JP4911192B2 - 記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出口及び吐出口に連通する圧力室を有する記録装置に関する。

従来、吐出口から液体が吐出されない程度にアクチュエータを駆動してメニスカスを振動させ、液体の乾燥による粘度の増加を抑制するものがある。特許文献１は、メニスカスを振動させる微振動信号を振動励起の間隔が段階的に短くなるようにアクチュエータに供給することにより、メニスカスの振動を安定化している。

特許第４００３０３８号

上記のように振動励起の間隔を段階的に短くする場合は、振動を安定化させる作用があるかもしれないが、液体を速やかに攪拌できない。

本発明の目的は、液体の粘度の増加をより抑制しやすい記録装置を提供することにある。

本発明の記録装置は、液体を吐出する吐出口と前記吐出口に連通した圧力室とを有するインク流路と、前記圧力室の容積をＶ１とする容積小状態と前記圧力室の容積をＶ１より大きいＶ２とする容積大状態とを選択的に取るアクチュエータとを有する記録ヘッドと、前記アクチュエータの状態を変化させて前記吐出口から液体を吐出させる吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記容積小状態から前記容積大状態を経て前記容積小状態に前記アクチュエータの状態を変化させる不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給するヘッド駆動手段とを備えており、前記ヘッド駆動手段が、前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に負圧を印加し始めるタイミングである増加タイミングから、前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に正圧を印加し始めるタイミングである減少タイミングまでの第１の時間、及び、前記不吐出駆動信号を供給してから次の前記不吐出駆動信号を供給するまでの第２の時間の少なくともいずれかを増加及び減少を繰り返すように変化させながら、且つ、前記増加タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口外へと押し出す圧力として作用する期間内に、前記増加タイミング後の前記減少タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口内に引き戻す圧力として作用するように、前記不吐出駆動信号を前記アクチュエータに連続して供給する。

本発明の記録装置によると、第１の時間及び第２の時間の少なくともいずれかが増減を繰り返すように不吐出駆動信号を供給する。これにより、アクチュエータが圧力室内の液体に正圧を印加するタイミングと負圧を印加するタイミングとの間隔を増減させることになるため、液体を攪拌する効果を高めることができ、液体を速やかに攪拌できる。したがって、液体の粘度の増加を抑制しやすい。また、吐出口から液体を押し出そうとする期間に逆に液体を引き戻そうとするので、吐出口付近において液体を効果的に攪拌できる。

なお、「増加及び減少を繰り返す」とは、１つの不吐出駆動信号を供給するごとに増加と減少とが切り替わる場合のみならず、２つの不吐出駆動信号ごとに増加と減少とが切り替わる場合や、ほぼランダムに増加したり減少したりする場合を含む。

また、本発明においては、前記ヘッド駆動手段が、前記減少タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口内に引き戻す圧力として作用する期間内に、前記減少タイミング後の前記増加タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口から押し出す圧力として作用するように、前記不吐出駆動信号を供給することが好ましい。これによると、吐出口内に液体を引き戻そうとする期間に逆に液体を押し出そうとするので、吐出口付近において液体を効果的に攪拌できる。

また、本発明においては、前記ヘッド駆動手段が、前記第１の時間を変化させず、前記第２の時間を増加及び減少を繰り返すように変化させながら、前記不吐出駆動信号を前記アクチュエータに連続して供給することが好ましい。これによると、アクチュエータが容積大状態から容積小状態に変化するタイミングによっては、すでに圧力室内に発生している振動に正圧が重畳し、吐出口から液体が吐出されるおそれがある。しかし、第１の時間を液体が吐出されない時間に固定することで、吐出口から液体が確実に吐出されないようにできる。

また、本発明においては、前記ヘッド駆動手段が、前記第２の時間が異なるように時間的に配列された複数の前記不吐出駆動信号を１ブロックとする信号を繰り返し前記アクチュエータに供給することが好ましい。これによると、複数の不吐出駆動信号を１ブロックとし繰り返し供給することで、アクチュエータが圧力室内の液体に正圧を印加するタイミングと負圧を印加するタイミングとの間隔を簡易に変化させることができる。

また、本発明においては、前記複数の不吐出駆動信号が、いずれも前記第２の時間が異なるように時間的に配列されていることが好ましい。これによると、１ブロック内の不吐出駆動信号が互いの間隔が全て異なるように配列されているので、液体を攪拌する効果がより高い。

第１の時間及び第２の時間の少なくともいずれかが増減を繰り返すように不吐出駆動信号を供給する。これにより、アクチュエータが圧力室内の液体に正圧を印加するタイミングと負圧を印加するタイミングとの間隔を増減させることになるため、液体を攪拌する効果を高めることができ、液体を速やかに攪拌できる。

