JP2003127369A - インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットヘッド及びインクジェット式
記録装置において、環境温度の変化に対する吐出性能の
変動を抑制するとともに、信頼性を向上させる。 【解決手段】 アクチュエータに供給される駆動信号
は、中間電位ＶＭ、最小電位ＶＬ、最大電位ＶＨ、中間
電位ＶＭの順に電位が変化する波形を有している。電位
割合Ｈ＝ａ／ｂ＝（ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）は、
環境温度が低くなるほど１に近づくように、環境温度に
応じて変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド及びインクジェット式記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プリンタ、ファクシミリ、複
写機等の記録装置において、圧電素子の圧電効果を利用
してインクを吐出するインクジェットヘッドが用いられ
ている。一般に、インクジェットヘッドは、インクが充
填された圧力室と、圧力室に連通するノズルと、圧力室
の容積を増減させることによって圧力室内のインクに圧
力を付与する圧電アクチュエータと、圧電アクチュエー
タに駆動信号を供給する信号供給部とを備えている。イ
ンク吐出の際には、信号供給部から圧電アクチュエータ
に対して駆動信号が供給され、圧電アクチュエータはノ
ズルからインクを押し出すように圧力室内のインクに圧
力を付与する。これにより、ノズルからインク滴が吐出
され、当該インク滴が記録紙に着弾することによって、
記録紙上に所定の画像等が形成される。

【０００３】ところで、インクの特性（例えば、粘度、
表面張力等）は、環境温度（インクジェットヘッドが使
用される環境の温度）によって若干異なる。そのため、
環境温度が変化すると、インク滴の吐出速度や液滴量が
変化し、インクジェットヘッドの吐出性能が変動してし
まうことが知られている。

【０００４】そこで、環境温度の変化による吐出性能の
変動を抑制するために、環境温度に応じて駆動信号波形
を補正する技術（特開平１０−２５００６１号公報、特
開２０００−１５３６０８号公報参照）が提案されてい
る。

【０００５】特開平１０−２５００６１号公報に開示さ
れたインクジェットヘッドの駆動方法は、環境温度の低
下に伴って、駆動パルス信号のパルスの幅を圧電振動板
の固有振動周期の（ｎ＋１／４）倍（ただし、ｎ＝１，
２，３）から上記固有振動周期の（ｎ＋３／４）倍若し
くは（ｎ−１／４）倍に変化させていくことにより、低
温環境下でのインクの供給不足を解消するものである。

【０００６】しかし、インク吐出量を変化させるために
は、駆動パルス信号の振幅（電位差）を変化させること
が効果的である。そこで、特開２０００−１５３６０８
号公報に開示されたインクジェットヘッド駆動装置で
は、環境温度の変化に伴って、駆動パルス信号のパルス
幅及び振幅を変化させることとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２０に示す
ように、上記インクジェットヘッド駆動装置では、環境
温度が低いときには、振幅が大きくなるので最大電圧Ｖ
２が相当程度上昇する。そのため、駆動回路の発熱を招
きやすく、回路や素子の寿命を縮めるおそれがあった。
また、最大電圧Ｖ２の上昇に伴って、圧電アクチュエー
タの絶縁破壊を生じるおそれが高くなった。

【０００８】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、インクジェットヘッ
ド及びインクジェット式記録装置において、環境温度の
変化に対する吐出性能の変動を抑制するとともに、信頼
性を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインクジェ
ットヘッドは、ノズルと当該ノズルに連通し且つインク
が充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電
素子を有し、当該圧電素子の圧電効果により前記圧力室
の容積を増減させることによって前記ノズルからインク
滴を吐出させるアクチュエータと、前記圧力室の容積を
増加させる第１の電位ＶＬと、前記圧力室の容積を減少
させる第２の電位ＶＨと、前記第１電位ＶＬと前記第２
電位ＶＨとの間の中間電位ＶＭとを含む駆動信号を前記
アクチュエータに供給する信号供給手段と、環境温度ま
たはインクの温度を検出する温度検出手段とを備えたイ
ンクジェットヘッドであって、前記信号供給手段は、前
記中間電位ＶＭ、前記第１電位ＶＬ、前記第２電位Ｖ
Ｈ、前記中間電位ＶＭの順に電位が変化する主駆動信号
を少なくとも供給し、前記第２電位ＶＨと前記第１電位
ＶＬとの差に対する前記中間電位ＶＭと前記第１電位Ｖ
Ｌとの差の割合Ｈ＝（ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）
を、前記温度検出手段の検出温度が低いほど１に近づけ
るように、前記検出温度に応じて０．５〜１（０．５以
上かつ１以下）の間で変化させるものである。

【００１０】なお、上記及び下記において、温度検出手
段は、ヘッド本体に設けられていてもよく、ヘッド本体
から分離されていてもよい。温度検出手段の設置箇所
は、特定の箇所に限定されるものではない。

