JP2612232C

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Publication number: JP2612232C
Authority: JP
Publication date: 1999-06-07

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】本発明は、記録信号に応じてノズルから液滴を噴出するように構成したインク
ジェット記録装置に用いるインク噴射のためのパルス電圧発生回路に関する。【従来の技術】まず、従来のインクジェット記録装置の概略について説明する。ノズルが設けられた液体収容室にその内容積が縮小するように圧力が加えられ
ると、液体収容室内部の液体が圧縮され、このエネルギーにより液体収容室内に
設けられたノズルから液体が液滴として放出される。液体収容室に加えられる圧
力が瞬間的なものであると、液滴の圧縮も瞬間的であり、ノズルから放出される
液体は粒状の液滴（トロップレット）となる。液体収容室内の液体にインク液を使用し、ノズルの前に被記録体（記録紙）を設け、記録信号（パルス電圧）に基づいて前記操作が行われると、ノズルから放
出されたドロップレットが記録紙に当たり、記録紙にはインクのドットが記され
る。この操作において、例えば、記録紙を縦方向に動かし、ノズルを横方向に動
かすこととすれば、記録紙の全面にインクのドットによる記録を文字等の所定パ
ターンに記すことができる。上記のような記録装置は、オンデマンドインクジェット記録装置として、すで
に市場に提供されている。オンデマンドインクジェット記録装置は、ワイヤドッ
トプリンタのようにワイヤのインパクトにより記録紙にドットを記すのではなく
、第１図ａの如く構成された液体収容室３にインク液２を供給し、そのノズル１
から放出された小さな液体のドロップレットが記録紙に当たることによりドット
が形成されるから、非常に静かに記録ができる。そして記録に必要な機械的駆動
部分が単純で、かつ少ないことから、装置を小型にすることが容易である。以下
、インク液に圧力を加える手段として、電気−機械変換器を例に説明する。電気
−機械変換器としては、例えばＰＺＴ等のピエゾクリスタルからなる圧電体７を
用いれば、短時間に記録を記すことができる。即ち、オンデマンドインクジェット記録装置は、ワイヤドットプリンタと比較
し、静かに、速く記録が出来、かつ装置を小型にすることが出来るのである。更
に、色の違うインク液を記録紙の同じ場所に重ね打ちをすることにより、インク
液の色だけでなく、多色の記録を残すことが可能となる。オンデマンドインクジェット記録装置において、高密度による高解像度の記録
を記録紙に記すためには、記録紙に記されるドットの径を小さくする必要がある
。そのためには、ノズルから放出するドロップレットの大きさを小さくしなけれ
ばならない。また、記録紙に画像等の記録をするには、濃度を多段階に変化させる必要が生
じる。濃度を多段階に変化させるには、記録紙のある面積に記すドットの数を変
化させる方法がある。濃度の濃い記録を得るには、記録紙に記すドットの数を多
くし、淡い記録をするには、ドットの数を少なくするわけである。しかし、この
方法だけで中間調を表現するには限界がある。濃度を多段階に変化させるには、
記録紙の単位面積当りのドットの数を変化させるとともに、記録紙に記されるドットの径をコントロールすることが必要である。即ち、オンデマンドインクジェット記録装置において、高密度による高解像度
、及び濃度が多段階の記録を記録紙に記すためには、ノズルから放出されるドロ
ップレットの大きさを小から大まで、必要に応じ自由にコントロール出来ること
が望ましいのである。ノズルから放出されるドロップレットの大きさを小さくするためには、ノズル
開口の径を小さくすることが考えられるが、ノズル開口の径を小さくすると、ノ
ズルの目詰まりが発生し易く、かつ、ノズル部分でインク液の摩擦が大きくなり
、インク滴がノズルから放出されにくくなる。ノズルを通過するインク滴の流動
