JPH11123819A - インクジェット式記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット式記録ヘッドにて、圧力発生
室にかかる圧力変動を増やすことなく吐出インク重量を
増加させ、それによって記録速度向上を達成する。 【解決手段】 インク滴を吐出させない程度に圧力発生
室を加圧または減圧し、増減した圧力をホールドするこ
とで発生するノズルメニスカスの振動のタイミングを捉
えてインク滴の吐出工程を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクを圧力発生
手段で加圧してインクを吐出させて文字や図形を記録す
る記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置を駆動
させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドにおいて、
インク滴の吐出重量を増やすことは、高速な印字を実現
する手段の一つである。インク滴の吐出重量を増やすた
めには圧力発生室を単純に収縮してインク滴を吐出す
る、いわゆる「押しうち」を行う方法が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いわゆ
る「押しうち」で吐出重量を増やして高速化を図ろうと
するならば、圧力発生室の収縮量を増加させるしかな
く、圧電振動子を用いて圧力発生室を加減圧する駆動方
式ならば、駆動電圧を増加させてしまう、という問題が
生じる。

【０００４】そこで、本発明では、圧力発生室の最大収
縮量を増やすことなく、吐出インク重量を増やして、記
録速度を向上することのできる駆動方法を提供する。

【０００５】更に、本発明では、環境温度の変化に対し
ても均一量のインク吐出量を確保することのできる駆動
方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明におけるインクジェット式記録ヘッドの駆
動方式は、ノズル開口と共通のインク室に連通する圧力
発生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により膨
張、収縮させて前記圧力発生室へインクの補充、ノズル
開口からのインク滴吐出を行うインクジェット式記録ヘ
ッドにおいて、ノズルメニスカスが静止している状態か
ら、圧力発生室を膨張（工程Ｄ１）もしくは収縮（工程
Ｃ１）して圧力を増減し、増減後の圧力をホールドする
ことで発生するノズルメニスカスの振動によって、ノズ
ルメニスカスがインク滴吐出側に押し出された状態を捉
えて、インク滴吐出のための圧力発生室を膨張して最小
圧力まで減圧し、直後に最大圧力まで圧力発生室を収縮
させる工程、もしくは圧力発生室を直接最大圧力まで収
縮させる工程を備えたことを特徴とする。

【０００７】また、工程Ｄ１を行う場合、この工程Ｄ１
によって膨張した圧力発生室の圧力をホールドする工程
の時間が、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの１／８
倍以上３／８倍以下である。

【０００８】また、工程Ｃ１を行う場合、工程Ｃ１によ
って収縮した圧力発生室の圧力をホールドする工程の時
間が、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの５／８倍以
上、７／８倍以下であることを特徴とする。

【０００９】また、工程Ｄ１、工程Ｃ１において、イン
クの環境温度が最高保証温度の場合は圧力発生室の膨張
量もしくは収縮量を最小にし、最低保証温度に近づくに
従って圧力発生室の膨張量もしくは収縮量を最高にする
ことを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１１】（実施例１）以下に本発明の詳細を図示し
た実施例に基づいて説明する。

【００１２】図１は本発明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ものであって、図中の符号
１は、駆動ユニットで、ジルコニアの薄板からなる振動
板２の表面に、後述する圧力発生室４に対向するように
ＰＺＴからなる圧電振動板３、３、３‥‥を一体に固定
して構成されている。

【００１３】５はスぺーサーで、圧力発生室４を形成す
るのに適した厚さ、例えば１００μｍのジルコニア（Ｚ
ｒＯ_２）などのセラミック板に圧力発生室４、４、４‥
‥の形状に一致した通孔を一定ピッチで穿設して構成さ
れており、一方の面を振動板２で封止されている。

【００１４】６は圧力発生室４の他面を封止する基板
で、圧力発生室４と対向する一端側にはノズル開口７、
７、７‥‥と圧力発生室４を接続する連通口８、８、８
‥‥が設けられ、また他端側には複数の圧力発生室４と
共通のインク室１０とを接続する連通口１１、１１、１
１‥‥が設けられている。この連通口１１、１１、１１
‥‥はノズル開口７、７、７‥‥とほぼ同等の流路抵抗
を有する流路制限孔の役割も担っている。

【００１５】これら３つの部材１、５、６はそれぞれ積
層されてユニットとして構成され、後述するユニット固
定板１２に取り付けられる。

【００１６】１２は前述のユニット固定板で、一方の面
に上述したユニットが所定の位置に接着剤で固定されて
おり、連通口１１と共通のインク室１０とを接続する連
通孔１３が設けられ、また連通孔８に対向する位置には
ノズル開口７と接続する連通孔１４が設けられている。

