JP3496700B2 - インクジェット記録装置、及びインクジェット記録方法 - Google Patents

インクジェット記録装置、及びインクジェット記録方法

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JP3496700B2
JP3496700B2 JP3525096A JP3525096A JP3496700B2 JP 3496700 B2 JP3496700 B2 JP 3496700B2 JP 3525096 A JP3525096 A JP 3525096A JP 3525096 A JP3525096 A JP 3525096A JP 3496700 B2 JP3496700 B2 JP 3496700B2
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オンデマンド型イ
ンクジェット記録ヘッドを用いたプリンタのノズルの目
詰まりを防止する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】オンデマンド型インクジェット記録ヘッ
ドは、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する圧
力発生室とを備え、印刷信号に対応して圧力発生室を膨
張、収縮させてインク滴をノズル開口より吐出させるよ
うに構成されている。
【0003】ところで、記録媒体に付着したインク滴
は、紙質などによっては滲んだり、また他の部材と接触
してこすれが生じ印刷品質を損ねる恐れがあるので、使
用するインクは、可及的速やかに溶媒が揮発して固化す
るように調製されている。このため、印刷動作を中断し
た場合にはノズル開口のインク溶媒が揮発して目詰まり
を生じる可能性があり、ノズル開口にキャップを装着し
てインク溶媒の揮発を防止する対策が講じられている。
【0004】一方、印刷動作中ではノズル開口に新しい
インクが供給されるため、インク溶媒の揮発による目詰
まりの恐れは少なくなるものの、ノズル開口の内、特定
のもの、例えば上下端等のノズル開口ではインク滴吐出
の機会が低いため、目詰まりが生じやすい。
【0005】このため、印刷動作を一定時間継続した場
合には、記録ヘッドを非印刷領域のキャッピング手段ま
で退避させ、ここで圧電振動子駆動信号を印加してキャ
ップに向かってすべてのノズル開口からインク滴を強制
的に噴出させる、いわゆるフラッシング動作を行なわせ
ることが提案されている。しかし、この方法は印刷動作
の中断を必要とするため、印刷速度を極端に低下させる
という問題がある。
【0006】このようなフラッシング動作の頻度を可及
的に少なくするために、印刷動作中にインク滴を発生し
ない程度の微小な駆動信号を印加して、ノズル開口近傍
のメニスカスを微小振動させて目詰まりを防止する技術
が数多く提案されている(特開昭55−123476号
公報、特開昭57−61576号公報、米国特許第43
50989号明細書)。
【0007】これによればフラッシング動作に起因する
印刷動作の中断を少なくできて、印刷速度の低下を防止
できるものの、インク滴を吐出した後、次の印字信号で
インク滴を吐出しない場合には、インク滴吐出後に微小
振動が印加されるため、インク滴吐出に起因して生じた
メニスカスの残留振動にこの微小振動が重畳されて吐出
特性、すなわちインク滴の重量、飛翔速度に影響を与え
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろはノズル開口の目詰まりを防止しつつ、微小振動印加
によるインク吐出特性の低下を防止することができるイ
ンクジェット記録装置を提供することである。また、本
発明の他の目的は、ノズル開口の目詰まりを防止しつ
つ、微小振動印加によるインク吐出特性の低下を防止す
ることができるインクジェット記録方法を提案すること
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために請求項1の発明は、ノズル開口が穿設されたノ
ズルプレートと、圧電振動子の伸縮により変形する振動
