JP5251562B2 - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものであり、特に、駆動信号に含まれる駆動パルスを圧力発生素子に印加することにより液体の吐出を制御可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法に関するものである。

液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象物）に対して吐出・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。

例えば、上記プリンターは、吐出駆動パルスを圧力発生素子（例えば、圧電振動子や発熱素子等）に印加してこれを駆動することにより圧力発生室内の液体に圧力変化を与え、この圧力変化を利用して圧力発生室に連通したノズルから液体を吐出させるように構成されたものがある。このようなプリンターでは、吐出したインクの後端部が尾のように伸びる現象（尾引）が生じる。特に、例えば水ベースの染料インクなど、従来家庭などで使用されていたインクジェットプリンターのインク液体よりも粘度の高い液体（以下、高粘度液体ともいう。）を吐出する試みがなされており、この高粘度液体では上記の尾がより長くなる傾向にある。そして、この尾の部分が液滴本体から分離して飛翔し、着弾対象物において正規の位置（望ましい位置）に着弾しない虞があった。例えば、インクジェットプリンターでは、尾の部分がミストになって正規の位置からずれて着弾してドットが分離し、これにより、画質の劣化が生じるという問題があった。特に、高粘度液体では、尾の部分が幾つにも分離することにより、これらの複数に分離した部分（サテライトインク滴或いはミスト）が画質を著しく低下させる原因となっていた。

上記のミストの発生を抑制するために、例えば、特許文献１の構成では、記録ヘッドのノズルから記録紙の記録面までの距離に応じて吐出パルスを使い分けるようにし、例えば、上記の距離が長い場合には、吐出される液体の飛翔速度が低くなるような吐出駆動パルスを用いている。

特開２００６−２１２９２０号公報

しかしながら、吐出される液体の飛翔速度を低下させると、ミストの発生を低減することができる一方で、記録紙に到達するまでの間に外乱を受けて飛行曲がり等が生じ、着弾精度が低下する虞があった。

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、高粘度液体を吐出する場合に着弾精度を向上させることが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、を備え、
前記駆動信号に含まれる吐出駆動パルスを複数連続して前記圧力発生素子に順次印加することで着弾対象物上に規定のドットを形成する液体吐出装置であって、
前記駆動信号発生手段は、前記規定のドットを形成するための複数の吐出駆動パルスのうち、圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧よりも高め、
圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間よりも長くすることで、後に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度が、先に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度よりも低下するようにしたことを特徴とする。
なお、「規定のドット」とは、液体吐出装置で予め設定された大きさのドットを意味する。

また、本発明は、ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、を備え、前記駆動信号に含まれる吐出駆動パルスを複数連続して前記圧力発生素子に順次印加することで着弾対象物上に規定のドットを形成する液体吐出装置の制御方法であって、
前記規定のドットを形成するための複数の吐出駆動パルスのうち、圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧よりも高め、
圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間よりも長くすることで、後に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度が、先に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度よりも低下するようにしたことを特徴とする。

上記構成を採用することにより、規定のドットを形成するための複数の吐出駆動パルスのうち、圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧よりも高めることにより、先に吐出される液滴の慣性質量よりも、後から吐出される液滴の慣性質量を大きくすることができる。これにより、ミストの発生を抑制するべく後側の吐出駆動パルスによって吐出される液滴の飛翔速度を前側の吐出駆動パルスの場合よりも低下させるように構成した場合においても、液滴の慣性質量をより大きくすることで安定して飛翔させることができる。その結果、着弾精度を向上させることができる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 駆動信号の構成を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は各駆動パルスの構成を説明する波形図である。 ノズルからインクが吐出される状態を説明する模式図である。 第２実施形態におけるミドルドット吐出駆動パルスの構成を説明する波形図である。 第３実施形態における駆動信号の構成を説明する図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、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、本発明の液体吐出装置として、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の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体吐出ヘッドとして記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４（記録ヘッド２）を記録紙６（着弾対象物の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８とを備えて概略構成されている。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルスがプリンターコントローラーの制御部４１（図３参照）に送信される。これにより、制御部４１はこのリニアエンコーダー１０からのエンコーダーパルスに基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（吐出動作）等を制御することができる。

キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側（図１における右手前側）の端部領域には、走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２１：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４（記録ヘッド２）が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

