JP2001315361A - インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ないパルス数で同一ノズルから吐出される
インク滴量を制御して印字速度の高速化と高品位の階調
印刷を実現する。 【解決手段】 第一パルス電圧を立ち上げた直後、振動
板と個別電極との間に発生する静電気力により、振動板
が、徐々に個別電極の方へ引き付けられ、立ち下げる
と、振動板は、個別電極から徐々に離れ始めようとす
る。駆動間隔Ｔｄ１が短いと、振動板が個別電極から離
れる前に、第二パルス電圧が印加され、前述と同様な静
電気力が発生するので、振動板は個別電極に引き付けら
れる。よって、第一パルス電圧では、吐出室内にインク
を吐出させる圧力波は発生しないので、インクが吐出す
ることはない。第二パルス電圧を立ち下げると、振動板
は個別電極から徐々に離れ始め、ついには、吐出室内に
インクを吐出させる圧力波が発生し、インク吐出速度Ｖ
ｊ２，インク滴体積Ｍｊ２のインクが吐出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドの駆動方法、より詳細には、静電気力を用いて振動
板を変形させることによってインク液滴の吐出を行なう
形式のインクジェットヘッドの駆動方法に関し、インク
ジェットプリンタに応用可能な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関する従来技術として、例え
ば、特開昭６０−１５７８７５号公報に開示された「イ
ンク・ジェット印刷装置」がある。この公報のものは、
直前の電気的駆動信号に対して滴発生周期よりも短い時
間遅延で付加的な電気的駆動信号を発生するための手段
を設けることにより、可変サイズのインク滴を得るとい
うもので、その駆動方法によれば、印加するパルス数に
比例して吐出されるインク滴量は増加する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６０−１５７８７５号公報のものは、印字速度の高
速化を達成しようとすると１駆動周期を短くする必要が
あり、印加できるパルス数は制限されてしまい、目的を
達成することは難しくなる。

【０００４】本発明は、上述のような実情を考慮してな
されたもので、少ないパルス数で同一ノズルから吐出さ
れるインク滴量を制御して、印字速度の高速化と高品位
の階調印刷を実現することができるインクジェットヘッ
ドの駆動方法を提供することを目的としてなされたもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ノズ
ルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路
の一部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設け
られた電極からなるアクチュエータとを有し、前記振動
板と前記電極との間にパルス電圧を印加して前記振動板
を変形させて前記ノズルからインク液滴を吐出するイン
クジェットヘッドの駆動方法において、１ドットを印字
するための駆動周期内に前記振動板と前記電極との間に
第一パルス電圧を印加した後に所定の間隔をおいて第二
パルス電圧を印加することを特徴とし、第一パルス電圧
と第二パルス電圧の２種類のパルスを用いて、その駆動
間隔によってインク滴速度を略同じにしつつ、大，中，
小ドット相当の３種類のインク滴量を吐出させることに
より、４階調を実現するようにしたものである。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記所定の間隔は、前記第一パルス電圧を印加して
前記振動板を変形させる際には前記インク液滴が吐出せ
ず、かつ、前記第二パルス電圧を印加して前記振動板を
変形させる際には前記ノズルから前記インク液滴が吐出
する間隔であることを特徴としたものである。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記所定の間隔は、前記第一パルス電圧を印加して
前記振動板を変形させる際には前記インク液滴が吐出
し、かつ、前記第二パルス電圧を印加して前記振動板を
変形させる際には前記インク液滴が吐出しない間隔であ
ることを特徴としたものである。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記所定の間隔は、前記第一パルス電圧を印加して
前記振動板を変形させて前記ノズルから吐出するインク
液滴と、前記第二パルス電圧を印加して前記振動板を変
形させて前記ノズルから吐出するインク液滴とが記録媒
体に到達する前に合体する間隔であることを特徴とした
ものである。

【０００９】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
のいずれかの発明において、前記第一および第二パルス
電圧のパルス振幅および／またはパルス幅が略同一であ
ることを特徴としたものである。

