本発明は、液体吐出装置及びこれを備えたインクジェット式記録装置に関する。詳しくは、所謂、マルチドット方式を採用した液体吐出の制御技術に関する。

インクジェット式記録装置などに利用されている液体吐出装置は、液滴を吐出するための液体吐出ヘッドと当該液体吐出ヘッドを制御する制御装置とを備えている。例えば、インクジェット式記録装置におけるインク吐出ヘッドは、インクを一時的に貯留する圧力室と、上記圧力室に当接し圧電素子などからなるアクチュエータと、上記圧力室に連通し記録紙などの記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズルと、を備えている。このインクジェット式記録装置では、アクチュエータに駆動パルスが送信されると、当該駆動パルスに基づいて圧電素子が収縮または伸長する。これにより、圧力室内が膨張収縮して、圧力室内のインクがノズルから吐出される。吐出されたインク滴が記録媒体に着弾することで、当該記録媒体に1ドット(1画素分の打滴)が形成される。

このようなインクジェット式記録装置では、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。そこで、階調的な印刷を実現するために従来から様々な検討がなされている。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大きさを調整するインク吐出ヘッドの駆動方法が開示されている。マルチドット方式では、1ドットを形成するための1液滴吐出周期内に複数の駆動パルスを含んだ駆動信号を生成する。そして、上記複数の駆動パルスの中からドットのサイズに応じて1つあるいは2つ以上の駆動パルスを選択し、インク吐出ヘッドを駆動するためのアクチュエータに供給する。例えば相対的に大きなドットは、1液滴吐出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、あるいは記録媒体上の同位置に着弾させることで形成することができる。

特開2014−162221号公報

本発明者らの検討によれば、上記構成を例えば業務用の大判プリンタに適用する場合などに、更なる改善の余地が認められた。すなわち、大判プリンタでは、家庭用プリンタに比べて、より速い印刷速度で、より大きなドット(例えばインク質量が15ng以上のドット)を形成する必要がある。しかしながら、大きなインク滴を吐出するために印刷ギャップを大きくしたり、高速印刷化のために駆動周波数を高めたりすると、インク滴の吐出が不安定になり易い。さらに、ノズルから大きな液滴を吐出すると、所謂、メニスカス溢れが生じ、ノズルの開口部付近にインクが付着することがある。これによって、ノズル近傍の濡れ性の分布にムラや偏りを生じると、次に吐出されるインク滴に飛翔曲りが発生し、画像品質が低下する虞がある。

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。また、他の目的は、上記液体吐出装置を備えたインクジェット式記録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、液滴を吐出する液体吐出ヘッドと上記液体吐出ヘッドを制御する制御装置とを備える。上記液体吐出ヘッドは、開口が形成された中空のケース本体と、上記ケース本体の上記開口を覆うように上記ケース本体に取り付けられ、上記ケース本体と共に圧力室を区画する振動板と、上記振動板に連結され、上記圧力室を膨張および収縮させるように配設されている圧力発生素子と、上記ケース本体に形成され、上記圧力室と連通し、液体が流出するノズルとを備える。上記制御装置は、1液滴吐出周期内に、上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、上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、上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駆動パルスと、上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、を含む駆動信号を生成する駆動信号生成部と、上記駆動信号を上記液体吐出ヘッドの上記圧力発生素子に供給する駆動信号供給部とを備える。上記圧力室のヘルムホルツ固有振動周期をTcとしたときに、上記第1駆動パルスは、上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、上記第2駆動パルスは、上記第1駆動パルスの開始からm×Tc(ただし、mは1以上の整数である。)後のタイミングで開始され、上記圧力室の膨張している状態が(1/2)×Tcの時間持続され、上記第2の液滴が上記第1の液滴以上の速さで吐出され、上記第3駆動パルスは、上記第2駆動パルスの開始から(n+(1/2))×Tc(ただし、nは1以上の整数である。)後のタイミングで開始され、上記第4駆動パルスは、上記第3駆動パルスの開始からp×Tc後(ただし、pは、2以上の整数である。)のタイミングで開始され、上記第4の液滴が上記第3の液滴以上の速さで吐出されるように構成されている。

上記液体吐出装置では、複数の液滴をマージさせることにより、1つの大きなドットを安定的に形成することができる。詳しくは、第1および第2駆動パルスにおいて、各駆動パルスの開始から(1/2)×Tcのタイミングで、圧力室を膨張状態から収縮状態へと切り替える。これにより、各駆動パルスが、圧力室のヘルムホルツ固有振動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、第2駆動パルスの開始のタイミングを第1駆動パルスの開始からm×Tc(m≧1)後とすることにより、第1駆動パルスで増幅された圧力室の振動をさらに増大させるようにして第2の液滴を安定的に吐出することができる。さらに、第2の液滴は第1の液滴以上の速さで吐出されるため、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の液滴の吐出速度を速めることで、第1の液滴を吐出した後のサテライトを吸収することができ、インクミストの発生をも抑制することができる。

加えて、第3駆動パルスの開始のタイミングを第2駆動パルスの開始から(n+(1/2))×Tc(n≧1)後とすることにより、第3の液滴の吐出速度が遅くなり、先の第1および第2の液滴とは分離された状態で第3の液滴を吐出することができる。その結果、ノズル近傍への液滴の付着が防止され、吐出安定性や着弾位置の精度を高めることができる。また、第4駆動パルスの開始のタイミングを第3駆動パルスの開始からp×Tc後(p≧2)後とすることにより、大きな第4の液滴を安定的に吐出することができ、吐出安定性を高めることができる。さらに、第4の液滴は第3の液滴以上の速さで吐出されるため、第3の液滴と第4の液滴とが的確にマージされる。以上により、上記液体吐出装置では、例えば大きなドットを高速駆動で形成する場合であっても、所望の大きさの液滴を精度よく吐出することができる。

また、本発明の他の側面として、上記液体供給装置を備えたインクジェット式記録装置が提供される。このインクジェット式記録装置では、マルチドット方式により、大きなサイズのドットも安定して形成することができる。したがって、例えばドット径やドットの着弾位置のバラつきを低減して、印刷品質を向上することができる。また、サテライト滴やミストなどに由来する記録媒体や装置本体の汚れを低減することができる。

本発明に係る液体吐出装置では、マルチドット方式により、所望の大きさの液滴を安定的に吐出することが可能である。このため、例えば大きな液滴を吐出する場合の吐出安定性を向上することができる。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの正面図である。

インク吐出装置の構成を示すブロック図である。

インク吐出ヘッドのノズル近傍における部分断面図である。

制御装置の構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態に係る共通駆動信号である。

第1駆動パルスと、それに対応する圧力室の状態を示す説明図である。

第1〜第3駆動パルスと、それ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。

1つの大きなドットを形成する際の、インク滴のマージの様子を示す説明図である。

実施例に係る共通駆動信号である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る液体吐出装置及びインクジェット式記録装置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。

