JPH10235860A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず
記録される画像の品質を保持することができるインクジ
ェット記録装置を提供する。 【解決手段】 本インクジェットプリンタは、パルス電
圧を印加することにより圧電素子を駆動し、周囲温度に
より粘度が変化するインクを用いて画像記録を行ない、
周囲温度によって圧電素子の抵抗は変化する。本インク
ジェットプリンタは、周囲温度によって変化した圧電素
子の抵抗を各種センサ部１０９から検出し、検出された
抵抗値に基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５で印加する
圧電素子へのパルス電圧を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に関し、特に、圧電素子に電圧を印加することに
よりインクドロップを飛翔させることによって画像を形
成するインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェットプリンタのプ
リンタヘッドに圧電素子を用いたものが知られている。
このようなプリンタヘッドでは、圧電素子に画像情報に
応じた電圧が印加され、この電圧の印加によって生じる
圧電素子のひずみにより、所定の容器（インクチャンネ
ル）内のインクが加圧され、インクチャンネルに設けら
れたノズルから記録シートに向かってインクドロップが
飛翔する。このインクドロップの飛翔によって記録シー
ト上に画像が記録される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、周囲温
度が低下することによるインクの粘度、表面張力の上昇
は、このようなインクドロップの飛翔による画像の記録
に影響を与える。インクの粘度、表面張力が上昇する
と、ノズルから飛翔するインクドロップの径、速度等は
影響を受け、サテライト、カーブ、ドロップ割れ等が発
生し、低温時において記録される画像の品質を著しく劣
化させる原因となる。

【０００４】また、サーミスタ素子等を用いて温度を計
測することができるが、これらをそのまま周囲温度（ま
たはインクの温度）の検出に用いることは、インクジェ
ットプリンタ全体の生産コストを上昇させる原因とな
る。

【０００５】本発明は、これらのような問題点を解決す
るためになされたもので、その目的は、簡素な構成で、
周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保
持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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電圧を印加することにより圧電素子を駆動し、周囲
温度により物性が変化するインクを用いて画像の記録を
行うインクジェット記録装置であり、周囲温度によって
圧電素子の物性は変化する。

【０００７】本インクジェット記録装置は、周囲温度に
よって変化した圧電素子の物性を検知する検知手段と、
検知手段によって検知された圧電素子の物性に基づい
て、圧電素子に印加する電圧を調整する手段とを含んで
いる。

【０００８】請求項１に記載の発明によると、周囲温度
によって変化する圧電素子の物性が検知され、これに基
づいて圧電素子に印加する電圧が調整される。これによ
り、従来のように周囲温度の変動に伴なうインクの物性
の変化によって記録される画像の品質を劣化させること
なく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録
される画像の品質を保持することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
における実施例であるインクジェットプリンタ１につい
て説明する。

【００１０】図１は、本発明における第１の実施例であ
るインクジェットプリンタ１の概略構成を示す斜視図で
ある。

【００１１】インクジェットプリンタ１は、紙やＯＨＰ
シートなどの記録媒体である記録シート２と、インクジ
ェット方式のプリンタヘッドであるプリンタヘッド３
と、プリンタヘッド３を保持するキャリッジ４と、キャ
リッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させ
るための揺動軸５、６と、キャリッジ４を揺動軸５、６
に沿って往復駆動する駆動モータ７と、駆動モータ７の
回転をキャリッジ４の往復運動に変えるためのタイミン
グベルト９、アイドルプーリ８とを含んでいる。

【００１２】また、インクジェットプリンタ１は、記録
シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねる
プラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を
押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２
を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、
プリンタヘッド３のインクを吐出するノズル面を洗浄し
インク吐出不良を良好な状態に回復させる回復系１４
と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１
５とを含んでいる。

【００１３】記録シート２は、手差しあるいはカットシ
ートフィーダ等の給紙装置によって、プリンタヘッド３
とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。こ
の際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記
録部への搬送が制御される。

【００１４】プリンタヘッド３には、インク飛翔用のエ
ネルギ発生源として圧電素子（ＰＺＴ）が用いられる。
圧電素子には電圧が印加され、ひずみが生じる。このひ
ずみは、インクで満たされたチャンネルの容積を変化さ
せる。この容積の変化により、チャンネルに設けられた
ノズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が
行なわれる。

【００１５】キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドル
プーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２の
桁方向（記録シート２を横切る方向）に主走査し、キャ
リッジ４に取り付けられたプリンタヘッド３は１ライン
分の画像を記録する。１ラインの記録が終わる毎に、記
録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のラインが
記録される。