【００１７】１５は、後述する共通のインク室構成板１
６とユニット固定板１２とを接合するための熱溶着フィ
ルムで、共通のインク室１０に一致する窓１７、及びノ
ズル開口７、７、７‥‥圧力発生室４、４、４‥‥とを
接続する連通孔１８、１８、１８‥‥とが穿設されてい
る。

【００１８】１６は、前述の共通のインク室構成板で、
共通のインク室１０を形成するに適した厚み、例えば１
２０μｍのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、
共通のインク室１０の形状に対応する通孔と、圧力発生
室４、４、４‥‥とノズル開口７、７、７‥‥とを接続
する連通孔９、９、９‥‥を穿設して構成されている。

【００１９】２５はノズルプレートで、ノズル開口７、
７、７‥‥が穿設されていて、連通孔８、１４、９を介
して圧力発生室４、４、４‥‥に接続するように共通の
インク室形成板１６に熱溶着フィルム２０で接着されて
いる。

【００２０】このように構成されたインクジェット式記
録ヘッドは、圧電振動板３に一定速度で上昇する電圧か
らなる駆動信号が印加されると、振動板２が圧力発生室
４側にたわんで、圧力発生室４を収縮させる。これによ
り、圧力発生室４のインクが連通口８、１４、９を経由
してノズル開口７に至り、ここからインク滴を吐出す
る。

【００２１】インク滴形成後に駆動電圧を一定の速度で
低下させると、圧電振動板３は元の位置に徐々に復帰し
て、圧力発生室４が膨張する。この過程でインク滴の形
成により消費された分のインクが共通のインク室１０か
ら連通口１３，１１を経由して圧力発生室４に流入す
る。

【００２２】図２は、上述した記録ヘッドにより圧電振
動板３のたわみ変位によりインク滴を吐出させるのに適
した駆動波形の一実施例を示すものである。

【００２３】図に示すように駆動信号は、前回のインク
滴吐出の一連の工程終了時の駆動電圧（中間駆動電圧Ｖ
Ｍ）を保持する第一のホールド工程Ｄ８、中間駆動電圧
ＶＭから圧力発生室４を膨張させて第二ホールド電圧Ｖ
Ｓまで放電する第一の放電工程Ｄ１、工程Ｄ１によって
膨張した圧力発生室４の状態を保持する第二のホールド
工程Ｄ２、ノズル開口に形成されたインクのメニスカス
（以降ノズルメニスカス）を圧力発生室４側に最大限引
き込むための放電を行う第二の放電工程Ｄ３、インク滴
を吐出させるためのタイミングを調整する第三のホール
ド工程Ｄ４、最大駆動電圧ＶＨまで急激な充電を行うこ
とにより圧力発生室を急激に収縮させてインク滴を吐出
させる第一の充電工程Ｄ５、インク滴吐出後に生じた大
きなノズルメニスカス振動の減衰タイミングを調整する
第四のホールド工程Ｄ６、中間駆動電圧ＶＭまで放電す
る第三の放電工程Ｄ７とから構成されている。

【００２４】図３は図２で示した駆動信号を発生させる
駆動回路の一実施例を示すもので、図中符号２１、２
２、２３、２４はそれぞれ制御手段４８から供給される
パルス信号からなる制御信号の入力端子で、図４に示す
周期Ｔ０で出力される印字信号のタイミングに基づいて
入力端子２１には第一の放電工程Ｄ１を制御する時間幅
Ｔ１の第一の放電パルス、入力端子２２には第一の充電
工程Ｄ５を制御する時間幅Ｔ５の第一の充電パルス、入
力端子２３には第二の放電工程Ｄ３を制御する時間幅Ｔ
３の第二の放電パルス、入力端子２４には第三の放電工
程Ｄ７を制御する時間幅Ｔ７の第三の放電パルスがそれ
ぞれ入力する。

【００２５】入力端子２２に入力した第一の充電パルス
は、ＮＰＮ型トランジスタ３２のベースに入力してお
り、ＮＰＮ型トランジスタ３２が導通すると、ＰＮＰ型
トランジスタ３３、３４及び抵抗３５により構成された
定電流回路３６が作動して、ノズル開口７から一定電流
Ｉraでコンデンサ３１を零電位から最大駆動電圧ＶＨま
で充電させる。

【００２６】一方、入力端子２１に入力した第一の放電
パルスは、ＮＰＮ型トランジスタ２７、２８及び抵抗２
９からなる定電流回路３０により、コンデンサ３１の電
荷を一定電流Ｉfaで放電させてメニスカスを圧力発生室
側に引き込む。

【００２７】また入力端子２３に入力した第二の放電パ
ルスは、ＮＰＮ型トランジスタ３７、３８及び抵抗３９
からなる定電流回路４０により、コンデンサ３１の電荷
を第二ホールド電圧ＶＳから零電位まで一定電流Ｉfbで
放電させる。

