JP2827531B2 - インクジェット記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents
インクジェット記録ヘッドの駆動方法Info
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Description
ドの駆動方法に係り、詳しくはオンデマンド型インクジ
ェット記録ヘッドにおいて、インク吐出の安定化及び高
速化並びに印字品質の向上を可能にした記録ヘッドの駆
動方法に関する。
の駆動装置には多くの方式があり、これを大きく分類す
ると、連続噴射型オンデマンド型(インパルス型)
静電吸引型の3つになる。この中で、オンデマンド型
インクジェット記録ヘッドは、構成が比較的簡単であり
しかも安価にて製造できるという特徴から、プリンタ等
の記録ヘッドとして広く使用されている。
たもので、この図において1はインクタンク、2はイン
ク供給路、3はインク加圧室、4はインクノズル、5は
インクノズル4に連通するインク供給路、6はインク加
圧室3の外側に設けられた振動板、7はこの振動板6に
貼着された電気機械変換素子としての圧電素子であり、
前記振動板6及び圧電素子7によりバイモルフが構成さ
れている。このような構成において圧電素子7にパルス
状の電圧が印加されると、圧電素子7はその厚さ方向に
膨張し長さ方向には収縮するため、振動板6はインク加
圧室3の内側にたわむ。これによりインク加圧室3の容
積がわずかながら減少し、振動板6の変形により生じた
圧力波により、インクがインク滴となってインクノズル
4から図のa方向に吐出される。
ルス波形としては、図3〜図5に示すものが多用されて
いる。まず、図3は時刻t1で電圧をV1とし、(t2−
t1)時間経過後の時刻t2で電圧をゼロに除荷するもの
であり、インク滴は時刻t1で吐出し、これを目的とす
る周波数に応じてn回(nは自然数)繰り返す。ここ
で、電圧パルス幅Aを振動板6及び圧電素子7からなる
バイモルフの固有振動周期と等しくする。このような電
圧パルス波形による駆動方法は“押し打ち”の駆動方法
と呼ばれている。次に、図4は時刻t1で電圧をゼロと
し、(t2−t1)時間経過後の時刻t2で電圧をV1とす
るものであり、インク滴は時刻t2で吐出し、これを目
的とする周波数に応じてn回繰り返す。ここで、(t2
−t1)の時間Bをバイモルフの固有振動周期の1/2
とする。このような電圧パルス波形による駆動方法は
“引き打ち”の駆動方法と呼ばれている。更に、図5は
図3に示した“押し打ち”の駆動方法の変形例であり、
時刻t1で電圧をV1とし、(t2−t1)時間経過後の時
刻t2で電圧を−V2とした後、(t3−t2)時間経過後
の時刻t3で電圧をゼロとするもので、インク滴は時刻
t1で吐出し、これを目的とする周波数に応じてn回繰
り返すものである。
法は、インク加圧室3の容積を一旦増加させ、いわゆる
インクノズル4内のメニスカス(インクの出入り)を後
退させてからインクを加圧するものであり、この駆動方
法によれば、特開昭55−17589号公報に記載され
ているごとく、図3の“押し打ち”に比べてインク滴を
安定して吐出させることができ、かつ周波数応答性にも
優れていることが知られている。
デマンド型のインクジェット記録ヘッドは、電圧パルス
の印加によって駆動される。印加される電圧パルスは、
周知のようにその波形のタイプによって、それぞれ異な
ったメカニズムでインクジェットを生成する。図3〜図
5に示される波形では、もっぱら電圧パルスの波高値及
びパルス幅のみが着目され、これらの2つのパラメータ
によってインクの吐出を制御しようとしている。しかる
に、インク吐出時の挙動を考えるとき、上記2つのパラ
メータのみによっては制御できない種々の好ましくない
現象がある。例えば、インクノズル外部からの気泡の浸
入によるインク不吐出のほか、重大なものとしていわゆ
るサテライトの発生がある。すなわち、1回の電圧パル
ス波形を与えた場合、インクノズルから主インク滴に続
いて時間的に遅れをもったサテライト(副インク滴)が
数発吐出し、このサテライトによって文字を構成するド
ットがにじみ、印字品質が低下するという問題を生じ
る。また、インクノズルから吐出されたインク滴が曲が
って直進性を失い、所望の文字フォントを印字できない
ことがある。
容易に観測可能であり、実際に前記図3〜図5の電圧パ
ルス波形を圧電素子7に印加した観測実験では、圧電素
子7の面積を小さくするほどサテライトが発生しやすい
ことが確認されている。これは、インクノズル内でのイ
ンクメニスカスの挙動が不均一になるためであろうと考
えられている。このインクメニスカスの挙動については
