JP7188551B2 - 液滴吐出ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法に関し、詳しくは、サテライト（主滴から分離した液滴の着弾）を良好に防止できる液滴吐出ヘッドの駆動方法に関する。

微小なインク滴を用いて画像を形成するインクジェット記録ヘッドのように、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドは、圧力発生室内に圧力を付与することでノズルから液滴を吐出させ、記録媒体上に液滴を着弾させる。

この液滴吐出ヘッドには、例えば、図１０に示すように、圧力発生室Ａの両側の隔壁をなす圧電素子Ｓ、Ｓに、図１１に示す矩形波からなる駆動パルスを印加する。この駆動波形は、矩形波からなるＤＲＲ（Draw-Release-Reinforce）法の駆動波形（以下、「ＤＲＲ波形」という。）である。駆動パルスの最初の立ち上がり（第１の工程Ｐ１）によって、圧電素子Ｓ、Ｓは互いに外側に向けて変形し、圧力発生室Ａの容積が拡大される。これにより、圧力発生室Ａ内のインクに負の圧力が生じ、インクが流れ込む。同時に、圧力発生室Ａの両端から圧力が上がり始め、音響波が圧力発生室Ａの中央に向かって伝わり、その後、その音響波が反対端に達し、圧力発生室Ａ内が正圧となる。

駆動パルスの最初の立ち上がりから所定時間経過後に、電位０を経て圧電素子Ｓ、Ｓを互いに逆方向に変形させるように駆動パルスを立ち下げる（第２の工程Ｐ２）と、圧電素子Ｓ、Ｓは拡大位置から中立位置を経て圧力発生室Ａの容積を縮小させる。すると、図１０（ａ）に示すように、圧力発生室Ａ内に正の圧力が生じる。これにより圧力発生室Ａ内を満たしているインクの一部によるノズル３内のメニスカスがノズル３から押し出される方向に移動し、ノズル３からインク柱１００が吐出される。

この状態を所定時間維持した後、図１１に示すように、電位を立ち上げて０に戻す（第３の工程Ｐ３）と、圧電素子Ｓ、Ｓが縮小位置から中立位置に戻り、圧力発生室の容積が拡大することでメニスカスが引き込まれ、吐出されたインク柱１００の後端が引き戻されるので、図１０（ｂ）に示すように、インク柱１００はメニスカスから分離して液滴１０１として飛翔する。

圧力発生室Ａの容積を縮小して、ノズル３からインク柱１００を吐出させた状態を保持する時間（第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３の間）については、従来は２ＡＬとすることが一般的であったが、図１１に示すように、特許文献１には、３．５～４．４ＡＬとすることが記載されている。なお、「ＡＬ」とは、圧力発生室の音響的共振周期の１／２である。

特許文献１に記載されたインクジェット記録装置においては、第２の工程Ｐ２の後インク柱１００を吐出させた状態を保持する時間を３．５～４．４ＡＬとすることにより、高周波駆動を可能としている。

特許第４４３２４２６号公報

前述のような従来のインクジェット記録装置においては、インク吐出時にサテライトと呼ばれる主滴から分離した液滴が生じた場合には、それが記録媒体に着弾することで、画質の劣化が招来される。画質の劣化を確実に防止するために、インクジェット記録装置においてサテライトを良好に防止することが要請されている。

