JP2000218778A - インクジェット記録ヘッドの駆動方法及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波吐出特性を損なうことなく、また、特
別なヘッド製造技術を必要とすることなく、滴径１５μ
ｍ以下の微小なインク滴の吐出を可能とするインクジェ
ット記録ヘッドの駆動方法を提供する 【解決手段】 電気機械変換器に駆動電圧を印加し、当
該電気機械変換器を変形させて、インクが充填された圧
力発生室内に圧力変化を生じさせることによって、圧力
発生室に連通される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において、駆動電圧
の電圧波形が、少なくとも、圧力発生室の体積を収縮さ
せるための第１電圧変化プロセス１１と、次いで圧力発
生室の体積を膨張させるための第２電圧変化プロセス１
２とを含み、第１電圧変化プロセス１１および第２電圧
変化プロセス１２の電圧変化時間を、電気機械変換器の
固有振動の固有周期以下に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に関し、特に、ノズルから微小なインク滴を吐出
して文字や画像の記録を行うインクジェット記録ヘッド
の駆動方法及びそのような駆動方法を用いたインクジェ
ット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なインクジェット記録方式とし
て、圧電アクチュエータ等の電気機械変換器を用いて、
インクが充填された圧力発生室内に圧力波（音響波）を
発生させ、その圧力波によって圧力発生室に連結された
ノズルからインク滴を吐出するドロップオンデマンド型
インクジェット方式がある。ドロップオンデマンド型イ
ンクジェット方式を用いた従来のこの種のインクジェッ
ト記録方法として、例えば特公昭５３−１２１３８号公
報に開示された技術がある。この種のインクジェット記
録ヘッドの構成例を図２２に示す。

【０００３】図２２を参照すると、圧力発生室６１に
は、インクを吐出するためのノズル６２と、共通インク
室６３を介してインクタンク（図示せず）からインクを
導くためのインク供給路６４が連結されている。また、
圧力発生室の底面には振動板６５が設けられている。

【０００４】インク滴吐出時には、圧力発生室６１の外
部に設けられた圧電アクチュエータ６６によって振動板
６５を変位させ、圧力発生室６１に容積変化を生じさせ
ることにより、圧力発生室６１内に圧力波を発生させ
る。この圧力波によって、圧力発生室６１内に充填され
ていたインクの一部がノズル６２を通って外部に噴射さ
れ、インク滴６７となって飛翔する。飛翔したインク滴
は、記録紙等の記録媒体上に着弾し、記録ドットを形成
する。こうした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って、記録紙上に文字や画像
が記録される。

【０００５】この種のインクジェット記録ヘッドで高い
画像品質を得るためには、吐出するインク滴の径を小さ
く設定することが必要である。すなわち、粒状感の少な
い滑らかな画像を得るには、記録紙上に形成される記録
ドット（画素）をできるだけ小さくすることが必要であ
り、そのためには吐出するインク滴の径を小さく設定し
なければならない。通常、ドット径が４０μｍ以下とな
ると画像の粒状感は大幅に低下し、さらに３０μｍ以下
になると、画像のハイライト部においても個々のドット
が目視で認識しずらくなるため、画像品質は飛躍的に向
上する。

【０００６】インク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）、記録紙種類などに依存するが、通常は、ドット径
はインク滴径の２倍程度となる。従って、３０μｍ以下
のドット径を得るためには、インク滴の径を１５μｍ以
下に設定する必要がある。なお、本明細書において、滴
径とは、１回の吐出で排出されるインク総量（サテライ
トを含む）を１つの球状の滴に置き換えた場合の直径を
意味するものとする。

【０００７】インク滴径を縮小する最も有効な手段とし
ては、ノズル径を縮小することが挙げられる。しかし、
製造技術的な限界があること、およびノズル径を小さく
することによってノズル目詰まりが起こるといった信頼
性の問題を考慮すれば、実際に使用できるノズル径は２
５μｍ程度が下限である。したがって、ノズル径の縮小
のみによって１５μｍレベルのインク滴を得ることは不
可能である。そこで、従来から、駆動方法によって吐出
インク滴の滴径を縮小する試みがなされており、これま
でに、いくつかの有効な方法が提案されている。

【０００８】インクジェット記録ヘッドで微小滴の吐出
を実行するための駆動方法としては、吐出直前に圧力発
生室を一旦膨張させ、ノズル開口部のメニスカスを圧力
発生室側に引き込んだ状態からインク滴の吐出を行う駆
動方法が知られている。この種の従来技術としては、例
えば特開昭５５−１７５８９号公報に開示された技術が
ある。この種の駆動方法で用いられる駆動波形の一例を
図２３に示す。なお、駆動電圧と圧電アクチュエータ動
作との関係は、アクチュエータの構造や分極方向によっ
て異なるが、本明細書においては、駆動電圧を増加させ
ると圧力発生室の体積が減少し、逆に駆動電圧を減少さ
せると圧力発生室の体積が増加するものとする。

【０００９】図２３に示す駆動波形において、電圧変化
７１は、圧力発生室を膨張させるための電圧変化であ
る。次の電圧変化７２は、圧力発生室を圧縮しインク滴
の吐出を行うための電圧変化である。それぞれの電圧変
化時間（ｔ_１、ｔ_２）は、一般に２〜１０μｓ程度であ
り、後述する圧電アクチュエータ自体の固有周期
（Ｔ_ａ）よりも大きく設定されている。

【００１０】図２５は、図２３の駆動波形を印加した際
におけるノズル開口部のメニスカスの動きを模式的に表
わした図である。初期状態においてメニスカスは平坦な
形状をしているが（図２５（ａ））、吐出直前に圧力発
生室を膨張させることにより、メニスカスは図２５
（ｂ）に示すような形状となる。すなわち、メニスカス
の中央部がメニスカスの周辺部よりも大きく後退し、凹
型のメニスカスが形成される。こうして凹型のメニスカ
スを形成した状態から、電圧変化７２によって圧力発生
室の圧縮を行うと、図２５（ｃ）に示すように、メニス
カスの中央部に細い液柱８３が形成され、次いで、液柱
の先端部が分離してインク滴８４が形成される（図２５
（ｄ））。このときのインク滴径は、形成された液柱の
太さとほぼ等しく、ノズル径よりも小さい。すなわち、
こうした駆動方法を用いることにより、ノズル径よりも
小さなインク滴を吐出することが可能となる。なお、上
記のように、吐出直前のメニスカス形状を制御して微小
滴吐出を行う駆動方法のことを、本明細書では以下、
「メニスカス制御方式」と呼ぶ。

【００１１】上述のように、メニスカス制御方式を用い
れば、ノズル径よりも小さな径のインク滴を吐出するこ
とが可能となる。しかし、図２３のような駆動波形を用
いた場合、現実に得られる滴径は２５μｍ程度が限界で
あり、高画質化の要求に十分応えることができなかっ
た。

