JP2004082551A - インクジェットヘッドおよびその駆動方法 - Google Patents
インクジェットヘッドおよびその駆動方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004082551A JP2004082551A JP2002247558A JP2002247558A JP2004082551A JP 2004082551 A JP2004082551 A JP 2004082551A JP 2002247558 A JP2002247558 A JP 2002247558A JP 2002247558 A JP2002247558 A JP 2002247558A JP 2004082551 A JP2004082551 A JP 2004082551A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ink
- ink chamber
- drive pulse
- pressure
- ejection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
【課題】せん断モード変形を利用するマルチドロップの駆動方式において、高速かつ安定したインクの吐出が可能なインクジェットヘッドおよびその駆動方法を提供する。
【解決手段】インクの発生に寄与する領域であり隔壁とカバー部材とが接着固定された圧力発生領域、およびインク室にインクを供給する領域であり隔壁とカバー部材との間に約２００μｍの間隙が設けられている共通領域で構成される通常のインクジェットヘッドに、インク室内で発生した圧力波を減衰させる領域であり隔壁とカバー部材との間に約１５μｍの間隙が設けられている狭隙領域が追加する。このとき、第１駆動パルスが印加される期間および第２駆動パルスが印加される期間をそれぞれ略Ｌ／ａに設定する。
【選択図】図１
【解決手段】インクの発生に寄与する領域であり隔壁とカバー部材とが接着固定された圧力発生領域、およびインク室にインクを供給する領域であり隔壁とカバー部材との間に約２００μｍの間隙が設けられている共通領域で構成される通常のインクジェットヘッドに、インク室内で発生した圧力波を減衰させる領域であり隔壁とカバー部材との間に約１５μｍの間隙が設けられている狭隙領域が追加する。このとき、第１駆動パルスが印加される期間および第２駆動パルスが印加される期間をそれぞれ略Ｌ／ａに設定する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタは、簡単に鮮やかなカラー印刷が可能であり、ランニングコスト等が安価なため、一般に広く使用されている。そして、インクジェットプリンタの中でも、比較的広く用いられている型の１つにサーマルジェット型のインクジェットプリンタがある。
【０００３】
ところが、サーマルジェット型ではヒータの加熱による膜沸騰現象でインクを吐出させる手法が用いられており、膜沸騰は一般に高温を必要とするためエネルギ効率が悪く、消費電力が大きいという欠点がある。
【０００４】
そこで、インクジェットプリンタの型において、サーマルジェット型以外のものとして、圧電材料のせん断モード変形を利用する方式のせん断モード型のインクジェットプリンタがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図１は、従来のせん断モード型のインクジェットプリンタに使用されるインクジェットヘッドの構成を示している。図１（ａ）は、インクを吐出する面をインクジェットヘッドの前面とした場合において、インクジェットヘッドを前面側から見た図であり、図１（ｂ）は、インクジェットヘッドを右側面から見た図である。
【０００６】
図１に示すように、インクジェットヘッド２０′は圧電材料（以下、ＰＺＴという。）１０２、カバープレート１０１、およびノズルプレート１０７を備えている。ＰＺＴ１０２には複数の溝が形成され、各溝部に相当する位置にインク室ＣｈＡ、ＣｈＢ、ＣｈＣ等を含む複数のインク室Ｃｈが形成されている。
【０００７】
これらのインク室Ｃｈは、インクジェットヘッド２０′の前面側においてＰＺＴ１０２とカバープレート１０１とが接触しているため、四方をカバープレート１０１およびＰＺＴ１０２で囲まれている。これに対して、図１（ａ）における紙面に垂直方向の奥側、すなわち、インクジェットヘッド２０′の背面側でＰＺＴ１０２とカバープレート１０１との間に一定の間隙が設けられており、この間隙部分に共通インク室１０６が形成される。
【０００８】
各インク室ＣｈＡ、ＣｈＢ、ＣｈＣ等の隔壁１１１には電極１０３が形成されており、導電性樹脂１０９を介して外部電極１１０に電気的に接続されている。また、インクジェットヘッド２０′の背面側にはインク室Ｃｈになめらかにインクを供給するためのマニホールド１０８が設けられている。
【０００９】
ＰＺＴ１０２は厚さ（垂直）方向に、矢印に示す様な分極処理が施されており、隔壁１１１に対して電極１０３により電位差を与えることによって隔壁１１１が変形し、それに伴ってインク室Ｃｈ中に圧力波が発生し、インクが吐出される。
【００１０】
図２は、インクを吐出する場合の駆動波形を示している。駆動波形は、図２（ａ）および図２（ｂ）にそれぞれ示す第１駆動パルスおよび第２駆動パルスに分けられる。
【００１１】
図２（ａ）は、吐出インク室Ｃｈ内の電極に印加される電圧波形（第１駆動パルス）を示しており、図２（ｂ）は、吐出インク室Ｃｈの両隣のインク室Ｃｈ内の電極に印加される電圧波形（第２駆動パルス）を示している。そして、図２（ｃ）は、図２（ａ）、図２（ｂ）で示した電圧波形が印加された場合、吐出インク室Ｃｈを挟んで両側に位置する隔壁１１１にかかる電位差を示したものである。
【００１２】
図３は、図２で示した駆動波形を印加した時の各インク室Ｃｈの状態を示している。ここで、図３（ａ）は、通常状態を示しており、図３（ｂ）は、インク室ＣｈＡが膨張するように第１駆動パルスが印加されてインク室ＣｈＡにインクが導入される状態を示しており、図３（ｃ）は、インク室ＣｈＡが収縮するように第２駆動パルスが印加されてノズルよりインク滴が吐出される状態を示している。
【００１３】
上述のインクジェットヘッド２０′の構成では、通常、マルチドロップ方式と呼ばれる吐出方式が採用される。マルチドロップ方式とは、例えば、短時間に最大４液滴を連続吐出して液滴量を変調するものであり、０を含む５階調の階調表現が可能である。
【００１４】
このように、せん断モード変形を利用する方式をインクジェットプリンタによれば、インク室Ｃｈを構成する隔壁１１１のせん断変形によって直接インクに圧力を作用させて液滴を吐出させるため、エネルギー効率を向上させることが可能である。
【００１５】
【特許文献１】
特開昭６３−２４７０５１号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、せん断モード型インクジェットヘッドは、隣接するインク室Ｃｈで隔壁１１１を共有している構造的性質上、クロストークの発生を防止するためには、隣接するインク室Ｃｈから同時にインクを吐出することができない。そのため、同一のグループに属するインク室Ｃｈが互いに隣接しないようにインク室Ｃｈを３つ以上のグループに分けて、順次各グループの駆動が行われるため高速化が困難であるという問題があった。
【００１６】
図４は、各インク室ＣｈをＡ、Ｂ、Ｃの３つのグループに分け、Ｂグループの駆動を行う場合の隔壁１１１の状態を示している。また、図５は、同じノズルから連続して２ドロップを吐出する場合の駆動波形を示している。
【００１７】
図４において、Ｂグループに属するインク室Ｃｈのうち、インク室２Ｂ、３Ｂだけ吐出するとする。インク室２Ｂ、３Ｂには各々の隔壁１１１内の電極に、図５（ａ）のように第１駆動パルスの印加を２回繰り返し、残りの吐出しない期間においては第２駆動パルスの印加を２回繰り返す。
【００１８】
