JP4639863B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタ、ディスプレー製造装置、電極形成装置、あるいは、バイオチップ製造装置など、液体を吐出して描画等を行う液体吐出装置に関する。

従来、液体吐出装置として、紙への印刷に適したインクジェットプリンタ等が知られており、一般的には、一定方向に往復動するキャリッジに、液体（インク）を微小なノズルから吐出する吐出ヘッドを搭載した構成である。そして、印刷用紙を一方向に送ると共に、印刷用紙の送り方向に垂直に吐出ヘッドを往復動（走査）させ、印刷用紙上にインク滴を吐出して画像を形成するものである。

このインクジェットプリンタを用いて、印刷用紙の縁部に余白を残すことなく印刷用紙の表面の全体に対して印刷（いわゆる縁無し印刷）を施す場合、印刷用紙およびキャリッジの位置ずれに対する余裕を考慮して、印刷用紙のサイズよりもやや広い領域に対して印刷を行うようにしている。すなわち、印刷用紙の前後縁（用紙送り方向に延在する縁）および左右の側縁（ヘッド走査方向に延在する縁）の部分に余白を残すことなく印刷を施すために、印刷用紙に対する吐出ヘッドの走査範囲をこれら前後縁、側縁の外側にまで広げてインク滴の吐出を行うものである。そして、印刷用紙から外れた領域に向けて吐出されたインク滴は、記録ヘッドに対向して印刷用紙の裏面側に配置されたインク吸収部材（スポンジ等）で吸収するようにしている。
ところが、インク吸収部材は印刷用紙の裏面側に離間して配置されており、ノズル開口からインク吸収部材の露出面までの距離は、ノズル開口から用紙面までの距離（以下、ＰＧと呼ぶ）に比べて長い。このため、印刷用紙から外れた領域に向けてインク滴が吐出された場合、ノズル開口から吐出されたインク滴が空気抵抗を受けて減速し、インク吸収部材まで到達せずにミスト化してしまう場合があった。特に、画質を向上させるためにインク滴の体積（重量）を小さくすると、空気抵抗による減速の度合いが大きくなってインク滴がミスト化しやすくなる。そしてこのようなミスト化したインクは、機内の至るところに付着して、いわゆる機内汚れの原因となる。

上述の課題に鑑みて、ケース内に静電気力を発生させ、当該静電気力の作用でミスト化したインクを回収するインクジェットプリンタが提案されている（例えば、特許文献１）。すなわち、上述のインク吸収部材の露出面に電極を配置し、当該電極とノズル開口の形成面との間に電界を発生させることにより、帯電したインクを当該電極で捕捉するものである。

ところで、インクジェットプリンタの中には、多様な印刷用紙（普通紙や印刷面に表面処理を施した専用紙）に対応して、ＰＧを可変に構成されたものもある。すなわち、腰の弱い普通紙を用いる場合にはＰＧを大きくしていわゆる紙擦れ（吐出ヘッドと用紙が接触すること）を防ぎ、高画質印刷に好適な専用紙を用いる場合には、ＰＧを小さくしてインク滴の着弾精度を高め、画質の向上を図るものである。そして、このようなＰＧの可変するプリンタにおいては、ＰＧによって変化するインク滴の吐出に係る諸条件にも考慮する必要がある。例えば、特許文献２では、双方向印刷におけるインク滴の吐出タイミングを、ＰＧに応じて可変に構成したプリンタが提案されている。

特開２００３−３０５８４０号公報 特開２００４−３１４３６１号公報

ところが、上述のプリンタは、ＰＧの変化に対するミスト化の影響の変化についてはなんら配慮がされていない。すなわち、ＰＧが大きいときにはノズルから用紙面までの距離が長くなるので、いわゆる縁なし印刷をするか否かに関わらずミスト化したインクが発生しやすくなる。他方、ＰＧが小さいときであってもいわゆる縁なし印刷をするときには、上述の理由によりミスト化したインクが発生しやすくなる。このように、ミスト化したインクの発生事情がＰＧおよび縁なし印刷の有無によって異なるわけである。
ＰＧが大きいときには、特許文献１に係る手段を用いてもミスト化したインクを十分に捕集することは難しい。電極は、印刷用紙の縁の近傍に配置されているからである。

ところで、本願発明の発明者らは、吐出ヘッドの吐出制御によりインク滴の先端部の吐出速度（以下、Ｖｍと呼ぶ）を小さくすることでも、ミスト化したインクの発生をある程度抑えられることを発見した。すなわち、Ｖｍが大きくなるとインク滴が吐出方向に延び、用紙面に到達するまでにバラバラに分割される傾向が強くなってミスト化を招きやすくなることに鑑みたものである。しかし、Ｖｍを小さくすることは着弾精度の低下による画質の劣化を招くものであり、専用紙を用いた印刷においては、ユーザが専用紙を用いてまで求める十分な画質を確保することが困難となる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、ミスト化した液体による機内汚染を低減すると共に、ユーザの要求に応じて好適な着弾精度で液体を吐出することができる液体吐出装置を提供することを目的としている。

本発明は、液体をノズルから液滴として吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドと対向するように配設され、前記吐出対象物を支持する支持部材と、前記支持部材に隣接する位置において静電力を発生させる静電力発生手段と、前記吐出ヘッドが前記吐出対象物の縁の領域を含んで前記液滴を吐出するか否かによって、前記静電力の発生の有無を選択する静電力選択手段と、前記吐出対象物の種類に応じて、前記吐出対象物と前記ノズルとの距離（ＰＧ）を変化させるＰＧ変化手段と、前記ノズル毎に生成された二値以上の階調データに応じた条件で前記ノズルから液滴を吐出させる吐出制御手段と、を備え、前記吐出制御手段は、前記ＰＧが所定値以上である場合には前記階調データの一の値に対応して第１の条件で前記液滴を吐出させ、前記ＰＧが所定値未満である場合には当該一の値に対応して第２の条件で前記液滴を吐出させ、前記第１の条件によって吐出された液滴は前記第２の条件によって吐出された液滴に比べて、当該液滴の先端部の速度が遅くなるように吐出制御することを特徴とする。

