JP7363175B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。

従来、液体吐出装置として、圧電素子（ピエゾ素子）に駆動波形信号を印加し、圧電素子を変形させることでインク室内を加減圧してインク室の圧力を上下させることにより、液体としてのインク滴を用紙などの対象物に向けて吐出させる、インクジェット記録装置が知られている。

このようなインクジェット記録装置においては、インク滴の吐出条件により、クロストークと呼ばれるインク滴の飛翔速度のばらつきが、ノズルごとに発生することがある。クロストークとしては、ヘッドの物理的な構造の変化によるメカクロストークや、駆動波形信号（圧電素子を駆動するアナログ信号）が変動するエレキクロストークがある。クロストークは、吐出インク量及び吐出速度を変化させて画像品質に影響を及ぼすため、低減させることが望ましく、そのような技術が従来様々考え出されている。

上述のようなクロストークの改善を図る技術として、例えば、圧電素子を駆動するアナログ信号（駆動波形信号、以下ＶＣＯＭ）を複数生成し、ノズルごとにいずれかのＶＣＯＭを選択するものがある（例えば特許文献１）。当該技術では、上記ＶＣＯＭを、各々電圧が異なる（すなわちノズルから吐出されるインク滴の飛翔速度が違う）波形とし、クロストークの影響でインク適の飛翔速度が遅くなる傾向にある圧電素子には、飛翔速度が速くなるようなＶＣＯＭを選択し、またクロストークの影響で飛翔速度が速くなる圧電素子には、飛翔速度が遅くなるようなＶＣＯＭを選択することで、ノズルごとのばらつきを低減する。

しかしながら、各ノズルに対応させてＶＣＯＭを選択する制御信号（選択信号）を提供する構成であると、信号線数が多くなることによりハーネスの容積やコストが増大するデメリットに加え、選択信号とＶＣＯＭとが配線経路間で電気的に干渉し合うことにより意図しないＶＣＯＭが選択される誤動作が発生して画像不良に繋がるという問題が生じやすくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノズルごとにクロストーク特性に適した駆動波形信号で圧電素子を駆動するにあたり、駆動波形信号選択の誤動作による画像不良の発生を抑えることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、圧電素子が駆動波形信号で駆動されることで液体を吐出するノズルを複数備える液体吐出装置であって、複数の駆動波形信号を生成する駆動波形生成部と、前記複数の駆動波形信号のうち前記ノズルの特性に適するものを複数の前記ノズルのそれぞれに対応付ける選択データに基づいて、前記駆動波形信号のいずれかを選択するための選択信号を、複数の前記ノズルのそれぞれについて生成する選択信号生成部と、前記選択信号を元に、前記圧電素子に送信する前記駆動波形信号を、複数のうちのいずれかに切り替える波形切替部と、を備え、前記駆動波形生成部は、前記選択信号生成部が、同一の前記駆動波形信号を選択するための選択信号を複数の前記ノズルについて生成する場合に、同一の前記駆動波形信号を複数生成する。

本発明によれば、ノズルごとにクロストーク特性に適した駆動波形信号で圧電素子を駆動するにあたり、駆動波形信号選択の誤動作による画像不良の発生を抑えることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかるインクジェット記録装置の概略的な構成を示すブロック図である。 図２は、インクジェット記録装置の構成の一例を示すブロック図である。 図３は、ＶＣＯＭの切替制御を説明するブロック図である。 図４は、ＶＣＯＭの波形イメージの一例を示す図である。 図５は、第２の実施の形態にかかるインクジェット記録装置の概略的な構成を示すブロック図である。

（第１の実施の形態）
以下に添付図面を参照して、液体吐出装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるインクジェット記録装置（液体吐出装置の一例）の概略的な構成を示すブロック図である。インクジェット記録装置は、ヘッド駆動基板１００およびインクジェットヘッド２００を備えている。ヘッド駆動基板１００は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１０１や複数のＶＣＯＭ生成回路１０２を備えている。また、インクジェットヘッド２００は、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０１やＶＣＯＭ選択回路２０２、選択信号生成回路２０３、複数の圧電素子３１を備えている。圧電素子３１は、電圧印加を受けて変形し、これによりノズルからインク滴を吐出させる。

ＡＳＩＣ１０１は、特定用途向けに設計された集積回路であって、ここでは、入力された画像データに対する処理（例えば画像処理、並び替え処理、各種信号処理）や、装置全体を制御するための入出力信号の処理などを行う。

