(57)【要約】【課題】液体噴射装置において、フレキシブルフラットケーブルの長さが異なる複数の機種に同一の液体噴射ヘッド及び駆動信号波形を用いることを可能にする。【解決手段】圧電振動子の駆動電圧を液体噴射装置の機種毎に補正するため、液体噴射装置本体の制御回路にあらかじめ算出した液体噴射装置の機種毎に固有の補正係数を設定しておくことで、個々の液体噴射ヘッドの検査工程で測定した駆動電圧が入力された時点で補正がなされ、基準駆動電圧が圧電振動子に印加される。【選択図】　図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室を膨張、収縮させる圧電振動子と、液体噴射ヘッド毎に基準温度等、基準状態での駆動電圧情報ＩＤを備えた液体噴射ヘッドと、前記圧電振動子を変位させる駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、印字データに対応して前記駆動信号を選択的に前記圧電振動子に印加するスイッチング手段と、前記駆動信号を前記圧電振動子に伝送するフレキシブルフラットケーブルを備えた液体噴射装置において、前記駆動電圧情報ＩＤ記載電圧に所定の補正係数を加えた電圧を基準駆動電圧とすることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記フレキシブルフラットケーブルの長さに応じて、前記補正係数を設定した請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項３】
異なった大きさの液滴を吐出する複数の駆動信号波形を有し、前記異なった駆動信号波形別に前記補正係数を設定した請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記圧電振動子の容量ランク別に前記補正係数を設定した請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記圧電振動子の材料別に前記補正係数を設定した請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項６】
吐出する液体の種類別に前記補正係数を設定した請求項１記載の液体噴射装置。
【請求項７】
吐出する液体の色別に前記補正係数を設定した請求項６記載の液体噴射装置。
【請求項８】
ノズル開口から液滴を吐出するため圧力発生手段を備えた液体噴射ヘッドと、前記圧力発生手段を駆動するための駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、印字データに対応して前記駆動信号を前記圧力発生手段に印加する手段とを備え、
前記液体噴射ヘッド毎に基準状態での駆動電圧情報を有し、前記駆動信号発生手段は、前記駆動電圧情報及び所定の補正係数に基づき前記駆動信号を発生することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力発生室を圧力発生手段により加圧してノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式のシリアルプリンタシステムにおける従来の液体噴射ヘッドの駆動方式の概要を図を参照して説明する。
【０００３】
図１は、情報処理および液体噴射ヘッドの駆動電力の供給を行う液体噴射装置本体（以下本体）１と、制御対象となる液体噴射ヘッド部２との関係をあらわした図である。本体１は液滴を吐出するノズルを決定するためのデータ作成及びタイミングを取るための制御回路３と液体噴射ヘッド２のアクチュエータ（９〜１１）を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号発生回路４とそれにより生成された駆動信号を増幅するトランジスタ５、６と、液体噴射ヘッド２への制御データおよび駆動電力を出力するためのコネクタ７よりなる。