JP5286757B2

JP5286757B2 - インクジェット記録装置

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Publication number: JP5286757B2
Application number: JP2007310050A
Authority: JP
Inventors: 信吾浦木
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: EP2065196B1; US20090141058A1; EP2065196A1; ATE517750T1; JP2009131782A; US8016377B2

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関する。

液晶表示装置は、電界を利用して液晶の光透過率を調節することで画像を表示する。このような液晶表示装置は、上下部基板に対向するように配置された画素電極と共通電極の間に形成される電界によって液晶を駆動する。

液晶表示装置は、互いに対向して合着された薄膜トランジスタ・アレイ基板（下板）及びカラーフィルタ・アレイ基板（上板）と、これら二つの基板の間においてセルギャップを一定に維持させるためのスペーサー粒子（以下、スペーサーと記す場合がある）と、そのセルギャップに満たされた液晶とを具備する。

薄膜トランジスタ・アレイ基板は、多数の信号配線及び薄膜トランジスタと、それらの上に液晶配向のために記録された配向膜から構成される。カラーフィルタ・アレイ基板は、カラー具現のためのカラーフィルタ及び光漏れの防止のためのブラック・マトリックスと、それらの上に液晶配向のために記録された配向膜から構成される。

従来このスペーサーは、スペーサー散布装置を用いて基板上にスプレー法等で散布されている。

しかし、このような散布を行うと、スペーサーが不均一に分布する傾向がある。特に、表示画素内でスペーサーの凝集があると、それが認識され表示品位が低下するというような問題点も生じる。また、ＴＦＴ等の能動素子を設けた基板を用いた場合には、突出したＴＦＴ部分にスペーサーがあると、基板に力がかかった時に、ＴＦＴが破損しやすいというような問題点もあった。

このため、スペーサーを配置する場所を指定して、ＴＦＴ部分を避けたり、遮光膜部分に配置したりすることが望まれている。これを解決するために、スペーサーを印刷により配置する方法や、インクジェット記録装置を用いて特定の位置に供給することが提案されている。

これらの中で、インクジェット記録装置による供給は、ほぼ正確な位置に１個ずつスペーサーを配置していくことが可能であり、多数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いれば同時に多数のスペーサーを指定位置に配置できるので生産性が良いという利点を有する。

しかしながら、このスペーサー吐出用インクジェット記録装置においては、通常のインクよりも吐出異常が起こりやすいという問題があった。

従来、このような問題を解決するための技術として、吐出状態を観察してメンテナンスを行うことが提案されており、スペーサーの吐出をカメラで観察してヘッドのクリーニングを行う技術（特許文献１）、スペーサーの塗布状態を早期に検出して、必要な修復を行う技術（特許文献２）、等が知られている。
特開平１１−３１６３８０号公報特開２００７−２５３３４号公報

スペーサー吐出用インクジェット記録装置においては、通常の着色インクとは異なり通常径が数μｍというような大きな径のスペーサーという粒が溶媒に分散されたインクを用いて、スペーサーを吐出することになるため、通常のインクよりも吐出時にミストやサテライトが出やすい。これにより液滴が振動して着弾が乱れてしまうため、インク滴を安定に吐出させるための対策が必要となった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、スペーサーが分散されたインクを安定吐出することができ、インク滴の着弾精度が良好なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。
１．
粒径１〜１０μｍのスペーサー粒子が分散されたインクを基板上に吐出するノズルと、
前記ノズルに連通した圧力室と、
電圧パルスの印加により前記圧力室の容積を変化させる電気・機械変換手段と、
を有するヘッドを備え、
前記電気・機械変換手段に前記圧力室の容積を膨張させ所定時間後に収縮させる第１のパルスを含む電圧パルスを印加することにより前記ノズルから前記インクを吐出させるインクジェット記録装置であって、
前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの２倍以上になるように設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
２．
前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの偶数倍になるように設定されていることを特徴とする前記１に記載のインクジェット記録装置。
３．
前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの奇数倍になるように設定されていることを特徴とする前記１に記載のインクジェット記録装置。
４．
前記電気・機械変換手段は、隣接する前記圧力室間の隔壁を形成し、且つ電圧パルスを印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。
５．
前記電圧パルスは、前記第１のパルスに後続し、前記圧力室の容積を収縮させ所定時間後に膨張させる第２のパルスを含むことを特徴とする前記１乃至４の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。
６．
前記第１のパルスは矩形波からなるパルスであることを特徴とする前記１乃至５の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。
７．
前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの１２倍以下になるように設定されていることを特徴とする前記１乃至６の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。

