JPH0329593B2

JPH0329593B2 -

Info

Publication number: JPH0329593B2
Application number: JP55164343A
Authority: JP
Priority date: 1980-11-21
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1991-04-24
Also published as: DE3171804D1; EP0052914B1; JPS5787957A; EP0052914A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明はインクジエツト記録装置に関し、さら
に詳しくは、圧力室の容積変化によりインクの噴
射を行なうオンデイマンド型インクジエツト記録
装置に関する。

一般にオンデイマンド型インクジエツト記録装
置は、ピエゾ振動板のような電気機械変換手段を
圧力室の壁の一部に取付け、電気信号に応じた圧
力パルスを発生し、圧力室に連なるノズルよりイ
ンク滴を噴射し、紙等の記録媒体上に記録を行な
つていた。このようなオンデイマンド型インクジ
エツト記録装置は、構造が単純であるとか、記録
に必要なインク滴のみ噴射するため、不要インク
の回収の必要がない等の長所がある。しかしなが
ら従来のオンデイマンド型インクジエツト記録装
置では、別の方式の電荷量制御型インクジエツト
記録装置に比べ、１秒当たりのインク滴形成数
（以降、インク滴形成のくり返し周波数と呼ぶ）
が小さい、くり返し周波数の変化に対し滴速度や
滴体積が変動する、ノズルからの気泡の取り込み
により動作が停止する等の問題があつた。このよ
うな問題点を解決するため第１図に示すような構
造の改良型のオンデイマンド型インクジエツト記
録ヘツドがある。このヘツドは、ノズル１と圧力
室２との間や圧力室２とインク供給口３との間に
逆流そ止手段６，７が備えられている。この逆流
そ止手段はインクの流れの向きにより流路抵抗を
変えるもので、逆流そ止手段６は、ノズル側より
圧力室側への、逆流そ止手段７は、圧力側よりイ
ンク供給側への流れに対し逆方向となり流れをそ
止するように作用する。このような逆流そ止手段
としては、逆止弁や、流体ダイオード等が使用で
きる。この改良型ヘツドの駆動方法は、従来型と
同様である。駆動回路５より電圧パルスをピエゾ
振動板４に印加するとピエゾ振動板は湾曲し、圧
力室２よりインクが押し出ちれる。このとき、逆
流そ止手段６は順方向、逆流そ止手段７は逆方向
となるため圧力室２よりノズル１へインクが流出
する。そしてインク滴８となつて噴出され、紙９
に打込まれる。次に駆動パルスの印加が終了し初
期電圧に戻ると、電圧印加により生じる変形から
開放され圧力室は元の体積にまで復帰する。この
とき圧力室の容積が増加するが、逆流そ止手段６
は逆方向逆流そ止手段７は順方向となるためイン
クはインク供給口３より逆流阻止手段７を通して
圧力室に流入する。このときノズル側からは流入
しないため、従来型のヘツドで見られるようなノ
ズル内へのメニスカス引き込みはほとんど生じな
い。よつてこの改良型ヘツドは、従来型ヘツドに
比べ、メニスカスの引き込みが無いため、気泡の
取り込みが無いとか、メニスカスがノズル端に復
帰するまで次のインク噴射が行なえない等の制約
が無い。さらに逆流阻止手段やその他の流路の抵
抗を調整することによりインク滴形成の周波数を
変えたときの滴速度の変動もおさえることができ
るという長所がある。しかしながらこのような第
１図のようなインクジエツト記録ヘツドでもさら
にインク滴形成のくり返し周波数を高めるため、
駆動電圧の印加時間幅を狭くし、くり返し周波数
を高めてゆくと、形成されるインク滴の速度が低
下したり、滴の大きさが小さくなつたりするとい
う問題があつた。

