JP3248208B2

JP3248208B2 - インクジェットヘッド駆動方法

Info

Publication number: JP3248208B2
Application number: JP33724891A
Authority: JP
Inventors: 強北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH05169650A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインク滴を飛翔させ記録
紙等の媒体上にインク像を形成するインクジェット方式
の記録装置に関し、さらに詳細には、オンデマンドイン
クジェットヘッドとその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェットヘッドは、１つの
ノズルに対し１つのインク加圧室を持ち、そのインク加
圧室を加圧することによりインクを噴射させている。し
かし記録速度の高速化が望まれる今日、前記ヘッド構成
ではインク噴射繰り返し周波数に限界が生じている。そ
こで１つのノズルに対し２つの圧力室および圧力手段を
設け高速応答を可能とする特開平２−１６２０４８号、
特開平３−４３２５３号、特開平２−３０３８４５号が
開示されている。具体的には、（従来例１）特開平２−１６２０４８号は、図１５に示
すように圧力室２００を互いに連通する第１の圧力室２
０１及び第２の圧力室２０２に分割する。これら２つの
圧力室２０１、２０２の圧電素子２０３、２０４を遅延
時間を付与して駆動することにより、インク供給能力を
高めメニスカスの後退をおさえ、より高い周波数でイン
ク滴の噴射を可能とするものである。

【０００３】（従来例２）特開平３−４３２５３号は、
図１６に示すように１つのノズル２０５に対して各々別
個に加圧することのできる２つの圧力室２０６、２０７
を有する。これら２つの圧力室を時間差を持たせて加圧
することにより、低電圧での駆動が可能であり、且つイ
ンク滴吐出の限界繰り返し周波数を高めるものである。

【０００４】（従来例３）特開平２−３０３８４５号
は、図１７に示すように圧力室２０８を加圧する為の第
１のエネルギー発生手段２０９と、圧力室２０８を経ず
にノズル２１０に通じる副流路２１１と、副流路２１１
の内部を加圧するための第２のエネルギー発生手段２１
２を有している。そのためインク滴噴射後のメニスカス
の初期位置への復帰が速く、より周波数特性のよい高速
記録を可能とするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のインク
ジェットヘッドでは、１つのノズルについて２つの圧力
発生手段を有する構成のため、それぞれの圧力発生手段
に駆動回路を設ける必要が生じ、配線や駆動回路が複雑
化するという問題点を有している。また、１つのノズル
に対して２つの圧力室を有する構成であるため、ノズル
１本当たりの占有面積と占有体積が大きくなる。そのた
め、複数のノズルを配設してマルチノズルのインクジェ
ットヘッドを構成する場合、高密度にノズルを配列する
ことが困難であるという問題点を有していた。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、圧力室を２つ
有することにより得られる、高周波数でインク滴を吐出
できる特性を維持したまま、ノズル当たりの駆動回路数
を低減し、安価なインクジェットヘッドを実現すること
である。また、高密度のノズル配設を可能とし、高印字
品質を実現可能なインクジェットヘッドを提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッド駆動方法は、インク滴を吐出する複数のノズル
と、各ノズルと連通する複数の第２の圧力室と、複数の
第２の圧力室へ供給するインクを貯留するリザーバとな
る少なくとも１つ以上の第１の圧力室とを備え、第１の
圧力室には第１の圧力発生手段、第２の圧力室には第２
の圧力発生手段を具備したインクジェットヘッドの駆動
方法であって、第１の圧力室は第１の圧力発生手段の駆
動により周期的に拡大、縮小変形を繰り返しており、ノ
ズルからのインク滴吐出タイミングが到来した時点にお
いて、第１の圧力室の縮小変形のタイミングに合わせて
第２の圧力発生手段を駆動して第２の圧力室を縮小変形
させることを特徴とする。また、係るインクジェットヘ
ッド駆動方法において、ノズルからのインク滴吐出タイ
ミングが到来した時点において、第１及び第２の圧力発
生手段を駆動して第１及び第２の圧力室を拡大変形させ
る第１の工程と、第１及び第２の圧力発生手段を駆動し
て第１及び第２の圧力室を縮小変形させる第２の工程と
を有することを特徴とする。また、係るインクジェット
ヘッド駆動方法において、ノズルからのインク滴吐出タ
イミングが到来した時点において、第１の圧力発生手段
のみが駆動されて第１の圧力室を拡大変形させる第１の
工程と、第１及び第２の圧力発生手段を同時に駆動し第
１及び第２の圧力室を縮小変形させる第２工程とを有す
ることを特徴とする。また、係るインクジェットヘッド
駆動方法において、ノズルからのインク滴吐出タイミン
グ外においては、第１の圧力室の拡大、縮小変形によ
り、ノズル内のメニスカスをインク滴が吐出しない程度
に振動させていることを特徴とする。また、係るインク
ジェットヘッド駆動方法において、ノズルからのインク
滴吐出タイミング外においては、第１の圧力発生手段を
駆動して第１の圧力室を拡大変形させると同時に第２の
圧力発生手段を駆動して第２の圧力室を縮小変形させる
第１の工程と、第１の圧力発生手段を駆動させて第１の
圧力室を縮小変形させると同時に第２の圧力室を拡大変
形させる第２の工程とを有することにより、ノズル内の
メニスカスをインク滴が吐出しない程度に制振させてい
ることを特徴とする。

