WO1998047711A1 - Dispositif d'enregistrement du type jet d'encre - Google Patents

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WO1998047711A1
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Toshiki Usui
Takahiro Katakura
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Seiko Epson Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a recording apparatus using an ink jet recording head using a piezoelectric vibrator as an actuator for pressurizing a pressure generating chamber, and more particularly to a driving technique of an ink jet recording head.
  • This part is composed of an elastic plate, and the pressure generating chamber communicating with the nozzle opening is expanded and contracted by the piezoelectric vibrator to fill the pressure generating chamber with ink and pressurize the ink in the pressure generating chamber.
  • Ink jet recording heads which eject ink droplets from the nozzle openings, alternately laminate piezoelectric materials and conductive layers as piezoelectric vibrators, and use a longitudinal vibration mode piezoelectric vibrator that extends in the axial direction.
  • a flexural displacement type piezoelectric vibrator provided on the surface of the elastic plate and flexibly displaced is used.
  • a piezoelectric vibrator having a longitudinal vibration mode has high rigidity and can be driven at high speed, but requires a three-dimensional assembly to the elastic plate, which has the problem of complicating the manufacturing process. I have.
  • the ink jet recording head using the flexural displacement type piezoelectric vibrator can attach a green sheet made of a piezoelectric material or can be directly formed on the surface of an elastic plate by a film forming method.
  • a large displacement area is required as compared with the case where a vertical vibrating piezoelectric vibrator is used. Because of this, the pressure Since the volume of the generating chamber is large and the amount of ink droplets to be ejected is also large, there is an inconvenience that it is difficult to form small-sized dots as in graphic printing.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to form an ink droplet by a recording head using a piezoelectric vibrator as a driving source without lowering the flying speed of the ink droplet. It is an object of the present invention to provide an ink jet recording apparatus capable of forming a dot suitable for graphic printing by minimizing the amount of ink to be used. Disclosure of the invention
  • the present invention provides an ink jet recording head comprising a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening and a reservoir, wherein the pressure generating chamber is expanded and contracted by a piezoelectric vibrator to discharge an ink droplet from the nozzle opening.
  • a first expansion step of expanding the pressure generation chamber a first contraction step of contracting the pressure generation chamber so that ink droplets are ejected from the nozzle openings, and a volume change smaller than the volume change in the first expansion step.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ink jet type recording head to which the present invention is applied.
  • FIGS. 2 (A) and 2 (B) show one embodiment of a driving signal for driving the recording head, respectively. It is a figure which shows an example and the motion of the meniscus by this.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing one embodiment of a drive circuit
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing timings of signals input to the drive circuit.
  • FIGS. 5 (A) and (B) are diagrams respectively showing a drive signal for adjusting the first hold voltage with time and a corresponding meniscus motion.
  • FIGS. 6 (A) and 6 (B) are diagrams respectively showing a drive signal for adjusting the first hold voltage by a voltage gradient and a corresponding meniscus motion.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ratio of the first hold voltage VH to the second hold voltage and the ink weight of the ink droplet.
  • FIGS. 8 (A) and (B) are waveform diagrams showing another embodiment for controlling the first hold voltage, respectively.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an ink jet recording head used in the present invention.
  • reference numeral 1 denotes a spacer, which is a zirconia having a thickness of about 150 ⁇ . (Z r 0 2) ceramic plate such as a pressure generating chamber
  • a lower electrode 4 is formed on the surface of the elastic plate 3, and a piezoelectric vibrator 5 that flexes and displaces independently for each pressure generating chamber is fixed to the lower electrode 4.
  • the piezoelectric vibrator 5 is formed by attaching a green sheet made of a piezoelectric material, or by sputtering a piezoelectric material.
  • An upper electrode 6 for driving the piezoelectric vibrator 5 independently for each pressure generating chamber is formed on the surface of the piezoelectric vibrator 5 so as to form dots corresponding to print data.
  • the other surface of the spacer 1 is sealed by an ink supply port forming substrate 7 made of a thin sheet of zirconia having a thickness of 150 ⁇ m.
  • the ink supply port forming substrate 7 has a nozzle communication hole 8 for connecting the nozzle opening 13 of the nozzle plate 14 with the pressure generating chamber 2, and an ink supply for connecting a reservoir 11 and a pressure generating chamber 2 described later.
