JP2002154198A - インクジェットヘッドの駆動方法及び駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境温度の変動に起因してインク粘度等の特
性が変化しても、安定なインク吐出特性を再現し、高品
位の階調印刷を可能にする。 【構成】 静電式インクジェットヘッド２１上に取り付
けた環境温度検出手段２４が検出した環境温度データを
駆動パルス制御手段２５へ転送し、パルス制御信号とパ
ルス電圧補正信号とを生成し、駆動パルス電圧発生手段
２６へ転送する。吐出ノズル選択手段２２には、電圧値
が補正された単一また複数のパルス電圧及び印字データ
が送られており、印字データに基づき選択されたインク
ジェットヘッド２１がインクを吐出し印刷を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ等の記録装置に用いるインクジェットヘッドの駆
動方法及び駆動装置に関し、特に、周囲温度の変化に対
して駆動パルス電圧を補正することによって、安定して
動作する静電式インクジェットヘッドの駆動方法及び駆
動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタ等の記録装置に
おいて、周囲温度に起因したインク吐出特性の変動を補
償可能としたものとして、例えば特開平１０−２０２８
８４号公報に記載されたインクジェットヘッドの駆動制
御装置が知られている。このインクジェットヘッドの駆
動制御装置は、ヘッド基板に取り付けたサーミスタによ
りヘッド周囲温度を検出し、検出した温度に対応するパ
ルス幅補正値ｄＰｗを、ＲＯＭ内に格納されている温度
補償用の対応テーブルから検索出力させ、駆動電圧のパ
ルス幅Ｐｗを、当該パルス幅補正値ｄＰｗと、予め設定
されている駆動電圧のパルス幅初期値Ｐｗｓとに基づ
き、式Ｐｗ＝Ｐｗｓ＋ｄＰｗにより求めている。駆動電
圧のパルス幅を周囲温度に応じて調整することにより、
簡単な構成で、確実かつ簡単にインク吐出特性の温度補
償制御を行うことが可能になるというものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、後述する
図１のような静電式インクジェットヘッドを用いて、振
動板と電極とが当接するような条件で、環境温度が１０
℃の場合と、２２℃の場合のインク吐出速度Ｖｊ、イン
ク液体積Ｍｊについて、単一パルス電圧のパルス幅依存
性を測定したところ、図９（Ａ），（Ｂ）に示すような
結果を得た。この測定結果から、環境温度が１０℃にな
ると、駆動電圧のパルス幅を変えても環境温度が２２℃
の時と同じインク吐出速度Ｖｊとインク液体積Ｍｊは得
られないことが確認された。すなわち、インク吐出特性
の温度補償制御を従来技術のように駆動電圧のパルス幅
を周囲温度に応じて調整することにより行うのでは、振
動板と電極とが当接するように設定されるインクジェッ
トヘッドの駆動装置の温度補償を行うことはできない。

【０００４】本発明は以上の問題点を解決するため、静
電気力を利用して振動板を変形させノズルからインク液
滴を吐出させる手段を用い、１画素を１回または複数回
のインク吐出で構成し、各々のインク吐出を行なうため
のパルス電圧は前記振動板と前記電極とが当接するよう
に設定されるインクジェットヘッドの駆動装置におい
て、環境温度の変動に起因してインク粘度等のインク特
性が変化しても、常に安定なインク吐出特性を再現する
ことができ、高品位の階調印刷を可能にするインクジェ
ットヘッドの駆動方法及び駆動装置を提案することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するためになされたものであって、そのための第１の
技術手段は、インクを吐出するノズルと、該ノズルに連
通するインク吐出室と、該吐出室の一部に設けられた振
動板と、該振動板に対向して設けられた電極とからな
り、前記振動板と前記電極間にパルス電圧を印加して前
記振動板を変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出
させ、１画素を１回または複数回のインク吐出で構成
し、インク吐出を行なうための前記パルス電圧は前記振
動板と前記電極とが当接するように設定されるインクジ
ェットヘッドの駆動方法において、前記インクジェット
ヘッドの環境温度を検出する環境温度検出工程と、前記
検出された環境温度に基づいて前記パルス電圧の電圧値
を補正する電圧調整工程と、前記補正されたパルス電圧
を前記振動板と前記電極間に印加する駆動工程とを有す
ることを特徴とする。