【０００８】また、本発明のインクジェットヘッド駆動
方法は、リザーバに連通した第１の圧力室を変形する第
１の圧力手段と、一端を前記第１の圧力室に連通し他端
にノズル開口を有する複数の第２の圧力室を変形する第
２の圧力手段を設け、前記第１及び第２の圧力発生手段
を駆動して前記第１及び第２の圧力室を拡大変形させる
第１の工程と、前記第１及び第２の圧力発生手段を駆動
して前記第１及び第２の圧力室を縮小変形させる第２の
工程とによりインク滴を吐出させることを特徴とする。

【０００９】また、本発明のもう１つのインクジェット
ヘッド駆動方法は、前記第１の圧力発生手段を駆動して
前記第１の圧力室を拡大変形させる第１の工程と、前記
第１及び第２の圧力発生手段を同時に駆動し前記第１及
び第２の圧力室を縮小変形させる第２の行程とにより、
インク滴を吐出させることを特徴とする。

【００１０】さらに、インク滴を吐出させない場合、前
記第１の圧力発生手段を駆動して前記第１の圧力室を拡
大変形させると同時に前記第２の圧力発生手段を駆動し
て前記第２の圧力室を縮小変形させる第１の工程と、前
記第１の圧力発生手段を駆動させて前記第１の圧力室を
縮小変形させる第２の工程とによりメニスカスの振動を
抑制することも特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の構成によれば、第１の圧力室９の拡大
または縮小変形のタイミングに合わせて、第２の圧力室
８の体積制御を行うことにより、圧力室内のインク流を
変え、インク滴の吐出制御を行う。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットヘッドの第
１実施例の斜視図である。このインクジェットヘッド
は、複数のノズル２（図１では５つ）を有している。図
１のヘッドは、エッチング技術や、薄板を複数枚積層す
る方法や、プラスチックの射出成型によりインク流路と
なる凹凸面を設けた基盤１と圧力板３を積層して接合す
ることにより、インク流路を形成している。圧力板３の
片面には、共通電極４がメッキあるいはスパッタリング
により形成されている。共通電極４の上面には、１つの
第１の圧電素子（以降ＰＺＴという）６と各ノズルに対
応した複数の第２のＰＺＴ５が電気導電性を有するよう
に接着されている。第１のＰＺＴ６と第２のＰＺＴ５の
両面には電極が設けられており、図示しない信号線によ
り図示しない駆動回路と接続している。第１の圧力発生
手段は第１のＰＺＴ６と圧力板３とにより構成されてお
り、第２の圧力発生手段は、第２のＰＺＴ５と圧力板３
とにより構成されている。インクは、図示しないインク
タンクからチューブ７を介して供給され、インクタンク
からノズル２までのインク流路の内部を充満している。

【００１３】図２は、図１のインクジェットヘッドの平
面図であり、図３は、Ａ−Ａ´断面図である。以下図２
と図３を用いてインク流路構造を説明する。

【００１４】９は、すべてのノズルに共通な第１の圧力
室であり、第１の圧力室９に対応する位置に第１のＰＺ
Ｔ６が配設されている。第１の圧力室９には、隔壁１０
により隔てられた複数の第２の圧力室８が連通してい
る。第２の圧力室８に対応する位置に第２のＰＺＴ５が
それぞれ配設されている。ノズル２は、第２の圧力室８
からテーパ状に断面形状が狭くなるように形成されてい
る。１４は、供給口であり第１の圧力室９及び第２の圧
力室８の体積変化により発生したインクタンク方向への
インクの流れをおさえる役割を果たす。１１は、パイプ
でありチューブ７と接合される。パイプ１１の内部に
は、導入路１２が形成されていて、インクタンクからの
インクをインクジェットヘッドの内部に導く役割を果た
す。ここで、インクタンクから導入路１２に至るインク
流路の音響インピーダンス、すなわち流路抵抗とイナー
タンスは、インク滴の吐出特性に影響を与えないように
極力小さく設定されている。また、圧力板３と第１のＰ
ＺＴ６及び第２のＰＺＴ５は、変形の振幅が大きく且つ
合成コンプライアンスが大きくなるような組み合わせを
選定して採用している。本実施例では圧力発生手段とし
てＰＺＴを使用したが、他の実施例としてボイスコイル
や気泡の膨張運動を利用することも可能である。図４
は、本発明のインクジェットヘッドの第１実施例の駆動
方法を説明する駆動波形図、図５（ａ）〜（ｃ）は吐出
動作を説明する図、図６（ａ）〜（ｃ）は非吐出動作を
説明する図である。

