JP3356187B2 - インクジェットヘッド及びその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力発生素子が発生す
る圧力によってインク滴を飛翔させ、記録紙等の記録媒
体上にインク像を形成するプリンタ等の画像記録装置に
関し、さらに詳細には、インクジェットヘッドの駆動方
法、及び、これに適したインクジェットヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特開平３−５１１３８号公報に開示され
ているように、インクジェットヘッド、インクジェット
ヘッド駆動回路、及び駆動電源から構成されるインクジ
ェットヘッド回路が、複数の駆動電源を有し、外部信号
によってその出力電圧を制御しインクジェットヘッドを
駆動する技術がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１１は、インクジェ
ットヘッドに用いられるインクの環境温度に対する粘度
変化を示す特性図である。

【０００４】最低補償環境温度Temp.1の時、インクの粘
度νはν１のレベルにあるが、環境温度が最高補償環境
温度Temp.2まで変化すると、ν２のレベルまで減少して
しまう。こうしたインクの粘度νの変化は、ノズル、及
びインク供給路の流路抵抗にリニアに影響する為、イン
ク吐出速度、インク吐出量に大きく影響することが予測
できる。

【０００５】図１２は、インクジェットヘッドに用いら
れるインクの粘度変化に対するインク吐出速度とインク
吐出量の関係を示す特性図である。

【０００６】このように、インク粘度νが、最低補償環
境温度に於ける粘度ν１から最高補償環境温度に於ける
粘度ν２まで変化することによって、インク吐出速度５
０とインク吐出量６０は、ほぼリニアに変化してしま
う。よって、環境温度等の変化に対して安定した印字品
質を維持する為には、インク吐出速度、及びインク吐出
量の補正を行なわなければならない。

【０００７】図１３は、カラーインクジェットヘッドに
用いられるインクの種類（色種別）ごとに環境温度とイ
ンク粘度の関係を示す特性図である。

【０００８】図１３のＣ、Ｍ、Ｙの３種類の曲線はそれ
ぞれ、シアン、マゼンダ、イエローの各インクにおける
温度と粘度の特性曲線である。環境温度がTemp.3であっ
たとすると、それぞれのインクの粘度は、シアンインク
がνc、マゼンダインクがνm、イエローインクがνy、
になる。よって、カラーインクを用いたインクジェット
記録装置を構成するときは、図１１、及び図１２に示し
た環境温度変化だけでなく、インクの種類別にインク吐
出速度とインク吐出量を安定した印字品質を確保するた
めに制御しなくてはならない。

【０００９】こうした要求から、インクジェットヘッド
を駆動する電圧を、温度検出器等からの外部信号に応じ
て増減させ、飛翔するインク滴のインク吐出速度、及び
インク吐出量を制御した場合、以下のような課題が発生
する。

【００１０】ひとつは、印加電圧を発生する回路の問題
である。環境温度、及びインクの種類（インクの色別）
に応じて印加電圧の変化を要求した場合、特開平３−５
１１３８号公報に開示されているように、複数の電源を
有する駆動回路を構成するか、段階的な電圧増幅を行な
う増幅回路を備えた駆動回路を構成しなければならな
い。前者については、回路コストが非常に高くなってし
まい、後者については、非常に短い時間間隔での増幅特
性を要求することが困難である。

【００１１】また、ふたつめの課題として、単に電圧だ
けで飛翔するインク滴の吐出量を増減させた場合、イン
ク滴が飛翔する際の吐出速度も、これに伴って増減して
しまい、印字品質を低下させてしまうことがある。

