(57)【要約】【課題】静電アクチュエータ式のインクジェットヘッドの駆動装置において、電極に残留する電荷の影響を少なくして良好な画像を得ることが可能な駆動装置を提供する。【解決手段】ノズルと、ノズルに連通した加圧室と、加圧室内の圧力を変えるための振動板と、振動板に設けられた第１電極と、第１電極と対向する位置に空間を隔てて設けられた第２電極と、を有し、第１および第２電極間に電圧を印加することにより振動板を変形させることで、加圧室内のインクをノズルから液滴として吐出させるインクジェットヘッドを駆動するための駆動装置であって、第１および第２電極間に、インクを吐出させるための駆動電圧を印加する直前に、インクが吐出しない程度の予備電圧を印加することにより、ヘッドの駆動履歴によらず、駆動電圧時において、常に一定量の電荷が残留しているようにしたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。【選択図】図４
2006056271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、該ノズルに連通した加圧室と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振動板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位置に空間を隔てて設けられた第２電極と、を有し、前記第１および第２電極間に電圧を印加することにより前記振動板を変形させることで、前記加圧室内のインクを前記ノズルから液滴として吐出させるインクジェットヘッドを駆動するための駆動装置であって、
前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記インクを吐出させるための駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、
前記駆動電圧とは別に、前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記インクが吐出しない程度の予備電圧を印加する予備電圧印加手段と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。
【請求項２】
ノズルと、該ノズルに連通した加圧室と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振動板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位置に空間を隔てて設けられた第２電極と、前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記加圧室内に蓄えられたインクを吐出させるために前記振動板を変形させる駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、
前記駆動電圧とは別に、前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記インクが吐出しない程度の予備電圧を印加する予備電圧印加手段と、を有することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータを利用したインクジェットヘッドの駆動装置およびこのインクジェットヘッドとその駆動装置とを設けたインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット式の記録装置に用いられるインクジェットヘッドの形態の一つに、静電アクチュエータを利用したものがある。
【０００３】
このような静電アクチュエータを利用したインクジェットヘッドは、インクが吐出されるノズルと連通した加圧室内にインクを導き、この加圧室内に設けられている振動板を一つの電極（第１電極と称する）として、この第１電極と対向する位置にごく僅かな空間を設けて第２電極を配設し、第１電極と第２電極との間に電圧を印加することにより、第１および第２電極間に生じる静電気力によって振動板を変形させて加圧室内の圧力を変化させ、加圧室内に充填されたインクをノズルから液滴として吐出、飛翔させ、記録媒体上にこのインク液滴を着弾させて画像形成に用いているものである。
【０００４】
このような静電アクチュエータを利用したインクジェットヘッドの駆動装置は、基本的には、第１および第２電極間に電圧を印加するものであり、この電圧の印加により、振動板が加圧室を広げる方向に変形し、そして、駆動装置が印加していた電圧を急激に遮断することで、振動板が元に戻ることにより加圧室内の圧力が高くなって、インク液滴がノズルから突出する。
【０００５】
このような駆動装置による駆動において、以前から、電圧印加後、第１および第２電極間に電荷が残留し、これにより画像むらが発生するといった問題があった。これは、インクジェットヘッドからインク液滴を吐出させる際に連続的にインクジェットヘッドを動作させて印字する場合と、連続的に印字せずに非動作時間が長くなる場合とで、電極に残留した電荷量が異なるため、駆動電圧を印加による振動板の変形量に違いがでてしまい、インクの吐出量や吐出速度が変わって、画像にむらができてしまうものである。
【０００６】
