(57)【要約】【課題】複数の設計値を有し、かつ複数の使用条件下において、複数の性能を同時に満足する製品を設計するための設計値最適化手法を提供する。【解決手段】製品システムの性能を決定する複数ｎのパラメータを、複数ｉの制御因子Ｍｉと複数ｊの誤差因子Ｎｊに分離し、制御因子を内側直交表Ｌｑ、誤差因子を外側直交表Ｌｒに割り付け、複数ｍの要求項目Ｄｍを評価し、ｍに関する情報量の総和を求めたのち、外側直交表項目数ｒに関する総情報量のばらつきを導出することによって、前記複数ｉの制御因子Ｍｉを最適化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の設計値を有する製品について、その複数の性能、あるいは複数の要求される項目を実験計画法にもとづいた直交表をもちいて実験やシミュレーションなどにより評価し、得られた複数の評価結果に特定の処理を施すことにより製品の情報量を導出し、該情報量を複数の評価結果について総和し、この情報量の総和を最小化する設計値にもとづいて該設計値の最適値を決定する製品の設計値最適化手法において、
複数ｎ個の設計パラメータを有する製品に対して、複数ｎ個の設計パラメータを、複数ｉ個の制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）と複数ｊ個の誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）に分離し、実験計画法にもとづき、制御因子を内側直交表、誤差因子を外側直交表に割り付けて両者を直積した直交表を作成したのち、複数ｍ個の要求項目（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ）を評価することによって、前記複数の制御因子の最適値を求めることを特徴とする設計値最適化手法。
【請求項２】
請求項１記載の設計値最適化手法において、前記誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）毎に導出される評価項目毎の情報量の総和（総情報量）について総情報量曲線を導出し、誤差因子によって生じる制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）毎の総情報量ΣＩのばらつきσ（ΣＩ）を導出した後、総情報量ΣＩのばらつきβσ（ΣＩ）（βは任意の定数）を最小化する設計値にもとづいて、設計パラメータの最適値を決定することを特徴とする設計値最適化手法。
【請求項３】
請求項１に記載の設計値最適化手法において、前記総情報量ΣＩのばらつきσ（ΣＩ）は曲線であらわされる誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）による外側直交表の項目数だけ導出される各総情報量曲線を有限個の区間に分割し、各区間における各総情報量のばらつきを求めることによって導出されることを特徴とする設計値最適化手法。
【請求項４】
請求項１記載の設計値最適化手法において、前記誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）毎に導出される評価項目毎の情報量の総和（総情報量）について総情報量曲線を導出し、誤差因子によって生じる制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）毎の総情報量の総和（全総情報量）を最小化する設計値にもとづいて、設計パラメータの最適値を決定することを特徴とする設計値最適化手法。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれか１項に記載の設計値最適化手法を搭載することによって最適設計値を導出することを特徴とする設計値最適化プログラム。
【請求項６】
請求項５に記載の設計値最適化プログラムを搭載することを特徴とする設計値最適化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の設計値を有し、かつ複数のばらつきを持つ使用条件下において、複数の性能を同時に満足する製品を設計するための設計値最適化手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各産業分野における製品の設計段階において、どのように設計値を定め、どのように評価して製品の信頼性を検証するかは設計者にとって重要な課題である。従来から設計者は膨大な時間を費やして試作と評価、検証を繰り返すことによって、問題点を抽出、解決することによって製品の設計を行ってきたが、近年の製品開発スパンの短縮化によって、上記のような設計手法を採用することが困難となっており、効率的かつ消費者にとって信頼性の高い製品設計が設計者に求められている。
