JP5546110B2 - 液体吐出ヘッドおよび記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに関し、特に、文字や画像の記録に用いるインクジェット式プリンタに好適に用いられる液体吐出ヘッドに関するものである。

近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した記録装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。

このようなインクジェット方式の記録装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒーターを備え、ヒーターによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。

また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）にヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および主走査方向に関して記録媒体より長いヘッドを固定した状態で副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のようにヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。

シリアル式、ライン式いずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。

そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドとマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、各液体吐出孔に繋がった液体加圧室を、それを覆うように設けられた変位素子を変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。

また、このようなインクジェットヘッドにおいては、流路部材の寸法精度および組み立て精度のばらつき等により、液体吐出孔毎に液体吐出量にばらつきが生じることがある。このインク吐出量のばらつきは、印刷媒体に形成される画像の濃度ムラとなって表れることがある。そこで、液体吐出孔毎に液体吐出量を検出して補正テーブルを作成し、印刷時に補正テーブルを用いて液体吐出孔毎に液体吐出量の補正を個別に行なう技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−３０５８５２号公報 特開平５−６９５４５号公報

しかしながら、特許文献２に記載の技術を特許文献１に記載の液体吐出ヘッドのような多数の液体吐出孔を有する液体吐出ヘッドに適用しようとしても、補正するための計算量が膨大になり、印刷時のスループットが低下するという問題があった。

これを改善するため、補正を、液体吐出孔毎ではなく、アクチュエータユニット毎に行なうことが考えられる。アクチュエータユニット毎に液体吐出量を調整することにより、各アクチュエータユニットに含まれるアクチュエータから吐出された液体単独で印刷された部分の平均的な濃度は均一化できるが、異なるアクチュエータユニットから吐出された液体が混在して印刷される部分では、人間の目で見た印刷の濃度が異なることがあった。

それは次のようなことが原因と考えられる。図１１（ａ）とおよび１２（ｂ）は、印刷された記録媒体の一部を拡大したものの模式図である。各画素は同一量の液体で形成されたものであり、各画素の直径は同じである。図１１（ａ）では画素は等間隔の格子の交点上に印刷されている。これに対して図１１（ｂ）では、画素は等間隔の格子の交点上からずれて印刷されている。このようなずれが生じた場合、人間の目には白地が目立つために濃度が薄く感じられることが多い。実際には様々な場合があるが、印刷された画素の面積、すなわち液体吐出量を同じにしても人間の目に同じ濃度に見えるとは限らない。このようなずれは、各アクチュエータユニットに対応した液体吐出孔から吐出される液滴の吐出速度にばらつきがあることに起因する。

したがって、本発明の目的は、印刷物の濃度のばらつき少なくできるように補正することができる液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数のアクチュエータを含む複数のアクチュエータユニットと、前記複数のアクチュエータにそれぞれ対向して設けられた複数の液体加圧室と、該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔と、前記複数の液体加圧室に液体を供給するマニホールドと、前記複数のアクチュエータに吐出信号を供給するアクチュエータ制御部とを備えた液体吐出ヘッドであって、前記複数の液体吐出孔が２次元的に、かつ一方方向に等間隔で配置されており、１つの前記アクチュエータユニットに含まれる前記複数のアクチュエータと対向する前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった前記液体吐出孔の集合を１つの液体吐出孔群とし、複数の液体吐出孔群を前記一方方向に平行な直線に垂直に投影したとき、１つの前記液体吐出孔群だけが投影されている領域と複数の前記液体吐出孔群が投影されている領域とがあるとともに、前記アクチュエータ制御部には、前記アクチュエータユニット毎に吐出信号の電圧を変える電圧調整部が含まれ、該電圧調整部により、前記アクチュエータユニット毎に異なる電圧の吐出信号を供給することにより、同じ電圧の吐出信号を供給する場合よりも、前記複数の前記液体吐出孔群が投影されている領域Ａに投影された各液体吐出孔群の液体吐出孔において、それぞれの前記液体吐出孔群の前記領域Ａに投影された液体吐出孔から吐出される液体の平均速度の差が減じられていることを特徴とする。

前記複数の液体加圧室は、前記一方方向に平行に並んで液体加圧室列を形成し、該液体加圧室列が前記一方方向に垂直な方向に複数並んでおり、隣接する前記液体加圧室列間において異なる吐出タイミング、かつ異なる電圧で吐出信号が与えられることが好ましい。

本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して前記一方方向に平行でない方向に搬送させる搬送部とを備えるとともに、前記液体吐出ヘッドから前記記録媒体に液体を吐出することを特徴とするものである。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、複数のアクチュエータを含む複数のアクチュエータユニットと、前記複数のアクチュエータにそれぞれ対向して設けられた複数の液体加圧室と、該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔と、前記複数の液体加圧室に液体を供給するマニホールドと、前記複数のアクチュエータに吐出信号を供給するアクチュエータ制御部とを備えた液体吐出ヘッドであって、前記複数の液体吐出孔が２次元的に、かつ一方方向に等間隔で配置されており、１つの前記アクチュエータユニットに含まれる前記複数のアクチュエータと対向する前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった前記液体吐出孔の集合を１つの液体吐出孔群とし、複数の液体吐出孔群を前記一方方向に平行な直線に垂直に投影したとき、１つの前記液体吐出孔群だけが投影されている領域と複数の前記液体吐出孔群が投影されている領域とがあるとともに、前記アクチュエータ制御部には、前記アクチュエータユニット毎に吐出信号の電圧を変える電圧調整部が含まれ、該電圧調整部により、前記アクチュエータユニット毎に異なる電圧の吐出信号を供給することにより、同じ電圧の吐出信号を供給する場合よりも、前記複数の前記液体吐出孔群が投影されている領域Ａに投影された各液体吐出孔群の液体吐出孔において、それぞれの前記液体吐出孔群の前記領域Ａに投影された液体吐出孔から吐出される液体の平均速度の差が減じられていることにより、２つのアクチュエータユニットの間に印刷される、異なるアクチュエータユニットにより印刷された画素が混在する領域の印刷の濃度と、隣接する１つのアクチュエータユニットにより印刷される画素だけでの領域の印刷の濃度との差を少なくすることができる。