本発明は上記の欠点を解決し、高いくり返し周
波数でも滴の速さや大きさの変化のないような高
速で記録品質の良いインクジエツト記録装置を提
供することにある。

本発明によれば、電気機械変換手段に印加する
電圧をφとした時に発生する圧力Ｐおよび容積Ｖ
が下記(1)式を満たす変化をする圧力室と、Ｐ＝Ａ（φ−φ₀）＋Ｂ（Ｖ−V₀） (1) （ただし、ＡおよびＢは定数、φ₀は初期電圧、
V₀はφ＝φ₀、Ｐ＝０のときの圧力室容積であ
る。）前記圧力室と連通しインクの噴射が行われるオ
リフイスと、前記圧力室と連通し圧力室へインク
を供給する供給口と、前記圧力室と前記オリフイ
ス間および前記圧力室と前記供給口間に設けた逆
流阻止手段とからなるインクジエツトヘツドと前
記インクジエツトヘツドの駆動手段とを有し、初
期電圧φ₀からみて所定の方向の電圧φ₁を印加し
た時には初期容積よりも小さい容積V₁に漸近し、
初期電圧φ₀からみて前記電圧φ₁と反対方向であ
つて｜φ₂−φ₁｜＞｜φ₁−φ₀｜を満たす電圧φ₂を
印加した時には初期容積よりも大きい容積V₂に
漸近するインクジエツト記録装置であつて、前記
インクジエツトヘツドの駆動手段より前記電気機
械変換手段に印加する電圧波形が、 (イ) インク噴射動作を行つていない場合には、常
時初期電圧φ₀であり、 (ロ) インク噴射動作を行う場合には、前記初期電
圧φ₀から前記電圧φ₁に変化する電圧波形であ
り、 (ハ) インク供給動作を行う場合には、前記電圧
φ₁から前記電圧φ₂に変化し、前記圧力室容積
が前記初期容積V₀に戻つた時点で前記初期電
圧φ₀に戻る電圧波形であることを特徴とする
インクジエツト記録装置が得られる。

以下図面を用いて詳細な説明を行なう。

第１図に示すようなピエゾ振動板に駆動電圧が
印加されるとその電圧値φや変形量に応じて圧力
を発生するがその圧力の大きさは近似的に次のよ
うに表わされる。

Ｐ＝Ａ（φ−φ₀）＋Ｂ（Ｖ−V₀） (1) ここでＡおよびＢはピエゾ振動板の寸法や材料
によつて決まる定数、Ｐは圧力、φは電圧、φ₀
は初期電圧、Ｖは圧力室容積、V₀はφ＝φ₀、Ｐ
＝０のときの圧力室容積である。

(1)式からわかるようにピエゾ振動板により発生
する圧力は、印加電圧の振幅（φ−φ₀）に比例
して大きくなることがわかる。ピエゾ振動板に電
圧を印加すると(1)式に従つて圧力を発生し、圧力
室よりインクが流出する。この圧力室の容量の減
少に従い圧力も除々に低下し、一定電圧φaを印
加し続けると、圧力は０に近づく。このとき圧力
室容量は飽和値Va（Ｐ＝０）に漸近する。このと
きの容量変化の様子を第２図ａに示した。同図に
は他の電圧φb，φcを印加したときの様子をそれ
ぞれｂ，ｃに示した。なお、各電圧関係は｜φ_a
−φ₀｜＜｜φ_b−φ₀｜＜｜φ_c−φ₀｜である。この
図より電圧の振幅が大きくなると体積の変形量が
大きくなることがわかる。またこの振動板により
ある所定の容積変化を行なうときには、電圧振幅
を大きくすることにより、変形に要する時間が短
くなることがわかる。例えば、容積をVoよりVa
に変化させる場合を考える。第２図に示すよう
に、φaを印加する場合にはVaが飽和値であるた
め、変形に必要な時間は理論的には無限大とな
る。そしてφb，φcと電圧が高くなるに従い、変
形に必要な時間はTb，Tcと短くなることがわか
る。

