JP4061702B2 - インクジェットヘッドの駆動装置 - Google Patents

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を利用したインクジェットヘッドの駆動装置に係り、特に、静電体積変位型のインクジェットヘッドの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のプリントのカラー化に伴って、鮮明なプリント画像が得られるインクジェットプリンタの需要が急速に高まった。
【０００３】
このインクジェットプリンタには、インクを飛翔させるインクジェットヘッドの方式として、バブルジェット方式、ＰＺＴ（圧電素子）方式などが一般的に知られており、製品化されている。
【０００４】
近年では、半導体の製造工程と同様の工程で製造することができ、また、小形化が容易であるなどの特徴を持つ静電アクチュエータを利用した静電体積変位型インクジェットプリンタが注目されつつある。
【０００５】
静電体積変位型インクジェットヘッドは、インクを加圧する加圧室内に設けた振動板とその振動板に対向して設けた駆動電極との間に電圧を印加して振動板を変形（振動板を駆動電極側に吸引し接触させる）させ、その変形によって加圧室にインクを流入させ、急激にその電圧をＯＦＦしたときに振動板が元の形状に戻る時の復元力を利用して加圧室からインクを外部に飛翔させるように構成されたものである。
【０００６】
このような静電体積変位型のインクジェットヘッドに関する先行技術には、例えば特開平８−７２２４０号、特開平７−１３２５９８号がある。この先行技術のインクジェットヘッドでは、いずれも外部に一度に飛翔されるインクの量によって印字ドットの大きさ（径）を変化させ、形成される画像の階調を調整している。すなわち、画像濃度を高める場合には一度に吐出されるインクの量を多く設定して印字ドット径を大きくし、いわゆる大径印字を行なう。また、画像濃度を低くする場合には一度に吐出されるインクの量をより少なく設定して印字ドット径を小さくし、いわゆる小径印字を行なっている。
【０００７】
より具体的には、特開平８−７２２４０号公報に記載されている発明では、一つの振動板に対して複数の電極を設け、階調信号に応じて電圧が印加される電極の数を変化させて一つの印字ドットを形成するインク量を増減している。また、特開平７−１３２５９８号公報に記載された発明では、振動板を変形させる電圧を変化させることによって加圧室に流入するインクの量を調整し、インクの吐出量を増減している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平８−７２２４０号公報に記載されている発明では、一つのチャネルに複数の電極を設けることになることから、配線が増え、構成が複雑になる。このため、このような構成は、静電アクチュエータの構成の高密度化、低コスト化に不適当であった。
【０００９】
また、特開平７−１３２５９８号公報に記載された発明では、印加電圧が低い場合、電圧ＯＦＦ時に加圧室内部で充分な圧力が得られず、吐出するインクの飛翔スピードが低下する。このため、比較的小径の印字ドットでプリントを行なう場合、インクの着弾位置にばらつきが生じて画質が低下することがあった。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みて行なわれたものであって、階調によらずインクの着弾位置のばらつきを低減し、高画質の画像を形成できるインクジェットヘッドの駆動装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本願発明は、以下のように構成される。
【００１２】
すなわち、請求項１記載の発明は、加圧室に設けられた振動板と、当該振動板に対向して設けられた駆動電極とから構成され、前記振動板を静電気力で変形させることによって記加圧室から吐出するインク量を調整し、印字される画像の階調を制御するインクジェットヘッドの駆動装置であって、階調によらず一定の電圧を前記振動板と前記駆動電極との間に印加する一方、階調に応じた放電電圧で前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧を放電する放電データを記憶する放電データ記憶手段と、階調に応じて放電データを選択し、選択された放電データに基づいて前記振動板と前記駆動電極間との間に電圧を印加する電圧印加制御手段とを有し、前記放電データ記憶手段に記憶される放電データは、前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧の放電後、一時的に電圧を一定に保った後に、放電時の電圧降下速度よりも遅く、前記放電電圧に応じた異なる速度で前記振動板、前記駆動電極間にかかる電圧を降下させるものであり、前記放電電圧に応じた異なる速度は、前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧が初期状態に戻るまでの時間が、放電電圧によらず一定となるように設定されることを特徴とするものである。