前記複数の液体加圧室は、前記一方方向に平行に並んで液体加圧室列を形成し、該液体加圧室列が前記一方方向に垂直な方向に複数並んでおり、隣接する前記液体加圧室列間において異なる吐出タイミング、かつ異なる電圧で吐出信号が与えられる場合、吐出タイミングがずれることにより、液体加圧室間のクロストークが少なくなるとともに、後に吐出信号が与えられる液体加圧室列が先に吐出信号が与えられる液体加圧室列から受けるクロストークにより変動する液体吐出速度を補正できるため印刷のムラをより少なくすることができる。

本は発明の記録装置によれば、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して前記一方方向に平行でない方向に搬送させる搬送部とを備えるとともに、前記液体吐出ヘッドから前記記録媒体に液体を吐出することにより記録媒体に濃度むらの少ない記録ができる。

図１は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含むカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。

給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。

給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。

搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。

ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。

ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。

給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。

４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔８が設けられている（図３参照）。

１つの液体吐出ヘッド２に設けられた液体吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２の液体吐出孔８は一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に垂直な方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。

搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。

搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。

なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。

次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３を示す上面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、ヘッド本体１３の一部である。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔８の位置が分かりやすいように、一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図５は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、アクチュエータユニットである圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。詳細は後述するが、このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる、
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。

流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。

流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。

本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。

全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。すなわち、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。

圧電アクチュエータユニット２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。

流路部材４の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されており、４つの液体吐出孔群７ａ〜ｄとなっている。これらの液体吐出孔群７は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。

ここで、本実施例の液体吐出ヘッド２による印刷を図６により説明する。図６は流路部材４を上から透視した図であり、液体吐出孔群７以外は省略してある。液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線Ｌ上に、この仮想直線Ｌと垂直な方向から各液体吐出孔８の形成位置を射影した射影点が、印刷の解像度に対応した間隔で等間隔に途切れずに並ぶような位置に形成されている。これによって、液体吐出ヘッド２は、流路部材４における液体吐出孔８が形成された領域の長手方向についてのほぼ全領域にわたって、印刷の解像度に対応した間隔で途切れずに印刷できるようになっている。そして、各液体吐出孔群７から仮想直線Ｌに投影された領域には、１つの液体吐出孔群だけが投影されている領域ＬＡ、ＬＣと、複数の液体吐出孔群７から投影されている領域ＬＢがある。印刷は、領域ＬＡでは１つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が印刷され、領域ＬＢでは２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が印刷される。最も外側に位置する圧電アクチュエータユニット２１の外側の斜辺を含む三角形の部分に対応した領域ＬＣでは、液体吐出孔８が等間隔となっていないため、液体吐出ヘッド２を単独で用いる場合は、領域ＬＣに対応する部分は通常使用されない。複数の液体吐出ヘッド２用いて、印刷される領域が長手方向に並ぶようにして印刷する場合には次に述べる領域ＬＢの場合と同様に使用することもできる。

領域ＬＢでは２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が印刷される。印刷用紙Ｐを搬送方向Ｂに相対的に移動させて印刷する場合を考えると、領域ＬＢに対応する位置の印刷状態は、領域ＬＢに液滴を吐出する２つの圧電アクチュエータユニット２１の特性に影響を受ける。具体的には液滴の吐出量および吐出速度が影響数する。液滴の吐出量により印刷される画素の面積が変わるが、領域ＬＢの中で隣接する領域ＬＡに近づくと、その領域ＬＡを印刷するのと同じ圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴により形成された画素の割合が増えていくため、液滴の吐出量の差は比較的なだらかに変化するため目立ち難い。

これに対して、液滴の吐出速度が変わると、印刷用紙Ｐに着弾するまでの時間が変わるため、着弾位置が搬送方向Ｂと平行な方向にずれる。領域ＬＢに液滴を吐出する２つの圧電アクチュエータユニット２１の間に速度差があると画素の位置がずれることにより、人間が感じる濃度に差が生じる。この濃度差は印刷されるパターンにもよるが、領域ＬＢの中で連続的に変化するわけではないので、領域ＬＡと領域ＬＢの境目には、人間が感じる濃度に差が生じやすい。

以上、単純にするため、圧電アクチュエータユニット２１により特性が変動するように説明したが、実際には、圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４を接合する際に生じる圧電アクチュエータユニット２１内の残留応力などによっても特性は変動する。

流路部材４の内部には、多数のしぼり１２が形成されている。これらのしぼり１２は、液体加圧室群９と対向する領域内に配置されている。本実施形態のしぼり１２は、水平面に平行な１方向に沿って延在している。しぼり１２の一方の端は、後述の個別供給流路６を介して副マニホールド５ａに繋がっている。また、しぼり１２の他方の端は、液体加圧室１０に繋がっている。

ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、液体加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。

第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には液体吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜３０に形成されている。

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。

圧電アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、液体加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。この接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて吐出信号が供給される。

