JPH01297258A - インクジェット記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の駆動方法に関する。

〔従来の技術〕

インクジェット記録装置は、連続噴射型、インパルス型
（オンデマンド型）および静電吸引型の３つに大別する
ことができる。

連続噴射型は、連続的に吐出しているインクを荷電偏向
させることによって記録するものであり、装置が複雑と
なり、インクの回収や清掃装置等余分のものが必要にな
る。

静電吸引型は、構造が比較的簡単であるが、高電圧を必
要とし安全性に留意する必要があり、しかも、導電率な
どのインク物性に制限が多く、周波数応答性も悪い。

ところで、オンデマンド型においては、必要な時だけ圧
電素子等の吐出エネルギー発生素子を駆動じてインク滴
を吐出させるので無駄なインク消費が少な（、しかも構
造が非常に簡単であるので、その普及が期待されている
。

これらの記録方法でフルカラープリンターを実現しよう
とすると、高解像度とともに忠実、な中間調表現を達成
する必要がある。

中間調表現としては、デイザ法などのデジタル的なもの
と、記録ドツトサイズを変化させるアナログ的なものと
の２通りが考えられる。

しかし、デジタル的中間調表現法では、階調数を上げる
ために解像度を犠牲にしなければならない。

このため、記録ドツトサイズを変化させて記録濃度を制
御するアナログ記録に期待が寄せられている。

ところが、従来のインクジェット記録装置でインク吐出
量を制御するのは非常に困難であった。

例えば、連続噴射型では、インク吐出量を変化させるこ
とは不可能である。

また、静電吸引型では、アナログ的な中間調表現が可能
であるが、階調中を大きくすることは困難である。

さらに、オンデマンド型では、インク吐出量を制御する
のに圧電素子に印加するパルス電圧やパルス巾を変化さ
せることによって行うが、このパルス波形の変化だけで
は階調中を大きくすることは不可能であった。

このため、濃度の異なるインクを使い分けることによっ
て大きな階調中を持たせるようにしたインクジェット記
録装置や、異なるノズル径を複数個設けることによって
階調中を持たせるようにしたインクジェット記録装置等
が知られている。

しかし、これらの方法では装置が大型化、複雑化するた
めコストアップになるという問題があった。

一方、特公昭５３−１２ｌ３８号に開示されているよう
な圧電素子で単にインクを加圧してインク滴を吐出させ
る方法よりも、特開昭５５−１７５８９号に記載されて
いるような一旦インク室容積を増加させメニスカスを後
退させた後インクを加圧する方法の方が、小さなインク
滴を吐出させることが可能であるのみならず周波数応答
性にもすぐれていることが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、ノズルからは、−船釣に、吐出速度の大きい
主演の他に吐出速度の小さなサテライトと呼ばれる液滴
が副次的に吐出されることがある。

このサテライトは低速であるため記録紙への着弾精度が
劣り、画質を劣化させてしまう。

したがって、前記サテライトを確実になくすことが要請
されていた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであ
り、周波数応答性、吐出安定性、階調性、さらには記録
精度に優れた記録を行いうるインクジェット記録装置の
駆動方法を提供することを目的とする。

本発明は、圧電素子で吐出エネルギーを発生させるイン
クジェット記録装置において、電気信号の供給によって
圧電素子の配置部分から生じる圧力波を反射する記録ヘ
ッド部分の長さをβ、インク中の音速をＣとしたとき、
圧電素子に供給する電気信号が、前記吐出口からインク
滴を吐出させる第１のパルス波を印加した後２β／Ｃ経
過後に、第１のパルス波とほぼ同形の第２のパルス波を
印加する波形のものであり、かつ、パルス波の立ち下が
り時間を温度によって変化させる駆動方法によって、上
記目的を達成するものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図は本発明の駆動方法を実施するのに好適なオンデ
マンド型のインクジェット記録装置の印字ヘッドの模式
的縦断面図である。

