JP5035069B2 - 液体噴射駆動装置並びにこれを具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドを駆動する液体噴射駆動装置並びにこれを具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

インクジェット式プリンタやプロッタ等のインクジェット式記録装置は、インクカートリッジやインクタンク等のインク貯留手段に貯留されたインクを、インク滴として吐出可能なインクジェット式記録ヘッドを有する。

ここで、インクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室と、複数の圧力発生室に連通する共通の液体室であるリザーバと、圧力発生室に圧力変化を生じさせてノズル開口から液滴を吐出させる圧力発生手段とを具備する。そして、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧力発生手段としては、例えば、縦振動型の圧電素子、撓み振動型の圧電素子、静電気力を用いたもの、発熱素子を用いたものなどが挙げられる。

このようなインクジェット式記録ヘッドに液滴の吐出を行わせる場合、温度の変化に基づいて液滴の粘度が異なることにより、吐出される液滴の吐出速度や重量が変化するなど吐出特性が変化するという問題がある。また、液滴の溶媒が蒸発して粘度が大きく変化して同様に吐出特性が変化するという問題がある。さらに、液滴吐出の目的によっては非常に高粘度の液体を吐出させなければならないが、このような場合にも通常の場合と同様な吐出特性が求められる。

このため、温度検出センサを設けて温度変化に応じてインクジェットヘッドの駆動波形を微調整し、インク滴重量を安定して吐出させる技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術は、温度上昇に基づいて粘度が低下した分だけ、駆動電圧を低下させるように調整するものである。

また、粘度測定手段を設けて粘度の測定結果に基づいて駆動電圧波形を決定する技術が提案されている（特許文献２参照）。この技術は、粘度が高いほど、駆動波形の吐出のための収縮要素である負勾配部の幅を調整して吐出速度を所定の値にするものであり、インク粘度が低いほど、幅を大きくして吐出速度が増大するのを防止するものである。なお、この技術では、溶媒蒸発による粘度上昇を問題としているので、粘度上昇した場合に、乾燥後の重量が一定となるように、駆動電圧を低下させて吐出量を低下させる制御も行うものである。

特開平７−１４８２４０号公報 特開２００６−２９７１７６号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、粘度変化に応じて駆動波形を調整しているが、特に高粘度、例えば、１０ｍＰａ・ｓ以上という高粘度の液体を吐出する場合に、吐出特性が維持できず、また、高周波数印刷が困難になるという問題がある。また、高粘度の液体を吐出するヘッドを開発する場合において、高粘度専用ヘッドではなく、低粘度から高粘度まで幅広い液体を安定して吐出できる液体吐出ヘッドが望まれる。

なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、低粘度から高粘度までの液体を吐出する場合において安定して液体を吐出できる液体噴射駆動装置並びにこれを具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドを駆動する液体噴射駆動装置であって、前記圧力発生室を膨張させる吐出用膨張要素と、当該圧力発生室の膨張状態を保持する吐出用ホールド要素と、前記ノズル開口から前記液滴を吐出するために前記圧力発生室を収縮させる吐出用収縮要素とをこの順序で含む吐出パルスを含んだ一連の駆動信号を前記圧力発生手段に供給する駆動手段と、吐出する液体の粘度情報を取得する粘度情報取得手段とを具備し、前記駆動手段は、前記吐出用収縮要素の電位差である駆動電圧幅が異なると共に前記吐出用膨張要素の電圧変化率が異なる複数の吐出パルスを供給可能であり、前記粘度情報取得手段が取得した粘度情報に応じて、前記粘度情報が相対的に高い場合ほど、前記駆動電圧幅が相対的に小さく前記電圧変化率が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、前記粘度情報が相対的に低い場合ほど、前記駆動電圧幅が相対的に大きく前記電圧変化率が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給することを特徴とする液体噴射駆動装置にある。
かかる態様では、液体の粘度が相対的に高い場合ほど、駆動電圧幅が相対的に小さく吐出用膨張要素の電圧変化率が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、粘度が相対的に低い場合ほど、駆動電圧幅が相対的に大きく吐出用膨張要素の電圧変化率が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給するようにし、高粘度から低粘度まで安定して吐出することができる。

