JP2014042995A - 液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル群間の飛翔速度のばらつきに起因する着弾位置のばらつきを低減することが可能な液体噴射装置、および、その制御方法を提供する。
【解決手段】プリンターコントローラーは、駆動パルスの発生タイミングが異なる複数の駆動信号ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３をヘッド制御部１４側に出力する共に、各駆動信号に対応するチェンジ信号ＣＨを合成した合成チェンジ信号ＳＣＨをヘッド制御部側に出力し、ヘッド制御部は、合成チェンジ信号の中から各ノズル列に対応するチェンジ信号を分離する制御信号分離部４４と、分離されたチェンジ信号に基づいて当該チェンジ信号に対応する駆動信号中の駆動パルスを選択して当該駆動信号に対応するノズル列の圧電素子に印加するアクチュエーター制御部４５と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法に関し、特に、駆動信号に含まれる駆動波形を圧力発生手段に印加することにより当該圧力発生手段を駆動させ、ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズルから液体を噴射させる液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法に関するものである。

液体噴射装置は噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射（吐出）する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を活かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドとしては、液体を噴射するノズルを複数列状に並設されることで構成されるノズル列（ノズル群）を複数備えている。そして、駆動波形を圧電素子等の圧力発生手段に印加して当該圧力発生手段を駆動させることで、圧力室内の機能性液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液体を噴射させる。上記の駆動波形の電圧（駆動電圧）に関し、一般的な液体噴射ヘッドでは、各ノズル列から噴射される液体の量（重量・体積）が揃うような値に設定されており、当該駆動波形が各ノズル列共通に用いられている。

特開２００７−２１０２３４号公報

しかしながら、各ノズル列間で液量が揃うように設定された駆動電圧を用いた場合においても、圧力発生手段の製造ばらつき等によって、ノズルから噴射される液体の飛翔速度がノズル列間でばらつくことがあった。この飛翔速度のばらつきによって、記録媒体等の着弾対象に対する液体の着弾位置も、ノズル列毎にばらついてしまう。特に、近年では、液体噴射ヘッドと着弾対象とをより高速に相対移動させつつ、より高い駆動周波数で液体を噴射する用途に液体噴射装置が用いられる場合があり、この場合、着弾位置ずれが一層顕著になってしまう。さらに、例えば、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッドを搭載したプリンターにおいて、異なるノズル列で同色のインクを噴射する構成を採用する場合、同色間で着弾位置がばらついてしまうと、記録画像等の画質の低下を招いてしまうという問題がある。

従来の構成では、駆動信号に含まれる駆動パルスの選択制御に用いられるラッチ信号ＬＡＴやチェンジ信号ＣＨが、複数のノズル列で共通に用いられていたため、ノズル列毎に噴射タイミングを調整することができなかった。このため、上記の着弾バラツキを考慮してやむを得ず噴射動作速度をある程度抑える必要があり、スループットの低下を招いていた。また、ノズル列毎に専用の駆動信号をそれぞれ設け、当該駆動信号の駆動パルスを選択する制御に用いられるラッチ信号ＬＡＴやチェンジ信号ＣＨもそれぞれ専用のものを設けることで、ノズル列毎の飛翔速度に応じてより適切なタイミングで液体を噴射させることも考えられる。しかし、当該構成では、信号線が増加し、配線が複雑化するとともにノズルの発生源が増加するという問題があった。

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、ノズル群間の飛翔速度のばらつきに起因する着弾位置のばらつきを低減することが可能な液体噴射装置、および、その制御方法を提供することにある。

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、ノズルが複数列設されて成る複数のノズル群と、各ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動させる駆動波形を含む駆動信号、および、当該駆動信号に含まれる駆動波形の選択制御に用いられる選択制御信号を出力する第１の制御手段と、
前記第１の制御手段から出力される駆動信号および選択制御信号に基づいて前記液体噴射ヘッドによる液体の噴射を制御する第２の制御手段と、
を備え、
前記第１の制御手段は、駆動波形の発生タイミングが異なる複数の駆動信号を前記第２の制御手段側に出力する共に、各駆動信号に対応する選択制御信号を合成した合成制御信号を前記第２の制御手段側に出力し、
前記第２の制御手段は、前記合成制御信号の中から各ノズル群に対応する選択制御信号を分離する制御信号分離部と、分離された選択制御信号に基づいて当該選択制御信号に対応する駆動信号中の駆動波形を選択して当該駆動信号に対応するノズル群の圧力発生手段に印加する駆動波形選択部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、第１の制御手段は、駆動波形の発生タイミングが異なる複数の駆動信号を第２の制御手段側に出力する共に、各駆動信号に対応する選択制御信号を合成した合成制御信号を第２の制御手段側に出力し、第２の制御手段は、合成制御信号の中から各ノズル群に対応する選択制御信号を分離する制御信号分離部と、分離された選択制御信号に基づいて当該選択制御信号に対応する駆動信号中の駆動波形を選択して当該駆動信号に対応するノズル群の圧力発生手段に印加する駆動波形選択部と、を有するので、各ノズル群に属するノズルから噴射される液体の飛翔速度に応じて液体の噴射タイミングの調整がノズル群毎に可能となる。これにより、飛翔速度のばらつきに起因する着弾位置のばらつきが低減される。したがって、本発明は、より高い周波数での液体の噴射を行う構成に好適である。また、複数の駆動信号の各選択制御信号を第１の制御手段側で合成して第２の制御手段側に送るとともに、第２の制御手段側で合成された選択制御信号を駆動信号毎の選択制御信号に分離して駆動波形の選択制御に用いる構成であるため、信号線が増加することがなく、配線が複雑になることが抑制される。

