JP2010131764A - 記録ヘッド駆動方法、記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データ転送に従来のケーブルを用いつつ、記録ヘッドのノズルから正常にインクを吐出可能で、単位時間あたりのインク吐出回数の高速化に対応することが可能な記録ヘッドを提供する。
【解決手段】記憶ヘッド８は、転送タイミングを規定するデータ転送クロックｃｌを逓倍するクロック逓倍部８７と、各データｄ１、ｄ２、…に固定データ０を付与して逓倍されたデータ転送クロックＣＬに割り当てる固定データ付与部８８と、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに割り当てられた各データｄ１、０、ｄ２、０、…を一時的に記憶するデータレジスタ部８５と、データレジスタ部８５から出力された各データｄ１、０、ｄ２、０、…に基づいて各ノズル８１に対する各ノズル駆動信号Ｄ１、０、Ｄ２、０、…を生成するノズル駆動部８６とを備え、各ノズル８１とデータレジスタ部８５の各レジスタとがノズル駆動部８６を介してそれぞれ配線で電気的に接続されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、記録ヘッド駆動方法、記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に係り、特に、データ転送クロックを逓倍することが可能で高速記録を実現可能な記録ヘッド駆動方法、記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に関する。

紙や布帛等の通常の記録媒体のみならず、樹脂フィルムや金属類等のインク吸収性の乏しい記録媒体に対しても画像を記録することができる画像記録装置として、記録ヘッドの一端面に設けられた複数のノズルからインクを吐出して記録媒体上に着弾させて画像を記録するインクジェット記録装置が開発されており、現在、その技術は種々の技術分野で応用されている。

このようなインクジェット記録装置１００では、図１２に示すように、通常、記録媒体に記録するための画像のデータが図示しないホストコンピュータ等から送信されてくると、インクジェット記録装置１００に付属するコンピュータやメモリ等の画像記憶部１０２に画像データを一旦保存する。そして、制御部１０１による制御のもと、画像処理部１０３で、画像データを記録ヘッドの並び方に変換する。

そして、画像処理部１０３から記録ヘッド１０５の並び方に変換されたデータｄ１、ｄ２、…が送信されてくると、ヘッド駆動部１０４で各データｄ１、ｄ２、…に基づいて記録ヘッド１０５の各ノズルを吐出制御するためのノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ２、…がそれぞれ生成されて記録ヘッド１０５の各ノズルに出力され、ノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ２、…に従って各ノズルのピエゾ素子が駆動されて、各ノズルからそれぞれインクが吐出される。

その際、ヘッド駆動部１０４では、図１３に示すように、記録ヘッド１０５の各ノズル１０９ごとのデータｄ１、ｄ２、…が、画像処理部１０３からクロック同期されてシリアル転送されてくると、それらのデータｄ１、ｄ２、…は、一旦、シフトレジスタ１０６に順次蓄積される。そして、この記録ヘッド１０５の全ノズル１０９に対応する各データｄ１、ｄ２、…、ｄｎがシフトレジスタ１０６に蓄積されると、各データｄ１、ｄ２、…は、データを一時的に記憶するデータレジスタ部１０７に出力される。

シフトレジスタ１０６がデータレジスタ部１０７にデータｄ１、ｄ２、…を出力して空になると、シフトレジスタ１０６には、次の吐出タイミングで記録ヘッド１０５の各ノズル１０９からインクを吐出するための各データが順次送信されて蓄積されていく。

また、データレジスタ部１０７にデータラッチ（Data Latch）信号Ｌが入力されると、そのタイミングでシフトレジスタ１０６に蓄積されたデータｄ１、ｄ２、…を取り込み、各データの順番を入れ替える等の処理が必要に応じて適宜行われる。また、データレジスタ部１０７に取り込まれた各データｄ１、ｄ２、…は、ノズル駆動部１０８に吐出タイミング信号Ｔが送信されると、そのタイミングでデータレジスタ部１０７からノズル駆動部１０８に一斉にノズル駆動部１０８に出力される。

そして、ノズル駆動部１０８はデータｄ１、ｄ２、…に基づいてノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ２、…をそれぞれ生成して各ノズル１０９に出力し、各ノズル１０９のピエゾ素子がノズル駆動信号Ｄに従って変形して各ノズル１０９からそれぞれインクが吐出される。

記録ヘッド１０５のノズル部分は、図１４に示すように、各ノズル１０９の背後、すなわち各ノズル１０９に接続する記録ヘッド１０５の内部側は、それぞれピエゾ素子１１１が設けられた側壁１１２により区画されたチャネル１１０がそれぞれ設けられている。そして、ノズル駆動部１０８はデータｄに基づいて例えば図１５のような駆動波形を有するノズル駆動信号Ｄを生成し、各チャネル１１０のピエゾ素子１１１にノズル駆動信号Ｄを印加する。

ピエゾ素子１１１は、ノズル駆動信号Ｄの駆動波形が基準電位Ｖ_０から高電位Ｖ_＋に上昇すると、図１６（Ａ）に示すように、チャネル１１０の容積を拡げるように側壁１１２を外側に湾曲させ、ノズル駆動信号Ｄの駆動波形が高電位Ｖ_＋から低電位Ｖ₋に減少すると、図１６（Ｂ）に示すように、今度はチャネル１１０の容積を縮小するように側壁１１２を内側に湾曲させて、チャネル１１０内のインクを押圧する。それにより、各ノズル１０９からそれぞれインクが吐出される。

図１４や図１６（Ａ）、（Ｂ）に示した記録ヘッド１０５のノズル部分のピエゾ素子１１１の変形のしかたからも分かるように、このようなタイプの記録ヘッド１０５では、インクを吐出するノズル１０９ａのチャネル１１０ａが拡大している際には、それに隣接するノズル１０９ｂのチャネル１１０ｂは縮小し、チャネル１１０ａが縮小している際にはチャネル１１０ｂは拡大せざるを得ない。そのため、隣接するノズル１０９ａ、１０９ｂから同時にインクを吐出することができない。

