JP6834343B2 - 液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明は液体を吐出する装置に関する。

液体吐出ヘッドを使用する液体を吐出する装置において、複数の駆動パルス（吐出パルス）を圧力発生手段に時系列的に与え、複数の液滴を連続して吐出させて、複数の液滴を飛翔中に合体させることで複数のサイズのドットを形成することが知られている。

従来、例えば、１駆動周期内で、記録ヘッドの圧力発生手段に与える第１駆動パルスと第２駆動パルスを時系列で含む駆動波形を生成出力し、第１駆動パルスは、少なくとも、個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、膨張された個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、第２駆動パルスは、少なくとも、個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、膨張された個別液室を収縮させる押し込み波形要素とを含み、第１駆動パルスの押し込み波形要素の終点から第２駆動パルスの引き込み波形要素の始点までの時間が、個別液室の固有振動周期の整数倍である構成としたものがある（特許文献１）。

特開２０１４−１３３３５０号公報 特許第５３３４２７１号公報

ところで、複数のノズルが配列された液体吐出ヘッドを駆動するとき、同時に駆動するノズル（液体を吐出させるノズルの意味）が多くなると、共通液室内における圧力干渉、圧力変動に起因して、ノズル列の中央部のノズルから吐出される液体の吐出速度とノズル列の端部のノズルから吐出される液体の吐出速度とに差が生じるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル間の吐出速度のばらつきを低減することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る液体を吐出する装置は、
液体を吐出する複数のノズルと、各ノズルが通じる複数の個別液室と、前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドの圧力発生手段に与える駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
前記駆動波形には、時系列で連続して液体を吐出させる複数の駆動パルスを含み、
前記駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、膨張された前記個別液室を収縮させて前記液体を吐出させる押し込み波形要素と、を含み、
連続する２つの前記駆動パルスにおける先行の駆動パルスの押し込み波形要素の終了から後行の前記駆動パルスの引き込み波形要素の開始までの時間をパルス間隔とし、
前記共通液室の圧力変動に起因して生じる複数の個別液室間の圧力変動の圧力差が小さいタイミングに前記パルス間隔を設定する
構成とした。

本発明によれば、ノズル間の吐出速度のばらつきを低減することができる。

本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。 同装置の要部側面説明図である。 液体吐出ヘッドの一例の分解斜視説明図である。 同液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 図２の要部拡大断面説明図である。 同液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。 同装置の制御部のブロック説明図である。 ヘッドの駆動制御に係わる部分の一例のブロック説明図である。 本発明の第１実施形態における駆動波形の駆動パルスの説明図である。 ノズル配列方向に沿う共通液室部分の断面説明図である。 駆動波形の電圧変化と個別液室内の圧力変動の関係の説明に供する説明図である。 連続する２つの駆動パルスのパルス間隔の説明に供する説明図である。 各ノズル位置における吐出速度の説明に供する説明図である。 本発明の第２実施形態における駆動波形の説明図である。 異なる滴サイズの液滴の吐出の説明に供する説明図である。 駆動波形の電圧変化と個別液室内の圧力変動の関係の説明に供する説明図である。 連続する４つの駆動パルスを使用して滴サイズの異なる液滴を吐出する場合の吐出駆動波形の一例を説明する説明図である。 後続滴の吐出速度が速くなった場合の説明に供する説明図である。 後続滴の吐出速度が遅くなった場合の説明に供する説明図である。 パルス間隔の設定の説明に供する説明図である。 同実施形態の作用効果の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態における駆動波形の説明図である。 駆動波形の電圧変化と個別液室内の圧力変動の関係の説明に供する説明図である。 駆動波形のパルス間隔の説明に供する説明図である。 駆動波形のパルス間隔の説明に供する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同装置の要部平面説明図、図２は同装置の要部側面説明図である。

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。

供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。

この装置は、シート材４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２はシート材４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの装置においては、シート材４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によってシート材４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止しているシート材４１０に液体を吐出して画像を形成する。

次に、液体吐出ヘッドの一例について図３ないし図６を参照して説明する。図３は同液体吐出ヘッドの分解斜視説明図、図４は同液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図、図５は図２の要部拡大断面説明図、図６は同液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材である振動板３と、圧力発生素子である圧電素子１１と、保持基板５０と、配線部材６０と、共通液室部材を兼ねるフレーム部材７０とを備えている。

ここで、流路板２、振動板３及び圧電素子１１で構成される部分をアクチュエータ基板２０とする。ただし、アクチュエータ基板２０として独立の部材が形成された後にノズル板１や保持基板５０と接合されることまで意味するものではない。