【００１３】
このように構成することによって、階調、すなわち、加圧室から吐出するインク量によらず常に一定の電圧が振動板と駆動電極との間に印加され、加圧室でインクの吐出に充分な圧力を得ることができる。また、階調に応じた放電電圧で前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧を放電することによって加圧室から押し出されるインク量を調整することができる。
【００１４】
したがって、インクは階調によらず充分な圧力を得て飛翔し、着弾位置のばらつきがなくなる。また、加圧室から吐出されるインク量が調整できて階調の調整が可能になる。さらに、放電後に一時的に電圧を一定に保つことによって、インク液滴の切れが良くなり、いっそう吐出インク量の制御性が高まる。また、インク飛沫による用紙の汚れ等も防ぐことができ、より高画質の画像を形成することができる。
【００１６】
このように構成することによって、振動板が放電終了時の電圧に相当する位置まで復元した後、それ以上インクを吐出することなく振動板を初期位置に戻すことができ、次の印字に備えることができる。
【００１８】
このように前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧が初期状態に戻るまでの時間が、放電電圧によらず一定となるように、前記放電電圧に応じた異なる速度が設定されることによって、階調によって印字速度が低下することを防ぎ、高速印字の要請にも応えることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、加圧室に設けられた振動板と、振動板に対向して設けられた駆動電極との間に階調によらず一定の電圧を印加する一方、階調に応じた放電電圧で振動板と駆動電極との間に印加された電圧を放電する放電データを記憶しておき、階調に応じて選択された放電データに基づいて振動板と駆動電極との間に電圧を印加することを要旨とするものである。
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動装置について説明する。
【００２１】
図１は、本発明のインクジェットヘッドの駆動装置を搭載するインクジェットプリンタの概略構成を説明するための斜視図である。
【００２２】
インクジェットプリンタ１は、用紙やＯＨＰシートなどの記録媒体である記録シート２に印字するものであって、インクジェットヘッド走査系と記録シート送り系とから構成される。
【００２３】
インクジェットヘッド走査系は、インクジェット方式のインクジェットヘッドを単色分、あるいは複数色（例えば３色、４色、または７色など）分含むヘッドユニット３と、ヘッドユニット３を保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させるためのスキャンシャフト５及びガイド軸６と、キャリッジ４をガイド軸６に沿って往復駆動するパルスモータ７と、パルスモータ７の回転をキャリッジ４の往復運動に変えるためのアイドルプーリ８、タイミングベルト９とから構成される。
【００２４】
また、記録シート送り系は、記録シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねるプラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を押さえて浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２を排出するための排出ローラ１２、排紙押さえローラ１３と、ヘッドユニット３のインクを吐出するノズル面を洗浄しインク吐出不良を良好な状態に回復させるメンテナンス装置１４と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１５とから構成される。
【００２５】
記録シート２は、図示しない手差しあるいはカットシートフィーダ等の給紙装置によって、ヘッドユニット３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記録部への搬送が制御される。
【００２６】
ヘッドユニット３のプリントヘッドには、インク飛翔用のエネルギー発生源として静電アクチュエータが用いられる。静電アクチュエータは、対向して設けられた振動板と電極との間に働く静電気力（クーロン力）を利用して振動板を急峻に変位させる。この変位は、インクで満たされた加圧室の容積を変化させる。この加圧室の容積の変化により、加圧室に設けられたノズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が行なわれる。
