JP2001063042A - インクジェット記録ヘッドの駆動方法及びその回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性を損
なわず、安価・小型の構成で、滴径２０μｍ以下の微小
なインク滴を吐出する。 【解決手段】 開示されるインクジェット記録ヘッドの
駆動方法は、駆動波形信号の波形を、圧力発生室の体積
を増加させる方向に、電圧を印加する第１の電圧変化プ
ロセス８１と、圧力発生室の体積を減少させる方向に、
電圧を印加する第２の電圧変化プロセス８３とを少なく
とも有して構成し、第１の電圧変化プロセス８１での電
圧変化時間ｔ_１を、圧力発生室内に発生する圧力波の固
有周期Ｔ_ｃの略１／３から略２／３までの範囲の長さに
設定すると共に、第２の電圧変化プロセス８３の開始時
刻を第１の電圧変化プロセス８１の終了時刻の直後に設
定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インクジェット
記録ヘッドの駆動方法及びその回路に関し、詳しくは、
ノズルを備えたインクジェット記録ヘッドを駆動して、
微小なインク滴をノズルから選択的に吐出させて紙やＯ
ＨＰ（overhead projector）フィルム等の記録媒体に文
字や画像を記録するインクジェット記録ヘッドの駆動方
法及びその回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、インクジェット記録ヘッドの
１つとして、ノズル及びそれに対応した圧力発生室を備
え、この圧力発生室に対応した位置に設けられた圧電ア
クチュエータ等の圧力発生手段に画像データに応じて駆
動波形信号を印加して、インクが充填された圧力発生室
の体積を急激に変化させることにより、ノズルからイン
ク滴を吐出させて紙やＯＨＰフィルム等の記録媒体上に
文字や画像を記録するドロップ・オン・デマンド（drop
on demand）型インクジェット記録ヘッドが広く知られ
ている（例えば、特公昭５３−１２１３８号公報や特開
平１０−１９３５８７号公報参照）。

【０００３】図１４は、そのようなインクジェット記録
ヘッドのうち、カイザー（Kyser）型と呼ばれるインク
ジェット記録ヘッドの基本構成を示す概略断面図であ
る。この例のインクジェット記録ヘッドは、同図に示す
ように、圧力発生室１と、図示せぬインクタンクと連結
されて圧力発生室１にインクを供給するための共通イン
ク室２と、この共通インク室２と圧力発生室１とを連通
させるためのインク供給孔（インク供給路）３と、イン
ク滴７を吐出させるノズル４と、圧力発生室１の同図中
下板を構成する振動板５と、振動板５の下面に取り付け
られた圧電アクチュエータ６とから概略構成されてい
る。

【０００４】このような構成において、記録動作時に
は、画像データに応じて圧電アクチュエータ６を駆動し
て振動板５を変位させ、これにより、圧力発生室１の体
積を急激に変化させて圧力発生室１に圧力波（音響波）
を発生させる。この圧力波によって、圧力発生室内１に
充填されているインクの一部がノズル４を通って外部に
噴射され、インク滴７となって吐出する。吐出したイン
ク滴７は、記録媒体上に着弾し、記録ドットを形成す
る。このような記録ドットの形成を画像データに基づい
て繰り返し行うことにより、記録媒体上に文字や画像が
記録されることになる。

【０００５】ところで、この種のインクジェット記録ヘ
ッドにおいては、通常、１個のインク滴が記録媒体上に
着弾して１個の記録ドット（画素）を形成し、記録ドッ
トの径の大きさと画質とは略反比例の関係にある。した
がって、近年の画像品質に対する要求の高まりに応じる
ためには、径の小さい記録ドットを記録媒体上に形成す
る必要がある。粒状感の少ない滑らかな画像（高画質）
を得るための記録ドットの径（ドット径）は、人間の目
の識別能力からすると、４０μｍ以下であるとされ、さ
らに、３０μｍ以下であれば、画像のハイライト部にお
いても個々の記録ドットが目視で認識しづらくなるた
め、画像品質は飛躍的に向上する。

【０００６】インク滴の径（滴径）とドット径との関係
は、インク滴の飛翔速度（滴速）、インク物性（粘度、
表面張力）、記録媒体の種類等に依存するが、通常、ド
ット径はインク滴径の２倍程度となる。したがって、３
０μｍのドット径を得るには、滴径を１５μｍ程度にす
ることが必要となる。なお、この明細書において、滴径
とは、１回のインク滴の吐出によりノズルから放出され
るインク総量（サテライトを含む）を１個の球状の滴の
径に換算したものを意味する。ここで、サテライトと
は、インク滴（主滴）がノズルから放出される際に、そ
の背後に副次的に形成される小さなインク滴をいう。

【０００７】一方、所定の開口径を有するノズルから得
られる滴径の最小値は、その開口径（ノズル径）と同等
程度であることが、経験上わかっている。したがって、
１５μｍの滴径を得るには、ノズル径を１５μｍ以下と
することが要求される。しかし、ノズル径を１５μｍ以
下にするには、製造面で多くの困難が伴うと共に、ノズ
ルの目詰まりの発生確率が増加するため、インクジェッ
ト記録ヘッドの信頼性及び耐久性が著しく損なわれるこ
ととなる。このため、実際には、２０〜２５μｍ程度が
ノズル径の当面の下限である。したがって、滴径が１５
μｍ以下のインク滴を安定的に吐出するのは困難であっ
た。加えて、インク滴の微小化にだけ注目してノズル径
を小さくしていくと、所望の解像度に見合う最大滴径の
インク滴が吐出困難になるという問題も発生する。

【０００８】上記した不都合を解決する手段として、従
来から、例えば、特開昭５５−１７５８９号公報に開示
されているように、図１５に示す逆台形状の駆動波形信
号を圧電アクチュエータに印加して、インク滴の吐出直
前にいわゆる「メニスカス制御」を行うことにより、ノ
ズル径よりも小さなインク滴を吐出させるインクジェッ
ト記録ヘッドの駆動方法が提案されている。

【０００９】図１５に示す駆動波形信号は、圧力発生室
の体積を増加させるために、基準電圧Ｖ_１（＞０Ｖ）に
設定されている圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを、例
えば、０Ｖにまで減少させる第１の電圧変化プロセス８
と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_２）
保持する電圧保持プロセス９と、この後、圧力発生室の
体積を減少させてインク滴を吐出させると共に、次の吐
出動作に備えさせるために、圧電アクチュエータの印加
電圧Ｖを電圧Ｖ_２の高さにまで増加させる第２の電圧変
化プロセス１０とから構成されている。なお、駆動波形
信号の電圧の増減による圧電アクチュエータの動きは、
圧電アクチュエータの構造や分極方向等に依存するの
で、上記した圧電アクチュエータの動きとは逆向きに動
く圧電アクチュエータも存在するが、この逆動作の圧電
アクチュエータに対しては、駆動波形信号の電圧も逆向
きにすれば、上記したと同様の吐出動作をするので、こ
の明細書においては、説明を簡単にするため、駆動波形
信号の電圧を増加させると圧力発生室の体積が減少し、
駆動波形信号の電圧を減少させると圧力発生室の体積が
増加するように動く圧電アクチュエータを代表させて説
明する。

【００１０】図１６は、図１５に示す駆動波形信号を圧
電アクチュエータに印加した際におけるノズル１１の開
口面１１ａのメニスカス１２の動きを模式的に表した図
である。まず、インク滴の吐出が不必要な時は、図１６
（ａ）に示すように、メニスカス１２はノズル１１の開
口面１１ａにある。そして、インク滴の吐出が必要にな
った時に、まず、圧力発生室の体積を増加させるため
に、駆動波形信号の第１の電圧変化プロセス８を圧電ア
クチュエータに印加すると、図１６（ｂ）に示すよう
に、ノズル１１の開口面１１ａにあったメニスカス１２
がノズル１１の内部に引き込まれ、メニスカス１２の形
状が凹状になる（「引き」のプロセス）。その後、圧力
発生室の体積を減少させるために、駆動波形信号の第２
の電圧変化プロセス１０を圧電アクチュエータに印加す
ると、図１６（ｃ）に示すように、メニスカス１２の中
央部に液柱１３が形成され、次いで、液柱１３の先端部
が分離して、図１６（ｄ）に示すように、インク滴１４
が吐出する（「押し」のプロセス）。この時に吐出され
るインク滴１４の滴径は、液柱１３の太さとほぼ等し
く、ノズル１１の径よりも小さい。

【００１１】ところが、図１５に示す逆台形状の駆動波
形信号を用いた従来のインクジェット記録ヘッドの駆動
方法においては、現実に得られるインク滴の滴径は２５
μｍ程度が限界であり、高画質化の要求に充分に応える
ことができない。そこで、発明者は、図１７に示す波形
を有する駆動波形信号を圧電アクチュエータに印加する
ことにより、さらに微小なインク滴の吐出させるインク
ジェット記録ヘッドの駆動方法について、特願平１０−
３１８４４３号において開示した。図１７に示す駆動波
形信号は、圧力発生室の体積を増加させてメニスカスを
後退させるために、基準電圧Ｖ_１（＞０Ｖ）に設定され
ている圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを、例えば、０
Ｖにまで減少させる第１の電圧変化プロセス１５と、０
Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_２）保持す
る第１の電圧保持プロセス１６と、圧力発生室の体積を
減少させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるため
に、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを電圧Ｖ_２の高さ
にまで増加させる第２の電圧変化プロセス１７と、電圧
Ｖ_２にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_４）保持
する第２の電圧保持プロセス１８と、圧力発生室の体積
を増加させて液柱先端部からインク滴を早期に分離させ
るために、電圧Ｖ_２に保持された印加電圧Ｖを、例え
ば、０Ｖにまで減少させる第３の電圧変化プロセス１９
と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_６）
保持する第３の電圧保持プロセス２０と、圧力発生室の
体積を減少させてインク滴吐出後に残存する圧力波の残
響を抑止するために、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖ
を電圧Ｖ_１の高さにまで増加させる第４の電圧変化プロ
セス２１とから構成されている。すなわち、図１７に示
す駆動波形信号は、インク滴の早期分離及び残響抑制を
目的とした圧力波制御を従来の「メニスカス制御」方式
に加えたものであり、これにより、滴径が２０μｍ程度
のインク滴を安定に吐出させることができる。

