(57)【要約】【課題】  吐出特性の周波数依存性の改善と、ノズルの目詰まりや液体の吐出不良の改善を、同時に効率よく行うことができる静電式インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドの駆動方法を提供する。【解決手段】  一定間隔で対向配置されている振動板電極と固定側電極の間に、液体吐出用駆動電圧パルスを印加し、これらの電極間に発生する静電気力によって前記振動板電極を振動させることにより液体圧力変動を発生させ、当該液体圧力変動を利用して液体吐出ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法であって、液滴を吐出させることなく液体吐出ノズルのメニスカスを振動させるメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａと、液滴を吐出させる液体吐出用駆動電圧パルスＰｂとを、所定のパルス間隔Ｔ１で時系列の一組のパルスＡとして発生させ駆動する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔で対向配置されている振動板電極と固定側電極の間に、液体吐出用駆動電圧パルスを印加し、これらの電極間に発生する静電気力によって前記振動板電極を振動させることにより液体圧力変動を発生させ、当該液体圧力変動を利用して液体吐出ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
液滴を吐出させることなく液体吐出ノズルのメニスカスを振動させるメニスカス振動用駆動電圧パルスと、液滴を吐出させる液体吐出用駆動電圧パルスとを、所定のパルス間隔で時系列の一組のパルスＡとして発生させ駆動することを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記パルスＡを、複数組み合わせたパルスＢとして発生させ駆動することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡのメニスカス振動用駆動電圧パルスは、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスの選択にかかわらず駆動することを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡ以外は、メニスカス振動用駆動電圧パルスと、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスのいずれか一方を選択的に駆動することを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
前記パルスＡにおいて、メニスカス振動用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとの間のパルス間隔は、メニスカスの振動が共振状態になるように設定することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
前記パルスＢにおいて、液体吐出用駆動電圧パルス同士間のパルス間隔は、メニスカスの振動が共振状態になるように設定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項７】
一定間隔で対向配置されている振動板電極と固定側電極の間に、液体吐出用駆動電圧パルスを印加し、これらの電極間に発生する静電気力によって前記振動板電極を振動させることにより液体圧力変動を発生させ、当該液体圧力変動を利用して液体吐出ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
液滴を吐出させることなく液体吐出ノズルのメニスカスを振動させるメニスカス振動用駆動電圧パルスと、液滴を吐出させる液体吐出用駆動電圧パルスとを、所定の第１パルス間隔を有する一組のパルスＡとして、さらに前記液体吐出用駆動電圧パルスとの間に所定の第２パルス間隔を有し、メニスカスの残留振動を抑制するメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスを、時系列に発生させ駆動することを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項８】
前記パルスＡを、複数組み合わせたパルスＢとして発生させるとともに、該パルスＢの最後の液体吐出用駆動電圧パルスとの間に前記第２パルス間隔を有する前記メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスを発生させ駆動することを特徴とする請求項７記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項９】
前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡのメニスカス振動用駆動電圧パルスは、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスの選択にかかわらず駆動することを特徴とする請求項８記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１０】
前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡのメニスカス振動用駆動電圧パルス以外は、メニスカス振動用駆動電圧パルスと、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスのいずれか一方を選択的に駆動することを特徴とする請求項８記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１１】
前記パルスＡにおいて、メニスカス振動用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとの間の第１パルス間隔は、メニスカスの振動が共振状態になるように設定することを特徴とする請求項７記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１２】
前記パルスＢにおいて、液体吐出用駆動電圧パルス同士間のパルス間隔は、メニスカスの振動が共振状態になるように設定することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の駆動方法を静電式インクジェットヘッドに用いることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項１４】
