特許 5663435 液体吐出装置およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5663435

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】液体吐出装置およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20150115BHJP

   B41J 2/045 20060101ALI20150115BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20150115BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/015 101

   B41J2/045

   B41J2/14 303

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-178900(P2011-178900)

(22)【出願日】2011年8月18日

(65)【公開番号】特開2013-39769(P2013-39769A)

(43)【公開日】2013年2月28日

【審査請求日】2013年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100159651

【弁理士】

【氏名又は名称】高倉 成男

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】乗越 隆

【審査官】 山本 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２１２９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０９４６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１４５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１５７０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３１４４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／０１５−２／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出するノズルと、
このノズルに連通する圧力室と、
充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形および液体吐出用の変形を加えるアクチュエータと、
前記液体導入用の変形を加えるための第１電位および前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、
前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間および第２電位の期間を、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離が所定値未満の場合に第１パターンに切換え、所定値以上の場合に第２パターンに切換える制御手段と、を備え、
前記第１パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝Ｔ／３”かつ“Ｔ２＝２・Ｔ１”の条件を有し、
前記第２パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝第１パターンのＴ１”かつ“Ｔ２＝（３．６〜４．２）・Ｔ１”の条件を有し、
前記第１パターンの駆動電圧は、サテライトが発生しない限界の電圧よりも大きく設定し、
前記第２パターンの駆動電圧は、サテライトが発生しない電圧に設定した、
ことを特徴とする液体吐出装置。

【請求項2】

前記第１電位は負電位、前記第２電位は正電位である、
ことを特徴とする請求項１のいずれかに記載の液体吐出装置。

【請求項3】

前記圧力室は、前記アクチュエータを挟んで並ぶ複数の圧力室であり、
前記アクチュエータは、分極方向が互いに対向する状態に且つ前記各圧力室の並び方向と直交する方向に重なり合う一対の圧電素子であり、前記各圧力室を隔てる、
ことを特徴とする請求項１のいずれかに記載の液体吐出装置。

【請求項4】

液体吐出用のノズルと、
このノズルと連通する圧力室と、
充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形、液体吐出用の変形、液体振動抑制用の変形を加えるアクチュエータと、
前記液体導入用の変形を加えるための第１電位および前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、
を備えた液体吐出装置において、
前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間および第２電位の期間を、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離が所定値未満の場合に第１パターンに切換え、所定値以上の場合に第２パターンに切換え、
前記第１パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝Ｔ／３”かつ“Ｔ２＝２・Ｔ１”の条件を有し、
前記第２パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝第１パターンのＴ１”かつ“Ｔ２＝（３．６〜４．２）・Ｔ１”の条件を有し、
前記第１パターンの駆動電圧は、サテライトが発生しない限界の電圧よりも大きく設定し、
前記第２パターンの駆動電圧は、サテライトが発生しない電圧に設定した、
ことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、インクジェット方式のプリンタ等に用いる液体吐出装置およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

インクジェット方式のプリンタ等に用いられる液体吐出装置いわゆるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズル、これらノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室、これら圧力室にインク導入用およびインク吐出用の圧力を加える複数の静電容量性負荷たとえば圧電素子、これら圧電素子に駆動電圧を印加するための複数の電極、上記各圧力室と対応する位置にそれぞれインク吐出用のノズルを有するノズルプレート（オリフィスプレートともいう）などを備える（例えば特許文献１）。上記各圧電素子と各電極とで静電容量性のアクチュエータがそれぞれ構成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４―１４８６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

インクジェットヘッドにおいては、インク吐出を受ける側の印字媒体がノズルに接触しないよう、ノズルと媒体との間の距離いわゆるヘッドギャップが設定される。媒体が厚みのない用紙だけであれば小さいヘッドギャップが設定され、厚みのある封筒も含まれる場合は大きめのヘッドギャップが設定される。

【0005】

ただし、ノズルから吐出されるインクには、吐出速度が速いメインのインク滴のほかに、形状が小さくて吐出速度が遅いインク滴いわゆるサテライトが含まれる。大きめのヘッドギャップが設定されると、サテライトがメインのインク滴から離れて印字媒体に着弾し、この着弾ずれにより、印字むらやゴースト等が生じるなど、印字品質の悪化を招いてしまう。インクの着弾ずれは印字媒体の搬送速度にも依存し、搬送速度が速くなればなるほど着弾ずれも大きくなる。対策として、印字媒体の搬送速度を下げることが考えられるが、そうすると当然ながら印字速度が遅くなるという問題がある。