【００１２】ところが、図１７に示す波形を有する駆動
波形信号を用いた従来のインクジェット記録ヘッドの駆
動方法においては、滴径が２０μｍ以下のインク滴を吐
出させることは困難であり、特に、滴径が１５μｍ以下
のインク滴を吐出させることは不可能である。そこで、
発明者等は、図１８に示す波形を有する駆動波形信号を
圧電アクチュエータに印加することにより、滴径が１５
μｍ以下のインク滴の吐出させるインクジェット記録ヘ
ッドの駆動方法について、特願平１１−２０６１３号に
おいて開示した。図１８に示す駆動波形信号は、圧力発
生室の体積を増加させてメニスカスを後退させるため
に、圧電アクチュエータと振動板とからなる駆動部の固
有振動の固有周期Ｔ_ａよりも大きくかつ圧力発生室内に
発生する圧力波の固有周期Ｔ_ｃよりも小さな立ち下げ時
間ｔ_１で、基準電圧Ｖ_ｂ（＞０Ｖ）に設定されている圧
電アクチュエータの印加電圧Ｖを、例えば、電圧（Ｖ_ｂ
−Ｖ_１）にまで減少させる第１の電圧変化プロセス２２
と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫
時（時間ｔ_２）保持する第１の電圧保持プロセス２３
と、圧力発生室の体積を減少させてメニスカスの中央部
に液柱を形成させるために、固有周期Ｔ_ａよりも小さな
立ち上げ時間ｔ_３で、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖ
を電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ _１＋Ｖ_２）の高さにまで増加させる第
２の電圧変化プロセス２４と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋
Ｖ_２）にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_４）保
持する第２の電圧保持プロセス２５と、圧力発生室の体
積を増加させて液柱先端部からインク滴を早期に分離さ
せるために、固有周期Ｔ_ａよりも小さな立ち下げ時間ｔ
_５で、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ_２）に保持された印加電圧
Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第３の電圧変化プ
ロセス２６と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時
（時間ｔ_６）保持する第３の電圧保持プロセス２７と、
圧力発生室の体積を減少させてインク滴吐出後に残存す
る圧力波の残響を抑止するために、圧電アクチュエータ
の印加電圧Ｖを基準電圧Ｖ_ｂの高さにまで増加させる第
４の電圧変化プロセス２８とから構成されている。すな
わち、図１８に示す駆動波形信号は、圧電アクチュエー
タ自体の固有振動を利用した吐出メカニズムを従来の
「メニスカス制御」方式に加えたものであり、これによ
り、圧電アクチュエータ自体の固有振動が励起され、メ
ニスカスに周波数の高い振動を発生させることができる
ので、滴径が１５μｍ以下のインク滴を吐出させること
ができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１８に示
す波形を有する駆動波形信号を用いた従来のインクジェ
ット記録ヘッドの駆動方法においては、圧電アクチュエ
ータの変形速度が増加するため、圧電アクチュエータの
信頼性及び耐久性が著しく損なわれることとなる。ま
た、上記したように、圧電アクチュエータ自体の固有振
動を励起するためには、固有周期Ｔ_ａよりも小さな立ち
上げ時間ｔ_３及び立ち下げ時間ｔ_５（例えば、１μｓ）
で、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを変化させる必要
がある。この場合、瞬間的に大きな電流が圧電アクチュ
エータに流れるため、インクジェット記録ヘッドの駆動
回路、特に、圧電アクチュエータの駆動回路には、瞬間
的に大きな電流を供給できる電流駆動能力の高い半導体
集積回路等の回路部品を用いる必要がある。したがっ
て、回路部品のコストが増大すると共に、大きな電流が
回路に流れることにより発生する発熱量も増大するた
め、放熱対策も必要となる。これにより、インクジェッ
ト記録ヘッドの駆動回路のコスト及びサイズが増大して
しまうという欠点があった。

【００１４】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性を損な
うことなく、また、安価かつ小型の構成で、滴径２０μ
ｍ以下の微小なインク滴を吐出することができるインク
ジェット記録ヘッドの駆動方法及びその回路を提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、インクが充填される圧力発
生室と、該圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段
と、上記圧力発生室に連通されるノズルとを備え、上記
圧力発生手段に駆動波形信号を印加して、上記圧力発生
室の体積を変化させることにより、上記ノズルからイン
ク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動方法
に係り、上記駆動波形信号の波形を、上記圧力発生室の
体積を増加させる方向に、電圧を印加する第１の電圧変
化プロセスと、上記圧力発生室の体積を減少させる方向
に、電圧を印加する第２の電圧変化プロセスとを少なく
とも有して構成し、上記第１の電圧変化プロセスでの電
圧変化時間を、上記圧力発生室内に発生する圧力波の固
有周期Ｔ_ｃの略１／３から略２／３までの範囲の長さに
設定すると共に、上記第２の電圧変化プロセスの開始時
刻を上記第１の電圧変化プロセスの終了時刻の直後に設
定したことを特徴としている。

【００１６】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、上記
駆動波形信号の波形における、上記第１の電圧変化プロ
セスでの電圧変化時間を、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／２
の長さに設定したことを特徴としている。

【００１７】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係
り、上記駆動波形信号の波形における、上記第１の電圧
変化プロセスの終了時刻と上記第２の電圧変化プロセス
の開始時刻との時間間隔を、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／
５以下の長さに設定したことを特徴としている。

【００１８】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの
駆動方法に係り、上記駆動波形信号の波形における、上
記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、上記固
有周期Ｔ_ｃの略１／３以下の長さに設定したことを特徴
としている。

【００１９】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至４のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの
駆動方法に係り、上記駆動波形信号の波形に、上記第２
の電圧変化プロセスに次いで、上記圧力発生室の体積を
増加させる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロ
セスを含ませることを特徴としている。

【００２０】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、上記
駆動波形信号の波形における、上記第３の電圧変化プロ
セスでの電圧変化時間を、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／３
以下の長さに設定したことを特徴としている。

【００２１】また、請求項７記載の発明は、請求項５又
は６記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係
り、上記駆動波形信号の波形における、上記第２の電圧
変化プロセスの終了時刻と上記第３の電圧変化プロセス
の開始時刻との時間間隔を、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／
５以下の長さに設定したことを特徴としている。

【００２２】また、請求項８記載の発明は、請求項５乃
至７のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの
駆動方法に係り、上記駆動波形信号の波形における、上
記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化量を上記第２の
電圧変化プロセスでの電圧変化量よりも大きく設定した
ことを特徴としている。

【００２３】また、請求項９記載の発明は、請求項５乃
至８のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの
駆動方法に係り、上記駆動波形信号の波形に、上記第３
の電圧変化プロセスに次いで、上記圧力発生室の体積を
減少させる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロ
セスを含ませることを特徴としている。

【００２４】また、請求項１０記載の発明は、請求項９
記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、上
記駆動波形信号の波形における、上記第４の電圧変化プ
ロセスでの電圧変化時間を、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／
２以下の長さに設定したことを特徴としている。

【００２５】また、請求項１１記載の発明は、請求項９
又は１０記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に
係り、上記駆動波形信号の波形における、上記第３の電
圧変化プロセスの終了時刻と上記第４の電圧変化プロセ
スの開始時刻との時間間隔を、上記固有周期Ｔ_ｃの略１
／３以下の長さに設定したことを特徴としている。

【００２６】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
乃至１１のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッ
ドの駆動方法に係り、上記固有周期Ｔ_ｃは、１５μｓ以
下であることを特徴としている。

【００２７】また、請求項１３記載の発明は、請求項１
乃至１２のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッ
ドの駆動方法に係り、上記圧力発生手段は、電気機械変
換素子であることを特徴としている。

【００２８】また、請求項１４記載の発明は、請求項１
３記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、
上記電気機械変換素子は、圧電アクチュエータであるこ
とを特徴としている。

【００２９】また、請求項１５記載の発明は、インクが
充填される圧力発生室と、該圧力発生室に圧力を発生さ
せる圧力発生手段と、上記圧力発生室に連通されるノズ
ルとを備え、上記圧力発生手段に駆動波形信号を印加し
て、上記圧力発生室の体積を変化させることにより、上
記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録
ヘッドの駆動回路に係り、上記圧力発生室の体積を増加
させる方向に、電圧を印加する第１の電圧変化プロセス
と、上記圧力発生室の体積を減少させる方向に、電圧を
印加する第２の電圧変化プロセスとを少なくとも有して
構成され、上記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時
間が、上記圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔ
_ｃの略１／３から略２／３までの範囲の長さに設定され
ると共に、上記第２の電圧変化プロセスの開始時刻を上
記第１の電圧変化プロセスの終了時刻の直後に設定され
た波形を有する駆動波形信号を発生する波形発生手段を
備えてなることを特徴としている。

【００３０】また、請求項１６記載の発明は、請求項１
５記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、
上記波形発生手段は、上記第１の電圧変化プロセスでの
電圧変化時間が、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／２の長さに
設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを
特徴としている。

【００３１】また、請求項１７記載の発明は、請求項１
５又は１６記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路
に係り、上記波形発生手段は、上記第１の電圧変化プロ
セスの終了時刻と上記第２の電圧変化プロセスの開始時
刻との時間間隔が、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／５以下の
長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生する
ことを特徴としている。