図２は、上記記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド２は、ケース１３と、このケース１３内に収納される振動子ユニット１４と、ケース１３の底面（先端面）に接合される流路ユニット１５等を備えて構成されている。上記のケース１３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１４を収納するための収納空部１６が形成されている。振動子ユニット１４は、圧力発生素子の一種として機能する圧電振動子１７と、この圧電振動子１７が接合される固定板１８と、圧電振動子１７に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル１９とを備えている。圧電振動子１７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、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット１５は、流路形成基板２０の一方の面にノズルプレート２１を、流路形成基板２０の他方の面に弾性板２２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１５には、リザーバー２３と、インク供給口２４と、圧力発生室２５と、ノズル連通口２６と、ノズル２７とが設けられている。そして、インク供給口２４から圧力発生室２５及びノズル連通口２６を経てノズル２７に至る一連のインク流路が、ノズル２７毎に対応して形成されている。

上記ノズルプレート２１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル２７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２１には、ノズル２７の列（ノズル列）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル２７によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド２は、それぞれ異なる色のインク（本発明における液体の一種）、具体的には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の合計４色のインクを貯留する４つのインクカートリッジ３を装着可能に構成されており、これらの色に対応させて合計４列のノズル列がノズルプレート２１に形成されている。

上記弾性板２２は、支持板２８の表面に弾性体膜２９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２８とし、この支持板２８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜２９としてラミネートした複合板材を用いて弾性板２２を作製している。この弾性板２２には、圧力発生室２５の容積を変化させるダイヤフラム部３０が設けられている。また、この弾性板２２には、リザーバー２３の一部を封止するコンプライアンス部３１が設けられている。

上記のダイヤフラム部３０は、エッチング加工等によって支持板２８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３０は、圧電振動子１７の先端面が接合される島部３２と、この島部３２を囲う薄肉弾性部３３とからなる。上記のコンプライアンス部３１は、リザーバー２３の開口面に対向する領域の支持板２８を、ダイヤフラム部３０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２３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３２には圧電振動子１７の先端面が接合されているので、この圧電振動子１７の自由端部を伸縮させることで圧力発生室２５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発生室２５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル２７からインク滴を吐出させる。

図３はプリンター１の電気的な構成を示すブロック図である。このプリンター１は、プリンターコントローラー３５とプリントエンジン３６とで概略構成されている。プリンターコントローラー３５は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３７と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３８と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ３９と、各部の制御を行う制御部４１と、クロック信号を発生する発振回路４２と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４３（本発明における駆動信号発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られる画素データや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）４５と、を備えている。

制御部４１は、記録ヘッド２の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド２に出力したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号発生回路４３に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックＣＬＫ、画素データＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、第１チェンジ信号ＣＨ１、第２チェンジ信号ＣＨ２である。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

また、制御部４１は、上記印刷データに基づき、ＲＧＢ表色系からＣＭＹ表色系への色変換処理、多階調のデータを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデータを、インク種類毎（ノズル列毎）に所定の配列で並べてドットパターンデータに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド２の吐出制御に用いる画素データＳＩを生成する。この画素データＳＩは、印刷される画像の画素に関するデータであり、吐出制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象物である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。そして、本発明に係る画素データＳＩは、記録媒体上に形成されるドットの有無（又はインクの吐出の有無）及びドットの大きさ（又は吐出されるインクの量）に関する階調データら成る。本実施形態において、画素データＳＩは合計２ビットの２値階調データによって構成されている。２ビットの階調値には、インクを吐出しない非記録（微振動）に対応する［００］と、小ドットの記録に対応する［０１］と、中ドットの記録に対応する［１０］と、大ドットの記録に対応する［１１］とがある。従って、本実施形態におけるプリンターは４階調で記録ができる。

