【事件の表示】
　特許第３２１６６６４号「インクジェット記録装置」の請求項１に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３２１６６６４号の請求項１に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　
　本件特許第３２１６６６４号の請求項１に係る発明についての出願は、平成４年１２月８日に特許出願され、平成１３年８月３日にその特許権の設定の登録がなされ、請求項１に係る特許について、松井弘三より特許異議の申し立てがなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１４年８月２７日に訂正請求（後日取下げ）がなされた後、申立人松井弘三に対して審尋がなされたが、その指定期間内に回答書は提出されず、その後、再度の取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１５年３月１８日に訂正請求がなされたものである。
　
２．訂正の適否
　
（１）特許権者が求めている訂正の内容は、以下のとおりである。
ａ．訂正事項ａ
　特許請求の範囲の請求項１の
「【請求項１】ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
　前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間と、所定電圧に所定時間ｔ２だけ保持する第２の期間と、前記圧電素子を伸長させて前記インク加圧室の容積を収縮させる方向に電圧が変化する第３の期間とからなり、前記第２の期間の所定時間ｔ２が、前記インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの１／４乃至３／４に設定されているインクジェット記録装置。」を、
「【請求項１】ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
　前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間ｔ１と、所定電圧に所定時間ｔ２だけ保持する第２の期間と、前記圧電素子を伸長させて前記インク加圧室の容積を収縮させる方向に電圧が変化する第３の期間とからなり、前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、また前記第２の期間の所定時間ｔ２が前記インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの１／４乃至３／４に設定されているインクジェット記録装置。」
と訂正する。
ｂ．訂正事項ｂ
　段落【００１６】を、
「【課題を解決するための手段】
　このような課題を達成するために本発明においては、ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間ｔ１と、所定電圧に所定時間ｔ２だけ保持する第２の期間と、前記圧電素子を伸長させて前記インク加圧室の容積を収縮させる方向に電圧が変化する第３の期間とからなり、前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、また前記第２の期間の所定時間ｔ２が前記インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの１／４乃至３／４に設定されている。」
と訂正する。
　
（２）訂正の目的の適否、新規事項の追加の有無及び拡張・変更の存否
　ア．訂正事項ａについて
　上記訂正事項ａに関連する記載として、願書に添付した明細書には、「電圧パルスは、時間ｔ１で示した圧電素子２２の変形によりインク加圧室５の容積が拡大する方向に電圧が変化する第１の期間と、時間ｔ２で示した電圧を一定に保持する第２の期間と、時間ｔ３で示した圧電素子２２の変形によりインク加圧室５の容積が縮小する方向に電圧が変化する第３の期間からなっており、それぞれの期間で電圧の変化は直線とした。」（段落【００３１】）、「しかし、更にｔ１を短くし、例えば５０μｓとすると、ｔ１がＴｃに近くなるため、固有周期Ｔｃの大きな振幅の振動が励起され、メニスカスの復帰が加速される。しかしながら、この振動は非常に大きいため、制御することが困難で、環境変化や製造誤差によってインク滴の吐出特性が大きく変わってしまい、実用的ではなかった。」（段落【００７１】）及び「更に一定の特性を安定させ、環境変化や製造誤差等の種々外乱に対して、その影響を受け難くするには、ｔ２はＴｃの１／４以上３／４以下とするべきであった。」（段落【００７３】）が記載され、願書に添付した図面には、時間ｔ１で示したインク加圧室５の容積が拡大する方向に電圧が変化する第１の期間と、時間ｔ２で示した電圧を一定に保持する第２の期間と、時間ｔ３で示したインク加圧室５の容積が縮小する方向に電圧が変化する第３の期間からなる電圧パルス（図４（ｉ））が記載されている。
　そうすると、上記訂正事項ａは、願書に添付した明細書又は図面に記載された事項の範囲内において、訂正前請求項１に記載されていた「第１の期間」と「所定時間ｔ２」との長短関係について、「前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、」した旨限定して、新たな請求項１としたものと認める。
　したがって、上記訂正事項ａは、特許請求の範囲の減縮を目的とするものであり、新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張変更するものでない。
