JP5347537B2 - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものであり、特に、駆動信号に含まれる駆動パルスを圧力発生素子に印加することにより液体の吐出を制御可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものである。

液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象物）に対して吐出・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。

上記プリンターは、吐出駆動パルスを圧力発生素子（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力発生室内の液体に圧力変化を与え、この圧力変化を利用して圧力発生室に連通したノズルから液体を吐出させるように構成されたものがある。例えば、特許文献１に開示されているプリンターでは、ノズルのメニスカスを圧力発生室側に最大限引き込む準備の膨張工程と、この状態を保持してインク滴の吐出のタイミングを図るホールド工程と、圧力発生室の収縮によってインク滴を吐出させる第１の収縮工程と、吐出動作の反動によるメニスカスの引き込みを低減する第２の収縮工程と、を含む駆動パルス（駆動波形）が用いられている。即ち、膨張工程でメニスカスを圧力発生室側に引き込んだ後、圧力発生室側を収縮させることにより、メニスカスの引き込みの反動を利用してインク滴を吐出させることができるようになっている。

特許第３４１２６８２号公報

ところで、上記した従来の駆動パルスのように、圧力発生室を単に膨張・収縮させてインクを吐出する構成では、従来家庭などで使用されていたインクジェットプリンターにおけるインク等の液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を用いたときに微小な液滴を吐出することが困難であった。

図８は、従来の駆動パルスによって高粘度液体を吐出する動作におけるノズルのメニスカスの動きを説明する模式図である。なお、図の上側が圧力発生室側、図の下側が吐出側である。図８（ａ）に示すように、膨張工程において急激に圧力発生室側に引き込むと、メニスカスは、ノズル内周面の影響を受け難い中央部ほどより速い速度で圧力発生室側に移動する一方、ノズル内周面に近いほどその粘性力が影響してノズル内周面に引っ張られて圧力変化に追従し難いため移動速度が遅くなる（以下、この部分を境界層と呼ぶ）。このため、従来の膨張工程ではメニスカス全体を大きく引き込むことができない。吐出されるインク滴を微小化するには、境界層を含めてメニスカス全体を大きく引き込み、その反動でメニスカス中央部を吐出側に押し出して、この中央部だけを切り離して吐出させる必要がある。しかしながら、メニスカス全体を大きく引き込めないと、中央部を押し出したときに、図８（ｂ）に示すように、境界層と一緒に押し出されてしまうため、その結果、吐出されるインク滴が大きくなってしまう。

また、図８（ｃ）に示すように、高粘度のインクでは、ノズルから吐出された際にインクの後端部が尾のように伸びる現象（尾曳）がより顕著になる傾向にある。そして、この尾の部分がインク滴本体から分離して飛翔し、着弾対象物において正規の位置（望ましい位置）に着弾しない虞があった。例えば、インクジェットプリンターでは、尾の部分がミストになって正規の位置からずれて着弾してドットが分離し、これにより、画質の劣化が生じるという問題があった。特に、高粘度液体では、尾の部分が幾つにも分離することにより、これらの複数に分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が画質を著しく低下させる原因となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高粘度液体を吐出する場合に液滴の微小化を図ると共にミスト等の発生を抑えてドットの分離を防止することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、
を備える液体吐出装置であって、
前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張要素と、当該第１の圧力発生室膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮要素と、当該圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に再度引き込む第２の圧力発生室膨張要素と、を含むパルス波形であり、
前記各圧力発生室膨張要素は、複数の異なる電位変化率を有し、
前記第１の圧力発生室膨張要素は、第１の変化率で電位が変化する第１急膨張要素と、当該第１急膨張要素よりも前で発生されて第１の変化率よりも小さい第２の変化率で電位が変化する第１緩膨張要素と、を少なくとも含み、
前記第２の圧力発生室膨張要素は、第３の変化率で電位が変化する第２急膨張要素と、該第２急膨張要素によって膨張された圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、当該膨張維持要素よりも後で発生されて第３の変化率よりも小さい第４の変化率で電位が変化する第２緩膨張要素と、を少なくとも含み、
前記膨張維持要素は、前記第２急膨張要素により圧力発生室が膨張された後、ノズル内周面側のメニスカスが圧力発生室側から吐出側に移動方向を反転するまで圧力発生室の膨張状態を維持することを特徴とする。
ここで、「電位変化率」とは、単位時間あたりの電位の変化量を意味する。