そのため、図１７に示すように、例えば、各ノズル１０９を２つおきにそれぞれ配線でつないで周期ごとにＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各印字パルスを印加し、印字パルスが印加されている期間だけノズル１０９がノズル駆動部１０８から出力されたノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ２、…を受け付けるようにして、例えば、２つおきの各ノズル１０９からインクを順次吐出するように構成することで、全てのノズル１０９からインクを吐出させることができる（特許文献１、２等参照）。

しかし、この場合、１つのノズル１０９から連続してインクを吐出できないことや、インクを吐出したノズル１０９のチャネル１１０が拡大した後、縮小するのを待ってからでなければそれに隣接するノズル１０９のチャネル１１０の拡大、縮小を行うことができないこと等の制約があるため、１つのノズル１０９からの単位時間あたりのインク吐出回数をある程度のレベルまでしか高速化することができない。

近年、インクジェット記録装置に対しては、この単位時間あたりのインク吐出回数の高速化の要求が高まっているが、このような多相（３相）駆動の場合、その要求に応えることが難しいという問題があった。

一方、上記のようなタイプの記録ヘッド１０５で、１つおきのノズル１０９のみからインクを吐出させ、その間の部分のノズル１０９からはインクを吐出させないように構成することが可能である。なお、この場合、インクを吐出しないノズル（いわゆる無効ノズル）も１つおきに存在することになる。また、無効ノズルのチャネル１１０には、そもそもノズルが形成されない場合もある。

このように構成すれば、無効ノズルのチャネル１１０部分がいわばバッファとなり、インクの吐出を行うノズル１０９については、インクを吐出する他のノズル１０９のチャネル１１０の側壁１１２の拡大、縮小の動きに関係なく、チャネル１１０の側壁１１２を自らのインクの吐出のためだけに拡大、縮小させることが可能となり、インクの吐出を行うノズル１０９については、それぞれ独立にインクの吐出を行うことが可能となる。

そして、１つのノズル１０９からインクを連続して吐出させることが可能となるため、多相駆動する場合とは異なり、１つのノズル１０９からの単位時間あたりのインク吐出回数の高速化を図ることが可能となる。

このように、１つおきのノズル１０９からインクを吐出させてノズル１０９を独立に駆動することで高速駆動することが可能な記録ヘッド１０５は存在するため、このような記録ヘッド１０５へのデータ転送も高速駆動に対応するように構成する必要がある。

図１２に示したように、画像処理部１０３からヘッド駆動部１０４にデータｄ１、ｄ２、…をシリアル転送する場合、図１８に示すように、データｄ１、ｄ２、…は、データ転送クロックｃｌで規定される転送タイミングで転送されるが、その際、特許文献３に記載されているように、データ転送クロックｃｌを逓倍し、逓倍されたデータ転送クロックに基づいてデータｄ１、ｄ２、…を転送するように構成すれば、データｄ１、ｄ２、…をより高速にヘッド駆動部１０４にシリアル転送することが可能となると考えられ、１つのノズル１０９からの単位時間あたりのインク吐出回数がさらに高速化されることが期待される。
特開２００１−３０１１６３号公報 特開２００４−１８１７８９号公報 特開２００２−３７０３６１号公報

ところが、上記のようなタイプの記録ヘッド１０５で１つおきのノズル１０９からインクを吐出させるように構成した場合は、このデータ転送クロックｃｌを逓倍しただけでは、無効なノズルに対しても吐出を行うデータが入力されてしまうため、１つおきの各ノズル１０９からのインクの吐出量が異常になり（すなわち、正しく吐出されなくなり）、或いは、ノズル１０９からインクが全く吐出されなくなる。

このように、１つおきのノズル１０９からインクを吐出させてノズル１０９を独立に駆動することで高速駆動することが可能な記録ヘッド１０５は存在するため、このような記録ヘッド１０５へのデータ転送も高速駆動に対応するように構成する必要があるが、上記のようなタイプの記録ヘッド１０５のノズル１０９を独立して吐出させるためには、無効ノズルに対しては吐出をしないデータも余分に転送しなければならないため、データ転送量が増大し、さらには無効ノズル分だけデータ転送量が多くなった分、データ転送クロックｃｌを高速にしてデータ転送をより高速にすると、画像処理部１０３からヘッド駆動部１０４へのノイズ放射が多くなってしまう。

また、高速にデータ転送を行うことができる高価なケーブルを画像処理部１０３からヘッド駆動部１０４までの長距離にわたって設置すると、ケーブルの設置に費用がかかり、画像処理部１０３の構成も図示しないメモリ領域などを大きくしなければならないなど、システムのコストアップにつながるという問題があった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、記録ヘッドのノズルから正常にインクを吐出可能で、かつ、１つのノズルからの単位時間あたりのインク吐出回数の高速化に対応することが可能な記録ヘッド駆動方法、記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、本発明の記録ヘッド駆動方法は、
複数のノズルを有するインクジェット記録装置の記録ヘッドを駆動する記録ヘッド駆動方法であって、
前記複数のノズルにそれぞれ対応するデータを転送する転送タイミングを規定するデータ転送クロックを逓倍するクロック逓倍ステップと、
前記各データに、前記逓倍されたデータ転送クロックの逓倍数に対応して設定された数の固定データを付与して、前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てる固定データ付与ステップと、
前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てられた前記固定データが付与された前記各データをデータレジスタ部の各レジスタに入力する入力ステップと、
前記データレジスタ部の各レジスタから前記固定データが付与された前記各データをノズル駆動部に出力する出力ステップと、
前記ノズル駆動部で前記固定データが付与された前記各データに基づいて生成された各ノズル駆動信号に基づいて前記各ノズルからインクを吐出する吐出ステップと、
を有することを特徴とする。

