JPH11300955A - インクジェットヘッドの駆動装置およびインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電アクチュエータ式のインクジェットヘッ
ドの駆動装置において、電極に残留する電荷の影響を少
なくして良好な画像を得ることが可能な駆動装置を提供
する。 【解決手段】 ノズルと、ノズルに連通した加圧室と、
加圧室内の圧力を変えるための振動板と、振動板に設け
られた第１電極と、第１電極と対向する位置に空間を隔
てて設けられた第２電極と、を有し、第１および第２電
極間に電圧を印加することにより振動板を変形させるこ
とで、加圧室内のインクをノズルから液滴として吐出さ
せるインクジェットヘッドを駆動するための駆動装置で
あって、第１および第２電極間に、インクを吐出させる
ための駆動電圧を印加する直前に、インクが吐出しない
程度の予備電圧を印加することにより、ヘッドの駆動履
歴によらず、駆動電圧時において、常に一定量の電荷が
残留しているようにしたことを特徴とするインクジェッ
トヘッドの駆動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【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およびこ
のインクジェットヘッドとその駆動装置とを設けたイン
クジェット式記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式の記録装置に用いられ
るインクジェットヘッドの形態の一つに、静電アクチュ
エータを利用したものがある。

【０００３】このような静電アクチュエータを利用した
インクジェットヘッドは、インクが吐出されるノズルと
連通した加圧室内にインクを導き、この加圧室内に設け
られている振動板を一つの電極（第１電極と称する）と
して、この第１電極と対向する位置にごく僅かな空間を
設けて第２電極を配設し、第１電極と第２電極との間に
電圧を印加することにより、第１および第２電極間に生
じる静電気力によって振動板を変形させて加圧室内の圧
力を変化させ、加圧室内に充填されたインクをノズルか
ら液滴として吐出、飛翔させ、記録媒体上にこのインク
液滴を着弾させて画像形成に用いているものである。

【０００４】このような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は、基本的には、第１
および第２電極間に電圧を印加するものであり、この電
圧の印加により、振動板が加圧室を広げる方向に変形
し、そして、駆動装置が印加していた電圧を急激に遮断
することで、振動板が元に戻ることにより加圧室内の圧
力が高くなって、インク液滴がノズルから突出する。

【０００５】このような駆動装置による駆動において、
以前から、電圧印加後、第１および第２電極間に電荷が
残留し、これにより画像むらが発生するといった問題が
あった。これは、インクジェットヘッドからインク液滴
を吐出させる際に連続的にインクジェットヘッドを動作
させて印字する場合と、連続的に印字せずに非動作時間
が長くなる場合とで、電極に残留した電荷量が異なるた
め、駆動電圧を印加による振動板の変形量に違いがでて
しまい、インクの吐出量や吐出速度が変わって、画像に
むらができてしまうものである。

【０００６】このような現象を防止するための最も単純
な方法としては、インクジェットヘッドの振動板に設け
た第１電極を直接アースすることにより電圧の印加を遮
断した後に残留する電荷を逃がす方法がある。

【０００７】また、特開平８−７２２３７号公報には、
非動作中のインクジェットヘッドの第１および第２電極
間を短絡させて、非動作中のインクジェットヘッド周辺
の電極への電圧の印加やその他の電気的ノイズによる影
響を防止するための技術が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、インクジェ
ット式の記録装置におけるインクジェットヘッドの動作
周期、すなわち、ある印字動作から次の印字動作までの
期間を考えた場合、電極をアースしたり、また、非動作
中に第１、第２電極間を短絡させただけでは、インクジ
ェットヘッドの動作周期内で完全に残留電荷を消去仕切
れないことが分かってきた。

【０００９】これは、インクジェットヘッドの構造、特
に振動板を動作させるための電極部分の構造に由来する
ものである。静電アクチュエータを利用したインクジェ
ットヘッドの振動板は、半導体装置製造プロセスを利用
したマイククロマシーン技術により製作するため、振動
板と振動板に設けられた第１電極はシリコン基板から形
成されており、さらに、第１電極の表面には、第２電極
と直接接触した場合でも第１、第２電極間が短絡しない
ように絶縁膜が形成されている。このため、振動板部分
には半導体内に生じる空乏層や絶縁膜などによる静電容
量が存在し、この部分に、動作中に印加した電圧によっ
て残留電荷が蓄積される。そして、この残留電荷を消去
するためには、振動板部分の静電容量を放電させる必要
があり、この放電にかかる時間は、静電容量の時定数に
よって決まるため、例えば絶縁膜として酸化膜を形成し
た場合には、その比誘電率が比較的高く、概算で、１．
０１４ｓｅｃもの時間が必要となる（この時間Ｔは、Ｔ
＝ε^RC、（ただし、ε＝４、Ｒ＝１×１０¹⁰、Ｃ＝１×
１０^-12 により算出））。