【0006】

本発明の目的は、ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離にかかわらず、また媒体の搬送速度を下げることなく、媒体に対する良好な液体吐出品質が得られる液体吐出装置およびその制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルと、このノズルに連通する圧力室と、充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形および液体吐出用の変形を加えるアクチュエータと、前記液体導入用の変形を加えるための第１電位および前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間および第２電位の期間を、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離が所定値未満の場合に第１パターンに切換え、所定値以上の場合に第２パターンに切換える制御手段と、を備え、前記第１パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝Ｔ／３”かつ“Ｔ２＝２・Ｔ１”の条件を有し、前記第２パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝第１パターンのＴ１”かつ“Ｔ２＝（３．６〜４．２）・Ｔ１”の条件を有し、前記第１パターンの駆動電圧は、サテライトが発生しない限界の電圧よりも大きく設定し、前記第２パターンの駆動電圧は、サテライトが発生しない電圧に設定した。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態のインクジェットヘッドの全体的な構成を示す図。

【図2】図１の要部の構成を示す図。

【図3】図１の各圧力室およびその周辺部を拡大して示す図。

【図4】図３の１つの圧力室が拡がった状態を示す図。

【図5】図４のように拡がった圧力室が縮まった状態を示す図。

【図6】一実施形態の駆動回路の構成を示す図。

【図7】一実施形態の駆動回路のステップＳＴ１の動作を示す図。

【図8】一実施形態の駆動回路のステップＳＴ２の動作を示す図。

【図9】一実施形態の駆動回路のステップＳＴ３の動作を示す図。

【図10】一実施形態の駆動回路における各部の電圧波形を示す図。

【図11】一実施形態の印字モードＡのときに印加される駆動電圧の波形を示す図。

【図12】一実施形態の印字モードＢのときに印加される駆動電圧の波形を示す図。

【図13】一実施形態の駆動電圧を印加した場合のサテライトなしが保たれる駆動電圧の最大限界値（サテライトフリー電圧）を示す図。

【図14】図１３の最大限界値に対応するインク吐出速度（サテライトフリー速度）を示す図。

【図15】一実施形態の駆動電圧を印加した場合の吐出安定が保たれる駆動電圧の最大限界値（吐出安定限界電圧）を示す図。

【図16】図１３ないし図１５のデータをグラフにプロットして示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。液体吐出装置であるインクジェットヘッドの全体的な構成を図１に示し、そのインクジェットヘッドのノズルプレートが外された状態を図２に示す。

【0010】

圧電部材で形成された基台１の上面の一側縁に沿う領域に、板状の圧電部材２が埋設される。この圧電部材２の端面は、基台１の側面と同一面を成す。基台１の下面の一側縁に沿う領域にも、板状の圧電部材２が埋設される。この圧電部材２の端面は、基台１の側面と同一面を成す。

【0011】

これら圧電部材２の端面および基台１の側面に、絶縁性の部材で形成されたノズルプレート（オリフィスプレートともいう）３が配置される。ノズルプレート３は、基台１の上面側の圧電部材２に沿って配列されたインク吐出用（液体吐出用）の複数のノズル４を有するとともに、基台１の下面側の圧電部材２に沿って配列された同じくインク吐出用の複数のノズル４を有する。

【0012】

基台１の上面側の圧電部材２の端面と基台１の側面とが重なり合う部分に、かつ上記各ノズル４と対応する位置に、かつ各ノズル４と連通する状態に、複数の切り欠き１１が形成される。これら切り欠き１１から圧電部材２の上面にかけて溝状の圧力室１２が形成される。これら圧力室１２の相互間に存する圧電部材２および基台１により、分極方向が互いに対向する状態に且つ各圧力室１２の並び方向と直交する方向に重なり合う一対の圧電素子（静電容量性負荷）が形成される。この一対の圧電素子により、各圧力室１２にインク導入用（液体導入用）およびインク吐出用（液体吐出用）の圧力を加える静電容量性アクチュエータ１３が構成される。これら静電容量性アクチュエータ１３は、各圧力室１２を隔てる壁となる。

