JP2000296610A

JP2000296610A - インクジェット式記録ヘッドの駆動方法

Info

Publication number: JP2000296610A
Application number: JP10721499A
Authority: JP
Inventors: Mari Sakai; 真理酒井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-10-24
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: JP4102511B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低温から高温まで安定した吐出が得られ、粘
度の高いインクも使用することのできるインクジェット
式記録ヘッドの駆動方法を提供する。【解決手段】圧力発生室を収縮させてノズル開口から
インクを吐出させる第１の駆動信号を出力する第１の工
程（ｂ）と、メニスカス振動の振幅を大きくするように
アクチュエータを駆動する第２の駆動信号を出力する第
２の工程（ｄ）とを具備することにより、インクのメニ
スカス振動の振幅を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、この振動板の表面にアクチュエータを設け、この
アクチュエータの駆動によって圧力発生室に圧力を付与
することにより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の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、この振動板をア
クチュエータにより変形させて、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、例えば、アクチュエータとし
て圧電素子や静電アクチュエータを用いたものがある。
また、圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドに
は、圧電素子が軸方向に伸長、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。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるという利点を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
インクジェット式記録ヘッドでは、各製品毎に圧力発生
室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃのばらつきが有るため、
インクの供給の残留振動を十分にうち消すことは困難で
ある。また、インクは低温では粘度が高くなってしまう
ため、低温ではインクの供給が遅くインク滴量が低下し
てしまうという問題がある。

【０００６】また、この問題を解消するためにインク粘
度を低くすると、高温で残留振動が抑制しきれず吐出が
不安定になってしまうという問題がある。

【０００７】さらに、低温ではインク供給不足となるた
め、例えば、顔料インクや、高濃度の染料を添加して印
字濃度を向上させたインク等の粘度の高いインクを利用
することができず、インクの選択範囲が制限されてしま
うという問題がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、低温か
ら高温まで安定した吐出が得られ、粘度の高いインクも
使用することのできるインクジェット式記録ヘッドの駆
動方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、ノズル開口及びリザーバに連通する
圧力発生室に付設されたアクチュエータを駆動すること
により前記圧力発生室を膨張又は収縮させて前記ノズル
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インクを吐出させる第１の駆動信号
を出力する第１の工程と、メニスカス振動の振幅を大き
くするように前記アクチュエータを駆動する第２の駆動
信号を出力する第２の工程とを具備することを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にある。

【００１０】かかる第１の態様では、第２の駆動信号に
よってアクチュエータが駆動されることにより、メニス
カス振動の振幅が大きくなるが、その減衰期間が短縮さ
れ、吐出特性が安定する。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記第２の駆動信号は、前記第１の駆動信号の電圧
とは反対の符号の電圧変化であり、且つ前記第１の駆動
信号の出力と前記第２の駆動信号の出力との間の期間
が、実質的に前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔ
ｃの略（ｎ−１／２）倍（ｎは自然数）であることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にあ
る。

【００１２】かかる第２の態様では、メニスカス振動に
よりインクが引き込まれると共にアクチュエータの駆動
によってもインクが引き込まれるため、メニスカス振動
が効果的に大きくなる。

【００１３】本発明の第３の態様は、第１の態様におい
て、前記第２の駆動信号は、前記第１の駆動信号と同一
符号の電圧変化であると共にインクが吐出されない程度
の駆動信号であり、且つ前記第１の駆動信号の出力と前
記第２の駆動信号の出力との間の期間が、実質的に前記
圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの自然数倍であ
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動
方法にある。

【００１４】かかる第３の態様では、メニスカス振動に
よりインクが押し出されると共にアクチュエータの駆動
によっても押し出されるため、メニスカス振動が効果的
に大きくなる。

【００１５】本発明の第４の態様は、第１又は３の態様
において、前記第２の駆動信号の波形の幅は、実質的に
前記圧力発生室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの略（ｎ−
１／２）倍（ｎは自然数）であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの駆動方法にある。

【００１６】かかる第４の態様では、メニスカス振動に
同期してアクチュエータを駆動させることができ、メニ
スカス振動の振幅が確実に大きくなる。

【００１７】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、第２の工程では、インクの温度が低い
ほどメニスカス振動の振幅が大きくなる第２の駆動信号
を出力することを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドの駆動方法にある。

【００１８】かかる第５の態様では、インクの温度に応
じて、第２の駆動信号が調整されるため、インクの温度
に拘わらず吐出特性を安定させることができる。

【００１９】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、第２の工程では、第２の駆動信号に代わってインク
が所定の温度を越えた場合には、インク吐出後のメニス
カス振動の振幅を小さくするように第３の駆動信号を出
力することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの
駆動方法にある。

