JPS60149469A - 液体噴射記録装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は液体噴射記録装置に係り、さらに詳しくは階調
性のある記録を行なうことができる様にした液体噴射記
録装置に関するものである。

［従来技術］ 従来より各種の記録法が知られており、大きく分けると
インパクト記録法とノンインパクト記録法とがある。

インパクト記録法は従来の機械式のタイプライタのよう
に、活字側をインクリボン等を介して記録媒体側にたた
きつける方法であり、ノンインパクト記録法は相手方に
対する衝撃的な接触は行なわない記録法である。

このノンインパクト記録法は記録時における騒音の発生
が極めて小さいという利点がある。

このノンインパクト記録法の中においても、高速記録が
可能であり、しかも普通紙に対して定着などという特別
な処理を必要とせずに記録を行なうことができ、騒音の
発生がほとんどない液体噴射記録法が知られている。

この液体噴射記録法に用いられる記録ヘッドとしては、
たとえばインク等の様に着色した液体を吐出させるため
のオリフィスと、液体が流入するための流入口とを備え
た記録ヘッドが用いられる。

この種の記録ヘッドにはオリフィスから液体を吐出させ
る方法によって種々の形式のものが提案されている。

その中の一つに、圧電素子などの電気−機械変検体に電
気エネルギーを与えることによって発生する機械エネル
ギーを液体に作用させることにより、液体をオリフィス
から吐出させる形式のもの、抵抗体などの電気−熱変換
体に電気エネルギーを与えることで液体を吐出させる形
式のもの、レーザー等の電磁波を照射する事で、電磁波
エネルギーによって液体を吐出させる形式のもの、静電
吸引形式等様々なものが知られている。

第１図に電気−機械変換体を用いた従来のこの種の液体
噴射記録装置のヘッド部の概略構成を示す。

第１図に置いて符号ｌで示す記録ヘッドは、そｃ７）　
一端にノズル２を備えてイル。

このノズル２は液体の供給管４の先端に形成されており
、最先端には液滴１０を吐出させるためのオリフィス２
ａが形成されている。

そして、このオリフィス２ａの近傍に於て供給管４には
圧電素子等のエネルギー発生体３が取りイ・ｊけられて
いる。

供給管４の他端側は記録ヘッド１内に設けられた液室内
のインク等の液体９中に浸漬されており、この部分には
固定部材６を介してフィルタ５が取り付けられている。

一方、符号７で示すものは液体９の供給管、符号８で示
すものは空気出口である。

なお、符号１１は記録紙等の記録媒体を示す。

この様な構造のもとに圧力発生手段３に対しパルス変換
器などを介してパルス変換された信号が印加されると、
圧力発生手段３が収縮し、ノズル２の容積変化が生じる
。

この結果、ノズル２内の液体は液滴１０となって吐出さ
れ、記録媒体１１上にドツト記録が行なわれる。

この様な構造の液体噴射記録装置は構造が簡単なため小
型化が容易であり、マルチノズル化が可能であり、また
液滴１個ごとの大きさを変化させて階調表現を行なうこ
とができ、さらには必要な時だけ液体を吐出させるため
、インクの使用量は少なく低価格に構成ができ、ランニ
ングコストも低い等の利点を持つ。

ところで、オンデマンド型の液体噴射記録装置はこの様
な多くの利点を有するものであるが、さらに高解像度、
高品質の画像を記録しようとする場合には記録画素に階
調性を持たせ、中間調（ハーフトーン）の情報を含む画
像記録を行なう必要がある。

この様な階調性を持たせた画像記録方法として従来から
知られている方法には幾つかの方法がある。

その一つは、１画素を像形成素体の１つのみによってだ
け占領させうる複数のセルにマトリックス状に細分化し
、そのマトリックス状にされたセルが構成するセルの中
を画像形成体によって占領されているセルの個数とセル
を占領している像形成素体の配列状態に応じて所望のレ
ベルの階調性がデジタル的に表現されるという記録方法
である。

また、他の方法として画素を像形成素体の１つのみによ
って構成し、像形成素体の光学的濃度を変えることによ
って所望の階調表現をアナログ的に表現しようとする方
法である。

しかし、例えば電気−機械変換素子による機械エネルギ
ーを液体に作用させる液体噴射記録法においては、第１
の階調制御方法を採用すると、最小液滴形の大きさが限
られてしまう為１画素目体の面積が大きくなり鮮明度の
低下を招きやすい。

また、デジタル制御であるため、階調性のステップが粗
くなり、画像品位がきめ細かさに欠けるという場合があ
る。

また、前述した第２の階調制御方法は一般に吐出される
液滴の大きさを圧力発生手段に加える電気エネルギーを
変化させることによって１画素、すなわち像形成素体の
大きさを変化させる方法である。

