JP2002321362A - インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インク室およびインク室内の温度を均一化し、
安価な構成で高品位の画質を実現できるインクジェット
ヘッドの駆動方法を提供する。 【解決手段】吐出させるインク室には第１の駆動電圧Ｄ
１を印加し、吐出させないインク室には第２の駆動電圧
Ｄ２を印加させ、前記第１の駆動電圧Ｄ１を、吐出信号
によって選択される第１の駆動波形Ｗ１と、非吐出信号
によって選択される第２の駆動波形Ｗ２とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号を並列す
るインク吐出アクチュエーターに印加することにより、
画像信号に応じて選択的にインクの吐出を行い、転写紙
上に高品位の画像を形成するインクジェットヘッドの駆
動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタは、印字対象で
ある画像を構成する画素に対して２値以上の多値化を行
い、その結果得られた画素毎のデータに基づいて、イン
クジェットヘッドを介して吐出されるインク滴を制御す
ることにより、記録媒体上に画像を形成する。そのイン
クジェットヘッドからインクを吐出する方法は、基本的
には、ノズルに至るインク通路において、極めて短時間
にインクを加圧することにより、インク滴をノズルから
吐出させるようにおこなわれる。

【０００３】インクに圧力を作用させる方式としては、
電歪素子を用いた方式や加熱により気泡を発生させる方
式がある。このうち、電歪素子として圧電素子を用いた
方法は、電圧に応じた細かい制御が可能であり、圧電素
子自体の寿命が長いことから、デジタルカメラ用の写真
画質を求める高画質普及機から高速ラインヘッド搭載機
まで広く用いられている。

【０００４】圧電素子によりアクチュエーターを構成す
る場合に、インク室を形成する壁面を剪断モードによっ
て変形させる方式は、へツドの構成が簡単で長尺化に有
利な特徴を有しているが、圧電素子の容量が大きいこと
から効率的な制御方法が求められていた。

【０００５】そこで、特開平６−２９７７０８号公報に
は、インク室を拡大する第１の電圧波形とインク室を縮
小する第２の電圧波形を有し、第１の電圧波形印加後、
引き続いて第２の電圧波形を印加することでインクの吐
出を行い、インクの吐出量の補正データに基づいて第２
の電圧波形の電圧値を調整することにより、常に安定し
たインクの吐出を実現する方法が開示されている。

【０００６】また、特開平１０−１５７１０３号公報に
は、画像信号に応じて選択的に駆動電圧を印加できるア
ナログスイッチを備えたチャネルの両側に所定の周期で
駆動波形を印加し、アナログスイッチを備えたチャンネ
ルと両側のチャンネルに印加される駆動電圧の相対的な
電位差によってチャネルを形成する壁部を剪断変形させ
てインクの吐出を行う方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−２９７７０８号公報に開示された方法では、イ
ンクの吐出時には第１の電圧波形が選択されるが、吐出
しない場合には選択されないことから、吐出回数によっ
てインク吐出チャネル間に温度差が生じることになる。
この方法では、インクの吐出量の補正データに基づいて
第２の電圧波形を調整することについての記載が開示さ
れており、へツド全体の温度制御はできるものの、チャ
ネル間の温度差を解消することはできなかった。

【０００８】また、上記特開平１０−１５７１０３号公
報に開示された方法では、アナログスイッチが接続され
たチャネルは、両側のそれぞれの共通駆動波形に応じて
ＯＮおよびＯＦＦの切り替えが必要になり、アナログス
イッチが発熱するとともに、それぞれの共通駆動波形の
立ち上がりおよび立ち下がりによって生じる誘導電圧に
耐える特性とするため高価なものとなっていた。

【０００９】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、吐出／非吐出に関わらず、インク室およびインク室
内の温度を均一化し、安価な構成で高品位の画質を実現
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
を目的とする。

【００１０】また、本発明は、別に、駆動電圧のアンダ
ーシュートやオーバーシュートを抑制し、安価な構成で
高品位の画質を実現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も目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するための手段を以下のように構成している。

【００１２】（１）圧電部材に形成された複数の溝部を
天壁で覆うことにより前記溝部内にインク室を形成し、
少なくとも前記溝部の両壁面部は天壁、底壁方向に分極
されるとともに、該分極された圧電部材の表面に設けら
れた電極に、駆動電圧を選択的に印加し、該分極された
圧電部材に電界を作用させることにより、該圧電部材に
剪断変形を生じさせ、前記インク室に充填されたインク
に圧力波を作用させてインクの吐出を行うインクジェッ
トヘッドの駆動方法において、前記駆動電圧は吐出イン
ク室に印加される第１の駆動電圧と非吐出インク室に印
加される第２の駆動電圧からなり、前記第１の駆動電圧
は吐出信号によって選択される第１の駆動波形と、非吐
出信号によって選択される第２の駆動波形で構成される
ことを特徴とする。

【００１３】この方法のように、インク室を形成する壁
部に電極を設けて、壁面に対して垂直に電界を印加する
と、壁部は、天壁と底壁方向に分極された圧電素子で構
成されていることから、壁面に剪断変形が生じ、印加す
る電界の方向に応じて壁面がインク室に対して凸面状も
しくは凹面状に変形する。このとき、インク室内に圧力
波が形成されインク室内を伝搬する。

【００１４】そして、インク室に対して凹面とした後、
凸面に変形させることにより圧力波が増長されインク室
長手方向に設けられたノズル部よりインクが吐出する。
ここで、吐出するインク室に隣接するインク室の片方の
壁面、すなわち吐出するインク室とを仕切る壁面と反対
側の壁面には変形が生じないように電圧を印加すること
で、吐出させたいインク室のみから吐出をおこなうこと
ができる。

