JPH0330507B2

JPH0330507B2 -

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Publication number: JPH0330507B2
Application number: JP58018459A
Authority: JP
Priority date: 1983-02-05
Filing date: 1983-02-05
Publication date: 1991-04-30
Also published as: JPS59143653A

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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 1. Field of Industrial Application The present invention applies pressure to a liquid storage chamber provided with a nozzle by driving an electro-mechanical converter with a pulse voltage, thereby causing droplets to flow from the nozzle. The present invention relates to a liquid ejecting device, particularly an inkjet recording device, configured to emit liquid.

２従来技術まず、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。2. Prior Art First, the outline of a conventional inkjet recording device will be explained.

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。 When pressure is applied to a liquid storage chamber equipped with a nozzle so that its internal volume is reduced, the liquid inside the liquid storage chamber is compressed, and this energy causes the liquid to flow out from the nozzle installed in the liquid storage chamber as droplets. released. When the pressure applied to the liquid storage chamber is instantaneous, the compression of the liquid is also instantaneous, and the liquid discharged from the nozzle becomes droplets.

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、記録紙を縦方向に移
動させながらノズルを横方向に移動させるとすれ
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。 When an ink liquid is used as the liquid in the liquid storage chamber, a recording medium (recording paper) is provided in front of the nozzle, and the above operation is performed based on a recording signal (pulse voltage),
The droplet ejected from the nozzle hits the recording paper, and a dot of ink is written on the recording paper.
In this operation, for example, if the nozzle is moved in the horizontal direction while moving the recording paper in the vertical direction, it is possible to record ink dots in a predetermined pattern such as letters on the entire surface of the recording paper.

前記したような記録装置は、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。 Recording apparatuses such as those described above are already available on the market as on-demand inkjet recording apparatuses.

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２にインク液３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、非常に静かに記録を行える。
インク液に圧力を加える手段として、例えば電気
パルスをPZT等のピエゾクリスタルからなる圧
電体４に印加し、この圧電体の歪みを利用し行な
うこととすれば、記録に必要な駆動部分が少な
く、装置が小型に出来、かつ短時間に記録を記す
ことができる。 An on-demand inkjet recording device does not write dots on recording paper using the impact of a wire as in a wire dot printer, but instead
Ink liquid 3 is supplied to the liquid storage chamber 2 configured as shown above, and dots are formed when small droplets of liquid ejected from the nozzle 1 hit the recording paper, so that recording can be performed very quietly.
As a means of applying pressure to the ink liquid, for example, an electric pulse is applied to a piezoelectric body 4 made of a piezo crystal such as PZT, and if the distortion of this piezoelectric body is used, fewer driving parts are required for recording. The device can be made small and records can be written in a short time.

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でき
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、インク液自体の色
だけではなく、多色の記録を記すことが可能なの
である。 That is, compared to wire dot printers, on-demand inkjet recording devices can perform recording more quietly and quickly, and can be made smaller. Furthermore, by overlapping ink liquids of different colors at the same location on the recording paper, it is possible to record not only the color of the ink liquid itself but also multiple colors.

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
され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。 In an on-demand inkjet recording apparatus, in order to record high-density, high-resolution recording on a recording paper, it is necessary to reduce the diameter of the dots recorded on the recording paper. To this end, the size of the droplets ejected from the nozzle must be reduced.

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。そして濃度
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。例えば
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。 Furthermore, in order to record an image or the like on recording paper, it is necessary to change the density in multiple stages. To change the density in multiple stages, there is a method of changing the number of dots written on a certain area of recording paper. For example, to obtain a high-density record, increase the number of dots written on the recording paper, and to make a light record, reduce the number of dots. However, there are limits to expressing halftones using this method alone. To change the density in multiple stages, it is necessary to change the number of dots per unit area of the recording paper and to control the diameter of the dots written on the recording paper.

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。 In other words, in an on-demand inkjet recording device, in order to record on recording paper with high resolution due to high density and with multiple levels of density, the size of the droplets ejected from the nozzle can be adjusted as necessary from small to large. It is desirable to be able to freely control it.

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。 In order to reduce the size of the droplets emitted from the nozzle, it is possible to reduce the diameter of the nozzle opening, but if the diameter of the nozzle opening is made small, the nozzle is likely to become clogged, and
The friction of the ink liquid at the nozzle increases, making it difficult for the ink liquid to be ejected from the nozzle. There is naturally a limit to reducing the diameter of the nozzle opening due to the fluidity of the ink liquid passing through the nozzle. Although it is possible to reduce the size of the droplet to some extent by reducing the diameter of the nozzle opening, the size cannot be freely controlled.

