JP2015112733A - 液滴吐出装置、画像形成装置及び液滴吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチチャネル化された記録ヘッドから吐出されるインクの着弾位置のばらつきを抑えること。【解決手段】入力された情報に基づいて液滴を吐出する液滴吐出装置であって、液滴をそれぞれ吐出する複数のノズルと、複数のノズルそれぞれから液滴を吐出させるための吐出力を生じさせる複数のアクチュエータ素子と、複数のアクチュエータ素子を駆動するための駆動信号を出力する信号出力部とを含み、信号出力部は、駆動信号を複数のアクチュエータ素子それぞれに伝える経路の長さに応じたタイミングで複数のアクチュエータ素子それぞれに駆動信号を出力することを特徴とする。【選択図】図１１

Description

本発明は、液滴吐出装置、画像形成装置及び液滴吐出装置の制御方法に関し、特に、インクの吐出タイミングの制御に関する。

近年、情報の電子化が推進される傾向にあり、電子化された情報の出力に用いられるプリンタやファクシミリ及び書類の電子化に用いるスキャナ等の画像処理装置は欠かせない機器となっている。このような画像処理装置は、撮像機能、画像形成機能及び通信機能等を備えることにより、プリンタ、ファクシミリ、スキャナ、複写機として利用可能な複合機として構成されることが多い。

このような画像処理装置のうち、電子化された情報の出力に用いられるプリンタの一態様として、インクジェット方式を採用したプリンタ（以降、インクジェットプリンタとする）がある。インクジェットプリンタにおいては、記録ヘッドが記録媒体である用紙に対してインクを吐出することにより、画像が形成される。

記録ヘッドにおいてインクの吐出を制御する態様としては、圧電素子を用いるもの、インクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させるもの、静電気力を利用するもの等がある。このような吐出制御手段を用いた記録ヘッドにおいては、高密度のマルチノズル化を比較的容易に実現することが可能であり、高精細な画像を用紙上に形成することが可能である。

このようなマルチノズル化された記録ヘッドにおいて、ノズルの数、すなわちチャネル数によらず、各チャネルのギャップとなる空間を連通する連通路によるエアーダンパー効果を低減させるため、隣接したチャネルを同時に駆動しないように制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、このようなマルチチャネル化された記録ヘッドを制御する回路に瞬時に流れる電流や最大消費電力を小さくするために、吐出タイミングを制御する方法（例えば、特許文献２を参照）や、マルチチャネル化された記録ヘッドにおける複数の記録要素を複数のブロックごとに記録タイミングにずれをもたせて分割記録を行う際に、記録タイミングのずれを微調整する方法（例えば、特許文献３を参照）が提案されている。

このようなマルチノズル化された記録ヘッドにおいて、ノズルの数、すなわちチャネルの数が増えるほど、駆動信号を発生させる駆動信号源から出力される駆動信号をそれぞれのチャネルに伝える経路である配線経路が長くなる。駆動信号源からの配線経路が長いチャネルにおける配線抵抗値は、このチャネルより配線経路が短いチャネルにおける配線抵抗値よりも高くなる。その結果、駆動信号源からの配線経路が長いチャネルほど駆動信号の波形の鈍りや電圧降下が大きくなりインクの吐出速度が遅くなるため、ノズルから吐出された用紙上に定着するインクの着弾位置にばらつきが発生し、意図したとおりの画像が形成されない場合がある。

特許文献１に開示された技術においては、隣接する５つのチャネルを１つのグループとして１つのグループ内の各チャネルを異なるタイミングで駆動させるだけなので、チャネル数の増加で配線経路が長くなることにより各ノズルから吐出されるインクの着弾位置にばらつきが生じることを抑えることはできない。

また、特許文献２、３に開示された技術においても、チャネル数の増加で配線経路が長くなることによるインクの吐出処理への影響は考慮されていない。

なお、このような課題は、インクジェット方式による画像形成装置に限らず、入力されたデータに従って選択的に液滴を吐出する液滴吐出装置であれば同様に発生し得る。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、マルチチャネル化された記録ヘッドから吐出されるインクの着弾位置のばらつきを抑えることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、入力された情報に基づいて液滴を吐出する液滴吐出装置であって、前記液滴をそれぞれ吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルそれぞれから前記液滴を吐出させるための吐出力を生じさせる複数のアクチュエータ素子と、前記複数のアクチュエータ素子を駆動するための駆動信号を出力する信号出力部とを含み、前記信号出力部は、前記駆動信号を前記複数のアクチュエータ素子それぞれに伝える経路の長さに応じたタイミングで前記複数のアクチュエータ素子それぞれに前記駆動信号を出力することを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、画像形成装置であって、上述した液滴吐出装置によってインクを吐出して画像を形成することを特徴とする。