本発明の一実施の形態に係るインクジェットプリンタの内部構成を概略的に示す模式図である。 図１のヘッド本体の平面図である。 図２において隣り合う２つのアクチュエータユニットに跨る部分の拡大図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った流路ユニットの断面図である。 図５（ａ）は図５中に一点鎖線で示した領域の拡大断面図である。図５（ｂ）は個別電極の平面図である。 アクチュエータユニットを駆動する制御系のブロック図である。 アクチュエータユニットに供給される吐出駆動信号及び不吐出駆動信号の一例である。 吐出パルス信号を受信した際のアクチュエータの動作を示す図４に対応する図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、個別電極の電位がＥ１からＥ０へと変化した際及びＥ０からＥ１から変化した際に、圧力室内のインク中の圧力と吐出口付近のインク中の圧力がどのように変化するかを示す図である。 不吐出駆動信号である１つの電圧パルス信号を個別電極に供給した際に吐出口付近の圧力がどのように変化するかを示す図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、電圧パルス信号のパルス幅を互いに変えた２つの実施例に相当する。 電圧パルス信号同士の間隔が互いに異なるある実施例において、複数の電圧パルス信号を個別電極に供給した際に、吐出口付近の圧力がどのように変化するかを示す図である。図１１（ａ）は、ｔ１１を挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における圧力変化を示し、図１１（ａ）は、ｔ１２を挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における圧力変化を示している。 電圧パルス信号同士の間隔が互いに異なるある実施例において、複数の電圧パルス信号を個別電極に供給した際に、吐出口付近の圧力がどのように変化するかを示す図である。図１２（ａ）は、ｔ１３を挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における圧力変化を示し、図１２（ａ）は、ｔ１４を挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における圧力変化を示している。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの内部構成を示す模式図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は直方体形状の筐体１０１ａを有している。筐体１０１ａ内には、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクをそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１（記録ヘッド；以下、ヘッド１とする）、及び、搬送機構１６が配置されている。また、筐体１０１ａの天板内面には、ヘッド１や搬送機構１６等の動作を制御する制御部１００が取り付けられている。天板の上部には、排紙部１５が設けられており、画像が形成された用紙Ｐが排出される。搬送機構１６の下方には、筐体１０１ａに対して着脱可能な給紙ユニット１０１ｂが配置されている。給紙ユニット１０１ｂの下方には、筐体１０１ａに対して着脱可能なインクタンクユニット１０１ｃが配置されている。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、図１に示す太矢印に沿って用紙搬送経路が形成されており、用紙Ｐが給紙ユニット１０１ｂから排紙部１５に向けて搬送される。
給紙ユニット１０１ｂは、給紙トレイ１１と、給紙ローラ１２とを有している。給紙トレイ１１は、上方に向かって開口した箱形状を有しており、複数枚の用紙Ｐが積層された状態で収納される。給紙ローラ１２は、給紙トレイ１１の最も上方にある用紙Ｐを送り出す。送り出された用紙Ｐは、ガイド１３ａ、１３ｂによりガイドされ且つ送りローラ対１４によって挟持されつつ搬送機構１６へと送られる。

搬送機構１６は、２つのベルトローラ６、７と、搬送ベルト８と、テンションローラ１０と、プラテン１８とを有している。搬送ベルト８は、両ローラ６、７の間に架け渡されるように巻回されたエンドレスのベルトである。テンションローラ１０は、搬送ベルト８の下側ループにおいて、その内周面に接触しつつ下方に付勢されており、搬送ベルト８にテンションを付加している。プラテン１８は、搬送ベルト８の内側領域に配置され、ヘッド１と対向する位置において、搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、その軸に搬送モータ１９から駆動力が与えられることで、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行することによって、図１中時計回りに回転する。なお、搬送モータ１９の駆動力は、複数のギアを介してベルトローラ７に伝達される。

搬送ベルト８の外周面８ａは、シリコーン処理が施されることによって粘着性を有している。ベルトローラ６と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙ユニット１０１ｂから送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付ける。用紙Ｐは、その粘着力によって外周面８ａ上に保持されながら用紙搬送方向（図１中右方であって副走査方向）へと搬送される。

ベルトローラ７と対向する位置には、剥離プレート５が設けられている。剥離プレート５は、用紙Ｐを外周面８ａから剥離する。剥離された用紙Ｐは、ガイド２９ａ、２９ｂによりガイドされ、且つ二組の送りローラ対２８によって挟持されつつ搬送される。そして用紙Ｐは、筐体１０１ａの上部に形成された排出口２２から、筐体１０１ａの天板上面に設けられた排紙凹部（排紙部）１５へと排出される。

４つのヘッド１は、互いに異なる色のインク（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）を吐出する。これら４つのヘッド１は、主走査方向に長尺な略直方体形状を有している。また、４つのヘッド１は、用紙Ｐの搬送方向Ａに沿って並べて固定されている。つまり、このプリンタ１０１はライン式のプリンタであり、搬送方向Ａと主走査方向とは互いに直交する関係にある。

ヘッド１の下部には、インクを吐出する複数の吐出口１０８（図３参照）が形成されたヘッド本体３３が設けられている。吐出口１０８は、ヘッド本体３３の下面である吐出面２ａに開口している。搬送される用紙Ｐが４つのヘッド１のすぐ下方を通過する際に、用紙Ｐの上面に向けて吐出口１０８から各色のインクが順に吐出される。これにより、用紙Ｐの上面、すなわち、印刷面に所望のカラー画像が形成される。

各ヘッド１は、インクタンクユニット１０１ｃ内のインクタンク１７と接続されている。４つのインクタンク１７には互いに異なる色のインクが貯留されている。各インクタンク１７からは、チューブ（図示せず）を介してヘッド１にインクが供給される。

以下、ヘッド本体３３について説明する。図２はヘッド本体３３の平面図である。図３は、図２において隣り合う２つのアクチュエータユニット２１に跨る部分の拡大図である。図４は、図３に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った流路ユニット９の部分断面図である。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図４中に一点鎖線で示した領域の拡大断面図及び個別電極の平面図である。なお、図３において、図面を分かりやすくするために、破線で描くべきアパーチャ１１２を実線で描いている。

