(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号により駆動される圧力発生手段により圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせ、前記圧力発生室内の液体をノズル開口を介して吐出させる液体噴射ヘッドの制御方法であって、
前記駆動信号が第１の駆動信号と第２の駆動信号と第３の駆動信号とを有しており、
前記第１の駆動信号が、前記圧力発生室を収縮させる第１の収縮要素を含む先行パルス部と、前記第１の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む第１の膨張要素および該第１の膨張要素の後に前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第２の収縮要素を含む吐出パルス部とを有し、
前記第２の駆動信号が、前記吐出パルス部と、前記第２の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させて残留振動を制振させる第２の膨張要素を含む制振パルス部とを有し、
前記第３の駆動信号が、前記先行パルス部と、前記吐出パルス部と、前記制振パルス部とを有し、
前記液体の粘度が第１の設定値以上の場合には前記第１の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、
前記液体の粘度が前記第１の設定値よりも低い粘度である第２の設定値以下の場合には前記第２の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、
前記液体の粘度が前記第１の設定値未満で、且つ前記第２の設定値を超える場合には、前記第３の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御方法。
【請求項２】
駆動信号により駆動される圧力発生手段により圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせ、前記圧力発生室内の液体をノズル開口を介して吐出させる液体噴射ヘッドの制御装置であって、
前記駆動信号が第１の駆動信号と第２の駆動信号と第３の駆動信号とを有しており、
前記第１の駆動信号が、前記圧力発生室を収縮させる第１の収縮要素を含む先行パルス部と、前記第１の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む第１の膨張要素および該第１の膨張要素の後に前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第２の収縮要素を含む吐出パルス部とを有し、
前記第２の駆動信号が、前記吐出パルス部と、前記第２の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させて残留振動を制振させる第２の膨張要素を含む制振パルス部とを有し、
前記第３の駆動信号が、前記先行パルス部と、前記吐出パルス部と、前記制振パルス部とを有し、
前記液体の粘度が第１の設定値以上の場合には前記第１の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、
前記液体の粘度が前記第１の設定値よりも低い粘度である第２の設定値以下の場合には前記第２の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、
前記液体の粘度が前記第１の設定値未満で、且つ前記第２の設定値を超える場合には、前記第３の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載する液体噴射ヘッドの制御装置において、
前記制振パルス部における第２の膨張要素の始点から終点に至る第１の期間と前記第２の膨張要素に連続して前記圧力発生手段が一定に保持される平坦要素の始点から終点に至る第２の期間との和が、前記圧力発生室の固有振動の周期をＴｃとするとき、（５／１３）Ｔｃ〜（１０／１３）Ｔｃとなっていることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載する液体噴射ヘッドの制御装置において、
前記駆動信号の波形における第１の膨張要素の傾きＤ１と第２の膨張要素の傾きＤ２との関係がＤ２≧Ｄ１であることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載する液体噴射ヘッドの制御装置において、
前記駆動信号の波形における第２の収縮要素の傾きＤ３と、前記制振パルス部における前記平坦要素に連続して初期状態に戻る第３の収縮要素の傾きＤ４との関係がＤ３≧Ｄ４であることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御装置。
【請求項６】
液体が充填される圧力発生室と、駆動信号の供給により前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、前記圧力変化に伴い前記圧力発生室内の液体を吐出させるノズル開口とを備えた液体噴射ヘッドと、
請求項２〜請求項５の何れか一項に記載する制御装置とを有することを特徴とする液体噴射装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体噴射ヘッドの制御方法、制御装置および液体噴射装置に関し、特に粘度が広い範囲で変化する液体を吐出させる場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置に搭載されノズル開口を介して液体を吐出する液体噴射ヘッドの代表例として、例えば圧電アクチュエーターの変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが知られている。この種のインクジェット式記録ヘッドは、一般に、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面側に圧電アクチュエーターを設け、この圧電アクチュエーターを変形させることで圧力発生室内のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるように構成してある。