【０００６】また、第２の技術手段は、インクを吐出す
るノズルと、該ノズルに連通するインク吐出室と、該吐
出室の一部に設けられた振動板と、該振動板に対向して
設けられた電極とからなり、前記振動板と前記電極間に
パルス電圧を印加して前記振動板を変形させ、前記ノズ
ルからインク液滴を吐出させ、１画素を１回または複数
回のインク吐出で構成し、インク吐出を行なうための前
記パルス電圧は前記振動板と前記電極とが当接するよう
に設定される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環境温度を検出する環
境温度検出手段と、前記検出された環境温度に基づいて
前記パルス電圧の電圧値を補正する電圧調整手段と、前
記補正されたパルス電圧を前記振動板と前記電極間に印
加する駆動手段とを有することを特徴とする。

【０００７】また、第３の技術手段は、第２の技術手段
のインクジェットヘッドの駆動装置において、前記パル
ス電圧のパルス幅は吐出開始パルス幅から最初にインク
吐出速度が最大になるパルス幅と略同一までの任意のパ
ルス幅であることを特徴とする。

【０００８】また、第４の技術手段は、第２の技術手段
のインクジェットヘッドの駆動装置において、前記パル
ス電圧のパルス幅は最初にインク吐出速度が最大になる
パルス幅と略同一のパルス幅であることを特徴とする。

【０００９】また、第５の技術手段は第２〜４の技術手
段のインクジェットヘッドの駆動装置において、一画素
を複数回のインク吐出で形成する時、各パルス電圧の電
圧値は同一であることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図８に基づいて説明する。 （実施例１）（請求項１〜４の実施例） 図１は、本発明のインクジェットヘッドの駆動装置を使
用した記録ヘッドユニット全体の断面図である。また、
図２は、図１に示すインクジェットヘッドのＡ部分を拡
大して示す断面図である。

【００１１】図１の記録ヘッドユニットは、対向配置さ
れた同一構造のインクジェットヘッド１ａ，１ｂがフレ
ーム１４に保持された構成である。また、記録ヘッドユ
ニットには、多数のインクジェットヘッド１ａ，１ｂが
紙面に平行な方向に並列されており、それぞれのインク
ジェットヘッド１ａ，１ｂはそれらの電極がＦＰＣケー
ブル１７を介してドライバＩＣ１６に接続され駆動され
る。

【００１２】図１，図２に基づき、インクジェットヘッ
ド１ａ，１ｂのアクチュエータ及び吐出室周辺の構造を
説明する。なお、説明を簡単にするため、インクジェッ
トヘッド１ａ，１ｂについては同一構造なので、インク
ジェットヘッド１ａについて説明する。図２の断面図に
示すインクジェットヘッド１ａは、３枚の基板を重ね合
わせた積層構造をしている。上部に配置されるノズル基
板２には複数のノズル孔５が形成されている。中間に配
置される吐出室基板３は、例えばシリコン基板であり、
表面に一端から平行に等しい間隔で形成された複数本の
ノズル溝と、各々のノズル溝に連通し、底壁が振動板６
として機能する吐出室７を構成することになる凹部と、
凹部の後部に設けられたオリフィス８を構成することに
なるインク流入口のための細溝と、各々の吐出室７にイ
ンクを供給するためのインク共通液室９を構成すること
になる貫通部とを有する。また、吐出室基板３の下部に
配置される電極基板４には、振動板６の下部に対応する
位置に後述する個別電極１０を装着するための振動室１
２が設けられている。

【００１３】吐出室基板３の上面に接合されるノズル基
板２は、例えばガラスまたはニッケルからなり、ノズル
基板２の接合によって、前記ノズル孔５，吐出室７，オ
リフィス８およびインク共通液室９が構成される。吐出
室基板３の下面に接合される電極基板４は、例えばシリ
コン基板からなり、この電極基板４の接合によって振動
室１２を構成するとともに、電極基板４の上面に振動板
６に対応する各々の位置に個別電極１０を形成する。さ
らに、端子部（図示せず）を除き個別電極１０の全体を
絶縁膜１１で被覆してある。また、吐出室基板３の外側
方には、振動室１２内の気体層を封止するためのエポシ
キ接着剤等からなる封止剤１３で封止されている。

