JPH09277517A - インクジェットヘッド - Google Patents

インクジェットヘッド

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JPH09277517A
JPH09277517A JP8118517A JP11851796A JPH09277517A JP H09277517 A JPH09277517 A JP H09277517A JP 8118517 A JP8118517 A JP 8118517A JP 11851796 A JP11851796 A JP 11851796A JP H09277517 A JPH09277517 A JP H09277517A
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JP
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ink
pulse width
ejection speed
ink chamber
piezoelectric body
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JP8118517A
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Hitoshi Yoshida
均 吉田
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Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電体に印加する駆動電圧のパルス幅と圧電
体を加圧した際に発生するインクの圧力波がインク室の
長さ分伝播するに必要な時間との間に所定の関係を具有
させることにより、各圧電体を介して同時に加圧される
インク室の数に拘らずノズルから吐出されるインク滴の
吐出速度を所定範囲内で均一化することができ、もって
印字品質が良好なインクジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 圧電プレート6における圧電素子部7に
印加される駆動電圧のパルス幅Pと、圧電素子部7を介
してインク室2を加圧した際に発生するインクの圧力波
がインク室の長さ分伝播するに必要な時間Tとの間に、
n×T≦P≦(n+0.4)×Tの関係を存在させると
ともに、かかる条件をもって各圧電素子部7を駆動する
ように構成する。ここに、nは奇数の整数(1又は3)
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、キャビティプレー
トに形成された複数の各インク室に対応して配置された
圧電体に駆動電圧を印加してインク室を加圧することに
より、インク室に連通するノズルからインク滴を用紙上
に吐出して文字等を印字するインクジェットヘッドに関
し、特に、圧電体に印加する駆動電圧のパルス幅と圧電
体を加圧した際に発生するインクの圧力波がインク室の
長さ分伝播するに必要な時間との間に所定の関係を具有
させることにより、各圧電体を介して同時に加圧される
インク室の数に拘らずノズルから吐出されるインク滴の
吐出速度を所定範囲内で均一化することが可能なインク
ジェットヘッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、インクジェットヘッドにおい
て、各インク室に対応して配置された圧電体に駆動電圧
を印加してインク室に連通するノズルからインク滴を吐
出する際におけるインク滴の吐出速度と圧電体に印加さ
れる駆動電圧のパルス幅との関係については種々研究が
行われている。一般に、ノズルから吐出されるインク滴
の吐出速度は、圧電体に印加される駆動電圧のパルス幅
に従って周期的に変化することが知られている。
【0003】例えば、圧電体に対して種々異なるパルス
幅を有する駆動電圧を印加し、インクジェットヘッドに
おける1つのインク室のみを加圧してノズルからインク
滴を吐出させた場合に、インク滴の吐出速度と駆動電圧
のパルス幅との間には図5にて示す曲線S1(実線で示
す)のような関係が存在する。このとき、インク室を加
圧した際に発生するインクの圧力波がインク室の長さ分
伝播するに必要な時間をTとした場合、曲線S1におい
てその第1番目の極大部K1(図5中、左側の極大部)