Ｂグループに属するインク室Ｃｈのうち、インクを吐出しないインク室１Ｂや、Ａグループ、またはＣグループに属するインク室Ｃｈに対しては、各々の隔壁１１１内の電極に図５（ｂ）の第２駆動パルスを与える。このような手順をグループ毎に順次行うことにより、インクを連続的に吐出することが可能になる。
【００１９】
第１駆動パルス、または第２駆動パルスを両隣のインク室Ｃｈに与えることにより、インクを吐出するインク室Ｃｈの隔壁１１１には、図５（ｃ）に示すように電位差が与えられる。この電位差により、インクを吐出するインク室２Ｂ、３Ｂは、順次、膨張（インク室内負圧）、膨張状態維持、圧縮（インク室内正圧）、圧縮状態維持、および非変形状態というように状態が遷移するため適正にインクが吐出される。
【００２０】
これらの膨張および圧縮維持時間は、インク吐出後にインク室Ｃｈ内の圧力波をうち消すことができるような最適値に設定される。第１駆動パルスのパルス幅Ｔ１は、インク室Ｃｈ内で発生する圧力波がインク室Ｃｈの圧力発生領域の長手方向（インク流通方向）を片道伝播する時間Δｔ＝Ｌ／ａ（Ｌは圧力発生領域の長さ、ａは圧力波の速度）の２倍程度、例えばＴ１＝２×Δｔに設定される。
【００２１】
第２駆動パルスは、インク室Ｃｈ内の圧力波をうち消すために与えられるパルスで、そのパルス幅Ｔ２はΔｔの４倍程度、例えばＴ２＝４×Δｔに設定される。また、次の吐出まで間隔Ｔ３は吐出が安定に行えるような値に設定される必要があり、ここではＴ３＝Δｔ程度に設定される。したがって１液滴を吐出する時間は７×Δｔとなり、最大４連続液滴を吐出するために必要な時間は４×７×Δｔとなる。
【００２２】
上述のように、隣接するノズルを同時に吐出できないため、３グループに分けた駆動を行うと、１ノズルからのノズル吐出周期は、およそ３×４×７×Δｔとなる。ここで、例えば、圧力発生領域の長さＬが１．１５ｍｍで、インクジェットヘッド２０′の幅Ｄが３００μｍ、各インク室Ｃｈの幅Ｂ１ が７９．３μｍ、隔壁１１１の幅Ｂ２ が９０μｍの場合、Δｔは１．２５μｓとなり、Ｔ１＝２．５μｓ、１液適の吐出周期は８．７５μｓで、最大４連続液滴を吐出する時間は３５μｓとなる。したがって、ノズル吐出周期は１０５μｓ、ノズル周波数に変換すると９．５２ｋＨｚである。
【００２３】
このように、従来のせん断モード変形を利用するインクジェットヘッドでは、１ノズル当たりの駆動周波数は９．５２ｋＨｚと比較的小さいため印刷速度が遅くなり、高速プリンタに適用することが困難であるという不都合があった。
【００２４】
この発明の目的は、せん断モード変形を利用するマルチドロップの駆動方式において、高速かつ安定したインクの吐出が可能なインクジェットヘッドおよびその駆動方法を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明は以下の構成を備えている。
【００２６】
（１）それぞれの間に隔壁を挟んで複数の溝部が形成された圧電基板および前記複数の溝部を覆うように配設されるカバー部材の間に位置するとともに、インクを吐出するノズルとインク供給部とを連通するインク室と、
前記隔壁の両側面に形成された電極に所定の駆動波形の電圧を印加して前記インク室内のインクを前記ノズルから吐出させる駆動波形発生手段と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記インク室は、前記インク供給部から前記ノズルに至るインク流通方向に沿って、前記隔壁の端面および前記カバー部材の間に所定の大きさの第１の間隙が形成されている共通領域、前記隔壁の端面および前記カバー部材の間に前記第１の間隙より小さい第２の間隙が形成されている狭隙領域、および前記隔壁の端面および前記カバー部材が接触している範囲であってインクの吐出に必要な圧力が発生する圧力発生領域、を有することを特徴とする。
【００２７】
この構成においては、インクの発生に寄与する領域であり隔壁とカバー部材とが接着固定された圧力発生領域、およびインク室にインクを供給する領域であり隔壁とカバー部材との間に第１の間隙が設けられている共通領域で構成される通常のインクジェットヘッドの構造に、インク室内で発生した圧力波を減衰させる領域であり隔壁とカバー部材との間に前記第１の間隙よりも小さい第２の間隙が設けられている狭隙領域が追加されている。
【００２８】
したがって、圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波が減衰されることから、インク吐出時に発生する圧力波に起因する駆動波形発生手段が実用上発生することが可能な駆動波形についての制限が、従来よりも緩和されるため、吐出周期を短縮させる等、駆動パルスの駆動波形を最適に設定して、高速かつ安定したインクの吐出が実現される。
【００２９】
（２）（１）に記載のインクジェットヘッドに適用されるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
ノズルから１つのインクの液滴を吐出させるために印加される電圧の駆動波形が、前記圧力発生領域内に、外部に対して負の圧力を発生させるための第１駆動パルスが印加される期間と、外部に対して正の圧力を発生させるための第２駆動パルスが印加される期間と、前記第１駆動パルスおよび第２駆動パルスによる残留振動を解消させるために必要な期間と、で構成されるとともに、前記圧力発生領域の前記インク流通方向の長さをＬ、インク室内の圧力波の速度をａとした場合に、第１駆動パルスが印加される期間が略Ｌ／ａであり、第２駆動パルスが印加される期間が、ｋ＝１．０〜１．５として、ｋ＊Ｌ／ａであることを特徴とする。
【００３０】
この構成においては、圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波が減衰されるインクジェットヘッドに対して、インク室の長さをＬ、インク室内の圧力波の速度をａとした場合に、第１駆動パルスの印加時間と第２駆動パルスの印加時間が共に略Ｌ／ａになるように設定している。
【００３１】
したがって、インク吐出時に発生する圧力波を考慮して第２駆動パルスの印加時間を第１駆動パルスの印加時間よりも大きくする必要があった従来の駆動方法よりも吐出周期が短縮されるため、液滴を連続的に吐出する際の吐出周波数が向上する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明のインクジェットヘッドおよびその駆動方法の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、インク吐出面をインクジェットヘッドの前面とし、吐出されるインクを供給するインク供給部を背面側とする。また、背面側から前面側にインクが流通するため、この方向をインク流通方向とする。
【００３３】
図６は、本発明のインクジェットヘッド２０の構造を示している。図６（ａ）は、インクジェットヘッド２０の右側断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＰ−Ｐ断面図であり、図６（ｃ）は、Ｑ−Ｑ断面図であり、図６（ｄ）は、Ｒ−Ｒ断面図である。
【００３４】
図６に示すように、本発明のインクジェットヘッド２０は、ＰＺＴ２、カバープレート１、およびノズルプレート７を備えている。ＰＺＴ２は、ダイヤモンドブレード等を用いた切削加工により形成される複数の溝部を有しており、それぞれの溝部の間には隔壁１１が配置される。
【００３５】
また、それぞれの溝部を覆うようにカバープレート１を配置した場合に、それぞれの溝部とカバープレート１との間にインク室ＣｈＡ、ＣｈＢ、ＣｈＣを含む複数のインク室Ｃｈが構成される。このとき、各インク室Ｃｈにおいては、インク流通方向に沿って後述する共通領域、狭隙領域、および圧力発生領域がこの順に形成される。
【００３６】
図６（ｂ）に示すように、Ｐ−Ｐ断面、すなわち圧力発生領域では、各インク室Ｃｈは、前面側および背面側を除く四方がカバープレート１およびＰＺＴ２で囲まれており、前面側にノズルプレート７が、また、背面側に図示しないインク供給部が配置される。このため、圧力発生領域において、インク供給部からインク室Ｃｈに供給されるインクを吐出するために必要な圧力が発生する。