上記構成において、前記各ノズル群は、当該ノズル群に属するノズルから噴射される液体の飛翔速度に応じてランク分けされ、
前記第１の制御手段は、前記ランクに応じた発生タイミングに設定された駆動波形を含む駆動信号を出力すると共に、ランク毎の駆動信号に対応した選択制御信号を出力する構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、ノズル列群をランク分けし、ランク毎に駆動信号および選択制御信号を設ける構成を採用することにより、回路構成や信号線の増大を抑制することが可能となる。

また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、ノズルが複数列設されて成る複数のノズル群と、各ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動させる駆動波形を含む駆動信号、および、当該駆動信号に含まれる駆動波形の選択制御に用いられる選択制御信号を出力する第１の制御手段と、
前記第１の制御手段から出力される駆動信号および選択制御信号に基づいて前記液体噴射ヘッドによる液体の噴射を制御する第２の制御手段と、
を備える液体噴射装置の制御方法であって、
前記第１の制御手段において、駆動波形の発生タイミングが異なる複数の駆動信号、および、各駆動信号に対応する選択制御信号を合成した合成制御信号を第２の制御手段側に出力させ、
前記第２の制御手段において、前記合成制御信号の中から各ノズル群に対応する選択制御信号を分離させ、分離させた選択制御信号に基づいて当該選択制御信号に対応する駆動信号中の駆動波形を選択させて当該駆動信号に対応するノズル群の圧力発生手段に印加させることを特徴とする。

プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 ノズルプレートの構成を説明する平面図である。 ヘッド制御部の電気的な構成を説明するブロック図である。 制御信号分離部の電気的な構成を説明するブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。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として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図、図２は、プリンター１の内部構成を説明する斜視図である。外部装置２は、例えばコンピューターやデジタルカメラなどの画像を取り扱う電子機器である。この外部装置２は、プリンター１と通信可能に接続されており、プリンター１において記録紙等の記録媒体に画像やテキストを印刷させるため、その画像等に応じた印刷データをプリンター１に送信する。

本実施形態におけるプリンター１は、紙送り機構３、キャリッジ移動機構４、リニアエンコーダー５、記録ヘッド６、及び、プリンターコントローラー７を有する。記録ヘッド６は、インクカートリッジ１７を搭載したキャリッジ１６の底面側に固定されている。そして、当該キャリッジ１６は、キャリッジ移動機構４によってガイドロッド１８に沿って往復移動可能に構成されている。すなわち、プリンター１は、紙送り機構３によって記録媒体（記録紙）を順次搬送すると共に、記録媒体に対して記録ヘッド６を相対移動させながら当該記録ヘッド６のノズル３４（図４参照）からインクを噴射させて、記録媒体上に当該インクを着弾させることにより画像等を記録する。

プリンターコントローラー７は、本発明における第１の制御手段の一種であり、プリンターの各部の制御を行う制御ユニットである。プリンターコントローラー７は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部８と、ＣＰＵ９と、記憶部１０と、駆動信号生成部１１と、制御信号生成部１２と、を有する。インターフェース部３７は、外部装置２からプリンター１へ印刷データや印刷命令を送ったり、プリンター１の状態情報を外部装置２側に出力したりする際にプリンターの状態データの送受信を行う。ＣＰＵ９は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。記憶部１０は、ＣＰＵ９のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。ＣＰＵ９は、記憶部１０に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。

駆動信号生成部１１は、駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成部１１は、上記の電圧信号を増幅して駆動信号ＣＯＭを生成する。本実施形態における駆動信号生成部１１は、図３に示すように、駆動パルスの発生タイミングを異ならせた複数の駆動信号ＣＯＭが発生されるように構成されており、具体的には、３種類の駆動信号（第１駆動信号ＣＯＭ１，第２駆動信号ＣＯＭ２，第３駆動信号ＣＯＭ３）を発生する。

