JP4257547B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法及び駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を噴射するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位により液体を噴射させる液体噴射ヘッドの製造方法及び駆動方法に関する。

液体噴射装置としては、例えば、圧電素子や発熱素子によりインク滴吐出のための圧力を発生させる複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給する共通のリザーバと、各圧力発生室に連通するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置があり、このインクジェット式記録装置では、印字信号に対応するノズル開口と連通した圧力発生室のインクに吐出エネルギを印加してノズル開口からインク滴を吐出させる。

インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。

このようなインクジェット式記録ヘッドの圧電素子を駆動する駆動信号としては、矩形波からなる駆動波形を用いていた。この矩形波からなる駆動波形は、待機状態の中間駆動電圧から放電を行い圧力室を膨張させて圧力室にインクを吸入する工程と、最低駆動電圧を維持する工程と、充電を行い圧力発生室の収縮を行いインクを射出する工程と、充電最終電圧を維持する工程と、放電を行い中間駆動電圧に復帰する工程とを有し、この駆動波形によりインク滴を射出していた（例えば、特許文献１参照）。

また、同一のノズルから異なる重量のインク滴を吐出させ階調記録を可能とする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。かかる技術では、１つの記録周期内において同一パルス信号を複数個発生することによって微少なインク滴を複数発生させ、記録紙上に着弾する前に、これら複数の微少なインク滴を合体させて大きなインク滴を生成しようとしている。

ここで、１つの記録周期内において複数発生されるパルス信号は、インクジェットヘッドの設計に合わせて規定されるものであり、一般的には、インクの吐出工程の後にインクの振動を制振する制振工程を有する波形を有するものであり、連続する複数のパルス信号により所定の大きさのインク滴が生成できる一方、例えば、１つのパルス信号で微小なインク滴が生成できるようになっている。

特開平１０−２５００６１号公報 特開平１０−０８１０１２号公報

しかしながら、上述した技術によると、インクジェット記録ヘッドの製造誤差、特に、インクをリザーバへ供給するためのインク供給口の製造誤差により、インク供給能力にばらつきが発生した場合、大小のインク滴の両方で所定の大きさを維持できない場合がある。

本発明は、かかる事情に鑑み、液体噴射ヘッドの個体誤差に拘わらず、所望の大小の液滴を吐出することができる液体噴射ヘッドの製造方法及び駆動方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成する本発明の一の態様は、圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出する圧力発生素子を具備する液体噴射ヘッドが搭載され、前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる吐出工程と、この吐出工程の後に所定のタイミングで前記圧力発生室を膨張させて吐出後の圧力発生室内の液体の振動を制振する制振工程とを有するパルス信号を１つの記録周期内に複数発生させて、複数のパルス信号を選択して吐出される大ドットと、この大ドットより少ない数のパルス信号を選択して吐出される小ドットとを形成する液体噴射ヘッドの製造方法において、所望の大きさの大ドットが形成できるようにパルス信号として第１の駆動波形及び第１の駆動電圧を設定して小ドットの大きさを測定する測定工程と、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより小さい場合には、大ドットが小さくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より高い第２の駆動電圧を設定し、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより大きい場合には、大ドットが大きくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より低い第２の駆動電圧を設定する補正工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。

かかる本発明では、大ドットを設計に合わせた後、小ドットの大きさを測定し、小ドットの大きさに応じて、所定範囲より小さいときには大ドットを小さくするパルス信号に変更し且つ駆動電圧を上げた設定とし、所定範囲より大きいときには大ドットを大きくするパルス信号に変更し且つ駆動電圧を下げた設定とすることにより、大ドット及び小ドットが所定の範囲となる液体噴射ヘッドとすることができる。

ここで、前記制振工程に対応する波形の制振性の調整は、前記制振工程に対応する波形の振幅の調整であるのが好ましい。

かかる態様では、大ドットの大小を調整するパルス信号を選択する際に制振工程に対応する波形の振幅を調整したパルス信号を用いることにより、大きさの調整を容易に行うことができる。

また、大ドットが小さくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形は、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を大きくしたものであり、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を小さくしたものであり、大ドットが大きくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形は、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を小さくしたものであり、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を大きくしたものであるのが好ましい。

かかる態様では、駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合には、制振工程に対応する波形の振幅を大きくすることにより、制振性が高くなり、一方、波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合には、制振工程に対応する波形の振幅を小さくすることにより、制振性が高くなり、これにより、大ドットが小さくなる方向に制御される。逆方向に調整すると、大ドットが大きくなる方向に制御される。

また、前記吐出工程と前記制振工程との間隔が、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２であるのが好ましい。

かかる態様では、前記吐出工程と前記制振工程との間隔が、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２であり、制振工程が有効に制振に作用する。

