JP6210279B2 - 液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法 - 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、液体噴射装置の制御方法に関し、特に、駆動信号に含まれる駆動波形を圧力発生手段に印加することにより当該圧力発生手段を駆動させ、ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズルから液体を噴射させる液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法に関するものである。

液体噴射装置は噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射（吐出）する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を活かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。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。

上記のプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種。以下、記録ヘッドと略記する。）は、インクを噴射させるノズルを複数列設してなるノズル列（ノズル群）や、これらのノズルに連通する圧力室内のインクに圧力変動を生じさせてノズルからインクを噴射させる圧力発生手段として、例えば圧電素子、発熱素子、又は静電アクチュエーターなどを備えている。そして、このプリンターでは、制御装置の駆動信号発生部によって生成された駆動信号を上記の圧力発生手段に印加することで、当該圧力発生手段を駆動してインクを噴射させるように構成されている。この駆動信号には、ノズルからインクを噴射させるべく圧力発生手段を駆動する駆動パルスが１つ以上含まれている。この駆動パルスの電圧（最低電位と最高電位との電位差）や波形は、噴射されるインクの量や飛翔速度が設計・仕様上の目標値となるように設定されている。

ここで、上記プリンターでは、例えば、インク等の液体の着弾対象（記録紙）の所定の範囲を特定の色のインクで隙間無く埋めて塗りつぶす所謂ベタ印刷（例えば、特許文献１参照。）を行う場合、当該着弾対象に対してできるだけ多くのインクを高い周波数で噴射させて着弾させることで印刷処理の高速化が図られる。これに対し、線図、罫線、或いはテキスト等のようにドットを並べて線や文字などを表現する線画印刷（例えば、特許文献２参照。）を行う場合、記録媒体上の所定の位置にインクをより高い精度で着弾させて記録画像の画質を確保することが求められる。この線画印刷では、線画等の記録画像の輪郭を明瞭にすることが求められるため、一度に噴射されるインクの量は、ベタ印刷の場合よりも少ないことが望ましい。

特開２００４−２４３７７９号公報 特開２０１２−１２６１２８号公報

ノズルから噴射されるインクの量を変えるには、駆動パルスの電圧を変化させることが考えられる。すなわち、例えば、駆動パルスの電圧を下げることで、ノズルから噴射されるインクの量も低下する。ところが、この場合、インクの量の変化に伴ってインクの飛翔速度も設計上の目標値から変わってしまう。記録ヘッドのノズルから噴射されたインクは着弾対象に対して斜めに飛翔するので、当該インクの飛翔速度が変わると、着弾対象に対するインクの着弾位置が本来目標とする位置からずれてしまう。特に、記録紙等の着弾対象に対して記録ヘッドを相対的に移動させながらインクを噴射させて印刷を行う構成では、着弾対象の幅方向の一方から他方に移動する往動時と他方から一方に移動する復動時の双方でインクの相対的な着弾位置がずれてしまう。その結果、線画や罫線を印刷する場合に、印刷された線等にがたつきが生じ、画質が低下する虞があった。また、飛翔速度の変化に応じてインクの噴射タイミングを調整する等の対策も考えられるが、処理が複雑となり現実的ではない。

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、着弾位置精度を維持しつつノズルから噴射される液体の量を調整することが可能な液体噴射装置、および、液体噴射装置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、液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、
を備えた液体噴射装置であって、
前記駆動信号は、第１駆動パルスと、電圧が第１駆動パルスのものと同一の第２駆動パルスと、を発生可能であり、
前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有し、
前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さは、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定されたことを特徴とする。

上記構成において、前記駆動パルス発生手段は、着弾対象に対して着弾させる液体の量が相対的に多い第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、着弾位置に対して着弾させる液体の量が相対的に少ない第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生させる構成を採用することが望ましい。

