JP2001232798A - インクジェット記録装置及びその記録方法 - Google Patents

インクジェット記録装置及びその記録方法

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JP2001232798A
JP2001232798A JP2000049066A JP2000049066A JP2001232798A JP 2001232798 A JP2001232798 A JP 2001232798A JP 2000049066 A JP2000049066 A JP 2000049066A JP 2000049066 A JP2000049066 A JP 2000049066A JP 2001232798 A JP2001232798 A JP 2001232798A
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electrode
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Yoshikuni Sasaki
良州 佐々木
Toshitaka Ogawa
俊孝 小川
Satoru Hida
悟 飛田
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Koki Holdings Co Ltd
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Hitachi Koki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は主にインクジェット方式を用いたプ
リントヘッドに関し、特にインク吐出量の制御方法に関
するものであり、インクの吐出量を自由に制御すること
を実現し、滑らかな階調表現を損なうことなく印刷効率
を向上させることを課題とする。 【解決手段】 インク液滴を引き寄せる機構を設け、圧
力発生機構により吐出されようとするインク液滴に吸引
力を付加し、その吸引力を調節することによりインク吐
出量を制御することを可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主にインクジェット
方式を用いた記録装置に関し、特にインク吐出量の制御
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のインクジェット方式を用いた記録
装置では、インク加圧室を構成する壁の一部に圧力発生
器が設けられ、この圧力発生機構に電気パルスを印加す
るとインク加圧室内部に圧力波が発生し、この圧力波に
よりインク吐出孔よりインク液滴が記録媒体に向かって
吐出される構成となっている。なお、圧力発生機構には
一般的に圧電素子の振動を利用する方式と、ヒータによ
りインクを加熱した際に発生する泡を利用する方式があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したインクジェッ
ト方式の記録装置において高速印刷を実現するには、大
きなインク液滴を吐出して一滴あたりのドット径を大き
くし、印刷面積を大きくする必要がある。一方、高画質
を実現するには、小さなインク液滴を吐出して印刷物の
粒状性を抑える必要がある。従って、高速印刷と高画質
を両立させるためにはインクの吐出量を広範囲に可変さ
せる必要がある。
【0004】インク吐出量を変える方法としては、圧力
発生器機構として圧電素子の振動を利用する方式の場
合、圧電素子に印加する電気パルスの波形を変化させ、
インク加圧室内部にかかる圧力を調節する。
【0005】これに対し、圧力発生機構にヒータを用
い、インクを加熱した際に発生する泡を利用する方式の
場合はヒータを複数設け、駆動するヒータの数を増減さ
せることにより泡の発生量を変化させて、インク加圧室
内部にかかる圧力を調節する。
【0006】しかしながら、これら圧電素子あるいはヒ
ータ等の圧力発生機構のみでインク吐出量を制御する方
法では、吐出可能なインク量の範囲が狭く、インクの吐
出量の可変範囲が制限されてしまう。そして、一般的な
インクジェット方式の記録装置では、高画質を重視して
小さなインク液滴を吐出する傾向にあるため、低解像
度、すなわち大きなインク液滴を吐出して印刷する場合
は、前述のインク吐出量可変範囲の中で比較的大きなイ
ンク液滴を選び、これを数個重ねて大きなドット径を形
成せざるを得ず、大幅な印刷速度の向上を期待すること
はできなかった。
【0007】また、圧力発生機構以外のインクジェット
方式としては静電引力を用いたものが、例えば特開平2
−274555公報に記載されているが、この構造では
インク加圧室が記録素子に対応して分割されずに繋がっ
ており、自由表面を持つ液体のインクを容易に吐出制御
することは困難である。
【0008】以上述べた従来の方法ではいずれも得られ
るインク吐出量の自由度が低かった。そこで本発明はこ
のような問題点を解決するもので、その課題とするとこ
ろは、インクの吐出量を自由に制御することを実現し、
滑らかな階調表現を損なうことなく印刷効率を向上させ
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は、インク加圧室と、このインク加圧室
に連通するインク吐出孔と、前記インク加圧室を満たす
インクに圧力を与えて前記インク吐出孔よりインク液滴
として吐出させる圧力発生機構とを有し、吐出されるイ
ンク液滴を記録媒体上に飛着させることにより記録を行
うインクジェット記録装置において、前記吐出されるイ
ンク液滴に何らかの引力を与え、前記記録媒体方向へ引
き寄せる機構を具備することにある。本構成によれば、
