JPS59176060A - インクジエツトヘツド駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インク滴を必要時のみに噴射するインクオン
デマンド型ヘッドの駆動方法に関するものである。

インクオンデマンド型ヘッドにおいて、欠点であるとさ
れている、低い滴発生率・遅いサテライトの発生による
印字品質の低下等を改善するためさまざまなヘッドの駆
動方法が考えられている。

例として第１２図（ａ）に示すヘッドの待機状態から圧
力室内のインク圧を急激に高めることによってインク滴
３２を得た後、（第１２図（ｃ）で示す状態）ノズル部
分に生じたメニスカスか圧力室方向に引き込まれ（第１
２図（１）　’）　、この引き込まれた新メニスカス３
３を再び圧力室内のインク圧を高めることによって、す
みやかにメニスカスの動きを減衰させ安定した状態に復
帰させようとする方法が、特開昭５２−６４２３０号公
報や昭和５７年度電子通信学会総合全国大会“ＤＯＤ型
インクジェット駆動方法″′等で知られている。これら
の方法によると、ノズル部分において見られるメニスカ
スの動きに対して処理をすることになり、補助駆動をす
るための信号をどのあたりどどの程度の入力をするかの
決定が難しく、また第１２図（ｃ）から（ｄ）の状態付
近にて補助駆動を行ない圧力室内のインク圧を高めるた
め、ともするとこの補助駆動によりインクを押し出して
、主インク滴か長くなり、その結果、インク滴が多数の
サテライトに分離し印字品質を劣化させたり、また補助
駆動信号によるメニスカス減衰の効果を上げようとして
補助駆動を強くすると、主インク滴に続いて不要なイン
ク滴を射出してしまう等の欠点がある。

本発明はインク流路系及び振動板、圧電素子等を含めた
系の持つ固有な振動によって生ずるところの駆動繰り返
し周波数特性によるインク滴の辻度変動という欠点を除
去したもので、その目的はサテライトの発生をおさえ印
字品質を向上することにある。

またさらに−回の駆動によって引き起こるノズルにおけ
るインク挙動の不安定な状す目をすみやかに安定状態へ
と導ひき、繰り返し駆動応答性を向上することが、本発
明の他の目的である。

本発明は、一旦圧力室内のインク圧を減じてインクを引
き込んだ後、急激に圧力室内のインク圧を高めてインク
滴を得る主駆動方法にヘッドの持つ固有振動に注目して
補助駆動方法を加えたものである。主駆動によってイン
ク滴を得るとともに、インク流路系、振動板、圧電素子
端を含めたヘッド固有の振動が励起される。この励起さ
れた固有振動の第一の振動に対して逆位相に振動板を強
制的に変形させる補助駆動を加える。場合によっては、
第２．第６・・・の補助駆動を引き続いて励起された固
有振動に対して逆位相となるように加えることを特徴と
するものであり、かつ補助駆動においてはインク滴を得
ないものである。以下に図面に基づいて詳細な説明を行
なう。

第１図は、インクオンデマンド型へノドの構成を示す断
面図で１はノズル、２は圧力室、６は振動板、４は圧電
素子、５σ、５ｂは信号入力端子、６はヘッド基板、７
はインク供給路、８はインクタンクで、振動板５、ヘッ
ド基板６は、ガラス。

プラスチック、セラミック、金属Ｎ１により作られてい
る。またインクは、インクタンク８からインク供給路７
を経て圧力室２からノズル１へ達しており、インクタン
ク８におけるインク負圧とノズル１における表面張力と
によって定常状態を保つている。尚圧電素子４は、信号
入力端子５ａ、５ｂの間に、５ａ側に正の電圧が加えら
れたときに収縮し、５（１，５ｂ間に雷１位差がないと
きは変形せず、５ｂ側に正の電圧が加えられたときには
伸びるように組み込んであるものとする。

ここで、本発明におけるインクオンデマンド型ヘツドの
特性について第２図に基づいて説明する。

第２図（ａ）は信号入力端子５（２，５ｂを辿して印加
する信号を表わしており、第２図（ｂ）は、第２図（ａ
）を印加した場合の振動板乙の変位を表わすもので、第
１図に示す振動板変位量Ｘの方向を正方向として考える
。