また、本発明のさらに他の態様は、入力された情報に基づいて液滴を吐出する液滴吐出装置の制御方法であって、前記液滴吐出装置は、前記液滴をそれぞれ吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルそれぞれから前記液滴を吐出させるための吐出力を生じさせる複数のアクチュエータ素子と前記複数のアクチュエータ素子を駆動するための駆動信号を出力する信号出力部とを含み、前記駆動信号を前記複数のアクチュエータ素子それぞれに伝える経路の長さに応じたタイミングで前記複数のアクチュエータ素子それぞれに前記駆動信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、マルチチャネル化された記録ヘッドから吐出されるインクの着弾位置のばらつきを抑えることができる。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドを模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図及びインクジェットヘッドの一部の詳細な構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの制御部を示す図である。 本発明の実施形態に係る印刷制御部及び駆動ＩＣの機能構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る駆動信号を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの駆動回路を示す回路図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの駆動回路を示す回路図である。 本発明の実施形態に係るスイッチの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクの吐出態様を例示する図である。 本発明の実施形態に係るインクの吐出態様を例示する図である。 本発明の実施形態に係る駆動信号の印加処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るタイミングパターンごとの駆動信号の波形を示す図である。 アナログ駆動回路及びデジタル駆動回路により出力された駆動波形を示す図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの稼働環境に応じて設定された駆動信号の波形を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態においては、液滴吐出装置の例として、マルチチャネル化されたインクジェット記録ヘッドを含むインクジェットプリンタについて説明する。なお、インクジェットプリンタは、液滴吐出装置によってインクを吐出して画像を形成する画像形成装置でもある。図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の全体構成を模式的に示す図であり、図１（ａ）は、インクジェットプリンタ１の透視斜視図、図１（ｂ）は、インクジェットプリンタ１の透視側面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１、キャリッジ１０１に搭載されたインクジェットヘッド１０２、インクジェットヘッド１０２にインクを供給するインクカートリッジ１０３等で構成される印字機構部等を含む。インクジェットプリンタ１の装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙Ｐを積載可能な給紙カセット（あるいは給紙トレイでもよい）１０４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ１０５を開倒することができる。インクジェットプリンタ１は、給紙カセット１０４或いは手差しトレイ１０５から給送される用紙Ｐを取り込み、上述した印字機構部によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０６に排紙する。

また、印字機構部は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１０７と従ガイドロッド１０８とで、キャリッジ１０１を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。キャリッジ１０１に搭載されているインクジェットヘッド１０２は、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｄａ）、ブラック（ｂｌａｃＫ）の各色のインク滴を吐出する。これら各色のインクを吐出する複数のインク吐出口は主走査方向と交差する方向に配列されており、且つインク吐出口は下方に向けられている。

インクジェットヘッド１０２に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１０３は、キャリッジ１０１において交換可能に装着されている。また、インクカートリッジ１０３は、上方に待機と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド１０２にインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド１０２へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。尚、本実施形態においては、インクジェットヘッド１０２が色ごとに設けられている場合を例としているが、各色のインクを吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

キャリッジ１０１は、後方側（用紙搬送方向下流側）が主ガイドロッド１０７に摺動自在に装着され、前方側（用紙搬送方向上流側）が従ガイドロッド１０８に摺動自在に装着されている。そして、キャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０９で回転駆動される駆動プーリ１１０と従動プーリ１１１との間にタイミングベルト１１２が架け渡されている。タイミングベルト１１２とキャリッジ１０１とは固定されており、主走査モータ１０９の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復駆動される。

一方、給紙カセットにセットされた用紙をインクジェットヘッド１０２の下方側に搬送するために、給紙カセット１０４から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４と、用紙Ｐを案内するガイド部材１１５と、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ１１６と、この搬送ローラ１１６の周面に押し付けられる搬送コロ１１７及び搬送ローラ１１６からの用紙Ｐの送り出し角度を規定する先端コロ１１８とが設けられている。搬送ローラ１１６は図示しない副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。

キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙Ｐをインクジェットヘッド１０２の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｐを排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２０、拍車１２１が設けられ、更に用紙Ｐを排紙トレイ１０６に送り出す排紙ローラ１２２及び拍車１２３と、排紙経路を形成するガイド部材１２４、１２５とが配置されている。

そして、用紙Ｐへの画像記録時には、インクジェットプリンタ１のコントローラが、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド１０２を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１走査分を記録し、用紙Ｐを所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙Ｐを排紙する。

インクジェットヘッド１０２は、上述したように複数設けられたノズルを夫々駆動するための駆動素子として圧電素子を含む。即ち、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１においては、複数のノズル夫々からインクを吐出させるためのアクチュエータ素子として圧電素子が用いられる。この圧電素子に所定の駆動波形を印加することにより、夫々のノズルからインクの吐出が行われる。

また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド１０２の吐出不良を回復するための維持回復装置１２６が配置されている。維持回復装置１２６はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１０１は、印字待機中においてこの維持回復装置１２６側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド１０２をキャッピングされる。これにより、吐出口部が湿潤状態に保たれ、インク乾燥による吐出不良が防止される。

ここで、キャリッジ１０１におけるインクジェットヘッド１０２の構成について説明する。図２は、本実施形態におけるキャリッジ１０１におけるインクジェットヘッド１０２の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、本実施形態に係るキャリッジ１０１には、インクジェットヘッド１０２として、ＹＭＣＫそれぞれの色毎に、インクジェットヘッド１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが搭載され、上述したように各色のインク滴を吐出する。

