(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、前記ノズルに連通する加圧室と、前記加圧室にインクを供給する供給室と、
前記加圧室に設けられた振動板と、前記振動板に対向して設けられた駆動電極とから構成されるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記振動板と前記駆動電極との間に電圧を印加して前記振動板を静電気力によって変形させ、
前記振動板の駆動電極側への変形を検出し、
前記振動板の変形が検出された後、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間をおいて前記電圧の印加を止め、前記ノズルから液滴状のインクを吐出させ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２】
前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、周囲温度が１０℃未満であれば１００μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定され、周囲温度が１０℃以上であれば１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃに設定されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項４】
ノズルと、前記ノズルに連通する加圧室と、前記加圧室にインクを供給する供給室と、前記加圧室に設けられた振動板と、前記振動板に対向して設けられた駆動電極とから構成され、前記振動板を静電気力によって駆動電極側に変形させ、前記ノズルから液滴状のインクを吐出させるインクジェットヘッドに適用される駆動装置であって、
前記振動板と前記駆動電極との間に電圧を印加する振動板駆動手段と、
前記振動板の駆動電極側への変形を検出する検出手段と、
当該検出手段によって前記振動板の変形が検出された後、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間をおいて前記振動板駆動手段による電圧の印加を停止させる停止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５】
前記インクジェットヘッドの周囲温度を検出する温度センサがさらに設けられ、
前記停止手段は、前記温度センサによって検出される周囲温度に応じて、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間として設定される時間を変化させる機能をさらに有することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
【請求項６】
前記停止手段は、前記検出手段が前記振動板の変形を検出した時から時間カウントを開始する一方、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間として設定された時間が計時された時に前記振動板駆動手段による電圧の印加を停止させることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
【請求項７】
前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定されることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
【請求項８】
前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、前記温度センサによって検出される周囲温度が１０℃未満であれば１００μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定され、検出される周囲温度が１０℃以上であれば１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃに設定されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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方法及びその装置に係り、特に、周囲の温度変化の如何にかかわらず、安定した量のインクをノズルから吐出させることができるようにするインクジェットヘッドの駆動方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のプリントのカラー化に伴って、鮮明なプリント画像が得られるインクジェットヘッドを用いたプリンタの需要が急速に高まった。
【０００３】
このインクジェットヘッドには、インクを飛翔させる方式として、バブルジェット方式、ＰＺＤ（圧電素子）方式などが一般的に知られており、製品化されている。
【０００４】
近年では、半導体の製造工程と同様の工程で製造することができ、また、小形化が容易であるなどの特徴を持つ静電アクチュエータを利用したインクジェットヘッドが注目されつつある。
【０００５】
この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、インクを加圧する加圧室内に設けた振動板とその振動板に対向した設けた駆動電極との間に電圧を印加して振動板を変形（振動板を駆動電極側に吸引し接触させる）させ、その変形によって加圧室にインクを流入させ、急激にその電圧をＯＦＦしたときに振動板が元の形状に戻る時の復元力を利用して加圧室からインクを外部に飛翔させるように構成したものである。
【０００６】
この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詳細は、「Ａ  ＬＯＷ  ＰＯＷＥＲ，ＳＭＡＬＬ，ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣＡＬＬＹ−ＤＲＩＶＥＮ  ＣＯＭＭＥＲＣＩＡＬ  ＩＮＫＪＥＴＨＥＡＤ」（セイコーエプソン株式会社）に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構成のインクジェットヘッドは、非常に小型であるので、インクの吐出状態が周囲の環境変化（ヘッドの残留電荷の存在、周囲の温度変化）の影響を受けやすいという欠点がある。
