JP2004330524A

JP2004330524A - 静電式液体吐出ヘッドの駆動方法、静電式インクジェットヘッドの駆動方法、及びインクジェットプリンタ

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Publication number: JP2004330524A
Application number: JP2003127320A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuno; 靖史松野; Hiroyuki Maruyama; 博幸丸山; Hiroyuki Ishikawa; 博之石川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: JP4345346B2

Abstract

【課題】インクノズルの目詰まり等を、回路構成の複雑化、印字速度の低下を招くことなく防止可能な静電式インクジェットヘッドの駆動方法を提案すること。
【解決手段】静電式インクジェットヘッド１１０の駆動電圧パルス信号Ｖ３として、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂが交互に現れるものを用いる。インク液滴を吐出させるインクノズル１１５にはインク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂを印加し、それ以外のインクノズル１１５にはメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａを印加して、インクメニスカスの微振動を発生させる。これらの駆動電圧パルスが選択的にインクノズル１１５に印加されるので、インクノズル１１５に粘度が増加したインクが滞留して目詰まり等が起きることを確実に防止できる。メニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの印加時点を適切に設定しておくことにより、インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂの周期を可能な限り小さくできるので、印字速度の低下を招くこともない。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電式インクジェットヘッドなどに代表される静電式液体吐出ヘッドの駆動方法に関し、ノズル内に粘度の増加した液体が滞留することに起因するノズルの目詰まりや液体の吐出不良を防止可能な静電式液体吐出ヘッドの駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体吐出ヘッド、例えば、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静電式インクジェットヘッドが知られている。静電アクチュエータは、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その粘度が増加する。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惧れがある。また、インク液滴を吐出できても、充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惧れがある。インクノズルの目詰まり、インク液滴の吐出不良が発生すると、印字品質が大幅に低下してしまう。
【０００４】
インクノズル内に留まっているインクの粘度増加を防止するための方法としては、インク液滴の吐出が行われないインクノズルのインクメニスカスを微振動させるものが提案されている。例えば、インク液滴の吐出が行われないインクノズルに対しては、インク液滴吐出用の駆動電圧パルスの印加時点において、それよりも振幅の小さな電圧パルスを印加して、インクノズル内のインクメニスカスを微振動させるようにしている。この方法は、例えば、次の特許文献に開示されている。
【０００５】
【特許文献】
再公表特許ＷＯ９７／３２７２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般にインクジェットヘッドは多数のインクノズルを備えており、各インクノズルの静電アクチュエータを個別制御して選択的にインク液滴を吐出させている。従って、上記の従来の方法を採用する場合には、同一のタイミングで、インク液滴を吐出させるインクノズルの静電式アクチュエータにはインク吐出用の駆動電圧パルスを印加し、インク液滴を吐出させないインクノズルの静電式アクチュエータには振幅の小さなインクメニスカス微振動用の電圧パルスを印加する必要がある。かかる制御を実現するためには、同一のタイミングで異なる波形の駆動電圧パルスを選択的に各インクノズルに印加する必要があるので、一般に駆動用の回路構成が複雑化してしまう。
【０００７】
本発明の課題は、駆動用の回路構成の複雑化を招くことなく、ノズルの目詰まりなどを防止するためにノズル内のメニスカスを微振動させることのできる静電式インクジェットヘッドなどの静電式液体吐出ヘッドの駆動方法を提案することにある。
【０００８】
また、本発明の課題は、上記の課題と共に、印字速度の低下を招くことなく、ノズル内のメニスカスを微振動させることのできる静電式インクジェットヘッドなどの静電式液体吐出ヘッドの駆動方法を提案することにある。
【０００９】
【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、本発明の静電式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および固定側電極の間に、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、
前記液体吐出用駆動電圧パルスを印加しない場合には、液滴を吐出させることなく前記液体吐出ノズルのメニスカスを振動可能なメニスカス振動用駆動電圧パルスを、前記液体吐出用駆動電圧パルスの印加時点の手前あるいは後の時点で、前記振動板電極および前記固定側電極の間に印加することを特徴としている。
【００１０】
ここで、前記液体吐出用駆動電圧パルスの放電開始時点から後続の前記メニスカス振動用駆動電圧パルスの放電開始時点までの期間が、前記液体圧力変動の固有周期の１／４から１／２までの範囲内の値となるように、前記メニスカス振動用駆動電圧パルスの印加時点が定められていることが望ましい。
【００１１】
本発明は静電式インクジェットヘッドの駆動方法に採用するのに適している。本発明を適用した静電式インクジェット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および固定側電極の間に、インク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インク圧力変動を発生させ、当該インク圧力変動を利用してインクノズルからインク液滴を吐出させ、
前記インク吐出用駆動電圧パルスを印加しない場合には、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微振動可能なメニスカス振動用駆動電圧パルスを、前記インク吐出用駆動電圧パルスの印加時点の手前あるいは後の時点で、前記振動板電極および前記固定側電極の間に印加することを特徴としている。