【００２８】同様に、入力端子２４に入力した第三の放
電パルスは、ＮＰＮ型トランジスタ４１，４２及び抵抗
４３からなる定電流回路４４により、コンデンサ３１の
電荷を最大駆動電圧ＶＨから中間駆動電位ＶＭまで一定
電流Ｉfcで放電させ、以後この電位を維持して次のイン
ク滴の吐出に備えてメニスカスを平定する。

【００２９】トランジスタ３４のベース―エミッタ間電
圧をＶbe34、抵抗３５の抵抗値をＲraとすると、充電電
流Ｉraは、Ｉra=Ｖbe34／Ｒraとなり、またコンデンサ
３１の容量をＣＣとすると、最大駆動電圧ＶＨまで電圧
が立ち上がるに要する時間Ｔraは、Ｔra＝ＣＣ×ＶＨ／
Ｉraとなる。

【００３０】一方、放電電流に関しては、定電流回路３
０のトランジスタ２８のベース―エミッタ間電圧をＶbe
28、抵抗２９の抵抗値をＲfaとすると、Ｉfa＝Ｖbe28／
Ｒfaとなり、電圧ΔＶ分降下するのに要する時間Ｔfa
は、Ｔfa＝ＣＣ×ΔＶ／Ｉfaとなり、同様に、定電流回
路４０による放電電流Ｉfbは、Ｉfb＝Ｖbe38／Ｒfbとな
り、立ち下がり時間Ｔfbは、Ｔfb＝ＣＣ×ΔＶ／Ｉfbと
なる。また、定電流回路４４による放電電流Ｉfcは、Ｉ
fc＝Ｖbe42／Rfcとなり、立ち下がり時間Ｔfcは、Ｔfc
＝ＣＣ×ΔＶ／Ｉfcとなる。

【００３１】なお、図中符号４５、４６により示すトラ
ンジスタは電流増幅器を構成している。

【００３２】次に上記のように構成した装置の動作を説
明する。

【００３３】前回の吐出より十分な時間、つまり第一ホ
ールド工程（Ｄ８）の時間が例えば３００マイクロ秒、
経過した後、ノズルメニスカスはほぼ振動が減衰し、静
止した状態である。第一ホールド終了と同時に、次の印
字信号がホストから出力されると、制御手段４８は第一
の放電パルスを出力して、圧力発生室４を膨張させる
（工程Ｄ１）。

【００３４】第一の放電工程Ｄ１によりノズルメニスカ
スは圧力発生室４側に引き込まれる。しかしながら、ノ
ズルメニスカスは放電の傾きが緩い、つまりゆっくりと
圧力発生室４を膨張させているときは、圧力発生室側に
インク滴を引き込む力が弱いために、ノズル開口７の振
動収束位置にメニスカスを回復させようとする力の影響
を受けて、実際にノズル開口側から圧力発生室に引き込
まれるインク滴の量は少ない（工程Ｄ１では、ノズルメ
ニスカスをインク滴吐出方向に押しだす力になる）。

【００３５】工程Ｄ１によって圧力発生室４に流入され
たインクの流れは、図５（ａ）の状態５２で示すよう
に、圧力発生室４に流入するインクのうち、ノズル開口
側から流入する量は少なく、流入するインクの多くは共
通のインク室１０側から入り、圧力発生室４内で共通の
インク室１０からノズル開口７側に向かう流れが発生す
る。尚、５１はメニスカス振動静止時のメニスカス位置
を示す。

【００３６】第一の放電工程Ｄ１終了時点では、図５
（ｂ）の状態５３に示すように、圧力発生室４の膨張に
より圧力発生室に流入されたインクはノズルメニスカス
を圧力発生室４側にわずかに引き込み、共通のインク室
１０から圧力発生室４、ノズル開口７へと向かう流れを
持った状態になる。

【００３７】第一の放電工程Ｄ１終了後、第二のホール
ド工程Ｄ２に推移すると、ノズルメニスカスは第一の放
電工程Ｄ１終了直後の位置を初期位置とし、図５（ｂ）
の状態５３に示すように、第一の放電工程Ｄ１終了直後
では、インク流路の流れ方向は、圧力発生室４からノズ
ル開口７側に向かっているので、まず、ノズルメニスカ
スは第二のホールド工程Ｄ２開始時より、ノズル開口７
側に押し出される方向に進む。

【００３８】ノズルメニスカスは自身の固有振動周期Ｔ
で振動し、挙動は図６に示すようになり、ホールド工程
Ｄ２の開始より、時間の推移に伴って、状態６１（工程
Ｄ２開始直後）、６２（最大押し出し時）、６３、６
４、６５、６６、と振幅を減衰させながら変位してい
く。