　
　イ．訂正事項ｂについて
　上記訂正事項ｂは、上記訂正事項ａに伴い、特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明の記載との整合を図るため、発明の詳細な説明の記載を訂正したもので、明瞭でない記載の釈明を目的とするものであり、新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張変更するものでない。
　
（３）むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、平成１１年改正前特許法第１２０条の４第３項において準用する平成６年法律第１１６号による改正前の特許法第１２６条第１項ただし書、第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．特許異議申立てについての判断
　
（１）申立の理由の概要
　特許異議申立人松井弘三は、甲第１号証（特開昭６１−２２９５９号公報）及び甲第２号証（特開昭５７−１８８３７２号公報）を提出して、訂正前の請求項１に係る発明は、これらに記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものであると主張している。
　
（２）本件請求項１に係る発明
　本件請求項１に係る発明（以下、「本件発明」という。）は、上記訂正によって訂正された明細書の特許請求の範囲の請求項１に記載された次のとおりのものである。
「【請求項１】ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
　前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間ｔ１と、所定電圧に所定時間ｔ２だけ保持する第２の期間と、前記圧電素子を伸長させて前記インク加圧室の容積を収縮させる方向に電圧が変化する第３の期間とからなり、前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、また前記第２の期間の所定時間ｔ２が前記インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの１／４乃至３／４に設定されているインクジェット記録装置。」
　
（３）引用刊行物に記載された発明
　当審が平成１４年６月１７日付けで通知した取消理由に引用した刊行物１及び刊行物１の従来技術の項で引用されている米国特許第４４５９６０１号明細書の対応特許である特開昭５７−１８８３７２号公報（以下、「刊行物２」という。）には、本件発明１に関連する事項として、以下のような事項が記載されている。
　
　ア．刊行物１：特開昭６１−２２９５９号公報（異議申立人提出の甲第１号証に同じ）
ａ．「第１〜３図には、米国特許４，４５９６０１（１９８４年７月１０日付、「改良インクジェット方法および装置」）のインクジェット装置（この発明は本発明の譲受人に譲度されている）が示される（参考として本文に引用）。」（第３頁左下欄第１４行〜第１８行）
ｂ．「第１−３図において、図示のインクジェット装置はジェットのアレーにおいて各ジェットに対する変換器２０４の賦勢状態に応じてインク液滴を噴射するオリフィス２０２を有する室２００を備えている（第３図参照）。変換器２０４はその伸長軸線に沿って（第２図の矢印に示される方向に）伸びたり縮んだりし、その運動は連結手段２０６によって室２００に連結されている。連結手段２０６は、脚２０７、脚２０７と並置された粘弾性材２０８、および第１および第２図に示す位置まで再負荷される隔膜２１０を備えている。」（第３頁右下欄第１０行〜第２０行）
ｃ．「印加電圧によって選定された変換器２０４の長手軸線を横切って電界が生じ、変換器２０４は長手軸線に沿って縮まる。特定の変換器が賦勢された際にそのように縮まると、変換器２０４の脚２０７の下に設けられた隔膜２１０の部分が収縮する変換器２０４の方向に動き、その結果関連室２００の容積が効果的に膨張する。」（第４頁左下欄第１０行〜第１６行）
ｄ．「その後まもなくして、制御器２６１は選定された変換器２０４の特定の１つまたはそれ以上から電圧または駆動信号を取り除き、変換器２０４をその長手方向軸線に沿ってきわめて急速に膨張するようにプロフラミングされ、その結果粘弾性材料２０８および脚２０７を介して変換器２０４は関連室２００の容積の急速な収縮または減少を利用して下部の隔膜２１０の支えを押す。次いで、関連室２００の容積のこの急速な減少によって、室２００内にパルスまたは正圧変動が生じ、関連オリフィス２０２からインク液滴が噴射される。」（第４頁右下欄第５行〜第１５行）
ｅ．「前述した図示のインクジェット装置を操作するに際して、本発明者は、インクジェット装置の流体的および機械的共振周波数の１つまたは組合せを同期的に生じさせて関連インク室およびインク内に主共振周波数変動を起させ、主共振周波数の１つのサイクルかまたは１つの分数調波サイクルを生じさせることにより、噴射されるインク液滴の容積を制御出来ることを発見した。」（第５頁右上欄第２行〜第９行）
ｆ．「さらに、本発明者は、この例の図示のインクジェット装置の場合、このインクジェット装置の主共振周波数はヘルムホルツ共振周波数であることを発見した。本発明の方法を用いて操作することもできる他のインクジェット装置は、主共振周波数としてヘルムホルツ以外のある共振周波数を有することが出来る。」（第５頁左下欄第３行〜第９行）