このような現象を防止するための最も単純な方法としては、インクジェットヘッドの振動板に設けた第１電極を直接アースすることにより電圧の印加を遮断した後に残留する電荷を逃がす方法がある。
【０００７】
また、特開平８−７２２３７号公報には、非動作中のインクジェットヘッドの第１および第２電極間を短絡させて、非動作中のインクジェットヘッド周辺の電極への電圧の印加やその他の電気的ノイズによる影響を防止するための技術が開示されている。
【特許文献１】特開平８−７２２３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、インクジェット式の記録装置におけるインクジェットヘッドの動作周期、すなわち、ある印字動作から次の印字動作までの期間を考えた場合、電極をアースしたり、また、非動作中に第１、第２電極間を短絡させただけでは、インクジェットヘッドの動作周期内で完全に残留電荷を消去仕切れないことが分かってきた。
【０００９】
これは、インクジェットヘッドの構造、特に振動板を動作させるための電極部分の構造に由来するものである。静電アクチュエータを利用したインクジェットヘッドの振動板は、半導体装置製造プロセスを利用したマイククロマシーン技術により製作するため、振動板と振動板に設けられた第１電極はシリコン基板から形成されており、さらに、第１電極の表面には、第２電極と直接接触した場合でも第１、第２電極間が短絡しないように絶縁膜が形成されている。このため、振動板部分には半導体内に生じる空乏層や絶縁膜などによる静電容量が存在し、この部分に、動作中に印加した電圧によって残留電荷が蓄積される。そして、この残留電荷を消去するためには、振動板部分の静電容量を放電させる必要があり、この放電にかかる時間は、静電容量の時定数によって決まるため、例えば絶縁膜として酸化膜を形成した場合には、その比誘電率が比較的高く、概算で、１．０１４ｓｅｃもの時間が必要となる（この時間Ｔは、Ｔ＝εＲＣ、（ただし、ε＝４、Ｒ＝１×１０１０、Ｃ＝１×１０−１２により算出））。
【００１０】
現在多くのインクジェット式のプリンタ（静電アクチュエータを利用したもの限らず）においては、１つのインクジェットヘッドにおいて連続的に印字させる場合、その動作間隔は、長いものでも２５０〜５００μｓｅｃ程度であり、上記のような残留電荷の消去にかかる時間よりはるかに短く、連続的に印字を行う場合には、残留電荷を完全に消去することができない。
【００１１】
したがって、ある印字から次の印字までの間隔が短い場合とそれが長い場合とで、電極に蓄積されている残留電荷の度合いが異なるため、駆動電圧を印加したときの振動板の変形量が違って来て、そのためにインク吐出量が変わり、印字した画素ごとに濃度やドットの大きさが変わってしまい、再現した画像にむらができるなどの問題は、完全に解決するまでに至っていないのである。
【００１２】
このような現象は、前記公報の技術のように、非動作中において第１、第２電極間を短絡させたとしても同様であり、連続印字する場合の非動作時間では残留電荷が完全に抜け切れないため、非動作時間の長さによって、電極に残留している電荷の度合いが異なるため、残留電荷に起因した画質劣化の問題は解決できない。
【００１３】
そこで、本発明の第１の目的は、第１電極および／または第２電極での残留電荷による画質劣化を防止することができるインクジェットヘッドの駆動装置を提供することである。また、本発明の第２の目的は、上記のようなインクジェットヘッドの駆動装置を設けたインクジェット式の記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１５】
（１）ノズルと、該ノズルに連通した加圧室と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振動板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位置に空間を隔てて設けられた第２電極と、を有し、前記第１および第２電極間に電圧を印加することにより前記振動板を変形させることで、前記加圧室内のインクを前記ノズルから液滴として吐出させるインクジェットヘッドを駆動するための駆動装置であって、前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記インクを吐出させるための駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、前記駆動電圧とは別に、前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記インクが吐出しない程度の予備電圧を印加する予備電圧印加手段と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。
【００１６】
