JP2019018519A - インクジェット印刷装置及びインクジェット吐出制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な吐出制御構成ながら、ノズルからの液滴を適正形状で高速かつ多量に形成可能で、良好な印刷品質等が可能なインクジェット印刷装置等を提供する。【解決手段】吐出ノズル、加圧室、及び圧電素子を有する吐出ヘッドと、主パルス４０ａ３から成る主パルス部４０の前に印加され、主パルス４０ａ３よりもピーク電圧Ｖ１が小さく、かつ主パルス４０ａ３と同位相の第一のパルス３９１から成る第一のパルス部３９、第一のパルス３９１が基準電位Ｖ０まで戻った後に印加される主パルス部４０、及び主パルス部４０の後に印加され、主パルス４０ａ３よりもピーク電圧Ｖ３が小さく、かつ主パルス４０ａ３と逆位相の第二のパルス４１ａから成り、主パルス４０ａ３が基準電位Ｖ０まで戻った後に印加される第二のパルス部４１を含む電圧波形を発生する制御ユニットとを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット印刷装置及びインクジェット吐出制御方法に関する。詳しくは、簡単な吐出制御構成でありながら、ノズルから吐出される液滴を適正形状で高速かつ多量に形成可能にして、良好な印刷品質、印刷速度を達成可能なインクジェット印刷装置及びインクジェット吐出制御方法に係わるものである。

従来より、インク滴をノズルから吐出して印刷媒体上にドット印刷を行うインクジェット印刷装置においては、ノズルに連通する加圧室に圧電素子を取り付け、この圧電素子に印加して生じる変形力によって加圧室の容積を増減させることにより、加圧室内に貯留したインクの引き込み、押し出しを行って液滴をノズルから吐出させるピエゾ方式が知られている。

このピエゾ方式においては、吐出した後のインク滴（以下、「液滴」とする）の形状、速さ、体積は、圧電素子に印加される駆動電圧の電圧波形によって大きく異なる。なお、この電圧波形には、駆動回路のコストが安価で制御も容易なことから矩形波によるパルス信号が多く用いられている。

そこで、圧力室を圧縮してノズルから液滴を吐出させるために印加する波形部分（以下、「主パルス部」とする）に加え、主パルス部の前後に、ノズル内のインクに予備振動を発生させる波形部分（以下「第一のパルス部」とする）と、ノズル内のインクの残留振動を抑制する波形部分（以下「第二のパルス部」とする）とをそれぞれ設けた吐出制御技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

この技術では、通常の如く、第一のパルス部を所定時期に印加して加圧室を膨張させ、インクのメニスカス（ノズル内液面）をノズル内に引き込むようにして、所定の運動エネルギーを有する予備振動を発生させるが、その際、図１２に示すように、第一のパルス部を第１電圧変化プロセスＰ１と第２電圧変化プロセスＰ２という二段の階段状プロセスに分けて連続印加させることにより、メニスカスの引き込み量を適正に抑えて、液滴の過度な体積減少や曳糸化を抑制することができる。そして、続く第３電圧変化プロセスＰ３によってインク滴の吐出が行われる。

更に、この技術によると、第二のパルス部を第４電圧変化プロセスＰ４として所定時期に印加して加圧室を膨張させ、前過程の主パルス部印加時に発生した残留振動を打ち消して、圧力摂動のない安定した液滴の吐出を行うことができる。なお、図１２中の縦軸は電圧Ｖ、横軸は通電時間Ｔ、Ｔｃは固有周期を示す。

特開２００５−１９９６６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術には、予備振動の発生と残留振動の抑制に必要な各変化プロセスＰ１、Ｐ２、Ｐ４の印加時期が規定されているものの、印刷品質、印刷速度を向上させる吐出制御技術については何ら記載されていない。このため、たとえ各変化プロセスの印加時期が適正であっても、メニスカスへの影響が大きい各パルスのピーク電圧の設定次第では、ノズルから吐出された液滴が略球体状となって高速かつ多量に印刷媒体に衝突するのが困難となり、印刷品質はもとより、液滴の速さが減少して印刷速度も悪化する。

更に、前述の如く、第一のパルス部が、第１電圧変化プロセスＰ１と第２電圧変化プロセスＰ２という二段の階段状プロセスに分けて連続印加されている。このため、第１電圧変化プロセスＰ１のピーク電圧の基準電位との電位差の大きさによっては、この第１電圧変化プロセスＰ１に続く第２電圧変化プロセスＰ２のピーク電圧の基準電位との電位差が過大となってメニスカスの引き込み量も多くなり、液滴の過度な体積減少や曳糸化を招いて印刷品質が一層悪化する。

加えて、印刷というのは一つの印刷物に対し、一か所ではなく複数の部分に印刷することが多く、一つの色であっても複数の場所に印刷する必要がある。その上、一つの色でも品質印刷を向上させるためには色合いを向上させるために吐出量を変化させ、他の色との微妙なバランスを取りながら、複数回印刷する必要がありうる。しかも、現在の印刷技術に対するニーズは、これらの連続印刷を高速で複数の対象物に連続で印刷する必要があり、短時間のうちに正確な多種類の吐出を連続で行う必要がある。しかしながら、主パルス部に第一のパルス部を設けるだけでは、主パルス部後の加圧室内の圧力変化がメニスカスの変化に追従できずに、連続印刷する際に前の吐出の影響を受けるため、うまく吐出を制御することができず、結果として正確な吐出が行えずに印刷品質が更に一層悪化する。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、簡単な吐出制御構成でありながら、ノズルから吐出される液滴を適正形状で高速かつ多量に形成可能にして、良好な印刷品質、印刷速度を達成可能なインクジェット印刷装置及びインクジェット吐出制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のインクジェット印刷装置は、ノズル、ノズルに連通する加圧室、および加圧室内に圧力を付与する圧電素子を有する吐出ヘッドと、主パルスから成る主パルス部の前に印加され、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと同位相の第一のパルスから成る第一のパルス部、第一のパルスが基準電位まで戻った後に印加される主パルス部、及び、主パルス部の後に印加され、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと逆位相の第二のパルスから成ると共に、主パルスが基準電位まで戻った後に印加される第二のパルス部を含む電圧波形を発生する制御ユニットとを備えている。

そして、ノズル、ノズルに連通する加圧室、および加圧室内に圧力を付与する圧電素子を有する吐出ヘッドを備えることによって、通路内のインクを加熱して発生する気泡によりインクを押し出してノズルから液滴を吐出させるサーマル式に比べ、良好な印刷品質、印刷速度を確保すると共に、部品コスト、インクコストを低減することができる。すなわち、これらのノズル、加圧室、圧電素子を使用することで前述したピエゾ方式による印刷ができるため、サーマル式に比べると、圧電素子の変形量そのものを電圧制御することから、液滴の形状、速さ、体積のより精密な制御が可能になると共に、非加熱による液滴の吐出制御を行うことから、吐出ヘッドの寿命の向上や使用可能なインクの種類の拡大も図ることができる。