ＶＣＯＭ生成回路１０２は、駆動波形生成部の一例であって、圧電素子３１に対応付けて設けられ、ＡＳＩＣ１０１の出力に従ってＶＣＯＭを生成し、これをインクジェットヘッド２００に出力する。なお、ＶＣＯＭは、圧電素子３１を駆動する所定時間幅のアナログ信号（駆動波形信号）であって、その波形は、圧電素子３１に印加する電圧の変動を示している。インクジェット記録装置においては、圧電素子３１に印加される電圧を調整することによって、ノズルが吐出するインク滴のサイズを変更して、所望の諧調表現を行っている。

ＲＡＭ２０１は、揮発性のメモリであって、ＶＣＯＭの選択（切替）に用いるデータ（ＶＣＯＭ選択データ）を、例えばテーブルの形式で記憶する。なお、ＲＡＭ２０１へのＶＣＯＭ選択データの書き込み、すなわちヘッド駆動基板１００からインクジェットヘッド２００への制御信号の送信は、ＶＣＯＭを出力していない状態で行われる。ＶＣＯＭ選択データ（選択データの一例）は、複数のノズルのそれぞれについて、ノズルと当該ノズルの特性に適する駆動波形信号（複数の選択肢のうちのいずれか）とを、対応付けるものである。

選択信号生成回路２０３は、選択信号生成部の一例であって、ヘッド駆動基板１００から送信された画像データから得られる圧電素子３１の駆動条件に応じて、ＶＣＯＭの切り替えに用いる選択信号を生成し、生成した選択信号をＶＣＯＭ選択回路２０２に出力する。

ＶＣＯＭ選択回路２０２は、波形切替部の一例であって、ＶＣＯＭ生成回路１０２から入力される複数のＶＣＯＭのうち、選択信号生成回路２０３から入力される選択信号に対応するものを選択し、選択したＶＣＯＭを該当する圧電素子３１に出力する。

上述のような構成によれば、ヘッド駆動基板１００において複数のＶＣＯＭを生成し、インクジェットヘッド２００においてＲＡＭ２０１が記憶するＶＣＯＭ選択データに基づいて、ＶＣＯＭの選択信号を生成する。これにより、クロストークを低減することが可能となる。これにより、選択信号にＶＣＯＭのノイズが重なることで意図しないＶＣＯＭが選択されて画像不良となる従来のような不都合を、起こりにくくすることができる。

なお、選択信号生成回路２０３（選択信号生成部）とＶＣＯＭ選択回路２０２（波形切替部）とを、同一の基板上に設けたり同一のＩＣ内に収めたりした構成であると、さらにクロストークを低減し上述の不都合を起こりにくくすることができる。

以下、図１で示した概略構成を、具体化して説明する。図２は、インクジェット記録装置の構成の一例を示すブロック図である。インクジェットヘッド２００は、ヘッド基板２１と、圧電素子支持基板２２と、複数の圧電素子３１－１，３１－２，…，３１－ｎを備えている。圧電素子支持基板２２は、圧電素子駆動ＩＣ（Integrated Circuit）２０４を備えている。ヘッド基板２１は、制御部２１０およびＲＯＭ２０５を備えている。

ヘッド駆動基板１００は、制御部１１０、ＶＣＯＭ生成部１０３ａ，１０３ｂ，…，１０３ｘ、およびＡＭＰ回路１０４ａ，１０４ｂ，…，１０４ｘを備えている。制御部１１０、ＶＣＯＭ生成部１０３ａ，１０３ｂ，…，１０３ｘは、ＡＳＩＣ１０１に設けられている。また、当該図２の構成におけるＡＭＰ回路１０４ａ，１０４ｂ，…，１０４ｘは、図１におけるＶＣＯＭ生成回路１０２に相当する。

ＶＣＯＭ生成部１０３ａ，１０３ｂ，…，１０３ｘおよびＡＭＰ回路１０４ａ，１０４ｂ，…，１０４ｘは、各々独立に設けられている。

制御部１１０は、装置全体の制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＣＰＵが実行するプログラム他固定データを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に保持するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んで構成されている。

また、制御部１１０は、ヘッド駆動基板１００よりも画像形成工程における上流側に設置された画像処置を行うＣＴＬ（コントローラ基板）３００から画像データを受信し、当該受信した画像データをインクジェットヘッド２００へシリアル転送する。

