JP7163108B2

JP7163108B2 - 液体吐出装置及び駆動タイミング決定方法

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Publication number: JP7163108B2
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Inventors: 昇仁田
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Description

本発明の実施形態は、液体吐出装置及び駆動タイミング決定方法に関する。

所定量の液体を所定の位置に供給する液体吐出装置が知られている。液体吐出装置は、例えばインクジェットプリンタ、３Ｄプリンタ、分注装置などに搭載する。インクジェットプリンタは、インクの液滴をインクジェットヘッドから吐出して、記録媒体の表面に画像等を形成する。３Ｄプリンタは、造形材の液滴を造形材吐出ヘッドから吐出し、硬化させて、三次元造形物を形成する。分注装置は、試料の液滴を吐出して複数の容器等へ所定量供給する。

アクチュエータを駆動してインクを吐出するノズルを複数備えた液体吐出装置は、複数のアクチュエータを同相で駆動するか、或いは駆動電流の集中を避けるために僅かに位相をずらして駆動している。しかしながら、複数のアクチュエータを略同じタイミングで駆動した場合、アクチュエータの動作が互いに干渉するクロストークにより、インクの吐出が不安定になることがある。

特開２０１３－９１２１５号公報特開２０１６－６００７６号公報特表２０１３－５１１４０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、アクチュエータの動作が互いに干渉するクロストークを抑え、安定した液体の吐出を行うことのできる液体吐出装置及び駆動タイミング決定方法を提供することにある。

本発明の実施形態の液体吐出装置は、液体を吐出するノズルを配列したノズルプレート、アクチュエータ、液体供給部、及び駆動制御部を備える。アクチュエータは、ノズル毎に設けている。液体供給部は、ノズルに連通する。駆動制御部は、複数のノズルの中の一つに注目したとき、前記注目したノズルに隣接する少なくとも一組のノズルのアクチュエータには、互いに逆相となる駆動波形の駆動信号を夫々与える。前記アクチュエータを駆動したときの前記ノズルプレートの面方向に沿う振動の半波長は、前記アクチュエータの配列のピッチよりも長い。

第１実施形態の液体吐出装置を備えたインクジェットプリンタの縦断面図である。上記インクジェットプリンタのインクジェットヘッドの斜視図である。上記インクジェットヘッドのノズルプレートに配列したノズル及びアクチュエータの平面図である。上記インクジェットヘッドの縦断面図である。上記インクジェットヘッドのノズルプレートの縦断面図である。上記インクジェットプリンタの制御系のブロック構成図である。上記インクジェットヘッドのアクチュエータを駆動させる駆動波形である。上記アクチュエータの動作を説明する説明図である。上記ノズルプレートに配列したチャネルのチャネル番号と、各チャネルが注目チャネル１０８に与える圧力の大きさをプロットした分布図である。チャネル１１６及びチャネル１３２を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を示すグラフである。チャネル１０９及びチャネル１０７を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を示すグラフである。チャネル１００及びチャネル１１６を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を示すグラフである。チャネル１０１及びチャネル９９を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を示すグラフである。チャネル１１７及びチャネル１１５を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を示すグラフである。チャネルを駆動させる駆動波形に相互に時間差（遅延時間）を設定した４つの駆動タイミングＡ～Ｄを示す説明図である。全チャネルに上記駆動タイミングＡ～Ｄを規則的に割り当てたマトリックス、及び各チャネルの遅延時間の分布を示すマトリックスである。チャネルを駆動させる駆動波形の他の例を示す説明図である。第２実施形態の液体吐出装置の一例であるインクジェットヘッドの斜視図である。上記インクジェットヘッドのチャネルに駆動タイミングＡ～Ｄを規則的に割り当てたマトリックス、及び各チャネルの遅延時間の分布を示すマトリックスである。第３実施形態の液体吐出装置の一例であるインクジェットヘッドの縦断面図である。

以下、実施形態に従う液体吐出装置及び画像形成装置について、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。

（第１実施形態）
実施形態の液体吐出装置１を搭載した画像形成装置の一例として、記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ１０を説明する。図１は、インクジェットプリンタ１０の概略構成を示す。インクジェットプリンタ１０は、例えば外装体である箱型の筐体１１を備えている。筐体１１の内部には、記録媒体の一例であるシートＳを収納するカセット１２、シートＳの上流搬送路１３、カセット１２内から取り出したシートＳを搬送する搬送ベルト１４、搬送ベルト１４上のシートＳに向けてインクの液滴を吐出するインクジェットヘッド１Ａ～１Ｄ、シートＳの下流搬送路１５、排出トレイ１６、及び制御基板１７を配置している。ユーザーインターフェイスである操作部１８は、筐体１１の上部側に配置している。

シートＳに印刷する画像のデータは、例えば外部接続機器であるコンピュータ２で生成する。コンピュータ２で生成した画像データは、ケーブル２１、コネクタ２２Ｂ，２２Ａを通してインクジェットプリンタ１０の制御基板１７に送られる。

