JP3135101B2 - 連続噴射型インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続噴射型インクジェッ
ト記録装置に関し、特に連続噴射型インクジェット記録
装置においてノズルに装着された振動子の励振周波数
（励振信号の周波数）を可変に調整し、さらにノズルか
ら吐出されるインク流量を励振周波数に比例させて可変
に調整することによってサテライト粒子（主粒子間に生
じる微小粒子）の発生を最適状態に制御しプリント画像
の画質を高めかつ画像濃度を常に一定に保つ技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の連続噴射型インクジェット記録装
置は、例えば図３に示すように、インクを収容するイン
クボトル３１と、インクを加圧して送り出すインクポン
プ３２と、インクを供給するインクチューブ３３と、極
細径円径オリフィスを有するノズル３４と、ノズル３４
内のインクの電位を接地レベルとするインク電極３５
と、ノズル３４に装着されたピエゾ振動子でなる振動子
３６と、振動子３６に励振信号を与える振動子駆動用発
振器３７と、ノズル３４と同心の円形開口またはスリッ
ト状の開口を有し画像データに対応してインクジェット
の帯電を制御する帯電信号が印加される制御電極３８
と、制御電極３８の前方に接地されて配置された接地電
極３９と、接地電極３９に装着されたナイフエッジ４０
と、偏向用高圧ＤＣ電源（以下、単に偏向電源という）
４１と、偏向電源４１が接続され接地電極３９との間に
インクジェット飛翔軸と直交する強電場を作り帯電イン
ク粒子を接地電極３９側に偏向するための偏向電極４２
とを備えて構成されていた。なお、符号４３は、記録媒
体が巻き付けられる回転ドラムを示す。

【０００３】このような従来の連続噴射型インクジェッ
ト記録装置では、インクポンプ３２で加圧されたインク
がインクチューブ３３を通じてノズル３４に導かれ、オ
リフィスからインクジェットが形成され、ジェット径，
流速およびインク物性値に依存する自発粒子化周波数で
インク粒子列に分裂する。このとき、ノズル３４に装着
された振動子３６の励振周波数を自発粒子化周波数近辺
に設定してやると、粒子化は振動子３６の励振に同期
し、きわめて均一サイズのインク粒子が励振周波数に一
致して発生する。

【０００４】インク柱から分裂した均一なインク粒子列
を画像の濃淡に対応しかつ励振信号に位相が同期した帯
電信号（記録パルス）で帯電変調してやると、帯電イン
ク粒子は偏向電場の作用で接地電極３９側に偏向されて
ナイフエッジ４０でカットされ、非帯電インク粒子のみ
が直進してナイフエッジ４０を通過し回転ドラム４３に
巻き付けられた記録媒体上にドットを形成する。これに
より、回転ドラム４３の回転およびノズル３４を搭載す
るキャリア（図示せず）の回転ドラム軸方向への移動に
従って記録媒体上に画像がプリントされる。

【０００５】ところで、連続噴射型インクジェット記録
装置では、インクジェットがインク柱からインク粒子に
分裂するときに、その表面変形の非線形性によって各主
粒子の間にサテライト粒子が発生する場合がある。サテ
ライト粒子の発生モードには、発生したサテライト粒子
が後続主粒子に合体するモードと、先行主粒子に合体す
るモードと、記録面に到達するまで合体しないモードと
の３種類がある。サテライト粒子が発生しないモードが
最も望ましいが、発生してもすぐ合体する場合には特に
問題にならない。すぐに合体しないサテライト粒子は、
下記の理由によりプリント画像の画質を低下させる。

【０００６】（１） 帯電サテライト粒子が非帯電主粒
子に合体すると、非帯電主粒子（記録粒子）がわずかに
帯電して偏向を受ける結果、記録ドットの位置ずれやナ
イフエッジ４０でカットされた場合は記録ドット抜けが
発生する。

