JPWO2020179497A1 - 液体吐出装置およびインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

本発明に係る液体吐出装置の駆動信号Ｗは、吐出波形部Ｗｅと、平坦部Ｗｆと、収縮波形部Ｗｃとを有する。吐出波形部Ｗｅは、アクチュエータ２６の電位を変化させることによって圧力室２３を膨張させる膨張部Ｗｅ１と、アクチュエータ２６の電位を変化させることによって圧力室２３を収縮させる収縮部Ｗｅ２とを備えている。平坦部Ｗｆは、吐出波形部Ｗｅの後に生成され、アクチュエータ２６の電位が一定である。収縮波形部Ｗｃは、平坦部Ｗｆの後に生成され、アクチュエータ２６の電位を変化させることによって圧力室２３を収縮させる。

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、液体が貯留された圧力室と、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信号を供給すると、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、記録媒体上に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媒体上に多数形成することにより、画像などが形成される。例えば、特許文献１には、サイズの異なる３つ以上のドットを形成できる駆動信号を生成する駆動信号生成回路を備えた液体吐出装置、およびインクジェットプリンタが開示されている。

特開２０１７−１５９４６３号公報

インクジェットプリンタ等に搭載された液体吐出装置では、吐出する液体の延伸性が高いと、サテライト滴や、液体のミストが発生しやすい。延伸性が高い液体の場合、ノズルから押し出された液体の液柱は容易に切れず、ノズルから離脱しないまま進行方向に長く伸びる。そのため、液柱のうち液体のメニスカスに近い部分（サテライト）が細く、かつ、長くなる。サテライトは、主滴からメニスカスへと繋がる尾引き部分である。このようにサテライトが細く長いと、液柱が切れたとき、サテライトは多数のサテライト滴となって飛翔する。サテライト滴は、主滴とは離れた位置に着弾することが多く、印刷品質を低下させる。また、延伸性の高い液体のサテライトの速度は、延伸性の低い液体のサテライト速度と比べると一般的に遅い。サテライト滴の速度が遅いと、気流や空気抵抗などの影響によってサテライト滴の運動エネルギーが失われる。そうすると、サテライト滴は、空気中を浮遊するミストとなって、例えば、液体吐出装置の各部を汚すことがある。

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、延伸性の高い液体を吐出する場合でもサテライト滴を抑制できる液体吐出装置を提供することである。また、そのような液体吐出装置を備えたインクジェットプリンタを提供することである。

ここに開示する液体吐出装置は、内部に液体が貯留される圧力室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、前記アクチュエータを駆動させる駆動信号を駆動周期毎に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ている。
前記駆動信号は、吐出波形部と、平坦部と、収縮波形部とを有している。前記吐出波形部は、前記アクチュエータの電位を変化させることによって前記圧力室を膨張させる膨張部と、前記アクチュエータの電位を変化させることによって前記圧力室を収縮させる収縮部とを備えている。前記平坦部は、前記吐出波形部の後に生成され、前記アクチュエータの電位が一定である。前記収縮波形部は、前記平坦部の後に生成され、前記アクチュエータの電位を変化させることによって前記圧力室を収縮させる。

上記液体吐出装置によれば、収縮波形部がアクチュエータに供給されることにより圧力室が収縮すると、ノズルに形成されたインクのメニスカスがノズルの出口側に移動する。インクのメニスカスの位置がノズルの出口側にシフトすると、インク吐出により形成される液柱の一部をメニスカスが吸収し、サテライトの細い部分が短くなる。そこで、インクの液柱は、メニスカスの近くに生じる細く短い部分で切れる。その結果、サテライト滴が減少する。

一実施形態に係るプリンタの斜視図である。 インクジェットプリンタの主要部を表す正面図である。 吐出ヘッドのノズル近傍の部分断面図である。 制御装置の一部のブロック図である。 従来のインクジェットプリンタにおける駆動信号の波形の一部を示す波形図である。 一実施形態に係る駆動信号の波形の一部を示す波形図である。 従来の駆動信号をアクチュエータに供給した場合のインクの挙動を示す模式図である。 一実施形態に係る駆動信号をアクチュエータに供給した場合のインクの挙動を示す模式図である。 一変形例に係る駆動信号の波形の一部を示す波形図である。

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、本発明の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。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、記録媒体５に印刷を行うためのものである。記録媒体５は、インクが吐出される対象物である。なお、記録媒体５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。

インクジェットプリンタ１０は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置されたガイドレール３とを備えている。ガイドレール３は、左右方向に延びている。ガイドレール３には、インクを吐出する吐出ヘッド１５が設けられたキャリッジ１が係合している。キャリッジ１は、キャリッジ移動機構８によって、ガイドレール３に沿って左右方向（走査方向）に往復移動する。キャリッジ移動機構８は、ガイドレール３の左端側および右端側に配置されたプーリ１９ｂ、１９ａを有している。プーリ１９ａにはキャリッジモータ８ａが連結されている。なお、キャリッジモータ８ａはプーリ１９ｂに連結されていてもよい。プーリ１９ａは、キャリッジモータ８ａによって駆動される。両プーリ１９ａ、１９ｂには、それぞれ無端状のベルト６が巻き掛けられている。キャリッジ１はベルト６に固定されている。プーリ１９ａ，１９ｂが回転してベルト６が走行すると、キャリッジ１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１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８００ｍｍ／ｓ程度に設定され、インク滴を吐出するための駆動信号の駆動周波数は１８ｋＨｚ程度である。また、例えば高速動作時には、駆動周波数が１４ｋＨｚ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。