【００２０】かかる第６の態様では、インクの温度が高
い場合には、第３の駆動信号によるアクチュエータの駆
動によりメニスカス振動の振幅を小さくすることによ
り、減衰期間が確実に短縮される。

【００２１】本発明の第７の態様は、第６の態様におい
て、前記第３の駆動信号の変化の割合は常に一定であ
り、インクの温度に応じて異なるタイミングで前記第３
の駆動信号を出力することを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの駆動方法にある。

【００２２】かかる第７の態様では、インクの温度に応
じて、確実にメニスカスの振動の振幅を小さくすること
ができる。

【００２３】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、メニスカス振動の振幅の大小を前記第
２の駆動信号が出力されている期間によって調整するこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法
にある。

【００２４】かかる第８の態様では、メニスカス振動に
同期してアクチュエータを駆動させることができ、メニ
スカス振動が効果的に大きくなる。

【００２５】本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか
の態様において、メニスカス振動の振幅の大小を前記第
２の駆動信号の電圧変化の割合によって調整することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にあ
る。

【００２６】かかる第９の態様では、メニスカス振動の
振幅の大きさに合わせてアクチュエータを駆動させるこ
とができ、メニスカス振動の振幅が効果的に大きくな
る。

【００２７】本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れ
かの態様において、メニスカス振動の振幅の大小を前記
第１の駆動信号の出力と前記第２の駆動信号の出力との
期間によって調整することを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの駆動方法にある。

【００２８】かかる第１０の態様では、メニスカス振動
に同期してアクチュエータを駆動させることができ、メ
ニスカス振動が効果的に大きくなる。

【００２９】本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何
れかの態様において、前記第１の工程の前に、前記圧力
発生室を膨張させてインク吐出の準備を行う工程を具備
することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆
動方法にある。

【００３０】かかる第１１の態様では、第１の工程の前
に圧力発生室を膨張させて、ノズル開口のメニスカスを
圧力発生室側に引き込んで吐出の準備を行うことによ
り、インク滴を高速且つ大きく吐出させることができ
る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施形態に基づ
いて詳細に説明する。

【００３２】（実施形態１）図１には、本実施形態のイ
ンクジェット式記録装置の概略構成を示す。図１に示す
ように、インクジェット式記録装置は、プリンタコント
ローラ１０１とプリントエンジン１０２とから概略構成
してある。

【００３３】プリンタコントローラ１０１は、外部イン
ターフェース１０３（以下、外部Ｉ／Ｆ１０３という）
と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ１０４と、制
御プログラム等を記憶したＲＯＭ１０５と、ＣＰＵ等を
含んで構成した制御部１０６と、クロック信号を発生す
る発振回路１０７と、インクジェット式記録ヘッド１０
８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１０９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１０２に送信する内部インターフェース
１１０（以下、内部Ｉ／Ｆ１１０という）とを備えてい
る。

【００３４】外部Ｉ／Ｆ１０３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／Ｆ１０３を通じ
てビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣ
Ｋ）が、ホストコンピュータ等に対して出力される。

【００３５】ＲＡＭ１０４は、受信バッファ１１１、中
間バッファ１１２、出力バッファ１１３、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１１１は外部Ｉ／Ｆ１０３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１１２は制御部１
０６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッフ
ァ１１３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。なお、後述するように、本実施形態における印
字データは４ビットの信号により構成してある。

【００３６】また、ＲＯＭ１０５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。

【００３７】制御部１０６は、受信バッファ１１１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１１２に記憶さ
せる。また、中間バッファ１１２から読み出した中間コ
ードデータを解析し、ＲＯＭ１０５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１０６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１１３
に記憶させる。

【００３８】そして、インクジェット式記録ヘッド１０
８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
／Ｆ１１０を通じてインクジェット式記録ヘッド１０８
に出力される。また、出力バッファ１１３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１１２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。

【００３９】プリントエンジン１０２は、インクジェッ
ト式記録ヘッド１０８と、紙送り機構１１４と、キャリ
ッジ機構１１５とを含んで構成してある。

【００４０】紙送り機構１１４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１０８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１１４は、
印刷記憶媒体を副走査方向に相対移動させる。

【００４１】キャリッジ機構１１５は、インクジェット
式記録ヘッド１０８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１０８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。

【００４２】インクジェット式記録ヘッド１０８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。

【００４３】以下、かかるインクジェット式記録ヘッド
１０８について詳細に説明する。まず、要部断面を示す
図３を参照して、インクジェット式記録ヘッド１０８の
機械的構成について説明する。

