JPH09226106A - インクジェット式記録装置 - Google Patents
インクジェット式記録装置Info
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- JPH09226106A JPH09226106A JP3525496A JP3525496A JPH09226106A JP H09226106 A JPH09226106 A JP H09226106A JP 3525496 A JP3525496 A JP 3525496A JP 3525496 A JP3525496 A JP 3525496A JP H09226106 A JPH09226106 A JP H09226106A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非常に小さいインク滴の吐出方法で、メニス
カスの残留振動に起因するインク滴の発生を防止すると
ともに高い駆動周波数での吐出を可能にすること。 【解決手段】 圧力発生室を膨張させる第１信号をヘル
ムホルツ共振周波数の周期Ｔｃよりも短い時間印加し、
圧力発生室の膨張状態を保持する第２信号をＴｃの１／
２以下にすることで、圧電素子に印加する駆動電圧が低
く設定でき、メニスカスの振動を必要最小限に抑えると
共にメニスカス振動の減衰時間が短くできる。その結
果、孫サテライトの吐出やインク滴の飛翔曲がりを防止
し、サテライトの尾引きを低減した小さいインク滴を高
い駆動周波数で安定して吐出することができる。
カスの残留振動に起因するインク滴の発生を防止すると
ともに高い駆動周波数での吐出を可能にすること。 【解決手段】 圧力発生室を膨張させる第１信号をヘル
ムホルツ共振周波数の周期Ｔｃよりも短い時間印加し、
圧力発生室の膨張状態を保持する第２信号をＴｃの１／
２以下にすることで、圧電素子に印加する駆動電圧が低
く設定でき、メニスカスの振動を必要最小限に抑えると
共にメニスカス振動の減衰時間が短くできる。その結
果、孫サテライトの吐出やインク滴の飛翔曲がりを防止
し、サテライトの尾引きを低減した小さいインク滴を高
い駆動周波数で安定して吐出することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子をアクチ
ュエータに使用したインクジェット式記録ヘッドに関
し、特に写真品質の印刷画像を得るのに必要な高鮮明画
像を高速に提供するインクジェット式記録装置の駆動技
術に関する。
ュエータに使用したインクジェット式記録ヘッドに関
し、特に写真品質の印刷画像を得るのに必要な高鮮明画
像を高速に提供するインクジェット式記録装置の駆動技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ノズル開口に連通する圧力発生室を膨
張、収縮させてインク滴を吐出するインクジェット式記
録装置において、高鮮明度画像を得るためには低容量の
インク小滴を吐出することが必要である。
張、収縮させてインク滴を吐出するインクジェット式記
録装置において、高鮮明度画像を得るためには低容量の
インク小滴を吐出することが必要である。
【０００３】このようなインク小滴の吐出方法は、特公
平４−３６０７１号公報に記載されている。図８は上記
公報に記載された図であって、Ｔ1信号８０１により圧
力発生室を急速に膨張させ、メニスカスをノズル開口か
ら急速に引き戻してインク小滴を吐出させる。その後Ｔ
2信号８０２により膨張状態にある圧力発生室をメニス
カス振動周期の１／２より長く保持し、更にＴ3信号８
０３を緩やかにすることでメニスカスの盛り返しによる
インク滴（以下孫サテライト）の発生を防止している。
平４−３６０７１号公報に記載されている。図８は上記
公報に記載された図であって、Ｔ1信号８０１により圧
力発生室を急速に膨張させ、メニスカスをノズル開口か
ら急速に引き戻してインク小滴を吐出させる。その後Ｔ
2信号８０２により膨張状態にある圧力発生室をメニス
カス振動周期の１／２より長く保持し、更にＴ3信号８
０３を緩やかにすることでメニスカスの盛り返しによる
インク滴（以下孫サテライト）の発生を防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
インクジェット式記録装置の駆動方法にあっては、ノズ
ル開口の径より比較的小さい径のインク滴を吐出するこ
とが可能であるものの、所望のインクスピードを得るた
めには周期Ｔｃのヘルムホルツ振動系を大きく発振させ
る必要があり、その結果、メニスカスの残留振動が大き
くなるため減衰に時間がかかり応答性が上がらないとい
う問題点を有していた。
インクジェット式記録装置の駆動方法にあっては、ノズ
ル開口の径より比較的小さい径のインク滴を吐出するこ
とが可能であるものの、所望のインクスピードを得るた
めには周期Ｔｃのヘルムホルツ振動系を大きく発振させ
る必要があり、その結果、メニスカスの残留振動が大き
くなるため減衰に時間がかかり応答性が上がらないとい
う問題点を有していた。
【０００５】また、このようなインクジェット式記録装
置の駆動方法にあっては、周期Ｔｃの振動系によるメニ
スカスの振幅が大きくなるため、球状のインク滴（以下
メイン）がメニスカスから分離される際に生じるミスト
状のインク滴（以下サテライト）が棒状に飛翔（以下尾
引き）しやすくなり印字品質の低下を招くという問題点
を有していた。
置の駆動方法にあっては、周期Ｔｃの振動系によるメニ
スカスの振幅が大きくなるため、球状のインク滴（以下
メイン）がメニスカスから分離される際に生じるミスト
状のインク滴（以下サテライト）が棒状に飛翔（以下尾
引き）しやすくなり印字品質の低下を招くという問題点
を有していた。
【０００６】また、このようなインクジェット式記録装
置の駆動方法にあっては、メニスカスの残留振動が起因
して次のインク滴吐出時におけるメニスカスの位置がバ
ラつき、結果としてインク滴の飛翔方向が変動したりし