ピックアップローラ２３は、カセット１２からシートＳを一枚ずつ上流搬送路１３へ供給する。上流搬送路１３は、送りローラ対１３ａ、１３ｂと、シート案内板１３ｃ、１３ｄで構成する。シートＳは、上流搬送路１３を経由して、搬送ベルト１４の上面へ送られる。図中の矢印Ａ１は、カセット１２から搬送ベルト１４へのシートＳの搬送経路を示す。

搬送ベルト１４は、表面に多数の貫通孔が形成された網状の無端ベルトである。駆動ローラ１４ａ、従動ローラ１４ｂ、１４ｃの３本のローラは、搬送ベルト１４を回転自在に支持している。モータ２４は、駆動ローラ１４ａを回転させることによって搬送ベルト１４を回転させる。モータ２４は、駆動装置の一例である。図中Ａ２は、搬送ベルト１４の回転方向を示す。搬送ベルト１４の裏面側には、負圧容器２５を配置している。負圧容器２５は、減圧用のファン２６と連結しており、ファン２６が形成する気流によって容器内が負圧になる。シートＳは、負圧容器２５内が負圧になることによって搬送ベルト１４の上面に吸着保持される。図中Ａ３は、気流の流れを示している。

インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄは、搬送ベルト１４上に吸着保持したシートＳに対して、例えば１ｍｍの僅かな隙間を介して対向するように配置している。インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄは、シートＳに向けてインクの液滴を夫々吐出する。シートＳは、インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄの下方を通過する際に画像が形成される。インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄは、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造になっている。インクの色は、例えば、シアン，マゼンタ，イエロー，ブラックである。

各インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄは、インク流路３１Ａ～３１Ｄを介してインクタンク３Ａ～３Ｄ及びインク供給圧力調整装置３２Ａ～３２Ｄと夫々連結している。インク流路３１Ａ～３１Ｄは、例えば樹脂製チューブである。インクタンク３Ａ～３Ｄは、インクを貯留した容器である。各インクタンク３Ａ～３Ｄは、各インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄの上方に配置している。待機時に、インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄのノズル５１（図２参照）からインクが漏れ出ないように、各インク供給圧力調整装置３２Ａ～３２Ｄは、各インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄ内を大気圧に対して負圧、例えば－１ｋＰａに調整している。画像形成時、各インクタンク３Ａ～３Ｄのインクは、インク供給圧力調整装置３２Ａ～３２Ｄによって各インクジェットヘッド１Ａ～１Ｄに供給される。

画像形成後、シートＳは、搬送ベルト１４から下流搬送路１５へ送られる。下流搬送路１５は、送りローラ対１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと、シートＳの搬送経路を規定するシート案内板１５ｅ、１５ｆで構成している。シートＳは、下流搬送路１５を経由し、排出口２７から排出トレイ１６へ送られる。図中矢印Ａ４は、シートＳの搬送経路を示す。

続いて、図２～図６を参照しながら、インクジェットヘッド１Ａの構成について説明する。なお、インクジェットヘッド１Ｂ～１Ｄは、インクジェットヘッド１Ａと同じ構造であるので詳しい説明は省略する。

図２は、インクジェットヘッド１Ａの外観斜視図である。インクジェットヘッド１Ａは、インク供給部４、ノズルプレート５、フレキシブル基板６、駆動回路７を備えている。インクを吐出する複数のノズル５１は、ノズルプレート５に配列している。各ノズル５１から吐出するインクは、ノズル５１に連通するインク供給部４から供給する。インク供給圧力調整装置３２Ａからのインク流路３１Ａは、インク供給部４の上部側に接続している。駆動回路７は、駆動信号供給回路の一例である。矢印Ａ２は、既述の搬送ベルト１４の回転方向を示している（図１参照）。

図３は、ノズルプレート５の部分拡大平面図である。ノズル５１は、列方向（Ｘ軸方向）及び行方向（Ｙ軸方向）に２次元配列している。但し、行方向（Ｙ軸方向）に並ぶノズル５１は、Ｙ軸の軸線上にノズル５１が重ならないように斜めに配列している。各ノズル５１は、Ｘ軸方向に距離Ｘ１、Ｙ軸方向に距離Ｙ１の間隔で配置している。一例として、距離Ｘ１は、４２．４μｍ、距離Ｙ１は、２５０μｍとする。すなわち、Ｘ軸方向に６００ＤＰＩの記録密度となるように距離Ｘ１を決めている。さらに、Ｙ軸方向にも６００ＤＰＩで印字するように、搬送ベルト１４の回転速度とインクが着弾するまでに要する時間との関係に基づいて距離Ｙ１を決めている。ノズル５１は、Ｙ軸方向に配列した８個のノズル５１を１組としてＸ軸方向に複数配列していく。図示は省略するが、例えば１５０組配列し、総数１２００個のノズル５１を配列している。