【００１２】そこで、さらに微小な滴の吐出を可能とす
る駆動方法として、図２４に示すような駆動波形があ
る。図２４に示す駆動波形において、電圧変化７３は、
吐出直前にメニスカスを引き込むための電圧変化であ
る。電圧変化７４は、圧力発生室の体積を圧縮して液柱
を形成するための電圧変化である。電圧変化７５は、液
柱先端部から滴を早期に分離させるための電圧変化であ
る。電圧変化７６は、インク滴吐出後に残存する圧力波
の残響を抑制するための電圧変化である。すなわち、図
２４の駆動波形は、インク滴の早期分離および残響抑制
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、これにより滴径２０μｍ程度のインク滴
を安定に吐出させることが可能となった。

【００１３】しかしながら、図２４に示した改善された
駆動波形を用いても、滴径２０μｍ以下のインク滴を吐
出することは困難であり、特に滴径１５μｍ以下のイン
ク滴を吐出することは不可能であった。つまり、画質面
から要求される滴径１５μｍ以下のインク滴を得られる
駆動方法は、従来存在していなかった。その最大の原因
として、従来のインクジェット記録ヘッドにおけるイン
ク滴吐出は、圧力発生室の音響容量に支配される圧力波
によって行われていたことが挙げられる。以下、その理
由を詳しく説明する。

【００１４】図２６は、図２４の駆動波形を圧電アクチ
ュエータに印加した際に生じるメニスカスの速度変化
（粒子速度変化）を、レーザードップラー計を用いて観
測した結果である。図に示されるように、メニスカス
は、圧力発生室内に生じた圧力波によって振動する。図
２６に示した例では、圧力波の固有周期Ｔ_ｃは１３μｓ
であり、駆動波形の各節（ふし）で発生した圧力波が重
ね合わされることによって、メニスカスに複雑な速度変
化が生じている。

【００１５】ここで、吐出されるインク滴の体積は、図
２６の斜線部の面積とノズル開口面積の積にほぼ比例す
ると考えてよい。すなわち、正の速度（ノズル外部へ向
かう方向の速度）を与えられたインクがノズルから排出
され、インク滴となって飛翔すると仮定して滴径（滴体
積）の見積もり計算を行うと、実測される滴径（滴体
積）とよく一致する。メニスカス制御方式を用いた場合
には、実効的なノズル開口面積が減少する効果が生じる
が（ノズル径よりも細い液柱が形成される）、インク滴
体積が図２６の斜線部面積にほぼ比例するという関係は
成り立つ。従って、滴径（滴体積）を低減するには、図
２６の斜線部面積を減少させることが重要となる。

【００１６】斜線部面積を減少させるには、大別して２
つの方法がある。すなわち、粒子速度の振幅を小さく設
定する方法（図２７参照）と、粒子速度振動の周期を短
く設定する方法（図２８参照）である。このうち、粒子
速度の振幅を小さく設定する方法は、実際には適用困難
である。なぜならば、滴速は斜線部の平均粒子速度にほ
ぼ比例するため、粒子速度の振幅を小さく設定すると、
インク滴の飛翔速度（滴速）が大きく減少してしまう。
そのため、画像記録に支障が生じるからである。

【００１７】従って、微小滴吐出を行うためには、図２
８に示すように、圧力波の固有周期を非常に小さく設定
する必要がある。具体的な数値を挙げると、滴径１５μ
ｍのインク滴を滴速６ｍ／ｓで吐出するためには、圧力
波の固有周期を３〜５μｓ程度に設定する必要がある。

【００１８】しかし、従来のインクジェット記録ヘッド
は、圧力波の固有周期を上記のように小さく設定するこ
とは非常に困難であった。なぜなら、３〜５μｓ程度の
固有周期を得るためには、後述するように、圧力発生室
の体積を非常に小さく設定し、かつ、圧力発生室を形成
する壁面の剛性を極めて高くする必要がある。しかし、
これは、穿孔加工した板材を積層接着して圧力発生室を
形成する従来のヘッド製造方法では実現が難しい。

【００１９】また、仮に上の条件を満足できたとして
も、インク滴の限界吐出周波数が低下してしまうことを
避けることができない。すなわち、圧力波の固有周期を
小さくするためには圧力発生室の容積を小さく設定する
必要があるが、その一方で、圧電アクチュエータによっ
て変位を加える駆動部面積も一定以上確保する必要があ
るため、圧力発生室は扁平形状とならざるを得ない。そ
のため、圧力発生室の流路抵抗は大幅に増加し、結果的
にリフィル時間（吐出後のメニスカスの復帰時間）が増
加し、高い周波数で吐出を繰り返すことが困難となって
しまう。

【００２０】したがって、従来のインクジェット記録ヘ
ッドは、圧力波の固有周期Ｔ_ｃを一定以下の値、具体的
には５μｓ以下に設定することが非常に困難であるた
め、高画質記録の実現に必要とされる滴径１５μｍレベ
ルの微小インク滴の吐出を実現することができなかっ
た。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来のインクジェット記録ヘッドは、画像品質の飛躍的
な向上に要求される滴径のインク滴、具体的には、滴径
１５μｍレベルの微小インク滴を吐出することができな
いため、高品質の画像を得られないという欠点があっ
た。

【００２２】本発明は、上記の問題点を解決すべくなさ
れたものであり、その目的は、高周波吐出特性を損なう
ことなく、また、特別なヘッド製造技術を必要とするこ
となく、滴径１５μｍ以下の微小なインク滴の吐出を可
能とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法及びその
ような駆動方法を用いたインクジェット記録装置を提供
することにある。

【００２３】また、本発明の他の目的は、吐出するイン
ク滴の滴径を多段階に変調して階調記録を実行する場合
に、広い滴径変調範囲を確保し、高画質記録と高速記録
の両立を可能とすることにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明は、電気機械変換器に駆動電圧を印加し、当該電気
機械変換器を変形させて、インクが充填された圧力発生
室内に圧力変化を生じさせることによって、前記圧力発
生室に連通される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において、前記駆動電
圧の電圧波形が、少なくとも、前記圧力発生室の体積を
収縮させるための第１電圧変化プロセスと、次いで前記
圧力発生室の体積を膨張させるための第２電圧変化プロ
セスとを含み、前記第１電圧変化プロセスおよび前記第
２電圧変化プロセスの電圧変化時間を、前記電気機械変
換器の固有振動の固有周期以下に設定することを特徴と
する。

