JP2007098691A - 液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時間及びコストを低減して容易に且つ最適な駆動電圧パルスのパルス幅が設定された液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】液滴が噴射されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、該共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口と、前記圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、該可撓性電極に一定間隔で対向配置された個別電極とを具備すると共に、前記可撓性電極及び前記個別電極の間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって前記可撓性電極を振動させることにより前記圧力室に圧力変動を発生させて前記ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッド２１０において、前記駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓが、前記可撓性電極の残留振動波形に基づいてノズル毎又はノズル群毎に設定されている設定部１５１を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、可撓性電極に一定間隔をおいて設けられた固定電極との間に電圧を印加することにより、これらの間に発生する静電気力によって可撓性電極を振動させてノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド並びにそれを具備する液体噴射装置及びその製造方法に関する。

一般的に、プリンタ、ファクシミリ、複写機等に用いられるインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドは、液滴を吐出させるためのメカニズムに応じて各種方式のものが知られている。例えば、発熱素子等によって液体を沸騰させ、そのときに生じる気泡圧で液滴を吐出させるものや、液滴が充填された圧力発生室の容積を、圧電素子の変位によって膨張又は収縮させることでノズルから液滴を吐出させるものなどがある。さらに、例えば、静電気力を利用して圧力発生室の容積を変化させることで、ノズルから液滴を吐出させるようにしたものがある。

例えば、静電駆動方式のインクジェット式記録ヘッドとしては、複数のノズルが形成されたノズルプレートと、ノズルに連通するインクキャビティ（圧力室）及びインクリザーバ（共通液室）が形成され、インクキャビティの底面に可撓性電極が設けられたキャビティプレートと、可撓性電極に一定間隔で対向配置された個別電極（固定電極）が設けられた電極基板とが貼り付けられて構成され、上記インクキャビティとインクリザーバとが、ノズルプレートに形成されたインク供給路（供給口）を介して連通させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このようなインクジェット式記録ヘッドでは、一定間隔で対向配置された可撓性電極と固定電極との間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって可撓性電極を振動させて、圧力室の容積を変化させることで、ノズルから液滴を吐出させている。

かかるインクジェット式記録ヘッドでは、寸法ばらつきなどの個体差によるインク吐出量やインク速度に差があるので、インクジェット式記録ヘッドの印刷画像の品位を一定に保持するために、出荷段階において駆動電圧パルスの駆動電圧やパルス幅を、実際にインクを吐出させた際の吐出量の最大値に基づいて設定している（例えば、特許文献２参照）。また、インク吐出速度が最大になるように設定される場合もある。

しかしながら、吐出されたインク滴のインク質量を測定して最大吐出量を測定するためには、電子天秤等を用いる必要があるので、測定を安定化させるために振動やノイズを排除する設備が必要であり、また、測定精度を向上するために、所定量のインクを吐出する必要があり、一ヘッド当たり数分間という時間が必要であるという問題がある。また、インク吐出速度の測定に関しても、各インクノズルからのインク滴を観察する必要があるため、高精度カメラや拡大レンズ等の設備が必要であり、インクノズル数の増加に伴って計測に数十分という膨大な時間がかかるという問題がある。

特開平１１−１９８３８６号公報（特許請求の範囲、第１図） 特開平１１−２７７７３７号公報（特許請求の範囲）

本発明はこのような事情に鑑み、製造時間及びコストを低減して容易に且つ最適な駆動電圧パルスのパルス幅が設定された液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置及びその製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、液滴が噴射されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、該共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口と、前記圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、該可撓性電極に一定間隔で対向配置された固定電極とを具備すると共に、前記可撓性電極及び前記固定電極の間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって前記可撓性電極を振動させることにより前記圧力室に圧力変動を発生させて前記ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッドにおいて、前記駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓが、前記可撓性電極の残留振動波形に基づいてノズル毎又はノズル群毎に設定されている設定部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、実際に吐出させたインク液滴のインク質量やインク速度を測定するための複雑な設備や膨大な時間をかけることなく、駆動条件としてのパルス幅を、比較的短時間且つ低コストで設定することができ、これにより、液体噴射ヘッド毎の吐出特性のばらつきを抑えることができ、印刷品質を向上することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記初期設定値Ｐｗｓが、前記残留振動波形の最大値が得られるパルス幅と略同一に設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、液滴噴射ヘッドの個体差に起因した液滴吐出特性のばらつきを確実に減少させ、印刷品質を一定以上に保持することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記初期設定値Ｐｗｓが、前記残留振動波形の最大値が得られるパルス幅に補正値ΔＰｗｓを加えた値に設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、液滴噴射ヘッドの個体差に起因した液滴吐出特性の変動をさらに低減させ、印刷品質を高品質に保持することができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記初期設定値Ｐｗｓが、環境温度に応じた温度補正値ΔＰｗｓにより再設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、環境変動に応じた液滴吐出特性の変動を抑えることができ、環境変動が大きくても印刷品質を高品質に保持することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記駆動電圧パルスは、１画素印字を最大ｎ回（ｎは２以上の整数）の連続した液滴の噴射を行うものであり、前記初期設定値Ｐｗｓが、各液滴を噴射させるために印加される第１〜第ｎ番目までの各駆動電圧パルス毎に設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、液滴噴射ヘッドの個体差に起因した液滴吐出特性の変動をさらに高度に低減させ、印刷品質を高品質に保持することができる。

