JP2002113859A

JP2002113859A - インクジェット式記録装置、及び、インクジェット式記録ヘッドの駆動方法

Info

Publication number: JP2002113859A
Application number: JP2000308049A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Teramae; 浩文寺前; Tomoaki Takahashi; 智明高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-16

Abstract

(57)【要約】【課題】極く少量のインク滴における飛翔速度を高め
る。【解決手段】マイクロドット駆動パルスＤＰ２を、圧
力室内を緩やかに減圧することで、定常状態の湾曲形状
を保持しながらメニスカスをノズル開口内における圧力
室側に引き込む第１充電要素Ｐ１と、圧力室内を急激に
減圧することで、第１充電要素Ｐ１によって引き込まれ
たメニスカスの中心部分を局所的に引き込む第２充電要
素Ｐ２と、第２充電要素Ｐ２によって引き込まれたメニ
スカスの中心部分が反動によって吐出方向に移動するタ
イミングにあわせて圧力室内を加圧する第１放電要素Ｐ
４とを含ませて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッドにより画像や文字等を記録紙に記録するイン
クジェット式記録装置、及び、インクジェット式記録ヘ
ッドの駆動方法に関し、特に、マイクロドットを形成し
得る極く少量のインク滴を吐出させるようにしたものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】代表的なインクジェット式記録装置（以
下、単に記録装置と称する。）として、プリンタやプロ
ッタがよく知られている。この記録装置では、インクジ
ェット式記録ヘッドから吐出させるインク滴の量により
記録紙上のドット径、つまり解像度が決まるので、吐出
されるインク滴の量が重要である。このため、同一のノ
ズル開口から異なる量のインク滴を吐出させる記録ヘッ
ドを備えた記録装置が提案されている。この記録ヘッド
は、圧力室内のインクに圧力変動を生じさせるための圧
力発生素子を有しており、電位の変化パターンが異なる
複数種類の駆動パルスを圧力発生素子に供給すること
で、異なる量のインク滴を吐出させる。

【０００３】そして、従来のマイクロドット駆動パル
ス、つまり、マイクロドットに対応する極く少量のイン
ク滴を吐出させるための駆動パルスは、圧力室内を大き
く減圧する減圧要素と、減圧要素による圧力室の減圧状
態を保持する減圧ホールド要素と、インク滴を吐出させ
るために圧力室を加圧する吐出要素とを備えている。こ
のマイクロドット駆動パルスでは、減圧要素及び減圧ホ
ールド要素の供給により、メニスカス（ノズル開口で露
出しているインクの自由表面）の中心部分を柱状に成長
させ、吐出要素の供給により柱状部分をインク滴として
吐出させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の記録
装置には画質の一層の向上が求められており、この要求
に応えるためにはさらなるインク滴の少量化が必要であ
る。しかしながら、従来のマイクロドット駆動パルスで
極く少量のインク滴を吐出させると、インク滴の飛翔速
度が４〜５ｍ／ｓｅｃとなって十分な飛翔速度が得られ
ず、また空気の粘性抵抗によって飛翔速度も著しく低下
してしまうので、着弾位置のずれ等に起因する画質の劣
化の問題が生じ得る。

【０００５】そこで、本発明の目的は、極く少量のイン
ク滴であっても飛翔速度を高めることができるインクジ
ェット式記録装置、及び、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にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、ノズル開口に連通した圧
力室及びこの圧力室内のインクを加減圧する圧力発生素
子を有する記録ヘッドと、駆動パルスを有する一連の駆
動信号を発生する駆動信号発生手段とを備え、駆動パル
スの供給により圧力発生素子を作動させてノズル開口か
らインク滴を吐出させるようにしたインクジェット式記
録装置において、前記駆動信号発生手段は、圧力室内を
緩やかに減圧することで、定常状態の湾曲形状を保ちな
がらメニスカスをノズル開口内における圧力室側に引き
込む第１引き込み要素と、圧力室内を急激に減圧するこ
とで、第１引き込み要素によって引き込まれたメニスカ
スを局所的に引き込む第２引き込み要素と、第２引き込
み要素によって引き込まれたメニスカスが吐出方向に移
動するタイミングにあわせて圧力室内を加圧する吐出要
素とを含んだ駆動パルスを発生することを特徴とするイ
ンクジェット式記録装置である。

【０００７】ここで、「定常状態」とは、圧力室内の圧
力変動が極く少ない状態であって、メニスカスがノズル
面の近傍に位置している状態、つまり、ノズル開口内に
インクが充填されている状態である。また、「湾曲形状
を保ちながら」とは、多少の曲率の変化は許容する意味
である。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記ノズル開口
は、圧力室側に拡径した円錐台状のテーパー空部と、該
テーパー空部の小径部に連続して設けられた円筒状のス
トレート空部とから構成され、第２引き込み要素によっ
て、メニスカスの少なくとも一部をテーパー空部まで引
き込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載のイ
ンクジェット式記録装置である。

【０００９】請求項３に記載の発明は、前記第２引き込
み要素と吐出要素とを、第２引き込み要素の終端電位を
維持する引き込みホールド要素で接続したことを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載のインクジェット式記
録装置である。

【００１０】請求項４に記載の発明は、前記吐出要素よ
りも後に、インク滴吐出後におけるメニスカスの圧力室
側への移動を抑制すべく圧力室を加圧する制振要素を配
置したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか
に記載のインクジェット式記録装置である。

【００１１】請求項５に記載の発明は、前記吐出要素と
制振要素とを、吐出要素の終端電位を維持する吐出ホー
ルド要素で接続したことを特徴とする請求項４に記載の
インクジェット式記録装置である。