ｇ．「本発明の方法は、所要のドット寸法に応じて主共振周波数の単一または複数のパルスを用いて主共振周波数の反復速度で変換器２０４（この例では）を脈動させることによって制御可能な容積のインク液滴を生じさせる。インクジェット装置の主共振周波数を用いるインクジェット装置のマルチパルス操作法である。ヘルムホルツ周波数が主周波数である場合、この周波数はインク室２００（この例では）のコンプライアンスと下式で表されるインクまたは流体イナータンスとの相互作用から生じる：」（第５頁左下欄第１３行〜同頁右下欄第３行）
ｈ．「実験室の試験および分析により、図示のインクジェット装置は約３０ＫＨｚのヘルムホルツ周波数を有することが確認された。第４図に関して、図示のほぼ矩形または正方形波パルスを用いて図示のインクジェット装置を本発明の方法により操作した。図示の種々の時間の間噴射されたインク液滴の寸法の実質的制御を可能にすることが判明したこの特定波形のパルス特性は、Ｔ１＝１．０マイクロセカンドパルス時間、Ｔ２＝１３．０マイクロセカンドパルス時間、Ｔ３＝１．０マイクロセカンド降下時間、および不動時間Ｔ４＝１５．０マイクロセカンドであり、これによって図示の装置の３０ＫＨｚヘルムホルツ主共振周波数に近いパルス反復周波数が得られることが見い出された。」（第５頁右下欄下から１２行〜第６頁左上欄第２行）
ｉ．「本発明者が行った試験により、前述したように３０ＫＨｚのヘルムホルツ周波数を有する図示の装置は、Ｔ２および不動時間Ｔ４が８．０〜１６．０マイクロセカンドのパルスを任意に組合せて立ち上りおよび降下時間Ｔ１およびＴ２を各々たとえば１マイクロセカンドに設定することにより作動出来ることが証明された。」（第６頁右上欄第９行〜第１５行）　
　
　イ．刊行物２：特開昭５７−１８８３７２号公報（異議申立人提出の甲第２号証に同じ）
ａ．「円筒状の変換器１４の使用によって非常に簡易化されている第１図の層状の構造の製造に種々の材料を使用できる。例えば、層状の部材４０，４８，５０，５４はステンレス鋼で形成できる。代わりにガラス、・・・変性ポリフェニレンオキサイド及びガラス添加ジアリルフタレートも使用できる。脚部１６はプラスチック又はセラミック材料から成り、圧電材料で形成されている変換器１４に結合されている。」（第７頁右上欄第１１行〜第２０行）
  
（４）対比・判断
　上記（３）ア．ｈ．の記載からみて、約３０ＫＨｚのヘルムホルツ周波数を有するインクジェット装置の固有周期は、約３３マイクロセカンドであるといえる。
　したがって、上記（３）ア．ａ．乃至ｉ．を含む明細書及び図面の記載からみて、上記刊行物１には、下記の発明が記載されていると認める。
「オリフィス２０２に連通する室２００と、一端が前記室２００を構成する隔膜２１０に当接する変換器２０４とを備え、前記変換器２０４にほぼ矩形または正方形波パルスを印加して、前記室２００を膨張させ、その後に前記室２００を収縮させて前記オリフィス２０２からインク滴を吐出させるインクジェット装置において、
　前記矩形または正方形波パルスは、前記変換器２０４を収縮させて前記室２００の容積を拡大させる方向に電圧が変化する立ち上り時間Ｔ１と、所定電圧に時間Ｔ２だけ保持する時間Ｔ２の期間と、前記変換器２０４を伸長させて前記室２００の容積を収縮させる方向に電圧が変化する降下時間Ｔ３とからなり、前記立ち上り時間Ｔ１を、前記時間Ｔ２の期間の時間Ｔ２よりも短く、また前記時間Ｔ２が約３０ＫＨｚヘルムホルツ周波数を有するインクジェット装置の固有周期の１／４乃至１／２に設定されているインクジェット装置。」（以下、「刊行物１発明」という。）
　本件発明と、刊行物１発明とを対比する。
　刊行物１発明の「オリフィス２０２」、「室２００」、「隔膜２１０」、「変換器２０４」、「矩形または正方形波パルス」、「立ち上り時間Ｔ１」、「時間Ｔ２」「時間Ｔ２の期間」、「降下時間Ｔ３」、「約３０ＫＨｚヘルムホルツ周波数を有するインクジェット装置の固有周期」及び「インクジェット装置」は、それぞれの機能に照らしそれぞれ、本件発明１の「ノズル」、「インク加圧室」、「振動板」、「縦振動の圧電素子」、「略台形状の電圧パルス」、「第１の期間ｔ１」、「所定時間ｔ２」、「第２の期間」、「第３の期間」、「インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃ」及び「インクジェット記録装置」に相当する。
　そうすると、本件発明と刊行物１発明とは、
「ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
　前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間ｔ１と、所定電圧に所定時間ｔ２だけ保持する第２の期間と、前記圧電素子を伸長させて前記インク加圧室の容積を収縮させる方向に電圧が変化する第３の期間とからなり、前記第２の期間の所定時間ｔ２が前記インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの１／４乃至３／４に設定されているインクジェット記録装置。」
である点で一致し、次の点で相違する。
　
［相違点］
　第１の期間ｔ１と所定時間ｔ２との長短関係に関して、本件発明は、第１の期間ｔ１が、所定時間ｔ２よりも長いのに対し、刊行物１発明は第１の期間ｔ１が、所定時間ｔ２よりも短い点。
　
  しかし、上記刊行物１には、第２の期間の所定時間ｔ２がインク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの１／４乃至３／４に設定されているインクジェット記録装置において、第１の期間ｔ１を、所定時間ｔ２よりも長くする点について、記載も示唆もされていない。
　また、この点は、上記刊行物２にも、記載も示唆もされておらず、当該技術分野において周知技術でもない。