【００１５】図４において、Ｖ１は第１のＰＺＴ６に印
加される駆動波形を表し、Ｖ２は第２のＰＺＴ５に印加
される駆動波形を表している。さらに、時間ｔ１から時
間ｔ４は、インク滴を吐出する場合の駆動波形であり、
時間ｔ５から時間ｔ８は、非吐出の場合に使用する駆動
波形である。以下第１実施例の吐出及び非吐出動作を説
明する。

【００１６】（第１実施例における吐出動作）ｔ１以前
の初期状態時、第１のＰＺＴ６と第２のＰＺＴ５には電
圧１５、１６がそれぞれ印加されている。この時、第１
のＰＺＴ６と第２のＰＺＴ５は縮小状態に変形してい
る。そのため、圧力板３は、曲げ応力の作用により第１
圧力室９及び第２の圧力室８の体積を減ずる方向に橈み
変形して静止している。

【００１７】しかし、図５（ａ）に示す時間ｔ１から時
間ｔ２の過程では、徐々に第１及び第２のＰＺＴへの印
加電圧が減少するため、第１のＰＺＴ６は、矢印２２の
方向に、また第２のＰＺＴ５は矢印２１の方向に変形す
る。すなわち、第１の圧力室９と第２の圧力室８は拡大
変形する。この変形により、第１の圧力室９と第２の圧
力室８の内部のインクには流れが発生する。供給口１４
と第１の圧力室９においては矢印２６、２５方向にイン
クが流れ、ノズル２と第２の圧力室８においては矢印２
３、２４方向のインクの流れが発生する。特にノズル２
においては、大きく引き込まれたメニスカス３６が形成
される。

【００１８】図５（ｂ）に示す時間ｔ２から時間ｔ３の
過程では、第１のＰＺＴ６と第２のＰＺＴ５への印加電
圧はゼロでありＰＺＴの運動は停止する。しかし、供給
口１４と第１の圧力室９と第２の圧力室８の内部のイン
クは、慣性による矢印２７〜３０の方向に流れが生じ
る。この流れによりノズル２におけるメニスカスは３７
のように縮小する。矢印２７〜３０の方向の流れが発生
する理由は、時間ｔ１から時間ｔ２においてメニスカス
３６が引き込まれた結果、時間ｔ２において矢印２３、
２４方向のインクの運動エネルギーが矢印２５、２６方
向のインクの運動エネルギーよりも小さくなったためで
ある。

【００１９】図５（ｃ）に示す時間ｔ３からｔ４の過程
では、再び第１のＰＺＴ６と第２のＰＺＴ５へ電圧の印
加が開始される。それに伴い第１のＰＺＴ６と第２のＰ
ＺＴ５は、矢印３２、３１の方向に橈み変形を開始す
る。すなわち、第１の圧力室９と第２の圧力室８は縮小
変形する。その結果第１の圧力室９と第２の圧力室８の
内部では、前記慣性による矢印２７〜３０方向の流れと
足し合わされた矢印３３、３４、３５方向の流れが発生
する。特に矢印３３の流れは高速のためインクはノズル
からインク柱３８となり押し出され、最終的にはインク
滴となり飛翔する。また、供給口１４へ向かう矢印３５
の流れは、矢印３３の流れと比較して十分に小さくな
る。

【００２０】（第１実施例における非吐出動作）ｔ５以
前の状態時は、吐出動作の初期状態と同様、第１圧力室
９及び第２の圧力室８は第１のＰＺＴ６及び第２のＰＺ
Ｔ５により体積を減ずる方向に橈み変形して静止してい
る。

【００２１】図６（ａ）に示す時間ｔ５から時間ｔ６の
過程をでは、徐々に第１のＰＺＴ６への印加電圧が減少
するため、第１のＰＺＴ６は矢印３９の方向に変形し、
第１の圧力室９の体積を拡大する。しかし、第２のＰＺ
Ｔ５には、印加電圧の変化がないために体積変化は生じ
ない。第１の圧力室９の体積だけが拡大変形することに
より、第１の圧力室９と第２の圧力室８の内部のインク
には図５（ａ）の矢印２３〜２６の流れよりも小さな矢
印４０、４１方向の流れが発生する。また、ノズル２に
おけるメニスカスは４６のように引き込まれる。