（２）ノズルと、該ノズルに連通した加圧室と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振動板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位置に空間を隔てて設けられた第２電極と、前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記加圧室内に蓄えられたインクを吐出させるために前記振動板を変形させる駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、前記駆動電圧とは別に、前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記インクが吐出しない程度の予備電圧を印加する予備電圧印加手段と、を有することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の本発明によれば、ノズルからインクを吐出させるために印加する駆動電圧の他に、インクが吐出しない程度の予備電圧を印加することとしたので、予備電圧の印加により第１および／または第２電極に強制的に電荷を蓄積させて、残留電荷量を一定にすることができるようになり、インクジェットヘッドの動作状態や履歴にかかわらず、インクの吐出量や吐出速度を一定に保つことができる。
【００１８】
請求項２記載の本発明によれば、ノズルからインクを吐出させるために印加する駆動電圧の他に、インクが吐出しない程度の予備電圧を印加することとしたので、予備電圧の印加により第１および／または第２電極に強制的に電荷を蓄積させて、残留電荷量を一定にすることができるようになり、インクジェットヘッドの動作状態や履歴にかかわらず、インクの吐出量や吐出速度を一定に保つことができるようになり、良好な画像の記録、再現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００２０】
実施形態１
図１は、本実施形態１において使用したインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。
【００２１】
このインクジェットヘッド３１は、図示側面側に設けられているノズル５４、ノズル５４からインクを吐出させるためにその内圧を可変する振動板５５を備えた加圧室５１、加圧室５１へインクを供給するためにインクを蓄えておくインク供給室５２、インク供給室５２内のインクを加圧室５１へ導くインレット５３、および振動板５５に設けられた第１電極５６と対向する位置に空間７１により隔てられた第２電極である駆動電極７２からなる。
【００２２】
第１電極５６と駆動電極７２との間の空間７１は、本実施形態１では０．３μｍとしている。また、振動板５５に設けられている第１電極５６は、後述するようにホウ素を拡散することによって形成した不純物導電層である。駆動電極７２は配線８０によって、後述する駆動回路からの電圧が印加されるようになっている。
【００２３】
そして、この第１電極５６および駆動電極７２との間に電圧を印加することにより、振動板５５を変形して、加圧室５１内の圧力を変えることでインク液滴をノズル５４から吐出させている。
【００２４】
図２は、インク液滴を吐出させる際の振動板５５の動きを示す図面である。インク液滴の吐出は、まず、後述する駆動回路の制御により、駆動電圧を印加する直前、所定時間以内に、インクが突出することのない程度の電圧（これを予備電圧と称する）を第１電極５６と駆動電極７２の間に印加する。その後、第１電極５６と駆動電極７２との間にインクを吐出させるために、駆動電圧を印加して、図２Ａに示すように、駆動電圧を印加したことによって生じる静電気力によって振動板５５を駆動電極７２側に引き付ける。これにより、図示点線で示すように振動板５５が駆動電極７２側に撓み変形する。このときインク供給室５２内のインクがインレット５３を通り加圧室５１内に流入する。なお、本実施形態１では、振動板５５に形成した第１電極５６をアースされるようにしているので、駆動電圧は、駆動電極７２に＋の電位を印加している。この駆動電圧により振動板５５に作用する力Ｆ１は、Ｆ１＝１／２・｛εｒεｏＳ（Ｖ／ｄ）２｝（ただし式中、εｒは第１電極および第２電極（駆動電極）間の比誘電率、εｏは真空の比誘電率、Ｓは電極の面積、Ｖは電圧、ｄは第１電極および第２電極（駆動電極）間の長さである）により算出される。
【００２５】
そして、前記駆動電圧を急激に遮断することで、図２Ｂに示すように、振動板５５自体の回復力によって、振動板５５が元に位置に戻ることにより、急激に加圧室５１内部が加圧されて、インク液滴がノズル５４から吐出する。
【００２６】
このように、インク液滴吐出のための駆動電圧の印加に先立ち、一定の電圧を予備電圧として印加することで、第１電極５６には、駆動電圧の印加前に、常に一定の電荷量が電極に蓄積されて、かつ、その電荷量は、ある印字から次の印字までの非動作時間が異なる場合でも同じとなる。このため、インクジェットヘッドの動作履歴によらず、吐出させるインク液滴の量や吐出速度を同じにすることができる。したがって、印字されるドットの濃度や大きさがインクジェットヘッドの動作状態によって変わることなく良好な画像を再現することができるようになる。
【００２７】
次に、このような振動板５５の変形動作を制御する駆動回路について説明する。
【００２８】
図３は、駆動回路の構成を示す回路ブロック図である。
【００２９】
この駆動回路２００は、インクジェットヘッドの振動板５５を動作させるために駆動電極７２に印加する電圧パルスを作り出す駆動電圧印加手段、およびこの駆動電圧の印加の直前に駆動電極７２に予備電圧であるプレパルスを印加する予備電圧印加手段として機能する。
【００３０】
