(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の流路の一方の端部が吐出口となり、該第一の流路の他方の端部が前記第一の流路よりも流路断面積の広い第二の流路に接続されており、該第二の流路に対応して備えられた圧電素子に所定の波形の電圧を印加することにより前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記吐出期間は、
前記第二の流路内に、前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹状となる凹型メニスカスが形成されるように、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加する第一の段階と、
前記第二の流路内の液体が前記第一の流路内に流入するように、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加する第二の段階と、
前記第二の段階において前記第一の流路内に流入した液体が前記吐出口から吐出され、かつ、前記第二の流路内に前記液体の凹型メニスカスが形成されるように前記第一の電圧を前記圧電素子に印加する第三の段階と、を含み、
次の前記期間が前記吐出期間である前記吐出期間では、前記第三の段階の後に、前記第二の流路への液体のリフィルを行うことにより次の前記期間の前記第一の段階となることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
第一の流路の一方の端部が吐出口となり、該第一の流路の他方の端部が前記第一の流路よりも流路断面積の広い第二の流路に接続されており、該第二の流路に対応して備えられた圧電素子に所定の波形の電圧を印加することにより前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記吐出期間は、
前記第二の流路内に、前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹状となる凹型メニスカスが形成されるように、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加する第一の段階と、
前記第二の流路内の液体が前記第一の流路内に流入するように、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加する第二の段階と、
前記第二の段階において前記第一の流路内に流入した液体が前記吐出口から吐出され、かつ、前記第二の流路内に前記液体の凹型メニスカスが形成されるように前記第一の電圧を前記圧電素子に印加する第三の段階と、を含み、
次の前記期間が前記吐出期間である前記非吐出期間では、次の前記期間までに、前記第一の電圧を前記圧電素子に印加することにより次の前記期間の第一の段階となることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記第三の段階では、前記第二の段階において液体が前記吐出口から突出する時点で前記第一の電圧を前記圧電素子に印加する、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
次の前記期間が前記非吐出期間である前記吐出期間では、
前記第三の段階の後に、前記圧電素子に電圧を印加しない初期状態に戻してから、次の前記期間までの間、前記初期状態が保持される、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
次の前記期間が前記非吐出期間である前記非吐出期間では、
前記圧電素子に電圧を印加しない初期状態が保持される、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
液体吐出ヘッドから液滴を吐出する液体吐出装置であって、
請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動方法で前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項７】
前記第一の流路の内壁面に撥液処理が施されている、請求項６に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
液体を吐出する吐出口と、一端が前記吐出口に連通する第一の流路と、前記第一の流路の一端と反対方向の他端と連通し前記第一の流路よりも流路断面積の大きい第二の流路と、前記第二の流路に対応して設けられ、所定の波形の電圧を印加することにより前記第二の流路の容積を変化させ前記吐出口から液滴を吐出可能な圧電素子と、を備え、前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記吐出期間は、
前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹となる液体のメニスカスが前記第一の流路内に形成された状態で、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加し、前記メニスカスを前記第二の流路内に移動させる第一の段階と、
前記第一の流路に向かう方向に移動する前記第二の流路内のメニスカスが、前記第二の流路内に位置する状態で、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加し、液体を前記第一の流路内に移動させる第二の段階と、
前記第一の流路内の液体が前記吐出口から突出した後に、前記第二の流路を膨張させる第三の電圧を前記圧電素子に印加し、前記吐出口から液体を吐出させる第三の段階と、を含み、
次の前記期間が前記吐出期間である前記吐出期間では、前記第三の段階の後に、前記第二の流路への液体のリフィルを行うことにより次の前記期間の前記第一の段階となることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項９】
