JP7552304B2 - 液体を吐出する装置、駆動波形生成装置、ヘッド駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は液体を吐出する装置、駆動波形生成装置、ヘッド駆動方法に関する。

液体吐出ヘッドを駆動するとき、例えば、圧力室を膨張させる膨張波形要素によって生じるメニスカス振動の周期（ヘルムホルツ周期）の位相に合わせて、液体吐出が共振するタイミングで圧力室を収縮させる収縮波形要素を印加する駆動パルス（吐出パルス）が使用されている。

また、複数の駆動パルス（吐出パルス）によって大きな滴を形成するとき、第１駆動パルスによる滴吐出によって励起されたメニスカス振動と第２駆動パルスによる滴吐出によって励起されたメニスカス振動の位相が一致するように第２駆動パルスを印加することが知られている（特許文献１）。

特許第６１８２８８７号公報

しかしながら、複数の駆動パルスを共振タイミングで印加して液体と吐出させると、単一の駆動パルスで液体を吐出させる場合に比べて、同じ共通流路に通じるノズル間での吐出速度のばらつきが大きくな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、吐出速度のばらつきを抑制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、
液体吐出ヘッドに与える駆動波形を生成する駆動波形生成手段を備え、
前記駆動波形は、少なくとも、液体を吐出させる２つの吐出パルスを時系列で含み、
前記２つの吐出パルスの間隔は、先行の吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して制振させる状態で後行の前記吐出パルスによる液体吐出が行われる時間であり、
前記駆動波形は、少なくとも、前記２つの吐出パルスの間に、前記液体を吐出させない１又は複数の非吐出パルスを含む
構成とした。

本発明によれば、吐出速度のばらつきを抑制できる。

本発明の第１実施形態に液体を吐出する装置としての印刷装置の概略説明図である。 同印刷装置の吐出ユニットの平面説明図である。 同吐出ユニットの液体吐出ヘッドの一例をノズル面側から見た外観斜視説明図である。 同じくノズル面と反対側から見た外観斜視説明図である。 同じく分解斜視説明図である。 同じく流路構成部材の分解斜視説明図である。 図６の要部拡大斜視説明図である。 同じく流路部分の断面斜視説明図である。 ヘッドを駆動するヘッド駆動制御装置に係る部分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パルス間隔に対する吐出速度のばらつき及び第２パルスの電圧Ｖｐ２の関係の一例を示す説明図である。 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パルス間隔に対する吐出速度のばらつき及び第２パルスの電圧Ｖｐ２の関係の一例を示す説明図である。 同実施形態において第１吐出パルスと非吐出パルスとのパルス間隔を変化させた場合の例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に供する説明図である。 本発明の第４実施形態における駆動波形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。本発明の第１実施形態に係る液体を吐出する装置としての印刷装置について図１及び図２を参照して説明する。図１は同印刷装置の概略説明図、図２は同印刷装置の吐出ユニットの平面説明図である。

印刷装置１は、液体を吐出する装置であり、シート材Ｐを搬入する搬入部１０と、前処理部２０と、印刷部３０と、乾燥部４０と、搬出部５０とを備えている。

印刷装置１は、搬入部１０から搬入（供給）されるシート材Ｐに対し、前処理手段である前処理部２０で必要に応じて前処理液を付与（塗布）し、印刷部３０で液体を付与して所要の印刷を行い、乾燥部４０でシート材Ｐに付着した液体を乾燥させた後、シート材Ｐを搬出部５０に排出する。

搬入部１０は、複数のシート材Ｐを収容する搬入トレイ１１（下段搬入トレイ１１Ａ、上段搬入トレイ１１Ｂ）と、搬入トレイ１１からシート材Ｐを１枚ずつ分離して送り出す給送装置１２（１２Ａ、１２Ｂ）とを備え、シート材Ｐを前処理部２０に供給する。

前処理部２０は、例えばインクを凝集させ、裏写りを防止する作用効果を有する処理液をシート材Ｐの印刷面に付与する処理液付与手段である塗布部２１などを備えている。

印刷部３０は、シート材Ｐを周面に担持して回転する担持部材（回転部材）であるドラム３１と、ドラム３１に担持されたシート材Ｐに向けて液体を吐出する液体吐出部３２を備えている。

また、印刷部３０は、前処理部２０から送り込まれたシート材Ｐを受け取ってドラム３１との間でシート材Ｐを渡す渡し胴３４と、ドラム３１によって搬送されたシート材Ｐを受け取って乾燥部４０に渡す受け渡し胴３５を備えている。

前処理部２０から印刷部３０へ搬送されてきたシート材Ｐは、渡し胴３４に設けられた把持手段（シートグリッパ）によって先端が把持され、渡し胴３４の回転に伴って搬送される。渡し胴３４により搬送されたシート材Ｐは、ドラム３１との対向位置でドラム３１へ受け渡される。

ドラム３１の表面にも把持手段（シートグリッパ）が設けられており、シート材Ｐの先端が把持手段（シートグリッパ）によって把持される。ドラム３１の表面には、複数の吸引穴が分散して形成され、吸引手段によってドラム３１の所要の吸引穴から内側へ向かう吸い込み気流を発生させる。