【００１２】請求項６に記載の発明は、前記圧力発生素
子を、圧力室の容積を変化させる電気機械変換素子によ
って構成したことを特徴とする請求項１から請求項５の
何れかに記載のインクジェット式記録装置である。

【００１３】請求項７に記載の発明は、前記電気機械変
換素子が圧電振動子であることを特徴とする請求項６に
記載のインクジェット式記録装置である。

【００１４】請求項８に記載の発明は、ノズル開口に連
通した圧力室内の圧力を変動させ、圧力室内における圧
力変動によっ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の駆動方法において、定常状
態の湾曲形状を保ちながらメニスカスをノズル開口内に
おける圧力室内側に引き込むように圧力室内を減圧する
第１減圧工程と、第１減圧工程で引き込まれたメニスカ
スを局所的に引き込むように圧力室内を減圧する第２減
圧工程と、第２減圧工程で局所的に引き込まれたメニス
カスが吐出方向に移動するまで待機する待機工程と、局
所的に引き込まれたメニスカスが吐出方向に移動してい
る最中に圧力室内を加圧し、該部分をインク滴として吐
出させる吐出工程とを順に経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である。

【００１５】請求項９に記載の発明は、前記ノズル開口
は、圧力室側に拡径した円錐台状のテーパー空部と、該
テーパー空部の小径部に連続して設けられた円筒状のス
トレート空部とから構成され、第２減圧工程で、メニス
カスの少なくとも一部をテーパー空部まで引き込むこと
を特徴とする請求項８に記載のインクジェット式記録ヘ
ッドの駆動方法である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ここで、図１は代表的なインクジ
ェット式記録装置であるインクジェットプリンタ１の斜
視図、図２はインクジェット式記録ヘッド２を示す断面
図、図３はノズル開口３の断面図、図４はインクジェッ
トプリンタ１の電気的構成を説明するブロック図であ
る。

【００１７】このインクジェットプリンタ１（以下、プ
リンタ１と称する。）は、キャリッジ４がガイド部材５
に移動可能に取り付けられており、キャリッジ４は駆動
プーリ６と遊転プーリ７との間に掛け渡したタイミング
ベルト８に接続されている。駆動プーリ６はパルスモー
タ９の回転軸に接合されており、キャリッジ４はパルス
モータ９の駆動によって記録紙１０の幅方向（主走査方
向）に移動する。

【００１８】キャリッジ４の記録紙１０と対向する面
（下面）には、インクジェット式記録ヘッド２（以下、
記録ヘッド２という）が取り付けられている。この記録
ヘッド２は、インクカートリッジ１１から供給されたイ
ンクを、ノズル開口３（図３参照）からインク滴として
吐出させる。従って、記録時においてプリンタ１は、キ
ャリッジ４の主走査方向への移動に同期させて記録ヘッ
ド２からインク滴を吐出させ、キャリッジ４の往復移動
に連動させて紙送りローラ１２を回転し、記録紙１０を
紙送り方向に移動させる。その結果、記録紙１０には、
印刷データに基づく画像や文字等が記録される。

【００１９】記録ヘッド２は、図２に示すように、ケー
ス１４と流路ユニット１５と振動子ユニット１６とを備
え、ケース１４の先端面に流路ユニット１５を接合し、
ケース１４内に振動子ユニット１６を収容固定すること
で構成される。

【００２０】ケース１４は、振動子ユニット１６を収容
固定するための収容空部１７が内部に形成された箱体状
であり、例えば樹脂材によって成型される。そして、こ
の収容空部１７は、流路ユニット１５との接合面側の開
口から反対面まで一連に形成されている。

【００２１】流路ユニット１５は、流路形成基板１８の
一方の面にノズルプレート１９を、流路形成基板１８の
他方の面に振動板２０をそれぞれ接合した構成とされ
る。流路形成基板１８は、共通インク室２１、インク供
給口２２、及び圧力室２３からなるインク流路が形成さ
れた板状部材である。圧力室２３は、ノズル開口３…の
列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長
い室として形成され、インク供給口２２は、圧力室２３
と共通インク室２１との間を連通する流路幅の狭い狭窄
部として形成されている。また、共通インク室２１は、
インクカートリッジ１１に貯留されたインクを各圧力室
２３…に供給するための室である。

【００２２】ノズルプレート１９には、ドット形成密度
に対応したピッチで複数（例えば９６個）のノズル開口
３…が列状に開設されている。ノズル開口３は、図３に
示すように、ノズルプレート１９を板厚方向に貫通する
略漏斗状の空部である。即ち、ノズル開口３は、ノズル
プレート１９の板厚の途中に位置する小径部から圧力室
２３側に拡径した円錐台状のテーパー空部（拡径空部）
２４と、該テーパー空部２４の小径部に連続して設けら
れた円筒状のストレート空部（同径空部）２５とからな
る一連の空部である。そして、テーパー空部２４は圧力
室２３側である内側に設けられ、ストレート空部２５は
インク吐出側である外側に設けられている。

【００２３】本実施形態では、ノズルプレート１９の厚
さ、即ち、ノズル開口３の長さＬ１は０．０８０ｍｍで
ある。そして、ストレート空部２５の内径Ｒ１は０．０
３２ｍｍであり、ストレート空部２５の長さＬ２は０．
０２５ｍｍである。また、テーパー空部２４における小
径部の内径はストレート空部２５の内径と等しい０．０
３２ｍｍであり、頂角Ｘは３２度である。なお、ノズル
開口３は、この形状に限定されるものではない。例え
ば、ストレート空部２５だけで構成してもよいし、テー
パー空部２４だけで構成してもよい。また、テーパー空
部２４に関し、円錐台状の空部に限らず、ラッパ状に拡
開した空部であってもよい。

