JPH01130949A - インクジェット記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインクジェット記録ヘッドの駆動方法に関する
。

［従来の技術］ 一般に、インクジェット記録ヘッドは電気機械変換素子
（以下、圧電素子と称す）に電気エネルギーを印加する
ことにより生じる圧電素子の電歪効果によりインクを吐
出することで知られている。

第１８図は従来のこの種の記録ヘッドのノズル部分３０
の構成を示す。第１９図は第１８図示の圧電素子３２に
より生しる圧力波動パルスの伝わり方を示す。

第１８図において、３１はインク３５の吐出口であり、
３２は吐出口３１からインクを吐出させるための圧電素
子アある。圧電素子３２は吐出口３１近辺のノズル３０
の円周上に筒状に設けられている。このような圧電素子
３２の配置の記録ヘッドはグールト型ヘッドと呼ばれて
いる。３４は電気エネルギーの印加時に圧電素子３２に
よりインク３５内に生じる余分な圧力波動パルスを吸収
するフィルターである。

このような構成のグールド型ヘッドでは圧電素子３２が
引き起こす圧力波動パルスがインク流路内を伝播したと
きでもフィルター３４が圧力波動パルスを吸収し、二つ
以上のインク滴吐出や吐出口内への気泡の取り込みなど
を防止している。

［発明が解決しようとする問題点］ けれども、このフィルタ３４をグールド型ヘッドへ組み
込むためには、ノズル３０とフィルタ３４との嵌合に注
意を払いながら、かつ、所定位置に固定するという煩ら
れしい作業を必要とするので、作業工程数が増加し、ま
た、フィルター３４そのものも高価であるので、装置が
高価になるという第１の問題点があった。

なお、グールド型ヘッド以外に、低い固有周波数を持っ
た圧電素子を用いたステムメ型ヘッドあるいはサイクロ
ニクス型ヘッドと呼ばれる記録ヘッドでは、フィルタ３
４を用いないインクジェット記録ヘッドの駆動方法が特
開昭５２−６１１２３０．特開昭５９−１７６０６０に
開示されている。

特開昭５２−６４２３０および特開昭５９−１７６０６
０の発明は、インク吐出のために圧電素子に信号を印加
した後に、第２．第３の信号を圧電素子に印加すること
により、吐出口に形成されるインク表面メニスカスの動
きを抑えようとしている。特に、特開昭５９−１７６０
６０の発明は、インク加圧室に取り付けられた振動板（
圧電素子）がインク吐出のために変形した後に、振動板
がするであろう動きと逆位相の動きを引き起こす電気信
号を振動板に１回以上加えて、振動板の固有振動を抑制
しようとしている。

けれども、上述の発明はインクを吐出させるために圧電
素子に加える第２、第３・・・の信号が、圧電素子およ
び振動板からなる系の固有振動数によって定められてし
まうために、インク流路内に発生した余分な圧力波を制
御することができなくなるという欠点があった。

したがってグールド型インクジェット記録ヘツトにおい
ては依然として上述のフィルタ３４を設置しなければな
らないという第２の問題点が残っていた。

そこで、本発明の目的は、このような問題点を解決し、
圧電素子により生じる圧力波動パルスをフィルタを介さ
ずに除去し、かつ、圧電素子に加える信号の印加時間に
よりインク吐出量を調節することができるインクジェッ
ト記録ヘッドの駆動方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、圧電素子
の電歪効果によりインクを吐出するインクジェット記録
ヘッドの駆動方法において、圧電素子に第１パルスを印
加してインクを吐出させた後に、圧電素子により生じる
インクの圧力波動パルスを打ち消すための第２パルス〜
第ｎパルス（ｎは正の整数）を各パルス毎に定めた設定
時間毎に圧電素子に印加し、第１パルス〜第ｎパルスの
発生タイミングおよび強度比を相対的に一定に保ちなが
ら、第１パルス〜第ｎパルスのパルス強度を可変にして
インクの吐出量を調節するようにしたことを特徴とする
。

