JP3769370B2

JP3769370B2 - インクジェット式記録ヘッドの駆動方法

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Publication number: JP3769370B2
Application number: JP29013997A
Authority: JP
Inventors: 朋裕狭山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: JPH11123819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを圧力発生手段で加圧してインクを吐出させて文字や図形を記録する記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置を駆動させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録ヘッドにおいて、インク滴の吐出重量を増やすことは、高速な印字を実現する手段の一つである。インク滴の吐出重量を増やすためには圧力発生室を単純に収縮してインク滴を吐出する、いわゆる「押しうち」を行う方法が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いわゆる「押しうち」で吐出重量を増やして高速化を図ろうとするならば、圧力発生室の収縮量を増加させるしかなく、圧電振動子を用いて圧力発生室を加減圧する駆動方式ならば、駆動電圧を増加させてしまう、という問題が生じる。
【０００４】
そこで、本発明では、圧力発生室の最大収縮量を増やすことなく、吐出インク重量を増やして、記録速度を向上することのできる駆動方法を提供する。
【０００５】
更に、本発明では、環境温度の変化に対しても均一量のインク吐出量を確保することのできる駆動方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明におけるインクジェット式記録ヘッドの駆動方式は、ノズル開口と共通のインク室に連通する圧力発生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により膨張、収縮させて前記圧力発生室へインクの補充、ノズル開口からのインク滴吐出を行うインクジェット式記録ヘッドにおいて、ノズルメニスカスが静止している状態から、圧力発生室を膨張（工程Ｄ１）もしくは収縮（工程Ｃ１）して圧力を増減し、増減後の圧力発生室の状態を保持している間のインクの流れによって、ノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出された状態を捉えて、インク滴吐出のための圧力発生室を膨張して最小圧力まで減圧した後にタイミングを合わせ、最大圧力まで圧力発生室を収縮させる工程、もしくは圧力発生室を直接最大圧力まで収縮させる工程を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、工程Ｄ１を行う場合、この工程Ｄ１によって膨張した圧力発生室の圧力をホールドする工程の時間が、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの１／８倍以上３／８倍以下である。
【０００８】
また、工程Ｃ１を行う場合、工程Ｃ１によって収縮した圧力発生室の圧力をホールドする工程の時間が、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの５／８倍以上、７／８倍以下である。
【０００９】
また、工程Ｄ１、工程Ｃ１において、インクの環境温度が最高保証温度の場合は圧力発生室の膨張量もしくは収縮量を最小にし、最低保障温度に近づくに従って圧力発生室の膨張量もしくは収縮量を最高にすることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（実施例１）
以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明に使用するインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示すものであって、図中の符号１は、駆動ユニットで、ジルコニアの薄板からなる振動板２の表面に、後述する圧力発生室４に対向するようにＰＺＴからなる圧電振動板３、３、３‥‥を一体に固定して構成されている。
