JP3425113B2 - インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド及びインクジェット式記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧電素子の圧電効果によって
インクを吐出するインクジェットヘッドが知られてい
る。通常、この種のインクジェットヘッドは、インクを
収容する複数の圧力室と各圧力室にそれぞれ連通する複
数のノズルとが形成されたヘッド本体と、圧電効果によ
って上記各圧力室内のインクに圧力を付与してノズルか
らインクを吐出させるアクチュエータと、アクチュエー
タに駆動信号を供給する駆動回路とを備えている。

【０００３】そして、インク吐出の制御のため、アクチ
ュエータに供給する駆動信号として、種々の信号が提案
されている。例えば、特開昭５３−２３２３７号公報に
は、図１１（ａ）に示すように、いわゆる押し引き波形
からなる駆動信号が提案されている。すなわち、はじめ
に圧力室を加圧する側（圧力室の内容積を減少させる
側）にアクチュエータを駆動してインク滴を吐出させ
（信号Ｐ１０１参照）、その後、圧力室を減圧させる側
（圧力室の内容積を増加させる側）にアクチュエータを
駆動して圧力室内にインクを補給する（信号Ｐ１０２参
照）ような信号が提案されている。

【０００４】また、特公昭６２−２６９１２号公報に
は、図１１（ｂ）に示すように、いわゆる引き押し波形
からなる駆動信号が提案されている。すなわち、はじめ
に圧力室を減圧する側（圧力室の内容積を増加させる
側）にアクチュエータを駆動して圧力室内にインクを導
入し（信号Ｐ１０３参照）、次に、圧力室を基準状態に
復帰させるようにアクチュエータを駆動してインクを吐
出させる（信号Ｐ１０４参照）ような信号が提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、記録の高画
質化を図るにはインクドットを微細化する必要があり、
そのためには、ノズルから吐出するインク滴を従来以上
に微小なものにしなければならない。そこで、インク滴
を微細化する手段として、ノズルを小径化することが考
えられる。しかし、ノズルを小径化すると、目詰まりが
発生しやすくなり、信頼性が低下するおそれがある。ま
た、ノズルの形成に際して高度な穴開け加工が必要とな
り、製造コストの上昇を招く結果となる。そこで、ノズ
ル径を小さくするのではなく、駆動信号に工夫を加える
ことにより、インク滴を微細化する技術が望まれてい
る。

【０００６】しかし、上記の押し引き波形では、アクチ
ュエータを押し切ったとき（アクチュエータの変位が最
大のとき）にインク滴が吐出されるため、ノズル端から
のインク突出量は必然的に大きくなり、微小液滴の吐出
は困難であった。また、上記の引き押し波形において
も、アクチュエータが基準状態に戻りきったとき（アク
チュエータの変位が最大変位から零変位に戻ったとき）
にインク滴が吐出されるため、上記と同様にノズル端か
らのインク突出量は大きくなり、微小液滴の吐出は困難
であった。そのため、微小液滴の吐出が可能な新たな駆
動方法が待ち望まれていた。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ノズルが小径でなく
とも微小液滴の吐出が可能なインクジェットヘッドを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、アクチュエータが最大変位から零変位に
戻る途中にアクチュエータの復帰動作を一時的に抑制す
ることにより、ノズル端から突出したインクを中途で分
断させ、微小なインク滴として吐出するようにした。

【０００９】具体的には、第１の発明に係るインクジェ
ットヘッドは、インクを収容する圧力室と該圧力室に連
通するノズルとが形成されたヘッド本体と、圧電素子を
有し、該圧電素子の圧電効果によって上記圧力室内のイ
ンクに圧力を付与するアクチュエータと、上記アクチュ
エータを駆動する駆動手段とを備え、上記アクチュエー
タの共振を利用してインクを吐出するインクジェットヘ
ッドであって、上記駆動手段は、圧力室を減圧する側に
アクチュエータを駆動する主パルス信号を供給した後、
該アクチュエータが基準状態に復帰する前にノズルから
突出したインクの一部が分断されてインク滴として吐出
されるように、該アクチュエータが最大変位から零変位
に戻る途中に該アクチュエータの復帰を一時的に抑制す
る補助パルス信号を供給するように構成され、主パルス
信号の電位降下波形の電位降下開始時から電位上昇波形
の電位上昇開始時までの時間ｔ１は、アクチュエータの
固有周期Ｔに対して、（１／４）Ｔ＜ｔ１＜（３／４）
Ｔに設定されていることとしたものである。

【００１０】上記第１の発明により、まず、圧力室を減
圧する側にアクチュエータを駆動する主パルス信号が供
給されることにより、圧力室内にインクが導入される。
次に、アクチュエータは基準状態に復帰するように変形
するが、その復帰に際して、圧力室は加圧され、ノズル
からインクが押し出される。そして、アクチュエータが
基準状態に復帰する前に、補助パルス信号が供給され、
アクチュエータの復帰は一時的に抑制される。これによ
り、インクの押し出しが一時的に中断され、ノズル端か
ら突出したインクの一部は慣性力によって分断され、微
小なインク滴となって外部に吐出されることになる。従
って、ノズル端から突出したインクの一部のみがインク
滴となって吐出されるので、吐出されるインク滴は微小
なものとなる。

