JP4432426B2 - 液滴吐出ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法に関し、特に、高周波駆動が可能な液滴吐出ヘッドの駆動方法に関する。

微小なインク滴を用いて画像を記録するためのインクジェット記録ヘッドのようにノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドでは、圧力発生室内に圧力を付与することでノズルから液滴を吐出させ、記録紙等の記録媒体上に着弾させる。

圧力発生室内に圧力を付与する手段は様々であるが、ここでは圧力発生室の隔壁を圧電素子により構成し、この圧電素子を変形することによりノズルからインク滴を吐出する場合の液滴吐出ヘッドについて、図１〜図４を用いて簡単に説明する。

図１は、液滴吐出ヘッドの一態様であるせん断モード（シェアモード）タイプのインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという。）の概略構成を示す図であり、（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図である。図２はその作動を示す図であり、図３は液滴の吐出動作を説明する図、図４は駆動波形を示す図である。

図１において、１はインクチューブ、２はノズル形成部材、３はノズル、Ｓは隔壁、６はカバープレート、７はインク供給口、８は基板である。そして、図２に示すように圧力発生室であるインクチャネルＡが隔壁Ｓとカバープレート６及び基板８によって形成されている。

図１（ｂ）には１個のノズル３を有する１個のインクチャネルＡの断面図が示されているが、実際のせん断モードで動作する記録ヘッドＨでは、図２（ａ）に示すようにカバープレート６と基板８との間には複数の隔壁Ｓ、即ち、Ｓ１、Ｓ２、…Ｓｎ＋１で隔てられたインクチャネルＡ１、Ａ２、…Ａｎが多数構成されている。インクチャネルＡ１、Ａ２、…Ａｎの一端（以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材２に形成されたノズル３に連通し、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）はインク供給部を構成する供給口７及びインクチューブ１によって図示されていないインクタンクに接続されていて、ノズル３にはインクによるメニスカスを形成している。

各隔壁Ｓ１、Ｓ２、…は、図２の矢印で示すように分極方向が異なる２個の圧電材料からなる隔壁Ｓａ（Ｓ１ａ、Ｓ２ａ、…）とＳｂ（Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、…）とから構成されており、隔壁Ｓ１には密着形成された電極Ｑ１、Ｑ２が、隔壁Ｓ２には密着形成された電極Ｑ３、Ｑ４が設けてある。同様に各隔壁にそれぞれ電極が密着形成されており、各電極Ｑ１、Ｑ２、…は駆動パルス発生回路に電気的に接続している。

かかる記録ヘッドＨは、図２（ａ）に示す状態において、例えば、電極Ｑ１及びＱ４をアースに接続すると共に電極Ｑ２及びＱ３に、図４に示す矩形波からなる駆動パルスを印加すると、まず、駆動パルスの最初の立ち上がり（Ｐ１）によって、隔壁Ｓ１、Ｓ２を構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、隔壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂともに隔壁の接合面にズリ変形を生じ、また隔壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂも同様に反対方向にズリ変形を生じて、図２（ｂ）に示すように隔壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及び隔壁Ｓ２ａ、Ｓ２ｂは互いに外側に向けて変形し、インクチャネルＡ１の容積を拡大する。これによりインクチャネルＡ１内のインクに負の圧力が生じてインクが流れ込む。同時にマニホールド端とノズル端から圧力が上がり始め、音響波がインクチャネル中央に向かって伝わり、その後、その音響波が反対端に達し、インクチャネル内が正圧となる。

最初の駆動パルスの印加から所定時間経過後に電位を０に戻す（Ｐ２）と、隔壁Ｓ１、Ｓ２は拡大位置から図２（ａ）に示す中立位置に戻り、インクに高い圧力が掛かる。

引き続いて、図２（ｃ）に示すように、隔壁Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及びＳ２ａ、Ｓ２ｂを互いに逆方向に変形するように駆動パルスを印加して（Ｐ３）、インクチャネルＡ１の容積を縮小すると、インクチャネルＡ１内に正の圧力が生じる。これによりインクチャネルＡ１を満たしているインクの一部によるノズル３内のメニスカスがノズル３から押し出される方向に変化し、ノズル３からインク柱１００が突出する（図３（ａ）参照）。

