JPH04290748A - インクジェットプリンタヘッドの駆動方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド型のイン
クジェットプリンタヘッドの駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、特公昭５９−３２７２号公報に記
載された発明を図４及び図５に示す。図５（ａ）（ｂ）
はインク滴３３が突出する状態における圧力室３０の一
部の断面図である。この圧力室３０の両側壁３１はピエ
ゾ素子等の電歪部材により形成され、圧力室３０の端部
にはインク吐出口３２が形成されている。したがって、
圧力室３０の両側壁３１に接合された電極（図示せず）
に電圧を印加すると、側壁３１が変形する。側壁３１の
変形の方向は印加電圧の極性により異なり、圧力室３０
の容積が増大又は縮小される。

【０００３】ここで、図４に駆動方法を示す。電圧Ｖを
徐々に高めながら電極に印加して側壁３１をその分極方
向と直交する方向に変形させて圧力室３０の容積を増大
させると、圧力室３０の圧力Ｐが徐々に負圧になりイン
ク供給部のインクが圧力室３０に吸引される。続いて、
電極に印加する電圧の極性を急速に反転させると、側壁
３１が逆方向に変形して圧力室３０の圧力Ｐが急速に高
められ、その圧力Ｐは電圧極性の反転のタイミングに対
して少し遅れて最大圧力となり、この圧力Ｐによりイン
ク吐出口３２からのインクの吐出が始まる。その後、電
極への印加電圧が徐々に減衰され、圧力室３０の圧力Ｐ
が低下されて負圧になり、この負圧が吐出するインク滴
３３を引き戻す作用を示すため、図５（ａ）に示すよう
に、インク吐出口３２から突出するインク滴３３は尾部
が引き延ばされ、その飛翔速度とこれに対抗する負圧と
の関係において、インク滴３３はその飛翔力により圧力
室３０のインクに対して分離する。また、印加電圧の極
性を反転させることによって、圧力室３０の容積変化率
を大きくすることができる。

【０００４】上記の駆動方法は、始めに圧力室を負圧に
してインク供給部からインクを引き込んだ後に、圧力室
の圧力を高めてインクを飛翔させる引き打ち式駆動方法
であるが、特開昭５９−１３３０６７号公報に記載され
た他の引き打ち式駆動方法の従来例を図６に示す。この
駆動方法は、インク滴を一回吐出させる毎に、電圧の高
い第一のパルスと電圧の低い第二のパルスとを圧力室の
電極に印加させるものである。すなわち、第一のパルス
を印加し圧力室の側壁を変形させ圧力室の容積を増大さ
せて内部を負圧にすることにより、インク供給部のイン
クが圧力室に引き込まれ、第一のパルスを遮断し圧力室
の側壁を復帰させると、圧力室の容積が縮小されるため
内部の圧力が高められ、この時に圧力室のインクが尾部
を引きながら紡錘形状のインク滴となって外部に飛翔さ
れる。続いて、第二のパルスを印加し圧力室の側壁を変
形させ圧力室の容積を増大させて内部を負圧にすること
により、インク滴の飛翔力に対抗してインク滴の尾部を
圧力室側に引く力が生じ、これにより、圧力室のインク
に対して飛翔するインク滴が分離される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、特公
昭５９−３２７２号公報に記載された駆動方法では、イ
ンクを吐出させるための印加電圧が徐々に低下されるた
め、インクの吐出に伴う圧力室３０の圧力の減衰速度が
速くなる。これにより、インク滴３３の先端に対して尾
部の飛翔速度が遅くなりインク滴３３の尾部の長さが長
くなる。一方、インク吐出口３２の内面の粗さがインク
の分離性に影響し、また、インク吐出口３２の開口面で
はインクが表面張力により縮小しようとする作用が生じ
るが、インク吐出口３２の内面の粗さが不均一であると
、或いは、インク吐出口３２の真円度にバラツキが発生
すると、インク滴３３の尾部が長く切れが悪い場合に、
図５（ａ）に示すように、インク吐出口３２の開口面の
インク面とインク滴３３の尾部との接続部分の位置が中
心からずれ、これにより、インク滴３３の飛翔方向が変
わってしまう。また、インク滴３３の尾部が細長いので
、飛翔速度の低い尾部がインクの表面張力により幾つに
も分離され、図５（ｂ）に示すようにサテライトドット
３４が発生してしまう。

【０００６】特開昭５９−１３３０６７号公報に記載さ
れた駆動方法においては、反転することのない同一極性
の第一パルスの印加と印加中止とにより圧力室の容積を
変化させる方法であるため、圧力室の容積及び圧力の変
化率を大きくすることができない。また、吐出するイン
ク滴の尾部を切るために印加する第二のパルスは圧力室
の圧力を定常値に戻すために立ち下がり部をもつ。この
立ち下がり部は圧力室の圧力を増加させるので、インク
滴を飛翔させた後のインク吐出口における液面（メニス
カス）が振動するため、この振動が静まってから次の吐
出動作に移行しなければならず、したがって、高速運転
をすることができない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方向に分極
された電歪部材により形成された側壁を有してインク供
給部に接続された複数の圧力室を並設し、これらの圧力
室の一端にインク吐出口を形成し、前記側壁の側面に電
極を配設してなるインクジェットプリンタヘッドにおい
て、前記圧力室の容積を増大させる方向に前記電極に電
圧を印加して前記側壁を変形させて内部の圧力を負圧に
することにより前記インク供給部のインクを前記圧力室
に吸引し、続いて極性の異なる一定電位の電圧を一定時
間にわたり前記電極に印加して前記側壁を逆方向に変形
させて前記圧力室の圧力を高めこの圧力室のインクを前
記インク吐出口から突出させ、その後に前記電極への給
電を急速に停止するようにした。

