JP6542274B2 - 液体吐出装置およびそれを備えたインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置およびそれを備えたインクジェットプリンタに関する。

従来から、液体が貯留される圧力室と、インクが流入しかつ圧力室と連通するインク流入口と、圧力室の一部を区画する振動板と、振動板に連結されたアクチュエータと、圧力室に連通するノズルと、アクチュエータに駆動信号を供給することによりアクチュエータを駆動する制御装置と、を備えた液体吐出装置が知られている。このような液体吐出装置は、例えば、液体としてインクを吐出するインクジェットプリンタなどに設けられている。

上記液体吐出装置を備えたインクジェットプリンタでは、制御装置がアクチュエータに駆動パルス信号（以下、駆動パルスという）を供給すると、アクチュエータが変形し、それに伴って振動板が変形する。これにより、圧力室の容積が増加または減少し、圧力室内のインクの圧力が変化する。この圧力の変化に伴い、ノズルからインクが吐出される。吐出されたインクはインク滴となって飛翔し、記録紙などの記録媒体に着弾する。その結果、記録紙上に１つのドットが形成される。そして、このようなドットを記録紙上に多数形成することにより、画像などが形成される。

ドットのサイズ（例えば直径）を調整できれば、記録紙上に高画質の画像を形成することができる。しかし、上記のようなインクジェットプリンタでは、１つの駆動パルスで安定的に吐出することができるインク滴の液量に限界がある。１つの駆動パルスだけでは、異なるサイズのドットを形成することは難しい。例えば特許文献１には、マルチドット方式によってドットのサイズを調整する方法が開示されている。マルチドット方式では、記録媒体上に１つのドットを形成するための時間として予め設定された時間（以下、駆動周期という）内に、複数の駆動パルスを含む駆動信号を生成し、その駆動信号に含まれる１つまたは２つ以上の駆動パルスをアクチュエータに対して選択的に供給する。例えば相対的に大きなドットは、１駆動周期内で時系列的に２つ以上のインク滴を吐出させ、これらを記録媒体に着弾する前にマージ（合体）させることで形成することができる。

特開平１０−８１０１２号公報

ところで、液体吐出装置において、ノズルから液滴が吐出された後には、ノズルから圧力室を介してインク流入口までの間に共振が発生する。共振が大きい場合には、ノズルのメニスカスが圧力室から大きく飛び出した状態になりやすく、この状態でノズルから液滴を吐出してしまうと、液滴が所望の方向に飛翔しないという吐出不良が発生する恐れがある。インクの粘度が低くなるほど、上記吐出不良が発生しやすく、ノズルから吐出された液滴を正確な位置に着弾させることができないという問題が生じ得る。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズルから吐出される液体を正確な位置に着弾させることのできる液体吐出装置を提供することである。

本発明者は、液体の粘度が比較的低い場合、例えば、２５℃における粘度が３ｍＰａ・ｓ〜５ｍＰａ・ｓの場合に、ノズルから圧力室を介して流入口までの間に発生する共振の影響によって、ノズルの吐出不良が発生しやすいことに気が付いた。そこで、上記共振の周波数を特定し、ノズルから液体を吐出する際にアクチュエータに供給される駆動信号において、上記共振の原因となる周波数成分を小さくする方法に着目した。そして、駆動信号と基準電位のラインとによって囲まれる面積を所定の範囲に設定することによって、上記周波数成分（即ち共振を励振する力）を小さくすることができ、その結果、ノズルの吐出安定性が向上することを見出した。

本発明に係る液体吐出装置は、２５℃における粘度が３ｍＰａ・ｓ〜５ｍＰａ・ｓの液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを制御する制御装置と、を備え、前記液体吐出ヘッドは、内部に液体が貯留される圧力室および前記圧力室と連通し、液体が流入する流入口が形成されたケースと、前記ケースに設けられ、前記圧力室の一部を区画する振動板と、前記振動板に連結され、電気信号が供給されると変形するアクチュエータと、前記ケースに形成され、前記圧力室と連通するノズルと、を備え、前記制御装置は、駆動周期毎に、１つまたは２つ以上の駆動パルスを含む第１サブ駆動信号を少なくとも有するメイン駆動信号を生成する駆動信号生成回路と、前記駆動信号生成回路が生成する前記メイン駆動信号の一部または全部を前記アクチュエータに供給する駆動信号供給回路と、を備え、前記駆動信号供給回路は、前記アクチュエータに対して前記第１サブ駆動信号を供給し、前記ノズルから第１の液量の液体を吐出させる第１ドット形成部を備え、前記第１サブ駆動信号の波形図において、基準電位のラインおよび前記第１サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より小さい部分に囲まれた部分の面積を第１下面積とし、前記基準電位のラインおよび前記第１サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より大きい部分に囲まれた部分の面積を第１上面積としたときに、前記第１下面積に対する前記第１上面積の比である第１面積比が０．９以上１．１以下に設定されている。

本発明の液体吐出装置によると、第１サブ駆動信号の波形図において、第１下面積に対する第１上面積の比である第１面積比が０．９以上１．１以下に設定されている。これにより、第１サブ駆動信号の波形の平均値を、基準電位と同じ値もしくは基準電位に非常に近い値にすることができる。即ち、第１サブ駆動信号の波形のＤＣ成分を、基準電位と同じ値もしくは基準電位に非常に近い値にすることができる。この結果、第１サブ駆動信号の周波数のうち、共振を励振する力を発生させる周波数成分を小さくすることができる。これにより、共振の発生を抑制することができ、ノズルのメニスカスを安定させることができる。このようにメニスカスを安定させることによって、ノズルから吐出された液体を正確な位置に着弾させることができる。

