JP5034582B2 - 液滴噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を噴射するノズルを有する液滴噴射装置に関する。

液滴を噴射するノズルとノズルから液滴を噴射させるための圧力を液体に付与するアクチュエータとを有する液滴噴射装置において、ノズル近傍の液体が増粘したり、乾燥する（以下、両者をまとめて乾燥という）と、ノズル内の液体を液滴として正常に噴射されなくなることがある。ノズル近傍において液体が乾燥するのを防止するため、ノズルから液滴が噴射されない程度にアクチュエータを駆動してノズル近傍の液体を撹拌させることが考えられる。特許文献１は、圧力室と圧力室に連通するノズルとを有しており、ノズルから液滴が噴射されないように圧力室の容積を所定の周期で変化させるものである。

特開２００６−１２３４５２号公報（請求項１）

しかし、液滴がノズルから噴射されない程度にノズル近傍の液体を微小に振動させるので、乾燥を防止するためには多くの回数液体を振動させ、ノズル近傍の液体に十分な対流を生じさせる必要がある。したがって、アクチュエータを多くの回数駆動しなければならない。この場合、アクチュエータやアクチュエータを駆動するための電気回路等の発熱が過大になるおそれがある。また、アクチュエータを駆動するための消費エネルギーも大きくなる。

本発明の目的は、消費エネルギーや発熱が過大にならない範囲でノズル近傍の液体を微小に振動させることで乾燥を防止することが可能な液滴噴射装置を提供することにある。

本発明の液滴噴射装置は、複数のノズルとこれら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室とを有する流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積をそれぞれ変化させることにより、前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータのそれぞれに対して前記ノズルから液滴を噴射させるための噴射駆動パルスを印加する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを備えている。そして、前記制御手段は、前記駆動手段に、前記ノズルから液滴を噴射させない程度に前記ノズル内の液体のメニスカスを微振動させるための微振動駆動パルスを、前記アクチュエータに対して印加させる微振動制御手段を有し、互いに離れて位置する複数の前記アクチュエータに対してそれぞれ前記微振動駆動パルスを、単独で印加したときよりも前記メニスカスに生じる圧力変動が大きくなるタイミングで印加する。

複数のアクチュエータをほぼ同時にあるいは順次駆動する際に、あるノズルから噴射される液滴の体積や速度等が単独で駆動されたときと異なる場合がある。かかる現象はクロストークと呼ばれる。クロストークは、一の圧力室で発生した振動が別の圧力室に伝播することによって発生すると考えられる。クロストークの影響は、複数のアクチュエータに駆動パルスを印加するタイミングによって異なることが、本発明者によって確認されている。そこで、本発明においては、単独で印加したときよりもメニスカスに生じる圧力変動が大きくなるようなタイミングで、各アクチュエータに微振動駆動パルスを印加する。つまり、クロストークの影響でメニスカスを大きく振動させるので、クロストークの影響が小さい場合と比べて少ないパルス数で乾燥防止の効果を確保することができる。一方で、アクチュエータに印加するパルス数が少ないほどアクチュエータや駆動手段からの発熱が小さくなり、消費エネルギーも小さくなる。したがって、本発明によると、消費エネルギーや発熱が過大にならない範囲でノズル近傍の液体を微小に振動させることで乾燥を防止することが可能な構成が実現する。

また、本発明において、前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記複数のアクチュエータの全部よりも少ない複数の前記微振動駆動パルスを印加させることで、前述のようにクロストークの影響でメニスカスを大きく振動させ、乾燥防止の効果を確保することができる。さらに、このとき、クロストークが大きくなった影響で、他のアクチュエータに対応する圧力室にクロストークに起因する圧力変動が生じる場合がある。この場合、その圧力室に対応するアクチュエータを駆動しなくても、ノズルメニスカスに微振動を与えることが可能となる。従って、微振動駆動パルスを印加するアクチュエータの数をより一層減らすことができる。この構成によると、駆動されるアクチュエータの数が減るので、全体として消費エネルギーや発熱が抑制される。

また、本発明においては、前記複数の圧力室が、所定方向に沿って延びる圧力室列を構成しており、前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記所定方向に関して所定数おきに配置された前記圧力室に対応する前記アクチュエータに前記微振動駆動パルスを印加させることで、請求項２にかかる発明の効果を実現することができる。また、圧力室が列状に配置されている場合に、所定数おきの圧力室に圧力を付与すると、その間の圧力室にはクロストークに起因する圧力変動が生じることから、微振動のための圧力を付与する（対応するアクチュエータに微振動駆動パルスを印加する）必要がない。この構成によると、駆動されるアクチュエータの数が減るので、全体として消費エネルギーや発熱が抑制される。

また、本発明においては、前記複数の圧力室が、所定方向に沿って互いに平行に延びる複数の圧力室列を構成しており、前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記全部の圧力室列数よりも少ない複数の前記圧力室列に対応する前記アクチュエータに前記微振動駆動パルスを印加させてもよい。これにより、前述のようにクロストークの影響でメニスカスを大きく振動させ、乾燥防止の効果を確保することができる。さらに、圧力室が複数列に配置されている場合に、所定数列おきの圧力室列に圧力を付与することによって、その間の圧力室列にクロストークに起因する圧力変動を生じさせることができ、微振動のための圧力を付与する必要がない。この構成によると、駆動されるアクチュエータの数が減るので、全体として消費エネルギーや発熱が抑制される。

