JP6111602B2 - 液体噴射装置、およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置、およびその制御方法に関し、特に、液体を噴射しない程度にノズルのメニスカスを微振動させる構成を採用する液体噴射装置、およびその制御方法に関するものである。

液体噴射装置は、液体を液滴としてノズルから噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、インクジェット式記録ヘッド（以下、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インク滴として噴射させて記録を行うインクジェット式記録装置（プリンター）等の画像記録装置を挙げることができる。また、この他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターに用いられる色材、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイに用いられる有機材料、電極形成に用いられる電極材等、様々な種類の液体の噴射に液体噴射装置が用いられている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

この種の液体噴射ヘッドではノズルにおいて液体（メニスカス）が外気に晒されているため、液体に含まれる溶媒成分が蒸発する等して、液体が増粘することがある。液体が増粘すると、ノズルから液体が正常に噴射されない虞がある。このような液体の増粘を抑制するため、液体噴射動作中（例えば、プリンターにおいては印刷動作中）に液体を噴射しないノズルについては、対応する圧力発生手段（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に微振動パルスを印加して駆動させることで、ノズルから液体を噴射させない程度に圧力室内の液体およびメニスカスを微振動させている。即ち、この微振動動作により、ノズル付近の液体を攪拌し、増粘が抑えられている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に開示されている発明では、印刷時に圧力発生手段を駆動してインクを噴射させる噴射用駆動パルスの駆動電圧よりも電圧が低く設定された駆動パルスを微振動用の駆動パルスとしている。

特開２０００−０３７８６７号公報

ところで、上記のプリンターは、近年、種々のインクを噴射する用途に用いられている。これらのインクの中には、色材や樹脂などの固形成分をより多く有するものや、粘度が比較的高いものなど、増粘が進みやすいものもある。増粘が進んだ場合、ノズルからインクを強制的に吸引排出するクリーニングを行う必要がある。クリーニング処理ではインクを大量に消費するため、クリーニング処理を行う頻度はできるだけ抑えることが望ましい。このクリーニング処理やインクの噴射を行うことなく放置できる許容時間に関するいわゆる間欠能力を向上させるためには、微振動パルスの電圧をある程度上げてインクの攪拌効果を高めることが必要となる。ところが、微振動パルスの電圧を上げると、その分、メニスカスの振動が大きくなるため、その残留振動がその後の印刷動作における噴射安定性に悪影響を及ぼすおそれがあった。具体的には、ノズルから噴射されるインクの量の変動や飛翔曲がり等が生じる可能性があった。

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、間欠能力の向上と噴射安定性の確保を両立させることが可能な液体噴射装置、およびその制御方法を提供することにある。

本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体が噴射されるノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
前記ノズルから液体を噴射させない微振動波形を発生する駆動波形発生手段と、
を備え、
前記微振動波形は、基準電位に対して第１の極性における第１電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、前記基準電位に対して第１の極性とは異なる第２の極性における第２電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、前記第１の極性における第３電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、前記基準電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、微振動波形は、基準電位に対して第１の極性における第１電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、基準電位に対して第１の極性とは異なる第２の極性における第２電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、第１の極性における第３電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、基準電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有するので、第２の変化要素によって圧力室をより大きく収縮させることができ、液体の攪拌効果が向上する。また、第３の変化要素および第４の変化要素を、第１の変化要素および第２の変化要素によって圧力室内に生じた圧力振動を抑制する波形要素として機能させることができる。したがって、当該微振動波形を用いて微振動を行った場合に、液体の増粘を抑制して間欠能力を向上させつつも、微振動後のメニスカスの動きが抑えられるので、その後の噴射動作における液体の噴射安定性を確保することが可能となる。

また、本発明の液体噴射装置は、液体が噴射されるノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
前記ノズルから液体を噴射させない微振動波形を発生する駆動波形発生手段と、
を備え、
前記微振動波形は、基準電位から当該基準電位に対して第１の極性における第１電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、前記第１電位から前記基準電位に対して第１の極性とは異なる第２の極性における第２電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、前記第２電位から前記第１の極性における第３電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、前記第３電位から前記基準電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有することを特徴とすることを特徴とする

この構成によれば、微振動波形は、基準電位から当該基準電位に対して第１の極性における第１電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、第１電位から基準電位に対して第１の極性とは異なる第２の極性における第２電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、第２電位から前記第１の極性における第３電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、第３電位から基準電位まで変化して圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有するので、極性を跨いで電位の変化を生じさせることができるため、より効率よく液体の増粘を抑制して間欠能力を向上させつつも、微振動後のメニスカスの動きを抑えられるため、その後の噴射動作における液体の噴射安定性を確保することが可能となる。