【００１３】
５はスぺーサーで、圧力発生室４を形成するのに適した厚さ、例えば１００μｍのジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミック板に圧力発生室４、４、４‥‥の形状に一致した通孔を一定ピッチで穿設して構成されており、一方の面を振動板２で封止されている。
【００１４】
６は圧力発生室４の他面を封止する基板で、圧力発生室４と対向する一端側にはノズル開口７、７、７‥‥と圧力発生室４を接続する連通口８、８、８‥‥が設けられ、また他端側には複数の圧力発生室４と共通のインク室１０とを接続する連通口１１、１１、１１‥‥が設けられている。この連通口１１、１１、１１‥‥はノズル開口７、７、７‥‥とほぼ同等の流路抵抗を有する流路制限孔の役割も担っている。
【００１５】
これら３つの部材１、５、６はそれぞれ積層されてユニットとして構成され、後述するユニット固定板１２に取り付けられる。
【００１６】
１２は前述のユニット固定板で、一方の面に上述したユニットが所定の位置に接着剤で固定されており、連通口１１と共通のインク室１０とを接続する連通孔１３が設けられ、また連通孔８に対向する位置にはノズル開口７と接続する連通孔１４が設けられている。
【００１７】
１５は、後述する共通のインク室構成板１６とユニット固定板１２とを接合するための熱溶着フィルムで、共通のインク室１０に一致する窓１７、及びノズル開口７、７、７‥‥圧力発生室４、４、４‥‥とを接続する連通孔１８、１８、１８‥‥とが穿設されている。
【００１８】
１６は、前述の共通のインク室構成板で、共通のインク室１０を形成するに適した厚み、例えば１２０μｍのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、共通のインク室１０の形状に対応する通孔と、圧力発生室４、４、４‥‥とノズル開口７、７、７‥‥とを接続する連通孔９、９、９‥‥を穿設して構成されている。
【００１９】
２５はノズルプレートで、ノズル開口７、７、７‥‥が穿設されていて、連通孔８、１４、９を介して圧力発生室４、４、４‥‥に接続するように共通のインク室形成板１６に熱溶着フィルム２０で接着されている。
【００２０】
このように構成されたインクジェット式記録ヘッドは、圧電振動板３に一定速度で上昇する電圧からなる駆動信号が印加されると、振動板２が圧力発生室４側にたわんで、圧力発生室４を収縮させる。これにより、圧力発生室４のインクが連通口８、１４、９を経由してノズル開口７に至り、ここからインク滴を吐出する。
【００２１】
インク滴形成後に駆動電圧を一定の速度で低下させると、圧電振動板３は元の位置に徐々に復帰して、圧力発生室４が膨張する。この過程でインク滴の形成により消費された分のインクが共通のインク室１０から連通口１３，１１を経由して圧力発生室４に流入する。
【００２２】
図２は、上述した記録ヘッドにより圧電振動板３のたわみ変位によりインク滴を吐出させるのに適した駆動波形の一実施例を示すものである。
【００２３】
図に示すように駆動信号は、前回のインク滴吐出の一連の工程終了時の駆動電圧（中間駆動電圧ＶＭ）を保持する第一のホールド工程Ｄ８、中間駆動電圧ＶＭから圧力発生室４を膨張させて第二ホールド電圧ＶＳまで放電する第一の放電工程Ｄ１、工程Ｄ１によって膨張した圧力発生室４の状態を保持する第二のホールド工程Ｄ２、ノズル開口に形成されたインクのメニスカス（以降ノズルメニスカス）を圧力発生室４側に最大限引き込むための放電を行う第二の放電工程Ｄ３、インク滴を吐出させるためのタイミングを調整する第三のホールド工程Ｄ４、最大駆動電圧ＶＨまで急激な充電を行うことにより圧力発生室を急激に収縮させてインク滴を吐出させる第一の充電工程Ｄ５、インク滴吐出後に生じた大きなノズルメニスカス振動の減衰タイミングを調整する第四のホールド工程Ｄ６、中間駆動電圧ＶＭまで放電する第三の放電工程Ｄ７とから構成されている。
【００２４】
図３は図２で示した駆動信号を発生させる駆動回路の一実施例を示すもので、図中符号２１、２２、２３、２４はそれぞれ制御手段４８から供給されるパルス信号からなる制御信号の入力端子で、図４に示す周期Ｔ０で出力される印字信号のタイミングに基づいて入力端子２１には第一の放電工程Ｄ１を制御する時間幅Ｔ１の第一の放電パルス、入力端子２２には第一の充電工程Ｄ５を制御する時間幅Ｔ５の第一の充電パルス、入力端子２３には第二の放電工程Ｄ３を制御する時間幅Ｔ３の第二の放電パルス、入力端子２４には第三の放電工程Ｄ７を制御する時間幅Ｔ７の第三の放電パルスがそれぞれ入力する。