【００２５】請求項２の本発明によるインクジェット記
録ヘッドの駆動方法は、前記第１電圧変化プロセスの開
始時刻と、前記第２電圧変化プロセスの開始時刻との時
間差ｔ_３を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期
Ｔ_ａとの関係において、次式の条件が満足されるように
設定することを特徴とする。Ｔ_ａ／２≦ｔ_３≦Ｔ_ａ請求
項３の本発明によるインクジェット記録ヘッドの駆動方
法は、前記第２電圧変化プロセスの電圧変化量を、前記
第１電圧変化プロセスの電圧変化量よりも大きい値に設
定することを特徴とする。

【００２６】請求項４の本発明によるインクジェット記
録ヘッドの駆動方法は、前記駆動電圧の電圧波形が、前
記第１電圧変化プロセスの直前において、前記ノズルの
メニスカスを前記圧力発生室側に引き込むためのメニス
カス制御用電圧変化プロセスを含むことを特徴とする。

【００２７】請求項５の本発明によるインクジェット記
録ヘッドの駆動方法は、前記メニスカス制御用電圧変化
プロセスが、前記圧力発生室の体積を膨張させる電圧変
化であることを特徴とする。

【００２８】請求項６の本発明によるインクジェット記
録ヘッドの駆動方法は、前記メニスカス制御用電圧変化
プロセスの電圧変化時間ｔ_６と、前記電気機械変換器の
固有振動の固有周期Ｔ_ａと、前記圧力発生室の音響容量
によって規定される圧力波の固有周期Ｔ_ｃとの間に、次
式の関係が成り立つように前記電圧変化時間ｔ_６を設定
することを特徴とする。 Ｔ_ａ＜ｔ_６≦Ｔ_ｃ 請求項７の本発明によるインクジェット記録ヘッドの駆
動方法は、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期を
５μｓ以下に設定することを特徴とする。

【００２９】また、上記の目的を達成する他の本発明
は、電気機械変換器に駆動電圧を印加し、当該電気機械
変換器を変形させて、インクが充填された圧力発生室内
に圧力変化を生じさせることによって、前記圧力発生室
に連通されるノズルからインク滴を吐出し、該インク滴
の滴径を多段階に制御することによって階調記録を行う
インクジェット記録ヘッドの駆動方法であって、前記駆
動電圧の電圧波形が、少なくとも、前記圧力発生室の体
積を収縮させるための第１電圧変化プロセスと、次いで
前記圧力発生室の体積を膨張させるための第２電圧変化
プロセスとを含み、滴径の小さなインク滴を吐出する際
には、前記第１電圧変化プロセスおよび前記第２電圧変
化プロセスの電圧変化時間を、前記電気機械変換器の固
有振動の固有周期以下に設定し、滴径の大きなインク滴
を吐出する際には、前記第１電圧変化プロセスおよび前
記第２電圧変化プロセスの電圧変化時間を、前記固有周
期よりも大きく設定することを特徴とする。

【００３０】また、上記の目的を達成するさらに他の本
発明は、電気機械変換器に駆動電圧を印加し、当該電気
機械変換器を変形させて、インクが充填された圧力発生
室内に圧力変化を生じさせることによって、前記圧力発
生室に連通される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を使用して文字や画像の記録を行
うインクジェット記録装置であって、前記電気機械発生
器に印加する駆動波形を発生させる一つまたは複数の波
形発生手段を備え、前記波形発生手段によって生成され
る駆動波形の少なくとも一つが、少なくとも、前記圧力
発生室の体積を収縮させるための第１電圧変化プロセス
と、次いで前記圧力発生室の体積を膨張させるための第
２電圧変化プロセスとを含み、前記第１電圧変化プロセ
スおよび前記第２電圧変化プロセスの電圧変化時間を、
前記電気機械変換器の固有振動の固有周期以下に設定す
ることを特徴とする。

【００３１】請求項１０の本発明のインクジェット記録
装置は、前記電気機械変換器が、圧電振動子を含むこと
を特徴とする。

【００３２】請求項１１の本発明のインクジェット記録
装置は、前記圧電振動子が、縦振動モードの圧電振動子
であることを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００３４】まず、本発明の原理及び作用を、集中定数
回路モデルを用いたインクジェット記録ヘッドの理論解
析結果に基づいて説明する。

【００３５】図１は、図２２に示した従来のインクジェ
ット記録ヘッドを等価電気回路に置き換えた回路図であ
る。図において、「ｍ」はイナータンス［ｋｇ／
ｍ^４］、「ｒ」は音響抵抗［Ｎｓ／ｍ^５］、「ｃ」は音
響容量［ｍ^５／Ｎ］、「ｕ」は体積速度［ｍ^３／ｓ］、
「φ」は圧力［Ｐａ］を表わす。また、添字の「０」は
駆動部、「１」は圧力発生室、「２」はインク供給路、
「３」はノズルをそれぞれ意味するものとする。

【００３６】圧電アクチュエータに、縦振動モードの圧
電アクチュエータを使用した場合、図１の回路は、図２
〜図４に示す３つの回路に分解して考えることができ
る。図２は、圧電アクチュエータおよび振動板からなる
駆動部に関する回路であり、固有周期Ｔ_ａは次式（数
１）で表わされる。

【００３７】

【数１】

【００３８】また、図２の回路の固有周期Ｔ_ａは、固定
端−自由端の棒が縦振動する際の固有周期として、次式
（数２）を用いて近似的に求めることもできる（Ｌは圧
電アクチュエータの長さ、ρ_ｐおよびＥ_ｐは圧電アクチ
ュエータ材料の密度および弾性係数）。なお、通常のイ
ンクジェット記録ヘッドでは、Ｔ_ａは１〜５μｓ程度で
ある。

【００３９】

【数２】

【００４０】図３は、圧力発生室の音響容量ｃ_１に支配
される回路である。圧力発生室内の固有振動モードによ
って発生する圧力波は、図３の回路によって規定され
る。従来のインクジェット記録ヘッドは、この回路によ
って規定される圧力波によってインク滴の吐出を行って
いる。図３の回路における固有周期Ｔ_ｃは次式（数３）
で表わされる。通常のインクジェット記録ヘッドでは、
Ｔ_ｃは１０〜２０μｓ程度である。

【００４１】

【数３】

【００４２】ここで、圧力発生室の音響容量ｃ_１は、圧
力発生室の体積をＷ_１［ｍ^３］、インクの体積弾性率を
κ［Ｐａ］、圧力発生室壁の剛性に依存する係数をＫ_１
とすると、次式の（数４）ように表わされる。

【００４３】

【数４】

【００４４】従って、固有周期Ｔ_ｃを減少するために
は、圧力発生室の体積Ｗ_１を小さく設定し、かつ、圧力
発生室壁の剛性を高く（Ｋ_１を大きく）設定する必要が
ある。

