JP2854575B2 - インクジエツト記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インクジェット記録装置に関する。 ［従来の技術］ 従来、インクジェット記録装置に関しては、多くの記
録方式がある。これを大きく分けると、連続噴射型、
インパルス型（オンデマンド型）、静電吸引型の３
つである。 連続噴射型においては、連続的に吐出されているイン
クを荷電，偏向させることによって記録を行うという原
理のため、装置が複雑となり、インクの回収や清浄装置
等も必要となっている。 また、静電吸引型においては、その構造は比較的簡単
であるが、高電圧を必要とすることから省エネルギおよ
び安全性の点で問題があり、しかも導電率等に関してイ
ンク物性に制限が多い上に周波数応答性も悪い。 これらに対して、オンデマンド型においては、必要な
ときだけ電気機械変換素子や電気熱変換素子等のエネル
ギ発生手段により与えられる吐出エネルギによってイン
ク滴を吐出させるものであり、構造が非常に簡単である
ので、記録装置として大いに期待されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところが、第８図に示すように、オンデマンド型のイ
ンクジェット記録装置、特にエネルギ発生手段として圧
電素子を用いたものにおいては、駆動周波数の高い領域
ではインク滴の吐出速度に共振周波数が存在する。この
ような共振周波数で、インク滴の吐出を行うとその吐出
状態は極めて不安定となる。 このような共振周波数が存在する原因は、インク滴を
吐出させるときの圧電素子による圧力波がノズルの前方
（インク滴の吐出方向）のみならず、後方のインク供給
経路にも及ぶので、その後方部分で圧力波が反射し、そ
の反射波が次回のインク滴の吐出状態に影響をおよぼす
ためと考えられている。 このため、インク吐出後のメニスカスの様子を観察す
ると、圧力波の存在が確認できる。第９図はメニスカス
振動の様子を示し、本図における特性曲線の局部的な凹
凸は反射波によるものと思われる。 共振の周期ｔはノズル内のインク中の音速ｃとノズル
の長さｌとの関数となり、 で表わすことができるが、これは第８図の実測値による
共振周波数、および第９図で示す曲線の凹凸の周期とほ
ぼ一致する。 特に、第９図のＲ点のように反射波がさらに大きなも
のであると、振動しているメニスカスがオリフィスを通
り越し、第10図に示すように、本来必要なインク滴101
の他に、不必要な小滴102がヘッド先端103から吐出する
ことがある。このような吐出状態は極めて不安定である
ばかりでなく、小滴102が印字品位を大いに乱すので、
早急に解決すべき問題であった。 そこで、インク滴の吐出を安定にするためには、この
反射波がノズル前方に至らないようにすればよく、その
ためにはノズル後方に向う圧力波および反射波をノズル
内のインク中で減衰させるようにすればよい。かかる減
衰を行うには、インクの粘度を高くする、あるいはノズ
ルを長くする等が考えられるが、両方法とも圧力波を減
衰させる効果を得る代償として、ノズル内の粘性抵抗の
増大すなわち周波数応答性の悪化をまねくという問題点
をはらんでいる。 従来はむしろ周波数応答性を重視してインクの粘度は
なるべく低く、ノズル長はなるべく短くするようにして
いたので、反射波による悪影響が大となり、インク滴の
吐出安定性は必ずしも良好とはいえなかった。 本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、圧電素子に電気信号を印加すること
により記録ヘッドのインク室の容積を変化させてノズル
のオリフィスからインクを記録媒体に向け吐出させるイ
ンクジェット記録装置において、正の電気パルス信号の
印加後、一定時間経過後のメニスカスの異常な振動を低
減できるだけでなく、負の電気パルス信号によりインク
室の容積が増大するときにインクの不吐出を生じさせる
ことなく、安定したインク吐出を可能とするように図っ
たインクジェット記録装置を提供することにある。 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、請求項１の発明は、圧電素
