JP5299122B2 - 液滴噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置に関する。

従来から、紙などの被記録媒体に向けてインクの液滴を噴射して画像等を記録するインクジェットプリンタとして、１つのノズルから所定の周期（駆動周期）内に噴射する液滴量を変化させ、被記録媒体上に、サイズの異なる複数種類のドットを選択的に形成すること（階調印字）が可能に構成されたものがある。例えば、特許文献１のインクジェットプリンタは、所定の周期毎に、インクジェットヘッドに対して、パルス幅が互いに異なる３種類の駆動パルスの何れか１種類を印加し、その印加された駆動パルスに応じたサイズの液滴を噴射させる。

ところで、特許文献１においては、ノズルから噴射される液滴のサイズによって噴射速度が異なるために、被記録媒体上の着弾位置がずれてしまうことが記載されている。具体的には、小さい液滴の速度が大きい液滴よりも低くなる傾向にあるため、小さな液滴の着弾位置がずれるとの記載がある。そこで、この問題を解決する１つの手法として、小さい液滴を噴射させる際には駆動パルスを印加するタイミングを少し前にずらし、直前の周期の途中から、小さい液滴用の駆動パルスを印加するという手法が開示されている。

特開２００２−８６７６６号公報（段落０００７、０００８、図１１）

しかし、駆動パルスの印加タイミングを直前の駆動周期に重なる程度に少し早めるぐらいでは、液滴の着弾位置が大きくずれてしまう場合にはあまり効果がない。また、前記特許文献１には、液滴量が小さいほど噴射速度が遅くなると記載されているが、次に説明するように、液滴量が大きいほど噴射速度が遅くなる場合もある。この場合、被記録媒体に形成される大きなドットが、それよりも小さなドットに対して大きくずれてしまうことになるため、前記特許文献１のように小さなドットがずれる場合と比較して、その位置ずれがかなり目立ってしまい、印字品質が大きく低下する。そのため、このような大きなドットの着弾位置ずれは、最優先に解消しておきたい。

１つの駆動周期内に噴射される液滴量が大きいほど、液滴の噴射速度が小さくなってしまう例としては、以下のようなケースが挙げられる。本願出願人は、実施形態の図５（ｄ）に示されているように、インクジェットヘッドに対して１つの駆動周期内に複数の駆動パルスＰを続けて印加し、前記複数の駆動パルスＰによってノズルから液滴を連続して噴射させて、１つの駆動周期内に１つのノズルから噴射される液滴の総量を大きくするという手法を採用している。

図５（ｂ）、（ｃ）のように、１つの駆動周期内の駆動パルスＰの数が少ない（噴射液滴量が少ない）場合には、パルス幅を決定する際の時間的な制約が小さく、各駆動パルスＰのパルス幅を比較的自由に決定できるため、インクに大きなエネルギーを効果的に付与して高い液滴速度を実現することのできる、理想的なパルス幅に近づけることが可能である。しかし、図５（ｄ）のように、駆動パルスＰの数が多い（噴射液滴量が多い）場合には、これらの駆動パルスＰを１つの駆動周期内に収めなければならないという時間的な制約を受けるために、個々の駆動パルスＰのパルス幅を理想的なパルス幅よりもかなり小さくせざるを得なくなるなど、パルス幅の決定の自由度が狭まってしまう。そのため、駆動パルスＰの数が多いほど、個々の駆動パルスＰによって噴射される液滴の噴射速度が小さくなって着弾位置ずれが大きくなり、それら複数の液滴によって形成される、大きなドット全体の位置ずれ量も大きくなる。

尚、１つの駆動周期を長くすれば、駆動パルスＰの数が多くても、各駆動パルスＰのパルス幅に対する時間的な制約は小さくなり、個々の液滴の噴射速度低下を抑えることはできる。しかし、駆動周期を長くすればするほど全体の印字速度が低下することになる。逆に言えば、印字速度を速めるために駆動周期を短く設定したときに、大きなドットを形成するために１駆動周期内の駆動パルスＰの数を増やすほど、個々の駆動パルスＰのパルス幅に一層制約がかかり、その結果、大きなドットの位置がかなり大きく（例えば、１ドット以上）ずれてしまう。

本発明の目的は、１つの駆動周期内に印加される駆動パルス数が多く、噴射される液滴量が大きい場合の、液滴の着弾位置のずれを抑制することが可能な、液滴噴射装置を提供することである。

第１の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射するノズルを備えた液滴噴射ヘッドと、時間的に連続する駆動周期の各々において、所定の駆動波形を有する駆動信号を前記液滴噴射ヘッドに供給して、前記ノズルから選択的に液滴を噴射させる噴射制御手段を備え、前記噴射制御手段は、前記連続する駆動周期の各々に対して、それぞれの波形長さが１つの前記駆動周期に等しい３種類の駆動波形であって、液滴を噴射させるための駆動パルスを１以上有する第１駆動波形と、前記第１駆動波形よりも前記駆動パルスの数が多く、前記第１駆動波形よりも多くの量の液滴を噴射させる第２駆動波形と、前記駆動パルスを有さない非噴射波形の、少なくとも３種類の駆動波形から１つを選択する駆動波形選択手段と、前記駆動波形選択手段により、ある駆動周期に対して駆動パルス数の多い前記第２駆動波形が選択されているときに、前記第２駆動波形を割り当てる周期を、元の駆動周期よりも１周期以上前の駆動周期に変更する、駆動周期変更手段とを有することを特徴とするものである。