【００１０】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、前記第一パルス電圧と前記第二パルス電圧とは互い
に極性が異なることを特徴としたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に各請求項の実施例をもとに
説明を加える。 （実施例１：請求項１，５，６の実施例）図１は、本発
明によるインクジェットヘッドの駆動方法が適用される
インクジェットヘッドの一例を説明するための断面構成
図である。図１に示したインクジェットヘッドは、イン
ク液滴を基板の端部に設けたノズル孔から吐出させるエ
ッジイジェクトタイプであるが、基板上面に設けたノズ
ル孔からインク液滴を吐出させるフェイスイジェクトタ
イプでもよい。

【００１２】図１を参照してインクジェットヘッドの構
造を説明する。図１に示したインクジェットヘッドは、
３枚の基板１，２，３を重ね合わせた積層構造をしてい
る。中間の基板２は、例えば、シリコン基板であり、複
数のノズル孔４を構成するように、基板２の表面に、一
端から平行に、等しい間隔で形成された複数のノズル溝
と、各々のノズル溝に連通し、底壁が振動板５として機
能する吐出室６を構成することになる凹部と、凹部の後
部に設けられたオリフィス７を構成することになるイン
ク流入口のための細溝と、各々の吐出室６にインクを供
給するためのインク共通液室８を構成することになる凹
部とを有する。

【００１３】また、振動板５の下部には、後述する電極
９を装着するための振動室１０を構成することになるシ
リコンの絶縁膜１９、例えば、シリコン酸化膜で形成さ
れる凹部が設けられている。一方、中間基板２の上面に
は、共通電極１１が形成されている。中間基板２の上面
に接合される上側の基板１は、例えば、ガラスまたはプ
ラスチックからなり、この上基板１の接合によって、前
記ノズル孔４，吐出室６，オリフィス７およびインク共
通液室８が構成される。上基板１には、インク共通液室
８に連通するインク供給口１２が形成されている。イン
ク供給口１２は、接続パイプ１３およびチューブ１４を
介してインクタンク（図示せず）に接続されている。

【００１４】中間基板２の下面に接合される下側基板３
は、例えば、シリコン基板からなり、この下基板３の接
合によって前記振動室１０が構成されていると共に、下
基板３の方面に前記振動板５に対応する各々の位置に個
別電極９が形成されている。個別電極９は端子部１５を
有する。さらに、端子部１５を除いて電極９の全体を絶
縁膜１６で被覆してある。各端子部１５には、リード線
１７がボンディングされている。さらに、振動室１０内
の気体層を封止するために、エポシキ接着剤などによる
封止剤２２が設けられている。

【００１５】このように基板を重ね合わせて構成された
インクジェットヘッドは、更に、中間基板２に形成され
た共通電極１１と各個別電極９の端子部１５との間にド
ライバ１８が接続されている。インクは、インクタンク
からインク供給口１２を介して中間基板２の内部に供給
され、インク共通液室８，吐出室６等を満たす。インク
液滴２０は、記録紙などの記録媒体２１に向けてノズル
孔４から吐出される。

【００１６】ドライバ１８により、例えば、個別電極９
に対して正の電圧パルスを印加して電極９の表面が正の
電位に帯電すると、対応する振動板５の下面は負の電位
に帯電する。したがって、振動板５は静電気力によって
吸引されて下方へ撓む。次に、電極９へ印加している電
圧パルスをオフにすると、振動板５は元の位置に復帰す
る。この復帰動作によって、吐出室６の内圧が急激に上
昇して、ノズル孔４からインク液滴２０が記録紙２１に
向けて吐出される。そして、振動板５が下方に撓むこと
により、インクがインク共通液室８からオリフィス７を
経由して吐出室６に補給される。