【0013】

図３に示すように、各圧力室１２の内周面、つまり各静電容量性アクチュエータ１３の側面部および各圧力室１２の底部に、各静電容量性アクチュエータ１３に駆動電圧を印加するための電極１４が装着される。そして、これら電極１４と各圧力室１２内のインク（液体）とが接するのを防ぐため、各電極１４の表面が絶縁膜１５によって被覆される。
基台１の下縁側にも、同様に、複数の圧力室１２、複数の静電容量性アクチュエータ１３、複数の電極１４、および絶縁膜１５が設けられる。

【0014】

基台１の上面側における圧電部材２の各圧力室１２がカバー５で閉塞される。このカバー５上にインク流入口６が設けられ、このインク流入口６に流入するインク（液体）が上記各圧力室１２に導かれる。各圧力室１２内の電極１４から複数の導電部材７が導出され、これら導電部材７が回路基板８に接続される。回路基板８には、各静電容量性アクチュエータ１３への駆動電圧を出力する駆動回路９が搭載される。

【0015】

ノズルプレート３の周縁部に、保護用のマスクプレート１０が装着される。このマスクプレート１０は、金属製で、内側に開口１０ａを有する。図１ではマスクプレート１０がノズルプレート３から離れているが、実際には、ノズルプレート３にマスクプレート１０が面接触する状態で装着される。このマスクプレート１０にリード線（アース線）２１の一端が接続され、そのリード線２１の他端が回路基板８上のグラウンドライン（導電パターン）８ａに接続される。

【0016】

各静電容量性アクチュエータ１３は、それぞれ静電容量Ｃ０１,Ｃ１２,…を有する。以下、説明を分かり易くするため、静電容量Ｃ０１を有する静電容量性アクチュエータ１３のことをアクチュエータＣ０１、静電容量Ｃ１２を有する静電容量性アクチュエータ１３のことをアクチュエータＣ１２という。これらアクチュエータＣ０１,Ｃ１２,…が上記駆動回路９によって充放電駆動されることにより、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２,…が図３〜図５に示す変形と復帰を繰返す。

【0017】

図３はアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に駆動電圧が印加されず、圧力室１２が変形しない定常状態を示している。圧力室１２の両側に位置するアクチュエータＣ０１,Ｃ１２が互いに逆方向に充電されると、図４に示すように、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が互いに離れる方向に変形する。この変形に伴い、圧力室１２が拡大方向に変形し（液体導入用の変形）、圧力室１２にインクが導入される。この後、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が放電され且つ反対の方向に充電されることにより、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が互いに近づく方向に変形する。これに伴い、圧力室１２が縮小変形し（液体吐出用の変形）、圧力の高まりによって圧力室１２内のインクがノズル４から吐出されるとともに、その吐出後の圧力室１２内のインクの振動が抑制される（ダンピング）。そして、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が放電されることにより、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が図３の定常状態に復帰する。

【0018】

上記駆動回路９の具体的な構成を図６に示す。
直流電圧Ｖａａたとえば１０Ｖを出力する直流電源（第１直流電源）３１と、同じく直流電圧Ｖａａを出力する直流電源（第２直流電源）３２とが、互いに直列接続される。この直流電源３１，３２の相互接続点が、グラウンド接続される。直流電源３１，３２の直列回路の出力電圧±Ｖａａ（＝２・Ｖａａ）が後述のアクチュエータに対する駆動電圧となる。この駆動電圧±Ｖａａは、グラウンド電位を挟む正電位と負電位の振幅（可変幅）を有し、各種インクに対応できるよう±７Ｖ〜±１８Ｖ程度の範囲で任意に選定される。

【0019】

直流電圧Ｖｃｃを出力する直流電源（第３直流電源）３３の負側がグラウンド接続される。この直流電圧Ｖｃｃは、後述するＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｐ０１，Ｐ０２，…のバックゲートに対するバイアス電圧、および後述するドライバ４２やバッファ４３，４４に対する駆動電圧となる。この直流電源Ｖｃｃの値として、例えば直流電圧Ｖａａより高い値が選定される。上記のように、駆動電圧±Ｖａａが±７Ｖ〜±１８Ｖ程度の可変幅で選定されるので、それに電極電位のオーバーシュートによるラッチアップの回避を見込んだ例えば２４Ｖが適切値として選定される。

