JP2019130821A - 液体吐出装置 - Google Patents

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祐弘 伊東
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Abstract

【課題】各配線において、相互インダクタンスによる電圧変化を抑える。【解決手段】第1配線1941は、第1吐出部群の圧電素子37を駆動させるために、該圧電素子37の一端に駆動信号Com1を供給し、第2配線1942は、第1吐出部群の圧電素子37の他端を電位Vbsに保持するために信号Vbs1を供給し、第3配線1943は、第2吐出部群の圧電素子37を駆動させるために、該圧電素子37の一端に駆動信号Com2を供給し、第4配線1944は、第2吐出部群の圧電素子37の他端を電位Vbsに保持するために信号Vbs2を供給する。第2配線1942は、第1配線1941と第4配線1944との間に配され、第4配線1944は、第2配線1942と第3配線1943との間に配され、第1配線1941および第3配線1943との間には、第2配線1942および第4配線1944が配されている。【選択図】図9

Description

本発明は、例えば液体吐出装置に関する。
インクを吐出して画像や文書を印刷する印刷装置としては、圧電素子を用いたインクジェットプリンターが知られている。圧電素子は、典型的にはピエゾ素子であり、プリントヘッドにおいて複数の吐出部のそれぞれに対応して設けられる。これらの圧電素子を、プリントヘッドの主走査方向に沿った移動と被記録材の副走査方向への搬送とに伴って、それぞれを駆動信号にしたがって駆動することによって、所定のタイミングで所定量のインク(液体)をノズルから吐出させる。圧電素子は、電気的にみればコンデンサーのような容量性負荷であるので、各ノズルの圧電素子を動作させるためには十分な電流を供給する必要がある。主走査方向に沿って往復するプリントヘッドに設けられた圧電素子を適切に駆動するために、印刷装置の筐体側から駆動信号を、フレキシブルフラットケーブル(Flexible Flat Cable、以下FFCと呼ぶ)を介してプリントヘッドに供給する構成が一般的である。
このようなインクジェットプリンターの場合、被記録材となる媒体のサイズが大きくなると、媒体のサイズに比例してプリントヘッドを搭載するキャリッジの稼働領域が長くなり、それに合わせてFFCも長大化する。
FFCが長大化すると、FFCにおける配線は、他の配線に流れる電流によりクロストークなどの影響を受けやすくなる。そこで、同じ列の駆動信号及びグランドの信号を、互いに異なるFFCに振り分けて割り当て、互いに対向するようにした技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
特許第4218245号公報
しかしながら、上記技術では、FFCを複数枚使用することが前提となっている。サイズの大きな媒体を印刷するインクジェットプリンターにおいて高速印刷が要求される場合には、長大化したFFCが複数枚接続されるので、重量増となり、プリントヘッドを高速移動させる際の妨げとなる。
また、上記技術では、1枚のFFCでみたときに、駆動信号の供給配線とグランドの配線ラインとが隣り合わせに配置されるので、2つの配線でみれば、電流の向きが逆方向となり、磁界が打ち消し合うので、相互インダクタンスの影響は低減するようにみえる。
ただし、複数の駆動信号の供給配線と複数のグランド配線とが交互に並べられると、ある駆動信号の供給配線とグランド配線信号とのペアに対して、他の配線のペアから受ける相互インダクタンスの影響が全て方向となり、むしろ他の配線のペアからの相互インダクタンスの影響の総和が大きくなる。
相互インダクタンスの影響が大きくなると、圧電素子に供給される駆動信号にオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、電圧が目的値からのずれが大きくなり、目的とする量のインクを正確に吐出することができなくなるだけでなく、圧電素子に過大な電圧が印加されることよって、圧電素子の特性を劣化させてしまう、という課題があった。
上記課題の一つを解決するために、本発明の一態様に係る液体吐出装置は、第1圧電素子が駆動することにより第1液体を吐出する第1吐出部を含む複数の圧電素子からなる第1吐出部群と、第2圧電素子が駆動することにより第2液体を吐出する第2吐出部を含む複数の圧電素子からなる第2吐出部群と、前記第1圧電素子を駆動させるために、前記第1圧電素子の一端に駆動信号を供給するための第1配線と、前記第1圧電素子の他端の電位を保持するように所定の電位の信号を供給する第2配線と、前記第2圧電素子を駆動させるために、前記第2圧電素子の一端に駆動信号を供給するための第3配線と、前記第2圧電素子の他端の電位を保持するように所定の電位の信号を供給する第4配線と、前記第2配線は、前記第1配線と前記第4配線との間に配され、前記第4配線は、前記第2配線と前記第3配線との間に配され、前記第1配線と前記第3配線の間には、前記第2配線および前記第4配線が配されている。
この態様に係る液体吐出装置によれば、第1配線、第2配線、第3配線および第4配線において、相互インダクタンスによる電圧変化が抑えられるので、液体の吐出に不具合等が抑えられる。
上記一態様において、前記第1配線と、前記第2配線と、前記第3配線と、前記第4配線とは、1枚のフレキシブルフラットケーブルで構成される構成としてもよい。液体吐出装置において吐出部群に各種信号を供給するフレキシブルフラットフラットケーブルは、配線間隔が短く、かつ、各配線が長大化する傾向がある。このようなフレキシブルフラットケーブルを用いる場合であっても、上記構成によれば、相互インダクタンスによる電圧変化が抑えられる。
上記一態様において、前記第1配線は、前記第1圧電素子に対して駆動信号を供給する配線であって、前記第1圧電素子に含まれる駆動対象となる圧電素子の数に応じて、前記第1配線を流れる電流量が変化する構成としてもよい。
液体の吐出量などの条件に応じて刻々と変化する液体吐出装置においては、相互インダクタンスの影響を、圧電素子を駆動する前に予想することは困難である。このため、駆動信号を相互インダクタンスの影響を予想して、その影響を予め打ち消す方向に補正する構成は採用し難い。上記構成において、第1配線に流れる電流量を予想することが困難であるが、上記構成では、そもそも相互インダクタンスによる電圧変化が抑えられる。
