(57)【要約】【課題】  主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号の印加時間を最適化する。【解決手段】  開示される液滴吐出ヘッドの駆動方法は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、ヘッド駆動信号ＳHDの印加開始時から振動板が電極に当接するまでの第１時間Ｔ1を計測し、第１時間Ｔ1に基づいてヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWを決定する計測・決定ステップと、決定されたパルス幅ＰWを有するヘッド駆動信号ＳHDを振動板と電極との間に印加する印加ステップとを有している。【選択図】  図１
2005169729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と前記振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して前記振動板を前記電極に当接離間させて前記吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
前記ヘッド駆動信号の印加開始時から前記振動板が前記電極に当接するまでの当接時間を計測し、前記当接時間に基づいて前記ヘッド駆動信号のパルス幅を決定する計測・決定ステップと、
決定された前記パルス幅を有する前記ヘッド駆動信号を前記振動板と前記電極との間に印加する印加ステップと
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記計測・決定ステップでは、前記ヘッド駆動信号の印加開始時から前記ヘッド駆動信号の印加に応じて前記振動板に流れる電流の電流値又は前記電流値に対応した値がピークとなるまでの時間を計測し、その計測結果を前記当接時間とすることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と前記振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して前記振動板を前記電極に当接離間させて前記吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法において、
前記ノズルから吐出された前記液滴の質量又は吐出速度が最大となる前記ヘッド駆動信号のパルス幅である最大パルス幅及び前記最大パルス幅が得られる際の前記ヘッド駆動信号の印加開始時から前記ヘッド駆動信号の印加に応じて前記振動板に流れる電流の電流値又は前記電流値に対応した値が第１のピークとなるまでの第１時間である最大第１時間を予め計測し、前記最大パルス幅及び前記最大第１時間に基づいて前記電流値又は前記電流値に対応した値が前記第１のピークとなってから第２のピークとなるまでの第２時間を求める初期ステップと、
前記第１時間を計測し、前記第１時間及び前記第２時間に基づいて前記パルス幅を決定する計測・決定ステップと、
決定された前記パルス幅を有する前記ヘッド駆動信号を前記振動板と前記電極との間に印加する印加ステップと
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記計測・決定ステップは、供給される液滴吐出データに基づいて前記液滴の吐出を開始するごとに行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
前記液滴吐出ヘッド近傍の大気圧を検出する圧力センサを設け、
前記計測・決定ステップは、前記圧力センサの検出結果に基づいて行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と前記振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して前記振動板を前記電極に当接離間させて前記吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動回路において、
前記ヘッド駆動信号の印加開始時から前記振動板が前記電極に当接するまでの当接時間を計測する計測手段と、
前記当接時間に基づいて前記ヘッド駆動信号のパルス幅を決定する決定手段と、
決定された前記パルス幅を有する前記ヘッド駆動信号を発生するヘッド駆動信号発生手段と
を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動回路。
【請求項７】
前記ヘッド駆動信号の印加に応じて前記振動板に流れる電流の電流値又は前記電流値に対応した値を検出する電流検出手段とを備え、
前記計測手段は、前記ヘッド駆動信号の印加開始時から前記電流検出手段の検出結果がピークとなるまでの時間を計測し、その計測結果を前記当接時間とすることを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッドの駆動回路。
【請求項８】
液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と前記振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して前記振動板を前記電極に当接離間させて前記吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動回路において、
前記ヘッド駆動信号の印加に応じて前記振動板に流れる電流の電流値又は前記電流値に対応した値を検出する電流検出手段と、
前記ノズルから吐出された前記液滴の質量又は吐出速度が最大となる前記ヘッド駆動信号のパルス幅である最大パルス幅及び前記最大パルス幅が得られる際の前記ヘッド駆動信号の印加開始時から前記電流検出手段の検出結果が第１のピークとなるまでの第１時間である最大第１時間を予め計測するとともに、前記第１時間を計測する計測手段と、
