JP4337368B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法に関し、例えば発熱素子の駆動によりインク液滴を飛び出させるプリンタに適用することができる。本発明は、少なくとも到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理等の分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まってきている。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されている。
【０００３】
これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘッドに設けられたノズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成により高画質の画像を出力することができる。このインクジェット方式は、インクを保持した液室の圧力を圧力可変素子により可変することにより、ノズルからインク液滴を飛び出させるようになされており、この圧力可変素子の種類により静電引力方式、連続振動発生方式（ピエゾ方式）及びサーマル方式に分類される。
【０００４】
これらの方式のうちサーマル方式は、圧力可変素子に発熱素子が適用され、この発熱素子によるインクの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡による圧力によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷することができる。
【０００５】
このようなサーマル方式によるプリンタに適用されるプリンタヘッドは、例えば特開平７−６８７５９号公報に開示のように、半導体基板上に、発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路等を作成した後、発熱素子、インク液室、ノズルを順次作成して形成されるようになされ、これにより発熱素子と駆動回路等を一体化して発熱素子を高密度に配置し、高解像度の印刷結果を出力できるようになされている。
【０００６】
このようなプリンタヘッドにおいては、特開平８−４８０３４号公報に開示されているように、各液室に複数の圧力可変素子を設け、この複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させることにより、液滴の飛び出す方向を制御する方法が提案されるようになされている。
【０００７】
すなわち図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ノズル１を設けてなるインク液室２に対して、インク液室２の並び方向にそれぞれ発熱素子３Ａ及び３Ｂを並べて設ける。各インク液室２に設けられた発熱素子３Ａ及び３Ｂの一端を電源５に接続し、またそれぞれ発熱素子３Ａ及び３Ｂの他端をトランジスタ７Ａ、７Ｂに接続し、このトランジスタ７Ａ、７Ｂを介して各発熱素子３Ａ、３Ｂの他端を接地する。トランジスタ７Ａ及び７Ｂにおいては、制御回路９のタイミング制御により、それぞれ所定のタイミングでオン状態に切り換わって発熱素子３Ａ、３Ｂを駆動し、制御回路９によるこのオン状態におけるゲート電圧の設定により、発熱素子３Ａ、３Ｂに流れる電流ＩＡ、ＩＢを制御する。なおこの場合において、発熱素子３Ａ及び３Ｂは、形状、抵抗値がほぼ等しいものとし、ノズル１の中心軸に対してほぼ対称に配置され、またインク液室２においては、これら発熱素子３Ａ及び３Ｂの配列方向に対して偏りなく作成されているものとする。
【０００８】
このようにプリンタヘッドを構成して、発熱素子３Ａ、３Ｂの駆動電流ＩＡ及びＩＢをほぼ等しくすると、インク液滴においては、ノズル１より正面方向に飛び出す。これに対して発熱素子３Ａ、３Ｂの駆動電流ＩＡ及びＩＢを相補的に変化させれば、駆動電流が小さくなって発熱量が少なくなった発熱素子の側に、インク液滴が傾いて飛び出すようになり、駆動電流ＩＡ及びＩＢの偏りを大きくすると、その分、この傾きも大きくなる。これによりこの方法では、各液室に設けた複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させて液滴の飛び出す方向を制御するようになされている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−６８７５９号公報
【特許文献２】
特開平８−４８０３４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのように各液室に設けた複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させて液滴の飛び出す方向を制御する方法においては、プリンタヘッドの製造バラツキの補正に利用する場合、解像度の向上に利用する場合等、種々の利用が考えられる。
【００１１】
これらの利用のうち、隣接するノズルが受け持つ印刷可能範囲が一部で重なり合うように設定すれば、この重なり合った領域では、双方のノズルによるインク液滴を混在させることができ、インク液滴のインク量等、ノズルによる各種のばらつきを目立たなくし得、これにより一段と高品位の印刷結果を得ることができると考えられる。
【００１２】
しかしながらこのようにするとインク液滴が印刷対象に付着する前に、インク液滴同士が衝突する場合が発生し、この衝突によりインク液滴が印刷対象に付着することが困難になり、却って印刷結果の品位が劣化する問題がある。因みにラインプリンタにおいては、この印刷結果における品位の劣化が用紙送り方向に延長するスジ状の印刷ムラとなって観察される。
【００１３】
すなわち図１０に示すように、インク液滴の向きの可変によりノズル１Ａ、１Ｂから飛び出したインク液滴が目標において到達し得る範囲を着弾可能範囲ＡＲＡ及びＡＲＢとして、これら着弾可能範囲ＡＲＡ及びＡＲＢが部分的に重なり合うように、ノズル１Ａ、１Ｂを近接して配置する。
【００１４】
この場合に、符号ＬＡ１及びＬＢ１により各インク液滴の軌跡を示すように、インク液滴の軌跡が交差し、かつ対称である場合、インク液滴を同時に飛び出させるとインク液滴が途中で衝突することになる。
【００１５】
またタイミングをずらしてインク液滴を吐出させた場合でも、インク液滴の軌跡、タイミングによっては、インク液滴が衝突することになる。すなわち符号ＬＢ２に示すように、一方のノズル１Ｂからは真っ直ぐにインク液滴を飛び出させ、他方のノズル１Ａからは、このノズル１Ｂのインク液滴の軌道を横切るように、インク液滴を飛び出させる。この場合に、ノズル１Ａから飛び出したインク液滴について、２つの軌跡の交点に到達するまでの時間Ｔ１は、Ｔ１＝（Ｗ2 ＋Ｌ2 ）1/2 ／ｖにより表される。ここでＷは、ノズル１Ａ、１Ｂの間隔、Ｌは、ノズル１Ｂから２つの軌跡が交差する点までの距離、ｖはインク液滴の速度である。これに対してノズル１Ｂのインク液滴は、ノズル１Ｂから飛び出してこの交点に到達するまでに、Ｔ２＝Ｌ／ｖの時間を要する。図１１は、距離Ｌを２ｍｍに設定して、このような印刷対象にインク液滴が付着するまでの時間を計算した結果である。なおここで速度ｖは、１０〔ｍ／ｓｅｃ〕である。
【００１６】
これによりこの場合は、ノズル１Ａより先にインク液滴を飛び出させて、その後、時間ΔＴ（Ｔ１−Ｔ２）だけ経過してノズル１Ｂからインク液滴を飛び出させると、インク液滴が衝突してしまうことになる。
【００１７】
実際上、インク液滴は有限の大きさを有することにより、このような時間ΔＴを中心にしたインク液滴の大きさに対応する所定の時間範囲で、インク液滴が衝突することになる。この衝突の時間範囲は、インク液滴が交差する位置によって種々に変化することになる。これに対して印刷に要する時間を短くするためには、各ノズルを駆動する時間間隔を短くすることが必要になり、この場合は、一段と衝突の確率が高くなる。
【００１８】
この問題を解決する１つの方法として、多数のノズルから同時に駆動するノズルの数を極端に制限して順次インク液滴を飛び出させる方法も考えられるが、この方法の場合、印刷に極端に時間を要することになる。
【００１９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法を提案しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドに適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させる。
【００２１】
また請求項４の発明においては、所定のコントローラによる制御により液体吐出ヘッドを駆動して、液体吐出ヘッドより液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させるように液体吐出ヘッドを駆動する。
【００２２】
また請求項５の発明においては、それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドの駆動方法に適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させる。