【０００３】
かかるインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置の中には、熱により定着を促進できるインクを使用したものがある。この種のインクジェット記録装置のインクジェット式記録ヘッドには、その内部に、インクを乾燥、定着させるためのヒーターが備えられている。この場合、インクジェット式記録ヘッド内のインクの温度がヒーターによって低温から高温まで広い範囲に亘って幅広く変動する。これに伴い、インク粘度も幅広く変動する。ここで、インクの吐出特性は粘度により大きく変動する。したがって、粘度が幅広く変動するインクを固定された一種類の波形の駆動信号で吐出させた場合には吐出されるインク重量やインク速度のバラツキが生起され吐出特性の悪化を招来するという問題がある。
【０００４】
一方、ノズル開口からインク滴を吐出させる吐出パルス部に先行させて先行パルス部を設けるとともに、吐出パルス部の後に制振パルス部を設けた駆動波形が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２２３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、駆動信号の電圧レベルを低減するとともに、液滴の吐出ばらつきを抑制することを目的として先行パルス部においてインクに発生させた振動を利用し、その振動に同期した状態でインク滴を吐出させている。
【０００７】
しかしながら特許文献１においては、インク粘度と駆動波形との関連は示唆されていないばかりか、高粘度のインクの場合、圧力発生室の振動とメニスカスの振動を完全には同期させることができないという問題が残る。すなわち、広い範囲で変化する粘度に応じた適確な吐出特性を得ることができるものではない。
【０００８】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、粘度に応じた適確な駆動信号で圧力発生手段を駆動することにより液体の粘度が広い範囲で変化しても安定した吐出特性を得ることができる液体噴射ヘッドの制御方法、制御装置および液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の態様は、駆動信号により駆動される圧力発生手段により圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせ、前記圧力発生室内の液体をノズル開口を介して吐出させる液体噴射ヘッドの制御方法であって、前記駆動信号が第１の駆動信号と第２の駆動信号と第３の駆動信号とを有しており、前記第１の駆動信号が、前記圧力発生室を収縮させる第１の収縮要素を含む先行パルス部と、前記第１の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む第１の膨張要素および該第１の膨張要素の後に前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第２の収縮要素を含む吐出パルス部とを有し、前記第２の駆動信号が、前記吐出パルス部と、前記第２の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させて残留振動を制振させる第２の膨張要素を含む制振パルス部とを有し、前記第３の駆動信号が、前記先行パルス部と、前記吐出パルス部と、前記制振パルス部とを有し、前記液体の粘度が第１の設定値以上の場合には前記第１の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、前記液体の粘度が前記第１の設定値よりも低い粘度である第２の設定値以下の場合には前記第２の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、前記液体の粘度が前記第１の設定値未満で、且つ前記第２の設定値を超える場合には、前記第３の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御方法にある。
本態様によれば、所定の高粘度の液体を吐出する場合に使用される第１の駆動信号は、先行パルス部を有しているので、第１の収縮要素によりノズル開口側への圧力が付与されたメニスカスを次の吐出パルスにおける第１の膨張要素で反対側に引き込むことができる。すなわち、第１の膨張要素で勢いが付いたメニスカスを第１の膨張要素で一気に引き込むことができる。この結果、液体が高粘度であっても、先行パルス部の存在により吐出パルス部でのメニスカスの引き込み動作を良好に行うことができる。
また、所定の低粘度の液体を吐出する場合に使用される第２の駆動信号は、制振パルス部を有しているので、第２の収縮要素でノズル開口から吐出された液体のメニスカスの戻りに伴う振動を、第２の収縮要素により圧力発生室が膨張されることにより、吸収させることができる。この結果、液体が低粘度であっても、制振パルス部の存在により制振パルス部でのメニスカスの振動を良好に抑制することができる。
さらに、第３の駆動信号によって、第１の駆動信号と第２の駆動信号との間で液体の粘度に応じた直線補完を行なうことも可能になり、中間粘度領域ではあるが高粘度側の領域にある場合や、中間粘度領域ではあるが低粘度側の領域にある場合等も含め、さらに適確な粘度に応じた駆動信号とすることができる。
