JPS62199450A - 階調記録方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、微小開口より液状インクを吐出させて記録を
おこなうインクジェット式記録に係り、特に吐出させる
インク粒子の大きさを変えてドツト面積変調を行なわせ
る階調記録方法に関する。

（従来の技術） 近年、ノズルからインク粒子を吐出させて記録を 媒体に衝突させることによってドラ４成し、記録を行な
うインクジェット記録方式が注目されている。このイン
クジェット記録方式の中で、記録に必要な場合のみイン
ク粒子をノズルから噴射して記録媒体に衝突させるオン
・デマンド式の代表的な方式は、静電加速方式と圧力パ
ルス方式である。

静電加速方式は、ノズル内に設けられた電極と対向電極
の間に電圧を印加し、静電引力によってインクリゆうし
を吐出させるものである。静電加速方式では、形成され
るインク粒子径はノズル径の半分以下と、小さいインク
粒子を発生させることはできるが、粒子発生周波数はＩ
ＫＨｚ程度であり、高速記録化が困難であった。

また、圧力パルス方式はインク吐出しを行なう瞬間に圧
電素子等によりインクを急激に加圧し、ノズルの先端か
らインクを噴射させるものである。

この圧力パルス方式では、粒子発生周波数は１０ＫＨｚ
程度までは容易であるが、発生する粒子径は、ノズル径
よりも大きいものしか形成できず高解像度が困難であっ
た。

これに対し、静電加速方式と圧力パルス方式の併用タイ
プのものが、例えば特開昭５５−１４０５７０号公報に
記載されており、ノズル径より小さいインク粒子を高粒
子発生周波数まで吐出させることが可能である。このよ
うな装置において、グラフィック記録等を行なう場合に
は、解像度を低下させることなくインク粒子径を小さい
ものから大きなものまで広範囲に形成でき、低濃度から
高濃度まで再現可能な階調記録装置が望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したごとく、インクジェット式記録装置で例えばグ
ラフィック記録等を行なう場合には、低濃度から高濃度
まで再現可能な装置が望まれている。

そこで本発明は、インク粒子径を小さいものから大きい
ものまで変化させ、記録媒体上のドツト面積を広範囲に
変化させて階調記録を行なう階調記録方法を提供するこ
とを目的としている。

［発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明の階調記録方法は、 インクメニスカスを形成し、ノズルに連結している圧力
室に装着した電気−機械変換素子に電圧パルス信号を与
えることによって、メニスカスからインク粒子を噴出さ
せるインクジェット式記録装置において、電気−機械変
換素子に与える゛電圧パルス信号の印加電圧若しくは印
加パルス幅、または電極間に印加する電圧のいずれか少
なくとも一つを変調させノズルから吐出するインク粒子
径を変化させて階調記録を行なうようにしている。

（作用） 圧力室に装着されている電気−機械変換素子に与える電
圧パルス信号の印加電圧、若しくは印加パルス幅を変調
させることによって電気−機械変換素子の変位量若しく
は変位時間を調節し、それによってノズルから吐出する
インク粒子の大きさを変えるようにしている。また、ノ
ズル内に設けた電極とこれに対応する対向電極との間に
印加する電圧の大きさを変化させて、ノズル先端のイン
クメニスカスの大きさを調節し、噴射するインク粒子の
大きさを変えるようにしている。

これら電気−機械変換素子に与える電圧パルス信号の印
加電圧、若しくは印加パルス幅又は、電極間に印加する
電圧をそれぞれ組合わせて変化させることにより、小さ
なインク粒子から大きなインク粒子まで広範囲な粒子径
のインク粒子を噴射することができる。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図において、インクタンク１の中の導電性の水性又
は油性インクは、インク供給路２を介してノズル５の先
端まで供給される。圧力室１０には電気−機械変換素子
、例えば円筒形の圧電素子には対向電極８を設け、それ
らの間には高電圧の直流電源１１を接続しである。この
記録電極３は、例えば細い銅線でよく導電性インクの任
意の位置に直接接触させである。また、記録電極３に対
応する対向電極８は、例えば金属板を設けておけばよい
。

