JP7368105B2 - 液体吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体吐出装置及び画像形成装置に関する。

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液体を吐出するノズルを複数備えた液体吐出装置には、周囲のノズルが液体を吐出する動作を行ったときに発生する振動の影響を受けて吐出速度や吐出量が変化するクロストークの問題がある。クロストークを抑えるために、行方向に並んだノズル同士の駆動タイミングをずらすことが検討されている。しかしながら、行方向だけでなく列方向にもノズルを配列すると、例えば形成する画像や造形物の形状によっては列方向に並んだノズルを同一駆動サイクルで駆動させることがあり、クロストークを抑えることができない。

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、行方向及び列方向にアレイ状に配列したノズル間のクロストークを抑えることのできる液体吐出装置、及び画像形成装置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、及び駆動信号供給部を備える。ノズルは、行方向と列方向にアレイ状に配列している。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。駆動信号供給部は、同一駆動サイクルにおいて行方向に相互に隣接するノズルに対し、液体供給部内の液体の固有振動の半周期の奇数倍の遅延時間を有するタイミングで、駆動信号をアクチュエータに供給し、且つ、同一駆動サイクルにおいて列方向に相互に隣接するノズルに対し、前記半周期の奇数倍の遅延時間を有するタイミングで、駆動信号をアクチュエータに供給する。

実施形態に従うインクジェットプリンタの全体構成図である。 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に供給する駆動信号である。 上記駆動信号を供給したアクチュエータの動作を説明する説明図である。 上記アクチュエータを駆動させたときの圧力振動を説明する説明図である。 各ノズルに割り当てた遅延時間を駆動波形で表した説明図である。 各ノズルに割り当てた遅延時間をＡＬで表したマトリックスである。 実施例１～１２において各ノズルに割り当てた遅延時間をＡＬで表したマトリックスである。 実施例１３～１５において各ノズルに割り当てた遅延時間をＡＬで表したマトリックスである。 実施例１～１５の遅延時間でインクを吐出させる吐出パターンである。 実施例１～１５の遅延時間でインクを吐出させる吐出パターンである 比較例１～３において各ノズルに割り当てた遅延時間をＡＬで表したマトリックスである。 実施例１～１５及び比較例１～３でインクを吐出したときの吐出速度の変化の結果を示すグラフである。 実施例１の吐出速度の変化の結果を示すグラフである。 上記インクジェットヘッドの変形例の縦断面図である。 遅延時間ずれΔｔを加えるノズルの配置を表したマトリックスである。 実施例１８，１９，２０において各ノズルに割り当てた遅延時間と、遅延時間ずれΔｔを加えるノズルの配置を表したマトリックスである。 実施例１８，１９，２０のインクの吐出速度のバラつきの結果を示すグラフである。 実施例２１，２２，２３において各ノズルに割り当てた遅延時間と、遅延時間ずれΔｔを加えるノズルの配置を表したマトリックスである。 実施例２１，２２，２３のインクの吐出速度のバラつきの結果を示すグラフである。 実施例２４，２５，２６において各ノズルに割り当てた遅延時間と、遅延時間ずれΔｔを加えるノズルの配置を表したマトリックスである。 実施例２４，２５，２６のインクの吐出速度のバラつきの結果を示すグラフである。

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。

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２２Ａ，２２Ｂを通してインクジェットプリンタ１０の制御基板１７に入力する。