そこで、本発明は、サテライト（主滴から分離した液滴の着弾）を良好に防止できる液滴吐出ヘッドの駆動方法を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．
液滴を吐出するためのノズルと、内部に液体を貯留可能であり前記ノズルに連通した圧力発生室と、前記圧力発生室内の容積を拡大又は縮小させて内圧を変化させる圧力付与手段を備えた液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させる第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させて前記圧力発生室内の液体を前記ノズルから吐出させる第２の工程と、
前記第２の工程から０．４～１．５５ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）経過後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させる第３の工程と、
を有する液滴吐出ヘッドの駆動方法。
２．
前記第２の工程から前記第３の工程までの工程間隔が、０．４～１．１ＡＬである前記１記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
３．
前記第２の工程から前記第３の工程までの工程間隔が、０．４～０．９ＡＬである前記１記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
４．
前記第１の工程から前記第２の工程までの工程間隔が０．７～１．３ＡＬである前記１、２又は３記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
５．
前記第２の工程から２．７５～３．２５ＡＬ経過後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させて前記圧力発生室内の振動をキャンセルする第４の工程と、
前記第４の工程から０．７５～１．２５ＡＬ経過後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させて前記圧力発生室内の振動をキャンセルする第５の工程と、
を有する前記１～４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
６．
前記第２の工程により縮小させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積より小さく、且つ、前記第３の工程により拡大させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積と実質的に同じである前記１～５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
７．
前記圧力付与手段は、電圧を印加することにより前記圧力発生室内の容積が変化するように駆動され、異なる電圧を印加することにより前記圧力発生室に異なる圧力を付与可能に構成されており、前記第１の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をＶ１（Ｖ）、前記第２の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をＶ２（Ｖ）、前記第３の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をＶ３（Ｖ）とした時、Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１である前記１～６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
８．
前記圧力付与手段は圧電素子である前記１～７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
９．
前記圧電素子は、電界を印加することによりせん断モードで変形する前記８記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
１０．
複数滴の吐出を連続して行う場合には、それらの最後の吐出を前記１～９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法により行う液滴吐出ヘッドの駆動方法。
１１．
前記第１の工程の前に、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させるプレ工程を有する前記１～１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
１２．
前記圧力発生室内の容積を変化させるために前記圧力付与手段に印加する駆動波形が、矩形波である前記１～１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
１３．
前記圧力発生室内の容積を変化させるために前記圧力付与手段に印加する駆動波形が、三角波である前記１～１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
１４．
前記液体はインクである前記１～１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。

本発明によれば、サテライト（主滴から分離した液滴の着弾）を良好に防止できる液滴吐出ヘッドの駆動方法を提供することができる。

本発明が適用される液滴吐出ヘッドの一態様を示す斜視図 （ａ）～（ｃ）は液滴吐出ヘッドの動作を示す断面図 第１実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法を実現するための駆動波形を示す図 第１実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法による吐出圧力の変化を示す図 （Ａ）～（Ｅ）は、第１実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示す図、（ａ）～（ｅ）は、従来の液滴吐出ヘッドの駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示す図 図３に示した駆動波形により生ずる残響押し出し圧力を示すグラフ 第２実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法を実現するための駆動波形を示す図 第３実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法を実現するための駆動波形を示す図 本発明の実施例として液滴速度とサテライト長との関係を示すグラフである。 （ａ）（ｂ）は従来の駆動方法による液滴吐出の様子を示す説明図 従来の駆動方法における駆動波形を示す図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明が適用される液滴吐出ヘッドの一態様を示す斜視図である。
図２（ａ）～（ｃ）は、液滴吐出ヘッドの動作を示す断面図である。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動方法は、図１及び図２に示すように、液滴を吐出するためのノズル３と、内部に液体を貯留可能でありノズル３に連通する圧力発生室Ａと、圧力発生室Ａの内圧を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドであれば、どのようなタイプの液滴吐出ヘッドにも適用でき、また、圧力発生室内に満たされる液体はどのような液体であってもよい。

以下の説明では、圧力発生室Ａ内の容積を拡大又は縮小させて内力を変化させる圧力付与手段となる圧電素子Ｓを備え、圧力発生室Ａ内に満たされる液体としてインクを使用した液滴吐出ヘッドＨであり、圧電素子Ｓが電界を印加することによりせん断モード（シアモード）で変形するせん断モードタイプのインクジェット記録ヘッドＨに、本発明を適用した場合について説明する。

この液滴吐出ヘッドＨは、図１に示すように、チャネル基材２の前端面にノズルプレート１が取付けられ、チャネル基材２の後端面にマニホールド部材４が取付けられて構成されている。ノズルプレート１には、インク滴を吐出するための複数のノズル３が設けられている。

チャネル基材２には、図１及び図２に示すように、複数の圧力発生室Ａが設けられている。圧力発生室Ａは、隔壁となる圧電素子Ｓを介して、複数が並設されている。圧力発生室Ａと圧電素子Ｓとが交互に並設されることによって、一つの圧電素子Ｓをその両隣の圧力発生室Ａで共用している。

各圧力発生室Ａの長手方向の一端はノズル３に連通されている。なお、本実施形態の液滴吐出ヘッドＨは、圧力発生室Ａとして、ノズル３に連通された吐出チャネルと、ノズル３が設けられていないダミーチャネル（不吐出チャネルともいう）とを交互に並設している、いわゆる「独立駆動」を行う液滴吐出ヘッドである。ただし、これに限定されず、すべてのインクチャネルを３つの群に分けて、隣接するインクチャネルを時分割制御する、いわゆる「３サイクル駆動」を行う液滴吐出ヘッドでもよい。