【００３７】
また、図６（ｃ）に示すように、Ｑ−Ｑ断面、すなわち狭隙領域では、各インク室Ｃｈの仕切っているＰＺＴ２とカバープレート１との間に狭隙部５が形成されており、各インク室Ｃｈの内圧を外部に逃がすことができる。さらに、図６（ｄ）に示すように、Ｒ−Ｒ断面では、ＰＺＴ２とカバープレート１との間に狭隙部５よりも大きな間隙が形成されており、このＰＺＴ２とカバープレート１との間隙に共通インク室６が形成される。
【００３８】
本実施形態では、インクジェットヘッド２０の幅Ｄは３００μｍ、各インク室Ｃｈの幅Ｂ１ は７９．３μｍ、隔壁１１の幅Ｂ２ は９０μｍ、圧力発生領域のインク流通方向の長さＬは１．１５ｍｍ、各インク室Ｃｈのピッチは１５０ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）である。また、狭隙部５ではＰＺＴ２とカバープレート１との間隔は約１５μｍ、同じく共通インク室６では２００μｍに設定されている。なお、ここでは、狭隙部５と共通インク室６のインク流通方向の長さが略等しくなっているが、これらの長さに特段の制限はなく、狭隙部５のインク流通方向のサイズは、任意の大きさにすることが可能である。
【００３９】
各インク室Ｃｈの隔壁１１には電極３が形成されている。電極３は、例えばアルミニウム等の電極材料を真空蒸着等により成膜し、蒸着後隔壁１１上面に付着した電極材料を研磨して除去することで作成される。電極３は導電性樹脂９を介して外部電極１０に電気的に接続されている。また、インクジェットヘッド２０の背面側には、各インク室Ｃｈになめらかにインクを供給するためのマニホールド８が設けられている。
【００４０】
ノズルプレート７には、吐出側の径がφ１５〜３０μｍ程度のノズル４が形成されている。ノズル４は、ポリイミドフィルムに撥水膜を塗布後、エキシマレーザによって形成される。ノズルピッチはインク室Ｃｈのピッチと同じ１５０ｄｐｉである。
【００４１】
ＰＺＴ２は、厚さ（垂直）方向に、矢印に示す様な分極処理を施されており、隔壁１１に対し両側面の電極３によって電位差を与えることによって、分極方向と垂直に電界が発生する。この電界による圧電せん断歪み効果によって各インク室Ｃｈの隔壁１１が変形する。そして、この隔壁１１の変形によって、インク室Ｃｈ中に圧力波が発生しインク室Ｃｈ内のインクが外部に吐出する。
【００４２】
上述のように、本発明のインクジェットヘッド２０は従来のインクジェットヘッド２０′に比較して 圧力発生領域と共通インク室６との間の領域に狭隙部５を備えている点を特徴としている。
【００４３】
本発明のインクジェットヘッド２０では、狭隙部５を設けることにより、狭隙部５において圧力減衰効果が働き、インク液吐出後のノズル４におけるインク面（メニスカス）の残留振動を大きく抑制することを可能にしている。
【００４４】
図７は、狭隙部５による圧力減衰効果を示す図であり、インクジェットヘッド２０および２０′のそれぞれについてのドットサイクルに対する残留振動の値を測定した際の測定結果を示している。
【００４５】
ここでは、図２に示すような従来の駆動波形を用い、Ｔ３を０．５〜１６．０μｓまで変化させながら、すなわち１液滴を吐出するのに要する時間Ｔｔｏｔａｌ を変化させながら、残留振動が２液滴目の吐出速度に与える影響を測定している。なお、１液滴を吐出するのに要する時間Ｔｔｏｔａｌ （ドットサイクル）は、
Ｔｔｏｔａｌ ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３で表される。
【００４６】
そして、ここでは、２液滴を連続して吐出させ、１液滴目の吐出速度を８ｍ／ｓと固定し、２液滴目の吐出速度を測定して１液滴目の吐出速度（８ｍ／ｓ）本からのバラツキを観測することで、インク吐出時に発生する残留振動の大きさを求めている。図７において、横軸はドットサイクル、縦軸は２液滴目の吐出速度である。また、実線は狭隙部５がない従来のインクジェットヘッド２０′を用いた場合の測定結果であり、点線は狭隙部５がある本発明のインクジェットヘッド２０を用いた場合の測定結果である。
【００４７】
同図により、従来のインクジェットヘッド２０′に比較して、本発明のインクジェットヘッド２０では、狭隙部５による減衰効果が付加され、残留振動が急速に抑制されていることを把握することができる。
【００４８】
具体的には、従来のインクジェットヘッド２０′では、本来ならば１液滴目の吐出速度（８ｍ／ｓ）に近似すべき２液滴目の吐出速度が、ドットサイクルの大きさによっては残留振動の影響により８ｍ／ｓを大きく下回る等の不都合を生じている。これに対して、本発明のインクジェットヘッド２０では２液滴目の吐出速度が、ドットサイクルを短縮した場合でも８ｍ／ｓよりもやや大きな値で落ち着いており、従来のインクジェットヘッド２０′のように２液滴目の吐出速度が８ｍ／ｓから大きく外れることがない。なお、インク室Ｃｈ内の圧力波の残留振動の他に、メニスカスの振動の影響があるため、メニスカスの振動の周期である４０〜５０μｓが経過するまでは、本発明のインクジェットヘッド２０においても２液滴目の吐出速度が完全に８ｍ／ｓに収束することはないが、これはインク室Ｃｈ内の圧力波の残留振動に起因するものではない。
【００４９】
このように、従来のインクジェットヘッド２０′では、残留振動を抑制するために第２駆動パルスのパルス幅はインク室Ｃｈ内の圧力波をうち消すことを目的として設定する必要があり、例えば、パルス幅Ｔ２はΔｔ＝Ｌ／ａ（Ｌは圧力発生領域の長さ、ａは圧力波の速度）の４倍、すなわち、Ｔ２＝４×Δｔに設定されていた。これに対して、本発明のインクジェットヘッド２０では、狭隙部５の圧力減衰効果によって圧力波を減衰させることができるため、第２駆動パルスの幅は任意に設定することが可能になる。
【００５０】
パルス幅Ｔ１をΔｔに固定し、パスル幅Ｔ２を０〜４Δｔまでふったときの吐出速度の変化を図８に示す。吐出電圧はパルス幅Ｔ２が十分長いときに吐出速度が８ｍ／ｓとなるように固定した。横軸はＴ２（単位はΔｔ）、縦軸は吐出速度である。これから、パルス幅Ｔ２が１より小さくなると吐出速度が急激に小さくなることが分かる。高周波数を実現するためにはこの第２駆動パルスの幅は小さい方が良いが、１よりも小さくすると吐出速度が急激に小さくなるため、この実施形態では１を選択した。
【００５１】
図９は、本発明のインクジェットヘッド２０における最適な第２駆動パルスの幅を探求するための測定に用いた波形を示している。同図に示すように、ここでは、下記の（ａ）〜（ｅ）の５つの波形（吐出インク室の隔壁１１にかかる電位差）を用いて、駆動周波数ごとの安定に吐出する液滴速度限界を測定している。
【００５２】
（ａ）１対１波形：Ｔ１＝Δｔ、Ｔ２＝Δｔ
（ｂ）１対２波形：Ｔ１＝Δｔ、Ｔ２＝２×Δｔ
（ｃ）２対１波形：Ｔ１＝２×Δｔ、Ｔ２＝Δｔ
（ｄ）２対２波形：Ｔ１＝２×Δｔ、Ｔ２＝２×Δｔ
（ｅ）２対４波形：Ｔ１＝２×Δｔ、Ｔ２＝４×Δｔ
なお、前述したようにΔｔは圧力発生領域内で発生する圧力波がインク室Ｃｈの圧力発生領域をインク流通方向に片道伝播する時間に等しく、Ｌ／ａである。ここで、Ｌは圧力発生領域のインク流通方向の長さであり、ａは圧力波の速度である。
【００５３】
図１０は、上述の駆動周波数ごとの安定に吐出する速度限界の測定における測定結果を示している。上述の（ａ）〜（ｅ）の５つの波形の内、（ａ）１対１波形および、（ｅ）２対４波形の速度限界が高く、さらに（ａ）１対１波形は、１液滴を吐出するのに必要な時間Ｔｔｏｔａｌ 、すなわちドットサイクルが短くなるため、高駆動周波数まで吐出可能であるといえる。したがって、本実施形態におけるインクジェットヘッド２０では高駆動周波数まで安定吐出可能な（ａ）１対１波形を採用している。
【００５４】
図１１は、本発明に適用する駆動電圧波形の一例を示している。図１１（ａ）は、インク室ＣｈＡを構成する隔壁１１内の電極３に印加される電圧波形を示しており、また、図１１（ｂ）はインク室Ｃｈの両隣のインク室ＣｈＢ、ＣｈＣを構成する隔壁１１内の電極に印加される電圧波形を示している。なお、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）で示した電圧波形が印加された場合、吐出インク室Ｃｈを構成する隔壁１１にかかる電位差を示したものである。
