JPS6225059A - 記録用ヘツドの駆動方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インクジェット記録装置に適用される記録用
ヘッドの駆動方法に関する。

［従来の技術〕 従来、インクジェット記録装置に関しては、多くの方式
がある。これを大きく分けると、■連続噴射型、■イン
パルス型（オンデマンド型）、■静゛屯吸引型の３つで
ある。

ｉ！Ｉ！続噴射型においては、連続的に吐出しているイ
ンクを荷電、偏向させることによって記録を行うという
原理のため、装置が複雑となり、インクの回収や清浄装
置等も必要となってくる。

また、静′准吸引型においては、その構造は比較的筒中
であるが、高電圧を必要とし危険であり、しかも導電率
等のインク物性に制限が多いトに周波数応答性も悪い。

ところが、オンデマンド型においては、必要なときだけ
圧電素子の圧力によってインク滴を吐出させるとともに
構造が非常に筒中であるので、記録装置として大いに期
待されている。

次に記録装置における中間調表現方法について検討する
と、中間調表現としてはディザ法等のデジタル的なもの
と、記録ドツトサイズを変化させるアナログ的なものと
の２通りが考えられる。しかし、デジタル的中間調表現
法では、階調数をにげるために解像Ｉｆｆを犠牲にしな
ければならない。

このため記録ドツトサイズを変化させて記録Ｃ度を制御
するアナログ記録に期待が持たれている。

ところが、従来のインクジェット記録装置でインク吐出
１Ｂを制御するのは非常に困難であった。

例えば連続噴射型では、インク吐出にを変化させること
は不可能である。また、静電吸引型では、アナログ的な
中間調表現が回走であるが階調幅を大きくすることが困
難である。さらに、オンデマンド型では、インク吐出量
を制御するのに圧電素子に印加するパルス醒圧やパルス
幅を変化させることによって行うが、このパルス波形の
変化だけでは階調幅を大きくすることは不可能であった
。

このため、Ｃ度の異なるインクを使い分けることによっ
て大きな階調幅を持たせるようにしたインクジェット記
録装置（特開昭５３−１０２０３４号公報）や、異なっ
たノズル径を複数個設けることによって階調幅を持たせ
るようにしたインクジェット装置等が知られている。し
かし、これらの方法では装置が全体として大型化、複雑
化するためコストアップの原因となってしまう。

一方、特公昭５３−１２１３８号公報に記載されている
ように、圧電素子で巾にインクを加圧してインク滴を吐
出させる方法よりも、特開昭５５−１７５８９号公報に
記載されているように、いったんインク室容積を増加さ
せていわゆるメニスカスを後退させたあとインクを加圧
する方法のほうが小さなインク滴を吐出させることが町
ス克であるのみならず周波数応答性もすぐれていること
が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、この方法では第１２図の（ａ）〜（ｄ）に示す
ようにメニスカス８が後退するので、記録ヘッドの内部
にそのまま空気９を取り込んでしまう危険性がある。さ
らに、大きいインク滴を記録ヘッドから吐出させようと
すると、メニスカスをさらに後退させなければならない
ので、その危険性はなお高まって階調幅の向−ヒは望め
なかった。

そこで１本発明の目的は、上述の点に鑑み、周波数応答
性、吐出安定性、インク吐出量の可変性に優れたインク
ジェット記録を行うことができる記録用ヘッドの駆動方
法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、圧電素子に電
気信号を印加することによってインク室の容積を変化さ
せてオリフィスからインク滴を吐出させて記録させる記
録ヘッドの駆動方法において、圧電素子に印加させる電
気信号を、インク室の容積が大きくなるように変化させ
１次にメニスカスの後Ｗ　ｉｊｏを所望の場所でＩＦま
らせるために先に増加させたインク室の容積を徐々に減
少させ、次いで、インク室の容積を急激に減少させるこ
とによってインクを加圧させてオリフィスからインク滴
を吐出させるパルス波としたものである。

［作　用］ すなわち１本発す１は、圧電素子にインク室の容積を増
加させ、次にメニスカスの後退端を所望の場所とするた
めにインク室の容積を減少させる為の先行パルスを印加
し、続いてインク室の容積を急激に減少させるための吐
出パルスを印加するものである。