【００２３】
請求項１の構成により、それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドに適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させれば、液滴が衝突する可能性のある複数のノズルについて、液滴が衝突しないようにし得、これにより複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる。
【００２４】
また請求項４、請求項５の構成によれば、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる液体吐出装置、液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２６】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図２は、第１の実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す平面図である。この実施の形態に係るプリンタは、所定の用紙送り機構により印刷対象である用紙を搬送しながら、このプリンタヘッド１１からインク液滴を飛び出させて用紙に付着させ、これにより所望の画像、テキスト等を印刷するようになされている。
【００２７】
ここでこのプリンタヘッド１１は、ラインヘッドであり、ほぼ印刷対象である用紙の幅により延長するように、インクタンクに接続されるインク流路１２が所定の部材に形成され、このインク流路１２の両側に、ヘッドチップ１３を千鳥に配置して構成される。
【００２８】
ここでヘッドチップ１３は、略長方体形状により形成され、その長手方向の端面に沿って複数個のノズル１４が並んで設けられるようになされている。ヘッドチップ１３は、この各ノズル１４にそれぞれ図９について上述したと同様のインク吐出機構に係る１対の発熱素子、そして図４に示すような、この１対の発熱素子を駆動する駆動回路が設けられるようになされている。
【００２９】
すなわち図３に示すように、ヘッドチップ１３は、発熱素子２５Ａ、２５Ｂ、発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動する駆動回路等を形成してなる半導体基板１６に、隔壁１８を形成してインク液室２４等を形成した後、ノズル１４を作成してなるノズルプレート１９を配置して構成される。ヘッドチップ１３は、インク流路１２側の長手方向の端面に沿って発熱素子２５Ａ、２５Ｂが配列される。またこの発熱素子の並びを間に挟んで一方の側に、順次発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動する駆動回路、この駆動回路を電源等に接続する接続端子が設けられるようになされている。なおヘッドチップ１３は、実際上、半導体ウエハに複数チップ分の駆動回路、発熱素子、インク液室が作成された後、各チップにスクライビングされ、その後、ノズルプレート１９を貼り付けて作成され、これにより効率良く作成されるようになされている。
【００３０】
図４は、このインク吐出機構に係る駆動回路を関連する構成と共に示す接続図である。この図３において、コントローラ２１は、このプリンタヘッド１１の描画を制御する上位の描画コントローラからの制御により、このヘッドチップ１３に設けられた全ての駆動回路を制御する制御回路である。これに対して駆動回路は、各ノズル１４毎に設けられ、主駆動回路２２及び副駆動回路２３により構成される。
【００３１】
ここで主駆動回路２２は、コントローラ２１から出力されるコントロール信号ＳＣ１に基づいて、インク液滴を飛び出させるタイミングでインク液室２４に設けられた圧力可変素子である発熱素子２５Ａ、２５Ｂの直列回路を駆動する。これに対して副駆動回路２３は、主駆動回路２２による発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせ、これによりインク液滴の飛び出す方向を可変させる。
【００３２】
すなわち主駆動回路２２は、一端が電源２６に接続されてなる発熱素子２５Ａ及び２５Ｂによる直列回路の他端を、定電流回路を構成するＭＯＳＦＥＴ２７を介して接地する。主駆動回路２２は、インバーター回路構成のアンド回路２８を介して、コントローラ２１から出力されるコントロール信号ＳＣ１によりこのＭＯＳＦＥＴ２７の動作を制御し、これにより発熱素子２５Ａ、２５Ｂの直列回路を所定のタイミイングで電源に接続し、発熱素子２５Ａ及び２５Ｂを駆動する。これによりこのヘッドチップ１３においては、このコントロール信号ＳＣ１によるタイミングでノズル１４からインク液滴を飛び出させるようになされている。
【００３３】
これに対して副駆動回路２３は、それぞれ発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点に所定の電流を流入させ、またこの接続中点から所定の電流を流出される電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄにより構成される。ここで電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、内蔵の定電流回路の設定により、この接続中点に流入し、又は接続中点から流出させる電流の値が、４：２：１：１に設定され、またそれぞれコントロール信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤの設定により、この電流値により発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせる点を除いて同一に構成されることにより、以下の説明においては、電源回路３０Ａについて詳細に説明する。
【００３４】
かくするにつきこの実施の形態においては、これら電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄによる電流値を４：２：１：１に設定することにより、電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃでは電流値が２の階乗により段階的に変化するようになされ、これより全体として簡易な構成により発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を効率良く偏らせるようになされている。
【００３５】
しかして電源回路３０Ａは、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点への電流の流入と、これとは逆にこの接続中点からの電流の流出とを切り換える方向切り換え信号ＳＣ３をイクスクリーシブノア回路３１に入力し、これによりこの方向切り換え信号ＳＣ３によりコントロール信号ＳＡの極性を切り換える。電源回路３０Ａは、このイクスクリーシブノア回路３１の出力信号をアンド回路３２に直接入力し、またインバーター回路３３を介して極性を反転してアンド回路３４に入力する。アンド回路３２、３４は、それぞれイクスクリーシブノア回路３１の出力信号、インバーター回路３３の出力信号をコントロール信号ＳＣ１によりゲートしてＭＯＳＦＥＴ３５、３６に出力し、これによりコントロール信号ＳＣ１により発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動している期間の間、方向切り換え信号ＳＣ３、コントロール信号ＳＡに応じて相補的にＭＯＳＦＥＴ３５、３６をオンオフ制御するようになされている。
【００３６】
また電源回路３０Ａは、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせるか否かのコントロール信号ＳＣ２によりＭＯＳＦＥＴによる定電流回路３７をオンオフ制御する。電源回路３０Ａ〜３０Ｄは、この定電流回路３７の設定により、それぞれ発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせる電流値が４：２：１：１に設定されるようになされている。
【００３７】
ＭＯＳＦＥＴ３５、３６は、この定電流回路３７をソースに接続し、ＭＯＳＦＥＴ３５においては、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点にドレインが接続される。またＭＯＳＦＥＴ３６は、電源側に設けられたＭＯＳＦＥＴ３９、４０によるカレントミラー回路にドレインが接続され、このカレントミラー回路により定電流回路３７による電流値と値の等しい定電流をＭＯＳＦＥＴ４０により発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点に流入させる。かくするにつき、これらＭＯＳＦＥＴ３５、３６は、コントロール信号ＳＣ１により発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動している期間の間、方向切り換え信号ＳＣ３、コントロール信号ＳＡに応じて相補的にオンオフ制御され、また動作基準である定電流回路３７においては、コントロール信号ＳＣ２により動作することにより、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせる場合であって、接続中点より電流を流出させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ３５側がオン状態に切り換わって定電流回路３７による電流を吸い込むようになされ、またこれとは逆に接続中点に電流を流入させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ３６側がオン状態に切り換わって定電流回路３７による電流を流出させるようになされ、これによりこの発熱素子２５Ａ、２５Ｂによるノズル１４について、インク液滴の向きを制御し得るようになされている。