インクを吐出する動作の駆動源となるアクチュエータ８は、ノズル５１毎に設けている。各アクチュエータ８は、円環状に形成し、その中央にノズル５１が位置するように配列している。一組のノズル５１とアクチュエータ８は、一つのチャネルを構成する。アクチュエータ８のサイズは、例えば、内径３０μｍ、外径１４０μｍである。各アクチュエータ８は、個別電極８１と夫々電気的に接続している。さらに、各アクチュエータ８は、Ｙ軸方向に並ぶ８個のアクチュエータ８を共通電極８２で電気的に接続している。各個別電極８１及び各共通電極８２は、さらに実装パッド９と夫々電気的に接続している。実装パッド９は、アクチュエータ８に駆動信号（電気信号）を与える入力ポートになっている。各個別電極８１は、各アクチュエータ８に駆動信号を夫々与え、各アクチュエータ８は、与えられた駆動信号に応じて駆動する。なお、図３は、説明の便宜上、アクチュエータ８、個別電極８１、共通電極８２及び実装パッド９を実線で記載しているが、これらはノズルプレート５の内部に配置している（図４の縦断面図参照）。

実装パッド９は、フレキシブル基板６に形成した配線パターンと例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Contact Film）を介して電気的に接続している。さらに、フレキシブル基板６の配線パターンは、駆動回路７と電気的に接続している。駆動回路７は、例えばＩＣ（Integrated Circuit）である。駆動回路７は、アクチュエータ８に与える駆動信号を生成する。

図４は、インクジェットヘッド１Ａの縦断面図である。図４に示すように、ノズル５１は、ノズルプレート５をＺ軸方向に貫通している。ノズル５１のサイズは、例えば、直径２０μｍ、長さ８μｍである。インク供給部４の内部には、各ノズル５１に夫々連通する圧力室（個別圧力室）４１を複数設けている。圧力室４１は、例えば上部を開放した円柱形の空間である。各圧力室４１の上部は開口しており、共通インク室４２と連通している。インク流路３１Ａは、インク供給口４３を介して共通インク室４２と連通している。各圧力室４１及び共通インク室４２内は、インクで満たされている。共通インク室４２は、例えばインクを循環させる流路状に形成する場合もある。圧力室４１は、例えば厚さ５００μｍの単結晶シリコンウエハに、例えば直径２００μｍの円柱形の穴を形成した構成である。インク供給部４は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）に共通インク室４２に対応する空間を形成した構成である。

図５は、ノズルプレート５の部分拡大図である。ノズルプレート５は、底面側から保護層５２、アクチュエータ８及び振動板５３を順に積層した構造である。アクチュエータ８は、下部電極８４、薄板状の圧電体８５及び上部電極８６を積層した構造である。上部電極８６は、個別電極８１と電気的に接続し、下部電極８４は、共通電極８２と電気的に接続している。保護層５２と振動板５３の境界には、個別電極８１と共通電極８２の短絡を防ぐ絶縁層５４を介在させている。絶縁層５４は、例えば厚さ０．５μｍの二酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）で形成する。下部電極８４と共通電極８２は、絶縁層５４に形成したコンタクトホール５５によって電気的に接続している。圧電体８５は、圧電特性と絶縁破壊電圧を考慮して、例えば厚さ５μｍ以下のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で形成している。上部電極８６及び下部電極８４は、例えば厚さ０．１５μｍの白金で形成している。個別電極８１と共通電極８２は、例えば厚さ０．３μｍの金（Ａｕ）で形成している。

振動板５３は、絶縁性無機材料で形成している。絶縁性無機材料は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である。振動板５３の厚みは、例えば２～１０μｍ、好ましくは４～６μｍである。詳しくは後述するが、振動板５３及び保護層５２は、電圧を印加した圧電体８５がｄ_３１モード変形することに伴って内側に湾曲する。そして圧電体８５への電圧の印加を止めると元に戻る。この可逆的な変形によって、圧力室（個別圧力室）４１の容積は、拡張及び収縮する。圧力室４１の容積を変えると、圧力室４１内のインク圧が変わる。

保護層５２は、例えば厚さ４μｍのポリイミドで形成している。保護層５２は、ノズルプレート５の底面側の一面を覆い、さらにノズル５１の孔の内周面を覆っている。

図６は、インクジェットプリンタ１０の機能ブロック図である。制御部としての制御基板１７は、ＣＰＵ９０、ＲＯＭ９１、ＲＡＭ９２、入出力ポートであるＩ／Ｏポート９３、画像メモリ９４を搭載している。ＣＰＵ９０は、Ｉ／Ｏポート９３を通して、駆動モータ２４、インク供給圧力調整装置３２Ａ～３２Ｄ、操作部１８、及び各種センサーを制御する。外部接続機器であるコンピュータ２からの印字データは、Ｉ／Ｏポート９３を通じて制御基板１７へ送信され、画像メモリ９４に保存される。ＣＰＵ９０は、画像メモリ９４に保存した印字データを描画順に駆動回路７に送信する。

駆動回路７は、印字データバッファ７１、デコーダ７２、ドライバ７３を備えている。印字データバッファ７１は、印字データをアクチュエータ８毎に時系列に保存する。デコーダ７２は、アクチュエータ８毎に、印字データバッファ７１に保存された印字データに基づいて、ドライバ７３を制御する。ドライバ７３は、デコーダ７２の制御に基づき、各アクチュエータ８を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、各アクチュエータ８に印加する電圧である。

