JPS6371355A - インクジエツトヘツドの駆動方法 - 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】 〔概要〕 本発明はインクジェットヘッドのノズル径より小さいイ
ンク液滴を形成するために、比較的粘度の高いインクを
用いて噴射せしめ、その噴射に伴い発生するインク液滴
の尾部を圧電素子の駆動条件により良好な粒子化状態を
実現せしめ高画像品質の記録を可能にしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はノンインパクト記録方法に係り、特にインクジ
ェットヘッドからインク液滴を噴射する形式のいわゆる
インクジェット記録装置のインクジェットヘッド駆動方
法に関する。

従来のノンインパクト記録方法においては、情轄パター
ンを作る各種の方法が利用されていて、それらは、静電
式、電解式、放電式、感熱式等の各記録装置としてよく
知られている。

しかしこれらは何れも特殊処理された記録用媒体を必要
とするばかりでなく、中には複数のプロセスおよび特殊
の印刷用処理媒剤を要するものである。

そのため、これらの方法の持つ欠点を改善する形でイン
クジェット記録方法が開発された。これはインクの小滴
を記録紙上に所定の情報パターンで付着させて印刷する
というもので、高速印字、低騒音、ｑ通紙使用による安
いランニングコスト等の特徴を持ち、近年注目されてき
ており、さらに高画像品質が得られる技術開発が望まれ
ている。

〔従来の技術〕

第５図は従来のインクジェットヘッドの断面図を示す。

図において、１は電気機械変換手段に利用される圧電素
子、２はインク室、３はノズル、４はインク収容室であ
る。

従来、インク噴射が不必要の初期状態の場合は圧電素子
１は無応力でインク室２の壁面外側に当接している。イ
ンク噴射を行う場合は、まず圧電素子１に電圧を印加し
てその長手、幅方向ののびによりインク室の内容積を膨
張させ、インク室２内に負圧をかけてインク収容室４か
らインクを吸い込むと共にノズル３の先端部近辺に充填
されたインクをインク室２側に吸引する。この後圧電素
子１の印加電圧を遮断するとインク室２の内圧は上昇し
、インク液滴はノズルから噴出する方法が提案（特開昭
５５−１７５８９信州精器株式会社）されている。

第６図は従来の駆動波形図の一例を示す。図において、
＋Ｖ　＜例えば＋１５０Ｖ）の電位をインク噴射が不必
要な初期状態（タイム１＋）のレベルとすると、インク
噴射を行う場合は、まず圧電素子１にタイムｔｔにおい
て電圧を０■のレベルに落としてインク室２内に負圧を
かけ、このときインク収容部４からインク室２に対して
インクが吸引されると共に、ノズル３の先端部近傍のイ
ンクもインク室２側に吸引される。

次にタイムｔ、において＋１５０ｖの電位に戻す時点で
インク室２内の圧力が上昇して噴射が行われる。

その噴射によりインク室２は内圧が急速に戻りタイムｔ
４において初期状態に戻る。

第７図は第６図の駆動波形により形成されるインク液滴
の様態図を示す。両図において、この駆動方法の場合は
、インクの粘度が比較的高い場合（例えば２０ＣＰ）で
も噴出する。第７図（ａ）はタイ１１Ｌ１の初期状態に
おけるノズル３の先端部のインク液の形状を示し、ノズ
ル３の外部に対して半月状に凹んだ状態で表面張力が平
衡している。

第７図（ｂ）はタイムｔ２においてインク室２内に負圧
がかかったときのノズル３の先端部のインク液の形状で
あって、インク室２側に吸引されている。

第７図（Ｃ）はタイムｔ３においてノズル先端部から噴
射が行わる状態を示す。このとき噴射されたインク液滴
はインクの粘度が比較的高いため尾を引いた状態で噴射
されている。第７図（ｄｌはその噴射によりインク室２
は内圧が急速に戻りタイムｔ４にて初期状態に戻ろうと
するときの形状を示す。