図３（ａ）は、図２の切断線ＡＡ´における断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した断面図において説明する構成の一部の詳細構成を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０２は、例えば単結晶シリコン基板を異方性エッチングして形成した流路板２２１と、この流路板２２１の上面に接合した例えばニッケル電鋳で形成した振動板２２２と、流路板２２１の下面に接合したノズル板２２３とを接合して積層し、これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル２２４が連通する流路であるノズル連通路２２５及び圧力発生室である液室２２６、液室２２６に流体抵抗部（供給路）２２７を通じてインクを供給するための共通液室２２８に連通するインク供給口２２９などを形成している。

また、振動板２２２を変形させて液室２２６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての２列の積層型圧電素子２３０と、この圧電素子２３０を接合固定するベース基板２３１とを備えている。

さらに、圧電素子２３０には駆動回路（駆動ＩＣ）２４２を搭載したＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）ケーブル２３２を接続している。また、ＦＰＣケーブル２３２にはＦＦＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）２４１を接続している。そして、振動板２２２の周縁部をフレーム部材２３３に接合し、このフレーム部材２３３には、圧電素子２３０及びベース基板２３１などで構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部２３４及び共通液室２２８となる凹部、この共通液室２２８に外部からインクを供給するためのインク供給穴２３５を形成している。

ノズル板２２３は各液室２２６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル２２４を形成し、流路板２２１に接着剤接合している。このノズル板２２３は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。

圧電素子２３０は、圧電材料２３６と内部電極２３７とを交互に積層した積層型圧電素子であり、ここではＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）素子である。この圧電素子２３０の交互に異なる端面に引き出された各内部電極２３７には個別電極２３８及び共通電極２３９が接続されている。なお、この実施形態では、圧電素子２３０の圧電方向として、図面下方への変位を用いて液室２２６内インクを加圧する構成としている。また、１つの基板２３１に１列の圧電素子２３０が設けられる構造とすることもできる。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子２３０に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子２３０が収縮し、振動板２２２が上昇して液室２２６の容積が膨張することで、液室２２６内にインクが流入し、その後圧電素子２３０に印加する電圧を上げて圧電素子２３０を積層方向に伸長させ、振動板２２２をノズル２２４方向に変形させて液室２２６の容積／体積を収縮させることにより、液室２２６内の記録液が加圧され、ノズル２２４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子２３０に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板２２２が初期位置に復元し、液室２２６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室２２８から液室２２６内に記録液が充填される。そこで、ノズル２２４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

次に、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の制御構成について説明する。図４は、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の制御構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１は、コントローラ１００、キャリッジ１０１、操作パネル１３０、主走査モータ１４０及び副走査モータ１５０を含む。また、キャリッジ１０１はインクジェットヘッド１０２を含み、インクジェットヘッド１０２は駆動ＩＣ２４２を含む。

操作パネル１３０は、インクジェットプリンタ１に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作部及び表示部として機能するユーザインタフェースである。キャリッジ１０１は、図１において説明したものと同一であり、用紙表面に顕色剤であるインクを吐出するインクジェットヘッド１０２が搭載されており、画像形成出力動作時に主走査方向に動かされる。

主走査モータ１４０は、キャリッジ１０１を主走査方向に動かすための動力を供給するモータである。副走査モータ１５０は、画像を形成する対象である用紙を副走査方向に搬送するための動力を供給するモータである。

コントローラ１００は、インクジェットプリンタ１の動作を制御する制御部であり、図１に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、ＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）１４、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）１５、ホストＩ／Ｆ１６、印刷制御部１７、モータ駆動部１８を含む。

ＣＰＵ１１は演算手段であり、コントローラ１００各部の動作を制御する。ＲＯＭ１２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。ＲＡＭ１３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＮＶＲＡＭ１４は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、制御プログラムや制御用のパラメータが格納される。

ＡＳＩＣ１５は、画像形成出力に際して必要な画像処理を実行するハードウェア回路である。ホストＩ／Ｆ１６は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等のホスト装置から印刷データを受信するためのインタフェースであり、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）やＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）インタフェースが用いられる。

印刷制御部１７は、キャリッジ１０１に含まれるインクジェットヘッド１０２を駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号を出力する駆動信号出力手段（駆動信号源）を含む。モータ駆動部１８は、主走査モータ１４０及び副走査モータ１５０を駆動する。

ＰＣ等の情報処理装置、イメージスキャナ等の画像読取装置、デジタルカメラ等の撮像装置といったホスト側からの印刷データは、ホストＩ／Ｆ１６によって受信される。ＣＰＵ１１は、ホストＩ／Ｆ１６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ１５を制御して、画像形成出力の為に必要な画像処理やデータの並び替え処理等を実行させる。ＡＳＩＣ１５によって処理された画像データは、ＣＰＵ１１によって印刷制御部１７に転送される。

