(57)【要約】【課題】インクジェットのノズルから吐出する液滴を、ノズル径より小さい微小液滴を形成し高精度に吐出量を制御するインクジェット記録装置を提供すること。【解決手段】インクチャンネルへの内容積を膨張して予備圧力を印加するための電圧ｖ１で保持期間ｔ１の第１変形を与え、次に前記インクチャンネルの内容積を収縮して吐出圧力を印加する電圧ｖ２で保持期間ｔ２の第２変形を与え、次に前記インクチャンネルの内容積を膨張して吐出インク体積を制限する電圧ｖ３の第３変形を与える駆動手段を具備し、電圧の絶対値がｖ１：ｖ２：ｖ３＝１：２：２の関係で、且つ保持期間がｔ１＝Ｌ／ｃ、ｔ２＜Ｌ／ｃ（但し、Ｌはインクチャンネルの長さ、ｃ　はチャンネル内インク圧力波の速度）の関係にある駆動を行う。【選択図】　図１
2004058300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクチャンネルに設けられた圧電素子に電圧を与え前記インクチャンネルを変形させて、前記インクチャンネルの一方からインクを吸引し、前記インクチャンネルの他方に配置したノズルからインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク吸引時に前記圧電素子にｔ１の期間に電圧ｖ１を印加して前記インクチャンネルに第１変形を与えた後、前記圧電素子にｔ２の期間に電圧ｖ２を引加し前記圧電素子に第２変形を与え、その後前記圧電素子に電圧ｖ３を与えて前記圧電素子に第３変形を与える電圧駆動手段を具備したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記インクチャンネルの長さをＬ、前記チャンネル内のインク圧力波の速度をｃとしたとき、前記電圧ｖ１、ｖ２及びｖ３の絶対値｜ｖ１｜、｜ｖ２｜及び｜ｖ３｜が、｜ｖ１｜：｜ｖ２｜：｜ｖ３｜＝１：２：２の関係を保ち、且つｔ１＝Ｌ／ｃ及びｔ２＜Ｌ／ｃの関係にあるように前記圧電素子に対する電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記第２変形と前記第３変形の残留圧力をキャンセルするように、前記第２変形には期間Ｌ／ｃの後に同じ圧縮の第４変形を、前記第３変形には期間Ｌ／ｃの後に同じ膨張の第５変形を与えることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
複数の前記インクチャンネルの各々に設けられた前記圧電素子と、前記圧電素子に電圧パルスを加えて電界を発生させるための電極が設けられ、前記電極は正の電圧印加で前記インクチャンネルの内容積が収縮する第１電極と正の電圧印加で前記インクチャンネルの内容積が膨張する第２電極の２種類の電極で形成され、前記第１電極と前記第２電極に別々の電圧パルスを印加する駆動回路を具備し、前記第１変形を前記第１電極への第１電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第２変形を前記第１電圧パルスの立下りと前記第２電極への第２電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第３変形を前記第２電圧パルスの立下りと前記第１電極への第３電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第４変形を前記第３電圧パルスの立下りと前記第１電極への第４電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第５変形を前記第４電圧パルスの立ち下がりで形成してあることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記第２変形の保持時間ｔ２をＬ／ｃ以下の間で変化させてインク液滴の体積を調整することを特徴とする請求項２及び３に記載のインクジェット記録装置
【請求項６】
前記第２変形の電圧値ｖ２を変えてインク液滴の体積を調整することを特徴とする請求項２、３に記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
正の電圧印加で前記インクチャンネルの内容積が収縮する前記第１電極を信号電極に、また前記第２電極を共通電極として、前記第２電圧パルスを前記信号電極側に適用し、前記信号電極に印加する電圧値を各々の前記インクチャンネルで個別に変化させてインク液滴の体積を調整することを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