【００１４】個別電極１０に対して、例えば正の電圧パ
ルスを印加して個別電極１０の表面が正の電位に帯電す
ると、対応する振動板６の下面は負の電位に帯電する。
したがって、振動板６は静電気力によって吸引されて下
方へ撓む。次に、個別電極１０へ印加している電圧パル
スをオフにすると、振動板６は元の位置に復帰する。こ
の復帰動作によって、吐出室７の内圧が急激に上昇し
て、ノズル孔５からインク液滴が記録紙に向けて吐出す
る。そして、振動板６が下方に撓むことにより、インク
がインク共通液室９からオリフィス８を経由して吐出室
７に補給される。なお、本発明においては、１画素を１
回または複数回のインク吐出で構成し、インク吐出を行
うパルス電圧はインクジェットヘッドの振動板６と個別
電極１０とが当接するように設定されるので、記録ヘッ
ドユニットに多数のインクジェットヘッドを高密度に配
置してもそれぞれの振動板の変形を略一定とすることが
でき、各インクジェットヘッドから吐出するインクの量
を略一定とすることができる。

【００１５】ここで、短辺長＝１５０μｍ、長辺長＝１
０００μｍ、厚さ＝２μｍである振動板を備えた静電式
インクジェットヘッド１ａ，１ｂを用いて、環境温度が
１０℃の条件下において、振動板６と個別電極１０とが
当接するような条件で、パルス電圧値Ｖｐを３２Ｖ，３
７Ｖと変化させて、インク吐出速度Ｖｊとインク液体積
Ｍｊの単一パルス電圧でのパルス幅依存性を測定したと
ころ、図３（Ａ），（Ｂ）に示すような結果が得られ
た。この結果から、環境温度が低い時はパルス電圧値Ｖ
ｐを高くするように、パルス電圧値を変化させれば、環
境温度が１０℃の時でも２２℃の時と同じようなインク
吐出速度Ｖｊとインク液体積Ｍｊが得られることを見出
すことができた。

【００１６】また、同じ構成の静電式インクジェットヘ
ッドを用いて環境温度と駆動パルスの電圧値を（環境温
度１０℃，パルス電圧値３７Ｖ）、（環境温度２２℃，
パルス電圧値３２Ｖ）、（環境温度３５℃，パルス電圧
値３０Ｖ）のように変化させて、駆動パルスのパルス幅
とインク吐出速度Ｖｊ、インク液体積 Ｍｊの単一パル
ス電圧に対するパルス幅依存性を測定したところ、やは
り図９に示す２２℃の時と同じようなインク吐出速度Ｖ
ｊ、インク液体積Ｍｊが得られることを見出すことがで
きた。

【００１７】以上の結果を図４（Ａ），（Ｂ）に示す。
この結果から、環境温度が変化しても、その環境温度下
においてパルス電圧値を調整することで、常に安定した
インク特性（Ｖｊ，Ｍｊ）が得られることが確認された
（請求項１，２）。詳細は後述するが、１画素を１回ま
たは複数回のインク吐出で構成するような場合に用いる
複数パルスでも、同様に環境温度が変化してもパルス電
圧値を調整することで、常に安定したインク特性（Ｖ
ｊ，Ｍｊ）を得られることが確認された。

【００１８】また、図４（Ａ），（Ｂ）に示されるよう
に、インク吐出開始パルス幅から最初にインク吐出速度
が最大になるパルス幅と略同一のところまで（図中の矢
印の範囲）は、特に環境温度が変化しても略同じインク
特性（Ｖｊ，Ｍｊ）が得られる領域である。したがっ
て、この領域では環境温度の変動に起因してインク粘度
等のインク特性が変化しても、常に安定なインク吐出特
性を再現でき、確実に高品位の印刷を可能にできる（請
求項３)。

【００１９】さらに、図４（Ａ），（Ｂ）に示されるよ
うに最初にインク吐出速度が最大になるパルス幅と略同
一かその近傍付近のパルス幅の値を採用すると、パルス
幅のバラツキに対するＶｊ及びＭｊのバラツキが小さく
なるので、インクジェットヘッドのインク特性の信頼性
が向上する（請求項４）。

【００２０】（実施例２）（請求項５の実施例） 実施例１と同じ構成の静電式インクジェットヘッドを用
い、振動板６と個別電極１０間に、図５に示すような３
つの駆動パルス電圧を印加し、インクを吐出させた。こ
こで、Ｐｗ１＝６μｓ，Ｔｄ１＝５μｓ，Ｐｗ２＝７μ
ｓ，Ｔｄ２＝５μｓ，Ｐｗ３＝９μｓであり、３つのパ
ルス電圧とも同じパルス高さとし、Ｖｐ＝２５〜４０
Ｖ，ｆ＝２ＫＨｚとする。また、各々のパルス電圧の大
きさを変えて条件出しを行なうことも可能である。