【００３９】第二のホールド工程Ｄ２が終了すると、制
御手段４８は第二の放電パルスを出力して、第二ホール
ド電圧ＶＳと零電位との電位差相当分だけ圧力発生室４
を膨張させてノズルメニスカスを圧力発生室側に引き込
み（第二の放電工程Ｄ３）、第三ホールド（第三のホー
ルド工程Ｄ４）を挟んで、制御手段４８は、第一の充電
パルスを出力して圧力発生室４を急激に収縮させる（第
一の充電工程Ｄ５）。工程Ｄ３から工程Ｄ５までの一連
の動作によって、ノズル開口４からインク滴が吐出す
る。

【００４０】第四のホールド工程Ｄ６が終了すると、制
御手段４８は第三の放電パルスを出力する（第三の放電
工程Ｄ７）。前記工程Ｄ６のホールド時間と工程Ｄ７の
放電の時間を、工程Ｄ５における急激な充電によって発
生した圧電振動板３の残留振動を発振させないような時
間を捉えて設定することにより、充電工程Ｄ５によって
吐出したインク滴以外の不必要なインク滴の吐出を押さ
えるようにし、なおかつ放電工程Ｄ７終了時に中間駆動
電圧ＶＭの電位を持たせ、以後、次の印字信号が発生す
るまで電位を保持し、ノズルメニスカスを平定させる
（第一のホールド工程Ｄ８）。

【００４１】図７に放電工程Ｄ１とホールド工程Ｄ２を
行わずに放電Ｄ３以降の工程を行った場合の駆動波形の
図を示す。駆動波形７１は第三放電に相当する放電の傾
きが実施例１に示している駆動波形と異なっているが、
第三放電部分はインク滴を吐出した直後の波形なので、
直接インク滴の吐出量や速度には関係ない。

【００４２】図８は、本実施例１の駆動波形において、
ホールド工程Ｄ２の時間と吐出インク滴の重量の関係を
示したものであり、図中の８１が前記Ｄ２時間とインク
重量の関係であり、駆動波形７１での吐出重量を１とし
てある。

【００４３】工程Ｄ２を図６の状態６２で示すように、
ノズルメニスカスが最もインク吐出側に押し出された時
点近傍を捉えて終了し、工程Ｄ３以降を行うと、工程Ｄ
１とＤ２を行わずに工程Ｄ３を行う駆動波形７１時と比
べて工程Ｄ３の直前にノズルメニスカスが押し出されて
いる分だけ、吐出インク重量を増やすことができ、この
時のインク重量の増加量は図８の８３に示す範囲（工程
Ｄ２時間がＴの１／８倍以上３／８倍以下）で顕著であ
った。また、インクの吐出速度も駆動波形７１で示され
る駆動を行う時と同等の吐出速度が得られ、その結果イ
ンク重量を増やすことができ、記録速度の向上を図るこ
とができた。

【００４４】ところで、ノズルメニスカスが静止してい
る状態で放電工程Ｄ１を行い、続いてホールド工程Ｄ２
に移行すると、圧電振動板３は自身の固有振動周期ＴＣ
で振動を始める。圧電振動板３の固有振動によって、ノ
ズルメニスカスは前記圧電振動板３の振動に同期して周
期ＴＣで振動する。また、放電工程Ｄ１によって膨張さ
れた圧力発生室４に流入したインクが作り出す流れによ
って、ノズルメニスカスは自身の固有振動周期Ｔで振動
する。従って、放電工程Ｄ１によってノズルメニスカス
は圧電振動板３の固有振動周期ＴＣとノズルメニスカス
の固有振動周期Ｔの周期の異なる二つの振動を持つよう
になる。

【００４５】圧電振動板３の固有振動周期ＴＣでの振動
は圧電振動板３を急激に変位させると発生しやすく、放
電の傾き（電圧変化量／放電時間）が急峻であるほど、
振動振幅は大きくなり、減衰しにくくなる。

【００４６】ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔでの振
動は放電工程Ｄ１によって圧力発生室４に流入した体積
が大きいほど、ノズル側連通口または共通のインク室か
ら流れだす流量が多く、ノズルメニスカスの振動振幅を
大きくし、減衰しにくくなる。

【００４７】ここで、圧電振動板３の固有振動周期ＴＣ
は、次の式で表される。

【００４８】 ＴＣ=２π/√{(Ｍｎ+Ｍｓ)/(Ｍｎ×Ｍｓ)/(Ｃｉ+Ｃｖ)} 但し、Ｍｎはノズル開口のイナータンス、Ｍｓはインク
供給口のイナータンス、Ｃｉは圧力発生室のインクの圧
縮性に起因する流体コンプライアンス、Ｃｖは圧電振動
板などの材料自体による剛性コンプライアンスである。

【００４９】また、ノズルメニスカスの固有振動周期Ｔ
は、インク流路の粘性抵抗を無視できる場合は、 Ｔ＝２π×√｛（Ｍｎ＋Ｍｓ）×Ｃｎ｝ で表される。但し、Ｃｎはノズルメニスカスのコンプラ
イアンスである。

