JP2004202893A

JP2004202893A - インクジェットヘッドの駆動制御方法、インクジェットプリンタの駆動制御方法およびインクジェットプリンタ

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Publication number: JP2004202893A
Application number: JP2002375565A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuno; 靖史松野; Hiroyuki Ishikawa; 博之石川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】印字速度の低下を招くことなく、インクノズルの目詰まりを防止するためのインクメニスカスの振動を適切に行わせることのできるシリアル型のインクジェットプリンタを提案すること。
【解決手段】静電式インクジェットヘッド１１０が、ホームポジションから印字領域に移動する間に、当該インクジェットヘッド１１０の静電アクチュエータの振動板電極１１９および固定側電極１２１の間にインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスｋＰｗを印加して、インク液滴を吐出させることなく、インクノズル１１５のインクメニスカスを振動させ、インクノズル１１５の目詰まりを防止する。この駆動電圧パルスｋＰｗを台形波形とし、当該駆動電圧パルスの立下り時間Ｐｗｄｇを、インクジェットヘッドの固有周期Ｔｏの１．５倍以上にする。これにより、当該駆動電圧パルスの電圧設定範囲を広くでき、簡単かつ確実に、インク液滴を吐出させることなくインクメニスカスを振動させて目詰まりを防止できる。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電アクチュエータによりインクノズルからインク液滴を吐出する構成のインクジェットヘッドの駆動制御方法に関し、特に、インクノズルのインクによる目詰まりを効率良く防止可能なインクジェットヘッドの駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
また、本発明は、静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドを記録媒体に対して相対移動させながら印字を行うシリアル型のインクジェットプリンタにおいて、インクノズルのインクによる目詰まりを印字速度の低下を招くことなく防止可能なインクジェットプリンタの駆動制御方法、および当該駆動方法を採用したインクジェットプリンタに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッドとしては、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静電アクチュエータを備えたもの（以下、静電式インクジェットヘッドと呼ぶ場合もある。）が知られている。
【０００４】
ここで、インクジェットヘッドにおいては、非印字時間が長くなると、インクノズル内のインク粘度が増加して、インクノズルの目詰まりが発生する惧れがある。また、目詰まりしないまでも、インク液滴の吐出が正常に行われず、印字画質が劣化するなどの弊害が発生する惧れがある。インクノズル内のインク粘度の増加に伴って発生する弊害を防止するために、従来においては、インクノズルのインクメニスカスを振動させて、インクノズルがインクにより目詰まりしないようにしている。
【０００５】
静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの場合には、静電アクチュエータの対向電極間に印加する駆動電圧パルスを制御することにより、インクノズルから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振動させるようにしている。例えば、下記の特許文献１では、１画素分の印字を行うための印字用の駆動電圧パルスを印加する直前に、インクメニスカスを振動させる程度の駆動電圧パルスを印加することにより、インクノズルの目詰まりを防止している。
【０００６】
しかしながら、１画素分の印字毎に、インクメニスカスを振動させるための駆動電圧パルスを印加する方法では、１画素分を印字するための駆動周期が長くなってしまい、印字速度の低下を招くことになる。印字速度の低下を招くことなく、インクメニスカスを振動させる方法は、例えば下記の特許文献２に開示されている。ここに開示されている方法では、シリアル型のインクジェットプリンタにおいて、インクジェットヘッドが印字領域に到るまでの加減速時に、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを静電アクチュエータの対向電極間に印加するようにしている。この方法では、印字動作に関係していないインクジェットヘッドの移動時間を利用してインクメニスカスを振動させて目詰まりを防止しているので、印字速度の低下を招くことがない。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３５３８６５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２５５０５６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、インクジェットプリンタの小型化・コンパクト化、および印字の高密度化の要求に伴い、静電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの小型化・コンパクト化および多ノズル化が要求されている。かかる要求を満たすためには、インクジェットヘッドに組み込まれている静電アクチュエータの小型化、コンパクト化を図る必要があり、それに伴って、その対向電極間のギャップも狭くなり、駆動制御も高精度に行う必要がある。すなわち、対向電極間に印加されるインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの波形、電圧値が僅かに変動しても、インク液滴が吐出してしまう場合や、インクメニスカスが充分に振動しない場合が発生する惧れが高くなる。
