JP4930231B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、微小な液体を複数のノズルから噴射して、その微粒子（ドット）を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像等を印刷するようにした印刷装置に関するものである。

このような印刷装置の一つであるインクジェットプリンタは、一般に安価で且つ高品質のカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
さらに、最近のインクジェットプリンタでは、高階調での印刷が要求されている。階調とは、液体ドットで表される画素に含まれる各色の濃度の状態であり、各画素の色の濃度に応じた液体ドットの大きさを階調度といい、液体ドットで表現できる階調度の数を階調数と呼ぶ。高階調とは、階調数が大きいことを意味する。階調度を変えるには、液体噴射ヘッドに設けられたアクチュエータへの駆動パルスを変える必要がある。アクチュエータがピエゾ素子である場合には、ピエゾ素子に印加される電圧値が大きくなるとピエゾ素子（正確には振動板）の変位量（歪み）が大きくなるので、これを用いて液体ドットの階調度を変えることができる。

そこで、以下に挙げる特許文献１では、電圧波高値が異なる複数の駆動パルスを組み合わせて連結し、これを液体噴射ヘッドに設けられた同じ色のノズルのピエゾ素子に共通して出力しておき、その中から、形成すべき液体ドットの階調度に応じた駆動パルスをノズルごとに選択し、その選択された駆動パルスを該当するノズルのピエゾ素子に供給して重量の異なる液体を噴射するようにすることで、要求される液体ドットの階調度を達成するようにしている。
特開２００３−１８２４号公報

しかしながら、従来のインクジェットプリンタでは、駆動回路の配線の寄生インダクタンスや寄生容量、抵抗分及びピエゾ素子などのアクチュエータの容量分によって駆動パルスの位相が遅れるという問題があり、しかも位相の遅れ量は、駆動されるピエゾ素子などのアクチュエータの数に応じて変化する。駆動パルスの位相遅れは、液体の噴射タイミングの遅れになり、液体ドットの形成位置（着弾位置ともいう）が変化して印刷画質の劣化につながる。

また、駆動パルスの電力増幅に、発熱や電力損失の小さいデジタル電力増幅器、いわゆるＤ級アンプを用いることが提案されているが、デジタル電力増幅器を用いる場合には、平滑フィルタの位相特性が駆動されるアクチュエータの数により変化し、駆動されるアクチュエータが増加するほど位相が遅れていくので、前述の位相遅れが顕著になる。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、駆動パルスの位相遅れを補って液体の噴射タイミングを適正なものとする液体噴射装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、
液体噴射ヘッドに設けられた複数のノズルと、前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動パルスを供給する駆動手段とを備えた液体噴射装置であって、前記駆動手段は、前記アクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、前記変調手段でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器と、前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに前記駆動パルスとして供給する平滑フィルタと、駆動させる前記アクチュエータの数に応じた駆動パルス印加タイミング補正量を記憶する補正量格納手段と、前記補正量格納手段に記憶されている前記駆動パルス印加タイミング補正量を用いて、駆動させる前記アクチュエータそれぞれに供給する前記駆動波形信号の発生タイミングを早める駆動パルス印加タイミング補正手段とを備えたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、駆動回路の構成が容易になり、駆動パルスの位相遅れを補って液体の噴射タイミングを適正なものにすることができる。

次に、本発明の一例として、液体を噴射して印刷媒体に文字や画像等を印刷する印刷装置を用いて、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の印刷装置の概略構成図であり、図１ａは、その平面図、図１ｂは正面図である。図１において、印刷媒体１は、図の右方から左方に向けて図の矢印方向に搬送され、その搬送途中の印字領域で印字される、ラインヘッド型印刷装置である。但し、本実施形態の液体噴射ヘッドは一カ所だけでなく、二カ所に分けて配設されている。

図中の符号２は、印刷媒体１の搬送方向上流側に設けられた第１液体噴射ヘッド、符号３は、搬送方向下流側に設けられた第２液体噴射ヘッドであり、第１液体噴射ヘッド２の下方には印刷媒体１を搬送するための第１搬送部４が設けられ、第２液体噴射ヘッド３の下方には第２搬送部５が設けられている。第１搬送部４は、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向（以下、ノズル列方向とも称す）に所定の間隔をあけて配設された４本の第１搬送ベルト６で構成され、第２搬送部５は、同じく印刷媒体１の搬送方向と交差する方向（ノズル列方向）に所定の間隔をあけて配設された４本の第２搬送ベルト７で構成される。

４本の第１搬送ベルト６と同じく４本の第２搬送ベルト７とは、互いに交互に隣り合うように配設されている。本実施形態では、これらの搬送ベルト６，７のうち、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７と、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７とを区分する。即ち、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の重合部に右側駆動ローラ８Ｒが配設され、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の重合部に左側駆動ローラ８Ｌが配設され、それより上流側に右側第１従動ローラ９Ｒ及び左側第１従動ローラ９Ｌが配設され、下流側に右側第２従動ローラ１０Ｒ及び左側第２従動ローラ１０Ｌが配設されている。これらのローラは、一連のように見られるが、実質的には図１ａの中央部分で分断されている。

