JP7478556B2

JP7478556B2 - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP7478556B2
Application number: JP2020037168A
Authority: JP
Inventors: 昇仁田
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2024-05-07
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: EP3875275B1; US11648768B2; EP3875275A1; CN113352764B; JP2021138031A; US20210276323A1; CN113352764A

Description

本発明の実施形態は、液体吐出装置に関する。

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、記録媒体等の表面に画像等を印刷する。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。

液体吐出装置は、ドットを形成するためのノズルとアクチュエーターを備えるチャネルを複数有している。液体吐出装置は、複数のチャネルの中から液体を吐出するチャネルを選択し、アクチュエーターに駆動波形を与えて駆動させる。駆動させるアクチュエーターの数が多いとき、特にそれらが近い位置にあるとき、例えば共通電極に流れる電流の集中の影響を受けたり、或いは、例えばチャネル間の圧力振動の影響を受けたりして、液体の吐出が安定しない場合がある。

特開２００７－２０３５５０公報特開平９－１０４１０８公報特開平１１－３４８２７１号公報特開２００６－１９９０３０号公報

本発明が解決しようとする課題は、液体の吐出を安定させることのできる液体吐出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、液体吐出部、駆動波形生成回路、アクチュエーター駆動回路を備える。液体吐出部は、液体を吐出するノズルとアクチュエーターを複数備える。駆動波形生成回路は、駆動タイミングの異なる複数の駆動波形を生成する。アクチュエーター駆動回路は、アクチュエーターを駆動させるとき、同時期に駆動させる他のアクチュエーター中で、所定条件方向に近い位置にあるアクチュエーターに与える駆動波形とは駆動タイミングが異なる駆動波形を与えて駆動させる。その際、前記アクチュエーター駆動回路は、前記所定条件方向の順に、同時期に駆動させるアクチュエーターに与える前記駆動波形を参照して、駆動タイミングが異なる前記駆動波形を選択していく。

第１実施形態に従う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の全体構成図である。上記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内部構成図である。上記インクジェットヘッドのアクチュエーターの断面図である。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。上記アクチュエーターに与える駆動波形の説明図である。上記アクチュエーターの配列と電極の説明図である。上記アクチュエーターを駆動させたときの電圧波形の説明図である。上記アクチュエーターに与える駆動波形Ａ，Ｂの説明図である。上記駆動波形Ａ，Ｂをアクチュエーターに与えるアクチュエーター駆動回路の回路図である。上記アクチュエーターの配列と電極の変形例である。上記アクチュエーター駆動回路をシアモード型のアクチュエーターに適用した構成図である。上記駆動波形Ａ，Ｂをアクチュエーターに与えるアクチュエーター駆動回路の変形例である。上記駆動波形Ａ，Ｂをアクチュエーターに与えるアクチュエーター駆動回路の他の変形例である。上記アクチュエーターに与える駆動波形Ａ～Ｈの説明図である。上記駆動波形Ａ～Ｈをアクチュエーターに与えるアクチュエーター駆動回路の回路図である。上記駆動波形Ａ～Ｈをアクチュエーターに与えるアクチュエーター駆動回路の変形例である。上記アクチュエーターに割り当てる遅延パターンと遅延量の説明図である。第２実施形態に従うインクジェットヘッドのアクチュエーターに与える駆動波形Ｉ，Ｊの説明図である。上記駆動波形Ｉ，Ｊを与えるアクチュエーターとアクチュエーター駆動回路の構成図である。

以下、実施形態に従う液体吐出装置について、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）
第１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の筐体１１の内部に、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１００～１０３、シートＳの下流搬送路１５、排出トレイ１６、及び制御基板１７を配置する。ユーザーインターフェイスである操作部１８は、筐体１１の上部側に配置する。

シートＳに印刷する画像データは、例えば外部接続機器であるコンピュータ２００で生成する。コンピュータ２００で生成した画像データは、ケーブル２０１、コネクタ２０２，２０３を通してインクジェットプリンタ１０の制御基板１７に送る。

ピックアップローラ２０４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１３１、１３２と、シート案内板１３３、１３４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の上面に送る。図中の矢印１０４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を形成した網状の無端ベルトである。駆動ローラ１４１、従動ローラ１４２，１４３の３本のローラは、搬送ベルト１４を回転自在に支持する。モータ２０５は、駆動ローラ１４１を回転することによって搬送ベルト１４を回転させる。モータ２０５は、駆動装置の一例である。図中１０５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、負圧容器２０６を配置する。負圧容器２０６は、減圧用のファン２０７と連結する。ファン２０７は、形成する気流によって負圧容器２０６内を負圧にし、搬送ベルト１４の上面にシートＳを吸着保持させる。図中１０６は、気流の流れを示す。

インクジェットヘッド１００～１０３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する。インクジェットヘッド１００～１０３は、シートＳに向けてインクの液滴を夫々吐出する。インクジェットヘッド１００～１０３は、下方をシートＳが通過する際に画像を印刷する。各インクジェットヘッド１００～１０３は、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造である。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１００～１０３は、インク流路３１１～３１４を介してインクタンク３１５～３１８及びインク供給圧力調整装置３２１～３２４と夫々連結する。画像形成時、各インクタンク３１５～３１８のインクは、インク供給圧力調整装置３２１～３２４によって各インクジェットヘッド１００～１０３に供給する。