【０００３】
これに対して、製品の信頼性を効率的に得るための設計手法として、いわゆるタグチメソッドを用いる方法が知られている。この手法によれば、設計者は製品の信頼性を低下させる要因となる複数の誤差因子に対して、あるひとつの性能が安定するような複数の設計値（制御因子）を直交表による評価により選択することによって、合理的かつロバスト性の高い製品を得ることが可能となる。（例えば、非特許文献１参照）
一方、特許文献１に示される設計手法（特許文献１に記載されている中澤メソッド）によれば、直交表を用いた複数の評価項目に対する情報量の総和を評価し、情報量最小化公理により、総情報量が最小となる設計値を選択することによって、製品に要求される複数の性能を満足させる複数の設計値を同時に最適化することが可能となる。
【０００４】
【非特許文献１】「ロバスト設計のための機能性評価」（田口玄一著）、日本規格協会
【特許文献１】特許第３４８１０７５号公報
【特許文献２】特許第３２７５９６５号公報
【特許文献３】特許第３１５９１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、参考文献１に示されるタグチメソッドの場合、製品システムの入出力の関係を１次式で理想化し、入力したエネルギーの平方根に比例する単一の基本機能のばらつきを出力として製品を評価することが推奨されているが、現実的には製品システムにおける単一の基本機能をとることが困難な場合が多く、さらに信頼性を達成するために要求される項目も複数に渡ることが多く、手法を設計に正確に適用すること自体が困難である場合が多いため、必ずしも効率的に機能しているとは言えない。
【０００６】
一方、前記特許文献１に示される中澤メソッドは、複数の設計パラメータと複数の要求項目について同時に評価をおこない、情報積算法にもとづいて、複数の評価項目の情報量について総和をとり、その最小値を導出することによって、複数の設計パラメータを複数の要求項目に対して同時に最適化するいわゆる目的機能の最適化手法であるが、この手法はユーザーの使用条件によって生じるばらつきを考慮しておらず、ユーザーの観点から考えた信頼性、あるいはロバスト性を得ることが困難となる問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題を鑑み、中澤メソッドにおける複数の設計パラメータを同時に最適化する手法をタグチメソッドにおける誤差因子にもとづいて、ユーザーの使用条件によるばらつきを考慮した系へ拡張することにより製品の信頼性を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、複数の設計値を有する製品について、その複数の性能、あるいは複数の要求される項目を実験計画法にもとづいた直交表をもちいて実験やシミュレーションなどにより評価し、得られた複数の評価結果に特定の処理を施すことにより製品の情報量を導出し、該情報量を複数の評価結果について総和し、この情報量の総和を最小化する設計値にもとづいて該設計値の最適値を決定する製品の設計値最適化手法において、
複数ｎ個の設計パラメータを有する製品に対して、複数ｎ個の設計パラメータを、複数ｉ個の制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）と複数ｊ個の誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）に分離し、実験計画法にもとづき、制御因子を内側直交表、誤差因子を外側直交表に割り付けて両者を直積した直交表を作成したのち、複数ｍ個の要求項目（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ）を評価することによって、前記複数の制御因子の最適値を求めることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）毎に導出される評価項目毎の情報量の総和（総情報量）について総情報量曲線を導出し、誤差因子によって生じる制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）毎の総情報量ΣＩのばらつきσ（ΣＩ）を導出した後、総情報量ΣＩのばらつきβσ（ΣＩ）（βは任意の定数）を最小化する設計値にもとづいて、設計パラメータの最適値を決定することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