【０００９】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、インクノズルの目詰まりを防止するためのインクメニスカスの振動を適切に行わせることのできるインクジェットヘッドの駆動制御方法を提案することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、印字速度の低下を招くことなく、インクノズルの目詰まりを防止するためのインクメニスカスの振動を適切に行わせることのできるシリアル型のインクジェットプリンタの駆動制御方法、および当該駆動制御方法により駆動制御されるインクジェットプリンタを提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のイクジェットヘッドの駆動制御方法は、
一定間隔で対向配置されている振動板電極および固定側電極を備えた静電アクチュエータを有しているインクジェットヘッドの駆動制御方法において、
前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に印字用の駆動電圧パルスを印加して、前記インクジェットヘッドのインクノズルからインク液滴を吐出させ、
前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間にインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを印加して、インク液滴を吐出させることなく、前記インクノズルのインクメニスカスを振動させ、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを台形波形とし、当該駆動電圧パルスの立下り時間を、前記インクジェットヘッドの固有周期の１．５倍以上にすることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧設定範囲を広くすることが可能になるので、インク液滴を吐出させることなくインクメニスカスを振動させる動作を確実に行わせることが可能になる。
【００１３】
ここで、立下り時間をインクジェットヘッドの固有周期の１．５倍以上にした場合には、一般的に、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの周波数が、前記印字用の駆動電圧パルスの周波数よりも低くなる。
【００１４】
次に、本発明において、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスにおける立ち上がり部分および電圧値が一定に保持されるホールド部分の時間幅を、前記印字用の駆動電圧パルスにおける対応する部分の時間幅よりも短い値とすることが望ましい。このようにすれば、振動板電極が固定側電極に全面当接してしまうことを確実に防止できるので、当該インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧値設定範囲を一層広げることが可能になる。
【００１５】
また、本発明において、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧値を、前記印字用の駆動電圧パルスの電圧値よりも低い値とすることが望ましい。
【００１６】
さらに、本発明において、インクメニスカスの振動時に、振動板電極と固定側電極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ためには、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを連続して印加する場合に、その電界方向を正逆交互に反転させることが望ましい。
【００１７】
次に、本発明のインクジェットプリンタの駆動制御方法は、
一定間隔で対向配置されている振動板電極および固定側電極を備えた静電アクチュエータを有しているインクジェットヘッドを、記録媒体に対して相対移動させ、
前記インクジェットヘッドが、前記記録媒体に対する印字領域を移動する間は、前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に印字用の駆動電圧パルスを印加して、前記インクジェットヘッドのインクノズルからインク液滴を吐出させ、
前記インクジェットヘッドが、前記印字領域を外れた領域を移動する間は、前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを印加して、インク液滴を吐出させることなく、前記インクノズルのインクメニスカスを振動させ、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを台形波形とし、当該駆動電圧パルスの立下り時間を、前記インクジェットヘッドの固有周期の１．５倍以上にすることを特徴としている。
【００１８】
この場合においても、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの周波数を、前記印字用の駆動電圧パルスの周波数よりも低い値とすることが望ましい。
【００１９】
また、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスにおける立ち上がり部分および電圧値が一定に保持されるホールド部分の時間幅を、前記印字用の駆動電圧パルスにおける対応する部分の時間幅よりも短い値とすることが望ましい。
【００２０】
さらに、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧値を、前記印字用の駆動電圧パルスの電圧値よりも低い値とすることが望ましい。
【００２１】
また、前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを連続して印加する場合には、その電界方向を正逆交互に反転させることが望ましい。
【００２２】