【００１７】図２は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの駆動方法の一実施例を説明するための図である。と
ころで、本発明においては、図２に示したように、１ド
ットの印字をするための駆動周期１／ｆ（ここで、ｆは
駆動周波数を示す）において、第一パルス電圧，第二パ
ルス電圧で構成される駆動電圧が印加できるように設定
されている（請求項１）。ここで、後述するような動作
においては、第一パルス電圧，第二パルス電圧の駆動パ
ラメータ（パルス幅Ｐｗ，駆動電圧Ｖｐ，駆動間隔Ｔ
ｄ）は、それぞれ独立に設定可能であるが、第一パルス
電圧，第二パルス電圧とも同一の駆動波形を用いること
ができれば、駆動回路の簡素化になり、コストを安くす
ることができる（請求項５）。また、第一パルス電圧と
第二パルス電圧の極性を変えることにより、１回の駆動
によってアクチュエータに残留している電荷を除去しな
がら駆動できるので、吐出も安定して行える（請求項
６）。

【００１８】（実施例２：請求項２の実施例）図３は、
本発明によるインクジェットヘッドの駆動方法の他の実
施例を説明するための図である。次に、図３について説
明を加える。まず、図３（Ａ）に示した駆動電圧のよう
に、第一パルス電圧を印加し、駆動間隔Ｔｄ１が経過し
た後、再び、第二パルス電圧を印加する。第一パルス電
圧を立ち上げた直後は、振動板（図１の５）と個別電極
（図１の９）との間に発生する静電気力により、振動板
（図１の５）が、徐々に個別電極（図１の９）の方へ引
き付けられる。その時、吐出室（図１の６）内は負圧に
なり、図３（Ｂ）に示したメニスカス位置の変化のよう
に、メニスカスは、一旦、吐出室（図１の６）の方へ引
き込まれる。そして、その後、オリフィス（図１の７）
からインクが流入し、再び、メニスカスは、ノズルの方
へ向かって変位する。

【００１９】その後、第一パルス電圧を立ち下げると、
振動板（図１の５）は、個別電極（図１の９）から徐々
に離れ始めようとするが、駆動間隔Ｔｄ１が短いと、振
動板（図１の５）が個別電極（図１の９）から離れる前
に、再び、第二パルス電圧が印加され、前述と同様な静
電気力が発生するので、振動板（図１の５）は個別電極
（図１の９）に引き付けられる。よって、第一パルス電
圧では、吐出室（図１の６）内にインクを吐出させる圧
力波は発生しないので、インクが吐出することはない。

【００２０】そして、第二パルス電圧を立ち下げると、
振動板（図１の５）は個別電極（図１の９）から徐々に
離れ始め、ついには、吐出室（図１の６）内にインクを
吐出させる圧力波が発生し、インク吐出速度Ｖｊ２，イ
ンク滴体積Ｍｊ２のインクが吐出される（請求項２）。
ここでは、第一パルス電圧，第二パルス電圧の２つの電
圧を示したが、常に同じ駆動形態でインク吐出速度Ｖｊ
を略一定にしてインク滴体積Ｍｊを可変できるというメ
リットは無くなるが、この駆動方法においては、一つの
パルス電圧でも、パルス幅Ｐｗ，パルス高さ（振幅）Ｖ
ｐを調整して所望のインク吐出速度Ｖｊ，インク滴体積
Ｍｊを得られるようにしても良い。

【００２１】（実施例３：請求項３の実施例）図４は、
本発明によるインクジェットヘッドの駆動方法の他の実
施例を説明するための図である。次に、図４について説
明を加える。まず、図４（Ａ）に示した駆動電圧のよう
に、第一パルス電圧を印加し、駆動間隔Ｔｄ２が経過し
た後、再び、第二パルス電圧を印加する。第一パルス電
圧を立ち上げた直後は、振動板（図１の５）と個別電極
（図１の９）との間に発生する静電気力により、振動板
（図１の５）が、徐々に個別電極（図１の９）の方へ引
き付けられる。その時、吐出室（図１の６）内は負圧に
なり、図４（Ｂ）に示したメニスカス位置の変化のよう
に、メニスカスは、一旦、吐出室（図１の６）の方へ引
き込まれる。そして、その後、オリフィス（図１の７）
からインクが流入し、再び、メニスカスは、ノズルの方
へ向かって変位する。