この発明の液体吐出装置によれば、ＰＧに応じて吐出制御手段が液滴の吐出条件を変化させることができる。すなわち、階調データの一の値に対して、ＰＧが所定値より大きいときにはＶｍの遅い液滴を吐出していわゆるミスト化した液体の発生を抑え、ＰＧが所定値より小さいときにはＶｍの速い液滴を吐出して高い着弾精度を担保する。また、いわゆる縁無し印刷を行うか否かにより、必要に応じて静電力を発生させてミスト化した液体の積極的な回収を図る。かくして、ＰＧおよび縁無し印刷の有無によらずミスト化した液体による機内汚染が低減され、また、画質を優先するＰＧの小さいモードの場合においても、十分な着弾精度が確保される。

好ましくは、前記液体吐出装置において、前記第１および第２の条件によって吐出される液滴の量は、ほぼ同量であることを特徴とする。
この発明の液体吐出装置によれば、ＰＧによって条件を違えて吐出された液滴の量はほぼ同量であるため、吐出対象物上に着弾した後の画像等の階調性にはあまり差を与えない。

好ましくは、前記液体吐出装置において、前記吐出ヘッドは、電気パルスによって駆動されて前記ノズルの近傍において前記液体に圧力を発生させる圧力発生手段を備え、前記吐出制御手段は、前記第１の条件に対応する第１の前記電気パルスないし前記第２の条件に対応する第２の前記電気パルスのいずれか一方を選択して前記圧力発生手段に印加することを特徴とする。
さらに好ましくは、前記吐出制御手段は、前記第１の電気パルスと前記第２の電気パルスとが一周期内でタイミングを違えて結合された駆動信号を生成する駆動信号生成手段を備え、前記一の値に対応する吐出制御において、前記駆動信号から前記第１ないし第２の電気パルスのいずれか一方を選択して、前記圧力発生手段に印加することを特徴とする。

この発明の液体吐出装置によれば、態様（形状や大きさなど）を違えた電気パルスの一方を選択して圧力発生手段に印加することにより、簡単な構成で第１ないし第２の条件で液滴を吐出させることができる。また、好ましくは、駆動信号からタイミング制御によって第１ないし第２の電気パルスを選択する構成とすれば、電気パルスごとの信号線を必要としないので、回路構成を簡単にできる。

好ましくは、前記駆動信号生成手段を備えた液体吐出装置において、前記吐出制御手段は、前記階調データの他の値に対応する吐出制御において、前記駆動信号における前記第１および第２の電気パルスの両方を選択して、前記圧力発生手段に印加することを特徴とする。
さらに好ましくは、前記駆動信号において、前記第２の電気パルスは前記第１の電気パルスよりも遅いタイミングとなっていることを特徴とする。

この発明の液体吐出装置によれば、第１および第２の電気パルスの両方を選択することで、それぞれ単独の電気パルスによって吐出される液滴よりも多量の液滴を吐出させ、これを階調データの他の値に対応する液滴の吐出とすることができる。すなわち、他の値に対応する独立の電気パルスを用意しておく必要がなく、簡単な構成で多階調が実現できる。また、好ましくは、第２の電気パルスを第１の電気パルスよりも遅いタイミングとしておけば、先に吐出される液滴に後からに吐出される液滴が追いついてゆく関係となるので、吐出対象物上に一体もしくは一体に近い状態で着弾させることができる。かくして、画質の向上が図れる。

好ましくは、前記液体吐出装置において、前記液体が顔料を含む着色インクであることを特徴とする。
この発明の液体吐出装置によれば、粘度が高くミスト化した液体を発生しやすい顔料インクを用いつつも、機内汚染の低減を有効に図ることができる。

好ましくは、前記液体吐出装置において、前記一の値に対応する液滴の量が６ｎｇないし８ｎｇであるときに、前記第１の条件に係るＶｍが７．５ｍ／ｓないし８．５ｍ／ｓであることを特徴とする。
さらに好ましくは、前記第２の条件に係るＶｍが９．５ｍ／ｓないし１０．５ｍ／ｓであることを特徴とする。

この発明の液体吐出装置によれば、ミスト化した液体による機内汚染の低減を有効に図ることができる。また、好ましくは、第２の条件に係るＶｍを９．５ｍ／ｓないし１０．５ｍ／ｓとすることで、ＰＧが小さいモードにおける着弾精度と液体のミスト化の程度とのバランスを好適にできる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、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、これらの形態に限られるものではない。

図１は、液体吐出装置の内部構造の一例を示す概略斜視図である。
図１において、液体吐出装置としてのプリンタ１００は、吐出対象物としての用紙６の印刷面６ａに液体としてのインクを吐出して画像等の描画（印刷）を行う装置である。このプリンタ１００は、スチール製のフレーム基体９と、インクを吐出する吐出ヘッド１２と、吐出ヘッド１２を搭載するキャリッジ１と、キャリッジ１を一定の方向に往復動（主走査）させる走査手段を構成する主走査機構８と、用紙６を裏面側から支持するプラテン５とを備えている。ここで、フレーム基体９は、その剛性と重量によって機構全体の土台をなすと共に、電気的なアースとしての機能を果たしている。

吐出ヘッド１２から吐出するインクには、例えば、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のものが使用され、キャリッジ１上に搭載されたインクカートリッジ７に収容されている。このインクカートリッジ７の底部にはインクを導出する導出部（図示せず）が設けられており、吐出ヘッド１２に設けられたインク導入部（図示せず）と結合して、吐出ヘッド１２にインクを供給するようになっている。

主走査機構８は、キャリッジ１に動力を伝達するタイミングベルト３と、キャリッジ１を支持すると共にその移動方向を規定するガイドロッド４とを備えている。そして、このタイミングベルト３は、ＤＣモータ等の主走査用モータ２により駆動される。かくして、主走査用モータ２を回転駆動すると、キャリッジ１に搭載された吐出ヘッド１２は、プリンタ１００に架設されたガイドロッド４に案内されてガイドロッド４の伸長方向に往復動（主走査）する。
ガイドロッド４は、フレーム基体９の側面に設けられたＰＧ変化手段１５によって、伸長方向を保ったまま図の上下方向に移動するようになっており、当該移動により、吐出ヘッド１２のノズル形成面１２ａと印刷面６ａとの距離ＰＧ（図４参照）を変化させることが可能である。ガイドロッドの移動は、図示しない機構および駆動モータにより行われる。

