JPS60157875A - インク・ジエツト印刷装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、選択的な可変サイズでインク滴をオンデマン
ド方式で余生するインク・ジェット印刷装置に関する。

［従来技術］ オンデマンド方式でインク滴を発生するために変換器を
選択的に付勢するインク・ジェット印刷装置が従来知ら
れている。ドロップ・オン・デマンド方式のインク・ジ
ェット印刷装置の印刷の質及び解像度を向上しそして信
頼性を高めるために大きな努力が行なわれてきた。

２．５印当り２４０ペル（画素）の解像度のドツト・マ
トリクス印刷では活字による印刷品質に近いものが得ら
れる。２．５ａｍ当り２４０ペルの解像度に対しては１
２５〜１５０μｍのスポラ１〜・サイズが必要である。

一般的な用紙の場合、１２５〜１５０μｍのスポット・
サイズを得るためには、５０〜７５μｍのノズル直径が
必要である。

表面張力はノズル半径に反比例し、従ってノズルの寸法
の減少は、ノズルがつまらない限り、インク滴発生装置
の信頼性を増大する。３０〜５０μｍの直径を有するノ
ズルで最適の信頼性が多くの場合得られる。かくして、
一般に印刷品質及び信頼性の両方を同時に最適なものに
するためには。

目づまりの生じない最小のノズルを用いて最大のインク
滴体積を得ることが望ましい。しかしながら、高い印刷
品質を必要とする印刷システムの場合、上記の好ましい
特性を得ようとすると、相客れない要求事項が存在する
ことが判った。

成る特定のサイズのノズルからドロップ・オン・デマン
ド方式で通常のインク滴よりも大きいインク滴を発生さ
せる試みが従来の印刷システムで行なわれてきた。この
ようなシステムは米国特許第３９４６３９８号に示され
、ここでは各インク滴のインク体積は、駆動電圧パルス
の振幅を調整することにより、変化される。他のシステ
ムが米国特許第４２８１３３１号に示されそしてここで
は変換器駆動パルスのエネルギ量がインク滴のサイズを
決定している。

上記の型のシステムは成る場合には、インク滴のサイズ
の変動に判つインク滴速度の変動を生じ、これは印刷の
品質を低下する。この速度変動に対する補償が米国特許
第４２２２０６０号で行なわれており、そしてここでは
振幅だけでなく電圧駆動パルスの夫々の実効タイミング
をも変えており、その結果インク滴は記録媒体の所望の
位置に到達する。しかしながら、この補償方法は、修正
しづらい複雑な制御回路を必要とする。

他のシステムが本出願人により提案されており、そして
ここでは変換器は別々に付勢可能な複数個のセクション
より成る。印刷データに応答してこの変換器の１以上の
セクションを特定な組合わせで選択的に付勢する制御装
置が設けられて、そして複数のサイズのうち印刷データ
により指定されたサイズのインク滴を発生する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来インク滴のサイズが可変であるインク・ジェット印
刷装置はなかった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によると１選択的な可変サイズのインク滴を発生
するドロップ・オン・デマンド方式の印刷装置が実現さ
れる。

本発明のドロップ・オン・デマント方式のインク・ジェ
ット印刷装置のインク・ジェット印刷ヘッドは、適切な
インクが供給されるインクキャビティを有する。電気機
械変換器がインク・キャビティと機械的に連通して装着
され、そしてドロップ・オン・デマンド方式の予定の滴
発生周期で繰り返される電気駆動信号源が、電気機械変
換器を選択的に付勢して、駆動信号毎に予定のサイズの
単一のインク滴を発生するために設けられている。

直前の電気的駆動信号に対して一定の時間遅延で少なく
とも１つの付加的な電気的駆動信号を選択的に発生する
ための手段が設けられ、そしてこの一定の時間遅延は、
ドロップ・オン・デマンドの滴発生周期よりも短かい。