は、駆動電圧のパルス幅が時間Tに対応しており、ま
た、第2番目の極大部K2(図5中、右側の極大部)
は、駆動電圧のパルス幅が時間Tの3倍、即ち、時間3
Tに対応している。
【0004】従来のインクジェットヘッドでは、前記し
たインク滴の吐出速度と圧電体に印加される駆動電圧の
パルス幅との関係に基づき、各インク室の複数個が同時
に加圧されることを勘案してインクジェットヘッドにお
ける各圧電体を駆動する駆動電圧のパルス幅が種々選択
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、インク室を
加圧した際に発生するインクの圧力波がインク室の長さ
分伝播するに必要な時間Tは、T=L/√(EV/ρ)
で決定される。ここに、Lはインク室の長さ、EV はイ
ンク室内におけるインクの見かけの体積弾性率、ρはイ
ンクの密度を表す。尚、体積弾性率EV は、インク室を
加圧した際におけるインク室の変形量によって変化し、
インク室の変形量が大きい程その値は小さくなる性質を
有する。
【0006】ここで、インクジェットヘッドにおける各
インク室は、前記のようにその1つが単独で加圧される
場合もあるが、複数個が同時に加圧される場合も当然に
あることから、前記した例(1つのインク室のみが加圧
される例)の対極にある例として、全てのインク室が同
時に加圧された例を考える。全てのインク室がそれぞれ
の圧電体を介して同時に加圧された場合、各インク室が
形成されているキャビティプレートが加圧方向に撓み変
形してしまう。かかるキャビティプレートの撓み変形量
は、1つのインク室のみが加圧された場合と比較して、
当然に大きくなり、従って、前記したように各インク室
内におけるインクの見かけの体積弾性率EVは、小さく
なってしまう。インクの体積弾性率EVが小さくなる
と、前記式から明らかなように、時間Tは大きくなるこ
とから、全てのインク室を同時に加圧した場合における
ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度は、圧電体に
印加される駆動電圧のパルス幅に従って周期的に変化す
るものの、全体にパルス幅の大きい側にシフトしてしま
う。具体的には、図5において示す曲線S2(破線で示
す)のように、前記曲線S1におけると同一のインク滴
吐出速度が得られる駆動電圧のパルス幅は全体に右側に
シフトし、各極大部K3(左側の極大部)、極大部K4
(右側の極大部)も右側にシフトする。
【0007】従って、図5に示すように、例えば、圧電
体に印加される駆動電圧のパルス幅をPA に設定した場
合には、1つのインク室のみを加圧した時のインク滴吐
出速度はVAとなり、一方、全てのインク室を加圧した
時のインク滴吐出速度はVBに低下してしまう。これら
の各インク滴吐出速度VA、VBについては、それぞれが
一定以上の値を有するともに、VAとVBとの差が所定の
許容範囲内にあることが必要であるが、VAとVBが一定
以上の値を有さず、また、双方の差が所定の許容値の範
囲内にない場合には、加圧されるインク室の数に従いイ
ンク滴吐出速度VA、VBが変化してまうこととなって印
字品質に重大な支障を来たすという問題がある。
【0008】本発明は前記従来の問題点を解消するため
になされたものであり、圧電体に印加する駆動電圧のパ
ルス幅と圧電体を加圧した際に発生するインクの圧力波
がインク室の長さ分伝播するに必要な時間との間に所定
の関係を具有させることにより、各圧電体を介して同時
に加圧されるインク室の数に拘らずノズルから吐出され
るインク滴の吐出速度を所定範囲内で均一化することが
でき、もって印字品質が良好なインクジェットヘッドを
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
請求項1に係るインクジェットヘッドは、複数のインク
室が形成されたキャビティプレートと、各インク室の上
面を被覆するシート材と、各インク室に対応してシート
材上に配置された圧電体と、各インク室に連通するよう
にノズルが形成されたノズルプレートとを有し、各圧電
体に駆動電圧を印加してインク室を加圧することにより
ノズルからインク滴を吐出して用紙上に文字等を印字す
るインクジェットヘッドにおいて、前記圧電体に印加さ
れる駆動電圧のパルス幅Pと、圧電体を介してインク室
を加圧した際に発生するインクの圧力波がインク室の長