記総情報量ΣＩのばらつきσ（ΣＩ）は曲線であらわされる誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）による外側直交表の項目数だけ導出される各総情報量曲線を有限個の区間に分割し、各区間における各総情報量のばらつきを求めることによって導出されることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第４の手段は前記第１の手段において、前記誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）毎に導出される評価項目毎の情報量の総和（総情報量）について総情報量曲線を導出し、誤差因子によって生じる制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）毎の総情報量の総和（全総情報量）を最小化する設計値にもとづいて、設計パラメータの最適値を決定することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第５の手段は設計値最適化プログラムにおいて、前記第１ないし第４の手段の設計値最適化手法を搭載することによって最適設計値を導出することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第６の手段は設計値最適化システムにおいて、前記第５の手段の設計値最適化プログラムを搭載することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による設計値最適化手法は、製品に必要とされる性能、あるいは要求項目が複数個あり、ばらつきの原因となるユーザーの使用条件が複数個ある場合に、ユーザーの使用条件を誤差因子にとり、設計者が制御しうる複数のパラメータを制御因子にとることを特徴としている。これは従来のタグチメソッドにおける誤差因子によるばらつきを中澤メソッドに適用したものであり、直交表による合理的な評価を実施することが可能であり、かつ、複数の制御因子を同時に最適化することが可能となり、さらには、基本機能を評価するのではなく、ユーザーの使用目的から見た目的機能を実際に評価しているため、本手法により完成したシステムはユーザーにとって信頼性の高い製品を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１に示すフローチャートにもとづき、本発明における設計値最適化手法の手順について説明する。
〔手順１〕（製品あるいはシステムにおける評価項目の決定）製品あるいはシステムの性能、あるいは信頼性を決定する複数の評価項目Ｄ（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄｍ）をユーザーあるいは市場の要求あるいは設計すべき製品の仕様にしたがって決定する。
〔手順２〕（デザインレンジの決定）システムの評価項目に対する要求性能の範囲、すなわちデザインレンジＲｄ（Ｒｄ＝Ｒｄ１、Ｒｄ２、・・・、Ｒｄｍ）をユーザーあるいは市場の要求あるいは設計すべき製品仕様にしたがって決定する。
〔手順３〕（制御因子、誤差因子の決定）システムの性能を左右する複数のパラメータを、設計者が自由に選定可能な複数のパラメータ、すなわち制御因子、Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉと、設計者が自由に選定できない複数のパラメータ、すなわち誤差因子（Ｎ１、Ｎ２、・・・、Ｎｊ）に分離し、それぞれ、実験計画法にもとづき、システムが取り得る範囲に対して適当な水準数ｌ（ｌ＝２乃至３が推奨される）およびそれぞれの水準に対応する水準値を決定する。
〔手順４〕（直交表）手順３にて決定した制御因子を内側直交表Ｌｑに割り付け、誤差因子を外側直交表Ｌｒに割り付けることによって、制御因子と誤差因子を直積配置した直交表を作成する。（ｑ、ｒは素数べき型直交表にもとづく２ｋによる4、８、１６、・・・あるいは３ｋによる９、２７、８１、・・・あるいは、混合型直交表にもとづく１２、１８、３６・・・など因子数に合わせて適宜選択することができる。）このとき、作成した直交表において評価結果を入力すべき項目数は、ｑ×ｒ×ｍ個となる。後述する実施例においては、制御因子を２水準１因子、３水準７因子、および誤差因子を３水準３因子考えているため、内側直交表をＬ１８、外側直交表をＬ９にとることによりＬ１８×Ｌ９直交表を作成した（×は直積集合をあらわす）。さらに、評価項目を（Ｄ１、Ｄ２、・・・、Ｄ５）とした場合、直交表へ入力すべき評価結果は、１８×９×５＝８１０個の数値となる。
