JP6307945B2 - 液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置（又は画像記録装置）において液体吐出装置、例えばインクジェット記録装置が使用されている。このインクジェット記録装置のインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）は、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力発生室（圧力室、加圧液室、液室、インク室、インク流路等とも称される。）と、圧力発生室内のインクを加圧するアクチュエータ（エネルギー発生手段）とを備えている。また、このインクジェットヘッドは、そのアクチュエータを駆動することで、圧力発生室内のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させる。さらに、このインクジェットヘッドは、そのインク滴を記録の必要なときにのみ吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。

このインクジェットヘッドは、インク滴（記録液体）を吐出させるための圧力を発生させるアクチュエータにより、いくつかに分類される。
そのひとつは、ピエゾ方式と呼ばれるものである。この方式のインクジェットヘッドでは、インクジェットヘッドの圧力発生室の壁の一部が薄い振動板で構成されており、その振動板に対応して圧力発生素子である圧電素子（ピエゾ素子）が配置されている。圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子の変形に合わせて振動板が変形し、圧力発生室内の圧力が変化してインク滴を吐出する。
また、インクジェットヘッドの圧力発生室内部に発熱体素子を配置し、その発熱体素子に通電することによりインク滴が吐出されるバブルジェット（登録商標）方式がある。この方式のインクジェットヘッドでは、発熱体素子に通電することで発熱体を加熱して気泡を発生し、気泡の圧力によってインク滴を吐出する。

さらに、圧力発生室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置される圧力発生室外の個別電極を備え、振動板と個別電極との間に電界を印加する静電型方式のインクジェットヘッドが知られている。このインクジェットヘッドでは、振動板と個別電極との間に電界が印加されることで発生する静電力により振動板を変形し、圧力発生室内の圧力及び体積を変化させて、ノズルからインク滴を吐出する。

図２５は、圧電素子を利用する方式のインクジェットヘッドにおける、吐出パルスより吐出されるインク滴の状態を示す図である。
吐出パルスによりインク滴が吐出される際に、吐出パルスによって吐出されたインク滴は、すぐには球体の形状にはならない。即ち、図示のように、ある一定の時間、インク滴は液柱を引きながら飛翔する。この液柱は、吐出パルスによるインク滴の吐出が開始されたタイミングから、数十μｓ経過後にノズルから分離する。

このインク滴は、液柱の先行部分の主たるインク滴（主滴）と液柱の後半部分との間に、圧力発生室のインクの残留振動の減衰による影響を受けて速度差が生ずる。ノズルから分離した液柱の後半部分は、主滴と比べ速度が遅くなるため、その後微小滴に分離して複数のサテライト滴となる。
そのサテライト滴が記録媒体上で主滴と離れた位置に着弾し、画質の低下をもたらすことがある。

また、このような微小滴に分離したサテライト滴は、空気抵抗の影響を受けて速度を失い、浮遊化した状態（ミスト）になりやすい。そして、発生したミストは、ヘッドのノズル面や記録媒体又はプリンタ内を汚してしまうという問題がある。
この問題に対しては、吐出パルスの直後に圧力発生室のインクの残留振動に合わせたタイミングでサテライト滴の速度を速める加振パルスを印加して、主滴とサテライト滴の速度差をなくすインクジェットヘッド駆動方法が既に知られている。

図２６は、特許文献に記載されたものではないが、従来の液体吐出ヘッドにおけるサテライト滴となるインク滴の速度を加速する加振パルス（サテライト滴抑止用加振パルス、以下、単に加振パルスＳという）とノズル近傍のインクの振動速度の時間変化を示す図である（以下、インクの振動速度をいう）。
図２６Ａは、従来の液体吐出ヘッドにおける加振パルスＳの例で、縦軸は電圧、横軸は時間を表す。図２６Ｂは、図２６Ａに示す吐出パルスを圧電素子に印加して生成するノズル近傍のインクの振動速度を示している。
ここで、加振パルスＳは、ノズルから液柱状となって飛翔する液体の後半部分の速度を増速（加速）するためのパルスであり、液柱状となった液体の後半部分を加速することによって、低速のサテライト滴やミストの発生を防止する。

インク滴の吐出は、図２６Ａに示すＴｆタイミングで一定電圧ＶＨを印加している圧電素子に電圧（ＶＨ−ＶＬ）を印加して圧力発生室を膨張させ、一旦メニスカスをノズル内部に引き込み、メニスカスを最も圧力発生室内に引き込んだタイミングで、圧電素子に電圧（ＶＬ−ＶＨ）を印加して圧力発生室を収縮させて圧力発生室内のインクを外部へ押し出すことによって行う。
インク滴の吐出後のノズル近傍のインクの振動速度は、圧力発生室の固有振動周期Ｔｃで振動しながら減衰していく。ここではノズル近傍のインクの振動速度は正弦波で疑似的に表している。

図２６Ｂに示すＴｒタイミングからインクの振動速度の数周期の期間は、ノズル近傍のインクはＴｒタイミングで外部へ押し出されたインク滴と繋がっており、ノズルから液柱が伸びている状態である（例えば、図２５の（ａ）〜（ｄ））。液柱の後半部分（ノズルに近い部分）は、インク室内及びノズル近傍のインクの振動速度の減衰に伴いノズル内部方向に引かれる力を受け、減速する。

このノズル内部方向に引かれる力と吐出方向の力が、液柱を形成するインクの表面張力を超えると、液柱はノズル近傍のインク滴と分離する。したがって、分離するまでの時間が長いほど液柱後半部分は減速する。
その結果、液柱がノズルから分離した際、液柱の後端（分離してサテライト滴となる後半部分）の速度は、先行する液柱の主たるインク滴（主滴）の速度よりも遅くなり、記録媒体上で主滴と離れた位置にサテライト滴が着弾したり、サテライト滴がミスト化したりする。

そこで、この液柱後端の減速を抑えるために、従来は、図２６Ａに示す加振パルスＳを、吐出パルスに合わせたタイミングで液体吐出ヘッドの圧電素子に印加している。即ち、図２６Ａにおいて、横軸の時間は、図２６Ｂの横軸の時間と対応しており、加振パルスＳはｔｆタイミングで圧力発生室を微膨張させた後、ｔｒタイミングで微収縮させる。ここでは加振パルスＳのパルス幅（ｔｒ−ｔｆ）は、圧力発生室の固有振動周期Ｔｃの１／２の長さである。また、吐出パルス印加終了タイミングＴｒから加振パルスＳ開始タイミングｔｆまでの間隔Ｔ１も、圧力発生室の固有振動周期Ｔｃの１／２である。
これによって、加振パルスＳを印加しないときよりも、液柱の後半部分が加速され、サテライト滴の速度の減速を抑え、液柱とノズルを早く分離している。

図２６Ａに示す加振パルスＳの電圧（ＶＨ−ＶＳＬ）は、吐出パルスの電圧（ＶＨ−ＶＬ）より小さい。図２６Ａの加振パルスＳ以外にも、図２６Ｃのように加振パルスＳの電圧（ＶＨ−ＶＬ）は吐出パルスの電圧と変わらないが、インク滴の吐出とならないようパルスの幅を極端に狭めた加振パルスＳも使用されている。また、図２６Ｄに示すインク室を収縮させてから膨張させる加振パルスＳも使用されている。図２６Ｃ、２６Ｄに示す吐出パルス印加終了タイミングＴｒから加振パルスＳまでの間隔Ｔ１は、それぞれ３／４×Ｔｃ、Ｔｃである。

なお、図２６Ｃに示す加振パルスＳでは、間隔Ｔ１を３／４×Ｔｃとして、このタイミングで吐出パルスのパルス幅より狭い加振パルスＳにより、圧力発生室を膨張収縮させてインクの残留振動を加振させている。
以上の説明は、吐出パルスが単一パルスで形成されている場合である。しかし、インク滴の吐出が、複数の吐出パルスで形成される場合は、滴吐出後の圧力発生室のインクの残留振動は、複数の吐出パルスによるインクの残留振動を重ね合わせたものとなる。