【００５０】更に、圧力発生室の体積を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、 Ｃｉ＝Ｖ／ρｃ^２ で表され、剛性コンプライアンスＣｖは、圧力発生室に
単位圧力を印加したときの圧力発生室の静的な変形率に
一致する。

【００５１】具体例を挙げると、流体コンプライアンス
Ｃｉが１×１０^−２０ｍ^５Ｎ^−１、剛性コンプライアン
スＣｖが１．５×１０^−２０ｍ^５Ｎ^−１、ノズルメニス
カスのコンプライアンスＣｎが、８．５×１０^−１9ｍ
^５Ｎ^−１、イナータンスＭｎが２×１０^８ｋｇｍ^−４、
イナータンスＭｓが１×１０^８ｋｇｍ^−４、のときの圧
電振動板３の固有振動周期ＴＣは８μｓ、ノズルメニス
カスの固有振動周期Ｔは１００μｓになる。

【００５２】上記ＴＣとＴの周期のとき、ＴＣはＴに比
べて非常に小さく、放電工程Ｄ１によって発生するノズ
ルメニスカスの振動は図９で示すようになる。前記した
ように、周期ＴＣの振動は、放電の傾きが急峻であるほ
ど振幅が大きいが、例えば、放電時間をＴＣ以上の時間
幅で設定すると圧電振動板３が周期ＴＣで引き起こす振
動の振幅は非常に小さくなり、これと同期して振動する
ノズルメニスカスの振動振幅も小さくなり、ノズルメニ
スカス自身の固有振動周期Ｔで起きる振動振幅よりも小
さくなる。周期ＴＣによる振動が無視できる程度の放電
工程Ｄ１により圧力発生室４に流入されたインクは図５
中の状態５２で示すように、ノズル開口側から流入する
ものと共通のインク室側から流入するものがあり、放電
傾きが緩いほど共通のインク室から流入する割合が多く
なる。

【００５３】従って放電工程Ｄ１の終了時点のノズルメ
ニスカスの圧力発生室側への引き込み位置は、図１０に
示すように放電傾きが緩いほど（図１０中のグラフ１０
１、１０２、１０３の内で、グラフ１０１が最も放電傾
きがきつく、グラフ１０３が最も放電傾きが緩く、グラ
フ１０２は１０１と１０３の中間である）ノズルメニス
カスの振動静止位置に近い位置をとる。

【００５４】つまり、放電傾きが緩いほど、放電工程Ｄ
１終了直後のノズルメニスカスの振動の位相が一定に漸
近する。放電工程Ｄ１終了直後の時間を時間０とし、イ
ンク滴吐出方向を正方向とすると、ノズルメニスカスの
位置Ｙは、 Ｙ＝Ａ×ｅ^{(―Ｂ×ｔ)}×ＳＩＮ（２×π／Ｔ×ｔ） （但し、ＡとＢは正の数、ｅは指数関数、ｔは放電工程
Ｄ１終了からの経過時間（つまり、ホールド工程Ｄ２時
間）、Ｔはノズルメニスカスの固有振動周期）で示され
る関数にノズルメニスカスの振動は位相が漸近する。こ
の式にて、極大値をとる時の時間ｔの値は（１／４）×
Ｔになり、この時、ノズルメニスカスは最もインク滴を
吐出する方向に押し出された状態になり、図６における
状態６２と同一になる。従ってホールド工程Ｄ２時間を
（１／４）×Ｔの近傍、例えば（１／８）×Ｔ以上（３
／８）×Ｔ以下、にすることで、図７に示す駆動波形７
１よりも吐出インク重量の増加が顕著になる。

【００５５】（実施例２）実施例２は前記構成に準じて
いる。実施例２が実施例１と異なる点は、放電工程Ｄ３
とホールド工程Ｄ４が存在しない駆動波形であり、つま
り、第二ホールド電圧ＶＳが零電位である駆動波形であ
る。

【００５６】図１１に実施例２の駆動波形を示す。図中
の１１１が実施例２における駆動波形で、１１２が第一
放電工程Ｄ１と第二ホールド工程Ｄ２を持たない駆動波
形であり、駆動波形１１２はいわゆる「押しうち」の駆
動波形になっている。

【００５７】なお、駆動波形１１１と１１２とでは、第
二放電工程Ｄ７の傾きが異なっているが、第二放電部分
はインク滴を吐出した直後の波形なので、直接インク滴
の吐出量や速度には関係ない。

【００５８】第二ホールド工程Ｄ２を行っている状態で
のノズルメニスカスの振動は、実施例１における図６と
同一の位相をとり、ノズルメニスカスがインク滴吐出側
に押し出された状態を捉えて第一充電工程Ｄ５を行うこ
とによって、ノズルメニスカスが静止した状態のまま第
一充電工程を行う駆動波形１１２に比べてノズルメニス
カスがインク吐出側に押し出されている分だけ、インク
吐出量を増やすことができ、記録速度の向上を達成する
ことができた。