　そして、本件発明は、この点を具備することにより、インクメニスカスがノズル開口に戻る時間を短縮することが可能となり、必要なインク滴重量を効率良く確保しながらも、繰返しのインク滴吐出を高速化できるという上記刊行物１及び２に記載されていない作用効果を奏するものである。
　したがって、本件発明は、上記刊行物１及び２に記載されたものと同一といえないばかりでなく、これらから当業者が容易に発明をすることができたものともいえない。
　
（５）むすび
　以上のとおり、本件請求項１に係る発明についての特許は、特許異議申立ての理由によっては取り消すことはできなく、また、他に、本件請求項１に係る発明についての特許を取り消すべき理由を発見しない。
　したがって、本件請求項１に係る発明についての特許は、拒絶の査定をしなければならない特許出願に対してされたものとは認めない。
　よって、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第１４条の規定に基づく、特許法等の一部を改正する法律の施行に伴う経過措置を定める政令（平成７年政令第２０５号）第４条第２項の規定により、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１５年３月３１日（２００３．３．３１）
【訂正の要旨】
　▲１▼訂正事項ａ
　特許請求の範囲の「第１の期間」を、不明瞭な記載の釈明を目的として「第１の期間ｔ１」に訂正する。
　▲２▼訂正事項ｂ
　特許請求の範囲の「第３の期間とからなり、」と「前記第２の期間」との間に、特許請求の範囲の限縮を目的として「前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、また」を挿入する。
　▲３▼訂正事項ｃ
　特許請求の範囲の記載との整合を図るため、【００１６】を次のように訂正する。
「【００１６】
　【課題を解決するための手段】
　このような課題を達成するために本発明においては、ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
　前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間ｔ１と、所定電圧に所定時間ｔ２だけ保持する第２の期間と、前記圧電素子を伸長させて前記インク加圧室の容積を収縮させる方向に電圧が変化する第３の期間とからなり、前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、また前記第２の期間の所定時間ｔ２が前記インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの１／４乃至３／４に設定されている。」
（５４）【発明の名称】
インクジェット記録装置
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、
　前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間
ｔ１
前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、また
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、縦振動型圧電素子を駆動手段とし、印字信号に応じてインク滴を吐出して、記録紙等の記録媒体上にインク像を形成するインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置に関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　圧電素子の変形によりインク加圧室の容積を変化させてインク滴を形成するインクジェット記録装置として、振動板と板状の圧電素子を積層したユニモルフ振動子をインク加圧室の一面に構成する従来技術が実用化されている。この振動子は、外部からの印加電圧による圧電素子の変形方向に対して直交する方向にたわみ変形するたわみ振動子である。
　【０００３】
　また、このようなインクジェット記録装置に対し、インク滴の形成を制御し、安定したインク滴の吐出特性を得るための駆動方法として、特開平２−１９２９４７号明細書に開示された従来技術が有る。
　【０００４】
　さらに、圧電素子の変形によってインク加圧室の容積を変化させる他の構成として、棒状の圧電素子用いて圧電素子の変形方向にインク加圧室の振動板を変形させる縦振動子を用いた従来技術が米国特許第４４５９６０１号明細書に開示されている。
　【０００５】
　【発明が解決しようとする課題】
　インク加圧室とそれに連通するノズルやインク供給流路を含むインク流路系と、圧電素子と加圧室の振動板を含む振動子系とを組み合せた連成振動系は、インクジェット記録装置の応答やインク滴の吐出特性を支配する。
　【０００６】
　この連成振動系の観点で従来技術として述べた２つのインクジェット記録装置を比較すると、両者には大きな相違点が存在する。即ち、たわみ振動子を用いた系では、振動子がインク加圧室上に乗る形で構成されているため、振動子系の応答はインク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の応答そのものとなる。
　これに対し、縦振動子を用いた系では圧電素子がインク加圧室とは別の構造物へ機械的に連結されているため、振動子はインク流路系の応答とは別に応答する。更に、縦振動子を用いた系ではインク加圧室の振動板が縦振動子によって別の構造物へ固定されるため、インク加圧室の音響容量が小さく、縦振動子による外部からの入力に対して、インク流路系の応答が速い。
