JPS6394849A - インクジエツト記録装置の駆動方法 - 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（オンデマント型）、■静電吸引型の３つであ
る。

連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、静電吸引型においては、その構造は比較的簡単で
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上に周波数応答性も悪い。

ところが、オンデマント型においては、必要なとぎだけ
圧電素子等吐出エネルギ発生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簡単であるので、
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３・１
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通りか考えられる。しかし、デジタル的中間調
表現法では、階調数を上げるために解像度を犠牲にしな
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濃度を制御
するアナログ記録に期待が持たれている。

ところか、従来のインクシェツト記録装置でインク吐出
量を制御するのは非常に困難てあった。

例えは連続噴射型では、インク吐出量を変化させること
は不可能である。また、静電吸引型では、アナログ的な
中間調表現が可能であるが階調幅を大きくすることが困
難である。さらに、オンデマント型では、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電圧やパルス
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、濃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シェツト記
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、これらの方法ては装置か全体として大型化、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号に記載されているよう
に、圧電素子で単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可能であ
るのみならす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］ ところが、ノズルからは、一般的に吐出速度の速い主滴
の他に、吐出速度のおそいサテライトと呼ばれる液滴が
副次的に吐出されることがある（第５図参照）、このサ
テライトは低速であるため記録紙への着弾精度が劣り、
画質を劣化させてしまう。このため、このサテライトの
存在は従来より解決すべき問題の一つであった。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明の目的は、上述の問題点を解決し、周波数
応答性、吐出安定性、階調性、さらに記録精度に優れた
記録を行うことができるインクジェット記録装置を実現
できる駆動方法を提供することにある。

そのため、本発明では、インク滴吐出のためのノズル、
およびインク滴吐出のための吐出エネルギを発生する圧
電素子を配置した吐出エネルギ作用室を有する記録ヘッ
ドを具え、圧電素子に電気信号を供給することによって
、吐出エネルギ作用室の容積を変化させて吐出口からイ
ンク滴を吐出させて記録を行うインクジェット記録装置
の駆動方法において、圧電素子の配置部分から電気信号
の供給によって生じる圧力波を反射する記録ヘッドの部
分までの長さを一℃、インク中の音速度をＣとしたとき
、圧電素子に供給する電気信号を、容積が急激に大きく
なるように変化させ、２ｆＬ／ｃよりも若干短い時間後
に容積を急激に減少させることによってインクを加圧し
て吐出口からインク滴を吐出させ、さらにインク滴が吐
出したあとのメニスカスの後退が急激かつ所定量以上に
進行しないように容積をゆるやかに増加させて吐出エネ
ルギ作用室を初期状態に戻すようなパルス波として駆動
を行うことを特徴とする。

また、本発明の好適な実施例では、パルス波は負の方向
に所定値まで急激に変化させたのち、その所定値のまま
２ρ／Ｃよりも若干短い時間だけ保持させ、次に負の所
定値から正の所定値まで急激に変化させて所定時間継続
させ、さらにその正の所定値から所定の時定数によって
徐々にτにさせるようにしたものであることを特徴とす
る。

［作用］ すなわち、本発明によれば、エネルギ作用室（インク室
）の容積を増加させる先行パルスを、そのパルス幅が２
ｌ、／ｃよりも若干短い程度印加した後、インク室の容
積を急激に減少させて吐出が行われるようになるので、
先行パルスにより生じ、記録ヘッド内、例えば吐出エネ
ルギ作用室を一体に有する直管形状のノズルを設けた場
合にあっては、ノズル後方で反射された圧力波によりイ
ンク滴（サテライト）が加速されることになる。

［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図は本発明に適用されるオンデマンド型インクジェ
ット記録用ヘッドの一構成例である。図において、１は
長さｐの直管状のノズル、２はノズル１の外側に配置さ
れている例えば円筒状の圧電素子てあり、この圧電素子
が配置されたノズル１の部分が吐出エネルギ作用室とな
る。そして、この圧電素子２に駆動部７から電気信号を
供給することにより吐出エネルギ作用室を含むノズル１
内のインク室３の容積が減少または増加するので、オリ
フィス４からインク滴５が吐出される。