画像形成後、搬送ベルト１４から下流搬送路１５へシートＳを送る。下流搬送路１５は、送りローラ対１５１，１５２，１５３，１５４と、シートＳの搬送経路を規定するシート案内板１５５，１５６で構成する。シートＳは、下流搬送路１５を経由し、排出口１５７から排出トレイ１６へ送る。図中矢印１０７は、シートＳの搬送経路を示す。

続いて、インクジェットヘッド１００～１０３の構成について説明する。以下は、図２～図４を参照しながら、インクジェットヘッド１００について説明しているが、インクジェットヘッド１０１～１０３もインクジェットヘッド１００と同じ構造である。

図２～図４に示すように、インクジェットヘッド１００は、液体吐出部の一例であるノズルヘッド部２、フィルムキャリアパッケージの一例であるフレキシブルプリント配線板３、駆動回路基板４を備えている。さらに、ノズルヘッド部２は、ノズルプレート２１、複数のアクチュエーターを形成するアクチュエーター基板２２、共通インク室２６を形成する枠部材２３、共通インク室２６にインクを供給するインク供給部２４を備えている。

ノズルプレート２１は、例えばポリイミドなどの樹脂又はステンレスなどの金属で形成した矩形状のプレートである。インクを吐出するノズル２５は、ノズルプレート２１の表面に複数形成する。ノズルプレート２１のノズル密度は、例えば１５０～１２００ｄｐｉの範囲内に設定する。アクチュエーター基板２２は、例えば絶縁性のセラミックスで形成した矩形状の基板である。

枠部材２３は、アクチュエーター基板２２の下方部分の周囲を囲う。枠部材２３の下方面の開口は、ノズルプレート２１によって封止する。枠部材２３、アクチュエーター基板２２及びノズルプレート２１によって区画された空間は、共通インク室２６（２６１，２６２）を形成する。共通インク室２６は、アクチュエーター基板２２を挟んで２つの共通インク室２６１，２６２を有する。一方の共通インク室２６１は、インク供給口２７と連通しており、後述する複数の圧力室５にインクを供給するインク供給路となる。インク供給口２７は、インク供給管２８を介して、図１のインク供給圧力調整装置３２１に接続する。他方の共通インク室２６２は、図示は省略するが、インク供給口２７と同様の開口部であるインク排出口と連通しており、後述する複数の圧力室５からのインクを排出するインク排出路となる。インク排出口は、インクを循環供給するために、インク排出管２９を介してインク供給圧力調整装置３２１に接続する。

特に図３と図４に示すように、ノズル２５と共にインクの吐出チャネルを構成する圧力室５、及び、ダミーチャネルを構成する空気室５１は、共通インク室２６（２６１，２６２）内に位置するアクチュエーター基板２２の表面に複数形成する。圧力室５と空気室５１は、側壁となる圧電部材６（６１，６２）で仕切っている。圧力室５及び空気室５１は、アクチュエーター基板２２の表面に積層した２枚の圧電部材６１，６２を、基板の幅方向に矩形状に切欠いた溝によって形成する。２枚の圧電部材６１，６２は、分極方向が相反する方向（一例として対向方向）に積層する。各圧力室５は、各ノズル２５と１対１で連通している。空気室５１は、圧力室５の両側に位置するように配列する。

さらに、アクチュエーター基板２２の両側面に、空気室５１の短辺側の側壁を形成する２枚のカバープレート６７を夫々設ける。空気室５１は、カバープレート６７によって共通インク室２６（２６１，２６２）とは遮断している。カバープレート６７は、例えば厚さ５０μｍ程度のジルコニア板で形成する。カバープレート６７には、圧力室５と左右の共通インク室２６１，２６２とが連通するように、圧力室５の形状に対応する溝状の開口６８を形成する。共通インク室２６１側のカバープレート６７の開口６８はインク供給口であり、共通インク室２６２側のカバープレート６７の開口６８はインク排出口であり、インクを圧力室５に供給・排出する。

圧力室５の上面及び両側面に一体的に電極６３を形成する。空気室５１の側面には、電気的に切り離した電極６４を夫々形成する。圧力室５の電極６３及び空気室５１の電極６４は、配線電極としての共通電極６５及び個別電極６６に夫々接続する。すなわち、圧力室５の電極６３と共通電極６５の接続点がアクチュエーター８の一方の端子であり、空気室５１の電極６４と個別電極６６の接続点がアクチュエーター８の他方の端子である。電極６３，６４、共通電極６５及び個別電極６６は、例えばニッケル薄膜で形成する。アクチュエーター基板２２上の共通電極６５と個別電極６６は、例えば絶縁層（不図示）によって絶縁する。共通電極６５は例えば接地する。個別電極６６は、各チャネルのアクチュエーター８に駆動電圧を与える。この構成により、圧電部材６（６１，６２）の分極軸と交差（望ましくは、直交）する方向に電界が印加され、圧力室５の両サイドの圧電部材６（６１，６２）をシェアモード変形させることにより、圧力室５内を加圧してノズル２５からインクを吐出する。すなわち、シェアモード型の静電容量性アクチュエーター８である。