また、上記構成において、前記第１電位と前記第３電位が等しい構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、微振動後のメニスカスの動きを抑えられるため、その後の噴射動作における液体の噴射安定性を確保することが可能となる。

また、上記構成において、前記第１電位と前記第３電位が互いに異なる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第３電位を適宜設定できるため、微振動後のメニスカスを抑える能力を高めることが可能となる。

また、上記構成において、前記第２の変化要素は、前記第１の変化要素により前記圧力室内の液体に生じた圧力振動を加振しうる圧力振動を発生するタイミングで前記圧力発生手段に印加される構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第２の変化要素は、第１の変化要素により圧力室内の液体に生じた圧力振動を加振しうる圧力振動を発生するタイミングで圧力発生手段に印加されるので、メニスカスを振動させて液体を効果的に攪拌させ、間欠能力を向上させることが可能となる。

また、上記構成において、前記第２の変化要素の始端から前記第４の変化要素の終端までの時間が、圧力室内の液体における固有振動周期の自然数倍である構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第１の変化要素で生じたメニスカスの振動を第２の変化要素で加振させて液体を攪拌させるとともに、第３の変化要素と第４の変化要素でメニスカスの振動を抑えることができるため、間欠能力と噴射安定性をより効率よく確保することが可能となる。

また、本発明の液体噴射ヘッドの制御方法は、液体が噴射されるノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、前記ノズルから液体を噴射させない微振動波形を発生する駆動波形発生手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
前記微振動波形は、基準電位に対して第１の極性における第１電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、前記基準電位に対して第１の極性とは異なる第２の極性における第２電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、前記第１の極性における第３電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、前記基準電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有し、
前記微振動波形を前記圧力発生手段に印加することで微振動動作を行うことを特徴とする。

この構成によれば、信頼性の高い液体噴射装置を提供することが可能となる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する図である。 プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 微振動駆動パルスの構成を説明する波形図である。 間欠能力および噴射安定性について検証した結果を示した表である。 比較例の駆動信号について説明する波形図である。 微振動駆動パルスの変形例について説明する波形図である。

以下、本発明を実施するための形態を、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、本発明の液体噴射装置として、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１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体の一種あるいは液体着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８と、を備えて概略構成されている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）がプリンターコントローラー３６の制御部４１（図３参照）に送信される。リニアエンコーダー１０は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として出力する。このため、制御部４１は、受信したエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４に搭載された記録ヘッド２の走査位置を認識できる。即ち、例えば、受信したエンコーダーパルスをカウントすることで、キャリッジ４の位置を認識することができる。これにより、制御部４１はこのリニアエンコーダー１０からのエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作を制御することができる。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズル形成基板１５：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

本実施形態におけるプリンター１のプラテン５の内部には、図示しないプラテンヒーター（加熱手段）が設けられている。このプラテンヒーターによって、プラテン５上の記録紙記録媒体が加熱されて、記録媒体に着弾したインクの定着・乾燥が促進される。

図２は、本実施形態の記録ヘッド２の構成を示す図であり、（ａ）は記録ヘッド２の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ′線断面図である。なお、図２（ｃ）では保護基板１９の図示が省略されている。また、図２ではノズル４つ分の構成を例示しているが、残りの他のノズルに対応する構成も同様である。本実施形態における記録ヘッド２は、圧力室基板１４、ノズル形成基板１５、弾性体膜１６、絶縁体膜１７、圧電素子１８、及び、保護基板１９等を積層して構成されている。

圧力室基板１４は、例えば、シリコン単結晶基板から成る板材である。この圧力室基板１４には、複数の圧力室２０が、隔壁３７を間に挟んでその幅方向（ノズル列方向）に並設されている。圧力室基板１４の圧力室２０の長手方向（ノズル列方向に直交する方向における外側に外れた領域には、連通部２１が形成され、連通部２１と各圧力室２０とが、圧力室２０毎に設けられたインク供給路２２を介して連通されている。なお、連通部２１は、後述する保護基板１９のリザーバー部２６と連通して各圧力室２０の共通のインク室となるリザーバー２７の一部を構成する。インク供給路２２は、圧力室２０よりも狭い幅で形成されており、連通部２１から圧力室２０に流入するインクに対して流路抵抗を付与する。圧力室基板１４におけるこれらの圧力室２０やインク供給路２２等の流路は、異方性エッチングにより形成されている。

圧力室基板１４の下面には、各圧力室２０に対応して複数のノズル２３が列状に開設されたノズル形成基板１５が接着剤３４により接合されている。これにより、圧力室２０の下面側の開口がノズル形成基板１５により封止されて圧力室２０の底部が画成される。すなわち、ノズル形成基板１５は、圧力室２０の底部材としても機能する。圧力室基板１４の上面（第１の開口面）には、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜１６が形成されている。この弾性膜１６における圧力室２０の開口を封止する部分は、作動面として機能する。

