JP2936358B2 - インクジェット印刷ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット印刷ヘ
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、特に、イン
ク滴形成のために音響駆動器を使用する印刷ヘッドを有
するＤＯＤ（ドット・オン・デマンド）型インクジェッ
ト・プリンタは、当業者には周知である。この型のイン
クジェット印刷ヘッドの原理は、インク室内に圧力波を
発生させ、この圧力波によりインク圧力室からノズル・
オリフィス即ちインク滴噴出オリフィス出口を通ってイ
ンク滴を連続的に噴出させることである。この型のイン
クジェット印刷ヘッドには、様々な音響駆動器が使用さ
れる。例えば、駆動器は、薄い隔壁に接着された圧電セ
ラミック材料で形成されたトランスデューサ（変換器）
から成る。印加電圧に応答して、圧電セラミックが変形
し、隔壁がインクをインク圧力室に移動させる。このイ
ンクの移動により、圧力波が生じ、１個又は複数個のノ
ズルを通るインクの流れが生じる。

【０００３】圧電セラミック駆動器は、円形、多角形、
円筒形、環状円筒形等のいずれの適当な形状でもよい。
更に、圧電セラミック駆動器は、ベンディング・モー
ド、シアー・モード、ロンギチュディナル・モードの様
な種々の偏向モードで動作する。インクに圧力波を発生
させる他の音響駆動器には、加熱気泡源駆動器（いわゆ
るバブル又は感熱インクジェット印刷ヘッド）及び電磁
ソレノイド駆動器がある。一般に、インクジェット印刷
ヘッドは、複数のノズルを密集したアレイ状に配置でき
る形状にすることが望ましい。ここで、各ノズルは、関
連する１つの音響駆動器により駆動される。

【０００４】ホーキンズによる米国特許第４,５２３,２
００号明細書には、不要周囲（サテライト）インク滴及
びオリフィスの目詰まりがなく高速のインク滴を発生
し、インクジェット印刷ヘッド動作を安定させる方法が
記載されている。この方法では、電子機械トランスデュ
ーサはインク室に結合され、合成波形で駆動される。こ
の合成波形は、ある場合は反対極性であり、且つ時間遅
延で分離されることがある独立した連続する第１及び第
２パルスを含む。第１電気パルスは、パルス幅が第２パ
ルスのパルス幅よりも十分に大きい噴出用パルスであ
る。第１パルスに対し反対極性である場合の第２パルス
は、後方エッジが指数関数的に減衰する。第１パルスを
供給すると、インクジェット印刷ヘッドのインク室は急
速に収縮し、関連するオリフィスからインク滴の噴出が
始まる。第２パルスを供給すると、インク室は急速に膨
張し、オリフィスからのインク滴の噴出が速く停止す
る。しかし、この明細書には、インク滴の噴出前のイン
クのメニスカス（毛管内の液体表面の凹凸）の位置の調
節については記載しておらず、高速のインク滴繰り返し
速度で一様に印刷する必要がある場合には問題がある。

【０００５】ムラカミその他による米国特許第４,５６
３,６８９号明細書には、印刷媒体上に大きさの異なる
インク滴を供給するようにインクジェット印刷ヘッドを
動作させる方法が記載されている。この方法では、先行
パルスが主パルスの前に、電子機械トランスデューサに
供給される。先行パルスは、ノズル内でインクを振動さ
せるために、圧電トランスデューサに供給される電圧パ
ルスである。この電圧パルスのエネルギーは、インク滴
を噴出するのに必要なしきい値レベルよりも低い。先行
パルスは、ノズル内のインクのメニスカスの位置を制御
することにより、インク滴の大きさを制御する。ムラカ
ミその他の特許明細書の図４及び図８では、先行及び主
パルスは同極性であるが、図９及び図１１では、これら
のパルスは反対極性となっている。先行パルスの開始か
ら主パルスの開始までの通常の遅延時間は、約５００μ
ｓである。したがって、この方法では、インク滴の噴出
は、比較的に低繰り返し速度に制限される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】インクジェット印刷ヘ
ッドを動作させる上述の従来の方法では、高印刷速度で
均一した高品質印刷を行うことが困難である。インクジ
ェット印刷ヘッドに関連する他の潜在的問題は、整流拡
散（Rectified Diffusion）の結果、印刷品質が低下す
ることである。整流拡散とは、周囲の圧力よりも低い圧
力で、インクジェット印刷ヘッドのインク圧力室内のイ
ンクに圧力波即ち圧力パルスを繰り返して供給すること
による、インク内に溶解した気泡の成長を意味する。こ
の場合、インクジェット印刷ヘッドを連続して動作させ
ることにより、「オンセット（onset)期間」と呼ばれる
特定の期間後に、印刷品質の低下が起きる。オンセット
期間は、インク滴繰り返し速度により決まるほか、イン
クジェット印刷ヘッドの連続動作の開始をする前の、イ
ンク内に溶解した気泡の量、インクの粘性、インクの濃
度、インク内の空気の拡散率、インク内に溶解した気泡
の半径により決まる。そこで、オンセット期間を延長す
るか、又は除去するインクジェット印刷ヘッドの駆動方
法が必要である。また、オンセット期間を延長したり、
除去すると共に、高印刷速度で高品質印刷を得る方法が
必要とされる。

【０００７】したがって、本発明の目的は、高印刷速度
で高品質印刷を行うインクジェット印刷ヘッドの駆動方
法の提供にある。

【０００８】本発明の他の目的は、整流拡散による印刷
品質の低下が殆ど又は全くなく、無制限又は延長した期
間、連続的に印刷可能なＤＯＤ型インクジェット印刷ヘ
ッドの駆動方法の提供にある。

【０００９】本発明の他の目的は、高インク滴繰り返し
速度に至る広範囲のインク滴繰り返し速度で印刷を行う
ＤＯＤ型インクジェット印刷ヘッドの駆動方法の提供に
ある。

【００１０】本発明の他の目的は、インクジェット印刷
ヘッドの動作を制御することにより生じるインク滴が、
略均一な移動時間で印刷媒体に到達するインクジェット
印刷ヘッドの駆動方法の提供にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、イン
ク源に結合されたインク圧力室及びインク滴噴出オリフ
ィス出口を備えたインク滴噴出オリフィスを有するＤＯ
Ｄ型インクジェット印刷ヘッドの駆動方法である。イン
クジェット印刷ヘッドのオリフィスは、インク圧力室に
結合される。音響駆動器は、インク圧力室の容積を膨張
及び収縮させて、オリフィス出口からインク滴を噴出さ
せるように動作する。音響駆動器は、圧力波をインク圧
力室内のインクに供給し、インクがオリフィス及びオリ
フィス出口を通って、外に出るようにする。音響駆動器
は、電圧信号パルスにより駆動される圧電セラミック材
料を含む。

【００１２】本発明によれば、「補充パルス成分」と呼
ぶ第１電圧パルスを供給すると、音響駆動器は、インク
圧力室の膨張によりインク圧力室の容積を増加させ、イ
ンク源からインク圧力室にインクを補充する。インク圧
力室の膨張の間、インクは、オリフィス内でオリフィス
出口からインク圧力室に向かって引き戻される。補充パ
ルス成分が供給されなくなると、次に待機期間状態が設
定され、この期間に、インク圧力室は元の容積に戻り、
オリフィス内のインクはインク圧力室からオリフィス出
口に向かって進む。相対的に反対極性の「噴出パルス成
分」と呼ぶ第２電圧パルスを供給すると、音響駆動器
は、インク圧力室の収縮によりインク圧力室の容積を減
少させ、インク滴を噴出させる。この様に、これらの電
圧パルスを音響駆動器に供給することによる、一連のイ
ンク圧力室の膨張、待機期間及びインク圧力室の収縮
で、インク滴の噴出が行われる。

【００１３】本発明の第１の特徴によれば、これらの工
程は、高速印刷を行うために高繰り返し速度で行われ
る。補充パルス成分、待機期間状態及び噴出パルス成分
は、駆動信号を形成する。補充パルス成分及び噴出パル
ス成分は、矩形波又は台形波である。

