JPH10315464A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリンタ、ＦＡＸ等の出力部に使用されるイ
ンクジェット記録装置において、階調記録を高速に行う
ことのできるようにする。 【解決手段】 インクを収容する圧力室３にはインクを
吐出する吐出口２が設けられ、また、吐出口２に対向す
る位置には対向電極９が配置される一方、圧力室３に圧
力を印加するための圧力印加手段６，７，８と、対向電
極９とインクとの間に静電力を発生させる静電力発生手
段１０とを有し、吐出口２と対向電極９との間に挿入さ
れた記録媒体１２にインクを吐出するときは、圧力印加
手段６，７，８によって圧力室３に圧力を印加すると共
に、静電力発生手段１０により静電力を発生させるよう
にしたインクジェット記録装置において、静電力発生手
段１０による静電力によらずに圧力印加手段６，７，８
で印加される圧力のみでインクを吐出可能な高圧力範囲
と、圧力印加手段６，７，８による圧力に加えて静電力
発生手段１０による静電力によってインクを吐出する低
圧力範囲とに圧力を切り換える圧力切換手段８が設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小ノズルからイ
ンクなどの液体を吐出させ、記録紙やシート上に液体パ
ターンを形成することにより文字や図形を描くプリンタ
などに用いられるインクジェット記録装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンなどの印刷装置としてイ
ンクジェット記録装置を用いたプリンタが、取り扱いが
簡単、印字性能がよい、低コストなどの理由から広く普
及している。

【０００３】このようなインクジェット記録装置におい
て、インクを吐出させるためには、従来より、熱エネル
ギーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡によ
る圧力波によってインク液滴を吐出させるものや、圧電
素子のような振動子による圧力波を利用したもの、さら
には、静電力によってインク液滴を吸引吐出させるもの
等、種々の手法が提案されている。

【０００４】たとえば、上記の圧電素子を利用したもの
は、構成が極めて簡単であり、小型かつ低コストで、し
かもインクの選択範囲が広い等の利点があるものの、１
ドット単位での階調が取りにくいという問題がある。

【０００５】また、静電力を利用したものとして、従
来、たとえばスリットジェット記録装置が提案されてい
る(電子通信学会論文誌Ｃ分冊Ｖol:Ｊ６８−Ｃ，Ｎo.
２，１９８５参照)。

【０００６】これは、インク保持部から記録媒体に向か
って開口するスリットを形成し、スリット内に多数の記
録ドットに対応する記録電極を配置し、印字データに対
応して各記録電極に個別的に電圧を印加し、これによっ
て電圧が印加された記録電極と対向電極との間に静電界
を生じさせ、その静電力によってインクを記録媒体に向
けて飛翔させるように構成したものである。

【０００７】この構成によれば、インクを微小径の曳糸
状に飛翔させることができるため、微小インク液滴を記
録することが可能であり、かつ、電圧の印加時間を制御
するなどして曳糸状の飛翔時間を変化させることで階調
記録を容易に行うことができる。

【０００８】しかしながら、このような静電力を利用し
たものは、微小液滴記録や階調記録が可能であるもの
の、圧電素子による加圧力に比べて力が弱いため、イン
クが飛翔を始めるまでに時間がかかって応答性が悪く、
記録速度が遅いという問題がある。

【０００９】そこで、従来技術では、圧電素子と静電力
とを組み合わせることで、上記の問題点を解消しようと
した装置も提供されている(たとえば特開平５−２７８
２１２号公報参照)。

【００１０】この従来技術の装置を図１８を用いて説明
する。

【００１１】図１８において、１０２はインクを吐出す
る吐出口、１０３は吐出口１０２に連通してインクを収
容する圧力室である。１０６は圧力室１０３に圧力を印
加するための圧電素子、１１１は吐出口１０２の先端部
に形成されたインクメニスカスである。また、１０１は
インクメニスカス１１１を形成しているインク部を帯電
させる帯電用電極、１０９はこの帯電用電極１０１に記
録紙１１２を介して対向配置された対向電極１０９であ
る。そして、帯電用電極１０１と対向電極１０９との間
には、高圧電源１１０により高圧を印加する構成になっ
ている。

【００１２】この構成において、まず、圧電素子１０６
に電圧を印加し、圧電素子１０６による発生力で圧力室
１０３の体積を縮小させ、吐出口１０２にインクメニス
カス１１１を形成する。

【００１３】しかし、この場合、圧電素子１０６のみで
発生する力によっては、インクメニスカス１１１を飛翔
できる程の加圧力がない。そこで、次に、このインクメ
ニスカス１１１が帯電用電極１０１によって帯電させら
れると、このインクメニスカス１１１が帯電用電極１０
１と対向電極１０９とで形成された電界によって対向電
極１０９に向けて吐出される。このとき、対向電極１０
９との間には記録紙１１２が配置されているため、この
記録紙１１２にインク画像が形成される。

【００１４】図１８に示す従来装置によれば、インクメ
ニスカス１１１を形成する力を圧電素子１０６で発生さ
せるため、このインクメニスカス１１１を飛翔させるま
での時間が短くて済み、記録速度の高速化を図ることが
できる。また、静電力を利用しているため、曳糸状での
記録も可能であり、１ドット単位で階調をとることがで
きる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１８
に示した従来技術では、圧電素子１０６でインクメニス
カス１１１を形成するため、通常の静電力のみを利用し
たものに比べて高速化を図ることができるものの、基本
的には曳糸状の記録を行うものであるから、高い階調の
ドットを記録する場合には、圧電素子のみを利用して大
きなインク液滴を飛翔する場合に比べて依然として時間
がかかり、記録速度の点で特性が劣る。

