(57)【要約】【課題】  圧力発生素子を一定の変位速度で線形的に変位させることにより、安定した吐出特性を確保することが可能な液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】  駆動信号に含まれる吐出パルスＤＰは、圧力室の容積を変動させる変動要素を有し、駆動波形生成手段としての駆動信号発生回路は、単位駆動電圧あたりの圧電素子の実質変位量の違いに応じて吐出パルスにおける変動要素を複数の小要素に区分し、各小要素における実質変位量に基づいて各小要素の傾きを個別に設定する。【選択図】  図６
2007030230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通液体室から圧力室を通りノズル開口に至るまでの一連の液体流路、及び、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液滴を吐出可能な液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生素子を作動する吐出駆動波形を生成する駆動波形生成手段と、
を備え、
前記吐出駆動波形は、圧力室の容積を変動させる変動要素を有し、
前記駆動波形生成手段は、単位駆動電圧あたりの圧力発生素子の実質変位量の違いに応じて前記変動要素を複数の小要素に区分し、各小要素における実質変位量に基づいて各小要素の傾きを個別に設定することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
各小要素における実質変位量と目標変位量に基づいて各小要素の傾きを夫々設定することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記変動要素は、圧力室を膨張させて当該圧力室に共通液体室側から液体を導入すると共にメニスカスを圧力室側に引き込む予備吐出要素であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記変動要素は、圧力室を収縮させて液滴を吐出する吐出要素であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項５】
単位駆動電圧あたりの圧力発生素子の実質変位量の違いに応じて、各小要素の発生タイミングを各々設定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかの記載の液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式プリンタ等の液体噴射装置に関するものであり、特に、圧力発生素子を作動させることにより液体を液滴として吐出して吐出対象物上にドットを形成可能な液体噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は液体を液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドから吐出対象物としての記録紙等に対して液体状のインクをインク滴として吐出・着弾させてドットを形成することで記録を行うインクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタという）等の画像記録装置を挙げることができる。この液体噴射装置は、近年においては、画像記録装置に限らず、例えばディスプレー製造装置等の各種の製造装置にも応用されている。
【０００３】
上記プリンタの記録ヘッドは、圧力室に通じるノズル開口を列設してなる複数のノズル列を有すると共に、圧力室内のインクに圧力変動を生じさせる圧力発生素子を有し、インクカートリッジに貯留されたインクを圧力室内に導入して圧力発生素子を駆動することで圧力室内のインクをインク滴としてノズル開口から吐出するように構成されている。この圧力発生素子の一例として、圧電素子を挙げることができる。
【０００４】
上記圧電素子は、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）からなる圧電材料と電極材料を積層して構成されており、駆動電極と共通電極との間に駆動電圧を印加することによって、伸縮変形、或いは、撓み変形する。この圧電素子を、上記圧力室の一部を区画する振動板に接合し、駆動信号を供給して変形駆動させることによって振動板を変形させることができる。この振動板の変形によって圧力室の容積が変化して圧力室内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動を制御することによってノズル開口からインク滴を吐出することができる。
【０００５】