上記一態様において、第1吐出部群には300個以上の吐出部が含まれる構成としてもよい。第1吐出部群に含まれる吐出部(第1圧電素子)が300個以上となると、第1配線に流れる電流が大きくなるだけでなく、その電流量の変化を予想することが困難となるが、上記構成によれば、第1配線から第4配線までの配列によって、相互インダクタンスによる電圧変化が抑えられる。
また、課題等において長大化する傾向する旨説明しているが、第1配線から第4配線までを長大化させる必要がある具体的装置としては、A3以上の大判サイズ対応の液体吐出装置である。すなわち、上記一態様において、A3以上の媒体に対して、前記媒体と前記吐出部とを相対的に移動させながら液体を吐出する構成が好ましい。
実施形態に係るインクジェットプリンターを示す斜視図である。 インクジェットプリンターの内部構成を示す図である。 ヘッドモジュールにおけるノズル配列の例を示す図である。 プリントヘッドの分解斜視図である。 プリントヘッドの断面図である。 インクジェットプリンターの電気的な構成を示すブロック図である。 インクジェットプリンターの動作を説明するためのタイミングチャートである。 インクジェットプリンターにおける駆動信号の選択動作を示す図である。 FFCからヘッドモジュールをみた簡易的な等価回路を示す図である。 実施形態に係るFFCの配線配列を示す図である。 実施形態に係るFFCの各配線について他の配線の影響度を示す図である。 実施形態に係るFFCのペアに着目して駆動信号の影響度を示す図である。 比較例に係るFFCの配線配列を示す図である。 比較例に係るFFCの各配線について他の配線の影響度を示す図である。 比較例に係るFFCのペアに着目して駆動信号の影響度を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、各部の寸法および縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、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、これらの形態に限られるものではない。
図1は、実施形態に係る液体吐出装置の一例であるインクジェットプリンター1の構成を示す図である。
このインクジェットプリンター1は、液体の一例であるインクを媒体Pに吐出することで、該媒体Pの表面に画像を印刷する。媒体Pは、インクの吐出対象となる用紙やフィルムなどである。インクジェットプリンター1は、国際標準規格でA3以上の大判サイズの媒体Pに印刷が可能な印刷装置(LFP:Large Format Printer)であり、図に示されるように、筐体12と脚部14とを有する。
筐体12は、媒体Pの幅方向に相当するX方向に沿って長尺な構造体である。筐体12には、本実施形態では、相異なる種類のインクを貯留する複数の液体容器(カートリッジ)16が装着される。脚部14は、筐体12を所定の高さに支持する。
なお、複数の液体容器16には、同種類のインクを貯留する構成としてもよい。
以下の説明では、鉛直方向、すなわち重力の作用方向)をZ方向と表記し、XZ平面に垂直な方向、すなわち媒体Pの送り方向をY方向と表記する。また、図において、蓋部材22は、X方向に平行な回転軸23に軸支されたカバーであり、利用者は蓋部材22を手動で開閉可能である。
図2は、インクジェットプリンター1の内部構成を示す図である。
この図に示されるように、インクジェットプリンター1の内部では、制御モジュール10と、搬送機構70と、キャリッジCaと、移動機構80とが収容される。キャリッジCaは、本実施形態では、2個のプリントヘッド50からなるヘッドモジュール5を搭載する。
制御モジュール10は、外部のホストコンピューターから画像データが供給されたときに、該画像データで規定された画像を媒体Pに印刷するため、インクジェットプリンター1における各要素(プリントヘッド50、搬送機構70、移動機構80)を制御する。
搬送機構70は、媒体PをY方向に搬送する。具体的には、搬送機構70は、回転軸がX方向に平行な搬送ローラー71と、搬送ローラー71を制御モジュール10による制御のもとで回転させる駆動部(例えばモーター)72とを具備する。なお、媒体Pが巻回されたロールを回転させて、筐体12の内部に供給する機構としてもよいし、筐体12から排出された媒体Pを巻取る機構としてもよい。
ヘッドモジュール5を搭載するキャリッジCaは、移動機構80によってX方向に沿って往復動する。具体的には、移動機構80は、X方向に沿って架設された無端ベルト84と、キャリッジCaの移動をX方向とほぼ平行な方向に規制するガイド軸86と、無端ベルト84を制御モジュール10による制御のもとで駆動する駆動部(例えばモーター)82とを具備する。
なお、ヘッドモジュール5には、制御モジュール10から各種の駆動信号や制御信号などが可撓性を有するFFC(Flexible Flat Cable)190を介して供給される。本実施形態に係るインクジェットプリンター1は、上述したように大判印刷に対応するので、キャリッジCaの稼働領域が長大化する。
キャリッジCaの稼働領域が長大化すると、FFC190も長大化させる必要がある。本実施形態では、インクジェットプリンター1が印刷可能な媒体PのサイズをA3以上としているが、その上限値については75インチを目途としている。媒体Pのサイズが75インチを超えると、FFC190における各配線のインピーダンス成分が大きくなりすぎて、駆動信号の電圧降下が大きくなり、印刷精度や印刷安定性が低下し、インクの誤吐出等が生じる可能性が高くなるためである。
また、ヘッドモジュール5には、FFC190のほか、液体容器16から各色のインクがチューブを介して供給されるが、該チューブについては図示が省略されている。
図3は、ヘッドモジュール5におけるインクの吐出面を媒体Pからみた場合の構成を示す図である。この図に示されるように、ヘッドモジュール5は、X方向に沿って並んで配列した2個のプリントヘッド50を有する。1個のプリントヘッド50は、Y方向に沿ってピッチP1にて配列する複数m(mは2以上の整数)個のノズルと、同じくY方向に沿ってピッチP1にて配列する複数m個のノズルとを有する。
このため、1個のプリントヘッド50において、ノズルは2m個であり、ノズルの列数は「2」である。また、本実施形態では、2個のプリントヘッド50を有するので、ヘッドモジュール5でみたときに、ノズルの総数は4m個となり、ノズルの列数は「4」となる。