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り、駆動信号供給部を構成している。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、４２．３μｍ、距離Ｙ１は、２５４μｍ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１２００ＤＰＩ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、Ｘ軸方向に例えば７５組配列し、さらに７５組のノズルを１群としてＹ軸方向に２群配列することで、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。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）を入力す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に駆動信号を夫々入力し、各アクチュエータ８は、入力し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、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Contact Film）で、フレキシブル基板６に形成した配線パターンと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に入力す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。基板１０１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３１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、上部電極８４、薄板状の圧電体８５及び下部電極８６を積層した構造である。下部電極８６は、個別電極８１と電気的に接続し、上部電極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。上部電極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。下部電極８６及び上部電極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、シートＳと対向するノズルプレート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に入力する駆動信号の波形（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、トリプルパルスにより、１回の駆動周期でインクの液滴を３回ドロップするマルチドロップの駆動波形を示している。高速でドロップすればインクは一つの液滴となってシートＳに着弾する。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、駆動波形はトリプルパルスに限定されない。例えばシングルパルスやダブルパルスであってもよい。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、下部電極８６と上部電極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Ｖ２（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで電圧Ｖ３を印加して１回目のインクのドロップを行う。さらに、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで電圧Ｖ２（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで電圧Ｖ３を印加して２回目のインクのドロップを行う。さらに、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで電圧Ｖ２（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで電圧Ｖ３を印加して３回目のインクのドロップを行う。高速でドロップすれば液滴が一つになってシートＳに着弾する。ドロップ終了後の時刻ｔ７でバイアス電圧Ｖ１を印加して圧力室４１内の残留振動を減衰させる。

電圧Ｖ３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、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間、時刻ｔ６から時刻ｔ７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。時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、待機状態である。待機状態においてバイアス電圧Ｖ１を印加すると、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に曲げ応力が生じて、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、拡張パルスとしての電圧Ｖ２（＝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、収縮パルスとしての電圧Ｖ３を印加すると、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、図８（ｄ）に模式的に示すようにノズル５１からインクを押し出す。電圧Ｖ３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。すなわち、１回目のインクのドロップが行われる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４まで電圧Ｖ２（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで電圧Ｖ３を印加したときも同様の動作と作用で２回目のインクのドロップが行われる（図８（ｂ）～（ｅ））。さらに時刻ｔ５から時刻ｔ６まで電圧Ｖ２（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで電圧Ｖ３を印加したときも同様の動作と作用で３回目のインクのドロップが行われる（図８（ｂ）～（ｅ））。

３回目のドロップが行われると時刻ｔ７で、キャンセルパルスとしての電圧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している。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Ｖ３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減衰させる。

ここで、アクチュエータ８を駆動したときに周囲に伝わる流速振動について説明する。図９は、第１行第１列に配置したノズル５１のアクチュエータ８を駆動してインクを吐出したときに、周囲に配置したノズル５１の圧力室４１に伝わる流速振動の周期と振幅の大きさを示している。図９に示すように、第１行第１列のノズル（駆動ノズル）５１からインクを吐出すると、行方向に隣接する第１行第２列のノズル５１、列方向に隣接する第２行第１列のノズル５１、及び対角方向に隣接する第２行第２列のノズル５１に伝わる流速振動が大きい。そのため、第１行第１列のノズル５１からの流速振動が残っているときに隣接するノズル５１からインクを吐出すると、干渉してクロストークが発生することがある。振幅は小さくなるが、隣接するノズル５１よりも離れた位置にあるノズル５１にも流速振動は伝わる。

第１行第１列以外のノズル５１を駆動しても同様の周期の流速振動が発生する。アクチュエータ８を駆動させたときに発生する流速振動の周期は、インクの特性とヘッド内構造によって決まる固有のものだからである（固有振動周期λ）。すなわち、当該インクジェットヘッド１Ａの圧力室４１内にあるインクによって決まる固有の振動周期である。従って、固有振動周期λは、インクを満たした状態でアクチュエータ８のインピーダンスの変化を検出することによって測定することができる。インピーダンスの検出は、例えばインピーダンスアナライザを用いる。固有振動周期λを測定する他の方法として、駆動回路７からステップ波形などの電気信号をアクチュエータ８に供給し、レーザードップラー振動計でアクチェータ８の振動を測定してもよい。また、コンピュータを用いたシミュレーションによって演算により求めることもできる。

