JPH0330506B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 １ 産業上の利用分野 本発明は、パルス電圧によつて電気−機械変換
器を駆動することにより、ノズルが設けられた液
体収容室に圧力を加え、ノズルから液滴を放出す
るように構成した液体放出装置、特にインクジエ
ツト記録装置に関する。

２ 従来の技術 まず、従来のインクジエツト記録装置の概略に
ついて説明する。

ノズルが設けられた液体収容室にその内容積が
縮小するように圧力が加えられると、液体収容室
内部の液体が圧縮され、このエネルギーにより液
体収容室に設けられたノズルから液体が液滴とし
て放出される。液体収容室に加えられる圧力が瞬
間的なものであると、液体の圧縮も瞬間的であ
り、ノズルから放出される液体は粒状の液滴（ド
ロツプレツト）となる。

液体収容室内の液体にインク液を使用し、ノズ
ルの前に被記録体（記録紙）を設け、記録信号
（パルス電圧）に基いて前記操作が行なわれると、
ノズルから放出されたドロツプレツトが記録紙に
当たり、記録紙にはインクのドツトが記される。
この操作において、例えば、記録紙を縦方向に動
かし、ノズルを横方向に動かすこととすれば、、
記録紙の全面にインクのドツトによる記録を文字
等の所定パターンに記すことができる。

上記のような記録装置は、オンデマンドインク
ジエツト記録装置として、すでに市場に提供され
ている。オンデマンドインクジエツト記録装置
は、ワイヤドツトプリンタのようにワイヤのイン
パクトにより記録紙にドツトを記すのではなく、
第１図ａの如く構成された液体収容室３にインク
液２を供給し、そのノズル１から放出された小さ
な液体のドロツプレツトが記録紙に当たることに
よりドツトが形成されるから、非常に静かに記録
ができる。そして記録に必要な機械的駆動部分が
単純で、かつ少ないことから、装置を小型にする
ことが容易である。更に、インク液に圧力を加え
る手段として、電気−機械変換器、例えばPZT
等のピエゾクリスタルからなる圧電体７を用いれ
ば、短時間に記録を記すことができる。

即ち、オンデマンドインクジエツト記録装置
は、ワイヤドツトプリンタと比較し、静かに、速
く記録が出来、かつ装置を小型にすることが出来
るのである。更に、色の違うインク液を記録紙の
同じ場所に重ね打ちをすることにより、インク液
の色だけではなく、多色の記録を残すことが可能
となる。

オンデマンドインクジエツト記録装置におい
て、高密度による高解像度の記録を記録紙に記す
ためには、記録紙に記されるドツトの径を小さく
する必要がある。そのためには、ノズルから放出
するドロツプレツトの大きさを小さくしなければ
ならない。

また、記録紙に画像等の記録をするには、濃度
を多段階に変化させる必要が生じる。濃度を多段
階に変化させるには、記録紙のある面積に記すド
ツトの数を変化させる方法がある。濃度の濃い記
録を得るには、記録紙に記すドツトの数を多く
し、淡い記録をするには、ドツトの数を少なくす
るわけである。しかし、この方法だけで中間調を
表現するには限界がある。濃度を多段階に変化さ
せるには、記録紙の単位面積当りのドツトの数を
変化させると共に、記録紙に記されるドツトの径
をコントロールすることが必要である。

即ち、オンデマンドインクジエツト記録装置に
おいて、高密度による高解像度、及び濃度が多段
階の記録を記録紙に記すためには、ノズルから放
出されるドロツプレツトの大きさを小から大ま
で、必要に応じ自由にコントロール出来ることが
望ましいのである。

ノズルから放出されるドロツプレツトの大きさ
を小さくするためには、ノズル開口の径を小さく
することが考えられるが、ノズル開口の径を小さ
くすると、ノズルの目詰りが発生し易く、かつ、
ノズル部分でインク液の摩擦が大きくなり、イン
ク液がノズルから放出されにくくなる。ノズルを
通過するインク液の流動性との関係から、ノズル
開口の径を小さくするには自ずと限界がある。そ
して、ノズル開口の径を小さくすることは、ドロ
ツプレツトの大きさをある程度小さくすることは
出来るが、その大きさを自由にコントロールする
ことはできない。

