JP5572601B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェット方式のプリンタ等に用いる液体吐出装置に関する。

インクジェット方式のプリンタ等に用いられる液体吐出装置いわゆるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズル、これらノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室、これら圧力室にインク導入用およびインク吐出用の圧力を加える複数の静電容量性負荷たとえば圧電素子、これら圧電素子に駆動電圧を印加するための複数の電極、上記各圧力室と対応する位置にそれぞれインク吐出用のノズルを有するノズルプレート（オリフィスプレートともいう）などを備える（例えば特許文献１）。上記各圧電素子と各電極とで静電容量性のアクチュエータがそれぞれ構成される。

特開２００４―１４８６０４号公報

インクジェットヘッドにおいては、インク吐出を受ける側の印字媒体がノズルに接触しないよう、ノズルと媒体との間の距離いわゆるヘッドギャップが設定される。媒体が厚みのない用紙だけであれば小さいヘッドギャップが設定され、厚みのある封筒も含まれる場合は大きめのヘッドギャップが設定される。

ただし、ノズルから吐出されるインクには、吐出速度が速いメインのインク滴のほかに、形状が小さくて吐出速度が遅いインク滴いわゆるサテライトが含まれる。大きめのヘッドギャップが設定されると、サテライトがメインのインク滴から離れて印字媒体に着弾し、印字むらやゴースト等が生じるなど、印字品質の悪化を招いてしまう。インクの着弾ずれは印字媒体の搬送速度にも依存し、搬送速度が速くなればなるほど着弾ずれも大きくなる。対策として、印字媒体の搬送速度を下げることが考えられるが、そうすると当然ながら印字速度が遅くなるという問題がある。

本発明の目的は、ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離にかかわらず、また媒体の搬送速度を下げることなく、媒体に対する良好な液体吐出品質が得られる液体吐出装置を提供することである。

本発明の実施形態の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルと、このノズルに連通する圧力室と、充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形、液体吐出用の変形、液体振動抑制用の変形を加えるアクチュエータと、前記液体導入用の変形を加えるための第１電位、前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位、前記液体振動抑制用の変形を加えるための第３電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、この駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間Ｔ１、第２電位の期間Ｔ２、第３電位の期間Ｔ３を、周期Ｔは固定のまま、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離が所定値未満の場合に“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ／３”の条件を有する第１パターンに切換え、所定値以上の場合に“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ／３＜Ｔ１＜Ｔ２” の条件を有する第２パターンに切換える制御手段と、を備える。

一実施形態のインクジェットヘッドの全体的な構成を示す図。 図１の要部の構成を示す図。 図１の各圧力室およびその周辺部を拡大して示す図。 図３の１つの圧力室が拡がった状態を示す図。 図４のように拡がった圧力室が定常に戻った状態を示す図。 図５のように定常に戻った圧力室が縮まった状態を示す図。 一実施形態の駆動回路の構成を示す図。 一実施形態の駆動回路のステップＳＴ１の動作を示す図。 一実施形態の駆動回路のステップＳＴ２の動作を示す図。 一実施形態の駆動回路のステップＳＴ３の動作を示す図。 一実施形態の駆動回路のステップＳＴ４の動作を示す図。 一実施形態の駆動回路における各部の電圧波形を示す図。 一実施形態の印字モードＡのときに印加される駆動電圧の波形を示す図。 一実施形態の印字モードＢのときに印加される駆動電圧の波形を示す図。 図１３の駆動電圧を印加した場合のサテライトなしが保たれる最大限界値を示す図。 図１５の最大限界値に対応するインク吐出速度を示す図。 図１５の最大限界値のうち最も低い値を設定した場合の駆動パターンごとドロップ数ごとのインク吐出速度を示す図。 図１４の駆動電圧を印加しサテライトなしが保たれる最大限界値を示す図。 図１８の最大限界値に対応するインク吐出速度を示す図。 図１８の最大限界値のうち最も低い値を設定した場合の駆動パターンごとドロップ数ごとのインク吐出速度を示す図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。液体吐出装置であるインクジェットヘッドの全体的な構成を図１に示し、そのインクジェットヘッドのノズルプレートが外された状態を図２に示す。