て印字品質の低下を招くという問題点を有していた。
置の駆動方法にあっては、メニスカスの残留振動が起因
して次のインク滴吐出時におけるメニスカスの位置がバ
ラつき、結果としてインク滴の飛翔方向が変動したりし
て印字品質の低下を招くという問題点を有していた。
【０００７】本発明は、このような問題点を解決するも
のであって、その目的とするところは、サテライトの尾
引きを低減し、インク滴の飛翔曲がりや孫サテライトの
吐出を引き起こすことなく、小さいインク滴を高い駆動
周波数でで吐出可能なインクジェット式記録装置を提供
することである。
のであって、その目的とするところは、サテライトの尾
引きを低減し、インク滴の飛翔曲がりや孫サテライトの
吐出を引き起こすことなく、小さいインク滴を高い駆動
周波数でで吐出可能なインクジェット式記録装置を提供
することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
式記録装置は、ノズル開口、及びインク供給口を介して
共通のインク室に連通し周期Ｔｃのヘルムホルツ共振周
波数を備えた圧力発生室と、該圧力発生室を膨張、収縮
させる圧電素子とからなるインクジェット式記録ヘッド
と、前記圧力発生室を膨張させる第１信号と、膨張状態
を保持する第２信号と、膨張状態にある前記圧力発生室
を収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させる
第３信号を出力する駆動信号発生手段とからなり、第２
信号がＴｃの１／２以下であることを特徴とする。
式記録装置は、ノズル開口、及びインク供給口を介して
共通のインク室に連通し周期Ｔｃのヘルムホルツ共振周
波数を備えた圧力発生室と、該圧力発生室を膨張、収縮
させる圧電素子とからなるインクジェット式記録ヘッド
と、前記圧力発生室を膨張させる第１信号と、膨張状態
を保持する第２信号と、膨張状態にある前記圧力発生室
を収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させる
第３信号を出力する駆動信号発生手段とからなり、第２
信号がＴｃの１／２以下であることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明は、非常に小さいインク滴を吐出する方
法において、メニスカスの振動をできるだけ小さくする
ことでメニスカスの盛り返しによる孫サテライトの吐出
を防止する。また、メニスカスの振動が小さくなること
でメニスカスの減衰に必要な時間が短縮されるため高い
駆動周波数でのインク滴吐出が可能になる。
法において、メニスカスの振動をできるだけ小さくする
ことでメニスカスの盛り返しによる孫サテライトの吐出
を防止する。また、メニスカスの振動が小さくなること
でメニスカスの減衰に必要な時間が短縮されるため高い
駆動周波数でのインク滴吐出が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面に基づいて説明する。
て図面に基づいて説明する。
【００１１】図１及び図２は、本発明の一実施例である
インクジェット式記録ヘッドを示すものであって、図中
符合１０１はノズル開口１０２が穿設されたノズルプレ
ート、１０６は流路が形成されたスペーサ、１０７は弾
性板をそれぞれ示しており、ノズルプレート１０１と弾
性板１０７によりスペーサ６を挟むように接着、封止し
てインク流路ユニット１１１を構成している。このイン
ク流路ユニット１１１は圧力発生室１０３、共通のイン
ク室１０４、及びこれらを接続するインク供給口１０５
を形成し、後述する圧電素子１０８の伸長、収縮を受け
てインク滴を吐出したり、またインクを吸引したりす
る。
インクジェット式記録ヘッドを示すものであって、図中
符合１０１はノズル開口１０２が穿設されたノズルプレ
ート、１０６は流路が形成されたスペーサ、１０７は弾
性板をそれぞれ示しており、ノズルプレート１０１と弾
性板１０７によりスペーサ６を挟むように接着、封止し
てインク流路ユニット１１１を構成している。このイン
ク流路ユニット１１１は圧力発生室１０３、共通のイン
ク室１０４、及びこれらを接続するインク供給口１０５
を形成し、後述する圧電素子１０８の伸長、収縮を受け
てインク滴を吐出したり、またインクを吸引したりす
る。
【００１２】図中符合１０８は圧電素子で、伸長方向に
平行に圧電材料と導電材料を交互に積層して構成されて
いる。この圧電素子１０８は、充電状態では導電層の積
層方向と直角な方向に収縮し、また充電状態が解かれる
と、導電層と直角な方向に伸長する、いわゆる縦振動モ
ードの素子である。この圧電素子１０８は先端が弾性板
１０７に当接されており、また他端が基台１０９に固定
された状態でアクチュエータ１１２を構成している。
平行に圧電材料と導電材料を交互に積層して構成されて
いる。この圧電素子１０８は、充電状態では導電層の積
層方向と直角な方向に収縮し、また充電状態が解かれる
と、導電層と直角な方向に伸長する、いわゆる縦振動モ
ードの素子である。この圧電素子１０８は先端が弾性板
１０７に当接されており、また他端が基台１０９に固定
された状態でアクチュエータ１１２を構成している。
【００１３】インク流路ユニット１１１と、アクチュエ
ータ１１２は、共にケースヘッド１１０に当接されるこ
とで力学的に閉鎖回路をなしている。
ータ１１２は、共にケースヘッド１１０に当接されるこ
とで力学的に閉鎖回路をなしている。
【００１４】ところで、このように構成されたインクジ
ェット式記録ヘッドは、圧力発生室１０３のインクの圧
縮性に起因する流体コンプライアンスをＣｉ、また圧力
発生室１０３を形成している弾性板１０７、ノズルプレ
ート１０１等の材料自体による剛性コンプライアンスを
Ｃｖ、ノズル開口１０２のイナータンスをＭｎ、インク
供給口１０５のイナータンスをＭｓとすると、圧力発生
室１０３のヘルムホルツ共振周波数ｆは次式で示され
る。