また、本発明において、前記複数の圧力室はその圧力室の列方向に複数の圧力室群に区分され、前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記一部の圧力室群に対応する前記アクチュエータごとに前記微振動駆動パルスを印加させてもよい。これにより、前述のようにクロストークの影響でメニスカスを大きく振動させ、乾燥防止の効果を確保することができる。さらに、圧力室が複数の圧力室群に区分され、一部の圧力室群が残りの圧力室群を挟むように配置されている場合、一部の圧力室群に圧力を付与することによって、その間に挟まれる残りの圧力室群に、クロストークに起因する圧力変動を生じさせることができる。この構成によると、駆動されるアクチュエータの数が減るので、全体として消費エネルギーや発熱が抑制される。

また、本発明において、前記微振動制御手段は、第１の前記アクチュエータのメニスカスに生じる圧力変動が前記第１のアクチュエータに対して単独で前記微振動駆動パルスを印加したときよりも大きくなるように、前記駆動手段に、第２の前記アクチュエータに対して前記微振動駆動パルスを印加させると共に、前記第２のアクチュエータに対して前記微振動駆動パルスを印加してから１印字周期より短い所定の時間が経過した後に前記第１のアクチュエータに対して前記微振動駆動パルスを印加させることが好ましい。この構成によると、２つのアクチュエータに所定の時間を挟んで微振動駆動パルスを印加することによって、クロストークに起因して圧力変動が大きくなるようにアクチュエータを駆動することができる。

また、本発明において、第１の前記アクチュエータに前記噴射駆動パルスを印加すると共に、前記第１のアクチュエータに前記噴射駆動パルスを印加してから１印字周期より短い所定の時間が経過した後に第２の前記アクチュエータに前記噴射駆動パルスを印加したときと、前記第２のアクチュエータに単独で前記噴射駆動パルスを印加したときとの間における、前記第２のアクチュエータのメニスカスに生じる圧力変動の差の絶対値が、前記所定の時間がゼロであるときよりも前記所定の時間がゼロでないｔであるときの方が小さい場合に、前記制御手段は、前記駆動手段に、前記第１のアクチュエータに対して前記噴射駆動パルスを印加させると共に、前記第１のアクチュエータに対して前記噴射駆動パルスを印加してからｔの時間が経過した後に前記第２のアクチュエータに対して前記噴射駆動パルスを印加させることが好ましい。この構成によると、噴射駆動パルスを印加する際にはクロストークの影響が小さくなるようにアクチュエータが駆動されると共に、微振動駆動パルスを印加する際にはクロストークの影響が大きくなるようにアクチュエータが駆動される。したがって、液滴噴射の際はクロストークの悪影響を抑制すると共に、ノズル近傍の液滴を微小に振動させる際はクロストークの影響を利用した構成が実現する。

本発明は、各圧力室に対応する各アクチュエータに、メニスカスに生じる圧力変動が大きくなるようなタイミングで微振動駆動パルスを印加し、クロストークの影響でメニスカスを大きく振動させるので、少ないパルス数で乾燥防止の効果を確保することができる。また、パルス数が少なくなることで、アクチュエータや駆動手段からの発熱が小さくなり、消費エネルギーも小さくすることができる。

以下、本発明の好適な一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明に係る液滴噴射装置の一実施形態であるインクジェットプリンタ１の概略構成を示す説明図である。なお、以下の説明では、図１に向かって手前から奥に向かう方向を下方向とし、その逆の方向を上方向とする。

インクジェットプリンタ１（以下、「プリンタ１」と記載する）には、制御部１００が設置されている。制御部１００はプリンタ１内の各部の動作を制御する。プリンタ１の内部にはキャリッジ９及びガイド軸６、７が設置されている。ガイド軸６、７は、図１の左右方向に沿って延在している。キャリッジ９はガイド軸６及び７上に、これらに沿ってスライド可能に支持されている。

キャリッジ９には記録ヘッド３０（液滴噴射ヘッド）及びインクタンク９ｂが支持されている。記録ヘッド３０には、複数のノズル１５が下面に形成されており、インクタンク９ａが接続されている。プリンタ１の内部には各色のインク、例えばブラックＢｋ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの４色のインクが収容されたインクカートリッジ５が収容されている。インクタンク９ａは、可撓性のインク供給チューブ８を通じて各インクカートリッジ５に接続されている。記録ヘッド３０内には、後述のようにインクタンク９ａからのインクをノズル１５へと導入するインク流路が形成されている。これによって、インクカートリッジ５からインクタンク９ａへと供給された各色のインクがインク流路を介して各ノズル１５に供給され、ノズル１５からインクの液滴（以下、インク滴という）として下方へと噴射される。

キャリッジ９は、公知のように、キャリッジモータ１０のプーリとプーリ１１ａ間に掛け渡された無端ベルト１１に連結され、キャリッジモータ１０の正逆回転によってガイド軸６及び７に沿って図１の左右方向に往復移動する。印刷用紙Ｐは、記録ヘッド３０の下方位置においてキャリッジ９の移動方向と直交する方向に、図示されていない公知の搬送機構によって搬送される。

制御部１００には、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの外部機器から画像に対応する印刷パターンデータが送信される。制御部１００は、後述のようにＰＣなどから送信された印刷パターンデータに基づいて搬送機構及びキャリッジモータ１０を制御しつつ記録ヘッド３０を駆動することにより、印刷パターンデータに対応する画像を印刷用紙Ｐ上に形成する。

また、プリンタ１はフラッシング受け部材４を有している。フラッシング受け部材４は、ガイド軸６及び７の下方において用紙搬送領域の左外方に配置されている。フラッシング受け部材４は、例えばウレンタンフォームのような多孔質のインク吸収材を内部に収容している。キャリッジ９が、用紙搬送領域外の記録ヘッド３０をフラッシング受け部材４と対向させる位置（フラッシング領域）へ移動して、記録ヘッド３０からインク滴が噴射されると、フラッシング受け部材４内のインク吸収材にインク滴が吸収される。

