JP3356202B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents
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- ink jet
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- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
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- B41J2/04588—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits using a specific waveform
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電振動子を駆動
源に使用したインクジェット記録ヘッドの駆動技術に関
する。
源に使用したインクジェット記録ヘッドの駆動技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】オンデマンド型インクジェット記録ヘッ
ドは圧電振動子や発熱素子によりインク圧力を発生させ
る複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給す
る共通インク室と各圧力発生室に連通するノズルを備え
た流路を備えており、印字信号に対応するノズルの圧力
発生室に駆動信号を印加してインク滴をノズルから記録
媒体に飛翔させるように構成されている。
ドは圧電振動子や発熱素子によりインク圧力を発生させ
る複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給す
る共通インク室と各圧力発生室に連通するノズルを備え
た流路を備えており、印字信号に対応するノズルの圧力
発生室に駆動信号を印加してインク滴をノズルから記録
媒体に飛翔させるように構成されている。
【０００３】このようなインクジェット記録ヘッドには
圧力発生手段として、圧力発生室内にジュール熱を発生
する抵抗線を設け、気泡の発生圧力を利用してインク滴
を吐出させるいわゆるバブルジェット式がある。
圧力発生手段として、圧力発生室内にジュール熱を発生
する抵抗線を設け、気泡の発生圧力を利用してインク滴
を吐出させるいわゆるバブルジェット式がある。
【０００４】一方、圧電材料と導電層を交互に積層して
構成した、その軸方向の伸長、つまり縦振動モードを利
用した圧電振動子により、一部が弾性板により構成され
た圧力発生室を膨張、収縮させて、インクの吸引、イン
ク滴の吐出を行う圧電振動式も知られている。
構成した、その軸方向の伸長、つまり縦振動モードを利
用した圧電振動子により、一部が弾性板により構成され
た圧力発生室を膨張、収縮させて、インクの吸引、イン
ク滴の吐出を行う圧電振動式も知られている。
【０００５】前者の方式は、高密度化が容易で安価な装
置が出来る反面、発熱を利用する関係上、インクやヘッ
ドそのものの劣化を招きやすいという欠点がある。
置が出来る反面、発熱を利用する関係上、インクやヘッ
ドそのものの劣化を招きやすいという欠点がある。
【０００６】しかし後者の方式では、発熱を伴わないの
で、インクの劣化を招かず、インクの利用範囲が広く、
しかも、ヘッド寿命が半永久的でランニングコストが低
いという特徴がある。また、縦振動モードを有する圧電
振動子は、高速駆動が可能であり、圧力発生室と当接さ
せることで圧力発生室の膨張、収縮を高速で繰り返し行
うことが可能であるという特徴を備えている。
で、インクの劣化を招かず、インクの利用範囲が広く、
しかも、ヘッド寿命が半永久的でランニングコストが低
いという特徴がある。また、縦振動モードを有する圧電
振動子は、高速駆動が可能であり、圧力発生室と当接さ
せることで圧力発生室の膨張、収縮を高速で繰り返し行
うことが可能であるという特徴を備えている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このようなオンデマン
ト型インクジェットヘッドには以下のような課題があ
る。
ト型インクジェットヘッドには以下のような課題があ
る。
【０００８】圧力発生室に圧力を発生させインク滴が吐
出した後には圧力発生室に圧力変動が残留するため、ノ
ズル内のメニスカスは、圧力発生室に固有の共振周期
（ヘルムホルツ共振周期）の振動を伴いながらノズル先
端に回復していく。
出した後には圧力発生室に圧力変動が残留するため、ノ
ズル内のメニスカスは、圧力発生室に固有の共振周期
（ヘルムホルツ共振周期）の振動を伴いながらノズル先
端に回復していく。
【０００９】この残留振動の周期は微少で、メニスカス
がノズル先端に到達する時間（以降、メニスカスの回復
時間と呼ぶ）よりも短い。
がノズル先端に到達する時間（以降、メニスカスの回復
時間と呼ぶ）よりも短い。
【００１０】高周波駆動を行う場合、この微少な残留振
動が十分おさまらないうちに、次のインク滴の吐出を開
始しようとすると、メニスカスが安定していないため、
吐出したインク滴が不安定となる可能性がある。結果、
飛翔方向が変化したり、インクミストが発生したりし、
印字品質の低下を招きやすく、結果インクジェット記録
ヘッドの応答周波数向上の妨げにつながるという課題が
ある。
動が十分おさまらないうちに、次のインク滴の吐出を開
始しようとすると、メニスカスが安定していないため、
吐出したインク滴が不安定となる可能性がある。結果、
飛翔方向が変化したり、インクミストが発生したりし、
印字品質の低下を招きやすく、結果インクジェット記録
ヘッドの応答周波数向上の妨げにつながるという課題が
ある。
【００１１】また、このメニスカスの振動挙動は、流路
の寸法バラツキ、材料やインク物性によって変化しやす
く、さらに環境温度によってさらに変化をするため、固
定した駆動方法では効果的にメニスカスの残留振動を制
振できない。
の寸法バラツキ、材料やインク物性によって変化しやす
く、さらに環境温度によってさらに変化をするため、固
定した駆動方法では効果的にメニスカスの残留振動を制
振できない。
【００１２】このため、流路の寸法管理を厳しくした
り、流路構成材料やインクの選択の幅が狭くなり、製造
コストが高くなったり、設計の自由度が低下してしまう
という課題もあった。
り、流路構成材料やインクの選択の幅が狭くなり、製造
コストが高くなったり、設計の自由度が低下してしまう
という課題もあった。
【００１３】一方、インク滴の吐出時にも以下の課題が
ある。
ある。
【００１４】圧力発生室を膨張させた際、ノズル内のメ
ニスカスは圧力発生室側に引き込まれるが、圧力発生室
内に徐々にインクが供給されることで、メニスカスは徐
々にノズル先端側に回復していく。
ニスカスは圧力発生室側に引き込まれるが、圧力発生室
内に徐々にインクが供給されることで、メニスカスは徐
々にノズル先端側に回復していく。
【００１５】ここで、メニスカスがノズル先端に到達し
た後、インクを吐出させれば、吐出タイミングに関わら
ず、常にインク滴の吐出速度は一定となる。しかし、高
周波数駆動を行う際は、圧力室の膨張、収縮を短いリー
ドタイムで行う必要があるため、メニスカスの回復時間
によっては、引き込まれたメニスカスが十分ノズル先端
まで到達しないうちに、インクを吐出させなければなら
ない。
た後、インクを吐出させれば、吐出タイミングに関わら
ず、常にインク滴の吐出速度は一定となる。しかし、高
周波数駆動を行う際は、圧力室の膨張、収縮を短いリー
ドタイムで行う必要があるため、メニスカスの回復時間
によっては、引き込まれたメニスカスが十分ノズル先端
まで到達しないうちに、インクを吐出させなければなら
ない。
【００１６】また、インク滴の吐出速度を確保し、吐出
が安定するようにするには、メニスカスがある程度引き
込まれた状態で勢いよく吐出させる方がよい。
が安定するようにするには、メニスカスがある程度引き
込まれた状態で勢いよく吐出させる方がよい。
【００１７】以上のような背景から上記のような吐出方
法が圧電振動式では一般的となっている。
法が圧電振動式では一般的となっている。
【００１８】しかしながら、この引き込まれたメニスカ
スの引き込み量、およびノズル先端までの回復時間は、
インク滴吐出後のメニスカスの振動と同様に、流路の寸
法バラツキ、材料やインク物性の差、さらに環境温度に
よって変化するため、従来のように固定したタイミング
で吐出させる方法では、吐出時のメニスカスの引き込み
位置がばらつき、結果インク滴の吐出速度、および吐出
インク量のバラツキを生みだすという課題がある。
スの引き込み量、およびノズル先端までの回復時間は、
インク滴吐出後のメニスカスの振動と同様に、流路の寸
法バラツキ、材料やインク物性の差、さらに環境温度に
よって変化するため、従来のように固定したタイミング
で吐出させる方法では、吐出時のメニスカスの引き込み
位置がばらつき、結果インク滴の吐出速度、および吐出
インク量のバラツキを生みだすという課題がある。
【００１９】このため、流路の寸法管理を厳しくした
り、流路構成材料やインクの選択の幅が狭くなり、製造
コストが高くなったり、設計の自由度が低下してしまう