上記圧電素子は、印加される駆動電圧に対して常に一定の傾きで線形的に変位するとは限らず、例えば、特許文献１（特開２００１−１３８５５１号公報）の図８に示されているように、駆動電圧に対して非線形的に変位することが知られている。具体的には、比較的高い駆動電圧の範囲で駆動する場合、圧電素子は、特許文献１の図８（Ａ）のグラフに示されるような挙動、即ち、駆動電圧が上昇するにしたがって変位量の増加が少なくなる特性を示し、また、図８（Ａ）の場合よりも低い駆動電圧の範囲で駆動する場合には、図８（Ｂ）のグラフに示されるように、低い電位では変位量が少なく、電位レベルが上昇するに連れて急激に変位量が増大する特性を示す傾向にある。つまり、駆動信号の駆動電圧をどの電圧範囲に定めるかによって圧電素子の変位特性が異なり、特に、図８（Ｂ）の場合のように、比較的低い範囲の駆動電圧で駆動する場合（即ち、駆動信号の中間電位を比較的低い値に設定する場合）、圧電素子は、より非線形的な変位特性を呈する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３８５５１号公報（図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、装置の小型化に伴い、記録ヘッドに使用される圧電素子としては、厚さ数μｍといった極く薄いものが採用されつつある。このような膜厚の薄い圧電素子では、従前の圧電素子の約１０分の１の厚さとなっており、単位膜厚あたりの電界強度については、単純に計算すれば従前の約１０倍となる。そのため、この圧電素子を駆動するための駆動電圧は、従前の圧電素子よりも低い範囲の値を採ることになる。したがって、この膜厚の薄い圧電素子を用いる場合、この圧電素子は、上記特許文献１の図８（Ｂ）に示すような変位特性を示す。
【０００８】
このような非線形的な変位特性を有する圧電素子を従来の駆動信号で駆動させると、圧力室の容積変動が不安定となり、この容積変動に伴うメニスカスの動きも不安定となる。その結果、規定量のインク滴が吐出されなかったり、インク滴の飛翔速度が低下する等の不具合が生じる虞がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧力発生素子を一定の変位速度で線形的に変位させることにより、安定した吐出特性を確保することが可能な液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、共通液体室から圧力室を通りノズル開口に至るまでの一連の液体流路、及び、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ得る圧力発生素子を有し、当該圧力発生素子の作動によってノズルから液滴を吐出可能な液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生素子を作動する吐出駆動波形を生成する駆動波形生成手段と、
を備え、
前記吐出駆動波形は、圧力室の容積を変動させる変動要素を有し、
前記駆動波形生成手段は、単位駆動電圧あたりの圧力発生素子の実質変位量の違いに応じて前記変動要素を複数の小要素に区分し、各小要素における実質変位量に基づいて各小要素の傾きを個別に設定することを特徴とする。
なお、「実質変位量」とは、圧力発生素子に駆動信号を印加したときにおける単位駆動電圧あたりの圧力発生素子の実際の変位量を意味する。
【００１１】
当該構成によれば、単位駆動電圧あたりの圧力発生素子の実質変位量に応じて前記変動要素を複数の小要素に区分し、各小要素における実質変位量に基づいて各小要素の傾きを個別に設定するので、非線形的な変位特性を有する圧力発生素子を用いる場合においても、圧力室の膨張或いは伸縮の際に圧力発生素子を一定の変位速度でより線形的に変位させることができる。即ち、駆動電圧の使用レンジ全体に亘って圧力発生素子をより線形的に挙動させることが可能となる。これにより、圧力室の容積変動を安定させることができ、この容積変動に伴うメニスカスの動きも安定させることができる。その結果、規定量の液滴を規定の速度で安定して吐出させることが可能となる。
【００１２】
また、上記構成において、各小要素における実質変位量と目標変位量に基づいて各小要素の傾きを夫々設定することが望ましい。
なお、「目標変位量」とは、圧力発生素子の線形的挙動を想定した場合の理想的な単位駆動電圧あたりの変位量（基準量）を意味する。
【００１３】
また、上記構成において、前記変動要素は、圧力室を膨張させて当該圧力室に共通液体室側から液体を導入すると共にメニスカスを圧力室側に引き込む予備吐出要素であることが望ましい。
【００１４】
この構成によれば、圧力室を一定の速度で膨張させることができるので、この圧力室の膨張に伴って圧力室側に引き込まれるメニスカスの挙動を安定させることができると共に、液滴の必要な飛翔速度を得るのに十分なメニスカスの引き込み量を確保することができる。
【００１５】
また、上記構成において、前記変動要素は、圧力室を収縮させて液滴を吐出する吐出要素であることが望ましい。
【００１６】
この構成によれば、圧力室を一定の速度で収縮させることができるので、規定量の液滴を規定の飛翔速度でより確実に吐出させることが可能となる。