ェット式記録ヘッドは、圧力発生室１０３のインクの圧
縮性に起因する流体コンプライアンスをＣｉ、また圧力
発生室１０３を形成している弾性板１０７、ノズルプレ
ート１０１等の材料自体による剛性コンプライアンスを
Ｃｖ、ノズル開口１０２のイナータンスをＭｎ、インク
供給口１０５のイナータンスをＭｓとすると、圧力発生
室１０３のヘルムホルツ共振周波数ｆは次式で示され
る。
【００１５】ｆ＝１／２π×√｛（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍ
ｎ×Ｍｓ）（Ｃｉ＋Ｃｖ）｝ また、メニスカスのコンプライアンスをＣｎとすると、
メニスカスの固有振動周期Ｔｍは次式で示される。
ｎ×Ｍｓ）（Ｃｉ＋Ｃｖ）｝ また、メニスカスのコンプライアンスをＣｎとすると、
メニスカスの固有振動周期Ｔｍは次式で示される。
【００１６】Ｔｍ＝２π×√｛（Ｍｎ＋Ｍｓ）Ｃｎ｝ また、圧力発生室１０３の体積をＶ、インクの密度を
ρ、インク中での音速をｃとすると、流体コンプライア
ンスＣｉは次式で示される。
ρ、インク中での音速をｃとすると、流体コンプライア
ンスＣｉは次式で示される。
【００１７】Ｃｉ＝Ｖ／ρｃ2さらに圧力発生室１０３
の剛性コンプライアンスＣｖは、圧力発生室１０３に単
位圧力を印加したときの圧力発生室１０３の静的な変形
率に一致する。
の剛性コンプライアンスＣｖは、圧力発生室１０３に単
位圧力を印加したときの圧力発生室１０３の静的な変形
率に一致する。
【００１８】圧電素子１０８の伸長、収縮によりメニス
カスに生じる振動の周期Ｔｃはヘルムホルツ共振周波数
ｆの逆数で得られる周期と実質的に同一である。具体例
を挙げると、流体コンプライアンスＣｉが５×１０-21
ｍ5Ｎ-1、剛性コンプライアンスＣｖが５×１０-21ｍ5
Ｎ-1、ノズル開口１０２のイナータンスＭｎが１×１０
8ｋｇｍ-4、インク供給口１０５のイナータンスＭｓが
１×１０8ｋｇｍ-4のときのヘルムホルツ共振周波数ｆ
は２２５ｋＨｚであり、Ｔｃは４.４μｓとなる。
カスに生じる振動の周期Ｔｃはヘルムホルツ共振周波数
ｆの逆数で得られる周期と実質的に同一である。具体例
を挙げると、流体コンプライアンスＣｉが５×１０-21
ｍ5Ｎ-1、剛性コンプライアンスＣｖが５×１０-21ｍ5
Ｎ-1、ノズル開口１０２のイナータンスＭｎが１×１０
8ｋｇｍ-4、インク供給口１０５のイナータンスＭｓが
１×１０8ｋｇｍ-4のときのヘルムホルツ共振周波数ｆ
は２２５ｋＨｚであり、Ｔｃは４.４μｓとなる。
【００１９】図３は、本発明の一実施例であり電気的駆
動パルスの波形３０４を示すものであって、図中符号３
０１が第１信号、３０２が第２信号、３０３が第３信号
を示している。いま、第１信号３０１が圧電素子１０８
に印加されると圧電素子１０８は弾性板１０７と直角な
方向に収縮する。その結果、圧電素子１０８は弾性板１
０７を引き上げ圧力発生室１０３の容積を実質的に膨張
させる。圧力発生室１０３の容積が膨張させられると、
圧力発生室１０３内に負圧が生じる。その結果、メニス
カスをノズル開口１０２の出口から遠ざけようとしてメ
ニスカスをノズル開口１０２内に引き込む。同時に共通
のインク室１０４のインクがインク供給口１０５を通し
て圧力発生室１０３に引き込まれる。
動パルスの波形３０４を示すものであって、図中符号３
０１が第１信号、３０２が第２信号、３０３が第３信号
を示している。いま、第１信号３０１が圧電素子１０８
に印加されると圧電素子１０８は弾性板１０７と直角な
方向に収縮する。その結果、圧電素子１０８は弾性板１
０７を引き上げ圧力発生室１０３の容積を実質的に膨張
させる。圧力発生室１０３の容積が膨張させられると、
圧力発生室１０３内に負圧が生じる。その結果、メニス
カスをノズル開口１０２の出口から遠ざけようとしてメ
ニスカスをノズル開口１０２内に引き込む。同時に共通
のインク室１０４のインクがインク供給口１０５を通し
て圧力発生室１０３に引き込まれる。
【００２０】第２信号３０２を印加している間、共通の
インク室１０４からのインク吸引は継続されているため
ノズル開口１０２の内側に引き込まれたメニスカスは周
期Ｔｃの奮起された振動と共にノズル開口１０２の出口
に向かって徐々に復帰していく。
インク室１０４からのインク吸引は継続されているため
ノズル開口１０２の内側に引き込まれたメニスカスは周
期Ｔｃの奮起された振動と共にノズル開口１０２の出口
に向かって徐々に復帰していく。
【００２１】第３信号３０３を印加すると圧電素子１０
８は第１信号３０１の時と反対に蓄えていた電荷を放電
しながら振動板１０７と直角方向に伸長するため、圧力
発生室１０３の容積は実質的に収縮する。この収縮は圧
力発生室１０３内に正圧を生じ、ノズル開口１０２から
インク滴を吐出させる。また、同時に圧力発生室１０３
内のインクをインク供給口１０５を通して共通のインク
室１０４に逆流させるが、一連の動作の中で共通のイン
ク室１０４から圧力発生室１０３に引き込まれるインク
量よりは少ない。
８は第１信号３０１の時と反対に蓄えていた電荷を放電
しながら振動板１０７と直角方向に伸長するため、圧力
発生室１０３の容積は実質的に収縮する。この収縮は圧
力発生室１０３内に正圧を生じ、ノズル開口１０２から
インク滴を吐出させる。また、同時に圧力発生室１０３
内のインクをインク供給口１０５を通して共通のインク
室１０４に逆流させるが、一連の動作の中で共通のイン
ク室１０４から圧力発生室１０３に引き込まれるインク
量よりは少ない。
【００２２】インク滴が吐出された後のメニスカスは一
旦ノズル開口１０２内に引き込まれた状態となるが、共
通のインク室１０４のインクが圧力発生室１０３に引き
込まれるためノズル開口１０２の出口に向かって復帰し
ていく。
旦ノズル開口１０２内に引き込まれた状態となるが、共
通のインク室１０４のインクが圧力発生室１０３に引き
込まれるためノズル開口１０２の出口に向かって復帰し
ていく。
【００２３】次に、このような構造と動作を特徴とする