共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。

図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。

なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の吐出信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。

多数の個別電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御部に電気的に接続されている。

本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１においては、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加すると、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域をもたない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。

この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

本実施の形態における実際の駆動手順は、予め個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが元の形状に戻り、液体加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む吐出信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室１０内において圧力波がマニホールド５から液体吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。これによると、液体加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。

また、階調印刷においては、液体吐出孔８から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量（体積）で階調表現が行われる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する液体吐出孔８から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をＡＬとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。

次に、圧電アクチュエータユニット２１の制御について説明する。液体吐出ヘッド２は、外部装置からの指示に基づいて動作する制御部１００から液滴吐出などに関する信号をアクチュエータ制御部１４３で受けて液滴を吐出する。なお、アクチュエータ制御部１４３は液体吐出ヘッド２の内部に組み込まれていてもよく、制御部１００の一部であってもよい。また、これら各機能部はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成されているハードウェアであるが、機能部の全て、または一部がソフトウェアで構成されていてもよい。

次に、図７（ａ）を参照しつつ、アクチュエータ制御部１４３について詳細に説明する。図７（ａ）はアクチュエータ制御部１４３の機能ブロック図である。アクチュエータ制御部１４３は、波形出力部１４４、波形増幅部１４７および電圧調整部を備えている。波形出力部１４４はデジタル回路で構成されており、波形増幅部１４７はアナログ回路で構成されている。電圧調整部は、圧電アクチュエータユニット２１に供給する高電位と低電位との電位の差（電圧）を圧電アクチュエータユニット２１毎に変える。電圧調整部は、波形出力部１５４に補正テーブルを備えることや、波形増幅部１５７に可変抵抗などの調節部を設けることで行なうことができる。

電圧調整部を波形出力部１４４に含めることにより、電圧調整がデジタル的に処理できるため、外部からの調整が容易になる。また、液滴を吐出させる状態により複数の補正テーブルを切り替えることにより、より的確な補正することができる。例えば、駆動周波数や印刷する濃度などの状態で分けた複数の補正テーブルを用意し、これらを切り替えられるようにしておいてもよい。

電圧調整部による補正は、複数の液体吐出孔群７から液滴が吐出される領域ＬＢに吐出される液滴の速度を平均化するように行なう。具体的には、液体吐出孔群７ａと液体吐出孔群７ｂの間で液滴の吐出速度を補正する場合は、その間の領域ＬＢに液体を吐出する、液体吐出孔群７ａのうちの台形の斜辺を含む３角形の領域７ａ−Ｌに属する液体吐出孔から吐出される液滴の吐出速度の平均と、液体吐出孔群７ｂのうちの台形の斜辺を含む３角形の領域７ｂ−Ｒに属する液体吐出孔から吐出される液滴の吐出速度の平均との差を減ずるように調整する。なお一般的には、吐出信号の電圧が高くなると吐出速度は速くなる。

４つの圧電アクチュエータユニット２１全体を調整するには、例えば、一端の液体吐出孔群７ａと液体吐出孔群７ｂとの間の領域ＬＢに投影される液体吐出孔群７ａ−Ｌから吐出される液体の平均速度と、液体吐出孔郡７ｂ−Ｒから吐出される液滴の平均速度との差を少なくするようにする。この際、一方の電圧を固定して、他方の電圧を変えて差を少なくしてもよく、両方の電圧を、速度差が少なくなるように変えてよい。続いて、液体吐出孔群７ｂと液体吐出孔群７ｃとの間の領域ＬＢに投影される液体吐出孔群７ｂ−Ｌから吐出される液体の平均速度と、液体吐出孔郡７ｃ−Ｒから吐出される液体の平均速度との差を少なくするようにする。この際は、液体吐出孔郡７ｃ−Ｒから吐出される液滴の平均速度が液体吐出孔郡７ｂ−Ｌから吐出される液滴の平均速度に近づくように、液体吐出孔郡７ｃに供給する電圧を調整する。さらに、液体吐出孔群７ｃと液体吐出孔群７ｄとの間の領域ＬＢに投影される液体吐出孔群７ｃ−Ｌから吐出される液体の平均速度と、液体吐出孔郡７ｄ−Ｒから吐出される液体の平均速度との差を少なくするようにする。この際は、液体吐出孔郡７ｄ−Ｒから吐出される液滴の平均速度が液体吐出孔郡７ｂ−Ｌから吐出される液滴の平均速度に近づくように、液体吐出孔郡７ｄに供給する電圧を調整する。

以上のようにすることにより、境界の領域ＬＢにおけるアクチュエータユニットごとの液滴の吐出速度の差が少なくなり、領域ＬＢおよびそれに隣接する領域ＬＡにおける濃度差が人の目に目立たなくできる。このように調整した結果、例えば、吐出孔群７ａ−Ｍから吐出された液滴で印刷された部分と吐出孔群７ｄ−Ｍから吐出された液滴で印刷された部分では液滴の大きさが異なることで実際の印刷の濃度差があったとしても、それらの間で濃度差が比較的連続的に変化するため、人に目には濃度差は目立たない。逆に、書くアクチュエータユニットから吐出される液滴により印刷される濃度を平均化させるように供給する電圧を調節すると、人の目で見た場合、境界の領域ＬＢ付近で濃度差が目立ってしまうことがある。

平均吐出速度の調整は、速度差を平均吐出速度の３％以内、特に１．５％以内にすることが好ましく、これにより濃度差をより目立たなくさせることができる。具体的には、平均吐出速度が８ｍ／ｓ程度であれば、平均吐出速度の差は、０．２ｍ／ｓ以内、特に０．１ｍ／ｓ以内に調整する。