記録媒体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のことである。ケーシング２内には、記録媒体５を支持するプラテン４が設けられている。プラテン４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媒体５が挟まれた状態でグリッドローラが回転すると、記録媒体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１１を備えている。それら複数のインクカートリッジ１１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１１を備えている。

吐出ヘッド１５は、各色のインク毎に設けられている。各色の吐出ヘッド１５とインクカートリッジ１１とは、インク供給路１２により接続されている。インク供給路１２は、インクカートリッジ１１から吐出ヘッド１５へインクを供給するインク流路である。インク供給路１２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１２には、送液ポンプ１３が設けられている。ただし、送液ポンプ１３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１２の一部は、ケーブル類保護案内装置により覆われている。

吐出ヘッド１５は、記録媒体５に向かってインクを吐出し、記録媒体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、記録媒体５上に画像などが形成される。吐出ヘッド１５は、記録媒体５と対向する側の面（本実施形態では吐出ヘッド１５の下面）に、インクを吐出するための複数のノズル２５（図３参照）を備えている。

図３は、吐出ヘッド１５の１つのノズル２５近傍における部分断面図である。吐出ヘッド１５は、開口２１ａを有する中空のケース２１と、開口２１ａを塞ぐようにケース２１に取り付けられた振動板２２とを備えている。振動板２２はケース２１と共に、インクが貯留される圧力室２３を区画している。振動板２２は、圧力室２３の一部を仕切っている。振動板２２は、圧力室２３の内側および外側に弾性変形可能なものである。振動板２２は、圧力室２３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２２は、典型的には樹脂フィルムまたは金属箔である。

ケース２１には、インクが流入するインク流入口２４が形成されている。なお、インク流入口２４は圧力室２３とつながっていればよく、インク流入口２４の位置は何ら限定されない。圧力室２３には、インク流入口２４を通じてインクカートリッジ１１からインクが供給され、インクが貯留される。ノズル２５は、ケース２１の下面２１ｂに形成されている。

振動板２２の圧力室２３側と反対側の面には、アクチュエータ２６が当接している。アクチュエータ２６は、ここでは、圧電素子である。アクチュエータ２６の一部は、固定部材２９に固定されている。アクチュエータ２６は、フレキシブルケーブル２７を介して制御装置１００に接続されている。アクチュエータ２６には、フレキシブルケーブル２７を介して信号が供給される。本実施形態において、アクチュエータ２６は、圧電材料と導電層とを交互に積層した積層体である。アクチュエータ２６は、制御装置１００から信号を受けると膨張または収縮し、振動板２２を圧力室２３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、アクチュエータ２６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１５では、例えばアクチュエータ２６の電位を基準電位から下降させることによって、アクチュエータ２６が収縮する。すると、これに追従して振動板２２が初期位置から圧力室２３の外側に弾性変形し、圧力室２３が膨張する。なお、圧力室２３が膨張するとは、振動板２２の変形により圧力室２３の容積が大きくなることをいう。次いで、アクチュエータ２６の電位を上昇させることによって、アクチュエータ２６が積層方向に伸長する。これにより、振動板２２が圧力室２３の内側に弾性変形し、圧力室２３が収縮する。なお、圧力室２３が収縮するとは、振動板２２の変形により圧力室２３の容積が小さくなることをいう。このような圧力室２３の膨張および収縮により、圧力室２３内の圧力が変動する。この圧力室２３内の圧力変動によって、圧力室２３内のインクが加圧され、ノズル２５から吐出される。その後、アクチュエータ２６の電位を基準電位に戻すことにより、振動板２２が初期位置に復帰して、圧力室２３が膨張する。このとき、インク流入口２４から圧力室２３内にインクが流入する。

制御装置１００は、キャリッジ移動機構８のキャリッジモータ８ａと、紙送り機構のフィードモータと、送液ポンプ１３と、吐出ヘッド１５とに対して、通信可能に接続されている。制御装置１００は、これらの動作を制御する。制御装置１００は、典型的にはコンピュータである。制御装置１００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４は、制御装置１００の一部のブロック図である。図４に示すように、制御装置１００は、吐出ヘッド１５を駆動するための駆動信号を駆動周期ごとに生成する駆動信号生成回路１１０と、駆動信号生成回路１１０が生成する駆動信号の一部または全部を吐出ヘッド１５の各アクチュエータ２６に供給する駆動信号供給回路１２０とを備えている。駆動信号生成回路１１０および駆動信号供給回路１２０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１１０および駆動信号供給回路１２０のハードウェア構成には、種々の公知の構成を利用することができる。よって、ここでは、その説明は省略する。