駆動信号発生回路４３は、制御部４１によって制御され、各種の駆動信号を発生する。図４は、駆動信号発生回路４３が発生する駆動信号ＣＯＭの構成の一例を説明する図である。第１駆動信号ＣＯＭ１は、複数のミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ（本発明における吐出駆動パルスの一種）を単位記録周期（吐出周期）Ｔ内に有する一連の信号であり、記録周期Ｔ毎に繰り返し発生される。本実施形態において、第１駆動信号ＣＯＭ１の一記録周期Ｔは、２つのパルス発生期間Ｔ１，Ｔ２に区分されている。そして、期間Ｔ１で第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が発生され、期間Ｔ２で第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が発生される。一方、第２駆動信号ＣＯＭ２は、スモール吐出駆動パルスＤＰＳと微振動パルスＤＰＰを記録周期Ｔ内に有する一連の信号である。この第２駆動信号ＣＯＭ２の一記録周期Ｔも第１駆動信号ＣＯＭ１と同様にＴ１とＴ２の２つのパルス発生期間に区分されており、期間Ｔ１でスモール吐出駆動パルスＤＰＳが発生され、期間Ｔ２で微振動パルスＤＰＰが発生される。即ち、微振動パルスＤＰＰ（非吐出駆動パルス）は、第１駆動信号ＣＯＭ１の第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の発生期間に対応する期間に発生される。

次に、プリントエンジン３６側の構成について説明する。プリントエンジン３６は、記録ヘッド２と、キャリッジ移動機構７と、紙送り機構８と、リニアエンコーダー１０と、から構成されている。記録ヘッド２は、シフトレジスター（ＳＲ）４８、ラッチ４９、デコーダー５０、レベルシフター（ＬＳ）５１、スイッチ５２、及び圧電振動子１７を、各ノズル開口２７に対応させて複数備えている。プリンターコントローラー３５からの画素データ（ＳＩ）は、発振回路４２からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、シフトレジスター４８にシリアル伝送される。

シフトレジスター４８には、ラッチ４９が電気的に接続されており、プリンターコントローラー３５からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ４９に入力されると、シフトレジスター４８の画素データをラッチする。このラッチ４９にラッチされた画素データは、デコーダー５０に入力される。このデコーダー５０は、２ビットの画素データを翻訳してパルス選択データを生成する。本実施形態におけるパルス選択データは、各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２毎に生成される。即ち、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応する第１パルス選択データは、第1ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１（期間Ｔ１）、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２（期間Ｔ２）に対応する合計２ビットのデータによって構成されている。また、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応する第２パルス選択データは、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳ（期間Ｔ１）、微振動パルスＤＰＰ（期間Ｔ２）に対応する合計２ビットのデータによって構成されている。

そして、デコーダー５０は、ラッチ信号（ＬＡＴ）又はチャンネル信号（ＣＨ）の受信を契機にパルス選択データをレベルシフター５１に出力する。この場合、パルス選択データは、上位ビットから順にレベルシフター５１に入力される。このレベルシフター５１は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが「１」の場合、スイッチ５２を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。レベルシフター５１で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ５２に供給される。このスイッチ５２の入力側には、駆動信号発生回路４３からの駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２が供給されており、スイッチ５２の出力側には、圧電振動子１７が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ５２の作動、つまり、駆動信号中の吐出パルスの圧電振動子１７への供給を制御する。例えば、スイッチ５２に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ５２が接続状態になって、対応する吐出パルスが圧電振動子１７に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電振動子１７の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフター５１からはスイッチ５２を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ５２は切断状態となり、圧電振動子１７へは吐出パルスが供給されない。
すなわち、第１駆動信号ＣＯＭ１や第２駆動信号ＣＯＭ２の一部分を、選択的に圧電振動子１７へ印加させることができる。この例では、繰り返し周期（記録周期）Ｔの開始タイミング（ラッチ信号ＬＡＴのラッチパルスのタイミング）で、圧電振動子１７に印加させる駆動信号ＣＯＭを、第１駆動信号ＣＯＭ１から第２駆動信号ＣＯＭ２へ又はその逆へと切り替えることができる。同様に、第１駆動信号ＣＯＭ１におけるＴ１，Ｔ２間の境界のタイミング、又は、第２駆動信号ＣＯＭ２におけるＴ１，Ｔ２間の境界のタイミング（第１チェンジ信号ＣＨ１のチェンジパルスのタイミング，第２チェンジ信号ＣＨ２のチェンジパルスのタイミング）で、圧電振動子１７に印加させるパルスを切り替えることができる。