【００１１】アクチュエータの共振を利用するように駆
動タイミングの最適化が図られ、インク滴の吐出速度が
向上する。

【００１２】第２の発明に係るインクジェットヘッド
は、上記駆動手段は、所定の基準電位から該基準電位と
の電位差が所定値Ｖ１であり且つ圧力室を減圧する側に
アクチュエータを駆動するための第１電位にまで下降す
る電位降下波形と、該第１電位を維持する電位維持波形
と、該第１電位から該基準電位にまで上昇する電位上昇
波形とからなる主パルス信号と、上記主パルス信号の後
に供給され、基準電位から該基準電位との電位差が所定
値Ｖ２であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエータ
を駆動するための第２電位にまで下降する電位降下波形
と、該第２電位を維持する電位維持波形と、該第２電位
から該基準電位にまで上昇する電位上昇波形とからなる
補助パルス信号とを供給するように構成され、上記主パ
ルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から上記補助
パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時までの時間
ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の電位降下
開始時から電位降下終了時までの時間ｔ５と、上記補助
パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から電位上
昇終了時までの時間ｔ４とは、それぞれアクチュエータ
の固有周期Ｔに対して、ｔ２＜０．５Ｔ、ｔ５＜０．５
Ｔ、ｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔに設定されていることとし
たものである。

【００１３】第３の発明に係るインクジェットヘッド
は、上記駆動手段は、所定の基準電位から該基準電位と
の電位差が所定値Ｖ１であり且つ圧力室を減圧する側に
アクチュエータを駆動するための第１電位にまで下降す
る電位降下波形と、該第１電位を維持する電位維持波形
と、該第１電位から圧力室を加圧する側にアクチュエー
タを駆動するための加圧電位にまで上昇する電位上昇波
形とからなる主パルス信号と、該主パルス信号の後に供
給され、上記加圧電位から上記基準電位との電位差が所
定値Ｖ２であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエー
タを駆動するための第２電位にまで下降する電位降下波
形と、該第２電位を維持する電位維持波形と、該第２電
位から該基準電位にまで上昇する電位上昇波形とからな
る補助パルス信号とを供給するように構成され、上記主
パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から上記補
助パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時までの時
間ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の電位降
下開始時から電位降下終了時までの時間ｔ５と、上記補
助パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から電位
上昇終了時までの時間ｔ４とは、それぞれアクチュエー
タの固有周期Ｔに対して、ｔ２＜０．５Ｔ、ｔ５＜０．
５Ｔ、ｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔに設定されていることと
したものである。

【００１４】上記第２及び第３の各発明により、主パル
ス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から上記補助パ
ルス信号の電位降下波形の電位降下開始時までの時間ｔ
２が、アクチュエータの固有周期Ｔに対してｔ２＜０．
５Ｔに設定され、補助パルス信号の電位降下波形の電位
降下開始時から電位降下終了時までの時間ｔ５がｔ５＜
０．５Ｔに設定されていることから、補助パルス信号
は、アクチュエータが基準状態に復帰する前に供給され
ることになる。従って、アクチュエータが基準状態に復
帰する前にその復帰動作は一時的に抑制され、ノズル端
から突出したインクの一部は分断され、微小なインク滴
となって吐出されることになる。また、補助パルス信号
の電位上昇波形の電位上昇開始時から電位上昇終了時ま
での時間ｔ４がｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔに設定されてい
ることから、一時的に復帰が抑制されたアクチュエータ
が復帰動作を再開する際に、その復帰動作は比較的緩慢
に行われることになる。そのため、アクチュエータが急
激に復帰することによってインク滴が再度吐出されるこ
とが防止される。また、インク吐出後のアクチュエータ
の振動が抑制され、次回のインク滴吐出の際に、アクチ
ュエータの動作が不安定になることがない。

【００１５】第４の発明は、前記第２または第３の発明
において、補助パルス信号の電位降下波形の電位降下開
始時から電位降下終了時までの時間ｔ５は、アクチュエ
ータの固有周期Ｔに対して、ｔ５＜０．２５Ｔに設定さ
れていることとしたものである。

【００１６】上記第４の発明により、補助パルス信号の
電位降下波形の電位降下開始時から電位降下終了時まで
の時間ｔ５が比較的短くなり、吐出されるインク滴は、
より微小なものになる。