また、本発明の記憶ヘッドは、
複数のノズルを有するインクジェット記録装置の記録ヘッドであって、
前記複数のノズルにそれぞれ対応するデータを転送する転送タイミングを規定するデータ転送クロックを逓倍するクロック逓倍部と、
前記各データに、前記逓倍されたデータ転送クロックの逓倍数に対応して設定された数の固定データを付与して、前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てる固定データ付与部と、
前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てられた前記固定データが付与された前記各データを一時的に記憶するデータレジスタ部と、
前記データレジスタ部の各レジスタから出力された前記固定データが付与された前記各データに基づいて前記各ノズルに対する各ノズル駆動信号を生成して前記各ノズルを吐出駆動させるノズル駆動部と、
前記データレジスタ部にデータラッチ信号を送信して前記データレジスタ部に前記固定データが付与された前記各データを取り込ませるとともに、前記ノズル駆動部に対して吐出タイミング信号を送信する吐出制御部と、
を備え、
前記各ノズルと、前記データレジスタ部の各レジスタとが、前記ノズル駆動部を介してそれぞれ配線で電気的に接続されていることを特徴とする。

さらに、本発明のインクジェット記録装置は、上記の本発明の記録ヘッドを備えることを特徴とする。

本発明の記録ヘッド駆動方法、記録ヘッドおよびインクジェット記録装置によれば、データ転送クロックを逓倍し、かつ、逓倍されたデータ転送クロックに対して、各データに固定データを付与して生成された各データを割り当てるように構成した。そのため、記録ヘッドの１つおきのノズルからインクを吐出させてノズルを独立に駆動することが可能となり、高速駆動、すなわち、１つのノズルからの単位時間あたりのインク吐出回数の高速化に対応することが可能となる。

しかも、インクを吐出しないノズルに対応するデータとして固定データ（例えば０）が的確に付与されるため、インクを吐出しないノズルには値が例えば０のノズル駆動信号が的確に印加される。そのため、画像処理部からヘッド駆動部へのノイズ放射が遮断され、インクを吐出しないノズルからは確実にインクが吐出されず、インクを吐出すべきノズルからは正常にインクが吐出されるようにすることが可能となる。さらに、高速にデータ転送を行うことができる高価なケーブルを画像処理部からヘッド駆動部までの長距離にわたって設置する必要がないため、インクジェット記録装置のコストアップを防止することが可能となる。また、高速にデータ転送を行うことが可能な高価なケーブルを用いず、従来から用いられている、上記の高速転送可能なケーブルに比べれば低速の配線を用いても、上記の効果を得ることが可能となる。

以下、本発明に係る記録ヘッド駆動方法、記録ヘッドおよびインクジェット記録装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係る記録ヘッド駆動方法が適用される本発明のインクジェット記録装置および記録ヘッドの構成等について説明する。

本実施形態に係るインクジェット記録装置１は、図１に示すように、主に、搬送ユニット２と、スキャンユニット３と、インクラック４と、コンピュータ５とで構成されている。

搬送ユニット２の上部には、図示しない記録媒体を裏面側（図中では下面側）から支持しながら図中矢印Ｙで示される副走査方向Ｙに搬送するための無端状の搬送ベルト２１が配設されている。搬送ベルト２１の代わりに、平板状のプラテンを用いることも可能である。なお、本実施形態では、搬送ユニット２とスキャンユニット３とは別体として形成されているが、一体的に形成することも可能である。

記録媒体としては、前述したように、紙や布帛のほか、樹脂フィルムや金属類等を用いることが可能であり、特に限定されない。

搬送ユニット２の搬送ベルト２１上方には、スキャンユニット３が配設されているが、スキャンユニット３の背後には、後述する複数の記録ヘッド８にそれぞれ供給する各色のインク（液体）を貯蔵するインクタンク４１を備えるインクラック４が配置されている。各インクタンク４１からは、後述する配管１５を介して各記録ヘッド８にインクがそれぞれ供給されるようになっている。

また、スキャンユニット３の下方には、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インターフェース等がバスに接続されて構成されたコンピュータ５が配設されており、後述する配線１１を介してコンピュータ５から各記録ヘッド８に前述したデータｄ１、ｄ２、…や電気信号等を伝達するようになっている。

本実施形態では、コンピュータ５は、前述した図１２における制御部１０１や画像記憶部１０２、画像処理部１０３としても機能するように構成されている。すなわち、コンピュータ５には、画像記憶部としてＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の図示しない記憶装置が接続されており、コンピュータ５は、図示しないホストコンピュータ等から、記録媒体に記録するための画像データが送信されてくると、記憶装置に画像データを一旦保存するようになっている。

また、コンピュータ５は、画像処理部として、送信されてきた画像データを記録ヘッド８の並び方に変換して記録ヘッド８の各ノズル８１に対する各データｄ１、ｄ２、…をそれぞれ生成して、それらのデータｄ１、ｄ２、…を後述する記録ヘッド８のヘッド駆動部８３にシリアル転送するようになっている。

さらに、コンピュータ５は、制御部として、インクジェット記録装置１を構成する各部を制御するとともに、画像処理部としてのコンピュータ５から記録ヘッド８のヘッド駆動部８３にデータｄ１、ｄ２、…をシリアル転送する際の転送タイミングを規定するデータ転送クロックｃｌを設定して出力するようになっている。

図２は、スキャンユニット内部の主要部を表す図である。なお、実際にはスキャンユニット３の図中左側の台座部上には、インクジェット記録装置１の稼働停止中に記録ヘッド８のノズル面８１ａをキャップして保湿するヘッド保湿ユニットがあり、図中右側の台座部上には、記録ヘッド８のメンテナンスを行うヘッドクリーニング機構等が配置されたメンテナンスユニットがあるが、図２中では図示が省略されている。

スキャンユニット３の内部には、棒状のキャリッジレール６が副走査方向Ｙに直交し図中矢印Ｘで示される主走査方向Ｘに延在するように配設されており、キャリッジレール６には、略筐体状のキャリッジ７がキャリッジレール６に沿って主走査方向Ｘに往復移動自在に支持されている。