続いて図７及び図８を参照し、アクチュエータ８に与える駆動信号の駆動波形と、ノズル５１からインクを吐出する動作について説明する。図７は、駆動波形の一例として、１回の駆動周期でインクの液滴を１回ドロップするシングルパルスの駆動波形を示している。図７の駆動波形は、いわゆる引き打ちの駆動波形である。但し、駆動波形はシングルパルスに限定されない。例えば１回の駆動周期でインクの液滴を複数回ドロップするダブルパルスやトリプルパルスなどのマルチドロップであってもよい。また、引き打ちに限らず、押し打ちや押し引き打ちであってもよい。

駆動回路７は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までバイアス電圧Ｖ１をアクチュエータ８に印加する。すなわち、上部電極８６と下部電極８４の間に電圧Ｖ１を印加する。そして、インクの吐出動作を開始する時刻ｔ１から時刻ｔ２まで電圧Ｖ０（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで電圧Ｖ２を印加してインクの液滴を吐出する。吐出終了後、時刻ｔ３でバイアス電圧Ｖ１を印加して圧力室４１内の振動を減衰させる。電圧Ｖ２は、バイアス電圧Ｖ１よりも小さい電圧であり、例えば圧力室４１内のインクの圧力振動の減衰率に基づいて電圧値を決定する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間、及び時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は、夫々、インクの特性とヘッド内構造によって決まる固有の振動周期λの半周期に設定する。固有の振動周期λの半周期は、ＡＬ（Acoustic Length）とも称される。なお、一連の動作中、共通電極８２の電圧は０Ｖで一定とする。

図８は、図７の駆動波形でアクチュエータ８を駆動させてインクを吐出する動作を模式的に示している。待機状態において圧力室４１内は、インクで満たされている。ノズル５１内のインクのメニスカス位置は、図８（ａ）に示すように、略０付近で静止している。そして時刻ｔ０から時刻ｔ１までバイアス電圧Ｖ１を収縮パルスとして印加すると、圧電体８５の厚さ方向に電界が生じ、図８（ｂ）に示すように圧電体８５にｄ_３１モードの変形が生じる。具体的には、円環状の圧電体８５は、厚さ方向に伸び、径方向に縮む。この圧電体８５の変形によって振動板５３と保護層５２に圧縮応力が生じるが、振動板５３に生じる圧縮力の方が保護層５２に生じる圧縮力よりも大きいため、アクチュエータ８は内側に湾曲する。すなわち、アクチュエータ８は、ノズル５１を中心とした窪地となるように変形し、圧力室４１の容積が収縮する。

時刻ｔ１において、拡張パルスとして電圧Ｖ０（＝０Ｖ）を印加すると、アクチュエータ８は、図８（ｃ）に模式的に示すように変形前の状態に戻る。このとき圧力室４１内では、容積が元の状態に戻ることにより内部のインク圧が低下するが、そこに共通インク室４２からインクが供給されることでインク圧力が上昇していく。その後、時刻ｔ２になると圧力室４１へのインク供給が止まり、インク圧力の上昇も止まる。すなわち、いわゆる引きの状態となる。

時刻ｔ２において、収縮パルスとして電圧Ｖ２を印加すると、図８（ｄ）に模式的に示すように、再びアクチュエータ８の圧電体８５が変形して圧力室４１の容積が収縮する。前述したように時刻ｔ１から時刻ｔ２の間にインク圧力は上昇しており、さらに圧力室４１の容積が小さくなるようにアクチュエータ８で押すことによってインク圧力を高めて、ノズル５１からインクを押し出す。電圧Ｖ２の印加は、時刻ｔ３まで継続し、図８（ｅ）に模式的に示すように、インクは液滴となってノズル５１から吐出される。

続いて時刻ｔ３で、キャンセルパルスとしてのバイアス電圧Ｖ１を印加する。インクを吐出したことで圧力室４１内のインク圧は低下する。さらに圧力室４１内にはインクの振動が残留している。そこで、電圧Ｖ２から電圧Ｖ１にして圧力室４１の容積が収縮するようにアクチュエータ８を駆動させ、圧力室４１内のインク圧を実質的に０とし、圧力室４１内のインクの残留振動を強制的に抑える。

ここで、２１３個のチャネルをノズルプレート５に２次元配列したインクジェットヘッド１Ａを用いて行った試験の結果に基づき、アクチュエータ８を駆動させたときに周囲のチャネルに伝わる圧力振動の特性について説明する。既述のように、一つのチャネルは、一組のノズル５１とアクチュエータ８によって構成されている。図９（ａ）は、ＸＹ方向に配列した２１３個のチャネルに割り当てたチャネル番号を示している。勿論、Ｙ軸方向に並ぶチャネルは、実際には図３に示したように斜めに配列している。また、以下においては、チャネル同士の位置関係の説明の便宜上、左右（Ｘ軸方向）、上下（Ｙ軸方向）、斜めと称することがある。

