JP2010201749A - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体供給経路における液体の流速の増加により圧力損失が生じる場合においても吐出特性の低下を低減することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法を提供する。
【解決手段】吐出動作開始時からの各ノズルの吐出インク量の推移において当該吐出インク量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴを、以下の式（ＮＦ）に基づいて求め、
Ｔ＝−Ｌｏｇ（（Ｉｗｘ−Ｄ）／Ａ）×τ …（ＮＦ）
求めたタイミングＴで、圧電振動子を駆動する吐出駆動パルスを、第１吐出駆動パルスから当該第１吐出駆動パルスの場合よりも大きい圧力変動を生じさせる第２吐出駆動パルスに切り替える。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体吐出装置及びその制御方法に関するものであり、特に、液体貯留部材からの液体を圧力発生室に導入し、圧力発生素子に印加することにより圧力発生室内の液体をノズルから吐出する液体吐出装置及びその制御方法に関するものである。

液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出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）に対して吐出・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、液晶ディスプレー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吐出装置が応用されている。

上記プリンターには、圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルからインクを吐出させるように構成されたものがある。このプリンターでは、各圧力発生室に対応させて圧電振動子等の圧力発生手段を設け、この圧力発生手段に吐出駆動パルスを印加して圧力発生手段を駆動することで圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる。そして、この圧力変動を制御することでインクを吐出させることができる。この吐出駆動パルスは、使用する圧力発生手段の種類や吐出するインクの量等によって様々な形状に設定されるが、何れの吐出駆動パルスも駆動電圧（最低電位から最大電位までの電位差を意味する。以下同様。）を精度良く定めることが肝要である。これは、駆動電圧の大きさによって吐出されるインクの量が変わってしまうからである。また、駆動電圧の最適値は記録ヘッド毎に異なるので、駆動電圧の最適値は記録ヘッド毎に定められている（特許文献１参照）。

特開２００３−０１１３６９号公報

ところが、例えば、記録紙等の記録媒体における所定の範囲をドットで隙間無く埋める所謂ベタ記録等を行う場合、多数の圧電振動子を同時に駆動して各ノズルからインクを短い周期で連続的に吐出することになるが、この場合、インクカートリッジから記録ヘッドに至るまでのインク供給経路における流速が高まることで流動抵抗も増大して圧力損失が生じる。即ち、上記のベタ記録のようにインクを大量に消費する場合、インクの吐出動作を開始した直後では、目標とする吐出特性が得られる一方で、インク供給経路内のインクの流速が高まるにつれて、各ノズルから吐出されるインクの重量や速度が低下する。その結果、記録画像の濃度が変化する等の不具合を招く虞があった。
このような不具合を防止するべく、１回の記録ヘッドの主走査（パス）で記録していた画像等を、複数のパスに分割して記録する方法も考えられるが、パスが増加することにより、記録速度が低下する問題があった。

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、液体供給経路における液体の流速の増加により圧力損失が生じる場合においても吐出特性の低下を低減することが可能な液体吐出装置、及び、液体吐出装置の制御方法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、複数のノズルを列設してなるノズル群を有し、液体供給源から液体供給経路を通じて圧力発生室に液体を導入し、圧力発生素子を駆動させることにより前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせて、当該圧力変動を利用してノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記駆動信号発生手段は、第１吐出駆動パルスと、当該第１吐出駆動パルスの場合よりも大きい圧力変動を生じさせる第２吐出駆動パルスと、を発生可能であり、
前記吐出制御手段は、
吐出動作開始時からの各ノズルの吐出液体量の推移において当該吐出液体量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴを、以下の式（ＮＦ）に基づいて求め、
Ｔ＝−Ｌｏｇ（（Ｉｗｘ−Ｄ）／Ａ）×τ …（ＮＦ）
求めたタイミングＴで、前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを前記第１吐出駆動パルスから前記第２吐出駆動パルスに切り替えることを特徴とする。
但し、式（ＮＦ）において、Ａは吐出動作開始時から過渡状態を経て定常状態に至るまでの吐出液体量の変動量（補正を行わない場合）であり、Ｄは定常状態における吐出液体量（補正を行わない場合）の漸近値であり、τは液体供給経路におけるイナータンスＭと流路抵抗Ｒに基づく時定数（τ＝Ｍ／Ｒ）である。

本発明によれば、吐出動作開始時からの各ノズルの吐出液体量の推移において当該吐出液体量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴで圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを第１吐出駆動パルスから第２吐出駆動パルスに切り替えるので、所謂ベタ記録のように、液体供給経路における液体の流速が高まることで圧力損失が生じる場合においても、より適切なタイミングで吐出特性の低下を抑制することができる。これにより、着弾対象物上における液体の濃度のムラ等を低減することができる。

