JP3580065B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦振動モードや縦効果の圧電振動子、たわみ変形する圧電振動板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（登録商標）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ド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（登録商標）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、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、及び、前記圧力発生室に当接する圧電振動子を備え、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、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開口からインク滴を吐出させる第２のパルス、及び、前記第２のパルス後に前記圧力発生室を再び膨張させる第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と前記第２のパルスの継続時間とに基づいて前記第１のパルスと第３のパルスの印加電位比を定め、この印加電位比に基づいて第３のパルスの印加電位を定め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、前記圧力発生室の共振周期Ｔｃとほぼ一致した時間となるように設定されていることを特徴とする。
【００２４】
また、前記駆動パルス制御手段は、前記第３のパルス開始タイミングを環境温度によって制御することを特徴とする。
【００２５】
また、前記第３のパルスの印加電位が、第１のパルスの印加電位より低いことを特徴とすることを特徴とする。
【００２６】
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。
【００２７】
【作用】
環境温度検出手段によって検出した環境温度と前記第２のパルスの継続時間とに基づいて前記第１のパルスと第３のパルスの印加電位比を定め、この印加電位比に基づいて第３のパルスの印加電位を定める駆動パルス制御手段を備えるので、環境温度や第２のパルスの傾きによって変化するメニスカスの振動に最適な印加量で制振振動を加えることができる。その結果、メニスカスの振動を効果的に減衰させ、環境温度や第２のパルスの傾きに関わらずインク滴の安定吐出を確保することができる。
【００２８】
【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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、ｐｗ２、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。
【００４１】
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ｐ１、ｐ２、ｐ３および印加電位制御信号ｖ１、ｖ２、ｖ３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。
【００４２】
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。
【００４３】
本実施例ではインクジェット記録ヘッド１００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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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、Ｓ２、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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
まず、第３のパルスの印加タイミングから説明する。
【００５５】
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。
【００５６】
第３のパルスを任意のタイミングで印加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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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Ｔｃは
Ｔc=２π×√((Ｍn+Ｍs)/((Ｃi+Ｃv)(Ｍn×Ｍs)))
により表すことができる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
図５から明らかなように、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。
【００７４】
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。
【００７５】
次に第３のパルスの印加電位に関して説明する。
【００７６】
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・１０参照）。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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）。
【００８０】
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）。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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＝３μｓ、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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
ただし加えすぎるとかえって安定吐出を確保できない。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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（２５℃）時→高温（４０℃）時において、
Ｖ３／Ｖ１＝０．１５→０．２５→０．３５
ｐｗ４＝６．０μｓ→７．０μｓ→８．０μｓ
と変化させるのがよい。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、環境温度と前記第２のパルスの継続時間とに基づいて前記第１のパルスと第３のパルスの印加電位比を定め、この印加電位比に基づいて第３のパルスの印加電位を定める駆動パルス制御手段を備えるので、メニスカスの振動挙動が環境温度や第２のパルスの継続時間によって変化しても、最適な印加量で制振振動を加えることができる。その結果、メニスカスの振動を効果的に減衰させ、環境温度や第２のパルスの傾きに関わらずインク滴の安定吐出を確保することができる。
【０１２１】
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及び、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 (6)

1. ノズル開口、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、及び、前記圧力発生室に当接する圧電振動子を備え、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、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開口からインク滴を吐出させる第２のパルス、及び、前記第２のパルス後に前記圧力発生室を再び膨張させる第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と前記第２のパルスの継続時間とに基づいて前記第１のパルスと第３のパルスの印加電位比を定め、この印加電位比に基づいて第３のパルスの印加電位を定める駆動パルス制御手段と、
   を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 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、前記圧力発生室の共振周期Ｔｃとほぼ一致した時間となるように設定されている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。
3. 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に設定されている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。
4. 前記駆動パルス制御手段は、前記第３のパルス開始タイミングを環境温度によって制御する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。
5. 前記第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。
6. 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請求項１記載のインクジェット記録装置。

Images