JP4576910B2

JP4576910B2 - インクジェットプリントヘッドの駆動方法

Info

Publication number: JP4576910B2
Application number: JP2004208071A
Authority: JP
Inventors: 仁司木田; 信也小林; 剛裕山田
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JP2006027036A

Description

本発明は、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリントヘッドの駆動方法に関する。

従来から、インク圧力室を持ち、ダイヤフラムを介して圧電素子を備え、その圧電素子に駆動電圧波形を印加する事により、圧電素子を伸縮させ、インク圧力室のインクを加圧することで、インク圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させるインクジェットプリントヘッドが知られている。ドットを記録したい時だけ圧電素子に駆動電圧波形を印加してノズルから液滴を吐出させる事が可能なため、ドロップオンデマンド方式と呼ばれており、同じ構造のノズルが複数個並んでいるのが普通である。各ノズルは、記録するデータに従って駆動または停止しており、駆動状態は刻々と変化する。近年では、搭載するノズル数の増加と、機構部の高精度化のために、ノズルを高密度に並べる傾向にある。

このような構成のインクジェットプリントヘッドで問題となる現象として、複数ノズルを駆動した際、単独でノズルを駆動した時と比べて、液滴速度が遅くなったり速くなったりする、クロストークと呼ばれる現象がある。

クロストークが発生する原因は、第一に、機械的クロストークがある。これは、ノズルを駆動した際に、インク流路の構成部材や、圧電素子の固定部材等が変形する事によって、振動がヘッド構成部材を伝わって他のノズルの吐出に影響を及ぼす物で、駆動したノズルのメニスカスと、駆動していないノズルのメニスカスの、変位し始める方向が逆となる事から判別が可能である。図２に、機械的クロストークによる速度変動の一例を示す。このクロストークを低減させる方法としては、ヘッド構成部材の剛性や構造を最適化する事で、ある程度抑える事が可能であるが、現実的には限界がある。

クロストークが発生する第二の原因に、圧力的クロストークがある。これは、駆動したノズルのインク圧力室で生じた圧力変動により発生した圧力波が、インクの中を進み、共通インク供給路を介して他のノズルのインク圧力室に伝わって吐出に影響を及ぼすもので、駆動したノズルのメニスカスと、駆動していないノズルのメニスカスの、変位し始める方向が同じである事から判別が可能である。このクロストークを低減させる方法としては、駆動したノズルの個別インク圧力室で発生する圧力が、他のノズルの個別インク圧力室に伝わらないように、個別インク圧力室と共通インク供給路の間を絞るリストリクタの設計を最適化したり、共通インク供給路に、圧力を減衰させる機構を設けるのが一般的で、これによりかなり抑える事が可能である。

クロストークが発生する第三の原因に、駆動電源の電気的クロストークがある。圧電素子を駆動するための電源から引き出せる電流が少なかったり、圧電素子駆動回路のコイル成分が大きかった場合、駆動ノズル数が増えた際に流す電流が増えるため、駆動電圧波形の傾きが変わって液滴速度が変化したり、電流に遅れが生じて、アンダーシュートやオーバシュートが発生し、結果として、実駆動電圧が上がってしまい、液滴速度の増加に繋がる。また、圧電素子の残留振動による充放電電圧が電源に乗って、他のノズルの駆動電圧を変化させ、液滴速度を変化させる事がある。

図３に、電気的クロストークによる速度変動の一例を挙げる。このクロストークを低減させる方法としては、電源やグランドの強化やコイル成分の低減は素より、ノズルを駆動するタイミングに時間差をつけて同時に駆動するノズル数を減らす事で、流す必要のある電流を減らすといった対策等がある。これらにより、ある程度抑える事が可能であるが、現実的には限界がある。

各種クロストークの対策が不十分であると、図２のような機械的クロストークと、図３のような電気的クロストークが重畳され、図４のような速度変動の大きいヘッドとなってしまう。