この状態を所定時間保持した後、電位を０に戻し（Ｐ４）、隔壁Ｓ１、Ｓ２を縮小位置から中立位置に戻すと、インクチャネルＡ１の容積が拡大することでメニスカスが引き込まれ、突出されたインク柱１００の後端が引き戻されるので、インク柱１００はメニスカスから分離して液滴１０１として飛翔する（図３（ｂ）参照）。

なお、かかる記録ヘッドＨでは、以上のように、隔壁Ｓの変形によってインクチャネルＡ内のインクに正負の圧力が付与されるものであり、この隔壁Ｓは圧力付与手段を構成している。

ところで、上記において、インクチャネルＡ１の容積を縮小して、ノズル３からインク柱１００を突出させた状態を保持する時間について、特許文献１には、２ＡＬ時間とすることが最適であることが記載されている。なお、「ＡＬ」とは、インクチャネルＡ１の音響的共振周期の１／２である。

また、特許文献２にも、上記時間は２ＡＬ時間が一般的であることが開示されている。

特開２００２−１３７３９０号公報 特開２００３−１１３６２号公報

上記記録ヘッドＨの場合、上記のように、インクチャネルＡ１の容積を縮小してノズル３からインク柱１００を突出させた後、隔壁Ｓ１、Ｓ２を縮小位置から中立位置に戻すことでインクチャネルＡ１の容積を拡大すると、該インクチャネルＡ１内の残留圧力波はキャンセルされる。従って、インクチャネルＡ１内の残留圧力波によるメニスカスの挙動は、この時点で一旦静止し、この後に次のインク滴の吐出動作に入ることができる。

ところで、インクジェット画像を高速で記録するには、記録ヘッドを高周波駆動することにより速いサイクルでインク滴を吐出させることが必要であり、特に、高周波駆動を実現するには、液滴を吐出した後、続いて同一ノズルから速やかに且つ安定して液滴を吐出させることが必要である。

しかしながら、上記のようにインクチャネルＡ１の容積を縮小して、ノズル３からインク柱１００を突出させた状態を保持する継続時間を、従来のように２ＡＬ時間とし、その後に残留圧力波をキャンセルして液滴１０１を吐出しても、特に、粘度が高く、表面張力が低いインクを用いる場合に、続く液滴の吐出動作は不安定となり、高周波駆動を行うことが困難となる。これは、本発明者の知見によると、インクチャネルＡ１の容積を縮小して、ノズル３からインク柱１００を突出させた状態を２ＡＬ時間継続させた後、残留圧力波のキャンセルを掛けても、ノズル３内のメニスカスは、該ノズル３の開口における液滴吐出側の先端面よりも液滴吐出方向とは反対のかなり奥側に位置しており、これが次の液滴吐出の不安定性を招き、高周波駆動の阻害要因となっていることがわかった。

そこで、本発明は、高周波駆動を可能とすると共に、安定した吐出を行うことのできる液滴吐出ヘッドの駆動方法を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、液滴を吐出するためのノズルの開口と、内部に液体を貯留可能であり前記ノズルの開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室内の容積を拡大又は縮小させる圧力を変化させる圧力付与手段を備えた液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させる第１の工程と、前記第１の工程の後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させて前記圧力発生室内の液体を前記ノズルの開口から突出させる第２の工程と、前記第２の工程を３．５〜４．４ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）時間継続させた後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させることにより、前記第２の工程により前記ノズルの開口から突出している液体を液滴として分離させる第３の工程と、を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項２記載の発明は、前記第２の工程を４ＡＬ時間継続させることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項３記載の発明は、前記第２の工程により縮小させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積より小さく、且つ、前記第３の工程により拡大させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積と実質的に同じであることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項４記載の発明は、前記圧力付与手段は、電圧を印加することにより前記圧力発生室内の容積が変化するように駆動され、異なる電圧を印加することにより前記圧力発生室に異なる圧力を付与可能に構成されており、前記第１の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をａ（Ｖ）、前記第３の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をｂ（Ｖ）とした時、｜ａ｜＞｜ｂ｜であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項５記載の発明は、前記電圧ａと前記電圧ｂは、｜ａ｜／｜ｂ｜＝２であることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項６記載の発明は、前記圧力付与手段は圧電素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項７記載の発明は、前記圧電素子は、電界を印加することによりせん断モードで変形することを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項８記載の発明は、前記第１の工程の継続時間が０．８〜１．２ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項９記載の発明は、前記第１の工程の継続時間が１ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項１０記載の発明は、前記液体の粘度が、５ｃｐ以上１５ｃｐ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項１１記載の発明は、前記液体の表面張力が、２０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項１２記載の発明は、前記液体はインクであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