圧電素子Ｓは、分極方向を互いに反対方向とした圧電材料からなる上壁部Ｓ１と下壁部Ｓ２とによって構成されている。圧電材料は格別限定されず、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等を用いることができる。

チャネル基材２の後端面に取付けられたマニホールド部材４には、内部空間であるマニホールド４１が形成されている。マニホールド４１には、各圧力発生室Ａの長手方向の他端が連通されている。また、マニホールド４１は、インクチューブ４２によって、図示しないインクタンクに連通されている。

インクタンクから供給されるインクは、マニホールド４１から各圧力発生室Ａに供給される。各圧力発生室Ａは、マニホールド４１とノズル３との間を接続する流路を形成している。各圧力発生室Ａは、各ノズル３に対応する個別の流路を形成している。ノズル３には、インクによるメニスカスが形成されている。

各圧力発生室Ａを構成する圧電素子Ｓの表面には、電極Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が形成されている。各電極Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、圧電素子Ｓを駆動して圧力発生室Ａ内のインクを吐出する駆動信号を供給する駆動信号発生部５０に接続されている。

図２において、圧電素子Ｓに付された矢印は、上壁部Ｓ１及び下壁部Ｓ２の分極方向を示している。このように、圧電材料からなる上壁部Ｓ１及び下壁部Ｓ２の分極方向は、互いに反対方向となるように配置することができる。圧電素子Ｓは、電圧を印加することにより圧力発生室Ａ内の容積を変化させるように駆動され、異なる電圧を印加することにより圧力発生室Ａに異なる圧力を付与可能に構成されている。

電極Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のいずれにも駆動信号が印加されない時は、図２（ａ）に示すように、いずれの圧電素子Ｓも変形していない。この状態において、圧力発生室Ａから遠い側の電極Ｑ１及びＱ４を接地し、圧力発生室Ａ内に臨む電極Ｑ２、Ｑ３に駆動信号（＋Ｖ）を印加すると、圧電素子Ｓ、Ｓの分極方向に直角な方向の電界が生じ、図２（ｂ）に示すように、各圧電素子Ｓ、Ｓは、それぞれ上壁部Ｓ１と下壁部Ｓ２との接合面にズリ変形を生じ、互いに圧力発生室Ａの外側に向けて変形する。この変形により、圧力発生室Ａの容積が拡大され、圧力発生室Ａ内に負の圧力が生じ、マニホールド４１から圧力発生室Ａ内にインクが流れ込む。

この状態から電極Ｑ２、Ｑ３の電位を０に戻すと、圧電素子Ｓ、Ｓは図２（ｂ）に示す膨張位置から図２（ａ）に示す中立位置に戻り、圧力発生室Ａ内のインクに圧力が掛かる。

この状態において、圧力発生室Ａ内に臨む電極Ｑ２、Ｑ３に駆動信号（－Ｖ）を印加すると、圧電素子Ｓ、Ｓの分極方向に直角な方向の電界が生じ、図２（ｃ）に示すように、各圧電素子Ｓ、Ｓは、互いに圧力発生室Ａの内側に向けて変形する。この変形により、圧力発生室Ａの容積が縮小され、圧力発生室Ａ内に正の圧力が生じ、圧力発生室Ａに対応するノズル３からインクが吐出される。このような駆動信号に基づく圧電素子Ｓ、Ｓの一連の動作によって、圧力発生室Ａと連通するノズル３内のメニスカスからインク滴が分離され、ノズル３からインク滴が吐出される。

図３は、第１実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法を実現するための駆動波形を示す図である。
図４は、第１実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法による吐出圧力の変化を示す図である。
図５（Ａ）～（Ｅ）は、第１実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示す図であり、（ａ）～（ｅ）は、従来の液滴吐出ヘッドの駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示す図である。

（第１の工程Ｐ１）
この実施形態における駆動波形は、記録ヘッドＨが図２（ａ）に示す初期状態において、図３（Ｐ１）に示すように、第１の工程Ｐ１として最初の立ち上がりパルスを与える。第１の工程Ｐ１では、例えば、圧力発生室Ａから遠い側の電極Ｑ１、Ｑ４をアースに接続し、圧力発生室Ａに近い側の電極Ｑ２、Ｑ３に＋Ｖ電位を与え、圧電素子Ｓ、Ｓによって圧力発生室Ａの容積を拡大させる。