【００５５】
このとき、図１１における区間Ｔ１ではインク室ＣｈＡが膨張するように変形し、インク室ＣｈＢにインクが導入される。また、区間Ｔ２ではインク室ＣｈＢが膨張（インク室ＣｈＡが収縮）するように変形し、インク滴が吐出される。区間Ｔ３では次の液滴が吐出されるまで、インク室ＣｈＡを構成する隔壁１１は変形しない状態で保持される。
【００５６】
第１駆動パルスのパルス幅Ｔ１は、インク室Ｃｈ内で発生する圧力波がインク室Ｃｈの圧力発生領域をインク流通方向に片道伝播する時間Δｔ＝Ｌ／ａの１倍程度、すなわちＴ１＝０．８０Δｔ〜１．２０Δｔに設定される。また、第２駆動パルスのパルス幅Ｔ２については、吐出速度が小さくならない程度にできるだけ短くするように、Ｔ２＝０．８０Δｔ〜２．００Δｔに設定される。さらに、吐出ドロップの間隔Ｔ３は吐出が安定に持続するように求められ、Ｔ３＝２．５×Δｔ程度に設定される。
【００５７】
したがって、１液滴を吐出する時間Ｔｔｏｔａｌ は、
Ｔｔｏｔａｌ ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＝Δｔ＋Δｔ＋２．５×Δｔ＝４．５×Δｔ、
よって、最大４連続液滴を吐出する時間は、
４×Ｔｔｏｔａｌ ＝約４×４．５×Δｔ、となる。
【００５８】
上述のように、マルチドロップ方式では隣接するノズルを同時に吐出できないため、３グループに分けた駆動を行うと、１ノズルからのノズル吐出周期は、さらに３倍の時間を要し、約３×４×４．５×Δｔとなる。
【００５９】
例えば、圧力発生領域の長さが１．１５ｍｍで、インクジェットヘッドの幅Ｄが３００μｍ、各インク室Ｃｈの幅Ｂ１ が７９．３μｍ、隔壁１１の幅Ｂ２ が９０μｍの場合、Δｔは１．２５μｓとなり、Ｔ１＝１．２５μｓ、１液適の吐出周期は約５．６２５μｓで、最大４連続液滴を吐出する時間は約２２．５μｓとなる。したがって、ノズル吐出周期は約６７．５μｓ、ノズル周波数に変換すると約１４．８ｋＨｚとなる。
【００６０】
よって、本発明のインクジェットヘッド２０では、従来のインクジェットヘッド２０′による駆動方式に比較して、１４．８ｋＨｚ／９．５２ｋＨｚ＝１．６倍高速となり、高速プリンタへの適用が可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００６２】
（１）インクの発生に寄与する領域であり隔壁とカバー部材とが接着固定された圧力発生領域、およびインク室にインクを供給する領域であり隔壁とカバー部材との間に第１の間隙が設けられている共通領域で構成される通常のインクジェットヘッドの構造に、インク室内で発生した圧力波を減衰させる領域であり隔壁とカバー部材との間に前記第１の間隙よりも小さい第２の間隙が設けられている狭隙領域を追加していることにより、圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波を減衰できるため、インク吐出時に発生する圧力波に起因する駆動波形発生手段が実用上発生することが可能な駆動波形についての制限を従来よりも緩和でき、吐出周期を短縮させる等、駆動パルスの駆動波形を最適に設定して、高速かつ安定したインクの吐出を実現することができる。
【００６３】
（２）圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波が減衰されるインクジェットヘッドに対して、インク室の長さをＬ、インク室内の圧力波の速度をａとした場合に、第１駆動パルスの印加時間と第２駆動パルスの印加時間が共に略Ｌ／ａになるように設定していることにより、インク吐出時に発生する圧力波を考慮して第２駆動パルスの印加時間を第１駆動パルスの印加時間よりも大きくする必要があった従来の駆動方法よりも吐出周期を短縮できるため、液滴を連続的に吐出する際の吐出周波数を向上させることができる。
【００６４】
また、実験上、第１駆動パルスの印加時間と第２駆動パルスの印加時間とを等しくすることで、１液滴を吐出した後にさらに液滴を吐出する場合において、２液滴目のインクの吐出速度の限界値が高められることが知られているため、吐出周波数およびインクの吐出速度の限界値の両方を向上させることができる。
【００６５】
よって、せん断モード変形を利用するマルチドロップの駆動方式において、高速かつ安定したインクの吐出が可能なインクジェットヘッドおよびその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のせん断モード型のインクジェットヘッドの構成を示す図である。
【図２】インクを吐出させる駆動波形の一例を示す図である。
【図３】図２に示す駆動波形の電圧を印加した時の各インク室の状態を示す図である。
【図４】従来のマルチドロップの駆動方式で駆動されるインク室の状態を示す図である。
【図５】従来のマルチドロップの駆動方式に適用される駆動波形の一例を示している。
【図６】本発明のインクジェットヘッドの構成を示す図である。
【図７】狭隙部による圧力減衰効果を示す図である。
【図８】パルス幅Ｔ２を変えたときの吐出速度の変化を示す図である。
【図９】インクを吐出させる駆動波形のバリエーションを示す図である。
【図１０】駆動波形と限界吐出速度との関係を示す図である。
【図１１】本発明の駆動方法で使用される駆動波形を示す図である。
【符号の説明】
１−カバープレート
２−ＰＺＴ
３−駆動電極
４−ノズル
５−狭隙部
６−共通インク室
７−ノズルプレート
８−マニホールド
２０−インクジェットヘッド
【発明の属する技術分野】
この発明は、インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタは、簡単に鮮やかなカラー印刷が可能であり、ランニングコスト等が安価なため、一般に広く使用されている。そして、インクジェットプリンタの中でも、比較的広く用いられている型の１つにサーマルジェット型のインクジェットプリンタがある。
【０００３】
ところが、サーマルジェット型ではヒータの加熱による膜沸騰現象でインクを吐出させる手法が用いられており、膜沸騰は一般に高温を必要とするためエネルギ効率が悪く、消費電力が大きいという欠点がある。
【０００４】
そこで、インクジェットプリンタの型において、サーマルジェット型以外のものとして、圧電材料のせん断モード変形を利用する方式のせん断モード型のインクジェットプリンタがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図１は、従来のせん断モード型のインクジェットプリンタに使用されるインクジェットヘッドの構成を示している。図１（ａ）は、インクを吐出する面をインクジェットヘッドの前面とした場合において、インクジェットヘッドを前面側から見た図であり、図１（ｂ）は、インクジェットヘッドを右側面から見た図である。
【０００６】
図１に示すように、インクジェットヘッド２０′は圧電材料（以下、ＰＺＴという。）１０２、カバープレート１０１、およびノズルプレート１０７を備えている。ＰＺＴ１０２には複数の溝が形成され、各溝部に相当する位置にインク室ＣｈＡ、ＣｈＢ、ＣｈＣ等を含む複数のインク室Ｃｈが形成されている。
【０００７】
これらのインク室Ｃｈは、インクジェットヘッド２０′の前面側においてＰＺＴ１０２とカバープレート１０１とが接触しているため、四方をカバープレート１０１およびＰＺＴ１０２で囲まれている。これに対して、図１（ａ）における紙面に垂直方向の奥側、すなわち、インクジェットヘッド２０′の背面側でＰＺＴ１０２とカバープレート１０１との間に一定の間隙が設けられており、この間隙部分に共通インク室１０６が形成される。
【０００８】
各インク室ＣｈＡ、ＣｈＢ、ＣｈＣ等の隔壁１１１には電極１０３が形成されており、導電性樹脂１０９を介して外部電極１１０に電気的に接続されている。また、インクジェットヘッド２０′の背面側にはインク室Ｃｈになめらかにインクを供給するためのマニホールド１０８が設けられている。