第１図において、先端にインク吐出口（オリフィス）４
を有するインク通路を構成する直管状のノズル１外側に
圧電素子２が配置されている。

前記ノズルｌは長さがβであり、前記圧電素子２は例え
ばノズル１の周面を囲む円筒状をしている。

前記圧電素子２が配置されたノズル１の部分が吐出エネ
ルギー作用室３Ａとなる。

駆動部７から電気信号を圧電素子２へ供給することによ
り、吐出エネルギー作用室３Ａを含むノズル１内のイン
ク室３の容積が減少または増加するので、オリフィス４
からインク滴５が吐出される。

また、ノズル１の後端部（例えばサブインクタンクへ連
通する部分）には多孔質部材で作られたフィルター６が
装着され、インク中の塵埃や気泡がノズルｌ内へ侵入し
ない構造になっている。

このようなヘッドの圧電素子２に対して第２図に示すよ
うな正の電圧パルス波からなる電気信号を印加すると、
インク室３の容積を急激に減少させた後気泡をノズル１
内に取り込まないようにゆるやかに容積を復帰させるこ
とができる。

しかし、第２図に示すようなパルス波を供給したのでは
、インク滴を吐出させることはできるが、比較的小さな
インク滴を吐出させることばできない。

第３図は第２図のパルス波形を圧電素子２に印加した時
の駆動周波数と吐出速度との関係を示すグラフである。

第３図中の曲線に山および谷が存在するように、一般に
、インクジェット記録用のヘッドでは共振周波数が存在
し、曲線に表れる山および谷のピークから計算すると、
共振の周波数はノズル１内のインクの音速Ｃとすると、
４β／Ｃで表すことができる。

このことは、圧力波がノズル１を１往復することにより
位相が逆転し、２往復すると元の位相に戻ることを示し
ている。

第４図はインク吐出口（オリフィス）４からインクが吐
出するときメニスカス振動の状態を示すグラフである。

第４図に示すように、インク吐出口４のメニスカスの振
動の山および谷はほぼ４１／Ｃごとに表れており、これ
らの逆数は第３図の山および谷（ピーク）における共振
周波数に対応している。

第５図はインク吐出口４からインク滴が吐出する状態を
示す。

吐出インク滴５　（第１図）には、一般に、第５図に示
すように主演１１の他にサテライト１３が存在し、前述
のように、このサテライト１３は主演に比べ吐出速度が
遅く記録紙への着弾精度が悪いために画像の記録品位を
乱すものである。

本発明は、第２図のような圧電素子２駆動用のパルス波
形の形状を余り変化させることなしに、小さなドツトか
ら大きなドツトまでトソト径を可変にすることができ、
周波数応答性、吐出安定性および吐出速度を改善しうる
インクジェット記録装置の駆動方法を提供するものであ
る。

第６図は、本発明の駆動方法を実施するのに使用される
圧電素子２の駆動信号波形を示す。

この波形は、正の方向の第１のパルス波を加えた後再び
正の方向のほぼ同形の第２のパルス波を加えたものであ
る。

すなわち、電気信号の供給によって圧電素子２の配置部
分から生じる圧力波を反射する記録（印字）ヘッド部分
の長さく第１図では吐出口４とフィルター６が装着され
たノズル１の後端との間の長さ）をｌとし、インク中の
音速をＣとするとき、圧電素子２に供給される電気信号
は、第６図に示すように、吐出口４からインク滴を吐出
させる第１のパルス波を印加した後２β／Ｃ経過後に、
該第１のパルス波とほぼ同形の第２のパルス波を印加す
る波形のものであり、かつ、パルス波の立ち下がり時間
が温度によって変化する波形をしている。

パルス波の立ち下がり時間は、環境温度の差によって、
例えば第６図中τｌおよびτ２で示すように変化させる
ものである。

前述の２つのパルス波の意義は、第１の正のパルス波が
インク滴吐出のためのパルスであり、第２のパルス波は
第１のパルス波により発生した正の圧力波がインク中を
ノズル１往復し負の圧力波として戻ってきた時（２Ｊ／
Ｃ経過後）にこれを打ち消すために設けられたものであ
る。