【００１７】第５の発明に係るインクジェットヘッド
は、上記駆動手段は、所定の基準電位から該基準電位と
の電位差が所定値Ｖ１であり且つ圧力室を減圧する側に
アクチュエータを駆動するための第１電位にまで下降す
る電位降下波形と、該第１電位を維持する電位維持波形
と、該第１電位から該基準電位にまで上昇する電位上昇
波形とからなる主パルス信号と、上記主パルス信号の後
に供給され、基準電位から該基準電位との電位差が所定
値Ｖ２であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエータ
を駆動するための第２電位にまで下降する電位降下波形
と、該第２電位を維持する電位維持波形と、該第２電位
から該基準電位にまで上昇する電位上昇波形とからなる
補助パルス信号とを供給するように構成され、上記主パ
ルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から上記補助
パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時までの時間
ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の電位降下
開始時から電位上昇波形の電位上昇終了時までの時間ｔ
３とは、それぞれアクチュエータの固有周期Ｔに対し
て、ｔ２＜０．５Ｔ、（１／１６）Ｔ＜ｔ３＜（３／
８）Ｔに設定されていることとしたものである。

【００１８】第６の発明に係るインクジェットヘッド
は、上記駆動手段は、所定の基準電位から該基準電位と
の電位差が所定値Ｖ１であり且つ圧力室を減圧する側に
アクチュエータを駆動するための第１電位にまで下降す
る電位降下波形と、該第１電位を維持する電位維持波形
と、該第１電位から圧力室を加圧する側にアクチュエー
タを駆動するための加圧電位にまで上昇する電位上昇波
形とからなる主パルス信号と、上記主パルス信号の後に
供給され、上記加圧電位から上記基準電位との電位差が
所定値Ｖ２であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエ
ータを駆動するための第２電位にまで下降する電位降下
波形と、該第２電位を維持する電位維持波形と、該第２
電位から該基準電位にまで上昇する電位上昇波形とから
なる補助パルス信号とを供給するように構成され、上記
主パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から上記
補助パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時までの
時間ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の電位
降下開始時から電位上昇波形の電位上昇終了時までの時
間ｔ３とは、それぞれアクチュエータの固有周期Ｔに対
して、ｔ２＜０．５Ｔ、（１／１６）Ｔ＜ｔ３＜（３／
８）Ｔに設定されていることとしたものである。

【００１９】上記第５及び第６の各発明により、前記第
２または第３の発明と同様、主パルス信号の電位上昇波
形の電位上昇開始時から上記補助パルス信号の電位降下
波形の電位降下開始時までの時間ｔ２が、アクチュエー
タの固有周期Ｔに対してｔ２＜０．５Ｔに設定されてい
るので、アクチュエータが基準状態に復帰する前に補助
パルス信号が供給され、ノズル端から突出したインクの
一部は分断されて微小なインク滴となって吐出されるこ
とになる。また、補助パルス信号の電位降下波形の電位
降下開始時から電位上昇波形の電位上昇終了時までの時
間ｔ３が、（１／１６）Ｔ＜ｔ３＜（３／８）Ｔに設定
されているので、補助パルス信号はわずかの時間しか供
給されず、補助パルス信号によって意図しないインク滴
の吐出が起こるようなことはない。また、主パルス信号
及び補助パルス信号の合計の供給時間が短くなるので、
駆動周波数の向上が図られる。

【００２０】第７の発明は、上記第１の発明において、
主パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時から電位
上昇波形の電位上昇開始時までの時間ｔ１は、アクチュ
エータの固有周期Ｔに対して、（３／８）Ｔ＜ｔ１＜
（５／８）Ｔに設定されていることとしたものである。

【００２１】上記第７の発明により、アクチュエータの
共振を利用するように駆動タイミングの最適化が図ら
れ、インク滴の吐出速度が向上する。

【００２２】第８の発明は、インクジェット式記録装置
であって、前記第１〜第７のいずれか一の発明に係るイ
ンクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッドのイ
ンク吐出時に該インクジェットヘッドと記録媒体とを相
対移動させる移動手段とを備えているものである。

【００２３】このことにより、微小なインク滴を吐出す
ることができ、高画質の記録が可能なインクジェット式
記録装置が得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２５】＜実施形態１＞ 図１は、実施形態１に係るインクジェット式記録装置の
概略構成を示す。このインクジェット式記録装置は、キ
ャリッジ１６に支持固定されたインクジェットヘッド１
を備えている。キャリッジ１６には、図１では図示を省
略するキャリッジモータ２８（図６参照）が設けられ、
このキャリッジモータ２８によりキャリッジ１６が主走
査方向（図１及び図２に示すＸ方向）に延びるキャリッ
ジ軸１７にガイドされ、その方向に往復移動するように
なっている。なお、このキャリッジ１６、キャリッジ軸
１７及びキャリッジモータ２８により、インクジェット
ヘッド１と記録紙４１とを相対移動させる移動手段が構
成されている。

【００２６】記録紙４１は、図１では図示を省略する搬
送モータ２６（図６参照）によって回転駆動される２つ
の搬送ローラ４２に挟まれていて、この搬送モータ２６
及び各搬送ローラ４２により、上記主走査方向と直交す
る副走査方向（図１及び図２に示すＹ方向）に搬送され
るようになっている。