前記最大パルス幅及び前記最大第１時間に基づいて前記電流検出手段の検出結果が前記第１のピークとなってから第２のピークとなるまでの第２時間を求めるとともに、前記第１時間及び前記第２時間に基づいて前記パルス幅を決定する決定手段と、
決定された前記パルス幅を有する前記ヘッド駆動信号を発生するヘッド駆動信号発生手段と
を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動回路。
【請求項９】
供給される液滴吐出データに基づいて前記液滴の吐出を開始するごとに、前記計測手段は前記当接時間又は前記第１時間を計測し、前記決定手段は前記パルス幅を決定することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動回路。
【請求項１０】
前記液滴吐出ヘッド近傍の大気圧を検出する圧力センサを備え、
前記圧力センサの検出結果に基づいて、前記計測手段は前記当接時間又は前記第１時間を計測し、前記決定手段は前記パルス幅を決定することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動回路。
【請求項１１】
請求項６乃至１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動回路を備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法、その回路及びこの回路を備えている液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液滴吐出ヘッドの駆動方法では、液滴吐出ヘッドの出荷段階等において、実際の液滴吐出特性を測定して、ヘッド駆動信号のパルス幅を、ノズルからの液滴の吐出量の最大値が得られるパルス幅と略同一の値に設定している（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。
【０００３】
また、従来の液滴吐出ヘッドには、液滴吐出ヘッドの周囲の気圧によって液滴吐出性能が変化し印字や画像表現が劣化するという課題を解決するために、吐出室の他に大気開放された大気圧室を備えるとともに、振動板と電極とで形成される振動室が外気圧に応じて容積を増減可能な圧力補償室に連通しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２７７７３７号公報（請求項１，［０００６］，［００１２］〜［００１７］、図４）
【特許文献２】特開２００１−３００４２１号公報（請求項１，第３頁右欄第５行目〜第４頁右欄第１３行目、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液滴吐出ヘッドでは、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等が原因となって、ヘッド駆動信号が印加されていない状態における振動板の平衡位置が変化する場合がある。ここで、使用環境における気圧変動が振動板の平衡位置に及ぼす影響について説明する。上記した従来の液滴吐出ヘッドは、電極の部分への異物等の混入を防止するために、振動板と電極との間の空間を封止部により気密封止している。したがって、外気圧が変化すると、外気圧と気密室の内圧との間の差に変化が発生し、上記した振動板の平衡位置も変化するのである。
【０００６】
このように、振動板の平衡位置が変化すると、振動板と電極との間の距離も変化するために、振動板と電極との間に同一の値を有するヘッド駆動信号の印加しても、その印加開始時から振動板が電極に当接するまでの時間がばらついてしまう。以下、その理由について説明する。液滴吐出ヘッドでは、振動板と電極との間に形成される平行板コンデンサにヘッド駆動信号を印加することにより振動板と電極との間に静電引力を発生させ、振動板を電極に対して変位させている。ここで、面積Ｓ、間隔ｄの２枚の極板が誘電率εの誘電体を隔てて対向して構成される平行板コンデンサに駆動電圧Ｖを印加した場合、２枚の極板に働く静電引力Ｆは、周知の通り、式（１）で表される。
Ｆ＝（１／２）・ε・（Ｖ／ｄ）2・Ｓ  …（１）
したがって、振動板の平衡位置が変化すると、振動板と電極との間の距離ｄが変化するとともに、式（１）により振動板と電極との間に働く静電引力Ｆも変化するので、振動板と電極との間に同一の値を有するヘッド駆動信号の印加しても、その印加開始時から振動板が電極に当接するまでの時間がばらついてしまう場合があるのである。
【０００７】
このように、印加開始時から振動板が電極に当接するまでの時間がばらつくと、液滴質量又は液滴の吐出速度が最大となる液滴吐出に最適なヘッド駆動信号の波形及び印加時間を変更する必要があり、これらを固定したままでは液滴吐出特性にバラツキが生じてしまう。したがって、例えば、このような液滴吐出ヘッドをプリンタに適用した場合には、適正なインク質量、インクの吐出速度が確保されないなどのために、印字が薄かったり、かすれたり、場合によっては、何も印字されなくなり、印字品質がばらついてしまう。
【０００８】
