JPH09109395A

JPH09109395A - インクジェット装置

Info

Publication number: JPH09109395A
Application number: JP27082695A
Authority: JP
Inventors: Takuma Takasu; 卓磨鷹巣; Hajime Shiraishi; 肇白石; Koji Matsuo; 幸治松尾; Nobusuke Satou; 伸祐佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】階調ドット毎の記録材へのインク着弾のタイ
ミングを一致させ、印刷の高画質化が可能となるインク
ジェット装置を提供することを目的とする。【解決手段】インクに通電するための電極駆動装置か
らの出力電圧が変化する変調電圧でインクへ電気エネル
ギーを与え、インク吐出量を可変する階調制御手段を備
え、階調ドット毎の記録材へのインク着弾のタイミング
が一致するように変調電圧の印加開始時期を制御する印
加開始時期制御装置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱によりインク中
に沸騰気泡を形成させ、その圧力によりインクを吐出さ
せるインクジェット装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェットプリンタは、記録
時の静粛性、高速記録が可能、カラー化が容易といった
点から家庭用、オフィス用コンピュータの出力用プリン
タとして広く利用されるようになってきた。このような
インクジェットプリンタは、インクを小滴化し飛翔さ
せ、記録材に付着させて記録を行うもので、小滴の発生
法や飛翔方向の制御法によって、例えば米国特許第３０
６０４２９号に記載されているコンティニュアス方式
と、例えば米国特許第３４７４７１２０号に記載されて
いるオンディマンド方式とに大別される。

【０００３】次に、従来のインクジェット装置につい
て、図８、図９を用いて以下に説明する。

【０００４】図８は従来のインクジェット装置の断面
図、図９は従来のインクジェット装置の制御ブロック図
である。図８及び図９において、１ａ、１ｂは一対の電
極、２は一対の電極１ａ、１ｂに対応したノズル、３
ａ、３ｂは電極１ａ、１ｂを駆動する電極駆動装置、４
は各電極駆動装置３ａ、３ｂからの出力電圧を制御する
通電時間制御装置、５はインク、７は交流電流Ｉにより
発生する沸騰気泡、９は各電極１ａ、１ｂを搭載してい
る基材であり、１０は通電時間制御装置４に印刷開始を
知らせるＣＰＵである。

【０００５】以上のように構成された従来のインクジェ
ット装置において、ドット径Ｄ１、Ｄ２（Ｄ１＞Ｄ２）
となるインク吐出量Ｑ１、Ｑ２（Ｑ１＞Ｑ２）を得るた
めのインク吐出原理について、図１０を用いて説明す
る。

【０００６】まず、ドット径Ｄ１を得る為のインク吐出
動作について説明する。ＣＰＵ１０は、印刷開始を知ら
せるＰＴＭ信号を通電時間制御装置４に出力する。これ
により、通電時間制御装置４は、ＰＴＭ信号の立ち上が
りに同期して、印加時間Ｔ１ｂの間、電極駆動装置３
ａ、３ｂを図１０に示すようなタイミングで駆動する。
ここで電極駆動装置３ａ、３ｂの出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ
２は、位相１８０度ずれた３ＭＨｚ、２５Ｖの電圧波形
となっており、電極１ａ、１ｂにはそれぞれこれらの電
圧波形が印加される。

【０００７】また、電極１ａ、１ｂ間には図８に示すよ
うなインク５が充填されており、これらの電圧により、
インク５には交流電流Ｉ１が流れる。

【０００８】すると電極１ａ、１ｂ間に挟まれたインク
５は、交流電流Ｉ１により自己発熱し、その発熱により
インク５の抵抗値が低下してゆくので、図１０に示すよ
うに印加時間の経過と共に、電流値が増えていくことに
なる。

【０００９】そして、さらに電極１ａ、１ｂ間に挟まれ
たインク５が自己発熱し、やがて図８に示すように、沸
騰気泡７が、期間Ｔ１ａが経過した後に発生する。この
沸騰気泡ｂの圧力により、印刷開始を知らせるＰＴＭ信
号の立ち上がりから期間Ｔ１ａが経過した後、ノズル２
からインク量Ｑ１のインク５が吐出され、このインク５
が記録材１１に付着し、直径Ｄ１のドットが形成され
る。