アレイ状に配列したノズル５１のアクチュエータ８に供給する駆動信号は、図１０に示すように、行方向に隣接するノズル５１の駆動タイミングとは相互に固有振動周期λの半周期分の時間差を有し、且つ、行方向に隣接するノズル５１の駆動タイミングとも相互に固有振動周期λの半周期分の時間差を有するように駆動タイミングを設定している。半周期分の時間差があれば相互に隣接するノズル５１のどちらが先に駆動してもよい。例えば第１行第１列のノズル５１からみて行方向に隣接する第１行第２列のノズル５１は、第１行第１列のノズル５１に対して駆動タイミングを遅延させており、その遅延時間を固有振動周期λの半周期としている。さらに第１行第１列のノズル５１からみて列方向に隣接する第２行第１列のノズル５１も、第１行第１列のノズル５１に対して駆動タイミングを遅延させており、その遅延時間を固有振動周期λの半周期としている。第１行第１列以外のノズル５１に注目しても、行方向及び列方向に相互に隣接するノズル５１に対して、相互に駆動タイミングを固有振動周期λの半周期遅延させている。

遅延時間は、固有振動周期λの半周期毎の間隔で設定する。すなわち、固有振動周期λの半周期をＡＬ（Acoustic Length）で表したとき、遅延時間は、ＡＬの奇数倍（１ＡＬ，３ＡＬ，５ＡＬ，・・・ｎＡＬ）とする。図１１は、図１０の各ノズル５１に割り当てた遅延時間をＡＬで表したマトリックスである。具体的には、図１０の各ノズル５１に割り当てた遅延時間を１群とし、列方向に２つ並べて６４個（＝８列×８行）のマトリックスとしている。枠内の数値は、第１行第１列のノズル５１の駆動タイミングを基準（＝０）とし、他のノズル５１の遅延時間をＡＬの倍数で示している（単位；ＡＬ）。

図１１に示すように、いずれのノズル５１に注目しても、注目ノズルからみて行方向に隣接するノズル５１の駆動タイミングがＡＬの奇数倍であり、且つ、注目ノズルからみて列方向に隣接するノズル５１の駆動タイミングがＡＬの奇数倍である。なお、枠内の数値が同じノズル５１は、同一駆動サイクルにおいて同じタイミングで駆動する。図１１は、６４個（＝８×８）のノズル５１の遅延時間をマトリックスで示したものであるが、このマトリックスをさらに行方向及び／又は列方向に並べていくことによって、より多くのノズル５１の遅延時間を設定することが可能である。

遅延時間の設定に関して、図１１のマトリックスをみると分かるように、行方向の第ｉ番目のノズル５１の遅延時間をａ_ｉ、列方向の第ｊ番目のノズル５１の遅延時間をｂ_ｊとしたとき、第ｉ行第ｊ列のノズル５１の遅延時間は、ａ_ｉ＋ｂ_ｊに設定している。例えば第３行第３列のノズル５１の遅延時間（４ＡＬ）は、行方向の３番目（第３行第１列）のノズル５１の遅延時間（２ＡＬ）と列方向の３番目（第１行第３列）のノズル５１の遅延時間（２ＡＬ）を足した値になっている。その他のノズル５１も同様になっている。この規則に従えば多くのノズル５１の駆動タイミングの設定が容易に行える。

また、行方向第ｉ番目であり前記列方向第ｊ番目にある第ｉ行第ｊ列のノズル５１の遅延時間をａ_ｉ，ｊとし、第ｉ＋１行第ｊ－１列のノズル５１の遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ－１}、第ｉ＋１行第ｊ＋１列のノズル５１の遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}としたとき、遅延時間ａ_ｉ，ｊ＝遅延時間ａ_{ｉ＋１，ｊ－１}或いは遅延時間ａ_ｉ，ｊ＝遅延時間ａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}に設定したノズル５１を含むようにすることもできる。