用紙６は、プラテン５を含む走査手段を構成する搬送機構１６（図３参照）により、主走査方向に直交する方向に搬送（副走査）されるようになっている。用紙６の搬送は、副走査用モータ１４を駆動することで行われる。

上述の構成において、吐出ヘッド１２を用紙６に対して相対移動させつつ、吐出ヘッド１２のノズル７９（図２参照）からインクを液滴（インク滴）として吐出することにより、印刷面６ａにおける所望の位置にインク滴が着弾して画像等が形成される。

プリンタ１００の非記録領域であるホームポジションには、吸引手段としてのメンテナンス機構１０が配設されている。
メンテナンス機構１０は、図の上方側が開放された箱型の弾性部材であるキャップ部材１３を備えている。キャップ部材１３は、吐出ヘッド１２のノズル形成面１２ａに密着してノズル７９の開口を封止する（キャッピング）ことで（図２参照）、未使用状態における当該ノズル７９の保全を図るものである。また、キャッピングの状態から、キャップ部材１３の内底部の連通口（図示せず）と通じる吸引ポンプ（図示せず）を動作させることにより、封止された空間を減圧してノズル７９（図２参照）からインクを強制的に吸引することができる。
キャップ部材１３の印刷領域側の近傍には、板状に成型された弾性部材を備えたワイピング手段１１が吐出ヘッド１２の移動軌跡に対して例えば水平方向に進退できるように配置されている。ワイピング手段１１は、キャリッジ１がキャップ部材１３側に往復移動するに際して、必要に応じて吐出ヘッド１２のノズル形成面１２ａ（図２参照）を払拭することができるように構成されている。

図２は、吐出ヘッドの内部構造の一例を示す要部断面図である。
図２に示すように、吐出ヘッド１２は、樹脂等で成形された箱体状のケース７１と、ケース７１の収納室７２に収容された櫛歯状の圧電振動子２１と、ケース７１と接合された流路ユニット７４と、を備えている。

圧電振動子２１の図の上方における端部側は、金属製の基板７３を介して収納室７２の内壁に固定され、図の下方側における可動端部２１ａは、流路ユニット７４のアイランド部８９に接合されている。また、流路ユニット７４は、流路形成板７５を間に挟んでノズルプレート８０と弾性板７７を両側に積層することにより構成されている。

圧電振動子２１は、圧電体２１ｂを挟んで共通内部電極２１ｃと個別内部電極２１ｄとを交互に積層した板状の振動子板を、ドット形成密度に対応させて櫛歯状に切断して構成してある。そして、共通内部電極２１ｃと個別内部電極２１ｄとの間に電位差を与えることにより、各圧電振動子２１は、積層方向と直交する振動子長手方向に伸縮する。

流路形成板７５は、複数の圧力発生室８１と、各圧力発生室８１の少なくとも一端に連通する複数のインク供給部８２と、各インク供給部８２と連通する共通の液室である共通インク室８３と、が形成された板状部材である。この流路形成板７５は、例えば、シリコンウエハーをエッチング加工することにより製造される。共通インク室８３へのインクの供給は、インクカートリッジ７（図１参照）の各色インクに対応する導出口（図示せず）から、ケース７１に形成されたインク供給管８４を通じて行われる。

ノズルプレート８０は、ＳＵＳ等の金属で形成された板状部材であり、複数の圧力発生室８１に対応してノズル７９が形成され、ノズル形成面１２ａをなしている。ノズルプレート８０は、仮想線で示す導線を介してフレーム基体９（図１参照）と電気的に接続されて、アースされた状態となっている。これは、吐出ヘッド１２に電荷が帯電してノズルプレート８０を介した放電が起こると、圧電振動子２１を駆動するための駆動回路３３（図５参照）を破壊してしまう場合があるため、このような事故を防止するための措置である。

弾性板７７は、ノズルプレート８０とは反対側の流路形成板７５の面に積層され、ステンレス板８７の下面側にＰＰＳ等の高分子体フィルムを弾性体膜８８としてラミネート加工した二重構造である。そして、圧力発生室８１に対応した部分のステンレス板８７をエッチング加工して、圧電振動子２１を当接固定するためのアイランド部８９が形成されている。

上記の構成を有する吐出ヘッド１２では、圧電振動子２１を振動子長手方向に伸長させることにより、アイランド部８９がノズルプレート８０側に押圧され、アイランド部８９周辺の弾性体膜８８が変形して圧力発生室８１が収縮する。また、圧力発生室８１の収縮状態から圧電振動子２１を長手方向に収縮させると、弾性体膜８８の弾性により圧力発生室８１が膨張する。
このような圧電振動子２１の駆動は、共通内部電極２１ｃと個別内部電極２１ｄとの間に印加する電気パルス（図６参照）によって行われる。そして、この電気パルスの印加によって圧力発生室８１内のインクに圧力変動が発生し、ノズル７９からインク滴が吐出される。すなわち、圧電振動子２１および圧力発生室８１は、圧力発生手段を構成している。

インク滴の吐出の条件は、圧電振動子２１に印加する電気パルスの態様（形状、成分の傾き等）によって制御することが可能であり、これにより、量、速度等の特性の異なる複数種のインク滴を必要に応じて使い分けることができる。このための具体的な制御については、後で詳しく説明する。

図３は、プラテン周辺の一部を拡大して示した平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
図３に示すように、搬送機構１６は、プラテン５と、用紙６をプラテン５へ搬送する搬送ローラ１９ａ、１９ｂとを備えている。搬送ローラ１９ａ、１９ｂは互いに対向するように配置されており、用紙６を挟み込んで矢印Ｆの向きに搬送する。また、搬送ローラ１９ａは従動ローラであり、搬送ローラ１９ｂは駆動ローラである。