駆動信号生成回路１１０は、信号生成部１１１と、記憶部１１２と、第１演算部１１３と、第２演算部１１４とを備えている。信号生成部１１１は、駆動信号を生成する。記憶部１１２、第１演算部１１３、および第２演算部１１４は、信号生成部１１１が駆動信号を生成するに当たって必要な演算を行うとともに、上記演算に必要なパラメータを記憶している。記憶部１１２は、駆動信号の吐出波形部Ｗｅ（後述、図６参照）が生成されてからインクの一部がノズル２５から離脱するまでの標準時間ΔＴｔ（以下では、標準離脱時間ΔＴｔと称する。図６参照）を記憶している。「インクの一部がノズル２５から離脱する」とは、ここでは、ノズル２５から押し出されて延びたインクの液柱が切れ、飛翔するインク滴が形成されることを意味する。第１演算部１１３は、標準離脱時間ΔＴｔに基づいて、インクの一部がノズル２５から離脱する液柱離脱点Ｔ１（同じく図６参照）を演算する。第２演算部１１４は、液柱離脱点Ｔ１から第１の時間（以下では、遅延時間ΔＴｄと称する。図６参照）だけ前の収縮基準点Ｔ２（図６参照）を演算する。駆動信号生成回路１１０は、これらの演算結果を使って、駆動信号を生成する。駆動信号および演算の詳細については後述する。

以下では、駆動信号生成回路１１０が生成する駆動信号について、従来技術と比較しながら説明する。また、駆動信号がアクチュエータ２６に供給されることによるインクの挙動について、従来技術と比較しながら説明する。

図５は、従来のインクジェットプリンタにおける駆動信号Ｗｒの波形の一部を示す波形図である。図６は、本実施形態に係る駆動信号Ｗの波形の一部を示す波形図である。以下の説明では、従来のインクジェットプリンタにおける駆動信号Ｗｒと本実施形態に係る駆動信号Ｗとの間で共通する部分には、共通の符号を使用することとする。図５および図６の横軸は、時間である。横軸の時間「０」は、駆動信号ＷおよびＷｒの開始時間を表している。図５および図６の縦軸は、電位である。縦軸の電位Ｅ０は、基準電位を表している。駆動信号ＷまたはＷｒにおける電位とは、ここでは、基準電位Ｅ０を基準とする電位である。

図５および図６では、１駆動周期の駆動信号ＷおよびＷｒのうち、インクの小滴を形成する部分だけを図示している。駆動信号生成回路１１０が生成する駆動信号には、サイズの異なるインク滴を形成するための複数の波形が含まれている。駆動信号供給回路１２０は、それら複数の波形のうち１つまたは２つ以上の波形を選択し、供給信号としてアクチュエータ２６に供給する。アクチュエータ２６に供給する波形を適宜選択することにより、１駆動周期中に吐出ヘッド１５のノズル２５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、記録媒体５上に形成されるインク滴の寸法を変更することができる。ここに開示する技術は、いずれのサイズのインク滴に係る波形にも適用可能なものであるが、ここでは、最も小さい小滴を形成する波形に適用された場合について説明する。図５および図６においては、小滴を形成する波形の前または後に生成される他のサイズのインク滴に係る波形は、図示を省略している。

また、図７は、従来の駆動信号Ｗｒをアクチュエータ２６に供給した場合のインクの挙動を示す模式図である。図８は、本実施形態に係る駆動信号Ｗをアクチュエータ２６に供給した場合のインクの挙動を示す模式図である。図７および図８は、樹脂を含み延伸性の高いインクを吐出した場合のインクの挙動を示している。延伸性とは、インクの硬化後の伸びやすさ（切れにくさ）のことである。一般的に、インクの延伸性は、インクの素材に樹脂を含むことで生じる。本実施形態における「延伸性の高いインク」とは、延伸性の高い樹脂を含ませることにより延伸性を高めたインクである。本実施形態に係るインクには、少なくとも溶剤と、顔料と、延伸性の高い樹脂とが含まれている。延伸性の高いインクは、記録媒体５に着弾し硬化した後も伸びやすく、記録媒体５を変形させても割れにくい。延伸性の高いインクは、それによって画像を印刷した記録媒体５を立体物、特に記録媒体５を貼り付ける面に凹凸を有する立体物に貼り付けるような場合に、インク（画像）が割れにくいという優れた特性を有している。

インクの延伸性は、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７１６２に規定される引っ張り破断歪みによって定義できる。引っ張り破断歪みは、その材料で作成した所定の形状の試験片に対して引っ張り試験を行ったときに、破断するまでに試験片が延びた割合を言う。延伸性の高いインクの引っ張り破断歪みは、例えば、３０５％〜４４０％の値を示す。延伸性の低いインクの引っ張り破断歪みは、例えば、２％〜６１％の値を示す。

図６に示すように、本実施形態に係る駆動信号Ｗは、吐出波形部Ｗｅと、平坦部Ｗｆと、収縮波形部Ｗｃとを有している。吐出波形部Ｗｅは、圧力室２３を膨張および収縮させることによってインクを吐出する波形部である。吐出波形部Ｗｅは、圧力室２３を膨張させる膨張部Ｗｅ１と、圧力室２３を収縮させる収縮部Ｗｅ２とを備えている。圧力室２３は、アクチュエータ２６の電位を変化させることによって膨張または収縮する。詳しくは、駆動信号Ｗの電位を降下させると、圧力室２３は膨張する。駆動信号Ｗの電位を上昇させると、圧力室２３は収縮する。吐出波形部Ｗｅがアクチュエータ２６に供給されると、圧力室２３は、膨張してから収縮する。圧力室２３が膨張することにより圧力室２３にインクが供給され、圧力室２３が収縮することによりインクがノズル２５から吐出される。