【０００８】
たとえば、特開平８−７２２３７号公報に記載されている発明では、静電気力で振動板を変形させインクを飛翔させる静電アクチュエータを利用したインクジェット記録装置の駆動回路において、個別電極と電界を印加するための端子とを短絡させる動作安定スイッチを設け、この動作安定スイッチは、ヘッドの非動作時に前記端子が短絡状態になるように制御され、電圧印加終了後の駆動電極の蓄積電荷を除去して、安定したインク吐出動作が行なえるようにしている。
【０００９】
また、周囲の温度変化もインクの吐出状態の安定性に以下のような影響を与えると考えられる。
従来は、加圧室内に設けた振動板とその振動板に対向した設けた駆動電極との間に一定の周期の電圧パルスを与え、これに伴って振動を繰り返す振動板の作用で加圧室のインクを飛翔させていた。したがって、この振動周期が速い場合や、インクの粘度が高い場合には、供給室から加圧室にインクが十分充填されないうちにインクの飛翔が始まる場合があり、インクの吐出量が履歴により変動してしまったり、飛翔後のインクの揺れが残っているときに次の飛翔に備えるという過程が繰り返され、ドット径がばらつくという問題が発生する。ところが、現時点ではこのような問題を解決する具体的な技術はない。
【００１０】
このインクの吐出状態の安定性は、プリントの品質に大きな影響を与えるので、静電アクチュエータを利用したインクジェットヘッドを駆動する場合には、周囲の環境変化にかかわらずいかに安定したインク吐出動作を確保できるかが重要である。
【００１１】
本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、周囲の温度変化の如何にかかわらず、安定した量のインクをノズルから吐出させることができるようにするインクジェットヘッドの駆動方法及びその装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、次のように構成される。
請求項１に記載の発明は、ノズルと、前記ノズルに連通する加圧室と、前記加圧室にインクを供給する供給室と、前記加圧室に設けられた振動板と、前記振動板に対向して設けられた駆動電極とから構成されるインクジェットヘッドの駆動方法であって、前記振動板と前記駆動電極との間に電圧を印加して前記振動板を静電気力によって変形させ、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間をおいて前記電圧の印加を止め、前記ノズルから液滴状のインクを吐出させることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動方法において、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェットヘッドの駆動方法において、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、周囲温度が１０℃未満であれば１００μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定され、周囲温度が１０℃以上であれば１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃに設定されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、ノズルと、前記ノズルに連通する加圧室と、前記加圧室にインクを供給する供給室と、前記加圧室に設けられた振動板と、前記振動板に対向して設けられた駆動電極とから構成され、前記振動板を静電気力によって駆動電極側に変形させ、前記ノズルから液滴状のインクを吐出させるインクジェットヘッドに適用される駆動装置であって、前記振動板と前記駆動電極との間に電圧を印加する振動板駆動手段と、前記振動板の駆動電極側への変形を検出する検出手段と、当該検出手段によって前記振動板の変形が検出された後、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間をおいて前記振動板駆動手段による電圧の印加を停止させる停止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】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、前記インクジェットヘッドの周囲温度を検出する温度センサがさらに設けられ、前記停止手段は、前記温度センサによって検出される周囲温度に応じて、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間として設定される時間を変化させることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、前記停止手段は、前記検出手段が前記振動板の変形を検出した時から時間カウントを開始する一方、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間として設定された時間が計時された時に前記振動板駆動手段による電圧の印加を停止させることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定されることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のインクジェットヘッドの駆動装置において、前記供給室から前記加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間は、前記温度センサによて検出される周囲温度が１０℃未満であれば１００μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃに設定され、検出される周囲温度が１０℃以上であれば１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃに設定されることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、静電アクチュエータに設けられた２つの電極（振動板に設けられている電極と駆動電極）間に電圧を印加するインクジェットヘッドの駆動装置であって、２つの電極が静電気力で吸引されたことを検出し、検出後、所定の時間（インク供給室から加圧室にインクが流れ込むのに必要な時間）経過後に、この２つの電極に印加する電圧をＯＦＦするようにし、また、その所定の時間を周囲温度に応じて変化させることを要旨とするものである。
