JPS6384941A - 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記録装置において、階調記録を
行うため電気機械変換手段の駆動波形を制御することに
より、記録ドツト径を可変にしたものである。

〔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
ェットヘッドから階調的にインク液滴を噴射する圧電素
子の駆動波形によるインクジェットヘッドの駆動方法に
関する。

従来のノンインパクト記録方法においては、情報パター
ンを作る各種の方法が利用されていて、それらは電気式
、電解式、放電式、感熱式等の各記録装置としてよ（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、高速印刷、低騒音、普通紙使用による
安価な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、さらに高画像品質あるいは階調記録の可能
な技術開発が望まれている。

〔従来の技術〕

第２図は従来のインクジェットヘッドの断面図を示す０
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。

第３図は従来の圧電素子の駆動波形の一例を示す、以下
第３図を参照しながら第２図のインク噴射動作を説明す
る。

従来、インク噴射が不必要の初期状Ｂ（タイム１））の
場合には、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。この時圧電素子１に印加されている電
圧のレベルを＋ｖ（例えば１・１５０Ｖ）とする。

次にインク噴射を行う場合には、まず圧電素子１にタイ
ムタイムｔ！において電圧を零レベルに落としてその長
手、幅方向ののびによりインク室２の内容積を膨張させ
、インク室２内に負圧をがけてインク収容室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、タイムｔ３において圧電素子ｌの印加電圧を元
の＋１５０ｖに戻すとインク室２の内圧は上昇し、イン
ク液滴はノズルから噴射する方法が提案（特開昭５５Ｔ
１７５８９信州情器株式会社）されている。

第４図は第３図の駆動波形により形成されるインク液滴
の形状を経過時間の順に示した図である。

両図において、この駆動方法の場合には、インクの粘度
が比較的高い場合（例えば２０ｃＰｓ）でも噴出スル。

第４図（ａ）はタイムｔｌ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４図（ｂ）はタイムｔ２においてインク室２内に負圧
が掛ったときのノズル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４図（Ｃ）はタイムｔ、においてノズル３の先端部か
ら噴射の行われる状態を示す。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４図（ｄ）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４〜２０　ｃＰｓ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５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２図に示すインクジェットヘッドを使用
して次の二つの過程、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ｔ５からタイム１．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を印加してインク室２を収縮せしめること
によりノズル先端からインク液滴を噴射せしめ、−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ｔ、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６図は第５図の駆動波形により形成されるインク液滴
の形状図を示す。この場合は第６図（ａ）の初期状態（
タイムｔｓ）からインク室２の内圧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く。

この結果、第６図（ｂ）に示すようにタイムｔ６を過ぎ
てノズル３より少し顔を出したインクは、タイム１．に
てノズル３の半径方向に広がろうとするため、第６図（
Ｃ１（ｄ）に示すようにタイムｔ、からタイムｔ、にか
けて噴射されたインク液滴のサイズはノズル３の径と同
程度となる。

第７図は従来の階調記録用のインクジェットヘッドのノ
ズル構造図を示す。この構造はＳＩＤ学会１９８５年の
Ｄ　Ｉ　Ｇ　Ｅ　Ｓ　Ｔ　−Ｐ３２９−３３１に開示さ
れたものである。図において、５〜８はそれぞれ等間隔
に配置された４個のノズルを有するインクジェットヘッ
ドであって、５〜８はそれぞれ噴射するインク濃度が異
なる。例えばノズル５は濃度０．５％、ノズル６は濃度
１％、ノズル７は濃度２．５％、ノズル８は４％を用い
る。

この方式は１ドツトを形成するために濃度の異なる４個
のノズルを用い４段階の階調記録を行なうものである。

すなわち、階調数に対応したノズル数が必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の階調記録用のインクジェットヘッドのノズル構造
は濃度の異なるインクを用いるため、構造が複雑となり
、また印刷パターンの噴射タイミングの制御も複雑とな
る欠点がある。、さらに階調数に対応するノズル数が必
要で構成が大型になる欠点がある。

本発明は上記従来の欠点に鑑みて創作されたもので、イ
ンク濃度を変えることなく噴射するインク液滴のサイズ
を可変にして階調記録が可能な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噴射すべき
インク液滴のサイズに対応して極性と振幅、または極性
とパルス幅が変化する第１のパルス９と、前記インク液
滴の噴射速度を制御するための第２のパルス１０とから
構成されてなる電気的駆動波形にて圧電素子を駆動する
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明は比較的粘度の高い（例えば１０〜３０ｃＰｓ）
インクを用い、噴射するインク液滴のサイズを大きくす
るときは、第１のパルス９で第２図に示すノズル３の端
部の液面が静止状態からインク室２を縮小せしめ、その
後復旧するようにすることによりノズル径よりも大きい
サイズが得られる。