又、この電気機械変換器は上記付加的な電気的駆動信号
により付勢されて成る予定量の付勢的なインクを放出し
、そして記録媒体に到達する前にインク量は単一インク
滴に合体し、その結果各インク滴は、複数の滴サイズの
うちの選択した１つを有することになる。

［実施例］ 第１図を参照するに、印刷装置は、印刷ヘッド１０を有
し、そしてこのヘッドに対してインク供給装置１２から
液体インクが供給される。制御装置１４は、印刷ヘッド
１０を選択的に付勢してパルス１つ毎にインク滴１つを
発生させる電圧制御パルスを含む信号を印刷装置に与え
る。図示の実施例では、印刷ヘッド１０は、一端がノズ
ル板１８によって閉ざされていて室即ちキャビティ２２
を形成する中空円筒状変換器即ち部材１６を有する。こ
の印刷ヘッド１０は、この分野で知られている他のイン
パルス・ドロップ・オン・デマンド型印刷ヘッドでもよ
い。キャビティ２２にはインク供給装置１２から供給管
２４を介してインクが満たされている。インク供給装置
１２からのインクには特別な圧力はかけられておらず、
その結果キャビティ２２内のインクは静的状態のもとで
はほぼ大気圧に保たれている。キャビティ２２からの出
口はノズル２０により与えられ、そしてこのノズルは、
静的な状態のもとてインクがノズルから流出せず又空気
が内部に流入しないようにインク供給装置１２に関連し
て設計されている。部材１６は適切な電圧パルスで付勢
された時に半径方向に移動し、そしてキャビティ２２内
に圧力波を発生し、そして液体インクをノズル２０から
発射して単一のインク滴２６を形成する。制御装置１４
は、変換器１６を選択的に付勢するために電圧駆動パル
ス６０（第２図参照）を供給し、これにより変換器１６
に印加される電圧パルス毎に１つのインク滴２６が発生
される。

変換器が１つだけしか示されていないが、もしも必要な
らば多数の変換器をアレイ状に配置できることが明らか
である。

印刷の間、印刷ヘッド１０は略一定の速度で記録媒体を
横切って移動され、そしてこの印刷ヘッド１０の移動と
同期して文字ビット・データが制御装置１４により発生
される。この分野で知られている如く、ドロップ・オン
・デマンド方式の印刷では、インク滴は、変換器１６へ
の電圧駆動を制御することにより発生される。印刷のた
めにインク滴が必要とされるインク滴発生期間Ｔの夫々
毎に、電圧駆動パルス６０が発生され（第２図）、そし
てインク滴の発生が必要とされない期間゛１゛では電圧
駆動パルス６０は発生されない。このようにして、文字
ビット・データに応答してインク滴が所定の期間Ｔに発
生されて、記録媒体上に所望の印刷データを印刷する。

印刷ヘッド１０を同期的に移動させる装置はこの分野で
周知であり、従ってここでは説明しない。

本発明によると、一定速度において体積が選択的に変動
したインク滴を発生する印刷装置が与えらめる。印刷ヘ
ット１０が印刷の間一定速度で移動しているので一定速
度が必要であり、そしてインク滴速度がわずかに変動し
ても所望の印刷位置にインク滴は到達せずそして印刷文
字の歪み及び印刷品質を低下する。インク滴について種
々な体積が可能となることは、同じ印刷装置をいくつか
の異なるモードで動作させることになる。例えば。

高解像度の印刷品質を与えるために、全領域を満たすよ
うにインク滴体積は選択されることができる。一方、見
目のマトリクス上に大きなインク滴を用いることにより
、下書き（ドラフト）モードの印刷が選択され得る。又
この印刷装置は、カラーの飽和色相及び明度の制御を含
む中間調イメージを必要とする用途に適する。