上記の弾性膜１６上には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜１７が形成されている。また、この絶縁膜１７上には、圧力室２０毎に対応して圧電素子１８が配設されている。例示した圧電素子１８は、所謂撓み振動モードの圧電素子であり、駆動電極１８ａと共通電極１８ｂとによって圧電体１８ｃを挟んで構成されている。また、各圧電素子１８の駆動電極１８ａには、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極２４がそれぞれ接続されている。そして、圧電素子１８の駆動電極１８ａに駆動信号（駆動パルス）が印加されると、駆動電極１８ａと共通電極１８ｂとの間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体１８ｃに付与され、圧電体１８ｃが付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極１８ａの電位を高くする程、圧電体層２０ｃの幅方向（ノズル列方向）の中央部が圧力室２０の内側（ノズル形成基板１５に近づく側）に撓み、圧力室２０の容積を減少させるように弾性膜１６を変形させる。一方、駆動電極１８ａの電位を低くする程（０に近づける程）、圧電体層２０ｃの短尺方向の中央部が圧力室２０の外側（ノズル形成基板１５から離れる側）に撓み、圧力室２０の容積を増加させるように弾性膜１６を変形させる。

圧力室基板１４上の圧電素子１８側の面には、圧電素子１８に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの空間となる圧電素子保持部２５を有する保護基板１９が接合されている。さらに、保護基板１９には、圧力室基板１４の連通部２１に対応する領域にリザーバー部２６が設けられている。このリザーバー部２６は、圧力室２０の並設方向に沿って長尺な矩形の開口形状を有する貫通穴として保護基板１９に形成されており、上述したように圧力室基板１４の連通部２１と連通されてリザーバー２７を画成する。このリザーバー２７は、インクの種類毎（色毎）に設けられ、複数の圧力室２０に共通のインクが貯留される。

また、保護基板１９の圧電素子保持部２５とリザーバー部２６との間の領域には、保護基板１９を厚さ方向に貫通する貫通孔２８が設けられ、この貫通孔２８内に共通電極１８ｂの一部及びリード電極２４の先端部が露出されている。保護基板１９上には、封止膜２９及び固定板３０とからなるコンプライアンス基板３１が接合されている。封止膜２９は、可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルム）からなり、この封止膜２９によってリザーバー部２６の一方面が封止されている。また、固定板３０は、金属等の硬質の材料（例えば、ステンレス鋼等）で形成される。この固定板３０のリザーバー２７に対向する領域は、厚さ方向を貫通する開口部３２となっている。このため、リザーバー２７の一方の面は可撓性を有する封止膜２９のみで封止されている。

上記構成の記録ヘッド２では、インクカートリッジ等のインク供給手段からインクを取り込み、リザーバー２７からノズル２３に至るまでインクで満たされる。そして、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、圧力室２０に対応するそれぞれの共通電極１８ｂと駆動電極１８ａとの間に両電極の電位差に応じた電界が付与され、圧電素子１８および作動面（弾性膜１６）が撓み変形することにより、圧力室２０内に圧力変動が生じる。この圧力変動を制御することで、ノズル２３からインクを噴射させる。

図３は、プリンター１の電気的な構成を示すブロック図である。本実施形態におけるプリンター１は、プリンターコントローラー３６とプリントエンジン３７とで概略構成されている。プリンターコントローラー３６は、ホストコンピューター等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）３８と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３９と、各種制御のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ４０と、ＲＯＭ４０に記憶されている制御プログラムに従って各部の統括的な制御を行う制御部４１と、クロック信号を発生する発振回路４２と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４３（駆動波形発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られたドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）４４と、を備えている。また、プリントエンジン３７は、記録ヘッド２、キャリッジ移動機構７、紙送り機構８、及び、リニアエンコーダー１０から構成されている。

制御部４１は、リニアエンコーダー１０から出力されるエンコーダーパルスからタイミングパルスＰＴＳ（図４参照）を生成するタイミングパルス生成手段として機能する。このタイミングパルスＰＴＳは、駆動信号発生回路４３が発生する駆動信号の発生開始タイミングを定める信号である。つまり、駆動信号発生回路４３は、このタイミングパルスＰＴＳを受信する毎に駆動信号を出力する。また、制御部４１は、印刷データのラッチタイミングを規定するラッチ信号ＬＡＴ、及び、駆動信号に含まれる各噴射駆動パルスの選択タイミングを規定するチェンジ（又はチャンネル）信号ＣＨを出力する。