この点、上記した第１の従来例は、主要寸法の製造上のバラツキに起因するヘッド駆動信号印加時間の変動には対処することはできるが、使用環境における気圧変動等には対処することができないという課題があった。一方、上記した第２の従来例に係る液滴吐出ヘッドは、使用環境における気圧変動等にある程度は対処することができるが、構造上、気圧変動の吸収に限界があるという課題があった。また、上記した第２の従来例に係る液滴吐出ヘッドは、上記した第１の従来例のような一般的な液滴吐出ヘッドと比べて構造が複雑であるため、主要寸法の製造上のバラツキに起因するヘッド駆動信号印加時間の変動の影響を受けやすいという課題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号印加時間を最適化することができる液滴吐出ヘッドの駆動方法、その回路及び液滴吐出装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動方法は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法において、ヘッド駆動信号の印加開始時から振動板が電極に当接するまでの当接時間を計測し、当接時間に基づいてヘッド駆動信号のパルス幅を決定する計測・決定ステップと、決定されたパルス幅を有するヘッド駆動信号を振動板と電極との間に印加する印加ステップとを有するものである。本発明によれば、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号印加時間を最適化することができる。
また、上記の方法において、計測・決定ステップでは、ヘッド駆動信号の印加開始時からヘッド駆動信号の印加に応じて振動板に流れる電流の電流値又は電流値に対応した値がピークとなるまでの時間を計測し、その計測結果を当接時間とするものである。これにより、上記当接時間に等しい時間を簡単に計測することができる。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動方法は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法において、ノズルから吐出された液滴の質量又は吐出速度が最大となるヘッド駆動信号のパルス幅である最大パルス幅及び最大パルス幅が得られる際のヘッド駆動信号の印加開始時からヘッド駆動信号の印加に応じて振動板に流れる電流の電流値又は電流値に対応した値が第１のピークとなるまでの第１時間である最大第１時間を予め計測し、最大パルス幅及び最大第１時間に基づいて電流値又は電流値に対応した値が第１のピークとなってから第２のピークとなるまでの第２時間を求める初期ステップと、第１時間を計測し、第１時間及び第２時間に基づいてパルス幅を決定する計測・決定ステップと、決定されたパルス幅を有するヘッド駆動信号を振動板と電極との間に印加する印加ステップとを有するものである。本発明によれば、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号印加時間を簡単に最適化することができる。
【００１２】
また、上記の方法において、計測・決定ステップは、供給される液滴吐出データに基づいて液滴の吐出を開始するごとに行うものである。これにより、供給される液滴吐出データに基づいて液滴の吐出を開始するごとに、ヘッド駆動信号印加時間を最適化することができる。
また、上記の方法において、液滴吐出ヘッド近傍の大気圧を検出する圧力センサを設け、計測・決定ステップは、圧力センサの検出結果に基づいて行うものである。これにより、迅速に記録を開始することができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動回路は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動回路において、ヘッド駆動信号の印加開始時から振動板が電極に当接するまでの当接時間を計測する計測手段と、当接時間に基づいてヘッド駆動信号のパルス幅を決定する決定手段と、決定されたパルス幅を有するヘッド駆動信号を発生するヘッド駆動信号発生手段とを備えているものである。本発明によれば、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号印加時間を最適化することができる。
また、上記の回路において、ヘッド駆動信号の印加に応じて振動板に流れる電流の電流値又は電流値に対応した値を検出する電流検出手段とを備え、計測手段は、ヘッド駆動信号の印加開始時から電流検出手段の検出結果がピークとなるまでの時間を計測し、その計測結果を当接時間とするものである。これにより、上記当接時間に等しい時間を簡単に計測することができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動回路は、液体が充填される吐出室の壁面を構成する振動板と振動板に対向する電極との間にヘッド駆動信号を印加して振動板を電極に当接離間させて吐出室に連通するノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動回路において、ヘッド駆動信号の印加に応じて振動板に流れる電流の電流値又は電流値に対応した値を検出する電流検出手段と、ノズルから吐出された液滴の質量又は吐出速度が最大となるヘッド駆動信号のパルス幅である最大パルス幅及び最大パルス幅が得られる際のヘッド駆動信号の印加開始時から電流検出手段の検出結果が第１のピークとなるまでの第１時間である最大第１時間を予め計測するとともに、第１時間を計測する計測手段と、最大パルス幅及び最大第１時間に基づいて電流検出手段の検出結果が第１のピークとなってから第２のピークとなるまでの第２時間を求めるとともに、第１時間及び第２時間に基づいてパルス幅を決定する決定手段と、決定されたパルス幅を有するヘッド駆動信号を発生するヘッド駆動信号発生手段とを備えているものである。本発明によれば、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号印加時間を簡単に最適化することができる。
【００１５】