更に、制御ユニットによる電圧波形が、主パルスから成る主パルス部の前に印加され、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと同位相の第一のパルスから成る第一のパルス部を含むことによって、印刷品質、印刷速度を向上させることができる。すなわち、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有する第一のパルスを予め印加しておくだけで、メニスカスへの影響が大きい第一のパルスによって発生した予備振動が、主パルス部で吐出される液滴の形状、速さ、体積を適正化し、好適な略球状の液滴を高速かつ多量に印刷媒体に衝突させることができる。

この際、従来の如く二段の階段状プロセスに分けて連続印加される場合とは異なり、第一のパルスのピーク電圧が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって液滴の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止し、印刷品質、印刷速度を更に向上させることができる。

加えて、制御ユニットによる電圧波形が、第一のパルスが基準電位まで戻った後に印加される主パルス部を含むことによって、第一のパルスによる予備振動の発生を促進することができる。すなわち、圧電素子が第一のパルスの熱負荷等によって変形するのを抑制することができ、圧電素子の可動部分を振動しやすくすることができる。

更に、制御ユニットによる電圧波形が、主パルス部の後に印加され、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと逆位相の第二のパルスから成ると共に、主パルスが基準電位まで戻った後に印加される前記第二のパルス部を含むことによって、印刷品質、印刷速度を更に一層向上させることができる。すなわち、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有する第二のパルスを後で印加するだけで、メニスカスへの影響が大きい第二のパルスによって、主パルス部で発生した残留振動の抑制が、次サイクルの主パルス部で吐出される液滴の形状、速さ、体積を適正化し、好適な略球状の液滴を高速かつ多量に印刷媒体に衝突させることができる。

しかも、主パルスが基準電位まで戻った後に第二のパルス部が印加されるので、圧電素子が第二のパルスの熱負荷等によって変形するのを抑制することができ、圧電素子の可動部分が振動しやすくなって、第二のパルスによる残留振動の抑制効果を促進することができる。

この際、第二のパルスのピーク電圧が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって次サイクルの主パルス部で吐出される液滴の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止し、印刷品質、印刷速度を更に向上させることができる。

従って、以上のような吐出ヘッドと制御ユニットとを備えることによって、メニスカスへの影響が大きい、第一のパルス部、主パルス部、及び第二のパルス部の各パルスのピーク電圧に上限を設定すると共に、例えば後述のように、各パルスのピーク電圧間に所定の関係を設定するだけの簡単な吐出制御構成を備えることにより、主パルス部でノズルから吐出される液滴の形状、速さ、体積を適正化し、液滴を略球状で高速かつ多量に形成して印刷媒体に衝突させることができ、印刷品質、印刷速度を大きく向上させることができる。

また、第一のパルス部が、単一の第一のパルスから構成されると共に、第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差が、主パルスの所定のピーク電圧の基準電位との電位差の２０％以上かつ５０％以下である場合は、まず、第一のパルス部が単一の第一のパルスから構成されることから、第一のパルス部の印加をより単純な電圧制御によって行うことができる。これにより、圧電素子に安定した第一のパルス部の印加が行えると共に、電圧制御に必要な制御装置の装置コストの低減も図ることができる。

更に、第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、主パルスの所定のピーク電圧の基準電位との電位差の２０％以上かつ５０％以下である。これは、主パルス部のピーク電圧の基準電位との電位差に対する第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差の比率（以下、「第一のパルス電圧比」とする）が２０％未満では、第一のパルス部で印加される電圧が小さくてまだ液滴が内部に溜まったままであり、メニスカスのノズル内への引き込みによる運動エネルギーが有効に作用して、続く主パルス部で吐出される液滴の速さは増加するが、電圧が小さいために加圧室の圧縮程度が小さくて吐出する体積が小さくなるからである。一方、第一のパルス電圧比が５０％超えでは、インクへの印加電圧が過大となって粘性が極端に小さくなり、長いリガメントが発生しやすくなるからである。

また、第一のパルス部が、二つの第一のパルスから構成されると共に、各第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差が、主パルスの所定のピーク電圧の基準電位との電位差の２０％以上かつ５０％以下である場合は、まず、第一のパルス部が二つの第一のパルスから構成されることから、各第一のパルスの形状やピーク電圧を変更することで、ノズル内のインクに様々な周期や大きさの予備振動を発生させることができる。これにより、第一のパルスが単一の場合に比べ、インクの種類や温度、印刷速度等の様々な印刷条件に応じ、より適した予備振動を発生させることができ、良好な印刷品質、印刷速度を確保することができる。

更に、各第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、主パルスの所定のピーク電圧の基準電位との電位差の２０％以上かつ５０％以下である。これも、単一の第一のパルスの場合と同様、第一のパルス電圧比が２０％未満では、第一のパルス部で印加される電圧が小さくてまだ液滴が内部に溜まったままであり、メニスカスのノズル内への引き込みによる運動エネルギーが有効に作用して、続く主パルス部で吐出される液滴の速さが若干増加するが、電圧が小さいために加圧室の圧縮程度が小さくて吐出する体積が小さいからである。一方、第一のパルス電圧比が５０％超えでは、インクへの印加電圧が過大となって粘性が極端に小さくなり、長いリガメントが発生しやすくなるからである。

また、二つの第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差が、互いに異なる場合は、圧電素子に印加されるピーク電圧の電位を一律とせずに、圧電素子に同じ電位のピーク電圧の第一のパルスが続けては印加されないようにすることができる。これにより、過大な運動エネルギーを有する予備振動の発生を抑制し、液滴の速さを適正にして良好な印刷品質、印刷速度を確保することができる。

また、主パルス部が、複数の主パルスから構成されると共に、各主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差が、通電時間とともに所定の変化率で増大する場合は、まず、主パルス部が複数の主パルスから構成されることから、各本パルスの形状やピーク電圧を変更することで、ノズル内のインクに様々な周期や大きさの押し出し力を付与することができる。これにより、主パルスが単一の場合に比べ、インクの種類や温度、印刷速度等の様々な印刷条件に応じ、より適した押し出し力を付与することができ、良好な印刷品質、印刷速度を確保することができる。

更に、各主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差が、通電時間とともに所定の変化率で増大することから、圧電素子に印加されるピーク電圧の電位を通電時間と共に低下させ、圧電素子に同じ電位のピーク電圧が繰り返しては印加されないようにすることができる。これにより、過大な運動エネルギーを有する押し出し力の発生を抑制し、液滴の速さを適正にして、良好な印刷品質、印刷速度を確保することができる。

また、変化率が、主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差の最大値の１％以上かつ５％以下である場合は、適正な運動エネルギーを有する押し出し力が発生し、液滴の速さを適正にして、良好な印刷品質、印刷速度を確保することができる。

これは、変化率が１％未満では、主パルス間のピーク電圧の電位差が小さすぎて、圧電素子に同じピーク電圧の主パルスが繰り返して印加されるのと同等になって、過大な運動エネルギーを有する押し出し力が発生し、液滴の速さが過大になるからである。一方、変化率が５％超えでは、第一のパルス部、第二のパルス部に比べてピーク電圧の基準電位との電位差が大きな主パルス間であるがために、ピーク電圧間の電位差が大きくなって、圧電素子には階段状の複数の主パルスが連続印加されることとなり、ピーク電圧が最も小さい主パルスの基準電位との電位差の大きさによっては、主パルス部のピーク電圧の基準電位との電位差のうちの最大値が著しく大きくなって、過大な運動エネルギーを有する押し出し力が発生し、液滴の速さが過大になるからである。