【００１５】このように、インク室とインク室を仕切る
壁面、そして、壁面の表面に壁面の厚み方向に電界が作
用するように電極を配し、吐出させたいインク室の電極
に第１の駆動電圧の第１の駆動波形を印加し、その印加
終了後に、隣接するインク室に第２の駆動電圧を印加す
ることで、吐出インク室を拡張した（図１０（ｂ）参
照）後、縮小する（図１０（ｃ）参照）ことにより、イ
ンク室内に大きな圧力波を生じさせることができ、イン
クの吐出を行うことができる。

【００１６】このように、吐出させたいインク室と隣接
するインク室を１つのグループとして、各インク室に対
して順次、第１の駆動電圧および第２の駆動電源を印加
することで、壁面を直接駆動手段として用いるきわめて
効率の良いインクジェットの吐出を実現することができ
る。

【００１７】また、上述のように、吐出させたいインク
室には第１の駆動電源を印加し、吐出させないインク室
には第２の駆動電源を印加するので、印字／非印字によ
るインク室およびインク室内のインクの温度差を解消で
きるとともに、吐出／非吐出時に印加する駆動電圧生成
手段を１系統とすることができ、安価な構成で高品位な
画像を得ることができる。

【００１８】（２）前記第１の駆動電圧および前記第２
の駆動電圧は、アナログスイッチにより選択されるとと
もに、前記第１の駆動電圧は、前記第１の駆動波形もし
くは前記第２の駆動波形と、前記２つの駆動波形が選択
されていないときに選択されるグランドレベルとで構成
されることを特徴とする。

【００１９】この方法によれば、図２に示すごとく、電
極は壁部を介して他の電極に容量結合される。ここで、
容量結合される部位は隣接するインク室を仕切る壁部１
３を示し、あるインク室に第１の駆動電圧が印加される
とき、両側のインク室には第２の駆動電圧が印加され
る。

【００２０】駆動電圧選択手段６３は一つのインク室に
対応した駆動電極について、アナログスイッチ６３ａ、
６３ｂ、６３ｃで構成され、第１の駆動電圧Ｄ１（６３
ａ）、第２の駆動電圧Ｄ２（６３ｃ）、グランド（６３
ｂ）の一つが印字制御信号、および、画像信号に応じて
選択的に印加される。その駆動波形は図３および図４
（ａ）に示され、第１の駆動電圧Ｄ１による第１の駆動
波形をＷ１、第２の駆動波形をＷ２、第２の駆動電源Ｄ
２による駆動波形をＷ３、印字期間をＴで示している。

【００２１】インク室のインクを吐出させる場合には、
図４（ｂ）のようにｎ番目の吐出インク室に第１の駆動
波形（Ｗ１）を印加した後、第１の駆動波形（Ｗ１）の
終了後グランドレベルとすることで（第２の駆動波形
（Ｗ２）は形成せず）、隣接するインク室、ｎ−１、ｎ
＋１に印加される第２の駆動電圧との相互作用によりイ
ンク室ｎからインクが吐出される。

【００２２】一方、インク室ｎが印字期間Ｔであって、
インクが吐出されない場合（図４（ｃ）参照）は、グラ
ンドレベルが選択された後、第１の駆動波形（Ｗ１）の
終了後、第１の駆動電圧が選択され、第２の駆動波形
（Ｗ２）が形成される。以上のように、本発明の方法に
よれば１系統の駆動電圧から、吐出／非吐出時に印加す
べき電圧を取り出すことができる。なお、グランドレベ
ルとは、インクジェットヘッドの駆動系における基準電
位を示し、接地電位（０Ｖ）とは異なる場合もある。

【００２３】（３）１つの前記吐出インク室に対して前
記第１の駆動電圧が連続して複数回印加されることを特
徴とする。

【００２４】この方法によれば、図７のように、１つの
インク室に対して連続的にインクの吐出を行うことによ
り、インク室内のインク吐出波動が増幅され、後出する
インク滴の速度が速まり前出するインク滴に追いつく結
果、吐出回数に応じた大きさのインク滴を形成すること
ができる。

【００２５】（４）前記第１の駆動電圧の第２の駆動波
形の電圧は、１つの印字周期において減少することを特
徴とする。

【００２６】この方法によれば、インクの吐出が連続的
に行われる場合においては、壁部１３を構成する圧電材
料の発熱が蓄積するが、インクの吐出によって放出され
る熱量も大きくなる。一方、インクが吐出されない場合
においては、第１の駆動電圧の第２の駆動波形と第２の
駆動電圧の相互作用により発熱し、インクが吐出されな
いことから蓄熱されることになる。ここで、第２の駆動
電圧を回数に応じて徐々に下げることで発熱を抑えるこ
とができ、吐出時との発熱量の差を低減することができ
る。

【００２７】（５）前記第１の駆動電圧の第２の駆動波
形の位相および／または時間幅は、印字条件に応じて設
定・変更可能であることを特徴とする。

【００２８】この方法によれば、インクの吐出時におけ
るインクの粘度は、印字品位に影響を与える。たとえ
ば、低温時にはインクの粘度が高くなり吐出性能が低下
する。このような場合に印字に先立って電圧の印加が十
分に追従できるような波形幅を有する第１の駆動電圧の
第２の駆動波形を印加することで壁部１３およびインク
室内のインクを加熱することができる。

【００２９】また、ヘッドおよびインクの温度が十分に
高い場合には、電圧の印加が追従できないような時間幅
の駆動波形とすることで、発熱を抑えることができ常に
安定した印字を実現することができる。

