JPS59143652A - 液体放出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １、産業上の利用分野 本発明は、パルス電圧によって電気−機械変換器を駆動
することにより、ノズルが設けられた液体収容室に圧力
を加え、ノズルから液滴を放出するように構成した液体
放出装置、特にインクジェット記録装置に関する。

２　従来の技術 まず、従来のインクジ−ノド記録装置の概略について説
明する。

ノズルが設けられた液体収容室にその内容積が縮小する
ように圧力が加えられると、液体収容室内部の液体が圧
縮され、このエネルギーにより液体収容室に設けられた
ノズルから液体が液滴として放出される。液体収容室に
加えられる圧力が瞬間的なものであると、液体の圧縮も
瞬間的であり、ノズルから放出される液体は粒状の液滴
（ドロップレット）となる。

液体収容室内の液体３ンク液を使用し、ノズルの前に被
記録体（記録紙）を設け、記録信号（バルス電圧）に基
いて前記操作が行なわれると、ノズルから放出されたド
ロップレットが記録紙に当たり、記録紙にはインクのド
ツトが記される。

この操作において、ρ１えば、記録紙を縦方向に動かし
、ノズルを横方向に動かすこととすれば、記祠録紙の全
面にインクのドツトによる記録を文字等の所定パターン
に記すことができる。

上記のような記録装置は、オンデマンドインクジェット
記録装置として、すでに市場に提供されている。　オン
デマンドインクジェット記録装置は、ワイヤドツトプリ
ンタのようにワイヤのインパクトにより記録紙にドツト
を記すのではなく、第１図（ａ）の如く構成された液体
収容室３にインク液２を供給し、そのノズル１から放出
された小さな液体のドロンプレットが記録紙に当たるこ
とによりドツトが形成されるから、非常に静かに記録が
できる。　そして記録に必要な機械的駆動部分が単純で
、かつ少ないことから、装置を小型にすることが容易で
ある。　更に、インク液に圧力を加える手段として、電
気−機械変換器、例えばＰＺＴ等のピエゾクリスタルか
らなる圧電体７を用いれば、短時間に記録を記すことが
できる。

即ち、オンデマンドインクジェット記録装置は、ワイヤ
ドツトプリンタと比較し、静かに、速く記録が出来、か
つ装置を小型にすることが出来るのである。　更に、色
の違うインク液を記録紙の同じ場所に重ね打ちをするこ
とにより、インク液の色だけではなく、多色の記録を残
すことが可能となる。

オンデマンドインクジェット記録装置において、高密度
による高解像度の記録を記録紙に記すためには、記録紙
に記されるドツトの径を小さくする必要がある。　その
ためには、ノズルから放出するドロンプレットの大きさ
を小さくしなければならない。

まだ、記録紙に画像等の記録をするには、濃度を多段階
に変化させる必要が生じる。　濃度を多段階に変化させ
るには、記録紙のある面積に記すドツトの数を変化させ
る方法がある。　濃度の濃い記録を得るには、記録紙に
記すドツトの数を多くシ、淡い記録をするには、ドツト
の数を少なくするわけである。　しかし、この方法だけ
で中間調を表現するには限界がある。　濃度を多段階に
変化さぜるには、記録紙の単位面積尚りのドツトの数を
変化させると共に、記録紙に配されるドツトの径をコン
トロールすることが必要である。

即ち、オンデマンドインクジェット記録装置において、
高密度による高解像度、及び濃度が多段階の記録を記録
紙に記すだめには、ノズルから放出されるドロップレッ
トの大きさを小から大まで、必要に尾、じ自由にコント
ロール出来ることが望捷Ｌ７いのである。

ノズルから放出されるドロップレットの大きさを小さく
するためには、ノズル開口の径を小さくすることが考え
られるが、ノズル開口の径を小さくすると、ノズルの目
詰りが発生し易く、かつ、ノズル部分でインク液の摩擦
が大きくなり、インク液がノズルから放出されにくくな
る。　ノズルを通過するインク液の流動性との関係から
、ノズル開口の径を小さくするには自ずと限界がある。