ノズル板１には、液体を吐出する複数のノズル４が形成されている。ここでは、ノズル４を配列したノズル列４１を４列配置した構成としている。

流路板２は、ノズル板１及び振動板３とともに、ノズル４が通じる個別液室６、個別液室６に通じる流体抵抗部７、流体抵抗部７が通じる液導入部８を形成している。

この液導入部８は振動板３の供給口９と保持基板５０の流路となる開口部５１を介してフレーム部材７０で形成される共通液室１０に通じている。

振動板３は、個別液室６の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域３０を形成している。そして、この振動板３の振動領域３０の個別液室６と反対側の面には、振動領域３０と一体的に圧電素子１１が設けられ、振動領域３０と圧電素子１１によって圧電アクチュエータ３１を構成している。

圧電素子１１は、振動領域３０側から下部電極である共通電極１３、圧電層（圧電体）１２及び上部電極である個別電極１４を順次積層形成して構成している。この圧電素子１１上には絶縁膜２１が形成されている。

複数の圧電素子１１の共通電極１３は、図４に示すように、ノズル配列方向ですべての圧電素子１１に跨って形成される１つの電極層であり、圧電素子１１を構成していない部分１５に共通電極電源配線パターン１２１が接続されている。

また、圧電素子１１の個別電極１４は、個別配線１６を介して駆動回路部である駆動ＩＣ（なお、回路構成では「ヘッドドライバ」という。）５０９に接続されている。なお、個別配線１６は絶縁膜２２で被覆されている。

駆動ＩＣ５０９は、圧電素子列の列間の領域を覆うようにアクチュエータ基板２０にフリップチップボンディングなどの工法により実装されている。

そして、アクチュエータ基板２０上には保持基板５０を設けている。

保持基板５０は、共通液室１０の壁面の一部を形成するとともに、共通液室１０から個別液室６への流路の一部を形成する流路形成部材でもあり、共通液室１０と個別液室６側を通じる流路となる開口部５１を形成している。

また、保持基板５０は、アクチュエータ基板２０を保持する機能も有し、圧電素子１１を収容する凹部５２、ドライバＩＣ５０９を収容する開口部５３が形成されている。

フレーム部材７０は、各個別液室６に液体を供給する共通液室１０を形成する。なお、共通液室１０は４つのノズル列に対応してそれぞれ設けられる。また、外部からの液体供給口７１（図１）を介して共通液室１０に所要の色の液体が供給される。

フレーム部材７０には、ダンパ部材９０が接合されている。ダンパ部材９０は、共通液室１０の一部の壁面を形成する変形可能なダンパ９１と、ダンパ９１を補強するダンパプレート９２とを有している。

フレーム部材７０はノズル板１の外周部と接合され、アクチュエータ基板２０及び保持基板５０を収容して、このヘッドのフレームを構成している。

そして、ノズル板１の周縁部及びフレーム部材の７０の外周面の一部を覆うカバー部材４５を設けている。

この液体吐出ヘッドにおいては、駆動ＩＣ５０９から圧電アクチュエータ３１の圧電素子１１の共通電極１３と個別電極１４との間に電圧を与えることで、圧電素子１１が撓み変形し、振動領域３０が個別液室６側に撓んで内部の液体を加圧することで、ノズル４から液体が吐出される。

次に、この装置の制御部の概要について図７を参照して説明する。図７は同制御部のブロック説明図である。

制御部５００は、装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムを含む各種プログラムなどの固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ５０３で構成される主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、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５０４を備えている。制御部５００は、画像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ＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、液体吐出ヘッド４０４を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号発生手段、バイアス電圧出力手段を含む印刷制御部５０８と、液体吐出ヘッド４０４を駆動するための駆動ＩＣ（ここでは「ヘッドドライバ」という。）５０９を備えている。

制御部５００は、キャリッジ４０３を移動走査する主走査モータ４０５、搬送ベルト４１２を周回移動させる副走査モータ４１６、維持回復機構４２０のキャップ４２１やワイパ部材４２２の移動、キャップ４２１に接続される吸引手段の駆動などを行なう維持回復モータ５５６を駆動するためのモータ駆動部５１０を備えている。

制御部５００は、送液ユニット４５２の送液ポンプ４５２Ａを駆動する供給系駆動部５１２を備えている。

制御部５００は、Ｉ／Ｏ部５１３を有している。Ｉ／Ｏ部５１３は、様々のセンサ情報を処理することができ、液体吐出ヘッド４０４の温度検出部８０からの検出信号、装置に装着されている各種のセンサ群５１５からの情報を取得する。そして、装置の制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８やモータ駆動部５１０の制御などに使用する。

センサ群５１５は、その他シート材Ｐの位置を検出するための光学センサやカバーの開閉を検出するためのインターロックスイッチなどが含まれる。

制御部５００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５１４が接続されている。

ここで、制御部５００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を持っていて、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、画像読み取り装置などのホスト６００側から、ケーブル或いはネットワークを介してＩ／Ｆ５０６で受信する。