【００１６】記録シート２にはこれらのようにして画像
が記録され、記録部を通過した記録シート２は、その搬
送方向下流側に配置された排出ローラ１２とこれに圧接
される拍車ローラ１３とによって排出される。

【００１７】図２〜図４は、プリンタヘッド３の構成を
説明するための図である。図２はプリンタヘッド３のノ
ズルを有する面の平面図であり、図３は図２のＩＩＩ−
ＩＩＩ線断面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面
図である。

【００１８】プリンタヘッド３は、ノズルプレート３０
１、隔壁３０２、振動板３０３、基板３０４とを一体に
重ねた構成となっている。

【００１９】ノズルプレート３０１は、ガラス、セラミ
ックス、金属または合成樹脂などからなり、ノズル３０
７を有し、表面３１８には撥インク層を有する。隔壁３
０２には、薄肉フィルムが使用されており、ノズルプレ
ート３０１と振動板３０３との間に固定されている。

【００２０】また、ノズルプレート３０１と隔壁３０２
との間には、インク３０５を収容する複数のインクチャ
ンネル３０６と、各インクチャンネル３０６をインク供
給室３０８に連結するインクインレット３０９が形成さ
れている。インク供給室３０８は図示しないインクタン
クに接続されており、インク供給室３０８内のインク３
０５はインクチャンネル３０６へと供給される。

【００２１】振動板３０３には、各インクチャンネル３
０６に対応した複数の圧電素子３１３が含まれる。振動
板３０３の加工は、まず、振動板３０３が配線部３１７
を有する基板３０４に絶縁接着剤で固定され、その後、
ダイサー加工によりセパレート溝３１５、３１６が形成
され振動板３０３が分断されることにより行なわれる。
また、この分断によって各インクチャンネル３０６に対
応する圧電素子３１３と、隣接する圧電素子３１３との
間に位置する圧電素子柱部３１４と、これらを囲む周囲
壁３１０とが分離される。

【００２２】基板３０４上の配線部３１７は、アースに
接続されプリンタヘッド３内の全ての圧電素子３１３に
共通に接続される共通電極側配線部３１１とプリンタヘ
ッド３内の各圧電素子３１３に個別に接続される個別電
極側配線部３１２とを有する。この基板３０４上の共通
電極側配線部３１１は圧電素子３１３内の共通電極に接
続され、個別電極側配線部３１２は圧電素子３１３内の
個別電極に接続される。

【００２３】これらのような構成のプリンタヘッド３の
動作は、インクジェットプリンタ１の制御部によってコ
ントロールされる。制御部のヘッド吐出駆動部１０５
（図５参照）からは、圧電素子３１３内部に設けられた
共通電極と個別電極との間に、印字信号である所定の電
圧が印加され、圧電素子は隔壁３０２を押す方向に変形
する。圧電素子３１３の変形は隔壁３０２に伝えられ、
これによりインクチャンネル３０６内のインク３０５が
加圧され、ノズル３０７を介してインクドロップが記録
シート２（図１参照）に向かって飛翔する。

【００２４】図５は、インクジェットプリンタ１の制御
部の概略構成を示すブロック図である。

【００２５】インクジェットプリンタ１の制御部は、Ｃ
ＰＵ１０１と、ＲＡＭ１０２と、ＲＯＭ１０３と、デー
タ受信部１０４と、ヘッド吐出駆動部１０５と、ヘッド
移動駆動部１０６と、紙送りモータ駆動部１０７と、回
復系モータ駆動部１０８と、各種センサ部１０９とを含
んでいる。

【００２６】なお、周囲温度によって変化する圧電素子
３１３の抵抗値は、各種センサ部１０９によって検出さ
れ、これに基づいてヘッド吐出駆動部１０５から印加さ
れる圧電素子３１３の駆動電圧が調整される。この圧電
素子３１３の抵抗値は、圧電素子３１３に印字信号であ
る所定の電圧が印加されていない際に測定される。

【００２７】全体を制御するＣＰＵ１０１は、必要に応
じてＲＡＭ１０２を用い、ＲＯＭ１０３に記憶されてい
るプログラムを実行する。このプログラムには、ホスト
コンピュータ等に接続され記録すべき画像データを受信
する、データ受信部１０４から読み込まれる画像データ
に基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５、ヘッド移動駆動
部１０６、紙送りモータ駆動部１０７、各種センサ部１
０９を制御し記録シート２上に画像を記録するための部
分と、必要な際に、回復系モータ駆動部１０８、各種セ
ンサ部１０９を制御しプリンタヘッド３のノズル面を良
好な状態に回復させるための部分とが含まれる。