本発明によれば、第２駆動パルスの第３のパルス要素の長さが、第１駆動パルスの第３のパルス要素の長さよりも設定されることで、第１駆動パルス場合と比較して、第２駆動パルスにより液体を噴射させたときの当該液体の飛翔速度が一定に維持されたまま（設計上の目標値から大幅に変動させることなく）で液体の量（重量）を低下させることができる。すなわち、例えば、着弾対象に対して液体をより多く着弾させることや、より高い周波数で液体を噴射させて液体噴射処理速度を向上させることが優先される（その結果として、着弾位置に対して着弾させる液体の量が相対的に多い）第１のモードでは、第３のパルス要素の長さが比較的短い値に設定された第１駆動パルスを用いて液体の噴射が行われることで、着弾対象に対する噴射処理をより効率良く行うことが可能となる。これに対し、第１のモードの場合と比較して、着弾対象に対する液体の着弾精度や着弾パターン（線画等の画像）の輪郭の明瞭度合いがより高く求められる（その結果として、着弾位置に対して着弾させる液体の量が相対的に少ない）第２のモードでは、第３のパルス要素の長さが比較的長い値に設定された第２駆動パルスを用いて液体の噴射が行われることで、所定のタイミングＴｎでの液体の噴射後、その次のタイミングＴｎ＋１での液体噴射時の当該液体の飛翔速度を設計上の目標値に維持したまま液体の重量を相対的に減少させることができる。これにより、線図、罫線、或いはテキスト等のように着弾ドットを並べて線や文字などの着弾パターンを着弾対象に形成する場合に、液体の着弾位置ずれを抑えつつ滲みの少ない明瞭な画像（線図等）を形成することが可能となる。

また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、を備え、
前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと、電圧が第１駆動パルスのものと同一の第２駆動パルスと、を発生可能であり、
前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有する液体噴射装置の制御方法であって、
前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さを、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定することを特徴とする。

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。 プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。 駆動パルスの収縮要素の後の収縮ホールド要素の時間の変化に対するノズルから噴射されるインクの量と飛翔速度の変化を示すグラフである。 噴射駆動パルスの変形例を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の電気的な構成を説明するブロック図、図２は、プリンター１の内部構成を説明する斜視図である。外部装置２は、例えばコンピューター、デジタルカメラ、或いは携帯情報端末機などの画像データを取り扱う電子機器である。この外部装置２は、プリンター１と通信可能に接続されており、プリンター１において記録紙等の記録媒体に画像やテキストを印刷させるため、その画像等に応じた印刷データをプリンター１に送信する。

本実施形態におけるプリンター１は、紙送り機構３、キャリッジ移動機構４（移動手段）、リニアエンコーダー５、記録ヘッド６、及び、プリンターコントローラー７を有する。記録ヘッド６は、インクカートリッジ１７を搭載したキャリッジ１６の底面側に固定されている。そして、当該キャリッジ１６は、キャリッジ移動機構４によってガイドロッド１８に沿って往復移動可能に構成されている。すなわち、プリンター１は、紙送り機構３によって記録紙等の記録媒体（本発明における着弾対象に相当。）を順次搬送すると共に、記録媒体に対して記録ヘッド６を相対移動させながら当該記録ヘッド６のノズル３４（図４参照）からインクを噴射させて、記録媒体上に当該インクを着弾させることにより画像等を記録する。

プリンターコントローラー７は、制御手段の一種であり、プリンターの各部の制御を行う制御ユニットである。プリンターコントローラー７は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部８と、ＣＰＵ９と、記憶部１０と、駆動信号生成部１１とを有する。インターフェース部８は、外部装置２からプリンター１へ印刷データや印刷命令を送ったり、プリンター１の状態情報を外部装置２側に出力したりする際にプリンターの状態データの送受信を行う。ＣＰＵ９は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。記憶部１０は、ＣＰＵ９のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。ＣＰＵ９は、記憶部１０に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。

駆動信号生成部１１（本発明における駆動パルス発生手段に相当。）は、駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成部１１は、上記の電圧信号を増幅して駆動信号ＣＯＭを生成する。本実施形態における駆動信号生成部１１は、例えば図３に示すように、噴射駆動パルスを１つ以上含む駆動信号を発生する。この駆動信号生成部１１は、２種類の駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を発生させる。この点の詳細については後述する。

次に、プリントエンジン１３について説明する。このプリントエンジン１３は、図１に示すように、記録ヘッド６、キャリッジ移動機構４、紙送り機構３、及び、リニアエンコーダー５等を備えている。キャリッジ移動機構４は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド６が取り付けられたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６を、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モータ（例えば、ＤＣモータ）等からなり（図示せず）、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６を主走査方向に移動させる。紙送り機構３は、紙送りモータ及び紙送りローラ等からなり、記録紙等の記録媒体をプラテン上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー５は、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６の走査位置に応じたエンコーダパルスを、主走査方向における位置情報としてプリンターコントローラー７に出力する。プリンターコントローラー７は、リニアエンコーダー５側から受信したエンコーダパルスに基づいて記録ヘッド６の走査位置（現在位置）を把握することができる。