液体を吐出する吐出口と、一端が前記吐出口に連通する第一の流路と、前記第一の流路の一端と反対方向の他端と連通し前記第一の流路よりも流路断面積の大きい第二の流路と、前記第二の流路に対応して設けられ、所定の波形の電圧を印加することにより前記第二の流路の容積を変化させ前記吐出口から液滴を吐出可能な圧電素子と、を備え、前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記吐出期間は、
前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹となる液体のメニスカスが前記第一の流路内に形成された状態で、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加し、前記メニスカスを前記第二の流路内に移動させる第一の段階と、
前記第一の流路に向かう方向に移動する前記第二の流路内のメニスカスが、前記第二の流路内に位置する状態で、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加し、液体を前記第一の流路内に移動させる第二の段階と、
前記第一の流路内の液体が前記吐出口から突出した後に、前記第二の流路を膨張させる第三の電圧を前記圧電素子に印加し、前記吐出口から液体を吐出させる第三の段階と、を含み、
次の前記期間が前記吐出期間である前記非吐出期間では、次の前記期間までに、前記第一の電圧を前記圧電素子に印加することにより次の前記期間の第一の段階となることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴の吐出を行う液体吐出ヘッドの駆動方法および液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置に代表される液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッドには、圧電素子等のアクチュエータを液滴の吐出のためのエネルギの発生源とするものがある。このような液体吐出ヘッドは、多様な液滴（インク等）を吐出可能であるというメリットを有している。
【０００３】
近年、液体吐出装置の用途は、ＰＯＤ（Ｐｒｉｎｔ  Ｏｎ  Ｄｅｍａｎｄ）技術を用いた商業印刷などにも及んでおり、多様化してきている。これに伴い、液体吐出ヘッドでは、商業印刷などで要求される高速印刷の実現のため、単位時間あたりの液滴の吐出回数を増加させる必要がある。そのためには、液体吐出ヘッドを高周波数で駆動する必要がある。
【０００４】
一方、液体吐出ヘッドが被記録媒体に吐出する液体に水分が多く含まれると、当該被記録媒体に変形（カールやコックリングなど）が生じることがある。このような被記録媒体の変形を抑制するために、液体吐出ヘッドが吐出する液体には、水分量の少ない高粘度のものを使用することが望ましい。
【０００５】
しかし、高粘度の液体は流動しにくい。したがって、高粘度の液体を用いた液体吐出ヘッドでは、その内部での液体の流動が遅くなる。そのため、液滴を吐出した後の液体吐出ヘッド内における液体の充填（リフィル）が遅くなる。
【０００６】
液体吐出ヘッドを高周波数で駆動する場合、迅速な液体のリフィルが要求される。したがって、この場合に高粘度の液体を用いると液体吐出ヘッド内での液体のリフィルが十分に行われない場合がある。液体のリフィルが十分に行われないと、液体吐出ヘッドは液滴を吐出できなくなることがある。
【０００７】
液体吐出ヘッド内で迅速に液体のリフィルを行うための技術が特許文献１に開示されている。この液体吐出ヘッドは、液滴が吐出される吐出口に接続された個別液室と、該個別液室に液体を供給する共通液室と、共通液室と個別液室とを連通させる連通部と、を有している。
【０００８】
この液体吐出ヘッドの連通部には、３つの側壁面を有する三角柱状の複数の柱状部材が立設されている。各柱状部材は、１つの側壁面が個別液室側に向き、他の２つの側壁面により形成される稜線が共通液室側に向いている。したがって、複数の柱状部材の間隔は、個別液室側では狭く、共通液室側では広い。
【０００９】
この液体吐出ヘッドでは、連通部の柱状部材が、共通液室から個別液室への液体の整流機能を果たす。したがって、共通液室から個別液室へは液体が流れやすいが、個別液室から共通液室へは液体が流れにくい。この液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルは、液体の共通液室から個別液室への流れによりなされる。したがって、この液体吐出ヘッドでは、迅速に液体のリフィルを行うことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０６１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
液体吐出装置の用途のさらなる多様化に対応するため、液体吐出ヘッドには、より粘度の高い液体への対応や、より高周波数での駆動が求められている。具体的には、たとえば液体吐出ヘッドには粘度４０［ｃＰ］の液滴を周波数５０［ｋＨｚ］で吐出することが求められている。このような場合には、特許文献１に開示された液体吐出ヘッドでも、共通液室から個別液室への液体のリフィルを十分に行うことは困難である。
【００１２】