板とにより形成された圧力発生室を備えたインクジェッ
ト記録ヘッドと、印字信号に同期し、かつ同一印字周期
にインクを吐出させるための台形波状の第1の駆動波
形と、前記第1の駆動波形から一定の時間後にインクを
吐出させない程度にメニスカスを微小振動させる台形波
状の第2の駆動波形を発生させる電圧発生回路と、前記
圧電振動子のうち前記インク滴を吐出させるものには前
記第1の駆動波形を、また前記インク滴を吐出させない
ものには前記第2の駆動波形をそれぞれ選択的に出力す
る駆動回路と、とを備えるようにした。また請求項2の
発明は、ノズル開口が穿設されたノズルプレートと、圧
電振動子の伸縮により変形する振動板とにより形成され
た圧力発生室を備えたインクジェット記録ヘッドにより
記録を行う記録方法において、印字信号に同期し、かつ
同一印字周期内にインクを吐出させるための台形波状の
第1の駆動波形と、前記第1の駆動波形から一定の時間
後にインクを吐出させない程度にメニスカスを微小振動
させる台形波状の第2の駆動波形とを発生し、前記圧電
振動子のうち、前記インク滴を吐出させるものには第1
の駆動波形を、前記インク滴を吐出させないものには前
記第2の駆動波形を、それぞれ選択的に印加して、前記
の駆動波形の印加後少なくとも前記印字周期分の
時間が経過した時点で前記第の駆動波形を印加する。
このような構成により、第の駆動波形によりインク滴
を吐出させた後の残留振動が十分に減衰した時点で、微
小振動を印加でき、微少振動が残留振動に重畳的に作用
することによる悪影響を防止できる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明のプリンタの印刷
機構周辺の一実施例の構造を示すものである。図中符号
1は、キャリッジで、タイミングベルト2を介してパル
スモータ3に接続されていて、ガイド部材4に案内され
て記録用紙5の紙幅方向に往復動するように構成されて
いる。
【0011】キャリッジ1には記録用紙5と対面する
面、この実施例では下面に後述するインクジェット式記
録ヘッド6が取り付けられている。インクジェット式記
録ヘッド6は、キャリッジ1の上部に搭載されているイ
ンクカートリッジ7からインクの補給を受けてキャリッ
ジ1の移動に合わせて記録用紙5にインク滴を吐出して
ドットを形成し、記録用紙5に画像や文字を印刷する。
【0012】8はキャッピング装置で、非印刷領域に設
けられていて、印字休止中に記録ヘッド6のノズル開口
を封止する一方、印刷動作中に行われるフラッシング動
作による記録ヘッド6からのインク滴を受けるものであ
る。
【0013】9はクリーニング手段で、キャッピング装
置8の近傍に設けられ、記録ヘッド6のノズルプレート
の表面をブレード等でワイピングして、ノズルプレート
表面のインクカスや紙粉を拭き取るように構成されてい
る。
【0014】36はスリット板で、該スリット板36を
挟みこむようにキャリッジ1に図示せぬ透過型のフォト
インタラプタが搭載されている。そして、キャリッジ1
の所定量移動に伴ってフォトインタラプタから印字タイ
ミング信号の基準となるパルス信号が出力するようにな
っている。
【0015】37は、図示せぬ減速歯車を介して、キャ
リッジ1の移動方向と直交する方向に記録用紙5を搬送
するためのパルスモータである。
【0016】図2は、上述したインクジェット式記録ヘ
ッドの一実施例を、1つの圧力発生室の断面構造でもっ
て示すものである。図中符号10はノズルプレートで、
ノズル開口11が設けられており、また符号12は流路
形成板で、圧力発生室13を区画する通孔、圧力発生室
13の両側と連通する2つのインク供給口14を区画す
る通孔または溝、及びこれらインク供給口14に連通す
る2つの共通のインク室15を区画する通孔を設けて構
成されている。
【0017】16は、振動板で、圧電振動子17の先端
に当接して弾性変形する薄板からなり、流路形成板12
を挟んでノズルプレート10と液密に一体に固定されて
流路ユニット18を形成している。また、圧電振動板1
7が当接する部分をアイランド部16aとするよう振動