この駆動回路２００の構成は、図３に示すように、駆動回路全体の制御、および前記した予備電圧と駆動電圧の印加タイミングを制御している制御回路２０１と、予備電圧であるプレパルスを発生するプレパルス発生回路２０２と、オペアンプやトランジスタ、抵抗などにより、既存の増幅回路として構成された印加電圧増幅回路２０３よりなる。ここで、コンデンサとして図示したものが、第１電極５６および駆動電極７２である。
【００３１】
この駆動回路２００の動作を図４に示す各部の出力波形を参照して説明する。まず、制御回路２０１では、ＩＮ端子に、インクドットを記録媒体に印字するための信号であるプリント制御信号が入力されると、このプリント制御信号のパルスを検出して、プレパルス発生回路２０２に対してプレパルスを発生するように指示する。これにより図４Ａに示すように、予め決められた定電圧のプレパスルが発生され、そのまま駆動電極７２に印加される。
【００３２】
また、プリント制御信号のパルスを検出した制御回路２０１では、内蔵されているタイマーを動作させて、一定時間経過後、駆動信号パルスを発生し、この駆動振動パルスが増幅回路２０３により増幅されて、図４Ｂに示すような波形の駆動電圧パルスが駆動電極７２に印加される。このとき印加される駆動電圧パルスは図４Ｂに示したように、徐々に立ち上がり、急激に立ち下がるようなパルスとしている。これにより、立ち上がりのときには、徐々に駆動電極７２に電圧が印加されて、加圧室５１内へのインクの流入がスムーズになる。一方、立ち下がりにおいては、急激に電圧が遮断されることで、振動板が急激に元に戻り、加圧室５１内の圧力が急に高くなるようにしてインク液滴の突出速度を向上させる。
【００３３】
このような駆動電圧パルスは、基本波形としてこのようなパルス波形と相似した駆動信号パルスを制御回路２０１内で作り出し、これを増幅回路２０３によって増幅することで、駆動電極７２に印加している。
【００３４】
これにより、１つのドットを印字する際に駆動電極７２に印加される電圧は、図４Ｃに示すように、始めにプレパルスが印加され、その後所定時間後に駆動電圧パルスが印加されることになる。
【００３５】
なお、上記プレパルスの印加は、インクジェットヘッドの構造にもよるが、例えば１つのインクジェットヘッドにおいて複数のノズルが形成されて、複数のドットを一度に印字できるように構成されたインクジェットヘッドの場合には、インクジェットヘッド３１の電極構造として、振動板５５側に設けた第１電極５６は、全てのノズル５４に対して共通とし、駆動電極７２のみ各ノズル５４に対応して独立となっている。そこで、予備電圧であるプレパルスの印加は、実際に印字するノズルに関わりなく、各ノズルに対応した全ての駆動電極７２に印加するようにしている。したがって、特定のノズルについては、印字を実行しないとき（駆動電圧を印加しない）でも、予備電圧が印加されることになる。
【００３６】
このように印字の有無に関わらず、全ての駆動電極に予備電圧を印加することで、駆動電圧の印加量（印加する電圧値）の決定に際しては、予備電圧印加後、その予備電圧による残留電荷量を元に決定することで、インクジェットヘッドの非動作時間の長さに関わりなく、常に一定のドットを印字することができる。本実施形態１では、予備電圧として＋５Ｖ、駆動電圧としては振動板５５が駆動電極７２に接触するのに必要な電圧が２０Ｖであるので、余裕を見て＋２２Ｖ印加するようにしている。
【００３７】
また、予備電圧印加後、駆動電圧を印加するまでの所定時間は、本実施形態１では、常に一定の時間となるようにしている。この所定時間は、インクジェットヘッドの構造、特に、空間７１や電極の大きさによっても異なるが、予備電圧印加後、この予備電圧によって残留する電荷が完全に消えない程度の時間とし、例えば１０〜２５０μｓｅｃ程度が好ましい。これは、１０μｓｅｃ未満の場合には、蓄積された電荷量が高くなり過ぎ、駆動電圧印加時の振動板の変位量が過多になりドット径が大きくなり過ぎるために好ましくない。一方、２５０μｓｅｃを越える場合には、蓄積された電荷量が低くなり過ぎ、また、あまり長い時間とした場合にはプリンタとしてこの駆動装置を用いた場合には、変位量が過少になり、ドット径が小さくなり過ぎるため好ましくない。すなわち、所定時間を１０〜２５０μｓｅｃに保つことで振動板の変位量のばらつき（ドット径のばらつき）に繋がらないような電荷の蓄積量を制御することができる。またこれは、駆動履歴をなくす効果がある。なお、本実施形態１では、この所定時間を図４Ｃに示されているように５０μｓｅｃとしている。
【００３８】
次に、前述したインクジェットヘッドの製造方法について簡単に説明する。
【００３９】
上記本実施形態１において用いたインクジェットヘッド３１は、いわゆる半導体装置製造プロセスやマイクロマシーン製造プロセスなどを利用して製造されるものであり、その方法は様々であるが、ここでは、その一例について説明する。なお、ここで説明した製造方法以外の方法により製造されたインクジェットヘッドであっても本発明による駆動装置によって駆動できることは言うまでもない。
【００４０】
図１に示したインクジェットヘッド３１は、３つの構成要素からなり、図１を参照すれば、加圧室５１、インク供給室５２、インレット５３、ノズル５４、および振動板５５からなるチャネルプレート５０と、このチャネルプレート５０の図示上側を覆う天板６０と、チャネルプレート５０に設けられている振動板５５の対向する位置に空間７１を設けて駆動電極７２を配置するためのガラス基板７０とからなる。