図３は、本実施形態における駆動信号の構成の一例を説明する波形図である。
同図に示すように、各駆動信号ＣＯＭ１〜３は、後述するラッチ信号ＬＡＴで規定される周期Ｔ（以下、単位周期Ｔと称する。）で繰り返し発生される。本実施形態における単位周期Ｔは、ラッチ信号ＬＡＴおよびチェンジ信号ＣＨ（チェンジパルスｃｈ）によって合計５つのパルス期間に区切られている。各駆動信号ＣＯＭ１〜３は、単位周期Ｔ内に、第１噴射駆動パルスＰ１、第２噴射駆動パルスＰ２、第３噴射駆動パルスＰ３、第４噴射駆動パルスＰ４、および、微振動駆動パルスＰ５の合計５つの駆動パルス（本発明における駆動波形に相当）を含んでいる。そして、１つのパルス期間で１つの駆動パルスが発生される。これらの噴射駆動パルスあるいは微振動駆動パルスは周知の波形であるため、詳しい説明は省略する。なお、各駆動信号に含まれる駆動パルスの種類や数は例示したものには限られないが、各駆動信号とも、含まれる駆動パルスの種類や数は同じである。また、微振動駆動パルスＰ５を除く噴射駆動パルスＰ１〜Ｐ４の発生順は、各駆動信号とも同じとなっている。

各駆動信号において対応する駆動パルス（同一種類の駆動パルス）に関し、単位周期Ｔ内で発生されるタイミングが少しずつ異なっている。本実施形態においては、第２駆動信号ＣＯＭ２における駆動パルス（以下、適宜、基準パルスとも言う。）の発生タイミングを基準として、第１駆動信号ＣＯＭ１および第３駆動信号ＣＯＭ３の各駆動パルスの発生タイミングが基準タイミングよりも早く又は遅くなっている。具体的には、第１駆動信号ＣＯＭ１における駆動パルスの発生タイミングは、基準パルスの基準タイミングよりも少し早く設定されている。また、第３駆動信号ＣＯＭ３における駆動パルスの発生タイミングは、基準タイミングよりも少し遅く設定されている。

基準タイミングからの時間のずれの大きさは、ノズル３４から噴射されるインクの飛翔速度Ｖｍに応じて定められている。すなわち、本実施形態における記録ヘッド６のように複数のノズル列３５（ノズル群の一種。後述。）を有する構成では、圧電素子の製造ばらつき、組み立て時のばらつき（特に、圧電素子と圧力室との位置ずれ）、或いは、圧力室を含むインク流路の寸法・形状ばらつき等に起因して、ノズルから噴射されるインクの飛翔速度がノズル列毎にばらついてしまう。このため、本発明に係るプリンター１では、インクの飛翔速度の程度に応じてノズル列３５がランク分けされ、ランクに応じた駆動信号が選択されてインクの噴射（記録動作）が行われることで、飛翔速度のばらつきに起因する着弾位置ずれが低減されるように構成されている。なお、上記の基準タイミングからの時間のずれは、後述するように、ランクに対応した補正量ｔに基づいて決定（補正）される。

なお、第１駆動信号ＣＯＭ１および第２駆動信号ＣＯＭ２では、単位周期Ｔにおける最後のパルス期間で微振動駆動パルスＰ５が発生されるのに対し、第３駆動信号ＣＯＭ３では、噴射駆動パルスの発生タイミングの関係上、単位周期Ｔにおける最初のパルス期間で微振動駆動パルスＰ５が発生される。このように、各駆動信号ＣＯＭは、駆動パルスが発生されるタイミングが異なるため、各駆動パルスの選択制御に用いられるチェンジ信号ＣＨもそれぞれ異なっている。したがって、本発明に係る制御信号生成部１２は、後述するように、各駆動信号ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３に対応して、第１チェンジ信号ＣＨ１、第２チェンジ信号ＣＨ２、および第３チェンジ信号ＣＨ３の合計３つのチェンジ信号を出力する。

制御信号生成部１２は、記録ヘッド６の制御に用いられるヘッド制御信号を記録ヘッド６のヘッド制御部１４側に出力する。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックＣＬＫ、画素データＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨである。これらのラッチ信号ＬＡＴやチェンジ信号ＣＨは、駆動信号ＣＯＭ１〜３に含まれる各駆動パルスの圧電素子２２への選択的な印加制御に用いられる選択制御信号である。制御信号生成部１２は、記録ヘッド６の主走査方向の移動に応じてリニアエンコーダー５から出力されるタイミングパルスＰＴＳに基づいて、ラッチ信号ＬＡＴおよびチェンジ信号ＣＨを生成する。ラッチ信号ＬＡＴは、画素の記録周期の開始タイミングを規定する信号であり、上述したように、駆動信号ＣＯＭの繰り返し単位周期Ｔを規定する信号である。また、このラッチ信号ＬＡＴは、駆動信号ＣＯＭにおいて最初に発生される駆動パルスの圧電素子への印加タイミングを規定する信号でもある。