また、既述のように、図７の駆動波形における時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの時間間隔も１ＡＬとしている。勿論、１ＡＬに限らず、ＡＬの奇数倍としてもよい。すなわち、アクチュエータ８の駆動開始後、電圧Ｖ１，電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３に電圧を変えるタイミングも固有振動周期λの半周期毎の間隔となっている。

図１１のマトリックスのようにＡＬの奇数倍の遅延時間で各アクチュエータ８を駆動させると、行方向に隣接するノズル５１同士の圧力振動は、互いに周期が半周期分ずれて共通インク室４２内で打ち消し合う。同様に、列方向に隣接するノズル５１同士の圧力振動は、互いに周期が半周期分ずれて共通インク室４２内で打ち消し合う。さらにその後の電圧（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を変える駆動タイミングも、固有周期λの半周期毎の間隔に設定しているので、電圧を変えることによって発生する圧力振動についても共通インク室４２内で打ち消し合う。勿論、隣接したノズル５１に限らず、駆動タイミングがＡＬの奇数倍の遅延時間となっているノズル５１からの圧力振動は、互いに周期が半周期分ずれているので打ち消し合う。但し、図９の結果から分かるように、行方向に隣接するノズル５１及び列方向に隣接するノズル５１に伝わる流速振動が大きいので、行方向及び列方向に隣接するノズル５１からの圧力振動の影響を抑えることの利点は大きい。

上述の実施形態によれば、行方向及び列方向に隣接するノズル５１の駆動タイミングにＡＬの奇数倍の遅延時間を設けたことにより、隣接するノズル５１同士の圧力振動を打ち消し合うことができる。また、行方向だけでなく列方向にもＡＬの奇数倍の遅延時間を設けたことで、様々な印字パターンに対して、同一駆動サイクルにおける遅延時間の一致を少なくすることができる。その結果、印字パターンにかかわらずクロストークを抑えることができ、印刷品質の悪化を防止することができる。

続いて、上述の実施形態の効果を確認するために行った実施例について説明する。
本実施例では、各ノズル５１に種々の遅延時間を設定し、アクチュエータ８を駆動してインクを吐出したときの吐出速度の変化をシミュレーションした。印字パターンにかかわらずクロストークが抑えられることを確認するため、種々の吐出パターンを設定した。吐出速度の変化が小さければクロストークを抑制できたことになる。

図１２は、実施例１～１２の遅延時間の設定値を示している。実施例１，２，３，５，６，７，９，１０，１１は、行方向の第ｉ番目のノズル５１の遅延時間をａ_ｉ、列方向の第ｊ番目のノズル５１の遅延時間をｂ_ｊとしたとき、第ｉ行第ｊ列のノズル５１の遅延時間は、ａ_ｉ＋ｂ_ｊに設定している。一方、実施例４，８，１２は、第ｉ行第ｊ列のノズル５１の遅延時間をａ_ｉ，ｊとし、第ｉ＋１行第ｊ－１列のノズル５１の遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ－１}、第ｉ＋１行第ｊ＋１列のノズル５１の遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}としたとき、遅延時間ａ_ｉ，ｊ＝遅延時間ａ_{ｉ＋１，ｊ－１}或いは遅延時間ａ_ｉ，ｊ＝遅延時間ａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}に設定している。

図１３は、実施例１３～１６の遅延時間の設定値を示している。実施例１３～１６は、駆動サイクルを２回に分けたときの各ノズル５１の遅延時間の設定値を示している。すなわち、例えば実施例１３～１５は、１回目の駆動サイクルで奇数行のノズル５１からインクを吐出し、２回目の駆動サイクルで偶数行のノズル５１からインクを吐出する。また、実施例１６は、市松模様となるように駆動サイクルを２つに分けている。なお、実施例１３～１６における隣接したノズル５１とは、同一駆動サイクルでインクを吐出するノズル５１の中で隣接したノズル５１である。従って、例えば実施例１３の場合、第１行第１列のノズル５１に対し、同一の駆動サイクルにおいて行方向に隣接するノズル５１は、第３行第１列のノズル５１になる。同一の駆動サイクルにおいて列方向に隣接するノズル５１は、第１行第２列のノズル５１になる。

