JP2002036537A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メニスカス振動の制御性が悪い。 【解決手段】 振動板５０と電極５５とを非平行状態で
配置したインクジェットヘッド４０と、駆動時にインク
滴を吐出させないノズルに対してはメニスカスを振動さ
せる変位を振動板５０に与える非吐出パルスＢｐを印加
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録装置
に関し、特に静電型インクジェットヘッドを搭載したイ
ンクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いる
インクジェット記録装置として、インク滴を吐出するノ
ズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧
力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このイン
ク流路の壁面をなす振動板と、この振動板に対向する電
極とを有し、振動板を静電力で変形変位させてノズルか
らインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドを
搭載したものが知られている。

【０００３】ところで、このようなインクジェットヘッ
ドは、ノズルからインク滴を吐出するため、インク粘度
が環境によって変化すると、安定したインク滴吐出特性
（滴速度Ｖｊ、滴体積Ｍｊ、滴噴射方向の曲がり）が得
られなくなり、画像品質が劣化する。また、環境変化だ
けでなく、非印字時にインク粘度が高くなると、ノズル
の目詰まりが生じて、著しく画像が劣化する。特に、画
質を向上するために、吐出インク滴を微小化しなければ
ならないことから、ノズルの小径化が進んでおり、一層
ノズルの目詰まりが生じ易くなっている。さらに、ノズ
ルの目詰まりを起こさないまでも、非印字時間の長さに
よって、次に印字信号が入力された際のインク滴吐出特
性に差が生じて画質が低下する。

【０００４】そこで、例えば再公表特許ＷＯ９７／３２
７２８号公報に記載されているように、単一周期の基準
信号に同期して、インク滴吐出が可能な振幅の第１の電
気パルスと、この第１の電気パルスの振幅より小さく、
ノズル内のインクをノズル内で流動させる第２の電圧パ
ルスのいずれか一方を、ノズルの目詰まり防止の回復処
理動作時と印刷行程中に各圧力発生手段に印加するイン
クジェット記録装置が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た第１の電気パルスと第２の電気パルスを同じタイミン
グで選択的に各圧力発生手段に印加するインクジェット
記録装置のように、電気パルスの振幅によって滴吐出と
滴非吐出とをコントロールすることは、環境温度の変化
や静電型インクジェットヘッドにおける振動板の変形動
作特性との関係などから、実際には非常に困難であっ
て、インク粘度の上昇やノズルの目詰まりを確実に低減
することができないという課題がある。

【０００６】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、インク粘度の上昇やノズルの目詰まりを確実に
低減するインクジェット記録装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴
を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路
と、この流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に
対向する電極とを有し、振動板と電極とを非平行状態で
配置してなり、振動板を静電力で変形させるインクジェ
ットヘッドを搭載するとともに、このインクジェットヘ
ッドの駆動時にインク滴を吐出させないノズルのメニス
カスを振動させる駆動波形を１回以上与える手段を備え
たものである。

【０００８】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するイ
ンク流路と、この流路の壁面を形成する振動板と、この
振動板に対向する電極とを有し、振動板と電極とを非平
行状態で配置してなり、振動板を静電力で変形させてノ
ズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドを
搭載するとともに、このインクジェットヘッドが非印字
領域にあるときにノズルのメニスカスを振動させる駆動
波形を１回以上与え手段を備えたものである。

【０００９】ここで、ノズルのメニスカスを振動させる
駆動波形はインク滴を吐出させる駆動波形よりもパルス
の振幅が小さいことが好ましい。また、メニスカスを振
動させる駆動波形はインク滴が吐出する駆動波形よりも
パルスの立ち下がり時間が長いことが好ましい。

【００１０】また、インクジェットヘッドは振動板に対
して電極を傾斜させて配置していることが好ましい。さ
らに、インクジェットヘッドは振動板に対して電極側面
が傾斜している部分と平行な部分とを有していることが
好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインクジ
ェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機
構部の側面説明図である。

【００１２】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キ
ャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録
ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカート
リッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、装置本
体１の下方部には前方側から多数枚の用紙３を積載可能
な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）４を抜
き差し自在に装着することができ、また、用紙３を手差
しで給紙するための手差しトレイ５を開倒することがで
き、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送され
る用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像
を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙
する。

【００１３】印字機構部２は、図示しない左右の側板に
横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイ
ドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で
紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１
３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ
（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する
インクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４をインク
滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上
側には記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための
各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能
に装着している。

【００１４】ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬
送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装
し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１
２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１
７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９と
の間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミング
ベルト２０をキャリッジ１３に固定している。

【００１５】また、記録ヘッドとしてここでは各色の記
録ヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出す
るノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、記録
ヘッド１４として用いるインクジェットヘッドは、イン
ク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との
間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する静電
型のものを用いている。

【００１６】一方、給紙カセット４にセットした用紙３
を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセ
ット４から用紙３を分離給送する給紙ローラ２１及びフ
リクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材
２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ロ
ーラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられ
る搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り
出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送
ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して
回転駆動される。