クロストークを低減するのは、圧電素子の駆動電圧波形の設計によっても可能である。例えば、ノズルを何群かに分け、生じるクロストークを打ち消すように、各ノズル群に異なった駆動電圧波形を供給する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような方法では、波形を複数種類持つ必要がある上に、ノズル選択回路が必要になるなど、構成が複雑でコストが掛かり、装置が大型化するという問題があった。

特開２００２−１２０３６６号公報

本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであり、複数ノズルを駆動した際に発生するクロストークを低減するような、駆動電圧波形を提供する事を課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、インク圧力室を持ち、インク圧力室のインクの加減圧手段を備え、そのインク加減圧手段に、加減圧を制御するための信号を印加する事により、インク圧力室のインクの加減圧を行うことで、インク圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させる、インクジェットプリントヘッドの駆動方法において、任意の１ノズルだけ駆動した場合のヘルムホルツ振動に対して、全ノズルを駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動の位相がシフトした時間をＴｃとした時、インクを減圧させる信号を印加し始めてから、インクを加圧させる信号を印加し始めるまでの時間をパルス幅として、該パルス幅を振って液滴速度を測定した際に現れるパルス幅速度特性について、１ノズルだけ駆動した場合の前記パルス幅速度特性の、パルス幅の狭い方から１番目の極大値または２番目の極大値の時刻から、前記Ｔｃだけ遅れた時刻までの間に、インクを吐出させる加圧用信号を印加することを特徴とする。

また、前記Ｔｃは、メニスカスの位置変動がシフトした時間である事を特徴とする。

また、前記Ｔｃは、メニスカスの速度変動がシフトした時間である事を特徴とする。

また、前記Ｔｃは、パルス幅速度特性がシフトした時間である事を特徴とする。

また、一列に並んでいる部分のノズルの駆動数を、測定ノズルを中心に連続的に増やしていき、クロストークの影響があまり大きく変化しなくなった際の、駆動ノズルの端から端までの距離を２ｒとし、前記Ｔｃは、観測しようとするノズルを中心とした半径ｒの円の中に、他のノズルが１番多く存在するように選んだ観測ノズルを、１ノズルだけ駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動に対して、全ノズルを駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動の位相がシフトした時間であることを特徴とする。

さらに、観測しようとするノズルを中心とする、半径ｒの円の中に存在する他のノズルの数が最多かつ同じである観測対象ノズルが複数本存在する場合は、観測しようとするノズルを中心とする円の半径を徐々に広げていき、その円の中に存在する他のノズルの数が最初に最大となった観測対象ノズルを、クロストークによる振動を観測するノズルとする事を特徴とする。

本発明によれば、パルス幅速度特性の、極値よりもパルス幅の広い側に駆動パルス幅を設定したので、クロストークによりメニスカスの振動の位相が変化しても、速度変動を少なくする事が出来る。

クロストークによる液滴速度変動を、駆動電圧波形により小さくする事が出来、さらに、該波形を全ノズル共通に印加する事が可能であるため、クロストークの小さいインクジェットプリントヘッドを、安価に、装置を大型化する事無く提供可能である本発明について、下記実施例により説明する。

図１は、本発明の実施例を適用するインクジェットプリントヘッドの構成を示すカット図である。

インク流路形成部材１１に、インク圧力室１２が形成され、インク圧力室の一端は、ノズルプレート１３に開けられたノズル１４と連通している。インク圧力室１２の他端は、インクに加わった圧力が逃げるのを抑えるためにインク流路が絞ってある箇所であるリストリクタ１５を経て、共通インク流路１６に連通している。