板16には溝が設けられている。
【0018】19は基台で、開口部21をもった収容室
20が設けられており、該収容室20に固定基板22に
固定された圧電振動子17を振動可能に収容できるよう
になっている。そして、圧電振動子17が、振動板16
のアイランド部16aに当接するように収容室20内に
固定され、記録ヘッドとしてまとめられている。
【0019】このような構成により、圧電振動子17を
収縮させて圧力発生室13を膨張させると、共通インク
室15,15のインクがインク供給口14,14を通し
て圧力発生室13に流れ込み、所定時間経過後に圧電振
動子17を伸長させ圧力発生室13を収縮させると、圧
力発生室13のインクが圧縮されてノズル開口11から
インク滴を吐出させることができる。
【0020】また、圧電振動子17にインク滴を吐出さ
せない程度の微小振動パルスを印加して圧電振動子17
を微小量収縮させると、圧力発生室13も少し膨張する
ため、ノズル開口11近傍のメニスカスが圧力発生室1
3側に引き込まれ、ついで圧電振動子17を元の状態に
復帰させると、圧力発生室13は収縮してメニスカスが
ノズル開口11側に若干押し戻される。このように圧電
振動子17に微小振動パルスを印刷タイミングに合わせ
て周期的に印加することにより、ノズル開口近傍のメニ
スカスを微小量振動させることができる。このようなメ
ニスカスの振動は、ノズル開口近傍のインクと圧力発生
室13のインクとの置換を促すので目詰まりを防止する
のに役立つ。
【0021】本発明のインクジェットプリンタでは、記
録用紙上でのインクの滲みを少なくして微小なドットを
形成して印刷品質の向上を図るため、記録媒体上で速や
かに膜化するインクを用いている。このようなインクと
しては、例えば、 顔料 2wt% 樹脂エマルジョン 15wt% ジエチレングリコール 5wt% マルチトース 7wt% 界面活性剤 2wt% 純水 残部 なる組成のインクが望ましい。
【0022】このインクは、常温で粘度が3乃至5mP
a・Sと通常のインクよりも大きい反面、表面張力が3
0乃至50mN/mと通常のインクよりも小さいため、
記録用紙上に着弾したインク滴は、その拡散が小さく、
しかも成分として含まれている樹脂エマルジョンの硬化
により速やかに膜化するため、記録媒体でのにじみが極
めて少なくなり、特にカラー印刷にあってはインクの混
色が防止でき高い発色性を得ることができる。
【0023】図3は、上述の記録ヘッドを駆動する制御
装置の一実施例を示すもので、図中符号30は、制御手
段で、ホストからの印刷指令信号や印刷データを受けて
後述する駆動電圧発生回路31、駆動回路32、キャリ
ッジ駆動回路33、及び紙搬送駆動回路35を制御して
印刷動作を実行させるとともに、記録ヘッド6のクリー
ニング、フラッシング等を実行させるものである。
【0024】駆動電圧発生回路31は、ノズル開口11
近傍のメニスカスをインク滴を吐出させない程度に微小
振動させる第1の駆動電圧信号と、ノズル開口11から
インク滴を吐出させる第2の駆動電圧信号を発生するよ
うに構成されている。以降、本実施例での駆動電圧信号
波形を台形状に一定電圧勾配で上昇し、その後一定電圧
勾配で下降する電圧波形のもので説明するが特にこれに
限定されるものではない。
【0025】駆動回路32は、圧電振動子17に駆動電
圧発生回路31の出力する第1または第2の台形波の駆
動電圧信号を印刷データ信号応じて選択的に印加するよ
う構成されている。
【0026】印字タイミング生成回路34は、キャリッ
ジ1の移動に伴ってキャリッジ1上に搭載されたフォト
インタラプタから出力するパルス信号を検出して、制御
手段30に対して印字タイミング信号を発生するよう構
成されている。
【0027】図4は前述の駆動電圧発生回路31の一実
施例を示すもので、図中符号49a、49b、49c、
50a、50bは、制御手段30から供給される一定幅
のパルス信号入力を示しており、各々、49aは第1の
充電パルス、49bは第2の充電パルス、49cは第3
の充電パルス、50aは第1の放電パルス、50bは第
2の放電パルスである。これらのパルス信号は、図5に
