JPH04361045A

JPH04361045A - 液体噴射記録ヘッドの駆動方法

Info

Publication number: JPH04361045A
Application number: JP16357991A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Komai; 博道駒井; Tomoaki Nakano; 智昭中野; Toshio Inada; 俊生稲田; Toshitaka Hirata; 平田　俊敞
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1992-12-14
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JP3069154B2

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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、液体噴射記録ヘッドの駆動方法
に関し、より詳細には、簡単で低コストに印字品質を大
幅に向上させる液体噴射記録ヘッドの駆動方法に関する
。

【０００２】

【従来技術】記録液滴を必要時のみ吐出するために圧電
素子を備えた記録ヘッドに電気信号を印加して圧力波に
変換し、該圧力波により液滴噴射するという液滴吐出圧
力制御方式のオンデマンド型インクジェット記録方式は
、電気信号に応じた圧力パルスを発生するので駆動回路
も簡易で、構造も単純であるという長所がある。本発明
に係る従来技術の公知文献としては、例えば特公平２−
２４２１８号公報に記載された「オンデマンド型インク
ジェットヘッドの駆動方法」、あるいは特開昭５９−１
７６０６０号公報に記載された「インクジェットヘッド
駆動方法」がある。

【０００３】特公平２−２４２１８号公報は、上記オン
デマンド型インクジェットヘッドの駆動方法に関するも
ので、圧電素子に予め分極電圧と同方向の電気パルスを
印加して充電し、圧力室の容積を減少させておき、イン
ク噴射時には徐々に放電させ容積を増大させた後、再び
パルスを印加して急速に充電させ、圧力室の容積を減少
させることによりインクを噴射させるもので、安価な駆
動回路で駆動でき、低い駆動電圧で液滴を噴射させる技
術が開示されている。

【０００４】また、特開昭５９−１７６０６０号公報は
、振動板を圧力室内のインク圧を減ずる方向に変形させ
る主駆動信号の前縁を圧電素子に印加し、圧力室にイン
クを供給し、インク流路系、振動板及び圧電素子によっ
て決まるヘッドの固有振動の位相に合わせて振動板を定
常状態に戻すための主駆動信号の後縁を印加することに
より、圧力室内のインク圧を急激に高めてノズルからイ
ンク滴を噴射させ、さらに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インクジェットヘッド
記録方法で、ヘッドを駆動したときの繰り返し周波数特
性を改善するために主駆動信号を印加した後に補助駆動
信号を印加する技術が開示されている。

【０００５】しかし、上記技術によると印加する補助駆
動信号の立下がり、すなわち流路内インク圧を低下させ
る方向の駆動信号のタイミングは主駆動信号によるイン
クの吐出が完全に終了する以前となるので、主駆動信号
によって励起された固有振動に対して、補助駆動信号に
よる固有振動は逆位相とならず、完全に固有振動を押え
込むことはできない。従って、さらに固有振動を押え込
もうとしようとするときは、次々に複数の補助信号が必
要となるので、駆動回路が複雑、かつ高価となってしま
う欠点がある。また、吐出量を減少させることになるの
で、印字したときのドット径は小さくなり、グラフィッ
ク印字の場合、一様な濃度である筈のベタ印字部分はド
ット間の重なり率が低いために濃度ムラが生じてしまう
ことがある。さらにまた、ヘッドの固有振動に対して、
補助駆動信号の印加タイミング及び印加時間が不明確で
あり、実用性に欠けている。

【０００６】また、特開昭６２−５６１５０号公報のも
のは、第１，第２の電圧印加用電極を設けアクチュエー
タ部を膨張する時に側壁部を収縮させるものであるが、
余分の電極形成や駆動回路が必要となり、しかも、位相
制御については開示されていないものである。また、先
に提案された特願平２−２８５５７７号のものは、パル
ス信号の印加により液滴を吐き出した後、パルス幅の異
なる第２パルス信号を印加するものであるが、マルチノ
ズルヘッドの相互干渉については開示されていないもの
である。

