JPH04250045A - ドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット・プリンタ - Google Patents

ドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット・プリンタ

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JPH04250045A
JPH04250045A JP3011420A JP1142091A JPH04250045A JP H04250045 A JPH04250045 A JP H04250045A JP 3011420 A JP3011420 A JP 3011420A JP 1142091 A JP1142091 A JP 1142091A JP H04250045 A JPH04250045 A JP H04250045A
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JP
Japan
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drop
pulse
jet printer
drive signal
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JP3011420A
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English (en)
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Roi Jiyoi
ロイ ジョイ
Shii Shiyooningu Suuzan
スーザン　シー　ショーニング
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Sony Tektronix Corp
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、選択された種々の大き
さのインク滴を噴射することにより所望の濃淡画像をプ
リント可能なドロップ・オン・デマンド型インク・ジェ
ット・プリンタの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来技術】インク・ジェット・プリンタ、特にインク
滴を形成する音響（ａｃｏｕｓｔｉｃ）駆動装置を備え
るドロップ・オン・デマンド型のものは周知である。こ
の型のインク・ジェット・プリンタの原理は、インク室
内に圧力波を発生させ、インク室からノズル孔を介して
インク滴を射出させるものである。この形式のインク・
ジェット・プリント・ヘッドには種々の音響駆動装置が
採用されている。例えば、薄い隔壁上に圧電素子を設け
た圧力変換器を用いたものもある。印加電圧に応じて、
圧電素子（隔壁）が変形し、インク室内のインクを変位
させて圧力波を発生させ、２以上のノズルへのインク流
が作られる。このような圧電駆動素子は、例えば円形、
多角形、円筒形又は円筒輪形のような種々の適切な形状
のものが用いられている。更に、圧電駆動素子の動作モ
ードも屈曲モード、せん断モード、縦モード等の種々の
モードで駆動し得る。圧力波を発生させる他の形式の音
響駆動装置としては、ヒータ・バブル駆動装置（所謂バ
ブル・インク・ジェット又はサーマル・インク・ジェッ
ト）や電磁ソレノイド駆動装置等がある。一般にインク
・ジェット・プリント・ヘッドにおいては、各ノズルが
対応する音響駆動装置で駆動される複数のノズルを高密
度に配置して小型の装置を構成出来ることが望ましい。
【０００３】また、異なる体積のインク滴を選択的に用
いてプリント出来たら有益であることが従来から認識さ
れていた。このような装置を用いれば例えば、インク滴
の体積は、高分解能のプリントを効果的に行うのに最適
な大きさに選択し得る。また、比較的大きなインク滴の
みを使用することにより、図面プリント・モードの品質
を選択することが出来る。更に、色飽和度、色相及び輝
度を含むカラー濃淡表現を行うハーフトーン画像を生成
する装置等にも好適である。
【０００４】リー等による米国特許第４５１３２９９号
明細書には、インク滴の寸法を調整する１つの方法が開
示されている。この方法では、電気機械的な変換器をイ
ンク室に接合し、固定遅延時間だけ各々分離された複数
の同極性の電気駆動信号によって変換器を駆動する。こ
の固定遅延時間は、ドロップ・オン・デマンド方式でイ
ンク滴を生成する時間より短い。各電気駆動信号毎に１
個の点を形成する所定の大きさのインク滴が射出される
。インク滴の形成及び射出間の電気駆動信号の数を増加
すると、インク滴の体積が増加する。この特許明細書で