図２５は、２つの吐出パルスによるインク滴が飛翔中に合体していることを示している（図２５（ａ）〜（ｄ））。この場合、２つの吐出パルスの後の吐出パルスによるインク滴の速度は、２つの吐出パルスの間隔を調整することで、加速させている。
ただ、この２つの吐出パルスの間隔の調整により、その２つの吐出パルスによる圧力発生室のインクの合成残留振動と、２つの吐出パルスの後の吐出パルスによるインクの残留振動との位相がずれると、後の吐出パルスと加振パルスＳの間隔を上述した間隔Ｔ１にした場合、加振パルスＳを印加するタイミングは最適なタイミングからずれる。

つまり、インクジェットヘッドにおける加振パルスＳの従来の印加タイミングでは、主滴とサテライト滴の速度差をなくすことはできない場合がある。
さらに、圧力発生室のインクの残留振動の減衰が遅いインクの低粘度状態では、次のインク滴吐出時に前の残留振動の影響が強く残留するため、この位相ずれが、さらに大きくなるという問題がある。

特許文献１（特開２００７−０５５１４７号公報）には、低速のサテライト滴やミストの発生を抑制する目的で、吐出パルスの後に、吐出パルス印加後の残留振動を増幅させる増幅パルス（加振パルスＳ）を印加する液滴吐出装置が開示されている。
しかし、この液滴吐出装置も、単一の吐出パルスによる残留振動に対して増幅パルスを印加するものであり、複数の吐出パルスによるインク滴吐出後の重ね合わせの残留振動の位相ずれは考慮されていない。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の吐出パルスによるインク滴形成時における、低速のサテライト滴やミストの発生を防止して、サテライト滴による画質の低下やプリンタ内のミスト汚れを抑制することである。

本発明は、アクチュエータにより圧力室の容積を変化させて液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、前記圧力室の容積を変化させる駆動信号を生成する制御部と、前記駆動信号により前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と、を備えた液体吐出装置であって、前記駆動信号は、複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成され、前記非吐出パルスは、前記複数の吐出パルスにより生成されるノズル近傍の液体の合成残留振動の振動速度が前記ノズルの内部又は外部に向かう方向のピークとなる時点に、前記非吐出パルスの立下り時点と立上り時点の中間の時点を一致させて印加し、前記合成残留振動を加振する液体吐出装置である。

本発明によれば、液体吐出ヘッドのノズル近傍のインクの合成残留振動を効率良く加振することで、複数の吐出パルスによるインク滴形成時における、低速のサテライト滴やミストの発生を防止して、サテライト滴による画質の低下やプリンタ内のミスト汚れを抑制することができる。

液体吐出ヘッドの圧力発生室の長手方向に沿う断面図である。 液体吐出ヘッドの圧力発生室の短手方向に沿う断面図である。 液体吐出ヘッドの圧力発生室の要部平面図である。 液体吐出装置を概略的に示すブロック図である。 本実施形態に係る液体吐出装置の制御部のＣＰＵの機能ブロック図である。 印刷制御部及びヘッドドライバの一例を示すブロック図である。 本液体吐出装置における吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）より構成される駆動信号の一例を示す図である。 吐出パルス（１）と吐出パルス（２）によって生成される液体吐出ヘッドのノズル近傍のインクの振動速度を、縦軸に振幅、横軸に時間をとって示す図である。 パルス間隔が固有振動周期と一致する場合の、液体吐出ヘッドのノズル近傍のインクの振動速度を示す図である。 ２つの吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）と加振パルスＳを示す図７と同様の図及び加振パルスＳの別の形状の加振パルスＳの例を示す図である。 合成振動位相算出手段により算出した結果を、横軸にパルス間隔を、また縦軸に加振パルス加振間隔を取って示したグラフである。 第１の実施形態に係る液体吐出装置において、加振パルスＳの加振間隔を算出し駆動信号を生成して出力するための処理手順を示すフロー図である。 駆動信号のパルス電圧と滴速度の関係を示す図である。 インク粘度の違いによる液体吐出ヘッドのノズル近傍のインクの振動速度の減衰を示す図である。 インク粘度（低粘度、標準粘度、高粘度）とその減衰率を示す表である。 第２の実施形態の液体吐出装置における液体吐出ヘッドのノズル近傍のインクの振動速度を示す図である。 第２の実施形態に係る液体吐出装置における、加振パルスＳの加振間隔を算出し駆動信号を生成して出力するための処理手順を示すフロー図である。 複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成される駆動信号を生成して出力するための処理手順にしたがって求めた、インク粘度と加振パルスＳの加振間隔との関係を示す図である。 図１７のフロー図にしたがって求めた加振パルスＳの加振間隔を示す駆動信号の一例を示す図である パルス間隔と加振パルスＳの加振間隔との関係について、異なる粘度毎の３つの曲線を示す図である。 温度と加振パルスＳの加振間隔との関係を示す図である。 第３の実施形態に係る液体吐出装置における加振パルスＳの加振間隔を算出し駆動信号を生成して出力するための処理手順を示すフロー図である。 第３の実施形態の液体吐出装置における液体吐出ヘッドのノズル近傍のインクの振動速度を示す図である。 加振パルスＳを吐出パルス（２）の直後ではなく、さらに１×Ｔｃ経過後に加振パルスＳを印加させる駆動信号を示す図である。 吐出パルスにより吐出されるインク滴の状態を示す図である。 従来の加振パルスＳとノズル近傍のインクの振動速度の時間的変化を示す図である。 従来の加振パルスＳとノズル近傍のインクの振動速度の時間的変化を示す図である。

本発明の液体吐出装置の実施形態について、以下、図面を用いて説明する。
ここでは、まず、本実施形態に係る液体吐出装置の液体吐出ヘッドの構造及びその動作原理について説明する。
図１は、液体吐出ヘッドの圧力発生室の長手方向に沿う断面図である。図２は、液体吐出ヘッドの圧力発生室の短手方向に沿う断面図である。図３は、液体吐出ヘッドの圧力発生室の要部平面図である。

本発明の実施形態に係る液体吐出装置の液体吐出ヘッドは、圧電素子を備え、この圧電素子に電圧を印加して圧力発生室を膨張又は収縮させて、インク滴を吐出させ印刷を行う。
この液体吐出ヘッド１は、図１〜３に示すように、インク供給口１１と共通液室１２となる彫り込みを形成したフレーム１０と、流体抵抗部２１、圧力発生室２２となる彫り込みとノズル３１に連通する連通口２３を形成した流路板２０とを備えている。

また、ノズル３１を形成するノズル板３０と、島状凸部６１、ダイアフラム部６２及びインク流入口６３を有する振動板６０と、振動板６０に接着層７０を介して接合された積層圧電素子５０と、積層圧電素子５０を固定しているベース４０を備えている。なお、積層圧電素子５０は、圧力発生室２２（圧力室）の容積を膨張又は収縮させるアクチュエータである。
ベース４０は、チタン酸バリウム系セラミックからなり、積層圧電素子５０を２列配置して接合している。

積層圧電素子５０は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層５１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極層５２とを交互に積層している。内部電極層５２は両端で外部電極５３に接続する。
また、積層圧電素子５０は、ハーフカットのダイシング加工により櫛歯状に分割され、積層圧電素子５０は交互に駆動部５６と支持部５７（非駆動部）として使用する。支持部５７の構成は積層圧電素子５０と同じであるが、駆動電圧を印加しないので、単なる支持部５７となる。外部電極５３の一端面は、ハーフカットのダイシング加工で分割され、切り欠き等の加工により長さが制限されて、これらは複数の個別電極５４となる。他の端面はダイシングでは分割されずに導通しており共通電極５５となる。