さ分伝播するに必要な時間Tとの間には、n×T≦P≦
(n+0.4)×Tとする条件をもって前記圧電体を駆
動することを特徴とする。ここに、nは奇数の整数であ
る。
【0010】前記請求項1のインクジェットヘッドで
は、圧電体に印加される駆動電圧のパルス幅Pと、圧電
体を介してインク室を加圧した際に発生するインクの圧
力波がインク室の長さ分伝播するに必要な時間Tとの間
に、n×T≦P≦(n+0.4)×Tの関係を存在させ
るとともに、かかる条件をもって圧電体を駆動させるの
で、全てのインク室を同時に加圧した際のインク吐出速
度が、1つのインク室のみを加圧した際のインク吐出速
度に対して駆動電圧のパルス幅Pが大きくなる側へシフ
トした場合においても、各インク吐出速度を相互に印字
品質上支障が発生しない所定範囲内に設定することがで
きる。
【0011】ここに、印字品質上支障が発生しない所定
範囲とは、各インク吐出速度の間で発生し得る速度差
が、所定範囲内に存在することを意味し、例えば、一方
のインク吐出速度が、他方のインク吐出速度の80%程
度の範囲内にあれば印字品質上何ら支障は発生しない。
これに対して、各インク吐出速度の相互が80%の範囲
を外れると、インク吐出速度の差が大きくなり過ぎて印
字品質上支障が発生する。
【0012】前記したように、全てのインク室を同時に
加圧した際のインク吐出速度と、1つのインク室のみを
加圧した際のインク吐出速度とは、相互に印字品質上支
障が発生しない所定範囲内に設定されることから、複数
個のインク室を同時に加圧する他の場合においても各イ
ンク吐出速度は所定範囲内に設定されることとなり、従
って、各圧電体を介して同時に加圧されるインク室の数
に拘らずノズルから吐出されるインク滴の吐出速度を所
定範囲内で均一化して良好な印字を実現することが可能
となる。
【0013】また、請求項2に係るインクジェットヘッ
ドは、請求項1のインクジェットヘッドにおいて、前記
nは1又は3であることを特徴とする。1つのインク室
のみを加圧する場合及び全てのインク室を同時に加圧す
る場合のいずれの場合においても、インク吐出速度は、
nの値が大きくなるに従い徐々に減衰して小さくなる傾
向があるが、nの値が3までの値である場合には、充分
なインク吐出速度を得ることが可能である。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るインクジェッ
トヘッドについて、本発明を具体化した実施形態に基づ
き図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、インクジェ
ットヘッドの概略構成について図1、図2に基づき説明
する。図1はインクジェットヘッドの側断面図、図2は
ノズルプレートを除いて示すインクジェットヘッドの正
面図である。
【0015】図1、図2において、インクジェットヘッ
ド1は、アルミナ燒結体に切削加工を施すことにより長
さLを有する複数のインク室2、及び、各インク室2に
連通するインクマニホールド3が形成されたキャビティ
プレート4を備えている。各インクマニホールド3に
は、インクジェットプリンタに付設されたインク供給部
(図示せず)からインクが供給され、インクマニホール
ド3からインク室2にインクが供給される。また、キャ
ビティプレート4の上面には、アラミドフィルムから形
成された振動シート5が接着固定されている。かかる振
動シート5は、各インク室2、インクマニホールド3の
上面を閉塞するものである。
【0016】また、キャビティプレート4の上方で振動
シート5の上面には、PZT等の圧電材料から形成され
た圧電プレート6が配設されており、圧電プレート6に
は、各インク室2に対応するとともに、その下端部が振
動シート5に当接するように、圧電素子部7が形成され
ている。各圧電素子部7には、所定の電極パターン(図
示せず)が設けられており、圧電素子部7は、その電極
パターンに駆動電圧が印加された際に、図1、図2中、
下方に振動して振動シート5を押圧し、これによりイン
ク室2を加圧する作用を行う。尚、かかる圧電プレート
6、圧電素子7の構成については公知であり、ここでは
その詳細な説明を省略する。
【0017】インクジェットヘッド1の前端面(図1
中、左端面)には、各インク室2に対応してノズル孔8
が形成されたノズルプレート9が固定されている。かか
るノズルプレート9の各ノズル孔8からは、前記のよう