説明を図２に戻すと、圧力室５からの共通電極６５及び空気室５１からの個別電極６６は、フレキシブルプリント配線板３に電気的に接続し、フレキシブルプリント配線板３は駆動回路基板４に電気的に接続する。フレキシブルプリント配線板３には、駆動用のＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）３１を搭載している。駆動回路基板４は、インクジェットプリンタ１０の制御基板１７からのプリントデータを一時的に格納し、所定のタイミングでインクを吐出するように駆動電圧をアクチュエーター８に与える。

図５は、インクジェットプリンタ１０の制御系のブロック構成図である。制御部としての制御基板１７は、ＣＰＵ１７０、ＲＯＭ１７１、ＲＡＭ１７２、入出力ポートであるＩ／Ｏポート１７３、画像メモリ１７４を搭載している。ＣＰＵ１７０は、Ｉ／Ｏポート１７３を通して、モータ２０５、インク供給圧力調整装置３２１～３２４、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２００からの画像データは、Ｉ／Ｏポート１７３を通じて制御基板１７へ送信し、画像メモリ１７４に格納する。ＣＰＵ１７０は、画像メモリ１７４に格納した画像データを描画順に駆動回路７に送信する。駆動回路７は、フレキシブルプリント配線板３及び駆動回路基板４により構成する。

駆動回路７は、チャネルデータ供給部であるプリントデータバッファ７１、デコーダ７２、駆動ドライバ７３を備えている。プリントデータバッファ７１は、画像データをチャネル毎に時系列に格納する。デコーダ７２は、チャネル毎にプリントデータバッファ７１に格納した画像データに基づいて、駆動ドライバ７３を制御する。駆動ドライバ７３は、デコーダ７２の制御に基づき、各チャネルのアクチュエーター８に駆動波形を与える。

続いて図６を参照し、アクチュエーター８に与える駆動波形について説明する。図６は、駆動波形の一例として、１回の駆動周期でインクを４回ドロップしてドットを形成するマルチドロップの駆動波形を示している。この駆動波形は、いわゆる引き打ちの駆動波形である。勿論、駆動波形は、インクを１回以上ドロップできれば、４回ドロップする波形に限らない。また、引き打ちに限らず、押し打ち又は押し引き打ちであってもよい。

駆動波形は、静電容量性のアクチュエーター８に時刻ｔ１までバイアス電圧を与える。そして、インクの吐出動作を開始する時刻ｔ１から時刻ｔ２まで放電させた後、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで電圧を与えて充電し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まで放電させた後、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで電圧を与えて充電し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まで放電させた後、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで電圧を与えて充電し３回目のインクのドロップを行う。さらに、時刻ｔ７から時刻ｔ８まで放電させた後、時刻ｔ８から時刻ｔ９まで電圧を与えて充電し４回目のインクのドロップを行う。ドロップ終了後の時刻ｔ９でバイアス電圧を与えて圧力室５内の残留振動を減衰させる。

吐出時に与える電圧は、バイアス電圧よりも小さい電圧であり、例えば圧力室５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、時刻ｔ７から時刻ｔ８、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの時間は、夫々、例えばインクの特性とヘッド内構造によって決まる固有の圧力振動の振動周期λの半周期に設定する。固有の振動周期λの半周期は、ＡＬ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＬｅｎｇｔｈ）とも称される。例えば振動周期λが４μｓのとき、半周期は２μｓである。

図７は、アクチュエーター基板２２上のアクチュエーター８（＃１，＃２，＃３・・・＃ｎ）の配列及び共通電極６５と個別電極６６の配線の一例を概略的に示している。作図の便宜上、アクチュエーター８の構成は簡略化している。既述のように、アクチュエーター８の一方の端子は、共通電極６５に接続する。アクチュエーター８の他方の端子は、個別電極６６に接続する。この場合、多くのアクチュエーター８を同時に駆動させると、共通電極６５に大きな電流が流れ、共通電極６５上で電圧降下が生じる。そのため、供給部（図の左右端）から遠い位置（例えば中央付近）にあるアクチュエーター８に印加される電圧波形が変形し、インクを正常に吐出できなくなる場合がある。

実際に１３１２個のアクチュエーター８を有するインクジェットヘッド１００を用い、４個のアクチュエーター８を同時に駆動させたときと、６５６個のアクチュエーター８を同時に駆動させたときとでは、図８に示すように電圧波形が変化したことを確認している。すなわち、同時に駆動するアクチュエーター８の数が少ない場合、通電開始直後にアクチュエーター８の充電が始まるが、同時に駆動するアクチュエーター８の数が多い場合、充電初期にグランド（Ｇｎｄ）電位が上がって充電電流が流れない為、波形は最初急峻に立ち上がる。その後、共通電極６５の抵抗を介して充電されるため、波形の立ち上がりが緩くなる。その結果、アクチュエーター８に印加される正味電圧が小さくなり、インクの吐出速度が低下する。