インクジェット式記録装置の代表実験データをもとに説
明する。
インクジェット式記録装置の代表実験データをもとに説
明する。
【００２４】図４は、従来の技術により上述したインク
ジェット式記録装置を駆動し、第２信号３０２のパルス
幅を変数にメニスカスの変位を測定した一実施例であ
る。メニスカスの変位は、第３信号３０３を立てて強制
的にインク滴を吐出させ、吐出したインク量を測定する
ことで近似的に得られる。前述の測定でインク量が少な
いとき、メニスカスがノズル開口１０２の内側に大きく
引き込まれた状態と判断する。
ジェット式記録装置を駆動し、第２信号３０２のパルス
幅を変数にメニスカスの変位を測定した一実施例であ
る。メニスカスの変位は、第３信号３０３を立てて強制
的にインク滴を吐出させ、吐出したインク量を測定する
ことで近似的に得られる。前述の測定でインク量が少な
いとき、メニスカスがノズル開口１０２の内側に大きく
引き込まれた状態と判断する。
【００２５】図４のノズル開口面４０１より下がノズル
開口１０２の内側を表し、図中符合４０２がメニスカス
変位を表している。第１信号３０１をＴｃより短い時間
で駆動した場合にはＴｃは発振された状態となりメニス
カス面に周期Ｔｃの振動を生じさせる。このＴｃ振動
は、周期Ｔｍのメニスカス固有振動４０３に乗ったかた
ちで振動している。そのため、Ｔｍ振動がノズル開口１
０２に近づいた図中符号４０４,４０４,４０４,・・・のＴ
ｃ振動ピークで、ノズル開口面４０１から大きく盛り上
がったメニスカスが分離し、非常にスピードの遅い孫サ
テライトとして吐出する。この孫サテライトはスピード
が遅い上に狙った吐出タイミングに対し遅れて吐出する
ことから印字品質を大きく低下するため吐出しないこと
が望まれる。
開口１０２の内側を表し、図中符合４０２がメニスカス
変位を表している。第１信号３０１をＴｃより短い時間
で駆動した場合にはＴｃは発振された状態となりメニス
カス面に周期Ｔｃの振動を生じさせる。このＴｃ振動
は、周期Ｔｍのメニスカス固有振動４０３に乗ったかた
ちで振動している。そのため、Ｔｍ振動がノズル開口１
０２に近づいた図中符号４０４,４０４,４０４,・・・のＴ
ｃ振動ピークで、ノズル開口面４０１から大きく盛り上
がったメニスカスが分離し、非常にスピードの遅い孫サ
テライトとして吐出する。この孫サテライトはスピード
が遅い上に狙った吐出タイミングに対し遅れて吐出する
ことから印字品質を大きく低下するため吐出しないこと
が望まれる。
【００２６】図４において第２信号３０２をＴｃの１／
２より長く保持してもメニスカスのＴｃ振動は減衰して
いない。つまり従来の技術において第２信号３０２をＴ
ｃの１／２より長くする方法では孫サテライトの吐出は
防げない。
２より長く保持してもメニスカスのＴｃ振動は減衰して
いない。つまり従来の技術において第２信号３０２をＴ
ｃの１／２より長くする方法では孫サテライトの吐出は
防げない。
【００２７】本発明者は、この孫サテライトの吐出を防
ぐ方法として、第２信号３０２をＴｃの１／２より短く
駆動することが効果的であることを発見した。
ぐ方法として、第２信号３０２をＴｃの１／２より短く
駆動することが効果的であることを発見した。
【００２８】図５は、従来の方法で吐出させたインク滴
の吐出スピードを第２信号３０２のパルス時間を変数に
測定したグラフ５０１の一実施例を示すものであって、
縦軸上方ほどインクスピードが速くなるように表示して
ある。また、第３信号３０３はＴｃと実質的に同一とし
た。第２信号３０２がＴｃの１／２以下の範囲ではイン
クスピード５０２は信号の長さに比例して減少し、第２
信号３０２がＴｃの１／２より長くなるとインクスピー
ド５０３は所望のインクスピード５０４で一定となる。
の吐出スピードを第２信号３０２のパルス時間を変数に
測定したグラフ５０１の一実施例を示すものであって、
縦軸上方ほどインクスピードが速くなるように表示して
ある。また、第３信号３０３はＴｃと実質的に同一とし
た。第２信号３０２がＴｃの１／２以下の範囲ではイン
クスピード５０２は信号の長さに比例して減少し、第２
信号３０２がＴｃの１／２より長くなるとインクスピー
ド５０３は所望のインクスピード５０４で一定となる。
【００２９】図５に示すように、第２信号３０２がＴｃ
の１／２以下の範囲ではインクスピードが所望のインク
スピード５０４より速くなっている。本発明者はこのイ
ンクスピードが速い分のマージンを圧電素子１０８に印
加する電圧を低下させることに使用した。
の１／２以下の範囲ではインクスピードが所望のインク
スピード５０４より速くなっている。本発明者はこのイ
ンクスピードが速い分のマージンを圧電素子１０８に印
加する電圧を低下させることに使用した。
【００３０】図６は、圧電素子１０８に印加する電圧を
低く設定し、インク滴の吐出スピードを第２信号３０２
のパルス時間を変数に測定した一実施例を示したもので
ある。図中符合６０１は電圧を低くした時のインクスピ
ードのグラフ、グラフ５０１は図５のインクスピードを
比較のために表示してある。
低く設定し、インク滴の吐出スピードを第２信号３０２
のパルス時間を変数に測定した一実施例を示したもので
ある。図中符合６０１は電圧を低くした時のインクスピ
ードのグラフ、グラフ５０１は図５のインクスピードを
比較のために表示してある。
【００３１】圧電素子１０８に印加する電圧を下げても
第２信号３０２をＴｃの１／２以下のパルス幅６０２に
することで所望のインクスピード５０４が達成できてい
る。さらに、圧電素子１０８に印加する電圧を低くでき
たことでメニスカスの残留振動を必要最小限に抑えるこ
とができ孫サテライトの吐出防止に効果的に働く。
第２信号３０２をＴｃの１／２以下のパルス幅６０２に
することで所望のインクスピード５０４が達成できてい
る。さらに、圧電素子１０８に印加する電圧を低くでき
たことでメニスカスの残留振動を必要最小限に抑えるこ
とができ孫サテライトの吐出防止に効果的に働く。