図４は、記録ヘッド６の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド６は、ケース１９、このケース１９内に収納される振動子ユニット１５、および、ケース１９の底面（先端面）に接合される流路ユニット２０等を備えている。上記のケース１９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１５が収納される収納空部２１が形成されている。振動子ユニット１５は、圧力発生手段として機能する圧電素子２２と、この圧電素子２２が接合される固定板２３と、圧電素子２２に駆動信号（駆動パルス）を供給するフレキシブルケーブル２４とを備えている。圧電素子２２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素子である。

流路ユニット２０は、流路形成基板２６の一方の面にノズルプレート２７を、流路形成基板２６の他方の面に振動板２８をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２０には、リザーバー３０（共通液室）と、インク供給口３１と、圧力室３２と、ノズル連通口３３と、ノズル３４とが設けられている。そして、インク供給口３１から圧力室３２及びノズル連通口３３を経てノズル３４に至る一連のインク流路が、各ノズル３４に対応して形成されている。

上記ノズルプレート２７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３４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２７には、ノズル３４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３４によって構成される。

上記振動板２８は、支持板３７の表面に弾性体膜３８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３７とし、この支持板３７の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３８としてラミネートした複合板材を用いて振動板２８を作製している。この振動板２８には、圧力室３２の容積を変化させるダイヤフラム部３９が設けられている。また、この振動板２８には、リザーバー３０の一部を封止するコンプライアンス部４０が設けられている。

上記のダイヤフラム部３９は、エッチング加工等によって支持板３７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３９は、圧電素子２２の先端面が接合される島部４１と、この島部４１を囲む弾性部４２とからなる。上記のコンプライアンス部４０は、リザーバー３０の開口面に対向する領域の支持板３７を、ダイヤフラム部３９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３０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４１には圧電素子２２の先端面が接合されているので、この圧電素子２２の自由端部を伸縮させることで圧力室３２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室３２内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド６は、この圧力変動を利用してノズル３４からインクを噴射させるようになっている。

図３は、駆動信号生成部１１が発生する駆動信号（第１駆動信号ＣＯＭ１および第２駆動信号ＣＯＭ２）の構成を説明する波形図である。
本実施形態において、駆動信号生成部１１は、印刷モードに応じて互いに異なる駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を発生させる。具体的には、記録媒体の所定の領域をドットで隙間無く埋めるベタ印刷モード（本発明における第１のモードに相当。）では第１駆動信号ＣＯＭ１を発生し、線図、罫線、或いは文字等のテキストのようにインクのドットを並べて線や文字などを表現する線画印刷モード（本発明における第２のモードに相当。）では第２駆動信号ＣＯＭ２を発生する。駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の繰り返し周期である単位周期は、記録ヘッド６が記録媒体に対して相対的に移動しながらインクの噴射を行う際に、ノズル３４が上記の画素の幅に対応する距離だけ移動する時間に相当する。ベタ印刷モードは比較的高周波数でインクが噴射されるモードであるのに対し、線画印刷モードはベタ印刷モードよりも低い周波数でインクが噴射されるモードであるため、第２駆動信号ＣＯＭ２の単位周期Ｔ′は、第１駆動信号ＣＯＭ１の単位周期Ｔよりも長い。そして、本実施形態では、各印刷モードにおいて１つの画素に対して２種類の大きさのドットを形成することが可能に構成されている。したがって、上記プリンター１では、画素に対してドットを形成しない非記録も含めて合計３階調の表現が可能である。

本実施形態における第１駆動信号ＣＯＭ１の単位周期Ｔは、２つの期間、具体的には、期間Ｔ１１および期間Ｔ１２に区切られている。そして、期間Ｔ１１では第１噴射駆動パルスＰ１が、期間Ｔ１１に続く期間Ｔ１２では第２噴射駆動パルスＰ２が、それぞれ発生される。第１噴射駆動パルスＰ１と第２噴射駆動パルスＰ２とは、同一波形となっている。単位周期Ｔ内でこれらの噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２がそれぞれ選択されて圧電素子２２に順次印加されると、ノズル３４から２回連続してインクが噴射され、記録媒体上の画素形成領域（仮想的な画素形成予定領域）に上記合計量のインクが着弾してベタ印刷モードにおける最大のドット（大ドット）が形成される。また、単位周期Ｔにおいて、噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２のうちの何れか一方のみが選択されて圧電素子２２に印加されると、ノズル３４から１回だけインクが噴射されて、記録媒体上の画素形成領域に着弾して大ドットよりも小さいドット（小ドット）が形成される。さらに、単位周期Ｔにおいて画素形成領域にドットを形成しない非記録の場合、噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２の何れも選択されない。これにより、ノズル３４からはインクが噴射されない。第１噴射駆動信号ＣＯＭ１に含まれる各駆動パルスは、本発明における第１駆動パルスに相当する。

