JPS6394853A - 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
あるか、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か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
鏑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
■を制御するのは非常に困難てあった。

例えば連続噴射型ては、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か可能であ
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。

［発明か解決しようとする問題点コ ところが、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。従って、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
よるものてあり、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。

Ｅ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な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℃、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吐出エネルギ作用室の容積を
急激に大となるように変化させ、所定時間経過後に吐出
エネルギ作用室の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が吐出するように
変化させ、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吐出エネルギ
作用室の容積がゆるやかに増加するように変化させ、急
激な容積増大がなされた２　Ｉｔ　／　ｃ経過後に再度
吐出エネルギ作用室の容積が急激に大きくなるように変
化させ、当該変化後に吐出エネルギ作用室の容積がゆる
やかに減少して初期状態となるように変化させ、容積の
急激な減少がなされた４４２７Ｃ！ｌｉＭ後に再度容積
が急激に大となるように変化させ、当該変化後に吐出エ
ネルギ作用室の容積がゆるやかに減少して初期状態とな
るように変化させることを特徴とする。

ここで、本発明の好適例では、電気信号を、負の方向に
第１所定値まで急激に変化させたのち、その第１所定値
で所定時間だけ継続させ、第１所定値から正の第２所定
値まで急激に変化させて第２所定時間だけ継続させ、さ
らに当該第２所定値から所定の時定数によって徐々に第
３所定値もしくは零にさせ、さらに第１所定値への急激
な変化から、２ｌ／Ｃ経過後に第３所定値もしくは零か
ら負の第４所定値まで急激に変化させたのち当該第４所
定値で第３所定時間だけ継続させ、さらに当該第４所定
値から所定の時定数によって徐々に零にさせ、さらに第
２所定値への急激な変化から４１、／Ｃ経過後に零から
負の第５所定値まで急激に変化させたのち当該第５所定
値で第４所定時間だけ継続させ、さらに当該第５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
ものとする。

［作用］ すなわち、本発明によれば、インク滴を吐出させるため
の電気信号印加後、４ρ／Ｃ経過時に吐出口近傍に戻っ
てくる圧力波は、その時点で吐出エネルギ作用室の容積
を増加させる電気信号の印加により効果的に除去され、
メニスカスの振動を抑制することが可能となる。

［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
ット記録用ヘッドの一構成例である。図において、１は
長さｌ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であり、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て、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
させることがてぎない。

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４
ρ／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
に主情１１の他にサテライト１２か存在し、前述のよう
に、このサテライトは主情に比へ吐出速度が遅く記録紙
への着弾精度が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
でドツト径を可変とでき、周波数応答性、吐出安定性、
吐出速度が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
積か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Ｔ１は２４
１／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ｐ、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
容積か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についての電圧もしくはパルス
幅を変化させることにより、インク滴の吐出量を大きな
範囲で制御することが可能となる。即ちパルス電圧を小
さくすれば小さなインク滴が吐出し、パルス電圧を大き
くすれは大ぎなインク滴が吐出する。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（例えは第７図のようなパルス波
形を印加する）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が引き込ま
れ、メニスカスは後退し、ついには第８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、大ぎなパルス電圧を印
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か防止される。

インク室３を初期状態に戻している期間、もしくは戻し
終えた後の期間において、負のパルス波形Ｐ１の印加か
ら２ｌ／Ｃ経過時に負の圧力波ｐ１かノズルを１往復し
、位相か逆転して正の圧力波ｐ１となってノズル先端に
戻ってくる。これに合わせて負のパルスＰ３を印加し負
の圧力波ｐ３を与えてやると正の圧力波ｐ１は見かけ上
なくなり、メニスカス振動はおさえられる。

このとき、位相が反対で大きさがほぼ同し圧力波ｐ１　
とｐ３とが得られるように各パルスＰ１゜Ｐ３の電圧が
調整されることが好ましい。また、負のパルスＰ３はゆ
るやかに初期状態に戻すようにして負の圧力波ｐ、を与
えたあとに新たな正の圧力波が生じないようにする。

次に、正のパルス波形Ｐ２を印加してから４ρ／Ｃ経過
後には正の圧力波Ｐ２はノズルを２往復してくるため、
再び正の圧力波ｐ２°としてメニスカスを不安定に振動
させる要因となる。この影響は非常に大きいためインク
滴が吐出されてしまうことがある。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
いので、これが吐出されないようにしなければならない
。