図３、図４において、プラテン５は吐出ヘッド１２と対向して配設されており、インク滴の吐出がなされる位置において用紙６を支持し、ノズル形成面１２ａと印刷面６ａとの距離ＰＧを規定するものである。プラテン５は、プラスチック等で形成された支持部材１７と、スポンジ等で形成された吸液性部材１８とを備えており、図示するように、用紙６の裏面６ｂと当接する支持部５ａと、吸液性部材１８が露出したダミー部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅとが形成されている。吸液性部材１８の露出面は、支持部材１７が用紙６を支持する面よりも低くなっているため、用紙６と接することはない。

図３、図４において、ダミー部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅは、用紙６の縁部に余白を残すことなく印刷する、いわゆる縁無し印刷を行う際に利用される。すなわち、図示する用紙６の位置において、ダミー部５ｄまで印刷領域を拡張して印刷を行うことで、用紙６の側縁部６ｃには余白を残すことなく印刷がなされ、ダミー部５ｄに対して吐出されたインク滴２２ｍ，２２ｓは吸液性部材１８で吸収される。このため、支持部５ａをインクで汚すことがなく、また、支持部５ａの汚れが次の用紙６に転写されることもない。
同様に、ダミー部５ｂは用紙６の上縁部６ｄを印刷する際に、ダミー部５ｃは、用紙６の下端部（上縁部６ｄに対向する端部）を印刷する際に利用される。また、用紙６の側縁部６ｃに対向する縁部についても同様の方法で縁なし印刷が行われる。また、ダミー部５ｅは、多様なサイズの用紙６に対応するためにダミー部５ｄと同じ目的で設けられている。

プラテン５はまた、ダミー部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅにおける露出した吸液性部材１８上に配置された電極２０（便宜上、図３においてハッチングで図示）を備えている。電極２０は、金属線などで形成されており、その表面には、腐食を防ぐための被膜が形成されている。
電極２０は、仮想線で示す導線によって高圧電源５０と電気的に接続され、必要に応じて高電圧が印加されるようになっている。高圧電源５０が電極２０に電圧を印加すると、アース電位に維持された吐出ヘッド１２のノズル形成面１２ａと電極２０との間には電界（静電力）が発生する。すなわち、電極２０および高圧電源５０は、静電力発生手段を構成している。

図４において、吐出ヘッド１２から吐出されるインク滴２２ｍ，２２ｓは、それぞれメインドット、サテライトドットと呼ばれる。メインドット２２ｍとサテライトドット２２ｓはもともと一体として吐出されるものであるが、インク滴内で生じる速度の不均等により、吐出方向の先端部と後端部とに分裂したものである。このため、メインドット２２ｍの速度Ｖｍは比較的速く、サテライトドット２２ｓの速度Ｖｓは比較的遅くなっている。

一般的にサテライトドット２２ｓの量はメインドット２２ｍの量より小さくなっており、空気抵抗による減速の影響が大きい。このため、サテライトドット２２ｓは速度を失って空中に浮遊した、いわゆるミスト化した状態となりやすいものである。このようなミスト化したインクは、機内汚れ、用紙汚れの原因となる。

メインドット２２ｍとサテライトドット２２ｓの量、速度のバランスは、圧電振動子２１（図２参照）に印加する電気パルス（図６参照）によって変化するものであるが、本願発明の発明者らは、特に、メインドット２２ｍの速度Ｖｍとこのバランスに強い相関があることを発見した。すなわち、Ｖｍが速くなるような条件で吐出を行うと、サテライトドット２２ｓの速度Ｖｓが小さくなり、サテライトドット２２ｓがミスト化する傾向が強くなるのである。また、このようにＶｍが速くなるような条件で吐出を行った場合には、サテライトドット２２ｓがさらに細分化されて複数のインク滴となる場合もある。このような傾向は、粘度の高い顔料インクを用いた場合により顕著であり、すなわち、顔料インクはミスト化したインクを発生させやすいといえる。

この説明からわかるように、Ｖｍが小さくなるような条件で吐出を行うことで、ミスト化したインクの発生を低減することが可能である。しかし、Ｖｍは、メインドット２２ｍの着弾精度、ひいては画質にも影響するものである。すなわち、Ｖｍが小さくなるとメインドット２２ｍの着弾精度が低下し、画質は低下する傾向にある。

ミスト化したインクの発生の程度は、ノズル形成面１２ａと印刷面６ａとの距離ＰＧによっても変化する。距離ＰＧが大きい場合には、吐出されたサテライトドット２２ｓが印刷面６ａに到達するまでの距離が長くなるので、速度を失って印刷面６ａに届かないサテライトドット２２ｓの割合が増えるからである。

一方、距離ＰＧは用紙６の選択とも密接な関係がある。すなわち、腰の弱い紙を用いるときは、吐出ヘッドの１２と用紙６との接触（いわゆる紙擦れ）を予防するためにＰＧの比較的大きい状態（ＰＧ大状態）とし、腰の強い厚手の専用紙を用いるときは、メインドット２２ｍの着弾精度を優先してＰＧの比較的小さい状態（ＰＧ小状態）とするようになっている。

また、ミスト化したインクの発生の程度は、いわゆる縁なし印刷を行うか否かによっても変化する。縁無し印刷では、ノズル形成面１２ａからの距離の長い吸液性部材１８の露出面に向けてインク滴２２ｍ，２２ｓを吐出することになるため、速度を失って吸液性部材１８に届かないサテライトドット２２ｓの割合が増えるからである。

図３，図４において、吸液性部材１８上に配置された電極２０は、縁なし印刷においてダミー部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅの近傍で発生したミスト化したインクを誘引する機能を果たすものである。
用紙６は搬送過程において搬送機構１６の各部材と擦れ合うなどして正極に帯電するため、用紙６とノズル形成面１２ａとの間に形成される電界により、吐出されるインク滴２２ｍ，２２ｓは負極に帯電されている。このため、電極２０に正極の高電圧電位を印加することにより、このような帯電されたインク滴２２ｍ，２２ｓを静電力によって積極的に誘引し、吸液性部材１８での回収を図ることができる。