本実施形態における第２駆動信号ＣＯＭ２の単位周期Ｔ′は、第１駆動信号ＣＯＭ１にと同様に、２つの期間、具体的には、期間Ｔ２１および期間Ｔ２２に区切られている。そして、期間Ｔ２１では第３噴射駆動パルスＰ３が、期間Ｔ２１に続く期間Ｔ２２では第４噴射駆動パルスＰ４が発生される。第３噴射駆動パルスＰ３と第４噴射駆動パルスＰ４とは、同一波形となっている。単位周期Ｔ′内でこれらの噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４がそれぞれ選択されて圧電素子２２に順次印加されると、ノズル３４から２回連続してインクが噴射され、記録媒体上の画素形成領域に合計量のインクが着弾して線画印刷モードにおける最大のドット（大ドット）が形成される。また、単位周期Ｔ′において、噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４のうちの何れか一方のみが選択されて圧電素子２２に印加されると、ノズル３４から１回だけインクが噴射されて、記録媒体上の画素形成領域に着弾して大ドットよりも小さいドット（小ドット）が形成される。さらに、単位周期Ｔ′において画素形成領域にドットを形成しない非記録の場合、噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４の何れも選択されない。これにより、ノズル３４からはインクが噴射されない。第２噴射駆動信号ＣＯＭ２に含まれる各駆動パルスは、本発明における第２駆動パルスに相当する。

この第２噴射駆動信号ＣＯＭ２の各駆動パルスＰ３，Ｐ４の基本的な構成（パルスの構成要素や駆動電圧等）は、第１駆動信号ＣＯＭ１の各駆動パルスＰ１，Ｐ２の構成と概ね同様となっているが、収縮要素ｐ１３の後に続く収縮ホールド要素ｐ１４′の時間が、第１駆動信号ＣＯＭ１の駆動パルスの収縮ホールド要素ｐ１４よりも少なくなるように設計されている。以下、この点の詳細について説明する。

図５は、中ドットを形成する噴射駆動パルスの構成を説明する波形図であり、（ａ）は第１駆動信号ＣＯＭ１における第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２の波形図、（ｂ）は第２駆動信号ＣＯＭ２における第３噴射駆動パルスＰ３および第４噴射駆動パルスＰ４の構成を波形図である。
図５（ａ）に示すように、第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２は、予備膨張要素ｐ１１（第１のパルス要素）と、膨張ホールド要素ｐ１２と、収縮要素（加圧要素）ｐ１３（第２のパルス要素）と、収縮ホールド要素ｐ１４（第３のパルス要素）と、復帰膨張要素ｐ１５（第４のパルス要素）とからなる。予備膨張要素ｐ１１は、電位変化の基点となる基準電位Ｖｂから第１膨張電位ＶＨ１まで一定勾配で電位がプラス側に変化（上昇）するパルス要素であり、膨張ホールド要素ｐ１２は、予備膨張要素ｐ１１の終端電位である第１膨張電位ＶＨ１で一定なパルス要素である。また、収縮要素ｐ１３は、第１膨張電位ＶＨ１から第１収縮電位ＶＬ１（ＶＬ１＜Ｖｂ）まで電位がマイナス側に一定の勾配で変化（下降）するパルス要素であり、収縮ホールド要素ｐ１４は、第１収縮電位ＶＬ１で一定なパルス要素（保持要素の一種）であり、復帰膨張要素ｐ１５は、第１収縮電位ＶＬ１から基準電位Ｖｂまで電位が復帰するパルス要素である。

