JP3252628B2 - 印刷装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクチュエータに静電気
を用いたインクジェットヘッドの駆動方法及びその装
置、特にそのアクチュエータを構成する振動板に残留す
る残留電荷の影響を排除することに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタは、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみ
インク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマン
ド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
いため、現在主流となっている。

【０００３】従来のインク・オン・デマンド方式の駆動
方法には例えば特公平２−２４２１８号公報に開示され
ている駆動方法がある。この駆動方法においては、イン
ク噴射圧力を発生する圧力室の容積を変化させる圧電素
子を備え、圧電素子には待機状態で圧電素子の分極電圧
と同方向の電気的パルスが印加され、圧電素子を充電し
て圧力室の容積を減少させておき、インク噴射時には圧
電素子を徐々に放電させて圧力室の容積を増大させた後
に、再び圧電素子に電気的パルスを印加して圧電素子を
急速に充電させ、圧力室の容積を減少させることにより
ノズルからインクを噴射させている。そして、この駆動
方法においては、インク液滴を低電圧で最も効率良く噴
射させるために、圧力室へのインクの吸入時に起きるイ
ンク系の減衰振動の極大値近傍で圧電素子に再び電圧を
印加し急速に圧力室の容積を減少させている。

【０００４】一方、アクチュエータの駆動に静電気力を
用いたインクジェットヘッドには、例えばＵＳＰ４，５
２０，３７５号に開示されている構造が知られている。

【０００５】ＵＳＰ４，５２０，３７５号には、主に絶
縁手段により間隔をあけて対向する２枚のキャパシター
プレートからなるとキャパシターと、インクを収容する
リザーバとからなり、キャパシタープレートの内一枚が
例えばシリコンの半導体製の薄い振動板を形成し、キャ
パシターに時間的に変化する電圧を印加することによ
り、振動板に機械的振動を生じさせ、振動板の動きに応
答して、例えばインクの様な液体をノズルより吐出させ
る液体噴射装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のインクジ
ェットヘッドの駆動方法はアクチュエータに圧電素子を
用いたインク・オン・デマンド方式のものには最適な方
法の一つである。

【０００７】しかし、ＵＳＰ４，５２０，３７５号に示
されるアクチュエータの駆動に静電気力を用いたインク
ジェットヘッドをインク・オン・デマンド方式で駆動さ
せる場合、上述の圧電素子によるものの駆動方法を単純
に適用したのでは、以下に述べるような問題を生じ、実
用化が困難であった。

【０００８】アクチュエータに静電気を用いたインクジ
ェットヘッドは、圧電素子を用いたものと異なり、振動
板と個別電極間にパルス電圧を印加した後に、振動板及
び電極間の誘電体に電荷が残留し、この残留電荷が作り
出す電界により振動板と個別電極との相対変位量が低下
する。この相対変位量が低下は、インク液滴の吐出量や
インクスピードの低下等の吐出不良の原因となり、例え
ば印字濃度や画素ずれ等の印刷品質不良や画素抜け等の
信頼性の低下を招くという問題点があった。

【０００９】そして更に、残留電荷は後述するように、
過去の印加電圧の履歴によってその大きさが異なるとい
う性質を示すため、振動板と個別電極との相対変位量は
一義的に定まらず不安定になり、その結果として、イン
ク液滴の吐出量や吐出速度等が不安定になり、いずれに
しても、印字濃度や画素ずれ等の印刷品質不良や画素抜
け等、信頼性が低下する要因となっていた。

【００１０】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的は、下記の２点にあ
る。

【００１１】 振動板−電極間に蓄積される残留電荷
がインクジェットヘッドの駆動に与える悪影響を排除
し、振動板と個別電極との相対変位量を安定なものにす
るインクジェットヘッドの駆動方法及びその装置を提供
し、良好な印字品質を得るようにした印刷装置を提供す
ること。

【００１２】 振動板−電極間に蓄積される残留電荷
がインクジェットヘッドの駆動に与える悪影響を排除す
る回復手段の実行中に、ノズルよりインク液滴が吐出す
ることなく、インクジェットヘッドがどの位置にあって
も、回復処理が、確実に行うことができ、高速度で印刷
可能な印刷装置を提供すること。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の印刷装置は、ノ
ズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の一
部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられ
た電極とからなるアクチュエータと、前記振動板を静電
気力により変形させ、前記ノズルから記録のためのイン
ク液滴を吐出させる駆動手段とを有し、前記駆動手段
が、記録時に、前記アクチュエータに、前記振動板を静
電気力により撓ませるための第１の電気パルスを印加す
る電圧印加手段と、前記第１の電気パルスとは、極性が
異なり、かつパルスの後端部が、前記ノズルからインク
液滴が吐出しない程度に、前記振動板の変位速度を抑制
する所定の傾きを持つ第２の電気パルスを、前記アクチ
ュエータに印加する残留電荷除去手段とを有することを
特徴とする。

【００１４】また、本発明の印刷装置の駆動方法は、ノ
ズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の一
部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けられ
た電極とからなるアクチュエータとを有し、前記振動板
を静電気力により変形させ、前記ノズルからインク液滴
を吐出し、記録を行う印刷装置の駆動方法において、通
常の記録時には、前記振動板を静電気力により変形させ
る第１の電気パルスを印加し、所定時に、前記振動板の
変位量を安定させるために、前記第１の電気パルスと
は、極性が異なる第２の電気パルスを印加する駆動方法
であって、前記第２の電気パルスの後端部が、前記ノズ
ルからインク液滴が吐出しない程度に、前記振動板の変
位速度を抑制する所定の傾きを持つことを特徴とする。

【００１５】本発明の好ましい形態においては、前記第
２の電気パルスは、１ドット若しくは１行印字する毎
等、前記ノズルが、目詰まりを回復するために吐出され
たインク液滴を回収する予備吐出位置にある時以外に、
適宜印加される。