上述の説明からわかるように、ミスト化したインクの発生には、吐出条件（印加する電気パルス）、距離ＰＧ、縁無し印刷の有無、電極２０による静電力の発生の有無などの要素が絡み合っており、また、これらの要素は、用紙６の種類や着弾精度（画質）とも関わっている。このため、本実施形態のプリンタ１００（図１参照）は、用紙６の種類（距離ＰＧ）や縁無し印刷の有無に対応して動作条件が変化するようになっており、ミスト化したインクの発生を低減すると共に、ユーザの要求に応じて好適な印刷を行うことができる。詳しくは後述する。

次に、図５、図６を参照してプリンタの電気的構成について説明する。図５は、プリンタの電気的構成を示すブロック図である。図６は、制御信号の一例を示すタイミング図である。
図５に示すように、プリンタ１００は、吐出制御手段を構成するプリントコントローラ２３および駆動回路３３と、圧力発生手段を構成する圧電振動子２１と、走査手段（主走査機構８、搬送機構１６）を駆動する主走査用モータ２および副走査用モータ１４と、ＰＧ変化手段１５を駆動するＰＧ変化用モータ５１と、静電力発生手段を構成する高圧電源５０および電極２０と、を備えている。ここで、プリントコントローラ２３は、フレーム基体９（図１参照）の裏側に設けられた制御ボックス内に収容されており、駆動回路３３は、吐出ヘッド１２に搭載されている。

プリントコントローラ２３は、外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）２５と、ＲＡＭ２６と、ＲＯＭ２７と、制御部２８と、クロック信号（ＣＫ）を生成する発振回路２９と、駆動信号（ＣＯＭ）を生成する駆動信号生成手段としての駆動信号生成回路３０と、内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）３１と、を備えている。

外部Ｉ／Ｆ２５は、例えば、キャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、ホストコンピュータ（ＰＣ）３２から受信する。また、ビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、外部Ｉ／Ｆ２５を通じて、ホストコンピュータ３２に対して出力される。

ＲＡＭ２６は、外部Ｉ／Ｆ２５を介して受信された印刷データを一時的に記憶したり、制御部２８により印刷データをデコード（翻訳）して生成した階調データを一時的に記憶したりする。また、制御部２８のワークメモリとしても機能する。

ＲＯＭ２７には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他に、フォントデータ、グラフィック関数等が記憶されている。

駆動信号生成回路３０で生成される駆動信号（ＣＯＭ）は、圧電振動子２１に印加してこれを駆動するための電気信号である。駆動信号（ＣＯＭ）は、図６に示すように、期間Ｔ１に配置された電気パルスＰＳ１と、期間Ｔ２に配置された電気パルスＰＳ３と、期間Ｔ３に配置された電気パルスＰＳ２と、が同一の中間電位で結合されて一周期をなしている。各電気パルスＰＳ１〜ＰＳ３は、それぞれ形状や成分の傾き等を違えた態様を備えており、圧電振動子２１に印加されることでそれぞれ異なる特性のインク滴が吐出されるように設計されている。駆動信号（ＣＯＭ）の周期Ｔは、主走査機構８による吐出ヘッド１２（図１参照）の主走査のタイミングと同期しており、各周期毎にインク滴の吐出を行うことで、用紙６（図１参照）に対して一定の解像度で印刷を行うことができる。

再び図５に戻って、制御部２８は、ＲＯＭ２７に記憶された制御プログラムに従って各種の制御を行う。例えば、印刷データを解析して用紙の種類を判断し、用紙ごとに規定された距離ＰＧ（図４参照）の認識を行う。そして、必要に応じてＰＧ変化用モータ５１を駆動し、「ＰＧ大状態」ないし「ＰＧ小状態」にする。
また、制御部２８は、印刷データを解析していわゆる縁無し印刷を行うか否かを判別し、縁無し印刷を行う場合には高圧電源５０の内部スイッチの切り替えを行い、電極２０に高電圧を供給する。また、縁無し印刷を行わない場合には電極２０への高電圧の供給は行わない。すなわち、制御部２８は静電力選択手段として機能している。

制御部２８はさらに、吐出制御を行うための各種制御信号を生成し、内部Ｉ／Ｆ３１を通じて駆動回路３３に供給する。例えば、制御部２８は、印刷データをデコード（翻訳）して周期Ｔ（図６参照）毎のノズル毎の階調データ（２ビット）を生成し、ノズル群（ノズル列）ごとに当該階調データを結合してデータ信号（ＳＩ）を生成する。
また、制御部２８は、ＰＧ大状態／小状態に応じて割り当て信号（ＳＰ）を生成する。ここで、割り当て信号（ＳＰ）とは、階調データの値に対応した駆動信号（ＣＯＭ）中の電気パルスＰＳ１〜ＰＳ３（図６参照）の割り当てを規定したものである。
また、制御部２８は、ラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）を生成する。ここで、ラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）は、駆動信号（ＣＯＭ）を構成する電気パルスＰＳ１〜ＰＳ３（図６参照）の圧電振動子２１への印加タイミングを規定するものである（図６参照）。

吐出ヘッド１２の駆動回路３３は、図５に示すように、第１シフトレジスタ３６及び第２シフトレジスタ３７からなるシフトレジスタ回路と、第１ラッチ回路３９及び第２ラッチ回路４０からなるラッチ回路と、デコーダ４２と、制御ロジック４３と、レベルシフタ４４と、スイッチ回路４５とを備えている。

これらのシフトレジスタ３６，３７、ラッチ回路３９，４０、デコーダ４２、スイッチ回路４５は、吐出ヘッド１２の各ノズル７９（図２参照）毎に配設された圧電振動子２１ごとに設けられている。そして、クロック信号（ＣＫ）に同期して、各ノズル毎に設けられた第１シフトレジスタ３６および第２シフトレジスタ３７に、データ信号（ＳＩ）の下位ビットおよび上位ビットの階調データがそれぞれシリアル伝送される。