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動装置について説明する。
図１は、本発明のインクジェットヘッドの駆動装置を搭載する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。
【００２２】
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。
【００２３】
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単色、あるいは複数色（例えば３色、４色、または７色など）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及びガイド軸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。
【００２４】
また、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。
【００２５】
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、記録部への搬送が制御される。
【００２６】
ヘッドユニット３のプリントヘッドには、インク飛翔用のエネルギ発生源として静電アクチュエータが用いられる。静電アクチュエータは、対向して設けられた振動板と電極との間に働く静電気力（クーロン力）を利用して振動板を急峻に変位させる。この変位は、インクで満たされた加圧室の容積を変化させる。この加圧室の容積の変化により、加圧室に設けられたノズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が行なわれる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２は、図１に示したヘッドユニット３の１色分のプリントヘッド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。
【００３０】
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プリントヘッド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。
【００３１】
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。
【００３２】
［実施の形態１］
図３は、本実施の形態１におけるインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。
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を有している。
【００３３】
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。この第１電極５６は、本実施の形態１ではアースされており、また、駆動電極７２は配線８０によって、後述する振動板駆動制御回路からの電圧が印加されるようになっている。
【００３４】
また、この空間７１のノズル側には発光素子７５が設けられると共に、この空間７１の発光素子７５に対向する側には受光素子（フォトダイオード）７６が設けられ、この発光素子７５及び受光素子７６によって振動板５５の変形状態が検出されるようになっている。この発光素子７５及び受光素子７６によって検出手段が構成される。この発光素子７５と受光素子７６は、後述する検出回路に接続される。
【００３５】
このように構成されたインクジェットヘッド３１の第１電極５６と駆動電極７２との間に電圧を印加すると、両電極間に発生する静電気力によって、図４に示すように振動板５５が駆動電極７２側に引き付けられて実線の状態から点線の状態のように撓む。このように振動板５５が撓むと、加圧室５１の容積が増加し、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内に流入することになる。この状態をインクが加圧室５１に十分に流れ込むまで維持し（本発明ではこの時間を確保している）、電圧の印加を止めると、振動板５５の形状が元の形状に復元し、このときの復元力によって加圧室５１内に圧力を加えることでインク液滴がノズル５４から吐出する。
【００３６】
なお、本実施の形態１では、振動板５５に形成した第１電極５６をアースさせているので、駆動電圧として、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Ｆは、Ｆ＝１／２・｛εr ε0 Ｓ（Ｖ／ｄ）2 ｝により算出される。
【００３７】
ただし、式中、εr は第１電極５６と第２電極（駆動電極）７２との間の比誘電率、ε0 は真空の比誘電率、Ｓは電極の面積、Ｖは駆動電圧、ｄは第１電極５６と第２電極（駆動電極）７２間の距離である。
【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。  上記本実施の形態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せるものであり、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。
【００３９】
図３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、この図を参照すれば、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。
【００４０】