示すタイミングで駆動電圧発生回路31に入力する。
【0028】第1の充電パルス49aは、NPN型トラ
ンジスタ51aのベースに入力しており、充電パルス4
9aによりNPN型トランジスタ51aが導通すると、
PNP型トランジスタ52a、54a及び抵抗56aよ
りなる定電流回路500が作動し、コンデンサ53を第
1の充電電圧Vraに達するまで一定電流Iraで充電
する。
【0029】同様に、第2の充電パルス49bにより、
コンデンサ53は一定電流Irbで第2の充電電圧Vr
bまで充電され、また、第3の充電パルス符号49cに
より、コンデンサ53は一定電流Ircで第3の充電電
圧Vrcまで充電される。
【0030】第1の放電パルス50aは、NPN型トラ
ンジスタ55b、58b及び抵抗57bよりなる定電流
回路503に入力しており、第1の放電パルス50aに
より該定電流回路503を作動させると、コンデンサ5
3は、第1の放電電圧Vfaに達するまで一定電流If
aで放電する。
【0031】同様に、第2の放電パルス50bにより、
コンデンサ53は、第2の放電電圧Vfbに達するまで
一定電流Ifbで放電する。
【0032】トランジスタ54aのベース−エミッタ間
電圧をVbe54a、抵抗56aの抵抗値をRraとす
ると、充電電流Iraは、 Ira=Vbe54a/Rra であり、コンデンサ53の容量をC0とすると、第1の
充電電圧Vraまで電圧が立ち上がる時間Traは、 Tra≒C0×Vra/Ira となる。
【0033】他の充電回路についても同様であり、充電
電流Irb、Ircは、 Irb=Vbe54b/Rrb Irc=Vbe54c/Rrc となり、充電立ち上がり時間Trb、Trcは、 Trb≒C0×Vrb/Irb Trc≒C0×Vrc/Irc となる。
【0034】また、トランジスタ55aのベース−エミ
ッタ間電圧をVbe55a、抵抗57aの抵抗値をRf
aとすると、 Ifa=Vbe55a/Rfa となり、第1の放電電圧Vfaまで電圧が立ち下がる時
間Tfaは、 Tfa≒C0×Vfa/Ifa となる。
【0035】同様に、放電電流Ifbは、 Ifb=Vbe55b/Rfb となり、立ち下がり時間Tfbは、 Tfb≒C0×Vfb/Ifb となる。
【0036】尚、NPN型トランジタ59とPNP型ト
ランジスタ60は、電流増幅を行うものである。
【0037】この結果、パルス信号49a、49b、4
9c、50a、50bと駆動電圧信号61の関係は図5
に示したように一定の勾配で上昇する領域と一定の勾配
で降下する領域、さらに一定の電圧を保持する領域が組
み合わされた台形状の電圧波形となる。
【0038】次に、上述した駆動電圧発生回路31の動
作について説明する。
【0039】制御手段30から第1の充電信号49aを
入力している間、定電流回路500が作動し、駆動電圧
信号61がVrcからVraだけ一定電圧勾配で上昇す
る。そして、一定時間経過後に第1の放電信号50aが
入力されると、定電流回路503が作動し、駆動電圧信
号61はVfaだけ一定電圧勾配で下降する。この台形
状の駆動電圧信号はインク滴を吐出しない程度にメニス
カスを揺動させるに利用される。以降、この部分を微小
振動電圧波形と呼ぶ。
【0040】その後、第1の放電信号50aが消えた一
定時間経過後に、第2の充電信号49bが入力され、駆
動電圧信号61はVrbだけ上昇する。この時印刷対象
となっている圧電振動子17に接続されているトランス
ミッションゲートT、T、T・・・(図6)は、後述す
る駆動回路32によりオンされているから、印刷対象に
ある圧電振動子17,17,・・・は、電圧Vrb+V
rcまで充電される。これにより、印刷対象にある圧電
振動子17,17,17・・・は収縮して圧力発生室1
3を膨張させる。そして、第2の充電信号49bが消滅
した一定時間経過後に第2の放電信号50bが入力する
と、駆動電圧信号61がVfbだけ下降する。これに伴
って、圧電振動子17,17,17・・・は放電し、伸
長するので圧力発生室13が収縮し、ノズル開口11か
らインク滴が吐出する。
【0041】更に、その後、第3の充電信号49cが入