上記構成において、前記吐出制御手段は、前記液体吐出ヘッドと前記着弾対象物の相対移動の単位毎の吐出データに基づいて前記変動量Ａを求める構成を採用することが望ましい。
また、この構成において、前記吐出制御手段は、着弾対象物に対して他の部分よりも高濃度で液体を着弾させる領域に対応する吐出動作時の吐出液体量の推移に応じて、吐出駆動パルスの切替を行う構成を採用することができる。

上記構成において、前記吐出制御手段は、連続吐出時間から前記変動量Ａを推定する構成を採用することも可能である。

また、本発明は、複数のノズルを列設してなるノズル群を有し、液体供給源から液体供給経路を通じて圧力発生室に液体を導入し、圧力発生素子を駆動させることにより前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせて、当該圧力変動を利用してノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
吐出動作開始時からの各ノズルの吐出液体量の推移において当該吐出液体量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴを、以下の式（ＮＦ）に基づいて求め、
Ｔ＝−Ｌｏｇ（（Ｉｗｘ−Ｄ）／Ａ）×τ …（ＮＦ）
求めたタイミングＴで、前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを、第１吐出駆動パルスから当該第１吐出駆動パルスの場合よりも大きい圧力変動を生じさせる第２吐出駆動パルスに切り替えることを特徴とする。
但し、式（ＮＦ）において、Ａは吐出動作開始時から過渡状態を経て定常状態に至るまでの吐出液体量の変動量（補正を行わない場合）であり、Ｄは定常状態における吐出液体量（補正を行わない場合）の漸近値であり、τは液体供給経路におけるイナータンスＭと流路抵抗Ｒに基づく時定数（τ＝Ｍ／Ｒ）である。

インクジェット式プリンターの構成を説明する平面図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 インクジェット式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。 駆動信号の構成を説明する波形図である。 吐出駆動パルスの構成を説明する波形図である。 ベタ記録等を行ったときの吐出特性の変化を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、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、本発明の液体吐出装置として、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、本発明に係るプリンター１の構成を示す平面図である。このプリンター１は、外郭の一部を構成するフレーム１′と、このフレーム１′内に配設されたプラテン３とを備えており、紙送り機構８（図３参照）における紙送りモーターの駆動により回転する紙送りローラー（何れも図示せず）によってプラテン３上に記録紙（記録媒体又は着弾対象物の一種：図示せず）が搬送されるようになっている。また、フレーム１′内には、プラテン３と平行にガイドロッド４が架設されており、このガイドロッド４には、インクジェット式記録ヘッド２（液体吐出ヘッドの一種。以下、記録ヘッド）を収容したキャリッジ５が摺動可能に支持されている。このキャリッジ５は、キャリッジ移動モーター９の駆動によって回転する駆動プーリー１０ａと、この駆動プーリー１０ａとはフレーム１′における反対側に設けられた遊転プーリー１０ｂとの間に架設されたタイミングベルト１１に接続されている。そして、キャリッジ５は、キャリッジ移動モーター９を駆動することで、ガイドロッド４に沿って紙送り方向と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。即ち、これらのキャリッジ移動モーター９、駆動プーリー１０ａ、遊転プーリー１０ｂ、及び、タイミングベルト１１により、ヘッド移動手段として機能するキャリッジ移動機構７（図３参照）が構成されている。

キャリッジ移動モーター９は、キャリッジ移動機構７における駆動源として機能し、例えば、パルスモータやＤＣモーターが用いられる。このキャリッジ移動モーター９は、制御手段として機能する制御部４３（図３参照）により、その回転速度や回転方向等が制御される。そして、キャリッジ移動モーター９が回転すると、駆動プーリー１０ａ及びタイミングベルト１１が回転し、キャリッジ５がガイドロッド４に沿って移動する。つまり、キャリッジ４に搭載された記録ヘッド２は、制御部４３による制御の下で主走査方向に往復移動される。なお、キャリッジ５の走査位置については、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リニアーエンコーダー（図示せず）によって把握することができる。

フレーム１′の一側には、インクカートリッジ６（液体供給源の一種）が着脱可能に搭載されており、本実施形態では合計４個のインクカートリッジ６が設けられる。このインクカートリッジ６は、エアチューブ１２を介してエアポンプ１３と接続されており、このエアポンプ１３からの空気が各インクカートリッジ６内に供給される。そして、この空気によるインクカートリッジ６内の加圧により、インク供給チューブ１４を通じて記録ヘッド２側にインクが供給（圧送）されるようになっている。インク供給チューブ１４は、例えば、シリコーン等の合成樹脂で作製された可撓性を有する中空部材であり、このインク供給チューブ１４の内部には、各インクカートリッジ６に対応するインク流路（液体供給経路の一種）が形成されている。

