(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクが充填される圧力発生室と、該圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧力発生室に連通されるノズルとを備え、前記圧力発生手段に駆動波形信号を印加して、前記圧力発生室の体積を変化させることにより、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ヘッドの駆動方法であって、
前記駆動波形信号の波形を、
前記圧力発生室の体積を増加させる方向に電圧を印加する第１の電圧変化プロセスと、
前記圧力発生室の体積を減少させる方向に電圧を印加し、前記ノズル内に前記ノズルの開口径よりも小さいな径を有する液柱を形成し、該液柱の先端からインク滴を分離させることによって微小なインク滴の吐出を行うための第２の電圧変化プロセスとを少なくとも有して構成し、
前記駆動波形信号の波形における、前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／３から２／３までの範囲の長さに設定し、
前記駆動波形信号の波形における、前記第１の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第２の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定し、
前記駆動波形信号の波形における、前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定し、
前記駆動波形信号の波形に、前記第２の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を増加させる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロセスを含ませ、
前記駆動波形信号の波形における、前記第２の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第３の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定したことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記駆動波形信号の波形における、前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／２の長さに設定したことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記駆動波形信号の波形における、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定したことを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記駆動波形信号の波形における、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化量を前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化量よりも大きく設定したことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
前記駆動波形信号の波形に、前記第３の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を減少させる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロセスを含ませることを特徴とする請求項３又は４に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
前記駆動波形信号の波形における、前記第４の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／２以下の長さに設定したことを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項７】
前記駆動波形信号の波形における、前記第３の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第４の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定したことを特徴とする請求項５又は６記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項８】
前記固有周期Ｔｃは、１５μｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項９】
前記圧力発生手段は、電気機械変換素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項１０】
前記電気機械変換素子は、圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項９記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
【請求項１１】
インクが充填される圧力発生室と、該圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧力発生室に連通されるノズルとを備え、前記圧力発生手段に駆動波形信号を印加して、前記圧力発生室の体積を変化させることにより、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ヘッドの駆動回路であって、
前記圧力発生室の体積を増加させる方向に電圧を印加する第１の電圧変化プロセスと、
前記圧力発生室の体積を減少させる方向に電圧を印加し、前記ノズル内に前記ノズルの開口径よりも小さいな径を有する液柱を形成し、該液柱の先端からインク滴を分離させることによって微小なインク滴の吐出を行うための第２の電圧変化プロセスとを少なくとも有して構成され、
前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／３から２／３までの範囲の長さに設定され、前記第１の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第２の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔が前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定され、前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生する波形発生手段を備え、
前記波形発生手段は、前記第２の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を増加させる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロセスを含んだ波形を有する駆動波形信号を発生し、
前記波形発生手段は、前記第２の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第３の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔が、前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１２】
前記波形発生手段は、前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔｃの１／２の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１３】
前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１４】
前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化量が前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化量よりも大きく設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴とする請求項１１又は１３記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１５】
前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を減少させる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロセスを含んだ波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴とする請求項１１、１３、又は１４のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１６】
前記波形発生手段は、前記第４の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔｃの１／２以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴とする請求項１５記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１７】
前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第４の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔が、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴とする請求項１５又は１６記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１８】
前記固有周期Ｔｃは、１５μｓ以下であることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項１９】
前記圧力発生手段は、電気機械変換素子であることを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【請求項２０】