圧電部材で形成された基台１の上面の一側縁に沿う領域に、板状の圧電部材２が埋設される。この圧電部材２の端面は、基台１の側面と同一面を成す。基台１の下面の一側縁に沿う領域にも、板状の圧電部材２が埋設される。この圧電部材２の端面は、基台１の側面と同一面を成す。

これら圧電部材２の端面および基台１の側面に、絶縁性の部材で形成されたノズルプレート（オリフィスプレートともいう）３が配置される。ノズルプレート３は、基台１の上面側の圧電部材２に沿って配列されたインク吐出用（液体吐出用）の複数のノズル４を有するとともに、基台１の下面側の圧電部材２に沿って配列された同じくインク吐出用の複数のノズル４を有する。

基台１の上面側の圧電部材２の端面と基台１の側面とが重なり合う部分に、かつ上記各ノズル４と対応する位置に、かつ各ノズル４と連通する状態に、複数の切り欠き１１が形成される。これら切り欠き１１から圧電部材２の上面にかけて溝状の圧力室１２が形成される。これら圧力室１２の相互間に存する圧電部材２および基台１により、分極方向が互いに対向する状態に且つ各圧力室１２の並び方向と直交する方向に重なり合う一対の圧電素子（静電容量性負荷）が形成される。この一対の圧電素子により、各圧力室１２にインク導入用（液体導入用）およびインク吐出用（液体吐出用）の圧力を加える静電容量性アクチュエータ１３が構成される。これら静電容量性アクチュエータ１３は、各圧力室１２を隔てる壁となる。

図３に示すように、各圧力室１２の内周面、つまり各静電容量性アクチュエータ１３の側面部および各圧力室１２の底部に、各静電容量性アクチュエータ１３に駆動電圧を印加するための電極１４が装着される。そして、これら電極１４と各圧力室１２内のインク（液体）とが接するのを防ぐため、各電極１４の表面が絶縁膜１５によって被覆される。
基台１の下縁側にも、同様に、複数の圧力室１２、複数の静電容量性アクチュエータ１３、複数の電極１４、および絶縁膜１５が設けられる。

基台１の上面側における圧電部材２の各圧力室１２がカバー５で閉塞される。このカバー５上にインク流入口６が設けられ、このインク流入口６に流入するインク（液体）が上記各圧力室１２に導かれる。各圧力室１２内の電極１４から複数の導電部材７が導出され、これら導電部材７が回路基板８に接続される。回路基板８には、各静電容量性アクチュエータ１３への駆動電圧を出力する駆動回路９が搭載される。

ノズルプレート３の周縁部に、保護用のマスクプレート１０が装着される。このマスクプレート１０は、金属製で、内側に開口１０ａを有する。図１ではマスクプレート１０がノズルプレート３から離れているが、実際には、ノズルプレート３にマスクプレート１０が面接触する状態で装着される。このマスクプレート１０にリード線（アース線）２１の一端が接続され、そのリード線２１の他端が回路基板８上のグラウンドライン（導電パターン）８ａに接続される。

各静電容量性アクチュエータ１３は、それぞれ静電容量Ｃ０１,Ｃ１２,…を有する。以下、説明を分かり易くするため、静電容量Ｃ０１を有する静電容量性アクチュエータ１３のことをアクチュエータＣ０１、静電容量Ｃ１２を有する静電容量性アクチュエータ１３のことをアクチュエータＣ１２という。これらアクチュエータＣ０１,Ｃ１２,…が上記駆動回路９によって充放電駆動されることにより、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２,…が図３〜図６に示す変形と復帰を繰返す。