【０００７】また、本出願人は、先に、液体噴射記録ヘ
ッドの駆動方法を提案した。これは、液滴を噴射するた
めのノズルを有する液体の流路である加圧室を複数個平
行に設けた流路板と、前記加圧室に対応し、長手方向に
伸びる断面凸部形状の駆動部を有する圧電素子とを接合
した液体噴射記録ヘッドの駆動方法に関するものである
。これは液滴の噴射速度の変動をなくし、且つ加圧室を
同時駆動したときの相互干渉による滴速度低下を防止す
ることを目的としてなされたものである。すなわち、複
数の駆動部を２つの群に分割して、基準の群に印加され
るパルス信号の立上げ時間（容積縮少）と、他方の群へ
印加されるパルス信号の立下げ時間（容積増大）とが少
くとも重複するように位相差をもってパルス信号を印加
するものである。

【０００８】これによると、分割した２つの群を奇チャ
ンネルと偶チャンネルとに分割した場合、駆動パルス信
号の位相差が小さい時には、奇チャンネルの圧力波のま
わり込み位相と偶チャンネルの圧力波の位相とが一致す
るため偶チャンネルの相互干渉改善効果が大きい。また
、位相差が大きく、しかも適当に選択すると奇、偶チャ
ンネル共に相互干渉が著しく改善され、滴速度の低下の
ない結果が得られる。

【０００９】しかし、従来の液体噴射記録ヘッドの構造
では、流路板に配列された加圧室の機械的および流体圧
力波の効果がすべての加圧室において同じでないため、
位相差を与えて駆動する場合の効果においても中央部と
端部とでは位相差駆動制御による滴速度低減防止効果が
異なってくる。以下、従来の液体噴射記録ヘッドの動作
を説明する。

【００１０】図５は、従来の液体噴射記録ヘッドの断面
を示す図で、図中、２１は基板、２２は圧電素子、２２
ａは非駆動圧電素子、２２ｂは駆動圧電素子（駆動部）
、２２ｃ，２２ｄは電極、２３は溝、２４は充填材、２
５は流路板、２５ａは加圧室、２５ｂは壁部、２６はノ
ズルである。

【００１１】図示において、基板２１の上部面に圧電素
子２２が接合されている。圧電素子２２は複数の溝２３
で区画され非駆動圧電素子２２ａと駆動圧電素子（以下
、駆動部と呼ぶ）２２ｂを形成した積層型圧電素子で、
電極２２ｃと２２ｄとを有している。溝２３内には低ヤ
ング率の充填材２４が充填されており、記録液による電
極２２ｃと２２ｄ間の絶縁低下するのを防ぎ、区画され
た圧電素子２２の補強を行っている。また、圧電素子２
２には、流路板２５が接合されている。該流路板２５に
は、駆動部２２ｂと対応した駆動部２２ｂよりも僅かに
幅広い加圧室２５ａを設けており、流路板２５の壁部２
５ｂと非駆動圧電素子２２ａとで接合される。以上の構
成において、駆動部２２ｂには、加圧室２５ａの体積を
減少する方向の電圧が印加されており、信号パルスの立
下げにより体積を膨張して共通液室（図示せず）より記
録液を吸入し、信号パルスの立上げによる体積減少によ
りノズル２６より液滴を噴射する。

【００１２】図６は、ノズル番号と滴速度との関係を示
す図で、図中、ノズル番号＃１，＃２，…＃１４は、図
５に図示された液体噴射ノズルの一方の端部より順次他
端部に向けて付された番号である。図示において、同一
信号パルスで加圧室２５ａを単独に駆動した場合は、〇
印で示すように中央部のノズルにおいては一定の滴速度
の液滴を噴射するが、両端部近傍のノズルからの滴速度
よりも小さく、両端部のノズルで最大となる。また、同
一信号パルスで加圧室２５ａを同時に駆動した場合は、
×印で示すように、中央部のノズルより噴射する滴速度
は小さく両端部ノズルに移動するに従って大きくなる傾
向であり、全般に単独駆動した場合の滴速度よりも小さ
い。