【００２５】
入力端子２２に入力した第一の充電パルスは、ＮＰＮ型トランジスタ３２のベースに入力しており、ＮＰＮ型トランジスタ３２が導通すると、ＰＮＰ型トランジスタ３３、３４及び抵抗３５により構成された定電流回路３６が作動して、ノズル開口７から一定電流Ｉraでコンデンサ３１を零電位から最大駆動電圧ＶＨまで充電させる。
【００２６】
一方、入力端子２１に入力した第一の放電パルスは、ＮＰＮ型トランジスタ２７、２８及び抵抗２９からなる定電流回路３０により、コンデンサ３１の電荷を一定電流Ｉfaで放電させてメニスカスを圧力発生室側に引き込む。
【００２７】
また入力端子２３に入力した第二の放電パルスは、ＮＰＮ型トランジスタ３７、３８及び抵抗３９からなる定電流回路４０により、コンデンサ３１の電荷を第二ホールド電圧ＶＳから零電位まで一定電流Ｉfbで放電させる。
【００２８】
同様に、入力端子２４に入力した第三の放電パルスは、ＮＰＮ型トランジスタ４１，４２及び抵抗４３からなる定電流回路４４により、コンデンサ３１の電荷を最大駆動電圧ＶＨから中間駆動電位ＶＭまで一定電流Ｉfcで放電させ、以後この電位を維持して次のインク滴の吐出に備えてメニスカスを平定する。
【００２９】
トランジスタ３４のベース―エミッタ間電圧をＶbe34、抵抗３５の抵抗値をＲraとすると、充電電流Ｉraは、Ｉra=Ｖbe34／Ｒraとなり、またコンデンサ３１の容量をＣＣとすると、最大駆動電圧ＶＨまで電圧が立ち上がるに要する時間Ｔraは、Ｔra＝ＣＣ×ＶＨ／Ｉraとなる。
【００３０】
一方、放電電流に関しては、定電流回路３０のトランジスタ２８のベース―エミッタ間電圧をＶbe28、抵抗２９の抵抗値をＲfaとすると、Ｉfa＝Ｖbe28／Ｒfaとなり、電圧ΔＶ分降下するのに要する時間Ｔfaは、Ｔfa＝ＣＣ×ΔＶ／Ｉfaとなり、同様に、定電流回路４０による放電電流Ｉfbは、Ｉfb＝Ｖbe38／Ｒfbとなり、立ち下がり時間Ｔfbは、Ｔfb＝ＣＣ×ΔＶ／Ｉfbとなる。また、定電流回路４４による放電電流Ｉfcは、Ｉfc＝Ｖbe42／Rfcとなり、立ち下がり時間Ｔfcは、Ｔfc＝ＣＣ×ΔＶ／Ｉfcとなる。
【００３１】
なお、図中符号４５、４６により示すトランジスタは電流増幅器を構成している。
【００３２】
次に上記のように構成した装置の動作を説明する。
【００３３】
前回の吐出より十分な時間、つまり第一ホールド工程（Ｄ８）の時間が例えば３００マイクロ秒、経過した後、ノズルメニスカスはほぼ振動が減衰し、静止した状態である。第一ホールド終了と同時に、次の印字信号がホストから出力されると、制御手段４８は第一の放電パルスを出力して、圧力発生室４を膨張させる（工程Ｄ１）。
【００３４】
第一の放電工程Ｄ１によりノズルメニスカスは圧力発生室４側に引き込まれる。しかしながら、ノズルメニスカスは放電の傾きが緩い、つまりゆっくりと圧力発生室４を膨張させているときは、圧力発生室側にインク滴を引き込む力が弱いために、ノズル開口７の振動収束位置にメニスカスを回復させようとする力の影響を受けて、実際にノズル開口側から圧力発生室に引き込まれるインク滴の量は少ない（工程Ｄ１では、ノズルメニスカスをインク滴吐出方向に押しだす力になる）。
【００３５】
工程Ｄ１によって圧力発生室４に流入されたインクの流れは、図５（ａ）の状態５２で示すように、圧力発生室４に流入するインクのうち、ノズル開口側から流入する量は少なく、流入するインクの多くは共通のインク室１０側から入り、圧力発生室４内で共通のインク室１０からノズル開口７側に向かう流れが発生する。尚、５１はメニスカス振動静止時のメニスカス位置を示す。
【００３６】
第一の放電工程Ｄ１終了時点では、図５（ｂ）の状態５３に示すように、圧力発生室４の膨張により圧力発生室に流入されたインクはノズルメニスカスを圧力発生室４側にわずかに引き込み、共通のインク室１０から圧力発生室４、ノズル開口７へと向かう流れを持った状態になる。
【００３７】
