(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、該側壁は圧電材料で構成されてアクチュエータを構成し、該アクチュエータの各々を、前記チャネルの体積を拡大させる正側のパルスと前記チャネルの体積を縮小させる負側のパルスを有する駆動パルスで駆動して前記ノズルからインクを飛翔させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記正側のパルスの立ち下がりから前記負側のパルスの立ち下がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスで前記アクチュエータを駆動するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間を１／（２ｆ）以下とすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項２】
インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、該側壁は圧電材料で構成されてアクチュエータを構成し、該アクチュエータの各々を、前記チャネルの体積を縮小させる正側のパルスと前記チャネルの体積を拡大させる負側のパルスを有する駆動パルスで駆動して前記ノズルからインクを飛翔させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記負側のパルスの立ち上がりから前記正側のパルスの立ち上がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスで前記アクチュエータを駆動するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間を１／（２ｆ）以下とすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記正側のパルスの電圧の絶対値と前記負側のパルスの電圧の絶対値が異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記遅延時間を駆動パルスの最高電圧から最低電圧のほぼ中間の電位の部分に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項５】
インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、圧電材料で構成された前記側壁からなるアクチュエータ及び前記チャネルの体積を拡大させる正側のパルスと前記チャネルの体積を縮小させる負側のパルスを有する駆動パルスを出力し、前記アクチュエータを駆動する駆動パルス出力手段を有し、前記アクチュエータが前記駆動パルスにより駆動されて作動し、前記ノズルからインクを飛翔させて記録材に飛着させるインクジェット記録装置であって、
前記駆動パルス出力手段は、前記正側のパルスの立ち下がりから前記負側のパルスの立ち下がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスを出力するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間が１／（２ｆ）以下であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項６】
インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、圧電材料で構成された前記側壁からなるアクチュエータ及び前記チャネルの体積を縮小させる正側のパルスと前記チャネルの体積を拡大させる負側のパルスを有する駆動パルスを出力し、前記アクチュエータを駆動する駆動パルス出力手段を有し、前記アクチュエータが前記駆動パルスにより駆動されて作動し、前記ノズルからインクを飛翔させて記録材に飛着させるインクジェット記録装置であって、
前記駆動パルス出力手段は、前記負側のパルスの立ち上がりから前記正側のパルスの立ち上がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスを出力するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間が１／（２ｆ）以下であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記正側のパルスの電圧の絶対値と前記負側のパルスの電圧の絶対値が異なることを特徴とする請求項５又は請求項６にインクジェット記録装置。
【請求項８】
前記遅延時間を前記駆動パルスの最高電圧から最低電圧のほぼ中間電位の部分に設けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電材料で構成されたアクチュエータによりインクを飛翔させるインクジェットヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは種々の方式が提案されているが、その一つに剪断モードインクジェットヘッドがあり、図１及び図２は特開平１０−２７２７７１号公報に記載されている剪断モードインクジェットヘッド（以下単にヘッドと記す）の例を示す図である。図１で１はインクチューブ、２はノズル形成部材、３はノズル、５０は側壁、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に示すようにインク流路であるチャネル４０、４１、・・・４Ｍは各チャネルを隔てる側壁５０、５１、５２・・・５Ｎ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。