そして、渡し胴３４からドラム３１へ受け渡されたシート材Ｐは、シートグリッパによって先端が把持されるとともに、吸引手段による吸い込み気流によってドラム３１上に吸着担持され、ドラム３１の回転に伴って搬送される。

液体吐出部３２は、液体吐出手段である吐出ユニット３３（３３Ａ～３３Ｄ）を備えている。例えば、吐出ユニット３３Ａはシアン（Ｃ）の液体を、吐出ユニット３３Ｂはマゼンタ（Ｍ）の液体を、吐出ユニット３３Ｃはイエロー（Ｙ）の液体を、吐出ユニット３３Ｄはブラック（Ｋ）の液体を、それぞれ吐出する。また、その他、白色、金色（銀色）などの特殊な液体の吐出を行う吐出ユニットを使用することもできる。

吐出ユニット３３は、例えば、図２に示すように、複数のノズル１１１を二次元マトリクス状に配列した複数の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）１００をベース部材３３１に千鳥状に配置したフルライン型ヘッドである。

液体吐出部３２の各吐出ユニット３３は、印刷情報に応じた駆動信号によりそれぞれ吐出動作が制御される。ドラム３１に担持されたシート材Ｐが液体吐出部３２との対向領域を通過するときに、吐出ユニット３３から各色の液体が吐出され、当該印刷情報に応じた画像が印刷される。

乾燥部４０は、印刷部３０でシート材Ｐ上に付着した液体を乾燥させる。これにより、液体中の水分等の液分が蒸発し、シート材Ｐ上に液体中に含まれる着色剤が定着し、また、シート材Ｐのカールが抑制される。

反転機構部６０は、乾燥部４０を通過したシート材Ｐに対して両面印刷をおこなうときに、スイッチバック方式で、シート材Ｐを反転する機構であり、反転されたシート材Ｐは印刷部３０の搬送経路６１を通じて渡し胴３４よりも上流側に逆送される。

搬出部５０は、複数のシート材Ｐが積載される搬出トレイ５１を備えている。乾燥部４０から反転機構部６０を介して搬送されてくるシート材Ｐは、搬出トレイ５１上に順次積み重ねられて保持される。

次に、吐出ユニットの液体吐出ヘッドの一例について図３ないし図８を参照して説明する。図３は同液体吐出ヘッドをノズル面側から見た外観斜視説明図、図４は同じくノズル面と反対側から見た外観斜視説明図、図５は同じく分解斜視説明図、図６は同じく流路構成部材の分解斜視説明図、図７は図６の要部拡大斜視説明図、図８は同じく流路部分の断面斜視説明図である。

液体吐出ヘッド１００は、ノズル板１１０と、流路板（個別流路部材）１２０と、振動板部材１３０と、共通流路支流部材１５０と、ダンパ部材１６０と、共通流路本流部材１７０、フレーム部材１８０と、配線部材（フレキシブル配線基板）１４５などを備えている。配線部材１４５にはヘッドドライバ（ドライバＩＣ）１４６が実装されている。本実施形態では、個別流路部材１２０と振動板部材１３０とによってアクチュエータ基板１０２を構成している。

ノズル板１１０には、液体を吐出する複数のノズル１１１を有している。複数のノズル１１１は、二次元状にマトリクス配置されている。

個別流路部材１２０は、複数のノズル１１１に各々連通する複数の圧力室（個別液室）１２１と、複数の圧力室１２１に各々通じる複数の個別供給流路１２２と、複数の圧力室１２１に各々通じる複数の個別回収流路１２３とを形成している。

振動板部材１３０は、圧力室１２１の変形な可能な壁面である振動板１３１を形成し、振動板１３１には圧電素子１４０が一体に設けられている。また、振動板部材１３０には、個別供給流路１２２に通じる供給側開口１３２と、個別回収流路１２３に通じる回収側開口１３３とが形成されている。圧電素子１４０は、振動板１３１を変形させて圧力室１２１内の液体を加圧する圧力発生手段である。

共通流路支流部材１５０は、２以上の個別供給流路１２２に通じる複数の共通供給流路支流１５２と、２以上の個別回収流路１２３に通じる複数の共通回収流路支流１５３とを交互に隣接して形成している。

共通流路支流部材１５０には、個別供給流路１２２の供給側開口１３２と共通供給流路支流１５２を通じる供給口１５４となる貫通孔と、個別回収流路１２３の回収側開口１３３と共通回収流路支流１５３を通じる回収口１５５となる貫通孔が形成されている。

また、共通流路支流部材１５０は、複数の共通供給流路支流１５２に通じる１又は複数の共通供給流路本流１５６の一部１５６ａと、複数の共通回収流路支流１５３に通じる１又は複数の共通回収流路本流１５７の一部１５７ａを形成している。

ダンパ部材１６０は、共通供給流路支流１５２の供給口１５４と対面する（対向する）供給側ダンパと、共通回収流路支流１５３の回収口１５５と対面する（対向する）回収側ダンパを有している。

ここで、共通供給流路支流１５２及び共通回収流路支流１５３は、同じ部材である共通流路支流部材１５０に交互に並べて配列された溝部を、変形可能な壁面を形成するダンパ部材１６０で封止することで構成している。