ここで、駆動信号発生回路４３が発生する各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２に含まれる各駆動パルスについて説明する。
まず、第１駆動信号ＣＯＭ１において期間Ｔ１で発生する第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１について説明する。図５（ａ）に示すように、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１は、第１膨張要素Ｐ１１（圧力発生室膨張要素）と、第１膨張ホールド要素Ｐ１２（膨張維持要素）と、第１収縮要素Ｐ１３（吐出要素）とからなる。第１膨張要素Ｐ１１は、基準電位ＶＨＢから第１膨張電位ＶＨ１まで一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第１膨張ホールド要素Ｐ１２は、第１膨張電位ＶＨ１で一定な波形要素である。また、第１収縮要素Ｐ１３は、第１膨張電位ＶＨ１から基準電位ＶＨＢまで急勾配で電位を下降させる波形要素である。

このように構成された第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が圧電振動子１７に供給されると、まず、第１膨張要素Ｐ１１によって圧電振動子１７は素子長手方向に収縮し、圧力発生室２５が基準電位ＶＨＢ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。この膨張により、メニスカスが圧力発生室２５側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室２５内にはリザーバー２３側からインク供給口２４を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室２５の膨張状態は、第１膨張ホールド要素Ｐ１２の供給期間中に亘って維持される。その後、第１収縮要素Ｐ１３が供給されて圧電振動子１７が伸長する。この圧電振動子１７の伸長により、圧力発生室２５は、膨張容積から基準電位ＶＨＢに対応する基準容積まで急激に収縮される。この圧力発生室２５の急激な収縮により圧力発生室２５内のインクが加圧され、ノズル２７からミドルドットに対応する量のインクが吐出される。

また、第１駆動信号ＣＯＭ１において期間Ｔ２で発生する第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２は、図５（ｂ）に示すように、第１膨張要素Ｐ１１と、第１膨張ホールド要素Ｐ１２と、第１収縮要素Ｐ１３と、から成り、基本的な構成は第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１と共通しているが、その駆動電圧Ｖｄ２（第２膨張電位ＶＨ２と基準電位ＶＨＢとの電位差）が、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の駆動電圧Ｖｄ１（第１膨張電位ＶＨ１と基準電位ＶＨＢとの電位差）よりも大きく設定されている点が異なっている。本実施形態において、駆動電圧Ｖｄ２は、駆動電圧Ｖｄ１に対して例えば１０％〜３０％程度高められており、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２における全ての駆動パルスの中で最も高い駆動電圧となっている。したがって、この第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が圧電振動子１７に供給されると、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の場合よりもより大きな圧力変動が圧力発生室２５内に生じ、これによりノズル２７からは、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１により吐出されるインクの重量よりも大きい重量のインクが吐出される。ようするに、例えば、大ドットの形成に必要なインクの総重量を１００％とした場合に、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１によって吐出されるインク滴の重量が４０％、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によって吐出されるインク滴の重量が６０％となるように第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の駆動電圧Ｖｄ１と第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の駆動電圧Ｖｄ２を設定している。勿論、この比率は一例であって、これには限られない。

次に、上記第２駆動信号ＣＯＭ２において期間Ｔ１で発生するスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳについて説明する。図５（ｃ）に示すように、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳは、第２膨張要素Ｐ２１と、第２膨張ホールド要素Ｐ２２と、第２収縮要素Ｐ２３と、収縮ホールド要素Ｐ２４と、第３膨張要素Ｐ２５と、第３膨張ホールド要素Ｐ２６と、第３収縮要素Ｐ２７とから構成されている。第２膨張要素Ｐ２１は、基準電位ＶＨＢから第３膨張電位ＶＨ３まで電位を上昇させる波形要素であり、第２膨張ホールド要素Ｐ２２は、第３膨張電位ＶＨ３で一定な波形要素である。また、第２収縮要素Ｐ２３は第３膨張電位ＶＨ３から第１中間電位ＶＭ１まで急激に電位を下降させる波形要素、収縮ホールド要素Ｐ２４は第１中間電位ＶＭ１で一定な波形要素、第３膨張要素Ｐ２５は第１中間電位ＶＭ１から第２中間電位ＶＭ２まで電位を上昇させる波形要素、第３膨張ホールド要素Ｐ２６は第２中間電位ＶＭ２で一定な波形要素である。そして、第３収縮要素Ｐ２７は第２中間電位ＶＭ２から基準電位ＶＨＢまで一定勾配で電位を復帰させる波形要素である。