上記の駆動信号発生回路４３は、タイミングパルスＰＴＳの受信毎に複数の噴射駆動パルスを含む駆動信号ＣＯＭを発生する。換言すると、駆動信号発生回路４３は、上記のタイミングパルスＰＴＳに基づく周期（以下、単位周期Ｔという。）で駆動信号ＣＯＭを繰り返し発生する。
図４は、本実施形態における駆動信号発生回路４３が発生する駆動信号ＣＯＭの構成の一例を説明する図である。なお、同図において横軸は時間を、縦軸は電位を、それぞれ示している。本実施形態における駆動信号ＣＯＭは、合計３つの駆動パルスを単位周期Ｔ内に含む信号である。本実施形態において、駆動信号ＣＯＭの単位周期Ｔは、３つの期間（パルス発生期間）ｔ１〜ｔ３に区分されている。そして、期間ｔ１で噴射駆動パルスＰｄが発生し、期間ｔ２で微振動駆動パルスＰｖ（本発明における微振動駆動波形に相当）が発生し、期間ｔ３で噴射駆動パルスＰｄが発生する。これらの駆動パルスの詳細については後述する。

次に、この記録ヘッド２の電気的構成について説明する。この記録ヘッド２は、図３に示すように、第１シフトレジスター４５及び第２シフトレジスター４６からなるシフトレジスター（ＳＲ）回路と、第１ラッチ回路４７及び第２ラッチ回路４８からなるラッチ回路と、デコーダー４９と、制御ロジック５０と、レベルシフター５１と、スイッチ５２と、圧電素子１８とを備えている。そして、各シフトレジスター４５，４６、各ラッチ回路４７，４８、レベルシフター５１、スイッチ５２、及び、圧電素子１８は、それぞれノズル２３毎に対応した数だけ設けられる。なお、図３では、１ノズル分の構成のみが図示され、他のノズル分の構成については図示が省略されている。

この記録ヘッド２は、プリンターコントローラー３６から送られてくる印刷データ（画素データ）ＳＩに基づいてインク（液体の一種）の噴射制御を行う。本実施形態では、２ビットで構成された印刷データＳＩの上位ビット群、印刷データＳＩの下位ビット群の順に記録ヘッド２へクロック信号ＣＬＫに同期して送られてくるので、まず、印刷データＳＩの上位ビット群が第２シフトレジスター４６にセットされる。全てのノズル２３について印刷データＳＩの上位ビット群が第２シフトレジスター４６にセットされると、次にこの上位ビット群が第１シフトレジスター４５にシフトする。これと同時に、印刷データＳＩの下位ビット群が第２シフトレジスター４６にセットされる。

第１シフトレジスター４５の後段には、第１ラッチ回路４７が電気的に接続され、第２シフトレジスター４６の後段には、第２ラッチ回路４８が電気的に接続されている。そして、プリンターコントローラー３６側からのラッチパルスが各ラッチ回路４７，４８に入力されると、第１ラッチ回路４７は記録データの上位ビット群をラッチし、第２ラッチ回路４８は記録データの下位ビット群をラッチする。各ラッチ回路４７，４８でラッチされた記録データ（上位ビット群，下位ビット群）はそれぞれ、デコーダー４９へ出力される。このデコーダー４９は、記録データの上位ビット群及び下位ビット群に基づいて、駆動信号ＣＯＭに含まれる各駆動パルスを選択するためのパルス選択データを生成する。

スイッチ５２の入力側には駆動信号発生回路４３からの駆動信号ＣＯＭが入力される。また、スイッチ５２の出力側には、圧電素子１８が接続されている。このスイッチ５２は、上記のパルス選択データに基づき各駆動信号ＣＯＭに含まれる各駆動パルスを圧電素子１８へ選択的に供給する。このような動作をするスイッチ５２は、選択供給手段の一種として機能する。

ここで、本実施形態においては、図４に示すように、駆動信号ＣＯＭにおいて２つの噴射駆動パルスＰｄの間に微振動駆動パルスＰｖが発生される。そして、記録媒体に対する記録動作中（印刷動作中）における所定の周期Ｔでインクが噴射されないノズル２３の圧電素子１８に対しては、微振動駆動パルスＰｖが選択されて印加される。これにより、非記録のノズル２３に対応する圧電素子１８が駆動されて、圧力室２０内のインクにノズル２３から噴射されない程度の圧力変化（微振動）が生じ、この微振動によって圧力室２０内のインク及びメニスカスが攪拌されることでインクの増粘が防止される。