また、制御部１１０は、タイミングデータおよび選択データを、インクジェットヘッド２００へ送信する。タイミングデータは、圧電素子駆動ＩＣ２０４内のアナログスイッチのＯＮ／ＯＦＦおよびそのタイミングを制御するためのデータである。圧電素子駆動ＩＣ２０４のアナログスイッチは、タイミングデータの受信中、ＯＮになる。圧電素子駆動ＩＣ２０４は、アナログスイッチがＯＮの期間、駆動波形を圧電素子３１－１，３１－２，…，３１－ｎに、印加する。アナログスイッチをＯＮ／ＯＦＦしたいタイミングでタイミングデータを送信することで、１つの駆動波形で複数の階調のインク滴を吐出できる。選択データは、ＶＣＯＭ選択データである。

また、ＶＣＯＭ生成部１０３ａ，１０３ｂ，…，１０３ｘは、制御部１１０の制御に従って、ＶＣＯＭを生成する。ＡＭＰ回路１０４ａ，１０４ｂ，…，１０４ｘは、ＶＣＯＭ生成部１０３ａ，１０３ｂ，…，１０３ｘから出力されたアナログ信号を、その電圧を増幅して出力する。当該増幅して出力されたアナログ信号（ＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘ）は、圧電素子駆動ＩＣ２０４に送信される。

制御部２１０は、ＣＰＵや、ＣＰＵが実行するプログラム他固定データを格納するＲＯＭ、データを一時的に保持するＲＡＭ２０１（図１参照）を含んで構成されている。また、制御部２１０は、図１における選択信号生成回路２０３に相当する構成を含む。制御部２１０は、ヘッド駆動基板１００からシリアル転送された画像データを、デシリアライズして、圧電素子駆動ＩＣ２０４に出力する。なお、制御部２１０は、圧電素子駆動ＩＣ２０４内に設けられていても良い。

圧電素子駆動ＩＣ２０４は、図１におけるＶＣＯＭ選択回路２０２に相当する。圧電素子駆動ＩＣ２０４は、ヘッド基板２１から受信した画像データに応じて、ＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘをアナログスイッチ等で適宜ＯＮ／ＯＦＦし、圧電素子３１－１，３１－２，…，３１－ｎに印加する。

ＲＯＭ２０５は、複数のＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘのいずれを圧電素子３１－１，３１－２，…，３１－ｎに印加するかの判断（ＶＣＯＭの選択、切替）に用いるデータ（ＶＣＯＭ選択データ）を、例えばテーブルの形式で、予め記憶している。

なお、ＲＯＭ２０５は例えばフラッシュＲＯＭであって、制御部２１０は、制御部１１０から受信したデータによってＲＯＭ２０５が記憶するＶＣＯＭ選択データを更新する。この受信および更新は、ＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘの受信と重ならない時期に行われる。

図２で示したような構成おいて、ヘッド駆動基板１００において、既知のクロストークを削減するための複数のＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘを生成し、インクジェットヘッド２００において、ＲＯＭ２０５が予め記憶するＶＣＯＭ選択データを元に、いずれかのＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘを選択するための信号（選択信号）を生成する。これにより、ヘッド駆動基板１００上および伝送線路上にてＶＣＯＭがノイズの影響を受けて意図しないＶＣＯＭが選択されて画像不良となるような、従来の不都合の発生を低減することが可能となる。

次に図３は、ＶＣＯＭの切替制御を説明するブロック図である。当該図３に示す構成例は、図２におけるインクジェットヘッド２００の構成を更に具体化した例である。本例において、制御部２１０は、切替回路２０６を備え、圧電素子駆動ＩＣ２０４は、マルチプレクサ２０７－１，２０７－２，…，２０７－ｎを備えている。マルチプレクサ２０７－１，２０７－２，…，２０７－ｎは、圧電素子３１－１，３１－２，…，３１－ｎに対応させて設けられている。

ＲＯＭ２０５には、マルチプレクサ２０７－１，２０７－２，…，２０７－ｎに入力される切替信号１，切替信号２，…，切替信号ｎの生成のために必要な切替テーブルが格納されている。切替テーブルは、ＶＣＯＭ選択データに相当するものである。この切替テーブルには、インクジェットヘッド２００上の圧電素子３１－１，３１－２，…，３１－ｎおよびノズル毎のメカニカルなクロストーク特性や、インクジェットヘッド２００の駆動条件に対応するクロストーク特性など、ノズルに固有の値が、格納されている。