ここで、前記駆動手段は、前記吐出用膨張要素の電位差である膨張電圧幅が異なる複数の吐出パルスを供給可能であり、前記粘度情報取得手段が取得した粘度情報に応じて、前記粘度情報が相対的に高い場合ほど、前記膨張電圧幅が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、前記粘度情報が相対的に低い場合ほど、前記膨張電圧幅が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給するのが好ましい。これによれば、粘度が相対的に高い場合ほど、膨張電圧幅が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、粘度情報が相対的に低い場合ほど、膨張電圧幅が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給するようにして、高粘度から低粘度までより安定して吐出することができる。

また、前記複数の吐出パルスのそれぞれは、前記吐出用膨張要素の電位差である膨張電圧幅が、前記駆動電圧幅の３０％以上であるのが好ましい。これによれば、いわゆる引き打ちの駆動波形において高粘度から低粘度まで安定した吐出を可能となる。

また、前記粘度情報は、吐出される液体の種類に基づいたものであるのが好ましい。これによれば、吐出させる液体が高粘度でも低粘度でも、その粘度に応じた駆動信号で駆動させることができる。

また、前記粘度情報は、環境温度又は吐出される液体の温度に基づいたものであるのが好ましい。これによれば、温度変化に基づいた粘度の変化に応じて、適切な駆動信号で駆動させることができる。

さらに、他の態様では、上記態様の液体噴射駆動装置と、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、液体の粘度が相対的に高い場合ほど、駆動電圧幅が相対的に小さく吐出用膨張要素の電圧変化率が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、粘度が相対的に低い場合ほど、駆動電圧幅が相対的に大きく吐出用膨張要素の電圧変化率が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給するようにし、高粘度から低粘度まで安定して吐出することができる液体噴射ヘッドとすることができる。

また、さらに他の態様では、上記液体噴射駆動装置と、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドとを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、液体の粘度が相対的に高い場合ほど、駆動電圧幅が相対的に小さく吐出用膨張要素の電圧変化率が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、粘度が相対的に低い場合ほど、駆動電圧幅が相対的に大きく吐出用膨張要素の電圧変化率が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給するようにし、高粘度から低粘度まで安定して吐出することができる液体噴射装置とすることができる。

ここで、上記液体噴射装置において、前記液体噴射ヘッドに、常温での粘度が６ｍＰａ・ｓ〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にある液体を供給する供給手段を具備するのが好ましい。これによれば、常温での粘度が６ｍＰａ・ｓ〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にある液体を用いても安定した吐出を行うことができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略斜視図である。

本実施形態の液体噴射装置は、例えば、インクジェット式記録装置であり、図１に示すように、詳しくは後述するインクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インクジェット式記録ヘッドにインクを供給する供給手段を構成するインクカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

また、キャリッジ軸５の一端部近傍には、駆動モータ６が設けられており、駆動モータ６の軸の先端部には外周に溝を有する第１のプーリ６ａが設けられている。さらに、キャリッジ軸５の他端部近傍には、駆動モータ６の第１のプーリ６ａに対応する第２のプーリ６ｂが回転自在に設けられており、これら第１のプーリ６ａと第２のプーリ６ｂとの間には環状でゴム等の弾性部材からなるタイミングベルト７が掛けられている。

そして、駆動モータ６の駆動力がタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

ここで、上述のようなインクジェット式記録装置Ｉに搭載されるインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの一例を示す断面図である。

図２に示すインクジェット式記録ヘッド１０は、縦振動型の圧電素子を有するタイプであり、流路基板１１には、複数の圧力発生室１２が並設され、流路基板１１の両側は、各圧力発生室１２に対応してノズル開口１３を有するノズルプレート１４と、振動板１５とにより封止されている。また、流路基板１１には、各圧力発生室１２毎にそれぞれインク供給口１６を介して連通されて複数の圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１７が形成されており、リザーバ１７には、図示しないインクカートリッジが接続される。

一方、振動板１５の圧力発生室１２とは反対側には、各圧力発生室１２に対応する領域にそれぞれ圧電素子１８の先端が当接されて設けられている。これらの圧電素子１８は、圧電材料１９と、電極形成材料２０及び２１とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層され、振動に寄与しない不活性領域が固定基板２２に固着されており、固定基板２２は、基台２３に固定されている。