【００１６】

【作用】本発明においては、インクジェットヘッドの振
動板と個別電極間に順方向の電気パルス（以下印字パル
スと呼ぶ）を印加することにより、振動板とこれに対向
して配置された個別電極との間に静電気力による引力が
働き、この静電気力によって振動板を変形させる。次に
その印字パルスを解除することにより、振動板の復元力
によりインク液滴をノズル孔より吐出させる。

【００１７】ところが、印字パルスを解除しても振動板
と個別電極との間の電荷が残留し、その残留電荷が作り
出す電界のため、振動板が完全に復元せずに撓みを含む
ことになる。それでは、振動板と個別電極との相対変位
量が低下し、駆動時間とともに、インク液滴の吐出量や
吐出速度等も低下し、印字濃度や画素ずれ等の印刷品質
不良や画素抜け等の不具合が生じることになる。

【００１８】本発明においては、印字パルスの駆動電圧
とは極性の異なる電圧の電気パルス（以下リフレッシュ
パルスと呼ぶ）を、例えば、１ライン印字動作を行った
後に、印加することにより、印字パルスを印加すること
により蓄積された残留電荷を消滅させている。（以下こ
れを振動板の回復処理と呼ぶ）このため、振動板と個別
電極との相対変位量は低下しない。

【００１９】更に、特に振動板の材質が、抵抗率の低い
半導体である時は、リフレッシュパルスを印加し、残留
電荷を消滅させる際にも振動板が撓むが、リフレッシュ
パルスが、単純な方形波ではなく、特にパルスの後端部
に傾きを持たせた台形波または積分波であるため、振動
板は徐々に復元し、その変形速度が遅いため、振動板の
回復処理によりインク液滴がノズルより吐出されること
はない。

【００２０】このため、振動板の回復処理が、インクジ
ェットヘッドがどの位置にあっても、回復処理が、確実
に行うことができる。これにより、例えば、ノズルの目
詰まりを回復するために、記録に寄与しないインク液滴
の吐出が行われる予備吐出位置まで、インクジェットヘ
ッドを移動させる必要がなく、振動板の回復処理を行う
ことができ、回復処理のために多くの時間を費やされる
ことがなく、高速度で印刷可能な印刷装置を提供でき
る。

【００２１】

【実施例】図２は本発明の一実施例におけるインクジェ
ットヘッドの分解斜視図である。本実施例はインク液滴
を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエッジイ
ジェクトタイプの例を示すものであるが、基板の上面部
に設けたノズル孔からインク液滴を吐出させるフェイス
イジュクトタイプでもよい。図３は組み立てられたイン
クジェットヘッド全体の断面側面図、図４は図３のＡ−
Ａ線矢視図である。本実施例のインクジェットヘッド１
０は次に詳述する構造を持つ３枚の基板１、２、３を重
ねて接合した積層構造となっている。

【００２２】中間の第１の基板１は、シリコン基板であ
り、複数のノズル孔４を構成するように、基板１の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１
１と、各々のノズル溝１１に連通し、底壁を振動板５と
する吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１
２の後部に設けられたオリフィス７を構成することにな
るインク流入口のための細溝１３と、各々の吐出室６に
インクを供給するための共通のインクキャビティ８を構
成することになる凹部１４とを有する。また、振動板５
の下部には後述する電極を装着するため振動室９を構成
することになる凹部１５が設けられている。本実施例で
は、各オリフィス７は、主に流路抵抗を増加させるた
め、また、細溝の一つが詰まったとしてもインクジェッ
トヘッドの正常な動作を保つために、３つの平行な細溝
１３から形成されてる。

【００２３】本実施例においては、振動板５とこれに対
向して配置される電極との対向間隔、即ちギャップ部１
６の長さＧ（図３参照、以下「ギャップ長」と記す。）
が、凹部１５の深さと電極の厚さとの差になるように、
間隔保持手段を第１の基板１の下面に形成した振動室用
の凹部１５により構成している。また、別の例として凹
部の形成は第２の基板２の上面でもよい。ここでは、凹
部１５の深さをエッチングにより０．６μｍとしてい
る。なお、ノズル溝１１のピッチは０．７２ｍｍであ
り、その幅は７０μｍである。

【００２４】また、第１の基板１への共通電極１７の付
与については、半導体及び電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では共通電極材
料にはチタンを下付けとし白金、またはクロムを下付け
とし金を使用しているが、本実施例に限定されるもので
はなく、半導体及び電極材料の特性により別の組合わせ
でもよい。また、本実施例で用いられる半導体材料の抵
抗率は８〜１２Ωｃｍである。

【００２５】第１の基板１の下面に接合される下側の第
２の基板２にはホウ珪酸系ガラスを使用し、この第２の
基板２の接合によって振動室９を構成するとともに、第
２の基板２上の振動板５に対応する各々の位置に、金を
０．１μｍスパッタし、振動板５とほぼ同じ形状に金パ
ターンを形成して個別電極２１としている。個別電極２
１はリード部２２及び端子部２３を持つ。更に、電極端
子部２３を除きパイレックススパッタ膜を全面に０．２
μｍ被覆して絶縁層２４を形成し、インクジェットヘッ
ド駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するための膜を形
成している。

【００２６】第１の基板１の上面に接合される上側の第
３の基板３は、第２の基板２と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第３の基板３の接合によって、ノズ
ル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビティ
８が構成される。そして、第３の基板３にはインクキャ
ビティ８に連通するインク供給口３１が設けられる。イ
ンク供給口３１は接続パイプ３２及びチューブ３３を介
して図示しないインクタンクに接続される。

【００２７】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度
３００〜５００℃、電圧５００〜８００Ｖの印加で陽極
接合し、また同条件で第１の基板１と第３の基板３を接
合し、図３のようにインクジェットヘッドを組み立て
る。陽極の接合後に、振動板５と第２の基板２上の個別
電極２１との間に形成されるギャップ長さＧは、凹部１
５の深さと個別電極２１の厚さとの差であり、本実施例
では０．５μｍとしてある。また、振動板５と個別電極
２１上の絶縁層２４との空隙間隔Ｇ１は０．３μｍとな
っている。