ヘッド本体３３は、図２に示すように、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２１を含んでいる。図３に示すように、流路ユニット９は、インク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は台形の平面形状を有している。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット９の上面９ａには、インクタンク１７からのインクが流入する、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図２及び図３に示すように、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａが形成されている。マニホールド流路１０５は、平面視でアクチュエータユニット２１の台形の斜辺に沿って延びている。アクチュエータユニット２１の下方には４本の副マニホールド流路１０５ａが主走査方向に沿って延びている。これら４本の副マニホールド流路１０５ａは、アクチュエータユニット２１の一方の斜辺側においてマニホールド流路１０５から分岐し、主走査方向に沿って延び、他方の斜辺側において別のマニホールド流路１０５と合流している。流路ユニット９の吐出面２ａには、図３及び図４に示すように、多数の吐出口１０８がマトリクス状に配置されている。

圧力室１１０は流路ユニット９の表面に開口している。圧力室１１０は、流路ユニット９の長手方向（主走査方向）に沿って並んでおり、これによって複数の圧力室列が形成されている。これらの圧力室列は、副走査方向に等間隔に１６列配列されている。圧力室列のそれぞれに含まれる圧力室１１０の数は、アクチュエータユニット２１の外形形状（台形）に対応して、その長辺側（下底側）から短辺側（上底側）に向かって次第に少なくなるように配置されている。

吐出口１０８も、上記の圧力室列と対応する複数の吐出口列を形成するように配置されている。これらの吐出口列は、平面視で副マニホールド流路１０５ａを避けるように互いに平行に配列されている。

流路ユニット９は、図４に示すように、９枚のステンレス鋼からなる金属製のプレート１２２〜１３０から構成されている。これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａ、そして副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経て吐出口１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。個別インク流路１３２において、副マニホールド流路１０５ａへの出口から吐出口１０８までの経路のほぼ中心に圧力室１１０が配置されている。

流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図２〜図４に示すように、インク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る。

次に、アクチュエータユニット２１について説明する。図２に示すように、４つのアクチュエータユニット２１は、インク供給口１０５ｂを避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。

図５（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる３枚の圧電シート１４１〜１４３から構成されている。圧電シート１４１〜１４３は、いずれも複数の圧力室１１０に跨る形状とサイズを有した一枚のシートからなっている。最下層の圧電シート１４３の下面が流路ユニット９に固定される固定面となっている。また、最上層の圧電シート１４１の上面は、平型の柔軟基板であるＣＯＦ（Chip On Film）５０と対向している。圧電シート１４１の上面の圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。ＣＯＦ５１は、後述のように個別電極１３５に接続される。圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間には、これらのシートの全面に亘って一体に形成された共通電極１３４が介在している。

個別電極１３５は、図５（ｂ）に示すように、圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。平面視で、個別電極１３５の大部分は、圧力室１１０の領域内にある。個別電極１３５の菱形形状における鋭角部の一方は圧力室１１０の外に延出されている。延出方向の先端には、上方に突出した個別バンプ１３６が設けられ、個別電極１３５と電気的に接続されている。圧電シート１４１上には、共通電極用の個別バンプも形成されている。共通電極１３４は、圧電シート１４１に形成されたスルーホール内の導電体（図示せず）を介して上記の個別バンプと電気的に接続されている。

共通電極１３４には、上記の個別バンプを介して、すべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５は、ＣＯＦ５０を介して後述のドライバＩＣ５２（ヘッド駆動手段）の各出力端子と電気的に接続されており、ドライバＩＣ５２からの駆動信号が選択的に供給されるようになっている。

圧電シート１４１はその厚み方向に分極されている。個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に対してその分極方向に電界を印加すると、個別電極１３５に対応した電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。つまり、アクチュエータユニット２１には、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれており、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた各部分が個別のアクチュエータとして働く。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、活性部は分極方向と直交する方向（平面方向）に縮む。

このように、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を活性部が含まれる層とし、且つ圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。非活性層は、活性層とは対照的に、電界の印加に対して自発的な歪みを生じない。図５（ａ）に示すように、圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を区画するプレート１２２の上面に固定されているため、圧電シート１４１における電界印加部分とその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。

次に、図６を参照しつつ、アクチュエータユニット２１を駆動する制御系について説明する。画像データが制御部１００に入力されると、制御部１００は、この画像データに基づいてヘッド１からインクを吐出させるための吐出指令をドライバＩＣ５２へと出力する。ドライバＩＣ５２は、制御部１００から吐出指令を受け取ると、吐出指令に基づいて複数の吐出駆動信号を生成し、アクチュエータユニット２１へと出力する。このとき、吐出駆動信号は、個別電極１３５へとそれぞれ供給される。

図７（ａ）は、個別電極１３５に供給される吐出駆動信号の一例である。信号７１は、方形のパルス形状を有する複数の電圧パルス信号を含む信号である。信号７１は、印字周期Ａの時間的長さを有している。印字周期Ａは、印刷用紙Ｐの搬送方向に関して印字解像度に対応した単位距離だけ搬送機構１６が用紙Ｐを搬送するのに要する時間である。例えば複数の信号７１が個別電極１３５に供給される場合は、印字周期Ａの時間が経過するたびに１つの個別電極１３５について１つの信号７１が供給される。