前記電気機械変換素子は、圧電アクチュエータであることを特徴とする請求項１９記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インクジェット記録ヘッドの駆動方法及びその回路に関し、詳しくは、ノズルを備えたインクジェット記録ヘッドを駆動して、微小なインク滴をノズルから選択的に吐出させて紙やＯＨＰ（overhead projector）フィルム等の記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット記録ヘッドの駆動方法及びその回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、インクジェット記録ヘッドの１つとして、ノズル及びそれに対応した圧力発生室を備え、この圧力発生室に対応した位置に設けられた圧電アクチュエータ等の圧力発生手段に画像データに応じて駆動波形信号を印加して、インクが充填された圧力発生室の体積を急激に変化させることにより、ノズルからインク滴を吐出させて紙やＯＨＰフィルム等の記録媒体上に文字や画像を記録するドロップ・オン・デマンド（drop on demand）型インクジェット記録ヘッドが広く知られている（例えば、特公昭５３−１２１３８号公報や特開平１０−１９３５８７号公報参照）。
【０００３】
図１４は、そのようなインクジェット記録ヘッドのうち、カイザー（Kyser）型と呼ばれるインクジェット記録ヘッドの基本構成を示す概略断面図である。この例のインクジェット記録ヘッドは、同図に示すように、圧力発生室１と、図示せぬインクタンクと連結されて圧力発生室１にインクを供給するための共通インク室２と、この共通インク室２と圧力発生室１とを連通させるためのインク供給孔（インク供給路）３と、インク滴７を吐出させるノズル４と、圧力発生室１の同図中下板を構成する振動板５と、振動板５の下面に取り付けられた圧電アクチュエータ６とから概略構成されている。
【０００４】
このような構成において、記録動作時には、画像データに応じて圧電アクチュエータ６を駆動して振動板５を変位させ、これにより、圧力発生室１の体積を急激に変化させて圧力発生室１に圧力波（音響波）を発生させる。この圧力波によって、圧力発生室内１に充填されているインクの一部がノズル４を通って外部に噴射され、インク滴７となって吐出する。吐出したインク滴７は、記録媒体上に着弾し、記録ドットを形成する。このような記録ドットの形成を画像データに基づいて繰り返し行うことにより、記録媒体上に文字や画像が記録されることになる。
【０００５】
ところで、この種のインクジェット記録ヘッドにおいては、通常、１個のインク滴が記録媒体上に着弾して１個の記録ドット（画素）を形成し、記録ドットの径の大きさと画質とは略反比例の関係にある。したがって、近年の画像品質に対する要求の高まりに応じるためには、径の小さい記録ドットを記録媒体上に形成する必要がある。粒状感の少ない滑らかな画像（高画質）を得るための記録ドットの径（ドット径）は、人間の目の識別能力からすると、４０μｍ以下であるとされ、さらに、３０μｍ以下であれば、画像のハイライト部においても個々の記録ドットが目視で認識しづらくなるため、画像品質は飛躍的に向上する。
【０００６】
インク滴の径（滴径）とドット径との関係は、インク滴の飛翔速度（滴速）、インク物性（粘度、表面張力）、記録媒体の種類等に依存するが、通常、ドット径はインク滴径の２倍程度となる。したがって、３０μｍのドット径を得るには、滴径を１５μｍ程度にすることが必要となる。なお、この明細書において、滴径とは、１回のインク滴の吐出によりノズルから放出されるインク総量（サテライトを含む）を１個の球状の滴の径に換算したものを意味する。ここで、サテライトとは、インク滴（主滴）がノズルから放出される際に、その背後に副次的に形成される小さなインク滴をいう。
【０００７】
一方、所定の開口径を有するノズルから得られる滴径の最小値は、その開口径（ノズル径）と同等程度であることが、経験上わかっている。したがって、１５μｍの滴径を得るには、ノズル径を１５μｍ以下とすることが要求される。しかし、ノズル径を１５μｍ以下にするには、製造面で多くの困難が伴うと共に、ノズルの目詰まりの発生確率が増加するため、インクジェット記録ヘッドの信頼性及び耐久性が著しく損なわれることとなる。このため、実際には、２０〜２５μｍ程度がノズル径の当面の下限である。したがって、滴径が１５μｍ以下のインク滴を安定的に吐出するのは困難であった。加えて、インク滴の微小化にだけ注目してノズル径を小さくしていくと、所望の解像度に見合う最大滴径のインク滴が吐出困難になるという問題も発生する。
【０００８】
上記した不都合を解決する手段として、従来から、例えば、特開昭５５−１７５８９号公報に開示されているように、図１５に示す逆台形状の駆動波形信号を圧電アクチュエータに印加して、インク滴の吐出直前にいわゆる「メニスカス制御」を行うことにより、ノズル径よりも小さなインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動方法が提案されている。
【０００９】
図１５に示す駆動波形信号は、圧力発生室の体積を増加させるために、基準電圧Ｖ１（＞０Ｖ）に設定されている圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第１の電圧変化プロセス８と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する電圧保持プロセス９と、この後、圧力発生室の体積を減少させてインク滴を吐出させると共に、次の吐出動作に備えさせるために、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを電圧Ｖ２の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス１０とから構成されている。なお、駆動波形信号の電圧の増減による圧電アクチュエータの動きは、圧電アクチュエータの構造や分極方向等に依存するので、上記した圧電アクチュエータの動きとは逆向きに動く圧電アクチュエータも存在するが、この逆動作の圧電アクチュエータに対しては、駆動波形信号の電圧も逆向きにすれば、上記したと同様の吐出動作をするので、この明細書においては、説明を簡単にするため、駆動波形信号の電圧を増加させると圧力発生室の体積が減少し、駆動波形信号の電圧を減少させると圧力発生室の体積が増加するように動く圧電アクチュエータを代表させて説明する。
【００１０】
図１６は、図１５に示す駆動波形信号を圧電アクチュエータに印加した際におけるノズル１１の開口面１１ａのメニスカス１２の動きを模式的に表した図である。まず、インク滴の吐出が不必要な時は、図１６（ａ）に示すように、メニスカス１２はノズル１１の開口面１１ａにある。そして、インク滴の吐出が必要になった時に、まず、圧力発生室の体積を増加させるために、駆動波形信号の第１の電圧変化プロセス８を圧電アクチュエータに印加すると、図１６（ｂ）に示すように、ノズル１１の開口面１１ａにあったメニスカス１２がノズル１１の内部に引き込まれ、メニスカス１２の形状が凹状になる（「引き」のプロセス）。その後、圧力発生室の体積を減少させるために、駆動波形信号の第２の電圧変化プロセス１０を圧電アクチュエータに印加すると、図１６（ｃ）に示すように、メニスカス１２の中央部に液柱１３が形成され、次いで、液柱１３の先端部が分離して、図１６（ｄ）に示すように、インク滴１４が吐出する（「押し」のプロセス）。この時に吐出されるインク滴１４の滴径は、液柱１３の太さとほぼ等しく、ノズル１１の径よりも小さい。
【００１１】
ところが、図１５に示す逆台形状の駆動波形信号を用いた従来のインクジェット記録ヘッドの駆動方法においては、現実に得られるインク滴の滴径は２５μｍ程度が限界であり、高画質化の要求に充分に応えることができない。そこで、発明者は、図１７に示す波形を有する駆動波形信号を圧電アクチュエータに印加することにより、さらに微小なインク滴の吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動方法について、特願平１０−３１８４４３号において開示した。図１７に示す駆動波形信号は、圧力発生室の体積を増加させてメニスカスを後退させるために、基準電圧Ｖ１（＞０Ｖ）に設定されている圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第１の電圧変化プロセス１５と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する第１の電圧保持プロセス１６と、圧力発生室の体積を減少させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるために、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを電圧Ｖ２の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス１７と、電圧Ｖ２にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ４）保持する第２の電圧保持プロセス１８と、圧力発生室の体積を増加させて液柱先端部からインク滴を早期に分離させるために、電圧Ｖ２に保持された印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第３の電圧変化プロセス１９と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ６）保持する第３の電圧保持プロセス２０と、圧力発生室の体積を減少させてインク滴吐出後に残存する圧力波の残響を抑止するために、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを電圧Ｖ１の高さにまで増加させる第４の電圧変化プロセス２１とから構成されている。すなわち、図１７に示す駆動波形信号は、インク滴の早期分離及び残響抑制を目的とした圧力波制御を従来の「メニスカス制御」方式に加えたものであり、これにより、滴径が２０μｍ程度のインク滴を安定に吐出させることができる。
【００１２】