印刷制御部１７は、上述した印刷データをシリアルデータで駆動ＩＣ２４２に転送するとともに、この印刷データの転送及び転送の確定などに必要な転送クロックやラッチ信号、滴制御信号（マスク信号）等を駆動ＩＣ２４２に出力する。また、印刷制御部１７は、ＲＯＭ１２に格納されている駆動信号のパターンデータをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器及び電圧増幅器、電流増幅器等で構成される駆動波形生成部及び駆動ＩＣ２４２に与える駆動波形選択手段を含み、１の駆動パルス（駆動信号）或いは複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形を生成して駆動ＩＣ２４２に対して出力する。

駆動ＩＣ２４２は、シリアルに入力される１行分の印刷データに基づき、印刷制御部１７から与えられる駆動波形を構成する駆動信号を、インクジェットヘッド１０２から液滴を吐出させるためのエネルギーを発生する駆動素子に対して選択的に印加することでインクジェットヘッド１０２を駆動する。

次に、印刷制御部１７及び駆動ＩＣ２４２の詳細について図５を参照して説明する。印刷制御部１７は、上述したように、１印刷周期内に複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形（共通駆動波形）を生成して出力する信号出力部として機能する駆動信号源２７１と、印刷画像に応じた２ビットの印字データ（階調信号０、１）と、クロック信号、ラッチ信号（ＬＡＴ）、滴制御信号を出力するデータ転送部２７２とを備えている。

なお、滴制御信号は、駆動ＩＣ２４２の後述するスイッチ手段であるスイッチ２５５の開閉を滴毎に指示する２ビットの信号であり、共通駆動波形の印刷周期に合わせて選択すべき波形でＨレベル（ＯＮ）に状態遷移し、非選択時にはＬレベル（ＯＦＦ）に状態遷移する。

図６は、駆動信号源２７１が出力する駆動波形を例示する図である。図６に示すように、例えば、駆動波形は、最大電圧Ｖｍａｘと最小電圧Ｖｍｉｎとを交互に繰り返す波形要素で構成され、パルス幅、パルス間隔及びパルス数から滴を打ち分ける構成である。

駆動ＩＣ２４２は、データ転送部２７２からの転送クロック（シフトクロック）及びシリアル印字データ（階調データ：２ビット／ＣＨ）を入力するシフトレジスタ２５１と、シフトレジスタ２５１の各レジスト値をラッチ信号によってラッチするためのラッチ回路２５２と、階調データと滴制御信号をデコードして結果を出力するデコーダ２５３と、デコーダ２５３のロジックレベル電圧信号をスイッチ２５５が動作可能なレベルへとレベル変換するレベルシフタ２５４と、レベルシフタ２５４を介して与えられるデコーダ２５３の出力でオン／オフ（開閉）されるスイッチ２５５とを備えている。

このスイッチ２５５は、各圧電素子２３０の選択電極（個別電極）２３８に接続され、駆動信号源２７１からの共通駆動波形が入力されている。したがって、シリアル転送された印字データ（階調データ）と滴制御信号とをデコーダ２５３でデコードした結果に応じてスイッチ２５５がオンされることにより、共通駆動波形を構成する所定の駆動信号が通過して（選択されて）圧電素子２３０に印加される。

図７及び図８は、上述した圧電素子２３０、駆動信号源２７１及びスイッチ２５５から構成される駆動回路を例示する図である。図７及び図８に示すように、本実施形態に係る駆動回路は、駆動信号源２７１、複数の圧電素子２３０−１〜２３０−ｎ及び各圧電素子への信号の印加状態を切り替えるスイッチ２５５−１〜２５５−ｎを含む。

なお、図７及び図８に示した駆動回路の例において、インクジェットヘッド１０２は、各色ｎ個のノズルすなわちｎチャンネルで構成される。以降、図７及び図８に示すように、各チャネルを、駆動信号源２７１から出力された駆動信号を伝える経路である配線経路（閉ループ）が短い順に１ｃｈ、２ｃｈ、・・・、ｎｃｈとする。

図７に示す駆動回路においては、各スイッチ２５５−１〜２５５−ｎがオンされて、駆動信号源２７１からの共通駆動波形を構成する図６に示した駆動信号が圧電素子２３０−１〜２３０−ｎにそれぞれ印加されている。一方、図８に示す駆動回路においては、各スイッチ２５５−１〜２５５−ｎがオフされて、駆動信号源２７１から出力された駆動信号はＧＮＤレベルになる。

なお、スイッチ２５５は、図９に示した構成のインバータであり、オン／オフにより低電圧Ｖｃоｍ及びＧＮＤのいずれか一方を圧電素子２３０に印加する。これにより、駆動回路の経路上のインピーダンスに左右されることなく、急峻な駆動パルスを印加することができ、Ｄ／Ａ変換器や増幅回路を必要としないので省コスト化を実現した駆動回路を形成することができる。

図７及び図８に示した駆動回路においては、チャネルの番号が大きくなるほど駆動信号源２７１から出力される駆動信号を伝える配線経路の長さが長くなるので、閉ループにおける配線抵抗値が高くなる。配線抵抗値が高いほど、駆動信号源２７１から出力された駆動信号が劣化して駆動信号の波形の鈍りや電圧降下が大きくなりそのチャネルにおけるインクの吐出速度が遅くなるため、ノズルから吐出された用紙上に定着するインクの着弾位置にばらつきが生じる。