また、プリンタ１は回復装置２を有している。回復装置２は、ガイド軸６及び７の下方において用紙搬送領域の右方に配置されている。回復装置２は、公知のように記録ヘッド３０のノズル面に着脱可能な吸引キャップ（不図示）と吸引キャップに接続された吸引ポンプ（不図示）とを備える。キャリッジ９が、用紙搬送領域外の記録ヘッド３０を吸引キャップと対向させる位置（回復領域）へ移動して、記録ヘッド３０のノズル面が吸引キャップによって覆われると、上記の吸引ポンプの駆動によって記録ヘッド３０のノズル内のインクが吸引される。

また、プリンタ１はワイパ装置３を有している。上記の吸引動作の後、キャリッジ９が用紙搬送領域内へ移動する際、ワイパ装置３は公知のように記録ヘッド３０のノズル面を払拭する。

図２は、記録ヘッド３０の下面（ノズル面）図である。記録ヘッド３０は複数のノズル１５を有しており、下面には各ノズル１５を開口させている。ノズル１５は記録ヘッド３０の長手方向に沿って配列され、その列方向と直交する方向に間隔をおいて５列のノズル列３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｙ及び３５Ｂｋが形成されている。各ノズル列に属するノズル１５からは同色のインク滴が噴射される。ノズル列３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｙ及び３５Ｂｋからは、それぞれマゼンタＭ、シアンＣ、イエローＹ及びブラックＢｋの４色のインク滴が噴射される。なお、本実施形態においてはノズル列３５Ｂｋが２列設けられている。

記録ヘッド３０の内部にはインクが貯留される複数の圧力室１６が形成されている。圧力室１６は、ノズルの列方向と直交する方向に長尺な形状を有している。圧力室１６とノズル１５とは１対１に対応している。各圧力室１６はノズル列３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｙ及び３５Ｂｋと対応しかつそれと平行な列をなして配置されている。これによって圧力室列３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｙ及び３６Ｂｋが形成されている。圧力室列３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｙ及び３６Ｂｋに属する圧力室１６は、それぞれノズル列３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｙ及び３５Ｂｋに属するノズル１５に対応している。なお、本実施形態においては、２列のノズル列３５Ｂｋに対応する２列の圧力室列３６Ｂｋが設けられている。

以下、図３を参照しつつ記録ヘッド３０の内部構成についてさらに詳細に説明する。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った記録ヘッド３０の縦断面図である。記録ヘッド３０は、流路ユニット２０と流路ユニット２０の上面に接着剤で接合されたアクチュエータユニット３１とを有している。アクチュエータユニット３１のさらに上面には、可撓性のフレキシブル配線基板４０が電気的に接合されている。

流路ユニット２０は複数のプレート２０ａ〜２０ｆを積層することによって構成されている。プレート２０ａ〜２０ｆのそれぞれにはインク流路を形成する複数の貫通孔が形成されている。プレート２０ｃ及び２０ｄに形成された貫通孔は圧力室の列毎にマニホールド流路１４を構成している。これらのマニホールド流路１４は、図示されていない領域においてインクタンク９ａに接続されている。

流路ユニット２０において最上層のプレート２０ａに形成された各貫通孔は、各圧力室１６を構成している。最下層のプレート２０ｆに形成された各貫通孔は、各ノズル１５を構成している。プレート２０ａ〜２０ｆは積層されることで、これらの貫通孔が互いに連通してマニホールド流路１４から各列の複数の圧力室１６を経て各ノズル１５に至るインク流路が形成されている。

アクチュエータユニット３１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの複数の圧電セラミックス層３１ａと共通電極３２及び個別電極３３とが交互に積層された構造を有している。個別電極３３は、流路ユニット２０に形成された下方の圧力室１６と平面視で一対一で重なる位置に設置されている。共通電極３２は、平面視において個別電極３３が延在する複数の領域を含む範囲に亘って延在している。共通電極３２及び個別電極３３は、フレキシブル配線基板４０上に形成された配線に図示されていない領域において電気的に接続されている。

アクチュエータユニット３１は、フレキシブル配線基板４０を介して供給される駆動パルスによって以下のように駆動される。共通電極３２はいずれもグランド電位に保持されている。個別電極３３には、フレキシブル配線基板４０を介して駆動パルスを含む駆動波形信号が供給される。これによって、個別電極３３と共通電極３２との間において電位差が発生すると、セラミックス層３１ａが変形して、圧力室１６内のインクに圧力を印加し、インクをノズル１５からインク滴として噴射させることができる。

以下、プリンタ１の電気的構成について図４及び図５を参照しつつ説明する。

図４はプリンタ１の電気的構成を示すブロック図である。プリンタ１の制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、制御回路２２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３、インタフェース２７、モータドライバ４５、４６、イメージメモリ２５、及び、駆動回路４９を有している。ＲＯＭ１２は、制御プログラムやインク滴を噴射するための各種の駆動波形データを記憶しており、ＲＡＭ１３は種々の作業データ等を一時的に記憶するものである。ＣＰＵ４１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、及び制御回路２２は、アドレスバス２３およびデータバス２４を介して互いに接続されている。そして、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ１２にあらかじめ記憶されたプログラムに従って動作し、各種の制御処理を実行する。

