JP5728828B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体噴射装置に関するものであり、特に、着弾対象に対する液体の着弾位置ずれを抑制可能な液体噴射装置に関するものである。
液体噴射装置は、ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという)を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体(着弾対象物)に対して噴射・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター(以下、単にプリンターという。)等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造装置等、各種の製造装置にも液体噴射装置が応用されている。
上記の液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター(以下、単にプリンターという)としては、噴射パルスの供給によりインク滴を噴射可能に構成されたインクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッドの一種。以下、単に記録ヘッドという。)と、この記録ヘッドを記録用紙や樹脂フィルム等の記録媒体(噴射対象の一種)の幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させ得るヘッド走査機構を備え、記録ヘッドの往動時と復動時の双方でインク滴を噴射させて記録を行う所謂双方向記録が可能なものも提案されている。
ところで、上記プリンターにおいて記録ヘッドのノズルからインクを噴射させる場合、インクは、噴射されてから空気抵抗等の影響により、記録媒体に着弾するまでの間に飛翔速度(記録ヘッドのノズル形成面に垂直な方向の速度)が変化する。また、噴射されるノズルから記録媒体までの距離(より詳しくは、ノズルから、当該ノズルから噴射されたインクの記録媒体上における着弾位置(又は仮想上の着弾予定位置)までの鉛直距離。以下、ギャップという。)により飛翔速度の変化の度合いも異なる。上記のギャップは、記録用紙が撓んだり、記録用紙がインク等を吸収することで波打つ所謂コックリング現象が生じたりした場合、記録ヘッドの走査位置に応じて変化する。
特開2009−083512号公報
上記のように、記録ヘッドのノズルから記録媒体までのギャップが変化してもインクの飛翔速度が一定であるという前提で記録媒体上の着弾位置を推定すると、本来目標とする着弾位置にインクが着弾しないこととなる。その結果、例えば、記録媒体上にドットをマトリクス状に並べることで画像等を形成する場合には、当該画像の画質に悪影響を及ぼす可能性がある。なお、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置においても同様に存在する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体噴射ヘッドのノズルと着弾対象との間の距離が変化する場合においても、ノズルから噴射される液体の着弾対象上における着弾位置を適切に調整することが可能な液体噴射装置を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数のノズルをヘッド移動方向に交差する方向に列設してなるノズル群を前記ヘッド移動方向に複数並べて有し、噴射パルスの印加により圧力発生部を駆動することでノズルから液体を噴射して着弾対象に着弾させる液体噴射ヘッドと、
前記噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生部と、
前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対移動させる移動部と、
前記ノズルと前記着弾対象との距離を検出する検出器と、
前記検出器が検出した前記距離に応じて前記ノズルからの液体の噴射タイミングをノズル群毎に変更させる制御部と、を備え、
前記駆動信号発生部は、前記距離、当該距離を飛翔する液体の飛翔速度又は飛翔時間、および、前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象との相対速度に基づいて前記噴射パルスの発生タイミングが設定された駆動信号を、予め定められた段階的に異なる複数の距離に応じて発生可能であり、
前記飛翔速度は、前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象との間における平均飛翔速度であり、
当該平均飛翔速度は、前記検出器が検出した距離に応じて求められ、
前記制御部は、前記距離に基づき前記ノズル群毎に駆動信号を選択することを特徴とする。
「ノズルと着弾対象との距離」とは、液体が噴射されるノズルから着弾対象上における液体の着弾位置(又は仮想上の着弾予定位置)までの鉛直距離を意味する。
本発明によれば、ノズルと着弾対象との距離に基づきノズル群毎に駆動信号が選択されて、当該駆動信号を用いて液体の噴射が行われるので、着弾対象に撓み等が生じて、ノズルから着弾対象までの距離が相対移動方向の位置に応じて異なる場合においても、各ノズル群のノズルから噴射された液体が着弾対象上の本来目標とする位置に着弾されるように噴射タイミングが変更される。これにより、各ノズル群において着弾対象に対する液体の着弾位置ずれが抑制される。その結果、着弾対象に画像等を記録する場合に、記録画像等の画質が低下することが抑制される。また、飛翔速度は、液体噴射ヘッドと着弾対象との間における平均飛翔速度であるため、ノズルから噴射されて着弾対象に着弾するまでの間に、液体の飛翔速度が変化する場合においても、液体の着弾位置を適切な位置に調整することができる。
上記実施形態において、複数種類の噴射モードを選択可能に構成され、
噴射モード毎に前記駆動信号における噴射パルスの発生タイミングが設定され、