説明の便宜上、4つのノズルの列を区別するために、図3において左から順に列L1、L2、L3、L4と表記し、また、各列において属するノズルを順番にN1、N2、N3、N4と表記し、列を特定しない一般的なノズルについてはNと表記する。
例えば列L1に属するノズルN1からは、ブラック(Bk)のインクが吐出され、列L2に属するノズルN2からは、シアン(C)のインクが吐出され、列L3に属するノズルN3からは、マゼンタ(M)のインクが吐出され、列L4に属するノズルN4からは、イエロー(Y)のインクが吐出される。
また、列L1、L2は、図3において左側のプリントヘッド50に属し、列L3、L4は、図において右側のプリントヘッド50に属する。
なお、図3の例では、列L1(L3)に属するノズルN1(N3)と、ノズル列L2(L4)に属するノズルN2(N4)とは、Y方向の座標がほぼ一致した構成となっているが、Y方向の位置が相違するような配列、いわゆる、千鳥状またはスタガ状に配列された構成でもよい。
図4は、列L1、L2に対応したノズルを有するプリントヘッド50の分解斜視図であり、図5は、図4におけるXZ平面に沿ってプリントヘッド50を破断した場合の断面図である。
図4および図5に示されるように、プリントヘッド50は流路基板32を備える。流路基板32は、面F1と面FAとを含む板状部材である。面F1は、Z方向の正側の表面、すなわちプリントヘッド50から見て媒体P側の表面であり、面FAは面F1とは反対側(Z方向の負側)の表面である。面FAの面上には、圧力室基板34と振動部36と複数の圧電素子37と保護部材38と筐体部40とが設置され、面F1の面上には、ノズル板52と吸振体54とが設置される。プリントヘッド50の各要素は、概略的には流路基板32と同様にY方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤を利用して相互に接合される。なお、流路基板32と圧力室基板34と保護部材38とノズル板52とが積層される方向をZ方向として把握することも可能である。
ノズル板52は、2m個のノズルNが形成された板状部材であり、例えば接着剤を利用して流路基板32の面F1に設置される。各ノズルNは、ノズル板52に設けられた貫通孔である。ノズル板52は、例えば、エッチング等の半導体製造技術を利用してシリコン(Si)の単結晶基板を加工することで製造される。なお、ノズル板52の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
本実施形態では、ノズル板52において、列L1に属するm個のノズルN1と、列L2に属するm個のノズルN2とは、各列において1インチあたり300個以上の密度で1インチ以上の長さで設けられる。すなわち、ノズルNは、列L1およびL2の2列で600個以上設けられる。
流路基板32は、インクの流路を形成するための板状部材である。図4および図5に示されるように、流路基板32には、流路RAが形成されている。流路RAは、列L1に対応して設けられた流路RA1と、列L2に対応して設けられた流路RA2と、流路RA1および流路RA2を連結する流路RA3と、流路RA1および流路RA2を連結する流路RA4と、を含む。流路RA1は、Y方向に沿う長尺状に形成された開口である。流路RA2は、流路RA1から見て+X方向に位置し、Y方向に沿う長尺状に形成された開口である。
流路基板32には、各ノズルNと一対一に対応するように、流路322と流路324と、が形成される。図5に示されるように、流路322および流路324は、流路基板32を貫通するように形成された開口である。流路324は、該流路324に対応するノズルNに連通する。
また、図5に示されるように、流路基板32の面F1には、2つの流路326が形成される。2つの流路326のうち一方は、流路RA1と、列L1に属するノズルN1に一対一に対応する流路322と、を連結する流路であり、2つの流路326のうち他方は、流路RA2と、列L2に属するノズルN2に一対一に対応する流路322と、を連結する流路である。
圧力室基板34は、ノズルNと一対一に対応するように開口342が形成された板状部材であり、例えば接着剤を利用して流路基板32の面FAに設置される。
流路基板32および圧力室基板34は、例えば、半導体製造技術を利用してシリコン(Si)の単結晶基板を加工することで製造される。なお、流路基板32および圧力室基板34の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
圧力室基板34のうち、流路基板32とは反対側の表面には振動部36が設置される。振動部36は、弾性的に振動可能な板状部材である。なお、振動部36を構成する板状部材のうち、開口342に対応する領域について、板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板34と振動部36とを一体に形成することも可能である。
図5に示されるように、流路基板32の面FAと振動部36とは、各開口342の内側で相互に間隔をあけて対向する。開口342の内側で流路基板32の面FAと振動部36との間に位置する空間は、該空間に充填されたインクに圧力を付与するための圧力室Cとして機能する。
圧力室Cは、例えば、X方向を長手方向としてY方向を短手方向とする空間である。1個のプリントヘッド50には、2m個のノズルNに一対一に対応するように、2m個の圧力室Cが設けられる。図5に示されるように、ノズルN1に対応して設けられた圧力室Cは、流路322および流路326を介して流路RA1に連通するとともに、流路324を介してノズルN1に連通する。また、ノズルN2に対応して設けられた圧力室Cは、流路322および流路326を介して流路RA2に連通するとともに、流路324を介してノズルN2に連通する。
一方、振動部36のうち、圧力室Cとは反対側の面上には、2m個の圧力室Cに一対一に対応するように、2m個の圧電素子37が設けられる。圧電素子37は、駆動信号の供給に応じて変形する素子である。
振動部36は、圧電素子37の変形に連動して振動する。振動部36が振動すると、圧力室C内の圧力が変動する。そして、圧力室C内の圧力が増減することで、圧力室Cに充填されたインクが、流路324およびノズルNを経由して吐出される。本実施形態では、例えば駆動信号により、1秒間に30000回以上、ノズルNからインクが吐出されるように、圧電素子37が駆動される。