性との関係から、ノズル開口の径を小さくするには自ずと限界がある。そして、
ノズル開口の径を小さくすることは、ドロップレットの大きさをある程度小さく
することは出来るが、その大きさを自由にコントロールすることはできない。ま
た、記録紙に記される記録を高密度とするため、ノズルから放出される際にドロ
ップレットの背後に副次的に形成される小さな液滴であるサテライトを利用する
方法もある。ノズルから放出されるドロップレットとサテライトは同一方向に放
出されるから記録紙に当たる場所は、何の操作も加えないと同じ場所である。記
録紙に記されるドットの大きさを変化させるためには、ドロップレットとサテラ
イトの使い分け、ドット径の小さい記録を記すには、サテライトのみを使用する
ようにしなければならない。この場合、ドロップレットが記録紙に到達しないよ
う操作しなければならない。このため、ドロップレットを帯電させ、偏向させる
手段、及び、使用されないドロップレットを回収する装置が必要となり、記録装
置全体が大型化する。そしてサテライトは、ドロップレットがノズルから放出さ
れる際に副次的に形成されるものであるため、その大きさを自由に変えることは
できない。従って、この装置によると記録紙に記されるドットの径は、ドロップ
レットとサテライトの違いにより大小の変化はあるが、その大きさを可変的にコ
ントロールすることができない。つぎに、ドロップレットの大きさを自由に変化させ、記録紙に記されるドット
の径をコントロールするため、液体収容室にある液体に加える圧力の大きさを変
化させ、ドロップレットの大きさをコントロールする装置が考え出された。インク液に加わる圧力が大きければ、ノズルか放出されるドロップレットは大きくな
り、加える圧力が小さければ、ドロップレットは小さくなると考えられ、パルス
電圧の高、低によりドロップレットの大きさをコントロールしようとしたのであ
る。しかし、この装置によると、ドロップレットの大きさの変化可能な領域が狭く
、しかもある大きさのドロップレットを形成することは困難であることが解った
。【発明が解決しようとする課題】以上記載したように、従来技術では、ノズルから放出されるドロップレットの
大きさを自由に調節し、記録紙に記されるドット径をコントロールすることは出
来なかった。本発明は、鋭意努力の結果、インク噴射のために同じパルス電圧を用いた場合
であっても、パルス電圧を印加したときのノズル内のインク液の先端位置が、ド
ロップレットの大きさに関係していることを突き止めたのである。即ち、第１図ｂのように、ノズル１内のインク液２の先端が、ノズル１の先ま
で満たされている場合と、第１図ｃのように、ノズル１内のインク液２の先端が
、ノズル１の先からある距離１だけ後退した位置にある場合とでは、インク噴射
のために同じパルス電圧を印加しても、ノズル１から放出されるドロップレット
の大きさは異なるのである。ドロップレットの大きさを縦軸にとり、ノズルの先と、インク液の先端位置と
の間の距離１を横軸にとると、同じ印加パルス電圧でも、ドロップレットの大き
さは、第２図に示すように変化する。そこで、本発明者は、ノズルから放出するドロップレットを形成する主パルス
電圧を加える前に、ノズル内のインク液の先端位置を制御することにより、ドロ
ップレットの大きさを自由に変化させることができ、記録紙に記されるドットの
径を自由にコントロールすることができると考え、本発明をするに到った。【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するための本発明の構成は、記録信号に応じて、インクをノ
ズルより噴射させるオンデマンドインクジェット記録装置のインク噴射のための
パルス電圧発生回路であって、インク噴射のための主パルス電圧を発生する回路と、前記主パルス電圧と同極性でかつ前記主パルス電圧より狭パルス幅であるイ
ンクを噴射させない付加パルス電圧を発生するとともに、該付加パルス電圧及び
／又はそのパルス幅、または、付加パルス電圧印加後に主パルス電圧を印加する
までの時間を変化させる手段とを有し、前記付加パルス電圧の発生後であってか