上記のように構成された第１噴射駆動パルスＰ１または第２噴射駆動パルスＰ２が圧電素子２２に印加されると、まず、予備膨張要素ｐ１１によって圧電素子２２が素子長手方向に収縮し、これに伴って圧力室３２が基準電位Ｖｂに対応する基準容積から第１膨張電位ＶＨ１に対応する膨張容積まで膨張する（膨張工程）。この膨張により、ノズル３４におけるメニスカスが圧力室３２側に大きく引き込まれる。そして、この圧力室３２の膨張状態は、膨張ホールド要素ｐ１２の供給期間中に亘って維持される（ホールド工程）。膨張ホールド要素ｐ１２による膨張状態が維持された後、収縮要素ｐ１３が圧電素子２２に印加されてこれに応じて圧電素子２２が伸長する。これに伴い、圧力室３２は膨張容積から第１収縮電位ＶＬ１に対応する収縮容積まで収縮される（加圧工程）。これにより、圧力室３２内のインクが加圧されて、ノズル３４メニスカスの中央部分が噴射側に押し出され、この押し出された部分が液柱のように伸びる。続いて、収縮ホールド要素ｐ１４により、圧力室３２の収縮状態が一定時間維持される。この間にメニスカスと液柱とが分離し、分離した部分がインク滴としてノズル３４から噴射されて記録媒体に向けて飛翔する。その後、復帰膨張要素ｐ１５が圧電素子２２に印加される。この復帰膨張要素ｐ１５の印加により、圧力室３２が定常容積まで膨張復帰する。この復帰膨張要素ｐ１５は、インクが噴射された後の振動（残留振動）を制振させる制振要素としても機能する。

図５（ｂ）に示すように、第２駆動信号ＣＯＭ２の第３噴射駆動パルスＰ３および第４噴射駆動パルスＰ４は、予備膨張要素ｐ１１（第１のパルス要素）と、膨張ホールド要素ｐ１２と、収縮要素ｐ１３（第２のパルス要素）と、収縮ホールド要素ｐ１４′（第３のパルス要素）と、復帰膨張要素ｐ１５（第４のパルス要素）とからなる。すなわち、収縮ホールド要素ｐ１４′を除く第５噴射駆動パルスＰ５の各パルス要素は、第１駆動信号ＣＯＭ１における第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２のものと共通している。したがって、第３噴射駆動パルスＰ３および第４噴射駆動パルスＰ４の駆動電圧（最低電位であるＶＬ１と最高電位であるＶＨ１との電位差）ＶＤ１と、第１噴射駆動パルスＰ１および第２噴射駆動パルスＰ２の駆動電圧ＶＤ１も同じ値となっている。一方、噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４の収縮ホールド要素ｐ１４′は、噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２の収縮ホールド要素ｐ１４よりも第１収縮電位ＶＬ１を維持する時間が長く設定されたパルス要素である。すなわち、噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４の収縮ホールド要素ｐ１４′の時間幅Ｐｗ２は、噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２の収縮ホールド要素ｐ１４の時間幅Ｐｗ１よりも長くなっている。これにより、所定のタイミングＴｎで第３噴射駆動パルスＰ３または第４噴射駆動パルスＰ４が圧電素子２２に印加されてノズル３４からインクが噴射された後、次のタイミングＴｎ＋１で第３噴射駆動パルスＰ３または第４噴射駆動パルスＰ４が同一の圧電素子２２に印加されて同一のノズル３４からインクが噴射された場合において、当該タイミングＴｎ＋１で噴射されたインクの飛翔速度Ｖｍを変えることなく（目標とする飛翔速度を維持しつつ）噴射されるインクの量（重量）Ｉｗを、第１駆動信号ＣＯＭ１における噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２によりインクを噴射させたときのインクの量よりも低減するように構成されている。この点については後述する。