インクを吐出させる圧力を発生させる手段は、積層構造の圧電素子１７である。圧電素子１７は、積層方向に設けた圧電素子支持基板１８に固定されており、ｄ３３方向の圧電伸縮を利用して圧力を発生させている。よって、圧電素子の正電極１９に印加する電圧が下がって圧電素子が放電されれば減圧、圧電素子の正電極１９に印加する電圧が上がって圧電素子が充電されれば加圧という動作をする。圧電素子の正電極１９は各圧電素子共通の電極となっており、圧電素子支持基板１８の片面に配され、駆動電圧発生回路（図示せず）に接続している。負電極２０は、各圧電素子個別の電極となっており、圧電素子支持基板１８のもう一方の面に配され、駆動ノズル選択回路（図示せず）を通して接地されている。前記駆動ノズル選択回路には、ダイオード（図示せず）が、駆動ノズル選択スイッチ（図示せず）と並列に、接地方向に電流が流れるように入っており、駆動ノズルの選択状況に寄らず、圧電素子の充電だけはされる状態にある。圧電素子支持基板１８とインク流路形成部材１１とは、お互いにハウジング（図示せず）に固定されており、相対的に殆ど動かないようになっている。

圧電素子１７の圧電素子支持基板１８に固定されていない方の面は、弾性膜２１に固定されている。弾性膜２１はインク圧力室１２の壁の一部を形成しており、圧電素子１７の伸縮で弾性板２１が変形すると、圧力室１２の体積が変化するような構造となっている。

本発明を適用したインクジェットプリントヘッドは、以上のような構造と同じ物が、１／１００ｉｎｃｈ間隔で１列に複数個並んだヘッドである。

次に、インクジェットプリントヘッドのインク滴吐出原理について説明する。

圧電素子１７の負電極２０に接続されている駆動ノズル選択回路（図示せず）により、インク滴を吐出させるノズルのみ接地し、正電極１９に印加する電圧により、圧電素子の充電のみならず放電も行われるようにする。接地されていない圧電素子は放電が行われない。普段は、正電極１９にＤＣ電圧を印加し、圧電素子１７を充電して自然長よりも積層方向に延びた状態として、弾性膜２１をインク圧力室１２に押し込む。正電極１９に印加している電圧が低下すると、接地している圧電素子のみ放電が行われ、積層方向に縮む。これにより、弾性膜２１が引っ張られて圧力室１２が減圧し、共通インク流路１６からリストリクタ１５を通ってインクがインク圧力室１２に供給される。

続いて、正電極１９に印加している電圧が上昇すると、接地されて放電していた圧電素子が充電され、積層方向に伸びて、弾性膜２１をインク圧力室１２に押し込む。これにより、インク圧力室１２のインクが加圧され、インク圧力室１２に連通したノズル１４よりインクが押し出され、インク滴２２として吐出する。インク圧力室１２が減圧過程では、リストリクタ１５の流路抵抗よりもノズル１４に働く表面張力の方が勝るように設計されているため、ノズル１４から空気を引き込むのではなく、インクがインク圧力室１２に供給される。インク圧力室１２の加圧過程では、ノズル１４に働く表面張力よりもリストリクタ１５の流路抵抗の方が勝るように設計されているため、リストリクタ１５から共通インク流路１６にインクが戻って行くのではなく、ノズル１４からインク滴が吐出する。

続いて、パルス幅と液滴吐出速度との関係について述べる。圧電素子に印加する駆動電圧波形は、図５に示したようなＰＵＬＬ波形５１とＦＩＲＥ波形５２とからなる台形波で、圧電素子はその電圧に比例して伸縮する。ＰＵＬＬ波形５１でインク圧力室の体積を広げて減圧し、ノズル部のインク表面（以下、メニスカス）の位置を内側に引き込み、一定時間保持した後、ＦＩＲＥ波形５２でインク圧力室の体積を小さくして加圧し、メニスカスの位置を外側に押し出すと、ノズルからインクが押し出されて飛翔する。本発明では、ＰＵＬＬ波形５１を印加し始めてから、ＦＩＲＥ波形５２を印加し始めるまでの時間を、パルス幅５３と定義する。

駆動電圧波形を印加した際、メニスカスが変位するが、その変位によりメニスカスに発生する振動について、静置している時のメニスカスの位置を１０、吐出方向を正方向として、以下に説明する。