本発明によれば、スペーサーが分散されたインクを安定吐出することができ、インク滴の着弾精度が良好なインクジェット記録装置を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の本発明の実施の形態における断定的な説明はベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
＜第１の実施形態＞
＜インクジェット記録装置＞
本発明に係るインクジェット記録装置の第１の実施の形態の主要部を示す斜視図である図１及びインクジェット記録装置にて使用されるヘッドの斜視部である図２を用いて説明する。なお。図２はヘッドの概略図であり、電極等は省略してある。

インクジェット記録装置１００において、１はキャリッジであり、タイミングベルト２の一部に結合されており、キャリッジモータ３の正逆回転により駆動され、ガイド部材４に案内されて、図の矢印Ｘで示すように、ＸＹθステージ５に沿って平行に往復移動できるように構成されている。

７は、スペーサー粒子が分散されたインクを吐出するヘッドで、薄膜トランジスタ・アレイ基板６の搬送方向と直角方向に形成されたインク吐出用の多数のノズル１３を有し、キャリッジ１と一体的に構成されている。

ヘッド７には、少なくとも一部が圧電素子からなる隔壁で仕切られた筒状の複数の圧力室８０と複数の空気室８０Ａが交互に形成され、圧力室８０はそれぞれ一端で共通液室８に連通しインクが流れ込むようになっている。そして、それぞれの圧力室８０の他端は、ノズル面１７に形成された複数のノズル１３に連通し、各圧力室８０にて圧電素子により加圧されたインクは、各ノズル１３から吐出されるようになっている。空気室８０Ａはそれぞれ一端で共通液室８に連通せずインクが流れ込まないようになっている。そして、それぞれの空気室８０Ａの他端は、ノズル面１７の複数のノズル１３は形成されていない。

なお、圧電素子は、本実施形態における電気・機械変換手段に相当する。

ここで、流路は、本実施形態のようにインクが供給される圧力室として機能するものと、インクが供給されない空気室として機能するものとが交互に配置されるものでもよいし、また、空気室を設けずに全て圧力室として機能させるようにしたものであってもよい。前者の場合、圧力室の隔壁がせん断変形しても、隣接した他の圧力室に影響することがなく、隔壁の駆動が容易である。

本実施形態では、少なくとも一部が圧電素子で構成され所定方向に分極された隔壁と、この隔壁によって隔てられた複数の圧力室と、上記隔壁に設けられた駆動電極とを備えており、この駆動電極に所定の電圧パルスを選択的に印加することにより隔壁に電界を作用させて隔壁に剪断変形を生じさせ、インク滴を吐出するように構成している。

そして、共通液室８の上部において、供給口が形成されており、供給口がインク連結口９に連通するように構成されている。

インクが吐出される多数のノズル１３はＸＹθステージ５に対向して配設され、ＸＹθステージ５上の薄膜トランジスタ・アレイ基板６に対して記録を行う。

薄膜トランジスタ・アレイ基板６はＸＹθステージ５とともに、搬送モータ１１により、図の矢印Ｙで示す方向に搬送される。

１４は、ヘッド７のノズル面１７を被覆するキャッピング手段であり、薄膜トランジスタ・アレイ基板が搬送される領域よりも外側に設けられている。また、キャッピング手段１４は、ヘッド７から吐出されたインクを回収するインク回収手段としての機能を有する。

１５はクリーニング手段であり、キャリッジ１が往復移動する際に、ヘッド７のノズル面１７に当接し、清掃をする。また、クリーニング手段１５は、キャッピング手段１４と同様に薄膜トランジスタ・アレイ基板が搬送される領域よりも外側に設けられており、かつ、キャッピング手段１４よりも薄膜トランジスタ・アレイ基板の搬送される領域に近い側に配設されている。

１８は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ワークメモリ等からなる制御手段で、インクジェット記録装置１００の一連の動作、例えば、搬送モータの駆動、ヘッド７の移動並びに液滴の吐出、キャッピング手段１４によるキャッピング動作、スペーサー濃度調整部６００、駆動信号発生部５００等を制御する。また、制御手段１８は、後述する電圧パルスを生成するための回路が設けられる駆動信号発生部５００（図５参照）を介してヘッド７と接続される。

１９はケーブルで、ヘッド７のコネクタ１２と制御手段１８との電気的結合を達成している。

２１は、ヘッド７から予備吐出されキャッピング手段１４で回収されたインクを貯溜するための廃液タンクである。

２２は、光電センサ等からなるホームポジションセンサで、キャリッジ１の側面を感知し、キャリッジ１の待機位置、即ち、キャッピング手段１４によりヘッド７のノズル面１７が被覆される位置を検出する。