【００１６】また、図１８のものでは、１枚の記録紙１
１２にインク像の形成を開始してから終了するまでの間
は、帯電用電極１０１と対向電極１０９との間に電界を
継続的に加える必要があるが、その場合、電界が強い
と、圧電素子１０６に電圧を印加しない状態、つまり圧
電素子１０６によって圧力室１０３を加圧していない状
態でも、徐々にインクメニスカス１１１が形成されてい
き、最後にはインクが吐出口１０２より吐出する(以
後、これを不要吐出と称する)という問題が生じる。

【００１７】このような不要吐出を防止するには、静電
力を弱くすることが考えられるが、そうすると、逆にイ
ンクを飛翔させるための力が弱くてインク量も少なくな
るため、記録速度が低下するなどの不都合を生じる。

【００１８】本発明は、このような課題に鑑み、１ドッ
ト単位で階調を取ることができ、かつ、ドット階調の高
いものを形成する場合においても高速に記録ができ、か
つ不要吐出の発生がないインクジェット記録装置を提供
することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、この発明のインクジェット記録装置は、インクを収
容する圧力室にはインクを吐出する吐出口が設けられ、
また、前記吐出口に対向する位置には対向電極が配置さ
れる一方、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加
手段と、前記対向電極と前記インクとの間に静電力を発
生させる静電力発生手段とを有し、前記吐出口と前記対
向電極との間に挿入された記録媒体に前記インクを吐出
するときは、前記圧力印加手段によって圧力室に圧力を
印加すると共に、前記静電力発生手段による静電力を発
生させるようにしたインクジェット記録装置において、
前記静電力発生手段による静電力によらずに圧力印加手
段で印加される圧力のみで前記インクを吐出可能な高圧
力範囲と、前記圧力印加手段による圧力に加えて前記静
電力発生手段による静電力によってインクを吐出する低
圧力範囲とに圧力を切り換える圧力切換手段が設けられ
ている。これにより、吐出口から吐出するインク液滴の
大きさを大小切り換えて階調記録を高速に行うことがで
きるとともに、不要吐出を防止することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、インクを収容する圧力室にはインクを吐出する吐出
口が設けられ、また、前記吐出口に対向する位置には対
向電極が配置される一方、前記圧力室に圧力を印加する
ための圧力印加手段と、前記対向電極と前記インクとの
間に静電力を発生させる静電力発生手段とを有し、前記
吐出口と前記対向電極との間に挿入された記録媒体に前
記インクを吐出するときは、前記圧力印加手段によって
圧力室に圧力を印加すると共に、前記静電力発生手段に
よる静電力を発生させるようにしたインクジェット記録
装置において、前記静電力発生手段による静電力によら
ずに圧力印加手段で印加される圧力のみで前記インクを
吐出可能な高圧力範囲と、前記圧力印加手段による圧力
に加えて前記静電力発生手段による静電力によってイン
クを吐出する低圧力範囲とに圧力を切り換える圧力切換
手段が設けられている。

【００２１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のイ
ンクジェット記録装置において、前記圧力切換手段は、
圧力印加手段により印加される圧力を切り換えるだけで
なく、高圧力範囲から低圧力範囲に切り換わった場合に
は、これに応じて圧力を継続して印加保持する時間も、
インクが曳糸状の吐出状態に達しない短時間側からイン
クが曳糸状の吐出状態に達する長時間側に切り換えるも
のであることを特徴とする。

【００２２】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載のインクジェット記録装置において、圧力印
加手段は、圧力室に形成された振動板と、前記振動板を
振動させる圧電素子とからなることを特徴とする。

【００２３】請求項４記載の発明は、請求項３記載のイ
ンクジェット記録装置において、圧力切換手段は、圧電
素子への通電波形を切り換えるものであり、かつ、前記
通電波形は、圧力室の体積を縮小させてインクを吐出口
から吐出させる吐出第１段階と、前記体積が縮小した状
態を所定時間保持する吐出第２段階と、前記圧力室を元
の体積へと膨張させて前記吐出口近傍にあるインクメニ
スカスを前記圧力室に引き戻すとともに前記圧力室に前
記インクを補充する吐出第３段階とからなり、かつ、最
も小さいインク液滴を吐出する場合は、最も大きいイン
ク液滴を吐出する場合に比較して、前記通電波形の第２
段階の電圧は低く、かつ保持時間が長くなるように設定
されていることを特徴とする。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項４記載のイ
ンクジェット記録装置において、複数の圧力室と吐出口
を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、最も大きい
インク液滴を吐出する場合と最も小さいインク液滴を吐
出する場合とで、前記圧電素子への通電のタイミングが
ずれるように設定されていることを特徴とする。

【００２５】請求項６記載の発明は、請求項５記載のイ
ンクジェット記録装置において、最も大きいインク液滴
を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電波形
の第３段階の間に、最も小さいインク液滴を吐出する前
記吐出口に対応する圧電素子への通電を開始するように
通電のタイミングが設定されていることを特徴とする。

【００２６】請求項７記載の発明は、請求項５記載のイ
ンクジェット記録装置において、最も小さいインク液滴
を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電波形
の第３段階の間に、最も大きいインク液滴を吐出する前
記吐出口に対応する圧電素子への通電を開始するように
通電のタイミングが設定されていることを特徴とする。

【００２７】請求項８記載の発明は、請求項４記載のイ
ンクジェット記録装置において、複数の圧力室と吐出口
を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、前記インク
の吐出をさせない吐出口に対応する前記圧電素子に対し
ては、前記圧力室の体積を膨張させて前記吐出口におけ
るインクを前記圧力室側へ後退させる非吐出第１段階
と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる段階に至るま
で所定時間待機する非吐出第２段階と、前記圧力室を元
の体積へと縮小させる非吐出第３段階とからなる通電波
形を加えることを特徴とする。

【００２８】請求項９記載の発明は、請求項４記載のイ
ンクジェット記録装置において、複数の圧力室と吐出口
を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、前記吐出第
３段階の通電終了後、全ての吐出口に対応する前記圧電
素子に対して、前記圧力室の体積を膨張させて前記吐出
口におけるインクを前記圧力室側へ後退させる非吐出第
１段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる段階に
至るまで所定時間待機する非吐出第２段階と、前記圧力
室を元の体積へと縮小させる非吐出第３段階とからなる
通電波形を通電することを特徴とする。