ＣＰＵ４１には、操作パネル４４、モータドライバ４５及びモータドライバ４６が接続されている。搬送モータ４８は印刷用紙の搬送機構を駆動するモータである。モータドライバ４５及び４６は、キャリッジモータ１０及び搬送モータ４８の駆動をそれぞれ制御するものである。また、プリンタ１には、印刷用紙Ｐの有無を検出するペーパセンサ１７、記録ヘッド３０が原点位置にあることを検出する原点センサ１８、及び、インクカートリッジ５が正常な装着状態にあることを検出するインクカートリッジセンサ１９が設置されている。ＣＰＵ４１にはペーパセンサ１７、原点センサ１８及びインクカートリッジセンサ１９の検出結果が入力される。制御部１００は、原点センサ１８の検出結果とモータドライバ４５の制御量とに基づいて、記録ヘッド３０のガイド軸６及び７上に沿った方向に関する位置を取得することができる。

制御回路２２はゲートアレー回路であり、インタフェース２７及びイメージメモリ２５に接続されている。また、フレキシブル配線基板４０を介して記録ヘッド３０と接続されている。フレキシブル配線基板４０上には駆動回路４９が装着されており、制御回路２２からの信号が駆動回路４９を介して記録ヘッド３０へと送信される。

制御回路２２は、ＰＣなどの外部機器からインタフェース２７を介して送信される印刷パターンデータを、イメージメモリ２５に記憶させる。そして、ＰＣなどからインタフェース２７を介して送信されるデータに基づいて受信割込信号ＷＳを生成し、その信号ＷＳをＣＰＵ４１へ送信する。信号ＷＳを受信すると、ＣＰＵ４１は記録タイミング信号ＴＳと制御信号ＲＳを生成し、各信号ＴＳ、ＲＳを制御回路２２に送信する。記録タイミング信号ＴＳ及び制御信号ＲＳを受信すると、制御回路２２はイメージメモリ２５に記憶されている印刷パターンデータに基づいて印刷データ信号ＤＡＴＡを生成する。信号ＤＡＴＡは、印刷パターンデータに対応する画像を形成するように記録ヘッド３０にインク滴を噴射させるためのシリアルデータ信号である。また、制御回路２２は、信号ＤＡＴＡと同期する転送クロックＴＣＫ及びストローブ信号ＳＴＢを生成する。さらに、ＲＯＭ１２に記憶された駆動波形データに基づいて駆動波形信号ＩＣＫを生成する。駆動波形信号ＩＣＫは、後述する各種の印刷用波形信号５１及び微小振動用波形信号５２を含む。信号ＤＡＴＡ、ＴＣＫ、ＳＴＢ及びＩＣＫは駆動回路４９へと送信される。

信号ＳＴＢには、後述のデータラッチ回路３６が信号ＤＡＴＡをラッチする期間の長さ等を示す信号が含まれている。制御回路２２は、圧力室列３６Ｍ〜３６Ｂｋの５列のそれぞれに関連付けて信号ＩＣＫを印加する印加タイミングを示すデータを保持している。下記の表１は、制御回路２２が保持しているデータの一例を示すものである。なお、表１の２行目は後述の印刷用波形信号を印加する場合のデータに、表１の３行目は後述の微小振動用波形信号を印加する場合のデータにそれぞれ対応するものである。

表１には、圧力室列３６Ｍ、３６Ｃ、３６Ｙ及び３６Ｂｋのそれぞれと、印加タイミングを示す時間値ｔ１〜ｔ８とが含まれている。これらの時間値は、１印字周期の先端からの時間を示している。例えば、シアンＣの時間値ｔ２は、圧力室列３６Ｃに対応する個別電極３３に印刷用波形信号の印加タイミングが、１印字周期の先端からｔ２後の時間であることを示している。制御回路２２は、表１に対応する印加タイミングで信号ＩＣＫを各圧力室列３６に対応する個別電極３３に出力する。なお、ｔ１〜ｔ８は後述の印加タイミング決定方法に従って設定されている。

図５は、駆動回路４９の構成を示すブロック図である。駆動回路４９は、シリアル−パラレル変換器６４、データラッチ回路６３、選択回路６２及びドライバ回路６１を有している。選択回路６２及びドライバ回路６１は、それぞれ記録ヘッド３０に形成されたノズル１５と１対１に対応している。制御回路２２からの信号ＤＡＴＡは、信号ＴＣＫと共にシリアル−パラレル変換器６４に入力される。また、信号ＳＴＢはデータラッチ回路６３に、信号ＩＣＫは選択回路６２にそれぞれ入力される。

シリアル−パラレル変換器６４は、信号ＴＣＫに同期して制御回路２２からシリアル転送されてくる信号ＤＡＴＡをパラレルデータに変換し、データラッチ回路６３へと出力する。データラッチ回路６３は、シリアル−パラレル変換器６４からのパラレルデータを信号ＳＴＢに基づいてラッチすると共に、選択回路６２へと出力する。

選択回路６２は、データラッチ回路６３からのパラレルデータが示す波形に相当する信号ＩＣＫを選択し、ドライバ回路６１へと出力する。ドライバ回路６１は、選択回路６２からの信号ＩＣＫをアクチュエータユニット３１に適した電圧に変換し、駆動パルスとして記録ヘッド３０の個別電極３３にそれぞれ出力する。

以下、個別電極３３に印加される駆動波形信号について、図６を参照しつつさらに詳細に説明する。駆動波形信号は、主に２種類の波形を有する信号に対応している。１つ目は、記録ヘッド３０からインク滴を噴射させることによって印刷用紙Ｐに画像を形成するための、印刷用波形信号５１（図６（ａ））である。２つ目は、ノズル１５近傍のインク（メニスカス）を微小に振動させるための、微小振動用波形信号５２（図６（ｂ））である。

