JPH10202875A

JPH10202875A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH10202875A
Application number: JP1291997A
Authority: JP
Inventors: Kouji Morikoshi; 耕司森腰; Tsuyoshi Kitahara; 強北原; Ryoichi Tanaka; 良一田中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1998-08-04
Anticipated expiration: 2017-01-27
Also published as: JP3580065B2

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動周波数、環境温度が変化してもインク滴
の安定吐出の確保およびインク滴の着点位置を一定に維
持すること。【解決手段】圧力発生室３を拡大させる第１のパルス
と、膨張状態にある圧力発生室３を収縮させてノズル開
口２からインク滴を吐出させる第２のパルスと、第２の
パルス後に圧力発生室３を再び拡大させる第３のパルス
を出力する駆動パルス発生手段１２０と、環境温度検出
手段１４０によって第３パルス開始の印加タイミングお
よび印加電位を環境温度により制御する駆動パルス制御
手段１３０とを備え、環境温度が高い場合は第３のパル
スの印加タイミングを長く、印加電位比を大きく、環境
温度が低いときは印加タイミングを短く、印加電位比を
小さくするように変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦振動モードの圧
電振動子を駆動源に使用したインクジェット記録ヘッド
の駆動技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型インクジェット記録ヘッ
ドは圧電振動子や発熱素子によりインク圧力を発生させ
る複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給す
る共通インク室と各圧力発生室に連通するノズル開口を
備えた流路を備えており、印字信号に対応する圧力発生
室に駆動信号を印加してインク滴をノズル開口から記録
媒体に飛翔させるように構成されている。

【０００３】このようなインクジェット記録ヘッドには
圧力発生手段として、圧力発生室内にジュール熱を発生
する抵抗線を設け、気泡の発生圧力を利用してインク滴
を吐出させるいわゆるバブルジェット式がある。

【０００４】一方、圧電材料と導電層を交互に積層して
構成した、その軸方向の伸長、つまり縦振動モードを利
用した圧電振動子により、一部が弾性板により構成され
た圧力発生室を膨張、収縮させて、インクの吸引、イン
ク滴の吐出を行う圧電振動式も知られている。なお、圧
電振動子は、高速駆動が可能であり、圧力発生室と当接
させることで圧力発生室の膨張、収縮を高速で繰り返し
行うことが可能であるという特徴を備えている。

【０００５】このようなオンデマント型インクジェット
ヘッドには以下のような課題がある。

【０００６】圧力発生室に圧力を発生させインク滴が吐
出した後には圧力発生室に圧力変動が残留し、ノズル内
のメニスカスが振動をしながら定常位置まで回復してい
く。

【０００７】ところが、高周波数でインク滴吐出をした
場合は、インク滴吐出のタイミング時にまだメニスカス
が定常位置まで回復していないため、インク滴の吐出量
や吐出速度がばらついたり、インク滴の吐出が不安定と
なり、飛翔方向が変化したり、インクミストが発生した
りし、印字品質の低下を招きやすく、結果インクジェッ
ト記録ヘッドの応答周波数向上の妨げとなるという課題
を抱えていた。

【０００８】このような問題の対策として、特開平２−
２３３２５８号公報に示されるような駆動方法が提案さ
れている。

【０００９】当駆動方法はインク滴を吐出させる信号の
印加後にメニスカスの引き込みが小さくなるように補助
信号を印加する技術である。

【００１０】当駆動方法によれば、信号の印加時に発熱
素子によって圧力発生室内に第１の気泡を発生させノズ
ルからインク滴を飛翔させた後、メニスカスの吸引が最
大となる時刻に第２の気泡を発生させることで、第１気
泡発生とインク滴飛翔による圧力変化を相殺するように
第２の気泡による圧力変化が生じ、互いに干渉しあっ
て、結果としてメニスカスに働く圧力変化が低減し、メ
ニスカスの吸引は低減され回復時間は短くなる。

【００１１】この結果、高応答駆動が可能となるという
ものである。

【００１２】当駆動ヘッドはバブルジェット式である
が、圧電振動式でも圧力発生室に圧力を発生させるとい
う意味で同様の効果があることは明らかである。

【００１３】つまり、圧電振動式でも、インク滴吐出後
のメニスカスの回復時間が遅い場合、高周波数駆動をし
てもメニスカスの回復が伴わないため安定した吐出が行
われなくなるという課題があったが、上記の駆動方法に
より、回復時間を短くすることが可能となってきてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、メニス
カスが回復していく過程では、圧力発生室に固有の共振
周波数（ヘルムホルツ共振周波数）を持つ残留振動が伴
う。