駆動部５６の個別電極５４には、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板：Flexible Printed Circuit Board）８０が半田接合されている。また、共通電極５５は積層圧電素子５０の端部に電極層を設けて電流が流れるように形成して、ＦＰＣ８０のＧＮＤ電極に接続している。ＦＰＣ８０には図示しないドライバＩＣが実装されており、これにより駆動部５６への駆動電圧印加を制御している。
なお、積層圧電素子を駆動するドライバＩＣ（ヘッドドライバ）の動作については後述する。

振動板６０は、薄膜のダイアフラム部６２と、このダイアフラム部６２の中央部に形成した駆動部５６となる積層圧電素子５０と接合する島状凸部（アイランド部）６１と、支持部５７に接合する梁を含む厚膜部６４と、インク流入口６３となる開口とを備えている。これらを電鋳工法によるＮｉメッキ膜を２層重ねて形成している。ここでは、ダイアフラム部６２の厚さは３ｕｍ、幅は３５ｕｍ（片側）とした。

この振動板６０の島状凸部６１と積層圧電素子５０の駆動部５６の結合、及び振動板６０とフレーム１０の結合は、ギャップ材を含んだ接着層７０をパターニングして接着によりなされている。
流路板２０はシリコン単結晶基板を用いて、流体抵抗部２１、圧力発生室２２となる彫り込み、及びノズル３１に対する位置に連通口２３となる貫通口をエッチング工法でパターニングしている。
エッチングで残された部分が圧力発生室２２の隔壁２４となる。また、このヘッドではエッチング幅を狭くする部分を設けて、これを流体抵抗部２１としている。

ノズル板３０は金属材料、例えば電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成したもので、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル３１を多数形成している。このノズル３１の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成している。また、このノズル３１の径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍである。また各列のノズルピッチは、ここでは、１５０ｄｐｉとした。

このノズル板３０のインク吐出面（ノズル表面側）は、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチ等）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設ける。これによりインクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。

インク供給口１１と共通液室１２となる彫り込みを形成するフレーム１０は樹脂成形で作製している。
このように構成した液体吐出ヘッド１においては、画像データに応じて駆動部５６に駆動信号（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、駆動部５６に積層方向の変位が生起する。駆動部５６と結合された振動板６０を介して圧力発生室２２が加圧されて圧力が上昇し、ノズル３１からインク滴が吐出される。

その後、インク滴吐出の終了に伴い、圧力発生室２２内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって圧力発生室２２内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタンクから供給されたインクは共通液室１２に流入し、共通液室１２からインク流入口６３を経て流体抵抗部２１を通り、圧力発生室２２内に充填される。

流体抵抗部２１は、吐出後の残留振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による再充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部２１を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。

次に、以下で説明する本発明の各実施形態に係る液体吐出装置に共通な構成について図４を参照して説明する。
図４は液体吐出装置を概略的に示すブロック図である。
即ち、本液体吐出装置は、概略的には、ＣＰＵ１０１や印刷制御部１０８を備えた制御部１００と、キャリッジ１３３に搭載されたヘッドドライバ１０９と、液体吐出ヘッド１で構成されている。
液体吐出ヘッド１については既に説明したとおりであるので、以下ではそれ以外の構成要素について説明する。

制御部１００は、液体吐出装置全体の制御を司るＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムを含む各種プログラム等の固定データを格納するＲＯＭ１０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ１０３を備えている。また、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリであるＮＶＲＡＭ１０４を備えている。さらに、印刷データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ１０５を備えている。

また、制御部１００は、液体吐出ヘッド１を駆動制御するためのデータを転送する印刷制御部１０８を備え、キャリッジ１３３側に設けた液体吐出ヘッド１を駆動するためのヘッドドライバ（ドライバＩＣ）１０９と接続される。ヘッドドライバ１０９はアクチュエータ駆動部である。

この制御部１００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル１１４が接続されている。
また、この制御部１００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ（インタフェース）１０６を備えている。さらに、Ｉ／Ｆ１０６を介して、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナ等の画像読み取り装置等のホスト３００側から、ケーブル或いはネットワークを介してＩ／Ｆ１０６で受信する。

ここで、制御部１００のＣＰＵ１０１は、Ｉ／Ｆ１０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ１０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、この画像データを印刷制御部１０８からヘッドドライバ１０９に転送する。なお、画像を出力するためドットパターンデータの生成はホスト３００側のプリンタドライバ３０１で行なうことも、制御部１００で行なうこともできる。
なお、印刷制御部１０８及びヘッドドライバ１０９の詳細については、図６を参照して説明する。

Ｉ／Ｏ部１１３は、装置に装着されている各種のセンサ群１１５からの情報を取得し、液体吐出装置の制御に必要な情報を抽出し、その情報は印刷制御部１０８の制御等に使用される。センサ群１１５は、用紙の位置を検出するための光学センサや、装置内の温度を監視するためのサーミスタ、帯電ベルトの電圧を監視するセンサを含み、Ｉ／Ｏ部１１３は様々のセンサ情報を処理することができる。

図５は、本実施形態に係る液体吐出装置の制御部１００のＣＰＵ１０１の機能ブロック図である。液体吐出装置の制御部１００のＣＰＵ１０１は、吐出パルス間隔決定手段１５１、合成振動位相算出手段１５２、加振間隔算出手段１５３、駆動信号生成手段１５４、液体粘度・減衰率取得手段１５５、加振間隔延長手段１５６の各機能実現手段を備えている。液体吐出装置の制御部１００の前記各手段は、制御部１００のＣＰＵ１０１にプログラムを読み取らせることにより実現する。

次に、図６を参照して、印刷制御部１０８及びヘッドドライバ１０９について説明する。
図６は印刷制御部１０８及びヘッドドライバ１０９の一例を示すブロック図である。
印刷制御部１０８は、駆動電圧源２０１と、データ転送部２０２とを備えている。駆動電圧源２０１は、所定の駆動電圧を出力する。データ転送部２０２は、画像データと、転送クロック、ラッチ信号、滴制御信号をヘッドドライバ１０９出力する。

ヘッドドライバ１０９は、データ転送部２０２からの転送クロック（シフトクロック）及びシリアル画像データを入力するシフトレジスタ２１１、シフトレジスタ２１１の各レジスト値をラッチ信号によってラッチするためのラッチ回路（レジスタ）２１２を備えている。

また、ヘッドドライバ１０９は、画像データと滴制御信号からノズル単位の駆動パルスを生成する波形生成回路２１３と、波形生成回路２１３から出力される駆動パルスを遅延させるディレイ回路２１４と、を備えている。さらに、ロジックレベル電圧信号をインバータ２１６が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ２１５と、ディレイ回路２１４及びレベルシフタ２１５を介して波形生成回路２１３から与えられる各ノズル毎の駆動パルスによって動作するインバータ２１６と、を備えている。

インバータ２１６には、駆動電圧源２０１からの駆動電圧が入力されており、波形生成回路２１３からの駆動パルスによってインバータ２１６が動作することで、積層圧電素子５０に与えられる駆動電圧がパルス状に変化する。
パルス状に変化した駆動電圧は、積層圧電素子５０に駆動信号として印加され、印加された電圧によって液体吐出ヘッド１の積層圧電素子５０が収縮また伸長する。それに応じて圧力発生室２２が膨張又は収縮してノズル３１からインク滴を吐出する。

以上で、本実施形態に係る液体吐出装置の液体吐出ヘッドの構造及びその動作原理について説明した。そこで、次に、本実施形態（第１の実施形態）の液体吐出装置における加振パルスＳの印加タイミング（加振タイミング）について説明する。

図７は、本液体吐出装置における吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）より構成される駆動信号の一例を示す図であり、印刷する画像データに応じて液体吐出装置の制御部１００で生成される２つの吐出パルス（１）、（２）のパルス電圧と、印加するタイミングを、縦軸に電圧、横軸に時間をとって示したものである。