また、６はフィルタであり、多孔質の部材で形成されて
おり、インク中の塵埃や気泡のノズル内への侵入を阻止
するものである。

このようなヘッドにおける圧電素子２に対し、第２図の
ような正のパルス波、すなわちインク室３の容積を急激
に減少せしめた後、気泡をノズル内に取り込まないよう
にゆるやかに戻らしめるような電気信号を供給すると、
インク滴は吐出するものの比較的小さなインク滴を吐出
させることができない。

第３図は第２図示のパルス波形を印加したときの駆動周
波数と吐出速度との関係を示す。この曲線に山、谷が存
在するように、一般的にインクジェット記録用ヘッドで
は共振周波数があり、これらのピークから計算すると共
振の周期はノズル内のインク中の音速度なＣとすると、
４．＋２／ｃであられすことができ−る。このことは、
圧力波がノズルを一往復することにより位相が逆転し、
二往復することにより元の位相に戻ることを示している
。

これをさらに明らかにするために、オリフィスからイン
クが吐出するときのメニスカス振動の様子を第４図に示
す。メニスカスの振動の山（谷）はやはりほぼ４Ｉｌ／
ｃ毎にあり、これらの逆数は第３図の共振周波数に対応
している。

一方、第５図に示すように、吐出インク滴には、一般的
に主演ｌ、の他にサテライト１２が存在し、前述のよう
に、このサテライトは主演に比べ吐出速度か遅く記録紙
への着弾精度か悪いために画像の記録品位を乱すもので
ある。

そこで、本例では、第２図のようなパルス波形をさほど
変化させることなしに小さなドツトから大きなドツトま
てドツト径を可変とてき、周波数応答性、吐出安定性、
吐出速度か改善されるようにする。

第６図は本例において用いる駆動信号波形を示す。この
波形は最初に負のパルス波形、すなわちインク室３の容
積が急激に犬ぎくなるように変化させるパルス波形Ｐ１
を加えている。ここで、波形Ｐ１のパルス幅Ｔ、は２ρ
／Ｃよりも若干短めに設定している。この波形により負
の圧力波ｐ１が与えられ、従ってメニスカスは後退させ
られるため、小さなインク滴を吐出させることが可能と
なり、さらに周波数応答性も良好となる。

このあと、正の方向のパルス波形、すなわちインク室の
容積が急激に小さくなるよう変化させるパルス波形Ｐ２
を加える。この正のパルス波形Ｐ２か印加されインク滴
の主情が吐出したのち、サテライトが吐出するとき、す
なわち、負のパルス波形Ｐ１印加後２ｆｌＺＣ後に、先
に加えたパルスＰ１により生じた負の圧力波ｐ１はノズ
ルを１７１復して位相が逆転して正の圧力波＋１＋′　
となってノズル先端方向に戻ってくる。従って、正のパ
ルス波形Ｐ２によって吐出するサテライトは圧力波ｐ１
′　によって加速されるため、サテライトは先に吐出し
ていた主演に追いついて合体し、一つのインク滴となる
か、または主演の吐出速度とほとんど同程度になるので
、本来は主情の吐出速度よりかなりおそいものであった
ために記録紙への着弾誤差か大ぎくなり記録品位を乱し
ていたサテライトの存在をなくすことができるようにな
る。

ここて、正のパルス波形Ｐ２について考える。

このパルス波形Ｐ２を電圧変化させることにより、イン
ク滴の吐出量は大きな範囲て制御することができる。す
なわち、パルス電圧を小さくすれは小さなインク滴か吐
出し、パルス電圧を大きくすれは大きなインク滴が吐出
する。ところがあまりに大きなインク滴を吐出させた後
、急激にインク室３を広げる方向に戻してやる（例えは
第７図のようなパルス波形）と、第８図（Ａ）に示すよ
うに吐出したインク滴の容積の分だけオリフィスから空
気か引き込まれ、メニスカスは後退し、ついには第８図
（８）に示すようにこの空気がそのままノズル内部に気
泡として侵人してしまうことになる。