そして、制御部５００のＣＰＵ５０１は、Ｉ／Ｆ５０６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、ＡＳＩＣ５０５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５０８からヘッドドライバ５０９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６００側のプリンタドライバ６０１で行なうことも、制御部５００で行なうこともできる。

印刷制御部５０８は、画像データをシリアルデータで転送するとともに、この画像データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、制御信号などをヘッドドライバ５０９に出力する。

印刷制御部５０８は、駆動波形のパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動信号生成部を含む。そして、印刷制御部５０８は、１の駆動パルス或いは複数の駆動パルスで構成される駆動波形を生成してヘッドドライバ５０９に対して出力する。

ヘッドドライバ５０９は、シリアルに入力される液体吐出ヘッド４０４の１行分に相当する画像データに基づいて印刷制御部５０８から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択して液体吐出ヘッド４０４の圧力発生手段としての圧電素子１１に対して与える。これにより、液体吐出ヘッド４０４を駆動する。

このとき、駆動波形を構成する１又は２以上の駆動パルスの全部又は一部（駆動パルスを形成する波形用要素の一部）を選択する。これにより、例えば、大滴、中滴、小滴など、大きさの異なるドットを打ち分けることができる。

次に、ヘッドの駆動制御に係わる部分の一例について図８のブロック説明図を参照して説明する。

印刷制御部５０８は、駆動波形ＶＰを生成出力する駆動波形生成手段としての駆動波形生成部７０１を含んでいる。また、印刷画像に応じた２ビットの画像データ（階調信号０、１）と、クロック信号、ラッチ信号、駆動波形を構成する駆動パルスを選択する選択信号を出力するデータ転送部７０２を含んでいる。

ここで、駆動波形生成部７０１からは、１印刷周期（１駆動周期）内に、液体を吐出させる複数の駆動パルス（駆動信号）が時系列で配置された駆動波形ＶＰが生成出力される。

なお、選択信号は、ヘッドドライバ５０９のスイッチ手段であるアナログスイッチＡＳの開閉を滴毎に指示する信号である。駆動波形ＶＰの印刷周期に合わせて選択すべき駆動パルス（又は波形要素で）Ｈレベル（ＯＮ）に状態遷移し、非選択時にはＬレベル（ＯＦＦ）に状態遷移する。

ヘッドドライバ５０９は、シフトレジスタ７１１と、ラッチ回路７１２と、デコーダ７１３と、レベルシフタ７１４と、アナログスイッチアレイ７１５とを備えている。

シフトレジスタ７１１は、データ転送部７０２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（階調データ：２ビット／１チャンネル（１ノズル）を入力する。ラッチ回路７１２は、シフトレジスタ７１１の各レジスト値をラッチ信号によってラッチする。

デコーダ７１３は、階調データと選択信号をデコードして結果を出力する。レベルシフタ７１４は、デコーダ７１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチアレイ７１５のアナログスイッチＡＳが動作可能なレベルへとレベル変換する。

アナログスイッチアレイ７１５のアナログスイッチＡＳは、レベルシフタ７１４を介して与えられるデコーダ７１３の出力でオン／オフ（開閉）される。

アナログスイッチアレイ７１５のアナログスイッチＡＳは、圧電素子１１の個別電極１４に接続され、駆動波形生成部７０１からの駆動波形ＶＰが入力されている。したがって、シリアル転送された画像データ（階調データ）と選択信号をデコーダ７１３でデコードした結果に応じてアナログスイッチＡＳがオンにする。これにより、駆動波形ＶＰを構成する所要の駆動パルス（あるいは波形要素）が通過して（選択されて）、圧電素子１１の個別電極１４に与えられる。

次に、本発明の第１実施形態について図９を参照して説明する。図９は同実施形態における駆動波形の駆動パルスの説明図である。

本実施形態では、駆動波形ＶＰには、液体を吐出させる連続する２つの駆動パルスＰ１、Ｐ２を含んでいる。駆動パルスＰ１、Ｐ２で吐出される液滴が飛翔中にマージして１つの液滴となる。

駆動パルスＰ１、Ｐ２は、いずれも、引き込み波形要素（膨張波形要素ともいう。）ａ、保持波形要素ｂ、押し込み波形要素（収縮波形要素ともいう。）ｃを含んでいる。なお、ａ〜ｃの符号は図面を簡単にするため駆動パルスＰ１のみ図示している。

引き込み波形要素ａは、基準電位（中間電位）Ｖｅから立下がって個別液室６を膨張させる波形要素である。保持波形要素ｂは、引き込み波形要素ａの立下り電位を保持する波形要素である。押し込み波形要素ｃは、保持波形要素ｂで保持された電位から立ち上がって個別液室６を収縮させることで液体を吐出させる波形要素である。