そこで、本発明は、高周波数で駆動可能な液体吐出ヘッドの駆動方法および液体吐出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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、第一の流路の一方の端部が吐出口となり、該第一の流路の他方の端部が前記第一の流路よりも流路断面積の広い第二の流路に接続されており、該第二の流路に備えられた圧電素子に所定の波形の電圧を印加することにより前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法において、前記吐出期間は、前記第二の流路内に、前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹状となる液体の凹型メニスカスが形成されるように、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加する第一の段階と、前記第二の流路内の液体が前記第一の流路内に流入するように、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加する第二の段階と、前記第二の段階において前記第一の流路内に流入した液体が前記吐出口から吐出され、かつ、前記第二の流路内に前記液体の凹型メニスカスが形成されるように前記第一の電圧を前記圧電素子に印加する第三の段階と、を含み、次の前記期間が前記吐出期間である前記吐出期間では、前記第三の段階の後に、前記第二の流路への液体のリフィルを行うことにより次の前記期間の前記第一の段階となることを特徴とする。
また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、第一の流路の一方の端部が吐出口となり、該第一の流路の他方の端部が前記第一の流路よりも流路断面積の広い第二の流路に接続されており、該第二の流路に備えられた圧電素子に所定の波形の電圧を印加することにより前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法において、前記吐出期間は、前記第二の流路内に、前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹状となる液体の凹型メニスカスが形成されるように、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加する第一の段階と、前記第二の流路内の液体が前記第一の流路内に流入するように、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加する第二の段階と、前記第二の段階において前記第一の流路内に流入した液体が前記吐出口から吐出され、かつ、前記第二の流路内に前記液体の凹型メニスカスが形成されるように前記第一の電圧を前記圧電素子に印加する第三の段階と、を含み、次の前記期間が前記吐出期間である前記非吐出期間では、次の前記期間までに、前記第一の電圧を前記圧電素子に印加することにより次の前記期間の第一の段階となることを特徴とする。
液体を吐出する吐出口と、一端が前記吐出口に連通する第一の流路と、前記第一の流路の一端と反対方向の他端と連通し前記第一の流路よりも流路断面積の大きい第二の流路と、前記第二の流路に対応して設けられ、所定の波形の電圧を印加することにより前記第二の流路の容積を変化させ前記吐出口から液滴を吐出可能な圧電素子と、を備え、前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記吐出期間は、前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹となる液体のメニスカスが前記第一の流路内に形成された状態で、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加し、前記メニスカスを前記第二の流路内に移動させる第一の段階と、前記第一の流路に向かう方向に移動する前記第二の流路内のメニスカスが、前記第二の流路内に位置する状態で、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加し、液体を前記第一の流路内に移動させる第二の段階と、前記第一の流路内の液体が前記吐出口から突出した後に、前記第二の流路を膨張させる第三の電圧を前記圧電素子に印加し、前記吐出口から液体を吐出させる第三の段階と、を含み、次の前記期間が前記吐出期間である前記吐出期間では、前記第三の段階の後に、前記第二の流路への液体のリフィルを行うことにより次の前記期間の前記第一の段階となることを特徴とする。
また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、液体を吐出する吐出口と、一端が前記吐出口に連通する第一の流路と、前記第一の流路の一端と反対方向の他端と連通し前記第一の流路よりも流路断面積の大きい第二の流路と、前記第二の流路に対応して設けられ、所定の波形の電圧を印加することにより前記第二の流路の容積を変化させ前記吐出口から液滴を吐出可能な圧電素子と、を備え、前記吐出口から液滴を吐出可能な期間が繰り返され、該期間が、前記吐出口から液滴を吐出する吐出期間と、前記吐出口から液滴を吐出しない非吐出期間と、を含む液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記吐出期間は、前記吐出口から前記第二の流路内に向かって凹となる液体のメニスカスが前記第一の流路内に形成された状態で、前記第二の流路の容積を膨張させる第一の電圧を前記圧電素子に印加し、前記メニスカスを前記第二の流路内に移動させる第一の段階と、前記第一の流路に向かう方向に移動する前記第二の流路内のメニスカスが、前記第二の流路内に位置する状態で、前記第二の流路の容積を収縮させる第二の電圧を前記圧電素子に印加し、液体を前記第一の流路内に移動させる第二の段階と、前記第一の流路内の液体が前記吐出口から突出した後に、前記第二の流路を膨張させる第三の電圧を前記圧電素子に印加し、前記吐出口から液体を吐出させる第三の段階と、を含み、次の前記期間が前記吐出期間である前記非吐出期間では、次の前記期間までに、前記第一の電圧を前記圧電素子に印加することにより次の前記期間の第一の段階となることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高周波数で駆動可能な液体吐出ヘッドの駆動方法および液体吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る液体吐出装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの概略構成図である。
【図３】図２に示した液体吐出ヘッドの概略構成図である。