【００３２】また、請求項１８記載の発明は、請求項１
５乃至１７のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動回路に係り、上記波形発生手段は、上記第２
の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、上記固有周期
Ｔ_ｃの略１／３以下の長さに設定された波形を有する駆
動波形信号を発生することを特徴としている。

【００３３】また、請求項１９記載の発明は、請求項１
５乃至１８のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動回路に係り、上記波形発生手段は、上記第２
の電圧変化プロセスに次いで、上記圧力発生室の体積を
増加させる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロ
セスを含んだ波形を有する駆動波形信号を発生すること
を特徴としている。

【００３４】また、請求項２０記載の発明は、請求項１
９記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、
上記波形発生手段は、上記第３の電圧変化プロセスでの
電圧変化時間が、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／３以下の長
さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生するこ
とを特徴としている。

【００３５】また、請求項２１記載の発明は、請求項１
９又は２０記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路
に係り、上記波形発生手段は、上記第２の電圧変化プロ
セスの終了時刻と上記第３の電圧変化プロセスの開始時
刻との時間間隔が、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／５以下の
長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生する
ことを特徴としている。

【００３６】また、請求項２２記載の発明は、請求項１
９乃至２１のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動回路に係り、上記波形発生手段は、上記第３
の電圧変化プロセスでの電圧変化量が上記第２の電圧変
化プロセスでの電圧変化量よりも大きく設定された波形
を有する駆動波形信号を発生することを特徴としてい
る。

【００３７】また、請求項２３記載の発明は、請求項１
９乃至２２のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動回路に係り、上記波形発生手段は、上記第３
の電圧変化プロセスに次いで、上記圧力発生室の体積を
減少させる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロ
セスを含んだ波形を有する駆動波形信号を発生すること
を特徴としている。

【００３８】また、請求項２４記載の発明は、請求項２
３記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、
上記波形発生手段は、上記第４の電圧変化プロセスでの
電圧変化時間が、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／２以下の長
さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生するこ
とを特徴としている。

【００３９】また、請求項２５記載の発明は、請求項２
３又は２４記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路
に係り、上記波形発生手段は、上記第３の電圧変化プロ
セスの終了時刻と上記第４の電圧変化プロセスの開始時
刻との時間間隔が、上記固有周期Ｔ_ｃの略１／３以下の
長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生する
ことを特徴としている。

【００４０】また、請求項２６記載の発明は、請求項１
５乃至２５のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動回路に係り、上記固有周期Ｔ_ｃは、１５μｓ
以下であることを特徴としている。

【００４１】また、請求項２７記載の発明は、請求項１
５乃至２６のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動回路に係り、上記圧力発生手段は、電気機械
変換素子であることを特徴としている。

【００４２】また、請求項２８記載の発明は、請求項２
７記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、
上記電気機械変換素子は、圧電アクチュエータであるこ
とを特徴としている。

【００４３】

【作用】この発明の構成によれば、圧電アクチュエータ
の信頼性及び耐久性を損なうことなく、また、安価かつ
小型の構成で、滴径２０μｍ以下の微小なインク滴を吐
出することができる。

【００４４】

【発明の理論的妥当性】まず、集中定数系等価回路モデ
ルを用いて、この発明の妥当性の理論的根拠について説
明する。図９（ａ）は、図１（ａ）に示すインクジェッ
ト記録ヘッドのインク充填状態における等価回路図であ
る。図９において、ｍ_０は圧電アクチュエータ３６と振
動板３５とからなる駆動部のイナータンス（音響質量）
［ｋｇ／ｍ^４］、ｍ_２はインク供給孔３３のイナータン
ス、ｍ_３はノズル３４のイナータンス、ｒ_０は駆動部の
音響抵抗［Ｎｓ／ｍ^５］、ｒ_２はインク供給孔３３の音
響抵抗、ｒ_３はノズル３４の音響抵抗、ｃ_０は駆動部の
音響容量［ｍ^５／Ｎ］、ｃ_１は圧力発生室３１の音響容
量、ｃ_３はノズル３４の音響容量、ｕ_１は圧力発生室３
１における体積速度［ｍ^３／ｓ］、ｕ_２はインク供給孔
３３における体積速度、ｕ_３はノズル３４における体積
速度、φはインクに与えられる圧力［Ｐａ］を表してい
る。ここで、圧電アクチュエータ３６に高剛性の積層型
圧電アクチュエータを使用するとすれば、駆動部のイナ
ータンスｍ_０、音響抵抗ｒ_０及び音響容量ｃ_０は無視で
きる。また、圧力波の解析時には、ノズル３４の音響容
量ｃ_３も無視できる。したがって、図９（ａ）の等価回
路は、近似的に、図９（ｂ）の等価回路で表される。ま
た、インク供給孔３３とノズル３４のイナータンス
ｍ_２，ｍ_３との間で、ｍ _２＝ｋｍ_３の関係式が、インク
供給孔３３とノズル３４の音響抵抗ｒ_２，ｒ_３との間
で、ｒ_２＝ｋｒ_３の関係式がそれぞれ成り立つと仮定し
て、図１０（ａ）に示すように、立ち上がり角度θを持
つ駆動波形信号を入力した場合について回路解析を行う
と、０≦ｔ≦ｔ_１の立ち上がり時間内におけるノズル３
４における粒子速度ｖ_３'［ｍ／ｓ］は、式（１）で与
えられる。式（１）において、Ａ_３はノズル３４の開口
部の面積であり、ノズル３４における粒子速度ｖ_３'
は、ノズル３４における体積速度ｕ_３をノズル３４の開
口部の面積Ａ_３で除した値をいう。

【００４５】

【数１】

【００４６】次に、図１０（ｂ）に示すような、複雑な
形状（台形状）の駆動波形信号を用いた場合の粒子速度
は、駆動波形信号の節部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点）で発
生する圧力波を重ね合わせてゆくことによって求めるこ
とができる。すなわち、図１０（ｂ）の駆動波形信号を
用いた場合に発生する、ノズル３４における粒子速度ｖ
_３［ｍ／ｓ］は、式（２）で与えられる。

【００４７】

【数２】

【００４８】ここで、図１１に示す駆動波形信号を用い
た場合の粒子速度の時間変化を、式（１）の振動成分の
みを考慮して、式（２）を用いて求めた結果を図１２に
示す。図１１に示す駆動波形信号は、圧力発生室の体積
を増加させてメニスカスを後退させるために、基準電圧
Ｖ_１（＞０Ｖ）に設定されている圧電アクチュエータの
印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第１の電
圧変化プロセス４１と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖ
を暫時（時間ｔ_２）保持する電圧保持プロセス４２と、
この後、圧力発生室の体積を減少させてインク滴を吐出
させると共に、次の吐出動作に備えさせるために、圧電
アクチュエータの印加電圧Ｖを電圧Ｖ_２の高さにまで増
加させる第２の電圧変化プロセス４３とを有している。
図１２において、各細線ａ〜ｄは、図１１に示す駆動波
形信号の各節部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいてそれぞれ発生す
る粒子速度の時間変化を表しており、太線ｓは、各粒子
速度を重ね合わせた合計の粒子速度の時間変化、すなわ
ち、実際にメニスカスにおいて生じる粒子速度の時間変
化を表している。

【００４９】（１） 図１１に示す駆動波形信号におい
て、時間ｔ_１を圧力発生室内に発生する圧力波の固有周
期Ｔ_ｃ（＝２π／Ｅ_ｃ）の１／２に設定すると共に、時
間ｔ_２を極めて短く設定した場合、図１２（ａ）に示す
ように、節部Ａ，Ｂ，Ｃにおいて発生する粒子速度の時
間変化の位相はほぼ一致する。そのため、時間範囲（ｔ
＞ｔ_１＋ｔ_２）では、粒子速度の非常に急激な増加が生
じる。次に、このような粒子速度に非常に急激な変化が
生じた際のメニスカスの形状変化について、図１２及び
図１３を参照して、説明する。図１２（ａ）に示す粒子
速度の時間変化がメニスカス５４に加わると、時間範囲
Ｔ_１において、メニスカス５４はノズル５１の開口面か
らノズル５１の内部に引き込まれ、凹状となる。次に、
時間範囲Ｔ_２において、メニスカス５４はノズル５１の
外側に向かって押し出される。上記したように、メニス
カス５４を凹状にした状態でメニスカス５４に「押し」
を加えると、メニスカス５４の中央部に細い液柱５２が
形成される。

【００５０】この液柱５２の形成メカニズムについて詳
細に検討された例はないが、発明者等は、インク滴の吐
出観察実験及び流体解析によって、形成される液注５２
の太さがメニスカス５４を押し出す際の液面の速度に依
存することを明らかにした。すなわち、凹状のメニスカ
ス５４に対して、ノズル５１の外側に向かって押し出す
ように圧力を加えると、図１３に示すように、メニスカ
ス５４の各部は液面の法線方向（図中矢印）に移動しよ
うとする。その結果、ノズル５１の中央部に多量のイン
クが集中し、この局所的なインクの体積の増加によって
ノズル５１の中央部に液注５２が形成される。この時、
液面の移動速度が速い場合には、ノズル５１の中央部で
のインクの体積が増加する速度も大きくなるため、非常
に細い液注５２が速い成長速度で形成される（図１３
（ａ）参照）。これに対し、液面の移動速度が遅い場合
には、ノズル５１の中央部でのインクの体積が増加する
速度も小さくなるため、液注５２は太くなり、成長速度
も遅くなる（図１３（ｂ）参照）。

【００５１】なお、上記したように、「メニスカス制
御」方式を用いてノズル５１から吐出されるインク滴５
３の滴径は、形成される液柱５２の太さとほぼ等しい。
また、インク滴の飛翔速度（滴速）は、液柱５２の成長
速度とほぼ等しい。したがって、微小なインク滴を高速
で吐出させるためには、「押し」のプロセスの際の液面
移動速度を増加させ、ノズル５１の中央部において急激
なインクの体積増加を生じさせることが重要な条件とな
る。