また、連続する２つの駆動パルスにおいて、先行の駆動パルスの押し込み波形要素ｃの終了から後行の駆動パルスの引き込み波形要素ａの開始までの時間を「パルス間隔」とする。

ここで、本実施形態では、駆動パルスＰ１と駆動パルスＰ２との間のパルス間隔Ｔｎは、個別液室６の固有振動周期（共振周波数の逆数）をＴｃ、先行の駆動パルスＰ１による個別液室６の圧力変動の第１ピークと、個別液室６の圧力変動による共通液室１０における圧力変動に起因する個別液室６の残留圧力変動の第１ピークまでの時間をｘ０、とするとき、
Ｔｎ＝ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０（ただし、ｎは自然数）
としている。

これにより、共通液室１０内における圧力変動に起因して生じるノズル間の吐出速度のばらつきを低減することができる。なお、「ノズル間の吐出速度のばらつき」は、ノズル配列方向（共通液室長手方向）に並ぶ各ノズルの位置が異なることで生じる吐出速度のばらつきである。

この点について図１０ないし図１３を参照して説明する。図１０はノズル配列方向に沿う共通液室部分の断面説明図、図１１は駆動波形の電圧変化と個別液室内の圧力変動の関係の説明に供する説明図である。図１２は連続する２つの駆動パルスのパルス間隔の説明に供する説明図、図１３は各ノズル位置における吐出速度の説明に供する説明図である。なお、図１２では図１１の圧力変動ＰＡ、ＰＢのみを取り出して図示しているので、圧力の大きさは図１２と図１１とでは異なっている。

図１０に示すように、共通液室１０は、ノズル配列方向において、両端部に傾斜面１０ａが設けられて、端部に向かって狭窄する形状をしている。ここで、ノズル配列方向において、中央部（狭窄していない部分）を位置（領域）Ａとし、端部（狭窄している部分）を位置（領域）Ｂとする。

図１１に示すように、１つの駆動パルスＰ１をすべてのノズル４に対応する圧力発生手段（ここでは、圧電素子１１）に与えて液体（液滴）を吐出させる。

このとき、共通液室１０の位置Ａに対応する個別液室６には残留圧力変動（以下、単に「圧力変動」という。）ＰＡが生じ、共通液室１０の位置Ｂに対応する個別液室６には同じく圧力変動ＰＢが生じる。すなわち、駆動パルスＰ１が与えられて個別液室６が加圧されることで生じる圧力変動が共通液室１０内に伝搬し、共通液室１０内における圧力変動に起因して個別液室６には残留圧力変動ＰＡ、ＰＢが生じる。

この場合、個別液室６における圧力の時間変化の振幅は共通液室１０の形状、材質等によって変化するが、図１０に示すような狭窄部を有する共通液室形状であるときには、ノズル列の中央部における圧力変動ＰＡよりも端部における圧力変動ＰＢの振幅が大きくなる（ＰＡ＜ＰＢ）。このように、共通液室１０で生じる圧力変動には振幅の分布が発生し（これを「共通液室内の圧力分布」という。）、これが個別液室６内の圧力変動として反映される。

そして、圧力変動ＰＡ，ＰＢがともに０になるタイミングを時点ｔｃとし、時点ｔｃより時間的に前で圧力変動ＰＡ、ＰＢが最大値（第１ピーク）となるタイミングを時点ｔａとし、時点ｔｃより時間的に後で圧力変動ＰＡ、ＰＢが最小値となるタイミングを時点ｔｂとする。

ここで、図１２に示すように、駆動パルスＰ１に続いて駆動パルスＰ２を与えるとき、駆動パルスＰ２を与える（引き込み波形要素の開始）タイミングが時点ｔａ、ｔｂ、ｔｃのいずれであるかによって、図１３に示すように、駆動パルスＰ１で吐出された液滴と駆動パルスＰ２で吐出された液滴とがマージした後の吐出速度（滴速度Ｖｊ）の分布にばらつきが生じる。

つまり、通常、２つ目の駆動パルスＰ２の引き込み波形要素ａによる引き込み開始時に圧力が高ければ、２つ目の駆動パルスＰ２の印加後の引き込み量が大きくなり、２つ目の駆動パルスＰ２で吐出される液滴の滴速度が速くなる。

一方、２つ目の駆動パルスＰ２の引き込み波形要素ａによる引き込み開始時に圧力が低ければ、２つ目の駆動パルスＰ２の印加後の引き込み量が小さくなり、２つ目の駆動パルスＰ２で吐出される液滴の滴速度が遅くなる。

このため、図１２（ａ）に示すように、時点ｔａで駆動パルスＰ２を与えた場合、領域Ｂの方が領域Ａよりも引き込み開始時の圧力が高いため、領域Ｂでは駆動パルスＰ２で吐出される液滴の滴速度は速くなる。