【０００７】（２） 非帯電サテライト粒子が帯電主粒
子（非記録粒子）に合体すると、（１）とは逆に帯電主
粒子の比電荷が小さくなる結果、偏向量は減少する。そ
れによって、帯電主粒子がナイフエッジ４０を通過する
ようになれば、記録媒体に帯電主粒子が記録されて画像
雑音となる。

【０００８】（３） 非帯電主粒子と非帯電サテライト
粒子とが記録されるまで合体しない場合は、記録媒体に
非帯電サテライト粒子が記録されてゴーストイメージが
生じる。

【０００９】そこで、本願発明者は、サテライト粒子の
発生を画質に対して最適状態に制御して高画質プリント
を可能にするために、ノズルに装着された振動子の励振
周波数を可変に調整できるようにした連続噴射型インク
ジェット記録装置をすでに提案した（特開平４−２２０
３５０号公報参照）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の連続噴射型インクジェット記録装置では、振動子の励
振周波数が変化してもノズルから吐出されるインク流量
は変化しないようになっていたので、振動子の励振周波
数が変化すると、インク柱から分裂する１インク粒子当
たりの体積が変化することになり、プリント画像の画像
濃度も変化してしまうという問題点があった。

【００１１】本発明の目的は、上述の点に鑑み、振動子
の励振周波数を変化させたときに、これに比例してノズ
ルから吐出されるインク流量を変化させて、１インク粒
子当たりの体積が変化しないようにすることにより、プ
リント画像の画像濃度が一定に保たれるようにした連続
噴射型インクジェット記録装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の他の目的は、複数のノズル
を搭載するカラープリント可能な連続噴射型インクジェ
ット記録装置において、各ノズル共通に振動子の励振周
波数を変化させたときに、これに比例してノズルから吐
出されるインク流量を変化させて１インク粒子当たりの
体積が変化しないようにすることにより、色バランスを
乱すことなくプリント画像の画像濃度が一定に保たれる
ようにした連続噴射型インクジェット記録装置を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の連続噴射型イン
クジェット記録装置は、インクポンプで加圧されたイン
クが導かれて一様なインク粒子を発生させるノズルを備
えるインクジェット形成手段と、前記ノズルに装着され
た振動子を励振し励振に同期してインク粒子を生成させ
るために振動子に印加する励振信号を作る励振信号発生
手段と、前記ノズルより生成されたインク粒子の帯電を
画像データに対応した帯電信号で制御する帯電制御手段
と、前記振動子の励振周波数を可変に調整できるととも
に、前記振動子の励振周波数を変化させたときに前記振
動子の励振周波数に比例して前記インクポンプによる前
記ノズルの吐出インク流量を変化させる制御手段とを有
することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の連続噴射型インクジェット
記録装置は、複数のノズルを搭載するカラープリント可
能な連続噴射型インクジェット記録装置において、イン
クポンプで加圧されたインクが導かれて一様なインク粒
子を発生させる複数のノズルを備えるインクジェット形
成手段と、各ノズルに装着された振動子を励振し励振に
同期してインク粒子を生成させるために各振動子に印加
する複数の励振信号を作る励振信号発生手段と、前記複
数のノズルより生成されたインク粒子の帯電を各々独立
な画像データに対応した複数の帯電信号で制御する帯電
制御手段と、複数の振動子に共通に振動子の励振周波数
を可変に調整できるとともに、前記振動子の励振周波数
を変化させたときに前記振動子の励振周波数に比例して
各インクポンプによる各ノズルの吐出インク流量を変化
させる制御手段とを有することを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明の連続噴射型インクジェット記録装置で
は、ノズルに装着された振動子の励振周波数を可変に調
整すると、制御手段が、振動子の励振周波数に比例して
インクポンプによるノズルの吐出インク流量を変化させ
る。これにより、１インク粒子当たりの体積が変化しな
いようになり、画像濃度が一定に保たれる。