本発明の第６の態様は、液滴が噴射されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、該共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口と、前記圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、該可撓性電極に一定間隔で対向配置された固定電極とを具備すると共に、前記可撓性電極及び前記固定電極の間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって前記可撓性電極を振動させることにより前記圧力室に圧力変動を発生させて前記ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッドであって、前記駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓが設定されている設定部を具備する液体噴射ヘッドと、前記可撓性電極の残留振動を測定する残留振動検出部と、この残留振動検出部が測定した残留振動に基づいて前記初期設定値Ｐｗｓをノズル毎又はノズル群毎に決定する初期設定値決定部とを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第６の態様では、実際に吐出させたインク液滴のインク質量やインク速度を測定するための複雑な設備や膨大な時間をかけることなく、駆動条件としてのパルス幅を、残留振動検出部と初期設定値決定部とで、比較的短時間且つ低コストで設定することができ、これにより、液体噴射ヘッド毎の吐出特性のばらつきを抑えることができ、印刷品質を向上することができる。

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記初期設定値決定部は、前記残留振動の波形の最大値に基づいて前記初期設定値Ｐｗｓを決定するように機能することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第７の態様では、液滴噴射ヘッドの個体差に起因した液滴吐出特性のばらつきを確実に減少させ、印刷品質を一定以上に保持することができる。

本発明の第８の態様は、第６又は７の態様において、さらに、環境温度を測定する温度測定部を具備し、前記初期設定値決定部は、前記温度測定部が測定した温度に基づいて補正値ΔＰｗｓを決定し且つ当該補正値Ｐｗｓを考慮して前記初期設定値Ｐｗｓを決定するように機能することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第８の態様では、液滴噴射ヘッドの個体差に起因した液滴吐出特性の変動をさらに低減させ、印刷品質を高品質に保持することができる。

本発明の第９の態様は、第６〜８の何れかの態様において、前記残留振動検出部は、前記液体噴射ヘッドの駆動回路と切替自在に接続されると共に前記可撓性電極と前記固定電極と間の静電容量の変化に基づいて前記残留振動を検出するように機能することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第９の態様では、残留振動を静電容量の変化として検出し、これに基づいて初期設定値を決定するので、液滴噴射ヘッドの個体差に起因した液滴吐出特性の変動をさらに低減させ、印刷品質を高品質に保持することができる。

本発明の第１０の態様は、液滴が噴射されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、該共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口と、前記圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、該可撓性電極に一定間隔で対向配置された固定電極とを具備すると共に、前記可撓性電極及び前記固定電極の間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって前記可撓性電極を振動させることにより前記圧力室に圧力変動を発生させて前記ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置の製造方法において、前記可撓性電極の残留振動波形に基づいてノズル毎又はノズル群毎に前記駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓを前記液体噴射ヘッドに設定することを特徴とする液体噴射装置の製造方法にある。
かかる第１０の態様では、実際に吐出させたインク液滴のインク質量やインク速度を測定するための複雑な設備や膨大な時間をかけることなく、駆動条件としてのパルス幅を、比較的短時間且つ低コストで設定することができ、これにより、液体噴射ヘッド毎の吐出特性のばらつきを抑えることができ、印刷品質を向上することができる。

本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記初期設定値Ｐｗｓの設定を、前記液体噴射ヘッドを前記液体噴射装置に搭載する前に行うことを特徴とする液体噴射装置の製造方法にある。
かかる第１１の態様では、液体噴射装置に搭載する前に、駆動条件としてのパルス幅を、比較的短時間且つ低コストで設定することができ、これにより、液体噴射ヘッド毎の吐出特性のばらつきを抑えることができ、印刷品質を向上することができる。

本発明の第１２の態様は、第１０の態様において、前記初期設定値Ｐｗｓの設定を、前記液体噴射ヘッドを前記液体噴射装置に搭載した後に行うことを特徴とする液体噴射装置の製造方法にある。
かかる第１２の態様では、液体噴射装置に搭載した後に、駆動条件としてのパルス幅を、比較的短時間且つ低コストで設定することができ、これにより、液体噴射ヘッド毎の吐出特性のばらつきを抑えることができ、印刷品質を向上することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本実施形態におけるインクジェット式記録装置の概略斜視図である。図１に示すように、液体噴射装置は、インクジェット式記録ヘッド２１０を有するヘッドユニット２００は、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。このヘッドユニット２００は、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。