この構成によれば、第１急膨張要素の前に、より緩やかな電位変化の第１緩膨張要素を発生させることにより、吐出される液滴の微小化を図ることができる。即ち、第１緩膨張要素によってメニスカスを圧力発生室側に比較的緩やかに引き込むことにより、圧力変化に追従し難いノズル内周面側のメニスカスを、圧力変化に追従し易い中央部側のメニスカスに追従させることができる。その後、第１急膨張要素により急激にメニスカスを引き込んだ後、圧力発生室を膨張させてメニスカスの中央部を押し出すことにより、この中央部を微小な液滴として吐出させることができる。

また、第２急膨張要素によって比較的速い速度で圧力発生室を膨張させることで、圧力発生室収縮要素によって吐出側に盛り上がったメニスカス中央部（柱状部）の周囲が急激に引き込まれるので柱状部を小さくすることができる。その後、第２緩膨張要素により比較的遅い速度で圧力発生室を再度膨張させることにより、柱状部が過度に伸びることを抑制することができる。これにより、液滴の一層の微小化と尾曳の抑制に寄与することができる。

このように、本発明によれば、従来よりも高粘度の液体を用いる場合においても、液滴の微小化が可能となり、また、液滴の尾曳が抑えられるのでミスト等の発生が防止され、ドットの分離を抑制することができる。

また、本発明は、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に印加することによる吐出動作は、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮工程と、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張工程と、を含み、
前記各圧力発生室膨張工程は、膨張の過程で膨張速度が変化し、
前記第１の圧力発生室膨張工程において、前側の第１緩膨張工程の膨張速度が、後側の第１急膨張工程の膨張速度よりも遅く、
前記第２の圧力発生室膨張工程において、前側の第２急膨張工程の膨張速度が、後側の第２緩膨張工程の膨張速度よりも速く、
前記第２の圧力発生室膨張工程は、前記第２急膨張工程と前記第２緩膨張工程との間に、第２急膨張工程で膨張された圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する維持工程を含み、
該維持工程において、前記第２急膨張工程で圧力発生室が膨張された後、ノズル内周面側のメニスカスが圧力発生室側から吐出側に移動方向を反転するまで圧力発生室の膨張状態を維持することを特徴とする。

本発明によれば、第１の圧力発生室膨張工程では、最初は比較的遅い速度で圧力発生室を膨張させることで、メニスカスの境界層を中央部に追従させながら引き込むことができ、その後、比較的速い速度で圧力発生室を膨張させることで、メニスカス全体を大きく引き込むことができる。また、第２の圧力発生室膨張工程では、比較的速い速度で圧力発生室を膨張させることで、圧力発生室収縮工程において吐出側に盛り上がったメニスカス中央部（柱状部）の周囲が急激に引き込まれ、柱状部を小さくすることができ、その後、比較的遅い速度で圧力発生室を再度膨張させることにより、柱状部が過度に伸びることを抑制することができる。その結果、従来よりも高粘度の液体を用いる場合においても、液滴の微小化が可能となり、また、液滴の尾曳が抑えられるのでミスト等の発生が防止され、ドットの分離を抑制することができる。

プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 振動子ユニットの構成を説明する斜視図である。 吐出駆動パルスの構成を説明する波形図である。 （ａ）〜（ｃ）は、インク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、インク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す模式図である。 第２の実施形態における吐出駆動パルスの構成を説明する波形図である。 従来の吐出駆動パルスを用いてインク滴を吐出する際のメニスカスの動きを示す模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、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、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１はプリンターの電気的な構成を示すブロック図である。このプリンターは、プリンターコントローラー１とプリントエンジン２とで概略構成されている。プリンターコントローラー１は、ホストコンピューター等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３と、各種データ等を記憶するＲＡＭ４と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ５と、各部の制御を行う制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、記録ヘッド１０へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路８と、ドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド１０に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）９とを備えている。