【００４５】また、図４の回路は、メニスカスの表面張
力による音響容量ｃ_３に支配される回路であり、リフィ
ル特性に関わる回路である。図４の回路における固有周
期Ｔ _ｍは、次式（数５）で表わされる。なお、通常のイ
ンクジェット記録ヘッドでは、Ｔ_ｍは２０〜５０μｓ程
度である。

【００４６】

【数５】

【００４７】図２〜図４の回路のうち、本発明に関わる
回路は図２および図３の二つの回路である。すなわち、
従来のインクジェット記録ヘッドでは、図３の回路のみ
を利用してインク滴吐出を行っていたのに対し、本発明
では、駆動部（圧電アクチュエータ）自体の固有振動も
利用してインク滴吐出を行う点が大きな特徴である。

【００４８】図１の回路において、圧力φ（駆動電圧に
比例）を図５に示すように変化させた場合におけるノズ
ル部粒子速度ｖ_３（体積速度ｕ_３をノズル開口面積で割
った値）の変化を求めた結果が図８および図９である。

【００４９】圧力φの立ち上げ時間ｔ_１を回路の固有周
期Ｔ_ａよりも大きく設定した場合には、図８に示すよう
に、粒子速度ｖ_３は固有周期Ｔ_ｃで振動する。すなわ
ち、この場合、粒子速度ｖ_３は図３の回路のみによって
支配される。これが、従来のインクジェット記録ヘッド
における圧力発生形態である。

【００５０】一方、圧力φの立ち上げ時間ｔ_１を回路の
固有周期Ｔ_ａと同等もしくはそれ以下に設定した場合、
粒子速度ｖ_３の変化は図９に示すようになる。この場
合、図２で表わされる駆動部の固有振動が励起され、そ
の結果、粒子速度ｖ_３の変化は、固有周期Ｔ_ｃの振動と
固有周期Ｔ_ａの振動が重畳したものとなる。つまり、圧
力φの立ち上げ時間を固有周期Ｔ_ａと同等もしくはそれ
以下に設定することにより、圧電アクチュエータ自体の
固有周期でメニスカスを振動させることが可能となる。

【００５１】次に、圧力φの変化を、図６に示すような
台形波形状とした場合について考える。

【００５２】ここで、立ち上げ時間ｔ_１および立ち下げ
時間ｔ_２は、どちらも回路の固有周期Ｔ_ａと同等もしく
はそれ以下に設定されており、また、立ち上げの開始時
刻と立ち下げの開始時刻の時間差（ｔ_３）を、Ｔ_ａ／２
≦ｔ_３≦Ｔ_ａに設定すると、メニスカスの粒子速度ｖ_３
は図１０に示すように変化する。すなわち、図６の立ち
上げ部１４１’によって急激に伸長された圧電アクチュ
エータが、圧電アクチュエータの固有振動で縮もうとす
るタイミングに合わせて圧電アクチュエータを収縮させ
る電圧変化１４２’が印加されるため、圧電アクチュエ
ータは急激に収縮し、その結果、粒子速度ｖ_３は非常に
早いタイミングでｖ_３＝０に戻ることになる。つまり、
図１０の斜線部面積は非常に小さくなり、微小滴吐出に
適した条件となる。

【００５３】ただし、圧力φを図６のような台形波形状
とすると、図１０に示されるように、斜線部が複数の山
によって形成される場合が多い。このような場合、吐出
されるインク滴の径が増加してしまう（斜線部面積が増
加する）と共に、サテライトが発生したり、吐出状態が
不安定化するなどの問題を生じる恐れがある。

【００５４】そこで、圧力φの変化を、図７に示すよう
な形状とすると、粒子速度ｖ_３の時間変化は図１１に示
すようになる。すなわち、図７の立ち上げ部１４１”の
電圧変化量よりも、立ち下げ部１４２”の電圧変化量を
大きく設定することにより、図１１の斜線部が、一つの
山によって形成されるようになる。そのため、より一層
小さなインク滴吐出が可能になる（斜線部面積が減少す
る）と共に、吐出安定性を向上させることができる。

【００５５】上述したように、駆動波形の立ち上げ／立
ち下げ時間を圧電アクチュエータの固有周期Ｔ_ａと同等
もしくはそれ以下に設定し、かつ、立ち上げ開始時刻と
立ち下げ開始時刻の時間差ｔ_３をＴ_ａ／２≦ｔ_３≦Ｔ_ａ
に設定することにより、メニスカス振動の固有周期を非
常に小さくでき、図１０および図１１に示されるように
斜線部面積を小さくできるため、従来の駆動方法よりも
微小滴を吐出することが可能となる。また、立ち下げ部
の電圧変化量を立ち上げ部の電圧変化量よりも大きく設
定することにより、さらに微小なインク滴を安定に吐出
することが可能となる。

【００５６】次に、上記原理に基づく本発明の実施形態
について説明する。本実施形態のインクジェット記録装
置ににおいて、インクジェット記録ヘッドの基本構造
は、図２２に示したインクジェット記録ヘッドと同一の
構造とする。

【００５７】ヘッドは、エッチング等によって穿孔加工
された複数の薄板を、接着剤によって積層接合すること
により作製した。本実施形態では、厚さ５０〜７５μｍ
のステンレス板を熱硬化性樹脂による接着層（厚さ約２
０μｍ）を用いて接合した。ヘッドには、複数の圧力発
生室６１（図２２の紙面垂直方向に配列）が設けられて
おり、それらは共通インク室６３によって連結されてい
る。共通インク室６３はインクタンク（図示せず）と連
結されており、各圧力発生室６１にインクを導く働きを
している。

【００５８】各圧力発生室６１は、インク供給路６４を
介して共通インク室６３と連通しており、圧力発生室６
１内はインクで充填されている。また、各圧力発生室６
１にはインクを吐出するためのノズル６２が設けられて
いる。

【００５９】本実施例では、ノズル６２およびインク供
給路６４は同一形状とし、開口径３０μｍ、裾径６５μ
ｍ、長さ７５μｍのテーパー形状とした。孔開け加工は
プレスにより行った。

【００６０】圧力発生室６１の底面には振動板６５が設
けられており、圧力発生室６１の外側に設置された電気
機械変換器としての圧電アクチュエータ（圧電振動子）
６６によって圧力発生室の体積を増加または減少させる
ことが可能となっている。本実施形態では、振動板６５
として、電鋳（エレクトロフォーミング）で成形したニ
ッケルの薄板を用いた。