また、上記の回路において、供給される液滴吐出データに基づいて液滴の吐出を開始するごとに、計測手段は当接時間又は第１時間を計測し、決定手段はパルス幅を決定するものである。これにより、供給される液滴吐出データに基づいて液滴の吐出を開始するごとに、ヘッド駆動信号印加時間を最適化することができる。
また、上記の回路において、液滴吐出ヘッド近傍の大気圧を検出する圧力センサを備え、圧力センサの検出結果に基づいて、計測手段は当接時間又は第１時間を計測し、決定手段はパルス幅を決定するものである。これにより、迅速に記録を開始することができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記したいずれかの液滴吐出ヘッドの駆動回路を備えているものである。本発明によれば、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号印加時間を最適化することができる液滴吐出装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動される液滴吐出ヘッド２１を一部断面で示した分解斜視図、図３は、液滴吐出ヘッド２１の一部側断面図である。この例の液滴吐出ヘッド２１は、液滴を基板の面部に設けたノズルから吐出させるフェイス型と呼ばれるものである。この液滴吐出ヘッド２１は、第１の基板１と、第２の基板２と、第３の基板３とを積層し接合して構成されている。
【００１８】
第１の基板１は、キャビティプレートとも呼ばれ、（１００）面方位の酸素濃度の低いシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板というときは、（１００）面方位の酸素濃度の低いシリコン単結晶基板を意味する。）により構成されている。第１の基板１の全面には、図３に示すように、厚さ約０．１μｍを有する二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４が、液滴吐出ヘッド２１を駆動させた時の絶縁破壊及び短絡を防止するために絶縁膜として形成されている。第１の基板１には、その底壁が振動板５となる吐出室６を構成する凹部７と、各吐出室６に供給すべき液体が貯蔵されるリザーバ８を構成する凹部９とが形成されている。電極端子１０には、後述するヘッド駆動信号ＳHDが印加される。
【００１９】
第２の基板２は、例えば、厚さ約１ｍｍを有し、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス（ＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3）又はシリコン基板により構成され、図２及び図３に示すように、第１の基板１の裏面に接合されている。第２の基板２には、第１の基板１に形成されている各吐出室６に対向して、例えば、深さ約０．２５μｍの凹部１１が形成されている。凹部１１の内部には、例えば、厚さ約０．１μｍを有する、電極１２、リード部１３及び端子部１４（以下、これらを総称して電極部と呼ぶ。）が形成されている。電極部の材料としては、例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）やクロム（Ｃｒ）等の金属等がある。この実施の形態１では、第１の基板１に形成された振動板５と、これに対向して配置され、第２の基板２に形成された電極１２との対向間隔、すなわち、ギャップ長は、凹部１１の深さ（約０．２５μｍ）から電極１２の厚さ（約０．１μｍ）を減算した、約０．１５μｍとなる。また、隣接する凹部１１の間の所定箇所には、一端がリザーバ８に連通するとともに他端が図示せぬ液体タンクに接続されている液体供給口１５が設けられている。さらに、電極１２には、リード部１３及び端子部１４を介して後述するヘッド駆動信号ＳHDが印加される。
【００２０】
第３の基板３は、ノズルプレートとも呼ばれ、例えば、厚さ約１８０μｍを有するシリコン基板により構成され、図２及び図３に示すように、第１の基板１の表面に接合されている。この第３の基板３は、第１の基板に対し蓋として作用することにより、吐出室６、リザーバ８及び後述するオリフィス１７を構成している。第３の基板３の略中央表面には、対応する吐出室６と連通するノズル１６が２列並列して形成されている。各ノズル１６は、テーパ状に近づけるために、２段で構成されており、内側（第１の基板１と接合される側。）の径が外側の径よりも大きい。これは、液体流れの整流作用により、液体の直進性を高めるためである。また、第３の基板３の内側の面（図２では裏面。）にはオリフィス１７を構成する細溝１８が形成されており、吐出室６とリザーバ８とを連通させている。ダイヤフラム１９は、リザーバ８に対向しており、液体流路内の圧力変動を緩和させるために、周囲より薄く形成されている。また、図３において、封止部２０は、電極１２の部分に異物等が混入しないようにするためのものである。
【００２１】
次に、上記構成の液滴吐出ヘッド２１の動作の概略について説明する。図示せぬ液体タンクより液体供給口１５を経て第１の基板１の内部に液体が供給されてリザーバ８、吐出室６等に貯蔵された状態において、電極端子１０と電極１２との間に０Ｖから３０Ｖのヘッド駆動信号ＳHDを印加すると、振動板５と電極１２との間に静電引力が発生し、振動板５が電極１２に引き寄せられて下方に撓んだ後、元に戻る。これにより、吐出室６の容積が一旦広がった後、元に戻るから、その圧力により差分の液滴２２が吐出し、例えば、液滴着弾対象となる記録紙２３に着弾することによって記録が行われる。
【００２２】