  • the mouth 9 is drilled.
  • Reference numeral 10 denotes a reservoir forming substrate, which receives ink from an external ink tank and generates pressure on a corrosion-resistant plate material such as stainless steel of 150 ⁇ m, which is suitable for forming an ink flow path.
  • a reservoir 11 for supplying ink to the chamber 2 and a nozzle communication hole 12 connecting the pressure generating chamber 2 and the nozzle opening 13 are formed.
  • a nozzle plate 14 having nozzle openings 13 formed at the same arrangement pitch as the pressure generating chamber 2 is sealed on the opening surface side of the reservoir forming substrate 10.
  • Reference numerals 15 and 16 in the figure denote adhesive layers.
  • the piezoelectric vibrator 5 bends and displaces toward the pressure generating chamber, and contracts the pressure generating chamber 2. In this process, the ink in the pressure generating chamber 2 is pressurized, and ink droplets are ejected from the nozzle openings 13 through the communication holes 8 and 12.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a drive signal suitable for ejecting ink droplets having a smaller ink amount than the ink droplets normally ejected by the deflection displacement of the piezoelectric vibrator 5 by the recording head described above.
  • the drive signal includes: a first hold process ⁇ ⁇ in which the pressure generating chamber 2 is kept in the most contracted state; and a first discharge process ⁇ ⁇ in which the meniscus is drawn into the pressure generating chamber 2 to the maximum.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a drive circuit for generating a drive signal according to the first embodiment.
  • Reference numerals 21, 22, 23, 24 in the figure denote control means 4 to be described later.
  • Reference numeral 1 denotes a first discharge pulse having a time width T1 for controlling the first discharge process
  • input terminal 22 has a second discharge pulse having a time width T5 for controlling the second discharge process.
  • the input terminal 23 has a first charging pulse of a time width T3 for controlling the first charging process ⁇ ⁇
  • the input terminal 24 has a time width T7 for controlling the second charging process ⁇ of the second charging process T7. Each pulse is input.
  • the first charging pulse input to the input terminal 23 is input to the base of the NPN transistor 32, and when the NPN transistor 32 is turned on, a constant current circuit composed of the PNP transistors 33 and 34 and the resistor 35. 36 is activated, and the capacitor 31 is charged from the zero potential to the second hold voltage with a constant current I rb suitable for discharging ink droplets.
  • the second charging pulse input to the input terminal 24 is input to the base of the NPN transistor 26, and when the NPN transistor 26 conducts, the constant current circuit 30 configured by the PNP transistors 27 and 28 and the resistor 29 Is activated, and the capacitor 31 is charged from the intermediate potential VM to the first hold voltage VH with a constant current Ira such that ink droplets are not ejected from the nozzle opening 13.
  • the first discharge pulse input to the input terminal 21 is generated by discharging the charge of the capacitor 31 with a constant current I fa by a constant current circuit 40 including NPN transistors 37 and 38 and a resistor 39. To the pressure generating chamber side.
  • the second discharge pulse input to the input terminal 22 is supplied by a constant current circuit 44 composed of NPN transistors 41 and 42 and a resistor 43 to charge the capacitor 31 with a constant current I fb from the hold voltage to the intermediate potential VM. To discharge.
  • the capacitance of the capacitor 31 is CO.
  • the NPN transistors indicated by reference numerals 45 and 46 in the figure constitute a current amplifier.
  • the control means 48 When the print signal is output from the host, the control means 48 outputs a first discharge pulse to discharge the electric charge of the piezoelectric vibrator 5. As a result, the pressure generating chamber 2 expands by an amount corresponding to the potential difference between the first hold voltage VH1 and the zero potential, and the meniscus of the nozzle opening 13 is drawn into the pressure generating chamber 2 largely. When the meniscus is drawn into the pressure generating chamber, it starts to move at the self-resonant frequency, and reverses its moving direction when approaching the pressure generating chamber 2 to the nozzle opening 13.
  • the control means 48 Before and after the oscillation of the meniscus is inverted, the control means 48 outputs the first charging pulse to rapidly charge the piezoelectric vibrator 5, and sets the pressure generating chamber 2 to the second hold voltage VH2 and the zero potential. Is rapidly reduced by an amount corresponding to the potential difference of As a result, the ink in the pressure generating chamber 2 is pressurized, and the meniscus is pushed from the current position to the nozzle opening side and is ejected from the nozzle opening 13 as ink droplets.