【0020】

直流電源３１の正側（＋Ｖａａ）とグラウンド（±０）との間に、第１半導体素子たとえばＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００のソース・ドレイン間と第２半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０のドレイン・ソース間との直列回路が接続される。このＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０の相互接続点と直流電源３２の負側（-Ｖａａ）との間に、第３半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２０のドレイン・ソース間が接続される。

【0021】

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００のバックゲートは、直流電源３３の正側（＋Ｖｃｃ）に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ２０のそれぞれバックゲートは、直流電源３２の負側（−Ｖａａ）に接続される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０の相互接続点が出力端子Ｏｕｔ０となる。この出力端子Ｏｕｔ０がアクチュエータＣ０１の一端に接続される。

【0022】

これらＰ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ２０により、アクチュエータＣ０１の一端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路が構成される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００がオンしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ２０がオフすると、アクチュエータＣ０１の一端が＋Ｖａａ電位となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２０がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０がオンすると、アクチュエータＣ０１の一端がグラウンド電位（零）となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ００およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１０がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２０がオンすると、アクチュエータＣ０１の一端が−Ｖａａ電位となる。

【0023】

直流電源３１の正側（＋Ｖａａ）とグラウンド（±０）との間に、第４半導体素子たとえばＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０１のソース・ドレイン間と第５半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１のドレイン・ソース間との直列回路が接続される。このＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１の相互接続点と直流電源３２の負側（-Ｖａａ）との間に、第６半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２１のドレイン・ソース間が接続される。

【0024】

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１のバックゲートは、直流電源３３の正側（＋Ｖｃｃ）に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１のそれぞれバックゲートは、直流電源３２の負側（−Ｖａａ）に接続される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１の相互接続点が出力端子Ｏｕｔ１となる。この出力端子Ｏｕｔ１がアクチュエータＣ０１の他端に接続される。

【0025】

これらＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１により、アクチュエータＣ０１の他端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路が構成される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１がオンしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１がオフすると、アクチュエータＣ０１の他端が＋Ｖａａ電位となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２１がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１がオンすると、アクチュエータＣ０１の他端がグラウンド電位となる。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１がオフしてＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２１がオンすると、アクチュエータＣ０１の他端が−Ｖａａ電位となる。

【0026】

なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１は、隣りのアクチュエータＣ１２に対する第１半導体素子としても機能する。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１は、隣りのアクチュエータＣ１２に対する第２半導体素子および第３半導体素子としても機能する。すなわち、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０１およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１１，Ｎ２１により構成されるスイッチ回路は、隣りのアクチュエータＣ１２の一端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路としても機能する。

【0027】

直流電源３１の正側（＋Ｖａａ）とグラウンド（±０）との間に、第４半導体素子たとえばＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０２のソース・ドレイン間と第５半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２のドレイン・ソース間との直列回路が接続される。このＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２の相互接続点と直流電源３１の負側（−Ｖａａ）との間に、第６半導体素子たとえばＮ型ＭＯＳトランジスタＮ２２のドレイン・ソース間が接続される。

【0028】

Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２のバックゲートは、直流電源３３の正側（＋Ｖｃｃ）に接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２のそれぞれバックゲートは、直流電源３２の負側（−Ｖａａ）に接続される。Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２の相互接続点が出力端子Ｏｕｔ２となる。この出力端子Ｏｕｔ２がアクチュエータＣ１２の他端に接続される。

【0029】

これらＰ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２により、アクチュエータＣ１２の他端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路が構成される。

【0030】

なお、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２は、隣りのアクチュエータＣ２３に対する第１半導体素子としても機能する。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２は、隣りのアクチュエータＣ２３に対する第２半導体素子および第３半導体素子としても機能する。すなわち、Ｐ型ＭＯＳトランジスタＰ０２およびＮ型ＭＯＳトランジスタＮ１２，Ｎ２２により構成されるスイッチ回路は、隣りのアクチュエータＣ２３の一端に対する充放電用の通電路を選択的に形成するスイッチ回路としても機能する。
残りのアクチュエータに対しても同様のスイッチ回路が構成される。