【００１５】従来の駆動方法では、この微少な残留振動
が十分おさまらないうちにインク滴の吐出を開始しよう
としても、メニスカスが安定していないため形成が不安
定となり、吐出したインク滴が不安定となる可能性があ
る。

【００１６】よって、従来のインクジェット記録ヘッド
の駆動方法では、メニスカスの回復時間をはやくして高
周波数駆動応答を達成できても、メニスカスの微少な残
留振動の制振には効果が期待できず、インク滴の安定吐
出にはつながらないという課題があった。

【００１７】また、メニスカスの振動は、流路の寸法バ
ラツキ、材料やインク物性によってその振動周期・振幅
がを変化する。

【００１８】このため、流路の寸法管理を厳しくした
り、流路構成材料やインクの選択の幅が狭くなり、製造
コストが高くなったり、設計の自由度が低下してしまう
という課題もあった。

【００１９】さらに、これに加え環境温度の変化も生じ
ると、インク物性の変化によりメニスカスの振動周期・
振幅がさらに変化をするため、固定した駆動方法では効
果的にメニスカスの残留振動を制振できない。

【００２０】このため、使用する環境温度範囲に制限を
加えたり、環境温度毎に別々の駆動を行うべく、複数の
駆動装置を用意したりする必要が生じ、装置自体のコス
トが高くなってしまうという課題があった。

【００２１】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、高周波数駆動
でもインク滴の安定吐出を確保するとともに、インク流
路の寸法バラツキ、材料やインクの物性の変化、環境温
度の変化に対しても安定吐出を確保でき、さらに駆動周
波数に関わりなくインクの飛翔速度を一定に保持させて
インク滴の着点位置を一定に維持できる新規なインクジ
ェット記録装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、ノズル開口、およびインク供給口を介して
共通インク室に連通し、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、前記圧力発生室に当接する
圧電振動子と、電位変化により前記圧電振動子の収縮・
膨張をおこない前記圧力発生室を膨張・収縮させるイン
クジェット記録ヘッドと、前記圧力発生室を膨張させる
第１のパルスと、膨張状態にある前記圧力発生室を収縮
させて前記ノズルからインク滴を吐出させる第２のパル
スと、前記第２のパルス後に前記圧力発生室を再び拡大
させる第３のパルスを出力する駆動パルス発生手段と、
環境温度検出手段によって検出した環境温度に基づき、
前記第３のパルスの印加電位を制御する駆動パルス制御
手段とを有することを特徴とする。

【００２３】また、前記第３のパルスの印加電位が、前
記環境温度が高いときは大きく、低いときは小さくなる
よう設定し、かつ前記第３のパルスの継続時間が環境温
度によらず一定であることを特徴とする。

【００２４】また、前記第３のパルスの印加電位が、前
記第１のパルスの印加電位より低いことを特徴とする。

【００２５】また、前記第３のパルス開始のタイミング
を環境温度によって制御する駆動パルス制御手段を有す
ることを特徴とする。

【００２６】また、前記第２のパルスの継続時間と前記
第３のパルスの継続時間が同じに設定され、前記第２パ
ルス開始から前記第３パルス開始までの時間が、前記圧
力発生室の周期Ｔｃとほぼ一致した時間となるよう設定
されていることを特徴とする。

【００２７】また、前記第２のパルス開始から前記第３
のパルス開始までの時間が、前記環境温度が高いときは
長く、低いときは短くなるよう設定することを特徴とす
る。

【００２８】また、前記第２のパルスの継続時間が前記
環境温度によらず一定であることを特徴とする。

【００２９】また、前記第３のパルスの継続時間が前記
環境温度によらず一定であることを特徴とする。

【００３０】

【作用】第３パルス開始の印加タイミングおよび印加電
位を環境温度により制御する駆動パルス制御手段とを備
え、環境温度が高い場合は第３のパルスの印加タイミン
グを長く、印加電位比を大きく、環境温度が低いときは
印加タイミングを短く、印加電位比を小さくするように
変化させる。

【００３１】これにより、環境温度によって変化するメ
ニスカスの振動に最適なタイミング、かつ最適な印加量
で制振振動を加え、メニスカスを効果的に減衰させ、環
境温度に関わらずインク滴の安定吐出を確保する。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を実施例に基
づいて説明する。

【００３３】図１は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置に使用するインクジェット記録ヘッドを示
す断面図である。

【００３４】図において符号１はノズル開口２が形成さ
れたノズルプレート、符号７は圧力発生室３、共通イン
ク室４、インク供給口５が連通するよう形成した流路構
成板、８は弾性板である。流路構成板７をノズルプレー
ト１と弾性板８で挟み込む形で一体に構成しインク流路
ユニットを構成している。