によりノズル５の先端にインク吐出部を形成しておく。

この高電圧による静電吸引力だけでは、ノズル５からイ
ンク粒子を引き出さない程度の電圧である。そして、イ
ンク粒子の発生には信号源９から印字情報を圧電素子４
に与え、圧電素子４を駆動させて行なう。信号源９から
の印字情報によって圧電素子４が駆動されると、圧力室
１０内の圧力が高まりノズル５先端のインク吐出部の先
のインクが、インク粒子６として噴射される。このノズ
ル５から噴射されたインク粒子６は、静電吸引力によっ
て加速され記録紙７上に記録される。

次に、ノズル５からインク粒子６が噴射される際の詳細
について第２図を参照して説明する。インク供給路２内
の記録電極３と対向電極８との間には、直流電源１１に
よって第２図（ａ）に示すように常時一定の負の高電圧
−Ｈ，Ｖ（約３００〜１００ＯＶ）が印加されている。

しかし、この状態ではノズル５からインク粒子は噴射さ
れない。

そして、圧電素子４には記録を行なう際に信号源９から
第２図（ｂ）に示す駆動信号が与えられる。

圧電素子４に駆動信号が与えられると圧力室１０内の圧
力変化によってノズル５の先端に形成されたインク吐出
部の先端からインク粒子６が噴射されるが、その噴射さ
れる過程を第３図に示す。第場合を示しており、ノズル
５の先端には高電圧による静電吸引力により、インク吐
出部が形成される。（イ）、（つ）、（１）は、圧電素
子４に駆動信号が与えられたときの状態を示している。

（ア）の高電圧のみの場合に圧電素子４に駆動信号を与
えると、（イ）、（つ）、（１）に示すように、圧電素
子４の変形によってインクに与えられた圧力がノズル５
のインク吐出部に伝わり、このとき、このインク吐出部
の先端には高電圧により電荷が集中しているためインク
吐出部先端のインクが成長していく。（１）の状態のと
きに圧電素子４に与える駆動信号が終了し、（オ）の段
階のときには圧電素子４が元の状態に戻るため、圧力室
１０内の圧力が負になりノズル５内のインクも引き戻さ
れ、ノズル５のインク吐出部先端でインクがノズル５に
引き戻される力が働く。このとき、ノズル５のインク吐
出部先端では、高電圧による静電吸引力と圧電素子４の
変形による慣性力との両方の力が対向電極８の方向、す
なわち記録紙７の方向に働いているため、インク吐出部
先端で成長した部分からインクがちぎれインク粒子６と
なる。このインク粒子６には静電吸引力が働いているた
め加速され、記録紙に向かってまっすぐ飛んで行く。

インク粒子６がノズル５から噴射すると、（力）に示す
ように、高電圧が与えられているためノズル５先端部の
インクは、ノズル内５へのインクの引き込まれ状態を形
成することなく、あるいはわずかに負のメニスカスを形
成するだけで、すみやかに（ア）と同じインク吐出部形
状に戻る。以上の動作が繰り返されることによってノズ
ル５からインク粒子６が順次噴射される。

第１図に示すＸ軸のように、対向電極８を原点とした座
標を定義すると、静電引力と対向電極８からの距離（Ｘ
の値）との間には第４図に示すような関係がある。すな
わち、対向電極８に近ずくほど大きい静電引力が得られ
、また記録電極３と声１向電極８に印加する電圧を高く
するほど静電引力もまた大きくなる。圧電素子４によっ
てメニスカスの盛り上がり状態を任意に変えることによ
り、メニスカス先端と対向電極８の距離に応じた静電引
力がメニスカス先端に加えられることになる。

そして、記録電極３と対向電極８に印加する電圧を一定
とした場合、圧電素子４への印加電圧Ｖと発生するイン
ク粒子６の直径りの関係は第５図のようになる。ここで
Ｖｏはインク粒子６が発生する限界値であり、この値以
下ではインクに加えられる力が不十分なため、インク粒
子６は発生しない。このように圧電素子４への印加電圧
とインク粒子６の直径は比例関係となるためドツト面積
変調による階調記録が可能となる。

第６図は、面積階調例を示しており、この場合正方形で
示した１画素の領域に大きさが異なるインク粒子を衝突
させて１２階調記録を行なっている。このように圧電素
子４への印加電圧を変えることによってインク粒子の直
径を変化させている。