２１３個の中のチャネルの一つである例えばチャネル１０８に注目し、他のチャネルを各々単独で駆動したときに注目チャネル１０８に与える圧力の大きさをプロットすると図９（ｂ）の分布図のようになった。チャネルは、ステップ波形をアクチュエータ８に与えることによって駆動させた。前記ステップ波形は、図９（ｃ）に示すアクチュエータ８を一回だけ収縮させる測定用波形である。そして収縮後を測定期間とした。図９（ｂ）の分布図の各枠内の数値は、駆動するチャネルに駆動信号を与えてから１０μｓが経過したときに、注目チャネル１０８に生じた圧力の大きさを示している。正値は正圧であり、負値は負圧である。圧力の大きさを表す値として、注目チャネル１０８のアクチュエータ８の圧電体８５に生じる圧電効果の電圧値（ｍＶ）を測定した。

図９（ｂ）の分布図を見ると、注目チャネル１０８を中心として周囲を囲うチャネルは互いに略同相で圧力を生じさせ（正値の範囲）、さらにその外周を囲うチャネルは反対に略逆相で圧力を生じさせている（負値の範囲）。すなわち、注目チャネル１０８から逆相の圧力を生じさせるチャネルのエリアまでの距離は、ノズルプレート５の面に沿って広がりながら伝わる圧力振動の半波長に相当する。つまり、ノズルプレート５の面に沿って広がりながら伝わる圧力振動の半波長は、ノズルプレート５に配列したチャネルの面方向のピッチ（隣接距離）よりも長い。このため、隣接するチャネル同士など、すぐ近くの位置関係にあるチャネルの圧力振動は同相である。

また、図１０の波形図は、チャネル１１６とチャネル１３２を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を夫々示している。チャネル１１６は、注目チャネル１０８の一つ右に隣接する。チャネル１３２は、注目チャネル１０８から右に３つ目の位置にある。圧力波形（残留振動波形）は、縦軸が圧力の大きさを表す圧電効果の電圧値（ｍＶ）、横軸が時間（μｓ）を示している。なお、インクジェットヘッド１０Ａの固有の圧力振動周期λは４μｓであり、その半周期（ＡＬ）は２μｓであった。この結果から、注目チャネルに与える圧力は、駆動するチャネルの場所によって大きさと位相が異なることが分かる。

一方、図１１の波形図は、チャネル１０９とチャネル１０７を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を夫々示している。チャネル１０９は、注目チャネル１０８の一つ上に隣接する。チャネル１０７は、注目チャネルの一つ下に隣接する。この結果から、注目チャネルの一つ上と一つ下に隣接するチャネルが注目チャネルに与える圧力波形は類似していることが分かる。

図１２の波形図は、チャネル１００とチャネル１１６を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を夫々示している。チャネル１００は、注目チャネル１０８の一つ左に隣接する。チャネル１１６は、注目チャネル１０８の一つ右に隣接する。この結果から、注目チャネルの一つ左と一つ右に隣接するチャネルが注目チャネル１０８に与える圧力波形は略一致していることが分かる。

図１３の波形図は、チャネル１０１とチャネル９９を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を夫々示している。チャネル１０１は、注目チャネル１０８の一つ左上に隣接する。チャネル９９は、注目チャネル１０８の一つ左下に隣接する。この結果から、注目チャネルの一つ斜め左上と一つ斜め左下に隣接するチャネルが注目チャネルに与える圧力波形も類似していることが分かる。

図１４の波形図は、チャネル１１７とチャネル１１５を各々駆動したときに注目チャネル１０８に表れた圧力波形（残留振動波形）を夫々示している。チャネル１１７は、注目チャネル１０８の一つ右上に隣接する。チャネル１１５は、注目チャネル１０８の一つ右下に隣接する。この結果から、注目チャネルの一つ斜め右上と一つ斜め右下に隣接するチャネルが注目チャネルに与える圧力波形も類似していることが分かる。

図９～図１４に示した結果から、注目チャネルからみて対称の位置にあるチャネルは、注目チャネルに略同じ圧力振動を与えることが分かる。すなわち、注目チャネルからみて左右（Ｘ軸方向）に隣接するチャネル同士、注目チャネルからみて上下（Ｙ軸方向）に隣接するチャネル同士、注目チャネルからみて斜め上と斜め下に隣接するチャネル同士は、注目チャネルからみて対称の位置にあり、注目チャネルに略同じ圧力振動を与える。

以上の結果を踏まえ、図１５に一例を示すように、複数のアクチュエータ８に与える駆動波形に相互に時間差（遅延時間）を設けた４つの駆動タイミングＡ～Ｄを準備した。駆動タイミングＡの駆動波形と駆動タイミングＣの駆動波形の遅延時間は、固有の圧力振動周期λの半周期分ＡＬ（λの２分の１）とする。また、駆動タイミングＢの駆動波形と駆動タイミングＤの駆動波形の遅延時間は、固有の圧力振動周期λの半周期分ＡＬ（λの２分の１）とする。

なお、上記遅延時間にすると、駆動タイミングＡの駆動波形と駆動タイミングＢの駆動波形の遅延時間は、固有の圧力振動周期λの４分の１周期分（λの４分の１）となる。駆動タイミングＡの駆動波形と駆動タイミングＤの駆動波形の遅延時間は、固有の圧力振動周期λの４分の３周期分（λの４分の３）となる。駆動タイミングＢの駆動波形と駆動タイミングＣの駆動波形の遅延時間は、固有の圧力振動周期λの４分の１周期分（λの４分の１）となる。