図３はアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に駆動電圧が印加されず、圧力室１２が変形しない定常状態を示している。圧力室１２の両側に位置するアクチュエータＣ０１,Ｃ１２が互いに逆方向に充電されると、図４に示すように、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が互いに離れる方向に変形する。この変形に伴い、圧力室１２が拡大方向に変形し（液体導入用の変形）、圧力室１２にインクが導入される。この後、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が放電されると、図５に示すように、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が定常状態に復帰する。この復帰に伴い、圧力室１２が定常状態へと縮小変形し（液体吐出用の変形）、圧力の高まりによって圧力室１２内のインクがノズル４から吐出される。その後、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が図４とは反対の方向に充電されることにより、図６に示すように、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が互いに近づく方向に変形する。これに伴い、圧力室１２がさらに縮小方向に変形し（液体振動抑制用の変形）、圧力室１２内のインクに生じた振動を抑えるためのダンピングが行われる。そして、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が放電されることにより、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が図３の定常状態に復帰する。

上記駆動回路９の具体的な構成を図７に示す。
直流電圧Ｖａａたとえば１０Ｖを出力する直流電源（第１直流電源）３１と、同じく直流電圧Ｖａａを出力する直流電源（第２直流電源）３２とが、互いに直列接続される。この直流電源３１，３２の相互接続点が、グラウンド接続される。直流電源３１，３２の直列回路の出力電圧±Ｖａａ（＝２・Ｖａａ）が後述のアクチュエータに対する駆動電圧となる。この駆動電圧±Ｖａａは、グラウンド電位を挟む正電位と負電位の振幅（可変幅）を有し、各種インクに対応できるよう±７Ｖ〜±１８Ｖ程度の範囲で任意に選定される。

直流電圧Ｖｃｃを出力する直流電源（第３直流電源）３３の負側がグラウンド接続される。この直流電圧Ｖｃｃは、後述するＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｐ０１，Ｐ０２，…のバックゲートに対するバイアス電圧、および後述するドライバ４２やバッファ４３，４４に対する駆動電圧となる。この直流電源Ｖｃｃの値として、例えば直流電圧Ｖａａより高い値が選定される。上記のように、駆動電圧±Ｖａａが±７Ｖ〜±１８Ｖ程度の可変幅で選定されるので、それに電極電位のオーバーシュートによるラッチアップの回避を見込んだ例えば２４Ｖが適切値として選定される。

直流電源３１の正側（＋Ｖａａ）とグラウンド（±０）との間に、第１半導体素子たとえばＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００のソース・ドレイン間と第２半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０のドレイン・ソース間との直列回路が接続される。このＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０の相互接続点と直流電源３２の負側（-Ｖａａ）との間に、第３半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２０のドレイン・ソース間が接続される。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００のバックゲートは、直流電源３３の正側（＋Ｖｃｃ）に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ２０のそれぞれバックゲートは、直流電源３２の負側（−Ｖａａ）に接続される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０の相互接続点が出力端子Ｏｕｔ０となる。この出力端子Ｏｕｔ０がアクチュエータＣ０１の一端に接続される。

これらＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ２０により、アクチュエータＣ０１の一端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路が構成される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００がオンしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ２０がオフすると、アクチュエータＣ０１の一端が＋Ｖａａ電位となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２０がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０がオンすると、アクチュエータＣ０１の一端がグラウンド電位（零）となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２０がオンすると、アクチュエータＣ０１の一端が−Ｖａａ電位となる。

直流電源３１の正側（＋Ｖａａ）とグラウンド（±０）との間に、第４半導体素子たとえばＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０１のソース・ドレイン間と第５半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１のドレイン・ソース間との直列回路が接続される。このＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１の相互接続点と直流電源３２の負側（-Ｖａａ）との間に、第６半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２１のドレイン・ソース間が接続される。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１のバックゲートは、直流電源３３の正側（＋Ｖｃｃ）に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１のそれぞれバックゲートは、直流電源３２の負側（−Ｖａａ）に接続される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１の相互接続点が出力端子Ｏｕｔ１となる。この出力端子Ｏｕｔ１がアクチュエータＣ０１の他端に接続される。

これらＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１により、アクチュエータＣ０１の他端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路が構成される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１がオンしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１がオフすると、アクチュエータＣ０１の他端が＋Ｖａａ電位となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２１がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１がオンすると、アクチュエータＣ０１の他端がグラウンド電位となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２１がオンすると、アクチュエータＣ０１の他端が−Ｖａａ電位となる。

なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１は、隣りのアクチュエータＣ１２に対する第１半導体素子としても機能する。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１は、隣りのアクチュエータＣ１２に対する第２半導体素子および第３半導体素子としても機能する。すなわち、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１により構成されるスイッチ回路は、隣りのアクチュエータＣ１２の一端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路としても機能する。

直流電源３１の正側（＋Ｖａａ）とグラウンド（±０）との間に、第４半導体素子たとえばＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０２のソース・ドレイン間と第５半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２のドレイン・ソース間との直列回路が接続される。このＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２の相互接続点と直流電源３１の負側（−Ｖａａ）との間に、第６半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２２のドレイン・ソース間が接続される。

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２のバックゲートは、直流電源３３の正側（＋Ｖｃｃ）に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２のそれぞれバックゲートは、直流電源３２の負側（−Ｖａａ）に接続される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２の相互接続点が出力端子Ｏｕｔ２となる。この出力端子Ｏｕｔ２がアクチュエータＣ１２の他端に接続される。

これらＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２により、アクチュエータＣ１２の他端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路が構成される。

なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２は、隣りのアクチュエータＣ２３に対する第１半導体素子としても機能する。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２は、隣りのアクチュエータＣ２３に対する第２半導体素子および第３半導体素子としても機能する。すなわち、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２により構成されるスイッチ回路は、隣りのアクチュエータＣ２３の一端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路としても機能する。
残りのアクチュエータに対しても同様のスイッチ回路が構成される。

一方、４０は主制御部で、上記各スイッチ回路に共通の制御信号ＷＶＡ，ＷＶＢを出力するとともに、各スイッチ回路に個別の制御信号ＥＮ1,ＥＮ２,ＥＮ３,…を出力する。これら駆動制御信号が各スイッチ回路に対応する複数のロジック制御回路４１に供給される。主制御部４０および各ロジック制御回路４１は、直流電圧Ｖｄｄにより動作する。

各ロジック制御回路４１のうち、上記ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｎ１０，Ｎ２０のスイッチ回路に対応するロジック制御回路４１は、制御信号ＷＶＡ，ＷＶＢ，ＥＮ1に応じて上記ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｎ１０，Ｎ２０をオン，オフ駆動するための駆動制御信号ＤＲ１［０］，ＤＲ１［１］，ＤＲ１［２］を出力する。上記ＭＯＳトランジスタＰ０１，Ｎ１１，Ｎ２１のスイッチ回路に対応するロジック制御回路４１も、同様の構成により、駆動制御信号ＤＲ２［０］，ＤＲ２［１］，ＤＲ２［２］を出力する。上記ＭＯＳトランジスタＰ０２，Ｎ１２，Ｎ２２のスイッチ回路に対応するロジック制御回路４１も、同様の構成により、駆動制御信号ＤＲ３［０］，ＤＲ３［１］，ＤＲ３［２］を出力する。

出力される駆動制御信号は、それぞれドライバ４２およびバッファ４３，４４を介して、各ＭＯＳトランジスタのゲートに対するドライブ信号となる。

この駆動回路９の動作を図７および図８〜図１１に示す。また、駆動回路９における各部の電圧波形をステップＳＴ０〜ＳＴ４として図１２に示す。全てのアクチュエータに対する動作を説明すると長くなるので、アクチュエータＣ０１，Ｃ１２の駆動を主として説明する。

まず、ステップＳＴ０では、図７のように、ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ１１，Ｎ１２がオンし、グラウンドを通してアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に対する閉回路（放電路）が形成される。出力端子Ｏｕｔ０，Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２は、グラウンド電位となる。このとき、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２は、図３に示す定常状態である。

ステップＳＴ１では、図８に示すように、ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｐ０２，Ｎ２１がオンする。この場合、出力端子Ｏｕｔ０，Ｏｕｔ２がグラウンド電位から＋Ｖａａ電位へと上昇し、出力端子Ｏｕｔ１がグラウンド電位から−Ｖａａ電位へと下降する。こうして、出力端子Ｏｕｔ０と出力端子Ｏｕｔ１との間の電圧±Ｖａａ（＝２・Ｖａａ＝２０Ｖ）がアクチュエータＣ０１に加わる。出力端子Ｏｕｔ２と出力端子Ｏｕｔ１との間の電圧±Ｖａａ（＝２・Ｖａａ＝２０Ｖ）がアクチュエータＣ１２に加わる。これにより、アクチュエータＣ０１，Ｃ１２にそれぞれ電圧２・Ｖａａが充電される。この充電により、図４のように、圧力室１２が拡大方向に変形し、圧力室１２にインクが導入される。