まず、インクジェット式記録装置について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る大判インクジェットプリンタ(以下、プリンタという。)10の正面図である。プリンタ10は、インクジェット式記録装置の一例である。なお、図1などにおいて、符号LおよびRは、それぞれ左および右を示している。また、図1において、手前側および奥側は、それぞれ前側および後側である。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、プリンタ10の設置態様を何ら限定するものではない。

プリンタ10は、記録媒体である記録紙5に印刷を行うためのものである。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。

プリンタ10は、プリンタ本体2と、プリンタ本体2に固定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、ダンパー装置14およびインク吐出ヘッド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ローラ19b、19aを有している。ローラ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はローラ19bに連結されていてもよい。ローラ19aは、キャリッジモータ8aによって回転駆動される。両ローラ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。上記ローラ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。

プリンタ10は、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、駆動周波数14kHz程度で、概ね600〜900mm/s程度に設定され得る。また、例えば高速動作時には、駆動周波数20kHz程度で、走査速度が、概ね1000mm/s以上、例えば1100〜1200mm/sに設定され得る。かかる場合、インク滴の吐出間隔がとりわけ短くなる。そのため、ここに開示される技術の適用が殊に効果的である。

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のことである。プリンタ本体2には、記録紙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回転駆動される。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。

プリンタ本体2は、インクカートリッジ11を備えている。インクカートリッジ11はインクを貯留するタンクである。図1に示す態様では、複数のインクカートリッジ11C、11M、11Y、11K、11Wが、プリンタ本体2に着脱自在に装着されている。インクカートリッジ11Cには、シアンインクが貯留されている。インクカートリッジ11Mには、マゼンタインクが貯留されている。インクカートリッジ11Yには、イエローインクが貯留されている。インクカートリッジ11Kには、ブラックインクが貯留されている。インクカートリッジ11Wには、ホワイトインクが貯留されている。

プリンタ10は、各色のインクカートリッジ11C、11M、11Y、11K、11Wごとに、インク供給システムを備えている。以下では、インクカートリッジ11Cに設けられたインク供給システムを例に、その構成を具体的に説明する。インクカートリッジ11Cのインク供給システムは、インク供給路12と、送液ポンプ13と、ダンパー装置14と、インク吐出ヘッド15と、制御装置18とを備えている。インク供給路12は、インクカートリッジ11Cからインク吐出ヘッド15へインクを導くインク流路である。インク供給路12は、例えば樹脂製の変形容易なチューブである。送液ポンプ13は、インクカートリッジ11Cからインク吐出ヘッド15に向かってインクを供給する送液装置の一例である。送液ポンプ13は、インク供給路12に設けられている。送液ポンプ13は、例えばトロコイドポンプ式の、所謂、チューブポンプである。送液ポンプ13は制御装置18に接続されている。ダンパー装置14はインク吐出ヘッド15に連通し、インク吐出ヘッド15へインクを補給する役割を担う。ダンパー装置14はまた、インクの圧力変動を緩和して、インク吐出ヘッド15のインク吐出動作を安定化する役割を担う。

ダンパー装置14およびインク吐出ヘッド15はキャリッジ1に搭載され、左右方向に往復移動する。一方、インクカートリッジ11Cはキャリッジ1に搭載されておらず、左右方向に往復移動しない。そのため、キャリッジ1が左右方向に移動した場合にもインク供給路12が破損しないように、インク供給路12の大部分は、左右方向に延びた状態で配置されている。なお、本実施形態では5種類のインクを利用しているため、合計5本のインク供給路12が設けられている。インク供給路12は、ケーブル類保護案内装置7で覆われている。ケーブル類保護案内装置7とは、例えばケーブルベア(登録商標)である。

プリンタ10は、インク吐出機構としてのインク吐出装置20を備えている。図2は、インク吐出装置の構成を示すブロック図である。インク吐出装置20は、インクを吐出するインク吐出ヘッド15と、インク吐出ヘッド15の動作を制御する制御装置18とを備えている。

インク吐出ヘッド15は、記録紙5に印刷を行うためのものである。具体的には、インク吐出ヘッド15は、記録紙5に向かって所定の大きさのインク滴を吐出して、記録紙5にドットを形成するものである。インク吐出ヘッド15は、記録紙5と対向する側の面に、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。複数のノズル25は、ドット形成密度に対応した所定のピッチ(例えば360dpi)で配列されている。インク吐出ヘッド15は、液体吐出ヘッドの一例である。

図3は、インク吐出ヘッド15の1つのノズル25近傍における部分断面図である。図3に示すように、インク吐出ヘッド15は、開口21aを有する中空構造のケース本体21と、当該開口21aを覆うようにケース本体21に取り付けられた振動板22とを備えている。ケース本体21と振動板22とに囲まれた領域が圧力室23である。振動板22は、圧力室23の一部を仕切っている。ケース本体21は、典型的には樹脂製である。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ればよい。なお、ここで圧力室23の内側、外側とは、図3の上側、下側をそれぞれ意味する。振動板22は、典型的には樹脂フィルムである。

ケース本体21の一面(図3の左側の面)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。インク流入口24は、インクカートリッジ11Cと連通されている。圧力室23には、インク流入口24を通じてインクが供給され、一時的に所定量のインクが貯留される。ケース本体21の下面21bには、インクを吐出するノズル25が形成されている。ノズル25は記録紙5に向かってインク滴を吐出する。ノズル25内部のインクの液面(自由表面)がメニスカス25aを形成している。

圧力室23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23を構成する各構成要素、例えばケース本体21や振動板22の材質や大きさ、形状、構成部材の配置位置、ノズル25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、インク吐出時のインク吐出ヘッド15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23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22の圧力室23と反対側の面には、圧電素子26が当接されている。圧電素子26の一端は、固定部材29に固定されている。圧電素子26は、アクチュエータの一種である。圧電素子26は、フレキシブルケーブル27を介して制御装置18に接続されている。圧電素子26には、フレキシブルケーブル27を介して駆動信号などが供給される。本実施形態において、圧電素子26は、圧電材料と導電層を交互に積層した積層体である。圧電素子26は、制御装置18から与えられる駆動信号に基づいて膨張および収縮し、振動板22を圧力室23の外側および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26の形式は特に限定されない。また、アクチュエータは圧電素子26に限定されない。

このような構成のインク吐出ヘッド15では、例えば圧電素子26の電位を中間電位から下降させることによって、圧電素子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、圧電素子26の電位を上昇させることによって、圧電素子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、インク滴となってノズル25から吐出される。その後、圧電素子26の電位を中間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18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、インク吐出ヘッド15とに接続されている。制御装置18は、これらの動作を制御している。制御装置18は、典型的にはコンピュータである。制御装置18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(記録媒体)とを備えている。