インクノズルの形状を制御することで安定化させる試み
もなされているが、製造面や形状面での制約が多く実用
化が難しい。このため、簡便な方法として、駆動波形の
工夫によってインク滴の吐出を安定させて印字品質の向
上を図ることが要請されてくる。
す駆動電圧のパルス波形を図2の記録ヘッドに印加しイ
ンクの吐出特性を調べてみた。実験条件として、電圧V
1を100〜150V、時間A,Bを20〜150μs
ec、パルスの立ち上がり時間及び立ち下がり時間を何
れも5μsec以下、駆動周波数は1〜5kHzとし
た。実験の結果、これらの条件下ではサテライト発生が
多くみられ、インクノズル4への気泡の浸入も多数みら
れて良好な印字品質が得られないことを確認した。そこ
で、電圧印加方法の中で最も動作を安定させることが可
能と思われる“引き打ち”の駆動電圧のパルス波形につ
いて着目し、図6に示す波形の立ち下がり時間Td及び
立ち上がり時間Te、印加電圧Vにつき上述した実験よ
りもさらに広範囲の値を設定して実験したが、良好な結
果は得られなかった。
れたもので、その目的とするところは、サテライトの発
生、気泡の浸入をなくし、高速で安定したインクジェッ
ト記録が可能なインクジェット記録ヘッドの駆動方法を
提供することにある。
に、本発明は、“引き打ち”の電圧パルス波形を基本と
するもので、インク不吐出時には電気機械変換素子に予
め電圧V1を印加してインク加圧室の容積を減少させて
おき、印字に当たってはインク加圧室の容積が急激に変
化しないように立ち下がり時間Taを経て前記電圧V1
を除荷し、そのまま時間Tbを保持し、その後、立ち上
がり時間Tcにて前記電圧V1よりも低い電圧V2を印加
した後、瞬時に電圧V1に復帰させてインク加圧室の容
積を減少させ、インクノズルからインクを吐出させるも
のである。
b,Tcとしては以下の範囲であることが望ましい。 V1:90〜120V V2:40〜60V Ta:5〜10μsec Tb:Tb≦20μsec−Ta Tc:Tc≒60μsec−Tb−Tc
械変換素子に電圧V1が印加されてインク加圧室の容積
が減少する。印字に当たっては立ち下がり時間Taをか
けて電圧V1が除荷されるので、インク加圧室の容積は
急激に減少しない。電圧V1が除荷された後は、時間T
bを経過してから、電圧V1の約半分の電圧V2まで立ち
上がり時間Tcをかけて昇圧される。電圧V2まで昇圧
した後は瞬時に電圧V1まで復帰される。これらの過程
を経て電圧が印加されることにより、インク吐出が高速
になると共に安定する。
ト)、電圧V2を40〜60V(ボルト)、時間Taを
5〜10μsec、時間Taと時間Tbとの和を20μ
sec以下、時間Taと時間Tbと時間Tcとの和をほ
ぼ60μsecとすると、インク吐出が一層高速になる
と共に最も安定することが確認されている。
る。図1は本発明のインクジェット記録ヘッドの駆動方
法に用いられる電圧パルスの波形図であり、この電圧パ
ルスが図2に示した記録ヘッドに印加されてインク滴を
吐出する。図2の記録ヘッドの構造についてはすでに説
明してあるので説明を省略する。発明者は、メニスカス
が前進してインクが吐出される際の波形効果に着目し、
最も良好なインク吐出特性を発揮する波形として、図1
に示す波形を見出し、その条件を特定化した。
ついて図1を参照しつつ詳細に説明する。先ず、圧電素
子7には予め電圧V1が印加される。この電圧V1は、記
録ヘッドの動作時に除荷されて一様に下降し、立ち下が
り時間Taを経過した時点でゼロになる。この立ち下が
り時間Taは、それまで収縮していたインク加圧室3が
復元してインクタンク1からインクが吸い込まれるとと
もに、インクノズル4内のメニスカスが後退する期間で
ある。この立ち下がり時間Taは、短かすぎるとインク
ノズル4から気泡が浸入する要因となるので、具体的に
は5〜10μsecの範囲が好ましい。さらに、電圧が
ゼロになってから再度昇圧するまでの保持時間Tbは、
次のインク吐出時の立ち上がり時間Tcとの関係で決定
され、具体的には10μsec以下であることが望まし
く、また、立ち下がり時間Taと保持時間Tbとの和が
20μsec以下であることが必要である。
勾配で電圧V2まで上昇させ、電圧V2に到達すると電圧
V1まで瞬時に上昇させる。このときの立ち上がり時間
Tcを5μsec以下とすると、インクが吐出されるも
のの、インク柱の曲がりや吐出量のバラツキが発生しや
すい。そこで種々の実験の結果、電圧V2を電圧V1の約
半分の値とし、立ち上がり時間Tcを40μsecと
し、電圧V2に到達してから3μsec以下の期間に電
圧V1に復帰させることで、安定した吐出特性が得られ
ることが判明した。これは、メニスカスの動作が、ある