制御部２１０は、切替テーブルのデータをＲＯＭ２０５から読み出してＲＡＭ２０１に格納した後、切替回路２０６にて切替信号１，切替信号２，…，切替信号ｎを生成し、圧電素子駆動ＩＣ２０４内のマルチプレクサ２０７－１，２０７－２，…，２０７－ｎに送信する。なお、切替信号１，切替信号２，…，切替信号ｎは、図１および図２における選択信号に相当する。つまり切替回路２０６は選択信号生成部の一例である。

切替回路２０６は、ヘッド駆動基板１００から受信した画像データやインクジェットヘッド２００の動作周波数等のクロストーク特性に関係する種々の条件と、ＲＡＭ２０１が記憶するデータ（切替テーブル）との比較結果に応じて、ＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘから最適な吐出特性が得られるものを選択し、切替信号１，切替信号２，…，切替信号ｎを出力する。

マルチプレクサ２０７－１，２０７－２，…，２０７－ｎは、圧電素子駆動ＩＣ２０４内のアナログスイッチ等で構成され、切替信号１，切替信号２，…，切替信号ｎに適するＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，…，ＶＣＯＭｘを、圧電素子３１－１，３１－２，…，３１－ｎに出力する。

図４は、ＶＣＯＭの波形イメージの一例を示す図である。ここでは、駆動波形信号として、強度（電圧振幅）が小，中，大の３段階のＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，ＶＣＯＭｃを用いる場合を例としている。なお、一般的に、インク滴の飛翔速度は、波形の波高値や傾きなど様々な要因で変化するが、本例では、波形の最大値と最低値との差を強度として表し、一例として示している。

また、本例では、インクジェットヘッド２００が、ノズル１，ノズル２，ノズル３（不図示）を備えるとし、それぞれに圧電素子３１－１，圧電素子３１－２，圧電素子３１－３が組み付けられているとする。そして、ノズル１～３は、それぞれ下記の特性を有しているとする。
・ノズル１は、インク滴の飛翔速度が標準よりも速くなる特性を有する。
・ノズル２は、インク滴の飛翔速度が標準よりも遅くなる特性を有する。
・ノズル３は、インク滴の飛翔速度が標準である特性を有する。

ＲＯＭ２０５は、上述の特性を記憶している。この場合、制御部２１０は、ＲＯＭ２０５が記憶する各ノズル１～３の特性を参照して下記のような判断を行うことにより、各ノズル１～３に対する切替信号１～３を生成する。
・ノズル１に対しては、インク滴の飛翔速度を遅くするために、切替信号１として、強度の小さいＶＣＯＭａを選択することを指示する信号を出力する。
・ノズル２に対しては、インク滴の飛翔速度を速くするために、切替信号２として、強度の大きいＶＣＯＭｃを選択することを指示する信号を出力する。
・ノズル３に対しては、インク滴の飛翔速度を変える必要がないので、切替信号３として、強度が中程度のＶＣＯＭｂを選択することを指示する信号を出力する。

ここで、仮に、インクジェットヘッド２００の全ての圧電素子３１－１，３１－２，３１－３に、強度の大きい駆動波形信号（上記例のＶＣＯＭａ相当）を印加する必要がある場合について考察する。この場合、全ての圧電素子３１－１，３１－２，３１－３にＶＣＯＭａを印加するのであると、ＶＣＯＭａに対する負荷が大きくなる。このため、ＶＣＯＭａの波形の形状が鈍り、インク滴の飛翔速度が遅くなる不都合が生じやすくなる。

よって、全ての圧電素子３１－１，３１－２，３１－３に、強度の大きい駆動波形信号（上記例のＶＣＯＭａ相当）を印加する必要がある場合には、全ての圧電素子３１－１，３１－２，３１－３にＶＣＯＭａを印加するのではなく、ＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，ＶＣＯＭｃをそれぞれ同一の波形（この場合は強度の大きいもの）として分担して印加する。

