JPH1158719A - 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

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JPH1158719A
JPH1158719A JP24220397A JP24220397A JPH1158719A JP H1158719 A JPH1158719 A JP H1158719A JP 24220397 A JP24220397 A JP 24220397A JP 24220397 A JP24220397 A JP 24220397A JP H1158719 A JPH1158719 A JP H1158719A
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寿樹 臼井
Takahiro Katakura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴の飛行速度の低下を防止してインク
量を減少させつつ、しかも高速印刷を可能ならしめるこ
と。 【解決手段】 圧力発生室を膨張させる第１の膨張工程
と、ノズル開口からインク滴が吐出するように圧力発
生室を収縮させる第１の収縮工程と、第１の膨張工程
での容積変化よりも少なく膨張させる第２の膨張工程
と、圧力発生室をインク滴を吐出させない程度で、かつ
次回のインク量を調整する程度に収縮させる第２の収縮
工程とを圧電振動子に実行させる駆動信号を１印刷周
期毎に出力する第１のモードと（I）、第２の膨張工程
と第２の収縮工程との間の時間を１印刷周期分延長
した駆動信号を出力する第２のモードと（II）、第２の
膨張工程と第２の収縮工程との間の時間を１印刷周
期分延長し、以後第２の収縮工程の終了状態で印字信
号の入力を待つ第３のモードと（III）を、外部からの
印字信号を判定して実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術の分野】本発明は、圧電振動子をア
クチュエータ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】ノズル開口に連通する圧力発生室を、圧
電振動子により膨張、収縮させて、圧力発生室へのイン
クの充填、圧力発生室のインクの加圧を行なってノズル
開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘ
ッドは、その圧電振動子として圧電材料と導電層を交互
に積層し、その軸方向の伸長する縦振動モードの圧電振
動子や、また弾性板の表面に設けられたわみ変位するた
わみ変位型圧電振動子が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】グラフック印刷等のよ
うに微小サイズのドットを形成するためには、圧電振動
子の変位を小さくして、インク滴のインク量を可及的に
減少させる必要があるが、圧力発生室の圧力も低下する
ため、インク滴の速度が低下し、インク滴の記録媒体へ
の着弾位置に誤差が生じ、特にグラフィック印刷のよう
に正確な位置にドット形成が求められる印刷においては
印刷品質の低下が目立つという問題がある。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
とするところは圧電振動子を駆動源とする記録ヘッドに
より、インク滴の飛行速度を低下させることなく、イン
ク滴を構成するインク量をグラフィック印刷に適するよ
うに可及的に減少させ、しかも高速度で印刷できるイン
クジェット式記録装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ノズル開口とリザーバに連
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、収縮させて前記ノズル開口からインク滴を
吐出させ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の膨張工程と、前記ノズル開口か
らインク滴が吐出するように前記圧力発生室を収縮させ
る第１の収縮工程と、第１の膨張工程での容積変化より
も少なく膨張させる第２の膨張工程と、前記圧力発生室
をインク滴を吐出させない程度で、かつ次回のインク量
を調整する程度に収縮させる第２の収縮工程とを前記圧
電振動子に実行させる駆動信号を１印刷周期毎に出力す
