JPS6394852A - 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、オンデマンド型においては、必要なときだけ
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、従来のインクジェッ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。

例えば連続噴射型では、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か困
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
変化た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、圧電素子て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コ 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がらオ
リフィスに復帰する。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
および表面張力が低下すると、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で繰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
が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、本発明では、インク滴吐出のためのノズル、
および吐出のための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緑ヘッドを具え、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の電気信号を圧電素子に供給す
ると共に、第２の電気信号を環境条件に応じて変調する
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消すと共に、その第２の電気信号を
前記圧力波に影響を与える環境条件（／Ｍ度等）に応じ
て変調するようにしたので、いかなる環境下ても安定し
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ρ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であり、この圧電素子が
配置されたノズルｌの部分が吐出エネルギ作用室となる
。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か吐出される。

また、６はフィルタてあり、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および９は、それぞれ、駆動
パルス波形変調部および温度検出部であり、駆動波形変
調部８は温度検出部９の出力に応じて駆動部７に対する
パルス波形の変調を行う。

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
させることかできない。

第３図は第２図示のパルス波形を印加したとぎの駆動周
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４Ｕ／Ｃてあられすことがてきる。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４ρ／Ｃ
毎にあり、これらの逆数は第３図の共振周波数に対応じ
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を通り越してしまい、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
る主演１１および副次的に発生するサテライ１−１２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、時には完全に叶出し終えずに、第５図（Ｂ
）のようにオリフィス４付近でこのような微小インク滴
かつぶれてしまい、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）の圧力波を与えれば、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に対する補助パルス１５
の犬ぎさく電圧、パルス幅）の割合は、適用するヘッド
の構造やインクの組成によって異なるものであるが、こ
の他温度の変化によっても変化する。これは、温度によ
ってインクの粘度が変化し、その粘度の変化によって反
射波がインク中で減衰される割合いが異なるためと考え
られる。

このため本例では、第７図または第８図に示すように、
周囲の温度の変化に応じて反射波をなくすための補助パ
ルス１５の電圧またはパルス幅を変調することにより、
いかなる温度のもとても理想的なパルス波形を得ること
ができるようにする。

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
積が急激に大き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２β
／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、小さなインク滴な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が印加されインク滴
の主演が吐出したのち、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２ｆｌ／ｃ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１往復して位相が逆転して正の圧力波ｐ１′　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ｐ、″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、−っ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
は主演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が大器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ば小さなインク滴が吐
出し、パルス電圧を大きくすれは大器なインク滴が吐出
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１０図のようなパルス波形を印加する）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
リフィスから空気が引き込まれ、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がそ
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１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か防止される。

次に、正のパルス波形Ｐ２印加してから４ρ／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。この影響か強い
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。

そこで、本例では、正のペルス波形Ｐ２を印加してから
４ρ／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ｐ２′　を
負の圧力波ｐ３て相殺させる。これにより、正の圧力波
Ｔ＋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
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、不必要な圧力波か発生すること
なく初期状態に戻すことができる。

而しで、温度か高いときにはインク粘度が低くなるので
、インク中での圧力波の減衰が少ない。

このため第７図または第８図のように高温の環境下では
補助パルスＰ、のパルス電圧またはパルス幅を大きめに
し、低温ではその逆としてやると、吐出パルスＰ２の反
射波に丁度つり合うような関係が得られる。

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が駆動波形変調部８から駆動回路に入力され
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、温度検出部９の検出出力に応
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、以上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、これを梯々の構成
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、例えば主制御部がマイクロコンピュー
タで構成されている場合には、温度に対応した補助パル
スを発生させるためのパルスＢ′のパルス幅を温度に対
応させてテーブル化しておぎ、温度検出部９の検出出力
に応じこれを読出すことによりパルスＢを定めることが
てきる。

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究なっている。

このため、本例に係る駆動を行えは、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、吐出パルス印加
後に補助パルスを印加し、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、補助パルスの電圧もしく
はパルス幅を温度等環境条件に応じて変調するようにし
たので、メニスカスの振動をなたらかにし、広い温度範
囲で吐出安定性、周波数応答性、階調性及び記録精度に
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ぎのメニスカス振動を示す線図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）はインクの吐出状態を説明す
るための説明図、 第６図は本発明において用いる基本的な駆動波形を説明
するための波形図、 第７図および第８図は温度に応じた補助パルス変調の２
例を示す線図、 第９図は本発明の一実施例による駆動パルス波形を示す
波形図、 第１Ｄ図は第９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１１図（八）およびＦＢ）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１２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１３図は第１２図示の駆動回路の動
作波形の−例を示す波形図、 第１４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、 １１・・・主演、 １２．１３・・・サテライト、 ｌ・・・ノズル長さ、 Ｐ、、Ｐ２．Ｐ３・・・パルス波形。 第１図 第５図ＣＢ） 第６図 ５ＭＬ厘ｏＣ） 渫紳Ｃ） 第８図 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の電気信号を環境条件に
   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
   。