という課題もあった。
り、流路構成材料やインクの選択の幅が狭くなり、製造
コストが高くなったり、設計の自由度が低下してしまう
という課題もあった。
【００２０】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、高周波数駆動
でもインク滴の安定吐出を確保するとともに、インク流
路の寸法バラツキ、材料やインクの物性の変化、環境温
度の変化に対しても安定吐出を確保でき、さらにインク
の吐出速度を一定に保持させてインク滴の着点位置を一
定に維持し、安定した画像を確保できる新規なインクジ
ェット記録装置を提供することにある。
ものであって、その目的とするところは、高周波数駆動
でもインク滴の安定吐出を確保するとともに、インク流
路の寸法バラツキ、材料やインクの物性の変化、環境温
度の変化に対しても安定吐出を確保でき、さらにインク
の吐出速度を一定に保持させてインク滴の着点位置を一
定に維持し、安定した画像を確保できる新規なインクジ
ェット記録装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、ノズル、およびインク供給口を介して共通
インク室に連通する周期Ｔｃのヘルムホルツ共振周波数
を備えた圧力発生室と、この圧力発生室を拡大、収縮さ
せる圧電振動子とを有するインクジェット記録ヘッド
と、前記圧力発生室を拡大させる第１のパルスと、拡大
状態にある前記圧力発生室を収縮させて前記ノズルから
インク滴を吐出させる第２のパルスと、前記第２のパル
ス後に前記圧力発生室を再び拡大させる第３のパルスを
出力する駆動パルス発生手段と、前記第２のパルス開始
のタイミング、および前記第３のパルス開始のタイミン
グを任意に制御する駆動パルス制御手段と、を備え、前
記第１のパルスによって前記圧力発生室を拡大させた後
一定電圧に保持して拡大状態を維持する待機時間のパル
ス幅を前記駆動パルス制御手段によって調整することに
より、前記第２のパルス開始のタイミングでのノズル内
のメニスカス位置が一定となるように前記第２のパルス
開始のタイミングが制御されており、前記第２のパルス
の継続時間と前記第３のパルスの継続時間が同じに設定
され、前記第２のパルス開始から前記第３のパルス開始
までの時間が、前記圧力発生室の周期Ｔｃとほぼ一致し
た時間となるよう設定されていることを特徴とする。
記録装置は、ノズル、およびインク供給口を介して共通
インク室に連通する周期Ｔｃのヘルムホルツ共振周波数
を備えた圧力発生室と、この圧力発生室を拡大、収縮さ
せる圧電振動子とを有するインクジェット記録ヘッド
と、前記圧力発生室を拡大させる第１のパルスと、拡大
状態にある前記圧力発生室を収縮させて前記ノズルから
インク滴を吐出させる第２のパルスと、前記第２のパル
ス後に前記圧力発生室を再び拡大させる第３のパルスを
出力する駆動パルス発生手段と、前記第２のパルス開始
のタイミング、および前記第３のパルス開始のタイミン
グを任意に制御する駆動パルス制御手段と、を備え、前
記第１のパルスによって前記圧力発生室を拡大させた後
一定電圧に保持して拡大状態を維持する待機時間のパル
ス幅を前記駆動パルス制御手段によって調整することに
より、前記第２のパルス開始のタイミングでのノズル内
のメニスカス位置が一定となるように前記第２のパルス
開始のタイミングが制御されており、前記第２のパルス
の継続時間と前記第３のパルスの継続時間が同じに設定
され、前記第２のパルス開始から前記第３のパルス開始
までの時間が、前記圧力発生室の周期Ｔｃとほぼ一致し
た時間となるよう設定されていることを特徴とする。
【００２２】
【００２３】また、前記第２のパルス開始のタイミング
を、前記ノズルおよび前記インク供給口の流路インピー
タンスに応じて任意に設定する前記駆動パルス制御手段
を有することを特徴とする。
を、前記ノズルおよび前記インク供給口の流路インピー
タンスに応じて任意に設定する前記駆動パルス制御手段
を有することを特徴とする。
【００２４】また、前記第２のパルス開始のタイミング
を、前記ノズルまたは前記インク供給口の流路インピー
タンスが小さい場合は早く、大きい場合は遅くなるよう
設定することを特徴とする。
を、前記ノズルまたは前記インク供給口の流路インピー
タンスが小さい場合は早く、大きい場合は遅くなるよう
設定することを特徴とする。
【００２５】また、前記第２のパルス開始のタイミング
を、前記ノズルまたは前記インク供給口の断面積が大き
い場合は早く、小さい場合は遅くなるよう設定すること
を特徴とする。
を、前記ノズルまたは前記インク供給口の断面積が大き
い場合は早く、小さい場合は遅くなるよう設定すること
を特徴とする。
【００２６】また、前記第２のパルス開始のタイミング
を、前記ノズルまたは前記インク供給口の長さが長い場
合は早く、短い場合は遅くなるよう設定することを特徴
とする。
を、前記ノズルまたは前記インク供給口の長さが長い場
合は早く、短い場合は遅くなるよう設定することを特徴
とする。
【００２７】また、環境温度検出手段を有し、環境温度
に応じて前記第２のパルス開始のタイミングを前記駆動
パルス制御手段により制御することを特徴とする。
に応じて前記第２のパルス開始のタイミングを前記駆動
パルス制御手段により制御することを特徴とする。
【００２８】また、前記第２のパルス開始のタイミング
を、環境温度が高くなる場合は早く、低くなる場合は遅
くなるよう設定することを特徴とする。
を、環境温度が高くなる場合は早く、低くなる場合は遅
くなるよう設定することを特徴とする。
【００２９】
【００３０】
【００３１】また、環境温度検出手段を有し、環境温度
に応じて前記第３のパルス開始のタイミングを前記駆動
パルス制御手段により制御することを特徴とする。
に応じて前記第３のパルス開始のタイミングを前記駆動
パルス制御手段により制御することを特徴とする。
【００３２】また、前記第３のパルス開始のタイミング
を、環境温度が高くなる場合は早く、低くなる場合は遅
くなるよう設定することを特徴とする。
を、環境温度が高くなる場合は早く、低くなる場合は遅
くなるよう設定することを特徴とする。
【００３３】
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の詳細を図
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００３５】図１は本発明のインクジェット記録装置に
使用するインクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断
面図である。
使用するインクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断
面図である。
【００３６】図において符号１はノズル２が形成された
ノズルプレート、符号７は圧力発生室３、共通インク室
４、インク供給口５が連通するよう形成した流路構成
板、８は弾性板である。流路構成板７をノズルプレート
１と弾性板８で挟み込む形で一体に構成しインク流路ユ
ニットを構成している。
ノズルプレート、符号７は圧力発生室３、共通インク室
４、インク供給口５が連通するよう形成した流路構成
板、８は弾性板である。流路構成板７をノズルプレート
１と弾性板８で挟み込む形で一体に構成しインク流路ユ
ニットを構成している。
【００３７】圧電振動子９は圧電材料と導電材料を交互
に積層して構成され、充電状態では導電層の積層方向と
直角な方向に収縮し、また充電状態が解かれると導電層
との積層方向と直角な方向に伸長する、いわゆる縦振動
モードの振動子で、電極が存在しない先端の不活性部を
圧力発生室３の領域で弾性板８に当接させた状態で他端
が固定基板１０に固定されている。
に積層して構成され、充電状態では導電層の積層方向と
直角な方向に収縮し、また充電状態が解かれると導電層
との積層方向と直角な方向に伸長する、いわゆる縦振動
モードの振動子で、電極が存在しない先端の不活性部を
圧力発生室３の領域で弾性板８に当接させた状態で他端
が固定基板１０に固定されている。
【００３８】上記の様に構成されたインクジェット記録
ヘッドは、以下のような駆動によりインク滴の吐出がお
こなわれる。
ヘッドは、以下のような駆動によりインク滴の吐出がお
こなわれる。
【００３９】圧電振動子９に駆動電圧を印加し充電をお
こなうと、圧電振動子９が収縮することで当接する弾性
板８が変形して圧力発生室３が膨張し、インク供給口５
を介して共通インク室４から圧力発生室３にインクが流
れ込む。
こなうと、圧電振動子９が収縮することで当接する弾性
板８が変形して圧力発生室３が膨張し、インク供給口５
を介して共通インク室４から圧力発生室３にインクが流
れ込む。
【００４０】次に、放電により圧電振動子９が元の状態
に伸長して弾性板８が押圧されることにより、圧力発生
室３内に圧力が発生して、ノズル２からインク滴が吐出
をする。
に伸長して弾性板８が押圧されることにより、圧力発生
室３内に圧力が発生して、ノズル２からインク滴が吐出
をする。
【００４１】さらに引き続く充電によりインク滴が吐出
しない程度に圧力発生室３を再び膨張させる。
しない程度に圧力発生室３を再び膨張させる。
【００４２】以下、駆動パルス発生手段および駆動パル
ス制御手段とその駆動方法について詳細に説明する。