る第１のモードと、第２の膨張工程と第２の収縮工程と
の間の時間を１印刷周期分延長した駆動信号を出力する
第２のモードとを、外部からの印字信号を判定して実行
するようにした。
【０００５】
【作用】第２の収縮工程により圧力発生室を収縮させて
第１の膨張工程で圧力発生室を膨張させてインク滴吐出
直前のメニスカスを圧力発生室側に後退させた後、第１
の膨張工程で圧力発生室を膨張させることにより、イン
ク滴の速度に低下を来すこと無く、インク量だけが減少
し、しかもインク滴吐出後のノズル開口側に向かうメニ
スカスを、次の印刷工程の圧力発生室の膨張により強制
的に圧力発生室に引き込んでノズル開口からの突出を抑
制して、ノズル開口からの突出による不都合を防止しつ
つ引き続き次のインク滴を吐出する。
【０００６】
【発明の実施の形態】そこで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。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もので
あって、図中符号１は、スペーサで、１５０μｍ程度の
厚みを持つジルコニア（ＺｒＯ2）などのセラミックス
板に、圧力発生室２となる通孔を形成して構成されてい
る。
【０００７】スペーサ１の一方の面は、後述する圧電振
動子５の変位により各圧力発生室２の容積を変化させる
ことができる厚さ１０μｍのジルコニアの薄板からなる
弾性板３により封止されている。弾性板３の表面には下
電極４が形成され、これの表面に圧力発生室毎に独立し
てたわみ変位する圧電振動子５が固定されている。
【０００８】この圧電振動子５は、圧電材料からなるグ
リーンシートを貼付したり、また圧電材料をスパッタリ
ングする等の方法により形成されている。圧電振動子５
の表面には印刷データに対応してドットを形成すべく、
圧力発生室毎に独立して圧電振動子５を駆動するための
上電極６が形成されている。
【０００９】スペーサ１の他方の面は、厚さ１５０μｍ
のジルコニアの薄板からなるインク供給口形成基板７に
より封止されている。インク供給口形成基板７は、ノズ
ルプレートのノズル開口と圧力発生室２とを接続するノ
ズル連通孔８と、後述するリザーバ１１と圧力発生室２
とを接続するインク供給口９を穿設して構成されてい
る。
【００１０】１０は、リザーバ形成基板で、インク流路
を構成するに適した例えば１５０μｍのステンレス鋼な
どの耐蝕性を備えた板材に、外部のインクタンクからイ
ンクの供給を受けて圧力発生室２にインクを供給するリ
ザーバ１１と、圧力発生室２とノズル開口とを接続する
ノズル連通孔１２とが形成されている。リザーバ形成基
板１０の開口面側には、圧力発生室２と同一の配列ピッ
チでノズル開口１３が形成されたノズルプレート１４に
より封止されている。なお、図中符号１５、１６は接着
材層を示す。
【００１１】このように構成されたインクジェット式記
録ヘッドは、インク滴を吐出させるべきノズル開口１３
に連通する圧力発生室２の圧電振動子５に選択的に駆動
信号を印加すると、予め中間電位により収縮されている
圧電振動子５が放電されて圧力発生室２が平衡状態に戻
り、圧力発生室２を膨張させる。これによりメニスカス
が圧力発生室側に引き込まれる。
【００１２】所定時間の経過後に駆動信号を断って圧電
振動子５を充電すると、圧電振動子５が圧力発生室側に
たわみ変位し、圧力発生室２を収縮させる。この過程で
圧力発生室２のインクを加圧して連通孔８、１２を介し
てノズル開口１３からインク滴として吐出させる。
【００１３】図２は、上述した記録ヘッドの圧電振動子
５をたわみ変位させてインク滴の速度に変化を来すこと
無く、インク量を減少させる駆動信号の一実施例を示す
ものであって、駆動信号は、メニスカスを圧力発生室２
に最大限引き込む第１の膨張工程と、インク滴吐出の
タイミングを調整する第１のホールド工程と、インク
滴を吐出させるために圧力発生室２を第１のホールド電
圧まで収縮させる第１の収縮工程と、インク滴吐出後
に生じたメニスカスの大きな振動の減衰タイミングを調
整する第２のホールド工程と、圧電振動子５を中間電
位ＶMまで放電させて第１の膨張工程の膨張量よりも小
さい膨張を行わせる第２の膨張工程と、メニスカスの
振動を平定させる第３のホールド工程と、インク滴を
吐出させることなく圧力発生室２の膨張量を次のインク
量に対応させる第２の収縮工程と、この収縮量を維持
する第４のホールド工程を実現するように構成されて
いる。
【００１４】予め所定電位ＶH1に充電されている圧電振