【００２４】振動板２０は、ステンレス製の支持板２６
上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）膜等の樹脂
製の弾性体膜２７を積層した二重構造を採り、各圧力室
２３に対応する部分はステンレス板の部分が環状にエッ
チング加工されて、環内にアイランド部２８が形成され
ている。そして、このアイランド部２８とアイランド部
周辺の弾性体膜２７とがダイヤフラム部を構成する。こ
のダイヤフラム部は、振動子ユニット１６の圧電振動子
３１の作動によって変形し、圧力室２３の容積を可変す
る。

【００２５】振動子ユニット１６は、複数の圧電振動子
３１…を列設した圧電振動子群と、この圧電振動子３１
を支持する固定板３２などから構成されている。圧電振
動子群は、圧電体３３と電極３４とを交互に積層した振
動子基板を櫛歯状に加工することで作製される。また、
固定板３２は、この櫛歯状振動子の基端部分に接着等に
よって接合される。この振動子ユニット１６は、圧電振
動子３１の先端が開口から臨む姿勢で収容空部１７内に
挿入されて、固定板３２を収容空部１７の内壁へ接着す
ることにより収容固定される。この収容状態において、
圧電振動子３１の各先端面は、振動板２０の対応するア
イランド部２８に当接固定される。従って、圧電振動子
３１が伸長すると、ダイヤフラム部が圧力室２３側に押
されて圧力室２３が収縮する。一方、圧電振動子３１が
収縮するとダイヤフラム部が圧力室２３とは反対側に引
っ張られて圧力室２３が膨張する。

【００２６】圧電振動子３１は、本発明の圧力発生素子
の一種であり、電気機械変換素子の一種でもある。例示
した圧電振動子３１は、電極３４，３４同士の間に電位
差を与えることにより、積層方向と直交する素子長手方
向に伸縮する縦振動モードの圧電振動子３１である。即
ち、上記の電極３４は、基準電位に設定された共通電極
３４ａと、後述する駆動信号の電位に設定される駆動電
極３４ｂとからなり、共通電極３４ａと駆動電極３４ｂ
との電位差に応じて両電極３４に挟まれた圧電体３３が
変形し、圧電振動子３１が伸縮する。上記の基準電位
は、任意の電位に設定できるが、本実施形態ではＧＮＤ
電位に設定されている。このため、圧電振動子３１は、
駆動電位がＧＮＤ電位に近いほど伸長し、駆動電位がＧ
ＮＤ電位よりも高くなるほど収縮する。従って、圧力室
２３の容積は、駆動電位がＧＮＤ電位に近いほど収縮
し、駆動電位がＧＮＤ電位よりも高くなるほど膨張す
る。

【００２７】このように、この記録ヘッド２では、圧電
振動子３１の伸縮を制御することによって圧力室２３の
容積を可変できる。つまり、圧力室２３内のインク圧力
を変動させることができる。例えば、圧力室２３を膨張
させることでインク圧力を低くすることができ、反対
に、圧力室２３を収縮させることでインク圧力を高める
ことができる。また、駆動電位を急激に変化させること
でインク圧力を大きく変化させることができ、駆動電位
を緩やかに変化させることでインク圧力の変動を抑えつ
つ圧力室２３の容積を変化させることもできる。そし
て、圧力室２３内のインクの圧力変動を制御することに
よって、ノズル開口３からインク滴を吐出させることが
できる。

【００２８】次に、プリンタ１の電気的構成について説
明する。図４に示すように、このプリンタ１は、プリン
タコントローラ３７と、プリントエンジン３８とを備え
ている。

【００２９】プリンタコントローラ３７は、図示しない
ホストコンピュータ等からの印刷データ等を受信するイ
ンターフェース３９（以下、外部Ｉ／Ｆ３９という）
と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ４０と、各種デー
タ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ４１と、Ｃ
ＰＵ等からなる制御部４２と、クロック信号（ＣＫ）を
発生する発振回路４３と、記録ヘッド２へ供給する駆動
信号（ＣＯＭ）を発生する駆動信号発生回路４４と、ド
ットパターンデータに展開された印字データ（ＳＩ）及
び駆動信号等をプリントエンジン３８に送信するための
インターフェース４５（以下、内部Ｉ／Ｆ４５という）
とを備えている。

【００３０】外部Ｉ／Ｆ３９は、例えばキャラクタコー
ド、グラフィック関数、イメージデータのいずれか１つ
のデータ又は複数のデータからなる印刷データをホスト
コンピュータ等から受信する。また、外部Ｉ／Ｆ３９
は、ホストコンピュータに対してビジー信号（ＢＵＳ
Ｙ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）等を出力する。

【００３１】ＲＡＭ４０は、受信バッファ、中間バッフ
ァ、出力バッファ及びワークメモリ（図示せず）等とし
て利用されるものである。受信バッファには、外部Ｉ／
Ｆ３９が受信したホストコンピュータからの印刷データ
が一時的に記憶される。中間バッファには、制御部４２
によって中間コードに変換された中間コードデータが記
憶される。出力バッファには、ドット毎の印字データ
（ドットパターンデータ）が展開される。ＲＯＭ４１
は、制御部４２によって実行される各種制御ルーチン、
フォントデータ及びグラフィック関数、各種手続き等を
記憶している。