〔手順５〕（評価）手順４にて作成した直交表にもとづき評価をおこない、上述のｑ×ｒ×ｍ個の評価結果を直交表へ入力する。
〔手順６〕（システムレンジの導出）選択したシステムが評価項目に対してとりうるばらつきをシステムレンジＲｓと定義すれば、システムレンジは評価結果の平均値（ＡＶＥ）±α×標準偏差（σ）の範囲と定義される。（αは任意の定数）ここで、制御因子Ｍｉに対する水準数ｌｉにおける水準番号をｋ（ｌｉ＝２のとき、ｋ＝１、２、また、ｌｉ＝３のとき、ｋ＝１、２、３）とした場合、評価項目Ｄｍ、および外側直交表の項目数ｒに対する評価結果をＤｑｒｍとすれば、算出すべきシステムレンジＲｓ＝Ｒｓｒｍｉｋ＝Ａｖｅ［Ｄｒｍｉｋ］±σ［Ｄｒｍｉｋ］となる。
（ここで、ＡＶＥ［Ｄｒｍｉｋ］、σ［Ｄｒｍｉｋ］は、それぞれ、制御因子Ｍｉ、Ｍｉにおける水準番号（ｋ）、外側直交表の項目（ｒ）、評価項目（ｍ）である場合の評価結果の平均値、および標準偏差を示す。）すなわち、本発明においては、ｒ×ｍ×Σｌｉ個のシステムレンジを導出することとなる。後述する実施例においては、制御因子の個数ｉ＝８、Ｌ１８直交表であるから、Σｌｉ＝２因子×１＋３因子×７＝２３、すなわち、ｒ×ｍ×Σｌｉ＝９×５×２３＝１０３５個のシステムレンジを導出することとなる。
〔手順７〕（コモンレンジの導出）選択したシステムのデザインレンジＲｄとシステムレンジＲｓの共通範囲をコモンレンジＲｃと定義とすれば、Ｒｃ＝Ｒｄ∩Ｒｓ（∩は積集合をあらわす）で示すことができる。すなわち、制御因子Ｍｉ、制御因子Ｍｉにおける水準番号（ｋ）、外側直交表の項目（ｒ）、評価項目（ｍ）に対するコモンレンジＲｃは、Ｒｃ＝Ｒｃｒｍｉｋ＝Ｒｄｍ∩Ｒｓｒｍｉｋによって算出することができる。また、コモンレンジの導出数は、制御因子Ｍｉに対する水準数をｌｉとした場合、システムレンジと同様にｑ×ｍ×Σｌｉ個となる。
〔手順８〕（情報量の導出）前記特許文献１による情報量Ｉの定義（Ｉ＝ｌｎ（Ｒｓ／Ｒｃ）、ｌｎは自然対数をあらわす）にもとづき情報量を算出する。ただし、上述と同様に、制御因子Ｍｉ、またＭｉにおける水準番号（ｋ）、外側直交表の項目（ｒ）、評価項目（ｍ）に対する情報量Ｉは、Ｉ＝Ｉｒｍｉｋ＝ｌｎ（Ｒｓｒｍｉｋ／Ｒｃｒｍｉｋ）によって算出することができる。
〔手順９〕（総情報量曲線の導出）手順８にて導出した情報量Ｉにおける、水準番号ｋに対して算出される評価項目数ｍに関する情報量の総和ΣＩを導出する。ここで水準数ｌｉを３と仮定すれば、総情報量ΣＩは２次曲線で定義することができ、すなわち、ΣＩ＝（ΣＩｍ）ｒｉ＝ａ０＋ａ１・ｘ＋ａ２・ｘ２  （ただし、（ΣＩｍ）はｍに関する情報量Ｉの総和、ｘは水準番号ｋにおける水準値を含む水準範囲内の設計値をあらわし、ａ０、ａ１、ａ２は２次曲線の係数をあらわす）で示すことができる。該総情報量曲線を、外側直交表の項目数（ｒ）×制御因子数（ｉ）本導出する。
〔手順１０〕（総情報量ばらつき曲線、全総情報量曲線の導出）手順９にて導出した総情報量曲線ΣＩ＝ａ０＋ａ１・ｘ＋ａ２・ｘ２をｘについて、前記請求項３に記載したように有限個（ｐ）の区間（ｘ１、ｘ２、・・・、ｘｐ、ただし、ｘ１は水準番号１における水準値、ｘｐは水準番号３における水準値を示す。）に分割し、各区間の総情報量のばらつきを標準偏差で評価することにより、各区間における外側直交表の項目（ｒ）に関する総情報量ばらつきを導出し、ｙ軸方向にプロットすることにより、前記請求項２に記載したように総情報量ばらつき曲線（βσｒ（ΣＩｍ）ｉ）（ただし、σｒ（ΣＩｍ）はｒに関する（ΣＩｍ）の標準偏差、βは任意の定数）を導出する。さらに、前記請求項４に記載したように各区間における総情報量値の総和（全総情報量、Σｒ（ΣＩｍ）ｉ）を同時に導出する。（ただし、Σｒ（ΣＩｍ）は、ΣＩｍのｒに関する総和をあらわす。）
〔手順１１〕（総情報量ばらつきが最小となる制御因子、あるいは全総情報量が最小となる制御因子の導出）手順１０により導出した総情報量ばらつき曲線（βσ（ΣＩ））が水準内で最小値（ＭＩＮ（βσ（ΣＩ））となる場合の制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）をそれぞれ求め、これらを最適な設計値と定めるものである。あるいは、全総情報量（Σ（ΣＩ））を最小化する制御因子（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｉ）を最適な設計値と定めるものである。
【００１６】