【００１０】現在多くのインクジェット式のプリンタ
（静電アクチュエータを利用したもの限らず）において
は、１つのインクジェットヘッドにおいて連続的に印字
させる場合、その動作間隔は、長いものでも２５０〜５
００μｓｅｃ程度であり、上記のような残留電荷の消去
にかかる時間よりはるかに短く、連続的に印字を行う場
合には、残留電荷を完全に消去することができない。

【００１１】したがって、ある印字から次の印字までの
間隔が短い場合とそれが長い場合とで、電極に蓄積され
ている残留電荷の度合いが異なるため、駆動電圧を印加
したときの振動板の変形量が違って来て、そのためにイ
ンク吐出量が変わり、印字した画素ごとに濃度やドット
の大きさが変わってしまい、再現した画像にむらができ
るなどの問題は、完全に解決するまでに至っていないの
である。

【００１２】このような現象は、前記公報の技術のよう
に、非動作中において第１、第２電極間を短絡させたと
しても同様であり、連続印字する場合の非動作時間では
残留電荷が完全に抜け切れないため、非動作時間の長さ
によって、電極に残留している電荷の度合いが異なるた
め、残留電荷に起因した画質劣化の問題は解決できな
い。

【００１３】そこで、本発明の第１の目的は、第１電極
および／または第２電極での残留電荷による画質劣化を
防止することができるインクジェットヘッドの駆動装置
を提供することである。また、本発明の第２の目的は、
上記のようなインクジェットヘッドの駆動装置を設けた
インクジェット式の記録装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【００１５】（１）ノズルと、該ノズルに連通した加圧
室と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振
動板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位
置に空間を隔てて設けられた第２電極と、を有し、前記
第１および第２電極間に電圧を印加することにより前記
振動板を変形させることで、前記加圧室内のインクを前
記ノズルから液滴として吐出させるインクジェットヘッ
ドを駆動するための駆動装置であって、前記第１および
第２電極間に、前記ノズルから前記インクを吐出させる
ための駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、前記駆
動電圧とは別に、前記第１および第２電極間に、前記ノ
ズルから前記インクが吐出しない程度の予備電圧を印加
する予備電圧印加手段と、を有することを特徴とするイ
ンクジェットヘッドの駆動装置。

【００１６】（２）前記予備電圧印加手段は、前記予備
電圧を、前記駆動電圧より絶対値が低く、かつ、前記駆
動電圧印加より所定時間前に印加することを特徴とする
インクジェットヘッドの駆動装置。

【００１７】（３）前記所定時間は、１０〜２５０μｓ
ｅｃであることを特徴とするインクジェットヘッドの駆
動装置。

【００１８】（４）前記駆動装置は、さらに、前記イン
クジェットヘッド周囲の湿度を測定する湿度測定手段を
有し、前記予備電圧印加手段が、前記湿度測定手段が測
定した湿度に基づき前記所定時間を決定することを特徴
とするインクジェットヘッドの駆動装置。

【００１９】（５）ノズルと、該ノズルに連通した加圧
室と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振
動板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位
置に空間を隔てて設けられた第２電極と、前記第１およ
び第２電極間に、前記ノズルから前記加圧室内に蓄えら
れたインクを吐出させるために前記振動板を変形させる
駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、前記駆動電圧
とは別に、前記第１および第２電極間に、前記ノズルか
ら前記インクが吐出しない程度の予備電圧を印加する予
備電圧印加手段と、を有することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。

【００２０】（６）前記予備電圧印加手段は、前記予備
電圧を、前記駆動電圧より絶対値が低く、かつ、前記駆
動電圧印加より所定時間前に印加することを特徴とする
インクジェット式記録装置。

【００２１】（７）前記所定時間は、１０〜２５０μｓ
ｅｃであることを特徴とするインクジェット式記録装
置。

【００２２】（８）前記インクジェット式記録装置は、
さらに、湿度を測定する湿度測定手段を有し、前記予備
電圧印加手段が、前記湿度測定手段が測定した湿度に基
づき前記所定時間を決定することを特徴とするインクジ
ェット式記録装置。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の一実施の形態を説明する。

【００２４】実施形態１ 図１は、本実施形態１において使用したインクジェット
ヘッドの構造を示す断面図である。

【００２５】このインクジェットヘッド３１は、図示側
面側に設けられているノズル５４、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からなる。

【００２６】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。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。

【００２７】そして、この第１電極５６および駆動電極
７２との間に電圧を印加することにより、振動板５５を
変形して、加圧室５１内の圧力を変えることでインク液
滴をノズル５４から吐出させている。