  • the amount of ink that constitutes an ink droplet is inversely proportional to the distance d from the tip force of the meniscus to the tip of the nozzle opening 13, and therefore depends on the first hold voltage VH1.
  • the control circuit 48 When the discharge of the ink droplet ends and the charging voltage of the piezoelectric vibrator 5 reaches the second hold voltage VH2, and a time suitable for leveling out the large vibration of the meniscus generated after the discharge of the ink droplet has elapsed,
  • the control circuit 48 outputs a second discharge pulse to lower the voltage of the piezoelectric vibrator 5 to the intermediate potential VM.
  • the ink of the reservoir 11 flows into the pressure generating chamber 2 from the ink supply port 9, and the ink consumed by discharging the ink droplets is replenished to the pressure generating chamber 2, and at the same time, the meniscus is discharged. It protrudes from the nozzle opening to the extent that it does not eject droplets.
  • control means 48 After the meniscus vibration is equalized in this way, the control means 48 outputs a second charging pulse to charge the piezoelectric vibrator 5 from the intermediate potential VM to the first hold voltage VH1.
  • the second charge signal is output to generate pressure. Since the chamber 2 is contracted, the voltage of the piezoelectric vibrator 5 is raised from the intermediate potential VM to the first hold voltage VH1 without ejecting ink droplets from the nozzle openings 13 and suitable for ejecting ink droplets.
  • the meniscus can be leveled at the position.
  • the piezoelectric vibrator 5 was charged to the first hold voltage VH1. Thereafter, by executing the above-described steps (1) to (4), a small amount of ink droplets can be ejected.
  • the amount of ink constituting the ink droplet changes depending on the distances d1, d2, and d3 between the tip of the meniscus and the nozzle opening 13 at the time when the pressure generating chamber 2 starts to rapidly contract, and
  • the distances d1, d2, and d3 are also governed by the potential difference (a, b, c in FIG. 5) between the first hold voltage VH1 and the intermediate potential VM due to the second charging step ⁇ .
  • the hold voltage VH1 it is possible to adjust the ink amount of the ink droplet, that is, the size of the dot formed on the print medium. Therefore, the size of the dot formed on the print medium can be adjusted by the time width T 7 of the second charging pulse. Further, as shown in FIG.
  • the first hold voltage VHl is adjusted by the voltage gradients ⁇ , ⁇ , ⁇ of the second charging step 8 applied after the second hold step ⁇ ⁇ for leveling the meniscus. Since the potential difference in the second charging step ⁇ ⁇ also changes, the size of the dot formed on the print medium by changing the distance d1, d2, d3 between the tip of the meniscus and the nozzle opening 13 Can be adjusted.
  • the ratio of the maximum potential that is, the ratio of the first hold voltage VH1 to the second hold voltage VH2
  • the amount of meniscus drawn into the pressure generating chamber 2 increases. It maintains a substantially linear relationship with the amount of ink in the droplet.
  • the first hold voltage VH1 is controlled by adjusting the pulse width T7 of the second charging pulse and the voltage gradient in the second charging step. Therefore, regardless of the driving frequency, the ink amount of the ink droplet can be adjusted while maintaining the reduction ratio.
  • the pulse width of the second charging pulse 7 or the voltage gradient in the second charging step is set to the temperature.
  • the charging is performed continuously from the intermediate potential to the first hold voltage V HI, but as shown in FIG. delay the set two levels of T 2 ', 2', or raised binary digits are also If not set to a small electrostatic pressure gradient alpha than the ink droplet ejection when the voltage gradient alpha ', unnecessarily meniscus It is possible to charge the piezoelectric vibrator 5 to the first hold voltage VH1 without making a large movement.
  • the pressure generation chamber is expanded in the first expansion step to secure a large amount of expansion of the pressure generation chamber. Increases the distance that the meniscus can be pulled in before ejecting the ink droplets, so that the ink amount of the ink droplets can be adjusted over a wide range without causing a large fluctuation in the ink droplet speed.