本発明の他の態様は、駆動信号により駆動される圧力発生手段により圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせ、前記圧力発生室内の液体をノズル開口を介して吐出させる液体噴射ヘッドの制御装置であって、前記駆動信号が第１の駆動信号と第２の駆動信号と第３の駆動信号とを有しており、前記第１の駆動信号が、前記圧力発生室を収縮させる第１の収縮要素を含む先行パルス部と、前記第１の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む第１の膨張要素および該第１の膨張要素の後に前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第２の収縮要素を含む吐出パルス部とを有し、前記第２の駆動信号が、前記吐出パルス部と、前記第２の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させて残留振動を制振させる第２の膨張要素を含む制振パルス部とを有し、前記第３の駆動信号が、前記先行パルス部と、前記吐出パルス部と、前記制振パルス部とを有し、前記液体の粘度が第１の設定値以上の場合には前記第１の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、前記液体の粘度が前記第１の設定値よりも低い粘度である第２の設定値以下の場合には前記第２の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させ、前記液体の粘度が前記第１の設定値未満で、且つ前記第２の設定値を超える場合には、前記第３の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御装置にある。
本態様によれば、所定の高粘度の液体を吐出する場合に使用される第１の駆動信号は、先行パルス部を有しているので、第１の収縮要素によりノズル開口側への圧力が付与されたメニスカスを次の吐出パルスにおける第１の膨張要素で反対側に引き込むことができる。すなわち、第１の膨張要素で勢いが付いたメニスカスを第１の膨張要素で一気に引き込むことができる。この結果、液体が高粘度であっても、先行パルス部の存在により吐出パルス部でのメニスカスの引き込み動作を良好に行うことができる。
また、所定の低粘度の液体を吐出する場合に使用される第２の駆動信号は、制振パルス部を有しているので、第２の収縮要素でノズル開口から吐出された液体のメニスカスの戻りに伴う振動を、第２の収縮要素により圧力発生室が膨張されることにより、吸収させることができる。この結果、液体が低粘度であっても、制振パルス部の存在により制振パルス部でのメニスカスの振動を良好に抑制することができる。
さらに、第３の駆動信号によって、第１の駆動信号と第２の駆動信号との間で液体の粘度に応じた直線補完を行なうことも可能になり、中間粘度領域ではあるが高粘度側の領域にある場合や、中間粘度領域ではあるが低粘度側の領域にある場合等も含め、さらに適確な粘度に応じた駆動信号とすることができる。
ここで、前記制振パルス部における第２の膨張要素の始点から終点に至る第１の期間と前記第２の膨張要素に連続して前記圧力発生手段が一定に保持される平坦要素の始点から終点に至る第２の期間との和が、前記圧力発生室の固有振動の周期をＴｃとするとき、（５／１３）Ｔｃ〜（１０／１３）Ｔｃとなっていることが好ましい。この場合には第１の期間と第２の期間との合計時間が（Ｔｃ／２）程度になるので、第２の膨張要素と、前記平坦要素に連続して初期状態に戻す第３の収縮要素とが加振をすることになり、メニスカス振動を抑制する制振力が大きくなって低粘度の液体であっても残留振動が良好に抑制される。すなわち、Ｔｃとの関係において最も安定した制振効果が発揮される。
また、前記駆動信号の波形における第１の膨張要素の傾きＤ１と第２の膨張要素の傾きＤ２との関係がＤ２≧Ｄ１であることが好ましい。この場合には、吐出に先立つメニスカスの引き込み時の傾斜よりも吐出後の制振のためのメニスカスの引き込み時の傾斜を同等以上とすることができるので、良好な制振効果を得ることができる。
さらに、前記駆動信号の波形における第２の収縮要素の傾きＤ３と、前記制振パルス部における前記平坦要素に連続して初期状態に戻る第３の収縮要素の傾きＤ４との関係がＤ３≧Ｄ４であることが好ましい。この場合には液体の吐出時の傾斜を制振時における初期状態への戻りに伴うメニスカスの制振時の傾斜に対し同等以上とすることができるので、良好な吐出特性と同時に良好な制振特性が担保される。
本発明の他の態様は、液体が充填される圧力発生室と、駆動信号の供給により前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、前記圧力変化に伴い前記圧力発生室内の液体を吐出させるノズル開口とを備えた液体噴射ヘッドと、上記制御装置とを有することを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、高粘度から低粘度まで、広い粘度範囲に分散する粘度領域に合わせた適確な駆動波形で液体を吐出させることができるので、吐出液体の速度や吐出量等が安定し、良好な吐出特性が得られ、印刷等の品質を向上させることが可能となる。
また、他の態様は、駆動信号により駆動される圧力発生手段により圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせ、前記圧力発生室内の液体をノズル開口を介して吐出させる液体噴射ヘッドの制御方法であって、前記駆動信号が第１の駆動信号と第２の駆動信号とを有しており、前記第１の駆動信号が、前記圧力発生室を収縮させる第１の収縮要素を含む先行パルス部と、前記第１の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む第１の膨張要素および該第１の膨張要素の後に前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第２の収縮要素を含む吐出パルス部とを有するとともに、前記第２の駆動信号が、前記吐出パルス部と、前記第２の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させて残留振動を制振させる第２の膨張要素を含む制振パルス部とを有し、前記液体の粘度が第１の設定値以上の場合には前記第１の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させるとともに、前記粘度が第２の設定値以下の場合には前記第２の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御方法にある。
