JP2018126919A - 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

Abstract

【課題】所望の大きさの液滴を安定的に吐出することができる液体吐出装置を提供する。【解決手段】駆動信号生成回路４１は、駆動周期毎に、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２を含む第１サブ駆動信号Ｗ１および第３駆動パルスＰ３を含み、第１サブ駆動信号Ｗ１よりも前に位置する第２サブ駆動信号Ｗ２を少なくとも有するメイン駆動信号Ｗを生成し、駆動信号供給回路４２は、圧力室３３の一部を区画する振動板３２に連結されたアクチュエータ３６に対して第１サブ駆動信号Ｗ１を供給しかつ第２サブ駆動信号Ｗ２を供給しない第１ドット形成部４２ａと、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を供給する第２ドット形成部４２ｂとを備えている。【選択図】図３

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、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、液体吐出装置は通常、複数のノズルと、それぞれのノズルと連通する複数の圧力室と、を備えている。１つのノズルから液滴が吐出されるとき、該ノズルと連通する圧力室に隣接する他の圧力室には、液滴吐出による圧力変動が生じ得る。ここで、特許文献１には、サイズの異なる複数の液滴を吐出する際に用いられる駆動信号が開示されている。このような駆動信号を用いて特定のノズルから液滴を吐出するとき、これに隣接するノズルによってどのサイズのドットが形成されたかにより（即ち吐出された液滴量により）、特定のノズルに生じ得る圧力変動に差が生じてしまう。この結果、特定のノズルから吐出される液滴の特性が変動してしまう虞がある。

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、所望の大きさの液滴を安定的に吐出することができる液体吐出装置を提供することである。

本発明に係る液体吐出装置は、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サブ駆動信号および１つまたは２つ以上の駆動パルスを含み、前記第１サブ駆動信号よりも前に位置する第２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かつ前記第２サブ駆動信号を供給しない第１ドット形成部と、前記アクチュエータに対して前記第１サブ駆動信号および前記第２サブ駆動信号を供給する第２ドット形成部と、を備えている。

本発明の液体吐出装置によると、第１ドットを形成する場合と第２ドットを形成する場合とにおいて、メイン駆動信号のうち第１サブ駆動信号が共通である。ここで、第２サブ駆動信号は第１サブ駆動信号より前に位置するため、第１ドットを形成する場合と第２ドットを形成する場合とにおいて、各アクチュエータに供給される第１サブ駆動信号の最終部分の駆動パルスが共有されることになる。これにより、隣接するノズルによってどのサイズのドットが形成されたかに関わらず、第１サブ駆動信号のうちの最後の駆動パルスの駆動タイミングが全て同じになる。この結果、ノズルによって形成されたドットのサイズによらず、圧力室には一定の圧力変動が起きるため、ノズル毎の特性のバラツキを低減することができ、各ノズル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。

本発明によれば、所望の大きさの液滴を安定的に吐出することが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。 一実施形態に係るメイン駆動信号の波形図である。 第１駆動パルスを示す説明図である。 図６Ａの第１駆動パルスに対応する圧力室の状態を示す説明図である。 ノズル近傍のメニスカスの状態を示す説明図である。 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。

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。例えば走査速度は、駆動周波数１６ｋＨｚ程度で、概ね１３００〜１４００ｍｍ／ｓ程度に設定され得る。

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。

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。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である。

ケース３１の側壁には、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とつながっていればよく、インク流入口３４の位置は何ら限定されない。圧力室３３には、インク流入口３４を通じてインクカートリッジ２１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。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。

圧力室３３は、ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃを有している。ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃは、圧力室３３を構成する各構成要素、例えばケース３１や振動板３２の材質や大きさ、形状、構成部材の配置位置、ノズル３５の開口面積、インクの物性（例えば粘度）などによって一義的に特定される。ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃは、インク吐出時の吐出ヘッド２５に固有の振動周期である。ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃは、例えば数μｓ〜数十μｓ程度の振動周期である。インク滴を吐出した後の圧力室３３には、この振動周期をもった残留振動が生じることとなる。