吐出パルス（１）は、Ｔｆ１時点で電圧（ＶＨ−ＶＬ）を印加して圧力発生室２２を膨張させ、Ｔｒ１時点で電圧（ＶＬ−ＶＨ）を印加して圧力発生室２２を収縮させる。また、吐出パルス（２）は、Ｔｆ２時点で電圧（ＶＨ−ＶＬ）を印加して圧力発生室２２を膨張させ、Ｔｒ２時点で電圧（ＶＬ−ＶＨ）を印加して収縮させる。吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）のパルス幅は、ここで、圧力発生室２２の固有振動周期Ｔｃの略１／２である。
ここで、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２は、吐出パルス（１）の立上り時点Ｔｒ１から吐出パルス（２）の立上り時点Ｔｒ２までの間隔である。

次に、図７に示す吐出パルス（１）と吐出パルス（２）により液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍に生成されるインクの残留振動及び加振パルスの加振タイミングについて説明する。
インクの残留振動及び加振タイミングは、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２と圧力発生室の固有振動周期Ｔｃとの関係によって変わるので、ここでは、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が、圧力発生室の固有振動周期Ｔｃより長い場合、短い場合、等しい場合に分けて説明する。

まず、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が、圧力発生室の固有振動周期Ｔｃより長い場合について説明する。
図８Ａは、この場合における図７に示す吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）によって生成される液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度を縦軸に振幅（速度の大きさ）、横軸に時間をとって示す図である。
図８Ａに示す３つの曲線うち、曲線（１）、（２）は、それぞれ吐出パルス（１）、（２）により生成される液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度を表す曲線（以下、残留振動曲線（１）、（２）という）である。また、曲線（３）は残留振動曲線（１）、（２）を合成した曲線（以下、合成振動曲線（３）という）である。これら３つの曲線の振動周期は、圧力発生室の固有振動周期Ｔｃに等しい。なお、これらの曲線は、実際には減衰していくが、ここでは、減衰は無視して表している。

この場合は、残留振動曲線（１）に対して、残留振動曲線（２）の位相は、図示のように１滴目の吐出パルスと２滴目の吐出パルスのパルス間隔Ｔ１２と、固有振動周期Ｔｃとの差である間隔α（１）（ただし、０＜α（１）≦Ｔｃ／２）だけ遅れる。したがって、合成振動曲線（３）も、残留振動曲線（１）に対して間隔β（１）（ただし、０＜β（１）≦Ｔｃ／２）だけ位相が遅れる。即ち、合成振動曲線（３）は、図８Ａに示すように残留振動曲線（１）と残留振動曲線（２）の間に位置し、残留振動曲線（１）より遅れた位相になる。即ち、間隔β（１）は間隔α（１）より小さい（β（１）＜α（１））。

この場合におけるインクの残留振動を最も効率よく加振することできる加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、合成振動曲線（３）のインクの残留振動速度が、吐出パルス（２）の立上り時点Ｔｒ２の次にマイナス側（インクの残留振動のノズル内部にむかう方向）のピークとなるタイミングである。即ち、加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、図８Ａに示す合成振動曲線（３）において、そのインク滴の吐出方向に向かう速度０のタイミングから、３／４×Ｔｃ経過後のインクの残留振動速度がマイナス側のピークのタイミングである。

加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、この吐出パルス（１）による残留振動曲線（１）に対して吐出パルス（２）による残留振動曲線（２）の位相は間隔α（１）だけ遅れるため、３／４×Ｔｃから位相差（α（１）−β（１））分だけ、短くしたタイミングとして求めることができる。

次に、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が固有振動周期Ｔｃより短い場合について説明する。
図８Ｂは、図７に示す吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が固有振動周期Ｔｃより短い場合の、吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）によって生成される液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度を示す図である。
図８Ｂには、液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度を示す３つの曲線が記載されている。図８Ｂに示す曲線（１）〜（３）の説明は、図８Ａに示す曲線と同じである。

この場合は、吐出パルス（１）によって生成された残留振動曲線（１）に対して吐出パルス（２）によって生成された残留振動曲線（２）の位相は、１滴目の吐出パルスと２滴目の吐出パルスのパルス間隔Ｔ１２と固有振動周期Ｔｃの差である間隔α（２）だけ進む。即ち、１滴目吐出後の残留振動から間隔α（２）（ただし、０＜α（２）≦Ｔｃ／２）だけ位相が進んだパルス間隔Ｔ１２で、２滴目の吐出パルス（２）を印加させている。
この場合、合成振動曲線（３）は、残留振動曲線（１）に対して間隔β（２）（ただし、０＜β（２）≦Ｔｃ／２）だけ位相が進む。なお、β（２）＜α（２）である。

この場合、加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、図８Ｂ中の間隔α（２）、β（２）を用いて、Ｔｒ２タイミングからＴｓまでの期間である３／４×Ｔｃ＋（α（２）−β（２））経過後のタイミングとして表すことができる。
即ち、吐出パルス（１）による残留振動曲線（１）に対して吐出パルス（２）による残留振動曲線（２）との位相が間隔α（２）だけ進む場合に、加振パルスＳの最適な加振タイミングＴｓは、３／４×Ｔｃから位相差（α（２）−β（２））分だけ遅らせたタイミングとなる。

図９は、特殊なケースとして、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が、固有振動周期Ｔｃと一致する場合の、液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度を示す図である。図９は、１滴目吐出後の残留振動を完全に利用して２滴目を吐出させた場合に対応している。
この場合の加振パルスＳの最適な加振タイミングＴｓは、図９に示すＴｒ２タイミングから３／４×Ｔｃ経過後のタイミングである。

図１０Ａは、２つの吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）と加振パルスＳを示す図７と同様の図である。また、図１０Ｂ、１０Ｃは、図１０Ａの加振パルスＳと別の形状の加振パルスＳを示す図である。
なお、ここでは、図１０に示す加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓは、吐出パルス（２）と非吐出パルス間の間隔、即ち、吐出パルス（２）の立上り時点Ｔｒ２から加振パルスＳの加振タイミングＴｓまでの間隔である。

図１０において、吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）のパルス幅は、固有振動周期の略１／２である。他方、加振パルスＳのパルス幅は、加振パルスＳの加振の効果を考慮して、加振パルスのパルス幅は変更する。
加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、ここでは、加振パルスＳのパルス幅の立下りと立上り時点の中間の時点で表わす。
図１０Ｂ、１０Ｃに示す加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓは、既に述べたように、それぞれ３／４×Ｔｃ±（α−β）、５／４×Ｔｃ±（α−β）である。即ち、加振パルスの加振間隔Ｔ２ｓは、固有振動周期Ｔｃの３／４×Ｔｃ又は５／４×Ｔｃから位相差の間隔（α−β）だけ加減した値である。

以上で、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が圧力発生室の固有振動周期Ｔｃより長い場合、短い場合、等しい場合の加振パルスＳの加振タイミングと、加振パルスＳを加えた駆動信号について説明した。
その駆動信号は、本実施形態では、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）と、非吐出パルス（加振パルスＳ）の３つのパルスで構成される。吐出パルス（１）により生成される液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの残留振動と、吐出パルス（２）により生成される液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの残留振動との合成残留振動の振動速度が、ノズル３１の内部又は外部に向かう方向のピークとなる時点に、加振パルスＳは、加振パルスＳの立下り時点と立上り時点の中間の時点を一致させて印加することで、液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの合成残留振動を最も効率よく加振することができる。

ところで、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）によるインクの残留振動曲線（１）、（２）における位相遅れ又は進みの間隔α（α（１）又はα（２））は、画像データに応じたインク滴速度や吐出量により決まる値である。また固有振動周期Ｔｃも液体吐出装置に固有（既知）の値である。
したがって、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを求める場合、間隔α（α（１）又はα（２））と固有振動周期Ｔｃは決まるので、残留振動曲線（１）と合成振動曲線（３）との位相差の間隔β（β（１）又はβ（２））は、固有振動周期Ｔｃが分かれば、算出可能である。

