JPH04361046A - 液体噴射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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、液体噴射記録ヘッドの駆動方法
に関し、より詳細には、高速な印写を可能とする液体噴
射記録ヘッドの駆動方法に関する。

【０００２】

【従来技術】記録液滴を必要時のみ吐出するために圧電
素子を備えた記録ヘッドに電気信号を印加して圧力波に
変換し、該圧力波により液滴噴射するという液滴吐出圧
力制御方式のオンデマンド型インクジェット記録方式は
、電気信号に応じた圧力パルスを発生するので駆動回路
も簡易で、構造も単純であるという長所がある。本発明
に係る従来技術の公知文献としては、例えば特公平２−
２４２１８号公報に記載された「オンデマンド型インク
ジェットヘッドの駆動方法」がある。

【０００３】該特公平２−２４２１８号公報は、上記オ
ンデマンド型インクジェットヘッドの駆動方法に関する
もので、圧電素子に予め分極電圧と同方向の電圧を印加
して充電し、圧力室の容積を減少させておき、インク噴
射時には信号パルスを印加し、前記電圧から信号パルス
の立下げにより徐々に放電させ容積を増大させ圧力室内
にインクを吸入した後、信号パルスの立上げにより急速
に充電させ、圧力室の容積を減少させることによりイン
クを噴射させるもので、安価な駆動回路で駆動でき、低
い駆動電圧で液滴を噴射させる技術が開示されている。 この駆動方法は、圧力室が独立して設けられた１個のヘ
ッド部分に関して述べられている。また、印加する信号
パルスのパルス幅は、信号パルスの立下げ時点から、該
信号パルスの立下げのインク吸入時において、前記圧力
室の壁面が減衰振動するときの振幅が最大値になる時点
迄の時間幅に設定されている。

【０００４】また、本出願人は、先に「液体噴射記録ヘ
ッドの駆動方法」を提案した。この方法は、インク滴を
噴射するための第１信号パルスを印加してから所定時間
後に第２信号パルスを印加するものである。これは、イ
ンク滴噴射後、流路内に発生する残留振動による不要な
インク滴噴射をなくすためのもので、簡単で低コストな
手段で印写品質を大幅に向上させる駆動方法である。該
駆動方法における第１信号パルスのパルス幅は所定の波
高値において液滴の速度を最大とするパルス幅が選ばれ
ている。図４は、残留振動の振幅Ｖｍとパルス幅Ｐｗお
よび波高値Ｖｐの関係を示す図で、パルス信号の波高値
Ｖｐが一定であればパルス幅Ｐｗ＝Ｐｗ１のとき残留振
動の振幅Ｖｍは最大となる。従ってパルス幅Ｐｗが一定
値Ｐｗ１であれば、波高値Ｖｐ＝Ｖｐ１のとき最大振幅
ＶｍはＶｍ１、波高値Ｖｐ＝Ｖｐ２のときの最大振幅Ｖ
ｍはＶｍ２となり、残留振動の最大振動Ｖｍはパルス信
号の波高値Ｖｐが大きい程大きくなる。インク液滴の吐
出速度Ｖｊは最大振動Ｖｍの大きさが大きい程速くなる
。

【０００５】すなわち、流路内に発生する残留振動は、
流路の寸法、材料および形状等からなる流路の構造と圧
要素子の弾性係数およびインク液の粘性や質量を含む振
動系から定められる固有振動数にインク液が共振して圧
力波を発生すると考えられるが、インク滴速度は、信号
パルスの波高値が大きい程速く、残留振動振幅が大きい
程速くなることが示している。また、振動振幅が最大と
なる信号パルスのパルス幅は一義的に定まることも示し
ている。