また、前記第２の駆動波形及び前記第２の駆動電圧は、予め用意された駆動波形及び駆動電圧から選択されるのが好ましい。

かかる態様では、第２の駆動波形や第２の駆動電圧は、予め用意された中から選択できるので、比較的容易に設定を行うことができる。

本発明の他の態様は、圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出する圧力発生素子を具備する液体噴射ヘッドの駆動方法において、前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる吐出工程と、この吐出工程の後に所定のタイミングで前記圧力発生室を膨張させて吐出後の圧力発生室内の液体の振動を制振する制振工程とを有するパルス信号を１つの記録周期内に複数発生させて、複数のパルス信号を選択して吐出される大ドットと、この大ドットより少ない数のパルス信号を選択して吐出される小ドットとを選択して形成するに際し、所望の大きさの大ドットが形成できるようにパルス信号として第１の駆動波形及び第１の駆動電圧を設定して小ドットの大きさを測定し、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより小さい場合には、大ドットが小さくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より高い第２の駆動電圧を用い、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより大きい場合には、大ドットが大きくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より低い第２の駆動電圧を用いて駆動することを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法にある。

かかる本発明では、大ドットを設計に合わせた後、小ドットの大きさを測定し、小ドットの大きさに応じて、所定範囲より小さいときには大ドットを小さくするパルス信号に変更し且つ駆動電圧を上げた設定とし、所定範囲より大きいときには大ドットを大きくするパルス信号に変更し且つ駆動電圧を下げた設定で駆動することにより、大ドット及び小ドットが所定の範囲となる液体噴射を行うことができる。

本発明は、液体噴射ヘッドの個体誤差に拘わらず、所望の大小の液滴を吐出することができるように駆動信号や駆動電圧を比較的容易に設定でき、また、これを用いて駆動することにより、信頼性の高い印刷を行うことができる。

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、本発明の実施形態１を適用する液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略構成を示す図である。本実施形態のインクジェット式記録装置は、図１に示すように、プリンタコントローラ１１とプリントエンジン１２とから概略構成してある。

プリンタコントローラ１１は、外部インターフェース１３（以下、外部Ｉ／Ｆ１３という）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ１４と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ１５と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部１６と、クロック信号を発生する発振回路１７と、インクジェット式記録ヘッド１８へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路１９と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン１２に送信する内部インターフェース２０（以下、内部Ｉ／Ｆ２０という）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ１３は、例えば、キャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、図示しないホストコンピュータ等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ１３を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、ホストコンピュータ等に対して出力される。

ＲＡＭ１４は、受信バッファ２１、中間バッファ２２、出力バッファ２３、及び、図示しないワークメモリとして機能する。そして、受信バッファ２１は外部Ｉ／Ｆ１３によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファ２２は制御部１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファ２３はドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。

また、ＲＯＭ１５には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させてある。

制御部１６は、受信バッファ２１内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファ２２に記憶させる。また、中間バッファ２２から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ１５に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御部１６は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファ２３に記憶させる。

そして、インクジェット式記録ヘッド１８の１行分に相当するドットパターンデータが得られたならば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ２０を通じてインクジェット式記録ヘッド１８に出力される。また、出力バッファ２３から１行分のドットパターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファ２２から消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。

プリントエンジン１２は、インクジェット式記録ヘッド１８と、紙送り機構２４と、キャリッジ機構２５とを含んで構成してある。紙送り機構２４は、紙送りモータと紙送りローラ等から構成してあり、記録紙等の印刷記憶媒体をインクジェット式記録ヘッド１８の記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構２４は、印刷記憶媒体を副走査方向に相対移動させる。キャリッジ機構２５は、インクジェット式記録ヘッド１８を搭載可能なキャリッジと、このキャリッジを主走査方向に沿って走行させるキャリッジ駆動部とから構成してあり、キャリッジを走行させることによりインクジェット式記録ヘッド１８を主走査方向に移動させる。なお、キャリッジ駆動部は、タイミングベルトを用いたもの等、キャリッジを走行させ得る機構であれば任意の構成を採り得る。インクジェット式記録ヘッド１８は、副走査方向に沿って多数のノズル開口を有し、ドットパターンデータ等によって規定されるタイミングで各ノズル開口からインク滴を吐出する。

次に、かかるインクジェット式記録ヘッド１８について詳細に説明する。なお、図２は、インクジェット式記録ヘッドの機械的構成を示す図であり、図３は、その電気的構成を示す図である。

本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１８は、いわゆるたわみ振動のインクジェット式記録ヘッドであり、図２に示すように、流路形成基板３１には圧力発生室３２及びインク供給路３３を介して連通される連通部３４が形成されている。そして、流路形成基板３１の一方面側は振動板３５によって封止され、他方面はノズル開口３６を有するノズルプレート３７で封止されている。

一方、振動板３５の圧力発生室３２とは反対側には、例えば、成膜及びリソグラフィ法で形成された薄膜からなる下電極膜３８、圧電体層３９及び上電極膜４０で構成される、圧力発生素子の一例である圧電素子４１が形成されている。また、圧電素子４１の長手方向一端部近傍から振動板３５上に亘ってリード電極４２が延設され、その端部近傍には、例えばフレキシブルケーブル等の外部配線（図示なし）が接続される。