なお、インクを吐出させるための物理的な機構である吐出部は、圧力室C、流路322、ノズルN、振動部36および圧電素子37によって構成される。
保護部材38は、振動部36に形成された2m個の圧電素子37を保護するための板状部材であり、振動部36の表面、または、圧力室基板34の表面に設けられる。保護部材38は、例えば、半導体製造技術を利用してシリコン(Si)の単結晶基板を加工することで製造される。なお、保護部材38の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
保護部材38のうち、Z方向の正側の表面である面G1には、2つの収容空間382が形成される。2つの収容空間382のうち一方は、ノズルN1に対応する圧電素子37を収容するための空間であり、2つの収容空間382のうち他方は、ノズルN2に対応する圧電素子37を収容するための空間である。該収容空間382は、保護部材38を吐出部上に配置した場合に、圧電素子37が酸素または水分等の影響により変質することを防ぐための封止空間として機能する。なお、収容空間382の、Z方向の高さは、圧電素子37が変位しても、圧電素子37と保護部材38とが接触しないように、十分な大きさを有している。このため、圧電素子37が変位する場合であっても、圧電素子37の変位に伴い生じるノイズが、収容空間382の外部に伝播することが防止される。
一方、保護部材38のうちZ方向の負側の表面である面G2には、ヘッドドライバーDRが設けられる。すなわち、保護部材38は、ヘッドドライバーDRを実装する回路基板として機能する。
ヘッドドライバーDRは、印刷データSIに基づいて各圧電素子37の一端に、駆動信号を供給するか否かを切り替える。
ここで、印刷データSIとは、ノズルNから吐出されるインクによって媒体Pに形成させるドットの大きさを規定するデータである。本実施形態においてドットの大きさを、大、中、小、なしの4種類(階調)で規定する場合を想定すると、印刷データSIが、各ノズルNについて2ビットで規定されることなる。
なお、本実施形態では、駆動信号は、制御モジュール10において生成されるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、駆動信号は、ヘッドドライバーDRにおいて生成されてもよい。
また、各圧電素子37の他端は、後述する信号により共通の電位Vbsに保たれる。
保護部材38の面G2には、例えば、各圧電素子37と一対一に対応するように、配線384が形成されている。配線384の一端は、ヘッドドライバーDRに電気的に接続される。配線384の他端は、保護部材38を貫通するコンタクトホールを介して、面G1に設けられた接続端子に電気的に接続される。接続端子は、圧電素子37における一方の電極に電気的に接続される。このため、ヘッドドライバーDRから出力された駆動信号は、配線384と導通孔と接続端子とを介して、圧電素子37の一端、詳細には二電極のうちの一方の電極に供給される。
また、保護部材38の面G2には、複数の配線388が形成されている。配線の388の一端は、それぞれヘッドドライバーDRに電気的に接続される。複数の配線388の他端は、それぞれ保護部材38の面G2のうち+Y方向の端部である領域Eまで延在する。面G2の領域Eには配線部材64が接合される。配線部材64は、制御機構20とヘッドドライバーDRとを電気的に接続する複数の配線が形成された部品である。配線部材64としては、例えば、FPC(Flexible Printed Circuit)などのような可撓性の配線基板を採用してもよい。
筐体部40は、各圧力室C、さらには各ノズルNに供給されるインクを貯留するためのケースである。筐体部40のうちZ方向の正側の表面であるFBは、例えば、接着剤により、流路基板32の面FAに固定される。
筐体部40の面FBには、Y方向に延在する溝状の凹部42が形成される。保護部材38およびヘッドドライバーDRは、凹部42の内側に収容される。保護部材38の領域Eに接合された配線部材64は、凹部42の内側を通過するようにY方向に延在する。
本実施形態において、筐体部40は、流路基板32や圧力室基板34とは別個の材料で形成される。筐体部40は、例えば、樹脂材料の射出成形により形成される。なお、筐体部40の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。筐体部40の材料としては、例えば、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(ザイロン(登録商標))等の合成繊維や液晶ポリマー等の樹脂材料が好適である。
筐体部40のうち、Z方向の負側の表面である面F2には、液体容器16(図1参照)から図示省略された経路を介して供給されるインクを導入するための導入口431および432が設けられている。また、筐体部40には、流路RB1およびRB2が形成される。流路RB1は、流路RA1に連通する流路RB11と、導入口431に連通する流路RB12とを含む。流路RB2は、流路RA2に連通する流路RB21と、導入口432に連通する流路RB22とを含む。
流路RB1および流路RB2は、圧力室Cに供給されるインクを貯留するリザーバーQとして機能する。
また、図5に示されるように、保護部材38およびヘッドドライバーDRは、流路RB11と流路RB21との間の空間に設けられる。
図5において破線の矢印で示されるように、液体容器16から導入口431に供給されたインクは、流路RB12および流路RB11を経由して流路RA1に流入する。そして、流路RA1に流入したインクの一部は、流路326および流路322を経由して、ノズルN1に対応する圧力室Cに供給される。ノズルN1に対応する圧力室Cに充填されたインクは、例えば、流路324をZ方向の正側に流動し、圧電素子37の変位によってノズルN1から吐出される。
同様に、液体容器16から導入口432に供給されたインクは、流路RB22および流路RB21を経由して流路RA2に流入する。そして、流路RA2に流入したインクの一部は、流路326および流路322を経由して、ノズルN2に対応する圧力室Cに供給される。ノズルN2に対応する圧力室Cに充填されたインクは、例えば、流路324をZ方向の正側に流動し、圧電素子37の変位によってノズルN2から吐出される。