　【０００７】
　本発明者らは、縦振動子を用いたインクジェット記録装置を研究開発する過程で、次のような問題点に遭遇した。
　【０００８】
　１）従来のたわみ振動子の駆動方法の一つである引き打ちと同様に、振動子の固有周期に比べ十分に速い立ち上がりを持つパルスを圧電素子に印加すると、振動子の急激な運動によってインク加圧室に大きな圧力振動が発生し、この時の大きな負圧によって、時間が経過するとインク加圧室に気泡が発生し、インク滴が形成されなくなってしまった。また、この大きな圧力振動によってノズル開口に形成されるメニスカスが激しく振動するため、インク加圧室の容積を減少させるパルスの立ち下がりに先立ちインク滴が吐出してしまったり、環境やパルスの僅かな変化によって吐出特性が大きく変化し、安定した吐出特性と良好な印字品質が得られなかった。
　【０００９】
　２）従来のたわみ振動子の駆動方法の一つである引き打ちでは、振動子の固有周期の２分の１の幅の矩形パルスを圧電素子に印加することにより振動子の動的なたわみ変位量が最大になり、低い電圧で速い速度のインク滴が得られた。これに対して縦振動子を用いたインクジェット記録装置では、インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の応答速度が振動子の応答速度に比べて低いために、インク流路系が振動子の運動に追従できず、インク滴が吐出しなかった。
　【００１０】
　そこで本発明者らは、更に研究開発を進めた結果、メニスカスに大きな振動を与えないようにインク加圧室の容積を拡大させる電圧の変化を緩やかに行い、メニスカスがノズル開口近傍に復帰した段階で、インク加圧室の容積を縮小させる急激な電圧の変化を与えることにより、低い電圧で十分なインク滴重量と速度が得られることを見いだした。
　【００１１】
　しかし、このようにメニスカスがノズル開口近傍に確実に復帰するまで電圧パルスの変化を遅くすると、１つのパルスの幅が長くなり過ぎ、インクジェット記録装置の繰返しの吐出周波数を高く出来ず、記録の高速化に対する要求に応えることが出来ない。
　【００１２】
　また、メニスカスがノズル開口近傍に復帰する以前にインク吐出を行うと、環境変化や製造上の変動等により、インク滴の吐出速度と重量が大きく変化してしまうという問題点が発生する。
　【００１３】
　更に、メニスカスがノズル開口近傍に復帰した辺りでインク吐出を行うと、インク滴の吐出形状や安定性が悪くなるという問題点も明らかになった。
　【００１４】
　そこで本発明の課題は、これらの問題点を解決することで、その目的とするところは、連成振動系の応答を制御することによって、（１）温湿度等の環境変化や製造誤差や駆動電圧波形の変化等の影響を受け難い、安定したインク滴吐出特性を有する高周波数で応答するインクジェット記録装置を提供する。
　【００１５】
　（２）主インク滴の形状が良好で印字品質の優れたインクジェット記録装置を提供することにある。
　【００１６】
　【課題を解決するための手段】
　このような課題を達成するために本発明においては、ノズルに連通するインク加圧室と、一端が前記インク加圧室を構成する振動板に当接する縦振動の圧電素子とを備え、前記圧電素子に略台形状の電圧パルスを印加して、前記インク加圧室を膨張させ、その後に前記インク加圧室を収縮させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録装置において、前記電圧パルスは、前記圧電素子を収縮させて前記インク加圧室の容積を拡大させる方向に電圧が変化する第１の期間
ｔ１
前記第１の期間ｔ１を、前記所定時間ｔ２よりも長く、また
　【００１７】
　【作用】
　図１に示すインクジェット記録装置を等価電気回路に置き換えると、図２に示すとおりになる。同図において、ｍ〔ｋｇ／ｍ４〕はイナータンス、ｃ〔ｍ５／Ｎ〕は音響容量、ｒ〔Ｎｓ／ｍ５〕は音響抵抗、Ｕ〔ｍ３／ｓ〕は体積速度を示し、これらに関する添字０は圧電素子２２とそれが接続するインク加圧室５の振動板８を含む振動子系、添字１は圧電素子２２が接続していない部分のインク加圧室系、添字２はインク供給流路系、添字３はノズル流路系をそれぞれ意味している。振動子系のＰ〔Ｐａ〕は、外部より加えられる圧力で、圧電素子２２へ印加する電圧パルスを等価圧力に変換したものである。また、〔〕内はそれぞれの単位である。図２の等価電気回路をインクジェット記録装置で重要となる回路に分解すると、図３に示す３つの電気回路となる。まず、これらの回路の意味を以下に説明する。
　【００１８】
　図３（ｉ）は振動子系のみの回路で、
　【００１９】
　【数１】
　【００２０】
　で示される振動子で決る固有周期を持つ。
　【００２１】
　図３（ｉｉ）はインク加圧室とノズル流路系とインク供給流路系からなる回路で、インク加圧室から見るとノズル流路系とインク供給流路系が並列に接続されており、
　【００２２】
　【数２】
　【００２３】
　で示されるインク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期を持つ。
　【００２４】
　図３（ｉｉｉ）はノズル流路系とインク供給流路系の直列回路で、
　【００２５】
　【数３】
　【００２６】
　で示されるノズル開口に形成されるインクメニスカスの表面張力による音響容量に支配されるインク流路系の固有周期を持つ。この回路は、インクメニスカスの表面張力によって、共通インク室４からインク供給流路６とインク加圧室５を経てノズル開口２までインクを供給する流れを記述している。
　【００２７】