キャリッジ７には、図３に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）等の各色のインクを吐出する複数のノズル８１が配列されたノズル面８１ａを有する記録ヘッド８の本体部８２が複数搭載されており、各記録ヘッド８の本体部８２のノズル８１から前述した搬送ユニット２の搬送ベルト２１上の記録媒体Ｓに対して各色のインクの液滴が吐出されるようになっている。

また、図４に示すように、キャリッジ７の上端部分には、主走査方向Ｘに往復移動するキャリッジ７の動きにフレキシブルに変形して追従し、内部に収容した配線１１や配管１５を保護するケーブルベア９が連結されている。

なお、前述したように、配管１５は、各インクタンク４１から各記録ヘッド８の本体部８２にインクをそれぞれ供給するためのものであり、本実施形態では、ジョイント１４を介してインク供給管１３に連結されている。図示を省略するが、インク供給管１３がそれぞれ所定の記録ヘッド８の本体部８２に連結されており、配管１５やインク供給管１３を介して所定の色インクが記録ヘッド８の本体部８２に供給されるようになっている。

また、本実施形態では、各配管１５は所定の本数ごとにそれぞれ樹脂製のチューブ１６に収容されており、ケーブルベア９内には、配管１５と配線１１とが擦れ合わないようにそれらを区画する隔壁１８が設けられている。さらに、配線１１として、高速なデータ転送が可能なケーブルではなく、従来から用いられている、上記の高速転送可能なケーブルに比べれば低速でデータ転送を行うケーブル等が用いられている。

キャリッジ７の上端には、各記録ヘッド８の本体部８２の各ノズル８１からのインクの液滴の吐出を制御するための各記録ヘッド８のヘッド駆動部８３が基板上に構成されて配置されており、コンピュータ５から送信されてきたデータｄ１、ｄ２、…やデータ転送クロックｃｌ等が配線１１やコネクタ１２等を介して各ヘッド駆動部８３に伝達されるようになっている。なお、図４では、記録ヘッド８のヘッド駆動部８３におけるＩＣ等の電子部品等の図示が省略されている。

本実施形態に係る記録ヘッド８は、図５に示すように、記録ヘッド８の本体部８２とヘッド駆動部８３とで構成されており、ヘッド駆動部８３には、図１３に示したものと同様のシフトレジスタ８４やデータレジスタ部８５、ノズル駆動部８６のほか、クロック逓倍部８７や固定データ付与部８８、吐出制御部８９が設けられている。

本実施形態では、シフトレジスタ８４の各レジスタと、データレジスタ８５の各レジスタと、記録ヘッド８の本体部８２の各ノズル８１とが、ノズル駆動部８６を介してそれぞれ配線で電気的に接続されている。

以下、記録ヘッド８のヘッド駆動部８３における各部の構成について説明するとともに、本実施形態に係る記録ヘッド８の記録ヘッド駆動方法を、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、ユーザによりコンピュータ５に対してインクジェット記録装置１による記録媒体Ｓへの画像の記録の開始が指示されると、コンピュータ５から記録ヘッド８のヘッド駆動部８３に記録開始信号Ｔｓが送信され、ヘッド駆動部８３の吐出制御部８９に入力される。吐出制御部８９は、記録開始信号Ｔｓが入力されると、固定データ付与部８８の動作の監視を開始する。

また、前述したように、インクジェット記録装置１のコンピュータ５から配線１１を介してデータ転送クロックｃｌが記録ヘッド８のヘッド駆動部８３に送信されてくると、データ転送クロックｃｌはクロック逓倍部８７に入力される。データ転送クロックｃｌは、前述したように、記憶ヘッド８の複数のノズル８１にそれぞれ対応するデータを転送する転送タイミングを規定するクロックである。

データ転送クロックｃｌが入力されると、クロック逓倍部８７では、そのデータ転送クロックｃｌを逓倍するようになっている（クロック逓倍ステップＳ１）。本実施形態では、クロック逓倍部８７には、ＰＬＬ（Phase-locked loop）周波数シンセサイザ等が内蔵されており、クロック逓倍部８７は、図７（Ａ）に示すような入力されたデータ転送クロックｃｌが入力されると、その信号周波数を２倍に逓倍して、図７（Ｂ）に示すような逓倍されたデータ転送クロックＣＬを固定データ付与部８８とシフトレジスタ８４に出力するようになっている。

固定データ付与部８８には、クロック逓倍部８７から送信されてきた逓倍されたデータ転送クロックＣＬと、コンピュータ５から送信されてきた前記各データｄ１、ｄ２、…が入力されるようになっている。そして、固定データ付与部８８では、各データｄ１、ｄ２、…に、逓倍されたデータ転送クロックＣＬの逓倍数に対応して設定された数の固定データを付与して、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに割り当てるようになっている（固定データ付与ステップＳ２）。

具体的には、本実施形態では、固定データは、インクを吐出しないことを意味する０に設定されており、また、固定データ付与部８８は、逓倍されたデータ転送クロックＣＬの逓倍数（上記の場合は２）に対応して固定データの数を、逓倍数（２）から１を減算した１（＝２−１）に設定する。

すなわち、上記の場合は、各データｄにそれぞれ１個ずつ０が付与されるため、固定データ付与部８８は、入力された各データｄ１、ｄ２、ｄ３、…を、各データｄ１、０、ｄ２、０、ｄ３、０、…の形にする。そして、図８に示すように、固定データ（すなわち０）を付与した各データを、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに割り当てるようになっている。

そして、逓倍されたデータ転送クロックＬＣに割り当てられた各データおよび固定データｄ１、０、ｄ２、０、ｄ３、０、…は、固定データ付与部８８から出力されてシリアル転送され、クロック逓倍部８７から出力される逓倍されたデータ転送クロックＬＣに同期されて、一旦、シフトレジスタ８４に順次格納される。