【０００６】しかし、前記特公平２−２４２１８号公報
の駆動方法は、圧力室が単体の場合について説明されて
いるものであり、圧力室であるノズルを有する流路が複
数設けられたマルチノズルヘッドの液体噴射ノズルに関
するものではない。マルチノズルヘッドの駆動において
は、流路間において発生するひずみ等の機械的作用およ
びインクを供給する共通液室を介して隣接する流路に及
ぼす圧力波等の流体力学的作用により生ずる相互干渉を
考慮して信号パルスのパルス幅を設定したものでなけれ
ばならない。また、本出願が先に提案した「液体噴射記
録ヘッドの駆動方法」においても同様に相互干渉を考慮
してなされてはいない。

【０００７】マルチヘッドの流体噴射記録ヘッドでは、
ヘッド単体で定められたパルス幅の信号パルスで駆動す
ると、複数のヘッドを同時駆動したときには滴速度が小
さくなるものである。このことは印写において、ヘッド
はキャリッジ上で紙に相対的に移動するため滴速度が異
ると紙に印写されたドット位置がずれることとなり、画
像品質を低下することとなった。このような欠点は高速
の印写において顕著となる。

【０００８】

【目的】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので
、マルチノズルヘッドの液体噴射記録ヘッド駆動におい
て、相互干渉を考慮し、相互干渉による滴速度低下の影
響を最小にするように駆動電圧パルスのパルス幅を設定
して高速な印写を可能とすることを目的としてなされた
ものである。

【０００９】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、流路の
長手方向に対し互いに間隔をあけて配設された複数の平
行流路と、該平行流路の各々に接続されて液滴噴射する
ノズルと、前記平行流路に給液する接続手段と、前記平
行流路の長手方向に垂直な方向に変位を与えて該流路の
容積を可変とする圧電素子とからなり、該圧電素子に常
時流路容積が縮小するように保持する信号を与え、選択
された流路に対して流路容積を増大する向きに変位させ
た後、再び流路の容積が縮小する変位を与えるパルス信
号を印加して流路に対応するノズルから液滴を噴射した
後に第２パルスを印加する液体噴射記録ヘッドの駆動方
法において、前記パルス信号を前記複数の圧電素子に同
時に印加した時に、該圧電素子に対応する平行流路のノ
ズルより噴射される液滴の速度が最大となるように、前
記パルス信号のパルス幅を設定したことを特徴とするも
のである。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。 まず、本発明を適用するオンデマンド型の液体噴射記録
ヘッド（以後単にヘッドと呼ぶ）について説明する。

【００１０】図３（ａ），（ｂ）は、ヘッドの構成を説
明するための図で、図（ａ）は断面図、図（ｂ）は図（
ａ）のＡ−Ａ線矢視拡大図である。図中、１は基板、２
は圧電素子、２ａは非駆動圧電素子、２ｂは駆動圧電素
子、３は流路板、３ａは流路（加圧室）、３ｂは壁部、
４は共通液室構成部材、４ａは共通液室、５はインク供
給パイプ、６はノズルプレート、６ａはノズル、７は駆
動用回路プリント板（ＰＣＢ）、８はリード線、９は駆
動電極、１０は充填剤、１１は保護板、１２は流体抵抗
、１３，１４は電極、１５は上部隔壁である。

【００１１】集積化されたヘッドにおいて、電極１３，
１４を有する積層された圧電素子２は、流路３ａに対応
して、該流路３ａ方向に溝加工が施され、溝１０、駆動
電圧素子２ｂ、非駆動圧電素子２ａに区分される。溝１
０には充填剤が封入されている。溝加工が施された圧電
素子２には上部隔壁１５を介して流路板３が接合される
。すなわち前記上部隔壁１５は、非駆動圧電素子２ａと
隣接する流路を隔てる壁部３ｂとで支持される。駆動圧
電素子２ｂの幅は流路３ａの幅よりも僅かに狭く選んで
いる。駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）上の駆動回路に
より駆動圧電素子２ｂには一定の電圧が印加され流路３
ａの体積を縮小している。印字において選択された駆動
圧電素子２ｂにパルス状信号電気（信号パルス）を印加
すると、該信号パルスの立下げにより流路３ａの体積は
増大してインクを吸入し、信号パルスの立上げにより該
駆動圧電素子２ｂは厚み方向に変位し、上部隔壁１５を
介して流路３ａの容積が減小し、その結果ノズル板６の
ノズル６ａよりインク液滴を吐出する。