待機状態において信号入力端子εα側に正の電圧か加え
られており、圧電素子４は収縮しｔ／ｉ動板３は負方向
に変位している。このときの振動板６を基準に考え、変
位量’、　ｘ　＝　Ｏとする。この状態から第１信号１
５が入ると、点５１から点５２へと振動板乙の変位ｆｆ
’ｃ　ｚは正方向に向かい圧力室２内へインクを引き込
む。続いて第２信号１６か入力され、点５２から点５４
への過程で示すように振動板３か負方向に急激に変位し
て圧力室２内のインク圧か上昇し、ノズル１よりインク
が飛び出し始める。４ｊｉｉ動板６は待機状態となる変
位ｊｌ’、　Ｚ　＝　、０の点を通り過ぎて点５４まで
変形し、ヘッド固有の振動を始める。そして、点５４か
ら点５６への過程では最も負側に変形していた振動板ろ
か減衰をしながら待機状態を過ぎ、５６１１１点へと達
し、図から明らかな様に点５６−５８−５９の如き減衰
振動をする。インクは点５２から点５４の過程において
、ノズル１より飛び出し始める。ひき続いて点５４から
点５６過程の固有振動によって振動板６が正方向に変位
することによって圧力室２内のインク圧力が低下し、ノ
ズル１の部分のインクを圧力室２側へ引っばるために５
５地点付近にてノズル１から突出した部分のインクがイ
ンク滴を形成する。

このように主駆動信号Ｍを加えた後に固有振動か励起さ
れ、その結果、次の繰り返し駆動時に残有する固有振動
と新たな主駆動とが線型結合され、第６図に示されるよ
うな駆動繰り返し周波数特性を持つ。このような駆動繰
り返し周波数によるインク滴の速度変動かあると同時に
ノズル１付近にてインクの動きが大きく残り、不安定の
原因となってくる。

このような特性を持つヘッドを用いた本発明の一実施例
を説明する。第２［ｇｌ（ａ）で示１７た主駆動信号Ｍ
を印加後所定の時間をおいて補助駆動信号Ｎを加えた方
法で、第４図（ａ）に示すものである。

主駆動信号Ｍによってインクがノズル１から飛び出ると
同時に、ヘッドにおいて前述したように固有振動を励起
することになる。第２図において振動板の変位速さの極
大となる点を付号５３．５５．５７で示すが、点５６か
ら点５４の過程において振動板変位速さは減速する一方
となり、ゆっくりとインクを押し出すことになる。そこ
で点５２から点５４において振動板変位速さが最大とな
る点５３を振動板３が通過する際に補助駆動信号Ｎの立
ち下がり２１を加えると振動板変位は第４図（ｂ）の一
点鎖線に示すグラフとなり、この立ち下がり２１によっ
て振動板６に強制的に正方向に変位させようとする力が
働き、圧力室２内のインク圧力がすみやかに低下し始め
、ノズル１よりすでに飛び出していたインクをすみやか
に引きちぎる形となる。更に、この立ち下がり２１は、
固有振動の位相と逆位相に入力されるため、固有振動と
打消しあい、固有振動の振幅も減衰する。さらに、強制
的に立ち下がり２１を入力した後、待機状態に戻す立ち
上がり２２をやはり固有振動に対・して逆位相に入力す
る。即ち、固有振動のピークである点６０において、立
ち上がり２２を入力する場合、最も効果的に入力したこ
とになり、第４図（ｂ）の実線で示すような曲線で表わ
される減衰を行なわせることができた。この結果、第４
図（ｂ）における点６２付近にてインク滴となる。この
補助駆動信号Ｎにおける初めの入力信号である立ち下が
り２１１４、圧力室２の圧力を減する方向であるため、
急峻に立ち下げることによってインク滴を得てしまう可
能性も無く、従来だらだらと固有振動の４に動に引っ張
られていた場合と違い、インク滴を形成する時間も早く
なると同時に、最後に飛ひ出したインクの速度も速いも
のとなった・またノズル（Ｎｌ近において、飛び出しつ
つあるインクを引きちきることＫなり、同時に固有振動
を押え込むのでノズル側近のメニスカスの動きも少ない
ものとなり、安定した状態となった。