【図４】実施例１に関連する実験データを示したグラフである。
【図５】実施例１において圧電素子に印加する電圧の波形を示した図である。
【図６】実施例１における液体吐出ヘッドの動作を示した図である。
【図７】図２に示した液体吐出ヘッドの変形例の概略構成図である。
【図８】図２に示した液体吐出ヘッドの変形例の概略構成図である。
【図９】本発明の実施例２において圧電素子に印加する電圧の波形を示した図である。
【図１０】実施例２における液体吐出ヘッドの動作を示した図である。
【図１１】図９に示した圧電素子に印加する電圧の波形の変形例を示した図である。
【図１２】本発明の実施例３に係る液体吐出ヘッドの概略構成図である。
【図１３】実施例３において圧電素子に印加する電圧の波形を示した図である。
【図１４】実施例３における液体吐出ヘッドの動作を示した図である。
【図１５】図１３に示した圧電素子に印加する電圧の波形の変形例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって限定されるものではない。
「実施例１」
本発明の実施例１について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本実施例に係る液体吐出装置１の概略構成図である。液体吐出装置１では、搬送ローラー４に張架された無端ベルト状の搬送ベルト５の上に被記録媒体３が配置される。そして、液体吐出装置１は、搬送ローラー４の駆動力により搬送ベルト５を回転させて被記録媒体３を図１の矢印方向に搬送する。
【００１８】
図１に示した液体吐出装置１には、４つの液体吐出ヘッド２が搭載されている。液体吐出ヘッド２は、被記録媒体３の搬送方向に並置されている。各液体吐出ヘッド２は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂｋ）の液体（インク）を収容したインクタンク６に接続されている。各色を吐出する液体吐出ヘッド２の位置は順不同である。各液体吐出ヘッド２と各インクタンク６との間には、インクタンク６内の液体を液体吐出ヘッド２に送るためのポンプ７が設けられている。
【００１９】
各液体吐出ヘッド２が、インクタンク６から供給された各色のインクを適宜被記録媒体３に吐出することにより、液体吐出装置１は被記録媒体３にフルカラーの記録を行うことができる。
【００２０】
図２は本実施例に係る液体吐出ヘッド２を部分的に示した概略構成図である。図２（ａ）は液体吐出ヘッド２の、被記録媒体３（図１参照）に対向配置される下面を示した図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った液体吐出ヘッド２の断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）の後述する吐出口９近傍の拡大図である。
【００２１】
液体吐出ヘッド２は、第一の流路１０が形成された吐出口プレート８と、第二の流路１１および共通液室１２が形成された流路形成部材１５と、を有している。吐出口プレート８は第一の流路１０が第二の流路１１と連通するように流路形成部材１５に接着されている。第一の流路１０および第二の流路１１は各吐出口９ごとに設けられ、共通液室１２は図２（ａ）に示す吐出口９の列に共通して設けられている。
【００２２】
第一の流路１０の、第二の流路１１とは反対側の一端部は、液滴を吐出する吐出口９である。第一の流路１０は、吐出口９と同径であり、吐出口プレート８の表面に垂直に形成されている。これにより、第一の流路１０を通過して吐出口９から吐出される液滴は、吐出プレート８に垂直な方向に飛翔する。
【００２３】
吐出口９から吐出される液滴は、被記録媒体３（図１参照）に１つのドットを形成する。吐出口９および第一の流路１０の径が小さいほど、吐出口９から吐出される液滴によって被記録媒体３に形成されるドットは小さくなる。液体吐出ヘッド２は、被記録媒体３に吐出される液滴が小さいほど、被記録媒体３に高精細な画像を記録することが可能である。したがって、吐出口９および第一の流路１０の径は小さいことが好ましい。具体的には、吐出口９から１〜４［ｐｌ］程度の微小な液滴を吐出するためには、吐出口９の径は１０〜２０［μｍ］程度であることが好適である。
【００２４】
また、第一の流路１０は、被記録媒体３に対する吐出口９からの液滴の吐出方向を定める役割を果たす。したがって、第一の流路１０は、第一の流路１０内の液体の流れを一方向に整流するのに十分な細さが必要である。
【００２５】
本実施形態では、吐出口９の径は１７［μｍ］であり、第一の流路１０の径も１７［μｍ］である。また、吐出口プレート８の厚さは１７［μｍ］ある。すなわち、第一の流路１０は直径が１７［μｍ］で長さが１７［μｍ］の円柱形状である。
【００２６】
第二の流路１１の流路断面積（吐出口プレート８に直交する断面の面積）は、第一の流路１０の流路断面積よりも広い。そのため、第一の流路１０の一端とは反対方向の他端と第二の流路１１との間には屈曲した接続部１４が形成される。本実施例では、接続部１４における、第二の流路１１の第一の流路１０側の端面（吐出口プレート８の第二の流路１１側の面）と、前記第一の流路の内壁面と、が成す角度θ（以下、「接続部１４の角度θ」という。」は９０度である。
【００２７】
第二の流路１１の側面には、可撓性部材１６が設けられ、該可撓性部材１６の第二の流路とは反対側には圧電素子１３が設けられている。圧電素子１３は、各吐出口９に対応する第二の流路１１ごとに設けられている。
【００２８】
液体吐出装置１（図１参照）は、液体吐出ヘッド２を制御するための制御部（不図示）を有し、該制御部は各圧電素子１３に、液体を吐出可能な各周期ごとに所定の波形の電圧を印加して液体吐出ヘッド２を制御することができる。圧電素子１３に接続される液体吐出装置１の制御部は、各圧電素子１３に電圧を印加するための電極配線（不図示）を備えている。
【００２９】