【００３２】図６に示すように第２信号３０２がＴｃの
１／２より長い範囲においてインク滴は吐出しない。本
発明の吐出方法は、第１信号３０１によりメニスカスを
急速に引き込むことでメニスカス表面に突起した波動を
生じさせるものの、第１信号３０１の引きのみでインク
滴を吐出するまでには至っていない。つまり、圧力発生
室１０３の急速な膨張のみによってインク滴を吐出する
従来の方法に対し、第３信号３０３による圧力発生室１
０３の収縮も含めた一連の作用でインク滴を吐出してい
るという点が特徴である。
１／２より長い範囲においてインク滴は吐出しない。本
発明の吐出方法は、第１信号３０１によりメニスカスを
急速に引き込むことでメニスカス表面に突起した波動を
生じさせるものの、第１信号３０１の引きのみでインク
滴を吐出するまでには至っていない。つまり、圧力発生
室１０３の急速な膨張のみによってインク滴を吐出する
従来の方法に対し、第３信号３０３による圧力発生室１
０３の収縮も含めた一連の作用でインク滴を吐出してい
るという点が特徴である。
【００３３】図７は本発明によるインク飛翔形態と従来
の方法によるインク飛翔形態の特徴を図示したものであ
る。図中符合７０１は微小インク滴、７０２は微小イン
ク滴７０１がメニスカスから分離する際に吐出するサテ
ライトである。本発明の吐出方法によるインク飛翔形態
はサテライト７０２の尾引きが短い。故に、印刷対象物
に着弾したインク滴の形状が円形に近くなり印字品質が
向上する効果も兼ね備えている。これは、圧力発生室１
０３を収縮しインク滴に押し出す方向の力を加えること
でサテライト７０２も加速されスピードが上がるためで
ある。
の方法によるインク飛翔形態の特徴を図示したものであ
る。図中符合７０１は微小インク滴、７０２は微小イン
ク滴７０１がメニスカスから分離する際に吐出するサテ
ライトである。本発明の吐出方法によるインク飛翔形態
はサテライト７０２の尾引きが短い。故に、印刷対象物
に着弾したインク滴の形状が円形に近くなり印字品質が
向上する効果も兼ね備えている。これは、圧力発生室１
０３を収縮しインク滴に押し出す方向の力を加えること
でサテライト７０２も加速されスピードが上がるためで
ある。
【００３４】また、本発明によるインク滴吐出方法は吐
出後のメニスカス残留振動が小さいためメニスカスの減
衰が短時間で済む。これにより、次のインク滴を吐出す
る時点でのメニスカスを常に一定の状態に保つことがで
きる。その結果、図７のインク飛翔形態７０３のよう
な、メニスカスのばらつきによるインク飛翔方向の曲が
りを防ぐことができる。
出後のメニスカス残留振動が小さいためメニスカスの減
衰が短時間で済む。これにより、次のインク滴を吐出す
る時点でのメニスカスを常に一定の状態に保つことがで
きる。その結果、図７のインク飛翔形態７０３のよう
な、メニスカスのばらつきによるインク飛翔方向の曲が
りを防ぐことができる。
【００３５】上述のようなインク滴の吐出を成し得るた
めには、応答性の非常に高いアクチュエータと急速な圧
力変化に耐え得るスペーサが必要となる。本発明におい
て用いた圧電素子１０８による縦振動モードのアクチュ
エータ及び撓み振動によるアクチュエータは駆動信号に
対して非常に正確な変位を、非常に短い時間で発生でき
る点が効果的である。また、単結晶シリコンのスペーサ
１０６は剛性コンプライアンスＣｖが低減できる。これ
は、ヘルムホルツ共振周波数を高くすることができ、イ
ンク滴吐出の高応答化に効果的である。特に本実施例で
は、３０ｋＨｚ以上の高い駆動周波数でインク滴の連続
吐出を実現している。
めには、応答性の非常に高いアクチュエータと急速な圧
力変化に耐え得るスペーサが必要となる。本発明におい
て用いた圧電素子１０８による縦振動モードのアクチュ
エータ及び撓み振動によるアクチュエータは駆動信号に
対して非常に正確な変位を、非常に短い時間で発生でき
る点が効果的である。また、単結晶シリコンのスペーサ
１０６は剛性コンプライアンスＣｖが低減できる。これ
は、ヘルムホルツ共振周波数を高くすることができ、イ
ンク滴吐出の高応答化に効果的である。特に本実施例で
は、３０ｋＨｚ以上の高い駆動周波数でインク滴の連続
吐出を実現している。
【００３６】さらに、上述のようなインク滴の吐出を成
し得るための電気的駆動パルスは図３の波形３０４のよ
うになる。第１信号３０１がＴｃよりも短いことで圧電
素子１０８の非常に急速な収縮を生じさせる。その結
果、圧力発生室１０３を膨張させメニスカスをノズル開
口１０２から急速に引き込む。その後、第２信号３０２
をＴｃの１／２以下に保持し、第３信号３０３を印加す
ることで上述のようなインク滴の吐出を保証する。
し得るための電気的駆動パルスは図３の波形３０４のよ
うになる。第１信号３０１がＴｃよりも短いことで圧電
素子１０８の非常に急速な収縮を生じさせる。その結
果、圧力発生室１０３を膨張させメニスカスをノズル開
口１０２から急速に引き込む。その後、第２信号３０２
をＴｃの１／２以下に保持し、第３信号３０３を印加す
ることで上述のようなインク滴の吐出を保証する。
【００３７】代表的な例として、第１信号３０１はＴｃ
の０％〜５０％、第２信号３０２はＴｃの０％〜５０
％、望ましくは１μｓ〜２μｓ、第３信号３０３はＴｃ
より長く、望ましくは実質的にＴｃと同一にする。第３
信号３０３をＴｃと実質的に同一とすることで、さらに
メニスカスを発振させることがなくなり孫サテライトの
吐出防止に効果的に働く。
の０％〜５０％、第２信号３０２はＴｃの０％〜５０
％、望ましくは１μｓ〜２μｓ、第３信号３０３はＴｃ
より長く、望ましくは実質的にＴｃと同一にする。第３
信号３０３をＴｃと実質的に同一とすることで、さらに
メニスカスを発振させることがなくなり孫サテライトの
吐出防止に効果的に働く。
【００３８】ここで挙げた実施例は、本発明の実施形態
を説明するために、Ｔｃが６μｓ、ノズル開口１０２の
直径がφ２６μｍのインクジェット式記録ヘッドで実験