信号７１は、パルス幅がｔ１〜ｔ４の４つの電圧パルス信号を含んでいる。各電圧パルス信号において、ローレベル電圧はＥ０であり、ハイレベル電圧はＥ１である。Ｅ０は共通電極１３４の電位であるグランド電位に等しい。

信号７１が個別電極１３５に供給されると、各電圧パルス信号の先端が供給され始めた時点で個別電極１３５の電位がＥ１からＥ０へと変化し始める。そして、パルス幅より短い所定の過渡期間が経過した後、個別電極１３５の電位がＥ０となる。さらに、電圧パルス信号の後端が供給され始めると、個別電極１３５の電位がＥ０からＥ１へと変化し始める。そして、所定の過渡期間が経過した後、個別電極１３５の電位がＥ１に戻る。このように、個別電極１３５の電位は一瞬で変化するのではなく、所定の過渡期間中、徐々に変化する。

図８（ａ）〜図８（ｃ）は、１つの電圧パルス信号を受信した際のアクチュエータの動作を示す図４に対応する図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、アクチュエータユニット２１のアクチュエータの駆動により吐出口１０９からインク滴が吐出される様子を経時的に示す。

図８（ａ）は、個別電極１３５の電位がＥ１のときの状態を示す。アクチュエータは、緊張状態にあり、圧力室１１０に向けて凸となるように変形している。このときの圧力室１１０の容積はＶ１であり、この状態をアクチュエータにおける第１の状態（容積小状態）とする。

図８（ｂ）は、個別電極１３５の電位がＥ０のときの状態を示す。アクチュエータは、応力が解放され、ほぼ弛緩している。このときの圧力室１１０の容積Ｖ２は、図８（ａ）に示す圧力室１１０の容積Ｖ１に比べて増大している。この状態をアクチュエータにおける第２の状態（容積大状態）とする。このような圧力室１１０の容積の増大の結果、圧力室１１０内が負圧となり、インクが副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０に吸い込まれる。

図８（ｃ）は、個別電極１３５の電位が再びＥ１となったときの状態を示す。アクチュエータは、図８（ａ）と同様に圧力室１１０に向けて凸となるように変形している。このときアクチュエータは第１の状態となっている。図８（ｂ）に示す第２の状態から図８（ｃ）に示す第１の状態に変化することで、圧力室１１０内のインクに正圧が加えられる。この正圧を印加するタイミングや、正圧の大きさ、先に印加した負圧の大きさに応じて、吐出口１０９からインク滴が吐出されたり吐出されなかったりする。インク滴が吐出された場合は、そのインク滴は用紙Ｐの上面に着弾し、ドットを形成する。

次に、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照しつつ、圧力室１１０内のインクへの圧力印加のタイミングとインク滴の吐出との関係について説明する。図９（ａ）の時間軸は、個別電極１３５の電位がＥ１からＥ０に変化し始める時刻を原点（時刻０）とし、図９（ｂ）の時間軸は、個別電極１３５の電位がＥ０からＥ１に変化し始める時刻を原点（時刻０）としている。

図９（ａ）は、個別電極１３５の電位がＥ１からＥ０へと変化した際に、圧力室１１０内のインク中の圧力と吐出口１０８付近のインク中の圧力がどのように変化するかを示している。圧力室１１０内では、個別電極１３５の電位がＥ１からＥ０に変化すると負圧が発生し、その後徐々に圧力が増加する。したがって、図９（ａ）に示すように、時刻０のときが、圧力室１１０内の圧力が極小となるときである。

そして、圧力室１１０内の圧力が増加していくと、圧力室１１０内の圧力が負圧から正圧になり、時刻０からほぼＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｌｅｎｇｔｈ）の時間が経過した時刻において、その圧力が極大となる。なお、ＡＬは、インクを伝搬する圧力波が個別インク流路１３２における副マニホールド流路１０５ａへの出口から出発した際、その時点から吐出口１０８に至る時点までの時間に相当する。圧力室１１０内に負圧が印加されると、その圧力が個別インク流路１３２の両端に向かって伝播し、正圧となって圧力室１１０へと折り返す。圧力室１１０は、上記の通り、個別インク流路１３２における副マニホールド流路１０５ａへの出口から吐出口１０８までの経路のほぼ中心に配置されている。このため、圧力室１１０内の圧力が極小を示してから極大を示すまでの時間がＡＬとほぼ同一となる。

そして、その後、圧力室１１０内の圧力は減少し、時刻０からほぼ２ＡＬの時間が経過した時刻において、圧力室１１０内の圧力が極小となる。このように、圧力室１１０内の圧力は、次の圧力印加までの間、ＡＬの時間が経過するごとに極小と極大とを繰り返して振動しながら、徐々にその振幅を減衰させていく。

一方、吐出口１０８付近のインクにおいては、図９（ａ）に示すように、時刻０からほぼ１／２ＡＬの時間が経過した時刻において、圧力が極小となる。吐出口１０８は圧力室１１０から１／２ＡＬに相当する距離だけ離隔しているからである。そして、時刻０からほぼ３／２ＡＬの時間が経過した時刻において、吐出口１０８付近の圧力が極大となる。このように、吐出口１０８付近の圧力は、時刻１／２ＡＬからＡＬの時間が経過するごとに極小と極大とを繰り返して振動しながら、徐々にその振幅を減衰させていく。