【００３８】
これによりこの実施の形態において、ヘッドチップ１３は、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの配列方向にインク液滴の向きを可変し得るようになされ、この配列方向がノズル１４の並び方向とほぼ一致するように、発熱素子２５Ａ、２５Ｂが併設して設けられるようになされている。また各ノズル１４から飛び出すインク液滴は、ノズル１４の並び方向において、コントロール信号ＳＡ〜ＳＤの設定に対応した離散的な位置に到達するようになされている。
【００３９】
この実施の形態では、図１（Ｃ）に示すように、印刷対象である用紙とプリンタヘッド１１との相対的な運動を停止した状態で、ノズル１４から飛び出したインク液滴が目標において到達し得る範囲、すなわちインク液滴の向きの可変に対応した目標においてインク液滴が到達し得る範囲を到達可能領域ＡＡ、ＡＢとして、この到達可能領域ＡＡ、ＡＢの一部が隣接するノズル１４で重なり合うようになされている。これによりこの実施の形態では、この重なり合う領域においては、対応する２つのノズル１４から飛び出すインク液滴を混在させて画質を向上するようになされている。
【００４０】
このプリンタにおいて、このようなノズル１４の配置に対応して、描画コントローラ５０は、ノズル１４からインク液滴を飛び出させるタイミングによりヘッドチップ１３の動作を制御する。すなわち描画コントローラ５０においては、印刷に供する画像データ、テキストデータを各ノズル１４から吐出するインク液滴によるドットの解像度に対応するビットマップ形式の画像データに変換し、この画像データを各ヘッドチップ１３のノズル１４に振り分ける。なお描画コントローラ５０は、この処理において誤差拡散法等の手法を適宜適用する。描画コントローラ５０は、この処理において、上述した到達可能領域の一部がが重なり合う領域においては、対応する画像データをこれら重なり合ってなるノズル１４にランダムに振り分け、これによりこの領域では隣接するノズルによるドットを混在させて画質を向上する。描画コントローラ５０は、これらの処理において、コントローラ２１においてコントロール信号ＳＡ〜ＳＤ、ＳＣ１〜ＳＣ３の生成に必要なコントロール信号を併せて出力する。
【００４１】
描画コントローラ５０は、このようにして各ノズルに振り分けた画像データ、コントロール信号を対応するタイミングで対応するヘッドチップ１３に出力する。この処理において描画コントローラ５０は、シリアルデータ通信の手法により、到達可能領域が重なり合ってなる隣接するノズル１４については、一方のノズル１４から飛び出したインク液滴が目標である用紙に到達する時間だけタイミングをずらして、これら隣接するノズル１４からインク液滴を飛び出させる。
【００４２】
すなわち図１（Ａ）の例においては、始めに一方のノズル１４Ａからインク液滴を飛び出させ（図１（Ａ））、このインクが用紙に付着すると、続いてノズル１４Ｂからインク液滴を飛び出させる。これにより描画コントローラ５０においては、全てのノズルからインク液滴を飛び出させる場合、この実施の形態では、偶数番目のノズルと、奇数番目のノズルとを交互に駆動するように各ヘッドチップ１３を駆動するようになされている。
【００４３】
かくするにつき、この場合、ノズル１４Ａから用紙までの距離を２〔ｍｍ〕とし、インク液滴を最も遠くまで飛ばすとき、ノズル１４Ａの中心位置から１００〔μｍ〕だけ変位した位置にインク液滴が着弾するとして、インク液滴は、２００２．５（＝（２〔ｍｍ〕2 ＋１００2 ）1/2 ）〔μｍ〕の距離を飛翔することになる。これによりインク液滴の平均速度を１０〔ｍ／ｓｅｃ〕とすると、インク液滴は、ノズル１４Ａから飛び出した後、２０１．２５〔μｓｅｃ〕で目標に到達することになる。これによりこの実施の形態においては、ノズル１４Ａからインク液滴を吐出させた後、２０１〔μｓｅｃ〕経過して隣接するノズル１４Ｂからインク液滴を飛び出させるようになされ、これによりインク液滴の衝突を有効に回避するようになされている。
【００４４】
（１−２）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、このプリンタにおいては、印刷に供する画像データ、テキストデータ等により、印刷対象である用紙を所定の用紙送り機構により搬送しながら、プリンタヘッド１１からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙に付着し、これによりプリンタヘッド１１の駆動に応じた画像、テキスト等が印刷される（図２）。
【００４５】
プリンタにおいては、このプリンタヘッド１１が、それぞれインク吐出機構を有してなる複数のヘッドチップ１３が千鳥に配置されて形成される。また各ヘッドチップ１３においては、インク流路１２に沿ってノズル１４が１列に並ぶように形成され、各ノズル１４のインク液室２４には、圧力可変素子である発熱素子２５Ａ、２５Ｂが１対設けられ、この発熱素子２５Ａ、２５Ｂの主駆動回路２２、副駆動回路２３による駆動により、ノズル１４から飛び出すインク液滴の向きが用紙送り方向と直交する方向であるノズル１４の並びの方向に可変するように制御される（図３及び図４）。
【００４６】
プリンタでは、このようにしてインク液滴の飛び出す方向を可変して、この可変に対応する目標においてインク液滴が到達し得る到達可能領域が隣接するノズル１４で一部重なり合うようにノズル１４が配置され（図４（Ａ））、この重なり合う領域においては、隣接するノズルによるインク液滴が混在するように、ヘッドチップ１３が駆動され、これによりノズル１４の特性のばらつきによる画質の劣化が有効に回避され、高品位の印刷結果を得ることができる（図１）。
【００４７】
しかしてこのように到達可能領域が隣接するノズル１４で一部重なり合うようにノズル１４を配置して、このように到達可能領域が重なり合うノズル１４Ａ、１４Ｂにおいては、一方のノズル１４Ａのインク液滴が目標である用紙に到達するだけタイミングをずらして、これら複数のノズルからインク液滴が飛び出すように制御され、これによりインク液滴の衝突が有効に回避される。
【００４８】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、少なくとも到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる。
【００４９】
（２）第２の実施の形態
この実施の形態では、第１の実施の形態に比してノズルピッチに対する到達可能領域を拡大し、これにより図５に示すように、隣接するノズル１４Ｂとの間だけでなく、隣々接するノズル１４Ｃとの間でも、到達可能領域ＡＡ〜ＡＣが重なり合うようにする。またこれら到達可能領域ＡＡ〜ＡＣが重なり合うノズル１４Ａ〜１４Ｃにより、インク液滴を混在させて画質を向上させる。なおこの実施の形態においては、このようなノズルに係る構成が異なる点を除いて第１の実施の形態と同一に構成される。
【００５０】
ここでこのようにして第１の実施の形態と同様に、単に隣接するノズル１４Ｂとの間だけでタイミングをずらしてインク液滴を飛び出させた場合、隣々接するノズル１４Ｃとの間でインク液滴が衝突した。この場合に、隣接するノズル１４Ｂとの間だけでなく、さらに隣々接するノズル１４Ｃとの間で、インク液滴が目標に到達するまでの時間をずらしてインク液滴を飛び出させるようにすると、印刷に要する時間が長くなってしまう。
【００５１】
このためこの実施の形態においては、タイミングをずらしてインク液滴を飛び出させる処理を、これら複数のノズル１４Ａ〜１４Ｃの到達可能領域ＡＡ〜ＡＣが重なり合う領域にインク液滴を飛び出させる場合に限り実行する。また各到達可能領域ＡＡ〜ＡＣをこの重なり合う領域毎に区分し、各ノズル１４Ａ〜１４Ｃからそれぞれ対応する到達可能領域ＡＡ〜ＡＣの同一の領域に向けてインク液滴を飛び出させる場合には、同時にインク液滴を飛び出させるようにする。
【００５２】
すなわち図５（Ａ）の例では、ノズル１４Ｂの到達可能領域ＡＢについては、両隣のノズル１４Ａ、１４Ｂの到達可能領域ＡＡ、ＡＣと重なり合う領域ＡＢＢ、一方の側のノズル１４Ａの到達可能領域ＡＡと重なり合う領域ＡＢＡ、他方の側のノズル１４Ｃの到達可能領域ＡＡと重なり合う領域ＡＢＣにより、到達可能領域ＡＣを区分する。
【００５３】