【００５２】上記した観点から考察すると、図１１に示
す駆動波形信号において、時間ｔ_１を固有周期Ｔ_ｃの１
／２に設定すると共に、時間ｔ_２を極めて短く設定する
ことは、微小なインク滴を吐出するために非常に有利な
条件となる。すなわち、このような条件の下では、図１
２（ａ）に示すように、図１１に示す駆動波形信号の節
部Ａ，Ｂ，Ｃにおいて発生する粒子速度の時間変化の位
相はほぼ一致するので、時間範囲（ｔ＞ｔ_１＋ｔ_２）で
は、粒子速度が急激に増加し、液面の移動速度が大きく
なる。そのため、ノズル５１の中央部において急激なイ
ンクの体積増加が生じるので、細い液柱５２が形成さ
れ、その結果、非常に微小なインク滴５３を高速で吐出
させることが可能となる。つまり、液柱５２の形成時に
メニスカス５４の液面の移動速度を急激に増加させるこ
とが、微小なインク滴５３を吐出させる上で重要な条件
となるのである。

【００５３】（２） 一方、図１１に示す駆動波形信号
において、時間ｔ_１を固有周期Ｔ_ｃの１／２に設定しな
かった場合には、図１２（ｂ）に示すように、節部Ａ，
Ｂ，Ｃにおいて発生する粒子速度の時間変化の位相は一
致しなくなり、各粒子速度を重ね合わせた合計の粒子速
度の時間変化（太線ｓ）は、非常に緩慢な変化となって
しまう。すなわち、時間ｔ_１が固有周期Ｔ_ｃの１／２よ
り短い場合には、節部Ａによって発生した粒子速度が負
であるうちに節部Ｂによって正の粒子速度が発生してし
まうため、両者が相殺し合い、メニスカス５４の液面の
移動速度の増加が鈍化してしまう。一方、時間ｔ_１が固
有周期Ｔ_ｃの１／２より長い場合には、節部Ｂによって
正の粒子速度が発生する前に節部Ａによって発生した粒
子速度が正となってしまうため、やはり、メニスカス５
４の液面の移動速度の急激な増加を得ることができなく
なる。このような条件の下では、ノズル５１の中央部に
おいて急激なインクの体積増加が発生し難くなるため、
形成される液柱５２の太さは太くなり、その結果、吐出
されるインク滴５３の滴径は大きく、滴速も遅くなって
しまう（図１３（ｂ）参照）。したがって、高画質記録
に要求される滴径２０μｍ以下の微小なインク滴を得る
ことは不可能になる。

【００５４】以上説明したように、「メニスカス制御」
方式を用いてノズル５１から吐出されるインク滴５３の
滴径及び滴速は、図１１に示す駆動波形信号における第
１の電圧変化プロセス４１の電圧変化時間ｔ_１と、第１
の電圧変化プロセス４１の終了時刻と第２の電圧変化プ
ロセス４３の開始時刻との時間間隔、すなわち、電圧保
持プロセス４２での電圧保持時間ｔ_２とに大きく依存
し、電圧変化時間ｔ_１を固有周期Ｔ_ｃの約１／２に設定
すると共に、電圧保持時間ｔ_２を充分短く設定すること
により、非常に微小な滴径のインク滴を高速で吐出させ
ることができる。なお、この場合、圧電アクチュエータ
自体の固有振動を利用しないので、圧電アクチュエータ
の信頼性及び耐久性が損なわれることはなく、また、イ
ンクジェット記録ヘッドの駆動回路、特に、圧電アクチ
ュエータの駆動回路は、従来の構成と特に変わることは
ないため、インクジェット記録ヘッドの駆動回路のコス
トやサイズが増大することはない。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 Ａ．第１の実施例 まず、この発明の第１の実施例について説明する。図１
（ａ）は、この発明の第１の実施例であるインクジェッ
ト記録ヘッドの駆動方法を適用したインクジェット記録
装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドの構成の一
例を示す断面図、同図（ｂ）は、同インクジェット記録
ヘッドを分解して示す分解断面図である。この例のイン
クジェット記録ヘッドは、図１（ａ）に示すように、必
要に応じてインク滴３７を吐出させて、記録媒体上に文
字や画像を印刷するドロップ・オン・デマンド・カイザ
ー型マルチノズル式記録ヘッドに係り、図１に示すよう
に、細長立方体形状にそれぞれ形成され、かつ、図中紙
面垂直方向に並べられた複数の圧力発生室３１と、各圧
力発生室３１の図中底面を構成する振動板３５と、この
振動板３５の裏面に、かつ、各圧力発生室３１に対応し
て並設された複数の圧電アクチュエータ３６と、図示せ
ぬインクタンクと連結されて、各圧力発生室３１にイン
クを供給するための共通インク室（インクプール）３２
と、この共通インク室３２と各圧力発生室３１とを一対
一に連通させるための複数のインク供給孔（インク供給
路）３３と、各圧力発生室３１と一対一に設けられ、各
圧力発生室３１の屈曲上方に突起した先端部からインク
滴３７を吐出させる複数のノズル３４とから概略構成さ
れている。ここで、共通インク室３２、インク供給孔３
３、圧力発生室３１及びノズル３４によって、インクが
この順に移動する流路部が形成され、圧電アクチュエー
タ３６と振動板３５とから、圧力発生室３１内のインク
に圧力波を加える駆動部が構成され、流路部と駆動部と
の接点が、圧力発生室３１の底面（すなわち、振動板３
５の図中上面）となっている。

【００５６】圧電アクチュエータ３６は、圧電定数ｄ
_３３を利用した縦振動モードであって、積層型圧電セラ
ミックスからなり、その圧力発生室３１に変位を加える
ための駆動柱の形状は、長さ（Ｌ）が６９０μｍ、幅
（Ｗ）が１．８μｍ、奥行き長さ（図１の紙面垂直方向
の長さ）が１２０μｍである。圧電アクチュエータ３６
を構成する圧電材料には、その密度ρ_ｐが８．０×１０
^３［ｋｇ／ｍ^３］、その弾性係数Ｅ_ｐが６８ＧＰａであ
るものを用いている。そして、実測した圧電アクチュエ
ータ３６自体の固有周期Ｔ_ａは、１．０μｓであった。

【００５７】この実施例のヘッド製造工程では、図１
（ｂ）に示すように、精密プレス加工で円形に穿孔され
ることで、複数のノズル３４が列状に又は千鳥状に配列
されたノズルプレート３４ａと、共通インク室３２の空
間部が形成されたプールプレート３２ａと、インク供給
孔３３が穿孔された供給孔プレート３３ａと、複数の圧
力発生室３１の空間部が形成された圧力発生室プレート
３１ａと、複数の振動板３５を構成する振動プレート３
５ａとを予めエッチング等により穿孔加工して用意した
後、これらのプレート３１ａ〜３５ａを厚さ約５μｍの
図示せぬ熱硬化性樹脂による接着剤層を用いて接着接合
して積層プレートを作成し、次に、作成された積層プレ
ートと圧電アクチュエータ３６とを熱硬化性樹脂による
接着剤層やエポキシ系接着剤層を用いて接合すること
で、上記構成のインクジェット記録ヘッドを製造するこ
とが行われる。なお、この例では、振動プレート３５ａ
には、電鋳（エレクトロフォーミング）で成形された厚
さ５０〜７５μｍのニッケル板が用いられるのに対し、
他のプレート３１ａ〜３４ａには、厚さ５０〜７５μｍ
のステンレス板が用いられる。また、この例のノズル３
４は、開口径略３０μｍ、裾径略６５μｍ、長さ略７５
μｍとされ、圧力発生室３１側に向かって径が徐々に増
加するテーパ形状に形成されている。また、インク供給
孔３３も、ノズル３４と同一形状に形成されている。

【００５８】次に、図２及び図３を参照して、この例の
インクジェット記録装置を構成して、上記構成のインク
ジェット記録ヘッドを駆動する駆動回路の電気的構成に
ついて説明する。この例のインクジェット記録装置は、
図示せぬＣＰＵ（中央処理装置）やＲＯＭやＲＡＭ等の
メモリを有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプ
ログラムを実行して、ＲＡＭに確保された各種レジスタ
やフラグを用いて、インターフェイスを介してパーソナ
ル・コンピュータ等の上位装置から供給された画像デー
タに基づいて、記録媒体上に文字や画像を記録するため
に、装置各部を制御する。

【００５９】まず、図２に示す駆動回路は、図４に示す
増幅駆動波形信号に対応した駆動波形信号を発生して電
力増幅した後、圧電アクチュエータ３６に供給して駆動
することにより、滴径が常に略同じインク滴３７を吐出
させて、記録媒体上に文字や画像を記録させるもので、
波形発生回路６１と、増幅回路６２と、スイッチング回
路６３とから概略構成されている。波形発生回路６１
は、デジタル・アナログ変換回路と積分回路とから構成
され、ＣＰＵによりＲＯＭの所定の記憶エリアから読み
出された駆動波形データをアナログ変換した後、積分処
理して図４に示す増幅駆動波形信号に対応した駆動波形
信号を生成する。増幅回路６２は、波形発生回路６１か
ら供給された駆動波形信号を電力増幅して、図４に示す
増幅駆動波形信号として出力する。スイッチング回路６
３は、例えば、トランスファ・ゲートからなり、入力端
が増幅回路６２の出力端に接続され、出力端が圧電アク
チュエータ３６の一端に接続され、制御端に、図示せぬ
駆動制御回路において画像データに基づいて生成され、
供給された制御信号が入力されると、オンとなって、増
幅回路６２から出力される増幅駆動波形信号（図４参
照）を圧電アクチュエータ３６に印加する。圧電アクチ
ュエータ３６は、このとき、印加される増幅駆動波形信
号に応じた変位を振動板３５に与え、振動板３５の変位
により、圧力発生室３１を急激に体積変化（増加・減
少）させて、インクが充填された圧力発生室３１に所定
の圧力波を発生させ、この圧力波によってノズル３４か
ら滴径が２０μｍ程度の微小なインク滴３７を吐出させ
る。なお、この実施例のインクジェット記録ヘッドで
は、インクが充填された圧力発生室３１内における圧力
波の固有周期Ｔ_ｃは、１０μｓである。吐出したインク
滴３７は、記録媒体上に着弾し、記録ドットを形成す
る。このような記録ドットの形成を画像データに基づい
て繰り返し行うことにより、記録媒体上に文字や画像が
２値記録される。