【００４４】図示するように、圧力発生室を形成する基
板となるスペーサ１は、例えば、１５０μｍ程度の厚み
を有するジルコニア（ＺｒＯ₂）などのセラミックス板
で、圧力発生室２となる貫通孔を形成して構成される。

【００４５】スペーサ１の一方面は、例えば、厚さ１０
μｍのジルコニアの薄板からなる弾性板３により封止さ
れ、弾性板３の表面には下電極４が形成されている。ま
た、下電極４の上には、圧力発生室２毎に独立して圧電
体層５が固定されている。この圧電体層５は、圧電材料
からなるグリーンシートを貼付したり、圧電材料をスパ
ッタリングする等の方法により形成される。さらに、各
圧電体層５の表面には、それぞれ上電極６が形成されて
いる。従って、下電極４と、各圧力発生室２毎に設けら
れた圧電体層５上の上電極６との間に、印刷データに基
づいて電圧を印加することにより、各圧電体層５は弾性
板３と共にたわみ変形する。

【００４６】スペーサ１の他方面は、厚さ１５０μｍの
ジルコニアの薄板からなるインク供給口形成基板７によ
り封止されている。インク供給口形成基板７は、ノズル
プレートのノズル開口と圧力発生室２とを接続するノズ
ル連通孔８と、後述するリザーバ１１と圧力発生室２と
を接続するインク供給口９を穿設して構成されている。

【００４７】一方、リザーバ形成基板１０は、インク流
路を構成するのに適した、例えば、１５０μｍのステン
レス鋼などの耐食性を備えた板材に、外部のインクタン
クからインクの供給を受けて圧力発生室２にインクを供
給するリザーバ１１と、圧力発生室２と後述するノズル
開口１３とを連通するノズル連通孔１２とを有する。リ
ザーバ形成基板１０のスペーサ１の反対側は、圧力発生
室２と同一の配列ピッチでノズル開口１３が形成された
ノズルプレート１４により封止されている。

【００４８】ここで、上述したセラミックス製の各部材
は積層された後焼結されて一体的に形成されており、リ
ザーバ形成基板１０及びノズルプレート１４は、接着剤
層１５及び１６を介して固着されている。なお、リザー
バ形成基板１０及びノズルプレート１４もセラミックス
として一体的に形成することもできる。

【００４９】このように形成されたインクジェット式記
録ヘッド１０８は、各圧力発生室２に対向してたわみ振
動モードの圧電素子５を有する。また、この圧電素子５
には、図示しないフレキシブルケーブルを介して電気信
号、例えば、後述する駆動信号（ＣＯＭ）や印字データ
（ＳＩ）等を供給する。

【００５０】そして、このような構成を有するインクジ
ェット式記録ヘッド１０８では、充電されることにより
圧電素子５が下に凸にたわみ変形して圧力発生室２が収
縮する。この収縮に伴って圧力発生室２におけるインク
圧力が高くなる。一方、放電することにより圧電素子５
のたわみ変形が引き戻され、収縮した圧力発生室２が膨
張する。この膨張に伴ってリザーバ１１のインクがイン
ク供給口９を通って圧力発生室２内に流入する。このよ
うに、圧電素子５を充放電させることにより圧力発生室
２の容積が変化するので、各圧電素子５に対して充放電
を制御することにより、所望のノズル開口１３から所望
の大きさのインク滴を吐出させることができる。

【００５１】次に、このインクジェット式記録ヘッド１
０８の電気的構成について説明する。

【００５２】このインクジェット式記録ヘッド１０８
は、図１に示すように、シフトレジスタ１４１、ラッチ
回路１４２、レベルシフタ１４３、スイッチ１４４及び
圧電素子５等を備えている。さらに、図２に示すよう
に、これらのシフトレジスタ１４１、ラッチ回路１４
２、レベルシフタ１４３、スイッチ１４４及び圧電素子
５は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッド１０８の
各ノズル開口１３毎に設けたシフトレジスタ素子１４１
Ａ〜１４１Ｎ、ラッチ素子１４２Ａ〜１４２Ｎ、レベル
シフタ素子１４３Ａ〜１４３Ｎ、スイッチ素子１４４Ａ
〜１４４Ｎ、圧電素子５Ａ〜５Ｎから構成してあり、シ
フトレジスタ１４１、ラッチ回路１４２、レベルシフタ
１４３、スイッチ１４４、圧電素子５の順で電気的に接
続してある。