このように構成されたスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳが圧電振動子１７に供給されると、まず、第２膨張要素Ｐ２１によって圧電振動子１７は素子長手方向に急速に収縮し、これに伴い島部３２が圧力発生室２５から離隔する方向に変位する。この島部３２の変位により、圧力発生室２５が基準容積から第３膨張電位ＶＨ３に対応する膨張容積まで急速に膨張する。この圧力発生室２５の膨張により、圧力発生室２５内には比較的強い負圧が発生し、メニスカスが圧力発生室２５側に引き込まれると共に、リザーバー２３側から圧力発生室２５にインクが供給される。そして、この圧力発生室２５の膨張状態は、第２膨張ホールド要素Ｐ２２の供給期間中に亘って維持される。

その後、第２収縮要素Ｐ２３が供給されて圧電振動子１７が伸長する。この圧電振動子１７の伸長により、島部３２が圧力発生室２５に近接する方向に急激に変位する。この島部３２の変位により、圧力発生室２５は、膨張容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する吐出容積まで急激に収縮される。そして、この圧力発生室２５の急激な収縮により圧力発生室２５内のインクが加圧されてメニスカスの中央部分が吐出側に押し出される。続いて、収縮ホールド要素Ｐ２４が供給され、吐出容積が僅かの間維持される。続いて、第３膨張要素Ｐ２５により圧電振動子１７が収縮することにより圧力発生室２５の容積が再度僅かに膨張し、第３膨張ホールド要素Ｐ２６を経て、第３収縮要素Ｐ２７によって圧電振動子１７が伸長し、圧力発生室２５の容積が再度急激に収縮する。これらの収縮ホールド要素Ｐ２４から第３収縮要素Ｐ２７の供給期間中に、メニスカス中央部分が途中でちぎれ、この部分がスモールドットに対応する量のインクとして吐出される。

図５（ｄ）は、第２駆動信号ＣＯＭ２において期間Ｔ２で発生される微振動パルスＤＰＰの波形を示している。この微振動パルスＤＰＰは、第４膨張要素Ｐ３１と、第４膨張ホールド要素Ｐ３２と、第４収縮要素Ｐ３３とからなる。第４膨張要素Ｐ３１は、基準電位ＶＨＢから第４膨張電位ＶＨ４までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第４膨張ホールド要素Ｐ３２は、第４膨張電位ＶＨ４で一定な波形要素である。第４収縮要素Ｐ３３は、第４膨張電位ＶＨ４から基準電位ＶＨＢまで緩やかな一定勾配で電位を下降させる波形要素である。

このように構成された微振動パルスＤＰＰが圧電振動子１７に供給されると、まず、第４膨張要素Ｐ３１によって圧電振動子１７は素子長手方向に収縮し、圧力発生室２５が基準電位ＶＨＢに対応する基準容積から第４膨張電位ＶＨ４に対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室２５側に引き込まれる。そして、この圧力発生室２５の膨張状態は、第４膨張ホールド要素Ｐ３２の供給期間中に亘って維持される。その後、第４収縮要素Ｐ３３が供給されて圧電振動子１７が伸長する。この圧電振動子１７の伸長により、圧力発生室２５は、膨張容積から基準電位ＶＨＢに対応する基準容積まで収縮される。ここで、基準電位ＶＨＢから第４膨張電位ＶＨ４までの電位差、すなわち微振動パルスＤＰＰの駆動電圧は、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳやミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭの駆動電圧よりも十分に低い値に設定されている。このため、この微振動パルスＤＰＰを圧電振動子１７に供給した場合、圧力発生室２５には、ノズル２７からインクが吐出されない程度の圧力振動が生じる。

次に、上記構成において画素データＳＩがデータ［１１］の場合について説明する。この場合、本実施形態では、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データが［１１］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データが［００］とされる。これにより、図４に示すように、期間Ｔ１では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が、期間Ｔ２では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が圧電振動子１７にこの順で印加される。一方、この場合では第２駆動信号ＣＯＭ２の駆動パルスは何れも圧電振動子１７に印加されない。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２７からインクが２回連続して吐出され、これらのインクが着弾対象物上の画素領域に対して着弾することで大ドットが形成される。