【００４１】
まず、チャネルプレート５０の形成について説明する。チャネルプレート５０の形成には、予め１００μｍ程度にラッピングしたシリコン基板を使用して、図５Ａに示すように、シリコン基板１００の全面に、熱酸化法により酸化膜１０１を形成する。そして、シリコン基板１００の図示上側表面の酸化膜１０１に、公知のフォトリソグラフィーおよびドライエッチングによって、加圧室５１、インク供給室５２、インレット５３およびノズル５４の形状を規定するための開口を設け、図５Ｂに示すように、エッチングマスク１０１ａとする。
【００４２】
次に、パターニングされた酸化膜１０１により形成されたエッチングマスク１０１ａを有するシリコン基板１００をＫＯＨ溶液により異方性エッチングする。ここで使用したシリコン基板１００は、基板表面が（１１０）面または（１００）面を有するものである。このＫＯＨ溶液による異方性エッチングは、シリコン基板の（１１１）面が露出することにより自動的にエッチングが停止するため、前記エッチングマスク１０１ａの形成時において、ノズル５４やインレット５３となる部分の開口の大きさを調整することにより、これらの部分におけるエッチング深さを所望の深さとすることができる。また、加圧室５１およびインク供給室５２の深さは、これらの部分の開口の大きさと共に、エッチング時間を調整することで、振動板５５となる部分の厚さが６．５μｍ程度となるようにする。このＫＯＨ溶液によるエッチングによって、加圧室５１、インク供給室５２の側壁部分は（１１１）面が露出することにより、適度なテーパが形成される。その後、エッチングマスクとして使用した酸化膜は除去する。
【００４３】
このようにして、図５Ｃ、および図６に示すように、加圧室５１、インク供給室５２、インレット５３、ノズル５４、さらに振動板５５がシリコン基板１００に形成される。ここで形成したチャネルプレート５０には図６に示されているように、複数の加圧室と複数のノズルが形成されていて、１つのヘッドから複数のインク液滴を吐出させることができるようになっている。なお、図６は加圧室５１、インク供給室５２、インレット５３、ノズル５４などが形成されたシリコン基板表面の平面図であり、図５は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面を工程順に示した図面である。
【００４４】
そして、このシリコン基板１００の裏面側に、振動板５５とこの振動板５５部分に形成される第１電極５６と電気的なコンタクトをとるための部分（不図示）が開口したレジストパターンをフォトリソグラフィーにより形成し、振動板５５とコンタクト部分にホウ素をイオン注入して、図５Ｃに示したように、第１電極５６およびコンタクトラインとなる不純物拡散層を形成する。その後、熱酸化工程により、シリコン基板１００の全面に酸化膜を形成することで、振動板５５の表面（シリコン基板の裏面側）に絶縁膜５７を形成する。この絶縁膜５７は、駆動電極７２との短絡を防止するためである。
【００４５】
次に、駆動電極７２を設けたガラス基板７０の形成について説明する。このガラス基板７０には、ホウケイ酸ガラス基板を使用して、図１に示した状態に接合されたときに、チャネルプレート５０の振動板５５が位置する部分に所定の深さの凹部をエッチングにより形成し、この凹部内とこの凹部から連なるコンタクトラインを形成するためにＩＴＯ膜を成膜して、リフトオフにより、凹部内に駆動電極７２、ガラス基板表面にこの駆動電極７２と接続されるコンタクトラインを形成する。このとき、複数の加圧室とノズルを有するヘッドの場合には、各加圧室ごとに駆動電極とそれぞれのコンタクトラインを形成する。
【００４６】
その後、電極が形成された面全面にＳｉＦＨ膜を約１μｍ成膜する。このＳｉＦＨ膜は、パターン化せず、基板全面に設けて保護膜とするもので、これにより、周囲の湿度の影響による駆動電極の劣化を防止する。
【００４７】
前記凹部を形成する際の深さは、駆動電極７２を形成したときに、空間７１における第１電極５６（絶縁膜表面）から対向する駆動電極７２（ＳｉＦＨ膜表面）までの間隔が０．１〜１μｍ、好ましくはより低い駆動電圧で駆動することができるように、０．１〜０．５μｍとなるようにする。本実施形態１では、上述した通り、空間７１は０．３μｍとなるように、凹部を形成している。
【００４８】
なお、この空間７１は、ガラス基板７０に凹部を形成する代わりに、前記したシリコン基板１００の振動板５５部分をシリコン基板１００の裏面（図示下側）からエッチングにより空間７１が形成される分だけ掘り込んでも良い。この場合、ガラス基板７０には凹部を形成することなく、駆動電極７２およびそのコンタクトラインをＩＴＯにより形成する。
【００４９】
次に、天板６０は、同じくホウケイ酸ガラス基板を使用して、加圧室５２上部にインクカセットからのインクを導入させるためのインク供給口（不図示）を形成したものである。
【００５０】
以上のようにそれぞれ形成したチャネルプレート５０、ガラス基板７０および天板６０を図１に示したようなサンドイッチ構造となるように、陽極接合し、振動板５５に形成した不純物拡散層によるコンタクトラインと、ガラス基板７０に形成したコンタクトラインにそれぞれ配線を接続して、インクジェットヘッドが完成する。
【００５１】