に、圧電素子部7に駆動電圧が印加されることによって
振動シート5が押圧されてインク室2が加圧された場合
に、インク滴が所定の吐出速度をもって吐出される。こ
れにより、インクジェットヘッド1に対向して配置され
た用紙上に文字等の印字が行われるものである。
【0018】前記のように構成されたインクジェットヘ
ッド1において、各圧電素子部7に印加される駆動電圧
のパルス幅Pと、圧電素子7を介してインク室2を加圧
した際に発生するインクの圧力波がインク室2の長さL
分だけ伝播するに必要な時間Tとの間には、n×T≦P
≦(n+0.4)×Tの関係が存在している。ここに、
nは奇数の整数であり、具体的には、1又は3とされ
る。従って、nが1の時、パルス幅Pと時間Tとの間に
はT≦P≦1.4×Tの関係があり、また、nが3の
時、パルス幅Pと時間Tとの間には3T≦P≦3.4×
Tの関係がある。尚、0.4の数値は、後述するよう
に、1つのインク室2のみを加圧した場合においてノズ
ル孔8から吐出されるインク滴の吐出速度と、全てのイ
ンク室2を同時に加圧した場合においてノズル孔8から
吐出されるインク滴の吐出速度との双方について、一方
の吐出速度が他方の吐出速度の所定範囲(例えば、80
%)内に入るように、経験的に求められた係数値であ
る。
【0019】駆動電圧のパルス幅Pと時間Tとの間に前
記所定の関係を具有させたインクジェットヘッド1を使
用して、各インク室2の内1つのインク室2を圧電素子
部7を介して加圧した場合、及び、全てのインク室2を
圧電素子部7を介して加圧した場合の双方において、パ
ルス幅Pを時間Tで表しつつ順次増加させてパルス幅P
とインク吐出速度Vとの関係を測定した。その測定結果
が図3に示されている。図3は1つのインク室2のみを
加圧した場合に得られたパルス幅Pとインク吐出速度V
との関係、及び、全てのインク室2を加圧した場合に得
られたパルス幅Pとインク吐出速度Vとの関係をそれぞ
れ示すグラフである。尚、図3のグラフにおいて、横軸
は時間Tをもって表したパルス幅P(マイクロ秒:μ
S)、縦軸はインク吐出速度V(m/s)を示す。
【0020】図3において、先ず、各インク室2の内1
つのインク室2を加圧した場合の測定結果について説明
する。この場合の測定結果は、図3中の曲線S3(黒丸
実線)に示されており、インク吐出速度Vはパルス幅P
に従って周期的に変化する点で前記従来のインクジェッ
トヘッドと同様であり、パルス幅Pが時間Tである時に
インク吐出速度Vは第1番目のピーク値K5(10m/
s)となる。また、パルス幅Pが時間Tの1.4倍
(1.4T)の時にインク吐出速度Vは約8m/sであ
る。更に、パルス幅Pが時間Tの3倍(3T)の時に第
2番目のピーク値K6(約8.7m/s)となり、ま
た、パルス幅Pが時間Tの3.4倍(3.4T)の時に
約6.8m/sとなる。
【0021】次に、図4に示すように、各インク室2の
内全てのインク室2を加圧し、パルス幅Pとインク吐出
速度Vとの関係を測定した。その測定結果は図3中の曲
線S4(白丸破線)に示されている。このとき、図4に
示すように、インクジェットヘッド1における圧電プレ
ート6の各圧電素子部7は、インク室2の方向に振動シ
ート5を介して伸長されるとともに、キャビティプレー
ト4は全てのインク室2が加圧されることに起因して下
方に撓むように変形されている。このようにキャビティ
プレート4が撓み変形すると、各インク室2内に存在す
るインクの見かけの体積弾性率が小さくなることから、
時間Tが大きくなって曲線S4における第1番目のピー
ク値K7(10m/s)及び第2番目のピーク値K8
(約8.7m/s)は、それぞれ曲線S3におけるピー
ク値K5、K6から右側にシフトする。
【0022】即ち、曲線S4において、インク吐出速度
Vはパルス幅Pに従って周期的に変化する点で前記曲線
S3の場合と同様であるが、パルス幅Pが時間1.4T
である時にインク吐出速度Vは第1番目のピーク値K7
(10m/s)となる。また、パルス幅Pが時間Tの
3.4倍(3.4T)の時にインク吐出速度Vは第2番
目のピーク値K8(約8.7m/s)となる。
【0023】ここで、各曲線S3、S4におけるパルス
幅Pとインク吐出速度Vとの関係について相互に検討す
る。先ず、パルス幅Pが時間Tである時に、曲線S3で
はインク吐出速度Vは第1番目のピーク値K5(10m
/s)であり、曲線S4ではインク吐出速度Vは約8.