このとき、圧力発生室Ａの両側の隔壁を構成する圧電素子Ｓ、Ｓの分極方向に直角な方向の電界が生ずる。すると、図２（ｂ）に示すように、圧電素子Ｓ、Ｓは互いに外側に向けて変形し、圧力発生室Ａの容積が拡大される（Draw）。圧力発生室Ａの容積拡大により、インクが圧力発生室Ａ内に導入される。

圧力発生室Ａ内の圧力は、図４に示すように、駆動波形が変化しない工程間隔では、１ＡＬ周期で反転を繰り返すので、この工程間隔を１ＡＬ継続させると、図５（Ａ）に示すように、引き込まれたメニスカスＭがノズル３における液滴吐出側の先端面（以下、このノズル３における液滴吐出側の先端面のことを、メニスカスＭの「復帰位置」という。）に戻り、インクの圧力が正圧に反転する。このタイミングで、拡大した圧力発生室Ａを元の中立状態に戻すと（Release）、圧力発生室Ａ内のインクに高い圧力が掛かる。なお、図４に示すように、ノズル３内のインク圧力は、駆動波形の変化から若干遅れて変化し、メニスカスＭの変化は、更に若干遅れる。

なお、「ＡＬ」とは、前述したように、圧力発生室の音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、圧電素子Ｓに矩形波の電圧パルスを印加して吐出するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波の工程間隔を変化させたときに、インク滴の飛翔速度が最大になる時間として求められる。工程間隔とは、電圧の立ち上がり始め又は立ち下がり始めの１０％から次の工程の開始までと定義する。

また、この実施形態では矩形波を用いており、この矩形波は、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもが好ましくはＡＬの１／２以内、さらに好ましくは１／４以内であるような波形である。本発明では、矩形波に限定されず、三角波を用いてもよい。三角波を用いる場合には、圧力発生室内の圧力変動が矩形波を用いた場合と同様の変動となるような波形とすればよい。

（第２の工程Ｐ２）
第１の工程の後、図２（ｃ）及び図３（Ｐ２）に示すように、第２の工程Ｐ２として立ち下がりパルス（－Ｖ）を与える。第２の工程Ｐ２では、圧電素子Ｓ、Ｓによって圧力発生室Ａの容積を縮小させ、圧力発生室Ａ内の液体をノズルから吐出させる。

第１の工程Ｐ１から第２の工程Ｐ２までの工程間隔は、０．７～１．３ＡＬとすることが好ましい。第１の工程Ｐ１において印加した圧力発生室Ａの容積拡大による負の圧力波が１ＡＬで反転して正の圧力波になった時に、第２の工程Ｐ２の容積縮小による正の圧力波が足し合わされ、インク吐出圧力が高まるからである。

この第２の工程Ｐ２により、圧力発生室Ａの容積が縮小され、図４に示すように、インクに更に高い圧力が掛かり（Reinforce）、図５（Ｂ）に示すように、ノズル３からインク柱１０が吐出される。

なお、本明細書において、「インク柱」とは、先端がノズル３から吐出しているが後端はノズル３内のメニスカスと繋がっていて、未だメニスカスから分離していない状態のインクを指し、「液滴」とは、インク柱の後端がノズル３内のメニスカスから完全に分離している状態のインクを指す。

（第３の工程Ｐ３）
第２の工程Ｐ２から０．４～１．５５ＡＬの工程間隔を経過した後、図２（ａ）及び図３（Ｐ３）に示すように、第３の工程Ｐ３として圧電素子Ｓ、Ｓを中立位置に戻す。第３の工程Ｐ３では、圧電素子Ｓによって圧力発生室Ａの容積がそれまでの縮小状態から拡大される。

この第３の工程Ｐ３により、圧力発生室Ａ内の振動（残響振動）が増幅される。なお、第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔を、１ＡＬとしたときが、残響振動が最も増幅される。

第２の工程Ｐ２から１ＡＬが経過したときには、図４に示すように、インクの圧力が反転して負圧になるので、吐出されたインク柱１０の根元に、図５（Ｃ）に示すように、くびれが生じる。更に０．５ＡＬが経過すると、負圧が最大になり、メニスカスＭがノズル３とは反対方向の最も深い位置に引き込まれ、メニスカスＭがはっきりと現れる。