筐体部40の面F2には、上述した導入口431および432が形成されるほか、リザーバーQに対応する開口44が形成される。また、筐体部40の面F2には、開口44を閉塞するように、2つの吸振体46が設けられる。各吸振体46は、リザーバーQ内のインクの圧力変動を吸収する可撓性のフィルムであり、リザーバーQの壁面を構成する。
また、流路基板32の面F1には、2つの吸振体54が設けられ、流路RA1またはRA2と、流路326と流路322とを閉塞する。吸振体54は、リザーバーQ内のインクの圧力変動を吸収する可撓性のフィルムであり、リザーバーQの壁面を構成する。
なお、ここでは列L1、L2に対応したノズルを有するプリントヘッド50について説明したが、列L3、L4に対応したノズルを有するプリントヘッド50についても同様な構成となるが、列L3に対応した流路に供給されるインクはマゼンタとなり、列L4に対応した流路に供給されるインクはイエローとなる。
また、本実施形態では、各列のノズルNから吐出されるインクを異なる種類(色)としているが、同じ種類であってもよい。
次に、インクジェットプリンターの電気的な構成について説明する。
図6は、インクジェットプリンター1の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、インクジェットプリンター1は、制御モジュール10とヘッドモジュール5とがFFC190を介して接続された構成となっている。
なお、ヘッドモジュール5では、2個のプリントヘッド50によりノズルNの列数が「4」となっている。これら4列のノズル群をそれぞれ独立して制御するための回路要素を、図6において便宜的にそれぞれブロックB1、B2、B3、B4と表記している。具体的には、列L1に属するm個のノズルを制御する回路要素がブロックB1であり、列L2に属するm個のノズルを制御する回路要素がブロックB2であり、列L3に属するm個のノズルを制御する回路要素がブロックB3であり、列L4に属するm個のノズルを制御する回路要素がブロックB4である。ここで、ブロックB1、B2は、一方のプリントヘッド50に実装されたヘッドドライバーDRにおける回路に相当し、ブロックB3、B4は、他方のプリントヘッド50に実装されたヘッドドライバーDRにおける回路に相当する。
図6に示されるように、制御モジュール10は、制御部110、駆動回路120a、120b、120c、120dおよび定電圧生成回路130を含む。このうち、制御部110は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)等の処理回路と、半導体メモリ等の記憶回路とを含む。制御部110は、画像データがホストコンピューター等から供給されたときに、該画像データで規定された画像を媒体Pに印刷するため、インクジェットプリンター1における各要素を制御するために各種の信号を出力する。
具体的には、第1に、制御部110は、印刷に際して媒体Pを副走査するために、駆動部72に制御信号を出力して搬送機構70を制御する一方、キャリッジCaを主走査するために、駆動部82に制御信号を出力して移動機構80を制御する。
第2に、制御部110は、搬送機構70および移動機構80の制御に同期して、ノズルNから吐出させるインクの量を規定する印刷データSI、印刷周期等を規定する制御信号LATおよびCHを、ブロックB1、B2、B3、B4毎にFFC190を介して供給する。
第3に、制御部110は、搬送機構70および移動機構80の制御に同期して、駆動信号Com1を規定するデータD1、駆動信号Com2を規定するデータD2、駆動信号Com3を規定するデータD3、および、駆動信号Com4を規定するデータD4をそれぞれ出力する。
駆動回路120aは、データD1に基づき駆動信号Com1を生成する。詳細には、駆動回路120aは、データD1をアナログ信号に変換した上で、例えばD級増幅して駆動信号Com1として出力する。
同様に、駆動回路120bは、データD2に基づき駆動信号Com2を生成し、駆動回路120cは、データD3に基づき駆動信号Com3を生成し、駆動回路120dは、データD4に基づき駆動信号Com4を生成する。
なお、駆動信号Com1〜Com4を区別しない場合には、括弧を付して駆動信号(Com)と表記する場合がある。
定電圧生成回路130は、複数の圧電素子37の他端を互いに共通の状態に保つための電位Vbsの信号Vbs1、Vbs2、Vbs3、Vbs4をそれぞれ生成する。なお、定電圧生成回路130は、例えば内部で独立した4つの回路で信号Vbs1、Vbs2、Vbs3、Vbs4をそれぞれ生成する。
なお、信号Vbs1〜Vbs4を区別しない場合には、括弧を付して信号(Vbs)と表記する場合がある。
本実施形態において、制御モジュール10側から、印刷データSI、制御信号LAT、CH、駆動信号Com1〜Com4、および、信号Vbs1〜Vbs4が、FFC190を介してヘッドモジュール5に供給される。
なお、電流の流れる方向でいえば、信号Vbs1〜Vbs4は、ヘッドモジュール5から定電圧生成回路130に向かう方向となるが、便宜的に信号Vbs1〜Vbs4がヘッドモジュール5に供給される、と表現する場合がある。
また、FFC190において、駆動信号Com1〜Com4および信号Vbs1〜Vbs4を供給する配線については、後述するように、制御モジュール10側からみれば、
Com1−Vbs1−Vbs2−Com2−Com3−Vbs3−Vbs4−Com4
という順序で配列している。
ヘッドモジュール5において、ブロックB1には駆動信号Com1および信号Vbs1のペアが供給される。同様に、ブロックB2には駆動信号Com2および信号Vbs2のペアが供給され、ブロックB3には駆動信号Com3および信号Vbs3のペアが供給され、ブロックB4には駆動信号Com4および信号Vbs4のペアが供給される。
なお、ブロックB1〜B4の各々については同一なので、以下においては便宜的に1個のブロックB1について代表して説明することにする。
ブロックB1は、選択制御部510と、m個の選択部520とを含む。ブロックB1における選択部520は、列L1に属するノズルの圧電素子37と一対一に対応して設けられ、選択制御部510の指示にしたがって、オンまたはオフするスイッチである。選択部520の入力端には駆動信号Com1が供給され、出力端は、対応する圧電素子37の一端に接続されている。
選択制御部510は、選択部520の各々における選択をそれぞれ制御する。詳細には、選択制御部510は、制御部110から供給される印刷データSIを、m個のノズルNの各々に対応して一旦蓄積するとともに、各選択部520に対し、印刷データSIにしたがって、駆動信号Com1を選択(オン)するか、非選択(オフ)かを制御信号LAT、CHで規定される期間にわたって指示する。