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が記録紙に当た
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
分けるか、或いは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を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。 Another method is to use satellites, which are small droplets that are formed secondarily behind a droplet when ejected from a nozzle, in order to make a high-density record on a recording paper. The droplets and satellites ejected from the nozzle hit the recording paper at the same location without any manipulation. In order to change the size of the dots recorded on the recording paper, it is necessary to use droplets and satellites, or to record with small diameter dots, it is necessary to use only satellites. In this case, operations must be performed to prevent the droplets from reaching the recording paper. Therefore, means for charging and deflecting the droplets and a device for collecting unused droplets are required, which increases the size of the entire recording apparatus. Since satellites are formed as a secondary product when droplets are ejected from a nozzle, their size cannot be changed freely. Therefore, according to this device, although the diameter of the dots written on the recording paper varies depending on the difference between droplets and satellites, the size cannot be variably controlled.

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
あるインク液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。 Next, in order to freely change the size of the droplets and control the diameter of the dots marked on the recording paper, we changed the magnitude (high/low) of the pulse voltage applied to the electro-mechanical converter, and A device was devised to control the size of the droplets by controlling the amount of pressure applied to the ink liquid. If the pressure applied to the ink liquid is large,
It was thought that the droplets ejected from the nozzle would be larger, and if the applied pressure was lower, the droplets would be smaller.The idea was to control the size of the droplets by increasing or decreasing the pulse voltage.

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。液体放出装置を構成する液体収容
室、電気−機械変換器等は固有の振動周波数があ
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、前記した固有の振動
周波数と一致しない場合には、加えられる圧力に
より、能率良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
ることにより予定の振動が生じず、ノズルから放
出するドロツプレツトは不安定なものとなる。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
い。 However, with this device, the area in which the size of the droplets can be changed is narrow, and it has been found that it is difficult to form droplets of a certain size. The liquid storage chamber, electro-mechanical converter, etc. that make up the liquid ejection device have a unique vibration frequency, and the vibration frequency generated by the pulse voltage applied to the electro-mechanical converter matches the above-mentioned unique vibration frequency. Otherwise, the applied pressure will efficiently eject a droplet of a constant size from the nozzle, but if the vibration frequency generated by the pulsed voltage applied to the electro-mechanical converter is close to the resonant frequency, Due to the tension at the resonant frequency, the expected vibrations will not occur and the droplets emitted from the nozzle will be unstable. This is considered to be the reason why the range in which the droplet size can be changed becomes narrower. Therefore, by varying the pulse voltage applied to the electro-mechanical converter,
Even if the pressure applied to the liquid is changed, the size of the droplets ejected from the nozzle cannot be arbitrarily controlled, and the dots recorded on the recording paper cannot be freely adjusted from small to large.

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。 As described above, in the prior art, it was not possible to freely adjust the size of the droplets ejected from the nozzle and control the diameter of the dots written on the recording paper.

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。 As a result of extensive efforts, the present inventor has discovered that even when the same pulse voltage is applied to an electro-mechanical converter, the tip position of the ink liquid in the nozzle when the pulse voltage is applied is the same as the size of the droplet. I found out that it is related to.

即ち、第１図ｂのように、液体収容室２のノズ
ル１内のインク液３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３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。 That is, as shown in FIG. 1b, the tip of the ink liquid 3 in the nozzle 1 of the liquid storage chamber 2 is filled to the tip of the nozzle 1, and as shown in FIG. The case where the tip of the ink liquid 3 is at a position retreated by a certain distance l from the tip of the nozzle 1,
Even if the same pulse voltage is applied to the electro-mechanical converter, the droplets ejected from the nozzle 1 will have different sizes.

ドロツプレツトの大きさを縦軸とし、ノズル１
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
ことが判明した。 The size of the droplet is taken as the vertical axis, and nozzle 1
It has been found that when the horizontal axis is the distance l between the tip of the droplet and the tip of the ink liquid, the size of the droplet changes as shown in FIG. 2 even with the same applied pulse voltage.

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
ツプレツトを作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。3. Purpose of the Invention Therefore, the inventor of the present invention has discovered that if the position of the tip of the ink liquid in the nozzle is controlled before applying the main pulse voltage that creates the droplets ejected from the nozzle, the size of the droplets can be freely changed. The present invention was conceived based on the idea that the diameter of the dots written on the recording paper could be controlled.

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は反
対の極性であつて前記ノズル内の液の先端位置を
決める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と、前記付加パルス電圧
を調整するための付加パルス電圧調整手段とを有
することを特徴とする液体放出装置に係る。4. Structure of the Invention The present invention applies pressure to a liquid storage chamber provided with a nozzle by driving a pressurizing means (particularly a piezoelectric body made of a piezo crystal) with a main pulse voltage, thereby causing droplets to flow from the nozzle. In a liquid ejecting device configured to emit a liquid, before the main pulse voltage is applied, an additional pulse voltage having a polarity opposite to the main pulse voltage and determining the position of the tip of the liquid in the nozzle is applied. The present invention relates to a liquid discharge device characterized in that it has an additional pulse voltage applying means for applying to the pressure means, and an additional pulse voltage adjusting means for adjusting the additional pulse voltage.