また、インクに関しては、粘度４〜２０ＣＰのインクと
いう提案（特公昭５６−１８３９６小西六写真工業株式
会社）が既に出願されている。

第８図は従来例の駆動波形図（その２）を示す。

この方式は特開昭４７−２００６号に開示されたもので
ある。これは、第５図に示すインクジェットヘッドを使
用して次の２つの過程、すなわちタイムｔ。

におけるインクを充填したインク室の内部体積を、タイ
ムＬ、からタイムｔ６にかけて圧電素子１に零電位（零
電位をインク噴射が不必要の初期状態のレベルとする）
から電圧＋Ｖを印加することによりインク室２を収縮せ
しめることにより、ノズル先端からインクを噴射せしめ
、１発の駆動パルスに対して１個のインク液滴を記録紙
上に到達せしめる過程、およびインク液滴がノズル３の
先端から噴射した後、インク室２の初期の充填状態に系
全体を復帰させるようにタイムｔ、からタイムｔ８にか
けて零電位に戻し、次の噴射に備える過程とから成り立
っている。

第９図は第８図の駆動波形により形成されるインク液滴
の様態図を示す。この場合は第９図＋３１の初期状Ｂ（
タイ、、ｔｓ）から圧力が徐々に高まるため、また、イ
ンクの慣性のため、ノズル３の先端部のインクはその速
度が徐々に増加してい（。この結果、第９図（ト））に
示すようにタイムｔ５を過ぎてノズル３より少し顔を出
したインクは、タイムｔ６にてノズル３の半径方向にも
広がろうとするため、第９図（Ｃ１，（ｄ＋に示すよう
にタイムｔｈからタイムｔ７にかけて噴射されたインク
液滴のサイズはノズルの径と同程度となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第６図および第７図による従来例の場合は、第７図（Ｃ
）に示すように噴射されたインク液滴が尾を引き、その
尾の部分は第７図（ｄ）に示すようにインク液滴が微小
粒子に細分化され霧状になっており、この微小粒子が記
録紙に付着すれば字よごれになると共に、ノズル付近に
付着すると噴出特性を損なう恐れがあり、好ましくない
。また、インクの粘度を下げると霧状の噴出は更に著し
くなり、インク噴出も不安定となる欠点がある。

第８図および第９図による従来例の場合には、インク液
滴のサイズを小さく制御できないため、高品位（高解像
度）記録には適合しないという欠点がある。また、ノズ
ル径を小さくすると、ごく小さな塵埃固形物でもノズル
の目詰りが発生し易くなり、かつ製造性も悪くなる欠点
がある。

本発明は上記従来の欠点に鑑みて創作されたもので、噴
出するインク液滴のサイズを小さくし、かつ字よごれを
発生しないインクジェットヘッドの駆動方法の提供を目
的とする。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明のインクジェットヘッドの駆動方法は第５図に示
すインクジェットヘッドの構成を用い、インク液滴の粘
度を１０〜３０ＣＰに設定すると共に、第１図に示すよ
うに、先ず前記圧電素子１に対してタイムｔ１□で電圧
＋Ｖを零電位に変化させて前記インク室２の内部容積を
膨張せしめることにより前記ノズル３の先端部のインク
を吸引し、、次にタイムｔ１３にて電圧を復旧させて前
記インク室２を収縮せしめることによりインク液滴を前
記ノズル３から噴射せしめた後、再びタイムｔ１４にて
インク室２を膨張せしめることにより前記噴射されたイ
ンク液滴の尾部を第２図（ｄ）に示すように、前記ノズ
ル２側に吸収するようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の駆動条件は、粘度の比較的高い（１０〜３０Ｃ
Ｐ）インクを用いることによりインク液体が有効に動け
るノズル断面積を小さくし、インク室を膨張させたのち
収縮させることにより、この駆動に追従できるインクは
、インク通路、ノズル断面の中央部であるため、ノズル
径に比較して小さいインクを噴射させることができる。

しかし、このままでは噴射したインク液滴は尾を長く引
くため再度インク室を膨張させたのち収縮させることに
より尾を短くすることが可能となる。

なお、タイムｔＩ４の波形によりインク液滴の尾部は、
ノズル内に吸引される。次にタイムｔｌｓの波形ででイ
ンク室を収縮し、インク室内の圧力は高まるがｔ１４〜
ｔｌｓ間の時間は短（、ｔ１４による圧力を打ち消し合
う程度でインク液滴の噴射は発生しない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

なお、構成、動作の説明を理解し易くするために企図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。

第３図は本発明実施例の圧電素子駆動波形図を示す。第
一のパルスのパルス幅は５０μｓ、第二のパルスのパル
ス幅は５μｓ１両パルスの間隔を１０μｓとした。電圧
は１５０Ｖとした。