前記インクジェット記録装置を、カラーフィルターの製造装置に用いることを特徴とする請求項１〜７に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、着色インクや接着剤、レジストなどのインク滴を紙やプラスチック、ガラス、プリント基板などの被記録媒体上に選択的に付着・塗布させる圧電式インクジェット記録装置に関し、特にインクジェットヘッドにおける液滴量の制御及びノズル間吐出量の均一化を行うための駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドの中で、圧電素子を用いるいわゆる圧電式インクジェットヘッドの方式としては、例えば特開昭６３−２４７０５１号公報に開示されているせん断モード型などがある。インク液滴量を増減させる方法としては特開２０００−４３２６０号公報に開示されている。
【０００３】
上記特開２０００−４３２６０号公報に記載されている従来技術は、始めにインク室を膨張させてインク室の内容積を増やしインク室に連なるインクタンクからインクを吸引し、次にインク室を収縮させてインク室の内容積を減らしてインク室の一端に配置したノズルからインク液滴を吐出する一般的な駆動方法の直前に一旦インク室を圧縮する工程を含めることによって、インク液滴量を変えるものである。また、前記インク室を圧縮する工程のタイミングを変えてインク液滴量を変化させるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の制御方法によると、吐出するインク滴の大きさは、ノズル径や圧電素子の変形時間などに依存するため、ノズル径同等もしくはそれ以上となってしまう。そのため小さなインク滴径の吐出を得ようとした場合、それ相応にノズル径を小さく絞って対応しなければならない。しかし、一般的にノズル径を小さくするには製法上の問題から限りがある。また、ノズル径を小さく絞りすぎると、インクの流体抵抗が増加し、返ってインク滴の吐出効率は低下してしまうという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のインクジェット記録装置は、始めに前記インクチャンネルへの内容積を膨張して予備圧力を印加するための電圧ｖ１で保持期間ｔ１の第１変形を与え、次に前記インクチャンネルの内容積を収縮して吐出圧力を印加する電圧ｖ２で保持期間ｔ２の第２変形を与え、次に前記インクチャンネルの内容積を膨張して吐出インク体積を制限する電圧ｖ３の第３変形を与える駆動手段を具備し、電圧の絶対値が｜ｖ１｜：｜ｖ２｜：｜ｖ３｜＝１：２：２の関係で、且つ保持期間がｔ１＝Ｌ／ｃ、ｔ２＜Ｌ／ｃ（但し、Ｌはインクチャンネルの長さ、ｃ　はチャンネル内インク圧力波の速度）の関係にあることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明によれば、ノズル径より小さいサイズに至る微小滴の形成と、前記微小液滴の高精度な吐出量補正を可能とするインクジェット記録装置を提供できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載のインクジェット記録装置は、インクチャンネルに設けられた圧電素子に電圧を与え前記インクチャンネルを変形させて、前記インクチャンネルの一方からインクを吸引し、前記インクチャンネルの他方に配置したノズルからインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記インク吸引時に前記圧電素子にｔ１の期間に電圧ｖ１を印加して前記インクチャンネルに第１変形を与えた後、前記圧電素子にｔ２の期間に電圧ｖ２を引加し前記圧電素子に第２変形を与え、その後前記圧電素子に電圧ｖ３を与えて前記圧電素子に第３変形を与える電圧駆動手段を具備したことを特徴とするインクジェット記録装置であり、電圧ｖ３の印加によりノズル径より小さい径のインクを吐出することが出来る。
【０００８】
本発明の請求項２に記載のインクジェット記録装置は、前記駆動手段は、前記インクチャンネルの長さをＬ、前記チャンネル内のインク圧力波の速度をｃとしたとき、前記電圧ｖ１、ｖ２及びｖ３の絶対値｜ｖ１｜、｜ｖ２｜及び｜ｖ３｜が、｜ｖ１｜：｜ｖ２｜：｜ｖ３｜＝１：２：２の関係を保ち、且つｔ１＝Ｌ／ｃ及びｔ２＜Ｌ／ｃの関係にあるように前記圧電素子に対する電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置であり、印加電圧ｖ１、ｖ２及びｖ３の関係を前記のように制御することにより、ノズル径より小さい径のインクを吐出することが出来る。
【０００９】
本発明の請求項３に記載のインクジェット記録装置は、前記第２変形と前記第３変形の残留圧力をキャンセルするように、前記第２変形には期間Ｌ／ｃの後に同じ圧縮の第４変形を、前記第３変形には期間Ｌ／ｃの後に同じ膨張の第５変形を与えることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置であり、ミスショットやサテライトを防止すると共に吐出周波数を向上しうるものである。
【００１０】