次に、このピエゾ振動板にパルス電圧を印加し
たときの変形を見てみる。この駆動パルスの幅は
インク滴形成の特性に関係している。第１図に示
すようなインクジエツトヘツドにおいて駆動パル
スの幅を変えて滴形成の様子を見ると、パルス幅
が広くなり一定の幅以上となるとパルス幅に関係
なくインク滴の体積や初速が一定となつた。これ
は先程の第２図で圧力室の変形が飽和値に達した
ためである。しかしながらこのようなパルス幅で
は、形成されたインク滴は主インク滴のほかにサ
テライトと呼ばれる副インク滴が多数形成され記
録上問題となる。さらに変形が最大変形量になる
に必要な時間は一般に得られるようなインクジエ
ツト記録ヘツドでは0.2msec程度以上となつてし
まい、このような駆動パルスを用いたのでは、高
いインクの滴形成周波数が得られない。そこで実
用的な駆動パルスとしては印加時間をより狭く
し、変形がまだ最大変形量に達する以前に印加を
終了するようなものを用いる。これにより滴形成
時にサテライトの形成が無くなり、またパルス幅
が狭いため駆動パルスのくり返し周波数も高くす
ることが可能となる。

第３図Ａに示すようにパルス幅として圧力室の
容積が最大変形量にならないときの駆動パルスを
用いたときの圧力室容積の変化の様子を第３図Ｂ
に示した。ここでVoは初期容積、V₁はφ₁を印加
したときの飽和値である。印加電圧φ₀よりφ₁に
なると圧力容積は、第３図Ｂのように飽和値V₁
に漸近するように変化し、φ₁印加終了時t₁におい
てV〓となる。このとき圧力室容積のV₀からの変
形量は飽和値V₁まで変形するより少ない。

次に印加電圧がφ₀に戻されると、圧力室容積
はV〓よりφ₀が印加されたときの飽和値V₀に漸近
するように変形する。ここでパルスが印加してい
る時間と、パルス印加終了してから出力室容積が
V₀に復帰するのに要する時間を比較する。φ₁の
電圧値のパルスが印加されている時間内での圧力
室の容積はV〓でまだ飽和値V₁にまで達していな
い。一方電圧をφ₁よりφ₀に戻すときは、圧力室
容積はV〓より飽和値V₀にまで変形している。よ
つて先に第２図を用いて説明したように飽和値ま
で変形するのに要する時間は長くなることより、
噴射に要する時間に比べ、パルス印加終了後圧力
室容積がV₀に復帰するのに要する時間が長くな
つてしまうことがわかる。そのため第３図Ａのよ
うな駆動波形を用いてインク滴を形成するとき、
そのくり返し周波数が高くなり駆動パルスの印加
時間とくり返し周期が近くなると圧力室の変形が
初期値V₀に戻る前に次の電圧パルスが印加され
るようになる。

次の電圧パルスが印加されたとき先の(1)式より
与えられるように初期変形があると同じ電圧が印
加されても圧力室により発生する圧力は小さくな
つてしまう。そのため噴射されるインク滴の速度
の低下や、滴の体積の減少が生じてしまう。この
ように周波数を上げたときのインク滴速度の低下
や滴体積の減少は、圧力室の容積が切期値に戻る
のが遅いためと考えられる。本発明はこのことよ
り、圧力室の容積を短時間で初期値に戻すように
することでインク滴形成周波数の高周波化を行な
うものである。