【００３５】圧電振動子９は圧電材料と導電材料を交互
に積層して構成され、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
との積層方向と直角な方向に伸長する、いわゆる縦振動
モードの振動子で、電極が存在しない先端の不活性部を
圧力発生室３の領域で弾性板８に当接させた状態で他端
が固定基板１０に固定されている。また、各圧電振動子
９、９、９・・・は各圧力発生室３、３、３・・・およ
び各ノズル開口２、２、２・・・に１対１で対応してい
る。

【００３６】上記のように構成されたインクジェット記
録ヘッドは以下のような駆動によりインク滴の吐出が行
われる。

【００３７】圧電振動子９に駆動電圧を印加し充電をお
こなうと、圧電振動子９が収縮することで当接する弾性
板８が変形して圧力発生室３が膨張し、インク供給口５
を介して共通インク室４から圧力発生室３にインクが流
れ込む。

【００３８】次に、放電により圧電振動子９が元の状態
に伸長して弾性板８が押圧されることにより、圧力発生
室３内に圧力が発生して、ノズル開口２からインク滴が
吐出をする。

【００３９】さらに引き続く充電によりインク滴が吐出
しない程度に圧力発生室３を再び膨張させる。

【００４０】以下、本発明の駆動パルス発生手段および
駆動パルス制御手段とその駆動方法について詳細に説明
する。

【００４１】図２は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置を示すブロック図である。

【００４２】図においてインクジェット記録装置は、イ
ンクジェット記録ヘッド１００と、圧電振動子９、９、
９・・・の駆動を選択する駆動ノズル選択手段１１０
と、駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段１２０
と、駆動パルスを制御する駆動パルス制御手段１３０
と、環境温度検出手段１４０から構成される。

【００４３】環境温度検出手段１４０は周囲の環境温度
を検出し、駆動パルス制御手段１３０にこの環境温度デ
ータを送出するものである。

【００４４】駆動パルス制御手段１３０は、当手段内に
設定されているパルス制御信号ｐ１、ｐ２、ｐ３のパル
ス幅と環境温度、および印加電位と環境温度の関係テー
ブルにもとづき、環境温度に応じたパルス幅ｐｗ１、ｐ
ｗ２、ｐｗ３をもつパルス制御信号ｐ１、ｐ２、ｐ３お
よび印加電位制御信号ｖ１、ｖ２、ｖ３を駆動パルス発
生手段１２０に送る。また、外部からの印字信号にもと
づき印字データを駆動ノズル選択手段におくる。

【００４５】駆動パルス発生手段１２０は駆動パルス制
御手段１３０から送られる複数のパルス幅制御信号ｐ
１、ｐ２、ｐ３および印加電位制御信号ｖ１、ｖ２、ｖ
３にもとづいて所望の山と谷からなる駆動パルスを発生
させる。

【００４６】発生した駆動パルスは、駆動ノズル選択手
段１１０を介してドットを形成すべきノズル開口２に属
する圧電振動子９に選択的に送られる。これによって、
所望のノズル開口２からインク滴が吐出される。

【００４７】本実施例ではインクジェット記録ヘッド１
００上に、駆動ノズル選択手段１１０と環境温度検出手
段１４０が搭載されている。環境温度検出手段１４０を
インクジェット記録ヘッド１００上に搭載したのは、イ
ンクジェット記録ヘッド１００周辺の環境温度をより正
確に検出するためである。

【００４８】図３は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動
パルス形成を説明する図である。

【００４９】本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動
パルスは図３（ａ）のような山と谷からなる階段状の台
形パルスであり、充電を行う第１のパルスＳ１、放電を
行う第２のパルスＳ２、再充電を行う第３のパルスＳ３
から構成される。

【００５０】本実施例では、駆動パルス制御手段１３０
内にはパルス幅制御信号ｐ１、ｐ２、ｐ３と印加電位制
御信号ｖ１、ｖ２，ｖ３の各３つが設定されている。そ
れぞれが駆動パルスの第１のパルスＳ１、第２のパルス
Ｓ２、第３のパルスＳ３に対応しており、各パルス制御
信号ｐ１、ｐ２，ｐ３の印加タイミングとそのパルス幅
ｐｗ１、ｐｗ２，ｐｗ３によって各駆動パルスＳ１、Ｓ
２、Ｓ３の開始タイミングと継続時間が決定され、各印
加電位制御信号ｖ１、ｖ２，ｖ３によって各駆動パルス
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の印加電位が決定される。