本発明の請求項４に記載のインクジェット記録装置は、複数の前記インクチャンネルの各々に設けられた前記圧電素子と、前記圧電素子に電圧パルスを加えて電界を発生させるための電極が設けられ、前記電極は正の電圧印加で前記インクチャンネルの内容積が収縮する第１電極と正の電圧印加で前記インクチャンネルの内容積が膨張する第２電極の２種類の電極で形成され、前記第１電極と前記第２電極に別々の電圧パルスを印加する駆動回路を具備し、前記第１変形を前記第１電極への第１電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第２変形を前記第１電圧パルスの立下りと前記第２電極への第２電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第３変形を前記第２電圧パルスの立下りと前記第１電極への第３電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第４変形を前記第３電圧パルスの立下りと前記第１電極への第４電圧パルスの立ち上がりで形成し、前記第５変形を前記第４電圧パルスの立ち下がりで形成してあることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置であり、ノズル径より小さいサイズに至る液滴の形成を低い印加電圧で駆動し圧電素子の信頼性及び長寿命を実現しうるものである。
【００１１】
本発明の請求項５に記載のインクジェット記録装置は、前記第２変形の保持時間ｔ２をＬ／ｃ以下の間で変化させてインク液滴の体積を調整することを特徴とする請求項２及び３に記載のインクジェット記録装置であり、微小液滴の吐出量制御を実現しうるものである。
【００１２】
本発明の請求項６に記載のインクジェット記録装置は、前記第２変形の電圧値ｖ２を変えてインク液滴の体積を調整することを特徴とする請求項２、３に記載のインクジェット記録装置であり、微小液滴の吐出量制御を実現しうるものである。
【００１３】
本発明の請求項７に記載のインクジェット記録装置は、正の電圧印加で前記インクチャンネルの内容積が収縮する前記第１電極を信号電極に、また前記第２電極を共通電極として、前記第２電圧パルスを前記信号電極側に適用し、前記信号電極に印加する電圧値を各々の前記インクチャンネルで個別に変化させてインク液滴の体積を調整することを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置であり、ノズル径より小さいサイズに至る液滴をノズル単位で吐出量制御することを実現しうるものである。
【００１４】
本発明の請求項８に記載のインクジェット記録装置は、前記インクジェット記録装置を、カラーフィルターの製造装置に用いることを特徴とする請求項１〜７に記載のインクジェット記録装置であり、色むらがなく製品歩留まりの良い高品質のカラーフィルターの製造を可能にすることができる。
【００１５】
（実施の形態１）
以下に、本発明の請求項１から５に記載された発明の実施の形態について図１から図６を用いて説明する。
【００１６】
図１は、実施の形態１に係わるの駆動波形図を示す。また、図５は、比較例の駆動波形図を示す。駆動波形の説明をする前に、まず本発明が適用されるインクジェットヘッドの構成と概略動作を説明する。図３は、せん断モード型のインクジェットヘッド構造を示す模式図である。図３（ａ）に、ノズルプレートから見たチャンネルの透視図を、同図（ｂ）に、カバー側から見たチャンネルの透視図を示す。このヘッドは、大きく圧電セラミックスの素子部材１とカバープレート２とノズルプレート３とプリント基板（図示せず）と駆動回路４とから構成されている。その素子部材１には、ダイヤモンドプレード等により切削加工された複数のインクチャンネル５と前記インクチャンネル５の両側に空気チャンネル６が形成されている。また、そのインクチャンネル５と空気チャンネル６の間の側壁７は分極方向８に分極処理を施されている。
【００１７】
各インクチャンネル５及び空気チャンネル６の溝は平行に同じ深さで形成され両側面の上側半分には電極が形成されている。各電極はインクと絶縁するため絶縁層（図示せず）で覆われている。インクチャンネル５及び空気チャンネル６の対向する側面の電極は溝の後端面で電気的に接続されて外部接続用の電極パッドが形成されている。そして、各インクチャンネル５の信号電極９は信号電極駆動回路１０へ、各空気チャンネル６の共通電極１１は共通電極駆動回路１２に接続されている。
【００１８】
次に、カバープレート２は、セラミックス材料または樹脂材料等から形成されている。また、カバープレート２には、研削または切削加工等によって、インク供給口（図示せず）及びマニホールド（図示せず）が形成されている。そして、素子部材１のインクチャンネル５及び空気チャンネル６の加工側面とカバープレート２のマニホールドの加工側面とをエポキシ系接着剤によって接着する。このようにして、インクジェットヘッドにはインクチャンネル５と空気チャンネル６の上面が覆われて横方向に複数のインク流路としてのインクチャンネル５と、カバープレート２で封止された空気チャンネル６が構成される。
【００１９】