共通流路本流部材１７０は、複数の共通供給流路支流１５２に通じる共通供給流路本流１５６と、複数の共通回収流路支流１５３に通じる共通回収流路本流１５７を形成する。

フレーム部材１８０には、通供給流路本流１５６の一部１５６ｂと、共通回収流路本流１５７の一部１５７ｂが形成されている。共通供給流路本流１５６の一部１５６ｂはフレーム部材１８０に設けた供給ポート１８１に通じ、共通回収流路本流１５７の一部１５７ｂはフレーム部材１８０に設けた回収ポート１８２に通じている。

この液体吐出ヘッド１００においては、圧電素子１４０に駆動パルスを印加することによって圧電素子１４０が撓み変形をして圧力室１２１内の液体を加圧することにより、ノズル１１１から液体が滴状に吐出される。

次に、ヘッドを駆動するヘッド駆動制御装置に係る部分について図９のブロック説明図を参照して説明する。

ヘッド１００に対して駆動波形を与えるヘッド駆動制御装置４００は、ヘッド制御部４０１と、駆動波形生成手段を構成する駆動波形生成部４０２及び波形データ格納部４０３と、ヘッドドライバ４１０と、吐出タイミングを生成するための吐出タイミング生成部４０４を備えている。

ヘッド制御部４０１は、吐出タイミングパルスｓｔｂを受信すると、駆動波形の生成のトリガーとなる吐出同期信号ＬＩＮＥを駆動波形生成部４０２へ出力する。また、ヘッド制御部４０１は、吐出同期信号ＬＩＮＥからの遅延量に当たる吐出タイミング信号ＣＨＡＮＧＥを駆動波形生成部４０２へ出力する。

駆動波形生成部４０２は、本発明に係る駆動波形生成装置であり、吐出同期信号ＬＩＮＥと、吐出タイミング信号ＣＨＡＮＧＥに基づいたタイミングで共通駆動波形Ｖｃｏｍを生成する。

ヘッド制御部４０１は、画像データを受け取り、この画像データをもとに、ヘッド１００の各ノズル１０４から吐出させる液体の大きさに応じて共通駆動波形信号Ｖｃｏｍの所定波形を選択するためのマスク制御信号ＭＮを生成する。マスク制御信号ＭＮは吐出タイミング信号ＣＨＡＮＧＥに同期したタイミングの信号である。

そして、ヘッド制御部４０１は、画像データＳＤと、同期クロック信号ＳＣＫと、画像データのラッチを命令するラッチ信号ＬＴと、生成したマスク制御信号ＭＮとを、ヘッドドライバ４１０に転送する。

ヘッドドライバ４１０は、シフトレジスタ４１１、ラッチ回路４１２、階調デコーダ４１３、レベルシフタ４１４、及びアナログスイッチアレイ４１５を備える。

シフトレジスタ４１１は、ヘッド制御部４０１から転送される画像データＳＤ及び同期クロック信号ＳＣＫを入力する。ラッチ回路４１２は、シフトレジスタ４１１の各レジスト値を、ヘッド制御部４０１から転送されるラッチ信号ＬＴによってラッチする。

階調デコーダ４１３は、ラッチ回路４１２でラッチした値（画像データＳＤ）とマスク制御信号ＭＮとをデコードして結果を出力する。レベルシフタ４１４は、階調デコーダ４１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチアレイ４１５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４１５のアナログスイッチＡＳは、レベルシフタ４１４を介して与えられる階調デコーダ４１３の出力でオン／オフするスイッチである。このアナログスイッチＡＳは、ヘッド１００が備えるノズル１０４毎に設けられ、各ノズル１０４に対応する圧電素子１４０の個別電極に接続されている。また、アナログスイッチＡＳには、駆動波形生成部４０２からの共通駆動波形信号Ｖｃｏｍが入力されている。また、上述したようにマスク制御信号ＭＮのタイミングが共通駆動波形Ｖｃｏｍのタイミングと同期している。

したがって、レベルシフタ４１４を介して与えられる階調デコーダ４１３の出力に応じて適切なタイミングでアナログスイッチＡＳのオン／オフが切り替えられることにより、共通駆動波形信号Ｖｃｏｍを構成する駆動パルスの中から各ノズル１０４に対応する圧電素子１４０に印加される駆動パルスが選択される。その結果、ノズル１０４から吐出される滴の大きさが制御される。

吐出タイミング生成部４０４は、ドラム３１の回転量を検出するロータリエンコーダ４０５の検出結果から、シート材Ｐが所定量移動される毎に吐出タイミングパルスｓｔｂを生成して出力する。ロータリエンコーダ４０５は、ドラム３１と共に回転するエンコーダホイールと、エンコーダホイールのスリットを読取るエンコーダセンサで構成される。

次に、本発明の第１実施形態における駆動波形について図１０を参照して説明する。図１０は同説明に供する説明図である。

本実施形態の駆動波形Ｖａは、圧力室１２１の液体を吐出する程度に加圧する第１吐出パルスＰａ１と、圧力室１２１の液体を吐出させる程度に加圧する第２吐出パルスＰａ２とで構成されている。先行する吐出パルスである第１吐出パルスＰａ１と後行する吐出パルスである第２吐出パルスＰａ２とは、時系列で連続して生成する。