【００２７】インクジェットヘッド１は、図２〜図５に
示すように、インクを収容する複数の圧力室４と各圧力
室４にそれぞれ連通する複数のノズル２とが形成された
ヘッド本体４０と、各圧力室４内のインクに圧力を付加
して各ノズル２からインク滴をそれぞれ吐出させる複数
のアクチュエータ１０とを有している。アクチュエータ
１０は、後述の如く、いわゆるたわみ振動型の圧電素子
１３を用いたものであって、圧力室４の収縮（加圧）及
び膨張（減圧）に伴う圧力室４内の圧力変化によって、
ノズル２からインク滴を吐出しかつ圧力室４にインクを
導入するようになっている。

【００２８】図２に示すように、各圧力室４は、インク
ジェットヘッド１の内部に主走査方向Ｘに延びるように
長溝状に形成されており、圧力室４同士は、副走査方向
Ｙに互いに所定間隔をあけて配設されている。この圧力
室４の一端部（図２では右側の端部）には、ノズル２が
設けられている。圧力室４の他端部（図２では左側の端
部）にはインク供給路５の一端部がそれぞれ接続され、
この各インク供給路５の他端部は、副走査方向Ｙに延び
るように設けられたインク供給室３に接続されている。

【００２９】図３に示すように、インクジェットヘッド
１は、ノズル２が形成されたノズルプレート６と、圧力
室４及びインク供給路５を区画形成する区画壁７と、ア
クチュエータ１０とが順に積層されて構成されている。
このノズルプレート６は厚さ２０μｍのポリイミド板か
らなり、区画壁７は厚さ２８０μｍのステンレス製ラミ
ネート板で構成されている。

【００３０】アクチュエータ１０は、図４及び図５に誇
張して示すように、圧力室４に臨設された振動板１１
と、振動板１１を振動させる薄膜の圧電素子１３と、個
別電極１４とが順に積層されて構成されている。振動板
１１は、厚さ２μｍのクロム板からなっており、各圧電
素子１３に個別電極１４と共に電圧を印加するための共
通電極としての機能をも有している。圧電素子１３は、
圧力室４に対応して設けられていて、厚さ３μｍのＰＺ
Ｔ（ジルコル酸チタン酸鉛）からなる超薄型のものであ
る。個別電極１４は厚さ０．１μｍの白金板からなって
おり、アクチュエータ１０の全体の厚さは約５μｍとな
っている。なお、互いに隣接する圧電素子１３（個別電
極１４）の間には、ポリイミドからなる絶縁板１５が設
けられている。

【００３１】次に、図６のブロック図を参照しながら、
インクジェット式記録装置の制御回路２０を説明する。
制御回路２０は、ＣＰＵからなる主制御部２１と、各種
データ処理のためのルーチン等を記憶したＲＯＭ２２
と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ２３と、搬送モー
タ２６及びキャリッジモータ２８をそれぞれ駆動制御す
るためのドライバ回路２５，２７及びモータ制御回路２
４と、印刷データを受信するデータ受信回路２９と、駆
動信号生成回路３０と、複数の選択回路３１，３１，…
とを備えている。各選択回路３１には、アクチュエータ
１０が接続されている。駆動信号生成回路３０は、後述
する駆動信号を生成する回路である。選択回路３１は、
インクジェットヘッド１がキャリッジ１６と共に主走査
方向Ｘに移動しているときに、駆動信号生成回路３０か
らの駆動信号をアクチュエータ１０に選択的に入力させ
る回路である。具体的には、選択回路３１は、駆動信号
生成回路３０からアクチュエータ１０への信号供給をＯ
Ｎ／ＯＦＦするスイッチング回路により構成されてい
る。

【００３２】次に、インクジェット式記録装置の動作に
ついて説明する。まず、データ受信回路２９が画像デー
タを受信すると、主制御部２１はＲＯＭ２２に記憶され
た処理ルーチンに基づいて、モータ制御回路２４及びド
ライバ回路２５，２７を介して搬送モータ２６及びキャ
リッジモータ２８をそれぞれ制御し、駆動信号生成回路
３０は駆動信号を生成する。さらに、主制御部２１は、
上記画像データに基づいて、インク滴の吐出に関する情
報を各選択回路３１に出力する。そして、選択回路３１
は、上記情報に基づいて、インク滴を吐出すべきときに
はＯＮ状態となってアクチュエータ１０に駆動信号を供
給する一方、インク滴を吐出すべきでないときにはＯＦ
Ｆ状態となって駆動信号を遮断する。これにより、記録
紙４１上に所望の画像が形成される。

【００３３】−駆動信号の波形− 次に、図７（ａ）を参照しながら、駆動信号について説
明する。本実施形態の駆動信号は、一印字周期中に、主
パルス信号Ｐ１及び補助パルス信号Ｐ２の２つのパルス
信号を含んでいる。