続いて、液体吐出ヘッド２において、さらに印刷精度および印刷の濃度バラツキを改善する内容を説明する。

本実施形態のように変位素子５０が高密度に配置され、また、複数の液体加圧室１０が副マニホールド５ａを介して繋がっている構成を有する液体吐出ヘッド２では、クロストークにより、印刷精度が低下するおそれがある。そこでクロストークが少なくなるように、吐出信号を与えられるようにする。

図３に戻って、液体加圧室群９に属する各液体加圧室１０は、その長い対角線の一端において液体吐出孔８に連通されているとともに、他端においてしぼり１２を介して副マニホールドＥ１〜Ｅ４のいずれかに連通されている。液体加圧室１０は、配列方向Ａおよび配列方向Ｂの２方向に千鳥状配列パターンでマトリクス状に隣接配置されている。液体加圧室１０の短い方の対角線は上述した配列方向Ａと平行である。配列方向Ｂは、配列方向Ａと鈍角θをなる液体加圧室１０の一斜辺方向である。そして、液体加圧室１０の両方の鋭角部は、隣接する別の２つの液体加圧室の間に位置している。

図３に示すように、液体加圧室１０は、配列方向Ａに沿って３７．５ｄｐｉに相当する距離ずつ離隔して配列している。また、液体加圧室１０は、配列方向Ｂに１６個並べられている。すなわち、１つの圧電アクチュエータユニット２１内には、配列方向Ａに延びる液体加圧室列１１が配列方向Ｂに１６行形成されており、全体として６００ｄｐｉの解像度で印刷ができるようになっている。

これら１６本の液体加圧室列１１は、所定の間隙を介して隣接しており、液体加圧室群９が構成されている。液体加圧室列１１は、図３の紙面に対して垂直な方向から見て、副マニホールドＥ１〜Ｅ４との相対位置に応じて、第１の液体加圧室列１１ａ、第２の液体加圧室列１１ｂ、第３の液体加圧室列１１ｃ、および、第４の液体加圧室列１１ｄに分けられる。これら第１〜第４の液体加圧室列１１ａ〜１１ｄは、圧電アクチュエータユニット２１の上辺から下辺に向けて、１１ｃ→１１ｄ→１１ａ→１１ｂ→１１ｃ→１１ｄ→…→１１ｂという順番で周期的に４個ずつ配置されている。

第１の液体加圧室列１１ａを構成する液体加圧室１０ａおよび第２の液体加圧室列１１ｂを構成する液体加圧室１０ｂにおいては、配列方向Ａと直交する方向にとった方向Ｃに関して、液体吐出孔８が下側に偏在し、それぞれ対応する液体加圧室１０の下端部付近と対向している。一方、第３の液体加圧室列１１ｃを構成する液体加圧室１０ｃおよび第４の液体加圧室列１１ｄを構成する液体加圧室１０ｄにおいては、方向Ｃに関して、液体吐出孔８が上側に偏在し、それぞれ対応する液体加圧室１０の上端部付近と対向している。つまり、第１の液体加圧室列１１ａに属する液体加圧室１０ａに係る液体吐出孔８は、図４に示す液体吐出孔列１５ａを形成し、第２の液体加圧室列１１ｂに属する液体加圧室１０ｂに係る液体吐出孔８は、図４に示す液体吐出孔列１５ｂを形成している。そして、第３の液体加圧室列１１ｃに属する液体加圧室１０ｃに係る液体吐出孔８は、図４に示す液体吐出孔列１５ｃを形成し、第４の液体加圧室列１１ｄに属する液体加圧室１０ｄに係る液体吐出孔８は、図４に示す液体吐出孔列１５ｄを形成している。

第１および第４の液体加圧室列１１ａ、１１ｄにおいては、図３の紙面に対して垂直な方向から見て、液体加圧室１０、１０ｄの半分以上の領域が、各副マニホールドＥ１〜Ｅ４と重なっている。一方、第２および第３の液体加圧室列１１ｂ、１１ｃにおいては、液体加圧室１０ｂ、１０ｃのほぼ全領域が、各副マニホールドＥ１〜Ｅ４と重なっていない。そのため、いずれの液体加圧室列１１に属する液体加圧室１０についてもこれに連通する液体吐出孔８が副マニホールドＥ１〜Ｅ４と重ならないようにしつつ、副マニホールドＥ１〜Ｅ４の幅を可能な限り広くして各液体加圧室１０に液滴を円滑に供給することが可能となっている。

図４には、流路部材４の長手方向に３７．５ｄｐｉに相当する幅（６７８．０μｍ）を有し、流路部材４の短手方向（方向Ｃ）に延在する帯状領域Ｒが示されている。この帯状領域Ｒ内には、各液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄについて１つの液体吐出孔８が存在しており、全部で１６個の液体吐出孔８が含まれている。これら１６個の各液体吐出孔８を配列方向Ａに延びる仮想直線上に同じ方向から射影した点の位置は、印刷時の解像度である６００ｄｐｉに相当する間隔ずつ離隔し、等間隔になっている。

図４に示すように、複数の液体吐出孔８が、副マニホールドＥ１〜Ｅ４の延在方向（配列方向Ａ）に沿って配列されているとともに、互いに平行な１６列の液体吐出孔列１５を形成している。これら液体吐出孔列１５は、液体加圧室列１１ａ〜１１ｄのそれぞれと対応しており、液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに分けられている。液体吐出孔列１５ａおよび液体吐出孔列１５ｂの間には、液体吐出孔列１５ｃが位置している。これは、第２および第３の液体加圧室列１１ｂ、１１ｃに属する液体加圧室１０どうしの一鋭角部が、方向Ｃにオーバーラップし、かつ、その一鋭角部側に当該液体加圧室１０に係る液体吐出孔８が偏在しているためである。