パルス波の立ち下がり時間は、環境温度の差により、例
えば高温では短い立ち下がり時間τｌ　（実線）のよう
にし、低温では長い立ち下がり時間τ２　（鎖線）とな
るように制御される。

このように立ち下がり時間を高温では低温より短くする
ことによる第１の利点は、周波数応答性が向上すること
である。

これは、立ち下がり時間によって周波数応答性は異なる
が、最も高い周波数応答性を示す立ち下がり時間が第７
図のように温度（インクの粘度）によって変化するから
である。

第２の利点は、立ち下がり時間を変化させることにより
第２のパルス波の立ち上がりのポイントが異なることで
ある。第２のパルス波と第１のパルス波の圧力波の反射
波を打ち消すためのものであるが、この圧力波はインク
中を伝播する際に次第に減衰して行き、その減衰率は温
度が高い（インクの粘度が低い）はど小さくなるので、
これを打ち消すのに温度が高いほど立ち下がり時間を短
くして大きな逆の圧力波を発生させる必要があるためで
ある。

第８図は本発明による駆動方法を実施するのに好適な制
御系の回路図である。

第８図において、デジタル人力ｉｎｌには７ビソトのデ
ータが入力され、Ｄ／Ａ変換回路２ｌでアナログ電圧に
なり、ＤＣアンプ２２で３０〜８０■に増幅される。

このＤＣアンプ２２からの電圧は、トランジスタＴｒｓ
に入力されるデジタル入力ｉｎ２の信号によりＯＮ、Ｏ
ＦＦされる。

このＤＣアンプ２２からの電圧がＯＮにされた場合、温
度センサー２３から出力された温度データがコンパレー
タ２４に入力され、温度が２５℃より高い時はトランジ
スタＴｒｉがＯＮになり、低い時はトランジスタＴｒ２
がＯＮになる。

放電抵抗Ｒ１とＲ２との関係はＲ１＜Ｒ２となっており
、立ち下がり時間τ１、τ２はこれに対応してτ１くτ
２となっている。すなわち、温度が高いほど、小さな放
電抵抗を選択し立ち下がり時間が短くなる。

第９図および第１Ｏ図はそれぞれ本発明の駆動方法に使
用される駆動パルス波形の他の実施例を示す。

第９図の駆動パルス波形は負のパルスの後に正のパルス
を印加したものであり、小さなインク滴を吐出させるの
に好適をパルス波形である。

第１０図の駆動パルス波形は、第９図のパルス波形にお
いて第２のパルス波の電圧を低く設定したものである。

この第１０図の波形は駆動回路がやや複雑になるが、第
１のパルス波の圧力波の反射波を適正値でほぼ完全に打
ち消すことができる。

次に本発明によるインクジェット記録装置の駆動方法を
実機に実施した時の試験例を説明する。

試験例Ｉ： ノズル１の圧力波伝播長さ君が２０ｍｍで、インク中の
音速Ｃが１５００ｍ／Ｓ（インク粘度７ＣＰＳ、表面張
力５０ｄｙｎ／ｃｍ）のとき、第６図に示すように、第
１のパルス波と第２のパルス波の時間差を２Ｉ！／Ｃ＝
２６μｓｅｃとし、温度が２５℃以下のときは立ち下が
り時間が１２０μｓｅｃとなり、２５℃以上のときは７
０μｓｅｃとなるように放電抵抗Ｒ１，Ｒ２（第８図）
を選択した。

この結果、５℃〜４５℃の温度範囲においてサテライト
がなく、周波数応答性、吐出安定性および記録精度にす
ぐれた良好なインク吐出を行うことができた。

試験例■： 試験例Ｉとは第９図の駆動パルス波形で駆動する点のみ
で異なり、他は全て同じ条件でインク吐出を行った。

その結果、５℃〜４５℃の温度範囲において試験Ｉの場
合と同様の良好なインク吐出を行うことができた。

試験例■： 試験例Ｉとは第１０図の駆動パルス波形で駆動する点の
みで異なり、他は全て同じ条件でインク吐出を行った。

その結果、５℃〜４５℃の温度範囲において試験Ｉの場
合と同様の良好なインク吐出を行うことができた。

以上説明したような実施例によって、ヘッドのインク吐
出の安定性を大幅に改冴しうるインクジェット記録装置
の駆動方法が得られた。

また、メニスカスの後退量の時間変化は第１１図のグラ
フに示すようになだらかなものにすることができ、第２
図のような波形印加による第４図のグラフに示すような
従来の駆動方法におけるメニスカス後退量の場合より、
大幅に改善することができた。