ここで、圧電素子４１を構成する下電極膜３８は、例えば、白金（Ｐｔ）等からなり、０．２μｍ程度の厚さで形成されている。また、上電極膜４０は、例えば、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等からなり、０．１μｍ程度の厚さで形成されている。

圧電体層３９は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電性セラミックス材料からなり、その厚さは０．５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。例えば、本実施形態では、１μｍ程度の厚さとしている。

また、流路形成基板３１の圧電素子４１側には、連通部３４と連通してリザーバ４３を構成するリザーバ部４４が形成されたリザーバ形成基板４５が接合され、このリザーバ部４４には、図示しないインクタンクが接続されるようになっている。さらに、リザーバ形成基板４５には、圧電素子４１を覆う圧電素子保持部４６が設けられており、圧電素子４１はこの圧電素子保持部４６内に保持されている。

そして、このようなインクジェット式記録ヘッド１８の圧電素子４１には、図示しない外部配線を介して電気信号、例えば、後述する駆動信号（ＣＯＭ）や印字データ（ＳＩ）等が供給される。

このように構成されたインクジェット式記録ヘッド１８では、圧電素子４１に電圧が印加されると、圧電素子４１がたわむことによって振動板３５が変位し、圧力発生室３２が収縮することによってノズル開口３６からインク滴が吐出される。

次に、このインクジェット式記録ヘッド１８の電気的構成について説明する。

このインクジェット式記録ヘッド１８は、図１に示すように、シフトレジスタ５１、ラッチ回路５２、レベルシフタ５３、スイッチ５４及び圧電素子４１等を備えている。さらに、図３に示すように、これらのシフトレジスタ５１、ラッチ回路５２、レベルシフタ５３、スイッチ５４及び圧電素子４１は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッド１８の各ノズル開口３６毎に設けたシフトレジスタ素子５１Ａ〜５１Ｎ、ラッチ素子５２Ａ〜５２Ｎ、レベルシフタ素子５３Ａ〜５３Ｎ、スイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎ、圧電素子４１Ａ〜４１Ｎから構成してあり、シフトレジスタ５１、ラッチ回路５２、レベルシフタ５３、スイッチ５４、圧電素子４１の順で電気的に接続してある。

なお、これらのシフトレジスタ５１、ラッチ回路５２、レベルシフタ５３及びスイッチ５４は、駆動信号発生回路１９が発生した吐出駆動信号から駆動パルスを生成する。ここで、駆動パルスとは実際に圧電素子４１に印加される印加パルスのことである。

次に、このような電気的構成を有するインクジェット式記録ヘッド１８の制御について説明する。まず、圧電素子４１に駆動パルスを印加する手順について説明する。

上述したような電気的構成を有するインクジェット式記録ヘッド１８では、図４に示すように、最初に発振回路１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、ドットパターンデータを構成する印字データ（ＳＩ）が出力バッファ２３からシフトレジスタ５１へシリアル伝送され、順次セットされる。この場合、まず、全ノズル開口３６の印字データにおける最上位ビットのデータがシリアル伝送され、この最上位ビットのデータシリアル伝送が終了したならば、上位から２番目のビットのデータがシリアル伝送される。以下同様に、下位ビットのデータが順次シリアル伝送される。

そして、当該ビットの印字データが全ノズル分シフトレジスタ素子５１Ａ〜５１Ｎにセットされたならば、制御部１６は、所定のタイミングでラッチ回路５２へラッチ信号（ＬＡＴ）を出力させる。このラッチ信号により、ラッチ回路５２は、シフトレジスタ５１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ回路５２がラッチした印字データであるラッチ出力（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフタ５３に印加される。このレベルシフタ５３は、印字データが例えば「１」の場合に、スイッチ５４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルトまでこの印字データを昇圧する。そして、この昇圧された印字データはスイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎに印加され、スイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎは、当該印字データにより接続状態になる。

そして、各スイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎには、駆動信号発生回路１９が発生した吐出駆動信号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎが接続状態になると、このスイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎに接続された圧電素子４１Ａ〜４１Ｎに吐出駆動信号が印加される。

ここで、吐出駆動信号は、１つの印刷周期に複数のパルス信号、本実施形態では、同一の４つのパルス信号である第１〜第４のパルス信号Ｐ１〜Ｐ４を有するものであり、４つのパルス信号Ｐ１〜Ｐ４の中から１つ以上選択することにより、大中小のドットが打ち分けられるようになっている。