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。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。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１サブ駆動信号および第２サブ駆動信号を供給しかつ第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。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。

図５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５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５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１サブ駆動信号Ｗ１は、メイン駆動信号Ｗの最後部に位置する。第２サブ駆動信号Ｗ２は、第１サブ駆動信号Ｗ１より前に位置する。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。なお、第３サブ駆動信号Ｗ３は、第１サブ駆動信号Ｗ１と第２サブ駆動信号Ｗ２との間に位置してもよい。

第１サブ駆動信号Ｗ１は、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２を含む。第１駆動パルスＰ１は第２駆動パルスＰ２より前に位置する。第１駆動パルスＰ１は、電位がＶ０からＶ１に降下する放電波形要素Ｔ１１と、電位がＶ１に維持される放電維持波形要素Ｔ１２と、電位がＶ１からＶ０に上昇する充電波形要素Ｔ１３とからなっている。第２駆動パルスＰ２は、電位が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Ｖ４に上昇する充電波形要素Ｔ２３と、電位がＶ４に維持される充電維持波形要素Ｔ２４と、電位がＶ４からＶ０に降下する放電波形要素Ｔ２５とからなっている。

第２サブ駆動信号Ｗ２は、第３駆動パルスＰ３を含む。第３駆動パルスＰ３は、電位がＶ０からＶ１に降下する放電波形要素Ｔ３１と、電位がＶ１に維持される放電維持波形要素Ｔ３２と、電位がＶ１からＶ０に上昇する充電波形要素Ｔ３３とからなっている。

第３サブ駆動信号Ｗ３は、第４駆動パルスＰ４および第５駆動パルスＰ５を含む。第４駆動パルスＰ４は第５駆動パルスＰ５より前に位置する。第４駆動パルスＰ４は、電位が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Ｖ０に上昇する充電波形要素Ｔ４３とからなっている。第５駆動パルスＰ５は、電位がＶ０からＶ３に降下する放電波形要素Ｔ５１と、電位がＶ３に維持される放電維持波形要素Ｔ５２と、電位がＶ３からＶｍに上昇する充電波形要素Ｔ５３と、電位がＶｍに維持される放電維持波形要素Ｔ５４と、電位がＶｍからＶ０に上昇する充電波形要素Ｔ５５とからなっている。なお、本実施形態では、Ｖ４＞Ｖ０＞Ｖｍ＞Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３である。ただし、Ｖｍ、Ｖ１、Ｖ２、およびＶ３の相互の大小関係は特に限定されない。

第１駆動パルスＰ１、第２駆動パルスＰ２、第３駆動パルスＰ３、第４駆動パルスＰ４および第５駆動パルスＰ５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５駆動パルスＰ５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５駆動パルスＰ５は、それぞれ第１の液滴〜第５の液滴を吐出するための駆動パルスである。

本実施形態では、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２の放電時間（即ち放電と放電維持の合計時間）が、それぞれ、吐出ヘッド２５のヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃの１／２に設定されている。即ち、図５に示すように、放電波形要素Ｔ１１の開始時間をｔ０とし、放電維持波形要素Ｔ１２の終了時間をｔ１としたときに、ｔ０とｔ１とは、次式（１）：ｔ１−ｔ０＝（１／２）×Ｔｃ；を満たすように設定されている。また、放電波形要素Ｔ２１の開始時間をｔ２とし、放電維持波形要素Ｔ２２の終了時間をｔ３としたときに、ｔ２とｔ３とは、次式（２）：ｔ３−ｔ２＝（１／２）×Ｔｃ；を満たすように設定されている。図６Ａに示すように、アクチュエータ３６は、放電によって電圧値が下降すると収縮し、充電によって電圧値が上昇すると伸長する。圧力室３３は、アクチュエータ３６が収縮すると膨張し、アクチュエータ３６が伸長すると収縮する。このため、上記式（１）におけるｔ１−ｔ０および上記式（２）におけるｔ３−ｔ２は、圧力室３３の膨張状態を維持する時間を表している。アクチュエータ３６の収縮によって、圧力室３３には、図６Ｂに破線で示すようなヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃのヘルムホルツ固有振動が生じる。ここで、上記式（１）または式（２）を満たすタイミングでアクチュエータ３６を収縮状態から伸長状態へと切り替えることにより、図６Ｂに実線で示すように、圧力室３３のヘルムホルツ固有振動の振幅を増大させることができる。このように圧力室３３の膨張収縮をヘルムホルツ固有振動に同期させることで、インク吐出を安定化させると共に、より小さい駆動電圧で相対的に大きなインク滴を吐出することができる。その結果、記録紙５上に大きなドットを精度よく形成することができる。