【００１１】インクの温度が高い場合には、インクの粘
度は相対的に小さくなる。この場合、インク吐出のため
に必要な電位差ＶＭ−ＶＬは小さくても足りる一方、イ
ンク吐出後のインクメニスカス振動は大きくなりやすい
ので、残留振動を抑制するためには電位差ＶＨ−ＶＭは
比較的大きい方が好ましい。上記インクジェットヘッド
によれば、環境温度またはインクの温度が高い場合に
は、上記割合Ｈが小さくなるので、インク吐出のための
電位差ＶＭ−ＶＬは比較的小さくなるが、メニスカス振
動を抑制するための電位差ＶＨ−ＶＭは比較的大きくな
る。そのため、インク滴の吐出性能が維持されるととも
に、インク吐出後のメニスカス振動は抑制される。

【００１２】一方、インクの温度が低い場合には、イン
クの粘度は相対的に大きくなる。この場合、メニスカス
振動を抑制するための電位差ＶＨ−ＶＭは小さくても足
りる一方、インク吐出のために必要な電位差ＶＭ−ＶＬ
は大きい方が好ましい。上記インクジェットヘッドによ
れば、環境温度またはインクの温度が低い場合には、上
記割合Ｈが大きくなるので、メニスカス振動を抑制する
ための電位差ＶＨ−ＶＭは比較的小さくなるが、インク
吐出のための電位差ＶＭ−ＶＬは大きくなる。そのた
め、第２電位と第１電位との電位差ＶＨ−ＶＬを大きく
変化させなくても、インク滴を良好に吐出することがで
きる。したがって、アクチュエータの印加電圧が過大に
なることはなく、アクチュエータの絶縁破壊等を招くお
それは小さい。

【００１３】このように、上記インクジェットヘッドに
よれば、環境温度の変化に対する吐出性能の変動が抑制
されるとともに、信頼性が向上する。

【００１４】本発明に係る他のインクジェットヘッド
は、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填され
た圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子を有
し、当該圧電素子の圧電効果により前記圧力室の容積を
増減させることによって前記ノズルからインク滴を吐出
させるアクチュエータと、前記圧力室の容積を増加させ
る第１の電位ＶＬと、前記圧力室の容積を減少させる第
２の電位ＶＨと、前記第１電位ＶＬと前記第２電位ＶＨ
との間の中間電位ＶＭとを含む駆動信号を前記アクチュ
エータに供給する信号供給手段と、環境温度またはイン
クの温度を検出する温度検出手段とを備えたインクジェ
ットヘッドであって、前記信号供給手段は、前記中間電
位ＶＭ、前記第１電位ＶＬ、前記中間電位ＶＭ、前記第
２電位ＶＨ、前記中間電位ＶＭの順に電位が変化する主
駆動信号を少なくとも供給し、前記第２電位ＶＨと前記
第１電位ＶＬとの差に対する前記中間電位ＶＭと前記第
１電位ＶＬとの差の割合Ｈ＝（ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−
ＶＬ）を、前記温度検出手段の検出温度が低いほど１に
近づけるように、前記検出温度に応じて０．５〜１の間
で変化させるものである。

【００１５】上記インクジェットヘッドにおいても、前
述の理由により、環境温度の変化に対する吐出性能の変
動が抑制されるとともに、信頼性が向上する。加えて、
上記インクジェットヘッドでは、電位が第１電位ＶＬに
変化した後、直ちに第２電位ＶＨにまで変化するのでは
なく、いったん中間電位ＶＭに移行した後に第２電位Ｖ
Ｈにまで変化する。そのため、ノズルから突出したイン
クは分離されやすくなり、インク滴が容易に形成される
ことになる。

【００１６】前記主駆動信号は、中間電位ＶＭ、第１電
位ＶＬ、前記中間電位ＶＭの順に電位が変化した後、当
該中間電位ＶＭを所定の維持時間だけ維持し、その後当
該中間電位ＶＭ、第２電位ＶＨ、前記中間電位ＶＭの順
に電位を変化させる信号からなり、前記中間電位ＶＭの
維持時間Ｔ１は、インクジェットヘッドのヘルムホルツ
共振周期Ｔｃに対して、ｎ×Ｔｃ＋Ｔｃ／４≦Ｔ１≦ｎ
×Ｔｃ＋Ｔｃ／２（ただし、ｎは０または自然数）に設
定されていることが好ましい。

【００１７】このことにより、インクのメニスカス振動
の共振が利用され、インク滴はより容易に形成されるこ
とになる。

【００１８】本発明に係る他のインクジェットヘッド
は、ノズルと当該ノズルに連通し且つインクが充填され
た圧力室とが形成されたヘッド本体と、圧電素子を有
し、当該圧電素子の圧電効果により前記圧力室の容積を
増減させることによって前記ノズルからインク滴を吐出
させるアクチュエータと、前記圧力室の容積を増加させ
る第１の電位ＶＬと、前記圧力室の容積を減少させる第
２の電位ＶＨと、前記第１電位ＶＬと前記第２電位ＶＨ
との間の中間電位ＶＭとを含む駆動信号を前記アクチュ
エータに供給する信号供給手段と、環境温度またはイン
クの温度を検出する温度検出手段とを備えたインクジェ
ットヘッドであって、前記信号供給手段は、前記中間電
位ＶＭ、前記第１電位ＶＬ、前記中間電位ＶＭ、前記第
１電位ＶＬ、前記第２電位ＶＨ、前記中間電位ＶＭの順
に電位が変化する主駆動信号を少なくとも供給し、前記
第２電位ＶＨと前記第１電位ＶＬとの差に対する前記中
間電位ＶＭと前記第１電位ＶＬとの差の割合Ｈ＝（ＶＭ
−ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）を、前記温度検出手段の検出
温度が低いほど１に近づけるように、前記検出温度に応
じて０．５〜１の間で変化させるものである。