ここで、インクジェット式記録ヘッド２１０について詳細に説明する。なお、図２は、本実施形態におけるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの断面図である。

図２及び図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド２１０は、いわゆる静電駆動方式のヘッドであり、キャビティ基板１０と、このキャビティ基板１０の両面にそれぞれ接合されるノズルプレート２０及び電極基板３０とで構成されている。

キャビティ基板１０は、例えば、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面側に開口する圧力室（キャビティ）１１がその幅方向に複数並設されている。また、キャビティ基板１０には、各圧力室１１に共通するインク室となる共通液室である共通インク室１２が形成されており、この共通インク室１２は、後述する供給口２３を介して各圧力室１１に連通されている。また、共通インク室１２の底壁には、共通インク室１２にインクを供給するためのインク供給孔１３が形成されている。また、キャビティ基板１０には、共通インク室１２の外側に、後述する固定電極に接続される個別端子部を露出させるための貫通孔１４が形成されている。なお、この貫通孔１４は、キャビティ基板１０の共通インク室１２とは反対側の端面まで連続的に形成されていてもよい。

なお、各圧力室１１の底壁は、圧力室１１内に圧力変化を生じさせるための振動板として機能すると共に、この振動板を変位させる静電気力を発生させるための共通電極としての役割を兼ねる可撓性電極１５となっている。そして、キャビティ基板１０の貫通孔１４近傍には、ノズルプレート２０の後述する露出孔内に露出されて図示しない駆動配線が接続される共通端子部１６が形成されている。

ノズルプレート２０は、キャビティ基板１０と同様に、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、各圧力室１１に連通する複数のノズル２１が形成されている。そして、このノズルプレート２０は、キャビティ基板１０の開口面側に接合され、圧力室１１及び共通インク室１２の一方の面を画成している。また、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０とは反対側の面には、ノズル２１に対応する領域に渡って厚さ方向の一部を除去したノズル段差部２２が形成されている。

ここで、各ノズル２１は、インク滴が吐出される面側に設けられて、ノズル段差部２２内に開口する略円形の小径部２１ａと、小径部２１ａよりも大きい内径を有し小径部２１ａと圧力室１１とを連通する大径部２１ｂとからなる。そして、全てのノズル２１（小径部２１ａ）は、ノズル段差部２２内に開口しており、本実施形態では、ノズル段差部２２内のノズルプレート２０の表面がノズル面となる。

また、このノズルプレート２０のキャビティ基板１０との接合面には、圧力室１１と共通インク室１２との境界に対応する領域に、これら各圧力室１１と共通インク室１２とを連通する供給口２３が形成されている。供給口２３は、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０側に設けられた凹部により形成されている。また、ノズルプレート２０には、共通インク室１２の外側に対応する位置に、キャビティ基板１０の貫通孔１４に連通し、後述する個別端子部と共に共通端子部１６を露出させる露出孔２４が形成されている。なお、この露出孔２４は、貫通孔１４と同様に、共通インク室１２とは反対側の端面まで連続的に形成されていてもよい。

また、ノズルプレート２０の表面、本実施形態では、ノズル段差部２２内には、例えば、フッ素含有シランカップリング化合物等からなる撥水撥油性材料からなる撥水撥油膜２５が形成されている。これにより、ノズルプレート２０の表面（ノズル面）へのインク滴の付着を抑えている。

なお、ノズルプレート２０のノズル２１及び供給口２３等は、ノズルプレート２０をドライエッチングすることにより形成されている。

一方、電極基板３０は、シリコン単結晶基板に近い熱膨張率を有する、例えば、ホウ珪酸ガラス等のガラス基板からなり、キャビティ基板１０の可撓性電極１５側の面に接合されている。この電極基板３０の可撓性電極１５に対向する領域には、各圧力室１１に対応して溝３１が形成されている。また、電極基板３０には、キャビティ基板１０のインク供給孔１３に対応する位置には、インク供給孔１３に連通するインク導入孔３２が形成されている。そして、図示しないインクタンクからこのインク導入孔３２及びインク供給孔１３を介して共通インク室１２にインクが導入されるようになっている。

また、各溝３１には、各可撓性電極１５を変位させる静電気力を発生させるための個別電極として固定電極３３が、可撓性電極１５との間に所定の間隔を確保した状態でそれぞれ配置されている。また、溝３１内には、キャビティ基板１０の貫通孔１４に対向する領域に、図示しない駆動配線が接続される個別端子部３４が形成されており、この個別端子部３４と各固定電極３３とはリード電極３５によって接続されている。なお、図示しないが、これら各固定電極３３及び可撓性電極１５は絶縁膜によって封止され、また個別端子部３４と共通端子部１６との間には、接続配線を介して駆動電圧パルスを印加するための後述するドライバＩＣ１４１が接続されている。