本実施形態では、第２駆動パルスＰ２の駆動の開始タイミングΔＴが、第１駆動パルスＰ１の開始からｐ×Ｔｃ（ｐ≧２）後に設定されている。即ち、ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃで振動している圧力室３３が膨張し始めるタイミングで第２駆動パルスＰ２を開始する。これにより、ヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃで膨張している圧力室３３の振動を打ち消す（キャンセルする）動作が防止され、吐出安定性を向上することができる。その結果、記録紙５上の所定の位置に安定した大きさのドットを形成することができる。なお、本明細書において「ｐ×Ｔｃ」とは、理論上のｐ×Ｔｃに厳密に一致する場合に限らず、Ｔｃの揺らぎや誤差などを許容し得るものである。例えば、「ｐ×Ｔｃ」は、理論上のｐ×Ｔｃ−（１／８）×Ｔｃ〜ｐ×Ｔｃ＋（１／８）×Ｔｃの範囲内の値であってよく、好ましくは理論上のｐ×Ｔｃ−（１／１０）×Ｔｃ〜ｐ×Ｔｃ＋（１／１０）×Ｔｃの範囲内の値である。

ここで、上記第２駆動パルスＰ２の開始のタイミングを、第１駆動パルスＰ１の開始から２Ｔｃ以降、つまり、ｐ≧２とする効果について説明する。第１の液滴を吐出した後の圧力室３３には、アクチュエータ３６の圧力変動が残留する。これにより、ノズル３５のメニスカス３５ａは、圧力室３３の側に大きく引き込まれた状態となる。メニスカス３５ａは、ノズル３５の開口部の側へ継時的に回復し、上記引き込み量が少しずつ減少する。図６Ｃに示すように、メニスカス３５ａの引き込み量が大きなＴｃ後の状態で第２駆動パルスＰ２を開始すると、第１の液滴吐出後から第２の液滴吐出開始までの時間間隔が短いため、所謂、引きうちの状態となり、第２の液滴の液量が少なくなってしまう。また、ノズル３５近傍の流路抵抗が増大して、第２の液滴の吐出後にサテライトの速度が低下し易くなる。その結果、ミストが発生し易くなる。

第２駆動パルスＰ２の開始を２Ｔｃ以降（つまりｐ≧２）とすることで、メニスカス３５ａがノズル３５の開口部の側に所定量以上回復した状態で、第２の液滴を吐出することができる。したがって、Ｔｃ経過後に第２駆動パルスＰ２を開始する場合と比べて、第２の液滴の液量を大きくすることができる。また、第１駆動パルスＰ１と第２駆動パルスＰ２との間隔が広がり、第１駆動パルスＰ１によって増大した圧力室３３のヘルムホルツ振動が時間経過により収束してゆく。このため、圧力室３３の収縮度合いが小さくなり、ノズル３５を通過する単位時間当たりのインク量が減る。その結果、ノズル３５近傍の流路抵抗も小さくなり、サテライトの速度を上昇させることができる。これにより、サテライト滴やミストの発生を抑制すると共に、第１の液滴と同等かそれ以上の吐出量で第２の液滴を安定的に吐出することができる。ｐの値は、例えば図１に示すような業務用の大判プリンタの場合にあっては、概ね１０以下、典型的には７以下、好ましくは５以下、より好ましくは３以下、特にはｎ＝２であるとよい。