また、第二のパルス部が、単一の第二のパルスから構成されると共に、第二のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差が、主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差の最大値の２０％以上かつ６０％以下である場合は、まず、第二のパルス部が単一の第二のパルスより構成されることから、第二のパルス部の印加をより単純な電圧制御によって行うことができる。これにより、圧電素子に安定した第二のパルス部の供給が行えると共に、電圧制御に必要な制御装置の装置コストの低減も図ることができる。

更に、第二のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差の最大値の２０％以上かつ６０％以下である。これは、主パルス部のピーク電圧の基準電位との電位差に対する第二のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差の比率（以下、「第二のパルス電圧比」とする）が２０％未満では、第二のパルス部４１で印加される電圧が小さくて残留振動の抑制に必要な運動エネルギーが発生せず、液滴の速さがそれほど抑制できないからである。一方、第二のパルス電圧比が５０％超えでは、インクへの印加電圧が過大となって粘性が極端に小さくなり、長いリガメントが発生しやすくなるからである。

上記の目的を達成するために、本発明のインクジェット吐出制御方法は、所望の印刷を行う主パルス部の主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと同位相の第一のパルスから成る第一のパルス部を印加する第一過程と、第一のパルスが基準電位まで戻った後に主パルス部を印加する第二過程と、主パルス部の主パルスが基準電位まで戻った後に、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと逆位相の第二のパルスから成る第二のパルス部を印加する第三過程とを備えている。

そして、所望の印刷を行う主パルス部の主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと同位相の第一のパルスから成る第一のパルス部を印加する第一過程を備えることによって、印刷品質、印刷速度を向上させることができる。すなわち、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有する第一のパルスを予め印加しておくだけで、メニスカスへの影響が大きい第一のパルスによって発生した予備振動が、主パルス部で吐出される液滴の形状、速さ、体積を適正化し、好適な略球状の液滴を高速かつ多量に印刷媒体に衝突させることができる。

しかも、従来の如く二段の階段状プロセスに分けて連続印加される場合とは異なり、第一のパルスのピーク電圧が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって液滴の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止し、印刷品質、印刷速度を更に向上させることができる。

更に、第一のパルスが基準電位まで戻った後に主パルス部を印加する第二過程を備えることによって、印刷装置の汎用性を高めることができる。すなわち、主パルス部内の主パルスのピーク電圧を変えるだけで液滴の形状、速さ、体積を適正化できるため、印刷品質、印刷速度の微調整が容易となる。

加えて、主パルス部の主パルスが基準電位まで戻った後に、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ主パルスと逆位相の第二のパルスから成る第二のパルス部を印加する第三過程を備えることによって、印刷品質、印刷速度を更に一層向上させることができる。すなわち、主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有する第二のパルスを後で印加するだけで、メニスカスへの影響が大きい第二のパルスによって、主パルス部で発生した残留振動の抑制が、次サイクルの主パルス部で吐出される液滴の形状、速さ、体積を適正化し、好適な略球状の液滴を高速かつ多量に印刷媒体に衝突させることができる。

しかも、第二のパルスのピーク電圧が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって次サイクルの主パルス部で吐出される液滴の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止し、印刷品質、印刷速度を更に向上させることができる。

従って、以上のような第一過程、第二過程、第三過程を順に行うことによって、メニスカスへの影響が大きい、第一のパルス部、主パルス部、及び第二のパルス部の各パルスのピーク電圧に上限を設定すると共に、各パルスのピーク電圧間に所定の関係を設定するだけの簡単な吐出制御構成を利用することができ、主パルス部でノズルから吐出される液滴の形状、速さ、体積を適正化し、液滴を略球状で高速かつ多量に形成して印刷媒体に衝突させることができ、印刷品質、印刷速度を大きく向上させることができる。

本発明に係わるインクジェット印刷装置及びインクジェット吐出制御方法は、簡単な吐出制御構成でありながら、ノズルから吐出される液滴を適正形状で高速かつ多量に形成可能にして、良好な印刷品質、印刷速度を達成可能なものとなっている。

本発明に係わる吐出ヘッドと制御ユニットとを備えるインクジェット印刷装置の全体構成を示す側面図である。 吐出ヘッドの構造を示す図であって、図２（ａ）は吐出ヘッドの正面斜視図、図２（ｂ）は同じく吐出ヘッドの右半部の正面断面図である。 印刷処理部の制御構成を示すブロック図である。 電圧波形の各種波形パターンを示す波形図である。 主パルスの電圧の経時変化を示す減衰曲線であって、図５（ａ）は主パルスの直前に同位相の第一のパルスを印加した場合の減衰曲線、図５（ｂ）は主パルスの直後に逆位相の第二のパルスを印加した場合の減衰曲線である。 撮影システムの構成図である。 液滴形状の類型を示す側面図である。 液滴の形状、速さ、体積に及ぼす第一のパルス電圧比とベース電圧の影響を示すグラフである。 液滴の形状、速さ、体積に及ぼす第二のパルス電圧比とベース電圧の影響を示すグラフである。 各種波形パターンの液滴の形状に及ぼすベース電圧の影響を示す説明図である。 本発明に係わるインクジェット吐出制御方法の手順を示すフローチャートである。 先行技術である特許文献１に記載されているインクジェット印刷装置の電圧波形の波形図である。

以下、インクジェット印刷装置及びインクジェット吐出制御方法に関する本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
なお、図１、２の矢印Ｆで示す方向を前方、矢印Ｒで示す方向を右方、及び矢印Ｔで示す方向を上方とし、以下で述べる各部の位置や方向等はこの前方、右方、及び上方を基準とするものである。

まず、本発明を適用した電圧制御を行う制御ユニット７を組み込んだインクジェット印刷装置であって、印刷媒体であるせんべい等の食品９上に可食性インクを吐出して印刷作業を行う印刷装置１の全体構成について、図１、図２により説明する。なお、ここでの使用態様は、本発明を適用したインクジェット印刷装置の一例にすぎず、この態様に特に限定されるものではない。

印刷装置１は、食品９上に可食性インクを吐出して文字等を印刷する印刷処理部２と、左側面視で時計方向に回転するベルト１０の上面に食品９を載せて印刷処理部２の直下まで搬送するベルト搬送部３とを備えている。

そして、このうちの印刷処理部２は、ベルト搬送部３の前後略中央にあって、可食性インクを吐出する吐出ノズル１８が形成された吐出ヘッド１９を有するヘッドユニット４と、吐出ヘッド１９に可食性インクを供給するインク供給部５と、ヘッドユニット４やインク供給部が取り付けられる印刷ユニット６と、ヘッドユニット４やインク供給部５に対し、各種信号に基づいて、可食性インクの供給や、可食性インクを吐出する駆動電力の制御等を行う制御ユニット７と、前述したヘッドユニット４にヘッドクリーニング等のメンテナンス作業を施す維持ユニット８とが組み合わせて構成されている。