したがって、２つの液滴がマージした後の滴速度Ｖｊは、領域Ｂと領域Ａとでは、Ｂ＞Ａの関係となり、複数のノズルから同時に液体を吐出させる駆動を行ったときの滴速度Ｖｊの分布は図１３（ａ）に示すようになる。

同様に、図１２（ｂ）に示すように、時点ｔｂで駆動パルスＰ２を与えた場合、領域Ａの方が領域Ｂよりも引き込み開始時の圧力が高いため、領域Ａでは駆動パルスＰ２で吐出される液滴の滴速度は速くなる。

したがって、２つの液滴がマージした後の滴速度Ｖｊは、領域Ａと領域Ｂとでは、Ａ＞Ｂの関係となり、複数のノズルから液体を吐出させる駆動を行ったときの滴速度Ｖｊの分布は図１３（ｂ）に示すようになる。

同様に、図１２（ｃ）に示すように、時点ｔｃで駆動パルスＰ２を与えた場合、領域Ａと領域Ｂの引き込み開始時の圧力がほぼ同じ（同じを含む。以下、同様である。）であるため、領域Ａ及び領域Ｂでの駆動パルスＰ２で吐出される液滴の滴速度はほぼ同じになる。

したがって、２つの液滴がマージした後の滴速度Ｖｊは、領域Ａと領域Ｂとでは、ほぼ同じ関係となり、複数のノズルから液体を吐出させる駆動を行ったときの滴速度Ｖｊの分布は図１３（ｃ）に示すようになる。

このように、時点ｔｃのように共通液室１０の圧力変動に起因して生じる個別液室６の圧力変動ＰＡ，ＰＢの圧力差（ノズル配列方向の中央部と端部との間の圧力差）が小さくなるタイミングに駆動パルスＰ１、Ｐ２のパルス間隔を設定することで、ノズル配列方向におけるノズル間での吐出速度のばらつきを抑制することができる。

ここで、図１１に示すように、個別液室６が先行の駆動パルスＰ１の押し込み波形要素ｃによる押し込みで加圧されるとき、個別液室６の圧力変動ＰＣの開始から、当該圧力変動による共通液室１０内の圧力変動に起因する個別液室６の圧力変動の開始までには所定のタイムラグが生じることになる。

そこで、本実施形態では、先行の駆動パルスＰ１による個別液室６の圧力変動ＰＣの第１ピークと、個別液室６の圧力変動による共通液室１０における圧力変動に起因する個別液室６の残留圧力変動ＰＡ、ＰＢの第１ピークまでの時間をｘ０とする。

したがって、上述した時点ｃとなるパルス間隔Ｔｎは、前述したように、（ｎ×Ｔｃ／２）に時間ｘ０を加算したものとなる。

これにより、パルス間隔Ｔｎを、Ｔｎ＝ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０（ただし、ｎは自然数）、とすることで、ノズル間の吐出速度のばらつきを低減することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態における駆動波形の説明図である。

本実施形態では、駆動波形ＶＰには、液体を吐出させる連続する３つの駆動パルスＰ１ないしＰ３を含んでいる。駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３の少なくとも２つが選択されて吐出される液滴が飛翔中にマージして１つの液滴となる。

ここで、駆動パルスＰ１と駆動パルスＰ２との間のパルス間隔をＴｎ１とし、駆動パルスＰ２と駆動パルスＰ３とのパルス間隔をＴｎ２とする。

そして、個別液室６の固有振動周期（共振周波数の逆数）をＴｃ、先行の駆動パルスによる個別液室６の圧力変動の第１ピークと、個別液室６の圧力変動による共通液室１０における圧力変動に起因する個別液室６の残留圧力変動の第１ピークまでの時間をｘ０、とし、
Ｔｎ＝Ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０（ただし、Ｎは整数）
で得られる時間をパルス間隔Ｔｎとする。

このとき、２つのパルス間隔Ｔｎ１及びＴｎ２のいずれか一方（ここでは、Ｔｎ１とする。）はパルス間隔Ｔｎより短く、他方（ここでは、Ｔｎ２とする）はパルス間隔Ｔｎより長くしている。

この点について図１５ないし図２１を参照して説明する。図１５は異なる滴サイズの液滴の吐出の説明に供する説明図、図１６は駆動波形の電圧変化と個別液室内の圧力変動の関係の説明に供する説明図である。図１７は連続する４つの駆動パルスを使用して滴サイズの異なる液滴を吐出する場合の吐出駆動波形の一例を説明する説明図である。図１８は後続滴の吐出速度が速くなった場合の説明に供する説明図である。図１９は後続滴の吐出速度が遅くなった場合の説明に供する説明図である。図２０はパルス間隔の設定の説明に供する説明図、図２１は本実施形態の作用効果の説明に供する説明図である。