【００１３】加圧室２５ａを単独に駆動した場合。共通
液室を介して影響する圧力波の大きさは端部と中央部と
では異なる。また駆動部２２ｂの駆動により、駆動部２
２ｂが変位して加圧室２５ａの体積を減小する体積減小
率は隣接する非駆動部２２ａに対する影響が等しいため
中央では等しい。しかし、端部のノズル近傍においては
充填材２４を介して受ける影響及び壁部２５ｂを介して
の加圧室２５ａ変形影響等は中央部駆動の場合よりも小
さい。このため端部での体積減小率は大きく液滴噴射速
度はその分大きくなる。また、加圧室２５ａを同時に駆
動した場合。流体圧力波の廻り込みによる影響が各々異
なる他に、機械的変形も異なる。即ち、機械的変形は隣
接する充填材２４のひずみが非駆動圧電素子２２ａも変
形させ、この変形が壁部２５ｂに及ぼし、加圧室２５ａ
を上部へ押上げる結果、単独駆動の場合に比し体積減小
率は小さくなることによる。加圧室の位置により滴速度
が変化する上述の影響は位相制御の場合にも及ぼす。

【００１４】

【目的】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので
、記録液滴の噴射状態を安定にして、駆動周波数に対す
る記録液の滴速度の変動をなくし、マルチノズルヘッド
の同時駆動時の相互干渉による滴速度低下を防止するた
めの液体噴射記録ヘッドの位相制御駆動方法において、
ヘッド部の端部と中心部とのノズルから噴射する滴速度
が変化することを防止する液体噴射記緑ヘッドの駆動方
法を提供することを目的としてなされたものである。

【００１５】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
複数の平行な溝で区分された圧電材料よりなる駆動部と
、該駆動部に対向配置される複数の加圧室を有する流路
板と、前記加圧室に記録液を供給する共通液室とからな
り、画像情報に基づいて前記圧電材料の選択された駆動
部に電圧を印加し、加圧室に連通するノズルより記録液
を吐出して記録する液体噴射記録ヘッドにおいて、前記
複数の加圧室を、記録液を吐出する駆動部と記録液を吐
出しないダミー部とで構成し、該ダミー部は複数の加圧
室を有し、該加圧室の各々に記録液を充填して駆動部の
両端部に配設し、記録においては前記駆動部とダミー部
とを駆動すること、更には、（２）記録に使用する駆動
部を奇数と偶数の２群の駆動部に分割し、該駆動部の各
々の群間の駆動信号には位相差を与え、該駆動部の駆動
においては、選択された駆動部の加圧室と、該駆動部の
属する群に対応し、駆動部の延長として奇数と偶数とに
分割された群のダミー部の加圧室とを同時駆動すること
を特徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づ
いて説明する。

【００１６】まず、オンデマンド型インクジェット記録
ヘッド（以後単にヘッドと呼ぶ）について説明する。図
４（ａ），（ｂ）は、ヘッドの構成を説明するための図
で、図（ａ）は断面図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ線
矢視拡大図である。図中、１は基板、２は圧電素子、２
ａは非駆動圧電素子、２ｂは駆動圧電素子（駆動部）、
３は流路板、３ａは加圧室（インク流路）、３ｂは壁部
、４は共通液室構成部材、４ａは共通液室、５はインク
供給パイプ、６はノズルプレート、６ａはノズル、７は
駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）、８はリード線、９は
駆動電極、１０は充填剤、１１は保護板、１２は流体低
抗、１３，１４は電極、１５は上部隔壁である。

【００１７】集積化されたヘッドにおいて、電極１３，
１４を有する積層された圧電素子２は、加圧室３ａに対
応して、該加圧室３ａ方向に溝加工が施され、溝１０、
駆動圧電素子２ｂ、非駆動圧電素子２ａに区分される。溝１０には充填材が封入されている。溝加工が施された
圧電素子２には上部隔壁１５を介して流路板３が接合さ
れる。すなわち前記上部隔壁１５は、非駆動圧電素子２
ａと隣接する流路を隔てる壁部３ｂとで支持される。駆
動部２ａの幅は流路３ａの幅よりも僅かに狭く、駆動用
回路プリント板（ＰＣＢ）上の駆動回路により選択され
た駆動圧電素子２ｂに信号パルスを印加する。駆動圧電
素子２ａには予め厚みが増加する方向の一定電圧が印加
されていて、該一定電圧からの前記パルス電圧信号の立
下げにより駆動圧電素子２ａは厚みが減少する。この結
果、加圧室３ａの体積は膨張して記録液を吸入し蓄えら
れる。次にパルス電圧信号の立上げにより厚み変位して
加圧室３ａの容積が減少し、その結果圧力波を発生する
。この圧力波はノズル板６のノズル６ａより液滴を噴射
する。

