JPS6394851A - 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
かある。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っであ
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°Ｃ記録を行うという原理
のため、装置か複雑となり、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
あるか、高電圧を必要とし危険てあり、しかも導電率等
のインク物性に制限か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、必要なときたけ
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か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討する
と、中間調表現としてはディサ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、階調数を十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か持たれている。

ところか、従来のインクジェット記録装置てインク吐出
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
中間調表現か可能であるか階調幅を犬ぎくすることが困
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か、このパルス波形の
変化だけて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
て大ぎ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か知られている。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
法のほうか小さなインク滴を吐出させることか可能であ
るのみならす周波数応答性もすくねていることか知られ
ている。

［発明か解決しようとする問題点１ ところか、オリフィスからのインク吐出後、第４図につ
き後述するようにメニスカスは不安定に振動しなからオ
リフィスに徨帰する。従っで、環境温度の上昇や連続作
動によってインク温度が高くなった場合にインクの粘度
および表面張力か低下すると、振動はより激しいものと
なり吐出安定性に欠けることになる。

この振動の原因は、吐出パルスによって生じる圧力波が
ノズルの後端および先端て縁り返しはねかえる反射波に
よるものであり、この反射波の悪影響はインクジェット
記録装置において従来より解決すべき問題点の−ってあ
った。

［問題点を解決するための手段］ そこて本発明の目的は、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イ
ンクジェット記録を広い温度範囲にわたって行なうこと
かできるインクジェット記録装置の駆動方法を提供する
ことにある。

そのため、本発明て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
素子に電気信湯を供給することによっで、吐出エネルギ
作用室の容積を減少させて吐出口からインク滴を吐出さ
せて記録を行なうインクジェット記録装置の駆動方法に
おいで、電気信号の供給によって生じ、記録ヘッド内で
反射された圧力波が吐出口付近に到達する時点で、容積
を急激に増大させる第２の電気１３号を圧電素子に供給
すると共に、第２の電気信号を第１の電気４８号の大き
さに応して変調することを特徴とする。

［作用］ すなわち、本発明によれは、前記圧力波を第２の電気信
号の供給によって打ち消すと共に、その第２の電気信号
を、前記圧力波の大きさに影響を与える第１の電気信号
の大きさに従って変調するようにしたので、第１の電気
信号の大きさに従って変化する圧力波によらずいかなる
場合でも安定した吐出が可能となる。

［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ト型インクジェ
ット記録ヘッドの一構成例である。図においで、１は長
さでの直管状のノズル、２はノズル１の外側に配置され
ている例えは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キ作用室となる
。そしで、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Ｉ内
のインク室３の容積か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。

また、８は駆動パルス波形変調部であり、後述のように
、インク吐＝出に係る吐出パルスに応して補助パルスの
変調を行う。

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の容積を急澹
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をＣとする
と４ｆｌ／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４ｆｌ／
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。

このようなメニスカスの振動があると、オリフィス４方
向に振動したとき、付勢されたメニスカスがオリフィス
４を通り赳してしまい、微小インク滴として吐出してし
まう危険性がある。

第５図（Ａ）に示すように、吐出パルスによって吐出す
る主情１１および副次的に発生するサテライト１２に比
べで、反射波によって吐出する微小インク滴１３は吐出
速度が極端に遅いため、記録画像の品位を乱すことにな
る。また、時には完全に吐出し終λずに、第５図（８）
のようにオリフィス４付近でこのような微小インク滴が
つぶれてしまい、次の吐出を阻害し吐出安定性を大幅に
劣化させることもある。

そこで、この反射波のタイミングに合わせて逆の位相（
負）の圧力波を与えれは、メニスカス振動をおさえ微小
インク滴の発生をなくすことかできる。すなわち、第６
図に示すように、基本的には第２図示の波形に補助パル
ス１５をある特定の位置に加えたパルス波を印加するよ
うにする。

一方、吐出パルスのパルス電圧を制御して吐出インク量
を変化させることにより、中間調を表現するインクジェ
ット記録装置では吐出パルスによって生じる圧力波の大
ぎさか電圧に応して変化するために、反射波の大きさも
変化する。

このため本例では第７図（＾）または　（Ｂ）に示すよ
うに、吐出パルスの電圧が大きいときには反射波をなく
すための補助パルスの電圧またはパルス幅を犬とし、吐
出パルスの電圧が小さいときには補助パルスの電圧また
はパルス幅を小さくした。

第８図（八）および（Ｂ）は、それぞれ吐出パルスの電
圧と補助パルスの電圧との関係、および吐出パルスの電
圧と補助パルスのパルス幅との関係を示す。これらの関
係は、ヘッドの構造やインクの粘度等によっで、最適値
が変化するか、傾ぎかいずれも止（右上かり）であるこ
とに変りはない。