そのインクチャンネル５は長方形断面の細長い形状であり、全てのインクチャンネル５の内容積には、インク供給口からインクが充填される。一方、空気チャンネル６はカバープレート２によって溝領域が密閉されており、インク供給口からインクが充填されないよう遮断されている。ノズルプレート３は、素子部材１及びカバープレート２の前端面に、各インクチャンネル５に対応してノズル１３が位置するように配置した後、接着されている。
【００２０】
次に、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）によって、インクジェットヘッドの動作を説明する。インクチャンネル５の両側壁７ａ，７ｂに設けられた信号電極９には、図示されない信号電極駆動回路１０に接続され、空気チャンネル６の両側壁７ａ，７ｂに設けられた共通電極１１には、図示されない共通電極駆動回路１２に接続されており、吐出データに応じて、対応するインクチャンネル５の信号電極９及び空気チャンネル６の共通電極１１に駆動パルスが印加される。駆動パルスが印加されていない時の信号電極９及び共通電極１１の電圧は０Ｖである。
【００２１】
空気チャンネル６の共通電極１１に正の駆動電圧Ｖを印加すると、図４（ｂ）に示す様に側壁７ａには矢印１４ａの方向の駆動電界が発生し、側壁７ｂには矢印１４ｂの方向の駆動電界が発生する。すると、電界方向１４ａ及び１４ｂは分極方向８とが直交しているため、側壁７ａ及び７ｂは、圧電厚みすべり効果により、インクチャンネル５の外側方向に急速に変形する。この変形の場合、インクチャンネル５の内容積が膨張しインクは急激な負圧力を受ける。
【００２２】
逆に、インクチャンネル５の信号電極９に正の駆動電圧Ｖを印加すると、図４（ｃ）に示す様に側壁７ａには矢印１４ｃの方向の駆動電界が発生し、側壁７ｂには矢印１４ｄの方向の駆動電界が発生し、側壁７ａ及び７ｂはインクチャンネル５の内側方向に急速に変形する。この変形の場合、インクチャンネル５の内容積が膨張しインクは急激な負圧力を受ける。ここでは、信号電極９と共通電極１１に各々正の電圧を印加したが、共通電極１１をＧＮＤとし信号電極９のみに正・負の電圧を印加することで、前記と同一動作が可能である。しかし、一般的に負の電圧作成は電源コストを増加させるので、ここでは前記の方法を用いている。このように、インクチャンネル５の側壁７を変形させることで、インクチャンネル５内のインクに圧力変動を与えインク吐出が行われる。
【００２３】
このようなヘッドの駆動方法として、特開平０９−５０５５３２に詳しく示された駆動方法がある。本発明は、この広報で示された波形の一つを比較波形とし効果の比較を行ったので、まず、図５、図６によってこの駆動方法について説明を行う。
【００２４】
このようなヘッドの駆動パルス列は、単純には、インクチャンネル５内を伝搬する波の固有周期Ｔを単位とする駆動方法が知られている。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にその駆動パルス列を示す。ここで、チャンネル長さをＬ、インクの圧力伝搬速度をｃとすると固有周期ＴはＬ／ｃなる値である。この固有周期Ｔは、チャンネルの端から端まで圧力が伝播する時間であり、この周期でインク圧力の符号は反転する。空気チャンネルの共通電極１１に印加する駆動パルスを図５（ａ）に示し、インクチャンネルの信号電極９に印加する駆動パルスを図５（ｂ）に示す。また、共通電極１１に印加される電圧値を負とした信号電極９との組み合わせ駆動パルスを図５（ｃ）に示す。このように形成された合成波形である図５（ｃ）は、電圧変化が３箇所形成され、始めに−Ｖによる第１変形、次に保持時間１Ｔ後に−Ｖから＋Ｖへの大きさ２Ｖによる第２変形、次に保持時間２Ｔ後に＋Ｖから０への大きさＶによる第３変形により構成されている。
【００２５】
インクの吐出過程を図５（ｃ）の駆動パルスと図６のインク吐出挙動を用いて説明する。はじめに第１変形を起こすべく−Ｖの電圧を印加する、すると側壁７に電界方向１４ａ，１４ｂが発生してインクチャンネル５の側壁７が空気チャンネル６側に広がりインクチャンネルの内容積が膨張しインクに負の圧力が発生する、そして、インクマニホールドとノズル１３からインクが吸入されると同時にインク圧力がインクチャンネル５を伝播し、時間１／２Ｔでインクの圧力が負から正に反転し、そしてインク固有周期の時間Ｔ後に圧力は減衰を伴った大きさの正の圧力となる。この時の正の圧力はインクを吐出するには不十分な大きさである。このときノズルのインクメニスカス１５は、図６の時間Ｔに示す如くインクがインクチャンネル５に移動した凹状となっている。
【００２６】