第一の放電工程Ｄ１終了後、第二のホールド工程Ｄ２に推移すると、ノズルメニスカスは第一の放電工程Ｄ１終了直後の位置を初期位置とし、図５（ｂ）の状態５３に示すように、第一の放電工程Ｄ１終了直後では、インク流路の流れ方向は、圧力発生室４からノズル開口７側に向かっているので、まず、ノズルメニスカスは第二のホールド工程Ｄ２開始時より、ノズル開口７側に押し出される方向に進む。
【００３８】
ノズルメニスカスは自身の固有振動周期Ｔで振動し、挙動は図６に示すようになり、ホールド工程Ｄ２の開始より、時間の推移に伴って、状態６１（工程Ｄ２開始直後）、６２（最大押し出し時）、６３、６４、６５、６６、と振幅を減衰させながら変位していく。
【００３９】
第二のホールド工程Ｄ２が終了すると、制御手段４８は第二の放電パルスを出力して、第二ホールド電圧ＶＳと零電位との電位差相当分だけ圧力発生室４を膨張させてノズルメニスカスを圧力発生室側に引き込み（第二の放電工程Ｄ３）、第三ホールド（第三のホールド工程Ｄ４）を挟んで、制御手段４８は、第一の充電パルスを出力して圧力発生室４を急激に収縮させる（第一の充電工程Ｄ５）。工程Ｄ３から工程Ｄ５までの一連の動作によって、ノズル開口４からインク滴が吐出する。
【００４０】
第四のホールド工程Ｄ６が終了すると、制御手段４８は第三の放電パルスを出力する（第三の放電工程Ｄ７）。前記工程Ｄ６のホールド時間と工程Ｄ７の放電の時間を、工程Ｄ５における急激な充電によって発生した圧電振動板３の残留振動を発振させないような時間を捉えて設定することにより、充電工程Ｄ５によって吐出したインク滴以外の不必要なインク滴の吐出を押さえるようにし、なおかつ放電工程Ｄ７終了時に中間駆動電圧ＶＭの電位を持たせ、以後、次の印字信号が発生するまで電位を保持し、ノズルメニスカスを平定させる（第一のホールド工程Ｄ８）。
【００４１】
図７に放電工程Ｄ１とホールド工程Ｄ２を行わずに放電Ｄ３以降の工程を行った場合の駆動波形の図を示す。駆動波形７１は第三放電に相当する放電の傾きが実施例１に示している駆動波形と異なっているが、第三放電部分はインク滴を吐出した直後の波形なので、直接インク滴の吐出量や速度には関係ない。
【００４２】
図８は、本実施例１の駆動波形において、ホールド工程Ｄ２の時間と吐出インク滴の重量の関係を示したものであり、図中の８１が前記Ｄ２時間とインク重量の関係であり、駆動波形７１での吐出重量を１としてある。
【００４３】
工程Ｄ２を図６の状態６２で示すように、ノズルメニスカスが最もインク吐出側に押し出された時点近傍を捉えて終了し、工程Ｄ３以降を行うと、工程Ｄ１とＤ２を行わずに工程Ｄ３以降を行う駆動波形７１時と比べて工程Ｄ３の直前にノズルメニスカスが押し出されている分だけ、吐出インク重量を増やすことができ、この時のインク重量の増加量は図８の８３に示す範囲（工程Ｄ２時間がＴの１／８倍以上３／８倍以下）で顕著であった。また、インクの吐出速度も駆動波形７１で示される駆動を行う時と同等の吐出速度が得られ、その結果インク重量を増やすことができ、記録速度の向上を図ることができた。
【００４４】
ところで、ノズルメニスカスが静止している状態で放電工程Ｄ１を行い、続いてホールド工程Ｄ２に移行すると、圧電振動板３は自身の固有振動周期ＴＣで振動を始める。圧電振動板３の固有振動によって、ノズルメニスカスは前記圧電振動板３の振動に同期して周期ＴＣで振動する。また、放電工程Ｄ１によって膨張された圧力発生室４に流入したインクが作り出す流れによって、ノズルメニスカスは自身の固有振動周期Ｔで振動する。従って、放電工程Ｄ１によってノズルメニスカスは圧電振動板３の固有振動周期ＴＣとノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの周期の異なる二つの振動を持つようになる。
【００４５】
圧電振動板３の固有振動周期ＴＣでの振動は圧電振動板３を急激に変位させると発生しやすく、放電の傾き（電圧変化量／放電時間）が急峻であるほど、振動振幅は大きくなり、減衰しにくくなる。
【００４６】
ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔでの振動は放電工程Ｄ１によって圧力発生室４に流入した体積が大きいほど、ノズル側連通口または共通のインク室から流れだす流量が多く、ノズルメニスカスの振動振幅を大きくし、減衰しにくくなる。
【００４７】
ここで、圧電振動板３の固有振動周期ＴＣは、次の式で表される。
【００４８】
ＴＣ=２π/√{(Ｍｎ+Ｍｓ)/(Ｍｎ×Ｍｓ)/(Ｃｉ+Ｃｖ)}