このように、例示したインクジェット式記録ヘッド１８では、印字データによって圧電素子４１に吐出駆動信号を印加するか否かを制御することができると同時に吐出されるドットの大きさを選択することができる。例えば、印刷周期Ｉにおいては、大ドットを形成する吐出駆動信号を印加するように、第１〜第４のパルス信号Ｐ１〜Ｐ４に対応する期間が「１」となるような印字データが形成され、印字データが「１」となる期間においてはラッチ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ５４が接続状態となるので、第１〜第４のパルス信号Ｐ１〜Ｐ４からなる駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子４１に供給することができ、この供給された駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）により圧電素子４１が変位（変形）する。また、印刷周期IIでは、印字データが「０」であり、「０」の期間においてはスイッチ５４が非接続状態となるので、圧電素子４１への駆動信号の供給は遮断される。なお、この印字データが「０」の期間において、各圧電素子４１は直前の電位を保持するので、直前の変位状態が維持される。印刷周期IIIでは、中ドットを形成する吐出駆動信号を印加するように、第１及び第３のパルス信号Ｐ１、Ｐ３に対応する期間が「１」となるような印字データが形成され、第１及び第３のパルス信号Ｐ１、Ｐ３からなる駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）が圧電素子４１に供給されるようになっている。また、印刷周期IVにおいては、小ドットを形成する吐出駆動信号を印加するように、第３のパルス信号Ｐ３のみに対応する期間が「１」となるような印字データが形成され、第３のパルス信号Ｐ３からなる駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子４１に供給される。

図５に詳細を示す駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）の１つのパルス信号の波形の一例を示す。このパルス信号では、印字状態に入る前には、下電極膜３８と上電極膜４０との間の電圧を、例えば、最大駆動電圧の６０％程度の中間電圧Ｖ_Ｍ、すなわち、駆動電圧を２５Ｖとした場合には１５Ｖ程度に維持して電界を印加し、圧力発生室３２が最も収縮した状態と最も膨張した状態の略中間を保持する第１のホールド工程ａを有する。次いで、ノズル開口３６のメニスカスを圧力発生室３２側に最大限引き込む第１の膨張工程ｂを有する。続いて、この状態を保持してインク滴の吐出のタイミングを図る第２のホールド工程ｃと、インク滴を吐出させるために再び最大駆動電圧Ｖ_Ｈ、例えば、２５Ｖを印加して圧力発生室３２を収縮させる第１の収縮工程ｄとを有する。そして、この第１の収縮工程ｄの直後に第３のホールド工程ｅを経て、第２の膨張工程ｆで電圧を中間電圧Ｖ_Ｍより低い低電圧Ｖ_Ｌまで低下する。なお、第２の膨張工程ｆの後は、第４のホールド工程ｇと、第２の収縮工程ｈとにより、中間電位Ｖ_Ｍを保持する第５のホールド工程ｉとなり、次の吐出に備える状態となる。

ここで、第２の膨張工程ｆは、第１の収縮工程ｄのインク吐出によるインクの振動を制振するカウンターの振動を付与する制振波形であり、圧力発生室３２のインクの固有振動周期Ｔｃの１／２のタイミングで振動を付与するようになっている。さらに詳言すると、この制振波形は、第１の収縮工程ｄのインク吐出によるＴｃ周期の振動にカウンターを当てるためのものであり、これにより残留振動を小さくして高周波数での駆動を可能とするものである。

この制振波形である第２の膨張工程ｆによる制振性、すなわち、制振する作用の大きさは、最大駆動電圧Ｖ_Ｈと低電圧Ｖ_Ｌとの電圧差（振幅）や、第２の膨張工程ｆの速度、すなわち、波形の傾きに依存する。具体的には、電圧差が大きいほど制振性が大きく、電圧差が小さいほど制振性が小さくなり、また、速度が大きいほど制振性が大きく、速度が小さいほど制振性が小さくなる。

以上説明したパルス信号の波形は、いわゆる引き打ちの一般的な波形であり、１つの波形で、例えば６ｎｇの液滴を吐出するように設計されている。したがって、連続する４つのパルス信号を選択して形成される大ドットは約２４ｎｇの液滴となり、２つのパルス信号で形成される中ドットは約１２ｎｇの液滴であり、１つのパルス信号で形成される小ドットは約６ｎｇの液滴である。

なお、駆動信号のパルス信号は上述した一例に限定されるものではなく、例えば、いわゆる押し打ちの波形でもよい。また、波形の種類を制限するものではなく、図示した台形波形の他、矩形の波形などでもよい。

また、１つの印刷周期に形成されるパルス信号の数は４つに限定されるものではなく、２つ以上、複数個であればよい。さらに、１つの印刷周期に形成されるパルス信号は上述したように同じ波形でなくてもよく、複数種のパルス信号を１つの印刷周期に形成し、パルス信号の組み合わせにより、液滴の大きさを打ち分けるようにしてもよい。

また、本発明の駆動方法を実現できるインクジェット式記録ヘッドの構造も特に限定されない。例えば、セラミック基板の代わりに、シリコン基板に薄膜プロセスで圧電アクチュエータを形成するとともに異方性エッチングにより圧力発生室を形成したインクジェット式記録ヘッドにも適応できるし、また、ノズル開口の位置、リザーバの位置などのインク供給の構造なども特に限定されない。