【００２９】請求項１０記載の発明は、請求項１ないし
請求項９のいずれかに記載のインクジェット記録装置に
おいて、前記静電力発生手段は、記録媒体へのインクの
吐出動作を開始してから、インクの吐出動作を終了する
までの期間よりも短い所定時間だけ静電力を発生させる
ものであることを特徴とする。

【００３０】請求項１１記載の発明は、請求項１ないし
請求項１０のいずれかに記載のインクジェット記録装置
において、前記記録媒体へのインクの吐出動作時は、前
記圧力室と前記吐出口と前記圧力印加手段とが一体とな
って移動させる駆動手段を備えるとともに、前記駆動手
段の動作が停止したときは、これに応じて前記静電力発
生手段による静電力の発生を停止させる手段を含むこと
を特徴とする。

【００３１】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１７を用いて説明する。

【００３２】（実施の形態１）図１は本発明にかかる実
施の形態１のインクジェット記録装置の縦断面図であ
る。

【００３３】図１において、１はステンレスからなるノ
ズル板であり、そのノズル板１にはインクを吐出する吐
出口２が設けられている。３はその吐出口２に連通し、
インクを収容する圧力室である。４は樹脂からなる圧力
室構造体であり、この圧力室構造体４とノズル板１とで
圧力室３が形成されいる。

【００３４】圧力室構造体４には圧力室３にインクを供
給するためのインク供給口５が設けられている。６は
０.０２mm程度の厚みのＰＺＴからなる圧電素子であ
り、この圧電素子６により０.０１mm程度の厚みのステ
ンレスからなる振動板７を振動させる。

【００３５】８は圧電素子に複数の異なる通電波形を所
望のタイミングで印加することのできる駆動回路であ
る。この圧電素子６と振動板７と駆動回路８とで特許請
求の範囲における圧力印加手段が形成されている。

【００３６】また、駆動回路８は、特許請求の範囲にお
ける圧力切換手段も兼用しており、圧電素子６に加える
通電波形を変えることにより、圧力室３に対する加圧力
を切り換えることができるようになっている。

【００３７】９は金属からなる対向電極であり、吐出口
２との距離が１mm程度に設定されている。また、対向電
極９とノズル板１との間には、電源１０によって２ＫＶ
程度の高電圧が印加されている。そして、この電源１０
によって特許請求の範囲における静電力発生手段が構成
されている。

【００３８】また、１１は吐出口２に形成されたインク
メニスカス、１２はノズル板１と対向電極９との間に位
置する記録媒体である。

【００３９】以上のように構成されたインクジェット記
録装置について、以下、その動作を図１を用いて説明す
る。

【００４０】まず、吐出口２よりインクを飛翔させる場
合の基本的な動作について説明する。

【００４１】圧電素子６に電圧を印加しない初期状態に
おいては、インクメニスカス１１は図１に示すように圧
力室３内に凹んた状態にある。この状態で圧電素子６に
電圧を印加すると、圧電素子６とともに振動板７が圧力
室３の体積を減少させる方向にたわむため、圧力室３の
内部の圧力が高まって、室内のインクが吐出口２より記
録媒体１２に向けて吐出される。

【００４２】次に、圧電素子６に加える電圧を次第に下
げていくと、圧電素子６と振動板７とが圧力室３の体積
が元の体積になるように戻っていく。このとき、吐出口
２およびインク供給口５に吸引力が作用するが、吐出口
２側ではインクメニスカス１１の表面張力が大きいため
に、インク供給口５からインクが吸い込まれて供給され
ることとなる。そして、圧電素子６に対する印加電圧が
零になったとき、圧電素子６、振動板７、およびインク
メニスカス１１が全て元の状態に戻り、次のインク吐出
動作が可能となる。

【００４３】次いで、高いドット階調を得るために最も
大きいインク液滴(以後、最大インク液滴と称する)を吐
出する場合の動作について、図２および図３を用いて説
明する。

【００４４】図２は、最大インク液滴を吐出するため
に、駆動回路８により圧電素子６に加える通電波形を示
すタイムチャートである。

【００４５】この通電波形は、圧電素子６に電圧を印加
しない零の状態から所定の電圧Ｖaを印加する吐出第１
段階と、圧電素子６に所定の電圧Ｖaを一定時間Ｔaにわ
たって印加する吐出第２段階と、所定の電圧Ｖaから零
の状態にまで徐々に低下させる第３段階とに区分され
る。

【００４６】そして、図２に示したような通電波形を圧
電素子６に印加した場合、インクは、図３に示すように
して飛翔される。

【００４７】まず、圧力室３の体積が縮小してインクが
吐出口２から吐出し(図３(a))、次に、インクメニスカ
ス１１が球状となり(図３(a))、引き続いてインクメニ
スカス１１が切断してインク液滴となって対向電極９に
向かって飛翔する(図３(c))。そして、インク液滴が飛
翔した後は、圧電素子６に加わる電圧が次第に低下する
のに伴って、吐出口２近傍にあるインクメニスカス１１
が圧力室３内に引き戻されるとともに、インク供給口５
を通して圧力室３内にインクが補充される。

【００４８】なお、上記の動作は、対向電極９とノズル
板１との間に電源１０から高圧を印加した場合(以後、
静電界をかけた場合と称する)であるが、静電界をかけ
ない場合であっても圧電素子６による加圧力が大きいの
で、インク液滴はほぼ図３と同様の飛翔をする。

【００４９】次に、低いドット階調を得るために最も小
さいインク液滴(以後、最小インク液滴と呼ぶ)を吐出す
る場合の動作について、図４ないし図６を用いて説明す
る。