本発明によれば、ノズルから吐出される液体を正確な位置に着弾させることのできる液体吐出装置を提供することができる。

一実施形態に係るインクジェットプリンタの斜視図である。 一実施形態に係るインクジェットプリンタの主要部の正面図である。 一実施形態に係る液体吐出装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態に係る吐出ヘッドの一部の断面図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 一実施形態に係るメイン駆動信号の波形図である。 第１サブ駆動信号の波形図である。 第２サブ駆動信号の波形図である。 第３サブ駆動信号の波形図である。 小ドットを形成するときに供給される供給信号の波形図である。 中ドットを形成するときに供給される供給信号の波形図である。 大ドットを形成するときに供給される供給信号の波形図である。 大ドット形成時のインクの様子の一例を撮影した図である。 大ドット形成時のインクの様子の一例を撮影した図である。 大ドット形成時のインクの様子の一例を撮影した図である。 大ドット形成時のインクの様子の一例を撮影した図である。 大ドット形成時のインクの様子の一例を撮影した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る液体吐出装置およびそれを備えたインクジェットプリンタの実施形態について説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。

図１は、一実施形態に係るインクジェットプリンタ１０の斜視図である。図２は、インクジェットプリンタ１０の主要部を表す正面図である。図１および図２において、符号ＬおよびＲは、それぞれ左および右を示している。符号ＦおよびＲｒは、それぞれ前および後を示している。後述する吐出ヘッド２５（図２参照）は左方および右方に移動可能である。記録紙５は、前方および後方に搬送可能である。本実施形態では、吐出ヘッド２５の移動方向を主走査方向Ｙといい、記録紙５の搬送方向を副走査方向Ｘという。ここでは、主走査方向Ｙは左右方向に対応し、副走査方向Ｘは前後方向に対応する。主走査方向Ｙと副走査方向Ｘとは直交している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、インクジェットプリンタ１０の設置態様を何ら限定するものではない。

インクジェットプリンタ１０は、記録紙５に印刷を行うためのものである。記録紙５は記録媒体の一例であり、インクが吐出される対象物の一例である。なお、記録媒体には、普通紙などの紙類はもちろんのこと、ポリ塩化ビニル（polyvinyl chloride、PVC）やポリエステルなどの樹脂材料、アルミニウム、鉄、木材などの各種の材料からなる記録媒体が含まれる。

図２に示すように、インクジェットプリンタ１０は、ケーシング１２と、ケーシング１２内に配置されたガイドレール１３とを備えている。ガイドレール１３は、左右方向に延びている。ガイドレール１３には、インクを吐出する吐出ヘッド２５が設けられたキャリッジ１１が係合している。キャリッジ１１は、キャリッジ移動機構１８によって、ガイドレール１３に沿って左右方向（即ち主走査方向Ｙ）に往復移動する。キャリッジ移動機構１８は、ガイドレール１３の左端側および右端側に配置されたプーリ２９ｂ、２９ａを有している。プーリ２９ａにはキャリッジモータ１８ａが連結されている。なお、キャリッジモータ１８ａはプーリ２９ｂに連結されていてもよい。プーリ２９ａは、キャリッジモータ１８ａによって駆動される。両プーリ２９ａ、２９ｂには、それぞれ無端状のベルト１６が巻き掛けられている。キャリッジ１１はベルト１６に固定されている。プーリ２９ａ，２９ｂが回転してベルト１６が走行すると、キャリッジ１１が左右方向に移動する。

インクジェットプリンタ１０は、大判のインクジェットプリンタであり、例えば家庭用の卓上型プリンタと比べて大きい。解像度との兼ね合いもあるが、スループットを向上する観点からは、キャリッジ１１の走査速度が速めに設定されることがある。例えば通常の走査速度は、概ね６００〜９００ｍｍ／ｓ程度に設定され、駆動周波数は１４ｋＨｚ程度である。また、例えば高速動作時には、駆動周波数が２０ｋＨｚ程度で、走査速度が概ね１０００ｍｍ／ｓ以上、例えば１１００〜１２００ｍｍ／ｓに設定される。ただし、上記走査速度および駆動周波数は単なる例示であり、特定の値に限定される訳ではない。

記録紙５は、紙送り機構（図示せず）によって、紙送り方向に搬送される。ここでは、紙送り方向は前後方向（即ち副走査方向Ｘ）のことである。ケーシング１２内には、記録紙５が載置されるプラテン１４が設けられている。プラテン１４にはグリッドローラ（図示せず）が設けられている。グリッドローラの上方にはピンチローラ（図示せず）が設けられている。グリッドローラはフィードモータ（図示せず）に連結されている。グリッドローラはフィードモータによって駆動され、回転する。グリッドローラとピンチローラとの間に記録紙５が挟まれた状態でグリッドローラが回転すると、記録紙５は前後方向に搬送される。

インクジェットプリンタ１０は、複数のインクカートリッジ２１を備えている。それら複数のインクカートリッジ２１には、色の異なるインクが貯留されている。例えば、インクジェットプリンタ１０は、それぞれシアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ブラックインク、ホワイトインクを貯留する５つのインクカートリッジ２１を備えている。上記各インクは、吐出ヘッド２５から安定的に吐出されるように、その性状が調整されている。２５℃におけるインクの粘度は、凡そ３ｍＰａ・ｓ〜９ｍＰａ・ｓ程度、例えば、比較的低粘度である凡そ３ｍＰａ・ｓ〜５ｍＰａ・ｓ程度、あるいは凡そ７ｍＰａ・ｓ〜９ｍＰａ・ｓ程度に調整されている。上記粘度は、２５℃において、ＪＩＳ Ｚ８８０３（２００１）に従って測定した値とする。粘度測定には、例えば、コーンプレート型回転式粘度計（東機産業製 ＴＶＥ−２５Ｌ）を用いることができる。

吐出ヘッド２５は、各色のインク毎に設けられている。各色の吐出ヘッド２５とインクカートリッジ２１とは、インク供給路２２により接続されている。インク供給路２２は、インクカートリッジ２１から吐出ヘッド２５へインクを供給するインク流路である。インク供給路２２は、例えば可撓性を有するチューブにより構成されている。インク供給路２２には、送液ポンプ２３が設けられている。ただし、送液ポンプ２３は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。インク供給路２２の一部は、ケーブル類保護案内装置１７により覆われている。