　図２に示すインクジェット記録装置の要素を連成させた全体系の等価電気回路が、図３に示す各部分の電気回路に分解できるには、それぞれの固有周期が互いに離れている必要が有る。
　【００２８】
　図１に示すインクジェット記録装置では、
　【００２９】
　【数４】
　　Ｔａ＜Ｔｃ＜Ｔｍ　　　　　・・・式４
　【００３０】
　の関係が成り立つため、図３の回路で本発明の作用が理解できる。
　【００３１】
　図１に示すインクジェット記録装置へ、図４（ｉ）に示す電圧パルスを印加したときの応答（即ち等価電気回路の応答）を説明する。電圧パルスは、時間ｔ１で示した圧電素子２２の変形によりインク加圧室５の容積が拡大する方向に電圧が変化する第１の期間と、時間ｔ２で示した電圧を一定に保持する第２の期間と、時間ｔ３で示した圧電素子２２の変形によりインク加圧室５の容積が縮小する方向に電圧が変化する第３の期間からなっており、それぞれの期間で電圧の変化は直線とした。この時の振動子先端変位の応答を図４（ｉｉ）に、ノズル開口に形成されるインクメニスカスの応答を図４（ｉｉｉ）に示す。
　【００３２】
　電気回路の過渡応答として良く知られるように、時刻０あるいは時刻Ｔ１あるいは時刻Ｔ２で不連続に電圧（等価電気回路では圧力）が変化すると、振動系に不連続の大きさに比例した、それぞれの固有周期の運動が励起される。
　【００３３】
　振動子先端変位の応答には、電圧パルスの立上り時間ｔ１が固有周期Ｔａに比べ十分に長いため、時刻０とＴ１における不連続性によって励起される振動は小さく、振動子はほぼ電圧パルスの変化にしたがって応答する。電圧パルスの立下がりでは、時間ｔ３が固有周期Ｔａとほぼ同程度の時間であるため、時刻Ｔ２における不連続性によって、固有周期Ｔａで振動するオーバーシュートが見られる。
　【００３４】
　この振動子先端変位によって励起されるインクの運動をインクメニスカスの応答として、図４（ｉｉｉ）を用いて説明する。電圧パルスの立上り時間ｔ１が固有周期Ｔｃの数倍で、固有周期Ｔｍとは同程度の時間であるため、時刻０の不連続性によって、比較的大きな固有周期Ｔｍの振動に比較的小さな固有周期Ｔｃの振動が重畳する。固有周期Ｔｍの振動によってインクメニスカスは、Ｔｍ／２の時間より少しかかってノズル開口に戻ってくる。しかし、メニスカスがノズル開口に戻る前の時刻Ｔ１で電圧パルスが不連続に変化し、電圧を一定に保持する第２の期間となると、時刻０で励起される不連続性と大きさが等しく符号が反対の振動が励起される。時間ｔ２は固有周期Ｔｍに比べ十分に短いため、第２の期間におけるインクメニスカスの運動は固有周期Ｔｃの振動の影響が支配的となる。即ち、この振動によってメニスカスを急速にノズル開口に復帰させることができ、この効果が最も有効に作用するのが、時間ｔ２が固有周期Ｔｃの１／４以上であることは、この条件で固有周期Ｔｃの振動速度が最大になり、メニスカスの復帰量が十分に大きくなるからである。更に、時間ｔ２が固有周期Ｔｃの３／４以下であれば、逆方向の振動によってメニスカスがノズル開口から引き込まれることなく、早くかつ安定して、第３の期間の始まりである時刻Ｔ２でインクをノズル開口に復帰させることができる。したがって、インクジェット記録装置の高応答が得られる。更に、図４（ｉ）に示した電圧パルスのように、電圧変化が直線的であると、先に述べたように時刻０と時刻Ｔ１の不連続性が、大きさが等しく符号が反対であるため、温湿度等の環境変化や製造誤差による影響が相殺され、特性を一定にする作用も生じる。
　【００３５】
　【実施例】
　以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
　【００３６】
　図１は、本発明の実施例を適用するインクジェット記録装置の構成を示す断面図である。
　【００３７】
　図１において、流路形成部材３には、インク加圧室５が細長い直線状のキャビティとして形成されており、キャビティの一端はインク供給流路６を経て共通インク室４に連通している。この流路形成部材３はノズル基板１と弾性板７とで挟み込まれて流路ユニットを構成しており、インク加圧室５の他の一端はノズル基板１にインク加圧室５に対応して形成されたノズル２に連通している。
　【００３８】
　インク滴吐出の駆動源となる棒状の積層圧電素子２２は、その長手方向の約半分の一面を振動子基板２１に固着され、固着されない部分が振動子基板２１から梁状に突き出ている。積層圧電素子２２は、梁状部分で互い違いに交差する電極層２６、２７を持つ活性部を有し、一方の電極層２７は個別電極として、他方の電極層２６は共通電極として、図示していない外部の駆動回路へ圧電素子２２の表面に形成された電極層２９、２８を経て接続している。
　【００３９】
　流路ユニットと振動子基板２２は、ヘッドフレーム１１によって相互に固定されている。インクは図示していない外部のインクタンクより流路ユニットの共通インク室４を経てインク加圧室５へと供給される。インク加圧室５の壁を構成する弾性板７の部分は振動板８として変形可能であり、インク加圧室５と反対面にインク加圧室５に対応して形成されている島状の厚肉部９を持つダイアフラムとなっている。この島状の厚肉部９に積層圧電素子２２の梁状の先端が接合されている。振動板８の島状の厚肉部９の周囲１０は、肉厚が薄くなっている。
　【００４０】
　図示していない外部の駆動回路より、積層圧電素子２２の個別電極２７と共通電極２６間に電圧が印加されると、積層圧電素子２２の活性部は長手方向に縮み、インク加圧室５の振動板８を下方にたわませ、インク加圧室５の容積を拡大させる。インク加圧室５の容積の拡大によって、インクが共通インク室４より供給流路６を経て、インク加圧室５に供給される。引き続く時間で個別電極２７と共通電極２６間の電圧印加が解除されると、積層圧電素子２２の活性部は元の長さに伸びインク加圧室５の容積を縮小させ、このとき発生する圧力によってインク加圧室５を満たすインクの一部をインク加圧室５に連通するノズル２よりインク滴として吐出させる。このように、圧電素子の圧電歪みの方向の変位を用いる振動子を縦振動子とよぶ。本実施例では、積層圧電素子を用いたため、インク吐出に必要な圧電素子駆動電圧を３０Ｖ以下に抑えることができる。