また、記録紙に記される記録を高密度とするた
め、ノズルから放出される際にドロツプレツトの
背後に副次的に形成される小さな液滴であるサテ
ライトを利用する方法もある。ノズルから放出さ
れるドロツプレツトとサテライトは同一方向に放
出されるから記録紙に当たる場所は、何の操作も
加えないと同じ場所である。記録紙に記されるド
ツトの大きさを変化させるためには、ドロツプレ
ツトとサテライトを使い分け、ドツト径の小さい
記録を記すには、サテライトのみを使用するよう
にしなければならない。この場合、ドロツプレツ
トが記録紙に到達しないよう操作しなければなら
ない。このため、ドロツプレツトを帯電させ、偏
向させる手段、及び、使用されないドロツプレツ
トを回収する装置が必要となり、記録装置全体が
大型化する。そしてサテライトは、ドロツプレツ
トがノズルから放出される際に副次的に形成され
るものであるため、その大きさを自由に変えるこ
とはできない。従つてこの装置によると記録紙に
記されるドツトの径は、ドロツプレツトとサテラ
イトの違いにより大小の変化はあるが、その大き
さを可変的にコントロールすることができない。

つぎに、ドロツプレツトの大きさを自由に変化
させ、記録紙に記されるドツトの径をコントロー
ルするため、電気−機械変換器に印加するパルス
電圧の大きさ（高低）を変化させ、液体収容室に
ある液体に加える圧力の大小により、ドロツプレ
ツトの大きさをコントロールする装置が考え出さ
れた。インク液に加わる圧力が大きければ、ノズ
ルから放出されるドロツプレツトは大きくなり、
加える圧力が小さければ、ドロツプレツトは小さ
くなると考えられ、パルス電圧の高、低によりド
ロツプレツトの大きさをコントロールしようとし
たのである。

しかし、この装置によると、ドロツプレツトの
大きさの変化可能な領域が狭く、しかもある大き
さのドロツプレツトを形成することは困難である
ことが解つた。インクジエツトプリントヘツドを
構成する液体収容室、電気−機械変換器等は固有
振動周波数を有しており、電気−機械変換器に印
加されるパルス電圧により発生する振動周波数
が、前記した固有振動周波数と一致しない場合に
は、加えられる圧力により、能率よく一定の大き
さのドロツプレツトがノズルから放出されるが、
電気−機械変換器に印加するパルス電圧により発
生する振動周波数が共振振動数に近いときは、共
振振動数に引つ張られ、ノズルのドロツプレツト
放出は不安定になる。これが原因でドロツプレツ
トの大きさの変化可能な領域が狭くなるものと考
えられる。従つて、電気−機械変換器に印加する
パルス電圧を変化させ、液体に加える圧力を変化
させても、ノズルから放出されるドロツプレツト
の大きさを任意にコントロールすることができ
ず、記録紙に記録されるドツトも小から大と自由
に調節することができなかつたのである。

以上記載したように、従来技術では、ノズルか
ら放出されるドロツプレツトの大きさを自由に調
節し、記録紙に記されるドツト径をコントロール
することは出来なかつた。

本発明者は、鋭意努力の結果、同じパルス電圧
を電気−機械変換器に印加した場合であつても、
パルス電圧を印加したときのノズル内のインク液
の先端位置が、ドロツプレツトの大きさに関係し
ていることを突き止めたのである。

即ち、第１図ｂのように、ノズル１内のインク
液２の先端が、ノズル１の先まで満たされている
場合と、第１図ｃのように、ノズル１内のインク
液２の先端が、ノズル１の先からある距離ｌだけ
後退した位置にある場合とでは、同じパルス電圧
を電気−機械変換器に印加しても、ノズル１から
放出されるドロツプレツトの大きさは異なるので
ある。

ドロツプレツトの大きさを縦軸にとり、ノズル
の先と、インク液の先端位置との間の距離ｌを横
軸にとると、同じ印加パルス電圧でも、ドロツプ
レツトの大きさは、第２図に示すように変化す
る。

３ 発明の目的 そこで、本発明者は、ノズルから放出するドロ
ツプレツトを形成する主パルス電圧を加える前
に、ノズル内のインク液の先端位置を制御するこ
ととすれば、ドロツプレツトの大きさを自由に変
化させることができ、記録紙に記されるドツトの
径をコントロールすることができると考え、本発
明をするに到つた。