駆動波形選択手段は、時間的に連続する駆動周期の各々について、噴射制御手段が液滴噴射ヘッドに供給する駆動信号の駆動波形を決定する。より詳細には、前記駆動周期の各々に対して、第１駆動波形、第２駆動波形、及び、非噴射波形の、少なくとも３種類の駆動波形から１種類を選択する。ある駆動周期に対して非噴射波形が選択されたときには、液滴噴射ヘッドはノズルから液滴を噴射させない。また、ある駆動周期に対して第１駆動波形が選択されたときには、液滴噴射ヘッドは駆動パルスに対応した１以上の液滴をノズルから噴射させる。さらに、第２駆動波形が選択されたときには、液滴噴射ヘッドは、複数の駆動パルスにそれぞれ対応した、第１駆動波形よりも多くの量の液滴をノズルから噴射させる。つまり、第２駆動波形が選択された駆動周期においては、第１駆動波形が選択された駆動周期と比べて液滴の噴射量が多くなる。

ここで、先にも述べたように、１つの駆動周期内の駆動パルスの数が多い第２駆動波形が選択されたときには、第１駆動波形が選択されたときに比べて、複数の駆動パルスに応じて噴射される複数の液滴の速度がそれぞれ低くなってしまい、着弾位置が大きくずれてしまう。そこで、本発明では、ある駆動周期に対して駆動パルスの数が多い第２駆動波形が選択されたときには、その第２駆動波形の割り当てられる周期を１周期以上前にずらす。これにより、駆動パルスの数が多く液滴噴射量が大きい、第２駆動波形が選択されたときの、液滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、前記駆動波形選択手段は、前記第１駆動波形が選択されている前記駆動周期に対して、前記駆動周期変更手段により新たに前記第２駆動波形が割り当てられたときには、先の前記第１駆動波形の選択をキャンセルすることを特徴とするものである。

元々、第１駆動波形が選択されていた駆動周期に対して、本来、それよりも後の周期に選択されていた第２駆動波形が新たに割り当てられると、元の第１駆動波形とかぶってしまうため、元の第１駆動波形の選択はキャンセルする。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第１又は第２の発明において、前記第２駆動波形に含まれる複数の駆動パルスのうちの少なくとも２つの駆動パルスの幅が互いに異なっていることを特徴とするものである。

本発明では、複数の駆動パルスによってそれぞれ噴射される複数の液滴を、できるだけ１カ所に寄せて着弾させるために、少なくとも２つの駆動パルスの間でパルス幅を異ならせて、液滴の噴射速度に差をつける。

第４の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記駆動波形選択手段は、前記第１駆動波形と前記第２駆動波形に加えて、さらに、前記第２駆動波形と駆動パルス数が等しく、且つ、波形長さが１つの前記駆動周期よりも長い、第３駆動波形を選択可能であり、前記駆動周期変更手段は、前記駆動波形選択手段により、ある駆動周期に対して前記第２駆動波形が選択されているときにはこの第２駆動波形を割り当てる駆動周期を変更するが、前記第３駆動波形が選択されているときにはこの第３駆動波形を割り当てる駆動周期を変更しないことを特徴とするものである。

第２駆動波形と第３駆動波形では、駆動パルスの数は同じであるが、波形長さが異なる。波形長さが大きい第３駆動波形では、第２駆動波形と比べて時間的な制約が小さく、駆動パルスのパルス幅の決定自由度は高い。従って、第３駆動波形では、第２駆動波形と比べて、パルス幅を調整して液滴の噴射速度を速くすることが容易であることから、本発明では、第３駆動波形が選択されたときには、第２駆動波形が選択されたときとは違って駆動周期を変更しない。

本発明では、ある駆動周期に対して駆動パルスの数が多い第２駆動波形が選択されたときには、その第２駆動波形の割り当てられる周期を１周期以上前にずらす。これにより、駆動パルスの数が多く液滴噴射量が大きい、第２駆動波形が選択されたときの液滴の着弾位置のずれを小さくすることができる。

本実施形態に係るプリンタの概略構成を示す平面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の一部拡大図である。 図３のIV-IV線断面図である。 ４種類の駆動波形を示す図である。 プリンタの電気的構成を示すブロック図である。 ノズルから大玉と中玉が噴射されたときのそれぞれの軌跡を示す図である。 液滴の噴射速度差と着弾ずれ量の関係を示すグラフである。 駆動周期変更の適用例を示す図である。 駆動周期変更を適用した印字結果と適用しない印字結果（片方向印字）を示す図である。 駆動周期変更を適用した印字結果と適用しない印字結果（両方向印字）を示す図である。 変更形態に係る大玉波形と大玉ロング波形を示す図である。 別の変更形態に係る４種類の駆動波形を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクの液滴を噴射するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。

まず、本実施形態のインクジェットプリンタ１（液滴噴射装置）の概略構成について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。この図１に示すように、プリンタ１は、所定の走査方向（図１の左右方向）に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたインクジェットヘッド３（液滴噴射ヘッド）と、記録用紙１００を、走査方向と直交する搬送方向（図１の下方）に搬送する搬送機構４等を備えている。

キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って走査方向に移動するようになっている。

このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３が搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に複数のノズル３０（図２〜図４参照）を備えている。このインクジェットヘッド３は、搬送機構４により図１の下方（搬送方向）に搬送される記録用紙１００に対して、図示しないインクカートリッジから供給されたインクを複数のノズル３０から噴射するように構成されている。

搬送機構４は、インクジェットヘッド３よりも搬送方向上流側に配置された給紙ローラ１２と、インクジェットヘッド３よりも搬送方向下流側に配置された排紙ローラ１３とを有する。給紙ローラ１２と排紙ローラ１３は、それぞれ、給紙モータ１４と排紙モータ１５により回転駆動される。そして、この搬送機構４は、給紙ローラ１２により、記録用紙１００を図１の上方からインクジェットヘッド３へ搬送するとともに、排紙ローラ１３により、インクジェットヘッド３によって画像や文字等が記録された記録用紙１００を図１の下方へ排出する。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２はインクジェットヘッドの平面図、図３は図２の一部拡大図、図４は図３のIV-IV線断面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル３０や圧力室２４を含むインク流路が形成された流路ユニット６と、圧力室２４内のインクに圧力を付与する圧電式のアクチュエータユニット７とを備えている。