描画コントローラにおいては、図５（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、それぞれ各ノズル１４Ａ〜１４Ｃにおいて、これら各区分の領域に向けてインク液滴を飛び出させる場合には、同時に、インク液滴を飛び出させる。すなわち図５（Ｂ）の例では、ノズル１４Ｂから領域ＡＢＡに向けてインク液滴を飛び出させる場合であり、この場合、同時に、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃにおいても、対応する領域にインク液滴を飛び出させる。また図５（Ｃ）の例では、ノズル１４Ｂからほぼ正面の領域ＡＢＢに向けてインク液滴を飛び出させる場合であり、この場合、同時に、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃにおいても、ほぼ正面の領域にインク液滴を飛び出させる。また図５（Ｄ）の例では、ノズル１４Ｂから領域ＡＢＣに向けてインク液滴を飛び出させる場合であり、この場合、同時に、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃにおいても、同様に対応する領域にインク液滴を飛び出させる。
【００５４】
これによりこの実施の形態では、例えばノズル１４Ｂのほぼ正面の領域ＡＢＢにおいて、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃとの間でインク液滴を混在させる場合にあっても、この混在させるインク液滴にあっては、ノズル１４Ａ〜１４Ｃにおいて、第１の実施の形態と同様に、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動するようになされ、これによりインク液滴の衝突を有効に回避して高解像度による印刷結果を確保し得るようになされている。
【００５５】
以上の構成によれば、到達可能領域を区分した制御により、複数のノズルから到達可能領域の重なり合う領域に液滴を飛び出させる場合に限り、タイミングをずらして液滴を飛び出させるようにして、一段と高密度にノズルを配置等して、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
（３）第３の実施の形態
この実施の形態では、図６に示すように、１つのノズル１４の中心軸を中心にして扇状に発熱素子２５Ａ〜２５Ｄを配置する。このように発熱素子２５Ａ〜２５Ｄを配置して、この実施の形態では、対向する発熱素子２５Ａ及び２５Ｃ、２５Ｂ及び２５Ｄを直列に接続して主駆動回路及び副駆動回路にそれぞれ接続し、これによりこれら発熱素子２５Ａ〜２５Ｄの駆動により、ノズル１４の中心軸を中心にした円形形状の領域が到達可能領域に設定される。
【００５７】
またこのような円形形状による到達可能領域に対応して、図７に示すように、この到達可能領域ＡＡ、ＡＢが隣接するノズル１４Ａ、１４Ｂでのみ重なり合うように設定する。このようにしてこの実施の形態では、第１の実施の形態と同様のタイミング制御によりインク液滴を飛び出させ、これによりインク液滴の衝突を防止する。
【００５８】
この実施の形態のよれば、ノズルの配列方向と直交する方向にもインク液滴の飛び出す方向を可変する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
（４）第４の実施の形態
この実施の形態では、第３の実施の形態について上述した発熱素子２５Ａ〜２５Ｄによるノズルを高密度に配置し、図８に示すように、隣々接するノズルとの間でも、到達可能領域が重なり合うようにする。またこのようにして第２の実施の形態と同様の制御によりインク液滴を飛び出させる。なおこの実施の形態においては、このようなインク液滴に係るタイミング制御が異なる点を除いて、第３の実施の形態と同一に構成される。
【００６０】
この実施の形態によれば、ノズルの配列方向と直交する方向にもインク液滴の飛び出す方向を可変するようにして、高密度にノズルを配置する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、主駆動回路及び副駆動回路による電流駆動により発熱素子を駆動し、またこの駆動を偏らせる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電圧駆動により発熱素子を駆動し、またこの駆動を偏らせる場合、さらには図９に示すように、発熱素子に個々に設けられた駆動回路により駆動する場合等にも広く適用することができる。
【００６２】
また上述の実施の形態においては、１つのインク液室に２つ又４つの発熱素子を設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３つ以上発熱素子を設ける場合にも広く適用することができる。
【００６３】
また上述の実施の形態においては、発熱素子と駆動回路とを一体に半導体基板上に作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらを別体に構成する場合にも広く適用することができる。
【００６４】
また上述の実施の形態においては、インク液滴の向きを制御してノズルによるバラツキを補正する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、１つのノズルによりインク付着位置を可変して複数ドットを作成することによる解像度の増大にインク液滴の向きの制御を利用する場合等、印刷品位の向上、構成の簡略化等、インク液滴の向きの制御を種々に役立てる場合に広く適用することができる。
【００６５】
また上述の実施の形態においては、サーマル方式によるプリンタに本発明を適用して発熱素子による圧力可変素子を駆動する場合について述べてが、本発明はこれに限らず、ピエゾ方式、静電方式等、各種素子により圧力可変素子を構成するプリンタ、プリンタヘッドに広く適用することができる。
【００６６】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等を飛び出させる液体吐出ヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に広く適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、少なくとも到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図２】図１のプリンタヘッドを示す平面図である。
【図３】図２のプリンタヘッドにおけるヘッドチップを示す分解斜視図である。
【図４】図３のヘッドチップの駆動回路を示す接続図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るプリンタヘッドにおける発熱素子の配置を示す平面図である。
【図７】図６のプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図９】複数の発熱素子による駆動の説明に供する略線図である。
【図１０】インク液滴の衝突の説明に供する略線図である。
【図１１】インク液滴の飛翔時間を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１、１４、１４Ａ〜１４Ｃ……ノズル、２、２４……インク液室、３Ａ、３Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ……発熱素子、１１……プリンタヘッド、１２……インク流路、１３……ヘッドチップ、２２……主駆動回路、２３……副駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法に関し、例えば発熱素子の駆動によりインク液滴を飛び出させるプリンタに適用することができる。本発明は、少なくとも到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理等の分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まってきている。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されている。
【０００３】
これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘッドに設けられたノズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成により高画質の画像を出力することができる。このインクジェット方式は、インクを保持した液室の圧力を圧力可変素子により可変することにより、ノズルからインク液滴を飛び出させるようになされており、この圧力可変素子の種類により静電引力方式、連続振動発生方式（ピエゾ方式）及びサーマル方式に分類される。
【０００４】
これらの方式のうちサーマル方式は、圧力可変素子に発熱素子が適用され、この発熱素子によるインクの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡による圧力によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷することができる。
【０００５】
このようなサーマル方式によるプリンタに適用されるプリンタヘッドは、例えば特開平７−６８７５９号公報に開示のように、半導体基板上に、発熱素子を駆動するロジック集積回路による駆動回路等を作成した後、発熱素子、インク液室、ノズルを順次作成して形成されるようになされ、これにより発熱素子と駆動回路等を一体化して発熱素子を高密度に配置し、高解像度の印刷結果を出力できるようになされている。
【０００６】
このようなプリンタヘッドにおいては、特開平８−４８０３４号公報に開示されているように、各液室に複数の圧力可変素子を設け、この複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させることにより、液滴の飛び出す方向を制御する方法が提案されるようになされている。
【０００７】
すなわち図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ノズル１を設けてなるインク液室２に対して、インク液室２の並び方向にそれぞれ発熱素子３Ａ及び３Ｂを並べて設ける。各インク液室２に設けられた発熱素子３Ａ及び３Ｂの一端を電源５に接続し、またそれぞれ発熱素子３Ａ及び３Ｂの他端をトランジスタ７Ａ、７Ｂに接続し、このトランジスタ７Ａ、７Ｂを介して各発熱素子３Ａ、３Ｂの他端を接地する。トランジスタ７Ａ及び７Ｂにおいては、制御回路９のタイミング制御により、それぞれ所定のタイミングでオン状態に切り換わって発熱素子３Ａ、３Ｂを駆動し、制御回路９によるこのオン状態におけるゲート電圧の設定により、発熱素子３Ａ、３Ｂに流れる電流ＩＡ、ＩＢを制御する。なおこの場合において、発熱素子３Ａ及び３Ｂは、形状、抵抗値がほぼ等しいものとし、ノズル１の中心軸に対してほぼ対称に配置され、またインク液室２においては、これら発熱素子３Ａ及び３Ｂの配列方向に対して偏りなく作成されているものとする。
【０００８】
このようにプリンタヘッドを構成して、発熱素子３Ａ、３Ｂの駆動電流ＩＡ及びＩＢをほぼ等しくすると、インク液滴においては、ノズル１より正面方向に飛び出す。これに対して発熱素子３Ａ、３Ｂの駆動電流ＩＡ及びＩＢを相補的に変化させれば、駆動電流が小さくなって発熱量が少なくなった発熱素子の側に、インク液滴が傾いて飛び出すようになり、駆動電流ＩＡ及びＩＢの偏りを大きくすると、その分、この傾きも大きくなる。これによりこの方法では、各液室に設けた複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させて液滴の飛び出す方向を制御するようになされている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−６８７５９号公報
【特許文献２】
特開平８−４８０３４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのように各液室に設けた複数の圧力可変素子の駆動により、液室内における圧力変化の中心を変位させて液滴の飛び出す方向を制御する方法においては、プリンタヘッドの製造バラツキの補正に利用する場合、解像度の向上に利用する場合等、種々の利用が考えられる。
【００１１】
これらの利用のうち、隣接するノズルが受け持つ印刷可能範囲が一部で重なり合うように設定すれば、この重なり合った領域では、双方のノズルによるインク液滴を混在させることができ、インク液滴のインク量等、ノズルによる各種のばらつきを目立たなくし得、これにより一段と高品位の印刷結果を得ることができると考えられる。
【００１２】
しかしながらこのようにするとインク液滴が印刷対象に付着する前に、インク液滴同士が衝突する場合が発生し、この衝突によりインク液滴が印刷対象に付着することが困難になり、却って印刷結果の品位が劣化する問題がある。因みにラインプリンタにおいては、この印刷結果における品位の劣化が用紙送り方向に延長するスジ状の印刷ムラとなって観察される。
【００１３】
すなわち図１０に示すように、インク液滴の向きの可変によりノズル１Ａ、１Ｂから飛び出したインク液滴が目標において到達し得る範囲を着弾可能範囲ＡＲＡ及びＡＲＢとして、これら着弾可能範囲ＡＲＡ及びＡＲＢが部分的に重なり合うように、ノズル１Ａ、１Ｂを近接して配置する。
【００１４】
この場合に、符号ＬＡ１及びＬＢ１により各インク液滴の軌跡を示すように、インク液滴の軌跡が交差し、かつ対称である場合、インク液滴を同時に飛び出させるとインク液滴が途中で衝突することになる。
【００１５】
またタイミングをずらしてインク液滴を吐出させた場合でも、インク液滴の軌跡、タイミングによっては、インク液滴が衝突することになる。すなわち符号ＬＢ２に示すように、一方のノズル１Ｂからは真っ直ぐにインク液滴を飛び出させ、他方のノズル１Ａからは、このノズル１Ｂのインク液滴の軌道を横切るように、インク液滴を飛び出させる。この場合に、ノズル１Ａから飛び出したインク液滴について、２つの軌跡の交点に到達するまでの時間Ｔ１は、Ｔ１＝（Ｗ2 ＋Ｌ2 ）1/2 ／ｖにより表される。ここでＷは、ノズル１Ａ、１Ｂの間隔、Ｌは、ノズル１Ｂから２つの軌跡が交差する点までの距離、ｖはインク液滴の速度である。これに対してノズル１Ｂのインク液滴は、ノズル１Ｂから飛び出してこの交点に到達するまでに、Ｔ２＝Ｌ／ｖの時間を要する。図１１は、距離Ｌを２ｍｍに設定して、このような印刷対象にインク液滴が付着するまでの時間を計算した結果である。なおここで速度ｖは、１０〔ｍ／ｓｅｃ〕である。
【００１６】
これによりこの場合は、ノズル１Ａより先にインク液滴を飛び出させて、その後、時間ΔＴ（Ｔ１−Ｔ２）だけ経過してノズル１Ｂからインク液滴を飛び出させると、インク液滴が衝突してしまうことになる。
【００１７】
実際上、インク液滴は有限の大きさを有することにより、このような時間ΔＴを中心にしたインク液滴の大きさに対応する所定の時間範囲で、インク液滴が衝突することになる。この衝突の時間範囲は、インク液滴が交差する位置によって種々に変化することになる。これに対して印刷に要する時間を短くするためには、各ノズルを駆動する時間間隔を短くすることが必要になり、この場合は、一段と衝突の確率が高くなる。
【００１８】
この問題を解決する１つの方法として、多数のノズルから同時に駆動するノズルの数を極端に制限して順次インク液滴を飛び出させる方法も考えられるが、この方法の場合、印刷に極端に時間を要することになる。
【００１９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法を提案しようとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドに適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させる。
【００２１】
また請求項４の発明においては、所定のコントローラによる制御により液体吐出ヘッドを駆動して、液体吐出ヘッドより液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させるように液体吐出ヘッドを駆動する。
【００２２】
また請求項５の発明においては、それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドの駆動方法に適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させる。
【００２３】
請求項１の構成により、それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドに適用して、少なくとも液滴の向きの可変に対応して目標において液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして、複数のノズルから液滴を飛び出させれば、液滴が衝突する可能性のある複数のノズルについて、液滴が衝突しないようにし得、これにより複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる。
【００２４】
また請求項４、請求項５の構成によれば、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる液体吐出装置、液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２６】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図２は、第１の実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す平面図である。この実施の形態に係るプリンタは、所定の用紙送り機構により印刷対象である用紙を搬送しながら、このプリンタヘッド１１からインク液滴を飛び出させて用紙に付着させ、これにより所望の画像、テキスト等を印刷するようになされている。
【００２７】