そして、図１６（ａ）に一例を示すように、全てのチャネルに駆動タイミングＡ～Ｄを規則的に割り当てる。すなわち、駆動タイミングＡを割り当てたチャネルの左右両隣、上下両隣のチャネルは、夫々駆動タイミングＢと駆動タイミングＤの組み合わせ、左上隣と左下隣、右上隣と右下隣のチャネルは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣの組み合わせとなるようにする。
駆動タイミングＢを割り当てたチャネルの左右両隣、上下両隣のチャネルは、夫々駆動タイミングＡと駆動タイミングＣの組み合わせ、左上隣と左下隣、右上隣と右下隣のチャネルは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤの組み合わせとなるようにする。
駆動タイミングＣを割り当てたチャネルの左右両隣、上下両隣のチャネルは、夫々駆動タイミングＢと駆動タイミングＤの組み合わせ、左上隣と左下隣、右上隣と右下隣のチャネルは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣの組み合わせとなるようにする。
駆動タイミングＤを割り当てたチャネルの左右両隣、上下両隣のチャネルは、夫々駆動タイミングＡと駆動タイミングＣの組み合わせ、左上隣と左下隣、右上隣と右下隣のチャネルは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤの組み合わせとなるようにする。勿論、角にあるチャネルは、上下の一方及び左右の一方に隣接するチャネルが対象となる。

駆動タイミングＡを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤであるから、左右両隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。上下両隣をみても同様である。左上隣と左下隣のチャネルは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣであるから、左上隣と左下隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。右上隣と右下隣のチャネルを見ても同様である。

駆動タイミングＢを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣであるから、左右両隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。上下両隣をみても同様である。左上隣と左下隣のチャネルは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤであるから、左上隣と左下隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。右上隣と右下隣のチャネルを見ても同様である。

駆動タイミングＣを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤであるから、左右両隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。上下両隣をみても同様である。左上隣と左下隣のチャネルは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣであるから、左上隣と左下隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。右上隣と右下隣のチャネルを見ても同様である。

駆動タイミングＤを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣであるから、左右両隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。上下両隣をみても同様である。左上隣と左下隣のチャネルは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤであるから、左上隣と左下隣のチャネルからの圧力振動の位相は固有の振動周期λの半周期ＡＬずれている。右上隣と右下隣のチャネルを見ても同様である。

既述のように、用いたインクジェットヘッド１Ａの固有の圧力振動周期λは４μｓ、半周期ＡＬは２μｓである。従って、各チャネルの駆動タイミングを遅延量で示すと、図１６（ｂ）のようになる。枠内の数値０，１，２，３は、駆動タイミングＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに夫々対応する。駆動タイミングＡを基準（＝０）にしているので、駆動タイミングＢ，Ｃ，Ｄは、駆動タイミングＡから夫々１μｓ、２μｓ、３μｓの遅延量となっている。そして、いずれのチャネルに注目しても、その周囲のチャネルを見ると、左右両隣、上下両隣、左上隣と左下隣、右上隣と右下隣のチャネルは、相互に２μｓずれた駆動タイミングで駆動するようになっている。

すなわち、駆動タイミングＡ～Ｄを割り当てた２１３個のチャネルは、いずれのチャネルに注目しても、左右方向、上下方向及び斜め方向（対角を除く）に夫々隣接したチャネルが、相互に逆相の駆動波形で駆動するようになっている。左右方向、上下方向及び斜め方向（対角を除く）に隣接したチャネルは、既述の通り、注目チャネルからみて対称の位置にあるチャネル同士である。対称の位置にあるチャネルは略同じか或いは類似した波形の圧力振動を注目チャネルに与える。よって双方同じタイミング（同相）で駆動させると互いの振動が加算されて増幅した圧力振動を注目チャネルに与えてしまうが、駆動タイミングを半周期分ずらして逆相の駆動波形で駆動させることにより、相互に振動を打ち消し合う逆相の圧力振動を注目チャネルに与えるようになる。その結果、複数チャネルの駆動時に周囲のチャネルからの影響を受け難くなり、安定したインクの吐出が可能となる。

図１６（ａ）は、２１３個のチャネルに割り当てた駆動タイミングＡ～Ｄの一例であるが、チャネルが２１３個以上あったとしても、同様の規則性をもって駆動タイミングＡ～Ｄを割り当てることによって、安定した吐出を可能にすることができる。