【００６０】次に、図３に示す駆動回路は、ノズル３４
から吐出するインク滴の滴径を多段階（この例では、滴
径４０μｍ程度の大滴、３０μｍ程度の中滴、２０μｍ
程度の小滴の３段階）に切り替えて、多階調で記録媒体
上に文字や画像を記録させる、いわゆる滴径変調型の駆
動回路であり、滴径に応じた３種類の波形発生回路７１
ａ，７１ｂ，７１ｃと、これらの波形発生回路７１ａ，
７１ｂ，７１ｃと一対一に接続された増幅回路７２ａ，
７２ｂ，７２ｃと、圧電アクチュエータ３６，３６，…
と一対一に接続された複数個のスイッチング回路７３，
７３，…とから概略構成されている。波形発生回路７１
ａ〜７１ｃは、いずれも、デジタル・アナログ変換回路
と積分回路とから構成され、これらの波形発生回路７１
ａ〜７１ｃのうち、波形発生回路７１ａは、ＣＰＵによ
りＲＯＭの所定の記憶エリアから読み出された大滴吐出
用の駆動波形データをアナログ変換した後、積分処理し
て大滴吐出用の駆動波形信号を生成する。波形発生回路
７１ｂは、ＣＰＵによりＲＯＭの所定の記憶エリアから
読み出された中滴吐出用の駆動波形データをアナログ変
換した後、積分処理して中滴吐出用の駆動波形信号を生
成する。また、波形発生回路７１ｃは、ＣＰＵによりＲ
ＯＭの所定の記憶エリアから読み出された小滴吐出用の
駆動波形データをアナログ変換した後、積分処理して図
４に示す増幅駆動波形信号に対応した小滴吐出用の駆動
波形信号を生成する。増幅回路７２ａは、波形発生回路
７１ａから供給された大滴吐出用の駆動波形信号を電力
増幅して大滴吐出用の増幅駆動波形信号として出力す
る。増幅回路７２ｂは、波形発生回路７１ｂから供給さ
れた中滴吐出用の駆動波形信号を電力増幅して中滴吐出
用の増幅駆動波形信号として出力する。また、増幅回路
７２ｃは、波形発生回路７１ｃから供給された小滴吐出
用の駆動波形信号を電力増幅して小滴吐出用の増幅駆動
波形信号（図４参照）として出力する。

【００６１】また、スイッチング回路７３は、図示せぬ
第１，第２，第３のトランスファ・ゲートから構成さ
れ、第１のトランスファ・ゲートの入力端が増幅回路７
２ａの出力端に接続され、第２のトランスファ・ゲート
の入力端が増幅回路７２ｂの出力端に接続され、第３の
トランスファ・ゲートの入力端が増幅回路７２ｃの出力
端に接続され、第１，第２，第３のトランスファ・ゲー
トの出力端が対応する共通の圧電アクチュエータ３６の
一端に接続されている。そして、図示せぬ駆動制御回路
において画像データに基づいて生成された階調制御信号
が第１のトランスファ・ゲートの制御端に供給される
と、第１のトランスファ・ゲートがオンとなって増幅回
路７２ａから出力される大滴吐出用の増幅駆動波形信号
を圧電アクチュエータ３６に印加する。圧電アクチュエ
ータ３６は、このとき、印加される増幅駆動波形信号に
応じた変位を振動板３５に与え、この振動板３５の変位
により、圧力発生室３１を急激に体積変化（増加・減
少）させて、インクが充填された圧力発生室３１に所定
の圧力波を発生させ、この圧力波によってノズル３４か
ら大滴のインク滴３７を吐出させる。図示せぬ駆動制御
回路において画像データに基づいて生成された階調制御
信号が第２のトランスファ・ゲートの制御端に供給され
ると、第２のトランスファ・ゲートがオンとなって増幅
回路７２ｂから出力される中滴吐出用の増幅駆動波形信
号を圧電アクチュエータ３６に印加する。圧電アクチュ
エータ３６は、このとき、印加される増幅駆動波形信号
に応じた変位を振動板３５に与え、振動板３５の変位に
より、圧力発生室３１を急激に体積変化（増加・減少）
させて、インクが充填された圧力発生室３１に所定の圧
力波を発生させ、この圧力波によってノズル３４から中
滴のインク滴３７を吐出させる。また、図示せぬ駆動制
御回路において画像データに基づいて生成された階調制
御信号が第３のトランスファ・ゲートの制御端に供給さ
れると、第３のトランスファ・ゲートがオンとなって増
幅回路７２ｃから出力される小滴吐出用の増幅駆動波形
信号（図４参照）を圧電アクチュエータ３６に印加す
る。圧電アクチュエータ３６は、このとき、印加される
増幅駆動波形信号に応じた変位を振動板３５に与え、振
動板３５の変位により、圧力発生室３１を急激に体積変
化（増加・減少）させて、インクが充填された圧力発生
室３１内に所定の圧力波を発生させ、この圧力波によっ
てノズル３４から小滴のインク滴３７を吐出させる。吐
出したインク滴３７は、記録媒体上に着弾し、記録ドッ
トを形成する。このような記録ドットの形成を画像デー
タに基づいて繰り返し行うことにより、記録媒体上に文
字や画像が多階調記録される。この実施例では、２値記
録専用のインクジェット記録装置には、図２の駆動回路
が組み込まれ、階調記録も行うインクジェット記録装置
には、図３の駆動回路が組みまれる。

【００６２】上記した増幅駆動波形信号は、図４に示す
ように、圧力発生室３１の体積を増加させてメニスカス
を後退させるために、圧力発生室３１内に発生する圧力
波の固有周期Ｔ_ｃの１／２の立ち下げ時間ｔ_１で、基準
電圧Ｖ_ｂに設定されている圧電アクチュエータ３６の印
加電圧Ｖを、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで減少させる第１
の電圧変化プロセス８１と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで
減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_２）保持する第１の
電圧保持プロセス８２と、圧力発生室３１の体積を減少
させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるために、
立ち上げ時間ｔ _３で、圧電アクチュエータ３６の印加電
圧Ｖを電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ_２）の高さにまで増加させ
る第２の電圧変化プロセス８３と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋
Ｖ_２）にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_４）保
持する第２の電圧保持プロセス８４と、圧力発生室３１
の体積を減少させてインク滴３７を吐出させると共に、
次の吐出動作に備えさせるために、圧電アクチュエータ
３６の印加電圧Ｖを基準電圧Ｖ_ｂの高さにまで増加させ
る第３の電圧変化プロセス８５とから構成されている。

【００６３】次に、この例のインクジェット記録ヘッド
の駆動方法について、以下に示す駆動波形信号の波形条
件でインク滴３７の吐出実験を行った。すなわち、 基準電圧Ｖ_ｂ＝２５Ｖ 第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化量Ｖ_１＝１５Ｖ 第２の電圧変化プロセス８３での電圧変化量Ｖ_２＝１２Ｖ 第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化時間ｔ_１＝５μｓ 第１の電圧保持プロセス８２での電圧保持時間ｔ_２＝０．３μｓ 第２の電圧変化プロセス８３での電圧変化時間ｔ_３＝１．５μｓ 第２の電圧保持プロセス８４での電圧保持時間ｔ_４＝６μｓ 第３の電圧変化プロセス８５での電圧変化時間ｔ_５＝２０μｓ にそれぞれ設定し、第１の電圧変化プロセス８１での電
圧変化時間ｔ_１を変化させて、滴径の変化を調べた。な
お、電圧保持時間ｔ_２は、式（３）を満足するように設
定し、第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化量Ｖ_１
は、メニスカス後退時の後退量が一定になるように設定
し、第２の電圧変化プロセス８３での電圧変化量Ｖ
_２は、常に、滴速が６ｍ／ｓとなるようにそれぞれ調整
した。

【００６４】

【数３】ｔ_１＋ｔ_２＝１／２Ｔ_ｃ…（３）

【００６５】図５は、第１の電圧変化プロセス８１での
電圧変化時間ｔ_１とインク滴３７の滴径との関係を示す
特性図である。図５を参照すると、電圧変化時間ｔ_１が
圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔ_ｃの１
／２である時、インク滴３７の滴径が最小となり、微小
なインク滴を吐出させるのに最適な条件であることが分
かる。実験では、滴径２１μｍのインク滴が滴速６．２
ｍ／ｓで吐出されることが観察された。これに対し、比
較のために、図４に示す増幅駆動波形信号において、電
圧変化時間ｔ_１を２μｓに設定すると共に、電圧保持時
間ｔ_２を３μｓに設定してインク滴３７の吐出実験を行
った結果、電圧変化量Ｖ_１及びＶ_２等をどのように調整
しても、吐出可能なインク滴の最小滴径は、２５μｍで
あった。

【００６６】なお、図５から分かるように、電圧変化時
間ｔ_１は、固有周期Ｔ_ｃの１／２に完全に一致させる必
要はなく、固有周期Ｔ_ｃの１／２にほぼ一致していれ
ば、微小なインク滴を吐出させることができる。具体的
には、電圧変化時間ｔ_１は、式（４）を満足することが
望ましい。