【００１２】しかし、このように単一の信号パルスを印
加した場合、パルス信号の周波数を変化させると滴速度
Ｖｊが変動して画像品質を損ねる。本発明者らは、この
原因として、流路およびインクの物性で定められる振動
系の固有振動数にインク液が共振して圧力波が発生する
ためと考えた。そして、これらの圧力波が圧電素子２を
加圧して駆動電圧波形上に残留振動として重畳される。 本発明においては、前記残留振動を見かけ上打消すこと
で、上記不都合を取除くため信号パルスを印加後、補償
信号パルスを印加する。

【００１３】図２（ａ），（ｂ）は、本発明において適
用する駆動電圧波形を説明するための図で、図（ａ）は
、圧電素子に印加する時間軸上の電圧波形で、図中、■
は主駆動パルス信号（実線で示し、以下、第１パルスと
呼ぶ）、■は補償パルス波信号（点線で示し、以下、第
２パルスと呼ぶ）である。また、図（ｂ）は、図（ａ）
の電圧波形を圧電素子へ印加した場合の残留振動波形を
示す図であり、図中の■（実線）及び■（点線）は図（
ａ）における■，■と対応している。

【００１４】残留振動■を打消すために、第１パルス■
の立上げから、第２パルス■の立上げまでが半波長の奇
数倍の位相差となるような第２パルス■が印加される。 ここで第２パルス■のパルス幅Ｐｗ２は図（ｂ）でしめ
すごとく、残留振動の振幅がＶｍ＝Ｖｍ２であるような
残留振動を発生するものでなければならない。この場合
のパルス波高値Ｖｐ＝Ｖｐ１であるから、図４の特性図
において、パルス波高値Ｖｐ＝Ｖｐ１の曲線上、残留振
動の振幅Ｖｍ＝Ｖｍ２に相当するパルス幅はＰｗ２と決
定される。以上、波高値Ｖｐ１、パルス波高値Ｐｗ２の
印加の結果、図（ｂ）の残留振動は第１パルス■の残留
振動■と第２パルス■の残留振動■との合成波となって
打消される。また、第２パルス■の立下げ（矢印Ｐｄ）
の時期は第１パルス■の立上げ（矢印Ｐｕ）によるイン
ク液滴の吐出を中断することなく印加されなくてはなら
ない。また、第２パルス■の第１パルス■からの遅れ時
間が短いとメニスカスが不安定となり、長いと応答性が
悪くなる。以上のことから、第２パルス■が第１パルス
■に対しての遅れ時間Ｔｄ、すなわち、第１パルス■の
立上げから第２パルス■の立上げまでの時間の最適値は
Ｔｄ＝（３／２）Ｔ（Ｔは残留振動の周期）であり、パ
ルス幅Ｐｗは Ｐｗ＝Ｐｗ２ のとき残留振動■と■を合成したＢ部における残留振動
波形は最も効率よくなくなる（減衰する）。

【００１５】しかし、流路を同一波形の信号パルスで駆
動した場合、ノズルより噴射される滴速度は単独駆動し
た場合の方が同時駆動した場合よりも速くなる。この原
因は、同時駆動した場合の流路の体積減小率が小さくな
るためで、主として、駆動圧電素子２ｂが同時駆動され
ると充填剤１０も押し上げられ、この結果壁部３ｂも上
方に変位するという相互干渉が生ずるためである。従っ
て、マルチヘッドを単独と同時駆動した場合の各々の滴
速度は同一とはならない。