【００１７】
そして、上記各構成において、単位駆動電圧あたりの圧力発生素子の実質変位量の違いに応じて、各小要素の発生タイミングを各々設定することが望ましい。
【００１８】
この構成によれば、変動要素の傾きが変化するタイミング、即ち、各小要素の発生タイミングを圧力発生素子の実質変位量に応じて定めるので、当該圧力発生素子の固有の変位特性を十分に反映させて吐出制御を行うことができる。これにより、より確実に安定した吐出特性を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置の一例としてインクジェット式プリンタ（以下、プリンタと略記する）を例示する。
【００２０】
図１は、プリンタに搭載される記録ヘッド１（液体噴射ヘッドの一種）の構成を示す分解斜視図である。本実施形態における記録ヘッド１は、ベースユニット２と、複数のヘッドユニット３と、これらのヘッドユニット３を位置決めするヘッドユニット固定板４と、ヘッドカバー５とにより概略構成されている。
【００２１】
上記ベースユニット２は、内部に集束流路（図示せず）が形成された箱体状部材であり、インク供給針７を配設すると共にインクカートリッジやサブタンク等の液体貯留部材を配置するホルダ６が上面側に形成されている。本実施形態においては各種のインク色に対応させて合計８本のインク供給針７が、インク内の気泡や異物等を濾別するフィルタ（図示せず）を介在させた状態でホルダ６に横並び（ヘッド主走査方向）に配設されている。このインク供給針７は、液体貯留部材内に挿入される中空針状の部材であり、先端部に開設された導入孔（図示せず）から液体貯留部材内のインクを、ベースユニット２内の集束流路を通じてヘッドユニット３側に導入するようになっている。
【００２２】
ベースユニット２の底面側には、合計４つのヘッドユニット３が、各ヘッドユニット３に夫々対応した４つの開口部４´を有するヘッドユニット固定板４によって主走査方向に横並びに位置決めされた状態で固定される。さらに、各ヘッドユニット３に夫々対応した４つの開口部５´を有する金属製のヘッドカバー５が、各ヘッドユニット３の周縁部を包囲する状態でベースユニット２に取り付けられる。このヘッドカバー５は、各ヘッドユニット３を保護すると共に、各ヘッドユニット３のノズル形成基板９（図２参照）を接地して、記録紙等から発生する静電気による障害を防止する。そして、ヘッドユニット固定板４とヘッドカバー５の各開口部４´，５´からは、各ヘッドユニット３のノズル形成基板９に開設されたノズル開口１４（図２等参照）が露出するようになっている。
【００２３】
図２は、本実施形態におけるヘッドユニット３の構成を示す分解斜視図であり、図３は、ヘッドユニット３の断面図である。なお、便宜上、ヘッドユニット３を構成する各部材（ヘッドユニット構成部材）の積層方向を上下方向として説明する。このヘッドユニット３は、ノズル形成基板９、圧力室形成基板１０、リザーバ形成基板１１、及び、コンプライアンス基板１２からなるキャビティユニット８と、圧電素子２２（本発明における圧力発生素子の一種）と、駆動ＩＣ２５とを積層した状態でユニットケース１３に取り付けて概略構成されている。各ヘッドユニット構成部材には、図２に示すように、基準ピン（図示せず）に挿通可能な挿通孔Ｈが、夫々２箇所ずつ開設されている。そして、各部材は、各々の挿通孔Ｈに基準ピンを挿通させることで互いの相対的な位置が合わされた上でベースユニット２に固定される。
【００２４】
上記ノズル形成基板９は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口１４を列状に開設したステンレス鋼製のプレートである。本実施形態におけるノズル形成基板９には、３６０ｄｐｉのピッチで３６０個のノズル開口１４を列設することで２本のノズル列が構成されている。圧力室形成基板１０は、本実施形態においてはシリコン単結晶基板（シリコンウェハー）によって作製され、その表面から異方性エッチングすることによって複数の隔壁で区画された圧力室１８が各ノズル開口１４に対応して複数形成されている。また、この圧力室形成基板１０には、各圧力室１８の共通のインク室（本発明における共通液体室に相当）としてのリザーバ１９の一部を区画する連通空部２０が形成されている。この連通空部２０は、インク供給路２１を介して各圧力室１８と連通している。
【００２５】