【００２７】
キャリッジ４は、パルスモータ７、アイドルプーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２を横方向に走査（主走査）し、キャリッジ４に取り付けられたヘッドユニット３は１ライン分の画像を記録する。１ライン分の記録が終わるごとに、記録シート２は縦方向に送られ（副走査）、次のラインへの記録がされる。
【００２８】
このようにして記録シート２に画像が記録され、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向下流側に配置された排出ローラ１２とこれに一定の圧力で接する排紙押さえローラ１３とによって排出される。
【００２９】
図２は、図１に示したヘッドユニット３の１色分のインクジェットヘッド３１を含むキャリッジ４周辺の構成を説明するための斜視図である。
【００３０】
キャリッジ４周辺には、インクを収容し通気口４０４を有するインクカートリッジ４０３と、インクカートリッジ４０３を収納するケーシング４０１、ケーシング蓋４０５と、インクカートリッジ４０３を着脱可能にしつつインクをインクジェットヘッド３１に供給するインク供給管４０２と、ケーシング蓋４０５を閉じた際ケーシング４０１にケーシング蓋４０５を固定するためのフック４０６、蓋止め４０７と、インクカートリッジ４０３を収納する向き（矢印Ｄ３の向き）とは反対の向きにインクカートリッジ４０３を付勢しつつインクカートリッジ４０３をケーシング蓋４０５との間でケーシング４０１内に保持する押さえバネ４０８とが設けられる。
【００３１】
このような構成のキャリッジ４がスキャン方向（矢印Ｄ１の向き）に移動することによって記録シート２は主走査されることになる。また、記録シート２が送られることによって副走査方向（矢印Ｄ２の向き）に印字されることになる。
【００３２】
図３は、図２に示したインクジェットヘッド３１を説明するための分解斜視図である。また、図４は、図３に示したチャネルプレート５０を説明するための上面図である。
【００３３】
図３に示したインクジェットヘッド３１は、チャネルプレート５０と、天板６０と、ガラス基板７０との３つの構成要素からなる。チャネルプレート５０には、図４に示すように加圧室５１、インク供給室５２、インレット５３、ノズル５４が形成されている。チャネルプレート５０は、このような加圧室やノズルが複数形成されていて、１つのヘッドから複数のインク液滴を吐出させることができるようになっている。
【００３４】
また、天板６０は、このチャネルプレート５０の図示上側を覆う部材であり、ガラス基板７０は、後述する振動板５５の対向する位置に空間を設けて後述する駆動電極７２を配置するために設けられたものである。
【００３５】
図５は、図３、図４に示したインクジェットプリンタヘッド３１をより詳細に説明するための図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００３６】
インクジェットヘッド３１には、図示側面側に設けられているノズル５４からインクを吐出させるためにその内圧を可変する振動板５５を備えた加圧室５１、加圧室５１へインクを供給するためにインクを蓄えておくインク供給室５２、インク供給室５２内のインクを加圧室５１へ導くインレット５３、および振動板５５に設けられた第１電極５６と対向する位置に空間７１により隔てられた第２電極である駆動電極７２を有している。
【００３７】
第１電極５６と駆動電極７２との間の空間７１は、本実施形態１では０．３μｍとしている。また、振動板５５に設けられている第１電極５６は、後述するようにホウ素を拡散することによって形成した不純物導電層である。この第１電極５６は、本実施形態１ではアースされており、また、駆動電極７２は配線８０によって、後述する駆動回路からの電圧が印加されるようになっている。
【００３８】
このように構成されたインクジェットヘッド３１の第１電極５６と駆動電極７２との間に電圧を印加すると、両電極間に発生する静電気力によって、図６に示すように振動板５５が駆動電極７２側に引き付けられて実線の状態から点線の状態のように撓む。このように振動板５５が撓むと、加圧室５１の容積が増加し、インク供給室５２内のインクがインレット５３を通り加圧室５１内に流入することになる。この状態をインクが加圧室５１に十分に流れ込むまで維持し（本発明ではこの時間を確保している）、電圧の印加を止めると、振動板５５の形状が元の形状に復元し、このときの復元力によって加圧室５１内に圧力を加えることでインク液滴がノズル５４から吐出する。
【００３９】