図１には１個のノズルを有する１チャネルの断面図が示されているが、実際の剪断モードインクジェットヘッドでは、図２（ａ）に示すようにカバープレート６と基板８の間には複数の側壁５０、５１、５２・・５Ｎで隔てられたチャネル４０、４１、４２、・・４Ｍが多数形成されている。図ではチャネル４０、４１の２チャネルのみが示されている。チャネル４０の一端はノズル形成部材２に形成されたノズル３に連設され、他端は供給口７を経て、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連設されている。そして例えば、側壁５０に密着形成した電極１０１と１０３を、側壁５１に密着した電極１０２、１０４をそれぞれ設けている。同様に各側壁にはそれぞれ電極が密着形成されている。
【０００３】
図３は前記電極に印加する駆動パルスの波形を示した図である。図２（ｂ）に示すように、電極１０１、１０２をアースに接続し、該電極１０３及び１０４に図３（ａ）に示すような＋Ｖの正の矩形波パルスと、−Ｖの負の矩形波パルスを連続して印加することにより、以下述べる動作によってインク滴をノズル３から飛翔させ、記録材に飛着させて画像の記録を行う。
【０００４】
側壁５０は図２（ａ）の矢印で示すように分極方向が異なる２個の圧電材料から成る側壁５０Ａと５０Ｂで構成されていて、パルスを印加することによって変形するアクチュエータとして動作する。電極１０３及び１０４に駆動パルスが印加されない時は図２（ａ）のように側壁５０、５１は変形しないが、前記の波形の駆動パルスが、電極１０３及び１０４とアース間に印加されると（図２（ｂ）参照）、正電圧パルスが印加される間は圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、側壁５０Ａ、５０Ｂとも側壁の接合面にズリ変形を生じ、また、側壁５１Ａ、５１Ｂも同様に反対方向にズリ変形を生じ、図２（ｂ）に示すように側壁５０Ａ、５０Ｂ及び側壁５１Ａ、５１Ｂは互いに外側に向けて変形し、この例ではチャネル４０の体積は大きくなる。次に、図２（ｃ）に示すように、負電圧パルスが印加されている間は前記側壁５０Ａ、５０Ｂ及び５１Ａ、５１Ｂは互いに逆方向に変形して、チャネル４０の体積は急激に縮小して、チャネル４０内の圧力が変化することによってチャネル４０を満たしているインクの一部によるインク滴をノズル３から飛翔させる。なお空間Ｄは隣同士のチャネル動作が互いに影響しないために設けた空間である。チャネル４１においても同様な作用でインク滴の射出が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
圧電材料で構成された側壁であるアクチュエータを駆動する回路の電気的負荷は容量性負荷であり、図４に１チャネル駆動回路の等価回路を示す。
【０００６】
インクを飛翔させるアクチュエータの駆動に使用されるエネルギーは、アクチュエータの容量をＣ、パルス電圧をＶ、駆動パルスの繰り返し周波数をｆd、ノズルの数をＮとすると、良く知られた（ＣＶ2）／２から、電圧が＋Ｖのみの単純な矩形波パルスの場合は、容量の充放電によって発生するエネルギーＥ１は、Ｅ１＝ＣＶ2ｆdＮとなる。しかし、図３（ａ）に示すような、立ち上がりエッジＰ１が＋Ｖで、立ち下がりエッジＰ２が−Ｖの波形の駆動パルスで駆動した場合のエネルギーＥ２は、Ｐ１で（ＣＶ2）／２となり、Ｐ２で〔Ｃ（２Ｖ）2〕／２、Ｐ３で（ＣＶ2）／２となる。従って、このパルス波形によるエネルギーＥ２は（１／２＋４／２＋１／２）ＣＶ2ｆdＮとなって、３ＣＶ2ｆdＮとなり、これは前記矩形波パルス、２パルス分の１．５倍である。
【０００７】
このエネルギーＥ２の一部は前記インク飛翔の駆動に使用されるが、大部分のエネルギーは回路中でジュール熱として発熱される。従って、例えば、繰り返し周波数２０ｋＨｚ程度のパルスで駆動する場合に発熱量は増加し、また、チャンネル数Ｎが増加したヘッドになるに従い、発熱量は増加して問題となる。
【０００８】
また、ヘッドの駆動回路はヘッドと一体化したヘッドユニット２０に装着されていて、駆動電力を供給するため、前記発熱の大部分は該ヘッドユニットで発生することになるが、駆動回路を含むヘッドユニット２０は高集積化されるために放熱は困難である。
【０００９】
また、ヘッドユニット２０の発熱はインクの粘度変化などの影響を与えて、インクの飛翔特性を変化させて不安定にするなどの問題点がある。
【００１０】
更に、該ヘッドユニット２０に装着されているヘッド駆動用の回路にも発熱の影響を与える問題点もある。
【００１１】
本発明はヘッドユニット２０における発熱量を抑制することにより前記の問題を解決し、安定に動作するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記の発明によって達成される。
【００１３】
１．インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、該側壁は圧電材料で構成されてアクチュエータを構成し、該アクチュエータの各々を、前記チャネルの体積を拡大させる正側のパルスと前記チャネルの体積を縮小させる負側のパルスを有する駆動パルスで駆動して前記ノズルからインクを飛翔させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記正側のパルスの立ち下がりから前記負側のパルスの立ち下がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスで前記アクチュエータを駆動するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間を１／（２ｆ）以下とすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【００１４】