更に０．５ＡＬが経過すると、圧力が反転して正圧となり、メニスカスＭが復帰位置に向かって移動する。図４及び図５（Ｄ）に示すように、第３の工程Ｐ３により、従来の駆動波形よりも残響が大きくなっていることによって、残響押し出しにより、メニスカスＭがくびれ部分とともにノズル３から押し出される。

更に時間が経過すると、図４及び図５（Ｅ）に示すように、メニスカスＭが復帰位置まで復帰する。ノズル３の奥深くまで引き込まれたメニスカスＭは、インクの毛管力と正のインク圧力が合わさって、迅速に復帰位置に向かって移動を開始する。メニスカスＭが復帰位置に復帰した時点では、インク柱１０はまだメニスカスＭから分離しておらず、その尾部１０ｂはメニスカスＭと繋がっている。

メニスカスＭがノズル３から液滴吐出方向とは反対方向に後退することによって、上記第２の工程Ｐ２によってノズル３から吐出されていたインク柱１０がメニスカスＭから分離され、液滴としてノズル３から吐出される。このとき、液滴の先端部から、メニスカスＭから分離する尾部１０ｂまでの距離が、従来の駆動波形よりも短くなっており、そのことによって、サテライト（主滴から分離した液滴の着弾）を良好に防止することができる。

上述のように、この実施形態では、ＤＲＲ波形を用いて、第２の工程Ｐ２から０．４～１．５５ＡＬの工程間隔を経過した後に第３の工程Ｐ３を実行しており、第３の工程Ｐ３によって圧力発生室Ａの容積を拡大させ、圧力発生室Ａ内の振動（残響振動）を増幅させている。本発明者は、インクの引き込み（第１の工程Ｐ１）後の押し出し（第２の工程Ｐ２）後、圧力発生室内の振動（残響振動）を増幅させる位相の圧力を付与するように引き込み（第３の工程Ｐ３）を行うことによって、液滴の切れを促進させることが、サテライトの防止に有効であることを確認したものである。

なお、第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔は、０．４～１．１ＡＬとすることも好ましい。この場合にも、従来の駆動波形よりも残響振動が増幅され、液滴の切れが促進され、サテライトを良好に防止することができる。

さらに、第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔は、０．４～０．９ＡＬとすることも好ましい。この場合にも、従来の駆動波形よりも残響振動が増幅され、液滴の切れが促進され、サテライトを良好に防止することができる。

なお、以上の説明において、第１の工程Ｐ１により拡大させた時の圧力発生室Ａの容積Ｕ１は、第１の工程Ｐ１により圧力発生室Ａを拡大させる以前の容積より大きく、第２の工程Ｐ２により縮小させた時の圧力発生室Ａの容積Ｕ２は、第１の工程により圧力発生室Ａを拡大させる以前の容積より小さく、且つ、第３の工程により拡大させた時の圧力発生室Ａの容積Ｕ３は、第１の工程により圧力発生室Ａを拡大させる以前の容積と実質的に同じであることが好ましい。

また、図３に示すように、第１の工程Ｐ１以前に圧電素子Ｓに印加する電圧をＶ３（Ｖ）、第１の工程Ｐ１において圧電素子Ｓに印加する電圧をＶ１（Ｖ）、第２の工程Ｐ２において圧電素子Ｓに印加する電圧をＶ２（Ｖ）、第３の工程Ｐ３において圧電素子Ｓに印加する電圧をＶ３（Ｖ）とした時、Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１であることが好ましい。これにより、容積Ｕ２＜容積Ｕ３＜容積Ｕ１となる。なお、初期状態の電圧Ｖ３は０とは限らず、各電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、それぞれ差分の電圧である。

（サテライトの防止について）
前述したように実施形態の駆動波形によれば、残響振動を増幅することによりサテライトを良好に防止できる。以下、この効果を従来の駆動波形と比較して説明する。

従来の駆動波形においては、図４及び図５（ａ）～（ｃ）に示すように、第１の工程Ｐ１から第２の工程Ｐ２までの圧力発生室Ａ内の圧力変動及びインクの挙動は、図５（Ａ）～（Ｃ）に示す上述した実施形態と同様である。