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２００μｍ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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３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。
【００４５】
その後、電極が形成された面全面にＳｉＦＨ膜を約２μｍ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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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を形成したものである。
【００４９】
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３に示したようなサンドイッチ構造となるように、受光素子７６も含めて陽極接合し、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と、受光素子７６に至る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。
【００５０】
なお、本実施の形態１においては、チャネルプレート５０の材料として、シリコンを用いたが、これ以外に、ガラス、セラミックス、金属、樹脂、感光性樹脂等、加圧室５１の基本的な形状を形成することができる材料を用いることも可能である。
【００５１】
次に、本実施の形態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】
なお、このインクの粘度は、２０℃で２．０ＣＰである。また、実施の形態２にもこれと同様のインクを用いている。
【００５３】
【表１】
0003815046.tif 000002
【００５４】
図７は、インクジェットプリンタ１の動作を制御する制御系のブロック図である。この図では、特にインクジェットヘッド走査系の動作制御に関する部分を記載してある。
【００５５】
図中のプリンタ制御手段９０は、インクジェットプリンタ１の動作を総括的に制御する手段である。
電源制御手段９１は、プリンタ制御手段９０及び後述する振動板駆動制御回路９３に電力を供給する手段である。
【００５６】
パルスモータ７は、プリントヘッド３（図１参照）をガイド軸６に沿って往復駆動させるモータであり、このパルスモータ７の動作はヘッド駆動制御回路９２によって制御される。ヘッド駆動制御回路９２は、プリンタ制御手段９０の指令によってその動作が制御される。
【００５７】
インクジェットヘッド３１は、上記のように構成（図３参照）されているヘッドであり、このヘッド３１を構成する駆動電極７２には振動板駆動制御回路９３からのパルス状の電圧が印加される。このパルス状の電圧が印加されている間は前述の振動板５５（図３及び図４参照）が駆動電極７２側に引かれるように変形し、電圧が印加されなくなると振動板５５が元に戻ってインクを飛翔させる。
【００５８】
振動板駆動制御回路９３には、電源制御手段９１から振動板駆動用の電力が供給される。この振動板駆動制御回路９３は、プリンタ制御手段９０からのプリント信号に基づいて駆動電極７２に印加するパルス状の電圧を生成する。なお、この手段の詳細は後述する。
【００５９】
センサ９４は、インクジェットヘッド３１の振動板５５が駆動電極７２に引き付けられて変形した状態であることを検出するものであり、この変形を、前述のように発光素子７５と受光素子７６を用いて光学的に検出したり、振動板５５と駆動電極７２との接触を電気的に検出したりする。
【００６０】
本実施の形態では、振動板５５の変形状態を光学的に検出するものを主に説明するが、上記のように振動板５５と駆動電極７２との接触による導通状態を電気的に検出するようにしても良い。この場合には、振動板５５と駆動電極７２とが導通状態であることを検出する外部回路が必要となるが、ヘッド自体に光学的センサを取り付ける必要がないので、ヘッドの構造を簡単にすることができる。
【００６１】
計時手段９５は、センサ９４によって振動板の変形が検出された場合にここから出力される信号に基づいて時間カウントを開始し、一定時間経過の後に振動板駆動制御回路９３に電圧オフ信号を出力するものである。したがって、振動板駆動制御回路９３からはこの電圧オフ信号が出力されるまで駆動電極７２に電圧が印加されることになる。
【００６２】
なお、この計時手段９５には周囲温度を検出（間接的にはインクの温度）する温度センサ９６が接続されているが、計時手段９５は、この温度センサ９６によって検出される温度に応じて、設定される時間を変化させることができるようになっている。したがって、インクの粘度に応じた適正な時間、振動板５５を駆動電極７２側に吸引させておくことができる。
【００６３】
本実施の形態では、温度センサ９６によって検出された温度が１０℃未満である場合には、設定する時間を１００μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃの間で検出温度に応じて変化させるようにしてあり、検出された温度が１０℃以上である場合には、設定する時間を１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃの間で検出温度に応じて変化させるようにしてある。
【００６４】
このように、検出される温度によって時間を変化させるのは、振動板５５が図４に示すように変形した場合に、インク供給室５２から加圧室５１にインクが流れ込むのに必要な時間を確保するためである。したがって、一般的にインクの粘度は温度が低い程大きいので、温度が低くなるにしたがって設定される時間が長くなるようにしてあり、温度が高くなるにしたがって設定される時間が短くなるようにしてある。
【００６５】