［作用コ 本発明は、圧電素子に対してインク吐出のための第１回
目のパルスの印加が行なわれた後、この印加により生じ
たインクの圧力波動パルスを打ち消すために第２〜第ｎ
回のパルスの印加を行う。

インクの吐出量を調節するとぎは第１回目の印加パルス
ル第ｎ回目の印加パルスの相対的な印加タイミングおよ
びパルス強度の比を一定に保ったままパルス強度を可変
設定して印加エネルギーを調節するので、第１回目のパ
ルスの印加により生じる圧力反動パルスの大きさが変わ
ることはあっても、第２回目以後のパルスの印加により
圧力波動パルスは除去される。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第２図は本実施例のインクジェット記録ヘッドの構成例
を示す。

なお、第１８図示の従来例と同様の個所には同一の符号
を付している。第２図において、圧電素子３２はノズル
３０の長手方向に対してインクの供給口３６と吐出口３
１との間でｆｔ＋：ｊ！２の比率となる位置に配置され
ている。

本実施例は、ノズル３０内にはフィルタを設けず、圧電
素子３２に印加する複数のパルスを後述のように設定す
ることにより、ノズル３０内の圧力波動パルスの影響を
除去するものである。

第１図は、第２図示の圧力素子３２への印加タイミング
と圧力波動パルスの関係を示す。第１図および第２図を
参照しながら本実施例の動作を説明する。

時刻ＴＩにおいて、圧電素子３２に対して後述の駆動回
路２４により正の電圧パルスＰ１が印加されると、圧電
素子３２が収縮する。この結果、ノズル３０のインク供
給路内には二つの圧力波動パルスが発生し、そのうちの
一つは圧電素子３２の位置から吐出口３１に向う。

ノズル３０内のインク３５のうち、吐出口３１付近のイ
ンク３５はこの圧力波動パルスの影響を受け、時刻Ｔ４
において吐出口３１より吐出する。第３図（八）〜（Ｅ
）はこのときのインクの吐出状況をなす。第３図（Ａ）
に示すように、インク滴３７が吐出口３１から吐出し始
めてインク滴３７の後端３７′　が吐出口３１から切り
離されるまでの時間は電圧パルスＰ、の時間幅および電
圧の大きさにより異なるがノズル長さが４０ｍｍ程度の
場合２０μｓｅＣ〜６０μｓｅＣである。

インク滴３７を吐出させた圧力波動パルスは時刻Ｔ４に
おいて吐出口３１で反射され、供給口３６に向う。この
とき、吐出インクがまだ吐出口３１より切り離されてい
ないので圧力波動パルスの一部は、吐出したインク内に
まで進行し、波動エネルギーをインク滴に伝える。この
ため、供給口３６に向う圧力波動パルスは負圧の圧力波
パルス（膨張波）となって反射される。

インク滴が吐出口３１からまだ切り離れていない間、供
給口３６はいわゆる開口端と考えなければならないから
である。このことは例えば吐出口３１の口径が十分小さ
いので吐出口３１をいわゆる閉端として取扱っている発
明、例えば、特開昭６１−２６６２５５とは異った考え
方に基づいている。

第１図において、時刻Ｔ、からＴ４までのインクを吐出
させる正圧の圧力波動パルスの進行ダイアダラムを実線
で示し、吐出口３１で反射され負圧の圧力波パルスが供
給口３６に向う進行ダイアダラムを破線で示している。

圧力波動パルスは時刻Ｔ２に圧電素子３２の位置を通り
抜けてＴ７に供給口３６に到達し、時刻Ｔ８に再び吐出
口３１へ戻ってくる。このとき供給口３６での反射は開
口端での反射であると考えてよい。