【００１０】また沸騰気泡７が、電極１ａ、１ｂを覆う
ため、図１０に示すように期間Ｔ１ａが経過した後、図
１０に示すように交流電流Ｉ１は急激に減少する。

【００１１】また、ドット径Ｄ２を得る為のインク吐出
動作についても同様であるが、図１０に示すように、吐
出量Ｑ２には３０Ｖの印加電圧で印加時間Ｔ２ｂが必要
であり、沸騰気泡発生時期は、期間Ｔ２ａが経過した後
となり、ノズルからのインク吐出時期は、印刷開始を知
らせるＰＴＭ信号の立ち上がりから期間Ｔ２ａが経過し
た後となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
印刷装置において、ドット径が異なる階調印刷を行う場
合、インク吐出量に応じて吐出に必要な印加時間が異な
り、かつインク吐出速度がインク吐出量やインクジェッ
ト装置の使用環境（温度、湿度、気圧）により異なるた
め、階調ドット毎のインクの着弾位置が狙った位置から
ずれ、印刷画質不良の原因という問題点があった。

【００１３】そこで本発明は、階調ドット毎の記録材へ
のインク着弾のタイミングを一致させ、印刷の高画質化
が可能となるインクジェット装置を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
装置は、インクに通電するための電極駆動装置からの出
力電圧が変化する変調電圧でインクへ電気エネルギーを
与え、インク吐出量を可変する階調制御手段を備え、階
調ドット毎の記録材へのインク着弾のタイミングが一致
するように変調電圧の印加開始時期を制御する印加開始
時期制御装置を備える。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、一対の電極に通電し、インクを吐出させるインクジ
ェット装置であって、インクに通電するための電極駆動
装置からの出力電圧が変化する変調電圧でインクへ電気
エネルギーを与え、インク吐出量を可変する階調制御手
段を備え、階調ドット毎の記録材へのインク着弾のタイ
ミングが一致するように前記変調電圧の印加開始時期を
制御する印加開始時期制御装置を備えたものであり、階
調ドット毎にエネルギー印加時間が異なっても、記録材
へのインク着弾のタイミングが一致するため、高画質印
刷が可能になる。

【００１６】（第１実施の形態）以下、本発明の第１実
施の形態について図１〜図５を参照しながら説明する。

【００１７】図１は本発明の第１実施の形態におけるイ
ンクジェット装置の制御ブロック図、図２は本発明の第
１実施の形態における印刷開始時期制御装置のブロック
図、図３は本発明の第１実施の形態におけるインクジェ
ット装置のタイミングチャート図、図４は本発明の第１
実施の形態におけるインクジェット記録装置の平面図で
ある。図中、従来のインクジェット装置を示す図８〜図
１０と同様の構成要素については、同一符号を付すこと
により、説明を省略する。

【００１８】１２はＣＰＵ１０からのＰＴＭ信号を受け
て各電極駆動装置３ａ〜３ｆに印加開始時期を変えて電
圧を出力する印加開始時期制御装置であり、具体的には
図２に示すように演算回路１３と、通電時間制御装置４
とから構成されている。

【００１９】また本発明に係るインクジェット装置は、
図４に示すように、コピー機能やファクシミリ機能も付
設しているインクジェット記録装置に組込むと特に有効
であり、図１において１４はイメージスキャナである。
また図４において、１５はインクジェットヘッド、１６
はインクジェットヘッド１５を保持するキャリッジ、１
７は記録材送り方向と直交するキャリッジ移動方向に伸
び、このキャリッジ移動方向についてキャリッジ１６を
スライド自在に案内するガイドシャフト、１８はインク
ジェットヘッド１５をドライブするインクジェットヘッ
ド駆動回路、１９はインクジェット装置の本体基板、２
０はインクジェットヘッド駆動回路１８と本体基板１９
とを接続するフレキシブルケーブルである。