液体噴射ヘッド２には、駆動信号発生回路４からの駆動信号波形が入力するためのコネクタ８と、液滴を吐出するための運動エネルギーを発生させる圧電振動子からなる複数のアクチュエータ９〜１１と、そのアクチュエータ本体からの駆動信号波形の印加を制御するためのアナログスイッチ１２〜１４と、本体内の制御回路３からのデータに従い、アクチュエータの振動を制御するアナログスイッチ１２〜１４のＯＮ／ＯＦＦにより制御する制御回路１５からなる。液体噴射ヘッド２は、液体噴射装置機構内のガイド上を往復運動し、ガイド上の位置に応じたデータを本体１より送られ、それにより液滴を吐出し、印刷を行う。本体１と記録ヘッド部２はフレキシブルフラットケーブル（以下ＦＦＣ）１６で接続されている。図２に示すように、ＦＦＣ１６は多数の導電線である導電パターン１７が平行に配列された帯状の形態であり、液体噴射ヘッド２の往復運動を妨げないように、可撓性に富み湾曲変形に耐久性のある合成樹脂１８にモールドされている。導電パターン１７自体も上記合成樹脂１８と同様の耐久性を保有させるために、銅合金製の薄い板材を細く短冊状にパターニングしてある。
【０００４】
上記導電パターン１７は、液体の種類数によって決まる圧電振動子の駆動信号線、アース線、温度検知信号線及びその他の駆動電源線等からなり、昨今では、印刷品質の向上等の要求から、液体種類の多様化、記録装置が設置されている場所の温度や湿度等の環境に順応させるために、駆動信号発生回路４から液体噴射ヘッド２に入力される信号の種類についても増加を余儀なくされている。
【０００５】
また、液体噴射装置の用途拡大により、従来のコンシューマ機（Ａ４サイズ）だけでなく、Ａ０／Ｂ０サイズのラージフォーマット機（以下ＬＦＰ）に対応した液体噴射ヘッド２および液体噴射装置が製品化され、ＦＦＣ１６の長さも長尺化している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このＦＦＣ１６は、液体噴射ヘッド２のスムーズな往復運動を妨げないように、液体噴射ヘッド２の移動スパンのほぼ２倍の長さのものが用いられるが、長さに比例した寄生のインピーダンス成分が存在する。ここで、当然ＬＦＰにおいては、液体噴射ヘッド２の主走査方向の幅が増大するため、ＦＦＣ１６も長いものでは約４ｍにまで長尺化し、インピーダンス成分は増大する。これを模式化すると図３のようになる。ここで１９は図１における１２〜１４及び９〜１１を模擬した可変容量であり、２０及び２１は寄生のインダクタンス成分、４８および４９は寄生の抵抗成分で、それぞれが図１の導電パターン１７に存在する。このインダクタンス成分は、ＦＦＣ１６を流れる電流の時間微分に比例した逆起電力を生じるが、電流量そのものが大きくなると、電流の時間微分も大きくなるので、容量負荷が増加すると、逆起電力が大きくなる。これにより、ＦＦＣ１６の長さが増加すると図４（イ）に示すように本体１のトランジスタ５、６のエミッタ付近の駆動信号波形と可変容量１９両端間の駆動信号波形が異なる現象が生じる。そのため、駆動電圧情報ＩＤに記載の駆動電圧が圧電振動子に印加されないという問題が生じる。特にインダクタンス成分は記録ヘッド部２の電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを生じさせ、圧電振動子の駆動に適切な電圧より実質的に高い駆動電圧を印加することになるため、吐出液滴のスピード、吐出液滴重量が適正な値よりも大きくなってしまう。これは、吐出によって形成させる紙面上のドットの位置、大きさが、１回のパルスで吐出するノズル数によって異なることを意味し、印字品質に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００７】