ステップＳＴ２では、図９に示すように、ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ１１，Ｎ１２がオンする。この場合、電圧２・Ｖａａが充電されたアクチュエータＣ０１の一端が出力端子Ｏｕｔ０およびＭＯＳトランジスタＮ１０を介してグラウンドに導通するとともに、そのアクチュエータＣ０１の他端が出力端子Ｏｕｔ１およびＭＯＳトランジスタＮ１１を介してグラウンドに導通し、グラウンドを通してアクチュエータＣ０１に対する閉回路（放電路）が形成される。この閉回路を通して、アクチュエータＣ０１の充電電圧２・Ｖａａが放電する。同様に、隣りのアクチュエータＣ１２の他端がＭＯＳトランジスタＮ１２を介してグラウンドに導通するとともに、そのアクチュエータＣ１２の一端が出力端子Ｏｕｔ１およびＭＯＳトランジスタＮ１１を介してグラウンドに導通し、アクチュエータＣ１２に対する閉回路（放電路）が形成される。この閉回路を通して、アクチュエータＣ１２の充電電圧２・Ｖａａが放電する。この放電により、図５に示すように、圧力室１２が定常状態へと縮小方向に変形し、その際の圧力上昇により、圧力室１２内のインクがノズル４から吐出される。

ステップＳＴ３では、図１０に示すように、ＭＯＳトランジスタＰ０１，Ｎ２０，Ｎ２２がオンする。この場合、出力端子Ｏｕｔ１が＋Ｖａａ電位となり、出力端子Ｏｕｔ０，Ｏｕｔ２１が−Ｖａａ電位となる。こうして、出力端子Ｏｕｔ１と出力端子Ｏｕｔ０との間の電圧±Ｖａａ（＝２・Ｖａａ＝２０Ｖ）がアクチュエータＣ０１に加わる。出力端子Ｏｕｔ１と出力端子Ｏｕｔ２との間の電圧±Ｖａａ（＝２・Ｖａａ＝２０Ｖ）がアクチュエータＣ１２に加わる。これにより、アクチュエータＣ０１，Ｃ１２にそれぞれ電圧２・Ｖａａが充電される。この充電により、図６のように、圧力室１２がさらに縮小方向に変形し、圧力室１２内のインクに生じた振動を抑えるためのダンピングが行われる。

ステップＳＴ４では、図１１に示すように、ステップＳＴ０と同じくＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ１１，Ｎ１２がオンする。この場合、電圧２・Ｖａａが充電されたアクチュエータＣ０１の他端が出力端子Ｏｕｔ１およびＭＯＳトランジスタＮ１１を介してグラウンドに導通するとともに、そのアクチュエータＣ０１の一端が出力端子Ｏｕｔ０およびＭＯＳトランジスタＮ１０を介してグラウンドに導通し、グラウンドを通してアクチュエータＣ０１に対する閉回路（放電路）が形成される。この閉回路を通して、アクチュエータＣ０１の充電電圧２・Ｖａａが放電する。同様に、隣りのアクチュエータＣ１２の一端が出力端子Ｏｕｔ１およびＭＯＳトランジスタＮ１１を介してグラウンドに導通するとともに、そのアクチュエータＣ１２の他端が出力端子Ｏｕｔ２およびＭＯＳトランジスタＮ１２を介してグラウンドに導通し、グラウンドを通してアクチュエータＣ１２に対する閉回路（放電路）が形成される。この閉回路を通して、アクチュエータＣ１２の充電電圧２・Ｖａａが放電する。この放電により、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が図３に示す定常状態へと復帰する。