【００１２】
本発明では、異なるタイミングで発生するインク吐出用駆動電圧パルスおよびメニスカス振動用駆動電圧パルスを選択的に印加ことにより、インク液滴の吐出およびインクメニスカスの微振動を選択的に行うようにしている。かかる制御は、電極間に印加する駆動電圧パルス信号として、インク吐出用駆動電圧パルスおよびメニスカス振動用駆動電圧パルスが交互に現れるものを用いることにより、回路構成の複雑化を招くことなく実現できる。
【００１３】
また、本発明では、前記インク吐出用駆動電圧パルスの放電開始時点から後続の前記メニスカス振動用駆動電圧パルスの放電開始時点までの期間が、前記インク圧力変動の固有周期の１／４から１／２までの範囲内の値となるように、前記補助電圧パルスの印加時点が定められていることを特徴としている。
【００１４】
印加されたインク吐出用駆動電圧パルスの放電開始から、インク圧力変動の固有周期の１／４〜１／２までの期間は、振動板電極と固定側電極のギャップが、待機状態でのギャップ以上になり、しかも、振動板電極が固定側電極から遠ざかる方向に弾性変位して電極間ギャップが広がる方向に変化する期間である。従って、かかる期間においてメニスカス振動用駆動電圧パルスを印加しても、固定側電極から離れる方向に弾性変位している振動板電極の挙動に対して実質的に影響が及ぶことがない。よって、インク吐出用駆動電圧パルス印加によるインク液滴の吐出特性が低下することがない。従って、インク吐出用駆動電圧パルスの周期を可能な限り短くできるので、印字速度の低下を招くことなく、インク液滴が吐出されないインクノズルのインクメニスカスを微振動させることができる。
【００１５】
本発明による静電式インクジェットヘッドの駆動方法は、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易いので、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易い。本発明の方法を採用すれば、確実にこのような弊害を防止できる。
【００１６】
次に、本発明を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に関するものであり、上記の駆動方法により静電式インクジェットヘッドを駆動することを特徴としている。本発明によれば、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などを防止できるので、高速で高品位の印字を実現できる。
【００１７】
【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。
【００１８】
（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。
【００１９】
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。
【００２０】
（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経路を介してインクが供給される。
【００２１】
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。
【００２２】
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１２２が吐出する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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、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。
【００２６】
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、制御信号ＬＰ、極性反転制御信号ＲＥＶなども供給される。
【００２７】
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）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。
【００２８】
また、非駆動時には、後述のように、インク吐出用駆動電圧パルスの印加時点よりも手前の時点でインクメニスカス微振動用の小さな波形のメニスカス振動用駆動電圧パルスが個別出力端子ＳＥＧに出力され、振動板電極１１９と個別電極１２１の間に指定された向きの駆動電位差波形が与えられる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（駆動電圧パルス信号）
図５には駆動電圧パルス信号Ｖ３を示してある。駆動電圧パルス信号Ｖ３は、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａとインク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂが一定の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Ｐｗｂ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Ｐｗａは、インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂ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。
【００３７】
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Ｐｗｂが電極間に印加され、インク液滴の非吐出時には、インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂよりも手前のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａ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Ｐｗｂおよびメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａ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、インク液滴の吐出不良を回避できる。
【００３８】
次に、本例においては、インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂの放電開始時点Ａから、この後に現れるメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの放電開始時点Ｂまでの間隔Ｔａを、インク室１１６のインク圧力変動の固有周期Ｔｏ、換言すると、インクジェットヘッド１００の固有周期Ｔｏの１／４〜１／２までの範囲内の値としてある。このように設定することにより、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの印加により、インク液滴の吐出特性に悪影響が及ぶことを回避できる。