【０００９】
ＰＺＴ１０２は厚さ（垂直）方向に、矢印に示す様な分極処理が施されており、隔壁１１１に対して電極１０３により電位差を与えることによって隔壁１１１が変形し、それに伴ってインク室Ｃｈ中に圧力波が発生し、インクが吐出される。
【００１０】
図２は、インクを吐出する場合の駆動波形を示している。駆動波形は、図２（ａ）および図２（ｂ）にそれぞれ示す第１駆動パルスおよび第２駆動パルスに分けられる。
【００１１】
図２（ａ）は、吐出インク室Ｃｈ内の電極に印加される電圧波形（第１駆動パルス）を示しており、図２（ｂ）は、吐出インク室Ｃｈの両隣のインク室Ｃｈ内の電極に印加される電圧波形（第２駆動パルス）を示している。そして、図２（ｃ）は、図２（ａ）、図２（ｂ）で示した電圧波形が印加された場合、吐出インク室Ｃｈを挟んで両側に位置する隔壁１１１にかかる電位差を示したものである。
【００１２】
図３は、図２で示した駆動波形を印加した時の各インク室Ｃｈの状態を示している。ここで、図３（ａ）は、通常状態を示しており、図３（ｂ）は、インク室ＣｈＡが膨張するように第１駆動パルスが印加されてインク室ＣｈＡにインクが導入される状態を示しており、図３（ｃ）は、インク室ＣｈＡが収縮するように第２駆動パルスが印加されてノズルよりインク滴が吐出される状態を示している。
【００１３】
上述のインクジェットヘッド２０′の構成では、通常、マルチドロップ方式と呼ばれる吐出方式が採用される。マルチドロップ方式とは、例えば、短時間に最大４液滴を連続吐出して液滴量を変調するものであり、０を含む５階調の階調表現が可能である。
【００１４】
このように、せん断モード変形を利用する方式をインクジェットプリンタによれば、インク室Ｃｈを構成する隔壁１１１のせん断変形によって直接インクに圧力を作用させて液滴を吐出させるため、エネルギー効率を向上させることが可能である。
【００１５】
【特許文献１】
特開昭６３−２４７０５１号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、せん断モード型インクジェットヘッドは、隣接するインク室Ｃｈで隔壁１１１を共有している構造的性質上、クロストークの発生を防止するためには、隣接するインク室Ｃｈから同時にインクを吐出することができない。そのため、同一のグループに属するインク室Ｃｈが互いに隣接しないようにインク室Ｃｈを３つ以上のグループに分けて、順次各グループの駆動が行われるため高速化が困難であるという問題があった。
【００１６】
図４は、各インク室ＣｈをＡ、Ｂ、Ｃの３つのグループに分け、Ｂグループの駆動を行う場合の隔壁１１１の状態を示している。また、図５は、同じノズルから連続して２ドロップを吐出する場合の駆動波形を示している。
【００１７】
図４において、Ｂグループに属するインク室Ｃｈのうち、インク室２Ｂ、３Ｂだけ吐出するとする。インク室２Ｂ、３Ｂには各々の隔壁１１１内の電極に、図５（ａ）のように第１駆動パルスの印加を２回繰り返し、残りの吐出しない期間においては第２駆動パルスの印加を２回繰り返す。
【００１８】
Ｂグループに属するインク室Ｃｈのうち、インクを吐出しないインク室１Ｂや、Ａグループ、またはＣグループに属するインク室Ｃｈに対しては、各々の隔壁１１１内の電極に図５（ｂ）の第２駆動パルスを与える。このような手順をグループ毎に順次行うことにより、インクを連続的に吐出することが可能になる。
【００１９】
第１駆動パルス、または第２駆動パルスを両隣のインク室Ｃｈに与えることにより、インクを吐出するインク室Ｃｈの隔壁１１１には、図５（ｃ）に示すように電位差が与えられる。この電位差により、インクを吐出するインク室２Ｂ、３Ｂは、順次、膨張（インク室内負圧）、膨張状態維持、圧縮（インク室内正圧）、圧縮状態維持、および非変形状態というように状態が遷移するため適正にインクが吐出される。
【００２０】
これらの膨張および圧縮維持時間は、インク吐出後にインク室Ｃｈ内の圧力波をうち消すことができるような最適値に設定される。第１駆動パルスのパルス幅Ｔ１は、インク室Ｃｈ内で発生する圧力波がインク室Ｃｈの圧力発生領域の長手方向（インク流通方向）を片道伝播する時間Δｔ＝Ｌ／ａ（Ｌは圧力発生領域の長さ、ａは圧力波の速度）の２倍程度、例えばＴ１＝２×Δｔに設定される。
【００２１】
第２駆動パルスは、インク室Ｃｈ内の圧力波をうち消すために与えられるパルスで、そのパルス幅Ｔ２はΔｔの４倍程度、例えばＴ２＝４×Δｔに設定される。また、次の吐出まで間隔Ｔ３は吐出が安定に行えるような値に設定される必要があり、ここではＴ３＝Δｔ程度に設定される。したがって１液滴を吐出する時間は７×Δｔとなり、最大４連続液滴を吐出するために必要な時間は４×７×Δｔとなる。
【００２２】
上述のように、隣接するノズルを同時に吐出できないため、３グループに分けた駆動を行うと、１ノズルからのノズル吐出周期は、およそ３×４×７×Δｔとなる。ここで、例えば、圧力発生領域の長さＬが１．１５ｍｍで、インクジェットヘッド２０′の幅Ｄが３００μｍ、各インク室Ｃｈの幅Ｂ１ が７９．３μｍ、隔壁１１１の幅Ｂ２ が９０μｍの場合、Δｔは１．２５μｓとなり、Ｔ１＝２．５μｓ、１液適の吐出周期は８．７５μｓで、最大４連続液滴を吐出する時間は３５μｓとなる。したがって、ノズル吐出周期は１０５μｓ、ノズル周波数に変換すると９．５２ｋＨｚである。
【００２３】
このように、従来のせん断モード変形を利用するインクジェットヘッドでは、１ノズル当たりの駆動周波数は９．５２ｋＨｚと比較的小さいため印刷速度が遅くなり、高速プリンタに適用することが困難であるという不都合があった。
【００２４】
この発明の目的は、せん断モード変形を利用するマルチドロップの駆動方式において、高速かつ安定したインクの吐出が可能なインクジェットヘッドおよびその駆動方法を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明は以下の構成を備えている。
【００２６】
（１）それぞれの間に隔壁を挟んで複数の溝部が形成された圧電基板および前記複数の溝部を覆うように配設されるカバー部材の間に位置するとともに、インクを吐出するノズルとインク供給部とを連通するインク室と、
前記隔壁の両側面に形成された電極に所定の駆動波形の電圧を印加して前記インク室内のインクを前記ノズルから吐出させる駆動波形発生手段と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記インク室は、前記インク供給部から前記ノズルに至るインク流通方向に沿って、前記隔壁の端面および前記カバー部材の間に所定の大きさの第１の間隙が形成されている共通領域、前記隔壁の端面および前記カバー部材の間に前記第１の間隙より小さい第２の間隙が形成されている狭隙領域、および前記隔壁の端面および前記カバー部材が接触している範囲であってインクの吐出に必要な圧力が発生する圧力発生領域、を有することを特徴とする。
【００２７】
この構成においては、インクの発生に寄与する領域であり隔壁とカバー部材とが接着固定された圧力発生領域、およびインク室にインクを供給する領域であり隔壁とカバー部材との間に第１の間隙が設けられている共通領域で構成される通常のインクジェットヘッドの構造に、インク室内で発生した圧力波を減衰させる領域であり隔壁とカバー部材との間に前記第１の間隙よりも小さい第２の間隙が設けられている狭隙領域が追加されている。
【００２８】
したがって、圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波が減衰されることから、インク吐出時に発生する圧力波に起因する駆動波形発生手段が実用上発生することが可能な駆動波形についての制限が、従来よりも緩和されるため、吐出周期を短縮させる等、駆動パルスの駆動波形を最適に設定して、高速かつ安定したインクの吐出が実現される。
【００２９】
（２）（１）に記載のインクジェットヘッドに適用されるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