共通電極６５の電流集中を緩和させるために、図９に示すように、相互に駆動タイミングをずらした駆動波形Ａと駆動波形Ｂを選択的にアクチュエーター８に与える。駆動波形Ｂは、駆動波形Ａに対して、圧力振動の振動周期λの半周期（例えば２μｓ）だけ駆動タイミングを遅らせている。このように駆動タイミングを遅らせることにより、駆動波形Ａの時刻ｔ２～時刻ｔ８の間、駆動波形Ｂは、駆動波形Ａに対して逆相となる。

図１０は、駆動波形Ａと駆動波形Ｂを選択的にアクチュエーター８に与えるアクチュエーター駆動回路の一例である。アクチュエーター駆動回路は、例えば駆動ドライバ７３に形成する。各アクチュエーター８の個別電極６６は、駆動トランジスタ８２とスイッチ８３を夫々接続する。奇数番目のチャネルのアクチュエーター８（＃１，＃３・・・）は、波形Ａ生成部８５に接続する。偶数番目のチャネルのアクチュエーター８（＃２，＃４・・・）は、波形Ｂ生成部８６に接続する。すなわち、駆動波形Ａと駆動波形Ｂを、＃１＝Ａ，＃２＝Ｂ，＃３＝Ａ，＃４＝Ｂ，＃５＝Ａ，＃６＝Ｂ，＃８＝Ａ，＃９＝Ｂ…と交互に割り当てる。波形Ａ生成部８４と波形Ｂ生成部８５は、駆動波形生成回路の一例である。プリントデータバッファ７１は、インクを吐出させるチャネルに対してスイッチ８３をＯＮにする信号を与える。スイッチ８３がＯＮになったチャネルには、駆動トランジスタ８２を通じて所定の駆動波形Ａ又はＢを与える。

すなわち、アクチュエーター駆動回路８１は、共通電極６５上で電気的に最も近い位置にあるチャネルに、相互に駆動タイミングをずらした駆動波形Ａ又はＢを与える。この共通電極６５上で電気的に近い位置は、「所定条件方向に近い位置」の好ましい一例である。つまり図１０の例では、Ｘ方向に延びる共通電極６５に沿ってチャネルを等間隔に配列しているので、共通電極６５上で電気的に近い方向はＸ方向になる。但し、チャネルの配列方向は、Ｘ方向に限られず、図１１のようにＸＹ方向に斜めに配列してもよい。或いは、図１０や図１１の配列において、駆動タイミングの遅延の分だけノズル５のＹ方向の位置を微調整してもよい。このように、共通電極６５の配線方向やチャネルの配列によっては電気的に最も近い方向がＸ方向でない場合もある。さらには、共通電極６５上で電気的に最も近いチャネルが必ずしも隣のチャネルでない場合もある。また、望ましくは共通電極６５上で電気的に“最も”近い位置であるが、後述する電流のキャンセルができれば“最も”近い位置でなくともよい。

例えば図１０の場合、アクチュエーター８（＃６）の電圧降下とアクチュエーター８（＃７）の電圧降下は、＃６と＃７の間の短い線分に生じる電圧降下分が違うだけなので＃６と＃７は電気的に近いと言える。例えば＃６を充電するときに＃７を放電するように構成すれば、電圧降下はこの＃６と＃７の間の短い線分にだけ生じ、共通電極６５の他の部分の電圧降下に影響しない。

例えば図１１の場合、アクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃８）の関係を見ると、共通インピーダンスとなる部分はアクチュエーター８（＃８）の位置から図の左側部分に限られる。アクチュエーター８（＃８）の共通電極６５の電路の配線抵抗Ｒは、アクチュエーター８（＃９）の共通電極６５の電路の配線抵抗２Ｒの半分である。よって、アクチュエーター８（＃９）に至る共通電極６５の電路に生じる電圧降下の半分は、アクチュエーター８（＃８）と共通インピーダンスとなる部分に生じる。アクチュエーター８（＃８）からアクチュエーター８（＃９）に至る部分はアクチュエーター８（＃９）の電圧降下には寄与するがアクチュエーター８（＃８）の電圧降下には寄与しない。この部分はアクチュエーター８（＃１０）～アクチュエーター８（＃１６）も接続されているので、アクチュエーター８（＃１０）～アクチュエーター８（＃１６）を駆動するか否かによってもこの部分の電圧降下が変化する。アクチュエーター８（＃８）とアクチュエーター８（＃９）の電気的な位置関係にあっても、例えばアクチュエーター８（＃９）を放電するときにアクチュエーター８（＃８）を充電するようにすれば、電荷の授受が行われ、電圧降下に影響を緩和することができる。

アクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃１０）の関係では、共通電極６５のうちアクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃１０）の間の短い線分を除く他の全ての部分で共通インピーダンスとなっていて、アクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃９）の各々に至る共通電極６５の電路に生じる電圧降下は、殆どが共通インピーダンスとなる部分に生じる。言い換えると、アクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃９）の各々に至る共通電極６５の電路の配線抵抗は、殆どが共通インピーダンスとなる部分に生じる。アクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃１０）の電圧降下の違いはアクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃１０）の間の短い線分に、アクチュエーター８（＃９）を駆動することによって生じる僅かな電圧降下に限られるので、アクチュエーター８（＃９）とアクチュエーター８（＃１０）の方がかなり電気的に近いと言える。このような条件の場合、例えばアクチュエーター８（＃９）を充電するときアクチュエーター８（＃１０）を放電するようにすれば、電圧降下はこの＃９と＃１０の間の短い線分にだけ生じ、共通電極６５の他の部分の電圧降下に影響しない。