その結果、第３の液体加圧室列１１ｃに属する液体加圧室１０に係る液体吐出孔８が第１および第２の液体加圧室列１１ａ、１１ｂに係る液体吐出孔８間に配置されている。つまり、図３に示すように、各液体加圧室列１１ａ〜１１ｄを図中下から上に向かって順に（Ｆ１）〜（Ｆ１６）と表す。また、これら液体加圧室列１１ａ〜１１ｄに対応する液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに（Ｆ１´）〜（Ｆ１６´）と記すと、図４に示すように、液体吐出孔列１５ｂ、１５ｃに対応する（Ｆ４´）、（Ｆ５´）、（Ｆ８´）、（Ｆ９´）、（Ｆ１２´）、（Ｆ１３´）の並びが液体加圧室列１１の並びとは異なって、方向Ｃに入れ替わっている。各液体吐出孔８は流路部材４の長手方向（配列方向Ａ）に沿って３７．５ｄｐｉに相当する距離ずつ離隔されている。各液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄは、上述のように、４本の副マニホールドＥ１〜Ｅ４と対向しない位置に配置されている
１つの帯状領域Ｒに属する１６個の液体吐出孔８を配列方向Ａに延びる直線上に射影した位置が左にあるものから順に、これら１６個の液体吐出孔８を（１）〜（１６）と表すことにしたとき、これら１６個の液体吐出孔８は、下から、（１）、（９）、（１３）、（１５）、（５）、（７）、（１１）、（１６）、（３）、（８）、（１２）、（１４）、（４）、（６）、（１０）、（２）の順番に並んでいる。このように構成された液体吐出ヘッド２において、圧電アクチュエータユニット２１を印刷用紙の搬送に合わせて適宜駆動させると、配列方向Ａに６００ｄｐｉの解像度を有する文字や図形等を描画することができる。

そしてこの場合、アクチュエータ制御部１５３の機能ブロック図は、図７（ｂ）ようになる。図７（ｂ）に示すように、アクチュエータ制御部１５３は、波形出力部１５４、波形増幅部１５７、４つの遅延部１５５、タイミング指示部１５６および電圧調整部を備えている。波形出力部１５４、遅延部１５５およびタイミング指示部１５６はデジタル回路で構成されており、波形増幅部１５７はアナログ回路で構成されている。電圧調整部は、圧電アクチュエータユニット２１に供給する高電位と低電位との電位の差（電圧）を圧電アクチュエータユニット２１毎に変える。電圧調整部は、波形出力部１５４に補正テーブルを備えることや、波形増幅部１５７に可変抵抗などの調節部を設けることで行なうことができる。

電圧調整部は、波形出力部１５４に含めることにより、デジタル的に処理できるため、外部からの調整が容易になる。また、液滴を吐出させる状態により複数の補正テーブルを切り替えることにより、より的確に補正することができる。例えば、駆動周波数や印刷する濃度などについて、複数の補正テーブルを用意し、これらを切り替えられるようにしておいてもよい。

４つの遅延部１５５は、それぞれが副マニホールドＥ１〜Ｅ４毎の液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄのいずれかに対応するものであり、波形出力部１５４から出力された吐出信号を所定時間遅延させ、遅延させた吐出信号をさらに出力するものである。また、遅延部１５５は、タイミング指示部１５６の指示に基づいて、遅延なし、遅延時間ｔｄ、遅延時間ｔｄ×２、および遅延時間ｔｄ×３（図９参照）の４つの遅延時間のいずれかを設定することができる。吐出信号の遅延は液体吐出孔８からの液滴の吐出タイミングの遅延となる。つまり、遅延部１５５は、副マニホールドＥ１〜Ｅ４毎に係る４つの液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄにおいて、液体吐出孔列単位で液体吐出孔８からの液滴の吐出タイミングを４種類設定することができる。

タイミング指示部１５６は、各遅延部１５５に対して、互いに異なるように上述の遅延時間（液滴の吐出タイミング）を設定するものである。波形増幅部１５７は、遅延部１５５が出力した吐出信号を増幅して出力するものである。波形増幅部１５７が出力した吐出波形は、圧電アクチュエータユニット２１の対応する個別電極３５に供給される。

図９を参照してタイミング指示部１５６について詳細に説明する。図８は、タイミング指示部１５６の機能ブロック図である。図９に示すように、タイミング指示部１５６は、テーブル記憶部１６１と、セレクタ１６２とを備えている。テーブル記憶部１６１は、各液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに対応する個別電極３５に供給される吐出信号の異なった遅延時間を記憶するものである。テーブル記憶部１６１に記憶されている遅延時間の例を表１および表２に示す。なお、表１および表２においては、遅延なしを「０」、遅延時間ｔｄを「１」、遅延時間ｔｄ×２を「２」、および遅延時間ｔｄ×３を「３」と表している（図９参照）。また、表１は、各液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄを副マニホールドＥ１〜Ｅ４毎に整理して示しており、表２は、表１を射影点番号順に並べて整理して示したものである。また、表１および表２においては、液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄの列番号を（Ｆ１´）〜（Ｆ１６´）で表している。