【００１４】本発明の第１の特徴の駆動信号は、待機期
間状態中に保たれるゼロ振幅基準電圧を中心として変化
する補充パルス成分及び噴出パルス成分を有する２極性
電気パルスを含む。ただし、基準電圧がゼロ電圧振幅で
ある必要がないことは、当業者には明かである。この駆
動信号は、待機期間状態中に保たれた正又は負基準電圧
振幅を中心として変化する相対的に反対極性のパルス成
分を含む。駆動信号は、インクジェット印刷ヘッドの基
本音響共振周波数で高エネルギー成分が存在しないよう
に、周知の方法でインクジェット印刷ヘッドの特性に対
して同調される。通常、インクジェット印刷ヘッドの基
本共振周波数に影響する最も重要な要因は、インク・メ
ニスカスの共振周波数である。インクジェット印刷ヘッ
ドの基本音響共振周波数に影響する１つの重要な要因
は、インクジェット印刷ヘッドのインク圧力室の出口か
らオリフィス出口までの通路の長さである。この通路
は、本発明では「オリフィス・チャンネル」と呼ぶ。

【００１５】本発明の第１の特徴では、駆動信号は、好
適には待機期間状態の持続時間と、立ち上がり及び立ち
下がり時間を含む第１即ち補充パルス成分の持続時間を
調整することにより、インクジェット印刷ヘッドの特性
に同調される。補充パルス成分の立ち上がり及び立ち下
がり時間とは、夫々０Ｖから補充パルス成分の電圧振幅
への変化及び補充パルス成分の電圧振幅から０Ｖへの変
化である。標準スペクトラム・アナライザを使用して、
種々の周波数で駆動信号のエネルギー量を決めてもよ
い。同調調整後では、インクジェット印刷ヘッドの基本
音響共振周波数で、駆動信号のエネルギー量は最小にな
る。

【００１６】本発明の第２の特徴では、上述の駆動信号
のパルス成分に変更を加えて、整流拡散により生じる印
刷品質の低下を軽減する。インクジェット印刷ヘッドの
印刷圧力室内のインクに供給され、且つ周囲圧力より低
い圧力は、整流拡散を誘発する圧力の大きさのしきい値
よりも低い。これを実現するためには、まず、上述した
本発明の第１の特徴に従い高品質印刷及び高速度印刷を
行う駆動信号を発生することが必要である。発生した駆
動信号のパルス成分は、整流拡散により生じる印刷品質
の低下を軽減するために変更が加えられる。元の駆動信
号から新しく駆動信号を得るには、補充パルスの電圧振
幅及び立ち上がり、立ち下がり時間を含む期間と、噴出
パルス成分が夫々減少及び増加される。この方法は、上
述の第１の特徴に従う高品質印刷及び高速度印刷を行う
ための駆動信号から始まるが、インクジェット印刷ヘッ
ド内のインクに供給される周囲圧より低い圧力が、整流
拡散を誘発する圧力の大きさのしきい値よりも低くなる
ように、駆動信号は変更される。

【００１７】本発明の第１の特徴に従った元の駆動信号
が高品質印刷及び高速度印刷を行う場合、整流拡散によ
り生じる印刷品質の低下を減少させるようにインクジェ
ット印刷ヘッドの動作を制御するには、補充パルスの成
分の電圧振幅を、５０％だけ減少させ、噴出パルス成分
の電圧振幅を、補充パルス成分の新しく設定された電圧
振幅との関係で減少させる。結果的に得られる好適な駆
動信号では、補充パルス成分の電圧振幅は、噴出パルス
成分の電圧振幅の１.１５倍よりも大きく、１.３倍より
小さい。更に、補充パルス成分及び噴出パルス成分の相
対極性は、反対極性であり、圧力トランスデューサの極
性により決まる。

【００１８】本発明の第１の特徴に従い発生された元の
駆動信号に関し、補充パルス成分と、立ち上がり及び立
ち下がり時間を除く噴出パルス成分の持続時間とは、増
加される。更に、補充パルス成分及び噴出パルス成分の
各々の立ち上がり及び立ち下がり時間は、延長される。
各パルス成分の立ち上がり及び立ち下がり時間とは、夫
々、パルス成分の０Ｖから電圧振幅への変化時間及び電
圧振幅から０Ｖへの変化時間である。結果的に得られた
駆動信号の好適な形式では、補充及び噴出パルス成分の
各々の立ち上がり及び立ち下がり時間は、２倍になる。

【００１９】電圧振幅と、立ち上がり及び立ち下がり時
間を除く持続時間と、各パルスの立ち上がり及び立ち下
がり時間の調整は、駆動信号の周波数スペクトルが、イ
ンクジェット印刷ヘッドの基本音響共振周波数でエネル
ギーが最小になるように行われる。

【００２０】

【実施例】図４は、本発明のインクジェット印刷ヘッド
の駆動方法を適用するインクジェット印刷ヘッドの一例
を示す。ＤＯＤ型インクジェット印刷ヘッド９は、イン
ク源１１に結合された内部インク圧力室（この図では図
示せず）を有する。インクジェット印刷ヘッド９は、各
々が１４ａ、１４ｂ及び１４ｃで示される１つ又は複数
のインク滴噴出オリフィス出口（以下、単にオリフィス
出口）１４を含む。このオリフィス出口１４は、インク
滴噴出オリフィス（以下、単にオリフィス）を介してイ
ンク圧力室に結合されている。インク滴を形成する間
に、インクはオリフィス出口１４を通過する。インク滴
は、オリフィス出口１４から、このオリフィス出口に対
し離間された印刷媒体１３への行路方向に進行する。通
常のインクジェット・プリンタは、各々が１つ又は複数
の夫々のオリフィス及びオリフィス出口に結合された複
数のインク圧力室を含む。

【００２１】音響駆動器３６は、圧力波即ちパルスを発
生するために使用される。このパルスは、インク圧力室
内にあるインクに供給されて、インクがオリフィス及び
それに関連するオリフィス出口１４を通過して外に出る
ようにする。音響駆動器３６は、信号源３７からの信号
に応答して動作し、インクに圧力波を供給する。

【００２２】本発明は、インク滴の形成のために圧電セ
ラミック駆動器を使用した場合に、特に適用性があり、
有効である。この種の音響駆動器を使用したインクジェ
ット印刷ヘッドの好適な一実施例は、１９８９年１１月
にジョイ・ロイ及びジョン・ムーアによる、「ドロップ
オンデマンド型インクジェット印刷ヘッド」という名称
の米国特許出願第０７／４３０，２１３号に詳細に記載
されている。例えば、他の形状の圧電セラミック駆動器
（例えば、円形、多角形、円筒形、環状円筒形）と同様
に、電磁ソレノイド駆動器を使用してもよい。更に、ベ
ンディング・モード、シアー・モード、ロンギチュディ
ナル・モードの様な種々のモードで、圧電セラミック駆
動器を偏向して使用してもよい。

【００２３】図５に示す上記の特許出願第０７／４３
０,２１３号の明細書の記載に従ったインクジェット・
ヘッド９では、本体１０は、インクをインクジェット印
刷ヘッドに供給するために通過するインク入口１２を有
する。更に、本体１０は、オリフィス出口即ち噴出口１
４と共に、インク入口１２から噴射口１４へのインク流
動路２８を有する。通常、この型のインクジェット印刷
ヘッドは、印刷媒体上にインク滴を印刷するために、印
刷媒体の直前に配置され、互いに近接して離間された複
数の噴射口１４から成るアレイを含む。

【００２４】図４に示すインク供給源１１からインク入
口１２に入るインクは、インク供給多岐管（マニホル
ド）１６を通過する。通常のカラー・インクジェット印
刷ヘッドは、夫々黒、シアン、マゼンタ及び黄インクが
供給される少なくとも４つの多岐管を有し、黒及び３色
減色印刷に使用される。ただし、プリンタが黒インクの
みで印刷を行うか、又はフルレンジの色ではない印刷を
行うかにより、インク供給多岐管の数は異なる。インク
供給多岐管１６から、インクはインク入口通路１８及び
インク入口２０を通ってインク圧力室２２に流れ込む。
インクは、インク圧力室出口２４を通ってインク圧力室
２２を離れ、インク通路２６を通ってインク滴が噴出さ
れる噴出口１４に流れる。矢印２８は、インクの流れる
経路を示す。