は、種々の大きさのインク滴が一定の速度で記録媒体に
達すると説明されている。更に、この明細書には、プリ
ント動作中にプリント・ヘッドが一定速度で移動するの
で、インク滴の速度にばらつきがあると記録媒体上にお
ける所望の位置からプリントされる点の位置がずれてプ
リント品質を劣化させる原因になるということが記載さ
れている。しかし、インク滴形成及び射出エネルギが総
て変換器に供給された駆動パルスから得られるので、イ
ンク滴の寸法や個々のインク滴の速度にはばらつきが生
じ、記録媒体までのインク滴の飛行時間にもある程度の
ばらつきが生じる。更に、数多くの連続パルスにより大
きなインク滴を生成する際にはそのインク・ジェットの
容量はインク滴の射出速度の最大値を制限する。ミズノ
等の米国特許第４４９１８５１号の明細書では、連続す
る駆動パルスを用いて種々の寸法のインク滴を生成する
別の方法が記載されている。
【０００５】ツズキによる米国特許第４５６１０２５号
明細書には、種々の寸法のインク滴によりハーフトーン
画像を印刷する別の方法が記載されている。各インク滴
の直径は、各駆動パルスのエネルギを制御することによ
り調整出来る。即ち、駆動パルスの振幅又はパルス幅等
を可変にすれば良い。
【０００６】ムラカミ等による米国特許第４５６３６８
９号明細書では、ハーフトーン印刷の為の他の方法を開
示している。この方法では、電気機械滴変換器に主パル
スに先立って前パルスを印加する。この前パルスは、ノ
ズル内のインクを振動させる為に圧電変換器に印加され
る電圧パルスである。この前パルスによってノズル内の
インク・メニスカス（インクの境界面）の位置を制御す
ることによりインク滴の大きさを調整する。この特許の
第４図及び第８図に示されているように、前パルスと主
パルスは同極性である。この特許の第９図及び第１１図
には互いに逆極性の前パルス及び主パルスが記載されて
いる。また、前パルスの電圧振幅及びパルス幅の何れか
又は両方を変化させたり、更に前パルスと主パルスとの
時間差を調整することによりインク滴の大きさを選択し
得ることも記載されている。
【０００７】ツズキ等の米国特許第４４０３２２３号に
は、ノズルからインク滴を噴射させる為に圧電変換器に
駆動パルスを印加するドロップ・オン・デマンド型のイ
ンク・ジェット・プリンタが記載されている。この駆動
パルスのエネルギを制御することによりインク滴の大き
さを制御し、ハーフトーン・プリントを行っている。ノ
ズルから射出されたインク滴は、充電電極間を通過し、
この電極に印加された電圧により荷電される。この電極
に印加される電圧は、駆動パルスのエネルギの関数であ
る。この特許の第１０図の実施例では、荷電されたイン
ク滴が行路に垂直な電界を発生する偏向板の間を通過し
てインク滴が偏向される。この特許の第１図の実施例で
は、１対のプレート４０と１対のプレート６０の間を荷
電インク滴が通過し、偏向板はこれらプレート４０及び
６０の間に配置されている。これらプレート４０及び６
０はインク滴の行路の方向の電界を発生してインク滴を
加速する。このツヅキ等の特許は、駆動パルスのばらつ
きに伴って偏向板の電圧が変化するので、比較的複雑な
駆動回路を必要とする。更に、偏向電圧を用いることに
より装置の複雑さは増加してしまう。
【０００８】上述のような従来技術があっても尚、複雑
な電界スイッチング又は遅延回路を必要とすることなく
、簡単な構成でハーフトーン又はグレイ・スケール等の
濃淡プリントを行える改良されたインク・ジェット・プ
リンタの実現が望まれていた。
【０００９】従って、本発明の目的は、濃淡画像のプリ
ントが効果的に行える信頼性の高いインク・ジェット・
プリンタを提供することである。
【００１０】本発明の別の目的は、インク滴の大きさを
選択的に調整可能なインク・ジェット・プリンタを提供
することである。
【００１１】
【課題を解決する為の手段及び作用】本発明のドロップ
・オン・デマンド型インク・ジェット・プリンタは、イ
ンク源に接続されたインク室、及びこのインク室に通じ
、インク滴を射出するインク滴射出孔を有する。更に、
音響駆動手段がインク室内のインクに圧力波を与え、イ
ンク出口及び射出孔を介してインク滴を噴射させる。こ
の音響駆動手段は、信号源からの駆動信号に応じてイン
ク室内のインクに圧力波を与える。駆動信号は選択的に
調整され、射出されるインク滴の体積が調整される。本
発明によれば、インク・ジェット・プリンタの音響駆動
手段に供給される駆動信号は、互いに逆極性の再充填パ
ルス成分及び射出パルス成分並びにこれら２つの成分間
を分離している待ち時間成分を含んでいる。インク滴の
体積を調整するには、待ち時間成分の長さを調整したり
、射出パルス成分のパルス幅又は振幅を調整したり、再
充填パルス成分のパルス幅に対する射出パルス成分のパ
