、ヘルムホルツ周期Ｔｃで変化する。

このシミュレーションデータにおいて、１０μｓにおけるピーク値がインク滴の吐出量を示す。各温度での吐出量が揃っていることから、吐出パルスＰＳの駆動電圧、すなわち図５に示す最高電圧と最低電圧の差を、温度に応じて調整していることが判る。また、このシミュレーションデータより、インク滴が吐出されるまでの期間において、各温度でメニスカスの動きに大きな違いはないことが判る。しかし、インク滴が吐出された後において、各温度でメニスカスの動きに違いが見られる。

インク滴吐出後のピーク値を２５℃のインク量Ｘ２を基準にして比較する。１５℃ではメニスカスの振幅が２５℃よりも小さく、インク滴の吐出後に圧力室４３側へ引き込まれたメニスカスが、定常状態の位置へ向けて緩やかに（ノズル４４内を少しずつ吐出方向へ移動しながら）戻っていることが判る。そして、４５μｓ経過時点のピーク値（インク量Ｘ３）はインク量Ｘ２よりも十分に少なく、インク量０に近い値になっている。４０℃ではメニスカスの振幅が２５℃よりも大きく、メニスカスが定常状態よりも吐出側へ大きく盛り上がった後に定常状態へ戻っていることが判る。４０μｓ経過時点のピーク値（インク量Ｘ１）はインク量Ｘ２の２倍以上となっており、この分だけメニスカスが吐出側に盛り上がっていることが判る。そして、このようなメニスカスの盛り上がりが、インク滴の吐出を不安定にしていると考えられる。

このようなメニスカスの状態の違いを生じさせる要因の一つに、インクの粘度が温度によって変化することが考えられる。ノズル４４やインク供給口４２等のように、断面が円形状の流路における流路抵抗は、次式（２）で表すことができる。また、圧力室４３のように、断面が矩形状の流路における流路抵抗は、次式（３）で表すことができる。
流路抵抗Ｒ_円＝（８×μ×Ｌ）／（π×ｒ^４）・・・（２）
流路抵抗Ｒ_直＝（１２×μ×Ｌ）／（Ｗ×Ｈ^３）・・・（３）
これらの式（２），（３）において、μはインクの粘度、Ｌは流路の長さ、πは円周率、ｒは流路の半径、Ｗは流路の幅、Ｈは流路の高さである。

これらの式（２），（３）から、インクの粘度が低くなれば流路抵抗は小さくなり、インクの粘度が高くなれば流路抵抗が大きくなることが判る。また、図７は、メニスカスの移動速度を温度毎に示す図である。この図７において、縦軸はメニスカスの移動速度を示し、速度［０］はメニスカスが吐出側にも圧力室４３側にも移動していない状態を示す。そして、正側に値が大きくなるほど、メニスカスが吐出側に高速で移動していることを示し、負側に値が大きくなるほど、メニスカスが圧力室４３側に高速で移動していることを示す。図７から周辺温度が高いほど、速度の変化幅が大きくなっていることが判る。これは、流路抵抗が小さくなっていることから残留振動の減衰度合いも小さくなっているからと考えられる。このように、インク滴の吐出後におけるメニスカスの振動状態が異なるため、吐出安定性に影響を与えていると考えられる。

以上のことを踏まえて、このプリンター１では、相前後して生成される吐出パルスＰＳ同士のパルス間隔Ｐｗｄｉｓを周辺温度に応じて変えている。このため、先行吐出パルスＰＳの生成終了から後行吐出パルスＰＳの生成開始までのパルス間隔Ｐｗｄｉｓとメニスカスの状態を温度毎に取得し、周辺温度とパルス間隔Ｐｗｄｉｓの関係を示す関係式を求める。そして、求めた関係式を予めメモリー６３に記憶させる。主制御部６０は、温度センサー５１による検出結果に応じてパルス間隔Ｐｗｄｉｓを取得し、ＤＡＣデータの生成時にこのパルス間隔Ｐｗｄｉｓを使用する。これにより、インク滴の吐出を安定化させている。以下、これらのことについて詳しく説明する。

＜パルス間隔Ｐｗｄｉｓとメニスカスの動きについて＞
まず、パルス間隔Ｐｗｄｉｓとインクの吐出量との関係について説明する。ここで、図８から図１３は、温度１５℃におけるパルス間隔Ｐｗｄｉｓとメニスカスの動きの関係を説明する図である。これらの図において、縦軸及び横軸は図６と同じであるので、説明は省略する。