動子５の電荷をホストからの印字信号に同期して放電さ
せて第１の膨張工程を実行すると、圧力発生室２は第
１のホールド電圧ＶH1とゼロ電位との電位差相当分だけ
膨張するから、ノズル開口１３のメニスカスが大きく引
き込まれる。
【００１５】メニスカスは、圧力発生室側に引き込まれ
ると、自己共振周波数で運動を開始し、圧力発生室２に
最も接近した時点で移動方向を反転してノズル開口１３
に向かう。
【００１６】所定時間のホールド工程を経てメニスカ
スが反転してノズル開口側に向かう前後の時期に、圧電
振動子５を急速に充電して第１の収縮工程を実行す
る。これにより圧力発生室２は、ホールド電圧ＶHと零
電位との電位差相当分だけ急激に収縮し、インクが加圧
されてメニスカスが現在の位置からノズル開口側に押さ
れてノズル開口１３からインク滴として吐出する。
【００１７】インク滴を構成するインク量は、メニスカ
スの先端からノズル開口先端までの距離ｄに反比例する
から、ホールド電圧ＶH1を調整すること、つまり圧力発
生室２の事前の収縮量を規定することによりインク滴の
インク量が減少する。一方、インク滴吐出時の圧電振動
子５の収縮量はホールド電圧とゼロ電位とで規定されて
一定であるから、飛行速度はインク量に関わりなくほぼ
一定に維持される。
【００１８】インク滴の吐出が終了して圧力発生室２の
収縮量が最大となった段階で、インク滴吐出後に生じた
メニスカスの大きな振動を平定するのに適した時間の経
過をホールド状態で待ち、圧力発生室２のわずかな収
縮によってはインク滴を吐出しない状態となった段階
で、圧力発生室２を規定量収縮させる。すなわち第２の
放電パルスを出力して圧電振動子５の電圧を中間電位Ｖ
Mまで降下させる。
【００１９】このようにしてメニスカスの振動が圧力発
生室２のわずかな収縮によってはメニスカスがノズル開
口から突出しない程度まで平定された時点で、第２の収
縮工程を実行し、この状態を次の印字タイミングまで
維持する。すなわち、圧電振動子５を中間電位ＶMか
らインク滴のインク量を規定するの適したホールド電圧
ＶH1まで充電する。
【００２０】以後、上述の工程乃至を１印字タイミ
ング毎に実行することにより、飛行速度が一定なインク
量の少ないインク滴を吐出することができる。
【００２１】図３、及び図４は、上述した第１乃至第８
の工程を実行する駆動回路、及び信号の一実施例を示す
ものであって、図中符号２１は、入力端子３１からの第
１の充電パルス（図４（ロ））により第１の収縮工程
を実行する電圧上昇率αの信号を生成する第１電圧上昇
率決定回路であり、また符号２２は、入力端子３２から
の第２の充電パルス（図４（ハ））により電圧上昇率β
の第２の収縮工程を実行する信号を生成する第２電圧
上昇率決定回路である。
【００２２】２３は、入力端子３３からの第１の放電パ
ルス（図４（ニ））により電圧降下率γの第１の膨張工
程を実行する信号を生成する第１電圧降下率決定回路
であり、また符号２４は、入力端子３４からの第２の放
電パルス（図４（ホ））により電圧降下率θで中間電位
ＶMに降下させる第５の工程を実行する信号を生成す
る第２電圧降下率決定回路である。
【００２３】これら回路２１〜２４と、充放電用コンデ
ンサ２５、２６により決まる電圧上昇率α、β、電圧降
下率γ、θの信号は電流増幅回路２７に増幅されて端子
２８から記録ヘッドの圧電振動子５に供給される。
【００２４】本発明は、上述の駆動方法における休止期
間、つまり工程におけるメニスカスのノズル開口に向
かう運動を、第１の膨張工程により動的に制御して、
微小インク滴による高速印刷を可能ならしめるものであ
る。
【００２５】すなわち、上述の実施例においてはインク
滴吐出後のメニスカスがノズル開口との摩擦等により自
然に平定されるのを待って、第２の収縮を開始してい
るが、メニスカスがノズル開口内に位置している状態、
つまりノズル開口から突出してない状態では、圧力発生
室の膨張による引き込み作用がメニスカス全体に及ぶた
め、次のインク滴の大きな引き込み工程を期間Ａに開
始すると、メニスカスをノズル開口から突出させること
なく、以後のインク滴吐出のための第２乃至第８工程
乃を実行することが可能となる。
【００２６】図５は本発明の一実施例を示すものであっ
て、図５（イ）は、前述の期間Ａに次の印刷の第１の工
程を開始したもので、前述の駆動方法に比較して２倍
の駆動周波数、例えば１４．４ｋＨｚで駆動することが
できる。
【００２７】このようにメニスカスの自然な平定を待つ