【００５１】なお、本発明では第２のパルスが放電パル
スとなるよう印加電位制御信号ｖ２は印加電位が零とな
るように設定されている。

【００５２】以上のような駆動パルスの各行程におい
て、以下に示すようなインクジェット記録ヘッドの駆動
が行われる。

【００５３】第１のパルス制御信号ｐ１がオンされる
と、そのパルス幅ｐｗ１分の時間を要して第１の印加電
位制御信号ｖ１によって指示されたピーク電位（Ｖ１）
まで充電が行われ、圧電振動子９が一定速度で収縮す
る。これに伴って圧力発生室３が膨張し、インク供給口
５を介して共通インク室４のインクが圧力発生室３に流
れ込む。第１のパルス制御信号ｐ１の終了以降、ピーク
電位のまま電位が保持され、圧電振動子９も変形を止め
て待機をする。

【００５４】引き続き、第２のパルス制御信号ｐ２がオ
ンされると、そのパルス幅ｐｗ１分の時間を要して第２
の印加電位制御信号ｖ２によって指示された電位零まで
放電が行われ、圧電振動子９が伸長する。これに伴って
圧力発生室３が収縮を開始し、圧力発生室３内に圧力が
発生することでノズル開口２からインク滴が吐出する。
インク滴吐出後、ノズル内でメニスカスが振動を開始す
る。

【００５５】この後、第３の制御パルス信号ｐ３および
第３の印加電位制御信号ｖ３がオンされると、そのパル
ス幅ｐｗ３分の時間を要して電位（Ｖ３）まで圧電振動
子９が充電され微少収縮し、圧力発生室３が膨張する。
この膨張によりノズル内で振動しているメニスカスの振
動挙動を制御し、メニスカスの振動を急速に減衰させ
る。なお、この膨張終了後、その電位（Ｖ３）のまま次
のインク吐出信号がくるまで電位が維持される。

【００５６】以上のような駆動方法で本発明のインクジ
ェット記録装置は駆動されるが、本発明では、特に第３
のパルスの印加タイミングおよび印加電位を環境温度検
出手段１４０によって検出した環境温度に基づき駆動パ
ルス制御手段１３０を用いて調整し可変出来るようにし
た。この駆動方法により任意の駆動パルスの形成が可能
となり、いかなる条件下でも効果的にインク吐出後のメ
ニスカスの振動を急速に減衰させることができる。

【００５７】以下にその印加タイミングおよび印加電位
の詳細な調整、可変方法を説明する。

【００５８】まず、第３のパルスの印加タイミングから
説明する。

【００５９】図４は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動
パルスとメニスカスの挙動を説明する図である。

【００６０】第３のパルスを任意のタイミングで印可し
ても十分なメニスカスの制振は行われない、効果的にメ
ニスカスの制振を行うには、インク吐出により発生した
メニスカスの振動が、もっとも圧力発生室３側に移動し
たタイミングで、第３のパルスを印加するのがよい。こ
れによりこの時点でノズルに向かおうとしているメニス
カスの運動エネルギーを効果的に減衰することができ、
メニスカスの振動を急速に減衰させ、図４の実線Ｌ１の
ように短時間で定常状態に戻すことが出来る。

【００６１】しかし、メニスカスが圧力発生室３側もし
くはノズル開口２側に移動中のタイミングで、充電を開
始し圧力発生室３を膨張させると、メニスカスの運動エ
ネルギが十分減じられず、図４の波線Ｌ２のようにメニ
スカスの振動が残るため、次に吐出すべきタイミングが
メニスカスがノズル内に引き込まれる途中過程（図の波
線Ｌ２に矢印で示した過程）に相当すると、インク滴の
吐出時のメニスカスの形成が不安定となり、結果、吐出
するインク滴にミストが生じたり、吐出曲がりや吐出ブ
レを引き起こし易い。

【００６２】このため、上記のタイミングで次のインク
滴を吐出しようとする駆動周波数下においては、インク
滴の安定吐出が十分確保できず、インクの吐出曲がりや
ミストが発生し、印字品質の低下を招きやすいという問
題が生じる。

【００６３】このため、第３のパルスの印加タイミング
の設定には注意を要する。

【００６４】しかし本発明では、以下に示すようなメニ
スカスの代表的振動特性である周期Ｔｃのヘルムホルツ
周波数を利用する手段により、容易に第３パルスの最適
な印加タイミングを判断し設定するようにした。

【００６５】メニスカスの振動特性の代表値について以
下に説明する。

【００６６】図１のように構成されたインクジェット記
録ヘッドは、圧力発生室３のインクの圧縮性に起因する
コンプライアンスをＣｉ、また圧力発生室３を形成して
いる弾性板８、ノズルプレート１、流路構成板７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
２のイナータンスをＭｎ、インク供給口４のイナータン
スをＭｓとするとインク流路のヘルムホルツ共振周期Ｔ
ｃはＴc=２π×√((Ｍn+Ｍs)/((Ｃi+Ｃv)(Ｍn×Ｍs))) により表すことができる。