図4は、制御装置18の構成を示すブロック図である。制御装置18は、キャリッジ移動機構8のキャリッジモータ8aや紙送り機構のフィードモータなどを制御するモータ制御部40と、送液ポンプ13の起動と停止などを制御するポンプ制御部42と、インク吐出ヘッド15の圧電素子26への駆動信号の供給制御などを行うヘッド制御部44とを備えている。各制御部40、42、44は、相互に連携して動作する。

ヘッド制御部44は、駆動信号生成部50と、駆動信号供給部60とを備えている。駆動信号生成部50は、印刷データに基づいて階調データを生成する。駆動信号供給部60は、駆動信号生成部50で生成された階調データに基づいて、複数の駆動パルスを含む共通駆動信号のなかから1つまたは2つ以上の駆動パルスを選択して圧電素子26に供給する。このとき、駆動パルスの全部又は一部を選択することによって、例えば、大ドット、中ドット、小ドットなど、大きさの異なるドットを印刷することができる。

駆動信号生成部50は、メイン生成回路52と、駆動信号発生回路54と、発振回路56とを有する。発振回路56は、転送クロック信号CKを発生させる。駆動信号発生回路54は、1液滴吐出周期Paに複数の駆動パルスを含んだ所定の共通駆動信号COMを発生させる。共通駆動信号COMは、ROMに格納されている駆動波形のパターンデータである。駆動パルスは、インク吐出ヘッド15のノズル25から所定量のインク滴を吐出させるためのパルス波形、あるいはノズル25からインク滴を吐出させない程度にメニスカス25aを微小振動させるためのパルス波形である。なお、共通駆動信号COMの詳細については後述する。駆動信号発生回路54は、1液滴吐出周期Pa毎に共通駆動信号COMを繰り返し発生させる。

メイン生成回路52には、外部機器から印刷データが入力される。印刷データは、例えば、キャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータなどで表されるものである。入力された印刷データは、CPUによってドットパターンに対応した階調データに展開される。展開された階調データはRAMに一時的に記憶される。1走査に相当する1行分の階調データSIが得られると、当該階調データSIは、クロック信号CKと共に駆動信号供給部60に出力される。

駆動信号供給部60は、シフトレジスタ回路62と、ラッチ回路64と、レベルシフタ66と、スイッチ回路68とを有する。シフトレジスタ回路62には、クロック信号CKと同期した階調データSIが入力される。ラッチ回路64には、1液滴吐出周期Paの開始のタイミングΔTを規定するラッチ信号LATが入力される。ラッチ信号LATが入力されると、ラッチ回路64は階調データSIをラッチする。ラッチされた階調データSIは、例えば「1」「0」の2ビットの階調データとしてレベルシフタ66に入力される。レベルシフタ66は、電圧増幅器として機能するものである。レベルシフタ66は、例えば階調データが「1」の場合には、数十ボルト程度に昇圧された電気信号をスイッチ回路68に出力する。スイッチ回路68には、共通駆動信号COMが入力される。スイッチ回路68が作動されると、共通駆動信号COM中の任意の駆動パルスが選択され、圧電素子26に供給される。スイッチ回路68は、圧電素子26と連結されている。圧電素子26は上記駆動パルスの波形に応じて膨張または収縮し、この動きに基づいてノズル25からインク滴が吐出される。一方、階調データが「0」の場合には、レベルシフタ66からスイッチ回路68を作動させる電気信号が遮断される。このため、圧電素子26には駆動パルスが供給されない。あるいは、インク滴を吐出させない程度の微小振動のパルスを供給するようにしてもよい。

次に、共通駆動信号COMについて説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る共通駆動信号である。本実施形態では、1つのドットを形成するために予め設定された単位周期(1液滴吐出周期)中で、4つの駆動パルス、すなわち、第1駆動パルスP1と、第2駆動パルスP2と、第3駆動パルスP3と、第4駆動パルスP4とを時系列的に発生させて、4つのインク滴(第1インク滴と第2インク滴と第3インク滴と第4インク滴)を連続的に吐出する。各駆動パルスP1、P2、P3、P4は、それぞれ、圧電素子26の電位を中間電位から降下させて圧力室23を膨張させる放電波形T11、T21、T31、T41と、降下させた電位を所定の時間維持して圧力室23の膨張している状態を保持する放電維持波形T12、T22、T32、T42と、圧電素子26の電位を上昇させて圧力室23を収縮させる充電波形T13、T23、T33、T43と、を含む台形状の波形を有している。

本実施形態では、(1)第1および第2駆動パルスP1、P2の放電時間(放電と放電維持の合計時間)が、それぞれ、インク吐出ヘッド15のヘルムホルツ固有振動周期Tcの1/2に設定され、(2)第2駆動パルスP2の駆動の開始タイミングΔT1が、第1駆動パルスP1の開始からm×Tc(m≧1)後に設定され、(3)第2駆動パルスP2によって吐出される第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インク滴以上の速さになるように設定され、(4)第3駆動パルスP3の開始のタイミングΔT2が、第2駆動パルスP2の開始から(n+(1/2))×Tc(n≧1)後に設定され、(5)第4駆動パルスP4の開始のタイミングΔT3が、第3駆動パルスP3の開始からp×Tc(p≧2)後に設定され、且つ、(6)第4駆動パルスP4によって吐出される第4インク滴が第3駆動パルスP3によって吐出される第3インク滴以上の速さになるように設定されている。この第1〜第4インク滴により、記録紙5上で一つの大きなインク滴(1ドット)を形成する。詳しくは、まず、第2インク滴が第1インク滴をマージして記録紙5上に着弾する。次に、第4インク滴が第3インク滴をマージして、先に記録紙5上に着弾している第1インク滴および第2インク滴とほぼ同じ位置に着弾する。その結果、一つの大きなインク滴を記録紙5上に形成する。これについて、以下に詳しく説明する。

第1駆動パルスP1は、中間電位Vcの状態からスタートし、第1最小電位Vl1まで一定の勾配で下降し(放電波形T11参照)、第1最小電位Vl1を所定の時間維持する(放電維持波形T12参照)。ここで、放電波形T11の開始時間をt0とし、放電維持波形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。第1駆動パルスP1の電位は、その後、中間電位Vcまで一定の勾配で上昇し(充電波形T13参照)、これによってノズル25から所定の速度で第1インク滴が吐出される。第1駆動パルスP1の後、中間電位Vcは所定の時間維持される(中間電位維持波形T14参照)。