【００２２】そして、第一パルス電圧を立ち下げると
き、振動板（図１の５）は、個別電極（図１の９）から
徐々に離れ始め、ついには、吐出室（図１の６）内にイ
ンクを吐出させる圧力波が発生し、インクが吐出され
る。この場合は、図３（Ａ）に示した駆動間隔Ｔｄ１よ
りも長い駆動間隔Ｔｄ２であるので、振動板（図１の
５）は個別電極（図１の９）から離れる時間は十分あ
る。よって、インクを吐出させることができる。しか
し、この場合、インク滴が吐出しようとするときに、再
び、第二パルス電圧が印加され、前述と同様な静電気力
が発生するので、振動板（図１の５）は、個別電極（図
１の９）に引き付けられ、吐出室内は負圧になる。した
がって、インクは、吐出室方向に引っ張られることにな
り、インク滴体積Ｍｊ１は、前述のＭｊ２よりも小さく
なる。

【００２３】第二パルス電圧を印加してパルス幅Ｐｗ経
過後、第二パルス電圧を立ち下げても、立ち下げのタイ
ミングが吐出室内のインクの圧力が正圧（振動板に対し
てノズル方向と反対方向の力が掛かっていること）のと
きであれば、振動板（図１の５）が個別電極（図１の
９）から離れようとする方向とは逆の圧力が掛かってい
るので、振動板（図１の５）の動きは制止され、その結
果、インクを吐出させるほどの圧力波は発生しなくなる
ので、インクが吐出することはない（請求項３）。

【００２４】（実施例４：請求項４の実施例）図５は、
本発明によるインクジェットヘッドの駆動方法の他の実
施例を説明するための図である。図６は、本発明による
インクジェットヘッドの駆動方法によって吐出したイン
ク滴の動きを説明するための図である。次に、図５につ
いて説明を加える。まず、図５（Ａ）に示した駆動電圧
のように、第一パルス電圧を印加し、駆動間隔Ｔｄ３が
経過した後、再び、第二パルス電圧を印加する。第一パ
ルス電圧を立ち上げた直後は、振動板（図１の５）と個
別電極（図１の９）との間に発生する静電気力により、
振動板（図１の５）が、徐々に個別電極（図１の９）の
方へ引き付けられる。その時、吐出室（図１の６）内は
負圧になり、図５（Ｂ）に示したメニスカス位置の変化
のように、メニスカスは、一旦、吐出室（図１の６）の
方へ引き込まれる。そして、その後、オリフィス（図１
の７）からインクが流入し、再び、メニスカスは、ノズ
ルの方へ向かって変位する。

【００２５】そして、第一パルス電圧を立ち下げると
き、振動板（図１の５）は、個別電極（図１の９）から
徐々に離れ始め、ついには、吐出室（図１の６）内にイ
ンクを吐出させる圧力波が発生し、インクが吐出され
る。この場合は、図４（Ａ）に示した駆動間隔Ｔｄ２よ
りも長い駆動間隔Ｔｄ３であるので、振動板（図１の
５）は、個別電極（図１の９）から離れる時間は十分あ
る。よって、インクを吐出させることができる。また、
前述の実施例３と同様に、吐出室内に発生する負圧のた
めに、インク滴体積Ｍｊ１は前述のＭｊ２よりも小さく
なる。

【００２６】その後、第二パルス電圧を印加し、パルス
幅Ｐｗ経過後、第二パルス電圧を立ち下げる。この時の
立ち下げのタイミングが、吐出室内のインクの圧力が負
圧（振動板に対してノズル方向と同じ方向の力が掛かっ
ていること）のときであれば、振動板（図１の５）が個
別電極（図１の９）から離れようとする方向と同じ方向
の圧力が掛かっているので、振動板（図１の５）はさら
に動きやすくなり、通常、Ｖｊ１よりも早いＶｊ２のイ
ンク滴速度を持ったインクを吐出させることができる。