【００２２】図６（ｂ）に示す時間ｔ６から時間ｔ７の
過程では、第１のＰＺＴ６への印加電圧がゼロとなり、
第１のＰＺＴ６の運動は停止する。しかし、供給口１４
と第１の圧力室９と第２の圧力室８の内部のインクは慣
性により矢印４２の方向に流れが生じる。この矢印４２
方向の流れも図５（ｂ）の矢印２７〜３０方向の流れよ
りも小さい流れである。矢印４２方向の流れによりノズ
ル２のメニスカスは元の位置４７に復帰する。

【００２３】図６（ｃ）に示す時間ｔ７から時間ｔ８の
過程では、再び第１のＰＺＴ６へ電圧の印加が開始され
る。それに伴い第１のＰＺＴ６は矢印４３の方向に橈み
変形を開始し、第１の圧力室の体積は縮小変形する。そ
の結果、第２の圧力室８の内部には矢印４４方向の流れ
が発生する。また、第１の圧力室９と供給路１４の内部
には矢印４５方向のインクの流れが発生する。しかし、
矢印４４の方向のインクの流れ速度は小さいため、イン
クはノズル２から４８に示す程度しか突出することがで
きず、インクの表面張力に打ち勝ってインク滴として飛
翔することはない。

【００２４】以上説明したように、第１のＰＺＴ６には
インクを吐出する場合も吐出しない場合においても、駆
動波形Ｖ１の様な周期的な駆動波形が印加される。それ
に対して、第２のＰＺＴ５には、インク滴を吐出したい
場合のみ駆動波形Ｖ１の駆動タイミングにあわせて駆動
を行なうように構成されている。

【００２５】なお図４には、駆動波形Ｖ１、Ｖ２は、時
間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において同時に変化を開始す
るように示されているが、必ずしも完全に一致する必要
はない。さらに、駆動波形として台形波を採用している
が、矩形波、正弦波、指数関数波や、これらの波形の組
み合わせによる波形を用いることも可能である。

【００２６】図７は、第１の駆動方法でインクジェット
ヘッドを駆動させた場合のメニスカスの変位量（体積）
の時間変化を表したグラフである。ここで、Ｗ１は吐出
動作時、Ｗ２は非吐出動作時のメニスカスの時間変化を
表している。図７の時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、図
４における時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４またはｔ５、ｔ
６、ｔ７、ｔ８にそれぞれ対応している。前述の動作説
明と重複するが、まずＷ１について説明する。

【００２７】時間ｔ１から時間ｔ２にかけてメニスカス
が引き込まれる。メニスカスの最大引き込み量５０は、
メニスカス３６の最大体積を表している。時間ｔ２から
時間ｔ３にかけてメニスカス３７は縮小を続ける。縮小
速度が徐々に減少しているのは流路抵抗が作用して流速
が減衰している為である。時間ｔ３から時間ｔ４にかけ
て、インク柱が形成される。時間ｔ４において、メニス
カス変位量の不連続点が存在する。これは、インク柱が
ノズル２から離れてインク滴として飛行を開始したこと
を表している。４９はインク滴の体積を表している。時
間ｔ４以降メニスカスは僅かに振動しながら元の位置に
静定する。本実施例のインクジェットヘッドは、時間ｔ
４から静定までの時間が短く周波数応答性が良好であ
る。

【００２８】次にＷ２について説明する。時間ｔ１から
時間ｔ２においてメニスカスは引き込まれる。時間ｔ２
から時間ｔ３において、第１の圧力板６の運動が停止す
るが、インクの慣性力によりメニスカスが縮小する方向
にインクの流れが発生する。但し、このメニスカスの縮
小速度はＷ１に示したメニスカスの縮小速度よりも小さ
い。その理由は、時間ｔ２におけるメニスカス４６の引
き込み量がメニスカス３６の引き込み量よりも小さいた
め、ノズル２におけるイナータンスの減少量がＷ２の方
が小さいからである。すなわち、矢印４１の方向の流れ
の運動エネルギーと矢印４０の方向の流れの運動エネル
ギーの差が小さいために、矢印４２の流れが小さくなっ
た為である。従って、時間ｔ３では、メニスカスが完全
に戻りきらない。時間ｔ３から時間ｔ４において、メニ
スカスはノズル２の外側に押し出されるが、インクの表
面張力の作用によりインク滴として吐出することなく時
間ｔ４以降に徐々に振動が減衰して静定する。

【００２９】図８は、本発明のインクジェットヘッドの
第２実施例の駆動方法を説明する駆動波形図、図９
（ａ）〜（ｃ）は吐出動作を説明する図、図１０（ａ）
〜（ｃ）は非吐出動作の１つを説明する図、図１１
（ａ）〜（ｃ）は別の非吐出動作を説明する図である。