本発明に従う印字サンプルの一例を第９図に示す。第９
図は、２．５４印当り２４０ベルの解像度そして５ＫＨ
ｚのドロップ・オン・デマンドの滴発生周期で印字した
印字サンプルである。第９図の上側３行はベル当り２つ
の電圧駆動パルス６０で印字したものである。下側の３
行はベル当り１つの電圧駆動パルス６０で同じデータを
印字したものである。この印字サンプルは、インク滴サ
イズの変化が印字テキストの外観に与える影響を示して
いる。

概略的に言うと、複数ｎ個の異なるサイズのインク滴は
、予定の時間だけ互いに離された複数の電圧駆動パルス
６０ａ〜６０ｎｔ＆選択的に印加することにより発生さ
れる。そして」１記予定の時間は、ドロップ・オン・デ
マンドのインク滴発生時間Ｔに比べて短かい。第３図に
示すように、選択された振幅及びパルス幅を有する代表
的な電圧駆動パルス６０ａが変換器１６に印加されてこ
れを付勢した時、１単位の体積を有するインク滴２６を
発生する。先行電圧駆動パルス６０に予定の遅延時間ｄ
だけ離れてつづく１以上の後続電圧駆動パルス６’Ｏｂ
　−６Ｏｎにより所定の単位の体積のインク滴が発生さ
れることができる。パルス間隔て＝パルス幅Ｗ十遅延時
間ｄであることが明らかである。電気駆動パルスは、イ
ンク滴形成プロセスを増強するに適する振幅及びパルス
幅を有するように選択される。電気駆動パルスはＬ／ａ
により決定されるパルス幅Ｗを有することが望ましい。

ここでＬはインク・キャビティ２２の長さでありそして
ａはインク中における音の速度である。パルス相互間の
予定の遅延時間ｄも又インク滴形成プロセスを促進する
ように選択される。２　Ｌ　／　ａのタイミングは、メ
ニスカスにおける元のパルスの反射を増強する。これは
、この実施例では共振モード動作にあたる。共振時又は
共振に近い時のタイミングｄは、このタイミングが約１
．５〜２Ｌ　／　ａになるようにされることが望ましい
。

この動作モードの場合、インク滴形成プロセスは、通常
のドロップ・オン・デマンドのインク滴形成プロセスに
おけるプロセスと相当具なる。この動作モードを第４及
び５図を参照して説明する。

１つのインク滴を発生するのに、４つの電圧駆動パルス
６０ａ〜６０ｄが選択的に利用される。電圧駆動パルス
６０ａ〜６０ｄは変換器１６を駆動するように結合され
、そしてこの結果化じる動作が第５図により示される。

第５図は、メニスカスのインク滴形成プロセスにおける
選択された間隔で一連の高速イメージを示し、且つ駆動
パルス６０ａ〜６０ｄに応答してノズル２０から発射さ
れるインクを示す。イメージ４２−１で示すように、駆
動パルス６０ａに応答して第２の体積のインクがノズル
２０から排出される。この体積のインクは、イメージ４
２−２で示す如く、記録媒体に向って動きつづける。イ
メージ４２−３から判ることは、駆動パルス６０ｂに応
答して発生された第２の強い圧力の波により、ノズル２
０から第２の体積のインクが放出される。この第２の体
積のインクは、前とは異なる境界状態に基づいて高い速
度で放出されることがイメージ４２−４から観察でき、
そしてこのためこの第２番目のインクは第１の体積のイ
ンクに追いつきそして一体となって単一のインク滴とな
る。このようにして得られたインク滴の体積は、電圧駆
動パルス６０だけで形成された単一のインク滴の体積の
約２倍である。