請求項１３記載の発明は、前記圧力発生室内の容積を変化させるために前記圧力付与手段に印加する駆動波形が、矩形波であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。

本発明によれば、高周波駆動が可能となると共に、安定した吐出を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明に係る駆動方法は、液滴を吐出するためのノズルの開口と、このノズルの開口に連通する圧力発生室と、この圧力発生室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドであれば、どのようなタイプの液滴吐出ヘッドにも適用でき、また、圧力発生室内に満たされる液体はどのような液体であっても良いが、以下の説明では、圧力発生室内の容積を拡大又は縮小させることによって圧力を変化させる圧力付与手段を備え、圧力発生室内に満たされる液体としてインクを使用した液滴吐出ヘッドである図１、図２に示したせん断モードタイプのインクジェット記録ヘッドＨを用いて説明する。

図５（ａ）は、本発明に係る駆動方法を実現するための駆動波形の一例を示し、図５（ｂ）は駆動波形によってインクチャネルＡ内のインクに付与される圧力を示している。また、図６は、本発明に係る駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示している。図５、図６及び以下の説明中の括弧内の数字は、それぞれ時間的に対応している。

なお、本明細書において、「インク柱」とは、先端がノズル３の開口から突出しているが、後端はノズル３内のメニスカスと繋がっていて、未だメニスカスから分離していない状態のインクを指し、「液滴」とは、後端がノズル３内のメニスカスから完全に分離している状態のインクを指す。

（１）；まず、隔壁Ｓを図２（ａ）の中立状態から図２（ｂ）のように拡大変形させてインクチャネルＡの容積を拡大させ（Draw）、インクをインクチャネルＡ内に導入する（第１の工程）。インクチャネルＡ内の圧力は、駆動波形が変化しない時は、１ＡＬ時間毎に反転を繰り返すので、この継続時間を１ＡＬ時間継続させると、引き込まれたメニスカスＭがノズル３の開口における液滴吐出側の先端面（以下、このノズル３の開口における液滴吐出側の先端面のことを、メニスカスＭの「復帰位置」という。）に戻り、インクの圧力が正圧に反転するので、このタイミングで、拡大したインクチャネルＡを元の中立状態に戻すと（Release）、インクチャネルＡ内のインクに高い圧力が掛かる。なお、ノズル３内のインク圧力は、駆動波形の変化から若干遅れて変化し、メニスカスＭの変化は、更に若干遅れる。

なお、「ＡＬ」とは、前述したように、インクチャネルの音響的共振周期の１／２である。また継続時間とは、電圧の立ち上がり始め又は立ち下がり始めの１０％から次の工程の開始までと定義する。このＡＬは、隔壁Ｓに矩形波の電圧パルスを印加して吐出するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波の継続時間を変化させたときに、インク滴の飛翔速度が最大になる時間として求められる。さらにここで矩形波は、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもが好ましくはＡＬの１／２以内、さらに好ましくは１／４以内であるような波形である。

（２）；引き続き、図２（ｃ）のようにインクチャネルＡの容積を縮小させ、インクに更に高い圧力を掛け（Reinforce）、ノズル３の開口からインク柱１０を突出させる（第２の工程）。

（３）；１ＡＬ時間経過すると、インクの圧力が反転して負圧になるので、突出されたインク柱１０の根元に、図６中に矢視するようにくびれを生じる。

（４）；更に０．５ＡＬ時間経過すると、負圧が最高になり、メニスカスＭがノズル３の開口とは反対方向の最も深い位置に引き込まれ、メニスカスＭがはっきりと現れる。

（５）；更に０．５ＡＬ時間経過すると、圧力が反転して正圧となり、メニスカスＭが復帰位置に向かって移動する。しかし、図６からわかるように、この時点では、まだメニスカスＭは復帰位置よりも液滴吐出方向とは反対のかなり奥側に位置している。