まず、流路ユニット６について説明する。図４に示すように、流路ユニット６はキャビティプレート２０、ベースプレート２１、マニホールドプレート２２、及びノズルプレート２３を備えており、これら４枚のプレート２０〜２３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート２０、ベースプレート２１及びマニホールドプレート２２は、それぞれ、ステンレス鋼等の金属材料からなる平面視で略矩形状の板である。そのため、これら３枚のプレート２０〜２２に、後述するマニホールド２７や圧力室２４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート２３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート２２の下面に接着剤で接合される。

図２〜図４に示すように、４枚のプレート２０〜２３のうち、最も上方に位置するキャビティプレート２０には、平面に沿って配列された複数の圧力室２４がプレート２０を貫通する孔により形成されている。また、複数の圧力室２４は、搬送方向（図２の上下方向）に千鳥状に２列に配列されている。また、図４に示すように、複数の圧力室２４は上下両側から後述の振動板４０及びベースプレート２１によりそれぞれ覆われている。さらに、各圧力室２４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。

図３、図４に示すように、ベースプレート２１の、平面視で圧力室２４の長手方向両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔２５，２６が形成されている。また、マニホールドプレート２２には、平面視で、２列に配列された圧力室２４の連通孔２５側の部分と重なるように、搬送方向に延びる２つのマニホールド２７が形成されている。これら２つのマニホールド２７は、後述の振動板４０に形成されたインク供給口２８に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口２８を介してマニホールド２７へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート２２の、平面視で複数の圧力室２４のマニホールド２７と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔２６に連なる複数の連通孔２９も形成されている。

さらに、ノズルプレート２３の、平面視で複数の連通孔２９にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル３０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル３０は、搬送方向に沿って２列に配列された複数の圧力室２４の、マニホールド２７と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されている。

そして、図４に示すように、マニホールド２７は連通孔２５を介して圧力室２４に連通し、さらに、圧力室２４は、連通孔２６，２９を介してノズル３０に連通している。このように、流路ユニット６内には、マニホールド２７から圧力室２４を経てノズル３０に至る個別インク流路３１が複数形成されている。

尚、図２においては、説明の簡単のため、１つのインク供給口２８に連なる１種類の流路構造（マニホールド２７、圧力室２４、ノズル３０等）のみが描かれているが、実際は、本実施形態のインクジェットヘッド３は、図２に示されている流路構造が走査方向に複数並べて設けられた構成を備え、複数色（例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの４色）のインクをそれぞれ噴射可能な、カラーインクジェットヘッドである。

次に、圧電式のアクチュエータユニット７について説明する。図２〜図４に示すように、アクチュエータユニット７は、複数の圧力室２４を覆うように流路ユニット６（キャビティプレート２０）の上面に配置された振動板４０と、この振動板４０の上面に、複数の圧力室２４と対向するように配置された圧電層４１と、圧電層４１の上面に配置された複数の個別電極４２とを備えている。

振動板４０は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板４０は、キャビティプレート２０の上面に複数の圧力室２４を覆うように配設された状態で、キャビティプレート２０に接合されている。また、導電性を有する振動板４０の上面は、圧電層４１の下面側に配置されることによって、上面の複数の個別電極４２との間で圧電層４１に厚み方向の電界を生じさせる、共通電極を兼ねている。この共通電極としての振動板４０は、アクチュエータユニット７を駆動するドライバＩＣ４７のグランド配線に接続されて、常にグランド電位に保持される。

圧電層４１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなる。図２に示すように、この圧電層４１は、振動板４０の上面において、複数の圧力室２４に跨って連続的に形成されている。また、この圧電層４１は、少なくとも圧力室２４と対向する領域において厚み方向に分極されている。

圧電層４１の上面の、複数の圧力室２４と対向する領域には、複数の個別電極４２がそれぞれ配置されている。各々の個別電極４２は圧力室２４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧力室２４の中央部と対向している。また、複数の個別電極４２の端部からは、複数の接点部４５が個別電極４２の長手方向に沿ってそれぞれ引き出されている。

アクチュエータユニット７（圧電層４１）上の複数の接点部４５は、図示しない配線部材によってドライバＩＣ４７と電気的に接続されている。そして、ドライバＩＣ４７は、個別電極４２の電位を所定の駆動電位とグランド電位の間で切り替えて、個別電極４２に対応するノズル３０からインクの液滴を噴射させる。

次に、インク噴射時におけるアクチュエータユニット７の作用について説明する。ある個別電極４２に対して、ドライバＩＣ４７から所定の駆動電位が付与されたときには、この駆動電位が付与された個別電極４２とグランド電位に保持されている共通電極としての振動板４０との間に電位差が生じ、個別電極４２と振動板４０の間に挟まれた圧電層４１に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は圧電層４１の分極方向と平行であるから、個別電極４２と対向する領域（活性領域）の圧電層４１が厚み方向と直交する面方向に収縮する。ここで、圧電層４１の下側の振動板４０はキャビティプレート２０に固定されているため、この振動板４０の上面に位置する圧電層４１が面方向に収縮するのに伴って、振動板４０の圧力室２４を覆う部分が圧力室２４側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室２４内の容積が減少するために圧力室２４内のインク圧力が上昇し、この圧力室２４に連通するノズル３０からインクが噴射される。

さらに、ドライバＩＣ４７によるアクチュエータユニット７の駆動について詳細に説明する。インクジェットヘッド３がキャリッジ２とともに走査方向に移動する際に、ドライバＩＣ４７は、時間的に連続する所定の時間単位（以下、駆動周期という）の各々において、アクチュエータユニット７の複数の個別電極４２に対して、所定の駆動波形を有する駆動信号を供給することにより、前述した個別電極４２の電位の切り替えを行う。