駆動波形は、１ドットを形成する間に複数滴の小ドロップを吐出するマルチドロップ波形であってもよい。図１７に示す駆動波形は、１ドットを形成する間に４滴の小ドロップを吐出するマルチドロップ波形の一例である。各小ドロップの吐出は、時刻ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８でアクチュエータ８に電圧Ｖ２が与えられるタイミングを起点にして行われる。時刻ｔ１から時刻ｔ２の時間、時刻ｔ２から時刻ｔ３の時間、時刻ｔ３から時刻ｔ４の時間、時刻ｔ４から時刻ｔ５の時間、時刻ｔ５から時刻ｔ６の時間、時刻ｔ６から時刻ｔ７の時間、時刻ｔ７から時刻ｔ８の時間、時刻ｔ８から時刻ｔ９の時間は、夫々、固有の振動周期λの半周期（ＡＬ）分に設定している。さらに、図１７には、駆動波形に相互に時間差（遅延時間）を設けた４つの駆動タイミングＡ～Ｄを示している。駆動タイミングＣは、駆動タイミングＡに対して半周期（ＡＬ）分遅れている。駆動タイミングＤは、駆動タイミングＢに対して半周期（ＡＬ）分遅れている。したがって、マルチドロップ波形の駆動タイミングＡと駆動タイミングＣは、各小ドロップを吐出する毎に逆相で駆動される。マルチドロップ波形の駆動タイミングＢと駆動タイミングＤは、各小ドロップを吐出する毎に逆相で駆動される。このためマルチドロップ波形では、より効果的に圧力伝搬のキャンセルが行われることになる。

なお、相互に逆相の駆動波形であればよく、駆動タイミングをずらす時間（遅延時間）は半周期（１ＡＬ）に限らない。半周期ＡＬの奇数倍であってもよい。

また、上述の実施形態では、注目チャネルの左右両隣、上下両隣、左上隣と左下隣、右上隣と右下隣のチャネルを相互に逆相で駆動するようにした。但し、逆相で駆動させるチャネルは、振動を打ち消し合う対称の位置関係にあればよく、左右両隣、上下両隣、左上隣と左下隣、右上隣と右下隣の位置関係に限らない。例えば、左上隣と右上隣のチャネル、左下隣と右下隣のチャネル、左上隣と右下隣の対角に位置するチャネル、左下隣と右上隣の対角に位置するチャネルを、互いに逆相で駆動させるようにしてもよい。

さらに、振動を打ち消し合う対称の位置関係にあれば、注目チャネルに隣接するチャネルに限らない。すなわち、注目チャネルから二つ以上離れたチャネルであってもよい。左右方向の一例を挙げると、左に二つ目のチャネルと右に二つ目のチャネルを互いに逆相で駆動させるようにする。また、注目チャネルからの数が必ずしも同じでなくともよい。左右方向の一例を挙げると、例えば左に二つ目のチャネルと右に三つ目のチャネルを互いに逆相で駆動させるようにしてもよい。さらに、逆相で駆動させるチャネルは、一対一のペアでなくともよい。例えば一つ左に隣接するチャネルと、右上隣と右下隣の一対二のペアとしてもよい。これらは、左右方向に限らず、上下方向、斜め方向についても同様である。

すなわち、逆相の駆動波形で駆動させるチャネルをどのように選ぶかの駆動タイミング決定方法は、試験又はコンピュータ等によるシミュレーションを行って図９（ｂ）のような分布図を取得し、注目チャネルを中心として同相の圧力を与えるチャネルの中から少なくとも一組のチャネルを選択すればよい。但し、ノズルプレート５の面方向に沿う振動の波長よりも短い範囲内にあるチャネルを選択する。図９（ｂ）の分布図の場合、注目チャネル１０８からみて同相の圧力を与えるチャネル（正値）が周囲にあり、その外周に逆相の圧力を与えるチャネル（負値）がある。さらにその外周にも同相の圧力を与えるチャネル（正値）があるが、逆相の駆動波形で駆動させるチャネルは、逆相の圧力を与えるチャネルよりも内側にある同相の圧力を与えるチャネルの中から選択する。

駆動タイミングの決定方法の他の例として、例えば駆動させるチャネルを注目チャネルとし、注目チャネルを駆動させたときに面方向に伝わる振動の波長を試験又はシミュレーションによって確認する。そして、その結果に基づいて、同相の圧力が伝わるチャネルの中から、逆相の駆動波形で駆動させる少なくとも一組のチャネルを選択する。つまり、前者の図９（ｂ）を用いた駆動タイミングの決定方法は、注目チャネル以外のチャネルを駆動させる方法であり、後者は注目チャネル自身を駆動させる方法である。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態の液体吐出装置について説明する。図１８は、第２実施形態の液体吐出装置の一例として、インクジェットヘッド１００Ａの斜視図を示している。インクジェットヘッド１００Ａは、ノズル５１を一列に配列したことを除けば、第１実施形態で例示したインクジェットヘッド１Ａと同じ構成である。従って、図２と同様の構成については同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。

インクジェットヘッド１００Ａは、図１８に示すように、チャネルを構成するノズル５１をＸ方向に一列に配列している。そして、図１９（ａ）に一例を示すように、各チャネルに駆動タイミングＡ～Ｄを規則的に割り当てる。図１９（ｂ）は、各チャネルの駆動タイミングの遅延量を時間で示している。第２実施形態のインクジェットヘッド１００Ａも、駆動タイミングＡを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤであるから、両隣の圧力振動の位相は半周期分ずれる。駆動タイミングＢを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣであるから、両隣の圧力振動の位相は半周期分ずれる。駆動タイミングＣを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＢと駆動タイミングＤであるから、両隣の圧力振動の位相は半周期分ずれる。駆動タイミングＤを割り当てたチャネルに注目すると、左右両隣のチャネルの駆動タイミングは、駆動タイミングＡと駆動タイミングＣであるから、両隣の圧力振動の位相は半周期分ずれる。