圧力室形成基板１０の上面（ノズル形成基板９側とは反対側の面）には、図２に示すように、予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる弾性膜１６が形成されており、この弾性膜１６上に下電極膜と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層と、上電極膜と（何れも図示せず）を順次積層することで形成された圧電素子２２が圧力室１８毎に形成されている。この圧電素子２２は、所謂撓みモードの圧電素子であり、圧力室１８の上部を覆い隠すように配置されている。そして、この圧電素子２２は、充電により収縮して圧力室１８を収縮させ、放電により伸長して圧力室１８を膨張させる。この圧電素子２２の電位レベルを変えることで、対応する圧力室１８の容積が変化し、圧力室１８が加圧されたり減圧されたりする。つまり、圧力室内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口１４からインク滴を吐出させたり、或いは、メニスカス（ノズル開口部１４に露出したインクの自由表面）を微振動させたりすることができる。
【００２６】
また、圧力室形成基板１０上には、基板厚さ方向に貫通したリザーバ部２３を有するリザーバ形成基板１１が配置される。このリザーバ形成基板１１は、圧力室形成基板１０と同様にシリコン単結晶基板を用いて作製されている。また、このリザーバ形成基板１１におけるリザーバ部２３は、圧力室形成基板１０の連通空部２０と連通してリザーバ１９を区画するようになっている。このリザーバ１９からインク供給路２１及び圧力室１８を通りノズル開口１４に至るまでのインク流路は、本発明における液体流路に相当する。また、本実施形態におけるノズル形成基板９、リザーバ形成基板１１、及び圧力室形成基板１０は、流路形成基板を構成している。
【００２７】
リザーバ形成基板１１の上面（圧力室形成基板１０とは反対側の面）には、プリンタ本体側からの駆動信号を受け、この駆動信号によって各圧電素子２２を駆動するための駆動ＩＣ２５が設けられている。この駆動ＩＣ２５の各端子は、図示しないボンディングワイヤ等を介して各圧電素子２２の個別電極からの引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ２５の各端子は、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）等の配線部材２６を介してプリンタ本体側のプリンタコントローラ３５（図４参照）と電気的に接続され、この配線部材２６を介してプリンタコントローラ３５側から駆動信号等の各種信号が供給されるようになっている。
【００２８】
また、リザーバ形成基板１１の上面側には、コンプライアンス基板１２が配置される。このコンプライアンス基板１２は、例えばステンレス鋼等の金属製の支持板１２ａの表面にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂フィルムを弾性薄膜部１２ｂとしてラミネートした複合板材によって構成されている。このコンプライアンス基板１２には、リザーバ１９の開口面を封止するコンプライアンス部１２ｃが設けられている。このコンプライアンス部１２ｃは、リザーバ１９の開口面に対向する領域の支持板１２ａを例えばエッチング加工等によって除去することにより、弾性薄膜部１２ｂのみとしている。そして、このコンプライアンス部１２ｃは、圧電素子２２の駆動時のリザーバ１９内のインクの圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
【００２９】
ユニットケース１３は、ベースユニット２の収束流路に連通してインク供給針７側からのインクをリザーバ１９側に供給するためのインク導入路２９が形成されると共に、コンプライアンス部１２ｃに対向する領域にこのコンプライアンス部１２ｃの変形を許容する凹部３０が形成された部材である。このユニットケース１３の中心部、具体的には、リザーバ形成基板１１上に設けられた駆動ＩＣ２５に対向する領域には、厚さ方向に貫通した空部２８が開設されており、外部配線２６がこの空部２８を挿通して駆動ＩＣ２５と接続されるようになっている。
【００３０】
以上のように構成された各ヘッドユニット３では、インク供給針７から導入されたインクが、ベースユニット２の収束流路、及び、ユニットケース１３のインク導入路２９を通じてリザーバ１９に取り込まれ、リザーバ１９からノズル開口１４に至るインク流路がインクで満たされる。そして、駆動ＩＣ２５からの駆動信号を圧電素子２２に供給してこの圧電素子２２を撓み変形させることで、対応する圧力室１８内のインクに圧力変動が生じ、このインクの圧力変動によってノズル開口１４からインク滴が吐出する。
【００３１】
図４はプリンタの電気的な構成を示すブロック図である。本実施形態におけるプリンタは、プリンタコントローラ３５とプリントエンジン３６とで概略構成されている。プリンタコントローラ３５は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）３７と、各種データ等を一時的に記憶するワークメモリとして利用されるＲＡＭ３８と、各種データ処理のための制御プログラムやフォントデータ及びグラフィック関数等を記憶したＲＯＭ３９と、各部の制御を行う制御部４１と、クロック信号を発生する発振回路４２と、記録ヘッド１へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４３（本発明における駆動波形生成手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られた吐出データや駆動信号等を記録ヘッド１に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）４５とを備えている。