【００１９】上記インクジェットヘッドにおいても、前
述の理由により、環境温度の変化に対する吐出性能の変
動が抑制されるとともに、信頼性が向上する。加えて、
上記インクジェットヘッドでは、電位がいったん中間電
位ＶＭに移行した後、更に第１電位ＶＬに変化してから
第２電位ＶＨに移行するので、ノズルから突出したイン
クを強制的に分離させることができる。そのため、イン
ク滴を吐出するための波形がインク滴を吐出した後の波
形に与える影響を少なくすることができる。

【００２０】主駆動信号における中間電位ＶＭ、第１電
位ＶＬ、前記中間電位ＶＭの順に電位が変化してから更
に電位が変化し始める時点ｔ１から、その後第１電位Ｖ
Ｌになってから更に電位が変化し始める時点ｔ２までの
時間Ｔ２＝ｔ２−ｔ１は、インクジェットヘッドのヘル
ムホルツ共振周期Ｔｃに対して、Ｔ２≦Ｔｃ／４に設定
されていることが好ましい。

【００２１】このことにより、インク滴を分離するため
に特に好適な波形が得られる。

【００２２】前記信号供給手段は、第１電位ＶＬ及び第
２電位ＶＨを一定に維持する一方、中間電位ＶＭを変化
させることによって前記割合Ｈ＝（ＶＭ−ＶＬ）／（Ｖ
Ｈ−ＶＬ）を変化させることが好ましい。

【００２３】このことにより、第２電位と第１電位との
電位差ＶＨ−ＶＬを変えることなく、上記割合Ｈを変化
させることができる。そのため、アクチュエータに過大
な電圧を印加する必要はなく、駆動回路の発熱やアクチ
ュエータの絶縁破壊は、より確実に防止される。

【００２４】前記信号供給手段は、同一のノズルから複
数のインク滴を吐出させ且つそれらインク滴を飛翔中に
合体させるように、前記主駆動信号に先立って、前記中
間電位ＶＭと前記第１電位ＶＬとを有する１または２以
上のパルス信号を供給するものであってもよい。

【００２５】このように複数のインク滴を合体させるこ
とにより、大径のインクドットを形成することができ
る。

【００２６】本発明に係るインクジェット式記録装置
は、前記いずれか一つのインクジェットヘッドと、前記
インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる移
動手段とを備えているものである。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第２電
位ＶＨと第１電位ＶＬとの差に対する中間電位ＶＭと第
１電位ＶＬとの差の割合Ｈ＝（ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−
ＶＬ）を、環境温度またはインクの温度が低いほど大き
くなるように変化させることとしたので、環境温度の変
化に対する吐出性能の変動を抑制することができるとと
もに、信頼性及び寿命を向上させることができる。

【００２８】

【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。

【００２９】＜実施形態１＞図１は、インクジェット式
記録装置としてのプリンタ２０の概略構成を示してい
る。プリンタ２０は、キャリッジ１６に固定されたイン
クジェットヘッド１を備えている。キャリッジ１６に
は、図１では図示を省略するキャリッジモータ２８（図
６参照）が設けられている。キャリッジ１６は、キャリ
ッジモータ２８によって主走査方向（図１及び図２に示
すＸ方向）に延びるキャリッジ軸１７にガイドされ、そ
の方向に往復移動するように構成されている。インクジ
ェットヘッド１はキャリッジ１６に搭載されているの
で、インクジェットヘッド１もキャリッジ１６の往復移
動に伴って主走査方向Ｘに往復移動する。なお、このキ
ャリッジ１６、キャリッジ軸１７及びキャリッジモータ
２８により、インクジェットヘッド１と記録紙４１とを
相対移動させる移動手段が構成されている。

【００３０】記録紙４１は、図１では図示を省略する搬
送モータ２６（図６参照）によって回転駆動される２つ
の搬送ローラ４２に挟まれており、この搬送モータ２６
及び各搬送ローラ４２により、主走査方向Ｘと直交する
副走査方向（図１及び図２に示すＹ方向）に搬送され
る。

【００３１】図２〜図５に示すように、インクジェット
ヘッド１は、インクを収容する複数の圧力室４と各圧力
室４にそれぞれ連通する複数のノズル２とが形成された
ヘッド本体４０と、各圧力室４内のインクに圧力を付与
するアクチュエータ１０とを有している。アクチュエー
タ１０は、圧電素子１３を有するピエゾ式のアクチュエ
ータであって、圧電素子１３に固着した振動板１１がた
わみ変形を行ういわゆるたわみ振動型のアクチュエータ
である。このアクチュエータ１０は、圧力室４の縮小及
び拡大に伴う圧力室４内の圧力変化によって、ノズル２
からインク滴を吐出し且つ圧力室４にインクを充填す
る。