【００２８】ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、ヘッド吐
出駆動部１０５はプリンタヘッド３の圧電素子３１３を
駆動し、ヘッド移動駆動部１０６はプリンタヘッド３を
保持するキャリッジ４を桁方向に移動させる駆動モータ
７を駆動し、紙送りモータ駆動部１０７は紙送りローラ
を駆動する。また、ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、回
復系モータ駆動部１０８は、プリンタヘッド３のノズル
面を良好な状態に回復させるために必要なモータ等を駆
動する。

【００２９】以下、図６〜図１０を用いて、インクの粘
度の温度特性とこれに伴なうインクジェットプリンタ１
での制御を説明する。

【００３０】図６は、プリンタヘッド３から吐出される
インクの粘度の温度特性を示す図である。

【００３１】インクの粘度はインクの温度（周囲温度）
が常温から下降していくに従って上昇し、特に１０
［℃］以下で粘度は急激に上昇していく。また、インク
の粘度は、インクの温度が常温から上昇していくに従っ
て徐々に低下していく。

【００３２】図７は、インクジェットプリンタ１のヘッ
ド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３を駆
動するパルス電圧の波形を示す図である。

【００３３】ここでは、圧電素子３１３には、１層の厚
み０．５［ｍｍ］、幅０．１２［ｍｍ］、長さ５．２
［ｍｍ］の単層型ＰＺＴ圧電素子を加工したものを用い
るものとする。また、一例として、図７に示す波形を有
するパルス電圧を圧電素子３１３に印加するものとし、
このパルス電圧の印加によってノズルから飛翔するイン
クドロップに対して得られる、パルス電圧を周囲温度に
よって調整しない場合と、パルス電圧を周囲温度によっ
て調整する場合との、周囲温度に対する用紙（記録シー
ト２）付着後のドット径の変化をそれぞれ図８、図１０
を用いて説明する。

【００３４】パルス電圧は、５［μｓｅｃ］の立ち上が
り時間で立ち上げられ、６０［Ｖ］のパルス振幅を１５
［μｓｅｃ］継続した後、５０［μｓｅｃ］の立ち下が
り時間で立ち下げられる。

【００３５】なお、ここでは単層型ＰＺＴ圧電素子の例
を示したが、積層型ＰＺＴを用いてもよい。積層型ＰＺ
Ｔを用いることでパルス電圧をより低くでき、ドライバ
のコストを減少させることができる。

【００３６】図８は、パルス電圧を周囲温度によって調
整しない場合の、用紙に付着後のドット径の周囲温度に
よる変化を示す図である。ここでのドット径は、１００
ドットを用紙に印字した際の平均値を示す。

【００３７】ドット径はインクの温度（周囲温度）が常
温から下降していくに従って減少し、特に１０［℃］以
下でドット径は急激に減少していく。また、ドット径
は、インクの温度が常温から上昇していくに従って徐々
に増大していく。これらのドットの印字においては、特
に、インクの温度が１０［℃］以下のとき、サテライト
が発生し、また、インクドロップの飛翔する速度が遅い
ために着弾位置ずれが生じている。インクの温度が４０
［℃］以上のときは、インクドロップのカーブ、ドロッ
プ割れが多く発生している。

【００３８】図７に示すインクの粘度の温度特性による
と、図８に示すドット径の周囲温度による変化が、主に
インクの粘度によるものであることが推測される。

【００３９】図９は、プリンタヘッド３内の１つの圧電
素子３１３の抵抗の温度特性を示す図である。圧電素子
の抵抗は、その温度が低温から高温になるに従って、ほ
ぼ一定の傾きで単調に減少する。

【００４０】図８に示すようにドット径が周囲温度に影
響されることを防止するために、図９に示す圧電素子の
抵抗の温度特性を検出して、図１０に示すように、周囲
温度にかかわらずほぼ一定のドット径となるようにイン
クドロップが吐出されるように、図７に示すパルス電圧
のパルス振幅を周囲温度に応じて調整する。

【００４１】図１０は、パルス電圧を周囲温度によって
調整する場合の、用紙に付着後のドットの径の周囲温度
による変化を示す図である。ここでのドット径も、図８
でのドット径と同様に、１００ドットを用紙に印字した
際の平均値を示している。