【００２０】まず、本発明においてドット径を多階調で
印刷する場合の制御方法を説明する。図５（ａ）におい
て、横軸は加熱時間、縦軸は印加電力およびドット径を
決定する気泡体積である。インクジェットヘッドに０．
４Ｗの電力を与えると、沸騰開始までの加熱時間は７μ
ｓとなり、Ｅ１＝０．４×７＝２．８μＪのエネルギー
が与えられる。その時の気泡は曲線Ｂ１のように成長
し、最大気泡体積は２００ｐｌとなる。同様にインクジ
ェットヘッドに０．２３Ｗの電力を与えると、沸騰開始
までの加熱時間は２２μｓとなり、Ｅ２＝０．２３×２
２＝５．０６μＪのエネルギーが与えられ、その時の気
泡は曲線Ｂ２のように成長し、最大気泡体積は４００ｐ
ｌとなる。このように印加電力により沸騰開始までの時
間が決まり、それによりインクの加熱される体積が変化
し、加熱される体積が大きいほど最大成長気泡体積が大
きくなる。つまり、ゆっくり加熱すれば、より大きな気
泡を形成することができる。沸騰が始まれば、気泡によ
り電極間の電流が遮断されるので、電圧を直後に切るよ
うに制御しても最大成長気泡体積に影響はない。

【００２１】また、電力の与え方は図５（ｂ）のように
電圧値を変化させてもよいが、図５（ｃ）、図５（ｄ）
のように電圧値は一定でパルスデューティを変化させて
も気泡体積を制御できる。このようにして気泡体積を変
化させ、ドット径の階調制御ができる。

【００２２】以上のように構成されたインクジェット装
置において、図１〜図４を用いて最適なエネルギー印加
開始時期を制御する原理について説明する。

【００２３】本制御には複数のノズルを有するヘッドに
おいて階調数に応じ、２個以上のノズルを用いて、各々
のノズルから異なるドット径の形成が得られるように、
１通り以上のタイミングモードでエネルギーを印加す
る。本実施の形態では、図１に示すように、３個のノズ
ル２ａ、２ｂ、２ｃを用いて、３通りのタイミングモー
ドＭ１、Ｍ２、Ｍ３で３階調のドット径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ
３（Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３）に対応する電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ
３のエネルギーを印加し、図２のように記録材１１に予
備吐出印刷を得た。その結果をイメージスキャナ１４で
読取り、そのパターンデータがＣＰＵ１０にフィードバ
ックされ、ＣＰＵ１０に予め記憶された最適印刷パター
ンと照合され、自動的にタイミングモードを最適化す
る。本実施の形態の場合、タイミングモードＭ２が最適
と判断され、そのタイミングモードで本印刷が実施され
る。

【００２４】尚、イメージスキャナ１４を装備していな
いインクジェット装置においては、２通り以上のタイミ
ングモードで出力された予備吐出印刷を目視等で判断し
て、最適タイミングモードを選択し、プリンタドライバ
を用いてＣＰＵ１０にフィードバックしてもよい。

【００２５】次にインクジェットヘッドの任意のノズル
２ａにおいて、３階調のドット径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３（Ｄ
１＞Ｄ２＞Ｄ３）を得るインクの着弾のタイミングを一
致させる制御タイミングチャート図３を用いて、ドット
形成までの挙動を説明する。

【００２６】まず、ドット径Ｄ１を得る為のインク吐出
動作について説明する。ＣＰＵ１０は、印刷開始を知ら
せるＰＴＭ信号を印加開始時期制御装置１２に出力す
る。これにより、印加開始時期御装置１２は、ＰＴＭ信
号の立ち上がり時期からＴ１Ｅ後にノズル２ａからイン
ク５が吐出するように、印加開始時期を演算する。具体
的には、タイミングモードＭ２に従い、演算回路１３に
より、ＰＴＭ信号の立ち上がり時期から時間Ｔ１Ｃ後
に、ノズル２ａへの印加開始信号ＰＴＭ１を発生させ
る。その後、通電時間制御装置４はＰＴＭ１信号の立ち
上がりに同期して、電極駆動装置３ａ、３ｂに対し、設
定された印加時間Ｔ１Ｂの期間、電圧Ｖ１を出力し始め
る。よって、電極１ａ、１ｂ間に充填されたインク５に
は交流電流Ｉ１が図３のように流れ、ＰＴＭ１の立ち上
がりからＴ１Ｂ期間後、沸騰気泡が発生し、インク５が
吐出され、時間Ｔｄ経過後、記録材１１にインク５が付
着し、直径Ｄ１のドットを形成する。