以上説明したインクジェットヘッドを製造し、駆動する場合には、インクジェットヘッドの設計に応じて第１の駆動信号を設定し、第１の駆動電圧を設定するが、製造誤差によるヘッド毎の個体差に応じて、駆動電圧を変更する場合がある。すなわち、実際に吐出試験を行って設計通りに吐出できるように、駆動電圧や駆動信号を個々に設定し、個体差によらず、吐出特性が均一になるように調整する場合がある。具体的には、例えば、吐出試験の結果に応じてヘッドをランク分けし、ランク毎に駆動電圧や駆動波形を決定し、インクジェットヘッドに搭載される駆動ＩＣに個々に選択、設定する。

本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法は、このような駆動電圧や駆動波形の設定を、大中小の各ドットの吐出においてばらつきがないように容易に行うことができるものである。また、インクジェットヘッドの、特にインク供給路３３のばらつきにより液滴の大きさにばらつきが生じるのを容易に防止することができるものである。すなわち、上述したような連続する複数のパルス信号により大ドットを形成する場合、インク供給路３３のばらつきに起因するインク供給のばらつきにより液滴が設計値とずれる場合がある。具体的には、インク供給路３３が設計値より大きいと、ノズル開口３６へのインクリフィルが設計値通りのものより速く、高周波数での吐出でインクが設計値のものより出やすくなってしまう傾向となり、インク供給路３３が設計値より小さいと、ノズル開口３６へのインクリフィルが設計値通りのものより遅く、高周波数での吐出でインクが出難い傾向となる。

このような設計値とのズレは、一般的には、駆動信号や駆動電圧を個々に設定することにより吸収するが、大中小など複数の液滴を打ち分けるものにおいては、全ての液滴について設計通りの液滴が打てるような条件を設定することが困難である。しかしながら、以下、大中小などの全ての液滴についてばらつきのない吐出ができる駆動条件を容易に設定することができる手順を説明する。

ここで、大中小の液滴において設計値通りの液滴が打てるような条件を容易に設定する際に、以下の実施形態では、制振波形の制振性を調整するが、制振性の調整した場合の吐出への影響について説明する。

図６の左側にはメニスカスの位置を模式的に表し、右側には第１の収縮工程ｄにより吐出の振動、第２の膨張工程ｆによる制振による振動、及びこれらを合算した振動を表している。図６（ａ）は、吐出の振動と制振の振動とがほぼ同一で互いに打ち消し合った場合であり、メニスカスの位置は吐出の後、圧力発生室３２側に大きく引き込み、その後、実際には小さく振動しているが、振動せずに突出するように図示している。これに対し、図６（ｂ）は制振波形を小さくした状態、図６（ｃ）は制振波形を大きくした状態を示している。

図６（ｂ）の場合には、制振波形が小さいので、メニスカスの残留波形は、吐出タイミングからＴｃの位置でメニスカスが圧力発生室３２とは反対側に突出する方向に振動する。したがって、上述した大ドットの場合、最初のパルス信号Ｐ１による吐出の後、パルス信号Ｐ２による吐出のタイミングがＴｃ周期と同期するタイミング（パルス信号Ｐ１とＰ２との波形間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合）、すなわち、タイミングＴ１では、パルス信号の吐出される液滴が大きくなる傾向となる。逆に、パルス信号Ｐ２による吐出のタイミングがＴｃ周期と１／２周期ずれるタイミング（パルス信号Ｐ１とＰ２との波形間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合）、すなわち、タイミングＴ２では、液滴が小さくなる傾向となる。

図６（ｃ）の場合には、制振波形の振幅が吐出波形の振幅よりも大きいので、残留波形は、吐出タイミングからＴｃの（整数ｎ＋１／２）倍の位置でメニスカスが突出する方向に振動する。したがって、上述した大ドットの場合、最初のパルス信号Ｐ１による吐出の後、パルス信号Ｐ２による吐出のタイミングがＴｃ周期と同期するタイミング（パルス信号Ｐ１とＰ２との波形間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合）、すなわち、タイミングＴ３では、パルス信号の吐出される液滴が小さくなる傾向となる。逆に、パルス信号Ｐ２による吐出のタイミングがＴｃ周期と１／２周期ずれるタイミング（パルス信号Ｐ１とＰ２との波形間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合）、すなわち、タイミングＴ４では、液滴が大きくなる傾向となる。

以下の手順はこのような理論に基づいて行われるものであり、図７を参照しながら説明する。なお、図７は、パルス信号の波形間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合の手順である。

まず、一般的な手順により、大ドットが設計値となるように第１の駆動電圧、第１の駆動信号を設定し、確認する（ステップＳ１１）。一般的には、通常使用する大ドットの液滴が設計値になるように、第１の駆動電圧や第１の駆動信号を複数の候補の中から選択するが、本実施形態では、まず、第１の駆動電圧を標準電圧、例えば、２５Ｖとし、図５のパルス信号において、制振波形となる低電圧Ｖ_Ｌのみを調整して、大ドットが２４ｎｇとなるパルス信号を用いて第１の駆動信号を設定する。すなわち、連続する複数のパルス信号によりドットを形成する場合、パルス信号の制振性を調整することにより液滴を比較的容易に大小させることができるので、吐出試験を行って実際の吐出特性を見極めた上で、このヘッドに対する基準のパルス信号を設定する。このように大ドットの液滴が設計値になるように駆動信号を選択する手順は比較的容易に行うことができる。