【００１７】そして、キャリッジ１３の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙
３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材
である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部
材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ
送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２
を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ロ
ーラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部
材３５，３６とを配設している。

【００１８】また、キャリッジ１３の移動方向右端側に
は記録ヘッド１４の信頼性を維持、回復するための信頼
性維持回復機構（以下「サブシステム」という。）３７
を配置している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの
サブシステム３７側に移動されてキャッピング手段など
で記録ヘッド１４をキャッピングされる。キャリッジ１
３がこのサブシステム３７側に位置するときがインクジ
ェットヘッド（記録ヘッド１４）が非印字領域に位置す
るときである。

【００１９】次に、このインクジェット記録装置の記録
ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドについて図
３乃至５を参照して説明する。なお、図３は記録ヘッド
１４の分解斜視説明図、図４は同記録ヘッド１４のノズ
ル配列方向と直交する方向の断面説明図、図５は同記録
ヘッド１４のノズル配列方向の要部拡大断面図である。

【００２０】インクジェットヘッド４０は、単結晶シリ
コン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた流
路基板４１と、この流路基板４１の下側に設けたシリコ
ン基板、パイレックス（登録商標）ガラス基板、セラミ
ックス基板等を用いた電極基板４２と、流路基板４１の
上側に設けたノズル板４３とを備え、複数のインク滴を
吐出するノズル４４、各ノズル４４が連通するインク流
路である液室４６、各液室４６にインク供給路を兼ねた
流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８など
を形成している。

【００２１】流路基板４１には液室４６及びこの液室４
６の壁面である底部をなす振動板５０（第１の電極とな
る。）を形成する凹部を形成し、ノズル板４３には流体
抵抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と
電極基板４２には共通液室流路４８を形成する貫通部を
形成している。

【００２２】ここで、流路基板４１は、シリコン基板を
熱酸化膜を介して接合したＳＯＩ基板を用いて、液室４
６等となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用
いて異方性エッチングすることにより、熱酸化膜をエッ
チングストップ層としてエッチングストップさせること
で、シリコンからなる高精度の振動板５０を形成してい
る。なお、ＳＯＩ基板の熱酸化膜はエッチングストップ
後除去することもできるし、そのまま残存させておくこ
ともできる。

【００２３】また、この流路基板４１としては、例えば
単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボ
ロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロ
ン層を形成し、電極基板４２と接合した後、液室４６と
なる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異
方性エッチングすることにより、高濃度ボロン層をエッ
チングストップ層として高精度の振動板５０を形成する
こともできる。

【００２４】電極基板４２には、シリコン基板に熱酸化
膜４２ａを形成したものを用いて、この熱酸化膜４２ａ
の部分に凹部５４に形成して、この凹部５４底面に振動
板５０に対向する電極１５（第２の電極となる。）を設
け、振動板５０と電極５５との間にギャップ５６を形成
し、これらの振動板５０と電極５５とによってアクチュ
エータ部を構成している。なお、電極５５表面にはＳｉ
Ｏ₂膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ₃Ｎ₄膜などの窒化膜
系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、電
極５５表面に電極保護膜５７を形成しないで、振動板５
０側に絶縁膜を形成することもできる。

【００２５】ここで、電極基板４２の凹部５４は底面が
傾斜面５４ａを有する形状に形成して、この凹部５４底
面に電極５５を形成することによって、振動板５０と電
極５５とを非平行状態で配置している。この電極５５と
しては、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用い
られるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、Ｔｉ
Ｎ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化し
た多結晶シリコン材料などを用いることができる。

【００２６】具体的には、例えば電極基板４２となる結
晶面方位（１００）のシリコン基板に厚さ２μｍ程度の
熱酸化膜４２ａを形成して、この熱酸化膜４２ａ上にフ
ォトレジスト層を形成し、このフォトレジスト層をフォ
トリソグラフィーにより傾斜面を有する形状として、こ
のフォトレジスト層をマスクとして熱酸化膜４２ａを等
方性または異方性エッチングを行うことにより、フォト
レジスト層の形状が熱酸化膜４２ａに転写されて、熱酸
化膜４２ａに底面に傾斜面５４ａを有する凹部５４が形
成される。

【００２７】そして、凹部５４の底面である傾斜面５４
ａを含めては電極５５となるＴｉＮ膜をスパッタリング
法により０．１５μｍの厚さで成膜し、このＴｉＮ膜を
ドライエッチングにより電極５５の形状にパターンニン
グして電極５５を形成する。その後、電極５５表面を含
めて全面に保護膜５７となるＳｉＯ₂膜をＰ−ＣＶＤ法
で０．１５μｍ厚さで成膜し、このＳｉＯ₂膜をドライ
エッチングによりパターンニングして電極５５表面を覆
う保護膜５７を形成している。

【００２８】また、このヘッドでは、振動板５０は、短
手方向の長さ（液室４６では振動板短手方向の隔壁間距
離）を１３０μｍ、長手方向の長さ（液室４６では振動
板長手方向の隔壁間距離）を１．５ｍｍとし、振動板５
０と電極５５との間で振動板中央の最大変位が得られる
ギャップ長を０．２５μｍとしている。