一方、本発明は、上記のインクジェットプリンタの駆動制御方法を用いたインクジェットプリンタに関するものであり、本発明のインクジェットプリンタは、前記インクジェットヘッドを記録媒体に対して往復移動させるヘッドキャリッジと、
前記キャリッジの移動位置を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づき、前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に、前記印字用の駆動電圧パルスおよび前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスのいずれかを印加するインクジェットヘッド駆動制御装置とを有しており、
前記インクジェットヘッドは、前記インクノズルに連通していると共にインクを保持しているインク室を備え、当該インク室の一部が、面外方向に弾性変位可能な前記振動板電極により形成されていることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、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。
【００２４】
（インクジェットプリンタの全体構成）
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。
【００２５】
本実施の形態に係るインクジェットプリンタ１００は、記録紙１０２を主走査方向Ｙに向けて搬送するプラテン１０３と、このプラテン１０３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を副走査方向Ｘに向けて往復移動させるためのキャリッジ１０５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１０６とを有している。プラテン１０３から副走査方向Ｘに外れた位置には、ノズルキャップ１０７が配置されており、このノズルキャップ１０７はインクポンプ１０８を介して廃インク回収部１０９に連通している。
【００２６】
インクジェットヘッド１１０のインクノズル面がノズルキャップ１０７に対峙した位置が、インクジェットヘッド１１０のホームポジションＰ０である。インクジェットヘッド１１０は、このホームポジションＰ０から、ほぼプラテン１０３の幅に対応する印字領域（Ｐ１からＰ２までの範囲）を包含する範囲を往復移動可能となっている。印字待機状態では、インクジェットヘッド１１０はホームポジションＰ０に位置し、例えば、ノズルキャップ１０７がインクノズル面に被せられ、インクノズルの乾燥、目詰まり等が防止される。また、当該ホームポジションＰ０においては、インクノズルから印字に関係の無いインク液滴の吐出が行われて、インクノズルの目詰まりが防止される。このようなインクジェットヘッド１１０の回復動作は公知である。
【００２７】
しかるに、本実施の形態に係るインクジェットプリンタ１００では、インクジェットヘッド１１０がホームポジションＰ０から印字領域の端Ｐ１に到る移動中に、インクノズルのインクメニスカスを振動させることにより、インクによる目詰まりを防止する駆動（かかる動作を、以下においては、空駆動と呼ぶこともある。）を行っている。インクジェットヘッド１１０の移動位置の検出は、一般的に行われる方法と同様の方法により行う。例えば、キャリッジ１０５を駆動するためのステッピングモータ（図示せず）のステップ数に基づき検出する。
【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は細いインクオリフィス１１７を介して共通インク室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経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に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。
【００３０】
この静電アクチュエータに駆動電圧パルスを印加、すなわち、各振動板電極１１９と個別電極１２１の間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１２２が吐出する。
【００３１】
本例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。本実施の形態に係る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ヘッド駆動制御装置１は、ＣＰＵ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、キャラクタージェネレータ４ｃから発生するキャラクター情報に基づき、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、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルス信号ｋＶ３、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（インク液滴の吐出時、インクメニスカスの振動時）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、インクジェットヘッド制御部２は、インクジェットヘッド１１０が搭載されているキャリッジ１０５（図１参照）の位置を検出するための検出部１１を備えており、ここからの検出信号に基づき、キャリッジ１０５の駆動を制御する。また、キャリッジ１０５に搭載されているインクジェットヘッド１１０が、ホームポジションＰ０から印字領域の端Ｐ１に到る移動中において、インクジェットヘッド１１０のインクノズル１１５のインクメニスカスを振動させて、インクノズル１１５のインクによる目詰まりを防止する空駆動を行うようになっている。
【００３７】
図４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に対応する対向電極間に印加する。
【００３８】
