JPS5818908B2

JPS5818908B2 - インクジエツトキロクソウチ

Info

Publication number: JPS5818908B2
Application number: JP49106080A
Authority: JP
Inventors: 山田剛裕
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-09-17
Filing date: 1974-09-17
Publication date: 1983-04-15
Also published as: DE2541082B2; DE2541082C3; US4016571A; JPS5133519A; DE2541082A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明はインクジェット記録装置に係り、特に小径粒子
（サテライト粒子）を記録に使用するに好適なインクジ
ェット記録装置に関する。

第１図は本発明の対象となるサテライト粒子利用のイン
クジェット記録装置である。

すなわち、ノズル１に所定の量まで加圧したインク２を
供給し、ノズル孔よりインクを噴出させる。

ノズル１には、とわを所定の強度で励振するための、高
周波電源３により駆動される電気機械変換器４が取付け
られている。

インク供給圧力、ノズル孔より噴出するインクへの励振
強度、そして励振周波数、ノズル孔径、インク物性等、
粒子作成条件を適切な値に設定すわば、粒子径の異なる
大、小径粒子５．６を交互に発生させることができ、大
小径粒子を１ペアーとしてその発生周波数を高周波電源
の周波数と一致させることができる。

この大小径粒子５，６の内、小径粒子６は、サテライト
粒子とも呼ばれる。

記録パターン信号源γからのパターン信号を帯電々極８
に加えることにより、このサテライト粒子６に目的量の
電荷を与えることができ、偏向電極９により所持電荷に
応じて偏向させ、記録に不要の大径粒子全数とサテライ
ト粒子６の一部を回収するガター１０の横を通過させ、
記録紙１１の所定位置に衝突させることができ、記録パ
ターン１２を得ることができる。

このサテライト粒子利用のインクジェット記録ｊ装置で
は、比較的大きなノズル孔径から微小径のインクの粒子
を発生することができるため、ノズル孔径の目づまりに
対する信頼性を上げることができる他、従来不可能であ
った記録密度の高い、高品質な画像を記録することがで
きる。

」以上の様なサテライト粒子利用のインクジ
ェット記録装置においては、サテライト粒子を確実に発
生することが必要であり、そしてこれらサテライト粒子
が第２図ａの高周波電圧波形に対し、ｂのようなインパ
ルス位置でインク柱１３から分離。

している場合、Ｃのような位相の些録パターン信号が帯
電々極に印加基れて、信号パルスの波高値に対応する量
まで荷電されるように、サテライト粒子分離タイミング
位相と、記録パターン信号位相の整合を行なう事が不可
欠である。

（インク粒シ子は、それがインク柱より分離する瞬時（
こ帯電々極ｃこ印加されている電圧ｌこ応じて帯電する
。

）ところが、記録装置に温度、湿度等の環境変動があっ
たり、長時間装置を放置したり、運転したりすると、イ
ンクの物性が変動したり、ノズルよ。

り噴出するインクへの励振強度が変化したりして、上記
サテライト粒子が発生しにくくなったり、粒子分離タイ
ミング位相が変化して、記録パターン信号との位相整合
が第２図すとｄの関係のようにうま（行かなくなり、□
記録パターン信号パルスの。

過渡部分で帯電されることになるので、良好な記録がで
きなくなってしまう欠点があった。

本発明の目的は、上記した従来の欠点をなくし、自動的
に、サテライト粒子を確実に発生させ、この粒子への帯
電が確実に行なえるように位相整合を行なえるようにし
、記録装置に温度、湿度等の環境変動があったり、長時
間装置を放置したり、運転したりしても、入力情報信号
に応じて記録を確実に行なうことができ、信頼性が高く
、実用的な記録装置を提供することにある。