ルス幅の比率を調整したり、再充填パルス成分の振幅に
対する射出パルス成分の振幅の比率を調整したり、これ
らの調整を組み合わせたりする。本発明によるインク・
ジェット・プリンタにおいて複数の双極性パルスを用い
てインク滴を形成し、インク滴の体積の調整を行う。個
々のインク滴を形成する用いられるパルスの数を制御す
ることによりインク滴の体積を制御する。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明のインク・ジェット・プリン
ト・ヘッドの一実施例の部分的断面図を含む簡略図であ
る。このドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット
・プリント・ヘッド１０は、インク源１４に接続された
インク室１２を有する。インク室１２はインク出口１６
に通じている。このインク出口１６は射出孔１８を有し
、この射出孔１８をからインク滴形成過程中にインク滴
が射出される。この射出孔１８から離れた記録媒体１９
へ向かう第１方向にインク滴は飛行する。代表的なイン
ク・ジェット・プリント・ヘッドは、複数のインク室を
有し、これらインク室の各々は１つ又はそれ以上の出口
及び射出孔に接続されている。図１では、第２、第３及
び第４の射出孔２０、２２及び２４がプレート２５上に
形成されている。
【００１３】音響駆動機構３０は、インク内に圧力波を
発生させ、インク滴を射出孔から射出させる為に用いら
れる。図示された音響駆動機構３０は、圧電素子３２と
それに結合された薄い隔壁３４を含む。この隔壁３４は
、インク室１２の一方の側面を塞いでいる。駆動機構３
０は、信号源３６からの駆動信号に応じて変位し、イン
ク内に圧力波を発生させる。
【００１４】本発明は、インク滴の生成に圧電駆動機構
を用いた場合に特に効果的であることに留意されたい。 このタイプの駆動機構を用いたインク・ジェット・プリ
ント・ヘッドの好適実施例は、１９８９年１１月１日に
出願されたジョイ・ロイ及びジョン・ムーアによる米国
特許出願第４３０２１３号（特願平２−２９７０１４号
に対応）の明細書に記載されている。しかし、本発明は
他の形式のインク・ジェット・プリント・ヘッド及び音
響駆動機構にも適用可能である。例えば、他の形状の圧
電駆動機構（円形、多角形、円筒形又は円筒輪形等）は
勿論、電磁ソレノイド駆動機構等でも良い。更に、圧電
駆動機構の変位モードは、屈曲モード、せん断モード、
縦モード等種々のモードを用いることが出来る。
【００１５】以上のような効果の外に、本発明の主要な
効果は、ドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット
・プリント・ヘッドでハーフトーン又はグレイ・スケー
ルによる濃淡プリントを効果的に行える点にある。この
グレイ・スケール・プリントという言葉は、インク滴体
積変調と同義語である。
【００１６】一般に、個々のインク滴に含まれるインク
の体積は、インク・ジェット・ヘッドの射出孔の直径及
び音響駆動機構を駆動する信号波形によって制御される
。即ち、駆動信号の波形を調整することにより生成され
るインク滴の体積を増加させたり減少させたりすること
が出来る。
【００１７】図２は、本発明に従ってグレイ・スケール
・プリントを行う際に好適な駆動信号の一例を示す波形
図である。この特定の駆動信号は、双極性パルス６０で
あり、再充填パルス成分６２及び射出パルス成分６４を
含んでいる。これらパルス成分６２及び６４は、逆極性
の電圧パルスである。これらパルス成分６２及び６４は
、待ち時間Ｘだけ離れている。これらパルス成分６２及
び６４は、圧電駆動機構３０の極性によっては逆極性で
あっても良い。動作を説明すると、再充填パルス成分６
２に応じて、インク室１２は、拡張してインクを内部に
引き込み、インク滴の射出後にインクをインク室内に再
充填する。この再充填パルス成分６２の終端で駆動信号
の電圧が０に向かって下降するにつれて、インク室１２
は縮小し始め、インク・メニスカスを出口１６から射出
孔１８へと送り出す。射出パルス成分６４が印加される
と、インク室１２は、急激に縮小し、インク滴を射出す
る。このインク滴生成方法では、充填パルス成分６２の
パルス幅は、再充填パルスによってインク・メニスカス
が引き込まれ、射出孔１８付近の元の位置に戻るのに必
要な時間よりも短い。この再充填パルス成分６２のパル
ス幅は、インク・メニスカスの固有周波数又は共振周波
数の周期の半分より短い。更に、この再充填パルス成分
のパルス幅は、インク・メニスカスの固有周波数の周期
の約５分の１より短いことが望ましい。インク・ジェッ
トのインク出口内のインク・メニスカスの固有周波数は
、インクの特性及びインク出口の大きさから既知の方法
で容易に計算することが出来る。待ち時間Ｘが延びるに