【００４２】ここでは、常温（２０［℃］）で６０
［Ｖ］と設定している（図７参照）、圧電素子を駆動す
るパルス電圧のパルス振幅を、周囲温度５、１０、３
０、４０［℃］で、それぞれ、６９、６４、５８、５５
［Ｖ］と設定する。

【００４３】これによると、図８を用いて説明した、パ
ルス電圧を調整しない場合の、周囲温度が１０［℃］以
下でのインクドロップのサテライト、着弾位置ずれ、周
囲温度が４０［℃］以上でのインクドロップのカーブ、
ドロップ割れは、完全に解消されている。

【００４４】以上のようにインクジェットプリンタ１で
は、周囲温度によって変化する圧電素子３１３の抵抗が
各種センサ部１０９によって検出され、ヘッド吐出駆動
部１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパル
ス電圧のパルス振幅が周囲温度に応じて調整される。こ
れにより、従来のように周囲温度の変動に伴なうインク
の物性の変化によって記録される画像の品質を劣化させ
ることなく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわら
ず記録される画像の品質を保持することができる。

【００４５】次に、第２、第３の実施例であるインクジ
ェットプリンタについて説明する。図１１は、本発明に
おける第２の実施例であるインクジェットプリンタのプ
リンタヘッド３の構成を説明するための図である。図１
１は、第１の実施例であるインクジェットプリンタ１の
プリンタヘッド３の構成を説明するための図２に対応
し、同様の部分については同様の符号を用いて表わす。
図示以外の部分についての構成は、第１の実施例のイン
クジェットプリンタ１の構成に準ずる。

【００４６】上記の第１の実施例のインクジェットプリ
ンタ１では、インクドロップを吐出する圧電素子３１３
は、同時に、抵抗を検出するために用いられる。このた
め、インクドロップを吐出している間は、抵抗を測定す
ることができない。

【００４７】これに対し、第２の実施例のインクジェッ
トプリンタは、図に示すようにプリンタヘッド３内の複
数の圧電素子３１３の端部に、ノズル３０７を持たない
圧電素子３５０を有する。この圧電素子３５０を温度セ
ンサとして用いることにより、インクドロップを吐出し
つつ抵抗を測定し、リアルタイムに測定結果をフィード
バックすることができる。これにより、従来のように周
囲温度の変動に伴なうインクの物性の変化によって記録
される画像の品質を劣化させることなく、簡素な構成
で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質
を保持することができる。

【００４８】図１２は、本発明における第３の実施例で
あるインクジェットプリンタのプリンタヘッド周辺の構
成を説明するための図である。これらの部分は、第１の
実施例であるインクジェットプリンタ１のプリンタヘッ
ド３、キャリッジ４に対応する部分であり、他の部分の
構成については、第１の実施例であるインクジェットプ
リンタ１の構成に準ずる。

【００４９】第３の実施例であるインクジェットプリン
タは、インクを吐出するノズルを有するプリンタヘッド
２５０周辺に、インクを収容するためのインクカートリ
ッジ１５０と、インクカートリッジ１５０を保持し全体
を矢印Ｄ１方向に往復移動させるためのキャリッジ２０
０とを有する。

【００５０】インクカートリッジ１５０は、インクタン
ク１５１、１５２を含む。インクタンク１５１、１５２
にはインクが満たされ、また、ポリウレタン等の充填材
がインクタンク１５２に充填される。

【００５１】プリンタヘッド２５０は、圧電素子２５１
と、圧電素子２５１に電圧を印加するための基板２５２
と、インクカートリッジ１５０からのインクを収容する
ためのインクチャンネル２５３と、インクを吐出するノ
ズル２５４とを含んでいる。

【００５２】これらのプリンタヘッド２５０の構成の詳
細は、図３の断面図に示すプリンタヘッド３の構成と同
様である。ただし、図３の断面図に示すプリンタヘッド
３のノズル３０７が（紙面に垂直な方向に）１列設けら
れるのに対し、本実施例では、プリンタヘッド２５０の
ノズル２５４は中心線２５５に対称に２列設けられる。
これら２列のノズル２５４のうち、１列は比較的大きな
径のインクドロップの吐出に、もう１列は比較的小さな
径のインクドロップの吐出に用いられる。

【００５３】本実施例のインクジェットプリンタでは、
第１の実施例のインクジェットプリンタ１と同様にし
て、圧電素子２５１が配線部２０３、温度コントローラ
２０４を介し各種センサ部１０９に接続される。これに
加え、本実施例のインクジェットプリンタは、配線部２
０２、温度コントローラ２０４を介し各種センサ部１０
９に接続される圧電素子２０１をインクカートリッジ１
５０近傍に有し、圧電素子２０１によってインクカート
リッジ１５０近傍の温度が検出される。