アクチュエータＣ０１,Ｃ１２に対する充放電用の駆動電圧は、図１２に示すように、圧力室１２にインク導入用の変形を加えるための負電位（第１電位）、圧力室１２にインク吐出用の変形を加えるためのグラウンド電位（第２電位）、圧力室１２にインク振動抑制用の変形を加えるための正電位（第３電位）が１周期Ｔ内に含まれる波形を有する。負電位（第１電位）の期間はＴ１、グラウンド電位（第２電位）の期間はＴ２、正電位（第３電位）の期間はＴ３であり、Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３である。

主制御部４０は、外部から入力されるモード設定信号に応じて、駆動電圧の負電位の期間Ｔ１、グラウンド電位の期間Ｔ２、正電位の期間Ｔ３を周期Ｔは固定のまま複数のパターンに切換える機能を有する。
上記モード設定信号は、ノズル４からの液体吐出を受ける側の印字媒体が厚みのない用紙で、ノズル４と印字媒体との間の距離が所定値未満たとえば１mm未満に設定される場合に、印字モードＡを設定する。また、モード設定信号は、印字媒体が厚みのない用紙および厚みのある封筒の両方で、ノズル４と印字媒体との間の距離が所定値未満たとえば１mm以上に設定される場合に、印字モードＢを設定する。

そして、主制御部４０は、印字モードＡの設定時、駆動電圧の負電位の期間Ｔ１、グラウンド電位の期間Ｔ２、正電位の期間Ｔ３を、周期Ｔは固定のまま、図１３に示す波形の第１パターンに切換える。この第１パターンは、周期Ｔおよび期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に関し、“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ／３”の条件を有する。

また、主制御部４０は、印字モードＢの設定時、駆動電圧の負電位の期間Ｔ１、グラウンド電位の期間Ｔ２、正電位の期間Ｔ３を、周期Ｔは固定のまま、図１４に示す波形の第２パターンに切換える。この第２パターンは、周期Ｔおよび期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に関し、“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ／３＜Ｔ１＜Ｔ２”の条件を有する。なお、この条件を満たす期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の最適値として、Ｔ１＝１．２・（Ｔ／３）、Ｔ２＝１．４・（Ｔ／３）、Ｔ３＝Ｔ−（Ｔ１+Ｔ２）が選定される。

上記第１パターンの駆動電圧をアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に印加し、サテライトなしが保たれる駆動電圧の最大限界値がどのようになるかを実験により確かめた結果が図１５のデータである。実験項目として、単独のノズル４からインク滴を吐出する単ノズル駆動パターン、複数のノズル４から同時にインク滴を吐出する複ノズル駆動パターン、複数のノズル４から順次にインク滴を吐出する複ノズル連続駆動パターンを用意し、これら駆動パターンごとに階調表現用のインク滴数いわゆるドロップ数“１”〜“５”を用意し、これらドロップ数ごとに駆動電圧の最大限界値を求めている。

すなわち、単ノズル駆動パターンでは、ドロップ数“１”のときに最大限界値が２０．５Ｖ、ドロップ数“５”のときに最大限界値が１９．０Ｖとなる。複ノズル同時駆動パターンでは、ドロップ数“１”のときに最大限界値が２０．４Ｖ、ドロップ数“５”のときの最大限界値が１９．７Ｖとなる。複ノズル連続駆動パターンでは、ドロップ数“１”のときに最大限界値が２１．４Ｖ、ドロップ数“５”のときの最大限界値が２０．０Ｖとなる。最も低い最大限界値は、単ノズル駆動パターンかつドロップ数“５”のときの１９．０Ｖである。

第１パターンの駆動電圧をこれら最大限界値に設定した場合にインク吐出速度がどのようになるかを実験により確かめた結果が図１６のデータである。すなわち、単ノズル駆動パターンでは、ドロップ数“１”かつ最大限界値２０．５Ｖのときにインク吐出速度が６．３m/s、ドロップ数“５”かつ最大限界値１９．０Ｖのときにインク吐出速度が６．７m/sとなる。複ノズル同時駆動パターンでは、ドロップ数“１”かつ最大限界値２０．４Ｖのときにインク吐出速度が６．３m/s、ドロップ数“５”かつ最大限界値１９．７Ｖのときにインク吐出速度が６．４m/sとなる。複ノズル連続駆動パターンでは、ドロップ数“１”かつ最大限界値２１．４Ｖのときにインク吐出速度が６．３m/s、ドロップ数“５”かつ最大限界値２０．０Ｖのときにインク吐出速度が６．７m/sとなる。