４ 発明の構成 本発明は、主パルス電圧によつて加圧手段（特
にピエゾクリスタルからなる圧電体）を駆動する
ことにより、ノズルが設けられた液体収容室に圧
力を加え、前記ノズルから液滴を放出するように
構成された液体放出装置において、前記主パルス
電圧が印加される前に、この主パルス電圧と同極
性でありかつ前記ノズル内の液の先端位置を決め
るための付加パルス電圧を、前記加圧手段に印加
する付加パルス電圧印加手段を有することを特徴
とする液体放出装置に係る。

５ 実施例 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。

インク液に圧力を加える電気−機械変換器は、
圧電体のピエゾクリスタルを使用している。

第３図は、ピエゾクリスタル（例えば第１図ａ
の７）にパルス電圧を加え、ノズルからドロツプ
レツトを放出させるための入力波形ａと駆動波形
ｂの従来例を示す。

駆動回路から第３図ａに示すようなパルス電圧
がピエゾクリスタルに印加されると、ピエゾクリ
スタルの両極板間の電圧は、コンデンサの充放電
特性と同様の第３図ａに示すような波形となる。
ピエゾクリスタルは、電圧が印加されると歪み、
この歪みによりインク液に圧力が加わり、ノズル
からドロツプレツトが放出され、このドロツプレ
ツトにより記録紙にドツトが記される。

次に、第４図に本発明の実施例による入力波形
ａと駆動波形ｂを示す。

ノズル内の先端インク液の位置を変動させるた
めの付加パルス電圧Ｓを主パルス電圧Ｍに先行し
てピエゾクリスタルに印加する。ピエゾクリスタ
ルは、付加パルス電圧Ｓにより歪み、インク液に
圧力を加える。この圧力は付加パルス電圧がピエ
ゾクリスタルに印加されている時間が短時間のた
め、インク液を幾分外方へ押しやるが次に引き戻
されて減衰振動を開始するだけであり、ドロツプ
レツトがノズルから放出されることはない。イン
ク液が振動すると、この振動がノズル内のインク
液にもつたわりノズル内のインク液の先端はノズ
ル内で往復運動を繰り返す。インク液がノズル内
で往復運動を繰り返している間の適切な時点で、
ドロツプレツトを形成する主パルスＭがピエゾク
リスタルに印加されれば、第２図に示すように、
先端インク液の位置に対応した大きさのドロツプ
レツトがノズルから放出される。

前記した作用を実現するための電気回路を第５
図に示す。

この回路では、入力端子Ｔに、第４図ａに示す
ような付加パルス電圧の信号が加わると、入力端
子Ｔは、フリツプフロツプ（FF）３の入力端子、
及びアンド回路４，５の入力端子の一方に接続さ
れているから、FF３のＱ出力は“Ｈ”となり、
この出力がアンド回路４の他方の入力端子に入力
され、アンド回路４の出力は“Ｈ”となる。アン
ド回路４の出力が“Ｈ”となるとトランジスタ
Tr₁がオンとなり、トランジスタTr₁のコレクタ
に加えられている電圧V₁が可変抵抗６を介して
ピエゾクリスタル７に加わる。ピエゾクリスタル
７にこの電圧が加わると、インク液は振動し、ノ
ズル内のインク液の先端はノズル内で往復運動を
繰り返す。付加パルス信号Ｓが零となると、FF
の出力Ｑは“Ｌ”となる。そして上記と逆にトラ
ンジスタTr₁はオフとなり、ピエゾクリスタル７
に加わる電圧も零となる。

つぎに、入力端子Ｔに、第４図ａに示すような
主パルス電圧信号Ｍが加わると、FF３の出力
が“Ｈ”となり、これがアンド回路５の入力端子
に加わり、アンド回路５の出力が“Ｈ”となる。
この“Ｈ”出力が、トランジスタTr₂のベースに
加わると、トランジスタTr₂はオンとなり、コレ
クタに加えられているV₂が可変抵抗６を介して
ピエゾクリスタル７に加えられる。この主パルス
電圧Ｍの印加時間は、付加パルス電圧Ｓと比較し
長いから、ピエゾクリスタル７も大きく変形し、
ドロツプレツトがノズルから放出される。そして
この時のドロツプレツトの大きさは、付加パルス
電圧によりノズル内で往復運動を繰り返している
インク液の先端位置により決定される。