なお、ブロックB1に対応するm個の圧電素子37の他端は共通接続されて、信号Vbs1が供給される。
図7は、ブロックB1の動作を説明するためのタイミングチャートである。
この図に示されるように、制御信号LAT、CHによって印刷期間Taおよび制御期間T1、T2、T3、T4が規定される。
ここで、印刷期間Taとは、制御信号LATが出力されてから次の制御信号LATが出力されるまでの期間をいい、1つのノズルNから吐出されるインクによって、4階調のいずれかを表現するために必要な単位期間をいう。制御期間T1は、制御信号LATが出力されてから1番目の制御信号CHが出力されるまでの期間であり、制御期間T2は、1番目の信号CHが出力されてから2番目の制御信号CHが出力されるまでの期間であり、制御期間T3は、2番目の制御信号CHが出力されてから3番目の制御信号CHが出力されるまでの期間であり、制御期間T4は、3番目の制御信号LATが出力されてから次の制御信号LATが供給されるまでの期間である。
一方、駆動信号Com1は、制御期間T1に配置された台形波形Adp1と、制御期間T2に配置された台形波形Adp2と、制御期間T3に配置された台形波形Adp3と、制御期間T4に配置された台形波形Bdpとを繰り返した波形となっている。
本実施形態において台形波形Adp1は、仮に圧電素子37の一端に供給されたとしたならば、該圧電素子37に対応するノズルNから大量のインクを吐出させる波形である。台形波形Adp2は、仮に圧電素子37の一端に供給されたとしたならば、該圧電素子37に対応するノズルNから中量のインクを吐出させる波形である。台形波形Adp3は、仮に圧電素子37の一端に供給されたとしたならば、該圧電素子37に対応するノズルNから小量のインクを吐出させる波形である。台形波形Bdpは、ノズルN付近のインクを微振動させてインクの粘度の増大を防止するための波形である。このため、仮に台形波形Bdpが圧電素子37の一端に供給されたとしても、該圧電素子37に対応するノズルNからインクが吐出されない。
図8は、印刷データSIに対する選択部520の動作を説明するための図である。
上述したように1つのノズルに対応する印刷データSIは2ビットで4階調のいずれかが規定される。
あるノズルNに対応する印刷データSIが、(1、1)であって、大ドットのサイズを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T1においてオンさせ、制御期間T2、T3およびT4においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T1において台形波形Adp1が供給されるので、該ノズルNからは大量のインクが吐出されて、結果的に媒体Pに大ドットが形成される。
また、あるノズルNに対応する印刷データSIが、(0、1)であって、中ドットのサイズを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T2においてオンさせ、制御期間T1、T3およびT4においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T2において台形波形Adp2が供給されるので、該ノズルNからは中量のインクが吐出されて、結果的に媒体Pに中ドットが形成される。
一方、あるノズルNに対応する印刷データSIが、(1、0)であって、小ドットのサイズを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T3においてオンさせ、制御期間T1、T2およびT4においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T3において台形波形Adp3が供給されるので、該ノズルNからは小量のインクが吐出されて、結果的に媒体Pに小ドットが形成される。
なお、あるノズルNに対応する印刷データSIが、(0、0)であって、ドットなしを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T4においてオンさせ、制御期間T1、T2およびT3においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T4において台形波形Bdpが供給されるので、圧力室が微振動するのみであり、該ノズルNからはインクが吐出されないでので、結果的に媒体Pにドットが形成されない。
なお、ここではブロックB1〜B4の動作について、ブロックB1で代表させて説明したが、ブロックB2、B3、B4についても同様な動作となる。
すなわち、ブロックB2(B3、B4)には、列L2(L3、L4)対応するm個のノズルNで形成すべきドットを規定する印刷データSIが供給されるとともに、駆動信号Com2および信号Vbs2(駆動信号Com3および信号Vbs3のペア、駆動信号Com4および信号Vbs4のペア)が供給される。
図9は、FFC190からヘッドモジュール5までの等価回路を示す図であり、図10は、制御モジュール10からみたときに、FFC190における配線配列を示す図である。
図9では、列L1に属するノズルN1および圧電素子37の1組を第1吐出部と称し、これらの第1吐出部のm組をまとめて第1吐出部群と称している。吐出部は、上述したように、インクを吐出させるための物理的な機構でみたときには、圧力室C、流路322、ノズルN、振動部36および圧電素子37によって構成されるが、ここでは、電気的な等価回路を説明するために、圧電素子37と、該圧電素子37との対応するノズルNとのみを図示している。
同様に、列L2に属するノズルN2および圧電素子37の1組を第2吐出部と称し、これらの第2吐出部のm組をまとめて第2吐出部群と称し、列L3に属するノズルN3および圧電素子37の1組を第3吐出部と称し、これらの第3吐出部のm組をまとめて第3吐出部群と称する。列L4に属するノズルN4および圧電素子37の1組を第4吐出部と称し、これらの第4吐出部のm組をまとめて第4吐出部群と称する。
図10に示されるように、FFC190は、銅などの断面平型導体を複数本並行に並べて、可撓性を有する絶縁体192で被覆した構造となっている。ここで、FFC190を介して供給される信号のうち、駆動信号Com1〜Com4および信号Vbs1〜Vbs4に着目すると、これらの信号を供給する配線は、本実施形態では、上述した順序で配列している。
