(57)【要約】【課題】ノズル内面の形状に影響されず、駆動周波数を低下させることなく、尾部の曲がりを抑制して液滴を安定的に吐出させることのできる液滴吐出ヘッドの駆動方法の提供。【解決手段】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の駆動方法であって、前記圧力付与手段により前記圧力発生室内の圧力を上げることによって、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工程と、前記ノズルの開口から液体が突出された後に形成されるメニスカスが、前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面よりも更に液体の突出方向とは反対方向に後退し、その後、メニスカスが前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面に実質的に復帰した時点で、前記圧力発生室内の圧力を下げることによって、前記ノズルの開口から突出されている液体を液滴として分離させる工程とを有する。【選択図】        図６
2005096292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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の駆動方法であって、
前記圧力付与手段により前記圧力発生室内の圧力を上げることによって、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工程と、
前記ノズルの開口から液体が突出された後に形成されるメニスカスが、前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面よりも更に液体の突出方向とは反対方向に後退し、その後、メニスカスが前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面に実質的に復帰した時点で、前記圧力発生室内の圧力を下げることによって、前記ノズルの開口から突出されている液体を液滴として分離させる工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
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の工程の後に、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の工程により前記ノズルの開口から液体が突出された後に形成されるメニスカスが、前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面よりも更に液体の突出方向とは反対方向に後退し、その後、メニスカスが前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面に実質的に復帰した時点で、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することにより、前記第２の工程によって前記ノズルの開口から突出され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。
【請求項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２記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項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２又は３記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項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。
【請求項６】
前記第２の工程の継続時間に応じて、電圧比｜ａ｜／｜ｂ｜を調整す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。
【請求項７】
前記第２の工程の継続時間が長い程、電圧比｜ａ｜／｜ｂ｜を大きく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。
【請求項８】
前記圧力付与手段は圧電素子を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項９】
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８記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１０】
液体の粘度に応じて、前記第２の工程の継続時間を制御することを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１１】
粘度が高い液体に対して、前記第２の工程の継続時間を長くすることを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１２】
ヘッド温度の変化に応じて、前記第２の工程の継続時間を変えることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１３】
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１〜１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１４】
液体の表面張力に応じて、前記第２の工程の継続時間を制御することを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１５】
表面張力が低い液体に対して、前記第２の工程の継続時間を長くすることを特徴とする請求項１４記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１６】
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１〜１５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１７】
前記液体はインクであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項１８】