図６は、駆動パルスの収縮要素の後の収縮ホールド要素の時間（横軸：以下、適宜、ホールド時間と称する。）の変化に対するノズル３４から噴射されるインクの量Ｉｗ〔ｎｇ〕と飛翔速度Ｖｍ〔ｍ／ｓ〕の変化（縦軸）を示すグラフである。ここで、図６のグラフは、線画印刷モードを前提とし、当該線画印刷モードで想定される駆動周波数（当該モードで連続してインクが噴射される際の平均的な周波数）において、所定のタイミングＴｎで第２駆動信号ＣＯＭ２の何れかの駆動パルスＰ３，Ｐ４でインクを噴射させた後、その次にインクの噴射が行われるタイミングＴｎ＋１において第２駆動信号ＣＯＭ２の何れかの駆動パルスＰ３，Ｐ４でインクを噴射させた場合の、ホールド時間に応じたインクの飛翔速度Ｖｍおよび重量Ｉｗの変化を示している。より具体的には、例えば、単位周期Ｔ′内の時間Ｔ２１で第３噴射駆動パルスＰ３によりインクが噴射された後、続く時間Ｔ２２で第４噴射駆動パルスＰ４によりインクが噴射されたときの、当該第４噴射駆動パルスＰ４により噴射されたインクの飛翔速度Ｖｍおよび重量Ｉｗの変化である。或いは、例えば、単位周期Ｔ′（ｎ）内の時間Ｔ２２で第４噴射駆動パルスＰ４によりインクが噴射された後、続く単位周期Ｔ′（ｎ＋１）の時間Ｔ２１で第３噴射駆動パルスＰ３によりインクが噴射されたときの、当該第３噴射駆動パルスＰ３により噴射されたインクの飛翔速度Ｖｍおよび重量Ｉｗの変化である。つまり、このグラフは、タイミングＴｎにおける駆動パルスのホールド時間のみを変えたときの、タイミングＴｎにおけるインクの噴射への影響を示したものである。したがってホールド時間以外の要素（駆動電圧等）は変わらず一定である。

図６に示すように、タイミングＴｎにおける駆動パルスのホールド時間を変えることで、タイミングＴｎ＋１において噴射されたインクの重量Ｉｗが変化する。これは、ホールド時間を変えることで、収縮要素ｐ１３によってインクが噴射される際に生じた振動（残留振動）に対する復帰膨張要素ｐ１５による制振のタイミングが変わるからである。つまり、ホールド時間を変えることで、タイミングＴｎにおいて生じた振動の制振度合いが変化し、当該振動の影響により、タイミングＴｎ＋１において噴射されたインクの重量Ｉｗが変化する。そして、線画印刷モードにおいて想定される駆動周期では、駆動パルスのホールド時間をより長く設定することで、インクの重量Ｉｗが低下する傾向となる。その一方で、同図に示すように、タイミングＴｎにおける駆動パルスのホールド時間を変えても、タイミングＴｎ＋１において噴射されたインクの飛翔速度Ｖｍは変化せずにほぼ一定となっている。これは、Ｔｎ＋１における駆動パルスに関し、インクの飛翔速度に関わる駆動パルスの駆動電圧（最低電位から最高電位までの電位差）や予備膨張要素あるいは収縮要素の傾き（時間に対する電位の変化率）が一定で変わらないためである。したがって、Ｔｎにおけるインクの噴射時に生じた残留振動の制振度合いにより、飛翔速度Ｖｍを一定に維持したままＴｎ＋１のインク重量Ｉｗのみを変えることができる。

本実施形態においては、第２駆動信号ＣＯＭ２における噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４の収縮ホールド要素ｐ１４′の時間Ｐｗ２が、第１駆動信号ＣＯＭ１における噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２の収縮ホールド要素ｐ１４の時間Ｐｗ１よりも長く設定されることで、ベタ印刷モードの場合と比較して、線画印刷モードにおいてインクの飛翔速度を一定（設計上の目標値）に維持したままインク重量を低下させるように構成されている。すなわち、ベタ印刷モードでは、記録媒体に対して着弾されるインクの量ができるだけ多いことが望ましいため、残留振動の制振よりも、１回に噴射されるインクの量やより高い周波数での噴射が優先される。このため、第１駆動信号ＣＯＭ１における噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２の収縮ホールド要素ｐ１４の時間Ｐｗ１は比較的短い値に設定される。これにより、より短い周期でインクを噴射させることが可能となる。また、噴射駆動パルスＰ１，Ｐ２の復帰膨張要素による制振度合いが低くなるので、タイミングＴｎでの噴射による残留振動を利用してタイミングＴｎ＋１における噴射時のインクの重量を増加させることができ、より効率良くベタ印刷を行うことが可能となる。