ここで、上述したように、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の駆動電圧Ｖｄ２が、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の駆動電圧Ｖｄ１よりも大きく設定されているので、図６に示すように、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１によって先に吐出されるインク滴Ｄ１の重量（慣性質量）よりも、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によって後から吐出されるインク滴Ｄ２の重量（慣性質量）の方が大きくなる。また、インク滴Ｄ２の飛翔速度Ｖｍ２は、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の各波形要素Ｐ１１〜Ｐ１３の発生時間（時間幅）を調整することでインク滴Ｄ１の飛翔速度Ｖｍ１よりも低くしている。例えば、本実施形態では、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の第１収縮要素Ｐ１３の発生時間を、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の第１収縮要素Ｐ１３の発生時間よりも長くすることで、飛翔速度を低下させている。飛翔速度が遅いと、記録紙等の着弾対象物に着弾するまでの間に空気抵抗やその他の外乱を受け易いため飛翔方向が曲がりやすい傾向にあるが、このインク滴Ｄ２については、慣性質量を先に吐出されるインク滴Ｄ１の慣性質量よりも大きくしているので、外乱の影響を受けにくくなり、飛翔が安定し、これにより、着弾精度を向上させることができる。また、飛翔速度が遅いことから、インク滴Ｄ２の後端部が尾のように伸びること（尾引）が抑制されるので、ミストの発生を防止することができる。そして、インク滴Ｄ２は、先行するインク滴Ｄ１の尾を表面張力によって吸収しつつ着弾対象物上の画素領域に対して着弾して、これらのインク滴Ｄ１，Ｄ２によって大ドットが形成される。

画素データＳＩがデータ［１０］の場合、本実施形態では、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データが［１０］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データが［０１］とされる。これにより、図４に示すように、期間Ｔ１では、第１駆動信号ＣＯＭ１の第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が、期間Ｔ２では、第２駆動信号ＣＯＭ２の微振動パルスＤＰＰが圧電振動子１７に順次印加される。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２７からは中ドットに対応する量のインクが１回吐出され、着弾対象物上の画素領域に対して着弾して中ドットが形成される。そして、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１によるインクの吐出後、微振動パルスＤＰＰの第４膨張要素Ｐ３１により、ノズル２７のメニスカスが圧力発生室２５側に速やかに引き込まれる。これにより、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１によって吐出されたインクの尾引が低減される。

次に、画素データＳＩがデータ［０１］の場合、本実施形態では、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データが［００］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データが［１１］とされる。これにより、図４に示すように、期間Ｔ１では、第２駆動信号ＣＯＭ２のスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳが、期間Ｔ２では、第２駆動信号ＣＯＭ２の微振動パルスＤＰＰが圧電振動子１７に順次印加される。その結果、記録周期Ｔにおいてノズル２７からは小ドットに対応する量のインクが１回吐出され、着弾対象物上の画素領域に対して着弾して小ドットが形成される。この場合も、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳによるインクの吐出後、微振動パルスＤＰＰの第４膨張要素Ｐ３１により、ノズル２７のメニスカスが圧力発生室２５側に速やかに引き込まれる。これにより、スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳによって吐出されたインクの尾引が低減される。

なお、ノズル２７からインクを吐出しない非記録の場合、即ち、画素データＳＩがデータ［００］の場合、本実施形態では、第１駆動信号ＣＯＭ１に対応するパルス選択データが［００］とされ、第２駆動信号ＣＯＭ２に対応するパルス選択データが［０１］とされる。これにより、図４に示すように、期間Ｔ１では、何れのパルスも圧電振動子１７に印加されず、期間Ｔ２では、第２駆動信号ＣＯＭ２の微振動パルスＤＰＰが圧電振動子１７に印加される。これにより、記録周期Ｔにおいてノズル２７ではインクが吐出されない程度の圧力振動が付与されてノズル２７近傍のインクが攪拌され、インクの増粘が防止される。

以上のように、規定のドット（本実施形態では、大ドット）を形成するための複数の吐出駆動パルス（ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１，ＤＰＭ２）のうち、時間的により後側で圧電振動子１７に印加される吐出駆動パルスほど、前側で圧電振動子１７に印加される吐出駆動パルスよりも駆動電圧を高めることにより、先に吐出されるインク滴Ｄ１の重量（慣性質量）よりも、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によって後から吐出されるインク滴Ｄ２の重量（慣性質量）を大きくすることができ、これにより、ミストの発生を防止しつつ着弾精度を向上させることができる。その結果、記録画像等の画質の低下を防止することが可能となる。特に、尾引が生じやすいＵＶインク（紫外線硬化型インク）等の高粘度液体を吐出する構成に好適である。
また、駆動電圧の変化に伴って吐出されるインクの重量がほぼ線形的に変化するので、容易に設計上目標とする重量を得ることができ、またヘッド毎の吐出特性のばらつきにも駆動電圧を変化させることで容易に対応することが可能である。