２つのパルス６０ａ及び６０ｂだけが存在するとすると
、このサイズのインク滴が生じてそして分離し、その結
果約２単位の体積のインク滴が記録媒体に向って発射さ
れて印刷が行なわれる。もしも同じ振幅及びパルス幅の
付加的な電圧駆動パルスが与えられるならば、複数の波
サイクルが生じてそして夫々が単位体積のインクを生じ
、これらのインクが一体となって相当大きな体積の単一
インク滴となる。第４図及び第５図を更に参照すると、
イメージ４２−５及び４２−６は駆動パルス６０ｃに応
答して第３番目のインク噴出されたことを示し、そして
イメージ４２−７及び４２−８は駆動パルス６０ｄに応
答して第４番目のインク滴が噴出されたことを示す。イ
メージ４２−９は、４個分のインク滴の飛行状態を示し
、そしてイメージ４２−０は、４単位分の体積のインク
がメニスカス４４から分離する前に一体となって単一の
インク滴になったことを示す。

そしてこの関係は第６図に示すデータから確認できる。

第６図は追加された電圧駆動パルス６０が追加されると
これの夫々がほぼ等しい体積のインク最終インク滴に追
加することを示す。単一の電圧助動パルスにより発生さ
れるインク体積の６倍迄の体積のインク滴を実際に得た
。更に高い値わが何故得られなかったかについては理由
がない。しかしながら、ＩＩが高い値であるとすると、
τを次第にインクリメントすると値Ｔに近づくためにイ
ンク滴のサイズとドロップ・オン・テマン１〜のインク
滴発生の率（ｒａｔｅ）との間でトレード・オフが存在
することが判る。この場合には、信頼性ある動作を維持
するには、ドロップ・オン・デマンドの滴発生時間Ｔを
増大してドロップ・オン・ドマンドの滴発生率を減少す
ることが必要である。

制御装置１４は、印字すべきデータ（通常コードの形で
ある）を受けとり、所望のフォーマットでデータを印字
するためのピッ１−・パターンを発生し、そして記録媒
体上に所望の印字イメージを生じるように変換器１６を
制御する駆動パルスを発生するもので、これら機能を有
するものでよい。

たとえば、制御装置１４は、ハード・ワイヤ型の論理回
路でもよく、又この制御機能はデータ処理システムのプ
ロセッサにより与えられてもよい。

更に、制御装置１４は、印刷装置に対して電圧駆動パー
レス及びその他の制御パルス★与えるマイクロプロセッ
サで構成されてもよい。データ源としては非コード形の
情報データを取扱うこともできる。

第７図に制御装置１４の実施例を示す。これは、記憶装
置３０、文字発生装置３２、クロック・パルス発生装置
３４並びにシーケンス制御装置３６を含む。記憶装置３
０は印字データ及び所望の文字フォントを記憶する機能
を有する。文字発生装置３２は、各インク滴のサイズを
制御する滴サイズ・データ及び適切なビット・パターン
・データを発卯する。クロック・パルス発生装置３４は
、記憶装置３０、文字発生装［３２に対するサイクルを
与え、又他の装置を同期させるためのタイミング・パル
スを発生する。もしも所望されるならば、これらのクロ
ック・パルスはシステム・クロックから取り出されても
よく、そしてこの場合には、このシステム・クロック・
パルスは所望の周波数のパルスを生じるように分割され
る。ドロップ・オン・デマンド方式のインク滴発生期間
Ｔを規定する信号ＣＬＫＩを発生するためのパルス発生
１ｕ置３８が設けられている。このパルス発生装＠３８
は、印字中一定速度で移動する印刷ヘッド１０の移動速
度に比例する周波数のパルス列を入力として受けとる。

このパルス・１〜レインは、既知の如く、印刷ヘッドの
移動に協動する位置エンコーダにより通常発生される。

第２のパルス発生装置４０が設けられ、そしてこれは、
連続した電圧駆動パルス間のタイミングτを規定するよ
うに選定された一定周波数のパルスＣＬＫ２を発生する
。もしも所望されるならば、パルス発生装置４０からの
クロック・パルスはシステム・クロック又はクロック・
パルス発生装置３４から発生されることができ、そして
この場合には、これらからのクロック・パルスはパルス
ＣＦ、Ｋ２を生じるように分割される。