このようなインクジェット式記録ヘッド２１０では、ドライバＩＣ１４１によって固定電極３３と可撓性電極１５との間に駆動電圧を印加すると、これら固定電極３３と可撓性電極１５との隙間に発生する静電気力によって可撓性電極１５が固定電極３３側に撓み変形して、圧力室１１の容積が拡大し、駆動電圧の印加を解除すると、可撓性電極１５が元の状態に復帰して圧力室１１の容積が収縮する。そして、このとき発生する圧力室１１内の圧力変化によって、圧力室１１内のインクの一部が、ノズル２１からインク滴として吐出される。

ここで、このようなインクジェット式記録ヘッド２１０の駆動制御装置について図４を参照して説明する。なお、図４は、インクジェット式記録ヘッドの駆動制御装置の電気的な構成を示すブロック図である。

駆動制御装置１００は、パーソナルコンピュータ等の外部装置１１０から印刷情報を受け取って、装置全体の制御を行うＣＰＵ１２１を備えたインクジェット制御部１２０と、インクジェット式記録ヘッド２１０を備えたヘッドユニット２００と、インクジェット制御部１２０とヘッドユニット２００との双方に駆動電源を供給する電源部１３０とによって構成されている。また、インクジェット式記録ヘッド２１０に搭載されたドライバＩＣ１４１と、このドライバＩＣ１４１に接続された駆動パルス発生部１４２とからなる電圧パルス発生部１４０を具備する。なお、駆動パルス発生部１４２をインクジェット制御部１２０内に構成してもかまわない。

電圧パルス発生部１４０は、インク液滴を吐出させる駆動電圧パルスを可撓性電極１５と固定電極３３とに印加するものである。

図４に示すように、ＣＰＵ１２１には、内部バスを介してＲＡＭ１２２、ＲＯＭ１２３、キャラクタジェネレータ１２４、論理ゲートアレイ１２５及び温度検出部１２６が接続されている。ＣＰＵ１２１は、ＲＡＭ１２２の記憶領域を作業領域として用い、ＲＯＭ１２３内に格納されている制御プログラムを実行して、キャラクタジェネレータ１２４から発生するキャラクタ情報に基づき、インクジェット式記録ヘッド２１０を駆動するための制御信号を生成する。

生成された制御信号は、論理ゲートアレイ１２５及びこれに接続された駆動パルス発生部１４２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１５０を経由してインクジェット式記録ヘッド２１０のドライバＩＣ１４１に供給される。

ドライバＩＣ１４１は、インクジェット式記録ヘッド２１０に搭載されて、供給された駆動信号と電源部１３０から供給される駆動電圧及び論理ゲートアレイ１２５から伝送された制御信号に基づきインクジェット式記録ヘッド２１０の駆動すべきノズル２１に対応する個別電極である固定電極３３と可撓性電極１５との間に駆動電圧パルスを所定のタイミングで印加する。

この場合、ドライバＩＣ１４１は、駆動電圧パルス又はグランドレベルを適時選択していずれかを可撓性電極１５と固定電極３３との間に低インピーダンスで出力する。したがって、可撓性電極１５と固定電極３３との間に電位差が生じ、可撓性電極１５が撓み変形して、ノズル２１からインク液滴が吐出される。

また、インクジェット式記録ヘッド２１０には、設定部１５１が設けられている。設定部１５１には、詳しくは後述するが、駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓの他、印加電圧、連続したインク滴の吐出を行わせる連続した駆動電圧パルスの印加周期であるパルス間隔などが、ノズル２１毎又はノズル群毎に設定されている。なお、ノズル群毎とは全体のノズルに対して一つ設定されているものも含み、設定項目毎に設定対象が異なっていてもよい。なお、本実施形態では、ノズル全体に対してパルス幅、印加電圧、パルス間隔が設定されているものとする。

そして、ＣＰＵ１２１は、設定部１５１に設定された駆動電圧パルスのパルス間隔、パルス電圧及びパルス幅を取得し、これらパルス電圧、パルス幅及びパルス間隔に基づいて、電圧パルス発生部１４０を制御して、インクジェット式記録ヘッド２１０に駆動電圧パルスを印加させる。

ここで、駆動電圧パルスのパルス幅、パルス電圧などは、環境温度に応じて変更するようにしてもよい。すなわち、各インクジェット式記録ヘッド２１０の最適な吐出条件は環境温度により変化するインク粘度により変化するので、この変化量（温度補正値）と環境温度との関係をテーブルとして設定部１５１に格納しておき、環境温度に応じて補正するようにするとよい。

なお、このような環境温度を測定するために、ヘッドユニット２００には、インクジェット式記録ヘッド２１０の温度を検出するためのサーミスタ１５２が設けられ、サーミスタ１５２で検出された信号は、温度検出部１２６に送信されるようになっている。