制御部６は、各部の制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ３を通じて受信した印刷データを、ドットパターンデータに変換し、このドットパターンデータを内部Ｉ／Ｆ９を通じて記録ヘッド１０側に出力する。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、制御部６は、発振回路７からのクロック信号に基づいて記録ヘッド１０に対してラッチ信号やチャンネル信号等を供給する。これらのラッチ信号やチャンネル信号に含まれるラッチパルスやチャンネルパルスは、駆動信号を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

駆動信号発生回路８は、制御部６によって制御され、圧電振動子２０を駆動するための駆動信号を発生する。本実施形態における駆動信号発生回路８は、インク滴（液滴の一種）を吐出して記録紙（着弾対象物の一種）上にドットを形成するための吐出駆動パルスや、ノズル３７（図２参照）に露出したインク（液体の一種）の自由表面、即ち、メニスカスを微振動させてインクを攪拌するための微振動パルス等を一記録周期内に含む駆動信号ＣＯＭを発生するように構成されている。

次に、プリントエンジン２側の構成について説明する。プリントエンジン２は、記録ヘッド１０と、キャリッジ移動機構１２と、紙送り機構１３と、リニアエンコーダー１４とから構成されている。記録ヘッド１０は、シフトレジスター（ＳＲ）１５、ラッチ１６、デコーダー１７、レベルシフター（ＬＳ）１８、スイッチ１９、及び圧電振動子２０を備えている。プリンターコントローラー１からのドットパターンデータＳＩは、発振回路７からのクロック信号ＣＫに同期して、シフトレジスター１５にシリアル伝送される。このドットパターンデータは、２ビットのデータであり、例えば、非記録（微振動）、小ドット、中ドット、大ドットからなる４階調の記録階調（吐出階調）を表す階調情報によって構成されている。具体的には、非記録は階調情報「００」、小ドットは階調情報「０１」、中ドットが階調情報「１０」、大ドットが階調情報「１１」と表される。

シフトレジスター１５には、ラッチ１６が電気的に接続されており、プリンターコントローラー１からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ１６に入力されると、シフトレジスター１５のドットパターンデータをラッチする。このラッチ１６にラッチされたドットパターンデータは、デコーダー１７に入力される。このデコーダー１７は、２ビットのドットパターンデータを翻訳してパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスに各ビットを夫々対応させることで構成されている。そして、各ビットの内容、例えば、「０」，「１」に応じて圧電振動子２０に対する吐出駆動パルスの供給又は非供給が選択される。

そして、デコーダー１７は、ラッチ信号（ＬＡＴ）又はチャンネル信号（ＣＨ）の受信を契機にパルス選択データをレベルシフター１８に出力する。この場合、パルス選択データは、上位ビットから順にレベルシフター１８に入力される。このレベルシフター１８は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが「１」の場合、スイッチ１９を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。レベルシフター１８で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ１９に供給される。このスイッチ１９の入力側には、駆動信号発生回路８からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ１９の出力側には、圧電振動子２０が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ１９の作動、つまり、駆動信号中の駆動パルスの圧電振動子２０への供給を制御する。例えば、スイッチ１９に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ１９が接続状態になって、対応する吐出駆動パルスが圧電振動子２０に供給され、この吐出駆動パルスの波形に倣って圧電振動子２０の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフター１８からはスイッチ１９を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ１９は切断状態となり、圧電振動子２０へは吐出駆動パルスが供給されない。

このような動作を行うデコーダー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、制御部６、及び駆動信号発生回路８は、吐出制御手段として機能し、ドットパターンデータに基づき、駆動信号の中から必要な吐出駆動パルスを選択して圧電振動子２０に印加（供給）する。その結果、圧電振動子２０が伸張又は収縮し、この圧電振動子２０の伸縮に伴って圧力発生室３５（図２参照）が膨張又は収縮することにより、ドットパターンデータを構成する階調情報に応じた量のインク滴がノズルから吐出される。