【００１６】また、本発明の連続噴射型インクジェット
記録装置では、複数のノズルを搭載するカラープリント
可能な連続噴射型インクジェット記録装置において、各
ノズル共通に振動子の励振周波数を可変に調整すると、
制御手段が、振動子の励振周波数に比例して各インクポ
ンプによる各ノズルの吐出インク流量を変化させる。こ
れにより、１インク粒子当たりの体積が変化しないよう
になり、色バランスを乱すことなく画像濃度が一定に保
たれる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１実施例に係る連続噴
射型インクジェット記録装置の要部を示す構成図であ
る。本実施例の連続噴射型インクジェット記録装置は、
インクを収容するインクボトル１と、インクボトル１か
らインクを吸引するシリンダ２と、シリンダ２内を往復
動するピストン３と、インクボトル１とシリンダ２とを
開閉自在に連通する電磁弁４と、インクを供給するイン
クチューブ５と、インクチューブ５を通じてシリンダ２
と連通し極細径円径オリフィスを有するノズル６と、シ
リンダ２内の圧力を測定する圧力センサ７と、ピストン
３をシリンダ２内で往復動させるステッピングモータ８
と、ステッピングモータ８の出力軸に結合されたギアＡ
９と、ギアＡ９に噛み合って連動するギアＢ１０と、ギ
アＢ１０と同軸状に結合され一体で回転する雌ねじ１１
と、ピストン３に結合され雌ねじ１１と噛み合って雌ね
じ１１の回転によってピストン３を往復動させる雄ねじ
１２と、連続噴射型インクジェット記録装置の中央処理
装置であるマイクロプロセッサＭＰと、マイクロプロセ
ッサＭＰからの指令と圧力センサ７の出力とに基づいて
電磁弁４の開閉およびステッピングモータ８の回転を制
御するポンプ制御装置１３と、ノズル６内のインクの電
位を接地レベルとするインク電極１４と、ノズル６に装
着されたピエゾ振動子でなる振動子１５と、ノズル６と
同心の円形開口またはスリット状の開口を有し画像デー
タに対応してインクジェットの帯電を制御する帯電信号
が印加される制御電極１６と、制御電極１６の前方に接
地されて配置された接地電極１７と、接地電極１７に装
着されたナイフエッジ１８と、偏向電源Ｅ１と、偏向電
源Ｅ１が接続され接地電極１７との間にインクジェット
飛翔軸と直交する強電場を作り帯電インク粒子を接地電
極１７側に偏向するための偏向電極１９と、記録媒体を
巻き付ける回転ドラム２０と、回転ドラム２０を回転駆
動するドラムモータ２１と、回転ドラム２０の軸に結合
され画素記録指令信号ＤＣＬＫを発生するシャフトエン
コーダ２２と、マイクロプロセッサＭＰから指令された
励振周波数の励振信号ＰＣＬＫを発生する基準発振器Ｃ
Ｇと、励振周波数の励振信号ＰＣＬＫおよびシャフトエ
ンコーダ２２が発生する画素記録指令信号ＤＣＬＫを入
力しデジタルＤＣサーボ方式（本願発明者による特開平
４−１５８０４８号公報参照）でドラムモータ２１（す
なわち、回転ドラム２０）の回転を制御するモータ制御
回路ＭＣと、励振周波数の励振信号ＰＣＬＫで振動子１
５を駆動する振動子ドライバＶＤと、画素記録指令信号
ＤＣＬＫに同期して画像データを濃度階調に対応するパ
ルス幅に変換するパルス幅変調器ＰＭと、パルス幅変調
器ＰＭの出力の立上りまたは立下りのエッジを励振信号
ＰＣＬＫの立上りまたは立下りのエッジに同期させる同
期化回路ＳＣと、同期化回路ＳＣの出力を電圧増幅して
帯電信号として制御電極１６に印加する高圧スイッチＨ
ＶＳとから、その主要部が構成されている。なお、ピス
トン３には、図示されていない回転防止機構が付設され
ている。