【００２７】そして、図６（Ａ）に示したように、はじ
めは第一パルス電圧で吐出したインク滴（Ｖｊ１，Ｍｊ
１）と第二パルス電圧で吐出したインク滴（Ｖｊ２，Ｍ
ｊ２）とは別々であるが、Ｖｊ２の方がＶｊ１よりも早
いので、図６（Ｂ）に示したように、第二パルス電圧で
吐出したインク滴（Ｖｊ２，Ｍｊ２）は、第一パルス電
圧で吐出したインク滴（Ｖｊ１，Ｍｊ１）に追いつき、
図６（Ｃ）に示したように、二つのインク滴が合体して
一つの滴となって記録紙（図１の２１）に着弾する（請
求項４）。

【００２８】図７は、本発明のインクジェットヘッドの
駆動方法によるダブルパルス噴射特性を示したグラフで
ある。そこで、図７に示したように、幅０.０１５ｍ
ｍ，長さ１.５ｍｍの振動板を持ったインクジェットヘ
ッドを用いて、駆動電圧Ｖｐ＝４０Ｖ，パルス幅Ｐｗ＝
７ｕｓとして駆動間隔Ｔｄを変えながらインク吐出速度
Ｖｊ１，Ｖｊ２とインク滴体積Ｍｊ１,Ｍｊ２を測定し
た。その結果、駆動間隔Ｔｄによって吐出形態が変わる
ことを確認することができた。

【００２９】

【発明の効果】（１）請求項１の発明に対応する効果 ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該流路の
一部に設けられた振動板と、該振動板に対向して設けら
れた電極からなるアクチュエータとを有し、前記振動板
を変形させて前記ノズルからインク液滴を吐出するイン
クジェットヘッドの駆動方法において、前記振動板と前
記電極との間に１駆動周期内に第一パルス電圧と第二パ
ルス電圧を印加する駆動形態で少なくとも第一パルス電
圧から第二パルス電圧を駆動するまでの駆動間隔（T_de
lay）を調整して前記振動板を変形させて前記ノズルか
らインク液滴を吐出させることを特徴とするインクジェ
ットヘッドの駆動方法によれば、インク滴量を３通りに
可変することができるので、画像品質を向上させること
が可能で、かつ、通常なら３つのパルスが必要なところ
を２つのパルスで賄えるので、印字速度の高速化も可能
である。

【００３０】（２）請求項２の発明に対応する効果 請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動方法にお
いて、第一パルス電圧を印加して前記振動板を変形させ
る際にはインク液滴が吐出せず、第二パルス電圧を印加
して前記振動板を変形させる際には前記ノズルからイン
ク液滴を吐出させることを特徴とするインクジェットヘ
ッドの駆動方法によれば、インク滴量を最小と最大との
中間にすることができる。

【００３１】（３）請求項３の発明に対応する効果 請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動方法にお
いて、第一パルス電圧を印加して前記振動板を変形させ
る際にインク液滴が吐出し、第二パルス電圧を印加して
前記振動板を変形させる際にはインク液滴が吐出しない
ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法によ
れば、インク滴量を最小にすることができる。

【００３２】（４）請求項４の発明に対応する効果 請求項１に記載のインクジェットヘッドの駆動方法にお
いて、第一パルス電圧を印加して前記振動板を変形させ
て前記ノズルから吐出するインク液滴と、第二パルス電
圧を印加して前記振動板を変形させて前記ノズルから吐
出するインク液滴とが記録媒体に到達する前に合体して
１ドット印字を記録媒体上に形成することを特徴とする
インクジェットヘッドの駆動方法よれば、インク滴量を
最大にすることができる。