つれて、射出パルス成分６４が印加される時のインク・
メニスカスの位置は射出孔１８に近づいている。もっと
体積の小さいインク滴を噴射するには、インク・メニス
カスが出口１６から前方に移動中で射出孔１８に到達す
る前に射出パルス成分６４が印加されるように待ち時間
Ｘを短く調整する。反対に、体積の大きいインク滴を射
出するには、射出パルス成分６４が印加される前にイン
クが射出孔１８に達するように十分待ち時間を長くする
。このように待ち時間を長くすると、出口から射出まで
十分にインクで満たされる。所定のインク滴の体積を得
るための所望の待ち時間の長さ及び射出パルス成分６４
のパルス幅は、使用するインク・ジェット・ヘッドの特
性によって決まり、インク・ジェット・ヘッドの性能を
測定することにより求めることが出来る。一般に、待ち
時間Ｘ及び射出パルス成分のパルス幅は、インク・メニ
スカスの固有周波数（共振周波数）の２分の１より短い
。インク・メニスカスの共振周波数の代表的な値は、５
０マイクロ秒から１６０マイクロ秒の範囲で、使用され
るインク及びインク・ジェット・ヘッドの構造によって
決まる。更に、射出パルス成分６４のパルス幅を長くす
るか又は射出パルス成分の振幅を増加することによりイ
ンク滴の体積を増加させることが出来る。
【００１８】実施例として、上述の米国特許第４３０２
１３号に開示されたタイプのインク・ジェット・プリン
ト・ヘッドが４ＫＨｚのインク滴生成率で動作したと仮
定する。この場合、図２の駆動信号波形を調整すること
により、種々の体積のインク滴を個々に形成することが
出来る。マイラー記録媒体上にホット・メルト・インク
でプリントし、インクが溶融定着前の状態の場合、プリ
ントされた点の大きさは、約２．２〜３．９ミル（１ミ
ルは１０００分の１インチ）程度である。このホット・
メルト・インクの点が記録媒体上に加圧され溶融定着さ
れると、点の大きさのばらつきは、約２．６〜５．５ミ
ル程度となる。プリントした点の大きさを最も小さくす
る為には、例えば待ち時間Ｘを９ミクロ秒に設定し、射
出パルス成分６４のパルス幅Ｙを３マイクロ秒に設定す
ると良い。次のレベルの大きさの点をプリントするには
、例えばＸを１１マイクロ秒にＹを５マイクロ秒に夫々
設定する。更に大きな点をプリントするには、例えばＸ
を１１マイクロ秒にＹを９マイクロ秒に設定する。もっ
と大きな第４のレベルの大きさの点を得るには、Ｘを１
２マイクロ秒にＹを１１マイクロ秒に夫々設定する。 また、第５レベルの点をプリントするには、Ｘを１２マ
イクロ秒にＹを１５マイクロ秒に夫々設定する。最後に
、最大の点をプリントするには、例えばＸを１２マイク
ロ秒にＹを２０マイクロ秒に夫々設定する。これら各場
合において、再充填パルス成分６２の振幅及びパルス幅
は、例えば夫々４０ボルト及び５マイクロ秒である。 また、射出パルス成分６４の振幅も例えば４０ボルトで
ある。これら双極性駆動パルスの成分値を調整すること
により、インク滴の体積及びプリントされる点の大きさ
を調整することが出来る。同様に、射出パルス成分６４
の振幅を調整することにより、又は待ち時間Ｘ及び射出
パルス成分のパルス幅Ｙを組み合わせて調整することに
より、インク滴の体積を調整することが出来る。射出パ
ルス成分６４の振幅が増加するにつれて、再充填パルス
成分６２に対する射出パルス成分の割合が増加してイン
ク滴の体積も大きくなる。同様に、射出パルス成分６４
のパルス幅が増加するにつれて、再充填パルス成分６２
のパルス幅に対する射出パルス成分のパルス幅の割合が
増加してインク滴の体積が大きくなる。
【００１９】更に、図２に示したような双極性の多数の
パルスを用いて個々のインク滴を生成するようにしても
良い。一般に、インク滴の生成の為に用いるこのような
双極性のパルスの数を増加することにより、インク滴の
体積は増加する。各双極性パルスの影響によりインク滴
の体積が各々追加され、射出孔から射出される前のイン
ク滴の体積が大きくなる。このようにして形成されたイ
ンク滴を個々に分離するには、双極性パルス間の期間を
長くする。或いは、所望の数の双極性パルスを用いて所
望の大きさのインク滴を生成した後にもっとエネルギの
高いパルスを印加してインク滴を切り離すようにしても
良い。
【００２０】一例として、一連のこのようなパルスの中
の代表的な双極性パルスは、再充填パルス成分、待ち時
間及び射出パルス成分を含み、約２０〜４０マイクロ秒
の周期を有している。更に、個々の双極性パルス間の代
表的な遅延時間は、３０〜１００マイクロ秒程度である
。図１に示したタイプのインク・ジェット・プリント・
ヘッドにおいて、個々のパルス間の遅延時間が１００マ
イクロ秒を超えた場合には、インク滴の生成は停止する
。双極性パルスの周期を２０マイクロ秒と仮定すると、
双極性パルス間の代表的な間隔は、約４０マイクロ秒で