請求項１３において、複数回のインク液滴の吐出により１画素印字を行い、１画素印字のためのインク液滴の吐出回数を増減することにより、各画素の階調表現を行うことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項１５】
静電式インクジェットヘッドを備え、請求項１３または１４に記載の駆動方法により前記静電式インクジェットヘッドを駆動することを特徴とするインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電式アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドの駆動方法に関し、特に静電式インクジェットヘッドに適用して有効なインクジェットヘッドの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電式アクチュエータを備えた静電式液体吐出ヘッドの代表例としては、インクジェットヘッドがよく知られており、インクジェットプリンタの記録ヘッドとして普及している。静電式インクジェットヘッドは、静電気力を利用してインクを貯留したインク室の容積を変化させて、インク室に連通しているインクノズルからインク液滴を吐出させるものであり、インク室の一部を形成している振動板電極と、これに対向配置されている固定側電極（個別電極）とを備え、これらの間に駆動電圧パルスを印加すると、振動板電極が固定側電極に吸引され、駆動電圧パルスの印加を解除すると、振動板電極が固定側電極から開放されて弾性復帰する。かかる振動板電極の振動によってインク室のインク圧力が変動して、振動板電極が固定側電極から開放されて弾性復帰する過程で、インク室に連通しているインクノズルからインク液滴の吐出が行われる。
【０００３】
インクノズルからインク液滴の吐出が行われない状態が継続すると、インクノズル内のインクが乾燥してインクの粘度が増加する。インクノズル内に粘度の増加したインクが滞留すると、次に発生するインク液滴の吐出時点においてインク液滴を吐出できないという目詰まりが発生するおそれがある。また、インク液滴を吐出できても、十分な量および速度でインク液滴を吐出できないというインク液滴の吐出不良が発生するおそれがある。このようなインクノズルの目詰まりやインク液滴の吐出不良が発生した場合には、印字品質や画質が大幅に低下してしまうことになる。
【０００４】
上述のような、インクノズル内に溜まっているインクの粘度増加を防止するための従来のインクジェットヘッドの駆動方法としては、インク液滴を吐出させる駆動電圧パルスと関連して、インク液滴を吐出させることなくインクノズルのインクメニスカスを微振動させるメニスカス振動用駆動電圧パルスを印加する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７９９６４号公報
【特許文献２】特開２００２−１４４５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１、２に開示されている駆動方法は、インク液滴を吐出させるエネルギーを発生する第１駆動波形と、インク液滴を吐出させずにメニスカスを振動させるエネルギーを発生する第２駆動波形とを、時系列で生成する手段を有していて、第１駆動波形と第２駆動波形を選択的に駆動することで、ノズルに粘度の増加したインクが滞留して目詰まり等が起きることを防止するようにしている。
しかしながら、インク液滴を吐出するとインク室内に残留振動が発生するため、この残留振動が十分減衰する前に次のインク液滴を吐出すると、残留振動の影響により吐出特性が変化する。特に吐出後のメニスカスの残留振動がノズル面より盛り上がるタイミングで、次の印字パルスを印加する場合には、インク液滴の飛行曲がりが発生し、著しく印字品質が劣化する。特許文献１、２の駆動方法では、メニスカスの残留振動については配慮されておらず、第１駆動波形すなわちインク吐出用駆動電圧パルスと第２駆動波形すなわちメニスカス振動用駆動電圧パルスとを時系列で発生させるものであるから、このようなメニスカス振動用駆動電圧パルスでは、インク液滴を吐出した後のメニスカスの残留振動を抑制することはできない。そのため、メニスカス形状を安定化させることができず、インク液滴の飛行曲がりが生じ、吐出特性の周波数依存性を解消することができない。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、吐出特性の周波数依存性の改善と、ノズルの目詰まりや液体の吐出不良の改善を、同時に効率よく行うことができる静電式インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドの駆動方法は、一定間隔で対向配置されている振動板電極と固定側電極の間に、液体吐出用駆動電圧パルスを印加し、これらの電極間に発生する静電気力によって前記振動板電極を振動させることにより液体圧力変動を発生させ、当該液体圧力変動を利用して液体吐出ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
液滴を吐出させることなく液体吐出ノズルのメニスカスを振動させるメニスカス振動用駆動電圧パルスと、液滴を吐出させる液体吐出用駆動電圧パルスとを、所定のパルス間隔で時系列の一組のパルスＡとして発生させ駆動するものである。
【０００９】
本発明においては、メニスカス振動用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとを所定のパルス間隔で発生させ駆動することにしたので、吐出後のメニスカス残留振動をメニスカス振動用駆動電圧パルスによって抑制することが可能となり、そのため、メニスカス形状が安定化し、吐出時の液滴の飛行曲がりが発生しない。よって、本発明によれば、吐出特性の周波数依存性をなくすことができるという効果がある。それと同時に、メニスカス振動用駆動電圧パルスによってメニスカスを微振動させているので、ノズルの目詰まりや液体の吐出不良を確実に防止することができる効果を奏する。
【００１０】
また、本発明においては、前記パルスＡを、複数組み合わせたパルスＢとして発生させ駆動することもできる。
このパルスＢのメニスカス振動用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとを選択的に駆動することにより、１画素を複数回の液体吐出で行う階調表現が可能となる。
【００１１】
また、前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡのメニスカス振動用駆動電圧パルスは、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスの選択にかかわらず駆動する。すなわち、先頭のメニスカス振動用駆動電圧パルスは常に駆動することとして、直前の液体吐出によるメニスカス残留振動を抑制する。