【００１２】本発明は、こうした課題を解決するもので
あり、駆動電圧を変化させることなく、インク吐出量
と、インク吐出速度を最適な状態に維持し、優れた印字
品質を有するインクジェットプリンターを提供すること
を目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、インクを吐出するノズルと、これに連通する
圧力室と、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子
と、前記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手段を
有し、前記圧力発生素子が圧電材料と導電材料とを交互
に積層して成る積層圧電素子にて構成され、かつ前記圧
力室に満たされるインクの固有振動周期をＴｃとしたと
き、該Ｔｃとは異なる前記圧力発生素子の固有振動周期
Ｔａを有するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力
室の容積を拡大してインクを圧力室に充填する第１の段
階と、前記圧力室の容積を収縮してインクを吐出する第
２の段階を有し、前記第１の段階で前記圧力発生素子を
駆動するための印加電圧の立ち上げまたは立ち下がり時
間をＴ１、前記第２の段階で前記圧力発生素子を駆動す
るための印加電圧の立ち下げまたは立ち上がり時間をＴ
２、とするとき、Ｔ１≧Ｔａ、Ｔ２≧Ｔａなる範囲で前
記第１の段階における圧力室の容積拡大速度と前記第２
の段階における圧力室の容積収縮速度を、印加電圧を変
化させずに任意に可変させる手段を有することを特徴と
する。

【００１４】また、前記電圧印加手段が発生する印加電
圧の立ち下がり時間あるいは、立ち上がり時間を可変す
ることによって前記第１の段階における圧力室の容積拡
大速度と前記第２の段階における圧力室の容積収縮速度
を、外部信号に応じて変化させる手段を有することを特
徴とする。また、前記外部信号は前記インクジェットヘ
ッドの環境温度に対応する信号であるか、あるいはイン
クの種類に対応する信号であることを特徴とする。

【００１５】

【００１６】また、前記積層圧電素子の表面に前記導電
材料から成る共通電極とセグメント電極を形成すること
を特徴とする。

【００１７】そして、前記積層圧電素子が、該積層圧電
素子のヤング率と比重に対して同等以上のヤング率と比
重を有する部材にて保持されることを特徴とする。

【００１８】本発明のインクジェットヘッドの駆動方法
は、インクを吐出するノズルと、これに連通する圧力室
と、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生素子と、前
記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手段を有し、
前記圧力発生素子が圧電材料と導電材料とを交互に積層
して成る積層圧電素子にて構成され、かつ前記圧力室に
満たされるインクの固有振動周期をＴｃとしたとき、該
Ｔｃとは異なる前記圧力発生素子の固有振動周期Ｔａを
有するインクジェットヘッドの駆動方法において、前記
圧力室の容積を拡大してインクを圧力室に充填する第１
の段階と、前記圧力室の容積を収縮してインクを吐出す
る第２の段階を有し、前記第１の段階で前記圧力発生素
子を駆動するための印加電圧の立ち上げまたは立ち下が
り時間をＴ１、前記第２の段階で前記圧力発生素子を駆
動するための印加電圧の立ち下げまたは立ち上がり時間
をＴ２、とするとき、Ｔ１≧Ｔａ、Ｔ２≧Ｔａなる範囲
で前記第１の段階における圧力室の容積拡大速度と前記
第２の段階における圧力室の容積収縮速度を、印加電圧
を変化させずに任意に可変させることを特徴とする。

【００１９】また、前記電圧印加手段が発生する印加電
圧の、立ち下がり時間あるいは、立ち上がり時間を可変
することによって前記第１の段階における圧力室の容積
拡大速度と前記第２の段階における圧力室の容積収縮速
度を外部信号に応じて変化させることを特徴とする。ま
た、前記外部信号は前記インクジェットヘッドの環境温
度に対応する信号であるか、あるいはインクの種類に対
応する信号であることを特徴とする。

【００２０】また、上記インクジェットヘッドにおい
て、Ｔ１≧Ｔｃなる関係を有することを特徴とする。

【００２１】さらに、上記インクジェットヘッドの駆動
方法において、Ｔ１≧Ｔｃなる関係を有することを特徴
とする。

【００２２】

【作用】環境温度、または、インクの種類（色種別）に
応じて、印加電圧を変化させずに、インク吐出速度と、
インク吐出量を自在に可変することによって、優れた印
字品質を有する画像記録装置を低コストにて提供するこ
とができる。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例の詳細を図面を参照し
て説明する。