本実施形態では、第２駆動パルスＰ２によって吐出される第２の液滴（第２インク滴）が第１駆動パルスＰ１によって吐出される第１の液滴（第１インク滴）以上の速さになるように設定されている。即ち、第２駆動パルスＰ２の充電波形要素Ｔ２３における電位の変化量（Ｖ４−Ｖ２）は、第１駆動パルスＰ１の充電波形要素Ｔ１３における電位の変化量（Ｖ０−Ｖｌ）よりも大きく設定されている。これにより、第１の液滴と第２の液滴とを記録紙５上に着弾する前に（言い換えると飛翔中に）的確にマージさせることができる。また、長いサテライト滴やミストの発生をより良く抑制することもできる。

図７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。続いてアクチュエータ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、再び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。すなわち、アクチュエータ３６に第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２が供給されると、ノズル３５から第１の液滴および第２の液滴を吐出する動作が行われる。第１の液滴と第２の液滴とは、記録紙５上に着弾する前にマージされる。

図８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３駆動パルスＰ３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３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１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２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の液滴および第２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３駆動パルスＰ３が供給されると、ノズル３５から第１の液滴〜第３の液滴を吐出する動作が行われる。第１の液滴〜第３の液滴は、記録紙５上に着弾する前にマージされる。

図９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。続いてアクチュエータ３６に第５駆動パルスＰ５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５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３駆動パルスＰ３、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２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、第１の液滴および第２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５駆動パルスＰ５が供給されると、ノズル３５から第１の液滴〜第５の液滴を吐出する動作が行われる。第１の液滴〜第５の液滴は、記録紙５上に着弾する前にマージされる。

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、メイン駆動信号Ｗの最後部に位置する第１サブ駆動信号Ｗ１（即ち第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２）が共通して用いられる。このため、吐出ヘッド２５の特定のノズル３５によって、第１ドット、第２ドットまたは第３ドットを形成した場合において、該特定のノズル３５に生じ得る圧力変動は一定になる。このため、該特定のノズル３５に隣接するノズル３５や該ノズル３５に連通する圧力室３３に生じ得る圧力変動も一定となり、ノズル３５毎の特性のバラツキを低減することができる。

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ドットを形成する場合と第２ドットを形成する場合とにおいて、メイン駆動信号Ｗのうち第１サブ駆動信号Ｗ１が共通である。ここで、第２サブ駆動信号Ｗ２は第１サブ駆動信号Ｗ１より前に位置するため、第１ドットを形成する場合と第２ドットを形成する場合とにおいて、各アクチュエータ３６に供給される第１サブ駆動信号Ｗ１の最終部分の駆動パルスである第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２が共有されることになる。これにより、隣接するノズル３５によってどのサイズのドットが形成されたかに関わらず、第１サブ駆動信号Ｗ１のうちの最後の駆動パルスである第２駆動パルスＰ２の駆動タイミングが全て同じになる。この結果、ノズル３５によって形成されたドットのサイズによらず、圧力室３３には一定の圧力変動が起きるため、ノズル３５毎の特性のバラツキを低減することができ、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。

本実施形態の液体吐出装置２０では、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２において、圧力室３３を（１／２）×Ｔｃのタイミングで膨張状態から収縮に切り替える。これにより、第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２が、圧力室３３のヘルムホルツ固有振動周期Ｔｃを増幅させるように作用する。その結果、液滴の吐出安定性を高めると共に、圧力室３３の膨張収縮量が増して、より大きな液滴を吐出することができる。また、液体吐出装置２０では、第２駆動パルスＰ２の開始のタイミングを第１駆動パルスＰ１の開始からｐ×Ｔｃ（ｐ≧２）後とする。これにより、第１の液滴吐出後のメニスカス３５ａの引き込み量が適度に低減され、液量の多い大きな第２の液滴を安定的に吐出することができる。さらに、液体吐出装置２０では、第２の液滴が第１の液滴以上の速さで吐出される。このため、第１の液滴と第２の液滴とが的確にマージされる。また、第２の液滴の吐出速度が速められることで、サテライト滴やミストの発生を高度に抑制することができる。