【００６７】

【数４】１／３Ｔ_ｃ≦ｔ_１≦２／３Ｔ_ｃ…（４）

【００６８】また、第１の電圧保持プロセス８２での電
圧保持時間ｔ_２は、図４に示す節部Ｂ及び節部Ｃによっ
て発生する粒子速度の位相を一致させるために、可能な
限り短いことが望ましいが、式（５）を満足するのであ
れば、微小なインク滴を吐出させることができる。

【００６９】

【数５】ｔ_２≦１／５Ｔ_ｃ…（５）

【００７０】さらに、第２の電圧変化プロセス８３での
電圧変化時間ｔ_３は、液柱形成に充分な粒子速度がメニ
スカスに生じるように可能な限り短いことが望ましい。
具体的には、電圧変化時間ｔ_３は、式（６）を満足する
ことが望ましい。

【００７１】

【数６】ｔ_３≦１／３Ｔ_ｃ…（６）

【００７２】このように、この例の構成によれば、図４
に示す増幅駆動波形信号において、電圧変化時間ｔ_１を
固有周期Ｔ_ｃの約１／２に設定すると共に、電圧保持時
間ｔ _２を充分短く設定することにより、滴径２０μｍ程
度の微小なインク滴を安定して吐出させることができ
る。なお、この場合、図１８に示す従来の駆動波形信号
における立ち上げ時間ｔ_３や立ち下げ時間ｔ_５のよう
に、図４に示す増幅駆動波形信号における電圧変化時間
ｔ_１，ｔ_３，ｔ_５を圧電アクチュエータ３６自体の固有
周期Ｔ_ａよりも短く設定する必要がない。したがって、
圧電アクチュエータ３６自体の固有振動が励起されない
ので、圧電アクチュエータ３６に流れる電流が増大した
り、圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性が損なわれ
ることはない。

【００７３】Ｂ．第２の実施例 次に、この発明の第２の実施例について説明する。図６
は、この発明の第２の実施例であるインクジェット記録
ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形
プロファイルの一例を示す図である。この第２の実施例
では、増幅駆動波形信号は、図６に示すように、圧力発
生室３１の体積を増加させてメニスカスを後退させるた
めに、圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔ
_ｃの１／２の立ち下げ時間ｔ_１で、基準電圧Ｖ_ｂに設定
されている圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを、電
圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで減少させる第１の電圧変化プロ
セス８６と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで減少した印加電
圧Ｖを暫時（時間ｔ_２）保持する第１の電圧保持プロセ
ス８７と、圧力発生室３１の体積を減少させてメニスカ
スの中央部に液柱を形成させるために、立ち上げ時間ｔ
_３で、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを電圧（Ｖ
_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ_２）の高さにまで増加させる第２の電圧変
化プロセス８８と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ_２）にまで増
加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_４）保持する第２の電
圧保持プロセス８９と、圧力発生室３１の体積を増加さ
せて液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させるた
めに、立ち下げ時間ｔ_５で、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ _２）
に保持された印加電圧Ｖを、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで
減少させる第３の電圧変化プロセス９０と、電圧（Ｖ_ｂ
−Ｖ_１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_６）
保持する第３の電圧保持プロセス９１と、圧力発生室３
１の体積を減少させてインク滴３７を吐出させると共
に、次の吐出動作に備えさせるために、圧電アクチュエ
ータ３６の印加電圧Ｖを基準電圧Ｖ_ｂの高さにまで増加
させる第４の電圧変化プロセス９２とから構成されてい
る。

【００７４】次に、この例のインクジェット記録ヘッド
の駆動方法について、以下に示す駆動波形信号の波形条
件でインク滴３７の吐出実験を行った。すなわち、 基準電圧Ｖ_ｂ＝２５Ｖ 第１の電圧変化プロセス８６での電圧変化量Ｖ_１＝１５Ｖ 第２の電圧変化プロセス８８での電圧変化量Ｖ_２＝１２Ｖ 第１の電圧変化プロセス８６での電圧変化時間ｔ_１＝５μｓ 第１の電圧保持プロセス８７での電圧保持時間ｔ_２＝０．３μｓ 第２の電圧変化プロセス８８での電圧変化時間ｔ_３＝１．５μｓ 第２の電圧保持プロセス８９での電圧保持時間ｔ_４＝０．２μｓ 第３の電圧変化プロセス９０での電圧変化時間ｔ_５＝１．５μｓ 第３の電圧保持プロセス９１での電圧保持時間ｔ_６＝６μｓ 第４の電圧変化プロセス９２での電圧変化時間ｔ_７＝２０μｓ にそれぞれ設定して、インク滴３７の吐出実験を行っ
た。この結果、滴径１６μｍのインク滴が滴速６．０ｍ
／ｓで吐出されることが観察された。

【００７５】このように、この例の構成によれば、図６
に示す増幅駆動波形信号において、第２の電圧変化プロ
セス８８の直後に第３の電圧変化プロセス９０を設け、
圧力発生室３１の体積を増加させて液柱先端部からイン
ク滴３７を早期に分離させているので、上記した第１の
実施例の増幅駆動波形信号（図４参照）を採用した場合
に比べて、さらに微小なインク滴３７を吐出させること
ができる。なお、第２の電圧保持プロセス８９での電圧
保持時間ｔ_４は、液柱先端部からインク滴３７を早期に
分離させる効果を大きくさせるためには、可能な限り短
いことが望ましい。具体的には、電圧保持時間ｔ_４は、
式（７）を満足することが望ましい。

【００７６】

【数７】ｔ_４≦１／５Ｔ_ｃ…（７）

【００７７】また、第３の電圧変化プロセス９０での電
圧変化時間ｔ_５は、液柱先端部からインク滴３７を早期
に分離させる際に充分な粒子速度がメニスカスに生じさ
せるためには、可能な限り短いことが望ましい。具体的
には、電圧変化時間ｔ_５は、式（８）を満足することが
望ましい。

【００７８】

【数８】ｔ_５≦１／３Ｔ_ｃ…（８）

【００７９】Ｃ．第３の実施例 次に、この発明の第３の実施例について説明する。図７
は、この発明の第３の実施例であるインクジェット記録
ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形
プロファイルの一例を示す図である。この第３の実施例
では、増幅駆動波形信号は、図７に示すように、圧力発
生室３１の体積を増加させてメニスカスを後退させるた
めに、圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔ
_ｃの１／２の立ち下げ時間ｔ_１で、基準電圧Ｖ_ｂに設定
されている圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを、電
圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで減少させる第１の電圧変化プロ
セス９３と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１）にまで減少した印加電
圧Ｖを暫時（時間ｔ_２）保持する第１の電圧保持プロセ
ス９４と、圧力発生室３１の体積を減少させてメニスカ
スの中央部に液柱を形成させるために、立ち上げ時間ｔ
_３で、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを電圧（Ｖ
_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ_２）の高さにまで増加させる第２の電圧変
化プロセス９５と、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ_２）にまで増
加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_４）保持する第２の電
圧保持プロセス９６と、圧力発生室３１の体積を増加さ
せて液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させるた
めに、立ち下げ時間ｔ_５で、電圧（Ｖ_ｂ−Ｖ_１＋Ｖ _２）
に保持された印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少さ
せる第３の電圧変化プロセス９７と、０Ｖにまで減少し
た印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ_６）保持する第３の電圧保
持プロセス９８と、圧力発生室３１の体積を減少させて
インク滴３７吐出後に残存する圧力波の残響を抑止する
ために、立ち下げ時間ｔ_７で、圧電アクチュエータ３６
の印加電圧Ｖを電圧Ｖ_４の高さにまで増加させる第４の
電圧変化プロセス９９と、圧力発生室３１の体積を減少
させてインク滴３７を吐出させると共に、次の吐出動作
に備えさせるために、基準電圧Ｖ_ｂの高さにまで増加さ
せる第５の電圧変化プロセス１００とから構成されてい
る。

【００８０】次に、この例のインクジェット記録ヘッド
の駆動方法について、以下に示す駆動波形信号の波形条
件でインク滴３７の吐出実験を行った。すなわち、 基準電圧Ｖ_ｂ＝２５Ｖ 第１の電圧変化プロセス９３での電圧変化量Ｖ_１＝１５Ｖ 第２の電圧変化プロセス９５での電圧変化量Ｖ_２＝１２Ｖ 第３の電圧変化プロセス９７での電圧変化量Ｖ_３＝１６Ｖ 第４の電圧変化プロセス９９での電圧変化量Ｖ_４＝１４Ｖ 第１の電圧変化プロセス９３での電圧変化時間ｔ_１＝５μｓ 第１の電圧保持プロセス９４での電圧保持時間ｔ_２＝０．３μｓ 第２の電圧変化プロセス９５での電圧変化時間ｔ_３＝１．５μｓ 第２の電圧保持プロセス９６での電圧保持時間ｔ_４＝０．２μｓ 第３の電圧変化プロセス９７での電圧変化時間ｔ_５＝１．５μｓ 第３の電圧保持プロセス９８での電圧保持時間ｔ_６＝１．５μｓ 第４の電圧変化プロセス９９での電圧変化時間ｔ_７＝２μｓ 第５の電圧変化プロセス１００での電圧変化時間ｔ_８＝１５μｓ にそれぞれ設定して、インク滴３７の吐出実験を行っ
た。この結果、滴径１４μｍのインク滴が滴速６．３ｍ
／ｓで吐出されることが観察された。