駆動信号の駆動波形は、波形長さが前記駆動周期と等しい、４種類の駆動波形の中から選択される。図５に４種類の駆動波形を示す。尚、図５の横軸は時間（ｔ）、縦軸は駆動電圧（個別電極４２に付与される駆動電位とグランド電位の電位差）Ｖを示している。図５に示すように、４種類の駆動波形は、駆動パルスＰを有さない非噴射波形（ａ）と、駆動パルスＰをそれぞれ有する３種類のパルス波形（ｂ）〜（ｃ）からなる。非噴射波形を有する信号が個別電極４２に印加された駆動周期においては、個別電極４２の電位は変化しないため、ノズル３０から液滴は噴射されない。

３種類のパルス波形（ｂ）〜（ｃ）は、駆動パルスＰｂを１つ含む小玉波形、同じく駆動パルスＰｃを１つ含む中玉波形、及び、駆動パルスＰｄを３つ含む大玉波形からなる。小玉波形と中玉波形とでは、駆動パルスＰの数は１つで同じであるが、パルス幅Ｗが異なっている。このパルス幅Ｗがあまりに小さいと、圧力室２４内のインクに、ノズル３０から液滴を噴射させるのに十分な圧力を与えることはできない。つまり、パルス幅Ｗによって液滴に付与されるエネルギーが変化する。

本実施形態では、中玉波形の駆動パルスＰｃのパルス幅Ｗｃは、圧力室２４内のインクに最も効率よく圧力（エネルギー）を与えることができる、理想的なパルス幅に近くなっている。一方、小玉波形の駆動パルスＰｂのパルス幅Ｗｂは、中玉波形のパルス幅Ｗｃよりも若干小さくなっている。従って、小玉波形が選択された駆動周期においては、中玉波形と比べて、インクに付与される圧力が小さく、その分、噴射されるインク量は少なくなる。

一方、大玉波形は３つの駆動パルスＰｄを有することから、これら３つの駆動パルスＰｄの印加タイミングで圧力室２４内のインクに圧力が付与されることによって、１つの駆動周期内にノズル３０から３つの液滴が続けて噴射される。このように、この大玉波形が選択された駆動周期においては３つの液滴が噴射されることになるため、前述した小玉波形や中玉波形が選択された場合よりも、ノズル３０から噴射されるインクの量は多くなる。以上より、１駆動周期内に噴射されるインク量、即ち、記録用紙１００に形成されるドットの大きさは、小玉波形＜中玉波形＜大玉波形の順となる。ここで、小玉波形及び中玉波形が、本願発明の第１駆動波形に相当し、これら小玉波形及び中玉波形よりも駆動パルス数が多い大玉波形が、本願発明の第２駆動波形に相当する。

尚、大玉波形の３つの駆動パルスＰｄ１〜Ｐｄ３は、パルス幅Ｗが互いに異なっている。より詳細には、時間的に後に印加される駆動パルスＰｄほど、理想的なパルス幅（中玉のパルス幅Ｗｃ）に近づくように、パルス幅Ｗｄが大きくなっている。従って、理想的なパルス幅から大きくずれた最初の駆動パルスＰｄ１によって噴射される、最初の液滴の噴射速度が最も遅くなる一方で、理想的なパルス幅に最も近い最後の駆動パルスＰｄ３によって噴射される、最後の液滴の噴射速度が最も速くなる。これにより、最初と最後の液滴の記録用紙１００上における着弾位置を、できるだけ中央の位置（中間の液滴の着弾位置）に寄せることが可能となる。

ところで、大玉波形は、小玉波形や中玉波形よりも駆動パルスＰの数が多いため、大玉波形では、パルス幅の決定の自由度が制約される。具体的には、インクに大きな圧力を効率的に与えるためには、中玉波形と同じように、駆動パルスＰｄのパルス幅Ｗｄを、理想的なパルス幅に近づけることが好ましいのであるが、１つの駆動周期内に３つの駆動パルスＰｄを収めるという時間的な制約から、個々の駆動パルスＰｄのパルス幅Ｗｄを小さくせざるを得ない。

また、３つの駆動パルスＰｄのパルス幅Ｗｄを大きくし、それぞれで大きな圧力をインクに付与すると、場合によってはインク流路内で圧力波が重畳し、最後の駆動パルスＰｄ３が印加されるころには圧力室２４内の圧力が大きく変動して、ノズル３０からの液滴の噴射が不安定になる虞もある。これを防止するために、通常は、駆動パルスＰの間隔を十分に空ける、あるいは、駆動パルスＰの印加後に残存圧力波を抑制するための小さなパルス（安定化パルス）を印加するといった対策を取ることが多い。しかし、大玉波形においては、上記の時間的な制約がかかることから、パルス間隔を大きくしたり、安定化パルスを付加したりすることは難しい。

従って、図５に示すように、大玉波形の３つの駆動パルスＰｄのパルス幅Ｗｄは、小玉波形の駆動パルスＰｂや中玉波形の駆動パルスＰｃよりも小さくなっている。これにより、大玉波形が選択されたときに噴射される３つの液滴の噴射速度は、小玉波形や中玉波形が選択されたときの液滴速度よりも低くなり、記録用紙１００上の着弾位置がずれてしまうという問題が生じる。この着弾位置ずれの詳細、及び、その対策については後ほど説明する。

次に、プリンタ１の電気的な構成について、図６のブロック図を参照して説明する。図６に示すように、制御装置８は、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）５０、ＲＯＭ（Read Only Memory）５１、ＲＡＭ（Random Access Memory）５２、及び、これらを接続するバス５３からなるマイクロコンピュータを有する。また、バス５３には、インクジェットヘッド３のドライバＩＣ４７、キャリッジ２を駆動するキャリッジ駆動モータ１９、搬送機構４の給紙モータ１４及び排紙モータ１５等を制御する、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）５４が接続されている。また、このＡＳＩＣ５４は、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）５８を介して外部装置であるＰＣ（パーソナルコンピュータ）５９とデータ通信可能に接続されている。