【００５０】図４は、最小インク液滴を吐出するため
に、駆動回路８により圧電素子６に加える通電波形を示
すタイムチャートである。

【００５１】図４に示す通電波形も、図２の場合と同様
に、圧電素子６に電圧を印加しない零の状態から所定の
電圧Ｖbを印加する吐出第１段階と、圧電素子６に所定
の電圧Ｖbを一定時間Ｔbにわたって印加する吐出第２段
階と、所定の電圧Ｖbから零の状態にまで徐々に低下さ
せる第３段階とに区分されるが、その所定電圧Ｖbのレ
ベルが図２の場合と比べて低くなっている。すなわち、
Ｖb＜Ｖaである。

【００５２】図５は静電界をかけずに図４に示す通電波
形を圧電素子に加えた場合のインクメニスカス１１の状
態を示している。

【００５３】静電界をかけずに図４の通電波形の電圧を
加えた場合には、半月状より大きなインクメニスカス１
１が次第に形成されるが(図５(a))、吐出第２段階に到
達しても電圧Ｖbのレベルが図２の場合の電圧Ｖaよりも
低いので、インクが吐出することはなく、吐出第３段階
になるとインクが吐出口２に次第に引き込まれていって
凹状のインクメニスカス１１となる(図５(c))。

【００５４】図６は静電界をかけつつ図４に示す通電波
形を圧電素子に加えた場合のインクメニスカス１１の状
態を示している。

【００５５】静電界をかけつつ図４に示す通電波形を圧
電素子に加えた場合には、半月状より大きなインクメニ
スカス１１が形成され(図６(a))、静電界による力によ
って次第にインクメニスカス１１の先端部が対向電極９
側に近付く(図６(b))。そして、インクメニスカス１１
が切断してインク液滴となり、対向電極９に向かって飛
翔する(図６(c))。そして、インク液滴が飛翔した後
は、圧電素子６に加わる電圧が次第に低下するのに伴っ
て、吐出口２近傍にあるインクメニスカス１１が圧力室
３内に引き戻されるとともに、インク供給口５を通して
圧力室３内にインクが補充される。

【００５６】このように、この実施の形態１によれば、
圧電素子６による加圧力と静電界とを組み合わること
で、圧電素子６単独では吐出させることができない小径
のインク液滴も吐出させることができ、しかも、図２お
よび図４に示したように、圧電素子６に加える通電波形
を切り換えることで大径のインク液滴と小径のインク液
滴を自在に吐出させることができる。

【００５７】次に、最小インク液滴記録時に、さらに少
量のインクを飛翔させる場合ための動作について、図７
および図８を用いて説明する。

【００５８】図７は、駆動回路８により圧電素子６に加
える通電波形を示すタイムチャートである。

【００５９】図７に示す通電波形も、図４の場合と同様
に、圧電素子６に電圧を印加しない零の状態から所定の
電圧Ｖcを印加する吐出第１段階と、圧電素子６に所定
の電圧Ｖcを一定時間Ｔbにわたって印加する吐出第２段
階と、所定の電圧Ｖcから零の状態にまで徐々に低下さ
せる第３段階とに区分されるが、図４の通電波形と異な
るのは、吐出第２段階の電圧Ｖcを図４の場合の電圧Ｖb
よりもさらに低く設定するとともに、その保持時間Ｔc
を長くしている(Ｔc＞Ｔb)ことである。

【００６０】静電界をかけつつ図７に示す通電波形を圧
電素子に加えた場合、電圧Ｖcのレベルは図４の場合よ
りも低いので、図６に示した場合よりも小さいインクメ
ニスカス１１が形成される(図８(a))。そして、吐出第
２段階の保持時間Ｔcが長く設定されているため、静電
界の力によってインクメニスカス１１の中央部が対向電
極９に向かって次第に伸びてきて(図８(b))、ついには
曳糸状に飛翔を始める(図８(c))。このように、吐出第
２段階の保持時間Ｔcの設定によって、この曳糸状の飛
翔時間を制御することができ、非常に少量のインクを曳
糸状に飛翔させることができる。そして、インク液滴が
飛翔した後は、圧電素子６に加わる電圧が次第に低下す
るのに伴って、吐出口２近傍にあるインクメニスカス１
１が圧力室３内に引き戻されるとともに、インク供給口
５を通して圧力室３内にインクが補充される。

【００６１】以上のように、この実施の形態１では、イ
ンク吐出において、最大液滴記録時は液滴状吐出を、最
小インク液滴記録時には曳糸飛翔を実現することができ
る。従来のように、曳糸状の飛翔時間を制御することに
より階調をとる方式の場合には、多量のインクを飛翔さ
せるのに時間がかかり、記録速度が遅くなっていたが、
本発明では、最大インク液滴を記録する時には、曳糸飛
翔でなく液滴状の飛翔にできるため、記録速度を速くし
て階調記録を行うことができる。また、圧電素子６に加
える通電波形を切り換えるだけで、最小インク液滴記録
時には曳糸飛翔を実現することができるため、非常に簡
単な構成で階調記録を行うことができる。

【００６２】なお、実施の形態１では階調として最大イ
ンク液滴、最小インク液滴、無記録の３値であったが、
さらに多くの階調を容易に取ることができる。また、従
来方式において、静電界をかけずに圧電素子６だけで
も、通常より小さい液滴を形成することにより階調記録
ができる可能性はあるが、この場合には、圧電素子６に
よる加圧力を小さくする関係上、飛翔速度が遅くなって
液滴の飛翔直進性が悪くなり、著しく画質が低下するた
め好ましくない。

【００６３】また、以上の説明では、圧力発生手段とし
て圧電素子６、振動板７、駆動回路８を用いたが、この
圧力発生手段としては、この実施の形態１に限定される
ものではなく、熱エネルギーによってインク中に気泡を
発生させる手段や、圧電素子による高周波エネルギーを
用いたものであってもよい。