一方、図４（ロ）に示すように、ＦＦＣ１６の抵抗成分は、圧電振動子への充放電時に電圧降下および応答遅れを生じさせる要因となる。ＦＦＣ１６に流れる電流が大きくなると、可変容量１９側の電圧が降下し、インダクタンス成分とは逆に、圧電振動子は駆動電圧情報ＩＤに記載の駆動電圧より実質的に低い電圧で駆動され、吐出液滴のスピード、吐出液滴重量を適正な値よりも小さくしてしまう。また、写真品質に対応する高い印字品質での印刷においては、１ドット当りの液滴重量を５ｎｇ程度に絞る必要があり、このように小さな液滴の吐出には、圧電振動子の変位を従来の大きな液滴（１０〜４０ｎｇ）の吐出時よりも高速度に駆動することが必須の要件となる。圧電振動子の変位を高速度にするためには、駆動信号の充放電時間を短くしなければならず、必然的に電流の時間変化率および絶対値が大きくなるため、ＦＦＣ１６のインピーダンス成分による歪が増大する。このような問題を解消するためにはＦＦＣ１６のインピーダンス成分を可及的に小さくすることが必要となるが、ＦＦＣ１６の導線幅や長さに拘束されるため、インピーダンス成分の引き下げには限度がある。ここで、当然のことながら、ＬＦＰにおいてはＦＦＣ１６の長さを短くすることは出来ず、またＦＦＣ１６の導線幅や芯数を増やすことは液体噴射装置本体のコストアップにつながってしまう。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、同一の記録ヘッド２をＦＦＣ１６長さが異なる機種に転用した場合において、ＦＦＣ１６の導電パターン１７のインダクタンス成分Ｌと抵抗成分Ｒが異なることに起因する圧電振動子の基準駆動電圧の変化を補正することで、高い印字品質を維持しながらも、ＦＦＣ１６長さの異なる機種に同一構造の液体噴射ヘッド及び駆動信号波形を用いることを可能にした液体噴射装置を提供することを目的とする。ここで、液体噴射装置が設置される場所の温度環境に液体噴射装置を順応させるため、従来から圧電振動子の駆動電圧は、液体噴射ヘッドの駆動電圧ＩＤを基準として温度補正が行われている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
圧電振動子を駆動する電圧の測定工程において得られた電圧（駆動電圧情報ＩＤ記載）と、実際に使用する液体噴射装置本体に取り付けて印刷を行った場合における電圧（基準駆動電圧）との比から補正係数を算出し、液体噴射装置本体側で補正することで、新たに機種毎の電圧の測定工程を立ち上げることなく、また駆動信号波形を改良することなく、ＦＦＣの長さが異なる機種に基準となる機種用の液体噴射ヘッドとそれに用いられる駆動信号波形の転用が可能になるようにした。
【００１０】
【作用】
ＦＦＣ長さの異なる複数の液体噴射装置において、ＦＦＣの導電パターンのインダクタンス成分Ｌと抵抗成分Ｒの変化に伴う圧電振動子の基準駆動電圧の変化を補正するため、新たに駆動電圧の測定工程を立ち上げることなく、種々の液体噴射装置に適正な基準駆動電圧が設定され、適正な駆動信号波形が圧電振動子に印加される。これにより、圧電振動子を駆動するための基準駆動電圧が異なることによる吐出液滴スピード及び吐出液滴重量のばらつき、しいては印字品質の低下を防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図５、６は、液体噴射装置の概略構造の一例を示すものである。流路ユニット２２はノズル開口２３を一定ピッチで穿設したノズルプレート２４とノズル開口２３に連通する圧力発生室２５、これに液体供給口２６を介して液体を供給するリザーバ２７を備えた流路形成基板２８と圧電振動ユニット２９の縦振動モードの各圧電振動子３０の先端に当接して圧力発生室４の容積を膨張、縮小させる弾性板３１とを一体に積層して構成されている。圧電振動ユニット２９は外部からの駆動信号を伝達するケーブル３２に接続された上で収容室３３に収容、固定され、また流路ユニット２２は高分子材料の射出成形等により構成されたホルダ３４の開口面に固定されて、ノズルプレート側にシールド材を兼ねる枠体３５を挿入して液体噴射ヘッド２に構成されている。圧電振動ユニット２９を構成する縦振動モードの圧電振動子３０は、この実施例では一方の極となる内部電極３６と他方の極となる内部電極３７とを圧電材料３８を介してサンドイッチ状に積層し、一方の内部電極３６を先端側に、また他方の内部電極３７を後端側に露出させて、各端面でのセグメント電極３８およびコモン電極３９を接続して構成されている。そして、図７に示したように圧力発生室の配列ピッチに一致させて固定基板４０に固定されて圧電振動ユニット２９に纏められている。そして、この実施例においては、圧電振動子３０は１枚の圧電振動板を櫛歯状に歯割して後端側が連続するように構成され、各圧電振動子のコモン電極３９は連続体として形成されている。図１の液体噴射ヘッド２のコネクタ８と駆動信号発生回路４のコネクタ７とをＦＦＣ１６で接続し、駆動信号波形はＦＦＣ１６を伝送して、液体噴射ヘッド２に送られ、圧電振動子３０を膨張、収縮させて液滴を記録媒体表面に吐出する。