【００３０】（６）圧電部材に形成された複数の溝部を
天壁で覆うことにより前記溝部内にインク室を形成し、
前記溝部の両壁面部は天壁、底壁方向に分極されるとと
もに、該分極された圧電部材の表面に設けられた電極
に、複数の駆動電圧から所定の駆動電圧を選択的に印加
する駆動電圧選択手段を有し、該分極された圧電部材に
電界を作用させることにより、該圧電部材に剪断変形を
生じさせ、前記インク室に充填されたインクに圧力波を
作用させてインクの吐出を行うインクジェットヘッドに
おいて、前記駆動電圧選択手段は、それぞれの駆動電圧
選択時において１０Ω乃至５００Ωの抵抗成分を有する
ことを特徴とする。

【００３１】インク室の壁部を剪断変形により変形させ
てインクを吐出するインクジェットヘッドの駆動方式で
は、圧電材料である壁部を介して両側に電極が設けられ
ることから、壁部に電気エネルギーが蓄積されることと
なり、それぞれの電極への電圧印加にともなって充放電
が行われる。

【００３２】このような方式にあって本発明の方法で
は、充放電によって生じるヘッド近傍に設けられた駆動
電圧印加手段での発熱を抑制する目的で、へツド近傍に
設けられた駆動電圧印加手段は単に複数の駆動電圧の中
から１つの駆動波形を選択して駆動電極に印加するのみ
とし、充放電にともなう電気的エネルギーはヘッドから
離間した印字装置本体側で消費されるようにしている。

【００３３】結果的に、壁部電極に印加される駆動電圧
は、印字装置本体に設けられた十分な電気的容量を有す
る駆動電圧発生手段から供給されて、印字信号および印
字タイミングに応じてヘッド近傍で、インク室に対応し
てインク室ごとに設けられた駆動電圧選択手段で駆動電
圧が選択的に印加されることとなる。

【００３４】ここで、駆動電極にある駆動電圧の立ち上
がり波形が選択された場合、へツドの壁部は大きな静電
容量を有していることからへツドの駆動電極に一気に電
流が流れ込み駆動電圧印加手段に過大な電流が流れると
ともに、回路のリアクタンス成分によりオーバーシュー
トやアンダーシュートが発生する。

【００３５】このような過大な電流は駆動電圧選択手段
の発熱を招くこととなる。また、オーバーシュートやア
ンダーシュートは駆動電圧選択手段をＣＭＯＳからなる
素子で構成した場合には所謂ラッチアップが発生し駆動
電圧選択手段の損傷を招くこととなる。

【００３６】そこで、この方法では、それぞれのインク
室に対応した駆動電極に対してそれぞれの駆動電圧選択
時に１０Ω乃至５００Ωの抵抗を設けることにより、駆
動電圧選択手段を流れる電流が制限され、発熱やオーバ
ーシュート／アンダーシュートを抑制することができ、
インクジェットヘッド（プリントヘッド）を安定して
（高速でも）駆動させることができる。

【００３７】（７）駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下
がり時期は、他の駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下が
りの時期と一致しないことを特徴とする。

【００３８】この方法によれば、駆動電圧発生手段は、
図２２に示すように、トランジスターＱ１とＱ２が交互
に切り替わることで、それぞれのトランジスターのコレ
クター電位となる。

【００３９】例えば駆動波形の立ち上がり時には、トラ
ンジスターＱ１、Ｑ２のベースに波形信号が印加される
と、トランジスターＱ１がＯＮになるとともにトランジ
スターＱ２がＯＦＦとなりトランジスターＱ１のコレク
ター電圧が出力される。

【００４０】ここで、トランジスターＱ１、Ｑ２が切り
替わるときには出力である２つのトランジスターのエミ
ッターは何れのトランジスターもＯＮまたはＯＦＦにな
りきらない状態となる。

【００４１】このときに、ヘッドの壁部をはさんで反対
側の駆動電極に駆動電圧の立ち上がりもしくは立ち下が
りが印加されると、静電誘導により電圧が誘起しオーバ
ーシュートやアンダージュートを生じてしまうことにな
る。

【００４２】本方法では、それぞれの駆動電圧の立ち上
がりや立ち下がり時期と他の駆動波形の立ち上がりや立
ち下がり時期の間に所定の期間を設けることで、互いの
立ち上がり、立ち下がりに伴うオーバーシュートやアン
ダーシュートを抑制することができる。

【００４３】なお、本発明の方法では、駆動電極に対し
て直列に抵抗が挿入されていることから、立ち上がりお
よび立ち下がり波形は僅かに傾きを有しており、インク
吐出のための波動を形成するのに重要な壁部に形成され
る電界が反転する場合、すなわち吐出インク室の駆動電
極の印加電圧が立ち下がり、続いて壁部をはさんで反対
側の駆動電極の印加電圧が立ち上がる場合であっても、
電界は連続的に変化することからインクの吐出性能に影
響を与えることなく駆動させることができる。

【００４４】（８）駆動電圧選択手段は、アナログスイ
ッチの集合体で構成し、アナログスイッチの切り替えは
駆動波形の印加前および印加後に行われることを特徴と
する。

【００４５】この方法によれば、駆動電圧選択手段は、
インク室壁部が圧電素子で形成されていることから、駆
動時には圧電素子に対して充電及び放電がおこなわれる
ことになり、両極性の選択機能を有することが求められ
る。

【００４６】所謂アナログスイッチは両極性の特性を有
し、かつ、アナログスイッチＯＮ時においても所定の抵
抗値とすることができる。さらに集積化が容易であり、
本発明のように駆動電圧ゼロ電位のときにスイッチング
を行うことでアナログスイッチでの発熱を抑制すること
ができ、ヘッドの近傍に配置することができ、装置の小
型化を実現することができる。また、ヘッド部の小型軽
量化により印字に伴うヘッド移動時においてもへツドの
振動を抑制することができ高品位の印字ができるという
効果も奏する。

【００４７】

【発明の実施形態】以下に、本発明の実施形態に係るイ
ンクジェットヘッドの駆動方法について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。