【0031】

一方、４０は主制御部で、上記各スイッチ回路に共通の制御信号ＷＶＡ，ＷＶＢを出力するとともに、各スイッチ回路に個別の制御信号ＥＮ1,ＥＮ２,ＥＮ３,…を出力する。これら駆動制御信号が各スイッチ回路に対応する複数のロジック制御回路４１に供給される。主制御部４０および各ロジック制御回路４１は、直流電圧Ｖｄｄにより動作する。

【0032】

各ロジック制御回路４１のうち、上記ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｎ１０，Ｎ２０のスイッチ回路に対応するロジック制御回路４１は、制御信号ＷＶＡ，ＷＶＢ，ＥＮ1に応じて上記ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｎ１０，Ｎ２０をオン，オフ駆動するための駆動制御信号ＤＲ１［０］，ＤＲ１［１］，ＤＲ１［２］を出力する。上記ＭＯＳトランジスタＰ０１，Ｎ１１，Ｎ２１のスイッチ回路に対応するロジック制御回路４１も、同様の構成により、駆動制御信号ＤＲ２［０］，ＤＲ２［１］，ＤＲ２［２］を出力する。上記ＭＯＳトランジスタＰ０２，Ｎ１２，Ｎ２２のスイッチ回路に対応するロジック制御回路４１も、同様の構成により、駆動制御信号ＤＲ３［０］，ＤＲ３［１］，ＤＲ３［２］を出力する。

【0033】

出力される駆動制御信号は、それぞれドライバ４２およびバッファ４３，４４を介して、各ＭＯＳトランジスタのゲートに対するドライブ信号となる。

【0034】

この駆動回路９の動作を図６および図７〜図９に示す。また、駆動回路９における各部の電圧波形をステップＳＴ０〜ＳＴ３として図１０に示す。全てのアクチュエータに対する動作を説明すると長くなるので、アクチュエータＣ０１，Ｃ１２の駆動を主として説明する。

【0035】

まず、ステップＳＴ０では、図６のように、ＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ１１，Ｎ１２がオンし、グラウンドを通してアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に対する閉回路（放電路）が形成される。出力端子Ｏｕｔ０，Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２は、グラウンド電位となる。このとき、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２は、図３に示す定常状態である。

【0036】

ステップＳＴ１では、図７に示すように、ＭＯＳトランジスタＰ００，Ｐ０２，Ｎ２１がオンする。これにより、アクチュエータＣ０１，Ｃ１２にそれぞれ電圧２・Ｖａａが充電される。この充電により、図４のように、圧力室１２が拡大方向に変形し、圧力室１２にインクが導入される。

【0037】

ステップＳＴ２では、図８に示すように、ＭＯＳトランジスタＰ０１，Ｎ２０，Ｎ２２がオンする。これにより、アクチュエータＣ０１，Ｃ１２の充電電圧が直流電源３１，３２を通して放電し、その放電の後でアクチュエータＣ０１，Ｃ１２にそれぞれ電圧２・Ｖａａが充電される。この放電および充電により、図４のように、圧力室１２が縮小方向に変形し、その際の圧力上昇により圧力室１２内のインクがノズル４から吐出されるとともに、その吐出後の圧力室１２内のインクの振動が抑制される（ダンピング）。

【0038】

ステップＳＴ３では、図９に示すように、ステップＳＴ０と同じくＭＯＳトランジスタＮ１０，Ｎ１１，Ｎ１２がオンする。これにより、アクチュエータＣ０１，Ｃ１２が放電し、アクチュエータＣ０１,Ｃ１２が図３に示す定常状態へと復帰する。

【0039】

アクチュエータＣ０１,Ｃ１２に対する充放電用の駆動電圧は、図１０に示すように、圧力室１２にインク導入用の変形を加えるための負電位（第１電位）、圧力室１２にインク吐出用（および振動抑制用）の変形を加えるための正電位（第２電位）が１周期内に含まれる波形を有する。