【００３９】
図６および図７を参照して詳細に説明する。図６には、駆動電圧パルス信号Ｖ３の波形と、インク室１１６のインク圧力変動を引き起こす振動板電極１１９の変位との関係を示してあり、図７には振動板電極１１９の変位状態を示してある。なお、図６においては、理解を容易にするために、駆動電圧パルス信号Ｖ３の各駆動電圧パルスＰｗａ、Ｐｗｂのパルス幅を広げた状態で示してある。
【００４０】
インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂが電極間に印加されて充電が開始されると（図６の時点Ｔ１）、それに伴って振動板電極１１９が待機位置（図７（ａ）に示す位置）から固定側電極１２１に吸引されて、固定側電極１２１に当接する（図６の時点Ｔ２、図７（ｂ）の状態）。これに伴って、インク室１１６のインク圧力が負圧側に変化して、インクノズル１１５のインクメニスカスが大きく引き込まれる。インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂの放電が開始すると（時点Ｔ３）、振動板電極１１９が固定側電極１２１から離れてその待機位置に向けて弾性復帰を開始する。振動板電極１１９の弾性復帰の過程で、インク液滴の吐出が行われる。振動板電極１１９の自由振動に伴ってインク室１１６内のインク圧力は固有周期Ｔｏで変動する。
【００４１】
インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂに引き続き発生するメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの放電開始時点Ｔ５は、インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂの放電開始時点Ｔ３から、Ｔｏ／４経過した時点Ｔ４およびＴｏ／２経過した時点Ｔ６（図７（ｃ）の状態）の範囲内の時点とされている。時点Ｔ４から時点Ｔ６までの期間においては、振動板電極１１９は固定側電極１２１から遠ざかる方向に変位している途中である。また、電極間ギャップが待機位置でのギャップＧｏ（図７（ａ）参照）以上である。
【００４２】
従って、この期間内において、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａを電極間に印加しても、振動板電極１１９の挙動に影響が及ぶことが実質的にない。すなわち、電極間に発生する静電力はギャップの二乗に反比例するので、電極間ギャップが広がると静電気力は急激に小さくる。よって、インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂによるインク液滴の吐出特性に悪影響が及ぶことがない。この結果、インク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂの周期Ｔを可能な限り小さくできる。よって、印字速度の低下を招く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、インクノズルの目詰まりやインク液滴の吐出不良を確実に防止できる。
【００４３】
ここで、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの波形は予め設定されているので、上記のようにメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの放電開始時点を決定すれば、メニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの印加時点を決定することができる。このためには、静電式インクジェットヘッド１１０の固有周期Ｔｏが分かっていることが必要である。
【００４４】
また、設計仕様などに基づき固有周期Ｔｏが分かっている場合であっても、固体差に起因してヘッド間で固有周期にばらつきが生ずる。そこで、静電式インクジェットヘッド１１０の出荷前の段階などにおいて、振動板電極１１９を固定側電極１２１に吸引して開放した後に発生するインク室１１６のインク圧力変動の固有周期あるいは固有振動数を計測あるいは算出し、計測あるいは算出された固有周期あるいは固有振動数に基づき、各静電式インクジェットヘッド毎に最適なメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａの印加時点を決定することが望ましい。
【００４５】
（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。
【００４６】
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６、７に示す波形のものである。すなわち、駆動電圧パルス信号Ｖ３は、インクノズルのインク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Ｐｗａ（図においては１画素印字区間毎にＰｗａ（１）、Ｐｗａ（２）Ｐｗａ（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Ｐｗｂ（図においてはＰｗｂ（１）、Ｐｗｂ（２）、Ｐｗｂ（３）と表示していある。）とが一定の周期Ｔで交互に現れる波形である。
【００４７】
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。
【００４８】
また、ドライバＣＯＭ出力には、１画素印字期間Ｔ（１）、Ｔ（２）、Ｔ（３）・・・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Ｐｗａ（１）〜Ｐｗａ（３）および、１番目〜３番目のインク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂ（１）〜Ｐｗｂ（３）のうち、２番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａ（２）およびインク吐出用駆動電圧パルスＰｗｂ（２）が現れ、それ以外の時点ではＧＮＤに保持される。
【００４９】
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Ｐｗｂ（１）、Ｐｗｂ（３）と、２番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａ（２）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Ｐｗｂ（１）と、２番目および３番目のメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａ（２）およびＰｗａ（３）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Ｐｗｂ（１）およびＰｗｂ（２）が現れる。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Ｐｗｂ（２）と、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Ｐｗａ（１）、Ｐｗａ（３）が現れる。
【００５０】