図３に示すように、インクジェットプリンタ１０は、液体吐出装置２０を備えている。液体吐出装置２０は、吐出ヘッド２５と、吐出ヘッド２５の動作を制御する制御装置２８とを備えている。

吐出ヘッド２５は、液体（典型的にはインク）を吐出する。吐出ヘッド２５は、液体吐出ヘッドの一例である。吐出ヘッド２５は、記録紙５に向かってインクを吐出し、記録紙５上にインクのドットを形成するものである。このドットが多数並べられることにより、記録紙５上に画像などが形成される。吐出ヘッド２５は、記録紙５と対向する側の面（本実施形態では吐出ヘッド２５の下面）に、インクを吐出するための複数のノズル３５（図４参照）を備えている。

図４は、吐出ヘッド２５の１つのノズル３５近傍における部分断面図である。吐出ヘッド２５は、開口３１ａを有する中空のケース３１と、開口３１ａを塞ぐようにケース３１に取り付けられた振動板３２とを備えている。ケース３１には、内部にインクが貯留される圧力室３３が形成されている。図５に示すように、圧力室３３には、圧力室３３の一部を区画して、第１インク流路３３ａおよび第２インク流路３３ｂを形成する縦壁３３ｃが形成されている。縦壁３３ｃは、振動板３２を下から支持している。振動板３２は圧力室３３の一部を区画している。振動板３２は、圧力室３３の内側および外側に弾性変形可能なものである。振動板３２は、圧力室３３の容積を増加および減少させるように変形可能に構成されている。振動板３２は、典型的には樹脂フィルムまたは金属箔である。

ケース３１には、インクカートリッジ２１から供給されたインクが流れる流路３８が形成されている。ケース３１には、インクが流入するインク流入口３４が形成されている。なお、インク流入口３４は圧力室３３と連通していればよく、インク流入口３４の位置は何ら限定されない。インク流入口３４は、流路３８と圧力室３３との間に形成されている。圧力室３３には、インク流入口３４を通じて流路３８からインクが供給され、一時的に所定量のインクが貯留される。インク流入口３４を通じて圧力室３３内に流入したインクは、図５の矢印Ｂおよび矢印Ｃに示すように、第１インク流路３３ａおよび第２インク流路３３ｂを通って、ノズル３５へと導かれる。ノズル３５は、ケース３１の下面３１ｂに形成されている。ノズル３５は、圧力室３３と連通している。ノズル３５は記録紙５に向かって液滴（インク滴）を吐出する。ノズル３５内部のインクの液面（自由表面）がメニスカス３５ａを形成している。なお、ノズル３５からインクが吐出された後には、図４の矢印Ｍで示すように、ノズル３５から圧力室３３を介してインク流入口３４までの間に共振が発生する。

振動板３２の圧力室３３側と反対側の面には、圧電素子３６が連結されている。なお、ここでいう「連結」には、振動板３２と圧電素子３６とが直接的に接続されている場合と、他の部材を介して間接的に接続されている場合との両方が含まれる。圧電素子３６は振動板３２と接触していてもよく、接触していなくてもよい。本実施形態では、振動板３２と圧電素子３６との間に、弾性を有するフィルム３２ａが介在している。フィルム３２ａの下方には、縦壁３３ｃは配置されていない。圧電素子３６の一部は、ケース３１に設けられた固定部材３９に固定されている。圧電素子３６は、アクチュエータを構成している。圧電素子３６は、フレキシブルケーブル３７を介して制御装置２８に接続されている。圧電素子３６には、フレキシブルケーブル３７を介して電気信号が供給される。本実施形態において、圧電素子３６は、圧電材料と導電層とを交互に積層した積層体である。圧電素子３６は、制御装置２８から電気信号を受けると膨張または収縮し、振動板３２を圧力室３３の外側または内側に弾性変形させるように機能する。ここでは、縦振動モードのピエゾ素子（ＰＺＴ）を採用している。縦振動モードのＰＺＴは、上記積層方向に伸縮自在であり、例えば放電すると収縮し、充電すると伸長するようになっている。ただし、圧電素子３６の形式は特に限定されない。

このような構成の吐出ヘッド２５では、例えば圧電素子３６の電位を基準電位から下降させることによって、圧電素子３６が収縮する。すると、これに追従して振動板３２が初期位置から圧力室３３の外側に弾性変形し、圧力室３３が膨張する。なお、圧力室３３が膨張するとは、振動板３２の変形により圧力室３３の容積が大きくなることをいう。次いで、圧電素子３６の電位を上昇させることによって、圧電素子３６が積層方向に伸長する。これにより、振動板３２が圧力室３３の内側に弾性変形し、圧力室３３が収縮する。なお、圧力室３３が収縮するとは、振動板３２の変形により圧力室３３の容積が小さくなることをいう。このような圧力室３３の膨張および収縮により、圧力室３３内の圧力が変動する。この圧力室３３内の圧力変動によって、圧力室３３内のインクが加圧され、インク滴となってノズル３５から吐出される。その後、圧電素子３６の電位を基準電位に戻すことにより、振動板３２が初期位置に復帰して、圧力室３３が膨張する。このとき、インク流入口３４から圧力室３３内にインクが流入する。

制御装置２８は、キャリッジ移動機構１８のキャリッジモータ１８ａと、紙送り機構のフィードモータと、送液ポンプ２３と、吐出ヘッド２５とに対して、通信可能に接続されている。制御装置２８は、これらの動作を制御する。制御装置２８は、典型的にはコンピュータである。制御装置２８は、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器からの印刷データ等を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭと、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭと、上記プログラムや各種データを格納するメモリなどの記憶装置とを備えている。