【００２４】図１は、本発明の実施例を示すインクジェ
ットヘッドの構造説明図である。

【００２５】図１に示す２は、複数のノズル１を形成し
たノズル形成基板である。ノズル１の開口面積とノズル
形成基板２の厚さは、インク吐出特性に大きな影響を及
ぼすため、精密プレス法、ニッケルの電鋳法、または、
シリコンウエハのエッチング加工等により高精度加工を
実現している。このノズル形成基板２と貼り合わされる
流路基板３は、圧力室４、セグメントインク供給路５、
共通インク室６、及びインク供給パイプ７の連通口を形
成して成る部材である。流路基板３がノズル形成基板２
と貼り合わされる際は、ノズル１が圧力室４の中央部に
位置するように接合される。こうして形成される圧力室
４、セグメントインク供給路５、共通インク室６には、
インク供給パイプ７から送られたインクが満たされる。

【００２６】流路基板３の底面には、ベース基板８上に
配列される圧力発生素子１０が、それぞれの圧力室４に
対応して接合される。図１に示す、圧力発生素子１０
に、駆動回路１００からのセグメント信号２５と、共通
信号２６が印加されると、圧力室４の容積が減少し圧力
が高められ、ノズル１からインクを吐出する。

【００２７】図２（ａ），（ｂ）はインクジェットヘッ
ドを駆動する電圧波形と圧力発生素子の変位挙動を示す
関係図である。

【００２８】図３（ａ）は圧力室の容積が収縮している
状態、（ｂ）は圧力室の容積が拡大している状態を示す
説明図である。

【００２９】図３に示す圧力発生素子１０は、電圧が印
加されると、図３（ａ）に示すように矢印δの方向に変
位し、圧力室の容積を収縮させ、図３（ｂ）に示すよう
に電圧が印加されていない状態では定常状態になり、圧
力室の容積を相対的に拡大させるものである。

【００３０】図２（ａ）に示すように、電圧波形２１の
立ち下がり（放電）時間Ｔ１と、立ち上がり（充電）時
間Ｔ２が、圧力発生素子の固有振動周期Ｔａより小さい
場合、圧力発生素子１０の変位挙動２２は、過度的な振
動をしめす。このような場合、図３に破線囲み部４であ
る圧力室内に残留振動が発生し、図３に示すメニスカス
１７も振動が激しくなり、インクの吐出が不安定になっ
てしまう。しかしながら、図２（ｂ）に示すように、圧
力発生素子１０に印加される電圧波形２１の立ち下がり
時間Ｔ１と、立ち上がり時間Ｔ２を、圧力発生素子１０
の固有振動周期Ｔａと同等以上に設定することによっ
て、圧力発生素子１０は過度的な振動を発生しなくなる
ので、図３に示す圧力室４、及びメニスカス１７も残留
振動の影響を受けないので、インクの吐出を安定的に維
持することができる。

【００３１】図３に示した圧力発生素子１０とは逆に、
電圧が印加されることによって収縮し、圧力室の容積を
拡大させ、電圧が印加されていない状態では定常状態に
なり、圧力室の容積を相対的に収縮する特性を有する圧
力発生素子を用いた場合は、図２に示す電圧波形２１と
変位挙動２２は上下に反転するが、本質的なＴ１、Ｔ２
とＴａの関係は同様であり、Ｔ１≧Ｔａ、Ｔ２≧Ｔａの
関係を有することによってインクの吐出を安定的に維持
することができる。

【００３２】圧力発生素子の固有振動周期Ｔａは、式１
のように示される。

【００３３】

【数１】

【００３４】ここで、Ｌは図３に示す圧力発生素子１０
の変位方向の長さ、ρは圧力発生素子の密度、Ｅは圧力
発生素子のヤング率、λは振動モードによって異なる圧
力発生素子の振動数係数であり、図３に示すように一端
固定の縦振動を用いた圧力発生素子に於ては1.875であ
る。