次に、図２を参照して、上記記録ヘッド２について説明する。図２に例示した記録ヘッド２は、本発明の液体吐出ヘッドの一種であり、キャリッジ移動機構７による主走査方向への移動状態で液体状のインク（本発明における液体の一種）をノズル３０から吐出可能に構成されている。
この記録ヘッド２は、ケース１５と、このケース１５内に収納される振動子ユニット１６と、ケース１５の底面（先端面）に接合される流路ユニット１７等を備えている。上記のケース１５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１６を収納するための収納空部１８が形成されている。振動子ユニット１６は、圧力発生素子として機能する圧電振動子１９と、この圧電振動子１９が接合される固定板２０と、圧電振動子１９に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル２１とを備えている。圧電振動子１９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、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット１７は、流路形成基板２２の一方の面にノズルプレート２３を、流路形成基板２２の他方の面に振動板２４をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１７には、リザーバー２６と、インク供給口２７と、圧力発生室２８と、ノズル連通口２９と、ノズル３０とを設けている。そして、インク供給口２７から圧力発生室２８及びノズル連通口２９を経てノズル３０に至る一連のインク流路が、ノズル３０毎に対応して形成されている。上記ノズルプレート２３は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル３０を列状に穿設した金属製の薄いプレートである。本実施形態では、このノズルプレート２３をステンレス製の板材によって構成し、ノズル３０の列（ノズル列（ノズル群の一種））を複数設けている。そして、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル３０によって構成される。

上記振動板２４は、支持板３１の表面に弾性体膜３２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３１とし、この支持板３１の表面に樹脂フィルムを弾性体膜３２としてラミネートした複合板材を用いて振動板２４が作製されている。この振動板２４には、圧力発生室２８の容積を変化させるダイヤフラム部３３が設けられている。また、この振動板２４には、リザーバー２６の一部を封止するコンプライアンス部３４が設けられている。上記のダイヤフラム部３３は、エッチング加工等によって支持板３１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３３は、圧電振動子１９の先端面が接合される島部３５と、この島部３５を囲む薄肉弾性部３６とからなる。上記のコンプライアンス部３４は、リザーバー２６の開口面に対向する領域の支持板３１をダイヤフラム部３３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２６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３５には圧電振動子１９の先端面が接合されているので、自由端部を伸縮させることで圧力発生室２８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発生室２８内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル３０からインク滴を吐出させるようになっている。

図３は、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。例示したプリンターは、プリンターコントローラー３８とプリントエンジン３９とから構成されている。プリンターコントローラー３８は、図示しないホストコンピューター等の外部装置との間でデータの送受信を行う外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）４０と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ４１と、各種データ処理のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ４２と、ＣＰＵ等からなる制御部４３と、クロック信号を発生する発振回路４４と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号ＣＯＭを発生する駆動信号発生回路４５と、画素データＳＩ及び駆動信号等をプリントエンジン３９に送信するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）４６と、を備えている。

外部Ｉ／Ｆ４０は、例えばイメージデータ等の印刷データをホストコンピューター等から受信する。また、外部Ｉ／Ｆ４０からは、外部装置に対してビジー信号やアクノレッジ信号等の状態信号が出力される。ＲＡＭ４１は、受信バッファー、中間バッファー、出力バッファー及びワークメモリー等として利用されるものである。また、ＲＯＭ４２は、制御部４３によって実行される各種制御プログラム、フォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を記憶している。印刷データには、印刷する画像データの他に各種のコマンドデータを含む。コマンドデータとは、プリンターに特定の動作の実行を指示するためのデータである。このコマンドデータには、例えば、給紙を指示するコマンドデータ、搬送量を示すコマンドデータ、排紙を指示するコマンドデータがある。

制御部４３は、記録ヘッド２の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド２に出力したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号発生回路４５に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックＣＬＫ、画素データＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨである。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号ＣＯＭを構成する各駆動パルスの供給タイミングを規定する。また、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号は、例えばＤＡＣ（Digital to Analog Converter）値である。このＤＡＣ値は、駆動信号発生回路４５から出力させる電圧を指示するための情報であり、極めて短い更新周期毎に更新される。

また、制御部４３は、上記印刷データに基づき、ＲＧＢ表色系からＣＭＹ表色系への色変換処理、多階調のデータを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデータを、インク種類毎（ノズル列毎）に所定の配列で並べてドットパターンデータに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド２の吐出制御に用いる画素データ（ドットパターンデータ）ＳＩを生成する。この画素データＳＩは、印刷される画像の画素に関するデータであり、本発明における吐出データの一種である。ここで、画素とは、着弾対象物である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。そして、印刷データにおける画素データＳＩは、記録紙等の記録媒体上に形成されるドットの有無（又はインクの吐出の有無）及びドットの大きさ（又は吐出されるインクの量）に関するデータ（階調値）から成る。本実施形態において、画素データＳＩは２ビットの階調値によって構成されている。すなわち、この画素データＳＩには、ドット無し（微振動）に対応するデータ［００］と、小ドットに対応するデータ［０１］と、中ドットの形成に対応するデータ［１０］と、大ドットに対応するデータ［１１］とがある。従って、本実施形態におけるこのプリンターでは４階調でドットの形成ができる。