図１０は、図７に示した駆動回路において全チャネルすなわち全圧電素子２３０に対して同じタイミングで駆動信号が印加された場合に、各ノズルから吐出された用紙上に定着するインクの着弾画像を例示する図である。図１０に示した例においては、インクジェットヘッド１０２の中央付近のノズルを駆動させる圧電素子２３０の駆動信号源２７１からの配線経路は、インクジェットヘッド１０２の両端付近のノズルを駆動させる圧電素子２３０の駆動信号源２７１からの配線経路よりも長いものとする。

全圧電素子２３０に対して同じタイミングで駆動信号が印加された場合、本来は、全ノズルが同じタイミングでインクを吐出するので用紙上には一直線の画像が印刷されることが期待される。しかしながら、この場合、全圧電素子２３０に対して同じタイミングで駆動信号が印加されると、インクジェットヘッド１０２の中央付近のノズルのインク吐出速度は、両端付近のノズルのインク吐出速度よりも遅くなる。そのため、図１０に示すように、インクジェットヘッド１０２を含むキャリッジ１０１が矢印の方向（右から左）へ移動する場合、インクジェットヘッド１０２の中央付近のノズルから吐出されたインクの着弾位置は、両端付近のノズルから吐出されたインクの着弾位置よりも左側へずれるので、着弾画像は意図した一直線の画像とはならない。

このようなマルチチャネル化された記録ヘッドから吐出されるインクの着弾位置のばらつきを抑えるよう駆動信号を制御することが本実施形態に係る要旨である。

図１１は、本実施形態に係る駆動信号源２７１において駆動信号の印加タイミングを制御した場合に、各ノズルから吐出された用紙上に定着するインクの着弾画像を例示する図である。図１１に示すように、インクジェットヘッド１０２の中央付近のノズルに対応する圧電素子２３０に対して、両端付近のノズルに対応する圧電素子２３０よりΔＴ早く駆動信号が印加される。

このように、同じタイミングで駆動信号が印加された場合に両端のノズルよりもインクの吐出速度が遅くなる中央付近のノズルからのインクの吐出タイミングを早くすることにより、結果的に両端のノズルと中央付近のノズルとのインクの吐出タイミングがそろうので、用紙上のインクの着弾位置のばらつきが抑えられ、着弾画像は一直線に近い画像となる。

次に、図１１に示すような駆動信号の印加タイミングの制御を実現する駆動信号源２７１の処理を説明する。図１２は、駆動信号源２７１による駆動信号の印加処理を例示するフローチャートである。なお、本実施形態においては、予め定められた駆動信号の４つの印加タイミングパターンであるタイミングａ〜ｄがＲＯＭ１２等に記憶されており、駆動信号源２７１は、各チャネルに対応する圧電素子２３０に対していずれかのパターンのタイミングで駆動信号を印加するものとする。

図１３は、上述したタイミングａ、タイミングｂ、タイミングｃ及びタイミングｄで印加される駆動信号の波形を例示する図である。図１３（ｄ）に示したタイミングｄを基準となるタイミングとし、タイミングａはタイミングｄよりもΔＴａ早く駆動信号を印加するパターン（図１３（ａ））であり、タイミングｂはタイミングｄよりもΔＴｂ早く駆動信号を印加するパターン（図１３（ｂ））であり、タイミングｃはタイミングｄよりもΔＴｃ早く駆動信号を印加するパターン（図１３（ｄ））である。

また、上述の４つのタイミングパターンにおいては、ΔＴａ＞ΔＴｂ＞ΔＴｃ＞ΔＴｄの関係が成立し、タイミングｄは基準タイミングなのでΔＴｄ＝０である。すなわち、タイミングａ、タイミングｂ、タイミングｃ、タイミングｄの順に早いタイミングで駆動信号が圧電素子２３０に印加される。なお、ΔＴａは、駆動パルス間隔（周期）の半分以下とする。ΔＴａが駆動パルス間隔の半分より大きくなると、タイミングａの駆動信号の印加タイミングが早すぎて、基準タイミングの対応する駆動信号の１つ前の駆動信号の印加タイミングと重なる場合があり、他のチャネルとインクの吐出タイミングがそろわず、着弾位置がばらつくと考えられるためである。

図１２に戻り、駆動信号源２７１は、まず、インクジェットヘッド１０２の全チャネルのうち同時に駆動する駆動チャネル数を取得する（Ｓ１２００）。具体的には、例えば、駆動信号源２７１は、ホストＩ／Ｆ１６を介して受信した印刷データを解析して、あるタイミングにおいて同時に駆動する駆動チャネル数を算出する。

駆動チャネル数を取得した駆動信号源２７１は、駆動信号の印加タイミングを決定する対象チャネルの位置番号を取得する（Ｓ１２０１）。チャネルの位置番号は、図７に示したような駆動回路におけるチャネル番号であり、例えば、図７に示した駆動回路における１ｃｈの位置番号は“１”とし、ｎｃｈの位置番号は“ｎ”とする。すなわち、チャネルの位置番号が大きくなるほど、駆動信号源２７１からのそのチャネルの配線経路の長さが長い。