図３に示すように、制御装置２８は、吐出ヘッド２５を駆動するためのメイン駆動信号を生成する駆動信号生成回路４１と、駆動信号生成回路４１が生成するメイン駆動信号の一部または全部を吐出ヘッド２５の各圧電素子３６に供給する駆動信号供給回路４２とを備えている。なお、以下の説明では、吐出ヘッド２５の圧電素子３６のことをアクチュエータ３６と称する。駆動信号供給回路４２がアクチュエータ３６に供給する信号のことを、供給信号と称する。詳細は後述するが、供給信号は、駆動信号生成回路４１が生成するメイン駆動信号の一部または全部からなる信号である。

駆動信号生成回路４１および駆動信号供給回路４２のハードウェア構成は何ら限定されない。駆動信号生成回路４１および駆動信号供給回路４２のハードウェア構成には、周知のもの（例えば、特開２０１４−１６２２２１号公報に開示されたハードウェア構成）を利用することができるので、ここではその説明は省略する。

駆動信号生成回路４１が生成するメイン駆動信号には、複数の駆動パルスが含まれる。詳細には、上記メイン駆動信号には、第１サブ駆動信号と、第２サブ駆動信号と、第３サブ駆動信号とが含まれる。第１サブ駆動信号、第２サブ駆動信号および第３サブ駆動信号は、それぞれ１つまたは２つ以上の駆動パルスを含む。駆動信号供給回路４２は、それら第１〜第３サブ駆動信号のうち１つまたは２つ以上のサブ駆動信号を選択し、アクチュエータ３６に供給する。アクチュエータ３６に供給するサブ駆動信号を適宜選択することにより、１駆動周期中に吐出ヘッド２５のノズル３５から吐出されるインクの液量を変更することができる。これにより、記録紙５上に形成されるインクのドットのサイズを変更することができる。本実施形態に係るインクジェットプリンタ１０では、サイズの異なる３種類のドットを形成することができる。以下の説明ではこれら３種類のドットのことを、サイズの小さい方から順に、第１ドット（小ドット）、第２ドット（中ドット）、第３ドット（大ドット）と称することとする。

図３に示すように、駆動信号供給回路４２は、第１ドット形成部４２ａ、第２ドット形成部４２ｂおよび第３ドット形成部４２ｃを有している。駆動信号供給回路４２は、第１ドットを形成するときに、アクチュエータ３６に対して上記メイン駆動信号の一部である第１サブ駆動信号を供給しかつ上記メイン駆動信号の他の一部である第２サブ駆動信号および上記メイン駆動信号の他の一部である第３サブ駆動信号を供給しない第１ドット形成部４２ａとして機能する。第１ドット形成部４２ａは、ノズル３５から第１の液量のインクを吐出させる。駆動信号供給回路４２は、第２ドットを形成するときに、アクチュエータ３６に対して第２サブ駆動信号を供給しかつ第１サブ駆動信号および第３サブ駆動信号を供給しない第２ドット形成部４２ｂとして機能する。第２ドット形成部４２ｂは、ノズル３５から第２の液量のインクを吐出させる。第２の液量は第１の液量より多い。駆動信号供給回路４２は、第３ドットを形成するときに、アクチュエータ３６に対して第１サブ駆動信号、第２サブ駆動信号および第３サブ駆動信号を供給する第３ドット形成部４２ｃとして機能する。第３ドット形成部４２ｃは、ノズル３５から第３の液量のインクを吐出させる。第３の液量は第２の液量より多い。

図６は、駆動信号生成回路４１が生成するメイン駆動信号Ｗの波形図である。横軸ｔは時間を表し、縦軸Ｖは電位を表す。ｔｘは１駆動周期を表す。駆動信号生成回路４１は、図６に示すようなメイン駆動信号を駆動周期毎に繰り返し生成するように構成されている。

図６に示すように、メイン駆動信号Ｗは、第１サブ駆動信号Ｗ１と、第２サブ駆動信号Ｗ２と、第３サブ駆動信号Ｗ３とを有する。第２サブ駆動信号Ｗ２は、第１サブ駆動信号Ｗ１より後ろに位置する。第３サブ駆動信号Ｗ３は、第１サブ駆動信号Ｗ１より前に位置する。なお、第１サブ駆動信号Ｗ１、第２サブ駆動信号Ｗ２および第３サブ駆動信号Ｗ３の並びは、上記構成に限定されない。

図６に示すように、第１サブ駆動信号Ｗ１は、第１駆動パルスＰ１を含む。第１駆動パルスＰ１は、電位が基準電位Ｖ０からＶ３に降下する放電波形要素Ｔ１１と、電位がＶ３に維持される放電維持波形要素Ｔ１２と、電位がＶ３からＶ６に上昇する充電波形要素Ｔ１３と、電位がＶ６に維持される充電維持波形要素Ｔ１４と、電位がＶ６からＶ９に上昇する充電波形要素Ｔ１５と、電位がＶ９に維持される充電維持波形要素Ｔ１６と、電位がＶ９からＶ０に降下する放電波形要素Ｔ１７と、からなっている。

図７に示すように、第１サブ駆動信号Ｗ１の波形図において、基準電位Ｖ０のラインＬｍおよび第１サブ駆動信号Ｗ１の波形のうち基準電位Ｖ０より小さい部分Ｗ１Ａに囲まれた部分の面積を第１下面積Ｓ１Ａとし、基準電位Ｖ０のラインＬｍおよび第１サブ駆動信号Ｗ１の波形のうち基準電位Ｖ０より大きい部分Ｗ１Ｂに囲まれた部分の面積を第１上面積Ｓ１Ｂとしたときに、第１下面積Ｓ１Ａに対する第１上面積Ｓ１Ｂの比である第１面積比（Ｓ１Ｂ／Ｓ１Ａ）が０．９以上１．１以下に設定されている。