まず、図６のようなＰＵＬＬ波形でメニスカスを引く事で、図７のようなヘルムホルツの固有振動Ｐが発生する。パルス幅の時間だけ待った後、図８のようなＦＩＲＥ波形でメニスカスを押すことで、図９のようなヘルムホルツの固有振動Ｆが発生する。液滴を吐出させる波形は、図１０に示したように、ＰＵＬＬ波形の後にＦＩＲＥ波形が入るので、メニスカスに現れる振動は、振動Ｐと振動Ｆが重ね合わされて、図１１のような振動Ｐ＋Ｆとなり、この振動でインクが押し出されて、液滴が速度Ｖで飛翔するのである。よって、この速度Ｖは、ＦＩＲＥ波形印加直後の、振動Ｐ＋Ｆの正方向（ノズルの外向き）の振動の速度で決まる。言い換えると、液滴速度は台形波形のパルス幅により変化する。

あるノズルを駆動した事により生じる振動は、ヘッドの部材やインクの中を伝わって、他のノズルの構成部材やインクを振動させる（その振動はメニスカスに現れるので、メニスカスの変位を観測する事で測定可能である）。

あるノズルの液滴速度を測定する場合、そのノズルだけを単独で駆動した場合の速度をＶｓ、そのノズル以外にも複数のノズルを同時に駆動した場合の速度をＶｍとすると、Ｖｓ≠Ｖｍの場合を、クロストークが生じていると言う。また、この原因に関しては、測定ノズル以外にも複数のノズルを同時に駆動した場合、それらノズルを駆動した事により生じる振動が、何らかの伝播手段により測定ノズルを振動させ、吐出力を発生させる振動（図１１：振動Ｐ＋Ｆ）に重ね合わされるため、測定ノズルだけで駆動した場合に比べて、複数ノズルを駆動した場合は、液滴速度が変化するものと考えられる。この速度変動を小さくするのが本発明の目的である。

図１２に、ＰＵＬＬ波形のみを印加し、印加するノズル数を増やしていった時のメニスカスの振動を測定した結果を示す。

駆動ノズル数を増やすと、測定ノズルのみ駆動した場合に比べて、１２８ノズル駆動した場合の振動が、始めの極小値の部分１２１で約０．４μｓ、その後の極大値の部分１２２で約１．２８μｓ遅れる事が分かる。

この遅れが生じる原因について説明する。

図１３の実線で示したグラフは、測定ノズルのみにＰＵＬＬ波形を印加した時のメニスカスの変位（前記振動Ｐ）で、破線で示したグラフは、測定ノズルを除いたノズルにＰＵＬＬ波形を印加し、その駆動数を増やしていった場合（本グラフでは、２本、１６本、１１２本）の、測定ノズルに現れるメニスカスの変位（振動Ｗｔｃ）である。この振動Ｗｔｃが、クロストークによる振動で、速度変動を生じさせる原因となる。

振動Ｐと、振動Ｗｔｃで、経過時間の小さい方の極小値１３１に着目すると、振動Ｐに比べて、振動Ｗｔｃが、約３μｓ遅れているのが分かる。

測定ノズルと一緒に、複数ノズルを駆動した際に、測定ノズルのメニスカスに生じる振動は、この二つの振動ＰとＷｔｃを足し合わせたものになるから、測定するノズルだけ駆動した場合のメニスカスの振動（図１２の１本駆動）に比べて、複数ノズルを駆動した場合のメニスカスの振動（図１２の１２８本駆動）は遅れる訳である。

次に、振動Ｗｔｃが遅れる理由を説明する。

測定ノズルを除いたノズルをＰＵＬＬ波形で駆動する際に、その反動がヘッドの部材を伝わって測定ノズルのメニスカスも振動する。その伝播速度は、今回実験に用いたヘッドの場合、約５９００ｍ／ｓであり、ノズルを駆動した際に生じる振動が、測定ノズルに到達する時間は０．０４μｓ（隣のノズル）から３μｓ程度（一番端のノズル）である。その反動により、測定ノズルにヘルムホルツの固有振動Ｗｔｃが発生するが、これが振動し始める方向はノズル外側へであり、振動Ｐの内側とは逆方向になっている。これに対し振動Ｐは、ＰＵＬＬ波形開始後約３から４μｓ遅れてノズル内側に向かって振動を開始する。この結果、振動Ｗｔｃは振動Ｐの逆位相で約２．２〜０．９μｓ進んでいる。同位相で考えると、前記のように、振動Ｐに比べて、１２８ノズル駆動の場合の振動Ｗｔｃが、約３μｓ（位相で１２０度）遅れるのである。