本態様によれば、所定の高粘度の液体を吐出する場合に使用される第１の駆動信号は、先行パルス部を有しているので、第１の収縮要素によりノズル開口側への圧力が付与されたメニスカスを次の吐出パルスにおける第１の膨張要素で反対側に引き込むことができる。すなわち、第１の膨張要素で勢いが付いたメニスカスを第１の膨張要素で一気に引き込むことができる。この結果、液体が高粘度であっても、先行パルス部の存在により吐出パルス部でのメニスカスの引き込み動作を良好に行うことができる。
【００１１】
また、所定の低粘度の液体を吐出する場合に使用される第２の駆動信号は、制振パルス部を有しているので、第２の収縮要素でノズル開口から吐出された液体のメニスカスの戻りに伴う振動を、第２の収縮要素により圧力発生室が膨張されることにより、吸収させることができる。この結果、液体が低粘度であっても、制振パルス部の存在により制振パルス部でのメニスカスの振動を良好に抑制することができる。
【００１２】
ここで、前記駆動信号が、さらに前記先行パルス部、吐出パルス部および制振パルス部を有する第３の駆動信号を有するとともに、前記液体の粘度が第１の設定値未満で、かつ第２の設定値を越える場合には前記第３の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させるのが望ましい。この場合には、第１の駆動信号と第２の駆動信号との間で液体の粘度に応じた直線補完を行なうことも可能になり、中間粘度領域ではあるが高粘度側の領域にある場合や、中間粘度領域ではあるが低粘度側の領域にある場合等も含め、さらに適確な粘度に応じた駆動信号とすることができる。
【００１３】
本発明の他の態様は、駆動信号により駆動される圧力発生手段により圧力発生室の液体に圧力変化を生じさせ、前記圧力発生室内の液体をノズル開口を介して吐出させる液体噴射ヘッドの制御装置であって、前記駆動信号が第１の駆動信号と第２の駆動信号とを有しており、前記第１の駆動信号が、前記圧力発生室を収縮させる第１の収縮要素を含む先行パルス部と、前記第１の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させてメニスカスを引き込む第１の膨張要素および該第１の膨張要素の後に前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる第２の収縮要素を含む吐出パルス部とを有するとともに、前記第２の駆動信号が、前記吐出パルス部と、前記第２の収縮要素の後に前記圧力発生室を膨張させて残留振動を制振させる第２の膨張要素を含む制振パルス部とを有し、前記液体の粘度が第１の設定値以上の場合には前記第１の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させるとともに、前記粘度が第２の設定値以下の場合には前記第２の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させることを特徴とする液体噴射ヘッドの制御装置にある。
本態様によれば、第１の態様と同様に、液体が高粘度であっても、先行パルス部の存在により吐出パルス部でのメニスカスの引き込み動作を良好に行うことができ、また液体が低粘度であっても、制振パルス部の存在により制振パルス部でのメニスカスの振動を良好に抑制することができる。
【００１４】
ここで、前記駆動信号が、さらに前記先行パルス部、吐出パルス部および制振パルス部を有する第３の駆動信号を有するとともに、前記液体の粘度が第１の設定値未満で、かつ第２の設定値を越える場合には前記第３の駆動信号で前記圧力発生手段を駆動させるように構成するのが望ましい。この場合には、第２の態様と同様に、中間粘度領域ではあるが高粘度側の領域にある場合や、中間粘度領域ではあるが低粘度側の領域にある場合等も含め、さらに適確な粘度に応じた駆動信号とすることができる。
【００１５】
また、前記制振パルス部における第２の膨張要素の始点から終点に至る第１の期間と前記第２の膨張要素に連続して前記圧力発生手段が一定に保持される平坦要素の始点から終点に至る第２の期間との和が、前記圧力発生室の固有振動の周期をＴｃとするとき、（５／１３）Ｔｃ〜（１０／１３）Ｔｃとなっているのが望ましい。この場合には第１の期間と第２の期間との合計時間が（Ｔｃ／２）程度になるので、第２の膨張要素と、前記平坦要素に連続して初期状態に戻す第３の収縮要素とが加振をすることになり、メニスカス振動を抑制する制振力が大きくなって低粘度の液体であっても残留振動が良好に抑制される。すなわち、Ｔｃとの関係において最も安定した制振効果が発揮される。
【００１６】
さらに、前記駆動信号の波形における第１の膨張要素の傾きＤ１と第２の膨張要素の傾きＤ２との関係がＤ２≧Ｄ１であるのが望ましい。この場合には、吐出に先立つメニスカスの引き込み時の傾斜よりも吐出後の制振のためのメニスカスの引き込み時の傾斜を同等以上とすることができるので、良好な制振効果を得ることができる。また、前記駆動信号の波形における第１の収縮要素の傾きＤ３と、前記制振パルス部における前記平坦要素に連続して初期状態に戻る第３の収縮要素の傾きＤ４との関係がＤ３≧Ｄ４であるのが望ましい。この場合には液体の吐出時の傾斜を制振時における初期状態への戻りに伴うメニスカスの制振時の傾斜に対し同等以上とすることができるので、良好な吐出特性と同時に良好な制振特性が担保される。
【００１７】