図５は、本実施形態における微振動駆動パルスＰｖの構成を説明する波形図である。
本実施形態における微振動駆動パルスＰｖは、第１の膨張要素ｐ１（本発明における第１の変化要素に相当）と、第１のホールド要素ｐ２と、収縮要素ｐ３（本発明における第２の変化要素に相当）と、第２のホールド要素ｐ４と、第２の膨張要素ｐ５（本発明における第３の変化要素に相当）と、第３のホールド要素ｐ６と、復帰要素ｐ７（本発明における第４の変化要素に相当）とからなる。第１の膨張要素ｐ１は、圧力室２０の基準容積（膨張又は収縮の基準となる容積）に対応する基準電Ｅｂから当該基準電位Ｅｂに対して負極性（本発明における第１の極性に相当）側における第１の微振動膨張電位Ｅ３（本発明における第１電位に相当）まで電位が変化（降下）する要素である。第１の微振動膨張電位Ｅ３は、基準電位Ｅｂと噴射駆動パルスＰｄの最低電位Ｅ１との間の値となっている。なお、第１の膨張要素ｐ１、収縮要素ｐ３、第２の膨張要素ｐ５、および復帰要素ｐ７の各電位勾配（単位時間あたりの電位変化率）は、当該第１の膨張要素ｐ１が圧電素子１８に印加されたときにノズル２３からインクが噴射されない程度の値にそれぞれ設定されている。また、第１のホールド要素ｐ２は、第１の膨張要素ｐ１の終端電位である第１の微振動膨張電位Ｅ３を一定時間Δｔ１だけ維持する波形要素である。

収縮要素ｐ３は、第１のホールド要素ｐ２に続いて発生される波形要素であり、第１の微振動膨張電位Ｅ３から基準電位Ｅｂを超えて当該基準電位Ｅｂよりも正極性（本発明における第２の極性に相当）側の微振動収縮電位Ｅ４（本発明における第２電位に相当）まで一定勾配で電位が変化（上昇）する波形要素である。第２のホールド要素ｐ４は、収縮要素ｐ３の終端電位である微振動収縮電位Ｅ４を一定時間Δｔ２だけ維持する波形要素である。第２の膨張要素ｐ５は、微振動収縮電位Ｅ４から第１の微振動膨張電位Ｅ３（本発明における第３電位に相当）まで負極性側に電位が変化する波形要素である。第３のホールド要素ｐ６は、第１の微振動膨張電位Ｅ３を所定期間Δ３だけ維持する波形要素である。また、復帰要素ｐ７は第１の微振動膨張電位Ｅ３から基準電位Ｅｂまで一定勾配で電位が復帰する波形要素である。

上記のように構成された微振動駆動パルスＰｖが圧電素子１８に印加されると次のように作用する。
まず、第１の膨張要素ｐ１が圧電素子１８に印加されることで当該圧電素子１８および弾性膜１６の作動部の幅方向中央部が圧力室２０の外側（ノズル形成基板１５から離隔する側）に向けて撓む。これにより、圧力室２０が基準電位Ｅｂに対応する基準容積から第１の微振動膨張電位Ｅ３に対応する第１の膨張容積まで膨張する。この膨張によりノズル２３におけるメニスカスが圧力室２０側に引き込まれると共に、圧力室２０内にはリザーバー２７側から供給口を通じてインクが供給される。この圧力室２０の膨張状態は、第１のホールド要素ｐ２の印加期間中に亘って維持される。続いて、収縮要素ｐ３により、圧電素子１８および弾性膜１６の作動部の幅方向中央部が圧力室２０の内側（ノズル形成基板１５に近接する側）に向けて大きく撓む。これにより圧力室２０が第１の微振動膨張電位Ｅ３に対応する膨張容積から微振動収縮電位Ｅ４に対応する収縮容積まで急激に収縮する。この圧力室２０の急激な収縮により圧力室２０内のインクが加圧されて圧力振動が生じ、これにより圧力室２０内およびインクおよびメニスカスが攪拌される。ここで、基準電位Ｅｂから第１の微振動膨張電位Ｅ３までの電位差をＶ３とし、基準電位Ｅｂから微振動収縮電位Ｅ４までの電位差をＶ４とする。本実施形態における微振動駆動パルスＰｖでは、収縮要素ｐ３の電位差（Ｖ３＋Ｖ４）が従来よりも大きく設定されているので、インクの攪拌効果が向上されている。

そして、この圧力室２０の膨張状態は、第２のホールド要素ｐ４の印加期間中に亘って維持される。その後、第２の膨張要素ｐ５が印加されることで圧電素子１８および作動部の中央部が圧力室２０の外側に撓む。これにより、圧力室２０は収縮容積から第１の微振動膨張電位Ｅ３に対応する膨張容積まで再度膨張する。続いて、圧力室２０の収縮状態は、第３のホールド要素ｐ６の印加期間に亘って維持される。第３のホールド要素ｐ６の後、復帰要素ｐ７が圧電素子１８に印加される。これにより、圧電素子１８および作動部の中央部が圧力室２０の内側に向けて撓んで基準状態に復帰する。