第１吐出パルスＰａ１は、圧力室１２１を膨張させる膨張波形要素ａ１と、膨張波形要素ａ１で膨張された状態を保持する保持波形要素ｂ１と、保持波形要素ｂ１で保持されている状態から圧力室１２１を収縮させて液体を吐出させる収縮波形要素ｃ１とで構成される。

第１吐出パルスＰａ１の膨張波形要素ａ１は中間電位（又は基準電位）Ｖｍから電位Ｖ１まで立ち下がる波形であり、保持波形要素ｂ１は電位Ｖ１を保持する波形であり、収縮波形要素ｃ１は電位Ｖ１から中間電位Ｖｍまで立ち上がる波形である。この第１吐出パルスＰａ１の波高値は電圧Ｖｐ１とする。

第２吐出パルスＰａ２は、圧力室１２１を膨張させる膨張波形要素ａ２と、膨張波形要素ａ２で膨張された状態を保持する保持波形要素ｂ２と、保持波形要素ｂ２で保持されている状態から圧力室１２１を収縮させて液体を吐出させる収縮波形要素ｃ２とで構成される。

第２吐出パルスＰａ２の膨張波形要素ａ２は中間電位（基準電位ともいう。）Ｖｍから電位Ｖ２まで立ち下がる波形であり、保持波形要素ｂ２は電位Ｖ２を保持する波形であり、収縮波形要素ｃ２は電位Ｖ２から中間電位Ｖｍまで立ち上がる波形である。この吐出パルスＰａ２の波高値は電圧Ｖｐ２（Ｖｐ２＞Ｖｐ１）とする。

第１吐出パルスＰａ１の収縮波形要素ｃ１の終了時点から第２吐出パルスＰａ２の膨張波形要素ａ２の開始時点までの波形をパルス間保持波形要素ｄとし、パルス間保持波形要素ｄの時間を第１吐出パルスＰａ１と吐出パルスＰａ２とのパルス間隔Ｔｄとする。

先行の第１吐出パルスＰａ１と後行の第２吐出パルスＰａ２とのパルス間隔Ｔｄは、第１吐出パルスＰａ１による液体吐出に伴うノズル１１１のメニスカス振動に対して制振させる状態で第２吐出パルスＰａ２による液体吐出が行われる時間としている。

ここで、後行の吐出パルスによって吐出されて滴の速度が、先行の吐出パルスによるメニスカス振動によって速く場合を「共振する状態」とし、先行の吐出パルスによるメニスカス振動によって遅くなる場合を「制振させる状態」（非共振の状態、あるいは、反共振の状態）とする。

また、共振する状態で液体吐出を行うタイミングを「共振するタイミング」といい、制振させる状態で液体吐出を行うタイミングを「共振しないタイミング」（非共振のタイミング、あるいは、反共振のタイミング）という。

本願において「共振」は極大値を含み所定の範囲を、「反共振」は極小値を含む所定の範囲を意味している。例えば、圧力室の固有振動周期をＴｃとするとき、Ｔｃ±１／４Ｔｃの範囲内は共振する状態（共振タイミング、）１．５Ｔｃ±１／４Ｔｃの範囲内は制振させる状態（非共振のタイミング）、２Ｔｃ±１／４Ｔｃの範囲内は共振する状態（共振タイミング）となる。

次に、本実施形態の作用効果について図１１も参照して説明する。図１１はパルス間隔に対する吐出速度のばらつき及び第２パルスの電圧Ｖｐ２の関係の一例を示す説明図である。

第１吐出パルスＰａ１の電圧Ｖｐ１を固定として、第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２を変化させて第１吐出パルスＰａ１で吐出された液滴と第２吐出パルスＰａ２で吐出された液滴とのマージによる吐出速度の変化を測定した。この結果を図１１に示している。図１１の「２パルス波形」とは第１吐出パルスＰａ１及び第２吐出パルスＰａ２のマージによる吐出を、「単パルス波形」とは１つのパルスによる吐出を指している。

この図１１の結果から、第１吐出パルスＰａ１による吐出に伴って生じるメニスカスの残留振動に応じて、第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２が一定周期で変化することが分かる。

そして、電圧Ｖｐ２が低くなるタイミングは、第１パルスＰａ１による残留振動に共振するタイミング（Ｔｄ＝１μｓ、５．５μｓ）となっている。これに対して、電圧Ｖｐ２が高くなるタイミングは、第１吐出パルスＰａ１による残留振動に共振しないタイミング（Ｔｄ＝３μｓ、７．５μｓ）となっていることが分かる。

このときのノズル群内での吐出速度Ｖｊのばらつきの幅を見ると、多くのタイミングで単パルス波形での吐出速度Ｖｊのバラツキ幅よりも、２パルス波形での吐出速度Ｖｊのバラツキ幅が大きくなっている。

しかしながら、第１吐出パルスＰａ１と第２吐出パルスＰａ２が共振しないタイミング（Ｔｄ＝３μｓ、７．５μｓ～８μｓ）であるときには、単パルス波形での吐出速度Ｖｊのばらつき幅と同等以下のばらつき幅とすることができる。