【００２９】上述した流路基板４１と電極基板４２は９
００℃の条件で直接接合されている。この場合、具体的
には流路基板４１となるＳＯＩ基板と電極基板４２とを
接合した後、ＳＯＩ基板の結晶面方位（１１０）のＳｉ
基板をウェットエッチングにしてエッチングして、前述
したように熱酸化膜をエッチングストップ層としてエッ
チングストップして、液室４６等となる凹部を形成する
と同時に板厚３μｍの振動板５０を形成している。

【００３０】ノズル板４３は多数のノズル４４を二列配
置して形成したものであり、吐出面には撥水処理を施し
ている。ここでは、このノズル板４３はＮｉ電鋳工法で
製作しているが、この他、例えば樹脂と金属層の複層構
造のものなども用いることができる。このノズル板４３
は流路基板４１に接着剤にて接合している。

【００３１】このインクジェットヘッド４０ではノズル
４４を二列配置し、この各ノズル４４に対応して液室４
６、振動板５０、電極５５なども二列配置し、各ノズル
列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右の液室
４６にインクを供給する構成を採用している。これによ
り、簡単なヘッド構成で多数のノズル４４を有するマル
チノズルヘッドを構成することができる。

【００３２】そして、インクジェットヘッド４０の電極
５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａと
し、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６０を搭
載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して
接続している。このとき、電極基板４２とノズル板４３
との間は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用
いたギャップ封止剤６２にて気密封止している。

【００３３】さらに、インクジェットヘッド４０全体を
フレーム部材６５上に接着剤で接合している。このフレ
ーム部材６５にはインクジェットヘッド４０の共通液室
流路４８に外部からインクを供給するためのインク供給
穴６６を形成しており、またＦＰＣケーブル６１等はフ
レーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。

【００３４】このフレーム部材６５とノズル板４３との
間は図４に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いた
ギャップ封止剤６８にて封止し、撥水性を有するノズル
板４３表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６
１等に回り込むことを防止している。

【００３５】そして、この記録ヘッド１４のフレーム部
材６５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材
７０が連結されて、フィルタ７１を介してインクカート
リッジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室流路
４８にインクが供給される。

【００３６】このインクジェットヘッド４０において
は、振動板５０を共通電極（第１の電極）とし、電極５
５を個別電極（第２の電極）として、振動板５０と電極
５５との間に駆動電圧（駆動波形）を印加することによ
って、振動板５０と電極５５との間に発生する静電力に
よって振動板５０が電極５５側に変形変位し、この状態
から振動板５０と電極５５間の電荷を放電させることに
よって振動板５０が復帰変形して、液室４６の内容積
（体積）／圧力が変化することによって、ノズル４４か
らインク滴が吐出される。

【００３７】すなわち、個別電極とする電極５５にパル
ス電圧を印加すると、共通電極となる振動板５０との間
に電位差が生じて、個別電極５５と振動板５０の間に静
電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の
大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧
を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、そ
の復元力により液室４６内の圧力が高くなり、ノズル４
４からインク滴が吐出される。

【００３８】次に、このインクジェット記録装置の制御
部の概要について図６を参照して説明する。この制御部
は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュー
タ（以下、「ＣＰＵ」と称する。）８０と、所要の固定
情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等とし
て使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像
データを処理したデータを格納する画像メモリ８３と、
パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、入力バッファ
８５と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、波形
生成回路８７と、ヘッド駆動回路８８及びドライバ８９
等を備えている。

【００３９】ここで、ＰＩＯポート８４にはホスト側か
ら画像データなどの各種情報、図示しない操作パネルか
らの信頼性回復指示情報等の各種指示情報、用紙の始
端、終端を検知する紙有無センサからの検知信号、キャ
リッジ１３のホームポジション（基準位置）を検知する
ホームポジションセンサ等の各種センサからの信号等が
入力され、またこのＰＩＯポート８４を介してホスト側
や操作パネル側に対して所要の情報が送出される。

【００４０】また、波形生成回路８７は、インクジェッ
トヘッド４０の振動板５０と電極５５との間にインク滴
を吐出させる第1駆動波形と、インク滴を吐出させない
でメニスカスを振動させるだけの第1駆動波形とを出力
する。この波形生成回路８７からの出力を駆動波形（駆
動電圧）Ｐｖとする。この波形生成回路８７にはＤ／Ａ
変換器を用いて主制御部９１から与えられる電圧データ
をＤ／Ａ変換することにより電圧値が変化する駆動波形
（駆動パルス）を生成出力するようにしている。

【００４１】ヘッド駆動回路８８は、ＰＩＯポート８６
を介して与えられる各種データ及び信号に基づいて、記
録ヘッド１４の各ノズル４４に対応するエネルギー発生
手段（振動板５０と電極５５）に対して第１駆動波形又
は第２駆動波形を印加する。さらに、ドライバ８９は、
ＰＩＯポート８６を介して与えられる駆動データに応じ
て主走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制
御することで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査
し、搬送ローラ２４を回転させて用紙３を所定量搬送さ
せる。