これを防止するため、本例では、大きなパルス電圧を印
加して大きなインク滴を吐出させた後には、メニスカス
の急激な後退およびある一定の量以上の進行が行われな
いようにインク室の容積をゆるやかに増加させてインク
室３を初期状態に戻すようにする。これにより、ノズル
１内への気泡の取り込みが防止される。

次に、正のパルス波形Ｐ２印加してから４Ｊ２／ｃ後に
は波形Ｐ２により生した正の圧力波ｐ２はノズルを２往
復してくるため、この正の圧力波ｐ２′がメニスカスを
オリフィス方向に振動させる要因となる。この影背が強
いときにはそのままインク滴として吐出してしまうこと
もある。このようなインク滴は吐出速度が極端におそい
上、安定に吐出することはないため、その吐出を防止し
なければならない。

そこて、本例では、正のパルス波形Ｐ２を印加してから
４ｕ／ｃ後に再び負のパルス波形Ｐ３を印加し、負の圧
力波ｐ３を発生させることにより正の圧力波ｐ、′を負
の圧力波ｐ、で相殺させる。これにより、正の圧力波ｐ
２′　はなくなり不安定なインク滴の吐出は解消される
。

また、この負のパルス波形Ｐ３についても、負の所定値
で所定時間継続させた後にゆるやかに零にさせるように
印加することによって、不必要な圧力波が発生すること
なく初期状態に戻すことができる。

次に、具体的な実施例を用いて本発明をさらに詳細に説
明する。

（実施例１） ノズルの長さｌ、　＝　２０ｍｍ、インク中の音速度Ｃ
＝１４００ｍ／ｓ　（インクの粘度７ｃｐｓ、表面張力
５０ｄｙｎ／ｃｍ）のとき、第９図に示すように負のパ
ルスＰ１の幅を２℃／ｃ（＝２９μ５ｅｃ）よりも若干
短い２０μｓｅｃに設定した駆動波形を印加した。この
とき本来吐出速度の遅いサテライトが加速されて主情に
追いつき、第１Ｏ図に示すようにほとんど一つのインク
滴に合体した。本例では小さいインク滴を吐出する場合
も吐出速度が速く、記録精度に優れ、周波数応答性にも
優れ、しかも吐出安定性も良好であった。

（比較例１） （実施例１）で用いたヘッドおよびインクを使用し、ｉ
ｌ１図に示すように負のパルス幅を２９μｓｅｃに設定
したパルス波形で駆動を行ったところ、１摘の吐出速度
は極めて高かったが、サテライトの吐出速度が遅く第１
２図のようなインク滴の吐出が行われ、記録精度が悪く
、画像の品位を乱してしまった。

（比較例２） （実施例１）で用いたヘッドおよびインクを使用し、第
１３図に示すように負のパルス幅を４０μｓｅｃに設定
したパルス波形で駆動を行ったところ、サテライトの吐
出速度が遅く、３４１４図に示すようなインク滴の吐出
が行われ、記録精度が悪く画像の品位を乱してしまった
。

なお、このようなパルス波形の印加を行う駆動回路７は
、第１５図に示すようにトランジスタＴｒｉ〜Ｔｒ４を
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Ｔｒ４のコレクタとの共通接
続点を圧電素子に接続し、その共通接続点を抵抗Ｒ１を
介して接地した構成とした。

このような構成において、第１６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Ｔ
ｒｉ−Ｔｒ４がＯＮ（導通）し、その出力としてＣのよ
うな波形が得られ、これが圧電素子に印加される。