【００２８】図２は、インク液滴を吐出させる際の振動
板５５の動きを示す図面である。インク液滴の吐出は、
まず、後述する駆動回路の制御により、駆動電圧を印加
する直前、所定時間以内に、インクが突出することのな
い程度の電圧（これを予備電圧と称する）を第１電極５
６と駆動電極７２の間に印加する。その後、第１電極５
６と駆動電極７２との間にインクを吐出させるために、
駆動電圧を印加して、図２Ａに示すように、駆動電圧を
印加したことによって生じる静電気力によって振動板５
５を駆動電極７２側に引き付ける。これにより、図示点
線で示すように振動板５５が駆動電極７２側に撓み変形
する。このときインク供給室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。なお、本実施形
態１では、振動板５５に形成した第１電極５６をアース
されるようにしているので、駆動電圧は、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Ｆ１は、Ｆ１＝１／２・｛εｒεｏＳ
（Ｖ／ｄ）² ｝（ただし式中、εｒは第１電極および第
２電極（駆動電極）間の比誘電率、εｏは真空の比誘電
率、Ｓは電極の面積、Ｖは電圧、ｄは第１電極および第
２電極（駆動電極）間の長さである）により算出され
る。

【００２９】そして、前記駆動電圧を急激に遮断するこ
とで、図２Ｂに示すように、振動板５５自体の回復力に
よって、振動板５５が元に位置に戻ることにより、急激
に加圧室５１内部が加圧されて、インク液滴がノズル５
４から吐出する。

【００３０】このように、インク液滴吐出のための駆動
電圧の印加に先立ち、一定の電圧を予備電圧として印加
することで、第１電極５６には、駆動電圧の印加前に、
常に一定の電荷量が電極に蓄積されて、かつ、その電荷
量は、ある印字から次の印字までの非動作時間が異なる
場合でも同じとなる。このため、インクジェットヘッド
の動作履歴によらず、吐出させるインク液滴の量や吐出
速度を同じにすることができる。したがって、印字され
るドットの濃度や大きさがインクジェットヘッドの動作
状態によって変わることなく良好な画像を再現すること
ができるようになる。

【００３１】次に、このような振動板５５の変形動作を
制御する駆動回路について説明する。

【００３２】図３は、駆動回路の構成を示す回路ブロッ
ク図である。

【００３３】この駆動回路２００は、インクジェットヘ
ッドの振動板５５を動作させるために駆動電極７２に印
加する電圧パルスを作り出す駆動電圧印加手段、および
この駆動電圧の印加の直前に駆動電極７２に予備電圧で
あるプレパルスを印加する予備電圧印加手段として機能
する。

【００３４】この駆動回路２００の構成は、図３に示す
ように、駆動回路全体の制御、および前記した予備電圧
と駆動電圧の印加タイミングを制御している制御回路２
０１と、予備電圧であるプレパルスを発生するプレパル
ス発生回路２０２と、オペアンプやトランジスタ、抵抗
などにより、既存の増幅回路として構成された印加電圧
増幅回路２０３よりなる。ここで、コンデンサとして図
示したものが、第１電極５６および駆動電極７２であ
る。

【００３５】この駆動回路２００の動作を図４に示す各
部の出力波形を参照して説明する。まず、制御回路２０
１では、IN端子に、インクドットを記録媒体に印字する
ための信号であるプリント制御信号が入力されると、こ
のプリント制御信号のパルスを検出して、プレパルス発
生回路２０２に対してプレパルスを発生するように指示
する。これにより図４Ａに示すように、予め決められた
定電圧のプレパスルが発生され、そのまま駆動電極７２
に印加される。

【００３６】また、プリント制御信号のパルスを検出し
た制御回路２０１では、内蔵されているタイマーを動作
させて、一定時間経過後、駆動信号パルスを発生し、こ
の駆動振動パルスが増幅回路２０３により増幅されて、
図４Ｂに示すような波形の駆動電圧パルスが駆動電極７
２に印加される。このとき印加される駆動電圧パルスは
図４Ｂに示したように、徐々に立ち上がり、急激に立ち
下がるようなパルスとしている。これにより、立ち上が
りのときには、徐々に駆動電極７２に電圧が印加され
て、加圧室５１内へのインクの流入がスムーズになる。
一方、立ち下がりにおいては、急激に電圧が遮断される
ことで、振動板が急激に元に戻り、加圧室５１内の圧力
が急に高くなるようにしてインク液滴の突出速度を向上
させる。

【００３７】このような駆動電圧パルスは、基本波形と
してこのようなパルス波形と相似した駆動信号パルスを
制御回路２０１内で作り出し、これを増幅回路２０３に
よって増幅することで、駆動電極７２に印加している。