【００３４】主パルス信号Ｐ１は、所定の基準電位と第
１電位Ｖ１とを有する信号である。ここで、第１電位Ｖ
１は、基準電位との電位差がＶ１であって、圧力室４を
減圧する側（圧力室４の内容積を増加させる側）にアク
チュエータ１０を変形させるための電位である。詳しく
は、主パルス信号Ｐ１は、基準電位から第１電位Ｖ１に
まで下降する第１電位降下波形Ｓ１と、第１電位Ｖ１を
維持する第１電位維持波形Ｓ２と、第１電位Ｖ１から基
準電位にまで上昇する第１電位上昇波形Ｓ３とにより構
成されており、いわゆる引き押し波形の信号である。

【００３５】一方、補助パルス信号Ｐ２は、基準電位と
第２電位Ｖ２とを有する信号である。ここで、第２電位
Ｖ２は、基準電位との電位差がＶ２であって、圧力室４
を減圧する側にアクチュエータ１０を変形させるための
電位である。なお、本実施形態では第２電位Ｖ２は第１
電位Ｖ１よりも小さいが、第２電位Ｖ２は第１電位Ｖ１
と等しくてもよく、第１電位Ｖ１よりも大きくてもよ
い。補助パルス信号Ｐ２は、詳しくは、主パルス信号Ｐ
１の後の基準電位維持波形Ｓ４に続き、基準電位から第
２電位Ｖ２にまで下降する第２電位降下波形Ｓ５と、第
２電位Ｖ２を維持する第２電位維持波形Ｓ６と、第２電
位Ｖ２から基準電位にまで上昇する第２電位上昇波形Ｓ
７とにより構成されている。従って、補助パルス信号Ｐ
２も、いわゆる引き押し波形の信号である。

【００３６】ここで、主パルス信号Ｐ１の第１電位降下
波形Ｓ１の電位降下開始時から第１電位上昇波形Ｓ３の
電位上昇開始時までの時間をｔ１とすると、ｔ１はアク
チュエータ１０の固有周期Ｔに対して、 （１／４）Ｔ＜ｔ１＜（３／４）Ｔ −−−（１） に設定されている。詳しくは、本例では、時間ｔ１は４
μｓに設定されている。なお、ここでいうアクチュエー
タ１０の固有周期とは、圧力室４の内部のインクの影響
をも含めた振動系全体の固有周期のことであり、本例で
は８μｓである。このような固有周期は、例えば米国特
許第４，６９７，１９３号明細書に記載されているヘル
ムホルツ固有振動数ｆの逆数で表される。

【００３７】主パルス信号Ｐ１の第１電位上昇波形Ｓ３
の電位上昇開始時から補助パルス信号Ｐ２の電位降下波
形Ｓ５の電位降下開始時までの時間をｔ２とすると、ｔ
２は、 ｔ２＜０．５Ｔ −−−（２） に設定されている。なお、時間ｔ２が短すぎると、後述
の補助パルス信号Ｐ２の付加によるインク吐出が困難と
なるので、時間ｔ２は、 （１／１６）Ｔ＜ｔ２＜０．５Ｔ −−−（２ａ） に設定されていることが好ましい。本例では、時間ｔ２
は１．５μｓに設定されている。

【００３８】補助パルス信号Ｐ２の第２電位降下波形Ｓ
５の電位降下開始時から電位降下終了時までの時間をｔ
５とすると、ｔ５は、 ｔ５＜０．５Ｔ −−−（３） に設定されている。なお、時間ｔ５が短いほど、後述の
補助パルス信号Ｐ２の付加によるインク吐出が容易にな
るので、時間ｔ５は、 ｔ５＜０．２５Ｔ −−−（３ａ） に設定されていることが好ましい。本例では、時間ｔ５
は０．５μｓに設定されている。

【００３９】補助パルス信号Ｐ２の第２電位上昇波形Ｓ
７の電位上昇開始時から電位上昇終了時までの時間をｔ
４とすると、ｔ４は、 ｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔ −−−（４） に設定されている。

【００４０】−インクの吐出動作− 次に、アクチュエータ１０の中央部の変位を表す図７
（ｂ）と、ノズル２のインクの挙動を表す図８とを参照
しながら、インク滴の吐出動作について説明する。な
お、図８では、圧力室４等は模式的に表されており、こ
れらは実際の形状とは異なる。また、アクチュエータ１
０の変形は誇張して示している。

【００４１】まず、図８（ａ）に示す基準状態（初期状
態）のアクチュエータ１０に対し、主パルス信号Ｐ１が
供給される。これにより、図７（ｂ）の変位曲線Ｃ１及
び図８（ｂ）に示すように、アクチュエータ１０は圧力
室４を減圧する側に変形し、いわゆる引き動作を行う。
これにより、インク供給室３から圧力室４にインクが導
入される。

【００４２】その後、図７（ｂ）の変位曲線Ｃ２及び図
８（ｃ）に示すように、アクチュエータ１０は基準状態
に向けて徐々に復帰し、圧力室４はアクチュエータ１０
によって加圧される。つまり、いわゆる押し動作が行わ
れる。これにより、ノズル２からインクが徐々に突出す
る。