【００２５】インク圧力室２２は、可撓性隔壁３４の一
側面と境を接する。この場合、エポキシである隔壁３４
に固定された圧電セラミック・ディスク３６である圧力
トランスデューサは、インク圧力室２２上に貼ってあ
る。従来の方法では、圧電セラミック・ディスク３６
は、図５には図示しないが、図４に図示した符号３７で
示す電子回路駆動器が電気的に接続される金属膜層３８
を有する。他の型の圧力トランスデューサを使用するこ
ともできるが、図示するトランスデューサはベンディン
グ・モードで動作する。即ち、圧電セラミック・ディス
ク３６に電圧が供給されたとき、ディスクはその容積を
変える。しかし、ディスク３６は隔壁３４にしっかりと
固定して取り付けられているので、湾曲が生じる。この
湾曲は、インク圧力室２２内のインクを移動させ、イン
ク通路２６を通って噴出口１４に向かうインクの流れを
生じさせる。インク滴の噴出後のインク圧力室２２のイ
ンクの補充は、圧力トランスデューサ３６の逆方向の湾
曲により増大される。

【００２６】上述したインク流動路２８の他に、付加的
インク出口即ち浄化通路４２が、インクジェット印刷ヘ
ッド９の本体１０に形成される。浄化通路４２は、噴出
口１４近傍の内側の箇所でインク通路２６に結合され
る。浄化通路４２は、インク通路２６から、浄化出口通
路４６により浄化出口４８に接続された出口即ち浄化多
岐管４４へ通じる。浄化多岐管４４は、通常、同様の浄
化通路４２により、複数の噴出口１４に関連する同様の
インク通路２６に接続される。浄化動作の間、イは、矢
印５０で示す方向に、浄化通路４２、浄化多岐管４４及
び浄化出口通路４６を介して浄化出口４８に流れる。

【００２７】図５のインクジェット印刷ヘッドの製造を
容易にするために、本体１０は好適には複数の積層され
たステンレス鋼板の様な板即ちシートで形成される。こ
れらのシートは、重ね合わせた関係で積み上げられる。
図５に示すインクジェット印刷ヘッドの形式では、これ
らのシートは、隔壁を形成すると共にインク入口１２及
び浄化出口４８を限定する隔壁板６０と、インク圧力室
２２、インク供給多岐管の一部及び浄化通路４２の一部
を限定するインク圧力板６２と、インク圧力室２２の一
側面と境を接し、インク圧力室の入口２０及び出口２４
を限定し、インク供給多岐管１６の一部を限定し、更に
浄化通路４６の一部を限定する第１の分離板６４と、通
路２６の一部、入口チャンネル１８及び浄化通路の一部
４６の一部を限定するインク入口板６６と、通路２６及
び４６の夫々一部を限定する第２の分離板６８と、通路
２６の主要部分即ちオフセット部分及び浄化多岐管４４
の一部を限定するオフセット・チャンネル板７０と、通
路２６及び浄化多岐管４４の夫々一部を限定する第３の
分離板７２と、浄化チャンネル４２及び浄化多岐管の一
部を限定する出口板７４と、アレイの噴出口１４を限定
する噴出口板７６と、噴出口板を補強し、噴出口板をひ
っかいたり、又は他の損傷を与える可能性を最小にする
補強板７８とを含む。様々なインク流出路、多岐管及び
圧力室を限定するために、図示する他に、更に板を使用
してもよい。例えば、インク圧力室を限定するために図
５に示す一枚の板ではなく複数の板を使用してもよい。
更に、全ての場合に、金属の個々の板又は層を使用する
ことが必要ではない。

【００２８】図５のインクジェット印刷ヘッドの構成要
素の寸法例を、次の表１に示す。

【００２９】

【表１】 図５のインクジェット印刷ヘッドの寸法及び共振特性 構成要素 断面 長さ 共振周波数 インク供給通路１８ 0.203mm×0.254mm 6.81mm 60-70kHz 隔壁板６０ 直径2.79mm 0.102mm 160-180kHz 圧力室２２ 直径2.79mm 0.457mm 分離板６４ 1.02mm×0.914mm 0.559mm オフセット通路７１ 0.508mm×0.914mm 2.95mm 65-85kHz 浄化通路４２ 0.102mm×0.254mm 8.89mm 50-55kHz オリフィス出口１４ 50-70μm 60-76μm 13-18kHz

【００３０】適当な機械的留め具を使用することを含む
他の適当な手段で、インクジェット印刷ヘッドを形成す
る種々の層を配列し、結合してもよい。ただし、アンダ
ーソンその他による米国特許第４,８８３,２１９号明細
書には、「拡散結合及びろう付けによるインクジェット
印刷ヘッドの製造」と題し、金属層の結合の方法が記載
されている。

【００３１】図１は、音響駆動器を使用するインクジェ
ットを駆動するために有効な本発明の駆動信号の第１実
施例を示す。この特定の駆動信号は、補充パルス成分１
０２及び噴出パルス成分１０４を含む２極性電気パルス
１００である。パルス成分１０２及び１０４は、電圧振
幅が異なることもある互いに反対の極性の電圧である。
これらの電気パルス即ちパルス成分１０２及び１０４
は、１０６で示す待機期間状態により分離される。この
待機期間１０６の持続時間は、図１において「Ｂ」で示
される。パルス成分１０２及び１０４の相対極性は、図
１に示す例と反対であってもよく、それは圧電セラミッ
ク駆動器３６（図４）の極性により決まる。図１は駆動
信号の代表的形状を示しているが、電圧振幅、持続時
間、又は立ち上がり時間及び立ち下がり時間等の信号即
ちパルス成分の種々の属性については代表的値を示して
いない。更に、図１に示す駆動信号のパルス成分は、台
形波又は矩形波であるが、実際の動作では、これらのパ
ルス成分は、指数関数的に変化する立ち上がりエッジ及
び立ち下がりエッジを有する。

【００３２】駆動信号の好適な実施例は、待機期間の１
０６の間に維持されるゼロ電圧振幅を中心として変化す
る補充パルス成分及び噴出パルス成分を有する２極性電
気信号を含む。駆動信号は、待機期間状態の間維持され
る正又は負の基準電圧振幅を中心として変化する互いに
反対極性のパルスを含んでもよい。

【００３３】この駆動信号を使用するインクジェット印
刷ヘッドの動作において、補充パルス成分１０２が供給
されると、インク圧力室２２は膨張し、インクの噴出の
ためにインク供給源１１からインク圧力室２２にインク
を引き込み、インクを補充する。補充パルス成分１０２
の終点で、電圧がゼロに向かって下降するときに、イン
ク圧力室２２は収縮し始め、インク・オリフィス１０３
（図５）内の前方のインク・メニスカスをオリフィス出
口１４に向かって移動させる。待機期間Ｂの間、インク
・メニスカスは、オリフィス出口１４に向かい移動し続
ける。噴出パルス成分１０４を供給すると、インク圧力
室２２は、インク滴を噴出させるために急速に収縮す
る。インク滴の噴出後、補充パルス成分１０２が供給さ
れると、インク・メニスカスは、オリフィス出口１４か
らインク・オリフィス１０３内に再び引き戻される。立
ち上がり及び立ち下がり時間を含む補充パルス成分１０
２の持続時間は、インク・メニスカスがインク滴の噴出
のためにオリフィス出口１４近傍の位置に戻るのに必要
な時間よりも短い。

【００３４】通常、立ち上がり及び立ち下がり時間を含
む補充パルス成分１０２の持続時間は、インク・メニス
カスの共振周波数に関連する時間周期の１／２より短
い。更に好適には、この持続期間は、インク・メニスカ
スの共振周波数に関連する時間周期の約１／５より短
い。インクジェット印刷ヘッドのオリフィス内のインク
・メニスカスの共振周波数は、インクジェット印刷ヘッ
ド内部のインク量及びオリフィスの寸法を含めて、イン
クの性質から容易に計算可能である。