【００３８】これにより、１つのドットを印字する際に
駆動電極７２に印加される電圧は、図４Ｃに示すよう
に、始めにプレパルスが印加され、その後所定時間後に
駆動電圧パルスが印加されることになる。

【００３９】なお、上記プレパルスの印加は、インクジ
ェットヘッドの構造にもよるが、例えば１つのインクジ
ェットヘッドにおいて複数のノズルが形成されて、複数
のドットを一度に印字できるように構成されたインクジ
ェットヘッドの場合には、インクジェットヘッド３１の
電極構造として、振動板５５側に設けた第１電極５６
は、全てのノズル５４に対して共通とし、駆動電極７２
のみ各ノズル５４に対応して独立となっている。そこ
で、予備電圧であるプレパルスの印加は、実際に印字す
るノズルに関わりなく、各ノズルに対応した全ての駆動
電極７２に印加するようにしている。したがって、特定
のノズルについては、印字を実行しないとき（駆動電圧
を印加しない）でも、予備電圧が印加されることにな
る。

【００４０】このように印字の有無に関わらず、全ての
駆動電極に予備電圧を印加することで、駆動電圧の印加
量（印加する電圧値）の決定に際しては、予備電圧印加
後、その予備電圧による残留電荷量を元に決定すること
で、インクジェットヘッドの非動作時間の長さに関わり
なく、常に一定のドットを印字することができる。本実
施形態１では、予備電圧として＋５Ｖ、駆動電圧として
は振動板５５が駆動電極７２に接触するのに必要な電圧
が２０Ｖであるので、余裕を見て＋２２Ｖ印加するよう
にしている。

【００４１】また、予備電圧印加後、駆動電圧を印加す
るまでの所定時間は、本実施形態１では、常に一定の時
間となるようにしている。この所定時間は、インクジェ
ットヘッドの構造、特に、空間７１や電極の大きさによ
っても異なるが、予備電圧印加後、この予備電圧によっ
て残留する電荷が完全に消えない程度の時間とし、例え
ば１０〜２５０μｓｅｃ程度が好ましい。これは、１０
μｓｅｃ未満の場合には、蓄積された電荷量が高くなり
過ぎ、駆動電圧印加時の振動板の変位量が過多になりド
ット径が大きくなり過ぎるために好ましくない。一方、
２５０μｓｅｃを越える場合には、蓄積された電荷量が
低くなり過ぎ、また、あまり長い時間とした場合にはプ
リンタとしてこの駆動装置を用いた場合には、変位量が
過少になり、ドット径が小さくなり過ぎるため好ましく
ない。すなわち、所定時間を１０〜２５０μｓｅｃに保
つことで振動板の変位量のばらつき（ドット径のばらつ
き）に繋がらないような電荷の蓄積量を制御することが
できる。またこれは、駆動履歴をなくす効果がある。な
お、本実施形態１では、この所定時間を図４Ｃに示され
ているように５０μｓｅｃとしている。

【００４２】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。

【００４３】上記本実施形態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
れるものであり、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。

【００４４】図１に示したインクジェットヘッド３１
は、３つの構成要素からなり、図１を参照すれば、加圧
室５１、インク供給室５２、インレット５３、ノズル５
４、および振動板５５からなるチャネルプレート５０
と、このチャネルプレート５０の図示上側を覆う天板６
０と、チャネルプレート５０に設けられている振動板５
５の対向する位置に空間７１を設けて駆動電極７２を配
置するためのガラス基板７０とからなる。

【００４５】まず、チャネルプレート５０の形成につい
て説明する。チャネルプレート５０の形成には、予め１
００μｍ程度にラッピングしたシリコン基板を使用し
て、図５Ａに示すように、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。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５
３およびノズル５４の形状を規定するための開口を設
け、図５Ｂに示すように、エッチングマスク１０１ａと
する。

【００４６】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。

【００４７】このようにして、図５Ｃ、および図６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、さらに振動板５５がシリコン基板１
００に形成される。ここで形成したチャネルプレート５
０には図６に示されているように、複数の加圧室と複数
のノズルが形成されていて、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。
なお、図６は加圧室５１、インク供給室５２、インレッ
ト５３、ノズル５４などが形成されたシリコン基板表面
の平面図であり、図５は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面
を工程順に示した図面である。

【００４８】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、図５Ｃに示したように、第１電極５
６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。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。

【００４９】次に、駆動電極７２を設けたガラス基板７
０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１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。

【００５０】その後、電極が形成された面全面にＳｉＦ
Ｈ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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】次に、天板６０は、同じくホウケイ酸ガラ
ス基板を使用して、加圧室５２上部にインクカセットか
らのインクを導入させるためのインク供給口（不図示）
を形成したものである。