つ前記ノズル内のインクの振動中に前記主パルス電圧が発生するように構成され
たことを特徴とするオンデマンドインクジェット記録装置用パルス電圧発生回路
である。【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。インク液に圧力を加える手段としては、電気−機械変換器（圧電体のピエゾク
リスタル）を使用した例を用いて説明する。第３図は、ピエゾクリスタル（例えば第１図ａの７）にパルス電圧を加え、ノ
ズルからドロップレットを放出させるための入力波形ａと駆動波形ｂの従来例を
示す。パルス電圧発生回路から第３図ａに示すようなパルス電圧がピエゾクリスタル
に印加されると、ピエゾクリスタルの両極板間の電圧は、コンデンサの充放電特
性と同様の第３図ａに示すような波形となる。ピエゾクリスタルは、電圧が印加
されると歪み、この歪みによりインク液に圧力が加わり、ノズルからドロップレ
ットが放出され、このドロップレットにより記録紙にドットが記される。次に、第４図に本発明の実施例による入力波形ａと駆動波形ｂを示す。ノズル内の先端インク液の位置を変動させるための付加パルス電圧Ｓを主パル
ス電圧Ｍに先行してピエゾクリスタルに印加する。ピエゾクリスタルは、付加パ
ルス電圧Ｓにより歪み、インク液に圧力を加える。この圧力は付加パルス電圧が
ピエゾクリスタルに印加されている時間が短時間のため、インク液を幾分外方へ
押しやるが次に引き戻されて減衰振動を開始するだけであり、ドロップレットが
ノズルから放出されることはない。インク液が振動すると、この振動がノズル内
のインク液にもつたわりノズル内のインク液の先端はノズル内で往復運動を繰り
返す。インク滴がノズル内で往復運動を繰り返している間の適切な時点で、ドロ
ップレットを形成する主パルスＭがピエゾクリスタルに印加されれば、第２図に示すように、先端インク液の位置に対応した大きさのドロップレットがノズルか
ら放出される。前記した付加パルス電圧Ｓおよび主パルス電圧Ｍにより加圧手段を駆動するた
めの電気回路を第５図に示す。この回路では、入力端子Ｔに，第４図ａに示すような付加パルス電圧の信号が
加わると、入力端子Ｔは、フリップフロップ（ＦＦ）３の入力端子、及びアンド
回路４，５の入力端子の一方に接続されているから、ＦＦ３のＱ出力は、“Ｈ”
となり、この出力がアンド回路４の他方の入力端子に入力され、アンド回路４の
出力は、“Ｈ”となる。アンド回路４の出力が“Ｈ”となるとトランジスタＴｒ
₁はオンとなり、トランジスタＴｒ₁のコレクタに加えられている電圧Ｖ₁が可変
抵抗６を介してピエゾクリスタル７に加わる。ピエゾクリスタル７にこの電圧が
加わると、インク液は振動し、ノズル内のインク液の先端はノズル内で往復運動
を繰り返す。付加パルス信号Ｓが零になると、ＦＦの出力Ｑは“Ｌ”となる。そ
して上記と逆にトランジスタＴｒ₁はオフとなり、ピエゾクリスタル７に加わる
電圧も零となる。つぎに、入力端子Ｔに、第４図ａに示すような主パルス電圧信号Ｍが加わると
、ＦＦ３の出力Ｑが“Ｈ”となり、これがアンド回路５の入力端子に加わり、ア
ンド回路５の出力が“Ｈ”となる。この“Ｈ”出力が、トランジスタＴｒ₂のベ
ースに加わると、トランジスタＴｒ₂はオンとなり、コレクタに加えられている
Ｖ₂が可変抵抗６を介してピエゾクリスタル７に加えられる。この主パルス電圧
Ｍの印加時間は、付加パルス電圧Ｓと比較し長いから、ピエゾクリスタル７も大
きく変形し、ドロップレットがノズルから放出される。そして、この時のドロッ
プレットの大きさは、付加パルス電圧によりノズル内で往復運動を繰り返してい
るインク液の先端位置により決定される。上記したように構成されたインクジェット記録装置のノズル構造において、ド
ロップレットの大きさをコントロールするための手段について説明する。ドロップレットの大きさをコントロールするためには、付加パルス電圧及び／
又はそのパルス幅、付加パルス電圧印加後に主パルス電圧を印加するまでの時間
を変化させることが考えられる。まず、付加パルス電圧およびそのパルス幅を変化させることにより、ドロップ