装置が記録開始されると、制御手段１８からの記録開始を示す制御信号に基づいて、キャッピング位置にあるヘッド７は、キャリッジモータ３により記録領域のスタート位置に移動し位置を固定する。制御手段１８からの吐出データに基づく電気信号が駆動信号発生回路５００を介してヘッド７の圧電素子に付与されると、スペーサー粒子が分散されたインクを適宜のノズルから吐出し、ＸＹθステージ５上の薄膜トランジスタ・アレイ基板に記録する。薄膜トランジスタ・アレイ基板は、ヘッド７からのインクの吐出に合わせて矢印Ｙ方向に送り出され、所定の吐出データに伴う処理が終了するまで、上記の記録動作がすすめられる。

具体的には、スペーサー８２の分散液を後述する所定領域（図３参照）に散布して、溶媒を揮発させることによりスペーサー８２を所定領域に配設することが可能となる。
＜スペーサーが分散されたインク＞
本実施形態で使用されるスペーサー８２は、ヘッド７のノズルから吐出可能な径のスペーサーであれば使用できる。スペーサーの径は使用目的より異なるが、液晶表示素子の場合には、液晶装置に封入される液晶層の厚み（セル厚）に合わせてそれぞれ設定され、通常１〜１０μｍ程度とされる。径は、体積平均粒径で定義される。一般の顔料分散インクの顔料粒径（φ０．１μｍ）より遙かに大きい。また、ヘッド７のノズル１３の直径は、φ２０〜４０（μｍ）が好ましく、本実施形態では、φ３０（μｍ）のノズルを用いている。このノズルの直径とは、ノズル部のインク吐出側の先端位置での断面における直径を意味し、断面円形の場合は直径をさし、断面形状が円でない場合、断面積を同じ面積の円形に置き換えた場合の直径とする。

また、これらスペーサー８２は、例えば二酸化珪素やポリスチレン等の樹脂からなる球状部材にて構成することができる。

スペーサーを分散させる溶媒は、ヘッド７から吐出できる溶媒であればよく、通常は揮発性の有機溶媒または希釈液系溶媒またはそれらの混合溶媒が用いられる。スペーサーと溶媒との比率は、ヘッド７のノズルから吐出可能な範囲で適宜設定されればよい。

スペーサーの濃度が低い方が好ましいが、１つの液滴に１粒以上は含ませることが好ましく、スペーサーが０．５体積％以上が好ましく、２０体積％以下がより好ましい。例えば、１５ピコリットルの液滴とφ４μｍの球状スペーサー粒子の体積比は、４３４：１であり、１体積％であると１滴当たり平均４個の球状スペーサー粒子が含まれることになる。

本実施形態においては、希釈液、イソプロピルアルコール、エタノール等から選択される単一の溶媒又は２種以上の混合溶媒に、スペーサー８２を超音波等により所定の濃度で均一に分散したスペーサー分散溶液を用意する。
＜基板上のスペーサーの配置＞
図３（ａ）は実施形態に係る薄膜トランジスタ・アレイ基板６を示す平面図で、図３（ｂ）は図３（ａ）の線III−III’に沿って切り取った薄膜トランジスタ・アレイ基板６を示す断面図である。

図３（ａ）、図３（ｂ）を参照すれば、薄膜トランジスタ・アレイ基板は、下部基板５１上に選択的に幅が異なるように形成されたゲートライン５２と、ゲートライン５２にゲート絶縁膜６２を介して交差するように形成されたデータライン１５４と、その交差部毎に形成された薄膜トランジスタ８１と、その交差構造に用意された画素領域８４に形成された画素電極７２と、画素電極７２とゲートライン５２の重畳部に形成されたストレージ・キャパシタ７８と、ゲートライン５２と重畳するように形成されるスペーサー８２とを具備する。

ゲートライン５２は薄膜トランジスタ８１のゲート電極５６にゲート信号を供給する。このようなゲートライン５２は、画素領域８４を定義するライン部５２ａと、ライン部５２ａから突出した突出部５２ｂからなる。ライン部５２ａは、幅ｄ１を持つように形成されていて、突出部５２ｂによる画素電極７２の開口率の減少を防止する。突出部５２ｂは、スペーサー８２がインクジェット記録装置１００により噴射されて形成される領域において、ライン部５２ａより相対的に広い幅ｄ２に形成される。例えば、突出部５２ｂは、データライン１５４と平行な幅が約３０〜５０μｍに、データライン１５４と垂直な幅が約３０〜５０μｍに形成される。このような突出部５２ｂは円形形態のスペーサー８２の幅より広い円形に形成される。