そして、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６は右側駆動ローラ８Ｒ及び右側第１従動ローラ９Ｒに巻回され、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６は左側駆動ローラ８Ｌ及び左側第１従動ローラ９Ｌに巻回され、ノズル列方向右側２本の第２搬送ベルト７は右側駆動ローラ８Ｒ及び右側第２従動ローラ１０Ｒに巻回され、ノズル列方向左側２本の第２搬送ベルト７は左側駆動ローラ８Ｌ及び左側第２従動ローラ１０Ｌに巻回されており、右側駆動ローラ８Ｒには右側電動モータ１１Ｒが接続され、左側駆動ローラ８Ｌには左側電動モータ１１Ｌが接続されている。従って、右側電動モータ１１Ｒによって右側駆動ローラ８Ｒを回転駆動すると、ノズル列方向右側２本の第１搬送ベルト６で構成される第１搬送部４及び同じくノズル列方向右側２本の第２搬送ベルト７で構成される第２搬送部５は、互いに同期し且つ同じ速度で移動し、左側電動モータ１１Ｌによって左側駆動ローラ８Ｌを回転駆動すると、ノズル列方向左側２本の第１搬送ベルト６で構成される第１搬送部４及び同じくノズル列方向左側２本の第２搬送ベルト７で構成される第２搬送部５は、互いに同期し且つ同じ速度で移動する。

但し、右側電動モータ１１Ｒと左側電動モータ１１Ｌの回転速度を異なるものとすると、ノズル列方向左右の搬送速度を変えることができ、具体的には右側電動モータ１１Ｒの回転速度を左側電動モータ１１Ｌの回転速度よりも大きくすると、ノズル列方向右側の搬送速度を左側よりも大きくすることができ、左側電動モータ１１Ｌの回転速度を右側電動モータ１１Ｒの回転速度よりも大きくすると、ノズル列方向左側の搬送速度を右側よりも大きくすることができる。

第１液体噴射ヘッド２及び第２液体噴射ヘッド３は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の色単位に、印刷媒体１の搬送方向にずらして配設されている。各液体噴射ヘッド２，３には、図示しない各色の液体タンクから液体供給チューブを介して液体が供給される。各液体噴射ヘッド２，３には、印刷媒体１の搬送方向と交差する方向に、複数のノズルが形成されており（即ちノズル列方向）、それらのノズルから同時に必要箇所に必要量の液体を噴射することにより、印刷媒体１上に微小な液体ドットを形成する。これを色単位に行うことにより、第１搬送部４及び第２搬送部５で搬送される印刷媒体１を一度通過させるだけで、１パスによる印刷を行うことができる。即ち、これらの液体噴射ヘッド２，３の配設領域が印字領域に相当する。

液体噴射ヘッドの各ノズルから液体を噴射する方法としては、静電方式、ピエゾ方式、膜沸騰ジェット方式などがある。静電方式は、アクチュエータである静電ギャップに駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。ピエゾ方式は、アクチュエータであるピエゾ素子に駆動信号を与えると、キャビティ内の振動板が変位してキャビティ内に圧力変化を生じ、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。膜沸騰ジェット方式は、キャビティ内に微小ヒータがあり、瞬間的に３００℃以上に加熱されて液体が膜沸騰状態となって気泡が生成し、その圧力変化によって液体がノズルから噴射されるというものである。本発明は、何れの液体噴射方法も適用可能であるが、駆動信号の波高値や電圧増減傾きを調整することで液体の噴射量を調整可能なピエゾ素子に特に好適である。

第１液体噴射ヘッド２の液体噴射用ノズルは第１搬送部４の４本の第１搬送ベルト６の間にだけ形成されており、第２液体噴射ヘッド３の液体噴射用ノズルは第２搬送部５の４本の第２搬送ベルト７の間にだけ形成されている。これは、後述するクリーニング部によって各液体噴射ヘッド２，３をクリーニングするためであるが、このようにすると、どちらか一方の液体噴射ヘッドだけでは、１パスによる全面印刷を行うことができない。そのため、互いに印字できない部分を補うために第１液体噴射ヘッド２と第２液体噴射ヘッド３とを印刷媒体１の搬送方向にずらして配設しているのである。

第１液体噴射ヘッド２の下方に配設されているのが当該第１液体噴射ヘッド２をクリーニングする第１クリーニングキャップ１２、第２液体噴射ヘッド３の下方に配設されているのが当該第２液体噴射ヘッド３をクリーニングする第２クリーニングキャップ１３である。各クリーニングキャップ１２，１３は、何れも第１搬送部４の４本の第１搬送ベルト６の間、及び第２搬送部５の４本の第２搬送ベルト７の間を通過できる大きさに形成してある。これらのクリーニングキャップ１２，１３は、液体噴射ヘッド２，３の下面、即ちノズル面に形成されているノズルを覆い且つ当該ノズル面に密着可能な方形有底のキャップ体と、その底部に配設された液体吸収体と、キャップ体の底部に接続されたチューブポンプと、キャップ体を昇降する昇降装置とで構成されている。そこで、昇降装置によってキャップ体を上昇して液体噴射ヘッド２，３のノズル面に密着する。その状態で、チューブポンプによってキャップ体内を負圧にすると、液体噴射ヘッド２，３のノズル面に開設されているノズルから液体や気泡が吸い出され、液体噴射ヘッド２，３をクリーニングすることができる。クリーニングが終了したら、クリーニングキャップ１２，１３を下降する。

第１従動ローラ９Ｒ，９Ｌの上流側には、給紙部１５から供給される印刷媒体１の給紙タイミングを調整すると共に当該印刷媒体１のスキューを補正する、二個一対のゲートローラ１４が設けられている。スキューとは、搬送方向に対する印刷媒体１の捻れである。また、給紙部１５の上方には、印刷媒体１を供給するためのピックアップローラ１６が設けられている。なお、図中の符号１７は、ゲートローラ１４を駆動するゲートローラモータである。