【００３０】図８において、Ｖ３は、第１のＰＺＴ６に
印加される駆動波形である。波形Ｖ４は、吐出動作時に
第２のＰＺＴ５に印加される駆動波形である。波形Ｖ５
は、非吐出動作時に第２のＰＺＴ５に印加される駆動波
形であり、波形Ｖ６は、別の非吐出動作時に第２のＰＺ
Ｔ５に印加される駆動波形である。以下第２実施例の吐
出及び非吐出動作を説明する。

【００３１】（第２実施例における吐出動作）ｔ１以前
の初期状態時、第１のＰＺＴ６には電圧５２が印加され
ている。この時、第１のＰＺＴ６は縮小状態に変形して
いる。そのため、圧力板３は、曲げ応力の作用により第
１の圧力室９の体積を減ずる方向に橈み変形して静止し
ている。

【００３２】しかし、図９（ａ）に示す時間ｔ１から時
間ｔ２の過程では、徐々に第１のＰＺＴ６への印加電圧
が減少するため、第１のＰＺＴ６は、矢印５５の方向に
変形する。すなわち第１の圧力室９は拡大変形する。し
かし、第２のＰＺＴ５には、印加電圧の変化がないため
変形は発生しない。第１の圧力室９の体積変化により、
第１の圧力室９と第２の圧力室８の内部のインクには、
矢印５６〜５９方向の流れが発生する。それと同時にノ
ズル２の内部にメニスカス６９が引き込まれる。

【００３３】図９（ｂ）に示す時間ｔ２から時間ｔ３の
過程では、第１のＰＺＴ６への印加電圧がゼロになり、
第１のＰＺＴ６の運動は停止する。しかし、供給口１４
と第１の圧力室９と第２の圧力室８の内部のインクは慣
性により矢印６０〜６３の方向の流れが生じる。この流
れによりノズル２におけるメニスカスは７０のように縮
小する。

【００３４】図９（ｃ）に示す時間ｔ３から時間ｔ４の
過程では、第１のＰＺＴ６と第２のＰＺＴ５へ電圧の印
加が開始される。それに伴い第１のＰＺＴ６と第２のＰ
ＺＴ５は矢印６５、６４の方向に橈み変形を開始し、第
１の圧力室９と第２の圧力室８の体積は縮小変形する。
その結果第１の圧力室９と第２の圧力室８の内部では、
前記慣性による矢印６０〜６３の方向の流れと足し合わ
された矢印６６、６７、６８の方向の流れが発生する。
特に矢印６６の流れは高速のため、インクはノズルから
インク柱７１となり押し出され、最終的にはインク滴と
なり飛翔する。また、供給口１４へ向かう矢印６８の流
れは、矢印６６の流れと比較して十分に小さくなる。

【００３５】（第２実施例における非吐出動作）図８の
波形Ｖ３とＶ５を用いて第２実施例の非吐出動作過程を
説明する。

【００３６】時間ｔ１から時間ｔ３の駆動波形は吐出動
作時と同じであり、インクの流れは図９（ａ）、（ｂ）
に示したものと同様になる。それを再度図１０（ａ）、
（ｂ）に示してある。

【００３７】図１０（ｃ）に示す時間ｔ３から時間ｔ４
の過程では、第１のＰＺＴ６へ電圧の印加が開始され
る。それに伴い、第１のＰＺＴ６は矢印７４の方向に橈
み変形を開始し、第１の圧力室の体積を縮小変形する。
しかし、第２のＰＺＴ５には電圧は印加されないため第
２の圧力室の体積は変化しない。その結果、第１の圧力
室９と第２の圧力室８の内部には慣性により生じた矢印
６０〜６３の方向の流れと足し合わせた矢印７２の方向
の流れが発生する。この流れの速度は、メニスカス７３
をインク滴として飛翔させる程大きくはない。

【００３８】（第２実施例における別の非吐出動作）図
８の波形Ｖ３とＶ６を用いて別の非吐出動作過程を説明
する。

【００３９】ｔ１以前の初期状態時、第１のＰＺＴ６に
は電圧５２が印加され、第２のＰＺＴ５には電圧は印加
されていないため第１の圧力室の体積は縮小状態に、第
２の圧力室の体積は拡大状態に変形して静止している。

【００４０】図１１（ａ）に示す時間ｔ１から時間ｔ２
の過程では、徐々に第１のＰＺＴ６に印加されていた電
圧が減少し、それとは逆に第２のＰＺＴ５に電圧が印加
される。したがって、第１の圧力室９は縮小状態から拡
大変形し、第２の圧力室８は拡大状態から縮小変形す
る。そのため、発生するインクの流れは、第１の圧力室
９の内部における矢印７７、７８の方向の流れだけとな
る。但し、複数個あるノズル２全てにおいて、インク滴
を吐出することが要求されていない場合、前述した矢印
７７、７８の方向の流れは発生しない。