図１２は、図４に示したシェアモード型のアクチュエーター８に、図９に示したアクチュエーター駆動回路を適用した構成を示す。但し、図１２では、駆動トランジスタ８２とスイッチ８３の記載を省略し、アンドゲート８７によって簡略化している。

このように構成すると、同時期に駆動させるアクチュエーター８にあっては、偶数番目のアクチュエーター８（＃２，＃４・・・）の充電のタイミングと奇数番目（＃２，＃４・・・）のアクチュエーター８の放電のタイミングが一致する部分で、共通電極６５に電流が流れず、偶数番目のアクチュエーター８と奇数番目のアクチュエーター８との間で電荷の授受が行われる。その結果、共通電極６５上の電圧降下が抑えられ、インクの吐出が安定し、印字品質が向上する。特に、図９のアクチュエーター駆動回路８１を使用すると、全チャネルがインクを吐出するときの電圧降下を抑えることができる利点がある。

なお、本実施形態の説明において、「同時期に駆動させるアクチュエーター８」とは、インクを吐出させるアクチュエーター８群の中で、駆動タイミングが同時のものだけでなく、駆動タイミングが違うが駆動周期の一部（特に、アクチュエーター８の充電期間／放電期間）が重なっているものを含む。また、「所定条件方向に近い位置」の好ましい一例は共通電極６５上で電気的に近い位置であるが、他の一例として、圧力振動の影響を緩和できる圧力室５の離間距離が近い位置としてもよい。

図１３は、駆動波形Ａと駆動波形Ｂを選択的にアクチュエーター８に与えるアクチュエーター駆動回路の変形例である。この変形例では、駆動波形Ａを与えるアクチュエーター８と、駆動波形Ｂを与えるアクチュエーター８を交互ではなく二つおきに設定している。すなわち、駆動波形Ａと駆動波形Ｂを、＃１＝Ａ，＃２＝Ａ，＃３＝Ｂ，＃４＝Ｂ，＃５＝Ａ，＃６＝Ａ，＃８＝Ｂ，＃９＝Ｂ…と割り当てている。この場合も、同時期に駆動させるアクチュエーター８の充電のタイミングと放電のタイミングが一致する部分については、共通電極６５に電流が流れず、共通電極６５上の電圧降下を抑えることができる。特に、図１３のアクチュエーター駆動回路を使用すると、１／２ハーフトーンを印刷する場合など、偶数番目のチャネルだけ或いは奇数番目のチャネルだけ同時期に駆動させる場合の電圧降下を抑えることができる利点がある。

図１４は、駆動波形Ａと駆動波形Ｂを選択的にアクチュエーターに与えるアクチュエーター駆動回路の他の変形例である。図１０と図１３の例は、各チャネルに駆動波形Ａと駆動波形Ｂのどちらの波形を与えるかを固定しているが、図１４に示すアクチュエーター駆動回路は、同時期に駆動させるアクチュエーター８の中で、共通電極６５上で電気的に最も近い位置にあるチャネルに与えるのが駆動波形Ａであるか駆動波形Ｂであるかを参照し、それとは駆動タイミングが異なる駆動波形Ａ又はＢを選択する波形参照選択回路９を備えている。

波形参照選択回路９は、第１アンド回路９１、第２アンド回路９２、ノット回路９３、ＥＸＯＲ回路（排他的論理和回路）９４，波形Ａ側の第１スイッチ９５，波形Ｂ側の第２スイッチ９６を含む。そして、例えば端部にあるチャネル＃１を起点とし、このチャネルにどの駆動波形を与えるかを決めておく。図の例では、駆動波形Ａを、１番目のチャネル（＃１）に与える波形に選んでいる。さらに２番目以降のチャネル（＃２～）は、波形Ａ生成部８４と波形Ｂ生成部８５の両方に接続し、波形参照選択回路９によっていずれの波形Ａ又はＢを与えるか選択する。

例えば、同時期に１番目（＃１），２番目（＃２），３番目（＃３）及び５番目（＃５）のチャネルからインクを吐出する場合、１番目のチャネル（＃１）では、プリントデータバッファ７１からの「１」の信号を第１スイッチ９５に与えてＯＮにし、駆動波形Ａを与える。２番目のチャネル（＃２）では、プリントデータバッファ７１からの「１」の信号を第１アンド回路９１に与え、１番目のチャネル（＃１）からの「１」の信号をノット回路９３で「０」にして第１アンド回路９１に与えるので、波形Ａ側の第１スイッチ９５はＯＦＦである。一方、第２アンド回路９２には、プリントデータバッファ７１からの「１」の信号と１番目のチャネル（＃１）からの「１」の信号を与えて波形Ｂ側の第２スイッチをＯＮにし、駆動波形Ｂを与える。同様にして、３番目のチャネル（＃３）には駆動波形Ａを選択する。