また、ＡＳＩＣ５４には、ＰＣ５９から入力された印刷データに基づいてインクジェットヘッド３のドライバＩＣ４７とキャリッジ駆動モータ１９をそれぞれ制御するヘッド制御回路６１と、同じく前記印刷データに基づいて搬送機構４の給紙モータ１４と排紙モータ１５をそれぞれ制御する搬送制御回路６２等が組み込まれている。

次に、ヘッド制御回路６１（噴射制御手段）について詳細に説明する。ヘッド制御回路６１は駆動波形選択部６３を備えている。この駆動波形選択部６３は、ＰＣ５９から入力された印刷データに基づいて、時間的に連続する駆動周期の各々に対して、前述した４種類の駆動波形（図５参照）から１種類を選択して決定する。さらに、ヘッド制御回路６１は、各駆動周期に対して選択された駆動波形をドライバＩＣ４７に送信し、ドライバＩＣ４７に、駆動波形を増幅した所定電圧の駆動信号を生成させる。この駆動信号がアクチュエータユニット７の複数の個別電極４２に供給されることで、インクジェットヘッド３の各駆動周期において、複数の個別電極４２にそれぞれ対応する複数のノズル３０から選択的にインクが噴射される。

ところで、先の駆動波形に関する説明の中で述べたように、大玉波形の３つの駆動パルスＰｄのパルス幅Ｗｄは、小玉波形の駆動パルスＰｂや中玉波形の駆動パルスＰｃよりも小さくなっている。そのため、大玉波形が選択されたときに噴射される３つの液滴（以下、単に大玉ともいう）の噴射速度は、小玉波形が選択されたときの液滴（小玉）や中玉波形が選択されたときの液滴（中玉）の速度よりも低くなる。このような液滴速度の差は、記録用紙１００上の着弾位置のずれとなって表れる。図７はノズル３０から大玉と中玉が噴射されたときのそれぞれの軌跡を示す図である。尚、大玉は、実際にはノズル３０から別々のタイミングで噴射される３つの液滴からなるのであるが、図面の簡単のため、図７においては大玉を１つの大きな液滴Ｄ２で表している。この図７に示すように、インクジェットヘッド３が矢印方向に移動している状態で、あるノズル３０からインクの液滴が噴射されたときに、噴射速度の遅い大玉Ｄ２は中玉Ｄ１と比べて記録用紙１００に着弾するまでの時間が長いため、大玉Ｄ２の着弾位置が中玉Ｄ１の着弾位置に対してインクジェットヘッド３の移動方向（矢印方向）にずれてしまう。

このような液滴の噴射速度の差に起因する、大玉の着弾位置のずれはかなり大きなものとなり、１ドット以上ずれることも十分あり得る。図８は、噴射速度差と着弾ずれ量の関係を示すグラフである。この図８は、７ｍ／ｓの速度で噴射される液滴に対して、それよりも速度の低い液滴の着弾位置が、７ｍ／ｓの液滴に対してどれだけずれるかを示すものである。尚、図８では、インクジェットヘッド３のノズル３０と記録用紙１００との間のギャップは１．８ｍｍとしている。

この図８からわかるように、速度差が１ｍ／ｓ（２種類の液滴の速度が７ｍ／ｓと６ｍ／ｓ）の場合、着弾ずれ量は４０μｍ程度にもなる。これは、解像度６００ｄｐｉの場合の１ドット分（４２．３μｍ）とほぼ同じである。つまり、中玉と大玉で速度差が１ｍ／ｓ以上あれば、中玉と大玉の着弾位置が１ドット以上ずれるということである。このように、大玉の着弾位置が１ドット以上もずれるとかなり目立ってしまい、印字品質が大きく低下する。そのため、大玉の着弾位置ずれをできるだけ抑制することが必要である。

上述したように、大玉の中玉や小玉に対する着弾位置ずれは、液滴の噴射速度差に起因するものである。そこで、大玉の着弾位置ずれを抑制するために、中玉波形や小玉波形の駆動パルスＰのパルス幅を小さくするなどして、中玉や小玉の噴射速度を下げて大玉に近づけるということが考えられる。しかし、液滴の噴射速度を下げると、飛翔中の液滴の挙動が不安定になり、この挙動不安定による着弾位置ずれが発生してしまう。このことは、特に、液滴が最も小さい小玉では顕著になる。このように、中玉や小玉の噴射速度を低くして大玉に近づけることは、全体的に液滴挙動が不安定になり、印字品質が大きく損なわれる虞があるため好ましくない。

尚、本実施形態では、大玉は、実際には異なるタイミングで噴射される３つの液滴からなっており、大玉を構成する個々の液滴の速度が中玉や小玉よりも低くなっていると、上記のような飛翔中の挙動不安定が発生することは考えられる。しかし、中玉や小玉は液滴数が少ない（本実施形態では１つのみである）ため、その液滴の挙動が不安定になって着弾位置がずれたときの印字品質に及ぼす影響が大きいのに対して、大玉は３つの液滴からなるため、挙動が不安定になったときの影響は中玉や小玉ほどは大きくない。例えば、１つの液滴の挙動が不安定になっても、残り２つの液滴の挙動が正常であれば、大玉全体としての着弾位置（３つの液滴の着弾位置の中心）のずれは小さい。また、３つの液滴全ての挙動が不安定になった場合であっても、３つの液滴の間で着弾位置ずれがある程度相殺されるため、３つの液滴の着弾位置の中心である、大玉全体の位置が大きくずれることはない。