【００３５】待機期間Ｂの持続時間が増加するにつれ
て、インク・メニスカスは、噴出パルス成分１０４が供
給される時点で、オリフィス出口１４に更に近づくよう
に移動する。通常、待機期間１０６の持続時間及び噴出
パルス成分１０４の立ち上がり及び立ち下がり時間を含
む持続時間は、インク・メニスカスの共振周波数に関連
する期間の１／２よりも短い。上述の駆動信号により高
品質印刷及び高速度印刷を行うようにインクジェット印
刷ヘッドの動作を制御するためには、インク・メニスカ
スの共振周波数に関連する期間は、特定のインクジェッ
ト印刷ヘッドの構造及び特定のインクにより決まり、約
５０μ秒から約１６０μ秒の範囲である。

【００３６】高品質印刷及び高速度印刷を行うようにイ
ンクジェット印刷ヘッドの動作を制御する駆動信号のパ
ルス成分１０２及び１０４は、図１に示す様に、通常、
反対極性の台形波である。ただし、矩形波パルス成分を
使用してもよい。従来の信号源３７を使用して、この形
状のパルスを発生してもよい。他の形状のパルスを使用
してもよい。通常、適切な補充パルス成分１０２は、イ
ンク圧力室２２を膨張させてインク圧力室の容積を増加
させ、インク供給源１１からインク圧力室にインクを補
充し、一方、インク・オリフィス１０３内のインクをイ
ンク圧力室２２に向かって、オリフィス出口１４から離
れるように引き戻す。待機期間１０６は、略０ボルトが
音響駆動器に供給される期間である。待機期間では、イ
ンク圧力室２２が収縮により元の容積に戻り、インク・
オリフィス１０３内のインク・メニスカスが、オリフィ
ス内でインク圧力室２２から離れ、オリフィス出口１４
に向かって進む。噴出パルス成分１０４は、待機期間１
０６の後に、インク圧力室２２を急速に収縮させ、イン
ク圧力室の容積を減少させ、インク滴を噴出させる形状
となっている。

【００３７】図１に示す形状のパルスから成る駆動信号
は、繰り返し供給されてインク滴を噴出させる。各イン
ク滴を噴出させるために、１つ又は複数のパルスは供給
してもよいが、好適な実施例では、少なくとも１つのこ
の様な合成信号を使用して、各インク滴を形成する。更
に、待機期間１０６の持続時間は、インク滴を噴出する
ためにインク圧力室２２を収縮させる前の各待機期間
に、インク・オリフィス１０３内のインク・メニスカス
が、オリフィス内の略同じ位置に進むように設定され
る。噴出パルス成分１０４に応答して圧力パルスが到来
する時点で、インク・メニスカスには、インク・オリフ
ィス１０３内でオリフィス出口１４に向かう前方向の速
度が残っていることが望ましい。この状態で、インクジ
ェット印刷ヘッドの外に進む液体列は、適当に１つのイ
ンク滴に合体し、不要周囲（サテライト）インク滴の形
成が最小限になる。インク・メニスカスは、オリフィス
出口１４を越える位置には進んではならない。噴出パル
ス１０４が供給される前に、インクがオリフィス出口１
４を越えて突出すると、オリフィス出口の周囲の表面が
濡れる。この濡れは、インク滴に非対称の偏向及び不均
一のインク滴を生じさせ、異なるインク滴が形成され
て、噴出される。圧力パルスの前に、略同じ位置にイン
ク・メニスカスを位置させることにより、広範囲のイン
ク滴噴出速度での、印刷媒体へのインク滴飛翔時間の均
一性が高められる。

【００３８】高印刷品質及び高印刷速度を実現するため
の異なるパルス成分の持続時間の具体例では、補充パル
ス成分１０２のＡ部分は５μ秒であり、その立ち上がり
時間及び立ち下がり時間は夫々１μ秒及び３μ秒であ
り、待機期間Ｂは１５μ秒であり、噴出パルス成分１０
４のＣ部分は５μ秒であり、その立ち上がり時間及び立
ち下がり時間は補充パルス成分１０２と同じである。上
述した様に、図１は駆動信号の形状を示しているが、そ
の種々の属性の個々の値は示していない。高品質印刷及
び高速度印刷を実現するためには、流体システムを出来
るだけ速く初期状態を戻すために、これらの持続時間を
短縮することが効果的であり、これにより速い印刷速度
が可能になる。しかし、このことは、上記の持続時間を
短縮することにより整流拡散が起き、印刷品質が低下す
る問題を無視している。駆動信号に関して、インク滴繰
り返し速度を増加させる他の方法は、噴出パルス成分の
後方エッジから補充パルス成分の前方エッジまでの期間
を減少させることである。この方法は、立ち上がり及び
立ち下がり時間を含むパルス成分の持続時間に影響を与
えないという利点がある。

【００３９】図６は、図５に示す型のインクジェット印
刷ヘッドを、上述の具体例の持続期間を含む駆動信号で
駆動したときに噴出されるインク列の形状の変化をモデ
ル化した図である。図６ａ、図６ｂ及び図６ｃは、待機
期間の１０６を変化させたことによる効果を示す。図６
ａでは、待機期間Ｂの持続時間は１８μ秒でり、インク
１２０の主容積は、長い先細りの尾部１２２に接続され
た球状頭部を形成し、この糸状体の尾部及びオリフィス
出口１４間の位置で、インクの分離が起きる。インク滴
が分離された後、尾部１２２は頭部１２０への合体を開
始し、印刷媒体に到達するときまで、球状インク滴を形
成しない。しかし、印刷媒体に対するインク列の速度が
比較的に速いために、印刷媒体上に生じるスポット（斑
点）は、球体に近くなる。

【００４０】図６ｂでは、待機期間Ｂの持続時間は８μ
秒で、インク滴分離点１２４はインク１２０の主容積に
隣接し、インク滴がきれいに形成される。この場合、イ
ンク滴の尾部１２２は、オリフィス出口１４に対して順
次遮断が起き、主インク滴に比較して低い速度で移動す
る不要周囲インク滴が形成される。したがって、主イン
ク滴１２０及び不要周囲インク滴１１２は、印刷媒体上
に２個の別個のスポットを形成する。

【００４１】図６ｃでは、待機期間１０２は０μ秒であ
り、インク滴分離点１２４は、主インク滴容積１２０の
近傍で起きる。しかし、残りのインク糸状体１２２に
は、糸状体が分離し、不要周囲インク滴を形成する可能
性のある位置である１２６及び１２８で示す弱点があ
る。

【００４２】図６は、図１に示す駆動信号を使用した、
図５のインクジェット印刷ヘッドの動作の理論的モデル
の結果を表している。図６の各々では、インク・オリフ
ィス１０３の中心線上の形成されたインク滴の上半分の
みを示す。

【００４３】パルス成分１０２の様な補充パルスのみ、
又はパルス成分１０４の様な噴出パルスのみであって
も、満足な印刷性能を得られない。実際には、補充パル
ス成分１０２のみを使用すると、インク滴噴出速度を、
例えば、約３．５ｍ／ｓ以下に制限する傾向がある。更
に、インク滴の速度を増加させる目的で、補充パルス１
０２の振幅及び持続時間を増加させると、メニスカスを
インク・オリフィス１０３の上流端に引き戻し、気泡の
吸い込みが生じる。高インク滴噴出速度で動作するよう
にインクジェット・プリンタの機能を高めるには、６ｍ
／ｓ以上の高インク滴速度が必要である。

【００４４】図７は、補充パルス及び待機期間成分なし
で、噴出パルス成分１０４のみを使用すると、インク滴
噴出速度の変化に従ってインク速度が律動的振動変化す
ることを示している。この律動的振動の周波数は、イン
ク室２２及びインク・オリフィス出口１４間のインク流
動路を形成するチャンネル部分内の残響共振の周波数と
同じになるように、表１の情報から変更される。図９に
示す様に、噴出パルス成分のみの駆動信号は、残響から
エネルギーをゆっくりと除去する周波数スペクトルを有
する駆動パルスを使用することにより、速度即ち飛翔時
間変化を平滑化する。しかし、この場合、インク量／滴
は、噴出速度の増加と共に減少する。言い替えれば、イ
ンク圧力室は、全てのインク滴噴出速度で、インク噴出
間に適切にインクを補充をしない。他の欠点は、インク
の補充に関係なく噴出されるインク毎に、同量のエネル
ギーが圧電素子に供給されるので、小さいインク滴が速
い速度で進行する傾向があるということである。図９に
示す様に、通常、インク滴速度は、図７の顕著な律動的
なインク滴速度振動はないが、インク滴噴出速度が増加
するにつれて増加する（インク滴飛翔速度の減少に対
応）。