プリントコントローラ２３からの階調データは、上記したように２ビットのデータであり、非記録、小ドット、中ドット、大ドットからなる４階調について、非記録が（００）、小ドットが（０１）、中ドットが（１０）、大ドットが（１１）で表されている。この階調データは、ノズル毎に独立した値を有し、各ノズルごとに以下のように吐出制御が行われる。

図５に示すように、第１シフトレジスタ３６には、第１ラッチ回路３９が電気的に接続されている。同様に、第２シフトレジスタ３７には、第２ラッチ回路４０が電気的に接続されている。そして、プリントコントローラ２３からのラッチ信号（ＬＡＴ）が各ラッチ回路３９，４０に入力されると、第１ラッチ回路３９は階調データの下位ビットのデータをラッチし、第２ラッチ回路４０は階調データの上位ビットをラッチする。
このように、第１シフトレジスタ３６及び第１ラッチ回路３９からなる回路ユニットと、第２シフトレジスタ３７及び第２ラッチ回路４０からなる回路ユニットは、それぞれが記憶回路として機能する。すなわち、これらの回路ユニットは、デコーダ４２に入力される前の階調データを一時的に記憶する。

各ラッチ回路３９、４０でラッチされた階調データは、デコーダ４２に入力される。デコーダ４２は、割り当て信号（ＳＰ）を参照して階調データをデコード（翻訳）し、パルス選択データを生成する。このパルス選択データは、例えば３ビットで構成されており、各ビットデータは、後述するタイミング信号（図６参照）のタイミングにおける駆動信号（ＣＯＭ）の印加／非印加（ＯＮ／ＯＦＦ）を表す情報である。

一方、デコーダ４２には、制御ロジック４３からのタイミング信号も入力される。このタイミング信号は、制御ロジック４３により、ラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）に基づいて生成されるものである（図６参照）。

デコーダ４２によって翻訳されたパルス選択データは、上位ビット側から順に、タイミング信号によって規定されるタイミング（図６参照）が到来する毎に、レベルシフタ４４に入力される。すなわち、記録周期における最初のタイミングではパルス選択データの最上位ビットのデータがレベルシフタ４４に入力され、２番目のタイミングでは２番目のビットのデータが、３番目のタイミングでは最下位ビットのデータがレベルシフタ４４にそれぞれ入力される。

レベルシフタ４４は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データのビットデータが、例えば「１」の場合には、スイッチ回路４５を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の駆動電圧をスイッチ回路４５に供給する。一方、パルス選択データのビットデータが、例えば「０」の場合には、このような駆動電圧はスイッチ回路４５に供給されない。

かくして、レベルシフタ４４で昇圧された電圧がスイッチ回路４５に供給されている間は、圧電振動子２１に駆動信号（ＣＯＭ）が印加される。すなわち、図６において、選択データの最上位ビットが例えば「１」の場合には期間Ｔ１の電気パルスＰＳ１が、選択データの２番目のビットが例えば「１」の場合には期間Ｔ２の電気パルスＰＳ３が、選択データの３番目のビットが例えば「１」の場合には期間Ｔ３の電気パルスＰＳ２が、それぞれ圧電振動子２１に印加され、各電気パルスＰＳ１〜ＰＳ３に応じたインク滴がノズル７９（図２参照）から吐出される。

上述のように、本実施形態におけるプリンタ１００は、駆動信号（ＣＯＭ）の印加タイミングの制御によって異なる特性のインク滴に対応する電気パルスＰＳ１〜ＰＳ３を選択する電気的構成となっているため、各電気パルスごとの信号線を必要とせず、回路構成が簡単である。

次に、図７のフローチャートに沿って、図５を参照しながら、プリンタの印刷動作について説明する。図７は、プリンタの印刷動作に係る制御フローを示すフローチャートである。

図５において、印刷動作は、プリンタ１００に接続されたホストコンピュータ（ＰＣ）３２からの命令によって実行される。ユーザは、印刷命令にあたって、ホストコンピュータ３２上のユーザインターフェースを通じて、「用紙の種類」、「解像度」、「縁無し印刷を行うか否か」等の条件を入力するようになっており、これらの条件に関する情報やこれらの条件に従って生成された画像データが、印刷データとしてプリントコントローラ２３に送られる（図７のステップＳ０）。そして、プリントコントローラ２３に送られた印刷データは、制御部２８によって解析される。

制御部２８は、まず印刷データに含まれる解像度に係る情報を基に、駆動信号（ＣＯＭ）の設定を行う（図７のステップＳ１）。制御部２８は、選択された印刷モードに対応する駆動信号（ＣＯＭ）の生成情報を読み出して、当該情報を駆動信号生成回路３０に送る。

制御部２８は、次に、印刷データに含まれる用紙の種類に係る情報を基に、設定すべき距離ＰＧ（図４参照）の認識を行う（図７のステップＳ２）。例えば、用紙が腰の弱い普通紙などである場合には、ＰＧ大状態で印刷を行うと認識される。また、用紙が厚手の専用紙である場合には、ＰＧ小状態で印刷を行うと認識される。

制御部２８は、次に、ステップＳ２での認識に基づいて、必要に応じてＰＧ変化用モータ５１を駆動し、ＰＧ大状態ないしＰＧ小状態に設定する（図７のステップＳ３）。尚、本実施形態においては、ＰＧ大状態における距離ＰＧ（図４参照）は１．５ｍｍ、ＰＧ小状態における距離ＰＧ（図４参照）は１．２ｍｍである。

制御部２８は、次に、ステップＳ２での認識に基づいて、割り当て信号（ＳＰ）の設定を行う（図７のステップＳ４）。割り当て信号（ＳＰ）は、上述のように、階調データに対する電気パルスＰＳ１〜ＰＳ３（図６参照）の選択の割り当てを規定する情報であり、プリントコントローラ２３から送られた階調データをデコーダ４２で選択データにデコードする際に参照される。割り当て信号（ＳＰ）は、ステップＳ２において認識された距離ＰＧによって異なる内容となっており、つまり、ＰＧ大状態のときとＰＧ小状態のときとでは、同じ階調データに対して異なる電気パルスが選択されることがある。詳しくは後述する。