【００５４】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１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
ンにそれぞれ配線を接続して、インクジェットヘッドが
完成する。

【００５５】次に、本実施形態１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。

【００５６】

【表１】

【００５７】実施形態２ 本実施形態２は、前述した実施形態１において予備電圧
印加後、駆動電圧を印加するまでの所定時間をインクジ
ェットヘッド周囲の相対湿度に基づいて決定するように
したものである。なお、インクジェットヘッドの構成、
および駆動回路のうち湿度に基づく制御以外の部分の構
成などについては、実施形態１と同様であるので、ここ
では、これらの構成についての説明は省略する。

【００５８】このように、インクジェットヘッド周囲の
湿度により所定時間を決定するのは、電極に蓄積された
電荷の消失速度がインクジェットヘッド周囲の湿度によ
って変わるためである。

【００５９】このために、本実施形態２では、湿度セン
サをインクジェットヘッド近傍に設け、この湿度センサ
からの信号を元に、予備電圧印加後、駆動電圧を印加す
るまでの所定時間を決定することとし、ここでは、相対
湿度７０％を境界として、相対湿度７０％以上のときに
は、所定時間を１０〜１００μｓｅｃとし、一方、相対
湿度が７０％未満のときには、所定時間を１００〜２５
０μｓｅｃ、あるいは相対湿度が非常に低くなるような
場合には１００〜５００μｓｅｃとしている。

【００６０】これは、相対湿度が７０％以上のときに
は、湿度が高いために電極に蓄積された電荷が逃げやす
いので、所定時間を短くすることで、駆動電圧印加時に
おいて常に一定の電荷が蓄積された状態を保つようにし
たものである。ここで、１０μｓｅｃより短い場合に
は、蓄積された電荷量が高くなり過ぎ、駆動電圧印加時
の振動板の変位量が過多になりドット径が大きくなり過
ぎるために好ましくない。またこれは、湿度の影響によ
らず、蓄積された電荷の放出は１０μｓｅｃ未満では、
飽和して変化しないためである。

【００６１】一方、１００μｓｅｃを越えて所定時間を
長くした場合には、湿度が高いために予備電圧の印加に
より蓄積された電荷が逃げ切ってしまい、予備電圧を印
加することにより常に一定の電荷が蓄積された状態を保
つことができなくなる。

【００６２】また、相対湿度が７０％未満のときには、
相対湿度が比較的低く、空気が乾燥しているために、電
極に蓄積された電荷が逃げ難いため、所定時間を長くと
り、予備電圧の印加によって蓄積された電荷をある程度
を逃がして常に一定の電荷が蓄積された状態で駆動電圧
を印加することができるようにしたものである。ここ
で、１００μｓｅｃより短い場合には、相対湿度が低い
ために蓄積された電荷がほとんど残っており電極の電荷
量が高すぎて好ましくない。一方、５００μｓｅｃを越
えて長くした場合には、蓄積された電荷量が低く、ま
た、あまり長い時間とした場合にはプリンタとしてこの
駆動装置を用いた場合には、変位量が過少になり、ドッ
ト径が小さくなり過ぎるため好ましくない。すなわち、
所定時間を湿度に応じて変更することで、振動板の変位
量のばらつき（ドット径のばらつき）に繋がらないよう
な電荷の蓄積量を制御することができるのである。また
これは、駆動履歴をなくす効果がある。

【００６３】具体的には、図７に示す回路により、イン
クジェットヘッドの近傍に配設した湿度センサ２１１に
よりインクジェットヘッド周囲の相対湿度を検出して、
検出した湿度に応じた電圧を出力するようにし、この出
力電圧値から実施形態１において示した図２の制御回路
２０１内において、この出力電圧値が一定の値、ここで
は、相対湿度７０％に対応した電圧値を越えたか否かに
より、相対湿度７０％に対応した電圧値を越えていると
きには、所定時間を１０〜１００μｓｅｃとし、一方、
相対湿度が７０％に対応した電圧値未満のときには、所
定時間を１００〜５００μｓｅｃとしている。

【００６４】なお、湿度センサとしては、このようなア
ナログ回路のほか、デジタル湿度センサを使用しても良
い。

【００６５】このように、湿度センサを設けて、インク
ジェットヘッド周囲の相対湿度により所定時間を決定す
ることで、インクジェットヘッド周囲の温度や湿度の変
化によるインク液滴の吐出量や吐出速度が変化すること
なく、これらを常に一定に保つことができ、周囲の環境
変化による画像むらの発生を抑えることが可能となる。

【００６６】なお、本実施形態２では、上述のように相
対湿度７０％を基準として所定時間を変えているが、こ
れに限らずより厳密に、例えば１０％ごと、あるいは２
０％、３０％ごとなど複数の基準を設けて、所定時間を
変更するようにしても良い。