ところが、図１７に示す波形を有する駆動波形信号を用いた従来のインクジェット記録ヘッドの駆動方法においては、滴径が２０μｍ以下のインク滴を吐出させることは困難であり、特に、滴径が１５μｍ以下のインク滴を吐出させることは不可能である。そこで、発明者等は、図１８に示す波形を有する駆動波形信号を圧電アクチュエータに印加することにより、滴径が１５μｍ以下のインク滴の吐出させるインクジェット記録ヘッドの駆動方法について、特願平１１−２０６１３号において開示した。図１８に示す駆動波形信号は、圧力発生室の体積を増加させてメニスカスを後退させるために、圧電アクチュエータと振動板とからなる駆動部の固有振動の固有周期Ｔａよりも大きくかつ圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃよりも小さな立ち下げ時間ｔ１で、基準電圧Ｖｂ（＞０Ｖ）に設定されている圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを、例えば、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少させる第１の電圧変化プロセス２２と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する第１の電圧保持プロセス２３と、圧力発生室の体積を減少させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるために、固有周期Ｔａよりも小さな立ち上げ時間ｔ３で、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス２４と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ４）保持する第２の電圧保持プロセス２５と、圧力発生室の体積を増加させて液柱先端部からインク滴を早期に分離させるために、固有周期Ｔａよりも小さな立ち下げ時間ｔ５で、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）に保持された印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第３の電圧変化プロセス２６と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ６）保持する第３の電圧保持プロセス２７と、圧力発生室の体積を減少させてインク滴吐出後に残存する圧力波の残響を抑止するために、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを基準電圧Ｖｂの高さにまで増加させる第４の電圧変化プロセス２８とから構成されている。すなわち、図１８に示す駆動波形信号は、圧電アクチュエータ自体の固有振動を利用した吐出メカニズムを従来の「メニスカス制御」方式に加えたものであり、これにより、圧電アクチュエータ自体の固有振動が励起され、メニスカスに周波数の高い振動を発生させることができるので、滴径が１５μｍ以下のインク滴を吐出させることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１８に示す波形を有する駆動波形信号を用いた従来のインクジェット記録ヘッドの駆動方法においては、圧電アクチュエータの変形速度が増加するため、圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性が著しく損なわれることとなる。また、上記したように、圧電アクチュエータ自体の固有振動を励起するためには、固有周期Ｔａよりも小さな立ち上げ時間ｔ３及び立ち下げ時間ｔ５（例えば、１μｓ）で、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを変化させる必要がある。この場合、瞬間的に大きな電流が圧電アクチュエータに流れるため、インクジェット記録ヘッドの駆動回路、特に、圧電アクチュエータの駆動回路には、瞬間的に大きな電流を供給できる電流駆動能力の高い半導体集積回路等の回路部品を用いる必要がある。したがって、回路部品のコストが増大すると共に、大きな電流が回路に流れることにより発生する発熱量も増大するため、放熱対策も必要となる。これにより、インクジェット記録ヘッドの駆動回路のコスト及びサイズが増大してしまうという欠点があった。
【００１４】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性を損なうことなく、また、安価かつ小型の構成で、滴径２０μｍ以下の微小なインク滴を吐出することができるインクジェット記録ヘッドの駆動方法及びその回路を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、インクが充填される圧力発生室と、該圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧力発生室に連通されるノズルとを備え、前記圧力発生手段に駆動波形信号を印加して、前記圧力発生室の体積を変化させることにより、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ヘッドの駆動方法であって、  前記駆動波形信号の波形を、  前記圧力発生室の体積を増加させる方向に電圧を印加する第１の電圧変化プロセスと、  前記圧力発生室の体積を減少させる方向に電圧を印加し、前記ノズル内に前記ノズルの開口径よりも小さいな径を有する液柱を形成し、該液柱の先端からインク滴を分離させることによって微小なインク滴の吐出を行うための第２の電圧変化プロセスとを少なくとも有して構成し、  前記駆動波形信号の波形における、前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／３から２／３までの範囲の長さに設定し、  前記駆動波形信号の波形における、前記第１の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第２の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定し、  前記駆動波形信号の波形における、前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定し、  前記駆動波形信号の波形に、前記第２の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を増加させる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロセスを含ませ、前記駆動波形信号の波形における、前記第２の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第３の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定したことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り前記駆動波形信号の波形における、前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／２の長さに設定したことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記駆動波形信号の波形における、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定したことを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記駆動波形信号の波形における、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化量を前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化量よりも大きく設定したことを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記駆動波形信号の波形に、前記第３の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を減少させる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロセスを含ませることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記駆動波形信号の波形における、前記第４の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、前記固有周期Ｔｃの１／２以下の長さに設定したことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項７記載の発明は、請求項５又は６に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記駆動波形信号の波形における、前記第３の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第４の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔を、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定したことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記固有周期Ｔｃは、１５μｓ以下であることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記圧力発生手段は、電気機械変換素子であることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に係り、前記電気機械変換素子は、圧電アクチュエータであることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１１記載の発明は、インクが充填される圧力発生室と、該圧力発生室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧力発生室に連通されるノズルとを備え、前記圧力発生手段に駆動波形信号を印加して、前記圧力発生室の体積を変化させることにより、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ヘッドの駆動回路であって、  前記圧力発生室の体積を増加させる方向に電圧を印加する第１の電圧変化プロセスと、  前記圧力発生室の体積を減少させる方向に電圧を印加し、前記ノズル内に前記ノズルの開口径よりも小さいな径を有する液柱を形成し、該液柱の先端からインク滴を分離させることによって微小なインク滴の吐出を行うための第２の電圧変化プロセスとを少なくとも有して構成され、  前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／３から２／３までの範囲の長さに設定され、前記第１の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第２の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔が前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定され、前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生する波形発生手段を備え、前記波形発生手段は、前記第２の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を増加させる方向に、電圧を印加する第３の電圧変化プロセスを含んだ波形を有する駆動波形信号を発生し、