本発明の他の実施の態様は、液体が充填される圧力発生室と、駆動信号の供給により前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、前記圧力変化に伴い前記圧力発生室内の液体を吐出させるノズル開口とを備えた液体噴射ヘッドと、上記制御装置とを有することを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、高粘度から低粘度まで、広い粘度範囲に分散する粘度領域に合わせた適確な駆動波形で液体を吐出させることができるので、吐出液体の速度や吐出量等が安定し、良好な吐出特性が得られ、印刷等の品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】液体噴射装置の構成を示す模式的斜視図である。
【図２】実施の形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】図３のＡ―Ａ′線断面図である。
【図５】液体噴射装置の制御系の構成を示すブロック線図である。
【図６】本発明に係る液体噴射装置の第１の駆動信号の波形を示す波形図である。
【図７】本発明に係る液体噴射装置の第２の駆動信号の波形を示す波形図である。
【図８】本発明に係る液体噴射装置の第３の駆動信号の波形を示す波形図である。
【図９】液体噴射装置の制振機能を検証する駆動信号の波形を示す波形図である。
【図１０】制振機能の検証により得られたデータを示す図表である。
【図１１】制振機能の検証により得られた吐出安定性を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、インクジェット式記録装置（以下、記録装置ともいう）の一例を示す概略図である。図１に示すように、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体吐出装置としてのインクジェット式記録装置Ｉに設けられている。すなわち、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インクジェット式記録装置Ｉのキャリッジ３に搭載され、キャリッジ３は、インクジェット式記録装置Ｉの装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出する。本形態で使用するこれらのインクは熱により定着を促進できるものである。
【００２０】
記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、キャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図１中は図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。また、本形態に係る記録装置Ｉは、熱により定着を促進できるインクを使用しているので、図示はしないがその記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂの内部にはインクを乾燥、定着させるためのヒーターが内蔵されている。この場合、インクジェット式記録ヘッド内のインクの温度がヒーターの温度や環境温度によって低温から高温まで広い範囲に亘って変動する。これに伴い、インク粘度も幅広く変動する。
【００２１】
図２は、図１に示す記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを内蔵するインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドともいう）の概略構成を示す分解斜視図であり、図３は、図２の平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ′線断面図である。
【００２２】
図２〜図４に示すように、記録ヘッド１０の流路形成基板１１は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなり、本形態における振動部となる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１１には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１１の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板３０のマニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００の一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。かくして本形態では、流路形成基板１１に、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになり、圧力発生室１２にインクが充填される。
【００２３】
また、流路形成基板１１の一方の面である開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。ここで、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等で好適に構成することができる。
【００２４】
流路形成基板１１の反対側の開口面には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば厚さ３０〜５０ｎｍ程度の酸化チタン等からなり弾性膜５０等の第１電極６０の下地との密着性を向上させるための密着層５６が設けられている。なお、弾性膜５０上に、必要に応じて酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜が設けられていてもよい。
【００２５】