続いて、図１２の１ノズル駆動時に対して、１２８ノズル駆動時で、パルス幅１０μｓ近辺で生じる０．４μｓという振動の遅れが事が引き起こす影響について説明する。

図１４は、駆動波形のパルス幅に対する液滴速度の変動を示したものである。単ノズル駆動時に比べて、１２８ノズル駆動時には、メニスカスの振動が０．４μｓ遅くなるという事は、パルス幅速度特性において、パルス幅が０．４μｓ短くなる事に相当するので、例えば、パルス幅１２μｓで駆動した場合、図１５に示したように、１２８ノズル駆動時には、単ノズル駆動時のパルス幅１１．６μｓで駆動した場合に相当し、単ノズル駆動時に比べ、液滴速度が低下する。一方、パルス幅９μｓで駆動した場合は、図１６に示したように、１２８ノズル駆動時には、単ノズル駆動時のパルス幅８．６μｓで駆動した場合に相当し、単ノズル駆動時に比べ、液滴速度が上昇する。

一般に、機械的クロストークは液滴速度を低下させる事が良く知られているが、以上の説明のように、駆動電圧波形のパルス幅によっては、液滴速度を上昇させるのである。

以上のような事から、１ノズルを駆動した場合のパルス幅速度特性（図１７）のように、パルス幅速度特性の極値よりも少し広いパルス幅で駆動する事により、機械的クロストークによって、メニスカスの振動が遅くなっても、速度の変動はあまり生じないのである。

図１８に、１ノズルを駆動した場合のパルス幅速度特性の極大値の部分の拡大図を示す。

図１８において、機械的クロストークによる速度変動幅は、駆動パルス幅１８１での液滴速度１８２と、極値１８３での液滴速度１８４と、機械的クロストークによりシフトする時間だけ短くしたパルス幅１８５での液滴速度１８６の、最大値から最小値までの幅１８７である。ここで、駆動パルス幅を、任意の１ノズルだけ駆動した場合のヘルムホルツ振動に対して、全ノズルを駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動の位相がシフトした時間をＴｃ（時間）とする。この時、パルス幅を振って液滴速度を測定した際に現れるパルス幅速度特性について、１ノズルだけ駆動した場合の前記パルス幅速度特性の、パルス幅の狭い方から１番目の極大値又は２番目の極大値の時刻から、前記Ｔｃだけ遅れた時刻迄の間にパルス幅を設定すると、機械的クロストークによる速度変動を小さく抑える事が可能である。

より具体的には、図１７の１つ目の極大値１７１に適用した場合を考えると、図１２からＴｃ≒０．４μｓであるから、駆動電圧波形のパルス幅は６．０〜６．６μｓの間となる。また、図１７の２つ目の極大値１７２に適用した場合を考えると、図１２からＴｃ≒１．２８μｓであるから、駆動電圧波形のパルス幅は、１４．４〜１５．６８μｓの間に設定して駆動すると良い。

これにより、駆動ノズル数が変動しても、インク滴の速度変動は、最大でも図１８の極値１８３でのインク滴速度１８４と、極値１８３よりも時間Ｔｃ後のインク滴速度との速度差または、極値１８３でのインク滴速度１８４と、極値１８３よりも時間Ｔｃ前のインク滴速度との速度差となり、何れも速度変動率の小さい部分であるため、機械的クロストークによるインク滴速度の変動を小さく抑える事が出来る。

上記した実施例１で、更に、駆動パルス幅１８１での液滴速度１８２と、機械的クロストークによりシフトする時間だけ短くしたパルス幅１８５での液滴速度１８６が同じ速度になるように、駆動パルス幅１８１を設定すれば、機械的クロストークによる速度変動を最小に抑える事が可能となる。この場合の駆動パルス幅１８１は、機械的クロストークにより、メニスカスの振動周期がシフトした時間の約半分の時間だけ極値よりも広くした値とほぼ等しい。