図９（ｂ）は、図９（ａ）とは逆に、個別電極１３５の電位がＥ０からＥ１へと変化した際に、圧力室１１０内のインク中の圧力と吐出口１０８付近のインク中の圧力がどのように変化するかを示している。個別電極１３５の電位がＥ０からＥ１に変化すると、圧力室１１０内に正圧が発生し、その後徐々に圧力が減少する。したがって、図９（ｂ）に示すように、時刻０のときが、圧力室１１０内の圧力が極大となるときである。

そして、圧力室１１０内の圧力が減少していくと、圧力室１１０内の圧力が正圧から負圧になり、時刻０からほぼＡＬの時間が経過した時刻において、圧力室１１０内の圧力が極小となる。その後、圧力室１１０内の圧力は増加し、時刻０からほぼ２ＡＬの時間が経過した時刻において、圧力室１１０内の圧力が極大となる。このように、圧力室１１０内の圧力は、次の圧力印加までの間、ＡＬの時間が経過するごとに極大と極小とを繰り返して振動しながら、徐々にその振幅を減衰させていく。

一方、吐出口１０８付近のインクにおいては、図９（ｂ）に示すように、時刻０からほぼ１／２ＡＬの時間が経過すると、圧力が極大となる。そして、時刻０からほぼ３／２ＡＬの時間が経過すると、吐出口１０８付近の圧力が極小となる。このように、吐出口１０８付近の圧力は、時刻１／２ＡＬからＡＬの時間が経過するごとに極大と極小とを繰り返して振動しながら、徐々にその振幅を減衰させていく。

図７（ａ）に戻り、信号７１において各電圧パルス信号の幅ｔ１〜ｔ３がどのように設定されているかについて説明する。本実施形態では、信号７１において、ｔ１〜ｔ３は、いずれもＡＬに設定されている。これは、各電圧パルス信号において、図９（ａ）に示す電位の変化を個別電極１３５に与えた後、ＡＬの時間が経過してから図９（ｂ）に示す電位の変化を個別電極１３５に与えることに相当する。つまり、図９（ａ）においてちょうど圧力室１１０内の圧力が最初に極大となった時刻ＡＬのタイミングで、図９（ｂ）における時刻０の圧力極大を圧力室１１０内のインクに重畳させることになる。したがって、圧力室１１０内の圧力が極大となるタイミング同士を重複させることになる。これにより、吐出口１０８からインクを吐出させるのに十分なエネルギーを印加する。このように、ｔ１〜ｔ３の幅を有する３つの電圧パルスのそれぞれは、吐出口１０８からインクを吐出させる吐出駆動信号に相当する。つまり、信号７１は、全部で３つの吐出駆動信号を含んでいる。

そして、信号７１において幅ｔ１〜ｔ３の３つのパルスに続く、幅ｔ４の４つ目のパルスは、先の３つのパルスによって印加された圧力を打ち消すようなタイミングとパルス幅に調整されている。これにより、３つのパルスによる圧力が、次の圧力印加によるインク吐出に影響を与えるのを抑制している。なお、信号７１においては、３つのパルスによって吐出口１０８からインクを吐出させているが、１つのパルスによって吐出させても２つのパルスによって吐出させてもよいし、４つ以上のパルスによって吐出させてもよい。

ところで、吐出口１０８からインクを吐出させない期間が継続すると、インクに含まれる各種組成物の物性が原因で吐出口１０８付近のインク全体の粘性が高くなったり、インクの乾燥によって粘性が高くなったりすることがある。前者による粘性の上昇は、インクをかき混ぜること自体により粘性が低下する、いわゆるチクソ性を利用して抑制することができる。また、後者による粘性の上昇も、インクをかき混ぜて、乾燥したインクと水分の含有量が多い吐出口１０８より奥側のインクとを混合することで抑制することができる。

インクの粘性が上昇するのを防ぐため、従来、吐出口１０８からインクが吐出されない程度にアクチュエータユニット２１を駆動し、吐出口１０８付近のインクを微小に振動させてインクをかき混ぜることがなされている。本実施形態では、信号７１のような吐出駆動信号とは別に、インクを吐出させないようにパルス幅が調整された電圧パルス信号である不吐出駆動信号を個別電極１３５に供給する。

具体的には、制御部１００が、吐出口１０８からインクを吐出させない期間に、ドライバＩＣ５２へと不吐出指令を出力する（図６参照）。ドライバＩＣ５２は、制御部１００から不吐出指令を受け取ると、吐出口１０８からインクが吐出されないように調整された不吐出駆動信号をアクチュエータユニット２１へと供給する。不吐出駆動信号は、例えば、印刷処理を実施していない期間に供給されてもよい。この場合、多数の不吐出駆動信号を、印刷処理を実施していない期間内に繰り返し連続してアクチュエータユニット２１に供給させることが好ましい。また、印刷処理を実施している期間内であっても、一定の期間インクを吐出しない吐出口１０８があるときには、その期間内にその吐出口１０８に対応するアクチュエータを駆動するために不吐出駆動信号が供給されてもよい。

ここで、不吐出駆動信号として、パルス幅が等しくパルス同士の間隔も等しい複数の電圧パルス信号を個別電極１３５に供給したとする。この場合、圧力室１１０内のインクに定期的に規則正しく圧力を印加することとなり、吐出口１０８付近のインクを規則正しく振動させることになる。しかしながら、この場合、吐出口１０８付近のインク全体が均一に振動されればよいが、場所によって振動の強弱が存在する。よく振動する領域とあまり振動しない領域とのむらが生じると、規則的な振動を継続するだけではそのむらを解消させにくい。振動の仕方が一定のため、あまりかき混ぜられない領域が生じると、その部分のインクにおいてチクソ性により粘度が上昇する。このように、一部のインクの粘度が上昇すると、吐出口１０８付近のインク全体に対流が発生しにくくなり、乾燥したインクをかき混ぜることもできず、ますます粘度の上昇を誘引するおそれもある。