【００５９】前記した工程Ｄ２によってノズルメニスカ
スがインク滴吐出側に押し出されている状態とは、実施
例１で示した時間間隔と同一であり、特にインク重量を
増加させることができるのは、ノズルメニスカスの固有
振動周期Ｔの１／８倍以上３／８倍以下である。

【００６０】（実施例３）実施例３は実施例１の構成に
準じている。実施例３が実施例１と異なる点は、第一放
電工程Ｄ１に変えて充電工程Ｃ１を備えている点であ
る。また、工程Ｃ１直後に続くホールド工程は実施例１
ではＤ２としたが、本実施例ではＣ２と名称を変更して
いる。しかし、工程Ｃ２の構成・機能は実施例１の工程
Ｄ２と全く同一である。本実施例の駆動波形は図１２中
の駆動波形１２１に示す通りであり、中間駆動電圧ＶＭ
は第二ホールド電圧ＶＳよりも低い電位を持ち、零電位
以上の電位を持っている。また、図１２中の１２２に示
す波形は充電工程Ｃ１とそれに続くホールド工程Ｃ２を
持たない駆動波形である。

【００６１】なお、駆動波形１２１と１２２では、第二
放電工程Ｄ７の傾きが異なっているが、第三放電部分は
インク滴を吐出した直後の波形なので、直接インク滴の
吐出量や速度には関係ない。

【００６２】実施例１では、ホールド工程Ｄ２中でノズ
ルメニスカスを振動させるのは放電工程Ｄ１の作用によ
るものだったが、本実施例では、ホールド工程Ｃ２中で
メニスカスを振動させるのは、実施例１における放電工
程Ｄ１に対応する充電工程Ｃ１の作用であり、実施例１
とは放電Ｄ１と充電Ｃ１が入れ替わるだけなので、ホー
ルド工程Ｃ２中でのノズルメニスカスの振動は図１３に
示すように、実施例１における図６の振動の位相が反転
したものになり、ホールド工程Ｃ２の開始より、時間の
推移に伴って、状態１３１（工程Ｃ２開始直後）、１３
２、１３３、１３４（最大押し出し時）、１３５、１３
６と振幅を減衰させながら変位していく。

【００６３】実施例１の場合は、ホールド工程Ｄ２の時
間をノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの（１／８）倍
以上（３／８）倍以下にすることで、工程Ｄ２終了後の
ノズルメニスカスはインク滴を吐出させる向きに押し出
され、以降の工程Ｄ３以降で吐出させるインク滴の吐出
量を、工程Ｄ１とＤ２のない駆動波形に比べて増やすこ
とができたが、本実施例では、ホールド工程Ｃ２の振動
位相を実施例１に比べて反転させたとき、つまり、工程
Ｃ２の時間がノズルメニスカスの固有振動周期Ｔの(５
／８)倍以上（７／８）倍以下の時に、工程Ｃ２終了後
のノズルメニスカスはインク滴吐出方向に押し出され、
以降の工程Ｄ３からは実施例１に示す駆動波形と同じな
ので、前記したホールド工程Ｃ２のタイミングを捉える
ことにより、工程Ｃ１とＣ２を持たない駆動波形、つま
り図１２中の１２２で示される駆動波形でインク滴を吐
出させた場合に比べて吐出インク重量を増やすことがで
き、記録速度の向上を達成することができる。

【００６４】（実施例４）実施例４は実施例１の構成に
準じている。実施例４が実施例１と異なる点は、環境温
度の変化に応じて、中間駆動電圧ＶＭを変化させること
で、放電工程Ｄ１による放電電圧量を増減させることを
特徴とする点である。

【００６５】図１４に環境温度が１５℃、２５℃と４０
℃のときの駆動波形を示す。環境温度が１５℃のときは
中間駆動電圧ＶＭの電位を上げることで、放電Ｄ１工程
による放電量を増やすことができる。環境温度が低い状
態では、インクの粘度が増大するため、流路の抵抗が増
大し、ノズルメニスカスの減衰がよくなり、メニスカス
自身の固有振動の振幅も環境温度が高い場合に比べて小
さくなる。そのため、放電工程Ｄ１によって発生させる
ノズルメニスカスの振動を温度環境に応じて一定にする
ために、工程Ｄ１による放電量を増やし、圧力発生室４
に流入するインク量を増やすことで、インク粘度増加に
よる流路抵抗の増加によるノズルメニスカスの振動振幅
の減少分を補い、工程Ｄ２による吐出量増加を２５℃環
境並みに得ることができる。