なお、FFC190では、駆動信号Com1が第1配線1941を介して供給される。同様に、信号Vbs1が第2配線1942を、駆動信号Com2が第3配線1943を、信号Vbs2が第4配線1944を、駆動信号Com3が第5配線1945を、信号Vbs3が第6配線1946を、駆動信号Com4が第7配線1947を、信号Vbs4が第8配線1948を、それぞれ介して供給される。
第1吐出部群におけるm個の圧電素子37の一端には、対応する選択部520のオンにより駆動信号Com1の電圧が第1配線1941を介して印加される。一方、第1吐出部群におけるm個の圧電素子37の他端は、共通接続されるとともに、信号Vbs1の電位Vbsが第2配線1942を介して印加される。
したがって、第1吐出部群において、m個の圧電素子37のうち、選択部520のオンによって駆動される圧電素子37の個数が多いほど、第1配線1941に流れる電流量は大きくなる一方、選択部520のオフによって駆動される圧電素子37の個数が少ないほど、第1配線1941に流れる電流量は小さくなる。
なお、信号Vbs1における電流の向きについては、上述したようにヘッドモジュール5からFFC190に向かう方向である。このため、FFC190において、第1配線1941を介して駆動信号Com1がヘッドモジュール5に供給されると、信号Vbs1は、該駆動信号Com1の戻り電流となって第2配線1942を介して制御モジュール10に帰ってくる。したがって、第1配線1941に流れる電流量と、第2配線1942に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなる。
同様に、第2吐出部群におけるm個の圧電素子37の一端には、対応する選択部520のオンにより駆動信号Com2が第3配線1943を介して印加される一方、m個の圧電素子37の他端は、共通接続されるとともに、信号Vbs2の電位Vbsが第4配線1944を介して印加される。
したがって、第2吐出部群においても、m個の圧電素子37のうち、選択部520のオンによって駆動される圧電素子37の個数が多いほど、第3配線1943に流れる電流量は大きくなる一方、選択部520のオフによって駆動される圧電素子37の個数が少ないほど、第3配線1943に流れる電流量は小さくなる。
なお、FFC190において、第3配線1943に流れる電流量と、第4配線1944に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなる。
同様に、第5配線1945に流れる電流量と、第6配線1946に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなり、第7配線1947に流れる電流量と、第8配線1948に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなる。
本実施形態に係る効果を説明する前に、比較例について説明する。
図13は、比較例におけるFFCの配線配列を示す図であり、駆動信号を供給する配線と定電位の配線とが隣り合わせに配置される。詳細には、比較例では、駆動信号Com1〜Com4および信号Vbs1〜Vbs4を供給する各配線は、次の順序で配列している。すなわち、
Com1−Vbs1−Com2−Vbs2−Com3−Vbs3−Com4−Vbs4
という順序で配列している。
一般に、直線導体に電流I[A]が作る磁界H[A/m]の大きさは、導体を中心とした距離(半径)rの同心円上では、アンペールの法則により、次式(1)で表される。
H=I/2πr…(1)
すなわち、磁界Hは、電流Iに比例し、導体Hからの距離に反比例する。
ここで説明を簡略化するために、FFCにおける配線間隔を「1」として、ある一の配線が、他の一の配線により受ける磁界の大きさ(影響度)について考察する。
図14は、比較例において、各配線の信号につき、他の一の配線の信号により受ける影響度を示す図である。なお、この図に示される影響度では、式(1)の右辺における係数1/2πについては、共通に現れるので無視している。また、列L1〜L4のノズルNから吐出されるインクは印刷すべき画像に応じて決まるので、駆動信号Com1〜Com4の電流同士は単純に比較できない。このため、式(1)の右辺における電流のIについても無視している。
ただし、同じペア同士の駆動信号(Com)と信号(Vbs)とは、上述したように電流がほぼ同一であって、電流の向きが逆となるので、影響度については「0」としている。例えば駆動信号Com1からみた信号Vbs1の影響度については「0」であり、その逆についても「0」である。
また、ある配線の信号からみた、他の配線の信号にうける影響度のうち、分母については、距離が離れるしたがって「1」、「2」、「3」、…、「7」という順で大きくなり、符号については、電流の向きが互いに逆向きであれば、負としている。
例えば、駆動信号Com3からみた信号Vbs2の影響度については、電流の向きが逆向きであり、配線間の距離が「1」であるので、「−1」となっている。また例えば、駆動信号Com2からみた駆動信号Com4の影響度については、電流の向きが同じであり、配線間の距離が「4」であるので、「1/4」となっている。
次に、駆動信号Com1〜Com4の各々が、ある一のペアから受ける影響度について考察する。
図15は、比較例において、駆動信号Com1〜Com4の各々が、ある一のペアから受ける影響度を示す図である。なお、この図に示される影響度とは、ある駆動信号(Com)が、他のペア同士の駆動信号(Com)から受ける影響度と信号(Vbs)から受ける影響度との和をいう。なお、和の対象となる影響度同士は、図14において破線で示される。
例えば、駆動信号Com2が、駆動信号Com4と信号Vbs4とのペアから受ける影響度は、「1/4」と「−1/5」との和である「1/20」となっている。また、例えば、駆動信号Com4が、駆動信号Com1と信号Vbs1とのペアから受ける影響度は、「1/6」と「−1/5」との和である「−1/30」となっている。
なお、図15の下欄は、比較例において、駆動信号Com1〜Com4の各々が、他のペアから受ける影響度の総和を示している。