第４図Ａに本発明による駆動パルスの一例を示
す。この波形は、まずインク噴射時にφ₀よりφ₁
に変化し、次に圧力室の変形を元に戻すとき電圧
をφ₀に戻す前にφ₀に対しφ₁と逆方向の振幅を持
つφ₂に設定したあとφ₀に戻すようにしたもので
ある。この駆動波形を印加した場合の圧力容積の
変化の様子を第４図Ｂに示す。印加電圧がφ₀よ
りφ₁となりインク滴を噴射する段階では、圧力
室の容積は、第３図Ｂと同様の変化を行なう。次
に印加電圧がφ₁よりφ₂になるとφ₁よりφ₀とした
場合より大きな圧力が発生し、圧力室容積はV〓
から初期値V₀より大きなV₂に漸近するように変
化する。そのため、圧力室の容積は、電圧を単に
φ₀に戻したときよりも速く初期値V₀になる。そ
して圧力室の容積がV₀となつたときに印加電圧
をφ₂よりφ₀に戻す。この説明ではφ₂の印加時間
として圧力室の容積がV₀に戻るまでとしたが実
用的にはインクの慣性力等を考慮して多少の印加
時間の増減を行なう。またこのφ₂の印加時間は、
φ₁−φ₂の大きさにより変わり、｜φ₁−φ₂｜が大き
いときは印加時間が短くなり、｜φ₁−φ₂｜が小さ
く｜φ₁−φ₀｜に近づくにつれ長くなることは先
に第２図により説明したことにより明らかであ
る。

また、第４図Ａに示した駆動波形は滴形成のパ
ルスと圧力室容積の復帰時間を短縮するためのパ
ルスを連続させた場合のものであるが、これに限
らず第４図Ｃのように２つのパルスが離れたよう
な駆動波形を用いても何ら問題はない。

以上の説明では簡明のため駆動波形として矩形
を用いたが本発明はこれに限定されることはな
い。例えば、パルスの立ち上がりや立ち下がりに
一定の時定数を持たせた波形や三角波・正弦波・
台形波等でもよい。即ちインク滴噴射のための電
圧と印加した後、電圧を単に初期値φ₀に戻すの
ではなく圧力室の容積を、よりはやく初期値V₀
に戻すため初期電位φ₀に対し、滴噴射のための
電圧パルスと逆方向の振幅の電圧を印加するので
あり、その波形は特定の形に限定されることはな
い。

例えば、駆動波形として第５図Ａに示すように
正弦波の一周期を用いてもよい。この波形は第５
図Ｂに示すように駆動波形の一周期が終了したと
きに圧力室の容積が初期値V₀に戻るように正弦
波の位相を調整したものである。この波形でも
φ₀より低い電圧が印加されているためこの部分
が無い波形を印加したときよりもすみやかに圧力
室の容積は元に戻る。

この発明による駆動波形は、一般に知られてい
る方法で作られる。第４図Ａのような駆動波形を
形成するための回路の１例を第６図に示す。同図
において滴形成のためのトリガパルスがモノマル
チバイブレータ１１に入力されると矩形パルス１
２が出力される。このパルス幅により駆動パルス
のφ₁の印加時間が与えられる。パルス１２は第
２のモノマルチバイブレータ１３に入力され、こ
の第２のモノマルチバイブレータはパルスの後端
にてトリガされて矩形パルス１４を出力する。こ
のパルス幅にて駆動パルスのφ₂の印加時間が与
えられる。矩形パルス１２および１４は、それぞ
れ振幅制御回路１５にて振幅調整された後差動ア
ンプ１６の正負の入力端に入力され、これにより
駆動信号１７が得られる。

さらに別の本発明による駆動波形の説明を行な
う。第７図Ａに駆動波形の１例、第７図Ｂに補正
波形の１例を示した。これらより合成された本発
明による駆動波形として第７図Ｃ、第７図Ｄ、第
７図Ｅを示す。またこれらの駆動波形形成のため
の回路の１例を第８図に示す。第８図においてト
リガ１０信号が駆動波形形成回路１８に入力され
ると第７図Ａに示すような波形が出力される。ま
たこのトリガ信号１０は遅延回路１９にも入力さ
れ一定時間遅れて補正波形形成回路２０に入力さ
れ、第７図Ｂのような波形が出力される。これら
の出力はそれぞれ振幅制御回路２１に入力された
後、差動アンプ等の合成回路２２にて合成され
る。このとき遅延回路１９により決まる遅延時間
に応じて、第７図Ｃのように２つの波形が重なる
とき、第７図Ｄのように連続するとき、第７図Ｅ
のように離れるときの波形が得られる。いずれの
波形でインクジエツト記録装置を駆動してもイン
ク滴形成後、インク滴噴射のとき印加した電圧に
対し逆方向の振幅の電圧を印加することにより変
形したピエゾ振動板を元に戻す力が大きくなり、
初期状態に復帰する時間が短くなる。遅延時間は
使用されるインクジエツト記録装置のピエゾ振動
板の信号応答性や信号の振幅等に応じて圧力室容
積が初期の容積に復帰するに要する時間が短縮さ
れるように選ばれる。