駆動ローラ８Ｒ，８Ｌの下方にはベルト帯電装置１９が配設されている。このベルト帯電装置１９は、駆動ローラ８Ｒ，８Ｌを挟んで第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に当接する帯電ローラ２０と、帯電ローラ２０を第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に押し付けるスプリング２１と、帯電ローラ２０に電荷を付与する電源１８とで構成されており、帯電ローラ２０から第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７に電荷を付与してそれらを帯電する。一般に、これらのベルト類は、中・高抵抗体又は絶縁体で構成されているので、ベルト帯電装置１９によって帯電すると、その表面に印加された電荷が、同じく高抵抗体又は絶縁体で構成される印刷媒体１に誘電分極を生じせしめ、その誘電分極によって発生する電荷とベルト表面の電荷との間に生じる静電気力でベルトに印刷媒体１を吸着することができる。なお、帯電手段としては、電荷を降らせるコロトロンなどでもよい。

従って、この印刷装置によれば、ベルト帯電装置１９で第１搬送ベルト６及び第２搬送ベルト７の表面を帯電し、その状態でゲートローラ１４から印刷媒体１を給紙し、図示しない拍車やローラで構成される紙押えローラで印刷媒体１を第１搬送ベルト６に押し付けると、前述した誘電分極の作用によって印刷媒体１は第１搬送ベルト６の表面に吸着される。この状態で、電動モータ１１Ｒ，１１Ｌによって駆動ローラ８Ｒ，８Ｌを回転駆動すると、その回転駆動力が第１搬送ベルト６を介して第１従動ローラ９Ｒ，９Ｌに伝達される。

このようにして印刷媒体１を吸着した状態で第１搬送ベルト６を搬送方向下流側に移動し、印刷媒体１を第１液体噴射ヘッド２の下方に移動し、当該第１液体噴射ヘッド２に形成されているノズルから液体を噴射して印字を行う。この第１液体噴射ヘッド２による印字が終了したら、印刷媒体１を搬送方向下流側に移動して第２搬送部５の第２搬送ベルト７に乗り移らせる。前述したように、第２搬送ベルト７もベルト帯電装置１９によって表面が帯電しているので、前述した誘電分極の作用によって印刷媒体１は第２搬送ベルト７の表面に吸着される。

この状態で、第２搬送ベルト７を搬送方向下流側に移動し、印刷媒体１を第２液体噴射ヘッド３の下方に移動し、当該第２液体噴射ヘッドに形成されているノズルから液体を噴射して印字を行う。この第２液体噴射ヘッドによる印字が終了したら、印刷媒体１を更に搬送方向下流側に移動し、図示しない分離装置で印刷媒体１を第２搬送ベルト７の表面から分離しながら排紙部に排紙する。

また、第１及び第２液体噴射ヘッド２，３のクリーニングが必要なときには、前述したように第１及び第２クリーニングキャップ１２，１３を上昇して第１及び第２液体噴射ヘッド２，３のノズル面にキャップ体を密着し、その状態でキャップ体内を負圧にすることで第１及び第２液体噴射ヘッド２，３のノズルから液体や気泡を吸い出してクリーニングし、然る後、第１及び第２クリーニングキャップ１２，１３を下降する。

前記印刷装置内には、自身を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置は、図２に示すように、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等のホストコンピュータ６０から入力された印刷データに基づいて、印刷装置や給紙装置等を制御することにより印刷媒体に印刷処理を行うものである。そして、ホストコンピュータ６０から入力された印刷データを受取る入力インタフェース部６１と、この入力インタフェース部６１から入力された印刷データに基づいて印刷処理を実行するマイクロコンピュータで構成される制御部６２と、ゲートローラモータ１７を駆動制御するゲートローラモータドライバ６３と、ピックアップローラ１６を駆動するためのピックアップローラモータ５１を駆動制御するピックアップローラモータドライバ６４と、液体噴射ヘッド２、３を駆動制御するヘッドドライバ６５と、右側電動モータ１１Ｒを駆動制御する右側電動モータドライバ６６Ｒと、左側電動モータ１１Ｌを駆動制御する左側電動モータドライバ６６Ｌと、各ドライバ６３〜６５、６６Ｒ、６６Ｌの出力信号を外部のゲートローラモータ１７、ピックアップローラモータ５１、液体噴射ヘッド２、３、右側電動モータ１１Ｒ、左側電動モータ１１Ｌで使用する制御信号に変換して出力するインタフェース６７とを備えて構成される。

制御部６２は、印刷処理等の各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）６２ａと、入力インタフェース６１を介して入力された印刷データ或いは当該印刷データ印刷処理等を実行する際の各種データを一時的に格納し、或いは印刷処理等のアプリケーションプログラムを一時的に展開するＲＡＭ（Random Access Memory）６２ｃと、ＣＰＵ６２ａで実行する制御プログラム等を格納する不揮発性半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Read-Only Memory）６２ｄを備えている。この制御部６２は、インタフェース部６１を介してホストコンピュータ６０から印刷データ（画像データ）を入手すると、ＣＰＵ６２ａが、この印刷データに所定の処理を実行して、何れのノズルから液体を噴射するか或いはどの程度の液体を噴射するかという印字データ（駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ）を出力し、この印字データ及び各種センサからの入力データに基づいて、各ドライバ６３〜６５、６６Ｒ、６６Ｌに制御信号を出力する。各ドライバ６３〜６５、６６Ｒ、６６Ｌから制御信号が出力されると、これらがインタフェース部６７で駆動信号に変換されて液体噴射ヘッドの複数のノズルに対応するアクチュエータ、ゲートローラモータ１７、ピックアップローラモータ５１、右側電動モータ１１Ｒ、左側電動モータ１１Ｌが夫々作動して、印刷媒体１の給紙及び搬送、印刷媒体１の姿勢制御、並びに印刷媒体１への印刷処理が実行される。なお、制御部６２内の各構成要素は、図示しないバスを介して電気的に接続されている。