次に、時間Ｔで第２変形を起こすべく−Ｖから＋Ｖまで大きさ２Ｖの電圧を印加する。この操作によって、側壁７の電界は−Ｖから＋Ｖに急激に反転する。するとインクチャンネル５の側壁７は急激に内側に変位し内容積を収縮させることでインクに正の圧力を発生し、第１変形による正の圧力に第２変形による正の圧力が加えられ大きな圧力が発生する。この時の圧力はインク滴を生成し被記録媒体に着弾させるのに十分な圧力である。そして、インクチャンネル５内のインクの圧力伝搬によりインクチャンネル５内のインクがノズル１３方向に移動していき、インクメニスカス１５が凹から凸状に変化していく。時間Ｔから２Ｔの間隔Ｔの間にインクチャンネルの内容積の収縮変位に従ってノズルにインクが押し出されて、ノズルに凸の弾丸状メニスカス１５が形成される。この時点でインク滴形成に必要な工程は終了する。従って、以後のインク圧力振動は吐出に不必要は残留振動となる。この残留振動によって時間２Ｔを過ぎると再びインク圧力が上昇しはじめ、時間３Ｔで減衰を伴なった正の圧力となる。この間、図６に示す様にノズル１３のインクはインクチャンネル５側へ引き込まれるので、既にノズル８ら押し出された弾丸状のメニスカス１５の根本がくびれ始め滴化が始まる。
【００２７】
次に時間３Ｔで第３変形を起こすべく＋Ｖから０までの大きさＶの電圧を印加する。この操作によって、側壁７の電界を＋Ｖから０に変え、インクチャンネル５の側壁７が内側の変位から元の位置に復帰する内容積の収縮動作となりインクに負の圧力が与えられ、正の残留圧力と相殺されて圧力は消滅もしくは低下する。一方、インクメニスカス１５は、時間３Ｔ以降、ノズル１３からの飛翔距離に伴なって、メニスカス１５の先端がさらに滴状化していく、最終的にはインク滴に残る洩糸状の尻尾が、主滴に吸収され球状のインク滴となって、被記録媒体に着弾する。
【００２８】
ノズル径３０μｍのヘッドにこの比較例の駆動パルスを用いて粘度１０ｃｐのインクを用いた場合の液滴体積は、約２０ｐｌであった。液滴体積は駆動電圧の大きさに比例して変化するが、ここではサテライトの発生や吐出の安定性の低下する高電圧側及び、インク滴速度の低下で未吐出が発生する低電圧側を除く間で液滴体積の測定を行ったものである。
【００２９】
以下に、本発明の請求項１及び請求項２、請求項３に記載された発明の実施の形態について図１、図２を用いて説明する。
【００３０】
空気チャンネル６の共通電極１１に印加する駆動パルスを図１（ａ）に示す。共通電極１１の駆動パルスは第１電圧パルスと第３電圧パルスで構成される。インクチャンネル５の信号電極９に印加する駆動パルスを図１（ｂ）に示す。信号電極９の駆動パルスは第２電圧パルスと第３電圧パルスで構成される。ここで、図５（ｃ）と同様に図１（ａ）の共通電極１１と図１（ｂ）の信号電極９との組み合わせ駆動パルスを図１（ｃ）に示す。前記インクチャンネル５の変形と駆動パルスとの関係は次の通りである。始めにパルス幅ｔ１、電圧−Ｖの第１電圧パルスの立ち下がりａで形成される前記第１変形、次に第１電圧パルスの上がりｂとパルス幅ｔ２、電圧＋Ｖの第２電圧パルスの立ち下がりｃで形成される前記第２変形、次に第２電圧パルスの立下りｄとパルス幅ｔ３、電圧−Ｖの第３電圧パルスの立ち下がりｅで形成される第３変形、第３パルスの立下りｆとパルス幅ｔ４、電圧＋Ｖの第４パルスの立ち上がりｇで形成される第４変形、第４パルスの立下りｈで形成される第５変形と成っている。
【００３１】
インクチャンネルの動作は、図４、図５を用いた動作説明と同様、図１（ｃ）の駆動波形でマイナス方向の電圧変化はインクに負圧力を、プラス方向の電圧変化は正圧力が印加される。すなわち、第１変形の電圧変化ｖ１は−Ｖ、第２変形の電圧変化ｖ２は＋２Ｖ、第３変形の電圧変化ｖ３は−２Ｖ、第４変形の電圧変化は＋２Ｖ、第５変形の電圧変化ｖ５は−Ｖになっている。
【００３２】
次に本発明の駆動パルスを用いたインクの吐出過程を図１（ｃ）の駆動パルスと図２のインク吐出挙動を用いて説明する。はじめに第１変形を起こすべくｖ１＝−Ｖの電圧を印加する、すると側壁７ａ、７ｂに電界１４ａ、１４ｂが発生してインクチャンネル５の側壁７が空気チャンネル６側に広がりインクチャンネルの内容積が膨張しインクに負の圧力が発生する、そして、インクマニホールドとノズル１３からインクが吸入されると同時にインク圧力がインクチャンネルを伝播し、時間１／２Ｔでインクの圧力が負から正に反転し、そしてインク固有周期の時間Ｔ後に圧力は減衰を伴った大きさの正の圧力となる。この時の正の圧力はインクを吐出するには不十分な大きさである。このときノズルのインクメニスカス１５は、図２の時間Ｔに示す如くインクがインクチャンネル５に移動した凹状となっている。
【００３３】
次に、時間Ｔで第２変形を起こすべく−Ｖから＋Ｖまで大きさｖ２＝＋２Ｖの電圧を印加する。この操作によって、側壁７の電界は−Ｖから＋Ｖに急激に反転する。するとインクチャンネル５の側壁７は急激に内側に変位し内容積を収縮させることでインクに正の圧力を発生し、第１変形による正の圧力に第２変形による正の圧力が加えられ大きな圧力が発生する。この時の圧力はインク滴を生成し被記録媒体に着弾させるのに十分な圧力である。そして、インクチャンネル５内のインクの圧力伝搬によりインクチャンネル５内のインクがノズル１３方向に移動していき、インクメニスカス１５が凹から凸状に変化していく。
【００３４】