印刷用波形信号には、噴射されるインク滴の大きさ、個数等に応じた複数の種類の波形が用意されており、図６（ａ）はそのうちの一つである。印刷用波形５１は、１印字周期Ｔａに対して３つの噴射用の駆動パルス５１ａと１つの非噴射用の駆動パルス５１ｂとを有している。

１つの駆動パルス５１ａが個別電極３３に供給されると、個別電極３３の電位が駆動パルス５１ａのパルス高さまで変化し、１つの駆動パルス５１ａに対して１滴のインク滴が、その個別電極３３に対応するノズル１５から噴射される。したがって、３つの駆動パルス５１ａが供給されることにより、合わせて３滴のインク滴が噴射される。一方で、非噴射用の駆動パルス５１ｂは、噴射用の駆動パルスによって生じたインクの残留圧力波をほぼ相殺するタイミングで印加される。駆動パルス５１ｂは噴射用の駆動パルス５１ａに比べてパルス幅が小さく、後述の駆動パルス５２ａと同様に個別電極３３に供給されてもノズル１５からインク滴が噴射されない。

微小振動用波形５２は、１印字周期Ｔａに対して、２つの非噴射用の駆動パルス５２ａ（微振動駆動パルス）を有している。駆動パルス５２ａのパルス幅Ｗ２は、駆動パルス５１ａのパルス幅Ｗ１よりも小さい。圧電アクチュエータではコンデンサと同様に個別電極３３の電位が徐々に上昇するため、パルス幅Ｗ２を、個別電極３３の電位がパルスの高さに相当する大きさに達する前に１パルスの供給が終了する幅に設定することで、圧電セラミックス層の変形を小さくしている。つまり、パルス幅Ｗ２は、ノズル１５からインク滴が噴射されない程度の大きさに調整されている。

以上の構成において、制御部１００は記録ヘッド３０及びモータドライバ４５、４６の駆動を以下のように制御する。第１は、印刷制御である。制御部１００は、ＰＣなどから送信された印刷パターンデータに基づいて、キャリッジ９を移動すると共に、記録ヘッド３０に印刷用波形信号を供給する。これによって、印刷用紙Ｐ上に印刷パターンデータに基づく画像を形成する。制御部１００は、画像の印刷領域に沿って例えば図１の右から左へと記録ヘッド３０を１回移動させる際に、１ライン分の画像を形成し、その１ラインを形成するごとに印刷用紙Ｐを搬送装置によって搬送する。

第２は、微振動制御である。制御部１００は、記録ヘッド３０に所定数の微小振動用波形信号を供給することによって、ノズル１５からインク滴を噴射させることなくノズル１５の近傍のインクを微小に振動させる（微振動制御手段）。かかる微振動制御は、印刷制御の合間の所定のタイミングで実行される。例えば、１ラインの印刷が終了して次のラインの印刷に移る際に、キャリッジ９が移動方向を反転するために減速及び加速されるときに、実行される。これによって、ノズル１５の近傍においてその中のインクが撹拌されて、乾燥するのが抑制され、ノズル１５からのインク滴の噴射性能が低下することが抑制される。

図７は、印刷用波形５１の遅延態様を説明する図、図８は、微小振動用波形５２の遅延態様を説明する図である。ＳＩＧ１〜ＳＩＧ４及びＳＩＧ５〜ＳＩＧ８は、制御回路２２から異なる圧力室３６列に対応してそれぞれ供給される印刷用波形５１及び微小振動用波形５２であり、２列の圧力室３６Ｂｋに対しては、共通の印刷用波形５１及び微小振動用波形５２が供給される。ＳＩＧ１〜ＳＩＧ４は印刷用波形５１をそれぞれ印字周期の先端からｔ１〜ｔ４遅延させている。ＳＩＧ５〜ＳＩＧ８は微小振動用波形５２をそれぞれ印字周期の先端からｔ５〜ｔ８遅延させている。なお、ｔ１〜ｔ４とｔ５〜ｔ８とは、異なる値であり、いずれもゼロ（ｔ１とｔ５はゼロを含む）以上Ｔａ未満である。

以下、印刷制御及び微振動制御のそれぞれにおける駆動波形信号の印加タイミング等の条件を決定する方法の一例について図９及び図１０を参照しつつ説明する。図９は、印加タイミングを決定するために実行される一連のステップＳ１〜Ｓ４を示している。

まず、記録ヘッド３０に形成されたノズル列３５に属するノズル１５から単独でインク滴を噴射させると共に、各ノズル列３５からのインクの噴射速度を測定する（Ｓ１）。なお、本実施形態において「単独で」インク滴を噴射するとは、１印字周期内にいずれか１列のノズル列３５に属する１つのノズル１５のみからインク滴を噴射することを意味している。インク滴の噴射速度は、例えばインク滴の飛跡を水平方向から動画等で撮影し、その撮像を解析することによって導出される。

次に、Ｓ１において測定したノズル１５が属するノズル列３５を含む複数のノズル列３５から、１印字周期内で所定のディレイ時間を挟みつつインク滴を噴射させると共に、インク滴の噴射速度を測定する。そして、ディレイ時間を様々に変更しつつ、噴射速度を複数回に亘って測定する（Ｓ２）。なお、複数のノズル列３５からインク滴を噴射させる際に、各ノズル列３５に含まれる全てのノズル１５からインク滴を噴射させてもよいし、各ノズル列３５に含まれる一部のノズル１５のみからインク滴を噴射させてもよい。