ス制御手段とその駆動方法について詳細に説明する。
【００４３】図２は本発明のインクジェット記録装置の
一実施例を示すブロック図である。
一実施例を示すブロック図である。
【００４４】図においてインクジェット記録装置は、図
１で説明したインクジェット記録ヘッド１００と、個々
のノズルに対応する圧電振動子９、９、９・・・の駆動
を選択する駆動ノズル選択手段１１０と、駆動パルスを
発生する駆動パルス発生手段１２０と、駆動パルスを制
御する駆動パルス制御手段（ＣＰＵ）１３０と、環境温
度検出手段１４０から構成される。
１で説明したインクジェット記録ヘッド１００と、個々
のノズルに対応する圧電振動子９、９、９・・・の駆動
を選択する駆動ノズル選択手段１１０と、駆動パルスを
発生する駆動パルス発生手段１２０と、駆動パルスを制
御する駆動パルス制御手段（ＣＰＵ）１３０と、環境温
度検出手段１４０から構成される。
【００４５】環境温度検出手段１４０は周囲の環境温度
を検出し、駆動パルス制御手段（ＣＰＵ）１３０にこの
環境温度データを送出するものである。
を検出し、駆動パルス制御手段（ＣＰＵ）１３０にこの
環境温度データを送出するものである。
【００４６】駆動パルス制御手段（ＣＰＵ）１３０は、
当手段内に設定されているパルス制御信号ｐ１、ｐ２、
ｐ３・・のパルス幅と環境温度の関係テーブルにもとづ
き、環境温度に応じたパルス幅ｐｗ１、ｐｗ２、ｐｗ３
・・・をもつパルス制御信号ｐ１、ｐ２、ｐ３・・・を
駆動パルス発生手段１２０に送る。また、外部からの印
字信号にもとづき印字データを駆動ノズル選択手段１１
０におくる。
当手段内に設定されているパルス制御信号ｐ１、ｐ２、
ｐ３・・のパルス幅と環境温度の関係テーブルにもとづ
き、環境温度に応じたパルス幅ｐｗ１、ｐｗ２、ｐｗ３
・・・をもつパルス制御信号ｐ１、ｐ２、ｐ３・・・を
駆動パルス発生手段１２０に送る。また、外部からの印
字信号にもとづき印字データを駆動ノズル選択手段１１
０におくる。
【００４７】駆動パルス発生手段１２０は駆動パルス制
御手段（ＣＰＵ）１３０から送られる複数のパルス制御
信号ｐ１、ｐ２、ｐ３・・・にもとづいて所望の山と谷
からなる駆動パルスを発生させる。
御手段（ＣＰＵ）１３０から送られる複数のパルス制御
信号ｐ１、ｐ２、ｐ３・・・にもとづいて所望の山と谷
からなる駆動パルスを発生させる。
【００４８】発生した駆動パルスは、駆動ノズル選択手
段１１０を介してドットを形成すべきノズル２に属する
圧電振動子９に選択的に送られる。これによって、所望
のノズル２からインク滴が吐出される。
段１１０を介してドットを形成すべきノズル２に属する
圧電振動子９に選択的に送られる。これによって、所望
のノズル２からインク滴が吐出される。
【００４９】本実施例ではインクジェット記録ヘッド１
００上に、駆動ノズル選択手段１１０と環境温度検出手
段１４０が搭載されている。環境温度検出手段１４０を
インクジェット記録ヘッド１００上に搭載したのは、イ
ンクジェット記録ヘッド１００周辺の環境温度をより正
確に検出するためである。
００上に、駆動ノズル選択手段１１０と環境温度検出手
段１４０が搭載されている。環境温度検出手段１４０を
インクジェット記録ヘッド１００上に搭載したのは、イ
ンクジェット記録ヘッド１００周辺の環境温度をより正
確に検出するためである。
【００５０】図３は本発明のインクジェット記録装置に
おけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルス形成の一
実施例を説明する図である。
おけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルス形成の一
実施例を説明する図である。
【００５１】本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動
パルスは図３（ａ）のような山と谷からなる階段状の台
形パルスであり、充電を行う第１のパルスＳ１、放電を
行う第２のパルスＳ２、再充電を行う第３のパルスＳ３
から構成される。
パルスは図３（ａ）のような山と谷からなる階段状の台
形パルスであり、充電を行う第１のパルスＳ１、放電を
行う第２のパルスＳ２、再充電を行う第３のパルスＳ３
から構成される。
【００５２】本実施例では、駆動パルス制御手段１３０
内に設定されているパルス制御信号はｐ１、ｐ２、ｐ３
の３つあり、それぞれが駆動パルスの第１のパルスＳ
１、第２のパルスＳ２、第３のパルスＳ３に対応してお
り、各パルス制御信号ｐ１、ｐ２，ｐ３の印加タイミン
グとそのパルス幅ｐｗ１、ｐｗ２，ｐｗ３によって各駆
動パルスＳ１、Ｓ２、Ｓ３の開始タイミングと継続時間
が決定される。
内に設定されているパルス制御信号はｐ１、ｐ２、ｐ３
の３つあり、それぞれが駆動パルスの第１のパルスＳ
１、第２のパルスＳ２、第３のパルスＳ３に対応してお
り、各パルス制御信号ｐ１、ｐ２，ｐ３の印加タイミン
グとそのパルス幅ｐｗ１、ｐｗ２，ｐｗ３によって各駆
動パルスＳ１、Ｓ２、Ｓ３の開始タイミングと継続時間
が決定される。
【００５３】以上のような駆動パルスの各行程におい
て、以下に示すようなインクジェット記録ヘッドの駆動
が行われる。
て、以下に示すようなインクジェット記録ヘッドの駆動
が行われる。
【００５４】第１のパルス制御信号ｐ１がオンされる
と、そのパルス幅ｐｗ１分の時間を要して所定のピーク
電圧まで充電が行われ、圧電振動子９が収縮する。これ
に伴って圧力発生室３が膨張し、ノズル２内のメニスカ
スは圧力発生室３側に引き込まれ、もっとも引き込まれ
た位置から振動しながら、ノズル先端２１に向かって回
復をしていく、この際、インク供給口５を介して共通イ
ンク室４のインクが圧力発生室３に流れ込む。
と、そのパルス幅ｐｗ１分の時間を要して所定のピーク
電圧まで充電が行われ、圧電振動子９が収縮する。これ
に伴って圧力発生室３が膨張し、ノズル２内のメニスカ
スは圧力発生室３側に引き込まれ、もっとも引き込まれ
た位置から振動しながら、ノズル先端２１に向かって回
復をしていく、この際、インク供給口５を介して共通イ
ンク室４のインクが圧力発生室３に流れ込む。
【００５５】第１のパルス制御信号ｐ１の終了以降、ピ
ーク電圧のまま電圧が保持され、圧電振動子９も変形を
止めてパルス幅ｐｗｈ１分の時間待機をする。この間も
メニスカスはノズル先端２１に向かって回復を続けてい
る。
ーク電圧のまま電圧が保持され、圧電振動子９も変形を
止めてパルス幅ｐｗｈ１分の時間待機をする。この間も
メニスカスはノズル先端２１に向かって回復を続けてい
る。
【００５６】引き続き、メニスカスの回復途中で第２の
パルス制御信号ｐ２がオンされると、そのパルス幅ｐｗ
２分の時間を要して電圧零まで放電が行われ、圧電振動
子９が伸長する。これに伴って圧力発生室３が収縮を開
始し、圧力発生室３内に圧力が発生することでノズル２
からインク滴が吐出する。インク滴吐出後、ノズル２内
でメニスカスが振動を開始する。
パルス制御信号ｐ２がオンされると、そのパルス幅ｐｗ
２分の時間を要して電圧零まで放電が行われ、圧電振動
子９が伸長する。これに伴って圧力発生室３が収縮を開
始し、圧力発生室３内に圧力が発生することでノズル２
からインク滴が吐出する。インク滴吐出後、ノズル２内
でメニスカスが振動を開始する。
【００５７】ところで、このインク滴吐出後に振動する
メニスカスは、圧力発生室３側に最も引き込まれると、
今度はノズル先端２１に向かって移動を開始するが、こ
の時点で第３の制御パルス信号ｐ３がオンされるように
設定しておくと、そのパルス幅ｐｗ３分の時間を要して
所定の中間電位まで圧電振動子９が充電され微少収縮す
るため、圧力発生室３が膨張する。この圧力発生室３の
膨張により、ノズル先端２１側に向かうメニスカスの運
動エネルギーが低減され、図８の実線Ｌ１で示すように
メニスカスの残留振動を急速に減衰させることができ
る。
メニスカスは、圧力発生室３側に最も引き込まれると、
今度はノズル先端２１に向かって移動を開始するが、こ
の時点で第３の制御パルス信号ｐ３がオンされるように
設定しておくと、そのパルス幅ｐｗ３分の時間を要して
所定の中間電位まで圧電振動子９が充電され微少収縮す
るため、圧力発生室３が膨張する。この圧力発生室３の
膨張により、ノズル先端２１側に向かうメニスカスの運
動エネルギーが低減され、図８の実線Ｌ１で示すように
メニスカスの残留振動を急速に減衰させることができ
る。
【００５８】以上のような駆動において、本発明では第
２のパルス（Ｓ２）と第３のパルス（Ｓ３）の印加タイ
ミングを調整する手段を利用し、インク滴吐出時のメニ
スカスの引き込み位置の一定化と、インク滴吐出後のメ
ニスカスの残留振動の効果的な制振を行えるようにし
た。
２のパルス（Ｓ２）と第３のパルス（Ｓ３）の印加タイ
ミングを調整する手段を利用し、インク滴吐出時のメニ
スカスの引き込み位置の一定化と、インク滴吐出後のメ
ニスカスの残留振動の効果的な制振を行えるようにし
た。
【００５９】まず、第２のパルス（Ｓ２）を調整する第
１の実施例について説明する。
１の実施例について説明する。
【００６０】本発明の第１の実施例では、第１のパルス
（Ｓ１）の開始時から第２のパルス（Ｓ２）の開始時間
ｐｗ５（＝ｐｗ１＋ｐｗｈ１）を調整出来るようにし、
第２のパルス（Ｓ２）の印加タイミング（以下、簡単に
吐出タイミングと呼ぶ）を調整可能とした。