このように、本実施形態では、第１吐出パルスＰａ１と第２吐出パルスＰａ２とのパルス間隔Ｔｄを、第１吐出パルスＰａ１で生じるメニスカス振動に対して制振させる状態（共振しない状態）で第２吐出パルスＰａ２による液体吐出が行われる時間とする。

つまり、本実施形態においては、液体吐出ヘッド１００に与える駆動波形Ｖａを生成し、駆動波形Ｖａを液体吐出ヘッド１００に与えて液体を吐出させるヘッド駆動方法として、駆動波形Ｖａは、少なくとも、液体を吐出させる２つの吐出パルスＰａ１、Ｐａ２を時系列で含み、２つの吐出パルスＰａ１、Ｐａ２の間隔Ｔｄは、先行の吐出パルスＰａ１で生じるメニスカス振動に対して制振させる状態で後行の吐出パルスＰａ２による液体吐出が行われる時間であるヘッド駆動方法を実施している。

これにより、共通流路を同じくするノズル群内での吐出速度のばらつきを低減することができる。なお、上記液体吐出ヘッドのように共通流路として共通流路本流と共通支流とを備える構成の場合、本流及び支流における吐出速度のばらつきを低減できる。

次に、本発明の第２実施形態における駆動波形について図１２を参照して説明する。図１２は同説明に供する説明図である。

本実施形態の駆動波形Ｖａは、圧力室１２１の液体を吐出する程度に加圧する第１吐出パルスＰａ１と、圧力室１２１の液体を吐出しない程度に加圧する非吐出パルスＰｂと、圧力室１２１の液体を吐出させる程度に加圧する第２吐出パルスＰａ２とで構成されている。第１吐出パルスＰａ１と、非吐出パルスＰｂと、第２吐出パルスＰａ２とは、時系列で連続して生成する。

第１吐出パルスＰａ１は、圧力室１２１を膨張させる膨張波形要素ａ１と、膨張波形要素ａ１で膨張された状態を保持する保持波形要素ｂ１と、保持波形要素ｂ１で保持されている状態から圧力室１２１を収縮させて液体を吐出させる収縮波形要素ｃ１とで構成される。

第１吐出パルスＰａ１の膨張波形要素ａ１は中間電位（又は基準電位）Ｖｍから電位Ｖ１まで立ち下がる波形であり、保持波形要素ｂ１は電位Ｖ１を保持する波形であり、収縮波形要素ｃ１は電位Ｖ１から中間電位Ｖｍまで立ち上がる波形である。この第１吐出パルスＰａ１の波高値は電圧Ｖｐ１とする。

第２吐出パルスＰａ２は、圧力室１２１を膨張させる膨張波形要素ａ２と、膨張波形要素ａ２で膨張された状態を保持する保持波形要素ｂ２と、保持波形要素ｂ２で保持されている状態から圧力室１２１を収縮させて液体を吐出させる収縮波形要素ｃ２とで構成される。

第２吐出パルスＰａ２の膨張波形要素ａ２は中間電位（又は基準電位）Ｖｍから電位Ｖ２まで立ち下がる波形であり、保持波形要素ｂ２は電位Ｖ２を保持する波形であり、収縮波形要素ｃ２は電位Ｖ２から中間電位Ｖｍまで立ち上がる波形である。この吐出パルスＰａ２の波高値は電圧Ｖｐ２（Ｖｐ２＞Ｖｐ１）とする。

第１吐出パルスＰａ１の収縮波形要素ｃ１の終了時点から第２吐出パルスＰａ２の膨張波形要素ａ２の開始時点までの間隔を前記第１実施形態と同様にパルス間隔Ｔｄとする。

ここで、先行の第１吐出パルスＰａ１と後行の第２吐出パルスＰａ２とのパルス間隔Ｔｄは、第１吐出パルスＰａ１による液体吐出に伴うノズル１１１のメニスカス振動に対して制振させる状態（共振しないタイミング）で第２吐出パルスＰａ２による液体吐出が行われる時間としている。

一方、非吐出パルスＰｂは、圧力室１２１を膨張させる膨張波形要素ａ３と、膨張波形要素ａ３で膨張された状態を保持する保持波形要素ｂ３と、保持波形要素ｂ３で保持されている状態から圧力室１２１を液体が吐出しない状態で収縮させる収縮波形要素ｃ３とで構成される。

非吐出パルスＰｂの膨張波形要素ａ３は中間電位（又は基準電位）Ｖｍから電位Ｖ３まで立ち下がる波形であり、保持波形要素ｂ３は電位Ｖ３を保持する波形であり、収縮波形要素ｃ３は電位Ｖ３から中間電位Ｖｍまで立ち上がる波形である。この非吐出パルスＰｂの波高値は電圧Ｖｐ３（Ｖｐ３＜Ｖｐ１）とする。

この非吐出パルスＰｂの保持波形要素ｂ３の期間をパルス幅Ｐｗ３とするとき、パルス幅Ｐｗ３は、非吐出パルスＰｂによるメニスカス振動の共振タイミングよりも短い時間となっている。つまり、パルス幅Ｐｗ３は、非吐出パルスＰｂで生じるメニスカス振動の周期よりも短くしている。