このように構成されたインクジェット式記録ヘッド１０では、インクカートリッジに連通されるインク流路を介してリザーバ１７にインクが供給され、インク供給口１６を介して各圧力発生室１２に分配される。実際には、圧電素子１８に電圧を印加することにより圧電素子１８を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１８と共に変形されて（図中上方向に引き上げられて）圧力発生室１２の容積が広げられ、圧力発生室１２内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口１３に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧電素子１８の電極形成材料２０及び２１に印加していた電圧を解除すると、圧電素子１８が伸張されて元の状態に戻る。これにより、振動板１５も変位して元の状態に戻るため圧力発生室１２が収縮され、内部圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。すなわち、本実施形態では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として縦振動型の圧電素子１８が設けられている。

図３は、インクジェット式記録装置の制御構成を示すブロック図である。ここで、図３を参照して、本実施形態のインクジェット式記録装置の制御について説明する。本実施形態のインクジェット式記録装置は、図３に示すように、プリンタコントローラ１１１とプリントエンジン１１２とから概略構成されている。プリンタコントローラ１１１は、外部インターフェース１１３（以下、外部Ｉ／Ｆ１１３という）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ１１４と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ１１５と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部１１６と、クロック信号を発生する発振回路１１７と、粘度情報記憶部１１８、インクジェット式記録ヘッド１０へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路１１９と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン１１２に送信する内部インターフェース１２０（以下、内部Ｉ／Ｆ１２０という）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ１１３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、図示しないホストコンピュータ等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ１１３を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、ホストコンピュータ等に対して出力される。ＲＡＭ１１４は、受信バッファ１２１、中間バッファ１２２、出力バッファ１２３、及び、図示しないワークメモリとして機能する。そして、受信バッファ１２１は外部Ｉ／Ｆ１１３によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファ１２２は制御部１１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファ１２３はドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。

また、ＲＯＭ１１５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を記憶させてある。

制御部１１６は、受信バッファ１２１内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファ１２２に記憶させる。また、中間バッファ１２２から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ１１５に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御部１１６は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファ１２３に記憶させる。さらに、制御部１１６は、波形設定手段としても機能し、駆動信号発生回路１１９を制御することにより、この駆動信号発生回路１１９から発生される駆動信号の波形形状を設定する。かかる制御部１１６は、後述する駆動回路（図示なし）などと共に本発明の駆動手段を構成する。

また、粘度情報記憶部１１８は、プリンタに対する電源の供給が絶たれても記憶内容が保持可能な不揮発性の記憶素子が用いられる。例えば、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュＲＡＭ、或いは、バックアップ電源に接続されたＲＡＭ等によって構成される。本実施形態では、粘度情報記憶部１１８が粘度情報取得手段として機能し、詳細は後述するが、粘度情報記憶部１１８に、粘度の範囲との関係で、吐出パルスの波形情報、例えば、駆動電圧幅や吐出用膨張要素の電位差などに関する情報を記憶させている。また、使用されるインクの粘度が予め決定されている場合には、その粘度を記憶させておき、この粘度に応じて、使用する吐出パルスの形状を決定するようになっている。

そして、インクジェット式記録ヘッド１０の１行分に相当するドットパターンデータが得られたならば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ１２０を通じてインクジェット式記録ヘッド１０に出力される。また、出力バッファ１２３から１行分のドットパターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファ１２２から消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。

プリントエンジン１１２は、インクジェット式記録ヘッド１０と、紙送り機構１２４と、キャリッジ機構１２５とを含んで構成してある。紙送り機構１２４は、紙送りモータとプラテン８等から構成してあり、記録紙等の印刷記憶媒体をインクジェット式記録ヘッド１０の記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構１２４は、印刷記憶媒体を副走査方向に相対移動させる。

キャリッジ機構１２５は、インクジェット式記録ヘッド１０を搭載可能なキャリッジ３と、このキャリッジ３を主走査方向に沿って走行させるキャリッジ駆動部とから構成してあり、キャリッジ３を走行させることによりインクジェット式記録ヘッド１０を主走査方向に移動させる。なお、キャリッジ駆動部は、上述したように駆動モータ６及びタイミングベルト７等で構成されている。

インクジェット式記録ヘッド１０は、副走査方向に沿って多数のノズル開口１３を有し、ドットパターンデータ等によって規定されるタイミングで各ノズル開口１３から液滴を吐出する。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド１０の圧電素子１８には、図示しない外部配線を介して電気信号、例えば、後述する駆動信号（ＣＯＭ）や記録データ（ＳＩ）等が供給される。このように構成されるプリンタコントローラ１１１及びプリントエンジン１１２では、プリンタコントローラ１１１と、駆動信号発生回路１１９から出力された所定の駆動波形を有する駆動信号を選択的に圧電素子１８に入力するラッチ１３２、レベルシフタ１３３及びスイッチ１３４等を有する駆動回路（図示なし）とが圧電素子１８に所定の駆動信号を印加する駆動手段となる。