（Ｓ１）の開始時から第２のパルス（Ｓ２）の開始時間
ｐｗ５（＝ｐｗ１＋ｐｗｈ１）を調整出来るようにし、
第２のパルス（Ｓ２）の印加タイミング（以下、簡単に
吐出タイミングと呼ぶ）を調整可能とした。
【００６１】図４および図５は本発明の一実施例である
インクジェット記録装置におけるインクジェット記録ヘ
ッドの駆動パルスとメニスカスの挙動および吐出時のメ
ニスカスの引き込み位置の関係を説明する図である。
インクジェット記録装置におけるインクジェット記録ヘ
ッドの駆動パルスとメニスカスの挙動および吐出時のメ
ニスカスの引き込み位置の関係を説明する図である。
【００６２】第１のパルスの駆動によって生じるメニス
カスの引き込みおよび回復の挙動は、インクジェット記
録ヘッドのもつ固有の流路インピータンスに左右される
この流路インピータンスはノズル２のイナータンスＭ
ｎ、レジスタンスＲｎ、インク供給口５のイナータンス
Ｍｓ、レジスタンスＲｓによっておおよそ決まる値で、
流路インピータンスＺは、 Ｚ＝（Ｒｎ＋Ｒｓ）＋（Ｍｎ×ω＋Ｍｓ×ω） である。ここで ω＝１／Ｔｃ でＴｃは後述するヘル
ムホルツ共振周期である。
カスの引き込みおよび回復の挙動は、インクジェット記
録ヘッドのもつ固有の流路インピータンスに左右される
この流路インピータンスはノズル２のイナータンスＭ
ｎ、レジスタンスＲｎ、インク供給口５のイナータンス
Ｍｓ、レジスタンスＲｓによっておおよそ決まる値で、
流路インピータンスＺは、 Ｚ＝（Ｒｎ＋Ｒｓ）＋（Ｍｎ×ω＋Ｍｓ×ω） である。ここで ω＝１／Ｔｃ でＴｃは後述するヘル
ムホルツ共振周期である。
【００６３】イナータンスＭｎ・Ｍｓ、レジスタンスＲ
ｎ・Ｒｓはノズル２やインク供給口５等の流路寸法のば
らつきによって変動し、さらに環境温度によるインク物
性（粘度、密度）の変化によっても変動するため、これ
らの変動により、メニスカスの引き込みおよび回復の挙
動はばらつく。
ｎ・Ｒｓはノズル２やインク供給口５等の流路寸法のば
らつきによって変動し、さらに環境温度によるインク物
性（粘度、密度）の変化によっても変動するため、これ
らの変動により、メニスカスの引き込みおよび回復の挙
動はばらつく。
【００６４】にもかかわらず、常に吐出タイミングを一
定にして駆動をすると、図４（ｂ）に示すように、メニ
スカスの挙動の差のため、吐出タイミング時のメニスカ
スの引き込み位置に差が生じ、インク滴の吐出速度や吐
出インク量がばらつく（図中Ｌａおよび Ｌｂで比較図
示した）。
定にして駆動をすると、図４（ｂ）に示すように、メニ
スカスの挙動の差のため、吐出タイミング時のメニスカ
スの引き込み位置に差が生じ、インク滴の吐出速度や吐
出インク量がばらつく（図中Ｌａおよび Ｌｂで比較図
示した）。
【００６５】これは、インク滴の着弾位置がばらつき、
結果ヘッド毎の画像のバラツキも生むことになり、イン
クジェット記録ヘッドの製造歩留まりを落としかねな
い。
結果ヘッド毎の画像のバラツキも生むことになり、イン
クジェット記録ヘッドの製造歩留まりを落としかねな
い。
【００６６】しかし本発明では、吐出タイミングを任意
に設定できるようにしているため、ノズル２やインク供
給口５等の流路寸法のばらつきやインク物性がばらつい
てメニスカスの挙動が変化しても、図５（ａ）のように
吐出タイミングを調整し（ｐｗｈ１→ｐｗｈ１'）、図
５（ｂ）のように常に同じ引き込み位置でインク滴を吐
出させることが可能となり、インク滴の吐出速度を常に
一定に保つことが出来る（図中 Ｌａおよび Ｌｂ'で比
較図示した）。
に設定できるようにしているため、ノズル２やインク供
給口５等の流路寸法のばらつきやインク物性がばらつい
てメニスカスの挙動が変化しても、図５（ａ）のように
吐出タイミングを調整し（ｐｗｈ１→ｐｗｈ１'）、図
５（ｂ）のように常に同じ引き込み位置でインク滴を吐
出させることが可能となり、インク滴の吐出速度を常に
一定に保つことが出来る（図中 Ｌａおよび Ｌｂ'で比
較図示した）。
【００６７】この結果、インク滴の着弾位置が安定し、
常に安定した画像が表現できる。
常に安定した画像が表現できる。
【００６８】また、流路寸法が多少ばらついても製造歩
留まりを落とすことなく、駆動パルスの変更で対応する
ことが可能となる。
留まりを落とすことなく、駆動パルスの変更で対応する
ことが可能となる。
【００６９】また、本実施例ではさらに、環境温度検出
手段１４０を設け、環境温度を検出し駆動パルス制御手
段１３０を介して、駆動パルス発生手段１２０から出力
される駆動パルスの第２パルス（Ｓ２）の印加タイミン
グを変化させるようにもした。
手段１４０を設け、環境温度を検出し駆動パルス制御手
段１３０を介して、駆動パルス発生手段１２０から出力
される駆動パルスの第２パルス（Ｓ２）の印加タイミン
グを変化させるようにもした。
【００７０】これにより、環境温度が変化しても吐出タ
イミング時のメニスカスの引き込み位置を一定とするこ
とが可能となり、環境変化に対しても常に安定した高画
質な画像を形成できる。
イミング時のメニスカスの引き込み位置を一定とするこ
とが可能となり、環境変化に対しても常に安定した高画
質な画像を形成できる。
【００７１】第１の実施例に関して、本発明者はインク
供給口幅とノズル径の異なる複数の仕様のインクジェッ
ト記録ヘッドに関して、第２のパルスの印加タイミング
と吐出スピードの関係を調査した。
供給口幅とノズル径の異なる複数の仕様のインクジェッ
ト記録ヘッドに関して、第２のパルスの印加タイミング
と吐出スピードの関係を調査した。
【００７２】図６（ａ）（ｂ）は第２のパルスの印加タ
イミングを固定した駆動方法での各インク供給口幅およ
びノズル径の異なる複数のヘッド仕様における吐出速度
の関係を説明する図である。
イミングを固定した駆動方法での各インク供給口幅およ
びノズル径の異なる複数のヘッド仕様における吐出速度
の関係を説明する図である。
【００７３】本実験では、第２のパルス（Ｓ２）の印加
タイミングを２ポイントとし、同吐出インク量を吐出す
る際の、各仕様ヘッドでの吐出速度を確認した。図６
（ａ）がｐｗ５＝（ｐｗ１＋ｐｗｈ１）＝（１５＋１
０）＝２５μｓ、図６（ｂ）がｐｗ５＝（ｐｗ１＋ｐｗ
ｈ１）＝（１５＋２０）＝３５μｓでの結果である。
タイミングを２ポイントとし、同吐出インク量を吐出す
る際の、各仕様ヘッドでの吐出速度を確認した。図６
（ａ）がｐｗ５＝（ｐｗ１＋ｐｗｈ１）＝（１５＋１
０）＝２５μｓ、図６（ｂ）がｐｗ５＝（ｐｗ１＋ｐｗ
ｈ１）＝（１５＋２０）＝３５μｓでの結果である。
【００７４】図において、第２パルス（Ｓ２）の印加タ
イミングの早い、つまりｐｗ５が短い図６（ａ）の駆動
の方が、メニスカスがより引き込んだ位置でインク滴が
吐出するため、全般に吐出速度を速くすることができる
ことがわかる。
イミングの早い、つまりｐｗ５が短い図６（ａ）の駆動
の方が、メニスカスがより引き込んだ位置でインク滴が
吐出するため、全般に吐出速度を速くすることができる
ことがわかる。
【００７５】また、両印加タイミング駆動とも、インク
供給口幅が広く、ノズル径が広いほど吐出速度は遅くな
る傾向にある。しかも、両寸法とも数μｍの違いで吐出
速度は大きく変化し、本実験で評価した数μｍの寸法バ
ラツキにおいては吐出速度はレンジで３〜４ｍ／ｓもば
らつくことになる。
供給口幅が広く、ノズル径が広いほど吐出速度は遅くな
る傾向にある。しかも、両寸法とも数μｍの違いで吐出
速度は大きく変化し、本実験で評価した数μｍの寸法バ
ラツキにおいては吐出速度はレンジで３〜４ｍ／ｓもば
らつくことになる。
【００７６】図７は本発明の第１の実施例の駆動方法を
行った場合の各インク供給口幅およびノズル径のヘッド
仕様における吐出速度の関係を説明する図である。
行った場合の各インク供給口幅およびノズル径のヘッド
仕様における吐出速度の関係を説明する図である。
【００７７】今回の第１の実施例の駆動方法を利用し、
ヘッドの仕様毎にｐｗｈ１を調整し、インク供給口幅お
よびノズル径が広く吐出速度の遅くなる仕様に関しては
第２パルスの印加タイミング（ｐｗ５）を短くすること
で吐出速度の調整を行った。
ヘッドの仕様毎にｐｗｈ１を調整し、インク供給口幅お
よびノズル径が広く吐出速度の遅くなる仕様に関しては
第２パルスの印加タイミング（ｐｗ５）を短くすること
で吐出速度の調整を行った。
【００７８】結果、図６の様に吐出速度のバラツキを小
さくすることができ、本実験では吐出速度のばらつき
を、レンジで１ｍ／ｓ以下にすることが可能となる（図
中、吐出速度に＊印、◎印がついているのは、それぞれ
ｐｗ５＝２５，３５μｓで駆動させるよう調整したこと
を示す）。
さくすることができ、本実験では吐出速度のばらつき
を、レンジで１ｍ／ｓ以下にすることが可能となる（図
中、吐出速度に＊印、◎印がついているのは、それぞれ
ｐｗ５＝２５，３５μｓで駆動させるよう調整したこと
を示す）。
【００７９】このように第２パルスの印加タイミング
（ｐｗ５）を調整することで、ヘッド仕様がばらついて
も、吐出速度のばらつきが小さく抑えられる。
（ｐｗ５）を調整することで、ヘッド仕様がばらついて
も、吐出速度のばらつきが小さく抑えられる。
【００８０】なお、本実験ではｐｗ５は２ポイントで調
整を行ったが、さらに細かいポイントで調整すれば、吐
出速度のバラツキはさらに小さくすることができる。