これにより、各ＶＣＯＭ（ＶＣＯＭａ，ＶＣＯＭｂ，ＶＣＯＭｃ）に対する負荷を１／３に減らすことができ、負荷変動によるＶＣＯＭ波形の鈍りを低減し、インク滴の飛翔速度への影響を抑えることができる。これは、制御部２１０にて、ヘッド駆動基板１００から受信した画像データに基づいて負荷の大きさを判断し、切替回路２０６が画像データに基づいて切替信号（選択信号）を生成していることで、実現できる。

（第２の実施の形態）
次に、第１の実施形態の変形例である第２の実施形態について説明する。本実施形態は、前実施形態の変形例であるので、前実施形態と同じ部分については同じ符号を用い、また、詳細な説明を省略する。図５は、図１と対応する図であって、第２の実施の形態にかかるインクジェット記録装置の概略的な構成を示すブロック図である。

本実施形態では、前実施形態の選択信号生成回路２０３に相当する処理を行う選択信号生成回路１０９を、ヘッド駆動基板１００に備えている。選択信号生成回路１０９は、ＶＣＯＭの選択に使用する制御信号（選択信号）を、ノズル（圧電素子３１）毎に、シリアルで送信する。また、選択信号生成回路１０９は、ＶＣＯＭ選択回路２０２に、クロック信号（ＣＬＫ）をも送信する。

また、本実施形態では、選択信号生成回路２０３に代えて選択信号生成回路１０９を備えるため、インクジェットヘッド２００にＶＣＯＭ選択データを転送し記憶させる必要がない。

このように構成しても、前実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、ヘッド駆動基板１００において、複数のＶＣＯＭを生成し、さらにＶＣＯＭ選択データを元にＶＣＯＭの選択信号を生成する。これにより、信号線数が従来に比べ抑えられるので、クロストークを低減することが可能となるため、ノイズによるデータ化け等が起きる可能性を低くすることができる。これにより、選択信号にＶＣＯＭのノイズが重なることで意図しないＶＣＯＭが選択されて画像不良となる従来のような不都合を、起こりにくくすることができる。

１００ ：ヘッド駆動基板
１０１ ：ＡＳＩＣ
１０２ ：ＶＣＯＭ生成回路（駆動波形生成部の一例）
１０３ａ，１０３ｂ，…，１０３ｘ ：ＶＣＯＭ生成部
１０４ａ，１０４ｂ，…，１０４ｘ ：ＡＭＰ回路
１０９ ：選択信号生成回路（選択信号生成部の一例）
１１０ ：制御部
２００ ：インクジェットヘッド
２０１ ：ＲＡＭ（記憶部の一例）
２０２ ：ＶＣＯＭ選択回路（波形切替部の一例）
２０３ ：選択信号生成回路（選択信号生成部の一例）
２０４ ：圧電素子駆動ＩＣ
２０５ ：ＲＯＭ（記憶部の一例）
２０６ ：切替回路（選択信号生成部の一例）
２０７－１，２０７－２，…，２０７－ｎ ：マルチプレクサ
２１０ ：制御部
２１ ：ヘッド基板
２２ ：圧電素子支持基板
３１－１，３１－２，…，３１－ｎ ：圧電素子

特開２００２－１２０３６６号公報

Claims (5)

1. 圧電素子が駆動波形信号で駆動されることで液体を吐出するノズルを複数備える液体吐出装置であって、
   複数の駆動波形信号を生成する駆動波形生成部と、
   前記複数の駆動波形信号のうち前記ノズルの特性に適するものを複数の前記ノズルのそれぞれに対応付ける選択データに基づいて、前記駆動波形信号のいずれかを選択するための選択信号を、複数の前記ノズルのそれぞれについて生成する選択信号生成部と、
   前記選択信号を元に、前記圧電素子に送信する前記駆動波形信号を、複数のうちのいずれかに切り替える波形切替部と、
   を備え、
   前記駆動波形生成部は、前記選択信号生成部が、同一の前記駆動波形信号を選択するための選択信号を複数の前記ノズルについて生成する場合に、同一の前記駆動波形信号を複数生成する液体吐出装置。
2. 前記選択信号生成部は、画像データに基づいて、前記選択信号を生成する
   請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記選択信号生成部が用いる前記選択データは、前記ノズルに固有の値である
   請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記駆動波形生成部は、強度が異なる複数の前記駆動波形信号を生成する
   請求項１～３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記選択信号生成部と、前記波形切替部とが、同一基板上に設けられている
   請求項１～４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
   

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