【００３２】制御部４２は、受信バッファ内の印刷デー
タを読み出して中間コードに変換し、この中間コードデ
ータを中間バッファに記憶する。また、制御部４２は、
中間バッファから読み出した中間コードデータを解析
し、ＲＯＭ４１内の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上記の印字データに
展開する。この印字データは、例えば２ビットの階調情
報で構成される。この展開された印字データは出力バッ
ファに記憶されて、記録ヘッド２の１行分に相当する印
字データが得られると、この１行分の印字データ（Ｓ
Ｉ）は、内部Ｉ／Ｆ４５を介して記録ヘッド２にシリア
ル伝送される。出力バッファから１行分の印字データが
送信されると、中間バッファの内容が消去されて、次の
中間コードに対する変換が行われる。また、制御部４２
は、内部Ｉ／Ｆ４５を通じて記録ヘッド２にラッチ信号
（ＬＡＴ）やチャンネル信号（ＣＨ）を供給する。これ
らのラッチ信号やチャンネル信号は、後述する駆動信号
を構成する各パルス信号の供給開始タイミングを規定す
る。

【００３３】駆動信号発生回路４４は、本発明における
駆動信号発生手段の一種であり、複数の波形要素によっ
て構成された駆動パルスを含んだ一連の駆動信号を発生
する。この駆動信号発生回路４４は、ＣＰＵを搭載する
等によって所望形状の波形信号を発生する構成でもよ
く、アナログ回路によって所望形状の波形信号を発生す
る構成でもよい。なお、この駆動信号については、後で
詳しく説明する。

【００３４】プリントエンジン３８は、記録ヘッド２の
電気駆動系と、キャリッジ４を移動させるパルスモータ
９と、紙送りローラ１２を回転させる紙送りモータ４６
等から構成される。

【００３５】記録ヘッド２の電気駆動系は、第１シフト
レジスタ５０及び第２シフトレジスタ５１からなるシフ
トレジスタ回路と、第１ラッチ回路５２と第２ラッチ回
路５３とからなるラッチ回路と、デコーダ５４と、制御
ロジック５５と、レベルシフタ５６と、スイッチ回路５
７と、圧電振動子３１とを備えている。そして、各シフ
トレジスタ５０，５１、各ラッチ回路５２，５３、デコ
ーダ５４、スイッチ回路５７、及び、圧電振動子３１
は、それぞれ記録ヘッド２の各ノズル開口３…に対応し
て複数設けられる。そして、記録ヘッド２は、プリンタ
コントローラ３７からの印字データ（階調情報）に基づ
いてインク滴を吐出する。

【００３６】即ち、プリンタコントローラ３７からの印
字データ（ＳＩ）は、発振回路４３からのクロック信号
（ＣＫ）に同期して、内部Ｉ／Ｆ４５から第１シフトレ
ジスタ５０及び第２シフトレジスタ５１にシリアル伝送
される。プリンタコントローラ３７からの印字データ
は、上記したように２ビットのデータであり、非記録、
マイクロドット、ミドルドット、ラージドットからなる
４階調を表す。なお、本実施形態では、非記録が階調情
報（００）であり、マイクロドットが階調情報（０１）
であり、ミドルドットが階調情報（１０）であり、ラー
ジドットが階調情報（１１）である。

【００３７】この印字データは、各ドット毎、即ち、各
ノズル開口３毎に設定される。そして、全てのノズル開
口３…に関する下位ビット（ビット０）のデータが第１
シフトレジスタ５０に入力され、全てのノズル開口３…
に関する上位ビット（ビット１）のデータが第２シフト
レジスタ５１に入力される。第１シフトレジスタ５０に
は第１ラッチ回路５２が電気的に接続され、第２シフト
レジスタ５１には第２ラッチ回路５３が電気的に接続さ
れている。そして、プリンタコントローラ３７からのラ
ッチ信号（ＬＡＴ）が各ラッチ回路５２，５３に入力さ
れると、第１ラッチ回路５２は印字データの下位ビット
のデータをラッチし、第２ラッチ回路５３は印字データ
の上位ビットをラッチする。

【００３８】各ラッチ回路５２，５３でラッチされた印
字データは、デコーダ５４に入力される。このデコーダ
５４は、２ビットの印字データ（階調情報）を翻訳して
パルス選択データを生成する。このパルス選択データは
複数ビットで構成されており、各ビットは駆動信号（Ｃ
ＯＭ）を構成する各パルス信号に対応している。そし
て、各ビットの内容〔例えば、（０），（１）〕に応じ
て圧電振動子３１に対するパルス信号の供給或いは非供
給が選択される。

【００３９】また、デコーダ５４には、制御ロジック５
５からのタイミング信号も入力されている。そして、制
御ロジック５５は、ラッチ信号（ＬＡＴ）やチャンネル
信号（ＣＨ）を受信する毎にタイミング信号を発生す
る。デコーダ５４によって翻訳されたパルス選択データ
は、上位ビット側から順に、タイミング信号によって規
定されるタイミングが到来する毎にレベルシフタ５６に
入力される。

【００４０】レベルシフタ５６は電圧増幅器として機能
し、パルス選択データが「１」の場合には、スイッチ回
路５７を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧
に昇圧された電気信号を出力する。そして、レベルシフ
タ５６で昇圧された「１」のパルス選択データはスイッ
チ回路５７に供給される。

【００４１】このスイッチ回路５７は、印字データの翻
訳により生成されたパルス選択データに基づき、駆動信
号に含まれる駆動パルスを選択的に圧電振動子３１に供
給する。即ち、このスイッチ回路５７の入力側には駆動
信号発生回路４４からの駆動信号（ＣＯＭ）が供給され
ており、出力側には圧電振動子３１が接続されている。
そして、スイッチ回路５７に加わるパルス選択データが
「１」である期間中は、スイッチ回路５７が接続状態に
なって駆動信号が圧電振動子３１に供給され、この駆動
信号に応じて圧電振動子３１の電位レベル（つまり、駆
動電極３４ｂの電位レベル）が変化する。一方、スイッ
チ回路５７に加わるパルス選択データが「０」の期間中
は、レベルシフタ５６からはスイッチ回路５７を作動さ
せる電気信号が出力されない。このため、スイッチ回路
５７が切断状態になって圧電振動子３１へは駆動信号が
供給されない。なお、このパルス選択データが「０」の
期間において圧電振動子３１の電位レベルは、パルス選
択データが「０」に切り換わる直前の電位レベルを維持
する。