【００８１】ここで、図７に示す増幅駆動波形信号を用
いた場合の粒子速度の時間変化を、式（１）の振動成分
のみを考慮して、式（２）を用いて求めた結果を図８に
示す。図８において、各細線ａ〜ｄは、図７に示す増幅
駆動波形信号の各節部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいてそれぞれ
発生する粒子速度の時間変化を表しており、太線ｓは、
各粒子速度を重ね合わせた合計の粒子速度の時間変化、
すなわち、実際にメニスカスにおいて生じる粒子速度の
時間変化を表している。この例の構成によれば、図７に
示す増幅駆動波形信号において、第１の電圧変化プロセ
ス９３での電圧変化時間ｔ_１を圧力発生室内に発生する
圧力波の固有周期Ｔ_ｃの１／２に設定しているので、図
８から分かるように、節部Ａ，Ｂ，Ｃにおいて発生する
粒子速度の時間変化の位相はほぼ一致する。そのため、
時間範囲Ｔ_２では、粒子速度の非常に急激な増加が生じ
る。また、図７に示す増幅駆動波形信号において、第３
の電圧変化プロセス９７を設け、第３の電圧変化プロセ
ス９７での電圧変化量Ｖ_３を第２の電圧変化プロセス９
５での電圧変化量Ｖ_２よりも高く設定しているので、図
８から分かるように、時間範囲Ｔ_３では、粒子速度が急
激に減少する。これにより、液柱先端部からインク滴３
７がより早期に分離させることができ、上記した第２の
実施例の増幅駆動波形信号（図６参照）を採用した場合
に比べて、さらに微小なインク滴３７を吐出させること
ができる。

【００８２】また、この例の構成によれば、図７に示す
増幅駆動波形信号において、第３の電圧変化プロセス９
０の直後に立ち下げ時間ｔ_７を有する第４の電圧変化プ
ロセス９９を設け、第１〜第３の電圧変化プロセス９
３，９５，９７で発生し、インク滴３７吐出後に残存す
る圧力波の残響を抑止しているので、前回のインク滴３
７の吐出時に発生した圧力波が次回のインク滴３７の吐
出時に影響を及ぼすことがない。したがって、増幅駆動
波形信号の周波数がより高い場合でも、安定してインク
滴３７を吐出させることができる。上記した第１及び第
２の実施例の増幅駆動波形信号（図４及び図６参照）を
採用した場合には、増幅駆動波形信号の周波数を８ｋＨ
ｚ以上に設定すると、インク滴３７の吐出状態が多少不
安定になったのに対し、この例の増幅駆動波形信号（図
７参照）を採用した場合には、増幅駆動波形信号の周波
数が１２ｋＨｚまではインク滴３７が安定して吐出する
ことが確認された。図８においても、時間範囲Ｔ_４で
は、粒子速度の時間変化が非常に小さくなることが示さ
れている。さらに、この例の構成によれば、インク滴３
７の吐出方向等の飛翔特性も改善されることが確認され
た。これは、上記したように、図７に示す増幅駆動波形
信号において、第４の電圧変化プロセス９９を設け、イ
ンク滴３７吐出後に残存する圧力波の残響を抑止してい
るので、インク滴３７を吐出した直後のメニスカスが安
定し、サテライトの吐出方向等の飛翔状態が安定化及び
均一化するからである。

【００８３】なお、第３の電圧保持プロセス９８での電
圧保持時間ｔ_６は、効果的に残響を抑制するためには、
可能な限り短いことが望ましい。具体的には、電圧保持
時間ｔ_６は、式（９）を満足することが望ましい。

【００８４】

【数９】ｔ_６≦１／３Ｔ_ｃ…（９）

【００８５】また、第４の電圧変化プロセス９９での電
圧変化時間ｔ_７は、残響抑制用の圧力波を効率的に発生
させるためには、可能な限り短いことが望ましい。具体
的には、電圧変化時間ｔ_７は、式（１０）を満足するこ
とが望ましい。

【００８６】

【数１０】ｔ_７≦１／２Ｔ_ｃ…（１０）

【００８７】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の各実施例では、この発明によるインクジェット記録ヘ
ッドの駆動方法をノズルから着色インクを吐出させて紙
やＯＨＰフィルム等の記録媒体上に文字や画像を記録す
るプリンタ、プロッタ、複写機、ファクシミリ等のイン
クジェット記録装置に適用する例を示したが、これに限
定されない。すなわち、記録媒体として高分子フィルム
やガラスを用いても良いし、ノズルから吐出する液体と
して溶融状態のハンダを用いても良い。つまり、この発
明によるインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、例え
ば、ノズルから着色インクを吐出させて高分子フィルム
やガラス上にディスプレイ用のカラーフィルタを作製す
る液滴噴射装置や、ノズルから溶融状態のハンダを吐出
させて基板上に部品実装用のバンプを形成する液滴噴射
装置など、液滴噴射装置一般に適用しても良い。

【００８８】また、上述の各実施例では、ノズル３４の
形状をテーパ状にする例を示したが、これに限定されな
い。同様に、ノズル３４の開口形状は、円形状に限ら
ず、長方形や三角形やその他の形状でも良い。また、ノ
ズル３４、圧力発生室３１、インク供給孔３３のそれぞ
れの位置関係も、この実施例で示した構造に限定される
ものではなく、例えば、ノズル３４を圧力発生室３１の
中央部等に配置してももちろん良い。また、上述の各実
施例では、細長立方体形状に形成された圧力発生室３１
を用いる例を示したが、これに限定されず、圧力発生室
３１の形状はどのようなものでも良い。

【００８９】また、上述の各実施例では、圧電アクチュ
エータ３６への印加電圧が常に正極性となるようにバイ
アス電圧（基準電圧）Ｖ_ｂを設定する例を示したが、こ
れに限定されず、圧電アクチュエータ３６に負極性の電
圧を印加しても問題ない場合には、バイアス電圧Ｖ_ｂと
して、０Ｖなど、他の電圧を設定するように構成しても
良い。また、上述の各実施例では、インクジェット記録
ヘッドとして、カイザー型を用いる例を示したが、圧力
発生手段によって圧力発生室内に圧力変化を生じさせる
ことにより、ノズルからインク滴を吐出させるインクジ
ェット記録ヘッドである限り、カイザー型に限定されな
い。インクジェット記録ヘッドとして、例えば、圧電ア
クチュエータに設けた溝を圧力発生室とするインクジェ
ット記録ヘッドを用いても良い。

【００９０】また、上述の各実施例では、圧力発生室内
に発生する圧力波の固有周期Ｔ_ｃが１０μｓであるイン
クジェット記録ヘッドについての実験結果を示したが、
固有周期Ｔ_ｃがこれと異なる場合においても、上述の各
実施例で述べたと略同様の効果が得られる。ただし、固
有周期Ｔ_ｃが長すぎると、微小なインク滴の形成が困難
となるため、滴径１５〜２０μｍ程度の微小なインク滴
を吐出させるためには、固有周期Ｔ_ｃは１５μｓ以下に
設定することが望ましい。また、上述の各実施例では、
圧電アクチュエータ３６に圧電定数ｄ_３３を利用した縦
振動モードの圧電アクチュエータを用いる例を示した
が、これに限定されず、圧電アクチュエータ３６とし
て、圧電定数ｄ_３１を利用した縦振動モードの圧電アク
チュエータなど、他の形態の圧電アクチュエータを用い
ても良い。

【００９１】また、上述の各実施例では、圧力発生手段
として、積層型圧電セラミックスからなる圧電アクチュ
エータ３６を用いる例を示したが、これに限定されず、
単板型等他の構造の圧電アクチュエータ、別種の電気機
械変換素子や磁歪素子、あるいは静電アクチュエータを
用いても、上記した効果と略同様の効果を得ることがで
きる。また、上述の各実施例では、図２及び図３に示す
駆動回路を用いる例を示したが、これに限定されず、図
４、図６又は図７に示す増幅駆動波形信号を圧電アクチ
ュエータ３６に印加できるのであれば、他の構成の駆動
回路を用いても良い。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、駆動波形信号において、第１の電圧変化プロセ
スでの電圧変化時間を、圧力発生室内に発生する圧力波
の固有周期Ｔ_ｃの略１／３から略２／３までの範囲の長
さに設定すると共に、第２の電圧変化プロセスの開始時
刻を第１の電圧変化プロセスの終了時刻の直後に設定し
たので、滴径２０μｍ程度の微小なインク滴を安定して
吐出させることができる。また、圧電アクチュエータ自
体の固有振動が励起されないので、圧電アクチュエータ
に流れる電流が増大したり、圧電アクチュエータの信頼
性及び耐久性が損なわれることはない。これにより、安
価かつ小型の構成で、滴径２０μｍ以下の微小なインク
滴を吐出することができる。また、この発明の別の構成
によれば、駆動波形信号において、第２の電圧変化プロ
セスの直後に第３の電圧変化プロセスを設け、圧力発生
室の体積を増加させて液柱先端部からインク滴を早期に
分離させているので、さらに微小なインク滴を吐出させ
ることができる。また、この発明の別の構成によれば、
駆動波形信号において、第３の電圧変化プロセスの直後
に第４の電圧変化プロセスを設け、インク滴吐出後に残
存する圧力波の残響を抑止しているので、駆動波形信号
の周波数がより高い場合でも、安定してインク滴を吐出
させることができると共に、インク滴の吐出方向等の飛
翔特性も改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、この発明の第１の実施例であるイン
クジェット記録ヘッドの駆動方法を適用したインクジェ
ット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドの
構成の一例を示す断面図、同図（ｂ）は、同インクジェ
ット記録ヘッドを分解して示す分解断面図である。

【図２】同インクジェット記録ヘッドを駆動する滴径非
変調型駆動回路の電気的構成を示すブロック図である。

【図３】同インクジェット記録ヘッドを駆動する滴径変
調型駆動回路の電気的構成を示すブロック図である。

【図４】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用
される増幅駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示
す図である。

【図５】第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間ｔ_１
とインク滴の滴径との関係を示す特性図である。

【図６】この発明の第２の実施例であるインクジェット
記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の
波形プロファイルの一例を示す図である。

【図７】この発明の第３の実施例であるインクジェット
記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の
波形プロファイルの一例を示す図である。