また、チェンジ信号ＣＨは、ラッチ信号ＬＡＴの後に所定の間隔でチェンジパルスが順次発生される信号であり、駆動信号ＣＯＭに含まれる各駆動パルスの圧電素子２２への印加タイミングを規定する信号である。ラッチ信号ＬＡＴは、各駆動信号ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３に共通な選択制御信号であるのに対し、チェンジ信号ＣＨは、各駆動信号ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３に個別に対応して生成される。すなわち、制御信号生成部１２は、各駆動信号ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３に対応して、第１チェンジ信号ＣＨ１、第２チェンジ信号ＣＨ２、および第３チェンジ信号ＣＨ３の合計３つのチェンジ信号を出力する。このため、ラッチ信号ＬＡＴは共通選択制御信号、チェンジ信号ＣＨは個別選択制御信号とも言える。１つの単位周期Ｔに対応するチェンジ信号ＣＨには、ｃｈａ、ｃｈｂ、ｃｈｃ、およびｃｈｄの合計４つのチェンジパルスが含まれる。ラッチ信号ＬＡＴの後の各チェンジパルスｃｈａ〜ｃｈｄの発生タイミングは、各チェンジ信号ＣＨ１〜ＣＨ３でそれぞれ異なっている。すなわち、駆動信号ＣＯＭにおける駆動パルスの発生タイミングに応じて、各チェンジパルスｃｈａ〜ｃｈｄの発生タイミングが設定されている。なお、第２チェンジ信号ＣＨ２に対する、第１チェンジ信号ＣＨ１および第３チェンジ信号ＣＨ３の時間のずれは、後述するように、ランクに対応した補正量ｔに基づいて決定（補正）される。

ここで、記録紙等の記録媒体に対するインクの着弾位置に関係するパラメーターとしては、インクの飛翔速度Ｖｍの他に、キャリッジ１６の移動速度Ｖｃｒ、記録ヘッド６のノズル３４から記録媒体までの距離ＰＧがある。本実施形態におけるプリンター１のように、記録媒体に対して記録ヘッド６を相対移動させながら当該記録媒体上に画像等を記録するいわゆるシリアルプリンターでは、まず、上記のＰＧ、各ノズル列３５のＶｍ、Ｖｃｒに基づいてノズル列毎に記録媒体上における予想着弾位置Ｌ（例えば、記録ヘッドのノズルから液体を噴射時、キャリッジの走査方向において該ノズルの中心から記録媒体に着弾した液体の中心までの距離）が計算される。次に、例えば、各ノズル列３５のＶｍの中心値、或いは、設計上・仕様上の目標値に最も近い値のＶｍを有するノズル列３５（以下、基準ノズル列）の予想着弾位置Ｌ（基準着弾位置）に対する、残りの各ノズル列３５の予想着弾位置Ｌのずれ量ΔＬが算出される。そして、ΔＬに基づいて各ノズル列３５がランク分けされる。本実施形態においては、基準ノズル列３５に対応する基準ランクを含め合計３つのランクに分類される。基準ランク以外の各ランクの補正量（時間）は、以下の式（１）により算出される。
ｔ＝ΔＬ／Ｖｃｒ …（１）
この補正量ｔが、後述するチェンジ信号ＣＨ信号の発生タイミング、第１駆動信号ＣＯＭ１および第３駆動信号ＣＯＭ３の各駆動パルスの発生タイミングにそれぞれ反映される。
なお、例えば所謂ラインプリンターのように記録ヘッドの位置を固定して記録媒体を搬送しつつ記録を行う方式のプリンターでは、上記のＰＧ、各ノズル列３５のＶｍ、紙送り機構による記録媒体の搬送速度Ｖｐに基づいて、同様に予想着弾位置および補正量が求められる。

ところで、各駆動信号ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３の各チェンジ信号ＣＨ１〜ＣＨ３をそれぞれ異なる信号線で記録ヘッド８側に送る構成では、その分、信号線が増えてしまう問題がある。このため、制御信号生成部１２は、第１チェンジ信号ＣＨ１、第２チェンジ信号ＣＨ２、および第３チェンジ信号ＣＨ３を合成してなる合成チェンジ信号ＳＣＨ（本発明における合成制御信号に相当）を記録ヘッド６側に出力するように構成されている（図３の最下段参照）。なお、ラッチ信号ＬＡＴも各チェンジ信号ＣＨと合成する構成を採用することも可能である。