例えば、図１０は、上記複数のノズル列３５のうち１つのノズル列３５Ｂｋ及び３５Ｃからそれぞれ１印刷周期内に所定の印加タイミングでインク滴を噴射させ、インク滴の噴射速度を計測した結果を示す、一実施例のグラフである。なお、図１０横軸のディレイ時間は、ノズル列３５Ｂｋからインク滴を噴射してから、ノズル列３５Ｃからインク滴を噴射するまでの時間を示している。ｖ１はノズル列３５Ｂｋに属するノズル１５から単独でインク滴を噴射させた際の噴射速度を示し、ｖ２はノズル列３５Ｂｋ及び３５Ｃの両方からインク滴を噴射させた際の噴射速度を示している。ｖ２を測定する際には、同じノズル列３５Ｂｋ及び３５Ｃに属する全てのノズル１５からインク滴を噴射させている。

図１０に示されているように、１印字周期内に２つのノズル列３５Ｂｋ及び３５Ｃからインク滴を噴射させた場合には、単独でインク滴を噴射させたｖ１の場合と比べて噴射速度ｖ２が異なる場合がある。例えばディレイ時間がゼロ、つまり２つのノズル列３５に同時に駆動波形信号を印加した場合の速度ｖ２は、単独で印加した場合のｖ１と比べて小さい。また、ディレイ時間が約３マイクロ秒前後の領域では、速度ｖ２は、ｖ１よりも大きい。このように噴射速度が異なるのは、いわゆるクロストークが生じていることによるものと考えられる。つまり、一の圧力室１６で発生した振動がキャビティユニットを通じて別の圧力室１６内のインクに伝播し、その別の圧力室１６に対応するノズル内のインクのメニスカスの圧力変動に影響を及ぼしている。そして、図１０のグラフから、クロストークの影響は２つのノズル列３５の印加タイミングをずらしたとき、そのずらした時間（ディレイ時間）の大きさによって異なることが導かれる。

次に、図９のＳ３において、Ｓ１で測定した噴射速度とＳ２において測定した噴射速度とを比較する。これによって、どのようなディレイ時間においてクロストークの影響がどのように表れるかを評価する（Ｓ３）。

例えば、図１０のグラフによると、２本の一点鎖線の間の領域（ディレイ時間が約０．８０〜約１．８マイクロ秒の領域）において、ｖ１及びｖ２の大きさが近く且つディレイ時間の変化に対するｖ２の変化が小さくなって噴射速度がかなり安定している。つまり、この領域では、クロストークの影響が小さく、メニスカスの圧力変動が少ない。一方で、ディレイ時間が３．２マイクロ秒付近の場合に、ｖ２は極大値を有している。つまり、この領域では、クロストークの影響でメニスカスの圧力変動が大きく、これに重畳して噴射速度が速くなったためであると考えられる。

そこで、クロストークの影響が比較的小さいディレイ時間を有するように印刷制御の印加タイミングを決定すると共に、クロストークの影響が比較的大きく且つ噴射速度が大きくなるようなディレイ時間を有するように微振動制御の印加タイミングを決定する（図９のＳ４）。つまり、図１０においてクロストークの影響が比較的小さい０．８０〜１．８マイクロ秒の領域、例えば１．２マイクロ秒のディレイ時間を取るように、圧力室列３６Ｂｋ及び３６Ｃに関する印刷制御の印加タイミングを決定する。そして、図１０においてクロストークの影響が極大となる３．２マイクロ秒の近傍のディレイ時間を取るように、圧力室列３６Ｂｋ及び３６Ｃに関する微振動制御の印加タイミングを決定する。この場合、クロストークの影響があっても、微振動制御によってノズルからインク滴が噴射されない程度に設定される。具体的には、表１においてｔ４−ｔ２が１．２マイクロ秒となるように各数値を決定すると共に、ｔ８−ｔ６が３．２マイクロ秒となるように各数値を決定する。

これらのステップＳ１〜Ｓ４を、ノズル列３５Ｍとノズル列３５Ｂｋとの組み合わせなど、他のノズル列３５の組み合わせに関しても繰り返し実行する。そして、表１のｔ１〜ｔ８を全て決定する。これによって、印刷制御及び微振動制御の両方において、駆動波形信号を印加するタイミングが決定される。

最後に、微振動制御において乾燥防止に必要な微小振動用波形信号の数を決定する（Ｓ５）。つまり、キャリッジ９が印刷用紙に沿って移動する間に、噴射動作をしなかったとしても、その直後に正常に噴射できるように、そのキャリッジ移動前に微振動制御を行っておく回数を求めるのである。１回の微振動制御に例えば印字周期Ｔａの１００周期分または２００周期分の微小振動用波形信号を印加し、その後、噴射動作をしない時間（以下「乾燥時間」という）を後述するように段階的におく。そして、印刷制御を実行してベタ画像などを形成した際に、画像の端部等に乱れが発生しているか否かを観察する。

上記の例では、ノズル列ごとに微振動制御を行っているが、例えば、ノズル列内において互いに離れて位置する複数のノズルに対して所定タイミングで微小振動用波形信号を印加することでも、メニスカスに生じる圧力変動を大きくすることができる。上記Ｓ１〜Ｓ５を実行することで、微小振動用波形信号を印加するタイミング、駆動回数などを設定できる。以下に、その各種の態様を説明する。

第１のモードにおいては、圧力室列３６の各列内において、１つおきの圧力室１６に対応する各個別電極３３にのみ、微小振動用波形信号が印加される。１つおきの各圧力室１６間での微小振動用波形信号の印加タイミングのずれは、上記Ｓ１〜Ｓ４によって設定される。これにより、ノズル内のインクのメニスカスに大きな圧力変動を発生させるとともに、隣接する、微小振動用波形信号が印加されなかったノズルに対しても大きな圧力変動を発生させることができる。１つおきの各圧力室１６内で生じた圧力変動は、キャビティユニットを通じて伝播するだけでなく、マニホールド流路１４を介しても隣接する圧力室に伝播し、それに対応するノズル内のインクを振動させることになる。