なお、本実施の形態１では、振動板５５に形成した第１電極５６をアースさせているので、駆動電圧として、駆動電極７２に＋の電位を印加している。この駆動電圧により振動板５５に作用する力Ｆは、Ｆ＝１／２・｛εr ε0 Ｓ（Ｖ／ｄ）² ｝により算出される。
【００４０】
ただし、式中、εr は第１電極５６と第２電極（駆動電極）７２との間の比誘電率、ε0 は真空の比誘電率、Ｓは電極の面積、Ｖは駆動電圧、ｄは第１電極５６と第２電極（駆動電極）７２間の距離である。
【００４１】
次に、前述したインクジェットヘッドの製造方法について簡単に説明する。
【００４２】
上記本実施の形態１において用いたインクジェットヘッド３１は、いわゆる半導体装置製造プロセスやマイクロマシーン製造プロセスなどを利用して製造させるものであり、その方法は様々であるが、ここでは、その一例について説明する。なお、ここで説明した製造方法以外の方法により製造されたインクジェットヘッドであっても本発明による駆動装置によって駆動できることは言うまでもない。
【００４３】
まず、チャネルプレート５０の形成について説明する。
図７のＡないしＣは、図４のＡ−Ａ線に沿った断面を工程順に示した図である。チャネルプレート５０の形成には、予め２００μｍ程度にラッピングしたシリコン基板１００を使用して、シリコン基板１００の全面に、熱酸化法により酸化膜１０１を形成する（図７Ａ）。そして、シリコン基板１００の図示上側表面の酸化膜１０１に、公知のフォトリソグラフィーおよびドライエッチングによって、加圧室５１、インク供給室５２、インレット５３およびノズル５４の形状を規定するための開口を設け、エッチングマスク１０１ａとする（図７Ｂ）。
【００４４】
次に、パターニングされた酸化膜１０１により形成されたエッチングマスク１０１ａを有するシリコン基板１００をＫＯＨ溶液により異方性エッチングする。ここで使用したシリコン基板１００は、基板表面が（１１０）面または（１００）面を有するものである。このＫＯＨ溶液による異方性エッチングは、シリコン基板の（１１１）面が露出することにより自動的にエッチングが停止するため、前記エッチングマスク１０１ａの形成時において、ノズル５４やインレット５３となる部分の開口の大きさを調整することにより、これらの部分におけるエッチング深さを所望の深さとすることができる。また、加圧室５１およびインク供給室５２の深さは、これらの部分の開口の大きさと共に、エッチング時間を調整することで、振動板５５となる部分の厚さが６．５μｍ程度となるようにする。このＫＯＨ溶液によるエッチングによって、加圧室５１、インク供給室５２の側壁部分は（１１１）面が露出することにより、適度なテーパが形成される。その後、エッチングマスクとして使用した酸化膜は除去する。
【００４５】
そして、このシリコン基板１００の裏面側に、振動板５５とこの振動板５５部分に形成される第１電極５６と電気的なコンタクトをとるための部分（不図示）が開口したレジストパターンをフォトリソグラフィーにより形成し、振動板５５とコンタクト部分にホウ素をイオン注入して、第１電極５６およびコンタクトラインとなる不純物拡散層を形成する。その後、熱酸化工程により、シリコン基板１００の全面に酸化膜を形成することで、振動板５５の表面（シリコン基板の裏面側）に絶縁膜５７を形成する。なお、この絶縁膜５７は、駆動電極７２との短絡を防止するためである（図７Ｃ）。
【００４６】
次に、駆動電極７２を設けたガラス基板７０の形成について説明する。このガラス基板７０には、ホウケイ酸ガラス基板を使用して、図５に示した状態に接合されたときに、チャネルプレート５０の振動板５５が位置する部分に所定の深さの凹部をエッチングにより形成し、この凹部内とこの凹部から連なるコンタクトラインを形成するためにＩＴＯ膜を成膜して、リフトオフにより、凹部内に駆動電極７２、ガラス基板表面にこの駆動電極７２と接続されるコンタクトラインを形成する。このとき、複数の加圧室とノズルを有するヘッドの場合には、各加圧室ごとに駆動電極とそれぞれのコンタクトラインを形成する。
【００４７】
その後、電極が形成された面全面にＳｉＦＨ膜を約１μｍ成膜する。このＳｉＦＨ膜は、パターン化せず、基板全面に設けて保護膜とするもので、これにより、周囲の湿度の影響による駆動電極の劣化を防止する。
【００４８】
前記凹部を形成する際の深さは、駆動電極７２を形成したときに、空間７１における第１電極５６（絶縁膜表面）から対向する駆動電極７２（ＳｉＦＨ膜表面）までの間隔が０．１〜１μｍ、好ましくはより低い駆動電圧で駆動することができるように、０．１〜０．５μｍとなるようにする。本実施形態１では、上述した通り、空間７１は０．３μｍとなるように、凹部を形成している。
【００４９】