そこで、本実施形態においては、大玉波形の印加を先行して行うことにより、大玉の着弾位置のずれを抑制する。図６に示すように、ヘッド制御回路６１は駆動周期変更部６４（駆動周期変更手段）を備えており、この駆動周期変更部６４は、駆動波形選択部６３により、ある駆動周期に対して大玉波形が選択されたときには、その大玉波形を割り当てる周期を元の駆動周期よりも１周期前の駆動周期に変更する。即ち、大玉波形の駆動周期を１周期前にずらす。

図９は、上述した駆動周期変更の適用例を示す図である。図９ではＮｏ．１〜Ｎｏ．６の６つの例が挙げられており、各例においては、時間的に連続する７つの駆動周期Ａ〜Ｇに割り当てられる波形が、駆動周期変更の適用前後でどのように変わるかを示している。また、図中、“●”は大玉波形、“◎”は中玉波形、“□”は小玉波形、“−”は非噴射波形がそれぞれ選択されていることを示している。

Ｎｏ．１は、大玉のみを使用する例であり、大玉波形を割り当てる駆動周期を１周期前にずらす（Ｃ→Ｂ、Ｅ→Ｄ）。尚、大玉波形が選択されていた元の駆動周期（Ｃ，Ｅ）には、非噴射波形が選択される。

また、Ｎｏ．２は、大玉の直後に中玉を噴射する例であり、大玉波形を割り当てる駆動周期のみ１周期前にずらし（Ｃ→Ｂ、Ｄ→Ｃ）、中玉の駆動周期は変更しない。この結果、大玉波形を割り当てられた駆動周期Ｃと、元から中玉波形が割り当てられている駆動周期Ｅとの間に、インクを噴射しない駆動周期Ｄが存在することになるが、駆動周期Ｃで噴射された大玉の着弾が遅れることから、記録用紙１００上では、大玉と、駆動周期Ｅで噴射された中玉とはほぼ隣接することになる。

Ｎｏ．３は、大玉の間に中玉を使用する例である。この場合にも、大玉を割り当てる駆動周期のみ１周期前にずらす（Ｃ→Ｂ、Ｅ→Ｄ、Ｆ→Ｅ）。但し、駆動周期Ｅの大玉波形を、中玉波形が選択されている、１周期前の駆動周期Ｄに割り当てると、元の中玉波形とかぶってしまう。そこで、駆動波形選択部６３が、駆動周期Ｄに対する最初の中玉波形の選択をキャンセルした上で、駆動周期変更部６４は、１つ後の駆動周期Ｅに割り当てられていた大玉波形を、駆動周期Ｄに割り当てる。

尚、大玉の直前の駆動周期において中玉（又は小玉）波形が選択されている場合に、その直前の周期に割り当てられていた元の波形をキャンセルするということは、その元の中玉（又は小玉）は噴射しないということになるが、それによる影響はさほど大きくない。通常、印字濃度が低くてよい場合は、１駆動周期内の噴射液滴量が少ない中玉又は小玉を主に使用し、濃度を高くする必要がある場合は、１駆動周期内の噴射液滴量が多い大玉を使用する。このように、中玉もしくは小玉と、大玉とでは、用途に違いがあることから、中玉又は小玉と、大玉を同程度に使用する、例えば、大玉と中玉が交互に並ぶような印字の仕方をすることは少ない。即ち、大玉の駆動周期を１つずらしたときに、そのずらした先の元の波形が中玉である、Ｎｏ．３のような例が発生する頻度は低い。

また、上述した特許文献１との比較で、この特許文献１には、小玉の噴射速度が遅いために小玉の噴射タイミングを早めるということが記載されているが、仮に、直前の駆動周期に大玉が選択されているときにこの大玉をキャンセルしたとすると、大きなドットが記録用紙上に形成されなくなるということであるから、印字品質に及ぼす影響はかなり大きい。一方、本実施形態のように、大玉の駆動周期を早める一方で、その直前の中玉や小玉の波形選択をキャンセルする場合は、印字品質に及ぼす影響は小さい。また、大玉の駆動周期を前にずらしたときに、中玉や小玉がなくなることの印字品質に及ぼす悪影響は、大玉の着弾位置ずれが低減されることによる印字品質向上効果と比べると、非常に軽微なものである。

また、図９のＮｏ．４は、大玉の直前に中玉を使用する例である。この場合には、大玉の駆動周期のみ１周期前にずらし（Ｆ→Ｅ）、駆動周期Ｅに割り当てられていた元の中玉波形の選択はキャンセルする。Ｎｏ．５は、大玉の直後に小玉を使用する例であり、大玉の駆動周期のみ１周期前にずらし（Ｄ→Ｃ）、小玉の駆動周期は変更しない。Ｎｏ．６は、中玉と小玉のみ使用する例であり、大玉を使用しないため駆動周期は全く変更しない。

以上のように、ある駆動周期に対して大玉波形が選択されたときには、その大玉波形が割り当てられる周期を１周期ずらすことで、大玉の着弾位置のずれを小さくすることができ、印字品質の低下を抑制することができる。

図１０、図１１は、前述した大玉波形の駆動周期変更を適用して実際に印字を行った結果と、適用せずに印字を行った結果を示す図である。図１０は、インクジェットヘッド３を図中右方向に移動させたときの搬送方向に伸びた直線の片方向印字の結果、図１１は、インクジェットヘッド３を図中左右にそれぞれ移動させたときの搬送方向に伸びた直線の両方向印字の結果である。さらに、図１０、図１１において、（１）は大玉と中玉の速度差がある状態で、大玉波形の駆動周期変更を行わなかった場合の印字結果、（２）は大玉と中玉の速度差がある状態で、大玉波形の駆動周期変更を行った場合の印字結果（本発明適用例）、（３）は大玉と中玉に速度差がない場合の印字結果である。