次に、この第１の駆動信号を用いて第１の駆動電圧で小ドットを吐出させ、液滴の大きさを測定する（ステップＳ１２）。続いて、小ドットが設計範囲の液滴か否かを判断し、設計範囲の場合には、そのままの設定で終了する。設計範囲外の場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）には、小ドットが設計値より小さいか否かを判断し（ステップＳ１４）、小さい場合には、同じ駆動電圧において大ドットが小さくなるような第２の駆動信号を設定する（ステップＳ１５）。本実施形態では、第２の駆動信号は、低電圧Ｖ_Ｌを低いＶ_Ｌ１にして最大電圧Ｖ_Ｈとの差である電圧差（振幅）を大きくなるように変更し、制振性を高めた駆動信号とする。また、制振性の変更のために電圧差の調整の割合は、小ドットが設計値より小さい度合いに応じ、小ドットが小さいほど、電圧差の調整割合を大きくするようにし、小ドットが大きいほど、電圧差の調整割合を小さくなるようにする。そして、このようにして変更した第２の駆動信号を用いて大ドットを形成した場合に大ドットが設計値になるように駆動電圧より高い第２の駆動電圧を設定する（ステップＳ１６）。すなわち、第２の駆動信号に変更した結果、駆動電圧を変更しないと大ドットは設計値より小さくなってしまうが、大ドットが設計値になる程度まで高い第２の駆動電圧を設定する。

逆に、ステップＳ１４で小さくない場合、すなわち、大きい場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）には、同じ駆動電圧において大ドットが大きくなるような第２の駆動信号を設定する（ステップＳ１８）。本実施形態では、第２の駆動信号は、低電圧Ｖ_Ｌを高いＶ_Ｌ２として最大電圧Ｖ_Ｈとの差である電圧差（振幅）が小さくなるように変更し、制振性を低下させた駆動信号とする。また、制振性の変更のために電圧差の調整の割合は、小ドットが設計値より大きい度合いに応じ、小ドットが大きいほど、電圧差の調整割合を大きくするようにし、小ドットが小さいほど、電圧差の調整割合を小さくなるようにする。そして、このようにして変更した第２の駆動信号を用いて大ドットを形成した場合に大ドットが設計値になるように駆動電圧より低い第２の駆動電圧を設定する。すなわち、第２の駆動信号に変更した結果、駆動電圧を変更しないと大ドットは設計値より大きくなってしまうが、大ドットが設計値になる程度まで低い第２の駆動電圧を設定する。

このようにして第２の駆動信号及び第２の駆動電圧とすることにより、大ドットを設計値に設定できると同時に、小ドットをほぼ設計値に設定することができる。

なお、本発明の説明において、大ドット、小ドットは相対的に表現であり、大ドット、小ドットを、大ドット、中ドット、あるいは、中ドット、小ドットと読み替えることができ、この場合にも同様な効果を奏するものである。

次に、図８を参照しながら、パルス信号の波形間隔が圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合の手順について説明する。

ステップＳ２１〜Ｓ２４は図７のステップＳ１１〜Ｓ１４と同じであるので、説明は省略する。ステップＳ２４で小ドットが設計範囲内より小さい場合には、ステップＳ２５で、同じ駆動電圧において大ドットが小さくなるような第２の駆動信号を設定するが、この場合には、図７の場合とは逆に、制振性を低下させた第２の駆動信号を設定する。具体的には、本実施形態では、第２の駆動信号は、低電圧Ｖ_Ｌを高くして最大電圧Ｖ_Ｈとの差である電圧差（振幅）が小さくなるように変更し、制振性を低下させた駆動信号とする。そして、このようにして変更した第２の駆動信号を用いた結果、駆動電圧を変更しないと大ドットは設計値より小さくなってしまうが、大ドットが設計値になる程度まで高い第２の駆動電圧を設定する（ステップＳ２６）。

また、ステップＳ２４で小さくない場合、すなわち、大きい場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）には、ステップＳ２７で同じ駆動電圧において大ドットが大きくなるような第２の駆動信号を設定するが、この場合、図７とは逆に、第２の駆動信号は、低電圧Ｖ_Ｌを低くして最大電圧Ｖ_Ｈとの差である電圧差（振幅）が大きくなるように変更し、制振性を高めた駆動信号とする。そして、このようにして変更した第２の駆動信号を用いて大ドットを形成した場合に大ドットが設計値になるように駆動電圧より低い第２の駆動電圧を設定する（ステップＳ２８）。すなわち、第２の駆動信号に変更した結果、駆動電圧を変更しないと大ドットは設計値より大きくなってしまうが、大ドットが設計値になる程度まで低い第２の駆動電圧を設定する。