前記波形発生手段は、前記第２の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第３の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔が、前記固有周期Ｔｃの１／５以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴としている。
【００２６】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記波形発生手段は、前記第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔｃの１／２の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴としている。
【００２７】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１１記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴としている。
【００２８】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１１又は１３記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスでの電圧変化量が前記第２の電圧変化プロセスでの電圧変化量よりも大きく設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴としている。
【００２９】
また、請求項１５記載の発明は、１１、１３、又は１４のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスに次いで、前記圧力発生室の体積を減少させる方向に、電圧を印加する第４の電圧変化プロセスを含んだ波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴としている。
【００３０】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１５記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記第４の電圧変化プロセスでの電圧変化時間が、前記固有周期Ｔｃの１／２以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴としている。
【００３１】
また、請求項１７記載の発明は、請求項１５又は１６記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記波形発生手段は、前記第３の電圧変化プロセスの終了時刻と前記第４の電圧変化プロセスの開始時刻との時間間隔が、前記固有周期Ｔｃの１／３以下の長さに設定された波形を有する駆動波形信号を発生することを特徴としている。
【００３２】
また、請求項１８記載の発明は、請求項１１乃至１７のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記固有周期Ｔｃは、１５μｓ以下であることを特徴としている。
【００３３】
また、請求項１９記載の発明は、請求項１１乃至１８のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記圧力発生手段は、電気機械変換素子であることを特徴としている。
【００３４】
また、請求項２０記載の発明は、請求項１９記載のインクジェット記録ヘッドの駆動回路に係り、前記電気機械変換素子は、圧電アクチュエータであることを特徴としている。
【００３５】
【作用】
この発明の構成によれば、圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性を損なうことなく、また、安価かつ小型の構成で、滴径２０μｍ以下の微小なインク滴を吐出することができる。
【００３６】
【発明の理論的妥当性】
まず、集中定数系等価回路モデルを用いて、この発明の妥当性の理論的根拠について説明する。図９（ａ）は、図１（ａ）に示すインクジェット記録ヘッドのインク充填状態における等価回路図である。図９において、ｍ０は圧電アクチュエータ３６と振動板３５とからなる駆動部のイナータンス（音響質量）［ｋｇ／ｍ４］、ｍ２はインク供給孔３３のイナータンス、ｍ３はノズル３４のイナータンス、ｒ０は駆動部の音響抵抗［Ｎｓ／ｍ５］、ｒ２はインク供給孔３３の音響抵抗、ｒ３はノズル３４の音響抵抗、ｃ０は駆動部の音響容量［ｍ５／Ｎ］、ｃ１は圧力発生室３１の音響容量、ｃ３はノズル３４の音響容量、ｕ１は圧力発生室３１における体積速度［ｍ３／ｓ］、ｕ２はインク供給孔３３における体積速度、ｕ３はノズル３４における体積速度、φはインクに与えられる圧力［Ｐａ］を表している。ここで、圧電アクチュエータ３６に高剛性の積層型圧電アクチュエータを使用するとすれば、駆動部のイナータンスｍ０、音響抵抗ｒ０及び音響容量ｃ０は無視できる。また、圧力波の解析時には、ノズル３４の音響容量ｃ３も無視できる。したがって、図９（ａ）の等価回路は、近似的に、図９（ｂ）の等価回路で表される。また、インク供給孔３３とノズル３４のイナータンスｍ２，ｍ３との間で、ｍ２＝ｋｍ３の関係式が、インク供給孔３３とノズル３４の音響抵抗ｒ２，ｒ３との間で、ｒ２＝ｋｒ３の関係式がそれぞれ成り立つと仮定して、図１０（ａ）に示すように、立ち上がり角度θを持つ駆動波形信号を入力した場合について回路解析を行うと、０≦ｔ≦ｔ１の立ち上がり時間内におけるノズル３４における粒子速度ｖ３'［ｍ／ｓ］は、式（１）で与えられる。式（１）において、Ａ３はノズル３４の開口部の面積であり、ノズル３４における粒子速度ｖ３'は、ノズル３４における体積速度ｕ３をノズル３４の開口部の面積Ａ３で除した値をいう。
【００３７】
【数１】
0003755569.tif 000002
【００３８】
次に、図１０（ｂ）に示すような、複雑な形状（台形状）の駆動波形信号を用いた場合の粒子速度は、駆動波形信号の節部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点）で発生する圧力波を重ね合わせてゆくことによって求めることができる。すなわち、図１０（ｂ）の駆動波形信号を用いた場合に発生する、ノズル３４における粒子速度ｖ３［ｍ／ｓ］は、式（２）で与えられる。
【００３９】
【数２】
0003755569.tif 000003
【００４０】
ここで、図１１に示す駆動波形信号を用いた場合の粒子速度の時間変化を、式（１）の振動成分のみを考慮して、式（２）を用いて求めた結果を図１２に示す。図１１に示す駆動波形信号は、圧力発生室の体積を増加させてメニスカスを後退させるために、基準電圧Ｖ１（＞０Ｖ）に設定されている圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第１の電圧変化プロセス４１と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する電圧保持プロセス４２と、この後、圧力発生室の体積を減少させてインク滴を吐出させると共に、次の吐出動作に備えさせるために、圧電アクチュエータの印加電圧Ｖを電圧Ｖ２の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス４３とを有している。図１２において、各細線ａ〜ｄは、図１１に示す駆動波形信号の各節部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいてそれぞれ発生する粒子速度の時間変化を表しており、太線ｓは、各粒子速度を重ね合わせた合計の粒子速度の時間変化、すなわち、実際にメニスカスにおいて生じる粒子速度の時間変化を表している。
【００４１】
（１） 図１１に示す駆動波形信号において、時間ｔ１を圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃ（＝２π／Ｅｃ）の１／２に設定すると共に、時間ｔ２を極めて短く設定した場合、図１２（ａ）に示すように、節部Ａ，Ｂ，Ｃにおいて発生する粒子速度の時間変化の位相はほぼ一致する。そのため、時間範囲（ｔ＞ｔ１＋ｔ２）では、粒子速度の非常に急激な増加が生じる。次に、このような粒子速度に非常に急激な変化が生じた際のメニスカスの形状変化について、図１２及び図１３を参照して、説明する。図１２（ａ）に示す粒子速度の時間変化がメニスカス５４に加わると、時間範囲Ｔ１において、メニスカス５４はノズル５１の開口面からノズル５１の内部に引き込まれ、凹状となる。次に、時間範囲Ｔ２において、メニスカス５４はノズル５１の外側に向かって押し出される。上記したように、メニスカス５４を凹状にした状態でメニスカス５４に「押し」を加えると、メニスカス５４の中央部に細い液柱５２が形成される。
【００４２】
この液柱５２の形成メカニズムについて詳細に検討された例はないが、発明者等は、インク滴の吐出観察実験及び流体解析によって、形成される液注５２の太さがメニスカス５４を押し出す際の液面の速度に依存することを明らかにした。すなわち、凹状のメニスカス５４に対して、ノズル５１の外側に向かって押し出すように圧力を加えると、図１３に示すように、メニスカス５４の各部は液面の法線方向（図中矢印）に移動しようとする。その結果、ノズル５１の中央部に多量のインクが集中し、この局所的なインクの体積の増加によってノズル５１の中央部に液注５２が形成される。この時、液面の移動速度が速い場合には、ノズル５１の中央部でのインクの体積が増加する速度も大きくなるため、非常に細い液注５２が速い成長速度で形成される（図１３（ａ）参照）。これに対し、液面の移動速度が遅い場合には、ノズル５１の中央部でのインクの体積が増加する速度も小さくなるため、液注５２は太くなり、成長速度も遅くなる（図１３（ｂ）参照）。