大玉の駆動周期を変更していない、図１０の（１）では、大玉（濃い部分）の着弾位置が中玉に比べてヘッド移動方向（図中右側）にずれており、図１１の（１）では、大玉の着弾位置が中玉に比べてばらついていることがわかる。一方、大玉の駆動周期を前にずらした図１０、図１１の（２）では、大玉と中玉との間に着弾位置ずれは見られず、大玉と中玉の速度差がなく着弾位置ずれが元々生じない（３）と同程度であることがわかる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、大玉波形は、中玉波形や小玉波形と同じ駆動周期内に、より多くの駆動パルスＰを収めることが必要になるために、大玉波形の駆動パルスＰの幅は中玉波形や小玉波形に対して小さくしていた。しかし、大玉を噴射する直後の駆動周期において、液滴を噴射しない場合に限っては、大玉の波形長さを１駆動周期よりも長くして、駆動パルスのパルス幅への時間的な制約を緩めることが可能である。

具体的には、駆動波形選択部６３は、図１２に示すように、大玉波形（図１２（ａ））の他に、この大玉波形と駆動パルスＰの数は同じであるが、波形長さが２つの駆動周期にわたっており大玉波形よりも長い、大玉ロング波形（図１２（ｂ）：第３駆動波形）を選択可能となっている。大玉ロング波形と大玉波形とでは駆動パルスＰの数は同じであることから、噴射される液滴の数は同じであり、噴射される液滴量もほぼ同じである。尚、図１２（ｂ）中のパルスＰｓは、駆動パルスＰと比べるとパルス幅がかなり小さい、インク流路内の残存圧力波を低減させるための安定化パルスであり、液滴を噴射させるパルス（駆動パルスＰ）ではない。

波形長さが１駆動周期よりも長い大玉ロング波形では、大玉波形と比べて時間的な制約が小さく、駆動パルスＰのパルス幅をより自由に決定することができるため、中玉波形や小玉波形のパルス幅に近づけることができる。また、図１２（ｂ）に示されているように、安定化パルスＰｓを駆動パルスＰの間に印加する、あるいは、駆動パルスＰの間隔を大玉波形と比べて十分に長くとることが可能であるため、個々の駆動パルスＰで大きな圧力をインクに付与しても、インク流路内の圧力の大きな変動を抑制でき、噴射安定性を確保できる。従って、大玉ロング波形が選択されたときの液滴の噴射速度を、大玉波形よりも高くすることができ、着弾位置ずれを大玉波形よりも小さくすることが可能である。

そこで、駆動周期変更部６４が、ある駆動周期に対して大玉波形が選択されたときには、この大玉波形を割り当てる駆動周期を１つ前の駆動周期に変更するが、大玉ロング波形が選択されているときには、この大玉ロング波形を割り当てる駆動周期を変更しないように構成されてもよい。また、図１２（ｂ）に示されている大玉ロング波形は、波形長さが２つの駆動周期にわたっており、最初の駆動パルスＰは最初の駆動周期の先頭であるが、これには限られず、駆動周期の先頭から遅れた位置に最初の駆動パルスＰがあってもよい。これによれば、大玉ロング波形で噴射される大玉の着弾位置を自由に設定することができる。

２］前記実施形態の図８からもわかるように、中玉と大玉の液滴速度によっては、２ドット（６００ｄｐｉで着弾位置ずれ８０μｍ程度）以上、大玉の着弾位置がずれることもあり得る。そこで、ある駆動周期に対して大玉波形が選択されたときに、駆動周期変更部６４が、大玉波形が割り当てられる駆動周期を、２以上前の駆動周期に変更してもよい。

さらに、駆動波形の種類や印字モード等の様々な条件に応じて、駆動周期をどれだけ前にずらすかを変えることもできる。例えば、前述した大玉ロング波形（図１２（ｂ））を大玉波形と併用する場合、大玉波形が選択された場合には駆動周期を２つ前にずらし、大玉ロング波形が選択された場合には駆動周期を１つ前にずらすようにしてもよい。

また、噴射するインクの種類によって駆動周期をずらす程度を変えてもよい。カラーインクジェットプリンタにおいては、ブラックインクのドットをカラーインクのドットよりも大きく設定することが一般的に行われている。これを、１駆動周期内の駆動パルスの数（１駆動周期内に噴射される液滴数）を異ならせることによって実現する場合には、ブラック用の大玉波形の駆動パルス数を、カラー用の大玉波形の駆動パルス数よりも多くすることになるが、そうすると、先に述べた理由によって、駆動パルス数の多いブラック用大玉波形の方が着弾位置ずれが大きくなる。そこで、ブラックインク用の大玉波形が選択されたときには駆動周期を２つ前にずらし、カラーインク用の大玉波形が選択されたときには駆動周期を１つ前にずらすようにしてもよい。

さらに、印字モードによって駆動周期をずらす程度を変えてもよい。例えば、標準画質で画像を印刷する通常モードと、この通常モードよりも高画質の画像印刷を行う高画質モードの２つのモードを選択できる場合に、より高精細な画像印刷を実現するために、高画質モードの方がドットの大きさを小さくするのが一般的である。そこで、通常モードの大玉波形の駆動パルス数を、高画質モードの大玉波形の駆動パルス数よりも大きくすることで、同じ大玉波形選択時でも、モードの違いによってドットの大きさを変える。このような場合に、駆動パルス数の多い、通常モード用の大玉波形が選択されたときには駆動周期を２つ前にずらし、高画質モード用の大玉波形が選択されたときには駆動周期を１つ前にずらすようにしてもよい。

３］前記実施形態では、大玉波形の３つの駆動パルスのパルス幅は全て異なっていたが（図５（ｄ））、少なくとも２つの駆動パルスのパルス幅を異ならせるだけでも、２つの液滴の噴射速度に差をつけて、液滴の着弾位置を寄せることは可能である。また、大玉を構成する複数の液滴の着弾位置を互いに寄せる必要がない場合には、全ての駆動パルスのパルス幅を同じにしてもよい。