なお、この空間７１は、ガラス基板７０に凹部を形成する代わりに、前記したシリコン基板１００の振動板５５部分をシリコン基板１００の裏面（図示下側）からエッチングにより空間７１が形成される分だけ掘り込んでも良い。この場合、ガラス基板７０には凹部を形成することなく、駆動電極７２およびそのコンタクトラインをＩＴＯにより形成する。
【００５０】
以上のようにそれぞれ形成したチャネルプレート５０、ガラス基板７０および天板６０を図５に示したようなサンドイッチ構造となるように陽極接合し、振動板５５に形成した不純物拡散層によるコンタクトラインと、ガラス基板７０に形成したコンタクトラインとに配線を接続して、インクジェットヘッドが完成する。
【００５１】
なお、本実施の形態１においては、チャネルプレート５０の材料として、シリコンを用いたが、これ以外に、ガラス、セラミックス、金属、樹脂、感光性樹脂等、加圧室５１の基本的な形状を形成することができる材料を用いることも可能である。
【００５２】
次に、本実施の形態において使用したインクについて説明する。
本実施形態で使用したインクの組成は、下記表１に示すようなもので、黒（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、およびシアン（Ｃ）の４色のインクを使用しており、表に示す通り、染料により各色調整したものであるが、染料に代わり顔料を用いたものであっても良い。なお、このインクの粘度は、２０℃で２．０ＣＰである。
【００５３】
【表１】

【００５４】
図８は、インクジェットプリンタ１の動作を制御する制御系のブロック図である。この図では、特にインクジェットヘッド走査系の動作制御に関する部分を記載してある。
【００５５】
図中のプリンタ制御手段９０は、インクジェットプリンタ１の動作を総括的に制御する手段である。外部から出力された画像データは、このプリンタ制御手段９０からヘッド駆動制御回路９２、振動板駆動制御回路９３に出力される。
【００５６】
電源制御手段９１は、プリンタ制御手段９０及び後述する振動板駆動制御回路９３に電力を供給する手段である。
【００５７】
パルスモータ７は、プリントヘッド３（図１参照）をガイド軸６に沿って往復駆動させるモータであり、このパルスモータ７の動作はヘッド駆動制御回路９２によって制御される。ヘッド駆動制御回路９２は、プリンタ制御手段９０の指令によってその動作が制御される。
【００５８】
インクジェットヘッド３１は、上記のように構成（図５参照）されているヘッドであり、このヘッド３１を構成する駆動電極７２には振動板駆動制御回路９３からのパルス状の電圧が印加される。このパルス状の電圧が印加されている間は前述の振動板５５（図５及び図６参照）が駆動電極７２側に引かれるように変形し、電圧が印加されなくなると振動板５５が元に戻ってインクを飛翔させる。
【００５９】
このとき、駆動電極７２に印加する電圧の高低によって振動板５５の変形量が調整でき、振動板５５が備えられている加圧室５１（図５）の容積を調整することができる。そして、加圧室５１の容積によってインクジェットヘッド３１から一度に吐出されるインクの体積（ドロップ体積）を変えることができる。
【００６０】
本実施の形態は、インクジェットプリンタ１で行なわれる印字の階調を制御する際に、大径印字時と小径印字時とで放電開始電圧を同じにし、放電終了電圧を変えることでドロップ体積を変更している。なお、この階調制御の詳細な内容は後述するものとする。
【００６１】
また、振動板駆動制御回路９３には、電源制御手段９１から振動板駆動用の電力が供給される。この振動板駆動制御回路９３は、プリンタ制御手段９０から出力される画像データに基づいて駆動電極７２に印加するパルス状の電圧を生成する。
【００６２】
以下、この駆動電極７２に印加される電圧について具体的に説明する。
図９は、図８に示した振動板駆動制御回路９３のより詳細な構成を示す図である。
振動板制御回路９３は、駆動電極７２に印加する電圧のパルス波形（波形データ）が記憶されているＲＯＭ９３３と、一定の周期で信号を発生する発振器（ＯＳＣ）９３２と、ＯＳＣ９３２が発生する信号を入力し、この信号をＲＯＭ９３３に出力する共にカウントするカウンタ９３１と、カウンタ９３１から入力する信号に応じて読み出された波形データをアナログ変換するディジタル、アナログコンバータ（Ｄ／Ａ）９３４と、Ｄ／Ａ９３４によって変換された波形データを増幅するアンプ９３５とを有している。
【００６３】
ＲＯＭ９３３には、プリンタ制御手段９０から出力された画像データが電気的な信号として入力する。ＲＯＭ９３３には、例えば図１０に示すようなＡないしＤの波形データが複数記憶されたメモリマップがある。なお、波形データは、インクジェットプリンタ１が表現し得る階調の数だけ備えられているが、ここでは簡単のため、このうちの４個だけを例示するものとする。
【００６４】