【００４３】次に、図７（ｂ）の変位曲線Ｃ３及び図８
（ｄ）に示すように、アクチュエータ１０が基準状態に
復帰する前に補助パルス信号Ｐ２が供給され、アクチュ
エータ１０の復帰動作は一時的に抑制される。なお、図
７（ｂ）に示すように、本実施形態では、補助パルス信
号Ｐ２の付加によってアクチュエータ１０は一時的に圧
力室４を減圧する側に変形しているが、補助パルス信号
Ｐ２は、アクチュエータ１０の復帰動作を急激に減速さ
せるものであればよく、アクチュエータ１０を必ずしも
減圧側に変形させる必要はない。このように、アクチュ
エータ１０の復帰動作が不連続になることにより、ノズ
ル２から押し出されたインクは、その慣性力によって先
端側の一部が分断され、微小なインク滴ＤＰとなって飛
翔する。

【００４４】その後、図７（ｂ）の変位曲線Ｃ４及び図
８（ｅ）に示すように、アクチュエータ１０は再び復帰
動作に戻り、いわゆる押し動作を再開する。この際、イ
ンク滴ＤＰが吐出された分だけ、ノズル２からのインク
の突出量は少なくなるので、アクチュエータ１０が基準
状態に復帰したとしても、ノズル２からインク滴が再度
吐出されることはない。

【００４５】なお、本実施形態では、補助パルス信号Ｐ
２の第２電位上昇波形Ｓ７の電位上昇開始時から電位上
昇終了時までの時間ｔ４はｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔに設
定されており、インク吐出後のアクチュエータ１０の振
動抑制にとって十分に長い時間であるので、次のインク
滴を吐出する前に、アクチュエータ１０の状態は十分に
安定する。すなわち、駆動信号を供給する際に、アクチ
ュエータ１０は常に所定の基準状態（初期状態）から駆
動されることになり、所定量のインク滴が安定して吐出
されることになる。従って、印字品質のばらつきがなく
なり、良好な記録が可能となる。

【００４６】−本実施形態の効果− 以上のように、本実施形態によれば、主パルス信号Ｐ１
の供給により圧力室４を減圧する側にアクチュエータ１
０を駆動した後、アクチュエータ１０が基準状態に復帰
する前に、その復帰を一時的に抑制する補助パルス信号
Ｐ２を供給することとしたので、ノズル端から押し出し
たインクの一部を分断させ、微小なインク滴として吐出
することができる。従って、ノズルを小径化することな
く微小なインク滴を吐出することが可能となる。

【００４７】主パルス信号Ｐ１の電位上昇波形Ｓ３の電
位上昇開始時から上記補助パルス信号Ｐ２の電位降下波
形Ｓ５の電位降下開始時までの時間ｔ２を、アクチュエ
ータ１０の固有周期Ｔに対してｔ２＜０．５Ｔに設定
し、補助パルス信号Ｐ２の電位降下波形Ｓ５の電位降下
開始時から電位降下終了時までの時間ｔ５をｔ５＜０．
５Ｔに設定していることから、アクチュエータ１０が基
準状態に復帰する前に補助パルス信号Ｐ２を確実に供給
することができ、微小なインク滴を安定して吐出するこ
とができる。

【００４８】補助パルス信号Ｐ２の第２電位上昇波形Ｓ
７の電位上昇開始時から電位上昇終了時までの時間ｔ４
をｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔに設定することとしたので、
インク滴を吐出した後のアクチュエータ１０の振動が次
回のインク滴の吐出時に残存することがなく、インク滴
の吐出動作は常に安定して行われる。従って、印字品質
が安定する。

【００４９】主パルス信号Ｐ１の電位降下波形Ｓ１の電
位降下開始時から電位上昇波形Ｓ３の電位上昇開始時ま
での時間ｔ１を、アクチュエータの固有周期Ｔに対し
て、（１／４）Ｔ＜ｔ１＜（３／４）Ｔに設定している
ので、アクチュエータ１０の共振を利用することがで
き、アクチュエータ１０の駆動に必要なエネルギーを抑
制することができる。

【００５０】＜実施形態２＞ 実施形態１では、インク吐出前のアクチュエータ１０の
状態を安定させるために、補助パルス信号Ｐ２の第２電
位上昇波形Ｓ７の電位上昇開始時から電位上昇終了時ま
での時間ｔ４を長めに設定したが、インク吐出の間隔が
短い高速印刷が必要な場合もある。実施形態２は、駆動
周波数を向上させて高速印刷を可能とすべく、実施形態
１における駆動信号を図９に示すような駆動信号に置き
換えたものである。

【００５１】具体的には、本実施形態では、補助パルス
信号Ｐ２の電位降下波形Ｓ５の電位降下開始時から電位
上昇波形Ｓ７の電位上昇終了時までの時間ｔ３は、アク
チュエータ１０の固有周期Ｔに対して、（１／１６）Ｔ
＜ｔ３＜（３／８）Ｔに設定されている。このように、
補助パルス信号Ｐ２の印加時間ｔ３を短めに設定するこ
とにより、主パルス信号Ｐ１及び補助パルス信号Ｐ２か
らなる駆動信号の全体の周期を短くすることができる。
従って、駆動周波数を向上させることができる。