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ＯＮ／ＯＦＦ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。
【００３９】
９２は６４ビットのラッチ回路であり、シフトレジスタ９１内に格納された６４ビットデータをラッチパルス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なうための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。
【００４０】
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。
【００４１】
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入力かの何れかを出力する。ＣＯＭドライバは、ＲＥＶ入力に対して、駆動電圧パルス入力かまたはＧＮＤ入力かの何れかをＣＯＭへ出力する。
【００４２】
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。
【００４３】
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、かつ後述の正逆交互駆動を容易に実現することが可能となる。
【００４４】
（通常の印字動作）
このように構成し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、静電式インクジェットヘッド１１０を駆動制御可能となっている。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画素印字期間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。
【００４５】
図５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に供給される印字用の駆動電圧パルス信号である。ＬＰおよびＲＥＶは上述のようにインクジェットヘッド制御部２の論理ゲートアレイ５からヘッドドライバＩＣ９に供給される制御信号（ラッチパルス）および極性反転制御信号である。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。なお、制御信号ＬＰによって１画素印字期間が規定され、１画素を３ショットで形成するように制御される。
【００４６】
また、ドライバＣＯＭ出力には、１画素印字期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・に現れる第１〜第３の印字用の駆動電圧パルスＰｗ１、Ｐｗ２、Ｐｗ３のうち、第２の駆動電圧パルスＰｗ２が現れ、それ以外はＧＮＤに保持される。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、第１および第３の駆動電圧パルスＰｗ１、Ｐｗ３が現れ、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第３の駆動電圧パルスＰｗ３のみが現れ、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第２および第３の駆動電圧パルスＰｗ２およびＰｗ３が現れる。
【００４７】
この結果、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電位差が、逆方向、正方向および逆方向の順序で切り替わる。よって、３ショット／画素による印字の場合（１画素印字期間Ｔ１）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、２ショット／画素による印字の場合（１画素印字期間Ｔ２）には、第２および第３のインク液滴の吐出時点において正駆動および逆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（１画素印字期間Ｔ３）には、第３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。
【００４８】
また、極性反転信号ＲＥＶによって連続するインク液滴の吐出動作時には、逆駆動および正駆動の順序、あるいはその逆の順序により、インクジェットヘッド１１０を正逆交互駆動しているので、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できる。
【００４９】
（インクメニスカス振動によるインクノズルの目詰まり防止動作）
図６には、インクジェットヘッド１１０がホームポジションＰ０から印字領域の一端を規定している位置Ｐ１に到る移動中に行われる空駆動を示すタイミングチャートである。この場合には、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からは、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルス信号ｋＶ３が出力される。この場合においても、インクメニスカス振動用の各駆動電圧パルスｋＰｗ１、ｋＰｗ２、ｋＰｗ３・・・は、極性反転信号ＲＥＶによて、正駆動および逆駆動が交互に行われるように、共通電極および個別電極に印加される。
【００５０】
このように、インクジェットヘッド１１０が印字領域に到るまでの移動中に、各インクノズル１１５のインクメニスカスを振動させているので、印字速度の低下を招くことなく、インクノズルの目詰まりを防止できる。また、インクメニスカス振動時においても、正逆交互駆動によりインクメニスカスを振動させているので、振動板電極１１９と個別電極１２１の間の残留電荷が発生してしまうことを、確実に抑制あるいは回避できる。
【００５１】