整を行ったが、さらに細かいポイントで調整すれば、吐
出速度のバラツキはさらに小さくすることができる。
【００８１】本実験ではｐｗ５の調整を行う際、ｐｗ１
を固定してｐｗｈ１のみの調整で対応したが、ｐｗ１の
調整で対応しても良い。ただし、ｐｗ１を変更すると、
メニスカスの引き込みの挙動がさらに大きく変化するた
め、これに加えｐｗｈ１の調整も必要となり、流路寸法
毎の最適パルスの組み合わせが複雑になる。よって、ｐ
ｗ１を固定しｐｗｈ１の調整のみで対応するのが好まし
い。
を固定してｐｗｈ１のみの調整で対応したが、ｐｗ１の
調整で対応しても良い。ただし、ｐｗ１を変更すると、
メニスカスの引き込みの挙動がさらに大きく変化するた
め、これに加えｐｗｈ１の調整も必要となり、流路寸法
毎の最適パルスの組み合わせが複雑になる。よって、ｐ
ｗ１を固定しｐｗｈ１の調整のみで対応するのが好まし
い。
【００８２】つぎに、第２の実施例について説明する。
【００８３】本発明の第２の実施例では、第２のパルス
の開始時から第３のパルスの開始時間ｐｗ４（＝ｐｗ２
＋ｐｗｈ２）を調整出来るようにし、第３のパルスの印
加タイミングを調整可能とした。
の開始時から第３のパルスの開始時間ｐｗ４（＝ｐｗ２
＋ｐｗｈ２）を調整出来るようにし、第３のパルスの印
加タイミングを調整可能とした。
【００８４】図によって具体的に説明する。
【００８５】図８は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動
パルスとメニスカスの挙動を示す図である。
ット記録装置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動
パルスとメニスカスの挙動を示す図である。
【００８６】第３のパルスの印加タイミングに関して、
メニスカスが圧力発生室３側もしくはノズル先端２１側
に移動中のタイミングで、充電を開始し圧力発生室３を
膨張させた場合は効果的なメニスカスの制振が行われな
い。
メニスカスが圧力発生室３側もしくはノズル先端２１側
に移動中のタイミングで、充電を開始し圧力発生室３を
膨張させた場合は効果的なメニスカスの制振が行われな
い。
【００８７】つまりこの場合、メニスカスの運動エネル
ギが十分減じられず、図８の波線Ｌ２のようにメニスカ
スの振動が残るため、次に吐出すべきタイミングがメニ
スカスがノズル２内に引き込まれる途中過程に相当する
と、インク滴吐出時のメニスカスの形状が不安定とな
り、結果、吐出するインク滴にミストが生じたり、吐出
曲がりや吐出ブレを引き起こし易い。
ギが十分減じられず、図８の波線Ｌ２のようにメニスカ
スの振動が残るため、次に吐出すべきタイミングがメニ
スカスがノズル２内に引き込まれる途中過程に相当する
と、インク滴吐出時のメニスカスの形状が不安定とな
り、結果、吐出するインク滴にミストが生じたり、吐出
曲がりや吐出ブレを引き起こし易い。
【００８８】このため、上記のタイミングで次のインク
滴を吐出しようとする駆動周波数下においては、インク
滴の安定吐出が十分確保できず、印字品質の低下を招き
やすいという問題が生じる。
滴を吐出しようとする駆動周波数下においては、インク
滴の安定吐出が十分確保できず、印字品質の低下を招き
やすいという問題が生じる。
【００８９】このため、第３のパルスの印加タイミング
の設定には注意を要するが、本発明では、以下に示すよ
うなメニスカスの代表的振動特性である周期Ｔｃのヘル
ムホルツ周波数を利用する手段により、容易に第３パル
スの最適な印加タイミングを判断し設定するようにし
た。
の設定には注意を要するが、本発明では、以下に示すよ
うなメニスカスの代表的振動特性である周期Ｔｃのヘル
ムホルツ周波数を利用する手段により、容易に第３パル
スの最適な印加タイミングを判断し設定するようにし
た。
【００９０】メニスカスの振動特性の代表値について以
下に説明する。
下に説明する。
【００９１】図１のように構成されたインクジェット記
録ヘッドは、圧力発生室３のインクの圧縮性に起因する
コンプライアンスをＣｉ、また圧力発生室３を形成して
いる弾性板８、ノズルプレート１、流路構成板７等の材
料自体による剛性コンプライアンスをＣｖ、ノズル２の
イナータンスをＭｎ、インク供給口５のイナータンスを
Ｍｓとするとインク流路のヘルムホルツ共振周期Ｔc
は、 Ｔc=2π×√((Ｍn+Ｍs)/(Ｃi+Ｃv)(Ｍn×Ｍs)) により表すことができる。
録ヘッドは、圧力発生室３のインクの圧縮性に起因する
コンプライアンスをＣｉ、また圧力発生室３を形成して
いる弾性板８、ノズルプレート１、流路構成板７等の材
料自体による剛性コンプライアンスをＣｖ、ノズル２の
イナータンスをＭｎ、インク供給口５のイナータンスを
Ｍｓとするとインク流路のヘルムホルツ共振周期Ｔc
は、 Ｔc=2π×√((Ｍn+Ｍs)/(Ｃi+Ｃv)(Ｍn×Ｍs)) により表すことができる。
【００９２】ここで、コンプライアンスＣｉは、圧力発
生室３の体積をＶ、インクの密度をρ、インク中での音
速をｃとすると Ｃｉ＝Ｖ／ρｃ2 である。
生室３の体積をＶ、インクの密度をρ、インク中での音
速をｃとすると Ｃｉ＝Ｖ／ρｃ2 である。
【００９３】また、圧力発生室３の剛性コンプライアン
スＣｖは、圧力発生室３に単位圧力を印加したときの圧
力発生室３の体積変化量に一致する。
スＣｖは、圧力発生室３に単位圧力を印加したときの圧
力発生室３の体積変化量に一致する。
【００９４】具体例をあげると、長さ０．５〜２ｍｍ、
幅０．１〜０．２ｍｍ、深さ０．０５〜０．３ｍｍの圧
力発生室３を構成すると、ヘルムホルツ共振周期が５〜
２０μｓ（共振周波数が５０〜２００ｋＨｚ）程度のイ
ンクジェット記録ヘッドを構成することができる。
幅０．１〜０．２ｍｍ、深さ０．０５〜０．３ｍｍの圧
力発生室３を構成すると、ヘルムホルツ共振周期が５〜
２０μｓ（共振周波数が５０〜２００ｋＨｚ）程度のイ
ンクジェット記録ヘッドを構成することができる。
【００９５】以上に示した代表値はインク滴吐出後のメ
ニスカスの残留振動の挙動特性に大きく関係する。
ニスカスの残留振動の挙動特性に大きく関係する。
【００９６】図８のようにインク滴吐出後のメニスカス
は微少な振動周期（Ｔ）の振動を持ちつつ大きな周期
（Ｔｍ）での振動が繰り返される。
は微少な振動周期（Ｔ）の振動を持ちつつ大きな周期
（Ｔｍ）での振動が繰り返される。
【００９７】前述したように、第３のパルスの印加タイ
ミングはメニスカスが圧力発生室３側に引き込まれた状
態が一番効果が高い。このためメニスカスの制振を効果
的に行える第３のパルスのタイミングは微少な周期Ｔの
周期で存在することになる。
ミングはメニスカスが圧力発生室３側に引き込まれた状
態が一番効果が高い。このためメニスカスの制振を効果
的に行える第３のパルスのタイミングは微少な周期Ｔの
周期で存在することになる。
【００９８】つまり、インク滴吐出時からＴの振動周期
に相当する時間の経過後に第３のパルスを加えること
（つまり図３の第２のパルス開始から第３のパルス開始
されるまでの時間ｐｗ４をＴと概ね等しくすること）
で、メニスカスの制振を効果的に行えることを意味す
る。
に相当する時間の経過後に第３のパルスを加えること
（つまり図３の第２のパルス開始から第３のパルス開始
されるまでの時間ｐｗ４をＴと概ね等しくすること）
で、メニスカスの制振を効果的に行えることを意味す
る。
【００９９】このメニスカスの微少な振動周期（Ｔ）
は、ほかならぬ上述のヘルムホルツ共振周期（Ｔｃ）で
あり、つまり、微少な共振周期Ｔｃが前述の計算式で確
認できれば最適な第３パルスの印加タイミングが容易に
設定できることになる。
は、ほかならぬ上述のヘルムホルツ共振周期（Ｔｃ）で
あり、つまり、微少な共振周期Ｔｃが前述の計算式で確
認できれば最適な第３パルスの印加タイミングが容易に
設定できることになる。
【０１００】本発明者は、インクジェット記録ヘッドの
持つ共振周期Ｔｃと最適な第３パルスの印加タイミング
について調査した。
持つ共振周期Ｔｃと最適な第３パルスの印加タイミング
について調査した。
【０１０１】図９は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置における共振周期Ｔｃとインク滴の吐出が
安定する最適な第３のパルスの印加タイミングの関係を
示す図である。
ット記録装置における共振周期Ｔｃとインク滴の吐出が
安定する最適な第３のパルスの印加タイミングの関係を
示す図である。
【０１０２】図において第３パルスの最適な印加タイミ
ングは第２のパルス開始から第３のパルスが開始される
までの時間ｐｗ４で示してある。
ングは第２のパルス開始から第３のパルスが開始される
までの時間ｐｗ４で示してある。
【０１０３】なお、本実験では第３のパルスの継続時間
ｐｗ３は第２のパルス継続時間ｐｗ２をほぼ同じに設定
している。これは、同じ継続時間でパルスを加えること
で両方のパルスにより引き起こされるメニスカスの振動
がほぼ同等の周期で発生するため、第３のパルスにより
引き起こされるメニスカスの振動が第２のパルスにより
引き起こされる振動に対して逆位相となった場合、両パ
ルスの継続時間が同じでない場合に比べ、効果的にメニ
スカスの制振がおこなわれるためである。
ｐｗ３は第２のパルス継続時間ｐｗ２をほぼ同じに設定
している。これは、同じ継続時間でパルスを加えること