図８は、先行吐出パルスＰＳの印加（生成）終了から後行吐出パルスＰＳの印加（生成）開始までのパルス間隔Ｐｗｄｉｓが３０μｓのときのメニスカスの動きを説明する図である。パルス間隔Ｐｗｄｉｓが３０μｓの場合、先行吐出パルスＰＳのピエゾ素子４５への印加後、メニスカスがほぼ定常状態に戻った状態から後行吐出パルスＰＳの印加が開始されている。このため、先行吐出パルスＰＳによる吐出量Ｘａと後行吐出パルスＰＳによる吐出量Ｘｂとはほぼ一致している。また、パルス間隔Ｐｗｄｉｓが十分に空いているので、後行吐出パルスＰＳによるインク滴の吐出後におけるメニスカスの最大インク量（メニスカスの盛り上がり）は、１発目の吐出パルスＰＳを印加した場合のインク量Ｘｃと同レベルになる。インク滴の吐出後における許容最大インク量は、先に説明した温度４０℃の場合の最大インク量Ｘ１（図６参照）に基づいて定められる。すなわち、この最大インク量Ｘ１程度であれば、インク滴を連続的に吐出させても吐出に支障はないとして許容される。この条件では、インク量Ｘｃが最大インク量Ｘ１よりも十分に少ないので、インク滴を連続的に吐出してもインク滴の吐出に支障はないと考えられる。

図９はパルス間隔Ｐｗｄｉｓが１０μｓの場合、図１０はパルス間隔Ｐｗｄｉｓが８μｓの場合、図１１はパルス間隔Ｐｗｄｉｓが５μｓの場合におけるメニスカスの動きを説明する図である。これらの条件ではいずれも、後行吐出パルスＰＳによるインク滴の吐出量Ｘｂが先行吐出パルスＰＳによるインク滴の吐出量Ｘａよりも多少少なくなっている。そして、インク滴吐出後におけるメニスカスの最大インク量Ｘｃは、いずれの場合も定常状態よりもわずかに多い程度である。このため、これらの条件でも、インク滴を連続的に印加した場合においてインク滴の吐出に支障はない。

図１２はパルス間隔Ｐｗｄｉｓが３μｓの場合、図１３はパルス間隔Ｐｗｄｉｓが１μｓの場合におけるメニスカスの動きを説明する図である。これらの条件ではいずれも、後行吐出パルスＰＳによるインク滴の吐出量Ｘｂが先行吐出パルスＰＳによるインク滴の吐出量Ｘａよりも少なくなっている。おおむね８０％〜７５％程度になっている。しかし、インク滴吐出後におけるメニスカスの最大インク量Ｘｃは、いずれの場合も定常状態よりも多少盛り上がっている程度である。これらの条件では、２発目以降におけるインク滴の吐出量の減少はあるが、インク滴の吐出後におけるメニスカスの盛り上がりが少ない。このため、インク滴を連続的に吐出させた場合であっても、インク滴の吐出に支障はない。

図１４から図１９は、温度２５℃におけるパルス間隔Ｐｗｄｉｓとメニスカスの動きの関係を説明する図である。すなわち、温度１５℃と同様にパルス間隔Ｐｗｄｉｓ３０μｓ（図１４）、１０μｓ（図１５）、８μｓ（図１６）、５μｓ（図１７）、３μｓ（図１８）、１μｓ（図１９）の場合について行ったシミュレーションデータである。これらの図においても、縦軸及び横軸は図６と同じであるので、説明は省略する。

温度２５℃では、後行吐出パルスＰＳによるインク量Ｘｂが先行吐出パルスＰＳによるインク量Ｘａに対して多少のばらつきはあるが、温度１５℃の３μｓ（図１２）や１μｓ（図１３）の場合よりも差は小さい。そして、インク滴吐出後の最大インク量Ｘｃは、許容最大インク量Ｘ１よりも十分に少ないので、これらの条件においても連続的なインク滴の吐出に支障はない。

図２０から図２５は、温度４０℃におけるパルス間隔Ｐｗｄｉｓとメニスカスの動きとの関係を説明する図である。すなわち、温度１５℃等と同様に、パルス間隔Ｐｗｄｉｓ３０μｓ（図２０）、１０μｓ（図２１）、８μｓ（図２２）、５μｓ（図２３）、３μｓ（図２４）、１μｓ（図２５）の場合について行ったシミュレーションデータである。これらの図においても、縦軸及び横軸は図６と同じであるので、説明は省略する。