そこで、本実施形態では、合成振動位相算出手段１５２により、吐出パルス（１）と吐出パルス（１）のパルス間隔Ｔ１２から位相差の間隔βを求め、加振間隔算出手段１５３により、その間隔βとパルス間隔Ｔ１２と固有振動周期Ｔｃから加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを算出する。
算出した加振間隔Ｔ２ｓは、制御部１００内のＮＶＲＡＭ１０４等のメモリに、パルス間隔Ｔ１２と加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓの関係を示すテーブル（パルス間隔・加振間隔対応テーブル）として記録する。インク滴を吐出する前にそのテーブルを参照することで、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを得ることもできる。

図１１は、合成振動位相算出手段１５２により算出した結果を、横軸にパルス間隔Ｔ１２を、また縦軸に加振パルス加振間隔Ｔ２ｓを取って示したグラフである。
即ち、図１１に示す曲線は、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２を１／２×Ｔｃから３／２×Ｔｃまで変化させ、そのパルス間隔Ｔ１２に対応した間隔βを算出し、その間隔βにより加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを求め、プロットしたものである。

図１１Ａに示すように、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が固有振動周期Ｔｃと一致している場合の加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓは、３／４×Ｔｃである。その点を中心として、曲線は、左上から右下りとなっている。即ち、横軸のパルス間隔Ｔ１２を、最低間隔である１／２×Ｔｃから長くしていく（つまり、残留振動曲線（１）に対して残留振動曲線（２）の位相が最も進んだタイミングより、位相が遅れていく）と、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓは短くなる方向へ移動する。パルス間隔Ｔ１２が最大間隔である３／２×Ｔｃのとき、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓの値は最小となる。

なお、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２が１／２×Ｔｃ、３／２×Ｔｃのときは、吐出パルス（１）、（２）の残留振動曲線（１）、（２）の位相が最もずれる場合であり、パルス間隔Ｔ１２が反共振タイミングとなっている。したがって、実際には、このパルス間隔Ｔ１２では、２つの吐出パルスによるノズル３１近傍のインクの振動速度がほぼ打ち消し合う。そのため、この加振間隔Ｔ２ｓで加振パルスＳが印加されることはない。

図１１Ｂは、図１０Ｃに示す複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成される駆動信号を適用した場合の、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２と加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓとの関係を表す曲線を示す図である。図１１Ｂの曲線は、図１１Ａに示す曲線と基本的に同じである。ここでは、パルス間隔Ｔ１２が固有振動周期Ｔｃのときの加振パルスＳの加振期間Ｔ２ｓは５／４×Ｔｃである。

図１２は、第１の実施形態に係る液体吐出装置において、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを算出し、複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成される駆動信号を生成して出力するための処理手順を示すフロー図である。
印刷開始の信号により、まず、図５に示した吐出パルス間隔決定手段１５１は、画像データに基づいて複数の吐出パルス間（吐出パルス（１）と吐出パルス（２））のパルス間隔Ｔ１２を決定する（Ｓ１０１）。このパルス間隔Ｔ１２は、画像データによりインクの吐出量や各吐出パルスによるインク滴の速度により決定する。

次に、合成振動位相算出手段１５２により、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）による液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの合成振動曲線（３）と、吐出パルス（１）のノズル３１近傍のインクの残留振動曲線（１）との位相差の間隔βを算出する（Ｓ１０２）。
さらに、加振間隔算出手段１５３により、ステップＳ１０１で決定したパルス間隔Ｔ１２と、ステップＳ１０２で算出した位相差の間隔βと、圧力発生室の固有振動周期Ｔｃとから、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを算出する（Ｓ１０３）。

次に、駆動信号生成手段１５４は、ステップＳ１０１で決定したパルス間隔Ｔ１２により吐出パルス（１）と吐出パルス（２）を生成し、吐出パルス（２）の後に、ステップＳ１０３で算出した加振間隔Ｔ２ｓにより加振パルスＳを追加して駆動信号を生成する（Ｓ１０４）。
さらに、その駆動信号を、印刷制御部１０８を介してヘッドドライバ１０９に出力する（Ｓ１０５）。
ここで、印刷する画像データが有るか判断し（Ｓ１０６）、有ればステップＳ１０１に戻り（Ｓ１０６、ＹＥＳ）、画像データがなければ、この処理を終了する（Ｓ１０６、ＮＯ）。

図１２のフロー図に示す処理手順に従って算出した加振間隔Ｔ２ｓは、予め液体吐出装置の制御部１００のメモリに記録しておく。その場合、液体吐出装置の制御部１００のメモリを参照することで、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを求めることができる。
なお、加振間隔Ｔ２ｓは、当然のことながら加振パルス印加に際してその都度算出してもよい。

以上説明したように、第１の実施形態に係る液体吐出装置では、パルス間隔Ｔ１２が分かれば、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓが求められる。この加振間隔Ｔ２ｓのタイミングで、図１０に示す形状の加振パルスＳを印加することにより、ノズル３１から伸びた液柱の後半部分が最も効率的に加振される。これにより低速のサテライト滴やミストの発生を防止して、サテライト滴による画質の低下やミスト汚れを抑制することができる。

なお、図１３は、本実施形態に係る液体吐出装置の液体吐出ヘッド１を制御する駆動信号のパルス電圧（吐出パルスの電圧）と滴速度の関係を示す図である。ここで、駆動信号のパルス電圧は、図１０に示す吐出パルスの電圧ＶＨ（基準の電位）と電圧ＶＬの差である。図１３は、吐出パルス幅を、例えば、固有振動周期Ｔｃの１／２とし、吐出パルスの電圧を変化させて吐出パルスによるインク滴速度を計測した結果を示したものである。

また、図１３は、吐出パルスの電圧が低いときは、ノズル３１出口付近のメニスカスを振動させるのみで、インク滴を吐出しないこと、一定の吐出パルス電圧を印加して、インク滴が吐出すると、その後は、印加するパルス電圧とインクの滴速度とが比例関係にあることを示している。さらに、液体吐出ヘッド１を制御する駆動信号の加振パルスＳの使用可能電圧は、最適なインク滴速度に対応する吐出パルス最適電圧の１／２以下であることを示している。

次に、第２の実施形態の液体吐出装置における、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓついて説明する。
以上で説明した第１の実施形態の液体吐出装置において、加振間隔Ｔ２ｓを算出する場合に、インク粘度については考慮していないが、実際にはインク粘度は温度によって変動する。そこで、第２の実施形態に係る液体吐出装置では、吐出パルス（１）と吐出パルス（２）のパルス間隔Ｔ１２に加え、インク粘度の変化を考慮に入れた場合の加振パルスＳの加振タイミングＴｓを算出する。
インク粘度が変化する場合、以上で説明した加振タイミングＴｓの算出において、残留振動曲線（１）、（２）の振幅の減衰度合が異なるなるため、それに伴って、残留振動曲線（１）と合成振動曲線（３）との位相差の間隔βは、インク粘度の変化に伴って変化する。
まず、その点について説明する。

図１４は、インク粘度の違いによる液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度の減衰を示す図である。図１５は、インク粘度（低粘度、標準粘度、高粘度）とその減衰率δを示す表である。
図１４に示す粘度毎のノズル近傍のインクの振動速度の任意のピーク値Ｐｎとそれに続くピーク値Ｐｎ＋１から、減衰率（対数減衰率）δを、δ＝−ｌｎ（（Ｐｎ＋１）／Ｐｎ）により求める。図１４に示すインクの残留振動速度の減衰の状態は、図１５に示す減衰率δとなる。減衰率δは実験から求めてもよいし、計算により求めてもよい。この減衰率δは、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを算出する際に使用される。
実際のインクの残留振動速度は、図１５に示す減衰率で振幅が小さくなっていく。

上述したインク粘度によるインクの残留振動速度の減衰により、図１６を参照して、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓが変化することを説明する。
図１６は、第２の実施形態の液体吐出装置における、液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度を示す図であり、図８Ａと同様の図である。駆動信号は上述した図７に示す信号である。
図１６は、吐出パルス（１）により生成された残留振動曲線（１）に対して吐出パルス（２）により生成された残留振動曲線（２）の位相が間隔α（３）だけ遅れるときに、残留振動曲線（１）に対して合成振動曲線（３）の位相が間隔β（３）だけ遅れることを示している。