本発明はノズルに結合されている電気機械変換器への励
振電力を調節し、ノズルより噴出するインクへの励振強
度を調節することにより、サテライト粒子の発生状態を
調節でき、しかも、この粒子発生タイミング位相を、記
録パターン信号の位相に対し調節することができ、位相
整合を行なうことができることに着眼し、サテライト粒
子の発生、帯電の状態を自動的にチェックし、前記励振
電力すなわち励振強度を自動的に調節しながら、サテラ
イト粒子の確実な発生ならびにこの粒子への帯電を行な
い、装置が記録状態にある時には、常に良好な記録を行
なえるようにしたことを特徴とするものである。

第３図は、ノズルが、金属パイプ１４とインクを噴出す
る孔をもつオレフイ子１５でできており、電気機械変換
器が両側面に電極１６，１７を持°つたＰＺＴ電歪振動
子１８である場合の粒子作成装置におけるインク粒子発
生状態を図示したものである。

この粒子作成装置において、ノズル孔径は記録ドツトの
大きさにより決定され、高周波電源３からの電歪振動子
１８への励振周波数は記録速度により決定され、一定に
保たれる。

この粒子作成装置にインクを供給すると、第４図ａで示
したある値の範囲のインク供給圧力Ｐと、電歪振動子へ
の励振電圧Ｖｅのもとて第３図に示すように、大径粒子
５とサテライト粒子６を交互に発生させることができる
（斜線領域）。

すなわち、インクの供給圧力Ｐ１に固定した場合、■１
〜Ｖ２の範囲で励振電圧を設定することにより、確実に
サテライト粒子を発生することができ、このサテライト
粒子での記録が可能となる。

ノズル孔径６０μｍにインクを供給し、６０ＫＩ（ｚの
サテライト粒子を発生させる場合、発明者の作成した粒
子作成装置ではインクの供給圧力３ｋｇ−／ｃｒＬ２に
対して、励振電圧か２０〜２５Ｖ程度で、サテライト粒
子の発生が確実となった。

このように、インク供給圧力を適切なある一定値に選び
、励振電圧を調節することにより、第３図のような確実
なサテライト粒子の発生が可能となることが判った。

一方、励振電圧Ｖｅを増加させると、噴出インクへの励
振強度が増加し、インク柱に生ずる初期振動が大きくな
るため、インク柱に生ずる周期的な（びれの振幅は速く
増幅されることになり、インクがノズル孔より噴出し、
インク柱となり、ついに粒子に分裂するまでの時間（ブ
レイクアップタイム）Ｊは短かくなり、インク柱の長さ
ｔも短か（なる。

ここで、Ｊとｔの関係は次式となる。ここで、Ｖｉはイ
ンク噴出速度である。

そして、Ｌ、Ｊは励振電圧の対数、ｔｏｇｖｅと直線的
な関係に近くなり、第４図す、ｃのようになる。

ところで、サテライト粒子のインク柱からの分離周波数
は、高周波電源からの励振周波数と一致するのであるが
、その発生するタイミング位相θは次式となる。

ここで、Ｔは高周波電源の周期であり、ｎは自また、θ
′は、励振電圧波形と、インク柱のノズル孔部分での初
期くびれ振動の位相差を示すものである。

したがってたとえば第４図ｄのように粒子発生タイミン
グ位相が、励振電圧により変化することになる。

このように、励振電圧の調節によりインク粒子の発生タ
イミング位相な０〜２πの範囲で調節することが可能で
ある。

粒子発生タイミング位相をＯ〜２πまで変化させるのに
必要な励振電圧変化は、サテライト粒子を確実に発生で
きる電圧範囲より狭い。

この様子は第４図ａとｄのようなものである。

例えば、先に実施例を述べたサテライト粒子を確実に発
生できる励振電圧２０〜２５Ｖにおいて、粒子発生タイ
ミング位相を０〜２πの範囲で変化させるためには、０
．７Ｖ程度変化させればよいことが判った。

以上の事実より、励振電圧を調節し、ノズルより噴出す
るインクへの励振強度を調節することによって、サテラ
イト粒子を確実に発生させ、しかも記録パターン信号パ
ルスの波高値に対応する量の電荷をこの粒子に与えるこ
とが可能であることが判った。