上記画素データＳＩは、階調値の上位ビットに対応する上位ビットデータ群と、階調値の下位ビットに対応する下位ビットデータ群との２つのデータ群から構成される。そして、制御部４３は、上記画素データＳＩをノズル列毎（インク種類毎）に展開し、これを記録ヘッド２の１回の主走査（１パス：記録ヘッド２と記録媒体の相対移動の単位）毎に区切り、駆動信号ＣＯＭと共に記録ヘッド２へ出力する。ここで、制御部４３は、画素データＳＩに基づき１パス毎の階調発生数に応じて、吐出動作開始時から過渡状態を経て定常状態に至るまでの吐出インク量（吐出液体量の一種）の変動量（後述する補正を考慮せず）を算出し、算出した変動量に基づいて、吐出動作中に吐出駆動パルスの切替を行う。この点の詳細については後述する。

駆動信号発生回路４５は、第１駆動信号ＣＯＭ１を発生可能な第１駆動信号発生部４５Ａと、第２駆動信号ＣＯＭ２を発生可能な第２駆動信号発生部４５Ｂとを備えている。そして、図４に示すように、本実施形態における駆動信号ＣＯＭ１は、１つの微振動パルス、及び４つの吐出駆動パルスを規定発生周期（記録周期）Ｔ内に有する一連の信号であり、記録周期Ｔで繰り返し発生される。本実施形態において、一記録周期Ｔ（駆動信号の繰り返し単位周期）は、５つの期間（パルス発生期間）ｔ１〜ｔ５に区分されている。そして、期間ｔ１で吐出駆動パルスＰ１１が発生し、期間ｔ２で吐出駆動パルスＰ１２が発生し、期間ｔ３で微振動パルスＶＰが発生し、期間ｔ４で吐出駆動パルスＰ１３が発生し、期間ｔ５で吐出駆動パルスＰ１４が発生する。

一方、第２駆動信号ＣＯＭ２も第１駆動信号ＣＯＭ１と同様に、１つの微振動パルス、及び４つの吐出駆動パルスを規定発生周期（記録周期）Ｔ内に有する一連の信号であり、記録周期Ｔで繰り返し発生される。そして、期間ｔ１で吐出駆動パルスＰ２１が発生し、期間ｔ２で吐出駆動パルスＰ２２が発生し、期間ｔ３で微振動パルスＶＰが発生し、期間ｔ４で吐出駆動パルスＰ２３が発生し、期間ｔ５で吐出駆動パルスＰ２４が発生する。これらの駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２については、後で詳しく説明する。

次に、プリントエンジン３９について説明する。このプリントエンジン３９は、図３に示すように、記録ヘッド２、キャリッジ移動機構７、紙送り機構８、及び、リニアーエンコーダー４７等を備えている。
記録ヘッド２は、図３に示すように、第１シフトレジスター５１及び第２シフトレジスター５２からなるシフトレジスター（ＳＲ）回路と、第１ラッチ回路５３及び第２ラッチ回路５４からなるラッチ回路と、デコーダー５５と、制御ロジック５６と、第１レベルシフター５７及び第２レベルシフター５８からなるレベルシフター（ＬＳ）回路と、第１スイッチ５９及び第２スイッチ６０からなるスイッチ回路と、圧電振動子１９とを備えている。そして、各シフトレジスター５１，５２、各ラッチ回路５３，５４、レベルシフター５７，５８、スイッチ５９，６０、及び、圧電振動子１９は、それぞれノズル３０毎に対応した数だけ設けられる。なお、図３では、１ノズル分の構成のみを図示し、他のノズル分の構成の図示は省略している。

この記録ヘッド２は、プリンターコントローラー３８から送られてくる画素データＳＩに基づいてインクの吐出制御を行う。本実施形態では、２ビットで構成された画素データＳＩの上位ビット群、画素データＳＩの下位ビット群の順に記録ヘッド２へクロック信号ＣＬＫに同期して送られてくるので、まず、画素データＳＩの上位ビット群が第２シフトレジスター５２にセットされる。全てのノズル３０について画素データＳＩの上位ビット群が第２シフトレジスター５２にセットされると、次にこの上位ビット群が第１シフトレジスター５１にシフトする。これと同時に、画素データＳＩの下位ビット群が第２シフトレジスター５２にセットされる。