【００４１】図１１（ｂ）に示す時間ｔ２から時間ｔ３
の過程では、第１のＰＺＴ６は印加電圧がゼロの状態
で、また第２のＰＺＴ５は印加電圧５４の状態で静止し
ている。この時、矢印７９、８０の方向の流れが慣性に
より発生する。そのため、メニスカス８７は、ノズル２
の外部に突出する。但し、インクの流れ速度が小さいた
め、メニスカス８７がインク滴となり飛翔することはな
い。

【００４２】図１１（ｃ）に示す時間ｔ３から時間ｔ４
の過程では、徐々に第１のＰＺＴ６への印加電圧が増加
し、それとは逆に第２のＰＺＴ５の印加電圧が減少す
る。そのため、第１のＰＺＴ６は、矢印８２の方向に変
位し第１の圧力室９を縮小変形させる。また、第２のＰ
ＺＴ５は、矢印８１の方向に変位し第２の圧力室８を拡
大変形させる。その結果、矢印８３、８４、８５の方向
にインクの流れが発生し、それぞれの流れと第１の圧力
室９と第２の圧力室８の体積変化とによりメニスカス８
８はほとんど振動しない。

【００４３】以上説明したように、第１のＰＺＴ６には
インクを吐出する場合も吐出しない場合においても、駆
動波形Ｖ３の様な周期的な電圧が印加される。インク滴
を吐出する場合、第２のＰＺＴ５に駆動波形Ｖ３の駆動
タイミングにあわせて駆動波形Ｖ４で駆動を行なうよう
になっている。それに対してインク滴を吐出しない場
合、第２のＰＺＴ５の駆動には駆動波形Ｖ５またはＶ６
を使用する。

【００４４】なお、駆動波形として台形波を採用してい
るが、矩形波、正弦波、指数関数波や、これらの波形の
組み合わせによる波形を用いることも可能である。

【００４５】図１２は、本発明の一実施例であるインク
ジェットヘッドの駆動方法を使用した場合のメニスカス
の変位量（体積）の時間変化を表したグラフである。こ
こで、Ｗ３は駆動波形Ｖ３、Ｖ４を用いた時の吐出動作
の場合である。Ｗ４は駆動波形Ｖ３、Ｖ５を用いた時の
非吐出動作の場合であり、Ｗ５は駆動波形Ｖ３、Ｖ６を
用いた時の非吐出動作の場合である。図７の中の時間ｔ
１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ９、ｔ１０は、図４における
時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ９、ｔ１０とそれぞれ
対応している。前述の動作説明と重複するが、まずＷ３
について説明する。時間ｔ１から時間ｔ２にかけてメ
ニスカス６９が引き込まれる。メニスカス６９の最大引
き込み量９０は、メニスカス６９の最大体積を表してい
る。時間ｔ２から時間ｔ３にかけてメニスカス７０は縮
小を続ける。縮小速度が徐々に減少しているのは流路内
の抵抗が作用している為である。時間ｔ３から時間ｔ４
にかけて、インク柱が形成される。時間ｔ４においてイ
ンク滴がノズル２から離れてインク滴として飛行を開始
する。８９は、この場合のインク滴の体積を表してい
る。時間ｔ４以降メニスカスは僅かに振動しながら元の
位置に静定する。本実施例のインクジェットヘッドは、
時間ｔ４から静定までの時間が短く周波数応答性が良好
である。

【００４６】次にＷ４について説明する。時間ｔ１から
時間ｔ２においてメニスカス６９は引き込まれる。時間
ｔ２から時間ｔ３において、第１の圧力板６の運動は停
止するが、インクの慣性力によりメニスカス７０が縮小
する方向にインクの流れが発生する。このメニスカス７
０の縮小速度はＷ３に示したメニスカス７０の縮小速度
と同等である。時間ｔ３から時間ｔ４において、メニス
カス７３はノズル２の外側に押し出されるが、インクの
表面張力の作用によりインク滴として吐出することはな
い。メニスカス７３は時間ｔ４以降に徐々に振動が減衰
して静定する。次にＷ５について説明する。時間ｔ１か
ら時間ｔ２においてメニスカス８６は振動しない。この
理由は、第１の圧力室９が拡大変形するのと同時に第２
の圧力室８が縮小変形するからである。時間ｔ２から時
間ｔ３にかけてメニスカス８７はノズル２の外部に押し
出される。しかし、インクの表面張力に打ち勝ってイン
ク滴として飛翔する程大きい運動エネルギーは有してい
ない。時間ｔ３から時間ｔ４にかけてメニスカス８８は
殆ど静定した状態になる。

【００４７】図１３は、本発明インクジェットヘッドの
別の実施例を表す斜視図である。１０１は、ノズルであ
り、ノズルプレート１００に直線状に列設されている。
インクジェットヘッドはノズルプレート１００と第１の
フレーム１０３とフィルム１０４と第２のフレーム１０
５を積層して接合することにより構成されている。１０
２は、インク供給パイプであり図示しないインクタンク
からのインクをインクジェットヘッドに供給している。
１０６は、ＦＰＣであり、図示しない回路基盤からＰＺ
Ｔ１０８を駆動するための駆動信号を伝達する役割を果
たす。