以上のように本発明によればインク噴射後、圧
力室の容積をすみやかに初期状態に戻すためピエ
ゾ振動板に初期電圧に対しインク噴射のための駆
動電圧と逆方向の振幅を有する電圧を印加するよ
うにしたことによりインク滴形成のくり返し周波
数を高くしてもインク滴の速度や大きさの変化せ
ず、記録速度が高く、記録品質の良いインクジエ
ツト記録装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はオンデイマンド型インクジエツト記録
装置の１例を示す図、第２図および第３図Ａ，Ｂ
は第１図に示すようなインクジエツト記録装置の
動作を説明するための図、第４図Ａ，Ｂ，Ｃは本
発明によるインクジエツト記録装置の駆動波形の
一例とピエゾ振動板による圧力および圧力室の容
積変化を示した図、第５図Ａ，Ｂは本発明による
インクジエツト記録装置の駆動波形のその他の例
と圧力室の容積変化を示した図、第６図は駆動波
形を作るための回路の１例を示した図、第７図
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは駆動波形のさらに他の例を
説明するための図、第８図は第７図に示した波形
を作るための回路の例を示した図である。なお図において、１はノズル、２は圧力室、３
はインク供給口、４はピエゾ振動板、５は駆動回
路、６および７は逆流阻止手段、８はインク滴、
９は記録紙、１０はトリガ信号、１１および１３
はモノマルチバイブレータ、１２および１４は出
力信号、１５および２１は振幅制御回路、１６は
差動増幅器、１７および２３は駆動信号、１８は
駆動波形形成回路、１９は遅延回路、２０は補正
波形成回路、２２は合成回路である。

Claims

【特許請求の範囲】１電気機械変換手段に印加する電圧をφとした
時に発生する圧力Ｐおよび容積Ｖが下記(1)式を満
たす変化をする圧力室と、Ｐ＝Ａ（φ−φ₀）＋Ｂ（Ｖ−V₀） (1) （ただし、ＡおよびＢは定数、φ₀は初期電圧、
V₀はφ＝φ₀、Ｐ＝０のときの圧力室容積であ
る。）前記圧力室と連通しインクの噴射が行なわれる
オリフイスと、前記圧力室と連通し圧力室へイン
クを供給する供給口と、前記圧力室と前記オリフ
イス間および前記圧力室と前記供給口間に設けた
逆流阻止手段とからなるインクジエツトヘツドと
前記インクジエツトヘツドの駆動手段とを有し、
初期電圧φ₀からみて所定の方向の電圧φ₁を印加
した時には初期容積よりも小さい容積V₁に漸近
し、初期電圧φ₀からみて前記電圧φ₁と反対方向
であつて｜φ₂−φ₁｜＞｜φ₁−φ₀｜を満たす電圧
φ₂を印加した時には初期容積よりも大きい容積
V₂に漸近するインクジエツト記録装置であつて、
前記インクジエツトヘツドの駆動手段より前記電
気機械変換手段に印加する電圧波形が、 (イ) インク噴射動作を行なつていない場合には、
常時初期電圧φ₀であり、 (ロ) インク噴射動作を行なう場合には、前記初期
電圧φ₀から前記電圧φ₁に変化する電圧波形で
あり、 (ハ) インク供給動作を行う場合には、前記電圧
φ₁から前記電圧φ₂に変化し、前記圧力室容積
が前記初期容積V₀に戻つた時点で前記初期電
圧φ₀に戻る電圧波形であることを特徴とする
インクジエツト記録装置。