第１シフトレジスター５１の後段には、第１ラッチ回路５３が接続され、第２シフトレジスター５２の後段には、第２ラッチ回路５４が接続されている。そして、プリンターコントローラー３８側からのラッチパルスが各ラッチ回路５３，５４に入力されると、第１ラッチ回路５３は画素データＳＩの上位ビット群をラッチし、第２ラッチ回路５４は画素データＳＩの下位ビット群をラッチする。各ラッチ回路５３，５４でラッチされた画素データＳＩ（上位ビット群，下位ビット群）はそれぞれ、デコーダー５５へ出力される。このデコーダー５５は、画素データＳＩの上位ビット群及び下位ビット群に基づいて、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を構成する各パルスを選択するためのパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２毎に生成される。例えば、図２の第１駆動信号ＣＯＭ１の場合、吐出駆動パルスＰ１１（期間ｔ１）、吐出駆動パルスＰ１２（期間ｔ２）、微振動パルスＶＰ（期間ｔ３）、吐出駆動パルスＰ１３（期間ｔ４）、吐出駆動パルスＰ１４（期間ｔ５）に対応する合計５ビットのデータによってパルス選択データが構成される。同様に、第２駆動信号ＣＯＭ２の場合、吐出駆動パルスＰ２１（期間ｔ１）、吐出駆動パルスＰ２２（期間ｔ２）、微振動パルスＶＰ（期間ｔ３）、吐出駆動パルスＰ２３（期間ｔ４）、吐出駆動パルスＰ２４（期間ｔ５）に対応する合計５ビットのデータによって構成されている。

上記デコーダー５５には、制御ロジック５６からのタイミング信号も入力されている。この制御ロジック５６は、ラッチ信号やチャンネル信号の入力に同期してタイミング信号を発生する。デコーダー５５によって生成された各パルス選択データは、タイミング信号によって規定されるタイミングで上位ビット側から順次レベルシフター５７，５８に入力される。このレベルシフター５７，５８は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが［１］の場合には、スイッチ５９，６０を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。

第１スイッチ５９の入力側には第１駆動信号ＣＯＭ１が供給され、第２スイッチ６０の入力側には第２駆動信号ＣＯＭ２が供給される。また、スイッチ５９，６０の出力側には、圧電振動子１９が接続されている。即ち、第１スイッチ５９は、圧電振動子１９への第１駆動信号ＣＯＭ１の供給・非供給の切り替えを行い、第２スイッチ６０は、圧電振動子１９への第２駆動信号ＣＯＭ２の供給・非供給の切り替えを行うように構成されている。そして、このような動作をする第１スイッチ５９及び第２スイッチ６０は、選択供給手段として機能する。上記のパルス選択データは、スイッチ５９，６０の作動を制御する。即ち、スイッチ５９，６０に入力されたパルス選択データが［１］である期間中は、このスイッチ５９，６０が導通状態になり、駆動信号ＣＯＭ１が圧電振動子１９に供給される。一方、スイッチ５９，６０に入力されたパルス選択データが［０］の期間中は、スイッチ５９，６０が切断状態となり、圧電振動子１９へは駆動信号が供給されない。要するに、パルス選択データとして［１］が設定された期間のパルスが選択的に圧電振動子１９に供給される。このようなスイッチ制御により、第１駆動信号ＣＯＭ１又は第２駆動信号ＣＯＭ２に含まれる吐出駆動パルスを圧電振動子１９へ印加させることができる。すなわち、駆動信号ＣＯＭの一部分を、選択的に圧電振動子１９へ印加させることができる。この例では、繰り返し周期（記録周期）Ｔの開始タイミング（ラッチ信号ＬＡＴのラッチパルスのタイミング）の後のｔ１〜ｔ５間の境界のタイミング（チェンジ信号ＣＨのチェンジパルスのタイミング）で、圧電振動子１９に印加させるパルスを切り替えることができる。

図５は、本実施形態における吐出駆動パルスの構成を説明する波形図であり、（ａ）は第１駆動信号ＣＯＭ１の第１吐出駆動パルスの構成を示し、（ｂ）は第２駆動信号ＣＯＭ２の第２吐出駆動パルスの構成を示している。第１駆動信号ＣＯＭ１に含まれる各第１吐出駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４は、図５（ａ）に示すように、膨張要素ｐ１と、膨張ホールド要素ｐ２（膨張維持要素）と、収縮要素ｐ３と、制振ホールド要素ｐ４と、制振要素ｐ５とからなり、通常（初期設定）では、この第１吐出駆動パルスを用いてインクの吐出動作が行われる。膨張要素ｐ１は、圧力発生室２８の定常容積（膨張又は収縮の基準となる容積）に対応する中間電位ＶＢ（基準電位）から膨張電位ＶＨまでインクを吐出させない程度の比較的緩やかな一定勾配で電位を上昇させる波形要素であり、膨張ホールド要素ｐ２は、膨張電位ＶＨで一定な波形要素である。収縮要素ｐ３は、膨張電位ＶＨから収縮電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させる波形要素であり、制振ホールド要素ｐ４は、収縮電位ＶＬを所定期間維持する波形要素である。また、制振要素ｐ５は収縮電位ＶＬから中間電位ＶＢまでインクを吐出させない程度の一定勾配で電位を上昇させる波形要素である。