図１６に示す曲線（１）は、吐出パルス（１）により生成された残留振動曲線（１）であり、曲線（２）は、吐出パルス（１）の残留振動曲線（１）に対して位相が間隔α（３）だけ遅れた吐出パルス（２）による残留振動曲線（２）である。
ここで、図１６に示す残留振動曲線（１）は、液体（インク）の粘度によってインクの残留振動速度の減衰の仕方が異なる。

即ち、図１６に示す残留振動曲線（１）のインクの残留振動速度の振幅は、減衰により小さくなるため、インク粘度が、例えば図１５に示す標準粘度よりも高いときは、吐出パルス（２）が印加されるまでに残留振動曲線（１）のインクの残留振動速度の減衰が速い。この場合、合成振動曲線（３）は、残留振動曲線（１）よりも残留振動曲線（２）の影響をより強く受ける。合成振動曲線（３）と残留振動曲線（１）との位相差の間隔β（３）は、インク粘度が標準粘度よりも低くなるにしたがって、残留振動曲線（２）と残留振動曲線（１）との位相差の間隔α（３）に近づく。
その結果、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓ（＝３／４×Ｔｃ−（α（３）−β（３））も３／４×Ｔｃに近づく。つまり、加振間隔Ｔ２ｓは標準粘度の場合よりも大きくなっていく。

一方、インク粘度が標準粘度よりも低いときは、インク粘度が標準粘度よりも高い場合に比べて残留振動曲線（１）の減衰が遅いため、図１６に示す残留振動曲線（１）のインクの残留振動速度の振幅はあまり小さくはならず、合成振動曲線（３）は、残留振動曲線（２）とともに残留振動曲線（１）の影響も同程度に受ける。つまり、合成振動曲線（３）と残留振動曲線（１）との位相差の間隔β（３）は、インク粘度が標準粘度より低くなるにしたがって、残留振動曲線（２）と残留振動曲線（１）の位相差の間隔α（３）の半分近くの値に近づく。
その結果、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓ（＝３／４×Ｔｃ−（α（３）−β（３））も、３／４×Ｔｃより小さい値になる。つまり加振間隔Ｔ２ｓは標準粘度の場合よりも小さくなっていく。

図１７は、第２の実施形態に係る液体吐出装置における、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを算出し、複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成される駆動信号を生成して出力するための処理手順を示すフロー図である。
印刷開始の信号により、吐出パルス間隔決定手段１５１は、画像データに基づいて複数の吐出パルス間（吐出パルス（１）と吐出パルス（２））のパルス間隔Ｔ１２を決定する（Ｓ２０１）。このパルス間隔Ｔ１２は、画像データによりインクの吐出量や各吐出パルスによるインク滴の速度により決定する。

次に、ステップＳ２０２において、液体粘度・減衰率取得手段１５５は、液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍の温度を計測し、その温度に基づいて、予め制御部１００のメモリに記録した温度と粘度の関係を表す温度・粘度対応テーブルを参照して粘度を取得する。また、その粘度により予め制御部１００のメモリに記録した粘度と減衰率の関係を表すテーブル（粘度・減衰率対応テーブル）を参照して、ノズル近傍のインクの振動の減衰率を取得する（Ｓ２０２）。

ステップＳ２０３において、ステップＳ２０１で求めたパルス間隔Ｔ１２と、ステップＳ２０２で求めた粘度に基づき、制御部１００のメモリに記録されたテーブルを参照して加振間隔Ｔ２ｓを求める（Ｓ２０３）。その参照するテーブルは、パルス間隔Ｔ１２と液体の粘度に基づき、予め合成振動位相算出手段１５２と加振間隔算出手段１５３によって、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを求め、その結果を制御部１００のメモリに記録したものである。

次に、駆動信号生成手段１５４は、ステップＳ２０１で決定したパルス間隔Ｔ１２により吐出パルス（１）と吐出パルス（２）を生成し、吐出パルス（２）の後に、ステップＳ２０３で算出した加振間隔Ｔ２ｓにより加振パルスＳを追加して駆動信号を生成する（Ｓ２０４）。
さらに、その駆動信号を、印刷制御部１０８を介してヘッドドライバ１０９に出力する（Ｓ２０５）。
ここで、印刷する画像データが有るか判断し（Ｓ２０６）、有ればステップＳ２０１に戻り（Ｓ２０６、ＹＥＳ）、画像データがなければ、この処理を終了する（Ｓ２０６、ＮＯ）。

図１８は、以上で説明した複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成される駆動信号を生成して出力するための処理手順にしたがって求めた、インク粘度と加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓとの関係を示す図である。
図１８は、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓについて、３つの曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を、横軸に粘度をとってプロットした図である。即ち、吐出パルス（１）による残留振動曲線（１）に対して吐出パルス（２）による残留振動曲線（２）の位相が、（ａ）任意の間隔αだけ進む場合、（ｂ）一致する場合（共振タイミングの場合）、（ｃ）任意の間隔αだけ遅れる場合、の３つの曲線である。
図１８から明らかなように、曲線（ａ）及び（ｃ）のいずれも、粘度が低くなるほど、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓは、３／４×Ｔｃからの変化量Δが大きい。

図１９は、同様に、図１７のフロー図にしたがって求めた、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを示す駆動信号の一例である。駆動信号のパルス構成は図１０Ａと同様、吐出パルス（１）及び吐出パルス（２）と加振パルスＳの３パルス構成である。
図１９Ａ〜１９Ｃは、図１８に示す曲線（ａ）〜（ｃ）に対応した加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓをそれぞれ示している。

図２０は、パルス間隔Ｔ１２と加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓとの関係について、異なる粘度毎の３つの曲線を示す図である。図１１に示した曲線と同じように、パルス間隔Ｔ１２と加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓの関係を、パルス間隔Ｔ１２を固有振動周期Ｔｃの１／２×Ｔｃから３／２×Ｔｃまで変化させて求めたものである。
即ち、パルス間隔Ｔ１２と、インク粘度がわかれば、図２０に示す関係から、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓが求められる。なお、この場合、インク粘度は、インク滴の吐出タイミングの液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍の温度を計測することによって求める。
また、この計測した液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍の温度とインク粘度の関係を、予め制御部１００のメモリに温度・粘度対応テーブルとして記録しておく。

以上、インク粘度と加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓの関係について説明したが、図２１は、計測した液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍の温度と、最終的に得られる加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓの関係を示したものである。
図２１は、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓについて、図１８と同様に、吐出パルス（１）による残留振動曲線（１）に対して吐出パルス（２）による残留振動曲線（２）の位相が、（ａ）任意の間隔αだけ進む場合、（ｂ）一致する場合、（ｃ）任意の間隔αだけ遅れる場合、の３つの曲線を示す。

この場合、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓは、図２１のグラフにおいて、パルス間隔Ｔ１２から粘度毎の曲線を決定すれば、後は、計測した温度から求めることができる。
よって、図２１に示す温度と加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓの関係を、予め制御部１００のメモリに、各粘度毎にテーブルとして記録しておけば、温度を計測することによって、記録したテーブルを参照して加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを求めることもできる。

次に、加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、吐出パルス（２）の直後ではなく、さらに固有振動周期Ｔｃの期間遅らせたタイミングとする第３の実施形態に係る液体吐出装置について説明する。
第３の実施形態に係る液体吐出装置については、まず、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを算出し、複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成される駆動信号を生成して出力するための処理手順について説明する。
図２２は、第３の実施形態に係る液体吐出装置における、その処理手順を示すフロー図である。

図２２のフロー図において、印刷開始の信号により、吐出パルス間隔決定手段１５１は、画像データに基づいて複数の吐出パルス間（吐出パルス（１）と吐出パルス（２））のパルス間隔Ｔ１２を決定する（Ｓ３０１）。このパルス間隔Ｔ１２は、画像データによりインクの吐出量や各吐出パルスによるインク滴の速度により決定する。