本実施の形態においては、遅延時間ｔｄは、隣接した液体加圧室１０間に構造的クロストークが生じない期間の最小値である３．２μｓであるが、これに限定するものではない。複数の液体加圧室１０が高密度に配列されると、構造的クロストークが無視できなくなる。そこで、遅延時間のｔｄを、構造的クロストークが生じない期間としておけば、複数の液体加圧室１０を高密度に配列しても、構造的クロストークの影響を低減させることができる。なお、このｔｄ値は、各液体加圧室１０の位置関係（配置密度）や周囲の剛性によって適宜決められる。

表１に示すように、各副マニホールドＥ１〜Ｅ４に係る液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄの吐出信号の遅延時間が互いに異なるように設定されている。また、表２に示すように、各液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに属する液体吐出孔８の射影点において、隣接する液体吐出孔８の吐出信号の遅延時間が互いに異なるようにも設定されている。タイミング指示部１５６においては、これら各液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄの遅延時間に基づいて、４つの遅延部１５５のそれぞれに対して遅延時間を設定する。なお、本実施の形態における遅延時間は、副マニホールドＥ１〜Ｅ４毎に係る液体加圧室列数に対応した４種類となっているが、２種類以上であればよい。セレクタ１６２は、テーブル記憶部１６１に記憶されている液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄ毎の遅延時間を選択して遅延部１５５に対して遅延時間を設定するものである。

アクチュエータ制御部１５３により出力される４種類の遅延がかけられた吐出信号の波形パターンを図９に示す。なお、縦軸は電位を、横軸は時間をそれぞれ示しており、副マニホールドＥ１に係る液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに対応する吐出信号の波形パターンである。また、遅延０は遅延なしの波形パターンを、遅延１は遅延時間ｔｄの波形パターンを、遅延２は遅延時間ｔｄ×２の波形パターンを、遅延３は遅延時間ｔｄ×３の波形パターンをそれぞれ示している。このうち、遅延０で示される波形パターンは、液体吐出孔列１５ｂ（Ｆ１´）に加えられ、遅延１で示される波形パターンは、液体吐出孔列１５ａ（Ｆ２´）に加えられる。さらに、遅延２で示される波形パターンは、液体吐出孔列１５ｄ（Ｆ３´）に加えられ、遅延３で示される波形パターンは、液体吐出孔列１５ｃ（Ｆ４´）に加えられる。本実施の形態においては、液滴を吐出するために高電位を基準とするパルスが個別電極３５に供給される。図９に示された波形パターンは、吐出パルスとキャンセルパルスとから構成されている。吐出パルスは液体吐出孔８から液滴を吐出するためのものであり、１つのパルスで１つの液滴を吐出することができる。図１０に示した波形パターンには３つの吐出パルスが含まれている。そして、遅延０の波形パターンを基準として、遅延１の波形パターンは開始時間が時間ｔｄ遅延しており、遅延２の波形パターンは開始時間が時間ｔｄ×２遅延しており、遅延３の波形パターンは開始時間が時間ｔｄ×３遅延している。

キャンセルパルスは、液滴吐出後に個別流路３２内に残留する残留圧力を除去するためのものである。キャンセルパルスは、残留圧力の周期に対して反転した周期のタイミングで、個別流路３２に新たな圧力を発生させる。これにより残留圧力がキャンセルパルスにより生成された圧力によりほとんど相殺される。これにより、最後の吐出パルスにより吐出された液体が一つの液滴にまとまりやすくなり、液滴にまとまらないで液滴の本来の着弾位置の周囲に着弾するサテライトと呼ばれる微小な液滴が発生し難くなる。また、周囲の液体加圧室１０からの吐出や同じ液体加圧室１０からの次の吐出の際に残留応力による影響を受け難くなる。

このよう波形パターンが加わった際に、遅延された吐出信号で吐出される液滴の速度が、遅延されていない吐出信号で吐出される液滴の速度と比較するとわずかながら変動するおそれがある。このとき、遅延された吐出信号と遅延されていない吐出信号とで、電圧を変えることで、吐出速度を変えることにより、印刷位置精度を高くすることができる。

遅延された吐出信号で吐出される液滴の速度はクロストークの影響を受けて、遅くなる傾向があるため、遅延された吐出信号の電圧は高くすることが好ましい。

本実施の形態では、上述したような液体加圧室１０やマニホールド５の配設関係があるので、先にも記したように時間ｔｄは、液体加圧室１０が隣接することで生じることがある構造的クロストークの影響を受けない最短時間（３．２μｓ）に設定してある。そのため、図９に示すように、遅延０の最初の吐出パルスから遅延３のキャンセルパルスまでの期間Ｔｍも短くなる。印刷用紙Ｐが、その搬送方向に関する印刷解像度に対応した距離だけ搬送されるのに要する時間を印刷周期としたとき、液滴吐出後にキャンセルパルスでは相殺しきれなかった残留圧力による影響がでない時間だけは待つにしても、期間Ｔｍが短くなった分だけ一印刷周期を短く抑えることができる。すなわち、高速印刷に寄与する。なお、本実施形態における単位距離は、印刷用紙Ｐの搬送方向の解像度が６００ｄｐｉとなっているので約４０μｍとなっている。