【００４２】次に、上記の駆動信号発生回路４４が発生
する駆動信号ＣＯＭ、及び、駆動信号ＣＯＭを構成する
各駆動パルスの供給について説明する。

【００４３】駆動信号発生回路４４が発生する駆動信号
ＣＯＭは、インク量の異なる複数種類の駆動パルスを一
連に接続した信号である。例えば、図５に示すように、
駆動信号ＣＯＭは、メニスカスを微振動させる微振動パ
ルスＤＰ１と、この微振動パルスＤＰ１の後に発生さ
れ、マイクロドットのインク滴をノズル開口３から吐出
させるマイクロドット駆動パルスＤＰ２と、ミドルドッ
トのインク滴をノズル開口３から吐出させるミドルドッ
ト駆動パルスＤＰ３とを含んでいる。そして、駆動信号
発生回路４４は、これらの駆動パルスＤＰ１，ＤＰ２，
ＤＰ３を印刷周期Ｔ毎に繰り返し発生する。

【００４４】この駆動信号ＣＯＭでは、インク滴を吐出
させない場合に微振動パルスＤＰ１のみを選択して圧電
振動子３１に供給し、マイクロドットを記録する場合に
マイクロドット駆動パルスＤＰ２のみを圧電振動子３１
に供給する。また、ミドルドットを記録する場合にミド
ルドット駆動パルスＤＰ３のみを圧電振動子３１に供給
し、ラージドットを記録する場合にマイクロドット駆動
パルスＤＰ２とミドルドット駆動パルスＤＰ３とを圧電
振動子３１に供給する。

【００４５】即ち、デコーダ５４は、非記録の階調情報
（００）を翻訳することでパルス選択データ（１００）
を生成し、マイクロドットの階調情報（０１）を翻訳す
ることでパルス選択データ（０１０）を生成する。ま
た、ミドルドットの階調情報（１０）を翻訳することで
パルス選択データ（００１）を生成し、ラージドットの
階調情報（１１）を翻訳することでパルス選択データ
（０１１）を生成する。そして、デコーダ５４は、各駆
動パルスＤＰ１〜ＤＰ３の供給開始タイミングに同期さ
せてパルス選択データの各ビットをレベルシフタ５６に
入力する。

【００４６】次に、上記のマイクロドット駆動パルスＤ
Ｐ２について詳しく説明する。図６に示すように、例示
したマイクロドット駆動パルスＤＰ２は、本発明の第１
引き込み要素として機能する第１充電要素Ｐ１と、本発
明の第２引き込み要素として機能する第２充電要素Ｐ２
と、本発明の引き込みホールド要素として機能する第１
ホールド要素Ｐ３と、本発明の吐出要素として機能する
第１放電要素Ｐ４と、本発明の吐出ホールド要素として
機能する第２ホールド要素Ｐ５と、本発明の制振要素と
して機能する第２放電要素Ｐ６とを順に接続した一連の
信号として構成されている。

【００４７】第１充電要素Ｐ１は、最低電位ＶＬから比
較的緩やかな上昇勾配θ１で中間電位ＶＭまで電位を上
昇させる要素である。この第１充電要素Ｐ１が圧電振動
子３１に供給されると、圧力室２３の容積は最低電位Ｖ
Ｌで規定される最小容積から中間電位ＶＭで規定される
中間容積まで比較的ゆっくりと膨張し、圧力室２３内の
インク圧力が緩やかに減圧される（第１減圧工程）。

【００４８】この緩やかな減圧に伴ってメニスカスは、
図７（ａ）に示す定常状態から図７（ｂ）に示す第１減
圧状態になる。ここで、定常状態とは、圧力室２３内の
圧力変動が極く少ない状態であって、メニスカスＭがノ
ズル面（ノズルプレート１９における外側表面）の近傍
に位置している状態である。この定常状態において、メ
ニスカスＭは、緩やかな曲率で圧力室２３側に少し窪ん
でいる。また、第１減圧状態とは、メニスカスＭをノズ
ル開口３の途中まで圧力室２３側に引き込んだ状態であ
る。なお、この実施形態では、メニスカスＭをテーパー
空部２４の途中まで引き込んでいる。

【００４９】そして、第１充電要素Ｐ１の勾配θ１、つ
まり、第１充電要素Ｐ１の供給に伴う圧力室２３の膨張
速度は、定常状態におけるメニスカスＭの湾曲形状を保
持可能な程度の勾配（膨張速度）に設定している。これ
は、定常状態から第１減圧状態に遷移する過程におい
て、湾曲形状を保ったままメニスカスＭを引き込むため
である。このように、テーパー空部２４の途中までメニ
スカスＭを引き込むと、ノズル開口３の内径が拡大さ
れ、ノズル開口３内を満たしているインクの量も少なく
なる。その結果、ノズル開口３側のイナータンスを下げ
ることができる。このため、圧力室２３内のインクの圧
力変動に対するメニスカスＭの応答性を高めることがで
きる。

【００５０】第２充電要素Ｐ２は、上昇勾配θ２で中間
電位ＶＭから最大電位ＶＨまで電位を上昇させる要素で
ある。この第２充電要素Ｐ２が圧電振動子３１に供給さ
れると、圧力室２３の容積は中間電位ＶＭで規定される
中間容積から最大電位ＶＨで規定される最大容積まで急
激に膨張し、圧力室２３内のインク圧力も急激に減圧さ
れる（第２減圧工程）。