このような駆動制御装置１００によって、可撓性電極１５と固定電極３３との間に印加される駆動電圧パルスについて図５に基づいて説明する。なお、図５は、本実施形態における駆動電圧パルスを示すグラフである。

図５に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、充電要素、保持要素、放電要素の各信号要素からなり、同一のパルス形状となる駆動電圧パルスを３回連続して印加してインク液滴を３回吐出させて１ドットの画素の印字を行う。そして、駆動電圧パルスの印加電圧はパルス電圧Ｖ、印加時間はパルス幅Ｐｗ、１つの駆動パルスを発生させる始端時点から次の駆動パルスが発生する直前までの期間となる駆動電圧パルスの印加周期はパルス間隔Ｐｗｉで示している。

ここで、本実施形態のインクジェット式ヘッド２１０では、駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓを以下のように予め設定されている。

すなわち、初期設定値Ｐｗｓは、可撓性電極１５の残留振動波形に基づいて、具体的には、例えば、残留振動波形の最大値が得られるパルス幅と略同一に設定されている。ここで、残留振動波形の最大値とは、例えば、保持要素の時間を変えることでパルス幅を変化させながら残留振動最大値を測定したときの最大値であり、略同一とは、最大値から所定の範囲に設定されていることである。例えば、パルス幅を変化させながら残留振動最大値との関係を測定し、最小二乗法等により、残留振動最大値が最大のときのパルス幅を初期設定値Ｐｗｓとすることを意味する。また、このように求められた値に、後述するような所定の補正値ΔＰｗｓを加えた値を初期設定値としてもよい。ここでは、これらを併せて略同一という。

このような本発明は、吐出したインク質量が最大となるＰｗ（＝Ｐｗｓ＿ａ）と、インク液滴吐出後の残留振動波形の最大値Ａが最大となるＰｗ（＝Ｐｗｓ＿ｂ）とが、多少のずれがあるが、ほぼ同一となるという新たな知見により完成されたものである。すなわち、本発明では、インク質量最大となるＰｗを残留振動波形から近似的に予測して求めているものであり、インク液滴吐出後の振動板電極の残留振動波形の最大値Ａが最大となるＰｗと同一、又は予想されるずれ量として所定の補正値△Ｐｗｓを加えた値（これらを合わせて略同一という）をＰｗｓと設定することにより、安定したインク吐出特性を確保可能である。

図６には、本実施形態におけるパルス幅Ｐｗとインク質量（ｎｇ／ｓｈｏｔ）との関係及びパルス幅Ｐｗと残留振動最大値（ｍＶ）との関係を示す。図６において、○で表される曲線はＰｗ−Ｗ曲線であり、□で表される曲線はパルス幅と残留振動最大値との関係であり、インク質量が最大となるＰｗ（＝Ｐｗｓ＿ａ）は、８．６１μｓｅｃ、インク液滴吐出後の残留振動波形の最大値Ａが最大となるＰｗ（＝Ｐｗｓ＿ｂ）は、９．１５μｓｅｃとなる。これら両者の値は、多少のずれは有るがほぼ同一と考えてよく、残留振動波形からインク質量最大値を近似して予測することが可能である。なお、両者のずれ量は経験的に予測することが可能であり、これを補正値ΔＰｗｓとして、インク液滴吐出後の可撓性電極の残留振動波形の最大値Ａが最大となるＰｗに補正値△Ｐｗｓを加えた値を初期設定値Ｐｗｓとしてもよい。なお、図６の例から求められる△Ｐｗｓは−０．５４μｓであり、初期設定値Ｐｗｓは、Ｐｗｓ＿ｂと△Ｐｗｓとの和として求められる。

このように初期設定値Ｐｗｓをインクジェット式記録ヘッド２１０の設定部１５１に設定するＰｗ設定装置の一例の電気的な構成を示すブロック図を図７に示す。このＰｗ設定装置３００は、残留振動波形を静電容量の変化として検出し、これを設定部１５１に格納するものであり、インクジェット式記録ヘッド２１０を有するヘッドユニット２００に接続してこれを駆動させる液滴吐出ヘッド駆動部としてのヘッドドライバ３０３と、パルス条件設定部３０６と、ヘッドドライバ３０３を制御する制御部３０１とによって構成されている。

図７（ａ）に示すように、ヘッドドライバ３０３は、ヘッドユニット２００を切替部３０５を介して駆動する駆動回路３０４を有している。また、切替部３０５は、駆動回路３０４及びパルス条件設定部３０６の何れか一方をヘッドユニット２００と接続させるように接続の切替えを行う。

パルス条件設定部３０６には、残留振動検出部３０７と、初期値決定部３０８とが設けられている。

図７（ｂ）は、残留振動検出部３０７及びヘッドドライバ３０３を示す概略ブロック図である。残留振動検出部３０７は、残留振動を検出する検出回路３１０と、これに接続されるオシロスコープ３１１とを有している。