ノズルから１つのインクの液滴を吐出させるために印加される電圧の駆動波形が、前記圧力発生領域内に、外部に対して負の圧力を発生させるための第１駆動パルスが印加される期間と、外部に対して正の圧力を発生させるための第２駆動パルスが印加される期間と、前記第１駆動パルスおよび第２駆動パルスによる残留振動を解消させるために必要な期間と、で構成されるとともに、前記圧力発生領域の前記インク流通方向の長さをＬ、インク室内の圧力波の速度をａとした場合に、第１駆動パルスが印加される期間が略Ｌ／ａであり、第２駆動パルスが印加される期間が、ｋ＝１．０〜１．５として、ｋ＊Ｌ／ａであることを特徴とする。
【００３０】
この構成においては、圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波が減衰されるインクジェットヘッドに対して、インク室の長さをＬ、インク室内の圧力波の速度をａとした場合に、第１駆動パルスの印加時間と第２駆動パルスの印加時間が共に略Ｌ／ａになるように設定している。
【００３１】
したがって、インク吐出時に発生する圧力波を考慮して第２駆動パルスの印加時間を第１駆動パルスの印加時間よりも大きくする必要があった従来の駆動方法よりも吐出周期が短縮されるため、液滴を連続的に吐出する際の吐出周波数が向上する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明のインクジェットヘッドおよびその駆動方法の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、インク吐出面をインクジェットヘッドの前面とし、吐出されるインクを供給するインク供給部を背面側とする。また、背面側から前面側にインクが流通するため、この方向をインク流通方向とする。
【００３３】
図６は、本発明のインクジェットヘッド２０の構造を示している。図６（ａ）は、インクジェットヘッド２０の右側断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＰ−Ｐ断面図であり、図６（ｃ）は、Ｑ−Ｑ断面図であり、図６（ｄ）は、Ｒ−Ｒ断面図である。
【００３４】
図６に示すように、本発明のインクジェットヘッド２０は、ＰＺＴ２、カバープレート１、およびノズルプレート７を備えている。ＰＺＴ２は、ダイヤモンドブレード等を用いた切削加工により形成される複数の溝部を有しており、それぞれの溝部の間には隔壁１１が配置される。
【００３５】
また、それぞれの溝部を覆うようにカバープレート１を配置した場合に、それぞれの溝部とカバープレート１との間にインク室ＣｈＡ、ＣｈＢ、ＣｈＣを含む複数のインク室Ｃｈが構成される。このとき、各インク室Ｃｈにおいては、インク流通方向に沿って後述する共通領域、狭隙領域、および圧力発生領域がこの順に形成される。
【００３６】
図６（ｂ）に示すように、Ｐ−Ｐ断面、すなわち圧力発生領域では、各インク室Ｃｈは、前面側および背面側を除く四方がカバープレート１およびＰＺＴ２で囲まれており、前面側にノズルプレート７が、また、背面側に図示しないインク供給部が配置される。このため、圧力発生領域において、インク供給部からインク室Ｃｈに供給されるインクを吐出するために必要な圧力が発生する。
【００３７】
また、図６（ｃ）に示すように、Ｑ−Ｑ断面、すなわち狭隙領域では、各インク室Ｃｈの仕切っているＰＺＴ２とカバープレート１との間に狭隙部５が形成されており、各インク室Ｃｈの内圧を外部に逃がすことができる。さらに、図６（ｄ）に示すように、Ｒ−Ｒ断面では、ＰＺＴ２とカバープレート１との間に狭隙部５よりも大きな間隙が形成されており、このＰＺＴ２とカバープレート１との間隙に共通インク室６が形成される。
【００３８】
本実施形態では、インクジェットヘッド２０の幅Ｄは３００μｍ、各インク室Ｃｈの幅Ｂ１ は７９．３μｍ、隔壁１１の幅Ｂ２ は９０μｍ、圧力発生領域のインク流通方向の長さＬは１．１５ｍｍ、各インク室Ｃｈのピッチは１５０ｄｐｉ（ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）である。また、狭隙部５ではＰＺＴ２とカバープレート１との間隔は約１５μｍ、同じく共通インク室６では２００μｍに設定されている。なお、ここでは、狭隙部５と共通インク室６のインク流通方向の長さが略等しくなっているが、これらの長さに特段の制限はなく、狭隙部５のインク流通方向のサイズは、任意の大きさにすることが可能である。
【００３９】
各インク室Ｃｈの隔壁１１には電極３が形成されている。電極３は、例えばアルミニウム等の電極材料を真空蒸着等により成膜し、蒸着後隔壁１１上面に付着した電極材料を研磨して除去することで作成される。電極３は導電性樹脂９を介して外部電極１０に電気的に接続されている。また、インクジェットヘッド２０の背面側には、各インク室Ｃｈになめらかにインクを供給するためのマニホールド８が設けられている。
【００４０】
ノズルプレート７には、吐出側の径がφ１５〜３０μｍ程度のノズル４が形成されている。ノズル４は、ポリイミドフィルムに撥水膜を塗布後、エキシマレーザによって形成される。ノズルピッチはインク室Ｃｈのピッチと同じ１５０ｄｐｉである。
【００４１】
ＰＺＴ２は、厚さ（垂直）方向に、矢印に示す様な分極処理を施されており、隔壁１１に対し両側面の電極３によって電位差を与えることによって、分極方向と垂直に電界が発生する。この電界による圧電せん断歪み効果によって各インク室Ｃｈの隔壁１１が変形する。そして、この隔壁１１の変形によって、インク室Ｃｈ中に圧力波が発生しインク室Ｃｈ内のインクが外部に吐出する。
【００４２】
上述のように、本発明のインクジェットヘッド２０は従来のインクジェットヘッド２０′に比較して 圧力発生領域と共通インク室６との間の領域に狭隙部５を備えている点を特徴としている。
【００４３】
本発明のインクジェットヘッド２０では、狭隙部５を設けることにより、狭隙部５において圧力減衰効果が働き、インク液吐出後のノズル４におけるインク面（メニスカス）の残留振動を大きく抑制することを可能にしている。
【００４４】
図７は、狭隙部５による圧力減衰効果を示す図であり、インクジェットヘッド２０および２０′のそれぞれについてのドットサイクルに対する残留振動の値を測定した際の測定結果を示している。
【００４５】
ここでは、図２に示すような従来の駆動波形を用い、Ｔ３を０．５〜１６．０μｓまで変化させながら、すなわち１液滴を吐出するのに要する時間Ｔｔｏｔａｌ を変化させながら、残留振動が２液滴目の吐出速度に与える影響を測定している。なお、１液滴を吐出するのに要する時間Ｔｔｏｔａｌ （ドットサイクル）は、
Ｔｔｏｔａｌ ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３で表される。
【００４６】
そして、ここでは、２液滴を連続して吐出させ、１液滴目の吐出速度を８ｍ／ｓと固定し、２液滴目の吐出速度を測定して１液滴目の吐出速度（８ｍ／ｓ）本からのバラツキを観測することで、インク吐出時に発生する残留振動の大きさを求めている。図７において、横軸はドットサイクル、縦軸は２液滴目の吐出速度である。また、実線は狭隙部５がない従来のインクジェットヘッド２０′を用いた場合の測定結果であり、点線は狭隙部５がある本発明のインクジェットヘッド２０を用いた場合の測定結果である。
【００４７】
同図により、従来のインクジェットヘッド２０′に比較して、本発明のインクジェットヘッド２０では、狭隙部５による減衰効果が付加され、残留振動が急速に抑制されていることを把握することができる。
【００４８】