前記制御部は、前記噴射モード毎および前記ノズル群毎に駆動信号を選択することが望ましい。
なお、「噴射モード」とは、ノズルから噴射される液体の量をより多くすることで、着弾対象上のより広い範囲に液体を着弾させて、より早く着弾対象上の所定の範囲を液体で埋めるモードや、ノズルから噴射される液体の量をより少なくすることで、着弾対象上のより狭い範囲に液体を着弾させて、より精細な画像等を形成するモードなど、噴射される液体の量が用途に応じてそれぞれ異なる各種のモードを意味する。
上記構成によれば、噴射モード毎にノズルから噴射される液体の量が異なる場合であっても、噴射モードの違いに応じて、より適切なタイミングでインクを噴射することが可能となる。これにより、噴射モードの違いによる着弾位置ずれを抑制することができる。
また、上記構成において、前記駆動信号発生部の発生する前記駆動信号は、前記着弾対象に着弾して形成されるドットの大きさが異なる複数種類の噴射パルス含み、
噴射パルス毎に発生タイミングが設定される構成を採用することが望ましい。
上記構成によれば、着弾対象に形成するドットのサイズの違いに応じて、より適切なタイミングで液体を噴射することが可能となる。これにより、ドットのサイズの違いによる着弾位置ずれを抑制することができる。
プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 ノズルプレートの構成を説明する平面図である。 インクの着弾位置ずれ及びタイミング調整について説明する模式図である。 (a)はギャップに対するインクの平均速度を示すグラフ、(b)はギャップに対するインクの平均速度を示すテーブルである。 (a)はギャップに対するインクの到達時間を示すグラフ、(b)はギャップに対するインクの到達時間を示すテーブルである。 ギャップに対するインクの着弾位置ずれ量を示すグラフである。 噴射タイミング調整処理の流れを説明するフローチャートである。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 (a)〜(c)は記録媒体にインクを着弾させたときの着弾位置ずれについて説明するイメージ図である。
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置(以下、プリンター)を例に挙げて説明する。
図1は、プリンター1の電気的な構成を説明するブロック図である。また、図2は、プリンター1の内部構成を説明する斜視図である。
例示したプリンター1は、記録用紙、布、樹脂フィルム等の記録媒体Sに向けて、液体の一種であるインクを噴射する。記録媒体Sは、液体が噴射されて着弾する対象となる着弾対象である。外部装置としてのコンピューターCPは、プリンター1と通信可能に接続されている。プリンター1に画像を印刷させるため、コンピューターCPは、その画像に応じた印刷データをプリンター1に送信する。
本実施形態におけるプリンター1は、搬送機構2、キャリッジ用移動機構3(移動部の一種)、駆動信号生成回路4(駆動信号発生部の一種)、ヘッドユニット5、検出器群6、及び、プリンターコントローラー7(本発明における制御部の一種)を有する。搬送機構2は、記録媒体Sを搬送方向に搬送させる。キャリッジ用移動機構3は、ヘッドユニット5が取り付けられたキャリッジを所定の移動方向(例えば紙幅方向)に移動させる。駆動信号生成回路4は、図示しないDAC(Digital Analog Converter)を含む。そして、プリンターコントローラー7から送られた駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成回路4は図示しない増幅回路も含んでおり、DACからの電圧信号を電力増幅し、駆動信号COMを生成する。本実施形態において、駆動信号生成回路4は、COM1、COM2、及びCOM3の3種類の駆動信号を発生するように構成されている。これらの駆動信号COMは、記録媒体に対する印刷処理(記録処理或いは噴射処理の一種)時に記録ヘッド8の圧電振動子32(図3参照)に印加されるものであり、図10に一例を示すように、駆動信号COMの繰り返し周期である単位期間T内に噴射パルスPSを少なくとも1つ以上含む一連の信号である。ここで、噴射パルスPSとは、記録ヘッド8から液滴状のインクを噴射させるために、圧電振動子32に所定の動作を行わせるものである。なお、各駆動信号COMの詳細については後述する。
ヘッドユニット5は、記録ヘッド8およびヘッド制御部11を有する。記録ヘッド8は、液体噴射ヘッドの一種であり、インクを記録媒体Sに向けて噴射させて、当該記録媒体Sに着弾させてドットを形成する。このドットを複数マトリクス状に並べることで記録媒体Sに画像等が記録される。ヘッド制御部11は、プリンターコントローラー7からのヘッド制御信号に基づき、記録ヘッド8を制御する。なお、記録ヘッド8の構成については後で説明する。検出器群6は、プリンター1の状況を監視する複数の検出器によって構成され、記録ヘッド8のノズル形成面(ノズルプレート37のインクを噴射する側の面)からプラテン16上の記録媒体Sの記録面(インク着弾面)までの距離を検出するギャップ検出器(図示せず)を含む。これらの検出器による検出結果は、プリンターコントローラー7に出力される。プリンターコントローラー7は、プリンター1における全体的な制御を行う。なお、ギャップ検出器としては、記録ヘッド8のノズル形成面側から記録媒体Sに向けてレーザー光を照射する発光部と、記録媒体Sからの反射光を受光する受光部と、を備え、受光部の検出結果に基づいて上記距離(プラテンギャップPG)を検出する構成を採用することができる。
搬送機構2は、記録ヘッド8の走査方向に直交する方向(以下、搬送方向という)に記録媒体Sを搬送させるための機構である。この搬送機構2は、搬送モーター14と、搬送ローラー15と、プラテン16と、を有する。搬送ローラー15は、記録媒体Sを印刷可能な領域であるプラテン16上まで搬送するローラーであり、搬送モーター14によって駆動される。プラテン16は、印刷中の記録媒体Sを支持する。