図１９を用いて、パルス幅の狭い方から２つ目の極大値１９１について適用する場合について説明する。

２つ目の極大値である、パルス幅１４．５μｓ近辺では、図１２から分かるように、クロストークによって約１．２８μｓだけメニスカスの振動が遅くなる。そのため、この半分の約０．６４μｓ程、極大値よりも広いパルス幅１５．２μｓ（図１９の１９２）を駆動電圧波形に設定する。この設定電圧波形で駆動を行うと、クロストークによる速度変動率が、本発明実施前には図４に示したように、６．５ｍ／ｓ±１８．９％であったのを、図２０に示したように、６．８ｍ／ｓ±５．４％にまで抑える事が出来た。

以上説明した実施例においては、極大値について説明したが、パルス幅を振って液滴速度を測定した際に現れる速度変動の波について、パルス幅の狭い方から１番目の極小値について見た場合、本実施例と比べた場合には、エネルギー効率が悪く、駆動電圧の割には液滴速度が遅いものの、本発明は適用可能である。

一方、パルス幅の狭い方から３番目以降の極大値及び極小値については、各ノズルの精度に起因して、ノズル毎にヘルムホルツ振動周期のバラツキがある場合に、ノズル毎に極値の現れる時間の差が大きくなるため、観測ノズルではパルス幅速度特性の速度変動率の小さい場所に駆動電圧波形を設計しても、他のノズルにその駆動電圧波形を適用した場合、速度変動率の大きい場所に当たることがあり、その点では、本発明を適用する効果が低くなる。しかしながら、各ノズルの精度が高いものに本発明を適用することで、パルス幅が広がる程、パルス幅速度特性の速度変動率は小さくなるため、この場合には、本発明は効果的である。

なお、本発明が適用出来るのは、図１で説明した構造や動作方法のインクジェットプリントヘッドに限らない。例えば、圧電素子の積層方向に垂直な面に弾性膜を設けたｄ３１方向の圧電伸縮をインクの加圧に用いたヘッドや、圧電素子の負電極を共通電極として接地しておき、正電極を個別電極として、駆動ノズル選択回路を通して駆動電圧発生回路に繋がっているヘッドや、圧力発生手段として電気伸縮繊維など圧電素子以外の物を使っているヘッド等、インク等の液滴を吐出させるために加圧する際に振動が発生する液滴吐出機構であれば何れにも適用可能である。

また、メニスカス位置とメニスカス速度と、パルス幅速度特性（インク滴速度変動の波）との間の相関性について説明する。図２１の破線で示したように、メニスカス位置の極値と、メニスカス速度が０になる時間と、パルス幅速度特性の速度変動が最も大きいパルス幅とがほぼ一致し、一点鎖線で示したように、メニスカス位置の最も大きく変動する時間と、メニスカス速度の極値と、パルス幅速度特性の極値とがほぼ一致するという相関がある。このため、任意の１ノズルだけ駆動した場合のヘルムホルツ振動に対して、全ノズルを駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動の位相がシフトした時間Ｔｃの決め方については、メニスカスの位置変動のシフトした時間に限ったものではなく、パルス幅を変化させながらインク滴速度を計測した際の速度変動のシフトした時間であっても、また、メニスカスの速度変動のシフトした時間であっても、Ｔｃの値はほぼ同じ値となり本発明に適用可能である。また、インク加圧室等に圧力センサーを設置可能な場合は、インク圧力室の圧力変動のシフトする時間によってもＴｃを求める事が可能である。因みに、図２１の破線の間隔の２倍又は一点鎖線の間隔の２倍が、ヘルムホルツ振動周期である。さらには、破線と一点鎖線はほぼ等間隔である。