そして、ノズル開口の径を小さくすることは、ドロップ
レットの大きさをある程度小さくすることは出来るが、
その大きさを自由にコントロールすることはできない。

また、記録紙に記される記録を高密度とするため、ノズ
ルから放出される際にドロップレットの背後に副次的に
形成される小さな液滴であるサテライトを利用する方法
もある。　ノズルから放出されるドロンプレットとサテ
ライトは同一方向にノ 放出されるから記録紙に当たる場所は、何の操作も加え
ないと同じ場所である。　記録紙に記されるドツトの大
きさを変化させるためには、ドロンプレットとサテライ
トを使い分け、ドツト径の小さい記録を記すには、サテ
ライトのみを使用するようにしなければならない。　こ
の場合、ドロップレノｌ−が記録紙に到達しないよう操
作しなければならない。　このため、ドロンプレットを
帯電させ、偏向させる手段、及び、使用されないドロッ
プレットを回収する装置が必要となり、記録装置全体が
大型化する。　そしてサテライトは、ドロアブレ、トが
ノズルから放出される際に副次的に形成されるものであ
るだめ、その大きさを自由に変えることはできない。　
従ってこの装置によると記録紙に記されるドツトの径は
、ドロップレットとサテライトの違いにより大小の変化
はあるが、その大きさを可変的にコントロールすること
ができない。

つぎに、ドロップレットの大きさを自由に変化させ、記
録紙に記されるピントの径をコントロールするため、’
「’、ｉ気−機械変換器に印加するパルス電圧の大きさ
く高低）を変化させ、液体収容室にある液体　に加える
圧力の大小により、ドロップレットの大きさをコントロ
ールする装置が考え出された。　インク液に加わる圧力
が大きければ、ノズルから放出されるドロップレットは
大きくなり、加える圧力が小さければ、ドロ、ブレ、ト
は小さくなると考えられ、パルス電圧の高、低によりド
ロップレットの大きさをコントロールしようとしたので
ある。

しかし、この装置によると、ドロップレットの大きさの
変化可能な領域が狭り、シかもある大きさのドロップレ
ットを形成することは困難であることが解った。　イン
クジェットプリントヘッドを構成する液体収容室、電気
−機械変換器等は固有振動周波数を有しており、電気−
機械変換器に印加されるパルス電圧によ多発生する振動
周波数が、前記した固有振動周波数と一致しない場合に
は、加えられる圧力により、能率よく一定の大きさのド
ロップレットがノズルから放出されるが、電気−機械変
換器に印加するパルスＴｄ圧によυ発生する振動周波数
が共振振動数に近いときは、共振振動数に引っ張られ、
ノズルのドロップレット放出は不安定になる。　これが
原因でドロップレットの大きさの変化可能な領域が狭く
なるものと考えられる。　従って、電気−機械変換器に
印加するパルス電圧を変化させ、液体に加える圧力を変
化させても、ノズルから放出されるドロップレットの大
きさを任意にコントロールすることができず、記録紙に
記録されるドツトも小から犬と自由に調節することがで
きなかったのである。

以上記載したように、従来技術では、ノズルから放出さ
れるドロップレットの大きさを自由に調節し、記録紙に
記されるドツト径をコントロールすることは出来なかっ
た０ 本発明者は、鋭意努力の結果、同じノ（ルス電圧を電気
−機械変換器に印加した場合でおっても、パルス電圧を
印加したときのノズル内のインク液の先端位置が、ドロ
ップレットの大きさに関係していることを突き止めたの
である０ 即ち、第１図（ｂ）のように、ノズル１．内のインク液
２の先端が、ノズル１の先まで満たされている場合と、
第１図（Ｃ）のように、ノズル１内のインク液２の先端
が、ノズル１の先からある距離りだけ後退した位置にあ
る場合とでは、同じノくルス電圧を電気−機械変換器に
印加しても、ノズル１から放出されるドロップレフトの
大きさは異なるのである０ ドロンブレットの大きさを縦軸にと９、ノズルの先と、
インク液の先端位置との間の距離りを横軸にとると、同
じ印加パルス電圧でも、ドロップレットの大きさは、第
２図に示すように変化する。

３、発明の目的 そこで、本発明者は、ノズルから放出するドロップレッ
トを形成する主パルス電圧を加える前に、ノズル内のイ
ンク液の先端位置を制御することとすれば、ドロップレ
ットの大きさを自由に変化させることができ、記録紙に
記されるドツトの径をコントロールすることができると
考え、本発明をするに到った。