【００６７】実施形態３ 本実施形態３は、インクジェットヘッドの構造が前述し
た実施形態１において示した図１の構造と異なるのみで
あり、駆動装置の構成は実施形態１または実施形態２と
同様である。

【００６８】図８は、本実施形態３において使用したイ
ンクジェットヘッドの構成を示す断面図である。

【００６９】このインクジェットヘッド３２は、インク
液滴を吐出させるノズルの位置を図示上側に設けた以外
は、その他の基本的な構成は実施形態１において使用し
たインクジェットヘッド３１と同様である。すなわち、
このインクジェットヘッド３２は、図示上側に設けられ
ているノズル５８、ノズル５８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５
１、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
を加圧室へ導くインレット５３、および振動板５５に対
向する位置に空間７１により隔てられた駆動電極７２か
らなる。そして、実施形態１同様に、振動板５５には、
ホウ素を拡散することによって形成した第１電極５６が
形成されていて、この第１電極５６および第２電極であ
る駆動電極７２との間に電圧を印加することにより、振
動板５５を変形して、加圧室５１内の圧力を変えること
でインク液滴をノズル５８から吐出させている。このイ
ンクジェットヘッド３２は実際の使用時においては、ノ
ズル５８が下向きとなって使用される。

【００７０】なお、このようなインクジェットヘッド３
２の製造は、天板６０にノズル５８を公知のＮｉ電鋳法
で形成し、また、ガラス基板７０側からインク供給口９
０を形成した以外は、前述したインクジェットヘッド３
１の製造と同様である。

【００７１】このように、ノズル５８の位置を図示上
側、すなわち、振動板５５と対向する位置に設けたこと
により、振動板５５の変形による加圧室５１内のインク
水頭圧（圧力）がインク吐出方向と同じ方向となるた
め、インク吐出の際の手助けとなり前述した実施形態１
の構造より、少ない振動板５５の変形量で、同じ吐出速
度を得ることができる。また、このように振動板５５と
対向する位置にノズル５８を設けたことにより、１つの
ヘッドに複数のノズルを設けた場合、各ノズルにかかる
圧力が均等となる。

【００７２】このインクジェットヘッド３２を、前述の
実施形態１または２において説明した駆動回路２００と
同様の駆動回路によって、インク液滴を吐出させる場
合、駆動電圧は１８Ｖで済む。したがって、このように
振動板５５と対向する位置にノズルを設けることで、よ
り駆動電圧の絶対値を下げることが可能となる。

【００７３】実施形態４ 本実施形態４は、本発明のインクジェット式記録装置で
あって、上述した実施形態１のインクジェットヘッド
と、実施形態２のように湿度センサを設けた駆動回路と
を用いたインクジェットプリンタである。

【００７４】図９は、インクジェットプリンタ１の概略
構成を説明するための斜視図である。

【００７５】インクジェットプリンタ１は、用紙やＯＨ
Ｐ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。

【００７６】インクジェットヘッド走査系は、インクジ
ェット方式のプリントヘッドを７色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。

【００７７】一方、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。

【００７８】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、記録部での搬送が制御される。紙送りローラは
図示しない紙送りモータにより駆動されている。

【００７９】ヘッドユニット３のプリントヘッドには、
既に詳細に説明した実施形態１のインクジェットヘッド
３１を用いており、このインクジェットヘッド３１から
吐出したインク液滴が記録シート２に着弾して画像形成
が行われる。なお、プリントヘッドには、実施形態１の
インクジェットヘッド３１に代えて、実施形態３のイン
クジェットヘッド３２を用いても良い。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】図１０は、図９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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】図１１は、このインクジェットプリンタの
制御系の構成を示すブロック図である。

【００８６】インクジェットプリンタの制御系は、各部
に対して必要な電圧の電力を供給する電源制御回路２１
と、図示しないコンピュータなどからのプリントデータ
を受信して、記録シート上に画像形成を行う際に、各部
を制御するプリント制御回路２２と、プリント制御回路
２２からの信号によりインクジェットヘッド３１を駆動
する駆動回路２００と、プリント制御回路２２からの信
号によりパルスモータ７や紙送りモータ（不図示）を駆
動する装置駆動制御回路２３よりなる。

【００８７】ここでプリンタ制御回路２２は、図示しな
いコンピュータなどからのプリントデータを受信し、受
信したプリントデータにしたがった画像を記録シート２
上に再現するために、紙送りやプリンタヘッド３の送り
量を制御すると共に、これらの動きに合わせて、画像を
記録するためのインクをインクジェットヘッド３１から
吐出させるためのプリント制御信号を駆動回路２００に
対して出力する。