【００６７】ここで、コンプライアンスＣｉは、圧力発
生室３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、Ｃｉ＝Ｖ／（ρｃ²）である。

【００６８】また、圧力発生室３の剛性コンプライアン
スＣｖは、圧力発生室３に単位圧力を印加したときの圧
力発生室３の静的な変形率に一致する。

【００６９】具体例をあげると、長さ０．５〜２ｍｍ、
幅０．０５〜０．２ｍｍ、深さ０．０５〜０．３ｍｍの
圧力発生室３を構成すると、ヘルムホルツ共振周期が５
〜２０μｓ（共振周波数が５０〜２００ｋＨｚ）程度の
インクジェット記録ヘッドを構成することができる。

【００７０】以上に示した代表値はインク滴吐出後のメ
ニスカスの残留振動の挙動特性に大きく関係する。

【００７１】図４のようにインク滴吐出後のメニスカス
は微少な振動周期（Ｔ）の振動を持ちつつ大きな周期
（Ｔｍ）での振動が繰り返される。

【００７２】前述したように、第３のパルスの印加タイ
ミングはメニスカスが圧力発生室３側に引き込まれた状
態が一番効果が高い。このためメニスカスの制振を効果
的に行える第３のパルスのタイミングは微少な周期Ｔの
周期で存在することになる。

【００７３】つまり、インク滴吐出時からＴの振動周期
に相当する時間の経過後に第３のパルスを加えること
（つまり図３の第２のパルス開始から第３のパルス開始
されるまでの時間ｐｗ４をＴと概ね等しくすること）
で、メニスカスの制振を効果的に行えることを意味す
る。

【００７４】このメニスカスの微少な振動周期（Ｔ）
は、ほかならぬ上述のヘルムホルツ共振周期（Ｔｃ）で
あり、つまり、微少な共振周期Ｔｃが前述の計算式で確
認できれば最適な第３パルスの印加タイミングが容易に
設定できることになる。

【００７５】本発明者は、インクジェット記録ヘッドの
持つ共振周期Ｔｃと最適な第３パルスの印加タイミング
について調査した。

【００７６】図５は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置における共振周期Ｔｃとインク滴の吐出が
安定する最適な第３のパルスの印加タイミングの関係を
示す図である。図において第３パルスの最適な印加タイ
ミングは第２のパルス開始から第３のパルスが開始され
るまでの時間ｐｗ４で示してある。

【００７７】図５から明らかに共振周期Ｔｃと第３パル
スの最適な印加タイミング（ｐｗ４）はほぼ一致してお
り、本発明では、メニスカスの振動特性の代表値である
ヘルムホルツ共振周期（Ｔｃ）を利用する手段により、
容易に第３パルスの最適な印加タイミングを判断し設定
できるようになることがわかる。

【００７８】なお、第３のパルスの継続時間ｐｗ３と第
２のパルス継続時間ｐｗ２が同じでない場合は、共振周
期Ｔｃとｐｗ４は一致しないが、ｐｗ４は共振周期Ｔｃ
に対して若干シフトした値となるため、そのシフト量さ
え把握できれば共振周期Ｔｃを代表値にすることは容易
である。

【００７９】次に第３のパルスの印加電位に関して説明
する。

【００８０】第３のパルスの印加電位（Ｖ３）に関して
も、任意の印加電位であってもよいという訳ではない。
インク吐出後のメニスカスの振動状態によって、それを
減衰させるに適切な印加電位がある（後述する図９・１
０参照）。

【００８１】このため、第３のパルスが最適なタイミン
グで印加されていても、その印加電位（Ｖ３）が不適切
な場合、メニスカスが十分減衰しない場合が生じる。以
下に説明する。

【００８２】図８は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動
パルスとメニスカスの挙動の関係を説明する第２の図で
ある。

【００８３】印加電位（Ｖ３）が小さすぎる場合、図の
ようにメニスカスの振動が十分に減じられず、第３のパ
ルスの効果が半減してしまう（図８の一点鎖線）。

【００８４】逆に、印加電位量（Ｖ３）が不必要に大き
すぎる場合、第３のパルスはメニスカスの振動を減衰さ
せるというよりも、逆に激しい振動を発生させてしま
い、逆効果となってしまう（図８の点線）。

【００８５】この結果、印加タイミングが適切でない場
合と同様に、インク滴の吐出時のメニスカスの形成が不
安定となり、吐出するインク滴にミストが生じたり、吐
出曲がりや吐出ブレを引き起こし易い。