画素データＳＩは、記録媒体上に印刷される画素に関するデータであり、噴射制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象物である記録媒体上に記録される画像等の構成単位である。また、画素領域とは、記録媒体上の仮想的な画素形成予定領域を示す。そして、印刷データにおける画素データＳＩは、記録媒体上に形成されるドットの有無（又はインクの噴射の有無）及びドットの大きさ（又は噴射されるインクの量）に関するデータ（階調値）から成る。本実施形態において、画素データＳＩは２ビットの階調値によって構成されている。すなわち、この画素データＳＩには、ドット無し（微振動）に対応するデータ［００］と、小ドットに対応するデータ［０１］と、中ドットの形成に対応するデータ［１０］と、大ドットに対応するデータ［１１］とがある。従って、本実施形態におけるこのプリンターでは４階調でドットの形成ができる。そして、画素領域の幅は、単位周期Ｔで記録ヘッド６が移動する距離に相当する。

次に、プリントエンジン１３について説明する。このプリントエンジン１３は、図１に示すように、記録ヘッド６、キャリッジ移動機構４、紙送り機構３、及び、リニアエンコーダー５等を備えている。キャリッジ移動機構４は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド６が取り付けられたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６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（図示せず）、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６を主走査方向に移動させる。紙送り機構３は、紙送りモータ及び紙送りローラ等からなり、記録紙（記録媒体の一種。また、液体着弾対象の一種）をプラテン上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー５は、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６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プリンターコントローラー７に出力する。プリンターコントローラー７は、リニアエンコーダー５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６の走査位置（現在位置）を把握することができる。

図４は、記録ヘッド６の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド６は、ケース１９、このケース１９内に収納される振動子ユニット１５（広義の圧力発生手段）、および、ケース１９の底面（先端面）に接合される流路ユニット２０等を備えている。上記のケース１９は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット１５が収納される収納空部２１が形成されている。振動子ユニット１５は、狭義の圧力発生手段として機能する圧電素子２２と、この圧電素子２２が接合される固定板２３と、圧電素子２２に駆動信号（駆動パルス）を供給するフレキシブルケーブル２４とを備えている。圧電素子２２は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電素子である。

流路ユニット２０は、流路形成基板２６の一方の面にノズルプレート２７を、流路形成基板２６の他方の面に振動板２８をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２０には、リザーバー３０（共通液室）と、インク供給口３１と、圧力室３２と、ノズル連通口３３と、ノズル３４とが設けられている。そして、インク供給口３１から圧力室３２及びノズル連通口３３を経てノズル３４に至る一連のインク流路が、各ノズル３４に対応して形成されている。

図５は、ノズルプレート２７の構成を説明する平面図である。上記ノズルプレート２７は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば３６０ｄｐｉ）で複数のノズル３４が列状に穿設されたステンレス等の金属製の薄いプレートである。このノズルプレート２７には、ノズル３４を列設してノズル列３５（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列３５は、例えば３６０個のノズル３４によって構成される。本実施形態におけるノズルプレート２７には、合計８つのノズル列３５ａ〜３５ｈが、ヘッド主走査方向に並べて形成されている。本実施形態における記録ヘッド６には、各ノズル列３５Ａ〜３５Ｈに対応させて合計８つのアクチュエーターユニット１５がそれぞれ個別の収容空部２１に設けられている。

本実施形態では、ノズル列３５毎にそれぞれ個別にアクチュエーターユニット１５が対応しているため、アクチュエーターユニット１５の製造バラツキに起因して、各ノズル列３５間で噴射されるインクの飛翔速度がばらつく場合がある。このため、本実施形態における記録ヘッド６では、各ノズル列３５のノズル３４から噴射されるインクの飛翔速度に応じて、各ノズル列３５が合計３つのランクＡ〜Ｃにランク分け（グループ分け）されている。すなわち、例えば、プリンター１の仕様上目標とする飛翔速度の前後所定範囲（以下、基準範囲という）内に含まれる飛翔速度が得られるノズル列３５（例えば、３５ａ，３５ｃ，３５ｅ）がランクＢ（基準ランク）とされ、当該基準範囲よりも遅い飛翔速度となるノズル列３５（例えば、３５ｂ，３５ｄ，３５ｈ）がランクＡとされ、当該基準範囲よりも速い飛翔速度となるノズル列３５（例えば、３５ｆ，３５ｇ）がランクＣとされる。そして、基準ランク以外の各ランクに応じた補正情報ｔ（ｔ１，ｔ３）がノズル列３５と対応付けられて、記録ヘッド６のヘッド記憶部１４′に記憶されている。そして、本実施形態においては、ランクＡに属するノズル列３５に対しては、補正情報ｔ１が反映された第１駆動信号ＣＯＭ１を用いてインクの噴射（記録動作）が行われ、ランクＢに属するノズル列３５に対しては、第２駆動信号ＣＯＭ２を用いてインクの噴射が行われ、ランクＣに属するノズル列３５に対しては、補正情報ｔ３が反映された第３駆動信号ＣＯＭ３を用いてインクの噴射が行われる。なお、勿論、ランク数やそれに対応する駆動信号の数、或いはチェンジ信号ＣＨの数は、例示したものには限られない。