これにより、非吐出パルスＰｂの波形長、駆動波形の波形長を短くできる。

また、非吐出パルスＰｂの電圧変化時間（膨張波形要素ａ３、収縮波形要素ｃ３の変化時間）は、第１吐出パルスＰａ１、第２吐出パルスＰｂの電圧変化時間（膨張波形要素ａ１、ａ２、収縮波形要素ｃ１、ｃ２の変化時間）よりも短くしている。

これにより、非吐出パルスＰｂの波形長、駆動波形の波形長を短くできる。

ここで、非吐出パルスＰｂの収縮波形要素ｃ３の終了時点から第２吐出パルスＰａ２の開始時点までのパルス間保持波形要素ｄ２の時間をパルス間隔Ｔｄ２とする。このパルス間隔Ｔｄ２は、非吐出パルスＰｂの収縮波形要素ｃ３によるノズル１１１のメニスカス振動に対して共振する状態（共振するタイミング）で第２吐出パルスＰａ２による液体吐出が行われる時間としている。

また、第１吐出パルスＰａ１の収縮波形要素ｃ１の終了時点から非吐出パルスＰｂの膨張波形要素ａ３の開始時点までの波形をパルス間保持波形要素ｄ１とし、パルス間保持波形要素ｄ１の時間をパルス間隔Ｔｄ１とする。

このパルス間隔Ｔｄ１は、第１吐出パルスＰａ１による液体吐出に伴うノズル１１１のメニスカス振動に対して制振させる状態（共振しないタイミング）で非吐出パルスＰｂによる圧力室１２１のメニスカス変動が生じる時間としている。

これにより、非吐出パルスＰｂによるメニスカス振動が共振して液体が吐出されることを確実に防止できる。

次に、本実施形態の作用効果について図１３も参照して説明する。図１３はパルス間隔に対する吐出速度のばらつき及び第２パルスの電圧Ｖｐ２の関係の一例を示す説明図である。

第１吐出パルスＰａ１の電圧Ｖｐ１を固定として、第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２を変化させて第１吐出パルスＰａ１で吐出された液滴と第２吐出パルスＰａ２で吐出された液滴とのマージによる吐出速度の変化を測定した。この結果を図１３に示している。図１３の「３パルス波形」とは第１吐出パルスＰａ１、非吐出パルスＰａ２及び第２吐出パルスＰａ２を使用し、第１吐出パルスＰａ１及び第２吐出パルスＰａ２のマージによる吐出を、「単パルス波形」とは１つのパルスによる吐出を指している。

この図１３の結果から、第１吐出パルスＰａ１と第２吐出パルスＰａ２が共振しないタイミング（Ｔｄ＝６μｓ～７．５μｓ）であるときには、単パルス波形での吐出速度Ｖｊのばらつき幅と同等以下のばらつき幅とすることができる。

そして、単パルス波形での吐出速度Ｖｊのばらつき幅と同等以下のばらつき幅とできる第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２は、前記第１実施形態の場合よりも低くすることができる。

つまり、前記第１実施形態で説明したように、第２吐出パルスＰａ２によるメニスカス振動が第１吐出パルスＰａ１によるメニスカス振動に対して制振させる状態になるように共振しないタイミングとすることで、吐出速度のばらつきを抑制できる。

しかしながら、この場合には、第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２を高くしなければならない。つまり、第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２が低いと、薄膜圧電素子を使用する変位効率の低いヘッド、駆動電圧の上限に制約がある装置、粘度の高い液体を吐出する場合、低温環境下で使用する場合などでは、共振しないタイミングでは液体を吐出させることができるなくなるおそれがある。

また、電圧Ｖｐ２が低い第２吐出パルスＰａ２で液体を吐出することができたとしても、残留振動を抑制するための制振パルスや、リガメントを短くするための後処理のパルスなどを印加する電圧が足りなくなってしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、第２吐出パルスＰａ２の前に非吐出パルスＰｂを入れることで、非吐出パルスＰｂによるメニスカス振動を利用して第２吐出パルスＰａ２による液体吐出を行っている。

つまり、本実施形態においては、前記第１実施形態で説明したヘッド駆動方法において、２つの吐出パルスＰａ１，Ｐａ２の間に、液体を吐出させない非吐出パルスＰｂを含み、非吐出パルスＰｂと非吐出パルスＰｂに後行する吐出パルスＰａ２との間隔Ｔｄ２は、非吐出パルスＰｂで生じるメニスカス振動に対して共振する状態で後行する吐出パルスＰａ２による液体吐出が行われる時間であるヘッド駆動方法を実施している。

これにより、第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２を低く抑えても、薄膜圧電素子を使用する変位効率の低いヘッド、駆動電圧の上限に制約がある装置、粘度の高い液体を吐出する場合、低温環境下で使用する場合などでも液体を吐出することができるようになる。

次に、上記第２実施形態において第１吐出パルスと非吐出パルスとのパルス間隔を変化させた場合の例について図１４を参照して説明する。図１４は同説明に供する説明図である。

ここでは、第１パルスＰａ１と非吐出パルスＰｂとのパルス間隔Ｔｄ１を振り、マージした滴の吐出速度Ｖｊが一定になるように第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２を調整して吐出速度Ｖｊのばらつきを測定した。