（６）；更に時間が経過すると、メニスカスＭが復帰位置まで復帰する。ノズル３の奥深くまで引き込まれたメニスカスＭは、インクの毛管力と正のインク圧力が合わさって、迅速に復帰位置に向かって移動を開始する。メニスカスＭが復帰位置に復帰した時点では、インク柱１０はまだメニスカスＭから分離しておらず、その尾部１０ｂはメニスカスＭと繋がっている。

（７）；上記（２）でインクに高い圧力を掛けてから４ＡＬ時間経過後、図２（ａ）のように隔壁Ｓを中立位置に戻し、インクチャネルＡの容積をそれまでの縮小状態から拡大させ、メニスカスＭをノズル３の開口から液滴吐出方向とは反対方向に後退させることによって、上記第２の工程によってノズル３の開口から突出しているインク柱１０をメニスカスＭから分離させ、液滴１１としてノズル３から吐出させる（第３の工程）。

ここでは、矩形波からなるＤＲＲ（Draw-Release-Reinforce）法の駆動波形（以下、ＤＲＲ波形という場合がある。）を用い、第２の工程を４ＡＬ時間経過させた後に第３の工程を実行しているが、第３の工程によってインクチャネルＡの容積を拡大させることで、該インクチャネルＡ内の残留圧力波はキャンセルされる。この時点では、メニスカスＭは復帰位置に実質的に復帰しているため、次の駆動を速やかに開始することができ、駆動周波数を上げることが可能となる。従来技術のようにインク柱を突出させるための継続時間を２ＡＬ時間とした場合では、メニスカスＭは復帰位置よりもかなり手前（奥側）で残留圧力波がキャンセルされてしまうため、その後のメニスカスＭの復帰位置までの復帰は、毛管力のみで行われることとなり、きわめて遅くなって駆動周波数を上げることは困難である。

また、第２の工程の継続時間を３ＡＬ又は５ＡＬ付近に設定すると、残留圧力波をキャンセルできないため出射が不安定となり、６ＡＬ以上に設定すると、駆動波形時間が長くなり、駆動周波数を上げることができない。

この第２の工程の継続時間は、上記のように４ＡＬとすることが最も好ましいが、３．５〜４．４ＡＬ時間であることが好ましい。

なお、ここで、実質的に復帰した時点とは、インク柱１０突出後のメニスカスＭの位置が復帰位置にほぼ位置しているか、又はノズル３の開口から突出している状態をいう。この「ほぼ位置している」とは、図７に示すように、メニスカスＭと復帰位置との間の距離ｄが、ノズル半径の１／２以下、好ましくは１／４以下である。ノズル３の開口から突出しているよりは、このように復帰位置にほぼ位置している方が、駆動周波数をより上げることができる点で好ましい。なお、ノズル３の開口形状は真円に限らず、楕円形等様々であるが、本発明においてノズル半径とは、ノズル３の開口における液滴吐出側の先端面での最長径の１／２のことである。

かかる駆動において、上記第２の工程により縮小させた時のインクチャネルＡの容積は、上記第１の工程によりインクチャネルＡを拡大させる以前の容積より小さく、且つ、上記第３の工程により拡大させた時のインクチャネルＡの容積は、上記第１の工程によりインクチャネルＡを拡大させる以前の容積と実質的に同じである。このように駆動を行う駆動波形は、図５（ａ）のようにシンプルな波形とすることができる。しかも、最後の第３の工程において隔壁Ｓは初期状態に戻り、このときインクチャネルＡ内の残留圧力波はキャンセルされるので、復帰位置に実質的に復帰した後のメニスカスＭへの残留圧力波の影響はなく、高速駆動が可能である。

また、図５（ａ）の駆動波形に示すように、第１の工程においてインクチャネルＡに印加する電圧ａ（Ｖ）と、第３の工程においてインクチャネルＡに印加する電圧ｂ（Ｖ）とを、｜ａ｜＞｜ｂ｜の関係とすると、メニスカスＭの復帰が早くなり、高速駆動を行う上でより好ましいものとなる。また、吐出安定性の点で好ましい。なお、この電圧ａと電圧ｂの基準電圧は０とは限らない。この電圧ａと電圧ｂは、それぞれ差分の電圧である。