【００５３】なお、これらのシフトレジスタ１４１、ラ
ッチ回路１４２、レベルシフタ１４３及びスイッチ１４
４は、駆動信号発生回路１０９が発生した駆動信号から
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５に印加される印加パルスのことであり、そし
て、駆動信号とは駆動パルスを生成するために必要な元
波形により構成される一連のパルス信号（元駆動パル
ス）のことである。また、スイッチ１４４はスイッチ手
段としても機能する。

【００５４】このような電気的構成を有するプリントヘ
ッド１０８では、図４に示すように、発振回路１０７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１
１３からシフトレジスタ１４１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１３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。

【００５５】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１４１Ａ〜１４１Ｎにセットさ
れたならば、制御部１０６は、所定のタイミングでラッ
チ回路１４２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１４２は、シフトレジ
スタ１４１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１４２がラッチした印字データ（ＬＡＴｏ
ｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフタ１４３に印加
される。このレベルシフタ１４３は、印字データが例え
ば「１」の場合に、スイッチ１４４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
１４４Ａ〜１４４Ｎに印加され、スイッチ素子１４４Ａ
〜１４４Ｎは、当該印字データにより接続状態になる。

【００５６】そして、各スイッチ素子１４４Ａ〜１４４
Ｎには、駆動信号発生回路１０９が発生した基本駆動信
号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ素子１４４Ａ
〜１４４Ｎが接続状態になると、このスイッチ素子１４
４Ａ〜１４４Ｎに接続された圧電素子５Ａ〜５Ｎに駆動
信号が印加される。

【００５７】このように、例示したインクジェット式記
録ヘッド１０８では、印字データによって圧電素子５に
駆動信号を印加するか否かを制御することができる。例
えば、印字データが「１」の期間においてはラッチ信号
（ＬＡＴ）により、スイッチ１４４が接続状態となるの
で、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子５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５が変位（変形）する。また、印字デー
タが「０」の期間においてはスイッチ１４４が非接続状
態となるので、圧電素子５への駆動信号（ＣＯＭｏｕ
ｔ）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５は直前の電荷を保
持するので、直前の変位状態が維持される。

【００５８】ここで、本実施形態の駆動波形について説
明する。なお、図５（ａ）は、実施形態１の駆動信号
（ＣＯＭｏｕｔ）の波形の一例を示す図であり、図５
（ｂ）は、この波形に対応するメニスカスの変動を示す
図である。

【００５９】図５（ａ）に示す本実施形態の波形は、ノ
ーマルドットのインク滴を吐出させる駆動波形である。
この駆動波形は、両電極間の電圧を最低電圧Ｖ_L、例え
ば０Ｖのままインク滴の吐出のタイミングを図る第１の
ホールド工程ａを有し、次いで、両電極間の電圧を最大
電圧Ｖ_H、例えば３０Ｖ程度に上げて圧力発生室２を収
縮させてインク滴を吐出する第１の収縮工程ｂを有し、
この直後に、圧力発生室２が最も収縮した状態を保持す
る第２のホールド工程ｃを有する。ここで、図５（ｂ）
に示すように、実際には、インクが吐出されるタイミン
グは第１の収縮工程ｂよりも若干遅れ、第２のホールド
工程ｃにおいて吐出される。そして、インクが吐出され
ると、その反動によってインクにはメニスカス振動が発
生する。

【００６０】本実施形態では、第２のホールド工程ｃの
後にインクのメニスカス振動を大きくするタイミングで
第１の膨張工程ｄを実行しメニスカス振動の抑制を図っ
ている。すなわち、所定のタイミングで第１の膨張工程
ｄを実行することにより、初めはメニスカス振動の振幅
は大きくなるものの、インクの粘性により振動の減衰期
間を短くすることができる。また、メニスカスのノズル
開口への復帰が速やかに短時間で行われ、安定した吐出
特性と必要十分なインク量を得ることができる。

【００６１】ここで、第１の収縮工程ｂの駆動信号の出
力と第１の膨張工程ｄの駆動信号の出力との間の期間Ｔ
１、すなわち、本実施形態では、第１の収縮工程ｂの駆
動信号が出力されている期間と第１の膨張工程ｄの駆動
信号が出力されている期間との和の１／２と第２のホー
ルド期間ｃとの合計の期間Ｔ１が、圧力発生室２のヘル
ムホルツ振動周期Ｔｃの略（ｎ−１／２）倍（ｎは自然
数）であることが好ましい。これにより、メニスカス振
動によってインクが引き込まれると共に第１の膨張工程
ｄでの圧電素子の駆動によってインクが引き込まれ、メ
ニスカス振動の振幅が効果的に大きくなりインク供給が
加速され、駆動可能な最大周波数が著しく向上する。