【００４２】次に、この制御部におけるヘッド駆動制御
手段に係わる部分について図７を参照して説明する。こ
のヘッド駆動制御部は、前述したＣＰＵ８０、ＲＯＭ８
１、ＲＡＭ８２及び周辺回路等を含む主制御部９１と、
波形生成回路８７と、アンプ９２と、駆動回路（ドライ
バＩＣ）９３等とを備えている。

【００４３】主制御部９１は、波形生成回路８７に対し
て第１駆動波形と第２駆動波形を生成するためのデータ
を与え、ドライバＩＣ９３に対して印字信号（シリアル
データである）ＳＤ、シフトクロックＣＬＫ、ラッチ信
号ＬＡＴなどを与える。

【００４４】波形生成回路８７は、前述したようにイン
クジェットヘッド４０のアクチュエータ部に対してノズ
ル４４からインク滴を吐出させるエネルギーを発生させ
る第１駆動波形と、インク滴を吐出しないでノズル４４
のメニスカス面を振動させる第２駆動波形とを時系列で
発生する。具体的には、波形生成回路８７は、図７
（ａ）に示すように電圧値Ｖ１の第1駆動波形である吐
出パルスＤｐと電圧値Ｖ２（Ｖ２は例えばＶ１の５％程
度の電圧値）の第２駆動波形である非吐出パルスＢｐを
含む駆動波形Ｐｖを生成出力し、これがドライバＩＣ９
３のアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍに与えられてい
る。

【００４５】ドライバＩＣ９３は、時系列で入力される
駆動波形Ｐｖから吐出パルスＤｐ又は非吐出パルスＢｐ
を印字信号に応じて選択して、記録ヘッド１４を構成す
るインクジェットヘッド４０の各個別電極５５に与え
る。このドライバＩＣ９３は、主制御部９１からのシリ
アルクロックＣＬＫ及び印字信号であるシリアルデータ
ＳＤを入力するシフトレジスタ９５と、シフトレジスタ
９５のレジスト値を主制御部９１からのラッチ信号ＬＡ
Ｔでラッチするラッチ回路９６と、ラッチ回路９６の出
力値をレベル変化するレベル変換回路９７と、このレベ
ル変換回路９７でオン／オフが制御されるアナログスイ
ッチアレイ９８とからなる。アナログスイッチアレイ９
８は、インクジェットヘッド４０のｍ個（ノズル数をｍ
個とする。）の個別電極５５に接続したアナログスイッ
チＡＳ１〜ＡＳｍからなる。なお、インクジェットヘッ
ド４０の共通電極となる振動板５０は接地している。

【００４６】 そして、このシフトレジスタ回路９５に
シフトクロックＣＬＫに応じて印字信号（シリアルデー
タ）ＳＤを取込み、ラッチ回路９６でラッチ信号ＬＡＴ
によってシフトレジスタ回路９５に取り込んだ印字信号
ＳＤをラッチしてレベル変換回路９８に入力する。この
レベル変換回路９８は、データの内容に応じて各アクチ
ュエータ部の個別電極５５に接続しているアナログスイ
ッチＡＳｍ（ｍ＝１〜ｍ）をオン／オフする。

【００４７】このアナログスイッチＡＳｍ（ｍ＝１〜
ｍ）には波形生成回路８７からアンプ（ＡＭＰ）９２を
介して駆動波形Ｐｖを与えているので、アナログスイッ
チＡＳｍ（ｍ＝１〜ｍ）がオンしたときに駆動波形Ｐｖ
（吐出パルスＤｐ又は非吐出パルスＢｐ）が個別電極５
５に与えられる。

【００４８】次に、このように構成したインクジェット
記録装置の作用について図８以降をも参照して説明す
る。先ず、上述したように、波形生成回路８７からは図
８（ａ）に示すように１駆動周期内で電圧値Ｖ１の吐出
パルスＤｐ及び電圧値Ｖ２の非吐出パルスＢｐとが時系
列で生成出力され、これがドライバＩＣ９３のアナログ
スイッチＡＳ１〜ＡＳｍに与えられている。

【００４９】そこで、駆動時に主制御部９１から印字信
号ＳＤを与えることによって、例えば同図（ｂ）に示す
ように、インク滴を吐出するビット（チャンネル）に対
応するドライバＩＣ９３のアナログスイッチＡＳｎ（ｎ
＝１〜ｍのいずれか）がオンし、アナログスイッチＡＳ
ｎがオンしている間に入力される吐出パルスＤｐ又は非
吐出パルスＢｐが同図（ｃ）に示すようにインクジェッ
トヘッド４０の個別電極５５に与えられる。

【００５０】この図６（ｃ）は駆動時における１つのノ
ズル４４に対応する個別電極５５に印加されるパルスを
示しているものであり、このノズル４４は、図示してい
る最初の駆動周期では印字（駆動）であるので、吐出パ
ルスＤｐが与えられてインク滴が吐出し、次の駆動周期
では印字しないのでアナログスイッチＡＳｎをオフにし
て非吐出パルスＢｐを与えてメニスカスを振動させる。