【００４３】
なお、上記したように、「メニスカス制御」方式を用いてノズル５１から吐出されるインク滴５３の滴径は、形成される液柱５２の太さとほぼ等しい。また、インク滴の飛翔速度（滴速）は、液柱５２の成長速度とほぼ等しい。したがって、微小なインク滴を高速で吐出させるためには、「押し」のプロセスの際の液面移動速度を増加させ、ノズル５１の中央部において急激なインクの体積増加を生じさせることが重要な条件となる。
【００４４】
上記した観点から考察すると、図１１に示す駆動波形信号において、時間ｔ１を固有周期Ｔｃの１／２に設定すると共に、時間ｔ２を極めて短く設定することは、微小なインク滴を吐出するために非常に有利な条件となる。すなわち、このような条件の下では、図１２（ａ）に示すように、図１１に示す駆動波形信号の節部Ａ，Ｂ，Ｃにおいて発生する粒子速度の時間変化の位相はほぼ一致するので、時間範囲（ｔ＞ｔ１＋ｔ２）では、粒子速度が急激に増加し、液面の移動速度が大きくなる。そのため、ノズル５１の中央部において急激なインクの体積増加が生じるので、細い液柱５２が形成され、その結果、非常に微小なインク滴５３を高速で吐出させることが可能となる。つまり、液柱５２の形成時にメニスカス５４の液面の移動速度を急激に増加させることが、微小なインク滴５３を吐出させる上で重要な条件となるのである。
【００４５】
（２） 一方、図１１に示す駆動波形信号において、時間ｔ１を固有周期Ｔｃの１／２に設定しなかった場合には、図１２（ｂ）に示すように、節部Ａ，Ｂ，Ｃにおいて発生する粒子速度の時間変化の位相は一致しなくなり、各粒子速度を重ね合わせた合計の粒子速度の時間変化（太線ｓ）は、非常に緩慢な変化となってしまう。すなわち、時間ｔ１が固有周期Ｔｃの１／２より短い場合には、節部Ａによって発生した粒子速度が負であるうちに節部Ｂによって正の粒子速度が発生してしまうため、両者が相殺し合い、メニスカス５４の液面の移動速度の増加が鈍化してしまう。一方、時間ｔ１が固有周期Ｔｃの１／２より長い場合には、節部Ｂによって正の粒子速度が発生する前に節部Ａによって発生した粒子速度が正となってしまうため、やはり、メニスカス５４の液面の移動速度の急激な増加を得ることができなくなる。このような条件の下では、ノズル５１の中央部において急激なインクの体積増加が発生し難くなるため、形成される液柱５２の太さは太くなり、その結果、吐出されるインク滴５３の滴径は大きく、滴速も遅くなってしまう（図１３（ｂ）参照）。したがって、高画質記録に要求される滴径２０μｍ以下の微小なインク滴を得ることは不可能になる。
【００４６】
以上説明したように、「メニスカス制御」方式を用いてノズル５１から吐出されるインク滴５３の滴径及び滴速は、図１１に示す駆動波形信号における第１の電圧変化プロセス４１の電圧変化時間ｔ１と、第１の電圧変化プロセス４１の終了時刻と第２の電圧変化プロセス４３の開始時刻との時間間隔、すなわち、電圧保持プロセス４２での電圧保持時間ｔ２とに大きく依存し、電圧変化時間ｔ１を固有周期Ｔｃの約１／２に設定すると共に、電圧保持時間ｔ２を充分短く設定することにより、非常に微小な滴径のインク滴を高速で吐出させることができる。なお、この場合、圧電アクチュエータ自体の固有振動を利用しないので、圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性が損なわれることはなく、また、インクジェット記録ヘッドの駆動回路、特に、圧電アクチュエータの駆動回路は、従来の構成と特に変わることはないため、インクジェット記録ヘッドの駆動回路のコストやサイズが増大することはない。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用いて具体的に行う。
Ａ．本発明の前提となる実施例
まず、本発明の前提となる実施例について説明する。図１（ａ）は、本発明の前提となる実施例であるインクジェット記録ヘッドの駆動方法を適用したインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドの構成の一例を示す断面図、同図（ｂ）は、同インクジェット記録ヘッドを分解して示す分解断面図である。この例のインクジェット記録ヘッドは、図１（ａ）に示すように、必要に応じてインク滴３７を吐出させて、記録媒体上に文字や画像を印刷するドロップ・オン・デマンド・カイザー型マルチノズル式記録ヘッドに係り、図１に示すように、細長立方体形状にそれぞれ形成され、かつ、図中紙面垂直方向に並べられた複数の圧力発生室３１と、各圧力発生室３１の図中底面を構成する振動板３５と、この振動板３５の裏面に、かつ、各圧力発生室３１に対応して並設された複数の圧電アクチュエータ３６と、図示せぬインクタンクと連結されて、各圧力発生室３１にインクを供給するための共通インク室（インクプール）３２と、この共通インク室３２と各圧力発生室３１とを一対一に連通させるための複数のインク供給孔（インク供給路）３３と、各圧力発生室３１と一対一に設けられ、各圧力発生室３１の屈曲上方に突起した先端部からインク滴３７を吐出させる複数のノズル３４とから概略構成されている。ここで、共通インク室３２、インク供給孔３３、圧力発生室３１及びノズル３４によって、インクがこの順に移動する流路部が形成され、圧電アクチュエータ３６と振動板３５とから、圧力発生室３１内のインクに圧力波を加える駆動部が構成され、流路部と駆動部との接点が、圧力発生室３１の底面（すなわち、振動板３５の図中上面）となっている。
【００４８】
圧電アクチュエータ３６は、圧電定数ｄ３３を利用した縦振動モードであって、積層型圧電セラミックスからなり、その圧力発生室３１に変位を加えるための駆動柱の形状は、長さ（Ｌ）が６９０μｍ、幅（Ｗ）が１．８μｍ、奥行き長さ（図１の紙面垂直方向の長さ）が１２０μｍである。圧電アクチュエータ３６を構成する圧電材料には、その密度ρｐが８．０×１０３［ｋｇ／ｍ３］、その弾性係数Ｅｐが６８ＧＰａであるものを用いている。そして、実測した圧電アクチュエータ３６自体の固有周期Ｔａは、１．０μｓであった。
【００４９】
この実施例のヘッド製造工程では、図１（ｂ）に示すように、精密プレス加工で円形に穿孔されることで、複数のノズル３４が列状に又は千鳥状に配列されたノズルプレート３４ａと、共通インク室３２の空間部が形成されたプールプレート３２ａと、インク供給孔３３が穿孔された供給孔プレート３３ａと、複数の圧力発生室３１の空間部が形成された圧力発生室プレート３１ａと、複数の振動板３５を構成する振動プレート３５ａとを予めエッチング等により穿孔加工して用意した後、これらのプレート３１ａ〜３５ａを厚さ約５μｍの図示せぬ熱硬化性樹脂による接着剤層を用いて接着接合して積層プレートを作成し、次に、作成された積層プレートと圧電アクチュエータ３６とを熱硬化性樹脂による接着剤層やエポキシ系接着剤層を用いて接合することで、上記構成のインクジェット記録ヘッドを製造することが行われる。なお、この例では、振動プレート３５ａには、電鋳（エレクトロフォーミング）で成形された厚さ５０〜７５μｍのニッケル板が用いられるのに対し、他のプレート３１ａ〜３４ａには、厚さ５０〜７５μｍのステンレス板が用いられる。また、この例のノズル３４は、開口径略３０μｍ、裾径略６５μｍ、長さ略７５μｍとされ、圧力発生室３１側に向かって径が徐々に増加するテーパ形状に形成されている。また、インク供給孔３３も、ノズル３４と同一形状に形成されている。
【００５０】
次に、図２及び図３を参照して、この例のインクジェット記録装置を構成して、上記構成のインクジェット記録ヘッドを駆動する駆動回路の電気的構成について説明する。この例のインクジェット記録装置は、図示せぬＣＰＵ（中央処理装置）やＲＯＭやＲＡＭ等のメモリを有している。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行して、ＲＡＭに確保された各種レジスタやフラグを用いて、インターフェイスを介してパーソナル・コンピュータ等の上位装置から供給された画像データに基づいて、記録媒体上に文字や画像を記録するために、装置各部を制御する。
【００５１】
まず、図２に示す駆動回路は、図４に示す増幅駆動波形信号に対応した駆動波形信号を発生して電力増幅した後、圧電アクチュエータ３６に供給して駆動することにより、滴径が常に略同じインク滴３７を吐出させて、記録媒体上に文字や画像を記録させるもので、波形発生回路６１と、増幅回路６２と、スイッチング回路６３とから概略構成されている。波形発生回路６１は、デジタル・アナログ変換回路と積分回路とから構成され、ＣＰＵによりＲＯＭの所定の記憶エリアから読み出された駆動波形データをアナログ変換した後、積分処理して図４に示す増幅駆動波形信号に対応した駆動波形信号を生成する。増幅回路６２は、波形発生回路６１から供給された駆動波形信号を電力増幅して、図４に示す増幅駆動波形信号として出力する。スイッチング回路６３は、例えば、トランスファ・ゲートからなり、入力端が増幅回路６２の出力端に接続され、出力端が圧電アクチュエータ３６の一端に接続され、制御端に、図示せぬ駆動制御回路において画像データに基づいて生成され、供給された制御信号が入力されると、オンとなって、増幅回路６２から出力される増幅駆動波形信号（図４参照）を圧電アクチュエータ３６に印加する。圧電アクチュエータ３６は、このとき、印加される増幅駆動波形信号に応じた変位を振動板３５に与え、振動板３５の変位により、圧力発生室３１を急激に体積変化（増加・減少）させて、インクが充填された圧力発生室３１に所定の圧力波を発生させ、この圧力波によってノズル３４から滴径が２０μｍ程度の微小なインク滴３７を吐出させる。なお、この実施例のインクジェット記録ヘッドでは、インクが充填された圧力発生室３１内における圧力波の固有周期Ｔｃは、１０μｓである。吐出したインク滴３７は、記録媒体上に着弾し、記録ドットを形成する。このような記録ドットの形成を画像データに基づいて繰り返し行うことにより、記録媒体上に文字や画像が２値記録される。
【００５２】