【００２１】次に、実際にこの条件で、インクを吐出さ
せると、図６に示すように（Ａ）〜（Ｄ）の段階を経
て、１ｍｍ先の記録紙に到達する前に１つの大きなイン
ク滴となった。つまり （Ａ）３つのインク滴が分離して飛んでいる状態。イン
ク吐出時刻の早い順から、そのインク滴の吐出速度をＶ
ｊ１，Ｖｊ２，Ｖｊ３とし、これらを比較するとＶｊ１
＜Ｖｊ２＜Ｖｊ３であった。 （Ｂ）Ｖｊ３の速度を持ったインク滴とＶｊ２の速度を
持ったインク滴とが合体する状態。 （Ｃ）続いて、上記の合体したインク滴がＶｊ１の速度
を持ったインク滴に追いつく状態。 （ｄ）３つのインク滴が合体してＶｊ１２３の速度を持
った１つの大きなインク滴となる状態。 という段階を経てインク滴が吐出する。

【００２２】これらの条件で、環境温度を１０℃，２２
℃，３５℃の３水準の条件下でパルス電圧の電圧値をＶ
ｐ＝２５〜４０Ｖまで変化させてインク特性を測定し
た。その結果を図７（Ａ），（Ｂ）に示す。どの環境温
度でもＶｐ＝４０Ｖまで測定したが、電圧が高くなる
と、インク滴がミスト状になったり、吐出状態が多くの
滴に分離して、吐出が不安定になったりしたので、その
ような状態になった時の測定はグラフ化していない。こ
の結果から、どの環境温度でも数Ｖの範囲で安定に吐出
する範囲があることがわかる。よって、これら条件のよ
うに３つのパルス電圧を同じ電圧とすることができるこ
とがわかった。このことはパルス数によらず、全て同じ
電圧値にしても安定に吐出する条件があることがわかっ
ている。

【００２３】（実施例３）（請求項２〜５の実施例） 図８に示すような概略ブロック図のインクジェットヘッ
ド駆動装置によって、環境温度に対するインク特性の温
度補償が可能になる。静電式インクジェットヘッド２１
上に取り付けられた環境温度検出手段２４により検出さ
れた温度は環境温度データとして駆動パルス制御手段２
５へ転送される。そして、パルス制御信号と環境温度デ
ータに基づいて生成されたパルス電圧補正信号とが駆動
パルス制御手段２５から駆動パルス電圧発生手段２６へ
転送され、電圧値が補正された単一また複数のパルス電
圧が駆動パルス電圧発生手段２６から静電ヘッド２１に
搭載された吐出ノズル選択手段２２に送られる。一方
で、駆動パルス制御手段２５からは印字データが吐出ノ
ズル選択手段２２へ送られており、選択されたノズル信
号とパルス電圧が静電アクチュエータ２３に送られ、イ
ンクを吐出させ印刷を行なう。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1〜５の発明のインクジェットヘッド駆動方法及び駆動
装置によれば、インクジェットヘッドの環境温度を検出
し、検出された温度に基づいてパルス電圧の電圧値を補
正し、補正された電圧値のパルス電圧を振動板と電極間
に印加するので、環境温度の変動に起因してインク粘度
等のインク特性が変化しても、常に安定なインク吐出特
性を再現でき、高品位の階調印刷が可能である。

【００２５】請求項３の発明によれば、パルス電圧のパ
ルス幅は吐出開始パルス幅から最初にインク吐出速度が
最大になるパルス幅と略同一までの任意のパルス幅であ
るので、環境温度の変動に起因してインク粘度等のイン
ク特性が変化しても、常に安定したインク吐出特性を確
実に再現でき、高品位の階調印刷を可能にし、かつ複数
回のインク吐出を行なう場合、最初のインク液滴と最終
吐出のインク液滴とが記録媒体に届くまでに空中で合体
し１滴にでき、画素形状を円形またはそれに近い形状に
することができる。

【００２６】請求項４の発明によれば、パルス電圧のパ
ルス幅は最初にインク吐出速度が最大になるパルス幅と
略同一かそれ近傍のパルス幅であるので、パルス幅のバ
ラツキに対するインク吐出速度Ｖｊ及びインク液体積Ｍ
ｊのバラツキが小さくなり、インクジェットヘッドのイ
ンク特性の信頼性が向上する。