【００１９】次に、このように構成された第１実施例の
連続噴射型インクジェット記録装置の動作について説明
する。

【００２０】励振周波数が指定されている状態でプリン
ト動作の開始が指示されると、マイクロプロセッサＭＰ
は、指定された励振周波数の励振信号ＰＣＬＫを発生さ
せるように基準発振器ＣＧに指令を与える。

【００２１】基準発振器ＣＧは、マイクロプロセッサＭ
Ｐからの指令で励振周波数の励振信号ＰＣＬＫを出力す
る。基準発振器ＣＧから出力された励振信号ＰＣＬＫ
は、モータ制御回路ＭＣ，振動子ドライバＶＤおよび同
期化回路ＳＣにそれぞれ入力される。

【００２２】モータ制御回路ＭＣは、励振周波数の励振
信号ＰＣＬＫを分周した指令クロックをドラムモータ２
１に与えて回転ドラム２０を回転させるとともに、シャ
フトエンコーダ２２からの画素記録指令信号ＤＣＬＫを
入力して、デジタルＤＣサーボ方式でドラムモータ２１
の回転が記録に必要な一定の回転速度となるように立ち
上げる。

【００２３】振動子ドライバＶＤは、励振周波数の励振
信号ＰＣＬＫを振動子１５に与えてノズル６を励振す
る。

【００２４】また、マイクロプロセッサＭＰは、指定さ
れた励振周波数の励振信号ＰＣＬＫに対して、インク粒
子の体積が規定の値（一定値）になるような駆動パルス
レートでステッピングモータ８が動作するようにポンプ
制御装置１３に指令を出す。

【００２５】すなわち、駆動パルスレートをｆ_P 、ノズ
ル６からの吐出インク流量をＱとすると、（１）式が成
り立つ。 Ｑ＝Ｋ₁ ・ｆ_P （１）

【００２６】ここで、Ｋ₁ は、ステッピングモータ８の
ステップ角、ギアＡ９とギアＢ１０との歯数比、雌ねじ
１１および雄ねじ１２のピッチならびにピストン３の断
面積によって決まる定数である。

【００２７】一方、励振周波数をｆ_S 、インク粒子の体
積をＶ_d （一定）とすると、（２）式が成り立つ。 Ｑ＝ｆ_S ・Ｖ_d （２）

【００２８】したがって、（１）式および（２）式よ
り、Ｖ_d ／Ｋ₁ ＝Ｋとおけば、（３）式が得られる。 ｆ_P ＝Ｋ・ｆ_S （３）

【００２９】ここで、Ｋは定数となるから、インク粒子
の体積Ｖ_d を一定にするためには、励振周波数ｆ_S に比
例した駆動パルスレートｆ_P でステッピングモータ８を
動作させればよいことになる。マイクロプロセッサＭＰ
は、ポンプ制御装置１３にこのような指令を出す。

【００３０】すると、ポンプ制御装置１３は、電磁弁４
を閉じ、ステッピングモータ８を駆動パルスレートｆ_P
で駆動する。

【００３１】ステッピングモータ８が駆動パルスレート
ｆ_P で駆動されると、ギアＡ９，ギアＢ１０および雌ね
じ１１が回転し、雄ねじ１２が軸方向に移動することに
よってピストン３が励振周波数ｆ_S に比例する一定速度
でシリンダ２内に進入し、インクチューブ５を通じてノ
ズル６内にインクが供給され、先端オリフィスからイン
ク柱が吐出される。このとき、ノズル６には振動子１５
により励振周波数ｆ_Sの励振が加えられているので、イ
ンク柱は励振周波数ｆ_S に同期してインク粒子に分裂す
る。ノズル６から吐出されるインク流量Ｑが励振周波数
ｆ_S に比例しているので、励振周波数ｆ_S で分裂するイ
ンク粒子の体積Ｖ_d が一定になることはいうまでもな
い。