【００２８】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、共通電極１７と個別電極２１の端子部２３
間にそれぞれ配線１０１により駆動回路１０２を接続
し、インクジェットプリンタを構成する。インク１０３
は、図示しないインクタンクよりインク供給口３１を経
て第１の基板１の内部に供給され、インクキャビティ
８、吐出室６等を満たしている。そして、吐出室６のイ
ンクは、図３に示されるように、インクジェットヘッド
１０の駆動時にノズル孔４よりインク液滴１０４となっ
て吐出され、記録紙１０５に印字される。

【００２９】次に上記のように構成された本実施例の電
気的接続について説明する。

【００３０】金属−絶縁層−半導体層からなる構造、い
わゆるＭＩＳ構造において、印加電圧の極性により、電
流の値に大きな差がある場合と差のない場合が生ずるこ
とが、空間電荷層（空乏層ともいう）の影響から現象と
して知られている。基板材質である半導体がＰ形シリコ
ンの場合は、基板電極側にプラス電圧をかけた時は導体
とみなせるが、マイナス電圧をかけた時は空間電荷層の
存在により導体とはみなせずに容量を持つことがわかっ
ている。

【００３１】図５は本実施例における振動板と個別電極
の部分拡大詳細図であり、電荷の様子を模式化して示し
たものである。第１の基板１にＰ形シリコンを用い、第
１の基板１（振動板５）側、すなわち共通電極１７をプ
ラス極性、個別電極２１側をマイナス極性になるように
駆動回路１０２に接続し、共通電極１７と個別電極２１
に駆動回路１０２によりパルス電圧を印加した場合であ
る。

【００３２】Ｐ形シリコンはボロンをドープしており、
電子がドープされたボロンの数だけ不足するので、ドー
プ量と等しい正孔を持っていることが知られている。Ｐ
形シリコン中の正孔１９は共通電極１７のプラス電荷に
より、絶縁層２６側へ反発させられる。この正孔１９の
移動により、アクセプター（イオン化したボロン）は、
基板電極１７から電荷の供給を受けるので、第１の基板
１内には正孔の流れが生じ、空間電荷層を発生せず導体
とみなすことができる。また個別電極２１側はマイナス
電荷が帯電され、この結果、印加したパルス電圧が振動
板５を撓ませるに充分な静電気による吸引力を発生す
る。したがって、振動板５は個別電極２１側へ撓むこと
になる。

【００３３】図６及び図７は図５の振動板と個別電極と
の間にある誘電体の残留電荷に着目した模式図であり、
図６は図５と同様に電圧を印加したときの状態を示して
おり、図７はその電界を取り去ったときの状態を示して
いる。次に、残留電荷の発生を図６及び図７を参照しな
がら説明する。図６及び図７において、前述したように
振動板５は半導体であり、共通電極１７は金属で形成さ
れ、それらは、オーミック接続されている。

【００３４】この振動板５は絶縁層２６で覆われてい
る。そして、個別電極２１に形成された絶縁層２４はギ
ャップ１６を介して絶縁層２６と対向しており、これら
の絶縁層２６、ギャップ１６及び絶縁層２４は全体とし
て絶縁層２７を形成している。従って、ここでは振動板
５と個別電極２１とによって構成される平行平板コンデ
ンサ内に誘電体が介在したモデルとしてとらえることが
できる。誘電体は保護膜絶縁層２４，２６に相当する。
平行平板に電圧を印加すると、誘電体は図６に示すよう
に印加電界を打ち消すような方向（電界とは逆方向に）
の分極２８を発生する。この分極２８のほとんどは印加
電圧を切り、コンデンサに蓄えられた電荷を抵抗４６を
介して放電すると短い時間で消滅する。放電後から分極
が消滅するまでの遅れ時間を緩和時間といい、分極の種
類によって大きく異なる。

【００３５】本実施例の振動板５と個別電極２１の内部
の誘電体（絶縁層）の分極の場合には、緩和時間の短い
原子分極や電子分極以外に、イオン分極や界面分極と呼
ばれる比較的分極緩和時間の長い分極成分を含んでい
る。イオン分極は絶縁層内部のＮａ＋，Ｋ＋，Ｂ＋等が
印加電界に沿って移動することによって発生するもので
あり、界面分極は、誘電体が不均質構造である場合、誘
電率の異なる媒質が接触する境界面に発生する分極であ
り、酸化シリコンと純シリコンの境界面に生ずるもので
ある。このため、本実施例の振動板５と個別電極２１の
内部の誘電体（２４，２６）は、図７に示すように、電
界の繰返し印加もしくは長時間の連続印加により分極の
一部が完全に消失せず分極が長時間にわたって残る。こ
れにより誘電体は残留分極２９を有するようになり、振
動板５−電極２１間に残留する電荷分極が作り出す残留
電界Ｐが振動板５と個別電極２１との相対変位量の低下
を招く。

【００３６】図８は振動板と個別電極の撓みを経時的に
示した図である。図８（ａ）は振動板５と個別電極２１
間に電圧を印加していない状態であり、図示のように振
動板５と個別電極２１とは平行になっている。図８
（ｂ）は振動板５と個別電極１７に電圧を印加したとき
の状態であり、図示のように振動板５は撓む。ここでは
その撓みの量をΔＶ１とする。次に、図８（ｃ）は振動
板５と個別電極１７に蓄えられた電荷を放電した後の状
態であり、放電後も、残留電荷が作り出す残留電界によ
り振動板５が撓んでおり、例えばその撓みの量をΔＶ２
とする。従って、振動板５と個別電極２１との相対変位
量はΔＶ１−ΔＶ２となり、相対変位量が低下すること
が分かる。

【００３７】このような振動板５と個別電極２１との相
対変位量の低下は、上述のように、インク液滴の吐出量
やインクスピード低下等の吐出不良の原因となり、イン
クジェットプリンタの信頼性や印刷品質に悪影響を及ぼ
してしまう。そこで、本実施例においては後述するよう
に振動板５と個別電極２１との間に図６とは逆方向の電
界を印加することにより、上述の残留電荷を消滅させて
いる。