膨張部Ｗｅ１においては、電位は、基準電位Ｅ０から電位Ｅｅ１まで降下される。電位Ｅｅ１は、基準電位Ｅ０よりも低い。膨張部Ｗｅ１の時間は、ΔＴｅ１である。その後、電位はＥｅ１に維持され、収縮部Ｗｅ２において、電位Ｅｅ２まで上昇される。電位Ｅｅ２は、基準電位Ｅ０よりも高い。収縮部Ｗｅ２の時間は、ΔＴｅ２である。時間ΔＴｅ２は、時間ΔＴｅ１よりも長い。１つの好適な例では、時間ΔＴｅ２は、時間ΔＴｅ１の１．２倍〜２倍である。さらに、本実施形態では、収縮部Ｗｅ２における電位の変化率は、膨張部Ｗｅ１における電位の変化率よりも小さくなるように設定されている。基準電位Ｅ０と電位Ｅｅ１との電位差をΔＥ１とし、電位Ｅｅ１と電位Ｅｅ２との電位差をΔＥ２とするとき、ΔＥ２／ΔＴｅ２の絶対値は、ΔＥ１／ΔＴｅ１の絶対値よりも小さい。言い換えれば、圧力室２３の収縮は、その前の膨張よりも緩やかに行われる。その後、電位は電位Ｅｅ２に維持され、さらにその後、第２の電位降下部において基準電位Ｅ０まで降下される。

膨張部Ｗｅ１の中間点から収縮部Ｗｅ２の中間点までの時間は、ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃの半分であるＴｃ／２に設定されている。ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃの半分Ｔｃ／２は、アクチュエータ２６が駆動してから圧力室２３が反応するまでの遅延時間である。膨張部Ｗｅ１の中間点から収縮部Ｗｅ２の中間点までの時間をＴｃ／２とすることにより、圧力室２３の共振が抑制されている。同様に、収縮部Ｗｅ２の中間点から、第２の電位降下部の中間点までの時間も、ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃの半分であるＴｃ／２に設定されている。

吐出波形部Ｗｅの後には、平坦部Ｗｆが生成される。平坦部Ｗｆは、アクチュエータ２６に印加する電位が一定な部分である。詳しくは、平坦部Ｗｆの電位は、基準電位Ｅ０に固定されている。

平坦部Ｗｆの後には、収縮波形部Ｗｃが生成される。収縮波形部Ｗｃは、圧力室２３を収縮させる波形部である。収縮波形部Ｗｃは、アクチュエータ２６の電位を変化させる（ここでは、上昇させる）ことによって、圧力室２３を収縮させる。収縮波形部Ｗｃは、第１要素Ｗｃ１と、第２要素Ｗｃ２と、第３要素Ｗｃ３とを備え、台形形に構成されている。第１要素Ｗｃ１は、収縮波形部Ｗｃの始点Ｔｃ１から始まり、電位を基準電位Ｅ０からＥｃまで上昇させる。第２要素Ｗｃ２は、第１要素Ｗｃ１に続いており、電位をＥｃに維持している。第３要素Ｗｃ３は、電位をＥｃから降下させ、基準電位Ｅ０とする。第３要素Ｗｃ３の終点は、収縮波形部Ｗｃの終点Ｔｃ３である。また、収縮波形部Ｗｃの終点Ｔｃ３は、小滴に係る波形部の終点である。第１要素Ｗｃ１の中間点と第３要素Ｗｃ３の中間点との間の時間は、ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃの半分Ｔｃ／２である。

収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃは、吐出波形部Ｗｅの膨張部Ｗｅ１の始点と終点との間の電位差ΔＥ１と、収縮部Ｗｅ２の始点と終点との間の電位差ΔＥ２との和の半分よりも小さく設定されている。電位差ΔＥ１はマイナスの値であり、電位差ΔＥ２はプラスの値である。上記ΔＥ１とΔＥ２との和は、符号（プラスまたはマイナス）も含めた和である。

また、収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃは、膨張部Ｗｅ１の始点と終点との間の電位差ΔＥ１と、収縮部Ｗｅ２の始点と終点との間の電位差ΔＥ２との和の８分の１よりも大きく設定されている。上記和も、符号（プラスまたはマイナス）を含めた和である。

さらに、収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃの絶対値は、膨張部Ｗｅ１の始点と終点との間の電位差ΔＥ１の絶対値よりも小さく設定されている。電位Ｅｃはプラスの電位であり、電位差ΔＥ１はマイナスの電位差である。電位Ｅｃの符号と電位差ΔＥ１の符号は逆である。しかし、両者の絶対値を比較すると、電位Ｅｃの絶対値は、電位差ΔＥ１の絶対値よりも小さい。