図２は、上記記録ヘッド１０（液体噴射ヘッドの一種）の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド１０は、ケース２３と、このケース２３内に収納される振動子ユニット２４と、ケース２３の底面（先端面）に接合される流路ユニット２５等を備えている。上記のケース２３は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット２４を収納するための収納空部２６が形成されている。振動子ユニット２４は、圧力発生素子の一種として機能する圧電振動子２０と、この圧電振動子２０が接合される固定板２８と、圧電振動子２０に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル２９とを備えている。図３に示すように、圧電振動子２０は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット２５は、流路形成基板３０の一方の面にノズルプレート３１を、流路形成基板３０の他方の面に振動板３２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２５には、リザーバー３３（共通液体室）と、インク供給口３４と、圧力発生室３５と、ノズル連通口３６と、ノズル３７とを設けている。そして、インク供給口３４から圧力発生室３５及びノズル連通口３６を経てノズル３７に至る一連のインク流路が、各ノズル３７に対応して形成されている。

上記ノズルプレート３１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば３６０ｄｐｉ）で複数のノズル３７が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート３１には、ノズル３７を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば３６０個のノズル３７によって構成される。

上記振動板３２は、支持板３８の表面に弾性体膜３９を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板３８とし、この支持板３８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３９としてラミネートした複合板材を用いて振動板３２を作製している。この振動板３２には、圧力発生室３５の容積を変化させるダイヤフラム部４０が設けられている。また、この振動板３２には、リザーバー３３の一部を封止するコンプライアンス部４１が設けられている。

上記のダイヤフラム部４０は、エッチング加工等によって支持板３８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４０は、圧電振動子２０の自由端部の先端面が接合される島部４２と、この島部４２を囲う薄肉弾性部４３とからなる。上記のコンプライアンス部４１は、リザーバー３３の開口面に対向する領域の支持板３８を、ダイヤフラム部４０と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー３３に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部４２には圧電振動子２０の先端面が接合されているので、この圧電振動子２０の自由端部を伸縮させることで圧力発生室３５の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力発生室３５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１０は、この圧力変動を利用してノズル３７からインク滴を吐出させるようになっている。

図４は、上記構成の駆動信号発生回路８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる吐出駆動パルスＤＰの構成を説明する波形図である。例示した吐出駆動パルスＤＰは、本実施形態におけるプリンターにおいて吐出可能なインク滴のうち最もサイズの小さいインク滴を吐出するための吐出駆動パルス（小ドット吐出駆動パルス）である。この吐出駆動パルスＤＰは、基準電位ＶＬから第１膨張電位ＶＨ１まで電位を上昇させて圧力発生室３５を基準容積から最大膨張容積まで膨張させる第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、圧力発生室３５の膨張状態を一定時間維持する第１膨張電位ＶＨ１で一定な第１ホールド要素ｐ２と、第１膨張電位ＶＨ１から収縮電位ＶＬ２まで一定勾配で電位を降下させて圧力発生室３５を収縮させる第１収縮要素ｐ３（圧力発生室収縮要素）と、圧力発生室３５の収縮状態を維持する収縮電位ＶＬ２で一定な第２ホールド要素ｐ４と、収縮電位ＶＬ２から第２膨張電位ＶＨ２まで電位を上昇させて圧力発生室３５を膨張させる第２の圧力発生室膨張要素ｐ５と、圧力発生室３５の膨張状態を一定時間維持する第２膨張電位ＶＨ２で一定な第３ホールド要素ｐ６と、第２膨張電位ＶＨ２から基準電位ＶＬまで一定勾配で電位を降下させて圧力発生室３５を収縮させて基準容積まで復帰させる第２収縮要素ｐ７と、を含んで構成されている。