また、制御部６２は、後述する駆動信号を形成するための波形形成用データＤＡＴＡを後述する波形メモリ７０１に書込むために、書込みイネーブル信号ＤＥＮと、書込みクロック信号ＷＣＬＫと、書込みアドレスデータＡ０〜Ａ３とを出力して、１６ビットの波形形成用データＤＡＴＡを波形メモリ７０１に書込むと共に、この波形メモリ７０１に記憶された波形形成用データＤＡＴＡを読出すための読出しアドレスデータＡ０〜Ａ３、波形メモリ７０１から読出した波形形成用データＤＡＴＡをラッチするタイミングを設定する第１のクロック信号ＡＣＬＫ、ラッチした波形データを加算するためのタイミングを設定する第２のクロック信号ＢＣＬＫ及びラッチデータをクリアするクリア信号ＣＬＥＲをヘッドドライバ６５に出力する。

ヘッドドライバ６５は、駆動波形信号ＷＣＯＭを形成する駆動波形信号発生回路７０と、クロック信号ＳＣＫを出力する発振回路７１とを備えている。駆動波形信号発生回路７０は、図３に示すように、制御部６２から入力される駆動波形信号生成のための波形形成用データＤＡＴＡを所定のアドレスに対応する記憶素子に記憶する波形メモリ７０１と、この波形メモリ７０１から読出された波形形成用データＤＡＴＡを前述した第１のクロック信号ＡＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０２と、ラッチ回路７０２の出力と後述するラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡとを加算する加算器７０３と、この加算器７０３の加算出力を前述した第２のクロック信号ＢＣＬＫによってラッチするラッチ回路７０４と、このラッチ回路７０４から出力される波形生成データＷＤＡＴＡをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７０５とを備えている。ここで、ラッチ回路７０２、７０４には制御部６２から出力されるクリア信号ＣＬＥＲが入力され、このクリア信号ＣＬＥＲがオフ状態となったときに、ラッチデータがクリアされる。

波形メモリ７０１は、図４に示すように、指示したアドレスにそれぞれ数ビットずつのメモリ素子が配列され、アドレスＡ０〜Ａ３と共に波形データＤＡＴＡが記憶される。具体的には、制御部６２から指示したアドレスＡ０〜Ａ３に対して、クロック信号ＷＣＬＫと共に波形データＤＡＴＡが入力され、書込みイネーブル信号ＤＥＮの入力のよってメモリ素子に波形データＤＡＴＡが記憶される。

次に、この駆動波形信号発生回路７０による駆動波形信号生成の原理について説明する。まず、前述したアドレスＡ０には単位時間当たりの電圧変化量として０となる波形データが書込まれている。同様に、アドレスＡ１には＋ΔＶ１、アドレスＡ２には−ΔＶ２、アドレスＡ３には＋ΔＶ３の波形データが書込まれている。また、クリア信号ＣＬＥＲによってラッチ回路７０２、７０４の保存データがクリアされる。また、駆動波形信号ＷＣＯＭは、波形データによって中間電位（オフセット）まで立上げられている。

この状態から、図５に示すようにアドレスＡ１の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に＋ΔＶ１のデジタルデータが保存される。保存された＋ΔＶ１のデジタルデータは加算器７０３を経てラッチ回路７０４に入力され、このラッチ回路７０４では、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりに同期して加算器７０３の出力を保存する。加算器７０３には、ラッチ回路７０４の出力も入力されるので、ラッチ回路７０４の出力、即ち駆動波形信号ＷＣＯＭは、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで＋ΔＶ１ずつ加算される。この例では、時間幅Ｔ１の間、アドレスＡ１の波形データが読込まれ、その結果、＋ΔＶ１のデジタルデータが３倍になるまで加算されている。

次いで、アドレスＡ０の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは０に切替わる。この０のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが０であるので、実質的には、それ以前の値が保持される。この例では、時間幅Ｔ０の間、駆動波形信号ＷＣＯＭが一定値に保持されている。

次いで、アドレスＡ２の波形データが読込まれ且つ第１クロック信号ＡＣＬＫが入力されるとラッチ回路７０２に保存されるデジタルデータは−ΔＶ２に切替わる。この−ΔＶ２のデジタルデータは、前述と同様に、加算器７０３を経て、第２クロック信号ＢＣＬＫの立上がりのタイミングで加算されるが、デジタルデータが−ΔＶ２であるので、実質的には第２クロック信号に合わせて駆動波形信号ＷＣＯＭは−ΔＶ２ずつ減算される。この例では、時間幅Ｔ２の間、−ΔＶ２のデジタルデータが６倍になるまで減算されている。