対象チャネルの位置番号を取得した駆動信号源２７１は、位置番号が予め定められた位置番号閾値（例えば、全チャネルをｎとした場合にｎ／２）以上である場合（Ｓ１２０２／ＹＥＳ）、さらに、取得した駆動チャネル数が予め定められた駆動チャネル数閾値（例えば、全チャネルをｎとした場合にｎ／２）以上か否かを判定する（Ｓ１２０３）。

取得した駆動チャネル数が駆動チャネル数閾値以上である場合（Ｓ１２０３／ＹＥＳ）、駆動信号源２７１は、タイミングａで対象チャネルに対応する圧電素子２３０に対して駆動信号を印加する（Ｓ１２０４）。一方、取得した駆動チャネル数が駆動チャネル数閾値よりも小さい場合（Ｓ１２０３／ＮＯ）、駆動信号源２７１は、タイミングｂで対象チャネルに対応する圧電素子２３０に対して駆動信号を印加する（Ｓ１２０５）。なお、タイミングの制御は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により行われる。

一方、位置番号が位置番号閾値よりも小さい場合（Ｓ１２０２／ＮＯ）、駆動信号源２７１は、Ｓ１２０３と同様な判定を行う（Ｓ１２０６）。取得した駆動チャネル数が駆動チャネル数閾値以上である場合（Ｓ１２０６／ＹＥＳ）、駆動信号源２７１は、タイミングｃで対象チャネルに対応する圧電素子２３０に対して駆動信号を印加する（Ｓ１２０７）。一方、取得した駆動チャネル数が駆動チャネル数閾値よりも小さい場合（Ｓ１２０６／ＮＯ）、タイミングｄで対象チャネルに対応する圧力素子２３０に対して駆動信号を印加する（Ｓ１２０８）。

対象チャネルに駆動信号を印加した駆動信号源２７１は、すべてのチャネルに対して駆動信号の印加タイミングの制御処理済である場合（Ｓ１２０９／ＹＥＳ）、処理を終了し、制御処理がまだ行われていないチャネルがある場合（Ｓ１２０９／ＮＯ）、未処理のチャネルの位置番号を取得する（Ｓ１２０１）。

以下、具体例を用いてさらに説明する。ここでは、全チャネル数ｎ＝１０、位置番号閾値Ｔｐ＝ｎ／２＝５及び駆動チャネル数閾値Ｔｃ＝ｎ／２＝５とする。まず、駆動チャネル数Ｃ＝８の場合を説明する。

例えば、対象チャネルが１ｃｈの位置番号“１”はＴｐ＝５よりも小さく、駆動チャネル数Ｃ＝８はＴｃ＝５以上なので、駆動信号源２７１は、１ｃｈに対応する圧電素子２３０−１に対してタイミングｃで駆動信号を印加する。同様に、駆動信号源２７１は、位置番号がＴｐ＝５よりも小さい２ｃｈ〜４ｃｈに対応する圧電素子２３０−２〜２３０−４に対してもタイミングｃで駆動信号を印加する。

一方、例えば、対象チャネルがｎｃｈの位置番号“ｎ”はＴｐ＝５以上であり、駆動チャネル数Ｃ＝８はＴｃ＝５以上なので、駆動信号源２７１は、ｎｃｈに対応する圧電素子２３０−ｎに対してタイミングａで駆動信号を印加する。同様に、駆動信号源２７１は、位置番号がＴｐ＝５以上である５ｃｈ〜（ｎ−１）ｃｈに対応する圧電素子２３０−５〜２３０−（ｎ−１）に対してもタイミングａで駆動信号を印加する。

次に、駆動チャネル数Ｃ＝４の場合を説明する。例えば、対象チャネルが１ｃｈの位置番号“１”はＴｐ＝５よりも小さく、駆動チャネル数Ｃ＝４はＴｃ＝５より小さいので、駆動信号源２７１は、１ｃｈに対応する圧電素子２３０−１に対してタイミングｄで駆動信号を印加する。同様に、２ｃｈ〜４ｃｈに対応する圧電素子２３０−２〜２３０−４に対してもタイミングｄで駆動信号を印加する。

一方、例えば、対象チャネルｎｃｈの位置番号“ｎ”はＴｐ＝５以上であり、駆動チャネル数Ｃ＝４はＴｃ＝５より小さいので、駆動信号源２７１は、ｎｃｈに対応する圧電素子２３０−ｎに対してタイミングｂで駆動信号を印加する。同様に、５ｃｈ〜（ｎ−１）ｃｈに対応する圧電素子２３０−５〜２３０−（ｎ−１）に対してもタイミングｂで駆動信号を印加する。

このように、駆動信号源２７１は、各チャネルの位置を、位置番号閾値を区切りとして前半（駆動信号源２７１からの配線経路の長さが短い側）と後半とに分類し、後半に分類されたチャネルに対応する圧電素子２３０に対して、前半に分類されたチャネルに対応する圧電素子２３０に対してよりも早いタイミングで駆動信号を印加する。