ここで、副マニホールドＥ１〜Ｅ４毎の４種類の吐出信号について説明する。図１０は、４つの副マニホールド毎の液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに属する液体吐出孔８に係る波形パターンを示す説明図である。図１０に示すように、副マニホールドＥ１に係る液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄにそれぞれ対応する個別電極３５には、液体吐出孔８の射影点番号が（１）、（９）、（１３）、（５）のものに順に遅延０、遅延１、遅延２、遅延３の波形パターンが供給されている。副マニホールドＥ２に係る液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄにそれぞれ対応する個別電極３５にも、同様に液体吐出孔８の射影点番号が（１５）、（７）、（１１）、（３）のものに、順に遅延０、遅延１、遅延２、遅延３の波形パターンが供給されている。副マニホールドＥ３に係る液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄにそれぞれ対応する個別電極３５には、液体吐出孔８の射影点番号が（１６）、（８）、（１２）、（４）のものに順に遅延１、遅延０、遅延３、遅延２の波形パターンが供給されている。副マニホールドＥ４に係る液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄにそれぞれ対応する個別電極３５にも、同様に液体吐出孔８の射影点番号が（１４）、（６）、（１０）、（２）のものに順に遅延１、遅延０、遅延３、遅延２の波形パターンが供給されている。このように隣接する液体加圧室列間や液体吐出孔８の隣接した射影点に異なった吐出タイミングで吐出信号が供給されている。こうして４種類の遅延パターンの吐出信号が、各液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに係る個別電極３５に供給されて圧電アクチュエータユニット２１が駆動される。対応する液体吐出孔８からは、波形パターンに応じた量の液滴が遅延の種類に応じたタイミングで吐出される。そして、印刷用紙Ｐ上に所望の階調のドットが形成される。本実施形態においては、図９に示すような遅延０〜遅延３の波形パターンが一印刷周期毎に繰り返されている。

変形例によると、本実施形態におけるセレクタ１６２は、同じ液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに係る個別電極３５に、同じ遅延の波形パターンの吐出信号を供給するように遅延部１５５に対して遅延時間を設定しているが、これだけによらず、異なる遅延の波形パターンの吐出信号が同じ液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに係る個別電極３５に供給されるように遅延部１５５に対して遅延時間を設定していてもよい。つまり、最初の印刷周期において、個別電極３５に供給される吐出信号の遅延の波形パターンが、次回の印刷周期における当該個別電極３５に供給される吐出信号の遅延の波形パターンが異なっていてもよい。
この場合でも、遅延時間ｔｄが期間Ｔｍを短くするように最小値となっているので、一印刷周期を短く抑えつつ、次の印刷周期にクロストークの影響が生じにくくなる。

以上のような本実施の形態における液体吐出ヘッド２によると、隣接する液体加圧室列１１ａ〜１１ｄ間において、対応する個別電極３５にはそれぞれ異なる吐出タイミングで吐出信号が供給されるので、構造的クロストークによる影響を低減させることができる。つまり、吐出タイミングの時間的差異は、短くても互いに構造的クロストークの影響を受けない時間に設定されている。そのため、各液体加圧室列１１間において、どの隣接する組み合わせを取っても、隣接する液体加圧室１０からの構造的クロストークは受けない。
さらに、高密度化が進んだ場合においても、構造的クロストークの影響を低く抑えることができる。加えて、一印刷周期内で、複数の吐出タイミングが存在することは、吐出タイミングの数に対応して電力の消費タイミングが分割されることでもある。これにより、消費電力ピークが瞬間的に過大になるのを避けることができ、電源装置を小型で簡略なものとすることが可能となる。

また、同じ副マニホールドＥ１〜Ｅ４に連通した複数の液体加圧室１０が構成する４列の液体加圧室列１１ａ〜１１ｄ間において、対応する個別電極３５に４種類の遅延０〜遅延３の波形パターンの吐出信号が供給されるので、流体的クロストークの影響を低減させることができる。ここで、流体的クロストークとは、マニホールド５において、各液体加圧室から伝播した圧力波が互いに共振して常在波を発生し、その常在波が当該副マニホールドに連通している全ての液体加圧室における液滴吐出に影響を与えることである。係る流体的クロストークの影響により液滴の吐出特性にばらつきが生じる。このような流体的クロストークの影響を減少させるために、本実施形態においては、同じ副マニホールドＥ１〜Ｅ４に連通した複数の液体加圧室１０が、液体加圧室列１１ａ〜１１ｄ間において、それぞれが異なる４種類の吐出タイミングで吐出信号が対応する個別電極３５に供給されている。

本実施の形態では、上述のように、吐出タイミングの最小の時間差を、構造的クロストークが隣接する液体加圧室列間で影響しない程度の時間ｔｄに設定してある。この時間ｔｄ以上のタイミング差にしておけば、流体的クロストークの影響も受けずに済む。なお、この時間ｔｄは、上述のような液体加圧室１０、マニホールド５および両者の位置関係や連通形態に対応して決められたものであって、構造的な違いがある場合でも、少なくともこれらの配設状態や連通状態に合わせて設定すればよい。すなわち、いずれのクロストークの影響も受け難い時間ｔｄとすればよい。