【００５１】このように駆動時にインク滴を吐出させな
いノズルのメニスカスを振動させる手段を備えているの
で、例えば、インク吐出頻度が少ないノズルでも、イン
クの増粘による滴吐出特性の変化が低減し、安定したイ
ンク滴吐出特性を得られる。これにより、印字開始直後
のドットの乱れが解消され、ドット位置精度の高い良好
な印字画像が得られる。

【００５２】そして、このインクジェット記録装置にお
いては、インクジェットヘッドとして振動板と電極とを
非平行状態で配置したヘッドを用いているので、上述し
たように電圧値の低い駆動波形を印加してメニスカスを
振動させる場合の制御性が向上する。

【００５３】すなわち、静電型インクジェットヘッドに
おいて、駆動波形の印加により静電力で変形する振動板
５０は、振動板５０と電極５５間のギャップ長の１／３
の位置に達すると、振動板５０に働く機械的な力と静電
力とのバランスにより、急激に電極５５に当接するとい
う動作特性（変位特性）を有している。また、振動板５
０と電極５５との間に作用する静電引力Ｐ（Ｎ／ｍ²）
は、誘電率をε（Ｆ／ｍ）、電圧をＶ（Ｖ）、振動板と
電極との距離（ギャップ長＝電極間距離）をｔ（ｍ）と
したとき、Ｐ＝（１／２）・ε・（Ｖ／ｔ）²で表さ
れ、振動板と電極との間のギャップ長が短くなるほど大
きくなる。

【００５４】したがって、上述したように振動板５０と
電極５５とを非平行状態で配置したインクジェットヘッ
ド４０においては、図９（ａ）に示すように駆動波形を
印加していない状態から駆動波形を印加することによっ
て、同図（ｂ）に示すように振動板５０は電極５５との
間のギャップ長が短い部分から変形を開始し、この振動
板５０の変形によりギャップ長が漸次短くなることか
ら、同図（ｃ）に示すように振動板５０は傾斜した電極
５５に倣って電極５５に当接する。その後、印加した駆
動波形をオフすることで、振動板５０が復元変位して液
室４６内インクが加圧されてインク滴が吐出する。

【００５５】これに対して、図１０に示すように振動板
５０と電極５５とを平行状態で配置したインクジェット
ヘッドにあっては、同図（ａ）に示すように駆動波形を
印加していない状態から駆動波形を印加することによっ
て、同図（ｂ）に示すように振動板５０は略中央部分か
ら変形を開始し、同図（ｃ）に示すように振動板５０は
中央部分が電極５５に当接するまで変形する。その後、
印加した駆動波形をオフすることで、振動板５０が復元
変位して液室４６内インクが加圧されてインク滴が吐出
する。

【００５６】ここで、駆動電圧Ｖに対する振動板５０の
変位量について見ると、振動板５０と電極５５とを非平
行状態で配置したインクジェットヘッド４０にあって
は、図１１に線ａで示すように、振動板５０は電圧の増
加に伴って傾斜した電極５５に倣って変形し、ギャップ
長が漸次短くなるので、駆動電圧Ｖに対して振動板変位
量は略比例的に増加する。これに対して、振動板５０と
電極５５とを平行状態で配置したインクジェットヘッド
にあっては、同図に線ｂで示すように、振動板変位量が
ギャップ長の１／３になるまでは僅かずつ変形し、振動
板変位量がギャップ長の１／３に達する電圧値になると
急激に電極５５に当接するまで変形する。

【００５７】したがって、インクジェットヘッド４０の
ように振動板５０と電極５５とを非平行状態で配置した
場合には、駆動波形の駆動電圧に対して振動板変位が比
例的に増加する範囲が広くとれるようになるので、イン
ク滴を吐出することなくメニスカス振動を与える場合に
選択できる駆動電圧の範囲が広がり、所要の大きさのメ
ニスカス振幅を得るための制御が容易になる。

【００５８】これにより、環境温度の変化などに対応し
てメニスカス振幅を変化させる場合の制御が容易にな
る。すなわち、環境温度が相対的に低い場合にはインク
粘度も上昇する傾向にあるので、所望のメニスカス振動
を得るためには振動板５０の変位量を大きくしなければ
ならないのに対し、環境温度が相対的に高い場合にはイ
ンク粘度が低下する傾向にあるので、所望のメニスカス
振動を得るためには振動板５０の変位量を小さくするこ
とになる。この場合、のメニスカス振動に用いることが
できる振動板５０の変位量の範囲が広い（駆動電圧の選
択の範囲が広い）ことによって、このような環境温度に
応じた制御も容易になる。