なお、これらのシフトレジスタ１３１、ラッチ１３２、レベルシフタ１３３、スイッチ１３４及び圧電素子１８は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッド１０の各ノズル開口１３毎に設けられており、これらのシフトレジスタ１３１、ラッチ１３２、レベルシフタ１３３及びスイッチ１３４は、駆動信号発生回路１１９が発生した吐出駆動信号や緩和駆動信号から駆動パルスを生成する。ここで、駆動パルスとは実際に圧電素子１８に印加される印加パルスのことである。

このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、最初に発振回路１１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、ドットパターンデータを構成する記録データ（ＳＩ）が出力バッファ１２３からシフトレジスタ１３１へシリアル伝送され、順次セットされる。この場合、まず、全ノズル開口２１の印字データにおける最上位ビットのデータがシリアル伝送され、この最上位ビットのデータシリアル伝送が終了したならば、上位から２番目のビットのデータがシリアル伝送される。以下同様に、下位ビットのデータが順次シリアル伝送される。

そして、当該ビットの記録データが全ノズル分が各シフトレジスタ１３１にセットされたならば、制御部１１６は、所定のタイミングでラッチ１３２へラッチ信号（ＬＡＴ）を出力させる。このラッチ信号により、ラッチ１３２は、シフトレジスタ１３１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ１３２がラッチした記録データ（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフタ１３３に印加される。このレベルシフタ１３３は、記録データが例えば「１」の場合に、スイッチ１３４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルトまでこの記録データを昇圧する。そして、この昇圧された記録データは各スイッチ１３４に印加され、各スイッチ１３４は、当該記録データにより接続状態になる。

そして、各スイッチ１３４には、駆動信号発生回路１１９が発生した駆動信号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ１３４が選択的に接続状態になると、このスイッチ１３４に接続された圧電素子１８に選択的に駆動信号が印加される。このように、例示したインクジェット式記録ヘッド１０では、記録データによって圧電素子１８に吐出駆動信号を印加するか否かを制御することができる。例えば、記録データが「１」の期間においてはラッチ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ１３４が接続状態となるので、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子１８に供給することができ、この供給された駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）により圧電素子１８が変位（変形）する。また、記録データが「０」の期間においてはスイッチ１３４が非接続状態となるので、圧電素子１８への駆動信号の供給は遮断される。この記録データが「０」の期間において、各圧電素子１８は直前の電位を保持するので、直前の変位状態が維持される。

なお、上記の圧電素子１８は、上述のように縦振動型の圧電素子１８である。この縦振動型の圧電素子１８を用いると、充電により圧電素子１８が縦方向に縮んで圧力発生室１２を膨張させ、放電により圧電素子１８が縦方向に伸長して圧力発生室１２を収縮させる。このようなインクジェット式記録ヘッド１０では、圧電素子１８に対する充放電に伴って対応する圧力発生室１２の容積が変化するので、圧力発生室１２の圧力変動を利用してノズル開口１３から液滴を吐出させることができる。

ここで、圧電素子１８に入力される本実施形態の駆動信号（ＣＯＭ）を表す駆動波形について説明する。なお、図４は、本実施形態の駆動信号を示す駆動波形である。

圧電素子１８に入力される駆動波形は、共通電極を基準電位（本実施形態では０Ｖ）として、個別電極に印加されるものである。駆動波形は、図４に示す波形は基本形状であり、中間電位Ｖｍを維持した状態から第１電位Ｖａまで上昇させる吐出用膨張要素である第１膨張要素Ｐ０１と、第１電位Ｖａを一定時間維持する吐出用ホールド要素である第１ホールド要素Ｐ０２と、第１電位Ｖａから第２電位Ｖｂまで降下させる吐出用収縮要素である第１収縮要素Ｐ０３と、第２電位Ｖｂを一定時間維持する制振ホールド要素である第２ホールド要素Ｐ０４と、第２電位Ｖｂから中間電位Ｖｍまで電位を上昇させる制振膨張要素である第２膨張要素Ｐ０５とで構成されている。