このようにして生成されたデジタル信号をＤ／Ａ変換器７０５でアナログ変換すると、図６に示すような複数の電圧台形波からなる駆動波形信号ＷＣＯＭが得られる。これを図７に示す駆動信号出力回路で電力増幅して液体噴射ヘッド２、３に駆動信号ＣＯＭとして供給することで、各ノズルに設けられているアクチュエータを駆動することが可能となり、各ノズルから液体を噴射することができる。この駆動信号出力回路は、駆動波形信号発生回路７０で生成された駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２４と、変調回路２４でパルス変調された変調（ＰＷＭ）信号を電力増幅するデジタル電力増幅器２５と、デジタル電力増幅器２５で電力増幅された変調（ＰＷＭ）信号を平滑化する平滑フィルタ２６とを備えて構成される。駆動信号出力回路については、後段に詳述する。

この駆動信号ＣＯＭの立上がり部分がノズルに連通するキャビティ（圧力室）の容積を拡大して液体を引込む（液体の噴射面を考えればメニスカスを引き込むとも言える）段階であり、駆動信号ＣＯＭの立下がり部分がキャビティの容積を縮小して液体を押出す（液体の噴射面を考えればメニスカスを押出すとも言える）段階であり、液体を押出した結果、液体がノズルから噴射される。この液体を引込んでから、必要に応じて液体を押出す一連の波形信号を駆動パルスとし、駆動信号ＣＯＭは、複数の駆動パルスが連結されたものとする。ちなみに、駆動信号ＣＯＭ又は駆動波形信号ＷＣＯＭの波形は、前述からも容易に推察されるように、アドレスＡ０〜Ａ３に書込まれる波形データ０、＋ΔＶ１、−ΔＶ２、＋ΔＶ３、第１クロック信号ＡＣＬＫ、第２クロック信号ＢＣＬＫによって調整可能である。また、便宜上、第１クロック信号ＡＣＬＫをクロック信号と呼んでいるが、実質的には、後述する演算処理によって、信号の出力タイミングを自在に調整することができる。

この電圧台形波からなる駆動パルスの電圧増減傾きや波高値を種々に変更することにより、液体の引込量や引込速度、液体の押出量や押出速度を変化させることができ、これにより液体の噴射量を変化させて異なる液体ドットの大きさを得ることができる。従って、図６に示すように、複数の駆動パルスを時系列的に連結して駆動信号ＣＯＭとする場合でも、そのうちから単独の駆動パルスを選択してアクチュエータに供給し、液体を噴射したり、複数の駆動パルスを選択してアクチュエータに供給し、液体を複数回噴射したりすることで種々の液体ドットの大きさを得ることができる。即ち、液体が乾かないうちに複数の液体を同じ位置に着弾すると、実質的に大きな液体を噴射するのと同じことになり、液体ドットの大きさを大きくすることできるのである。このような技術の組み合わせによって多階調化を図ることが可能となる。なお、図６の左端の駆動パルスは、液体を引込むだけで押出していない。これは、微振動と呼ばれ、液体を噴射せずに、ノズルの乾燥を抑制防止したりするのに用いられる。

これらの結果、液体噴射ヘッド２、３には、駆動信号出力回路で生成された駆動信号ＣＯＭ、印刷データに基づいて噴射するノズルを選択すると共にアクチュエータの駆動信号ＣＯＭへの接続タイミングを決定する駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰ、全ノズルにノズル選択データが入力された後、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰに基づいて駆動信号ＣＯＭと液体噴射ヘッド２、３のアクチュエータとを接続させて駆動パルスをアクチュエータに印加するラッチ信号ＬＡＴ及びチャンネル信号ＣＨ、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰをシリアル信号として液体噴射ヘッド２、３に送信するためのクロック信号ＳＣＫが入力されている。

次に、前記駆動信号出力回路から出力される駆動信号ＣＯＭとアクチュエータとを接続する構成について説明する。図８は、駆動信号ＣＯＭとピエゾ素子などの圧電式アクチュエータ２２とを接続する選択部のブロック図である。この選択部は、液体を噴射させるべきノズルに対応したピエゾ素子などの圧電式アクチュエータ２２を指定するための駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰを保存するシフトレジスタ２１１と、シフトレジスタ２１１のデータを一時的に保存するラッチ回路２１２と、ラッチ回路２１２の出力をレベル変換するレベルシフタ２１３と、レベルシフタの出力に応じて駆動信号ＣＯＭをピエゾ素子などの圧電式アクチュエータ２２に接続する選択スイッチ２０１によって構成されている。

シフトレジスタ２１１には、駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰが順次入力されると共に、クロック信号ＳＣＫの入力パルスに応じて記憶領域が初段から順次後段にシフトする。ラッチ回路２１２は、ノズル数分の駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰがシフトレジスタ２１１に格納された後、入力されるラッチ信号ＬＡＴによってシフトレジスタ２１１の各出力信号をラッチする。ラッチ回路２１２に保存された信号は、レベルシフタ２１３によって次段の選択スイッチ２０１をオンオフできる電圧レベルに変換される。これは、駆動信号ＣＯＭが、ラッチ回路２１２の出力電圧に比べて高い電圧であり、これに合わせて選択スイッチ２０１の動作電圧範囲も高く設定されているためである。従って、レベルシフタ２１３によって選択スイッチ２０１が閉じられるピエゾ素子などの圧電式アクチュエータ２２は駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰの接続タイミングで駆動信号ＣＯＭに接続される。また、シフトレジスタ２１１の駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰがラッチ回路２１２に保存された後、次の駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰをシフトレジスタ２１１に入力し、液体の噴射タイミングに合わせてラッチ回路２１２の保存データを順次更新する。なお、図中の符号ＨＧＮＤは、ピエゾ素子などの圧電式アクチュエータ２２のグランド端である。また、この選択スイッチ２０１によれば、ピエゾ素子などの圧電式アクチュエータ２２を駆動信号ＣＯＭから切り離した後も、当該圧電式アクチュエータ２２の入力電圧は、切り離す直前の電圧に維持される。