【図８】図７に示す増幅駆動波形信号を用いた場合の粒
子速度の時間変化の一例を示す図である。

【図９】この発明に適用されるインクジェット記録ヘッ
ドのインク充填状態における等価回路図である。

【図１０】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥
当性の理論的根拠を説明するための波形図である。

【図１１】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥
当性の理論的根拠を説明するための波形図である。

【図１２】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥
当性の理論的根拠を説明するための波形図である。

【図１３】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥
当性の理論的根拠を説明するための波形図である。

【図１４】従来技術を説明するための図で、ドロップ・
オン・デマンド型インクジェット記録ヘッドのうち、カ
イザー型と呼ばれるインクジェット記録ヘッドの基本構
成を示す概略断面図である。

【図１５】従来におけるインクジェット記録ヘッドの駆
動方法に採用される駆動波形信号の波形プロファイルの
一例を示す図である。

【図１６】従来のインクジェット記録ヘッドの駆動方法
におけるインク滴吐出過程を説明するためのノズル開口
面近傍の断面図である。

【図１７】従来における別のインクジェット記録ヘッド
の駆動方法に採用される駆動波形信号の波形プロファイ
ルの一例を示す図である。

【図１８】従来におけるさらに別のインクジェット記録
ヘッドの駆動方法に採用される駆動波形信号の波形プロ
ファイルの一例を示す図である。

【符号の説明】

３１ 圧力発生室 ３４ ノズル ３６ 圧電アクチュエータ（圧力発生手段） ３７ インク滴 ６１，７１_ａ〜７１_ｃ 波形発生回路（波形発生手段） ６２，７２_ａ〜７２_ｃ 増幅回路（波形発生手段） ６３，７３ スイッチング回路（波形発生手
段） ８１，８６，９３ 第１の電圧変化プロセス ８３，８８，９５ 第２の電圧変化プロセス ９０，９７ 第３の電圧変化プロセス ９９ 第４の電圧変化プロセス

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクが充填される圧力発生室と、該圧
   力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧力
   発生室に連通されるノズルとを備え、前記圧力発生手段
   に駆動波形信号を印加して、前記圧力発生室の体積を変
   化させることにより、前記ノズルからインク滴を吐出さ
   せるインクジェット記録ヘッドの駆動方法であって、 前記駆動波形信号の波形を、 前記圧力発生室の体積を増加させる方向に、電圧を印加
   する第１の電圧変化プロセスと、 前記圧力発生室の体積を減少させる方向に、電圧を印加
   する第２の電圧変化プロセスとを少なくとも有して構成
   し、 前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記
   圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔ_ｃの略１／
   ３から略２／３までの範囲の長さに設定すると共に、前
   記第２の電圧変化プロセスの開始時刻を前記第１の電圧
   変化プロセスの終了時刻の直後に設定したことを特徴と
   するインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
2. 【請求項２】 前記駆動波形信号の波形における、前記
   第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有
   周期Ｔ_ｃの略１／２の長さに設定したことを特徴とする
   請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
3. 【請求項３】 前記駆動波形信号の波形における、前記
   第１の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第２の電圧変
   化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔ
   _ｃの略１／５以下の長さに設定したことを特徴とする請
   求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方
   法。
4. 【請求項４】 前記駆動波形信号の波形における、前記
   第２の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有
   周期Ｔ_ｃの略１／３以下の長さに設定したことを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか１に記載のインクジェッ
   ト記録ヘッドの駆動方法。
5. 【請求項５】 前記駆動波形信号の波形に、前記第２の
   電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を増
   加させる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロセ
   スを含ませることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
   か１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
6. 【請求項６】 前記駆動波形信号の波形における、前記
   第３の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有
   周期Ｔ_ｃの略１／３以下の長さに設定したことを特徴と
   する請求項５記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方
   法。
7. 【請求項７】 前記駆動波形信号の波形における、前記
   第２の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第３の電圧変
   化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔ
   _ｃの略１／５以下の長さに設定したことを特徴とする請
   求項５又は６記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方
   法。
8. 【請求項８】 前記駆動波形信号の波形における、前記
   第３の電圧変化プロセスでの電圧変化量を前記第２の電
   圧変化プロセスでの電圧変化量よりも大きく設定したこ
   とを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１に記載のイ
   ンクジェット記録ヘッドの駆動方法。
9. 【請求項９】 前記駆動波形信号の波形に、前記第３の
   電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を減
   少させる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロセ
   スを含ませることを特徴とする請求項５乃至８のいずれ
   か１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記駆動波形信号の波形における、前
    記第４の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固
    有周期Ｔ_ｃの略１／２以下の長さに設定したことを特徴
    とする請求項９記載のインクジェット記録ヘッドの駆動
    方法。
11. 【請求項１１】 前記駆動波形信号の波形における、前
    記第３の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第４の電圧
    変化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期
    Ｔ_ｃの略１／３以下の長さに設定したことを特徴とする
    請求項９又は１０記載のインクジェット記録ヘッドの駆
    動方法。
12. 【請求項１２】 前記固有周期Ｔ_ｃは、１５μｓ以下で
    あることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１に
    記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
13. 【請求項１３】 前記圧力発生手段は、電気機械変換素
    子であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか
    １に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
14. 【請求項１４】 前記電気機械変換素子は、圧電アクチ
    ュエータであることを特徴とする請求項１３記載のイン
    クジェット記録ヘッドの駆動方法。
15. 【請求項１５】 インクが充填される圧力発生室と、該
    圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧
    力発生室に連通されるノズルとを備え、前記圧力発生手
    段に駆動波形信号を印加して、前記圧力発生室の体積を
    変化させることにより、前記ノズルからインク滴を吐出
    させるインクジェット記録ヘッドの駆動回路であって、 前記圧力発生室の体積を増加させる方向に、電圧を印加
    する第１の電圧変化プロセスと、前記圧力発生室の体積
    を減少させる方向に、電圧を印加する第２の電圧変化プ
    ロセスとを少なくとも有して構成され、前記第１の電圧
    変化プロセスでの電圧変化時間が、前記圧力発生室内に
    発生する圧力波の固有周期Ｔ_ｃの略１／３から略２／３
    までの範囲の長さに設定されると共に、前記第２の電圧
    変化プロセスの開始時刻を前記第１の電圧変化プロセス
    の終了時刻の直後に設定された波形を有する駆動波形信
    号を発生する波形発生手段を備えてなることを特徴とす
    るインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
16. 【請求項１６】 前記波形発生手段は、前記第１の電圧
    変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔ_ｃの
    略１／２の長さに設定された波形を有する駆動波形信号
    を発生することを特徴とする請求項１５記載のインクジ
    ェット記録ヘッドの駆動回路。
17. 【請求項１７】 前記波形発生手段は、前記第１の電圧
    変化プロセスの終了時刻と前記第２の電圧変化プロセス
    の開始時刻との時間間隔が、前記固有周期Ｔ _ｃの略１／
    ５以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を
    発生することを特徴とする請求項１５又は１６記載のイ
    ンクジェット記録ヘッドの駆動回路。
18. 【請求項１８】 前記波形発生手段は、前記第２の電圧
    変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔ_ｃの
    略１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形
    信号を発生することを特徴とする請求項１５乃至１７の
    いずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回
    路。
19. 【請求項１９】 前記波形発生手段は、前記第２の電圧
    変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を増加さ
    せる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロセスを
    含んだ波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴
    とする請求項１５乃至１８のいずれか１に記載のインク
    ジェット記録ヘッドの駆動回路。
20. 【請求項２０】 前記波形発生手段は、前記第３の電圧
    変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔ_ｃの
    略１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形
    信号を発生することを特徴とする請求項１９記載のイン
    クジェット記録ヘッドの駆動回路。
21. 【請求項２１】 前記波形発生手段は、前記第２の電圧
    変化プロセスの終了時刻と前記第３の電圧変化プロセス
    の開始時刻との時間間隔が、前記固有周期Ｔ _ｃの略１／
    ５以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を
    発生することを特徴とする請求項１９又は２０記載のイ
    ンクジェット記録ヘッドの駆動回路。
22. 【請求項２２】 前記波形発生手段は、前記第３の電圧
    変化プロセスでの電圧変化量が前記第２の電圧変化プロ
    セスでの電圧変化量よりも大きく設定された波形を有す
    る駆動波形信号を発生することを特徴とする請求項１９
    乃至２１のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッ
    ドの駆動回路。
23. 【請求項２３】 前記波形発生手段は、前記第３の電圧
    変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を減少さ
    せる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロセスを
    含んだ波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴
    とする請求項１９乃至２２のいずれか１に記載のインク
    ジェット記録ヘッドの駆動回路。
24. 【請求項２４】 前記波形発生手段は、前記第４の電圧
    変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔ_ｃの
    略１／２以下の長さに設定された波形を有する駆動波形
    信号を発生することを特徴とする請求項２３記載のイン
    クジェット記録ヘッドの駆動回路。
25. 【請求項２５】 前記波形発生手段は、前記第３の電圧
    変化プロセスの終了時刻と前記第４の電圧変化プロセス
    の開始時刻との時間間隔が、前記固有周期Ｔ _ｃの略１／
    ３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を
    発生することを特徴とする請求項２３又は２４記載のイ
    ンクジェット記録ヘッドの駆動回路。
26. 【請求項２６】 前記固有周期Ｔ_ｃは、１５μｓ以下で
    あることを特徴とする請求項１５乃至２５のいずれか１
    に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
27. 【請求項２７】 前記圧力発生手段は、電気機械変換素
    子であることを特徴とする請求項１５乃至２６のいずれ
    か１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
28. 【請求項２８】 前記電気機械変換素子は、圧電アクチ
    ュエータであることを特徴とする請求項２７記載のイン
    クジェット記録ヘッドの駆動回路。