第５図は、第４図に示した実施例においてヘッドを駆動
１〜たときの駆動繰・り返し周波数４１”＋・性である
。第ろ図におけるものと比較して明らかなように、大幅
に特性か改善され、安定したＢ、＋、度を持ったインク
滴を広い領域に渡って得られるよう１（なった０ また第６図＜ａ）　、　（ｂ）は第４図に示す本発明の
一実施例の回路図及びタイミングチャートの一例である
。この場合は、主駆動時と補助駆動時における印加電圧
波形の立ち下かり、立ち上がりをそれぞれ同じ放電側回
路１０、充電側回路１２で駆動し７た場合を示しており
、簡単な回路構成でよい。

第７図（ａ）　、　（１＋）は第４図に示す実施例の別
の回路図及びタイミングチャートの一例である。これは
主駆動時と補助駆動時における印加電圧波形の立ち下が
り、立ち上がりをそれぞれ違うようにし７たときの回路
例及びタイミングチャートである。

主駆動信号Ｍは放電側回路１０、充電側回路１２を使用
し、補助駆動信号Ｎは放電側回路１１、充電側回路１３
を使用する。この場合補助駆動信号Ｎの立ち下がり２１
及び立ち上がり２２を、主駆動信号Ｍと切り離して放電
抵抗Ｒ２、充電抵抗Ｒ４をそれぞれ自由に設定でき、よ
り効果的に固有振動を押さえ込む構成をとることかでき
る。すなわち固有振動を短い時間でより効果的に押さえ
込むには急峻な立ち下かり２１が望ましく、また振動板
６を待機状態に戻す時にゆっくり戻すことも可能である
。

また補助駆動信号Ｎの立ち上がり２２を主駆動信号Ｍの
立ち上がり１６と同じにできる場合は、充電側の回路は
充電側回路１２だけでよく、逆に補助駆動信号Ｎの立ち
下がり２１と主駆動信号Ｍの立ち下かり１５を同じにで
きる場合は、放電側の回路は放電側回路１０だけを持つ
構成でよい。

第８図は本発明の他の実施例を示す入力信号と振動板変
位を示す図で、第４図に示した実施例にさらに補助駆動
信号りを加えたものである。補助駆動信号Ｎとは入力の
順番として反対方向の振動板変位を強制的に行なうもの
である。やはり立ち上がり２５を強制的に振動板６の変
位を負方向に動かす目的で振動板３が正方向の変位を行
なっている点６１付近から６３地点までにおいて加える
ことにより固有振動を減衰させる。立ち下がり２４は、
振動板ろが負方向に変位しつつある点７ｏがら点７４の
間において強制的に正方向に動がそうとすることによっ
てすみやかにヘッドを待機状態へと導くことができた。

このとき補助駆動信号りの印加電圧■２は、すでに補助
駆動信号Ｎによって振動が減衰しているため印加電圧■
１　の２倍より小さな電圧で充分である。第８図におい
ては点６１から点６６の間で振動板変位速さか最大とな
る点６２において立ち上がり２′５を加えた場合を示し
ており、引き続いて立ち下がり２４を固有振動のピーク
である点７１において、短時間後に効果的に入力できる
とともに第４図において説明したより早い時刻でのイン
ク滴形成をそこなわず、効果的に固有振動を減衰させる
ことができた。

また第９図も本発明の他の実施例を示す入ブシ信号を示
す図で、第４図に示した実施例にさらに補助駆動信号Ｐ
を加えたものであり、補助駆動信号Ｐの立ち下がり２５
、立ち上がり２６も前述してきた例と同様に固有振動に
対して逆位相に入力する。すなわち、点６５付近から点
６５までの間に振動板６を正方向に変位させるために立
ち下がり２５を、引き続いて点８０から点８４までにお
いて立ち上がり２６を入力することによって、固有振動
と打ち消し合う。