プリンターコントローラー7は、プリンターの制御を行うための制御ユニットである。プリンターコントローラー7は、インターフェース部24と、CPU25と、メモリー26(記憶部の一種)とを有する。インターフェース部24は、外部装置であるコンピューターCPとプリンター1との間でデータの送受信を行う。CPU25は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。メモリー26は、CPU25のプログラムを格納する領域や作業領域等を確保するためのものであり、RAM、EEPROM等の記憶素子を有する。CPU25は、メモリー26に格納されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。
図2に示すように、キャリッジ12は、主走査方向に架設されたガイドロッド19に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ用移動機構3の作動により、ガイドロッド19に沿って記録媒体Sの搬送方向に直交する主走査方向に往復移動するように構成されている。キャリッジ12の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー20によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス(位置情報の一種)がプリンターコントローラー7のCPU25に送信される。リニアエンコーダー20は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド8の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として出力する。本実施形態におけるリニアエンコーダー20は、プリンター1の筐体内側に主走査方向に沿って設けられたスケール20a(エンコーダフィルム)と、キャリッジ12の背面に取り付けられたフォトインタラプタ(図示せず)とを備えている。スケール20aは透明な樹脂製フィルムによって作製された帯状(バンド状)部材であり、例えば、透明なベースフィルムの表面に帯幅方向を横断する不透明なストライプが複数印刷されたものである。各ストライプは、同じ幅とされ、帯長手方向に一定ピッチ、例えば180dpiに相当するピッチで形成されている。また、フォトインタラプタは、互いに対向配置された一対の発光素子と受光素子とによって構成され、スケール20aの透明部分での受光状態とストライプ部分での受光状態の差異に応じてエンコーダーパルスを出力するようになっている。
ストライプは同じ幅のものが一定ピッチで形成されているため、キャリッジ12の移動速度が一定であれば、エンコーダーパルスEPは一定間隔で出力される一方、キャリッジ12の移動速度が一定でない場合(加速中又は減速中)では、エンコーダーパルスEPの間隔はキャリッジの移動速度に応じて変化する。そして、このエンコーダーパルスEPはプリンターコントローラー7に入力されている。このため、プリンターコントローラー7は、受信したエンコーダーパルスEPに基づいてキャリッジ12に搭載された記録ヘッド8の走査位置を認識できる。即ち、例えば、受信したエンコーダーパルスEPをカウントすることで、キャリッジ12の位置を認識することができる。これにより、プリンターコントローラー7はこのリニアエンコーダー20からのエンコーダーパルスEPに基づいてキャリッジ12(記録ヘッド8)の走査位置を認識しながら、記録ヘッド8による記録動作を制御することができる。そして、プリンター1は、このホームポジションから反対側の端部(フルポジション)へ向けてキャリッジ12が移動する往動時と、フルポジションからホームポジション側にキャリッジ12が戻る復動時との双方向で記録紙S上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録処理(印刷処理・噴射処理)が可能に構成されている。
上記リニアエンコーダー20からのエンコーダーパルスEPは、プリンターコントローラー7に入力されている。プリンターコントローラー7は、このエンコーダーパルスEPからタイミングパルスPTS(Print Timing Signal)を生成し、このタイミングパルスPTSに同期させて印刷データの転送や駆動信号COMの発生等を行っている。そして、駆動信号生成回路4は、タイミングパルスPTSに基づくタイミングで駆動信号COMを出力する。また、プリンターコントローラー7は、タイミングパルスPTSに基づいて、ラッチ信号LAT等のタイミング信号を生成して記録ヘッド8に出力する。ラッチ信号LATは、記録周期の開始タイミングを規定する信号である。したがって、駆動信号COM(図10参照)の発生単位周期Tは、このラッチ信号LATで区切られる区間であると言える。
次に、図3を参照しながら記録ヘッド8の構成について説明する。
記録ヘッド8は、ケース28と、このケース28内に収納される振動子ユニット29と、ケース28の底面(先端面)に接合される流路ユニット30等を備えている。上記のケース28は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット29を収納するための収納空部31が形成されている。振動子ユニット29は、圧力発生部の一種として機能する圧電振動子32と、この圧電振動子32が接合される固定板33と、圧電振動子32に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル34とを備えている。圧電振動子32は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向(電界方向)に直交する方向に伸縮可能(電界横効果型)な縦振動モードの圧電振動子である。
流路ユニット30は、流路基板36の一方の面にノズルプレート37を、流路基板36の他方の面に振動板38をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット30には、リザーバー39(共通液体室)と、インク供給口40と、圧力室41と、ノズル連通口42と、ノズル43と、が設けられている。そして、インク供給口40から圧力室41及びノズル連通口42を経てノズル43に至る一連のインク流路が、各ノズル43に対応して形成されている。