２．インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、該側壁は圧電材料で構成されてアクチュエータを構成し、該アクチュエータの各々を、前記チャネルの体積を縮小させる正側のパルスと前記チャネルの体積を拡大させる負側のパルスを有する駆動パルスで駆動して前記ノズルからインクを飛翔させるインクジェットヘッドの駆動方法であって、
前記負側のパルスの立ち上がりから前記正側のパルスの立ち上がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスで前記アクチュエータを駆動するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間を１／（２ｆ）以下とすることを特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
【００１５】
３．前記正側のパルスの電圧の絶対値と前記負側のパルスの電圧の絶対値が異なることを特徴とする前記１又は前記２に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【００１６】
４．前記遅延時間を駆動パルスの最高電圧から最低電圧のほぼ中間の電位の部分に設けたことを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの駆動方法。
【００１７】
５．インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、圧電材料で構成された前記側壁からなるアクチュエータ及び前記チャネルの体積を拡大させる正側のパルスと前記チャネルの体積を縮小させる負側のパルスを有する駆動パルスを出力し、前記アクチュエータを駆動する駆動パルス出力手段を有し、前記アクチュエータが前記駆動パルスにより駆動されて作動し、前記ノズルからインクを飛翔させて記録材に飛着させるインクジェット記録装置であって、
前記駆動パルス出力手段は、前記正側のパルスの立ち下がりから前記負側のパルスの立ち下がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスを出力するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間が１／（２ｆ）以下であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【００１８】
６．インク流路と該インク流路に連設されたノズルを備えたチャネルが、複数の側壁により隔てられて複数設けられ、圧電材料で構成された前記側壁からなるアクチュエータ及び前記チャネルの体積を縮小させる正側のパルスと前記チャネルの体積を拡大させる負側のパルスを有する駆動パルスを出力し、前記アクチュエータを駆動する駆動パルス出力手段を有し、前記アクチュエータが前記駆動パルスにより駆動されて作動し、前記ノズルからインクを飛翔させて記録材に飛着させるインクジェット記録装置であって、
前記駆動パルス出力手段は、前記負側のパルスの立ち上がりから前記正側のパルスの立ち上がりに移る間に遅延時間を設けた前記駆動パルスを出力するものであり、
前記アクチュエータの固有振動の周波数をｆとするとき、前記遅延時間が１／（２ｆ）以下であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【００１９】
７．前記正側のパルスの電圧の絶対値と前記負側のパルスの電圧の絶対値が異なることを特徴とする前記５又は前記６にインクジェット記録装置。
【００２０】
８．前記遅延時間を前記駆動パルスの最高電圧から最低電圧のほぼ中間電位の部分に設けたことを特徴とする前記５〜７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【００２１】
【発明の実施の形態】
前述のように、図３（ａ）の駆動パルスでアクチュエータを駆動した場合の駆動エネルギーＥ２は３ＣＶ2ｆＮとなる。
【００２２】
これに対して本発明の実施の形態においては、駆動パルスを図３（ｂ）に示すような正（＋）側のパルスと負（−）側のパルスの間を遅延時間Δｔだけずらしたパルスでアクチュエータを駆動することによって、駆動エネルギーを低く抑えて、ヘッドユニットにおける発熱による問題を解決している。
【００２３】
次に本発明の実施の形態におけるヘッドユニットの発熱の抑制効果について説明する。前記遅延時間Δｔを正側（＋）の波形部分の放電が終わる時間に設定した場合に、図３（ｂ）に示す波形のパルスで駆動したときのエネルギーＥ３は２ＣＶ2ｆＮとなり、図３（ａ）に示す波形の駆動パルスで駆動した場合の駆動エネルギーＥ２のエネルギー３ＣＶ2ｆＮより減少する。しかし、遅延時間Δｔをあまり長くすると、インク飛翔の効率を悪化させる。一方、図３（ｂ）に示した駆動パルスの波形は、実際には駆動回路系のコンデンサーによる時定数が存在するため、図３（ｃ）に示すような立ち上がり、立ち下がりの時間に鈍りを生じた波形になり、遅延時間Δｔはこの鈍りを考慮して決定することが望ましい。
【００２４】