【００３８】図１は本発明の一実施例のインクジェット
プリンタの概念図である。図において、２０２はインク
ジェットヘッドを移動させたり、紙等の印刷媒体を移動
させたりする駆動モータ、２０３はインクジェットヘッ
ド１０及び駆動モータ２０２を主な構成要素としたプリ
ンタである。このプリンタ２０３はインクジェットヘッ
ド１０や印刷媒体を駆動モータ２０２により移動しなが
ら、インクジェットヘッド１０よりインクを吐出して印
刷媒体に到達せしめることにより文字や画像を印刷す
る。２０４は計時手段であり、時間の計測を行う。２０
６はノズルの目詰りの回復処理を制御するノズルの目詰
り回復処理手段である。２０７は入力手段であり、２１
０は印刷の制御や入力手段２０７からの入力信号を受け
て各種の演算制御を行う印刷演算制御手段２１０であ
る。この印刷演算制御手段２１０は計時手段２０４を起
動するための初期化信号や、プリンタ２０３を制御する
ための印刷制御信号を出力したり、各種の制御を行う。
２１１は記憶手段であり、印刷演算制御手段２１０の演
算処理の際に用いられる各種のデータが格納される。２
１２は振動板の残留電荷除去手段であり、後述するよう
に振動板の残留電荷に対する回復処理を行うために、振
動板回復処理制御信号を出力する。

【００３９】２１３はインクジェットヘット１０の駆動
制御回路であり、図９の回路構成からなっている。この
駆動制御回路２１３にはノズル回復処理制御信号、印刷
制御信号及び振動板回復処理制御信号が入力され、これ
らの制御信号に基いてインクジェットヘット１０の駆動
を制御する。２１４は駆動モータ２０２の駆動制御回路
であり、ノズル回復処理制御信号、印刷制御信号及び振
動板回復処理制御信号が入力され、これらの制御信号に
基いて駆動モータ２０２の駆動を制御する。

【００４０】図９はインクジェットヘッド１０の駆動制
御回路の構成を示した図である。この駆動制御回路２１
３は、図示のように、制御回路２１５及び駆動回路１０
２ａから構成されている。駆動回路１０２ａはトランジ
スタ１０６〜１０９及び増幅器１１０〜１１３から構成
されている。制御回路２１５はノズル回復処理制御信
号、印刷制御信号及び振動板回復処理制御信号が入力さ
れ、それらの制御信号に基いてパルス電圧Ｐ１〜Ｐ４を
増幅器１１０〜１１３に適宜出力し、増幅器１１０〜１
１３の出力によりにトランジスタ１０６〜１０９が駆動
され、その結果、振動板５と個別電極２１によって構成
されるコンデンサ１１４に電荷がチャージされ又はデス
チャージすることにより、インク液滴１０４がノズル孔
４から吐出される。ここで、抵抗１１５は放電速度を決
める抵抗で、抵抗１１６は充電速度を決める抵抗であっ
て、各々の抵抗値及びコンデンサ１１４の容量で充放電
の時定数が定まる。

【００４１】図１０は上述のインクジェットヘッド１０
を搭載したプリンタの概要図である。３００は記録紙１
０５を搬送するプラテン、３０１は内部にインクを貯蔵
するインクタンクであり、インク供給チューブ３０６を
介してインクジェットヘッド１０にインクを供給する。
３０２はキャリッジであり、インクジェットヘッド１０
を記録紙１０５の搬送方向と直行する方向に移動させ
る。３０３はポンプであり、インクジェットヘッド１０
のインク吐出不良等の場合、キャップ３０４、廃インク
回収チューブ３０８を介してインクを吸引し、排インク
溜３０５に回収する機能を果たしている。

【００４２】図１１は図１の実施例のインクジェットプ
リンタの制御方法を示したフローチャートであり、図１
２はそのサブルーチンを示したフローチャートである。
図１２において、（ａ）はノズル回復動作のサブルーチ
ンを示し、（ｂ）は印刷動作のサブルーチンを示してい
る。まず、ステップＳ０において印刷演算制御手段２１
０の指示に基いてプリンタ機構部等のイニシャライズが
実行される。このとき、計時手段２０４のリセットも同
時に行われ計時がスタートする。次のステップＳ１にお
いて、電源投入直後のノズル回復動作を行う。このノズ
ル回復動作は、図１２（ａ）のノズル回復動作のサブル
ーチンのステップＳＳ１〜ＳＳ３に示される一連の処理
によりなされる。

【００４３】まず、ステップＳＳ１において駆動モータ
２０２を駆動することによりインクジェットヘッド１０
を搭載したキャリッジ３０２を待機位置からキャップ３
０４の位置へ移動する。次に、ステップＳＳ２において
ノズルの回復動作、即ちリフレッシュを行う。このノズ
ルのリフレッシュとは、インクジェットヘッド１０のノ
ズル部の増粘したインク等のインク吐出不良の原因とな
る不良インクを排出するために、全ノズルに対応する振
動板５を駆動することにより、全てのノズルからインク
を所定回数吐出させることである。通常、各ノズルにつ
いて１０発〜２００発の吐出を行い、増粘した不良イン
クをノズル外に排出する。このリフレッシュの吐出回数
は計時手段２０４の設定時間によって予め決められる。
このノズルのリフレシュ終了後、ステップＳＳ３におい
て再び待機位置へキャリッジ３０２を復帰させて、一連
のリフレッシュ動作を終了する。なお、電源投入時は、
一般的に長時間ヘッドが使用されていない可能性が高い
ので１６０発〜２００発のインク吐出が実行される。

【００４４】ノズルのリフレッシュ動作の終了後、計時
手段２０４は所定時間を計測し始める。ステップＳ２に
おいて、計時手段２０４が所定の時間を計測したかどう
かを判断するために、タイマーアップ信号の有無を判断
する。ここで、タイマーアップ信号が発生していた場合
には、ステップＳ８のノズル回復動作に進み、図１２
（ａ）のノズル回復動作のサブルーチンに示されるリフ
レッシュ動作を行って次のステップＳ３に進む。タイマ
ーアップ信号が発生していない場合にはそのままステッ
プＳ３に進む。このステップＳ３においては印刷を行う
か否かの判断を行う。印刷を行わない場合にはステップ
Ｓ２に戻る。印刷を行う場合には、ステップＳ４におい
て計時手段２０４をリセットした後に、ステップＳ５に
おいて印刷動作を実行する。