次に、図３に示す駆動回路は、ノズル３４から吐出するインク滴の滴径を多段階（この例では、滴径４０μｍ程度の大滴、３０μｍ程度の中滴、２０μｍ程度の小滴の３段階）に切り替えて、多階調で記録媒体上に文字や画像を記録させる、いわゆる滴径変調型の駆動回路であり、滴径に応じた３種類の波形発生回路７１ａ，７１ｂ，７１ｃと、これらの波形発生回路７１ａ，７１ｂ，７１ｃと一対一に接続された増幅回路７２ａ，７２ｂ，７２ｃと、圧電アクチュエータ３６，３６，…と一対一に接続された複数個のスイッチング回路７３，７３，…とから概略構成されている。波形発生回路７１ａ〜７１ｃは、いずれも、デジタル・アナログ変換回路と積分回路とから構成され、これらの波形発生回路７１ａ〜７１ｃのうち、波形発生回路７１ａは、ＣＰＵによりＲＯＭの所定の記憶エリアから読み出された大滴吐出用の駆動波形データをアナログ変換した後、積分処理して大滴吐出用の駆動波形信号を生成する。波形発生回路７１ｂは、ＣＰＵによりＲＯＭの所定の記憶エリアから読み出された中滴吐出用の駆動波形データをアナログ変換した後、積分処理して中滴吐出用の駆動波形信号を生成する。また、波形発生回路７１ｃは、ＣＰＵによりＲＯＭの所定の記憶エリアから読み出された小滴吐出用の駆動波形データをアナログ変換した後、積分処理して図４に示す増幅駆動波形信号に対応した小滴吐出用の駆動波形信号を生成する。増幅回路７２ａは、波形発生回路７１ａから供給された大滴吐出用の駆動波形信号を電力増幅して大滴吐出用の増幅駆動波形信号として出力する。増幅回路７２ｂは、波形発生回路７１ｂから供給された中滴吐出用の駆動波形信号を電力増幅して中滴吐出用の増幅駆動波形信号として出力する。また、増幅回路７２ｃは、波形発生回路７１ｃから供給された小滴吐出用の駆動波形信号を電力増幅して小滴吐出用の増幅駆動波形信号（図４参照）として出力する。
【００５３】
また、スイッチング回路７３は、図示せぬ第１，第２，第３のトランスファ・ゲートから構成され、第１のトランスファ・ゲートの入力端が増幅回路７２ａの出力端に接続され、第２のトランスファ・ゲートの入力端が増幅回路７２ｂの出力端に接続され、第３のトランスファ・ゲートの入力端が増幅回路７２ｃの出力端に接続され、第１，第２，第３のトランスファ・ゲートの出力端が対応する共通の圧電アクチュエータ３６の一端に接続されている。そして、図示せぬ駆動制御回路において画像データに基づいて生成された階調制御信号が第１のトランスファ・ゲートの制御端に供給されると、第１のトランスファ・ゲートがオンとなって増幅回路７２ａから出力される大滴吐出用の増幅駆動波形信号を圧電アクチュエータ３６に印加する。圧電アクチュエータ３６は、このとき、印加される増幅駆動波形信号に応じた変位を振動板３５に与え、この振動板３５の変位により、圧力発生室３１を急激に体積変化（増加・減少）させて、インクが充填された圧力発生室３１に所定の圧力波を発生させ、この圧力波によってノズル３４から大滴のインク滴３７を吐出させる。図示せぬ駆動制御回路において画像データに基づいて生成された階調制御信号が第２のトランスファ・ゲートの制御端に供給されると、第２のトランスファ・ゲートがオンとなって増幅回路７２ｂから出力される中滴吐出用の増幅駆動波形信号を圧電アクチュエータ３６に印加する。圧電アクチュエータ３６は、このとき、印加される増幅駆動波形信号に応じた変位を振動板３５に与え、振動板３５の変位により、圧力発生室３１を急激に体積変化（増加・減少）させて、インクが充填された圧力発生室３１に所定の圧力波を発生させ、この圧力波によってノズル３４から中滴のインク滴３７を吐出させる。また、図示せぬ駆動制御回路において画像データに基づいて生成された階調制御信号が第３のトランスファ・ゲートの制御端に供給されると、第３のトランスファ・ゲートがオンとなって増幅回路７２ｃから出力される小滴吐出用の増幅駆動波形信号（図４参照）を圧電アクチュエータ３６に印加する。圧電アクチュエータ３６は、このとき、印加される増幅駆動波形信号に応じた変位を振動板３５に与え、振動板３５の変位により、圧力発生室３１を急激に体積変化（増加・減少）させて、インクが充填された圧力発生室３１内に所定の圧力波を発生させ、この圧力波によってノズル３４から小滴のインク滴３７を吐出させる。吐出したインク滴３７は、記録媒体上に着弾し、記録ドットを形成する。このような記録ドットの形成を画像データに基づいて繰り返し行うことにより、記録媒体上に文字や画像が多階調記録される。この実施例では、２値記録専用のインクジェット記録装置には、図２の駆動回路が組み込まれ、階調記録も行うインクジェット記録装置には、図３の駆動回路が組みまれる。
【００５４】
上記した増幅駆動波形信号は、図４に示すように、圧力発生室３１の体積を増加させてメニスカスを後退させるために、圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／２の立ち下げ時間ｔ１で、基準電圧Ｖｂに設定されている圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少させる第１の電圧変化プロセス８１と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する第１の電圧保持プロセス８２と、圧力発生室３１の体積を減少させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるために、立ち上げ時間ｔ３で、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス８３と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ４）保持する第２の電圧保持プロセス８４と、圧力発生室３１の体積を減少させてインク滴３７を吐出させると共に、次の吐出動作に備えさせるために、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを基準電圧Ｖｂの高さにまで増加させる第３の電圧変化プロセス８５とから構成されている。
【００５５】
次に、この例のインクジェット記録ヘッドの駆動方法について、以下に示す駆動波形信号の波形条件でインク滴３７の吐出実験を行った。すなわち、
基準電圧Ｖｂ＝２５Ｖ
第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化量Ｖ１＝１５Ｖ
第２の電圧変化プロセス８３での電圧変化量Ｖ２＝１２Ｖ
第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化時間ｔ１＝５μｓ
第１の電圧保持プロセス８２での電圧保持時間ｔ２＝０．３μｓ
第２の電圧変化プロセス８３での電圧変化時間ｔ３＝１．５μｓ
第２の電圧保持プロセス８４での電圧保持時間ｔ４＝６μｓ
第３の電圧変化プロセス８５での電圧変化時間ｔ５＝２０μｓ
にそれぞれ設定し、第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化時間ｔ１を変化させて、滴径の変化を調べた。なお、電圧保持時間ｔ２は、式（３）を満足するように設定し、第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化量Ｖ１は、メニスカス後退時の後退量が一定になるように設定し、第２の電圧変化プロセス８３での電圧変化量Ｖ２は、常に、滴速が６ｍ／ｓとなるようにそれぞれ調整した。但し、式（３）において、ｔ１が１／２Ｔｃ以上の値である場合は、ｔ２＝０とした。
【００５６】
【数３】
ｔ１＋ｔ２＝１／２Ｔｃ…（３）
【００５７】
図５は、第１の電圧変化プロセス８１での電圧変化時間ｔ１とインク滴３７の滴径との関係を示す特性図である。図５を参照すると、電圧変化時間ｔ１が圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／２である時、インク滴３７の滴径が最小となり、微小なインク滴を吐出させるのに最適な条件であることが分かる。実験では、滴径２１μｍのインク滴が滴速６．２ｍ／ｓで吐出されることが観察された。これに対し、比較のために、図４に示す増幅駆動波形信号において、電圧変化時間ｔ１を２μｓに設定すると共に、電圧保持時間ｔ２を３μｓに設定してインク滴３７の吐出実験を行った結果、電圧変化量Ｖ１及びＶ２等をどのように調整しても、吐出可能なインク滴の最小滴径は、２５μｍであった。
【００５８】
なお、図５から分かるように、電圧変化時間ｔ１は、固有周期Ｔｃの１／２に完全に一致させる必要はなく、固有周期Ｔｃの１／２にほぼ一致していれば、微小なインク滴を吐出させることができる。具体的には、電圧変化時間ｔ１は、式（４）を満足することが望ましい。
【００５９】
【数４】
１／３Ｔｃ≦ｔ１≦２／３Ｔｃ…（４）
【００６０】
また、第１の電圧保持プロセス８２での電圧保持時間ｔ２は、図４に示す節部Ｂ及び節部Ｃによって発生する粒子速度の位相を一致させるために、可能な限り短いことが望ましいが、式（５）を満足するのであれば、微小なインク滴を吐出させることができる。
【００６１】
【数５】
ｔ２≦１／５Ｔｃ…（５）
【００６４】
Ｂ．本発明に係る第１の実施例
次に、本発明に係る第１の実施例について説明する。図６は、本発明に係る第１の実施例であるインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。この実施例では、増幅駆動波形信号は、図６に示すように、圧力発生室３１の体積を増加させてメニスカスを後退させるために、圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／２の立ち下げ時間ｔ１で、基準電圧Ｖｂに設定されている圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少させる第１の電圧変化プロセス８６と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する第１の電圧保持プロセス８７と、圧力発生室３１の体積を減少させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるために、立ち上げ時間ｔ３で、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス８８と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ４）保持する第２の電圧保持プロセス８９と、圧力発生室３１の体積を増加させて液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させるために、立ち下げ時間ｔ５で、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）に保持された印加電圧Ｖを、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少させる第３の電圧変化プロセス９０と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ６）保持する第３の電圧保持プロセス９１と、圧力発生室３１の体積を減少させてインク滴３７を吐出させると共に、次の吐出動作に備えさせるために、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを基準電圧Ｖｂの高さにまで増加させる第４の電圧変化プロセス９２とから構成されている。