ある。この場合、双極性パルス間の時間間隔が個々の双
極性パルスの周期の約２倍になっている。双極性パルス
間の時間間隔が約１００マイクロ秒より短いか、又はイ
ンク滴の生成停止が起こらない時間間隔の時には、別々
のインク滴を発生せず、一連の双極性パルスにより個々
のインク滴の体積が加算される。
【００２１】個々のインク滴を生成するのに２つ以上の
双極性パルスを組み合わせると、インク・ジェット・プ
リンタの最高インク滴生成率を低下させてしまう。しか
し、インク滴生成率を高速に維持することは可能である
。例えば、上述の例で３つの双極性パルスを組み合わせ
て最大のインク滴を生成する場合を仮定すると、インク
滴生成率を８Ｈｚまで維持することが出来る。
【００２２】最後に、本発明は、種々のインクを用いた
インク・ジェット・プリンタにも適用出来ることに留意
されたい。上述のように室温では固体で相転移するイン
クは勿論室温で液体のインクでも使用可能である。相転
移インクの好適な一例は、１９８８年８月３日に出願さ
れた米国特許出願第２２７８４６号（特願平１−１９３
７８８号に対応）の明細書に記載されている。しかし、
繰り返すが、本発明の応用はこのインクに限定されるも
のでないこと勿論である。
【００２３】以上本発明の好適実施例について説明した
が、本発明はここに説明した実施例のみに限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応
じて種々の変形及び変更を実施し得ることは当業者には
明らかである。
【００２４】
【発明の効果】本発明のインク・ジェット・プリンタは
、圧電素子の如き音響駆動手段に供給する駆動信号とし
て、互いに逆極性の再充填パルス成分及び射出パルス成
分並びにこれら２つのパルス成分間の待ち期間成分を含
む信号を用い、駆動信号の成分を制御することにより、
インク滴の体積を調整することが出来るので、従来の構
成に僅かな変更を施すのみで容易に実施可能であり、極
めて簡単な構成で効果的に所望の大きさのインク滴を得
ることにより、ハーフトーン画像のような濃淡画像を容
易に作成することが出来る。更に、一連の複数の双極性
パルスを所望個数だけ使用して所望の大きさのインク滴
を生成出来るので、極めて容易な制御により任意の大き
さのインク滴を生成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のドロップ・オン・デマンド
型インク・ジェット・プリンタの簡単な構成を示す図で
ある。
【図２】本発明のドロップ・オン・デマンド型インク・
ジェット・プリンタに用いる駆動信号の一実施例を示す
波形図である。
【符号の説明】
１０　　インク・ジェット・プリント・ヘッド１２　　
インク室 １４　　インク供給源 １８　　射出孔 ３２　　音響駆動手段 ３６　　信号源 ６０　　駆動信号 ６２　　再充填パルス成分 ６４　　射出パルス成分 Ｘ　　　　待ち期間成分

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　インク室と、該インク室の隔壁に結合
    された音響駆動手段と、上記インク室に通じる射出孔と
    を有し、上記音響駆動手段から上記インク室内のインク
    に印加された圧力波に応じて上記射出孔からインク滴を
    噴射するドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット
    ・プリンタにおいて上記音響駆動手段に駆動信号を供給
    する駆動信号源を具え、上記駆動信号は、互いに逆極性
    の再充填パルス成分及び射出パルス成分並びにこれら２
    つのパルス成分間の待ち期間成分を含み、上記駆動信号
    の成分を制御することにより、上記インク滴の体積を調
    整することを特徴とするドロップ・オン・デマンド型イ
    ンク・ジェット・プリンタ。
  2. 【請求項２】　　インク室と、該インク室の隔壁に結合
    された音響駆動手段と、上記インク室に通じる射出孔と
    を有し、上記音響駆動手段から上記インク室内のインク
    に印加された圧力波に応じて上記射出孔からインク滴を
    噴射するドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット
    ・プリンタにおいて上記音響駆動手段に駆動信号を供給
    する駆動信号源を具え、上記駆動信号は、待ち期間だけ
    離れた複数の双極性パルスであって、該双極性パルスの
    数を調整することにより上記インク滴の体積を調整する
    ことを特徴とするドロップ・オン・デマンド型インク・
    ジェット・プリンタ。
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