４、発明の構成 即ち、本発明は、主パルス電圧によって電気−機械変換
器（特にピエゾクリスタルからなる圧電体）を１駆動す
ることにより、ノズルが設けられだ液体収容室に圧力を
加え、前記ノズルから液滴を放出するように構成した液
体放出装置において、前記主パルス電圧が印加される前
に、この主パルス電圧と同一極性であって、前記ノズル
内の液の先端位置を決める付加パルス電圧が、前記電気
−機械変換器に印加されることを特徴とする液体放出装
置に係るものである。

５、実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

インク液に圧力を加える電気−機械変換器は、圧電体の
ピエゾクリスタルを使用している。

第３図に１−、ピエゾクリスタル（例えば第１図（ａ）
の７）にパルス電圧を加え、ノズルからドロップレット
を放出させるだめの入力波形（ａ）と駆動波形（ｂ）の
従来例を示す。

駆動回路から第３図（ａ）に示すようなパルス電圧がピ
エゾクリスタルに印加されると、ピエゾクリスタルの両
極板間のｒ４−、、圧は、コンデンサの充放電特性と同
様の第３図（ａ）に示すよう外波形となる。

ピエゾクリスタルは、電圧が印加されると歪み、この歪
みによりインク液に圧力が加わり、ノズルからドロップ
レットが放出され、このドロップレットにより記録紙に
ピントが記される。

次に、第４図に本発明の実施し０による入力波形（ａ）
と駆動波形（ｂ）を示す。

ノズル内の先端インク液の位置を変動させるための付加
パルス電圧Ｓを主パルス電圧Ｍに先行してピエゾクリス
タルに印加する。　ピエゾクリスタルは、付加パルス電
圧Ｓにより歪み、インク液に圧力を加える。　この圧力
は付加パルス電圧がピエゾクリスタルに印加されている
時間が短時間のだめ、インク液を幾分外方へ押しやるが
次に引き戻されて減衰振動を開始するだけであり、ドロ
ップレットがノズルから放出されることはない。

インク液が駆動すると、との振動がノズノＶ内のインク
液にもったわシノズル内のインク液の先端はノズル内で
往信運動を繰り返す。　インク液がノズル内で往復運動
を繰り返している間の適切な時点で、ドロップレットを
形成する主パルスＭがピエゾクリスタルに印加されれば
、第２図に示すように、先端インク液の位置に対応した
大きさのドロップレットがノズルから放出される。

前記した作用を実現するための電気回路を第５図に示す
。

この回路では、入力端子Ｔに、第４図（ａ）に示すよう
な伺加パルス電圧の信号が加わると、入力端子Ｔは、フ
リップフロップ（ＦＦ）３の入力端子、及びアンド回路
４．５の入力端子の一方に接続されているから、ＦＦ４
のＱ出力は“Ｈ”となり、この出力がアンド回路４の他
方の入力端子に入力され、アンド回路４の出力は“Ｈ″
となる。　アンド回路４の出力がＨ″となるとトランジ
スタＴｒｘがオンとなり、トランジスタＴｒｔのコレク
タに加えられている電圧Ｖ１が可変抵抗６を介してピエ
ゾクリスタル７にタロわる。　　ピエゾクリスタル７に
この電圧が加わると、インク液は振動し、ノズル内のイ
ンク液の先端はノズル内で往復運動を繰り返す。　付加
パルス信月Ｓが零となると、ＦＦの出力Ｑは“Ｌ”とな
る。　そして上記と逆にトランジスタＴｒｔはオフとな
り、ピエゾクリスタル７に加わる電圧も零となる。

つぎに、入力端子Ｔに、第４図（ａ）に示すような主パ
ルス電圧信号Ｍが加わると、ＦＦ３の出力４が“Ｈ″と
なり、これがアンド回路５の入力端子に加わり、アンド
回路５の出力が“Ｈ″となる。

この”■＃出力が、トランジスタＴｒ２のベースに加わ
ると、トランジスタＴ　ｒ２はオンとなり、コレクタに
加えられているｖ２が可変従抗６を介してビニツクリス
タル７に加えられる。　この主パルス電圧１１の印加時
間は、付加パルス電圧Ｓと比較し長いから、ピエゾクリ
スタル７も大きく変形し、ドロップレットがノズルから
放出される。　そしてこの時のドロップレットの大きさ
は、付加パルス電圧によりノズル内で往復運動を繰り返
しているインク液の先端位置にょシ決定される。