【００６４】
Ｂ．第２の実施例次に、この発明の第２の実施例について説明する。図６は、この発明の第２の実施例であるインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。この第２の実施例では、増幅駆動波形信号は、図６に示すように、圧力発生室３１の体積を増加させてメニスカスを後退させるために、圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／２の立ち下げ時間ｔ１で、基準電圧Ｖｂに設定されている圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少させる第１の電圧変化プロセス８６と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する第１の電圧保持プロセス８７と、圧力発生室３１の体積を減少させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるために、立ち上げ時間ｔ３で、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス８８と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ４）保持する第２の電圧保持プロセス８９と、圧力発生室３１の体積を増加させて液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させるために、立ち下げ時間ｔ５で、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）に保持された印加電圧Ｖを、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少させる第３の電圧変化プロセス９０と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ６）保持する第３の電圧保持プロセス９１と、圧力発生室３１の体積を減少させてインク滴３７を吐出させると共に、次の吐出動作に備えさせるために、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを基準電圧Ｖｂの高さにまで増加させる第４の電圧変化プロセス９２とから構成されている。
【００６５】
次に、この例のインクジェット記録ヘッドの駆動方法について、以下に示す駆動波形信号の波形条件でインク滴３７の吐出実験を行った。すなわち、 基準電圧Ｖｂ＝２５Ｖ 第１の電圧変化プロセス８６での電圧変化量Ｖ１＝１５Ｖ 第２の電圧変化プロセス８８での電圧変化量Ｖ２＝１２Ｖ 第１の電圧変化プロセス８６での電圧変化時間ｔ１＝５μｓ 第１の電圧保持プロセス８７での電圧保持時間ｔ２＝０．３μｓ 第２の電圧変化プロセス８８での電圧変化時間ｔ３＝１．５μｓ 第２の電圧保持プロセス８９での電圧保持時間ｔ４＝０．２μｓ 第３の電圧変化プロセス９０での電圧変化時間ｔ５＝１．５μｓ 第３の電圧保持プロセス９１での電圧保持時間ｔ６＝６μｓ 第４の電圧変化プロセス９２での電圧変化時間ｔ７＝２０μｓにそれぞれ設定して、インク滴３７の吐出実験を行った。この結果、滴径１６μｍのインク滴が滴速６．０ｍ／ｓで吐出されることが観察された。
【００６６】
このように、この例の構成によれば、図６に示す増幅駆動波形信号において、第２の電圧変化プロセス８８の直後に第３の電圧変化プロセス９０を設け、圧力発生室３１の体積を増加させて液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させているので、上記した本発明の前提となる実施例の増幅駆動波形信号（図４参照）を採用した場合に比べて、さらに微小なインク滴３７を吐出させることができる。なお、第２の電圧保持プロセス８９での電圧保持時間ｔ４は、液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させる効果を大きくさせるためには、可能な限り短いことが望ましい。具体的には、電圧保持時間ｔ４は、式（７）を満足することが望ましい。
【００６７】
【数７】
ｔ４≦１／５Ｔｃ…（７）
【００６８】
また、第３の電圧変化プロセス９０での電圧変化時間ｔ５は、液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させる際に充分な粒子速度がメニスカスに生じさせるためには、可能な限り短いことが望ましい。具体的には、電圧変化時間ｔ５は、式（８）を満足することが望ましい。
【００６９】
【数８】
ｔ５≦１／３Ｔｃ…（８）
【００７０】
Ｃ．本発明に係る第２の実施例
次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。図７は、本発明に係る第２の実施例であるインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。この実施例では、増幅駆動波形信号は、図７に示すように、圧力発生室３１の体積を増加させてメニスカスを後退させるために、圧力発生室３１内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／２の立ち下げ時間ｔ１で、基準電圧Ｖｂに設定されている圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少させる第１の電圧変化プロセス９３と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１）にまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ２）保持する第１の電圧保持プロセス９４と、圧力発生室３１の体積を減少させてメニスカスの中央部に液柱を形成させるために、立ち上げ時間ｔ３で、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）の高さにまで増加させる第２の電圧変化プロセス９５と、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）にまで増加した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ４）保持する第２の電圧保持プロセス９６と、圧力発生室３１の体積を増加させて液柱先端部からインク滴３７を早期に分離させるために、立ち下げ時間ｔ５で、電圧（Ｖｂ−Ｖ１＋Ｖ２）に保持された印加電圧Ｖを、例えば、０Ｖにまで減少させる第３の電圧変化プロセス９７と、０Ｖにまで減少した印加電圧Ｖを暫時（時間ｔ６）保持する第３の電圧保持プロセス９８と、圧力発生室３１の体積を減少させてインク滴３７吐出後に残存する圧力波の残響を抑止するために、立ち下げ時間ｔ７で、圧電アクチュエータ３６の印加電圧Ｖを電圧Ｖ４の高さにまで増加させる第４の電圧変化プロセス９９と、圧力発生室３１の体積を減少させてインク滴３７を吐出させると共に、次の吐出動作に備えさせるために、基準電圧Ｖｂの高さにまで増加させる第５の電圧変化プロセス１００とから構成されている。
【００７１】
次に、この例のインクジェット記録ヘッドの駆動方法について、以下に示す駆動波形信号の波形条件でインク滴３７の吐出実験を行った。すなわち、 基準電圧Ｖｂ＝２５Ｖ 第１の電圧変化プロセス９３での電圧変化量Ｖ１＝１５Ｖ 第２の電圧変化プロセス９５での電圧変化量Ｖ２＝１２Ｖ 第３の電圧変化プロセス９７での電圧変化量Ｖ３＝１６Ｖ 第４の電圧変化プロセス９９での電圧変化量Ｖ４＝１４Ｖ 第１の電圧変化プロセス９３での電圧変化時間ｔ１＝５μｓ 第１の電圧保持プロセス９４での電圧保持時間ｔ２＝０．３μｓ 第２の電圧変化プロセス９５での電圧変化時間ｔ３＝１．５μｓ 第２の電圧保持プロセス９６での電圧保持時間ｔ４＝０．２μｓ 第３の電圧変化プロセス９７での電圧変化時間ｔ５＝１．５μｓ 第３の電圧保持プロセス９８での電圧保持時間ｔ６＝１．５μｓ 第４の電圧変化プロセス９９での電圧変化時間ｔ７＝２μｓ 第５の電圧変化プロセス１００での電圧変化時間ｔ８＝１５μｓにそれぞれ設定して、インク滴３７の吐出実験を行った。この結果、滴径１４μｍのインク滴が滴速６．３ｍ／ｓで吐出されることが観察された。
【００７２】
ここで、図７に示す増幅駆動波形信号を用いた場合の粒子速度の時間変化を、式（１）の振動成分のみを考慮して、式（２）を用いて求めた結果を図８に示す。図８において、各細線ａ〜ｄは、図７に示す増幅駆動波形信号の各節部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいてそれぞれ発生する粒子速度の時間変化を表しており、太線ｓは、各粒子速度を重ね合わせた合計の粒子速度の時間変化、すなわち、実際にメニスカスにおいて生じる粒子速度の時間変化を表している。この例の構成によれば、図７に示す増幅駆動波形信号において、第１の電圧変化プロセス９３での電圧変化時間ｔ１を圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／２に設定しているので、図８から分かるように、節部Ａ，Ｂ，Ｃにおいて発生する粒子速度の時間変化の位相はほぼ一致する。そのため、時間範囲Ｔ２では、粒子速度の非常に急激な増加が生じる。また、図７に示す増幅駆動波形信号において、第３の電圧変化プロセス９７を設け、第３の電圧変化プロセス９７での電圧変化量Ｖ３を第２の電圧変化プロセス９５での電圧変化量Ｖ２よりも高く設定しているので、図８から分かるように、時間範囲Ｔ３では、粒子速度が急激に減少する。これにより、液柱先端部からインク滴３７がより早期に分離させることができ、上記した本発明に係る第１の実施例の増幅駆動波形信号（図６参照）を採用した場合に比べて、さらに微小なインク滴３７を吐出させることができる。
【００７３】