レットの大きさをコントロールすることについて説明する。付加パルス電圧は、インク液を振動させ、ノズル内のインク液をノズル内で往
復させるために、ピエゾクリスタル７に印加される電圧であり、付加パルス電圧
の高低及びそのパルス幅の違いにより、インク液の挙動は変化し、インク液がノ
ズル内で１回の往復運動を繰り返すに必要とする時間は変化する。従って、付加
パルス電圧から主パルス電圧を印加するまでの時間間隔を一定にしても、振動数
の違いにより、ノズル内のインク液の先端位置は異なるから、付加パルス電圧の
高低及びそのパルス幅を変化させることにより、ドロップレットの大きさをコン
トロールすることができるのである。また、このパルスは、付加される時間が短
時間、すなわちパルス幅が狭いため、ドロップレットを放出することはない。つぎに、付加パルス電圧から主パルス電圧を印加するまでの時間間隔を調整す
ることにより、ドロップレットの大きさをコントロールすることについて説明す
る。付加パルス電圧がピエゾクリスタル７に印加されることにより、インク液は振
動し、ノズル内のインク液はノズル内で往復運動を繰り返す。付加パルス電圧が
印加されてからの時間の違いにより、ノズル内のインク液の先端位置は異なるか
ら、付加パルス電圧と主パルス電圧を印加する時間の間隔を調整することにより
、ノズルから放出されるドロップレットの大きさをコントロールすることが出来
る。なお、上記付加パルスの印加時間は、５００μ_sec以下、付加パルスから主パ
ルスまでの時間は５００μ_secのときに良好な結果が得られた。前記したドロップレットの大きさをコントロールするために用いる本発明のパ
ルス電圧を発生する回路を第６図に示す。付加パルス電圧のパルス幅を設定するために設けられたタイマー１に入力があ
ると、パルス幅が調整された出力が、タイマー２の入力端子に加わる。タイマー
２は、付加パルス電圧から主パルス電圧を印加するまでの時間間隔を調整するた
めに設けられたタイマーである。タイマー２は、タイマー１から入力があってか
ら設定時間経過後、主パルス電圧のパルス幅を調整するために設けられたタイマ
ー３に出力を出す。タイマー３は、タイマー２からの出力が入力されると、設定された時間、即ち、主パルスの幅のパルス信号を出力として出す。第７図は、上記パルス電圧発生回路からのパルス信号により、ピエゾクリスタ
ルを振動させる場合の電気回路図である。第７図の入力端子Ａは、第６図のタイマー１の出力端子に接続され、タイマー
１により付加パルス電圧のパルス幅が調整されたパルス信号が入力端子Ａに加わ
ると、トランジスタＴｒ₃、Ｔｒ₄がオンとなり、Ｖ₁の電圧が可変抵抗６を介し
てピエゾクリスタル７に印加され、ノズル内の先端インク液がノズル内で往復運
動を開始する。そして、入力端子Ｂには、タイマー３から付加パルス電圧印加後に主パルス電
圧を印加するまでの時間間隔および主パルス電圧の幅が調整された主パルス信号
が入力される。主パルス信号が入力端子Ｂに加わると、トランジスタＴｒ₅、Ｔ
ｒ₆はオンとなり、Ｖ₂の電圧が可変抵抗６を介してピエゾクリスタル７に加わる
。ここでノズルからは、ノズル内のインク液の先端位置により決定されるドロッ
プレットが放出されることとなる。タイマー１により付加パルス電圧のパルス幅が、Ｖ₁を変化させることにより
付加パルス電圧が調整でき、そして、タイマー２により主パルス電圧を印加する
タイミング、タイマー３により主パルス電圧の印加時間の調整をすることができ
る。この中で１つ、又は組み合わせで調整することにより、ノズルから放出され
るドロップレットの大きさをコントロールすることができることとなった。第８図に、前記タイマー１、２、３及びＶ₁を調整することによりピエゾクリ
スタル７に加わる付加パルス電圧と主パルス電圧の波形図を示す。第８図のよう
に付加パルス電圧を主パルスで電圧より低くする構成とすれば、消費電力を最小
限にすることができる。【発明の効果】従来技術によれば、ノズルから放出されるドロップレットの大きさを、ある程