具体的には、従来のインクジェットヘッド２０′では、本来ならば１液滴目の吐出速度（８ｍ／ｓ）に近似すべき２液滴目の吐出速度が、ドットサイクルの大きさによっては残留振動の影響により８ｍ／ｓを大きく下回る等の不都合を生じている。これに対して、本発明のインクジェットヘッド２０では２液滴目の吐出速度が、ドットサイクルを短縮した場合でも８ｍ／ｓよりもやや大きな値で落ち着いており、従来のインクジェットヘッド２０′のように２液滴目の吐出速度が８ｍ／ｓから大きく外れることがない。なお、インク室Ｃｈ内の圧力波の残留振動の他に、メニスカスの振動の影響があるため、メニスカスの振動の周期である４０〜５０μｓが経過するまでは、本発明のインクジェットヘッド２０においても２液滴目の吐出速度が完全に８ｍ／ｓに収束することはないが、これはインク室Ｃｈ内の圧力波の残留振動に起因するものではない。
【００４９】
このように、従来のインクジェットヘッド２０′では、残留振動を抑制するために第２駆動パルスのパルス幅はインク室Ｃｈ内の圧力波をうち消すことを目的として設定する必要があり、例えば、パルス幅Ｔ２はΔｔ＝Ｌ／ａ（Ｌは圧力発生領域の長さ、ａは圧力波の速度）の４倍、すなわち、Ｔ２＝４×Δｔに設定されていた。これに対して、本発明のインクジェットヘッド２０では、狭隙部５の圧力減衰効果によって圧力波を減衰させることができるため、第２駆動パルスの幅は任意に設定することが可能になる。
【００５０】
パルス幅Ｔ１をΔｔに固定し、パスル幅Ｔ２を０〜４Δｔまでふったときの吐出速度の変化を図８に示す。吐出電圧はパルス幅Ｔ２が十分長いときに吐出速度が８ｍ／ｓとなるように固定した。横軸はＴ２（単位はΔｔ）、縦軸は吐出速度である。これから、パルス幅Ｔ２が１より小さくなると吐出速度が急激に小さくなることが分かる。高周波数を実現するためにはこの第２駆動パルスの幅は小さい方が良いが、１よりも小さくすると吐出速度が急激に小さくなるため、この実施形態では１を選択した。
【００５１】
図９は、本発明のインクジェットヘッド２０における最適な第２駆動パルスの幅を探求するための測定に用いた波形を示している。同図に示すように、ここでは、下記の（ａ）〜（ｅ）の５つの波形（吐出インク室の隔壁１１にかかる電位差）を用いて、駆動周波数ごとの安定に吐出する液滴速度限界を測定している。
【００５２】
（ａ）１対１波形：Ｔ１＝Δｔ、Ｔ２＝Δｔ
（ｂ）１対２波形：Ｔ１＝Δｔ、Ｔ２＝２×Δｔ
（ｃ）２対１波形：Ｔ１＝２×Δｔ、Ｔ２＝Δｔ
（ｄ）２対２波形：Ｔ１＝２×Δｔ、Ｔ２＝２×Δｔ
（ｅ）２対４波形：Ｔ１＝２×Δｔ、Ｔ２＝４×Δｔ
なお、前述したようにΔｔは圧力発生領域内で発生する圧力波がインク室Ｃｈの圧力発生領域をインク流通方向に片道伝播する時間に等しく、Ｌ／ａである。ここで、Ｌは圧力発生領域のインク流通方向の長さであり、ａは圧力波の速度である。
【００５３】
図１０は、上述の駆動周波数ごとの安定に吐出する速度限界の測定における測定結果を示している。上述の（ａ）〜（ｅ）の５つの波形の内、（ａ）１対１波形および、（ｅ）２対４波形の速度限界が高く、さらに（ａ）１対１波形は、１液滴を吐出するのに必要な時間Ｔｔｏｔａｌ 、すなわちドットサイクルが短くなるため、高駆動周波数まで吐出可能であるといえる。したがって、本実施形態におけるインクジェットヘッド２０では高駆動周波数まで安定吐出可能な（ａ）１対１波形を採用している。
【００５４】
図１１は、本発明に適用する駆動電圧波形の一例を示している。図１１（ａ）は、インク室ＣｈＡを構成する隔壁１１内の電極３に印加される電圧波形を示しており、また、図１１（ｂ）はインク室Ｃｈの両隣のインク室ＣｈＢ、ＣｈＣを構成する隔壁１１内の電極に印加される電圧波形を示している。なお、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）で示した電圧波形が印加された場合、吐出インク室Ｃｈを構成する隔壁１１にかかる電位差を示したものである。
【００５５】
このとき、図１１における区間Ｔ１ではインク室ＣｈＡが膨張するように変形し、インク室ＣｈＢにインクが導入される。また、区間Ｔ２ではインク室ＣｈＢが膨張（インク室ＣｈＡが収縮）するように変形し、インク滴が吐出される。区間Ｔ３では次の液滴が吐出されるまで、インク室ＣｈＡを構成する隔壁１１は変形しない状態で保持される。
【００５６】
第１駆動パルスのパルス幅Ｔ１は、インク室Ｃｈ内で発生する圧力波がインク室Ｃｈの圧力発生領域をインク流通方向に片道伝播する時間Δｔ＝Ｌ／ａの１倍程度、すなわちＴ１＝０．８０Δｔ〜１．２０Δｔに設定される。また、第２駆動パルスのパルス幅Ｔ２については、吐出速度が小さくならない程度にできるだけ短くするように、Ｔ２＝０．８０Δｔ〜２．００Δｔに設定される。さらに、吐出ドロップの間隔Ｔ３は吐出が安定に持続するように求められ、Ｔ３＝２．５×Δｔ程度に設定される。
【００５７】
したがって、１液滴を吐出する時間Ｔｔｏｔａｌ は、
Ｔｔｏｔａｌ ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＝Δｔ＋Δｔ＋２．５×Δｔ＝４．５×Δｔ、
よって、最大４連続液滴を吐出する時間は、
４×Ｔｔｏｔａｌ ＝約４×４．５×Δｔ、となる。
【００５８】
上述のように、マルチドロップ方式では隣接するノズルを同時に吐出できないため、３グループに分けた駆動を行うと、１ノズルからのノズル吐出周期は、さらに３倍の時間を要し、約３×４×４．５×Δｔとなる。
【００５９】
例えば、圧力発生領域の長さが１．１５ｍｍで、インクジェットヘッドの幅Ｄが３００μｍ、各インク室Ｃｈの幅Ｂ１ が７９．３μｍ、隔壁１１の幅Ｂ２ が９０μｍの場合、Δｔは１．２５μｓとなり、Ｔ１＝１．２５μｓ、１液適の吐出周期は約５．６２５μｓで、最大４連続液滴を吐出する時間は約２２．５μｓとなる。したがって、ノズル吐出周期は約６７．５μｓ、ノズル周波数に変換すると約１４．８ｋＨｚとなる。
【００６０】
よって、本発明のインクジェットヘッド２０では、従来のインクジェットヘッド２０′による駆動方式に比較して、１４．８ｋＨｚ／９．５２ｋＨｚ＝１．６倍高速となり、高速プリンタへの適用が可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００６２】
（１）インクの発生に寄与する領域であり隔壁とカバー部材とが接着固定された圧力発生領域、およびインク室にインクを供給する領域であり隔壁とカバー部材との間に第１の間隙が設けられている共通領域で構成される通常のインクジェットヘッドの構造に、インク室内で発生した圧力波を減衰させる領域であり隔壁とカバー部材との間に前記第１の間隙よりも小さい第２の間隙が設けられている狭隙領域を追加していることにより、圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波を減衰できるため、インク吐出時に発生する圧力波に起因する駆動波形発生手段が実用上発生することが可能な駆動波形についての制限を従来よりも緩和でき、吐出周期を短縮させる等、駆動パルスの駆動波形を最適に設定して、高速かつ安定したインクの吐出を実現することができる。
【００６３】
（２）圧力波を減衰させる領域の存在によってインク吐出時に発生する圧力波が減衰されるインクジェットヘッドに対して、インク室の長さをＬ、インク室内の圧力波の速度をａとした場合に、第１駆動パルスの印加時間と第２駆動パルスの印加時間が共に略Ｌ／ａになるように設定していることにより、インク吐出時に発生する圧力波を考慮して第２駆動パルスの印加時間を第１駆動パルスの印加時間よりも大きくする必要があった従来の駆動方法よりも吐出周期を短縮できるため、液滴を連続的に吐出する際の吐出周波数を向上させることができる。
【００６４】
また、実験上、第１駆動パルスの印加時間と第２駆動パルスの印加時間とを等しくすることで、１液滴を吐出した後にさらに液滴を吐出する場合において、２液滴目のインクの吐出速度の限界値が高められることが知られているため、吐出周波数およびインクの吐出速度の限界値の両方を向上させることができる。
【００６５】
よって、せん断モード変形を利用するマルチドロップの駆動方式において、高速かつ安定したインクの吐出が可能なインクジェットヘッドおよびその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のせん断モード型のインクジェットヘッドの構成を示す図である。
【図２】インクを吐出させる駆動波形の一例を示す図である。