【００６４】(実施の形態２)図９は本発明にかかる実施
の形態２のインクジェット記録装置を上部から見た概略
平面図であり、実施の形態１に対応する部分には同一の
符号を付す。

【００６５】図９の装置の特徴は、吐出口２a，２b，２
c、圧力室３a，３b，３c、インク供給口５a，５b，５
c、圧電素子６a，６b，６cがそれぞれ複数(本例では３
つ)設けられていることである。

【００６６】また、振動板７は、各圧力室３a，３b，３
cを全て覆う一枚のステンレスの板からなるが、圧力室
３a，３b，３cに対応する部分を符号７a，７b，７cで示
している。その他の構成は図１の場合と同様であるか
ら、ここでは詳しい説明は省略する。

【００６７】ここで、複数の圧電素子６a〜６cの内、た
とえば中央の圧電素子６bに対して電圧を印加した場
合、振動板７の中央部分７bのみでなくその左右の部分
７a、７cも同時に振動する。以後、この現象をクロスト
ークと称する。

【００６８】このようなクロストークは、各圧電素子６
a，６b，６c、振動板７、圧力室３a，３b，３cのサイズ
にもよるが、通常、インクを吐出させようとする力が大
きい系であればあるほどクロストークの影響は大きくな
る。そして、このようなクロストークの影響が大きいと
きには、特に曳糸飛翔を利用して階調記録を行う場合、
各吐出２a，２b，２cからのインク液滴の飛翔量がばら
ついて、一定の階調で印字できなくなるなどの不都合を
生じる。

【００６９】たとえば、中央の吐出口２bからは最小イ
ンク液滴を吐出し、同時にその左右の吐出口２a，２bか
らは最大インク液滴を吐出させるような場合には、中央
の吐出口２bに対応する圧電素子６bに対して、図７に示
す通電波形を印加するとともに、その左右の吐出口２
a，２bに対応する各圧電素子６a，６cに対して図２に示
す通電波形を印加することになるが、このとき、振動板
７の中央部分７bには、その左右の部分７a，７cのクロ
ストークの影響が加わり、その結果、中央の吐出口２b
から飛翔されるインク量は、圧電素子６bだけに図７に
示した通電波形を単独に印加した場合よりも多くなる。

【００７０】このように、各圧電素子６a〜６cに対して
図７および図２に示したような通電波形を同時に加えた
場合には、クロストークの影響が大きくでて、飛翔する
インク量が変動する場合があるため、クロストークの影
響をできるだけ低減することが極めて重要となる。

【００７１】そこで、この実施の形態２では、インク液
滴を吐出させる場合の動作として、駆動回路８により各
圧電素子６a，６b，６cに加える通電波形を、実施の形
態１の場合と異なり、図１０に示すようにしている。

【００７２】すなわち、中央の吐出口２bからは最小イ
ンク液滴を、その左右の吐出口２a，２bからは最大イン
ク液滴をそれぞれ吐出させるような場合、中央の圧電素
子６bに対しては、図１０(a)に示す通電波形を、その左
右の圧電素子６a，６cに対しては、図１０(b)に示す通
電波形をそれぞれ印加する。

【００７３】すなわち、図１０から分かるように、中央
の圧電素子６bとその左右の各圧電素子６a，６cとで通
電波形を印加するタイミングをずらすようにする。この
ようにすれば、最小インク液滴記録時において最大イン
ク液滴記録によるクロストークの影響を少なくできるの
で、安定した階調記録を実現することができる。

【００７４】なお、図１０においては最小インク液滴記
録(同図(a))を最大インク液滴記録(同図(b))に対して先
行するようにタイミングをずらしたが、最大インク液滴
記録を最小インク液滴記録に対して先行するようにタイ
ミングをずらしても同様の効果を得ることができる。

【００７５】次に、クロストークの影響が少ない状態
で、さらに図１０に示した場合よりも記録速度を向上さ
せる方法について、図１１および図１２を用いて説明す
る。

【００７６】上記の説明の場合と同様に、中央の吐出口
２bからは最小インク液滴を、その左右の吐出口２a，２
bからは最大インク液滴をそれぞれ吐出させるものとす
る。

【００７７】この場合には、中央の圧電素子６bに対し
ては、図１１(a)に示す通電波形を、その左右の圧電素
子６a，６cに対しては、図１１(b)に示す通電波形をそ
れぞれ印加する。

【００７８】すなわち、図１１(a)に示す最小インク液
滴記録時の吐出第３段階が終了するまでの間に、図１１
(b)に示す最大インク液滴の通電波形の印加を開始す
る。このように、図１０に示した場合よりも最大インク
液滴記録時の通電波形の印加開始のタイミングを早くす
れば、クロストークを防ぐ効果を発揮しながら、記録時
間をより一層短縮化することができる。

【００７９】また、図１１の場合とは逆に、図１２に示
すように、最大インク液滴記録時の通電波形(同図(a))
の吐出第３段階が終了するまでの間に、最小インク液滴
の通電波形(同図(b))の印加を開始するようにしてもよ
い。この場合も、図１１の場合と同様に、クロストーク
を防ぐ効果を発揮しながら、記録時間をより一層短縮化
することができる。

【００８０】このように、この実施の形態２では、最大
インク液滴を吐出する場合と、最小インク液滴を吐出す
る場合とで、圧電素子６a〜６cに対する通電のタイミン
グをずらしたことにより、クロストークの影響の少ない
少ないインクジェット記録装置を提供することができ
る。

【００８１】その場合に、図１１および図１２に示した
ように、同一の１ライン周期の中で、通電波形が一部オ
ーバーラップするように印加開始のタイミングを早くす
れば、クロストークを防ぐ効果を発揮しながら、記録時
間をより一層短縮化することができる。

【００８２】なお、実施の形態２では、吐出口２bから
最小インク液滴を、吐出口２a，２ｃから最大インク液
滴を記録する場合について説明したが、これはあくまで
一例であって、これはどのような組み合わせでも同様の
効果が発揮できる。