【００４８】（実施形態１）図１は、本発明のインクジ
ェットヘッド（プリントヘッド）１の駆動方法を実施す
るための駆動回路のブロック図であり、プリンタ制御基
板７に設けられた駆動波形生成手段７３により生成され
た第１の駆動電圧Ｄ１および第２の駆動電圧Ｄ２を、ア
ナログスイッチ６３により選択的に切り替え、インクジ
ェットヘッド１のインク室１５を形成する壁部１３の表
面に配置された駆動電極１４に印加する。

【００４９】ここで、インク室１５を形成する壁部１３
に配設された駆動電極１４に電圧を印加すると、壁面に
対して垂直方向に電界が生じる。インクジェットヘッド
１は図９に示すように、圧電材料から成る上基板１２と
インク室形成基板１１で構成され、壁部１３は上基板１
２の方向に分極されている。なお、図８にインク室形成
基板１１を示す。図８中、矢印Ｉはインクの吐出方向で
ある。

【００５０】したがって、壁部１３上に設けられた駆動
電極１４に電圧を印加し、壁部１３に電界が作用すると
壁部１３に剪断変形が生じ、壁部１３は上基板１２と圧
着されていることから、印加する電界の方向に応じて壁
面がインク室１５に対して凸面もしくは凹面状に変形す
る。

【００５１】このとき、インク室１５内に圧力波が形成
されインク室１５内を伝搬する。ここでインク室１５に
対して凹面とした後、凸面に変形させることにより圧力
波が増長されインク室長手方向に設けられたノズル２１
よりインクが吐出する。

【００５２】ここで、吐出するインク室１５に隣接する
インク室１５の片方の壁面、すなわち吐出するインク室
１５とを仕切る壁面と反対側の壁面に印加される電圧を
調整することで、吐出させたいインク室１５のみからイ
ンクの吐出をおこなうことができる。

【００５３】このように、インク室１５とインク室１５
を仕切る壁部１３、そして、壁部１３の表面に壁部１３
の厚み方向に電界が作用するように駆動電極１４を配し
（図１０（ａ）参照）、吐出させたいインク室１５の駆
動電極１４に第１の駆動電圧の第１の駆動波形を印加
し、第１の駆動電圧の第１の駆動波形の印加の終了後
に、隣接するインク室１５に第２の駆動電圧を印加する
ことで、吐出インク室を拡張した（図１０（ｂ）参照）
後、縮小する（図１０（ｃ）参照）ことでインク室１５
内に大きな圧力波生じさせることができ、インクの吐出
を行うことができる。なお、第２の駆動電圧の印加が解
除されると、図１０（ｄ）に示すように、インク室１５
を仕切る壁部１３は元の形状に復帰する（図１０（ａ）
の状態）。

【００５４】上記のように、吐出させたいインク室１５
と隣接するインク室１５を１つのグループとして、各イ
ンク室に対して順次、第１の駆動電圧を印加すること
で、壁部１３を直接駆動手段として用いるきわめて効率
の良いインクジェットの吐出を実現することができる。

【００５５】図２は、駆動波形選択手段を示し、第１の
駆動電圧Ｄ１および第２の駆動電圧Ｄ２がアナログスイ
ッチ６３ａ、６３ｃで選択的に切り替えられるようにな
っている。また、図３，図４（ａ）は、駆動波形を示
し、第１の駆動電圧Ｄ１による第１の駆動波形をＷ１、
第２の駆動波形をＷ２、第２の駆動電源Ｄ２による駆動
波形をＷ３で示し、Ｔは印字期間を示す。

【００５６】第１の駆動電圧Ｄ１は印字周期Ｔの期間内
に第１の駆動波形Ｗ１と第２の駆動波形Ｗ２を有し、印
字（インク吐出）の場合には第１の駆動波形Ｗ１が出力
される期間、アナログスイッチ６３ａがＯＮとなり、第
１の駆動波形Ｗ１が駆動電極１４に出力され、第１の駆
動波形Ｗ１の終了後、アナログスイッチ６３ｂがＯＮと
なり、駆動電極１４はグランドレベルに保持される。

【００５７】なお、インク室１５は所定の周期で印字周
期と非印字周期をとるが、インク室１５が印字周期であ
る期間は、ゲート回路６２からの信号により第２の駆動
電圧Ｄ２を選択するアナログスイッチ６３ｃは常にＯＦ
Ｆとなり、第２の駆動電圧Ｄ２が駆動電極１４に出力さ
れることはない。

【００５８】また、非印字周期である期間はアナログス
イッチ６３ａ、およびアナログスイッチ６３ｂは常にＯ
ＦＦとなり、アナログスイッチ６３ｃのみがＯＮとな
る。この結果、数百ピコファラッドの静電容量を有する
壁部１３の駆動電極１４には第１の駆動電圧Ｄ１、第２
の駆動電圧Ｄ２、グランドレベルの何れかが接続される
ことになり、壁部１３の反対側の駆動電極１４において
駆動波形の立ち上がりや立ち下がりに伴う誘起電圧を減
少させることができる。なお、アナログスイッチ６３の
切り替えは第１の駆動電圧Ｄ１、第２の駆動電圧Ｄ２、
何れの場合もグランドレベルであることが好ましい。

【００５９】次に、インクの吐出工程を図４乃至図６を
用いて説明する。図２に示したように、駆動電極１４は
壁部１３を介して他の駆動電極１４に容量結合される。
ここで、容量結合される部位は隣接するインク室１５，
１５を仕切る壁部１３を示し、あるインク室１５に第１
の駆動電圧Ｄ１が印加されるとき、両側のインク室１５
には第２の駆動電圧Ｄ２が印加される。