【００５１】この急激な減圧に伴ってメニスカスＭは、
図７（ｂ）に示す第１減圧状態から、図７（ｃ）に示す
第２減圧状態になる。ここで、第２減圧状態とは、第１
減圧工程で圧力室２３側に引き込んだメニスカスＭをさ
らに引き込んだ状態である。

【００５２】ここで、第２充電要素Ｐ２の勾配θ２、つ
まり、第２充電要素Ｐ２の供給に伴う圧力室２３の膨張
速度は、第１充電要素Ｐ１の勾配（速度）よりも急峻に
設定する。好ましくは、制御し得る最大勾配（速度）に
設定する。これは、メニスカスＭの中心部分Ｍ１を局所
的に圧力室２３側に引き込むためである。

【００５３】即ち、この第２充電要素Ｐ２が圧電振動子
３１に供給されると、圧力室２３内のインク圧力は急激
に低下する。このとき、第１減圧工程によって圧力室２
３内の圧力変動に対するメニスカスＭの応答性が高めら
れているので、図７（ｃ）に示すように、メニスカスＭ
の中心部分Ｍ１が局所的に引き込まれた状態となる。つ
まり、メニスカスＭの中心部分Ｍ１には、周縁部分より
も湾曲率が大きい局所凹部が生成される。

【００５４】第１ホールド要素Ｐ３は、直前の電位、つ
まり、第２充電要素の終端電位である最大電位ＶＨを所
定時間に亘って維持する要素である。この第１ホールド
要素Ｐ３が圧電振動子３１に供給されると圧電振動子３
１の収縮が停止され、圧力室２３の膨張も止まる。つま
り、圧力室２３は最大容積が維持される（待機工程）。
この第１ホールド要素Ｐ３の供給期間中において、第２
減圧工程で圧力室２３側に大きく引き込まれた局所凹部
は、反動、つまり表面張力に起因する復元力によって移
動方向をインク滴の吐出方向に反転させる。その後、図
７（ｄ）に示すように、メニスカスＭの中心部分Ｍ１
は、慣性力によって吐出方向に盛り上がった凸の状態に
なる。

【００５５】従って、この第１ホールド要素Ｐ３は、第
２減圧工程で局所的に引き込まれたメニスカスＭの中心
部分Ｍ１を反動によって吐出方向に移動させるための待
機時間を定めている。そして、この待機時間に亘ってメ
ニスカスＭの中心部分Ｍ１が自由振動する。

【００５６】第１放電要素Ｐ４は、急峻な下降勾配θ３
で最大電位ＶＨから中間電位ＶＭまで電位を下降させて
圧力室２３を収縮させる要素である。この第１放電要素
Ｐ４が圧電振動子３１に供給されると、圧電振動子３１
は少し伸長し、圧力室２３は最大容積から中間容積まで
急激に収縮する。これにより、圧力室２３内のインク圧
力が上昇し、インク柱が加圧される。即ち、図７（ｅ）
に示すように、慣性力によって柱状に伸長したメニスカ
スＭの中心部分Ｍ１を、圧力室２３の収縮による加圧力
でインク吐出方向に押し出している。このように、メニ
スカスＭの中心部分Ｍ１が反動によって吐出方向に移動
している最中に圧力室２３内を加圧しているので、反動
に圧力室２３からのインク圧力が加わり、インク柱を強
く押し出すことができる。

【００５７】そして、この第１放電要素Ｐ４の供給開始
タイミングは、上記の第１ホールド要素Ｐ３の供給時間
によって規定される。このため、第１ホールド要素Ｐ３
の供給時間の設定の仕方次第で、インク柱の押し出しタ
イミングの最適化が図れる。

【００５８】なお、この第１放電要素Ｐ４の終端電位で
ある中間電位ＶＭに関し、本実施形態では第２充電要素
Ｐ２の始端電位と同電位に設定しているが、これに限定
されるものではない。第２充電要素Ｐ２の始端電位や第
１放電要素Ｐ４の終端電位は、個々に設定することがで
きる。

【００５９】第２ホールド要素Ｐ５は、第１放電要素Ｐ
４の終端電位である中間電位ＶＭを維持する要素であ
る。この第２ホールド要素Ｐ５が圧電振動子３１に供給
されると、第１放電要素Ｐ４による圧電振動子３１の伸
長が止まり、圧力室２３は中間容積を維持する。このと
き、図７（ｆ）に示すように、第１放電要素Ｐ４により
インク吐出方向に押し出されたインク柱が慣性力によっ
てメニスカスＭからちぎれ、このちぎれた部分が２ｐＬ
程度の極く少量のインク滴として飛翔する。従って、こ
の第２ホールド要素Ｐ５の供給工程と、第１放電要素Ｐ
４の供給工程とが吐出工程に相当する。

【００６０】この吐出工程では、第１放電要素Ｐ４の供
給工程にて、メニスカスＭの中心部分Ｍ１の反動に圧力
室２３からの圧力が加えられているので、吐出されたイ
ンク滴は、従来よりも高速で飛翔する。例えば、７〜８
ｍ／ｓｅｃの速度で飛翔する。これにより、極く少量の
インク滴であっても十分な飛翔速度が得られ、インク滴
を所望の位置に着弾させることができ、画質の一層の向
上が図れる。