上記式(1)を満たすことの効果について説明する。図6(a),(b)には、第1駆動パルスP1と、それに対応する圧力室23の状態を示している。図6(a)に示すように、圧電素子26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23は、圧電素子26が収縮すると膨張し、圧電素子26が伸長すると収縮する。このため、上記式(1)におけるt1−t0は、圧力室23の膨張状態を維持する時間を表している。圧電素子26の収縮によって、圧力室23には、図6(b)に破線で示すような固有振動周期Tcのヘルムホルツ振動が生じる。ここで、上記式(1)を満たすタイミングで圧電素子26を収縮状態から伸長状態へと切り替えることにより、図6(b)に実線で示すように、圧力室23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23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に大きなドットを精度よく形成することができる。

第2駆動パルスP2は、第1駆動パルスP1の開始からm×Tc後(ただし、m≧1)のタイミングΔT1で開始される。これにより、第2駆動パルスP2を、第1駆動パルスP1により励起された圧力室23の膨張収縮振動のヘルムホルツ固有振動周期Tcに同期させて、インク吐出を安定化させることができる。もし、第2駆動パルスP2の開始のタイミングを、例えば(m+(1/2))×Tcとした場合には、ヘルムホルツ固有振動周期Tcで圧力室23が収縮し始めるタイミングで圧力室23の膨張が開始されることになる。すると、第2駆動パルスP2の駆動信号による振動は、圧力室23のヘルムホルツ固有振動の位相に対して背反を生じる。その結果、例えばメニスカス25aが不安定となって、第2インク滴は十分な飛翔速度が得られず、また、液滴を形成するほどの十分な液量も得られず、ミストが発生し易くなる。そこで、ヘルムホルツ固有振動周期Tcで圧力室23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23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「m×Tc」とは、理論上のm×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、「m×Tc」は、理論上のm×Tc−(1/6)×Tc〜m×Tc+(1/6)×Tcの範囲内の値であることが望ましい。

上記mの数は、例えば図1に示すような大型の業務用プリンタの場合にあっては、第1〜第4インク滴すべてが記録紙5上で一つの大きなインク滴を形成する観点から、より小さい値であることが望ましい。mの数が大きい場合、例えばmが3以上となると、第1インク滴と、後続するインク滴(第2インク滴、第3インク滴、第4インク滴)が、記録紙5上でお互いに離れて着弾し、記録紙5上で一つの大きなインク滴を形成し損ねる可能性が生じる。これを考慮すると、mの値は、好ましくはm≦2、例えば1であるとよい。本発明者の検討によれば、m=1の場合には、第2インク滴の後に速度の遅いサテライト滴が発生することがある。しかしながら、このサテライト滴は、後述する第3インク滴をマージして記録紙5上に着弾する第4インク滴に吸収される。このため、ミスト発生による印刷品質の低下は抑制される。

第2駆動パルスP2は、中間電位Vcの状態からスタートし、第2最小電位Vl2まで一定の勾配で下降し(放電波形T21参照)、第2最小電位Vl2を所定の時間維持する(放電維持波形T22参照)。本実施形態では、放電波形T21における放電到達電位Vl2が、第1駆動パルスP1の放電波形T11における放電到達電位Vl1と同等かそれよりも低く設定されている。換言すれば、第2駆動パルスP2の放電波形T21における電位の変化量が、第1駆動パルスP1の放電波形T11における電位の変化量と等しいかそれよりも大きく設定されている。また、放電波形T21における放電時間は、第1駆動パルスP1の放電波形T11と等しく設定されている。また、放電維持波形T22の放電維持時間は、第1駆動パルスP1の放電維持波形T12と等しく設定されている。

ここで、放電波形T21の開始時間をt2とし、放電維持波形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。この効果については、上記式(1)の場合と同じである。その結果、第2駆動パルスP2では、第1駆動パルスP1に比べて、一層効率的に圧力室23の膨張を増幅させることができる。第2駆動パルスP2の電位は、その後、電位Vl2’まで一定の勾配で上昇し(充電波形T23参照)、これによってノズル25から所定の速度で第2インク滴が吐出される。この電位Vl2’は所定の時間維持される(電位維持波形T24参照)。

第2駆動パルスP2の充電波形T23における電位の変化量(Vl2’−Vl2)は、第1駆動パルスP1の充電波形T13における電位の変化量(Vc−Vl1)と同じかそれよりも大きく設定されている。これにより、第2インク滴は、第1インク滴と同等かそれ以上のスピードで吐出されるようになっている。本実施形態では、(Vl2’−Vl2)=1.4(Vc−Vl1)程度に設定され、第2インク滴が第1インク滴の概ね1.1倍程度のスピードで吐出されるようになっている。そのため、第1インク滴と第2インク滴とを記録紙5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出来る。特に限定されないが、メニスカス25aの振動を小さく抑える観点からは、(Vl2’−Vl2)が、概ね(Vc−Vl1)の3倍以下、例えば2倍以下であるとよい。

本実施形態では、第2駆動パルスP2の電位がさらに第2最大電位Vh2まで一定の勾配で上昇し(充電波形T25参照)、第2最大電位Vh2を所定の時間維持した後(充電維持波形T26参照)、中間電位Vcまで一定の勾配で下降する(放電波形T27参照)。T25〜T27による台形状の波形により、第1および第2駆動パルスによって発生した膨張収縮振動とは逆位相となる膨張収縮振動が、圧力室23に印加される。このため、メニスカス25aの運動エネルギーを低減して、第2インク滴吐出後の残留振動を効果的に減衰させることができる。その結果、次の第3駆動パルスP3が開始される前に、圧力室23およびメニスカス25aを安定化させることができる。これにより、吐出されるインク滴の大きさや速度をより良く均質化することができ、より品質の高い(つまり、ドットのバラつきが少ない)印刷を実現することができる。第2駆動パルスP2の後、中間電位Vcは所定の時間維持される(中間電位維持波形T28参照)。

第3駆動パルスP3は、第2駆動パルスの開始から(n+(1/2))×Tc後(ただし、n≧1)のタイミングΔT2で開始される。これにより、第3インク滴が大きくなり過ぎることを防止することができる。その結果、メニスカス溢れに起因するノズル25の開口部付近へのインクの付着を防止して、メニスカス25aを安定させることができる。したがって、インク滴に飛翔曲がりなど不具合が生じることを抑制して、吐出安定性やインク滴の着弾位置の精度を高めることができる。

図7(a)、(b)には、第1〜第3駆動パルスP1〜P3と、それに対応する圧力室23の状態を示している。なお、本実施形態では、第2駆動パルスP2の開始のタイミングΔT1が、1×Tc(つまり、m=1)であり、第3駆動パルスP3の開始のタイミングΔT2が、(2+(1/2))Tc(つまり、n=2)である。