【００８６】以上のような理由から、第３のパルスで効
果的にメニスカスを減衰させるには、印加タイミングだ
けでなく印加電位（Ｖ３）も注意して設定する必要があ
る。

【００８７】そこで本発明者は以下に示すように、第３
パルスの最適な印加電位を実験的に調査し、それに基づ
き設定することとした。

【００８８】本発明者は、最適な第３パルスの印加電位
について調査した。

【００８９】図９は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置における第３パルスの印加電位とインク吐
出状態を示す図である。

【００９０】図において印加電位（Ｖ３）はピーク電位
（Ｖ１）との比の印加電位比（Ｖ３／Ｖ１）で示し、各
印加電位比における最大駆動周波数下でのインク滴の吐
出状況を示してある。

【００９１】本調査ではヘルムホルツ共振周期（Ｔｃ）
がＴｃ＝６．０μｓであるインクジェット記録ヘッドを
用い、第２のパルスの継続時間（ｐｗ２）をｐｗ２＝３
μｓ、９μｓ、１８μｓと変え、インク吐出後のメニス
カスの振動エネルギー量を変化させ、それぞれの場合に
ついて印加電位比と吐出状態の関係を整理した。

【００９２】図において明らかなように、インク滴が安
定して吐出するには各ｐｗ２毎に最適な印加電位比で第
３のパルスを印加する必要があり、さらにｐｗ２が短い
ほど、つまりインクの吐出エネルギーが強く、メニスカ
スの振動エネルギーが大きくなるほど、印加電位比を高
くする必要があることがわかった。

【００９３】また、印加電位比を高くしすぎると、前述
したようにメニスカスの振動を減衰させるというより
も、逆に激しい振動を発生させてしまい、逆効果となっ
てしまうことも確認した。

【００９４】以上の調査結果に基づき、最適な第３のパ
ルスの印加電位を確認した。

【００９５】本実施例のヘッドでは、印加電位比を０．
１から０．３の間で設定するのが良く、第２のパルスの
継続時間（ｐｗ２）が３μｓの場合は印加電位比は約
０．２〜０．３が最適である。

【００９６】ところで、メニスカスの振動は、前述の式
で定義されているように、インクの圧縮性、圧力発生室
３の剛性に起因するコンプライアンスと、ノズル開口２
とインク供給口４等のインク流路の形状寸法に起因する
イナータンスの変化に伴いその振動周期および振動振幅
が変動する。

【００９７】これらの変動を引き起こす主なものは、製
造上のインク流路の形状バラツキや、環境温度の変化で
あり、特にコンプライアンスは環境温度が変化するとイ
ンクの物性値はもちろんのこと、圧力発生室３を構成し
ている材料の剛性も変化するため、変動は比較的大き
い。

【００９８】このため共振振動周期Ｔｃや振動エネルギ
ーが変化しこれに伴い、第３パルスの最適な印加タイミ
ングおよび印加電位も変わってくることとなる。

【００９９】本発明者は、第３のパルスの最適な印加タ
イミングと印加電位の環境温度による変化について調査
した。

【０１００】図６は本発明の一実施例であるインクジェ
ット記録装置における共振周期Ｔｃと環境温度の関係を
示す図である。また、図７は本発明の一実施例であるイ
ンクジェット記録装置における環境温度と吐出安定する
最適な第３のパルスの印加タイミングの関係を示す図で
ある。

【０１０１】明らかに、環境温度が高くなるとそれに伴
い、共振周期Ｔｃも長くなっていき、それに応じて最適
な第３のパルスの印加タイミングｐｗ４も変化していく
ことがわかる。

【０１０２】ということは、ある一定値に固定された印
加タイミングのままで駆動が行われると、環境温度の変
化により共振周期Ｔｃが変化すると、最適なメニスカス
の制振が行なわれず、インク滴吐出が不安定となってし
まう可能性がある。

【０１０３】一方、本発明者は環境温度と最適な第３パ
ルスの印加電位の関係についても調査した。

【０１０４】図１０は本発明の一実施例であるインクジ
ェット記録装置における各温度環境下での第３パルスの
印加電位とインク吐出状態を示す第２の図である。図の
見方は図９に準じる。

【０１０５】図では高温下（４０℃）、常温下（２５
℃）、低温下（１５℃）での各環境温度下での調査結果
を示してある。

【０１０６】図において明らかなように、環境温度によ
ってインクが安定して吐出する最適な印加電位比（Ｖ３
／Ｖ１）が異なり、温度が高いほど印加電位を高くする
ことが望ましいことがわかる。

【０１０７】これは温度によってインクの粘度が変化
し、メニスカスの振動の減衰状態が変化するためであ
る。

【０１０８】つまり、温度が高い場合、インクの粘度が
低下しインク吐出後のメニスカスの振動がより激しくな
るため、減衰させるには、より高い印加電位を加える必
要があり、一方、低温下の場合、インクの粘度が高くな
り、インク吐出後のメニスカスの振動が小さくなるた
め、少しの印加電位を加えればメニスカスが十分減衰で
きる。