ここで、図７（ａ）、（ｂ）にはインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスｋＰｗおよび印字用の駆動電圧パルスＰｗの各電圧波形を示してある。これらの図に示すように各駆動電圧パルスは台形波形であり、１周期分のパルス幅がＰｗｉｇ、Ｐｗｉｂであり、一定の勾配で立ち上がる充電部分のパルス幅がＰｗｃｇ、Ｐｗｃｂであり、立ち上がり後に一定電圧に保持されるホールド部分のパルス幅がＰｗｈｇ、Ｐｗｈｂであり、この後に一定の勾配で立ち下がる放電部分のパルス幅（立下り時間）がＰｗｄｇ、Ｐｗｄｂである。本例においては、インクメニスカス振動用の駆動パルスｋＰｗの電圧波形が次の（１）〜（３）の条件を満足するように設定されている。
（１）インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスｋＰｗの立下り時間、すなわち放電部分のパルス幅Ｐｗｄｇは、インクジェットヘッドの固有周期Ｔｏの１．５倍以上の値である。例えば、インクジェットヘッドの固有周期の２倍の値に設定されている。ここで、Ｔｏとはインクジェットヘッドの固有周期であって、インク室とインクノズル等で構成されるインク流路のインクの音響定数であるイナータンスと、振動板やインク等のコンプライアンスにより主に決定される。このように設定すると、一般的には、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスｋＰｗの周期Ｐｗｉｇが、印字用の駆動電圧パルスＰｗの周期Ｐｗｉｂよりも長い値になる。換言すると、駆動電圧パルスｋＰｗの駆動周波数は駆動電圧パルスＰｗの駆動周波数よりも低い値になる。
（２）インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスｋＰｗにおける充電部分のパルス幅Ｐｗｃｇとホールド部分のパルス幅Ｐｗｈｇを合計したパルス長さＰｗｇは、印字用の駆動電圧パルスＰｗの対応するパルス幅Ｐｗｂよりも短い値である。
（３）インクメニスカス振動用の駆動電圧パスルｋＰｗの電圧値（ｋＶ３）は印字用の駆動電圧パルスＰｗの電圧値（Ｖ３）よりも低い値である。
【００５２】
上記の条件（１）を満足することにより、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスＰｗｇの電圧値の設定範囲を広くできる。駆動電圧パルスｋＰｗの電圧を徐々に高めていくと、或る電圧値を越えると、インクノズルからインク液滴が吐出することなり、インクメニスカス振動のみを行わせることが不可能になる。この電圧値を吐出限界電圧と呼ぶものとする。本発明者等は、パルス幅Ｐｗｇを一定として、放電部分のパルス幅Ｐｗｄｇをインクジェットヘッドの固有周期Ｔｏよりも短い幅から２Ｔｏを越える幅に到るまで変更して、それぞれについての吐出限界電圧を測定した。
【００５３】
この結果、図８（ａ）に示すように、従来において用いられているインクメニスカス振動用の駆動電圧パルス（放電部分のパルス幅が１μｓ）の場合の限界吐出電圧が１８．０Ｖであるのに対して、放電部分のパルス幅Ｐｗｄｇをインクジェットヘッドの固有周期Ｔｏの１．５倍以上にした場合には吐出限界電圧が１９．０Ｖに上がり、固有周期Ｔｏの２倍にした場合には吐出限界電圧を１９．５Ｖに上がることが確認された。
【００５４】
図８（ｂ）には、パルス幅Ｐｗｄｇを２Ｔｏにした場合（実線Ｉ）と、Ｐｗｄｇを１μｓにした場合（破線ＩＩ）とにおける、パルス長さＰｗｇと限界吐出電圧との関係を示してある。図における斜線部分はインク液滴が吐出する領域である。
【００５５】
この図からも分かるように、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスｋＰｗの放電部分のパルス幅Ｐｗｄｇをインクジェットヘッドの固有周期Ｔｏの１．５倍以上にすることにより、当該インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧設定幅を広げることができる。よって、インク液滴を吐出させることなくインクメニスカスを振動させることのできる電圧設定幅が広くなるので、回路設計および制御が容易になり、インク液滴を吐出させることなく確実にインクメニスカスを振動させることができる。
【００５６】
次に、上記の条件（２）および（３）を満足することにより、振動板電極１１９が対向電極である個別電極１２１に全面的に当接してしまうことを確実に防止することができる。この結果、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスｋＰｗの電圧設定幅を一層広げることができる。
【００５７】
ここで、図９を参照して上記の条件（１）について考察する。振動板電極１１９の全面が個別電極に全面的に当接しないような短いパルス幅Ｐｗｇを備えている本例のような駆動電圧パルスｋＰｗの場合（図９（ａ）参照）には、図９（ｂ）に示すように、インクノズル１１５のインクメニスカス位置が時間的に変動する。
【００５８】
図９（ｃ）には、メニスカス位置の時間的な変動に対して、駆動電圧パルスｋＰｗの放電部分のパルス幅Ｐｗｄｇを、例えば、１μｓ、０．７５Ｔｏ、１．５Ｔｏと変化させた場合の振動板電極の変位をそれぞれ曲線ａ、ｂ、ｃにより示してある。放電部分の長さを長くすると、振動板電極１１９と個別電極の間に作用する静電力の減少速度が遅くなるので、振動板電極１１９が初期状態に弾性復帰する復帰動作速度が遅くなる。すなわち、図９（ｃ）における点Ａの位置からの変位速度が低下する。この結果、インクメニスカスの位置がインク吐出方向に最大となる時点と、振動板電極１１９が圧力室側へ最大に変位する時点との間に位相差が生ずる。この位相差によってインク液滴の吐出が抑制され、吐出限界電圧が高くなるものと考えられる。
【００５９】
また、インクメニスカス位置の変動と振動板電極の変動が共振状態になるのは、放電部分のパルス幅Ｐｗｄｇ＝Ｔｏの場合であると考えられ、この状態に近いＰｗｄｇ＝０．７５Ｔｏの場合には共振に近い状態になるので、限界吐出電圧が低下するものと考えられる。
【００６０】
一方、パルス幅ＰｗｄｇをＴｏよりも短くしても限界吐出電圧を上げることが可能であると思われる。しかし、この場合には、振動板電極の変位量が増加して、インク液滴が吐出し易くなり、限界吐出電圧を上げることが困難であると考えられる。
【００６１】
さらに、放電部分のパルス幅ＰｗｄｇをＴｏよりも長くすると、インクメニスカス振動、および振動板電極の振動を減衰させることができ、この点からも、吐出限界電圧を高めることが可能であると考えられる。