この電圧ａと電圧ｂは、｜ａ｜／｜ｂ｜＝２とすることがより好ましく、これにより、高速駆動と吐出安定性との両立を図ることが可能である。

また、上記第１の工程の継続時間を本実施形態のように１ＡＬとすると、第１の工程において印加した圧力発生室の容積拡大による負の圧力波が１ＡＬで反転し、正の圧力波になった時、第２の工程の容積縮小による正の圧力波を足し合わせた形で加えるので、インク吐出圧力が高まり最も好ましいが、上記第１の工程の継続時間は、０．８〜１．２ＡＬ時間とすることが好ましい。

ところで、インクの毛細管浸透速度は、｛２・（毛細管半径）・（表面張力）・cos（接触角）｝／｛８・（粘度）・（管長）｝と表わされるので、インクの粘度と表面張力の影響を大きく受ける。例えば、表面張力４０ｄｙｎｅ／ｃｍ、粘度２ｃｐのインクと、表面張力２８ｄｙｎｅ／ｃｍ、粘度１０ｃｐのインクを比べると、同じ毛細管半径、同じ管長では、後者のインクは毛細管浸透速度が前者のインクの１／１０に低下してしまう。

従って、インク粘度の相異によって、メニスカスＭの復帰位置への復帰のタイミングが異なり、粘度が高いインクではメニスカスＭの復帰が遅くなり、逆に粘度が低いインクではメニスカスＭの復帰は早くなる。また同様に、インクの表面張力の相異によっても、メニスカスＭの復帰位置への復帰のタイミングが異なり、表面張力が低いインクではメニスカスＭの復帰が遅くなり、逆に表面張力が高いインクではメニスカスＭの復帰は早くなる。

このようにインク粘度や表面張力の相異によって、メニスカスＭの復帰位置への復帰のタイミングが異なると、第２の工程を４ＡＬ時間継続させた後に第３の工程に移行しても、メニスカスＭが復帰位置に未だ実質的に復帰していない場合が想定される。しかし、４ＡＬ時間継続させた後は、メニスカスＭは復帰位置付近まで復帰するため、従来技術の２ＡＬの場合のように、復帰位置から液滴吐出方向とは反対のかなり奥側に位置している状態に比べて高周波駆動が可能となる。

なお、本発明の駆動方法は、インクの粘度が５ｃｐ以上１５ｃｐ以下である場合に顕著な効果を発揮する。このようなインクは粘度が高く、メニスカスの復帰過程での残留圧力による暴れが小さく、また液滴がメニスカスから分離しにくくなるためである。

このような粘度が高いインクは、メニスカスＭの復帰位置への復帰速度が遅いので、従来技術の２ＡＬでは復帰位置よりも液滴吐出方向とは反対のかなり奥側で残留圧力波がキャンセルされてしまうため、駆動周波数が全く上げられず、本発明の３．５〜４．４ＡＬとすることが、復帰位置付近まで復帰したところでキャンセルされるため、より顕著な効果を発揮する。

また、本発明の駆動方法は、インクの表面張力が２０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である場合にも顕著な効果を発揮する。このようなインクは表面張力が低いので、同様に液滴がメニスカスから分離しにくくなるためである。

また、このような表面張力が低いインクは、メニスカスＭの復帰位置への復帰速度が遅いので、従来技術の２ＡＬでは復帰位置よりも液滴吐出方向とは反対のかなり奥側で残留圧力波がキャンセルされてしまうため、駆動周波数が全く上げられず、本発明の３．５〜４．４ＡＬとすることが、復帰位置付近まで復帰したところでキャンセルされるため、より顕著な効果を発揮する。

以上の実施形態では、圧力付与手段（隔壁Ｓ）が圧電素子により構成されるものを示した。本発明の駆動方法は、このように圧力付与手段が圧電素子により構成されるものである場合に、圧力発生室内の圧力を下げるタイミングが容易に制御できるために好ましい。