ことなく、インク滴吐出後のメニスカスの先端がノズル
開口から突出しない期間Ａ（図２）に圧力発生室２を急
激に膨張せてメニスカスを圧力発生室２に引き込むと、
工程により圧力発生室２が若干収縮してもインク滴の
吐出特性に変化を誘起させることなく、前述と同様にメ
ニスカスの先端とノズル開口１３までの距離ｄによりイ
ンク滴のインク量を減少させ、かつ加圧力を一定として
一定の飛行速度を維持する。
【００２８】図６は、上述の駆動方法によるメニスカス
の変位を示すもので、印刷のためのインク滴吐出前のメ
ニスカスのノズル開口１３からの突出量（図中ハッチン
グで示す領域）は、インク滴に飛行曲がりを生じさせな
い程度に抑制されている。
【００２９】また図５（ロ）は、第６の工程’を１印
刷周期分を延長して休止工程を設定したもの、つまり
７．２ｋＨｚで駆動したもので、前述の駆動方法と同様
にメニスカスの自然な平定を待って次の印刷工程を開始
し、メニスカスを所定量引き込んでインク量を減少さ
せ、かつ加圧力を一定として一定の飛行速度を維持する
ものである。
【００３０】図７は、上述の駆動方法によるメニスカス
の変位を示すもので、図２の駆動原理を踏襲することに
なるから、印刷のためのインク滴吐出前のメニスカスの
ノズル開口からの突出量は、インク滴に飛行曲がりを生
じさせない程度に抑制されている。
【００３１】、図５（ハ）は、２印刷期間以上の休止工
程を設けたもので、この実施例では４．８ｋＨｚ以下で
駆動周波数に対処するためのもので、休止工程は第６の
工程’を１印刷周期分だけとし、第６の工程’の終
了後に印字信号の入力の有無に関わりなく、第２の充電
工程を実行して、引き続く工程’の継続時間を調整
していかなるタイミングの印字信号にも対応するもので
ある。
【００３２】この実施例によれば、印刷終了後に２印刷
周期以上が経過しているため、メニスカスが圧力発生室
側に自然に大きく後退するから、微小なインク滴を吐出
できる。
【００３３】図８は、上述の駆動方法によるメニスカス
の変位を示すもので、印刷のためのインク滴吐出前のメ
ニスカスのノズル開口からの突出量は、当然にインク滴
に飛行曲がりは生じさせない程度に抑制されている。
【００３４】連続的にドットを形成する場合には印字動
作が終了したか否かを判定し、印字が継続される場合に
は（図９ ステップ（イ））、当該タイミングでの印字
データの有無と、次のタイミングでの印字データの有無
とを判定し（図９ ステップ（ロ）、（ハ））、２つの
タイミングでドットを形成する場合には図５（イ）の駆
動信号を印加する。また次回の印刷データが存在しない
場合には（図９ ステップ（ハ））図５（ハ）に示す駆
動信号を出力して第２の収縮状態で待機する（図９ ス
テップ（ホ））
【００３５】一方、当該タイミングでの印字データが無
く（図９ ステップ（ロ））、前回のタイミングではイ
ンク滴を吐出した場合（図９ ステップ（ヘ））、つま
り１ドットおきに形成している場合には図５（ロ）の駆
動信号を出力して第２の収縮状態を維持する（図９ ス
テップ（ト））。
【００３６】印刷が継続されるものの、当該タイミング
での印字データが無く（図９ ステップ（ロ））、前回
のタイミングでもインク滴を吐出しなかった場合（図９
ステップ（ホ））には、つまり２ドット以上空けてド
ットを形成する場合には図５（ハ）に示す駆動信号、つ
まり第２の収縮状態で待機する（図９ ステップ
（チ））。
【００３７】これらの判断を図５におけるタイミングＴ
１で、マイクロコンピュータ等によりホストからの印字
信号の種類に基づいて実行する。
【００３８】なお、上述の実施例においては、アクチュ
エータとしてたわみ変位する圧電振動子を用いたインク
ジェット式記録ヘッドに適用した場合について説明した
が、縦振動モードの圧電振動子をアクチュエータに用い
た記録ヘッドに適用しても同様の作用を奏することは明
らかである。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
ノズル開口とリザーバに連通する圧力発生室を備え、圧
力発生室を圧電振動子により膨張、収縮させてノズル開
口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッ
ドと、圧力発生室を膨張させる第１の膨張工程と、ノズ
ル開口からインク滴が吐出するように圧力発生室を収縮
させる第１の収縮工程と、第１の膨張工程での容積変化
よりも少なく膨張させる第２の膨張工程と、圧力発生室
をインク滴を吐出させない程度で、かつ次回のインク量