【００６２】また、このような効果は、特に低温下での
使用等によりインクの粘度が高い場合ほど顕著である。
このため、例えば、本実施形態では、インクの温度を検
出し、その温度に応じて第１の膨張工程ｄにおいて駆動
電圧の変化の割合を調整することにより、メニスカス振
動の振幅の大きさを調整するようにした。これにより、
インクの温度変化によるインク吐出特性の変化を防止す
ることができる。

【００６３】ここで、メニスカス振動の振幅の大きさを
調整する駆動波形としては、特に限定されないが、例え
ば、本実施形態では、インクの温度が低い場合には、図
５（ａ）に実線で示すように、第１の膨張工程ｄの駆動
電圧の変化期間を短く、すなわち駆動電圧の変化の割合
を大きく調整して、メニスカス振動の振幅を大きくす
る。そして、インクの温度が高くなるにつれて、図５
（ａ）に点線に示すように、第１の膨張工程ｄの駆動電
圧の変化時間を長く、すなわち駆動電圧の変化の割合を
小さく調整して、メニスカス振動の振幅が大きくなる割
合を徐々に減少させるようにした。これにより、インク
の温度が低い場合には、図５（ｂ）に実線で示すよう
に、メニスカス振動の振幅が大きくなるものの、メニス
カス振動の振幅が大きいのでインクは急速に供給され
る。また、インク粘度が高いため、振動の減衰期間は短
くなる。一方、インクの温度が高い場合には、図５
（ｂ）に点線で示すように、メニスカス振動が打ち消さ
れて振動が減衰される。この時は、インク粘度が低いた
め、インクを供給する速度が速い。

【００６４】なお、インクの温度の検出は、インク自体
の温度を検出することに限定されず、例えば、インクが
収容されたインクカートリッジ又はインクカートリッジ
を保持したヘッドの温度、あるいはインクカートリッジ
近傍の環境温度を検出するようにしてもよい。

【００６５】以上のように、インクのメニスカス振動の
振幅を大きくすることにより、メニスカスの復帰時間、
つまりインク供給に要する時間が短くなり、インク量を
高い周波数で確保しながら安定した吐出特性を得ること
ができる。特に、インクの粘度が高い場合に効果的であ
り、従来では使うことのできなかった粘度の高いインク
も利用することができ、インクの選択範囲が広がる。さ
らに、インクの温度に応じて、メニスカス振動の振幅が
大きくなる割合を調整するようにすれば、インクの温度
に拘わらず、安定した吐出特性を得ることができる。

【００６６】（実施形態２）図６は、実施形態２に係る
駆動波形を示す図である。

【００６７】実施形態１では、第１の膨張工程ｄの駆動
電圧の変化の割合を変化させて、駆動信号が出力されて
いる期間を調整するようにしたが、本実施形態では、図
６に示すように、例えば、駆動電圧の変化の割合が実施
形態１の第１の膨張工程ｄと同一である第１の膨張工程
ｄ１と、この第１の膨張工程ｄ１よりも駆動電圧の変化
の割合が小さい第２の膨張工程ｄ２との２段階として、
温度に応じて第２の膨張工程ｄ２の期間を調整するよう
にした。すなわち、インクの温度が低いほど、第２の膨
張工程ｄ２の期間を短くするようにして、第１の膨張工
程ｄ１及び第２の膨張工程ｄ２全体で、駆動信号が出力
されている期間を調整するようにした以外は、実施形態
１と同様である。

【００６８】このような駆動波形では、実施形態１と同
様に、インクの温度に拘わらず、吐出特性を安定させる
ことができる。

【００６９】（実施形態３）図７は、実施形態３に係る
駆動波形の一例及びメニスカス振動を示す図である。

【００７０】本実施形態は、インクの温度が低いほどメ
ニスカス振動の振幅が大きくなるようにした他の例であ
る。すなわち、図７（ａ）に示すように、第２のホール
ド期間ｃ１を長くして第１の収縮工程ｂの駆動信号の出
力と第１の膨張工程ｄ３の駆動信号の出力との間の期間
Ｔ１を変化させることにより、メニスカス振動の振幅が
大きくなる割合を調整するようにした以外は、実施形態
１と同様である。

【００７１】ここで、第１の収縮工程ｂの駆動信号の出
力と第１の膨張工程ｄ３の出力との間の期間Ｔ１は、イ
ンクの温度が低いほど、圧力発生室２のヘルムホルツ振
動周期Ｔｃの（ｎ−１／２）倍（ｎは自然数）に近いこ
とが好ましく、インクの温度が高いほど、圧力発生室２
のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの自然数倍に近いことが好
ましい。これにより、インクの温度が低い場合には、メ
ニスカス振動の振幅を効果的に大きくすることができ、
インクの温度が高い場合には、第１の膨張工程ｄ３の駆
動信号による圧電素子の駆動によってインクにメニスカ
ス振動とは反対方向の力が働き、メニスカス振動の振幅
が小さくなる。