【００１８】図１は、本発明の液体噴射記録ヘッドの駆
動方法の一実施例を説明するための断面図で、図中、＃
１，＃２，…，＃５および■，■…はノズル番号で図４
と同じ作用をする部分には等しい符号を付している。図
示において、ノズル番号＃１，＃２，＃３は、流路板３
の端部より他端部方向に順次付番されたノズル番号であ
る。端部より＃１，＃２，＃３のノズルはダミー部をな
すもので、これらのノズルは封止されている。しかし、
該ダミーノズルのノズル＃１，＃２，＃３の加圧室３ａ
他端は共通液室４ａ内と連通しており、該加圧室３ａ内
には記録液が満されている。流路板３の他端部のノズル
（図示せず）も同数だけ各々のノズルは封止されダミー
部を構成している。ダミー部ノズル＃１〜＃３を除いた
＃４，＃５…は実際印字に使用される駆動部のノズルで
、＃４が駆動部ノズルの最端部に位置し、これを■であ
らわす。従って、次の位置にある＃５のノズルを■であ
らわし、この番号が奇数であれば奇数群のノズル、偶数
であれば偶数群のノズルと呼ぶ。

【００１９】本発明においては、滴速度変化の大きい端
部に位置するノズルをダミー部として液滴を噴射させず
、実際の印字では該ダミー部と駆動部とを同時駆動する
ことにより、ダミー部で発生した記録液の圧力波を利用
し、滴速度が低下するのを防ぐものである。ダミー部で
発生した圧力波は共通液室４ａを経て駆動側の流路３ａ
に導入され、駆動側の圧力波と干渉させることにより滴
速度の低下するのを補い、滴速度を高速度として一定に
保たせるものである。しかし、駆動部■，■…を同時駆
動すると、非駆動圧電素子部２ａも同位相で押上げられ
流路板３の壁部３ｂを押し上げる結果、流路板３は変形
し、滴速度は全体に低下するので、ダミー部＃１，＃２
，＃３から伝搬される圧力波を干渉させても大きい効果
を望めない。従って、駆動部■，■，■…を奇数グルー
プと偶数グループとからなる２つの群に分割した位相差
を与えて駆動する。同時に、ダミー部にも、駆動部■，
■，■の延長に従って定められた奇数と偶数グループと
を定める。すなわち、新しく定められた駆動ノズル■，
■，■…を奇数群としてこれを基準群とし、■，■，■
…を偶数群として位相制御する場合は旧いノズル＃１，
＃２，＃３は各々偶数、奇数、偶数群のノズルとして取
り扱い、例えば、記録に使用する駆動部、すなわち、新
しいノズルに■（奇チャネル）を駆動の場合は必ずダミ
ー部である旧いノズル＃２（奇チャネル）を駆動し、記
録に使用する駆動部すなわち、新しいノズル■（偶チャ
ネル）を駆動の時はダミー部である旧いノズル＃１，＃
３（偶チャネル）を駆動する。

【００２０】図２は、本発明の液体噴射記録ノズルの駆
動方法における他の実施例を説明するための波形図で、
図１に基づいて説明する。奇チャンネルと、偶チャンネ
ルとに対応する駆動部２ｂとに位相差ΔＰＨをもたせた
例を示すもので、駆動部２ｂの奇チャンネルの立上げ時
間ｔｒと偶チャンネルの立下げ時間ｔｆとが少くとも重
複するようになっている。このような条件では、奇チャ
ンネルに注目すると奇チャンネルの駆動部２ｂが立上げ
時間ｔｒで膨張する間に、隣接する偶チャンネルでは立
下げ時間ｔｆにおいて収縮するため、位相差のない場合
にくらべて奇チャンネルの相互干渉による滴速度の低下
は改善されることとなる。この作用は、駆動部２ｂのノ
ズル６ａに対し、該駆動部の延長として定められたダミ
ー部のノズルから伝搬された圧力波が共通液室４ａを介
して影響を及ぼすためである。