【００４５】この印刷動作は、図１２（ｂ）の印刷動作
のサブルーチンのステップＳＳ１０〜ＳＳ１６で示され
る一連の動作によりなされる。ステップＳＳ１０におい
て計数値ｎ＝１と設定し、ステップＳＳ１１においてキ
ャリッジ３０２を１ドット分移動する。そして、ステッ
プＳＳ１２，ＳＳ１３において印字データに基づいた指
定ドットインクを吸引して吐出する。そして、ステップ
ＳＳ１４において、ステップＳＳ１２、ＳＳ１３で駆動
された特定の振動板５のみについて、リフレシュ（残留
電荷の消滅）を行う。次のステップＳＳ１５において計
数値ｎ＝ｎ＋１としてインクリメントし、ステップＳＳ
１６においてｎが最終ドットであるかどうかを判断し、
最終ドットでない場合にはステップＳＳ１１に戻って上
述の処理が繰り返される。最終ドットであった場合には
印刷動作を終了し、ステップＳ６においてキャリッジ３
０２を再び待機位置へ復帰させて、ステップＳ７におい
て所定量だけ紙送りをする。そして、ステップＳ９にお
いて処理を続行するかどうかを判断し、続行する場合に
はステップＳ２に戻って上述の処理を繰り返す。続行し
ない場合には全ての処理を終了する。

【００４６】図１３は図１、図９及び図１２の実施例の
動作を示したタイミングチャートである。ここでは待機
状態において、抵抗Ｒを介してコンデンサ１１４を放電
状態に保持するため、パルス電圧Ｐ４が印加されてトラ
ンジスタ１０８がオンになっているものとする。まず、
ａの区間において、パルス電圧Ｐ１，Ｐ４が供給されて
トランジスタ１０８，１０７がオン状態になり、振動板
５に正の電圧が印加され、電極２１に負の電圧が印加さ
れる。これによりコンデサ１１４に順方向の電荷がチャ
ージされ、振動板５が静電気による吸引力により個別電
極２１側に撓んだ状態になり、吐出室６の圧力が減少
し、インク１０３がインクキャビテイ８からオリフイス
７を通じて吐出室６内に補給される。

【００４７】その後、ｂのホ−ルド区間を経過すると、
区間ｃにおいて、パルス電圧Ｐ２，Ｐ４が供給されてト
ランジスタ１０６，１０８がオン状態になり、コンデン
サ１０４に蓄積された電荷が急速にデスチャージされ
る。その結果、振動板５と個別電極２１との間に働いて
いた静電気による吸引力がなくなり、振動板５は自己の
持つ剛性により復元する。この振動板５の復元により、
吐出室６内の圧力が急速に上昇し、ノズル孔４からイン
ク液滴１０４を記録紙１０５に向けて吐出する。この
後、ｄの区間において示すように、振動板５のリフレッ
シュがなされる。ここでは、パルス電圧Ｐ２，Ｐ３が供
給されてトランジスタ１０６，１０９がオン状態にな
り、振動板５に負の電圧、個別電極２１に正の電圧が印
加される。振動板５と個別電極２１によって構成される
コンデンサ１１４には電荷がチャージされる。しかし、
これは通常の印刷動作の場合の逆電圧であり、充電の方
向は逆になっている。これにより、図７の残留電荷が消
滅することになる。その後、ｅ区間において、再び電荷
を放電すると、残留電荷は消滅し残っていないので、振
動板５は図８（ｃ）のように撓んでおらず完全に復元す
る。故に次の区間ａ２，ｂ２，ｃ２を経て再び吐出され
るインク吐出量は前回吐出されたインク吐出量とほぼ一
致する。本実施例においては、このように１ドット毎に
振動板５と個別電極２１との間に生成する残留電荷を消
滅させながら、インク液滴１０４を吐出させている。

【００４８】なお、本実施例においてはＰ形半導体基板
を基板として用いたが、Ｎ形半導体基板を基板として用
いた場合には、駆動回路１０２ａとインクジェットヘッ
ド１０との接続配線はＰ形半導体の場合とは逆とする必
要がある。

【００４９】図１４は図１の実施例のインクジェットプ
リンタの他の制御方法を示したフローチャートであり、
図１５はそのサブルーチンを示したフローチャートであ
る。図１５において、（ａ）はノズル回復動作のサブル
ーチンを示し、（ｂ）は印刷動作のサブルーチンを示し
ている。本実施例においては、１行毎に振動板の回復動
作を行なわせるようにしている。図１４のステップＳ４
とステップ５との間に振動板をリフレッシュさせるため
のステップＳＳ１２が挿入されており、このステップに
おいて上述の実施例の振動板のリフレッシュがなされ
る。このため、図１５の印刷動作のサブルーチンは図１
２のステップＳＳ１２が削除されており、その他の処理
は同じである。

【００５０】図１６は図１４及び図１５の実施例の動作
を示したタイミングチャートである。本実施例において
はキャリッジ３０２がリターンする毎にａ区間において
パルス電圧Ｐ２及びＰ４が供給されてトランジスタ１０
６，１０９がオン状態になり、振動板５及び個別電極２
１に逆電圧が印加され、上述の残留電荷を消滅させてい
る。

【００５１】図１７は図１の実施例のインクジェットプ
リンタの更に他の制御方法を示したフローチャートであ
り、図１８はそのサブルーチンを示したフローチャート
である。図１８において、（ａ）はノズル／振動板回復
動作のサブルーチンを示し、（ｂ）は印刷動作のサブル
ーチンを示している。本実施例においては、ヘッドノズ
ルの回復動作時に振動板の回復動作も行なわせるように
している。図１１のステップＳ１及びＳ８は、図１７の
ステップＳ１ａ及びＳ８ａに対応しており、このステッ
プＳ１ａ及びＳ８ａではノズル回復動作だけでなく、振
動板の回復処理も行うようにしている。従って、図１８
（ａ）のノズル／振動板回復動作のサブルーチンでは、
ステップＳＳ１においてキャリッジ３０２を待機位置に
移動させた後に、次のステップであるステップＳＳ１２
において振動板５のリフレッシュを行うようにしてい
る。このため、図１８（ｂ）の印刷動作のサブルーチン
は図１２のステップＳＳ１２が削除されている。