そして、このような駆動波形が圧電素子１８に供給されると、第１膨張要素Ｐ０１によって、圧電素子１８が圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変形して、ノズル開口１３内のメニスカスが圧力発生室１２側に引き込まれると共に、圧力発生室１２にはリザーバ１７側からインクが供給される。そして、圧力発生室１２の膨張状態は、第１ホールド要素Ｐ０２で維持される。次に、第１収縮要素Ｐ０３が供給されて圧電素子１８が伸長する。これにより、圧力発生室１２は膨張容積から第２電位Ｖｂに対応する収縮容積まで急激に収縮され、圧力発生室１２内のインクが加圧される。この加圧によってメニスカスは、吐出方向に急速に移動する。続いて、第２ホールド要素Ｐ０４が供給され、圧力発生室１２はこの第２ホールド要素Ｐ０４の供給期間中に亘って収縮状態に維持される。その間メニスカスは、慣性力によって第１収縮要素Ｐ０３の供給後も吐出側に移動し続ける。その結果、柱状となったメニスカスの先端部分がちぎれ、インク滴となって吐出する。また、先端部分がちぎれた反動により、残った部分は圧力発生室１２側へ急速に移動する。その後は、第２膨張要素Ｐ０５の供給によって圧力発生室１２が定常容積まで膨張復帰する。この第２膨張要素Ｐ０５は、圧力発生室１２側に引き込まれたメニスカスが反転して吐出側に移動するタイミングで供給されるので、メニスカスの吐出側への移動力を吸収するように作用する。その結果、メニスカスの振動が短時間で収束される。

本実施形態では、このような吐出パルスにおいて、第１電位Ｖａと第２電位Ｖｂとの電位差である駆動電圧幅ＶＨａと、第１膨張要素Ｐ０１の電位差、すなわち、中間電位Ｖｍと第１電位Ｖａとの電位差である膨張電圧幅ＶＨｂと、第１膨張要素Ｐ０１の傾きに相当する電圧変化率とを、粘度の応じて変化させた複数の吐出パルスを用意し、吐出する液滴の粘度に応じて複数の吐出パルスを打ち分けるようにする。

ここで、複数の吐出パルスを打ち分けるとは、使用するインクの粘度に応じて使用する吐出パルスを決定して供給するか、又は使用するインクの粘度に応じて吐出パルスを複数決定し、さらに、環境温度に依存した粘度変化に応じて決定した複数の吐出パルスの中から適正な吐出パルスを供給するようにするものである。

例えば、上述したようにインクジェット式記録ヘッド１０で使用されるインクが決定されている場合には、出荷前の検査工程において粘度情報記憶部１１８に粘度情報又は使用する吐出パルスの範囲を記憶させておき、制御部１１６がこれを取得して所定の吐出パルスを生成させることにより実行される。また、使用されるインクの粘度が事前にわからない場合には、使用されるインクの粘度を測定する粘度測定手段を搭載しておけば、この粘度測定手段が粘度情報取得手段の一部となって、この粘度情報に応じて粘度情報記憶部１１８に格納されている粘度に応じて最適な吐出パルスを制御部１１６決定し、これに応じて所定の吐出パルスを生成させることができる。

一方、環境温度に応じて変化した粘度情報に基づいて吐出パルスを変更する制御は、温度検出手段又は粘度検出手段により実際のインク粘度を測定し、これに応じて吐出パルスを変更することにより実行される。このような吐出パルスを動的に変更する場合には、ＣＯＭに複数の吐出パルスを含ませて、粘度に応じて何れかを選択して供給するようにするか、複数のＣＯＭを形成して粘度に応じて何れかを使用するようにしればよく、制御の方法は特に限定されない。

図５には、吐出パルスの一例を示す。図５（ａ）は相対的に高粘度用の吐出パルスであり、図５（ｂ）は相対的に低粘度用の吐出パルスである。なお、ここで、相対的に高粘度、相対的に低粘度とは、両者の比較において粘度を表現しているものであり、相対的に低粘度が、一般的には高粘度といわれる、例えば、１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度を指すこともある。例えば、相対的に高粘度が室温のインク粘度であり、相対的に低粘度が高温状態で粘度が低下したインク粘度を示す場合もあり、また、相対的に高粘度が、例えば、粘度が２０ｍＰａ・ｓ以上の高粘度をいい、相対的に低粘度が、例えば、１０ｍＰａ・ｓ程度（一般的には高粘度といわれる）の粘度を指す場合もある。