また、ベルト搬送部３においては、前述の印刷処理部２を間に挟んで前後に回転可能に配置される入口ローラ１１と出口ローラ１２、両ローラ１１、１２間の途中部の前後に配置された第一アイドラローラ１３と第二アイドラローラ１６、及び両アイドラローラ１３、１６間の前後に配置されたテンションローラ１４と駆動ローラ１５が、いずれも軸心を左右方向にして配置されている。これらのローラ１１〜１６に前述のベルト１０が巻回されると共に、このベルト１０を左右から挟むようにして左右一対の図示せぬ装置フレームが配置され、この装置フレーム間に、上述のローラ１１〜１６が前後回転可能に軸支されている。

更に、ベルト搬送部３においては、印刷処理部２の直前位置のベルト１０の上方には、食品９の幅方向位置を検知する位置センサとしてカメラ２７が設置されている。更に、このカメラ２７よりも前方には、光や音波を送受信可能な図示せぬ送信機と受信機が取り付けられた搬送位置センサ２８が設置されている。この搬送位置センサ２８において、ベルト１０によって搬送されてきた食品９が送信機と受信機間を通過して光や音波を遮断することにより、食品９の搬送方向２０の位置を検知できるようにしている。

これにより、カメラ２７によって得られた画像から、ベルト１０上の食品９の搬送方向２０、幅方向の位置を求めることができ、その信号を基に、幅方向中央からのずれ量を求めてセンタリング制御を行ったり、搬送位置センサ２８によって食品９の通過を検知してから所定時間経過後に、食品９がヘッドユニット４の下方に到達したとみなして、通過する食品９上にヘッドユニット４から可食性インクのインク滴を吐出して印刷処理を行ったりすることができる。

次に、前述した吐出ヘッド１９と、その駆動を制御する制御ユニット７の構成について、図２、図３により説明する。
図２に示すように、吐出ヘッド１９において、その筐体であるハウジング２９は、板状の流路部２９ａと、その上面に固設されたブロック状の枠部２９ｂとから構成される。

このうちの流路部２９ａの下面に、前述の食品９の上面に対向する吐出面１７が設けられ、この吐出面１７には、吐出ノズル１８の開口部である吐出口１８ａが、吐出面１７の幅方向２１において少なくとも印刷領域の最大幅に渡って形成されている。

更に、流路部２９ａの内部には、吐出口１８ａ毎に１個の加圧室２２が形成されると共に、枠部２９ｂには、前述のインク供給部５に連通されるインクポート２３と、このインクポート２３の下端に連通される共通流路２４とが形成され、この共通流路２４の下端は、流路部２９ａ内に形成された供給孔２５を介して、各加圧室２２に連通されている。これにより、前述のインク供給部５からのインクが、インクポート２３、共通流路２４、供給孔２５を介して加圧室２２内に供給されるようにしている。

一方、流路部２９ａにおいて加圧室２２を形成する壁のうち、吐出面１７と反対側の壁は、振動板２６によって構成され、この振動板２６は、複数の加圧室２２に跨って配置されると共に、振動板２６の上には、圧電素子３０ａが配置され、更に、その上面には、カバープレート３１等が覆設されている。

加えて、これら複数の圧電素子３０ａとカバープレート３１の側方にあって、内部に共通流路２４が形成されたハウジング２９の側面には、板状のヒータ３２が付設されている。

また、このような構成の吐出ヘッド１９を制御する制御ユニット７には、図３に示すように、タッチパネル、キーボード等のようなデータ入力部３３、吐出ヘッド１９に駆動電力を供給するパルス発生部３４に加え、これらが接続されるコントローラ３５が収容されており、このコントローラ３５には、前述したインク供給部５、ヘッドユニット４内の複数の圧電素子３０ａから成る素子群３０、ヒータ３２、及び、これらに駆動電力を供給するための電源３６等が接続されている。

更に、コントローラ３５内には、メモリ３７が設けられており、このメモリ３７には、前述のデータ入力部３３から入力される電圧波形の各種波形パターン、それを構成するピーク電圧等の諸条件を規定するための各種データ、電圧制御を行うための制御プログラム等が記憶されている。

そして、このような制御ユニット７において、データ入力部３３から入力されたインクの種類や印刷パターン等の印刷条件に基づき、コントローラ３５からはインク供給部５にインク供給信号が送信され、更に、このインク供給信号に基づいて、インク供給部５からインクポート２３、共通流路２４、供給孔２５を介して加圧室２２内にインクが供給される。同時に、コントローラ３５からの信号に基づいてヒータ３２が発熱してハウジング２９が加熱されるようにして、吐出ヘッド１９の温度が所定温度に設定される。

それに並行して、データ入力部３３から入力された波形パターンや諸条件の入力信号、メモリ３７内の各種データや制御プログラム等に基づき、コントローラ３５からパルス発生部３４にパルス発生信号が送信され、このパルス発生信号に基づいて、パルス発生部３４から素子群３０の各圧電素子３０ａに駆動パルスが印加される。

すると、圧電素子３０ａは、電圧変化に応じて変形し、その変形が振動板２６に伝達されると、振動板２６の変形によって加圧室２２が圧縮される。その結果、容積が減少した加圧室２２内からインクが押し出され、吐出ノズル１８を通り、吐出口１８ａから液滴３８となって食品９上に吐出される。

以上のように、吐出ノズル１８、吐出ノズル１８に連通する加圧室２２、および加圧室２２内に圧力を付与する圧電素子３０ａを有する吐出ヘッド１９を備えることによって、これらの吐出ノズル１８、加圧室２２、圧電素子３０ａを使用することでピエゾ方式による印刷ができるため、サーマル式に比べると、圧電素子３０ａの変形量そのものを電圧制御することから、液滴３８の形状、速さ、体積のより精密な制御が可能になると共に、非加熱による液滴３８の吐出制御を行うことから、吐出ヘッド１９の寿命の向上や使用可能なインクの種類の拡大も図ることができる。

次に、前述の制御ユニット７によって得られる電圧波形の各種波形パターンについて、図４、図５により説明する。
図４に示す波形パターンＰａとは、本発明を適用する基準となる基本波形であって、単一の主パルス４０ａ３から成る主パルス部４０のみが印加されている。そして、この主パルス部４０の印加だけで、圧電素子３０ａが大きく変形して加圧室２２を圧縮し、液滴３８を吐出ノズル１８から吐出できるようにしている。

本実施例では、基本波形である主パルス４０ａ３は、インクの固有周期をＴａｎ（≒８μｓ）とした場合、電位が低下する下降時間ｔｄ、一定電位を示す保持時間ｔｋ、電位が上昇する上昇時間ｔｕのいずれも、Ｔａｎ／４（≒２μｓ）に設定されると共に、このうちの保持時間ｔｋにおける電圧は、基準電位Ｖ０との電位差が最も大きい電圧（以下、「ピーク電圧」とする）Ｖ２となっている。なお、固有周期Ｔａｎとは、インクが自由振動を開始してから、その自由振動が止まる間での周期を意味する。

このようにして、波形パターンＰａでは、所定のピーク電圧Ｖ２を有する主パルス４０ａ３から成る主パルス部４０が生成されている。

また、波形パターンＰｂは、基本波形の波形パターンＰａに本発明を適用した場合の電圧波形であって、主パルス部４０の前後に、第一のパルス部３９と第二のパルス部４１が、それぞれに連続して印加されている。