【００７２】このように、本実施形態では、インクの温
度に応じて、第２のホールド工程ｃ１を長くして第１の
収縮工程ｂの出力と第１の膨張工程ｄ３の出力との間の
期間Ｔ１を調整するようにした。これにより、インクの
温度によって、メニスカス振動の波形の位置はずれるも
のの、実施形態１と同様に、インクの温度の変化に拘わ
らず吐出特性を安定させることができる。

【００７３】（実施形態４）図８は、実施形態４に係る
駆動波形を示す図である。

【００７４】本実施形態では、第１の膨張工程ｄの後
に、第３のホールド工程ｅを介して第２の収縮工程ｆ、
第４のホールド工程ｇ及び第２の膨張工程ｈを実行する
ようにした以外は、実施形態１と同様である。

【００７５】ここで、第１の収縮工程ｂの駆動信号の出
力と第２の収縮工程ｆの駆動信号の出力との間の期間Ｔ
２、すなわち、本実施形態では、第１の収縮工程ｂの駆
動信号の出力が開始されてから第２の収縮工程ｆの駆動
信号の出力が開始されるまでの期間Ｔ２は、圧力発生室
２のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの自然数倍に近いことが
好ましい。また、第２の収縮工程ｆの駆動信号の出力と
第２の膨張工程ｈの駆動信号の出力との間の期間Ｔ３、
すなわち、第２の収縮工程ｆの駆動信号が出力されてい
る期間と第１の膨張工程ｈの駆動信号が出力されている
期間との和の１／２と第３のホールド期間ｇとの合計の
期間Ｔ３が、圧力発生室２のヘルムホルツ振動周期Ｔｃ
の（ｎ−１／２）倍（ｎは自然数）に近いことが好まし
い。

【００７６】これにより、第２の収縮工程ｆが、メニス
カス振動によってインクが押し出されるタイミングで実
行され、且つ第２の膨張工程ｈがインクが引き込まれる
タイミングで実行される。したがって、メニスカス振動
の振幅がさらに大きくなり、メニスカスが復帰する期間
がより短縮され、インク吐出特性をより確実に安定させ
ることができる。また、このように第２の収縮工程ｆで
出力される駆動信号の変化の割合及び第２の膨張工程ｈ
で出力される駆動信号の割合は常に一定として、例え
ば、インクの温度に応じて第３のホールド工程ｇの期間
を調整して、異なるタイミングで駆動信号を出力するよ
うにすれば、インクの温度に拘わらず確実にメニスカス
振動の振幅を小さくすることができる。

【００７７】ここで、本発明の駆動方法及び従来の駆動
方法により、すなわち図９に示す駆動波形を下記表に示
すように設定して、圧電素子を駆動しメニスカスの重量
変位を計算したところ、以下のような結果が得られた。
なお、図９に示す駆動波形は、第１の収縮工程ｂの前
に、インク吐出の準備を行うための準備の収縮工程ｉ、
準備のホールド工程ｊ及び準備の膨張工程ｋを設けたも
のである。

【００７８】

【表１】

【００７９】駆動波形をこのように設定し、例えば、イ
ンクの温度５℃、アクチュエータの最大駆動周波数１
４．４ｋＨｚ、インク振動の固有周期Ｔｃを１５μｓと
した場合のメニスカス重量の変位を計算した結果を図１
０に示す。図１０（ａ）、（ｂ）に示す駆動波形は、そ
れぞれ、実施形態１及び実施形態３の駆動方法を用いた
例であり、インクのメニスカス振動の振幅が大きくなる
ように、第１の収縮工程ｂの駆動振動の出力と第１の膨
張工程ｄの駆動信号の出力との間の期間を調整した例で
ある。すなわち、図１０（ａ）に示す実施形態１の駆動
波形は、第１の膨張工程ｄの駆動電圧の変化の割合を調
整した例であり、（ｂ）に示す実施形態３の駆動波形
は、第２のホールド工程ｃの期間を調整した例である。
これら実施形態１及び３の駆動波形では、メニスカス振
動の振幅は、最大で−２５ｎｇ以上と大きいものの、次
にインクが吐出までにメニスカスは復帰している。ま
た、十分に振動を減衰させることができ、所望の吐出量
（２０ｎｇ）を確実に得ることができることが分かる。
一方、図１０（ｃ）に示す従来例の駆動波形では、メニ
スカス振動の振幅は、−２０ｎｇ程度と小さいものの、
メニスカスがノズル開口に復帰しておらず、所望の吐出
量を得ることができないことが分かった。