高粘度用の吐出パルスは、図４に示した吐出パルス同様に、中間電位Ｖｍを維持した状態から第１電位Ｖａ１まで上昇させる吐出用膨張要素である第１膨張要素Ｐ１Ａと、第１電位Ｖａ１を一定時間維持する吐出用ホールド要素である第１ホールド要素Ｐ２Ａと、第１電位Ｖａ１から第２電位Ｖｂ１まで降下させる吐出用収縮要素である第１収縮要素Ｐ３Ａと、第２電位Ｖｂ１を一定時間維持する制振ホールド要素である第２ホールド要素Ｐ４Ａと、第２電位Ｖｂ１から中間電位Ｖｍまで電位を上昇させる制振膨張要素である第２膨張要素Ｐ５Ａとで構成されている。駆動電圧幅はＶＨａ１であり、膨張電圧幅はＶＨｂ１である。

一方、低粘度用の吐出パルスも同様に、中間電位Ｖｍを維持した状態から第１電位Ｖａ１より高い第１電位Ｖａ２まで上昇させる吐出用膨張要素である第１膨張要素Ｐ１Ｂと、第１電位Ｖａ２を一定時間維持する吐出用ホールド要素である第１ホールド要素Ｐ２Ｂと、第１電位Ｖａ２から第２電位Ｖｂ１まで降下させる吐出用収縮要素である第１収縮要素Ｐ３Ｂと、第２電位Ｖｂ１を一定時間維持する制振ホールド要素である第２ホールド要素Ｐ４Ｂと、第２電位Ｖｂ１から中間電位Ｖｍまで電位を上昇させる制振膨張要素である第２膨張要素Ｐ５Ｂとで構成されている。

ここで、両者の違いは、低粘度用の吐出パルスにおいては、第１膨張要素Ｐ１Ｂにより、高粘度の第１電位Ｖａ１より高いＶａ２まで電位を上昇させることにより、高粘度用のの駆動電圧幅ＶＨａ１及び膨張電圧幅ＶＨｂ１より大きな駆動電圧幅ＶＨａ２及び膨張電圧幅ＶＨｂ２とし、且つ膨張要素Ｐ１Ｂの傾きを高粘度より小さくして圧力発生室１２を高粘度の場合よりゆっくりと膨張させるようにしている。

この場合、高粘度用の吐出パルスで適正な吐出が実現できるようにヘッドの設計がされているものとすると、低粘度では流路抵抗が小さくなり、高周波吐出を行った際に流路抵抗の制振動作が効きにくくなるが、図５（ｂ）の波形のように、高粘度よりもゆっくりと且つ高電圧を印加するようにすることにより、このような不具合を防止するようにしている。

図６は、低粘度用の吐出パルスの他の例を示し、高粘度用の吐出パルスを比較のために示してある。

この低粘度用の吐出パルスは、中間電位を図５（ｂ）よりもさらに上昇させ、中間電位Ｖｍ１から第１電位Ｖａ１より高い第１電位Ｖａ２まで上昇させる吐出用膨張要素である第１膨張要素Ｐ１Ｃと、第１電位Ｖａ２を一定時間維持する吐出用ホールド要素である第１ホールド要素Ｐ２Ｃと、第１電位Ｖａ２から第２電位Ｖｂ１まで降下させる吐出用収縮要素である第１収縮要素Ｐ３Ｃと、第２電位Ｖｂ１を一定時間維持する制振ホールド要素である第２ホールド要素Ｐ４Ｃと、第２電位Ｖｂ１から中間電位Ｖｍまで電位を上昇させる制振膨張要素である第２膨張要素Ｐ５Ｃとで構成されている。

この場合、図５（ｂ）と比較すると、第１膨張要素Ｐ１Ｃの傾きと駆動電圧幅ＶＨａ２は図５と変わらないが、膨張電圧幅が図５（ｂ）のＶＨｂ１より小さな膨張電圧幅ＶＨｂ２となっている。これによると、膨張電圧幅を小さくして第１膨張要素Ｐ１Ｃの時間を第１膨張要素Ｐ１Ｂより短くし、全体の駆動波形の時間を短縮してより高周波駆動に適したものとしている。