［実施例］ 以下、図面を参照して未発１１を詳細に説ＩＪＩする。

まず、本発明を完成するに際して、オンディマント型イ
ンクジェット記録装置に適用される記録用ヘッドを用意
し、以下に述べるような実験を行った。

この実験で使用した記録ヘッドは、第１図に示すような
ものである。すなわち、記録ヘッドは、たとえばガラス
ノズルの先端を先細にさせてオリフィスｌを形成させた
ものの外側に円筒ピエゾ（圧電素子）２を接着したもの
であって、記録ヘッド内のインク室７にはフィルター４
を介してインクタンク６からインク供給路を通ってイン
クが供給される。そして、このような構成における円筒
ピエゾ２に正のパルス電圧を駆動部５から印加すると、
そのパルス電圧に応じてオリフィスｌからインク滴ｌＯ
が吐出される。ここで、たとえばオリフィス径は５０用
ｌ　、インクの粘度は７ｃｐ、インクの表面張力は５０
ｄｙｎｅ／ｃ露とする。

次に、円筒ピエゾ２に印加する正のパルス電圧は、急激
にインク室７を加圧し、その後に徐々に圧力をゆるめる
ような波形にすると、インク滴の速度も大きくしかも吐
出安定性も良好となるので、第２図に示すような波形の
パルス電圧とした０例えば第２図に示すように、パルス
電圧を７０Ｖ、そのパルス幅を１０１Ｌｓｅｃとした。

さらに周波数応答性を良くするために、第２図で示した
パルス波形の前部に負のパルス波形を重ねて第３図で示
すような形態としたパルス波形が考えられる。このよう
なパルス波形にすると周波数応答性が良くなる理由は、
はじめに負圧になることによってインクタンク６からイ
ンクを吸い込むので、インク滴吐出後のインクの補給喰
が少なくて済むからだと考えられる。

そこで、正のパルスの電圧等を所定の条件とし、負のパ
ルス電圧または負のパルス幅を変化させて周波数応答性
にかかる実験を行い、第４図および第５図に示すような
結果を得た。この実験によれば、第４図および第５図に
示すように負のパルス波のパルス電圧およびパルス幅が
大きいほど周波数応答性が良くなるという結果が得られ
た。。

ところが、負のパルスがこのように矩形波である場合に
は、パルス電圧が高くなりすぎると、メニスカス後退に
が大きくなりすぎてオリフィスから泡を取り込みやすく
なってしまう、さらに、その負のパルスのパルス幅が大
きすぎてもいけない。

以−ヒの実験に基づいて本発明者は周波数応答性１階調
性、吐出安定性に優れた理想のパルス波形を求めた。

すなわち、負のパルスの波形はメニスカス後退：１ｔが
大きくなりすぎない程度であってできるだけ大きいもの
が良いのである。もし負のパルスの波形が第３図に示す
ような矩形波であると、時間に対するメニスカス後退頃
は第６図に示すようになる。なお、このときの矩形波は
、負のパルスの゛電圧値が一２０Ｖでそのパルス幅が２
０　ｐ−ｓｅｃである。

第６図によれば、メニスカス後退には時間に対して所定
の傾きを持つことがわかり、しかもメニスカスの後退液
が約８０＃Ｌ■以上で泡を取り込むので、負のパルスの
電圧値およびパルス幅をこれ以り一大きくすると泡を取
り込んでしまう。

そこで、本発明者は圧電素子に印加する理想のパルスと
して第７図に示すような波形のものを考えた。

すなわち、このパルス波は第７図に示すように、 ■　最初にインク室７の容積が急激に大きくなるように
例えば、急激に負の方向に所定値まで変化させ。

■　次に、メニスカスの後退にをある一定の場所１にま
らせるために先に増加させたインク室７の容積を徐々に
減らすために１−述した負の所定値から所定の時定数に
よって正の方向に徐々に負の所定値まで変化させ、 ■　次に、インク室７の容積を急激に減少させることに
よってインクを加圧させてオリフィス１からインク滴１
０を吐出させるように上述の負の所定値から正の所定値
まで急激に変化させ、■　さらに、インク滴１０が吐出
されたあとのメニスカスの後退が急激かつ一定賃以り進
行しないようにインク室７の容積をゆるやかに増加させ
てインク室が初期状態にもどるように、−に述の正の所
定値から所定の時定数によって徐々に零にさせるように
したものである。

そこで、次にこのようなパルスの一例として第７図に示
す各数値からなるパルスを発生させ、これを圧電素子に
印加させることによって第６図と同様な時間に対するメ
ニスカス後退ｅの変化を求める実験を行い、その実験結
果を第８図に示す。