【００６１】第２放電要素Ｐ６は、中間電位ＶＭから最
低電位ＶＬまで一定の下降勾配θ４で電位を変化させる
要素である。この第２放電要素Ｐ６が圧電振動子３１に
供給されると、圧電振動子３１が伸長して圧力室２３は
中間容積から最小容積まで収縮する。これによって圧力
室２３が加圧される。ここで、この第２放電要素Ｐ６の
勾配θ４は、インク滴吐出後におけるメニスカスＭの圧
力室２３側への移動を抑制するように設定される。即
ち、インク滴が吐出されると、メニスカスＭの中心部分
Ｍ１は反動によって圧力室２３側に移動する。この中心
部分Ｍ１の移動によりメニスカス全体が振動するので、
そのまま放置すると振動の収束に長時間を要してしま
う。そこで、メニスカスＭの中心部分Ｍ１が圧力室２３
側に移動するタイミングで第２放電要素Ｐ６を供給し、
圧力室２３を加圧することによって、メニスカスＭの中
心部分Ｍ１の移動を抑制する。これにより、メニスカス
Ｍの振動を短時間で収束させることができ、次のインク
滴の吐出までに必要な時間間隔を短くすることができ
る。その結果、印刷周期が短くでき、記録の高速化が図
れる。

【００６２】そして、この第２放電要素Ｐ６の供給開始
タイミングは、上記の第２ホールド要素Ｐ５の供給時間
によって規定される。このため、第２ホールド要素Ｐ５
の供給時間の設定の仕方次第で、圧力室２３の加圧タイ
ミングを最適化でき、制振を効果的に行わせることがで
きる。

【００６３】なお、この実施形態の駆動方法では、第１
減圧工程においてメニスカスＭをノズル開口３のテーパ
ー空部２４まで引き込んでいたが、本発明はこの方法に
限定されるものではない。例えば、図８（ａ）及び図８
（ｂ）に示すように、第１充電要素Ｐ１による第１減圧
工程において、メニスカスＭをストレート空部２５の途
中まで引き込むようにしても同様な作用効果を得ること
ができる。

【００６４】即ち、ノズル開口３の開口縁までストレー
ト空部２５の略全体がインクで満たされている状態と、
ストレート空部２５の途中までインクで満たされている
状態とを比較すると、後者の方が、細いストレート空部
２５内を満たしているインクの量が少なくなるので、イ
ナータンスが小さくなる。このため、メニスカスＭの引
き込みによってイナータンスを下げることができる。な
お、イナータンスは、インク流路における最も細い部分
であるストレート空部２５の影響が大きいので、ストレ
ート空部２５の途中までメニスカスＭを引き込むだけで
も、イナータンスを十分に下げることができる。

【００６５】そして、ノズル開口３側のイナータンスが
低くなると、圧力室２３内のインクの圧力変動に対する
メニスカスＭの応答性を高めることができる。このた
め、図８（ｃ）に示すように、第２充電要素Ｐ２による
第２減圧状態において、メニスカスＭの中心部分Ｍ１
（局所凹部）を大きく引き込むことができる。その後
は、上記の実施形態と同様に、局所凹部の反動と吐出要
素Ｐ４による加圧力とによって、インク柱をインク吐出
方向へ強く押し出すことができ、微小インク滴の飛行速
度を従来よりも高めることができる。

【００６６】なお、上記の実施形態に関し、特許請求の
範囲の記載に基づいて種々の追加、変更等が可能であ
る。まず、上記の第２減圧工程において、第２引き込み
要素の供給により、メニスカスＭの一部をテーパー空部
２４まで引き込むようにしても同様の効果が得られる。
この場合、例えば、局所凹部である中心部分Ｍ１の先端
側部分をテーパー空部２４まで引き込む。

【００６７】また、上記の実施形態では、圧電振動子３
１として、充電により収縮して圧力室２３を膨張させ、
放電により伸長して圧力室２３を収縮させる圧電振動子
３１を例示したがこのタイプの圧電振動子３１に限定さ
れない。例えば、充電により伸長して圧力室２３を収縮
させ、放電により収縮して圧力室２３を膨張させるタイ
プの圧電振動子３１を用いても同様に構成することがで
きる。また、撓み変形によって圧力室２３の容積を可変
するタイプの圧電振動子３１であってもよい。

【００６８】また、圧力室２３の容積を変化させる圧力
発生素子は圧電振動子３１に限定されない。要するに圧
力室２３内のインクに圧力変動を生じさせ得る素子であ
れば本発明を適用することができる。例えば、電気機械
変換素子の一種である磁歪素子を用いた記録ヘッドにも
適用できる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下
の効果を奏する。即ち、定常状態の湾曲形状を保持しつ
つノズル開口内における圧力室側に引き込んでいるの
で、ノズル開口側におけるイナータンスを下げることが
できる。このため、圧力室内のインクの圧力変動に対す
るメニスカスの応答性を高めることができ、圧力室内を
急激に減圧することでメニスカスの中心部分を局所的に
引き込むことができる。さらに、引き込まれたメニスカ
スの中心部分が反動によって吐出方向に移動するタイミ
ングにあわせて圧力室内を加圧しているので、メニスカ
スの中心部分の反動に圧力室からのインク圧力を加える
ことができ、インク滴となるメニスカスの中心部分を強
く押し出すことができる。これにより、インク滴の飛翔
速度を高めることができる。従って、極く少量のインク
滴であっても十分な飛翔速度が得られ、インク滴を所望
の位置に着弾させることができる。その結果、画質の一
層の向上が図れる。

【００７０】また、メニスカスの少なくとも一部をテー
パー空部まで引き込むようにした場合には、ノズル開口
側におけるイナータンスをより下げることができる。従
って、圧力室内のインクの圧力変動に対するメニスカス
の応答性をより高めることができる。その結果、インク
滴の飛翔速度を容易に高めることができる。

【００７１】また、第２引き込み要素と吐出要素との間
に、第２引き込み要素の終端電位を維持する引き込みホ
ールド要素を配置した場合には、この引き込みホールド
要素の供給時間に亘ってメニスカスが自由振動する。そ
して、この引き込みホールド要素は、吐出要素の供給開
始タイミングを規定しているので、引き込みホールド要
素の供給時間の設定の仕方次第で、メニスカスの中心部
分を押し出すタイミングを最適化することができる。