【００１２】
また、前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡ以外は、メニスカス振動用駆動電圧パルスと、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスのいずれか一方を選択的に駆動する。
これによって、上記の階調表現が可能となり、また非印字の場合におけるメニスカス振動を行うことができる。
【００１３】
また、前記パルスＡにおいて、メニスカス振動用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとの間のパルス間隔は、メニスカスの振動が共振状態になるように設定する。
このように、メニスカス振動用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとの間のパルス間隔をメニスカスの振動が共振状態になるように設定することにより、直前の液体吐出による不規則なメニスカス残留振動を確実に抑制することができ、吐出特性の周波数依存性の改善が可能となる。
【００１４】
また、前記パルスＢの場合には、液体吐出用駆動電圧パルス同士間のパルス間隔を、メニスカスの振動が共振状態になるように設定する。
パルスＢの場合は、前後の液体吐出用駆動電圧パルス間のパルス間隔をメニスカスの振動が共振状態になるように設定することにより、直前の液滴吐出によるメニスカス残留振動と液体吐出用駆動電圧パルスによるメニスカス振動とを略同位相に設定することができるようになるので、液体吐出用駆動電圧パルス間での安定吐出が可能となる。
【００１５】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの駆動方法は、一定間隔で対向配置されている振動板電極と固定側電極の間に、液体吐出用駆動電圧パルスを印加し、これらの間に発生する静電気力によって前記振動板電極を振動させることにより液体圧力変動を発生させ、当該液体圧力変動を利用して液体吐出ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
液滴を吐出させることなく液体吐出ノズルのメニスカスを振動させるメニスカス振動用駆動電圧パルスと、液滴を吐出させる液体吐出用駆動電圧パルスとを、所定の第１パルス間隔を有する一組のパルスＡとして、さらに前記液体吐出用駆動電圧パルスとの間に所定の第２パルス間隔を有し、メニスカスの残留振動を抑制するメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスを、時系列に発生させ駆動するものである。
【００１６】
本発明においては、前記パルスＡの後に、さらにメニスカスの残留振動を抑制するメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスを駆動するようにしたものである。このメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとの間の第２パルス間隔は、パルスＡにおける第１パルス間隔と同様に所定の値に設定されているため、メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスによって吐出後のメニスカス残留振動を打ち消すことが可能となり、メニスカスがほとんど振動しない状態となる。すなわち、液体吐出ヘッドを待機状態と同じ状態に保持する。そのため、メニスカス形状が安定化し、吐出時の液滴の飛行曲がりが発生しない。よって、本発明によれば、吐出特性の周波数依存性をなくすことができるという効果がある。それと同時に、メニスカス振動用駆動電圧パルスによってメニスカスを微振動させているので、ノズルの目詰まりや液体の吐出不良を確実に防止することができる効果を奏する。
【００１７】
また、本発明において、パルスＢを駆動する場合は、前述のように、前記パルスＡを、複数組み合わせたパルスＢとして発生させるとともに、該パルスＢの最後の液体吐出用駆動電圧パルスとの間に前記第２パルス間隔を有する前記メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスを発生させ駆動することもできる。
【００１８】
また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法でも前記同様に、前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡのメニスカス振動用駆動電圧パルスは、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスの選択にかかわらず駆動する。
【００１９】
同様に、前記パルスＢにおいて、先頭の前記パルスＡのメニスカス振動用駆動電圧パルス以外は、メニスカス振動用駆動電圧パルスと、その直後の液体吐出用駆動電圧パルスのいずれか一方を選択的に駆動する。
【００２０】
同様に、前記パルスＡにおいて、メニスカス振動用駆動電圧パルスと液体吐出用駆動電圧パルスとの間の第１パルス間隔は、メニスカスの振動が共振状態になるように設定することが望ましい。
【００２１】
同様に、前記パルスＢにおいて、液体吐出用駆動電圧パルス同士間のパルス間隔は、メニスカスの振動が共振状態になるように設定することが望ましい。
【００２２】
本発明のインクジェットヘッドの駆動方法は、以上に述べた本発明のいずれかの駆動方法を静電式インクジェットヘッドに用いる。
本発明の前記駆動方法を採用することにより、吐出特性の周波数依存性を解消できるため、高速印字が可能となる。
【００２３】
また、本発明のインクジェットヘッドの駆動方法では、複数回のインク液滴の吐出により１画素印字を行う多ショット／画素印字の場合に有効である。この場合には、インク液滴が吐出されない状態が継続するインクノズルが発生しやすいので、インクノズルの目詰まりや、インク液滴の吐出不良が発生しやすい。本発明の駆動方法によれば、確実にこのような弊害を防止できる。しかも、吐出特性の周波数依存性も同時に解消できるので、高品位・高画質の印刷が可能となる。
【００２４】
本発明のインクジェットプリンタは、静電式インクジェットヘッドを備え、上記の駆動方法により前記静電式インクジェットヘッドを駆動するものである。
本発明によれば、インクノズルの目詰まりなどを生じることがなく、かつ周波数特性が向上するので、高速で高品位の印刷が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明を適用した静電式インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタの実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は本実施の形態に係る静電式インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタを示す概略構成図である。