【００１２】
この実施例において、駆動信号発生回路から図８（イ）に示したような台形状の駆動信号波形が出力されると、半導体集積回路により液滴を吐出させるべき圧電振動子３０に駆動信号波形が印加される。駆動信号波形の立ち上がり部により圧電振動子３０を収縮させて圧力発生室２５を膨張させ、液体供給口２６を経由して圧力発生室２５に液体が供給される。圧力発生室２５の膨張状態を平坦部により所定時間保持した後、立ち下がり部により圧電振動子３０が放電されると、圧電振動子３０が元の状態に伸長、復帰して圧力発生室２５を収縮させ、ノズル開口２３から液滴が吐出する。駆動信号波形の立ち上がり部による圧力発生室２５の膨張により生じるメニスカスの運動位相を積極的に利用して液滴の重量を制御する駆動方法にあっては、このような駆動信号波形の平坦部の時間Ｔを操作することが行われ、特にグラフィック印刷に適した液滴重量が５ｎｇ程度の液滴を吐出させる場合には、時間Ｔが極端に短く、例えば２μ秒程度に設定される。このような状況では、圧電振動子３０の静電容量と駆動信号波形の伝送路、この実施例では導電パターン１７のインダクタンス成分が電流の立ち上がりおよび立ち下がりの変化率を大きく左右する。すなわち駆動信号波形が印加されると、図８（ロ）に示したように立ち上がり部の始端でインダクタンス成分による逆起電力ΔＥ１が発生し、見掛け上、駆動信号波形の立ち上がり部から時間ΔＴ１の経過後に電流が流れ始めたようになる。そして導電パターン１７のインダクタンス成分と抵抗との比が適正な値に調整されておらず、かつインダクタンス成分が比較的大きい場合には、図８（ロ）に示すように、立ち上が部の終端でインダクタンス成分による起電力ΔＥ２によりオーバーシュートを生じる。この傾向はＦＦＣ１６に流れる電流が大きい場合、つまり同時に駆動する圧電振動子３０の数が多い場合に顕著であるため、ベタ画像（インク吐出量の多い画像）等のような同時に駆動される圧電振動子３０の数が多い状態では、液滴の吐出速度や液滴を構成する液滴重量が増加し、飛行曲がりを生じたり、またドット抜け等が発生しやすくなる。これらの現象は、駆動信号波形の立ち下がり部でも同様に発生し、特に微小液滴を吐出させるために、平坦部の時間Ｔを短くした場合にはオーバーシュート部からアンダーシュート部まで波形が一気に立ち下がるため、駆動信号波形の相対的歪みが大きくなり、液滴の吐出特性を著しく変化させる。ここで、点線は圧電振動子３０の駆動に要求される駆動信号波形であり、実線は実際に圧電振動子３０に入力される駆動信号波形である。
【００１３】
そこで、本実施例では後述するように液体噴射装置の機種毎により異なる液体噴射ヘッド２と駆動信号発生回路４を接続するＦＦＣ１６の長さに起因するインダクタンスＬと抵抗Ｒの変化による圧電振動子の基準駆動電圧の変化を補正するための電圧補正係数を設定することで液体噴射ヘッド２に液体噴射装置の機種によらず適正な基準駆動電圧を入力する。これにより、圧電振動子３０の変位量や変位速度をほぼ一定に維持ができ、高い印字品質で印字することができる。
【００１４】
図９に示すように、駆動信号発生回路からの駆動信号波形を液体噴射ヘッド２に伝送するＦＦＣ１６は第１のＦＦＣ１６Ａと第２のＦＦＣ１６Ｂの積層構造となっている。このＦＦＣ１６は、多数の導通線である導電パターン１７が平行に配列された帯状の形態であり、可撓性に富み、湾曲変形に耐久性のある合成樹脂１８にモールドされている。導電パターン１７自体も上記合成樹脂１８と同様の耐久性を保有させるため、銅合金製の薄い板材を細く短冊状にパターニングしてあり、その厚さは３０〜１００μｍである。
【００１５】