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２〜１７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、ノズルの開口から吐出される液滴の尾部の曲がりを抑制し、液滴の着弾精度を向上させることのできる液滴吐出ヘッドの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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個の圧電素子からなる隔壁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。
【０００８】
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を構成する圧電素子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。
【０００９】
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。
【００１０】
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）。
【００１１】
この駆動パルス印加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）。
【００１２】
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。
【００１３】
ところで、ノズル３から吐出された直後の液滴は、図３（ｂ）に示すように、略球状をなす主滴１０１ａと該主滴１０１ａの後端から長く尾を引いた尾部１０１ｂとからなる。しかし、その後、尾部１０１ｂは分裂してサテライトと呼ばれる微小な２次滴１０１ｃとなり、この略球状の主滴１０１ａとサテライトと呼ばれる２次滴１０１ｃとが記録媒体２００に向かって飛翔し、これらが着弾することにより画像が記録される。このとき、主滴１０１ａの飛翔方向と２次滴１０１ｃの飛翔方向とが同じであれば、同じ場所に着弾するので画像に影響を与えることはない。しかし、２次滴１０１ｃの飛翔方向が主滴１０１ａと異なると、図３（ｂ）に示すように主滴１０１ａの周囲に着弾するので画像を劣化させる。
【００１４】
このように２次滴１０１ｃの飛翔方向が主滴１０１ａの飛翔方向と異なる原因は、ノズル３から吐出された直後の液滴１０１の尾部１０１ｂに、図３（ｂ）において矢視する本来の飛翔方向とは異なる方向の曲がりが発生することにある。
【００１５】
このような液滴の尾部の曲がりによる画像の劣化を改善することは従来から検討されており、例えば特許文献１、特許文献２には、圧力発生室の容積を縮小させて該圧力発生室内の圧力を高めることによってインク柱をノズルから突出させ、短い一定時間放置した後すぐに急激に圧力発生室の変形を取り去ることにより、吐出される液滴の尾部の長さを短くして、ノズルからの分離作用を高め、液滴の尾部の飛翔方向を一定にしようとする技術が開示されている。
【００１６】
また、特許文献３には、第１パルスを与えてインク柱を突出させた後、液滴が分離する前に第２パルスを与えてノズルからメニスカスを突出させ、凸状になったメニスカスの頂点で液滴を分離することで、尾部の曲がりを防ぐ技術が開示されている。
【特許文献１】特開平４−２９０７４８号公報
【特許文献２】特許第２６９３６５６号公報
【特許文献３】特開平２−２１５５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ノズルから吐出される液滴の尾部に曲がりが発生する原因は、ノズル内面の不均一性にあることが知られている。例えば、図５に示すように、ノズル内面の傾斜が一様でなく、一部で傾斜が異なると、ノズル内面のメニスカスＭの表面張力にアンバランスが生じて、尾部を本来の飛翔方向と垂直な一方向に片寄らせる力が働いてしまい、液滴がメニスカスＭから分離した直後に尾部に曲がりを発生させる。従って、ノズル内面の形状の正確さが、液滴の尾部の曲がりを抑制した安定な吐出に大きく影響することになる。
【００１８】
特許文献１、特許文献２に記載の技術によれば、ノズルから吐出される液滴の尾部の長さを短くすることで、液滴分離時の切れを良くし、ノズル内面の形状の影響を受けにくくするようにしているが、尾部の長さを短くするために早期に分離させるようにしているため、メニスカスがノズル開口付近まで復帰していない段階で液滴を分離することとなり、次の液滴の吐出が可能となるまでに時間が掛かって駆動周波数が低下する問題がある。しかも、近年、液滴吐出ヘッドの使用用途が多岐にわたるようになるにつれ、使用される液体の物性も様々になっており、液体によっては依然として長い尾部が生じてしまう。このため、長い尾部はノズル内面の形状の影響を受け易くなり、尾部に曲がりを発生させてしまう。
【００１９】
液滴の尾部の曲がりを発生させないためには、ノズル内面は断面が真円でノズル中心に対して対称に形成されることが望まれるが、ノズル内面形状に要求される正確さのレベルは非常に高く、ノズル内面まで真円且つノズル中心に対して左右対称に加工形成することはきわめて困難であり、その要求に応えることは到底容易ではない。
【００２０】
また、使用中にノズル内面に異物が付着すると、除去することが困難であり、これが尾部の曲がりを発生させる原因となる場合もある。
【００２１】
このため、ノズル内面形状の正確さ以外の方法によって、液滴を尾部の曲がりなく安定的に吐出させることが求められる。この点、特許文献３に記載の技術によれば、メニスカスをノズルから突出させてから液滴を分離するので、ノズル内面形状に影響を受けないが、インク柱を突出させる第１パルスの他に、更にメニスカスを突出させるための第２パルスを印加する必要があるため、この第２パルスで発生した振動をキャンセルする必要があり、それだけ駆動周波数が低下する問題がある。
【００２２】
そこで、本発明は、ノズル内面の形状に影響されず、また、駆動周波数を低下させることなく、尾部の曲がりを抑制して液滴を安定的に吐出させる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。
【００２３】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００２５】