を調整する程度に収縮させる第２の収縮工程とを圧電振
動子に実行させる駆動信号を１印刷周期毎に出力する第
１のモードと、第２の膨張工程と第２の収縮工程との間
の時間を１印刷周期分延長した駆動信号を出力する第２
のモードとを外部からの印字信号を判定して実行するよ
うにしたので、インク滴の速度に低下を来すこと無く、
メニスカスの引き込み量によりインク量を減少させつ
つ、インク滴吐出後のノズル開口側に向かうメニスカス
を、次の印刷工程の圧力発生室の膨張により強制的に圧
力発生室に引き込んでノズル開口からの突出を強制的に
抑制して、高速駆動を可能ならしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が対象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】図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動子に印
加する駆動信号の一実施例と、これによるメニスカスの
運動を示す図である。
【図３】同上駆動方法を実現する駆動回路の一実施例を
示す図である。
【図４】図（イ）乃至（ホ）は、それぞれ同上駆動回路
に入力する信号を、また図（ヘ）は圧電振動子に印加さ
れる駆動電圧の一実施例を示す線図である。
【図５】図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ本発明のイン
クジェット式記録装置の一実施例を駆動信号により示す
線図である。
【図６】図５（イ）による駆動時のメニスカスの変位を
示す線図である。
【図７】図５（ロ）による駆動時のメニスカスの変位を
示す線図である。
【図８】図５（ハ）による駆動時のメニスカスの変位を
示す線図である。
【図９】図５に示す各信号を発生させる判断動作を示す
フローチャートである。
【符号の説明】
１ スペーサ ２ 圧力発生室 ３ 弾性板 ５ 圧電振動子 ７ インク供給口形成基板 １１ リザーバ １３ ノズル開口 ２１ 第１電圧上昇率決定回路 ２２ 第２電圧上昇率決定回路 ２３ 第１電圧降下率決定回路 ２４ 第２電圧降下率決定回路 ２５ 電流増幅回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ノズル開口とリザーバに連通する圧力発
    生室を備え、前記圧力発生室を圧電振動子により膨張、
    収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させるイ
    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の膨張工程と、前記ノ
    ズル開口からインク滴が吐出するように前記圧力発生室
    を収縮させる第１の収縮工程と、第１の膨張工程での容
    積変化よりも少なく膨張させる第２の膨張工程と、前記
    圧力発生室をインク滴を吐出させない程度で、かつ次回
    のインク量を調整する程度に収縮させる第２の収縮工程
    とを前記圧電振動子に実行させる駆動信号を１印刷周期
    毎に出力する第１のモードと、第２の膨張工程と第２の
    収縮工程との間の時間を１印刷周期分延長した駆動信号
    を出力する第２のモードとを、 外部からの印字信号を判定して実行するインクジェット
    式記録装置。
  2. 【請求項２】 第２の膨張工程と第２の収縮工程との間
    の時間を１印刷周期分延長し、以後第２の収縮工程の終
    了状態で印字信号の入力を待つ第３のモードとを、外部
    からの印字信号を判定して実行する請求項１に記載のイ
    ンクジェット式記録装置。
  3. 【請求項３】 第１のモード、第２のモード、及び第３
    のモードは、当該ノズル開口からインク滴の吐出の履
    歴、及びインク滴の吐出予定により切り替えられる請求
    項１に記載のインクジェット式記録装置。
  4. 【請求項４】 当該インク滴の吐出に関る第２の収縮工
    程、及び次回のインク滴の吐出のための第１の膨張工程
    を、前回のインク滴吐出によるメニスカスの変位がノズ
    ル開口に向かい、かつノズル開口から吐出しない時期に
    実行する請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
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