図7(b)に実線で示すように、上記した第1駆動パルスP1(T11〜T13の台形状の波形)が供給されると、ヘルムホルツ固有振動周期Tcでの圧力室23の膨張収縮振動が増幅される。次いで、上記した第2駆動パルスP2(T21〜T23の台形状の波形)が供給されると、第1駆動パルスP1で増幅された圧力室23の膨張収縮振動は、より大きく増幅される。次いで、上記したT25〜T27の台形状の波形により、圧力室23の膨張収縮振動は減衰(制振)される。その後、本実施形態では、(2+(1/2))Tc(つまり、n=2)のタイミングΔT2で第3駆動パルスP3を開始する。つまり、圧力室23が収縮を始めるタイミングで第3駆動パルスP3を開始する。これにより、図7(b)に破線で示すような収縮振動が打ち消されて(キャンセルされて)、圧力室23の膨張収縮振動を制振させることができる。その結果、第3インク滴の吐出速度が遅くなり、先に吐出され空中を飛翔している第1および第2インク滴とは分離された状態で第3インク滴を飛翔させることができる。これにより、インク滴が大きくなり過ぎることを防止して、ノズル25の開口部付近へのインクの付着を予防することができる。したがって、長期に亘り優れた吐出安定性を維持することができる。

なお、本明細書において「n×Tc」とは、理論上のn×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、「n×Tc」は、理論上のn×Tc−(1/6)×Tc〜n×Tc+(1/6)×Tcの範囲内の値であってよい。

上記nの数の上限は、例えば印刷速度等にも依るため特に限定されない。nの数は、例えば上記したmの数と同じであってもよく、異なっていてもよい。nの数は、上記したmの数と同様に、小さい方が好ましい。nの数は、好ましくは5以下、より好ましくは3以下、例えばn=2であるとよい。これにより、記録紙5の表面上で、第3駆動パルスP3により吐出された第3インク滴を、第1インク滴および第2インク滴とほぼ同じ位置に安定的に着弾させることができる。

第3駆動パルスP3は、中間電位Vcの状態からスタートし、第3最小電位Vl3まで一定の勾配で下降し(放電波形T31参照)、第3最小電位Vl3を所定の時間維持する(放電維持波形T32参照)。本実施形態では、放電波形T31における放電到達電位Vl3は、第1駆動パルスP1の放電波形T11における放電到達電位Vl1よりも低く、且つ、第2駆動パルスP2の放電波形T21における放電到達電位Vl2と同等かそれよりも高く設定されている。換言すれば、第3駆動パルスP3の放電波形T31における電位の変化量が、第1駆動パルスP1の放電波形T11における電位の変化量よりも大きく、且つ、第2駆動パルスP2の放電波形T21における電位の変化量と同等かそれよりも小さく設定されている。

第3駆動パルスP3は、第2駆動パルスの開始から(n+(1/2))×Tc後(ただし、n≧1)のタイミングΔT2で開始される。これにより、第3のインク滴は後述する第4のインク滴に良くマージされつつ、記録紙5上に着弾した、第1インク滴および第2インク滴と近い位置に着弾して、記録紙5上で一つのインク滴となる。一例では、第3駆動パルスP3の放電波形T31における電位の変化量が、例えば第1駆動パルスP1の放電波形T11における電位の変化量の概ね1.3倍と同等かそれよりも小さく設定されている。これにより、先行する第1インク滴と第2インク滴とを含んだマージ滴とは分離した状態で、第3インク滴を記録紙5上に着弾させるようにしている。

また、放電波形T31における放電時間は、第1駆動パルスP1の放電波形T11および第2駆動パルスP2の放電波形T21と等しく設定されている。また、放電維持波形T32の放電維持時間は、第1駆動パルスP1の放電維持波形T12および第2駆動パルスP2の放電維持波形T22と等しく設定されている。

ここで、放電波形T31の開始時間をt4とし、放電維持波形T32の終了時間をt5としたときに、t4とt5とは、次式(3):t5−t4=(1/2)×Tc;を満たすことが好ましい。これにより、上述した圧力室23の膨張収縮振動を制振する効果がより良く発揮される。第3駆動パルスP3の電位は、その後、中間電位Vcまで一定の勾配で上昇し(充電波形T33参照)、これによってノズル25から所定の速度で第3インク滴が吐出される。中間電位Vcは所定の時間維持される(中間電位維持波形T34参照)。

本実施形態では、第3駆動パルスP3の充電波形T33における電位の変化量(Vc−Vl3)が、第1駆動パルスP1の充電波形T13における電位の変化量(Vc−Vl1)よりも大きく、且つ、第2駆動パルスP2の充電波形T23における電位の変化量(Vl2’−Vl2)よりも小さく設定されている。これにより、第3のインク滴は後述する第4のインク滴に良くマージされつつ、記録紙5上に着弾した第1インク滴および第2インク滴と近い位置に着弾して、記録紙5上で一つの大きなインク滴となるようにしている。

また、第3駆動パルスP3の充電波形T33における電位の変化量(Vc−Vl3)は、第1駆動パルスP1の充電波形T13における電位の変化量(Vc−Vl1)の概ね1.3倍と同等かそれよりも小さく設定されている。さらに、第3駆動パルスP3は、第2駆動パルスの開始から(n+(1/2))×Tc後(ただし、n≧1)のタイミングΔT2で開始される。これにより、第3インク滴の吐出速度が、例えば第1インク滴および第2インク滴を含むマージ滴の速度の概ね60〜80%程度の速度となり、第3インク滴は先行するマージ滴と分離した状態となる。典型的には、第1インク滴および第2インク滴を含むマージ滴、第3インク滴、第4インク滴のなかで第3インク滴の速度が最も遅くなる。

本実施形態では、第3駆動パルスP3が、インク滴を吐出させない程度にメニスカス25aを微小振動させるためのパルス波形を含んでいる。具体的には、上記したT31〜T34の波形の後に、第3駆動パルスP3の電位が、電位Vl3’まで一定の勾配で下降し(放電波形T35参照)、電位Vl3’を所定の時間維持した後(放電維持波形T36参照)、中間電位Vcまで一定の勾配で上昇する(充電波形T37参照)。これにより、圧力室23内のインクを撹拌して均質化することができ、ノズル25の詰りなどの不具合を抑制すると共に、より品質の高い印刷を実現することができる。第3駆動パルスP3の後、中間電位Vcは所定の時間維持される(中間電位維持波形T38参照)。

第4駆動パルスP4は、第3駆動パルスP3の開始からp×Tc後(ただし、p≧2)のタイミングΔT3で開始される。第4駆動パルスP4の開始のタイミングを、ヘルムホルツ固有振動周期Tcに同期させることで、インク吐出を安定化させることができる。 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。