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の駆動方法であって、前記圧力付与手段により前記圧力発生室内の圧力を上げることによって、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工程と、前記ノズルの開口から液体が突出された後に形成されるメニスカスが、前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面よりも更に液体の突出方向とは反対方向に後退し、その後、メニスカスが前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面に実質的に復帰した時点で、前記圧力発生室内の圧力を下げることによって、前記ノズルの開口から突出されている液体を液滴として分離させる工程と、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。
【００２６】
請求項２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の工程の後に、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の工程により前記ノズルの開口から液体が突出された後に形成されるメニスカスが、前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面よりも更に液体の突出方向とは反対方向に後退し、その後、メニスカスが前記ノズルの開口における液滴吐出側の先端面に実質的に復帰した時点で、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することにより、前記第２の工程によって前記ノズルの開口から突出され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。
【００２７】
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２記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００２８】
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２又は３記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００２９】
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。
【００３０】
請求項６記載の発明は、前記第２の工程の継続時間に応じて、電圧比｜ａ｜／｜ｂ｜を調整す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。
【００３１】
請求項７記載の発明は、前記第２の工程の継続時間が長い程、電圧比｜ａ｜／｜ｂ｜を大きく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。
【００３２】
請求項８記載の発明は、前記圧力付与手段は圧電素子を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００３３】
請求項９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８記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００３４】
請求項１０記載の発明は、液体の粘度に応じて、前記第２の工程の継続時間を制御することを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００３５】
請求項１１記載の発明は、粘度が高い液体に対して、前記第２の工程の継続時間を長くすることを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００３６】
請求項１２記載の発明は、ヘッド温度の変化に応じて、前記第２の工程の継続時間を変えることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００３７】
請求項１３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１〜１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００３８】
請求項１４記載の発明は、液体の表面張力に応じて、前記第２の工程の継続時間を制御することを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００３９】
請求項１５記載の発明は、表面張力が低い液体に対して、前記第２の工程の継続時間を長くすることを特徴とする請求項１４記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００４０】
請求項１６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１〜１５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００４１】
請求項１７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１〜１６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【００４２】
請求項１８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２〜１７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、ノズル内面の形状に影響されず、また、駆動周波数を低下させることなく、尾部の曲がりを抑制して液滴を安定的に吐出させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
図６（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６（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７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６、図７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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
ここで、「ＡＬ」とは、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。
【００５０】