【００６０】駆動電圧選択手段６３は、一つのインク室
１５に対応した駆動電極１４について、アナログスイッ
チ６３ａ、６３ｂ、６３ｃで構成され、第１の駆動電圧
Ｄ１（６３ａ）、第２の駆動電圧Ｄ２（６３ｃ）、グラ
ンドレベル（６３ｂ）の一つが印字制御信号および画像
信号に応じて選択的に印加される。

【００６１】インク室１５のインクを吐出する場合に
は、図４（ｂ）のように、ｎ番目の吐出インク室に第１
の駆動波形（Ｗ１）を印加した後、第１の駆動波形（Ｗ
１）の終了後グランドレベルとすることで、隣接するイ
ンク室ｎ−１、ｎ＋１に印加される第２の駆動電圧との
相互作用によりインク室ｎからインクが吐出される。

【００６２】一方、インク室ｎが印字期間であって、イ
ンクが吐出されない場合（図４（ｃ））は、グランドレ
ベルが選択された後、第１の駆動波形（Ｗ１）の終了
後、第１の駆動電圧が選択され、第２の駆動波形（Ｗ
２）が印加される。なお、図４において、ＤＡは印字／
非印字に対応したアナログスイッチ６３ａの選択信号を
表しており、ハイレベルのとき第１の駆動電圧Ｄ１が選
択され、ローレベルのときアナログスイッチ６３ｂを通
してグランドレベルが選択される。

【００６３】インク吐出の場合には、図５のように第１
の駆動電圧Ｄ１（実線部）と、第２の駆動電圧Ｄ２が印
加され、壁部１３を貫く電界ＶＰは正方向から負方向に
一気に変化する。その結果、図１０に示すように、電界
が正方向（図１０（ｂ））か負方向（図１０（ｃ））に
変化し、インク室１５（図１０インク室ａ、ａ′）は拡
大縮小する。これにより、インク室１５（図１０インク
室ａ、ａ′）内に波動が発生しノズル２１よりインクが
吐出する。

【００６４】一方、非吐出時すなわち第１の駆動電圧Ｄ
１の第２の駆動波形（Ｗ２）が選択されたときは、図６
のように、壁部１３に作用する電界ＶＰは負方向となっ
た後、間をおいて正方向となり、インク室１５内のイン
クの波動は小さいものとなりインクの吐出には至らな
い。

【００６５】この場合においても、壁部１５は図５およ
び図６の電界ＶＰに示される如く同じ回数の変位が生
じ、この結果、発生する壁部１３の圧電材料のヒステリ
シス損による発熱量もほぼ等しくなる。なお、第１の駆
動電圧Ｄ１の第２の駆動波形（Ｗ２）の立ち上がり、立
ち下がりタイミングと第２の駆動電圧の立ち下がりタイ
ミングによって壁部１３に作用する電界（図５、図６に
おけるＶＰ）を調整することができ、所望の発熱量とす
ることができる。

【００６６】また、別の例として、図７に示すように、
１つのインク室１５を複数回駆動することで連続的にイ
ンクの吐出を行うことができる。同じインク室１５から
連続吐出を行う場合、インク室１５内のインクの波動が
吐出の後に残留することから、後出するインク滴の吐出
波動に重畳し、後出するインク滴の速度が先出するイン
ク滴の速度よりも速くなる。その結果、後出するインク
滴が先出したインク滴に次々と追いつきインク滴が転写
材８１（図１３参照）に到達する時には一滴のインク滴
となる。

【００６７】したがって、第１の駆動波形（Ｗ１）の選
択回数に応じてインク滴の大きさを変えることができ
る。なお、図７におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３はインク室１
５を印字期間ＰＴとするフェーズ生成手段７１からの制
御信号である。

【００６８】次いで、以上説明したような駆動方法を実
施するためのインクジェットヘッド１の構成等につい
て、図１１ないし図１３に基づいて説明する。まず、図
１１はインクジェットヘッド１の組み立て構成を示し、
図示のように、インクジェットヘッド１は、インク室形
成基板１１の上面に上基板１２とインクフィルタ３を積
み重ね状態に載設すると共に、そのインク室形成基板１
１の前面を、複数のノズル（吐出孔）２１─を形成した
ノズルプレート２で覆い、各ノズル２１をインク室１５
に対応させると共に、図１２に示すように、ドライバー
ＩＣをフレキシブル基板１６を介して駆動電極１４（図
１０参照）と接続するように構成されている。

【００６９】上述のインク室１５には、インクタンク４
（図１３参照）からインクフィルタ３および上基板１２
に形成された孔部１２ａを経由してインクが供給され、
前述したように、駆動電極１４によるインク室１５の拡
縮により、ノズルプレート２からインクが吐出される。
なお、図１１に示す例では、カラー画像の印刷に用いら
れるイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色の
インクを分離するために、上基板１２には、４個の孔部
１２ａを形成しており、インクフィルタ３は４分割に構
成されている。また、これらの各色の使用頻度を考慮し
て、ブラックのインクに対応する孔部１２ａの開口面積
及びインクフィルタ３の分割範囲が他よりも広く形成さ
れている。

【００７０】図１３は、インクジェットヘッド１を具備
したプリンターの一例を示し、そのインクジェットヘッ
ド１の上部にはインクタンク４が着脱自在に搭載され、
図示省略の駆動源により、インクジェットヘッド１は矢
印Ｓ方向に往復移動し、給紙トレイ８から一枚ずつ矢印
Ｐ方向に繰り出される転写材（印字用紙）８１の上に、
インクが吐出され原稿画像が再現・形成される。

【００７１】なお、本実施形態の駆動方法を実施するた
めのインクジェットヘッド１は、基本的には、例えば、
図１１及び図１２に示されるが、これに限定されること
なく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて設計変更
自由である。また、搭載するプリンターは、例えば、図
１３に示されるが、本実施形態の駆動方法を実施するた
めのインクジェットヘッド１は、このようなインクジェ
ット方式のプリンターに限定されることなく、例えば、
電子写真方式とインクジェット方式を併設したプリンタ
ーにも搭載可能なことはいうまでもない。