第９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
積か急激に大きくなるように変化させるパルス波形Ｐｌ
を加えている。ここで、波形Ｐ１のパルス幅Ｔ１は２４
２／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か可幣
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Ｗのパルス波形Ｐ２が印加されインク滴
の１滴が吐出したのち、サテライトか吐出するとき、す
なわち、負のパルス波形Ｐ１印加後２！／Ｃ後に、先に
加えたノ＼ルスＰｌにより生じた負の圧力波ｐ１はノズ
ルを１行１！シて位相か逆転して正の圧力波ｐ、′　　
となってノズル先端方向に戻ってくる。従っで、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Ｉｌ
ｌ′　によって加速されるため、サテライトは先に吐出
していた十摘に追いついて合体し、一つのインク滴とな
るか、または主滴の吐出速度とほとんど同程度になるの
で、本来は主滴の吐出速度よりかなりおそいものてあっ
たために記録紙への着弾誤差か大き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かてきるように
なる。

ここで、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で制御することがてきる。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か吐出
する。ところか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（例えば
第１Ｏ図のようなパルス波形歪印加する）と、第１１図
（Ａ）に示すように吐出したインク滴の容積の分たけオ
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１１図（Ｂ）　　に示すようにこの空気かそ
のままノズル内部に気泡として侵入してしまうことにな
る。

これを防止するため、本例ては、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か行われな
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力士防止される。

次に、正のパルス波形Ｐ２印加してから４犯／Ｃ後には
波形Ｐ２により生じた正の圧力波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。この影響が強い
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か極端におそいト
安定に吐出することはないため、その吐出を肪圧しなけ
ればならない。

そこで、本例では、正のパルス波形Ｐ２を印加してから
４℃／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ｊｌの圧力波＋１２′
を負の圧力波ｐ３て相殺させる。これにより、正の圧力
波ｐ２′　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
て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で、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。

このような波形により、吐出パルス（正のパルス波形Ｐ
１）のパルス電圧を制御してインクの吐出量を変化させ
るときには、第８図（八）または（Ｂ）のように、吐出
パルスの電圧に応じて補助パルスＰ３のパルス電圧また
はパルス幅を変化させれば、反射波の影響を効果的に除
去が可能となる。

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１２図に示すようにトランジスタＴｒｌ〜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で、第１３図に示すようなパルス
ＡおよびＢか駆動波形変調部８から駆動回路に人力され
ると、トランジスタＴｒｉ〜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。

また、吐出パルス（Ｐｌ）の電圧に応じて駆動波形変調
部８が供給するパルスＢ′を適切に定めれば、上述のよ
うな制御が可能となる。

なお、駆動波形変調部８については、これを種々の構成
とすることができる。例えばこれを装置の主制御部と兼
用してもよく、例えば主制御部かマイクロコンピュータ
で構成されている場合には、補助パルスを発生させるた
めの信号Ｂ′のパルス幅を吐出パルス電圧に対応させて
テーブル化しておき、吐出パルス印加時に適宜これを読
出してパルスＢを定めればよい。

以上述べたような実施例により、インクジェット記録ヘ
ッド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１４図のように
なだらかなものとなり、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、反射波による不安足な微小インク
滴は吐出しないことになる。

なお、上例では、本発明を直管上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。例えは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。

また、上例では階調記録を行うインクジェット記録装置
に本発明を適用した場合について述へたが、温度等環境
条件に応じてインク粘性が変化することを考慮しで、こ
れを補償すべく吐出パルスを変化させるようにしたイン
クジェット記録装置に対しても、本発明は極めて有効か
つ容易に適用てきる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれは、吐出パルス印加
後に補助パルスを印化し、吐出パルスによって生じる圧
力波の反射波を弱めると共に、補助パルスを吐出パルス
の大ぎさに従）て変化させるようにしたので、メニスカ
スの振動をなたらかにし、吐出安定性、周波数応答性、
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
を実現することが可能となった。

【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図示の波形て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
形て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（Ａ）および（Ｂ）、並ひに第８図（Ａ）および
（Ｂ）は、吐出パルスに応じた補助パルス変調の２例を
示す説明図、 第９図は本実施例において用いる駆動信号波形の一例を
示す波形図、 第１０図は第９図示の波形に対する比較例として挙げた
パルス波形を示す波形図、 第１１図（Ａ）および（Ｂ）はノズル内に気泡か取込ま
れる状態を説明するための説明図、 第１２図は本発明に通用可陸なパルス波形を全戸１させ
る駆動回路の一構成例を示す回路し１、第１；）図は第
１２図示の駆動回路の動イ１フルＪＩ２の一例を示す波
形図、 第１図は本実施例に係るパルス波）［ニて１１ス動を１
１９だときのメニスカス振動の状態を小−４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、 １１・・・１摘、 １２．１３・・・サテライト、 ρ・・・ノズル長さ、 Ｐ　１．Ｐ２　、Ｐ３・・・パルス７皮形。 十　　　　　　　〇 第４図 第５図（Ｂ） ロ土巳パル入の電、圧、（Ｖ） 第９図

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減少させて吐出口からインク滴
   を吐出させて記録を行なうインクジェット記録装置の駆
   動方法において、 前記電気信号の供給によって生じ、前記記録ヘッド内で
   反射された圧力波が前記吐出口付近に到達する時点で、
   前記容積を急激に増大させる第２の電気信号を前記圧電
   素子に供給すると共に、該第２の電気信号を前記第１の
   電気信号の大きさに応じて変調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。 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、前記圧力波は、前記電気信号の供
   給によって生じ前記ノズル後方で反射される圧力波であ
   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
   。