【００８０】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、圧電素子の駆動波形は、上述の駆動波
形に限定されず、例えば、図示した台形波形の他、矩形
の波形などでもよい。また、インクを吐出するための波
形のパターンも、特に限定されず、例えば、図１１に示
すように、インク吐出のための第１の収縮工程ｂ１の前
に準備の膨張工程ｋ１を設けるようにしてもよく、これ
により、インクの吐出速度が増加され吐出特性がさらに
向上される。

【００８１】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成は、特に限定されるもの
ではない。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
と共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用できるし、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。また、たわみ変形型圧電ア
クチュエータによるインクジェット式記録ヘッドに限定
されず、縦変位型インクジェット式記録ヘッドの駆動に
も適用できる。

【００８２】図１２には、縦振動型圧電アクチュエータ
を有するインクジェット式記録ヘッドの一例を示す。図
示するように、スペーサ２１には、圧力発生室２２が形
成され、スペーサ２１の両側は、ノズル開口２３を有す
るノズルプレート２４と、弾性板２５とにより封止され
ている。また、スペーサ２１には、圧力発生室２２にイ
ンク供給口２６を介して連通するリザーバ２７が形成さ
れており、リザーバ２７には、図示しないインクタンク
が接続される。

【００８３】一方、弾性板２５の圧力発生室２２とは反
対側には、圧電素子２８の先端が当接している。圧電素
子２８は、圧電材料２９と、電極形成材料３０及び３１
とを交互にサンドイッチ状に挟んで積層構造になるよう
に構成され、振動に寄与しない不活性領域が固定基板３
２に固着されている。なお、固定基板３２と、弾性板２
５、スペーサ２１及びノズルプレート２４とは、基台３
３を介して一体的に固定されている。

【００８４】このように構成されたインクジェット式記
録ヘッドは、圧電素子２８の電極形成材料３０及び３１
に電圧が印加されると、圧電素子２８がノズルプレート
２４側に伸張するから、弾性板２５が変位し、圧力発生
室２２の容積が圧縮される。従って、例えば、予め電圧
を３０Ｖ程度印加した状態から電圧を除去し、圧電素子
２８を収縮させてインクをリザーバ２７からインク供給
口２６を介して圧力発生室２２に流れ込ませることがで
きる。また、その後、電圧を印加することにより、圧電
素子２８を伸張させて弾性板２５により圧力発生室２２
を収縮させ、ノズル開口２３からインク滴を吐出させる
ことができる。

【００８５】よって、かかるインクジェット式記録ヘッ
ドを駆動する場合でも、上述した駆動方法を用いること
により、高い周波数でもインク量を低下させることな
く、比較的小さな体積のインク滴を吐出することができ
る。

【００８６】また、以上説明したインクジェット式記録
ヘッドでは、電圧を印加することにより、圧力発生室を
収縮させるものを例示したが、電圧を印加することによ
り、圧力発生室を膨張させるインクジェット式記録ヘッ
ドの駆動方法にも本発明の駆動方法を適用することがで
きる。

【００８７】このような構造のインクジェット式記録ヘ
ッドの一例を図１３に示す。図１３のインクジェット式
記録ヘッドは、図１２の圧電素子２８の代わりに圧電素
子２８Ａを有する以外は同様な構造を有する。圧電素子
２８Ａは、圧電体材料２９Ａの中に電極形成材料３０Ａ
及び３１Ａを交互に縦に配置して積層したものである。
従って、両電極形成材料３０Ａ及び３１Ａに電圧を印加
すると圧電素子２８Ａが収縮して圧力発生室２２が膨張
し、この状態から電圧の印加を解除すると圧力発生室２
２が収縮し、ノズル開口２３からインク滴を吐出させる
ことができる。上述した駆動方法の収縮及び膨張の際の
電圧の印加及び解除を逆に行うことにより、同様な駆動
方法を実施できる。