図６に示すように、第２サブ駆動信号Ｗ２は、第２駆動パルスＰ２および第３駆動パルスＰ３を含む。第２駆動パルスＰ２は第３駆動パルスＰ３より前に位置する。第２駆動パルスＰ２は、電位が基準電位Ｖ０からＶ２に降下する放電波形要素Ｔ２１と、電位がＶ２に維持される放電維持波形要素Ｔ２２と、電位がＶ２からＶ６に上昇する充電波形要素Ｔ２３と、電位がＶ６に維持される充電維持波形要素Ｔ２４と、電位がＶ６からＶ９に上昇する充電波形要素Ｔ２５と、電位がＶ９に維持される充電維持波形要素Ｔ２６と、電位がＶ９からＶ０に降下する放電波形要素Ｔ２７と、からなっている。第３駆動パルスＰ３は、電位が基準電位Ｖ０からＶ４に降下する放電波形要素Ｔ３１と、電位がＶ４に維持される放電維持波形要素Ｔ３２と、電位がＶ４からＶ７に上昇する充電波形要素Ｔ３３と、電位がＶ７に維持される充電維持波形要素Ｔ３４と、電位がＶ７からＶ１０に上昇する充電波形要素Ｔ３５と、電位がＶ１０に維持される充電維持波形要素Ｔ３６と、電位がＶ１０からＶ０に降下する放電波形要素Ｔ３７と、からなっている。

図８に示すように、第２サブ駆動信号Ｗ２の波形図において、基準電位Ｖ０のラインＬｍおよび第２サブ駆動信号Ｗ２の波形のうち基準電位Ｖ０より小さい部分Ｗ２Ａに囲まれた部分の面積を第２下面積Ｓ２Ａとし、基準電位Ｖ０のラインＬｍおよび第２サブ駆動信号Ｗ２の波形のうち基準電位Ｖ０より大きい部分Ｗ２Ｂに囲まれた部分の面積を第２上面積Ｓ２Ｂとしたときに、第２下面積Ｓ２Ａに対する第２上面積Ｓ２Ｂの比である第２面積比（Ｓ２Ｂ／Ｓ２Ａ）が０．９以上１．１以下に設定されている。なお、第２サブ駆動信号Ｗ２において、第２駆動パルスＰ２および第３駆動パルスＰ３のそれぞれにおいて、上記第２面積比を０．９以上１．１以下に設定してもよい。

図６に示すように、第３サブ駆動信号Ｗ３は、第４駆動パルスＰ４を含む。第４駆動パルスＰ４は、電位が基準電位Ｖ０からＶ１に降下する放電波形要素Ｔ４１と、電位がＶ１に維持される放電維持波形要素Ｔ４２と、電位がＶ１からＶ５に上昇する充電波形要素Ｔ４３と、電位がＶ５に維持される充電維持波形要素Ｔ４４と、電位がＶ５からＶ８に上昇する充電波形要素Ｔ４５と、電位がＶ８に維持される充電維持波形要素Ｔ４６と、電位がＶ８からＶ０に降下する放電波形要素Ｔ４７と、からなっている。なお、本実施形態では、Ｖ１０＞Ｖ９＞Ｖ８＞Ｖ７＞Ｖ６＞Ｖ５＞Ｖ０＞Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４である。ただし、Ｖ１０、Ｖ９およびＶ８の相互の大小関係、Ｖ７、Ｖ６およびＶ５の相互の大小関係、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３およびＶ４の相互の大小関係は特に限定されない。

図９に示すように、第３サブ駆動信号Ｗ３の波形図において、基準電位Ｖ０のラインＬｍおよび第３サブ駆動信号Ｗ３の波形のうち基準電位Ｖ０より小さい部分Ｗ３Ａに囲まれた部分の面積を第１下面積Ｓ３Ａとし、基準電位Ｖ０のラインＬｍおよび第３サブ駆動信号Ｗ３の波形のうち基準電位Ｖ０より大きい部分Ｗ３Ｂに囲まれた部分の面積を第３上面積Ｓ３Ｂとしたときに、第３下面積Ｓ３Ａに対する第３上面積Ｓ３Ｂの比である第３面積比（Ｓ３Ｂ／Ｓ３Ａ）が０．９以上１．１以下に設定されている。

第１駆動パルスＰ１、第２駆動パルスＰ２、第３駆動パルスＰ３および第４駆動パルスＰ４は、圧力室３３の容積をいったん増加させてから減少させる（圧力室３３をいったん膨張させてから収縮させる）駆動パルスである。言い換えると、第１駆動パルスＰ１〜第４駆動パルスＰ４は、圧力室３３をいったん減圧させてから加圧させる駆動パルスである。第１駆動パルスＰ１〜第４駆動パルスＰ４は、それぞれ第１の液滴〜第４の液滴を吐出するための駆動パルスである。

図１０は、第１ドット（小ドット）を形成するときにアクチュエータ３６に供給される供給信号を表している。アクチュエータ３６に第１駆動パルスＰ１が供給されると、圧力室３３の容積はいったん増加してから減少し、ノズル３５から第１の液滴を吐出する動作が１回行われる。ここで、第１サブ駆動信号Ｗ１の波形図において、第１面積比（Ｓ１Ｂ／Ｓ１Ａ）が０．９以上１．１以下に設定されているため、ノズル３５から圧力室３３を介してインク流入口３４までの間において共振の発生を抑制することができる。これにより、ノズル３５の吐出安定性が向上し、第１ドットを記録紙５の正確な位置に形成することができる。

図１１は、第２ドット（中ドット）を形成するときにアクチュエータ３６に供給される供給信号を表している。アクチュエータ３６に第２駆動パルスＰ２が供給されると、圧力室３３の容積はいったん増加してから減少し、ノズル３５から第２の液滴を吐出する動作が１回行われる。続いてアクチュエータ３６に第３駆動パルスＰ３が供給されると、圧力室３３の容積は、再びいったん増加してから減少し、ノズル３５から第３の液滴を吐出する動作が行われる。第２の液滴および第３の液滴は、記録紙５上に着弾する前にマージされる。ここで、第２サブ駆動信号Ｗ２の波形図において、第２面積比（Ｓ２Ｂ／Ｓ２Ａ）が０．９以上１．１以下に設定されているため、ノズル３５から圧力室３３を介してインク流入口３４までの間において共振の発生を抑制することができる。これにより、ノズル３５の吐出安定性が向上し、第２ドットを記録紙５の正確な位置に形成することができる。