【図３】図２に示す駆動波形の電圧を印加した時の各インク室の状態を示す図である。
【図４】従来のマルチドロップの駆動方式で駆動されるインク室の状態を示す図である。
【図５】従来のマルチドロップの駆動方式に適用される駆動波形の一例を示している。
【図６】本発明のインクジェットヘッドの構成を示す図である。
【図７】狭隙部による圧力減衰効果を示す図である。
【図８】パルス幅Ｔ２を変えたときの吐出速度の変化を示す図である。
【図９】インクを吐出させる駆動波形のバリエーションを示す図である。
【図１０】駆動波形と限界吐出速度との関係を示す図である。
【図１１】本発明の駆動方法で使用される駆動波形を示す図である。
【符号の説明】
１−カバープレート
２−ＰＺＴ
３−駆動電極
４−ノズル
５−狭隙部
６−共通インク室
７−ノズルプレート
８−マニホールド
２０−インクジェットヘッド
Claims (2)
- それぞれの間に隔壁を挟んで複数の溝部が形成された圧電基板および前記複数の溝部を覆うように配設されるカバー部材の間に位置するとともに、インクを吐出するノズルとインク供給部とを連通するインク室と、
前記隔壁の両側面に形成された電極に所定の駆動波形の電圧を印加して前記インク室内のインクを前記ノズルから吐出させる駆動波形発生手段と、を備えたインクジェットヘッドにおいて、
前記インク室は、前記インク供給部から前記ノズルに至るインク流通方向に沿って、前記隔壁の端面および前記カバー部材の間に所定の大きさの第１の間隙が形成されている共通領域、前記隔壁の端面および前記カバー部材の間に前記第１の間隙より小さい第２の間隙が形成されている狭隙領域、および前記隔壁の端面および前記カバー部材が接触している範囲であってインクの吐出に必要な圧力が発生する圧力発生領域、を有することを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項１に記載のインクジェットヘッドに適用されるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
ノズルから１つのインクの液滴を吐出させるために印加される電圧の駆動波形が、前記圧力発生領域内に、外部に対して負の圧力を発生させるための第１駆動パルスが印加される期間と、外部に対して正の圧力を発生させるための第２駆動パルスが印加される期間と、前記第１駆動パルスおよび第２駆動パルスによる残留振動を解消させるために必要な期間と、で構成されるとともに、前記圧力発生領域の前記インク流通方向の長さをＬ、インク室内の圧力波の速度をａとした場合に、第１駆動パルスが印加される期間が略Ｌ／ａであり、第２駆動パルスが印加される期間が、ｋ＝１．０〜１．５として、ｋ＊Ｌ／ａ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002247558A JP2004082551A (ja) | 2002-08-27 | 2002-08-27 | インクジェットヘッドおよびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002247558A JP2004082551A (ja) | 2002-08-27 | 2002-08-27 | インクジェットヘッドおよびその駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004082551A true JP2004082551A (ja) | 2004-03-18 |
Family
ID=32055170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002247558A Pending JP2004082551A (ja) | 2002-08-27 | 2002-08-27 | インクジェットヘッドおよびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004082551A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006130850A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Sharp Corp | インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法 |
-
2002
- 2002-08-27 JP JP2002247558A patent/JP2004082551A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006130850A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Sharp Corp | インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4779578B2 (ja) | 液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの駆動方法 | |
| JP2015085593A (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP6149863B2 (ja) | インクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットヘッドの駆動装置及びインクジェット記録装置 | |
| JP2002137390A (ja) | インクジェット画像形成装置及びインクジェット画像形成方法 | |
| JP2007253618A (ja) | インクジェット記録装置 | |
| JP4793563B2 (ja) | インク滴吐出装置 | |
| JP4671029B2 (ja) | インク滴吐出装置 | |
| JPH06328684A (ja) | インク噴射装置 | |
| JP2004034293A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JPH09150508A (ja) | インクジェット式ヘッド装置 | |
| JP2004042414A (ja) | インクジェットヘッドの駆動方法およびその駆動方法を用いたインクジェット印刷装置 | |
| JPH08281948A (ja) | インク噴射装置 | |
| JP4763418B2 (ja) | インクジェットヘッドの駆動方法、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 | |
| JP2009248325A (ja) | インクジェットヘッド、インクジェットヘッドを備えた塗布装置及びインクジェットヘッドの駆動方法 | |
| JP5304498B2 (ja) | インクジェット記録装置 | |
| JP2004082551A (ja) | インクジェットヘッドおよびその駆動方法 | |
| JP5181711B2 (ja) | インクジェットヘッド、インクジェットヘッドを備えた塗布装置及びインクジェットヘッドの駆動方法 | |
| JP3730165B2 (ja) | インクジェット式記録装置及び記録方法 | |
| JP4975120B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP2004098510A (ja) | インクジェットヘッド構造 | |
| JP3648598B2 (ja) | インク吐出制御方法およびインク吐出装置 | |
| JP2002086712A (ja) | インクジェットヘッドの駆動方法 | |
| JP2003260794A (ja) | インクジェット画像形成装置及びインクジェット画像形成方法 | |
| JP3785058B2 (ja) | インクジェット装置およびインクジェットヘッドの駆動方法 | |
| JP4412945B2 (ja) | 液滴吐出装置 |