【００２７】請求項５の発明によれば、複数回のインク
吐出で一画素を構成する時、各パルス電圧の電圧値は同
じであるので、インクジェットヘッドのドライバ回路が
簡単になりコストダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェットヘッドの駆動装置を
使用した記録ヘッドユニット全体を示す断面図である。

【図２】 図１のＡ部分を拡大して示す図である。

【図３】 本発明の実施例1において、駆動電圧を変化
させた時の駆動電圧のパルス幅とインク吐出速度Ｖｊ、
インク液体積Ｍｊの関係を示す図である。

【図４】 本発明の実施例１において、環境温度及び駆
動電圧を変化させた時の駆動電圧のパルス幅とインク吐
出速度Ｖｊ、インク液体積Ｍｊの関係を示す図である。

【図５】 本発明の実施例２におけるパルス電圧波形を
示す図である。

【図６】 本発明の実施例２において、複数のインク滴
が1つのインク滴になる様子を経時的に示す図である。

【図７】 本発明の実施例２において、環境温度を変化
させた時の駆動パルス電圧とインク吐き出し速度Ｖｊ、
インク液体積Ｍｊの関係を示す図である。

【図８】 本発明のインクジェットヘッド駆動装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図９】 従来のインクジェットヘッド駆動方法及び駆
動装置において、環境温度を変化させた時の駆動パルス
幅とインク吐出速度Ｖｊ、インク液体積Ｍｊの関係を示
す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…インクジェットヘッド、２…ノズル基板、
３…吐出室基板、４…電極基板、５…ノズル孔、６…振
動板、７…吐出室、８…オリフィス、９…インク共通液
室、１０…個別電極、１１…絶縁膜、１２…振動室、１
３…振動室ギャップ封止材、１４…フレーム、１５…ノ
ズル板封止材、１６…ドライバＩＣ、１７…ＦＰＣケー
ブル、２１…静電式インクジェットヘッド、２２…吐出
ノズル選択手段、２３…静電アクチュエータ、２４…環
境温度検出手段、２５…駆動パルス制御手段、２６…駆
動パルス電圧発生手段。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するノズルと、該ノズルに
   連通するインク吐出室と、該吐出室の一部に設けられた
   振動板と、該振動板に対向して設けられた電極とからな
   り、前記振動板と前記電極間にパルス電圧を印加して前
   記振動板を変形させ、前記ノズルからインク液滴を吐出
   させ、１画素を１回または複数回のインク吐出で構成
   し、インク吐出を行なうための前記パルス電圧は前記振
   動板と前記電極とが当接するように設定されるインクジ
   ェットヘッドの駆動方法において、前記インクジェット
   ヘッドの環境温度を検出する環境温度検出工程と、前記
   検出された環境温度に基づいて前記パルス電圧の電圧値
   を補正する電圧調整工程と、前記補正されたパルス電圧
   を前記振動板と前記電極間に印加する駆動工程とを有す
   ることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
2. 【請求項２】 インクを吐出するノズルと、該ノズルに
   連通するインク吐出室と、該吐出室の一部に設けられた
   振動板と、該振動板に対向して設けられた電極とからな
   り、前記振動板と前記電極間にパルス電圧を印加して前
   記振動板を変形させ，前記ノズルからインク液滴を吐出
   させ、１画素を１回または複数回のインク吐出で構成
   し、インク吐出を行なうための前記パルス電圧は前記振
   動板と前記電極とが当接するように設定されるインクジ
   ェットヘッドの駆動装置において、前記インクジェット
   ヘッドの環境温度を検出する環境温度検出手段と、前記
   検出された環境温度に基づいて前記パルス電圧の電圧値
   を補正する電圧調整手段と、前記補正されたパルス電圧
   を前記振動板と前記電極間に印加する駆動手段とを有す
   ることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のインクジェットヘッドの
   駆動装置において、前記パルス電圧のパルス幅は吐出開
   始パルス幅から最初にインク吐出速度が最大になるパル
   ス幅と略同一までの任意のパルス幅であることを特徴と
   するインクジェットヘッドの駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載のインクジェットヘッドの
   駆動装置において、前記パルス電圧のパルス幅は最初に
   インク吐出速度が最大になるパルス幅と略同一のパルス
   幅であることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動
   装置。
5. 【請求項５】 請求項２乃至４いずれか記載のインクジ
   ェットヘッドの駆動装置において、一画素を複数回のイ
   ンク吐出で形成する時、各パルス電圧の電圧値は同一で
   あることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装
   置。