【００４８】図１４は、図１３で説明したインクジェッ
トヘッドの断面図である。ノズルプレート１００には、
ホーン形状をしたノズル１０１が形成されている。１１
５は、振動子であり圧力発生手段である。振動子１１５
は、ＰＺＴ１０８と弾性板１０９の積層により構成され
ている。また、振動子１１５は一端を固定端、他端を自
由端にした片持ち梁構造である。固定端は、スペーサ１
０７とＦＰＣ１０６を介してノズルプレート１００と第
１のフレーム１０３に挾持されている。自由端は、ノズ
ルプレート１００と微小間隙１１４を隔ててノズル１０
１に対向するように構成されている。ＰＺＴ１０８に電
圧が印加されると、振動子１１５は橈み振動をする。こ
の橈み振動は、振動子１１５の自由端がノズル１０１の
方向に変形する振動である。また、ノズル１０１に対し
て振動子１１５が１対１で対応するように構成されてい
る。積層ＰＺＴ１１０も圧力発生手段であり、一端を第
２のフレーム１０５に固定され、他端をフィルム１０４
に接合されている。電極１１１、１１２に図示しない回
路基盤からの電圧が印加されると積層ＰＺＴ１１０は、
伸び変形する。この変形は、フィルム１０４を介して圧
力室１１３の体積変化をもたらす。インクジェットヘッ
ド１個につき、複数の積層ＰＺＴ１１０を形成すること
も可能であるが、本実施例では、１個の積層ＰＺＴ１１
０のみを使用している。また、微小間隙１１４とノズル
１０１はインクで満たされている。

【００４９】本実施例のインクジェットヘッドは、積層
ＰＺＴ１１０を使用したために５気圧以上の発生圧力が
得られるのが特徴である。また、第２の圧力発生手段と
して、橈み振動する振動子１１５を使用したため、ノズ
ル１０１上での絶対的な変位量を大きく（例えば１０μ
ｍ）とれる。そのため、振動子１１５の振幅により、ノ
ズル２の音響インピーダンスを大きく制御できるため、
積層ＰＺＴ１１０の発生圧力が大きい場合でも良好なイ
ンク滴を吐出できるという特徴がある。

【００５０】本実施例と図１に示した実施例を比較する
と、圧力室１１３が第１の圧力室９に相当し、微小間隙
１１４が第２の圧力室８に相当している。また、積層Ｐ
ＺＴ１１０が第１のＰＺＴ６に、振動子１１５が第２の
ＰＺＴ５にそれぞれ対応している。したがって、駆動方
法は図４と図８に示した方法で行うことができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッド駆動方法
は、インク滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルと連
通する複数の第２の圧力室と、複数の第２の圧力室へ供
給するインクを貯留するリザーバとなる少なくとも１つ
以上の第１の圧力室とを備え、第１の圧力室には第１の
圧力発生手段、第２の圧力室には第２の圧力発生手段を
具備したインクジェットヘッドの駆動方法であって、第
１の圧力室は第１の圧力発生手段の駆動により周期的に
拡大、縮小変形を繰り返しており、ノズルからのインク
滴吐出タイミングが到来した時点において、第１の圧力
室の縮小変形のタイミングに合わせて第２の圧力発生手
段を駆動して第２の圧力室を縮小変形させる駆動方法で
あることにより、第１の圧力発生手段はノズル毎に設け
るのでなくリザーバに設けた構成であり、周期的に拡
大、縮小変形する第１の圧力室の縮小変形するタイミン
グに合わせて第２の圧力室を縮小変形させることで高速
にインク滴を吐出させる構成であることによって、各ノ
ズル当たりの駆動回路数を少なくすることができ高密度
なノズル配置が可能であると共に、吐出周波数の高いイ
ンクジェットヘッドを安価に提供することができるとい
う効果を有する。また、係るインクジェットヘッド駆動
方法において、ノズルからのインク滴吐出タイミング外
においては、第１の圧力室の拡大、縮小変形により、上
記作用効果に併せてノズル内のメニスカスを形成するイ
ンクを撹拌することで、インク滴吐出タイミング外にお
いてインクの増粘を防止することができるという効果を
更に有する。

【００５２】また、本実施例のインクジェットヘッド
は、第２の圧力室８を小さく構成することが可能であり
高密度ノズル配置を実現できると供に、駆動回路の殆ど
を占める第２のＰＺＴ５を低電圧で駆動可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であるインクジェットヘッ
ドの斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例であるインクジェットヘッ
ドの基盤上のインク流路形状を説明するための平面図で
ある。