インク液滴を引き寄せる機構から発せられてインクに与
えられる引力の大きさを調節することにより、インク吐
出量を自由に制御することが可能となる。
【0010】上記した吐出されるインク液滴に何らかの
引力を与え、記録媒体方向へ引き寄せる機構は、具体的
には記録媒体の背面設けられた標的電極と、インク加圧
室内のインクに電圧を印加するインク電極と、前記標的
電極とインク電極との間に設けられたスイッチ及び加速
電源により構成され、静電引力にてインク液滴を引き寄
せるようにしたものである。
【0011】そして、上記構成のインクジェット記録装
置は、標的電極とインク電極との間の印加電圧の大きさ
を変えるか、電圧の印加時間を変えるか、あるいは両者
を変えることにより、インク液滴の大きさを変更する。
【0012】また、本構成においては、標的電極とイン
ク電極との間に電圧を印加して、インク液滴速度を制御
し、特にインク液滴速度を一定にすることも可能であ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明について図面に基づき説明
する。
【0014】図1は本発明の一例となるインクジェット
記録装置の記録ヘッド部分の基本構成を示すものであ
る。
【0015】インク加圧室隔壁2と振動膜3の間に形成
されるインク加圧室6にインクが満たされている。イン
ク加圧室6の一方にはインクを供給するインク供給口1
2が連通されている。また、インク加圧室隔壁2の他方
にはインク吐出孔7が連通しており、振動膜3上に取り
付けられた圧力発生器4の変位に応じて、インク吐出孔
7からインクが液滴11として吐出される。
【0016】一方、記録媒体8の背面には標的電極9が
配置されている。インクは導電性であり、インク電極5
により電気的に接続され、標的電極9との間にスイッチ
1を介して加速電源10により100V〜8000V程
度の電圧が印加される。なお、標的電極9は前記インク
による汚れ、漏れなどによる各電極間の短絡を防ぐた
め、絶縁性の被覆を施している。
【0017】上記構成の記録装置における動作を図2な
いし図4により説明する。
【0018】図2は圧力発生器4を駆動する際に印加さ
れる電気パルス波形の電圧と時間遷移との関係を示すグ
ラフである。また、図3はインク液滴11の形状の変
化、図4はインク液滴を引き寄せる機構を駆動する際に
印加される電気パルス波形の電圧と時間遷移との関係を
示すグラフである。
【0019】図2に示す電圧波形が圧力発生器4に印加
されると、圧力発生器4が変位を始め、t=T0におい
てインク加圧室6内が加圧され始める。その後、インク
吐出孔7近傍のインクの挙動は、図3のA→B→C→D
→Eの状態を経て、t=Taの時に、Fに示すようにイ
ンク液滴11がインク吐出孔7より吐出し、t=Tb
に、Gに示すようにインク液滴11は記録媒体8に着弾
する。
【0020】本発明においては、インク加圧室6が加圧
され始めてからインク液滴11が吐出するまでの間、す
なわち図2中の矢印14に示す範囲(T0からTaの
間)内においてインク液滴11を引き寄せる機構を駆動
させ、インク吐出量を制御する。本例では前述したよう
に、インクに与える引力として静電引力を利用してい
る。
【0021】すなわち、図2の矢印14の範囲内におい
て図1のスイッチ1を接続することにより、インクは加
速電源10によって標的電極9との間に電圧が印加され
る。これによりインクは帯電され、静電引力により標的
電極9の方向に引き寄せられ、インク液滴11は静電引
力の大きさに応じて成長し、所定の大きさとなったとこ
ろでインク吐出孔7より吐出する。
【0022】上述したインク吐出方法において、インク
吐出量の制御方法は3種類ある。
【0023】第一の方法は、インク電極5と標的電極9
との間に印加する図4の17で表される電圧V0(吸引
電圧)の大きさを変える方法である。つまり、図4の矢
印15(電圧)の大きさを変化させる。圧力発生器4の
みの駆動により吐出するインク量を最小とし、より大き
なインク吐出量を得たい場合には、インク電極5と標的
電極9との間にかかる電圧を大きくすることにより、静
電引力を増大させ、インク吐出量を大きくする。この場
合、インクと標的電極9との間に電圧をかけている時間
の長さ、つまり図4の矢印16は一定とする。
【0024】第二の方法は、インク電極5と標的電極9
との間に図4に表される電圧V0を印加している時間を
変える方法である。つまり図4の印加時間を示す矢印1
6の長さを変化させる。圧力発生器4のみの駆動により
吐出するインク量を最小とし、より大きなインク吐出量
を得たい場合には、インク電極5と前記標的電極9との
間の電圧の印加時間を長くすることにより、静電引力が
作用する時間を増やし、インク吐出量を大きくする。こ
の場合、インク電極5と標的電極9との間にかかる電圧
の大きさ、つまり図4中の15は一定とする。
【0025】第三の方法は、第一の方法の電圧制御と、
第二の方法の時間制御とを組み合わせる方法である。
【0026】なお、上述したようにインク吐出量を変化
させると、インク液滴速度が変化する場合がある。イン
ク液滴速度のばらつきは記録媒体8への着弾位置のずれ
の原因となるので、インク液滴速度は補正する必要があ
る。そこで、本発明ではインク液滴速度の補正を次のよ
うに行う。
【0027】インク吐出孔7よりインク液滴11が吐出
した後、つまり図2のt=Taからt=Tbの間に、イ
ンク液滴を引き寄せる機構に図4の点線で示す18の電
圧(加速電圧)をかけて駆動する。これによりインク液
滴に静電引力を働かせ、インク液滴を加速させることが
可能となる。
【0028】前述した加速電圧18は、あらかじめ実験
によりインク吐出量に対応したインク液滴速度を確認