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。5 Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

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。 The electro-mechanical converter that applies pressure to the ink liquid is
It uses a piezoelectric crystal.

第３図は、ピエゾクリスタル（例えば第１図ａ
の４）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。 Figure 3 shows a piezo crystal (e.g. Figure 1a)
A conventional example of an input waveform a and a drive waveform b for ejecting droplets from a nozzle by applying a pulse voltage to 4) is shown.

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ｂに示すような波形となり、
パルス電圧が印加されることによりピエゾクリス
タルは歪み、この歪みによりインク液に圧力が加
わる。インク液に圧力が加わると、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。 When a pulse voltage as shown in Figure 3a is applied from the drive circuit to the piezo crystal, the voltage between the two electrodes of the piezo crystal has a waveform as shown in Figure 3b, which is similar to the charging and discharging characteristics of a capacitor. ,
The piezo crystal is distorted by applying the pulse voltage, and this distortion applies pressure to the ink liquid. When pressure is applied to the ink liquid, a droplet is ejected from the nozzle, and the droplet marks a dot on the recording paper.

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。 Next, FIG. 4 shows an input waveform a and a driving waveform b according to an embodiment of the present invention.

ノズル内の先端インク液の位置を変動させるた
め、主パルス電圧Ｍとは反対の極性の付加パルス
電圧Ｓを主パルス電圧に先行してピエゾクリスタ
ルに印加する。 To vary the position of the tip ink within the nozzle, an additional pulse voltage S of opposite polarity to the main pulse voltage M is applied to the piezo crystal prior to the main pulse voltage.

付加パルス電圧Ｓは、主パルス電圧Ｍとは極性
が反対のため、前者の印加時だけピエゾクリスタ
ルの歪む方向が反対となる。主パルス電圧Ｍが印
加されることにより、インク液容器の体積が縮小
されるように圧電体が取付けられているときに
は、反対の極性の付加パルス電圧を印加すると、
この印加に対応した時間だけインク液容器の体積
を増大させる方向に圧電体が歪む。付加パルス電
圧を印加することにより、インク液容器の体積が
増大すれば、容器内の圧力は減少し、ノズル内の
インク液は、容器の中に吸い込まれる方向に力が
働く。そして圧電体に印加されていた付加パルス
電圧Ｓが停止すると、圧電体は歪がなくなり、元
の形に戻ろうとし、今度はインク液に圧力を加え
る。インク液にこの圧力が加わることにより、ノ
ズル内のインク液は、ノズルの先端の方に押し出
される。圧電体は、付加パルス電圧Ｓが零になる
と、元の形に戻り、そのまま停止するものではな
く、減衰振動しながら停止する。圧電体のこの振
動により、インク液の圧力は影響を受け、ノズル
内のインク液は、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
る主パルス電圧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。 Since the additional pulse voltage S has the opposite polarity to the main pulse voltage M, the direction in which the piezo crystal is distorted is opposite only when the former is applied. When the piezoelectric body is installed so that the volume of the ink liquid container is reduced by applying the main pulse voltage M, when an additional pulse voltage of the opposite polarity is applied,
The piezoelectric body is distorted in a direction that increases the volume of the ink liquid container for a time corresponding to this application. When the volume of the ink liquid container increases by applying an additional pulse voltage, the pressure inside the container decreases, and a force acts on the ink liquid in the nozzle in the direction of being sucked into the container. Then, when the additional pulse voltage S applied to the piezoelectric body stops, the piezoelectric body loses its distortion and tries to return to its original shape, which then applies pressure to the ink liquid. By applying this pressure to the ink liquid, the ink liquid within the nozzle is pushed toward the tip of the nozzle. When the additional pulse voltage S becomes zero, the piezoelectric body returns to its original shape and does not stop as it is, but stops while vibrating attenuated. This vibration of the piezoelectric body affects the pressure of the ink liquid, and the ink liquid within the nozzle repeats reciprocating motion within the nozzle. If the main pulse voltage M that forms the droplet is applied to the piezo crystal at an appropriate point during the ink liquid's reciprocating movement within the nozzle, the droplet will be at the position of the tip of the ink liquid, as shown in FIG. A correspondingly sized droplet is ejected from the nozzle.