【０００８】

【作用】圧力室のインクを吐出させるために圧力室の電
極に一定電位の電圧を一定時間印加することにより、イ
ンクの吐出に伴う圧力室の圧力の減衰速度が遅くなるた
め、インク滴の尾部側の飛翔速度の減衰が緩和され、ま
た、電圧印加を急速に停止することにより圧力室の圧力
が急激に低下するため、インク滴の尾部の長さを短くし
てインク吐出口からの分離作用を高めることが可能とな
り、したがって、インク滴の飛翔方向を一定にすること
が可能となる。また、圧力室の電極への印加電圧の極性
を反転させることにより、電歪部材の変形量と圧力室の
圧力変化とを大きくしてインクの吐出特性を高めること
が可能となる。さらに、電極への電圧の印加を急速に停
止するだけでインク吐出口からインク滴を分離させるた
め、圧力室における不要な圧力変動を阻止してメニスカ
スを早期に安定させることが可能となり、これにより、
高速運転に適応させることができる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図３に基づい
て説明する。まず、インクジェットプリンタヘッドの構
造について説明する。図１に示すように、例えば、ポリ
カーボネート系の合成樹脂等のように、非導電性及び非
誘電性であり、さらに、メッキ処理や機械加工が可能で
剛性の低い材料により形成された基板１の一面には電歪
部材２が接合されている。この電歪部材２は圧電セラミ
ックからなるピエゾ素子であり、板厚方向（矢印方向）
に分極されている。これらの基板１と電歪部材２とには
複数の圧力室３と複数の側壁４とが交互に配列されて形
成されている。そして、前記圧力室３の両側面（側壁４
）と底面とには断面がコの字形の電極５が形成されてい
る。これらの電極５は、基板１と電歪部材２とにメッキ
前の前処理を施し、さらに触媒層を形成した後に無電解
ニッケルメッキ又は無電解銅メッキ或いは無電解金メッ
キを施し、電歪部材２の表面に形成されたメッキ層を除
去することにより形成される。さらに、電歪部材２の表
面には天板６が接着されている。そして、基板１と電歪
部材２との両端に端板７を固定することによりインクジ
ェットプリンタヘッドが形成されている。なお、一方の
端板７には圧力室３の一端に位置する複数のインク吐出
口８が形成され、圧力室３の他端はインク供給部（図示
せず）に接続される。

【００１０】次に、インクジェットプリンタヘッドの駆
動方法について説明する。ここでは、図１における中央
の圧力室３からインクを吐出させる場合について述べる
。ここで、中央の圧力室３の電極５とその左側の圧力室
３の電極５との間に印加される電圧の変化をＡ、中央の
圧力室３の電極５とその右側の圧力室３の電極５との間
に印加される電圧の変化をＢとする。この印加電圧によ
り、電歪部材２の側壁４の電界方向は電歪部材２の分極
方向と直交する方向となり、両側壁４は剪断力を生じて
変形し、これに伴い圧力室３の容積及び圧力が変化する
。

【００１１】ここで、図２に電極５に印加される電圧と
圧力との変化を示し、図３に中央の圧力室３からのイン
クの吐出動作を示す。図３における（ａ）〜（ｆ）の吐
出過程は図２における印加電圧が変化する過程ａ〜ｆに
対応する。図２におけるａの過程は、電極５に電圧が印
加されていない状態で、この状態では、図３（ａ）に示
すように、インク吐出口８においてインクは表面張力に
より凹状の形状を維持する。そして、図２にＡで示すよ
うに、中央の電極５と左側の電極５とに、ａ−ｂ−ｃの
過程を経て電位を徐々に高めながら電圧を印加し、Ｂで
示すようにこの電圧の極性と異なる極性の電圧を中央の
電極５と右側の電極５とに印加すると、中央の圧力室３
の両側の側壁４が外側に変形するため中央の圧力室３の
容積が徐々に増大し、これに伴い内部の圧力Ｐが負圧に
なる。これにより、中央の圧力室３にインク供給部のイ
ンクが吸引される。この負圧により、図３（ｂ）に示す
ように、インク吐出口８のインクも内方に吸引される。 この時、対称的に左右の圧力室３の容積が縮小されるが
、その変化は徐々に行われるため圧力の変化も徐々にな
され、したがって、左右の圧力室３のインクが吐出され
ることはない。続いて、図２におけるｃの時点で印加電
圧の極性を反転し、ｃ−ｄ−ｅの経過時間内で一定の電
位の電圧を印加すると、中央の圧力室３の両側に位置す
る側壁４が内側に変形するため中央の圧力室３の圧力が
高められ、図３（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように、圧力
室３のインクがインク吐出口８から吐出される。このよ
うに、ｃ−ｄ−ｅの過程で一定電位の電圧を一定時間印
加することにより、インクの吐出に伴う圧力室３の圧力
Ｐの減衰速度が遅くなるため、インク滴９の尾部側の飛
翔速度の減衰が緩和される。また、図２におけるｅの時
点で電極５への電圧印加を急速に停止すると、圧力室３
の圧力Ｐが急激に低下するため、図３（ｅ）に示すよう
にインク滴９の尾部の長さが短くなり、図３（ｆ）に示
すように、急激に圧力Ｐが低下した圧力室３のインクに
対してインク滴９の尾部が速やかに分離される。したが
って、インク滴９の飛翔方向を一定にすることが可能と
なる。