【００５９】図１２はこのような環境温度に応じた電圧
値Ｖ２を設定する処理の一例を示すものである。すなわ
ち、主制御部９１は、図示しない温度検知手段、例えば
サーミスタからの検知信号に基づいて環境温度Ｔを検出
し、この環境温度Ｔを予め設定した基準温度Ｔｒと比較
して、Ｔ≧Ｔｒであれば、非吐出パルスＢｐの電圧値Ｖ
２を電圧値Ｖ２１に設定し、Ｔ≧Ｔｒでなければ、非吐
出パルスＢｐの電圧値Ｖ２を電圧値Ｖ２２（Ｖ２２＞Ｖ
２１）に設定して、設定した電圧値Ｖ２のデータを波形
生成回路８７に与える。

【００６０】このように、振動板と電極とを非平行状態
で配置して、振動板と電極間のギャップ形状を傾斜を持
たせた非平行形状とし、且つ、インク滴を吐出させない
ノズルのメニスカスを振動させる駆動波形を与える構成
とすることにより、振動板が電極に当接するまでの変位
量を印加する駆動波形によってコントロールすることが
可能となり、インク増粘防止のために印加する、非吐出
パルスの制御性が向上し、インク増粘によるインク滴吐
出特性の変動を抑えることができ、印字画像の乱れがな
くなり、より高品質の画像を得ることができるととも
に、環境温度変化に対する非吐出パルスの制御性も向上
することができる。

【００６１】なお、上記実施形態においては、時系列で
出力される第１駆動波形（吐出パルスＤｐ）と第２駆動
波形（非吐出パルスＢｐ）とを用いているが、これに限
るものではなく、例えば図１３に示すように、三端子ス
イッチ１００のアレイをドライバＩＣに用いて、三端子
スイッチ１００の一方に吐出パルスＤｐを、他方に非吐
出パルスＢｐを与えて、三端子スイッチ１００を印字信
号に応じて切り換えてヘッド１４に印加する駆動波形を
選択することもできる。

【００６２】また、上記実施形態においては、非吐出パ
ルスＢｐ（第２駆動波形）として吐出パルスＤｐ（第１
駆動波形）の電圧値Ｖ１よりも低い電圧値Ｖ２のパルス
波形としているが、例えば、図１４（ｂ）に示すよう
に、同図（ａ）に示す第１駆動波形と波高値が同じで、
第１駆動波形よりも立ち下がり時間の長い（立下りが緩
やかな）第２駆動波形を用いることもできる。このよう
な第２駆動波形を用いた場合には、振動板の復元がゆっ
くりになるので、任意の大きさのメニスカス振幅が容易
に得られる。

【００６３】すなわち、パルスＯＦＦ時の立ち下がり時
間が長いために、振動板が時間的にゆるやかに、傾斜面
（電極５５表面）に沿って復帰するため、駆動波形（パ
ルス）の立ち下がり時間が短い場合に比べて、液室内の
圧力上昇が少なく、インク滴を吐出する駆動パルスと同
じ波高値であってもインク滴が吐出せず、メニスカスが
振動するためである。したがって、この立ち下がり時間
を調整することにより、メニスカス変位量を任意に制御
することができる。

【００６４】次に、インクジェットヘッド４０の他の例
について図１５をも参照して説明する。なお、同図は同
ヘッドの振動板短手方向の模式的断面説明図である。こ
のインクジェットヘッドは、電極基板２に形成した凹部
５４として、傾斜面５４ａとこの傾斜面５４ａに連続し
て振動板５０に対して平行な平行面５４ｂを有する凹部
を形成し、この凹部５４の底面をなす傾斜面５４ａ及び
平行面５４ｂに沿って電極５５を形成することにより、
振動板５０に対して傾斜した部分５５ａと振動板５０に
対して平行な部分５５ｂとを有する電極５５を設けたも
のである。その他の構成は前記インクジェットヘッド４
０と同様である。

【００６５】このインクジェットヘッドにおいては、図
１６（ａ）に示すように駆動波形を印加していない状態
から駆動波形を印加することによって、同図（ｂ）に示
すように振動板５０は電極５５との間のギャップ長が短
い部分から変形を開始し、電極５５の傾斜した（非平行
な）部分５５ａに沿って漸次変形した後、同図（ｃ）に
示すように振動板５０は電極５５の平行な部分５５ｂに
当接して変形する。その後、印加した駆動波形をオフす
ることで、振動板５０が復元変位して液室４６内インク
が加圧されてインク滴が吐出する。

【００６６】したがって、最大ギャップ長を確保できる
電極５５の平行な部分５５ｂを長くとれ、当接時の振動
板５０の変位量を多く確保できるため、上記インクジェ
ットヘッド４０と比べて、最大ギャップ長が同じであっ
ても、振動板５０の変位が復元したときのインク滴吐出
体積Ｍｊが大きくなる。

【００６７】次に、本発明の第２実施形態について図１
７を参照して説明する。この実施形態は、上記実施形態
が駆動時に非吐出ノズル（インク滴を吐出させないノズ
ル）のメニスカスを振動させる例であったのに対し、キ
ャリッジ１３をサブシステム３７側に移動させたとき、
すなわち、ヘッド１４が非印字領域にあるときには、す
べてのノズル４４のメニスカスを振動させる処理を行う
ようにしたものである。