さらに、この密着層５６上には、第１電極６０と、厚さが２μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、本形態における圧力発生手段であり、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、密着層５６、第１電極６０及び必要に応じて設ける絶縁体膜が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０や密着層５６を設けなくてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２６】
かかる圧電素子３００の個別電極である第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、弾性膜５０上や必要に応じて設ける絶縁体膜上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００２７】
圧電素子３００が形成された流路形成基板１１上、すなわち、第１電極６０、弾性膜５０や必要に応じて設ける絶縁体膜及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、本形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１１の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１１の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１１に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１１と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、必要に応じて設ける絶縁体膜等）にマニホールド１００と各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００２８】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００２９】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１１の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本形態では、流路形成基板１１と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成してある。
【００３０】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられており、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍が、貫通孔３３内に露出するように構成してある。
【００３１】
一方、保護基板３０上には、後に詳述する制御装置（図２〜図４には図示せず）で制御されて圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００３２】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００３３】
かかる記録ヘッド１０では、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２０からの駆動信号にしたがい、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧が印加される。かくして弾性膜５０、密着層５６、第１電極６０及び圧電体層７０を撓み変形させることにより、振動部として機能する弾性膜５０を介して各圧力発生室１２内のインクに前記変形に伴う振動を伝達させる。この結果、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出される。かかるインクの吐出駆動動作に関しては後に詳述する。
【００３４】
図５はインクジェット式記録装置Ｉの制御系を示すブロック線図である。同図に示すように、インクジェット式記録装置Ｉ内には、インクジェット式記録装置Ｉの制御を行う制御装置１１０が設けられている。制御装置１１０は、ＣＰＵ１１１と、装置制御部１１２と、容量性負荷である圧電素子３００の駆動回路であるヘッド制御部１１３とを備えている。
【００３５】
さらに詳言すると、ＣＰＵ１１１からキャリッジ３（図１参照）の移動を示す信号が装置制御部１１２に入力されると、装置制御部１１２は、駆動モーター６を駆動させてキャリッジ３をキャリッジ軸５に沿って移動させるとともに、ＣＰＵ１１１からの記録シートＳ（図１参照）の搬送を示す信号が装置制御部１１２に入力され、装置制御部１１２は、供給ローラー２３を駆動して記録シートＳ（図１参照）を搬送させる。
【００３６】
一方、ヘッド制御部１１３には、ＣＰＵ１１１からヘッドの駆動信号Ｓ１を生成するためのアナログ信号Ｓ２及び当該ヘッド制御部１１３の動作の制御を行う制御信号Ｓ３が入力される。この結果、ヘッド制御部１１３はインクジェット式記録ヘッド１０の各圧電素子３００に駆動信号Ｓ１を選択的に印加してインクを吐出させる。ここで、インクジェット式記録ヘッド１０は図示しないドライバーＩＣがＣＰＵ１１１からヘッド制御信号を供給されて各圧電素子３００を選択的に駆動させる。
【００３７】
ここで、ヘッド制御部１１３は、第１の駆動信号Ｓ１１，第２の駆動信号Ｓ１２および第３の駆動信号Ｓ１３の３種類の駆動信号Ｓ１をインクの粘度に基づき選択して圧電素子３００を適宜駆動させるようになっている。すなわち、インクの温度はインク温度検出部１１４で検出され、その情報がＣＰＵ１１１に逐次供給される。ＣＰＵ１１１では検出されたインク温度に基づきその粘度を検出することで、粘度に応じた駆動信号Ｓ１が供給されるようヘッド制御部１１３を制御する。このとき形成される第１〜第３の駆動信号Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の波形を図６〜図８に示す。