第４図は本駆動条件におけるインクの噴出形状図（高速
度カメラによる観測形状）を示す。図において、経過時
間１００μｓにおいてノズルから押し出されたインク液
滴は尾を引いて飛び出そうとしているが、経過時間１２
０μｓにおいて第二のパルスによる吸引効果がではじめ
、経過時間１４０μｓにおいて“−゛パ・、つ１／２を
吸引回収していることが分′、・・る、ｉ　′ｉ−’：
Ｉ　１８０ＩＪｓにおいて第７図（ｄ）に発生してＧ・
′：ニ　一つインク微粒子は殆ど消滅していることニア
１．丁されている。

第二のパルスの目的はインク液滴尾部の吸収であり、本
条件に対し電圧振幅を増し、パルス幅を減少させる。あ
るいは電圧振幅を減少させ、パルス幅を増加させても同
じ効果が得られる。

なお、第３図の駆動波形の制御タイミングに対して第４
図のインク液滴の形状変化は液体の慣性のため若干遅れ
て変化していることが分かる。このときの噴射されたイ
ンク液滴の直径は約２５−でノズルの直径５０−に対し
て１／２の微小インク液滴を形成することができた。

実−９の１５１゛話、インクの粘度１０ＣＰ以下ではイ
ンクＷ　’　Ｗ　、”＝−ＩＩ＋　：こはインクの表面
張力が支配的に作用し、“−；：インク液滴の尾にあた
る部分を駆動波形によｆｉ　！、４！　７ｊすることは
困難であることが分かった。

一方粘度が３０ＣＰを越えると、インク液滴の尾の部分
は霧状の微粒子となる。これはインクの粘性がインク液
滴の飛翔に強く影雲し、駆動波形では制御不可能である
ことが判明した。

粘度１０〜３０ＣＰの範囲内であれば、前記霧状の微粒
子は駆動波形により制御可能である。

〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように本発明のインクジェットヘッ
ドの駆動方法によれば、ノズルの断面積を小さくするこ
となく微小インク液滴を噴射することができることから
高解像度記録のできるインクジェットヘッドが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動波形の原理図、 第２図は第１図の駆動波形によるインク噴射状態の変化
を示す図、 第３図は本発明実施例の駆動波形図、 第４図は第３図の駆動波形によるインク噴射状態の変化
を示す図、 第５図は従来のインクジェットヘッドの断面図、第６図
は従来の駆動波形図（その１）。 第７図は第６図の駆動波形によるインク噴射状態の変化
を示す図、 第８図は従来の駆動波形図（その２）。 第９図は第６図の駆動波形によるインク噴射状態の変化
を示す図である。 第１図と第２図および第５図において、Ｉは圧電素子、
２はインク室、３はノズルをそれぞれ示す。 坤発明Ａセ動破形１原理図 第１図 オＴ図４ｚ吏〃期１形ｔ＝ｒ３イシ７０電射壮′恕の変
化シネマ母第２図 ル ；：６゜口ぐ 積 、拝１ｏｏ　＞つ 慣 ７６０璽　　　　　　− ＋ｇｏ璽　　　　　　　　　ＯＯ 第４図 第５図 第６図 ｆ６１ｆｆｌめ秀ｄＤ３皮ガ〉七Ｆライン２σ１１ンｔ
イｆ趣づしイ乙ぢじチ！（σ丁第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方にインク液滴を噴出するノズル（３）と他方にイン
   ク収容部（４）に連通しているインク室（２）を、前記
   インク収容部（４）からのインクで満たし、インク室（
   ２）はその壁面の少なくとも一部を電気機械変換手段（
   １）により変形して内部容積を膨張、収縮せしめるよう
   に構成されてなるインクジェットヘッドにおいて、 前記インク液滴の粘度を１０〜３０ＣＰに設定すると共
   に、先ず前記電気機械変換手段（１）により前記インク
   室（２）の内部容積を膨張せしめることにより前記ノズ
   ル（３）の先端部のインクを吸引し、、次に前記インク
   室（２）を収縮せしめることによりインク液滴を前記ノ
   ズル（３）から噴射せしめた後、再びインク室（２）を
   膨張せしめることにより前記噴射されたインク液滴の尾
   部を前記ノズル（３）側に吸収するようにしたことを特
   徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。