ここで、この吐出駆動パルスＤＰにおける各圧力発生室膨張要素ｐ１，ｐ５は、複数の電位変化率を有することを特徴としている。即ち、各圧力発生室膨張要素ｐ１，ｐ５は、圧力発生室の膨張の過程で膨張速度を変えるように構成されている。
まず、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１は、第１の変化率（従来の微小インク用吐出駆動パルスの第１の圧力発生室膨張要素と同等の変化率）で電位が変化する第１急膨張要素ｐ１ｂと、この第１急膨張要素ｐ１ｂよりも前で発生されて第１の変化率よりも小さい第２の変化率で電位が変化する第１緩膨張要素ｐ１ａと、から構成されている。第１緩膨張要素ｐ１ａは、基準電位ＶＬから第１中間電位ＶＭ１まで電位を上昇させて圧力発生室３５を基準容積から第１中間膨張容積まで比較的緩やかに膨張させる波形要素である。また、第１急膨張要素ｐ１ｂは、第１中間電位ＶＭ１から第１膨張電位ＶＨ１まで電位を上昇させて圧力発生室３５を第１中間膨張容積から最大膨張容積まで比較的急峻に膨張させる波形要素である。

また、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５は、第３の変化率（第１急膨張要素ｐ１ｂの第１の変化率と同等か又はこれよりも少し大きい変化率）で電位が変化する第２急膨張要素ｐ５ａと、この第２急膨張要素ｐ５ａよりも後で発生されて第３の変化率よりも小さい第４の変化率で電位が変化する第２緩膨張要素ｐ５ｃと、これらの第２急膨張要素ｐ５と第２緩膨張要素ｐ５ｃとの間に発生する中間ホールド要素ｐ５ｂ（本発明における膨張維持要素に相当）から構成されている。第２急膨張要素ｐ５ａは、収縮電位ＶＬ２から第２中間電位ＶＭ２まで電位を上昇させて圧力発生室３５を比較的急峻に膨張させる波形要素である。中間ホールド要素ｐ５ｂは、第２中間電位ＶＭ２で一定な波形要素である。第２緩膨張要素ｐ５ｃは、第２中間電位ＶＭ２から第２膨張電位ＶＨ２まで電位を上昇させて圧力発生室３５を比較的緩やかに膨張させる波形要素である。

上記吐出駆動パルスＤＰが圧電振動子２０に印加されると次のように作用する。まず、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１の第１緩膨張要素ｐ１ａにより圧電振動子２０が収縮して、基準電位ＶＬに対応する最小容積から第１中間電位ＶＭ１で規定される第１中間膨張容積まで圧力発生室３５が緩やかに膨張する（第１緩膨張工程）。これにより、図５（ａ）に示すように、メニスカスが、圧力発生室３５側に比較的ゆっくりとした速度で引き込まれる。このようにメニスカスをゆっくり引き込むことにより、メニスカスにおけるノズル内周面近傍の境界層をメニスカス中央部に追従させながら全体的に圧力発生室側に移動させることができる。なお、図における矢印はメニスカスの移動方向を示す。

続いて、内径が一定なストレート部３７ａと圧力発生室３５側に向けて次第に内径が大きくなるテーパー部３７ｂとの境界を越える程度までメニスカスが引き込まれたタイミングで、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１の第１急膨張要素ｐ１ｂが圧電振動子２０に印加される。この第１急膨張要素ｐ１ｂにより、圧電振動子２０が収縮して圧力発生室３５が第１中間膨張容積から最大膨張容積までインクが吐出されない程度に急激に膨張する（第１急膨張工程）。これにより、図５（ｂ）に示すように、メニスカスが、第１緩膨張工程よりも速い速度で圧力発生室３５側に引き込まれ、メニスカス全体を大きく引き込むことができる。この圧力発生室３５の膨張状態は、第１ホールド要素ｐ２の供給期間中に亘って維持される。その後、第１収縮要素ｐ３が圧電振動子２０に印加されることにより圧電振動子２０が急激に伸長して圧力発生室３５の容積が最大膨張容積から収縮電位ＶＬ２に対応する収縮容積まで収縮する（第１の収縮工程。圧力発生室収縮工程に相当）。この圧力発生室３５の急激な収縮によって圧力発生室３５内のインクが加圧され、これにより、図５（ｃ）に示すように、圧力変動に追従し易いメニスカスの中心部分が吐出側に押し出されて柱状に盛り上がる（以下、この部分を柱状部という。）。そして、圧力発生室３５の収縮状態は、第２ホールド要素ｐ４の供給期間に亘って維持される。