手順１〜５が、設計者が実際に実施すべき評価手順であり、手順６〜１１が評価結果をもとに設計値を最適化する計算手順である。したがって手順６〜１１は、前記請求項５に示したように任意のプログラム言語にて計算手順を記述することにより自動化することが好適である。さらに、請求項６に示したように前記計算手順を搭載したシステムを用いて実施することが好適である。
【００１７】
本発明者は、本発明をインクジェット式記録ヘッドにおける小液滴吐出波形の安定化に適用すべく下記の事例を実施した。以下、本発明の実施の形態を、図を参考にしながら説明する。
【００１８】
まず、以下にインクジェット式記録ヘッド、およびインクジェット式記録装置の概要について説明する。図１０は、本発明の実施例において使用したインクジェット式記録装置の構成と動作を説明する装置構成図であり、図１１は記録ヘッドの構造と動作を説明する部分斜視図である。
【００１９】
後述する本発明の実施例において使用したインクジェット式記録装置はインクジェット式記録ヘッド１０とインクジェット式記録ヘッド駆動装置２０とを備える。そして、インクジェット式記録ヘッド１０はインク流路ユニット１０１と、該ユニットを保持するヘッドハウジング１０２、そして圧電素子ユニット１０３とから構成される。このうち、インク流路ユニット１０１は、図１１に示すように、オリフィス板１３０、インク流路形成板１４２、ダイヤフラム形成板１２２がこの順に貼りつけられて成る。
【００２０】
圧電素子ユニット１０３は棒状圧電素子１１０を櫛歯状に圧電素子支持基板１１３に固着して成る。該構造により、記録ヘッド１０には、ｎ個のノズルが構成される。すなわち、各ノズルは、図１１のオリフィス板１３０に所定ピッチで列状に配置したｎ個のノズル開口部１３１を開口としている。そして、ノズル開口１３１を開口端とするインク加圧室１４０、このインク加圧室１４０にインクを導くインク流入口１４５、このインク流入口１４５にインクを供給する共通インク室１５０で構成される。また、ダイヤフラム形成板１２２の貼りつけにより、インク加圧室１４０の少なくとも１壁面はダイヤフラム１２０で形成される。そして、ダイヤフラム１２０のインク加圧室１４０と反対面には、圧電素子ユニット１０３の棒状圧電素子１１０の一端が取りつけられている。即ち、棒状圧電素子１１０の先端部がダイヤフラム１２０に突き当てられ、接着剤層を介してダイヤフラムに取りつけられている。各ノズルの構造は同一構造である。
【００２１】
各ノズル素子の棒状圧電素子１１０は、圧電素子支持基板１１３に接着等で取りつけられ圧電素子ユニット１０３を構成する。そして、圧電素子支持基板１１３の圧電素子配列方向の両側には柱状の圧電素子支持基板固定部１１４があり、その底面がインク流路ユニット１０１に接着等で固定される。一方、インク流路ユニット１０１は、前記接着固定部の近傍でヘッドハウジング１０２に接着固定されているため、圧電素子支持基板固定部１１４の底面がヘッドハウジング１０２に対して固定されていることになる。
【００２２】
なお、棒状圧電素子１１０は、図１１に示すように積層構造であり、複数の層状圧電素子１１１が層状電極１１２を介して積層されている。そして該層状電極１１２は、１つおきに棒状圧電素子の側面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続される。該共通電極１１２１と個別電極１１２２は圧電素子支持基盤１１３の上面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続され、更にフレキシブルケーブル１６０のフレキシブルケーブル端子１６１に接続される。
【００２３】
以上の構造のインクジェット式記録ヘッド１０は、フレキシブルケーブル１６０を介して記録ヘッド駆動装置２０からの信号で駆動される。
【００２４】
記録ヘッド駆動装置２０は、記録データ信号作成回路３０２、圧電素子駆動データ信号作成回路３０３、圧電素子駆動スイッチング回路３０４、タイミング信号発生回路３０１、電素子駆動信号パルス発生回路３０５を備える。
【００２５】
図示しない上位装置（例えば、パーソナルコンピュータ）からの記録信号入力データに応じて、記録データ信号作成回路３０２で記録データ信号が作成され、該データ信号とタイミング信号発生回路３０１からのタイミング信号をもとに、圧電素子駆動データ信号作成回路３０３で圧電素子駆動データ信号が作成される。圧電素子駆動データ信号作成回路３０３は、圧電素子駆動スイッチング回路３０４のスイッチング素子３０４１を制御する。そして、該一個のスイッチング素子を介して圧電素子駆動信号パルス発生回路３０５に接続され、該スイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦが、圧電素子駆動データ信号で制御されるスイッチング素子駆動回路３０４２により作動する。これにより各ノズルの圧電素子は圧電素子駆動信号パルスで駆動される。