次に、本実施形態１において使用したインクについて説明する。本実施形態で使用したインクの組成は、下記表１に示すようなもので、黒（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、およびシアン（Ｃ）の４色のインクを使用しており、表に示す通り、染料により各色調整したものであるが、染料に代わり顔料を用いたものであっても良い。
【００５２】
【表１】
2006056271.tif 000003
【００５３】
実施形態２
本実施形態２は、前述した実施形態１において予備電圧印加後、駆動電圧を印加するまでの所定時間をインクジェットヘッド周囲の相対湿度に基づいて決定するようにしたものである。なお、インクジェットヘッドの構成、および駆動回路のうち湿度に基づく制御以外の部分の構成などについては、実施形態１と同様であるので、ここでは、これらの構成についての説明は省略する。
【００５４】
このように、インクジェットヘッド周囲の湿度により所定時間を決定するのは、電極に蓄積された電荷の消失速度がインクジェットヘッド周囲の湿度によって変わるためである。
【００５５】
このために、本実施形態２では、湿度センサをインクジェットヘッド近傍に設け、この湿度センサからの信号を元に、予備電圧印加後、駆動電圧を印加するまでの所定時間を決定することとし、ここでは、相対湿度７０％を境界として、相対湿度７０％以上のときには、所定時間を１０〜１００μｓｅｃとし、一方、相対湿度が７０％未満のときには、所定時間を１００〜２５０μｓｅｃ、あるいは相対湿度が非常に低くなるような場合には１００〜５００μｓｅｃとしている。
【００５６】
これは、相対湿度が７０％以上のときには、湿度が高いために電極に蓄積された電荷が逃げやすいので、所定時間を短くすることで、駆動電圧印加時において常に一定の電荷が蓄積された状態を保つようにしたものである。ここで、１０μｓｅｃより短い場合には、蓄積された電荷量が高くなり過ぎ、駆動電圧印加時の振動板の変位量が過多になりドット径が大きくなり過ぎるために好ましくない。またこれは、湿度の影響によらず、蓄積された電荷の放出は１０μｓｅｃ未満では、飽和して変化しないためである。
【００５７】
一方、１００μｓｅｃを越えて所定時間を長くした場合には、湿度が高いために予備電圧の印加により蓄積された電荷が逃げ切ってしまい、予備電圧を印加することにより常に一定の電荷が蓄積された状態を保つことができなくなる。
【００５８】
また、相対湿度が７０％未満のときには、相対湿度が比較的低く、空気が乾燥しているために、電極に蓄積された電荷が逃げ難いため、所定時間を長くとり、予備電圧の印加によって蓄積された電荷をある程度を逃がして常に一定の電荷が蓄積された状態で駆動電圧を印加することができるようにしたものである。ここで、１００μｓｅｃより短い場合には、相対湿度が低いために蓄積された電荷がほとんど残っており電極の電荷量が高すぎて好ましくない。一方、５００μｓｅｃを越えて長くした場合には、蓄積された電荷量が低く、また、あまり長い時間とした場合にはプリンタとしてこの駆動装置を用いた場合には、変位量が過少になり、ドット径が小さくなり過ぎるため好ましくない。すなわち、所定時間を湿度に応じて変更することで、振動板の変位量のばらつき（ドット径のばらつき）に繋がらないような電荷の蓄積量を制御することができるのである。またこれは、駆動履歴をなくす効果がある。
【００５９】
具体的には、図７に示す回路により、インクジェットヘッドの近傍に配設した湿度センサ２１１によりインクジェットヘッド周囲の相対湿度を検出して、検出した湿度に応じた電圧を出力するようにし、この出力電圧値から実施形態１において示した図２の制御回路２０１内において、この出力電圧値が一定の値、ここでは、相対湿度７０％に対応した電圧値を越えたか否かにより、相対湿度７０％に対応した電圧値を越えているときには、所定時間を１０〜１００μｓｅｃとし、一方、相対湿度が７０％に対応した電圧値未満のときには、所定時間を１００〜５００μｓｅｃとしている。
【００６０】
なお、湿度センサとしては、このようなアナログ回路の他、デジタル湿度センサを使用しても良い。
【００６１】
このように、湿度センサを設けて、インクジェットヘッド周囲の相対湿度により所定時間を決定することで、インクジェットヘッド周囲の温度や湿度の変化によるインク液滴の吐出量や吐出速度が変化することなく、これらを常に一定に保つことができ、周囲の環境変化による画像むらの発生を抑えることが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態２では、上述のように相対湿度７０％を基準として所定時間を変えているが、これに限らずより厳密に、例えば１０％ごと、あるいは２０％、３０％ごとなど複数の基準を設けて、所定時間を変更するようにしても良い。
【００６３】
実施形態３本実施形態３は、インクジェットヘッドの構造が前述した実施形態１において示した図１の構造と異なるのみであり、駆動装置の構成は実施形態１または実施形態２と同様である。
【００６４】
図８は、本実施形態３において使用したインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。
【００６５】