その後、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５の第２急膨張要素ｐ５ａが圧電振動子２０に印加され、これにより、圧電振動子２０が収縮して圧力発生室３５が収縮容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する第２中間膨張容積まで急激に膨張する（第２急膨張工程）。これにより、メニスカスにおいて柱状部の周囲が、比較的速い速度で圧力発生室３５側に引き込まれる。一方、柱状部は、第１の収縮工程で吐出側に押し出されたときの慣性力により、吐出側に移動を続ける。続いて、中間ホールド要素ｐ５ｂが圧電振動子２０に印加されて、中間膨張容積が一定時間維持される（維持工程）。この間に、図６（ａ）に示すように、メニスカスの境界層の移動方向が圧力発生室３５側から吐出側に反転する。このタイミングで、第２緩膨張要素ｐ５ｃが圧電振動子２０に印加され、これにより、圧力発生室３５が第２中間膨張容積から第２膨張電位ＶＨ２に対応する第２膨張容積まで緩やかに再度膨張する（第２緩膨張工程）。これにより、図６（ｂ）に示すように、メニスカスにおいて柱状部の周囲が、比較的ゆっくり圧力発生室３５側に引き込まれる。この際、柱状部は、最大限まで伸びる。このときの圧力発生室３５の膨張状態は、第３ホールド要素ｐ６の供給期間中に亘って維持される。

その後、図６（ｃ）に示すように、柱状部分が途中で千切れて、メニスカスから分離した部分が、ノズル３７の内径よりも小さい径の微小な数ｐｌのインク滴としてノズル３７から吐出される。そして、第３ホールド要素ｐ６の後に続いて、インク滴の吐出による反動でメニスカスが圧力発生室３５側に引き込まれるタイミングで、第２収縮要素ｐ７が圧電振動子２０に印加されて圧電振動子２０が伸張すると、圧力発生室３５が第２膨張電位ＶＨ２で規定される第２膨張容積から基準容積まで収縮する（第２の収縮工程）。これにより、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれることを抑えて、メニスカスの残留振動が抑制されると共に、メニスカスを吐出されたインク滴に近づけることで余分なインクがメニスカスに吸収され、これにより、吐出されたインク滴の後端部の尾のように伸びること（尾曳）が抑制される。

このように、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１（第１の圧力発生室膨張工程）では、第１緩膨張要素ｐ１ａによって最初は比較的遅い速度で圧力発生室３５を膨張させることで、メニスカスの境界層を中央部に追従させながら引き込むことができ、その後、第１急膨張要素ｐ１ｂによって比較的速い速度で圧力発生室３５を膨張させることで、メニスカス全体を大きく引き込むことができる。また、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５（第２の圧力発生室膨張工程）では、第２急膨張要素ｐ５ａにより比較的速い速度で圧力発生室３５を膨張させることで、第１の収縮工程において吐出側に盛り上がった柱状部の周囲が急激に引き込まれ、柱状部を小さくすることができ、その後、中間ホールド要素ｐ５ｂによって膨張状態を維持してメニスカスの境界層の移動方向が圧力発生室３５側から吐出側に反転するタイミングを待ってから第２緩膨張要素ｐ５ｃにより比較的遅い速度で圧力発生室３５を再度膨張させることにより、柱状部が過度に伸びることを抑制することができる。その結果、従来よりも高粘度のインクを用いる場合においても、インク滴の微小化が可能となり、また、インク滴の尾曳が抑えられるのでミスト等の発生が防止され、ドットの分離を抑制することができる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