力して、駆動電圧信号61をVrcだけ上昇させ、1周
期の駆動電圧信号出力シーケンスが終了する。以降第2
の充電信号49bの入力から1周期最後までを吐出電圧
波形と呼ぶ。
【0042】図6は、前述の駆動回路32の一実施例を
示すものであって、図中符号71は、シフトレジスタ
で、フリップフロップF1,F1,・・・を直列接続し
て構成され、印刷データをシフトクロックに合わせて順
次転送するものである。
【0043】符号70はフリップフロップF2,F2,
・・・からなるラッチ回路で、シフトレジスタ71の各
フリップフロップF1,F1,・・・の出力をラッチ信
号でラッチする。このラッチ回路70の出力は、駆動電
圧信号61を圧電振動子17,17,・・・に供給する
トランスミッションゲートT,T,・・・の制御信号と
なっている。
【0044】図8は本実施例での印刷データと微小振動
データの転送方法及び圧電振動子17に印加される駆動
電圧の関係を示したものであって、図中符号74は同一
印字周期内における印刷データと微小振動データの対を
示しており、符号75が微小振動データを、また符号7
6が印刷データを示している。印刷データ76と微小振
動データ75は同一の圧電振動子に対して反転したもの
となる。
【0045】印字タイミング信号が発生すると、まず前
の印刷タイミング周期で転送された微小振動データ75
をラッチ回路70にラッチし、トランスミッションゲー
トT,T,・・・の制御信号として出力する。それによ
り、ラッチされた微小振動データ75が有効である圧電
振動子17に対してだけトランスミッションゲートTを
介して微小振動電圧波形が印加される。つまり、前の印
刷周期でインク滴を吐出しなかったノズル開口のメニス
カスだけを揺動させる。
【0046】次に、印刷データ76をシフトクロックで
転送し、微小振動電圧波形の出力が終了した後に、再び
ラッチ信号に出力し、今度は印刷データ76でトランス
ミッションゲートT,T,・・・の制御を行う。これに
より、印刷データが有効である圧電振動子17に対して
だけ吐出電圧波形が印加され、対応するノズル開口から
インク滴が吐出する。
【0047】最後に、印刷データ76の反転信号となる
微小振動データ75をシフトクロックで転送を行い1印
字周期のシーケンスが終了する。
【0048】図8に示す印刷データと微小振動データの
転送を行えば、吐出電圧波形から微小振動電圧波形印加
までのインターバルを長くとることができ、インク滴吐
出直後のメニスカスの振動特性に影響が及ばないので、
微小振動電圧波形印加によるインク吐出特性の悪化が防
止できる。
【0049】図7は、微小振動がインクの飛翔特性に悪
影響を与える駆動方法の一例を示すものであって、対と
なる微小振動データ75と印刷データ76を印字タイミ
ング信号を挟んで転送した場合には、微小振動電圧波形
は、非印字周期の最初に圧電振動子17に印加されるこ
とになる。従って、印字−非印字となるような場合では
吐出電圧波形が印加されて間もなく微小振動電圧波形が
印加されるので、インクの飛翔特性、例えばインク滴の
重量の低下や飛行速度の低下といった悪影響が生じる。
【0050】次に、駆動回路32の別の実施例を図9に
示す。図9に示す回路は、ラッチ回路70とトランスミ
ッションゲートT,T,・・・の間にXORゲートG,
G,・・・からなるデータ反転回路72を介在させたも
のである。XORゲートG,G,・・・の一方の入力端
子には、反転信号が入力され、他方の入力端子それぞれ
には、ラッチ回路70の出力が入力される構成となって
おり、反転信号がLOWの場合はラッチ回路70の出力
をそのまま出力し、反転信号がHIGHの場合はラッチ
回路70の出力を反転して出力するようになっている。
図10は、図9に示した駆動回路32へのデータ転送
タイミング及び反転信号出力タイミングを示すもので、
印字タイミング信号をトリガとして、印刷データだけを
シリアル転送する。そして、微小振動電圧波形の出力終
了に合わせてラッチ回路70に印刷データをラッチす
る。また、微小振動電圧波形が出力している期間でだ
け、反転信号をHIGHとする。これによれば、印刷デ
ータの転送だけを行えばよいので、クロック周波数が同