【００２６】
本発明の実施例においては前記圧電素子駆動信号パルスを制御することにより、インクジェット式記録ヘッド１０のノズル開口部１３１から通常のインク滴３０よりも微小なインク滴３０を得ることが目的となる。ここでいう通常のインク滴３０とは、図１２のような圧電素子駆動信号パルス波形において、そのパルス幅ＰＷが、ノズルのインク振動系ヘルムホルツ共振が起こるパルス幅に設定されていることを特徴とする波形により吐出されたインク滴のことをあらわす。
【００２７】
従来から、インクジェット式記録装置による印刷物の高画質化等の要求にともない、前記圧電素子駆動信号パルス波形の制御により、吐出されるインク滴３０を微小化する試みが行われている。（例えば特許文献２あるいは特許文献３を参照）
該特許文献２によれば、前記圧電素子駆動信号パルス波形は図１３の形状に示したように圧力発生室を収縮させて収縮状態としてノズル開口のメニスカスの中央領域をもりあげてノズル開口からインクを吐出させ始める収縮工程と、吐出され始めたインクの後端部の当該ノズル開口での速度が零になるまでに前記圧力発生室を膨張させて前記収縮工程によって中央領域がもりあげられたメニスカスの外縁部を引き込ませる膨張工程により吐出するインク滴３０を微小化するというものである。
【００２８】
しかしながら、上記に示した特許文献２、特許文献３等はいずれも定性的な傾向を知る上では問題はないが、定量的に各工程におけるタイミングと前記圧電素子駆動電圧の決定を行う場合、前記インクジェット式記録ヘッド１０を構成するインク流路ユニット１０１、圧電素子１１０、ノズル開口部１３１等の部材における製造上のばらつき、あるいはインクジェット式記録装置に用いられるインクの物性のばらつき、あるいは、さらなるインク滴３０の微小化への要求にともなって、前記インク滴３０の吐出形状が不安定化し、最悪の場合にはインク滴３０の吐出が不能となってしまい、製品の信頼性を大きく損なうことがある。この問題を解決すべく、設計者は前記信号パルスに対して微妙な調整を行わねばならず、さらにこの試行は該波形の設計者の経験、あるいは試行錯誤的な実験の繰り返しによるところが多く、合理的、あるいは効率的な駆動信号パルス波形における設計値の決定が困難であるという問題に本発明者は直面した。
【００２９】
そこで本発明者は安定した微小インク滴の吐出を実現する駆動信号パルス波形を合理的かつ効率的に設計すべく、本発明にもとづき以下に示す手順にて駆動信号パルス波形の最適化を実施した。
〔手順１〕（評価項目の決定）評価項目は、インクジェット式記録装置において要求される性能にしたがい、Ｄｍ＝Ｄ１（最小印刷線幅）、Ｄ２（最大印刷着地位置誤差）、Ｄ３（吐出不良ノズル数）、Ｄ４（単位面積当たりの余ドット数）、Ｄ５（最大余ドット寸法）を選択した。（ここで言う余ドットとは予期しない印刷位置に吐出したいインク滴３０よりも小さい形状で吐出した余分なインク滴３０のことをあらわす。）
〔手順２〕（デザインレンジの決定）次に手順１によって選択した評価項目に対するデザインレンジＲｄ＝Ｒｄ１、Ｒｄ２、Ｒｄ３、Ｒｄ４、Ｒｄ５（図示せず）をそれぞれ製品の仕様、およびユーザーの要求仕様より決定した。
〔手順３〕（制御因子、誤差因子の決定）制御因子Ｍｉ＝Ｍ１（インクジェット式記録ヘッド１０におけるオリフィス板１３０表面における撥液性能）、Ｍ２〜Ｍ４（圧電素子駆動電圧に関するパラメータ）、Ｍ５〜Ｍ８（圧電素子駆動信号パルス幅に関するパラメータ）、および誤差因子Ｎｊ＝Ｎ１（インク粘度）、Ｎ２（圧電素子駆動信号パルス周波数）、Ｎ３（圧電素子同時駆動数）とし、それぞれの水準値を決定した。（図示せず）
〔手順４〕（直交表）制御因子数ｉ＝８、誤差因子数ｊ＝３より、内側直交表をＬ１８直交表、外側直交表をＬ９直交表にとり、これらを直積させることによってＬ１８×Ｌ９直交表を作成した。（図２を参照）
〔手順５〕（評価）全１９２個のノズル開口部１３１からなるインクジェット式記録ヘッド１０を搭載したインクジェット式記録装置（図１４を参照）により記録媒体４０上にインク滴３０を吐出することにより、複数枚（ｑ×ｒ＝１８×９＝１６２枚）の印刷結果を得た。さらに、得られた印刷結果から手順１に示した評価項目にしたがい、ｑ×ｒ×ｍ＝１８×９×５＝８１０個の評価結果を導出した。（図２を参照）