【００３２】他方、回転ドラム２０に直結されたシャフ
トエンコーダ２２の出力から作られた画素記録指令信号
ＤＣＬＫに同期して画像データがパルス幅変調器ＰＭに
送られ、画像データが濃度階調に対応するパルス幅（励
振信号ＰＣＬＫのパルス幅が基準）に変換されて同期化
回路ＳＣに送られる。

【００３３】同期化回路ＳＣは、パルス幅変調器ＰＭの
出力の立上りまたは立下りのエッジを、基準発振器ＣＧ
から入力された励振信号ＰＣＬＫの立上りまたは立下り
のエッジに同期（一致）させ、高圧スイッチＨＶＳに入
力させる。

【００３４】高圧スイッチＨＶＳは、同期化回路ＳＣの
出力をインクジェットの帯電に必要な電位まで電圧増幅
させて帯電信号として制御電極１６に印加する。

【００３５】ノズル６から吐出されて分裂された一定体
積Ｖ_d のインク粒子は、制御電極１６で帯電信号に応じ
て誘導帯電され、帯電インク粒子は偏向電極１９と接地
電極１７との間に作られた電場によって接地電極１７に
引き寄せられてナイフエッジ１８でカットされ、非帯電
インク粒子は直進してナイフエッジ１８を通過し回転ド
ラム２０上の記録媒体に達してドットを形成する。これ
により、回転ドラム２０の回転およびノズル６を搭載す
るキャリア（図示せず）の回転ドラム軸方向への移動に
従って画像データに応じた画像が記録媒体上にプリント
される。

【００３６】なお、プリントされた画像を目視して所望
の画質の画像が得られていないと判断された場合には、
励振周波数を調整して再プリントを行う。再プリントの
画像の画像濃度と前回プリントの画像の画像濃度とが変
わらないことはいうまでもない。励振周波数を調整して
プリントを繰り返すことにより、所望の画質の画像を得
ることができる。

【００３７】図２は、本発明の第２実施例に係る連続噴
射型インクジェット記録装置の要部を示す構成図であ
る。本実施例の連続噴射型インクジェット記録装置は、
複数本（図示は４本）のノズル６を搭載するカラープリ
ント可能な連続噴射型インクジェット記録装置であり、
図１に示した第１実施例の連続噴射型インクジェット記
録装置における基準発振器ＣＧ，接地電極１７，ナイフ
エッジ１８，偏向電極１９，偏向電源Ｅ１，マイクロプ
ロセッサＭＰ，モータ制御回路ＭＣ，ポンプ制御回路１
３等以外は、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの４色独立に構成するよ
うにしたものである。したがって、図１に示した第１実
施例の連続噴射型インクジェット記録装置における部分
と対応する部分には同一符号を付して、それらの詳しい
説明を省略する。なお、基準発振器ＣＧを４色独立にし
なかったのは、基準発振器ＣＧまでも４色独立にする
と、色毎に単位時間当たりの発生インク粒子数が異なっ
てくることになり、記録媒体上で４色の付着インク量を
制御して色表現するカラープリント可能な連続噴射型イ
ンクジェット記録装置の場合には色バランスが乱れる等
の不都合が生じるからである。

【００３８】このように構成された第２実施例の連続噴
射型インクジェット記録装置のプリント動作では、第１
実施例の連続噴射型インクジェット記録装置のプリント
動作でプリントしたのと同様に、Ｃ，Ｍ，Ｙ，ＢＫの色
毎の画像データに基づいてカラー画像をプリントするこ
とができることはいうまでもない。したがって、各ノズ
ル共通に振動子１５の励振周波数を調整したときに、各
ノズル６から吐出されるインク流量が励振周波数に比例
して変化するので、１インク粒子当たりの体積が常に一
定に保たれ、色バランスを乱すことなく一定の画像濃度
を有するカラープリントが可能となる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、振動子の
励振周波数を変化させたときにノズルから吐出されるイ
ンク流量を比例して変化させるようにしたことにより、
サテライト粒子の発生が画質に影響しないように振動子
の励振周波数を調整したときでも、１インク粒子当たり
の体積が一定に保たれ、一定の画像濃度を有するプリン
ト画像が得られるという効果がある。