【0040】

主制御部４０は、外部から入力されるモード設定信号に応じて、駆動電圧の負電位の期間Ｔ１および正電位の期間Ｔ２を複数のパターンに切換える機能を有する。
上記モード設定信号は、ノズル４からの液体吐出を受ける側の印字媒体が厚みのない用紙で、ノズル４と印字媒体との間の距離が所定値未満たとえば１mm未満に設定される場合に、印字モードＡを設定する。また、モード設定信号は、印字媒体が厚みのない用紙および厚みのある封筒の両方で、ノズル４と印字媒体との間の距離が所定値未満たとえば１mm以上に設定される場合に、印字モードＢを設定する。

【0041】

そして、主制御部４０は、印字モードＡの設定時、駆動電圧の負電位の期間Ｔ１および正電位の期間Ｔ３を、図１１に示す波形の第１パターンに切換える。この第１パターンは、周期Ｔにおける期間Ｔ１，Ｔ２に関し、“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”かつ“Ｔ１＜Ｔ２”の条件を有する。なお、この条件を満たす期間Ｔ１，Ｔ２の最適な値として、Ｔ１＝Ｔ／３、Ｔ２＝２・（Ｔ／３）が選定される。

【0042】

また、主制御部４０は、印字モードＢの設定時、駆動電圧の負電位の期間Ｔ１および正電位の期間Ｔ２を、図１２に示す波形の第２パターンに切換える。この第２パターンは、周期Ｔにおける期間Ｔ１，Ｔ２に関し、“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”かつ“Ｔ１≪Ｔ２”の条件を有する。なお、この条件を満たす期間Ｔ１，Ｔ２の最適値として、“Ｔ１＝第１パターンのＴ１”かつ“Ｔ２＝（３．６〜４．２）・Ｔ１”が選定される。

【0043】

期間Ｔ１は固定で期間Ｔ２が少しずつ異なる駆動電圧をアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に印加し、サテライトなしが保たれる駆動電圧の最大限界値（以下、サテライトフリー電圧という）がどのようになるかを実験により確かめた結果が図１３のデータである。実験項目として、単独のノズル４からインク滴を吐出する単ノズル駆動パターン、複数のノズル４から同時にインク滴を吐出する複ノズル駆動パターン、複数のノズル４から順次にインク滴を吐出する複ノズル連続駆動パターンを用意し、これら駆動パターンごとにサテライトフリー電圧を求めている。印字モードＡが設定された場合の第１パターンの駆動電圧に関するデータを最上段に示し、印字モードＢが設定された場合の第２パターンの駆動電圧に関するデータを２段目以降に示している。

【0044】

すなわち、Ｔ１＝２．３０μs、Ｔ２＝４．６０μsの第１パターンの駆動電圧を印加する際のサテライトフリー電圧は、単ノズル駆動パターンでは１５．３Ｖ、複ノズル同時駆動パターンでは１５．８Ｖ、複ノズル連続駆動パターンでは１５．９Ｖとなる。最も低いサテライトフリー電圧は１５．３Ｖである。第１パターンの駆動電圧については、このサテライトフリー電圧１５．３Ｖ以下に抑えることにより、どの駆動パターンにおいてもサテライトが発生しない。

【0045】

Ｔ１＝２．３０μs、Ｔ２＝５．００μsの第２パターンの駆動電圧を印加する際のサテライトフリー電圧は、単ノズル駆動パターンでは１５．５Ｖ、複ノズル同時駆動パターンでは１６．２Ｖ、複ノズル連続駆動パターンでは１６．０Ｖとなる。Ｔ１＝２．３０μs、Ｔ２＝５．４０μsの第２パターンの駆動電圧を印加する際のサテライトフリー電圧は、単ノズル駆動パターンでは１６．１Ｖ、複ノズル同時駆動パターンでは１６．５Ｖ、複ノズル連続駆動パターンでは１６．４Ｖとなる。残りのデータの説明は省略する。これらサテライトフリー電圧のうち、最も低いのは１５．５Ｖである。第２パターンの駆動電圧については、このサテライトフリー電圧１５．５Ｖ以下に抑えることにより、どの駆動パターンにおいてもサテライトが発生しない。