上記振動板２８は、支持板３７の表面に弾性体膜３８を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板３７とし、この支持板３７の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３８としてラミネートした複合板材を用いて振動板２８を作製している。この振動板２８には、圧力室３２の容積を変化させるダイヤフラム部３９が設けられている。また、この振動板２８には、リザーバー３０の一部を封止するコンプライアンス部４０が設けられている。

上記のダイヤフラム部３９は、エッチング加工等によって支持板３７を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部３９は、圧電素子２２の先端面が接合される島部４１と、この島部４１を囲む弾性部４２とからなる。上記のコンプライアンス部４０は、リザーバー３０の開口面に対向する領域の支持板３７を、ダイヤフラム部３９と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー３０に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部４１には圧電素子２２の先端面が接合されているので、この圧電素子２２の自由端部を伸縮させることで圧力室３２の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室３２内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド６は、この圧力変動を利用してノズル３４からインクを噴射させるようになっている。

次に、この記録ヘッド６の電気的構成について説明する。
図６は、ヘッド制御部１４の構成を説明するブロック図である。本実施形態におけるヘッド制御部１４は、制御信号分離部（ＳＤ）４４と、制御ロジック回路（ＬＣ）５１と、アクチュエーター制御部４５と、から構成される。なお、制御信号分離部４４および制御ロジック回路５１は、各ノズル列３５のアクチュエーターユニット１５に共通な回路であり、アクチュエーター制御部４５は、各ノズル列３５のアクチュエーターユニット１５における個々の圧電素子２２毎にそれぞれ設けられた回路である。図６では、圧電素子１つ分のアクチュエーター制御部４５を図示しているが、他の圧電素子２２に対応するアクチュエーター制御部４５も同様の構成となっている。

図７は、制御信号分離部４４の構成を説明するブロック図である。制御信号分離部４４は、プリンターコントローラー７から送られてくるＬＡＴ信号およびＳＣＨ信号が入力されている。そして、制御信号分離部４４は、当該ＬＡＴ信号を制御ロジック回路５１に出力すると共に、合成チェンジ信号ＳＣＨから各チェンジ信号ＣＨ１〜ＣＨ３を分離して、制御ロジック回路５１にそれぞれ出力するように構成されている。本実施形態における制御信号分離部４４は、分離制御部４７および３つのＡＮＤ回路４６ａ〜４６ｃを有している。分離制御部４７には、ＳＣＨ信号とＬＡＴ信号が入力されている。また、ＳＣＨ信号は、ＡＮＤ回路４６ａ〜４６ｃにも入力されている。

そして、分離制御部４７は、ＬＡＴ信号が入力されたタイミングを起点として、ＳＣＨ信号に合成された各ＣＨ信号ＣＨ１〜ＣＨ３のチェンジパルス（ｃｈａ〜ｃｈｄ）が順次入力されるタイミングで、ＡＮＤ回路４６ａ〜４６ｃに対する出力をこの順でＬｏｗからＨｉに順次切り替える。これにより、ＡＮＤ回路４６ａからは第１チェンジ信号ＣＨ１が、ＡＮＤ回路４６ｂからは第２チェンジ信号ＣＨ２が、ＡＮＤ回路４６ｃからは第３チェンジ信号ＣＨ３が、それぞれ順次出力される。このようにして、制御信号分離部４４は、プリンターコントローラー７側からの合成チェンジ信号ＳＣＨから各チェンジ信号ＣＨ１〜ＣＨ３を分離する。

制御ロジック回路５１には、制御信号分離部４４から出力されるラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨ、および、プリンターコントローラー７側からの画素データＳＩが入力される。そして、制御ロジック回路５１は、これらの入力に基づいて画素データＳＩから、駆動信号のどの駆動パルスを選択して圧電素子２２に印加するかを示すパルス選択データＰＤを生成する。例えば、ドットを形成しない非記録（微振動）を示す２ビットの画素データＳＩ〔０，０〕が入力された場合、駆動信号に含まれる５つの駆動パルスＰ１〜Ｐ５のうち微振動駆動パルスＰ５の選択を示すパルス選択データＰＤ〔０，０，０，０，１〕を生成する。同様に、記録階調のうちの最小のドットを示す２ビットの画素データＳＩ〔０，１〕が入力された場合、駆動信号に含まれる５つの駆動パルスＰ１〜Ｐ５のうち微振動駆動パルスＰ３の選択を示すパルス選択データＰＤ〔０，０，１，０，０〕を生成する。