で両方のパルスにより引き起こされるメニスカスの振動
がほぼ同等の周期で発生するため、第３のパルスにより
引き起こされるメニスカスの振動が第２のパルスにより
引き起こされる振動に対して逆位相となった場合、両パ
ルスの継続時間が同じでない場合に比べ、効果的にメニ
スカスの制振がおこなわれるためである。
【０１０４】図９から明らかに共振周期Ｔｃと第３パル
スの最適な印加タイミング（ｐｗ４）はほぼ一致してお
り、本発明では、メニスカスの振動特性の代表値である
ヘルムホルツ共振周期（Ｔｃ）を利用する手段により、
容易に第３パルスの最適な印加タイミングを判断し設定
できるようになることがわかる。
スの最適な印加タイミング（ｐｗ４）はほぼ一致してお
り、本発明では、メニスカスの振動特性の代表値である
ヘルムホルツ共振周期（Ｔｃ）を利用する手段により、
容易に第３パルスの最適な印加タイミングを判断し設定
できるようになることがわかる。
【０１０５】なお、第３のパルスの継続時間ｐｗ３と第
２のパルス継続時間ｐｗ２が同じでない場合は、共振周
期Ｔｃとｐｗ４は一致しないが、ｐｗ４は共振周期Ｔｃ
に対して若干シフトした値となるため、そのシフト量さ
え把握できれば共振周期Ｔｃを代表値にすることは容易
である。
２のパルス継続時間ｐｗ２が同じでない場合は、共振周
期Ｔｃとｐｗ４は一致しないが、ｐｗ４は共振周期Ｔｃ
に対して若干シフトした値となるため、そのシフト量さ
え把握できれば共振周期Ｔｃを代表値にすることは容易
である。
【０１０６】ところで、インク滴吐出後のメニスカスの
振動も、上述の式で定義されているように、インクの圧
縮性、圧力発生室３の剛性に起因するコンプライアンス
と、ノズル２とインク供給口５等のインク流路の形状寸
法に起因するイナータンスの変化に伴い変動する。
振動も、上述の式で定義されているように、インクの圧
縮性、圧力発生室３の剛性に起因するコンプライアンス
と、ノズル２とインク供給口５等のインク流路の形状寸
法に起因するイナータンスの変化に伴い変動する。
【０１０７】これらの変動を引き起こす主なものは、製
造上のインク流路の形状バラツキや、環境温度の変化で
あり、特にコンプライアンスは環境温度が変化するとイ
ンクの物性値はもちろんのこと、圧力発生室３を構成し
ている材料の剛性も変化するため、変動は比較的大き
い。
造上のインク流路の形状バラツキや、環境温度の変化で
あり、特にコンプライアンスは環境温度が変化するとイ
ンクの物性値はもちろんのこと、圧力発生室３を構成し
ている材料の剛性も変化するため、変動は比較的大き
い。
【０１０８】このため共振振動周期Ｔｃが変化しこれに
伴い、第３パルスの最適な印加タイミングも変化するこ
ととなる。
伴い、第３パルスの最適な印加タイミングも変化するこ
ととなる。
【０１０９】本発明者は、インクジェット記録ヘッドの
持つ共振周期Ｔｃの環境温度による変化について調査し
た。
持つ共振周期Ｔｃの環境温度による変化について調査し
た。
【０１１０】図１０は本発明の一実施例であるインクジ
ェット記録装置における共振周期Ｔｃと環境温度の関係
を示す図である。また、図１１は本発明のインクジェッ
ト記録装置における環境温度と吐出安定する最適な第３
のパルスの印加タイミングの関係を示す図である。
ェット記録装置における共振周期Ｔｃと環境温度の関係
を示す図である。また、図１１は本発明のインクジェッ
ト記録装置における環境温度と吐出安定する最適な第３
のパルスの印加タイミングの関係を示す図である。
【０１１１】明らかに、環境温度が高くなるとそれに伴
い、共振周期Ｔｃも長くなっていき、それに応じて最適
な第３のパルスの印加タイミングｐｗ４も変化していく
ことがわかる。
い、共振周期Ｔｃも長くなっていき、それに応じて最適
な第３のパルスの印加タイミングｐｗ４も変化していく
ことがわかる。
【０１１２】ということは、ある一定値に固定された印
加タイミングのままで駆動が行われると、製造上のイン
ク流路の形状バラツキや、環境温度の変化により共振周
期Ｔｃが大きく変化すると、最適なメニスカスの制振が
行なわれず、インク滴吐出が不安定となってしまう。
加タイミングのままで駆動が行われると、製造上のイン
ク流路の形状バラツキや、環境温度の変化により共振周
期Ｔｃが大きく変化すると、最適なメニスカスの制振が
行なわれず、インク滴吐出が不安定となってしまう。
【０１１３】そこで本実施例では、環境温度検出手段１
４０を設け、それにより環境温度を検出して、駆動パル
ス制御手段１３０を介して、駆動パルス発生手段１３０
から出力される駆動パルスの第３パルスの印加タイミン
グを変化させるようにした。
４０を設け、それにより環境温度を検出して、駆動パル
ス制御手段１３０を介して、駆動パルス発生手段１３０
から出力される駆動パルスの第３パルスの印加タイミン
グを変化させるようにした。
【０１１４】これにより、環境温度変化に対しても最適
な第３パルスの印加タイミングでの駆動が可能となり、
インク滴の吐出により発生したメニスカスの振動が環境
温度によって変化しても、最も圧力発生室３に移動した
段階で、第３のパルスにより圧力発生室３を再び膨張さ
せるため、この時点でノズルに向かおうとしているメニ
スカスの運動エネルギーを効果的に減衰できる。
な第３パルスの印加タイミングでの駆動が可能となり、
インク滴の吐出により発生したメニスカスの振動が環境
温度によって変化しても、最も圧力発生室３に移動した
段階で、第３のパルスにより圧力発生室３を再び膨張さ
せるため、この時点でノズルに向かおうとしているメニ
スカスの運動エネルギーを効果的に減衰できる。
【０１１５】これにより、環境温度に関わりなく、メニ
スカスの運動エネルギーの減衰不良によるインク滴の吐
出不安定現象が抑制され、また、メニスカスの急速な静
止により、繰り返し周波数に関わりなくメニスカスを一
定位置に静止させた状態でインク滴を吐出させるため飛
翔速度が安定する。このため、高駆動周波数の駆動でも
安定した吐出が確保できる。
スカスの運動エネルギーの減衰不良によるインク滴の吐
出不安定現象が抑制され、また、メニスカスの急速な静
止により、繰り返し周波数に関わりなくメニスカスを一
定位置に静止させた状態でインク滴を吐出させるため飛
翔速度が安定する。このため、高駆動周波数の駆動でも
安定した吐出が確保できる。
【０１１６】最後に、印字開始準備時および印字終了時
の動作について説明する。
の動作について説明する。
【０１１７】印字が開始される前には、駆動パルスを中
間電位まで充電し、圧電振動子９を微少収縮させて印字
信号が送られるまで、待機をする。中間電位まで充電す
る時間は、その駆動によってインク滴が吐出しない程度
であればよく、第３パルスの継続時間程度の時間で問題
ない。
間電位まで充電し、圧電振動子９を微少収縮させて印字
信号が送られるまで、待機をする。中間電位まで充電す
る時間は、その駆動によってインク滴が吐出しない程度
であればよく、第３パルスの継続時間程度の時間で問題
ない。
【０１１８】一方、印字信号が入力されなくなると、駆
動パルスは中間電位から所定のパルスにより放電を行い
電位を零とする。この所要時間も、その駆動によってイ
ンク滴が吐出しない程度であれば問題ない。
動パルスは中間電位から所定のパルスにより放電を行い
電位を零とする。この所要時間も、その駆動によってイ
ンク滴が吐出しない程度であれば問題ない。
【０１１９】以上の動作によって、以下に示すような効
果も得られる。
果も得られる。
【０１２０】上記動作によって圧電振動子９が微少伸長
や収縮をし、圧力発生室３が膨張、収縮する。結果、ノ
ズル２内のメニスカスが若干振動し、また、圧力発生室
内３内のインクが攪拌されて、大気に晒され乾燥しやす
いノズル２内のインクの固化を防止しインクの目詰まり
を防止することができる。
や収縮をし、圧力発生室３が膨張、収縮する。結果、ノ
ズル２内のメニスカスが若干振動し、また、圧力発生室
内３内のインクが攪拌されて、大気に晒され乾燥しやす
いノズル２内のインクの固化を防止しインクの目詰まり
を防止することができる。
【０１２１】上述の実施例は、縦振動モードの圧電振動
子を用いたインクジェット記録ヘッドを例にとって説明
したが、横振動モードの圧電振動子を用いた場合も同様
の作用があることは明らかである。
子を用いたインクジェット記録ヘッドを例にとって説明
したが、横振動モードの圧電振動子を用いた場合も同様
の作用があることは明らかである。
【０１２２】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明において
ノズル、およびインク供給口を介して共通インク室に連
通し、周期Ｔｃの共振周波数を備えた圧力発生室と、圧
力発生室を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるイン
クジェット記録ヘッドと圧力発生室を拡大させる第１の
パルスと、膨張状態にある圧力発生室を収縮させてノズ
ルからインク滴を吐出させる第２のパルスと、第２のパ
ルス後に圧力発生室を再び拡大させる第３のパルスを出
力する駆動パルス発生手段と環境温度検出手段によって
第２のパルス開始のタイミングおよび第３のパルス開始
のタイミングを環境温度により制御する駆動パルス制御
手段とを備えたので、第１のパルスで引き込まれ回復中