（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）。
【００５１】
（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７中に矢視するようにくびれを生じる。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
（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。
【００５５】
（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、メニスカスＭが復帰位置に実質的に復帰した時点で、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る。
【００５６】
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８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の開口における液体吐出側の先端面での最長径の１／２のことである。
【００５７】
このとき、メニスカスＭはノズル３の開口から引き込まれ、上記第２の工程によってノズル３の開口から突出されたインク柱１０は、メニスカスＭから分離し、液滴１１としてノズル３から吐出する（第３の工程）。
【００５８】
このインク柱１０のメニスカスＭからの分離は、メニスカスＭが復帰位置に実質的に復帰してから行われるので、ノズル３の内面の不均一性の影響を受けることがなく、その内面形状の影響によって液滴１１の尾部１１ｂが飛翔方向と異なる方向に曲がるおそれがない。
【００５９】
また、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時間継続させた後に第３の工程を実行している。第３の工程によってインクチャネルＡの容積を中立位置に戻して拡大させることで、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が、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。この実施形態においては、例えば、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が難しくなる。
【００６０】
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。
【００６１】
ところで、上記第２の工程においてノズル３の開口から突出されるインク柱１０は、図９に拡大して示すように、ノズル３から大きく突出した先端側の主滴１０ａと、該主滴１０ａの後端から長く尾を引いてノズル３内のメニスカスＭと繋がる尾部１０ｂとからなっている。上記第３の工程においてかかるインク柱１０を液滴として分離する際は、メニスカスＭの復帰位置であるノズル３の開口における液滴吐出側の先端面でのインク柱１０の太さをα（μｍ）、インク柱１０の最大太さをβ（μｍ）としたとき、α／β≦１／３となった状態であることが好ましい。
【００６２】
上記第３の工程においてインクチャネルＡの容積を拡大して復帰位置に実質的に復帰したメニスカスＭを引き込む際、インク柱１０における上記太さαとβとがα／β≦１／３となった状態であると、尾部１０ｂの曲がりをより一層抑制することができる。
【００６３】
このインク柱１０における上記太さαとβの測定は、ノズル３の開口から突出したインク柱１０を、ＣＣＤカメラを用いてストロボ測定することによって行うことができる。
【００６４】
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ことにより、駆動波形は、図６（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。
【００６５】
また、図６（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。なお、この電圧ａと電圧ｂは、それぞれ差分の電圧である。
【００６６】
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。
【００６７】
また、第２の工程の継続時間に応じて、上記電圧比｜ａ｜／｜ｂ｜を調整することも好ましい。例えば、第２の工程の継続時間が延びると残留圧力波が減衰するので、第２の工程の継続時間が長い程、上記電圧比｜ａ｜／｜ｂ｜を大きくすることで、減衰された残留圧力波に応じて、該残留圧力波を効果的にキャンセルできるようになり、特に好ましい。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
このため、インクの粘度に応じて、上記第２の工程の継続時間を制御することが好ましい。すなわち、粘度が高いインクに対しては、第２の工程の継続時間を長くし、逆に粘度が低いインクに対しては、短くする。第２の工程の継続時間の変更は、図２に示す駆動パルス発生回路の設定を変更することにより行うことができる。
【００７２】
具体的には、インク粘度はインクの組成によって相異するため、インクの組成が異なることによりインク粘度が異なる場合に、上記のように第２の工程の継続時間を変えることが好ましい。インクの組成による第２の工程の継続時間の変更は、記録ヘッドＨに供給されるインクの種類に応じて、自動で或いはオペレータ等が手動で駆動パルス発生回路の設定を適宜変更するようにしてもよいし、記録ヘッドＨ毎に使用されるインクの組成を特定することで、記録ヘッドＨ毎に駆動パルス発生回路の設定を異ならせるようにしてもよい。
【００７３】
また、一般に、液滴吐出ヘッドでは、圧力付与手段が駆動することで発熱し、この時の熱がインクに伝わることでインクの粘度が変化（低下）する場合がある。例えば、図１、図２に示す記録ヘッドＨでは、隔壁Ｓのせん断変形によって該隔壁Ｓが発熱するため、その熱はインクチャネルＡ内のインクに直接作用する。このため、同じインクであってもヘッド温度の差によってインク粘度が異なってくる。従って、ヘッド温度の変化に応じて、上記のように第２の工程の継続時間を変えることが好ましい。
【００７４】
ヘッド温度は、例えば図１のカバープレート６に接するように図示しない温度センサを設けることで検知することができる。検知信号は、図２に示す記録ヘッドＨの駆動パルス発生回路に出力し、この駆動パルス発生回路において、検知信号に基づいて上記第２の工程の継続時間を適宜変えるようにすればよい。
【００７５】