但し、Ｍｎはノズル開口のイナータンス、Ｍｓはインク供給口のイナータンス、Ｃｉは圧力発生室のインクの圧縮性に起因する流体コンプライアンス、Ｃｖは圧電振動板などの材料自体による剛性コンプライアンスである。
【００４９】
また、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔは、インク流路の粘性抵抗を無視できる場合は、
Ｔ＝２π×√｛（Ｍｎ＋Ｍｓ）×Ｃｎ｝
で表される。但し、Ｃｎはノズルメニスカスのコンプライアンスである。
【００５０】
更に、圧力発生室の体積をＶ，インクの密度をρ、インク中での音速をｃとすると、流体コンプライアンスＣｉは、
Ｃｉ＝Ｖ／ρｃ^２
で表され、剛性コンプライアンスＣｖは、圧力発生室に単位圧力を印加したときの圧力発生室の静的な変形率に一致する。
【００５１】
具体例を挙げると、流体コンプライアンスＣｉが１×１０^−２０ｍ^５Ｎ^−１、剛性コンプライアンスＣｖが１．５×１０^−２０ｍ^５Ｎ^−１、ノズルメニスカスのコンプライアンスＣｎが、８．５×１０^−１ ⁹ｍ^５Ｎ^−１、イナータンスＭｎが２×１０^８ｋｇｍ^−４、イナータンスＭｓが１×１０^８ｋｇｍ^−４、のときの圧電振動板３の固有振動周期ＴＣは８μｓ、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔは１００μｓになる。
【００５２】
上記ＴＣとＴの周期のとき、ＴＣはＴに比べて非常に小さく、放電工程Ｄ１によって発生するノズルメニスカスの振動は図９で示すようになる。前記したように、周期ＴＣの振動は、放電の傾きが急峻であるほど振幅が大きいが、例えば、放電時間をＴＣ以上の時間幅で設定すると圧電振動板３が周期ＴＣで引き起こす振動の振幅は非常に小さくなり、これと同期して振動するノズルメニスカスの振動振幅も小さくなり、ノズルメニスカス自身の固有振動周期Ｔで起きる振動振幅よりも小さくなる。周期ＴＣによる振動が無視できる程度の放電工程Ｄ１により圧力発生室４に流入されたインクは図５中の状態５２で示すように、ノズル開口側から流入するものと共通のインク室側から流入するものがあり、放電傾きが緩いほど共通のインク室から流入する割合が多くなる。
【００５３】
従って放電工程Ｄ１の終了時点のノズルメニスカスの圧力発生室側への引き込み位置は、図１０に示すように放電傾きが緩いほど（図１０中のグラフ１０１、１０２、１０３の内で、グラフ１０１が最も放電傾きがきつく、グラフ１０３が最も放電傾きが緩く、グラフ１０２は１０１と１０３の中間である）ノズルメニスカスの振動静止位置に近い位置をとる。
【００５４】
つまり、放電傾きが緩いほど、放電工程Ｄ１終了直後のノズルメニスカスの振動の位相が一定に漸近する。放電工程Ｄ１終了直後の時間を時間０とし、インク滴吐出方向を正方向とすると、ノズルメニスカスの位置Ｙは、
Ｙ＝Ａ×ｅ⁽ ^―Ｂ×ｔ ⁾×ＳＩＮ（２×π／Ｔ×ｔ）
（但し、ＡとＢは正の数、ｅは指数関数、ｔは放電工程Ｄ１終了からの経過時間（つまり、ホールド工程Ｄ２時間）、Ｔはノズルメニスカスの固有振動周期）で示される関数にノズルメニスカスの振動は位相が漸近する。この式にて、極大値をとる時の時間ｔの値は（１／４）×Ｔになり、この時、ノズルメニスカスは最もインク滴を吐出する方向に押し出された状態になり、図６における状態６２と同一になる。従ってホールド工程Ｄ２時間を（１／４）×Ｔの近傍、例えば（１／８）×Ｔ以上（３／８）×Ｔ以下、にすることで、図７に示す駆動波形７１よりも吐出インク重量の増加が顕著になる。
【００５５】
（実施例２）
実施例２は前記構成に準じている。実施例２が実施例１と異なる点は、放電工程Ｄ３とホールド工程Ｄ４が存在しない駆動波形であり、つまり、第二ホールド電圧ＶＳが零電位である駆動波形である。
【００５６】
図１１に実施例２の駆動波形を示す。図中の１１１が実施例２における駆動波形で、１１２が第一放電工程Ｄ１と第二ホールド工程Ｄ２を持たない駆動波形であり、駆動波形１１２はいわゆる「押しうち」の駆動波形になっている。
【００５７】
なお、駆動波形１１１と１１２とでは、第二放電工程Ｄ７の傾きが異なっているが、第二放電部分はインク滴を吐出した直後の波形なので、直接インク滴の吐出量や速度には関係ない。
【００５８】