【００４５】噴出パルスのみの駆動信号の欠点は、始め
にインク室２２を補充するための補充パルス成分１０４
を作用させることにより、解消することができる。更
に、インクジェット印刷ヘッドが、図５のオフセット・
チャンネル７１を有するように設計されれば、このチャ
ンネルにもインクが補充される。インク室は、インク供
給溜まりからのインク入口１８及び２０を大きくするこ
とにより、能動的補充パルス成分１０４を使用すること
なく、インクが十分に補充される。しかし、その場合、
インク滴をインク噴出オリフィス１４から放出させるよ
うに、隔壁が内側に移動すると、インク室２２内に設定
された圧力パルスは、オリフィス２６に通じる導管及び
インク入り口１８、２０にも流れる。インク入口に進行
する圧力波の一部は、インク滴の形成には使用されない
エネルギーとなる。補充パルス成分を使用すると、イン
ク滴の形成に使用されないエネルギーの損失を減少させ
るために、入口を小さくすることができ、インクジェッ
トがアレイの一部であれば、インク貯水部即ち多岐管１
６で生じる圧力パルス障害からインク室２２及び通路２
６を分離する。この分離は、入口開口２０が大きくされ
るほど、段々に減少する。したがって、インク入口の大
きさ、補充パルス成分１０２の強さ、及び噴出パルス成
分１０４の間で調和が取られる。強い補充パルス成分１
０２は、インクを、入口開口２０を介して圧力室２２に
引き込む。補充パルス成分が強すぎると、オリフィス出
口を介して気泡を吸い込む。同様に、噴出パルス成分１
０４が強すぎると、補充パルス成分がインク入口２０を
介して引き込むことができるインク滴より多いインクを
噴出する。これらのパラメータの好適な関係は、表１に
示され、上述のパルス成分の持続時間の例で述べられて
いる。

【００４６】駆動信号に補充パルスを含ませることによ
り、インク・オリフィス出口１４の周囲の外部表面から
インクを引き戻すことができることに留意されたい。こ
の作用により、インク出口の周囲の表面をインクで濡ら
し、オリフィス出口でインクの進行をずらしたり、遮断
する虞がなくなる。

【００４７】また、待機期間Ｂの持続時間は、オリフィ
ス１０３内の引っ込んだメニスカスがオリフィス出口１
４に到達するための時間と、噴出パルス成分１０４によ
り発生し正の圧力パルスが到来するときのインクの速度
との合成関数である。引っ込んだメニスカスは、パルス
成分からの圧力パルスが供給される直前に低速度でオリ
フィス出口１４に到達することが望ましい。

【００４８】図８は、図５に示すインクジェット印刷ヘ
ッドを図１の駆動信号で駆動した場合のインク滴飛翔時
間対インク滴噴出繰り返し速度を示すグラフ図である。
図９は、図５に示すインクジェット印刷ヘッドを図１の
駆動信号の噴出パルス成分のみで駆動した場合のインク
滴飛翔時間対インク滴噴出繰り返し速度を示すグラフ図
である。この図８では、インク飛翔時間は１０,０００
滴／秒のインク滴を噴出するインク滴噴出繰り返し速度
に至る全範囲にわたり略一定している。図８の例では、
印刷媒体は、インクジェット印刷ヘッドのオリフィス出
口１４から１ｍｍだけ離間されており、６ｍ／秒を超え
るインク滴速度が得られる。図８に示す様に、１,００
０滴／秒から１０,０００滴／秒の範囲のインク滴噴出
繰り返し速度で、３０μ秒の最大偏差が観察された。更
に、８,５００滴／秒以下では、この偏差は更に小さく
なる。この様に、補充パルス成分１０２、待機期間１０
６及び噴出パルス成分１０４を有する駆動信号を適切に
選択することにより、広範囲のインク滴噴出繰り返し速
度で、略一定のインク滴飛翔時間を得ることができる。
インク飛翔時間が略一定であると、高品質印刷が得られ
る。

【００４９】更に、インク滴の速度は、比較的に速く、
均一な大きさのインク滴が使用できる。駆動信号の補充
パルス成分は、噴出されたインク滴を所望の軌道からず
らす原因となるオリフィス出口１４の周囲面の濡れを減
少させるので、インク滴の軌道は、全インク滴噴出繰り
返し速度でオリフィス・フェースプレートに対して略直
角になる。更に、この駆動信号は、インク・オリフィス
１０３の導管内の高温溶解インクの様な高粘性インク
が、図５に示すインクジェット印刷ヘッドのオフセット
・チャンネル７１内で残響する圧力パルスの内部空洞音
響吸収体として働くようにするので、不要周囲インクの
形成を最小限にできる。また、図１に示す種類の比較的
簡単な駆動信号は、従来の市販されたデジタル電子駆動
信号源により発生できる。

【００５０】高品質印刷及び高速度印刷を行うための駆
動パルス成分１０２、１０４及び１０６の好適な関係
は、実験的に決められる。しかし、これらの好適な関係
は、高品質印刷及び高速度印刷を行うことはできるが、
整流拡散による印刷品質の低下の潜在的問題を解決して
いない。図５に示す様なインクジェット印刷ヘッドで
は、待機期間１０６を少なくとも約８μ秒、好適にはそ
れ以上にすることにより、均一且つ一貫したインク滴を
形成することができる。待機期間を短くした場合は、不
要周囲インク滴が形成される可能性が増加する。膨張パ
ルス成分即ち補充パルス成分１０２の立ち上がり及び立
ち下がり時間を含む持続時間は、約１６〜２０μ秒であ
る。補充パルスの持続時間が増加するほど、オリフィス
出口１４に気泡を吸い込む可能性が増加する。高品質印
刷及び高速度印刷を行うために、立ち上がり及び立ち下
がり時間を含む補充パルス成分の持続時間は、インク滴
の形成の間、噴出されるインクを元の位置に戻すのに必
要な時間以上に長くするべきではない。補充パルス成分
の持続時間が短くなるほど、達成可能なインク繰り返し
速度が増加する。しかし、上述した様に、これは、補充
パルス成分の持続時間が短くなると、整流拡散の結果、
印刷品質が低下するという問題を抱えている。通常、高
品質印刷及び高速度印刷を行うための補充パルス成分１
０２の立ち上がり及び立ち下がり時間を含む持続時間
は、通常７μ秒以下である。高品質印刷及び高速度印刷
を行うための噴出パルス成分１０４の立ち上がり及び立
ち下がり時間を含む持続時間は、通常、長くて１６〜２
０μ秒であり、短くて約６μ秒である。

【００５１】高品質印刷及び高速度印刷を行うためにイ
ンクジェット印刷ヘッドの動作を制御するこれらの駆動
信号パラメータの範囲では、図５に示す種類のインクジ
ェット印刷ヘッドは、１０,０００滴／秒までのインク
滴噴出繰り返し速度で動作した。インク滴速度の不均一
性は、連続的及び間欠的インク滴噴出状態で、１５％よ
り低いことが観察された。その結果、インク滴位置の誤
差は、最大繰り返し速度８ｋＨｚで印刷する１１.８１
滴／ｍｍで、１ピクセルの１／３より大幅に小さい。更
に、１７０ｐｌ（ピコ・リットル）／滴±１５ｐｌの測
定インク滴量が観察され、高温溶解インクを使用すると
き、１１.８１滴／ｍｍのアドレス可能性で印刷するの
に適している。更に、この状態では、殆ど又は全く不要
周囲インク滴が発生しない。