小滴に係る波形の終点Ｔｃ３よりも後には、インクの一部がノズル２５から離脱してインク滴を形成すると推定される点（液柱離脱点Ｔ１）が設定されている。駆動信号生成回路１１０の記憶部１１２は、駆動信号Ｗの吐出波形部Ｗｅが生成されてからインクの一部がノズル２５から離脱してインク滴を形成するまでの標準時間（標準離脱時間ΔＴｔ）を記憶している。標準離脱時間ΔＴｔは、吐出ヘッド１５の構成と、吐出波形部Ｗｅの波形とにより、多少の誤差を除いて定まっている。標準離脱時間ΔＴｔは、ここでは、吐出波形部Ｗｅが生成されてから実際にインク滴が形成されるまでの時間を複数回測定した結果に基づいて定められている。標準離脱時間ΔＴｔは、例えば、上記複数の測定結果の平均値や中間値等であるとよい。液柱離脱点Ｔ１は、駆動信号の吐出波形部Ｗｅが生成される時点（ここでは、図６の時間ゼロ）に標準離脱時間ΔＴｔを加算することによって求められる。

液柱離脱点Ｔ１よりも遅延時間ΔＴｄだけ前には、収縮基準点Ｔ２が設定されている。収縮基準点Ｔ２は、収縮波形部Ｗｃの位置を定めるための点である。ΔＴｄは、Ｔｃ／２＋Ｔａ／２に設定されている。Ｔａは、アクチュエータ２６の固有振動周期である。アクチュエータ２６の固有振動周期Ｔａの半分Ｔａ／２は、アクチュエータ２６に電圧が印加されてからアクチュエータ２６が反応するまでの遅延時間である。そこで、ΔＴｄは、アクチュエータ２６の遅延時間と圧力室２３の遅延時間を合わせたもの、すなわち、アクチュエータ２６に電圧が印加されてから圧力室２３が反応するまでの遅延時間に相当する。

図６に示すように、収縮波形部Ｗｃは、その始点Ｔｃ１と終点Ｔｃ３との中点Ｔｃ２が収縮基準点Ｔ２に一致するように生成されている。収縮波形部Ｗｃの始点Ｔｃ１から中点Ｔｃ２までの時間と、中点Ｔｃ２から終点Ｔｃ３までの時間は、同じ時間に設定されている。収縮波形部Ｗｃの始点Ｔｃ１は、中点Ｔｃ２が定まることにより定まる。平坦部Ｗｆの継続時間は、吐出波形部Ｗｅの終点から収縮波形部Ｗｃの始点Ｔｃ１までの時間である。

図５に示すように、従来のインクジェットプリンタの駆動信号Ｗｒには、収縮波形部Ｗｃおよび平坦部Ｗｆが設定されていない。言い換えれば、従来のインクジェットプリンタの駆動信号Ｗｒには、吐出波形部Ｗｅのみが存在する。吐出波形部Ｗｅの終点において、駆動信号Ｗｒの小滴に係る波形部は終わっている。また、従来のインクジェットプリンタの駆動信号Ｗｒでは、吐出波形部Ｗｅの膨張部Ｗｅ１の勾配と収縮部Ｗｅ２の勾配とは等しい。

従来のインクジェットプリンタの駆動信号Ｗｒによって延伸性の高いインクを吐出すると、インクは図７に示したような挙動を示す。延伸性の低いインクを吐出する場合には、インクは吐出波形部Ｗｅの終点付近でノズル２５から離脱し、インク滴を形成する。しかし、図７に示すように、延伸性が高いインクの場合、インクの液柱Ｌｃは容易に切れず、ノズル２５から離脱しないまま下方に長く伸びる。そのため、液柱ＬｃのうちインクのメニスカスＭに近い部分の液柱（サテライトＳ）が細く、かつ、長くなる。サテライトＳは、主滴ＤｍからメニスカスＭへと繋がる尾引き部分である。このようにサテライトＳが細く長いと、液柱Ｌｃが切れたときにサテライトＳは、多数のサテライト滴Ｄｓとなって飛翔する。サテライト滴Ｄｓは、記録媒体５上の主滴Ｄｍとは離れた位置に着弾することが多く、印刷品質を低下させる。

また、延伸性の高いインクのサテライトＳの速度は、延伸性の低いインクのサテライト速度と比べると遅い。従って、サテライト滴Ｄｓの速度も遅い。サテライト滴Ｄｓの速度が遅いと、気流や空気抵抗などの影響によってサテライト滴Ｄｓの運動エネルギーが失われる。そうすると、サテライト滴Ｄｓは、空気中を浮遊するインクミストとなって記録媒体５やインクジェットプリンタ１０の各部を汚すことがある。

このように、延伸性の高いインクは、吐出時のサテライトが細く長く、サテライト速度が遅い。そこで、従来のインクジェットプリンタの駆動信号Ｗｒによって延伸性の高いインクを吐出すると、上記したような問題が発生しやすい。

本実施形態に係るインクジェットプリンタ１０は、上記したような問題に対し、高い延伸性を有するインクを吐出する場合であってもサテライト滴Ｄｓやインクミストを低減できるように考案されている。本実施形態に係るインクジェットプリンタ１０によって延伸性の高いインクを吐出すると、インクは図８に示したような挙動を示す。