【００３２】図２に示すように、圧力室４は、インクジ
ェットヘッド１の内部に主走査方向Ｘに延びるように長
溝状に形成され、副走査方向Ｙに互いに所定間隔をあけ
て配設されている。圧力室４の一端部（図２の右側の端
部）には、ノズル２が設けられている。ノズル２，２，
…は、インクジェットヘッド１の下面において、副走査
方向Ｙに互いに所定間隔をあけて開口するように設けら
れている。圧力室４の他端部（図２の左側の端部）は、
インク供給路５の一端部に連続している。各インク供給
路５の他端部は、副走査方向Ｙに延びるインク供給室３
に連続している。

【００３３】図３に示すように、インクジェットヘッド
１は、ノズル２が形成されたノズルプレート６と、圧力
室４及びインク供給路５を区画形成する区画壁７と、ア
クチュエータ１０とが順に積層されて構成されている。
このノズルプレート６は厚さ２０μｍのポリイミド板か
らなり、区画壁７は厚さ４８０μｍのステンレス製ラミ
ネート板、またはステンレスと感光性ガラスとのラミネ
ート板からなっている。

【００３４】図４及び図５に誇張して示すように、アク
チュエータ１０は、圧力室４を覆う振動板１１と、振動
板１１を変形させる薄膜の圧電素子１３と、個別電極１
４とが順に積層されて構成されている。振動板１１は、
厚さ２μｍのクロム板からなっていて、個別電極１４と
共に圧電素子１３に電圧を印加するための共通電極とし
ての機能も有している。圧電素子１３は、圧力室４に対
応して設けられており、厚さ０．５μｍ〜５μｍのＰＺ
Ｔ（ジルコル酸チタン酸鉛）等を好適に用いることがで
きる。本実施形態では、圧電素子１３の厚みは３μｍに
設定されている。個別電極１４は厚さ０．１μｍの白金
板からなっており、アクチュエータ１０の全体の厚さは
約５μｍとなっている。なお、互いに隣接する圧電素子
１３及び個別電極１４の間には、ポリイミドからなる絶
縁層１５が設けられている。

【００３５】次に、図６のブロック図を参照しながら、
プリンタ２０の制御回路３５を説明する。制御回路３５
は、ＣＰＵからなる主制御部２１と、各種データ処理の
ためのルーチン等を記憶したＲＯＭ２２と、各種データ
の記憶等を行うＲＡＭ２３と、搬送モータ２６及びキャ
リッジモータ２８とをそれぞれ駆動制御するためのドラ
イバ回路２５，２７及びモータ制御回路２４と、印刷デ
ータを受信するデータ受信回路２９と、駆動信号を発生
させる駆動信号発生回路３０とを備えている。また、制
御回路３５には、環境温度を検出する温度センサ３３が
設けられている。本実施形態の温度センサ３３は、プリ
ンタ本体側に設けられており、プリンタ２０の設置され
た室内の空気温度を検出するものである。ただし、温度
センサ３３はインクジェットヘッド１に設けられていて
もよく、また、インクタンク（図示せず）内またはイン
クジェットヘッド１内のインクの温度を検出するもので
あってもよい。

【００３６】次に、プリンタ２０の動作について説明す
る。まず、プリンタ本体（図示せず）から画像データが
送信され、データ受信回路２９がこの画像データを受信
すると、主制御部２１がＲＯＭ２２に記憶された処理ル
ーチンに基づいて、モータ制御回路２４及びドライバ回
路２５，２７を介して搬送モータ２６及びキャリッジモ
ータ２８をそれぞれ制御すると共に、駆動信号発生回路
３０に駆動信号を発生させる。そして、この駆動信号が
アクチュエータ１０に供給され、アクチュエータ１０の
たわみ変形によってノズル２からインク滴が吐出され
る。

【００３７】次に、駆動信号発生回路３０によって生成
される駆動信号について説明する。図７に示すように、
駆動信号は、圧力室４の容積を増加させるようにアクチ
ュエータ１０を駆動する最小電位（第１電位）ＶＬと、
圧力室４の容積を減少させるようにアクチュエータ１０
を駆動する最大電位（第２電位）ＶＨと、最小電位ＶＬ
と最大電位ＶＨとの間の中間電位ＶＭとを有し、中間電
位ＶＭを維持する波形Ｐ１１と、中間電位ＶＭから最小
電位ＶＬに移行する立ち下がり波形Ｐ１２と、最小電位
ＶＬを維持する波形Ｐ１３と、最小電位ＶＬから最大電
位ＶＨに移行する立ち上がり波形Ｐ１４と、最大電位Ｖ
Ｈを維持する波形Ｐ１５と、最大電位ＶＨから中間電位
ＶＭに移行する立ち下がり波形Ｐ１６と、中間電位ＶＭ
を維持する波形Ｐ１７とから構成されている。言い換え
ると、上記駆動信号は、アクチュエータ１０にいわゆる
プルプッシュプル（引き押し引き）動作を行わせる信号
である。