  • the print quality can be maintained by controlling the ink amount, which tends to fluctuate due to changes in the external environment, to a constant value.

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Description

明 細 書 インクジュット式記録装置 技術分野
本発明は、 圧力発生室を加圧するァクチユエータに圧電振動子を使用 したインクジェッ ト記録ヘッドを用いた記録装置、 より詳細にはインク ジエツ ト式記録へッドの駆動技術に関する。 背景技術
—部が弾性板により構成され、 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塡、 圧 力発生室のインクの加圧を行なってノズル開口からィンク滴を吐出させ るィンクジエツト式記録へッドは、 その圧鼋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て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。
縦振動モードを有する圧電振動子は、 剛性が大きく、 高速駆動が可能 である反面、 弾性板に対して 3次元的な組み付けを必要とするため、 製 造工程が複雑化するという問題を抱えている。
これに対して後者のたわみ変位型圧電振動子を使用したィンクジェッ ト式記録ヘッドは、 圧電材料からなるグリーンンシートを貼付したり、 膜形成法により弾性板の表面に直接作り付けることができるため、 製造 工程の簡素化を図ることができるものの、 縦振動モー の圧電振動子を 使用したものに比較して大きな変位面積を必要とする。 このため、 圧力 発生室の容積が大きくなり、 吐出するインク滴のインク量も多くなるた め、 グラフック印刷等のように微小なサイズのドット形成が困難である という不都合を抱えている。
このような問題を解消するために、 たわみ変位型圧電振動子の変位を 小さく して、 インク量を少なくすることも考えられるが、 吐出圧も低下 してィンク滴の速度が低下する。 このため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可及的 に少なく して、 グラフィック印刷に適したドッ トを形成するこ ができ るインクジ: I ット式記録装置を提供することである。 発明の開示
本発明は、 ノズル開口とリザーパ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ィ ンク滴を吐出させるィンクジエツト式記録へッドと、 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 室を収縮させる第 2の収縮工程とを実行する駆動信号を前記圧電振動子 に出力する駆動手段を備え、 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ィ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: C圧力発生室を 膨張させることにより、 インク滴の吐出速度を低下させることなく、 ィ ンク量の少ないィンク滴を吐出させることができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明が対象するインクジエツト式記録へッドのー実施例 を示す断面図であり、 第 2図 （A) ( B ) は、 それぞれ同上記録ヘッド を駆動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。
第 3図は、 駆動回路の一実施例を示す回路図であり、 第 4図は、 同上 駆動回路に入力する信号のタイミングを示す波形図である。
第 5図 （A) 、 （B ) は、 それぞれ第 1のホールド電圧を時間により 調整する駆動信号と、 これに対応するメニスカスの運動を示す線図であ る。
第 6図 （A) 、 ( B ) は、 それぞれ第 1のホールド電圧を電圧勾配に より調整する駆動信号と、 これに対応するメニスカスの運動を示す線図 である。
第 7図は、 第 2のホールド電圧に対する第 1のホールド電圧 VHとの 比率と、 インク滴のインク重量との関係を示す線図である。
第 8図 （A) 、 ( B ) は、 それぞれ第 1のホールド電圧を制御するた めの他の実施例を示す波形図である。 発明を実施するための最良の形態
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。 第 1図は、 本発明に使用するインクジエツト式記録へッドのー実施例 を示すものであって、 図中符号 1は、 スぺーサで、 1 5 0 μ πι程度の厚 みを持つジルコニァ （Z r 0 2) などのセラミックス板 、 圧力発生室