次に、図４は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの駆動回路３１の構成を示すブロック図である。この例の液滴吐出ヘッドの駆動回路３１は、ＣＰＵ３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３５と、波形制御部３６と、波形発生部３７と、ヘッド駆動部３８と、電流検出部３９とから構成されている。ＣＰＵ３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、Ｉ／Ｆ３５と、波形制御部３６と、ヘッド駆動部３８と、電流検出部３９とは、バス４０を介して接続されている。
【００２３】
ＣＰＵ３２は、ＲＯＭ３３に記憶されたプログラムを実行して、ＲＡＭ３４に確保された各種レジスタやフラグを用いて、Ｉ／Ｆ３５及びバス４０を介してパーソナル・コンピュータ（パソコン）４１から供給される記録データＤRに基づいて、液滴吐出ヘッド２１から液滴を吐出させるための制御信号ＳCを生成するとともに、上記記録データＤRをバス４０を介してヘッド駆動部３８に供給する。また、ＣＰＵ３２は、例えば、システムクロックの各周期ごとに、電流検出部３９から供給される電流Ｉ0の電流値をチェックし、その電流値が正のピークＩPK+になる時点を把握する。そして、ＣＰＵ３２は、後述するヘッド駆動信号ＳHDの液滴吐出ヘッド２１への印加開始時から、電流検出部３９から供給される電流Ｉ0の電流値が正のピークＩPK+となるまでの第１時間Ｔ1（図１（ａ）及び（ｂ）参照）を、例えば、システムクロックをカウントすることにより計測する。さらに、ＣＰＵ３２は、計測結果である第１時間Ｔ1に基づいてヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWを決定する。そして、ＣＰＵ３２は、決定したパルス幅ＰWに対応した制御信号ＳCを生成し、波形制御部３６に供給する。
【００２４】
波形制御部３６は、ＣＰＵ３２からバス４０を介して供給される制御信号ＳCに基づいて、液滴吐出ヘッド２１を構成する振動板５と電極１２との間に印加すべきヘッド駆動信号ＳHDの波形を制御するための波形制御信号ＳWを生成して、波形発生部３７に供給する。波形発生部３７は、波形制御部３６から供給される波形制御信号ＳWに基づいて駆動制御信号ＳDを生成し、ヘッド駆動部３８に供給する。ヘッド駆動部３８は、波形発生部３７から供給される駆動制御信号ＳDと、ＣＰＵ３２からバス４０を介して供給される記録データＤRと、図示せぬ電源回路から供給される電源電圧とに基づいて、上記ヘッド駆動信号ＳHDを生成して、第１の基板１を構成する電極端子１０と電極１２との間に所定のタイミングで印加する。電流検出部３９は、波形発生部３７からヘッド駆動部３８に駆動制御信号ＳDが供給されるに伴って波形発生部３７とヘッド駆動部３８との間に流れる電流Ｉ0を順次検出し、ＣＰＵ３２に供給する。
【００２５】
次に、本発明の基本的な原理について説明する。上記したように、液滴吐出ヘッドでは、主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等が原因となって、ヘッド駆動信号の印加開始時から振動板が電極に当接するまでの時間がばらつく場合がある。このうち、主要寸法の製造上のバラツキの影響については、上記した第１の従来例のように液滴吐出ヘッドの工場出荷時に取り除くことができる。これについては後述する。
【００２６】
これに対し、使用環境における気圧変動の影響については、気圧が変動するごとに、振動板と電極との間にある一定のヘッド駆動信号を印加し、その印加開始時から振動板が電極に当接するまでの時間を計測し、その計測結果に基づいてヘッド駆動信号の波形を調整すれば取り除くことができる。しかし、ヘッド駆動信号の印加開始時から振動板が電極に当接するまでの時間を直接計測することは困難である。そこで、本発明では、以下に示す手法を採用する。
【００２７】
液滴吐出ヘッド２１を構成する振動板５と電極１２との間に形成される平行板コンデンサの静電容量Ｃは、式（２）で表される。
Ｃ＝ε・（Ｓ／ｄ）  …（２）
式（２）において、εは振動板５と電極１２との間に存在するガスの誘電率、Ｓは振動板５の面積、ｄは振動板５と電極１２との間の距離である。
【００２８】
また、面積Ｓ、間隔ｄの２枚の極板が誘電率εの誘電体を隔てて対向して構成される平行板コンデンサに駆動電圧Ｖを印加した場合、２枚の極板にそれぞれ蓄積される電荷Ｑは、周知の通り、式（３）で表される。
Ｑ＝ＣＶ  …（３）
そこで、式（３）について時間ｔで微分すると、各極板に電荷Ｑが蓄積される際に流れる電流ｉは、式（４）で表される。
ｉ＝Ｖ・（ｄＣ／ｄｔ）＋Ｃ・（ｄＶ／ｄｔ）  …（４）
式（４）において、（ｄＣ／ｄｔ）は静電容量Ｃを時間ｔで微分することを示す微分係数、（ｄＶ／ｄｔ）は電位差Ｖを時間ｔで微分することを示す微分係数である。この電流ｉは、電流検出部３９が検出する、波形発生部３７からヘッド駆動部３８に駆動制御信号ＳDが供給されるに伴って波形発生部３７とヘッド駆動部３８との間に流れる電流Ｉ0に対応している。
また、上記したように、振動板５と電極１２との間に形成される平行板コンデンサに駆動電圧Ｖを印加した場合、２枚の極板に働く静電引力Ｆは、上記式（１）で表される。
【００２９】
振動板５と電極１２との間にヘッド駆動信号ＳHDを印加することにより、振動板５と電極１２との間に形成される平行板コンデンサに静電引力Ｆが発生して振動板５が電極１２に引き寄せられて下方に撓んで当接すると、振動板５と電極１２との間の距離ｄは最小となる。この最小の距離は図３に示す二酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４の膜厚に等しい。この場合、振動板５と電極１２との間に形成される平行板コンデンサの静電容量Ｃは、式（２）より、最大となる。また、振動板５が電極１２に当接する瞬間には、上記したように、距離ｄが最小となるため、式（１）より、振動板５と電極１２との間にヘッド駆動信号ＳHDを印加すると、振動板５と電極１２との間に働く静電引力Ｆが最大となるため、振動板５の変位速度が最も大きい。したがって、振動板５が電極１２に当接する瞬間には、静電容量Ｃの時間変化、すなわち、静電容量Ｃの時間微分（ｄＣ／ｄｔ）が最大となり、式（４）より、振動板５及び電極１２に電荷Ｑがそれぞれ蓄積される際に流れる電流ｉは最も多くなる。なお、振動板５が電極１２に当接している間は、静電容量Ｃの時間微分（ｄＣ／ｄｔ）及び駆動電圧Ｖの時間微分（ｄＶ／ｄｔ）はともに一定（「０」）となるため、電流ｉは流れない（式（４）参照）。