上記第4駆動パルスP4の開始のタイミングを、第3駆動パルスP3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3インク滴を吐出した後の圧力室23には、圧電素子26の圧力変動が残留する。これにより、ノズル25のメニスカス25aは、圧力室23の側に大きく引き込まれた状態となる。メニスカス25aは、ノズル25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8には、第3駆動パルスP3の開始からTc経過後および2Tc経過後のメニスカス25aの状態を示している。ここで、メニスカス25aの引き込み量が大きなTc後の状態で第4駆動パルスP4を開始すると、第3インク滴吐出後から第4インク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4インク滴の液量が少なくなってしまう。また、ノズル25近傍の流路抵抗が増大して、第4インク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4駆動パルスP4の開始を2Tc以降(つまり、p≧2)とすることで、メニスカス25aがノズル25の開口部の側に所定量以上回復した状態で、第4インク滴を吐出することができる。したがって、Tc経過後に第4駆動パルスP4を開始する場合と比べて、第4インク滴の液量を大きくすることができる。また、第3駆動パルスP3と第4駆動パルスP4との間隔が広がるため、圧力室23の収縮度合いが小さくなり、ノズル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25近傍の流路抵抗も小さくなり、第4インク滴の速度、ならびに第4インク滴により生じる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、第3インク滴と同等かそれ以上の吐出量で第4インク滴を安定的に吐出することができ、第4インク滴が的確に第3インク滴とマージする。またサテライト滴やミストの発生をも抑制することができる。る。したがって、記録紙5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。

以上のように、第3のインク滴は第4のインク滴に良くマージされつつ、先行して記録紙5上に着弾した第1インク滴および第2インク滴と近い位置に着弾して、記録紙5上で一つの大きなインク滴となる。記録紙5上における第1〜第4インク滴の着弾位置は、主には、キャリッジの移動速度、インク滴の吐出速度、インク滴の吐出タイミング、インク滴のインク量、インクノズルから記録紙5までの距離などにより決定される。

上記pの数は、例えば図1に示すような大型の業務用プリンタの場合にあっては、第1〜第4インク滴すべてが記録紙5上で一つの大きなインク滴を形成する観点から、より小さいことが望ましい。pの数が大きい場合、例えばpが4以上となると、先行するインク滴(第1インク滴、第2インク滴)と、後続するインク滴(第3インク滴、第4インク滴)とが、記録紙5上でお互いに離れて着弾し、記録紙5上で一つの大きなインク滴を形成し損ねる可能性が生じる。一方で、第4インク滴の吐出速度を確保して吐出を安定化させるためには、メニスカス25aが圧力室23の側に大きく引き込まれていない状態で第2インク滴を吐出させることが好ましい。したがって、pの数は、好ましくはp≦3、特にはn=2であるとよい。

第4駆動パルスP4は、中間電位Vcの状態からスタートし、第4最小電位Vl4まで一定の勾配で下降し(放電波形T41参照)、第4最小電位Vl4を所定の時間維持する(放電維持波形T42参照)。本実施形態では、放電波形T41における放電到達電位Vl4が、第3駆動パルスP3の放電波形T31における放電到達電位Vl3と同等かそれよりも低く設定されている。一例では、第1〜第4駆動パルスP1〜P4の放電到達電位Vl1、Vl2、Vl3、Vl4のなかで、Vl4が最も低く設定されている。これにより、記録紙5上で4つ全てのインク滴(第1〜第4インク滴)を、より良くマージさせるようにしている。

また、放電波形T41における放電時間は、第1〜第3駆動パルスP1〜P3の放電波形T11、T21、T31と等しく設定されている。また、放電維持波形T42の放電維持時間は、第1〜第3駆動パルスP1〜3の放電維持波形T12、T22、T32と等しく設定されている。

ここで、放電波形T41の開始時間をt6とし、放電維持波形T42の終了時間をt7としたときに、t6とt7とは、次式(4):t7−t6=(1/2)×Tc;を満たすことが好ましい。これにより、圧力室23の膨張収縮振動を一層安定させることができる。第4駆動パルスP4の電位は、その後、中間電位Vcを超えて第4の最大電位Vh4まで一定の勾配で上昇し(充電波形T43参照)、これによってノズル25から所定の速度で第4インク滴が吐出される。第4の最大電位Vh4は所定の時間維持される(電位維持波形T44参照)。

第4駆動パルスP4の充電波形T43における電位の変化量(Vh4−Vl4)は、第3駆動パルスP3の充電波形T33における電位の変化量(Vc−Vl3)と同じかそれよりも大きく設定されている。これにより、第4インク滴は、第3インク滴と同等かそれ以上のスピードで吐出されるようになっている。本実施形態では、(Vh4−Vl4)=1.6(Vc−Vl3)程度に設定され、第4インク滴が第3インク滴の概ね1.2倍程度のスピードで吐出されるようになっている。そのため、第3インク滴と第4インク滴とを記録紙5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。特に限定されないが、メニスカス25aの振動を小さく抑える観点からは、(Vh4−Vl4)が概ね(Vc−Vl3)の3倍以下、例えば2倍以下であるとよい。

第1インク滴および第2インク滴を含むマージ滴と、第3インク滴および第4インク滴を含むマージ滴とは、記録紙5上で1つのインク滴となるようにほぼ同位置に精度よく着弾する必要がある。また、主滴の後に発生し得るサテライト滴も、上記2つのマージ滴と同位置に着弾させる必要がある。そのため、例えばインク吐出ヘッド15と記録紙5との間の距離やキャリッジ1の走査速度などによっても異なるが、第4インク滴の速度は、第1インク滴および第2インク滴の速度よりも速いことが好ましい。一例では、第4駆動パルスP4の放電波形T43における電位の変化量(Vh4−Vl4)が、第1駆動パルスP1の放電波形T13における電位の変化量(Vc−Vl1)および第2駆動パルスP2の放電波形T23における電位の変化量(Vl2’−Vl2)と同等かそれよりも大きいとよい。また、第4インク滴の速度は、例えば第1インク滴の速度の概ね1.5倍以下、例えば1.2倍以下であることが好ましい。これにより、上記した2つのマージ滴の状態を維持したまま、記録紙5に安定的に着弾させることができる。

本実施形態では、第4駆動パルスP4の電位が、さらに電位Vh4’まで一定の勾配で上昇し(充電波形T45参照)、第5最大電位Vh4’を所定の時間維持した後(充電維持波形T46参照)、中間電位Vcまで一定の勾配で下降する(放電波形T47参照)。T45〜T47による台形状の波形は、第2駆動パルスP2に含まれる波形T25〜T27と同様に、圧力室53のヘルムホルツ振動と逆位相の波形である。

図9には、1つの大きなドットを形成する際の飛翔中のインク滴のマージの様子を示している。本実施形態では、第1インク滴〜第4インク滴を記録紙5のほぼ同一地点に着弾させることにより、記録紙5上に1つの大きなドットを形成する。つまり、第1インク滴D1と第2インク滴D2とが空中でマージして1のマージ滴D12となる。また、第3インク滴D3と第4インク滴D4とが空中でマージし、第2インク滴の吐出後に発生した第2インク滴によるサテライトD2’を吸収して、他の1のマージ滴D2’34となる。それら2つのマージ滴を記録紙5のほぼ同位置に着弾させることで、1つの大きなドットを形成する。