上記したように構成されたインクジェット記録装置のノ
ズル構造において、ドロ、プレットの大きさをコントロ
ールするだめの手段について説明する。

ドロップレットの大きさをコントロールするためには、
付加パルス電圧及び／又はそのパルス幅、付加パルス電
圧印加後に主パルス電圧を印加するまでの時間を変化さ
せることが考えられる。

まず、付加パルス電圧及びそのパルス幅を変化させるこ
とにより、ドロップレットの大きさをコントロールする
ことについて説明する。

付加パルス電圧は、インク液を振動させ、ノズル内のイ
ンク液をノズル内で往復させるために、ピエゾクリスタ
ル７に印加される電圧であシ、付加パルス電圧の高低及
びそのパルス幅の違いにより、インク液の挙動は変化し
、インク液がノズル内で１回の往復運動を繰り返すに必
要とする時間は変化する。　従って、付加パルス電圧か
ら主パルス電圧を印加するまでの時間間隔を一定にして
も、振動数の違いにより、ノズル内のインク液の先端位
ｆ６は異なるから、付加パルス電圧の高低及びそのパル
ス幅を変化させることにより、ドロップレットの大きさ
をコントロールすることができるのである。

つぎに、付加パルス電圧から主パルス電圧を印加するま
での時間間隔を調整することにより、ドロップレットの
大きさをコントロールすることについて説明する。

付加パルス電圧がピエゾクリスタル７に印加されること
により、インク液は振動し、ノズル内のインク液はノズ
ル内で往復運動を繰り返す。　付加パルス電圧が印加さ
れてからの時間の違いにより、ノズル内のインク液の先
端位置は異なるから、付加パルス電圧と主パルス電圧を
印加する時間の間隔を調整することにより、ノズルから
放出されるドロとプレットの大きさをコントロールする
ことが出来る。

なお、上記付加パルスの印加時間は５００μｓｅｃ以下
、付加パルスから主パルスまでの時間は５００μｓｅｃ
のときに良好な結果が得られた。

第６図に、前記したドロップレットの大きさをコントロ
ールするだめのシステム図を示す。

付加パルス電圧のパルス幅を設定するために設けられた
タイマー１に入力があると、パルス幅が調整された出力
が、タイマー２の入力端子に加わる。　タイマー２は、
付加パルス電圧から主パルス電圧を印加する丑での時間
間隔を調整するために設けられたタイマーである。　タ
イマー２は、タイマー１から入力があってから設定時間
経過後、主パルス電圧のパルス幅を調整するために設け
られたタイマー３に出力を出す。　タイマー３は、タイ
マー２からの出力が入力されると、設定された時間、即
ち、主パルスの幅のパルス信号を出力として出す。

第７図は、上記システム図からのパルス信号により、ピ
エゾクリスタルを駆動させるだめの電気回路図である。

第７図の入力端子Ａは、第６図のタイマー１の出力端子
に接続され、タイマー１により付加パルス電圧のパルス
幅が調整されたパルス信号が入力端子Ａに加わると、ト
ランジスタＴｒ３、Ｔｒｉがオンとなり、ｖｏの電圧が
可変抵抗６抄してピエゾクリスタル７に印加され、ノズ
ル内の先端インク液がノズル内で往復運動を開始する。

そして、入力端子Ｂには、タイマー３から付加パルス電
圧印加後に主パルス電圧を印加するまでの時間間隔及び
主パルス電圧の幅が調整された主パルス信号が入力され
る。　主パルス信号が入力端子Ｂに加わると、トランジ
スタＴｒ５、Ｔｒ６はオンとなシ、■２の電圧が可変抵
抗６を介してピエゾクリスタル７に加わる。　ここでノ
ズルからは、ノズル内のインク液の先端位置により決定
されるドロップレットが放出されることとなる。

タイマー１により付加パルス電圧のパルス幅が、ｖ８を
変化させることにより付加パルス電圧が調整でき、そし
て、タイマー２によシ主パルス電圧を印加するタイミン
グ、タイマー３により主パルス電圧の印加時間の調整を
することができる。　この中で１つ、又は組み合わせて
調整することにより、ノズルから放出されるドロップレ
ットの大きサラコントロールすることができることとな
った。

第８図に、前記タイマー１．２．３及び■１を調整する
ことによりピエゾクリスタル７に加わる付加パルス電圧
と主パルス電圧の波形図を示す。

６　発明の効果 従来技術によれば、ノズルから放出されるドロップレッ
トの大きさを、ある程度変化させることは出来たが、所
望の大きさにコントロールすることは出来々かった０　
このため高密度による高解像度の記録を記すことが出来
ず、画像を記録するときに必要な濃淡を表現するときで
も、記録紙の単位面積当りのドツト数を変化することし
かできなかった。