これに対し、線画印刷モードでは、上記のベタ印刷モードよりも記録媒体に対するインクの着弾精度と画像（線）の輪郭の明瞭度合いが、より高く求められる。したがって、線画印刷モードにおいて第２駆動信号ＣＯＭ２における噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４の収縮ホールド要素ｐ１４′の時間Ｐｗ２が、ベタ印刷モードの場合よりも長く設定されることで、タイミングＴｎでのインクの噴射後、タイミングＴｎ＋１でのインク噴射時の当該インクの飛翔速度Ｖｍを設計上の目標値に維持したままインク重量Ｉｗをベタ印刷モードの場合よりも減少させることができる。これにより、線図、罫線、或いはテキスト等のようにドットを並べて線や文字などを記録媒体に記録する場合に、着弾位置ずれを抑えつつ滲みの少ない明瞭な画像（線図等）を記録することが可能となる。また、第２駆動信号ＣＯＭ２における噴射駆動パルスＰ３，Ｐ４の収縮ホールド要素ｐ１４′の時間Ｐｗ２が比較的長く設定されたとしても、線画印刷モードでは、インクが噴射される周波数がベタ印刷モードの場合と比較して低いので、印刷処理全体の時間が長くなるなどの不具合が生じ難い。

このように、本発明に係るプリンター１によれば、印刷モードに応じて駆動パルスの収縮ホールド要素の時間を変えることにより、これらの印刷モードにより適したインクの噴射制御が可能となる。すなわち、液体の量や処理速度を優先した印刷モードと、着弾精度・高画質を優先した印刷モードの両方に対応することが可能となる。

なお、本発明は、上記した各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。

例えば、駆動信号ＣＯＭ１，２の構成に関し、上記実施形態では、単位周期内に２つの噴射駆動パルスが含まれる構成を例示したが、これには限られず、３つ以上の噴射駆動パルスが含まれる構成を採用することも可能である。要は、駆動信号ＣＯＭ１，２の駆動パルスの数に拘わらず、第２駆動信号ＣＯＭ２における各駆動パルスのホールド時間が、第１駆動信号ＣＯＭ１における各駆動パルスのホールド時間よりも長く設定されることで、上記と同様な作用効果を奏する。

また、駆動信号に含まれる駆動パルスの種類（波形）についても、上記で例示したものには限られない。
例えば、図７は、上記噴射駆動パルスＰ１〜Ｐ４の場合よりも噴射されるインク量が少ない第５噴射駆動パルスＰ５および第６噴射駆動パルスＰ６の構成例を示した波形図である。これらの噴射駆動パルスＰ５，Ｐ６は、収縮要素の途中に中間電位ＶＭ（ＶＬ２＜ＶＭ＜ＶＨ２）を維持する中間ホールド要素を有している点で、上記噴射駆動パルスＰ１〜Ｐ４と異なっている。

すなわち、図７（ａ）に示すように、第５噴射駆動パルスＰ５は、予備膨張要素ｐ２１（第１のパルス要素）と、膨張ホールド要素ｐ２２と、第１収縮要素ｐ２３と、中間ホールド要素ｐ２４と、第２収縮要素ｐ２５と、収縮ホールド要素ｐ２６（第３のパルス要素）と、復帰膨張要素ｐ２７（第４のパルス要素）とからなる。そして、第1収縮要素ｐ２３、中間ホールド要素ｐ２４、および第２収縮要素ｐ２５は、本発明における第２のパルス要素に相当する。

また、図７（ｂ）に示すように、第６噴射駆動パルスＰ６は、予備膨張要素ｐ２１と、膨張ホールド要素ｐ２２と、第１収縮要素ｐ２３と、中間ホールド要素ｐ２４と、第２収縮要素ｐ２５と、収縮ホールド要素ｐ２６′と、復帰膨張要素ｐ２７とからなる。すなわち、収縮ホールド要素ｐ２６′を除く第６噴射駆動パルスＰ６の各パルス要素は、第５噴射駆動パルスＰ５のものと共通している。したがって、第６噴射駆動パルスＰ６の駆動電圧ＶＤ２と、第５噴射駆動パルスＰ５の駆動電圧ＶＤ２も同じ値となっている。一方、第６噴射駆動パルスＰ６の収縮ホールド要素ｐ２６′は、第５噴射駆動パルスＰ５の収縮ホールド要素ｐ２６よりも第２収縮電位ＶＬ２を維持する時間が長いパルス要素である。すなわち、第６噴射駆動パルスＰ６の収縮ホールド要素ｐ２６′の時間幅Ｐｗ４は、第５噴射駆動パルスＰ５の収縮ホールド要素ｐ２６の時間幅Ｐｗ３よりも長くなっている。これにより、タイミングＴｎにおいて第６噴射駆動パルスＰ６が圧電素子２２に印加されてノズル３４からインクが噴射された後、タイミングＴｎ＋１において別の噴射駆動パルスが同一の圧電素子２２に印加されてノズル３４からインクが噴射された場合において、噴射されたインクの飛翔速度Ｖｍを設計上の目標値から大きく変動させることなく噴射されるインクの量Ｉｗを、第５噴射駆動パルスＰ５でインクを噴射させたときのインクの量よりも低減させることができる。