詳しくは、まず第1駆動パルスP1を与えることで、ノズル25から第1インク滴D1が吐出される。次に、所定のタイミングで第2駆動パルスP2を与えることで、ノズル25から第2インク滴D2が吐出される。第2インク滴D2は、第1インク滴D1の速度以上で吐出される。これにより、第1インク滴D1と第2インク滴D2とは空中でマージし、マージ滴D12となる。このとき、第2インク滴D2の一部がマージ滴D12から分かれ、サテライト滴D2’となる。サテライト滴D2’は、マージ滴D12に比べて相対的に飛翔速度が遅い。

次に、所定のタイミングで第3駆動パルスP3を与えることで、ノズル25から第3インク滴D3が吐出される。第3インク滴D3は、圧力室23のヘルムホルツ固有振動をキャンセルするタイミングで吐出されるため、マージ滴D12に比べて飛翔速度が遅くなる。そのため、第3インク滴D3はマージ滴D12と空中で合体することがない。しかし、第3インク滴D3は、マージ滴D12に比べて飛翔速度が遅いサテライト滴D2’とマージして、マージ滴D2’3となる。次に、所定のタイミングで第4駆動パルスP4を与えることで、ノズル25から第4インク滴D4が吐出される。第4インク滴D4は、第3インク滴D3の速度以上で吐出される。マージ滴D2’3と第4インク滴D4とは空中でマージし、マージ滴D2’34となる。このとき、第4インク滴D4の一部がマージ滴D2’34から分かれ、サテライト滴D4’となる。マージ滴D12と、マージ滴D2’34と、サテライト滴D4’とは、記録紙5上のほぼ同位置に重なるようにして着弾する。これにより、1ドットが形成される。

次に、プリンタ10の動作について説明する。ユーザーによってプリンタ10が起動されると、制御装置18は印刷開始準備を行う。具体的には、制御装置18のROMからインク吐出ヘッド15の特性を表す各種データ(例えばヘルムホルツ固有振動周期Tc)が読み出される。制御装置18はまた、圧電素子26の電位を中間電位まで降下させて、圧力室23を微小に膨張させる。インク吐出ヘッド15は、この状態で制御装置18から駆動信号が送られるまで待機する。

ユーザーによってプリンタ10の印刷動作が指示されると、制御装置18のモータ制御部40が紙送り機構のフィードモータを駆動する。これにより、記録紙5が搬送され、所定の印刷位置に配置される。制御装置18のモータ制御部40は、キャリッジ移動機構8のキャリッジモータ8aを駆動する。制御装置18は、キャリッジ1を走査方向(図1の左右方向)に移動させながらインク吐出ヘッド15を駆動する。より詳しくは、インク吐出ヘッド15の圧電素子26に駆動パルスを入力する。これにより、圧電素子26が駆動パルスに応じた膨張収縮を引き起こし、圧力室23内に圧力変化が生じる。その結果、所定の質量をもったインク滴がノズル25から所定の速度で吐出される。吐出されたインク滴は、記録紙5に着弾して1ドットを形成する。

1行分の印刷がなされると、紙送り機構のフィードモータが駆動され、記録紙5が次の行の印刷位置に配置される。このような動作を繰り返し、プリンタ10は所定の印刷を終える。圧電素子26に駆動パルスに入力されなくなると、制御装置18は圧電素子26の電位を0とする。

以下、図10を参照しながら、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。

図10に示す駆動信号は、1液滴吐出周期Pa内に、インク滴を吐出させる駆動パルスP1、P2、P3、P4を時系列で生成する駆動波形である。これにより、第2駆動パルスP2と第3駆動パルスP3との間でインク滴を分離すると共に、インク滴を記録紙5の略同じ位置に着弾させて、1ドットを形成する。第3駆動パルスP3は、微小振動のパルスを含んでいる。この実施態様において、各設定値は以下の通りである。

・インク吐出ヘッドのヘルムホルツ固有振動周期Tc=6μs ・第1駆動パルスP1:Tfl=Trl=1μs、Pw1=2.25μs、Tfl+Pw1=3.25μs(=0.54Tc) ・第2駆動パルスP2:Tf2=Tr2=Tf3=Tr3=1μs、Pw2=Pw3=Pw4=2.25μs、Tf2+Pw2=3.25μs(=0.54Tc) ・第3駆動パルスP3:Tf4=Tr4=1μs、Pw5=2.25μs、Tf4+Pw5=3.25μs(=0.54Tc) ・第4駆動パルスP4:Tf5=Tr5=Tf6=Tr6=1μs、Pw6=2.25μs、Pw7=Pw8=3μs、Tf5+Pw6=3.25μs(=0.54Tc)

・ΔT1:第1駆動パルスP1の開始から1Tc後(=1×6=6μs後) ・ΔT2:第2駆動パルスP2の開始から(2+(1/2))Tc後(=2.5×6=15μs後) ・ΔT3:第3駆動パルスP3の開始から2Tc後(=2×6=12μs後)

このとき、駆動周波数21.0kHzで、キャリッジ1の走査速度を1185mm/sとすると、インク吐出時には、第1インク滴と第2インク滴とを含むマージ滴が6m/sの速度で飛翔し、第3インク滴と第4インク滴とを含むマージ滴が6〜7.2m/s程度の速度で飛翔し、これらが記録紙5上の同位置に着弾する。これによって、1画素あたり凡そ17ngのドットを形成することができる。一方、インク非吐出時には、第3駆動パルスP3に含まれる微小振動のパルスによって、インク滴を吐出させない程度にメニスカス25aを振動させて、圧力室23内のインクを撹拌することができる。

以上、本実施形態のプリンタ10では、1液滴吐出周期Pa内に含まれる駆動パルスP1,P2の放電時間(圧力室23を膨張させる期間)を、ヘルムホルツ固有振動周期Tcの1/2に設定している。これにより、各駆動パルスP1、P2が圧力室23の膨張収縮振動を増幅させることができる。その結果、インク滴の吐出を安定化すると共に、大きなインク滴を吐出することができる。プリンタ10ではまた、第2駆動パルスP2の駆動の開始タイミングΔT1を、第1駆動パルスP1の開始からm×Tc(m≧1)後に設定している。これにより、第1インク滴吐出後の圧力室23の残留振動を増幅しつつ第2インク滴を吐出することができる。プリンタ10ではさらに、第2インク滴が第1インク滴以上の速さで吐出される。その結果、第2インク滴と第1インク滴とが的確にマージされ、ミストの発生を抑制することができる。したがって、プリンタ10では、インクの吐出安定性が向上し、印刷品質を向上することができる。