上記実施形態では、本発明における吐出駆動パルスの一例として、図４に示す吐出駆動パルスＤＰを挙げて説明したが、吐出駆動パルスの形状はこれには限られない。要は、少なくとも、圧力発生室を予備的に膨張させるための第１の圧力発生室膨張要素ｐ１と、膨張した圧力発生室を収縮させてメニスカスを押し出すための第１収縮要素ｐ３（圧力発生室収縮要素）と、その後圧力発生室を膨張させる第２の圧力発生室膨張要素ｐ５とを含む構成の吐出駆動パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。
例えば、図７は第２の実施形態における吐出駆動パルスＤＰ′の構成を例示する図である。この第２の実施形態における吐出駆動パルスＤＰ′は、まず、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１において、第１緩膨張要素ｐ１ａと第１急膨張要素ｐ１ｂとの間に、中間ホールド要素ｐ１ｃが設けられている点が上記第１の実施形態の吐出駆動パルスＤＰとは異なる。この中間ホールド要素ｐ１ｃを設けることにより、第１緩膨張要素ｐ１ａによる圧力発生室３５の引き込みの後、第１急膨張要素ｐ１ｂによる圧力発生室３５の引き込みのタイミングを調整することができる。また、吐出駆動パルスＤＰ′は、第２の圧力発生室膨張要素ｐ５において、第２急膨張要素ｐ５と第２緩膨張要素ｐ５ｃとの間の中間ホールド要素ｐ５ｂが無い点も上記第１の実施形態における吐出駆動パルスＤＰと異なっている。
また、上記各実施形態では、第１の圧力発生室膨張要素ｐ１及び第２の圧力発生室膨張要素ｐ５に関し、２つの変化率を有する構成を例示したが、これには限られず、３つ以上の変化率を有する構成を採用することもできる。

また、上記各実施形態では、圧力発生素子として、所謂縦振動型の圧電振動子２０を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。

さらに、ノズルの形状に関し、上記実施形態では、内径が一定なストレート部３７ａと圧力発生室３５側に向けて次第に内径が大きくなるテーパー部３７ｂとから構成されるノズルを例示したがこれには限られない。要は、吐出側よりも圧力発生室側の断面積が大きくなっているような構造のノズルであれば良い。

そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンターコントローラー，２…プリントエンジン，６…制御部，８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電振動子，２４…振動子ユニット，３５…圧力発生室，３７…ノズル

Claims (2)

1. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
   圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、
   を備える液体吐出装置であって、
   前記吐出駆動パルスは、圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張要素と、当該第１の圧力発生室膨張要素によって膨張された圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮要素と、当該圧力発生室収縮要素によって収縮された圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に再度引き込む第２の圧力発生室膨張要素と、を含むパルス波形であり、
   前記各圧力発生室膨張要素は、複数の異なる電位変化率を有し、
   前記第１の圧力発生室膨張要素は、第１の変化率で電位が変化する第１急膨張要素と、当該第１急膨張要素よりも前で発生されて第１の変化率よりも小さい第２の変化率で電位が変化する第１緩膨張要素と、を少なくとも含み、
   前記第２の圧力発生室膨張要素は、第３の変化率で電位が変化する第２急膨張要素と、該第２急膨張要素によって膨張された圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、当該膨張維持要素よりも後で発生されて第３の変化率よりも小さい第４の変化率で電位が変化する第２緩膨張要素と、を少なくとも含み、
   前記膨張維持要素は、前記第２急膨張要素により圧力発生室が膨張された後、ノズル内周面側のメニスカスが圧力発生室側から吐出側に移動方向を反転するまで圧力発生室の膨張状態を維持することを特徴とする液体吐出装置。
2. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
   前記吐出駆動パルスを前記圧力発生素子に印加することによる吐出動作は、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第１の圧力発生室膨張工程と、前記圧力発生室を収縮させてメニスカスを吐出側に押し出す圧力発生室収縮工程と、前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む第２の圧力発生室膨張工程と、を含み、
   前記各圧力発生室膨張工程は、膨張の過程で膨張速度が変化し、
   前記第１の圧力発生室膨張工程において、前側の第１緩膨張工程の膨張速度が、後側の第１急膨張工程の膨張速度よりも遅く、
   前記第２の圧力発生室膨張工程において、前側の第２急膨張工程の膨張速度が、後側の第２緩膨張工程の膨張速度よりも速く、
   前記第２の圧力発生室膨張工程は、前記第２急膨張工程と前記第２緩膨張工程との間に、第２急膨張工程で膨張された圧力発生室の膨張状態を一定時間維持する維持工程を含み、
   該維持工程において、前記第２急膨張工程で圧力発生室が膨張された後、ノズル内周面側のメニスカスが圧力発生室側から吐出側に移動方向を反転するまで圧力発生室の膨張状態を維持することを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

Images