【００８３】また、実施の形態２では、最小インク液滴
記録時において曳糸飛翔をさせる通電波形を圧電素子６
ｂに印加する場合であるが、曳糸飛翔でなく液滴状吐出
においても同様の効果が得られる。

【００８４】さらに、この実施の形態２では、吐出口２
a，２b，２c、圧力室３a，３b，３c、インク供給口５
a，５b，５c、圧電素子６a，６b，６cはそれぞれ３つ設
けた場合であるが、本発明は、このような構成に限定さ
れるものではなく、これらをさらに多数設けたものであ
ってもよい。

【００８５】(実施の形態３)図１３は本発明にかかる実
施の形態３のインクジェット記録装置の概略側面図であ
り、実施の形態１に対応する部分には同一の符号を付
す。

【００８６】この実施の形態３の特徴は、図１の構成に
対して、ノズル板１と対向電極９との間に印加した静電
界をオン・オフする静電界オン・オフ手段１３を設けた
ことである。

【００８７】その他の構成は、図１に示した実施の形態
１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略
する。

【００８８】以上のように構成されたインクジェット記
録装置の動作について、次に説明する。

【００８９】静電力の効果を大きくするために静電界を
非常に強くし、このような静電界をノズル板１と対向電
極９との間に常時印加し続けた場合には、図１４に示す
ような不都合な現象が起こる。

【００９０】いま、インクを飛翔させた直後は、図１４
(a)に示すような状態にあるとする。以降、圧電素子６
に通電波形を印加しない場合でも、静電界が強いと、イ
ンクメニスカス１１が対向電極９側へ徐々に引き寄せら
れて図１４(b)に示す状態になり、続いて図１４(c)に示
すように対向電極９側へ凸のインクメニスカス１１とな
る。さらに、インクメニスカス１１の中央部が尖って図
１４(d)に示す状態になり、ついには図１４(e)に示すよ
うに曳糸飛翔を開始して不要な吐出となる。

【００９１】このような不要吐出が起こらないように、
この実施の形態３では、一定時間以上静電界を印加した
ならば、静電界オン・オフ手段１３によって電源１０を
オフにする。その場合の静電界を印加する一定時間は、
電界強度やインクの物性等によって一概に決定できない
が、不要吐出が発生する時間の１／１０以下に設定する
のが好ましい。また、静電界をオフにする時間も一概に
決定できないが、通常、０.０１秒程度で十分である。
しかしながら、連続記録時に、突然に静電界をオフする
のは、画像の連続性より困難であるため、シリアル記録
方式では、インクジェットヘッドのリターン時に静電界
をオフにするのが好ましい。

【００９２】このように、記録媒体へのインクの吐出動
作を開始してから、インクの吐出動作を終了する迄の間
において、静電界オン・オフ手段１３によって電源１０
をオフして、所定時間以上は対向電極９とノズル板１と
の間に電圧を印加し続けないようにすれば、インクの不
要吐出を有効に防止することができる。

【００９３】（実施の形態４）図１５は本発明にかかる
第４の実施の形態のインクジェット記録装置の概略構成
図である。

【００９４】１４はインクジェットヘッドであって、そ
の基本的な構成は図１３に示したものと同じであるが、
この実施の形態４の特徴は、インクジェットヘッド１４
がモータ、ギア、タイミングベルト等からなる駆動手段
(図示せず)によって対向電極９に対して往復動可能に設
けられていることである。

【００９５】以上のように構成されたインクジェット記
録装置について、以下、その動作を説明する。

【００９６】インクジェットヘッド１４が符号Ａの位置
と符号Ｂの位置の間を往復動する場合において、停止状
態から加速するときには加速力が加わり、また、動いて
いる状態から減速して停止するときには、インクジェッ
トヘッド１４に慣性力が加わる。特に、停止状態から動
き出した瞬間と、動いている状態から停止した瞬間が最
も大きな力がかかる。そして、このようにインクジェッ
トヘッド１４に余分な力がかかると、インクメニスカス
１１が吐出口２より凸状態になりやすく、その状態で静
電界がかかっているとインクが飛翔して不要吐出が起こ
ってしまう。

【００９７】そこで、実施の形態４では、インクジェッ
トヘッド１４に大きな力がかかる状態、すなわち、イン
クジェットヘッド１１の停止直前の状態から完全に停止
するまでの間(たとえば、停止手前０.０１秒)、あるい
は、停止状態から加速が開始される間(たとえば、加速
を始めて０.０１秒)は、静電界オン・オフ手段１３によ
って電源１０をオフにしてインクジェットヘッド１４と
対向電極９との間に静電界が加わらないようにする。こ
れによって、インクの不要吐出を防ぐことができる。

【００９８】（実施の形態５）この実施の形態５にかか
るインクジェット記録装置の構成は、図９の場合と全く
同じである。

【００９９】ここで、記録インク液滴の均一性や、吐出
の安定性を確保するためには、圧電素子６へ通電する前
はインクメニスカス１１を常に同一の位置に保持してお
くことが好ましい。すなわち、インクを連続して吐出さ
せている吐出口２のインクメニスカス１１は、常に同一
の位置に保持することができるものの、インクの吐出が
一時的にしろ停止している吐出口に対しては、静電界に
よって対向電極９側へインクメニスカス１１が移動して
しまい、この状態でインクの吐出を行うと所望の記録イ
ンク液滴が得られない。

【０１００】実施の形態３，４に示したような構成にす
れば、不要吐出を防ぐことができるものの、それだけで
は吐出口におけるインクメニスカス１１を常に同一の位
置に保持するのは困難である。

【０１０１】そこで、この実施の形態５では、吐出口に
おけるインクメニスカス１１を常に同一の位置に保持で
きるようにするため、次のようにしている。

【０１０２】いま、図９の構成において、たとえば、同
一の１ライン周期の中で、中央の吐出口２bからは最大
インク液滴を吐出させるが、その左右の吐出口２a，２b
からはインク液滴は共に吐出させないものとする。