圧電素子１３は、電圧が印加されると、可撓性部材１６とともに、第二の流路１１側、または第二の流路１１とは反対側に撓む。圧電素子１３および可撓性部材１６が第二の流路１１側に撓むと、第二の流路１１の容積が収縮し、圧電素子１３および可撓性部材１６が第二の流路１１とは反対側に撓むと、第二の流路１１の容積が膨張する。この液体吐出ヘッド２では、圧電素子１３および可撓性部材１６を第二の流路１１側に撓ませ、第二の流路１１の容積を収縮させることにより、第二の流路１１内の液体を第一の流路１０を介して吐出口９から吐出する。
【００３０】
第二の流路１１は、吐出口プレート８の表面に垂直な方向の長さが８８００［μｍ］である。第二の流路１１は直方体状であり、幅（図２（ｂ），図２（ｃ）における奥行方向の長さ）が１００［μｍ］であり、高さ（図２（ｂ），図２（ｃ）における上下方向の長さ）が２００［μｍ］である。
【００３１】
第二の流路１１の、第一の流路１０とは反対側の端部には共通液室１２が連通されている。第二の流路１１と共通液室１２とは狭窄部１７を介して接続されている。この狭窄部１７の幅（図２（ｂ），図２（ｃ）における左右方向の長さ）は５０［μｍ］である。
【００３２】
本実施例では、吐出口９から吐出させる液体には、クリアインクを用いた。このクリアインクの成分は、ＥＧ６００が６６％であり、純水が３３％であり、界面活性剤が１％である。また、このクリアインクでは、室温において、粘度が４０×１０-3［Ｐａ・ｓ］であり表面張力が３８×１０-3［Ｎ／ｍ］である。
【００３３】
図３は液体吐出ヘッド２の断面図である。図３（ａ）は本実施例の比較例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法の説明図であり、図３（ｂ）は本実施例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法の説明図である。
【００３４】
図３（ａ）および図３（ｂ）内の破線は、液体吐出ヘッド２による液体の吐出前における、外気と液体との境界面である気液界面Ｓの位置を示している。図３（ａ）では、液体が、第一の流路１０内に入り込み、液体の吐出前の気液界面Ｓが第一の流路１０に入り込んでおり、液体が吐出口９の中央部が凹状となる凹型メニスカスを形成している。図３（ｂ）では、液体が、第一の流路１０内には入っておらず、第二の流路１０内で、吐出口９から第二の流路１１内に向かって凹状となる凹型メニスカスを形成している。
【００３５】
図３（ａ）および図３（ｂ）内の破線に隣接する実線は、液体吐出ヘッド２による液滴の吐出後で、かつ、液体のリフィル前の気液界面Ｓの位置を示している。図３（ａ）および図３（ｂ）に示す状態から液体のリフィルを行うと、気液界面Ｓは実線の位置から破線の位置に戻る。
【００３６】
図３（ａ）に示した状態では、液体の吐出前における気液界面Ｓが第一の流路１０内にあるため、第一の流路１０内に液体のリフィルを行う必要がある。ところが、第一の流路１０は、前述のように細く形成されており、液体が流動する際の流抵抗が高い。そのため、第二の流路１１から第一の流路１０への液体のリフィルを迅速に行うことは困難である。
【００３７】
一方、図３（ｂ）に示した液体吐出ヘッド２では、液体の吐出前における気液界面Ｓが第二の流路１１内にあるため、第一の流路１０ではなく第二の流路１１内のみに液体のリフィルを行う。第二の流路１１は、第一の流路１０と比較して遥かに断面が大きいため、液体が流動する際の流抵抗は低い。そのため、共通液室１２（図２（ｂ）参照）から第二の流路１１への液体のリフィルを迅速に行うことができる。
【００３８】
また、第一の流路１０内では、液体が図３（ａ）に矢印で示す方向に移動するように毛管力が作用する。一方、第二の流路１１内では、液体が図３（ｂ）に矢印で示す方向に移動するように表面張力が作用する。図３（ｂ）の状態の気液界面Sは表面積が大きく、表面張力による気液界面Sを吐出口９の側へ復帰させる力が強い。よって、図３（ａ）における毛管力の作用よりも、図３（ｂ）における表面張力の作用の方が大きい。この観点からも、液体のリフィル速度は、第一の流路１０よりも第二の流路１１の方が速い。
【００３９】
本実施例では、図３（ｂ）に示すように、第二の流路１１内に気液界面Ｓが後退している状態（気液界面Ｓが破線の位置にある状態）で圧電素子１３を駆動させる。これにより、圧電素子１３が変形し、収縮した第二の流路１１内の液体が瞬間的に第一の流路１０を介して吐出口９から吐出する。そして、圧電素子１３は、液体が吐出口９から突出するタイミングで、気液界面Ｓが第二の流路１１内に戻るように駆動される。これにより、本実施例では、液滴が吐出口９から吐出された次の瞬間には、気液界面Ｓが第二の流路１１内に戻っている。
【００４０】
したがって、本実施例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法では、共通液室１２から第二の流路１１への液体のリフィルを行えばよく、第二の流路１１から第一の流路１０への液体のリフィルを行う必要がない。そのため、上述したように本実施例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法では、液体吐出ヘッド２内における液体のリフィルを迅速に行うことができる。したがって、液体吐出ヘッド２は、高周波数で駆動され、単位時間あたりの液滴の吐出回数が多い場合にも、液体のリフィルを十分に行うことができる。
【００４１】
図４は、本実施例に関連する実験結果を示したグラフである。本実験では、気液界面Ｓの最初の位置を吐出口９から約３０．３［μｍ］の位置に設定し、この位置から、圧電素子１３に電圧を印加せずに液体のリフィルを行った。横軸は時間を示している。第一の縦軸（左側の縦軸）は、吐出口９から気液界面Ｓまでの距離Ｙ1を示している。各時間における距離Ｙ1の値は、黒塗りのプロットで示されている。第二の縦軸（右側の縦軸）は、液体のリフィル速度Ｙ2を示している。各時間における距離Ｙ2の値は、バツ印で示されている。
【００４２】
図４から、液体のリフィル速度Ｙ2は、時間の経過とともに、急激に低下した後に一定となる。この理由について、気液界面Ｓが第二の流路１１内にある場合と第一の流路１０内にある場合とに分けて説明する。吐出口プレート８の厚さは１７［μｍ］なので、吐出口９から１７［μｍ］の位置（図４における破線の位置）が第一の流路１０と第二の流路１１との境界の位置である。