しかし、この方法を採用すると必要な大きさの液滴を得
るために電Ｓエネルギーを変化させることになり、この
結果液滴の飛翔速度も変化してしまう。

ところが、記録ヘッドは記録媒体に対して相対的に移動
を行ないつつ記録を行なうため、液滴の飛翔速度が変化
してしまうと、記録媒体に到達する１１￥間に変化が生
じ、この結果、目的とする位置に液滴が到着しないこと
になり、正確な記録画像或いは高品質の記録画像を得ら
れないという問題があった。

［目　的］ 本発明は以上のような従来の欠点を除去するために成さ
れたもので、高い光学濃度から、低い光学濃度までの広
い濃度範囲内にわたってきめ細かな階調表現ができる液
体噴射記録装置を提供することを目的としている。

［原理］ 本発明の原理を第５図乃至第８図を用いて説明する。

第５図は飛翔液滴１０の初速度ｖｏとエネルギー発生体
３に印加された電圧■との関係を示す図、第６図は飛翔
液滴１０の液滴径と初速ｖｏとの関係を示す図、第７図
は飛翔液滴１０の液滴径と電圧Ｖとの関係を示す図、第
８図は本発明によって飛翔速度を制御した飛翔液滴１０
の飛翔速度Ｖと電圧Ｖとの関係を示す図である。

第５図に示される様に液滴１０の初速ｖｏは圧力発生手
段３に印加された電圧Ｖにほぼ比例する。また、第６図
に示される様に初速ＶＯに対する液滴径、第７図に示さ
れる様に印加電圧Ｖに対する液滴径もそれぞれ、はぼ比
例関係にある。

今、オリフィス２ａ、加速電極１３間の距離をｒ、液滴
の質量をｍ、加速電極１３が液滴１０に及ぼす引力をＦ
とすれば の関係が成り立つ。

上記の式を変形すると となる。

又、荷電電極１２によってインク滴に蓄えられる電荷を
ｑ、加速電極に蓄えられる電荷をＱとすると ａＱ Ｆ＝ｋＯ− ２ の関係がある。ここでｋＯは比例定数でｋｎ　＝９．Ｏ
Ｘ　１０　Ｎｍ”／　Ｃ２の値をもつ。

更に、初速ｖｏとエネルギー発生体３への印加電圧Ｖは
比例定数なｋとすると、 ｖ、）＝ｋＶ となる。

となる。

■式で ｍｘ　（Ｋ：定数） と置けば、 （ｋ２−２ＫｋＶ）　ｍｒ Ｑ＝□　・・・■ ｏｑ となる。

本発明では、加速電極１３に荷電量Ｑが０式で示される
ような電圧を印加することにより、液滴速度ｖ＝Ｋ　（
定数）とすることができるので第８図に示される様にど
のような電圧Ｖに対しても一定な飛翔速度Ｖを持つ液滴
１０を得ることができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

［第１実施例］ 第２図は本発明の第１の実施例を説明するもので、図中
第１図と同一部分または相当する部分には同一符号を付
し、その説明は省略する。

本実施例にあっては、液体を荷電させる荷電手段として
荷電電極１２、および飛翔液滴が通過する液滴加速手段
として加速電極１３が設けである。

すなわち、荷電電極１２は記録ヘッド１内のインク等の
液体９中に浸漬されており、加速電極１０ ３はノズル２の前方でかつ液滴１０が通過する位置に設
けられている。

なお、加速電極１３としては、第３図（Ａ）〜（Ｃ）に
示すような種々の構造のものが考えられる。

すなわち、第３図（Ａ）に示すものは円筒形状に形成さ
れており、第３図（Ｂ）に示すものはオリフィス状に形
成されており、第３図（Ｃ）に示すものは上下に対向し
て配置された複数個の平板状の電極の構造となっている
。符号１３ａで示すものはリード線である。

加速手段としては上記の様な構造のもの以外に別の形状
を有した加速電極１３を使用してもよい。

また、加速電極１３には該電極１３に入力される電圧値
を制御する制御手段を介してパルス発生源１４に接続さ
れており、このパルス発生源１４からはエネルギー発生
体３に加えられた液滴の大きさを制御するパルス信号の
電圧の大きさに応じたパルス信号が加えられる。

１ なお、液体９としては導電性のものが選ばれる。

以上のような構造のもとにエネルギー発生体３にパルス
信号を印加することにより、パルス電圧の大きさにほぼ
比例した速度をもつ液滴１０が形成される。

この時、圧力発生手段３に印加したパルス信号の電圧の
大きさに応じたパルス信号が加速電極１３に印加される
。すると、まず荷電電極１２によって液体９が帯電され
、該帯電された液体は液滴１０として記録部材方向、即
ち、加速電極１３の方向に吐出される。