このように構成された第１吐出駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４が圧電振動子１９に供給されると、まず、膨張要素ｐ１によって圧電振動子１９が収縮することでダイヤフラム部３３の島部３５が圧力発生室２８から離隔する方向に変位し、これにより圧力発生室２８が中間電位ＶＢに対応する定常容積から膨張電位ＶＨに対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、メニスカスが圧力発生室２８側に大きく引き込まれると共に、圧力発生室２８内にはリザーバー２６側からインク供給口２７を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室２８の膨張状態は、膨張ホールド要素ｐ２の発生期間に亘って維持される。その後、収縮要素ｐ３が印加されることで圧電振動子１９が伸張して島部３５が圧力発生室２８側に変位する。これにより、圧力発生室２８は膨張容積から収縮電位ＶＬに対応する収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室２８の急激な収縮により圧力発生室２８内のインクが加圧され、ノズル３０から規定量（例えば、数ｎｇ〜十数ｎｇ）のインクが吐出される。圧力発生室２８の収縮状態は、制振ホールド要素ｐ４の供給期間に亘って維持され、この間に、インクの吐出によって減少した圧力発生室２８内のインク圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングにあわせて制振要素ｐ５が供給されるように調整されている。この制振要素ｐ５の供給により、圧力発生室２８が定常容積まで膨張復帰し、圧力発生室２８内のインクの圧力変動（残留振動）が吸収される。

図５（ｂ）に示すように、第２駆動信号ＣＯＭ２に含まれる各第２吐出駆動パルスＰ２１〜Ｐ２４は、第１吐出駆動パルスＰ１１〜Ｐ１４と同様に、膨張要素ｐ１と、膨張ホールド要素ｐ２と、収縮要素ｐ３と、制振ホールド要素ｐ４と、制振要素ｐ５とから構成されるが、駆動電圧（最低電位から最高電位までの電位差）が第１吐出駆動パルスとは異なっている。そして、本発明における吐出制御手段として機能する制御部４３及びスイッチ５９，６０等は、例えば、記録紙等の記録媒体に対してベタ塗り印刷（ベタ記録）等を行う場合等、ノズル列内の多数（例えば半数以上）のノズル３０から同時にインクを吐出する動作を短い周期で連続的に行う場合において、吐出動作開始時からの各ノズル３０の吐出インク量の推移において当該吐出インク量が予め定められた補正目標値となるタイミングで、第１駆動信号ＣＯＭ１の第１吐出駆動パルスと第２駆動信号ＣＯＭ２の第２吐出駆動パルスを切り替える制御を行う。以下、この点について説明する。

この種のプリンターの製造時においては、所望の吐出特性（吐出されるインクの重量や飛翔速度）が得られるように上記各吐出駆動パルスのパラメーターが設定される。ところが、上述のように高い周波数で連続的にインクを吐出する場合、インクカートリッジから記録ヘッドに至るまでのインク供給経路、即ち、本実施形態ではインク供給チューブ内部のインク流路や記録ヘッド内のインク供給流路における流速が高まることで流動抵抗（特に、流路の内壁面により近い部分での流動抵抗）も増大して圧力損失が生じる。これにより、インクの吐出動作を開始した直後では、目標とする吐出特性が得られていても、流路内のインクの流速が高まるにつれて、各ノズル３０から吐出されるインクの重量や飛翔速度が低下し、最悪の場合、ノズル３０からインクが吐出されないこともある。その結果、記録画像の濃度が変化する等の不具合を招く虞があった。

図６は、記録紙等の記録媒体における所定の範囲をドットで隙間無く埋める所謂ベタ記録等を行ったときの吐出特性（吐出インク重量Ｉｗ）の変化を示す図である。なお、同図では、吐出開始時点での吐出インク重量を１００〔％〕としている。同図に示すように、吐出を開始してからインク供給経路を通過するインクの流速が急激に増加するに連れて吐出インク重量が低下していき（過渡状態）、一定時間経過後（この場合、１００〜１５０〔ｍｓ〕以降）は、インクの流速が落ち着くことにより、吐出インク重量はほぼ一定となる（定常状態）。図６のグラフから、吐出動作開始時からの経過時間ｔに対する吐出インク重量Ｉｗ（ｔ）は、以下の式（１）で表される。
Ｉｗ（ｔ）＝Ａ・ｅｘｐ（−ｔ／τ）＋Ｄ …（１）
但し、上記式（１）において、Ａは吐出動作開始時から過渡状態を経て定常状態に至るまでの吐出インク重量の変動量（〔％〕：後述する補正を行わない場合）であり、本実施形態においては、上述したように制御部４３が画素データＳＩから１パス内におけるノズル列方向のドット形成密度、ヘッド走査方向のドット密度、ドットの大きさ（階調）、及び駆動周波数を求め、これらに基づいて算出する。また、Ｄは、定常状態における吐出インク量（補正を行わない場合）の漸近値（Ｄ＝１００−Ａ〔％〕）である。そして、τはインク供給経路におけるイナータンスＭと流路抵抗Ｒに基づく時定数（τ＝Ｍ／Ｒ）である。