この実験結果を分析すると、泡を取り込まないぎりぎり
の位置でメニスカスが市まりでいるので、インク供給側
からインク室へのインク補給を最大限に行っており、周
波数応答性はどのような負の矩形パルス波よりも優れて
いることがわかる。そして、メニスカス後退埴が大きく
なりすぎることもないので、吐出安定性にも優れている
ことがわかる。

さらに、メニスカスが後退している状態で加圧されるの
で、小さなインク滴のｎｌ＝出も＋ｉｆ能となる。すな
わち、正のパルス電圧、パルス幅を変化させることによ
って、インク滴の吐出量を広い範囲で制御することがで
きる。

次に、以１−の実験結果を考慮して行った実験例を本発
明の実施例として以下に説１町する。

実施例１ 実施例１では、第１図に示した装置等を使用し、第９図
に示すように圧”ｔｉｔ子に印加させるパルスのうち＋
ｌ−のハルレスはそのパルス幅を１０　ＬＬｓｅｃとし
、負のパルスは台形状としてｔｏ　ｇ　ｓｅｅの間に−
４０Ｖから一２０Ｖに変化するものとした。そして、そ
のＩＦパルスの電圧値を変化さ世ることによってインク
吐出；１１の制御を行った。この実験によって１１）ら
れた結果を実施例１として第９図に示した。

実施例２ ゛ｙ実施例では、実施例１と同様に第１図で示した装置
等を使用し、第９図に示すように圧電素ｒ−に印加させ
るパルスのうち正のパルスはそのパルス幅を１０　ｇ　
ｓｅｃとし、負のパルスは台形状とし２０　ｐ、　ｓｅ
ｃの間に−４０から一＋５Ｖに変化するものとした。そ
して、その＋Ｅのパルスの電圧値を変化させることによ
ってインク吐出ｊ−゛の制御を行った。

この実験によって得られた結果を、実施例２として第９
図に示した。

次に、実施例１との比較検討を行うための実験を比較例
１〜３として行うとともに、実施例２どの比較検討を行
うための実験を比較例１〜３として行ったので、これら
について以ドに説明する。

比較例１ 比較例１は、実施例１で使用した装置等を使用１７、第
９図に示すように１Ｆのパルスのみを印加するとともに
、その１１：、のパルスの電圧値を変化させることによ
って記録ヘッドから吐出されるインク吐出＋Ｊ、の制御
を行った。そして、この実験によって得られた結果を比
較例１として第９図に示した。

比較例２ 比較例２は、実施例１で使用した装置等を使用し、第９
図に示すように印加するパルスのうち正のパルスのパル
ス幅を１０μｓｅｃとし、負のパルスの電圧を一２０Ｖ
とするとともにそのパルス幅をＩＱ　ｇ　Ｓｅｃとした
。そして、そのｉｆＥのパルスの電圧値を変化させるこ
とによってインク吐出針の制御を行った。この実験によ
って（１１られた結果を、比較例２として第９図に示し
た。

比較例３ 比較例３は、実施例１で使用した装置等を使用し、第９
図に示すように印加するパルスのうち正のパルスのパル
ス幅を１０４　ｓｅｃとし、負のパルスの電圧を一４０
Ｖにするとともにそのパルス幅を１０４　ｓｅｃとした
。そして、その正のパルスの１往圧値を変化させること
によってインク吐出針の制御を行った。この実験によっ
て１１＃られた結果を、比較例３として第９図に示した
。

比較例４ 比較例４は、実施例１で使用した装置等を使用し、第９
図に示すように印加するパルスのうち＋Ｅのパルスのパ
ルス幅をｔｏｌｌ　Ｓｅｅとし、負のパルスの′電圧を
一４０Ｖとするとともにそのパルス幅を２０ｇ　Ｓｅｃ
とした。そして、その正のパルスの電圧イ１を変化５せ
ることによってインク吐出ｔ１）の制御を行った。この
実験によって（１）、られた結果を、比較例３として第
９図に示した。

比較例５ 比較例５は、実施例１で使用した装置等を使用し、第９
図に示すように印加するパルスのうち止のパルスのパル
ス幅をＩＱ　ｐ−ｓｅｅとし、負のパルスの′電圧を一
＋５Ｖとするとともにそのパルス幅を２０　ｇ　ｓｅｃ
とした。そして、そのｉＥのパルスの電圧値を変化させ
ることによってインク吐出湯の制御を行った。この実験
によって得られた結果を、比較例５として第９図に示し
た。