インクチャンネルの内容積の収縮変位に従ってノズル１３にインクが押し出されて、図２の時間３／２Ｔに示す様にノズル径とほぼ同じ直径を有する凸のメニスカス１５が形成される。ここで、第１変形の開始から第２変形までの時間ｔ１は固有周期Ｔとすることで、第１変形による圧力を吐出に最も有効に利用できる。また、第１変形は第２変形によるインク加圧力を補強するもので駆動電圧を低下させる効果があるが、第１変形電圧ｖ１を大きくし過ぎるとメニスカス１５の凹形状も大きくなりインクチャンネルに気泡が混入し易くなる。
【００３５】
従って、概ね｜ｖ１｜：｜ｖ１−ｖ２｜＝１：２のようにｖ２よりｖ１が小さい方が良い。特に、信号電極９と共通電極１１の各々に電圧パルスを印加する場合、上記の電圧比を用いると駆動電圧の制御が単純となり回路構成を単純化できる利点がある。
【００３６】
次に、時間３／２Ｔで第３変形を起こすべく＋Ｖから−Ｖまで大きさｖ３＝−２Ｖの電圧を印加する。この操作によって、側壁７ａ、７ｂの電界は＋Ｖから−Ｖに急激に反転する。インクチャンネル５の側壁７は急激に外側に変位し内容積を膨張させる力が働きインクに吐出圧力に相当する大きさの負の圧力が発生し、第２変形でインクチャンネルの内容積を収縮している途中段階で、第３変形による正の圧力が加えられる。これは、ノズル１３に供給しているインクチャンネル５内インクの流れ方向と逆の圧力になる為、インクチャンネル５内及びノズル１３のインクの流れを停止して弾丸状メニスカス１５へのインク供給が停止する。
【００３７】
さらにインクチャンネル５の残りの負圧力によりインクチャンネル５のインクが逆流し、ノズル１３を通してメニスカス１５のインクをノズル１３内に吸引していく。図２の時間３／２Ｔに凸状メニスカス１５の収縮状態を示す。ここで、第３変形は、第２変形の加圧パルスによってインクが固有周期Ｔの間にノズルから流出するインクを停止・吸引する作用を持つので、第２変形開始から第３変形開始までの時間ｔ２は固有周期Ｔまでの間に印加する必要がある。また、第３変形を起こす電圧変化の大きさｖ３は、第２変形の電圧変化の大きさｖ２と同等の２Ｖにすることで、液滴の微小化が可能となる。第３変形を起こす電圧変化の大きさｖ３をＶにした場合、ノズルから突出したメニスカス１５のインクを吸引する力が弱くインク吐出量が比較例とほとんど変わらなかった。
【００３８】
以上の様に電圧の絶対値をｖ１：ｖ２：ｖ３＝１：２：２、且つ保持期間をｔ１Ｔ＝Ｌ／ｃ、ｔ２＜Ｌ／ｃ（但し、Ｌはインクチャンネルの長さ、ｃ　はチャンネル内インク圧力波の速度）なる請求項１に示す関係にすることで、ノズル径より小さいサイズに至る微小滴の形成を実現しうる効果が得られる。また、請求項３に示すごとく吐出のための変形電圧を信号電極９と共通電極１１の各々に電圧パルスを印加することで、正電圧且つ低い印加電圧で駆動することができ圧電素子の信頼性及び長寿命を実現しうる効果が得られる。
【００３９】
次に時間２Ｔで、第４変形を起こすべく駆動電圧を−Ｖから＋Ｖまでの大きさｖ３＝＋２Ｖなる変化で第３変形にて外側に変位した側壁７を内側に変形しインクチャンネル５の内容積を圧縮させる。この作用は、時間Ｔで加えられた第２変形による収縮作用にて発生した正の圧力が固有周期Ｔの後に逆位相の負圧力になった時に、第２変形と同じ収縮変形を与えてインク正の圧力を加えるもので、第２変形によって加えられたインク圧力室内の圧力を消滅もしくは微弱なものとする作用を与えるものである。これは、インクチャンネル内インクの残留振動の消滅速度を速めヘッドの繰り返し応答周波数を高める効果がある。従って、第３変形開始から第４変形開始までの時間ｔ３は、Ｔ＝Ｌ／ｃ＝ｔ２＋ｔ３を満たすｔ３であることが望ましい。また、その大きさｖ４は第１変形と第２変形の合成圧力に対応させるため電圧２Ｖを必要とする。
【００４０】
次に時間（５／２）Ｔで、第５変形を起こすべく駆動電圧を＋Ｖから０までの大きさｖ４＝―Ｖなる変化で外側に変位した側壁７を元の位置に戻し内容積を定常状態に復帰させる。この作用は、時間（３／２）Ｔの時点で第３変形によるインクチャンネル５の膨張変形にて発生した負の圧力が固有周期Ｔの後に逆位相の正圧力になった時（５／２）Ｔに、第３変形と同じ膨張によりインクに負の圧力を加えるもので、インク圧力室内の圧力が消滅もしくは微弱なものとなる。これは、第４変形と同じ目的でインクチャンネル内インクの残留振動の消滅速度を速めヘッドの繰り返し応答周波数を高める効果がある。
【００４１】
従って、第４変形開始から第５変形開始までの時間ｔ４は、Ｔ＝Ｌ／ｃ＝ｔ３＋ｔ４を満たすｔ４であることが望ましい。また、その大きさｖ５は第４変形によって形成されたインクチャンネルの形状を定常状態に復帰させるものであるから、ｖ５＝−Ｖであることが望ましい。一方、図２に示すごとく時間３Ｔ以降、ノズル１３の外にある凸状インクメニスカス１５は、時間３／２Ｔの第２変形で得られたエネルギーを持ち、慣性によって、そのまま被記録媒体の方向へ進行していき滴状へ変化を始める。されなる時間の経過に従って、図２に示すように尾引きを伴ったインク滴から尾が滴に吸収され球形の滴となって等速で被記録媒体へ向かって飛翔し続ける。
【００４２】