【０１０９】ただし加えすぎるとかえって安定吐出を確
保できない。

【０１１０】調査結果から明らかなように、低温下から
高温下まで通じて、第３のパルスの印加電位比がおよそ
０．５μｓ以上（つまり第３のパルスの印加電位が、第
１のパルスの印加電位よりも高くなる）となると、イン
クは安定して吐出しなくなる。よって第３のパルスの
印加電位は、第１のパルスの印加電位よりも低い方が望
ましい。

【０１１１】以上の調査結果にもとづき、本実施例で
は、環境温度検出手段１４０を設け、それにより環境温
度を検出して、駆動パルス制御手段１３０を介して、駆
動パルス発生手段１３０から出力される駆動パルスの第
３パルスの印加タイミングおよび印加電位を変化させる
ようにした。

【０１１２】具体的には、環境温度が高い場合は印加タ
イミングｐｗ４を長く、印加電位比（Ｖ３／Ｖ１）を大
きく、環境温度が低いときは印加タイミングｐｗ４を短
く、印加電位比を小さくするようにした。

【０１１３】図７および図１０のインクジェット記録ヘ
ッドの場合、図１１の様に低温（１５℃）時→常温（２
５℃）時→高温（４０℃）時において、Ｖ３／Ｖ１＝０．１５→０．２５→０．３５ｐｗ４＝６．０μｓ→７．０μｓ→８．０μｓと変化させるのがよい。

【０１１４】図ではＶ３／Ｖ１、ｐｗ４ともに温度に対
して直線的に変化させているが、ある温度範囲毎に階段
状に変化させても同様の効果が得られる。

【０１１５】ところで、印加電位比を変化させる際、第
３のパルスの継続時間は、第２のパルスの継続時間と同
じ時間とし、環境温度によらず一定時間とした。

【０１１６】これは印加タイミングの説明の際にも前述
したが、同じ継続時間でパルスを加えることで両方のパ
ルスにより引き起こされるメニスカスの振動がほぼ同周
期で発生するためであり、両者の振動が逆位相となった
場合、両パルスの継続時間が同じでない場合に比べ、効
果的にメニスカスの制振がおこなわれるためである。

【０１１７】このため、第３のパルスは第２のパルスの
継続時間により決定され、環境温度によりその印加電位
が変化しても、その継続時間は一定であることが望まし
い。

【０１１８】以上の様に本実施例では、第３のパルスを
第２のパルスと同じ継続時間で印加し、かつ環境温度に
よってその印加タイミングと印加電位の双方を調整する
ことで、インク滴の吐出により発生したメニスカスの振
動が環境温度によって変化しても、最も圧力発生室３に
移動した段階で、第３のパルスにより圧力発生室３を最
適な膨張量で再び膨張させることができるため、メニス
カスの振動を効果的に減衰することができる。

【０１１９】これにより、いかなる環境温度環境下にお
いても、メニスカスの運動エネルギーの減衰不良による
インク滴の吐出不安定現象が抑制され、また、メニスカ
スの急速な静止により、繰り返し周波数に関わりなくメ
ニスカスを一定位置に静止させた状態でインク滴を吐出
させるため飛翔速度が安定する。このため、高駆動周波
数の駆動でも安定した吐出が確保できる。

【０１２０】最後に、印字開始準備時および印字終了時
の動作について説明する。

【０１２１】印字が開始される前には、駆動パルスを電
位（Ｖ３）まで充電し、圧電振動子９を微少収縮させて
印字信号が送られるまで、待機をする。電位（Ｖ３）ま
で充電する時間は、その駆動によってインク滴が吐出し
ない程度であればよく、第３パルスの継続時間程度の時
間で問題ない。

【０１２２】一方、印字信号が入力されなくなると、駆
動パルスは電位（Ｖ３）から所定のパルスにより放電を
行い電位を零とする。この所要時間も、その駆動によっ
てインク滴が吐出しない程度であれば問題ない。

【０１２３】上述の実施例はすべて充電により収縮する
圧電振動子を使用したインクジェット記録ヘッドを例に
とって説明したが、充電により伸長する縦効果の圧電振
動子や、ユニモルフもしくはバイモルフ式にたわみ変形
する圧電振動板を使用しても同様の作用があることは明
らかである。