なお、実施例１３～１５についても、行方向の第ｉ番目のノズル５１の遅延時間をａ_ｉ、列方向の第ｊ番目のノズル５１の遅延時間をｂ_ｊとしたとき、遅延時間をａ_ｉ＋ｂ_ｊとした第ｉ行第ｊ列のノズル５１を含んでいる。また、実施例１６は、行方向第ｉ番目であり列方向第ｊ番目にある第ｉ行第ｊ列のノズル５１の遅延時間をａ_ｉ，ｊとし、第ｉ＋１行第ｊ－１列のノズル５１の遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ－１}、第ｉ＋１行第ｊ＋１列のノズル５１の遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}としたとき、遅延時間ａ_ｉ，ｊ＝遅延時間ａ_{ｉ＋１，ｊ－１}或いは遅延時間ａ_ｉ，ｊ＝遅延時間ａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}に設定したノズル５１を含んでいる。

図１４及び図１５は、種々の吐出パターン１～２９である。既述のように、同一の駆動サイクルにおいて、全てのノズル５１からインクを吐出するとは限らない。印刷する画像の形状によって吐出するノズルと吐出しないノズルがある。吐出パターン１～２９は、経験的に頻度が高い吐出パターンを６４個（８行×８列）のマトリックスに体系化したものである。そして実施例１～１６の夫々について、吐出パターン１～２９でインクを吐出したときの吐出速度の変化をシュミレーションした。さらに比較として、図１６の比較例１～３の夫々についても同様に吐出パターン１～２９でインクを吐出したときの吐出速度の変化をシュミレーションした。

図１７は、各実施例１～１６及び比較例１～３の吐出速度の変化の結果を示す。図１７の結果から分かるように、行方向及び列方向に隣接するノズル５１の駆動タイミングにＡＬの奇数倍の遅延時間を設定することによって、吐出速度の変化を小さくすることができる。すなわち、クロストークを抑えることができる。これに対し、比較例１～３は、吐出速度の変化が大きい。クロストークによる吐出速度の変化は、印刷の品質を低下させる一因となる。

続いて、実施例１７について説明する。実施例１７は、駆動タイミングの遅延時間を０．１ＡＬ間隔で０～３ＡＬの範囲で種々設定したときの吐出速度の変化をシュミレーションした結果を示している。図１８の結果から明らかなように、０．６ＡＬ～１．５ＡＬの範囲に設定することによって吐出速度の変化を抑えることができる。また、２．８ＡＬ～３ＡＬの範囲に設定することによって吐出速度の変化を抑えることができる。

以上、実施形態及び実施例に従うインクジェットヘッド１Ａを詳述したが、インクジェットヘッド１Ａの変形例として、図１９に示すように、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てもよい。

インクジェットヘッド１Ａの他の変形例として、各ノズル５１に割り当てた遅延時間に遅延時間ずれΔｔを加えるようにしてもよい。遅延時間ずれΔｔを加えるノズル５１は、規則的に選んだ一部のノズル５１である。図２０は、好ましい一例として、遅延時間ずれΔｔを加えるノズル５１の３つの配列のパターンを、図１１と同様に６４個（＝８列×８行）のマトリックスで表している。すなわち、行ごとに遅延時間ずれΔｔを割り当てるパターン、列ごとに遅延時間ずれΔｔを割り当てるパターン、千鳥状に遅延時間ずれΔｔを割り当てるパターンである。行ごとに遅延時間ずれΔｔを割り当てるパターンは、例えば一行おきに遅延時間ずれΔｔを割り当てる。列ごとに遅延時間ずれΔｔを割り当てるパターンは、例えば一列おきに遅延時間ずれΔｔを割り当てる。千鳥状に遅延時間ずれΔｔを割り当てるパターンは、例えば一行おき及び一列おきに遅延時間ずれΔｔを割り当てる。勿論、どのノズル５１に遅延時間ずれΔｔを加えるかは、図２０の配列のパターン以外であってもよい。