図4は、ノズルプレート37の構成を説明する平面図である。同図において横方向が、記録ヘッド8が記録媒体Sに対して移動する主走査方向(相対移動方向の一種)であり、縦方向が、記録媒体Sの搬送方向、即ち、副走査方向である。上記ノズルプレート37は、ドット形成密度に対応したピッチ(例えば180dpi)で複数(例えば、90個)のノズル43が副走査方向に沿って列状に穿設された部材であり、本実施形態では、例えば、ステンレス鋼によって作製されている。また、ノズルプレート37は、シリコン単結晶基板によって作製される場合もある。本実施形態におけるノズルプレート37には、4つのノズル列A〜D(ノズル群の一種)が主走査方向に沿って並べて形成されている。
上記振動板38は、支持板45の表面に弾性体膜46を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板45とし、この支持板45の表面に樹脂フィルムを弾性体膜46としてラミネートした複合板材を用いて振動板38を作製している。この振動板38には、圧力室41の容積を変化させるダイヤフラム部47が設けられている。また、この振動板38には、リザーバー39の一部を封止するコンプライアンス部48が設けられている。
上記のダイヤフラム部47は、エッチング加工等によって支持板45を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部47は、圧電振動子32の自由端部の先端面が接合される島部49と、この島部49を囲む薄肉弾性部50と、からなる。上記のコンプライアンス部48は、リザーバー39の開口面に対向する領域の支持板45を、ダイヤフラム部47と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー39に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
そして、上記の島部49には圧電振動子32の先端面が接合されているので、この圧電振動子32の自由端部を伸縮させることで圧力室41の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室41内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド8は、この圧力変動を利用してノズル43からインク滴を噴射させるようになっている。
次に、本発明の特徴である着弾位置ずれ調整の基本概念について説明する。
図5は、記録ヘッド8のノズル43から記録媒体Sに向けてインクを噴射させたときの、記録媒体Sの撓みに起因するインクの着弾位置ずれ及びその調整について説明する模式図である。本実施形態におけるプリンター1は、インクを噴射する基準となる時間に対して噴射タイミングを変更してインクを噴射することができるように構成されている。これは、以下に説明するように、インクを噴射するノズル43から記録媒体Sまでの距離(より詳しくは、ノズル43から、当該ノズル43から噴射されたインクの記録媒体S上における着弾位置(又は仮想上の着弾予定位置)までの鉛直距離であり、本発明における「距離」に相当する。以下、プラテンギャップPGという。)の変化によってインクの着弾位置が変わってしまうことから、インクの噴射タイミングを調整することで、本来目標とする着弾位置にインクを着弾させようとするものである。なお、噴射タイミングは、記録媒体Sに撓み等が生じていない理想状態におけるプラテンギャップPG(後述するPG0)でインクを噴射するときのタイミング(デフォルトのタイミング)を基準として、PG0からの変化の度合いに応じて設定される。
図5では、記録ヘッド8における2つのノズル列A,Bについての例が示されており、記録ヘッド8が記録媒体Sに対して図における左側から右側に移動しながら所定のタイミングでインクを噴射するときの様子が、主走査方向に直交する横方向から見た状態で示されている。ノズル列Aとノズル列Bとの距離は、Pitch(a−b)として示されている。また、ノズル列Aのノズル43が原点(0,0)とされ(ノズル列Bに対するタイミング調整を行う場合には、ノズル列Bのノズル43が原点(0,0))、X軸がノズル形成面に一致している。また、ノズル形成面に垂直な方向(鉛直方向)にY軸が採られている。Vcrはキャリッジ12の移動速度(即ち、記録ヘッド8の移動速度であり、本発明における相対速度に相当。)である。なお、Vcrに関し、記録ヘッド8の位置を固定して当該記録ヘッド8に対して記録媒体Sを相対的に移動させながら印刷を行う構成では、記録媒体Sの移動速度となる場合がある。Vmは、インクのY軸方向の速度成分であり、記録媒体Sに着弾するまでの平均速度である。インクの飛翔速度をその平均速度として示したのは、空気抵抗等の影響によりノズル43から噴射されてから記録媒体Sに着弾するまでにインクの飛翔速度が刻々と変化するためである。したがって、VmはプラテンギャップPGに応じて異なる。この点の詳細については後述する。また、Lは、ノズル43から着弾位置までのX軸方向におけるインクの飛翔距離である。
図5におけるPG0は、記録媒体Sに撓み(コックリング現象)等が生じていない理想的な状態の記録媒体Sの記録面(インク着弾面)のY軸方向の位置を示している。これに対し、実際の記録媒体Sでは撓みが発生しており、X軸方向で見てPGは一定となっていない。同図の一番下には、記録媒体Sにおける着弾位置(仮想的なものも含む)が、平面で見た状態で図示されている。なお、白丸に対応するドットの着弾位置が、本来目標とする理想的な着弾位置である。X軸上でノズル列Aに対応する着弾位置はDaxで示され、ノズル列Bに対応する着弾位置はDbxで示されている。黒丸に対応するドットの着弾位置は、本発明に係るタイミング調整をしていない状態で(即ち、本実施形態においては、第1の駆動信号COM1(図10参照)を用いて)インクを噴射したときの着弾位置であり、X軸上においてノズル列Aに対応する着弾位置はDaで示され、ノズル列Bに対応する着弾位置はDbで示されている。ノズル列Aのノズル43から噴射されたインク滴の記録媒体S上の着弾位置DaにおけるプラテンギャップPGaと、ノズル列Bのノズル43から噴射されたインク滴の記録媒体S上の着弾位置DbにおけるプラテンギャップPGbとは異なっており、また、何れもPG0とは異なっている。