なお、第４図において、付加パルス電圧は一点
鎖線で示すように主パルス電圧の直前に印加して
よく、この場合にはノズル内の液が後退するとす
ぐに主パルスが加わり、ドロツプレツトが放出さ
れることになる。 In FIG. 4, the additional pulse voltage may be applied just before the main pulse voltage as shown by the dashed line; in this case, the main pulse is applied as soon as the liquid in the nozzle retreats, and the droplets are ejected. That will happen.

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。 The fifth electric circuit for realizing the above-mentioned effect is
As shown in the figure.

第５図ａの回路はプツシユプル方式として構成
され、入力端子T₁に、第４図ａに示すような主
パルス電圧Ｍとは反対極性の補助パルス電圧信号
Ｓが加わると、トランジスタTr₂のベースにマイ
ナス電圧が加わり、トランジスタTr₂はオンとな
る。トランジスタTr₂がオンになると、ピエゾク
リスタル４の極性とは反対の極性の電圧V₂が可
変抵抗V_Rを介して、ピエゾクリスタル４に加わ
る。ピエゾクリスタル４に電圧V₂が加わること
によりピエゾクリスタル４は歪み、次に付加パル
ス信号が零となり、電圧V₂が零になると元の形
に戻ろうとする。このときの振動により、ノズル
内のインク液は、ノズル内で往復運動を繰り返
す。 The circuit of FIG. 5a is configured as a push-pull type, and when an auxiliary pulse voltage signal S having a polarity opposite to the main pulse voltage M as shown in FIG. _4a is applied to the input terminal T1, the base of the transistor _Tr2 A negative voltage is applied to , and transistor Tr ₂ is turned on. When the transistor Tr ₂ is turned on, a voltage V ₂ having a polarity opposite to that of the piezo crystal 4 is applied to the piezo crystal 4 via the variable resistor _VR . When voltage V ₂ is applied to piezo crystal 4, piezo crystal 4 is distorted, then the additional pulse signal becomes zero, and when voltage V ₂ becomes zero, it tries to return to its original shape. Due to the vibration at this time, the ink liquid within the nozzle repeats reciprocating motion within the nozzle.

つぎに、入力端子T₁に主パルス電圧信号が加
わると、トランジスタTr₁がオンとなり、電圧V₁
が可変抵抗V_Rを介してピエゾクリスタル４に印
加される。主パルス電圧Ｍの印加時間は、付加パ
ルス電圧Ｓのそれと比較し長いから、ピエゾクリ
スタル４も大きく変化し、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Ｓ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。 Next, when the main pulse voltage signal is applied to the input terminal T ₁ , the transistor Tr ₁ is turned on and the voltage V ₁
is applied to the piezo crystal 4 via the variable resistor _VR . Since the application time of the main pulse voltage M is longer than that of the additional pulse voltage S, the piezo crystal 4 also changes significantly and a droplet is ejected from the nozzle. The size of the droplet at this time is determined by the position of the tip of the ink liquid, which is repeatedly moved back and forth within the nozzle by the applied pulse voltage S.

第５図ｂに、前記した電気回路とは別の実施例
による電気回路を示す。 FIG. 5b shows an electric circuit according to another embodiment of the electric circuit described above.

第５図ａに示す電気回路では、入力端子T₁に
付加パルス信号と主パルス信号を加え、その極性
の違いにより付加パルス信号か主パルス信号かを
判別させていた。しかし、第５図ｂの電気回路で
は、付加パルス信号と主パルス信号の入力端子を
別とし、かつ付加パルス信号も主パルス信号と同
一極性で作用させ、ピエゾクリスタルの駆動をよ
り確実なものとしている。 In the electric circuit shown in FIG. 5a, an additional pulse signal and a main pulse signal are applied to the input terminal _T1 , and the difference in polarity is used to determine whether the signal is an additional pulse signal or a main pulse signal. However, in the electric circuit shown in Figure 5b, the input terminals for the additional pulse signal and the main pulse signal are separate, and the additional pulse signal is made to act with the same polarity as the main pulse signal, thereby making the drive of the piezo crystal more reliable. There is.