図９において、ハッチングを施した導電パターン１７が正極側導電パターン１７Ａであり、白抜きの導電パターンが負極側導電パターン１７Ｂである。正極側導電パターン１本（ＣＯＭ　Ａ）と負極側導電パターン２本（ＧＮＤ　Ａ）が１組で、ある１つの液体色種の圧電振動子（ここではＡ列の色種）の駆動信号波形が記録ヘッド２に伝送され、各組の導電パターン１６は規則正しく順列に配置されている。図８に示したように、上記の組が６つ（Ａ〜Ｆ列）ある場合は、６列の圧電振動子３０に対応して合計６色の液体を吐出することになる。６列の液体の色としては、最も基本的な構成として、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、ライトシアン、ライトマゼンタである。
【００１６】
また、上記ＦＦＣ１６には、圧電振動子３０の駆動信号線の他にも、アース線、温度検知信号線およびその他の駆動電源線等が配置されている。
ここで、積層構造となっているＦＦＣ１６の導線の厚みが非常に薄いため、導線に流れる単位面積当たりの抵抗Ｒが非常に大きくなり、インダクタンス成分Ｌと抵抗Ｒとの比は小さくなる。また、正極側導電パターン１７Ａが１本であるため、この導線に流れる電流量は大きくなり、インダクタンス成分Ｌは大きいため、圧電振動子に印加される駆動信号波形にオーバーシュートおよびアンダーシュートが生じる要因となり、要求通りの駆動信号波形が圧電振動子３０に入力されないという現象が発生する。このオーバーシュート及びアンダーシュートの発生により圧電振動子に印加されるべき適正な基準駆動電圧とは異なる電圧が実際に印加される現象が生じる。ここで、適正な基準駆動電圧が圧電振動子に印加されないと、変位量の変化に伴い、目標とする液滴重量が吐出されずに印字品質が低下してしまう。
【００１７】
そこで本発明では、表１に示すように、液体噴射ヘッドの検査工程で算出され、液体噴射ヘッド毎に駆動電圧情報ＩＤとして付与されている圧電振動子の駆動電圧（Ｖ１）と、実際に液体噴射装置本体に取り付けて印刷を行った場合における適正な基準駆動電圧（Ｖ２）との比（Ｖ２／Ｖ１）から補正係数を算出し、この補正係数を用いて液体噴射装置本体側で電圧補正することで、適正な基準駆動電圧が圧電振動子に印加され、液滴重量の変化に伴う印字品質の低下を防止することが出来る。ここで、補正係数は異なった駆動信号波形で液滴を吐出する各吐出モード毎に算出、設定される。
【００１８】
【表１】
2004025681.tif 000003
【００１９】
この実施例における補正の方法として、液体噴射装置本体の制御回路にあらかじめ算出した液体噴射装置の機種毎に固有の補正係数を設定しておくことで、個々の液体噴射ヘッドの検査工程で測定した駆動電圧情報ＩＤ記載の駆動電圧が入力された時点で補正がなされ、基準駆動電圧が決定される。
【００２０】
また、この基準駆動電圧は表２に示すように、染料及び顔料等の液体材料種によっても異なるので、それぞれの液体材料に合った補正係数を算出、設定する必要がある。また、この補正係数は圧電振動子の材料や容量により若干異なる（圧電振動子ランク）ため、この圧電振動子ランクに応じた補正係数を算出、設定する必要がある。これは、圧電振動子の材料によって電圧―変位特性が異なり、また容量が異なるとＦＦＣ１６に流れる電流量が異なり、駆動信号波形の歪み方が異なるためである。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
さらに、特に顔料インクの場合、インクの色種によっても吐出インク滴重量が異なる場合がある。顔料インクは駆動周波数により粘度が異なる非ニュートン流体としてふるまい、粘度の変化程度は顔料濃度の異なる色種間で異なるため、吐出されるインク滴重量が異なってしまう。ここで、色種毎に駆動回路を有する液体噴射装置では、色種毎の補正係数を設定することで、インク色種による吐出インク滴重量の変化を防ぐことが出来る。
【００２３】