のメニスカスの引き込み位置が、第２パルス開始時に常
に同じとなるタイミングでインクを吐出できるため、イ
ンク滴の吐出速度を常に一定にすることができる。
ノズル、およびインク供給口を介して共通インク室に連
通し、周期Ｔｃの共振周波数を備えた圧力発生室と、圧
力発生室を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるイン
クジェット記録ヘッドと圧力発生室を拡大させる第１の
パルスと、膨張状態にある圧力発生室を収縮させてノズ
ルからインク滴を吐出させる第２のパルスと、第２のパ
ルス後に圧力発生室を再び拡大させる第３のパルスを出
力する駆動パルス発生手段と環境温度検出手段によって
第２のパルス開始のタイミングおよび第３のパルス開始
のタイミングを環境温度により制御する駆動パルス制御
手段とを備えたので、第１のパルスで引き込まれ回復中
のメニスカスの引き込み位置が、第２パルス開始時に常
に同じとなるタイミングでインクを吐出できるため、イ
ンク滴の吐出速度を常に一定にすることができる。
【０１２３】また、環境温度変化によるメニスカスの挙
動の変化に対しても、常に一定のメニスカスの引き込み
位置でインクを吐出できるため、いかなる環境温度に対
してもインク滴の吐出速度を常に一定にすることができ
る。
動の変化に対しても、常に一定のメニスカスの引き込み
位置でインクを吐出できるため、いかなる環境温度に対
してもインク滴の吐出速度を常に一定にすることができ
る。
【０１２４】一方、インク滴の吐出後に発生するメニス
カスの残留振動が、最も圧力発生室に移動した段階で、
第３のパルスを印加し圧力発生室を再び膨張させること
が容易にできるため、この時点でノズルに向かおうとし
ているメニスカスの運動エネルギーを効果的に減衰させ
ることができる。
カスの残留振動が、最も圧力発生室に移動した段階で、
第３のパルスを印加し圧力発生室を再び膨張させること
が容易にできるため、この時点でノズルに向かおうとし
ているメニスカスの運動エネルギーを効果的に減衰させ
ることができる。
【０１２５】また、環境温度変化によるメニスカスの振
動挙動の変化に対しても、減衰に最適なタイミングで第
３のパルスを開始することができるため、環境温度に関
わらず常に安定したインク滴吐出が可能となる。
動挙動の変化に対しても、減衰に最適なタイミングで第
３のパルスを開始することができるため、環境温度に関
わらず常に安定したインク滴吐出が可能となる。
【０１２６】さらに、メニスカスの急速な静止により、
駆動周波数に関わりなくメニスカスを一定位置に静止さ
せた状態でインク滴を吐出させるため、飛翔速度が安定
し、また、メニスカスの回復時間が早くなるため、応答
周波数が向上する。
駆動周波数に関わりなくメニスカスを一定位置に静止さ
せた状態でインク滴を吐出させるため、飛翔速度が安定
し、また、メニスカスの回復時間が早くなるため、応答
周波数が向上する。
【０１２７】また、インク滴吐出後のメニスカス振動を
減衰制振させるに最適な第２パルス開始から前記第３パ
ルス開始までの時間が、前記圧力発生室の周期Ｔｃとほ
ぼ一致した時間であるので、Ｔｃを代表値とし第３パル
スの開始時間を設定することができる。
減衰制振させるに最適な第２パルス開始から前記第３パ
ルス開始までの時間が、前記圧力発生室の周期Ｔｃとほ
ぼ一致した時間であるので、Ｔｃを代表値とし第３パル
スの開始時間を設定することができる。
【図１】本発明のインクジェット記録装置に使用するイ
ンクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断面図であ
る。
ンクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断面図であ
る。
【図２】本発明のインクジェット記録装置の一実施例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図３】本発明のインクジェット記録装置におけるイン
クジェット記録ヘッドの駆動パルス形成の一実施例を説
明する図である。
クジェット記録ヘッドの駆動パルス形成の一実施例を説
明する図である。
【図４】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動のおよび吐出時のメニスカスの引き込み
位置の関係を説明する図である。
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動のおよび吐出時のメニスカスの引き込み
位置の関係を説明する図である。
【図５】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動および吐出時のメニスカスの引き込み位
置の関係を説明する図である。
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動および吐出時のメニスカスの引き込み位
置の関係を説明する図である。
【図６】第２のパルスの印加タイミングを固定した駆動
方法での各インク供給口幅およびノズル径の異なる複数
のヘッド仕様における吐出速度の関係を説明する図であ
る。
方法での各インク供給口幅およびノズル径の異なる複数
のヘッド仕様における吐出速度の関係を説明する図であ
る。
【図７】本発明の第１の実施例の駆動方法を行った場合
の各インク供給口幅およびノズル径のヘッド仕様におけ
る吐出速度の関係を説明する図である。
の各インク供給口幅およびノズル径のヘッド仕様におけ
る吐出速度の関係を説明する図である。
【図８】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動のおよび吐出時のメニスカスの引き込み
位置の関係を説明する図である。
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動のおよび吐出時のメニスカスの引き込み
位置の関係を説明する図である。
【図９】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置における共振周期Ｔｃとインク滴の吐出が安定する最
適な第３のパルスの印加タイミングの関係を示す図であ
る。
置における共振周期Ｔｃとインク滴の吐出が安定する最
適な第３のパルスの印加タイミングの関係を示す図であ
る。
【図１０】本発明の一実施例であるインクジェット記録
装置における共振周期Ｔｃと環境温度の関係を示す図で
ある。
装置における共振周期Ｔｃと環境温度の関係を示す図で
ある。
【図１１】本発明のインクジェット記録装置における環
境温度と吐出安定する最適な第３のパルスの印加タイミ
ングの関係を示す図である。
境温度と吐出安定する最適な第３のパルスの印加タイミ
ングの関係を示す図である。
１ ノズルプレート ２ ノズル ３ 圧力発生室 ４ 共通インク室 ５ インク供給口 ６ インク流路 ７ 流路構成板 ８ 弾性板 ９ 圧電振動子 １０ 固定基板 ２１ ノズル先端 １００ インクジェット記録ヘッド １１０ 駆動ノズル選択手段 １２０ 駆動パルス発生手段 １３０ 駆動パルス制御手段（ＣＰＵ） １４０ 環境温度検出手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−144408（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−178907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−94854（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−40032（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−85208（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−153159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−25058（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/12 B41J 2/125
Claims (9)
- 【請求項１】 ノズル、およびインク供給口を介して共
通インク室に連通する周期Ｔｃのヘルムホルツ共振周波
数を備えた圧力発生室と、この圧力発生室を拡大、収縮
させる圧電振動子とを有するインクジェット記録ヘッド
と、前記圧力発生室を拡大させる第１のパルスと、拡大
状態にある前記圧力発生室を収縮させて前記ノズルから
インク滴を吐出させる第２のパルスと、前記第２のパル
ス後に前記圧力発生室を再び拡大させる第３のパルスを
出力する駆動パルス発生手段と、 前記第２のパルス開始のタイミング、および前記第３の
パルス開始のタイミングを任意に制御する駆動パルス制
御手段と、を備え、 前記第１のパルスによって前記圧力発生室を拡大させた
後一定電圧に保持して拡大状態を維持する待機時間のパ
ルス幅を前記駆動パルス制御手段によって調整すること
により、前記第２のパルス開始のタイミングでのノズル
内のメニスカス位置が一定となるように前記第２のパル
ス開始のタイミングが制御されており、 前記第２のパルスの継続時間と前記第３のパルスの継続