【０１２４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明はノズル
開口、およびインク供給口を介して共通インク室に連通
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、前記圧力発生室に当接する圧電振動子と、電位
変化により前記圧電振動子の収縮・膨張をおこない前記
圧力発生室を膨張・収縮させるインクジェット記録ヘッ
ドと、前記圧力発生室を膨張させる第１のパルスと、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か
らインク滴を吐出させる第２のパルスと、前記第２のパ
ルス後に前記圧力発生室を再び拡大させる第３のパルス
を出力する駆動パルス発生手段と、環境温度検出手段に
よって検出した環境温度に基づき、前記第３のパルスの
印加電位を制御する駆動パルス制御手段とを備え、環境
温度が高い場合は第３のパルスの印加タイミングを長
く、印加電位比を大きく、環境温度が低いときは印加タ
イミングを短く、印加電位比を小さくするように変化さ
せるため、インク滴の吐出により発生したメニスカスの
振動挙動が環境温度によって変化しても、最も圧力発生
室に移動した段階で、第３のパルスを印加し圧力発生室
を再び膨張させることが可能となるため、この時点でノ
ズルに向かおうとしているメニスカスの運動エネルギー
を効果的に減衰させ、環境温度変化に対しても安定した
インク滴吐出を可能にできる。

【０１２５】さらに、メニスカスの急速な静止により、
駆動周波数が高くてもメニスカスを一定位置に静止させ
た状態でインク滴を吐出させるため、飛翔速度が安定
し、また、メニスカスの回復時間が早くなるため、応答
周波数が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置に使用するインクジェット記録ヘッドを示す断面図で
ある。

【図２】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルス形成
を説明する図である。

【図４】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動の関係を説明する第２の図である。

【図５】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置における共振周期Ｔｃとインク滴の吐出が安定する最
適な第３のパルスの印加タイミングの関係を示す図であ
る。

【図６】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置における共振周期Ｔｃと環境温度の関係を示す図であ
る。

【図７】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置における環境温度と吐出安定する最適な第３のパルス
の印加タイミングの関係を示す図である。

【図８】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置におけるインクジェット記録ヘッドの駆動パルスとメ
ニスカスの挙動の関係を説明する第２の図である。

【図９】本発明の一実施例であるインクジェット記録装
置における第３パルスの印加電位とインク吐出状態を示
す図である。

【図１０】本発明の一実施例であるインクジェット記録
装置における第３パルスの印加電位とインク吐出状態を
示す第２の図である。

【図１１】本発明の一実施例であるインクジェット記録
装置における環境温度と第３パルスの印加電位の設定テ
ーブルおよぶと環境温度と第３パルスの印加タイミング
の設定テーブルを示す図である。

【符号の説明】

１ノズルプレート２ノズル開口３圧力発生室４共通インク室５インク供給口６インク流路７流路構成板８弾性板９圧電振動子１０固定基板１００インクジェット記録ヘッド１１０駆動ノズル選択手段１２０駆動パルス発生手段１３０駆動パルス制御手段１４０環境温度検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口、およびインク供給口を介し
て共通インク室に連通し、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、前記圧力発生室に当接す
る圧電振動子と、電位変化により前記圧電振動子の収縮
・膨張をおこない前記圧力発生室を膨張・収縮させるイ
ンクジェット記録ヘッドと、前記圧力発生室を膨張させる第１のパルスと、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からイン
ク滴を吐出させる第２のパルスと、前記第２のパルス後
に前記圧力発生室を再び拡大させる第３のパルスを出力
する駆動パルス発生手段と、環境温度検出手段によって検出した環境温度に基づき、
前記第３のパルスの印加電位を制御する駆動パルス制御
手段とを有するインクジェット記録装置。
【請求項２】前記第３のパルスの印加電位が、前記環
境温度が高いときは大きく、低いときは小さくなるよう
設定し、かつ前記第３のパルスの継続時間が環境温度に
よらず一定である請求項１記載のインクジェット記録装
置。
【請求項３】前記第３のパルスの印加電位が、前記第
１のパルスの印加電位より低いことを特徴とする請求項
１記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記第３のパルス開始のタイミングを環
境温度によって制御する駆動パルス制御手段を有する請
求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】前記第２のパルスの継続時間と前記第３
のパルスの継続時間が同じに設定され、前記第２パルス
開始から前記第３パルス開始までの時間が、前記圧力発
生室の周期Ｔｃとほぼ一致した時間となるよう設定され
ている請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】前記第２のパルス開始から前記第３のパ
ルス開始までの時間が、前記環境温度が高いときは長
く、低いときは短くなるよう設定されている請求項１記
載のインクジェット記録装置。
【請求項７】前記第２のパルスの継続時間が前記環境
温度によらず一定である請求項１記載のインクジェット
記録装置。
【請求項８】前記第３のパルスの継続時間が前記環境
温度によらず一定である請求項１記載のインクジェット
記録装置。