このように、ドライバＳＥＧ出力には、対となっている駆動電圧パルスＰｗａ（１）およびＰｗｂ（１）のいずれか一方、同じく対となっている駆動電圧パルスＰｗａ（２）およびＰｗｂ（２）のいずれか一方、並びに、Ｐｗａ（３）およびＰｗｂ（３）のいずれか一方が現れる。
【００５１】
また、複数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。
【００５２】
さらに、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Ｔ（１））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（１画素印字期間Ｔ（２））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および正駆動の順序でインク液滴の吐出動作が行われ、３番目のインク液滴の吐出時点の手前の時点でメニスカス振動用駆動電圧パルスＰｗａ（３）が逆駆動状態で印加される。１ショット／画素による印字の場合（１画素印字期間Ｔ（３））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、２番目および３番目のインクメニスカス振動時点で、正駆動および逆駆動の順序でインクメニスカスの微振動が行われる。さらに、非印字の場合（１画素印字期間Ｔ（４））では、逆駆動、正駆動および逆駆動の順序で、インクメニスカスの微振動が行われる。
【００５３】
このように正逆交互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できる。
【００５４】
（その他の実施の形態）
なお、上記の例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ものであるが、インクジェットヘッド以外の静電式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できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電式インクジェットヘッドなどに代表される液体吐出ヘッドの駆動方法では、駆動電圧パルス信号として、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が交互に現れるものを用いると共に、液体の吐出を行うノズルに対しては液体吐出用駆動電圧パルスのみを印加し、液体を吐出しないノズルに対してはメニスカス振動用駆動電圧パルスのみを印加して液体を吐出させることなくメニスカスを振動させるようにしている。
【００５６】
従って、本発明によれば、各ノズルに対して、液体吐出用の駆動電圧パルスおよびインクメニスカス振動用の駆動電圧パルスを同一のタイミングで印加する方法に比べて、メニスカス駆動用の駆動電圧パルスを発生させて印加するための回路構成を複雑化させることなく、ノズルの目詰まり、液体吐出不良を防止できる。
【００５７】
また、液体吐出用駆動電圧パルスの放電開始時点から、液体圧力変動の固有周期の１／４〜１／２だけ経過した時点までの間で、後続のメニスカス振動用駆動電圧パルスの放電が開始するようにしている。この結果、振動板電極が固定側電極から遠ざかる方向に変位している期間であって、しかも、その待機位置よりも電極間ギャップが広がった期間において、後続のメニスカス振動用駆動電圧パルスが印加される。よって、液体吐出用駆動電圧パルスの周期を可能な限り短くしても、メニスカス振動用駆動電圧パルスにより振動板電極の変位に悪影響が及ぶことがない。従って、印字速度の低下を招くことなく、ノズルの目詰まり、液体の吐出不良を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した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駆動電圧パルス信号の電圧波形を示す波形図である。
【図６】図１のインクジェットプリンタにおける駆動電圧パルス信号と振動板電極の変位の関係を示す説明図である。
【図７】図６における各時点での振動板電極と固定側電極の関係を示す説明図である。
【図８】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。
【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、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）、Ｖ３印字用の駆動電圧パルス信号、Ｐｗｂインク吐出用駆動電圧パルス、Ｐｗａメニスカス振動用駆動電圧パルス、Ｔｏインク圧力変動の固有周期、Ｔインク吐出用駆動電圧パルスの周期、Ａインク吐出用駆動電圧パルスの放電開始時点、Ｂメニスカス振動用駆動電圧パルスの放電開始時点、Ｔａ時点Ａから時点Ｂまでの間隔、ＬＰ制御信号、ＲＥＶ極性反転制御信号

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、
前記液体吐出用駆動電圧パルスを印加しない場合には、液滴を吐出させることなく前記液体吐出ノズルのメニスカスを振動可能なメニスカス振動用駆動電圧パルスを、前記液体吐出用駆動電圧パルスの印加時点の手前あるいは後の時点で、前記振動板電極および前記固定側電極の間に印加することを特徴とする静電式液体吐出ヘッドの駆動方法。
請求項１において、
前記液体吐出用駆動電圧パルスの放電開始時点から後続の前記メニスカス振動用駆動電圧パルスの放電開始時点までの期間が、前記液体圧力変動の固有周期の１／４から１／２までの範囲内の値となるように、前記メニスカス振動用駆動電圧パルスの印加時点が定められていることを特徴とする静電式液体吐出ヘッドの駆動方法。
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の間に、インク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インク圧力変動を発生させ、当該インク圧力変動を利用してインクノズルからインク液滴を吐出させ、
前記インク吐出用駆動電圧パルスを印加しない場合には、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可能なメニスカス振動用駆動電圧パルスを、前記インク吐出用駆動電圧パルスの印加時点の手前あるいは後の時点で、前記振動板電極および前記固定側電極の間に印加することを特徴とする静電式インクジェットヘッドの駆動方法。
請求項３において、
前記インク吐出用駆動電圧パルスの放電開始時点から後続の前記メニスカス振動用駆動電圧パルスの放電開始時点までの期間が、前記インク圧力変動の固有周期の１／４から１／２までの範囲内の値となるように、前記メニスカス振動用駆動電圧パルスの印加時点が定められていることを特徴とする静電式インクジェットヘッドの駆動方法。
請求項３または４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静電式インクジェットヘッドの駆動方法。
静電式インクジェットヘッドを備え、
請求項３ないし５のうちのいずれかの項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。