このように、画素データＳＩが示す記録階調に応じて駆動信号のどの駆動パルスを選択するか定められているので、それに対応するパルス選択データＰＤが制御ロジック回路５１によって生成される。パルス選択データＰＤは、ラッチ信号ＬＡＴおよびチェンジ信号ＣＨの入力タイミングでアクチュエーター制御部４５のデコーダー５４に出力される。ここで、ランクＡに属するノズル列グループに対応するアクチュエーター制御部４５に対しては、補正情報ｔ１が反映された第１チェンジ信号ＣＨ１に基づいて出力制御がされる。同様に、ランクＢに属するノズル列グループに対応するアクチュエーター制御部４５に対しては、第２チェンジ信号ＣＨ２に基づいて出力制御がされ、ランクＣに属するノズル列グループに対応するアクチュエーター制御部４５に対しては、補正情報ｔ３が反映された第３チェンジ信号ＣＨ３に基づいて出力制御がされる。

アクチュエーター制御部４５は、シフトレジスター回路（ＳＲ）５２、ラッチ回路（ＬＡＴ）５３、デコーダー（ＤＥＣ）５４、スイッチ（ＳＷ）５５、および圧電素子（ＰＺＴ）２２から構成されている。シフトレジスター回路５２には、画素データＳＩが入力される。また、シフトレジスター回路５２の後段には、ラッチ回路５３が接続されている。そして、画素データＳＩは、各ノズル３４に対応するシフトレジスター回路５２に順次送られていき、全てのノズル３４に対応するシフトレジスター回路５２に画素データＳＩがセットされると共に、制御ロジック回路５１からのラッチ信号ＬＡＴがラッチ回路５３に入力されると、当該ラッチ回路５３は、シフトレジスター回路５２の画素データＳＩをラッチする。

デコーダー５４は、ラッチ回路５３にラッチされた画素データＳＩと制御ロジック回路５１から出力されるパルス選択データＰＤに基づき、スイッチ５５を制御するスイッチ制御信号ｓｗを出力する。このとき、デコーダー５４は、画素データＳＩに基づいて、制御ロジック回路５１から出力されるパルス選択データＰＤを選択し、スイッチ制御信号ｓｗとして出力する。デコーダー５４から出力されたスイッチ制御信号ｓｗは、スイッチ５５へ入力される。このスイッチ５５は、スイッチ制御信号ｓｗに応じてオンオフするスイッチであり、オン期間において駆動信号を圧電素子２２へ印加させる。このスイッチ５５には、プリンターコントローラー７側からの駆動信号ＣＯＭ１〜ＣＯＭ３が入力されている。また、スイッチ５５の出力側には圧電素子２２が接続されている。スイッチ制御信号ｓｗがデータ［１］の場合、スイッチ５５がオン状態となって、駆動信号が圧電素子２２に印加される。また、スイッチ制御信号ｓｗがデータ［０］の場合、スイッチ５５がオフ状態となるので、駆動信号は圧電素子２２に印加されない。そして、ランクＡに属するノズル列グループのスイッチ５５は、第１駆動信号ＣＯＭ１の圧電素子２２への印加を切り替える。同様に、ランクＢに属するノズル列グループのスイッチ５５は、第２駆動信号ＣＯＭ２の圧電素子２２への印加を切り替え、ランクＣに属するノズル列グループのスイッチ５５は、第３駆動信号ＣＯＭ３の圧電素子２２への印加を切り替える。

このようなスイッチ制御により、ランク分けされた各ノズル列３５に対応する圧電素子２０に対し、当該ランクに対応する駆動信号に含まれる駆動パルスを印加させることができる。これにより、各ノズル列３５に属するノズル３４から噴射されるインクの飛翔速度に応じて、より適切なタイミングでインクの噴射が行われ、飛翔速度のばらつきに起因する着弾位置ずれが低減される。すなわち、噴射されるインクの飛翔速度が基準範囲内に含まれるランクＢに属するノズル列３５に対しては、第２駆動信号ＣＯＭ２を用いてインクの噴射制御が行われることで、記録媒体に対して目標とする位置にインクが着弾する。また、噴射されるインクの飛翔速度が基準範囲よりも遅いランクＡに属するノズル列３５については、本発明を適用しない場合、目標とする着弾位置よりも記録ヘッド６の進行方向の先方側にずれて着弾するが、第１駆動信号ＣＯＭ１を用いてインクの噴射制御を行うことで、より早いタイミングでインクが噴射される。これにより、記録媒体上の着弾位置が目標とする位置に近づく。同様に、噴射されるインクの飛翔速度が基準範囲よりも速いランクＣに属するノズル列３５については、本発明を適用しない場合、目標とする着弾位置よりも記録ヘッド６の進行方向の後方側にずれて着弾するが、第３駆動信号ＣＯＭ３を用いてインクの噴射制御を行うことで、より遅いタイミングでインクが噴射される。これにより、記録媒体上の着弾位置が目標とする位置に近づく。