また、この例の構成によれば、図７に示す増幅駆動波形信号において、第３の電圧変化プロセス９０の直後に立ち下げ時間ｔ７を有する第４の電圧変化プロセス９９を設け、第１〜第３の電圧変化プロセス９３，９５，９７で発生し、インク滴３７吐出後に残存する圧力波の残響を抑止しているので、前回のインク滴３７の吐出時に発生した圧力波が次回のインク滴３７の吐出時に影響を及ぼすことがない。したがって、増幅駆動波形信号の周波数がより高い場合でも、安定してインク滴３７を吐出させることができる。上記した本発明の前提となる実施例及び本発明に係る第１の実施例の増幅駆動波形信号（図４及び図６参照）を採用した場合には、増幅駆動波形信号の周波数を８ｋＨｚ以上に設定すると、インク滴３７の吐出状態が多少不安定になったのに対し、この例の増幅駆動波形信号（図７参照）を採用した場合には、増幅駆動波形信号の周波数が１２ｋＨｚまではインク滴３７が安定して吐出することが確認された。図８においても、時間範囲Ｔ４では、粒子速度の時間変化が非常に小さくなることが示されている。さらに、この例の構成によれば、インク滴３７の吐出方向等の飛翔特性も改善されることが確認された。これは、上記したように、図７に示す増幅駆動波形信号において、第４の電圧変化プロセス９９を設け、インク滴３７吐出後に残存する圧力波の残響を抑止しているので、インク滴３７を吐出した直後のメニスカスが安定し、サテライトの吐出方向等の飛翔状態が安定化及び均一化するからである。
【００７４】
なお、第３の電圧保持プロセス９８での電圧保持時間ｔ６は、効果的に残響を抑制するためには、可能な限り短いことが望ましい。具体的には、電圧保持時間ｔ６は、式（９）を満足することが望ましい。
【００７５】
【数９】
ｔ６≦１／３Ｔｃ…（９）
【００８５】
また、第４の電圧変化プロセス９９での電圧変化時間ｔ７は、残響抑制用の圧力波を効率的に発生させるためには、可能な限り短いことが望ましい。具体的には、電圧変化時間ｔ７は、式（１０）を満足することが望ましい。
【００７６】
【数１０】
ｔ７≦１／２Ｔｃ…（１０）
【００７７】
以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述の各実施例では、この発明によるインクジェット記録ヘッドの駆動方法をノズルから着色インクを吐出させて紙やＯＨＰフィルム等の記録媒体上に文字や画像を記録するプリンタ、プロッタ、複写機、ファクシミリ等のインクジェット記録装置に適用する例を示したが、これに限定されない。すなわち、記録媒体として高分子フィルムやガラスを用いても良いし、ノズルから吐出する液体として溶融状態のハンダを用いても良い。つまり、この発明によるインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、例えば、ノズルから着色インクを吐出させて高分子フィルムやガラス上にディスプレイ用のカラーフィルタを作製する液滴噴射装置や、ノズルから溶融状態のハンダを吐出させて基板上に部品実装用のバンプを形成する液滴噴射装置など、液滴噴射装置一般に適用しても良い。
【００７８】
また、上述の各実施例では、ノズル３４の形状をテーパ状にする例を示したが、これに限定されない。同様に、ノズル３４の開口形状は、円形状に限らず、長方形や三角形やその他の形状でも良い。また、ノズル３４、圧力発生室３１、インク供給孔３３のそれぞれの位置関係も、この実施例で示した構造に限定されるものではなく、例えば、ノズル３４を圧力発生室３１の中央部等に配置してももちろん良い。また、上述の各実施例では、細長立方体形状に形成された圧力発生室３１を用いる例を示したが、これに限定されず、圧力発生室３１の形状はどのようなものでも良い。
【００７９】
また、上述の各実施例では、圧電アクチュエータ３６への印加電圧が常に正極性となるようにバイアス電圧（基準電圧）Ｖｂを設定する例を示したが、これに限定されず、圧電アクチュエータ３６に負極性の電圧を印加しても問題ない場合には、バイアス電圧Ｖｂとして、０Ｖなど、他の電圧を設定するように構成しても良い。また、上述の各実施例では、インクジェット記録ヘッドとして、カイザー型を用いる例を示したが、圧力発生手段によって圧力発生室内に圧力変化を生じさせることにより、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドである限り、カイザー型に限定されない。インクジェット記録ヘッドとして、例えば、圧電アクチュエータに設けた溝を圧力発生室とするインクジェット記録ヘッドを用いても良い。
【００８０】
また、上述の各実施例では、圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃが１０μｓであるインクジェット記録ヘッドについての実験結果を示したが、固有周期Ｔｃがこれと異なる場合においても、上述の各実施例で述べたと略同様の効果が得られる。ただし、固有周期Ｔｃが長すぎると、微小なインク滴の形成が困難となるため、滴径１５〜２０μｍ程度の微小なインク滴を吐出させるためには、固有周期Ｔｃは１５μｓ以下に設定することが望ましい。また、上述の各実施例では、圧電アクチュエータ３６に圧電定数ｄ３３を利用した縦振動モードの圧電アクチュエータを用いる例を示したが、これに限定されず、圧電アクチュエータ３６として、圧電定数ｄ３１を利用した縦振動モードの圧電アクチュエータなど、他の形態の圧電アクチュエータを用いても良い。
【００８１】
また、上述の各実施例では、圧力発生手段として、積層型圧電セラミックスからなる圧電アクチュエータ３６を用いる例を示したが、これに限定されず、単板型等他の構造の圧電アクチュエータ、別種の電気機械変換素子や磁歪素子、あるいは静電アクチュエータを用いても、上記した効果と略同様の効果を得ることができる。また、上述の各実施例では、図２及び図３に示す駆動回路を用いる例を示したが、これに限定されず、図４、図６又は図７に示す増幅駆動波形信号を圧電アクチュエータ３６に印加できるのであれば、他の構成の駆動回路を用いても良い。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、駆動波形信号において、第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間を、圧力発生室内に発生する圧力波の固有周期Ｔｃの１／３から２／３までの範囲の長さに設定すると共に、第２の電圧変化プロセスの開始時刻を第１の電圧変化プロセスの終了時刻の直後に設定したので、滴径２０μｍ程度の微小なインク滴を安定して吐出させることができる。また、圧電アクチュエータ自体の固有振動が励起されないので、圧電アクチュエータに流れる電流が増大したり、圧電アクチュエータの信頼性及び耐久性が損なわれることはない。これにより、安価かつ小型の構成で、滴径２０μｍ以下の微小なインク滴を吐出することができる。また、この発明の別の構成によれば、駆動波形信号において、第２の電圧変化プロセスの直後に第３の電圧変化プロセスを設け、圧力発生室の体積を増加させて液柱先端部からインク滴を早期に分離させているので、さらに微小なインク滴を吐出させることができる。また、この発明の別の構成によれば、駆動波形信号において、第３の電圧変化プロセスの直後に第４の電圧変化プロセスを設け、インク滴吐出後に残存する圧力波の残響を抑止しているので、駆動波形信号の周波数がより高い場合でも、安定してインク滴を吐出させることができると共に、インク滴の吐出方向等の飛翔特性も改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の前提となる実施例であるインクジェット記録ヘッドの駆動方法を適用したインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドの構成の一例を示す断面図、同図（ｂ）は、同インクジェット記録ヘッドを分解して示す分解断面図である。
【図２】同インクジェット記録ヘッドを駆動する滴径非変調型駆動回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】同インクジェット記録ヘッドを駆動する滴径変調型駆動回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。
【図５】第１の電圧変化プロセスでの電圧変化時間ｔ１とインク滴の滴径との関係を示す特性図である。
【図６】本発明に係る第１の実施例であるインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。
【図７】本発明に係る第２の実施例であるインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される増幅駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。
【図８】図７に示す増幅駆動波形信号を用いた場合の粒子速度の時間変化の一例を示す図である。
【図９】この発明に適用されるインクジェット記録ヘッドのインク充填状態における等価回路図である。
【図１０】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥当性の理論的根拠を説明するための波形図である。
【図１１】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥当性の理論的根拠を説明するための波形図である。
【図１２】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥当性の理論的根拠を説明するための波形図である。
【図１３】同インクジェット記録ヘッドの駆動方法の妥当性の理論的根拠を説明するための波形図である。
【図１４】従来技術を説明するための図で、ドロップ・オン・デマンド型インクジェット記録ヘッドのうち、カイザー型と呼ばれるインクジェット記録ヘッドの基本構成を示す概略断面図である。
【図１５】従来におけるインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。
【図１６】従来のインクジェット記録ヘッドの駆動方法におけるインク滴吐出過程を説明するためのノズル開口面近傍の断面図である。
【図１７】従来における別のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。
【図１８】従来におけるさらに別のインクジェット記録ヘッドの駆動方法に採用される駆動波形信号の波形プロファイルの一例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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