2となる通孔を形成して構成されている。 スぺーサ 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 1 0 μ mのジルコニァの 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。
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。
スぺーサ 1の他方の面は、 厚さ 1 5 0 μ mのジルコニァの薄板からな るィンク供給口形成基板 7により封止されている。 ィンク供給口形成基 板 7は、 ノズルプレート 1 4のノズル開口 1 3.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 1 1 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。
1 0は、 リザーパ形成基板で、 インク流路を構成するに適した例えば 1 5 0 μ mのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、 外部のィンク 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 ーパ 1 1と、 圧力発生室 2とノズル開口 1 3とを接続するノズル連通孔 1 2とが形成されている。 リザ一パ形成基板 1 0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 1 3が形成されたノズルプレ ート 1 4により封止されている。 なお、 図中符号 1 5、 1 6は接着材層 を示す。
このように構成されたインクジエツ ト式記録へッドは、 インク滴を吐 出させるべきノズル開口 1 3に連通する圧力発生室 2の 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、 これにより圧 力発生室 2が膨張し、 メニスカスが圧力発生室側に引き込まれる。
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のインクが加圧され、 連通孔 8、 1 2を介して ノズル開口 1 3からィンク滴が吐出する。
第 2図は、 上述した記録へッドにより圧電振動子 5のたわみ変位によ り通常に吐出されるインク滴よりもインク量の少ないインク滴を吐出さ せるの適した駆動信号の一実施例を示すものであって、 駆動信号は、 圧 力発生室 2が最も収縮した状態を保持した第 1のホールドエ程①と、 メ ニスカスを圧力発生室 2に最大限引き込む第 1の放電工程②と、 インク 滴吐出のタイミングを調整する第 2のホールド工程③と、 ィンク滴を吐 出させるために圧力発生室 2を第 2のホールド電圧まで収縮させる第 1 の充電工程④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 3のホールド工程⑤と、 圧電振動子 5を中間 電位まで放電させて第 1の放電工程による圧力発生室 2の膨張量よりも 小さい膨張を行わせる第 2の放電工程⑥と、 メニスカスの振動を平定さ せる第 4のホールド工程⑦と、 インク滴を吐出させることなく圧電振動 子 5を第 1ホールド電圧に設定する第 2の充電工程⑧とを実現するよう に電圧や勾配が設定されている。
第 3図は、 同上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 2 1、 2 2、 2 3、 2 4は、 それぞれ後述する制御手段 4
8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、 第 4図に 示す周期 T 0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 2
1には第 1の放電工程②を制御する時間幅 T 1の第 1の放電パルス、 入 力端子 2 2には第 2の放電工程⑥を制御する時間幅 T 5の第 2の放電パ ルス、 入力端子 23には第 1の充電工程④を制御する時間幅 T 3の第 1 の充電パルス、 入力端子 24には第 2の充電工程⑧を制御する時間幅 T 7の第 2の充電パルスがそれぞれ入力する。
入力端子 23に入力する第 1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 3 5により構成された定電流 回路 36が作動し、 零電位から第 2ホールド電圧までコンデンサ 31を インク滴を吐出させるの適した一定電流 I rbで充電させる。
入力端子 24に入力する第 2の充電パルスは、 NPN型トランジスタ 26のベースに入力しており、 NPN型トランジスタ 26が導通すると、 PNP型トランジスタ 27、 28及び抵抗 29により構成された定電流 回路 30が作動して、 ノズル開口 13からインク滴を吐出させない程度 の一定鼋流 Iraでコンデンサ 3 1を中間電位 VMから第 1ホールド電圧 VHまで充電させる。