また、上記各実施形態では、記録媒体に対して記録ヘッド６を移動させながらインクの噴射を行う構成を例示したが、これには限られない。例えば、記録ヘッド６の位置を固定した状態で、当該記録ヘッド６に対して記録媒体を移動させながらインクの噴射を行う構成を採用することもできる。要は、記録ヘッド６と記録媒体とが相対移動しながらインクを噴射して記録媒体にインクを着弾させる構成であれば、本発明を適用することができる。

さらに、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電素子２２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素子を採用することも可能である。この場合、上記実施形態で例示した各駆動パルスに関し、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、圧力発生手段としては圧電素子には限らず、圧力室内に気泡を発生させる発熱素子や静電気力を利用して圧力室の容積を変動させる静電アクチュエーター等の各種圧力発生手段を用いる場合にも本発明を適用することができる。

そして、以上では、液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、駆動パルスを用いて液体の噴射を行う他の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置，ごく少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペットにも適用することができる。

１…プリンター，６…記録ヘッド，７…プリンターコントローラー，１１…駆動信号生成部，１３…プリントエンジン，１４…ヘッド制御部，１５…アクチュエーターユニット，２２…圧電素子，３４…ノズル

Claims (8)

1. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと、電圧が第１駆動パルスのものと同一の第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有し、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さは、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定され、
   前記駆動パルス発生手段は、着弾対象に対して着弾させる液体の量が相対的に多い第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、着弾位置に対して着弾させる液体の量が相対的に少ない第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生させることを特徴とする液体噴射装置。
2. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有し、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さは、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定され、
   前記駆動パルス発生手段は、第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生させ、
   前記第１のモードは前記第２のモードよりも処理速度を優先したモードであることを特徴とする液体噴射装置。
3. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有し、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さは、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定され、
   前記駆動パルス発生手段は、第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生させ、
   前記第２のモードは前記第１のモードよりも画質を優先したモードであることを特徴とする液体噴射装置。
4. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有し、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さは、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定され、
   前記駆動パルス発生手段は、第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生させ、
   前記第１のモードはベタ印刷モードであり、前記第２のモードは線画印刷モードであることを特徴とする液体噴射装置。
5. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、を備え、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと、電圧が第１駆動パルスのものと同一の第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有する液体噴射装置の制御方法であって、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さを、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定し、
   前記駆動パルス発生手段は、着弾対象に対して着弾させる液体の量が相対的に多い第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、着弾位置に対して着弾させる液体の量が相対的に少ない第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生することを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
6. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、を備え、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有する液体噴射装置の制御方法であって、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さを、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定し、
   前記駆動パルス発生手段は、第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生し、
   前記第１のモードは前記第２のモードよりも処理速度を優先したモードであることを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
7. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、を備え、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有する液体噴射装置の制御方法であって、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さを、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定し、
   前記駆動パルス発生手段は、第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生し、
   前記第２のモードは前記第１のモードよりも画質を優先したモードであることを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
8. 液体を噴射するノズル、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動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によってノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、圧力発生手段を駆動させる駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段と、を備え、
   前記駆動パルス発生手段は、第１駆動パルスと第２駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記第１駆動パルスおよび前記第２駆動パルスは、前記圧力室を基準容積から膨張させる第１のパルス要素と、該第１のパルス要素によって膨張された圧力室を収縮させる第２のパルス要素と、該第２のパルス要素によって収縮された圧力室の収縮状態を維持する第３のパルス要素と、収縮状態の圧力室を前記基準容積まで膨張させる第４のパルス要素と、を少なくとも有する液体噴射装置の制御方法であって、
   前記第２駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さを、前記第１駆動パルスの前記第３のパルス要素の長さよりも長く設定し、
   前記駆動パルス発生手段は、第１のモードにおいて前記第１駆動パルスを発生させ、第２のモードにおいて前記第２駆動パルスを発生し、
   前記第１のモードはベタ印刷モードであり、前記第２のモードは線画印刷モードであることを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

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