【００３３】（５）請求項５の発明に対応する効果 請求項１から請求項４に記載のインクジェットヘッドの
駆動方法において、第一および第二パルス電圧のパルス
振幅および／またはパルス幅が略同一であることを特徴
とするインクジェットヘッドの駆動方法によれば、印加
するパルス電圧は１種類になるので駆動回路を簡単にす
ることができる。

【００３４】（６）請求項６に対応する作用効果 請求項５に記載のインクジェットヘッドの駆動方法にお
いて、第一パルス電圧と第二パルス電圧とは互いに極性
が異なることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動
方法によれば、１回の駆動周期でアクチュエータに残留
している電荷を除去しながら駆動できるので、吐出も安
定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるインクジェットヘッドの駆動方
法が適用されるインクジェットヘッドの一例を説明する
ための断面構成図である。

【図２】 本発明によるインクジェットヘッドの駆動方
法の一実施例を説明するための図である。

【図３】 本発明によるインクジェットヘッドの駆動方
法の他の実施例を説明するための図である。

【図４】 本発明によるインクジェットヘッドの駆動方
法の他の実施例を説明するための図である。

【図５】 本発明によるインクジェットヘッドの駆動方
法の他の実施例を説明するための図である。

【図６】 本発明によるインクジェットヘッドの駆動方
法によって吐出したインク滴の動きを説明するための図
である。

【図７】 本発明のインクジェットヘッドの駆動方法に
よるダブルパルス噴射特性を示したグラフである。

【符号の説明】

１，２，３…基板、４…ノズル孔、５…振動板、６…吐
出室、７…オリフィス、８…インク共通液室、９…電
極、１０…振動室、１１…共通電極、１２…インク供給
口、１３…接続パイプ、１４…チューブ、１５…端子
部、１６，１９…絶縁膜、１７…リード線、１８…ドラ
イバ、２０…インク液滴、２１…記録媒体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルと、該ノズルに連通するインク流
   路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振
   動板に対向して設けられた電極からなるアクチュエータ
   とを有し、前記振動板と前記電極との間にパルス電圧を
   印加して前記振動板を変形させて前記ノズルからインク
   液滴を吐出するインクジェットヘッドの駆動方法におい
   て、１ドットを印字するための駆動周期内に前記振動板
   と前記電極との間に第一パルス電圧を印加した後に所定
   の間隔をおいて第二パルス電圧を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方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   の駆動方法において、前記所定の間隔は、前記第一パル
   ス電圧を印加して前記振動板を変形させる際には前記イ
   ンク液滴が吐出せず、かつ、前記第二パルス電圧を印加
   して前記振動板を変形させる際には前記ノズルから前記
   インク液滴が吐出する間隔であることを特徴とするイン
   クジェットヘッドの駆動方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   の駆動方法において、前記所定の間隔は、前記第一パル
   ス電圧を印加して前記振動板を変形させる際には前記イ
   ンク液滴が吐出し、かつ、前記第二パルス電圧を印加し
   て前記振動板を変形させる際には前記インク液滴が吐出
   しない間隔であることを特徴とするインクジェットヘッ
   ドの駆動方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   の駆動方法において、前記所定の間隔は、前記第一パル
   ス電圧を印加して前記振動板を変形させて前記ノズルか
   ら吐出するインク液滴と、前記第二パルス電圧を印加し
   て前記振動板を変形させて前記ノズルから吐出するイン
   ク液滴とが記録媒体に到達する前に合体する間隔である
   ことを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれかに記載
   のインクジェットヘッドの駆動方法において、前記第一
   および第二パルス電圧のパルス振幅および／またはパル
   ス幅が略同一であることを特徴とするインクジェットヘ
   ッドの駆動方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のインクジェットヘッド
   の駆動方法において、前記第一パルス電圧と前記第二パ
   ルス電圧とは互いに極性が異なることを特徴とするイン
   クジェットヘッドの駆動方法。