【００１６】図１は、単独駆動時と同時駆動時の滴速度
パルス幅依存性を示す図で、図中、○印はマルチノズル
ヘッド（３２チャンネル）のＮｏ１６のチャンネルを単
独に駆動したときの滴速度のパルス幅依存性を、●印は
全チャンネル（３２チャンネル）を同時に駆動したとき
のＮｏ１６のチャンネルの滴速度のパルス幅依存性を示
す。図示によると、単独駆動の○印の場合は、パルス幅
を長くして行くと滴速度は大きくなり、その後滴速度は
低下して行くが、同時駆動の●印の場合は、相互干渉に
より滴速度は低下する現象がみられる。

【００１７】従って、図示のマルチヘッドの流路を単独
駆動する場合におけるの第１パルスは、滴速度が最大と
するために残留振動の電圧Ｖｍが最大になるパルス幅Ｐ
ｗ１が選ばれたが、これは図１においては、○印の点Ａ
，Ｂ，Ｃの点のパルス幅であり各々異なるパルス幅をも
っている。このパルス幅に対する同時駆動（図中●印）
の相互干渉のある場合を比較すると、前記単独駆動で最
大の滴速度をもつＡ，Ｂ点のパルス幅では●印の滴速度
は小さく、しかも、その滴速度差は大きくなってしまう
。●印の点Ｄ、すなわちが同時駆動の滴速度最大となる
パルス幅の信号パルスを選ぶと、単独駆動のパルス幅は
○印Ｃ点に相当し滴速度は最大で速度差も小さくなる。 このように、単独駆動の第１パルスは、同時駆動の相互
干渉による滴速度変化（図中●印）を考えるとＣ点のパ
ルス幅に決定されるべきである。即ち、同時駆動条件で
パルス幅を変化させることにより、パルス幅変化による
速度変化の割合が大きいために容易に相互干渉を考慮し
た最適パルス幅Ｄ点の第１パルスが決定される。

【００１８】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明の液体
噴射記録ヘッドの駆動方法によれば、第１パルス印加後
に所定パルス幅の第２パルスを印加することにより残留
振動を抑制し滴速度の変動を減小させるとともに、第１
パルスのパルス幅をマルチヘッドが同時駆動したとき、
滴速度が最大となるパルス幅を設定したため、単独駆動
した場合での滴速度との差も小さくなり、単独駆動時と
同時駆動時において滴速度が異なることによる紙上のド
ット位置がずれるというような画像品質の低下をなくす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　単独駆動時と同時駆動時の滴速度パルス幅
依存性を示す図である。

【図２】　　本発明において適用する駆動電圧波形を説
明するための図である。

【図３】　　ヘッドの構成を説明するための図である。

【図４】　　残留振動の振幅Ｖｍとパルス幅Ｐｗおよび
波高値Ｖｐの関係を示す図である。

【符号の説明】

１…基板、２…圧電素子、２ａ…非駆動圧電素子、２ｂ
…駆動圧電素子、３…流路板、３ａ…流路（加圧室）、
３ｂ…壁部、４…共通液室構成部材、４ａ…共通液室、
５…インク供給パイプ、６…ノズルプレート、６ａ…ノ
ズル、７…駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）、１０…充
填剤、１１…保護板、１２…流体抵抗、１３，１４…電
極、１５…上部隔壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　流路の長手方向に対し互いに間隔をあ
   けて配設された複数の平行流路と、該平行流路の各々に
   接続されて液滴噴射するノズルと、前記平行流路に給液
   する接続手段と、前記平行流路の長手方向に垂直な方向
   に変位を与えて該流路の容積を可変とする圧電素子とか
   らなり、該圧電素子に常時流路容積が縮小するように保
   持する信号を与え、選択された流路に対して流路容積を
   増大する向きに変位させた後、再び流路の容積が縮小す
   る変位を与えるパルス信号を印加して流路に対応するノ
   ズルから液滴を噴射した後に第２パルスを印加する液体
   噴射記録ヘッドの駆動方法において、前記パルス信号を
   前記複数の圧電素子に同時に印加した時に、該圧電素子
   に対応する平行流路のノズルより噴射される液滴の速度
   が最大となるように、前記パルス信号のパルス幅を設定
   したことを特徴ととする液体噴射記録ヘッドの駆動方法
   。