【００７２】（実施形態２）図１４は、本発明のインク
ジェットヘッドの駆動方法を実施するための駆動回路の
ブロック図であり、プリンタ制御基板７に設けられた駆
動波形生成手段７３により生成された第１の駆動電圧Ｄ
１、第２の駆動電圧Ｄ２および第３の駆動電圧Ｄ３を、
アナログスイッチ６３により選択的に切り替え、ブリン
トヘッド１のインク室１５を形成する壁部１３の表面に
配置された駆動電極１４に印加する。ここで、インク室
１５を形成する壁部１３に配設された駆動電極１４に電
圧を印加すると、壁面に対して垂直方向に電界が生じ
る。

【００７３】インクジェットヘッド１は、図１４に示す
ように、基本的には、圧電材料から成る上基板１２とイ
ンク室形成基板１１で構成され、壁部１３は上基板方向
に分極されている。したがって、壁部１３上に設けられ
た駆動電極１４に電圧を印加し、壁部１３に電界が作用
すると壁部１３に剪断変形が生じ、壁部１３は上基板１
２と圧着されていることから、印加する電界の方向に応
じて壁面がインク室１５に対して凸面もしくは凹面状に
変形する。

【００７４】このとき、インク室内に圧力波が形成され
インク室内を伝搬する。そして、インク室１５に対して
凹面とした後、凸面に変形させることにより圧力波が増
長されインク室長手方向に設けられたノズル２１からイ
ンクが吐出する。ここで、吐出するインク室１５に隣接
するインク室１５の片方の壁面、すなわち吐出するイン
ク室１５とを仕切る壁面と反対側の壁面に印加される電
圧を調整することで、吐出させたいインク室１５のみか
らインクの吐出をおこなうことができる。

【００７５】このように、インク室１５，１５間を仕切
る壁部１３、そして、壁部１３の表面に壁部１３の厚み
方向に電界が作用するように駆動電極１４を配し、吐出
させたいインク室１５の駆動電極１４に第１の駆動電圧
を印加し、第１の駆動電圧の駆動波形の終了後に、隣接
するインク室に第３の駆動電圧の駆動波形を印加するこ
とで、吐出インク室を拡張した（図１０（ｂ）（前実施
形態と同じ））後、縮小する（図１０（ｃ）（前実施形
態と同じ））ことでインク室内に大きな圧力波生じさせ
ることができ、インクの吐出を行うことができる。

【００７６】このように、吐出させたいインク室１５と
隣接するインク室１５を１つのグループとして、各イン
ク室１５に対して順次第１の駆動電圧Ｄ１を印加するこ
とで、壁部１３を直接駆動手段として用いるきわめて効
率の良いインクジェットの吐出を実現することができ
る。なお、本実施形態のインクジェットヘッド１のその
他の構成は、図８〜図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示す
前実施形態の構成と同じである。

【００７７】図１５は、駆動波形選択手段を示し、第１
の駆動電圧Ｄ１、第２の駆動電圧Ｄ２および第３の駆動
電圧Ｄ３が、アナログスイッチ６３ａ、６３ｂ、６３ｃ
によって選択的に切り替えられるようになっている。ま
た、図１６は駆動波形を示し、第１の駆動電圧Ｄ１によ
る第１の駆動波形をＷ２１、第２の駆動電圧Ｄ２による
第２の駆動波形をＷ２２、第３の駆動電圧Ｄ３による第
３の駆動波形をＷ２３で示し、印字期間をＴで示す。

【００７８】印字周期Ｔの期間内に印字データに基づい
て吐出が行われる場合には、アナログスイッチ６３ａが
ＯＮとなり、吐出インク室１５に対応した駆動電極１４
には第１の駆動電圧Ｄ１が印加されるとともに、隣接す
るインク室１５に対応した駆動電極１４はアナログスイ
ッチ６３ｃがＯＮとなることにより第３の駆動電圧Ｄ３
が印加される。

【００７９】なお、吐出インク室１５に対する印字デー
タが非吐出の場合にはアナログスイッチ６３ｂがＯＮと
なり第２の駆動波形（Ｗ２２）が印加される。また、イ
ンク室１５は所定の周期で印字周期と非印字周期をとる
が、インク室１５が印字周期である期間は、ゲート回路
６２からの信号により第３の駆動電圧Ｄ３を選択するア
ナログスイッチ６３ｃは常にＯＦＦとなり、第３の駆動
電圧Ｄ３が駆動電極１４に出力されることはない。

【００８０】そして、非印字周期である期間はアナログ
スイッチ６３ａ、およびアナログスイッチ６３ｂは常に
ＯＦＦとなり、アナログスイッチ６３ｃのみがＯＮとな
る。この結果、数百ピコファラッドの静電容量を有する
壁部１３の駆動電極１４には第１の駆動電圧Ｄ１、第２
の駆動電圧Ｄ２、第３の駆動電圧Ｄ３の何れかが接続さ
れることになり、壁部１３の反対側の駆動電極１４にお
いて駆動波形の立ち上がりや立ち下がりに伴う誘起電圧
を減少させることができる。

【００８１】次に、インクの吐出工程を図１６乃至図２
０に基づいて説明する。図１５に示したように、駆動電
極１４は壁部１３を介して他の駆動電極１４に容量結合
される。ここで、容量結合される部位は隣接するインク
室を仕切る壁部１３を示し、あるインク室１５に第１の
駆動電圧Ｄ１が印加されるとき、両側のインク室１５に
は第３の駆動電圧Ｄ３が印加される。