【００３２】
制御部４１は、ＲＯＭ３９に記憶されている制御プログラムに基づいて、各部の統合的な制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ３７を通じて受信した印刷データを、記録ヘッド１で用いられる吐出データ（ドットパターンデータ）に変換する。具体的には、制御部４１は、ＲＡＭ３８の受信バッファに一旦記憶された印刷データを読み出し、中間コードデータに変換してＲＡＭ３８の中間バッファに記憶させる。そして、変換した中間コードデータを、フォントデータ及びグラフィック関数等を参照してドットパターンに対応した吐出データに変換し、ＲＡＭ３８の出力バッファに格納する。そして、記録ヘッド１の１回の主走査で記録可能な１行分の吐出データが得られたならば、制御部４１は、出力バッファに格納されている１行分の吐出データを内部Ｉ／Ｆ４５を通じて記録ヘッド１に出力する。
【００３３】
上記プリントエンジン３６は、記録ヘッド１、キャリッジ機構４７、紙送り機構４８、及び、リニアエンコーダ４９を備えている。キャリッジ機構４７は、記録ヘッド１が取り付けられたキャリッジと、このキャリッジをタイミングベルト等を介して走行させる駆動モータ（例えば、ＤＣモータ）等からなり、記録ヘッド１を主走査方向に移動させる。紙送り機構４８は、紙送りモータ及び紙送りローラ等からなり、記録紙（吐出対象物の一種）を順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダ４９は、キャリッジに搭載された記録ヘッド１の走査位置に応じたエンコーダパルスを、主走査方向における位置情報として内部Ｉ／Ｆ４５を通じて制御部４１に出力する。これにより制御部４１は、リニアエンコーダ４９側から受信したエンコーダパルスに基づいて記録ヘッド１の走査位置（現在位置）を把握することができる。
【００３４】
次に、上記駆動信号発生回路４３について説明する。
図５は、駆動信号発生回路４３の構成を説明するブロック図である。この駆動信号発生回路４３は、波形メモリ５１と、第１波形ラッチ回路（ラッチ１）５２と、第２波形ラッチ回路（ラッチ２）５３と、加算器５４と、デジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）５５と、電圧増幅回路５６と、電流増幅回路５７とを備えている。波形メモリ５１は、複数種類の電圧変化量のデータを個別に記憶する変化量データ記憶手段として機能する。第１波形ラッチ回路５２は、第１タイミング信号に同期して波形メモリ５１の所定アドレスに記憶された電圧変化量のデータを保持するようになっている。加算器５４には、第１波形ラッチ回路５２と第２波形ラッチ回路５３とが接続されており、第１波形ラッチ回路５２の出力が入力されると共に、第２波形ラッチ回路５３の出力が帰還されるように構成されている。そして、この加算器５４は、変化量データ加算手段として機能し、ラッチ回路５２，５３の出力信号同士を加算して出力する。
【００３５】
第２波形ラッチ回路５３は、第２タイミング信号に同期して加算器５４から出力されたデータ（電圧情報）を保持する出力データ保持手段である。Ｄ／Ａ変換器５５は、第２波形ラッチ回路５３の後段に接続されており、第２波形ラッチ回路５３からの出力信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。電圧増幅回路５６は、Ｄ／Ａ変換器５５の出力側に接続されており、このＤ／Ａ変換器５５で変換されたアナログ信号を規定の電圧まで増幅する。電流増幅回路５７は、電圧増幅回路５６の出力側に接続されており、電圧増幅回路５６で電圧が増幅された信号に対する電流増幅を行って駆動信号として出力する。
【００３６】
上記の構成を有する駆動信号発生回路４３では、駆動信号の生成に先立って、電圧変化量を示す複数の変化量データを波形メモリ５１の記憶領域に個別に記憶させる。なお、本実施形態において、変化量データは正負の情報（増減情報）を含んだデータで構成され、アドレスデータは４ビットのアドレス信号で構成される。複数種類の変化量データが波形メモリ５１に記憶されると、駆動信号の生成が可能になる。駆動信号の生成は、変化量データを第１波形ラッチ回路５２にセットし、所定の更新周期毎に、第１波形ラッチ回路５２にセットした変化量データを第２波形ラッチ回路５３からの出力電圧に加算することで行う。
【００３７】