図６の例では、吐出開始時点での吐出インク重量（１００〔％〕）に対し、定常状態での吐出インク重量は１０％程度低下している（Ａ＝１０〔％〕）。また、Ｄ＝９０〔％〕であり、τ＝２７〔ｍｓ〕である（吐出インク量の変動量が６３．２〔％〕となるときの値）。これらのインク吐出重量の変動量Ａや、Ｄ及びτについては、駆動周波数、同時駆動ノズル数、記録ヘッドやプリンターの構造・仕様によって異なる。このため、従来のプリンターでは、このようなインクの流速が高まり流動抵抗が上昇することを起因とする吐出特性の変動に対応することが困難であった。

そこで、本発明における吐出制御手段として機能する制御部４３等は、吐出動作開始時からの各ノズル３０の吐出インク量の推移において吐出インク重量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴを推定し、このタイミングＴで、圧電振動子１９を駆動するための吐出駆動パルスを、第１駆動信号ＣＯＭ１の第１吐出駆動パルスから第２駆動信号ＣＯＭ２の第２吐出駆動パルスに切り替える制御を行う。補正目標値Ｉｗｘ（吐出動作開始の吐出インク量に対する割合〔％〕）となるタイミングＴについては、以下の式（２）に基づいて求める。
Ｔ＝−Ｌｏｇ（（Ｉｗｘ−Ｄ）／Ａ）×τ …（２）
例えば、図６の例において、補正目標値Ｉｗｘを９５〔％〕としたとき、吐出動作開始時からこの補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴは、Ｔ＝−Ｌｏｇ（（９５−９０）／１０）×２７＝１８．７〔ｍｓ〕である。この補正目標値Ｉｗｘについては、任意に定めることができ、また、過渡状態における複数の値を設定することもできる。
なお、上記式（２）は、本発明における式（ＮＦ）に相当する。

そして、制御部４３は、吐出動作開始時から上記タイミングＴまでは、第１駆動信号ＣＯＭ１の第１吐出駆動パルスを用いて圧電振動子１９を駆動し、タイミングＴ以降においては、第２駆動信号ＣＯＭ２の第２吐出駆動パルスを用いて圧電振動子１９を駆動する。この第２吐出駆動パルスの補正値（設定値）に関し、変動量Ａだけ吐出インク重量が増加するように、第２吐出駆動パルスの駆動電圧Ｖｄ２を設定する。即ち、例えば、上記の例（Ａ＝１０〔％〕）では、第２吐出駆動パルスの駆動電圧Ｖｄ２を、第１吐出駆動パルスの駆動電圧Ｖｄ１よりも増加させる。なお、補正方法としては、駆動電圧を増加させる方法に限られず、種々の周知の方法を採用することができる。例えば、中間電位ＶＢを第１吐出駆動パルスの場合よりも下げることにより吐出時の圧力変動をより大きくし、これにより、吐出インク重量を増加させる構成を採用することもできる。また、膨張ホールド要素ｐ２（膨張維持要素）の時間幅（圧電振動子１９への印加時間）を調整することで、吐出インク重量を増加させることもできる。

このように、吐出動作開始時からの各ノズル３０の吐出インク量の推移において吐出液体量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴで圧電振動子１９を駆動する吐出駆動パルスを第１吐出駆動パルスから第２吐出駆動パルスに切り替えるので、多数のノズル３０から高い周波数で連続的にインクを吐出する場合においても吐出特性の低下を抑制することができる。これにより、記録紙等の着弾対象物上におけるインクの濃度のムラ等を低減することができる。
特に、記録紙等の着弾対象物に対して他の部分よりも高濃度でインクを着弾させる領域に対応する吐出動作時の吐出インク量の推移に応じて、上記のような吐出駆動パルスの切替を行うことにより、インク濃度のムラが目立ちやすい領域の濃度ムラを効果的に抑制することができる。
なお、所定のパスでの記録動作が終了して次のパスに移行する間にインク流路内における圧力損失は、吐出動作開始前の状態まで回復する。

ここで、吐出動作開始時からの各ノズル３０の吐出インク量の推移（過渡状態）において、複数の補正目標値を設定して、各補正目標値で吐出駆動パルスの切替（補正）を行う構成を採用しても良い。この構成によれば、吐出インク量の変動をより効果的に抑制することができる。要は、吐出動作時の圧力変動の大きさが互いに異なる少なくとも２つ以上の吐出駆動パルスを発生可能に構成し、これらの吐出駆動パルスを切り替えることで、吐出インク量の変動分を補える構成であれば良い。