第１パターンの駆動電圧に関しては、最も低い最大限界値１９．０Ｖ以下に抑えることにより、どの駆動パターンおよびどのドロップ数においてもサテライトが発生しない。第１パターンの駆動電圧を最も低い最大限界値１９．０Ｖに設定して単ノズル駆動を行った場合に、インク吐出速度がどのようになるかを実験により確かめた結果が図１７のデータである。

一方、上記第２パターンの駆動電圧［Ｔ１＝１．２・（Ｔ／３）、Ｔ２＝１．４・（Ｔ／３）、Ｔ３＝Ｔ−（Ｔ１+Ｔ２）］をアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に印加し、サテライトなしが保たれる駆動電圧の最大限界値を実験により確かめた結果が図１８のデータである。

すなわち、単ノズル駆動パターンでは、ドロップ数“１”のときに最大限界値が２７．１Ｖ、ドロップ数“５”のときに最大限界値が２４．０Ｖとなる。複ノズル同時駆動パターンでは、ドロップ数“１”のときに最大限界値が２６．９Ｖ、ドロップ数“５”のときの最大限界値が２４．８Ｖとなる。複ノズル連続駆動パターンでは、ドロップ数“１”のときに最大限界値が２８．７Ｖ、ドロップ数“５”のときの最大限界値が２４．９Ｖとなる。最も低い最大限界値は、単ノズル駆動パターンかつドロップ数“５”のときの２４．０Ｖである。

第２パターンの駆動電圧をこれら最大限界値に設定した場合にインク吐出速度がどのようになるかを実験により求めたのが図１９のデータである。すなわち、単ノズル駆動パターンでは、ドロップ数“１”かつ最大限界値２７．１Ｖのときにインク吐出速度が７．４m/s、ドロップ数“５”かつ最大限界値２４．０Ｖのときにインク吐出速度が７．２m/sとなる。複ノズル同時駆動パターンでは、ドロップ数“１”かつ最大限界値２６．９Ｖのときにインク吐出速度が７．５m/s、ドロップ数“５”かつ最大限界値２４．８Ｖのときにインク吐出速度が７．２m/sとなる。複ノズル連続駆動パターンでは、ドロップ数“１”かつ最大限界値２８．７Ｖのときにインク吐出速度が７．５m/s、ドロップ数“５”かつ最大限界値２４．９Ｖのときにインク吐出速度が７．３m/sとなる。

第２パターンの駆動電圧に関しては、最も低い最大限界値２４．０Ｖ以下に抑えることにより、どの駆動パターンおよびどのドロップ数においてもサテライトが発生しない。第２パターンの駆動電圧を最も低い最大限界値２４．０Ｖに設定した場合のインク吐出速度を、駆動パターンごとドロップ数ごとに求めたのが図２０のデータである。

第１パターンの駆動電圧を印加する場合のインク吐出速度と第２パターンの駆動電圧を印加する場合のインク吐出速度とを比較すると、どの駆動パターンおよびどのドロップ数においても、第２パターンの駆動電圧を印加する場合のインク吐出速度の方が高い。

ノズル４と印字媒体との間の距離が大きめに設定される印字モードＢでは、インク吐出速度が高い第２パターンの駆動電圧を印加することにより、たとえノズル４と印字媒体との間の距離が大きめであっても、サテライトを生じることなく、ひいてはインクの着弾ずれによる印字むらやゴースト等を防いで、良好な印字品質（液体吐出品質）を確保できる。印字媒体の搬送速度を下げてインクの着弾ずれを小さくするといった対策も不要となり、よって印字速度の低下を回避できる。

第１パターンの駆動電圧および第２の駆動電圧のどちらも同じ周期Ｔなので、その第１パターンの駆動電圧および第２の駆動電圧を切換えても、同じ駆動周波数を維持することができる。