本実施形態では、第１波形ラッチ回路５２への変化量データのセットを、波形メモリ５１に入力された４ビットのアドレス信号と、第１波形ラッチ回路５２に入力される第１タイミング信号とによって行う。即ち、波形メモリ５１は、アドレス信号に基づいて対象となる変化量データを選択する。そして、第１タイミング信号が入力されると、第１波形ラッチ回路５２は、選択された変化量データを波形メモリ５１から読み出して保持する。
【００３８】
第１波形ラッチ回路５２に保持された変化量データは加算器５４に入力される。この加算器５４には、第２波形ラッチ回路５３が保持しているデータも帰還しているので、加算器５４からの出力データは、第１波形ラッチ回路５２の出力と第２波形ラッチ回路５３の出力信号とが加算された値となる。ここで、変化量データには正負の情報が含まれているので、変化量データが正の値の場合には、加算器５４からの出力データは出力電圧よりも高い電圧値になる（つまり、増加する）。一方、変化量データが負の値の場合には、加算器５４からの出力データは出力電圧よりも低い電圧値になる（つまり、減少する）。なお、変化量データが値「０」の場合には、加算器５４からの出力データは出力電圧と同じ電圧値になる。そして、加算器５４からの出力データは、第２タイミング信号に同期して第２波形ラッチ回路５３に取り込まれて保持される。つまり、第２波形ラッチ回路５３からの出力電圧は、第２タイミング信号に同期して更新される。
【００３９】
このようにして駆動信号発生回路４３は、記録階調に対応した複数の吐出パルスや微振動パルスを一記録周期（吐出周期）内に含む駆動信号を発生する。この駆動信号は、例えば、図６に示すような吐出パルスＤＰ（本発明における吐出駆動波形の一種）等を含んで構成される。例示した吐出パルスＤＰは、中間電位Ｖｃから最低電位Ｖ０までインク滴を吐出させない程度の傾き（勾配）で電位を降下させる予備吐出要素Ｐ１（変動要素の一種）と、最低電位Ｖ０を所定時間保持する膨張ホールド要素Ｐ２と、最低電位Ｖ０から最高電位Ｖ３まで急勾配で電位を上昇させる吐出要素Ｐ３（変動要素の一種）と、最高電位Ｖ３を所定時間保持する収縮ホールド要素Ｐ４と、最高電位Ｖ３から中間電位Ｖｃまで電位を下降させる制振要素Ｐ５とを含んで構成されている。
【００４０】
ここで、図７は、駆動電圧の変化に対する圧電素子２２の変位量の変化を示すグラフである。なお、同図において、横軸は圧電素子２２に印加される駆動電圧（駆動電位）（Ｖ）であり、縦軸は圧電素子２２の実際の変位量（ｎｍ）である。規定量のインク滴をノズル開口１４から安定して吐出させるという観点から、駆動電圧に対する圧電素子２２の変位量は、図７における破線で示すように、常に一定で線形的であるのが理想的である。しかしながら、実際の圧電素子２２は、図７において実線で示すように、駆動電圧の変化に対して非線形的に変位する特性を有する。具体的には、単位駆動電圧あたりの圧電素子２２の実際の変位量（以下、実質変位量という）は、電位Ｖ０〜Ｖ１では理想的な変位量（以下、目標変位量という）よりも少なく（傾き小）、電位Ｖ１〜Ｖ２では目標変位量よりも大きい（傾き大）。このため、図６において破線で示すように傾きが一定な予備吐出要素Ｐ１′や吐出要素Ｐ３′を供給して圧電素子２２を作動させると、圧力室１８の容積変動が不安定となり、この容積変動に伴うメニスカスの動きも不安定となる。その結果、規定量のインク滴が吐出されなかったり、インク滴の飛翔速度が低下する等の不具合が生じる虞がある。
【００４１】
そこで、上記駆動信号発生回路４３は、駆動電圧に対する圧電素子２２の変位特性に応じて、駆動信号に含まれる吐出パルスの変動要素の傾きをより細かく設定するように構成されている。具体的には、駆動電圧の範囲によって異なる圧電素子２２の実質変位量に応じて、変動要素である予備吐出要素Ｐ１と吐出要素Ｐ３を、夫々複数の小要素に区分し、圧電素子２２の実質変位量と目標変位量に基づいて各小要素の傾きを個別に設定する。つまり、吐出パルスＤＰの変動要素Ｐ１，Ｐ３は複数の傾きを有し、夫々の傾き（単位時間当りの電位変化量）と、傾きが変化するタイミングは、圧電素子２２の変位量の特性（非線形特性）に応じて決定される。
【００４２】
本実施形態では、図７に示すように、Ｖ０〜Ｖ１、Ｖ１〜Ｖ２、Ｖ２〜Ｖ３の各電圧範囲で圧電素子２２の実質変位量が夫々異なるため、これらの電圧範囲に対応して、駆動信号発生回路４３は、予備吐出要素Ｐ１について小要素Ｐ１１，Ｐ１２の合計２つの小要素に区分し、吐出要素Ｐ３については小要素Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３の合計３つの小要素に区分する。そして、駆動信号発生回路４３は、電圧範囲Ｖ０〜Ｖ１に対応する小要素Ｐ１２，Ｐ３１の傾きを、当該電圧範囲Ｖ０〜Ｖ１における圧電素子２２の実質変位量Ｒ０１と目標変位量Ｒｉとに基づいて設定する。即ち、図８に示すように、圧電素子２２の特性を考慮しない場合（傾きが一定）の予備吐出要素Ｐ１′と吐出要素Ｐ３′の傾きθａ，θｂに、目標変位量Ｒｉに対する実質変位量Ｒ０１の比の逆数（Ｒｉ／Ｒ０１）を乗じて得られる傾きθ１２，θ３１を、夫々小要素Ｐ１２，Ｐ３１の傾きとして設定する。