メモリマップの上位ビットは、画像データのパルスによる波形データの選択（ＡないしＤのひとつ）に使用される（Ｘ）。一方、下位ビットは、選択された波形データのトレースに使用されるもので、カウンタ９３１に接続される（Ｙ）。
【００６５】
また、カウンタ９３１は、外部より印字位置トリガを入力している。この印字位置トリガは、インクジェトヘッド３１が記録シート２上で印字を行なうピッチ分移動するごとに発生し、カウンタ９３１をリセットしている。また、カウンタ９３１は、カウント値が一定数に達した場合にも自動的にリセットして停止する。
【００６６】
画像データによって選択された波形データは、Ｄ／Ａ９３４に出力されてここでアナログ信号に変換される。この際、Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＳＣ）９３２は、Ｄ／Ａ９３４にクロック信号としても（ＣＬＫ）入力されており、変換された波形データの変換は、ＯＳＣ９３２から入力する信号のタイミングでアンプ９３５に出力し、ここで増幅されてインクジェットヘッド３１に出力する。
【００６７】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、図１０のＲＯＭ９３３に記憶されている波形データの一例を示した図で、いずれも縦軸に第１電極５６と駆動電極７２との間に印加される電圧データを、横軸に電圧データを記憶するＲＯＭ９３３のアドレスをとっている。図１１（Ａ）〜（Ｄ）の電圧データは、Ｄ／Ａ９３４によって電圧に変換され、アンプ９３５によって増幅されて第１電極５６と駆動電極７２との間に印加される電圧値となる。また、横軸に電圧データを記憶するＲＯＭ９３３のアドレスは、ＯＳＣ９３２が出力する信号の周期を乗じることによってアドレス時間となる。
【００６８】
また、図１２は、図１１（Ａ）〜（Ｄ）の波形データを用いて印字を行なった場合の印字ドット径を説明する図で、縦軸には印字ドット径（図中付着ドットと記す）を、横軸にはインクを吐出前後で駆動電極に印加される電圧の変化分（放電電圧）をとっている。
【００６９】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）の波形データは、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の順で階調が高くなるよう（画像濃度が濃くなるよう）設定されたもので、図示するように、いずれも第１電極５６と駆動電極７２との間に階調によらず一定の電圧Ｖ２（放電開始電圧）を印加している。そして、この放電開始電圧Ｖ２に応じて振動板５５が充分に変形するように時間ｔの間放電開始電圧Ｖ２を印加させた状態を保ち、この後放電開始電圧Ｖ２を電圧Ｖ１（放電終了電圧）まで下げる。この放電終了電圧Ｖ１は、階調応じて決定されており、階調がインクのドロップ体積が大きく設定されるものであるほど放電終了電圧Ｖ１の値は小さく、放電開始電圧Ｖ２−放電終了電圧Ｖ１、すなわち放電電圧が大きくなるよう設定されている。
【００７０】
また、放電終了後には、駆動電極７２に放電終了電圧Ｖ１が印加されているが、この放電終了電圧Ｖ１は、放電開始電圧Ｖ２から放電終了電圧Ｖ１への電圧降下速度よりも遅く、放電電圧（放電開始電圧Ｖ２−放電終了電圧Ｖ１）に応じた異なる速度で０Ｖにまで下げられる。なお、この放電終了電圧Ｖ１から０Ｖまでの電圧降下速度は、加圧室５１内のインクがインク供給室５２へ逆流するなどしてノズル５４から吐出されないように設定された速度である。
【００７１】
そして、図１２から明らかなように、（Ａ）〜（Ｄ）の波形データでは、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の順で印字ドット径が大きくなっていて、放電終了電圧Ｖ１が０Ｖに設定された波形データＡ（図１１（Ａ））で放電電圧が最大（４０Ｖ）となり、この放電が起こる際に吐出されるインクによって形成されるドット径も最大（９０φμｍ）となる。一方、放電終了電圧Ｖ１が最大に設定された波形データＤ（図１１（Ｄ））で放電電圧が最小（１０Ｖ）となり、この放電が起こる際に吐出されるインクによって形成されるドット径も最小（約２５φμｍ）となる。
【００７２】
このように、各波形データによって印字される画像は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の順で階調が高くなることになる。また、本実施の形態では、放電電圧を３０Ｖ変化させることによって印字ドットを２５φμｍから９０φμｍまで変化させることができる。
【００７３】