以上述へたような実施例により、インクジェット記録用
ヘットの吐出安定性は大幅に改善された。

また、メニスカス後退量の時間変化は第１７図のように
なたらかなものとなり、第２図のような波形印加による
第４図示の曲線とは大きく異なっている。

このため、本例に係る駆動を行えば、あらゆる場合に吐
出は安定して行われ、反射波による不安定な微小インク
滴は吐出しないことになる。

なお、上側では、本発明を直管状のノズルに吐出エネル
ギ作用室を一体に形成した記録ヘッドを具えた装置に適
用した場合について説明したが、この構成は種々のもの
とすることができる。例えばノズルは屈曲部を有するも
のであってもよく、また、ノズルと吐出エネルギ作用室
とが別体に形成されたものであってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成でオ
ンデマンド型インクジエ・シト記録用ヘッドの圧電素子
にインク室の容積を増加させるための先行パルスを、そ
のパルス幅を２ｌ、７ｃよりも若干短い程度のものとし
て印加し、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、先行パルス
がインク滴（特にサテライト）を加速するためのパルス
波の役目を果たすこととなり、従って周波数応答性、吐
出安定性、階調性および記録精度に優れたインクジェッ
ト記録装置の実現が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッド
の一構成例を示す側断面図、 第２図は記録ヘッドを駆動するための従来の駆動パルス
波形を示す波形図、 第３図は第２図示の波形で駆動を行ったときの吐出速度
の周波数特性を示す特性曲線図、第４図は第２図示の波
形で駆動を行ったときのメニスカス振動を示す線図、 第５図はインクの吐出状態を説明するための説明図、 第６図は本発明による駆動パルス波形の一例を示す波形
図、 第７図は第６図示の波形に対する比較として挙げたパル
ス波形を示す波形図、 第８図（八）および（Ｂ）はノズル内に気泡が取り込ま
れる状態を説明するための説明図、第９図および第１Ｏ
図は、それぞれ、本発明の一実施例で用いたパルス波形
およびそのときの吐出状態を示す説明図、 第ｌ、図ないし第１４図は本発明の実施例に対する比較
例を説明する説明図、 第１５図は本発明に適用可能なパルス波形を発生させる
駆動回路の一構成例を示す回路図、第１６図は第１５図
示の駆動回路の動作波形の一例を示す波形図、 第１７図は本実施例に係るパルス波形で駆動を行ったと
きのメニスカス振動の状態を示す線図である。 １・・・ノズル、 ２・・・圧電素子、 ３・・・インク室、 ４・・・オリフィス、 ５・・・インク滴、 ６・・・フィルタ、 ７・・・駆動回路、 ｌ、・・・主演、 １２）Ｈ・・・サテライト、 立・・・ノズル長さ、 Ｐ、、Ｐ２．Ｐ３・・・パルス波形。 十 θ　　　１ 七打製ゼＴ ＼＋ｌＳＲ区祁−一一 ＜ｌ：ｏｃ−） ＼＋ｌＫＲ区塘−一 く　　　　　ｑ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インク滴吐出のためのノズル、および前記インク滴
   吐出のための吐出エネルギを発生する圧電素子を配置し
   た吐出エネルギ作用室を有する記録ヘッドを具え、前記
   圧電素子に電気信号を供給することによって、前記吐出
   エネルギ作用室の容積を変化させて吐出口からインク滴
   を吐出させて記録を行うインクジェット記録装置の駆動
   方法において、 前記圧電素子の配置部分から前記電気信号の供給によっ
   て生じる圧力波を反射する前記記録ヘッドの部分までの
   長さをｌ、インク中の音速度をｃとしたとき、前記圧電
   素子に供給する電気信号を、前記容積が急激に大きくな
   るように変化させ、２ｌ／ｃよりも若干短い時間後に前
   記容積を急激に減少させることによってインクを加圧し
   て前記吐出口からインク滴を吐出させ、さらにインク滴
   が吐出したあとのメニスカスの後退が急激かつ所定量以
   上に進行しないように前記容積をゆるやかに増加させて
   前記吐出エネルギ作用室を初期状態に戻すようなパルス
   波として駆動を行うことを特徴とするインクジェット記
   録装置の駆動方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載のインクジェット記録装
   置の駆動方法において、前記ノズルは前記吐出エネルギ
   作用室を一体に有し、前記長さｌの直管形状を有するこ
   とを特徴とするインクジェット記録装置の駆動方法。 ３）特許請求の範囲第２項記載のインクジェット記録装
   置の駆動方法において、前記パルス波は負の方向に所定
   値まで急激に変化させたのち、その所定値のまま２ｌ／
   ｃよりも若干短い時間だけ保持させ、次に前記負の所定
   値から正の所定値まで急激に変化させて所定時間継続さ
   せ、さらにそ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ことを特徴とする
   インクジェット記録装置の駆動方法。