子に電気信号を印加することにより記録ヘッドのインク
室の容積を変化させてノズルのオリフィスからインクを
記録媒体に向け吐出させるインクジェット記録装置にお
いて、前記圧電素子を駆動する電気信号を発生する圧電
素子駆動手段を備え、前記圧電素子駆動手段は、前記イ
ンク室の容積を減少させてインクを吐出させる正の電気
パルス信号を発生し、前記正の電気パルス信号を発生
後、前記正の電気パルス信号を制御して前記減少したイ
ンク室の容積を徐々に復帰させ、前記ノズル内のインク
中の音速をc,ノズルの長さをｌとしたとき、前記正の電
気パルス信号を発生してからｔ＝4l/cで与えられる時間
経過後に前記インク室の容積を増加させる負の電気パル
ス信号であって前記正の電気パルス信号よりもパルス幅
が小さいか、または前記正の電気パルス信号よりもパル
ス電圧の絶対値が小さい負の電気パルス信号を発生し、
前記負の電気パルス信号を発生後、前記負の電気パルス
信号を制御して前記増加したインク室の容積を徐々に復
帰させることを特徴とする。 また、請求項２の発明は、圧電素子に電気信号を印加
することにより記録ヘッドのインク室の容積を変化させ
てノズルのオリフィスからインクを記録媒体に向け吐出
させるインクジェット記録装置において、前記圧電素子
を駆動する電気信号を発生する圧電素子駆動手段を備
え、前記圧電素子駆動手段は、前記インク室の容積を減
少させてインクを吐出させる正の電気パルス信号を発生
し、前記正の電気パルス信号を発生後、前記正の電気パ
ルス信号を制御して前記減少したインク室の容積を徐々
に復帰させ、前記ノズル内のインク中の音速をc,ノズル
の長さをｌとしたとき、前記正の電気パルス信号を発生
してからｔ＝4l/cで与えられる時間経過後に前記インク
室の容積を増加させる負の電気パルス信号であって前記
正の電気パルス信号よりもパルス幅が小さく、かつ前記
正の電気パルス信号よりもパルス電圧の絶対値が小さい
負の電気パルス信号を発生し、前記負の電気パルス信号
を発生後、前記負の電気パルス信号を制御して前記増加
したインク室の容積を徐々に復帰させることを特徴とす
る。 ［作用］ 本発明において、負の電気パルス信号は、前記正の電
気パルス信号よりもパルス幅が小さいか、または、前記
正を電気パルス信号よりもパルス電圧の絶対値が小さく
なるように制御されており、あるいは前記負の電気パル
ス信号は、前記正の電気パルス信号よりもパルス幅が小
さく、かつ前記正の電気パルス信号よりもパルス電圧の
絶対値が小さくなるように制御されている。これによ
り、前記正の電気パルス信号の印加後、ｔ＝4l/cで与え
られる時間経過後のメニスカスの異常な振動を低減でき
るだけでなく、前記負の電気パルス信号によりインク室
の容積が増大するときにノズルの先端から空気をノズル
内に取り込むことがないのでインクの不吐出を生じさせ
ることなく、安定したインク吐出を可能とすることがで
きる。 ［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。 第１図は本発明実施例で用いたインクジェット記録ヘ
ッドの構造を示す。ここで１はオリフィス、２は円筒ピ
エゾ（圧電素子）であって、例えばガラスノズル３の先
端を先細させてオリフィス１を形成させたものに、円筒
ピエゾ２を接着している。４はノズル３の後端に設けた
フィルター、５は円筒ピエゾ２へ駆動パルスを印加する
ヘッド駆動部、７は記録ヘッド内のインク室であり、フ
ィルター４からノズル（インク供給路）３を通ってイン
クが供給される。 以上のような構成において、円筒ピエゾ２に第２図
（Ａ）に示すような正のパルス電圧をヘッド駆動部５か
ら印加すると、そのパルス電圧に応じて円筒ピエゾ２が
装着されたインク室７の容積が変化し、オリフィス１か
らインク滴10が吐出される。ところが、この圧力波がノ
ズル３の先端及び後端ではね返り、インク吐出から4l/c
（但し、l:ノズルの長さ、c:ノズル３内のインク中での
音速度）の時間後に、この反射波がメニスカスを振動さ
せてしまう。ここで、ｃは上述のように無限に広い空間