比較例６ 比較例６は、実施例１で使用した装置等を使用し、第９
図に示すように印加するパルスのうち正のパルスのパル
ス幅を１０４　ｓｅｃとし、負のパルスの波形を第９図
に示すように半円形状にするとともにその電圧の最大値
を一２０ｖ、そのパスル幅を２ＯＪｌ　ｓｅｃとした。

そして、その正のパルスの電圧値を変化させることによ
ってインク吐出賃の制御を行った。この実験によって得
られた結果を、比較例６として第９図に示した。

次に、このような実験結果により、第９図を参照して実
施例１を比較例１〜３と比較するとともに、実施例２を
比較例４〜６と比較すると、末完］！１１にかかる実施
例１および２が周波数応答性、吐出安定性、階調性につ
いて優れていることがわかる。

次に、実施例１および２の駆動パルスを出力させる駆動
回路を第１θ図に示すとともに、その各部の波形を第１
１図に示した。

駆動回路は、第１Ｏ図に示すようにトランジスタＴｒｉ
〜丁ｒ４を図示のように接続するとともに、出力端子で
あるトランジスタＴｒ２のコレクタとトランジスタＴｒ
４のコレクタとの共通接続点を圧電素子２に接続すると
ともに、その共通接点を抵抗Ｒ１を介して接地する。

このような構成において、第１１図に示すようなパルス
ＡおよびＢが駆動回路に入力されると、トランジスタ↑
ｒｌ−Ｔｒ４がＯＮ（導通）し、その出力としてＣのよ
うな波形が得られ、これが圧電素子２に印加される。

なお１図中の抵抗Ｒ１および圧電素子２の等価容漬Ｃ１
は、パルス波形の誠衰時間を決定するものであり、イン
クの粘度９表面張力、オリフィス径等の違いによって回
路を構成するにあたって最適なものを選択しなければな
らない。

［発明の効果］ 以Ｉユ説明したように１本発明によれば、圧電素子に電
気信号を印加することによってインク室の容積を変化さ
せてオリフィスからインク滴を吐出させて記録させる記
録ヘッドの駆動方法において、圧’、ｈ　、に、子にイ
ンク室の容積を増加させ、次にメニスカスの後退礒を所
ψの場所とするためにインク室の容積を減少させる為の
先行パルスを印加し、続いてインク室の容積を急激に減
少させるための吐出パルスを印加するようにしたので、
周波数応答性、吐出安定性、階調性を飛躍的に向ヒさせ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は記録ヘッドの一例を示す図、 第２図および第３図はそれぞれ駆動パルス波形の一例を
示す図、　　　　′ 第４図は負のパルス電圧と周波数応答性との関係を示す
図、 第５図は負のパルス幅と周波数応答性との関係を示す図
、 第６図はｍ３図で示したパルス波を印加したときの時間
に対するメニスカス後退賃の変化を示す図、 第７図は本発明の駆動パルス波の一例を示す図、 第８図は第７図で示したパルス波を印加させたときの時
間に対するメニスカスｖｋ退峻の変化を示す図、 第９図は本発明の実施例および比較例の結果を示す図、 第１０図は本発明実施例の駆動回路の一例を示す回路図
、 第１１図はその各部の波形例を示す図、第１２図はオリ
フィスから気泡を取り込む様子を示す図である。 ｌ・・・オリフィス、 ２・・・円筒ピエゾ、 ３・・・インク供給管、 ４・・・フィルター、 ５・・・駆動部、 ６・・−インクタンク。 ７・・・インク室。 第１図 第２図 第３図 第５図 目間（μ５ｅｔ） 第８図 正のノｖルス５臣形はし＼丁゛虐も同一７゛ハｉしス中
昌はｌ０ｐｓｅことした。 第９図 Ｖ 第１０図 第１１図 （Ｑ） （ｄ） ン 麻■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧電素子に電気信号を印加することによってインク室の
   容積を変化させてオリフィスからインク滴を吐出させて
   記録させる記録ヘッドの駆動方法において、 前記圧電素子に印加させる電気信号を、前記インク室の
   容積が大きくなるように変化させ、次にメニスカスの後
   退量を所望の場所で止まらせるために先に増加させた前
   記インク室の容積を徐々に減少させ、次いで、前記イン
   ク室の容積を急激に減少させることによってインクを加
   圧させてオリフィスからインク滴を吐出させるパルス波
   としたことを特徴とする記録用ヘッドの駆動方法。