【図３】本発明の第１実施例であるインクジェットヘッ
ドの断面図である。

【図４】本発明インクジェットヘッド駆動方法の第１実
施例を説明する駆動波形を表した図である。

【図５】同図（ａ）〜（ｃ）は、本発明インクジェット
ヘッド駆動方法の第１実施例における吐出動作時に生じ
るインクジェットヘッド内部のインクの流れを表した図
である。

【図６】同図（ａ）〜（ｃ）は、本発明インクジェット
ヘッド駆動方法の第１実施例における非吐出動作時に生
じるインクジェットヘッド内部のインクの流れを表した
図である。

【図７】本発明のインクジェットヘッド駆動方法の第１
実施例時の、ノズルメニスカスの時間変位を表したグラ
フである。

【図８】本発明インクジェットヘッド駆動方法の第２実
施例を説明する駆動波形を表した図である。

【図９】同図（ａ）〜（ｃ）は、本発明インクジェット
ヘッド駆動方法の第２実施例における非吐出動作時に生
じるインクジェットヘッド内部のインクの流れを表した
図である。

【図１０】同図（ａ）〜（ｃ）は、本発明インクジェッ
トヘッド駆動方法の第２実施例における非吐出動作時に
生じるインクジェットヘッド内部のインクの流れを表し
た図である。

【図１１】同図（ａ）〜（ｃ）は、本発明インクジェッ
トヘッド駆動方法の第２実施例における別の非吐出動作
時に生じるインクジェットヘッド内部のインクの流れを
表した図である。

【図１２】本発明のインクジェットヘッド駆動方法の第
２実施例時の、ノズルメニスカスの時間変位を表したグ
ラフである。

【図１３】本発明の第２実施例であるインクジェットヘ
ッドの斜視図である。

【図１４】本発明の第２実施例であるインクジェットヘ
ッドの断面図である。

【図１５】従来例１のインクジェットヘッドの断面図で
ある。

【図１６】従来例２のインクジェットヘッドのインク流
路を表した平面図である。

【図１７】従来例３のインクジェットヘッドの断面図で
ある。

【符号の説明】

１基盤２ノズル３圧力板５第２のＰＺＴ６第１のＰＺＴ８第２の圧力室９第１の圧力室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出する複数のノズルと、前
記各ノズルと連通する複数の第２の圧力室と、前記複数
の第２の圧力室へ供給するインクを貯留するリザーバと
なる少なくとも１つ以上の第１の圧力室とを備え、前記
第１の圧力室には第１の圧力発生手段、前記第２の圧力
室には第２の圧力発生手段を具備したインクジェットヘ
ッドの駆動方法であって、前記第１の圧力室は前記第１の圧力発生手段の駆動によ
り周期的に拡大、縮小変形を繰り返しており、前記ノズ
ルからのインク滴吐出タイミングが到来した時点におい
て、前記第１の圧力室の縮小変形のタイミングに合わせ
て前記第２の圧力発生手段を駆動して第２の圧力室を縮
小変形させることを特徴とするインクジェットヘッド駆
動方法。
【請求項２】前記ノズルからのインク滴吐出タイミン
グが到来した時点において、前記第１及び第２の圧力発
生手段を駆動して前記第１及び第２の圧力室を拡大変形
させる第１の工程と、前記第１及び第２の圧力発生手段
を駆動して前記第１及び第２の圧力室を縮小変形させる
第２の工程とを有することを特徴とする請求項１記載の
インクジェットヘッド駆動方法。
【請求項３】前記ノズルからのインク滴吐出タイミン
グが到来した時点において、前記第１の圧力発生手段の
みが駆動されて前記第１の圧力室を拡大変形させる第１
の工程と、前記第１及び第２の圧力発生手段を同時に駆
動し前記第１及び第２の圧力室を縮小変形させる第２工
程とを有することを特徴とする請求項１記載のインクジ
ェットヘッド駆動方法。
【請求項４】前記ノズルからのインク滴吐出タイミン
グ外においては、前記第１の圧力室の拡大、縮小変形に
より、前記ノズル内のメニスカスをインク滴が吐出しな
い程度に振動させていることを特徴とする請求項１乃至
３記載のインクジェットヘッド駆動方法。
【請求項５】前記ノズルからのインク滴吐出タイミン
グ外においては、前記第１の圧力発生手段を駆動して前
記第１の圧力室を拡大変形させると同時に前記第２の圧
力発生手段を駆動して前記第２の圧力室を縮小変形させ
る第１の工程と、前記第１の圧力発生手段を駆動させて
前記第１の圧力室を縮小変形させると同時に前記第２の
圧力室を拡大変形させる第２の工程とを有することによ
り、前記ノズル内のメニスカスをインク滴が吐出しない
程度に制振させていることを特徴とする請求項１記載の
インクジェットヘッド駆動方法。