前記第１実施形態で説明したように、ノズル配列方向における各ノズルの吐出速度のばらつきを低減するには、すべて図１２（ｃ）で示すタイミングになるパルス間隔で複数の駆動パルスを連続させればよい。

すなわち、同一の駆動波形から使用する駆動パルスを切り出して（選択して）サイズの異なる複数の滴、例えば、大滴、中滴、小滴を得る場合、図１５に示すように、大滴、中滴、小滴の着弾タイミング（マージ後の着弾タイミング）を同じにする必要がある、

着弾タイミングを揃えるには、通常、駆動パルスごとの電圧を変えたり、駆動パルスと駆動パルスの間のパルス間隔を変えたりする。この場合、特に、駆動パルスと駆動パルスの間のパルス間隔が支配的である。

しかしながら、例えば図１６に示すように、共通液室１０の圧力分布に起因する圧力変動ＰＡ、ＰＢの圧力差がなくなるタイミングと、個別液室６の残留振動に起因する圧力変動ＰＣのピークがほぼ一致する場合（１／４×Ｔｃずれる場合）には、滴サイズ間の着弾時間差を揃えることは困難である。

例えば、図１６の時点ｔｄの場合には、共通液室１０の圧力分布により発生する圧力変動ＰＡ、ＰＢの圧力差は無いが、個別液室６からの圧力変動ＰＣ（吐出による残留圧力）がピークとなる。

つまり、この図１６の時点ｔｄで後続の駆動パルスの引き込み波形要素が開始されるパルス間隔で複数の駆動パルスを繋げば、連続する駆動パルスの数が多くなるほど、後続の駆動パルスで吐出される液滴の滴速度が速くなる。

例えば、図１７に示すように、４つの駆動パルスＰ１ないしＰ４を１／４×Ｔｃでつなぎ、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、駆動パルスを選択して大滴、中滴、小滴を形成するものとする。このとき、図１８に各滴サイズの液滴の同一時間での飛翔距離Ｓｓ、Ｓｍ、Ｓｌとして示すように、マージ後の液滴の滴サイズに応じて飛翔距離が変化し、着弾時間差が発生することになる。

なお、前述したように着弾時間を揃えるには駆動パルスと駆動パルスの間のタイミング（パルス間隔）が支配的であり、パルスの電圧のみによる調整は困難である。

また、図１６に示す時点ｔｃの場合には、個別液室６内の残留圧力が負側の最大となる。そのため、この時点ｔｃで後続の駆動パルスの引き込み波形要素が開始されるパルス間隔で複数の駆動パルスを繋げば、連続する駆動パルスの数が多くなるほど、後続滴の滴速度が遅くなり、結果として着弾時間に差が生じるばかりか、図１９に示すように、飛翔中にマージしなくなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、共通液室１０の圧力分布により生じる圧力変動ＰＡ、ＰＢの圧力差がなくなる時点ｔｃを挟んだ前後のタイミングで液体を吐出させるようにしている。

つまり、図２０も参照して、駆動パルスの押し込み波形要素ｃの終了から経過時間Δｃで共通液室１０の圧力分布により生じる圧力変動ＰＡ、ＰＢの圧力差がなくなるとする。

この経過時間Δｃは、前述した、「Ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０（ただし、Ｎは整数）」で得られる時間である。

このとき、図１４にも示すように、例えば、駆動パルスＰ１と駆動パルスＰ２との間のパルス間隔Ｔｎ１は、時間Δｃよりも短い時間Δｃ−とする。一方、駆動パルスＰ２と駆動パルスＰ３との間のパルス間隔Ｔｎ２は、時間Δｃよりも長い時間Δｃ＋とする。

このように、駆動パルスの押し込み波形要素ｃの終了からの経過時間Δｃで共通液室１０の圧力分布により生じる圧力変動ＰＡ、ＰＢの圧力差がなくなるとするとき、パルス間隔として、時間Δｃよりも短い時間Δｃ−のパルス間隔と長い時間Δｃ＋のパルス間隔とを混在させている。

これにより、２つ目の駆動パルスＰ２によって時間Δｃ−のタイミングで吐出されるとき、引き込み開始時（膨張開始時）には領域Ｂ側の圧力が高くなるので、滴速度は、Ｂ＞Ａとなる。一方、３つ目の駆動パルスＰ３によって２つ目の駆動パルスＰ２に対して時間Δｃ＋のタイミングで吐出させているため、引き込み開始時（膨張開始時）には、領域Ａ側の圧力が高くなるので、滴速度は、Ａ＞Ｂとなる。

したがって、飛翔中に、３つの液滴がマージしたときは、それぞれの滴速度の増加分、減少分が打ち消しあい、結果として、図２１に示すように、ノズル配列方向におけるノズル位置ごとの滴速度Ｖｊのばらつきが小さくなる。

