JP4911192B2 - 記録装置 - Google Patents

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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〜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に記載の記録装置。
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