【００３８】立ち上がり波形Ｐ１４の終点の電位を中間
電位ＶＭではなく最大電位ＶＨにした理由は、その後に
中間電位ＶＭに戻す立ち下がり波形Ｐ１６を設けること
によって、インク滴を吐出した後のノズル近傍のインク
メニスカスをノズル内に強制的に引き込むためである。
このような立ち下がり波形Ｐ１６を設けることにより、
メニスカスの振動を抑制することができ、駆動周波数の
向上を図ることができる。

【００３９】ところで、インクの粘度は環境温度によっ
て変化する。環境温度が高い場合はインクの粘度は小さ
くなり、逆に、環境温度が低い場合には、インクの粘度
は大きくなる。インク粘度が大きい場合には、インク滴
の吐出速度及び吐出量が減少しないように、駆動パルス
の立ち下がり波形Ｐ１２の電位差（ＶＭ−ＶＬ）は、で
きるだけ大きい方が好ましい。一方、インク粘度が小さ
い場合には、インク吐出後のインクメニスカスはノズル
内に引き込まれやすく、メニスカスの振動が起こりにく
いので、立ち下がり波形Ｐ１６の電位差（ＶＨ−ＶＭ）
は小さくてもよい。

【００４０】そこで、本実施形態では、インク粘度が大
きくなる低温環境下では立ち下がり波形Ｐ１２の電位差
が相対的に大きく且つ立ち下がり波形Ｐ１６の電位差が
相対的に小さくなるように、中間電位ＶＭと最小電位Ｖ
Ｌとの差ａ＝（ＶＭ−ＶＬ）と最大電位ＶＨと最小電位
ＶＬとの差ｂ＝（ＶＨ−ＶＬ）との割合Ｈ＝ａ／ｂを、
環境温度に応じて変化させることとした。

【００４１】すなわち、本駆動信号では、上記割合Ｈ＝
ａ／ｂは、環境温度が低いほど大きく且つ環境温度が高
いほど小さくなるように、環境温度に応じて変化する。
具体的には、上記割合Ｈは０．５〜１の範囲内で変化す
るようになっており、例えば、環境温度が５℃〜３０℃
の範囲では、表１に示すように変化する。

【００４２】

【表１】

【００４３】本実施形態では、最小電位ＶＬ及び最大電
位ＶＨの値は不変であり、中間電位ＶＭを変化させるこ
とによって上記割合Ｈを変化させている。つまり、アク
チュエータ１０等に過大な電圧を印加しないように、最
大電位ＶＨと最小電位ＶＬとの差ｂ＝（ＶＨ−ＶＬ）は
一定になっており、中間電位ＶＭと最小電位ＶＬとの差
ａ＝（ＶＭ−ＶＬ）は環境温度に応じて変化する。

【００４４】なお、図８に示すように、上記割合Ｈが１
となるのは、立ち下がり波形Ｐ１６のない場合である。

【００４５】図９は、環境温度が２５℃（基準温度）の
ときに、インク滴の吐出速度が駆動周波数によってどの
ように変動するかを示したグラフである。駆動周波数に
対する吐出速度の変動が少ないほど、吐出性能は安定し
ていると言える。図９より、環境温度が２５℃の場合に
は、割合Ｈ＝ａ／ｂが大きくなるほど吐出速度の変動が
大きくなることが分かる。逆に言うと、インクメニスカ
ス振動を抑制する前記立ち下がり波形Ｐ１６を設けるこ
とにより、吐出性能は安定することが分かる。

【００４６】一方、図１０は、環境温度が５℃のときに
おける吐出速度の変動を示すグラフである。図１０よ
り、環境温度が低温の場合には、割合Ｈが大きくても吐
出速度の変動が小さいことが分かる。

【００４７】また、図１１は環境温度が３０℃のときに
おける吐出速度の変動を示すグラフである。図１１よ
り、環境温度が高い場合には基準温度よりもインク粘度
が低くなるため、インクメニスカスが振動しやすくな
る。このため高周波数での速度変動が大きくなる。これ
を抑えるため、低温時とは逆に割合Ｈ＝ａ／ｂを小さく
することで、速度変動を抑えることが可能になる。また
割合Ｈ＝ａ／ｂを０．５にすることで、さらに安定性を
増すことが出来るが、３０℃以上での吐出速度の変動は
比較的少ないため、ここでは波形の数を減らすため３０
℃以上ではＨ＝０．７５としている。

【００４８】以上のように、本実施形態によれば、環境
温度が低い場合には、中間電位ＶＭと最小電位ＶＬとの
電位差ａ＝ＶＭ−ＶＬが大きくなるので、アクチュエー
タ１０の駆動力は大きくなる。そのため、インクの粘度
が増加しているにも拘わらず、インク滴を所定の速度及
び液適量で吐出することができる。この際、最大電位Ｖ
Ｈと最小電位ＶＬとの電位差ｂ＝ＶＨ−ＶＬは変わらな
いので、駆動回路の発熱やアクチュエータ１０の絶縁破
壊は起こりにくい。一方、環境温度が通常温度または高
温の場合には、最大電位ＶＨと中間電位ＶＭとの電位差
（＝ＶＨ−ＶＭ）が大きくなるので、インク吐出後のメ
ニスカス振動を十分に抑制することができる。このよう
に、環境温度に応じて電位割合Ｈを変化させることによ
り、ヘッドの吐出性能及び信頼性の双方を向上させるこ
とができる。