また、上記実施形態では、矩形波の駆動波形を圧電素子に印加している。矩形波を用いることで、メニスカスＭが復帰位置に戻ったタイミングで第３の工程を開始際のタイミング設定が容易になり、また、第３の工程により強い負圧が発生し、液滴を容易に分離できるので好ましい。

また、上記実施形態例では、圧力付与手段として電界を印加することによりせん断モードで変形するせん断モード型の圧電素子を用いた。せん断モード型の圧電素子では、図６（ａ）に示した矩形波の駆動波形をより効果的に利用することができ、駆動電圧が下げられ、より効率的な駆動が可能となるため好ましい。但し、本発明はこれらに限られるものではなく、例えば、圧電素子を単板型の圧電アクチュエータや縦振動タイプの積層型圧電素子等、別の形態の圧電素子を用いてもかまわない。また、静電力や磁力を利用した電気機械変換素子や、沸騰現象を利用して圧力を付与させるための電気熱変換素子等、他の圧力付与手段を用いてもかまわない。

また、以上の説明では、液滴吐出ヘッドとして画像記録を行うためのインクジェット記録ヘッドを用いたが、これに限らず、液滴を吐出するためのノズルの開口と、このノズルの開口に連通する圧力発生室と、この圧力発生室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えたものであれば同様に適用できる。

（実施例１〜３）
ノズルピッチ１８０ｄｐｉ、出射液滴量１４ｐｌのせん断モードの記録ヘッドを使用し、ＤＲＲ波形で、DrawとReinforceの電圧比（｜ａ｜／｜ｂ｜）を２／１とし、Draw （第１の工程）の継続時間を１ＡＬに設定し、Reinforce（第２の工程）の継続時間（Ｒ時間）を表１に示す通りに変化させて駆動を行い、液滴を吐出した。そのときのメニスカスの位置と、液滴の出射安定性及び高速駆動性について観察した。

メニスカス位置測定：ＣＣＤカメラを用いたストロボ測定により液滴吐出直後のノズル開口からのメニスカスの押し出しの動きを観察することにより、ノズル内のメニスカスの位置を推測し、また、シミュレーションにより確認した。

使用インク：油系インク（１０ｃｐ、２８ｄｙｎｅ／ｃｍ）
駆動電圧：２０Ｖ
ＡＬ＝４．５μｓ

なお、出射安定性は以下の基準により評価した。
◎:液滴速度１０ｍ／ｓまで安定に出射した。
○：液滴速度８ｍ／ｓまで安定に出射した。
△：液滴速度８ｍ／ｓで多少の液滴速度のゆらぎがあるが、出射欠を発生することなく出射した。
×：不安定で出射欠を発生する。

また、高速駆動性は以下の基準により評価した。
○：駆動周期３０μｓにおいて安定に出射する。
△：少し不安定な出射だが、出射欠は発生しない。
×：出射が不安定で出射欠を発生する。

（比較例１〜４）
第２の工程の継続時間（Ｒ時間)を表１に示す通りとした以外は実施例１〜３と同一とした。

実施例１〜３及び比較例１〜４の結果を表１に示す。

第２の工程の継続時間が短く、メニスカスが復帰位置に近いところでキャンセルがかかる方が、その後のメニスカスの復帰が早いため、高周波駆動に対応することができる。

比較例１では、高周波駆動を行ってもインク充填が間に合わず、出射が不安定となる。

また、比較例２、３では、メニスカスは復帰するが、キャンセルのタイミングが残留圧力波に対応しておらず、出射の安定性に問題がある。

更に、比較例４では、出射は安定するが、第２の工程の継続時間（Ｒ時間)が長すぎて、駆動周期全体が長くなってしまい、高周波数駆動に対応していない。

実施例２では、効果的に残留圧力波がキャンセルされ、より安定な出射が得られた。

以上から、第２の工程の継続時間(Ｒ時間)は、４ＡＬがより好ましい条件であることがわかった。

（実施例４〜７）
実施例２において、DrawとReinforceの電圧比（｜ａ｜／｜ｂ｜）を表２に示す通りに変化させた場合の液滴の出射安定性と高速駆動性について評価した。