【００４０】また、複数本のノズルを搭載するカラープ
リント可能な連続噴射型インクジェット記録装置におい
て、各ノズル共通に振動子の励振周波数を変化させたと
きに各ノズルから吐出されるインク流量を比例して変化
させてるようにしたことにより、サテライト粒子の発生
が画質に影響しないように振動子の励振周波数を調整し
たときでも、１インク粒子当たりの体積が一定に保た
れ、色バランスを乱すことなく一定の画像濃度を有する
カラープリント画像が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る連続噴射型インクジ
ェット記録装置の要部を示す構成図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る連続噴射型インクジ
ェット記録装置の要部を示す構成図である。

【図３】従来の連続噴射型インクジェット記録装置の要
部を示す構成図である。

【符号の説明】

１ インクボトル ２ シリンダ ３ ピストン ４ 電磁弁 ５ インクチューブ ６ ノズル ７ 圧力センサ ８ ステッピングモータ ９ ギアＡ １０ ギアＢ １１ 雌ねじ １２ 雄ねじ １３ ポンプ制御装置 １４ インク電極 １５ 振動子 １６ 制御電極 １７ 接地電極 １８ ナイフエッジ １９ 偏向電極 ２０ 回転ドラム ２１ ドラムモータ ２２ シャフトエンコーダ ＣＧ 基準発振器 Ｅ１ 偏向電源 ＨＶＳ 高圧スイッチ ＭＣ モータ制御回路 ＭＰ マイクロプロセッサ ＰＣＬＫ 励振信号 ＰＭ パルス幅変調器 ＳＣ 同期化回路 ＶＤ 振動子ドライバ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクポンプで加圧されたインクが導か
   れて一様なインク粒子を発生させるノズルを備えるイン
   クジェット形成手段と、 前記ノズルに装着された振動子を励振し励振に同期して
   インク粒子を生成させるために振動子に印加する励振信
   号を作る励振信号発生手段と、 前記ノズルより生成されたインク粒子の帯電を画像デー
   タに対応した帯電信号で制御する帯電制御手段と、 前記振動子の励振周波数を可変に調整できるとともに、
   前記振動子の励振周波数を変化させたときに前記振動子
   の励振周波数に比例して前記インクポンプによる前記ノ
   ズルの吐出インク流量を変化させる制御手段とを有する
   ことを特徴とする連続噴射型インクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 複数のノズルを搭載するカラープリント
   可能な連続噴射型インクジェット記録装置において、 インクポンプで加圧されたインクが導かれて一様なイン
   ク粒子を発生させる複数のノズルを備えるインクジェッ
   ト形成手段と、 各ノズルに装着された振動子を励振し励振に同期してイ
   ンク粒子を生成させるために各振動子に印加する複数の
   励振信号を作る励振信号発生手段と、 前記複数のノズルより生成されたインク粒子の帯電を各
   々独立な画像データに対応した複数の帯電信号で制御す
   る帯電制御手段と、 複数の振動子に共通に振動子の励振周波数を可変に調整
   できるとともに、前記振動子の励振周波数を変化させた
   ときに前記振動子の励振周波数に比例して各インクポン
   プによる各ノズルの吐出インク流量を変化させる制御手
   段とを有することを特徴とする連続噴射型インクジェッ
   ト記録装置。
3. 【請求項３】 前記インクポンプが、シリンダと、ピス
   トンと、ステッピングモータを含むピストン駆動機構と
   からなり、前記制御手段は前記ステッピングモータの駆
   動パルスレートを前記振動子の励振周波数に比例して変
   化させる請求項１または２記載の連続噴射型インクジェ
   ット記録装置。