じであれば1/2の転送時間ですむ。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
1の駆動波形の印加によりノズル開口のメニスカスに微
小振動を生じさせて目詰まりを防止した時点から、印字
周期と一定時間との合計時間だけ経過した時点でインク
滴を吐出させることができ、インク滴を吐出しないノズ
ル開口の目詰まりを防止しつつ、微小振動による吐出特
性の悪化を防止することができる。
【0052】さらに、リニアエンコーダ等により印字タ
イミングを生成する際には、印字タイミング信号の周波
数変動が生じるが、本発明では吐出電圧波形と、微小振
動電圧波形の供給間隔を長くとれるので、印字タイミン
グ信号周期が多少早くなってもインク吐出特性に影響が
生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるインクジェット記録装置の
一実施例を示す図である。
【図2】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す図
である。
【図3】本発明の一実施例を示す装置のブロック図であ
る。
【図4】駆動電圧発生回路の一実施例を示す図である。
【図5】駆動電圧発生回路の入力信号と出力波形を示す
図である。
【図6】駆動回路の一実施例を示す図である。
【図7】1印字周期内に微小振動させる台形波状を前
に、また印字信号を後に出力する場合の従来の印字タイ
ミングを示す線図である。
【図8】1印字周期内に印字信号を前に、また微小振動
させる台形波状を後に出力する本発明の印字タイミング
を示す線図である。
【図9】本発明の他の実施例を示す駆動回路図である。
【図10】本発明の他の実施例を示す印字タイミングチ
ャートである。
【符号の説明】
6 インクジェット記録ヘッド 8 キャッピング装置 9 クリーニング装置 11 ノズル開口 13 圧力発生室 17 圧電振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/165

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズル開口が穿設されたノズルプレート
    と、圧電振動子の伸縮により変形する振動板とにより形
    成された圧力発生室を備えたインクジェット記録ヘッド
    と、 印字信号に同期し、かつ同一印字周期内にインクを吐出
    させるための台形波状の第1の駆動波形と、前記第1の
    駆動波形から一定の時間後にインクを吐出させない程度
    にメニスカスを微小振動させる台形波状の第2の駆動波
    形を発生させる電圧発生回路と、 前記圧電振動子のうち前記インク滴を吐出させるものに
    は前記第1の駆動波形を、また前記インク滴を吐出させ
    ないものには前記第2の駆動波形をそれぞれ選択的に出
    力する駆動回路と、 からなるインクジェット記録装置。
  2. 【請求項2】 ノズル開口が穿設されたノズルプレート
    と、圧電振動子の伸縮により変形する振動板とにより形
    成された圧力発生室を備えたインクジェット記録ヘッド
    により記録を行う記録方法において、印字信号に同期
    し、かつ同一印字周期内にインクを吐出させるための台
    形波状の第1の駆動波形と、前記第1の駆動波形から一
    定の時間後にインクを吐出させない程度にメニスカスを
    微小振動させる台形波状の第2の駆動波形とを発生し、
    前記圧電振動子のうち、前記インク滴を吐出させるもの
    には第1の駆動波形を、前記インク滴を吐出させないも
    のには前記第2の駆動波形を、それぞれ選択的に印加し
    て、前記第の駆動波形の印加後、少なくとも前記印字
    周期分の時間が経過した時点で前記第の駆動波形を印
    加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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