したがって、装置の環境変動があったり、長時間運転、
長時間放置等ｌこよる、サテライト粒子発生状態の変動
、粒子発生タイミング位相変動に対し、励振電圧を調節
し、ノズルより噴出するインクへの励振強度を調節する
ことで、良好な記録状態を続けることができるようにな
る。

本発明実施例の記録装置では、記録装置が記録動作を始
める前あるいは記録動作区間の外に、サテライト粒子の
確実な発生と、粒子発生タイミング位相が適切かどうか
をチェックし、本発明の思想により適切な状態にし、記
録時ｌこは良好な記録が行なえるようにするものであり
、装置が記録状態にある場合すなわち記録期間にはサテ
ライト粒子が記録パターン信号で帯電され、粒子の発生
状態のチェック修正区間には、発生サテライト粒子はテ
ストパターン信号（記録パターン信号と逆極性）で帯電
される。

第５図（１）、（２）、（３）において、ａは励振波
形、ｂはサテライト粒子発生タイミング、Ｃは記録パタ
ーン信号、ｄはテストパターン信号であり、ａ。

ｂ’、ｃ、ｄそれぞｎのタイミング関係を示した
ものである。

図よりわかるように、テストパターン信号のパルス幅は
、記録パターン信号のパルス幅よりせま（してあり、各
信号のパルス波高値中央部は一致するように選んである
。

この第５図において、サテライト粒子が発生しており（
１）のようなインク柱からの粒子発生タイミング時には
、記録パターン信号でも、テストパターン信号でも、粒
子はその波高値に相当する帯電量を持つ。

しかし、前記したように、インク粒子の発生タイミング
位相が変化し、（３）のようになってしまうと、インク
粒子は、記録パターン信号の波高値に相当する量まで帯
電さｎなくなってしまい、良好な記録ができなくなる。

しかし、それまでには、（２）のように記録パターン信
号では十分帯電されるが、テストパターン信号では十分
帯電されない領域が存在する。

そこで、この領域にあることをインク粒子の発生状態チ
ェック修正期間において、検知し、インク粒子発生状態
を修正するものである。

すなわち、（４）のように、粒子作成装置に加える励振
電圧を変化させ、インク粒子発生状態を変化させ、サテ
ライト粒子が確実に発生し、この粒子への荷電状態を良
好にする。

第６図は本発明になる記録装置のブロックダイヤグラム
で第７図、第８図に示すタイムチャートを参照しながら
説明する。

第６図のａ＝ｄ信号は第７図、第８図のａ＝ｄ波形に対
応する。

今、サテライト粒子が発生しており第５図（１沖動作状
態の場合、第７図αの位相チェック修正期間においては
、インク粒子はテストパターン信号により、そのパルス
の高さに相当する帯電量まで帯電する。

このように帯電したサテライト粒子は、第６図に示すよ
うに偏向され、サテライト粒子検知器１９に衝突するよ
うになっている。

この時、大径インク粒子はあまり偏向されずガター１０
で遮蔽される。

この検知器１９は帯電したインク粒子が衝突したことを
検知するもので、本実施例では、インク粒子が衝突した
運動量を電圧に変換する圧電結晶マイクロフォンを使用
した。

またテストパターン信号が周期的であるので、検知器１
９に衝突する粒子も周期的であり、したがって検知器１
９からの電気出力は周期的な信号となる。

検知器１９からの電気信号は、プリアンプ２０で増幅後
、テストパターン信号の周波数だけを通す帯域フィルタ
２１を通し、さらに整流回路２２を通過後、波形成形回
路２３で高（１）、似０）の２値の信号に波形成形する
。

位相が整合している場合、整流回路２２からの出力は十
分であるので、波形成形回路２３の出力は、高（１）レ
ベルとなっている。

したがって粒子作成装置への励振電圧レベルシフトクロ
ックパルス発生器２４からの出力（第７図ａ）は、励振
電圧レベルシフト回路２５に導かわず、第７図りのよう
に励振電圧レベルは一定に固定される。