また、所定のパス内において、吐出周波数や同時吐出ノズル数等が変動するような場合、制御部４３は、当該パスに対応する画素データＳＩに基づき、インク流路内におけるインクの予想される最大流速（ノズル列内の全てのノズル３０から最大の吐出周波数で連続的にインクを吐出させたときの流速）Ｕｂとなるときの吐出インク量の変動量を求め、この場合に吐出インク量を吐出動作開始時の吐出インク量まで回復させることが可能な吐出駆動パルスの駆動電圧Ｖｄｂを求めておく。また、上記画素データＳＩに基づき、当該パスで吐出動作を行ったときのインク流路内におけるインクの流速Ｕを算出し、これらに基づいて、以下の式（３）により、第２吐出駆動パルスの駆動電圧Ｖｄ２を設定する。
Ｖｄ２＝Ｖｄ１＋（Ｖｄｂ−Ｖｄ１）×（Ｕ／Ｕｂ） …（３）

ところで、本発明は、上記した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。

例えば、吐出駆動パルスの波形構成に関し、上記実施形態で例示したものには限られず、本発明は、種々の構成の吐出駆動パルスに対して適用することができる。要は、圧力発生室を膨張させる膨張要素と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素と、膨張された圧力発生室を収縮させて液体を吐出させる収縮要素と、を少なくとも有する吐出駆動パルスであればよい。

また、吐出動作開始時から過渡状態を経て定常状態に至るまでの吐出インク重量の変動量Ａ（〔％〕：補正を行わない場合）に関し、上記実施形態では、パス毎の画素データＳＩに基づいて求める構成を例示したが、これには限られない。例えば、パス内における連続吐出時間（吐出継続時間）を計測し、この計測時間から変動量Ａを推定するようにしても良い。

なお、本発明は、駆動信号（吐出駆動パルス）を用いて液体の吐出制御が可能な液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，６…インクカートリッジ，７…キャリッジ移動機構，１４…インク供給チューブ，１９…圧電振動子，２８…圧力発生室，３０…ノズル，４３…制御部，４５…駆動信号発生回路

Claims (5)

1. 複数のノズルを列設してなるノズル群を有し、液体供給源から液体供給経路を通じて圧力発生室に液体を導入し、圧力発生素子を駆動させることにより前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせて、当該圧力変動を利用してノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
   前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、
   を備えた液体吐出装置であって、
   前記駆動信号発生手段は、第１吐出駆動パルスと、当該第１吐出駆動パルスの場合よりも大きい圧力変動を生じさせる第２吐出駆動パルスと、を発生可能であり、
   前記吐出制御手段は、
   吐出動作開始時からの各ノズルの吐出液体量の推移において当該吐出液体量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴを、以下の式（ＮＦ）に基づいて求め、
   Ｔ＝−Ｌｏｇ（（Ｉｗｘ−Ｄ）／Ａ）×τ …（ＮＦ）
   求めたタイミングＴで、前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを前記第１吐出駆動パルスから前記第２吐出駆動パルスに切り替えることを特徴とする液体吐出装置。
   但し、式（ＮＦ）において、Ａは吐出動作開始時から過渡状態を経て定常状態に至るまでの吐出液体量の変動量（補正を行わない場合）であり、Ｄは定常状態における吐出液体量（補正を行わない場合）の漸近値であり、τは液体供給経路におけるイナータンスＭと流路抵抗Ｒに基づく時定数（τ＝Ｍ／Ｒ）である。
2. 前記吐出制御手段は、前記液体吐出ヘッドと前記着弾対象物の相対移動の単位毎の吐出データに基づいて前記変動量Ａを求めることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記吐出制御手段は、着弾対象物に対して他の部分よりも高濃度で液体を着弾させる領域に対応する吐出動作時の吐出液体量の推移に応じて、吐出駆動パルスの切替を行うことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記吐出制御手段は、連続吐出時間から前記変動量Ａを推定することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
5. 複数のノズルを列設してなるノズル群を有し、液体供給源から液体供給経路を通じて圧力発生室に液体を導入し、圧力発生素子を駆動させることにより前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせて、当該圧力変動を利用してノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを含む駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、前記吐出駆動パルスの前記圧力発生素子への印加を制御して液体吐出ヘッドの液体吐出動作を制御する吐出制御手段と、を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
   吐出動作開始時からの各ノズルの吐出液体量の推移において当該吐出液体量が予め定められた補正目標値ＩｗｘとなるタイミングＴを、以下の式（ＮＦ）に基づいて求め、
   Ｔ＝−Ｌｏｇ（（Ｉｗｘ−Ｄ）／Ａ）×τ …（ＮＦ）
   求めたタイミングＴで、前記圧力発生素子を駆動する吐出駆動パルスを、第１吐出駆動パルスから当該第１吐出駆動パルスの場合よりも大きい圧力変動を生じさせる第２吐出駆動パルスに切り替えることを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
   但し、式（ＮＦ）において、Ａは吐出動作開始時から過渡状態を経て定常状態に至るまでの吐出液体量の変動量（補正を行わない場合）であり、Ｄは定常状態における吐出液体量（補正を行わない場合）の漸近値であり、τは液体供給経路におけるイナータンスＭと流路抵抗Ｒに基づく時定数（τ＝Ｍ／Ｒ）である。

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