図９には、前述した駆動信号出力回路の変調回路２４から平滑フィルタ２６までの具体的な構成を示す。駆動波形信号ＷＣＯＭをパルス変調する変調回路２４には、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）回路を用いた。この変調回路２４は、周知の三角波発振器３２と、この三角波発振器３２から出力される三角波と駆動波形信号ＷＣＯＭとを比較する比較器３１とで構成される。この変調回路２４によれば、図１０に示すように、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波以上であるときにＨｉ、駆動波形信号ＷＣＯＭが三角波未満であるときにＬｏとなる変調（ＰＷＭ）信号が出力される。なお、本実施形態では、パルス変調回路にパルス幅変調回路を用いたが、これに代えてパルス密度変調（ＰＤＭ）回路を用いてもよい。

デジタル電力増幅器２５は、実質的に電力を増幅するための二つのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮからなるハーフブリッジドライバ段３３と、変調回路２４からの変調（ＰＷＭ）信号に基づいて、それらのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＰ、ＧＮを調整するためのゲートドライブ回路３４とを備えて構成され、ハーフブリッジドライバ段３３は、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰとローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮをプッシュプル型に組み合わせたものである。このうち、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号をＧＰ、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号をＧＮ、ハーフブリッジドライバ段３３の出力をＶａとしたとき、それらが変調（ＰＷＭ）信号に応じてどのように変化するかを図１１に示す。なお、各ＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＰ、ＧＮの電圧値Ｖｇｓは、それらのＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮをＯＮするのに十分な電圧値とする。

変調（ＰＷＭ）信号がＨｉレベルであるとき、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号ＧＰはＨｉレベルとなり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＮはＬｏレベルとなるので、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰはＯＮ状態となり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮはＯＦＦ状態となり、その結果、ハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａは、供給電力ＶＤＤとなる。一方、変調（ＰＷＭ）信号がＬｏレベルであるとき、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰのゲート−ソース間信号ＧＰはＬｏレベルとなり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮのゲート−ソース間信号ＧＮはＨｉレベルとなるので、ハイサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＰはＯＦＦ状態となり、ローサイド側ＭＯＳＦＥＴＴｒＮはＯＮ状態となり、その結果、ハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａは０となる。

このデジタル電力増幅回路２５のハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａが平滑フィルタ２６を介して選択スイッチ２０１に駆動信号ＣＯＭとして供給される。平滑フィルタ２６は、二つのコイルＬ１、Ｌ２と二つのコンデンサＣ１、Ｃ２の組み合わせからなるローパスフィルタで構成される。このローパスフィルタからなる平滑フィルタ２６は、デジタル電力増幅回路２５のハーフブリッジドライバ段３３の出力Ｖａの高周波成分、即ち電力増幅変調（ＰＷＭ）信号成分を十分に減衰し且つ駆動信号成分ＣＯＭ（若しくは駆動波形成分ＷＣＯＭ）を減衰しないように設計される。

前述のようにデジタル電力増幅器２５のＭＯＳＦＥＴＴｒＰ、ＴｒＮが、デジタル駆動される場合には、ＭＯＳＦＥＴがスイッチ素子として作用するため、ＯＮ状態のＭＯＳＦＥＴに電流が流れるが、ドレイン−ソース間の抵抗値は非常に小さく、電力損失は殆ど発生しない。また、ＯＦＦ状態のＭＯＳＦＥＴには電流が流れないので電力損失は発生しない。従って、このデジタル電力増幅器２５の電力損失は極めて小さく、小型のＭＯＳＦＥＴを使用することができ、冷却用放熱板などの冷却手段も不要である。ちなみに、トランジスタをリニア駆動するときの効率が３０％程度であるのに対し、デジタル電力増幅器の効率は９０％以上である。また、トランジスタの冷却用放熱板は、トランジスタ一つに対して６０ｍｍ角程度の大きさが必要になるので、こうした冷却用放熱板が不要になると、実際のレイアウト面で圧倒的に有利である。

次に、駆動波形信号発生回路７０に向けて出力される波形形成用データＤＡＴＡ、書込みイネーブル信号ＤＥＮ、書込みクロック信号ＷＣＬＫ、書込みアドレスデータＡ０〜Ａ３、第１のクロック信号ＡＣＬＫ、第２のクロック信号ＢＣＬＫ及びクリア信号ＣＬＥＲの出力回路を図１２に示す。この出力回路は、実際には制御部６２内でソフトウエアなどによって構築されるものであり、個々の機能をブロック図化した。この出力回路は、液体を噴射させるノズルに対応したアクチュエータを指定するための駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰを順次保存するシフトレジスタ１１１と、シフトレジスタ１１１のデータをラッチ信号ＬＡＴに基づいて一時的に保存するラッチ回路１１２と、ラッチ回路１１２のデータをラッチ信号ＬＡＴに基づいて解読するデコーダ１１３と、後述する図１５の演算処理などを行うことで、デコーダ１１３で解読されたデータ及びラッチ信号ＬＡＴに基づいて波形形成用データＤＡＴＡ、書込みイネーブル信号ＤＥＮ、書込みクロック信号ＷＣＬＫ、書込みアドレスデータＡ０〜Ａ３、第１のクロック信号ＡＣＬＫ、第２のクロック信号ＢＣＬＫ及びクリア信号ＣＬＥＲを出力する制御回路１１４と、駆動させるアクチュエータの数に応じた遅れ時間を記憶している遅れ時間メモリ１１５とを備える。