さらに、駆動チャネル数が駆動チャネル数閾値以上である場合に、駆動チャネル数閾値よりも小さい場合よりも早いタイミングで圧電素子に対して駆動信号を印加する。これは、同時に駆動するチャネル数が多いほど、駆動回路内に流れる電流も大きくなるが、駆動信号の電圧降下は駆動回路内に流れる電流の大きさと配線抵抗の積によって決まるので、駆動するチャネル数が多いほど電圧降下も大きくなり、より吐出速度が遅くなるためである。

したがって、上述の例のように、駆動チャネル数が駆動チャネル数閾値以上の場合において、位置番号閾値を区切りとして後半に分類された位置のチャネルに対応する圧電素子２３０に対して最も早いタイミングａで駆動信号が印加される。一方、駆動チャネル数が駆動チャネル数閾値より小さい場合において、位置番号閾値を区切りとして前半に分類された位置のチャネルに対応する圧電素子２３０に対して最も遅いタイミングｄで駆動信号が印加される。

以上説明したように、本実施形態においては、インクジェットヘッド１０２の各ノズルを駆動させる各圧電素子２３０と駆動信号源２７１との配線経路の長さに応じたタイミングで各圧電素子２３０に対して駆動信号が印加される。これにより、駆動信号の鈍りや電圧降下によりインクの吐出速度が遅くなる配線経路が長い圧電素子２３０に対応するチャネルのインクの吐出速度と、これよりも配線経路が短い圧電素子２３０に対応するチャネルのインクの吐出速度とをそろえることができ、インクの着弾位置のばらつきを抑えることができる。

さらに、本実施形態においては、同時に駆動するチャネル数が多いほど、圧電素子２３０に対して早いタイミングで駆動信号が印加される。これにより、同時に駆動するチャネル数が多くなりよりインクの吐出速度が遅くなる場合であっても、各チャネルのインクの吐出速度をそろえることができ、より精度よくインクの着弾位置のばらつきを抑えることができる。

また、本実施形態によれば、上述したインクの着弾位置のばらつきを抑えることができる他、各圧電素子２３０に駆動信号を印加するタイミングをずらすので、最大瞬時消費電力を低減することも可能になる。

なお、上述した同時に駆動するチャネル数が多いほど、圧電素子２３０に対して早いタイミングで駆動信号が印加される構成は必須ではなく、例えば、駆動チャネル数の変動が少ない場合は、駆動信号源２７１からの配線経路の長さのみに応じて予め定められたタイミングで圧電素子２３０に対して駆動信号が印加されるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、チャネルの位置が２つのグループに分類される場合を例として説明した。しかしながら、これは一例であり、３つ以上のグループに分類されて、チャネルの位置が駆動信号源２７１からみて遠い（配線経路が長い）グループほど、駆動信号の印加タイミングが早くなるようにしてもよい。また、駆動するチャネル数閾値も２つ以上あってもよく、駆動するチャネル数を含む区間を示す閾値が大きいほど、駆動信号の印加タイミングが早くなるようにしてもよい。

また、上記実施形態における駆動波形は、デジタル駆動回路により出力されるものとする。図１４（ａ）は、アナログ駆動回路により出力された駆動波形を例示する図であり、図１４（ｂ）は、デジタル駆動回路により出力された駆動波形を例示する図である。アナログ駆動回路のスイッチは抵抗を持っているため、図１４（ａ）に示すように、立ち上がり時間ｔｆ及び立ち下がり時間ｔｒが比較的長く波形の立ち上がり、立ち下がりが緩やかである。

一方、図１４（ｂ）に示すように、デジタル駆動回路により出力された駆動波形は、立ち上がり時間ｔｆ及び立ち下がり時間ｔｒが、アナログ駆動回路により出力された駆動波形よりも短く、波形の立ち上がり、立ち下がりが急峻である。また、デジタル駆動回路により出力された駆動波形の立ち上がり時間ｔｆ及び立ち下がり時間ｔｆは、インクジェットヘッド１０２の共振周期であるヘルムホルツ周期よりも短い時間とする。

そのため、アナログ駆動回路よりも低い電圧で強い吐出力が得られ、省電力化が可能である。また、高周波駆動を行う際には、駆動パルス幅を狭くして、吐出周期を短くすることが望まれるが、デジタル駆動回路により出力された駆動波形は立ち上がり時間ｔｆ及び立ち下がり時間ｔｒに必要な時間が短いので、高周波駆動に適した駆動波形を設計することが可能になる。

また、上記実施形態において、さらにインクジェットプリンタ１を使用する温度環境や使用されるインクの粘度等のインクジェットプリンタ１の稼働環境に応じて、駆動信号の最大電圧Ｖｍａｘを予め設定しておいてもよい。図１５は、インクジェットプリンタ１が使用される温度環境に応じて設定された駆動信号の波形を例示する図である。例えば、基準となる常温環境、常温環境よりも温度が高い高温環境及び常温環境よりも温度が低い低温環境といった稼働環境である場合、温度が高いほど、最大電圧Ｖｍａｘが低くなるように設定する。