次に、ステップＳ３０２において、液体粘度・減衰率取得手段１５５は、液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍の温度を計測し、その温度に基づいて、予め制御部１００のメモリに記録した温度と粘度の関係を表す温度・粘度対応テーブルを参照して粘度を取得する。また、その粘度により予め制御部１００のメモリに記録した粘度と減衰率の関係を表すテーブル（粘度・減衰率対応テーブル）を参照して、ノズル近傍のインクの振動の減衰率を取得する（Ｓ３０２）。

ステップＳ３０３において、ステップＳ３０１で求めたパルス間隔Ｔ１２と、ステップＳ３０２で求めた粘度に基づき、制御部１００のメモリに記録されたテーブルを参照して加振間隔Ｔ２ｓを求める（Ｓ３０３）。その参照するテーブルは、パルス間隔Ｔ１２と液体の粘度に基づき、予め合成振動位相算出手段１５２と加振間隔算出手段１５３によって、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを求め、その結果を制御部１００のメモリに記録したものである。

ステップＳ３０４において、加振間隔延長手段１５６は、吐出パルスの直後に加振パルスＳが必要か判断する（Ｓ３０４）。第３の実施形態の液体吐出装置においては、吐出パルスの直後に加振パルスＳを印加しない場合であるため、ステップＳ３０５に進む（Ｓ３０４、ＮＯ）。

ステップＳ３０５において、加振間隔延長手段１５６は、加振パルスＳの加振間隔を、さらにｎ（自然数）×圧力室（発力発生室）の固有振動周期Ｔｃの期間延長する自然数ｎを選択する。その自然数ｎは、液体吐出装置自体に印刷画質の検出装置を設けて選択してもよい。また、液体吐出装置のサテライト滴による記録媒体上への着弾位置を確認して、図４に示した液体吐出装置に接続される操作パネル１１４から入力してもよい。さらに、自然数ｎは、液体吐出装置自体の印刷画質を確認して、予め決めて入力しておいてもよい。

次に、駆動信号生成手段１５４は、ステップＳ３０１で決定したパルス間隔Ｔ１２により吐出パルス（１）と吐出パルス（２）を生成し、吐出パルス（２）の後に、ステップＳ３０５で算出した加振間隔Ｔ２ｓにより加振パルスＳを追加して駆動信号を生成する（Ｓ３０６）。
さらに、その駆動信号を、印刷制御部１０８を介してヘッドドライバ１０９に出力する（Ｓ３０７）。
ここで、印刷する画像データが有るか判断し（Ｓ３０８）、有ればステップＳ３０１に戻り（Ｓ３０８、ＹＥＳ）、画像データがなければ、この処理を終了する（Ｓ３０８、ＮＯ）。

図２３は、第３の実施形態に係る液体吐出装置における液体吐出ヘッド１のノズル３１近傍のインクの振動速度を示す図である。図８Ｂに示す図と同じであるが、加振パルスＳの加振タイミングＴｓが、図８Ｂとは異なっている。駆動信号は図７に示す信号である。
図２３は、吐出パルス（１）による残留振動曲線（１）に対して吐出パルス（２）による残留振動曲線（２）の位相が、間隔α（４）だけ進む場合で、合成振動曲線（３）は、吐出パルス（１）の残留振動曲線（１）より位相が間隔β（４）だけ進むことを示す。また、加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、第１の実施形態で求めた加振間隔Ｔ２ｓ＝３／４×Ｔｃ＋（α（４）−β（４））から、さらに１×Ｔｃの期間経過後のタイミングであることを示している。
図２４Ａは、吐出パルス（２）の直後ではなく、さらに１×Ｔｃ経過後に加振パルスＳを印加させる駆動信号を示す図である。図２４Ｂは図１０Ａに示す駆動信号と同じであり、図２４Ａと比較のために示す。

加振パルスＳは、吐出パルス（２）の直後、即ち、加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓ＝３／４×Ｔｃ＋（α（４）−β（４））の１×Ｔｃ周期以内に印加しなければ効果が得られないわけではない。図２５に示す液柱がノズル３１から離れる前の時間内に印加すれば、ノズル３１と繋がっている液柱の後半部分を加速させることができる。

したがって、加振パルスＳの加振タイミングＴｓは、例えば、図２４Ｂに示す加振パルスＳの加振タイミングＴｓから、さらに１×Ｔｃの期間経過後に、加振パルスＳを印加しても効果が得られ、２×Ｔｃの期間経過後、３×Ｔｃの期間経過後・・・、即ちｎ×Ｔｃの期間経過後でもよい。
ただし、ｎ×Ｔｃ（ｎは自然数）は、図２５に示す液柱がノズル３１から離れるまでの時間内である。

特に、インクが高粘度のときにはインクの残留振動速度の減衰が速いため、図２４Ｂに示す加振パルスＳを吐出パルス（２）の直後に印加したのでは、液柱がノズル３１から離れる時間には減衰が進んでしまい、充分な効果が得られないことがある。その場合には、加振パルスＳの加振タイミングＴｓを、ｎ×Ｔｃ後に遅らすことで、液柱後半部分の減速を抑えることができる。

また、インクが低粘度の状態では、インクの残留振動の速度が減衰しにくいために吐出パルス（２）によるインクの残留振動速度が大きく、加振パルスＳを図２４Ｂに示す吐出パルス（２）の直後に印加すると余分なインク滴が吐出されてしまうことがある。
この場合も、加振パルスＳを、さらにｎ×Ｔｃの期間経過後に遅らせて印加させることにより、余分な滴の発生を抑え、かつ、液柱後半部分の減速を抑えることができる。これにより、サテライト滴による画質の低下やミスト汚れを抑制することができる。

このように、第３の実施形態に係る液体吐出装置では、最後の吐出パルスの直後に加振パルスＳを印加しても、充分な効果が得られない場合に、さらにｎ×Ｔｃ後に遅らせて加振パルスＳを印加する。これにより、複数の吐出パルスによるインク滴形成時の、低速のサテライト滴やミストの発生を防止して、サテライト滴による画質の低下やプリンタ内のミスト汚れを抑制することができる。

本実施形態に係る液体吐出装置では、複数の吐出パルス間のパルス間隔Ｔ１２の変化やインク粘度の違いによって、複数の吐出パルスによるノズル３１近傍のインクの合成残留振動と最後の吐出パルスによるノズル３１近傍のインクの振動との位相差が生じる。その位相差に合わせて加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓを算出する。このパルス間隔Ｔ１２と加振間隔Ｔ２ｓに基づいて駆動信号を生成することにより、複数の吐出パルスによるインク滴形成時の、低速のサテライト滴やミストの発生を防止して、サテライト滴による画質の低下やプリンタ内のミスト汚れを抑制することができる。

以上の説明では、液体吐出装置の制御部１００の各機能実現手段により、複数の吐出パルス間の吐出パルス間隔、吐出パルスとその合成振動との位相差、吐出パルスと非吐出パルスとの加振間隔を、それぞれ算出して駆動信号を生成した。これに対し、予めそれらのデータを計算して、複数の駆動信号として制御部１００の記憶部に記憶させておき、入力された画像データに応じて制御部１００の記憶部から駆動信号を読み出して駆動信号を生成することもできる。

また、２つの吐出パルスと１つの非吐出パルスによる駆動信号の例で説明したが、本発明はこれに限定されない。
３以上の複数の吐出パルスと１つの非吐出パルスで構成される駆動信号によりインク滴を形成してもよい。この場合、複数の吐出パルスによる合成残留振動と複数の吐出パルスのうち最初又は最後の吐出パルスによる残留振動との位相差の間隔βを求めればよい。
なお、複数の吐出パルス間の間隔Ｔ１２’は、固有振動周期Ｔｃを超える場合は、複数の吐出パルス数をｎ（自然数）としたとき、パルス間隔Ｔ１２はＴ１２’−（ｎ−２）×Ｔｃとして適用する。