この結果からも、第２吐出パルスＰａ２の電圧Ｖｐ２を抑制でき、吐出速度Ｖｊのばらつきも前記第１実施形態及び単パルス波形の場合よりも抑制できていることが分かる。

次に、本発明の第３実施形態について図１５を参照して説明する。図１５は同実施形態における駆動波形の説明に供する説明図である。

本実施形態の駆動波形Ｖａにおいては、時系列で、第１吐出パルスＰａ１、第２吐出パルスＰａ２、第３吐出パルスＰａ３を配置し、第２吐出パルスＰａ２と第３吐出パルスＰａ３との間に非吐出パルスＰｂを配置している。

非吐出パルスＰｂと第２吐出パルスＰａ２及び第３吐出パルスＰａ３との関係は、前記第２実施形態の第１吐出パルスＰａ１及び第２吐出パルスＰａ２との関係と同様である。

第３吐出パルスＰａ３は、圧力室１２１を膨張させる膨張波形要素ａ４と、膨張波形要素ａ４で膨張された状態を保持する保持波形要素ｂ４と、保持波形要素ｂ４で保持されている状態から圧力室１２１を収縮させて液体を吐出させる収縮波形要素ｃ４とで構成される。

第３吐出パルスＰａ３の膨張波形要素ａ３は中間電位（又は基準電位）Ｖｍから電位Ｖ４（Ｖ４＜Ｖ２）まで立ち下がる波形であり、保持波形要素ｂ４は電位Ｖ４を保持する波形であり、収縮波形要素ｃ４は電位Ｖ４から中間電位Ｖｍまで立ち上がる波形である。この第３吐出パルスＰａ３の波高値は電圧Ｖｐ４とする。

第１吐出パルスＰａ１、第２吐出パルスＰａ２、第３吐出パルスＰａ３で吐出される滴はマージされて１つの滴となる。

これにより、電圧を抑え、吐出速度のばらつきを抑制しつつ、大きな滴を吐出できる。

次に、本発明の第４実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態における駆動波形の説明に供する説明図である。

本実施形態の駆動波形ｖａにおいても、時系列で、第１吐出パルスＰａ１、第２吐出パルスＰａ２、第３吐出パルスＰａ３を配置している。そして、第１吐出パルスＰａ１と第２吐出パルスＰａ２との間に非吐出パルスＰｂ１を配置し、第２吐出パルスＰａ２と第３吐出パルスＰａ３との間に非吐出パルスＰｂ２を配置している。

非吐出パルスＰｂ１は、前記第２実施形態の非吐出パルスＰｂと同じであり、第１吐出パルスＰａ１、第２吐出パルスＰａ２との関係も第２実施形態と同様である。

非吐出パルスＰｂ２は、圧力室１２１を膨張させる膨張波形要素ａ５と、膨張波形要素ａ５で膨張された状態を保持する保持波形要素ｂ５と、保持波形要素ｂ５で保持されている状態から圧力室１２１を液体が吐出されない程度に収縮させる収縮波形要素ｃ５とで構成される。

非吐出パルスＰｂ２の膨張波形要素ａ５は中間電位（又は基準電位）Ｖｍから電位Ｖ５（Ｖ５は、Ｖ３と同じでも、異なってもよい。）まで立ち下がる波形であり、保持波形要素ｂ５は電位Ｖ５を保持する波形であり、収縮波形要素ｃ５は電位Ｖ５から中間電位Ｖｍまで立ち上がる波形である。この非吐出パルスＰｂ１の波高値は電圧Ｖｐ５とする。

また、非吐出パルスＰｂ２の保持波形要素ｂ５の期間をパルス幅Ｐｗ５とするとき、パルス幅Ｐｗ５は、非吐出パルスＰｂ２で生じるメニスカス振動に対して抑制する状態になる時間となっている。つまり、パルス幅Ｐｗ５は、メニスカス振動の周期よりも短くしている。これにより、非吐出パルスＰｂ２の波形長、駆動波形の波形長を短くできる。

また、非吐出パルスＰｂ２の電圧変化時間（膨張波形要素ａ５、収縮波形要素ｃ５の変化時間）は、第１吐出パルスＰａ１、第２吐出パルスＰｂ、第３吐出パルスＰａ３の電圧変化時間（膨張波形要素ａ１、ａ２、ａ３．収縮波形要素ｃ１、ｃ２、ｃ３の変化時間）よりも短くしている。これにより、非吐出パルスＰｂ２の波形長、駆動波形の波形長を短くできる。

ここで、非吐出パルスＰｂ２の収縮波形要素ｃ５の終了時点から第３吐出パルスＰａ３の開始時点までのパルス間保持波形要素ｄ３の時間をパルス間隔Ｔｄ３とする。このパルス間隔Ｔｄ３は、非吐出パルスＰｂ２の収縮波形要素ｃ５によるノズル１１１のメニスカス振動に対して共振する状態（共振タイミング）で第３吐出パルスＰａ３による液体吐出が行われる時間としている。