【００５２】以上に上述した実施例によれば、例えば１
ドットおきに、もしくは１ライン印刷する毎に、また
は、計時に基づいて、周期的に残留電荷を除去すること
により、残留電荷が及ぼす悪影響が避けられるものであ
る。本実施例のこれら各態様は、組み合わせて用いられ
てもよい。この方法で残留電荷を除去することによっ
て、好ましくは、完全に振動板の残留撓みが除かれるこ
とが望ましいが、静電アクチュエータを定められたある
状態にリセットすることによって、完全に振動板の残留
撓みが除かれなくても、すくなくともその残留撓みは一
定となり、振動板の相対変位量も一定となる。残留撓み
が一定であれば、残留撓みに応じて、駆動電圧を増加す
ることによって、インク吐出量、及びインク吐出速度を
簡単に補正することができるという効果を有する。

【００５３】なお、上述した実施例においては、残留電
荷を消滅させるために逆電圧（リフレッシュ電圧）を印
加して振動板の回復処理を行っているが、逆電圧によっ
ても振動板５は撓むので、図１７に示す例の様に、ヘッ
ドノズルの回復動作時に振動板の回復処理も行なう場合
以外には、インク液滴が吐出しないようにしなければな
らない。振動板５に抵抗率の比較的高い半導体を使用し
た場合には、逆電圧の大きさを順方向の電圧と同じ大き
さにしても撓みの量が少なく、インク液滴の吐出のおそ
れはないが、一方、振動板５に比較的抵抗率の低い半導
体を使用した場合には、逆電圧の大きさを順方向の電圧
と同じ大きさにすると、振動板が大きく撓むので、イン
ク液滴の吐出を防止する工夫が必要である。

【００５４】以下に、図１９〜図２５を用いて、インク
液滴の吐出が行われない振動板の回復処理について、説
明する。

【００５５】図１９（ａ）は過渡部に傾きを持たない方
形波状の逆方向パルスを印加した場合の共通電極と個別
電極間の波形である。Ｐ１０が印字パルス、Ｐ１１が振
動板の回復処理動作を行うリフレッシュパルスを示して
いる。図示したように印字パルスＰ１０と逆方向のリフ
レッシュパルスＰ１１を印加することにより残留電荷が
消滅することになる。印字パルスＰ１０とリフレッシュ
パルスＰ１１の時間間隔Ｔａが小さいとインク吐出動作
が不安定になるため、Ｔａは、１００μｓｅｃ以上にす
ることが好ましく、それにより安定したインク吐出を行
うことができる。

【００５６】リフレッシュパルスＰ１１を方形波にした
場合、振動板の回復処理動作によって撓んだ振動板の形
状復帰スピードが速いため、インクが吐出してしまう場
合がある。特に、半導体内に拡散されたボロン等の不純
物の量が多い場合には、振動板の抵抗値が下がりこの傾
向が強くなる。それを防ぐためには、Ｐ１１のかわりに
図１９（ｂ）に示したリフレッシュパルスＰ１２を印加
すればよい。リフレッシュパルスＰ１２はパルスの後端
部に傾きを持っているため、撓んでいる振動板は振動板
は徐々に元の形状に復元する。このように、振動板の形
状復帰速度が遅いため、振動板の回復処理によりインク
液滴がノズルより吐出されることを防ぐことができる。
本実施例の場合、リフレッシュパルスＰ１２の後端部に
おける傾き時間Ｔｂを１５０μｓｅｃ以上にすることに
よりインク吐出防止効果が期待できる。

【００５７】このように形成された２種類のリフレッシ
ュパルスは、以下のように、振動板の回復手段を実行す
る状況に応じて、切り換えてインクジェットヘッドに印
加しても良い。例えば、図１７、図１８（ａ）に示すフ
ローチャートに基づいて振動板の回復動作ＳＳ１２をヘ
ッドノズルの回復動作ＳＳ２と同時に行う場合、インク
ジェットヘッド１０を搭載したキャリッジ５０２がキャ
ップ５０４の位置にあるので、ノズルからインク液滴が
吐出されても問題ないため、図１９（ａ）のように方形
波状のリフレッシュパルスＰ１１を印加し、ノズルのリ
フレッシュとともに振動板から残留電荷を取り除く。一
方、図１４、図１５、図１６に示すフローチャートまた
は、タイミングチャートに基づいて、振動板の回復動作
が１行毎に行われる場合、リフレッシュパルスを印加し
て、ノズルからインク液滴が吐出されると、記録紙また
はプリンタをインクで汚すおそれがあるため、図１９
（ｂ）のようにパルスの後端部に傾きを持つリフレッシ
ュパルスＰ１２を印加すればよい。

【００５８】以上説明したインク吐出防止手段を含む振
動板の回復処理動作の詳細を、図２０、図２１に基づき
説明する。図２０（ｂ）の動作論理図におけるＨ、Ｌの
記号は、Ｈがパルスを印加した状態、Ｌが印加していな
い状態を示している。本実施例は、回路構成を簡略化
し、振動板の回復処理動作時のインク吐出防止回路を付
加して実施した例である。

【００５９】待機時には、制御パルスＰ１１が印加さ
れ、トランジスタ５０１がＯＮ状態となって、振動板５
は電源ＶＨと短絡状態になる（状態Ａ）。印字する際に
は、印字パルスＰ１０を印加する。Ｐ１０が印加されて
いる間トランジスタ５００がＯＮ状態になって個別電極
２１が０Ｖになり、振動板５の形状は状態Ｂのように撓
み、インクが吐出室に補給される。Ｐ１０の印加を停止
すると、振動板５と個別電極２１が同電位となり、状態
Ａのように振動板５の形状が復元され、インクが吐出す
る。