【００３５】このように、Ｔａは圧力発生素子の形状と
物理定数から比較的容易に決定されるので、Ｔ１、Ｔ２
も、容易に設定することができる。

【００３６】図４は本発明のインクジェットヘッドを駆
動する電圧波形と圧力室内の容積変化挙動、及びメニス
カス挙動を示す関係図である。

【００３７】図５は、本発明の実施例を示すインクジェ
ットヘッドの部分拡大図である。図５では、図１及び図
３に示される圧力発生素子１０がより具体的な積層圧電
素子２０として示されている。この積層圧電素子２０は
セグメント電極１５と圧電材料層１３と共通電極１６の
積層方向に膨張し（ｄ３３効果）、積層方向と直行する
方向に収縮する（ｄ３１効果）特性を有している。

【００３８】以下に図４及び図５を参照して、ｄ３３効
果を用いたインクジェットヘッドの基本駆動方法を説明
する。

【００３９】図４に示す時間ｔ０〜ｔ１は定常（待機）
状態である。この状態で電圧レベルはＶhにあるので、
図５に示す積層圧電素子２０は、破線Ａに示すような変
形挙動を示しており、圧力室の容積変化２３は、相対的
に圧力室の容積が収縮した状態であるＣ0のレベルにあ
る。また、図４に示すメニスカスレベル２４はインクの
表面張力によって保持される定常レベルＭ0に維持され
ている。

【００４０】時間ｔ１〜ｔ２は本インクジェットヘッド
基本駆動方法の第１の工程（請求項に示す第１の段階）
である。図４に示されるように、この状態において、電
圧波形２１はＶLに示すレベルまで、立ち下がり時間Ｔ
１で放電され、圧力室の容積変化２３はＣ１のレベルま
で変化し、圧力室の容積を拡大し、圧力室内の圧力を減
圧する。この時、メニスカスレベル２４はＭ１に示すレ
ベルまで、圧力室の内部方向へ引き込まれる。

【００４１】時間ｔ２〜ｔ３は本インクジェットヘッド
基本駆動方法の第２の工程である。図４に示されるよう
に、この状態において、電圧波形２１はＶLに示すレベ
ルに維持されるので、圧力室の容積変化２３も圧力室の
容積を拡大した状態であるＣ１のレベルに維持される。
この時、圧力室内にはノズル方向に向かうインクの慣性
流れが発生し、メニスカスは定常レベルＭ0に戻ろうと
する。

【００４２】時間ｔ３〜ｔ４は本インクジェットヘッド
基本駆動方法の第３の工程（請求項に示す第２の段階）
である。図４に示されるように、この状態において、電
圧波形２１は再びＶhに示すレベルまで、立ち上がり時
間Ｔ２で充電され、圧力室の容積変化２３をＣ０のレベ
ルまで変化させ、圧力室の容積を収縮し、圧力室内の圧
力を加圧するので、メニスカスはインク吐出方向へ、強
く押し出され、インク滴が飛翔する。この時のインク吐
出量は、ほぼ図４に示す斜線部Ｓの面積に相当する。

【００４３】以上のように、時間ｔ１〜ｔ４の３工程に
よって本インクジェットヘッドの基本駆動方法は構成さ
れている。

【００４４】しかしながら、第１の工程と第３の工程に
おいて、図４の破線３１に示されるように、電圧波形の
立ち下がり時間Ｔ１と立ち上がり時間Ｔ２が圧力室に満
たされるインクの固有振動周期Ｔｃより小さい場合は、
破線３３に示す圧力室の体積変化のように振動的な挙動
を発生し、破線３４に示すようなメニスカスレベルの乱
れが発生しインク吐出を不安定にする要因となる。しか
しながら、図４に示す電圧波形２１の様に、Ｔ１≧Ｔ
ｃ、Ｔ２≧Ｔｃの関係を有する場合は、インクの吐出を
安定的に維持し、高印字品質を実現することができる。