ここでこのプリンタヘッド１１は、ラインヘッドであり、ほぼ印刷対象である用紙の幅により延長するように、インクタンクに接続されるインク流路１２が所定の部材に形成され、このインク流路１２の両側に、ヘッドチップ１３を千鳥に配置して構成される。
【００２８】
ここでヘッドチップ１３は、略長方体形状により形成され、その長手方向の端面に沿って複数個のノズル１４が並んで設けられるようになされている。ヘッドチップ１３は、この各ノズル１４にそれぞれ図９について上述したと同様のインク吐出機構に係る１対の発熱素子、そして図４に示すような、この１対の発熱素子を駆動する駆動回路が設けられるようになされている。
【００２９】
すなわち図３に示すように、ヘッドチップ１３は、発熱素子２５Ａ、２５Ｂ、発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動する駆動回路等を形成してなる半導体基板１６に、隔壁１８を形成してインク液室２４等を形成した後、ノズル１４を作成してなるノズルプレート１９を配置して構成される。ヘッドチップ１３は、インク流路１２側の長手方向の端面に沿って発熱素子２５Ａ、２５Ｂが配列される。またこの発熱素子の並びを間に挟んで一方の側に、順次発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動する駆動回路、この駆動回路を電源等に接続する接続端子が設けられるようになされている。なおヘッドチップ１３は、実際上、半導体ウエハに複数チップ分の駆動回路、発熱素子、インク液室が作成された後、各チップにスクライビングされ、その後、ノズルプレート１９を貼り付けて作成され、これにより効率良く作成されるようになされている。
【００３０】
図４は、このインク吐出機構に係る駆動回路を関連する構成と共に示す接続図である。この図３において、コントローラ２１は、このプリンタヘッド１１の描画を制御する上位の描画コントローラからの制御により、このヘッドチップ１３に設けられた全ての駆動回路を制御する制御回路である。これに対して駆動回路は、各ノズル１４毎に設けられ、主駆動回路２２及び副駆動回路２３により構成される。
【００３１】
ここで主駆動回路２２は、コントローラ２１から出力されるコントロール信号ＳＣ１に基づいて、インク液滴を飛び出させるタイミングでインク液室２４に設けられた圧力可変素子である発熱素子２５Ａ、２５Ｂの直列回路を駆動する。これに対して副駆動回路２３は、主駆動回路２２による発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせ、これによりインク液滴の飛び出す方向を可変させる。
【００３２】
すなわち主駆動回路２２は、一端が電源２６に接続されてなる発熱素子２５Ａ及び２５Ｂによる直列回路の他端を、定電流回路を構成するＭＯＳＦＥＴ２７を介して接地する。主駆動回路２２は、インバーター回路構成のアンド回路２８を介して、コントローラ２１から出力されるコントロール信号ＳＣ１によりこのＭＯＳＦＥＴ２７の動作を制御し、これにより発熱素子２５Ａ、２５Ｂの直列回路を所定のタイミイングで電源に接続し、発熱素子２５Ａ及び２５Ｂを駆動する。これによりこのヘッドチップ１３においては、このコントロール信号ＳＣ１によるタイミングでノズル１４からインク液滴を飛び出させるようになされている。
【００３３】
これに対して副駆動回路２３は、それぞれ発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点に所定の電流を流入させ、またこの接続中点から所定の電流を流出される電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄにより構成される。ここで電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄは、内蔵の定電流回路の設定により、この接続中点に流入し、又は接続中点から流出させる電流の値が、４：２：１：１に設定され、またそれぞれコントロール信号ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ、ＳＤの設定により、この電流値により発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせる点を除いて同一に構成されることにより、以下の説明においては、電源回路３０Ａについて詳細に説明する。
【００３４】
かくするにつきこの実施の形態においては、これら電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄによる電流値を４：２：１：１に設定することにより、電源回路３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃでは電流値が２の階乗により段階的に変化するようになされ、これより全体として簡易な構成により発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を効率良く偏らせるようになされている。
【００３５】
しかして電源回路３０Ａは、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点への電流の流入と、これとは逆にこの接続中点からの電流の流出とを切り換える方向切り換え信号ＳＣ３をイクスクリーシブノア回路３１に入力し、これによりこの方向切り換え信号ＳＣ３によりコントロール信号ＳＡの極性を切り換える。電源回路３０Ａは、このイクスクリーシブノア回路３１の出力信号をアンド回路３２に直接入力し、またインバーター回路３３を介して極性を反転してアンド回路３４に入力する。アンド回路３２、３４は、それぞれイクスクリーシブノア回路３１の出力信号、インバーター回路３３の出力信号をコントロール信号ＳＣ１によりゲートしてＭＯＳＦＥＴ３５、３６に出力し、これによりコントロール信号ＳＣ１により発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動している期間の間、方向切り換え信号ＳＣ３、コントロール信号ＳＡに応じて相補的にＭＯＳＦＥＴ３５、３６をオンオフ制御するようになされている。
【００３６】
また電源回路３０Ａは、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせるか否かのコントロール信号ＳＣ２によりＭＯＳＦＥＴによる定電流回路３７をオンオフ制御する。電源回路３０Ａ〜３０Ｄは、この定電流回路３７の設定により、それぞれ発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせる電流値が４：２：１：１に設定されるようになされている。
【００３７】
ＭＯＳＦＥＴ３５、３６は、この定電流回路３７をソースに接続し、ＭＯＳＦＥＴ３５においては、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点にドレインが接続される。またＭＯＳＦＥＴ３６は、電源側に設けられたＭＯＳＦＥＴ３９、４０によるカレントミラー回路にドレインが接続され、このカレントミラー回路により定電流回路３７による電流値と値の等しい定電流をＭＯＳＦＥＴ４０により発熱素子２５Ａ、２５Ｂの接続中点に流入させる。かくするにつき、これらＭＯＳＦＥＴ３５、３６は、コントロール信号ＳＣ１により発熱素子２５Ａ、２５Ｂを駆動している期間の間、方向切り換え信号ＳＣ３、コントロール信号ＳＡに応じて相補的にオンオフ制御され、また動作基準である定電流回路３７においては、コントロール信号ＳＣ２により動作することにより、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの駆動を偏らせる場合であって、接続中点より電流を流出させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ３５側がオン状態に切り換わって定電流回路３７による電流を吸い込むようになされ、またこれとは逆に接続中点に電流を流入させる場合には、ＭＯＳＦＥＴ３６側がオン状態に切り換わって定電流回路３７による電流を流出させるようになされ、これによりこの発熱素子２５Ａ、２５Ｂによるノズル１４について、インク液滴の向きを制御し得るようになされている。
【００３８】
これによりこの実施の形態において、ヘッドチップ１３は、発熱素子２５Ａ、２５Ｂの配列方向にインク液滴の向きを可変し得るようになされ、この配列方向がノズル１４の並び方向とほぼ一致するように、発熱素子２５Ａ、２５Ｂが併設して設けられるようになされている。また各ノズル１４から飛び出すインク液滴は、ノズル１４の並び方向において、コントロール信号ＳＡ〜ＳＤの設定に対応した離散的な位置に到達するようになされている。
【００３９】
この実施の形態では、図１（Ｃ）に示すように、印刷対象である用紙とプリンタヘッド１１との相対的な運動を停止した状態で、ノズル１４から飛び出したインク液滴が目標において到達し得る範囲、すなわちインク液滴の向きの可変に対応した目標においてインク液滴が到達し得る範囲を到達可能領域ＡＡ、ＡＢとして、この到達可能領域ＡＡ、ＡＢの一部が隣接するノズル１４で重なり合うようになされている。これによりこの実施の形態では、この重なり合う領域においては、対応する２つのノズル１４から飛び出すインク液滴を混在させて画質を向上するようになされている。