【００６０】振動板の回復処理動作時には、制御パルス
Ｐ１１の印加を停止すると共に制御パルスＰ１２を印加
し、トランジスタ５０１をＯＦＦ状態にすると同時にト
ランジスタ５０２をＯＮ状態にする（状態Ｃ）。この状
態にすることにより、容量値がＣであるコンデンサ５０
３に充電された電荷が抵抗値Ｒ１の抵抗５０４を通して
放電される。Ｃは振動板５と個別電極２１によって構成
されるコンデンサの容量Ｃ０を無視できる程度の大きさ
に設定する。その結果、振動板５の電位は印字パルス印
加時よりもはるかに大きな時定数Ｃ・Ｒ１のカーブで減
少し０Ｖになる。振動板の回復処理動作時には、制御パ
ルスＰ１０は印加しないため、トランジスタ５００はＯ
ＦＦ状態になり、個別電極２１には、電圧ＶＨが印加さ
れる。その結果、通常印字時と逆の電圧が、ヘッドに印
加されることになり、振動板の回復処理動作が行われ
る。

【００６１】残留電荷を排除するのに充分な時間逆電圧
を印加した後、制御パルスＰ１２の印加を停止し、トラ
ンジスタ５０２をＯＦＦ状態にし、抵抗値Ｒ２の抵抗５
０５、抵抗値Ｒ１抵抗５０４を通してコンデンサ５０３
を充電すると同時に振動板５に蓄えられた電荷を放電す
る。その時、コンデンサ５０３の端子電圧は、時定数Ｃ
・（Ｒ１＋Ｒ２）のカーブで上昇しＶＨと同電位にな
る。振動板５がＶＨまで上昇してから制御パルスＰ１１
を印加してトランジスタ５０１をＯＮ状態にし、印字待
機状態（状態Ａ）にする。これにより、印刷の為の吐出
を制御する際、抵抗５０４，５０５の影響をなくしてロ
ーインピーダンス制御が可能となる。

【００６２】具体的なタイミング図を図２１に示す。制
御パルスＰ１１が印加されていない時が振動板の回復処
理動作を行っている時である。逆電圧を印加する時間Ｔ
ｃは３０ｍｓｅｃ程度、コンデンサ５０３を充電する時
間Ｔｄは１０ｍｓｅｃ程度に設定して本発明を実施し
た。Ｔｃ，Ｔｄは、振動板の回復処理動作を行う時間を
多くとれない場合は、図１９を用いて説明したように短
縮することも可能である。

【００６３】このようにして、電位を充分な時間をかけ
て変化させる積分波を振動板５に印加することにより、
振動板５の変形スピードが遅くなり、振動板の回復処理
動作終了時におけるインクの吐出を防ぐことができる。

【００６４】トランジスタ５０１における出力インピー
ダンスが充分に小さい場合、コンデンサ５０３の削除が
可能である。その場合は、振動板５の電位変化がコンデ
ンサ１１４の容量Ｃ０と充放電用の抵抗５０４，５０５
との組み合わせによる時定数となる。本実施例では、コ
ンデンサ５０３の容量を１μＦとしたが、コンデンサ１
１４の容量は３００ｐＦ程度である。そのため、抵抗５
０４，５０５は数百ｋΩ程度の大きさが必要になる。

【００６５】印字時に共通電極に流れる電流をすべて供
給するのに充分な大きさの容量を持ったコンデンサを５
０３に使用することが可能ならば、図２２で示した構成
で、本発明を実施できる。振動板の回復処理動作時に
は、制御パルスＰ１２を印加することにより、トランジ
スタ５０２がＯＮ状態になり、時定数Ｃ・Ｒ１のカーブ
で電位が低下し０Ｖとなり、振動板５と個別電極２１の
間に逆電圧が印加される。制御パルスＰ１２の印加を停
止することによって、振動板５の電位が時定数Ｃ・（Ｒ
１＋Ｒ２）のカーブで電位が上昇してＶＨになり、通常
印字動作が可能になる。本構成では、振動板の回復処理
動作制御信号が１本で実施できる。振動板５とＶＨの間
に抵抗Ｒ１，Ｒ２が存在するが、印字時に共通電極に流
れる電流をすべて供給するのに充分に大きい容量を持っ
たコンデンサ５０３を使用することにより、実使用上は
問題ない。

【００６６】図２２の回路構成で実施した場合の、タイ
ミング図を図２３に示す。制御パルスＰ１２の印加停止
から最初の印字までの時間Ｔｅは、振動板５の電位が印
字動作に影響しないレベルまで上昇するのに十分な時間
を確保する必要がある。

【００６７】Ｄ／Ａコンバータを用いた実施例を図２４
に示す。Ｄ／Ａコンバータ５０６は、入力するデータが
カウントアップされるときに出力が大きくなり、カウン
トダウンするときに出力が小さくなるものを用いる。Ｄ
／Ａコンバータ５０６の出力をロー出力インピーダンス
アンプ５０７を通して振動板５に供給する。印字状態の
時には、データをすべて１にして、ＶＨを出力する。振
動板の回復処理動作時には、Ｄ／Ａコンバータ５０６の
入力データを徐々にカウントダウンし振動板５の電位を
０Ｖにする。振動板の回復処理動作終了後には、入力デ
ータを徐々にカウントアップし振動板５の電位をＶＨに
戻す。この構成により、等時間間隔でカウントアップま
たはカウントダウンした場合、タイミング図である図２
５に示したように、振動板の回復処理動作時に振動板５
に台形波が印加されるが、上述した積分波を用いた実施
例と同様の効果が認められる。Ｄ／Ａコンバータの入出
力論理は、システム構成により反転したものでも使用可
能である。また、Ｄ／Ａコンバータがアクチュエータ１
１４の駆動に充分なドライブ能力がある時は、ロー出力
インピーダンスアンプ５０７は必要ない。