すなわち、図１９（ａ）のように駆動タイミングＡ～Ｄを割り当てたチャネルは、いずれのチャネルに注目しても、左右方向に隣接したチャネルが、相互に逆相の駆動波形で駆動するようになっている。左右方向に隣接したチャネルは、注目チャネルからみて対称の位置にあるチャネル同士である。従って、これらのチャネルからは、相互に振動を打ち消し合う逆相の圧力振動を注目チャネルに与えるようになる。その結果、複数チャネルの駆動時に周囲のチャネルからの影響を受け難くなり、安定したインクの吐出が可能となる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態の液体吐出装置について説明する。図２０は、液体吐出装置の一例として、インクジェットヘッド１０１Ａの縦断面図を示している。インクジェットヘッド１０１Ａは、圧力室（個別圧力室）４１を省略し、ノズルプレート５が共通インク室４２と直接的に連通するようにしたことを除けば、第１実施形態で例示したインクジェットヘッド１Ａと同じ構成である。従って、図４と同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。

図２０に示すインクジェットヘッド１０１Ａも、全てのチャネルに対して、図１６（ａ）に一例を示したような駆動タイミングＡ～Ｄを割り当てて駆動させる。勿論、インクジェットヘッド１０１Ａは、第２実施形態のようにノズル５１を一列に配列してもよい。

上述のいずれかの実施形態によれば、図１６（ａ）や図１９（ａ）に一例を示したように駆動タイミングＡ～Ｄを割り当てることにより、左右方向、上下方向など、夫々隣接したチャネルが、相互に逆相の駆動波形で駆動するようになっている。よって、これら隣接したチャネル同士は、その中央にあるチャネルは、相互に振動を打ち消し合う逆相の圧力振動を注目チャネルに与えるようになる。その結果、アクチュエータの動作が互いに干渉するクロストークを抑え、安定した液体の吐出を行うことが可能となる。

すなわち、インクジェットヘッド１Ａ，１００Ａ，１０１Ａは、アクチュエータ８とノズル５１をノズルプレート５の面上に配置している。この場合、同時に複数のアクチュエータ８を同時に駆動してしまうと、ノズルプレート５の面が撓む、共通インク室４２を介して周囲のアクチュエータ８からの圧力変化の影響を受けるなどの理由から、アクチュエータ８の動作は他のアクチュエータ８の動作に干渉するクロストークが起きる。そこで、上述のように駆動タイミングを割り当てることによって、周囲のアクチュエータ８からのクロストークを抑えるのである。

さらに、上述の実施形態では、液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタ１のインクジェットヘッド１Ａ、１００Ａ、１０１Ａを説明したが、液体吐出装置は、３Ｄプリンタの造形材吐出ヘッド、分注装置の試料吐出ヘッドであってもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０インクジェットプリンタ
１Ａインクジェットヘッド
４インク供給部
５ノズルプレート
５１ノズル
７駆動回路
８アクチュエータ

Claims

液体を吐出する複数のノズルを配列したノズルプレートと、
前記ノズル毎に設けたアクチュエータと、
前記ノズルに連通する液体供給部と、
前記複数のノズルの中の一つに注目したとき、前記注目したノズルに隣接する少なくとも一組のノズルのアクチュエータには、互いに逆相となる駆動波形の駆動信号を夫々与える駆動制御部と、を備え、
前記アクチュエータを駆動したときの前記ノズルプレートの面方向に沿う振動の半波長は、前記アクチュエータの配列のピッチよりも長いことを特徴とする液体吐出装置。
液体を吐出する複数のノズルを配列したノズルプレートと、
前記ノズル毎に設けたアクチュエータと、
前記ノズルに連通する液体供給部と、
前記複数のノズルの中の一つに注目して当該ノズルのアクチュエータを駆動させたときに同相の振動が伝わる位置にある少なくとも一組のノズルのアクチュエータには、互いに逆相となる駆動波形の駆動信号を夫々与える駆動制御部と、を備え、
前記アクチュエータを駆動したときの前記ノズルプレートの面方向に沿う振動の半波長は、前記アクチュエータの配列のピッチよりも長いことを特徴とする液体吐出装置。
液体を吐出する複数のノズルの中の一つに注目し、前記ノズルのアクチュエータを駆動させて、同相の振動が伝わる位置にある少なくとも一組のノズルを判別し、
前記同相の振動が伝わる位置にある少なくとも一組のノズルのアクチュエータに、互いに逆相となる駆動波形の駆動信号を夫々与えて、前記ノズルから液体を吐出させる駆動タイミング決定方法において、
前記複数のノズルはノズルプレートに配列され、前記アクチュエータを駆動したときの前記ノズルプレートの面方向に沿う振動の半波長は、前記アクチュエータの配列のピッチよりも長いことを特徴とする駆動タイミング決定方法。