を行った代表的な例であって、これに限定されるもので
はない。また本発明者は、Ｔｃが４μｓ〜２０μｓ、ノ
ズル開口１０２の直径がφ２０μｍ〜φ４０μｍのイン
クジェット式記録ヘッドでも実験を行い同様の結果を得
ている。
を説明するために、Ｔｃが６μｓ、ノズル開口１０２の
直径がφ２６μｍのインクジェット式記録ヘッドで実験
を行った代表的な例であって、これに限定されるもので
はない。また本発明者は、Ｔｃが４μｓ〜２０μｓ、ノ
ズル開口１０２の直径がφ２０μｍ〜φ４０μｍのイン
クジェット式記録ヘッドでも実験を行い同様の結果を得
ている。
【００３９】さらに本発明の吐出方法は、これを単独で
用いることもできるが、インクジェット式記録装置の他
のいくつかの駆動方法と組み合わせて用いることも可能
である。その方が高速で印字品質の高いインクジェット
式記録装置を得るためには望ましいと思われる。
用いることもできるが、インクジェット式記録装置の他
のいくつかの駆動方法と組み合わせて用いることも可能
である。その方が高速で印字品質の高いインクジェット
式記録装置を得るためには望ましいと思われる。
【００４０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、圧力発生室を膨張させる第１信号を前記周期Ｔｃよ
り短く、圧力発生室の膨張状態を維持する第２信号をＴ
ｃの１／２以下にし、第３信号により押しの力をインク
滴に加えている。そのため圧電素子に印加する駆動電圧
が低く設定でき、メニスカスの振動を必要最小限に抑え
ると共にメニスカス振動の減衰時間が短くできる。その
結果、孫サテライトの吐出やインク滴の飛翔曲がりを防
止し、サテライトの尾引きを低減した小さいインク滴を
高い駆動周波数で安定して吐出することができる。
は、圧力発生室を膨張させる第１信号を前記周期Ｔｃよ
り短く、圧力発生室の膨張状態を維持する第２信号をＴ
ｃの１／２以下にし、第３信号により押しの力をインク
滴に加えている。そのため圧電素子に印加する駆動電圧
が低く設定でき、メニスカスの振動を必要最小限に抑え
ると共にメニスカス振動の減衰時間が短くできる。その
結果、孫サテライトの吐出やインク滴の飛翔曲がりを防
止し、サテライトの尾引きを低減した小さいインク滴を
高い駆動周波数で安定して吐出することができる。
【図１】本発明のインクジェット式記録装置に使用する
インクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図で
ある。
インクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図で
ある。
【図２】本発明のインクジェット式記録装置に使用する
インクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す組立図で
ある。
インクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す組立図で
ある。
【図３】本発明の電気的駆動パルス波形の一実施例を示
す図である。
す図である。
【図４】メニスカスの挙動の一実施例を示す図である。
【図５】従来の方法による微小インク滴の吐出スピード
の一実施例を示す図である。
の一実施例を示す図である。
【図６】本発明によるインク滴の吐出スピードと従来の
方法によるインク滴の吐出スピードの関係の一実施例を
示す図である。
方法によるインク滴の吐出スピードの関係の一実施例を
示す図である。
【図７】本発明によるインク滴の飛翔形態と従来の方法
によるインク滴の飛翔形態を示す図である。
によるインク滴の飛翔形態を示す図である。
【図８】特公平４−３６０７１号に使用されている電気
的駆動パルス波形の一実施例を示す図である。
的駆動パルス波形の一実施例を示す図である。
１０１ ノズルプレート １０２ ノズル開口 １０３ 圧力発生室 １０７ 弾性板 １０８ 圧電素子
Claims (10)
- 【請求項１】 ノズル開口、及びインク供給口を介して
共通のインク室に連通し周期Ｔｃのヘルムホルツ共振周
波数を備えた圧力発生室と、該圧力発生室を膨張、収縮
させる圧電素子とからなるインクジェット式記録ヘッド
と、 前記圧力発生室を膨張させる第１信号と、膨張状態を保
持する第２信号と、膨張状態にある前記圧力発生室を収
縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させる第３
信号を出力する駆動信号発生手段とを備えたインクジェ
ット式記録装置において、 前記第２信号が、前記Ｔｃの１／２以下であることを特
徴とするインクジェット式記録装置。 - 【請求項２】 前記第１信号がＴｃよりも短いことを特
徴とする請求項１記載のインクジェット式記録装置。 - 【請求項３】 前記第２信号が前記Ｔｃの１／２より長
い範囲ではインク滴を吐出しないことを特徴とする請求
項１記載のインクジェット式記録装置。 - 【請求項４】 前記第３信号を前記Ｔｃ以上にすること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録装
置。 - 【請求項５】 前記第３信号を前記Ｔｃと実質的に同一
にすることを特徴とする請求項１記載のインクジェット
式記録装置。 - 【請求項６】 前記インク供給口、前記圧力発生室、及
び前記共通インク室を形成する部材の一面にノズル形成
部材が接合され、他の一面には前記圧電素子とインク流
路を隔て、且つ前記圧電素子の変位による圧力発生を前
記圧力室に伝える振動板が接合されていることを特徴と
する請求項１記載のインクジェット式記録装置。 - 【請求項７】 前記圧電素子は縦振動により伸長、収縮
することを特徴とする請求項１記載のインクジェット式
記録装置。 - 【請求項８】 前記圧電素子は撓み振動により前記圧力
発生室を膨張、収縮することを特徴とする請求項１記載
のインクジェット式記録装置。 - 【請求項９】 前記インク供給口、前記圧力発生室、及