全ノズルを同じように駆動した場合であっても、ノズルによってクロストークによるメニスカスの振動の位相は多少異なるため、あるノズルでクロストークが最も小さくなる駆動電圧波形を作ったとしても、その波形は、他のノズルに対しては、必ずしもクロストークが最も小さくなる波形とは言えない。しかしながら、クロストークによる速度変動が最も大きく出るノズルで、クロストークが最も小さくなるような駆動電圧波形を作って適用すれば、その波形ではクロストークによる速度変動が余り抑えられない他のノズルについては、元々クロストークが小さいため、ノズル全体を見た場合、クロストークを小さくする事が出来る。よって、本発明は、クロストークによる速度変動が最も大きくなるノズルについて適用して、駆動電圧波形を設計するのが好ましい。

機械的クロストークは、他のノズルを駆動した時に生じる振動の伝播であるため、クロストークの大きさは、駆動するノズルの距離と数に依存している。クロストークが最も大きく出るのは、近い距離に存在するノズルの数が最も多いノズルとなる。図２は、パルス幅１２μｓの台形波で駆動した場合において、電気的クロストークを排除し、機械的クロストークの影響のみを表したものであるが、この図から分かるように、今回用いたヘッドにおいては、機械的クロストークは、観測ノズルを中心として、連続するおおよそ２１ノズルまでを同時に駆動した場合が大きく出て、それ以上離れた場所のノズルを駆動しても、その振動の影響は小さい。連続する２１ノズルの端から端までの距離は約５ｍｍであるので、機械的クロストークは、観測ノズルを中心とする半径約２．５ｍｍの円内に存在するノズルを駆動した場合を強く考慮すればよい。厳密に言うと、半径２．５ｍｍ以上離れたノズルを駆動する事による振動の影響も皆無では無いため、半径２．５ｍｍ以内に存在するノズルの数が等しいノズルが多数存在する場合等は、観測するノズルを中心とする円の半径を徐々に広げていき、その円の中に存在する他のノズルの数が最初に最大となるノズルが、一番クロストークの影響を大きく受けるノズルであるから、そのノズルをクロストークによる振動を観測する対象のノズルとするのが良い。

具体的には、例えば、ノズル列が１本のインクジェットプリントヘッドの場合、端のノズルから約２．５ｍｍ以上で且つ内側に存在するノズルについてのクロストークによる振動を観測して駆動波形を設計すると良い。より詳しく言えば、観測するノズルを中心とする円の半径を徐々に広げていった際にその円の中に存在する他のノズル数が最大となる、ノズル列の真中のノズルについてクロストークによる振動を観測して、駆動波形を設計すると良い。

実際に、ノズル列が１本の直線であるヘッドにおいて、各ノズルについてクロストークの最大値を測定すると、ノズル列の真中が一番速度変動が大きく、端の方のノズルに行くにつれて速度変動は徐々に減っていく。そして、端から２．５ｍｍ以内に位置するノズルから急に、速度変動は小さくなり、一番端のノズルはあまり速度変動が無い。

ノズル列が複数本の場合も同じ事が言える。観測しようとするノズルを中心とする半径５ｍｍの円の中に他のノズルが１番多く存在しているノズルよりも、観測しようとするノズルを中心とする半径２．５ｍｍの円の中に他のノズルが１番多く存在しているノズルの方が、クロストークの影響による速度変動は大きいのである。

勿論、インクジェットプリントヘッドの構成部材や構造等の違いによって、機械的クロストークの影響が大きく出るノズルの距離は異なるため、本実施例で説明に用いた半径２．５ｍｍに限ったものではない。実際に、駆動するノズル数を連続的に増やしていった際の速度変化を測定し、機械的クロストークの影響が大きく出る駆動数での駆動ノズルの両端の距離２ｒを測定し、半径ｒの円の中にあるノズルの数で、クロストークが最も大きく出るノズルの判定を行なえば良い。