【００３０】
そこで、振動板５と電極１２との間へのヘッド駆動信号ＳHDの印加開始時から電流Ｉ0の電流値が正のピークＩPK+となるまでの第１時間Ｔ1（図１（ａ）及び（ｂ）参照）を計測すれば、振動板５と電極１２との間へのヘッド駆動信号ＳHDの印加開始時から振動板５が電極１２に当接するまでの時間を把握することができる。この実施の形態１では、上記したように、ＣＰＵ３２は、システムクロックの各周期ごとに、電流検出部３９から供給される電流Ｉ0の電流値をチェックし、その電流値が正のピークＩPK+になる時点を把握する。そして、ＣＰＵ３２は、ヘッド駆動信号ＳHDの液滴吐出ヘッド２１への印加開始時から、電流検出部３９から供給される電流Ｉ0の電流値が正のピークＩPK+となるまでの第１時間Ｔ1を、例えば、システムクロックをカウントすることにより計測する。
【００３１】
一方、主要寸法の製造上のバラツキの影響については、以下に示す手法により液滴吐出ヘッド２１の工場出荷時に取り除く。図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの駆動方法を説明するための波形図である。図１（ａ）はヘッド駆動信号ＳHDの波形の一例、図１（ｂ）は電流Ｉ0の波形の一例、図１（ｃ）は振動板５の挙動を示す波形の一例、図１（ｄ）は吐出室６に加えられる圧力の挙動を示す波形の一例を示している。ヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWは、図１（ａ）から分かるように、式（５）で表される。
ＰW＝Ｔ1＋Ｔ2  …（５）
式（５）において、Ｔ1はヘッド駆動信号ＳHDの液滴吐出ヘッド２１への印加開始時から、電流検出部３９から供給される電流Ｉ0の電流値が正のピークＩPK+となるまでの第１時間、Ｔ2は電流Ｉ0の電流値が正のピークＩPK+となってから負のピークＩPK-となるまでの第２時間である（図１（ｂ）参照）。
【００３２】
本願の発明者が検討したところ、第１時間Ｔ1については主要寸法の製造上のバラツキ及び使用環境における気圧変動に起因して変動するのに対し、第２時間Ｔ2については液滴吐出ヘッド２１の製造上のバラツキに起因してばらつくことがわかった。そこで、本発明では、液滴吐出ヘッド２１の工場出荷前に、ノズル１６から吐出された液滴の質量が最大となるヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWMAXを求めるとともに、そのパルス幅ＰWMAXが得られる際のヘッド駆動信号ＳHDの上記第１時間Ｔ1MAXを求める。これにより、第２時間Ｔ2を式（５）を変形した式（６）により算出し、例えば、ＲＯＭ３３又はＲＡＭ３４の所定の記憶領域に記憶しておく。
Ｔ2＝ＰWMAX−Ｔ1MAX  …（６）
【００３３】
そして、ＣＰＵ３２は、パソコン４１から供給される個々の記録データＤRに基づいて記録を開始するごとに、第１時間Ｔ1を計測して式（５）に代入するとともに、例えば、ＲＯＭ３３又はＲＡＭ３４の所定の記憶領域から上記第２時間Ｔ2を読み出して上記した式（５）に代入することにより、ヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWを決定する。次に、ＣＰＵ３２は、決定したパルス幅ＰWに対応した制御信号ＳCを生成し、波形制御部３６に供給する。これにより、液滴吐出ヘッド２１の主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等の影響を受けることなく、ヘッド駆動信号ＳHDの印加時間を最適化することができるのである。
【００３４】
次に、上記構成の液滴吐出ヘッドの駆動回路３１の動作について、図１を参照して説明する。まず、初期状態として、この液滴吐出ヘッドの駆動回路３１に電源が投入され、かつ、図３に示す液滴吐出ヘッド２１で振動板５が電極１２から完全に離間しており、図示せぬ液体タンクより液体供給口１５を経て第１の基板１の内部に液体が供給され、リザーバ８、吐出室６等に貯蔵されているものとする。この初期状態において、パソコン４１からＩ／Ｆ３５及びバス４０を介して記録データＤRが供給されると、ＣＰＵ３２は、ヘッド駆動部３８がある一定のヘッド駆動信号ＳHD（図１（ａ）参照）を生成するための制御信号ＳCを生成し、バス４０を介して波形制御部３６に供給するとともに、例えば、液滴吐出ヘッド２１のテスト用に用意され、ＲＯＭ３３又はＲＡＭ３４の所定の記憶領域に予め記憶された記録データを読み出してバス４０を介してヘッド駆動部３８に供給する。また、ＣＰＵ３２は、上記した第１時間Ｔ1を計測するために、例えば、システムクロックのカウントを開始するとともに、例えば、システムクロックの各周期ごとに、電流検出部３９から供給される電流Ｉ0の電流値チェックを開始する。
【００３５】