次に、４番目のチャネル（＃４）は駆動しないので、プリントデータバッファ７１からの「０」の信号が第１アンド回路９１と第２アンド回路９２に夫々与えられ、スイッチ９５，９６は共にＯＦＦである。一方、５番目のチャネル（＃５）では、プリントデータバッファ７１からの「１」の信号を第１アンド回路９１に与え、４番目のチャネル（＃４）からの「０」の信号と４番目のチャネル（＃４）のＥＸＯＲ回路９４からの「１」の信号により５番目のチャネル（＃５）のＥＸＯＲ回路９４から出力される「１」の信号を、ノット回路９３で「０」にして第１アンド回路９１に与えるので、波形Ａ側の第１スイッチはＯＦＦである。一方、第２アンド回路９２には、プリントデータバッファ７１からの「１」の信号とＥＸＯＲ回路９４からの「１」の信号を与えて波形Ｂ側の第２スイッチ９６をＯＮにし、駆動波形Ｂを与える。結果、＃１＝Ａ，＃２＝Ｂ，＃３＝Ａ，＃４＝Ｏｆｆ，＃５＝Ｂの割り当てとなる。勿論、４番目のチャネル（＃４）も駆動する場合は、５番目のチャネル（＃５）には、４番目のチャネル（＃４）に与える駆動波形Ｂを参照することで、これと違う駆動波形Ａを選択する。

すなわち、図１４に示すアクチュエーター駆動回路は、共通電極６５上で電気的に近い方向として、当該チャネルの左側に位置するチャネルを検索して、直近左側の駆動されたチャネルが駆動波形Ａで駆動されたのか或いは駆動波形Ｂで駆動されたのかを調べ、駆動波形Ａだったときは当該チャネルには駆動波形Ｂを選択し、反対に駆動波形Ｂだったときは当該チャネルには駆動波形Ａを選択する論理を組んでいる。このアクチュエーター駆動回路を使用すれば、印字パターンに関わらず、同時期に駆動するチャネルを交互に駆動波形Ａと駆動波形Ｂで駆動することが可能となり、駆動パターンに依らずに共通電極６５に流れる電流をキャンセルすることが可能になる。なお、起点とするのは配列の一番左にあるチャネル（＃１）に限らない。

ここで、駆動波形Ａと駆動波形Ｂだけでは、駆動波形Ｂを使って共通電極６５に流れる電流をキャンセルしようとしたとき、波形の最初（時刻ｔ１）と最後（時刻ｔ９）の部分で電流がキャンセルされない。波形の最初（時刻ｔ１）と最後（時刻ｔ９）での電流集中を緩和するためには、近傍チャネルの電流キャンセルに更に短い時間の遅延を追加するようにしてもよい。一例として、図１５に示す駆動波形Ａ～Ｈ（遅延０～７）を用いる。駆動波形Ｃは、駆動波形Ａに対して、圧力振動の半周期の２分の１だけ駆動タイミングを遅らせる（遅延２）。駆動波形Ｄは、駆動波形Ｃに対して、圧力振動の半周期だけ駆動タイミングを遅らせる（遅延６）。駆動波形Ｅは、駆動波形Ａに対して、圧力振動の半周期の４分の１だけ駆動タイミングを遅らせる（遅延１）。駆動波形Ｆは、駆動波形Ｅに対して、圧力振動の半周期だけ駆動タイミングを遅らせる（遅延５）。駆動波形Ｇは、駆動波形Ａに対して、圧力振動の半周期の４分の３だけ駆動タイミングを遅らせる（遅延３）。駆動波形Ｈは、駆動波形Ｇに対して、圧力振動の半周期だけ駆動タイミングを遅らせる（遅延７）。

図１６は、遅延０～７（駆動波形Ａ～Ｈ）を選択的にアクチュエーター８に与えるアクチュエーター駆動回路の一例である。波形生成部８９からの７種の駆動波形Ａ～Ｈを、１番目のチャネル（＃１）から８番目のチャネル（＃８）まで、遅延０～７の順に割り当てる。９番目のチャネル（＃９）以降も同様である。各スイッチ８３は、プリントデータバッファ７１からの信号によって選択的にＯＮとなる。プリントデータバッファ７１は、同時期に駆動させるチャネルのスイッチ８３をＯＮにする。これにより、各チャネルは、夫々に割当てられた駆動波形Ａ～Ｈによって駆動する。図１６のアクチュエーター駆動回路を使用すると、＃１と＃２、＃３と＃４、＃５と＃６、＃７と＃８のアクチュエーター８の充電電流と放電電流が互いに共通電極６５を流れる電流を打ち消し、かつ打ち消すことのできない波形の先頭（時刻ｔ１）と最後（時刻ｔ９）のタイミングでは、電流が分散されて共通電極６５の電圧降下を抑える。その結果、インクの吐出が安定して印字品質が向上する。