し、その速度のばらつきをインク液滴を引き寄せる機構
への印加電圧および電圧印加時間を変更して制御するこ
とにより、容易に補正可能である。この場合、インク液
滴を引き寄せる機構の駆動範囲は、インク加圧室6が加
圧されはじめてからインク液滴11が前記記録媒体8に
着弾するまでの間、すなわち図2の矢印13の範囲とな
る上述したインク液滴速度の補正は、インク吐出量制御
方法の第一ないし第三の方法を実行した後に行うが、こ
れに限らず、単にインク液滴速度を補正する目的のみに
適用してもよい。
【0029】なお、本例においては標的電極9側が正
極、インク電極5が負極となるように電圧を印加してい
るが、逆極性であっても良い。
【0030】一方、インク液滴11が前記記録媒体8に
着弾した直後から圧力発生器4により次のインク液滴が
吐出されようとする瞬間までの間に静電引力が作用する
と、不必要なインク液滴が吐出し、記録媒体8上に不要
なドットを形成してしまう可能性がある。この現象を防
ぐためには静電引力の発生周期がインク液滴の飛翔時間
よりも長くなければいけない。
【0031】すなわち、インク吐出孔7から前記記録媒
体8までの距離をL、インク液滴速度をvとすると、イ
ンク液滴の飛翔時間ΔtはL/vで表され、スイッチ1
の駆動周波数をfとすると、静電引力の発生周期は1/
fで表される。これらの条件より、1/f>Δt、つま
りf<v/Lを満たす必要がある。また、インク液滴が
前記記録媒体8に着弾した直後から前記圧力発生器4に
より次のインク液滴が吐出されようとする瞬間までの間
に静電引力が働かないように、この区間では静電引力が
発生しないように前記スイッチ1を開放する必要があ
る。
【0032】なお、前記圧力発生器4とインク液滴を引
き寄せる機構の駆動は同期していなければならない。つ
まり前記圧力発生器4に印加する電気パルスの周波数
と、前記スイッチ1の駆動周波数fは同じである。
【0033】
【発明の効果】以上、本発明によればインク吐出量を自
由に制御することができるので、滑らかな階調表現を損
なうことなく印刷効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の記録装置の記録ヘッド近傍の基本構
成を示す概略断面図。
【図2】 圧力発生器を駆動する印加電圧と時間との関
係を示すグラフ。
【図3】 インク液滴の吐出形状の時間遷移を示す図。
【図4】 インク液滴を引き寄せる機構の印加電圧と時
間との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1はスイッチ、2はインク加圧室隔壁、3は振動膜、4
は圧力発生器、5はインク電極、6はインク加圧室、7
はインク吐出孔、8は記録媒体、9は標的電極、10は
加速電源、11はインク液滴、12はインク供給口であ
る。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インク加圧室と、このインク加圧室に連通
    するインク吐出孔と、前記インク加圧室を満たすインク
    に圧力を与えて前記インク吐出孔よりインク液滴として
    吐出させる圧力発生機構とを有し、吐出されるインク液
    滴を記録媒体上に飛着させることにより記録を行うイン
    クジェット記録装置において、 前記吐出されるインク液滴に何らかの引力を与え、前記
    記録媒体方向へ引き寄せる機構を具備することを特徴と
    するインクジェット記録装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のインクジェット記録装置に
    おいて、 前記吐出されるインク液滴に何らかの引力を与え、記録
    媒体方向へ引き寄せる機構は、記録媒体の背面に設けら
    れた標的電極と、インク加圧室内のインクに電圧を印加
    するインク電極と、前記標的電極とインク電極との間に
    設けられたスイッチ及び加速電源により構成され、静電
    引力にてインク液滴を引き寄せるようにしたことを特徴
    とするインクジェット記録装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載のインクジェットプリント装
    置において、 前記標的電極とインク電極との間の印加電圧の大きさを
    変えることによりインク液滴の大きさを変更するように
    したことを特徴とするインクジェット記録方法。
  4. 【請求項4】請求項2記載のインクジェットプリント装
    置において、 前記標的電極とインク電極との間の電圧の印加時間を変
    えることによりインク液滴の大きさを変更するようにし
    たことを特徴とするインクジェット記録方法。
  5. 【請求項5】請求項2記載のインクジェットプリント装
    置において、 前記標的電極とインク電極との間の印加電圧の大きさ及
    び印加時間を変えることによりインク液滴の大きさを変
    更するようにしたことを特徴とするインクジェット記録
    方法。
  6. 【請求項6】請求項2記載のインクジェットプリント装
    置において、 前記標的電極とインク電極との間に電圧を印加してイン
    ク液滴速度を制御するようにしたことを特徴とするイン
    クジェット記録方法。
  7. 【請求項7】請求項2記載のインクジェットプリント装
    置にて、 前記インク吐出孔から前記記録媒体までの距離をL、イ
    ンク液滴速度をvとしたとき、発生された静電引力の駆
    動周波数fがf<v/Lを満たすように駆動することを
    特徴とするインクジェット記録方法。
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