また、１０℃未満である場合に２５０μｓｅｃという上限値を設定したのは、これ以上長くしても効果はほとんど変わらないばかりではなく、逆に印字速度が遅くなるという欠点が現れるからである。そして、１０℃以上である場合に、設定する時間を１０μｓｅｃという下限値を設定したのは、温度が高くてもこれ以下の時間ではインクを十分に吸引することができなくなり、この設定する時間がもっと短い場合となんら変わらなくなってしまうからである。
【００６６】
なお、検出温度と設定する時間との関係は、インクの粘度対検出温度との関係に応じて最適な関数を算出し、その関数に基づいて決定すればよい。
【００６７】
また、本実施の形態では１０℃を境に設定する時間幅を変えているが、これは、周囲温度が１０℃よりも低くなるとインクの粘度が指数関数的に上昇し、インクが流れに難くなることを考慮したからである。
【００６８】
図８は、発光素子７５と受光素子７６によって振動板５５の変形状態を検出するための検出回路を示した図である。
この検出回路は、受光素子（フォトダイオード）７６からの信号に基づいて、０Ｖの電圧と５Ｖの電圧を出力するように構成してある回路である。
【００６９】
図３に示してあるように、第１電極５６と駆動電極７２との間に電圧が印加されていない状態（非駆動時）では、発光素子７５からの光が受光素子７６によって受光されるので、受光素子７６から一定の電圧の信号が出力され続ける。このため、オペアンプ７８からは一定の電圧が出力されるが、ＮＯＴ回路７９の作用によって０Ｖの電圧が検出回路から出力されることになる。
【００７０】
一方、第１電極５６と駆動電極７２との間に電圧が印加され（駆動時）、図４に示すように振動板５５が駆動電極７２側に引き付けられると、発光素子７５と受光素子７６との光路を形成していた空間７１が狭くなるか遮断されるので、受光素子７６の受光量が減り、これに伴って受光素子７６から出力される電圧が減少する。このため、オペアンプ７８からは０Ｖの電圧が出力されるが、ＮＯＴ回路７９の作用によって５Ｖの電圧が検出回路から出力されることになる。この検出回路から出力される電圧は、図７の計時手段９５に出力される。計時手段９５はこの電圧を入力している間、時間カウントをし、１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃの間で設定されている所定の時間経過後に振動板駆動制御回路９３に電圧オフ信号を出力する。
【００７１】
図９は、図７に示した振動板駆動制御回路９３の具体的な回路を示す図である。
図中の制御回路９３１は、プリンタ制御手段９０からのプリント信号を受けて、そのいずれかの出力端子から電圧を出力するものである。また、計時手段９５から出力される電圧オフ信号を受けるまでは、その電圧を０にしないように動作する回路である。
【００７２】
制御回路９３１には、４つのスイッチングトランジスタ９３２〜９３５が設けられているが、個々のスイッチングトランジスタには、制御回路９３１から個別に駆動電圧が出力される。これらのスイッチングトランジスタのスイッチング動作により、第１電極５６と駆動電極７２との間に電圧が印加されることになる。なお、ここで第１電極５６と駆動電極７２との間に印加される電圧は、両電極を接触させるのに必要な電圧が２０Ｖであったので、これよりも大きい２２Ｖに設定した。
【００７３】
本実施の形態１におけるインクジェットヘッドの駆動回路は、以上のように構成されているが、次に、その具体的な動作について説明する。
【００７４】
まず、図７のプリンタ制御手段９０からプリント信号が出力されると、図９の制御回路９３１から駆動電圧が出力され、図３の第１電極５６がアースされる一方、駆動電極７２に２２Ｖの電圧が印加される。これに伴って両電極５６，７２間に働く静電気力によって振動板５５が図４のように駆動電極７２側に引かれ、振動板５５が駆動電極７２に接触する。この振動板５５の変形に伴い、インクがインク供給室５２からインレット５３を介して加圧室５１に流れ込むことになる。
【００７５】
一方、発光素子７５と受光素子７６によって構成されるセンサ９４は、振動板５５の変形状態を受光量の減少によって検出し、計時手段９５に信号を出力する。計時手段９５は、温度センサ９６の検出温度に応じて１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃの間で時間を設定しているので、センサ９４からの信号を受けると共に時間カウントを開始し、設定された時間のカウントが終了すると、振動板駆動制御回路９３に電圧オフ信号を出力する。なお、設定される時間は、周囲温度に応じてインク供給室５２から加圧室５１にインクが流れ込むのに十分な時間であるから、加圧室５１にはインクが十分に充填された状態になっている。
【００７６】
つぎに、この電圧オフ信号を受けた制御回路９３１は、駆動電圧の出力を止める。このため、両電極５６，７２間には静電気力が働かなくなり、振動板５５は、自己の復元力で急激に元の状態にもどり、このときの加圧室５１の容積変化に伴ってインクがノズル５４から飛翔する。
そして、次の飛翔に備え、同様の動作を繰り返す。
【００７７】
［実施の形態２］
本実施の形態２は、インクジェットヘッドの構造が前述した実施の形態１において示した図３の構造と異なるのみであり、駆動装置の構成は実施の形態１と同様である。
【００７８】
図１０は、本実施の形態２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。
【００７９】
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の形態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。
【００８０】
そして、実施の形態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。この第１電極５６は、本実施の形態１ではアースされており、また、駆動電極７２は配線８０によって、実施の形態１に示したものと同様の振動板駆動制御回路からの電圧が印加されるようになっている。
【００８１】
また、この空間７１のノズル側には発光素子７５が設けられると共に、この空間７１の発光素子７５に対向する側には受光素子（フォトダイオード）７６が設けられ、この発光素子７５及び受光素子７６によって振動板５５の変形状態が検出されるようになっている。
【００８２】