なお、速度成分Vm、時間成分T、及び距離成分Lに対する添え字に関し、aはノズル列Aに対応するもの、bはノズル列Bに対応するもの、0はPG0上の目標の着弾位置に着弾させることを想定したときのもの、をそれぞれ示している。
まず、ノズル列Aに対する噴射タイミングの調整量(調整時間ΔTa)の算出方法について説明する。
タイミング調整をしていない状態でノズル列Aのノズル43から噴射されたインク滴の記録媒体S上の着弾位置Daは、目標とする着弾位置Daxに対してΔLaだけヘッド移動方向、即ち主走査方向の先方側(記録ヘッド8の移動方向を基準として下流側)にずれている。したがって、ΔLaだけヘッド移動方向の後方側に着弾するように、ノズル列Aのノズル43からインクを噴射するタイミングを早めるように調整する必要がある。このΔLaに対応する調整時間がΔTaとして示されている。ここで、ΔLa=La−L0で表される。また、L0およびLaについてはそれぞれ以下の式で表される。
L0=Vcr0×PG0/Vm0
La=Vcra×PGa/Vma
そして、調整時間ΔTaは以下のようにして求められる。
ΔTa=−ΔLa/Vcra
=−(La−L0)/Vcra=(L0−La)/Vcra
={(Vcr0×PG0/Vm0)−(Vcra×PGa/Vma)}/Vcra
=(Vcr0×PG0/Vm0)/Vcra−PGa/Vma
=(PG0/Vm0)×{Vcr0/Vcra−(PGa/PG0)/(Vma/Vm0)}…(1)
図5では、ノズル列Aのノズル43からインクを噴射するタイミングを、調整前のタイミングを基準として早めることを前提として上記式(1)を導出している。したがって、ΔTaの値が正の時は、噴射タイミングを基準に対して遅らせることになる。一方、ΔTaの値が負の時は、噴射タイミングを基準に対して早めることになる。
ノズル列Bやその他のノズル列に対する噴射タイミングの調整量の算出方法についても、ノズル列Aと同様である。ノズル列Bの場合、図5の例では、ΔLbだけヘッド移動方向の後方側に着弾するように、ノズル列Bのノズル43からインクを噴射するタイミングを早めるように調整する必要がある。このΔLbに対応する調整時間はΔTbである。そして、ΔLb=Lb−L0で表される。また、Lbは以下の式で表される。L0については、上述した通りである。なお、ノズル列Aからインクを噴射する時点におけるキャリッジ移動速度Vcraとノズル列Bからインクを噴射する時点におけるキャリッジ移動速度Vcrbとは、各ノズル列の噴射タイミングの相違は僅かであるから、著しく変動することがないので、Vcra≒Vcrbとすることもできる。
Lb=Vcrb×PGb/Vmb
そして、調整時間ΔTbは以下のようにして求められる。
ΔTb=−ΔLb/Vcrb
=−(Lb−L0)/Vcrb=(L0−Lb)/Vcrb
={(Vcr0×PG0/Vm0)−(Vcrb×PGb/Vmb)}/Vcrb
=(Vcr0×PG0/Vm0)/Vcrb−PGb/Vmb
=(PG0/Vm0)×{Vcr0/Vcrb−(PGb/PG0)/(Vmb/Vm0)}…(2)
上記式(2)も上記式(1)と同様に、ΔTbの値が正の時は、噴射タイミングを基準に対して遅らせる一方、ΔTaの値が負の時は、噴射タイミングを基準に対して早めることになる。
図6(a)は、上記プラテンギャップPGに対するインクの平均速度Vmを示すグラフである。図において、横軸はプラテンギャップPGの大きさであり、縦軸は平均速度Vmを示している。なお、平均速度Vmについては、プラテンギャップPGが0.77mmの場合を100%としたときの割合で示している。また図6(b)は、プラテンギャップPGとインクの平均速度Vmとを対応付けたテーブルである。上記式(1)及び(2)によれば、プラテンギャップPGが変化してもインクの平均速度Vmが一定であれば、理想値であるプラテンギャップPG0からの変化分に対応する値だけインクの噴射タイミングを調整すればよいことになる。しかしながら、実際のインクの平均速度Vmは、プラテンギャップPGの変化とともに変化し、かつその変化量は一定ではない。プラテンギャップPGの線形的な変化に対し、平均速度Vmの変化は非線形となっている。
図7(a)は、上記プラテンギャップPGに対するインクの記録媒体Sへの到達時間Time(本発明における飛翔時間に相当)を示すグラフである。同図において、横軸はプラテンギャップPGの大きさを示し、縦軸は到達時間を示している。到達時間Timeは、プラテンギャップPGが2.69mmのときの到達時間を100%としたときの割合で示されている。また、図7(b)はプラテンギャップPGとインクの到達時間とを対応させたテーブルを示している。図7において、プラテンギャップが比較的小さい領域(例えば、0.5mm〜1.0mm)において、プラテンギャップPGと到達時間Timeとの関係は、ほぼ比例関係となっている。しかしながら、プラテンギャップPGがより大きくなると、比例関係が成り立たなくなっている。
図8は、プラテンギャップPGに対するインクの着弾ずれ量を示すグラフである。同図において、横軸はプラテンギャップPGの大きさを示し、縦軸は着弾位置のずれ量(目標着弾位置に対するX軸方向における位置ずれ量)である。なお、インクの平均速度Vmは、プラテンギャップPGの大きさにかかわらず一定となっている。同図に示すように、プラテンギャップPGが小さい領域(例えば、0.5mm〜1.0mm)における着弾位置ずれ量は、比較的小さくなっている。一方、プラテンギャップPGが大きくなるにつれて着弾位置ずれ量は大きくなっている。