なお、図１４に示す本実施例におけるインクジェット式記録装置は、筐体２０１の上部にＸ軸直動ステージ２０２およびＺ軸直動ステージ２０４を介してヘッドベース２０５が配置され、その上に１個、あるいは複数個のインクジェット式記録ヘッド１０が搭載されて成る。インクジェット式記録ヘッド１０には、インクタンク２０６からインク供給管２０７を介してインクがインクジェット式記録ヘッド１０に供給される。また、インクジェット式記録ヘッド１０のノズル面と対向してＹ軸直動ステージ２０３が設けられ、その上に記録媒体４０を設置する構成となっている。該インクジェット式記録装置には、インクジェット式記録ヘッド１０を搭載したヘッドベース２０５が図中におけるＸ方向に移動し、記録媒体４０が図中のＹ方向に移動できる機構が備わっており、記録媒体４０に任意の印刷パターンを描画することができる構成となっているものである。
〔手順６〕（システムレンジの導出）手順５によって得た直交表による評価結果にもとづき、システムレンジＲｓ＝Ｒｓｒｍｉｋ＝Ｒｓｒｍ１１、Ｒｓｒｍ１２、Ｒｓｒｍ２１、Ｒｓｒｍ２２、Ｒｓｒｍ２３、Ｒｓｒｍ３１、Ｒｓｒｍ３２、Ｒｓｒｍ３３、Ｒｓｒｍ４１、Ｒｓｒｍ４２、Ｒｓｒｍ４３、Ｒｓｒｍ５１、Ｒｓｒｍ５２、Ｒｓｒｍ５３、Ｒｓｒｍ６１、Ｒｓｒｍ６２、Ｒｓｒｍ６３、Ｒｓｒｍ７１、Ｒｓｒｍ７２、Ｒｓｒｍ７３、Ｒｓｒｍ８１、Ｒｓｒｍ８２、Ｒｓｒｍ８３（ｒ＝１〜９、ｍ＝１〜５）をそれぞれ導出した。（図３を参照）（なお本実施例では、システムレンジＲｓ＝Ｒｓｒｍｉｋ＝Ａｖｅ［Ｄｒｍｉｋ］±ασ［Ｄｒｍｉｋ］における定数α＝２としたが、これは本発明を限定するものではない。）
〔手順７〕（コモンレンジの導出）手順２で決定したデザインレンジと手順６で導出したシステムレンジにもとづき、コモンレンジＲｃ＝Ｒｃｒｍ１１、Ｒｃｒｍ１２、Ｒｃｒｍ２１、Ｒｃｒｍ２２、Ｒｃｒｍ２３、Ｒｃｒｍ３１、Ｒｃｒｍ３２、Ｒｃｒｍ３３、Ｒｃｒｍ４１、Ｒｃｒｍ４２、Ｒｃｒｍ４３、Ｒｃｒｍ５１、Ｒｃｒｍ５２、Ｒｃｒｍ５３、Ｒｃｒｍ６１、Ｒｃｒｍ６２、Ｒｃｒｍ６３、Ｒｃｒｍ７１、Ｒｃｒｍ７２、Ｒｃｒｍ７３、Ｒｃｒｍ８１、Ｒｃｒｍ８２、Ｒｃｒｍ８３（ｒ＝１〜９、ｍ＝１〜５）をそれぞれ導出した。（図４を参照）
〔手順８〕（情報量の導出）手順６で導出したシステムレンジと手順７で導出したコモンレンジにもとづき、情報量Ｉ＝ｌｎ（Ｒｓ／Ｒｃ）＝Ｉｒｍ１１、Ｉｒｍ１２、Ｉｒｍ２１、Ｉｒｍ２２、Ｉｒｍ２３、Ｉｒｍ３１、Ｉｒｍ３２、Ｉｒｍ３３、Ｉｒｍ４１、Ｉｒｍ４２、Ｉｒｍ４３、Ｉｒｍ５１、Ｉｒｍ５２、Ｉｒｍ５３、Ｉｒｍ６１、Ｉｒｍ６２、Ｉｒｍ６３、Ｉｒｍ７１、Ｉｒｍ７２、Ｉｒｍ７３、Ｉｒｍ８１、Ｉｒｍ８２、Ｉｒｍ８３（ｒ＝１〜９、ｍ＝１〜５）を導出した。（図５を参照）
〔手順９〕（総情報量曲線の導出）手順８で導出した情報量にもとづき、制御因子Ｍ１〜Ｍ８に対する総情報量曲線ΣＩ＝（ΣＩｍ）ｒ１、（ΣＩｍ）ｒ２、（ΣＩｍ）ｒ３、（ΣＩｍ）ｒ４、（ΣＩｍ）ｒ５、（ΣＩｍ）ｒ６、（ΣＩｍ）ｒ７、（ΣＩｍ）ｒ８（ｒ＝１〜９）をそれぞれ導出し（図６を参照）、グラフ上に描画した。（図８を参照）
〔手順１０〕（総情報量ばらつき曲線、全総情報量曲線の導出）手順９によってｒに関して９本導出された制御因子Ｍｉにおける総情報量曲線（ΣＩｍ）ｒｉ  を水準番号１から水準番号３までの区間について有限個ｐの区間に分割し、それぞれの区間における総情報量のばらつきを算出し、  各制御因子Ｍ１〜Ｍ８に対する総情報量ばらつき曲線βσｒ（ΣＩｍ）ｉ＝βσｒ（ΣＩｍ）１、βσｒ（ΣＩｍ）２、βσｒ（ΣＩｍ）３、βσｒ（ΣＩｍ）４、βσｒ（ΣＩｍ）５、βσｒ（ΣＩｍ）６、βσｒ（ΣＩｍ）７、βσｒ（ΣＩｍ）８を導出した。（図９を参照）（なお、本実施例においてはｐ＝２００、β＝３としたが、これは本発明を限定するものではない。）さらに、βσｒ（ΣＩｍ）１〜βσｒ（ΣＩｍ）９までの各区間における情報量の総和によって定義した全総情報量曲線Σｒ（ΣＩｍ）を導出した。（図９を参照）
〔手順１１〕（総情報量ばらつきが最小値をとる制御因子、全総情報量が最小値をとる制御因子の導出）総情報量ばらつき曲線βσｒ（ΣＩｍ）ｉが最小値をとる場合の制御因子Ｍ１〜Ｍ８を導出した。（図７、あるいは図９を参照）