を伝わる音速度とは異なり、ノズル３の管の中のインク
中を伝わる音速度であるので、このｃの値は、ノズル３
の管璧の影響により広い空間における値より小さいこと
が知られている。 このことから、第２図（Ｂ）に示すようにインク滴を
吐出させる正のパルス電圧印加の4l/cの時間後に、イン
ク室７の容積を増加させる負のパルス電圧を印加するよ
うなパルス波をヘッド駆動部５から円筒ピエゾ２へ印加
すれば、インク滴吐出の4l/cの時間後のメニスカスの異
常な振動はおさまり、吐出が安定することが実験によっ
ても確かめられた。 なお、4l/cの時間後の負のパルス電圧の電圧値及びそ
のパルス幅の値は、反射波の程度によってその最適値が
変化するので、インク粘度、ヘッドの構造、正のパルス
波のパルス電圧、およびパルス幅等に対応して設定し直
すことが好ましい。 第３図は本発明実施例の上述のヘッド駆動部５の駆動
回路の構成例を示す。 駆動回路は、第３図に示すようにトランジスタTr1〜T
r4を図示のように接続するとともに、出力端子であるト
ランンジスタTr2のコレクタとトランジスタTr4のコレク
タとの共通接続点を、圧電素子（円筒ピエゾ）２に接続
するとともに、その共通接点を抵抗R1を介して接地す
る。 このような構成において、第４図に示すようなパルス
ＡおよびＢが第３図の駆動回路に入力されると、トラン
ジスタTr1〜Tr4がON（導通）し、その出力としてｃのよ
うな波形が得られ、これが圧電素子２に印加される。 Ｃの駆動パルスは正のパルス前に負のパルスを印加す
ることによって、インク滴の吐出速度を高めるようにし
た駆動パルスであり、4l/cの時間後の負のパルス波が吐
出を安定化している。 次に、第５図〜第７図に示す駆動パルスの波形を参照
して他の実施例を説明する。 第５図の波形の駆動パルスでは円筒ピエゾ２を介して
急激にインク室７を加圧し、その後に徐々にその正の圧
力をゆるめ、負のパルス波を印加後も、徐々にその負の
圧力をゆるめるようになっている。このため泡を取り込
むことなく安定な吐出がオリフィス１から得られる。こ
のとき、上述の実施例と同様に正のパルスの4l/cの時間
後に負のパルス波を吐出している。 第６図の波形の駆動パルスは負のパルスがサイン波で
あるパルス波であり、4l/c時間後の負のパルス波が吐出
を安定化している。 第７図の波形の駆動パルスは正のパルスの発生後、4l
/cの時間毎にｎ回（ｎ＝1,2,3,…）、負のパルス波を印
加するようにしたものである。反射波がノズル３の管内
で減衰しにくい場合には、第７図に示すような波形の駆
動パルスを用いると良い。ただし、この場合ｎが大きく
なるに従って負のパルス電圧、またはパルス幅を小さく
していくこと等が必要となる。このような波形を用いる
ことによって、反射波が大きい場合、即ちインクの粘度
が低く、ノズル３が短く、圧力波の減衰が少ない等の場
合でも、安定な吐出を行なうことができる。 以上述べた各実施例を実施することにより、インク滴
の吐出は安定するので、従来装置よりも圧電素子２に印
加する駆動パルスの駆動周波数を高くすることが可能と
なる利点も得られる。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、負の電気パル
ス信号は、前記正の電気パルス信号よりもパルス幅が小
さいか、または、前記正の電気パルス信号よりもパルス
電圧の絶対値が小さくなるように制御されており、ある
いは前記負の電気パルス信号は、前記正の電気パルス信
号よりもパルス幅が小さく、かつ前記正の電気パルス信
号よりもパルス電圧の絶対値が小さくなるように制御さ
れている。これにより、前記正の電気パルス信号の印加
後、ｔ＝4l/cで与えられる時間経過後のメニスカスの異
常な振動を低減できるだけでなく、前記負の電気パルス
信号によりインク室の容積が増大するときにノズルの先
端から空気をノズル内に取り込むことがないのでインク
の不吐出を生じさせることなく、安定したインク吐出を
可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明実施例で用いた記録ヘッドの構造を示す