第二ホールド工程Ｄ２を行っている状態でのノズルメニスカスの振動は、実施例１における図６と同一の位相をとり、ノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出された状態を捉えて第一充電工程Ｄ５を行うことによって、ノズルメニスカスが静止した状態のまま第一充電工程を行う駆動波形１１２に比べてノズルメニスカスがインク吐出側に押し出されている分だけ、インク吐出量を増やすことができ、記録速度の向上を達成することができた。
【００５９】
前記した工程Ｄ２によってノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出されている状態とは、実施例１で示した時間間隔と同一であり、特にインク重量を増加させることができるのは、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの１／８倍以上３／８倍以下である。
【００６０】
（実施例３）
実施例３は実施例１の構成に準じている。実施例３が実施例１と異なる点は、第一放電工程Ｄ１に変えて充電工程Ｃ１を備えている点である。また、工程Ｃ１直後に続くホールド工程は実施例１ではＤ２としたが、本実施例ではＣ２と名称を変更している。しかし、工程Ｃ２の構成・機能は実施例１の工程Ｄ２と全く同一である。本実施例の駆動波形は図１２中の駆動波形１２１に示す通りであり、中間駆動電圧ＶＭは第二ホールド電圧ＶＳよりも低い電位を持ち、零電位以上の電位を持っている。また、図１２中の１２２に示す波形は充電工程Ｃ１とそれに続くホールド工程Ｃ２を持たない駆動波形である。
【００６１】
なお、駆動波形１２１と１２２では、第二放電工程Ｄ７の傾きが異なっているが、第三放電部分はインク滴を吐出した直後の波形なので、直接インク滴の吐出量や速度には関係ない。
【００６２】
実施例１では、ホールド工程Ｄ２中でノズルメニスカスを振動させるのは放電工程Ｄ１の作用によるものだったが、本実施例では、ホールド工程Ｃ２中でメニスカスを振動させるのは、実施例１における放電工程Ｄ１に対応する充電工程Ｃ１の作用であり、実施例１とは放電Ｄ１と充電Ｃ１が入れ替わるだけなので、ホールド工程Ｃ２中でのノズルメニスカスの振動は図１３に示すように、実施例１における図６の振動の位相が反転したものになり、ホールド工程Ｃ２の開始より、時間の推移に伴って、状態１３１（工程Ｃ２開始直後）、１３２、１３３、１３４（最大押し出し時）、１３５、１３６と振幅を減衰させながら変位していく。
【００６３】
実施例１の場合は、ホールド工程Ｄ２の時間をノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの（１／８）倍以上（３／８）倍以下にすることで、工程Ｄ２終了後のノズルメニスカスはインク滴を吐出させる向きに押し出され、以降の工程Ｄ３以降で吐出させるインク滴の吐出量を、工程Ｄ１とＤ２のない駆動波形に比べて増やすことができたが、本実施例では、ホールド工程Ｃ２の振動位相を実施例１に比べて反転させたとき、つまり、工程Ｃ２の時間がノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの(５／８)倍以上（７／８）倍以下の時に、工程Ｃ２終了後のノズルメニスカスはインク滴吐出方向に押し出され、以降の工程Ｄ３からは実施例１に示す駆動波形と同じなので、前記したホールド工程Ｃ２のタイミングを捉えることにより、工程Ｃ１とＣ２を持たない駆動波形、つまり図１２中の１２２で示される駆動波形でインク滴を吐出させた場合に比べて吐出インク重量を増やすことができ、記録速度の向上を達成することができる。
【００６４】
（実施例４）
実施例４は実施例１の構成に準じている。実施例４が実施例１と異なる点は、環境温度の変化に応じて、中間駆動電圧ＶＭを変化させることで、放電工程Ｄ１による放電電圧量を増減させることを特徴とする点である。
【００６５】
図１４に環境温度が１５℃、２５℃と４０℃のときの駆動波形を示す。環境温度が１５℃のときは中間駆動電圧ＶＭの電位を上げることで、放電Ｄ１工程による放電量を増やすことができる。環境温度が低い状態では、インクの粘度が増大するため、流路の抵抗が増大し、ノズルメニスカスの減衰がよくなり、メニスカス自身の固有振動の振幅も環境温度が高い場合に比べて小さくなる。そのため、放電工程Ｄ１によって発生させるノズルメニスカスの振動を温度環境に応じて一定にするために、工程Ｄ１による放電量を増やし、圧力発生室４に流入するインク量を増やすことで、インク粘度増加による流路抵抗の増加によるノズルメニスカスの振動振幅の減少分を補い、工程Ｄ２による吐出量増加を２５℃環境並みに得ることができる。