図１２は、第３ドット（大ドット）を形成するときにアクチュエータ３６に供給される供給信号を表している。アクチュエータ３６に第４駆動パルスＰ４が供給されると、圧力室３３の容積はいったん増加してから減少し、ノズル３５から第４の液滴を吐出する動作が１回行われる。さらに、アクチュエータ３６に第１駆動パルスＰ１、第２駆動パルスＰ２および第３駆動パルスＰ３が供給されると、圧力室３３の容積は、再びいったん増加してから減少し、ノズル３５から第１の液滴、第２の液滴および第３の液滴を吐出する動作がそれぞれ１回行われる。すなわち、アクチュエータ３６に第１駆動パルスＰ１〜第４駆動パルスＰ４が供給されると、ノズル３５から第１の液滴〜第４の液滴を吐出する動作が行われる。第１の液滴〜第４の液滴は、記録紙５上に着弾する前にマージされる。ここで、第１サブ駆動信号Ｗ１、第２サブ駆動信号Ｗ２および第３サブ駆動信号Ｗ３の波形図において、第１面積比（Ｓ１Ｂ／Ｓ１Ａ）、第２面積比（Ｓ２Ｂ／Ｓ２Ａ）および第３面積比（Ｓ３Ｂ／Ｓ３Ａ）がそれぞれ０．９以上１．１以下に設定されているため、ノズル３５から圧力室３３を介してインク流入口３４までの間において共振の発生を抑制することができる。これにより、ノズル３５の吐出安定性が向上し、第３ドットを記録紙５の正確な位置に形成することができる。

このように、インクジェットプリンタ１０では、第１ドット、第２ドットおよび第３ドットを形成するときに供給されるメイン駆動信号Ｗにおいて、上記第１面積比、第２面積比および第３面積比がそれぞれ所定の値に設定されている。これにより、ノズル３５から吐出されたインクによって形成されるドットの大きさに関わらず、ノズル３５から圧力室３３を介してインク流入口３４までの間において共振の発生を抑制することができる。この結果、ノズル３５から吐出されたインクを所望の位置に着弾させることができる。

次に、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

例１に係る液体吐出装置では、第１面積比（Ｓ１Ｂ／Ｓ１Ａ）、第２面積比（Ｓ２Ｂ／Ｓ２Ａ）および第３面積比（Ｓ３Ｂ／Ｓ３Ａ）をそれぞれ０．８５に設定した。図１３は、例１に係る液体吐出装置において、大ドット形成時のインクの様子を撮影した図である。例２に係る液体吐出装置では、第１面積比、第２面積比および第３面積比をそれぞれ０．９０に設定した。図１４は、例２に係る液体吐出装置において、大ドット形成時のインクの様子を撮影した図である。例３に係る液体吐出装置では、第１面積比、第２面積比および第３面積比をそれぞれ１．００に設定した。図１５は、例３に係る液体吐出装置において、大ドット形成時のインクの様子を撮影した図である。例４に係る液体吐出装置では、第１面積比、第２面積比および第３面積比をそれぞれ１．０９に設定した。図１６は、例４に係る液体吐出装置において、大ドット形成時のインクの様子を撮影した図である。例５に係る液体吐出装置では、第１面積比、第２面積比および第３面積比をそれぞれ１．１５に設定した。図１７は、例５に係る液体吐出装置において、大ドット形成時のインクの様子を撮影した図である。なお、例１〜例５に係る液体吐出装置において、駆動周波数を１１ｋＨｚに設定した。また、図１３〜図１７は、隣り合う３つのノズルから同時に液滴が吐出（図面の上方から下方に向けて吐出）された様子を撮影したものである。なお、図１３〜図１７は、第４駆動パルスＰ４が供給されてから１８０μｓ後に撮影した図である。

図１４、図１５および図１６に示すように、各ノズルから吐出された液滴は同じ速度で飛翔しており、また、サテライトも曲がることなく真っ直ぐ飛んでいることが確認された。一方、図１３のＥ１に示すように、中央のノズルから吐出された液滴が左右のノズルから吐出された液滴と異なる速度で飛翔していることが確認された。さらに、図１７のＥ２に示すように、中央のノズルにおいて、吐出された液滴から分離したサテライトが曲がって飛翔しており、その軌跡が左にずれていることが確認された。以上より、第１面積比、第２面積比および第３面積比を、０．９〜１．１（例えば、０．９〜１．０９）の範囲に設定することで、ノズルから吐出されたインクを正確な位置に着弾させることができることが確認された。

以上のように、本実施形態の液体吐出装置２０によると、第１サブ駆動信号Ｗ１の波形図において、第１下面積Ｓ１Ａに対する第１上面積Ｓ１Ｂの比である第１面積比が０．９以上１．１以下に設定されている。これにより、第１サブ駆動信号Ｗ１の波形の平均値を、基準電位Ｖ０と同じ値もしくは基準電位Ｖ０に非常に近い値にすることができる。即ち、第１サブ駆動信号Ｗ１の波形のＤＣ成分を、基準電位Ｖ０と同じ値もしくは基準電位Ｖ０に非常に近い値にすることができる。この結果、第１サブ駆動信号Ｗ１の周波数のうち、共振を励振する力を発生させる周波数成分を小さくすることができる。これにより、共振の発生を抑制することができ、ノズル３５のメニスカス３５ａを安定させることができる。このようにメニスカス３５ａを安定させることによって、ノズル３５から吐出されたインクを正確な位置に着弾させることができる。

本実施形態の液体吐出装置２０では、第２サブ駆動信号Ｗ２の波形図において、第２下面積Ｓ２Ａに対する第２上面積Ｓ２Ｂの比である第２面積比が０．９以上１．１以下に設定されている。このため、第１サブ駆動信号Ｗ１と同様に、第２サブ駆動信号Ｗ２の周波数のうち、共振を励振する力を発生させる周波数成分を小さくすることができる。また、第２ドット形成部４２ｂは、アクチュエータ３６に対して第２サブ駆動信号Ｗ２を供給するが、第２サブ駆動信号Ｗ２の共振の発生が抑制されているため、ノズル３５からより多くの液量のインクを吐出させつつ、該インクを正確な位置に着弾させることができる。