【００４９】＜実施形態２＞実施形態２は、実施形態１
において、駆動信号の波形に変更を加えたものである。

【００５０】図１２に示すように、実施形態２における
駆動信号は、ノズル２からインクを突出させる波形Ｐ１
４の後に、そのインクを強制的に分離させてインク滴に
する波形（液滴分離波形）Ｐ２１〜Ｐ２４を加えたもの
である。具体的には、本駆動信号は、中間電位ＶＭを維
持する波形Ｐ１１と、中間電位ＶＭから最小電位ＶＬに
移行する立ち下がり波形Ｐ１２と、最小電位ＶＬを維持
する波形Ｐ１３と、最小電位ＶＬから中間電位ＶＭに移
行する立ち上がり波形Ｐ１４と、中間電位ＶＭを維持す
る波形Ｐ２１と、中間電位ＶＭから最小電位ＶＬに移行
する立ち下がり波形Ｐ２２と、最小電位ＶＬを維持する
波形Ｐ２３と、最小電位ＶＬから最大電位ＶＨに移行す
る立ち上がり波形Ｐ２４と、最大電位ＶＨを維持する波
形Ｐ１５と、最大電位ＶＨから中間電位ＶＭに移行する
立ち下がり波形Ｐ１６と、中間電位ＶＭを維持する波形
Ｐ１７とから構成されている。

【００５１】図１３に模式的に示すように、ノズル２内
のインクは、立ち下がり波形Ｐ１２によってノズル２内
部に引き込まれた後（図１３（ａ）参照）、立ち上がり
波形Ｐ１４によってノズル２の外部に突出する（図１３
（ｂ）参照）。そして、突出したインクは、液滴分離波
形Ｐ２２〜Ｐ２４によって分離され、インク滴となって
飛翔する（図１３（ｃ）参照）。次に、メニスカス振動
を抑制する立ち下がり波形Ｐ１６により、ノズル２外に
突出したインク滴は、ノズル２の内側方向に強制的に引
き込まれる（図１３（ｄ），（ｅ）参照）。

【００５２】本実施形態においても、実施形態１と同
様、電位割合Ｈ＝ａ／ｂ＝（ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−Ｖ
Ｌ）は環境温度に応じて変化する。したがって、実施形
態１と同様の効果を得ることができる。なお、図１４
は、上記割合Ｈ＝１の場合（環境温度５℃の場合）の波
形図である。

【００５３】加えて、本実施形態では、液滴分離波形を
設け、ノズル２から突出したインクを強制的に分離する
こととしたので、インクメニスカス振動を抑制する波形
Ｐ２４，Ｐ１５，Ｐ１６を、インク吐出のための波形Ｐ
１２，Ｐ１３，Ｐ１４と別々に調整することが可能とな
る。そのため、インク吐出のための波形Ｐ１２，Ｐ１
３，Ｐ１４とメニスカス振動を抑制する波形Ｐ２４，Ｐ
１５，Ｐ１６とを、それぞれ最適の波形に設定すること
が容易になる。したがって、インク滴の吐出速度及び吐
出量の制御が容易になる。

【００５４】図１５は、インク滴の吐出量を変えること
なく吐出速度を増加させるように波形を好適化した場合
に、液滴分離波形の有無によって吐出速度がどのように
変わるかを示すグラフである。図１５から、液滴分離波
形を設けることにより、吐出速度が増加することが分か
る。

【００５５】なお、液滴分離波形によって新たなインク
滴が吐出されないように、立ち下がり波形Ｐ２２の立ち
下がり開始点から立ち上がり波形Ｐ２４の立ち上がり開
始点までの時間Ｔ２（図１２参照）は、ノズル２及び圧
力室４内のインクジェットヘッドのヘルムホルツ共振周
期（なお、ここでいう共振周期は、アクチュエータ１０
だけでなく内部のインクも含めた振動系全体の固有周期
をいう。）Ｔｃに対して、Ｔ２≦Ｔｃ／４に設定されて
いることが好ましい。

【００５６】−変形例− 液滴分離波形は、パルス波形に限定されるものではな
い。例えば、図１６に示すように、中間電位ＶＭを所定
時間Ｔ１だけ維持するような波形であってもよい。この
ように、最小電位ＶＬから最大電位ＶＨにまで電位を立
ち上げる間に、所定時間Ｔ１の中間電位維持波形Ｐ２５
を設けることによっても、ノズル２から突出したインク
を分離することができる。なお、インクメニスカス振動
の共振を利用してインクを分離するために、上記所定時
間Ｔ１は、インクジェットヘッドのヘルムホルツ共振周
期Ｔｃに対して、ｎ×Ｔｃ＋Ｔｃ／４≦Ｔ１≦ｎ×Ｔｃ
＋Ｔｃ／２（ただし、ｎは０または自然数）に設定され
ていることが好ましい。