正面図、 第２図（Ａ）は従来の駆動パルスの波形図、第２図
（Ｂ）は本発明実施例の駆動パルスの波形図、 第３図は本発明実施例の回路構成を示す回路図、 第４図は第３図の実施例の入力信号と駆動パルスのタイ
ミングを示す波形図、 第５図、第６図および第７図はそれぞれ本発明の他の実
施例の駆動パルスの波形を示す波形図、 第８図は記録ヘッドの駆動周波数とインク滴吐出速度の
関係を示す特性図、 第９図はメニスカス振動の様子を示す特性図、 第10図は不安定なインク滴吐出の様子を示す断面図であ
る。 １……オリフィス、 ２……円筒ピエゾ（圧電素子）、 ３……ノズル、 ４……フィルター、 ５……ヘッド駆動部、 ７……インク室、 10……吐出インク滴、 101……必要なインク滴、 102……不必要なインク滴、 103……ヘッド先端。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−266255（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−139973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−114064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−104950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−176060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−28893（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．圧電素子に電気信号を印加することにより記録ヘッ
   ドのインク室の容積を変化させてノズルのオリフィスか
   らインクを記録媒体に向け吐出させるインクジェット記
   録装置において、 前記圧電素子を駆動する電気信号を発生する圧電素子駆
   動手段を備え、 前記圧電素子駆動手段は、 前記インク室の容積を減少させてインクを吐出させる正
   の電気パルス信号を発生し、 前記正の電気パルス信号を発生後、前記正の電気パルス
   信号を制御して前記減少したインク室の容積を徐々に復
   帰させ、 前記ノズル内のインク中の音速をc,ノズルの長さをｌと
   したとき、前記正の電気パルス信号を発生してからｔ＝
   4l/cで与えられる時間経過後に前記インク室の容積を増
   加させる負の電気パルス信号であって前記正の電気パル
   ス信号よりもパルス幅が小さいか、または前記正の電気
   パルス信号よりもパルス電圧の絶対値が小さい負の電気
   パルス信号を発生し、 前記負の電気パルス信号を発生後、前記負の電気パルス
   信号を制御して前記増加したインク室の容積を徐々に復
   帰させることを特徴とするインクジェット記録装置。 ２．圧電素子に電気信号を印加することにより記録ヘッ
   ドのインク室の容積を変化させてノズルのオリフィスか
   らインクを記録媒体に向け吐出させるインクジェット記
   録装置において、 前記圧電素子を駆動する電気信号を発生する圧電素子駆
   動手段を備え、 前記圧電素子駆動手段は、 前記インク室の容積を減少させてインクを吐出させる正
   の電気パルス信号を発生し、 前記正の電気パルス信号を発生後、前記正の電気パルス
   信号を制御して前記減少したインク室の容積を徐々に復
   帰させ、 前記ノズル内のインク中の音速をc,ノズルの長さをｌと
   したとき、前記正の電気パルス信号を発生してからｔ＝
   4l/cで与えられる時間経過後に前記インク室の容積を増
   加させる負の電気パルス信号であって前記正の電気パル
   ス信号よりもパルス幅が小さく、かつ前記正の電気パル
   ス信号よりもパルス電圧の絶対値が小さい負の電気パル
   ス信号を発生し、 前記負の電気パルス信号を発生後、前記負の電気パルス
   信号を制御して前記増加したインク室の容積を徐々に復
   帰させることを特徴とするインクジェット記録装置。