従ってこの圧力波動パルスは再び正圧の圧力波動パルス
となる。この圧力波動パルスが供給口３１に達すると時
刻Ｔ８において第２番目のインク滴が供給口３１から発
生する。この圧力波動パルスの反射が繰り返されるとイ
ンクの第２滴、第３滴の吐出を発生する。ただし、後述
のように本実施例においては、この圧力波動パルスを打
ち消す反動パルスを発生するようにしているので、実際
には、第２滴以降のインク滴は発生しない。

電圧パルスＰ１により発生し、最初に供給口３６に向っ
た正圧の圧力波動パルスは時刻Ｔ６に供給口３６に到達
し、ここで、すてに述べた理由により負圧の圧力波動パ
ルスとなって反射され、時刻Ｔ３に圧電素子３２の位置
を通り抜は時刻Ｔ５に吐出口３１に到達する。

この負圧の圧力波動パルスは、メニスカスをひき込み、
窪みを形成することがある。この窪みは気泡混入をひき
起こしインク滴の安定吐出を妨げ、時にはインク吐出不
能をひき起こす。本発明においてはこのような二つの安
定吐出に有害な圧力波動パルスをそれらが負圧の圧力波
動パルスとなって圧電素子３２の位置を通り抜ける時刻
Ｔ２゜Ｔ３にそれぞれ正の電圧パルスｐ２．ｐ３を印加
する。この結果、新に発生する圧力波動パルスと上記圧
力波動パルスが相殺し合うので、圧力波動パルスの悪影
響を効果的に打ち消すことができる。

一般に、電圧パルスＰ２．Ｐ３のように電圧パルスＰ１
に比較して時間的に遅れて発生する電圧パルス程、パル
ス幅は広い方が良い。例えば、８μｓｅｃの幅を持つ電
圧パルスＰ、に対しては、電圧パルスＰ２のパルス幅を
１１μＳｅＣ、電圧パルスＰ３をパルス幅１３μｓｅｃ
となるように設定するとよい。このパルス幅の値は、表
面張力、粘性などのインク物性、ノズル長などにより異
なる。この理由はインク流路内を長く伝播した圧力波動
パルス程そのパルス幅が広がるためと考えられる。

やや大きいノズルの口径を持ち、やや粘性の低いインク
を用いるときには、時刻Ｔ４にインクを吐出させた圧力
波動パルスは波動エネルギーがより多くインク滴に吸収
されるため、反射された負圧の圧力波動パルスの振幅が
小さくなる。この負圧の圧力波動パルスを打ち消すため
には、比較的小さな正圧の圧力波動パルスＰ２を発生す
れば十分である。したがって、正電圧パルスＰ２の高さ
が第１図に示すようにやや低くなる。

一方、時刻Ｔ１に電圧素子３２を出発し、時刻Ｔ６に吐
出口３６で反射して時刻Ｔ３に負圧となって圧電素子３
２の位置に戻ってくる圧力波動パルスは長い距離ρ２を
伝播しているためインクの粘性などによりその強度がや
や小さくなって戻ってくる。このため、この圧力波動パ
ルスを打ち消すための電圧パルスＰ３の高さは圧力波動
パルスＰ。

の高さに比較してやや′小さくするとよい。インクの粘
性がそれ程大きくないときは電圧パルスＰ２の高さより
は電圧パルスＰ３の高さの方が高くなる。

第４図（八）は電圧パルスを電圧素子３２に印加する駆
動回路の構成を示す。

第４図（八）において、パルス発生回路２５を構成する
Ｂ１．Ｂ２．Ｂ３はそれぞれ例えば二つのモノステーブ
ルマルチバイブレータからなるパルス発生回路であり、
インク噴射指令を受けて予め定められた遅延時間とパル
ス幅を有するパルスＰ　＋　、　Ｐ　２　、　Ｐ　３を
発生する。ＶＲＩ　、ＶＨ２、ＶＨ２およびＶＢ２は可
変抵抗であり、加算回路２６を形成し、電圧パルスＰＩ
。