入力端子Ａに付加パルス信号（極性はプラス）
が加わると、インバータ６で反転したマイナス電
圧がトランジスタTr₅のベースに加わる。トラン
ジスタTr₅のベースがマイナスとなるとトランジ
スタTr₅がオンとなり、電流がトランジスタTr₅
抵抗R₃，R₄を流れる。このとき抵抗R₄に流れる
電流により抵抗R₄の両端には電圧が発生し、こ
の電圧がトランジスタTr₆のベース、エミツタ間
に加わり、トランジスタTr₆がオンとなる。トラ
ンジスタTr₆がオンになることにより、ピエゾク
リスタル４には、電圧V₄がピエゾクリスタル５
の極性とは反対の極性として印加される。これに
よりインク液が後退し、ノズル内を往復運動す
る。 Added pulse signal to input terminal A (polarity is positive)
When Tr 5 is applied, a negative voltage inverted by the inverter 6 is applied to the base of the transistor Tr ₅ . When the base of transistor Tr ₅ becomes negative, transistor Tr ₅ turns on and the current flows through transistor Tr ₅
Flows through resistors R ₃ and R ₄ . At this time, a voltage is generated across the resistor _R4 due to the current flowing through the resistor _R4 , and this voltage is applied between the base and emitter of the transistor _Tr6 , turning on the transistor _Tr6 . By turning on the transistor Tr ₆ , a voltage V ₄ is applied to the piezo crystal 5.
is applied with the opposite polarity to that of . This causes the ink liquid to retreat and reciprocate within the nozzle.

つぎに、入力端子Ｂに主パルス信号が加わる
と、トランジスタTr₄がオンとなり、電流が抵抗
R₁，R₂を介してトランジスタTr₄に流れ、抵抗
R₁の両端に発生する電圧により、トランジスタ
Tr₃がオンになる。トランジスタTr₃がオンにな
ると、電圧V₃が可変抵抗VRを介してピエゾクリ
スタルに印加され、ノズルからはドロツプレツト
が放出される。第５図ｂの回路は、入力Ａ，Ｂ共
にTTLレベルの信号で駆動可能であるから、コ
ンピユーターによるコントロールが容易である。 Next, when the main pulse signal is applied to input terminal B, transistor Tr ₄ turns on and the current flows through the resistance
Flows to transistor Tr ₄ via R ₁ and R ₂ , and resistor
The voltage developed across R ₁ causes the transistor to
Tr ₃ turns on. When the transistor Tr ₃ is turned on, a voltage V ₃ is applied to the piezo crystal via the variable resistor VR, and a droplet is ejected from the nozzle. The circuit shown in FIG. 5b can be easily controlled by a computer because both inputs A and B can be driven by TTL level signals.

上記したように構成されたインクジエツト記録
装置のノズル機構において、ドロツプレツトの大
きさを種々にコントロールするための手段につい
て説明する。 In the nozzle mechanism of the inkjet recording apparatus constructed as described above, means for variously controlling the size of the droplets will be explained.

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、付加パルス電圧と主パルス電圧を印加する時
間の間隔を変化させることが考えられる。 In order to control the size of the droplet, it is conceivable to change the additional pulse voltage and/or its pulse width, and the time interval between the application of the additional pulse voltage and the main pulse voltage.

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。 First, a description will be given of controlling the size of the droplet by changing the applied pulse voltage and its pulse width.

付加パルス電圧は、インク液を後退させ、或い
は振動させて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に印加する電圧
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
液の先端位置が変化したり、或いはインク液がノ
ズル内で１回の往復運動を繰り返すに必要な時間
は変化する。従つて、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一定にしても、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
できるのである。（第６図ａ，ｂ参照）。 The additional pulse voltage is a voltage applied to the piezo crystal in order to cause the ink liquid to retreat or vibrate to cause the ink liquid in the nozzle to reciprocate within the nozzle.Due to the difference in the height of the additional pulse voltage and its pulse width, The behavior of the ink liquid changes, the position of the tip of the ink liquid changes, or the time required for the ink liquid to repeat one reciprocating movement within the nozzle changes. Therefore, even if the time interval between the application of the additional pulse voltage and the main pulse voltage is fixed, the position of the tip of the ink liquid in the nozzle is different, so by adjusting the height of the additional pulse voltage and its pulse width, the droplet The size of the image can be controlled. (See Figures 6a and b).

例えば、付加パルス電圧は−１〜−150V、パ
ルス幅は500μsec以下とすれば、良好な結果が得
られる。 For example, good results can be obtained if the additional pulse voltage is -1 to -150V and the pulse width is 500 μsec or less.

つぎに、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、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。 Next, a description will be given of controlling the size of the droplet by adjusting the time interval between the application of the additional pulse voltage and the main pulse voltage.

付加パルス電圧がピエゾクリスタルに印加され
ることにより、インク液は後退し、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（第６図ｃ参照）。 By applying an additional pulse voltage to the piezo crystal, the ink liquid retreats, and the ink liquid within the nozzle repeats reciprocating motion within the nozzle. Due to the difference in time after the additional pulse voltage is applied,
Since the tip position of the ink liquid in the nozzle is different, the size of the droplet ejected from the nozzle can be controlled by adjusting the time interval between the application of the additional pulse voltage and the main pulse voltage (Figure 6). c).

第７図に、以上記載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。 FIG. 7 shows a system diagram for controlling the droplet size described above.