以上のように、本実施の形態では、階調によらず一定の放電開始電圧Ｖ２が第１電極５６と駆動電極７２との間に印加されることから、振動板５５は常に一定量変形され、加圧室５１からインクを飛翔させるのに充分な圧力が得られる量のインクがインク供給室５２から加圧室５１に流入する。そして、印加した電圧を階調に応じた放電電圧で放電させることにより、放電電圧に応じて振動板５５の変形量が減少し、加圧室５１の容積が減少する。この容積の減少量に応じたドロップ体積のインクが加圧室５１から押し出され、ドロップ体積に見合う径の印字ドットを形成する。
【００７４】
次に、以上説明した本実施の形態におけるインクジェットヘッドの駆動回路の具体的な動作をまとめて説明する。
【００７５】
まず、図８のプリンタ制御手段９０からプリント信号が出力されると、図９のＲＯＭ９３３に画像データ信号が入力し、この振幅値に応じて例えば図１０に示したＡないしＤの波形データのうちの１つが選択される。そして、インクジェットヘッド３１が印字位置に達すると、カウンタ９３１からＯＳＣ９３２の発振周波数に応じた信号が一定の時間周期で出力し、出力した信号はＲＯＭ９３３、Ｄ／Ａ９３４に入力する。
【００７６】
ＲＯＭ９３３で選択された波形データは、このカウンタ９３１から出力する信号のタイミングで読み出され、Ｄ／Ａ９３４に入力する。Ｄ／Ａ９３４では、電源制御手段９１から供給された電圧を波形データの値が入力するたびにこの値に変換し、アンプ９３５に出力する。アンプ９３５は、Ｄ／Ａ９３４から入力した信号を一定の増幅率で増幅し、インクジェットヘッド３１に出力する。
【００７７】
インクジェットヘッド３１では、アンプ９３５から入力した信号の電圧値に応じて駆動電極７２、第１電極５６，７２間に電圧を印加する。信号の電圧値がＶ２に達するまでは、両電極５６，７２間に働く静電気力によって振動板５５が図６のように駆動電極７２側に引かれ、振動板５５が駆動電極７２に接触する。この振動板５５の変形に伴い、インクがインク供給室５２からインレット５３を介して加圧室５１に流れ込む。
【００７８】
次に、アンプ９３５からインクジェットヘッド３１に入力する電圧値が放電開始電圧Ｖ２から放電終了電圧Ｖ１まで急激に下がる。このとき、両電極５６，７２間に働く静電気力が一気に弱まり、振動板５５は、自己の復元力で放電開始電圧Ｖ２−Ｖ１に応じた量もどり、このときの加圧室５１の容積変化に応じた量のインクがノズル５４から飛翔する。
【００７９】
そして、次の飛翔に備え、インクが吐出されないように緩やかに放電終了電圧Ｖ１を０Ｖまで下げ、同様の動作を繰り返す。
【００８０】
以上説明した本実施の形態は、階調によらず大径印字時と小径印字時の放電開始電圧（Ｖ２）を同じにし、放電終了電圧（Ｖ１）を変えることで吐出されるインクのドロップ体積を変え、階調を制御することができる。
【００８１】
また、このとき階調によらず常に一定の放電開始電圧Ｖ２が振動板と駆動板との間に印加されることで、加圧室でインクの吐出に充分な圧力を得ることができる。また、この放電開始電圧Ｖ２を階調に応じた放電終了電圧Ｖ１にまで下げることにより、加圧室から押し出されるインク量を調整することができる。したがって、インクはそのドロップ体積によらず充分な圧力を得て飛翔し、着弾位置のばらつきがなくなり、高品質の画像が形成できる。
【００８２】
また、本実施の形態は、放電終了後には放電時よりも遅い電圧降下速度で放電終了電圧Ｖ１を０Ｖまで降下させることにより、振動板５５が放電終了電圧Ｖ１に相当する位置まで復元した後、それ以上インクを吐出することなく振動板５５を初期位置に戻すことができ、次の印字に備えることができる。
【００８３】
また、本実施の形態は、階調が高いほど駆動電極７２の放電電圧を大きく設定することにより、階調が高いほど吐出されるインクのドロップ体積を大きくでき、階調制御を実現することができる。
【００８４】
なお、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図１３（Ｂ）のように駆動電極７２に電圧を印加するものでも良い。なお、図１３（Ａ）には、比較参考例として、放電電圧によらず一定の傾きで放電終了電圧Ｖ１を降下させた場合を示している。図１３（Ｂ）のように放電後に一旦放電を停止した場合には、インク液滴の切れが良くなり、いっそう吐出インク量の制御性が高まる。また、インク飛沫による用紙の汚れ等も防ぐことができ、より高画質の画像を形成することができる。
【００８５】
さらに、図１３（Ｂ）のように、放電電圧によらず一度のインク吐出の終了時間を一定に設定した場合には、階調によって印字速度が低下することを防ぎ、高速印字の要請にも応えることができる。
【００８６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、階調、すなわち、加圧室から吐出するインク量によらず常に一定の電圧が駆動電極に印加され、加圧室でインクの吐出に充分な圧力を得ることができる。また、階調に応じた放電電圧で駆動電極に印加された電圧を放電することによって加圧室から押し出されるインク量を調整することができる。