7m/sである。このとき、曲線S4におけるインク吐
出速度Vは、第1番目のピーク値K5の約88%となっ
て80%の範囲内にあることとなり、従って、パルス幅
Pを時間Tに設定すれば印字品質上何ら支障なく文字等
の印字を行うことができる。
【0024】また、パルス幅Pが時間Tの1.4倍
(1.4T)である時に、曲線S3ではインク吐出速度
Vは約8m/sであり、曲線S4では第1番目のピーク
値K7(10m/s)である。このとき、曲線S3にお
けるインク吐出速度Vは、曲線S4におけるインク吐出
速度Vの約80%であり、従って、前記と同様パルス幅
Pを1.4Tに設定すれば印字品質上何ら支障なく文字
等の印字を行うことができる。
【0025】前記から明らかなように、パルス幅Pが、
T≧P≧1.4Tの範囲に設定されていれば、1つのイ
ンク室2のみを加圧する場合及び全てのインク室2を同
時に加圧する場合のいずれの場合においても、一方のイ
ンク吐出速度Vを他方のインク吐出速度Vの80%の範
囲内に存在させることができ、これにより印字品質を低
下させることなく文字等の印字を行うことができる。こ
のように良好に文字等の印字を行うことができる範囲が
図3中R1で示されている。
【0026】また、パルス幅Pが時間Tの3倍(3T)
である時に、曲線S3ではインク吐出速度Vは第2番目
のピーク値K6(8.7m/s)であり、曲線S4では
インク吐出速度Vは約7.4m/sである。このとき、
曲線S4におけるインク吐出速度Vは、第2番目のピー
ク値K6の80%の範囲内にあることとなり、従って、
パルス幅Pを時間Tの3倍(3T)に設定すれば印字品
質上何ら支障なく文字等の印字を行うことができる。
【0027】また、パルス幅Pが時間Tの3.4倍
(3.4T)である時に、曲線S3ではインク吐出速度
Vは約6.8m/sであり、曲線S4では第2番目のピ
ーク値K8(8.7m/s)である。このとき、曲線S
3におけるインク吐出速度Vは、曲線S4におけるイン
ク吐出速度Vの約80%であり、従って、前記と同様パ
ルス幅Pを3.4Tに設定すれば印字品質上何ら支障な
く文字等の印字を行うことができる。
【0028】前記から明らかなように、パルス幅Pが、
3T≧P≧3.4Tの範囲に設定されていれば、1つの
インク室2のみを加圧する場合及び全てのインク室2を
同時に加圧する場合のいずれの場合においても、一方の
インク吐出速度Vを他方のインク吐出速度Vの80%の
範囲内に存在させることができ、これにより印字品質を
低下させることなく文字等の印字を行うことができる。
このように良好に文字等の印字を行うことができる範囲
が図3中R2で示されている。
【0029】以上詳細に説明した通り本実施形態に係る
インクジェットヘッド1では、圧電プレート6における
圧電素子部7印加される駆動電圧のパルス幅Pと、圧電
素子部7を介してインク室2を加圧した際に発生するイ
ンクの圧力波がインク室の長さ分伝播するに必要な時間
Tとの間に、n×T≦P≦(n+0.4)×Tの関係を
存在させるとともに、かかる条件をもって各圧電素子部
7を駆動するように構成したので、全てのインク室2を
同時に加圧した際のインク吐出速度Vが、1つのインク
室2のみを加圧した際のインク吐出速度Vに対して駆動
電圧のパルス幅Pが大きくなる側へシフトした場合にお
いても、各インク吐出速度Vを相互に印字品質上支障が
発生しない所定範囲(一方のインク吐出速度が他方のイ
ンク吐出速度の80%以上となる範囲)内に設定するこ
とができる。
【0030】従って、全てのインク室2を同時に加圧し
た際のインク吐出速度Vと、1つのインク室2のみを加
圧した際のインク吐出速度Vとは、相互に印字品質上支
障が発生しない所定範囲内に設定されることから、複数
個のインク室2を同時に加圧する他の場合においても各
インク吐出速度Vは所定範囲内に設定されることとな
り、従って、各圧電素子部7を介して同時に加圧される
インク室2の数に拘らずノズル孔8から吐出されるイン
ク滴の吐出速度Vを所定範囲内で均一化して良好な印字
を実現することができる。
【0031】また、インクジェットヘッド1において、
1つのインク室2のみを加圧する場合及び全てのインク
室2を同時に加圧する場合のいずれの場合においても、
インク吐出速度Vは、前記条件におけるnの値が大きく
なるに従い徐々に減衰して小さくなる傾向があるが、n
の値が3までの値である場合には、充分なインク吐出速