動作を説明するに、印刷されるデータは入力線３１を介
して記憶装置３０に送られ、そしてこのデータは、シー
ケンス制御回路３６からの信号により印字の指示が行な
われる時に線３３を介して文字発生装置３２へ読出゛さ
れる。文字発生装置３２は、線４６にデータ出力を生じ
る。即ち、線４６の信号は、特定な間隔Ｔにドラ１〜が
印字されるべきであれば、上昇レベルとなり、そしてド
ラ１−の印字が行なわれない時には降下レベルである。

又１文字発生装置３２は、シーケンス制御装置３６への
線４８にｍビットのインク滴サイズ・データを生じる。

とのｍピッ１〜のデータはｎ個のサイズ・レベルを指定
するに十分なビット数であり、従って、第４及び５図の
ようにインク滴サイズが４つのレベルである場合には、
２ピツ１へのサイズ・データが必要となる。

パルス発生装置３８は線５０上のプリンタ・キャリッジ
エンコード・データを受けとり、そしてインク滴発生周
期Ｔに等しい繰返し率を有する出力パルスを生じる。こ
れ等のパルスは印刷ヘッドの移動と同期されそしてこれ
らのパルスはクロック・パルス発生装置４０をターン・
オンし、そしてこの装置４０は、連続した複数個の電圧
駆動パルス６０ａ〜６０ｎ相互間のタイミングを規定す
るタイミングτに等しい繰返し周波数で出力パルスＣＬ
Ｋ２を発生する。第４図に示した特定な実施例において
は、このタイミングでは３　Ｌ　／　ａにより選択され
る。信号ＣＬＫ２の夫々は、シングル・ショット５２を
ターン・オンし、これによりここから出力パルスが発生
される。そしてこのパルスの幅Ｗは電圧駆動パルスの幅
に等しく、そしてこの実施例の場合このタイミングＷは
Ｌ／ａである。シングル・ショット５２の出力は、信号
ＣＬＫ２により規定される繰返し率及びシングル・ショ
ットの周期により規定されるパルス幅を有する一連のパ
ルスである。シングル・ショット５２の出力はシーケン
ス制御回路３６に供給される。

ｍ個のサイズ・ビットはシーケンス制御回路３６で解読
され、そしてシングル・ショット５２からのパルスのう
ち対応する１１個は線５４を介してアンド回路５６の一
人力に送られる。文字発生装置３２からのデータ・ピッ
１−はアンド回路５６への他入力となる。現在の周期Ｔ
の間にドツトが印字されることをデータが示すと、線４
６の信号が上昇レベルとなり、そしてこの上昇レベルは
線５４のパルス毎に存在してアンド回路５６を条件づけ
る。従って、駆動装置５８がｎ個のパルスで付勢されて
変換器１６を付勢し、そしてｎ個の体積増分により発生
されるサイズのインク滴が発生される。複数個の変換器
がアレイ状にされて用いられる場合には、特定な変換器
を文字発生装置３２からのデータに応答して制御するた
めに変換器毎にアンド回路５６及び駆動回路５８が設け
られる。

解読及び駆動電圧パルスの発生機能を与える制御回路１
４の１部分の具体例を第８図に示す。ｍビットのサイズ
・データは線４８を介して解読装置７０に印加される。

これらｍビットのデータは解読されて線６２にカウント
ｎを生じる。カウントｎはカウンタ６４につめ込まれ、
そしてこのカウンタ６４の出力はアンド回路６６の一人
力となる。アンド回路６６の低入力は、シングル・ショ
ット・マルチバイブレータ５２からの線５２である。シ
ングル・ショット５２から出力パルスが生じそして非ゼ
ロ・カウントがカウンタ６４に存在する毎に、アンド回
路６６は条件づけられて線５４に出力パルスが生じる。