【００８８】駆動回路２００は、前述した実施形態２の
ように、図３に示した駆動回路２００に湿度センサ２１
１を設けて、相対湿度により予備電圧の印加から駆動電
圧印加までの所定時間を決定するようにしたものであ
る。この駆動回路２００は、プリント制御回路２２から
のプリント制御信号を受けると、実施形態１において説
明したように、駆動回路２００内の制御回路２０１（図
３参照）がプレパルスを印加するするようにプレパルス
発生回路２０２（図３参照）を動作させ、駆動電極７２
にプレパルス（予備電圧）を印加する。そして、湿度セ
ンサ２１１からの信号を元にインクジェットヘッド周囲
の相対湿度に応じた所定時間後、駆動電極７２に駆動電
圧パルスを印加する。

【００８９】なお、駆動回路２００としては、実施形態
１に示した湿度センサを有しない駆動回路を用いても良
い。

【００９０】このように、インクジェットプリンタに実
施形態１または３において説明したインクジェットヘッ
ド、および実施形態１または２の駆動回路を用いること
により、電極、特に振動板に設けられた第１電極に残留
する電荷量の変化に影響されない良好な画像を記録再現
することができる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、請求項ご
とに以下のような効果を奏する。

【００９２】請求項１記載の本発明によれば、ノズルか
らインクを吐出させるために印加する駆動電圧の他に、
インクが吐出しない程度の予備電圧を印加することとし
たので、予備電圧の印加により第１および／または第２
電極に強制的に電荷を蓄積させて、残留電荷量を一定に
することができるようになり、インクジェットヘッドの
動作状態や履歴にかかわらず、インクの吐出量や吐出速
度を一定に保つことができる。

【００９３】請求項２記載の本発明によれば、前記予備
電圧を、前記駆動電圧より絶対値が低く、かつ、前記駆
動電圧印加より所定時間前に印加することとしたので、
駆動電圧の印加時において、常に一定量の電荷を第１お
よび／または第２電極に残留させておくことができるよ
うになる。

【００９４】請求項３記載の本発明によれば、前記所定
時間を１０〜２５０μｓｅｃとしたので、前記予備電圧
の印加後、蓄積された電荷が消失する前に駆動電圧を印
加することができ、予め第１および／または第２電極に
ある程度電荷が蓄積された状態を元にして、駆動電圧の
印加量を決定することができるようになり、インクジェ
ットヘッドの動作状態や履歴によらず、何時でも同じ駆
動電圧の印加でインクの吐出量や吐出速度を一定に保つ
ことができる。

【００９５】請求項４記載の本発明によれば、インクジ
ェットヘッドの近傍に湿度測定手段を設け、この湿度測
定手段により測定された相対湿度を元に前記所定時間を
決定することとしたので、インクジェットヘッド周囲の
相対湿度の変化によって第１および／または第２電極に
蓄積された残留電荷の消失速度が変化するような場合で
も、インクジェットヘッド周囲の相対湿度の変化に関わ
りなく、常に一定量の電荷が第１および／または第２電
極に残留した状態で駆動電圧を印加することができる。
したがって、インクジェットヘッド周囲の温度や湿度な
どの環境が変化した場合でもインクの吐出量や吐出速度
を一定に保つことができる。

【００９６】請求項５記載の本発明によれば、ノズルか
らインクを吐出させるために印加する駆動電圧の他に、
インクが吐出しない程度の予備電圧を印加することとし
たので、予備電圧の印加により第１および／または第２
電極に強制的に電荷を蓄積させて、残留電荷量を一定に
することができるようになり、インクジェットヘッドの
動作状態や履歴にかかわらず、インクの吐出量や吐出速
度を一定に保つことができるようになり、良好な画像の
記録、再現が可能となる。

【００９７】請求項６記載の本発明によれば、前記予備
電圧を、前記駆動電圧より絶対値が低く、かつ、前記駆
動電圧印加より所定時間前に印加することとしたので、
駆動電圧の印加時において、常に一定量の電荷を第１お
よび／または第２電極に残留させておくことができるよ
うになり、インクの吐出量や吐出速度を一定に保つこと
ができるようになり、良好な画像の記録、再現が可能と
なる。

【００９８】請求項７記載の本発明によれば、前記所定
時間を１０〜２５０μｓｅｃとしたので、前記予備電圧
の印加後、蓄積された電荷が消去する前に駆動電圧を印
加することができ、予め第１および／または第２電極に
ある程度電荷が蓄積された状態を元にして、駆動電圧の
印加量を決定することができるようになり、インクジェ
ットヘッドの動作状態や履歴によらず、何時でも同じ駆
動電圧の印加でインクの吐出量や吐出速度を一定に保つ
ことができるようになり、良好な画像の記録、再現が可
能となる。