【００３８】
図６に示す第１の駆動信号Ｓ１１は、圧力発生室１２を収縮させる第１の収縮要素Ｐｗｃ１を含む先行パルス部Ｐ１と、第１の収縮要素Ｐｗｃ１の後に圧力発生室１２を膨張させてメニスカスを引き込む第１の膨張要素Ｐｗｄ１および第１の膨張要素Ｐｗｄ１の後に圧力発生室１２を収縮させてノズル開口２１からインク滴を吐出させる第２の収縮要素Ｐｗｃ２を含む吐出パルス部Ｐ２とを有している。すなわち、メニスカスを引き込み易くするための先行パルス部Ｐ１を有するものであり、高粘度のインクを吐出させる場合に適用する。
【００３９】
図７に示す第２の駆動信号Ｓ１２は、吐出パルス部Ｐ２と、第２の収縮要素Ｐｗｃ２の後に圧力発生室１２を膨張させて残留振動を制振させる第２の膨張要素Ｐｗｄ２を含む制振パルス部Ｐ３とを有している。すなわち、第２の収縮要素Ｐｗｃ２でインク滴を吐出したことに伴うメニスカスの振動を抑制するための制振パルス部Ｐ３を有するものであり、低粘度のインクを吐出させる場合に適用する。
【００４０】
図８に示す第３の駆動信号Ｓ１３は、先行パルス部Ｐ１、吐出パルス部Ｐ２および制振パルス部Ｐ３の全てのパルス部を有するものである。したがって、高粘度と低粘度との中間の粘度の場合に適用する。特に、高粘度と低粘度との間の粘度を線形補完する場合に有用なものとなる。この場合には、中間粘度領域ではあるが高粘度側の領域にある場合や、中間粘度領域ではあるが低粘度側の領域にある場合等も含め、さらに適確な粘度に応じた駆動信号Ｓ１３とすることができる。
【００４１】
なお、図６〜図８中、Ｐｗｈ１，Ｐｗｈ２，Ｐｗｈ３，Ｐｗｈ４は収縮要素と膨張要素とを繋ぐよう一定に保持される各平坦要素、Ｐｗｃ３は制振のための第３の収縮要素である。
【００４２】
ＣＰＵ１１１は、検出されたインクの粘度に応じ、粘度が高粘度側の第１の設定値Ｔｈ１以上の場合には第１の駆動信号Ｓ１１が、粘度が低粘度側の第２の設定値Ｔｈ２以下の場合には第２の駆動信号Ｓ１２がヘッド制御部１１３を介して圧電素子３００に供給されるように制御する。また、粘度が第１の設定値Ｔｈ１未満で、かつ第２の設定値Ｔｈ２を越える場合には第３の駆動信号Ｓ１３がヘッド制御部１１３を介して圧電素子３００に供給されるように制御する。
【００４３】
ここで、本形態においては、第１の駆動信号Ｓ１１における第１の膨張要素Ｐｗｄ１の傾きＤ１と第２の膨張要素Ｐｗｄ２の傾きＤ２との関係はＤ２≧Ｄ１となっている。これにより、吐出に先立つメニスカスの引き込み時の傾斜よりも吐出後の制振のためのメニスカスの引き込み時の傾斜を同等以上とすることができるので、インク滴の吐出後の良好な制振効果を得ることができる。
【００４４】
また、第２の駆動信号Ｓ１２における第２の収縮要素Ｐｗｃ２の傾きＤ３と、制振パルス部Ｐ３における平坦要素Ｐｗｈ４に連続して初期状態に戻る第３の収縮要素Ｐｗｃ３の傾きＤ４との関係がＤ３≧Ｄ４となっている。これにより、吐出時の傾斜を制振時における初期状態への戻り時の傾斜に対し同等以上とすることができるので、良好な吐出特性と同時に良好な制振効果を得ることができる。
【００４５】
さらに、制振パルス部Ｐ３における第２の膨張要素Ｐｗｄ２の始点から終点に至る期間と第２の膨張要素Ｐｗｄ２に連続する平坦要素Ｐｗｈ４の始点から終点に至る期間との和が、圧力発生室１２の固有振動の周期をＴｃとするとき、（５／１３）Ｔｃ〜（１０／１３）Ｔｃとなるように形成してある。この場合には、図９〜図１１に基づき、後に詳述するようにＴｃとの関係において最も安定した制振効果が発揮される。
【００４６】
図９は制振パルス部Ｐ３による吐出安定性を検証するために用いた駆動パルスを示す波形図である。この場合には、第３の駆動信号Ｓ１３と同波形の信号を用い、各波形成分に対する電圧（Ｖｃ）および期間（μｓ）を図１０に示す通りとした。実験は、圧力発生室１２の固有振動の周期Ｔｃが６．５（μｓｅｃ）の場合において、第２の膨張要素Ｐｗｄ２の始点から終点に至る期間Ｔ２と第２の膨張要素Ｐｗｄ２に連続する平坦要素Ｐｗｈ４の始点から終点に至る期間Ｔ３を、図１１（ａ）に示すように調整し、それぞれの条件の下で、吐出安定性の指標である期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）を測定した。ここで、期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）は安定的な吐出が得られる平坦要素Ｐｗｈ３の時間幅である。すなわち、例えば、平坦要素Ｐｗｈ３が４．５μｓ〜５．５μｓの時に安定的な吐出を得られる場合、期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）は１．０μｓとなる。
【００４７】
上述のごとき実験の結果、図１１に示すように、第２の膨張要素Ｐｗｄ２の期間Ｔ２と平坦要素Ｐｗｈ４の期間Ｔ３の和が、（５／１３）Ｔｃ〜（１０／１３）Ｔｃの範囲において、期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）の長さを調整して吐出を確認した際に、安定的な吐出を得られる期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）の範囲が１μｓ以上となり、吐出安定性が確保されることが分かった。安定性が良好となる範囲が、（Ｔｃ／２）からずれる理由としては、圧電素子３００の駆動に対してインクが追従するのに時間がかかるためであると考えられる。ただ、このように（Ｔ２＋Ｔ３）が、（Ｔｃ／２）を挟んで（５／１３）Ｔｃ〜（１０／１３）Ｔｃの範囲に存在すれば第２の膨張要素Ｐｗｄ２と第３の収縮要素Ｐｗｃ３とが加振をすることになり、メニスカス振動を抑制する制振力が大きくなって低粘度のインクであっても残留振動が良好に抑制される。
【００４８】