以上の手順によって最適化した圧電素子駆動信号パルスは本発明適用前の圧電素子駆動信号パルスに比べて良好な印刷結果をもたらした。（図１５を参照）なお、図１５は白色部が吐出されたインク滴３０を示しており、黒色部が記録媒体４０の表面をあらわしている。また、図１５（ａ）が本発明による最適値適用前における印刷結果、図１５（ｂ）が本発明による最適値適用後の印刷結果を示しており、図１５（ａ）に見られた前述の余ドットの発生を改善できたことを示しているものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、上述した実施例におけるインクジェット式記録装置におけるインクジェット式記録ヘッドの圧電素子駆動信号パルスに限定するものではなく、あらゆる産業製品へ適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明における設計値最適化手法手順を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の実施例における直交表を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例におけるシステムレンジの計算結果を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例におけるコモンレンジの計算結果を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例における情報量の計算結果を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例における総情報量の計算結果を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例における総情報量曲線の係数の計算結果、総情報量のばらつきの最小値、および最適設計値を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例における総情報量曲線を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例における総情報量ばらつき曲線と全総情報量曲線を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドとこれを用いた記録装置の構成を説明するための構成図である。
【図１１】本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドの構造を説明するための構成図である。
【図１２】本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドの圧電素子駆動信号パルス波形の一例を説明するためのグラフである。
【図１３】本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドの圧電素子駆動信号パルス波形の一例を説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の実施例におけ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を説明するための構成図である。
【図１５】本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドにより記録媒体上に吐出されたインクによる印刷結果の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０      インクジェット式記録ヘッド
２０      インクジェット式記録ヘッド駆動装置
３０      インク滴
４０      記録媒体
１０１    インク流路ユニット
１０２    ヘッドハウジング
１０３    圧電素子ユニット
１１０    圧電素子
１１１    層状圧電素子
１１２    層状電極
１１２１  共通電極
１１２２  個別電極
１１３    圧電素子支持基板
１１４    圧電素子支持基板固定部
１２０    ダイヤフラム
１２２    ダイヤフラム形成板
１３０    オリフィス板
１３１    ノズル開口部
１４０    インク加圧室
１４２    インク流路形成板
１４５    インク流入孔
１５０    共通インク室
１６０    フレキシブルケーブル
１６１    フレキシブルケーブル端子
２０１    筐体
２０２    Ｘ軸直動ステージ
２０３    Ｙ軸直動ステージ
２０４    Ｚ軸直動ステージ
２０５    ヘッドベース
２０６    インクタンク
２０７    インク供給管
３０１    タイミング信号発生回路
３０２    記録データ信号作成回路
３０３    圧電素子駆動データ信号作成回路
３０４    圧電素子駆動スイッチング回路
３０４１  スイッチング素子
３０４２  スイッチング素子駆動回路
３０５    圧電素子駆動信号パルス発生回路
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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