そして、この記録ヘッド８の本体部８３の全ノズル８１に対応する各データｄ１、０、ｄ２、０、…がシフトレジスタ８４に蓄積された段階で、各データｄ１、０、ｄ２、０、…がシフトレジスタ８４からデータレジスタ部８５に出力されて、データレジスタ部８５の各レジスタに入力されるようになっている（入力ステップＳ３）。

なお、データレジスタ部８５では入力された各データｄ１、０、ｄ２、０、…が一時的に蓄積されるようになっているが、その際、各データの順番を入れ替える等の処理が必要に応じて適宜行われる。また、シフトレジスタ８４がデータレジスタ部８５にデータｄ１、０、ｄ２、０、…を出力して空になると、シフトレジスタ８４、次の吐出タイミングで記録ヘッド８の各ノズル８１からインクを吐出するための各データｄ１、０、ｄ２、０、…が順次送信されて蓄積されていく。

吐出制御部８９は、前述したように、固定データ付与部８８の動作を監視し、固定データ付与部８８が記録ヘッド８の本体部８３の全ノズル８１に対応する各データｄ１、０、ｄ２、０、…を出力し終わったことを確認すると、各データｄ１、０、ｄ２、０、…がシフトレジスタ８４の各レジスタに蓄積されたタイミングでデータレジスタ部８５にデータラッチ信号Ｌを送信するようになっている。

データレジスタ部８５は、データラッチ信号Ｌを受信すると、そのタイミングでシフトレジスタ８４に蓄積された固定データ０が付与された各データｄ１、０、ｄ２、０、…を取り込むようになっている。そして、必要に応じて各データの順番を入れ替える等の処理が行われる。

また、吐出制御部８９は、データレジスタ部８５にデータラッチ信号Ｌを送信した後、適宜のタイミングでノズル駆動部８６に吐出タイミング信号Ｔを送信するようになっている。

ノズル駆動部８６は、吐出タイミング信号Ｔを受信すると、データレジスタ部８５が取り込んだ各データｄ１、０、ｄ２、０、…を一斉に、すなわちパラレルに送信させるようになっている。

ノズル駆動部８６は、各データｄ１、０、ｄ２、０、…が入力されると、それらに基づいて、図１５に示したような駆動波形を有するノズル駆動信号Ｄ１、０、Ｄ２、０、…を生成する。この場合、ノズル駆動信号０とは、図１５に示した駆動波形においてＶ_＋、Ｖ₋がともにＶ_０に等しい波形、すなわち一定値Ｖ_０（通常は０［Ｖ］に設定される。）から値が変動しない駆動波形をいい、一定値Ｖ_０が印加されても、ノズル８１のピエゾ素子は何ら変形しないため、そのノズル８１からインクは吐出されない。

そして、ノズル駆動部８６は、記録ヘッド８の本体部８２の各ノズル８１の図５では図示しない各ピエゾ素子に対して生成したノズル駆動信号Ｄ１、０、Ｄ２、０、…を印加して、各ノズル８１を吐出駆動させる（吐出ステップＳ５）。

固定データではない各データｄ１、ｄ２、…に基づいて生成されたノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ２、…が印加されたノズル８１では、ピエゾ素子が図１５に示したノズル駆動信号Ｄの駆動波形に従って図１６（Ａ）、（Ｂ）に示したように変形して、ノズル８１からノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ２、…に応じてインクを吐出させる。しかし、前述したように、各固定データ（本実施形態では０）の各データに基づいて生成されたノズル駆動信号０、すなわち一定値Ｖ_０のノズル駆動信号が印加されたノズル８１では、ピエゾ素子が変形せず、ノズル８１からはインクが吐出されない。

そのため、ノズル駆動信号Ｄ１、０、Ｄ２、０、…が印加された記録ヘッド８では、インクが吐出されるノズル８１と吐出されないノズル８１が交互に並び、結局、１つおきのノズル８１からそれぞれインクが吐出されるようになっている。

なお、記録媒体Ｓに所定の画像が形成されるまで、或いは、ユーザにより画像記録の停止の指示が入力されるまで、上記の処理が繰り返される。

次に、本実施形態に係る上記の記録ヘッド駆動方法、記録ヘッド８およびインクジェット記録装置１の作用について説明する。

前述したように、本実施形態の記録ヘッド８のノズル８１から同時に、すなわち同一の吐出タイミングでインクを吐出させる場合、図１４や図１６（Ａ）、（Ｂ）に示した記録ヘッドのノズル部分のピエゾ素子の変形のしかたからも分かるように、隣接するノズル８１から同時にインクを吐出することができないため、少なくとも１つおきの各ノズル８１からインクを吐出させることになる。

そして、インクを吐出する各ノズル８１の間の部分のインクを吐出しない各ノズル８１に対して、０でない有意なノズル駆動信号Ｄを印加すると、すなわち図１５に示したノズル駆動信号Ｄの駆動波形においてＶ_＋やＶ₋がＶ_０でない値の波形をノズル８１に印加すると、それに応じてそのノズル８１のピエゾ素子が変形しようとする。そのため、それに隣接するインクを吐出するノズル８１におけるピエゾ素子の正常な変形を阻害してしまい、インクを吐出すべきノズル８１からの吐出異常を生じてしまう。

そのため、インクを吐出しない各ノズル８１に対して、値が０のノズル駆動信号、すなわち一定値Ｖ_０のノズル駆動信号を印加するために、ノズル駆動信号の生成の基となる各データｄ１、ｄ２、…の、インクを吐出しない各ノズル８１に対応する部分に固定データ０を付与することが必要となる。

その際、図９に示すように、固定データ０が付与された各データｄ１、０、ｄ２、０、…をデータ転送クロックｃｌに割り当てて記録ヘッド８のヘッド駆動部８３にシリアル転送すれば、１つおきの各ノズル８１からインクを吐出させることが可能となる。しかし、データ転送クロックｃｌを逓倍せずに、各データｄ１、０、ｄ２、０、…をデータ転送クロックｃｌに割り当てると、図９に示したように、記録ヘッド８のヘッド駆動部８３にシリアル転送される各データｄ１、０、ｄ２、０、…が冗長になり、１つのノズル８１からの単位時間あたりのインク吐出回数を高速化させることができない。