制御部２８は、次に、印刷データに含まれる縁無し印刷を行うか否かの情報を基に、静電力の発生の有無を選択する（図７のステップＳ５）。すなわち、縁無し印刷を行う場合には高圧電源５０の内部スイッチの切り替えを行い、電極２０に高電圧を供給する。これにより、ダミー部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ近傍におけるサテライトドット２２ｓ（図３，４参照）のミスト化の低減が図られる。
一方、縁無し印刷を行わない場合には電極２０への高電圧の供給は行わない。電極２０が誘引できるのは、ダミー部５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ近傍におけるインク滴２２ｍ，２２ｓ（図３，４参照）なので、縁無し印刷を行わないときにはほとんど効果が無いからである。これにより、余分な電力消費を抑えることができる。

ステップＳ１〜Ｓ５までの処理が終了したら、プリントコントローラ２３は、印刷動作の各種制御を行う（図７のステップＳ６）。具体的には、印刷データのデコードによる階調データの生成、主走査用モータ２の駆動による主走査制御、副走査用モータ１４の駆動による副走査制御、先に説明した吐出制御などによって行われる。かくして、ユーザの設定した条件での印刷が完了する。

図８は、階調データと選択データおよび印加される電気パルスとの関係を示す図であって、（ａ）はＰＧ大状態に係る図、（ｂ）はＰＧ小状態に係る図である。
上述のステップＳ３において設定された割り当て信号（ＳＰ）による階調データのデコードや、生成された選択パルスによる電気パルスの印加は、具体的には図８に示す関係で行われる。以下で、具体的に説明する。

図８に示すように、小ドットを表す階調データ（０１）は、ＰＧ大状態／ＰＧ小状態に関わらず選択データ（０１０）にデコードされ、電気パルスＰＳ３が圧電振動子２１（図２参照）に印加される。これにより、ノズル７９（図２参照）からは比較的少量（例えば、２ｎｇ程度）のインク滴が小ドットとして吐出される。

中ドットを表す一の値としての階調データ（１０）は、ＰＧ大状態の場合においては図８（ａ）に示すように、選択データ（１００）にデコードされ、電気パルスＰＳ１が圧電振動子２１（図２参照）に印加される。これにより、ノズル７９（図２参照）からは中程度の量（例えば、６ｎｇ〜８ｎｇ）のインク滴が第１の条件に係る中ドットとして吐出される。また、ＰＧ小状態の場合においては図８（ｂ）に示すように、選択データ（００１）にデコードされ、電気パルスＰＳ２が圧電振動子２１に印加される。これにより、ノズル７９（図２参照）からは中程度の量（例えば、６ｎｇ〜８ｎｇ）のインク滴が第２の条件に係る中ドットとして吐出される。

ここで、電気パルスＰＳ１によって吐出される中ドット（第１の条件）と、電気パルスＰＳ２によって吐出される中ドット（第２の条件）とでは、印加する電気パルスの態様の違いにより、メインドット２２ｍ（図４参照）の速度Ｖｍが異なっている。すなわち、ＰＧ大状態（第１の条件）に係るＶｍは、ＰＧ小状態（第２の条件）に係るＶｍよりも遅くなっている。

これは、インク滴がミスト化しやすいＰＧ大状態においては、Ｖｍを比較的遅くすることでインク滴の特性の観点からミスト化の低減を図っていることによるものである。一方、ＰＧ小状態においては、インク滴のミスト化が起こりにくいことから、Ｖｍを速くしてインク滴の着弾精度、ひいては画質の向上を図っているものである。ＰＧ小状態による印刷は、厚手の専用紙を用いる場合など、ユーザが高い画質を要求する場合に行われるものであるが、このような場合においてもユーザが求める高い水準の画質を提供することが可能である。
尚、第１の条件に係る中ドットと第２の条件に係る中ドットとは、その吐出量についてほぼ同量となっており、画像等が形成された際の階調性についてはほとんど影響を及ぼさない。

大ドットを表す他の値としての階調データ（１１）は、図８に示すように、ＰＧ大状態／ＰＧ小状態に関わらず選択データ（１０１）にデコードされ、電気パルスＰＳ１およびＰＳ２が圧電振動子２１（図２参照）に印加される。これにより、ノズル７９（図２参照）からは第１および第２の条件に係る中ドットが両方吐出され、合わせて大ドットとして用紙６（図１参照）に着弾する。

このように、中ドットに係る電気パルスＰＳ１，ＰＳ２を用いて大ドットを吐出することができるので、大ドットを吐出するための独立した電気パルスを用意する必要がない。このため、共通パルス（ＣＯＭ）の構成を簡単にでき、特に周期Ｔ（図６参照）を短くできるため、印刷速度の向上を図ることができる。
また、電気パルスＰＳ１より遅いタイミングで電気パルスＰＳ２を配置してあるので、Ｖｍの比較的遅い第１の条件に係る中ドットにＶｍの比較的速い第２の条件に係る中ドットが追いつく関係となり、用紙６の印刷面６ａ（図４参照）上に一体もしくは一体に近い状態で大ドットを着弾させることができる。これにより画質の向上を図ることができる。

上述の実施形態において、中ドットの吐出量が６ｎｇないし８ｎｇであるときには、ＰＧ大状態（第１の条件）に係る中ドットのＶｍは７．５ｍ／ｓないし８．５ｍ／ｓであることが好ましい。このときサテライトドット２２ｓ（図４参照）のミスト化が好適に低減される。
また、ＰＧ小状態（第２の条件）に係る中ドットのＶｍは９．５ｍ／ｓないし１０．５ｍ／ｓであることが好ましい。このとき、サテライトドット２２ｓ（図４参照）のミスト化が適度に抑えられつつも、好適な着弾精度を確保することができる。