このように、プラテンギャップPGが変化する場合において、インクの平均速度を一定としてインクの噴射タイミングを調整しても、実際に着弾させたい位置からずれてインクが着弾することになる。本実施形態では、プラテンギャップPGの変化に対するインクの平均速度Vmの変化も考慮して、インクの噴射タイミングが調整される。
図9は、本実施形態におけるインクの着弾位置の調整、即ち、インクの噴射タイミングの調整処理を説明するためのフローチャートである。
まず、記録媒体Sにおける主走査方向のプラテンギャップPGが求められる(S1)。上述したように、本実施形態においては、記録媒体Sに対するインクの噴射処理の前に、記録媒体Sに対して記録ヘッド8を走査させて、ギャップ検出器によってプラテンギャップPGが動的に検出される。これにより、記録媒体Sに対する記録ヘッド8の走査位置に応じたプラテンギャップPGが把握される。なお、プラテンギャップPGの検出方法については、これには限られず、搬送ローラー15やプラテン16等によって記録媒体Sに意図的にコックリングを形成し(即ち、プラテン等の形状に倣うように矯正し)、当該コックリングの形状から推定する構成を採用することもできる。また、本実施形態では、ギャップ検出器によって記録媒体Sのプラテンギャップの変動範囲を把握し、この範囲内で複数のプラテンギャップレベルを段階的(例えば3段階)に設定しておき、これらのプラテンギャップレベルの中から、検出されたプラテンギャップにより近いレベルを調整時のプラテンギャップPGとして採用する。プラテンギャップレベルの中には、少なくとも理想的な状態のPG0が基準値として含まれる。記録媒体Sのプラテンギャップは、ヘッド移動方向、即ち、主走査方向の位置によって異なる場合があるので、プラテンギャップPGは、主走査方向の位置情報と対応付けてメモリー26に記憶される。
次に、プラテンギャップPG(プラテンギャップレベルを含む。以下同様。)に応じて駆動信号COMがノズル列毎に選択される。なお、プラテンギャップレベルを設けずに、駆動信号の各駆動パルスの発生タイミングを都度調整する場合、検出されたプラテンギャップPGに基づいて、インク滴の噴射タイミングの調整時間が逐次算出される。本実施形態において、平均速度Vmに関し、検出されたプラテンギャップPGに応じた値が求められる。このため、図6(b)に示すようなプラテンギャップPGと平均速度Vmとの対応テーブル又は平均速度Vmを算出するための計算式がプリンター1のメモリー26に記憶されている。調整時間ΔTは、上記式(1)に各値を代入することで求めることができる。
本実施形態のように複数のプラテンギャップレベルのうちの何れかより近いものを調整時のプラテンギャップPGとする構成の場合、図10に示すように、各プラテンギャップレベルにそれぞれ対応した駆動信号COMを、プラテンギャップレベルの数と同数(本実施形態ではCOM1〜COM3の3種類)だけ用意し、プラテンギャップレベルに応じた駆動信号COMを選択することで、噴射タイミングを調整することができる。即ち、各駆動信号COMに含まれる噴射パルスの発生タイミングは、対応するプラテンギャップレベルに応じた各値(平均速度等)が上記式(1)に代入されて算出された分だけ調整されている。このように、プラテンギャップPG、当該プラテンギャップPGに基づいて求められる平均飛翔速度Vm又は到達時間Time、および、キャリッジ移動速度Vcrに基づいて発生タイミングがそれぞれ設定された駆動信号COM1〜3を駆動信号生成回路4が発生することができるようになっている。このような構成を採用することで、インク滴の噴射タイミングの調整時間を逐次算出する必要がなく、処理時間を短縮することができる。また、駆動信号を発生するための回路構成を必要最小限にすることができる。
図10に示すように、本実施形態における駆動信号COMは、単位周期T内に、第1駆動パルスPS1(噴射パルスの一種)、第2駆動パルスPS2、第3駆動パルスPS3(噴射パルスの一種)、及び第4駆動パルスPS4(噴射パルスの一種)を含む。駆動信号COMの繰り返し周期である単位周期Tは、記録ヘッド8と記録媒体Sとの相対移動速度において、当該記録媒体Sに対して画像等を形成する際の画像形成単位である1画素分に対応する期間である。そして、この1画素において、これらの駆動パルスのうちの1つが選択的に圧電振動子32に印加されて、各サイズのドットを形成するためのインク滴がノズル43から噴射される。本実施形態では、大ドット、中ドット、及び小ドットの3種類の大きさのドットが形成可能に構成されている。第1駆動パルスPS1は、単位周期Tにおける区間T1において生成され、この駆動パルスが圧電振動子32に印加されると、中ドットに対応する量のインク滴がノズル43から噴射される。第2駆動パルスPS2は、区間T2において生成され、この駆動パルスが圧電振動子32に印加されると、インク滴が噴射されない程度にノズル43におけるメニスカスが微振動される。第3駆動パルスPS3は区間T3において生成され、この駆動パルスが圧電振動子32に印加されると、大ドットに対応する量のインク滴がノズル43から噴射される。また、第4駆動パルスPS4は区間T4において生成され、この駆動パルスが圧電振動子32に印加されると、小ドットに対応する量のインク滴がノズル43から噴射される。なお、各駆動パルスの形状は例示したものには限られず、ノズル43から噴射するインクの量等に応じて種々の波形のものが採用される。