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、付加パルス電圧と主パルス電
圧との間の時間間隔（即ちインク放出時点）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。この信号を、第５図ｂに示す電
気回路の入力端子Ｂに入力し、そしてタイマー１
からの出力を入力端子Ａに接続すれば、付加パル
ス電圧のパルス幅、付加パルス電圧と主パルス電
圧との間の時間間隔、主パルス電圧のパルス幅が
夫々調整される。そして付加パルス電圧の高低
を、第５図ｂのV₄を変化させることにより決め
れば、所望の大きさのドロツプレツトがノズルか
ら放出されることとなる。 When a timer 1 provided for setting the pulse width of the additional pulse voltage receives an input, an output with an adjusted pulse width is applied to an input terminal of a timer 2. Timer 2 is a timer provided to adjust the time interval between the additional pulse voltage and the main pulse voltage (i.e., the time point at which the ink is ejected). The timer 2 outputs an output to the timer 3 provided for adjusting the pulse width of the main pulse voltage after a set time has elapsed since the input from the timer 1 was received. When the output from the timer 2 is input, the timer 3 outputs a pulse signal having a set time, that is, the width of the main pulse. This signal is input to input terminal B of the electric circuit shown in FIG. 5b, and timer 1
By connecting the output from the input terminal A to the input terminal A, the pulse width of the additional pulse voltage, the time interval between the additional pulse voltage and the main pulse voltage, and the pulse width of the main pulse voltage are adjusted. If the level of the additional pulse voltage is determined by varying _V4 in FIG. 5b, a droplet of a desired size will be ejected from the nozzle.

第８図に、マイクロプロセツサーを用いて、付
加パルス電圧、そのパルス幅、付加パルス電圧と
主パルス電圧との間の時間間隔、及び主パルス電
圧のパルス幅を制御する場合の実施例を示す。 FIG. 8 shows an example where a microprocessor is used to control the additional pulse voltage, its pulse width, the time interval between the additional pulse voltage and the main pulse voltage, and the pulse width of the main pulse voltage. show.

この実施例は、プログラムに基づき各個所に指
令を出す中央処理装置CPU（本実施例ではi8085を
使用）と、CPUの指令によりピエゾクリスタル
４に印加される電圧を制御する制御回路と、
CPUの指令に基づきパルス時間を制御するタイ
マー４（本実施例ではi8253を使用）、及びピエゾ
クリスタル４の駆動回路により構成されている。 This embodiment includes a central processing unit CPU (i8085 is used in this embodiment) which issues commands to various parts based on a program, a control circuit which controls the voltage applied to the piezo crystal 4 according to the CPU's commands,
It consists of a timer 4 (i8253 is used in this embodiment) that controls the pulse time based on instructions from the CPU, and a drive circuit for the piezo crystal 4.

まず、付加パルス電圧及び主パルス電圧の制御
について説明する。 First, control of the additional pulse voltage and the main pulse voltage will be explained.

CPUが各ラツチ１，２に対し、ピエゾクリス
タル４に印加する電圧を指示する。そして、その
印加する電圧のタイミングも、CPUから各ラツ
チ１，２のに入力される。従つて、各ラツチ
１，２は、何時、何Ｖの電圧をピエゾクリスタル
４に印加するかの信号を出力として出す。ラツチ
の出力は、デジタル信号であり、これをＤ／Ａ変
換器（DAC）によりアナログ信号に変換し、こ
の信号を増巾器（Amp）により増幅し、各トラ
ンジスタTr₇，Tr₈のコレクタに加える。 The CPU instructs each latch 1 and 2 the voltage to be applied to the piezo crystal 4. The timing of the applied voltage is also input to each latch 1 and 2 from the CPU. Therefore, each latch 1, 2 outputs a signal indicating when and how many volts should be applied to the piezo crystal 4. The output of the latch is a digital signal, which is converted to an analog signal by a D/A converter (DAC), amplified by an amplifier (Amp), and sent to the collectors of each transistor Tr ₇ and Tr ₈ . Add.

トランジスタTr₇は、付加パルス電圧をピエゾ
クリスタル４に印加させるか否かのオン・オフ制
御を行なわせるために設けられたものであり、こ
のトランジスタTr₇がオンになれば、コレクタに
加わつている電圧（即ちCPUの指令に基づき制
御された付加パルス電圧）が、可変抵抗V_Rを介
してピエゾクリスタル４に逆極性として印加され
る。 The transistor Tr ₇ is provided to perform on/off control of whether or not to apply an additional pulse voltage to the piezo crystal 4, and when the transistor Tr ₇ is turned on, the voltage applied to the collector is A voltage (that is, an additional pulse voltage controlled based on a command from the CPU) is applied to the piezo crystal 4 through a variable resistor V _R with opposite polarity.