次に、遅れ時間メモリ１１５に記憶されている駆動させるアクチュエータの数に応じた遅れ時間について説明する。アクチュエータには静電容量があるため、液体を噴射させるノズル数、即ち駆動させるアクチュエータの数が変化すると、平滑フィルタ及びアクチュエータの静電容量で構成される低域通過（ローパス）フィルタの特性が変化する。平滑フィルタ２３に対して、アクチュエータが接続されるたびに、静電容量が次々に並列に接続され、平滑フィルタ及びアクチュエータの静電容量で構成される低域通過（ローパス）フィルタの特性が変化するのである。

図１３には、破線で示す本来の駆動波形信号ＷＣＯＭに対し、駆動回路の低域通過（ローパス）フィルタによって駆動信号ＣＯＭ、即ち駆動パルスが実線のように位相遅れしている状態を示す。本実施形態では、前述のようにクリア信号ＣＬＥＲ信号が出力されたときにラッチデータがクリアされ、その後、第１クロック信号ＡＣＬＫが出力されたときから駆動波形信号ＷＣＯＭが生成される。図１３に示すように４つの駆動パルスを連結したような駆動波形信号ＷＣＯＭの場合、クリア信号ＣＬＥＲから第１クロック信号ＡＣＬＫまでの時間、つまり駆動パルス印加タイミング初期値Ｔ(1)〜Ｔ(4)は予め設定されている。この液体噴射タイミング初期値Ｔ(1)〜Ｔ(4)に対し、駆動させるアクチュエータの数、換言すれば駆動パルスに接続されるアクチュエータの数に応じて遅れ時間ｔ(1)〜ｔ(4)が発生する。

駆動パルスに接続されるアクチュエータの数は駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰから事前に分かる。そこで、本実施形態では、駆動パルスに接続されるアクチュエータの数に応じて遅れ時間ｔ(1)〜ｔ(4)を、図１４に示すように、駆動パルス印加タイミング補正量ｔとして遅れ時間メモリ１１５に記憶し、各駆動パルスに接続されるアクチュエータの数に応じた駆動パルス印加タイミング補正量ｔ分だけ、駆動パルス印加タイミング初期値Ｔを早めて駆動パルスをアクチュエータに印加する。具体的には、駆動パルスに該当する駆動波形信号ＷＣＯＭの発生タイミングそのものを早める。なお、駆動パルス印加タイミング補正量ｔは、予め実験によって求めてもよいし、アクチュエータの容量は分かっているので、それから算出してもよい。

図１５には、図１２の制御回路１１４で行われる第１クロック信号ＡＣＬＫ及びアドレスデータＡ０〜Ａ３出力のための演算処理を示す。この演算処理では、まずステップＳ１でラッチ信号ＬＡＴが入力されたか否かを判定し、ラッチ信号ＬＡＴが入力された場合にはステップＳ２に移行し、そうでない場合には待機する。
ステップＳ２では、デコーダ１１３で解読された駆動パルス選択データＳＩ＆ＳＰから各駆動パルスを印可して駆動させるアクチュエータの数を算出する。

次にステップＳ３に移行して、駆動させるアクチュエータの数に応じた駆動パルス印加タイミング補正量ｔを遅れ時間メモリ１１５から読出し、データを図示しないレジスタへ格納する。
次にステップＳ４に移行して、クリア信号ＣＬＥＲ発生タイミングであるか否かを判定し、クリア信号ＣＬＥＲ発生タイミングである場合にはステップＳ５に移行し、そうでない場合には待機する。

ステップＳ５では、クリア信号ＣＬＥＲを出力する。
次にステップＳ６に移行して、タイマカウントをスタートする。
次にステップＳ７に移行して、波形メモリのアドレスデータＡ１を出力する。
次にステップＳ８に移行して、タイマカウントの値が駆動パルス印加タイミング初期値Ｔから駆動パルス印加タイミング補正量ｔを減じた値と等しいか否かを用いて駆動波形信号ＷＣＯＭの発生タイミングであるか否かを判定し、駆動波形信号ＷＣＯＭの発生タイミングである場合にはステップ９に移行し、そうでない場合には待機する。

ステップＳ９では、第１クロック信号ＡＣＬＫを出力する。
次にステップＳ１０に移行して、アドレスデータＡ０〜Ａ３の出力、並びに第１クロック信号ＡＣＬＫの出力など、駆動パルス出力動作を行う。
次にステップＳ１１に移行し、駆動パルスの出力が終了したか否かを判定し、駆動パルスの出力が終了した場合にはメインプログラムに復帰し、そうでない場合にはステップＳ４に移行する。

この演算処理によれば、図１６に示すように、クリア信号ＣＬＥＲ出力後、波形メモリのアドレスデータＡ１が出力され、駆動パルス印加タイミング初期値Ｔから駆動パルス印加タイミング補正量ｔを減じた時間後に第１クロック信号ＡＣＬＫが出力され、その時点から駆動パルス相当の駆動波形信号ＷＣＯＭが発生する。この駆動パルス相当の駆動波形信号ＷＣＯＭは、駆動させるアクチュエータの数を見込んだ駆動パルスの位相遅れが補正されているので、実質的には設定された印加タイミングで駆動パルスが印加され、液体は適正なタイミングで噴射される。