スペーサー８２は、薄膜トランジスタ・アレイ基板とカラーフィルタ・アレイ基板との間のセルギャップを維持する。このようなスペーサー８２は、カラーフィルタ・アレイ基板のブラック・マットリックス（図示しない）と重畳されるゲートライン５２の突出部領域にインクジェット記録装置１００を利用して形成される。すなわち、スペーサー８２はストレージ・キャパシタ７８と重畳するように形成される。

以上のように、透明な液晶電極にはスペーサーを置かず、不透明なゲートライン５２の上に置くと画質を劣化させず好適である。インクジェット方式はこのような特定の場所にスペーサー粒子を配置できるため理想的な手段である。
＜インク供給系＞
次に、図４を用いてスペーサー濃度調整部６００を備えたインク供給系の実施形態について説明する。図４（ａ）は本発明に係るインクジェット記録装置に適用されるインク供給系の実施の形態を示す概念図である。インク流路２３は大気遮断された流路であり、使用されるインクはスペーサー粒子が分散されたインクである。また、図４（ｂ）は、スペーサー濃度調整部６００の詳細を示す概念図である。

４０は、大気連通孔を有するサブタンクであり、内部にはスペーサー濃度調整部により所定の濃度に調整されたスペーサー粒子が分散されたインクが貯蔵され、インク流路２３を通り、ヘッド７に供給される。

インクタンク２０には、高濃度のスペーサー粒子が分散されたインクが貯蔵されている。本実施形態では、１０（体積％）のスペーサー粒子が分散されたインクが貯蔵されている。

希釈液タンク４０３には、高濃度のスペーサー粒子が分散されたインクを希釈するための希釈液が貯蔵されている。希釈液は、スペーサー粒子が分散されたインクを構成する溶媒と同一または類似の化合物を使用することが好ましい。

流路２４は、インクタンク２０及び希釈液タンク４０３とサブタンク４０を接続する流路であり、スペーサー濃度調整部６００を備える。

本実施形態においては、高濃度のスペーサー分散インクと希釈用液体を所定の割合で混合するスペーサー濃度調整部を備える。具体的には、例えば図４に示すように希釈液タンク４０３から供給される希釈液とインクタンク２０からに供給される高濃度のスペーサー分散インクをそれぞれのポンプＭＰ１２、ＭＰ１１を用いて一定の比率で希釈液と高濃度インクを輸送し混合してサブタンク４０に供給する。

具体的には、希釈液タンク４０３内の希釈用液体と、インクタンク２０内の高濃度のスペーサー分散インクとは、それぞれ希釈液輸送ポンプＭＰ１２及びインク輸送ポンプＭＰ１１を用いて混合され、混合された一定のスペーサー濃度のインクとしてサブタンク４０に供給されている。

ここで、本実施形態における高濃度のインクと希釈液を混合して希釈することに関して説明する。図４（ｂ）は、希釈液輸送ポンプＭＰ１２およびインク輸送ポンプＭＰ１１を交互に駆動して高濃度のインクと希釈液とを交互に混合流路Ｌ１３へ送り込む様子を例として示しており、交互に送り込まれた高濃度のインクと希釈液は混合流路Ｌ１３を進む間に相互に拡散、混合されて希釈されたインク混合液となり、サブタンク４０へ供給される。なお、図４（ｂ）では省略してあるが、各ポンプＭＰ１１，ＭＰ１２は各々駆動回路を介して制御手段１８に接続されており、ポンプの駆動は、制御手段１８により制御させる。

希釈液輸送ポンプＭＰ１２及びインク輸送ポンプＭＰ１１を駆動するそれぞれの駆動時間Ｔ１（希釈液を輸送する期間）及びＴ２（インクを輸送する期間）の割合で高濃度のインクと希釈液との混合比率を決めることができる。

尚、本実施形態にあるポンプＭＰは、圧電素子により駆動されるマイクロポンプを示している。

本実施形態では、サブタンク４０内にインクのスペーサー濃度を得るための濃度センサ４０２、インクタンク２０内にインクのスペーサー濃度を得るための濃度センサ２０２を設けており、所望の濃度のインク混合液をヘッド７に安定して供給することができる。

また、キャッピング手段１４から廃液タンク２１の流路の途中には吸引ポンプ２８が設けられており、キャッピング手段１４内のインクやヘッド７のノズル１３からインクを吸引して廃液タンク２１に送り込むこともできる。