複数種類の駆動波形を各アクチュエーター８に与えるアクチュエーター駆動回路は、プログラマブルに構成するようにしてもよい。図１７は、例えば図６に示した駆動波形を共通駆動波形として用い、各チャネルにプログラマブルに遅延時間を割り当てることで駆動波形Ａ～Ｈに対応する駆動波形を発生することのできるアクチュエーター駆動回路３００の一例である。アクチュエーター駆動回路３００は、駆動タイミング（遅延０～７）の中のどの駆動タイミングでどのチャネルに駆動波形Ａ～Ｈを割り当てるか設定可能であり、割り当てた駆動タイミングで駆動波形Ａ～Ｈを発生開始させる。

アクチュエーター駆動回路３００は、波形生成回路３０１と波形割当回路３０２を含む。波形生成回路３０１は、複数の遅延回路３０３、遅延時間設定メモリ３０４、複数の駆動波形生成回路３０５、駆動波形設定メモリ３０６を含む。複数の遅延回路３０３と複数の駆動波形生成回路３０５は、夫々直列的に接続している。遅延回路３０３と駆動波形生成回路３０５のペアは、例えば１１組とする。

駆動波形設定メモリ３０６には、共通駆動波形の情報を格納している。この例では、図５に示した駆動波形を、共通駆動波形にしている。遅延時間設定メモリ３０４には、遅延０～遅延７の遅延量の設定値を格納している。駆動波形Ａ～Ｈの例では、遅延０（０．００μｓ）、遅延１（０．５０μｓ）、遅延２（１．００μｓ）、遅延３（１．５０μｓ）、遅延４（２．００μｓ）、遅延５（２．５０μｓ）、遅延６（３．００μｓ）、遅延７（３．５０μｓ）である。

波形割当回路３０２は、セレクター３０７と駆動波形選択メモリ３０８を含む。駆動波形選択メモリ３０８には、どのチャネルにどの遅延量０～７を割り当てるかを設定した「割り当てパターン」を格納している。図１８は、割り当てパターンの一例を示す。図１８に示すように、各割り当てパターンは、４列８行のマトリックスに８種類の遅延０～遅延７のいずれかを割り当てている。但し、図１８の表の縦軸と横軸はアクチュエーター８の構造的な行と列を表すとは限らず、表のｎ行ｍ列に記載した遅延がｎ＋（ｍ－１）＊８番チャネルの遅延を意味する。さらに図１８には、割り当てパターンを用いて各チャネルに割り当てた遅延時間を併せて示している。なお、作図の便宜上、１３列以降を省略しているが、１３列以降も同様にして遅延時間を割り当てている。

セレクター３０７は、例えば３２チャンネル（ｃｈ）の「１１ｔｏ１」セレクターである。セレクター３０７は、各駆動波形生成回路３０５の出力端と夫々接続している。さらに、セレクター３０７の３２ｃｈの出力端は、スイッチ３０９を介して各チャネルに夫々接続している。チャネルは、８個のチャネルを一組とし、４組のチャネル群（総数３２個のチャネル）で一つの領域を構成している。作図の便宜上、図示は省略しているが、例えば全部で７つの領域を備える。そして、例えば領域１のチャネル１と領域２のチャネル３３が同じチャンネル（ｃｈ）となっているように、７つの領域間で同じチャンネル（ｃｈ）を複数のチャネルが共用する。スイッチ３０９は、セレクター３０７からの駆動信号をチャネルに与えるか与えないかを切り替え制御する。プリントデータバッファ７１は、同時期に駆動させるチャネルのスイッチ３０９をＯＮにする。

上述の駆動回路３００において、遅延回路３０４に印刷トリガ―が与えられると、各遅延回路３０３が夫々の遅延時間（０．００μｓ～３．５０μｓ）が経過するのを待ってから各駆動波形生成回路３０５を起動する。各駆動波形生成回路３０５は、駆動波形設定メモリ３０６に格納した駆動波形を夫々出力する。従って、駆動波形の発生開始タイミングは、夫々の遅延量（μｓ）の差分だけ相互にずれる。

各駆動波形生成回路３０５からの駆動波形は、セレクター３０７に与える。セレクター３０７は、駆動波形選択メモリ３０８に格納されている割り当てパターンによって、発生開始タイミングが異なる駆動波形を８行４列のチャネルに振り分ける。そして、割り当てパターンＰを＋Ｘ方向にずらして繰り返し適用することで２次元配列した全てのチャネルに駆動波形を割り当てる（図１８参照）。セレクター３０７で割り振った各駆動波形は、スイッチ３０９がＯＮのチャネルのアクチュエーター８に夫々与える。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に従うインクジェットヘッド４００について、図１９～図２０を参照しながら説明する。第２実施形態のインクジェットヘッド４００は、完全に逆相の駆動波形を生成し、例えば同じ駆動タイミングでアクチュエーター８に与える構成としたことを除けば、第１実施形態と同じ構成である。よって、同じ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１９は、完全に逆相の駆動波形の一例として、１回の駆動周期でインクを１回ドロップしてドットを形成する駆動波形Ｉ，Ｊを示している。駆動波形Ｉは、時刻ｔ１～時刻ｔ２までバイアス電圧として負の電圧をアクチュエーター８に与える。そして、インクの吐出動作を開始する時刻ｔ２から時刻ｔ３まで電圧Ｖ０（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで正の電圧を与えてインクのドロップを行う。駆動波形Ｊは、時刻ｔ１～時刻ｔ２までバイアス電圧として正の電圧をアクチュエーター８に与える。そして、インクの吐出動作を開始する時刻ｔ２から時刻ｔ３まで電圧Ｖ０（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで負の電圧を与えてインクのドロップを行う。このように、駆動波形Ｉと駆動波形Ｊは、反転している。