【００５２】なお、時間ｔ３に上限を設けた理由は、時
間ｔ３が長くなりすぎると、補助パルス信号Ｐ２を加え
ることにより余分なインク滴が吐出されるおそれがある
からである。

【００５３】表１に、本発明の実施例の性能比較表を示
す。なお、実施例１〜４及び比較例では、Ｖ１＝Ｖ２＝
２３[Ｖ]とした。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１に示すように、実施例１〜４によれ
ば、従来の引き押し波形の駆動信号に比べて、インクの
吐出量が少なくなっていることが分かる。つまり、実施
例１〜４においては、従来よりも微小なインク滴が吐出
されている。なお、比較例のように時間ｔ３が長すぎる
と、補助パルス信号Ｐ２の供給により余分なインク滴が
吐出され、インクの吐出量は、逆に従来例よりも増加す
る結果となる。

【００５６】＜実施形態３＞ 実施形態１及び２では、駆動信号の波形は基準電位と２
つの電位Ｖ１，Ｖ２とを有する信号波形であり、アクチ
ュエータ１０にいわゆる引き押し動作を行わせる引き押
し波形であった。しかし、本発明の駆動信号の波形は、
引き押し波形に限定されるものではなく、図１０（ａ）
及び（ｂ）に示すように、アクチュエータ１０を基準状
態からいったん圧力室４を減圧する側に駆動した後、圧
力室４を加圧する側に駆動し、再び減圧側に駆動してか
ら基準状態に復帰させる波形であってもよい。つまり、
アクチュエータ１０にいわゆる引き押し引き動作を行わ
せる引き押し引き波形であってもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、主パル
ス信号を供給することによってアクチュエータをいった
ん圧力室を減圧する側に駆動した後、アクチュエータが
基準状態に復帰する前に補助パルス信号を供給し、その
復帰を一時的に抑制するようにしたので、アクチュエー
タの復帰に伴ってノズル端から押し出されたインクの一
部を分断させ、微小なインク滴として吐出することがで
きる。従って、ノズルを小径化しなくてもインク滴を微
細化することができ、高画質の記録が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット式記録装置の概略構成図であ
る。

【図２】インクジェットヘッドの部分平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】アクチュエータ近傍の部分断面図である。

【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】制御回路のブロック図である。

【図７】（ａ）は実施形態１に係る駆動信号の波形図で
あり、（ｂ）はアクチュエータの変位曲線図である。

【図８】（ａ）〜（ｅ）はアクチュエータの変形とイン
クの挙動を示す模式図である。

【図９】実施形態２に係る駆動信号の波形図である。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態３に係る駆動
信号の波形図である。

【図１１】従来の駆動信号の波形図であり、（ａ）は押
し引き波形、（ｂ）は引き押し波形を示す。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ２ ノズル ３ インク供給室 ４ 圧力室 １０ アクチュエータ １１ 振動板 １３ 圧電素子 １４ 個別電極 １６ キャリッジ（移動手段） ３０ 駆動信号生成回路（駆動手段） ４０ ヘッド本体 ４１ 記録紙（記録媒体） Ｐ１ 主パルス信号 Ｐ２ 補助パルス信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−141851（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−267739（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−157100（ＪＰ，Ａ) 特開2001−10049（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/01 B41J 2/055