ここで、収縮要素ｐ３が圧電素子１８に印加されるタイミングに関し、膨張要素ｐ１により圧力室２０が膨張される際に生じる圧力振動を加振し得るタイミングとなるように設定されている。さらに、膨張要素ｐ１と収縮要素ｐ３によって生じた圧力振動を抑制させるタイミングで第２のホールド要素ｐ４、第２の膨張要素ｐ５、第３のホールド要素ｐ６、復帰要素ｐ７が印加されるように設定されている。具体的には、圧力振動の励起が開始される収縮要素ｐ３の始端から、当該圧力振動に対して逆位相となる圧力振動を励起させる復帰要素ｐ７の終端までの時間が、圧力室２０内のインクに生じる圧力振動の周期（固有振動周期）Ｔｃの自然数倍となるように収縮要素ｐ３の時間Δｔ４、第２のホールド要素ｐ４の時間Δｔ２、第２の膨張要素ｐ５の時間Δｔ５、第３のホールド要素ｐ６の時間Δｔ３、復帰要素ｐ７の時間Δｔ６が調整されている。これにより、膨張要素ｐ１により生じた圧力振動を加振させることでメニスカスを振動させてインクを効果的に攪拌させつつ、膨張要素ｐ１および収縮要素ｐ３によって生じた圧力室２０内の圧力振動が低減される。したがって、微振動動作後にインクを噴射する場合においても、残留振動の影響が抑制されるので、噴射安定性を確保することが可能となる。
ここで、上記のＴｃは、一般的には次式で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕
上記式において、Ｍｎはノズル２３におけるイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量）、Ｍｓはインク供給路２２におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室２０のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ^２〕）である。

このような微振動駆動パルスＰｖを採用することにより、収縮要素ｐ３によって圧力室２０をより大きく膨張させることができ、インクの攪拌効果が向上する。また、収縮要素ｐ３、第２のホールド要素ｐ４、第２の膨張要素ｐ５、第３のホールド要素ｐ６、復帰要素ｐ７を、圧力室２０内に生じた圧力振動を抑制する波形要素として機能させることができる。したがって、当該微振動パルスＰｖを用いて微振動を行った場合に、インクの増粘を抑制して間欠能力を向上させつつも、微振動後のメニスカスの動きが抑えられるので、その後の噴射動作におけるインクの噴射安定性を確保することが可能となる。そして、このような微振動を行う制御方法を採用することにより、信頼性の高いプリンターを提供することが可能となる。

図６は、本実施形態における微振動駆動パルスＰｖを用いた微振動と、従来の微振動パルスで微振動を行ったときの間欠能力および噴射安定性（印字安定性）について検証した結果を示した表である。また、図７は、従来の微振動パルスを採用した比較例について説明する波形図である。図７（ａ）に示す比較例１の微振動駆動パルスＰｖ′は、基準電位Ｅｂと微振動膨張電位Ｅ３との間で逆台形状に電位が変化する波形である。すなわち、基準電位Ｅｂから微振動膨張電位Ｅ３までノズルからインクが噴射されない程度の勾配で電位が変化し、微振動膨張電位Ｅ３が一定時間保持された後、微振動膨張電位Ｅ３から基準電位Ｅｂまでノズルからインクが噴射されない程度の勾配で電位が復帰する。つまり、基準電位Ｅｂを基準として負極側に変化する逆台形状パルスが１つ駆動信号中に含まれている。また、図７（ｂ）に示す比較例２では、基準電位Ｅｂと微振動膨張電位Ｅ３との間で電位が変化する逆台形状パルスが動信号中に２つ含まれているものである。本発明に係る微振動駆動パルスＰｖは、圧力室２０を収縮させてインクを攪拌させる電位要素である収縮要素ｐ３が、微振動膨張電位Ｅ３から基準電位Ｅｂを超えて微振動収縮電位Ｅ４まで変化（Ｖ３＋Ｖ４）しているのに対し、比較例１の微振動駆動パルスＰｖ′および比較例２の微振動駆動パルスＰｖ″は、最大で微振動膨張電位Ｅ３から基準電位Ｅｂまで電位差Ｖ３の変化となっている。