【００４０】
このプリンタにおいて、このようなノズル１４の配置に対応して、描画コントローラ５０は、ノズル１４からインク液滴を飛び出させるタイミングによりヘッドチップ１３の動作を制御する。すなわち描画コントローラ５０においては、印刷に供する画像データ、テキストデータを各ノズル１４から吐出するインク液滴によるドットの解像度に対応するビットマップ形式の画像データに変換し、この画像データを各ヘッドチップ１３のノズル１４に振り分ける。なお描画コントローラ５０は、この処理において誤差拡散法等の手法を適宜適用する。描画コントローラ５０は、この処理において、上述した到達可能領域の一部がが重なり合う領域においては、対応する画像データをこれら重なり合ってなるノズル１４にランダムに振り分け、これによりこの領域では隣接するノズルによるドットを混在させて画質を向上する。描画コントローラ５０は、これらの処理において、コントローラ２１においてコントロール信号ＳＡ〜ＳＤ、ＳＣ１〜ＳＣ３の生成に必要なコントロール信号を併せて出力する。
【００４１】
描画コントローラ５０は、このようにして各ノズルに振り分けた画像データ、コントロール信号を対応するタイミングで対応するヘッドチップ１３に出力する。この処理において描画コントローラ５０は、シリアルデータ通信の手法により、到達可能領域が重なり合ってなる隣接するノズル１４については、一方のノズル１４から飛び出したインク液滴が目標である用紙に到達する時間だけタイミングをずらして、これら隣接するノズル１４からインク液滴を飛び出させる。
【００４２】
すなわち図１（Ａ）の例においては、始めに一方のノズル１４Ａからインク液滴を飛び出させ（図１（Ａ））、このインクが用紙に付着すると、続いてノズル１４Ｂからインク液滴を飛び出させる。これにより描画コントローラ５０においては、全てのノズルからインク液滴を飛び出させる場合、この実施の形態では、偶数番目のノズルと、奇数番目のノズルとを交互に駆動するように各ヘッドチップ１３を駆動するようになされている。
【００４３】
かくするにつき、この場合、ノズル１４Ａから用紙までの距離を２〔ｍｍ〕とし、インク液滴を最も遠くまで飛ばすとき、ノズル１４Ａの中心位置から１００〔μｍ〕だけ変位した位置にインク液滴が着弾するとして、インク液滴は、２００２．５（＝（２〔ｍｍ〕2 ＋１００2 ）1/2 ）〔μｍ〕の距離を飛翔することになる。これによりインク液滴の平均速度を１０〔ｍ／ｓｅｃ〕とすると、インク液滴は、ノズル１４Ａから飛び出した後、２０１．２５〔μｓｅｃ〕で目標に到達することになる。これによりこの実施の形態においては、ノズル１４Ａからインク液滴を吐出させた後、２０１〔μｓｅｃ〕経過して隣接するノズル１４Ｂからインク液滴を飛び出させるようになされ、これによりインク液滴の衝突を有効に回避するようになされている。
【００４４】
（１−２）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、このプリンタにおいては、印刷に供する画像データ、テキストデータ等により、印刷対象である用紙を所定の用紙送り機構により搬送しながら、プリンタヘッド１１からインク液滴が吐出され、このインク液滴が搬送中の用紙に付着し、これによりプリンタヘッド１１の駆動に応じた画像、テキスト等が印刷される（図２）。
【００４５】
プリンタにおいては、このプリンタヘッド１１が、それぞれインク吐出機構を有してなる複数のヘッドチップ１３が千鳥に配置されて形成される。また各ヘッドチップ１３においては、インク流路１２に沿ってノズル１４が１列に並ぶように形成され、各ノズル１４のインク液室２４には、圧力可変素子である発熱素子２５Ａ、２５Ｂが１対設けられ、この発熱素子２５Ａ、２５Ｂの主駆動回路２２、副駆動回路２３による駆動により、ノズル１４から飛び出すインク液滴の向きが用紙送り方向と直交する方向であるノズル１４の並びの方向に可変するように制御される（図３及び図４）。
【００４６】
プリンタでは、このようにしてインク液滴の飛び出す方向を可変して、この可変に対応する目標においてインク液滴が到達し得る到達可能領域が隣接するノズル１４で一部重なり合うようにノズル１４が配置され（図４（Ａ））、この重なり合う領域においては、隣接するノズルによるインク液滴が混在するように、ヘッドチップ１３が駆動され、これによりノズル１４の特性のばらつきによる画質の劣化が有効に回避され、高品位の印刷結果を得ることができる（図１）。
【００４７】
しかしてこのように到達可能領域が隣接するノズル１４で一部重なり合うようにノズル１４を配置して、このように到達可能領域が重なり合うノズル１４Ａ、１４Ｂにおいては、一方のノズル１４Ａのインク液滴が目標である用紙に到達するだけタイミングをずらして、これら複数のノズルからインク液滴が飛び出すように制御され、これによりインク液滴の衝突が有効に回避される。
【００４８】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、少なくとも到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる。
【００４９】
（２）第２の実施の形態
この実施の形態では、第１の実施の形態に比してノズルピッチに対する到達可能領域を拡大し、これにより図５に示すように、隣接するノズル１４Ｂとの間だけでなく、隣々接するノズル１４Ｃとの間でも、到達可能領域ＡＡ〜ＡＣが重なり合うようにする。またこれら到達可能領域ＡＡ〜ＡＣが重なり合うノズル１４Ａ〜１４Ｃにより、インク液滴を混在させて画質を向上させる。なおこの実施の形態においては、このようなノズルに係る構成が異なる点を除いて第１の実施の形態と同一に構成される。
【００５０】
ここでこのようにして第１の実施の形態と同様に、単に隣接するノズル１４Ｂとの間だけでタイミングをずらしてインク液滴を飛び出させた場合、隣々接するノズル１４Ｃとの間でインク液滴が衝突した。この場合に、隣接するノズル１４Ｂとの間だけでなく、さらに隣々接するノズル１４Ｃとの間で、インク液滴が目標に到達するまでの時間をずらしてインク液滴を飛び出させるようにすると、印刷に要する時間が長くなってしまう。
【００５１】
このためこの実施の形態においては、タイミングをずらしてインク液滴を飛び出させる処理を、これら複数のノズル１４Ａ〜１４Ｃの到達可能領域ＡＡ〜ＡＣが重なり合う領域にインク液滴を飛び出させる場合に限り実行する。また各到達可能領域ＡＡ〜ＡＣをこの重なり合う領域毎に区分し、各ノズル１４Ａ〜１４Ｃからそれぞれ対応する到達可能領域ＡＡ〜ＡＣの同一の領域に向けてインク液滴を飛び出させる場合には、同時にインク液滴を飛び出させるようにする。
【００５２】
すなわち図５（Ａ）の例では、ノズル１４Ｂの到達可能領域ＡＢについては、両隣のノズル１４Ａ、１４Ｂの到達可能領域ＡＡ、ＡＣと重なり合う領域ＡＢＢ、一方の側のノズル１４Ａの到達可能領域ＡＡと重なり合う領域ＡＢＡ、他方の側のノズル１４Ｃの到達可能領域ＡＡと重なり合う領域ＡＢＣにより、到達可能領域ＡＣを区分する。
【００５３】
描画コントローラにおいては、図５（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、それぞれ各ノズル１４Ａ〜１４Ｃにおいて、これら各区分の領域に向けてインク液滴を飛び出させる場合には、同時に、インク液滴を飛び出させる。すなわち図５（Ｂ）の例では、ノズル１４Ｂから領域ＡＢＡに向けてインク液滴を飛び出させる場合であり、この場合、同時に、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃにおいても、対応する領域にインク液滴を飛び出させる。また図５（Ｃ）の例では、ノズル１４Ｂからほぼ正面の領域ＡＢＢに向けてインク液滴を飛び出させる場合であり、この場合、同時に、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃにおいても、ほぼ正面の領域にインク液滴を飛び出させる。また図５（Ｄ）の例では、ノズル１４Ｂから領域ＡＢＣに向けてインク液滴を飛び出させる場合であり、この場合、同時に、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃにおいても、同様に対応する領域にインク液滴を飛び出させる。
【００５４】
これによりこの実施の形態では、例えばノズル１４Ｂのほぼ正面の領域ＡＢＢにおいて、隣接するノズル１４Ａ、１４Ｃとの間でインク液滴を混在させる場合にあっても、この混在させるインク液滴にあっては、ノズル１４Ａ〜１４Ｃにおいて、第１の実施の形態と同様に、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動するようになされ、これによりインク液滴の衝突を有効に回避して高解像度による印刷結果を確保し得るようになされている。
【００５５】