度変化させることは出来たが、所望の大きさにコントロールすることは出来なか
った。このため高密度による高解像度の記録を記すことが出来ず、画像を記録す
るときに必要な濃淡を表現するときでも、記録紙の単位面積当たりのドット数を
変化することしかできなかった。そして、カラー記録をする場合、記録紙の同じ場所に色の違うインク液で重ね
打ちをする必要があるが、従来技術では重ね打ちをした場合、そのドット径は他
のドット径と比較し大きく記され、クッキリとしたカラー画像を記すことが出来
なかったのである。しかし、本発明のパルス電圧発生回路によれば、主パルスに先行して同極性の
付加パルスを加えているのでノズルから放出されるドロップレットの大きさを自
由にコントロールすることができる。従って、高密度による高解像度記録を得るには、ノズルから放出されるドロッ
プレットの大きさを小さくし、数多くのドットを記録紙に記すこととすれば良く
、記録の濃淡も記録紙の単位面積当たりのドットを変化させるだけでなく、ドッ
ト径の大小の変化により中間調を表すことが出来る。従って中間調の記録が従来
技術と比較し、明瞭に行える。また、カラー記録をする時に必要な重ね打ちをしても、重ね打ちをするときの
ドロップレットの大きさを小さくすることにより、記録紙に配されるドット径を
他のドット径をほぼ同一の径とすることができる。従って、明確なカラー記録を
することが可能となった。更に、同じドロップレットの大きさであっても、記録紙の紙質により、記され
るドット径が異なる場合が生じる。しかし、従来技術では、ドロップレットの大
きさをコントロールすることができなかったので、種々の紙質の記録紙に応じて
ドット径を同じにすることはできない。本発明によれば、ドロップレットの大きさをコントロールすることができるの
で、記録紙の紙質が変わっても、常に同一径のドットを記すことが可能となった
。そして、ドロップレットが記録紙に当たることにより記されるドット径が大き
くなりすぎるような性質を有するインク液は、従来では使用することができなか
ったが、本発明によれば、ドロップレットを小さくすることができるので、使用
できるインク液の範囲が広くなったのである。また、付加パルス電圧のパルス幅を主パルス電圧より狭くしたため、付加パル
ス電圧を追加したことによる印字速度の低下を最小限に抑えることができる。【図面の詳細な説明】【第１図ａ】インクジェット記録装置の断面図【第１図ｂ、ｃ】イズル内のインク液先端位置を比較して示す断面図【第２図】先端インク液の位置の違いによるドロップレットの大きさの変化を
表した図【第３図ａ，ｂ】従来例による入力波形と振動波形を表した図【第４図ａ，ｂ】本発明の実施例による付加パルス電圧を加えたときの入力波
形と振動波形を表した図【第５図】本発明の実施例により動作する電気回路図【第６図】本発明の実施例によるパルス電圧発生回路【第７図】本発明の実施例により動作する他の電気回路図【第８図ａ，ｂ，ｃ，ｄ】ピエゾクリスタルに加わる信号の波形図なお、図面に用いられている符号において、１…ノズル、２…インク液、３…フリップフロップ、４、５…アンド回路、６
…可変抵抗、７…ピエゾクリスタル、Ｔｒ₁、Ｔｒ₂、Ｔｒ₃、Ｔｒ₄、Ｔｒ₅、Ｔ
ｒ₆…トランジスタ、Ｓ…付加パルス電圧、Ｍ…主パルス電圧である。

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】記録信号に応じて、インクをノズルより噴射させるオンデマンドインクジェッ
ト記録装置のインク噴射のためのパルス電圧発生回路であって、インク噴射のための主パルス電圧を発生する回路と、前記主パルス電圧と同極性でかつ前記主パルス電圧より狭パルス幅であるイン
クを噴射させない付加パルス電圧を発生するとともに、該付加パルス電圧及び又
はそのパルス幅、または、付加パルス電圧印加後に主パルス電圧を印加するまで
の時間を変化させる手段とを有し、前記付加パルス電圧の発生後であってかつ前記ノズル内のインクの振
動中に前記主パルス電圧が発生するように構成されたことを特徴とするオンデマ
ンドインクジェット記録装置用パルス電圧発生回路。