一方、トランジスタTr₈は、主パルス電圧をピ
エゾクリスタル４に印加させるか否かのオン・オ
フ制御するために設けられたものであり、このト
ランジスタTr₈がオンになれば、CPUにより制御
された主パルス電圧がピエゾクリスタル４に可変
抵抗V_Rを介して正極性として印加される。以上
記載した動作により付加パルス電圧、及び主パル
ス電圧が制御される。 On the other hand, the transistor Tr ₈ is provided to control on/off whether or not to apply the main pulse voltage to the piezo crystal 4, and when the transistor Tr ₈ is turned on, the main pulse voltage is applied to the piezo crystal 4. A main pulse voltage is applied to the piezo crystal 4 through a variable resistor V _R with positive polarity. The additional pulse voltage and the main pulse voltage are controlled by the operations described above.

つぎに、付加パルス電圧のパルス幅、付加パル
ス印加後に主パルス電圧を印加するまでの時間の
制御について説明する。 Next, control of the pulse width of the additional pulse voltage and the time from application of the additional pulse until application of the main pulse voltage will be explained.

付加パルス電圧のパルス幅についての指令が、
CPUからタイマー４のゲート０に入力されると、
その指令に基づいたパルス幅の付加パルス電圧信
号がアウト０から出力され、これがバツフア回路
７を介してトランジスタTr₇のベースに印加さ
れ、トランジスタTr₇は、CPUの指令に基づいた
パルス幅の時間だけオンとなる。トランジスタ
Tr₇がオンになると、コレクタに加わつているラ
ツチ１により制御された電圧が、可変抵抗V_Rを
介してピエゾクリスタル４に逆極性に印加され
る。 The command for the pulse width of the additional pulse voltage is
When input from the CPU to gate 0 of timer 4,
An additional pulse voltage signal with a pulse width based on the command is output from OUT 0, and this is applied to the base of the transistor Tr ₇ via the buffer circuit ₇ . is turned on. transistor
When Tr ₇ is turned on, the voltage controlled by the latch 1 applied to the collector is applied to the piezo crystal 4 with opposite polarity via the variable resistor _VR .

付加パルス電圧印加後に主パルス電圧をピエゾ
クリスタル４に印加するまでの時間は次のように
制御される。タイマー４のアウト０端子は、ゲー
ト１端子に接続されており、付加パルス電圧信号
がアウト０から出力されると、付加パルス電圧と
主パルス電圧との間の時間が制御された信号が、
タイマー４のゲート２に入力される。するとタイ
マー４のアウト２から、付加パルス電圧信号が出
されてから所定の時間経過後、CPUによりパル
ス幅が制御された主パルス電圧信号が出力され、
この出力がバツフア回路８を介してトランジスタ
Tr₈のベースに加わり、トランジスタTr₈はオン
になる。トランジスタTr₈がオンになると、ラツ
チ２により制御されたコレクタ電圧が可変抵抗
V_Rを介してピエゾクリスタル４に正極性として
印加され、ノズルからドロツプレツトが放出され
ることとなる。 The time from when the additional pulse voltage is applied until when the main pulse voltage is applied to the piezo crystal 4 is controlled as follows. The OUT 0 terminal of the timer 4 is connected to the gate 1 terminal, and when the additional pulse voltage signal is output from OUT 0, the signal in which the time between the additional pulse voltage and the main pulse voltage is controlled is
It is input to gate 2 of timer 4. Then, after a predetermined period of time has elapsed since the output of the additional pulse voltage signal, a main pulse voltage signal whose pulse width is controlled by the CPU is output from Out 2 of the timer 4.
This output is passed through the buffer circuit 8 to the transistor
It joins the base of Tr ₈ , and transistor Tr ₈ is turned on. When transistor Tr ₈ turns on, the collector voltage controlled by latch 2 changes to the variable resistor.
A positive polarity is applied to the piezo crystal 4 via _VR , and a droplet is ejected from the nozzle.

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
はできたが、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。6. Effects of the Invention According to the prior art, although it was possible to change the size of the droplets ejected from the nozzle to some extent, it was not possible to control the droplets to a desired size. For this reason, high-density, high-resolution recording was not possible, and even when expressing the necessary shading when recording an image, it was only possible to change the number of dots per unit area of the recording paper.

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。 When performing color recording, it is necessary to overprint different colors of ink at the same location on the recording paper, but with conventional technology, when overlapping ink is applied, the diameter of the dot is larger than that of other dots. written down;
It was not possible to record clear color records.

しかし、本発明によれば、ノズルから放出され
るドロツプレツトの大きさを主パルス印加前の逆
極性の付加パルスによつて自由にコントロールす
ることができる。 However, according to the present invention, the size of droplets ejected from the nozzle can be freely controlled by applying an additional pulse of opposite polarity before applying the main pulse.