残留振動検出方法は、駆動回路３０４によって所定の駆動電圧パルスをインクジェット式記録ヘッド２１０の振動板部である可撓性電極１５と固定電極３３との間に印加した後に、制御部３０１からの切替信号によって切替部３０５を動作させ、インクジェット式記録ヘッド２１０を残留振動検出部３０７の検出回路３１０に接続させる。検出回路３１０では、可撓性電極１５の残留振動を固定電極３３との間の静電容量の変化として検出し電気信号に置き換える。

この場合、電子信号は以下の数式により導かれる電圧変動Ｖｃとして検出される。

Ｖｃ＝Ｑ／Ｃ＝Ｑ／（ε×Ｓ／ｄ）＝（Ｑ／εＳ）×ｄ
ここで、Ｖｃは電荷Ｑが残存する充電電圧、Ｑは電荷、Ｃは振動板部と固定電極３３との間の静電容量、εは振動板部と固定電極３３との間の誘電率、Ｓは振動板部と固定電極３３との間の対向面積、ｄは振動板部と固定電極３３との間の距離（ギャップ）である。

なお、上述したＰｗ設定装置は一例であり、残留振動の検出も静電容量の変化として測定するものに限定されない。

何れにしても、吐出されたインク質量やインク速度を測定することなく、残留振動波形に基づいて初期設定値Ｐｗｓを設定するようにすると、実際に吐出させたインク液滴のインク質量やインク速度を測定するための複雑な設備や膨大な時間をかけることなく、駆動条件としてのパルス幅を、比較的短時間且つ低コストで設定することができ、これにより、液体噴射ヘッド毎の吐出特性のばらつきを抑えることができ、印刷品質を向上することができる。なお、上述したＰｗ設定装置での初期設定値Ｐｗｓの設定は一台当たり数秒である。

図８は、本実施形態における残留振動検出部を液滴噴射装置に搭載した例のブロック図である。なお、図４と同一機能を有する部材には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図８に示す液滴噴射装置では、残留振動検出部１２７がインクジェット制御部１２０に搭載され、制御信号により、駆動パルス発生部１４２とドライバＩＣ１４１との接続を切り替えて残留振動検出部１２７とドライバＩＣ１４１との接続とする切替部１５３がヘッドユニット２００に設けられている。なお、切替部１５３は、インクジェット制御部１２０内に構成してもかまわない。

このような液滴噴射装置を用いると、上述したＰｗ設定装置と同様に、搭載したインクジェット式記録ヘッド２１０に対して初期設定値Ｐｗｓを設定することができる。また、このように液滴噴射装置に残留振動検出部１２７を搭載すると、初期設定値Ｐｗｓの設定を出荷前だけでなく、所定のタイミングで再設定することができる。すなわち、液滴噴射装置の電源オン時などの装置初期化時、又は予め設定された所定の期間毎などに設定することができる。

このように液体噴射装置に残留振動検出部１２７を設けると、環境変化やヘッド自体の変化が生じても、初期設定値Ｐｗｓを随時再設定できるので、印刷品質を長期に亘って高品位に保持することができる。

図９及び図１０には、本実施形態における上述したＰｗ設定装置を用いて初期設定値Ｐｗｓ設定方法を表すフローチャートを示す。初期設定値Ｐｗｓ設定は、残留振動検出工程であるステップＳ１１〜Ｓ１５と、検出した残留振動波形から残留振動最大値の最大を計測する計測工程であるステップＳ１６〜Ｓ３５とを備えている。

ステップＳ１１では、最初の駆動電圧パルスのパルス幅であるＰｗ０、後述する最大値計測で用いる定数であるＩ値及びＤ値を設定する。Ｐｗ０は、予想される最大値の範囲に対応するパルス幅であり、予想される範囲のほぼ中心に設定される。この例では、Ｐｗ０は８μｓｅｃとし、後述するように±２μｓｅｃの範囲で残留振動最大値を求めて、その最大値を検出する。なお、ステップＳ１１では、Ｉ値及びＤ値は０に設定される。

次に、ステップＳ１２で、残留振動最大を計測するＰｗの初期値を、Ｐｗ＝Ｐｗ０−２に設定し、ステップＳ１３では、この初期値をパルス幅とした駆動電圧パルスを印加する。駆動電圧パルスが印加されると、上述したようにアクチュエータであるヘッドユニット２００は検出回路である残留振動検出部３０７に接続され（ステップＳ１４）、残留振動が検出される（ステップＳ１５）。

ステップＳ１６では、検出波形から残留振動波形の最大値Ａを計測する。図１１（ａ）は、このときの残留振動波形の一例であり、Ｐｗのパルス幅を有する駆動電圧波形と、残留振動波形とが示されている。なお、残留振動波形の最大値Ａは、残留振動波形の最大値であり、最初の波形のピークである。