以上の構成によれば、到達可能領域を区分した制御により、複数のノズルから到達可能領域の重なり合う領域に液滴を飛び出させる場合に限り、タイミングをずらして液滴を飛び出させるようにして、一段と高密度にノズルを配置等して、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
（３）第３の実施の形態
この実施の形態では、図６に示すように、１つのノズル１４の中心軸を中心にして扇状に発熱素子２５Ａ〜２５Ｄを配置する。このように発熱素子２５Ａ〜２５Ｄを配置して、この実施の形態では、対向する発熱素子２５Ａ及び２５Ｃ、２５Ｂ及び２５Ｄを直列に接続して主駆動回路及び副駆動回路にそれぞれ接続し、これによりこれら発熱素子２５Ａ〜２５Ｄの駆動により、ノズル１４の中心軸を中心にした円形形状の領域が到達可能領域に設定される。
【００５７】
またこのような円形形状による到達可能領域に対応して、図７に示すように、この到達可能領域ＡＡ、ＡＢが隣接するノズル１４Ａ、１４Ｂでのみ重なり合うように設定する。このようにしてこの実施の形態では、第１の実施の形態と同様のタイミング制御によりインク液滴を飛び出させ、これによりインク液滴の衝突を防止する。
【００５８】
この実施の形態のよれば、ノズルの配列方向と直交する方向にもインク液滴の飛び出す方向を可変する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
（４）第４の実施の形態
この実施の形態では、第３の実施の形態について上述した発熱素子２５Ａ〜２５Ｄによるノズルを高密度に配置し、図８に示すように、隣々接するノズルとの間でも、到達可能領域が重なり合うようにする。またこのようにして第２の実施の形態と同様の制御によりインク液滴を飛び出させる。なおこの実施の形態においては、このようなインク液滴に係るタイミング制御が異なる点を除いて、第３の実施の形態と同一に構成される。
【００６０】
この実施の形態によれば、ノズルの配列方向と直交する方向にもインク液滴の飛び出す方向を可変するようにして、高密度にノズルを配置する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、主駆動回路及び副駆動回路による電流駆動により発熱素子を駆動し、またこの駆動を偏らせる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電圧駆動により発熱素子を駆動し、またこの駆動を偏らせる場合、さらには図９に示すように、発熱素子に個々に設けられた駆動回路により駆動する場合等にも広く適用することができる。
【００６２】
また上述の実施の形態においては、１つのインク液室に２つ又４つの発熱素子を設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、３つ以上発熱素子を設ける場合にも広く適用することができる。
【００６３】
また上述の実施の形態においては、発熱素子と駆動回路とを一体に半導体基板上に作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これらを別体に構成する場合にも広く適用することができる。
【００６４】
また上述の実施の形態においては、インク液滴の向きを制御してノズルによるバラツキを補正する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、１つのノズルによりインク付着位置を可変して複数ドットを作成することによる解像度の増大にインク液滴の向きの制御を利用する場合等、印刷品位の向上、構成の簡略化等、インク液滴の向きの制御を種々に役立てる場合に広く適用することができる。
【００６５】
また上述の実施の形態においては、サーマル方式によるプリンタに本発明を適用して発熱素子による圧力可変素子を駆動する場合について述べてが、本発明はこれに限らず、ピエゾ方式、静電方式等、各種素子により圧力可変素子を構成するプリンタ、プリンタヘッドに広く適用することができる。
【００６６】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等を飛び出させる液体吐出ヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に広く適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、少なくとも到達可能領域が重なり合う複数のノズルについては、１つのノズルの液滴が目標に到達する時間だけタイミングをずらして駆動することにより、複数の圧力可変素子の駆動により液滴の飛び出す方向を制御する場合に、インク液滴の衝突を有効に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図２】図１のプリンタヘッドを示す平面図である。
【図３】図２のプリンタヘッドにおけるヘッドチップを示す分解斜視図である。
【図４】図３のヘッドチップの駆動回路を示す接続図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るプリンタヘッドにおける発熱素子の配置を示す平面図である。
【図７】図６のプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るプリンタヘッドの動作の説明に供する略線図である。
【図９】複数の発熱素子による駆動の説明に供する略線図である。
【図１０】インク液滴の衝突の説明に供する略線図である。
【図１１】インク液滴の飛翔時間を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１、１４、１４Ａ〜１４Ｃ……ノズル、２、２４……インク液室、３Ａ、３Ｂ、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ……発熱素子、１１……プリンタヘッド、１２……インク流路、１３……ヘッドチップ、２２……主駆動回路、２３……副駆動回路
Claims (5)
- それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドにおいて、
前記複数個のノズルが所定の並び方向に並んで配置され、
前記液室には、複数の前記圧力可変素子が設けられ、前記複数の圧力可変素子の駆動により、前記ノズルから飛び出す液滴の向きを可変できるようになされ、
少なくとも前記液滴の向きの可変に対応して目標において前記液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う前記複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が前記目標に到達する時間だけタイミングをずらして、前記複数のノズルから前記液滴を飛び出させる
液体吐出ヘッド。 - 前記タイミングをずらして前記液滴を飛び出させる処理が、前記複数のノズルから前記到達可能領域が重なり合う領域に前記液滴を飛び出させる場合の処理である
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記圧力可変素子が発熱素子である
請求項１に記載の液体吐出ヘッド。 - 所定のコントローラによる制御により液体吐出ヘッドを駆動して、前記液体吐出ヘッドより液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドは、
それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すノズルが複数個設けられ、
前記複数個のノズルが所定の並び方向に並んで配置され、
前記液室には、複数の前記圧力可変素子が設けられ、前記複数の圧力可変素子の駆動により、前記ノズルから飛び出す液滴の向きを可変できるようになされ、
前記コントローラは、
少なくとも前記液滴の向きの可変に対応して目標において前記液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う前記複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が前記目標に到達する時間だけタイミングをずらして、前記複数のノズルから前記液滴を飛び出させるように前記液体吐出ヘッドを駆動する
液体吐出装置。 - それぞれ圧力可変素子の駆動により液滴が飛び出すノズルが複数個設けられてなる液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記液体吐出ヘッドは、
前記複数個のノズルが所定の並び方向に並んで配置され、
前記液室には、複数の前記圧力可変素子が設けられ、前記複数の圧力可変素子の駆動により、前記ノズルから飛び出す液滴の向きを可変できるようになされ、
前記液体吐出ヘッドの駆動方法は、
少なくとも前記液滴の向きの可変に対応して目標において前記液滴が到達し得る到達可能領域が重なり合う前記複数のノズルについては、少なくとも１つのノズルの液滴が前記目標に到達する時間だけタイミングをずらして、前記複数のノズルから前記液滴を飛び出させる
液体吐出ヘッドの駆動方法。
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