この波形パターンＰｂの例では、第一のパルス部３９は単一の第一のパルス３９１から成っている。そして、本実施例では、この第一のパルス３９１における電位の下降時間ｔｄ、主パルス４０ａ３の保持時間ｔｋよりも長い保持時間ｔｋ１、上昇時間ｔｕは、それぞれ、約２μｓ、６μｓ、２μｓに設定されると共に、このうちの保持時間ｔｋ１におけるピーク電圧Ｖ１の基準電位Ｖ０との電位差は、主パルス部４０における主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差よりも小さく、ここでは、ピーク電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の４０％に設定されている。

ここで、図５（ａ）に示すように、圧電素子３０ａに対し、主パルス部４０の前に同位相の第一のパルス３９１を連続して印加すると、主パルス４０ａ３の減衰波４２と第一のパルス３９１の減衰波４３との合成波４４は、波の重なりによって、主パルス４０ａ３を減衰途中で増幅したものとなる。すなわち、第一のパルス３９１を、主パルス４０ａ３と同位相で圧電素子３０ａに予め印加しておくと、吐出ノズル１８内に予備振動が発生し、その予備振動が、主パルス部４０で吐出される液滴３８の形状、速さ、体積に良い影響を及ぼす。

従って、主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２よりも基準電位Ｖ０との電位差が小さいピーク電圧Ｖ１を有する第一のパルス３９１を予め印加しておくだけで、メニスカスへの影響が大きい第一のパルス３９１によって発生した予備振動が、主パルス部４０で吐出される液滴３８の形状、速さ、体積を適正化し、好適な略球状の液滴３８を高速かつ多量に食品９に衝突させることができる。

しかも、従来の如く二段の階段状プロセスに分けて連続印加される場合とは異なり、第一のパルス３９１のピーク電圧Ｖ１が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって液滴３８の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止することができるという効果もある。

そして、このように、第一のパルス部３９が単一の第一のパルス３９１から構成されると、複数の第一のパルスから構成される場合に比べ、第一のパルス部３９の印加をよりより単純な電圧制御によって行うことができ、圧電素子３０ａに安定した第一のパルス部３９の印加が行えると共に、電圧制御に必要な制御装置の装置コストの低減も図ることができる。

第二のパルス部４１も、単一の第二のパルス４１ａから成っている。
本実施例では、第二のパルス４１ａにおける電位の下降時間ｔｄａ、保持時間ｔｋａ、上昇時間ｔｕａのいずれも、Ｔａｎ／８（≒１μｓ）に設定されると共に、保持時間ｔｋａにおけるピーク電圧Ｖ３の基準電位Ｖ０との電位差は、主パルス部４０における主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差よりも小さく、ここでは、ピーク電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の３０％に設定されている。

ここで、図５（ｂ）に示すように、圧電素子３０ａに対し、主パルス部４０の後に逆位相の第二のパルス４１ａを連続して印加すると、主パルス４０ａ３の減衰波４２と第二のパルス４１ａの減衰波４５との合成波４６は、波の重なりによって、主パルス４０ａ３を減衰途中で更に減衰させたものとなる。すなわち、第二のパルス４１ａを、主パルス４０ａ３と逆位相で圧電素子３０ａに後で印加すると、吐出ノズル１８内の残留振動を抑制して、次サイクルの主パルス部４０で吐出される液滴の形状、速さ、体積に影響を及ぼすと考えられる。

従って、主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２よりも基準電位Ｖ０との電位差が小さいピーク電圧Ｖ３を有する第二のパルス４１ａを後で印加するだけで、メニスカスへの影響が大きい第二のパルス４１ａによって、主パルス部４０で発生した残留振動の抑制が、次サイクルの主パルス部４０で吐出される液滴３８の形状、速さ、体積を適正化し、好適な略球状の液滴を高速かつ多量に印刷媒体に衝突させることができる。

しかも、第二のパルス４１ａのピーク電圧Ｖ３が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって次サイクルの主パルス部４０で吐出される液滴の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止することができる。

そして、このように、第二のパルス部４１が単一の第二のパルス４１ａから構成されると、複数の第二のパルス４１ａから構成される場合に比べ、第二のパルス部４１の印加をより単純な電圧制御によって行うことができ、圧電素子３０ａに安定した第二のパルス部４１の供給が行えると共に、電圧制御に必要な制御装置の装置コストの低減も図ることができる。

ここで、先行技術として前述した特許文献１の駆動波形である図１２を用いて、本発明と先行技術との違いを詳細に説明する。
図１２に示すように、本発明の主パルス４０ａに相当するのが、第２電圧変化プロセスＰ２から第３電圧変化プロセスＰ３の直前にかけた部分であり、第一のパルス３９１に相当するのが、第１電圧変化プロセスＰ１から第２電圧変化プロセスＰ２の直前にあたる部分である。そして、本発明の第二のパルス４１ａに相当するのが、第３電圧変化プロセスＰ３の直後から第４電圧変化プロセスＰ４にかけた部分である。

そして、本発明と先行技術との大きな違いは、各パルス３９１、４０ａ３、４１ａへの変化が連続しているか、一度基準電位Ｖ０に戻っているか否かであり、先行技術のように圧電素子３０ａに電圧が長時間かかると、その間、圧電素子３０ａは熱等によって変形状態にある。

これに対し、本発明の駆動波形は、各パルス３９１、４０ａ３、４１ａの間で、必ず、一度基準電位Ｖ０に戻り、その分、圧電素子３０ａの可動部分が振動しやすい状態となる。このため、本発明では、各パルス３９１、４０ａ３、４１ａの間で生じる振動の相互作用を利用することができ、第一のパルス３９１による予備振動の発生を促進し、第二のパルス４１ａによる残留振動の抑制効果を促進することができる。

以上のような構成の吐出ヘッド１９と制御ユニット７とを備えることによって、メニスカスへの影響が大きい、第一のパルス部３９、主パルス部４０、及び第二のパルス部４１の各パルス３９１、４０ａ３、４１ａのピーク電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に上限を設定すると共に、各パルス３９１、４０ａ３、４１ａのピーク電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３間に所定の関係、具体的には後述する各種電圧比Ｒ１、Ｒ２を設定するだけの簡単な吐出制御構成を備えることにより、主パルス部４０で吐出ノズル１８から吐出される液滴３８の形状、速さ、体積を適正化し、液滴３８を略球体状で高速かつ多量に形成して食品９に衝突させることができ、印刷品質、印刷速度を大きく向上させることができる。

また、波形パターンＰｃとは、前述の波形パターンＰｂにおける第一のパルス部３９を、二つの第一のパルス３９ａ１、３９ａ２から構成されるＷ字状の第一のパルス部３９ａに変更したものであり、両第一のパルス３９ａ１、３９ａ２の間に、上下逆Ｖ字状の小電圧域４７が設けられている。

本実施例では、各第一のパルス３９ａ１、３９ａ２の両保持時間ｔｋは、主パルス４０ａ３と同じ約２μｓに設定されると共に、両ピーク電圧は、前述の波形パターンＰｂと同じＶ１に設定されている。更に、小電圧域４７は、その通電時間ｔＬが約２μｓで、その最小電圧は、前述のピーク電圧Ｖ３と略同じ電圧に設定されている。