【0046】

第１パターンおよび第２パターンにかかわらず最も低いサテライトフリー電圧は１５．５Ｖであり、駆動電圧をこの１５．５Ｖに設定した場合のインク吐出速度（以下、サテライトフリー速度という）が期間Ｔ１，Ｔ２に応じてどのように変わるかを実験により確かめた結果が図１４のデータである。すなわち、第１パターンの駆動電圧を印加する場合のインク吐出速度（m/s）と第２パターンの駆動電圧を印加する場合のインク吐出速度（m/s）とを比較すると、どの駆動パターンにおいても、第２パターンの駆動電圧を印加する場合のインク吐出速度（m/s）の方が高い。

【0047】

また、期間Ｔ１は固定で期間Ｔ２が少しずつ異なる駆動電圧をアクチュエータＣ０１,Ｃ１２に印加し、ノズル４から吐出されるインク滴の安定（吐出安定）が保たれる駆動電圧の最大限界値（以下、吐出安定限界電圧という）がどのようになるかを実験により確かめた結果が図１５のデータである。図１３と同じく、印字モードＡが設定された場合の第１パターンの駆動電圧に関するデータを最上段に示し、印字モードＢが設定された場合の第２パターンの駆動電圧に関するデータを２段目以降に示している。

【0048】

ノズル４のメニスカスは、駆動電圧を上げていくのに伴い、動きが大きくなっていく。この動きが大きくなり過ぎると、安定したインク吐出が困難となる。吐出安定限界電圧とは、ノズル４のメニスカスの動きが大きくなり過ぎずに安定したインク吐出が可能な上限値のことである。

【0049】

Ｔ１＝２．３０μs、Ｔ２＝４．６０μsの第１パターンの駆動電圧を印加する際の吐出安定限界電圧は、単ノズル駆動パターンでは２８．２Ｖ、複ノズル同時駆動パターンでは２６．２Ｖ、複ノズル連続駆動パターンでは２４．４Ｖとなる。最も低い吐出安定限界電圧は２４．４Ｖである。第１パターンの駆動電圧については、この吐出安定限界電圧２４．４Ｖ以下に抑えることにより、どの駆動パターンにおいてもインク滴の吐出が安定する。

【0050】

Ｔ１＝２．３０μs、Ｔ２＝５．００μsの第２パターンの駆動電圧を印加する際の吐出安定限界電圧は、単ノズル駆動パターンでは２４．０Ｖ、複ノズル同時駆動パターンでは２３．８Ｖ、複ノズル連続駆動パターンでは２３．１Ｖとなる。Ｔ１＝２．３０μs、Ｔ２＝５．４０μsの第２パターンの駆動電圧を印加する際のサテライトフリー電圧は、単ノズル駆動パターンでは２４．２Ｖ、複ノズル同時駆動パターンでは２０．０Ｖ、複ノズル連続駆動パターンでは１９．７Ｖとなる。残りのデータの説明は省略する。これら吐出安定限界電圧のうち、最も低いのは１６．９Ｖである。第２パターンの駆動電圧については、この吐出安定限界電圧１６．９Ｖ以下に抑えることにより、どの駆動パターンにおいてもインク滴の吐出が安定する。

【0051】

図１３のサテライトフリー電圧、図１４のサテライトフリー速度、図１５の吐出安定限界電圧のうち、複ノズル連続駆動パターンにおけるデータを、期間Ｔ１，Ｔ２の比（＝Ｔ２／Ｔ１）をパラメータとしてグラフにプロットしたのが図１６である。

【0052】

印字モードＡにおいて印加する第１パターンの駆動電圧（Ｔ２／Ｔ１＝２．０）に関しては、サテライトフリー速度は低くなるが、吐出安定限界電圧は大きくなる。この第１パターンの駆動電圧をサテライトフリー電圧より高い例えば１７．０Ｖに設定すると、サテライトフリー速度が上がってサテライトが発生するが、ノズル４と印字媒体との距離が小さいので、インクのメイン液滴とサテライトの液滴が離れて飛翔していても、インクの着弾ずれはほとんど起こらず、印字品質の低下は生じない。吐出安定限界電圧とのマージンも十分に大きくとれるので、吐出安定性も良い。