第９図では、点６３から点６５の間において振動板変位
速さが最大となる点６４において立ち下がり２５を入力
した場合を示しており、引き続いて固有振動のピークで
ある点８０において短い時間で立ち上かり２６を入力で
き、より効果的に減衰させることかできた。このときの
印加電圧■。

はすでに減衰が行なわれているため零ボルト以上、■１
　ボルト以下の電圧でよい。

第１０図（σ）　、　（ｂ）もまた本発明のその他の実
施例で、第１０図（α）は第８図、第９目に示す実施例
の組み合わせであり、第１０図（ｂ）は第９図に示す実
施例に補助駆動信号Ｒを前述してきた例と同様に人力す
るものであり、固有振動をよりいっそう押え込むことが
できた。

またこれらの補助駆動信号によって押え込めない固有振
動があった場合、さらに補助駆動信号を同様な方法で次
々に加えることが可能で、簡単に固有振動を押え込むこ
とができる。

第１１図は本発明の他の実施例で、主駆動信号Ｍにおけ
る立ち下がりより補助駆動信号Ｑ７の立ち下かり２１′
を大きく立ち下げ、前述してきた実施例と同様に固有振
動による振動に対して位相に強制的に振動板６を駆動す
る。これによって固有振動に対しより効果的に働きかけ
、強制的に減衰させるとともに１ノズル１より出たイン
ク滴を引きちぎり、点９２付近でインク滴を形成すると
ともに速度の速いインク滴を得ることができた。また立
ち上がり２２′を前述してきた方法と同様に人力し、固
有振動をよりいっそう減衰させることができた。

ここまでいろいろな実施例について図面に基づいて説明
してきたが、これらいろいろな実施例を組み合わせた駆
動方法も可能であり、またさらに多くの補助駆動信号を
同様な考え方で加えて駆動することも可能である。

ここまで説明を簡単にするため入力信号波形と・して矩
形波を考えてきたか、実際は圧電素子４の持つ静電容置
及び回路抵抗等によっである時定数を持った波形が入力
されている。

一例として、固有振動周期１６０マイクロ秒のヘッドを
用い、第２図のように主駆動信号Ｍのみで駆動した場合
には、印加電圧１５０ボルト、印加時間１２０マイクロ
秒の条件下で、駆動繰り返Ｌ７周期４５０マイクロ秒程
度の駆動で安定性を示していたか、本発明の駆動方法で
ある第４図の場合、主駆動信号Ｍを上記と同様の条件と
し、更に３０マイクロ秒の後・補助駆動信号Ｎとして印
加電圧１５０ボルト、印加時間２０マイクロ秒の条件で
立ち下がり２１及び立ち上がり２２を設定したところ、
駆動繰り返し周期が２５０マイクロ秒まで安定したイン
ク滴を得ることができた。

以上説明を行なってきた補助駆動信号を加えた駆動方法
を行なうことによって、励起された固有振動がすみやか
に減衰すると同時に、ノズル部分におけるインクの不安
定な動きを押さえることができる。

本発明の方法を行なうことによって、従来第３図で示さ
れているような駆動繰り返し周波数特性を持つヘッドが
、第５図に示すような特性に大幅に改善され、安定した
速度を持ったインク滴を広い領域に渡って得ることがで
きるようになり、印字品質が向上した。また、インクを
固有振動によって分断していた時より、早い時間で分断
しインク滴も小さなものとなり、サテライトも速いもの
が得られるため、分解能、印字品質の向上がみられた。

更にノズル部分におけるインクメニスカスの挙動がすみ
やかに安定するため、従来高い駆動繰り返し周波数にお
いて飛び出すインク滴の方向に変動があったが、一定の
方向にインク滴が得られるようになり、より高い安定し
たインク滴発生帯が得られるようになった。またノズル
よりの空気の引き込みによる気泡の取り込みも改善され
た〇ヘッドの構成においても、固有振動の減衰を早める
ために、インク流路系における流体抵抗が大きいことが
必要であったが、本発明のようにヘッドを駆動すること
によって改善され流体抵抗を小さくできるため、圧電素
子に加える印加電圧を下げることができ、ヘッド内への
インクの充填モ容易となる。