このように、第一のパルス部３９ａが、二つの第一のパルス３９ａ１、３９ａ２から構成されると、各第一のパルス３９ａ１、３９ａ２の形状やピーク電圧Ｖ１を変更することで、吐出ノズル１８内のインクに様々な周期や大きさの予備振動を発生させることができる。これにより、第一のパルス３９１が単一の場合に比べ、インクの種類や温度、印刷速度等の様々な印刷条件に応じ、より適した予備振動を発生させることができ、良好な印刷品質、印刷速度を確保できると考えられる。

また、波形パターンＰｄとは、前述の波形パターンＰｃおける第一のパルス部３９ａを、二つの第一のパルスのピーク電圧の基準電位Ｖ０との電位差が互いに異なるものに変更したものである。

本実施例では、第一のパルス部３９ｂは、二つの第一のパルス３９ｂ１、３９ｂ２から構成されると共に、それぞれのピーク電圧は、前述両第一のパルス３９ａ１、３９ａ２と同じ電位のピーク電圧Ｖ１と、このピーク電圧Ｖ１よりも基準電位Ｖ０との電位差が小さく、ピーク電圧Ｖ３と略同じ電位のピーク電圧Ｖ１１とに設定されている。

このように、圧電素子３０ａに印加されるピーク電圧の電位を一律としないようにすることで、圧電素子３０ａに同じ電位のピーク電圧の第一のパルスが続けては印加されないようにして、過大な運動エネルギーを有する予備振動の発生が抑制されると考えられる。

また、波形パターンＰｅとは、前述の波形パターンＰｃにおける主パルス部４０を、複数の主パルスから構成される主パルス部４０ａに変更したものである。

本実施例では、主パルス部４０ａは、三つの主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３から構成されると共に、それぞれ、基本波形である主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の９６％に相当するピーク電圧Ｖ２１、９８％に相当するピーク電圧Ｖ２２、１００％に相当するピーク電圧Ｖ２に設定されている。

このように、主パルス部４０ａが、複数の主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３から構成されると共に、各主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３のピーク電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２の電位を、通電時間とともに所定の変化率で低下させ、本実施例では２％の変化率でピーク電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差が増大するように設定する場合は、まず、主パルス部４０ａが複数の主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３から構成されることから、各主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３の形状やピーク電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２を変更することで、吐出ノズル１８内のインクに様々な周期や大きさの押し出し力を付与することができ、主パルス４０ａ３が単一の場合に比べ、インクの種類や温度、印刷速度等の様々な印刷条件に応じ、より適した押し出し力を付与することができると考えられる。

更に、各主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３のピーク電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２の電位を、通電時間とともに所定の変化率で低下させ、圧電素子３０ａに同じ電位のピーク電圧が繰り返しては印加されないようにすることができ、過大な運動エネルギーを有する押し出し力の発生を抑制し、液滴の速さを適正にすることができると考えられる。なお、ここで変化率（％）とは、（Ｖ２／Ｖ２２）×１００、（Ｖ２２／Ｖ２１）×１００で表される。

次に、このような各種波形パターンを印加して発生した液滴３８の形状、速さ、体積について調査した結果を、図３、図４、図６乃至図１０により説明する。

［液滴吐出方法］
インクには、代表的な検査用の評価インク（プロピレングリコールメチルエーテル系）を使用すると共に、吐出ヘッド１９の温度は、図３に示す前述のヒータ３２を使って略２８℃に設定した。続いて、図４に示す波形パターンＰｂにおいて、基本波形のピーク電圧Ｖ２（以下、「ベース電圧」とする）を−１４Ｖ〜−１８Ｖの間に設定した上で、第二のパルス部４１を省いて第一のパルス部３９の第一のパルス電圧比Ｒ１［＝（Ｖ１／Ｖ２）×１００（％）］の値を変化させたものと、反対に第一のパルス部３９を省いて第二のパルス部４１の第二のパルス電圧比Ｒ２［＝（Ｖ３／Ｖ２）×１００（％）］の値を変化させたものを、駆動パルスとして図３のパルス発生器３４から各圧電素子３０ａに印加し、液滴３８を吐出させた。

［液滴測定方法］
吐出された液滴３８の形状と速さＳ（ｍ／ｓ）については、図６に示す撮影システム４８によって測定した。この撮影システム４８は、ノート型パーソナルコンピュータ等の演算処理装置４９と、この演算処理装置４９に信号線５０を介して内部の圧電素子３０ａが接続される前述の吐出ヘッド１９と、この吐出ヘッド１９のインクポート２３にインクチューブ５１を介して連通される前述のインク供給部５と、演算処理装置４９に信号線５２を介して接続されると共に、吐出ヘッド１９から吐出される液滴３８に発光面５３ａを向けたストロボライト５３と、同じく演算処理装置４９に信号線５２を介して接続されると共に、ストロボライト５３からの光によって液滴を高速度で撮影する高速度カメラ５４とを備えている。

そして、圧電素子３０ａへの駆動パルスの印加直後に、図３に示すパルス発生部３４へのパルス発生信号に基づき、演算処理装置４９から、ストロボライト５３と高速度カメラ５４に信号線５２を介して駆動信号を伝達するようにして、液滴３８の吐出と同期して、ストロボライト５３の発光と液滴３８の高速度撮影を行った。これにより撮影された液滴３８の画像を基に、液滴３８の下降中の形状を把握すると共に、吐出ノズル１８から液滴３８までの距離５５と経過時間から、液滴３８の下降中の平均の速さＳ（ｍ／ｓ）を算出した。

吐出した液滴３８の体積Ｃ（ｐＬ、ピコリットル）については、吐出したインクの重量を、画像やパルスカウントしたパルス信号の数から求めた液滴数で除することにより算出した。

また、液滴３８の形状については、前述の各波形パターンＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｅを、−１４Ｖ〜−１８Ｖの間の各ベース電圧Ｖ２で印加した場合も観察した。なお、その際の第一のパルス電圧比Ｒ１、第二のパルス電圧比Ｒ２は、それぞれ４０％、３０％に設定した。

［測定結果］
図７に、吐出ヘッド１９の吐出面１７から被印刷面５６に向かって吐出されて下降する液滴３８が、被印刷面５６に衝突する直前における形状を類別した結果を示す。なお、吐出面１７から被印刷面５６までの距離は、約１０００μｍに設定した。

このうちのタイプａは、液滴３８のうちで先行して流下する部分（以下、「ヘッド部分」とする）と、このヘッド部分に引きずられるように後から従属する部分（以下、「テール部分」とする）とが結合して略球状になった正常な液滴３８ａであり、タイプｂは、ヘッド部分３８ｂ１からテール部分３８ｂ２が完全に離間してサテライト状になった液滴３８ｂである。更に、タイプｃは、先行するヘッド部分３８ｃ１とテール部分３８ｃ２との間に短い（長さ２００μｍ未満）の紐状の部分（以下、「リガメント」とする）３８ｃ３が形成された液滴３８ｃであり、タイプｄは、先行するヘッド部分３８ｄ１とテール部分３８ｄ２との間に長い（長さ２００μｍ以上）リガメント３８ｄ３が形成された液滴３８ｄである。