【００８８】図１４に、かかるインクジェット式記録ヘ
ッドでの駆動信号の例を示す。図１３のインクジェット
式記録ヘッドの各駆動信号は、図１１の各駆動信号に対
応し、同様の作用を有する工程には同じ符号を付して説
明は省略する。この場合に異なるのは、例えば、準備の
膨張工程ｉ及び第１の膨張工程ｄでは、上述した場合と
異なって電圧を印加し、逆に、例えば、第１の収縮工程
ｂでは、電圧の印加を解除するという点であり、作用効
果は上述した場合と同様である。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、圧力発
生室を収縮させてノズル開口からインクを吐出させる第
１の駆動信号を出力する第１の工程と、吐出されたイン
クのメニスカス振動の振幅を大きくする第２の駆動信号
を出力する第２の工程とを有するため、第１の工程での
圧力発生室の収縮により吐出されたインク滴のメニスカ
ス振動の復帰期間を短縮することができ、高い駆動周波
数で十分なインク量が得られる。吐出特性が安定し、画
質を向上することができる。また、インクの粘度が高い
場合に特に効果的であり、従来では粘度が高くて使えな
かったインクも利用することができ、インクの選択範囲
が広がるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの回路構成を示す回路図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係る駆動信号の波形の一
例を示す図である。

【図５】本発明の実施形態１に係る駆動信号の波形の一
例を示す図である。

【図６】本発明の実施形態２に係る駆動信号の波形の一
例を示す図である。

【図７】本発明の実施形態３に係る駆動信号の波形の一
例を示す図である。

【図８】本発明の実施形態４に係る駆動信号の波形の変
形例を示す図である。

【図９】本発明の駆動方法と従来の駆動方法とによるメ
ニスカス振動の比較に用いた駆動信号の波形を示す図で
ある。

【図１０】本発明の実施形態１と３に係るメニスカス振
動及び従来の駆動信号の波形によるメニスカス振動を示
す図である。

【図１１】本発明の他の実施形態に係る駆動信号の波形
の一例を示す図である。

【図１２】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの例を示す断面図である。

【図１３】本発明の他の実施形態に係るインクジェット
式記録ヘッドの例を示す断面図である。

【図１４】本発明の他の実施形態に係る駆動信号の波形
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１スペーサ２圧力発生室３弾性板５圧電体層７インク供給口形成基板１１リザーバ１３ノズル開口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口及びリザーバに連通する圧力
発生室に付設されたアクチュエータを駆動することによ
り前記圧力発生室を膨張又は収縮させて前記ノズル開口
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
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インク
を吐出させる第１の駆動信号を出力する第１の工程と、
メニスカス振動の振幅を大きくするように前記アクチュ
エータを駆動する第２の駆動信号を出力する第２の工程
とを具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドの駆動方法。
【請求項２】請求項１において、前記第２の駆動信号
は、前記第１の駆動信号の電圧とは反対の符号の電圧変
化であり、且つ前記第１の駆動信号の出力と前記第２の
駆動信号の出力との間の期間が、実質的に前記圧力発生
室のヘルムホルツ振動周期Ｔｃの略（ｎ−１／２）倍
（ｎは自然数）であることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項３】請求項１において、前記第２の駆動信号
は、前記第１の駆動信号と同一符号の電圧変化であると
共にインクが吐出されない程度の駆動信号であり、且つ
前記第１の駆動信号の出力と前記第２の駆動信号の出力
との間の期間が、実質的に前記圧力発生室のヘルムホル
ツ振動周期Ｔｃの自然数倍であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項４】請求項１又は３において、前記第２の駆
動信号の波形の幅は、実質的に前記圧力発生室のヘルム
ホルツ振動周期Ｔｃの略（ｎ−１／２）倍（ｎは自然
数）であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッ
ドの駆動方法。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、第２の
工程では、インクの温度が低いほどメニスカス振動の振
幅が大きくなる第２の駆動信号を出力することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項６】請求項５において、第２の工程では、第
２の駆動信号に代わってインクが所定の温度を越えた場
合には、インク吐出後のメニスカス振動の振幅を小さく
するように第３の駆動信号を出力することを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項７】請求項６において、前記第３の駆動信号
の変化の割合は常に一定であり、インクの温度に応じて
異なるタイミングで前記第３の駆動信号を出力すること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項８】請求項１〜７の何れかにおいて、メニス
カス振動の振幅の大小を前記第２の駆動信号が出力され
ている期間によって調整することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項９】請求項１〜８の何れかにおいて、メニス
カス振動の振幅の大小を前記第２の駆動信号の電圧変化
の割合によって調整することを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項１０】請求項１〜９の何れかにおいて、メニ
スカス振動の振幅の大小を前記第１の駆動信号の出力と
前記第２の駆動信号の出力との間の期間によって調整す
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動
方法。
【請求項１１】請求項１〜１０の何れかにおいて、前
記第１の工程の前に、前記圧力発生室を膨張させてイン
ク吐出の準備を行う工程を具備することを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッドの駆動方法。