本実施形態の液体吐出装置２０では、第２駆動パルスＰ２の駆動の開始タイミングΔＴを、第１駆動パルスＰ１の開始からｐ×Ｔｃ（ｐは、好ましくはｐ＝２〜５、特にはｐ＝２）後に設定している。これにより、印刷速度を速めてスループットを向上することができる。また、インク滴の吐出速度を確保して、吐出をより安定化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１ドット、第２ドットおよび第３ドットを形成する場合において、メイン駆動信号Ｗのうち第１サブ駆動信号Ｗ１が共通である。ここで、第２サブ駆動信号Ｗ２および第３サブ駆動信号Ｗ３は第１サブ駆動信号Ｗ１より前に位置するため、第１ドット、第２ドットおよび第３ドットを形成する場合において、各アクチュエータ３６に供給される第１サブ駆動信号Ｗ１の最終部分の第１駆動パルスＰ１および第２駆動パルスＰ２が共有されることになる。これにより、隣接するノズル３５によってどのサイズのドットが形成されたかに関わらず、第１サブ駆動信号Ｗ１のうちの最後の駆動パルスである第２駆動パルスＰ２の駆動タイミングが全て同じになる。この結果、ノズル３５によって形成されたドットのサイズによらず、圧力室３３には一定の圧力変動が起きるため、ノズル３５毎の特性のバラツキを低減することができ、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。

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よりも前に位置する。ノズル３５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、中ドットを形成するときに第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に、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２サブ駆動信号Ｗ２は、第３駆動パルスＰ３を含み、第３サブ駆動信号Ｗ３は、第４駆動パルスＰ４と第５駆動パルスＰ５とを含む。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。

上記した各実施形態では、液体がインクであったが、これには限定されない。液体吐出装置２０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、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、第１サブ駆動信号Ｗ１が２つの駆動パルスを含み、第２サブ駆動信号Ｗ２が１つの駆動信号を含み、第３サブ駆動信号Ｗ３が２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１または３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２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１または３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、２つのサブ駆動信号のみ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
３２ 振動板
３３ 圧力室
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 (7)

1. 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サブ駆動信号および１つまたは２つ以上の駆動パルスを含み、前記第１サブ駆動信号よりも前に位置する第２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かつ前記第２サブ駆動信号を供給しない第１ドット形成部と、
   前記アクチュエータに対して前記第１サブ駆動信号および前記第２サブ駆動信号を供給する第２ドット形成部と、を備えている、液体吐出装置。
2. 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駆動パルスと、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駆動パルスと、を含み、
   前記液体吐出ヘッドのヘルムホルツ固有振動周期をＴｃとしたときに、
   前記第１駆動パルスは、前記圧力室の膨張している状態が（１／２）×Ｔｃの時間持続されるように構成され、
   前記第２駆動パルスは、前記第１駆動パルスの開始からｐ×Ｔｃ（ただし、ｐは２以上の整数である。）後のタイミングで開始され、前記圧力室の膨張している状態が（１／２）×Ｔｃの時間持続され、前記第２の液滴が前記第１の液滴以上の速さで吐出されるように構成されている、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記ｐは２である、請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 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み、前記第１サブ駆動信号よりも前に位置する第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第３ドット形成部をさらに備えている、請求項１から３のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
5. 前記第３サブ駆動信号は、前記第２サブ駆動信号よりも前に位置する、請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 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４の液滴を吐出するための第４駆動パルスと、前記圧力室を膨張および収縮させることにより第５の液滴を吐出するための第５駆動パルスと、を含む、請求項４または５に記載の液体吐出装置。
7. 請求項１〜６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。

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