【００５７】＜実施形態３＞実施形態３は、実施形態２
において、駆動信号の波形に変更を加えたものである。

【００５８】図１７に示すように、実施形態３における
駆動信号は、一印刷周期内に複数のパルスを印加するこ
とによって複数のインク滴を吐出させ、それら複数のイ
ンク滴によって記録紙上に大径のインクドットを形成す
るものである。詳しくは、本駆動信号は、実施形態２の
波形の前に、第１〜第３のパルス信号Ｐ１〜Ｐ３を加え
たものである。

【００５９】上記駆動信号は、記録紙上のインクドット
が主走査方向に細長い長円形になることを防止するた
め、後から吐出するインク滴の方が先に吐出したインク
滴よりも吐出速度が速くなるように設定されていること
が好ましい。パルス間隔を徐々にインクジェットヘッド
のヘルムホルツ共振周期に近づけるように設定すると、
メニスカス振動の共振を利用して吐出速度を調整するこ
とができるので、特に好適である。吐出したインク滴を
飛翔中に合体させ、一つのインク滴にしてから記録紙に
着弾させることとすれば、良好な形状のインクドットを
形成することができるため、より一層好ましい。

【００６０】本実施形態においても、電位割合Ｈ＝ａ／
ｂ＝（ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）は、環境温度に応
じて変化する。したがって、実施形態２と同様の効果を
得ることができる。

【００６１】メニスカス振動の共振を利用する場合に
は、最後のインク滴を吐出した後のメニスカス振動の振
幅が大きくなりやすいため、立ち下がり波形Ｐ１６を設
けることによって残留振動を抑制する効果は、顕著に発
揮されることになる。

【００６２】図１８は、環境温度が２５℃の場合におけ
る吐出速度の特性に関するグラフである。図１９は、環
境温度が５℃の場合における吐出速度の特性に関するグ
ラフである。図１８から、通常温度においては、電位割
合Ｈが大きいほど吐出速度の変動が大きいことが分か
る。一方、図１９から、低温環境下では、電位割合Ｈが
大きくても吐出速度は変動しないことが分かる。したが
って、環境温度に応じて電位割合Ｈを変化させることに
より、ヘッドの吐出性能及び信頼性の双方の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るプリンタの要部の概略構成図で
ある。

【図２】インクジェットヘッドの部分平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】アクチュエータ近傍の部分断面図である。