この様に、前記第２変形と前記第３変形の残留圧力をキャンセルするように、前記第２変形には期間Ｌ／ｃの後に同じ圧縮の第４変形を、前記第３変形には期間Ｌ／ｃの後に同じ膨張の第５変形を与える請求項２に示す方法により、ミスショットやサテライトを防止すると共に吐出周波数を向上しうる効果を得られる。
【００４３】
比較例と同じヘッドを用いて本発明のインク吐出試験を行ったところ、実施の形態１の駆動パルスを用いたインク吐出量は、Ｔ＝Ｌ／ｃ＝６μｓ、Ｖ＝２０ボルト、ｔ２＝３μｓにて比較例の約１／２以下であった。このときの滴速度は、比較例とほとんど同じ速度であった。また、第４変形及び第５変形の追加により、比較例と同等の応答周波数を得ることができた。
【００４４】
（実施の形態２）
以下に、本発明の請求項５に記載された発明の実施の形態について図１（ｃ）を用いて説明する。
【００４５】
図１（ｃ）の波形図は信号電極９と共通電極１１に印加する駆動パルスの合成波形であり、第２変形開始から第３変形開始までの時間ｔ２をｔ２＜Ｌ／ｃの範囲で変化させインク吐出量を調整する方法を示している。これは、第２変形によってインクがチャンネルから流出する期間が固有周期Ｔであることから、その固有周期Ｔ以下の時間ｔ２で第３変形を加えることでノズルから流出するインクが停止・吸引する時間を変えて吐出量を調整するものである。
【００４６】
比較例と同一ヘッドとインクを用いて詳細な実験を行った結果、ｔ２＜（１／３）Ｔでは、比較例の１／４以下の滴量を得られるがインク滴の駆動電圧が通常の１．５倍近く必要であり、かつノズル間のクロストークが顕著であった。また、ｔ２＞（２／３）Ｔでは、パルス幅変化に対する液滴の変化量は少ない領域であった。ｔ２が（１／３）・Ｔから（２／３）・Ｔの間では、比較例に対して液滴量が１／３から２／３に近い変化量で安定した液滴をえることができた。
【００４７】
上記方法による請求項４に示す方法を用いることにより微小液滴の吐出量制御を実現し得る効果を有し、液滴量変化を必要とする描画の解像度変換、諧調記録、複数のヘッド間における液滴体積の補正などに応用することが可能である。例えばｔ２が（１／２）・Ｔから（２／３）・Ｔまでのパルス幅を有する複数の駆動波形を記憶回路に格納しておき、描画解像度に対応して駆動波形を選択する回路構成により可能となる。
【００４８】
（実施の形態３）
以下に、本発明の請求項６、請求項７に記載された発明の実施の形態について図１を用いて説明する。
【００４９】
図１の波形図において、第２変形の大きさはインクチャンネルの内容積を収縮させてインク吐出に比例する圧力と変位量に影響する。従って、その変形の大きさを変化させることで液滴量を調節することが可能である。
【００５０】
本発明の駆動波形は、４つの変形工程で構成され、第１変形は第１電圧パルスの立ち下がりで形成され、第２変形は第１電圧パルスの上がりと第２電圧パルスの立ち上がりで形成され、第３変形は第２電圧パルスの立下りと第３電圧パルスの立ち下がりで形成され、第４変形は第３パルスの立ち上がりと第４パルスの立ち上がりで形成され、第５変形は第４パルスの立下りで構成される。ここで、第２変形の大きさを変化させるパルスは第１電圧パルスと第２電圧パルスがある。
【００５１】
ここで、第１電圧パルスは第１変形の立ち上がりも兼ねているため、第１変形の大きさを変えるとメニスカス１５の引き込み量が変化し気泡混入の可能性があることや、メニスカス１５の引き込みによりインクチャンネル５への吐出前のインク充填量が減少するため速度変化に比べ吐出量変化が少ないなどの問題がある。一方、第２電圧パルスを変化させる場合、第１変形に無関係であるのでインク充填量に関連するメニスカス１５の引き込みに影響しない。従って、第２電圧パルスを変更させることで、電圧変化に対する吐出量変化の追従性がよく、液滴の速度変化と吐出量変化の整合性のとれた補正が可能となる。この様な請求項５に示す方法を用いることで、アナログ回路による高精度の電圧制御行うことでインク吐出量を高精度に調整できる効果が得られる。
【００５２】
このような吐出量制御方法をノズル間補正に適用する場合、各々のノズルに異なる電圧を印加することができる信号電極９に第２電圧パルスを配置する必要がある。そのためには、実施の形態１のヘッドに示した様なインクチャンネルに設けられた信号電極９に正の電圧を印加した時にインクチャンネルの内容積が収縮する方向にピエゾ材料を分極処理した構成のヘッドを用いることで実現できる。図３及び図４において、分極方向８の矢印を下向きにしているのはそのためである。このような請求項６に示す方法を用いて各インクチャンネルの信号電極９に接続された信号電極駆動回路１０の各々にアナログ回路を設けることでノズル単位の吐出量を高精度に調整できる効果が得られる。
【００５３】
比較例のヘッドとインクを用いて、アナログ回路が組み込まれたドライバーによりノズル間の吐出補正を行った。電圧分解能０．０８Ｖで吐出量を約１％で変化させることができ、ノズル間の吐出量ばらつきは約２％以下にすることができた。
【００５４】
（実施の形態４）
以下に、本発明の請求項８に記載された発明の実施の形態について説明する。
【００５５】