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（厚さ約１５０μｍ）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。
【００８３】
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を下向きにし、記録紙上に下打ち印字するように使用される。
【００８４】
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の形態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。
【００８５】
このヘッドの場合、第１電極５６と駆動電極７２との間に印加される電圧は、両電極を接触させるのに必要な電圧が１８Ｖ（実施の形態１よりも小さい）であったので、２０Ｖに設定でき、実施の形態１の場合よりも駆動電圧を下げることができた。
【００８６】
このインクジェットヘッド３２を、前述の実施の形態１において説明した駆動装置で駆動すると、インク液滴を吐出させる場合、各ノズルにかかる圧力がより均一にできるので、飛翔させるインクのドット径のバラツキを小さくすることができることになり、また、駆動電圧も下げることができる。
【００８７】
以上のように、本発明の駆動装置によれば、駆動電極に電圧が印加された後に周囲温度に応じて設定された時間だけその電圧を保持するようにしているので、振動板５５はインクの粘度に応じた時間駆動電極５５側に吸引されていることになり、加圧室５１には常に十分な量のインクを充填でき、かつ、各加圧室のインクの吸い込み量のムラも小さくなる。
【００８８】
また、振動板５５を吸引してすぐに解放する制御の場合には、インクレット５３を介して加圧室５１にまだインクが流れ込んでいる状態でインクを飛翔させることが起こり、その印字の前に行なったインクの飛翔履歴、すなわち印字パターンによりインクの飛翔に悪影響が出るが、本発明では、インクが加圧室５１に流れ込むために必要な時間はインクを飛翔させないようにしているので、この悪影響を完全に排除することができる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明によれば、次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明では、駆動電極に電圧を印加した後、供給室から加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間をおいてノズルから液滴状のインクを吐出させるようにしたので、加圧室には常に十分な量のインクを充填でき、かつ、各加圧室のインクの吸い込み量のムラも小さくでき、安定した量のインクをノズルから吐出させることができるようになる。
【００９０】
請求項２又は請求項３に記載の発明では、駆動電極に電圧を印加した後、周囲温度に応じて１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃの間で設定される時間だけその電圧を保持するようにしたので、周囲温度の変動にかかわらず加圧室には常に十分な量のインクを充填でき、かつ、各加圧室のインクの吸い込み量のムラも小さくでき、安定した量のインクをノズルから吐出させることができるようになる。
【００９１】
請求項４に記載の発明では、振動板駆動手段により駆動電極に電圧を印加した後、検出手段で振動板の駆動電極側への変形が検出されてから、供給室から加圧室にインクが流れ込むのに十分な時間をおいて振動板駆動手段による電圧の印加を停止させるようにしたので、加圧室には常に十分な量のインクを充填でき、かつ、各加圧室のインクの吸い込み量のムラも小さくでき、安定した量のインクをノズルから吐出させることができるようになる。
【００９２】
請求項５から請求項７に記載の発明では、駆動電極に電圧を印加した後、温度センサによって検出される周囲温度に応じて１０μｓｅｃ〜２５０μｓｅｃの間で設定される時間だけその電圧を保持するようにしたので、周囲温度の変動にかかわらず加圧室には常に十分な量のインクを充填でき、かつ、各加圧室のインクの吸い込み量のムラも小さくでき、安定した量のインクをノズルから吐出させることができるようになる。
【００９３】
請求項８に記載の発明では、温度センサによって検出される周囲温度が１０℃を境に設定される時間の幅を変えているので、インクの粘度に応じたより細かい時間設定をすることができ、さらに安定した量のインクをノズルから吐出させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  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２】  図１に示したヘッドユニットの１色分のプリントヘッドを含む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３】  本実施の形態１におけるインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。
【図４】  図３に示した振動板の動作説明に供する図である。
【図５】  図３に示したチャネルプレートの形成工程の説明に供する図である。
【図６】  チャネルプレートの上面図である。
【図７】  インクジェットプリンタの動作を制御する制御系のブロック図である。
【図８】  発光素子と受光素子によって振動板の変形状態を検出するための検出回路を示した図である。
【図９】  図７に示した振動板駆動制御回路の具体的な回路を示す図である。
【図１０】  本実施の形態２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。
【符号の説明】
３１…インクジェットヘッド、
５１…加圧室、
５２…インク供給室、
５４，５８…ノズル、
５５…振動板、
５６…第１電極、
７１…空間、
７２…駆動電極、
７５…発光素子、
７６…受光素子。
【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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