Ｐ２．Ｐ、のパルス高の比を与える。

これらパルス高の比は吐出０３１の口径、インク物性を
考慮して決定するとよい。抵抗ＶＲ４はパルス発生回路
２５により発生された電圧パルスＰ１゜Ｐ　２　、Ｐ　
３のパルス高さの比を一定に保ったまま各電圧パルスＰ
　１．Ｐ　２．ｐ　３のパルス高を調整する。

２７はインク噴射量指令に応じて加算回路２６から出力
される電圧パルスＰ＋、Ｐ２．Ｐ３のパルス高さの比を
一定に保ちながら各電圧パルスＰ、、Ｐ２゜Ｐ３を変更
するインク吐出量コントロール回路であり、例えば乗算
器を用いることができる。

２８はインク吐出量コントロール回路２７の出力を増幅
する増幅回路であり、増幅回路２８の出力が圧電素子３
２に接続される。

第５図は第４図（Ａ）の加算回路２６における信号加算
された波形を示す。

第５図において、パルス発生回路２５により発生された
信号線ａ、ｂ、ｃのパルスＰ　＋　、　Ｐ　２　、　Ｐ
　３は加算回路２６により加算され、信号線ｄに出力さ
れる。

第６図は、第４図（約のパルス発生回路２５により発生
する他の信号波形例を示す。

本例は電圧パルスＰＩ、Ｐ２．Ｐ３の信号波形かかさな
り合うようにしたものである。

次に、電圧パルスＰ１．Ｐ２．Ｐ３の波形を整形する例
を示す。

第７図は波形変形回路の構成例を示す。第７図において
、波形変形回路２９はダイオードＤ１およびＤ２は互い
に並列に通電方向か逆になるよう接続し、可変抵抗ＶＲ
５およびＶＨ２をダイオードＤ、。

ｐ２にそれぞれ直列に接続した回路である。なお、波形
変形回路が種々知られているので、ノズル３０やインク
の特性に応した波形変形回路を選択すればよい。

このようなパルス変形回路２９を第４図（Ｂ）に示すよ
うにパルス発生回路２５とパルス加算回路２６の間に設
けると、第５図示の信号波形は第８図示の信号波形に整
形され、第６図示の信号波形は第９図示の信号波形に整
形される。また、第４図（Ｃ）に示すように波形変形回
路２９を増幅回路２８と圧電素子３２０間に設けてもよ
い。

なお、第８図および第９図において細線はパルス発生回
路２５により発生されたパルス波形を示し、太線はパル
ス変形回路２９により整形されたパルス波形を示す。

さらに、第１０図〜第１３図はインク粘度やノズル口径
および圧電素子の位置に適用させて信号発生回路２５に
より発生した電圧パルスＰ１．Ｐ２．Ｐ３　。

パルス整形した例を示す。

次に、インク粘度と各パルス間の強度の相対的な関係を
説明する。

第１４図〜第１６図はインク粘度とインク吐出量に応じ
て定めた圧電素子３２に印加すべきパルス波形を示す。

第１４図〜第１６図において、太線で示されるパルスは
整形したパルス波形を示し、細線で示されるパルスは整
形前のパルスを示す。

なお、第１０図〜第１３図示される波形はパルス波形が
異なるものについて示しているが、インク粘度とインク
吐出量の関係は共通なので、第１４図についてのみ説明
する。

第１４図において、インク粘度が大きいときは、電圧パ
ルスの高さをｐ　、＞ｐ　２＞ｐ　３の順に定める。

インク粘度が中程度のとぎは電圧パルスの高さをｐ　、
＞ｐ　２−Ｐ　３のように定める。インク粘度か小さい
ときは電圧パルスの高さをｐ　、＞ｐ　２＜ｐ　３のよ
うに定める。このようにインク粘度により電圧パルス間
の高さの比を定めた後、インク吐出量を大きくするとき
は各電圧パルスの高さの比を換えずにパルス強度を一率
に大きくする。