噴射サイズを小さくするときは、第１のパルス９でノズ
ル３の端部の液面が静止状態からインク室２を膨張せし
め、その後第２のパルス１０でインク室２を縮小せしめ
てインクを噴射するように駆動するとインク粘度が比較
的高いためこの駆動に追従できるのはインク通路がノズ
ル中央部であるため、ノズル３の有効断面積が小さくな
り小さいインク液滴が形成される。

したがって、以上の二つのパルスからなる駆動波形で圧
電素子１を動作させると、第１図に示すように噴射する
インク液滴のサイズも変化する。

〔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（するために全図を
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１図は本発明の一実施例の駆動波形とインク液滴のサ
イズの関係図を示す。図において、９は第１のパルスで
あって、破線で示す範囲は印加電圧ｖｂの可変範囲を示
し、噴射すべきインク液滴のサイズに対応して極性と振
幅またはパルス幅を変化させる。この図は振幅を変化さ
せる例を示したもので、パルス幅４０ｐａを用い縦軸に
インク液滴の径（Ｊ！ｒａ）、横軸に印加電圧Ｖｂ　（
ボルト）をとったデータからも分かるように印加電圧ｖ
ｂが一８０Ｖ〜＋４０ｖの変化に対しインク液滴の径は
、２５〜７０−の変化が得られる。

１０は第２のパルスであって、パルス幅１０μｓ、電圧
＋４０Ｖを用いた例である。この振幅あるいはパルス幅
を制御することにより第１のパルスの電圧ｖｂが低レベ
ル（インク液滴のサイズが小さい）場合は噴射速度の制
御ができる。

第１のパルスの電圧ｖｂが高レベルの場合は、当該パル
スの立ち上がりの時点で噴射し、その後第２のパルス１
０により引き続きインク液滴が噴射され、この例では２
．５ｍ／ｓの噴射速度が保たれる。

１）は第３のパルスであって、噴射されたインク液滴の
尾部を吸引するための作用をなし、第２のパルスとは逆
極性になる。この第３のパルスは振幅−８０ｖ１パルス
幅１０ｐａを用いた場合を示し、この値は一定値でもよ
い。

なお、上記実施例では第１図に示した駆動波形の各パル
スの間隔ａおよびｂはＯｐｓとした。

以上の実施例では第１のパルス９を極性およびその振幅
を変化させてインク液滴サイズを可変にしたが、極性お
よびパルス幅を変化させることにより同様にインク液滴
サイズを可変にすることも可能である。

なお、本発明のインクジェットヘッドの駆動波形は図示
のパルス波形に限定されるものではなく、矩形波のかど
のくずれた波形、すなわち正弦波でも三角波でも利用可
能である。

また、第１図に示した波形の基準レベル０■にオフセッ
トがあっても差支えはない。

〔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、圧電素子の駆動波形を変化させ
ることにより印字ドツトのサイズを変えられるので、解
像度を下げることなく階調記録を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の駆動波形とインク液滴のサイ
ズの関係図、 第２図は従来のインクジェットヘッドの断面図、第３図
は従来の圧電素子の駆動波形（その１）、第４図は第３
図の駆動波形により形成されるインク液滴の形状図、 第５図は従来の圧電素子の駆動波形（その２）、第６図
は第５図の駆動波形により形成されるインク液滴の形状
図、 第７図は従来の階調記録用のインクジェットヘッドのノ
ズル構造図を示す。 第１図および第２図において、１は電気機械変換手段（
圧電素子）、２はインク室、３はノズル、４はインク収
容室、９は第１のパルス、１０は第２のパルス、１）は
第３のパルスをそれぞれ示す。 ｅ’ｐｙｏｔａ　　　ｖｂ（、ｈ−ルト）４藷苓υルー
ーわネ会チＦＪｎｉｄす１りｌ育ブヒ４〉７鍼セ５市Ｏ
カ４ス・り闇ヅ澤？ｎり第１図 第２図 ィＢ／１ＥｆＩＩ　ｎ、に１）’４％（ざｌ）第３図 オ３ｒＸＪ、、恥動波形１ｚＪｌｌ形ハ゛之４・Ｈ＞ｙ
；に鏑の形有゛国第４図 従濠＾圧電案フの岑Ｉ労ｓｍ　（予砕２）第５図 才Ｓ／ＩＪｔｔ＞耳と１ｚｅｉ１〉ｒ＝ｘｖガ５７７ｃ
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方にインク液滴を噴射するノズル（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、 噴射すべきインク液滴のサイズに対応して極性と振幅ま
   たはパルス幅の一方とが変化する第１のパルス（９）と
   、 前記インク液滴の噴射速度を制御するための第２のパル
   ス（１０）とから構成されてなる電気的駆動波形を前記
   電気機械変換手段（１）に印加することを特徴とするイ
   ンクジェットヘッドの駆動方法。