【００４３】
まず、気液界面Ｓが第二の流路１１内にある場合には、液体のリフィルが進むにつれて、気液界面Ｓの面積が小さくなる。気液界面Ｓの面積が小さくなると、リフィルの原動力となる表面張力の作用が小さくなるため、吐出口９から１７［μｍ］の位置までは、液体のリフィル速度Ｙ2が低下する。気液界面Ｓが第一の流路１０内にある場合には、液体のリフィルが進むにつれて、第一の流路１０内にある液体に作用する毛管力は大きく変化しない。そのため、吐出口９から１７［μｍ］以内の位置では、液体のリフィル速度はほぼ一定して低い。
【００４４】
気液界面Ｓの面積が最大である時点における液体のリフィル速度Ｙ2（図４中のプロットＡ）と、気液界面Ｓが第一の流路内１０に入った後におけるリフィル速度Ｙ1（図４中のプロットＢ）とを比較すると、数十倍も差があることがわかる。
【００４５】
以上のことから、図３（ｂ）に示すように気液界面Ｓが第二の流路１１内に後退している状態に保つことにより、リフィル速度が大幅に速くなることがわかった。
【００４６】
図５は、本実施例において圧電素子１３に印加する電圧の波形を示したグラフである。図６は本実施例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法における液体の挙動を示した図である。
【００４７】
図５を参照しながら、図６（ａ）〜図６（ｌ）に沿って、本実施４例に係る液体吐出ヘッドの駆動方法について詳細に説明する。
【００４８】
図５では、本実施例に係る液体吐出ヘッド２の圧電素子１３を駆動することにより吐出口９から液滴を一回吐出可能な各期間を、１周期目、２周期目、３周期目、と順番に呼ぶこととする。なお、説明の便宜上、本実施例では液滴を吐出する１周期目の前に０周期目があるものとする。
【００４９】
図６（ａ）は、本実施例に係る液体吐出ヘッド２を駆動する前の状態（初期状態）を示している。この状態では、第一の流路１０および第二の流路１１の双方とも液体で満たされており、気液界面Ｓは吐出口９近傍の静定位置にある。液体吐出ヘッド２は、図５における０周期目の横軸が０［μｓ］のときに初期状態である。
【００５０】
まず、図５に示す１周期目における液滴の吐出動作について説明する。１周期目は、液滴を吐出する吐出期間である。
【００５１】
液滴を吐出する１周期目に入る前の０周期目において、初期状態から、気液界面Ｓを図６（ａ）に破線で示す位置まで移動させるために、図５に示す期間Ｔ１に、圧電素子１３に負の電圧を印加してゆく。これにより、１周期目が開始する図５に示したＡの時点では、図６（ｂ）に示すように、負の電圧（第一の電圧）が印加された圧電素子１３は凹型に撓み、第二の流路１１が膨張し、気液界面Ｓが図６（ａ）および図６（ｂ）に示す破線の位置まで移動している。このとき、液滴は第二の流路１１内で凹型メニスカスを形成している。（第一の段階）
次に、気液界面Ｓを図６（ｃ）に実線で示す位置まで移動させるために、図５に示す期間Ｔ２において、圧電素子１３に正の電圧を印加してゆく。これにより、正の電圧（第二の電圧）を印加された圧電素子１３は凸型に撓み、第二の流路１１が収縮し、液体が第一の流路１０内に流入する。そして、図５に示す期間Ｔ３に、気液界面Ｓが図６（ｃ）に実線で示す位置まで移動するまで、圧電素子１３に印加している正の電圧を保持する。これにより、図６（ｃ）に示すように、液体は、吐出口９から突出し、凸型メニスカスを形成する。（第二の段階）
液滴が吐出口９から突出すると共に、気液界面Ｓを図６（ｄ）に示す破線の位置に引き戻すように、図５に示す期間Ｔ４に、圧電素子１３に負の値を印加する。これにより、圧電素子１３は凹型に撓み、第一の流路１０内の液体は第二の流路１１内に引き戻される。一方、図５の期間Ｔ３に、図６（ｃ）に示すように吐出口９から突出した液体は、その慣性力により、第二の流路１１内に引き戻されることなく吐出口９から吐出される。その際、第二の流路１１内に引き戻される液体と、吐出口９から吐出される液体と、の間に液体の尾引きが発生する。図５にＢと示す時点では、Ａと示す時点と等しい負の電圧（第三の電圧）が圧電素子１３に印加されている。このとき、図６（ｅ）に示すように、液体の尾引きが切れ、１発目の液体が吐出される。（第三の段階）
図５にＢと示す時点では、気液界面Ｓは、図６（ｆ）に実線で示すように、図６（ａ）と同様に破線で示している位置よりも第一の流路１０から後退した位置にある。これは、液滴を吐出したことにより、第二の流路１０内の液体が減少したことに起因する。
【００５２】
図５にＢと示す時点における圧電素子１３に印加されている負の電圧は、図５にＣと示す時点まで保持される。これにより、第二の流路１１には、共通液室１２（図２参照）から第二の流路１１に液体がリフィルされる。そのため、図５のＢと示す時点からＣと示す時点までの間に、気液界面Ｓは図６（ｇ）に破線で示す位置に近づいてゆく。そして、図５にＣと示す時点では、気液界面Ｓが、図６（ｈ）に示すように図６（ａ）および図６（ｂ）に破線で示す位置まで戻っている。このとき、気液界面Ｓは、図５にＡと示す時点と同様の状態となっている。換言すると、２周期目の開始時である図５のＣに示す時点では、１周期目の開始時である図５にＡと示す時点と同様に、上述の第一の段階に戻っている。
【００５３】
次に、図５に示す２周期目における液滴の吐出動作について説明する。２周期目も、液滴を吐出する吐出期間である。
【００５４】
本実施例では、２周期目でも液滴を吐出するため、図５における１周期目と同様の波形の電圧が圧電素子１３に印加される。これに伴い、２周期目の液体の挙動を示す図６（ｉ）〜図６（ｌ）では、１周期目の液体の挙動を示す図６（ｃ）〜図６（ｆ）と同様となる。つまり、図５（ｈ）のようにインクのリフィルによってメニスカスが吐出口の方向に移動するが、このメニスカスが第一の流路１０に侵入する前に、圧電素子１３に正の電圧を印加する。その後１周期目と同様に、正の電圧を保持する期間を経て、負の電圧を印加して図５のＤへと移行させる。これにより、二発目の液体が吐出される。図５では、１周期目のＡの時点およびＢの時点が、２周期目のＣの時点およびＤの時点に対応する。