【０１０３】そのような場合、中央の圧電素子６bに対
しては、図１６(a)に示す通電波形を、その左右の圧電
素子６a，６cに対しては、図１６(b)に示す通電波形を
それぞれ印加する。

【０１０４】中央の圧電素子６bに対して図１６(a)に示
す通常の通電波形を加えた場合には、図３に示した場合
と同様の過程を経てインクが飛翔される。

【０１０５】一方、その左右の圧電素子６a，６cに対し
て図１６(b)に示す通電波形を加えた場合、次のような
現象が起こる。

【０１０６】図１６(b)の通電波形は、圧電素子６に電
圧を印加しない零の状態から所定の負の電圧Ｖdを印加
する非吐出第１段階と、圧電素子６に所定の負の電圧Ｖ
dを一定時間Ｔdにわたって印加する非吐出第２段階と、
所定の負の電圧Ｖdから零の状態にまで徐々に低下させ
る非第３段階とに区分され、このような通電波形を加え
ると、最初に圧力室３の体積が膨張して吐出口２におけ
るインクを圧力室３側に後退し、続いてインクが圧力室
３側に後退した状態が所定時間Ｔdだけ保持された後、
圧力室３が元の体積へと縮小される。

【０１０７】したがって、インクを吐出させない吐出口
２a，２cに対して図１６(b)に示す通電波形を圧電素子
６に加えることにより、静電界によって対向電極９側へ
移動していたインクメニスカス１１が圧力室３内に引き
戻されるようになり、記録インク液滴の均一性と吐出の
安定性を維持することができる。

【０１０８】インクメニスカス１１を常に所望の位置に
保持するためには、図１６に示したような通電波形を加
える代わりに、たとえば、図１７に示すような通電波形
を加えることも可能である。

【０１０９】すなわち、最大インク液滴を吐出させる中
央の吐出口２bに対しては、図１７(a)に示す通電波形
を、インク液滴を吐出させない左右の吐出口２a，２bに
対しては、図１７(b)に示す通電波形をそれぞれ印加す
る。

【０１１０】図１７に示す通電波形の特徴は、同図(a)
に示す吐出第１段階から吐出第３段階に引き続いて、非
吐出第１段階から非吐出第３段階が設けられていること
である。

【０１１１】これにより、中央の吐出口２bからインク
が吐出された後は、全ての吐出口２a〜２cに対応する圧
電素子６a〜６cに対して、同じ通電波形、すなわち、非
吐出第１段階、第２段階、第３段階からなる同一の波形
が、同一のタイミングで印加されるため、図１６の通電
波形を印加した場合に比較して、さらに安定してインク
メニスカス１１を所望の位置に保持することができる。
しかも、同一の波形を同一タイミングで印加するため駆
動回路８のコスト上昇もない。

【０１１２】なお、この実施の形態５では、吐出口２
a，２b，２c、圧力室３a，３b，３c、インク供給口５
a，５b，５c、圧電素子６a，６b，６cはそれぞれ３つ設
けた場合を前提としているが、本発明は、これに限定さ
れるものではなく、これらをさらに多数設けたものであ
ってもよい。

【０１１３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、次の効
果を奏する。

【０１１４】(１) インクを収容する圧力室と、圧力室
に連通しインクを吐出する吐出口と、吐出口に対向する
位置に配置された対向電極と、圧力室に圧力を印加する
ための圧力印加手段と、圧力印加手段の圧力を切り換え
る圧力切換手段とを備えたことにより、大径のインク液
滴と小径のインク液滴を自在に吐出させ、階調記録を高
速に行うことができる。

【０１１５】(２) また、圧力印加手段が、圧力室に形
成された振動板と、この振動板を振動させる圧電素子と
からなり、圧力切換手段は、圧電素子への通電波形を切
り換える構成を備えたことにより、非常に簡単な手段で
階調記録を行うことができる。

【０１１６】(３) また、複数の圧力室と吐出口を備
え、かつ同一の１ライン周期の中で、最も大きいインク
液滴を吐出する場合と最も小さいインク液滴を吐出する
場合とで、圧電素子への通電のタイミングをずらすこと
により、クロストークの少ないインク吐出を実現するこ
とができる。

【０１１７】(４) また、対向電極とインクとの間に加
える静電界をオン・オフする構成を備えたことにより、
インクの不要吐出を抑えることができる。

【０１１８】(５) また、圧電素子に非吐出第１段階、
第２段階、第３段階からなる通電波形を通電する構成を
備えたことにより、インクメニスカスを常に所望の位置
に保持することができ、記録インク液滴の均一性と吐出
の安定性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるインクジェット
記録装置の概略断面図。