この他にも、圧電素子４への電圧パルスのパルス幅を大
きくすると、それに比例してインク粒子の直径は大きく
なる。さらに記録電極３と対向電極８の間に印加する電
圧を大きくしてもインク粒子の直径は大きくなる。

これら、圧電素子４への印加電圧、パルス幅及び対向電
極間の電圧のいずれかを単独若しくは適宜組合わせて変
化させることにより、ドツト面積を広範囲に変化させる
ことができる。

また、本発明においては、複数ノズルを使用する場合で
も各ノズルごとに異なる電界状態を設ける必要がなく、
同一電界を使用できる。このため複数ノズルを設けて、
各々のノズルにイエロー。

マゼンダ、シアン、ブラックの色のインークを使用すれ
ば高解像度のフルカレー記録が容易に行なえるものであ
る。

（発明の他の実施例） 第７図は、本発明の他の実施例を示しており、記録電極
３と対向電極８の間に第７図（ａ）に示す直流高電圧に
重畳して、第７図（ｃ）のような記録情報に対応した高
電圧パルスを加えた場合である。記録情報に対応した高
電圧パルスを対向電極間に印加することにより、静電引
力の効果が強調され、第８図（つ）に示すように静電引
力のみで、メニスカスの形状が円錐状となる段階が存在
する。この段階があるために電荷が円錐の頂点付近に集
中し、ちぎれて発生するインク粒子の直径を一層小さく
することができ、解像度がより向上する。

［発明の効果］ 以上詳述してきたように本発明によれば、インク粒子の
直径の小さなものから大きなものまで変化させて噴射す
ることができるため、記録媒体上のドツト面積を広範囲
に変調させて、低濃度から高濃度まで解像度を損うこと
なく再現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るインクジェット式記
録装置の構成断面図、第２図は、電極及び圧電素子に印
加する電気信号を示す線図、第３図は、ノズルとインク
粒子の関係を時系列的に示す模式図、第４図は、対向電
極からの距離と静電印加電圧と発生するインク粒子直径
を示す線図、第６図は、本発明によるドツト面積階調例
を示す模式図、第７図は、本発明の他の実施例に係る電
極及び圧電素子に印加する電気信号を示す線図、第８図
は、本発明の他の実施例に係るノズルとインク粒子の関
係を時系列的に示す模式図である。 ２・・・インク供給路　　　３・・・記録電極４・・・
圧電素子（電気−機械変換素子）５・・・ノズル（イン
ク噴射口） ８・・・対向電極　　　　　９・・・信号源１０・・・
圧力室 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　　　竹　　花　　喜久男 第　　１　　図 第　　２　図 （ア）　　　　（イン　　　　（つ）　　　（１）　　
　（ンへ−）　　　　　＜−ｆＪン第　　３　　図 灯勺￥判に力＼うのｆε商１ 第５図 ロ困ロ圓（ＩＯ圏圏圏員圏◆Ｉ ｏ　／　２３４　Ｅ６７８ｑｎｐｔｔ 第　　７　図 Ｃに （ア）　　　　（イ）　　　（つ）　　　（１）　　　
　　　　　　　　　（オン　　　（ｆ７）　　　　　　
　Ｌキ）を 第　　８　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）インク噴射口に連通する圧力室と、この圧力室に
   インクを供給するインク供給路と、このインク供給路内
   に設けた記録電極と、この記録電極に対応して前記イン
   ク噴射口の前方に配置された対向電極と、前記圧力室を
   変形させる電気−機械変換素子とを備えたインクジェッ
   ト式記録装置において、 前記記録電極と対向電極の間に印加する電圧または、前
   記電気−機械変換素子に与える電圧パルス信号の印加電
   圧若しくは印加電圧パルス幅の少なくとも一つを変調さ
   せることにより吐出する前記インクの粒子直径を変化さ
   せて階調記録を行なう階調記録方法。
2. （２）前記記録電極と対向電極との間に電圧を印加する
   と同時、若しくは印加した後に前記記録電極と対向電極
   との間に記録情報に対応した電圧パルス信号を与えるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の階調記録方
   法。