時間が同じに設定され、前記第２のパルス開始から前記
第３のパルス開始までの時間が、前記圧力発生室の周期
Ｔｃとほぼ一致した時間となるよう設定されていること
を特徴とするインクジェット記録装置。 - 【請求項２】 前記第２のパルス開始のタイミングを、
前記ノズルおよび前記インク供給口の流路インピータン
スに応じて任意に設定する前記駆動パルス制御手段を有
する請求項１記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項３】 前記第２のパルス開始のタイミングを、
前記ノズルまたは前記インク供給口の流路インピータン
スが小さい場合は早く、大きい場合は遅くなるよう設定
することを特徴とする請求項１または２記載のインクジ
ェット記録装置。 - 【請求項４】 前記第２のパルス開始のタイミングを、
前記ノズルまたは前記インク供給口の断面積が大きい場
合は早く、小さい場合は遅くなるよう設定することを特
徴とする請求項１または２記載のインクジェット記録装
置。 - 【請求項５】 前記第２のパルス開始のタイミングを、
前記ノズルまたは前記インク供給口の長さが長い場合は
早く、短い場合は遅くなるよう設定することを特徴とす
る請求項１または２記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項６】 環境温度検出手段を有し、環境温度に応
じて前記第２のパルス開始のタイミングを前記駆動パル
ス制御手段により制御する請求項１ないし５のいずれか
１項に記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項７】 前記第２のパルス開始のタイミングを、
環境温度が高くなる場合は早く、低くなる場合は遅くな
るよう設定することを特徴とする請求項６に記載のイン
クジェット記録装置。 - 【請求項８】 環境温度検出手段を有し、環境温度に応
じて前記第３のパルス開始のタイミングを前記駆動パル
ス制御手段により制御する請求項１に記載のインクジェ
ット記録装置。 - 【請求項９】 前記第３のパルス開始のタイミングを、
環境温度が高くなる場合は早く、低くなる場合は遅くな
るよう設定することを特徴とする請求項８に記載のイン
クジェット記録装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17962296A JP3356202B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | インクジェット記録装置 |
| US08/890,040 US6217159B1 (en) | 1995-04-21 | 1997-07-09 | Ink jet printing device |
| US09/695,303 US6382754B1 (en) | 1995-04-21 | 2000-10-25 | Ink jet printing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17962296A JP3356202B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | インクジェット記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1024570A JPH1024570A (ja) | 1998-01-27 |
| JP3356202B2 true JP3356202B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=16068991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17962296A Expired - Lifetime JP3356202B2 (ja) | 1995-04-21 | 1996-07-09 | インクジェット記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3356202B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104339855A (zh) * | 2013-08-05 | 2015-02-11 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射装置 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2338928B (en) | 1998-07-02 | 2000-08-09 | Tokyo Electric Co Ltd | A driving method of an ink-jet head |
| GB2338927B (en) * | 1998-07-02 | 2000-08-09 | Tokyo Electric Co Ltd | A driving method of an ink-jet head |
| AU4801299A (en) | 1998-07-29 | 2000-02-21 | Nec Corporation | Ink jet recording head and ink jet recorder |
| JP3250530B2 (ja) | 1998-10-14 | 2002-01-28 | 日本電気株式会社 | インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 |
| EP1023997B1 (en) * | 1999-01-29 | 2007-03-21 | Seiko Epson Corporation | Actuator device and ink jet recording apparatus |
| US6478395B2 (en) | 1999-12-01 | 2002-11-12 | Seiko Epson Corporation | Liquid jetting apparatus |
| JP2002331664A (ja) | 2001-03-09 | 2002-11-19 | Seiko Epson Corp | 液体吐出ヘッド駆動装置及びこれを備えた液体吐出装置 |
| US6848763B2 (en) | 2001-03-30 | 2005-02-01 | Seiko Epson Corporation | Drive unit for liquid ejection head |
| JP2002326352A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-12 | Sii Printek Inc | ヘッドチップユニット及びインクジェット式記録装置 |
| CN1330486C (zh) | 2001-09-20 | 2007-08-08 | 株式会社理光 | 图像记录装置 |
| US7073878B2 (en) | 2002-09-30 | 2006-07-11 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejecting apparatus and controlling unit of liquid ejecting apparatus |
| JP4662830B2 (ja) * | 2005-09-16 | 2011-03-30 | 株式会社リコー | 画像形成装置 |
| JP5359402B2 (ja) * | 2009-03-11 | 2013-12-04 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出装置の製造方法、及び、吐出パルス設定方法 |
| CN102435783B (zh) * | 2011-09-16 | 2014-09-10 | 东莞市高品检测技术服务有限公司 | 玩具弹射速度测量仪的校准方法及装置 |
| JP6644538B2 (ja) | 2015-12-11 | 2020-02-12 | ローランドディー．ジー．株式会社 | 液体吐出装置及びこれを備えたインクジェット式記録装置 |
| JP6644537B2 (ja) | 2015-12-11 | 2020-02-12 | ローランドディー．ジー．株式会社 | 液体吐出装置及びこれを備えたインクジェット式記録装置 |
-
1996
- 1996-07-09 JP JP17962296A patent/JP3356202B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104339855A (zh) * | 2013-08-05 | 2015-02-11 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射装置 |
| CN104339855B (zh) * | 2013-08-05 | 2017-09-15 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1024570A (ja) | 1998-01-27 |
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