【００２１】図３は、奇チャンネルと偶チャンネルを駆
動したときの偶チャンネル内の圧力波を示す図である。奇チャンネルの立上りで発生した圧力ΔＰ１は共通液室
を介して偶チャンネル内にまわり込み、ΔＰ１の圧力波
となる。（ｃ）に示すようにΔＰ１が最大となる点の近
傍、すなわちｔ＝ｔ１で偶チャンネルとを立上げると圧
力波ΔＰ２が発生し、結果として合成された圧力波（点
線）となる。この合成された圧力波により偶チャンネル
の相互干渉による滴速度の低下するのを防ぐことが可能
となる。

【００２２】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。（１）液体噴射記録ヘッドの両端部に複数のノズルから
なるダミー部を設けて、該ダミー部を含んで駆動部を位
相制御したので滴速度の異なる両端部が除れた駆動部の
範囲で滴噴射され、端部と中心部との滴の速度変化を防
止することができる。（２）駆動部を奇チャンネルと偶チャンネルとの２群に
分割して各々の群間の駆動信号には位相差を与え、しか
も、ダミー部のチャンネルも駆動部の延長として、奇チ
ャンネルと偶チャンネルとに区分することにより相互干
渉を利用した駆動が行われるので、効果的に、端部と中
心部との滴速度変化を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の液体噴射記録ヘッドの駆動方法の
一実施例を説明するための断面図である。

【図２】　　本発明の液体噴射記録ノズルの駆動方法に
おける他の実施例を説明するための波形図である。

【図３】　　奇チャンネルと偶チャンネルを駆動したと
きの偶チャンネル内の圧力波を示す図である。

【図４】　　記録ヘッドの構成を説明するための図であ
る。

【図５】　　従来の液体噴射記録ヘッドの断面を示す図
である。

【図６】　　ノズル番号と滴速度との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…基板、２…圧電素子、２ａ…非駆動圧電素子、２ｂ
…駆動圧電素子、３…流路板、３ａ…加圧室（インク流
路）、３ｂ…壁部、４…共通液室構成部材、４ａ…共通
液室、５…インク供給パイプ、６…ノズルプレート、６
ａ…ノズル、７…駆動用回路プリント板（ＰＣＢ）、８
…リード線、９…駆動電極、１０…充填剤、１１…保護
板、１２…流体低抗、１３，１４…電極、１５…上部隔
壁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　複数の平行な溝で区分された圧電材料
よりなる駆動部と、該駆動部に対向配置される複数の加
圧室を有する流路板と、前記加圧室に記録液を供給する
共通液室とからなり、画像情報に基づいて前記圧電材料
の選択された駆動部に電圧を印加し、加圧室に連通する
ノズルより記録液を吐出して記録する液体噴射記録ヘッ
ドにおいて、前記複数の加圧室を、記録液を吐出する駆
動部と記録液を吐出しないダミー部とで構成し、該ダミ
ー部は複数の加圧室を有し、該加圧室の各々に記録液を
充填して駆動部の両端部に配設し、記録においては前記
駆動部とダミー部を駆動することを特徴とした液体噴射
記録ヘッドの駆動方法。
【請求項２】　　記録に使用する駆動部を奇数と偶数の
２群の駆動部に分割し、該駆動部の各々の群間の駆動信
号には位相差を与え、該駆動部の駆動においては、選択
された駆動部の加圧室と、該駆動部の属する群に対応し
、駆動部の延長として奇数と偶数とに分割された群のダ
ミー部の加圧室とを同時駆動することを特徴とした請求
項１記載の液体噴射記録ヘッドの駆動方法。