なお、出射安定性は以下の基準により評価した。
◎：液滴速度１０ｍ／ｓまで安定に出射する。
○：液滴速度８ｍ／ｓまで安定に出射する。
△：液滴速度８ｍ／ｓでの出射時に、多少の液滴速度のゆらぎがあるが、出射欠を発生することなく出射する。

また、高速駆動性は以下の基準により評価した。
○：駆動周期３０μｓにおいて安定に出射する。
△：少し不安定な出射だが、出射欠は発生しない。
×：出射が不安定で出射欠を発生する。

その結果を表２に示す。

実施例６では、残留圧力波がより効果的にキャンセルされ、液滴速度が遅くなってもより安定な出射が得られた。

また、実施例４では、メニスカスの復帰が遅く、高周波数駆動時にインクの充填が十分に間に合わず、不安定な出射が観測された。

以上の結果より、｜ａ｜／｜ｂ｜＝２／１が、より安定で高速な出射が得られる好ましい条件であることがわかった。

液滴吐出ヘッドの一態様であるせん断モード（シェアモード）タイプのインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す図であり、（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図 （ａ）〜（ｂ）は記録ヘッドの作動を示す図 （ａ）（ｂ）は従来の駆動方法による液滴吐出の様子を示す説明図 従来の駆動方法における駆動波形を示す図 （ａ）は本発明に係る駆動方法を実現するための駆動波形を示す図、（ｂ）は駆動波形によってインクチャネル内のインクに付与される圧力を示す図 本発明に係る駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示す図 ノズルの開口とメニスカスとの位置関係を説明する図

符号の説明

１：インクチューブ
２：ノズル形成部材
３：ノズル
６：カバープレート
７：インク供給口
８：基板
１０、１０１：インク柱
１０ａ、１０１ａ：主滴
１０ｂ、１０１ｂ：尾部
１０１ｃ：２次滴
２００：記録媒体
Ｈ：記録ヘッド
Ａ、Ａ１、…：インクチャネル
Ｓ、Ｓ１、…：隔壁（電気・機械変換手段）
Ｑ、Ｑ１、…：電極
Ｍ：インクメニスカス

Claims (13)

1. 液滴を吐出するためのノズルの開口と、内部に液体を貯留可能であり前記ノズルの開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室内の容積を拡大又は縮小させる圧力を変化させる圧力付与手段を備えた液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
   前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させる第１の工程と、
   前記第１の工程の後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を縮小させて前記圧力発生室内の液体を前記ノズルの開口から突出させる第２の工程と、
   前記第２の工程を３．５〜４．４ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）時間継続させた後、前記圧力付与手段によって前記圧力発生室の容積を拡大させることにより、前記第２の工程により前記ノズルの開口から突出している液体を液滴として分離させる第３の工程と、
   を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
2. 前記第２の工程を４ＡＬ時間継続させることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
3. 前記第２の工程により縮小させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積より小さく、且つ、前記第３の工程により拡大させた時の前記圧力発生室の容積は、前記第１の工程により前記圧力発生室を拡大させる以前の容積と実質的に同じであることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
4. 前記圧力付与手段は、電圧を印加することにより前記圧力発生室内の容積が変化するように駆動され、異なる電圧を印加することにより前記圧力発生室に異なる圧力を付与可能に構成されており、前記第１の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をａ（Ｖ）、前記第３の工程において前記圧力付与手段に印加する電圧をｂ（Ｖ）とした時、｜ａ｜＞｜ｂ｜であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
5. 前記電圧ａと前記電圧ｂは、｜ａ｜／｜ｂ｜＝２であることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
6. 前記圧力付与手段は圧電素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
7. 前記圧電素子は、電界を印加することによりせん断モードで変形することを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
8. 前記第１の工程の継続時間が０．８〜１．２ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
9. 前記第１の工程の継続時間が１ＡＬ（ＡＬは前記圧力発生室の音響的共振周期の１／２）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
10. 前記液体の粘度が、５ｃｐ以上１５ｃｐ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
11. 前記液体の表面張力が、２０ｄｙｎｅ／ｃｍ以上３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
12. 前記液体はインクであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
13. 前記圧力発生室内の容積を変化させるために前記圧力付与手段に印加する駆動波形が、矩形波であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。

Images