吸引ポンプ２８は、流路を可撓性のもので構成し、複数のローラ等の押圧部材でそのチューブの一部をチューブの長手方向に順次押しつぶすことで、インクを流動させる形式のものや、このほか公知の種々の形式のものが用いられる。

インクジェット記録装置１００において、インク中のスペーサー濃度を変更してインクを置換する場合、連通弁５４を連通させ、希釈液輸送ポンプＭＰ１２およびインク輸送ポンプＭＰ１１を交互に駆動しながら、ヘッド７のノズル面１７をキャッピング手段１４により封止して、キャップと接続されている吸引ポンプ２８によりキャップ内に負圧を発生させることにより、新たな濃度のスペーサー粒子が分散されたインク液をヘッド７内に流し、置換前の濃度のスペーサー粒子が分散されたインクと新たな濃度のスペーサー粒子が分散されたインクを完全に置換する。この時発生した廃液は、廃液タンク２１に保持される。

また、図４において、２０１はインクタンク２０内に設けられた撹拌スクリュー、４０１はサブタンク４０内に設けられた撹拌スクリューである。

このように、サブタンク４０に撹拌スクリュー４０１をインク中に設置し、また、インクタンク２０に撹拌スクリュー２０１をインク中に設置し、各々をモーターで高速に回転させるようにしている。この撹拌スクリュー２０１、撹拌スクリュー４０１はヘッド７からのインク吐出に関わらず、常時回転させるようにしてある。この撹拌スクリューの回転によって、サブタンク４０、インクタンク２０に貯留されているインクにせん断力を与え、インク中に含有されているスペーサー粒子の凝集等を防止し、また撹拌スクリュー４０１は、送られてきたインク混合液を均一に混合する。
＜ヘッドの駆動方法＞
図５は、図２に示すヘッド７の断面図であり、インク吐出時の作動を示す図である。同図において、１３はノズル、１２４はカバープレート、２６は基板、２７は隔壁である。そして、圧力室８０、空気室８０Ａが隔壁２７、カバープレート１２４及び基板２６によって形成されている。

ヘッド７は、ここでは図５に示すように、カバープレート１２４と基板２６の間に、圧電素子であるＰＺＴ等の圧電材料からなる複数の隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃで隔てられた圧力室８０と空気室８０Ａが交互に多数並設されたせん断モード（シェアモード）タイプのヘッド７を示している。図５では多数の圧力室８０と空気室８０Ａの一部である３本が示されている。圧力室８０の一端（以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材に形成されたノズル１３につながり、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）は共通インク室８に接続されている。そして、各圧力室８０、空気室８０Ａ内の隔壁２７表面には両隔壁２７の上方から基板２６の底面に亘って繋がる電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが密着形成され、各電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃは駆動信号発生部５００に接続している。この駆動信号発生部５００は、電圧パルスを出力する。

また、各電極のインクに接する表面は、絶縁性の保護膜が形成されている。保護膜としては、ポリパラキシリレンが好適である。

各隔壁２７は、ここでは図５の矢印で示すように分極方向が異なる２枚の圧電材料２７ａ、２７ｂによって構成されているが、圧電材料は例えば符号２７ａの部分のみであってもよく、隔壁２７の少なくとも一部にあればよい。

各隔壁２７表面に密着形成された電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃに駆動信号発生部５００の制御により電圧パルスが印加されると、以下に例示する動作によって圧力室８０内のスペーサー粒子が分散されたインクを液滴としてノズル１３から吐出する。

まず、電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃのいずれにも電圧パルスが印加されない時は、隔壁２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃのいずれも変形しないが、図５（ａ）に示す状態において、電極２９Ａ及び２９Ｃを接地すると共に電極２９Ｂに圧力室８０の容積を膨張させ所定時間後に収縮させる矩形波からなる第１のパルスを印加すると、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁２７Ｂ、２７Ｃ共に、それぞれ隔壁２７ａ、２７ｂの接合面にズリ変形を生じ、図５（ｂ）に示すように隔壁２７Ｂ、２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、圧力室８０の容積を拡大して圧力室８０内に負の圧力が生じてインクが流れ込む（Ｄｒａｗ）。