【００２７】
このインクジェットプリンタ１００は、記録紙１０１を副走査方向Ｙに向けて搬送するプラテン１０２と、このプラテン１０２にインクノズル面が対峙しているインクジェットヘッド１１０と、このインクジェットヘッド１１０を主走査方向Ｘに向けて往復移動させるためのキャリッジ１０３と、インクジェットヘッド１１０の各インクノズルにインクを供給するインクタンク１０４とを有している。プラテン１０２から主走査方向Ｘに外れた位置には、ノズルキャップ１０５が配置されており、このノズルキャップ１０５はインクポンプ１０６を介して廃インク回収部１０７に連通している。
【００２８】
（静電式インクジェットヘッド）
図２は、静電式インクジェットヘッド１１０を示す概略構成図である。静電式インクジェットヘッド１１０は、半導体からなるキャビティ基板１１２、同じく半導体からなるノズル基板１１３、およびガラス製の電極基板１１４を積層することにより構成されている。ノズル基板１１３には複数のインクノズル１１５が形成されている。ノズル基板１１３とキャビティ基板１１２の間には、各インクノズル１１５に連通する独立したインク室１１６が区画形成されており、各インク室１１６は細かいインクオリフィス１１７を介して単一の共通インク室１１８に連通している。共通インク室１１８には外部から不図示のインク供給径路を介してインクが供給される。
【００２９】
各インク室１１６の底壁部分には面外方向に振動可能な振動板電極１１９が形成されており、各振動板電極１１９が共通電極として機能する。各振動板電極１１９に対峙している電極基板１１４の表面部分には凹部１２０がそれぞれ形成され、各凹部１２０の底面には、振動板電極１１９と所定の間隔で対峙している個別電極１２１（固定側電極）が形成されている。各振動板電極１１９と、それぞれに対峙している個別電極１２１とにより静電アクチュエータが構成されている。振動板電極１１９と個別電極１２１との間のギャップ開放端部は、ギャップ内に湿気や埃等が侵入しないようエポキシ樹脂等の封止剤１２２で気密に封止されている。
【００３０】
この静電アクチュエータに駆動電圧パルスを印加することによって発生する静電気力を利用して、振動板電極１１９を振動させるようになっている。振動板電極１１９の振動によって、インク室１１６の容積が増減し、これによってインク室１１６内に発生するインク圧力の変動に基づき、インク室１１６に連通しているインクノズル１１５からインク液滴１２３が吐出される。
【００３１】
本実施形態の静電式インクジェットヘッド１１０は、例えば、ノズル基板１１３に一列に形成された６４個のインクノズル１１５を備えており、これら６４個のインクノズル１１５から選択的にインク液滴１２３を吐出させることにより、所望の文字や画像を印刷することが可能となっている。
【００３２】
なお、図示の静電式インクジェットヘッド１１０は、ノズル基板１１３の上面に設けたインクノズルからインク液滴を吐出させるフェイスエジェクトタイプであるが、本発明の制御対象となる静電式インクジェットヘッドは、インク液滴を基板の端部に設けたインクノズルから吐出させるエッジエジェクトタイプでもよい。
【００３３】
（インクジェットプリンタの制御系）
図３は、インクジェットプリンタ１００の制御系を示す概略ブロック図である。この図を参照して、静電式インクジェットヘッド１１０を備えたインクジェットプリンタ１００の制御系を説明する。本実施形態のインクジェットプリンタ１００は、静電式インクジェットヘッド１１０を駆動制御するためのインクジェットヘッド駆動制御装置１を有しており、このインクジェット駆動制御装置１は、ＣＰＵ２ａを中心に構成されたインクジェットヘッド制御部２を備えている。ＣＰＵ２ａには外部装置３からバス３ａを介して印刷情報が供給され、また、内部バス２ｂを介してＲＯＭ４ａ、ＲＡＭ４ｂおよびキャラクタジェネレータ４ｃが接続されている。
【００３４】
インクジェットヘッド制御部２では、ＲＡＭ４ｂ内の記憶領域を作業領域として用いて、ＲＯＭ４ａ内に格納されている制御プログラムを実行し、キャラクタジェネレータ４ｃから発生するキャラクタ情報に基づき、インクジェットヘッド駆動用の制御信号を生成する。制御信号は、論理ゲートアレイ５および駆動パルス発生回路６を介して、印刷情報に対応した駆動制御信号となって、コネクタ７を経由して、ヘッド基板８に形成されたヘッドドライバＩＣ９に供給される。また、ヘッドドライバＩＣ９には、印字用の駆動電圧パルス信号Ｖ３、制御信号ＬＰ、極性反転制御信号ＲＥＶなども供給される。
【００３５】
ヘッドドライバＩＣ９では、供給された上記の各信号および電源回路１０から供給される駆動電圧Ｖｐに基づき、静電式インクジェットヘッド１１０の各振動板電極１１９、すなわち共通電極に印加すべき駆動電圧パルスをその共通出力端子ＣＯＭから出力し、各インクノズル１１５に対応する個別電極１２１に印加すべき駆動電圧パルスを、各個別電極１２１に対応した個数の個別出力端子ＳＥＧから出力する。共通出力端子ＣＯＭの出力と個別出力端子ＳＥＧの出力との電位差が各インクノズル１１５に対応した各振動板電極１１９と、それぞれに対峙している個別電極１２１の間に印加される。駆動時（インク吐出時）には指定された向きの駆動電位差波形を与え、非駆動時には駆動電位差を与えないようになっている。
【００３６】
ここで、上記の駆動パルス発生回路６では、図４に示すような駆動電圧パルス波形を生成してヘッドドライバＩＣ９に出力される。同図（ａ）は基本波形のパルスＡを示し、同図（ｂ）は基本波形のパルスＢを示す。パルスＢは、パルスＡを複数組み合わせたものである。パルスＡ、パルスＢにおいて、先頭のパルスはインクメニスカスを微振動させるための小さい波形のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａであり、その直後のパルスはインク液滴を吐出させるためのインク吐出用駆動電圧パルスＰｂである。駆動パルス発生回路６は、このメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｂとを時系列の一組の駆動電圧パルスＡとして発生させる。または、パルスＡを複数組み合わせた時系列の駆動電圧パルスＢとして発生させる。そして、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｂのパルス間隔（第１パルス間隔）Ｔ１は、インクメニスカスの振動が共振状態となるような時間間隔で設定され、直前のインク吐出後のメニスカス残留振動の影響を抑制する。その理由を図５を参照して説明する。