第２の工程Ｐ２から１．５ＡＬ経過すると、図４、図５（Ｃ）及び（ｃ）に示すように、負圧が最大になり、メニスカスＭがノズル３とは反対方向の最も深い位置に引き込まれ、メニスカスＭがはっきりと現れる。

さらに０．５ＡＬ経過（第２の工程Ｐ２から２ＡＬの工程間隔を経過）すると、従来の駆動波形では、図４、図５（ｄ）に示すように、圧力が反転して正圧となり、メニスカスＭが復帰位置に向かって移動する。このとき、圧力発生室Ａの容積を拡大させる第３の工程Ｐ３として、隔壁Ｓを中立位置に戻し、圧力発生室Ａの容積をそれまでの縮小状態から拡大させる。この第３の工程Ｐ３により、圧力発生室Ａ内の振動（残響振動）がキャンセルされ、メニスカスＭが復帰位置に復帰する。

メニスカスＭが復帰位置に復帰した時点では、インク柱１０はまだメニスカスＭから分離しておらず、その尾部１０ｂはメニスカスＭと繋がっている。そして、従来の駆動波形では、図５（ｅ）に示すように、ノズル３から吐出されていたインク柱１０がメニスカスＭから分離され、液滴としてノズル３から吐出される。

このとき、液滴の先端部から、メニスカスＭから分離する尾部１０ｂまでの距離は、図５（Ｅ）に示す上述した実施形態の駆動波形よりも長くなっており、サテライトが十分に防止されていない。実施形態の駆動波形では、液滴の切れが促進されるので、液滴の先端部から尾部１０ｂまでの距離が短く、サテライトが良好に防止されている。

図６は、図３に示した駆動波形により生ずる残響押し出し圧力を示すグラフである。

前述した実施形態の駆動波形において、図６に示すように、第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３の工程間隔（横軸）と、第３の工程Ｐ３の後のメニスカスＭに対する残響による押し出し圧力（縦軸）との間には、工程間隔が０．４～１．５５ＡＬであるときに押し出し圧力が正圧になり、工程間隔が１ＡＬであるときに押し出し圧力が最大になるという関係がある。

第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔を、０．４～１．１ＡＬ、又は、０．４～０．９ＡＬとした場合にも、液滴の切れを促進してサテライトを良好に防止するのに十分な残響振動の増幅がなされる。

〔第２実施形態〕
図７は、第２実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法を実現するための駆動波形を示す図である。

この実施形態の駆動波形は、図７に示すように、第３の工程Ｐ３の後に、残響振動をキャンセルするキャンセル波形を加えたものである。キャンセル波形は、第２の工程Ｐ２から２．７５～３．２５ＡＬ経過後に、圧電素子Ｓによって圧力発生室Ａの容積を縮小させる第４の工程Ｐ４と、第４の工程Ｐ４から０．７５～１．２５ＡＬ経過後に、圧電素子Ｓによって圧力発生室Ａの容積を拡大させて復帰させる第５の工程Ｐ５とからなる。

第４の工程Ｐ４で圧電素子Ｓに印加される電圧は、第２の工程Ｐ２において印加される電圧Ｖ２と等しいことが好ましい。また、第５の工程Ｐ５で圧電素子Ｓに印加される電圧は、第３の工程Ｐ３において印加される電圧Ｖ３（初期電位）と等しいことが好ましい。

このキャンセル波形によって、圧力発生室Ａ内の振動（残響振動）がキャンセルされ、次の液滴吐出を良好に行うことができる。

また、前の液滴吐出に続いて液滴吐出を行って同一の画素を形成する場合には、第１の工程Ｐ１の前に、圧電素子Ｓによって圧力発生室Ａの容積を縮小させるプレ工程Ｐｐを行うことが好ましい。このプレ工程Ｐｐから第１の工程Ｐ１までの工程間隔は、例えば、０．３ＡＬである。プレ工程Ｐｐで圧電素子Ｓに印加される電圧は、第２の工程Ｐ２において印加される電圧Ｖ２と等しいことが好ましい。

このプレ工程Ｐｐを加えることによって、第２の工程Ｐ２において吐出される液滴の飛翔速度を増加させることができ、前の吐出液滴との着弾位置ずれを防止することができる。

〔第３実施形態〕
図８は、第３実施形態の液滴吐出ヘッドの駆動方法を実現するための駆動波形を示す図である。

この実施形態の駆動波形は、図８に示すように、複数滴の吐出を連続して行う場合の駆動波形である。複数滴の吐出のうちの最後の吐出を、前述した実施形態の駆動波形を用いて行う。