　【００４１】
　次に、このインクジェット記録装置の特性を、図３に示す等価電気回路を用いて具体的に説明する。
　【００４２】
　インク流路系のイナータンスｍの計算は、インクの密度をρ、流れの方向に直交する流路の断面積をＳ、流れの方向に取った座標をｘとすると、
　【００４３】
　【数５】
　【００４４】
　によって計算される。定数κは、流れの振動周波数に依存する係数で、ここでは、１．４を用いる。
　【００４５】
　インク流路系の抵抗ｒの計算は、日本機械学会編の機械工学便覧に記載されている層流の流体摩擦の式を用いて行った。例えば、流路が直径ｄの円管の場合には、インクの粘度をμとして、
　【００４６】
　【数６】
　【００４７】
　によって計算される。
　【００４８】
　インク加圧室のコンプライアンスｃ１は、インク加圧室を構成する部材の剛性とインクの圧縮性からなる。インク加圧室の剛性は式で記述することは難しく、一般には有限要素法等による構造解析手法によって数値的に求められる。
　【００４９】
　インクメニスカスの表面張力による音響容量ｃ３は、ノズルの直径をｄ、インクの表面張力をσとして、
　【００５０】
　【数７】
　【００５１】
　で計算した。
　【００５２】
　振動子系のコンプライアンスｃ０は、圧電素子の長さをｌ、圧電素子の断面積をｓ、圧電素子の弾性係数をｙとすると、
　【００５３】
　【数８】
　【００５４】
　によって振動子系の機械系で記述したばね定数ｋが計算でき、これを音響系の音響容量へ、
　【００５５】
　【数９】
　【００５６】
　を用いて変換することで求められる。ここでαは、振動板によって変化したインク加圧室の容積と、その時の振動子の変位の比である。
　【００５７】
　振動子系のイナータンスｍ０は、固定−自由の棒の縦振動の固有周期が、
　【００５８】
　【数１０】
　【００５９】
　となるから、式１と式１０を用いてｍ０を計算することができる。ここで、振動子系の計算では圧電素子のみ考慮し、振動板を無視した。実際に本実施例では、振動板は圧電素子に比べ非常に軽くばね定数も小さいので、上式を用いてもよい数値が得られた。
　【００６０】
　本実施例を適用した図１に示すインクジェット記録装置の典型的形状は、ノズル開口が直径３８μｍ、長さが１００μｍであり、インク加圧室に向かって拡がるようにテーパーが付けられている。インク加圧室は、長さが１ｍｍ、幅が１５０μｍ、高さが２００μｍの直方体に近い形状である。インク供給流路は、長さが３００μｍ、幅が７０μｍ、高さが５０μｍの直方体に近い形状である。圧電素子は長さが４ｍｍ、幅が５００μｍ、厚さが８０μｍである。
　【００６１】
　インクは水を主体に調製したもので、比重は１、粘度は２ｍＰａ・ｓ、表面張力は５０ｍＮ／ｍである。
　【００６２】
　これらの数値を用いて、図２の等価電気回路のパラメタを計算すると、表１のようになる。
　【００６３】
　【表１】
　【００６４】
　また、これらの数値を用いて、式１から式３より計算される固有周期と、実験によって計測された固有周期を表２に示す。
　【００６５】
　【表２】
　【００６６】
　実験による測定方法は、振動子系ではインピーダンスアナライザやドップラー振動計を用いて行った。インク流路系の測定は、振動子に正弦波状の入力を加え、その時のノズル開口におけるインクメニスカスの挙動を入力に同期させて発光するストロボスコープを用いて観察すると、特定の周波数に対して、インクメニスカスが大きく振動することによって確認した。また、通常駆動によるインク吐出後のインクメニスカスの残留振動を観察することによっても測定することができた。
　【００６７】
　次に、本実施例で用いた電圧パルスについて詳細に説明する。
　【００６８】
　図４（ｉ）において、Ｖｈはインクジェット記録装置に必要なインク滴重量によって決定される。本実施例では、１インク滴当たりの重量として０．１μｇが必要であり、そのためのＶｈは２５Ｖであった。電圧の立ち下がり時間ｔ３は、インク滴の速度を決定する上で重要である。ｔ３を短くするほど、インク滴速度は速くなる。しかし、本実施例のインクジェット記録装置の様に振動子系の固有周期Ｔａがインク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃより短い場合には、必要以上にｔ３を短くしてもインク流路系は応答せず、逆に必要以上の圧力変化を発生したり、振動子系の振動がオーバーシュートし、インク滴を不安定にさせる。また、ｔ３を固有周期Ｔｃより十分短くしないと、流路系の応答が小さくなり、インク滴重量と速度の減少を引き起こす。そこで、実験により最適な値を求めたところ、ｔ３として６μｓから９μｓが得られた。このことは、先に述べた作用と合わせると、ｔ３は振動子系の固有周期Ｔａ以上で、固有周期Ｔｃの１／２以下が最適であると言える。
　【００６９】