そこで、データ転送クロックｃｌを逓倍し、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに各データｄ１、ｄ２、…を割り当てれば１つのノズル８１からの単位時間あたりのインク吐出回数が高速化することが期待されるが、前述したように、単にデータ転送クロックｃｌを逓倍するだけでは、１つのノズル８１からの単位時間あたりのインク吐出回数は高速化されず、異常吐出が生じたり、ノズル８１からインクが全く吐出されないという現象が発生する。

これは、図１０に示すように、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに各データｄ１、ｄ２、…を割り当てると、各データｄ１、ｄ２、…がいわば２クロック分に分割されて、データｄ１、ｄ１、ｄ２、ｄ２、ｄ３、ｄ３、…のように同じ値のデータが２つずつ連続するように割り当てられるためである。

このようなデータｄ１、ｄ１、ｄ２、ｄ２、ｄ３、ｄ３、…が逓倍されたデータ転送クロックＣＬに割り当てられて記録ヘッド８のヘッド駆動部８３にシリアル転送されると、インクを吐出しない各ノズル８１に０でない有意なノズル駆動信号Ｄが印加される。そのため、上記と同様に、本来変形すべきでないピエゾ素子が変形しようとして、隣接するインクを吐出するノズル８１におけるピエゾ素子の正常な変形を阻害してしまい、インクを吐出すべきノズル８１からの吐出異常を生じてしまう。

一方、本実施形態のように、データ転送クロックｃｌを逓倍し、しかも、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに対して、各データｄ１、ｄ２、…に固定データ０を付与して生成された各データｄ１、０、ｄ２、０、…を割り当てるように構成すれば（図８参照）、図９に示したように、逓倍されないデータ転送クロックｃｌに固定データ０が付与された各データｄ１、０、ｄ２、０、…を割り当てて記録ヘッド８のヘッド駆動部８３にシリアル転送する場合と比較して、１つのノズル８１からの単位時間あたりのインク吐出回数を少なくとも２倍高速化することが可能となる。

また、インクを吐出しないノズル８１に対応するデータとして固定データ０が的確に付与されるため、インクを吐出しないノズル８１には値が０のノズル駆動信号が的確に印加される。そのため、図１０に示したように、インクを吐出しないノズル８１に０でない有意なノズル駆動信号Ｄが印加されて、インクを吐出すべきノズル８１からの吐出異常を生じてしまうことを的確に防止することが可能となる。

なお、インクを吐出しないノズル８１のチャネル（図１４等のチャネル１１０参照）にはインクを供給せずに空にするようにすれば、そのノズル８１からインクが誤って吐出されることを防止することが可能となる。また、それとともに、空のチャネルが存在することで、インクを吐出するノズル８１のピエゾ素子が、他のピエゾ素子の変形の影響を受けずに互いに独立に変形することが可能となり、インクの吐出性能が向上する。

また、上記の本実施形態のような作用は、例えば、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに対して固定データ０を付与しない各データｄ１、ｄ２、…を割り当てた図１０に示したような各データｄ１、ｄ１、ｄ２、ｄ２、ｄ３、ｄ３、…を記録ヘッド８のヘッド駆動部８３にシリアル転送し、図１１に示すように、ノズル駆動部８６と各ノズル８１を結ぶ配線のうち、インクを吐出しない各ノズル８１の各配線を接地しておくことによっても実現することができる。

この場合、ノズル駆動部８６からは、各ノズル８１に対してノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ３、…が出力されるが、インクを吐出しない各ノズル８１の各配線が接地されているため、各ノズル８１には、ノズル駆動信号Ｄ１、０、Ｄ２、０、Ｄ３、０、…が印加される。そのため、インクを吐出すべき各ノズル８１からはノズル駆動信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、…に応じてインクがそれぞれ吐出され、インクを吐出しない各ノズル８１には値が０のノズル駆動信号が印加されるため、インクが吐出されない。

なお、図１１では、ノズル駆動部８６と各ノズル８１とを結ぶ各配線の一部を接地する場合を示したが、データレジスタ部８５とノズル駆動部８６とを結ぶ各配線の一部や、シフトレジスタ８４とデータレジスタ部８５とを結ぶ各配線の一部を接地するように構成しても、同様に作用させることが可能となる。

しかし、記録ヘッド８のヘッド駆動部８３の少なくともシフトレジスタ８４やデータレジスタ部８５、ノズル駆動部８６は１つのＩＣ内に設けられることが多いため、このように構成するためには、図１１に示すようにＩＣを改造したり、専用のＩＣを設けることが必要となるが、ＩＣを改造することは事実上困難であり、また、図１１に示すようにＩＣを改造したり専用のＩＣを設けると、所定のノズル８１には必ず値が０のノズル駆動信号しか印加されなくなる。

そのため、そのような改造されたＩＣや専用のＩＣでは、前述したような多相（３相）駆動によって位相をずらしながら隣接する各ノズル８１からインクを吐出させることができなくなり、多相（３相）駆動を行う場合には、いちいち記録ヘッド８のヘッド駆動部８３のＩＣを交換して配線しなければならなくなり、画像記録の作業が非常に煩雑になる。

また、図８に示したように、データ転送クロックｃｌを逓倍する処理や、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに対して、各データｄ１、ｄ２、…に固定データ０を付与して生成された各データｄ１、０、ｄ２、０、…を割り当てる処理を、インクジェット記録装置１のコンピュータ５で行うように構成することも可能であり、その場合も本実施形態と同様に作用させることが可能となる。しかし、この場合、コンピュータ５と記録ヘッド８のヘッド駆動部８３とのインターフェース等の問題があり、必ずしも容易に構成することができない。