また、プリンタ10では、第3駆動パルスP3の開始のタイミングΔT2を第2駆動パルスP2の開始から(n+(1/2))×Tc(n≧1)後に設定している。これにより、先の第1および第2インク滴とは分離された状態で第3インク滴を吐出することができる。その結果、第3インク滴が大きくなり過ぎることを抑制して、ノズル開口部にインクを付着させることなく、吐出安定性や着弾位置の精度を高めることができる。また、第4駆動パルスP4の開始のタイミングΔT3を第3駆動パルスP3の開始からp×Tc(p≧2)後に設定している。これにより、大きな第4の液滴を安定的に吐出することができ、吐出安定性を高めることができる。さらに、第4インク滴は第3インク滴以上の速さで吐出されるため、第3インク滴と第4インク滴とが的確にマージされる。第3インク滴と第4インク滴とのマージ滴は、先に着弾している第1および第2インク滴のマージ滴とほぼ同位置に着弾し、これによって記録紙5上に大きな1ドットが形成される。さらに、第4インク滴吐出後のサテライトの飛翔速度が速められ、上記形成したドットの位置にサテライト滴を安定的に着弾させることができる。

本実施形態では、第1駆動パルスP1が、中間電位Vcから所定の第1最小電位Vl1まで下降する第1電位下降波形T11と、第1最小電位Vl1を所定の時間維持する第1最小電位維持波形T12とを含み、第1電位下降波形T11と第1最小電位維持波形T12との合計時間(t1−t0)が、(1/2)×Tcと等しくなっている。また、第2駆動パルスP2が、中間電位Vcから所定の第2最小電位Vl2まで下降する第2電位下降波形T21と、第2最小電位Vl2を所定の時間維持する第2最小電位維持波形T22とを含み、第2電位下降波形T21と第2最小電位維持波形T22との合計時間(t3−t2)が、(1/2)×Tcと等しくなっている。このように、第1駆動パルスP1および第2駆動パルスP2が圧力室23のヘルムホルツ振動周期に同期し、圧力室23の膨張伸縮振動を増幅するように作用することで、圧力室23を安定的に膨張させることができる。

本実施形態では、第1駆動パルスP1の中間電位Vcから第1最小電位Vl1までの電位の変化量をΔV1とし、上記第2駆動パルスの上記中間電位から上記第2最小電位までの電位の変化量をΔV2としたときに、上記ΔV1と上記ΔV2とが、ΔV1≦ΔV2を満たしている。これにより、第2インク滴は、第1インク滴と同等かそれ以上のスピードで吐出され、第1インク滴と第2インク滴とを記録紙5に着弾する前にマージさせることができる。

本実施形態では、第3駆動パルスP3は所定の時間の間に中間電位Vcから第3最小電位Vl3まで下降する第3電位下降波形T31を含み、第4駆動パルスP4は所定の時間の間に中間電位Vcから第4最小電位Vl4まで下降する第4電位下降波形T41を含み、第3駆動パルスP3の中間電位Vcから第3最小電位Vl3までの電位の変化量をΔV3とし、第4駆動パルスの中間電位Vcから第4最小電位Vl4までの電位の変化量をΔV4としたときに、上記ΔV3と上記ΔV4とが、ΔV3≦ΔV4を満たしている。これにより、第4インク滴は、第3インク滴と同等かそれ以上のスピードで吐出され、第3インク滴と第4インク滴とを記録紙5に着弾する前にマージさせることができる。

本実施形態では、ΔV1とΔV3とが、ΔV1<ΔV3≦1.3×ΔV1を満たしている。これにより、第1インク滴と第2インク滴とを含むマージ滴とは分離した状態で、第3インク滴を記録紙5上に着弾させることができる。換言すれば、マージ滴がノズル開口部から離脱する時や、空中を飛翔している間に大きくなり過ぎることを防止することができる。

本実施形態では、第4インク滴が、第1インク滴以上の速さであって第1インク滴の1.2倍以下の速さで吐出される。これにより、記録紙5上のほぼ同位置に、インク滴を的確に着弾させることができる。

本実施形態では、第3駆動パルスP3において、圧力室23の膨張している状態が(1/2)×Tcの時間持続される。本実施形態では、第4駆動パルスP4において、圧力室23の膨張している状態が(1/2)×Tcの時間持続される。これにより、インク滴の吐出を安定化すると共に、大きなインク滴を吐出することができる。

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ΔT1を、第1駆動パルスP1の開始から1×Tc後に設定している。つまり、上記したm×Tcにおいて、m=1としている。また、本実施形態では、第3駆動パルスP3の開始のタイミングΔT2を第2駆動パルスP2の開始から(2+(1/2))×Tc後に設定している。つまり、上記した(n+(1/2))×Tcにおいて、n=2としている。また、本実施形態では、第4駆動パルスP4の開始のタイミングΔT3を第3駆動パルスP3の開始から2×Tc後に設定している。つまり、上記したp×Tcにおいて、p=2としている。これにより、印刷速度を速めてスループットを向上すると共に、インク滴の吐出速度を確保して、吐出を一層安定化させ、さらに第1〜第4駆動パルスによるインク滴を、記録紙5上のほぼ同じ位置に着弾させることができる。

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。

例えば、上記した実施形態では、圧力発生素子が縦振動モードの圧電素子26であったが、これには限定されない。圧力発生素子は例えば磁歪素子等であってもよい。また、圧電素子は横振動モードであってもよい。

また、各駆動パルスの充放電時間や放電到達電位の値は、上記した設定を満足する限りにおいて、任意に設定することができる。例えば、上記した実施形態において、第1〜第4駆動パルスP1〜P4は、放電時間と放電維持時間とが、それぞれ等しく設定されていたが、これには限定されない。また、上記した実施形態では、第1駆動パルスP1の放電到達電位Vl1が第2駆動パルスP2の放電到達電位Vl2よりも高電位であったが、これら放電到達電位は同じであってもよい。また、上記した実施形態では、第3駆動パルスP3の放電到達電位Vl3が第4駆動パルスP4の放電到達電位Vl4よりも高電位であったが、これら放電到達電位は同じであってもよい。また、上記した実施形態では、第2駆動パルスP2がヘルムホルツ振動と逆位相の波形T25〜T27を含んでいたが、これらは含んでいなくてもよい。

また、上記した実施形態では、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。

また、上記した実施形態では、液体吐出ヘッドがインクジェット式記録装置に搭載されるインク吐出ヘッド15であったが、これには限定されない。液体吐出ヘッドは、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し、各種用途で使用可能である。

15 インク吐出ヘッド(液体吐出ヘッド) 20 インク吐出装置(液体吐出装置) 21 ケース本体 22 振動板 23 圧力室 24 インク流入口 25 ノズル 25a メニスカス 26 圧電素子(圧力発生素子) 27 フレキシブルケーブル