上記したように構成されたインクジエツト記録
装置のノズル構造において、ドロツプレツトの大
きさをコントロールするための手段について説明
する。

ドロツプレツトの大きさをコントロールするた
めには、付加パルス電圧及び／又はそのパルス
幅、付加パルス電圧印加後に主パルス電圧を印加
するまでの時間を変化させることが考えられる。

まず、付加パルス電圧及びそのパルス幅を変化
させることにより、ドロツプレツトの大きさをコ
ントロールすることについて説明する。

付加パルス電圧は、インク液を振動させ、ノズ
ル内のインク液をノズル内で往復させるために、
ピエゾクリスタル７に印加される電圧であり、付
加パルス電圧の高低及びそのパルス幅の違いによ
り、インク液の挙動は変化し、インク液がノズル
内で１回の往復運動を繰り返すに必要とする時間
は変化する。従つて、付加パルス電圧から主パル
ス電圧を印加するまでの時間間隔を一定にして
も、振動数の違いにより、ノズル内のインク液の
先端位置は異なるから、付加パルス電圧の高低及
びそのパルス幅を変化させることにより、ドロツ
プレツトの大きさをコントロールすることができ
るのである。

つぎに、付加パルス電圧から主パルス電圧を印
加するまでの時間間隔を調整することにより、ド
ロツプレツトの大きさをコントロールすることに
ついて説明する。

付加パルス電圧がピエゾクリスタル７に印加さ
れることにより、インク液は振動し、ノズル内の
インク液はノズル内で往復運動を繰り返す。付加
パルス電圧が印加されてからの時間の違いによ
り、ノズル内のインク液の先端位置は異なるか
ら、付加パルス電圧と主パルス電圧を印加する時
間の間隔を調整することにより、ノズルから放出
されるドロツプレツトの大きさをコントロールす
ることが出来る。

なお、上記付加パルスの印加時間は500μsec以
下、付加パルスから主パルスまでの時間は
500μsecのときに良好な結果が得られた。

第６図に、前記したドロツプレツトの大きさを
コントロールするためのシステム図を示す。

付加パルス電圧のパルス幅を設定するために設
けられたタイマー１に入力があると、パルス幅が
調整された出力が、タイマー２の入力端子に加わ
る。タイマー２は、付加パルス電圧から主パルス
電圧を印加するまでの時間間隔を調整するために
設けられたタイマーである。タイマー２は、タイ
マー１から入力があつてから設定時間経過後、主
パルス電圧のパルス幅を調整するために設けられ
たタイマー３に出力を出す。タイマー３は、タイ
マー２からの出力が入力されると、設定された時
間、即ち、主パルスの幅のパルス信号を出力とし
て出す。

第７図は、上記システム図からのパルス信号に
より、ピエゾクリスタルを駆動させるための電気
回路図である。

第７図の入力端子Ａは、第６図のタイマー１の
出力端子に接続され、タイマー１により付加パル
ス電圧のパルス幅が調整されたパルス信号が入力
端子Ａに加わると、トランジスタTr₃、Tr₄がオ
ンとなり、V₁の電圧が可変抵抗６を介してピエ
ゾクリスタル７に印加され、ノズル内の先端イン
ク液がノズル内で往復運動を開始する。

そして、入力端子Ｂには、タイマー３から付加
パルス電圧印加後に主パルス電圧を印加するまで
の時間間隔及び主パルス電圧の幅が調整された主
パルス信号が入力される。主パルス信号が入力端
子Ｂに加わると、トランジスタTr₅，Tr₆はオン
となり、V₂の電圧が可変抵抗６を介してピエゾ
クリスタル７に加わる。ここでノズルからは、ノ
ズル内のインク液の先端位置により決定されるド
ロツプレツトが放出されることとなる。

タイマー１により付加パルス電圧のパルス幅
が、V₁を変化させることにより付加パルス電圧
が調整でき、そして、タイマー２により主パルス
電圧を印加するタイミング、タイマー３により主
パルス電圧の印加時間の調整をすることができ
る。この中で１つ、又は組み合わせて調整するこ
とにより、ノズルから放出されるドロツプレツト
の大きさをコントロールすることができることと
なつた。