また、時間Δｃの間隔で吐出させた場合には、上述したように個別液室６の残留圧力が各駆動パルスによる引き込み開始時（膨張開始時）に負側に最大であるために、連続する駆動パルスが多くなるほど滴速度が遅くなっていた。

これに対し、時間Δｃ−の間隔で吐出させる場合には、個別液室６の残留圧力がわずかに負、一方、時間Δｃ＋の間隔で吐出させる場合には、正の圧力で後続の駆動パルスによる引き込み（膨張）が開始される。そのため、結果として、時間Δｃの間隔で吐出させた場合と異なり、すべての滴がマージすることになる。

このように、本実施形態では、ノズル間の吐出速度のばらつきが低減し、また、３つ以上の液滴を確実にマージさせることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図２２を参照して説明する。図２２は同実施形態における駆動波形の説明図である。

本実施形態では、駆動波形ＶＰには、液体を吐出させる連続する４つの駆動パルスＰ１ないしＰ４を含んでいる。駆動パルスＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の少なくとも２つが選択されて吐出される液滴が飛翔中にマージして１つの液滴となる。

ここで、駆動パルスＰ２、Ｐ３は、いずれも、引き込み波形要素ａの開始から押し込み波形要素ｃの終了までの時間を３／４Ｔｃとしている。そして、先頭の駆動パルスＰ１の押し込み波形要素ｃの開始から最後尾の駆動パルスＰ４の押し込み波形要素ｃの開始までの時間をＴｔｏｔとするとき、Ｔｔｏｔ＝ｎ×（Ｔｃ／２）(ただし、ｎ：自然数)、としている。

時間Ｔｔｏｔを上記のとおりとすることで、２番目の駆動パルスから最後尾の駆動パルスの１つ前のパルス間隔についてどのような時間に設定してもノズル間の滴速度Ｖｊのばらつきを低減できる。

つまり、ノズル間の滴速度Ｖｊのばらつきが最も小さくなるパルス間隔は、前述したように、Ｔｎ＝ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０、で求まる時間である。このとき、連続して繋ぐ複数の駆動パルスの数をｐ個とすると、パルス間隔の合計時間は（ｐ−１）×（ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０）である。また、時間Ｔｔｏｔにおける各駆動パルスの合計時間は（ｐ−１）×３／４Ｔｃである。

そこで、ノズル間の滴速度Ｖｊのばらつきが最も小さくなる時間Ｔｔｏｔを算出すると、次のとおりである。

Ｔｔｏｔ＝（ｐ−１）×（ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０）＋（ｐ−１）×３／４Ｔｃ
＝（ｐ−１）（ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０＋３／４Ｔｃ）
＝Ｔｃ／２×（ｐ−１）（ｎ＋２×ｘ０＋３／２）
＝Ｔｃ／２×（ｐ−１）（ｎ＋２×１／４＋３／２）(∵ｘ０：１／４Ｔｃ)
＝Ｔｃ／２×（ｐ−１）（ｎ＋２）

これを一般化すると、Ｔｔｏｔ＝ｎ×（Ｔｃ／２）（ｎ：自然数）となる。

前記第２実施形態で説明したように、共通液室１０の圧力分布によって生じる圧力変動の圧力差は足し合わせることが可能である。

したがって、予め先頭の駆動パルスから最後尾の駆動パルスまでの波形長が固定されており、かつ各駆動パルスの形状が決まっていれば、その間の駆動パルスをどの間隔で繋いでも、Ｔｔｏｔ＝ｎ×（Ｔｃ／２）（ｎ：自然数）を満たせば、結果的に圧力干渉の影響がキャンセルされる。

この点について図２３ないし図２５も参照して説明する。なお、図２３は駆動波形の電圧変化と個別液室内の圧力変動の関係の説明に供する説明図、図２４は駆動波形のパルス間隔の説明に供する説明図、図２５は駆動波形のパルス間隔の説明に供する説明図である。

例えば、図２４に示すように、３つの駆動パルスＰ１ないしＰ３の各パルス間隔を３／４Ｔｃとする（ｎ＝１、ｎ：自然数）。このとき、図２３に示すように、例えば３／４Ｔｃが時点ｔｅとすると、共通液室１０の圧力分布による圧力変動ＰＡ、ＰＢの圧力差はない（ただし、後続の滴が遅くなることはある。）。

ここで、上述したとおり、各駆動パルスＰ２、Ｐ３の引き込み波形要素ａの開始から押し込み波形要素ｃの終了までの時間を３／４Ｔｃとしているので、先頭の駆動パルスＰ１ないし最後尾の駆動パルスＰ３間の波形長は、一義的に、３Ｔｃとなる。