４０℃では、後行吐出パルスＰＳによるインク量Ｘｂが先行吐出パルスＰＳによるインク量Ｘａに対して２０％程度増えているが、インク量については駆動電圧で調整ができるので支障はない。そして、インク滴吐出後の最大インク量Ｘｃに関し、パルス間隔Ｐｗｄｉｓが３０μｓ〜５μｓの条件では、許容最大インク量Ｘ１と同レベルであるため、インク滴の吐出に支障はないといえる。しかし、パルス間隔Ｐｗｄｉｓが３μｓ，１μｓの条件では、インク滴吐出後における最大インク量Ｘｃが許容最大インク量Ｘ１を超えてしまっているので、インク滴の吐出が不安定になると考えられる。すなわち、インク滴の吐出方向が正規の方向から過度にずれてしまったり、不測のタイミングでインク滴が吐出されてしまったりする可能性が高いといえる。

＜周辺温度による駆動信号ＣＯＭの調整について＞
次に、周辺温度による駆動信号ＣＯＭの調整について説明する。図２６Ａは、温度１５℃、２５℃、４０℃の各温度における駆動信号ＣＯＭを説明する図である。図２６Ｂは、メモリー６３に記憶させる関係式と各温度におけるパルス間隔Ｐｗｄｉｓの関係を説明する図である。このプリンター１では、先のシミュレーションデータを踏まえて、次式（４）の関係式をメモリー６３に記憶させている。
Ｐｗｄｉｓ＝２．６０＋０．１６×（周辺温度Ｔ−２５）・・・（４）
これにより、パルス間隔Ｐｗｄｉｓは、温度１５℃で１μｓに、温度２５℃で２．６μｓに、温度４０℃で５μｓにそれぞれ設定される。すなわち、図１３や図２３から判るように、先行吐出パルスＰＳの生成終了（タイミングｔｅ）から圧力振動における１周期（液体の固有振動周期の１周期）以内に、後行吐出パルスＰＳの生成を開始している。このように後行吐出パルスＰＳの生成を開始する期間を設定し、この期間内における開始タイミングを関係式によって定めているので、インク滴の吐出後において大きな圧力振動が残っている状態であっても、インク滴の吐出を安定化できる。

＜他のヘッドＨＤについて＞
図２７から図２９はヘルムホルツ周期Ｔｃが異なる他のヘッドＨＤについて、パルス間隔Ｐｗｄｉｓと吐出量の関係を説明する図である。すなわち、図２７は、温度１５度においてパルス間隔Ｐｗｄｉｓを５μｓ（一点鎖線）、３μｓ（破線）、１μｓ（実線）に定めた場合を説明する図である。図２８は、温度２５度においてパルス間隔Ｐｗｄｉｓを５μｓ（一点鎖線）、３μｓ（破線）、１μｓ（実線）に定めた場合、図２９は、温度４０度においてパルス間隔Ｐｗｄｉｓを５μｓ（一点鎖線）、３μｓ（破線）、１μｓ（実線）に定めた場合を説明する図である。

このヘッドＨＤでは、温度４０℃にてパルス間隔Ｐｗｄｉｓを３μｓに定めても、吐出後のインク量が許容最大インク量Ｘ１を超えてしまう。このため、前述のヘッドＨＤよりもパルス間隔Ｐｗｄｉｓを短く設定する。すなわち、図３０Ａ，図３０Ｂに示すように、このヘッドＨＤを用いた場合には、次式（５）の関係式をメモリー６３に記憶させる。
Ｐｗｄｉｓ＝１．４０＋０．０４×（周辺温度Ｔ−２５）・・・（５）
これにより、パルス間隔Ｐｗｄｉｓは、温度１５℃で１μｓに、温度２５℃で１．４μｓに、温度４０℃で２μｓにそれぞれ設定される。この場合も、後行吐出パルスＰＳの生成は、先行吐出パルスＰＳの生成終了（タイミングｔｅ）から圧力振動における１周期（液体の固有振動周期の１周期）以内に開始される。このように後行吐出パルスＰＳの生成を開始する期間を設定し、この期間内における開始タイミングを関係式によって定めているので、インク滴の吐出後において大きな圧力振動が残っている状態であっても、インク滴の吐出を安定化できる。