【００４５】また、ｄ３１効果を用いたインクジェット
ヘッドの駆動方法については、図４に示す電圧波形２１
だけ上下に反転するが、本質的なＴ１、Ｔ２とＴｃの関
係はｄ３３効果を用いた場合と同様であり、Ｔ１≧Ｔ
ｃ、Ｔ２≧Ｔｃの関係を有することによって高印字品質
を実現することが可能である。

【００４６】圧力室に満たされるインクの固有振動周期
Ｔｃは、式２のように示される。

【００４７】

【数２】

【００４８】ここで、Ｍｎはノズルのイナータンス、Ｍ
ｉはインク供給路のイナータンス、Ｃｉはインクのコン
プライアンス、Ｃｃは圧力室のコンプライアンスであ
る。

【００４９】また、Ｍｎ、Ｍｉ、Ｃｉ、Ｃｃは以下のよ
うに式３から式６によって定義されている。

【００５０】

【数３】

【００５１】ここで、ρはインクの密度、Ｓ(x)は図２
に示すノズル形成基板２の厚さｘに於けるノズルの断面
積、ｋはノズル形状によって決定される非定常解を考慮
した比例定数である。

【００５２】

【数４】

【００５３】ここで、ρはインクの密度、Ｓ(l)は図２
に示すインク供給路長さｌに於ける供給路の断面積、ｋ
は供給路形状によって決定される非定常解を考慮した比
例定数、ｎはノズルに対する供給路の数（本実施例にお
いては２）である。

【００５４】

【数５】

【００５５】ここで、ｖは圧力室の体積、ρはインクの
密度、ｃはインクの音速である。

【００５６】

【数６】

【００５７】ここで、ΔＶは単位圧力あたりの圧力室の
変形体積、Ｐ0は単位圧力である。

【００５８】このように決定されるインクの固有振動周
期Ｔｃが小さい程、インクの吐出間隔を狭くし、高速印
字を可能にできることが確認されている。

【００５９】本発明のインクジェットヘッドは、圧力発
生素子１０の固有振動周期をＴａ、前記圧力室に満たさ
れるインクの固有振動周期をＴｃ、前記圧力発生素子を
駆動する印加電圧の立ち下がりを時間をＴ１、立ち上が
り時間をＴ２とするとき、Ｔ１、Ｔ２≧Ｔａ、且つＴ
１、Ｔ２≧Ｔｃなる関係を有しているので、高印字品
質、高速印字を実現することが可能である。

【００６０】また、図１に示す圧力発生素子１０が、図
５に示すように、導電材料からなる共通電極１６と圧電
材料層１３と、導電材料からなるセグメント電極１５と
を交互に積層して成る積層圧電素子２０にて構成されて
いるので、圧力室に十分大きな圧力を伝達することが容
易である（積層圧電素子２０の発生力は印加電圧に比例
し、圧電材料層１３の厚さに反比例する）。

【００６１】さらに、図５に示す積層圧電素子２０は、
表面にもセグメント電極１５と共通電極１６が形成され
ているので、図１に示す駆動回路１００からのセグメン
ト信号２５と、共通信号２６を容易に接続することがで
きる。

【００６２】また、図５に示すベース基板８は、剛体で
あることが理想であり、具体的には音響インピーダンス
（ヤング率×比重）が大きいことが望ましい。よって、
図５に示すように、積層圧電素子２０の一端が、積層圧
電素子２０のヤング率と比重に対して同等以上のヤング
率と比重を有するベース基板８に保持されることによっ
て、圧力室４に対して効率よく圧力を伝達することがで
きる。

【００６３】以下に本発明によるインクジェットヘッド
駆動方式の実施例の詳細を図面を参照して説明する。

【００６４】図６は、本発明の実施例によるインクジェ
ットヘッドの駆動方法を説明する立ち下がり時間（放電
時間）Ｔ１に対するインク吐出速度とインク吐出量の特
性図である。