【0053】

印字モードＢにおいて印加する第２パターンの駆動電圧に関しては、期間Ｔ１，Ｔ２の最適値である“Ｔ１＝第１パターンのＴ１”かつ“Ｔ２＝（３．６〜４．２）・Ｔ１”の条件（図１６の２本の一点鎖線で囲まれる領域）を満たしながらサテライトフリー電圧１６．２Ｖに設定することにより、たとえノズル４と印字媒体との間の距離が大きめであってもサテライトは発生せず、インク吐出速度も約７．５m/sに高めることができ、ひいてはインクの着弾ずれによる印字むらやゴースト等を防いで、良好な印字品質（液体吐出品質）を確保できる。吐出安定限界電圧とのマージンも十分に大きくとれるので、吐出安定性も良い。しかも、サテライトが発生しないので、印字媒体の搬送速度を下げてインクの着弾ずれを小さくするといった対策も不要となり、よって印字速度の低下を回避できる。

【0054】

なお、上記実施形態では、複数の半導体素子としてＭＯＳトランジスタを用いたが、同様の機能を有するものであれば、ＭＯＳトランジスタに限らず他の素子を用いてもよい。

【0055】

その他、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、出願当初の特許請求の範囲の記載を付記する。
［１］
液体を吐出するノズルと、
このノズルに連通する圧力室と、
充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形および液体吐出用の変形を加えるアクチュエータと、
前記液体導入用の変形を加えるための第１電位および前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、
前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間および第２電位の期間を、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離に応じて複数のパターンに切換える制御手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。
［２］
前記制御手段は、前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間および第２電位の期間を、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離が所定値未満の場合に第１パターンに切換え所定値以上の場合に第２パターンに切換える、
ことを特徴とする［１］に記載の液体吐出装置。
［３］
前記第１パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”かつ“Ｔ１＜Ｔ２”の条件を有し、
前記第２パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”かつ“Ｔ１≪Ｔ２”の関係を有する、
ことを特徴とする［２］に記載の液体吐出装置。
［４］
前記第１パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝Ｔ／３”かつ“Ｔ２＝２・Ｔ１”の条件を有し、
前記第２パターンは、周期Ｔにおける第１電位の期間Ｔ１および第２電位の期間Ｔ２に関し“Ｔ＝Ｔ１+Ｔ２”“Ｔ１＝第１パターンのＴ１”かつ“Ｔ２＝（３．６〜４．２）・Ｔ１”の条件を有する、
ことを特徴とする［２］に記載の液体吐出装置。
［５］
前記第１電位は負電位、前記第２電位は正電位である、
ことを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の液体吐出装置。
［６］
前記圧力室は、前記アクチュエータを挟んで並ぶ複数の圧力室であり、
前記アクチュエータは、分極方向が互いに対向する状態に且つ前記各圧力室の並び方向と直交する方向に重なり合う一対の圧電素子であり、前記各圧力室を隔てる、
ことを特徴とする［１］ないし［４］のいずれかに記載の液体吐出装置。
［７］
液体吐出用のノズルと、
このノズルと連通する圧力室と、
充放電により動作し前記圧力室に液体導入用の変形、液体吐出用の変形、液体振動抑制用の変形を加えるアクチュエータと、
前記液体導入用の変形を加えるための第１電位および前記液体吐出用の変形を加えるための第２電位が１周期内に含まれる波形の電圧を前記アクチュエータに対する充放電用の駆動電圧として出力する駆動回路と、
を備えた液体吐出装置において、
前記駆動回路から出力される駆動電圧の第１電位の期間および第２電位の期間を、前記ノズルとそのノズルからの液体吐出を受ける媒体との間の距離に応じて複数のパターンに切換える、
ことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

【符号の説明】

【0056】

１…基台、２…圧電部材、３…ノズルプレート、４…ノズル、９…駆動回路、１２…圧力室、１３…静電容量性アクチュエータ、１４…電極、１５…絶縁膜、３１…直流電源、３２…直流電源、３３…直流電源、Ｐ００，Ｐ０１，Ｐ０２…Ｐ型ＭＯＳトランジスタ、Ｎ１０，Ｎ１１，Ｎ１２…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、Ｎ２０，Ｎ２１，Ｎ２２…Ｎ型ＭＯＳトランジスタ、４０…主制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】