【００６６】
逆に温度環境が４０℃のとき、中間駆動電圧ＶＭの電位を下げることで、放電Ｄ１工程による放電量を減らすことができる。環境温度が高い状態では、インクの粘度が減少するため、流路の抵抗が減少し、ノズルメニスカスの減衰が悪くなり、ノズルメニスカス自身の固有振動の振幅も環境温度が低い場合に比べて大きくなる。そのため、放電工程Ｄ１によって発生させる振動を温度環境によって一定にするために、工程Ｄ１による放電量を減らし、圧力発生室に流入するインク量を減らすことで、インク粘度減少による流路抵抗の減少によるメニスカスの振動振幅の増加分を押さえ、工程Ｄ２による吐出量増加を２５℃環境並みにすることができる。
【００６７】
以上の手法から環境温度の変化に関わらず、放電工程Ｄ１によって発生したノズルメニスカスの振動振幅を一定にすることができるので、ホールド工程Ｄ２の時間を実施例１に示したように、（１／８）×Ｔ以上（３／８）×Ｔ以下に設定すると、図７で示した駆動波形７１のときに比べて、インク重量を環境温度によらず一定量増やすことができ、記録速度を高めることができた。
【００６８】
また、本実施例４で用いた駆動波形は実施例１に準じたものであるが、これを実施例２で示した駆動波形に変更しても実施例４に示したような効果を得ることができる。
【００６９】
（実施例５）
実施例５は実施例３の構成に準じている。実施例５が実施例３と異なる点は、環境温度の変化に応じて、中間駆動電圧ＶＭを変化させることで、充電工程Ｃ１による充電電圧量を増減させることを特徴とする点である。
【００７０】
図１５に環境温度が１５℃、２５℃と４０℃のときの駆動波形を示す。環境温度が１５℃のときは中間駆動電圧ＶＭの電位を下げることで、充電工程Ｃ１による充電量を増やすことができる。環境温度が低い状態では、インクの粘度が増大するため、流路の抵抗が増大し、ノズルメニスカスの減衰がよくなり、メニスカス自身の固有振動の振幅も環境温度が高い場合に比べて小さくなる。そのため、充電工程Ｃ１によって発生させるノズルメニスカスの振動を温度環境に応じて一定にするために、工程Ｃ１による充電量を増やし、圧力発生室４から流出するインク量を増やすことで、インク粘度増加による流路抵抗の増加によるノズルメニスカスの振動振幅の減少分を補い、工程Ｃ２による吐出量増加を２５℃環境並みに得ることができる。
【００７１】
逆に温度環境が４０℃のとき、中間駆動電圧ＶＭの電位を上げることで、充電Ｃ１工程による充電量を減らすことができる。環境温度が高い状態では、インクの粘度が減少するため、流路の抵抗が減少し、ノズルメニスカスの減衰が悪くなり、ノズルメニスカス自身の固有振動の振幅も環境温度が低い場合に比べて大きくなる。そのため、充電工程Ｃ１によって発生させる振動を温度環境によって一定にするために、工程Ｃ１による充電量を減らし、圧力発生室４から流出するインク量を減らすことで、インク粘度減少による流路抵抗の減少によるメニスカスの振動振幅の増加分を押さえ、工程Ｃ２による吐出量増加を２５℃環境並みにすることができる。
【００７２】
以上の手法から環境温度の変化に関わらず、充電工程Ｃ１によって発生したノズルメニスカスの振動振幅を一定にすることができるので、ホールド工程Ｃ２の時間を実施例３に示したように、（５／８）×Ｔ以上（７／８）×Ｔ以下に設定すると、図１２で示した駆動波形１２２の時に比べて、インク重量を環境温度によらず一定量増やすことができ、記録速度を高めることができた。
【００７３】
更に、以上５つの実施例において、圧電振動子はたわみ振動型のＰＺＴに限らず、縦振動横効果のＰＺＴであってもよい。ただしこの場合、充電と放電が入れ替わることになる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、静止状態にある圧力発生室に、膨張ないしは収縮工程を加え、膨張（または収縮）後に圧力発生室の状態を保持する工程を一定時間保ち、その間のインクの流れによってノズルメニスカスがインク滴を吐出させる方向に押し出されている状態を捉えて、インク滴を吐出させるための一連の工程（最小圧力まで膨張させてから最大圧力まで収縮、または直接最大圧力まで収縮）を行う。これによって、ノズルメニスカスをインク滴吐出方向に押し出すために行う膨張ないしは収縮工程がない駆動波形に比べて、吐出インク重量を増やすことができ、記録速度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用するインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図２】同上記録ヘッドを動作させる駆動波形の工程図である。