また、１６列の液体吐出孔列１５ａ〜１５ｄに属する液体吐出孔８を仮想直線上に同じ方向から射影したときにおいて、互いに隣接する射影点（１）〜（１６）に係る液体加圧室１０に対応する個別電極３５に異なる吐出タイミングで吐出信号が供給されることになる。仮に、隣接する液体加圧室列間で異なる吐出タイミングの吐出信号を供給したときに、流体的クロストークや構造的クロストークが完全に抑制できなくても、この残余のクロストークの影響が被印刷媒体上のドット間で分散されることになる。そのため、このクロストークに起因したドットの大きさの相違が目立ちにくくなる。例えば、隣接する液体加圧室列１１間および同じマニホールドに連通する液体加圧室列１１間で吐出タイミングを変えて印刷しても、ノズルの配置状態によっては、同じ吐出タイミングで形成されたドットが連続して隣接した横線を形成していることがある。上述のように吐出タイミングを変えることでクロストークの影響が十分に取り切れている構成であればよいが、クロストークの残余の影響があった場合、例え注目するドットが係る液体加圧室列１１やマニホールドが互いに異なっていたとしても、特定のタイミングで形成されることにより、その残余の影響が表れてしまうことがある。すなわち、一本の横線であっても、線の太さのばらつきとして影響が表れる。さらには、被印刷媒体上の印刷結果において、濃淡ムラが解消される。つまり、同じ大きさのドットが隣接せずにばらついて形成されるので、ドットの大きさの相違が目立ちにくくなるからである。したがって、クロストークに起因した被印刷媒体上でのドットの大きさの相違が目立ちにくくなり、被印刷媒体への印刷品質が向上する。

また、複数の液体加圧室１０が構成する１６列の液体加圧室列１１ａ〜１１ｄが各副マニホールドＥ１〜Ｅ４の延在方向に平行に延在し、複数の液体加圧室１０、１６列の液体加圧室列１１ａ〜１１ｄおよび複数の副マニホールドＥ１〜Ｅ４の互いの位置関係が規則的な関係になっている。そのため、流体的クロストークおよび構造的クロストークによる影響も規則的になる。つまり、同一液体加圧室列１１に属する各液体加圧室１０は、各クロストークの影響を同程度受けるため、液体加圧室列１１毎に異なる吐出タイミングで対応する個別電極３５に吐出信号を供給することで、各クロストークによる影響の低減が液体加圧室列１１毎に均一化する。したがって、液体加圧室列１１間において、各クロストークの影響に起因した液滴吐出特性のばらつきが抑制しやすくなり、液滴吐出精度が向上する。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述の実施形態および変形例においては、液体吐出ヘッドの平面形状が長方形形状になっているが、正方形であってもよい。また、複数のノズルを同じ方向か射影した射影点において、隣接する射影点同士が同じ吐出タイミングで液滴を吐出するような吐出信号が対応する個別電極に供給されていてもよい。

以上のような液体吐出ヘッド２は、例えば、以下のようにして作製する。

ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極３４となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を挿入する。

ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極２５を印刷して、焼成した後、Ａｇペーストを用いて接続電極３６を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータユニット２１を作製する。

次に、流路部材４を、圧延法等により得られプレート２２〜３１を積層して作製する。プレート２２〜３１に、マニホールド５、個別供給流路６、液体加圧室１０およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。

これらプレート２２〜３１は、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。

圧電アクチュエータ２１と流路部材４とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ２１や流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ２１と流路部材４とを加熱接合することができる。

この後必要に応じて圧電アクチュエータ上２１と外部回路とを電気的に接続するために、接続電極３６にＦＰＣなどの電極を接合し、液体吐出ヘッド２得る。

本発明の一実施の形態に係る液体吐出ヘッドを含むプリンタの概略構成図である。 図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体を示す上面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。 図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体を示す上面図であり、液体吐出孔群以外を省略したものである。 （ａ）アクチュエータ制御部の機能ブロック図である。（ａ）他のアクチュエータ制御部の機能ブロック図である。 タイミング指示部の機能ブロック図である。 図７（ｂ）に示すアクチュエータ制御部が生成する４種類のパルスの波形パターンを示す図である。 図７（ｂ）に示すアクチュエータ制御部が生成する４つの副マニホールド流路毎の各ノズル列に属するノズルに係る波形パターンを示す説明図である。 印刷されたものの濃度の違いを説明する図である。

符号の説明

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・開口
６・・・個別供給流路
７ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔群
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子

Claims (3)

1. 複数のアクチュエータを含む複数のアクチュエータユニットと、前記複数のアクチュエータにそれぞれ対向して設けられた複数の液体加圧室と、該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔と、前記複数の液体加圧室に液体を供給するマニホールドと、前記複数のアクチュエータに吐出信号を供給するアクチュエータ制御部とを備えた液体吐出ヘッドであって、前記複数の液体吐出孔が２次元的に、かつ一方方向に等間隔で配置されており、１つの前記アクチュエータユニットに含まれる前記複数のアクチュエータと対向する前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった前記液体吐出孔の集合を１つの液体吐出孔群とし、複数の液体吐出孔群を前記一方方向に平行な直線に垂直に投影したとき、１つの前記液体吐出孔群だけが投影されている領域と複数の前記液体吐出孔群が投影されている領域とがあるとともに、前記アクチュエータ制御部には、前記アクチュエータユニット毎に吐出信号の電圧を変える電圧調整部が含まれ、該電圧調整部により、前記アクチュエータユニット毎に異なる電圧の吐出信号を供給することにより、同じ電圧の吐出信号を供給する場合よりも、前記複数の前記液体吐出孔群が投影されている領域Ａに投影された各液体吐出孔群の液体吐出孔において、それぞれの前記液体吐出孔群の前記領域Ａに投影された液体吐出孔から吐出される液体の平均速度の差が減じられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記複数の液体加圧室は、前記一方方向に平行に並んで液体加圧室列を形成し、かつ該液体加圧室列が前記一方方向に垂直な方向に複数並んでおり、隣接する前記液体加圧室列間において異なる吐出タイミング、かつ異なる電圧で吐出信号が与えられることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. 請求項１または２記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して前記一方方向に平行でない方向に搬送させる搬送部とを備えるとともに、前記液体吐出ヘッドから前記記録媒体に液体を吐出することを特徴とする記録装置。

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