図７は、低粘度用の吐出パルスの他の例を示し、高粘度用の吐出パルスを比較のために示してある。

この低粘度用の吐出パルスは、中間電位を図６の場合よりさらに上昇させ、中間電位Ｖｍ２から第１電位Ｖａ１より高い第１電位Ｖａ２まで上昇させる吐出用膨張要素である第１膨張要素Ｐ１Ｄと、第１電位Ｖａ２を一定時間維持する吐出用ホールド要素である第１ホールド要素Ｐ２Ｄと、第１電位Ｖａ２から第２電位Ｖｂ２まで降下させる吐出用収縮要素である第１収縮要素Ｐ３Ｄと、第２電位Ｖｂ２を一定時間維持する制振ホールド要素である第２ホールド要素Ｐ４Ｄと、第２電位Ｖｂ２から中間電位Ｖｍ２まで電位を上昇させる制振膨張要素である第２膨張要素Ｐ５Ｄとで構成されている。

この場合、図６と比較すると、第２電位Ｖｂ２を下げることにより、駆動電圧幅ＶＨａ２がより大きな駆動電圧幅ＶＨａ３となり、膨張電圧幅がＶＨｂ２より小さな膨張電圧幅ＶＨｂ３となっている。これによると、膨張電圧幅を小さくして第１膨張要素Ｐ１Ｃの時間を第１膨張要素Ｐ１Ｂより短くし、全体の駆動波形の時間を短縮してより高周波駆動に適したものとし且つ駆動電圧幅を上昇させて吐出安定性を向上させている。

なお、図６及び図７において、低粘度用の吐出パルスとして中間電位を上昇させて膨張電圧幅を小さくした駆動波形を例示したが、本発明の制御は圧力発生室１２を膨張させ、その後、収縮させる吐出方式の場合に適用できるものであり、最初の膨張要素は必須である。また、かかる膨張要素は、吐出用膨張要素の電位差である膨張電圧幅が、駆動電圧幅の３０％以上、好ましくは５０％以上であることが好ましく、これより膨張電圧幅が小さい場合には、膨張要素が実質的にないものと同様となる。

（実施例１）
上述したインクジェット式記録ヘッド１０を実施形態１図５（ａ）及び（ｂ）の駆動波形（駆動信号）で駆動した。図５（ａ）の波形は常温で粘度が２０ｍＰａ・ｓのインクを吐出させた場合に使用し、図５（ｂ）の波形は、高温で粘度が１０ｍＰａ・ｓとなったインクを吐出させた場合に使用した。

（比較例１）
実施例１と同じインクジェット式記録ヘッド１０を図８に示す駆動波形で駆動し、高温で粘度が１０ｍＰａ・ｓのインクを吐出させた。

なお、図８に示す比較例１の駆動波形は、図５（ａ）の高粘度用の吐出パルスよりも、駆動電圧幅及び膨張電圧幅を小さくしたものである。すなわち、第１膨張要素Ｐ１ａ、第１ホールド要素Ｐ２ａ、第１収縮要素Ｐ３ａを有し、第２ホールド要素Ｐ４ａ、第２膨張要素Ｐ５ａを具備するものであり、従来技術のように高粘度ほど駆動電圧を上昇させ、低粘度ほど駆動電圧を低下させるという制御に沿ったものである。

そして、実施例１の低粘度（高温時）の場合と、比較例１との吐出されたインク滴の状態を撮影した。この結果を図９に示す。なお、図９（ａ）は、比較例１のインク滴の状態を撮影した画像であり、図９（ｂ）は、実施例１のインク滴の状態を撮影した画像である。

図９（ａ）に示すように、比較例１の吐出されたインク滴では左右に曲がって吐出方向がばらついた状態が観察されるが、図９（ｂ）の場合は非常に安定した吐出が観察された。

このような結果からも分かるように、本発明の駆動信号を用いることで、高粘度と低粘度を打ち分けることができ、且つ高粘度及び低粘度においても高周波吐出が安定して実現できることがわかった。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、高粘度用、低粘度用の二種類の吐出パルスを打ち分けるものとして説明したが、膨張電圧幅及び吐出用膨張要素の電圧変化率を変化させた複数種の吐出パルスを用いて粘度範囲に応じて打ち分けるようにすることができる。また、基本的な吐出パルスを例にして説明したが、上述した制振要素を他の制振要素としてもよいことは言うまでもない。また、例えば、上述した駆動信号にインクが吐出しない程度に圧電素子１８を微振動させる微振動パルスを設けるようにしてもよい。なお、微振動パルスとしては、台形状の波形形状を有する台形パルスを用いることができる。