本実施形態に係る駆動信号Ｗは、収縮波形部Ｗｃを有している。収縮波形部Ｗｃがアクチュエータ２６に供給されることにより圧力室２３が収縮すると、図８に示すように、ノズル２５に形成されたインクのメニスカスＭがノズル２５の出口側に移動される。インクのメニスカスＭの位置がノズル２５の出口側にシフトすると、メニスカスＭがサテライトＳの一部を吸収し、サテライトＳの細い部分が短くなる。サテライトＳの細く短い部分は、液柱Ｌｃの中で急激に細くなった「くびれ」となり、インクの液柱Ｌｃは、この「くびれ」部分で切れる。その結果、サテライト滴が減少する。また、サテライトＳの一部がノズル２５内のインクに吸収された結果、サテライト速度も速くなる。そこで、サテライト滴が発生した場合でも、発生したサテライト滴の速度が速いため、インクミストも減少する。

図８に示すように、本実施形態では、収縮波形部Ｗｃは、ノズル２５に形成されたインクのメニスカスＭを、液柱離脱点Ｔ１において、ノズル２５の出口側に移動させるように生成されている。インクのメニスカスＭがノズル２５の出口側にシフトしている時間帯Ｒ１は、液柱離脱点Ｔ１を含んでいる。本願発明者の知見によれば、インクのメニスカスＭがシフトしている時間帯Ｒ１が液柱離脱点Ｔ１を含む場合、収縮波形部Ｗｃは、延伸性の高いインクのサテライト滴の発生を抑制することに関して高い効果を発揮する。

特に、本実施形態に係る駆動信号Ｗは、インクのメニスカスＭがノズル２５の出口側にシフトしている時間帯Ｒ１の中点を液柱離脱点Ｔ１に一致させるように構成されている。インクのメニスカスＭは、アクチュエータ２６に収縮波形部Ｗｃが供給されてから、遅延時間ΔＴｄだけ遅れて移動を開始する。そこで、収縮波形部Ｗｃの中点Ｔｃ２が液柱離脱点Ｔ１よりも遅延時間ΔＴｄだけ前に設定されていれば、理論上、メニスカスＭがノズル２５の出口側にシフトしている時間帯Ｒ１の中点は、液柱離脱点Ｔ１と一致する。本願発明者の知見によれば、かかる駆動信号Ｗを設定した場合に、収縮波形部Ｗｃは、延伸性の高いインクのサテライト滴の発生を抑制することに関して特に高い効果を発揮する。

ただし、収縮波形部Ｗｃは、必ずしも、中点Ｔｃ２を収縮基準点Ｔ２と一致させるように設定されなくてもよい。例えば、収縮波形部Ｗｃは、収縮波形部Ｗｃの始点Ｔｃ１が収縮基準点Ｔ２よりも前であり、かつ、終点Ｔｃ３が収縮基準点Ｔ２よりも後となるように設定されていてもよい。言い換えれば、収縮基準点Ｔ２が収縮波形部Ｗｃの継続時間内に含まれるように設定されていてもよい。かかる構成によっても、メニスカスＭがノズル２５の出口側にシフトしている時間帯に液柱離脱点Ｔ１が含まれ、収縮波形部Ｗｃは、高い効果を発揮する。なお、最も遅い場合、収縮波形部Ｗｃは、その始点Ｔｃ１が収縮基準点Ｔ２と一致するように、すなわち、収縮基準点Ｔ２から電圧の印加を開始するように設定されていてもよい。

さらに、図６に示すように、本実施形態では、吐出波形部Ｗｅの膨張部Ｗｅ１における電位の変化率（ΔＥ１／ΔＴｅ１の絶対値）よりも収縮部Ｗｅ２における電位の変化率（ΔＥ２／ΔＴｅ２の絶対値）の方が小さく設定されている。吐出波形部Ｗｅにおける圧力室２３の収縮は、その前の膨張よりも緩やかに行われる。インクの液柱Ｌｃの太さは、インクが緩やかにノズル２５から押し出されると太くなる傾向にある（図７および図８参照）。よって、膨張部Ｗｅ１における電位の変化率よりも収縮部Ｗｅ２における電位の変化率を小さくすることにより、インクの液柱Ｌｃの太さを従来の駆動信号Ｗｒの場合よりも太くすることができる。液柱Ｌｃが太いと、液柱Ｌｃが伸びたとき、液柱Ｌｃが細い場合に比べて、サテライトＳ部分がより短くなる。よって、よりサテライト滴を低減することができる。

本実施形態では、収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃは、メニスカスＭをノズル２５の出口側に移動させ、かつ、少なくともインクの一部がノズル２５から離脱するまでメニスカスＭを凹状態に保つ電位に設定されている。収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃは、インクの吐出動作中、特に、インク吐出動作の開始からインクの液柱Ｌｃが離脱するまでの間、メニスカスＭを凹状態に保つように設定されている。かかる電位Ｅｃによれば、インクのメニスカスＭは、ノズル２５の出口側に移動しつつも、インクの一部がノズル２５から離脱してインク滴を形成するまでの間は凹状態を維持できる。言い換えれば、メニスカスＭは、ノズル２５の外部に向かって凸にならない。メニスカスＭが凸状態になると、インクの誤吐出などのおそれがあり、好ましくない。かかる電位Ｅｃの設定によれば、収縮波形部Ｗｃの効果を発揮させつつ、メニスカスＭが凸状態になることを抑制することができる。