次に図１０に示すように、この補正係数は、基準機に対して適用機がどのように変化してもそれぞれの機種に応じた補正係数を設定することが可能であるため、機種が異なっても同一の液体噴射ヘッド及び駆動信号波形を転用する場合、新たに液体噴射ヘッドの検査工程を立ち上げる必要がない。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室を膨張、収縮させる圧電振動子を備えた液体噴射ヘッドと、前記圧電振動子を変位させる駆動信号波形を発生する駆動信号発生手段と、印字データに対応して前記駆動信号を選択的に前記圧電振動子に印加するスイッチング手段と、前記駆動信号を前記圧電振動子に伝送するＦＦＣとを備えた複数の液体噴射装置において、前記液体噴射ヘッドに駆動信号波形を伝送するＦＦＣに形成されている駆動信号発生回路から液体噴射ヘッド間のインダクタンス成分をＬ（μＨ）、抵抗成分をＲ（Ω）とした時、これらの比Ｌ／Ｒが異なることに起因する基準駆動電圧の変化を補正するため、液体噴射ヘッドの検査工程において測定された駆動電圧情報ＩＤ記載の駆動電圧と、実際に液体噴射装置に取り付けて印字をさせた時の駆動電圧との比から補正係数を算出、設定することで、吐出液滴重量変動による印字品質の低下を防止することができる。
【００２５】
これにより、コンシューマ機向けに設計、製造した液体噴射ヘッド及び駆動信号波形をＦＦＣ長さが異なる種々の機種に転用することができる。また、既存の液体噴射ヘッド検査工程を改良することなく液体噴射ヘッドの転用が可能となり、液体噴射装置のコスト削減および開発時間の短縮にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の実施形態をあらわす液体噴射システムの構成図である。
【図２】フレキシブルフラットケーブルの断面図である。
【図３】図１の構成を単純化した説明図である。
【図４】図１の構成における液体噴射装置本体と液体噴射ヘッドの駆動電気信号を示した図であり、図（イ）はインダクタンス成分が及ぼす影響、図（ロ）は抵抗成分が及ぼす影響を示す。
【図５】本発明の液体噴射ヘッドの一実施例を示す組立斜視図である。
【図６】同上液体噴射ヘッドのセグメント電極での断面構造を示す図である。
【図７】振動子ユニットの一実施例を示す図である。
【図８】図（イ）は駆動信号発生回路の駆動電気信号、また図（ロ）は従来のフレキシブルフラットケーブルにより圧電振動子に印加される駆動電気信号である。
【図９】フレキシブルフラットケーブルの一例を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る駆動電圧の補正係数設定の概念図である。
【符号の説明】
１、液体噴射装置本体
２、液体噴射ヘッド
３、１５、制御回路
４、駆動信号発生回路
５、６、トランジスタ
７、８、コネクタ
９、１０、１１、アクチュエータ
１２、１３、１４、アナログスイッチ
１６、フレキシブルフラットケーブル
１６Ａ、第１のフレキシブルフラットケーブル
１６Ｂ、第２のフレキシブルフラットケーブル
１７，導電パターン
１７Ａ、正極側導電パターン
１７Ｂ、負極側導電パターン
１８、合成樹脂
１９、可変容量
２０、２１、インダクタンス
２２、流路ユニット
２３、ノズル開口
２４、ノズルプレート
２５、圧力発生室
２６、液体供給口
２７、リザーバ
２８、流路形成基板
２９、圧電振動ユニット
３０、圧電振動子
３１、弾性板
３２、ケーブル
３３、収容室
３４、ホルダ
３５、枠体
３６、３７、内部電極
３８、セグメント電極
３９、コモン電極
４０、固定基板
４８、４９、抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004025681.tif 000009
【図６】
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【図７】
2004025681.tif 000011
【図８】
2004025681.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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