図６の表では、各微振動駆動パルスのＶ３を変化させたとき（本発明に係る微振動駆動パルスＰｖではＶ４を一定の値に固定）の間欠能力（例えば、微振動終了後からインクを噴射することなく放置したときの許容時間）および微振動動作の後の記録動作における噴射安定性（印字安定性）について「○」「△」若しくは「×」で評価されている。Ｖ３は、噴射駆動パルスＰｄの駆動電圧Ｖ１に対する割合（％）で表されている。いずれも同一の記録ヘッド２および同一のインクを用いて同一の環境条件（温度や湿度）下で実験を行っている。ここで、間欠能力についての「○」は、インクの増粘による不具合が生じない範囲の放置許容時間が、所定の時間（例えば、プリンター１の仕様上・設計上、必要な放置許容時間）以上である場合を示している。一方、間欠能力についての「×」は、上記の許容時間が、所定の時間に満たない場合を示している。「△」は、放置許容時間が所定時間以上となるが、インクの種類や温度等の条件によっては、インクの噴射に不具合が生じる可能性がある場合を示している。また、噴射安定性についての「○」は、微振動終了後、同一周期Ｔにおける期間ｔ３の噴射駆動パルスＰ３でインクを噴射させたときのインクの飛翔曲がりやインク量の変動が許容範囲内である場合を示している。一方、噴射安定性についての「×」は、微振動終了後、同一周期Ｔにおける期間ｔ３の噴射駆動パルスＰ３でインクを噴射させたときのインクの飛翔曲がりやインク量の変動が許容範囲を超えてしまい、記録画像等の画質が低下するおそれがある場合を示している。噴射安定性についての「△」は、飛翔曲がりやインク量の変動が許容範囲内であるが、記録する画像等によっては画質の低下を招くおそれがある場合を示している。

比較例１の場合、インクの攪拌能力が比較的弱く、Ｖ３を９％〜２７％まで変化させても、間欠能力は必要以上のものが得られなかった。また、印字安定性についても、Ｖ３が９％のときのみが「○」でそれ以外は「×」となり、良好な結果が得られなかった。また、比較例２の場合、Ｖ３が２１％以上であれば、間欠能力は良好であるのに対し噴射安定性が「△」若しくは「×」となり、逆にＶ３が１８％以下だと、噴射安定性は良好であるのに対し間欠能力が「△」若しくは「×」となる。したがって、比較例１も比較例２も間欠能力の向上と噴射安定性の両立が難しいという結果となった。これに対し、本発明に係る微振動駆動パルスＰｖを用いて微振動を行った場合、Ｖ３が１５％〜２１％の範囲で、間欠能力および噴射安定性のいずれも「○」となり、間欠能力の向上と噴射安定性の両立が可能な範囲（図６において太枠で囲まれた部分）が他の比較例と比べて大きい結果となった。

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。

図８は、微振動駆動パルスの変形例について説明する波形図である。
図８（ａ）に示す微振動駆動パルスは、基準電位Ｅｂよりも負極性側の１つ目の台形波の電位差であるＶ３と、同じく基準電位Ｅｂよりも負極性側の２つ目の台形波の電位差であるＶ５とが異なっている。すなわち、膨張要素ｐ１１および収縮要素ｐ１３により生じる圧力振動を相殺することができれば、第２の膨張要素ｐ１５の終端電位が微振動膨張電位Ｅ３と必ずしも同じ値で無くても良い。この例では、第２の膨張要素ｐ１５の終端電位Ｅ５は、基準電位Ｅｂと微振動膨張電位Ｅ３との間の値に設定されている。なお、その他の構成については上記第１の実施形態と同様となっている。このように、第３電位に相当する終端電位Ｅ５を適宜設定できるため、微振動後のメニスカスを抑える能力を効果的に高めることが可能となる。すなわち、終端電位Ｅ５を適切に設定することで、第２の膨張要素ｐ１５および復帰要素ｐ１７により必要以上に大きな振動を生じさせることを抑えつつメニスカスを制振させることが可能となる。したがって、その後の噴射動作における噴射安定をより確実に確保することができる。

また、図８（ｂ）に示す微振動駆動パルスは、本発明における第２の変化要素に相当する波形要素が、複数段（２段）に構成されており、また、同様に第３の変化要素に相当する波形要素が、複数段（２段）に構成されている点に特徴を有している。より具体的には、第２の変化要素に相当する波形要素は、前段収縮要素ｐ２３と、第１中間ホールド要素ｐ２４と、後段収縮要素ｐ２５とから構成されている。また、第３の変化要素に相当する波形要素は、前段膨張要素ｐ２７と、第２中間ホールド要素ｐ２８と、後段膨張要素ｐ２９とから構成されている。このように、第２の変化要素または第３の変化要素の途中に電位を一定に維持するホールド要素を設けることにより、例えば、後段収縮要素ｐ２５については前段収縮要素ｐ２３により励振される振動を加振するタイミングで圧電素子１８に印加されるように設定することができ、攪拌能力を高めることができる。また、後段膨張要素ｐ２９については、前段膨張要素ｐ２７により励振される振動を制振するタイミングで圧電素子１８に印加されるように設定することができ、制振能力を高めることができる。なお、各ホールド要素の電位は、必ずしも基準電位Ｅｂでなくても良い。また、その他の構成については上記第１の実施形態と同様である。