【００５２】図１に示す様に、第１パルス成分即ち補充
パルス１０２は、電圧振幅に到達し、補充パルスの終点
までのこの振幅を保持する。更に、第２パルス成分即ち
噴出パルス成分１０４は負の電圧振幅に到達し、噴出パ
ルスの終点までこの振幅を保持する。この振幅値は変更
することができるが、高品質印刷及び高速度印刷を行う
ためには、図示する様に、これらの駆動パルス成分は台
形で、各々の電圧振幅への立ち上がり時間から立ち下が
り時間までの時間は異なる。高品質印刷及び高速度印刷
を行うための駆動信号では、２つのパルス成分１０２及
び１０４の立ち上がり時間は、約１μ秒から約４μ秒で
あり、電圧振幅を約２μ秒から約７μ秒維持し、続く待
機期間１０６を約８μ秒より長くする。高品質印刷及び
高速度印刷を行うための他の駆動信号では、第１パルス
即ち補充パルスの立ち上がり時間は約２μ秒であり、電
圧振幅を約３μ秒から約７秒維持し、その立ち下がり時
間は約２μ秒から約４秒であり、待機期間１０６は約１
５μ秒から約２２秒である。更に、この場合、噴出パル
ス成分１０４は、極性が反対である他は、補充パルス成
分１０２と同様である。

【００５３】高速度印刷で高品質印刷を行うためには、
これらの持続時間は、インクジェット印刷ヘッドの設計
及びインクの違いにより、異なることに留意されたい。
噴出パルス成分１０４の供給により生じる各圧力波の発
生時に、インク・メニスカスは前方に進行しており、共
通位置にあることが望ましい。駆動信号のパラメータ
は、この状態を得るために変更できる。

【００５４】インクジェット印刷ヘッドの基本音響共振
周波数で最小のエネルギー量を供給するように、駆動信
号の形状を決める、最適の印刷品質及び印刷繰り返し速
度が得られることが分かった。インクジェット印刷ヘッ
ドの基本音響共振周波数は、周知の方法で求められる。
インクジェット印刷ヘッドの基本共振周波数は、インク
・メニスカスの共振周波数に相当する。図５に示すオフ
セット・チャンネル７１を有するインクジェット印刷ヘ
ッドを使用するとき、通常、基本共振音響周波数は、オ
リフィス・チャンネル内の液体インクを介する定在波共
振周波数に相当する。インクジェット印刷ヘッドの基本
音響共振周波数で最低エネルギー量である駆動信号を使
用することにより、この基本音響共振周波数での残響は
最小になる。残響が起きると、インクジェット印刷ヘッ
ドから印刷媒体へのインク滴の飛翔時間の均一性が妨害
される。

【００５５】通常、高品質印刷及び高速度印刷を行うた
めの駆動信号の調整を補助するために、フーリエ変換又
はスペクトル分析を完全な駆動信号に関して行う。完全
な駆動信号とは、１個のインク滴を形成するために使用
する完全なパルスの組をいう。図２に示す種類の駆動信
号の場合、完全な信号は、補充パルス成分１０２、待機
期間１０６及び噴出パルス成分１０４を含む。従来のス
ペクトラム・アナライザを使用して、異なる周波数で駆
動信号のエネルギー量を決めてもよい。このエネルギー
量は、高さ即ちピークから谷即ち底部まで、周波数と共
に変化する。ある周波数での駆動信号の最低エネルギー
量部分は、他の周波数のピーク・エネルギー量より十分
に低い。例えば、最低エネルギー量は、他の周波数の駆
動信号の最大エネルギー量より少なくとも約２０ｄＢ小
さい。

【００５６】駆動信号は、インクジェット印刷ヘッドの
基本音響共振周波数に略等しくなるように、この最小エ
ネルギー量の周波数をずらして調整される。この方法で
調整された駆動信号を使用すると、駆動信号のエネルギ
ーは、基本音響共振周波数で最小になる。その結果、イ
ンク滴を形成する際のインクジェット印刷ヘッドの共振
周波数の影響は最小になる。特定の方法に限定されない
が、高品質印刷及び高速度印刷を行うために駆動信号を
調整する好適な方法は、第１パルス即ち補充パルス成分
１０２の立ち上がり及び立ち下がり時間を含む持続時
間、及び待機期間１０６を調整する。これらのパルス成
分は、インクジェット印刷ヘッドの基本音響共振周波数
に略等しい周波数で、駆動信号のエネルギー量が最小に
なるまで調整される。

【００５７】長時間にわたりインクジェット印刷ヘッド
を連続して動作させると、整流拡散により印刷の品質が
低下する。これは、特に、インク滴繰り返し速度が高い
場合に起こる。整流拡散は、インクジェット印刷ヘッド
のインク圧力室内のインクに対して、周囲圧力よりも低
い圧力で、圧力パルスを繰り返し供給することにより生
じるインクに溶解した気泡の成長を意味する。インクジ
ェット印刷ヘッドを大気中で動作させるとき、周囲の圧
力は大気圧である。気泡の成長は、上述の様に、インク
ジェット印刷ヘッドのインク圧力室内のインクに大気圧
より低い圧力を供給したことにより起こる。上述の第１
実施例は、急速なインク滴繰り返し速度でインクジェッ
ト印刷ヘッドを動作させた場合の一例を示している。本
発明の第２実施例は、整流拡散による印刷品質低下を軽
減することを目的としている。好適な実施例では、高印
刷速度で、均一な高品質印刷が得られる。

【００５８】印刷品質の低下のオンセット（開始）に要
する期間は、「オンセット期間」呼ばれ、インク滴繰り
返し速度、インクジェット印刷ヘッドの連続的動作を開
始する前の、インクに溶解した気体の量、インクの粘
性、インクの濃度、インク内の気体の拡散率及びインク
に溶解した気泡の半径により決まる。圧力が周囲の圧力
より低いために、圧力パルスの大きさが、インク滴繰り
返し速度のしきい値より高いインク滴繰り返し速度で、
圧力パルスの大きさがしきい値を超えると、気泡成長が
起きる。溶解した気体に対する飽和レベルより低い量の
気体が溶解したインクでは、８ｋＨｚのインク滴繰り返
し速度でインクジェット印刷ヘッドを１０分間連続して
動作させると、インク滴噴出の欠陥及び関連する印刷品
質の低下が起こる。溶解した気体が飽和したインクで
は、同じインク滴繰り返し速度で動作させて、印刷品質
の低下が起こるまでに、わずかに３０秒であった。

【００５９】第２実施例では、周囲の圧力よりも低い圧
力状態で、気泡成長を誘発する圧力しきい値よりも低い
圧力をインクに供給する駆動信号で、インクジェット印
刷ヘッドの動作を制御して、ＤＯＤ型インクジェット印
刷ヘッドの気泡成長を抑制する。第２実施例では、第１
実施例の高繰り返し速度で高品質印刷を行うための駆動
信号に変更を加え、結果的に得られた駆動信号は、広範
囲のインク滴噴出繰り返し速度で、均一な高品質印刷を
行う。

【００６０】得られた駆動信号は、インクジェット印刷
ヘッドのインク圧力室内のインクに周囲圧力よりも低
く、整流拡散を誘発する圧力しきい値よりも低い圧力を
供給して、高繰り返し速度で高品質印刷を行う。第２実
施例の他の形式では、第１実施例の高繰り返し速度での
高品質印刷を行うことなく、整流拡散により生じる印刷
品質の低下を軽減する。例えば、本発明は、２極性駆動
信号に制限されないが、好適な第２実施例を実現するた
めに、上述の方法によりインクジェット印刷ヘッドの動
作を制御する駆動信号を得て、この駆動信号に変更を加
え、インクジェット印刷ヘッドのインク圧力室内のイン
クに、周囲の圧力より低い圧力で、低い圧力を加える駆
動信号を得る。好適な実施例では、補充パルス成分及び
噴出パルス成分の両方に変更を加えるが、他の実施例で
は、これらのパルス成分の一方のみに変更を加えてもよ
い。変更された駆動パルスでは、補充パルス成分及び噴
出パルス成分は、立ち上がり及び立ち下がり時間を除き
各電圧振幅で、更に長い持続時間を有する。更に、変更
された駆動信号の補充パルス成分及び噴出パルス成分の
立ち上がり及び立ち下がり時間は、延長されている。こ
れにより、インクジェット印刷ヘッドの音響駆動器に供
給される電圧振幅の急速な変化により、インク圧力室内
に周囲圧力より低い大きな圧力パルスが起きるのを防止
する。好適な実施例では、パルス成分の立ち上がり及び
立ち下がり時間は共に延長されるが、これらの少なくと
も一方を延長すれば、整流拡散による印刷品質の低下を
軽減することができる。補充パルス成分及び噴出パルス
成分の各電圧の大きさも減じられている。更に、補充パ
ルス成分の電圧の大きさは、噴出パルス成分の電圧の大
きさに対して減じ、変更された駆動信号を得る。