【００６１】圧電アクチュエータ６６には、積層型圧電
セラミクスを用いた。圧力発生室６１に変位を加えるた
めの駆動柱の形状は、長さ（Ｌ）が１．１ｍｍ、幅
（Ｗ）が１．８ｍｍ、奥行き長さ（図２２の紙面垂直方
向長さ）が１２０μｍである。使用した圧電材料は、密
度ρ_ｐが８．０×１０^３ｋｇ／ｍ^３、弾性係数Ｅ_ｐが６
８ＧＰａである。実測された圧電アクチュエータ自体の
固有周期Ｔ_ａは１．６μｓであった。

【００６２】圧電アクチュエータ６６によって圧力発生
室６１に体積変化を生じさせると、圧力発生室６１内に
圧力波が発生する。この圧力波によってノズル部６２の
インクが運動し、ノズル６２から外部へ排出されること
によりインク滴６７が形成される。なお、本実施形態で
用いたヘッドの固有周期Ｔ_ｃは１４μｓである。

【００６３】次に、図１２および図１３を参照して、圧
電アクチュエータを駆動するための駆動回路の基本構成
について説明する。

【００６４】図１２は、吐出するインク滴の径を固定す
る場合、すなわち滴径変調を行わない場合における駆動
回路の構成例である。図１２に示す駆動回路は、波形発
生回路１２１、増幅回路１２２、スイッチング回路（ト
ランスファ・ゲート回路）１２３、および圧電アクチュ
エータ１２４とを備え、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に供給して駆動すること
により、記録紙上に文字や画像を印字させる。波形発生
回路１２１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、駆動波形データをアナログ変換した
後、積分処理して駆動波形信号を発生する。増幅回路１
２２は、波形発生回路１２１から供給された駆動波形信
号を電圧増幅及び電流増幅して増幅駆動波形信号として
出力する。スイッチング回路１２３は、インク滴吐出の
オン・オフ制御を行うもので、画像データをもとに生成
された信号に基づいて、駆動波形信号を圧電アクチュエ
ータ１２４に印加する。

【００６５】図１３は、吐出させるインク滴の径を多段
階に切り替える場合、すなわち滴径変調を実行する場合
における駆動回路の構成例である。図１３に示す駆動回
路は、滴径を３段階（大滴、中滴、小滴）に変調するた
めに、それぞれの滴径に応じた３種類の波形発生回路１
３１、１３１’、１３１”を具備しており、各波形はそ
れぞれ増幅回路１３２、１３２’、１３２”によって増
幅される。記録時には、画像データをもとに、圧電アク
チュエータ１３４に印加される駆動波形がスイッチング
回路１３３によって切り替えられ、所望の滴径のインク
滴が吐出される。

【００６６】なお、圧電アクチュエータを駆動するため
の駆動回路の構成としては、図１２及び図１３に示した
構成に限らず、他の構成を用いることも可能である。

【００６７】図１４は、上記のインクジェット記録ヘッ
ドを用いて、滴径２０μｍ程度の微小滴を吐出するため
に使用した駆動波形の一例を示す図である。図１４に示
す駆動波形において、第１電圧変化プロセス１１は、回
路の固有周期Ｔ_ａよりも小さな立ち上げ時間（ｔ_１＝
０．５μｓ）で圧力発生室の容積を収縮させる第１電圧
変化プロセスである。第２電圧変化プロセス１２は、立
ち上げ開始から時間ｔ_３が経過した後に、固有周期Ｔ_ａ
よりも小さな立ち上げ時間（ｔ_２＝０．５μｓ）で圧力
発生室体積を膨張させる第２電圧変化プロセスである。
電圧変化プロセス１３は、最終的に電圧を基準電圧（Ｖ
_ｂ＝６Ｖ）に戻すための電圧変化プロセスである。ここ
で、時間ｔ_３は、Ｔ_ａ／２≦ｔ_３≦Ｔ_ａの条件を満足す
るように、ｔ_３＝１μｓに設定した。また、電圧Ｖ_１は
１４Ｖ、電圧Ｖ_２は２０Ｖ、時間ｔ _４は１４μｓ、時間
ｔ_５は３０μｓに設定した。

【００６８】図１４に示す駆動波形を印加した際のメニ
スカスの動きをレーザードップラー計によって観察した
結果を図１５に示す。なお、観察の際には、メニスカス
の動きを精度よく測定するために、印加電圧を１／１５
倍に低く設定しており、図１５の結果は、測定された粒
子速度を１５倍した値を示している（粒子速度ｖ_３は印
加電圧に比例）。

【００６９】図１５に示されるように、メニスカスは、
固有周期Ｔ_ａの振動と固有周期Ｔ_ｃの振動が重畳された
形で振動している。そして、ｔ_３＝１μｓのタイミング
で圧電アクチュエータを収縮させているため、最初の山
の部分において、ｔ＝２μｓと非常に早い時点でｖ_３＝
０に戻っている。すなわち、斜線部の面積が非常に小さ
く、微小滴吐出に有利な波形となっている。

【００７０】実際に、図１４の駆動波形を用いて吐出実
験を行った結果、滴径２１μｍのインク滴が、滴速５．
５ｍ／ｓで吐出されることが観察された。比較対象とし
て、従来の駆動方法のように、ｔ_１＞Ｔ_ａ、ｔ_２＞
Ｔ_ａ、ｔ_３≫Ｔ_ａの駆動波形を用いて実験を行った結
果、吐出できる微小滴の径は２８μｍが下限であった
（ｔ_１＝２μｓ、ｔ_２＝２μｓ、ｔ_３＝２μｓ）。

【００７１】図１６は、立ち上げ時間ｔ_１を変化させた
ときの滴径の変化を調べた結果である。なお、立ち下げ
時間ｔ_２はｔ_２＝ｔ_１と設定し、時間ｔ_３は、ｔ_１≦１
μｓの場合はｔ_３＝１μｓ、ｔ_１＞１μｓの場合はｔ_３
＝ｔ_１と設定した。また、印加電圧Ｖ_１、Ｖ_２は、滴速
が６ｍ／ｓとなるように、それぞれのｔ_１に対して調整
を行った。

【００７２】図１６を参照すると、ｔ_１＝Ｔ_ａ付近で滴
径に急激な変化が見られ、この領域で吐出メカニズムに
変化が生じていることがわかる。すなわち、ｔ_１＞Ｔ_ａ
の領域では、固有周期Ｔ_ｃのメニスカス振動によって吐
出が行われているのに対し、ｔ_１≦Ｔ_ａの領域では、固
有周期Ｔ_ａのメニスカス振動によって吐出が行われてい
る。図１６に示されるように、本発明の駆動方法を使用
することにより、従来の駆動方法よりも滴径を大幅に減
少することが可能である。