【００６８】以上、印字１行毎に、リフレッシュパルス
を印加して、インク液滴の吐出を伴わない振動板の回復
処理を行う例に基づいて、本発明の説明を行ったが、１
行毎に限定されることなく、例えば、１ドット印刷する
毎に、印刷動作を行った振動板に対して、リフレッシュ
パルスを印加する等、印刷中であっても適宜リフレッシ
ュパルスを印加してもよい。

【００６９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、振動
板と個別電極間にパルス状の駆動電圧を印加することに
より、個別電極とこれに対向して配置された振動板との
間に静電引力を働かせてインク吐出を行うインクジェッ
トヘッドの駆動方法において、上記のパルス電圧とは逆
方向で、かつパルスの後端部に、振動板の変位速度をノ
ズルからインク液滴が吐出しない程度に抑制する傾きを
設けたリフレッシュパルスを、振動板と個別電極間に適
宜印加することにより、 振動板と個別電極との相対変位量が低下せず、従っ
て、インク液滴の吐出不良の原因がなくなっているの
で、高い印刷品質や信頼性が得られる。

【００７０】 振動板−電極間に蓄積される残留電荷
がインクジェットヘッドの駆動に与える悪影響を排除す
る回復手段の実行中に、ノズルよりインク液滴が吐出す
ることなく、インクジェットヘッドがどの位置にあって
も、回復処理が、確実に行うことができ、振動板の回復
処理動作時にインク吐出位置にヘッドを移動させる必要
がなくなるため、振動板の回復処理に多くの手順を要さ
ず、制御を簡略化でき、高速度で印刷可能な印刷装置が
提供できる。また、インクによるプリンタ及び記録紙の
汚染を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るインクジェットプリン
タの概念図である。

【図２】前記実施例のインクジェットヘッドの分解斜視
図である。

【図３】前記実施例のインクジェットヘッドの断面側面
図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線矢視図である。

【図５】前記実施例の振動板と個別電極の部分詳細模式
図である。

【図６】図５の振動板及び個別電極の分極に着目した模
式図である。

【図７】図５の振動板及び個別電極の残留分極に着目し
た模式図である。

【図８】前記実施例における振動板の撓みを経時的に示
した模式図である。

【図９】前記実施例のインクジェットヘッドの駆動制御
回路の構成を示した図である。

【図１０】前記実施例のジェットヘッドを搭載したプリ
ンタの概要図である。

【図１１】図１の実施例のインクジェットプリンタの制
御方法を示したフローチャートである。

【図１２】図１１のサブルーチンを示したフローチャー
トである。

【図１３】図１１の実施例の動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図１４】図１の実施例のインクジェットプリンタの他
の制御方法を示したフローチャートである。

【図１５】図１４のサブルーチンを示したフローチャー
トである。

【図１６】図１４の実施例の動作を示したタイミングチ
ャートである。

【図１７】図１の実施例のインクジェットプリンタの他
の制御方法を示したフローチャートである。

【図１８】図１７のサブルーチンを示したフローチャー
トである。

【図１９】振動板の回復処理に用いられるリフレッシュ
パルスの印加方法を示す図である。

【図２０】振動板の回復処理動作時におけるインク吐出
防止回路を付加したインクジェットヘッドの駆動回路図
及び動作論理図。

【図２１】図２０の動作を示すタイミングチャート。

【図２２】図２０に示した回路を簡略化したインクジェ
ットヘッドの駆動回路図及び動作論理図。

【図２３】図２２に示した回路の動作を示すタイミング
チャート。

【図２４】振動板の回復処理動作時に振動板に印加する
逆電圧パルスをＤ／Ａコンバータで発生させるインクジ
ェットヘッドの駆動回路図。

【図２５】図２４に示した回路の動作を示すタイミング
チャート。

【符号の説明】

１，第１の基板 ２，第２の基板 ３，第３の基板 ４，ノズル孔 ５，振動板 ６，吐出室 １０，インクジェットヘッド １７，共通電極 ２１，個別電極 ２７，絶縁層 ２８，分極 ２９，残留分極 １０２，駆動回路 ２１２，振動板の分極回復処理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−344250（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−162049（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−159748（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−344253（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−50601（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/01 B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/06

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
   路と、該流路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るアクチュエータとを
   有し、前記振動板を静電気力により変形させ、前記ノズ
   ルからインク液滴を吐出し、記録を行う印刷装置の駆動
   方法において、 通常の記録時には、前記振動板を静電気力により変形さ
   せる第１の電気パルスを印加し、 所定時に、前記振動板の変位量を安定させるために、前
   記第１の電気パルスとは、極性が異なる第２の電気パル
   スを印加する駆動方法であって、 前記第２の電気パルスの後端部が、前記ノズルからイン
   ク液滴が吐出しない程度に、前記振動板の変位速度を抑
   制する所定の傾きを持つことを特徴とする印刷装置の駆
   動方法。
2. 【請求項２】 前記第２の電気パルスを、１ドット若
   しくは１行印字する毎に、印加することを特徴とする請
   求項１記載の印刷装置の駆動方法。
3. 【請求項３】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
   路と、該流路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るアクチュエータと、
   前記振動板を静電気力により変形させ、前記ノズルから
   記録のためのインク液滴を吐出させる駆動手段とを有
   し、 前記駆動手段が、記録時に、前記アクチュエータに、前
   記振動板を静電気力により撓ませるための第１の電気パ
   ルスを印加する電圧印加手段と、 前記第１の電気パルスとは、極性が異なり、かつパルス
   の後端部が、前記ノズルからインク液滴が吐出しない程
   度に、前記振動板の変位速度を抑制する所定の傾きを持
   つ第２の電気パルスを、前記アクチュエータに印加する
   残留電荷除去手段とを有することを特徴とする印刷装
   置。
4. 【請求項４】 前記ノズルが、目詰まりを回復するため
   に吐出されたインク液滴を回収する予備吐出位置にある
   時以外に、前記第２の電気パルスを、印加する残留電荷
   除去手段を有することを特徴とする請求項３記載の印刷
   装置。
5. 【請求項５】 前記残留電荷除去手段は、前記第２の電
   気パルスを、１ドット若しくは１行印字する毎に、印加
   することを特徴とする請求項３記載の印刷装置。