【００６１】噴出パルス成分の電圧振幅に比較して、補
充パルス成分の電圧振幅を減少させることにより、イン
クジェット印刷ヘッドのインク圧力室内のインクに供給
される周囲圧力より低く圧力の大きさは減少させる。し
かし、インクジェット印刷ヘッドを高インク滴繰り返し
速度で動作させる場合、この様な電圧振幅の減少は、イ
ンクジェット印刷ヘッドの動作を長くすることに関し、
他の問題を生じさせる。

【００６２】高インク滴繰り返し速度では、インクジェ
ット印刷ヘッドは、高インク流動速度で動作する。この
動作の間、補充パルスは、インクジェット印刷ヘッドの
入口チャンネルに主に存在する流動抵抗に打ち勝つこと
により、インク圧力室に適切な補充を行うこと等の種々
の働きをする。補充パルス成分は、この働きを低い繰り
返し速度で行うが、インク流動抵抗は、関連する高イン
ク流動速度による高インク滴繰り返し速度で更に著しく
なる。これらの流動抵抗は、数個のインクジェット印刷
ヘッドが共通の導管を介してインクに配給されたインク
ジェット印刷ヘッド・アレイ内で強くなる。導管を共有
する全部のインクジェット印刷ヘッドが、高インク滴繰
り返し速度で同時に動作するのであれば、関連する流動
抵抗は重要である。この様な状態では、長い動作の後、
インクジェット印刷ヘッド・アレイでは、時間と共にイ
ンクの流れが減少し、インク圧力室は適切なインクの補
充を行うことができない。結局、１個又は複数個のイン
クジェット印刷ヘッドは、同時にインクの噴出を停止
し、「スタベーション（不足）」と呼ばれる状態にな
る。

【００６３】スタベーションを防止し、インク圧力室に
適切な補充を行う１つの方法は、噴出パルス成分の電圧
振幅に対する補充パルス成分の電圧振幅を増加させるこ
とである。この様に、（１）補充パルス成分の相対電圧
振輻を低くして、インク圧力室内のインクに供給される
周囲圧力より低い圧力の大きさを低くすることにより、
整流拡散を減少させること、及び（２）スタベーション
を防止するために補充パルス成分の相対電圧振幅を増加
させることは、トレードオフの関係即ち同時に両方を満
足させることができない関係にある。これらの相対電圧
振幅に関するインクジェット印刷ヘッドの好適な動作範
囲は、噴出パルス成分の電圧に対する補充パルス成分の
電圧の比として、数値で表される。この比を「アスペク
ト比」という。高インク滴繰り返し速度でインクジェッ
ト印刷ヘッドを長く動作させることができる本発明の好
適な実施例でのアスペクト比は、１．１５〜１．３であ
る。他の実施例では、１．０〜１．４のアスペクト比
で、長い動作が可能になる。

【００６４】上述した変更された駆動信号によるインク
ジェット印刷ヘッドの動作は、高い印刷速度で高品質印
刷を行うと共に、整流拡散による印刷品質の低下を軽減
する。例えば、図２に示す駆動信号は、図５に示す種類
のインクジェット印刷ヘッドを１０ｋＨｚで動作させ
て、高品質印刷を行う。図３に示す駆動信号は、図５に
示す種類のインクジェット印刷ヘッドを８ｋＨｚで動作
させて整流拡散による印刷品質の低下を軽減し、高品質
印刷を行う。

【００６５】図２は、特定のインクジェット印刷ヘッド
の音響駆動器用の図１に示す種類の駆動信号を示す。図
２は、補充パルス成分及び噴出パルス成分の各電圧振幅
の持続時間と、待機期間の持続時間と、補充パルス成分
及び噴出パルス成分の各電圧振幅を示している。更に、
パルス成分の立ち上がり及び立ち下がり時間も示されて
いる。

【００６６】図３は、同様のインクジェット印刷ヘッド
の音響駆動器用の本発明による変更された駆動信号を示
す。図２の駆動信号と同様に、図３の変更された駆動信
号は、順次続く補充パルス成分、待機期間及び噴出パル
ス成分から成る。図３では、補充パルス成分の電圧振幅
は、噴出パルス成分の電圧振幅の１.４倍である。図３
の補充パルス成分の電圧振幅は、図２のこのパルス成分
の電圧振幅の約５０％である。更に、図３の変更された
駆動信号の補充パルス成分及び噴出パルス成分の電圧振
幅での持続時間は、図２の駆動信号のものより長い。更
に、図３の変更された駆動信号の補充パルス成分及び噴
出パルス成分の立ち上がり及び立ち下がり時間は、図２
の対応する立ち上がり及び立ち下がり時間の約２倍であ
る。

【００６７】上述した様に、補充パルス成分及び待機期
間の持続時間は、図２の駆動信号の周波数スペクトルが
インクジェット印刷ヘッドの基本音響共振周波数で最小
エネルギーになるように選択される。この場合、この周
波数は、オフセット・チャンネル内の液体インクを介す
る定在波共振周波数である。同じ調整が、図３の変更さ
れた駆動信号に行われる。図１０は、図２の駆動信号及
び図３の変更された駆動信号の周波数スペクトルを比較
するためのグラフ図である。グラフ図より、２つの駆動
信号は共に、周波数略８５ｋＨｚでエネルギー量が最小
になる。この周波数は、特定のインクジェット印刷ヘッ
ド及び使用する特定のインクに対する定在波周波数であ
る。気体飽和インク及び８ｋＨｚのインク滴繰り返し速
度の図３の変更された駆動信号を使用したインクジェッ
ト印刷ヘッドでは、１時間１０分間インクジェット印刷
ヘッドを連続的に動作させても印刷品質の低下は起きな
い。これに対して、図２に示す信号では、同じインクジ
ェット印刷ヘッドを３０秒間連続して動作させると、印
刷品質が低下する。

【００６８】インクジェット印刷ヘッドの理論的モデル
で、図５に示す種類のＤＯＤ型インクジェット印刷ヘッ
ドインク圧力室内の圧力を調べる。この理論的モデルで
は、圧縮液体は、周囲の圧力よりも低い大気より低い液
体圧力に対抗できると仮定する。大気即ち周囲の圧力よ
り低い圧力を、「負の圧力」と呼ぶ。図１１は、この理
論的モデルに基づく図２の駆動信号に関するインク圧力
室内の圧力を示すグラフ図である。図１２は、図３の変
更された駆動信号に関し同一のモデルに基づくインク圧
力室内の圧力を示すグラフ図である。なお、図１１及び
図１２において、圧力の単位ＰＳＩＧは、「Ｐｏｕｎｄ
ｓ ｐｅｒ Ｓｑｕａｒｅ ＩｎｃｈＧａｕｇｅ（１平
方インチ当たりのポンドの規格）」を表す。図１１及び
図１２に示すこれらの理論的モデルの結果は、補充パル
ス成分により生じるインク圧力室内の周囲圧より低い圧
力の発生を示す。この圧力は、両方の駆動信号の噴出パ
ルス成分が終了する直後に起こる。大気又は周囲の圧力
以下の圧力は、整流拡散に関係する。大気又は周囲の圧
力以上でインク圧力室内で起きる圧力は、インク内に溶
解した気泡を圧縮又は収縮させることはないので、整流
拡散を生じさせない。理論的なモデルによれば、図９に
示す変更された駆動信号の補充パルス成分は、インク圧
力室内のインクに周囲圧より低い圧力を供給する。この
圧力は、図２の駆動信号の補充パルス成分により供給さ
れる周囲圧より低い圧力の半分以下である。