【００９９】請求項８記載の本発明によれば、インクジ
ェットヘッドの近傍に湿度測定手段を設け、この湿度測
定手段により測定された湿度を元に前記所定時間を決定
することとしたので、インクジェットヘッド周囲の相対
湿度の変化によって第１および／または第２電極に蓄積
された残留電荷の消失速度が変化するような場合でも、
インクジェットヘッド周囲の相対湿度の変化に関わりな
く、常に一定量の電荷が第１および／または第２電極に
残留した状態で駆動電圧を印加することができる。した
がって、インクジェットヘッド周囲の温度や湿度などの
環境が変化した場合でもインクの吐出量や吐出速度を一
定に保つことができるようになり、良好な画像の記録、
再現が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態１のインクジェットヘッドの構成を
示す断面図である。

【図２】 振動板の動きを説明するための図面である。

【図３】 本発明を適用した駆動回路の構成を示す回路
ブロック図である。

【図４】 出力波形を説明するための図面である。

【図５】 インクジェットヘッドの製造工程を示す断面
図である。

【図６】 インクジェットヘッド内のチャネルプレート
の平面図である

【図７】 実施形態２おける駆動回路に用いる湿度セン
サを示す回路図である。

【図８】 実施形態３のインクジェットヘッドの構成を
示す断面図である。

【図９】 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１０】 インクジェットプリンタのキャリッジ周辺
の構成を説明するための斜視図である。

【図１１】 インクジェットプリンタの制御系の構成を
説明するためのブロック図である。

【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、 ５３…インレット、 ５４，５８…ノズル、 ５５…振動板、 ５６…第１電極、 ７１…空間、 ７２…駆動電極、 ２００…駆動回路、 ２０１…制御回路、 ２０２…プレパルス発生回路、 ２０３…印加電圧増幅回路、 ２１１…湿度センサ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルと、該ノズルに連通した加圧室
   と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振動
   板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位置
   に空間を隔てて設けられた第２電極と、を有し、前記第
   １および第２電極間に電圧を印加することにより前記振
   動板を変形させることで、前記加圧室内のインクを前記
   ノズルから液滴として吐出させるインクジェットヘッド
   を駆動するための駆動装置であって、 前記第１および第２電極間に、前記ノズルから前記イン
   クを吐出させるための駆動電圧を印加する駆動電圧印加
   手段と、 前記駆動電圧とは別に、前記第１および第２電極間に、
   前記ノズルから前記インクが吐出しない程度の予備電圧
   を印加する予備電圧印加手段と、を有することを特徴と
   するインクジェットヘッドの駆動装置。
2. 【請求項２】 前記予備電圧印加手段は、前記予備電圧
   を、前記駆動電圧より絶対値が低く、かつ、前記駆動電
   圧印加より所定時間前に印加することを特徴とする請求
   項１記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
3. 【請求項３】 前記所定時間は、１０〜２５０μｓｅｃ
   であることを特徴とする請求項２記載のインクジェット
   ヘッドの駆動装置。
4. 【請求項４】 前記駆動装置は、さらに、前記インクジ
   ェットヘッド周囲の湿度を測定する湿度測定手段を有
   し、 前記予備電圧印加手段が、前記湿度測定手段が測定した
   湿度に基づき前記所定時間を決定することを特徴とする
   請求項２記載のインクジェットヘッドの駆動装置。
5. 【請求項５】 ノズルと、該ノズルに連通した加圧室
   と、該加圧室内の圧力を変えるための振動板と、該振動
   板に設けられた第１電極と、該第１電極と対向する位置
   に空間を隔てて設けられた第２電極と、前記第１および
   第２電極間に、前記ノズルから前記加圧室内に蓄えられ
   たインクを吐出させるために前記振動板を変形させる駆
   動電圧を印加する駆動電圧印加手段と、 前記駆動電圧とは別に、前記第１および第２電極間に、
   前記ノズルから前記インクが吐出しない程度の予備電圧
   を印加する予備電圧印加手段と、を有することを特徴と
   するインクジェット式記録装置。
6. 【請求項６】 前記予備電圧印加手段は、前記予備電圧
   を、前記駆動電圧より絶対値が低く、かつ、前記駆動電
   圧印加より所定時間前に印加することを特徴とする請求
   項５記載のインクジェット式記録装置。
7. 【請求項７】 前記所定時間は、１０〜２５０μｓｅｃ
   であることを特徴とする請求項６記載のインクジェット
   式記録装置。
8. 【請求項８】 前記インクジェット式記録装置は、さら
   に、湿度を測定する湿度測定手段を有し、 前記予備電圧印加手段が、前記湿度測定手段が測定した
   湿度に基づき前記所定時間を決定することを特徴とする
   請求項６記載のインクジェット式記録装置。