ステップＳ１７では、正しく計測されたかを判断し、正しく計測されない場合には（ステップＳ１７、Ｎｏ）、ステップＳ１３からを繰り返し、正しく計測された場合には（ステップＳ１７、Ｙｅｓ）、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８は、Ｉ値及びＤ値を０か否かを判断するステップであり、ここでは０に設定されているので（ステップＳ１８、Ｙｅｓ）、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９では、Ｐｗが（Ｐｗ０＋２）以上か否かを判断し、（Ｐｗ０＋２）以上でない場合には（ステップＳ１９、Ｎｏ）、ステップＳ２０でＰｗを（Ｐｗ＋１）として、ステップＳ１３からを繰り返す。この繰り返しをＰｗが（Ｐｗ０＋２）以上となるまで繰り返し、すなわち、（Ｐｗ０−２）から（Ｐｗ０＋２）までの５点について残留振動波形の最大値Ａを計測し、（Ｐｗ０＋２）以上となった場合には（ステップＳ１９、Ｙｅｓ）、ステップＳ２１に進む。

ステップＳ２１では、上述した５点における残留振動波形の最大値Ａを用い、最小二乗法により、最大値Ａの最大となるＰｗを求め、これをＰｗｓ＿ｂとする。

ステップＳ２２では、（Ｐｗ０−１）≦Ｐｗｓ＿ｂ≦（Ｐｗ０＋１）か否かを判断し、Ｐｗｓ＿ｂが範囲内であれば（ステップＳ２２、Ｙｅｓ）、Ｐｗｓ＿ｂをＰｗｓとし、アクチュエータであるヘッドユニット２００を駆動回路に接続し（ステップＳ２４）、ステップＳ２５で印刷検査をして終了する。

以上の計測工程の結果の一例を図１２（ａ）に示す。なお、この場合、Ｐｗｓ＿ｂが７．８３μｓｅｃと設定された例である。

ステップＳ２６〜Ｓ３０は、Ｐｗｓ＿ｂが（Ｐｗ０＋１）より大きく計測された場合に、Ｐｗをさらに大きくして追加測定するフローである。

すなわち、ステップＳ２２でＰｗｓ＿ｂが範囲内にない場合には（ステップＳ２２、Ｎｏ）、ステップＳ２６でＰｗｓ＿ｂが（Ｐｗ０＋１）より大きいか否かを判断し、大きい場合には、Ｄ値が２以上でないことを確認してから（ステップＳ２７）、Ｉ値に１を加え（ステップＳ２８）、さらに、Ｐｗ０を（Ｐｗ０＋１）とし（ステップＳ２９）、また、Ｐｗを（Ｐｗ０＋２）とし（ステップＳ３０）、その後、ステップＳ１３からを繰り返す。なお、この一連のステップは、ステップＳ２７により、Ｄ値が２となるまで繰り返されて終了する。

この場合の計測結果の一例を図１２（ｂ）に示す。すなわち、Ｐｗｓ＿ｂが９．０９μｓｅｃと計測された場合であり、初期のＰｗ０＝８より３大きい測定点で追加測定する状態を示している。

ステップＳ３１〜Ｓ３５は、Ｐｗｓ＿ｂが（Ｐｗ０−１）より小さく計測された場合に、Ｐｗをさらに小さくして追加測定するフローである。

すなわち、ステップＳ２６でＰｗｓ＿ｂが（Ｐｗ０＋１）より大きくない場合には（ステップＳ２６、Ｎｏ）、ステップＳ３１でＰｗｓ＿ｂが（Ｐｗ０−１）より小さいか否かを判断し、小さい場合には、Ｉ値が２以上でないことを確認してから（ステップＳ３２）、Ｄ値に１を加え（ステップＳ３３）、さらに、Ｐｗ０を（Ｐｗ０−１）とし（ステップＳ３４）、また、Ｐｗを（Ｐｗ０−２）とし（ステップＳ３５）、その後、ステップＳ１３からを繰り返す。なお、この一連のステップは、ステップＳ３２により、Ｉ値が２となるまで繰り返されて終了する。

この場合の計測結果の一例を図１２（ｃ）に示す。すなわち、Ｐｗｓ＿ｂが６．８７μｓｅｃと計測された場合であり、初期のＰｗ０＝８より３測定点で追加測定する状態を示している。

なお、以上説明したフローは一例であり、最大値の計測方法はこれに限定されるものではない。

また、図１１（ａ）に示すような残留振動最大値Ａを指標として計測したが、これに限定されるものではなく、図１１（ｂ）に示すような残留振動振幅Ｂを指標としてもよい。さらに、最大振動最大値Ａ及び残留振動振幅Ｂの両者を求めて両者の比率、例えばＢ／Ａを指標としてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。