遅延時間ずれΔｔは、インクの固有振動周期λの半周期に満たない時間とする（Δｔ＜１ＡＬ）。一例として、－０．４ＡＬ～０．４ＡＬの範囲内で値を設定する。遅延時間ずれΔｔの値は、各ノズル５１毎に異なっていてもよいが、好ましくは共通の値とする。この場合、後述する実施例の結果からも分かるように、各ノズル５１に割り当てる遅延時間のパターンと、遅延時間ずれΔｔを加えるノズル５１の配列のパターンとの組み合わせに応じて、遅延時間ずれΔｔの値を決めるのが好ましい。駆動信号供給部としての駆動回路７は、同一駆動サイクルにおいて駆動されるノズル５１のアクチュエータ８のうち、遅延時間ずれΔｔを加えるノズル５１のアクチュエータ８には、遅延時間に遅延時間ずれΔｔを含めたタイミングで駆動信号を供給する。

続いて、上述の遅延時間ずれΔｔを加えることの効果を確認するために行った実施例について説明する。本実施例では、上述の実施例６，実施例１，実施例５において各ノズル５１に設定した遅延時間にさらに遅延時間ずれΔｔを加えてアクチュエータ８を駆動したときの、インクの吐出速度の変化をシミュレーションした。

図２１は、実施例１８～２０の遅延時間の設定値と、遅延時間ずれΔｔを加えるノズル５１の配列のパターンを示している。すなわち、実施例１８～２０は、実施例６，１，５の遅延時間に、行ごとに遅延時間ずれΔｔを加える配列のパターンを適用している。遅延時間ずれΔｔは、－０．４ＡＬ～０．４ＡＬの範囲内で０．０５ＡＬ間隔で種々設定した。なお、１ＡＬ≒２μｓであった。図２２は、実施例１８～２０の吐出速度のバラつきをグラフで示している。図２２の結果から分かるように、実施例１８は、遅延時間ずれΔｔを＋０．１ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例６の吐出速度よりもバラつきを９％改善できている。実施例１９は、遅延時間ずれΔｔを－０．１５ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例１の吐出速度よりもバラつきを７％改善できている。実施例２０は、遅延時間ずれΔｔを＋０．０５ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例５の吐出速度よりもバラつきを４％改善できている。すなわち、遅延時間ずれΔｔを行ごとに加えて相互に遅延時間にずらしを与えることでクロストークの低減効果が向上する。

図２３は、実施例２１～２３の遅延時間の設定値と、遅延時間ずれΔｔを加えるノズル５１の配列のパターンを示している。すなわち、実施例２１～２３は、実施例６，１，５の遅延時間に、列ごとに遅延時間ずれΔｔを加える配列のパターンを適用している。遅延時間ずれΔｔは、－０．４ＡＬ～０．４ＡＬの範囲内で０．０５ＡＬ間隔で種々設定した。なお、１ＡＬ≒２μｓであった。図２４は、実施例２１～２３の吐出速度のバラつきをグラフで示している。図２４の結果から分かるように、実施例２１は、遅延時間ずれΔｔを＋０．０５ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例６の吐出速度よりもバラつきを４％改善できている。実施例２２は、遅延時間ずれΔｔを＋０．２ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例１の吐出速度よりもバラつきを２％改善できている。実施例２３は、遅延時間ずれΔｔを－０．０５ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例５の吐出速度よりもバラつきを６％改善できている。すなわち、遅延時間ずれΔｔを列ごとに加えて相互に遅延時間にずらしを与えることでクロストークの低減効果が向上する。