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を従来技術と比較し、明
瞭に行なえる。 Therefore, in order to obtain high-resolution recording due to high density, it is sufficient to reduce the size of the droplets emitted from the nozzle and write many dots on the recording paper, and the density of the recording also depends on the unit of the recording paper. It is possible to represent intermediate tones not only by changing the dots per area, but also by changing the size of the dot diameter. Therefore, it is possible to record halftones more clearly compared to the prior art.

また、カラー記録をするときに必要な重ね打ち
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。 In addition, even if you perform the overstrike required for color recording, by reducing the size of the droplet when overshooting, the diameter of the dot marked on the recording paper can be made almost the same as the diameter of other dots. It can be the diameter. Therefore, it has become possible to record clearly in color.

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。 Furthermore, even if the droplets are the same size, the diameter of the dots recorded may differ depending on the quality of the recording paper. However, in the prior art, it is not possible to control the size of the droplets, so it is not possible to make the dot diameters the same for various types of recording paper.

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。 According to the present invention, since the size of the droplets can be controlled, it has become possible to always write dots of the same diameter even if the quality of the recording paper changes.

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過ぎるよう
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。 Conventionally, it was not possible to use an ink liquid that has the property of making the diameter of the dot too large when the droplet hits the recording paper, but according to the present invention, it is possible to make the droplet smaller. As a result, the range of ink liquids that can be used has expanded.

[Brief explanation of the drawing]

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図はインク液先端位置の違いに
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ａ，ｂは本発明
の実施例による電気回路図、第６図ａ，ｂ，ｃは
本発明の実施例によるピエゾクリスタルに加わる
信号の波形図、第７図は本発明の実施例によるシ
ステム図、第８図はマイクロプロセツサーを使用
した本発明の実施例を表わした図である。なお、図面に用いられている符号において、１
……ノズル、２……液体収容室、３……インク
液、４……圧電体（ピエゾクリスタル）、６……
インバータ、７，８……バツフア回路、Ｓ……付
加パルス電圧、Ｍ……主パルス電圧、Tr₁，Tr₂，
Tr₃，Tr₄，Tr₅，Tr₆，Tr₇，Tr₈……トランジス
タ、R₁，R₂，R₃，R₄……抵抗、V_R……可変抵
抗、DAC……Ｄ／Ａ変換器、Amp……増幅器、
CPU……中央処理装置である。 Figure 1a is a cross-sectional view of the ink ejecting device, Figures 1b and c are cross-sectional views comparing the positions of the ink liquid tips in the nozzle, and Figure 2 shows the droplet size due to the difference in the ink liquid tip positions. Figures 3a and 3b are diagrams showing the input waveforms and drive waveforms according to the conventional example, and Figures 4a and 4b are the input waveforms when an additional pulse voltage is applied according to the embodiment of the present invention. Figures 5a and 5b are electrical circuit diagrams according to the embodiment of the present invention; Figures 6a, b, and c are waveform diagrams of signals applied to the piezo crystal according to the embodiment of the present invention; and Figure 7 is a diagram showing drive waveforms. This figure is a system diagram according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of the present invention using a microprocessor. In addition, in the symbols used in the drawings, 1
... Nozzle, 2 ... Liquid storage chamber, 3 ... Ink liquid, 4 ... Piezoelectric body (piezo crystal), 6 ...
Inverter, 7, 8... Buffer circuit, S... Additional pulse voltage, M... Main pulse voltage, Tr ₁ , Tr ₂ ,
Tr ₃ , Tr ₄ , Tr ₅ , Tr ₆ , Tr ₇ , Tr ₈ ... Transistor, R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ ... Resistor, V _R ... Variable resistor, DAC ... D/A conversion instrument, Amp...amplifier,
CPU...Central processing unit.

Claims

[Claims] 1. A liquid discharge device configured to apply pressure to a liquid storage chamber provided with a nozzle and discharge droplets from the nozzle by driving a pressurizing means with a main pulse voltage. In the apparatus, before the main pulse voltage is applied, an additional pulse voltage is applied to the pressurizing means, the additional pulse voltage having a polarity opposite to the main pulse voltage and determining the position of the tip of the liquid in the nozzle. A liquid ejecting device comprising: an applying means; and an additional pulse voltage adjusting means for adjusting the additional pulse voltage. 2. The liquid discharge device according to claim 1, wherein the additional pulse voltage adjusting means is a means for adjusting the height and/or pulse width of the additional pulse voltage. 3. The main pulse voltage application timing adjusting means for adjusting the time from the end of application of the additional pulse voltage until the application of the main pulse voltage is provided, as set forth in claim 1 or 2. Liquid ejection device.