び前記共通のインク室が、単結晶シリコンの異方性エッ
チングにより構成されたスペーサと前記ノズル形成部材
と前記振動板との積層構造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式記録装置。 - 【請求項１０】 前記第１信号が前記Ｔｃの１／２以下
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
式記録装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3525496A JP3500831B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | インクジェット式記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3525496A JP3500831B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | インクジェット式記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09226106A true JPH09226106A (ja) | 1997-09-02 |
| JP3500831B2 JP3500831B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=12436694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3525496A Expired - Lifetime JP3500831B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | インクジェット式記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3500831B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6364444B1 (en) | 1999-05-06 | 2002-04-02 | Nec Corporation | Apparatus for and method of driving ink-jet recording head for controlling amount of discharged ink drop |
| US6464315B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-10-15 | Seiko Epson Corporation | Driving method for ink jet recording head and ink jet recording apparatus incorporating the same |
| US6478395B2 (en) | 1999-12-01 | 2002-11-12 | Seiko Epson Corporation | Liquid jetting apparatus |
| US6779860B1 (en) | 1998-11-12 | 2004-08-24 | Seiko Epson Corporation | Ink-jet recording apparatus |
| US6805420B2 (en) | 2001-03-09 | 2004-10-19 | Seiko Epson Corporation | Drive unit for liquid ejection head and liquid ejection apparatus provided with such unit |
| US6848763B2 (en) | 2001-03-30 | 2005-02-01 | Seiko Epson Corporation | Drive unit for liquid ejection head |
| US7198676B2 (en) | 2002-02-20 | 2007-04-03 | Seiko Epson Corporation | Device manufacturing apparatus and method, and driving method for device manufacturing apparatus |
| US7452059B2 (en) | 2004-09-30 | 2008-11-18 | Fujifilm Corporation | Liquid ejection apparatus |
| US7677705B2 (en) | 2005-02-09 | 2010-03-16 | Panasonic Corporation | Ink jet head for providing stable ink discharge, method of manufacturing the ink jet head, and ink jet recording device |
| CN102233728A (zh) * | 2010-03-30 | 2011-11-09 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射设备 |
| US20120262512A1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-10-18 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element drive circuit and fluid ejection device |
| CN103722883A (zh) * | 2012-10-10 | 2014-04-16 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷出装置以及液体喷出方法 |