カラーフィルターの色層形成にインクジェット記録装置を用いると、従来のＲＧＢ各色層を現像・露光で製造していた顔料フォト法に比べ、設備及び消耗品が少なくなりコストメリットが高いという特徴があることから、近年、実用化の検討が進められている。
【００５６】
カラーフィルターの製造方法は、特開平１０２０６６２７に詳しく説明されており、本発明のインクジェット法による製造方法は基本的に同一とした。前記広報では、透明基板上に形成された遮光性材料の枠体に着色層となるインクをインクジェットヘッドで充填するもので、遮光性材料には撥液材が付与されており、枠体のインクが隣接枠体中への越境進入するのを防止する構成になっている。
【００５７】
この遮光性材料の枠体は、例えば厚み約２μｍ、インク充填領域は縦２７０μｍ、横９０μｍで形成されている。この枠体にインクが漏れることなく液滴を着弾し充填していくためには、着弾エネルギーを低下させるべく微小な液滴を形成する必要がある。また、ノズル間の吐出量ばらつきはカラーフィルターの色筋となって現れやすい。そこで、このようなカラーフィルター製造工程に図１に示す微小液滴波形を適用し、カラーフィルターの解像度すなわち枠体のサイズに応じて第２電圧パルスのパルス幅ｔ２を調整してヘッド全体の吐出量の調整を行い、さらに、各ノズルにおいて第２電圧パルスの電圧値を調整し吐出補正を行うものである。
【００５８】
この実施の形態を用いたインクジェット記録装置をカラーフィルターの製造工程に用いることで、ノズル径より小さいサイズに至る液滴の吐出により混色欠陥が解消され、各ノズルの吐出補正によりバンディングの無い高品質な高精細カラーフィルターを提供できる。
【００５９】
比較例のヘッド及びインクを用いて実験を行った結果，前記枠体サイズの画素領域に約４ｐｌの液滴を１５滴を着弾させインク充填を行ったが混色が見られなかった。また、ノズル間の吐出補正では電圧分解能０．０８Ｖで調整した結果、ノズル間の相対的な膜厚段差を０．０２μｍ以下まで調整でき色筋を解消できた。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のインクジェット記録装置によれば、始めに前記インクチャンネルへの内容積を膨張して予備圧力を印加するための電圧ｖ１で保持期間ｔ１の第１変形を与え、次に前記インクチャンネルの内容積を収縮して吐出圧力を印加する電圧ｖ２で保持期間ｔ２の第２変形を与え、次に前記インクチャンネルの内容積を膨張して吐出インク体積を制限する電圧ｖ３の第３変形を与える駆動手段を具備し、電圧の絶対値が｜ｖ１｜：｜ｖ２｜：｜ｖ３｜＝１：２：２の関係で、且つ保持期間がｔ１＝Ｌ／ｃ、ｔ２＜Ｌ／ｃ（但し、Ｌはインクチャンネルの長さ、ｃ　はチャンネル内インク圧力波の速度）の関係にあることを特徴とするインクジェット記録装置を用いることで、ノズル径より小さいサイズに至る微小滴の形成が可能となる。
【００６１】
また、前記第２変形の開始から前記第３変形の開始までの時間ｔ２を、もしくは前記第２変形の電圧値を変えてインク液滴の体積を調整する補正方法を用いることで、前記微小液滴の吐出量を高精度に補正できるインクジェット記録装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における共通電極の駆動波形を示す図
（ｂ）本発明の実施の形態１における信号電極の駆動波形を示す図
（ｃ）本発明の実施の形態１における駆動波形を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における液滴形成過程を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるインクジェットヘッドの構造を示す模式図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における印加電圧０でのヘッド動作を示す図
（ｂ）本発明の実施の形態１における印加電圧＋Ｖでのヘッド動作を示す図
（ｃ）本発明の実施の形態１における印加電圧−Ｖでのヘッド動作を示す図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態１における比較例の共通電極の駆動波形を示す図
（ｂ）本発明の実施の形態１における比較例の信号電極の駆動波形を示す図
（ｃ）本発明の実施の形態１における比較例の駆動波形を示す図
【図６】
本発明の実施の形態１における比較例の液滴形成過程を示す図
【符号の説明】
１　素子部材
２　カバープレート
３　ノズルプレート
４　駆動回路
５　インクチャンネル
６　空気チャンネル
７　側壁
８　分極方向
９　信号電極
１０　信号電極駆動回路
１１　共通電極
１２　共通電極駆動回路
１３　ノズル
１４　電界方向
１５　メニスカス
【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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