そして、カラー記録をする場合、記録紙の同じ場所に色
の違うインク液で重ね打ちをする必要があるが、従来技
術では重ね打ちをした場合、そのドツト径は他のドツト
径と比較し大きく記され、クツキリとしたカラー記録を
記すことが出来なかったのである。

しかし、本発明によれば、主パルスに先行して同極性の
付加パルスを加えているのでノズルから放出されるドロ
ップレットの大きさを自由にコントロールすることがで
きる。

従って、高密度による高解像度の記録を得るには、ノズ
ルから放出されるドロップレットの大きさを小さくシ、
数多くのドツトを記録紙に記すこととすれば良く、記録
の濃淡も記録紙の単位面積当りのドツトを変化させるだ
けではなく、ドツト径の大小の変化によシ中間調を表わ
すことができる。　従って中間調の記録が従来技術と比
較し、明瞭に行なえる。

また、カラー記録をする時に必要な重ね打ちをしても、
重ね打ちをするときのドロップレットの大きさを小さく
することによシ、記録紙に記されるドツト径を他のドツ
ト径とほぼ同一の径とすることができる。　従って、明
確なカラー記録をすることが可能ど婆った。

更に、同じドロンプレットの大きさであっても、記録紙
の紙質により、記されるドツト径が異なる場合が生じる
。　しかし、従来技術では、ドロップレットの大きさを
コントロールすることができなかったので、種々の紙質
の記録紙に応じてドツト径を同じにすることはできない
。

本発明によれば、ドロンプレットの大きさをコントロー
ルすることができるので、記録紙の紙質が変わっても、
常に同一径のドツトを記すことが可能となった。

そして、ドロンプレットが記録紙に当たることにより記
されるドツト径が大きくなりすぎるような性質を有する
インク液は、従来では使用することができなかったが、
本発明によれば、ドロップレットを小さくすることがで
きるので、使用できるインク液の範囲が広くなったので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はインク放出装置の断面図、第１図（ｂ）
、（ｃ）はノズル内のインク液先端位置を比較して示す
断面図、 第２図は先端インク液の位置の違いによるドロアプレッ
トの大きさの変化を表わした図、第３図（ａ）、（ｂ）
は従来例による入力波形と駆動波形を表わした図、 第４図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例による付加ノク
ルス電圧を加えたときの入力波形と駆動波形を表わした
図、 第５図は本発明の実施列による電気回路図、第６図は本
発明の実施例によるシステム図、第７図は本発明の他の
実施例による電気回路図、第８図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ
）、（ｄ）はピエゾクリスタルに加わる信号の波形図 である。 なお、図面に用いられている符号において１・・・・・
・・・・・・・・・・ノズル２・・・・・・・・・・・
・・・・・・インク液３・・・・・・・・・・・・・・
・・・フリップフロップ４．５・・・・・・・・・アン
ド回路 ６・・・・・・・・・・・・・・・・可変抵抗７・・・
・・・・・・・・・ピエゾクリスタルＴｒ１、Ｔｒ２、
Ｔｒ３、Ｔｒ４、資６、Ｔｒａ　・＝　）ランジスタＳ
・・・・・・・・・・・・・・・・・付加パルス電圧Ｍ
・・・・・・・・・・・・・・・主パルス電圧である。 代理人　弁理士　逢　坂　　宏（他１名）第１　図 第２図 始３図 を 第４Ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　主パルス電圧によって電気−機械変換器を駆動する
   ことにより、ノズルが設けられた液体収容室に圧力を加
   え、前記ノズルから液滴を放出するように構成した液体
   放出装置において、前記主パルス電圧が印加される前に
   、この主パルス電圧と同一極性であって、前記ノズル内
   の液の先端位置を決める付加パルス電圧が、前記電気〜
   機械変換器に印加されることを特徴とする液体放出装Ｋ
   。 ２、前記補助パルス電圧のパルスの高さ及び／又はパル
   ス幅を特徴する特許請求の範囲の第１項に記載しだ液体
   放出装置。 ３、　前記付加パルス電圧を印加した後、主パルス電圧
   を印加する壕での時間を特徴する特許請求の範囲の第１
   項又は第２項に記載した液体放出装置。