すなわち、図１５（ａ）は、高温環境における駆動信号の波形を示し、図１５（ｂ）は、常温環境における駆動信号の波形を示し、図１５（ｃ）は、低温環境における駆動信号の波形を示す。このようにインクジェットプリンタ１の稼働環境に応じた最大電圧Ｖｍａｘを予め設定しておき、稼働環境に応じて最大電圧を変更することにより、それぞれの稼働環境において同じような吐出特性を維持するように圧電素子２３０を駆動させることができる。

また、上記実施形態においては、インクジェットプリンタ１を例として説明した。しかしながら、これは一例であり、インクの吐出に限らず、液滴を吐出する液滴吐出装置であれば同様に適用可能である。液滴吐出装置の他の例としては、液滴の吐出を何層も繰り返すことにより立体物を形成する３次元プリンタ等がある。

１ インクジェットプリンタ
１００ コントローラ
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ ＮＶＲＡＭ
１５ ＡＳＩＣ
１６ ホストＩ／Ｆ
１７ 印刷制御部
１８ モータ駆動部
１０１ キャリッジ
１０２ インクジェットヘッド
１０３ インクカートリッジ
１０４ 給紙カセット
１０５ 手差しトレイ
１０６ 排紙トレイ
１０７ 主ガイドロッド
１０８ 従ガイドロッド
１０９ 主走査モータ
１１０ 駆動プーリ
１１１ 従動プーリ
１１２ タイミングベルト
１１３ 給紙ローラ
１１４ フリクションパッド
１１５ ガイド部材
１１６ 搬送ローラ
１１７ 搬送コロ
１１８ 先端コロ
１１９ 印写受け部材
１２０ 搬送コロ
１２１ 拍車
１２２ 排紙ローラ
１２３ 拍車
１２４ ガイド部材
１２６ 維持回復装置
１３０ 操作パネル
１４０ 主走査モータ
１５０ 副走査モータ
２２１ 流路板
２２２ 振動板
２２３ ノズル板
２２４ ノズル
２２５ 連通路
２２６ 液室
２２７ 流体定航部
２２８ 共通液室
２２９ インク供給項
２３０ 圧電素子
２３１ ベース基板
２３２ ＦＰＣケーブル
２３３ フレーム部材
２３４ 貫通部
２３５ インク供給穴
２３６ 圧電材料
２３７ 内部電極
２３８ 個別電極
２３９ 共通電極
２４１ ＦＦＣ
２４２ 駆動ＩＣ
２５１ シフトレジスタ
２５２ ラッチ回路
２５３ デコーダ
２５４ シフトレジスタ
２５５ スイッチ
２７１ 駆動信号源
２７２ データ転送部

特開２００１−２７０１０７号公報 特開平９−１７４８３４号公報 特開平９−１０４１１３号公報

Claims (7)

1. 入力された情報に基づいて液滴を吐出する液滴吐出装置であって、
   前記液滴をそれぞれ吐出する複数のノズルと、
   前記複数のノズルそれぞれから前記液滴を吐出させるための吐出力を生じさせる複数のアクチュエータ素子と、
   前記複数のアクチュエータ素子を駆動するための駆動信号を出力する信号出力部と
   を含み、
   前記信号出力部は、前記駆動信号を前記複数のアクチュエータ素子それぞれに伝える経路の長さに応じたタイミングで前記複数のアクチュエータ素子それぞれに前記駆動信号を出力する
   ことを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記信号出力部は、
   前記複数のアクチュエータ素子を前記経路の長さに基づいて複数のグループに分類し、
   前記経路が他の前記グループよりも長い前記グループに分類された前記アクチュエータ素子に、前記他のグループよりも早いタイミングで前記駆動信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記信号出力部は、前記駆動信号を前記複数のアクチュエータ素子それぞれに伝える経路の長さ及び前記複数のアクチュエータ素子のうち前記駆動信号により同時に駆動するアクチュエータ素子の数に応じたタイミングで前記複数のアクチュエータ素子それぞれに前記駆動信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記信号出力部は、
   同時に駆動する前記アクチュエータ素子の数が多いほど早いタイミングで前記複数のアクチュエータ素子それぞれに前記駆動信号を出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 前記駆動信号の大きさは、前記液滴吐出装置の稼働環境に応じて設定される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の液滴吐出装置によってインクを吐出して画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
7. 入力された情報に基づいて液滴を吐出する液滴吐出装置の制御方法であって、
   前記液滴吐出装置は、
   前記液滴をそれぞれ吐出する複数のノズルと、
   前記複数のノズルそれぞれから前記液滴を吐出させるための吐出力を生じさせる複数のアクチュエータ素子と
   前記複数のアクチュエータ素子を駆動するための駆動信号を出力する信号出力部と
   を含み、
   前記駆動信号を前記複数のアクチュエータ素子それぞれに伝える経路の長さに応じたタイミングで前記複数のアクチュエータ素子それぞれに前記駆動信号を出力する
   ことを特徴とする液滴吐出装置の制御方法。