【００３７】
図５はノズルメニスカス位置の時間遷移の一例を示すものであり、同図（ａ）はメニスカス振動用駆動電圧パルスを印加しない場合であり、同図（ｂ）は本発明のように所定のパルス間隔Ｔ１でメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａを印加する場合である。
メニスカス振動用駆動電圧パルスを印加しない場合、１ドット目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）によるノズルメニスカス位置の時間遷移は、図５（ａ）のようになる。このようにメニスカスは吐出後に残留振動が生じる。このメニスカス振動波形において、２ドット目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）をｔ２のタイミングで印加する場合を考える。メニスカスの移動方向（このときの速度ベクトルは上向きとなっている。）は、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）による残留振動のため、メニスカスは吐出する方向に振動している。このような場合、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）をｔ２のタイミングで印加すると、残留振動のメニスカス移動方向と、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）によりメニスカスを圧力室（インク室）側に引き込もうとするメニスカス移動方向とが一致していないため、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）を印加したときのメニスカス形状が不安定になり、適正なインク速度が得られなかったり、飛行曲がりなどが発生することになる。
すなわち、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）の印加のタイミングに応じて、インク速度が変化したり、飛行曲がりの発生などが生じるため、この駆動方法は周波数依存性が高いものとなる。
【００３８】
一方、本発明の場合には、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｂを所定のパルス間隔Ｔ１で印加するものであるため、１ドット目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）と２ドット目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（２）によるノズルメニスカス位置の時間遷移は、図５（ｂ）のようになる。すなわち、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）によるメニスカス残留振動は、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（２）による振動とが重ね合わされることにより、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）の印加直前（ｔ２のタイミング）には、メニスカスの移動方向（このときの速度ベクトルは下向きとなっている。）は、メニスカスを圧力室（インク室）側に引き込む方向となっている。これにより、残留振動のメニスカス移動方向と、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）によるメニスカス移動方向とが一致することとなり、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）を印加したときのメニスカス形状が安定化し、正常なインク吐出が可能となる。
すなわち、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（２）により、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）の印加する直前のメニスカス残留振動を一定にすることが可能なため、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）の印加するタイミングによらず、安定な吐出ができるため、本発明の駆動方法では周波数依存性が低いものとなる。
【００３９】
メニスカス振動の周期は、インクジェットヘッドの固有周期Ｔoと密接な関係があり、基本的に残留周期は、インクジェットヘッドの固有周期Ｔoと同じである。そのため、メニスカス残留振動に対して適正な駆動タイミングが存在し、各々のパルスＡ、Ｂは、図４に示すパルス間隔Ｔ１、Ｔ２で設定することが望ましい。すなわち、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｂとの間のパルス間隔Ｔ１は、（０．７５〜１．２５）Ｔoの範囲内で設定し、吐出用駆動電圧パルスＰｂ同士のパルス間隔Ｔ２は、（１．７５〜２．２５）Ｔoの範囲内で設定することが適当である。なお、インクジェットヘッドの固有周期Ｔoには固体差があるので、インクジェットヘッドの出荷前などにおいて固有周期もしくは固有振動数を測定するなどして上記パルス間隔Ｔ１、Ｔ２を上記の範囲内で最適値に設定するとよい。
また、パルスＢにおいて、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂ同士の間のパルス間隔Ｔ１を上記のようにメニスカスの振動が共振状態となるように設定する理由は、残留振動のメニスカス振動とこれらのインク吐出用駆動電圧パルスＰｂによるメニスカス振動とを、略同位相にすることが可能であるからである。これにより、吐出特性の周波数依存性を向上させることができる。
【００４０】
図６は、ヘッドドライバＩＣ９の内部構成の一例を示す概略ブロック図である。ヘッドドライバＩＣ９は電源回路１０からの高電圧系の駆動電圧Ｖｐおよび論理回路系の駆動電圧Ｖｃｃが供給されて動作するＣＭＯＳの６４ビット出力の高耐圧ドライバである。ヘッドドライバＩＣ９は、供給された駆動制御信号に応じて、駆動電圧パルスとＧＮＤ電位の一方を、インクジェットヘッド１１０の各インクノズル１１５に対応する対応電極間（振動板電極１１９と個別電極１２１の間）に印加する。
【００４１】
ヘッドドライバＩＣ９における番号９１は６４ビットのシフトレジスタを示している。シフトレジスタ９１は、シリアルデータとして論理ゲートアレイ５より送信された６４ビット長のＤＩ信号入力を、ＤＩ信号に同期する基本クロックパルスであるＸＳＣＬパルス信号入力により、データをシフトアップし、シフトレジスタ９１内のレジスタに格納するスタティックシフトレジスタとなっている。ＤＩ信号は、６４個のインクノズルのそれぞれを選択するための選択情報をオン／オフにより示す制御信号であり、この信号がシリアルデータとして送信される。