ＣＰＵ３２からバス４０を介して上記制御信号ＳCが供給されると、波形制御部３６は、上記制御信号ＳCに基づいて、上記ヘッド駆動信号ＳHDの波形を制御するための波形制御信号ＳWを生成して、波形発生部３７に供給する。これにより、波形発生部３７が上記波形制御信号ＳWに基づいて駆動制御信号ＳDを生成し、ヘッド駆動部３８に供給するので、ヘッド駆動部３８は、上記駆動制御信号ＳDと、ＣＰＵ３２からバス４０を介して供給されるテスト用の記録データと、図示せぬ電源回路から供給される電源電圧とに基づいて、図１（ａ）に示すヘッド駆動信号ＳHDを生成して、第１の基板を構成する電極端子１０と電極１２との間に所定のタイミングで印加する。したがって、振動板５と電極１２との間に静電誘導が起こり、振動板５の裏面近傍に例えば、負の電荷の蓄積が開始される一方、電極１２の表面近傍に例えば、正の電荷の蓄積が開始される。すなわち、波形発生部３７とヘッド駆動部３８との間に、図１（ｂ）に示す電流Ｉ0が流れ始める。電流検出部３９は、上記電流Ｉ0を順次検出し、ＣＰＵ３２に供給する。上記静電誘導により、振動板５と電極１２との間にクーロン力が働くので、振動板５は、電極１２に引き寄せられて、図１（ｃ）に示すように、下方に撓み始める。これにより、吐出室６の容積はやや大きくなるので、吐出室６に加えられる圧力ＰVは、図１（ｄ）に示すように、減少し始める。
【００３６】
次に、時刻ｔbになると、振動板５は、上記したクーロン力の働きによりさらに電極１２に引き寄せられて下方に撓み、図１（ｃ）に示すように、電極１２に当接するので、吐出室６の容積が最大となり、吐出室６に加えられる圧力ＰVは、図１（ｄ）に示すように、さらに減少する。このとき、振動板５と電極１２との間の距離ｄは最小となるので、上記静電容量Ｃ及び上記静電引力Ｆが最大となり、上記電流Ｉ0の電流値は、図１（ｂ）に示すように、正のピークＩPK+となる。電流検出部３９は、上記正のピークＩPK+となった上記電流Ｉ0を検出し、ＣＰＵ３２に供給する。これにより、ＣＰＵ３２は、電流Ｉ0の電流値が正のピークＩPK+になった時点を把握し、その時点でのシステムクロックのカウント値を第１時間Ｔ1とする。そして、ＣＰＵ３２は、例えば、ＲＯＭ３３又はＲＡＭ３４の所定の記憶領域から上記第２時間Ｔ2を読み出して上記した式（５）に代入するとともに、計測した第１時間Ｔ1を式（５）に代入することにより、ヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWを決定し、例えば、ＲＡＭ３４の所定の記憶領域に記憶する。
【００３７】
次に、ＣＰＵ３２は、決定したパルス幅ＰWに対応したヘッド駆動信号ＳHD（図１（ａ）参照）をヘッド駆動部３８が生成するための制御信号ＳCを生成し、バス４０を介して波形制御部３６に供給するとともに、バス４０を介してパソコン４１から供給された記録データＤRをヘッド駆動部３８に供給する。ＣＰＵ３２からバス４０を介して上記制御信号ＳCが供給されると、波形制御部３６は、上記制御信号ＳCに基づいて、上記ヘッド駆動信号ＳHDの波形を制御するための波形制御信号ＳWを生成して、波形発生部３７に供給する。これにより、波形発生部３７が上記波形制御信号ＳWに基づいてＣＰＵ３２が決定したパルス幅ＰWに対応した駆動制御信号ＳDを生成し、ヘッド駆動部３８に供給するので、ヘッド駆動部３８は、上記駆動制御信号ＳDと、ＣＰＵ３２からバス４０を介して供給される記録データＤRと、図示せぬ電源回路から供給される電源電圧とに基づいて、図１（ａ）に示すヘッド駆動信号ＳHDを生成して、第１の基板を構成する電極端子１０と電極１２との間に所定のタイミングで印加する。これにより、振動板５と電極１２との間に静電引力が発生し、振動板５が電極１２に引き寄せられて下方に撓んだ後、元に戻る（図１（ｃ）参照）。これにより、吐出室６の容積が一旦広がった後、元に戻るから、その圧力ＰVにより、図１（ｄ）に示すように、時刻ｔmに液滴が吐出する。以上説明した動作は、パソコン４１からＩ／Ｆ３５及びバス４０を介して記録データＤRが供給されるごとに行われる。
【００３８】
このように、この例の構成によれば、パソコン４１からＩ／Ｆ３５及びバス４０を介して記録データＤRが供給されるごとに、ＣＰＵ３２がヘッド駆動信号ＳHDの印加開始時から電流Ｉ0の電流値が正のピークＩPK+となるまでの時間Ｔ1を計測し、時間Ｔ1に基づいてヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWを決定している。そして、決定されたパルス幅ＰWを有するヘッド駆動信号ＳHDを振動板５と電極１２との間に印加している。したがって、液滴吐出ヘッド２１の主要寸法の製造上のバラツキや使用環境における気圧変動等が原因となって、振動板５の平衡位置が変化する場合であっても、ヘッド駆動信号ＳHDの印加時間を液滴質量が最大となるように最適化することができる。このため、液滴吐出特性を最適な状態に保持することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の要部の構成を示す概略図である。この実施の形態２の液滴吐出装置は、いわゆるシリアル型であり、上記した液滴吐出ヘッド２１と、ドラム４２と、制御部４３とから概略構成されている。液滴吐出ヘッド２１は、図示せぬ液体タンクから液体が供給されて、記録紙４４に液滴を吐出し、記録を行う。ドラム４２は、記録紙４４を支持するとともに、ベルト４５等を介してモータ４６により回転駆動される。記録紙４４は、ドラム４２の軸方向（図中Ｍ方向）に平行に設けられた紙圧着ローラ４８により、ドラム４２に圧着されて保持されている。また、送りネジ４７は、ドラム４２の軸方向（図中Ｍ方向）に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド２１が保持されている。送りネジ４７は、制御部４３が制御することにより回転し、液滴吐出ヘッド２１をドラム４２の軸方向（図中Ｍ方向）に移動可能に構成されている。
【００４０】