【００６５】図７は、本発明の実施例によるインクジェ
ットヘッドの駆動方法を説明する立ち下がり時間（放電
時間）Ｔ１に対するインク滴の飛翔形態拡大図である
（本拡大図は積層圧電素子に電圧が印加されてから一定
の時間が経過した状態である）。

【００６６】立ち下がり時間（放電時間）Ｔ１は最低Ｔ
ａより、大きい事が前提であるが、図６に示す領域Ｉの
ようにＴ１だけを可変することによってインク吐出速度
５０を変化させることなくインク吐出量６０だけを変化
させることができる。

【００６７】具体的には、図７に示すように立ち下がり
時間Ｔ１が、８（μｓ）〜２０（μｓ）まで、圧力室の
拡大速度を変化させることによって、インク吐出速度を
変化させることなくインク吐出量だけを増減させること
ができる。このように、圧力室の容積拡大速度は圧力室
へインクを供給する量（慣性流れ量）に相関があること
が実験で確認されている。記録媒体上に転写されるイン
ク像の径（ドット径）はインク吐出量の３乗根に比例す
ると仮定すれば、インク量を８倍変化させることによっ
て、ドット径を２倍変化させることも可能である。

【００６８】図８は、本発明の実施例によるインクジェ
ットヘッドの駆動方法を説明する立ち上がり時間（充電
時間）Ｔ２に対するインク吐出速度とインク吐出量の特
性図である。

【００６９】図９は、本発明の実施例によるインクジェ
ットヘッドの駆動方法を説明する立ち上がり時間（充電
時間）Ｔ２に対するインク滴の飛翔形態拡大図である
（本拡大図は積層圧電素子に電圧が印加されてから一定
の時間が経過した状態である）。

【００７０】立ち上がり時間（充電時間）Ｔ２は最低Ｔ
ａより、大きい事が前提であるが、図８に示すようにＴ
２だけを可変することによってインク吐出量６０を変化
させることなくインク吐出速度５０だけを変化させるこ
とができる。

【００７１】具体的には図９に示すように立ち上がり時
間Ｔ２が、４（μｓ）〜２０（μｓ）まで変化し、圧力
室の収縮速度を変化させることによって、インク吐出量
を変化させることなくインク吐出速度だけを増減させる
ことができる。インク吐出速度は、このように圧力室の
容積収縮速度に相関があることが実験で確認されてい
る。

【００７２】本発明のインクジェットヘッド駆動方法の
特徴はこうした現象を積極的に利用して、駆動回路が発
生する印加電圧を変えることなく、環境温度等によるイ
ンク物性の変化に対して安定した印字品質を確保するこ
とである。

【００７３】図１０は、本発明の実施例によるインクジ
ェットヘッドの駆動方法を用いたインクジェットヘッド
駆動回路の部分説明図である。

【００７４】まず、インクジェットヘッド駆動回路の動
作を説明する。Ｔｒ１がＯＮであり、Ｔｒ２がＯＦＦで
あれば、電流Ｉc1が流れ、積層圧電素子２０に電荷が充
電される。この時、電子ボリューム８０の抵抗値と積層
圧電素子２０の静電容量値によって、立ち上がり時間
（充電時間）が決定される。駆動電圧源７０の電位と電
荷が充電された積層圧電素子２０の間の電位差がなくな
ると、電流Ｉc1は、流れなくなり、積層圧電素子２０の
充電状態が維持される。その後、Ｔｒ１がＯＦＦにな
り、Ｔｒ２がＯＮになると、電流Ｉc2が流れて、積層圧
電素子２０に充電された電荷が放電される。この時も、
電子ボリューム８１の抵抗値と積層圧電素子２０の静電
容量値によって、立ち下がり時間（放電時間）が決定さ
れる。こうした動作を繰り返すことによって、図２の電
圧波形２１ようなインクジェットヘッドの駆動パルスを
発生させることができる。