その点、本実施形態のように、記録ヘッド８のヘッド駆動部８３側にクロック逓倍部８７や固定データ付与部８８等を設ければ、コンピュータ５からは、通常の場合の処理と同様に、逓倍されないデータ転送クロックｃｌと各データｄ１、ｄ２、…等を送信すればよいため、上記のような問題は生じない。また、図４に示した記録ヘッド８のヘッド駆動部８３の基板を手直しして、基板上にクロック逓倍部８７や固定データ付与部８８等を設けて配線し直すだけでよいため、本実施形態の構成を容易に実現することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る記録ヘッド駆動方法、記録ヘッド８およびインクジェット記録装置１によれば、データ転送クロックｃｌを逓倍し、かつ、逓倍されたデータ転送クロックＣＬに対して、各データｄ１、ｄ２、…に固定データ０を付与して生成された各データｄ１、０、ｄ２、０、…を割り当てるように構成した

そのため、記録ヘッド８の１つおきのノズル８１からインクを吐出させてノズル８１を独立に駆動することが可能となり、高速駆動、すなわち、１つのノズル８１からの単位時間あたりのインク吐出回数の高速化に対応することが可能となる。

しかも、インクを吐出しないノズル８１に対応するデータとして固定データ０が的確に付与されるため、インクを吐出しないノズル８１には値が０のノズル駆動信号が的確に印加される。そのため、画像処理部としてのコンピュータ５から記録ヘッド８のヘッド駆動部８３へのノイズ放射が遮断され、インクを吐出しないノズル８１からは確実にインクが吐出されず、インクを吐出すべきノズル８１からは正常にインクが吐出されるようにすることが可能となる。

さらに、高速にデータ転送を行うことができる高価なケーブルを画像処理部であるコンピュータ５から記録ヘッド８のヘッド駆動部８３までの長距離にわたって設置する必要がないため、インクジェット記録装置１のコストアップを防止することが可能となる。

また、画像処理部であるコンピュータ５と記録ヘッド８のヘッド駆動部８３とをつなぐ配線１１として、高速にデータ転送を行うことが可能な高価なケーブルを用いず、従来から用いられている、上記の高速転送可能なケーブルに比べれば低速の配線１１を用いても、上記のように、記録ヘッド８の１つおきのノズル８１からインクを吐出させてノズル８１を独立に駆動することが可能となるため、１つのノズル８１からの単位時間あたりのインク吐出回数の高速化に十分対応することが可能となる。

なお、コンピュータ５から記録ヘッド８のヘッド駆動部８３に送信するデータ転送クロックｃｌ自体の周波数を上げることにより、逓倍されたデータ転送クロックＣＬも高周波数化され、１つのノズル８１からの単位時間あたりのインク吐出回数を高速化させることが可能となる。

また、本実施形態では、１つおきのノズル８１からインクを吐出させる場合について説明したが、この他にも、例えば２つおき等のノズル８１からインクを吐出させるように構成することも可能である。

例えば、２つおきのノズル８１からインクを吐出させる場合、データ転送クロックｃｌを３倍に逓倍し、各データｄ１、ｄ２、…に逓倍数（３）から１を減算した２（＝３−１）個の固定データ０を付与してデータをｄ１、０、０、ｄ２、０、０、…として記録ヘッド８のシフトレジスタ８４に送信することにより、本実施形態と同様にして、２つおきのノズル８１からインクを吐出させるとともに、その間の２つのノズル８１からはインクを吐出させず、しかも、それを高速に行うように構成することが可能となる。

さらに、本実施形態では、上記のように、図１１に示したようにノズル駆動部８６と各ノズル８１とを結ぶ各配線の一部等を接地するものではなく、図５に示したように、インクを吐出しないノズル８１とノズル駆動部８６とが配線で結ばれ、ノズル駆動部８６からノズル駆動信号Ｄが出力されれば、そのノズル駆動信号Ｄがノズル８１に印加されるものである。

そのため、上記の実施形態のように１つおきのノズル８１からインクを吐出させるのではなく、図１７に示したような多相（３相）駆動を行いたい場合には、構造上、多相駆動を行うことも可能である。多相駆動を行う場合には、各データｄ１、ｄ２、…に固定データ０は付与されず、また、その状態でデータ転送クロックｃｌを逓倍すると図１０に示した状況が生じてしまうため、逓倍しないデータ転送クロックｃｌに各データｄ１、ｄ２、…を割り当てる通常の処理に戻す必要がある（図１８参照）。

そこで、記録ヘッド８のヘッド駆動部８３の基板上に図示しない転送制御部を設けてクロック逓倍部８７や固定データ付与部８８（図５参照）と接続するように構成することが可能である。

そして、転送制御部からクロック逓倍部８７と固定データ付与部８８に信号を送信して、クロック逓倍部８７でデータ転送クロックｃｌを逓倍し、固定データ付与部８８で逓倍されたデータ転送クロックＣＬに固定データが付与された各データｄ１、０、ｄ２、０、…を割り当てて各データｄ１、０、ｄ２、０、…に基づいて各ノズル８１からインクを吐出させる上記の実施形態のクロック逓倍転送モードと、多相駆動等に用いるために、クロック逓倍部８７ではデータ転送クロックｃｌを逓倍せずにデータ転送クロックｃｌをそのまま出力し、固定データ付与部８８では逓倍されていないデータ転送クロックｃｌに固定データ０が付与されていない各データｄ１、ｄ２、…をそのまま割り当てて（図１８参照）、各データｄ１、ｄ２、…に基づいて各ノズル８１からインクを吐出させる通常転送モードとを切り替えるように制御するように構成することが可能である。

また、記録ヘッド８のヘッド駆動部８３に転送制御部を設ける代わりに、インクジェット記録装置１のコンピュータ５にその機能を持たせて、コンピュータ５でクロック逓倍転送モードと通常転送モードとを切り替えるように制御するように構成することも可能である。

このように構成すれば、転送制御部やコンピュータ５でデータの転送モードをクロック逓倍転送モードと通常転送モードとの間で切り替えて、記録ヘッド８やインクジェット記録装置１で上記の実施形態に係る記録ヘッド駆動方法と、通常の多相（３相）駆動によるノズル８１からのインクの吐出方法の両方を実現することが可能となる。