そこで、本実施形態においては、なるべく不規則に吐出口１０８付近のインクをかき混ぜるため、図７（ｂ）の信号７２のように、パルス同士の間隔が互いに異なる信号を使用している。以下、信号７２について説明する。

信号７２は、パルス幅がｔ２１〜ｔ２５である方形のパルス形状を有する５つの電圧パルス信号を含む信号である。信号７２は印字周期Ｂの時間的長さを有しており、例えば、複数の信号７２を個別電極１３５に供給する場合は、印字周期Ｂの時間が経過するたびに１つの個別電極１３５について１つの信号７２が供給される。印字周期Ｂは、信号７１の印字周期Ａと同じ長さであってもよいが、印字周期Ａと異なっていてもよい。例えば、印字周期Ｂが印字周期Ａより短い場合には、短期間に多くの電圧パルス信号を個別電極１３５に供給できるので、より速やかにインクの粘度を低下させることができる。

信号７２の各電圧パルス信号において、ローレベル電圧はＥ０であり、ハイレベル電圧はＥ１である。本実施形態において、パルス幅ｔ２１〜ｔ２５は、いずれも等しい大きさに設定されている。そして、個別電極１３５に供給しても、吐出口１０８からインクを吐出しないような電圧とパルス幅の組み合わせに設定されている。このように、ｔ２１〜ｔ２５をいずれも同じパルス幅に設定することで、どの電圧パルス信号においても確実にインクを吐出しないようにしている。

ある実施例（以下、実施例Ａとする）では、ＡＬ＝６μｓ（マイクロ秒）に対して、パルス幅ｔ２１〜ｔ２５がいずれも２μｓである。実施例Ａの場合、この電圧パルス信号を１つだけ個別電極１３５に供給すると、吐出口１０８付近の圧力が図１０（ａ）に示すように変化する。図１０（ａ）の時間軸は、１つの電圧パルス信号を供給した際に、個別電極１３５の電位がＥ１からＥ０に変化し始める時刻を原点（時刻０）としている。パルス幅ｔ２１等は、圧力室１１０へ負圧を印加し始めてから正圧を印加し始めるまでの時間に相当するので、実施例Ａでは、時刻１／３ＡＬにおいて正圧の印加が開始される。このとき、図１０（ａ）に示すように、負圧の印加による圧力極大のタイミングと、正圧の印加による圧力極大のタイミングとが互いにずれる。つまり、圧力が極大となるタイミングが重複せず、吐出口１０８からインクが吐出されにくくなる。

また、負圧の印加による圧力変化のタイミングと正圧の印加による圧力変化のタイミングが全体としてずれる。このため、例えば図１０（ａ）の時刻１／２ＡＬは、負圧の印加による圧力変化において負圧の極小値をとるべきタイミングであると同時に、正圧の印加による圧力変化において正圧が増加するタイミングでもある。これにより、吐出口１０８付近のインクにおいては、負圧の印加によりインクを引き戻そうとするのに対し、正圧の印加によりインクを押し出そうとしていることになる。これらの正反対の作用が同時に働くことにより、吐出口１０８付近のインクをよく撹拌することができる。

別の実施例（以下、実施例Ｂとする）では、ＡＬ＝６μｓ（マイクロ秒）に対して、パルス幅ｔ２１〜ｔ２５がいずれも８μｓである。実施例Ｂの場合、この電圧パルス信号を１つだけ個別電極１３５に供給すると、吐出口１０８付近の圧力が図１０（ｂ）に示すように変化する。図１０（ｂ）の時間軸は、１つの電圧パルス信号を供給した際に、個別電極１３５の電位がＥ１からＥ０に変化し始める時刻を原点（時刻０）としている。実施例Ｂでは、時刻４／３ＡＬにおいて正圧の印加が開始される。このとき、図１０（ｂ）に示すように、負圧の印加による圧力極大のタイミングと、正圧の印加による圧力極大のタイミングとが互いにずれる。つまり、圧力が極大となるタイミングが重複せず、吐出口１０８からインクが吐出されにくくなる。

また、負圧の印加による圧力変化のタイミングと正圧の印加による圧力変化のタイミングが全体としてずれるため、実施例Ｂにおいても実施例Ａと同様に、一方による圧力変化において負圧となるタイミングと、他方による圧力変化において正圧となるタイミングとが重なることになる。したがって、吐出口１０８付近のインクをよく撹拌する効果を得ることができる。

実施例Ａと実施例Ｂとを比べると、負圧印加による圧力変化において圧力が極大となるタイミングと、正圧印加による圧力変化において圧力が極大となるタイミングとのずれは、実施例Ａの方がより大きい。圧力が極大となるタイミングが互いに重複すると吐出口１０８からインクが吐出されやすくなる一方で、圧力が極大となるタイミングがずれるほど吐出口１０８からインクが吐出されにくくなる。このため、実施例Ａの方が実施例Ｂよりインクが吐出されにくい。インクが吐出されるかどうかは、個別インク流路１３２の形状や、電圧パルス信号のパルスの高さ（Ｅ０とＥ１との差）等にもよる。例えば、パルス幅以外の条件が同じであるとき、実施例Ｂではインクが吐出されてしまい、実施例Ａではインクが吐出されない場合には、パルス幅ｔ２１〜ｔ２５を２μｓ以下にすることが好ましい。あるいは、パルス幅ｔ２１〜ｔ２５を８μｓより大きくする必要がある。