【図２】本発明の実施の形態１における最大インク液滴
を吐出する場合の通電波形を示す図。

【図３】本発明の実施の形態１における最大インク液滴
を吐出する場合のインクメニスカスの状態を示す図。

【図４】本発明の実施の形態１における最小インク液滴
を吐出する場合の通電波形を示す図。

【図５】本発明の実施の形態１における最小インク液滴
を吐出する場合、かつ静電界をかけない場合のインクメ
ニスカスの状態を示す図。

【図６】本発明の実施の形態１における最小インク液滴
を吐出する場合、かつ静電界をかけた場合のインクメニ
スカスの状態を示す図。

【図７】本発明の実施の形態１における曳糸飛翔にて最
小インク液滴を吐出する場合の通電波形を示す図。

【図８】本発明の実施の形態１における曳糸飛翔にて最
小インク液滴を吐出する場合のインクメニスカスの状態
を示す図。

【図９】本発明の実施の形態２におけるインクジェット
記録装置の概略平面図。

【図１０】本発明の実施の形態２におけるインクを吐出
する場合の通電波形を示す図。

【図１１】本発明の実施の形態２におけるインクを吐出
する場合の他の通電波形を示す図。

【図１２】本発明の実施の形態２におけるインクを吐出
する場合の他の通電波形を示す図。

【図１３】本発明の実施の形態３におけるインクジェッ
ト記録装置の概略側面図。

【図１４】本発明の実施の形態３における不要吐出の現
象を示す図。

【図１５】本発明の実施の形態４におけるインクジェッ
ト記録装置の概略構成図。

【図１６】本発明の実施の形態５におけるインクを吐出
する場合の通電波形を示す図。

【図１７】本発明の実施の形態５におけるインクを吐出
する場合の他の通電波形を示す図。

【図１８】従来のインクジェット記録装置の概略断面
図。

【符号の説明】

１ ノズル板 ２ 吐出口 ３ 圧力室 ４ 圧力室構造体 ５ インク供給口 ６ 圧電素子 ７ 振動板 ８ 駆動回路 ９ 対向電極 １０ 電源 １１ インクメニスカス １３ 静電界オン・オフ手段 １４ インクジェットヘッド

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容する圧力室にはインクを吐
   出する吐出口が設けられ、また、前記吐出口に対向する
   位置には対向電極が配置される一方、前記圧力室に圧力
   を印加するための圧力印加手段と、前記対向電極と前記
   インクとの間に静電力を発生させる静電力発生手段とを
   有し、前記吐出口と前記対向電極との間に挿入された記
   録媒体に前記インクを吐出するときは、前記圧力印加手
   段によって圧力室に圧力を印加すると共に、前記静電力
   発生手段による静電力を発生させるようにしたインクジ
   ェット記録装置において、 前記静電力発生手段による静電力によらずに圧力印加手
   段で印加される圧力のみで前記インクを吐出可能な高圧
   力範囲と、前記圧力印加手段による圧力に加えて前記静
   電力発生手段による静電力によってインクを吐出する低
   圧力範囲とに圧力を切り換える圧力切換手段が設けられ
   ていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェット記録装置
   において、 前記圧力切換手段は、圧力印加手段により印加される圧
   力を切り換えるだけでなく、高圧力範囲から低圧力範囲
   に切り換わった場合には、これに応じて圧力を継続して
   印加保持する時間も、インクが曳糸状の吐出状態に達し
   ない短時間側からインクが曳糸状の吐出状態に達する長
   時間側に切り換えるものであることを特徴とするインク
   ジェット記録装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のインクジ
   ェット記録装置において、 圧力印加手段は、圧力室に形成された振動板と、前記振
   動板を振動させる圧電素子とからなることを特徴とする
   インクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載のインクジェット記録装置
   において、 圧力切換手段は、圧電素子への通電波形を切り換えるも
   のであり、かつ、前記通電波形は、圧力室の体積を縮小
   させてインクを吐出口から吐出させる吐出第１段階と、
   前記体積が縮小した状態を所定時間保持する吐出第２段
   階と、前記圧力室を元の体積へと膨張させて前記吐出口
   近傍にあるインクメニスカスを前記圧力室に引き戻すと
   ともに前記圧力室に前記インクを補充する吐出第３段階
   とからなり、かつ、最も小さいインク液滴を吐出する場
   合は、最も大きいインク液滴を吐出する場合に比較し
   て、前記通電波形の第２段階の電圧は低く、かつ保持時
   間が長くなるように設定されていることを特徴とするイ
   ンクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のインクジェット記録装置
   において、 複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周
   期の中で、最も大きいインク液滴を吐出する場合と最も
   小さいインク液滴を吐出する場合とで、前記圧電素子へ
   の通電のタイミングがずれるように設定されていること
   を特徴とするインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載のインクジェット記録装置
   において、 最も大きいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する
   圧電素子への通電波形の第３段階の間に、最も小さいイ
   ンク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への
   通電を開始するように通電のタイミングが設定されてい
   ることを特徴とするインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載のインクジェット記録装置
   において、 最も小さいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する
   圧電素子への通電波形の第３段階の間に、最も大きいイ
   ンク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への
   通電を開始するように通電のタイミングが設定されてい
   ることを特徴とするインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 請求項４記載のインクジェット記録装置
   において、 複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周
   期の中で、前記インクの吐出をさせない吐出口に対応す
   る前記圧電素子に対しては、前記圧力室の体積を膨張さ
   せて前記吐出口におけるインクを前記圧力室側へ後退さ
   せる非吐出第１段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小
   させる段階に至るまで所定時間待機する非吐出第２段階
   と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる非吐出第３段
   階とからなる通電波形を加えることを特徴とするインク
   ジェット記録装置。
9. 【請求項９】 請求項４記載のインクジェット記録装置
   において、 複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周
   期の中で、前記吐出第３段階の通電終了後、全ての吐出
   口に対応する前記圧電素子に対して、前記圧力室の体積
   を膨張させて前記吐出口におけるインクを前記圧力室側
   へ後退させる非吐出第１段階と、前記圧力室を元の体積
   へと縮小させる段階に至るまで所定時間待機する非吐出
   第２段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる非吐
   出第３段階とからなる通電波形を通電することを特徴と
   するインクジェット記録装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれかに
    記載のインクジェット記録装置において、 前記静電力発生手段は、記録媒体へのインクの吐出動作
    を開始してから、インクの吐出動作を終了するまでの期
    間よりも短い所定時間だけ静電力を発生させるものであ
    ることを特徴とするインクジェット記録装置。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０のいずれか
    に記載のインクジェット記録装置において、 前記記録媒体へのインクの吐出動作時は、前記圧力室と
    前記吐出口と前記圧力印加手段とが一体となって移動さ
    せる駆動手段を備えるとともに、前記駆動手段の動作が
    停止したときは、これに応じて前記静電力発生手段によ
    る静電力の発生を停止させる手段を含むことを特徴とす
    るインクジェット記録装置。