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容する圧力室と該圧力室に連
   通するノズルとが形成されたヘッド本体と、 圧電素子を有し、該圧電素子の圧電効果によって上記圧
   力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータと、 上記アクチュエータを駆動する駆動手段とを備え、 上記アクチュエータの共振を利用してインクを吐出する
   インクジェットヘッドであって、 上記駆動手段は、圧力室を減圧する側にアクチュエータ
   を駆動する主パルス信号を供給した後、該アクチュエー
   タが基準状態に復帰する前にノズルから突出したインク
   の一部が分断されてインク滴として吐出されるように、
   該アクチュエータが最大変位から零変位に戻る途中に該
   アクチュエータの復帰を一時的に抑制する補助パルス信
   号を供給するように構成され、 主パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時から電位
   上昇波形の電位上昇開始時までの時間ｔ１は、アクチュ
   エータの固有周期Ｔに対して、 （１／４）Ｔ＜ｔ１＜（３／４）Ｔに設定されているインクジェットヘッド 。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   であって、 駆動手段は、 所定の基準電位から該基準電位との電位差が所定値Ｖ１
   であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエータを駆動
   するための第１電位にまで下降する電位降下波形と、該
   第１電位を維持する電位維持波形と、該第１電位から該
   基準電位にまで上昇する電位上昇波形とからなる主パル
   ス信号と、 上記主パルス信号の後に供給され、基準電位から該基準
   電位との電位差が所定値Ｖ２であり且つ圧力室を減圧す
   る側にアクチュエータを駆動するための第２電位にまで
   下降する電位降下波形と、該第２電位を維持する電位維
   持波形と、該第２電位から該基準電位にまで上昇する電
   位上昇波形とからなる補助パルス信号とを供給するよう
   に構成され、 上記主パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から
   上記補助パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時ま
   での時間ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の
   電位降下開始時から電位降下終了時までの時間ｔ５と、
   上記補助パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時か
   ら電位上昇終了時までの時間ｔ４とは、それぞれアクチ
   ュエータの固有周期Ｔに対して、 ｔ２＜０．５Ｔ ｔ５＜０．５Ｔ ｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔ に設定されているインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   であって、 駆動手段は、 所定の基準電位から該基準電位との電位差が所定値Ｖ１
   であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエータを駆動
   するための第１電位にまで下降する電位降下波形と、該
   第１電位を維持する電位維持波形と、該第１電位から圧
   力室を加圧する側にアクチュエータを駆動するための加
   圧電位にまで上昇する電位上昇波形とからなる主パルス
   信号と、 該主パルス信号の後に供給され、上記加圧電位から上記
   基準電位との電位差が所定値Ｖ２であり且つ圧力室を減
   圧する側にアクチュエータを駆動するための第２電位に
   まで下降する電位降下波形と、該第２電位を維持する電
   位維持波形と、該第２電位から該基準電位にまで上昇す
   る電位上昇波形とからなる補助パルス信号とを供給する
   ように構成され、 上記主パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から
   上記補助パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時ま
   での時間ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の
   電位降下開始時から電位降下終了時までの時間ｔ５と、
   上記補助パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時か
   ら電位上昇終了時までの時間ｔ４とは、それぞれアクチ
   ュエータの固有周期Ｔに対して、 ｔ２＜０．５Ｔ ｔ５＜０．５Ｔ ｔ４＞（Ｖ２／Ｖ１）Ｔ に設定されているインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載のインクジェッ
   トヘッドにおいて、 補助パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時から電
   位降下終了時までの時間ｔ５は、アクチュエータの固有
   周期Ｔに対して、 ｔ５＜０．２５Ｔ に設定されているインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   であって、 駆動手段は、 所定の基準電位から該基準電位との電位差が所定値Ｖ１
   であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエータを駆動
   するための第１電位にまで下降する電位降下波形と、該
   第１電位を維持する電位維持波形と、該第１電位から該
   基準電位にまで上昇する電位上昇波形とからなる主パル
   ス信号と、 上記主パルス信号の後に供給され、基準電位から該基準
   電位との電位差が所定値Ｖ２であり且つ圧力室を減圧す
   る側にアクチュエータを駆動するための第２電位にまで
   下降する電位降下波形と、該第２電位を維持する電位維
   持波形と、該第２電位から該基準電位にまで上昇する電
   位上昇波形とからなる補助パルス信号とを供給するよう
   に構成され、 上記主パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から
   上記補助パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時ま
   での時間ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の
   電位降下開始時から電位上昇波形の電位上昇終了時まで
   の時間ｔ３とは、それぞれアクチュエータの固有周期Ｔ
   に対して、 ｔ２＜０．５Ｔ （１／１６）Ｔ＜ｔ３＜（３／８）Ｔ に設定されているインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   であって、 駆動手段は、 所定の基準電位から該基準電位との電位差が所定値Ｖ１
   であり且つ圧力室を減圧する側にアクチュエータを駆動
   するための第１電位にまで下降する電位降下波形と、該
   第１電位を維持する電位維持波形と、該第１電位から圧
   力室を加圧する側にアクチュエータを駆動するための加
   圧電位にまで上昇する電位上昇波形とからなる主パルス
   信号と、 上記主パルス信号の後に供給され、上記加圧電位から上
   記基準電位との電位差が所定値Ｖ２であり且つ圧力室を
   減圧する側にアクチュエータを駆動するための第２電位
   にまで下降する電位降下波形と、該第２電位を維持する
   電位維持波形と、該第２電位から該基準電位にまで上昇
   する電位上昇波形とからなる補助パルス信号とを供給す
   るように構成され、 上記主パルス信号の電位上昇波形の電位上昇開始時から
   上記補助パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時ま
   での時間ｔ２と、上記補助パルス信号の電位降下波形の
   電位降下開始時から電位上昇波形の電位上昇終了時まで
   の時間ｔ３とは、それぞれアクチュエータの固有周期Ｔ
   に対して、 ｔ２＜０．５Ｔ （１／１６）Ｔ＜ｔ３＜（３／８）Ｔ に設定されているインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、 主パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時から電位
   上昇波形の電位上昇開始時までの時間ｔ１は、アクチュ
   エータの固有周期Ｔに対して、 （３／８）Ｔ＜ｔ１＜（５／８）Ｔ に設定されているインクジェットヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか一つに記載のイ
   ンクジェットヘッドと、 上記インクジェットヘッドのインク吐出時に該インクジ
   ェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段と
   を備えているインクジェット式記録装置。