【００７３】図１７は、上記のインクジェット記録ヘッ
ドを用いて、滴径１５μｍ以下の微小滴を吐出するため
に使用した駆動波形の一例を示す図である。図１７に示
す駆動波形は、第１電圧変化プロセス３１の前に、メニ
スカス制御用電圧変化プロセスとして、電圧変化３３が
含まれている。すなわち、図１７の駆動波形は、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
と、メニスカス制御方式の両者を組み合わせた駆動方法
を用いたものである。したがって、図１４に示した駆動
波形を用いた場合よりも、さらに滴径の小さなインク滴
を吐出することが可能である。

【００７４】図１７の駆動波形において、電圧変化３３
は、回路の固有周期Ｔ_ａよりも大きくかつ固有周期Ｔ_ｃ
よりも小さな立ち下げ時間（ｔ_６＝３μｓ）で圧力発生
室の容積を膨張させる電圧変化である。第１電圧変化プ
ロセス３１は、固有周期Ｔ_ａよりも小さな立ち上げ時間
（ｔ_１＝０．５μｓ）で圧力発生室体積を圧縮する第１
電圧変化プロセスである。第２電圧変化プロセス３２
は、立ち上げ開始から時間ｔ_３（＝１μｓ）経過した後
に、固有周期Ｔ_ａよりも小さな立ち上げ時間（ｔ _２＝
０．５μｓ）で圧力発生室体積を膨張させる第２電圧変
化プロセスである。電圧変化プロセス３４は、最終的に
電圧を基準電圧（Ｖ_ｂ＝４０Ｖ）に戻すための電圧変化
プロセスである。また、電圧Ｖ_１は１４Ｖ、電圧Ｖ_２は
３６Ｖ、電圧Ｖ_３は１８Ｖ、時間ｔ_４は１４μｓ、時間
ｔ_５は３０μｓ、時間ｔ_７は４μｓに設定した。

【００７５】図１７に示す駆動波形を印加した際のメニ
スカスの動きをレーザードップラー計によって観察した
結果を図１８に示す。なお、観察の際には印加電圧を１
／１５倍に低く設定しており、図１８の結果は、実際に
測定された粒子速度の１５倍の値を示している。

【００７６】図１８に示されるように、図１７の駆動波
形が圧電アクチュエータに印加されると、まず、電圧変
化３３によって負の粒子速度が発生し、これによってメ
ニスカスが圧力発生室側に引き込まれ、凹型のメニスカ
スが形成される。次いで、第１電圧変化プロセス３１が
印加され、ｖ_３＞０となり、メニスカスがノズルの外に
向かって変位する。このとき、メニスカス形状が凹形状
であるため、ノズルの中央部に細い液柱が形成される。
滴吐出状態の観察結果（ストロボ観察）によると、形成
された液柱の太さは約１５μｍ（ノズル径の約１／２）
であった。

【００７７】液柱が形成された後、Ｔ_ａ／２≦ｔ_３≦Ｔ
_ａのタイミングで第２電圧変化プロセス３２が印加さ
れ、圧電アクチュエータが急速に収縮すると、非常に早
い時期にｖ_３＝０に戻る。そのため、図１８の斜線部面
積は非常に小さくなり、微小滴吐出に有利な波形となっ
ている。

【００７８】実際に、図１７の駆動波形を用いて吐出実
験を行った結果、滴径１４μｍのインク滴が、滴速６ｍ
／ｓで吐出されることが観察された。図１４の駆動波形
を用いた場合よりも更に滴径が減少した理由は、メニス
カス制御を組み合わせたためである。すなわち、メニス
カス制御を行うことにより、ノズル径を減少させたのと
等価の効果を得ることができたためと考えられる。比較
対象として、従来の駆動波形のように、ｔ_１＞Ｔ_ａ、ｔ
_２＞Ｔ_ａ、ｔ_３≫Ｔ_ａの駆動波形を用いて実験を行った
結果、吐出できる微小滴の径は２１μｍが下限であった
（ｔ_１＝２μｓ、ｔ_２＝２μｓ、ｔ_３＝２μｓ）。

【００７９】なお、図１７の駆動波形において、Ｔ_ａ＜
ｔ_６≦Ｔ_ｃと設定した理由は、安定したメニスカス形状
の制御を行うためである。すなわち、ｔ_６≦Ｔ_ａと設定
すると、ｔ≦ｔ_６＋ｔ_７の時間範囲においても固有周期
Ｔ_ａの振動が生じてしまうため、メニスカス形状の正確
な制御が困難になったり、不要な吐出が発生したりする
といった問題が生じやすい。また、ｔ_６＞Ｔ_ｃに設定し
た場合にも、ｔ≦ｔ_６＋ｔ_７の時間範囲のｖ_３変化が複
雑化してしまい、やはりメニスカス形状の正確な制御が
困難となる。特に、マルチノズルヘッドの場合には、ノ
ズル間に大きな特性ばらつきが発生しやすい。

【００８０】従って、時間ｔ_６はＴ_ａ＜ｔ_６≦Ｔ_ｃの範
囲内にあることが望ましく、この場合、図１８に示され
るように、ｔ≦ｔ_６＋ｔ_７の時間範囲においては固有周
期Ｔ _ａの振動が発生しないため、安定なメニスカス形状
の制御が可能となる。ただし、シングルノズルのヘッド
や、ノズル間に高い均一性が確保できるヘッドでは、ｔ
_６≦Ｔ_ａまたはｔ_６＞Ｔ_ｃに設定することも可能であ
る。

【００８１】図１９〜図２１は、上記のインクジェット
記録ヘッドを用いて、吐出するインク滴を、小滴、中
滴、大滴の３種類の大きさに変調するために使用した駆
動波形である。図１９に示す小滴用駆動波形は、図１７
に示した駆動波形と同一形状である。図２０に示す中滴
用駆動波形および図２１に示す大滴用駆動波形は、立ち
上げ時間（ｔ_１’、ｔ_１”）を回路の固有周期Ｔ_ａより
も大きく設定し、圧電アクチュエータの固有振動を励起
しない駆動方法を用いている。

【００８２】図２０の中滴用駆動波形では、電圧変化５
３’によって吐出直前にメニスカスを凹形状とし、その
後、固有周期Ｔ_ａよりも大きな立ち上げ時間（ｔ_１’＝
３μｓ）の電圧変化５１’によって圧力発生室を圧縮
し、その後、固有周期Ｔ_ａよりも大きな時間保持した後
（ｔ_３’＝１６μｓ）、電圧変化５２’によって基準電
圧（Ｖ_ｂ＝４０Ｖ）に戻した（Ｖ_１’＝２０Ｖ、Ｖ_３’
＝１８Ｖ、ｔ_６’＝３μｓ、ｔ_７’＝４μｓ、ｔ_２’＝
３０μｓ）。