このようにして第２の駆動信号及び第２の駆動電圧とすることにより、大ドットを設計値に設定できると同時に、小ドットをほぼ設計値に設定することができる。

（実施例）
以下、実施例に基づいてさらに詳細に本発明を説明する。
（実施例１）
本実施例では、圧力発生室内のインクの固有振動周期が６．５μｓｅｃである液体噴射ヘッドを製造し、最終的に個々のヘッドに対する駆動信号（上述した第２の駆動信号）及び駆動電圧（上述した第２の駆動電圧）を決定し、実機に搭載する液体噴射ヘッドとする手順を示す。

また、本実施例では、上述したように、１つの印刷周期に４つのパルス信号を有する駆動信号を用い、標準的な駆動電圧が２５Ｖであり、１つのパルス信号では標準的には６ｎｇの液滴が吐出できるものであり、大ドットは４つのパルス信号を選択して２４ｎｇ、中ドットは２つのパルス信号を選択して１２ｎｇ、小ドットは１つのパルス信号を選択して６ｎｇとなる例について説明する。

なお、本実施例では、簡単のため、パルス信号として、図５に示した波形のパルス信号を用い、各工程ｂ〜ｈの時間を３．０μｓｅｃ、１．５μｓｅｃ、２μｓｅｃ、４．５μｓｅｃ、２μｓｅｃ、１．５μｓｅｃ、１．５μｓｅｃとし、全体の波長を２６．０μｓｅｃとしたものを用いたので、波形間隔はＴｃの４倍（整数倍）である。また、単純化のため、パルス信号をランク０、ランク１、ランク２の３種類とし、Ｖ_Ｍ＝０．６Ｖ_Ｈを共通とし、ランク０ではＶ_Ｌ＝０．３５Ｖ_Ｈ、ランク１ではＶ_Ｌ＝０．３０Ｖ_Ｈ、ランク２ではＶ_Ｌ＝０．４０Ｖ_Ｈとした。

図７に示した手順を実施し、各手順における液滴重量を測定した結果を表１に示す。なお、本実施例では、小ドットの設計範囲を５．８ｎｇ〜６．２ｎｇとして、これから外れるものについて、第２の駆動信号、第２の駆動電圧を設定する補正を行うようにした。

表１に示すように、第１の駆動信号としてランク０を設定し、駆動電圧を２５Ｖとした場合、大ドットは設計通り、２４ｎｇであったが、中ドットが１１ｎｇ、小ドットが５．５ｎｇと設計値の１２ｎｇ、６ｎｇより小さかった。よって、ランク１を第２の駆動波形とし、第２の駆動電圧を２６Ｖとした。この結果、大ドットは２４ｎｇ、中ドットは１１．６ｎｇ、小ドットが５．８ｎｇとなり、大中小がそれぞれ設計範囲に入るようになった。なお、第２の駆動信号を第１の駆動電圧で駆動した場合の大ドットを測定したところ、２２．８ｎｇとなり、駆動信号をランク１とする設定が、大ドットが小さくなるものであることが確認された。

（実施例２）
実施例１と同様に、図７に示した手順を実施し、各手順における液滴重量を測定した結果を表２に示す。

表２に示すように、第１の駆動信号としてランク０を設定し、駆動電圧を２５Ｖとした場合、大ドットは設計通り、２４ｎｇであったが、中ドットが１３ｎｇ、小ドットが６．５ｎｇと設計値の１２ｎｇ、６ｎｇより大きかった。よって、ランク２を第２の駆動波形とし、第２の駆動電圧を２４Ｖとした。この結果、大ドットは２４ｎｇ、中ドットは１２．４ｎｇ、小ドットが６．２ｎｇとなり、大中小がそれぞれ設計範囲に入るようになった。なお、第２の駆動信号を第１の駆動電圧で駆動した場合の大ドットを測定したところ、２２．８ｎｇとなり、駆動信号をランク２とする設定が、大ドットが小さくなるものであることが確認された。

（実施例３）
本実施例では、パルス信号として、全体の波長を２２．７５μｓｅｃとしたものを用いた以外は、実施例１、２と同様に実施した。なお、本実施例では、波形間隔はＴｃの３．５倍（（整数＋１／２）倍）であるので、図８に示す手順で実施し、各手順における液滴重量を測定した結果を表３に示す。

表３に示すように、第１の駆動信号としてランク０を設定し、駆動電圧を２５Ｖとした場合、大ドットは設計通り、２４ｎｇであったが、中ドットが１１ｎｇ、小ドットが５．５ｎｇと設計値の１２ｎｇ、６ｎｇより小さかった。よって、ランク２を第２の駆動波形とし、第２の駆動電圧を２６Ｖとした。この結果、大ドットは２４ｎｇ、中ドットは１１．６ｎｇ、小ドットが５．８ｎｇとなり、大中小がそれぞれ設計範囲に入るようになった。なお、第２の駆動信号を第１の駆動電圧で駆動した場合の大ドットを測定したところ、２２．８ｎｇとなり、駆動信号をランク２とする設定が、大ドットが小さくなるものであることが確認された。