第１滴の吐出は、２つの液滴を連続して吐出してこれらを空中で合一させてから着弾させる波形である。第２滴及び第３滴の吐出は、従来のＤＲＲ波形である。第４滴の吐出は、前述した第１第２実施形態の駆動波形である。なお、図８中の数値は、工程間隔をＡＬの係数として示している。

このように、複数滴の吐出を連続して行う場合の最後の吐出を、前述した実施形態の駆動波形を用いて行うことにより、特に問題となる最後の吐出で発生するサテライトを良好に防止することができる。

〔インクについて〕
前述した各実施形態において、吐出する液体はインクであるが、インクに限られず液体の毛細管浸透速度は、｛２・（毛細管半径）・（表面張力）・cos（接触角）｝／｛８・（粘度）・（管長）｝と表わされる。毛細管浸透速度は、液体の粘度と表面張力の影響を大きく受ける。例えば、表面張力４０ｄｙｎｅ／ｃｍ、粘度２ｃｐの液体と、表面張力２８ｄｙｎｅ／ｃｍ、粘度１０ｃｐの液体を比べると、同じ毛細管半径、同じ管長では、後者の液体は毛細管浸透速度が前者の液体の１／１０に低下する。

従って、液体粘度の相異によって、メニスカスＭの復帰位置への復帰のタイミングが異なり、粘度が高い液体ではメニスカスＭの復帰が遅くなり、逆に粘度が低い液体ではメニスカスＭの復帰は早くなる。また同様に、液体の表面張力の相異によっても、メニスカスＭの復帰位置への復帰のタイミングが異なり、表面張力が低い液体ではメニスカスＭの復帰が遅くなり、逆に表面張力が高い液体ではメニスカスＭの復帰は早くなる。

このように液体粘度や表面張力の相異によって、メニスカスＭの復帰位置への復帰のタイミングが異なると、第２の工程Ｐ２から０．４～１．５５ＡＬ経過時に第３の工程Ｐ３を実行し、その後にメニスカスＭが復帰位置に実質的に復帰するのが早くなり又は遅くなる場合が想定される。メニスカスＭの復帰位置への復帰が早くなり又は遅くなると、残響振動によるメニスカスＭの押し出しが良好に行えない虞がある。

そのため、本発明の駆動方法は、吐出する液体の粘度が、５ｃｐ以上１５ｃｐ以下、液体の表面張力が、２０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である場合に顕著な効果を発揮する。

〔各実施形態について〕
以上の各実施形態では、圧力付与手段が圧電素子Ｓにより構成されるものを示した。本発明の駆動方法は、このように圧力付与手段が圧電素子Ｓにより構成されるものである場合に、圧力発生室内の圧力を下げるタイミングが容易に制御できるために好ましい。

また、各実施形態では、矩形波の駆動波形を圧電素子に印加している。矩形波を用いることで、メニスカスＭが復帰位置に戻ったタイミングで第３の工程Ｐ３の開始タイミングの設定が容易になり、また、第３の工程Ｐ３により強い負圧が発生し、液滴を容易に分離できるので好ましい。

また、上記実施形態例では、圧力付与手段として電界を印加することによりせん断モードで変形するせん断モード型の圧電素子Ｓを用いた。せん断モード型の圧電素子では、図３に示した矩形波の駆動波形をより効果的に利用することができ、駆動電圧が下げられ、より効率的な駆動が可能となるため好ましい。但し、本発明はこれらに限られるものではなく、例えば、圧電素子を単板型の圧電アクチュエータや縦振動タイプの積層型圧電素子等、別の形態の圧電素子を用いてもかまわない。また、静電力や磁力を利用した電気機械変換素子や、沸騰現象を利用して圧力を付与させるための電気熱変換素子等、他の圧力付与手段を用いてもかまわない。

また、以上の説明では、液滴吐出ヘッドとして画像記録を行うためのインクジェット記録ヘッドを用いたが、これに限らず、液滴を吐出するためのノズルと、このノズルに連通する圧力発生室と、この圧力発生室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えたものであれば同様に適用できる。