図２０に示すように、偶数番目のアクチュエーター８（＃２，＃４・・・）は、圧力室５の電極６３が共通電極６５を介してグランド（Ｇｎｄ）に接地しており、空気室５１の電極６４に個別電極６６を介して駆動波形を与える（図１２と同様である）。与える駆動波形は、例えば駆動波形Ｊである。反対に、奇数番目のアクチュエーター８（＃１，＃３・・・）は、空気室５１の電極６４が共通電極６５を介してグランド（Ｇｎｄ）に接地しており、圧力室５の電極６３に個別電極６６を介して駆動波形を与える。与える駆動波形は、例えば駆動波形Ｉである。すなわち、偶数番目のアクチュエーター８（＃２，＃４・・・）は、正の電圧を与えたとき圧力室５を加圧する第１グループのアクチュエーター８を構成し、奇数番目のアクチュエーター８（＃１，＃３・・・）は、負の電圧を与えたとき圧力室５を加圧する第２グループのアクチュエーター８を構成する。

既述の第１実施形態のインクジェットヘッド１００は、駆動タイミングをずらした駆動波形を与えて共通電極６５の電流をキャンセルしているが、第２実施形態のインクジェットヘッド４００は、駆動波形Ｉを与えるアクチュエーター８と駆動波形Ｊを与えるアクチュエーター８が完全に逆相の駆動波形Ｉ，Ｊで同じ動作をするので、同じ駆動タイミングで駆動波形Ｉ，Ｊを与えることができる。そして、駆動波形Ｉと駆動波形Ｊは、正の電圧を与えている期間と負の電圧を与える期間が一致しているので、同時に駆動させても共通電極６５の電流をキャンセルすることができる。

以上説明した実施形態のいずれかによれば、駆動させるアクチュエーター８の数が多いとき、特にそれらが電気的に近い位置にあるときでも、共通電極６５の電流集中を緩和させることができる。その結果、例えば吐出速度や吐出量など液体の吐出を安定化することが可能となる。すなわち、実施形態のように順次供給するタイプは、共通電極６５に電圧降下があるとアクチュエーター８間でアクチュエーター８に与える駆動電圧に違いが生じ、その結果吐出特性にムラを生じ、印面の濃度ムラの原因となる課題がある。上述の実施形態のいずれかによって複数のアクチュエーター８に順次接続される共通電極６５に生じる電圧降下を抑えることができれば、濃度ムラを低減できる。或いは、圧力室５同士の物理的距離が近い位置にあるアクチュエーター８に駆動タイミングが異なる駆動波形を与えるように実施形態を適用すれば、例えばチャネル間の圧力振動の影響を緩和させることができ、液体の吐出を安定化することが可能となる。

なお、インクジェットヘッド１００は、吐出チャネルとダミーチャネルを交互に配置したシアモード型のアクチュエーター８に限らない。例えばノズル５１とアクチュエーター８の両方をノズルプレート５の面上に複数配置した構成としてもよい。その他のドロップオンデマンド・ピエゾ方式のアクチュエーター８であってもよい。

上述の実施形態では、インクジェットプリンタ１０のインクジェットヘッド１００，４００を液体吐出装置の一例として説明したが、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。

１インクジェットプリンタ
１００～１０３，４００インクジェットヘッド
２ノズルヘッド部
２５ノズル
５圧力室
５１空気室
６５共通電極
６６個別電極
８アクチュエーター
８５波形Ａ生成部
８６波形Ｂ生成部
９波形参照選択回路９

Claims

液体を吐出するノズルと静電容量性のアクチュエーターを複数組備える液体吐出部と、
駆動タイミングの異なる複数の駆動波形を生成する駆動波形生成回路と、
前記アクチュエーターを駆動させるとき、同時期に駆動させる他のアクチュエーターの中で所定条件方向に近い位置にあるアクチュエーターに与える前記駆動波形とは駆動タイミングが異なる前記駆動波形を与えて駆動させるアクチュエーター駆動回路と、を備え、
前記アクチュエーター駆動回路は、前記所定条件方向の順に、同時期に駆動させるアクチュエーターに与える前記駆動波形を参照して、駆動タイミングが異なる前記駆動波形を選択していくことを特徴とする液体吐出装置。
前記アクチュエーター駆動回路は、前記所定条件方向に近い順に、同時期に駆動させるアクチュエーターであるか否かを判別し、最も近い、前記同時期に駆動させるアクチュエーターに与える駆動波形を前記参照する駆動波形とすることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記アクチュエーターの各々は、一方の端子が共通電極と接続され、他方の端子が前記駆動波形を与える個別電極と接続されており、
前記所定条件方向は、前記共通電極上で電気的に近い方向であることを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出装置。
前記所定条件方向は、前記ノズルの各々に連通する圧力室の離間距離が近い方向であることを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出装置。