以上、説明したように、電圧素子３２に加える印加パル
スを波形整形すると、急激な圧力波形パルスの伝播が抑
えられるので、印加パルスが方形波形のときに第３図（
八）〜（Ｃ）に示すような不安定なメニスカス３９や窪
み４０が消失し、第３図（Ｃ）。

（Ｄ）に示されるような安定したメニスカス４２が得ら
れる。

［発明の効果コ 以上、説明したように本発明によれば、インク吐出およ
び圧力波動パルスを打ち消すために発生する電圧パルス
の高さの比１幅の比および発生タイミングの関係を変え
ずに、電圧パルスの強度を調節してインク吐出量を可変
設定するようにしたので、フィルタを用いずに圧力波動
パルスによるインク洩れなどの悪影響を除去することが
でき、インクジェット記録ヘッドの製造を極めて容易に
することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の圧力波動パルスと印加タイミン
グとの関係を示すタイミングチャート、 第２図は本発明実施例の構成例を示す断面図、 第３図は本発明実施例のインクの吐出状態を示す説明図
、 第４図（八）　、　ＣＢ）　、　（Ｃ）は本発明実施例
の回路構成例を示す回路図、 第５図は第４図（Ｂ）　、　（Ｃ）図示の波形整形回路
２９の構成例を示す回路図、 第６図〜第１３図は本発明実施例の印加パルスの波形例
を示す波形図、 第１４図〜第１７図は本発明実施例のインク粘度と印加
パルス間の関係を示す波形図、 第１８図は従来例の構成例を示す断面図、第１９図は従
来例の圧力波動パルスの伝わり方を示す線図である。 ２５・・・パルス発生回路、 ２ト・・加算回路、 ２７・・・インク吐出量コントロール回路、２８・・・
増幅回路、 ３０・・・ノズル、 ３１・・・吐出口、 ３２・・・圧電素子、 ３６・・・吐出口。 １≦喪ζ丸イ列のシ及形図 第５図 オリに祝イ列〃ｊ皮斗■囚 第ｅ図 不炙魁１列の遼形囲 第１０図 、ネ、づ（り寿ちイ列／ｌ　ｉ＞支丙う図第１１図 杢寧５方名イ列ｆ）ン反月多ａ 第１２図 冬爽プ老例の仮千凹 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧電素子の電歪効果によりインクを吐出するインク
   ジェット記録ヘッドの駆動方法において、 前記圧電素子に第１パルスを印加して前記インクを吐出
   させた後に、前記圧電素子により生じる前記インクの圧
   力波動パルスを打ち消すための第２パルス〜第ｎパルス
   （ｎは正の整数）を各パルス毎に定めた設定時間毎に前
   記圧電素子に印加し、前記第１パルス〜前記第ｎパルス
   の発生タイミングおよび強度比を相対的に一定に保ちな
   がら、前記第１パルス〜前記第ｎパルスのパルス強度を
   可変にして前記インクの吐出量を調節するようにしたこ
   とを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法。 ２）前記圧電素子を前記インクの吐出口と前記インクの
   供給口との間の流路管内に設け、前記インクの吐出口と
   前記圧電素子との距離をｌ＿１、前記圧電素子と前記イ
   ンクの供給口との距離をｌ＿２および前記インクの圧力
   波動パルスの伝播速度をｃとしたときに前記第１パルス
   の発生から前記第２パルスの発生までの時間間隔をｔ＿
   １および前記第１パルスの発生から第３パルスの発生ま
   での時間間隔をｔ＿２とすると、ｔ＿１＝２ｌ＿１／Ｃ
   ＿２ｔ＿２＝２ｌ＿２／ｃの関係となるように前記を、
   およびｔ＿２を定めるようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載のインクジェット記録ヘッドの
   駆動方法。 ３）前記第１パルスに対しての前記第２パルス〜前記第
   ｎパルスの各々のパルス強度の比を可変設定可能にした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。 ４）前記第１パルス〜前記第ｎパルスを所定のパルス形
   状に整形するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかの項に記載のインクジ
   ェット記録ヘッドの駆動方法。