本発明の実施例を適用したインクジェットプリントヘッドの説明図である。機械的クロストークを示した説明図である。電気的クロストークを示した説明図である。クロストーク対策が不充分な時のクロストークを示した説明図である。吐出電圧波形を示した説明図である。ＰＵＬＬ波形を示した説明図である。ＰＵＬＬ波形によるメニスカスの振動を示した説明図である。ＦＩＲＥ波形を示した説明図である。ＦＩＲＥ波形によるメニスカスの振動を示した説明図である。吐出波形を示した説明図である。吐出波形によるメニスカスの振動を示した説明図である。メニスカスの振動を示した説明図である。駆動による振動と、クロストークによる振動を示した説明図である。パルス幅速度特性を示した説明図である。クロストークによる速度低下を示した説明図である。クロストークによる速度上昇を示した説明図である。クロストークによる速度変動の少なくなるパルス幅を示した説明図である。クロストークによる速度変動幅を示した説明図である。本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例１）本発明実施後のクロストークを示した説明図である。メニスカス位置とメニスカス速度とパルス幅速度特性の相関を示した説明図である。

符号の説明

１１…インク流路形成部材、１２…インク圧力室、１３…ノズルプレート、１４…ノズル、１５…リストリクタ、１６…共通インク流路、１７…圧電素子、１８…圧電素子支持基板、１９…正電極、２０…負電極、２１…弾性膜、２２…インク滴、５１…ＰＵＬＬ波形、５２…ＦＩＲＥ波形、５３…パルス幅、１２１…始めの極小値の部分、１２２…極大値の部分、１３１…経過時間の小さい方の極小値、１７１…１つ目の極大値、１７２…２つ目の極大値、１８１…駆動パルス幅、１８２…駆動パルス幅での液滴速度、１８３…極値、１８４…極値での液滴速度、１８５…機械的クロストークによりシフトする時間だけ短くしたパルス幅、１８６…機械的クロストークによりシフトする時間だけ短くしたパルス幅での液滴速度、１８７…機械的クロストークによる速度変動幅、１９１…２つ目の極大値、１９２…本発明による設定値である。

Claims

インク圧力室を持ち、インク圧力室のインクの加減圧手段を備え、そのインク加減圧手段に、加減圧を制御するための信号を印加する事により、インク圧力室のインクの加減圧を行うことで、インク圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させる、インクジェットプリントヘッドの駆動方法において、
任意の１ノズルだけ駆動した場合のヘルムホルツ振動に対して、全ノズルを駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動の位相がシフトした時間をＴｃとした時、インクを減圧させる信号を印加し始めてから、インクを加圧させる信号を印加し始めるまでの時間をパルス幅として、該パルス幅を振って液滴速度を測定した際に現れるパルス幅速度特性について、１ノズルだけ駆動した場合の前記パルス幅速度特性の、パルス幅の狭い方から１番目の極大値または２番目の極大値の時刻から、前記Ｔｃだけ遅れた時刻までの間に、インクを吐出させる加圧用信号を印加することを特徴とするインクジェットプリントヘッドの駆動方法。
前記Ｔｃは、メニスカスの位置変動がシフトした時間である事を特徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッドの駆動方法。
前記Ｔｃは、メニスカスの速度変動がシフトした時間である事を特徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッドの駆動方法。
前記Ｔｃは、パルス幅速度特性がシフトした時間である事を特徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッドの駆動方法。
一列に並んでいる部分のノズルの駆動数を、測定ノズルを中心に連続的に増やしていき、クロストークの影響があまり大きく変化しなくなった際の、駆動ノズルの端から端までの距離を２ｒとし、前記Ｔｃは、観測しようとするノズルを中心とした半径ｒの円の中に、他のノズルが１番多く存在するように選んだ観測ノズルを、１ノズルだけ駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動に対して、全ノズルを駆動した場合の前記ヘルムホルツ振動の位相がシフトした時間であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッドの駆動方法。
観測しようとするノズルを中心とする、半径ｒの円の中に存在する他のノズルの数が最多かつ同じである観測対象ノズルが複数本存在する場合は、観測しようとするノズルを中心とする円の半径を徐々に広げていき、その円の中に存在する他のノズルの数が最初に最大となった観測対象ノズルを、クロストークによる振動を観測するノズルとする事を特徴とする請求項５記載のインクジェットプリントヘッドの駆動方法。