具体的には、本実施形態では、収縮波形部の電位Ｅｃは、膨張部Ｗｅ１の始点と終点との間の電位差ΔＥ１と、収縮部Ｗｅ２の始点と終点との間の電位差ΔＥ２との和の８分の１よりも大きく設定されている。本願発明者の知見によれば、電位Ｅｃをかかる電位以上に設定すれば、収縮波形部Ｗｃの効果が十分に現れる。

また、本実施形態では、収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃは、吐出波形部Ｗｅの膨張部Ｗｅ１の始点と終点との間の電位差ΔＥ１と、収縮部Ｗｅ２の始点と終点との間の電位差ΔＥ２との和の半分よりも小さく設定されている。また、収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃの絶対値は、吐出波形部Ｗｅの膨張部Ｗｅ１の始点と終点との間の電位差ΔＥ１の絶対値よりも小さく設定されている。本願発明者の知見によれば、電位Ｅｃをこれらの電位以下に設定すれば、インクのメニスカスＭは、ノズル２５の出口側に移動しつつも凹状態を維持できる。よって、かかる電位Ｅｃの設定によれば、メニスカスＭが凸状態になることを抑制することができる。

上記した駆動信号Ｗが特に効果を発揮するのは、インクが高い延伸性を有する場合である。具体的には、インクが樹脂を含み、硬化後のインクの引っ張り破断歪みが３０５％以上であると特に効果的である。そのようなインクを従来の駆動信号Ｗｒで吐出すると、画像が識別できなくなるほどのインクミストが発生する場合があることを本願発明者は確認している。

なお、図６に図示され、上記で説明された駆動信号Ｗは、１つの好適な例示であり、これに限定されるわけではない。例えば、駆動信号Ｗは、他の用途に係る波形部、例えば微振動に係るパルスを平坦部Ｗｆに含んでいてもよい。小滴の形成と同時に使用しないパルスであれば、駆動信号供給回路１２０によって選択的にアクチュエータ２６に供給することができる。また、例えば、吐出波形部Ｗｅは、圧力室２３を膨張させた後に収縮させるのではなく、収縮させた後に膨張させてもよい。

（変形例）
上記したプリンタは、いくつかの変形例で実施することもできる。１つの好適な変形例では、収縮基準点を上記実施形態よりもさらに、ｎ×Ｔｃ（ｎは自然数）だけ前に設定する。液柱離脱点を基準とすると、本変形例に係る収縮基準点は、液柱離脱点よりも（ｎ＋１／２）Ｔｃ＋Ｔａ／２だけ前に設定される。最初の実施形態は、上記式において「ｎ＝０」の場合である。ｎ＝０の場合、駆動信号は長くなるものの、サテライト滴を抑える効果は高い。以下の説明では、最初の実施形態と共通の概念や部材には、最初の実施形態と同じ符号を使用する。

図９は、本変形例に係る駆動信号Ｗｍの波形の一部を示す波形図である。図９では、図６と同様に小滴に係る波形部以外の図示を省略している。図９に示すように、本実施形態では、収縮基準点Ｔ３は、液柱離脱点Ｔ１よりも３／２Ｔｃ＋Ｔａ／２だけ前に設定されている。本変形例では、ｎは「１」である。収縮基準点を最初の実施形態におけるＴ２（図６参照）よりもＴｃの自然数倍だけ前にずらしていっても、圧力室２３の共振の程度は最初の実施形態と同等である。そこで、ｎを１以上に設定することによって、圧力室２３の共振の影響度合いを変化させることなく、収縮波形部Ｗｃの終点Ｔｃ３を前にずらすことができる。言い換えれば、小滴に係る波形部を短くすることができる。従って、他のサイズのインク滴に係る波形部を含む駆動信号全体も短くなる。そこで、駆動信号を高周波化することができ、印刷のスループットを向上させることができる。

駆動信号Ｗｍのように、ｎ＝１以上に設定すると、ｎ＝０に設定した場合と比べて、好適な収縮波形部Ｗｃの電位が電位Ｅｃよりも高いＥｃｍに上昇する。ｎが１以上の場合には、インクのメニスカスＭがノズル２５の出口側にシフトする時間帯は、液柱離脱点Ｔ１を含んでいない。よって、インク振動の減衰を加味して、収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃｍは、ｎ＝０の場合の収縮波形部Ｗｃの電位Ｅｃよりも高く設定される。

本願発明者の知見によれば、多くの場合、ｎ＝１において、駆動信号Ｗｍの長さの短縮によるスループットの向上と、サテライト滴およびインクミストを抑える効果とがバランスよく両立される。

しかしながら、好適なｎは０または１に限られず、例えば、ｎは、吐出波形部Ｗｅと収縮波形部Ｗｃとが重ならない限りにおいて最も大きい整数に設定されてもよい。かかる駆動波形によれば、駆動信号の周期に係るプリンタのスループットを最大にすることができる。

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。

上記した実施形態では、アクチュエータ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、液体はインクであったが、これには限定されない。液体吐出装置が吐出する液体は、例えば樹脂材料や、溶質と溶媒とを含む各種液状組成物（例えば洗浄液）などであってもよい。