波形長を３Ｔｃで固定したまま、２番目の駆動パルスＰ２を先頭の駆動パルスＰ１側へ移動させる。

このとき、図２５に示すように、１番目の駆動パルスＰ１と２番目の駆動パルスＰ２のパルス間隔Ｔｎ１は時間Δｅ−、２番目の駆動パルスＰ２と３番目の駆動パルスＰ３のパルス間隔Ｔｎ２を時間Δｅ＋となる。

この場合、駆動パルスＰ１と駆動パルスＰ２との間では圧力がＢ＞Ａとなり、かつ、駆動パルスＰ２と駆動パルスＰ３との間では圧力がＢ＜Ａとなる。

したがって、前記第１実施形態と同様に、お互いの影響がキャンセルされて、結果的にノズル間の滴速度Ｖｊの差が小さくなる。

本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、液体を吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、液体、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板
４ ノズル
６ 個別液室
１０ 共通液室
１１ 圧電素子
４０３ キャリッジ
４０４ 液体吐出ヘッド
４４０ 液体吐出ユニット
５００ 制御部
７０１ 駆動波形生成部

Claims (5)

1. 液体を吐出する複数のノズルと、各ノズルが通じる複数の個別液室と、前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドの圧力発生手段に与える駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
   前記駆動波形には、時系列で連続して液体を吐出させる複数の駆動パルスを含み、
   前記駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、膨張された前記個別液室を収縮させて前記液体を吐出させる押し込み波形要素と、を含み、
   連続する２つの前記駆動パルスにおける先行の駆動パルスの押し込み波形要素の終了から後行の前記駆動パルスの引き込み波形要素の開始までの時間をパルス間隔とし、
   前記共通液室の圧力変動に起因して生じる複数の個別液室間の圧力変動の圧力差が小さいタイミングに前記パルス間隔を設定する
   ことを特徴とする液体を吐出する装置。
2. 液体を吐出する複数のノズルと、各ノズルが通じる複数の個別液室と、前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドの圧力発生手段に与える駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
   前記駆動波形には、時系列で連続して液体を吐出させる複数の駆動パルスを含み、
   前記駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、膨張された前記個別液室を収縮させて前記液体を吐出させる押し込み波形要素と、を含み、
   連続する２つの前記駆動パルスにおける先行の駆動パルスの押し込み波形要素の終了から後行の前記駆動パルスの引き込み波形要素の開始までの時間をパルス間隔とし、
   前記パルス間隔をＴｎ、
   前記個別液室の固有振動周期をＴｃ、
   前記先行の駆動パルスによる前記個別液室の圧力変動の第１ピークと、前記個別液室の圧力変動による前記共通液室における圧力変動に起因する前記個別液室の残留圧力変動の第１ピークまでの時間をｘ０、とするとき、
   Ｔｎ＝ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０（ただし、ｎ：自然数）
   である
   ことを特徴とする液体を吐出する装置。
3. 液体を吐出する複数のノズルと、各ノズルが通じる複数の個別液室と、前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、前記個別液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、を有する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドの圧力発生手段に与える駆動波形を生成出力する駆動波形生成手段と、を備え、
   前記駆動波形には、時系列で連続して液体を吐出させる少なくとも３つの駆動パルスを含み、
   前記駆動パルスは、少なくとも、前記個別液室を膨張させる引き込み波形要素と、膨張された前記個別液室を収縮させて前記液体を吐出させる押し込み波形要素と、を含み、
   連続する２つの前記駆動パルスにおける先行の駆動パルスの押し込み波形要素の終了から後行の前記駆動パルスの引き込み波形要素の開始までの時間をパルス間隔とし、
   前記個別液室の固有振動周期をＴｃ、
   前記先行の駆動パルスによる前記個別液室の圧力変動の第１ピークと、前記個別液室の圧力変動による前記共通液室における圧力変動に起因する前記個別液室の残留圧力変動の第１ピークまでの時間をｘ０、として、
   Ｎ×Ｔｃ／２＋ｘ０（ただし、Ｎ：整数）
   で得られる時間をΔｃとし、
   前記駆動波形に含まれる少なくとも２つの前記パルス間隔をそれぞれＴｎ１、Ｔｎ２とするとき、
   前記パルス間隔Ｔｎ１及びＴｎ２の内のいずれか一方は前記時間Δｃより短く、他方は前記時間Δｃより長い
   ことを特徴とする液体を吐出する装置。
4. 前記時間ｘ０が１／４×Ｔｃであり、各駆動パルスの引き込み波形要素の開始から押し込み波形要素の終了までの時間が３／４×Ｔｃであるとき、
   先頭の前記駆動パルスの押し込み波形要素の開始から最後尾の前記駆動パルスの押し込み波形要素の開始までの時間Ｔｔｏｔが、
   Ｔｔｏｔ＝ｎ×（Ｔｃ／２）（ただし、ｎ：自然数）
   である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体を吐出する装置。
5. 前記共通液室は、端部に狭窄部を有している
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液体を吐出する装置。

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