また、この状態から電位を０に戻すと、隔壁２７Ｂ、２７Ｃは図５（ｂ）に示す膨張位置から図５（ａ）に示す中立位置に戻り、圧力室８０内のインクに高い圧力が掛かる（Ｒｅｌｅａｓｅ）。次いで、図５（ｃ）に示すように、隔壁２７Ｂ、２７Ｃを互いに逆方向に変形するように圧力室８０の容積を収縮させ所定時間後に膨張させる矩形波からなる第２のパルスを印加して、圧力室８０の容積を縮小すると、圧力室８０内に正の圧力が生じる（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）。これにより圧力室８０を満たしているインクの一部によるノズル内のインクメニスカスがノズルから押し出される方向に変化する。この正の圧力が液滴をノズルから吐出する程に大きくなると、液滴はノズルから吐出する。他の各圧力室も電圧パルスの印加によって上記と同様に動作する。このような吐出法をＤＲＲ駆動法と呼び、シェアモードタイプのヘッドの代表的な駆動法である。電圧パルスは、矩形波からなるパルスを用いることが好ましく、駆動効率が向上するとともにパルス幅の設定が容易になる。

かかるせん断モードタイプのヘッド７では、隔壁の変形は壁の両側に設けられる電極に掛かる電圧差で起こるので、インク吐出を行う圧力室の電極に負電圧を掛ける代わりに、インク吐出を行う圧力室の電極を接地して、その両隣の空気室の電極に正電圧を掛けるようにしても同様に動作させることができる。この後者の方法によれば、正電圧だけで駆動させることができるために好ましい態様である。

このように正電圧だけで駆動させる吐出動作について図６を用いて更に説明する。

図６は、連続する３つの画素のうち前側の２画素がインク滴を吐出し、後側の１画素はインク滴を吐出しない場合の各電圧パルスの印加タイミングを示すパルス波形であって、単位時間（１画素周期ｔ）当たりに、電圧パルスを印加するための１つのパルス波形を生成し、それぞれのパルス波形を制御することによって、１つの画素を形成するインク滴の吐出、非吐出を設定する場合を示している。このように、空気室８０Ａにあっては第２のパルスが一定周期で継続的に印加される（図６（ｂ）参照）。一方、圧力室８０にあってはインク滴を吐出する場合だけ第１のパルスを印加することで、第１のパルスと第２のパルスで構成される電圧パルスにより１つのインク滴が吐出されて、これらインク滴により基板６上の１ドットを形成するようになっている。図６（ｃ）は、この際の電極間の電位差を示している。尚、この図６に示すパルス波形では、圧力室８０の３つのパルス波形のうち前側の２波形を電圧パルス波形とすることで２画素分のインク滴が連続して吐出される。また、後側の１波形は、第２のパルス波形と同一の波形としている。このため、この後側の第２のパルス波形のパルス電圧が印加されている期間は、圧力室および空気室の電極間に電位差が生じず、上記剪断変形が起こらないため、インク滴は吐出されない。このように、電圧パルス波形のパルスを制御することにより画像データに応じてインク滴のドットを形成することができるようになっている。

図６の電圧パルスでは、第１のパルスの駆動電圧Ｖｏｎ（Ｖ）と第２のパルスの駆動電圧Ｖｏｆｆ（Ｖ）の比を｜Ｖｏｎ｜＞｜Ｖｏｆｆ｜とすることが好ましい。このように｜Ｖｏｎ｜＞｜Ｖｏｆｆ｜の関係とすると、インクチャネル内へのインクの供給を促進する効果があり、特に、高粘度インクで高周波駆動を行う場合に好ましい。なお、この電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｏｆｆの基準電圧は０とは限らない。この電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｏｆｆは、それぞれ基準電圧からの差分の電圧である。また、｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝２とすることがより好ましい。

また、圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの２倍以上になるように設定されており、スペーサーが分散されたインクを安定吐出することができ、インク滴の着弾精度が向上する。

その理由は、第１のパルスの印加開始時の膨張により生じた負の圧力波は圧力室を伝播する際に時間の経過とともに減衰していくので、この圧力波の減衰を利用し、ＡＬの２倍以上経過して減衰した時点で膨張パルスの印加解除による収縮を加えることにより、圧力波同士の重畳が抑えられることにより、液滴の振動が抑制されて、吐出安定性の向上を図ることができるものと考えられる。

なお、第１のパルスのパルス幅は、あまり長すぎると駆動周期が長くなってしまうため好ましくなく、前記ＡＬの１２倍以下になるように設定されていることが好ましい。

第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの偶数倍に設定されていることにより、第１のパルスの印加開始時の圧力波と印加解除時の圧力波の位相が逆位相となり、圧力波同士の重畳が抑えられ、より安定的に吐出でき、インク滴の着弾精度がさらに向上するため好ましい。