また、駆動信号発生回路４３は、駆動電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２に対応する小要素Ｐ１１，Ｐ３２の傾きを、当該電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２における圧電素子２２の実質変位量Ｒ１２と、目標変位量Ｒｉとに基づいて設定する。即ち、予備吐出要素Ｐ１′と吐出要素Ｐ３′の傾きθａ，θｂに、目標変位量Ｒｉに対する実質変位量Ｒ１２の比の逆数（Ｒｉ／Ｒ１２）を乗じて得られる傾きθ１１，θ３２を、夫々小要素Ｐ１１，Ｐ３２の傾きとして設定する。さらに、電圧範囲Ｖ２〜Ｖ３に対応する小要素Ｐ３３の傾きθ３３については、当該電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２における圧電素子２２の実質変位量Ｒ２３と目標変位量Ｒｉとが一致するので、吐出要素Ｐ３′の傾きθｂに設定する。
なお、上記目標変位量Ｒｉ、電圧範囲Ｖ０〜Ｖ１における実質変位量Ｒ０１、及び、電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２における実質変位量Ｒ１２は、図７のグラフから以下のようにして求めることができる。
Ｒｉ  ＝ｄ３／（Ｖ０−Ｖ３）            …（１）
Ｒ０１＝ｄ１／（Ｖ０−Ｖ１）            …（２）
Ｒ１２＝（ｄ２−ｄ１）／（Ｖ１−Ｖ２）  …（３）
【００４３】
そして、駆動信号発生回路４３は、吐出パルスＤＰにおける予備吐出要素Ｐ１に関し、まず時間ｔ１で小要素Ｐ１１を発生する。この小要素Ｐ１１は、中間電位Ｖｃから電位Ｖ１まで上記傾きθ１１で降下するように変化量データが設定される。即ち、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ１で中間電位Ｖｃから電位Ｖ１まで駆動電圧を変化させる。続いて、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ２で小要素Ｐ１２を発生する。この小要素Ｐ１２は、予備吐出要素Ｐ１において、圧電素子２２の実質変位量がＲ１２からＲ０１に変化するタイミングで発生され、電位Ｖ１から電位Ｖ０まで上記傾きθ１２で降下するように変化量データが設定される。即ち、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ２で中間電位Ｖ１から電位Ｖ０まで駆動電圧を変化させる。
【００４４】
また、駆動信号発生回路４３は、吐出パルスＤＰにおける吐出要素Ｐ３に関し、まず時間ｔ４で小要素Ｐ３１を発生する。この小要素Ｐ３１は、電位Ｖ０から電位Ｖ１まで上記傾きθ３１で上昇するように変化量データが設定される。即ち、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ４で中間電位Ｖ０から電位Ｖ１まで駆動電圧を変化させる。続いて、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ５で小要素Ｐ３２を発生する。この小要素Ｐ３２は、吐出要素Ｐ３において、圧電素子２２の実質変位量がＲ０１からＲ１２に変化するタイミングで発生され、電位Ｖ１から電位Ｖ２まで上記傾きθ３２で上昇するように変化量データが設定される。即ち、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ５で電位Ｖ１から電位Ｖ２まで駆動電圧を変化させる。次に、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ６で小要素Ｐ３３を発生する。この小要素Ｐ３３は、予備吐出要素Ｐ３において、圧電素子２２の実質変位量がＲ１２からＲ２３に変化するタイミングで発生され、電位Ｖ２から電位Ｖ３まで上記傾きθｂ（θ３３）で上昇するように変化量データが設定される。即ち、駆動信号発生回路４３は、時間ｔ６で電位Ｖ２から電位Ｖ３まで駆動電圧を変化させる。
【００４５】
上記のように構成した吐出パルスＤＰを圧電素子２２に印加すると、例えば１０数ｐＬのインク滴がノズル開口１４から吐出される。即ち、予備吐出要素Ｐ１（Ｐ１１，Ｐ１２）が圧電素子２２に供給されると、この圧電素子２２が撓んで圧力室１８が一定の勾配で比較的緩やかに膨張し、圧力室１８が減圧される。これに伴い、ノズル開口１４内のメニスカスが圧力室１８側に引き込まれると共に、リザーバ１９側から圧力室１８内にインクが導入される。本実施形態においては、圧電素子２２の変位特性に応じて小要素Ｐ１１，１２の傾きを夫々設定しているので、見かけ上、圧電素子２２が一定の変位速度で線形的に変位する。これにより、圧力室１８の容積変動が安定し、この容積変動に伴うメニスカスの動きも安定する。また、インク滴の必要な飛翔速度を得るのに十分なメニスカスの引き込み量を確保することができる。このメニスカスの引き込み量がより大きいほど、インク滴の飛翔速度がより高まる。これは、弓をより大きく引いた方が、矢の飛翔速度が高まることと同じ原理である。