このように、本実施形態の印刷装置によれば、駆動させるアクチュエータの数に応じた駆動パルス印加タイミング補正量ｔを記憶しておき、その記憶されている駆動させるアクチュエータの数に応じた駆動パルス印加タイミング補正量ｔを用いてアクチュエータへの駆動パルスの印加タイミング（発生タイミング）を補正することとしたため、駆動回路の構成が容易になり、駆動パルスの位相遅れを補って液体の噴射タイミングを適正なものとすることができる。

なお、本実施形態ではラインヘッド型印刷装置を対象として本発明を適用した例についてのみ詳述したが、本発明の液体噴射装置および駆動パルスの位相調整方法は、マルチパス型印刷装置を始めとして、液体を噴射して印刷媒体に文字や画像等を印刷するあらゆるタイプの印刷装置を対象として適用可能である。また、本発明の液体噴射装置あるいは印刷装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置き換えてもよいし、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

また、本発明の液体噴射装置から噴射する液体としては、特に限定されず、例えば以下のような各種の材料を含む液体（サスペンション、エマルジョン等の分散液を含む）とすることができる。すなわち、カラーフィルタのフィルタ材料を含むインク、有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置におけるＥＬ発光層を形成するための発光材料、電子放出装置における電極上に蛍光体を形成するための蛍光材料、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）装置における蛍光体を形成するための蛍光材料、電気泳動表示装置における泳動体を形成する泳動体材料、基板Ｗの表面にバンクを形成するためのバンク材料、各種コーティング材料、電極を形成するための液状電極材料、２枚の基板間に微小なセルギャップを構成するためのスペーサを構成する粒子材料、金属配線を形成するための液状金属材料、マイクロレンズを形成するためのレンズ材料、レジスト材料、光拡散体を形成するための光拡散材料などである。
また、本発明では、液体を噴射する対象となる印刷媒体は、記録用紙のような紙に限らず、フィルム、織布、不織布等の他のメディアや、ガラス基板、シリコン基板等の各種基板のようなワークであってもよい。

本発明の液体噴射装置を適用したラインヘッド型印刷装置の実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１の印刷装置の制御装置のブロック構成図である。 図２の駆動波形信号発生回路のブロック構成図である。 図３の波形メモリの説明図である。 駆動波形信号生成の説明図である。 時系列的に連結された駆動波形信号又は駆動信号の説明図である。 駆動信号出力回路のブロック構成図である。 駆動信号をアクチュエータに接続する選択部のブロック図である。 図７の駆動信号出力回路の変調回路、デジタル電力増幅器、平滑フィルタの詳細を示すブロック図である。 図９の変調回路の作用の説明図である。 図９のデジタル電力増幅器の作用の説明図である。 図３のクロック信号などの出力回路を示すブロック図である。 駆動波形信号に対する駆動パルスの遅れを示す説明図である。 図１２の遅れ時間メモリに記憶されている駆動させるアクチュエータの数に応じた駆動パルス印加タイミング補正量の説明図である。 図１２の制御回路で行われるアドレスデータ及び第１クロック信号出力のための演算処理を示すフローチャートである。 図１５の演算処理による駆動波形信号の説明図である。

符号の説明

１は印刷媒体、２は第１液体噴射ヘッド、３は第２液体噴射ヘッド、４は第１搬送部、５は第２搬送部、６は第１搬送ベルト、７は第２搬送ベルト、８Ｒ，８Ｌは駆動ローラ、９Ｒ，９Ｌは第１従動ローラ、１０Ｒ，１０Ｌは第２従動ローラ、１１Ｒ，１１Ｌは電動モータ、２４は変調回路、２５はデジタル電力増幅器、２６は平滑フィルタ、３１は比較器、３２は三角波発振器、３３はハーフブリッジブロック段、３４はゲートドライブ回路、７０は駆動波形信号発生回路、１１１はシフトレジスタ、１１２はラッチ回路、１１３はデコーダ、１１４は制御回路、１１５は遅れ時間メモリ

Claims (2)

1. 液体噴射ヘッドに設けられた複数のノズルと、
   前記ノズルに対応して設けられたアクチュエータと、
   前記アクチュエータに駆動パルスを供給する駆動手段と
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記駆動手段は、
   前記アクチュエータの駆動を制御する信号の基準となる駆動波形信号を生成する駆動波形信号発生手段と、
   前記駆動波形信号発生手段で生成された駆動波形信号をパルス変調する変調手段と、
   前記変調手段でパルス変調された変調信号を電力増幅するデジタル電力増幅器と、
   前記デジタル電力増幅器で電力増幅された電力増幅変調信号を平滑化して前記アクチュエータに前記駆動パルスとして供給する平滑フィルタと、
   駆動させる前記アクチュエータの数に応じた駆動パルス印加タイミング補正量を記憶する補正量格納手段と、
   前記補正量格納手段に記憶されている前記駆動パルス印加タイミング補正量を用いて、駆動させる前記アクチュエータそれぞれに供給する前記駆動波形信号の発生タイミングを早める駆動パルス印加タイミング補正手段と
   を備えたことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記補正量格納手段は、駆動させる前記アクチュエータの数に応じた位相遅れ時間だけ前記駆動波形信号の発生タイミングを早める前記駆動パルス印加タイミング補正量を記憶することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。

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