【００６６】逆に温度環境が４０℃のとき、中間駆動電
圧ＶＭの電位を下げることで、放電Ｄ１工程による放電
量を減らすことができる。環境温度が高い状態では、イ
ンクの粘度が減少するため、流路の抵抗が減少し、ノズ
ルメニスカスの減衰が悪くなり、ノズルメニスカス自身
の固有振動の振幅も環境温度が低い場合に比べて大きく
なる。そのため、放電工程Ｄ１によって発生させる振動
を温度環境によって一定にするために、工程Ｄ１による
放電量を減らし、圧力発生室に流入するインク量を減ら
すことで、インク粘度減少による流路抵抗の減少による
メニスカスの振動振幅の増加分を押さえ、工程Ｄ２によ
る吐出量増加を２５℃環境並みにすることができる。

【００６７】以上の手法から環境温度の変化に関わら
ず、放電工程Ｄ１によって発生したノズルメニスカスの
振動振幅を一定にすることができるので、ホールド工程
Ｄ２の時間を実施例１に示したように、（１／８）×Ｔ
以上（３／８）×Ｔ以下に設定すると、図７で示した駆
動波形７１のときに比べて、インク重量を環境温度によ
らず一定量増やすことができ、記録速度を高めることが
できた。

【００６８】また、本実施例４で用いた駆動波形は実施
例１に準じたものであるが、これを実施例２で示した駆
動波形に変更しても実施例４に示したような効果を得る
ことができる。

【００６９】（実施例５）実施例５は実施例３の構成に
準じている。実施例５が実施例３と異なる点は、環境温
度の変化に応じて、中間駆動電圧ＶＭを変化させること
で、充電工程Ｃ１による充電電圧量を増減させることを
特徴とする点である。

【００７０】図１５に環境温度が１５℃、２５℃と４０
℃のときの駆動波形を示す。環境温度が１５℃のときは
中間駆動電圧ＶＭの電位を下げることで、充電工程Ｃ１
による充電量を増やすことができる。環境温度が低い状
態では、インクの粘度が増大するため、流路の抵抗が増
大し、ノズルメニスカスの減衰がよくなり、メニスカス
自身の固有振動の振幅も環境温度が高い場合に比べて小
さくなる。そのため、充電工程Ｃ１によって発生させる
ノズルメニスカスの振動を温度環境に応じて一定にする
ために、工程Ｃ１による充電量を増やし、圧力発生室４
から流出するインク量を増やすことで、インク粘度増加
による流路抵抗の増加によるノズルメニスカスの振動振
幅の減少分を補い、工程Ｃ２による吐出量増加を２５℃
環境並みに得ることができる。

【００７１】逆に温度環境が４０℃のとき、中間駆動電
圧ＶＭの電位を上げることで、充電Ｃ１工程による充電
量を減らすことができる。環境温度が高い状態では、イ
ンクの粘度が減少するため、流路の抵抗が減少し、ノズ
ルメニスカスの減衰が悪くなり、ノズルメニスカス自身
の固有振動の振幅も環境温度が低い場合に比べて大きく
なる。そのため、充電工程Ｃ１によって発生させる振動
を温度環境によって一定にするために、工程Ｃ１による
充電量を減らし、圧力発生室４から流出するインク量を
減らすことで、インク粘度減少による流路抵抗の減少に
よるメニスカスの振動振幅の増加分を押さえ、工程Ｃ２
による吐出量増加を２５℃環境並みにすることができ
る。

【００７２】以上の手法から環境温度の変化に関わら
ず、充電工程Ｃ１によって発生したノズルメニスカスの
振動振幅を一定にすることができるので、ホールド工程
Ｃ２の時間を実施例３に示したように、（５／８）×Ｔ
以上（７／８）×Ｔ以下に設定すると、図１２で示した
駆動波形１２２の時に比べて、インク重量を環境温度に
よらず一定量増やすことができ、記録速度を高めること
ができた。

【００７３】更に、以上５つの実施例において、圧電振
動子はたわみ振動型のＰＺＴに限らず、縦振動横効果の
ＰＺＴであってもよい。ただしこの場合、充電と放電が
入れ替わることになる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、静止
状態にある圧力発生室に、膨張ないしは収縮工程を加
え、膨張（または収縮）後に圧力をホールドする工程を
一定時間保つことにより発生するノズルメニスカスの振
動がインク滴を吐出させる方向に押し出されている状態
を捉えて、インク滴を吐出させるための一連の工程（最
小圧力まで膨張させてから最大圧力まで収縮、または直
接最大圧力まで収縮）を行うことによって、ノズルメニ
スカスをインク滴吐出方向に押し出すために行う膨張な
いしは収縮工程がない駆動波形に比べて、吐出インク重
量を増やすことができ、記録速度の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明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。