上記駆動信号COM1〜COM3のうち、第1の駆動信号COM1は、理想的な状態のPG0に対応する基準となる駆動信号である。したがって、検出されたプラテンギャップがPG0に対応する場合、この第1の駆動信号COM1が選択される。また、第2の駆動信号COM2は、微振動パルスである第2駆動パルスPS2を除く各駆動パルスの発生タイミングが、第1の駆動信号COM1において対応する駆動パルスの発生タイミングを基準として早められるように設定されている。したがって、この第2の駆動信号COM2は、インク滴の噴射タイミングを早める場合に選択される駆動信号である。一方、第3の駆動信号COM3は、第2駆動パルスPS2を除く各駆動パルスの発生タイミングが、第1の駆動信号COM1の対応する駆動パルスの発生タイミングを基準として遅らせるように設定されている。したがって、この第3の駆動信号COM3は、インク滴の噴射タイミングを遅らせる場合に選択される駆動信号である。本実施形態では、プラテンギャップレベルに応じてCOM1〜COM3の3つの駆動信号を用意する構成を例示したがこれには限られず、より多くのプラテンギャップレベルを設定し、駆動信号COMの数もこれに応じてより多く用意する構成を採用することもできる。これにより、より細かく適切なタイミング調整を行うことができる。なお、駆動パルスの調整時間ΔTについては、駆動パルス毎、即ち、ドットサイズ毎に異なっている。この点については後述する。なお、微振動パルスである第2駆動パルスPS2の発生タイミングは各駆動信号COMにおいて共通のタイミングとなる構成を例示したが、これには限られず、各駆動信号COMにおけるその他の駆動パルスPS1,PS3,PS4と同様に、第1の駆動信号COM1の対応する駆動パルスの発生タイミングに対して変更しても良い。
そして、プリンター1は、プラテンギャップPGに応じて噴射タイミングが調整された駆動信号COMをノズル列毎に選択して、当該駆動信号COMを用いてインクの噴射を行う(S3)。上述したように、記録媒体Sのプラテンギャップは、主走査方向の位置によって異なる場合があるので、主走査方向の位置情報に応じたプラテンギャップPGがノズル列毎にメモリー26から読み出される。読み出されたプラテンギャップPGに対応する駆動信号COMがノズル列毎に逐次選択される。これにより、記録媒体Sに撓みやコックリングが生じてプラテンギャップPGが主走査方向の位置に応じて異なる場合においても、各ノズル列のノズル43から噴射されたインク滴が記録媒体S上の本来目標とする位置或いは当該目標位置に可及的に近い位置に着弾される。これにより、各ノズル列において記録媒体Sに対するインクの着弾位置ずれが抑制される。その結果、記録媒体Sに画像等を記録する場合に、記録画像等の画質が低下することが抑制される。
なお、上記では、インクの平均速度に基づいて調整時間ΔTを求める構成を例示したが、これには限られない。例えば、ノズル43から噴射されたインク滴が記録媒体Sに着弾するまでの到達時間Timeに基づいて調整時間ΔTを求める構成を採用することも可能である。到達時間Timeに基づいて噴射タイミングを調整する場合には、図7(b)に示されるようなプラテンギャップPGと到達時間Timeとを対応付けたテーブル又は到達時間Timeを求める計算式がメモリー26に用意され、このテーブルに基づいて検出されたプラテンギャップPGに応じた到達時間Timeが選択される。そして、調整時間ΔTの算出の際には、対応するプラテンギャップPGを到達時間Timeで除算することにより、インクの平均速度Vmを求めることができる。その後は上記と同様にインクの噴射タイミングを調整することができる。
ここで、ノズル43から噴射されるインク滴の大きさが異なる場合にもインクの平均速度Vmが異なる場合がある。これは、インク滴の大きさによって空気抵抗等が異なるためである。また。高速印刷モードや高解像度印刷モード等のように、印刷モードが異なる場合においても、それぞれのモードで噴射するインク滴の大きさが異なるので、インクの平均速度も異なる。一般的に、高速印刷モードでは、より大きいインク滴を噴射させることで記録媒体Sにおけるより広い面積にドットを形成する一方、高解像度印刷モードでは、より小さいインク滴を噴射させることで記録媒体Sにおけるより狭い面積にドットを形成する傾向にある。したがって、印刷モード毎に、プラテンギャップレベルに対応した複数の駆動信号COMが用意され、さらに各駆動信号COMにおいて各ドットサイズに対応する駆動パルス毎に調整時間ΔTが定められている(図10参照)。このようにすることで、印刷モードの違いおよびインク滴の大きさ(ドットのサイズ)の違いに応じて、より適切なタイミングでインクを噴射することが可能となる。
図11(a)は、ノズル列Aおよびノズル列Bからそれぞれ記録媒体Sにインクを噴射して着弾させたときの着弾位置ずれについて説明するイメージ図である。同図において、横軸は、記録媒体Sの主走査方向の位置を示し、図5におけるX軸方向に対応している。また、縦軸は、インク滴の着弾位置ずれの大きさを示しており、0は、PG0に対応する着弾位置を示し、上に向かうほど着弾が遅く(ヘッド移動方向、即ち主走査方向の先方側(記録ヘッド8の移動方向を基準として下流側)にずれ)、下に向かうほど着弾が早く(ヘッド移動方向、即ち主走査方向の後方側(記録ヘッド8の移動方向を基準として上流側)にずれる)なることを示している。また、縦軸は、噴射タイミングの調整時間も兼ねており(タイミング調整量)、図11(a)の場合、駆動信号COM1に対応する調整時間が示されている。調整時間(調整量)については、上に向かうほどタイミングを基準Tbよりも遅め、下に向かうほどタイミングを基準よりも早くすることになる。同図において、実線がノズル列Aに対応する着弾位置を示し、一点鎖線がノズル列Bに対応する着弾位置を示している。また、太い実線は、タイミング調整量を示している(以下、同様)。なお、主走査方向両端部のタイミング調整量が変化しているのは、キャリッジ12(記録ヘッド8)が加減速する際に、速度が一定しないことによる着弾位置ずれが生じないように噴射タイミングが調整されているからである。この図11(a)に示すように、プラテンギャップPGの変化を考慮せずに、インクを噴射するタイミングを調整しない構成では、ノズル列Aのノズル43からインクを噴射したときの着弾位置と、ノズル列Bのノズル列43からインクを噴射したときの着弾位置との双方で、プラテンギャップPGの変化に起因する着弾位置ずれが生じていることが判る。