【図３】同上記録ヘッドの要部を示す回路図である。
【図４】同上記録ヘッドの駆動波形の制御パルスを示した図である。
【図５】実施例１における工程Ｄ１中とＤ１終了時のインク流路の流れを示した図である。
【図６】実施例１における工程Ｄ２中でのノズルメニスカスの挙動を示した図である。
【図７】工程Ｄ１と工程Ｄ２を用いない従来例の駆動波形図である。
【図８】工程Ｄ２時間と吐出インク重量の関係を示した図である。
【図９】ノズルメニスカスの変位の例を示す線図である。
【図１０】実施例１における工程Ｄ１の放電傾きによるノズルメニスカスの変位の違いを示す線図である。
【図１１】実施例２における駆動波形図である。
【図１２】実施例３における駆動波形図である。
【図１３】実施例３における工程Ｃ２中でのノズルメニスカスの挙動を示した図である。
【図１４】実施例４における駆動波形図である。
【図１５】実施例５における駆動波形図である。
【符号の説明】
３圧電振動板
４圧力発生室
７ノズル開口

Claims

ノズル開口と共通のインク室に連通する圧力発生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により膨張、収縮させて前記圧力発生室へインクの補充、ノズル開口からのインク滴の吐出を行うインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、
ノズルメニスカスが静止している状態から、圧力発生室を膨張させて最小圧力以上の範囲で減圧し、ノズル開口側へのインクの流れを生じさせる工程Ｄ１と、
この工程Ｄ１終了後の圧力発生室の状態を保持する工程Ｄ２と、
この工程Ｄ２でのインクの流れによって、ノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出された状態を捉えて、圧力発生室を膨張して最小圧力まで減圧する工程Ｄ３と、
インク滴を吐出させるためのタイミングを調整する工程Ｄ４と、
この工程Ｄ４終了直後に最大圧力まで圧力発生室を収縮させる工程Ｄ５とを経ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
前記工程Ｄ１において、環境温度が最高保証温度の場合は圧力発生室の膨張量を最小にし、最低保証温度に近づくに従って圧力発生室の膨張量を最高にすることを特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
ノズル開口と共通のインク室に連通する圧力発生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により膨張、収縮させて前記圧力発生室へインクの補充、ノズル開口からのインク滴吐出を行うインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、
ノズルメニスカスが静止している状態から、圧力発生室を収縮させて最大圧力以下の範囲で圧力を高め、ノズル開口側へのインクの流れを生じさせる工程Ｃ１と、
この工程Ｃ１終了後の圧力発生室の状態を保持する工程Ｃ２と、
この工程Ｃ２でのインクの流れによって、ノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出された状態を捉えて、圧力発生室を膨張して最小圧力まで減圧する工程Ｄ３と、
インク滴を吐出させるためのタイミングを調整する工程Ｄ４と、
この工程Ｄ４終了直後に最大圧力まで圧力発生室を収縮させる工程Ｄ５とを経ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
前記工程Ｃ１において、環境温度が最高保証温度の場合は圧力発生室の収縮量を最小にし、最低保証温度に近づくに従って圧力発生室の収縮量を最高にすることを特徴とする請求項３記載のインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。