（実施例４）
実施例３と同様に、図８に示した手順を実施し、各手順における液滴重量を測定した結果を表４に示す。

表４に示すように、第１の駆動信号としてランク０を設定し、駆動電圧を２５Ｖとした場合、大ドットは設計通り、２４ｎｇであったが、中ドットが１３ｎｇ、小ドットが６．５ｎｇと設計値の１２ｎｇ、６ｎｇより大きかった。よって、ランク１を第２の駆動波形とし、第２の駆動電圧を２４Ｖとした。この結果、大ドットは２４ｎｇ、中ドットは１２．４ｎｇ、小ドットが６．２ｎｇとなり、大中小がそれぞれ設計範囲に入るようになった。なお、第２の駆動信号を第１の駆動電圧で駆動した場合の大ドットを測定したところ、２２．８ｎｇとなり、駆動信号をランク１とする設定が、大ドットが小さくなるものであることが確認された。

なお、上記実施形態では、圧力発生素子として薄膜プロセスで形成した圧電体層を有する圧電素子を例示して説明したが、厚膜の圧電体層を用いた圧電素子でもよく、また、積層タイプの圧電体層を用いた圧電素子でもよく、本発明は、縦振動モード及びたわみ振動モードの何れの圧電アクチュエータに適用することができる。また、上記実施形態では、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを用いて説明したが、これに限るものではなく、広く液体噴射ヘッドの製造の際に一般的に適用し得る。液体噴射ヘッドとしては、例えば、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（電界放出ディスプレー）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を挙げることができる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略構成を示す図。 本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図。 本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの電気的構成図。 本発明の一実施形態において圧電素子に駆動パルスを印加する手順の説明図。 本発明の一実施形態に係る駆動信号の１つのパルス信号の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係る駆動電圧及び駆動信号の設定の手順の説明図。 本発明の一実施形態に係る駆動電圧及び駆動信号の設定の手順を示す図。 本発明の一実施形態に係る駆動電圧及び駆動信号の設定の他の手順を示す図。

符号の説明

３１ 流路形成基板、 ３２ 圧力発生室、 ３５ 振動板、 ３７ ノズルプレート、 ４１ 圧電素子、 ５１ シフトレジスタ、 ５２ ラッチ回路、 ５３ レベルシフタ、 ５４ スイッチ

Claims (6)

1. 圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出する圧力発生素子を具備する液体噴射ヘッドが搭載され、前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる吐出工程と、この吐出工程の後に所定のタイミングで前記圧力発生室を膨張させて吐出後の圧力発生室内の液体の振動を制振する制振工程とを有するパルス信号を１つの記録周期内に複数発生させて、複数のパルス信号を選択して吐出される大ドットと、この大ドットより少ない数のパルス信号を選択して吐出される小ドットとを形成する液体噴射ヘッドの製造方法において、
   所望の大きさの大ドットが形成できるようにパルス信号として第１の駆動波形及び第１の駆動電圧を設定して小ドットの大きさを測定する測定工程と、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより小さい場合には、大ドットが小さくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より高い第２の駆動電圧を設定し、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより大きい場合には、大ドットが大きくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より低い第２の駆動電圧を設定する補正工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法において、前記制振工程に対応する波形の制振性の調整は、前記制振工程に対応する波形の振幅の調整であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
3. 請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法において、大ドットが小さくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形は、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を大きくしたものであり、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を小さくしたものであり、大ドットが大きくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形は、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの整数ｎ倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を小さくしたものであり、当該第２の駆動波形の波形間隔が前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの（整数ｎ＋１／２）倍の場合には、前記制振工程に対応する波形の振幅を大きくしたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
4. 請求項１〜３の何れか１つに記載の液体噴射ヘッドの製造方法において、前記吐出工程と前記制振工程との間隔が、前記圧力発生室内の液体の固有振動周期Ｔｃの１／２であることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
5. 請求項１〜４の何れか１つに記載の液体噴射ヘッドの製造方法において、前記第２の駆動波形及び前記第２の駆動電圧は、予め用意された駆動波形及び駆動電圧から選択されることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
6. 圧力発生室内の液体をノズル開口から吐出する圧力発生素子を具備する液体噴射ヘッドの駆動方法において、
   前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口から液滴を吐出させる吐出工程と、この吐出工程の後に所定のタイミングで前記圧力発生室を膨張させて吐出後の圧力発生室内の液体の振動を制振する制振工程とを有するパルス信号を１つの記録周期内に複数発生させて、複数のパルス信号を選択して吐出される大ドットと、この大ドットより少ない数のパルス信号を選択して吐出される小ドットとを選択して形成するに際し、
   所望の大きさの大ドットが形成できるようにパルス信号として第１の駆動波形及び第１の駆動電圧を設定して小ドットの大きさを測定し、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより小さい場合には、大ドットが小さくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より高い第２の駆動電圧を用い、測定した小ドットの大きさが所定の大きさより大きい場合には、大ドットが大きくなる方向に制振工程に対応する波形を調整した第２の駆動波形を設定すると共に前記第１の駆動電圧より低い第２の駆動電圧を用いて駆動することを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法。

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