【００７２】また、吐出要素よりも後に、インク滴吐出
後におけるメニスカスの圧力室２３側への移動を抑制す
べく圧力室を加圧する制振要素を配置した場合には、メ
ニスカスの振動を短時間で収束させることができ、次の
インク滴の吐出までに必要な時間間隔を短くすることが
できる。このため、印刷周期が短くでき、記録の高速化
が図れる。

【００７３】また、吐出要素と制振要素との間に、吐出
要素の終端電位を維持する吐出ホールド要素を配置した
場合には、制振要素の供給開始タイミングは、吐出ホー
ルド要素の供給時間によって規定される。このため、吐
出ホールド要素の供給時間の設定の仕方次第で、圧力室
の加圧タイミングを最適化でき、制振を効果的に行わせ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録装置であるイン
クジェットプリンタの斜視図である。

【図２】インクジェット式記録ヘッドを示す断面図であ
る。

【図３】ノズル開口の形状を説明する断面図である。

【図４】インクジェットプリンタの電気的構成を説明す
るブロック図である。

【図５】駆動信号を説明する図である。

【図６】マイクロドット駆動パルスを説明する図であ
る。

【図７】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、インク滴の吐出過
程を説明する図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、他の例におけるイ
ンク滴の吐出過程を説明する図である。

【符号の説明】

１インクジェットプリンタ２インクジェット式記録ヘッド３ノズル開口４キャリッジ５ガイド部材６駆動プーリ７遊転プーリ８タイミングベルト９パルスモータ１０記録紙１１インクカートリッジ１２紙送りローラ１４ケース１５流路ユニット１６振動子ユニット１７収容空部１８流路形成基板１９ノズルプレート２０振動板２１共通インク室２２インク供給口２３圧力室２４テーパー空部２５ストレート空部２６支持基板２７弾性体膜２８アイランド部３１圧電振動子３２固定板３３圧電体３４電極３７プリンタコントローラ３８プリントエンジン３９外部インターフェース４０ＲＡＭ４１ＲＯＭ４２制御部４３発振回路４４駆動信号発生回路４５内部インターフェース４６紙送りモータ５０第１シフトレジスタ５１第２シフトレジスタ５２第１ラッチ回路５３第２ラッチ回路５４デコーダ５５制御ロジック５６レベルシフタ５７スイッチ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通した圧力室及びこの圧
力室内のインクを加減圧する圧力発生素子を有する記録
ヘッドと、駆動パルスを有する一連の駆動信号を発生す
る駆動信号発生手段とを備え、駆動パルスの供給により
圧力発生素子を作動させてノズル開口からインク滴を吐
出させるようにしたインクジェット式記録装置におい
て、前記駆動信号発生手段は、圧力室内を緩やかに減圧する
ことで、定常状態の湾曲形状を保ちながらメニスカスを
ノズル開口内における圧力室側に引き込む第１引き込み
要素と、圧力室内を急激に減圧することで、第１引き込
み要素によって引き込まれたメニスカスを局所的に引き
込む第２引き込み要素と、第２引き込み要素によって引
き込まれたメニスカスが吐出方向に移動するタイミング
にあわせて圧力室内を加圧する吐出要素とを含んだ駆動
パルスを発生することを特徴とするインクジェット式記
録装置。
【請求項２】前記ノズル開口は、圧力室側に拡径した
円錐台状のテーパー空部と、該テーパー空部の小径部に
連続して設けられた円筒状のストレート空部とから構成
され、第２引き込み要素によって、メニスカスの少なくとも一
部をテーパー空部まで引き込むようにしたことを特徴と
する請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項３】前記第２引き込み要素と吐出要素とを、
第２引き込み要素の終端電位を維持する引き込みホール
ド要素で接続したことを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載のインクジェット式記録装置。
【請求項４】前記吐出要素よりも後に、インク滴吐出
後におけるメニスカスの圧力室側への移動を抑制すべく
圧力室を加圧する制振要素を配置したことを特徴とする
請求項１から請求項３の何れかに記載のインクジェット
式記録装置。
【請求項５】前記吐出要素と制振要素とを、吐出要素
の終端電位を維持する吐出ホールド要素で接続したこと
を特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録装
置。
【請求項６】前記圧力発生素子を、圧力室の容積を変
化させる電気機械変換素子によって構成したことを特徴
とする請求項１から請求項５の何れかに記載のインクジ
ェット式記録装置。
【請求項７】前記電気機械変換素子が圧電振動子であ
ることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット式
記録装置。
【請求項８】ノズル開口に連通した圧力室内の圧力を
変動させ、圧力室内における圧力変動によってノズル開
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
ドの駆動方法において、定常状態の湾曲形状を保ちながらメニスカスをノズル開
口内における圧力室内側に引き込むように圧力室内を減
圧する第１減圧工程と、第１減圧工程で引き込まれたメニスカスを局所的に引き
込むように圧力室内を減圧する第２減圧工程と、第２減圧工程で局所的に引き込まれたメニスカスが吐出
方向に移動するまで待機する待機工程と、局所的に引き込まれたメニスカスが吐出方向に移動して
いる最中に圧力室内を加圧し、該部分をインク滴として
吐出させる吐出工程とを順に経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】前記ノズル開口は、圧力室側に拡径した
円錐台状のテーパー空部と、該テーパー空部の小径部に
連続して設けられた円筒状のストレート空部とから構成
され、第２減圧工程で、メニスカスの少なくとも一部をテーパ
ー空部まで引き込むことを特徴とする請求項８に記載の
インクジェット式記録ヘッドの駆動方法。