第１吐出パルスＰａ１、第２吐出パルスＰａ２、第３吐出パルスＰａ３で吐出される滴はマージされて１つの滴となる。

このように、第３吐出パルスＰａ３の前にも非吐出パルスＰｂ２を入れることで、非吐出パルスＰｂ２によるメニスカス振動を利用して第３吐出パルスＰａ３による液体吐出を行っている。

これにより、電圧を抑え、吐出速度のばらつきを抑制しつつ、大きな滴を吐出できる。

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

また、「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、インク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。

なお、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 印刷装置
１０ 搬入部
２０ 前処理部
３０ 印刷部
４０ 乾燥部
５０ 搬出部
２１ 塗布部
３３ 吐出ユニット
１００ 液体吐出ヘッド（ヘッド）
１２１ 圧力室
１４１ 圧電素子
４００ ヘッド駆動制御部
４０１ ヘッド制御部
４０２ 駆動波形生成部
４０３ 波形データ格納部
４１０ ヘッドドライバ

Claims (10)

1. 液体吐出ヘッドに与える駆動波形を生成する駆動波形生成手段を備え、
   前記駆動波形は、少なくとも、液体を吐出させる２つの吐出パルスを時系列で含み、
   前記２つの吐出パルスの間隔は、先行の吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して制振させる状態で後行の前記吐出パルスによる液体吐出が行われる時間であり、
   前記駆動波形は、少なくとも、前記２つの吐出パルスの間に、前記液体を吐出させない１又は複数の非吐出パルスを含む
   ことを特徴とする液体を吐出する装置。
2. 前記２つの吐出パルスの間隔は、先行の吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して反共振の状態で後行の前記吐出パルスによる液体吐出が行われる時間である
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体を吐出する装置。
3. 前記非吐出パルスと前記非吐出パルスに後行する前記吐出パルスとの間隔は、前記非吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して共振する状態で前記後行する吐出パルスによる液体吐出が行われる時間である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体を吐出する装置。
4. 前記非吐出パルスに先行する前記吐出パルスと前記非吐出パルスとの間隔は、前記先行する吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して制振する状態で前記非吐出パルスによるメニスカス振動が生じる時間である
   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. 前記非吐出パルスは、前記液体吐出ヘッドの圧力室を膨張させる膨張波形要素と、前記膨張波形要素で膨張された状態を保持する保持波形要素と、前記膨張された状態を保持された前記圧力室を収縮させる収縮波形要素とを含み、
   前記保持波形要素の時間をパルス幅とするとき、前記パルス幅は、前記非吐出パルスによるメニスカス振動の周期よりも短い時間である
   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。
6. 前記非吐出パルスの電圧変化時間は、前記吐出パルスの電圧変化時間よりも短い
   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。
7. 少なくとも３つ以上の前記吐出パルスを含む
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液体を吐出する装置。
8. 液体吐出ヘッドに与える駆動波形を生成する駆動波形生成手段を備え、
   前記駆動波形は、少なくとも、液体を吐出させる２つの吐出パルスを時系列で含み、
   前記２つの吐出パルスの間隔は、先行の吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して制振させる状態で後行の前記吐出パルスによる液体吐出が行われる時間であり、
   前記吐出パルスは、前記液体吐出ヘッドの圧力室を膨張させる膨張波形要素と、前記膨張波形要素で膨張された状態を保持する保持波形要素と、前記膨張された状態を保持された前記圧力室を収縮させて液体を吐出させる収縮波形要素とを含み、
   前記保持波形要素の時間をパルス幅とするとき、前記パルス幅は、前記膨張波形要素で生じるメニスカス振動に対して制振する状態で前記収縮波形要素による液体吐出が行われる時間である
   ことを特徴とする液体を吐出する装置。
9. 液体吐出ヘッドに与える駆動波形を生成する駆動波形生成装置であって、
   前記駆動波形は、少なくとも、液体を吐出させる２つの吐出パルスを時系列で含み、
   前記２つの吐出パルスの間隔は、先行の吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して制振する状態で後行の前記吐出パルスによる液体吐出が行われる時間であり、
   前記駆動波形は、少なくとも、前記２つの吐出パルスの間に、前記液体を吐出させない１又は複数の非吐出パルスを含み、
   前記非吐出パルスと前記非吐出パルスに後行する前記吐出パルスとの間隔は、前記非吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して共振する状態で前記後行する吐出パルスによる液体吐出が行われる時間である
   ことを特徴とする駆動波形生成装置。
10. 液体吐出ヘッドに与える駆動波形を生成し、前記駆動波形を前記液体吐出ヘッドに与えて液体を吐出させるヘッド駆動方法であって、
    前記駆動波形は、少なくとも、液体を吐出させる２つの吐出パルスを時系列で含み、
    前記２つの吐出パルスの間隔は、先行の吐出パルスで生じるメニスカス振動に対して制振する状態で後行の前記吐出パルスによる液体吐出が行われる時間であり、
    前記駆動波形は、少なくとも、前記２つの吐出パルスの間に、前記液体を吐出させない１又は複数の非吐出パルスを含み、
    前記非吐出パルスと前記非吐出パルスに後行する前記吐出パルスとの間隔は、前記非吐出パルスで生じるメニスカス振動の周期に対して共振する状態で前記後行する吐出パルスによる液体吐出が行われる時間である
    ことを特徴とするヘッド駆動方法。

Images