このように、信号７２において、ｔ２１〜ｔ２５の幅を有する電圧パルス信号のそれぞれは、吐出口１０８からインクが吐出されないように調整された不吐出駆動信号に相当する。つまり、信号７２は、全部で５つの不吐出駆動信号を１ブロックとして含んでいる。なお、パルス幅ｔ２１〜ｔ２５は、信号７２において、アクチュエータが第１の状態から第２の状態になるタイミング（増加タイミング）から、第２の状態から第１の状態に戻るタイミング（減少タイミング）までの期間の長さに相当するため、本発明の第１の時間に対応する。

図７（ｂ）に戻り、信号７２の電圧パルス信号同士の間隔について説明する。電圧パルス信号同士の間隔とは、本発明において不吐出駆動信号同士の間隔である第２の時間に相当する。図７（ｂ）に示すように、電圧パルス信号同士の間隔ｔ１１〜ｔ１４は、互いに異なる大きさである。ある実施例（以下、実施例Ｃとする）では、ＡＬ＝６μｓに対して、ｔ１１＝６μｓ、ｔ１２＝３μｓ、ｔ１３＝８μｓ、ｔ１４＝４μｓである。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、実施例Ｃにおける吐出口１０８付近の圧力変化を示している。いずれの図においても、時間軸は、正圧を印加するタイミングを原点（時刻０）としている。

図１１（ａ）は、ｔ１１＝６μｓを挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における、１つ目の電圧パルス信号の正圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化と、２つ目の電圧パルス信号の負圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化とを示している。ｔ１１はＡＬと等しいため、双方の圧力変化において圧力が極小となるタイミング（時刻３／２ＡＬ）が重なっている。しかし、圧力が極大となるタイミングはさらにそれよりＡＬだけ後になるため、このときにはインク内の振動が減衰しており、吐出口１０８からインクが吐出されにくい。

図１１（ｂ）は、ｔ１２＝３μｓを挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における、１つ目の電圧パルス信号の正圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化と、２つ目の電圧パルス信号の負圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化とを示している。正圧の印加による圧力変化のタイミングと負圧の印加による圧力変化のタイミングが全体としてずれるため、例えば、時刻１／２ＡＬから時刻ＡＬまでの間で、一方の印加による圧力変化において正圧となるタイミングと、他方の印加による圧力変化において負圧となるタイミングとが重なる。これにより、吐出口１０８付近のインクにおいては、正圧の印加によりインクを押し出そうとするのに対し、負圧の印加によりインクを引き戻そうとしていることになる。したがって、吐出口１０８付近のインクをよく撹拌することができる。

図１２（ａ）は、ｔ１３＝８μｓを挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における、１つ目の電圧パルス信号の正圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化と、２つ目の電圧パルス信号の負圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化とを示している。図１２（ａ）に示すように、正圧の印加による圧力変化のタイミングと負圧の印加による圧力変化のタイミングが全体としてずれるため、やはり、一方の印加による圧力変化において正圧となるタイミングと、他方の印加による圧力変化において負圧となるタイミングとが重なる。したがって、吐出口１０８付近のインクをよく撹拌することができる。

図１２（ｂ）は、ｔ１４＝４μｓを挟んだ２つの電圧パルス信号を供給する際における、１つ目の電圧パルス信号の正圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化と、２つ目の電圧パルス信号の負圧印加による吐出口１０８付近の圧力変化とを示している。図１２（ｂ）に示すように、正圧の印加による圧力変化のタイミングと負圧の印加による圧力変化のタイミングが全体としてずれるため、やはり、一方の印加による圧力変化において正圧となるタイミングと、他方の印加による圧力変化において負圧となるタイミングとが重なる。したがって、吐出口１０８付近のインクをよく撹拌することができる。

ｔ１１〜ｔ１４は、正圧の印加による圧力変化がどれだけ減衰しやすいかに応じて設定されることが好ましい。例えば、正圧の印加のタイミングから２ＡＬ以上経過すると、正圧の印加による圧力変化がほぼ減衰しきってしまい、吐出口１０８付近の振動が収まってしまう場合には、２ＡＬを経過した後に負圧を印加してもインクを攪拌する効果を確保できない。したがってこの場合、ｔ１１〜ｔ１４は２ＡＬ未満に設定される。

以上説明した実施形態によると、信号７２を個別電極１３５に供給した際、インクが吐出されない大きさに調整されたｔ２１〜ｔ２５の幅の電圧パルス信号によって、吐出口１０８付近のインクを吐出されない程度に振動させることができる。

そして、電圧パルス信号同士の間隔ｔ１１〜ｔ１４は、互いに異なる大きさに設定されている。例えば、上記の実施例Ｃによると、ｔ１１＝６μｓ、ｔ１２＝３μｓ、ｔ１３＝８μｓ、ｔ１４＝４μｓである。したがって、電圧パルス信号同士の間隔が増加したり減少したりを繰り返すため、吐出口１０８付近のインクを不規則に振動させることができる。これにより、吐出口１０８付近のインクにおいて、振動させる領域を不規則に変位させることができるため、全体的に場所に依らない均一な攪拌が実現でき、インクの粘度を速やかに低下させることができる。