図５は固有振動の周波数ｆが１ＭＨｚのアクチュエータを、図３（ｃ）の波形の駆動パルスで駆動し、該駆動パルスの遅延時間Δｔを変化させた場合のインク滴の飛翔速度の変化を測定したグラフである。グラフは横軸に時間Δｔ（μｓｅｃ）をとり、縦軸にインク滴の飛翔速度（ｍ／ｓｅｃ）をとってある。このグラフから遅延時間Δｔが０．５μｓｅｃまではインク滴の飛翔速度は、ほぼ８ｍ／ｓｅｃで変わらず、Δｔが更に長くなると急激にインク滴の飛翔速度が低下することが分かる。このΔｔの好ましい範囲をアクチュエータの固有振動数ｆで表すと、遅延時間Δｔは時間１／（２ｆ）まで長くしても実際にインク飛翔には悪影響を及ぼさないことになる。
【００２５】
結局、駆動パルスの正（＋）側のパルスと負（−）側のパルスの間の遅延時間ΔｔをΔｔ≦１／（２ｆ）の範囲で設けることが、インク滴の飛翔速度を下げないで駆動に要するエネルギーを低下させ、ヘッドユニットの発熱を抑制する上で好ましい。
【００２６】
なお、図３は最初に正側のパルスで駆動し、次に、負側のパルスで駆動する例を示したが、最初に負側のパルスで駆動し、次に正側のパルスで駆動する方法を採ることも可能であり、この場合にも遅延時間Δｔを介在させることが有効である。
【００２７】
図６は本発明の実施の形態に係るアクチュエータの駆動回路の一例を示す回路図である。他のアナログスイッチを用いた回路なども有効であり、この回路に限定するものではない。
【００２８】
図６においては、３つのチャネルを駆動する回路を例に示してあるが、実際には多数のチャネルで構成され、Ｎチャネルまで駆動する回路があるものとする。図６において、供給電圧＋Ｖと電圧−Ｖ及びアース端子Ｇを駆動パルス出力手段としてのアナログスイッチ回路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・ＳＮで切り替え、図３（ｃ）に示した波形の駆動パルスを出力する回路を構成していて、各出力は、それぞれの各チャネルのアクチュエータＣ１、Ｃ２、Ｃ３、・・ＣＮに接続されて、各アクチュエータＣ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・ＣＮをそれぞれ駆動する。該スイッチ回路はヘッド駆動ＩＣとしてＩＣ化され、ヘッドユニット２０に装着されている。
【００２９】
そして、画像信号ＧＳに基づいて制御信号回路２１から正のパルスと負のパルスの間に遅延時間Δｔが介在した制御信号ＣＳが出力され、前記スイッチＳ１〜ＳＮの内、画像信号ＧＳに対応するスイッチのみが動作して図３（ｂ）に示す駆動パルスを形成し、アクチュエータＣ１、Ｃ２、・・・の対応するものを駆動してインクを飛翔させ、記録材にインクを飛着させて画像の記録が行われる。
【００３０】
以上図３（ｃ）に示した波形の駆動パルスで駆動する場合を基本に述べたが、正（＋）側の電圧と負（−）側の電圧が必ずしも同一でない駆動パルスを使用することも可能であり、この場合の発熱量について説明する。
【００３１】
駆動パルスは正（＋）側の電圧と負（−）側の電圧が必ずしも同じ絶対電圧値でなくても良い。その一例を図７に示す。図７（ａ）に示したパルス波形は図３に示したパルス波形と異なり、正側に立ち上がる電圧が＋２Ｖで負側に立ち下がる電圧が−Ｖであり、負側の電圧は絶対値で正側の電圧の１／２である。このようなパルス波形で駆動する場合は、図７（ｂ）に示すように、前記遅延時間Δｔの期間の電圧はアース電位から＋０．５Ｖにするのが望ましい。こうすると、パルスの正側、負側とも実際の駆動に寄与する部分は絶対電圧値で１．５Ｖであり、エネルギーＣＶ2の項がＣ×（１．５）2となるので、駆動エネルギーは最小値をとる。図７（ｂ）に示すように駆動パルスの最高電位と最低電位とのほぼ中間の電位に遅延時間Δｔを設けることにより、正負の値を種々変えた種々の形の駆動パルスを用いる場合にも効率のよいエネルギー抑制が可能になる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１、２、５又は６の発明により、インクジェットヘッドの駆動回路で発生する熱量を従来より減少させることが可能になり、ヘッドユニットにおける発熱が良好に抑制される。
【００３３】
請求項３又は７の発明により、インク滴の飛翔速度の低下を防止しつつ、ヘッドユニットにおける加熱を良好に抑制することが可能になる。
【００３４】
請求項４又は８の発明により、種々の波形の駆動パルスにおいて効率よく駆動時のエネルギーを低下させることが可能になり、種々のタイプのインクジェットヘッドにおいて効果的にその発熱を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットヘッドのインク流路に沿った断面図である。
【図２】インクジェットヘッドのインク流路を横切る断面図である。
【図３】従来の駆動方法における駆動パルス及び本発明の実施の形態で用いる駆動パルスの一例の波形を示した図である。
【図４】駆動回路の等価回路の図である。
【図５】駆動パルスに設けた遅延時間とインク飛翔速度の関係を示したグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの駆動回路の一例を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態で用いる駆動パルスの他の波形を示した図である。
【符号の説明】
１  インクチューブ
３  ノズル
７  インク供給口
８  基板
２０  ヘッドユニット
２１  制御信号回路
４０、４１  チャネル
５０、５１、５２、５３  側壁
１０１〜１０４  電極
【図１】
0003852263.tif 000002
【図２】
0003852263.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003852263.tif 000007
【図７】
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