図８には、−１４Ｖ〜−１８Ｖの間の各ベース電圧Ｖ２において、第一のパルス電圧比Ｒ１を変化させた場合の液滴３８の速さＳ（ｍ／ｓ）、体積Ｃ（ｐＬ）、形状（波形パターンのタイプａ、ｂ、ｃ、ｄ）の測定結果を示す。

この図によると、液滴３８の速さＳについては、ベース電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の大きさにかかわらず、第一のパルス電圧比Ｒ１が４０％未満では、増加するものの、４０％以上では、減少傾向にある。液滴３８の体積Ｃについては、ベース電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の大きさにかかわらず、第一のパルス電圧比Ｒ１が２０％未満では、小さい値（５〜９ｐＬ）で減少傾向にあるのに対し、２０％以上では、増加傾向にあって大きな値（８〜１４ｐＬ）を示す。

これは、第一のパルス電圧比Ｒ１が２０％未満では、第一のパルス部３９で印加される電圧が小さくてまだ液滴が内部に溜まったままであり、メニスカスの吐出ノズル１８内への引き込みによる運動エネルギーが有効に作用し、続く主パルス部４０で吐出される液滴３８の速さＳは増加するが、一方、第一のパルス部３９で印加される電圧が小さいことから、加圧室２２の圧縮程度も小さくて、吐出する体積Ｃは小さくなるためと考えられる。

第一のパルス電圧比Ｒ１が２０％以上４０％未満では、まだ液滴が吐出されず、２０％未満と同様に液滴３８の速さＳは依然として若干増加する。吐出する体積Ｃについても、第一のパルス部３９で印加される電圧が増加することから、加圧室２２の圧縮程度が大きくなって若干増加する。

第一のパルス電圧比Ｒ１が４０％以上になると、第一のパルス部３９で印加される電圧が充分大きくなることから、第一のパルス部３９で液滴が流出直前の状態となり、続く主パルス部４０で吐出される液滴３８の質量が増加することから、液滴３８の速さＳは大きく減少する。一方、吐出する体積Ｃは、加圧室２２の圧縮程度が大きくなって著しく増加するためと考えられる。

液滴３８の形状については、ベース電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差が小さいほど、第一のパルス電圧比Ｒ１が低いほど、タイプａが多くなって良好な液滴形状を呈する。反対に、ベース電圧Ｖ２が−１７Ｖよりも基準電位Ｖ０との電位差が大きくなったり、第一のパルス電圧比Ｒ１が５０％を超えたりすると、タイプｄの液滴３８ｄが増えて良好な液滴形状を得るのが難しくなる。これは、インクへの印加電圧が過大となって粘性が極端に小さくなり、長いリガメントが発生しやすくなるためと考えられる。

従って、液滴３８の形状を正常に保って良好な印刷品質を保ちつつ、液滴の速さＳや体積Ｃをある程度確保して良好な印刷速度を保つには、第一のパルス電圧比Ｒ１が２０％以上かつ５０％以下であるのが好ましいといえる。

図９には、−１４Ｖ〜−１８Ｖの間の各ベース電圧Ｖ２において、第二のパルス電圧比Ｒ２を変化させた場合の液滴の速さＳ（ｍ／ｓ）、体積Ｃ（ｐＬ）、形状（波形パターンのタイプａ、ｂ、ｃ、ｄ）の測定結果を示す。

この図によると、液滴３８の速さＳについては、ベース電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差が大きい場合（Ｖ２＝−１７、−１８Ｖ）を除いて、第二のパルス電圧比Ｒ２が２０％未満では略一定であるものの、２０％以上では、若干減少傾向となる。液滴３８の体積Ｃについては、第二のパルス電圧比Ｒ２が３０％で若干減少するのを除いて、略同等か増加傾向にある。

これは、第二のパルス電圧比Ｒ２が２０％未満では、第二のパルス部４１で印加される電圧が小さくて残留振動の抑制に必要な運動エネルギーが発生せず、液滴３８の速さＳをそれほど抑制できなかったためと考えられる。液滴３８の体積Ｃについては、明確ではないが、第二のパルス電圧比Ｒ２の増加によって入熱が増えてインクの温度が上昇し、インクの粘度が小さくなって吐出重量が増えたためではないかと考えられる。

液滴３８の形状については、第一のパルス電圧比Ｒ１の場合と同様に、ベース電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差が小さいほど、第二のパルス電圧比Ｒ２が低いほど、タイプａが多くなって良好な液滴形状を呈する。特に、ベース電圧Ｖ２が−１７Ｖよりも基準電位Ｖ０との電位差が大きくなったり、第二のパルス電圧比Ｒ２が５０％を超えたりすると、タイプｄの液滴３８ｄが多く発生して良好な液滴形状を得るのが難しくなる。これも、インクへの印加電圧が過大となって粘性が極端に小さくなり、長いリガメントが発生しやすくなったためと考えられる。

従って、液滴３８の形状を正常に保って良好な印刷品質を保ちつつ、第二のパルス部４１による振動抑制効果を発揮するには、第二のパルス電圧比Ｒ２が２０％以上かつ６０％以下であるのが好ましいといえる。

図１０には、前述の各波形パターンＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、Ｐｅにおける液滴３８の形状の観察結果を示す。いずれの波形パターンも、前述の如く、第一のパルス３９１、３９ａ１、３９ａ２、３９ｂ１、３９ｂ２のピーク電圧Ｖ１、Ｖ１１の基準電位Ｖ０との電位差は、主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の２０％以上かつ５０％以下に設定されると共に、第二のパルス４１ａのピーク電圧Ｖ３の基準電位Ｖ０との電位差は、主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の２０％以上かつ６０％以下に設定されている。なお、波形パターンＰｅ０は、前述の波形パターンＰｅを構成する三つの主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３のピーク電圧が全て共通の電圧Ｖ２の場合である。

この図によると、基本波形の波形パターンＰａに比べ、波形パターンＰｂ、波形パターンＰｃ、波形パターンＰｄの順に、タイプａを示す電圧領域が増加して液滴３８の形状が向上している。更に、波形パターンＰｂ、波形パターンＰｃ、波形パターンＰｄについては、液滴３８の速さＳ、体積Ｃについても、過大になることなくある程度確保できて、良好な印刷速度を保つことができた。

なお、波形パターンＰｅについては、波形パターンＰｅ０よりもタイプａを示す電圧領域が増加して液滴３８の形状が向上した。この場合、波形パターンＰｅにおける変化率（％）は、主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３のピーク電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差の最大値Ｖ２の１％以上かつ５％以下に設定するのが好ましい。

これは、変化率が１％未満では、主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３間のピーク電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２の電位差が小さすぎて、圧電素子３０ａに同じピーク電圧の主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３が繰り返して印加されるのと同等になり、過大な運動エネルギーを有する押し出し力が発生し、液滴３８の速さＳが過大になるからである。一方、変化率が５％超えでは、第一のパルス部３９、第二のパルス部４１に比べてピーク電圧の基準電位Ｖ０との電位差が大きな主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３間であるがために、ピーク電圧間の電位差が大きくなって、圧電素子３０ａには階段状の複数の主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３が連続印加されることとなり、ピーク電圧Ｖ２が最も小さい主パルス４０ａ１の基準電位Ｖ０との電位差の大きさによっては、主パルス部４０のピーク電圧Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２の基準電位Ｖ０との電位差のうちの最大値Ｖ２が著しく大きくなって、過大な運動エネルギーを有する押し出し力が発生し、液滴３８の速さＳが過大になるからである。