加速電極１３を通過する上記液滴１０に対しては、加速
電極１３に加えられた電圧による電界により、静電引力
が加えられることになる。

この静電引力は加速電極１３に加えられる電圧値が大き
ければ大きく、しかもその電圧はエネルギー発生体３に
加えられた電圧値にほぼ反比例しているため、大きな速
度をもって吐出された液滴１０に対しては小さな静電引
力が加わり、小さな速度をもって吐出された液滴ｌＯに
は大きな静電引力が加わる。

この結果、加速電極１３を通過したのちの液滴１０は液
滴１０の大きさにかかわらずほぼ一定の速度に制御され
ることになる。

このように、液滴の大きさを変化させようとして、液滴
吐出のためのエネルギーを発生するエネルギー発生体に
加えられる電圧値が変化し飛翔速度が異なった液滴が発
生したとしても、この液滴の速度を一定に制御すること
ができるため、記録ヘッドと記録媒体とが相対的に移動
している場合においても、液滴は目的とする位置に正確
に到着することができ、印字品位の高い記録を行なうこ
とが可能となった。

［第２実施例１ 第４図は本発明の第２の実施例を説明するもので、図中
第１図及び第２図と同一部分には同一符号を付し、その
説明は省略する。

本実施例にあっては、荷電手段である荷電電極１２を特
別に設けず、記録ヘッド１のケーシング３ ２ 自身を導電性材料から構成し、ケーシング自身が前実施
例でいう荷電電極１２とされた。

また、記録ヘッド１のケーシング全体を導電性材料から
形成したため、エネルギー発生体３は絶縁材１５によっ
て囲んだ状態で取付けである。

このような構造を採用しても、前述した第１の実施例と
同様の効果がある他、別体としての荷電電極１２を設け
なくてもよいため、部品点数を減少させ、組立てを容易
にできるという利点があった。

尚、本発明の実施例においては吐出される最高速の飛翔
液滴の速度を更に増加させた速度で飛翔速度の均一化を
計った例を示したが、飛翔速度の均一化は最高の飛翔速
度をもった液滴の速度に合わせるのであってもかまわな
い。

また、荷電電極１２および加速電極１３に同じ電荷を帯
電させれば、液滴１０と加速電極１３との間には圧力が
働くため、大きな速度の液滴の速度を落とすことによっ
て、低速度の液滴の速度に合わせ、他の液滴も速度に比
例した電圧を加速電４ 極に印加することにより液滴速度を均一化させても良い
。

さらには、中間速の液滴に速度を合わせ、中間速の液滴
よりも速い液滴には圧力を、遅い液滴には引力を加え速
度を均一化する様にしても一向にさしつかえない。

併し乍ら、より速い飛翔速度で液滴の飛翔速度の均一化
が計られるという事はより高速の記録を行うという点か
らは大変好ましい事である。

又、液滴の飛翔速度が低すぎる場合はキャリッジ走査や
紙送り等に伴う空気の動き等による外乱を受け易くなっ
たり、記録ヘッドと記録部材（例えば紙）とのクリアラ
ンスが必然的に小さくなったりする事もあるので注意を
要する。従って、液滴の飛翔速度の設定は最も良好な飛
翔液滴の飛翔速度に設定する車が好ましい事である。

［効　果］ 以」二の説明から明らかなように、本発明によれば、吐
出されだ液滴が通過する加速電極を設け、この加速電極
に対し、液滴吐出のための圧力発生５ 手段に加えられたパルス電圧の大きさに応じた電圧を印
加する構造を採用しているため、吐出した液滴に対して
静電引力を加えることができ、その吐出速度を一定にす
ることができる。従って、記録ヘッドと記録媒体とが相
対的に移動していても、液滴の到達位置を常に一定にす
ることができるので、印字品位を向」ニさせた液体噴射
記録装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を説明する記録ヘッド部の縦断側面図
、第２図は本発明の第１の実施例を説明する記録ヘッド
部の縦断側面図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ異っ
た加速電極の構造例を示す斜視図、第４図は本発明の第
２の実施例を説明する記録ヘッド部の縦断側面図、第５
図は飛翔液滴１　ρ ■・・・記録ヘッド　２・・・ノズル ２ａ・・・オリフィス　３・・・エネルギー発生体４・
・・供給管　５・・・フィルタ ９・・・液体　１０・・・液滴 １１・・・記録媒体　１２・・・荷電電極１３・・・加
速電極　１４・・・パルス発生源７ □馨りいが −８ 一＼雫ひ炒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荷電された液体を利用して記録を行なう液体噴射記録装
   置において、飛翔液滴の飛翔速度に応じて液体を荷電さ
   せる荷電手段又は飛翔液滴を加速させる液滴加速手段の
   少なくとも一方に入力される電圧を制御する制御手段を
   有することを特徴とする液体噴射記録装置。