【００１２】また、圧力室３の電極５への印加電圧の極
性を反転させることにより、側壁４の変形量と圧力室３
の圧力変化とを大きくしてインクの吐出特性を高めるこ
とが可能となる。さらに、電極５への電圧の印加を急速
に停止するだけでインク吐出口８からインク滴９を分離
させるため、圧力室３における不要な圧力変動を阻止し
てメニスカスを早期に安定させることが可能となり、こ
れにより、高速運転に適応させることができる。

【００１３】前記実施例において、インク供給部のイン
クを圧力室３に吸引するために、圧力室３の圧力を徐々
に負圧にする状態で説明したが、圧力室３毎に側壁４を
独立させて設けた場合には、急速に圧力室３を負圧にし
ても隣接する圧力室３の圧力に影響を与えることなくイ
ンクを吸引することができる。また、側壁４は圧力室３
の両側に設けた状態で説明したが、圧力室の一側のみに
側壁を設け、或いは、圧力室の全周囲を側壁で囲繞した
ものでもよい。

【００１４】

【発明の効果】本発明は、一方向に分極された電歪部材
により形成された側壁を有してインク供給部に接続され
た複数の圧力室を並設し、これらの圧力室の一端にイン
ク吐出口を形成し、前記側壁の側面に電極を配設してな
るインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧力室
の容積を増大させる方向に前記電極に電圧を印加して前
記側壁を変形させて内部の圧力を負圧にすることにより
前記インク供給部のインクを前記圧力室に吸引し、続い
て極性の異なる一定電位の電圧を一定時間にわたり前記
電極に印加して前記側壁を逆方向に変形させて前記圧力
室の圧力を高めこの圧力室のインクを前記インク吐出口
から突出させ、その後に前記電極への給電を急速に停止
するようにしたので、圧力室のインクを吐出させるため
に圧力室の電極に一定電位の電圧を一定時間印加するこ
とにより、インクの吐出に伴う圧力室の圧力の減衰速度
が遅くなるため、インク滴の尾部側の飛翔速度の減衰を
緩和することができ、また、電圧印加を急速に停止する
ことにより圧力室の圧力が急激に低下するため、インク
滴の尾部の長さを短くしてインク吐出口からの分離作用
を高めることが可能となり、したがって、インク滴の飛
翔方向を一定にすることができ、さらに、圧力室の電極
への印加電圧の極性を反転させることにより、電歪部材
の変形量と圧力室の圧力変化とを大きくしてインクの吐
出特性を高めることができ、さらに、電極への電圧の印
加を急速に停止するだけでインク吐出口からインク滴を
分離させるため、圧力室における不要な圧力変動を阻止
してメニスカスを早期に安定させることができ、これに
より、高速運転に適応させることができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断正面図である。

【図２】その電極に印加される電圧と圧力室の圧力との
変化を示すタイミングチャートである。

【図３】その圧力室をインクの吐出動作とともに示す縦
断側面図である。

【図４】従来の駆動方法を示すもので電極に印加される
電圧と圧力室の圧力との変化を示すタイミングチャート
である。

【図５】その圧力室をインクの吐出動作とともに示す縦
断側面図である。

【図６】他の従来の駆動方法を示すもので電極に印加さ
れる電圧と圧力室の圧力との変化を示すタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

２　　　　　　電歪部材 ３　　　　　　圧力室 ４　　　　　　側壁 ５　　　　　　電極 ８　　　　　　インク吐出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一方向に分極された電歪部材により形
   成された側壁を有してインク供給部に接続された複数の
   圧力室を並設し、これらの圧力室の一端にインク吐出口
   を形成し、前記側壁の側面に電極を配設してなるヘッド
   において、前記圧力室の容積を増大させる方向に前記電
   極に電圧を印加して前記側壁を変形させて内部の圧力を
   負圧にすることにより前記インク供給部のインクを前記
   圧力室に吸引し、続いて極性の異なる一定電位の電圧を
   一定時間にわたり前記電極に印加して前記側壁を逆方向
   に変形させて前記圧力室の圧力を高めこの圧力室のイン
   クを前記インク吐出口から突出させ、その後に前記電極
   への給電を急速に停止するようにしたことを特徴とする
   インクジェットプリンタヘッドの駆動方法。