図２５は、実施例２４～２６の遅延時間の設定値と、遅延時間ずれΔｔを加えるノズル５１の配列のパターンを示している。すなわち、実施例２４～２６は、実施例６，１，５の遅延時間に、千鳥状に遅延時間ずれΔｔを加える配列のパターンを適用している。遅延時間ずれΔｔは、－０．４ＡＬ～０．４ＡＬの範囲内で０．０５ＡＬ間隔で種々設定した。なお、１ＡＬ≒２μｓであった。図２６は、実施例２４～２６の吐出速度のバラつきをグラフで示している。図２６の結果から分かるように、実施例２４は、遅延時間ずれΔｔを＋０．２ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例６の吐出速度よりもバラつきを５％改善できている。実施例２５は、遅延時間ずれΔｔを＋０．２ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例１の吐出速度よりもバラつきを９％改善できている。実施例２６は、遅延時間ずれΔｔを＋０．０５ＡＬに設定すると、遅延時間ずれΔｔを適用しないとき（Δｔ＝０ＡＬ）の吐出速度、すなわち実施例５の吐出速度よりもバラつきを１％改善できている。すなわち、遅延時間ずれΔｔを千鳥状に加えて相互に遅延時間にずらしを与えることでクロストークの低減効果が向上する。

また、インクジェットヘッド１Ａは、アクチュエータ８とノズル５１の両方をノズルプレート５の面上に配置していなくともよい。例えば、例えばドロップオンデマンド・ピエゾ方式、シェアウォールタイプ、シェアモードタイプのいずれかの駆動方式のアクチュエータを備えたインクジェットヘッドを用いてもよい。

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 (6)

1. 液体を吐出するノズルを行方向と列方向にアレイ状に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、
   同一駆動サイクルにおいて行方向に相互に隣接する前記ノズルのアクチュエータに対し、前記液体供給部内の液体の固有振動の半周期の奇数倍の遅延時間を有するタイミングで駆動信号を夫々供給し、且つ、同一駆動サイクルにおいて列方向に相互に隣接する前記ノズルのアクチュエータに対し、前記固有振動の半周期の奇数倍の遅延時間を有するタイミングで駆動信号を夫々供給する駆動信号供給部と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
2. 液体を吐出するノズルを行方向と列方向にアレイ状に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、
   前記液体供給部内の液体の固有振動の半周期をＡＬで表したとき、同一駆動サイクルにおいて行方向に相互に隣接する前記ノズルのアクチュエータに対し０．６ＡＬ～１．５ＡＬの遅延時間を有するタイミングで駆動信号を夫々供給し、且つ、同一駆動サイクルにおいて列方向に相互に隣接する前記ノズルのアクチュエータに対し０．６ＡＬ～１．５ＡＬの遅延時間を有するタイミングで駆動信号を夫々供給する駆動信号供給部と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
3. 前記行方向の第ｉ番目のノズルの遅延時間をａ_ｉ、前記列方向の第ｊ番目のノズルの遅延時間をｂ_ｊとするとき、遅延時間がａ_ｉ＋ｂ_ｊの第ｉ行第ｊ列のノズルを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記行方向第ｉ番目であり前記列方向第ｊ番目にある第ｉ行第ｊ列のノズルの遅延時間をａ_ｉ，ｊとし、第ｉ＋１行第ｊ－１列のノズルの遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ－１}、第ｉ＋１行第ｊ＋１列のノズルの遅延時間をａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}とするとき、遅延時間がａ_ｉ，ｊ＝ａ_{ｉ＋１，ｊ－１}或いは遅延時間がａ_ｉ，ｊ＝ａ_{ｉ＋１，ｊ＋１}のノズルを含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記駆動信号供給部は、前記同一駆動サイクルにおいて駆動される前記アクチュエータのうち、行方向に一つ置き及び／又は列方向に一つ置きに位置する前記アクチュエータに対して、前記液体の固有振動の半周期に満たない遅延時間ずれを前記遅延時間に加えたタイミングで駆動信号を供給することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
6. 前記請求項１～５のいずれか一つに記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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