【００６２】
次に、図１０を参照して、上記の条件（２）について考察する。パルス長さＰｗｇが長く、振動板電極１１９の全面が個別電極１２１に当接するような場合の駆動タイミングを考える。このようにパルス長さＰｗｇが長い場合の駆動電圧パルス波形を図１０（ａ）に示す。この場合のインクメニスカス位置の変動は図１０（ｂ）に示すようになる。この図における点線で示す曲線は、パルス通電が継続した場合、すなわち、パルス長さＰｗｇが無限に長い場合を示し、実線は点線に対して振動板電極１１９の振動の位相タイミングが逆位相となるタイミングで放電を開始する場合のインクメニスカス位置の変動を示してある。図１０（ｃ）にはこの場合の振動板電極１１９の変位を示す曲線である。
【００６３】
ここで、図１０（ｂ）に実線で示すようにインクメニスカスが振動する理由は、通電が切れて、振動板電極１１９が復帰することにより、インクノズルのメニスカスが振動板電極１１９と同じように振動するためである。振動板電極１１９が当接した状態から復帰するときに、インク圧力室１１６の排除体積が大きいので、図に示すようにインクノズル１１５の吐出側にメニスカスが大きく張り出し、インクが吐出し易い状態になる。このため、パルス長さＰｗｇが長く、振動板電極１１９が当接するようになると、限界吐出電圧を高くすることが困難になると考えられる。
【００６４】
（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、条件（１）〜（３）を満足するように、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧波形を設定しているが、基本的には、条件（１）を満足するように電圧波形を設定した場合、あるいは、条件（１）および（２）を満足するように電圧波形を設定した場合においても、インク液滴を吐出させることなく充分なインクメニスカス振動を発生させることが可能である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェットヘッドの駆動制御方法においては、静電式インクジェットヘッドの対向電極間に印加するインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスとして、その放電部分である立下り期間がインクジェットヘッドの固有周期の１．５倍以上の電圧波形を用いている。この結果、インクメニスカス位置がインク吐出側に移動するタイミングに対して、振動板電極が初期状態に復帰する動作を遅延させることができる。これにより、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを高くしてもインク液滴の吐出を防止できる。従って、本発明によれば、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧設定範囲を広げることができ、簡単かつ、確実に、インクによるインクノズルの目詰まりを防止できる。
【００６６】
また、本発明のインクジェットプリンタの駆動制御方法においては、かかるインクメニスカス振動によるインクノズルの目詰まり防止のための空駆動を、インクジェットヘッドが印字領域に移動する間に行うようにしている。従って、印字速度の低下を招くことなく、確実に、インクによるインクノズルの目詰まりを防止できる。
【００６７】
さらに、本発明のインクジェットプリンタは、印字速度の低下を招くことなく、インクによるインクノズルの目詰まりが確実に防止されるので、高速印字を高印字品位で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したシリアル型のインクジェットプリンタを示す概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットプリンタの静電式インクジェットヘッドの構成例を示す概略断面図である。
【図３】図１のインクジェットプリンタの制御系を中心に示す概略ブロック図である。
【図４】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である。
【図５】図１のインクジェットプリンタにおける１〜３ショット／画素による印字動作時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図６】図１のインクジェットプリンタにおける空駆動時における各部の信号波形を示すタイミングチャートである。
【図７】図１のインクジェットプリンタにおけるインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧波形、および印字用の駆動電圧パルスの電圧波形を示す波形図である。
【図８】図１のインクジェットプリンタにおける空駆動に用いるインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの作用効果を示す説明図である。
【図９】本発明によるインクメニスカス振動用の駆動電圧パスルにおける放電部分のパルス幅（Ｐｗｄｇ）増減による影響をを示すための説明図である。
【図１０】本発明によるインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスにおけるパルス長さ（Ｐｗｇ）増減による影響を示すための説明図である。
【符号の説明】
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、６駆動パルス発生回路、８ヘッド基板、９ヘッドドライバＩＣ、１１位置検出部、１００インクジェットプリンタ、１０５キャリッジ、１１０インクジェットヘッド、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、１２１個別電極（固定側電極）、Ｐｏホームポジション、Ｐ１、Ｐ２印字領域の両端位置、Ｖ３印字用の駆動電圧パルス信号、ｋＶ３インクメニスカス振動用の駆動電圧パルス信号、ｋＰｗインクメニスカス振動用の駆動電圧パルス、Ｐｗｉｇ駆動電圧パルスｋＰｗの周期、Ｐｗｇ駆動電圧パルスＰｗｉｇにおける充電開始から立下り開始位置までのパルス長さ、Ｐｗｄｇ駆動電圧パルスＰｗｉｇにおける放電部分のパルス幅（立下がり時間）、ＬＰ制御信号、ＲＥＶ極性反転制御信号、Ｔ１〜Ｔ３１画素印字期間