このように、本発明に係るプリンター１によれば、単位周期Ｔに相当する画素の幅よりも短いピッチでインクの着弾位置の調整が可能である。したがって、より高い周波数でのインクの噴射を行う構成においても、着弾位置ずれを低減することが可能である。また、複数の駆動信号の駆動パルスの選択制御に係る各チェンジ信号ＣＨをプリンターコントローラー７側で合成して合成チェンジ信号ＳＣＨとして記録ヘッド６側に送るとともに、記録ヘッド６側で合成チェンジ信号ＳＣＨを各チェンジ信号ＣＨに分離して駆動パルスの選択制御に用いる構成であるため、信号線が増加することがなく、配線が複雑になることが抑制される。また、ノズル列３５をランク分けし、ランク毎に駆動信号および選択制御信号を設ける構成とすることにより、回路構成や信号線の増大を抑制することが可能となる。

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。

駆動信号の数や駆動信号に含まれる波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られず、本発明は、種々の構成の駆動信号や駆動波形を有する液体噴射ヘッドに対して適用することができる。
また、ノズル列３５に関しても、上記実施形態では、８列のノズル列を有する記録ヘッド６を例示したが、これには限られず、少なくとも２列以上のノズル列を有する液体噴射ヘッドであれば本発明を適用することができる。

そして、本発明は、駆動波形の印加により圧力発生手段を駆動して液体の噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、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。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，６…記録ヘッド，７…プリンターコントローラー，１１…駆動信号生成部，１２…制御信号生成部，１３…プリントエンジン，１４…ヘッド制御部，１５…アクチュエーターユニット，２２…圧電素子，３４…ノズル，３５…ノズル列，４４…制御信号分離部，４５…アクチュエーター制御部，４７…分離制御部，５１…制御ロジック回路，５２…シフトレジスター，５３…ラッチ回路，５４…デコーダー，５５…スイッチ

Claims (3)

1. ノズルが複数列設されて成る複数のノズル群と、各ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動させる駆動波形を含む駆動信号、および、当該駆動信号に含まれる駆動波形の選択制御に用いられる選択制御信号を出力する第１の制御手段と、
   前記第１の制御手段から出力される駆動信号および選択制御信号に基づいて前記液体噴射ヘッドによる液体の噴射を制御する第２の制御手段と、
   を備え、
   前記第１の制御手段は、駆動波形の発生タイミングが異なる複数の駆動信号を前記第２の制御手段側に出力する共に、各駆動信号に対応する選択制御信号を合成した合成制御信号を前記第２の制御手段側に出力し、
   前記第２の制御手段は、前記合成制御信号の中から各ノズル群に対応する選択制御信号を分離する制御信号分離部と、分離された選択制御信号に基づいて当該選択制御信号に対応する駆動信号中の駆動波形を選択して当該駆動信号に対応するノズル群の圧力発生手段に印加する駆動波形選択部と、を有することを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記各ノズル群は、当該ノズル群に属するノズルから噴射される液体の飛翔速度に応じてランク分けされ、
   前記第１の制御手段は、前記ランクに応じた発生タイミングに設定された駆動波形を含む駆動信号を出力すると共に、ランク毎の駆動信号に対応した選択制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. ノズルが複数列設されて成る複数のノズル群と、各ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、を有し、当該圧力発生手段によって前記ノズルから液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動させる駆動波形を含む駆動信号、および、当該駆動信号に含まれる駆動波形の選択制御に用いられる選択制御信号を出力する第１の制御手段と、
   前記第１の制御手段から出力される駆動信号および選択制御信号に基づいて前記液体噴射ヘッドによる液体の噴射を制御する第２の制御手段と、
   を備える液体噴射装置の制御方法であって、
   前記第１の制御手段において、駆動波形の発生タイミングが異なる複数の駆動信号、および、各駆動信号に対応する選択制御信号を合成した合成制御信号を第２の制御手段側に出力させ、
   前記第２の制御手段において、前記合成制御信号の中から各ノズル群に対応する選択制御信号を分離させ、分離させた選択制御信号に基づいて当該選択制御信号に対応する駆動信号中の駆動波形を選択させて当該駆動信号に対応するノズル群の圧力発生手段に印加させることを特徴とする液体噴射装置の制御方法。

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