段階までは緩やかであるので、その期間にメニスカスの
先端形状等が整合されてインクノズル4内での不均一が
なくなることにより、良好な吐出特性が得られるものと
推定される。また、電圧パルスのパターン幅は、立ち下
がり時間Taと保持時間Tbと立ち上がり時間Tcとの
和(Ta+Tb+Tc)となり、実験の結果、このパタ
ーン幅を60μsec以下にすると、インク吐出の高速
化、安定化の面で最も適していることが判明した。な
お、パターン幅が60μsecを越えて長くなると、イ
ンク柱が次第に細長くなって裁断され、サテライト化す
る。また、パターン幅が60μsecを下回り40〜5
0μsecの範囲になると、インク柱が曲がってしま
う。いずれにしろ、パターン幅がほぼ60μsecであ
るときに、インク柱が最も安定し、良質の印字が可能に
なる。すなわちパターン幅が60μsecを越えても、
または下回っても、印字品質は低下することになる。
が90〜120V、電圧V2が40〜60ボルトVであ
る場合に、前述の各時間Ta,Tb,Tc相互間の条件
を満足して印字品質を向上させることが確認できた。
ドの電気機械変換素子に印加する電圧パルス波形を、イ
ンクノズル内のメニスカスの動き(インク体積速度)に
着目してメニスカスの後退を緩やかとし、かつメニスカ
スの前進(インク吐出)を緩急の2段階に分けて制御で
きる電圧パルス波形とした。具体的には、インク不吐出
時には電気機械変換素子に電圧V1を印加してインク加
圧室の容積を減少させ、印字に当たっては立ち下がり時
間Taをかけて電圧V1を除荷することによりインク加
圧室の容積の急激な減少を防ぐと共に、電圧V1を除荷
した後に時間Tbを経過してから電圧V1の約半分の電
圧V2まで立ち上がり時間Tcをかけて昇圧し、その
後、瞬時に電圧V1まで復帰させる電圧パルス波形とし
たものである。これにより、インク吐出の高速化、安定
化を達成できると共に印字品質の向上を図ることがで
き、マルチノズルに用いられる記録ヘッドにも適用可能
である等の効果がある。
ある。
の断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 インク加圧室と、このインク加圧室に連
通するインクノズルと、前記インク加圧室の外側に配置
され、かつ電圧パルスの印加により変形して前記インク
加圧室の容積を変化させる電気機械変換素子とを備え、
この電気機械変換素子の変形の際に生ずる圧力波により
前記インク加圧室内のインクを加圧して前記インクノズ
ルから吐出させるオンデマンド型インクジェット記録ヘ
ッドにおいて、インク不吐出時には前記電気機械変換素
子に予め電圧V1を印加して前記インク加圧室の容積を
減少させておき、印字に当たっては前記インク加圧室の
容積が急激に変化しないように立ち下がり時間Taを経
て前記電圧V1を除荷し、そのまま時間Tbを保持し、
その後、立ち上がり時間Tcにて前記電圧V1よりも低
い電圧V2を印加した後、瞬時に電圧V1に復帰させて前
記インク加圧室の容積を減少させ、前記インクノズルか
らインクを吐出させることを特徴とするインクジェット
記録ヘッドの駆動方法。 - 【請求項2】 電圧V1,V2、時間Ta,Tb,Tcが
以下の範囲である請求項1記載のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動方法。 V1:90〜120V V2:40〜60V Ta:5〜10μsec Tb:Tb≦20μsec−Ta Tc:Tc≒60μsec−Tb−Tc
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3027856A JP2827531B2 (ja) | 1991-01-28 | 1991-01-28 | インクジェット記録ヘッドの駆動方法 |
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Family Cites Families (2)
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JP2593940B2 (ja) * | 1988-10-14 | 1997-03-26 | 富士電機株式会社 | インクジェット記録ヘッドの駆動方法 |
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1991
- 1991-01-28 JP JP3027856A patent/JP2827531B2/ja not_active Expired - Fee Related
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