【００８２】駆動電圧選択手段６３は、一つのインク室
１５に対応した駆動電極１４に接続されるアナログスイ
ッチ６３ａ、６３ｂ、６３ｃで構成され、第１の駆動電
圧Ｄ１（６３ａ）、第２の駆動電圧Ｄ２（６３ｂ）、第
３の駆動電圧Ｄ３（６３ｃ）の一つが印字制御信号、お
よび、画像信号に応じて選択的に印加される。

【００８３】インク室１５のインクを吐出する場合に
は、図１９のように、吐出インク室１５に第１の駆動電
圧Ｄ１を選択し、隣接するインク室１５に第３の駆動電
圧Ｄ３を選択することで、壁部１３には電界ＶＰが作用
し壁部１３に剪断変形が生じることによりインクの吐出
が行われる。

【００８４】一方、インク室が印字期間Ｔであって、イ
ンクが吐出されない場合は、図２０のように吐出インク
室１５は第２の駆動電圧Ｄ２が選択されるとともに、隣
接するインク室１５は第３の駆動電圧Ｄ３が選択され、
壁部１３には電界ＶＰが作用するがインク室１５内にイ
ンクの吐出波動を形成するには至らずインクの吐出は行
われない。なお、駆動波形の立ち上がり／立ち下がり時
期と壁部１３を介して反対側に印加される駆動波形の立
ち上がり／立ち下がり時期が一致すると、図１７に示す
ように、図２２での駆動電圧供給手段７３の出力トラン
ジスターＱ１、Ｑ２のスイッチングの遅れに応じて駆動
波形に、対向する駆動波形の立ち上がり／立ち下がりの
静電誘導の作用でオーバーシュートもしくはアンダーシ
ュートが生じることとなる。

【００８５】本実施形態では、図１８のように、第１の
駆動電圧Ｄ１の駆動波形のタイミングパルスＣｌと第３
の駆動電圧Ｄ３の駆動波形のタイミングパルスＣ３を、
駆動波形の立ち下がり／立ち上がり時期において時間差
を設けることで、オーバーシュートを抑制しつつ、図１
９の壁部１３における電界ＶＰのような適度な電界勾配
を有する駆動電界を実現している。

【００８６】また、本実施形態における別の例として、
図２１に示すように、１つのインク室１５を複数回駆動
することで連続的にインクの吐出を行うことができる。
同じインク室１５から連続吐出を行う場合、インク室１
５内のインクの波動が吐出の後に残留することから、後
出するインク滴の吐出波動に重畳し、後出するインク滴
の速度が先出するインク滴の速度よりも速くなる。

【００８７】その結果、後出するインク滴が先出したイ
ンク滴に次々と追いつきインク滴が転写材８１に到達す
る時には一滴のインク滴となる。したがって、第１の駆
動波形（Ｗ２１）の選択回数に応じてインク滴の大きさ
を変えることができる。なお、図２１におけるＰ１、Ｐ
２、Ｐ３はインク室１５を印字期間ＰＴとするフェーズ
生成手段７１からの制御信号である。

【００８８】以上説明した本実施形態の駆動方法を実施
するためのインクジェットヘッド１の構成は、前実施形
態と同様に、基本的には、例えば、図１１及び図１２に
示されるが、これに限定されることなく、本発明の要旨
を逸脱しない限りにおいて設計変更自由である。また、
搭載するプリンターは、例えば、図１３に示されるが、
本実施形態の駆動方法を実施するためのインクジェット
ヘッド１は、このようなインクジェット方式のプリンタ
ーに限定されることなく、例えば、電子写真方式とイン
クジェット方式を併設したプリンターにも搭載可能なこ
とはいうまでもない。

【００８９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明
は、以下の効果を奏する。請求項１によれば、吐出イン
ク室に第１の駆動電圧が印加されるが、非吐出インク室
にも第２の駆動電圧が印加されるので、印字／非印字に
よるインク室、およびインク室内のインクの温度差を解
消することができるとともに、吐出／非吐出時に印加す
る駆動電圧生成手段を１系統とすることができ、安価な
構成で高品位な画像を得ることができる。

【００９０】請求項２によれば、アナログスイッチ、ア
ナログスイッチを制御するゲート回路等は集積回路に収
められるが、アナログスイッチによって選択される電圧
レベルの１つが集積回路内の共通電極であるグランドレ
ベルとすることでインピーダンスを低く抑えることがで
き、駆動電極部におけるグランドレベル選択時の電圧の
変動を抑えることができる。

【００９１】請求項３によれば、１つのインク室に対し
て連続的にインクの吐出を行うので、インク室内のイン
ク吐出波動が増幅され、後出するインク滴の速度が速ま
り前出するインク滴に追いつく結果、吐出回数に応じた
大きさのインク滴を形成することができる。

【００９２】請求項４によれば、第１の駆動電圧の第２
の駆動波形の電圧を、印加回数に応じて徐々に下げるの
で、発熱を抑えることができ、吐出時との発熱量の差
（温度差）を低減することができる。

【００９３】請求項５によれば、第１の駆動電圧の第２
の駆動波形の位相および／または時間幅を、印字条件に
応じて設定・変更可能としたので、必要に応じて、イン
ク室内のインクを加熱したり、発熱を抑えたりすること
ができる。従って、インクの粘度を適切に保持して、常
に、安定した印字を実現することができる。

【００９４】請求項６によれば、駆動電圧選択手段が、
それぞれの駆動電圧選択時において所定範囲の抵抗成分
を有するので、駆動電圧選択手段を流れる電流が制限さ
れ、発熱やオーバーシュート／アンダーシュートを抑制
することができ、インクジェットヘッド（プリントヘッ
ド）を高速で安定に駆動させることができる。

【００９５】請求項７によれば、それぞれの駆動電圧の
立ち上がりや立ち下がり時期と他の駆動波形の立ち上が
りや立ち下がり時期の間に所定の期間を設けるので、互
いの立ち上がり、立ち下がりに伴うオーバーシュートや
アンダーシュートを抑制することができる。