上記制御のために、制御回路２２から、印字周期Ｔａの開始から上記印加タイミングだけずれを持たせた微小振動用波形信号５２の複数種類が、信号ＩＣＫとして各選択回路６２に出力される。また、制御回路２２から、１つおきの圧力室１６に対応する信号ＤＡＴＡとして複数種類の微小振動用波形信号５２の何れかを指定する信号が出力される。これにより、１つおきの圧力室１６の各個別電極３３に、微小振動用波形信号５２が相互に印加タイミングにずれを持って印加される。

第２のモードにおいては、全部の圧力室列のうち、複数の圧力室列３６に対応する各個別電極３３にのみ、微小振動用波形信号が印加される。ノズル列３５Ｂｋ及び３５Ｃについて前述したとおり、微小振動用波形信号の印加タイミングが設定される。そして、制御回路２２から、印字周期Ｔａの開始から上記印加タイミングだけずれを持たせた微小振動用波形信号５２の複数種類が、各選択回路６２に出力される。また、制御回路２２から、ノズル列３５Ｂｋ及び３５Ｃに対応する信号ＤＡＴＡとして複数種類の微小振動用波形信号５２の何れかを指定する信号が出力される。これにより、ノズル列３５Ｂｋ及び３５Ｃに対応する各個別電極３３に、微小振動用波形信号５２が相互に印加タイミングにずれを持って印加される。

上記の場合、残りの圧力室列３６Ｙ及び３６Ｍには、微小振動用波形信号を印加しなくても、圧力室列３６Ｂｋ及び３６Ｃに対するアクチュエータの駆動によって生じた振動が伝播し、それに対応するノズル３５Ｙ及び３５Ｍ内のインクのメニスカスに振動を与えることができる。

第３のモードにおいては、圧力室の列方向に対して複数に区分された圧力室群Ｅ，Ｆ，Ｇ（図２参照）ごとに微小振動用波形信号が印加される。そして、かかる圧力室群のうち、全部の群数よりも少ない複数の圧力室群に対して、前述のようにクロストークを生じさせるタイミングで、微小振動用波形信号が印加される。このための制御は、第１のモードの制御と同様で、１つおきの圧力室が圧力室群に置き換えられるだけである。
この場合、３以上に区分された圧力室群Ｅ，Ｆ，Ｇにおいて両端の圧力室群Ｅ，Ｇのみに、微小振動用波形信号が印加されることで、それらの間に挟まれる圧力室群Ｆには、微小振動用波形信号を印加しなくても、圧力室群Ｅ，Ｇに対するアクチュエータの駆動によって生じた振動が伝播し、それに対応するノズル内のインクのメニスカスに振動を与えることができる。

表２，３は、上記の第１〜第３のモードにおいて、Ｓ５の決定をするために、画像を印刷した結果の評価である。表２は、１回の微振動制御に印字周期Ｔａにおいて１００周期分の微小振動用波形信号を印加した場合、表３は２００周期分の微小振動用波形信号を印加した場合を示す。各表において「第１」「第２」「第３」は、第１〜第３のモードのそれぞれで微振動制御を実行した場合を示す。「○」は画像に乱れが生じていないことを示しており、「△」は画像に乱れがあるが、実用の範囲内であることを示しており、「×」は実用に向かないほど画像に乱れがあることを示している。

以上の構成を有する本実施形態によって、以下の効果が奏される。上記のとおり、微振動制御における駆動波形信号の印加タイミングが、クロストークの影響が大きく且つメニスカスの振幅が大きくなるようなディレイ時間を取るように決定されている。これによって、全体として少ないパルス数の駆動波形信号でも、ノズル近傍の液滴の乾燥を防止することが可能となる。また、駆動波形信号が印加された複数の圧力室間に挟まれた圧力室に対しては駆動波形信号を印加しなくても、ノズル内のインクに振動を与え、乾燥防止効果を得ることが可能となるので、パルス数をより一層少なくすることができる。その結果、パルス数が少なくなることで、アクチュエータユニット３１や駆動回路４９の発熱が小さくなり、消費されるエネルギーも抑えられる。

また、本実施形態においては、印刷制御における駆動波形信号の印加タイミングが、クロストークの影響が比較的小さいものに設定されている。例えば、図１０においてクロストークの影響が比較的小さい０．８０〜１．８マイクロ秒の領域に設定されている。これによって、印刷制御の際にクロストークの影響でインク滴の噴射速度が低下したり、クロストークの影響でノズル１５間に噴射速度のばらつきが生じたりすることが抑制される。したがって、印刷制御の際にクロストークによってインク滴の噴射速度が変化して印刷品質が低下することが抑制される。

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において様々な変更が可能なものである。

＜変形例＞
前記第１のモードにおいて、１つおきの圧力室と、残りの１つおきの圧力室とに交互に同様の微振動制御を行うようにしてもよい。また、第２のモードにおいて、圧力室列３６Ｂｋ及び３６Ｃと、残りの圧力室列３６Ｙ及び３６Ｍとに交互に同様の微振動制御を行うようにしてもよい。この場合、表１のｔ５及びｔ７も使用される。また、第３のモードにおいて、圧力室を４以上の群に分け、そのうち２群以上ずつに対して交互に同様の微振動制御を行うようにしてもよい。このようにすると、１つのメニスカスに２つの微振動制御による振動が交互に印加され、効率よく乾燥防止を達成できる。
さらに、第１のモードは、２つおき、あるいは３つおきなど所定数おきの圧力室に対して、また、第２のモードはさらに多数列の圧力室列を設けて全列数よりも少ない複数列に対して、また、第３のモードはさらに圧力室を多数群に分けて全群数よりも少ない複数群に対して、それぞれ微振動制御を行うこともできる。