また、図８（ｃ）に示す微振動駆動パルスＰｖは、上記第１の実施形態における微振動駆動パルスＰｖに対して極性が反転している。この場合、正極性が本発明における第１の極性であり負極性が本発明における第２の極性となる。この微振動パルスの波形は、圧力発生手段としていわゆる縦振動型の圧電素子を採用する構成において採用することができる。

さらに、上記第１の実施形態における微振動駆動パルスＰｖおよび各変形例の微振動駆動パルスＰｖに関し、Ｖ３とＶ４の大小関係は例示したものには限られず逆になっても良い。

また、上記第１実施形態では、駆動信号ＣＯＭに２つの噴射駆動パルスＰｄと１つの微振動駆動パルスＰｖが含まれる構成を例示したが、これには限られず、少なくとも１つ以上の噴射駆動パルスと１つ以上の微振動駆動パルスが含まれる構成であれば良い。また、噴射駆動パルスＰｄの波形が何れも同じである構成を例示したが、種々の波形の噴射駆動パルスを採用することができる。
さらに、上記第１実施形態では、記録動作中（印刷動作中）においてインクが噴射されないノズルに対して微振動駆動パルスにより微振動が行われる、いわゆる印字内微振動について例示したが、これには限られず、記録動作が行われていない期間において継続して微振動が行われるいわゆる印字外微振動においても本発明に係る微振動駆動パルスを用いることができる。

なお、本発明は、微振動駆動パルスを用いて微振動制御が可能な液体噴射装置であれば、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噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、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，２…記録ヘッド，１８…圧電素子，２０…圧力室，２３…ノズル，３３…隔壁，３４…接着剤，３６…プリンターコントローラー，４１…制御部，４３…駆動信号発生回路

Claims (6)

1. 液体が噴射されるノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
   前記ノズルから液体を噴射させない微振動波形を発生する駆動波形発生手段と、
   を備え、
   前記微振動波形は、基準電位に対して第１の極性側における第１電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、前記基準電位に対して前記第１の極性側とは異なる第２の極性側における第２電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、前記基準電位に対して前記第１の極性側における第３電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、前記基準電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有し、
   前記第２の変化要素は、前記第１の変化要素により前記圧力室内の液体に生じた圧力振動を加振しうる圧力振動を発生するタイミングで前記圧力発生手段に印加され、前記第３の変化要素と前記第４の変化要素は、前記第１の変化要素と前記第２の変化要素によって生じた圧力振動を抑制させるタイミングで前記圧力発生手段に印加されることを特徴とする液体噴射装置。
2. 液体が噴射されるノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
   前記ノズルから液体を噴射させない微振動波形を発生する駆動波形発生手段と、
   を備え、
   前記微振動波形は、基準電位から当該基準電位に対して第１の極性側における第１電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、前記第１電位から前記基準電位に対して前記第１の極性側とは異なる第２の極性側における第２電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、前記第２電位から前記第１の極性側における第３電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、前記第３電位から前記基準電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有し、
   前記第２の変化要素は、前記第１の変化要素により前記圧力室内の液体に生じた圧力振動を加振しうる圧力振動を発生するタイミングで前記圧力発生手段に印加され、前記第３の変化要素と前記第４の変化要素は、前記第１の変化要素と前記第２の変化要素によって生じた圧力振動を抑制させるタイミングで前記圧力発生手段に印加されることを特徴とすることを特徴とする液体噴射装置。
3. 前記第１電位と前記第３電位が等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 前記第１電位と前記第３電位が互いに異なることを特徴とする請求項１または請求項２の何れか一項に記載の液体噴射装置。
5. 前記第２の変化要素の始端から前記第４の変化要素の終端までの時間が、圧力室内の液体における固有振動周期の自然数倍であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射装置。
6. 液体が噴射されるノズル、当該ノズルに連通する圧力室、及び、当該圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、前記ノズルから液体を噴射させない微振動波形を発生する駆動波形発生手段と、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
   前記微振動波形は、基準電位に対して第１の極性側における第１電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第１の変化要素と、前記基準電位に対して前記第１の極性側とは異なる第２の極性における第２電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第２の変化要素と、前記基準電位に対して前記第１の極性側における第３電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第３の変化要素と、前記基準電位まで変化して前記圧力室内の液体に圧力変化を生じさせる第４の変化要素と、を有し、
   前記第２の変化要素を、前記第１の変化要素により前記圧力室内の液体に生じた圧力振動を加振しうる圧力振動を発生するタイミングで前記圧力発生手段に印加し、前記第３の変化要素と前記第４の変化要素を、前記第１の変化要素と前記第２の変化要素によって生じた圧力振動を抑制させるタイミングで前記圧力発生手段に印加することで前記微振動動作を行うことを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

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