第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの奇数倍に設定されていることにより、第１のパルスの印加開始時の圧力波と印加解除時の圧力波の位相が同位相となり、圧力波同士の重畳により大きな正圧が生じるため、より低い駆動電圧で吐出でき、好ましい。

第２のパルスのパルス幅ＰＷ２は３ＡＬに設定することが好ましく、サテライトの発生を抑制し、より安定的なインク吐出ができる。

なお、ＡＬ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＬｅｎｇｔｈ）とは、圧力室の音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、圧電素子である隔壁２７に矩形波の電圧パルスを印加して吐出する液滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、液滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。また、パルスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、０Ｖを０％、波高値電圧を１００％とした場合に、パルス幅とは、電圧の０Ｖからの立ち上がり１０％と波高値電圧からの立ち下がり１０％との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／２、好ましくは１／４以内であるような波形を指す。

続いて、各画素内における電圧パルスの選択方法について、図７を用いて説明する。

駆動信号発生部５００は、複数の電圧パルスを含む一連の駆動信号を各画素周期毎に発生する駆動信号発生回路と、各圧力室毎に前記駆動信号発生回路から供給された駆動信号の中から各画素のデータに応じて電圧パルスを選択して各圧力室に供給する電圧パルス選択回路とからなり、各画素のデータに応じて圧電素子としての隔壁２７を駆動するための電圧パルスを供給する。この電圧パルスには、第１のパルス（ＯＮ波形）と第２のパルス（ＯＦＦ波形）とを含んでいる。

図７のＯＮ波形およびＯＦＦ波形は、駆動信号発生回路が生成する２種類の駆動信号を示す。この駆動信号は、第１のパルスと第２のパルスで構成される３画素分の電圧パルス（１）、（２）、（３）で構成されており、前述のように前側の２画素にインク吐出する例である。ＯＮ波形およびＯＦＦ波形は、各圧力室の電圧パルス選択回路にそれぞれ供給されており、各圧力室の印字データに応じたパルス選択ゲート信号の制御により、各圧力室の電極へ選択的に供給される。電圧パルス選択回路は、パルス選択ゲート信号がＨｉｇｈのときにはＯＮ波形を圧力室の電極に供給し、パルス選択ゲート信号がＬｏｗのときにはＯＦＦ波形を圧力室の電極に供給する。図７は、各圧力室駆動の３画素周期分を表記している。

各電圧パルスの印加前の期間および印加後の期間には、それぞれパルス分割信号が印加される。画素の印字データが与えられると、それに応じてパルス分割信号に同期したパルス選択ゲート信号がＯＮとなる。圧力室に対応するパルス選択ゲート信号がＯＮである期間（図７の（１）〜（２））は、圧力室の電極には駆動波形のＯＮ波形が印加され、また、空気室の電極には常にＯＦＦ波形が印加されるため、圧力室の両側の隔壁が変位する。また、図７の（３）の期間は、圧力室のパルス選択ゲート信号がＯＦＦであるため、圧力室及び空気室の電極にはＯＦＦ波形が印加されて、いずれの隔壁も変位しない。

また、駆動信号発生回路は、パルス幅がＡＬの２倍以上に設定された第１のパルス（ＯＮ波形）を出力可能に構成されており、制御手段１８からの信号に基づいて、ＡＬの２倍以上の所定のパルス幅の第１のパルス（ＯＮ波形）が、電圧パルス選択回路へ供給される。

以上の実施形態においては、スペーサー粒子が分散されたインクを基板上に吐出するノズルと、前記ノズルに連通した圧力室と、電圧パルスの印加により前記圧力室の容積を変化させる電気・機械変換手段と、を有するヘッドを備え、前記電気・機械変換手段に前記圧力室の容積を膨張させ所定時間後に収縮させる第１のパルスを含む電圧パルスを印加することにより前記ノズルから前記インクを吐出させるインクジェット記録装置であって、前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記第１のパルスのパルス幅が、ＡＬの２倍以上となるように設定されている。

このことにより、スペーサーが分散されたインクを安定吐出することができ、インク滴の着弾精度が良好なインクジェット記録装置を提供することができる。

図１のインクジェット記録装置を使用し、ヘッド７のノズル径を３０μｍ、用いるインクのスペーサー径を５μｍとスペーサー濃度２（体積％）とし、第１のパルスのパルス幅ＰＷ１を変更しながら、それぞれ記録動作を行った場合の、インク滴の位置精度σｘ、σｙ、駆動電圧（Ｖｏｎ）、吐出されるインク滴体積を測定した。