また、上述した実施形態では、圧力発生手段として、縦振動型の圧電素子１８を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、下電極と圧電体層と上電極とを積層形成した撓み変形型の圧電素子を用いるようにしてもよい。ちなみに、縦振動型の圧電素子１８を用いると、充電により圧電素子１８が縦方向に縮んで圧力発生室１２を膨張させ、放電により圧電素子１８が縦方向に伸長して圧力発生室１２を収縮させる。これに対して、圧力発生手段として撓み変形型の圧電素子を用いた場合には、充電により圧電素子が圧力発生室１２側に変形して圧力発生室１２を収縮し、放電により圧電素子が圧力発生室１２とは反対側に変形して圧力発生室１２を膨張させる。このような圧電素子を駆動する駆動信号は、上述した駆動信号の電位極性が反転した形状となる。

また、圧力発生手段として、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口１３から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエータなどを使用してもよい。

また、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッド１０（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。勿論、このような液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置も特に限定されるものではない。

本発明の実施形態１に係る記録装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る駆動信号を示す波形図である。 本発明の実施形態１の他の例に係る駆動信号を示す波形図である。 本発明の実施形態１の他の例に係る駆動信号を示す波形図である。 本発明の実施形態１の他の例に係る駆動信号を示す波形図である。 本発明の比較例１に係る駆動信号を示す波形図である。 インク滴の吐出状態を撮影した画像である。

符号の説明

Ｉ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １２ 圧力発生室、 １３ ノズル開口、 １７ リザーバ、 １８ 圧電素子（圧力発生手段）、 ４０、１４０ インク滴、 ４１、１４１ 尾部、 １１１ プリンタコントローラ、 １１２ プリントエンジン、 １１６ 制御部、 １１８ 粘度情報記憶部、 １１９ 駆動信号発生回路、 １３１ シフトレジスタ、 １３２ ラッチ、 １３３ レベルシフタ、 １３４ スイッチ

Claims (8)

1. 液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドを駆動する液体噴射駆動装置であって、
   前記圧力発生室を膨張させる吐出用膨張要素と、当該圧力発生室の膨張状態を保持する吐出用ホールド要素と、前記ノズル開口から前記液体を吐出するために前記圧力発生室を収縮させる吐出用収縮要素とをこの順序で含む吐出パルスを含んだ一連の駆動信号を前記圧力発生手段に供給する駆動手段と、
   吐出する液体の粘度情報を取得する粘度情報取得手段とを具備し、
   前記駆動手段は、前記吐出用収縮要素の電位差である駆動電圧幅が異なると共に前記吐出用膨張要素の電圧変化率が異なる複数の吐出パルスを供給可能であり、前記粘度情報取得手段が取得した粘度情報に応じて、粘度が相対的に高い場合ほど、前記駆動電圧幅が相対的に小さく前記電圧変化率が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、粘度が相対的に低い場合ほど、前記駆動電圧幅が相対的に大きく前記電圧変化率が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給することを特徴とする液体噴射駆動装置。
2. 前記駆動手段は、前記吐出用膨張要素の電位差である膨張電圧幅が異なる複数の吐出パルスを供給可能であり、前記粘度情報取得手段が取得した粘度情報に応じて、粘度が相対的に高い場合ほど、前記膨張電圧幅が相対的に小さい吐出パルスを含む駆動信号を供給し、粘度が相対的に低い場合ほど、前記膨張電圧幅が相対的に大きい吐出パルスを含む駆動信号を供給することを特徴とする請求項１記載の液体噴射駆動装置。
3. 前記複数の吐出パルスのそれぞれは、前記吐出用膨張要素の電位差である膨張電圧幅が、前記駆動電圧幅の３０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射駆動装置。
4. 前記粘度情報は、吐出される液体の種類に基づいたものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射駆動装置。
5. 前記粘度情報は、環境温度又は吐出される液体の温度に基づいたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射駆動装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射駆動装置と、
   液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射駆動装置と、
   液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備する液体噴射ヘッドとを具備することを特徴とする液体噴射装置。
8. 請求項７に記載の液体噴射装置において、
   前記液体噴射ヘッドに、常温での粘度が６ｍＰａ・ｓ〜２０ｍＰａ・ｓの範囲にある液体を供給する供給手段を具備することを特徴とする液体噴射装置。