—方、 入力端子 21に入力する第 1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 3 1の電荷を一定電流 I faで放電させてメニスカスを圧力発生室側 に大きく引き込む。
また入力端子 22に入力する第 2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 3 1の電荷をホールド電圧から中間電位 VMまで一定電流 I fbで放電 させる。
トランジスタ 28のベース一ェミッタ間電圧を Vbe 28、 抵抗 29の 抵抗値を Rraとすると、 充電電流 Iraは、 I ra= Vb e 28/ Rraとなり、 またコンデンサ 3 1の容量を COとすると、 第 1の充電霉圧 VHまで電圧 が立ち上がるに要する時間 Traは、 Tra=C0X VH/ Iraとなる。 また、 定電流回路 36についても同様であり、 充電電流 Irbは、 Irb=Vbe3 4ノ Rrbとなり、 電圧 Δ V分を充電するに要する時間 Trbは Trb=C0X 厶 V/ I rbとなる。
—方、 放電電流に関しては、 定電流回路 40のトランジスタ 38のべ —スーエミッタ間電圧を Vbe 38、 抵抗 3 9の抵抗値を Rfaとすると、 Ifa=Vbe38/Rfaとなり、 電圧 Δ V分降下する要する時間 Tfaは、 Tfa= C0X Δ V/ I faとなり、
同様に、 定電流回路 44による放電電流 Ifbは、 I fb=Vbe42ZRfb となり、 立ち下がり時間 Tfbは、 Tfb=C0X VH/ I fbとなる。 なお、 図中符号 45、 46により示す NPN型トランジタは電流増幅器を構成 している。
次にこのように構成した装置の動作を説明する。
ホス トから印字信号が出力すると、 制御手段 48は第 1の放電パルス を出力して圧電振動子 5の電荷を放電させる。 これにより圧力発生室 2 が第 1のホールド電圧 VH1とゼロ電位との電位差相当分だけ圧力発生室 2が膨張してノズル開口 1 3のメニスカスを圧力発生室 2に大きく引き 込む。 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に向力 う。
メニスカスの振動が反転する前後に制御手段 48は、 第 1の充電パル スを出力して圧電振動子 5を急速に充電し、 圧力発生室 2を第 2のホ一 ルド電圧 VH2と零電位との電位差相当分だけ急激に収縮させる。 これ により圧力発生室 2のインクが加圧され、 メニスカスは現在の位置から ノズル開口側に押されてノズル開口 1 3からインク滴として吐出する。 インク滴を構成するインク量は、 メニスカスの先端力 らノズル開口 1 3の先端までの距離 dに反比例するから、 第 1のホールド電圧 VH1によ り圧力発生室 2の事前の収縮量を規定して、 この収縮状態から圧力発生 室 2を急激に膨張させることにより、 メニスカスの引き込み量を前記収 縮量を調整することになり、 結果としてインク滴のインク量が減少する ように調整できる。
ィンク滴の吐出が終了して圧電振動子 5の充電電圧が第 2のホールド 電圧 VH2に到達し、 ィ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が経過した時点で、 制御回路 4 8は第 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 VMまで降下させる。 また、 ィンク供給口 9からリザーパ 1 1のィンクが圧力発生室 2に流 れ込んで、 インク滴吐出により消費された分のインクが圧力発生室 2に 補充され、 これに併行してメニスカスがインク滴を吐出しない程度にノ ズル開口から突出する。
このようにしてメニスカスの振動が平定された後、 制御手段 4 8は第 2の充電パルスを出力して圧電振動子 5を中間電位 VMから第 1のホー ルド電圧 VH1まで充電する。
このようにィンク滴吐出後のメニスカスの振動が平定された状態、 す なわちメニスカスの残留振動が、 2回目のノズル開口側に反転した時点 以降に、 第 2の充電信号を出力して圧力発生室 2を収縮させるから、 ノ ズル開口 1 3からインク滴を吐出させることなく、 圧電振動子 5の電圧 を中間電位 VMから第 1のホールド電圧 VH1に上昇させて、 インク滴吐 出に適した位置にメニスカスを平定することができる。
これに対して、 メニスカスがノズル開口 1 3から突出している状態で、 第 2の放電パルスを出力すると、 メニスカスを押し出すことになり、 ノ ズルプレート 1 4をィンクで濡らしてィンク滴の飛行曲がりを招いたり、 インクミストを誘発する等の不都合が生じる。
このようにして第 1のホールド電圧 VH1まで圧電振動子 5を充電した 後、 前述の工程②〜⑧を実行することにより、 少ない量のインク滴を吐 出させることができる。