【００４２】
９２は６４ビットのラッチ回路であり、シフトレジスタ９１内に供給された６４ビットデータを制御信号（ラッチパルス）ＬＰによりラッチしてデータを格納し、格納されたデータを、６４ビット反転回路９３に信号出力するスタティックラッチである。ラッチ回路９２では、シリアルデータのＤＩ信号が各インクノズルの駆動を行うための６４セグメント出力を行うための６４ビットのパラレル信号へと変換される。
【００４３】
反転回路９３では、ラッチ回路９２から入力される信号と、ＲＥＶ信号との排他的論理和をレベルシフタ９４へ出力する。レベルシフタ９４は、反転回路９３からの信号の電圧レベルをロジック系の電圧レベル（５Ｖレベルまたは３．３Ｖレベル）からヘッド駆動系の電圧レベル（０Ｖ〜４５Ｖレベル）に変換するレベルインターフェイス回路である。
【００４４】
ＳＥＧドライバ９５は６４チャンネルのトランスミッションゲート出力となっていて、レベルシフタ９４の入力により、ＳＥＧ１〜ＳＥＧ６４のセグメント出力に対して、駆動電圧パルス入力かまたはＧＮＤ入力かのいずれかを出力する。ＣＯＭドライバ９６は、ＲＥＶ入力に対して、駆動電圧パルス入力かまたはＧＮＤ入力かのいずれかをＣＯＭへ出力する。
【００４５】
ＸＳＣＬ、ＤＩ、ＬＰとＲＥＶの各信号は、ロジック系の電圧レベルの信号であり、論理ゲートアレイ５よりヘッドドライバＩＣ９に送信される信号である。
【００４６】
このように、ヘッドドライバＩＣ９を構成することにより、駆動するセグメント数（ノズル数）が増加した場合においても容易にヘッドの各インクノズルの駆動する駆動電圧パルスとＧＮＤとを切り換え、かつ後述の正逆駆動を容易に実現することが可能となる。
【００４７】
（駆動電圧パルス信号）
先に示した図４には、この駆動電圧パルス信号Ｖ３が示してある。駆動電圧パルス信号Ｖ３は、上述のようにパルスＡまたはパルスＢの波形を有するものであり、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｂが一定の駆動周期で繰り返し現れる波形となっている。各インク吐出用駆動電圧パルスＰｂは台形波形であり、インクノズル１１５からインク液滴を吐出可能な振幅の波形とされている。これに対して、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａは、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂよりも振幅およびパルス幅が狭い台形波形であり、インクノズル１１５からインク液滴を吐出させずに、インクノズル１１５のインクメニスカスを微振動させるためのものである。
【００４８】
後述のように、インク液滴の吐出時にはインク吐出用駆動電圧パルスＰｂが電極間に印加され、インク液滴の非吐出時には、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａが電極間に印加される。このように、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂおよびメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａを選択的に電極間に印加することにより、各インクノズル１１５では、一定の周期で、インク液滴の吐出およびインクメニスカスの振動が選択的に行われる。よって、非印字状態が継続しても、周期的にインクノズル１１５のインクメニスカスが振動するので、インクノズル１１５内に粘度の増加したインクが滞留することを防止でき、インクノズル１１５の目詰まりやインク液滴の吐出不良を回避できる。しかも、上述したように、常にメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａを所定のパルス間隔Ｔ１でインク吐出用駆動電圧パルスＰｂの印加時点より前に印加することになっているため、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａによりインクメニスカスの残留振動を抑制することができ、吐出特性の周波数依存性を改善することができる。
【００４９】
図７はインクジェットヘッドの周波数特性の効果を示すグラフである。横軸はドット間周波数（ｋＨｚ／ｄｏｔ）で、縦軸はインク速度Ｖｍ（ｍ／ｓ）である。この図からわかるように、破線で示すメニスカス振動用駆動電圧パルスを印加しない場合には、６ｋＨｚ／ｄｏｔでインク速度が急激に変化する、すなわち周波数依存性が発生していたが、本実施形態のようにインク吐出用駆動電圧パルスより前の適切なタイミングでメニスカス振動用駆動電圧パルスを印加すると（実線の場合）、１〜８ｋＨｚ／ｄｏｔのほとんど全範囲のインク速度が一定となり、周波数依存がなくなっていることがわかる。
したがって、本実施形態のインクジェットヘッドでは、吐出特性の周波数依存性がなく、高速印字が可能となる。また、メニスカス振動用駆動電圧パルスを印加しない場合には、６ｋＨｚ／ｄｏｔ近辺のドット間周波数では、インク液滴の飛行曲がりが発生していたが、本実施形態のようにインク吐出用駆動電圧パルスより前の適切なタイミングでメニスカス振動用駆動電圧パルスを印加すると、インク液滴の飛行曲がりの発生を抑制することが可能であり、高品質な画質が可能となる。
【００５０】
（印字動作）
上記のように構成されたインクジェットヘッド駆動制御装置１では、印字１画素を、連続した複数回のインク液滴を吐出することにより形成するように、インクジェットヘッドを駆動制御可能としている。例えば最大３回のインク液滴を吐出することにより１画素を印字するように制御している。また、１画素印字周期におけるインク液滴の吐出回数を変更することにより、各画素の階調制御を行うことも可能となっている。
【００５１】
図８には、外部装置３からの印字モード指令信号により１画素を最大３回のインク液滴の吐出により形成する印字モード（３ショット／画素モード）が指定された場合のタイミングチャートを示してある。図において、Ｖ３は、インクジェットヘッド制御部２の駆動パルス発生回路６からヘッドドライバＩＣ９に供給される駆動電圧パルス信号であり、図４に示す波形のものである。すなわち、駆動電圧パルスＶ３は、インクノズルのメニスカスを微振動させるためのメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（図においては１画素印字区間毎にＰａ（１）、Ｐａ（２）、Ｐａ（３）と表示してある。）と、インク液滴吐出用の振幅の大きなインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（図においてはＰｂ（１）、Ｐｂ（２）、Ｐｂ（３）と表示してある。）とが一定の周期で交互に現れる波形である。つまり、この例では、図４のパルスＢを発生し駆動することとしている。