【００７５】Ｔｒ１とＴｒ２のスイッチングは、制御パ
ルス７１と制御パルス７２でによって行なわれる。これ
らの信号は、一般に印字信号と呼ばれている。

【００７６】中央演算装置９０は、温度検出回路９１
と、インク種類検出信号９２を受けて、最適充電時間と
最適放電時間のマトリクスを計算して、充電時間を制御
する電子ボリューム８０と、放電時間を制御する電子ボ
リューム８１に、制御信号を、シリアルインターフェイ
スで送るものである。

【００７７】こうした駆動回路によって、立ち上がり時
間（充電時間）と立ち下がり時間（放電時間）を容易に
設定することができる。よって、図６から図９で説明し
た性質を利用して、環境温度、または、インクの種類
（色種別）の変化に対して安定したインク吐出速度とイ
ンク吐出量を維持し、優れた画像記録装置を実現するこ
とができる。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明の駆動方法によれ
ば、環境温度、または、インクの種類（色種別）に応じ
て、印加電圧を変化させずに、インク吐出速度と、イン
ク吐出量を自在に可変することによって、優れた印字品
質を有する画像記録装置を低コストにて提供することが
できる。また、こうした優れた性質を本発明による特徴
を有したインクジェットヘッドによって効果的に実現す
ることができるので、より低価格で高性能な画像記録装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すインクジェットヘッドの
構造説明図である。

【図２】インクジェットヘッドを駆動する電圧波形と圧
力発生素子の変位挙動を示す関係図である。

【図３】（ａ）は圧力室の容積が収縮している状態、
（ｂ）は圧力室の容積が拡大している状態を示す説明図
である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドを駆動する電圧
波形と圧力室内の体積変化挙動、及びメニスカス挙動を
示す関係図である。

【図５】本発明の実施例を示すインクジェットヘッドの
部分拡大図である。

【図６】本発明の実施例によるインクジェットヘッドの
駆動方法を説明する立ち下がり時間（放電時間）Ｔ１に
対するインク吐出速度とインク吐出量の特性図である。

【図７】本発明の実施例によるインクジェットヘッドの
駆動方法を説明する立ち下がり時間（放電時間）Ｔ１に
対するインク滴の飛翔形態拡大図である。

【図８】本発明の実施例によるインクジェットヘッドの
駆動方法を説明する立ち上がり時間（放電時間）Ｔ２に
対するインク吐出速度とインク吐出量の特性図である。

【図９】本発明の実施例によるインクジェットヘッドの
駆動方法を説明する立ち上がり時間（放電時間）Ｔ２に
対するインク滴の飛翔形態拡大図である。

【図１０】本発明の実施例によるインクジェットヘッド
の駆動方法を説明する駆動回路の部分説明図である。

【図１１】本発明が解決しようとする課題を説明するイ
ンクジェットヘッドに用いられるインクの環境温度に対
する粘度変化を示す特性図である。

【図１２】本発明が解決しようとする課題を説明するイ
ンクジェットヘッドに用いられるインクの粘度変化に対
するインク吐出速度とインク吐出量の関係を示す特性図
である。

【図１３】本発明が解決しようとする課題を説明するカ
ラーインクジェットヘッドに用いられるインクの種類
（色種別）ごとに環境温度とインク粘度の関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ ノズル形成基板 ３ 流路基板 ４ 圧力室 ８ ベース部材 １０ 圧力発生素子 ２０ 積層圧電素子 Ｔ１ 放電時間 Ｔ２ 充電時間

───────────────────────────────────────────────────── 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 B41J 2/205