本実施形態の液体吐出装置２０では、第２サブ駆動信号Ｗ２は、第１サブ駆動信号Ｗ１より後ろに位置する。ノズルから吐出される液量が多いほど液体の速度が速くなる傾向にあるため、第１サブ駆動信号Ｗ１が供給されることによって吐出される液体に、第２サブ駆動信号Ｗ２が供給されることによって吐出される液体がより確実にマージすることができる。

本実施形態の液体吐出装置２０では、第３サブ駆動信号Ｗ３の波形図において、第３下面積Ｓ３Ａに対する第３上面積Ｓ３Ｂの比である第３面積比が０．９以上１．１以下に設定されている。このため、第１サブ駆動信号Ｗ１と同様に、第３サブ駆動信号Ｗ３の周波数のうち、共振を励振する力を発生させる周波数成分を小さくすることができる。また、第３ドット形成部４２ｃは、アクチュエータ３６に対して第１サブ駆動信号Ｗ１、第２サブ駆動信号Ｗ２および第３サブ駆動信号Ｗ３を供給するが、第１サブ駆動信号Ｗ１、第２サブ駆動信号Ｗ２および第３サブ駆動信号Ｗ３のいずれも共振の発生が抑制されているため、ノズル３５からより多くの液量のインクを吐出させつつ、該インクを正確な位置に着弾させることができる。

本実施形態の液体吐出装置２０では、第３サブ駆動信号Ｗ３は、第２サブ駆動信号Ｗ２より前に位置する。これにより、中ドットおよび大ドットを形成する際に供給される駆動信号のうち最後部に位置する第２サブ駆動信号Ｗ２が共通となるため、中ドットおよび大ドットを形成する際にノズル３５毎の特性のバラツキを低減することができる。

本実施形態の液体吐出装置２０では、第１サブ駆動信号Ｗ１は、第１駆動パルスＰ１を含み、第２サブ駆動信号Ｗ２は、第２駆動パルスＰ２と第３駆動パルスＰ３と、を含み、第３サブ駆動信号Ｗ３は、第４駆動パルスＰ４を含む。これにより、各ノズル３５から所望の大きさの液滴を安定的に吐出することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上述の各実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。

上記した各実施形態では、アクチュエータ３６は縦振動モードの圧電素子であったが、これには限定されない。アクチュエータ３６は横振動モードの圧電素子であってもよい。また、アクチュエータ３６は、圧電素子に限らず、例えば磁歪素子等であってもよい。

上記した実施形態では、吐出ヘッドがインクジェットプリンタ１０に搭載される吐出ヘッド２５であったが、これには限定されない。吐出ヘッドは、例えばインクジェット方式を採用する種々の製造装置や、マイクロピペットなどの計測器具などに搭載することができ、各種用途で使用可能である。

上記した実施形態では、駆動信号供給回路４２は、第２ドットを形成するときに、アクチュエータ３６に対して第２サブ駆動信号Ｗ２を供給しかつ第１サブ駆動信号Ｗ１および第３サブ駆動信号Ｗ３を供給しない第２ドット形成部４２ｂとして機能していたがこれに限定されない。第２ドット形成部４２ｂは、第２ドットを形成するときに、アクチュエータ３６に対して第１サブ駆動信号Ｗ１および第２サブ駆動信号Ｗ２を供給しかつ第３サブ駆動信号Ｗ３を供給しなくてもよいし、アクチュエータ３６に対して第２サブ駆動信号Ｗ２および第３サブ駆動信号Ｗ３を供給しかつ第１サブ駆動信号Ｗ１を供給しなくてもよい。

上記した実施形態では、第１サブ駆動信号Ｗ１が１つの駆動パルスを含み、第２サブ駆動信号Ｗ２が２つの駆動信号を含み、第３サブ駆動信号Ｗ３が１つの駆動パルスを含んでいたがこれに限定されない。第１サブ駆動信号Ｗ１は２以上の駆動パルスを含んでいてもよいし、第２サブ駆動信号Ｗ２は１または３以上の駆動パルスを含んでいてもよいし、第３サブ駆動信号Ｗ３は２以上の駆動パルスを含んでいてもよい。

上記した実施形態では、メイン駆動信号Ｗは第１サブ駆動信号Ｗ１、第２サブ駆動信号Ｗ２および第３サブ駆動信号Ｗ３を有していたが、これに限定されない。メイン駆動信号Ｗは、いずれか１つのサブ駆動信号のみを有していてもよいし、いずれか２つのサブ駆動信号を有していてもよいし、４以上のサブ駆動信号を有していてもよい。

１０ インクジェットプリンタ
２０ 液体吐出装置
２５ 吐出ヘッド
２８ 制御装置
３３ 圧力室
３４ インク流入口
３５ ノズル
３６ 圧電素子（アクチュエータ）
４１ 駆動信号生成回路
４２ 駆動信号供給回路
４２ａ 第１ドット形成部
４２ｂ 第２ドット形成部
４２ｃ 第３ドット形成部

Claims (10)