| US9555628B2 (en) | 2012-06-06 | 2017-01-31 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Inkjet device, and method for manufacturing organic EL device |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP3525496A patent/JP3500831B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6779860B1 (en) | 1998-11-12 | 2004-08-24 | Seiko Epson Corporation | Ink-jet recording apparatus |
| US6464315B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-10-15 | Seiko Epson Corporation | Driving method for ink jet recording head and ink jet recording apparatus incorporating the same |
| US6364444B1 (en) | 1999-05-06 | 2002-04-02 | Nec Corporation | Apparatus for and method of driving ink-jet recording head for controlling amount of discharged ink drop |
| US6478395B2 (en) | 1999-12-01 | 2002-11-12 | Seiko Epson Corporation | Liquid jetting apparatus |
| US6805420B2 (en) | 2001-03-09 | 2004-10-19 | Seiko Epson Corporation | Drive unit for liquid ejection head and liquid ejection apparatus provided with such unit |
| US6848763B2 (en) | 2001-03-30 | 2005-02-01 | Seiko Epson Corporation | Drive unit for liquid ejection head |
| US7198676B2 (en) | 2002-02-20 | 2007-04-03 | Seiko Epson Corporation | Device manufacturing apparatus and method, and driving method for device manufacturing apparatus |
| US7452059B2 (en) | 2004-09-30 | 2008-11-18 | Fujifilm Corporation | Liquid ejection apparatus |
| US7677705B2 (en) | 2005-02-09 | 2010-03-16 | Panasonic Corporation | Ink jet head for providing stable ink discharge, method of manufacturing the ink jet head, and ink jet recording device |
| CN102233728A (zh) * | 2010-03-30 | 2011-11-09 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷射设备 |
| US20120262512A1 (en) * | 2011-04-18 | 2012-10-18 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric element drive circuit and fluid ejection device |
| US9555628B2 (en) | 2012-06-06 | 2017-01-31 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Inkjet device, and method for manufacturing organic EL device |
| CN103722883A (zh) * | 2012-10-10 | 2014-04-16 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷出装置以及液体喷出方法 |
| JP2014076566A (ja) * | 2012-10-10 | 2014-05-01 | Seiko Epson Corp | 液体吐出装置および液体吐出方法 |
| US8894171B2 (en) | 2012-10-10 | 2014-11-25 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejecting apparatus and liquid ejecting method |
| CN103722883B (zh) * | 2012-10-10 | 2015-11-18 | 精工爱普生株式会社 | 液体喷出装置以及液体喷出方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3500831B2 (ja) | 2004-02-23 |
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