図11(b)は、ノズル列Aのノズル43からインクを噴射したときの位置ずれを調整するべく、ノズル列A及びノズル列Bの双方に対して同じ量だけ噴射タイミングを調整した場合の着弾位置ずれを示すイメージ図である。この例では、ノズル列Aの着弾位置ずれを補正するべく、当該ノズル列Aのノズル43からインクを噴射する時点に対応するプラテンギャップPGに応じた駆動信号COMが選択され、当該駆動信号COMが全てのノズル列に共通に用いられた場合である。この場合、ノズル列Aにおいては、適切なタイミングでインクが噴射されるので、着弾位置ずれ量が抑制されている。しかしながら、ノズル列Bのノズル43からインクを噴射する場合、ノズル列Aの場合とではプラテンギャップPGが異なるので、適切な調整量となっておらず、着弾位置ずれが生じていることが判る。即ち、図5の例において、ノズル列Bに対してノズル列Aの場合と同じ調整時間ΔTaだけ噴射タイミングを早めた場合、このノズル列Bのノズル43から噴射されたインク滴の着弾位置Db′は、本来目標とする着弾位置DbxよりもΔLabだけヘッド移動方向(主走査方向)の後方側(上流側)にずれてしまう。したがって、噴射タイミングの調整は、ノズル列毎に行われる必要がある。
図11(c)は、各ノズル列のノズル43からインクを噴射したときの位置ずれを調整するべく、ノズル列毎に噴射タイミングを調整した場合の着弾位置ずれを示すイメージ図である。この例では、ノズル列毎に、それぞれのプラテンギャップPGに応じた駆動信号COMが選択され、当該駆動信号COMを用いてインクの噴射が行われる。この場合、各ノズル列において適切なタイミングでインクが噴射されるので、ノズル列A及びノズル列Bの双方で着弾位置ずれ量が抑制されている。
なお、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
上記実施形態では、記録媒体Sに対して記録ヘッド8を移動させながらインクの噴射を行う構成を例示したが、これには限られない。例えば、記録ヘッド8の位置を固定した状態で、当該記録ヘッド8に対して記録媒体Sを移動させながらインクの噴射を行う構成を採用することもできる。要は、記録ヘッド8と記録媒体Sとが相対移動しながらインクを噴射して記録媒体Sにインクを着弾させる構成であれば、本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、圧力発生部として、所謂縦振動型の圧電振動子32を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電素子を採用することも可能である。この場合、上記実施形態で例示した噴射パルスPSに関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。
さらに、圧力発生部としては圧電素子には限らず、圧力室内に気泡を発生させる発熱素子や静電気力を利用して圧力室の容積を変動させる静電アクチュエーター等の各種圧力発生部を用いる場合にも本発明を適用することができる。
そして、以上では、液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター1を例に挙げて説明したが、本発明は、液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対移動させながら液体の噴射を行う液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置,有機EL(Electro
Luminescence)ディスプレイやFED(面発光ディスプレイ)等の電極を形成する電極製造装置,バイオチップ(生物化学素子)を製造するチップ製造装置,ごく少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペットにも適用することができる。
1…プリンター,2…搬送機構,3…キャリッジ用移動機構,4…駆動信号生成回路,6…検出器群,7…プリンターコントローラー,8…記録ヘッド,12…キャリッジ,16…プラテン,32…圧電振動子,41…圧力室,43…ノズル,S…記録媒体

Claims (3)

  1. 複数のノズルをヘッド移動方向に交差する方向に列設してなるノズル群を前記ヘッド移動方向に複数並べて有し、噴射パルスの印加により圧力発生部を駆動することでノズルから液体を噴射して着弾対象に着弾させる液体噴射ヘッドと、
    前記噴射パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生部と、
    前記液体噴射ヘッドと着弾対象とを相対移動させる移動部と、
    前記ノズルと前記着弾対象との距離を検出する検出器と、
    前記検出器が検出した前記距離に応じて前記ノズルからの液体の噴射タイミングをノズル群毎に変更させる制御部と、を備え、
    前記駆動信号発生部は、前記距離、当該距離を飛翔する液体の飛翔速度又は飛翔時間、および、前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象との相対速度に基づいて前記噴射パルスの発生タイミングが設定された駆動信号を、予め定められた段階的に異なる複数の距離に応じて発生可能であり、
    前記飛翔速度は、前記液体噴射ヘッドと前記着弾対象との間における平均飛翔速度であり、
    当該平均飛翔速度は、前記検出器が検出した距離に応じて求められ、
    前記制御部は、前記距離に基づき前記ノズル群毎に駆動信号を選択することを特徴とする液体噴射装置。
  2. 複数種類の噴射モードを選択可能に構成され、
    噴射モード毎に前記駆動信号における噴射パルスの発生タイミングが設定され、
    前記制御部は、前記噴射モード毎および前記ノズル群毎に駆動信号を選択することを特徴とする請求項1に記載の液体噴射装置。
  3. 前記駆動信号発生部の発生する前記駆動信号は、前記着弾対象に着弾して形成されるドットの大きさが異なる複数種類の噴射パルス含み、
    噴射パルス毎に発生タイミングが設定されことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射装置。
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