【００５５】
３周期目以降でも、１周期目および２周期目と同様の波形の電圧が圧電素子１３に印加され、三発目以降の液体が吐出される。これにより、任意の回数の液滴の吐出を繰り返すことができる。
【００５６】
ここで１周期目において初期状態から０周期目で圧電素子１３に負の電圧を印加せずに、圧電素子１３に正の電圧を印加して吐出口９から液滴を吐出することを仮定する。この場合、吐出される一発目の液体の量は、二発目以降の液体の量よりも多くなってしまう。
【００５７】
そのため、本実施例では、図５に示す初期状態にある０周期目から液滴を吐出する１周期目が開始するまでに、圧電素子１３に図５のＡに示す負の電圧を印加し、気液界面Ｓが第二の流路内１１内にある状態にすることが好ましい。これにより、吐出口９から吐出される一発目の液体の量は、二発目以降の液体の量と実質的に等しくなる。
【００５８】
図７は本実施例の変形例に係る液体吐出ヘッド２ａの概略構成図である。液体吐出ヘッド２ａは、吐出口プレート８ａ以外は図２に示した液体吐出ヘッド２と同様の構成を有する。図７では図２と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
液体吐出ヘッド２ａの吐出口プレート８ａの第二の流路１１側の面は、第一の流路１０に近づくほど吐出口プレート８ａが薄くなるようなテーパ状に形成されている。図２における接続部１４の角度は９０度であったが、図７における接続部１４ａの角度θは９０度より大きく、具体的には、接続部１４ａの角度θは１５０度である。この場合にも図５に示した波形と同様の波形の電圧を圧電素子１３に印加することで繰り返し液滴を吐出することができた。
【００６０】
本実施例では第一の流路の形状が円柱形状である液体吐出ヘッドについて説明したが、本実施例に係る液体吐出ヘッドの駆動方法は、第一の流路の形状が円柱状でない場合にも適用可能である。たとえば、第一の流路は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示す形状の場合にも、図５に示した波形と同様の波形の電圧を圧電素子１３に印加することで繰り返し液滴を吐出可能であることが確認できた。
「実施例２」
本発明の実施例２について図面を参照して説明する。
【００６１】
本実施例でも、実施例１と同様の液体吐出装置１（図１参照）の液体吐出ヘッド２を用い、実施例１と同様の液体（クリアインク）を用いた。
【００６２】
図９は、本実施例において圧電素子１３に印加する電圧の波形を示したグラフである。図１０は本実施例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法における液体の挙動を示した図である。
【００６３】
図９を参照しながら、図１０（ａ）〜図１０（ｌ）に沿って、本実施例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法について詳細に説明する。
【００６４】
図１０（ａ）は、本実施例に係る液体吐出ヘッド２の初期状態を示している。この状態では、第一の流路１０および第二の流路１１の双方とも液体で満たされており、気液界面Ｓは吐出口９近傍の静定位置にある。
【００６５】
図９の０周期目と１周期目は図５に示した波形と同様である。したがって、本実施例の０周期目と１周期目に対応する図１０（ａ）〜図１０（ｆ）における液体の挙動は、実施例１の図６（ａ）〜図６（ｆ）と同様である。図１０（ｇ）は、１周期目の後に気液界面Sが図１０中に破線で示した液体吐出ヘッド２による液体の吐出前における位置に復帰した状態である。そして、実施例１と同様に２周期目で二発目の液体の吐出を行う（図１０（ｈ）〜図１０（ｋ））。図１０（ｋ）は、図９に示す２周期目の期間Ｕ２後に、気液界面Sが図１０中に破線で示した液体吐出ヘッド２による液体の吐出前における位置に復帰した状態を示している。
【００６６】
２周期目の次の３周期目は、液滴の吐出を行わない非吐出期間である。この場合、２周期目の期間Ｕ２の次の期間Ｕ３で、期間Ｕ３の間に圧電素子１３に印加する電圧をゼロにする。これにより、第二の流路１１が連続吐出開始前の状態まで収縮し、気液界面Sは静定位置である吐出口９の側へ移動させられる（図１０（ｌ））。連続吐出の中断中（例えば、図９の例では３周期目）に、気液界面Sを静定位置である吐出口９へ戻すことができなくてはならない。何故ならば、気液界面Sが静定位置に戻らないまま次の吐出が始まってしまうと、気液界面Sが静定位置にある場合と初期状態が異なるため、同じように駆動しても吐出性能が異なったものとなってしまう。したがって、次の周期の吐出開始前における第二の流路１１を膨張させるタイミングの直前（図９中のＧ）には気液界面Sは静定位置に戻っていなくてはならない。ところが、前述のように第一の流路１０のリフィルには非常に時間がかかるため、自然に液体が第一の流路１０に満ちるのを待ったのでは、次の吐出開始までに気液界面Sを静定位置に戻すことは困難である。しかし、本実施例においては、圧電素子１３を初期状態まで戻すことにより、第二の流路１１を収縮させ、それにより発生する流れによって気液界面Sを強力に吐出口９の側へ押し込むため、気液界面Sを高速に静定位置まで戻すことが可能である。
【００６７】
本実施例では、液滴を吐出しない３周期目では、期間Ｕ４で、２周期目に引き続き、圧電素子１３に電圧を印加せずに初期状態に保つ。これにより、３周期目では、液滴が吐出されない。
【００６８】
３周期目の次の４周期目は、液滴の吐出を行う吐出期間である。この場合、気液界面Ｓが第二の流路１１にある状態で４周期目を開始するため、０周期目と同様に、３周期目のＧの時点で圧電素子１３に負の電圧を印加し始める。これにより、１周期目と同様に４周期目でも液滴の吐出を行うことができる。
【００６９】