また、上記の通り、実施例Ａや実施例Ｂには、負圧の印加によりインクを引き戻そうとしつつ、その後の正圧の印加によりインクを押し出そうとする作用があるため、吐出口１０８付近のインクをよく撹拌することができる。さらに、実施例Ｃは、電圧パルス信号同士の間隔が、正圧の印加によりインクを押し出そうとしつつ、その後の負圧の印加によりインクを引き戻そうとするように調整されているため、吐出口１０８付近のインクをよく撹拌することができる。

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、信号７２内の不吐出駆動信号である各電圧パルス信号のパルス幅ｔ２１〜ｔ２５をいずれも等しいものとしたが、ｔ２１〜ｔ２５の２つ以上が異なっていてもよい。この場合には、電圧パルス信号同士の間隔を増減させる場合と同様に、パルス幅を増減させることにより、吐出口１０８付近のインクを不規則に振動させることができ、インクの粘度が上昇するのを効果的に抑制できる。また、上述の実施形態とは逆に、電圧パルス信号同士の間隔を固定し、パルス幅のみを変化させてもよい。

また、上述の実施形態では、５つの電圧パルス信号を含む信号７２を繰り返し連続して個別電極１３５に供給することを想定しているが、５つ未満の電圧パルス信号を含む信号を供給してもよいし、６つ以上の電圧パルス信号を含む信号を供給してもよい。また、上述の実施形態では、１つの信号７２内で、電圧パルス信号同士の間隔ｔ１１〜ｔ１４がいずれも互いに異なっているが、ｔ１１〜ｔ１４のうち２つだけが異なっていてもよいし、３つが異なっていてもよい。さらには、複数の電圧パルス信号を１ブロックとして供給するのではなく、あらかじめランダムに設定された時間間隔を空けつつ１つずつ個別電極１３５に供給してもよい。要は、電圧パルス信号同士の間隔を増加させたり減少させたりしつつ個別電極１３５に供給するのであれば、どのような供給方法でもよい。

また、上述の実施形態では、電圧パルス信号のパルス高さ（Ｅ０とＥ１の差）を固定しているが、これらが可変になっている構成を採用してもよい。この場合、パルス高さを調整することでも吐出口１０８からインクが吐出されないように電圧パルス信号を調整することができるため、不吐出駆動信号としてパルス幅の選択の余地が広がる。

また、上述の実施形態は、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、本発明を適用可能な対象はこのようなインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを吐出して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に吐出して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に吐出して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための、液滴吐出ヘッドに適用することができる。

また、本実施形態では、アクチュエータとして圧電方式のものを用いていたが、静電方式や抵抗加熱による方式のものにも適用可能である。

１ インクジェットヘッド（ヘッド）
２１ アクチュエータユニット
７１ （吐出駆動信号を含む）信号
７２ （不吐出駆動信号を含む）信号
１００ 制御部
１０１ インクジェットプリンタ（プリンタ）
１０８ 吐出口
１１０ 圧力室
１３２ 個別インク流路
ＩＣ５２ ドライバ

Claims (5)

1. 液体を吐出する吐出口と前記吐出口に連通した圧力室とを有するインク流路と、前記圧力室の容積をＶ１とする容積小状態と前記圧力室の容積をＶ１より大きいＶ２とする容積大状態とを選択的に取るアクチュエータとを有する記録ヘッドと、
   前記アクチュエータの状態を変化させて前記吐出口から液体を吐出させる吐出駆動信号と、前記吐出口から液体が吐出されない程度に前記容積小状態から前記容積大状態を経て前記容積小状態に前記アクチュエータの状態を変化させる不吐出駆動信号とを選択的に前記アクチュエータに供給するヘッド駆動手段とを備えており、
   前記ヘッド駆動手段が、
   前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に負圧を印加し始めるタイミングである増加タイミングから、前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に正圧を印加し始めるタイミングである減少タイミングまでの第１の時間、及び、前記不吐出駆動信号を供給してから次の前記不吐出駆動信号を供給するまでの第２の時間の少なくともいずれかを増加及び減少を繰り返すように変化させながら、且つ、前記増加タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口外へと押し出す圧力として作用する期間内に、前記増加タイミング後の前記減少タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口内に引き戻す圧力として作用するように、前記不吐出駆動信号を前記アクチュエータに連続して供給することを特徴とする記録装置。
2. 前記ヘッド駆動手段が、
   前記減少タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口内に引き戻す圧力として作用する期間内に、前記減少タイミング後の前記増加タイミングにおいて前記アクチュエータが前記圧力室内の液体に印加した圧力が前記インク流路を伝播することで前記吐出口の近傍の液体に前記吐出口から押し出す圧力として作用するように、前記不吐出駆動信号を供給することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記ヘッド駆動手段が、
   前記第１の時間を変化させず、前記第２の時間を増加及び減少を繰り返すように変化させながら、前記不吐出駆動信号を前記アクチュエータに連続して供給することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の記録装置。
4. 前記ヘッド駆動手段が、
   前記第２の時間が異なるように時間的に配列された複数の前記不吐出駆動信号を１ブロックとする信号を繰り返し前記アクチュエータに供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の記録装置。
5. 前記複数の不吐出駆動信号が、いずれも前記第２の時間が異なるように時間的に配列されていることを特徴とする請求項４に記載の記録装置。

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