上述した実施形態１では、液体噴射ヘッドとしてインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般に適用することができる。例えば、液体噴射ヘッドとしては、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る駆動制御装置のブロック図である。 実施形態１に係る駆動電圧パルスを示すグラフである。 実施形態１に係るパルス幅とインク質量との関係及びパルス幅と残留振動最大値との関係を示す図である。 実施形態１で用いたＰｗ設定装置のブロック図である。 実施形態１における他の駆動制御装置のブロック図である。 実施形態１における残留振動最大値の設定フローの一例を示す図である。 実施形態１における残留振動最大値の設定フローの一例を示す図である。 実施形態１において検出された残留振動波形の一例を示す図である。 実施形態１において計測された残留振動最大値の例を示す図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ カートリッジ、 キャリッジ３、 １０ キャビティ基板、 １１ 圧力室、 １２ 共通インク室、 １４ 貫通孔、 １５ 可撓性電極、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ２１ａ 小径部、 ２１ｂ 大径部、 ２２ ノズル段差部、 ２３ 供給口、 ２４ 露出孔、 ２５ 撥水撥油膜、 ３０ 電極基板、 ３１ 溝、 ３３ 固定電極、 ２００ ヘッドユニット、 ２１０ インクジェット式記録ヘッド

Claims (12)

1. 液滴が噴射されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、該共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口と、前記圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、該可撓性電極に一定間隔で対向配置された固定電極とを具備すると共に、前記可撓性電極及び前記固定電極の間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって前記可撓性電極を振動させることにより前記圧力室に圧力変動を発生させて前記ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッドにおいて、
   前記駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓが、前記可撓性電極の残留振動波形に基づいてノズル毎又はノズル群毎に設定されている設定部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、前記初期設定値Ｐｗｓが、前記残留振動波形の最大値が得られるパルス幅と略同一に設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は２において、前記初期設定値Ｐｗｓが、前記残留振動波形の最大値が得られるパルス幅に補正値ΔＰｗｓを加えた値に設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記初期設定値Ｐｗｓが、環境温度に応じた温度補正値ΔＰｗｓにより再設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記駆動電圧パルスは、１画素印字を最大ｎ回（ｎは２以上の整数）の連続した液滴の噴射を行うものであり、前記初期設定値Ｐｗｓが、各液滴を噴射させるために印加される第１〜第ｎ番目までの各駆動電圧パルス毎に設定されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 液滴が噴射されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、該共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口と、前記圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、該可撓性電極に一定間隔で対向配置された固定電極とを具備すると共に、前記可撓性電極及び前記固定電極の間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって前記可撓性電極を振動させることにより前記圧力室に圧力変動を発生させて前記ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッドであって、前記駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓが設定されている設定部を具備する液体噴射ヘッドと、前記可撓性電極の残留振動を測定する残留振動検出部と、この残留振動検出部が測定した残留振動に基づいて前記初期設定値Ｐｗｓをノズル毎又はノズル群毎に決定する初期設定値決定部とを具備することを特徴とする液体噴射装置。
7. 請求項６において、前記初期設定値決定部は、前記残留振動の波形の最大値に基づいて前記初期設定値Ｐｗｓを決定するように機能することを特徴とする液体噴射装置。
8. 請求項６又は７において、さらに、環境温度を測定する温度測定部を具備し、前記初期設定値決定部は、前記温度測定部が測定した温度に基づいて補正値ΔＰｗｓを決定し且つ当該補正値Ｐｗｓを考慮して前記初期設定値Ｐｗｓを決定するように機能することを特徴とする液体噴射装置。
9. 請求項６〜８の何れかにおいて、前記残留振動検出部は、前記液体噴射ヘッドの駆動回路と切替自在に接続されると共に前記可撓性電極と前記固定電極と間の静電容量の変化に基づいて前記残留振動を検出するように機能することを特徴とする液体噴射装置。
10. 液滴が噴射されるノズルに連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通する共通液室と、該共通液室内の液体を前記圧力室に供給する供給口と、前記圧力室の一方面に設けられた可撓性電極と、該可撓性電極に一定間隔で対向配置された固定電極とを具備すると共に、前記可撓性電極及び前記固定電極の間に駆動電圧パルスを印加して、これらの間に発生する静電気力によって前記可撓性電極を振動させることにより前記圧力室に圧力変動を発生させて前記ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置の製造方法において、
    前記可撓性電極の残留振動波形に基づいてノズル毎又はノズル群毎に前記駆動電圧パルスのパルス幅Ｐｗの初期設定値Ｐｗｓを前記液体噴射ヘッドに設定することを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
11. 請求項１０において、前記初期設定値Ｐｗｓの設定を、前記液体噴射ヘッドを前記液体噴射装置に搭載する前に行うことを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
12. 請求項１０において、前記初期設定値Ｐｗｓの設定を、前記液体噴射ヘッドを前記液体噴射装置に搭載した後に行うことを特徴とする液体噴射装置の製造方法。

Images