そして装置が記録期間の第７図βの期間に入るため、サ
テライト粒子６が発生し、かつインク粒子発生タイミン
グ位相が記録ノ〜−ン信号と良好な位相になっているた
め、良好に記録を行なうことができる。

次に、サテライト粒子が確実に発生していない場合や、
発生していてもインク粒子発生タイミング位相が第５図
（２）のようになっている場合には、第８図のような動
作になる。

すなわち粒子発生状態チェック修正区間においては、サ
テライト粒子が確実に発生していない時はもちろんのこ
と、発生していてもテストパターン信号によりインク粒
子は、そのパルス高さに相当する帯電量まで帯電しない
ので、サテライト粒子６はほとんど偏向されず検知器１
９に衝突しない。

したがってその出力はプリアンプ２０、そしてフィルタ
２１通過後第８図すのように小さく、波形成形回路２３
の出力は（ＪｇＯ）レベルになっている。

したがってこの場合励振電圧レベルシフトクロックパル
４；牛脂２４からの出力第８図ａは、第６図の励振電圧
レベルシフト回路２５に導かれ粒子作成装置への高周波
励振電圧の大きさが変化される。

すなわち、クロックパルスは、カウンタ２６に導かｎｌ
これに接続されたＤ／Ａ変換器２１のビット情報を変化
させる。

このビット情報に応じてＤ／Ａ変換器２１の出力電圧が
変化する。

この出力と、励振電圧値のベース分となる直流電圧源２
８からの電圧が加算回路２９で加算され、さらにこの出
力と、高周波電源３からの出力がかげ算回路３０でかげ
合わされ、クロックパルスが入るごとに、振幅が変化す
る高周波電圧を得ることができる。

そしてこわが粒子作成装置の帯電々極８に導かれる。

このことにより、サテライト粒子発生状態も、前に説明
したように変化し、第５図（４）のようにサテライト粒
子６が発生し、かつ良好な位相状態になる。

こうなると、インク粒子はテストパターン信号で十分帯
電されるようになるので検出器１９に当たるようになり
、波形成形回路２３の出力は第８図ｅのように（ＪｇＯ
）レベルになり励振電圧レベルシフトクロックパルス発
生器２４からの出力が励振電圧レベルシフト回路２５に
導かれないようになる。

このため励振電圧は一定電圧値に固定され、良好な粒子
発生状態を保ち、記録に移るよう指令する制御信号（第
８図Ｃ）が、切り換え回路３１に加えられるようになり
、テストパターン作成回路３２からの出力は出力アンプ
３３に供給さｎず、記録情報入力３６に応じて記録パタ
ーン信号作成回路３５からの記録パターン信号が出力ア
ンプ３３に加えらｎｌ−これが帯電々極８に印加さｎる
。

したがって記録期間βでも粒子発生状態は良好であるの
で良好な記録を行なうことができる。

このように本発明では、サテライト粒子の発生が確実で
なかったり、第５図（３）のような位相状態にならない
よう、十分なびん度で粒子発生状態のチェック修正期間
を挿入することにより、記録期間中は常にサテライト粒
子が確実に発生し、しかもこの粒子は記録信号の波高値
に相当する量まで帯電され、良好な記録を行なうことが
できる。

実験結果によれば、この位相チェック修正周期は土砂程
度で十分である。

また励振電圧レベルシフトクロックパルスの周期は、イ
ンク粒子が発生してから、検出器１９に衝突するまでの
飛行時間より少なくとも大きくしである。

このため励振電圧レベルシフトクロックパルスの入力に
ともない励振電圧が変化し、インク粒子発生状態が変化
することによる効果を十分にとらえて、次の動作段階に
進むことができる。