Claims

一定間隔で対向配置されている振動板電極および固定側電極を備えた静電アクチュエータを有しているインクジェットヘッドの駆動制御方法において、
前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に印字用の駆動電圧パルスを印加して、前記インクジェットヘッドのインクノズルからインク液滴を吐出させ、
前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間にインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを印加して、インク液滴を吐出させることなく、前記インクノズルのインクメニスカスを振動させ、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを台形波形とし、当該駆動電圧パルスの立下り時間を、前記インクジェットヘッドの固有周期の１．５倍以上にすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。
請求項１において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの周波数を、前記印字用の駆動電圧パルスの周波数よりも低い値としたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。
請求項１または２において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスにおける立ち上がり部分および電圧値が一定に保持されるホールド部分の時間幅を、前記印字用の駆動電圧パルスにおける対応する部分の時間幅よりも短い値としたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。
請求項１、２または３において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧値を、前記印字用の駆動電圧パルスの電圧値よりも低い値としたことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。
請求項１、２、３または４において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを連続して印加する場合には、その電界方向を正逆交互に反転させることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動制御方法。
一定間隔で対向配置されている振動板電極および固定側電極を備えた静電アクチュエータを有しているインクジェットヘッドを、記録媒体に対して相対移動させ、
前記インクジェットヘッドが、前記記録媒体に対する印字領域を移動する間は、前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に印字用の駆動電圧パルスを印加して、前記インクジェットヘッドのインクノズルからインク液滴を吐出させ、
前記インクジェットヘッドが、前記印字領域を外れた領域を移動する間は、前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に、インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを印加して、インク液滴を吐出させることなく、前記インクノズルのインクメニスカスを振動させ、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを台形波形とし、当該駆動電圧パルスの立下り時間を、前記インクジェットヘッドの固有周期の１．５倍以上にすることを特徴とするインクジェットプリンタの駆動制御方法。
請求項６において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの周波数を、前記印字用の駆動電圧パルスの周波数よりも低い値としたことを特徴とするインクジェットプリンタの駆動制御方法。
請求項６または７において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスにおける電圧値が一定に保持されるホールド部分の時間幅を、前記印字用の駆動電圧パルスにおけるホールド部分の時間幅よりも短い値としたことを特徴とするインクジェットプリンタの駆動制御方法。
請求項６、７または８において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスの電圧値を、前記印字用の駆動電圧パルスの電圧値よりも低い値としたことを特徴とするインクジェットプリンタの駆動制御方法。
請求項６、７、８または９において、
前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを連続して印加する場合には、その電界方向を正逆交互に反転させることを特徴とするインクジェットプリンタの駆動制御方法。
請求項６ないし１０のうちのいずれかの項に記載の駆動制御方法を用いたインクジェットプリンタであって、
前記インクジェットヘッドを記録媒体に対して往復移動させるヘッドキャリッジと、
前記キャリッジの移動位置を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づき、前記静電アクチュエータの前記振動板電極および前記固定側電極の間に、前記印字用の駆動電圧パルスおよび前記インクメニスカス振動用の駆動電圧パルスのいずれかを印加するインクジェットヘッド駆動制御装置とを有しており、
前記インクジェットヘッドは、前記インクノズルに連通していると共にインクを保持しているインク室を備え、当該インク室の一部が、面外方向に弾性変位可能な前記振動板電極により形成されていることを特徴とするインクジェットプリンタ。