前述したようにインク滴を構成するインク量は、 圧力発生室 2の急速 な収縮開始時点におけるメニスカス先端とノズル開口 1 3との距離 d 1、 d 2、 d 3に依存して変化し、 かつ距離 d 1、 d 2、 d 3は第 2の充電 工程⑧による第 1のホールド電圧 VH1と中間電位 VMとの電位差 （第 5 図の a、 b、 c ) にも支配されるから、 第 1のホールド電圧 VH1により インク滴のインク量、 つまり印刷媒体に形成されるドッ トのサイズを調 整することが可能となる。 したがって、 第 2の充電パルスの時間幅 T 7 により印刷媒体に形成されるドットのサイズを調整することができる。 また、 第 6図に示したようにメニスカスを平定する第 2のホールドエ 程⑦の後に印加する第 2の充電工程⑧の電圧の勾配 α、 β、 γによって 第 1のホールド電圧 VHlを調整しても、 やはり第 2の充電工程②での電 位差が変化するから、 メニスカス先端とノズル開口 1 3との距離 d 1、 d 2、 d 3が変化して印刷媒体に形成されるドットのサイズを調整する ことができる。
第 7図に示したように最高電位、 つまり第 2のホールド電圧 VH2に対 する第 1のホールド電圧 VH1との比率が大きくなるほど、 メニスカスの 圧力発生室 2への引き込み量が大きくなり、 しかもインク滴のインク量 と略直線関係を維持している。
そして、 第 2のホーノレド電圧 VH2に対する第 1のホールド電圧 VH1と の比率に対するインク滴のインク量の関係は、 駆動周波数 7 . 2 k H z (図中符号 A) 、 3 . 6 k H z (符号 B ) で駆動したときにも維持され ている。
したがって、 第 2の充電パルスのパルス幅 T 7や、 また第 2の充電工 程での電圧勾配を調整して第 1のホールド電圧 VH1を制御することによ り、 駆動周波数に関りなく、 減少比率を保持しながらインク滴のインク 量を調整することができる。
なお、 上述の説明においては、 インク滴のインク量を積極的に調整す る場合について説明したが、 第 2の充電パルスのパルス幅丁 7、 または 第 2の充電工程での電圧勾配を温度に対応して調整することにより、 温 度によるィンク粘度の変化に起因するインク滴のインク量を一定に維持 することもできる。
また、 上述の実施例においては、 中間電位から第 1のホールド電圧 V HIまで連続的に充電するようにしているが、 第 8図 （A) に示したよう に相互の間に一定の時間 Δ Τの遅れを設定して 2段階②' 、 ②' ， に分 けて上昇させたり、 またインク滴吐出時の電圧勾配 α ' よりも小さい電 圧勾配 αに設定したりすると、 メニスカスを無用に大きく移動させるこ となく、 圧電振動子 5を第 1のホールド電圧 VH1まで充電することがで さる。
上述の実施例においては第 1のホールドエ程①で周波数変動が生じる 場合について説明したが、 第 2のホールドエ程に生じる場合についても 同様の効果を得ることできる。 産業上の利用可能性
以上、 説明したように本発明は、 第 2の収縮工程で圧力発生室を収縮 させから、 第 1の膨張工程で圧力発生室を膨張させて圧力発生室の膨張 量を大きく確保し、 その上でインク滴吐出前のメニスカスの引き込み可 能な距離を大きく しているため、 インク滴の速度に大きな変動を招ぐこ となく、 インク滴のインク量を広い範囲で調整できるため、 グラフイツ ク印刷に適したインク量の少ないィンク滴を吐出できる かりでなく、 種々の印刷モ一ドに適したインク量のィンク滴を吐出させたり、 また反 対に外部環境の変化により変動しやすいインク量を一定に制御して印刷 品質を維持することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
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の膨張ェ 程と、 前記圧力発生室を収縮させる第 2の収縮工程とを実行する駆動信 号を前記圧電振動子に出力する駆動手段を備えてなるインクジ ッ ト式 記録装置。
2 . 第 2の収縮工程が、 直前のインク滴吐出によるメニスカスの残留振 動が 2回目にノズル開口側に反転した時点よりも以降である請求の範囲 1の記載のインクジエツト式記録装置。
3 . 第 2の収縮工程における容積の変化量により複数の印字モードが実 現されている請求の範囲 1に記載のインクジエツト式記録装置。
4 . 前記複数の印字モードが、 第 2の収縮工程の継続時間を変えること により実現されている請求の範囲 3に記載のィンクジエツト式記録装置。
5 . 前記複数の印字モードが、 第 2の収縮工程の収縮速度を変えること により実現されている請求の範囲 3に記載のインクジエツ ト式記録装置。
6 . 第 2の収縮工程の継続時間が、 温度に対応して変化する請求の範囲 4に記载のィンクジエツト式記録装置。
7 . 第 2の収縮工程の収縮速度が、 温度に対応して変化する請求の範囲 5に記載のインクジヱット式記録装置。
8 . 第 2の収縮工程が複数の段階に分割されている請求の範囲 1に記載 のインクジヱッ ト式記録装置。
9 . 第 2の収縮工程の収縮速度が、 第 1の収縮工程の収縮速度よりも小 さく設定されている請求の範囲 1に記載のインクジェッ ト式記録装置。
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