なお、期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）の長さを調整した際に、安定的な吐出が得られる範囲が１μｓ以上であることを安定的な吐出であると判断する根拠は次の通りである。すなわち、ヘッドの製造によるばらつきにより圧力発生室１２の固有振動の周期Ｔｃにばらつきが存在すること、また制御の精度によって波形の時間長に誤差が生じてしまう虞があること、このようなばらつきを吸収して安定的な吐出を得るために、期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）は大きいことが望ましい。期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）が１μｓ程度あれば製品として問題が発生しないという過去の経験によるものである。さらに詳言すると、第２の収縮要素Ｐｗｃ２で吐出されたインクのメニスカスの残留振動は平坦要素Ｐｗｈ３を介して制振パルス部Ｐ３で制振されるが、効果的な制振を行うためには、第２の収縮要素Ｐｗｃ２の終点と第２の膨張要素Ｐｗｄ２の始点との間隔が肝要である。一方、この間隔は、ヘッドの特性のばらつきや、駆動信号Ｓ１のばらつき等を考慮する必要もある。そこで、期間Ｔ１（ΔＰｗｈ３）の長さを調整した際に、安定的な吐出が得られる範囲が最低１μｓｅｃ以上あれば、前述の如きばらつきを吸収して効果的な制振機能を発揮させることが期待できるためである。
【００４９】
上述の如く、本形態における第１の駆動信号Ｓ１１は、先行パルス部Ｐ１を有しているので、第１の収縮要素Ｐｗｃ１によりノズル開口２１側への圧力が付与されたメニスカスを次の吐出パルス部Ｐ２における第１の膨張要素Ｐｗｄ１で反対側に引き込むことができる。すなわち、先行パルス部Ｐ１で勢いが付いたメニスカスを第１の膨張要素Ｐｗｄ１で一気に引き込むことができる。この結果、粘度が第１の設定値Ｔｈ１以上の高粘度インクであっても、先行パルス部Ｐ１の存在により吐出パルス部Ｐ２でのメニスカスの引き込み動作を良好に行うことができ、第２の収縮要素Ｐｗｃ２による安定したインクの吐出動作が担保される。
【００５０】
また、第２の駆動信号Ｓ１２は、制振パルス部Ｐ３を有しているので、第２の収縮要素Ｐｗｃ２でノズル開口２１から吐出されたインクのメニスカスの戻りに伴う残留振動を、第２の膨張要素Ｐｗｄ２により圧力発生室１２が膨張されることにより、吸収させることができる。この結果、インクが低粘度であっても、インク吐出後のメニスカスの振動を良好に抑制することができる。
【００５１】
さらに第３の駆動信号Ｓ１３は、先行パルス部Ｐ１、吐出パルス部Ｐ２および制振パルス部Ｐ３の全ての要素を有するので、粘度の中間領域での適切な吐出特性が担保される。
【００５２】
（他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、第３の駆動信号Ｓ１３は必ずしも必要ではない。粘度が中間域にある場合には、最低限吐出パルス部があれば良いからである。ただ、第３の駆動信号Ｓ１３を形成した場合には、中間粘度領域ではあるが高粘度側の領域にある場合や、中間粘度領域ではあるが低粘度側の領域にある場合等も含め、さらに適確な粘度に応じた圧電素子３００の駆動を行うことが可能になる。
【００５３】
上記実施の形態における記録装置Ｉは、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子を用いた圧電アクチュエーターを具備するもので説明したが、これに限定する必要はない。例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子を用いた圧電アクチュエーター等を使用することもできる。また、インク定着用のヒーターを有するものに限定する必要もない。ただ、広い範囲でインク温度が変化し、これに伴いインク粘度も広い範囲で変化する場合により効果的なものである点については論を俟たない。
【００５４】
さらに、図１に示す実施の形態は、記録シートＳの搬送方向と交差する方向（主走査方向）に移動するキャリッジ３に記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを搭載し、記録ヘッドユニット１Ａ，１Ｂを主走査方向に移動させながら印刷を行う、いわゆるシリアル型のインクジェット式記録装置であるがこれに限るものではない。記録ヘッドが固定されて記録シートＳを搬送するだけで印刷を行う、いわゆるライン式のインクジェット記録装置であっても、勿論構わない。
【００５５】
また、上記実施の形態では、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【符号の説明】
【００５６】
Ｉ  記録装置（インクジェット式記録装置）、  １Ａ、１Ｂ  記録ヘッドユニット、  １０  記録ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）、  １２  圧力発生室、  ２１  ノズル開口、  １１０  制御装置、  １１１  ＣＰＵ、  １１３  ヘッド制御部、  １１４  インク温度検出部、  ３００  圧電素子、  Ｓ１，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３  駆動信号、  Ｐ１  先行パルス部、  Ｐ２  吐出パルス部、  Ｐ３  制振パルス部、  Ｐｗｃ１，Ｐｗｃ２，Ｐｗｃ３  第１〜第３の収縮要素、  Ｐｗｄ１，Ｐｗｄ２  第１〜第２の膨張要素、  Ｐｗｈ１，Ｐｗｈ２，Ｐｗｈ３，Ｐｗｈ４  第１〜第４の平坦要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005854191.tif 000009
【図９】
0005854191.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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