＜まとめ＞
以上説明したように、このプリンター１では、駆動信号生成回路３０及び主制御部６０が、温度センサー５１による検出温度に応じて先行吐出パルスＰＳの生成終了から後行吐出パルスＰＳの生成開始までのパルス間隔Ｐｗｄｉｓを、温度センサーによる検出温度に応じて定めている。これにより、インク滴吐出後における残留振動の大きさを適切に管理でき、連続的なインク滴の吐出を安定化できる。

また、駆動信号生成回路３０及び主制御部６０は、先行吐出パルスＰＳの生成終了から圧力室４３におけるインクの固有振動周期の１周期分以内に、後行吐出パルスＰＳの生成を開始している。これにより、インク滴の高周波吐出においてインク滴の吐出を安定化できる。すなわち、残留振動が大きくてもインク滴の吐出を安定化できる。

また、主制御部６０のメモリー６３には、温度センサー５１による検出結果とパルス間隔Ｐｗｄｉｓの関係を規定する関係式を記憶している。これにより、パルス間隔Ｐｗｄｉｓを精度良く定めることができる。加えて、必要なメモリーの容量を少なくすることができる。

さらに、このメモリー６３には、圧力室４３におけるインクの固有振動周期（ヘルムホルツ周期Ｔｃ）毎に、複数種類の関係式を記憶させている。これにより、ヘッドＨＤを取り替えた際、あるいは、固有振動周期の異なる複数のヘッドＨＤを用いたプリンター１において、そのヘッドＨＤの固有振動周期に応じた関係式を記憶させることで、パルス間隔ＰｗｄｉｓをそれぞれのヘッドＨＤに応じて調整できる。すなわち、対応が容易になる。この例では式（４）と式（５）の２種類の関係式を記憶させているが、さらに多くの種類を記憶させてもよい。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
前述の実施形態は、主として、液体吐出装置としてのプリンター１を有する印刷システムについて記載されているが、その中には、液体吐出方法や液体吐出システムの開示が含まれている。また、液体吐出ヘッドや液体吐出ヘッドの制御方法の開示も含まれている。また、この実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜温度取得部について＞
前述の実施形態では、プリンター１に備えられた温度センサー５１を用いたが、温度計にて別途取得した温度を、ユーザーインタフェースを通じて入力するようにしてもよい。ユーザーインタフェースとしては、例えばプリンター１に備えられるディスプレイや操作ボタンが該当する。また、コンピューターＣＰの入力装置や表示装置であってもよい。
また、温度取得部は、温度センサー５１のように温度を直接検出するものに限らず、温度を間接的に取得するものであってもよい。温度を間接的に表すものとしては、例えば、印字データやインクの吐出量データがある。印字データはピエゾ素子４５の動作を示し、ピエゾ素子４５は動作に応じて熱を発生するので、ヘッドＨＤの周辺温度を推定するための情報になり得る。吐出量データは、ピエゾ素子４５の動作結果を示すので、やはりヘッドＨＤの周辺温度を推定するための情報になり得る。

＜圧力室４３のインクに圧力変化を与える素子について＞
前述の実施形態では、圧力室４３のインクに圧力変化を与える素子としてピエゾ素子４５を例示したが、他の電気機械変換素子（例えば磁歪素子）であってもよい。

＜駆動信号ＣＯＭ等について＞
前述の実施形態における駆動信号ＣＯＭは一例であり、種々の態様が考えられる。例えば、吐出パルスＰＳに関し、波形が異なる複数種類の吐出パルスＰＳを駆動信号ＣＯＭに含ませてもよい。そして、駆動信号生成回路３０に関し、前述の実施形態で説明したＤＡＣ回路３１によって波形信号を生成する形態に限られない。例えば、アナログ回路で駆動信号ＣＯＭを生成するものであってもよい。要するに、駆動信号ＣＯＭを生成するものであればよい。そして、前述の実施形態のように、ＤＡＣ回路３１によって波形信号を生成するようにすると、電圧波形が精度良く定められた駆動信号ＣＯＭ（各吐出パルスＰＳ）を生成できる。

＜関係式の定め方について＞
前述の実施形態では、シミュレーションデータに基づいて関係式を定めたが、ストロボ写真を用いた観察によって関係式を定めてもよい。要するに、吐出の安定性を測定し、測定結果に応じて関係式を定めればよい。