　次に、図５に示すような電圧波形を用いて、インク加圧室の容積が拡大する方向に電圧が変化する第１の期間の時間ｔ１を変化させて、ノズル開口のインクメニスカスがノズル開口に戻ってくる時間（戻り時間）を測定した。測定結果は、図６に示すようになった。ｔ１が１２０μｓのときインクメニスカスの戻り時間がｔ１と等しくなった。この値は固有周期Ｔｍの１／２より少し大きな値であった。ｔ１が１２０μｓ以上ではメニスカスの戻り時間はｔ１より短くなる。これは、インクメニスカスがノズル開口よりほとんど引き込まれることなく、インク加圧室の容積が拡大中であるにもかかわらず、メニスカスが既に戻っていることを意味する。この様な条件では、インクを吐出させるためにインク加圧室の容積が縮小する方向に電圧を変化させる第３の期間に始まり時刻Ｔ２は、メニスカスの戻り時間ではなく第１の期間の時間ｔ１で決ってしまうため、ｔ１を１２０μｓ以上にすることは、インク吐出の繰返し周波数を低下させることになり好ましい駆動状態ではない。更に、戻り時間より時間が経過すると、インクメニスカスは固有周期Ｔｍの運動によってゆっくりとノズル開口より突出してくる。この突出量が最大になるのは、インクメニスカスの戻り時間よりおよそＴｍ／４後である。本実施例のインクジェット記録装置では、電圧パルスを加えてからおよそ１７０μｓである。本発明者らが、実験を重ねたところ、このように固有周期Ｔｍのゆっくりとした速度でインクメニスカスがノズル開口より突出した状態で急激にインク加圧室の容積を縮小させインク滴を吐出させると、吐出するインク滴は図７（ｉｉ）に示すような状態になり、著しく印字品質を低下させた。この現象は、ゆっくりとしたメニスカスの突出によってノズル開口部にインクの淀みができ、これがノズル内部より急速に吐出するインクに引きずられ不安定なインク滴を形成するためである。また、ゆっくりとしたインクメニスカスの突出は、ノズル開口部の濡れ性の影響を大きく受けるため、ノズル基板１のノズル開口部周辺の濡れ性が、記録紙の紙紛等によって劣化すると、インク滴の飛行曲がりやサテライトインク滴が発生してしまう。従って、時間ｔ１＋ｔ２は、この電圧パルスにおけるメニスカスの戻り時間＋Ｔｍ／４より短くし、好ましくはメニスカスの戻り時間＋Ｔｍ／８より短くするべきである。
　【００７０】
　図６においてｔ１が１００μｓと１１０μｓでは、メニスカスの戻り時間が速くなっている。これは、先に説明したように時刻Ｔ１で電圧パルスが第２の期間となることによって、インク加圧室の音響容量に支配されるインク流路系の固有周期Ｔｃの振動が励起され、メニスカスの戻りが加速されたためである。また、この場合の戻り時間は、環境変化や製造誤差の影響を受け難いことが確認された。
　【００７１】
　更にｔ１を短くすると、メニスカスがノズル開口から深く後退しているため、時刻Ｔ１の不連続性による振動でもノズル開口までメニスカスが復帰しなかった。しかし、更にｔ１を短くし、例えば５０μｓとすると、ｔ１がＴｃに近くなるため、固有周期Ｔｃの大きな振幅の振動が励起され、メニスカスの復帰が加速される。しかしながら、この振動は非常に大きいため、制御することが困難で、環境変化や製造誤差によってインク滴の吐出特性が大きく変わってしまい、実用的ではなかった。
　【００７２】
　以上により、インク加圧室５の容積が拡大する方向に電圧が変化する第１の期間は、インクメニスカスが復帰する時間（上記の例では１２０μｓ）より最大でＴｃだけ短くすると良いことが判明した。
　【００７３】
　次に、図４（ｉ）の電圧パルスで、ｔ１を１１０μｓとして、第２の期間の時間ｔ２を変化させて、インク滴重量を測定した結果を図８に示す。この結果より、ｔ２がＴｃの１／４以上で特性が一定となる傾向を示している。更に一定の特性を安定させ、環境変化や製造誤差等の種々外乱に対して、その影響を受け難くするには、ｔ２はＴｃの１／４以上３／４以下とするべきであった。ｔ２を更に大きくするとインク重量が増加しており、効果的であるように見えるが、これは、先に説明したように、固有周期Ｔｍの振動によってインクメニスカスが突出するためインク重量が増加することによる。しかし、この状態では図７（ｉｉ）のインク滴の飛行状態であるため好ましくない。また、ｔ２をＴｃの１／２である１０μｓとしたときの良好な飛行状態を図７（ｉ）に示す。
　【００７４】
　以上述べた実施例では、電圧パルスとして直線状に変化する台形波を用いたが、完全な台形波でなくとも時刻０と時刻Ｔ１で不連続に近い変化をする電圧パルスであれば、上記実施例に近い作用と効果が生じる。
　【００７５】
　【発明の効果】
　本発明の上記の構成によれば、インクメニスカスがノズル開口に戻る時間を短縮することが可能となり、必要なインク滴重量を効率良く確保しながらも、繰返しのインク滴吐出を高速化できるという効果を有する。この時、インク滴の吐出特性は良好であり、かつ、製造誤差や環境変化等による外乱の影響を受けないインクジェット記録装置を提供できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明の実施例を適用したインクジェット記録装置の部分断面図である。
　【図２】
　本発明の実施例の作用を説明する等価電気回路図である。
　【図３】
　本発明の実施例の作用を説明する等価電気回路図である。
　【図４】
　本発明の実施例を説明する電圧パルスとそれによる応答のグラフである。
　【図５】
　本発明の実施例を説明する電圧パルスのグラフである。
　【図６】
　本発明の実施例を説明する、メニスカスの挙動を示すグラフである。
　【図７】
　本発明の効果を説明する、インク滴の飛行状態を示す図である。
　【図８】
　本発明の効果を説明する、メニスカスの挙動を示すグラフである。
　【符号の説明】
　１　ノズル基板
　２　ノズル
　３　流路形成部材
　４　共通インク室
　５　インク加圧室
　７　弾性板
　８　振動板
　９　振動板の島状の厚肉部
　１０　振動板の薄肉部
　１１　ヘッドフレーム
　２２　圧電素子
　ｔ１　第１の期間の時間
　ｔ２　第２の期間の時間
　ｔ３　第３の期間の時間