このインクジェットヘッド３２は、インク液滴を吐出させるノズルの位置を図示上側に設けた以外は、その他の基本的な構成は実施形態１において使用したインクジェットヘッド３１と同様である。すなわち、このインクジェットヘッド３２は、図示上側に設けられているノズル５８、ノズル５８からインクを吐出させるためにその内圧を可変する振動板５５を備えた加圧室５１、加圧室５１へインクを供給するためにインクを蓄えておくインク供給室５２、インク供給室５２内のインクを加圧室へ導くインレット５３、および振動板５５に対向する位置に空間７１により隔てられた駆動電極７２からなる。そして、実施形態１同様に、振動板５５には、ホウ素を拡散することによって形成した第１電極５６が形成されていて、この第１電極５６および第２電極である駆動電極７２との間に電圧を印加することにより、振動板５５を変形して、加圧室５１内の圧力を変えることでインク液滴をノズル５８から吐出させている。このインクジェットヘッド３２は実際の使用時においては、ノズル５８が下向きとなって使用される。
【００６６】
なお、このようなインクジェットヘッド３２の製造は、天板６０にノズル５８を公知のＮｉ電鋳法で形成し、また、ガラス基板７０側からインク供給口９０を形成した以外は、前述したインクジェットヘッド３１の製造と同様である。
【００６７】
このように、ノズル５８の位置を図示上側、すなわち、振動板５５と対向する位置に設けたことにより、振動板５５の変形による加圧室５１内のインク水頭圧（圧力）がインク吐出方向と同じ方向となるため、インク吐出の際の手助けとなり前述した実施形態１の構造より、少ない振動板５５の変形量で、同じ吐出速度を得ることができる。また、このように振動板５５と対向する位置にノズル５８を設けたことにより、１つのヘッドに複数のノズルを設けた場合、各ノズルにかかる圧力が均等となる。
【００６８】
このインクジェットヘッド３２を、前述の実施形態１または２において説明した駆動回路２００と同様の駆動回路によって、インク液滴を吐出させる場合、駆動電圧は１８Ｖで済む。したがって、このように振動板５５と対向する位置にノズルを設けることで、より駆動電圧の絶対値を下げることが可能となる。
【００６９】
実施形態４本実施形態４は、本発明のインクジェット式記録装置であって、上述した実施形態１のインクジェットヘッドと、実施形態２のように湿度センサを設けた駆動回路とを用いたインクジェットプリンタである。
【００７０】
図９は、インクジェットプリンタ１の概略構成を説明するための斜視図である。
【００７１】
インクジェットプリンタ１は、用紙やＯＨＰシートなどの記録媒体である記録シート２に印字するものであって、インクジェットヘッド走査系と記録シート送り系とから構成される。
【００７２】
インクジェットヘッド走査系は、インクジェット方式のプリントヘッドを７色分含むヘッドユニット３と、ヘッドユニット３を保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させるためのスキャンシャフト５およびガイド軸６と、キャリッジ４をガイド軸６に沿って往復駆動するパルスモータ７と、パルスモータ７の回転をキャリッジ４の往復運動に変えるためのアイドルプーリ８、タイミングベルト９とから構成される。
【００７３】
一方、記録シート送り系は、記録シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねるプラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を押さえて浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２を排出するための排出ローラ１２、排紙押さえローラ１３と、ヘッドユニット３のインクを吐出するノズル面を洗浄しインク吐出不良を良好な状態に回復させるメンテナンス装置１４と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１５とから構成される。
【００７４】
記録シート２は、図示しない手差しあるいはカットシートフィーダ等の給紙装置によって、ヘッドユニット３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記録部での搬送が制御される。紙送りローラは図示しない紙送りモータにより駆動されている。
【００７５】
ヘッドユニット３のプリントヘッドには、既に詳細に説明した実施形態１のインクジェットヘッド３１を用いており、このインクジェットヘッド３１から吐出したインク液滴が記録シート２に着弾して画像形成が行われる。なお、プリントヘッドには、実施形態１のインクジェットヘッド３１に代えて、実施形態３のインクジェットヘッド３２を用いても良い。
【００７６】
キャリッジ４は、パルスモータ７、アイドルプーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２を横方向に走査（主走査）し、キャリッジ４に取り付けられたヘッドユニット３は１ライン分の画像を記録する。１ライン分の記録が終わるごとに、記録シート２は縦方向に送られ（副走査）、次のラインへの記録がされる。
【００７７】
このようにして記録シート２に画像が記録され、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向下流側に配置された排出ローラ１２とこれに一定の圧力で接する排紙押さえローラ１３とによって排出される。