ここで駆動信号Com1〜Com4の各々について着目している理由(信号Vbs1〜Vbs4の各々について着目していない理由)は、駆動信号Com1〜Com4は、上述したように台形波形であり、その電圧が変化したときに他の配線による磁界の影響(相互インダクタンス)によりオーバーシュートやアンダーシュートなどの波形乱れが発生しやすいのに対し、信号Vbs1〜Vbs4の各々は、そもそも電位Vbsで一定であるので、電圧変化によるオーバーシュート等を考慮しなくてもよいためである。
この比較例に対して本実施形態の優位性について考察する。
図11は、本実施形態において、各配線の信号につき、他の一の配線の信号により受ける影響度を示す図である。なお、図11において影響度の算出法は、図14の場合と同じであるが、本実施形態では、FFC190における配線配列のために、影響度における符号の反転パターンが異なっている。詳細には、図11に示した表において水平または垂直方向でみたときに、図14の比較例では、正負が交互に現れるのに対し、図11の本実施形態では、正負が2つおきに現れる。
図12は、本実施形態において、駆動信号Com1〜Com4の各々が、ある一のペアから受ける影響度を示す図である。なお、図12において影響度の算出法は、図15の場合と同じである。
なお、図12の下欄は、本実施形態において、駆動信号Com1〜Com4の各々が、他のペアから受ける影響度の総和を示している。この下欄に示されるように、駆動信号Com1〜Com4の各々が、他のペアから受ける影響度の総和は、図15に示される比較例に比べて低減されている。
この理由は、例えば図13または図10において、ある駆動信号(Com)が供給される配線からみて、左または右方向に位置する他の2つ以上のペアによる影響度に着目すると、比較例では、図15を参照しても判るように、すべて正または負の一方のみとなり、影響度が絶対値で大きくなる方向にしかならないのに対し、本実施形態では、図12を参照しても判るように、必ず正負で現れて、相殺し合うためである。
したがって、本実施形態では、駆動信号(Com)を供給する第1配線1941、第3配線1943、第5配線1945または第7配線1947は、他の信号を供給する配線による相互インダクタンスの影響が低減されるので、オーバーシュートやアンダーシュートなどの波形乱れによる吐出不良や、該オーバーシュート等によって圧電素子37に過大電圧が印加されるという問題を回避することが可能となる。
なお、圧電素子37に過大電圧が印加されると、次のような不具合が発生する可能性が指摘されている。すなわち、圧電素子37に過大電圧が印加されると、該圧電素子37が変位し過ぎることにより、圧電素子37が剥離したり、破損したりするなどの不具合が発生する可能性がある。
また、圧電素子37に過大電圧が印加されると、ポーリング処理の電圧に対して逆の電圧が印加されることになり、圧電素子37の圧電体に応力集中が生じ、圧電体にクラックが生じるなどして、圧電素子37の特性が劣化し、電圧変化に伴う変位が正常でなくなるなどの不具合が発生する可能性がある。
ただし、本実施形態では、オーバーシュート等によって圧電素子37に過大電圧が印加されるという問題が回避されるので、上記のような圧電素子37の不具合が抑えられることができる。
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲内で適宜に併合され得る。なお、以下に例示する変形例において作用や機能が実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
上記説明では、印刷期間Taを、制御期間T1、T2、T3およびT4に4分割して、各制御期間において駆動信号(Com)を圧電素子37の一端に印加する、または印加しない構成としたが、上記説明では、印刷期間Taの分割数は「4」に限られない。
また、ヘッドモジュール5におけるプリントヘッド50の個数については「2」に限られないし、ノズルの列数についてもは「4」に限られない。
上述した実施形態では、インクジェットプリンター1について、シリアルプリンターを例にとって説明したが、このような態様に限定されるものではない。例えばインクジェットプリンター1は、複数のノズルNが媒体Pの幅よりも広く延在するようにプリントヘッド50が設けられた、いわゆるラインプリンターであってもよい。
1…インクジェットプリンター、37…圧電素子、190…FFC、1941…第1配線、1942…第2配線、1943…第3配線、1944…第4配線、1945…第5配線、1946…第6配線、1947…第7配線、1948…第8配線。

Claims (5)

  1. 第1圧電素子が駆動することにより第1液体を吐出する第1吐出部を含む複数の圧電素子からなる第1吐出部群と、
    第2圧電素子が駆動することにより第2液体を吐出する第2吐出部を含む複数の圧電素子からなる第2吐出部群と、
    前記第1圧電素子を駆動させるために、前記第1圧電素子の一端に駆動信号を供給するための第1配線と、
    前記第1圧電素子の他端の電位を保持するように所定の電位の信号を供給する第2配線と、
    前記第2圧電素子を駆動させるために、前記第2圧電素子の一端に駆動信号を供給するための第3配線と、
    前記第2圧電素子の他端の電位を保持するように所定の電位の信号を供給する第4配線と、
    前記第2配線は、前記第1配線と前記第4配線との間に配され、
    前記第4配線は、前記第2配線と前記第3配線との間に配され、
    前記第1配線と前記第3配線の間には、前記第2配線および前記第4配線が配されている
    ことを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記第1配線と、前記第2配線と、前記第3配線と、前記第4配線とは、1枚のフレキシブルフラットケーブルで構成される
    ことを特徴とする請求項1記載の液体吐出装置。
  3. 前記第1配線は、前記第1圧電素子に対して駆動信号を供給する配線であって、
    前記第1圧電素子に含まれる駆動対象となる圧電素子の数に応じて、前記第1配線を流れる電流量が変化する
    ことを特徴とする請求項1または2記載の液体吐出装置。
  4. 第1吐出部群には300個以上の吐出部が含まれる
    ことを特徴とする請求項3記載の液体吐出装置。
  5. A3以上の媒体に対し、
    第1吐出部および第2吐出部は、相対的に移動しながら液体を吐出する
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の液体吐出装置。
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