【００８７】
したがって、放電開始時の振動板の初期位置（加圧室の容積）が、大径印字から小径印字の間で一致する。このため、常に一定でかつ強い圧力でインクを飛翔させることができ、インク着弾位置のばらつきを低減して高品質の画像を形成することができる。また、請求項１記載の発明は、振動板が放電終了時の電圧に相当する位置まで復元した後、それ以上インクを吐出することなく振動板を初期位置に戻すことができ、次の印字に備えることができる。さらに、放電後に一時的に電圧を一定に保つことによって、インク液滴の切れが良くなり、いっそう吐出インク量の制御性が高まる。また、インク飛沫による用紙の汚れ等も防ぐことができ、より高画質の画像を形成することができる。
【００８８】
また、振動板が放電終了時の電圧に相当する位置まで復元した後、それ以上インクを吐出することなく振動板を初期位置に戻すことができ、次の印字に備えることができる。
【００８９】
また、前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧が初期状態に戻るまでの時間が、放電電圧によらず一定となるように、前記放電電圧に応じた異なる速度を設定することによって、階調によって印字速度が低下することを防ぎ、高速印字の要請にも応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 インクジェットプリンタの概略構成を説明するための斜視図である。
【図２】 図１に示したヘッドユニットの１色分のプリントヘッドを含むキャリッジ周辺の構成を説明するための斜視図である。
【図３】 図２に示したプリントヘッドを説明するための分解斜視図である。
【図４】 図３に示したチャネルプレートを説明するための上面図である。
【図５】 本実施の形態１におけるインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。
【図６】 図５に示した振動板の動作説明に供する図である。
【図７】 図５に示したチャネルプレートの形成工程の説明に供する図である。
【図８】 インクジェットプリンタの動作を制御する制御系のブロック図である。
【図９】 図８に示した振動板駆動制御回路を説明する図である。
【図１０】 図９の振動板駆動制御回路に記憶される波形データを例示する図である。
【図１１】 （Ａ）〜（Ｄ）は、いずれも図１０に示した波形データの一例を示した図である。
【図１２】 図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示した条件で印字した場合の印字ドット径を説明する図である。
【図１３】 （Ａ）は比較参考例を示した図であり、（Ｂ）は、図９に示した制御回路から出力される電圧波形の他の例を示した図である。
【符号の説明】
３１…インクジェットヘッド、
５１…加圧室、
５２…インク供給室、
５４…ノズル、
５５…振動板、
５６…第１電極、
７１…空間、
７２…駆動電極、
９０…プリンタ制御手段、
９１…電源制御手段、
９２…ヘッド駆動制御回路、
９３…振動板駆動制御回路。

Claims (1)

1. 加圧室に設けられた振動板と、当該振動板に対向して設けられた駆動電極とから構成され、前記振動板を静電気力で変形させることによって記加圧室から吐出するインク量を調整し、印字される画像の階調を制御するインクジェットヘッドの駆動装置であって、
   階調によらず一定の電圧を前記振動板と前記駆動電極との間に印加する一方、階調に応じた放電電圧で前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧を放電する放電データを記憶する放電データ記憶手段と、
   階調に応じて放電データを選択し、選択された放電データに基づいて前記振動板と前記駆動電極間との間に電圧を印加する電圧印加制御手段とを有し、
   前記放電データ記憶手段に記憶される放電データは、前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧の放電後、一時的に電圧を一定に保った後に、放電時の電圧降下速度よりも遅く、前記放電電圧に応じた異なる速度で前記振動板、前記駆動電極間にかかる電圧を降下させるものであり、
   前記放電電圧に応じた異なる速度は、前記振動板と前記駆動電極との間に印加された電圧が初期状態に戻るまでの時間が、放電電圧によらず一定となるように設定されることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装置。

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