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するノズルと、これに連通
   する圧力室と、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生
   素子と、前記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手
   段を有し、前記圧力発生素子が圧電材料と導電材料とを
   交互に積層して成る積層圧電素子にて構成され、かつ前
   記圧力室に満たされるインクの固有振動周期をＴｃとし
   たとき、該Ｔｃとは異なる前記圧力発生素子の固有振動
   周期Ｔａを有するインクジェットヘッドにおいて、 前記圧力室の容積を拡大してインクを圧力室に充填する
   第１の段階と、前記圧力室の容積を収縮してインクを吐
   出する第２の段階を有し、 前記第１の段階で前記圧力発生素子を駆動するための印
   加電圧の立ち上げまたは立ち下がり時間をＴ１、前記第
   ２の段階で前記圧力発生素子を駆動するための印加電圧
   の立ち下げまたは立ち上がり時間をＴ２、とするとき、
   Ｔ１≧Ｔａ、Ｔ２≧Ｔａなる範囲で前記第１の段階にお
   ける圧力室の容積拡大速度と前記第２の段階における圧
   力室の容積収縮速度を、印加電圧を変化させずに任意に
   可変させる手段を有することを特徴とするインクジェッ
   トヘッド。
2. 【請求項２】 前記電圧印加手段が発生する印加電圧の
   立ち下がり時間あるいは、立ち上がり時間を可変するこ
   とによって前記第１の段階における圧力室の容積拡大速
   度と前記第２の段階における圧力室の容積収縮速度を、
   外部信号に応じて変化させる手段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。
3. 【請求項３】 前記外部信号は前記インクジェットヘッ
   ドの環境温度に対応する信号であることを特徴とする請
   求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記外部信号はインクの種類に対応する
   信号であることを特徴とする請求項２に記載のインクジ
   ェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記積層圧電素子の表面に前記導電材料
   から成る共通電極とセグメント電極を形成することを特
   徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の
   インクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 前記積層圧電素子が、該積層圧電素子の
   ヤング率と比重に対して同等以上のヤング率と比重を有
   する部材にて保持されることを特徴とする請求項１から
   請求項５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッ
   ド。
7. 【請求項７】 インクを吐出するノズルと、これに連通
   する圧力室と、前記圧力室に圧力を発生させる圧力発生
   素子と、前記圧力発生素子に電圧を印加する電圧印加手
   段を有し、前記圧力発生素子が圧電材料と導電材料とを
   交互に積層して成る積層圧電素子にて構成され、かつ前
   記圧力室に満たされるインクの固有振動周期をＴｃとし
   たとき、該Ｔｃとは異なる前記圧力発生素子の固有振動
   周期Ｔａを有するインクジェットヘッドの駆動方法にお
   いて、前記圧力室の容積を拡大してインクを圧力室に充
   填する第１の段階と、前記圧力室の容積を収縮してイン
   クを吐出する第２の段階を有し、 前記第１の段階で前記圧力発生素子を駆動するための印
   加電圧の立ち上げまたは立ち下がり時間をＴ１、前記第
   ２の段階で前記圧力発生素子を駆動するための印加電圧
   の立ち下げまたは立ち上がり時間をＴ２、とするとき、
   Ｔ１≧Ｔａ、Ｔ２≧Ｔａなる範囲で前記第１の段階にお
   ける圧力室の容積拡大速度と前記第２の段階における圧
   力室の容積収縮速度を、印加電圧を変化させずに任意に
   可変させることを特徴とするインクジェットヘッドの駆
   動方法。
8. 【請求項８】 前記電圧印加手段が発生する印加電圧
   の、立ち下がり時間あるいは、立ち上がり時間を可変す
   ることによって前記第１の段階における圧力室の容積拡
   大速度と前記第２の段階における圧力室の容積収縮速度
   を外部信号に応じて変化させることを特徴とする請求項
   ７に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
9. 【請求項９】 前記外部信号は前記インクジェットヘッ
   ドの環境温度に対応する信号であることを特徴とする請
   求項８に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記外部信号はインクの種類に対応す
    る信号であることを特徴とする請求項８に記載のインク
    ジェットヘッドの駆動方法。
11. 【請求項１１】 Ｔ１≧Ｔｃなる関係を有することを特
    徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項記載のイ
    ンクジェットヘッド。
12. 【請求項１２】 Ｔ１≧Ｔｃなる関係を有することを特
    徴とする請求項７から請求項１０のいずれか1項に記載
    のインクジェットヘッドの駆動方法。