【００５４】圧電素子２５１で検出されるインクの温度
と、圧電素子２０１で検出されるインクカートリッジ１
５０近傍の温度とは、温度コントローラ２０４によって
処理された後に、各種センサ部１０９へ伝達される。こ
のようにプリンタヘッド内部とインクカートリッジ近傍
との２箇所の温度が検出されることによって、より適切
に圧電素子を駆動するためのパルス電圧を設定すること
ができるので、インクドロップをより安定して飛翔さ
せ、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録さ
れる画像の品質を保持することができる。

【００５５】図１３は、温度コントローラでの処理の手
順を示すフローチャートである。まず、Ｓ１では、圧電
素子２５１の抵抗値と圧電素子２０１の抵抗値とがそれ
ぞれ温度に換算され、圧電素子２５１で検出されるイン
クの温度と圧電素子で検出されるインクカートリッジ１
５０近傍の温度との２つの温度の、例えば低い方の温度
が選択されたり、あるいは、適当な重みがつけられて平
均されたりして、温度の検出が行なわれる。

【００５６】次に、Ｓ２では、Ｓ１で検出された温度が
所定温度と異なるか否かが判断される。検出された温度
が所定温度と異ならなければ（Ｓ２にて、ＮＯ）、Ｓ５
でプリントが行なわれるよう指示が送られる。検出され
た温度が所定温度と異なれば（Ｓ２にて、ＹＥＳ）、Ｓ
３でプリンタヘッド３がメンテナンス位置にある（図１
でプリンタヘッド３が回復系１４の前部にある状態）か
否かが判断される。

【００５７】プリンタヘッド３がメンテナンス位置にな
ければ（Ｓ３にて、ＮＯ）、Ｓ６で、メンテナンス位置
へプリンタヘッド３が戻された後、また、プリンタヘッ
ド３がメンテナンス位置にあれば（Ｓ３にて、ＹＥ
Ｓ）、そのまま、Ｓ４へと処理は移される。

【００５８】Ｓ４では、図１０に示すような所定のドッ
ト径が得られるようにパルス電圧が変化され、Ｓ５でプ
リントが行なわれるよう指示が送られる。これらの処理
の後、本ルーチンは終了する。

【００５９】なお、本実施の形態においては、温度によ
って変化する圧電素子の物性として抵抗を検出させた
が、他に圧電素子のインピーダンス、静電容量等を用い
ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明における第１の実施例であるイ
ンクジェットプリンタ１の概略構成を示す斜視図であ
る。

【図２】プリンタヘッド３の構成を説明するためのプリ
ンタヘッド３のノズルを有する面の平面図である。

【図３】プリンタヘッド３の構成を説明するための図２
のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】プリンタヘッド３の構成を説明するための図３
のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】インクジェットプリンタ１の制御部の概略構成
を示すブロック図である。

【図６】プリンタヘッド３から吐出されるインクの粘度
の温度特性を示す図である。

【図７】インクジェットプリンタ１のヘッド吐出駆動部
１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパルス
電圧の波形を示す図である。

【図８】パルス電圧を周囲温度によって調整しない場合
の、用紙に付着後のドット径の周囲温度による変化を示
す図である。

【図９】プリンタヘッド３内の１つの圧電素子３１３の
抵抗の温度特性を示す図である。

【図１０】パルス電圧を周囲温度によって調整する場合
の、用紙に付着後のドットの径の周囲温度による変化を
示す図である。

【図１１】本発明における第２の実施例であるインクジ
ェットプリンタのプリンタヘッド３の構成を説明するた
めの図である。

【図１２】本発明における第３の実施例であるインクジ
ェットプリンタのプリンタヘッド周辺の構成を説明する
ための図である。

【図１３】温度コントローラでの処理の手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ インクジェットプリンタ １０５ ヘッド吐出駆動部 １０９ 各種センサ部 ３０５ インク ３１３ 圧電素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧を印加することにより圧電素子を駆
   動し、周囲温度により物性が変化するインクを用いて画
   像の記録を行う、インクジェット記録装置であって、 周囲温度によって前記圧電素子の物性は変化し、 周囲温度によって変化した前記圧電素子の物性を検知す
   る検知手段と、 前記検知手段によって検知された前記圧電素子の物性に
   基づいて、前記圧電素子に印加する電圧を調整する手段
   とを含む、インクジェット記録装置。