【００２７】次に、ドット径Ｄ２を得る為のインク吐出
動作について説明する。ＣＰＵ１０は、印刷開始を知ら
せるＰＴＭ信号を印加開始時期制御装置１２に出力す
る。これにより、印加開始時期御装置１２は、ＰＴＭ信
号の立ち上がり時期から時間Ｔ２Ｅ後にノズル２ａから
インク５が吐出するように、印加開始時期を演算する。
具体的には、タイミングモードＭ２に従い、演算回路１
３により、ＰＴＭ信号の立ち上がり時期からＴ２Ｃ後
に、ノズル２ａへの印加開始信号ＰＴＭ２を発生させ
る。その後、通電時間制御装置４はＰＴＭ２信号の立ち
上がりに同期して、電極駆動装置３ｃ、３ｄに対し、設
定された印加時間Ｔ２Ｂの期間、電圧Ｖ２を出力し始め
る。よって、電極１ｃ、１ｄ間に充填されたインク５に
は交流電流Ｉ２が図３のように流れ、ＰＴＭ２の立ち上
がりからＴ２Ｂ期間後、沸騰気泡が発生し、インク５が
吐出され、時間Ｔｄ経過後、記録材１１にインク５が付
着し、直径Ｄ２のドットを形成する。

【００２８】次に、ドット径Ｄ３を得る為のインク吐出
動作について説明する。ＣＰＵ１０は、印刷開始を知ら
せるＰＴＭ信号を印加開始時期制御装置１２に出力す
る。これにより、印加開始時期御装置１２は、ＰＴＭ信
号の立ち上がり時期から時間Ｔ３Ｅ後にノズル２ａから
インクが吐出するように、印加開始時期を演算する。具
体的には、タイミングモードＭ２に従い、演算回路１３
により、ＰＴＭ信号の立ち上がり時期からＴ３Ｃ後に、
ノズル２ａへの印加開始信号ＰＴＭ３を発生させる。そ
の後、通電時間制御装置４はＰＴＭ３信号の立ち上がり
に同期して、電極駆動装置３ｅ、３ｆに対し、設定され
た印加時間Ｔ３Ｂの期間、電圧Ｖ３を出力し始める。よ
って、電極１ｅ、１ｆ間に充填されたインク５には交流
電流Ｉ３が図３のように流れ、ＰＴＭ３の立ち上がりか
らＴ３Ｂ期間後、沸騰気泡が発生し、インク５が吐出さ
れ、時間Ｔｄ経過後、記録材１１にインク５が付着し、
直径Ｄ３のドットを形成する。

【００２９】以上は任意の一ノズルにおける吐出挙動の
説明であったが、インクジェットヘッドの全ノズル２ａ
〜２ｃにおいて同様の演算処理がなされ、印刷信号ＰＴ
Ｍの立ち上がりから時間Ｔｄ経過後に、各ノズル２ａ〜
２ｃからインク吐出が行われ、記録材１１へのインク着
弾ずれは発生しない。

【００３０】また、以上の実施の形態においては、前記
インクへの吐出のための圧力付与手段が、インクに通電
することで加熱沸騰させる手段を用いたが、発熱抵抗体
等の熱エネルギー発生を利用したり、またはピエゾ振動
素子等による機械的振動エネルギーを利用しても同様の
作用と効果があり、本発明は加熱沸騰によるインクジェ
ット装置に限定されない。

【００３１】（第２実施の形態）インク５の飛翔方向の
制御に記録信号に応じて電界制御する手段を備えるイン
クジェット装置においても、階調ドット毎の記録材への
インク着弾のタイミングが一致するように、前記電界制
御信号の印加開始時期を制御する印加開始時期制御装置
を単独で付設するか、または、第１実施の形態のように
電圧印加開始時期制御装置と併設することで同様の作用
と効果がある。

【００３２】電界制御信号の印加開始時期を制御する印
加開始時期制御装置を単独で付設した第２実施の形態に
ついて図６、図７を参照しながら説明する。

【００３３】図６は本発明の第２実施の形態におけるイ
ンクジェット装置の制御ブロック図、図７は本発明の第
２実施の形態におけるインクジェット装置の制御タイミ
ングチャートである。図６において、２１は電界制御電
極、２２は電界印加開始時期制御装置である。

【００３４】また、階調ドット毎の記録材へのインク着
弾のタイミングが一致させるためには、予備吐出印刷し
たテストチャート図を基に、電界印加開始時期制御装置
２２から電界制御電極２１に対して、インク５の飛翔方
向の電界制御信号の最適な印加開始時期を知らせるＰＴ
Ｍ４〜ＰＴＭ６を図７に示すように出力する（本実施の
形態の場合ドット階調数は３である）。