＜周辺温度とパルス間隔Ｐｗｄｉｓについて＞
前述の実施形態では、周辺温度からパルス間隔Ｐｗｄｉｓを関係式に応じて定めていたが、これに限られない。温度とパルス間隔Ｐｗｄｉｓの関係を示すテーブル情報をメモリー６３に記憶させるようにしてもよい。

＜他の応用例について＞
前述の実施形態では、液体吐出装置としてプリンター１が説明されていたが、これに限られるものではない。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、液体気化装置、有機ＥＬ製造装置（特に高分子ＥＬ製造装置）、ディスプレイ製造装置、成膜装置、ＤＮＡチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の液体吐出装置に、本実施形態と同様の技術を適用しても良い。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。

１プリンター，１０用紙搬送機構，２０キャリッジ移動機構，３０駆動信号生成回路，３１ＤＡＣ回路，３２電圧増幅回路，３３電流増幅回路，４０ヘッドユニット，４１共通インク室，４２インク供給口，４３圧力室，４４ノズル，４５ピエゾ素子，４６振動板，４７スイッチ，５０検出器群，５１温度センサー，６０主制御部，６１インタフェース部，６２ＣＰＵ，６３メモリー，ＣＰコンピューター，ＨＤヘッド，ＨＣヘッド制御部，ＣＯＭ駆動信号，ＰＳ吐出パルス，Ｐｄ１第１減圧部分，Ｐｈ１第１ホールド部分，Ｐｃ１加圧部分，Ｐｈ２第２ホールド部分，Ｐｄ２第２減圧部分，Ｐｉ定電圧部分，Ｐｗｄｉｓパルス間隔

前記目的を達成するための主たる発明は、
ノズルに連通された圧力室と、
前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作をする素子と、
前記ノズルから液体を吐出させる動作を前記素子にさせる先行吐出パルス及び後行吐出パルスを生成する駆動波形生成部と、
前記駆動波形生成部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、第１温度における先行吐出パルスの生成終了から後行吐出パルスの生成開始までの第１パルス間隔は、前記第１温度よりも低い第２温度における先行吐出パルスの生成終了から後行吐出パルスの生成開始までの第２パルス間隔より長くするように前記駆動波形生成部を制御することを特徴とする液体吐出装置である。
本発明の他の特徴は、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

Claims

温度を取得する温度取得部と、
ノズルに連通された圧力室と、
前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作をする素子と、
前記ノズルから液体を吐出させる動作を前記素子にさせる先行吐出パルス及び後行吐出パルスを生成し、前記先行吐出パルスの生成終了から前記後行吐出パルスの生成開始までのパルス間隔を、前記温度取得部による取得温度に応じて定めるパルス生成部と、
を有する液体吐出装置。
前記パルス生成部は、
前記先行吐出パルスの生成終了から、前記圧力室における液体の固有振動周期の１周期以内に、前記後行吐出パルスの生成を開始する、請求項１に記載の液体吐出装置。
前記パルス生成部は、
前記取得温度と前記パルス間隔の関係を示す関係式を記憶する関係式記憶部を有する、請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
前記関係式記憶部は、
前記関係式を、前記圧力室における液体の固有振動周期に応じた複数種類記憶する、請求項３に記載の液体吐出装置。
前記パルス生成部は、
前記先行吐出パルスの電圧情報、及び、前記後行吐出パルスの電圧情報を記憶する電圧情報記憶部を有し、これらの電圧情報を用いて前記先行吐出パルス及び前記後行吐出パルスを生成する、請求項１から４の何れか１項に記載の液体吐出装置。
温度を取得する温度取得部、ノズルに連通された圧力室、前記圧力室内の液体に圧力変化を与える動作をする素子、及び、前記素子を動作させるパルスを生成するパルス生成部を有する液体吐出装置を用い、前記ノズルから前記液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記温度取得部から温度を取得すること、
前記素子を動作させる先行吐出パルスを生成すること、
前記先行吐出パルスによって前記素子を動作させ、前記ノズルから前記液体を吐出させること、
前記先行吐出パルスの生成終了から前記取得温度に応じて定めたパルス間隔の経過後に後行吐出パルスを生成すること、
前記後行吐出パルスによって前記素子を動作させ、前記ノズルから前記液体を吐出させること、
を有する液体吐出方法。