なお、このように、主パルス部４０ａが複数の主パルス４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３から構成される場合の主パルスの所定のピーク電圧は、そのうち、基準電位Ｖ０との電位差が最大の４０ａ３に設定するのが好ましい。これは、第一のパルス３９、第二のパルス４１のピーク電圧Ｖ１、Ｖ３の基準を、最も基準電位Ｖ０との電圧差が大きくて変動の少ない、最大のピーク電圧Ｖ２を有する主パルス４０ａ３に設定することで、第一のパルス部３９、第二のパルス部４１における安定した印加が可能となるからである。

そして、実機で使用する可食用の合成着色インクを使用した場合でも、以上で述べた測定結果と同様な結果が得られた。

次に、以上のような印刷装置１を使った印刷方法について、図１１により説明する。
印刷手順としては、まず、吐出ヘッド１９においてインクを吐出する吐出ノズル１８に連通する加圧室２２に圧電素子３０ａを取り付けた上で、この吐出ヘッド１９に対し、所望の印刷を行う主パルス部４０の主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２よりも基準電位Ｖ０との電位差が小さいピーク電圧Ｖ１を有し、かつ主パルス４０ａ３と同位相の第一のパルス３９１から成る第一のパルス部３９を印加する第一過程Ｓ１が行われる。

これにより、主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２よりも基準電位Ｖ０との電位差が小さいピーク電圧Ｖ１を有する第一のパルス３９１を予め印加しておくだけで、メニスカスへの影響が大きい第一のパルス３９１によって発生した予備振動が、主パルス部４０で吐出される液滴３８の形状、速さＳ、体積Ｃを適正化し、好適な略球状の液滴を高速かつ多量に食品９に衝突させることができる。

しかも、従来の如く二段の階段状プロセスに分けて連続印加される場合とは異なり、第一のパルス３９１のピーク電圧Ｖ１が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって液滴３８の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止することができる。

続いて、第一のパルス３９１が基準電位Ｖ０まで戻った後に、主パルス部４０を印加する第二過程Ｓ２が行われる。

これにより、主パルス部４０内の主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２を変えるだけで液滴３８の形状、速さＳ、体積Ｃを適正化できるため、印刷品質、印刷速度の微調整が容易となる。

その後、主パルス部４０の主パルス４０ａ３が基準電位Ｖ０まで戻った後に、主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２よりも基準電位Ｖ０との電位差が小さいピーク電圧Ｖ３を有し、かつ主パルス４０ａ３と逆位相の第二のパルス４１ａから成る第二のパルス部４１を印加する第三過程Ｓ３が行われる。

これにより、主パルス４０ａ３のピーク電圧Ｖ２よりも基準電位Ｖ０との電位差が小さいピーク電圧Ｖ３を有する第二のパルス４１ａを後で印加するだけで、メニスカスへの影響が大きい第二のパルス４１ａによって、主パルス部４０で発生した残留振動の抑制が、次サイクルの主パルス部４０で吐出される液滴３８の形状、速さＳ、体積Ｃを適正化し、好適な略球状の液滴を高速かつ多量に食品９に衝突させることができる。

しかも、第二のパルス４１ａのピーク電圧Ｖ３が過大となるのを抑制できるため、メニスカスの引き込み量が多くなって次サイクルの主パルス部４０で吐出される液滴３８の過度な体積減少や曳糸化が進むのを抑止し、印刷品質、印刷速度を更に向上させることができる。

以上のように、本発明を適用したインクジェット印刷装置及びインクジェット吐出制御方法は、簡単な吐出制御構成でありながら、ノズルから吐出される液滴を適正形状で高速かつ多量に形成可能にして、良好な印刷品質、印刷速度を達成可能なものとなっている。

１ 印刷装置（インクジェット印刷装置）
７ 制御ユニット
１８ 吐出ノズル（ノズル）
１９ 吐出ヘッド
２２ 加圧室
３０ａ 圧電素子
３９、３９ａ、３９ｂ 第一のパルス部
３９１、３９ａ１、３９ａ２、３９ｂ１、３９ｂ２ 第一のパルス
４０、４０ａ 主パルス部
４０ａ１、４０ａ２、４０ａ３ 主パルス
４１ 第二のパルス部
４１ａ 第二のパルス
Ｓ１ 第一過程
Ｓ２ 第二過程
Ｓ３ 第三過程
ｔ 通電時間
Ｖ０ 基準電位
Ｖ１、Ｖ１１、Ｖ２、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ３ ピーク電圧

Claims (8)

1. ノズル、前記ノズルに連通する加圧室、および前記加圧室内に圧力を付与する圧電素子を有する吐出ヘッドと、
   主パルスから成る主パルス部の前に印加され、前記主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ前記主パルスと同位相の第一のパルスから成る第一のパルス部、前記第一のパルスが基準電位まで戻った後に印加される前記主パルス部、及び、前記主パルス部の後に印加され、前記主パルスのピーク電圧よりも前記基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ前記主パルスと逆位相の第二のパルスから成ると共に、前記主パルスが前記基準電位まで戻った後に印加される前記第二のパルス部を含む電圧波形を発生する制御ユニットとを備える
   インクジェット印刷装置。
2. 前記第一のパルス部は、
   単一の第一のパルスから構成されると共に、該第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、前記主パルスの所定のピーク電圧の基準電位との電位差の２０％以上かつ５０％以下である
   請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
3. 前記第一のパルス部は、
   二つの第一のパルスから構成されると共に、該各第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、前記主パルスの所定のピーク電圧の基準電位との電位差の２０％以上かつ５０％以下である
   請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
4. 前記二つの第一のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、互いに異なる
   請求項３に記載のインクジェット印刷装置。
5. 前記主パルス部は、
   複数の主パルスから構成されると共に、該各主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、通電時間とともに所定の変化率で増大する
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
6. 前記変化率は、
   前記主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差の最大値の１％以上かつ５％以下である
   請求項５に記載のインクジェット印刷装置。
7. 前記第二のパルス部は、
   単一の第二のパルスから構成されると共に、該第二のパルスのピーク電圧の基準電位との電位差は、前記主パルスのピーク電圧の基準電位との電位差の最大値の２０％以上かつ６０％以下である
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
8. 所望の印刷を行う主パルス部の主パルスのピーク電圧よりも基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ前記主パルスと同位相の第一のパルスから成る第一のパルス部を印加する第一過程と、
   前記第一のパルスが基準電位まで戻った後に前記主パルス部を印加する第二過程と、
   前記主パルス部の主パルスが基準電位まで戻った後に、前記主パルスのピーク電圧よりも前記基準電位との電位差が小さいピーク電圧を有し、かつ前記主パルスと逆位相の第二のパルスから成る第二のパルス部を印加する第三過程とを備える
   インクジェット吐出制御方法。

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