図９は、本発明の実施例として液滴速度とサテライト長との関係を示すグラフである。

ノズルピッチ１８０ｄｐｉ、出射液滴量１４ｐｌのせん断モードの記録ヘッドを使用し、ＤＲＲ波形で、第１の工程Ｐ１から第２の工程Ｐ２までの工程間隔を１ＡＬに設定し、図９に示すように、第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔を、（１）０．５ＡＬ、（２）２ＡＬ、（３）４ＡＬとして駆動を行い、液滴を吐出した。そのときの液滴速度（ｍ／ｓ）（横軸）と、サテライト長（ｍｍ）（縦軸）との関係を確認した。

図９に示すように、（１）（第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔を０．５ＡＬとした実施例）においては、液滴速度６．０ｍ／ｓまでサテライトの発生は認められなかった。（２）（第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔を２ＡＬとした比較例）では、液滴速度５．０ｍ／ｓを超えるとサテライトの発生が認められた。（３）（第２の工程Ｐ２から第３の工程Ｐ３までの工程間隔を４ＡＬとした比較例）では、液滴速度６．０ｍ／ｓまでサテライトの発生は認められなかったが、液滴速度６．０ｍ／ｓを超えて発生するサテライトの長さが（１）より長かった。（１）では、液滴速度６．０ｍ／ｓを超えるとサテライトが発生するが、その長さは（３）より短く抑えられていた。

１ ノズルプレート
２ チャネル基材
３ ノズル
４ マニホールド部材
４１ マニホールド
４２ インクチューブ
１０ インク柱
１０ｂ 尾部
５０
Ｈ 記録ヘッド
Ａ 圧力発生室
Ｓ 圧電素子（隔壁）
Ｑ１ 電極
Ｑ２ 電極
Ｑ３ 電極
Ｑ４ 電極
Ｍ メニスカス
Ｐ１ 第１の工程
Ｐ２ 第２の工程
Ｐ３ 第３の工程

Claims (13)

1. 液滴を吐出するためのノズルと、内部に液体を貯留可能であり前記ノズルに連通した圧力発生室と、前記圧力発生室内の容積を拡大又は縮小させて内圧を変化させる圧力付与手段を備えた液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
   前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させる第１の工程と、
   前記第１の工程の後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させて前記圧力発生室内の液体を前記ノズルから吐出させる第２の工程と、
   前記第２の工程から０．４～１．５５ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）経過後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させる第３の工程と、
   前記第２の工程から２．７５～３．２５ＡＬ経過後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させて前記圧力発生室内の振動をキャンセルする第４の工程と、
   前記第４の工程から０．７５～１．２５ＡＬ経過後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させて前記圧力発生室内の振動をキャンセルする第５の工程と、
   を有する液滴吐出ヘッドの駆動方法。
2. 前記第２の工程から前記第３の工程までの工程間隔が、０．４～１．１ＡＬである請求項１記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
3. 前記第２の工程から前記第３の工程までの工程間隔が、０．４～０．９ＡＬである請求項１記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
4. 前記第１の工程から前記第２の工程までの工程間隔が０．７～１．３ＡＬである請求項１、２又は３記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
5. 前記第２の工程により縮小させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積より小さく、且つ、前記第３の工程により拡大させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積と実質的に同じである請求項１～４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
6. 前記圧力付与手段は、電圧を印加することにより前記圧力発生室内の容積が変化するように駆動され、異なる電圧を印加することにより前記圧力発生室に異なる圧力を付与可能に構成されており、前記第１の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をＶ１（Ｖ）、前記第２の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をＶ２（Ｖ）、前記第３の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をＶ３（Ｖ）とした時、Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１である請求項１～５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
7. 前記圧力付与手段は圧電素子である請求項１～６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
8. 前記圧電素子は、電界を印加することによりせん断モードで変形する請求項７記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
9. 複数滴の吐出を連続して行う場合には、それらの最後の吐出を請求項１～８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法により行う液滴吐出ヘッドの駆動方法。
10. 前記第１の工程の前に、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させるプレ工程を有する請求項１～９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
11. 前記圧力発生室内の容積を変化させるために前記圧力付与手段に印加する駆動波形が、矩形波である請求項１～１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
12. 前記圧力発生室内の容積を変化させるために前記圧力付与手段に印加する駆動波形が、三角波である請求項１～１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
13. 前記液体はインクである請求項１～１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。

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