図１１は、１周期目に液滴の吐出を行い、２周期目に液滴の吐出を行わない場合の、圧電素子１３に印加する電圧の波形を示したグラフである。図１１の０周期目、１周期目、２周期目の波形は、それぞれ図９の０周期目、２周期目、３周期目の波形と同様である。したがって、図１１の１周期目には液滴が吐出されるが、２周期目には液滴が吐出されない。
【００７０】
上述したように、本実施例のように液体の吐出動作を行わない非吐出期間において液体吐出ヘッド２を初期状態とするにより、液体の吐出動作を行わない非吐出期間がある場合にも、良好に液体の吐出動作を繰り返すことができる。
【００７１】
なお、液滴を吐出しない非吐出期間が連続する場合には、次に液体を吐出する吐出期間の直前の非吐出期間まで液体吐出ヘッド２を初期状態とし続ける。
【００７２】
本実施例の液体吐出ヘッド２の駆動方法によれば、液滴の吐出を行う吐出期間と、液滴の吐出を行わない非吐出期間と、が混在する場合にも、液体吐出ヘッド２による吐出動作を良好に行うことができる。また、液滴を吐出する吐出期間が連続する場合にも、細く形成された第一の流路１０ではなく第二の流路１１への液体のリフィルを行えばよいため、リフィル速度が速い。したがって、液体吐出ヘッド２を高周波数で駆動することが可能である。
「実施例３」
本発明の実施例３について図面を参照して説明する。
【００７３】
本実施例に係る液体吐出ヘッドの駆動方法でも、実施例１と同様の液体（クリアインク）を用いた。
【００７４】
図１２は本発明の実施例３に係る液体吐出ヘッド２ｂの概略構成図である。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ図２（ｂ）および図２（ｃ）に対応する断面図である。
【００７５】
液体吐出ヘッド２ｂの第一の流路１０の内壁面には撥液処理が施されている。これにより、液体吐出ヘッド２ｂが液体の吐出動作を行う前の初期状態における気液界面Ｓの静定位置が第一の流路１０と第二の流路１１との境界近傍に保たれる。
【００７６】
図１３は、本実施例において圧電素子１３に印加する電圧の波形を示したグラフである。図１４は本実施例に係る液体吐出ヘッド２の駆動方法における液体の挙動を示した図である。
【００７７】
図１３を参照しながら、図１４（ａ）〜図１４（ｌ）に沿って、本実施例に係る液体吐出ヘッド２ｂの駆動方法について詳細に説明する。
【００７８】
図１４（ａ）は、本実施例に係る液体吐出ヘッド２ｂの初期状態を示している。この状態では、気液界面Ｓは第一の流路１０と第二の流路１１との境界近傍の静定位置にある。本実施例では、実施例２と同様に、１周期目と２周期目に液滴の吐出を行い、３周期目に液滴の吐出を行なわず、４周期目に再度液滴の吐出を行う。
【００７９】
図１４（ｂ）〜図１４（ｋ）に示す液体の挙動は、実施例２に係る図１０（ｂ）〜図１０（ｋ）と同様である。図１４（ｌ）では、圧電素子１３に印加する電圧をゼロとして、気液界面Ｓを第一の流路１０と第二の流路１１との境界近傍の静定位置に戻す。
【００８０】
本実施例では、期間Ｗ１を２［μｓ］とし、電圧δ１を−５Ｖとした。本実施例では、期間Ｗ１を２［μｓ］とし、期間Ｗ２を１［μｓ］とし、期間Ｗ３を２［μｓ］とし、期間Ｗ４を５［μｓ］とし、Ｗ６を７［μｓ］とし、Ｗ７を２［μｓ］とした。また、電圧δ１を−５Ｖとし、電圧δ２を１５Ｖとした。
【００８１】
その結果、１周期目における一発目の液体の吐出量は１．４［ｐｌ］であり、液体の吐出速度は６．４［ｍ／ｓ］であった。また、２周期目における二発目の液体の吐出量は１．４［ｐｌ］であり、液体の吐出速度は６．８［ｍ／ｓ］であった。また、４周期目における三発目においては、１周期目における一発目と略同じ状態に復帰しているので、液体の吐出量は１．４［ｐｌ］であり、液体の吐出速度は６．４［ｍ／ｓ］であった。
【００８２】
図１５は、１周期目に液滴の吐出を行い、２周期目に液滴の吐出を行わない場合の、圧電素子１３に印加する電圧の波形を示したグラフである。図１５の０周期目、１周期目、２周期目の波形は、それぞれ図１３の０周期目、２周期目、３周期目の波形と同様である。したがって、図１５の１周期目には液滴が吐出されるが、２周期目には液滴が吐出されない。
【００８３】
本実施例の液体吐出ヘッド２ｂの駆動方法によれば、液滴の吐出を行う吐出期間と、液滴の吐出を行わない非吐出期間と、が混在する場合にも、液体吐出ヘッド２ｂによる吐出動作を良好に行うことができる。また、粘度４０［ｃＰ］の液体を用いて、液体吐出ヘッドを高周波数（４６．５［ｋＨｚ］）で駆動する場合にも、液体吐出ヘッド２ｂの吐出動作を良好に行うことができた。
【００８４】
また、本実施例では、一回の液体の吐出量が１．３［ｐｌ］から１．４［ｐｌ］までの範囲内に収まり、液体の吐出速度が６．２［ｍ／ｓ］から６．８［ｍ／ｓ］までの範囲内に収まった。このように、本実施例に係る液体吐出ヘッド２ｂの駆動方法によれば、安定した液滴の吐出が可能である。
【００８５】
また、本実施例では、第一の流路１０に撥液処理が施されているため、流抵抗の高い第一の流路１０を液体が流動することが少なく、圧電素子１３を低電圧で駆動することができ、液体吐出ヘッド２ｂが長寿命化する。
【符号の説明】
【００８６】
１    液体吐出装置
２    液体吐出ヘッド
８    吐出口プレート
９    吐出口
１０  第一の流路
１１  第二の流路
１２  共通液室
１３  圧電素子
１４  接続部
Ｓ    気液界面
【図１】
0006029308.tif 000002
【図２】
0006029308.tif 000003
【図３】
0006029308.tif 000004
【図４】
0006029308.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006029308.tif 000007
【図７】
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【図８】
0006029308.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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