制御部４３は、上記した実施の形態１で示した液滴吐出ヘッドの駆動回路３１の構成及び機能の他、以下に示す構成及び機能を有している。すなわち、制御部４３は、パソコン４１から供給される記録データＤRに基づいて、送りネジ４７を制御して液滴吐出ヘッド２１を図中Ｍ方向に移動させるとともに、モータ４６等を制御してベルト４５等を介してドラム４２を図中ｍ方向に回転駆動させることにより、記録紙４４と液滴吐出ヘッド２１との相対位置を変化させつつ、液滴吐出ヘッド２１を構成する振動板５（図２及び図３参照）を振動させる制御をしながら記録を行わせる。このように、この実施の形態２によれば、上記した実施の形態１で示した液滴吐出ヘッドの駆動回路３１を用いて液滴吐出装置を構成しているので、適正なインク質量及びインク速度が確保され、薄い印字、印字のかすれ、何も印字されない等の不具合が発生せず、高品質での印字が可能となる。
【００４１】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、周知の液滴吐出ヘッド及び本発明の液滴吐出ヘッドの駆動回路を備えた液滴吐出装置により記録する例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、周知の液滴吐出ヘッド及び本発明の液滴吐出ヘッドの駆動回路を電界発光基板製造装置に設け、有機又は無機の電界発光素子となる材料を含んだ液体を基板上に吐出させ、定着させることにより電界発光基板を製造することができる。ここで、高分子の材料では蒸着法を用いることができないので、液滴吐出による製造が特に有効である。また、生体分子を含む溶液を吐出する装置に設けることにより、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、タンパク質等の生体分子のマイクロアレイを製造したり、生体に関する検査をしたりするための装置を得ることができる。また、液晶等を用いた表示装置に用いられるカラーフィルタの製造装置を得ることができる。また、染料の吐出等、他のあらゆる工業用途、家庭用途に、上述の各実施の形態の液滴吐出ヘッドの駆動回路を備えた装置を用いることができる。
【００４２】
以上、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述の実施の形態１では、電流検出部３９は、波形発生部３７からヘッド駆動部３８に駆動制御信号ＳDが供給されるに伴って波形発生部３７とヘッド駆動部３８との間に流れる電流Ｉ0を検出する例を示したが、これに限定されず、ヘッド駆動信号ＳHDの印加に応じて振動板５に流れる電流の電流値又はこの電流値に対応した値であればどのような電流値を検出しても良い。
【００４３】
また、上述の実施の形態１では、本発明をフェイス吐出型の液滴吐出ヘッド２１を駆動する場合に適用する例を示したが、これに限定されず、本発明は、液滴を液滴吐出ヘッドの側面に設けたノズルから吐出させる、いわゆるエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドを駆動する場合にも適用することができる。
また、本発明は、圧電素子を用いて液体を加圧し、ノズル孔から液滴を吐出する、いわゆるピエゾ方式の液滴吐出ヘッドを駆動する場合にも適用することができる。
また、上述の実施の形態１では、吐出された液滴質量が最大となるヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWから第２時間Ｔ2を求める例を示したが、これに限定されず、吐出される液滴の吐出速度が最大となるパルス幅ＰWから第２時間Ｔ2を求めるようにしても良い。
また、上述の実施の形態１では、パソコン４１からＩ／Ｆ３５及びバス４０を介して記録データＤRが供給されるごとにヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWを決定する例を示したが、これに限定されない。例えば、液滴吐出ヘッド２１の近傍に圧力センサを設け、この圧力センサで大気圧を常時検出し、この圧力センサの検出結果である大気圧が予め設定した所定値より変化した場合のみ上記ヘッド駆動信号ＳHDのパルス幅ＰWを決定するように構成しても良い。このように構成すれば、迅速に記録を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの駆動方法を説明するための波形図である。
【図２】液滴吐出ヘッドを一部断面で示した分解斜視図である。
【図３】液滴吐出ヘッドの概略断面図である。
【図４】液滴吐出ヘッドの駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出装置の要部の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  第１の基板、２  第２の基板、３  第３の基板、４  二酸化シリコン膜、５  振動板、６  吐出室、７，９，１１  凹部、８  リザーバ、１０  電極端子、１２  電極、１３  リード部、１４  端子部、１５  液体供給口、１６  ノズル、１７  オリフィス、１８  細溝、１９  ダイヤフラム、２０  封止部、２１  液滴吐出ヘッド、２２  液滴、２３  記録紙、３１  駆動回路、３２  ＣＰＵ（計測手段、決定手段）、３３  ＲＯＭ、３４  ＲＡＭ、３５  Ｉ／Ｆ、３６  波形制御部、３７  波形発生部、３８  ヘッド駆動部（ヘッド駆動信号発生手段）、３９  電流検出部（電流検出手段）、４０  バス、４１  パソコン、４２  ドラム、４３  制御部、４４  記録紙、４５  ベルト、４６  モータ、４７  ネジ、４８  紙圧着ローラ。
【図１】
2005169729.tif 000003
【図２】
2005169729.tif 000004
【図３】
2005169729.tif 000005
【図４】
2005169729.tif 000006
【図５】
2005169729.tif 000007