また、パルス間隔Ｔ１２と固有振動周期Ｔｃとの差は、位相遅れ又は進みの間隔αである。この場合、複数の吐出パルスによる合成残留振動と最初の吐出パルスによる残留振動との位相差の間隔βは、複数の吐出パルスによる合成残留振動のため間隔αより大きくなる場合、また、間隔αとは逆の方向となる場合がある。この場合でも加振パルスＳの加振間隔Ｔ２ｓは、各実施形態で求めた方法をそのまま適用する。

１・・・液体吐出ヘッド、１０・・・フレーム、１１・・・インク供給口、１２・・・共通液室、２０・・・流路板、２１・・・流体抵抗部、２２・・・圧力発生室、２３・・・連通口、２４・・・隔壁、３０・・・ノズル板、３１・・・ノズル、４０・・・ベース、５０・・・積層圧電素子（アクチュエータ）、５１・・・圧電層、５２・・・内部電極層、５３・・・外部電極、５４・・・個別電極、５５・・・共通電極。５６・・・駆動部、５７・・・支持部（非振動部）、６０・・・振動板、６１・・・島状凸部、６２・・・ダイアフラム部、６３・・・インク流入口、７０・・・接着層、８０・・・ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）、１００・・・制御部、１０１・・・ＣＰＵ、１０２・・・ＲＯＭ、１０３・・・ＲＡＭ、１０４・・・ＮＶＲＡＭ、１０５・・・ＡＳＩＣ、１０６・・・ホストＩ／Ｆ、１０８・・・印刷制御部、１０９・・・ヘッドドライバ（アクチュエータ駆動部）、１１３・・・Ｉ／Ｏ、１１４・・・操作パネル、１１５・・・センサ群、１５１・・・吐出パルス間隔決定手段、１５２・・・合成振動位相算出手段、１５３・・・加振間隔算出手段、１５４・・・駆動信号生成手段、１５５・・・液体粘度・減衰率取得手段、１５６・・・加振間隔延長手段。

特開２００７−５５１４７号公報

Claims (11)

1. アクチュエータにより圧力室の容積を変化させて液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、前記圧力室の容積を変化させる駆動信号を生成する制御部と、前記駆動信号により前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と、を備えた液体吐出装置であって、
   前記駆動信号は、複数の吐出パルスと非吐出パルスから構成され、
   前記非吐出パルスは、前記複数の吐出パルスにより生成されるノズル近傍の液体の合成残留振動の振動速度が前記ノズルの内部又は外部に向かう方向のピークとなる時点に、前記非吐出パルスの立下り時点と立上り時点の中間の時点を一致させて印加し、前記合成残留振動を加振する液体吐出装置。
2. 請求項１に記載された液体吐出装置において、
   前記制御部は、画像データに基づいて前記複数の吐出パルス間のパルス間隔を決定する吐出パルス間隔決定手段と、
   前記複数の吐出パルスにより生成されるノズル近傍の液体の合成残留振動と、前記複数の吐出パルスのうち最初又は最後の吐出パルスにより生成されるノズル近傍の液体の残留振動との位相差を算出する合成振動位相算出手段と、
   前記吐出パルス間隔決定手段により決定されるパルス間隔と、前記合成振動位相算出手段で算出される位相差に基づき、前記複数の吐出パルスのうち最後の吐出パルスと非吐出パルス間の加振間隔を算出する加振間隔算出手段と、
   前記パルス間隔と、前記加振間隔に基づき、複数の吐出パルスと非吐出パルスから成る前記駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
   を備えた液体吐出装置。
3. 請求項２に記載された液体吐出装置において、
   液体の粘度と減衰率との対応を記録した粘度・減衰率対応テーブルを備え、
   前記合成振動位相算出手段は、前記粘度・減衰率対応テーブルから、前記液体の残留振動の減衰率を取得し、該取得した減衰率に基づき、前記位相差を算出する液体吐出装置。
4. 請求項２又は３に記載された液体吐出装置において、
   前記液体吐出ヘッドのノズル近傍の温度と前記液体の粘度との関係を記録した温度・粘度対応テーブルを備え、
   前記合成振動位相算出手段は、前記温度・粘度対応テーブルから前記ノズル近傍の液体の温度に基づき、前記ノズル近傍の液体の温度に対応した粘度を取得し、前記位相差を算出する液体吐出装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載された液体吐出装置において、
   前記加振間隔算出手段により算出した前記加振間隔を、ｎ（自然数）×圧力室の固有振動周期の期間、さらに延長する加振間隔延長手段を備えた液体吐出装置。
6. 請求項２ないし５のいずれかに記載された液体吐出装置において、
   前記加振間隔算出手段により算出される加振間隔は、前記複数の吐出パルスのうち最後の吐出パルスの立上り時点と、前記複数の吐出パルスにより生成されるノズル近傍の液体の合成残留振動が前記最後の吐出パルスの立上り後の最初にノズル内部に向かうピークとなった時点又は前記最後の吐出パルスの立上り後の最初にノズル内部に向かうピークとなった時点からさらにｎ（自然数）×圧力室の固有振動周期の期間経過後の時点との間隔である液体吐出装置。
7. 請求項３、又は請求項３を引用する請求項４ないし６のいずれかに記載された液体吐出装置において、
   前記合成振動位相算出手段は、前記減衰率と、前記複数の吐出パルス間のノズル近傍の液体の残留振動の位相差の間隔αに基づいて、前記複数の吐出パルスにより重ね合わされた前記液体吐出ヘッドのノズル近傍の液体の合成残留振動と、前記複数の吐出パルスの最初又は最後の吐出パルスによるノズル近傍の液体の残留振動との位相差の間隔βを求める液体吐出装置。
8. 請求項７に記載された液体吐出装置において、
   前記加振間隔算出手段により算出される加振間隔は、前記位相差の間隔αと位相差の間隔βと前記圧力室の固有振動周期に基づいて、該固有振動周期の３／４又は５／４の期間から前記位相差の間隔（α−β）だけ加減した値とする液体吐出装置。
9. 請求項３、又は請求項３を引用する請求項４ないし６のいずれか、又は請求項７もしくは８に記載された液体吐出装置において、
   前記駆動信号生成手段は、前記複数の吐出パルスのうち最後の吐出パルスの立上り時点から前記加振間隔の経過後の時点に、前記非吐出パルスの立下り時点と立上り時点の中間の時点を一致させ前記非吐出パルスを追加して成る駆動信号を生成する液体吐出装置。
10. 請求項３、又は請求項３を引用する請求項４ないし６のいずれか、又は請求項７ないし９のいずれかに記載された液体吐出装置において、
    前記吐出パルス間隔決定手段により決定したパルス間隔に基づき、前記合成振動位相算出手段により算出した位相差と前記圧力室の固有振動周期により求めたパルス間隔と加振間隔との関係を記録したパルス間隔・加振間隔対応テーブルを備えた液体吐出装置。
11. アクチュエータにより圧力室の容積を変化させて液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、前記圧力室の容積を変化させる駆動信号を生成する制御部と、前記駆動信号により前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部と、を備えた液体吐出装置の液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
    画像データに基づいて複数の吐出パルス間のパルス間隔を決定する吐出パルス間隔決定工程と、
    前記複数の吐出パルスにより生成されるノズル近傍の液体の合成残留振動と前記複数の吐出パルスのうち最初又は最後の吐出パルスにより生成されるノズル近傍の液体の残留振動との位相差を算出する合成振動位相算出工程と、
    前記吐出パルス間隔決定工程により決定されるパルス間隔と、前記合成振動位相算出工程で算出される位相差の間隔に基づき、前記複数の吐出パルスのうち最後の吐出パルスと非吐出パルス間の加振間隔を算出する加振間隔算出工程と、
    前記パルス間隔と、前記加振間隔に基づき、複数の吐出パルスと非吐出パルスから成る前記駆動信号を生成する駆動信号生成工程と、
    を有する液体吐出ヘッドの駆動方法。

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