４］前記実施形態では、すべての大玉の駆動周期を前の周期にずらしていたが、一部の大玉の駆動周期のみを前の周期にずらしてもよい。本願出願人は、大玉を連続して噴射する場合に、最初の大玉と後続の大玉とでは噴射速度に差があり、最初の大玉の噴射速度が遅いことを知見した。そのため、大玉を連続して噴射する場合に、最初の大玉波形が選択された駆動周期を２つ前にずらし、後続の大玉波形が選択された駆動周期を１つ前にずらすようにしてもよい。また、最初の大玉波形が選択された駆動周期を２つ前にずらすとともに、その大玉波形を大玉ロング波形に変更し、その大玉ロング波形の最初の駆動パルスを駆動周期の先頭から遅れた位置に配置して、大玉ロング波形で噴射される大玉の着弾位置を修正してもよい。この場合には、後続の大玉波形が選択された駆動周期はずらさない。

５］前記実施形態では、インクジェットヘッド３のアクチュエータユニット７の駆動方式として、待機状態では圧電層４１が変形しておらず、駆動パルスが印加されたときに圧電層４１に電界が作用して圧電層４１に変形が生じることによって、圧力室２４内のインクに圧力が付与される方式、いわゆる、押し打ち方式を例に挙げて説明していた。しかし、アクチュエータユニット７の駆動方式としては、この押し打ち方式以外にも、以下のような引き打ち方式も知られている。

引き打ち方式を採用したときの駆動波形を図１３に示す。図１３に示すように、引き打ち方式においては、駆動パルスＰが印加されていない待機状態においては、図４に示される個別電極４２の電位が所定の駆動電位に保持されている。つまり、待機状態においては、圧電層４１の活性領域に厚み方向の電界が作用しており、圧電層４１は圧力室２４側に凸に変形した、圧力室２４の容積が減少した状態となっている。

この状態から駆動パルスＰが印加されると、個別電極４２の電位が一旦グランド電位に切り換えられるため、圧電層４１の変形が解消されて圧力室２４の容積が急激に増加し、圧力室２４内に圧力波が発生する。その後、一定時間（駆動パルスＰのパルス幅に相当する時間）が経過した後に、個別電極４２の電位は再び駆動電位に切り換えられ、圧電層４１は再度圧力室２４側に凸になるように変形し、圧力室２４内に再度圧力波が発生する。

ここで、先に圧力室２４内で発生した圧力波はマニホールド２７側へ伝播し、マニホールド２７との接続部分で反転して再び圧力室２４に戻ってくる。そのため、その反転した圧力波が圧力室２４に戻ってきたタイミングで、次の圧力波を圧力室２４内で発生させるようにパルス幅を設定すれば、２つの圧力波を圧力室２４内で重畳させることができ、圧力室２４内のインクに大きな圧力を効率的に付与することができる。逆に言えば、実際のパルス幅が、２つの圧力波を重畳させることのできる、理想的なパルス幅からずれるほど、インクに付与されるエネルギーは減少し、液滴の噴射速度は小さくなる。

このように、引き打ち方式においては、パルス幅が液滴の噴射速度に及ぼす影響は、押し打ち方式よりも大きく、実際のパルス幅が理想的なパルス幅からずれたときの、大玉の着弾位置ずれが大きくなる傾向にある。従って、本発明は、押し打ち方式だけでなく、引き打ち方式を採用した場合にも適用できる。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、記録用紙１００にインクの液滴を噴射して画像等を形成するインクジェットプリンタに本発明を適用した一例であるが、本発明の適用対象はこのようなインクジェットプリンタには限られず、様々な技術分野で用いられる液滴噴射装置に適用することが可能である。

１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
３０ ノズル
６１ ヘッド制御回路
６３ 駆動波形選択部
６４ 駆動周期変更部

Claims (4)

1. 液滴を噴射するノズルを備えた液滴噴射ヘッドと、
   時間的に連続する駆動周期の各々において、所定の駆動波形を有する駆動信号を前記液滴噴射ヘッドに供給して、前記ノズルから選択的に液滴を噴射させる噴射制御手段を備え、
   前記噴射制御手段は、
   前記連続する駆動周期の各々に対して、
   それぞれの波形長さが１つの前記駆動周期に等しい３種類の駆動波形であって、液滴を噴射させるための駆動パルスを１以上有する第１駆動波形と、前記第１駆動波形よりも前記駆動パルスの数が多く、前記第１駆動波形よりも多くの量の液滴を噴射させる第２駆動波形と、前記駆動パルスを有さない非噴射波形の、少なくとも３種類の駆動波形から１つを選択する駆動波形選択手段と、
   前記駆動波形選択手段により、ある駆動周期に対して駆動パルス数の多い前記第２駆動波形が選択されているときに、前記第２駆動波形を割り当てる周期を、元の駆動周期よりも１周期以上前の駆動周期に変更する、駆動周期変更手段と、
   を有することを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記駆動波形選択手段は、
   前記第１駆動波形が選択されている前記駆動周期に対して、前記駆動周期変更手段により新たに前記第２駆動波形が割り当てられたときには、先の前記第１駆動波形の選択をキャンセルすることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記第２駆動波形に含まれる複数の駆動パルスのうちの少なくとも２つの駆動パルスの幅が互いに異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記駆動波形選択手段は、
   前記第１駆動波形と前記第２駆動波形に加えて、さらに、前記第２駆動波形と駆動パルス数が等しく、且つ、波形長さが１つの前記駆動周期よりも長い、第３駆動波形を選択可能であり、
   前記駆動周期変更手段は、
   前記駆動波形選択手段により、ある駆動周期に対して前記第２駆動波形が選択されているときにはこの第２駆動波形を割り当てる駆動周期を変更するが、前記第３駆動波形が選択されているときにはこの第３駆動波形を割り当てる駆動周期を変更しないことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液滴噴射装置。