【００４６】
続いて、膨張ホールド要素Ｐ２が供給されることで圧力室１８の膨張状態が維持される。その後、吐出要素Ｐ３が供給されて圧電素子２２が反対側に急激に撓み、圧力室１８が極く短時間で収縮する。これにより、圧力室１８内のインクが急激に加圧されてノズル開口１４からインク滴が吐出される。本実施形態においては、圧電素子２２の変位特性に応じて小要素Ｐ３１，３２，３３の傾きを夫々設定しているので、圧電素子２２を一定の変位速度で線形的に変位させることができる。これにより、圧力室１８を一定の勾配で収縮させることができ、その結果、規定量のインク滴を規定の飛翔速度でより確実に吐出させることが可能となる。そして、圧力室１８の収縮状態が収縮ホールド要素Ｐ４の供給期間に亘って維持された後、制振要素Ｐ５が供給されて圧力室１８が緩やかに膨張され、インク滴が吐出された後のメニスカスの残留振動（リンギング）を収束させる。
【００４７】
このように、圧電素子２２の駆動電圧範囲毎の実質変位量の違いに応じて、変動要素である予備吐出要素Ｐ１と吐出要素Ｐ３を夫々複数の小要素に区分し、圧電素子２２の実質変位量と目標変位量に基づいて各小要素の傾きを個別に設定することにより、圧力室１８の膨張或いは収縮の際に圧電素子２２を一定の変位速度で線形的に変位させることができる。即ち、駆動電圧の使用レンジ全体に亘って圧電素子２２をより線形的に挙動させることが可能となる。これにより、圧力室１８の容積変動を安定させることができ、この容積変動に伴うメニスカスの動きも安定させることができる。その結果、規定量のインク滴を規定の飛翔速度で安定して吐出することが可能となる。特に、本実施形態における圧電素子２２のように、膜厚が比較的薄く、比較的低い電圧範囲に設定された駆動パルスで駆動される圧力発生素子に好適である。
また、変動要素の傾きが変化するタイミング、即ち、各小要素の発生タイミングを圧電素子２２の実質変位量に応じて定めるので、圧電素子２２の固有の変位特性を十分に反映させて記録制御を行うことができる。これにより、より安定した吐出特性を得ることが可能となる。
【００４８】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、駆動信号に含まれる吐出パルスとして図６に示す吐出パルスＤＰを例示したが、これには限らず、圧力室１８を変動させる変動要素を有する種々の波形形状の吐出パルスを用いる場合にも本発明を適用することができる。
また、予備吐出要素Ｐ１や吐出要素Ｐ３の傾きが変化するタイミングに関し、上記実施形態では、共に電位Ｖ１を境に傾きが変化する例を示したが、圧電素子２２の変位特性に応じて予備吐出要素Ｐ１と吐出要素Ｐ３とで傾きの変化タイミングを互いに異ならせることも可能である。
【００４９】
また、上記実施形態では、本発明の圧力発生素子として所謂撓み振動モードの圧電素子２２を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、所謂縦振動モードの圧電素子や磁歪素子などの他の圧力発生素子を用いることもできる。
【００５０】
また、本発明は、上記プリンタ以外の液体噴射装置にも適用できる。例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図２】ヘッドユニットの構成を説明する分解斜視図である。
【図３】ヘッドユニットの構成を説明する断面図である。
【図４】プリンタの電気的構成を説明するブロック図である。
【図５】駆動信号発生回路の電気的構成を説明するブロック図である。
【図６】駆動信号に含まれる吐出パルスの構成を説明する図である。
【図７】駆動電圧の変化に対する圧電素子の変位量の変化を示すグラフである。
【図８】図６の吐出パルスにおける予備吐出要素、膨張ホールド要素、及び吐出要素の拡大図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  記録ヘッド，２  ベースユニット，３  ヘッドユニット，６  ホルダ，１４  振ノズル開口，１８  圧力室，１９  リザーバ，２２  圧電素子，３５  プリンタコントローラ，３６  プリントエンジン，４１  制御部，４３  駆動信号発生回路，５１  波形メモリ，５２  第１波形ラッチ回路，５３  第２波形ラッチ回路，５４  加算器，５５  Ｄ／Ａ変換器，５６  電圧増幅回路，５７  電流増幅回路
【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】
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