なお、上記実施形態では、複数の半導体素子としてＭＯＳトランジスタを用いたが、同様の機能を有するものであれば、ＭＯＳトランジスタに限らず他の素子を用いてもよい。

その他、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］液体を吐出するノズルと、このノズルに連通する圧力室と、充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形、液体吐出用の変形、液体振動抑制用の変形を加えるアクチュエータと、前記液体導入用の変形を加えるための第１電位、前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位、前記液体振動抑制用の変形を加えるための第３電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間、第２電位の期間、第３電位の期間を、周期は固定のまま、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離に応じて複数のパターンに切換える制御手段と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
［２］前記制御手段は、前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間Ｔ１、第２電位の期間Ｔ２、第３電位の期間Ｔ３を、周期Ｔは固定のまま、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離が所定値未満の場合に第１パターンに切換え所定値以上の場合に第２パターンに切換える、ことを特徴とする付記［１］に記載の液体吐出装置。
［３］前記第１パターンは、周期Ｔ、第１電位の期間Ｔ１、第２電位の期間Ｔ２、第３電位の期間Ｔ３に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ／３”の条件を有し、前記第２パターンは、周期Ｔ、第１電位の期間Ｔ１、第２電位の期間Ｔ２、第３電位の期間Ｔ３に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ／３＜Ｔ１＜Ｔ２” の条件を有する、ことを特徴とする付記［２］に記載の液体吐出装置。
［４］前記第１電位は負電位、前記第２電位はグラウンド電位、前記第３電位は正電位である、ことを特徴とする付記［１］ないし付記［３］のいずれかに記載の液体吐出装置。
［５］前記圧力室は、前記アクチュエータを挟んで並ぶ複数の圧力室であり、前記アクチュエータは、分極方向が互いに対向する状態に且つ前記各圧力室の並び方向と直交する方向に重なり合う一対の圧電素子であり、前記各圧力室を隔てる、ことを特徴とする［１］ないし付記［３］のいずれかに記載の液体吐出装置。
［６］液体吐出用のノズルと、このノズルと連通する圧力室と、充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形、液体吐出用の変形、液体振動抑制用の変形を加えるアクチュエータと、前記液体導入用の変形を加えるための第１電位、前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位、前記液体振動抑制用の変形を加えるための第３電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、を備えた液体吐出装置において、前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間、第２電位の期間、第３電位の期間を、周期は固定のまま、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離に応じて複数のパターンに切換える、ことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

１…基台、２…圧電部材、３…ノズルプレート、４…ノズル、９…駆動回路、１２…圧力室、１３…静電容量性アクチュエータ、１４…電極、１５…絶縁膜、３１…直流電源、３２…直流電源、３３…直流電源、Ｐ００，Ｐ０１，Ｐ０２…Ｐ型ＭＯＳトランジスタ、Ｎ１０，Ｎ１１，Ｎ１２…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、Ｎ２０，Ｎ２１，Ｎ２２…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、４０…主制御部

Claims (3)

1. 液体を吐出するノズルと、
   このノズルに連通する圧力室と、
   充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形、液体吐出用の変形、液体振動抑制用の変形を加えるアクチュエータと、
   前記液体導入用の変形を加えるための第１電位、前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位、前記液体振動抑制用の変形を加えるための第３電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、
   前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間Ｔ１、第２電位の期間Ｔ２、第３電位の期間Ｔ３を、周期Ｔは固定のまま、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離が所定値未満の場合に“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ／３”の条件を有する第１パターンに切換え、所定値以上の場合に“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２+Ｔ３”かつ“Ｔ／３＜Ｔ１＜Ｔ２” の条件を有する第２パターンに切換える制御手段と、
   を備えることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記第１電位は負電位、前記第２電位はグラウンド電位、前記第３電位は正電位である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記圧力室は、前記アクチュエータを挟んで並ぶ複数の圧力室であり、
   前記アクチュエータは、分極方向が互いに対向する状態に且つ前記各圧力室の並び方向と直交する方向に重なり合う一対の圧電素子であり、前記各圧力室を隔てる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。

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