以上のように本発明によれば、サテライト粒子の発生位
相を検出して自動的に励振強度を変化させるようにした
ことにより、温度や湿度等の環境変化に対して常に安定
した記録を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の対象となるサテライト粒子（小径粒
子）利用のインクジェット記録装置の概略図、第２図ａ
＝ｄはインク粒子の記録信号による帯電の様子を示
す説明図、第３図はインク粒子発生状況拡大図、第４図
ａ＝ｄはインク粒子発生特性図、第５図（す〜（３）は
本発明を実現する一方式め説明用タイムチャート、第６
図はこれを実現したインクジェット装置の一実施例を示
す電気的ブロックダイヤグラム、第７図ａ＝ｈ、
第８図ａ〜ｈは、この実施例の動作説明用タイムチャー
トである。１・・・・・・ノズル、２・・・・・・インク、３・・
・・・・高周波電源、４・・・・・・電気機械変換器、
５・・・・・・大径粒子、６・・・・・・小径粒子（サ
テライト粒子）、１・・・・・・記録パターン信号源、
８・・・・・・帯電々極、９・・・・・・偏向電極、１
０・・・・・・ガター、１１・・・・・・記録紙、１２
・・・・・・記録パターン、１３・・・・・・インク柱
、１４・・・・・・金属パイプ、１５・・・・・・オレ
フイス、１６・・・・・・電極、１７・・・・・・電極
、１８・・・・・・ＰＺＴ電歪振動子、１９・・・・・
・サテライト粒子検知器、２０・・・・・・プリアンプ
、２１・・・・・・帯域フィルタ、２２・・・・・・整
流回路、２３・・・・・・波形成形回路、２４・・・・
・・励振電圧レベルシフトクロックパルス発生器、２５
・・・・・・励振電圧レベルシフト回路、２６・・・・
・・カウンタ、２７・・・・・・Ｄ／Ａｉ換器、２８・
・・・・・直流電圧源、２９・・・・・・加算回路、３
０・・・・・・かげ算回路、３１・・・・・・切り換え
回路、３２・・・・・・テストパターン信号作成回路、
３３・・・・・・出力アンプ、３４・・・・・・波形成
形回路、３５・・・・・・記録パターン信号作成回路、
３６・・・・・・記録情報入力。

Claims

【特許請求の範囲】

１ノズルに供給した加圧インクをノズル孔より噴出さ
せてインク柱を形成する手段と、前記インク柱の先端を
規則正しく分離させるためにインクに振動を作用させる
電気−機械変換器と、高周波電源と、前記インク柱の先
端が大径インク粒子と小径インク粒子に分離して交互に
飛行するような振動となるように前記高周波電源の出力
電圧に同期して前記電気−機械変換器に励振電圧を与え
る第１の電気回路と、前記インク柱の先端部分に電荷を
与える帯電電極と、前記小径インク粒子力偏望する偏向
量に対応した量に帯電する如く前記帯電電極に矩形の記
録パターン信号電圧を与える第２の電気回路と、前記イ
ンク粒子の飛行路に静電電場を作用させるために飛行路
を挾んで設けた偏向電極と、前記大径のインク粒子およ
び前記記録パターン信号で帯電されない小径のインク粒
子の飛行路をしゃ断するように設けたガターとを備え、
記録パターン信号に従って帯電した小径インク粒子を被
記録体に付着させて情報記録を行うインクジェット記録
装置において、前記第１の電気回路は、テストパターン
信号電圧によって帯電された小径インク粒子の帯電量を
検出するに要する時間よりも長い時間間隔をおいて指令
信号を発生する手段とこの指令信号に応じて励振電圧の
大きさを変えて小径インク粒子の発生位相を変える励振
電圧レベルシフト回路とを備え、前記第２の電気回路は
記録パターン信号が存在しないときにテストパターン信
号電圧を前記帯電電極に与えるテスト信号回路を備え、
更にテストパターン信号電圧によって帯電された小径イ
ンク粒子の帯電量を検出しこの帯電量検出情報をもとに
前記励振電圧レベルシフト回路への指令信号を制御する
電気信号を発生する手段を備えたことを特徴とするイン
クジェット記録装置。