【００８３】図２１の大滴用駆動波形では、吐出直前に
おけるメニスカスの引き込みは行わず、大きな立ち上げ
時間（ｔ_６＝１０μｓ）の電圧変化５１”で圧力発生室
を圧縮した後、電圧変化５２”によってゆっくりと基準
電位に戻した（Ｖ_１”＝２０Ｖ、ｔ_２”＝３０μｓ）。

【００８４】上記の小滴用、中滴用、および大滴用の駆
動波形を、図１３に示すように、それぞれ別個の波形発
生回路（１３１、１３１’、１３１”）により発生さ
せ、画像データに基づいて圧電アクチュエータ１３４に
印加する波形を切り替えることにより、階調記録を実行
した。

【００８５】図１９〜図２１に示す駆動波形を用いた場
合、滴径１４μｍ、滴速６ｍ／ｓの小滴、滴径２８μ
ｍ、適速６．２ｍ／ｓの中滴、および滴径４１μｍ、滴
速７ｍ／ｓの大滴を、いずれも１０ｋＨｚの駆動周波数
で吐出させることができた。すなわち、滴径１４〜４１
μｍという従来にない広範な滴径変調範囲を、高駆動周
波数を維持しながら実現することができた。

【００８６】なお、大滴および中滴用の駆動波形として
は、本実施例で示した波形に限定されるものではなく、
他の形状の波形を用いることが可能である。たとえば、
大滴用駆動波形においても、吐出直前にメニスカスをわ
ずかに凹形状にする電圧変化プロセスを加えることによ
り、吐出安定性を向上させることができる。

【００８７】また、本実施例では、滴径変調の段階数を
大・中・小の３段階としたが、滴径の段階数を３段階以
上もしくは３段階以下に設定した場合においても、本発
明が適用可能なことは明白である。

【００８８】さらにまた、上述したように、滴径変調を
行うインクジェット記録ヘッドにおいて、微小滴吐出時
には本発明の圧電アクチュエータの固有振動を利用した
吐出原理を使用し、径の大きな滴を吐出する際には、従
来のインクジェット記録ヘッドと同様、圧力発生室の音
響容量ｃ_１に支配される圧力波を用いてインク滴の吐出
を行うことにより、きわめて広範な滴径変調範囲を得る
ことができ、高画質記録と高速記録を両立することが可
能となる。

【００８９】以上好ましい実施形態をあげて本発明を説
明したが、本発明は必ずしも上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記実施形態ではｔ_１＜ｔ_３と
設定し、第１電圧変化プロセスと第２電圧変化プロセス
の間に電圧保持部（平坦部）を設けたが、ｔ_１＝ｔ_３、
すなわち電圧保持部を除去したような駆動波形としても
良い。

【００９０】また、上記実施形態の駆動波形では、イン
ク滴吐出後における強制的な残響抑制を行っていない
が、図２４で示したような残響抑制プロセスを含めても
良い。

【００９１】また、上記実施形態では、圧電アクチュエ
ータ自体（駆動部）の固有周期Ｔ_ａを１．６μｓとした
が、固有周期Ｔ_ａをそれ以外の値に設定しても無論かま
わない。ただし、滴径１５μｍレベルの微小インク滴吐
出を実行するためには、固有周期Ｔ_ａを５μｓ以下に設
定することが望ましい。

【００９２】また、上記実施形態では、圧電アクチュエ
ータ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）Ｖ_ｂを設定したが、圧電アクチュエータ
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Ｖ_ｂを０Ｖなど、他の電圧に設定してもかまわな
い。

【００９３】さらに、上記実施形態においては、圧電ア
クチュエータとして、圧電定数ｄ_{３ ３}を利用した縦振動
モードの圧電アクチュエータを用いたが、圧電定数ｄ
_３１を利用した縦振動モードのアクチュエータなど、他
の形態のアクチュエータを使用してもかまわない。ま
た、上記実施形態では、積層型の圧電アクチュエータを
用いたが、単板型の圧電アクチュエータを用いた場合に
おいて同様の効果を得ることができる。また、固有周期
Ｔ_ａを小さく設定できれば、撓み振動モードの圧電アク
チュエータを用いることも可能である。

【００９４】また、上記実施形態では、図２２に示すよ
うなカイザー型インクジェット記録ヘッドを用いたが、
圧電アクチュエータに設けた溝を圧力発生室とする記録
ヘッドなど、その他の構造のインクジェット記録ヘッド
に対しても、本発明を同様に適用することが可能であ
る。さらに、圧電アクチュエータ以外の電気機械変換
器、たとえば静電力や磁力を利用したアクチュエータを
利用したインクジェット記録ヘッドに対しても、本発明
を適用することが可能である。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録ヘッドの駆動方法及び当該駆動方法を用いた
インクジェット記録装置によれば、滴径１５μｍレベル
の微小滴吐出が可能であるため、画像品質を飛躍的に向
上させることができるという効果がある。

【００９６】また、本発明によれば、圧力発生室の容積
（Ｗ_１）を小さく設定することなく微小滴の吐出が可能
となるため、リフィル時間の増加を惹起せず、高い駆動
周波数での吐出ができるという効果がある。

【００９７】また、本発明によれば、圧電アクチュエー
タの固有振動を利用した本発明の吐出原理と、圧力発生
室の音響容量（ｃ_１）によって支配される圧力波を利用
した従来の吐出原理を組み合わせて用いることにより、
広範な滴径変調範囲を得ることができるため、高画品質
と高記録速度を両立させることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理を説明するためのインクジェッ
ト記録ヘッドの等化電気回路を示す回路図である。

【図２】 図１の等化電気回路を分割した一部を示す回
路図である。

【図３】 図１の等化電気回路を分割した他の一部を示
す回路図である。

【図４】 図１の等化電気回路を分割したさらに他の一
部を示す回路図である。

【図５】 駆動波形とノズル部粒子速度との関係を説明
するための図であり、圧力の立ち上げのみを行う場合の
駆動波形を示す図である。

【図６】 駆動波形とノズル部粒子速度との関係を説明
するための図であり、圧力の立ち上げ及び立ち下げを含
む台形波形状の駆動波形を示す図である。

【図７】 駆動波形とノズル部粒子速度との関係を説明
するための図であり、台形は形状であって、圧力の立ち
上げよりも立ち下げを大きくした場合の駆動波形を示す
図である。