【００６８】すなわち、ヘッド１４を非印字位置である
印字待機位置（サブシステム３７による信頼性維持回復
位置）にしたときに、タイマＴ１をセット・スタートし
て、タイマＴ１がタイムアップしたときには信頼性維持
回復処理を行う。この信頼性維持回復処理では、公知の
ようにヘッド１４をキャップ手段でキャッピングした状
態で吸引手段を駆動してヘッド１４のノズル４４からイ
ンクを吸引排出することによってノズル４４の増粘した
インクを排出する処理をしたり、或いは、全ノズル４４
を駆動してインク滴を吐出することによってノズル４４
の増粘したインクを排出する処理をする。

【００６９】そして、信頼性維持回復動作後タイマＴ
１、Ｔ２をセット・スタートし、印字指令があるか否か
を判別し、印字指令がなければ、タイマＴ１がタイムア
ップしたか否かを判別する処理に戻る。

【００７０】ここで、タイマＴ１がタイムアップしてい
なければ、タイマＴ２がタイムアップしているか否かを
判別し、タイマＴ２がタイムアップしたときには、第１
実施形態で説明したと同様なヘッド駆動制御によって、
時系列で生成出力される吐出パルスＤｐと非吐出パルス
Ｂｐのうちの非吐出パルスＢｐのみを選択してヘッド１
４に与えることにより、信頼性維持回復動作間にメニス
カス振動のみを行って、ノズル４４のインクの増粘を抑
制する処理を行う。

【００７１】このように、信頼性維持回復動作の一環と
して所定時間毎にインク滴を吐出しないでメニスカス振
動のみを行う維持回復処理を行うことによって、インク
の増粘を抑えることができるので、インク滴の排出を伴
なう維持回復処理の回数（クリーニング動作回数）を減
らすことができて、無駄なインク消費を低減することが
できる。

【００７２】そして、このメニスカス振動のためのヘッ
ドの駆動を時系列で生成出力される第１駆動波形と第２
駆動波形のうちの第２駆動波形のみを選択してヘッドに
与えることにより、構成が簡単になり、低コスト化を図
れる。さらに、前述の実施形態のように印字動作中（駆
動時）にもメニスカス振動を行う構成と組み合わせるこ
とができ、これによりインクの増粘を低コストで抑制す
ることができる。

【００７３】図１１に戻って、印字指令が与えられたと
きには、印字動作に移行する直前にメニスカス振動を行
ってノズル４４内のインク粘度を回復した後、印字処理
に移行する。これにより、安定した印字を迅速に開始す
ることができる。

【００７４】次に、本発明の第３実施形態について図１
８を参照して説明する。この実施形態においては、上記
第２実施形態ではヘッドの非印字領域におけるメニスカ
ス振動を信頼性維持回復動作の一環として行っていたの
に対し、信頼性維持回復動作とは関係なく、１走査終了
でヘッド１４をサブシステム３７側の非印字領域に移動
して、すべてのノズル４４に対してメニスカス振動を行
った後、次の走査のためにヘッド１４を印字領域に移動
させる。

【００７５】ここで、この実施形態に係るインクジェッ
ト記録装置を用いて、画像出力を行ってメニスカス振動
によるノズル部の粘度増加に対する効果を確認した。キ
ャリッジ１３の非印字領域においてヘッド１４の全ノズ
ルのメニスカスを振動させる動作を行った場合、印字開
始直後のドットの乱れが解消され良好な印字画像が得ら
れ、振動板と電極とを平行状態で配置したヘッド（図１
０に示したもの）を用いて変位量をギャップ長の１／３
以下としてメニスカスを振動させた場合に比べて大きな
効果を得ることができる。また、このようなメニスカス
を振動させる動作を行うことで、画像の乱れが低減され
信頼性維持機構によるクリーニング動作回数が減り、無
駄なインク消費を減らすことができる。

【００７６】なお、上記実施形態においては、インクジ
ェットヘッドは振動板と液室４６とを流路基板４１とし
て同一部材から形成しているが、振動板と液室を形成し
ている部材とを別部材で形成して接合することもでき
る。また、インクジェット記録装置に搭載するインクジ
ェットヘッドの、流路基板中に形成したノズル、液室、
流体抵抗部、共通液室流路の形状、配置、形成方法は適
切に変更することができる。例えば、上記実施形態にお
いては、ノズルは振動板の変位方向にインク滴が吐出す
るように形成したサイドシュータ方式のインクジェット
ヘッドであるが、ノズルを振動板の変位方向と交差する
方向にインク滴が吐出するように形成したエッジシュー
タ方式のインクジェットヘッドでもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェット記録装置によれば、振動板と電極とを非平行
状態で配置したインクジェットヘッドを搭載するととも
に、このインクジェットヘッドの駆動時にインク滴を吐
出させないノズルのメニスカスを振動させる駆動波形を
１回以上与える手段を備えたので、メニスカス振動用の
駆動波形の制御性が向上し、インク粘度の上昇やノズル
の目詰まりを確実に低減することができる。