【００９６】請求項８によれば、抵抗成分を、所謂アナ
ログスイッチのＯＮ抵抗とすることができるので、駆動
電圧選択手段を極めて小さくすることができ、装置の小
型化を実現することができる。また、ヘッド部の小型軽
量化により、印字に伴うヘッド移動時においてもへツド
の振動を抑制することができ高品位の印字が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る駆動方法を実現する
インクジェットヘッドのブロック構成図である。

【図２】同駆動電圧選択手段のブロック図である。

【図３】同駆動電圧波形を示す図である。

【図４】同印字期間における駆動波形のタイミングチャ
ートである。

【図５】同インク吐出時のインク室壁部への印加電圧の
説明図である。

【図６】同インク非吐出時のインク室壁部への印加電圧
の説明図である。

【図７】同階調印字時のタイミングチャートである。

【図８】同インクジェットヘッドの基板の構成を示す斜
視図である。

【図９】同インクジェットヘッドの断面図である。

【図１０】同インクジェットヘッドの吐出時の形状変化
の説明図である。

【図１１】同インクジェットヘッドの構成を示す組み立
て図である。

【図１２】同インクジェットヘッド部の斜視図である。

【図１３】同インクジェットヘッドを搭載したインクジ
ェットプリンタの斜視図である。

【図１４】本発明の実施形態２に係る駆動方法を実現す
るインクジェットヘッドのブロック構成図である。

【図１５】同駆動電圧選択手段のブロック図である。

【図１６】同駆動電圧波形を示す図である。

【図１７】同駆動波形の立ち上がり／立ち下がりが一致
した場合のオーバーシュートの発生を示す図である。

【図１８】同駆動波形を示す図である。

【図１９】同インク吐出時のインク室壁部への印加電圧
を示す図である。

【図２０】同インク非吐出時のインク室壁部への印加電
圧を示す図である。

【図２１】同階調印字（２階調）を行う場合のタイミン
グチャートである。

【図２２】同共通駆動波形の生成および駆動波形選択の
説明図である。

【符号の説明】

１−インクジェットヘッド（プリントヘッド） １４−電極（駆動電極） １５−インク室 ６３−駆動電圧選択手段 Ｄ１−第１の駆動電圧 Ｄ２−第２の駆動電圧 Ｄ３−第３の駆動電圧 Ｗ１−第１の駆動波形 Ｗ２−第２の駆動波形 Ｗ２１−第１の駆動波形 Ｗ２２−第２の駆動波形 Ｗ２３−第３の駆動波形 Ｔ−印字周期

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 浩一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼村 久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF21 AF99 AG12 AG45 AN01 AR03 AR08 BA14 CA01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電部材に形成された複数の溝部を天壁
   で覆うことにより前記溝部内にインク室を形成し、 少なくとも前記溝部の両壁面部は天壁、底壁方向に分極
   されるとともに、該分極された圧電部材の表面に設けら
   れた電極に、駆動電圧を選択的に印加し、該分極された
   圧電部材に電界を作用させることにより、該圧電部材に
   剪断変形を生じさせ、前記インク室に充填されたインク
   に圧力波を作用させてインクの吐出を行うインクジェッ
   トヘッドの駆動方法において、 前記駆動電圧は吐出インク室に印加される第１の駆動電
   圧と非吐出インク室に印加される第２の駆動電圧からな
   り、前記第１の駆動電圧は吐出信号によって選択される
   第１の駆動波形と、非吐出信号によって選択される第２
   の駆動波形で構成され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】 前記第１の駆動電圧および前記第２の駆
   動電圧は、アナログスイッチにより選択されるととも
   に、前記第１の駆動電圧は、前記第１の駆動波形もしく
   は前記第２の駆動波形と、前記２つの駆動波形が選択さ
   れていないときに選択されるグランドレベルとで構成さ
   れることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット
   ヘッドの駆動方法。
3. 【請求項３】 １つの前記吐出インク室に対して前記第
   １の駆動電圧が連続して複数回印加されることを特徴と
   する請求項１または２記載のインクジェットヘッドの駆
   動方法。
4. 【請求項４】 前記第１の駆動電圧の第２の駆動波形の
   電圧は、１つの印字周期において減少することを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェッ
   トヘッドの駆動方法。
5. 【請求項５】 前記第１の駆動電圧の第２の駆動波形の
   位相および／または時間幅は、印字条件に応じて設定・
   変更可能であることを特徴とする請求項１ないし３のい
   ずれかに記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
6. 【請求項６】 圧電部材に形成された複数の溝部を天壁
   で覆うことにより前記溝部内にインク室を形成し、 前記溝部の両壁面部は天壁、底壁方向に分極されるとと
   もに、該分極された圧電部材の表面に設けられた電極
   に、複数の駆動電圧から所定の駆動電圧を選択的に印加
   する駆動電圧選択手段を有し、 該分極された圧電部材に電界を作用させることにより、
   該圧電部材に剪断変形を生じさせ、前記インク室に充填
   されたインクに圧力波を作用させてインクの吐出を行う
   インクジェットヘッドにおいて、 前記駆動電圧選択手段は、それぞれの駆動電圧選択時に
   おいて１０Ω乃至５００Ωの抵抗成分を有することを特
   徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
7. 【請求項７】 駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がり
   時期は、他の駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりの
   時期と一致しないことを特徴とする請求項６に記載のイ
   ンクジェットヘッドの駆動方法。
8. 【請求項８】 駆動電圧選択手段はアナログスイッチの
   集合体で構成し、アナログスイッチの切り替えは、駆動
   波形の印加前および印加後に行われることを特徴とする
   請求項６または７に記載のインクジェットヘッドの駆動
   方法。