そして、高速に画像を記録することや、高精細に画像記録を行うこと等の画像記録に要求される諸条件を満たす転送モードを適宜選択して切り替えることで、的確にユーザの要求に適合する画像記録を実現することが可能となる。

本実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成を表す図である。 図１のインクジェット記録装置のスキャンユニット内部の主要部を表す図である。 図２のスキャンユニットにおけるキャリッジ部分の構成を表す図である。 キャリッジの上端部分に設けられた記録ヘッドのヘッド駆動部の基板や連結されたケーブルベア等の構成を表す図である。 本実施形態に係る記録ヘッドの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る記録ヘッド駆動方法における各ステップを示すフローチャートである。 （Ａ）逓倍される前のデータ転送クロックを示すタイミングチャートであり、（Ｂ）逓倍されたデータ転送クロックを示すタイミングチャートである。 逓倍されたデータ転送クロックとそれに割り当てられた固定データが付与された各データを示すタイミングチャートである。 逓倍されていないデータ転送クロックとそれに割り当てられた固定データが付与された各データを示すタイミングチャートである。 逓倍されたデータ転送クロックとそれに割り当てられた各データを示すタイミングチャートである。 図５の記録ヘッドにおいてノズル駆動部と各ノズルを結ぶ配線の一部が接地された構成例を示す図である。 インクジェット記録装置の構成およびデータ等の流れを示すブロック図である。 従来のヘッド駆動部を含む記録ヘッドの構成を示すブロック図である。 チャネル側すなわち内部側からノズルを見た場合の記録ヘッドのノズル部分の構成を示す図である。 ノズル駆動信号の駆動波形の例を示す図である。 インクを吐出する際のピエゾ素子の変形のしかたを表す図であり、（Ａ）チャネルの容積が拡大した状態、（Ｂ）チャネルの容積が縮小した状態を示す。 ノズルを３相駆動する際の配線の接続状態を示す図である。 データ転送クロックとそれに割り当てられた各データを示すタイミングチャートである。

符号の説明

０ 固定データ
１ インクジェット記録装置
５ コンピュータ
８ 記録ヘッド
８１ ノズル
８５ データレジスタ部
８６ ノズル駆動部
８７ クロック逓倍部
８８ 固定データ付与部
８９ 吐出制御部
ｃｌ データ転送クロック
ＣＬ 逓倍されたデータ転送クロック
ｄ、ｄ１、ｄ２、… データ
ｄ１、０、ｄ２、０、… 固定データが付与された各データ
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、… ノズル駆動信号
Ｌ データラッチ信号
Ｔ 吐出タイミング信号

Claims (5)

1. 複数のノズルを有するインクジェット記録装置の記録ヘッドを駆動する記録ヘッド駆動方法であって、
   前記複数のノズルにそれぞれ対応するデータを転送する転送タイミングを規定するデータ転送クロックを逓倍するクロック逓倍ステップと、
   前記各データに、前記逓倍されたデータ転送クロックの逓倍数に対応して設定された数の固定データを付与して、前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てる固定データ付与ステップと、
   前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てられた前記固定データが付与された前記各データをデータレジスタ部の各レジスタに入力する入力ステップと、
   前記データレジスタ部の各レジスタから前記固定データが付与された前記各データをノズル駆動部に出力する出力ステップと、
   前記ノズル駆動部で前記固定データが付与された前記各データに基づいて生成された各ノズル駆動信号に基づいて前記各ノズルからインクを吐出する吐出ステップと、
   を有することを特徴とする記録ヘッド駆動方法。
2. 複数のノズルを有するインクジェット記録装置の記録ヘッドであって、
   前記複数のノズルにそれぞれ対応するデータを転送する転送タイミングを規定するデータ転送クロックを逓倍するクロック逓倍部と、
   前記各データに、前記逓倍されたデータ転送クロックの逓倍数に対応して設定された数の固定データを付与して、前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てる固定データ付与部と、
   前記逓倍されたデータ転送クロックに割り当てられた前記固定データが付与された前記各データを一時的に記憶するデータレジスタ部と、
   前記データレジスタ部の各レジスタから出力された前記固定データが付与された前記各データに基づいて前記各ノズルに対する各ノズル駆動信号を生成して前記各ノズルを吐出駆動させるノズル駆動部と、
   前記データレジスタ部にデータラッチ信号を送信して前記データレジスタ部に前記固定データが付与された前記各データを取り込ませるとともに、前記ノズル駆動部に対して吐出タイミング信号を送信する吐出制御部と、
   を備え、
   前記各ノズルと、前記データレジスタ部の各レジスタとが、前記ノズル駆動部を介してそれぞれ配線で電気的に接続されていることを特徴とする記録ヘッド。
3. さらに、前記データ転送クロックを逓倍し、前記逓倍されたデータ転送クロックに前記固定データが付与された前記各データを割り当てて前記固定データが付与された前記各データに基づいて前記各ノズルからインクを吐出させるクロック逓倍転送モードと、前記データ転送クロックを逓倍せずに、前記データ転送クロックに前記各データを割り当てて前記各データに基づいて前記各ノズルからインクを吐出させる通常転送モードとを切り替えるように制御する転送制御部を備えることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘッド。
4. 請求項２または請求項３に記載の記録ヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 請求項２に記載の記録ヘッドを備え、
   さらに、前記データ転送クロックを逓倍し、前記逓倍されたデータ転送クロックに前記固定データが付与された前記各データを割り当てて前記固定データが付与された前記各データに基づいて前記各ノズルからインクを吐出させるクロック逓倍転送モードと、前記データ転送クロックを逓倍せずに、前記データ転送クロックに前記各データを割り当てて前記各データに基づいて前記各ノズルからインクを吐出させる通常転送モードとを切り替えるように制御するコンピュータを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

Images