【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】制御回路のブロック図である。

【図７】実施形態１に係る駆動信号の波形図である。

【図８】実施形態１における環境温度が５℃の場合の駆
動信号の波形図である。

【図９】環境温度が２５℃の場合における吐出速度の特
性図である。

【図１０】環境温度が５℃の場合における吐出速度の特
性図である。

【図１１】環境温度が３０℃の場合における吐出速度の
特性図である。

【図１２】実施形態２に係る駆動信号の波形図である。

【図１３】（ａ）〜（ｅ）は、インクの挙動を説明する
図である。

【図１４】実施形態２における環境温度が５℃の場合の
駆動信号の波形図である。

【図１５】環境温度が２５℃の場合における吐出速度の
特性図である。

【図１６】実施形態２の変形例に係る駆動信号の波形図
である。

【図１７】実施形態３に係る駆動信号の波形図である。

【図１８】環境温度が２５℃の場合における吐出速度の
特性図である。

【図１９】環境温度が５℃の場合における吐出速度の特
性図である。

【図２０】従来の駆動信号の波形図である。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ２ ノズル ３ インク供給室 ４ 圧力室 １０ アクチュエータ １１ 振動板 １３ 圧電素子 １４ 個別電極 ２０ プリンタ（インクジェット式記録装置） ３０ 駆動信号発生回路（信号供給手段） ３３ 温度センサ（温度検出手段） ３５ 制御回路 ４０ ヘッド本体 ４１ 記録紙（記録媒体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 馬場 弘一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF23 AF42 AL26 AM22 AR08 BA04 BA14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルと当該ノズルに連通し且つインク
   が充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、 圧電素子を有し、当該圧電素子の圧電効果により前記圧
   力室の容積を増減させることによって前記ノズルからイ
   ンク滴を吐出させるアクチュエータと、 前記圧力室の容積を増加させる第１の電位ＶＬと、前記
   圧力室の容積を減少させる第２の電位ＶＨと、前記第１
   電位ＶＬと前記第２電位ＶＨとの間の中間電位ＶＭとを
   含む駆動信号を前記アクチュエータに供給する信号供給
   手段と、 環境温度またはインクの温度を検出する温度検出手段と
   を備えたインクジェットヘッドであって、 前記信号供給手段は、 前記中間電位ＶＭ、前記第１電位ＶＬ、前記第２電位Ｖ
   Ｈ、前記中間電位ＶＭの順に電位が変化する主駆動信号
   を少なくとも供給し、 前記第２電位ＶＨと前記第１電位ＶＬとの差に対する前
   記中間電位ＶＭと前記第１電位ＶＬとの差の割合Ｈ＝
   （ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）を、前記温度検出手段
   の検出温度が低いほど１に近づけるように、前記検出温
   度に応じて０．５〜１の間で変化させるインクジェット
   ヘッド。
2. 【請求項２】 ノズルと当該ノズルに連通し且つインク
   が充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、 圧電素子を有し、当該圧電素子の圧電効果により前記圧
   力室の容積を増減させることによって前記ノズルからイ
   ンク滴を吐出させるアクチュエータと、 前記圧力室の容積を増加させる第１の電位ＶＬと、前記
   圧力室の容積を減少させる第２の電位ＶＨと、前記第１
   電位ＶＬと前記第２電位ＶＨとの間の中間電位ＶＭとを
   含む駆動信号を前記アクチュエータに供給する信号供給
   手段と、 環境温度またはインクの温度を検出する温度検出手段と
   を備えたインクジェットヘッドであって、 前記信号供給手段は、 前記中間電位ＶＭ、前記第１電位ＶＬ、前記中間電位Ｖ
   Ｍ、前記第２電位ＶＨ、前記中間電位ＶＭの順に電位が
   変化する主駆動信号を少なくとも供給し、 前記第２電位ＶＨと前記第１電位ＶＬとの差に対する前
   記中間電位ＶＭと前記第１電位ＶＬとの差の割合Ｈ＝
   （ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）を、前記温度検出手段
   の検出温度が低いほど１に近づけるように、前記検出温
   度に応じて０．５〜１の間で変化させるインクジェット
   ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のインクジェットヘッド
   であって、 主駆動信号は、中間電位ＶＭ、第１電位ＶＬ、前記中間
   電位ＶＭの順に電位が変化した後、当該中間電位ＶＭを
   所定の維持時間だけ維持し、その後当該中間電位ＶＭ、
   第２電位ＶＨ、前記中間電位ＶＭの順に電位を変化させ
   る信号からなり、 前記中間電位ＶＭの維持時間Ｔ１は、インクジェットヘ
   ッドのヘルムホルツ共振周期Ｔｃに対して、 ｎ×Ｔｃ＋Ｔｃ／４≦Ｔ１≦ｎ×Ｔｃ＋Ｔｃ／２ （ただし、ｎは０または自然数）に設定されているイン
   クジェットヘッド。
4. 【請求項４】 ノズルと当該ノズルに連通し且つインク
   が充填された圧力室とが形成されたヘッド本体と、 圧電素子を有し、当該圧電素子の圧電効果により前記圧
   力室の容積を増減させることによって前記ノズルからイ
   ンク滴を吐出させるアクチュエータと、 前記圧力室の容積を増加させる第１の電位ＶＬと、前記
   圧力室の容積を減少させる第２の電位ＶＨと、前記第１
   電位ＶＬと前記第２電位ＶＨとの間の中間電位ＶＭとを
   含む駆動信号を前記アクチュエータに供給する信号供給
   手段と、 環境温度またはインクの温度を検出する温度検出手段と
   を備えたインクジェットヘッドであって、 前記信号供給手段は、前記中間電位ＶＭ、前記第１電位
   ＶＬ、前記中間電位ＶＭ、前記第１電位ＶＬ、前記第２
   電位ＶＨ、前記中間電位ＶＭの順に電位が変化する主駆
   動信号を少なくとも供給し、 前記第２電位ＶＨと前記第１電位ＶＬとの差に対する前
   記中間電位ＶＭと前記第１電位ＶＬとの差の割合Ｈ＝
   （ＶＭ−ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）を、前記温度検出手段
   の検出温度が低いほど１に近づけるように、前記検出温
   度に応じて０．５〜１の間で変化させるインクジェット
   ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のインクジェットヘッド
   であって、主駆動信号における中間電位ＶＭ、第１電位
   ＶＬ、前記中間電位ＶＭの順に電位が変化してから更に
   電位が変化し始める時点ｔ１から、その後第１電位ＶＬ
   になってから更に電位が変化し始める時点ｔ２までの時
   間Ｔ２＝ｔ２−ｔ１は、インクジェットヘッドのヘルム
   ホルツ共振周期Ｔｃに対して、 Ｔ２≦Ｔｃ／４ に設定されているインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一つに記載のイ
   ンクジェットヘッドであって、信号供給手段は、第１電
   位ＶＬ及び第２電位ＶＨを一定に維持する一方、中間電
   位ＶＭを変化させることによって前記割合Ｈ＝（ＶＭ−
   ＶＬ）／（ＶＨ−ＶＬ）を変化させるインクジェットヘ
   ッド。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一つに記載のイ
   ンクジェットヘッドであって、信号供給手段は、同一の
   ノズルから複数のインク滴を吐出させ且つそれらインク
   滴を飛翔中に合体させるように、前記主駆動信号に先立
   って、前記中間電位ＶＭと前記第１電位ＶＬとを有する
   １または２以上のパルス信号を供給するインクジェット
   ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか一つに記載のイ
   ンクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドと記
   録媒体とを相対移動させる移動手段とを備えているイン
   クジェット式記録装置。