そこで、正のパルス波形Ｐ２を印加してから４　ｊ２　
／　ｃ後に、負のパルス波形Ｐ４を印加し、負の圧力波
ρ４を発生させれば、正の反射波ｐ２と重なり合い、打
消し合って圧力波ｐ２かなくなる。従って不安定なイン
ク滴の吐出が解消される。

最後には波形Ｐ４につき、負の所定値を所定時間Ｍ続さ
せた後、この値からゆるやかに零にすることによって、
不必要な圧力波を新たに作ることなしにインク室３を初
期状態に戻すことがてきる。

以上のようなノズル長ｌと音速Ｃとの関係に基づいてパ
ルス波形の記録タイミングを本例のように定めたとき、
吐出は安定に行なわれた。これに対してこのタイミング
が本例の効果が認められない程度までずれてしまうとメ
ニスカスの振動は極めて大きくなり、微小インク滴が吐
出しやすくなり、不安定な吐出状態となってしまった。

第９図はこの様子を示す。ここで、同図（Ａｌ　は補助
パルスが適正値より速いタイミングで印加された場合、
同図（Ｂ）は補助パルス（Ｐ４）が適正値どうり印加さ
れた場合、同図　（Ｃ）は補助パルスが適正値より遅い
タイミングで印加された場合であり、同図ＣＢ）以外て
はメニスカスの振動が大ぎく不安定となった。

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１０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１１図に示すようなパルス
ＡおよびＢが駆動回路に人力されると、トランジスタＴ
ｒｌ〜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
ヘッドの吐出安定性は大幅に改善された。

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か、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、簡単な構成でメ
ニスカスの振動をなだらかにし、広い温度範囲で吐出を
安定に行なうことができるとともに、周波数応答性およ
び階調性に優れたインクジェット記録装置を提供するこ
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（Ａ）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（Ａｌ　〜　
（Ｃ）は本実施例による作用効果を説明するための説明
図、 第１θ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１１図は第１０図
示の駆動回路の動作波形の一例を示す波形図である。 ｌ・・・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、 ρ・・・ノズル長さ、 Ｐｌ、Ｐ２．Ｐ３．Ｐ４・・・パルス波形。 第２図 第３図 第４図 第５図 第８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変化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 ａ）前記吐出エネルギ作用室の容積を急激に大となるよ
   うに変化させ、 ｂ）所定時間経過後に前記吐出エネルギ作用室の容積を
   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
   出口からインク滴が吐出するように変化させ、 ｃ）前記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吐出エネル
   ギ作用室の容積がゆるやかに増加するように変化させ、 ｄ）前記急激な容積増大がなされた２ｌ／ｃ経過後に再
   度前記吐出エネルギ作用室の容積が急激に大きくなるよ
   うに変化させ、 ｅ）当該変化後に前記吐出エネルギ作用室の容積がゆる
   やかに減少して初期状態となるように変化させ、 ｆ）前記容積の急激な減少がなされた４ｌ／Ｃ経過後に
   再度前記容積が急激に大となるように変化させ、 ｇ）当該変化後に前記吐出エネルギ作用室の容積がゆる
   やかに減少して初期状態となるように変化させることを
   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１項または第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、前記電気信号はａ
   ）負の方向に第１所定値まで急激に変化させたのち、そ
   の第１所定値で前記所定時間だけ継続させ、 ｂ）前記第１所定値から正の第２所定値まで急激に変化
   させて第２所定時間だけ継続させ、ｃ）さらに当該第２
   所定値から所定の時定数によって徐々に第３所定値もし
   くは零にさせ、ｄ）さらに前記第１所定値への急激な変
   化から、２ｌ／Ｃ経過後に前記第３所定値もしくは零か
   ら負の第４所定値まで急激に変化させたのち当該第４所
   定値で第３所定時間だけ継続させ、 ｅ）さらに当該第４所定値から所定の時定数によって徐
   々に零にさせ、 ｆ）さらに前記第２所定値への急激な変化から４ｌ／Ｃ
   経過後に零から負の第５所定値まで急激に変化させたの
   ち当該第５所定値で第４所定時間だけ継続させ、 ｇ）さらに当該第５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。