【００６９】整流拡散の理論的モデルにより、液体中に
存在する１つの気泡の気泡成長を調べる。この理論的モ
デルでは、圧力パルスを継続的に液体に供給する。図１
３は、８ｋＨｚのインク滴繰り返し速度の図２の駆動信
号及び図３の変更した駆動信号に関する理論的結果を示
す。なお、図１３は、気泡の半径μＭ（ミクロン）と、
液体内に溶解する気体のしきい値濃度の比（Ｃ∞／
Ｃ ₀ ） _TH との関係を示す。縦軸の単位において、Ｃ ₀ は、
周囲大気圧力における液体内に溶解する気体の飽和濃度
であり、Ｃ∞は、気泡からかなり離れた位置、例えば、
半径０．５μＭの気泡から１０μＭ以上離れた位置にお
ける液体内に溶解する気体の濃度であり、これらの濃度
の比をしきい値濃度比（Ｃ∞／Ｃ ₀ ） _TH として表す。こ
の図１３から、インクに溶解する気体の飽和濃度が、特
定の半径の気泡の整流拡散による気泡成長のオンセット
に関し、上述の２つのインクの濃度の比として得られ
る。このモデルでは、インクの気体飽和濃度の７％より
高い溶解気体濃度のインクに関し、８ｋＨｚのインク滴
繰り返し速度で供給される図２の駆動信号は、半径１μ
ｍの気泡に気泡成長を生じさせる。図３の変更された駆
動信号では、半径１μｍの気泡の気泡成長のオンセット
に対する濃度のしきい値は、インクの飽和濃度の１４０
％である。なお、飽和濃度７％及び１４０％は、１９８
４年９月に出版された雑誌「ウルトラソニクス（Ultras
onics）」の「アコウスティク・カビテーション・シリ
ーズ（Acoustic Cavitation series）」の第５部で、第
２１５ページ〜第２２３ページに掲載されたエル・エイ
・クラム（L.A.Crum）著「整流拡散（Rectified Diffus
ion）」という論文に記載された理論的モデルに関連し
た計算式から導出されたものである。

【００７０】図３の変更された駆動信号は、インクジェ
ット印刷ヘッドのインク圧力室内のインクに供給される
周囲圧より低く圧力を減少させ、それにより、インク内
に溶解する気泡の成長を抑制し、それに関連する印刷品
質の低下を抑制する。ただし、変更された駆動信号の特
定の例では、インクジェット印刷ヘッドのオリフィス出
口を濡らすことがある。オリフィス出口を濡らすことに
関連するインクジェット印刷ヘッドの性能の問題は、上
述した通りである。経験的には、このオリフィスの濡れ
は、補充パルス成分の電圧振幅が、噴出パルス成分の電
圧振幅の０.７倍よりも小さいときに生じる。

【００７１】本発明は、多様なインクを使用するインク
ジェット印刷ヘッドに適用可能である。室温で固体状の
相変化インクの他に、室温で液体状のインクも使用でき
る。好適な相変化インクの一例は、１９８９年１２月２
６日に発行された「相変化インクキャリア成分及びそれ
により生成される相変化インク」と名称の米国特許第
４,８８９,５６０号に開示されている。

【００７２】

【発明の効果】インク圧力室を膨張させてインク供給源
からのインクをインク圧力室に補充すると共に、インク
滴噴出オリフィス内でインク滴噴口からインク圧力室に
向かってインクを引き戻す補充パルス成分及び、インク
圧力室を収縮させてインク噴出口からインクを噴出させ
る噴出パルス成分間の待機期間に、インク滴噴出オリフ
ィス内のインクがインク噴出口に向かって進み、略同一
の位置に到達するようにすることにより、広範囲のイン
ク滴噴出繰り返し速度で、インク媒体へのインク滴飛翔
時間を均一に保ち、高品質印刷を行うことができる。と
ころで、上述の如く、インク圧力室内のインクに繰り返
し供給する圧力が大気圧よりも低い際に上記インク圧力
室内の上記インクに溶解した気泡が成長して（整流拡
散）、印刷品質を低下させる。また、上述の如く、高イ
ンク滴繰り返し速度では、インクの噴出を停止する状態
（スタベーション）になる。そこで、本発明では、補充
パルス成分の電圧振幅を噴射パルス成分の電圧振幅の
１．０〜１．４倍として、スタベーションを防止しなが
ら、整流拡散による印刷品質の低下を防いでいる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェット印刷ヘッドの駆動方
法に使用する駆動信号の第１実施例を示す波形図。

【図２】 本発明の駆動方法に使用する駆動信号の第２
実施例を示す波形図。

【図３】 本発明の駆動方法に使用する駆動信号の他の
第２実施例を示す波形図。

【図４】 インクジェット印刷ヘッド及び印刷媒体を示
す簡略図。

【図５】 本発明の駆動方法を適用可能なインクジェッ
ト印刷ヘッドを一例を示す断面図。

【図６】 インクジェット印刷ヘッドから噴出されたイ
ンク列の形状を示す説明図。

【図７】 噴出パルス成分のみでインクジェット印刷ヘ
ッドを駆動した場合のインク滴速度対インク滴噴出繰り
返し速度を示すグラフ図。

【図８】 図１の駆動信号で駆動した場合のインク滴の
飛翔時間対インク滴噴出繰り返し速度を示すグラフ図。

【図９】 噴出パルス成分のみでインクジェット印刷ヘ
ッドを駆動した場合のインク滴の飛翔時間対インク滴噴
出繰り返し速度を示すグラフ図。

【図１０】 図２及び図３の駆動信号の周波数スペクト
ルを示すグラフ図。

【図１１】 図５に示すインクジェット印刷ヘッドの理
論的モデルにおいて、図２の駆動信号によりインク室内
のインクに供給される圧力を示すグラフ図。

【図１２】 図５に示すインクジェット印刷ヘッドの理
論的モデルにおいて、図３の駆動信号によりインク室内
のインクに供給される圧力を示すグラフ図。

【図１３】 整流拡散の理論的モデルを示すグラフ図。

【符号の説明】

１１ インク供給源 １４ インク噴射口 ２２ インク圧力室 １０３ インク滴噴出オリフィス ３６ 駆動手段

フロントページの続き (72)発明者 ジョイ・ロイ アメリカ合衆国オレゴン州97224 タイ ガード サウスウエスト スカーレッ ト・プレイス 14468 (72)発明者 スーザン・キャロル・スコーニング アメリカ合衆国オレゴン州97210 ポー トランド ノースウエスト アービン グ・ストリート 2247 (72)発明者 ジェフリー・ジェイ・アンダーソン アメリカ合衆国ワシントン州98607 カ マス サウスイースト サーティーフォ ース・ウェイ 16509 (72)発明者 ジェイムス・ディー・ビューラー アメリカ合衆国オレゴン州97030 グレ シャム ノースウエスト ノーマン 2427 (72)発明者 ロナルド・エル・アダムス アメリカ合衆国オレゴン州97229 ポー トランド ノースウエスト バウワー・ ウッズ・ドライブ 2745 (56)参考文献 特開 昭62−25059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−11840（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク供給源に結合されたインク入り口
   及びオリフィスに結合されたインク出口を有するインク
   圧力室と、電気信号に応答して上記インク圧力室の容積
   を制御して上記オリフィスからインク滴を噴射する駆動
   器とを具え、上記駆動器により上記インク圧力室内のインクに繰り返
   し供給する圧力が大気圧よりも低い際に上記インク圧力
   室内の上記インクに溶解した気泡が成長して印刷品質を
   低下させるのを防ぐインクジェット印刷ヘッドの駆動方
   法であって、 上記インク供給源から上記インクを上記インク圧力室に
   補充する補充パルス成分と、該補充パルス成分後の待機
   期間と、及び該待機期間後に生じ上記補充パルス成分と
   逆極性で上記インク滴を噴射する噴射パルス成分とから
   成る２極性電気信号を上記駆動器に供給し、 上記補充パルス成分の電圧振幅を上記噴射パルス成分の
   電圧振幅の１．０〜１．４倍とする ことを特徴とするイ
   ンクジェット印刷ヘッドの駆動方法。