【００７８】
図１０は、図９に示したヘッドユニット３の１色分のインクジェットヘッド３１を含むキャリッジ４周辺の構成を説明するための斜視図である。
【００７９】
キャリッジ４周辺には、インクを収容し通気口４０４を有するインクカートリッジ４０３と、インクカートリッジ４０３を収納するケーシング４０１、ケーシング蓋４０５と、インクカートリッジ４０３を着脱可能にしつつインクをインクジェットヘッド３１に供給するインク供給管４０２と、ケーシング蓋４０５を閉じた際ケーシング４０１にケーシング蓋４０５を固定するためのフック４０６、蓋止め４０７と、インクカートリッジ４０３を収納する向き（矢印Ｄ３の向き）とは反対の向きにインクカートリッジ４０３を付勢しつつインクカートリッジ４０３をケーシング蓋４０５との間でケーシング４０１内に保持する押さえバネ４０８とが設けられる。
【００８０】
このような構成のキャリッジ４がスキャン方向（矢印Ｄ１の向き）に移動することによって記録シート２は主走査されることになる。また、記録シート２が送られることによって副走査方向（矢印Ｄ２の向き）に印字されることになる。
【００８１】
図１１は、このインクジェットプリンタの制御系の構成を示すブロック図である。
【００８２】
インクジェットプリンタの制御系は、各部に対して必要な電圧の電力を供給する電源制御回路２１と、図示しないコンピュータなどからのプリントデータを受信して、記録シート上に画像形成を行う際に、各部を制御するプリント制御回路２２と、プリント制御回路２２からの信号によりインクジェットヘッド３１を駆動する駆動回路２００と、プリント制御回路２２からの信号によりパルスモータ７や紙送りモータ（不図示）を駆動する装置駆動制御回路２３よりなる。
【００８３】
ここでプリンタ制御回路２２は、図示しないコンピュータなどからのプリントデータを受信し、受信したプリントデータにしたがった画像を記録シート２上に再現するために、紙送りやプリンタヘッド３の送り量を制御すると共に、これらの動きに合わせて、画像を記録するためのインクをインクジェットヘッド３１から吐出させるためのプリント制御信号を駆動回路２００に対して出力する。
【００８４】
駆動回路２００は、前述した実施形態２のように、図３に示した駆動回路２００に湿度センサ２１１を設けて、相対湿度により予備電圧の印加から駆動電圧印加までの所定時間を決定するようにしたものである。この駆動回路２００は、プリント制御回路２２からのプリント制御信号を受けると、実施形態１において説明したように、駆動回路２００内の制御回路２０１（図３参照）がプレパルスを印加するようにプレパルス発生回路２０２（図３参照）を動作させ、駆動電極７２にプレパルス（予備電圧）を印加する。そして、湿度センサ２１１からの信号を元にインクジェットヘッド周囲の相対湿度に応じた所定時間後、駆動電極７２に駆動電圧パルスを印加する。
【００８５】
なお、駆動回路２００としては、実施形態１に示した湿度センサを有しない駆動回路を用いても良い。
【００８６】
このように、インクジェットプリンタに実施形態１または３において説明したインクジェットヘッド、および実施形態１または２の駆動回路を用いることにより、電極、特に振動板に設けられた第１電極に残留する電荷量の変化に影響されない良好な画像を記録再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施形態１のインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】振動板の動きを説明するための図面である。
【図３】本発明を適用した駆動回路の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】出力波形を説明するための図面である。
【図５】インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】インクジェットヘッド内のチャネルプレートの平面図である
【図７】実施形態２おける駆動回路に用いる湿度センサを示す回路図である。
【図８】実施形態３のインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。
【図９】インクジェットプリンタの概略構成を説明するための斜視図である。
【図１０】インクジェットプリンタのキャリッジ周辺の構成を説明するための斜視図である。
【図１１】インクジェットプリンタの制御系の構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００８８】
３１…インクジェットヘッド、
５１…加圧室、
５２…インク供給室、
５３…インレット、
５４，５８…ノズル、
５５…振動板、
５６…第１電極、
７１…空間、
７２…駆動電極、
２００…駆動回路、
２０１…制御回路、
２０２…プレパルス発生回路、
２０３…印加電圧増幅回路、
２１１…湿度センサ。
【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】
2006056271.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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