【００３５】以上は任意の単一ノズルにおける吐出挙動
の説明であったが、インクジェットヘッドの全ノズルに
おいて同様のタイミングが演算処理され、印刷信号ＰＴ
Ｍの立ち上がりからＴｄ期間後に、各ノズルからインク
吐出は行われ、記録材１１へのインク着弾ずれは発生し
ない。

【００３６】また、第２実施の形態においても、インク
５への吐出のための圧力付与手段が、インクに通電する
ことで加熱沸騰させる手段を用いたが、発熱抵抗体等の
熱エネルギー発生を利用する手段、または、ピエゾ振動
素子等による機械的振動エネルギーを利用する手段を用
いても差支えない。

【００３７】

【発明の効果】本発明のインクジェット装置は、インク
に通電するための電極駆動装置からの出力電圧が変化す
る変調電圧でインクへ電気エネルギーを与え、インク吐
出量を可変する階調制御手段を備え、階調ドット毎の記
録材へのインク着弾のタイミングが一致するように変調
電圧の印加開始時期を制御する印加開始時期制御装置を
備えるので、階調ドット毎にエネルギー印加時間が異な
っても、記録材へのインク着弾のタイミングが一致さ
せ、印刷画質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態におけるインクジェッ
ト装置の制御ブロック図

【図２】本発明の第１実施の形態における印刷開始時期
制御装置のブロック図

【図３】本発明の第１実施の形態におけるインクジェッ
ト装置のタイミングチャート

【図４】本発明の第１実施の形態におけるインクジェッ
ト記録装置の平面図

【図５】（ａ）本発明の第１実施の形態における加熱時
間と気泡径の関係を示すグラフ（ｂ）本発明の第１実施の形態における加熱時間と気泡
径の関係を示すグラフ（ｃ）本発明の第１実施の形態における加熱時間と気泡
径の関係を示すグラフ（ｄ）本発明の第１実施の形態における加熱時間と気泡
径の関係を示すグラフ

【図６】本発明の第２実施の形態におけるインクジェッ
ト装置の制御ブロック図

【図７】本発明の第２実施の形態におけるインクジェッ
ト装置の制御タイミングチャート

【図８】従来のインクジェット装置の断面図

【図９】従来のインクジェット装置の制御ブロック図

【図１０】従来のインクジェット装置の制御タイミング
チャート

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ電極２ａ、２ｂ、２ｃノズル３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ電極駆動装置４通電時間制御装置５インク７沸騰気泡９基材１０ＣＰＵ１１記録材１２印加開始時期制御装置１３演算回路１４イメージスキャナＩ交流電流

フロントページの続き (72)発明者佐藤伸祐大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極に通電し、インクを吐出させる
インクジェット装置であって、インクに通電するための電極駆動装置からの出力電圧が
変化する変調電圧でインクへ電気エネルギーを与え、イ
ンク吐出量を可変する階調制御手段を備え、階調ドット
毎の記録材へのインク着弾のタイミングが一致するよう
に前記変調電圧の印加開始時期を制御する印加開始時期
制御装置を備えたことを特徴とするインクジェット装
置。
【請求項２】２通り以上の電圧印加開始時期で予備吐出
印刷したテストチャート図を基に、最適なエネルギー印
加開始時期を選択することを特徴とする請求項１記載の
インクジェット装置。
【請求項３】１通り以上の電圧印加開始時期で予備吐出
印刷したテストチャート図をイメージスキャナで読取
り、最適なエネルギー印加開始時期を自動的に決定する
ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット装置。
【請求項４】前記インクへの電気エネルギー付与手段
が、パルスデューティを変化させる方式であることを特
徴とする請求項１、２、３記載のインクジェット装置。
【請求項５】前記インクへの吐出のための圧力付与手段
に、発熱抵抗体等の熱エネルギー発生を利用することを
特徴とする請求項１、２、３、４記載のインクジェット
装置。
【請求項６】前記インクへの吐出のための圧力付与手段
に、ピエゾ振動素子等による機械的振動エネルギーを利
用することを特徴とする請求項１、２、３記載のインク
ジェット装置。
【請求項７】前記インクの飛翔方向の制御に記録信号に
応じて電界制御する手段を備え、階調ドット毎の記録材
へのインク着弾のタイミングが一致するように前記電界
制御信号の印加開始時期を制御する印加開始時期制御装
置を備えたことを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６記載のインクジェット装置。