同様に、インクの表面張力に応じて、上記第２の工程の継続時間を変えることも好ましい。すなわち、表面張力が低いインクに対しては、第２の工程の継続時間を長くし、逆に表面張力が高いインクに対しては、短くする。
【００７６】
インクの表面張力もインクの組成によって相異するため、インクの組成が異なる場合に、上記のように第２の工程の継続時間を変えることが好ましい。
【００７７】
インク粘度或いはインクの表面張力とメニスカスＭの挙動の関係は記録ヘッドやインク毎に異なるので、記録ヘッドＨのメニスカスＭの位置（メニスカスＭの復帰位置でのインク柱１０の太さα）に相関して駆動信号を印加する場合には、実際の記録ヘッドＨのメニスカスＭの運動をマイクロスコープ等により観察するという実験や、有限要素法等によりシミュレーションを行ってメニスカスＭの復帰位置であるノズル３の開口でのメニスカスＭの運動形態を調べ、電気回路的手段により信号の印加タイミングを調整すればよい。
【００７８】
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、尾部が長く伸びるようになって、尾部の曲がりが発生し易くなるためである。
【００７９】
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、液滴がメニスカスから分離しにくく、同様に尾部が長く伸びるようになって、尾部の曲がりが発生し易くなるためである。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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】
【００８４】
（実施例１）
ノズルピッチが１８０ｄｐｉ、出射液滴量１５ｐｌ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、Reinforce（第２の工程）の継続時間（Ｒ時間）を１８μｓとして駆動を行い、液滴を吐出した。そのときのメニスカスの位置と、吐出される液滴の尾部の曲がりの発生具合について観察した。
【００８５】
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。
【００８６】
液滴の尾部の曲がりの発生の有無：ＣＣＤカメラにて目視観察した。なお、曲がりの有無は、液滴の飛翔方向に対して、分離する直前の尾部の端部が平行であるかどうかで判断した。
【００８７】
使用インク：油系インク（１０ｃｐ、２８ｄｙｎｅ／ｃｍ）
駆動電圧：２０Ｖ
【００８８】
（比較例１）
実施例１において、ＤＲＲ波形のReinforce（第２の工程）の継続時間（Ｒ時間）を９μｓとした以外は実施例１と同一とした。
【００８９】
実施例１及び比較例１の結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
2005096292.tif 000003
【００９１】
実施例１では、メニスカスが復帰してから第３の工程により液滴を分離するため、尾部の曲がりのない吐出が得られた。
【００９２】
比較例１では、メニスカス復帰前に第３の工程を実施した結果、尾部は曲がって出射された。
【００９３】
（実施例２〜４）
実施例１において、ＤＲＲ波形の｜ａ｜／｜ｂ｜をそれぞれ表２に示すように変化させた場合の液滴の出射安定性と高速駆動について評価した。
【００９４】
なお、出射安定性は以下の基準により評価した。
○：液滴速度が８ｍ／ｓで出射している時、安定に出射する。
△：多少の液滴速度の変動がみられるが、出射欠を発生することなく出射する。
×：出射欠を発生する。
【００９５】
また、高速駆動は以下の基準により評価した。
○：駆動周期２５μｓで出射している時、安定に出射する。
△：多少の液滴速度のゆらぎがみられるが、出射欠を発生することなく出射する。
×：出射欠を発生する。
【００９６】
（比較例２）
実施例１において、ＤＲＲ波形の｜ａ｜／｜ｂ｜を１／１とした場合の液滴の出射安定性と高速駆動について、上記と同様に評価した。なお、このとき、メニスカスはノズルの開口における液滴吐出側の先端面には復帰していなかった。
【００９７】
実施例２〜４及び比較例２の結果を表２に示す。
【００９８】
【表２】
2005096292.tif 000004
【００９９】
表２で示す実施例２、３、４は、メニスカスが復帰した後に液滴が分離されており、いずれも尾部の曲がりはない。
【０１００】
更に、実施例２、３では、残留圧力が効果的にキャンセルされ、液滴の速度が速くなっても安定な吐出が得られた。
【０１０１】
また、実施例３、４では、メニスカスの復帰が早く、インクの充填が間に合い、高速駆動においても安定な吐出が得られた。
【０１０２】
一方、比較例２では、実施例と同様のＲ時間（第２の工程の継続時間）をとりながらも、メニスカスは復帰せず、安定な吐出は得られなかった。
【０１０３】
以上のことから、｜ａ｜／｜ｂ｜を２／１とすると、より安定でより高速な駆動が可能になることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】せん断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
【図２】（ａ）〜（ｂ）は記録ヘッドの作動を示す図
【図３】（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
【図４】従来の駆動方法における駆動波形を示す図
【図５】ノズルから突出したインク柱の様子を示す図
【図６】（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
【図７】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
【図８】ノズルの開口とメニスカスとの位置関係を説明する図
【図９】本発明に係る駆動方法によるインク柱の様子を示す図
【符号の説明】
【０１０５】
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
【図１】
2005096292.tif 000005
【図２】
2005096292.tif 000006
【図３】
2005096292.tif 000007
【図４】
2005096292.tif 000008
【図５】
2005096292.tif 000009
【図６】
2005096292.tif 000010
【図７】
2005096292.tif 000011
【図８】
2005096292.tif 000012
【図９】
2005096292.tif 000013