【図８】 図５の駆動波形に対するノズル部粒子速度の
変化を示す図であり、圧力の立ち上げ時間を固有周期よ
りも大きく設定した場合の状態を示す図である。

【図９】 図５の駆動波形に対するノズル部粒子速度の
変化を示す図であり、圧力の立ち上げ時間を固有周期以
下に設定した場合の状態を示す図である。

【図１０】 図６の駆動波形に対するノズル部粒子速度
の変化を示す図である。

【図１１】 図７の駆動波形に対するノズル部粒子速度
の変化を示す図である。

【図１２】 圧電アクチュエータの駆動回路の構成例を
示すブロック図である。

【図１３】 圧電アクチュエータの駆動回路の他の構成
例を示すブロック図である。

【図１４】 本発明の一実施形態によるインクジェット
記録ヘッドの駆動波形の一例を示す図である。

【図１５】 図１４の駆動波形に対するノズル部粒子速
度の変化を示す図である。

【図１６】 圧力の立ち上げ時間の変化とインク滴径の
変化との関係を示す図である。

【図１７】 本実施形態によるインクジェット記録ヘッ
ドの駆動波形の他の一例を示す図である。

【図１８】 図１７の駆動波形に対するノズル部粒子速
度の変化を示す図である。

【図１９】 本実施形態によるインクジェット記録ヘッ
ドの駆動波形のさらに他の一例を示す図であり、滴径の
変調を行う場合の駆動波形の一つを示す図である。

【図２０】 本実施形態による滴径の変調を行う場合の
駆動波形の他の一つを示す図である。

【図２１】 本実施形態による滴径の変調を行う場合の
駆動波形のさらに他の一つを示す図である。

【図２２】 カイザー型インクジェット記録ヘッドの構
成を示す概略図である。

【図２３】 従来の駆動波形の一例を示す図である。

【図２４】 従来の駆動波形の他の一例を示す図であ
る。

【図２５】 図２３の駆動波形に対するノズル開口部の
メニスカスの動きを模式的に表した図である。

【図２６】 図２４の駆動波形に対するノズル部粒子速
度の変化を示す図である。

【図２７】 図２６と同様のノズル部粒子速度の変化に
おいて、粒子速度の振幅を小さくした状態を示す図であ
る。

【図２８】 図２６と同様のノズル部粒子速度の変化に
おいて、粒子速度の周期を小さくした状態を示す図であ
る。

【符号の説明】 １１ 第１電圧変化プロセス １２ 第２電圧変化プロセス ６１ 圧力発生室 ６２ ノズル ６３ 共通インク室 ６４ インク供給路 ６５ 振動板 ６６ 圧電アクチュエータ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換器に駆動電圧を印加し、当
   該電気機械変換器を変形させて、インクが充填された圧
   力発生室内に圧力変化を生じさせることによって、前記
   圧力発生室に連通される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において、 前記駆動電圧の電圧波形が、少なくとも、前記圧力発生
   室の体積を収縮させるための第１電圧変化プロセスと、
   次いで前記圧力発生室の体積を膨張させるための第２電
   圧変化プロセスとを含み、 前記第１電圧変化プロセスおよび前記第２電圧変化プロ
   セスの電圧変化時間を、前記電気機械変換器の固有振動
   の固有周期以下に設定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方法。
2. 【請求項２】 前記第１電圧変化プロセスの開始時刻
   と、前記第２電圧変化プロセスの開始時刻との時間差ｔ
   _３を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期Ｔ_ａと
   の関係において、次式の条件が満足されるように設定す
   ることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記
   録ヘッドの駆動方法。 Ｔ_ａ／２≦ｔ_３≦Ｔ_ａ
3. 【請求項３】 前記第２電圧変化プロセスの電圧変化量
   を、前記第１電圧変化プロセスの電圧変化量よりも大き
   い値に設定す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記録ヘッドの駆動方法。
4. 【請求項４】 前記駆動電圧の電圧波形が、前記第１電
   圧変化プロセスの直前において、前記ノズルのメニスカ
   スを前記圧力発生室側に引き込むためのメニスカス制御
   用電圧変化プロセスを含むことを特徴とする請求項１乃
   至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動方法。
5. 【請求項５】 前記メニスカス制御用電圧変化プロセス
   が、前記圧力発生室の体積を膨張させる電圧変化である
   ことを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録ヘ
   ッドの駆動方法。
6. 【請求項６】 前記メニスカス制御用電圧変化プロセス
   の電圧変化時間ｔ_６と、前記電気機械変換器の固有振動
   の固有周期Ｔ_ａと、前記圧力発生室の音響容量によって
   規定される圧力波の固有周期Ｔ_ｃとの間に、次式の関係
   が成り立つように前記電圧変化時間ｔ_６を設定すること
   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。 Ｔ_ａ＜ｔ_６≦Ｔ_ｃ
7. 【請求項７】 前記電気機械変換器の固有振動の固有周
   期を５μｓ以下に設定することを特徴とする請求項１乃
   至請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動方法。
8. 【請求項８】 電気機械変換器に駆動電圧を印加し、当
   該電気機械変換器を変形させて、インクが充填された圧
   力発生室内に圧力変化を生じさせることによって、前記
   圧力発生室に連通されるノズルからインク滴を吐出し、
   該インク滴の滴径を多段階に制御することによって階調
   記録を行うインクジェット記録ヘッドの駆動方法であっ
   て、 前記駆動電圧の電圧波形が、少なくとも、前記圧力発生
   室の体積を収縮させるための第１電圧変化プロセスと、
   次いで前記圧力発生室の体積を膨張させるための第２電
   圧変化プロセスとを含み、 滴径の小さなインク滴を吐出する際には、前記第１電圧
   変化プロセスおよび前記第２電圧変化プロセスの電圧変
   化時間を、前記電気機械変換器の固有振動の固有周期以
   下に設定し、 滴径の大きなインク滴を吐出する際には、前記第１電圧
   変化プロセスおよび前記第２電圧変化プロセスの電圧変
   化時間を、前記固有周期よりも大きく設定することを特
   徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法。
9. 【請求項９】 電気機械変換器に駆動電圧を印加し、当
   該電気機械変換器を変形させて、インクが充填された圧
   力発生室内に圧力変化を生じさせることによって、前記
   圧力発生室に連通される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を使用して文字や画像の記
   録を行うインクジェット記録装置であって、 前記電気機械発生器に印加する駆動波形を発生させる一
   つまたは複数の波形発生手段を備え、 前記波形発生手段によって生成される駆動波形の少なく
   とも一つが、少なくとも、前記圧力発生室の体積を収縮
   させるための第１電圧変化プロセスと、次いで前記圧力
   発生室の体積を膨張させるための第２電圧変化プロセス
   とを含み、 前記第１電圧変化プロセスおよび前記第２電圧変化プロ
   セスの電圧変化時間を、前記電気機械変換器の固有振動
   の固有周期以下に設定することを特徴とするインクジェ
   ット記録装置。
10. 【請求項１０】 前記電気機械変換器が、圧電振動子を
    含むことを特徴とする請求項９記載のインクジェット記
    録装置。
11. 【請求項１１】 前記圧電振動子が、縦振動モードの圧
    電振動子であることを特徴とする請求項１０記載のイン
    クジェット記録装置。