また、上記実施形態では、規定のドットの一種である中ドットを形成するための第１駆動信号ＣＯＭ１の吐出駆動パルス（ＤＰＭ１，ＤＰＭ２）のうちの最も後側で圧電振動子に印加される吐出駆動パルスである第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の発生期間に対応する期間Ｔ２で第２駆動信号ＣＯＭ２の非吐出駆動パルスとしての微振動パルスＤＰＰを発生する構成とし、これにより小ドット形成時と中ドット形成時には、吐出後のインクの尾引を微振動パルスＤＰＰにより低減することができ、また、大ドット形成時には、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によって慣性質量が大きいインク滴を吐出することで尾引を低減することができる。このため、大ドット形成時には微振動パルスＤＰＰを用いる必要がなく、即ち、第１駆動信号ＣＯＭ１に微振動パルスＤＰＰを含ませる必要がないので、その分、吐出周期を短くすることができる。これにより、駆動周波数を高めることができる。

ところで、本発明は、上記した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。

各駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２の各駆動パルスの波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られず、本発明は、種々の波形の駆動パルスを用いることができる。
例えば、ミドルドット吐出駆動パルスに関し、図７に示す第２実施形態のように、圧力発生室の中間容積に対応する中間電位ＶＣを始端電位及び終端電位とする駆動パルスを採用することもできる。なお、図７（ａ）は、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の構成を示し、図７（ｂ）は、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の構成を示している。本実施形態のミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１，ＤＰＭ２は、第１膨張要素Ｐ１１と、第１膨張ホールド要素Ｐ１２と、第１収縮要素Ｐ１３と、制振ホールド要素Ｐ１４と、制振要素Ｐ１５とからなる。第１膨張要素Ｐ１１は、圧力発生室２５の中間容積（膨張又は収縮の基準となる容積）に対応する中間電位ＶＣ（基準電位）から膨張電位（ＶＨ１，ＶＨ２）までインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、第１膨張ホールド要素Ｐ１２は、膨張電位で一定な波形要素である。第１収縮要素Ｐ１３は、膨張電位から収縮電位ＶＨＢまで急勾配で電位を下降させる波形要素であり、制振ホールド要素Ｐ１４は、収縮電位ＶＨＢを所定期間維持する波形要素である。また、制振要素Ｐ１５は収縮電位ＶＨＢから中間電位ＶＣまでインクを吐出させない程度の一定勾配で電位を復帰させる波形要素である。

この第２実施形態においても、第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２の駆動電圧Ｖｄ２（第２膨張電位ＶＨ２と収縮電位ＶＨＢとの電位差）を、第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の駆動電圧Ｖｄ１（第１膨張電位ＶＨ１と収縮電位ＶＨＢとの電位差）よりも大きく設定することにより、ミストの発生を抑制するべく第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２によって吐出されるインク滴の飛翔速度Ｖｍ２を第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１の場合よりも低下させるように構成した場合においても、インク滴の慣性質量をより大きくすることができ、インク滴を安定して飛翔させることができる。その結果、着弾精度を向上させることができる。