電圧パルスは、第１のパルスの駆動電圧Ｖｏｎと第２のパルスの駆動電圧Ｖｏｆｆの比（｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜）を２とし、第２のパルスのパルス幅ＰＷ２を３ＡＬ（１８．６μｓｅｃ）に設定し、インク滴の飛翔速度が４ｍ／ｓとなる駆動電圧（Ｖｏｎ）で第１のパルスのパルス幅ＰＷ１を１ＡＬ（６．２μｓｅｃ）からＡＬの１２倍（１２ＡＬ：７４．４μｓｅｃ）まで０．５ＡＬおきに変化させ、インク滴の位置精度σｘ、σｙ、駆動電圧（Ｖｏｎ）、吐出されるインク滴体積を測定した。

着弾位置精度σｘ、σｙは具体的には、同一のノズルから吐出された１００個のインク滴の基板６上での着弾位置ずれ量を測定したときの標準偏差を示し、σｘはノズル列方向の成分、σｙはノズル列と垂直方向の成分を示す。σｘ、σｙが小さいほど位置精度が向上していることを示す。

図８にパルス幅ＰＷ１とインク滴の着弾位置精度σｘ、σｙの測定結果のグラフを、図９にパルス幅ＰＷ１と駆動電圧のグラフを、図１０に、パルス幅ＰＷ１とインク滴体積のグラフをそれぞれ示す。

図８より、パルス幅ＰＷ１が、ＡＬの２倍（２ＡＬ）以上という条件を満たさない比較例（１ＡＬ、１．５ＡＬ）に比べて、条件を満たす本発明（２ＡＬ〜１２ＡＬ）では、パルス幅の増加と共に着弾位置精度σｙが向上し、ＡＬの２倍（２ＡＬ）を超えると着弾位置精度σｘも向上していることがわかる。

さらに第１のパルスのパルス幅ＰＷ１が、ＡＬの偶数倍（２ＡＬ、４ＡＬ、６ＡＬ、８ＡＬ、１０ＡＬ、１２ＡＬ）である場合には、着弾位置精度σｙが著しく向上している。

また、図９より、第１のパルスのパルス幅ＰＷ１が、ＡＬの奇数倍（３ＡＬ、５ＡＬ、７ＡＬ、９ＡＬ、１１ＡＬ）である場合には、駆動電圧が低下していることがわかる。

インクジェット記録装置の第１の実施の形態の主要部を示す斜視図である。インクジェット記録装置のヘッドの斜視図である。（ａ）は薄膜トランジスタ・アレイ基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の線III−III’に沿って切り取った薄膜トランジスタ・アレイ基板を示す断面図である。（ａ）はインクジェット記録装置に適用されるインク供給系の実施の形態を示す概念図であり、（ｂ）は、スペーサー濃度調整部の詳細を示す概念図である。（ａ）〜（ｃ）はヘッドのインク吐出時の作動を示す断面図である。インク吐出時に圧力室、空気室に印加されるパルス波形のタイミングチャートである。インク吐出時にパルス波形が圧力室、空気室に選択的に印加される例を示すタイミングチャートである。パルス幅ＰＷ１とインク滴の着弾位置精度のグラフを示す図である。パルス幅ＰＷ１と駆動電圧のグラフを示す図である。パルス幅ＰＷ１とインク滴体積のグラフを示す図である。

符号の説明

１キャリッジ
６基板
７ヘッド
８共通液室
９インク連結口
１３ノズル
１４キャッピング手段
２０インクタンク
２１廃液タンク
４０サブタンク
１００インクジェット記録装置

Claims

粒径１〜１０μｍのスペーサー粒子が分散されたインクを基板上に吐出するノズルと、
前記ノズルに連通した圧力室と、
電圧パルスの印加により前記圧力室の容積を変化させる電気・機械変換手段と、
を有するヘッドを備え、
前記電気・機械変換手段に前記圧力室の容積を膨張させ所定時間後に収縮させる第１のパルスを含む電圧パルスを印加することにより前記ノズルから前記インクを吐出させるインクジェット記録装置であって、
前記圧力室における圧力波の音響的共振周期の１／２をＡＬとしたとき、前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの２倍以上になるように設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの偶数倍になるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの奇数倍になるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
前記電気・機械変換手段は、隣接する前記圧力室間の隔壁を形成し、且つ電圧パルスを印加することによりせん断モードで変形する圧電材料により構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。
前記電圧パルスは、前記第１のパルスに後続し、前記圧力室の容積を収縮させ所定時間後に膨張させる第２のパルスを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。
前記第１のパルスは矩形波からなるパルスであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。
前記第１のパルスのパルス幅が、前記ＡＬの１２倍以下になるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。