1. ２５℃における粘度が３ｍＰａ・ｓ〜５ｍＰａ・ｓの液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドを制御する制御装置と、を備え、
   前記液体吐出ヘッドは、
   内部に液体が貯留される圧力室および前記圧力室と連通し、液体が流入する流入口が形成されたケースと、
   前記ケースに設けられ、前記圧力室の一部を区画する振動板と、
   前記振動板に連結され、電気信号が供給されると変形するアクチュエータと、
   前記ケースに形成され、前記圧力室と連通するノズルと、を備え、
   前記制御装置は、
   駆動周期毎に、１つまたは２つ以上の駆動パルスを含む第１サブ駆動信号を少なくとも有するメイン駆動信号を生成する駆動信号生成回路と、
   前記駆動信号生成回路が生成する前記メイン駆動信号の一部または全部を前記アクチュエータに供給する駆動信号供給回路と、を備え、
   前記駆動信号供給回路は、
   前記アクチュエータに対して前記第１サブ駆動信号を供給し、前記ノズルから第１の液量の液体を吐出させる第１ドット形成部を備え、
   前記第１サブ駆動信号の波形図において、前記アクチュエータに電圧が印加されていないときの所定の電位である基準電位のラインおよび前記第１サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より小さい部分に囲まれた部分の面積を第１下面積とし、前記基準電位のラインおよび前記第１サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より大きい部分に囲まれた部分の面積を第１上面積としたときに、前記第１下面積に対する前記第１上面積の比である第１面積比が０．９以上１．１以下に設定され、
   前記第１サブ駆動信号は、前記圧力室を膨張および収縮させることにより第１の液滴を吐出するための第１駆動パルスを含み、
   前記第１駆動パルスは、電位が前記基準電位から第１電位に降下する第１前放電波形要素と、電位が前記第１電位に維持される第１放電維持波形要素と、電位が前記第１電位から前記基準電位より高い第２電位に上昇する第１前充電波形要素と、電位が前記第２電位に維持される第１前充電維持波形要素と、電位が前記第２電位から第３電位に上昇する第１後充電波形要素と、電位が前記第３電位に維持される第１後充電維持波形要素と、電位が前記第３電位から前記基準電位に降下する第１後放電波形要素と、を含む、液体吐出装置。
2. 前記第１電位と前記基準電位との電位差である第１電圧は、前記第２電位と前記基準電位との電位差である第２電圧および、前記第３電位と前記基準電位との電位差である第３電圧より大きい、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記メイン駆動信号は、１つまたは２つ以上の駆動パルスを含む第２サブ駆動信号をさらに有し、
   前記駆動信号供給回路は、前記アクチュエータに対して少なくとも前記第２サブ駆動信号を供給し、前記ノズルから前記第１の液量より多い第２の液量を吐出させる第２ドット形成部をさらに備え、
   前記第２サブ駆動信号の波形図において、前記基準電位のラインおよび前記第２サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より小さい部分に囲まれた部分の面積を第２下面積とし、前記基準電位のラインおよび前記第２サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より大きい部分に囲まれた部分の面積を第２上面積としたときに、前記第２下面積に対する前記第２上面積の比である第２面積比が０．９以上１．１以下に設定され、
   前記第２サブ駆動信号は、前記圧力室を膨張および収縮させることにより第２の液滴を吐出するための第２駆動パルスを含み、
   前記第２駆動パルスは、電位が前記基準電位から第４電位に降下する第２前放電波形要素と、電位が前記第４電位に維持される第２放電維持波形要素と、電位が前記第４電位から前記基準電位より高い第５電位に上昇する第２前充電波形要素と、電位が前記第５電位に維持される第２前充電維持波形要素と、電位が前記第５電位から第６電位に上昇する第２後充電波形要素と、電位が前記第６電位に維持される第２後充電維持波形要素と、電位が前記第６電位から前記基準電位に降下する第２後放電波形要素と、を含み、
   前記第２電位と前記第５電位とは異なる、請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記第４電位と前記基準電位との電位差である第４電圧は、前記第５電位と前記基準電位との電位差である第５電圧および、前記６電位と前記基準電位との電位差である第６電圧より大きい、請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記第２サブ駆動信号は、前記第１サブ駆動信号より後ろに位置する、請求項３または４に記載の液体吐出装置。
6. 前記メイン駆動信号は、１つまたは２つ以上の駆動パルスを含む第３サブ駆動信号をさらに有し、
   前記駆動信号供給回路は、前記アクチュエータに対して少なくとも前記第３サブ駆動信号を供給し、前記ノズルから前記第２の液量より多い第３の液量を吐出させる第３ドット形成部をさらに備え、
   前記第３サブ駆動信号の波形図において、前記基準電位のラインおよび前記第３サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より小さい部分に囲まれた部分の面積を第３下面積とし、前記基準電位のラインおよび前記第３サブ駆動信号の波形のうち前記基準電位より大きい部分に囲まれた部分の面積を第３上面積としたときに、前記第３下面積に対する前記第３上面積の比である第３面積比が０．９以上１．１以下に設定され、
   前記第３サブ駆動信号は、前記圧力室を膨張および収縮させることにより第３の液滴を吐出するための第３駆動パルスを含み、
   前記第３駆動パルスは、電位が前記基準電位から第７電位に降下する第３前放電波形要素と、電位が前記第７電位に維持される第３放電維持波形要素と、電位が前記第７電位から前記基準電位より高い第８電位に上昇する第３前充電波形要素と、電位が前記第８電位に維持される第３前充電維持波形要素と、電位が前記第８電位から第９電位に上昇する第３後充電波形要素と、電位が前記第９電位に維持される第３後充電維持波形要素と、電位が前記第９電位から前記基準電位に降下する第３後放電波形要素と、を含み、
   前記第２電位と前記第８電位とは異なる、請求項３から５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
7. 前記第７電位と前記基準電位との電位差である第７電圧は、前記第８電位と前記基準電位との電位差である第８電圧および、前記第９電位と前記基準電位との電位差である第９電圧より大きい、請求項６に記載の液体吐出装置。
8. 前記第３ドット形成部は、前記アクチュエータに対して少なくとも前記第２サブ駆動信号および前記第３サブ駆動信号を供給し、
   前記第３サブ駆動信号は、前記第２サブ駆動信号より前に位置し、
   前記第２サブ駆動信号は、前記第１サブ駆動信号より後ろに位置する、請求項６または７に記載の液体吐出装置。
9. 前記第３ドット形成部は、前記アクチュエータに対して前記第１サブ駆動信号、前記第２サブ駆動信号および前記第３サブ駆動信号を供給する、請求項６から８のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の液体吐出装置を備え、前記液体はインクである、インクジェットプリンタ。