第８図に、前記タイマー１，２，３及びV₁を
調整することによりピエゾクリスタル７に加わる
付加パルス電圧と主パルス電圧の波形図を示す。

６ 発明の効果 従来技術によれば、ノズルから放出されるドロ
ツプレツトの大きさを、ある程度変化させること
は出来たが、所望の大きさにコントロールするこ
とは出来なかつた。このため高密度による高解像
度の記録を記すことが出来ず、画像を記録すると
きに必要な濃淡を表現するときでも、記録紙の単
位面積当りのドツト数を変化することしかできな
かつた。

そして、カラー記録をする場合、記録紙の同じ
場所に色の違うインク液で重ね打ちをする必要が
あるが、従来技術では重ね打ちをした場合、その
ドツト径は他のドツト径と比較し大きく記され、
クツキリとしたカラー記録を記すことが出来なか
つたのである。

しかし、本発明によれば、主パルスに先行して
同極性の付加パルスを加えているのでノズルから
放出されるドロツプレツトの大きさを自由にコン
トロールすることができる。

従つて、高密度による高解像度の記録を得るに
は、ノズルから放出されるドロツプレツトの大き
さを小さくし、数多くのドツトを記録紙に記すこ
ととすれば良く、記録の濃淡も記録紙の単位面積
当りのドツトを変化させるだけではなく、ドツト
径の大小の変化により中間調を表わすことができ
る。従つて中間調の記録が従来技術と比較し、明
瞭に行なえる。

また、カラー記録をする時に必要な重ね打ちを
しても、重ね打ちをするときのドロツプレツトの
大きさを小さくすることにより、記録紙に記され
るドツト径を他のドツト径とほぼ同一の径とする
ことができる。従つて、明確なカラー記録をする
ことが可能となつた。

更に、同じドロツプレツトの大きさであつて
も、記録紙の紙質により、記されるドツト径が異
なる場合が生じる。しかし、従来技術では、ドロ
ツプレツトの大きさをコントロールすることがで
きなかつたので、種々の紙質の記録紙に応じてド
ツト径を同じにすることはできない。

本発明によれば、ドロツプレツトの大きさをコ
ントロールすることができるので、記録紙の紙質
が変わつても、常に同一径のドツトを記すことが
可能となつた。

そして、ドロツプレツトが記録紙に当たること
により記されるドツト径が大きくなりすぎるよう
な性質を有するインク液は、従来では使用するこ
とができなかつたが、本発明によれば、ドロツプ
レツトを小さくすることができるので、使用でき
るインク液の範囲が広くなつたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａはインク放出装置の断面図、第１図
ｂ，ｃはノズル内のインク液先端位置を比較して
示す断面図、第２図は先端インク液の位置の違い
によるドロツプレツトの大きさの変化を表わした
図、第３図ａ，ｂは従来例による入力波形と駆動
波形を表わした図、第４図ａ，ｂは本発明の実施
例による付加パルス電圧を加えたときの入力波形
と駆動波形を表わした図、第５図は本発明の実施
例による電気回路図、第６図は本発明の実施例に
よるシステム図、第７図は本発明の他の実施例に
よる電気回路図、第８図ａ，ｂ，ｃ，ｄはピエゾ
クリスタルに加わる信号の波形図である。 なお、図面に用いられている符号において、１
……ノズル、２……インク液、３……フリツプフ
ロツプ、４，５……アンド回路、６……可変抵
抗、７……ピエゾクリスタル、Tr₁，Tr₂，Tr₃，
Tr₄，Tr₅，Tr₆……トランジスタ、Ｓ……付加パ
ルス電圧、Ｍ……主パルス電圧である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主パルス電圧によつて加圧手段を駆動するこ
   とにより、ノズルが設けられた液体収容室に圧力
   を加え、前記ノズルから液滴を放出するように構
   成された液体放出装置において、前記主パルス電
   圧が印加される前に、この主パルス電圧と同極性
   でありかつ前記ノズル内の液の先端位置を決める
   ための付加パルス電圧を、前記加圧手段に印加す
   る印加パルス電圧印加手段を有することを特徴と
   する液体放出装置。 ２ 前記付加パルス電圧の高さ及び／又はパルス
   幅を調整する付加パルス電圧調整手段を有する、
   特許請求の範囲の第１項に記載された液体放出装
   置。 ３ 前記付加パルス電圧の印加終了から前記主パ
   ルス電圧を印加するまでの時間を調整するための
   主パルス電圧印加時期調整手段を有する、特許請
   求の範囲の第１項又は第２項に記載された液体放
   出装置。