【００５２】
ドライバＣＯＭ出力は共通端子ＣＯＭの出力であり、ドライバＳＥＧ出力は各個別端子ＳＥＧの出力である。ＣＯＭ−ＳＥＧ電位差は、共通電極（振動板電極１１９）と個別電極１２１の間に発生する電位差（ノズル駆動電圧波形）である。
【００５３】
また、ドライバＣＯＭ出力には、１画素印字周期Ｔのそれぞれに現れる１番目〜３番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）〜Ｐａ（３）および、１番目〜３番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）〜Ｐｂ（３）のうち、１番目および３番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）、Ｐａ（３）と、２番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）が現れ、それ以外の時点ではＧＮＤに保持される。
【００５４】
これに対して、ドライバＳＥＧ出力には、１画素を３回のインク液滴の吐出により形成する３ショット／画素による印字の場合には、１番目および３番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）、Ｐｂ（３）と、３番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（３）が現れる。１画素を２回のインク液滴の吐出により形成する２ショット／画素による印字の場合には１番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）のみが現れる。１画素を１回のインク液滴の吐出により形成する１ショット／画素による印字の場合には１番目および２番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）、Ｐｂ（２）と、２番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（２）が現れる。非印字の場合には、２番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（２）およびインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）が現れる。さらに、非印字の場合には２番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）と、２番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（２）が現れる。
【００５５】
また、ドライバＳＥＧ出力には、常に１番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）は出力されないように制御しており、１番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）は非印字の場合以外は必ず出力される。この結果、次に述べるＣＯＭ−ＳＥＧ電位差の駆動では必ず先頭のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）がその直後のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）の選択にかかわらず駆動するようになっている。この先頭のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）によって、インクメニスカスの残留振動を抑制するため、吐出特性の周波数依存性をなくすことが可能となっている。
【００５６】
また、複数回のインク液滴の吐出により１画素印字を行う場合には、１画素印字用の複数のタイミング、図示の例では連続する３回の吐出タイミングのうち、先頭の吐出タイミングを基準として（先頭基準により）、階調表現を行うようになっている。
【００５７】
振動板電極１１９と個別電極１２１の間に印加されるノズル駆動波形、すなわちＣＯＭ−ＳＥＧ電位差の向きが、１画素内で正方向と逆方向とが１回以上切り替わる。
３ショット／画素による印字の場合には、逆駆動、正駆動および逆駆動による３回のインク液滴の吐出動作が行われる。２ショット／画素による印字の場合には、１番目および２番目のインク液滴の吐出時点において逆駆動、正駆動の順序でインク液滴の吐出動作が行われ、１ショット／画素による印字の場合には、１番目のインク液滴の吐出時点において逆駆動によりインク液滴の吐出動作が行われる。これらの印字動作において、メニスカスの残留振動を抑制する駆動パルスは、上記のように常に先頭のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）である。なお、非印字の場合には、正駆動、逆駆動および正駆動の順序で、インクメニスカスの微振動が行われる。
【００５８】
このように、先頭のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）とインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（１）とを必ず選択し、その直後のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（２）、Ｐａ（３）、あるいはインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（２）、（３）はいずれか一方を選択することで、階調表現が可能となっている。
また、上記のように正方向と逆方向の駆動が切り替わる通電を行うことにより、振動板電極１１９と個別電極１２１の間に残留電荷が発生することを抑制あるいは回避することができる。
【００５９】