また、従来例における駆動方法である一度圧力室内のイ
ンクを加圧してインク滴を得たのち再び圧力室内のイン
ク圧を高める方法より、インク滴を得た後に励起される
固有振動に対してより早い時間に補助駆動信号を入力で
きる。すなわち、従来例においては、インク滴を形成し
た後、ノズル先端より引き込まれたメニスカスをすみや
かに元に戻そうとするものであり、本発明においては、
ノズルより飛び出たインクを引きちぎる、とともにメニ
スカスがノズル内へ引かれていく動きを押えるものであ
り、メニスカスの動きを早い段階で押え、また明らかに
よりすみやかに固有振動を押えることができる。更に入
力する補助駆動信号自体、まず圧力室内のインク圧を減
する方向であってノズルよりインク滴を得る方向ではな
いため、補助駆動信号をより強制的に大きなものを用い
ることができるという利点がある。

本発明の方法によってインク滴を形成するまでにかかる
時間が短かくなるため、各繰り返し駆動毎のインク滴の
間隔が広くなり、高速の繰り返し駆動に適し７ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はインクオンデマンド型ヘッドの構成を示す１面
図である。 第２図は第１図に示すヘッドを駆動したときの特性を示
す図で第２図（ａ）は信号入力端子５ａ、５ｂＫ加える
信号の印加電圧図、第２図（ｂ）は振動板３の動きを示
す振動板変位図である。 第６図は第２図（α）の駆動によるヘッドの特性の一つ
である駆動繰り返し周波数特性図である。１第４図は本
発明の一実施例を示す印加電圧図及び振動板変位図であ
る。 第５図は第４図（ａ）の駆動による駆動繰り返し周波数
特性図である。 第６図、第７図は本発明の実施例の電気回路図及びタイ
ミングチャートである。 第８図、第９図、第１０図、第１１図、はそれぞれ本発
明の他の実施例を示す印加雷、圧図及び振　　　□動板
変位図である。 第１２図は、従来の駆動方向におけるノズル部分のイン
クの動きを示す図である０ １・・・・・ノズル　　　　　２・・・・・圧力室ろ・
・撮動板　　　　　４・・・・・・圧電素子５σ、５ｂ
・・・・信号入力端子 ９・・−・ヘット ｉｏ、ｉｉ　・・・・放電側回路 １２．１３・・・・・充電側回路 ろ１・・・・・メニスカス ３２・・・・インク滴 ３６・・・・・新メニスカス Ｍ・・・・主駆動信号 Ｌ　、　Ｎ　、　Ｒ、Ｐ　、　Ｑ・・・・・・補助駆動
信号ＲＩ＋Ｒ２・・・・・・放電抵抗 Ｒ３、Ｒ４・・・・充電抵抗 以　　上 出願人　　エプソン株式会社 代理人　　弁理士最上　　務 第１図 （ｂ） 第２図 ｃｙ■トｏ偽寸ウヘつ 絹〉・へ凶閥ｍ・目 区 Ｃ） σ　■　　ｈ＜　　　め　　匁　　リ　　ヘ　　−　　
（＞蒼υ心・艮聯駆 コ μ） 如べ 区 ＼ｊ 派

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インクオンデマンド型ヘッドの圧力室の壁の少なくとも
   一部を形成する振動板を前記圧力室内のインク圧を減す
   る方向に変形させる主駆動信号の前縁を圧電素子に印加
   し前記圧力室にインクを供給し、続いて引き起こされる
   インク流路系、前記振動板及び前記圧電素子によって決
   まるヘッドの固有振動の位相に合せて前記振動板を定常
   状態に戻すための主駆動信号の後縁を前記圧電素子に印
   加し前記圧力室内のインク圧を急激に高めノズルからイ
   ンク滴を噴射させ、これに伴って励起される固有振動に
   対して逆位相の１つ以上の補助駆動信号を印加すること
   を特徴とするインクシェアドヘッド駆動方法。