また、上記実施形態では、大ドットを形成する場合、第１駆動信号ＣＯＭ１の２つのミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１，ＤＰＭ２を用いる構成を例示したが、これには限られず、例えば、３つ以上のミドルドット吐出駆動パルスを用いて大ドットを形成する構成においても本発明を適用することができる。
さらに、大ドットを形成する場合に限らず、中ドットや小ドットを形成する場合においても、複数の駆動パルスを用いる構成を採用することも可能である。つまり、例えば、中ドットを、複数の小ドット吐出駆動パルスによって形成する構成においても、より後側で圧電振動子１７に印加される小ドット吐出駆動パルスほど、前側で圧電振動子１７に印加される小ドット吐出駆動パルスよりも駆動電圧を高めることで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図８は、本発明の第３実施形態の構成を説明する波形図である。この第３実施形態における第１駆動信号ＣＯＭ１の一記録周期Ｔは、３つのパルス発生期間Ｔ１〜Ｔ３に区分されている。そして、期間Ｔ１で第１ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１が発生され、期間Ｔ２で第２ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ２が発生され、期間Ｔ３で第３ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ３が発生される。一方、第２駆動信号ＣＯＭ２も第１駆動信号ＣＯＭ１と同様にＴ１〜Ｔ３の３つのパルス発生期間に区分されている。そして、期間Ｔ１で第１スモール吐出駆動パルスＤＰＳ１が発生され、期間Ｔ２で第２スモール吐出駆動パルスＤＰＳ２が発生され、期間Ｔ３で微振動パルスＤＰＰが発生される。本実施形態では、大ドットを形成する場合、第１駆動信号ＣＯＭ１の３つのミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１〜ＤＰＭ３が用いられ、また、中ドットを形成する場合、２つのスモールドット吐出駆動パルスＤＰＳ１，ＤＰＳ２が用いられる点が、上記第１実施形態と異なる。なお、小ドットを形成する場合と非記録の場合については上記第１実施形態と同様である。

本実施形態においては、ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１〜ＤＰＭ３の駆動電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ３に関し、Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３の順で大きくなるように設定されている。また、各ミドルドット吐出駆動パルスＤＰＭ１〜ＤＰＭ３によって吐出されるインク滴の飛翔速度Ｖｍ１〜Ｖｍ３に関し、Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｍ３の順で低くなるように構成されている。同様に、各スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳ１，ＤＰＳ２の駆動電圧Ｖｄａ，Ｖｄｂに関し、ＶｄａよりもＶｄｂの方が大きく設定されている。また、第２スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳ２によって吐出されるインク滴の飛翔速度Ｖｍｓ２が、第１スモールドット吐出駆動パルスＤＰＳ１によって吐出されるインク滴の飛翔速度Ｖｍｓ１よりも低くなるように構成されている。本実施形態においても、大ドット形成時及び中ドット形成時において、より後側で吐出されるインク滴の慣性質量をより大きくすることができ、インク滴を安定して飛翔させることができる。

要は、規定のドットを形成するための複数の吐出駆動パルスのうち、より後側で圧電振動子１７に印加される吐出駆動パルスほど、前側で圧電振動子１７に印加される吐出駆動パルスよりも駆動電圧を高めるようにすればよい。或いは、最後に圧力発生素子に印加される吐出駆動パルスのみ、これよりも前で圧力発生素子に印加される吐出駆動パルスよりも駆動電圧を高める構成を採用することもできる。

また、上記各実施形態では、圧力発生素子として、所謂縦振動型の圧電振動子１７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、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。

そして、本発明は、複数の駆動信号を用いて吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，１７…圧電振動子，２５…圧力発生室，２７…ノズル，４１…制御部，４３…駆動信号発生回路

Claims (2)

1. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、
   圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、を備え、
   前記駆動信号に含まれる吐出駆動パルスを複数連続して前記圧力発生素子に順次印加することで着弾対象物上に規定のドットを形成する液体吐出装置であって、
   前記駆動信号発生手段は、前記規定のドットを形成するための複数の吐出駆動パルスのうち、圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧よりも高め、
   圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間よりも長くすることで、後に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度が、先に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度よりも低下するようにしたことを特徴とする液体吐出装置。
2. ノズル、当該ノズルに連通する圧力発生室、及び、当該圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液体を吐出可能な液体吐出ヘッドと、圧力発生素子を駆動してノズルから液体を吐出させる吐出駆動パルスを複数含む駆動信号を繰り返し発生する駆動信号発生手段と、を備え、前記駆動信号に含まれる吐出駆動パルスを複数連続して前記圧力発生素子に順次印加することで着弾対象物上に規定のドットを形成する液体吐出装置の制御方法であって、
   前記規定のドットを形成するための複数の吐出駆動パルスのうち、圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの駆動電圧よりも高め、
   圧力発生素子に時間的に後に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間を、圧力発生素子に時間的に先に印加される吐出駆動パルスの吐出要素の時間よりも長くすることで、後に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度が、先に印加される吐出駆動パルスにより前記ノズルから吐出される液体の飛翔速度よりも低下するようにしたことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

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