また、上述の実施形態においては、記録ヘッド３０がキャリッジ９と共に移動する方式が採用されている。しかし、固定式のインクジェットヘッドが採用されたものであってもよい。また、上述の実施形態では圧電方式が採用されているが、サーマル方式など、他の方式が採用されたインクジェットヘッドであってもよい。さらに、インクジェットプリンタとは異なり、インク以外の液体、例えば液晶表示装置のカラーフィルタを製作するために着色液を塗布する装置など、各種の液体を噴射する装置に本発明が適用されてもよい。

なお、上述の実施形態における駆動波形信号の印加タイミングの決定方法はあくまで一例である。印刷制御や微振動制御が実行される場合には、駆動波形信号が印加される個別電極３３と印加されない個別電極３３との分布状況は種々に変化する。したがって、印加タイミングの決定に当たっては、種々の分布状況に対応する種々の測定状況で噴射速度が測定されることが好ましい。

また、上述の実施形態においては、１つの微小振動用波形５２に２つの駆動パルス５２ａが含まれている。しかし、１つの微小振動用波形５２に１つ、又は３つ以上の駆動パルス５２ａが含まれていてもよい。

本発明の一実施形態であるインクジェットプリンタの内部構成を示す平面図である。 図１の記録ヘッドの下面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った記録ヘッドの縦断面図である。 図１のインクジェットプリンタの電気的構成を示すブロック図である。 図４の駆動回路の構成を示すブロック図である。 図４の駆動回路に供給される駆動波形信号の波形の一例を示す図である。 図３の個別電極に２印字周期に亘って印加される印刷用波形の一例を示す図である。 図３の個別電極に２印字周期に亘って印加される微振動用波形の一例を示す図である。 微振動制御において個別電極に駆動波形信号が印加される印加タイミングを決定する印加タイミング決定方法の一連のステップを示すフローチャートである。 図９の印加タイミング決定方法の一実施例において測定されたインク噴射速度と印加タイミングのディレイ時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ（プリンタ）
１５ ノズル
１６ 圧力室
３０ 記録ヘッド
３１ アクチュエータユニット
３５（３５Ｃ，３５Ｍ，３５Ｙ，３５Ｂｋ） ノズル列
３６（３６Ｃ，３６Ｍ，３６Ｙ，３６Ｂｋ） 圧力室列
４９ 駆動回路
５１ 印刷用波形
５２ 微小振動用波形
５１ａ，５１ｂ，５２ａ 駆動パルス
１００ 制御部

Claims (7)

1. 複数のノズルとこれら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室とを有する流路ユニットと、
   前記複数の圧力室の容積をそれぞれ変化させることにより、前記複数の圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアクチュエータと、
   前記複数のアクチュエータのそれぞれに対して前記ノズルから液滴を噴射させるための噴射駆動パルスを印加する駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記駆動手段に、前記ノズルから液滴を噴射させない程度に前記ノズル内の液体のメニスカスを微振動させるための微振動駆動パルスを、前記アクチュエータに対して印加させる微振動制御手段を有し、
   互いに離れて位置する複数の前記アクチュエータに対してそれぞれ前記微振動駆動パルスを、単独で印加したときよりも前記メニスカスに生じる圧力変動が大きくなるタイミングで印加することを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記複数のアクチュエータの全部よりも少ない複数の前記微振動駆動パルスを印加させることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記複数の圧力室が、所定方向に沿って延びる１圧力室列を構成しており、
   前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記所定方向に関して所定数おきに配置された前記圧力室に対応する前記アクチュエータに前記微振動駆動パルスを印加させることを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記複数の圧力室が、所定方向に沿って互いに平行に延びる複数の圧力室列を構成しており、
   前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記全部の圧力室列数よりも少ない複数の前記圧力室列に対応する前記アクチュエータに前記微振動駆動パルスを印加させることを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
5. 前記複数の圧力室はその圧力室の列方向に複数の圧力室群に区分され、
   前記微振動制御手段は、前記駆動手段に、前記一部の圧力室群に対応する前記アクチュエータごとに前記微振動駆動パルスを印加させることを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
6. 前記微振動制御手段は、
   第１の前記アクチュエータのメニスカスに生じる圧力変動が前記第１のアクチュエータに対して単独で前記微振動駆動パルスを印加したときよりも大きくなるように、前記駆動手段に、第２の前記アクチュエータに対して前記微振動駆動パルスを印加させると共に、前記第２のアクチュエータに対して前記微振動駆動パルスを印加してから１印字周期より短い所定の時間が経過した後に前記第１のアクチュエータに対して前記微振動駆動パルスを印加させることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
7. 第１の前記アクチュエータに前記噴射駆動パルスを印加すると共に、前記第１のアクチュエータに前記噴射駆動パルスを印加してから１印字周期より短い所定の時間が経過した後に第２の前記アクチュエータに前記噴射駆動パルスを印加したときと、前記第２のアクチュエータに単独で前記噴射駆動パルスを印加したときとの間における、前記第２のアクチュエータのメニスカスに生じる圧力変動の差の絶対値が、前記所定の時間がゼロであるときよりも前記所定の時間がゼロでないｔであるときの方が小さい場合に、
   前記制御手段は、
   前記駆動手段に、前記第１のアクチュエータに対して前記噴射駆動パルスを印加させると共に、前記第１のアクチュエータに対して前記噴射駆動パルスを印加してからｔの時間が経過した後に前記第２のアクチュエータに対して前記噴射駆動パルスを印加させることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。

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