【図２】同上記録ヘッドを動作させる駆動波形の工程図
である。

【図３】同上記録ヘッドの要部を示す回路図である。

【図４】同上記録ヘッドの駆動波形の制御パルスを示し
た図である。

【図５】実施例１における工程Ｄ１中とＤ１終了時のイ
ンク流路の流れを示した図である。

【図６】実施例１における工程Ｄ２中でのノズルメニス
カスの挙動を示した図である。

【図７】工程Ｄ１と工程Ｄ２を用いない従来例の駆動波
形図である。

【図８】工程Ｄ２時間と吐出インク重量の関係を示した
図である。

【図９】ノズルメニスカスの変位の例を示す線図であ
る。

【図１０】実施例１における工程Ｄ１の放電傾きによる
ノズルメニスカスの変位の違いを示す線図である。

【図１１】実施例２における駆動波形図である。

【図１２】実施例３における駆動波形図である。

【図１３】実施例３における工程Ｃ２中でのノズルメニ
スカスの挙動を示した図である。

【図１４】実施例４における駆動波形図である。

【図１５】実施例５における駆動波形図である。

【符号の説明】

３ 圧電振動板 ４ 圧力発生室 ７ ノズル開口

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口と共通のインク室に連通する
   圧力発生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により
   膨張、収縮させて前記圧力発生室へインクの補充、ノズ
   ル開口からのインク滴の吐出を行うインクジェット式記
   録ヘッドの駆動方法において、 ノズルメニスカスが静止している状態から、圧力発生室
   を膨張させて最小圧力以上の範囲で減圧する工程Ｄ１
   と、この工程Ｄ１終了後の圧力をホールドする工程Ｄ２
   と、この工程Ｄ２で発生するノズルメニスカスの振動に
   よって、ノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出さ
   れた状態を捉えて、圧力発生室を膨張して最小圧力まで
   減圧し、直後に最大圧力まで圧力発生室を収縮させるこ
   とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方
   法。
2. 【請求項２】 前記工程Ｄ２の時間がノズルメニスカス
   の固有振動周期Ｔの１／８倍以上３／８倍以下であるこ
   とを特徴とする請求項１のインクジェット式記録ヘッド
   の駆動方法。
3. 【請求項３】 前記工程Ｄ１において、環境温度が最高
   保証温度の場合は圧力発生室の膨張量を最小にし、最低
   保証温度に近づくに従って圧力発生室の膨張量が最高に
   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
   記録ヘッドの駆動方法。
4. 【請求項４】 ノズル開口と共通のインク室に連通する
   圧力発生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により
   膨張、収縮させて前記圧力発生室へインクの補充、ノズ
   ル開口からのインク滴吐出を行うインクジェット式記録
   ヘッドの駆動方法において、 ノズルメニスカスが静止している状態から、圧力発生室
   を膨張させて最小圧力以上の範囲で減圧する工程Ｄ１、
   この工程Ｄ１終了後の圧力をホールドする工程Ｄ２、こ
   の工程Ｄ２で発生するノズルメニスカスの振動によっ
   て、ノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出された
   状態を捉えて、最大圧力まで圧力発生室を収縮させるこ
   とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方
   法。
5. 【請求項５】 前記工程Ｄ２の時間が、ノズルメニスカ
   スの固有振動周期Ｔの１／８倍以上３／８倍以下である
   ことを特徴とする請求項４のインクジェット式記録ヘッ
   ドの駆動方法。
6. 【請求項６】 前記工程Ｄ１において、環境温度が最高
   保証温度の場合は圧力発生室の膨張量を最小にし、最低
   保証温度に近づくに従って圧力発生室の膨張量が最高に
   することを特徴とする請求項４記載のインクジェット式
   記録ヘッドの駆動方法。
7. 【請求項７】 ノズル開口と共通のインク室に連通する
   圧力発生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により
   膨張、収縮させて前記圧力発生室へインクの補充、ノズ
   ル開口からのインク滴吐出を行うインクジェット式記録
   ヘッドの駆動方法において、 ノズルメニスカスが静止している状態から、圧力発生室
   を収縮させて最大圧力以下の範囲で圧力を高める工程Ｃ
   １、この工程Ｃ１終了後の圧力をホールドする工程Ｃ
   ２、この工程Ｃ２で発生するノズルメニスカスの振動に
   よって、ノズルメニスカスがインク滴吐出側に押し出さ
   れた状態を捉えて、圧力発生室を膨張させ最小圧力まで
   減圧し、直後に最大圧力まで圧力発生室を収縮させるこ
   とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方
   法。
8. 【請求項８】 前記工程Ｃ２の時間が、ノズルメニスカ
   スの固有振動周期Ｔの５／８倍以上７／８倍以下である
   ことを特徴とする請求項７記載のインクジェット式記録
   ヘッドの駆動方法。
9. 【請求項９】 前記工程Ｃ１において、環境温度が最高
   保証温度の場合は圧力発生室の収縮量を最小にし、最低
   保証温度に近づくに従って圧力発生室の収縮量を最高に
   することを特徴とする請求項７記載のインクジェット式
   記録ヘッドの駆動方法。