このため、本発明の駆動方法を実施することにより、使
用条件が変化する場合でも安定したインク吐出を行うこ
とができ、反射波による不安定な微小インク７ｍの吐出
をなくすことができた。

なお、上記実施例では本発明を直管状のノズル１に吐出
エネルギー作用室３Ａ（第１図）を一体に形成した記録
ヘッドを備えた装置で実施する場合を説明したが、この
部分の構成は種々のものにすることができ、例えば、屈
曲部を有するノズルを使用したり、吐出エネルギー作用
室３Ａを別体にしたノズルを使用することもできる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、第１
のパルス波を加えた後２β／Ｃ後に再び第２のパルス波
を加えるとともに、温度によってパルス波の立ち下がり
時間を変化させるように圧電素子を駆動するので、簡単
な構成で、インク滴吐出の際に発生する圧力波を広い温
度範囲で適正に打ち消すことができ、周波数応答性、吐
出安定性、階調性および記録精度を向上させうるインク
ジェット記録装置の駆動方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動方法を実施するのに好適なインク
ジェット記録装置の記録ヘッドの模式的縮断面図、第２
図は記録ヘッドを駆動するための従来のパルス波形のグ
ラフ、第３図は第２図のパルス波形で駆動した時のイン
ク吐出速度の周波数特性を示すグラフ、第４図は第２図
のパルス波形で駆動した時のメニスカス振動を示すグラ
フ、第５図はインク吐出状態を示す模式図、第６図は本
発明駆動方法に使用されるパルス波形の一例を示すグラ
フ、第７図は駆動パルスの最適な立ち下がり時間と温度
の関係を示すグラフ、第８図は本発明方法で使用する駆
動パルス波形を発生させる駆動回路の回路図、第９図お
よび第１０図はそれぞれ本発明の駆動方法に使用可能な
パルス波形の変更例を示すグラフ、第１１図は本発明の
駆動方法を実施した時のメニスカス振動を示すグラフで
ある。 １−一−−−−−−−ノズル、２−・・−・圧電素子、
３　Ａ　−−−−吐出エネルギー作用室、４・・・・・
−・−インク吐出口（オリフィス）　、５−−−・−イ
ンク滴、？　−−−−−−一−−−駆動回路、ｘ−−−
−−・−ノズル長さ、Ｃ〜−−−一〜−−音速。 代理人　弁理士　　大　音　康　毅 第６図 第７図 シ墓度　（°Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）インク滴吐出のためのノズルおよび吐出エネルギ
   ーを発生する圧電素子を配置した吐出エネルギー作用室
   を有する記録ヘッドと、該記録ヘッド内のインク温度を
   検知する温度センサーとを備え、前記圧電素子に電気信
   号を供給することによって、前記吐出エネルギー作用室
   の容積を変化させて吐出口からインク滴を吐出させて記
   録を行うインクジェット記録装置の駆動方法において、
   前記電気信号の供給によって前記圧電素子の配置部分か
   ら生じる圧力波を反射する前記記録ヘッド部分の長さを
   ｌ、インク中の音速をＣとしたとき、前記圧電素子に供
   給する電気信号が、前記吐出口からインク滴を吐出させ
   る第１のパルス波を印加した後２ｌ／Ｃ経過後に、該第
   １のパルス波とほぼ同形の第２のパルス波を印加する波
   形のものであり、かつ、パルス波の立ち下がり時間を温
   度によって変化させることを特徴とするインクジェット
   記録装置の駆動方法。