【００７８】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、振動板と電極とを非平行状態で配置したインクジ
ェットヘッドを搭載するとともに、このインクジェット
ヘッドが非印字領域にあるときにノズルのメニスカスを
振動させる駆動波形を１回以上与え手段を備えたので、
メニスカス振動用の駆動波形の制御性が向上し、インク
粘度の上昇やノズルの目詰まりを確実に低減することが
できるとともに、印字開始直後の画像乱れが解消されて
高品質画像を得ることができ、さらにヘッドの信頼性維
持回復動作回数が減少して、無駄なインク消費を低減す
ることができ、ランニングコストが低減する。

【００７９】ここで、メニスカスを振動させる駆動波形
はインク滴を吐出させる駆動波形よりもパルスの振幅を
小さくすることで、メニスカス振幅を容易に制御するこ
とができる。また、メニスカスを振動させる駆動波形は
インク滴が吐出する駆動波形よりもパルスの立ち下がり
時間を長くすることで、メニスカス振幅を容易に制御す
ることができる。

【００８０】また、インクジェットヘッドは振動板に対
して電極を傾斜させて配置することで、メニスカス振幅
の制御が容易になる。さらに、インクジェットヘッドは
振動板に対して電極側面が傾斜している部分と平行な部
分とを有していることで、インク滴吐出体積を大きくし
つつ、メニスカス振幅の制御を容易に行うことができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部
の概略斜視説明図

【図２】同機構部の側面説明図

【図３】同記録装置のヘッドの分解斜視説明図

【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図

【図５】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明
図

【図６】同記録装置の制御部の一例を示すブロック図

【図７】同制御部の内のヘッド駆動制御部の一例を示す
ブロック図

【図８】同記録装置におけるヘッド駆動制御の作用説明
に供する説明図

【図９】同ヘッドの振動板変位動作の説明に供する説明
図

【図１０】振動板と電極とを平行状態で配置したヘッド
の振動板変位動作の説明に供する説明図

【図１１】駆動電圧に対する振動板変位量の関係を説明
する説明図

【図１２】同記録装置における非吐出駆動波形の電圧値
の設定処理を説明するフロー図

【図１３】ヘッド駆動制御部の他の例を説明する要部説
明図

【図１４】メニスカス振動用駆動波形の他の例を説明す
る説明図

【図１５】インクジェットヘッドの他の例を示す振動板
短手方向の断面説明図

【図１６】同ヘッドの振動板変位動作の説明に供する説
明図

【図１７】本発明の第２実施形態の説明に供するフロー
図

【図１８】本発明の第３実施形態の説明に供するフロー
図

【符号の説明】

１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、２４…搬送ロー
ラ、３３…排紙ローラ、４０…インクジェットヘッド、
４１、１０１…流路基板、４２、１０２…電極基板、４
３，１０３…ノズル板、４４、１０４…ノズル、４６、
１０６…液室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室流
路、５０、１１０…振動板、５４…凹部、５４ａ…傾斜
面、５４ｂ…平行面、５５…電極、５６…ギャップ、８
７…波形生成回路、９１…主制御部、９３…ドライバＩ
Ｃ、９５…シフトレジスタ、９６…ラッチ回路、９７…
レベル変換回路、９８…アナログスイッチアレイ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出するノズルと、このノズ
   ルが連通するインク流路と、この流路の壁面を形成する
   振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、前記振
   動板と前記電極とを非平行状態で配置してなり、前記振
   動板を静電力で変形させるインクジェットヘッドを搭載
   するとともに、このインクジェットヘッドの駆動時にイ
   ンク滴を吐出させないノズルのメニスカスを振動させる
   駆動波形を１回以上与える手段を備えていることを特徴
   とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 インク滴を吐出するノズルと、このノズ
   ルが連通するインク流路と、この流路の壁面を形成する
   振動板と、この振動板に対向する電極とを有し、前記振
   動板と前記電極とを非平行状態で配置してなり、前記振
   動板を静電力で変形させて前記ノズルからインク滴を吐
   出させるインクジェットヘッドを搭載するとともに、こ
   のインクジェットヘッドが非印字領域にあるときにノズ
   ルのメニスカスを振動させる駆動波形を１回以上与える
   手段を備えていることを特徴とするインクジェット記録
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   記録装置において、前記メニスカスを振動させる駆動波
   形はインク滴を吐出させる駆動波形よりもパルスの振幅
   が小さいことを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   記録装置において、前記メニスカスを振動させる駆動波
   形は前記インク滴が吐出する駆動波形よりもパルスの立
   ち下がり時間が長いことを特徴とするインクジェット記
   録装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   記録装置において、前記インクジェットヘッドは振動板
   に対して電極を傾斜させて配置していることを特徴とす
   るインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 請求項１又は２に記載のインクジェット
   記録装置において、前記インクジェットヘッドは振動板
   に対して電極側面が傾斜している部分と平行な部分とを
   有していることを特徴とするインクジェット記録装置。