度を得ることができるものである。尚、本発明は前記実
施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿
論である。
【0032】
【発明の効果】以上説明した通り請求項1に係るインク
ジェットヘッドによれば、圧電体に印加される駆動電圧
のパルス幅Pと、圧電体を介してインク室を加圧した際
に発生するインクの圧力波がインク室の長さ分伝播する
に必要な時間Tとの間に、n×T≦P≦(n+0.4)
×Tの関係を存在させるとともに、かかる条件をもって
圧電体を駆動させるので、全てのインク室を同時に加圧
した際のインク吐出速度が、1つのインク室のみを加圧
した際のインク吐出速度に対して駆動電圧のパルス幅P
が大きくなる側へシフトした場合においても、各インク
吐出速度を相互に印字品質上支障が発生しない所定範囲
内に設定することができる。
【0033】従って、全てのインク室を同時に加圧した
際のインク吐出速度と、1つのインク室のみを加圧した
際のインク吐出速度とは、相互に印字品質上支障が発生
しない所定範囲内に設定されることから、複数個のイン
ク室を同時に加圧する他の場合においても各インク吐出
速度は所定範囲内に設定されることとなり、従って、各
圧電体を介して同時に加圧されるインク室の数に拘らず
ノズルから吐出されるインク滴の吐出速度を所定範囲内
で均一化することができる。
【0034】また、請求項2に係るインクジェットヘッ
ドによれば、前記条件におけるnの値を1又は3とする
ことにより、1つのインク室のみを加圧する場合及び全
てのインク室を同時に加圧する場合のいずれの場合にお
いても、nの値が3までの値である場合には、充分なイ
ンク吐出速度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】インクジェットヘッドの側断面図である。
【図2】ノズルプレートを除いて示すインクジェットヘ
ッドの正面図である。
【図3】1つのインク室のみを加圧した場合に得られた
パルス幅とインク吐出速度との関係、及び、全てのイン
ク室を加圧した場合に得られたパルス幅とインク吐出速
度との関係をそれぞれ示すグラフである。
【図4】全てのインク室を同時に加圧した際においてノ
ズルプレートを除いて示すインクジェットヘッドの正面
図である。
【図5】従来のインクジェットヘッドにおいて1つのイ
ンク室のみを加圧した場合に得られたパルス幅とインク
吐出速度との関係、及び、全てのインク室を加圧した場
合に得られたパルス幅とインク吐出速度との関係をそれ
ぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
1 インクジェットヘッド 2 インク室 3 インクマニホールド 4 キャビティプレート 5 振動シート 6 圧電プレート 7 圧電素子部 8 ノズル孔 9 ノズルプレート P 駆動電圧のパルス幅 S1、S2 曲線 T 時間 V インク吐出速度

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のインク室が形成されたキャビティ
    プレートと、各インク室の上面を被覆するシート材と、
    各インク室に対応してシート材上に配置された圧電体
    と、各インク室に連通するようにノズルが形成されたノ
    ズルプレートとを有し、各圧電体に駆動電圧を印加して
    インク室を加圧することによりノズルからインク滴を吐
    出して用紙上に文字等を印字するインクジェットヘッド
    において、 前記圧電体に印加される駆動電圧のパルス幅Pと、圧電
    体を介してインク室を加圧した際に発生するインクの圧
    力波がインク室の長さ分伝播するに必要な時間Tとの間
    には、n×T≦P≦(n+0.4)×Tとする条件をも
    って前記圧電体を駆動することを特徴とするインクジェ
    ットヘッド。ここに、nは奇数の整数である。
  2. 【請求項2】 前記nは1又は3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ヘッド。
JP8118517A 1996-04-15 1996-04-15 インクジェットヘッド Pending JPH09277517A (ja)

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