アンド回路６６の出力はＸ線７２を介して短遅延回路７
４に印加され、カウンタ６４のカウントを１だけ逆歩進
する。この動作は、カウンタ６４のカラン１−が零にな
る迄続き、そしてこの時にはカウンタ６４の出力線の信
号は降下レベルとなりそれによりアンド回路６６を減勢
する。同時に、線７６の出力は、カウント＝０がカウン
タ内にあることを示す。線７６上のこの信号は、タロツ
ク・パルス発生装置４０をオフにするのに用いられる。

この動作の結果、ｒ１個のパルスが変換器１６の付勢の
ために印加される。これらパルスは、滴発生周期Ｔより
も短かい周期でだけ離されている。

［発明の効果〕 本発明によると、インク滴サイズが選択的に可変である
ドロップ・オン・デマント型のインク・ジェット印刷装
置を実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うドロップ・オン・テマンド方式の
インク・ジェット印刷装置の実施例を示す図、第２図は
インク滴サイズが単一の場合に第１図の印刷装置に印加
される電圧駆動パルスを示す図、第３図はｎ種類のイン
ク滴サイズを選択的に発生させる場合に第１図の印刷装
置に印加される電圧駆動パルスを示す図、第４図は４種
類の滴サイズを選択的に生じさせるための電圧駆動パル
スを示す図、第５図は、第４図の電圧駆動パルスに応答
してノズルから発射されたインク及びメニスカスの一連
の高速度イメージを示す図、第６図はインク滴の体積対
電圧駆動パルス６０の数ｎの関係を示す図、第７図は本
発明の印刷システムを制御する装置の１つの例を示す図
、第８図は第７図の制御装置の一部分を示す図、第９図
は２．５４ａｍ当り２４０ペルの解像度でそして５　Ｋ
　Ｈｚの滴発生周期で印字した印字サンプルを印刷した
ものであり、翻訳を行うと意味がなくなるものである。 １０・・・・印刷ヘッド、１２・・・・インク供給装置
、１４・・・・制御装置、１６・・・・変換器、１８・
・・・ノズル板、２０・・・・ノズル、２２・・・・イ
ンク・キャビティ、２４・・・・供給管。 出願人　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人　弁理士　山　本　仁　朗 （外１名） ｒμｙ　０ ＦＩＧ、６ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、８ 第１頁の続き ０発　明　者　ロパート・ノーラン・ ペイン ＠発明者　フランク・エベルハン ト・タルヶ アメリカ合衆国カリフォルニア州すンノゼ、コーリング
ウッド・アベニュー１６４旙地 アメリカ合衆国カリフォルニア用モーガン・ヒル、サビ
ニ・コート１７９５幡地 手続補正帯動式） 昭和６０年２月２６日 特許庁長官　志　賀　学　殿 】、事件の表示 昭和５９年　特許願　第２０７２１０号２、発明の名称 インク・ジェノ１〜印刷装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 昭和６０年１月２９日 ６、補正の対象 図　面 ７、補正の内容 第９図を別紙のとおり補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インク・キャビティ・該インク・キャビティと連通ずる
   オリフィス及び上記インク・キャビティと機械的に結合
   して装着された電気機械的変換器を有するインク・ジェ
   ット印刷ヘッド、予定のドロップ・オン・デマンド方式
   の滴発生周期で繰り返し可能な電気的駆動信号の源、並
   びに上記オリフィスから単一のインク滴を生せしめるた
   めに上記電気的駆動信号に応答して上記変換器を選択的
   に付勢する装置を有するインク・ジェット印刷装置にお
   いて、 上記電気的駆動信号の後に、上記ドロップ・オン・デマ
   ンド方式の滴発生周期よりも短かい時間遅延をもって少
   なくとも１つの付加的な電気的駆動信号を選択的に発生
   する手段と、 上記オリフィスから予定の体積のインク量を発生させる
   ために上記電気的駆動信号の夫々で上記変換器を付勢す
   る手段を備え、上記夫々のインク量が記録媒体への到達
   前に一体化して単一インク滴となることを特徴とする上
   記インク・ジェット印刷装置。