また、上述した実施形態におけるミスト化の低減の効果は、粘度が高く、サテライトドット２２ｓ（図４参照）のミスト化を生じやすい顔料インクを用いるプリンタの場合に、より顕著なものとなる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、プラテン５の吸液性部材１８として、ポリエチレンやポリウレタンにカーボン等の導電性材料を混入させて発泡形成し、導電性を付与したものを用い、これを静電力発生手段の電極として構成してもよい。このようにすれば、電極自体の吸液性によるミストの捕捉能力と相まって、ミストの回収能力が向上する。
また、距離ＰＧの設定については、上述の実施形態のように印刷データに基づいて自動調整される態様に限定されるものではなく、ユーザが手動で行うようになっていてもよい。さらにこのような場合において、液体吐出装置はＰＧの状態を検知するセンサを備えており、当該センサの検知結果によって、制御部２８が割り当て信号（ＳＰ）を切り替えるようになっていてもよい。
また、距離ＰＧの設定については、上述の実施形態のようにＰＧ大状態とＰＧ小状態の二段階に切り替えられる態様に限定されるものではなく、連続的に値を変化する態様となっていてもよい。このような場合において、割り当て信号（ＳＰ）の設定の切り替えは、距離ＰＧが所定値以上か否かによって行うことができる。
また、上述の実施形態の階調データは２ビット（４値）であるが、本願発明は、１ビットないし３ビット以上の階調データで処理される液体吐出装置についても適用できる。
また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。

液体吐出装置の内部構造の一例を示す概略斜視図。 吐出ヘッドの内部構造の一例を示す要部断面図。 プラテン周辺の一部を拡大して示した平面図。 図３のＡ−Ａ断面図。 プリンタの電気的構成を示すブロック図。 制御信号の一例を示すタイミング図。 プリンタの印刷動作に係る制御フローを示すフローチャート （ａ）は、ＰＧ大状態における階調データと選択データおよび印加される電気パルスとの関係を示す図。（ｂ）は、ＰＧ小状態における階調データと選択データおよび印加される電気パルスとの関係を示す図。

符号の説明

１…キャリッジ、２…主走査用モータ、３…タイミングベルト、４…ガイドロッド、５…プラテン、５ａ…支持部、５ｂ〜５ｅ…ダミー部、６…用紙、６ａ…印刷面、６ｂ…裏面、６ｃ…側縁部、６ｄ…上縁部、８…走査手段を構成する主走査機構、９…フレーム基体、１２…吐出ヘッド、１２ａ…ノズル形成面、１４…副走査用モータ、１５…ＰＧ変化手段、１６…走査手段を構成する搬送機構、１７…支持部材、１８…吸液性部材、１９ａ，１９ｂ…搬送ローラ、２０…静電力発生手段を構成する電極、２１…圧力発生手段を構成する圧電振動子、２１ａ…可動端部、２１ｂ…圧電体、２１ｃ…共通内部電極、２１ｄ…個別内部電極、２２ｍ…液滴としてのメインドット（インク滴）、２２ｓ…液滴としてのサテライトドット（インク滴）、２３…吐出制御手段を構成するプリントコントローラ、２５…外部Ｉ／Ｆ、２６…ＲＡＭ、２７…ＲＯＭ、２８…静電力選択手段として機能する制御部、２９…発振回路、３０…駆動信号生成手段としての駆動信号生成回路、３１…内部Ｉ／Ｆ、３２…ホストコンピュータ、３３…吐出制御手段を構成する駆動回路、３６…第１シフトレジスタ、３７…第２シフトレジスタ、３９…第１ラッチ回路、４０…第２ラッチ回路、４２…デコーダ、４３…制御ロジック、４４…レベルシフタ、４５…スイッチ回路、５０…静電力発生手段を構成する高圧電源、５１…ＰＧ変化用モータ、７９…ノズル、８１…圧力発生手段を構成する圧力発生室、１００…液体吐出装置としてのプリンタ。

Claims (4)

1. 液体をノズルから液滴として吐出する吐出ヘッドと、
   前記吐出ヘッドと対向するように配設され、前記吐出対象物を支持する支持部材と、 前記支持部材に隣接する位置において静電力を発生させる静電力発生手段と、
   前記吐出ヘッドが前記吐出対象物の縁の領域を含んで前記液滴を吐出するか否かによって、前記静電力の発生の有無を選択する静電力選択手段と、
   前記吐出対象物の種類に応じて、前記吐出対象物と前記ノズルとの距離（ＰＧ）を変化させるＰＧ変化手段と、
   前記ノズル毎に生成された二値以上の階調データに応じた条件で前記ノズルから液滴を吐出させる吐出制御手段と、を備え、
   前記吐出制御手段は、前記ＰＧが所定値以上である場合には吐出される液滴の速度が遅いものとなる第１の電気パルスを用いて前記液滴を吐出し、前記ＰＧが所定値未満である場合には吐出される液滴の速度が速いものとなる第２の電気パルスを用いて前記液滴を吐出することを特徴とする液体吐出装置。
2. 液体をノズルから液滴として吐出する吐出ヘッドと、
   前記吐出ヘッドと対向するように配設され、前記吐出対象物を支持する支持部材と、 前記支持部材に隣接する位置において静電力を発生させる静電力発生手段と、
   前記吐出ヘッドが前記吐出対象物の縁の領域を含んで前記液滴を吐出するか否かによって、前記静電力の発生の有無を選択する静電力選択手段と、
   前記吐出対象物の種類に応じて、前記吐出ヘッドを高さ方向に変化させて前記吐出対象物と前記ノズルとの距離（ＰＧ）を変化させるＰＧ変化手段と、
   前記ノズル毎に生成された二値以上の階調データに応じた条件で前記ノズルから液滴を吐出させる吐出制御手段と、を備え、
   前記吐出制御手段は、前記ＰＧが所定値以上である場合には吐出される液滴の速度が遅いものとなる第１の電気パルスを用いて前記液滴を吐出し、前記ＰＧが所定値未満である場合には吐出される液滴の速度が速いものとなる第２の電気パルスを用いて前記液滴を吐出することを特徴とする液体吐出装置。
3. 前記第１の電気パルス及び前記第２の電気パルスによって吐出される液滴の量は、ほぼ同量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記吐出制御手段は、前記第１の電気パルスと前記第２の電気パルスとが一周期内でタイミングを違えて結合された駆動信号を生成する駆動信号生成手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液体吐出装置。

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