上記した実施形態では、液体吐出装置がインクジェットプリンタに搭載される吐出ヘッドおよびその制御装置であったが、これには限定されない。液体吐出装置は、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。

１０ インクジェットプリンタ
１５ 吐出ヘッド
２１ ケース
２２ 振動板
２３ 圧力室
２５ ノズル
２６ アクチュエータ
１１０ 駆動信号生成回路
１１１ 信号生成部
１１２ 記憶部
１１３ 第１演算部
１１４ 第２演算部
１２０ 駆動信号供給回路
Ｗ 駆動信号
Ｗｍ 駆動信号（変形例）
Ｗｅ 吐出波形部
Ｗｅ１ 膨張部
Ｗｅ２ 収縮部
Ｗｆ 平坦部
Ｗｃ 収縮波形部
ΔＴｔ 標準離脱時間（標準時間）
Ｔ１ 液柱離脱点
Ｔ２ 収縮基準点
Ｔ３ 収縮基準点（変形例）
ΔＴｄ 遅延時間（第１時間）
Ｔｃ ヘルムホルツ固有振動周期
Ｔａ アクチュエータの固有振動周期
Ｍ メニスカス
Ｓ サテライト
Ｄｓ サテライト滴

Claims (14)

1. 内部に液体が貯留される圧力室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、
   前記アクチュエータを駆動させる駆動信号を駆動周期毎に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、
   前記駆動信号は、
   前記アクチュエータの電位を変化させることによって前記圧力室を膨張させる膨張部と、前記アクチュエータの電位を変化させることによって前記圧力室を収縮させる収縮部とを備えた吐出波形部と、
   前記吐出波形部の後に生成され、前記アクチュエータの電位が一定な平坦部と、
   前記平坦部の後に生成され、前記アクチュエータの電位を変化させることによって前記圧力室を収縮させる収縮波形部と、
   を有している、液体吐出装置。
2. 前記駆動信号生成回路は、
   前記吐出波形部が生成されてから前記液体の一部が前記ノズルから離脱するまでの標準時間を記憶する記憶部と、
   前記標準時間に基づいて、前記液体の一部が前記ノズルから離脱する液柱離脱点を演算する第１演算部と、
   前記液柱離脱点から第１時間だけ前の収縮基準点を演算する第２演算部と、
   を備え、
   前記収縮波形部の始点は、前記収縮基準点と一致するか、または前記収縮基準点よりも前であり、
   前記収縮波形部の終点は、前記収縮基準点よりも後であり、
   前記第１時間は、Ｔｃをヘルムホルツ固有振動周期とし、Ｔａをアクチュエータの固有振動周期とし、ｎをゼロ以上の整数としたとき、（ｎ＋１／２）Ｔｃ＋Ｔａ／２に設定されている、
   請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記収縮波形部は、前記始点と前記終点との中点が前記収縮基準点に一致するように生成されている、
   請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記ｎは、ゼロに設定されている、
   請求項２または３に記載の液体吐出装置。
5. 前記ｎは、１に設定されている、
   請求項２または３に記載の液体吐出装置。
6. 前記ｎは、前記吐出波形部と前記収縮波形部とが重ならない限りにおいて最も大きい整数に設定されている、
   請求項２または３に記載の液体吐出装置。
7. 前記収縮波形部の電位の絶対値は、前記吐出波形部の前記膨張部の電位の絶対値よりも小さく設定されている、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載の液体吐出装置。
8. 前記収縮波形部の電位は、前記膨張部の始点と終点との間の電位差と、前記収縮部の始点と終点との間の電位差との和の半分よりも小さく設定されている、
   請求項１〜７のいずれか一つに記載の液体吐出装置。
9. 前記収縮波形部の電位は、前記膨張部の始点と終点との間の電位差と、前記収縮部の始点と終点との間の電位差との和の８分の１よりも大きく設定されている、
   請求項１〜８のいずれか一つに記載の液体吐出装置。
10. 前記吐出波形部は、前記膨張部における電位の変化率よりも前記収縮部における電位の変化率の方が小さく設定されている、
    請求項１〜９のいずれか一つに記載の液体吐出装置。
11. 前記収縮波形部の電位は、前記ノズルに形成された前記液体のメニスカスを前記ノズルの出口側に移動させ、かつ、少なくとも前記液体の一部が前記ノズルから離脱するまでは前記メニスカスを凹状態に保つような電位に設定されている、
    請求項１〜１０のいずれか一つに記載の液体吐出装置。
12. 前記駆動信号生成回路は、
    前記吐出波形部が生成されてから前記液体の一部が前記ノズルから離脱するまでの標準時間を記憶する記憶部と、
    前記標準時間に基づいて、前記液体の一部が前記ノズルから離脱する液柱離脱点を演算する第１演算部と、
    を備え、
    前記収縮波形部は、前記ノズルに形成された前記液体のメニスカスを前記液柱離脱点において前記ノズルの出口側に移動させるように生成される、
    請求項１〜１１のいずれか一つに記載の液体吐出装置。
13. 前記液体は、溶剤と樹脂とを含み、硬化後の引っ張り破断歪みが３０５％以上である、
    請求項１〜１２のいずれか一つに記載の液体吐出装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一つ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。

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