次に、駆動電圧パルスの別の実施形態を図９に示す。本実施の形態では、前述のパルスＡまたはパルスＢの後に、さらにメニスカスの残留振動を抑制するためのパルスＰｃを印加するものである。すなわち、図９（ａ）は、このメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃとパルスＡを組み合わせた駆動電圧パルス波形を示し、図９（ｂ）はメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃとパルスＢを組み合わせた駆動電圧パルス波形を示す。そして、メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃとその直前のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（パルスＢにおいては、最後のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ）との間のパルス間隔（第２パルス間隔）Ｔ３は、２．５Ｔo（但し、Ｔoはインクジェットヘッドの固有周期）と一定に設定されている。また、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｂとの間の第１パルス間隔Ｔ１、およびインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ同士間のパルス間隔Ｔ２は図４の場合と同様である。
【００６０】
図１０はメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃによる効果を示す図である。図１０では、インク吐出用駆動電圧パルスＰｂとメニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃによるノズルメニスカス位置の時間遷移を示している。インク吐出用駆動電圧パルスＰｂによるメニスカスの残留振動は、メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃによる振動とが重ね合わされることにより、残留振動が打ち消され、メニスカスがほとんど振動しない状態となる。これにより、メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃの印加後のメニスカスは待機状態と同じ状態になるため、その後の吐出には影響を与えない。したがって、インクジェットヘッドの周波数特性を向上させることができる。
【００６１】
図１１は、図９の動作電圧パルスによる階調表現及び非印字の場合の動作説明図で、各信号のタイミングチャートをあらわしている。前述の図８に対応するものである。ここでは、印字モード（１〜３ショット／画素）において、ＣＯＭ−ＳＥＧ電位差（ノズル駆動波形）として、メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃとその直前のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（３）との間の第２パルス間隔Ｔ３が一定の２．５Ｔo（但し、Ｔoはインクジェットヘッドの固有周期）となるようなタイミングで駆動される。また、先頭のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰａ（１）は、前述のとおり常に駆動する。
さらに、複数回のインク液滴の吐出により１画素印字を行う場合には、１画素印字用の複数のタイミング、図示の例では連続する３回の吐出タイミングのうち、後端の吐出タイミングを基準として（後端基準により）、階調表現を行うようになっている。これにより、階調表現を行う場合にも、メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルスＰｃとその直前のインク吐出用駆動電圧パルスＰｂ（３）との間の第２パルス間隔Ｔ３を一定にすることが可能となる。
【００６２】
（その他の実施の形態）
なお、以上の説明では本発明を静電式インクジェットヘッドの駆動方法に適用した場合について説明したが、インクジェットヘッド以外の液体吐出ヘッドの駆動方法に対しても本発明を同様に適用することができる。この種の液体吐出ヘッドとしては、例えば、カラーフィルタの製造や、有機ＥＬ等の電界発光素子基板の製造、あるいはＤＮＡチップ等のように生体高分子液を吐出して作製するマイクロチップアレイの製造などに利用されるものがあり、これらの液体吐出ヘッドの駆動方法に対しても同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明を適用したインクジェットプリンタの概略構成図。
【図２】上記インクジェットプリンタにおけるインクジェットヘッドの概略断面図。
【図３】上記インクジェットプリンタの制御系を示す概略ブロック図。
【図４】本発明の駆動電圧パルス波形を示す波形図。
【図５】ノズルメニスカス位置の時間遷移の一例を示すメニスカス振動波形図。
【図６】図３におけるヘッドドライバＩＣの内部構成を示す概略ブロック図。
【図７】インクジェットヘッドの周波数特性の効果を示すグラフ。
【図８】図４の駆動電圧パルスによる階調表現及び非印字の場合の動作説明図。
【図９】本発明の別の実施の形態による駆動電圧パルス波形を示す波形図。
【図１０】図９の駆動電圧パルスによる効果を示す図。
【図１１】図９の駆動電圧パルスによる階調表現及び非印字の場合の動作説明図。
【符号の説明】
【００６４】
１  インクジェットヘッド駆動制御装置、２  インクジェットヘッド制御部、２ａ  ＣＰＵ、２ｂ  内部バス、３  外部装置、３ａ  バス、４ａ  ＲＯＭ、４ｂ  ＲＡＭ、４ｃ  キャラクタジェネレータ、５  論理ゲートアレイ、６  駆動パルス発生回路、７  コネクタ、８  ヘッド基板、９  ヘッドドライバＩＣ、１０  電源及び電源回路、９１  シフトレジスタ、９２  ラッチ回路、９３  反転回路、９４  レベルシフタ、９５  ＳＥＧドライバ、９６  ＣＯＭドライバ、１００  インクジェットプリンタ、１０１  記録紙、１０２  プラテン、１０３  キャリッジ、１０４  インクタンク、１０５  ノズルキャップ、１０６  インクポンプ、１０７  廃インク回収部、１１０  インクジェットヘッド、１１２  キャビティ基板、１１３  ノズル基板、１１４  電極基板、１１５  インクノズル、１１６  インク室、１１７  インクオリフィス、１１８  共通インク室、１１９  振動板電極、１２０  凹部、１２１  個別電極、１２２  封止剤、１２３  インク液滴、Ｐａ  メニスカス振動用駆動電圧パルス、Ｐｂ  インク吐出用駆動電圧パルス、Ｐｃ  メニスカス残留振動抑制用駆動電圧パルス
【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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【図７】
2005262525.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005262525.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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