JPH0948139A

JPH0948139A - プリンタ装置

Info

Publication number: JPH0948139A
Application number: JP20011995A
Authority: JP
Inventors: Toru Naganuma; 徹長沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】定量動作後に定量ノズル外にしみ出たインク
を速やかにノズル内に引き込み、次の動作に入るまでの
時間を短縮して、印字速度を向上させる。【解決手段】濃度データに基づいて定量したインク７
と、希釈液２１とを混合し、その混合液を吐出すること
によって記録を行うプリンタ装置において、インク定量
後に定量側圧力室１１を負圧とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクと希釈液を
混合した混合液を記録紙等に飛翔させて印字を行うプリ
ンタ装置に関し、特に定量動作の改良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、いわゆるオンデマンド型インクジ
ェットプリンタは、記録信号に応じてインク液滴をノズ
ルより吐出して紙やフィルム等の記録媒体に記録するプ
リンタであり、小型化、低コスト化が可能なため近年急
速に普及しつつある。

【０００３】一方、近年、特にオフィスにおいてデスク
トップパブリッシングと呼ばれるコンピュータを用いた
文書作成が盛んに行われるようになってきている。ま
た、最近では、文字や図形だけではなく写真等のカラー
の自然画像を文字や図形とともに出力するという要求が
増加してきている。このように高品位な自然画像をプリ
ントするには中間調の再現が重要である。

【０００４】このオンデマンド型のインクジェットプリ
ンタにおいて、中間調を再現するには、例えば２液混合
濃度変調法なるものが提案されている。かかる方法は、
希釈液である透明溶媒とインクのうち一方の液体、例え
ばインクを所望の諧調に合わせて定量し、この定量した
インクを他方の液体である透明溶媒と混合し、その混合
液体を一定量として吐出し記録するものである。

【０００５】例えば、２液混合型のプリンタ装置として
は、インクが導入されるインク用の液室と、この液室に
連通する定量ノズルと、希釈液が導入される希釈液用の
液室と、この液室に連通する吐出ノズルとを独立して備
え、各液室に対応して設けられた圧電素子であるピエゾ
素子への電圧印加により、定量ノズルよりしみ出させた
インクを吐出ノズルの外部において希釈液と混合させ、
その混合液体を記録媒体に向けて吐出させるようにした
構成とされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ピエゾ素子の制御方法では、定量側の液室に対応して設
けられるピエゾ素子の定量動作が終了してから、定量ノ
ズル外にしみ出したインクが定量ノズル内に引き込まれ
るまでにある程度の時間を要するため、この時間が経過
してからでないと、次の動作に入れないという欠点があ
った。

【０００７】もし、この時間が経過する前に、次の動作
に入ると定量ノズルの外に残ったインクに、次に定量さ
れたインクが加えられるため、混合液体の濃度が上昇し
てしまい、正しい諧調表現ができなくなる。その結果、
プリンタの印字速度に制限が生じる。

【０００８】そこで本発明は、かかる従来の有する課題
を解決すべく提案されたものであり、定量動作後に定量
ノズル外にしみ出たインクを速やかにノズル内に引き込
み、次の動作に入るまでの時間を短縮して、印字速度を
上げることのできるプリンタ装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプリンタ装
置は、定量側の液室にインクまたは希釈液を導入すると
共に、吐出側の液室に希釈液またはインクを導入し、定
量したインクまたは希釈液を、ノズル外で希釈液または
インクと混合させて、その混合液体を記録媒体に向かっ
て吐出するようにした２液混合型のプリンタ装置であ
る。

【００１０】このプリンタ装置においては、定量動作後
に定量ノズル外にしみ出たインクを速やかにノズル内に
引き込み、次の動作に入るまでの時間を短縮して、印字
速度を上げるために、インク定量後または希釈液定量後
に、インク側圧力室または希釈液側圧力室を負圧とす
る。この場合、インク定量または希釈液定量は、圧電素
子によりインク側圧力室または希釈液側圧力室に加える
圧力を変化させることにより行う。

【００１１】インク定量後または希釈液定量後に、イン
ク側圧力室または希釈液側圧力室を負圧とすると、定量
ノズル外にしみ出したインクまたは希釈液に対してノズ
ル内に引き込む力が生じ、短時間のうちにノズル外のイ
ンクがノズル内に引き込まれる。このため、次の動作に
入るまでの時間が短縮される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１３】図１には、プリンタ装置のプリントヘッド
部分を示す。このプリントヘッドは、主としてインク及
び希釈液を混合吐出させ、２つの圧力室を有するキャビ
ティユニットである圧力室ユニット１と、上記２つの圧
力室に対応する第１のピエゾユニット２及び第２のピエ
ゾユニット３からなる。

【００１４】上記圧力室ユニット１は、上述のようにイ
ンク及び希釈液を混合吐出させるものであり、図２に拡
大して示すように内部に例えば希釈液の吐出口とされる
第１のノズル４と、これに連通される第１の導入口５
と、例えばインクの吐出口となる第２のノズル６と、こ
れに連通される第２の導入口７とが略中央に形成される
板状のオリフィスプレート８と、図１に示すように圧力
室側壁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅが隔壁となって形
成されて、例えば希釈液の流路となる第１の圧力室１０
と、例えばインクの流路となる第２の圧力室１１と、振
動板１２により構成される。

【００１５】そして、このオリフィスプレート８におい
ては、図２に拡大して示すように、第１及び第２のノズ
ル４，６の一端が印字面となる一主面８ａに臨み、上記
第１及び第２のノズル４，６に連通する第１及び第２の
導入口５，７の一端が、上記一主面８ａに対向する面８
ｂに臨むようになされている。従って、第１の導入口５
と第１のノズル４は、全体としてオリフィスプレート８
を貫通し、第２の導入口７と第２のノズル６も全体とし
てオリフィスプレート８を貫通することとなる。また、
上記第１及び第２のノズル４，６は、図２中θで示すこ
れらの開口方向間の角度が４５°をなすように形成され
ている。

【００１６】さらに、このオリフィスプレート８におい
ては、図１中に示すように、第１及び第２のノズル４，
６、第１及び第２の導入口５，７を挟むように、例えば
希釈液溜まりとなる断面略コ字状の第１の供給室１３
と、例えばインク溜まりとなる断面略コ字状の第２の供
給室１４とが、その開口部が印字面となる一主面８ａに
対向する面８ｂに臨むようにして形成されている。

【００１７】このとき、上記オリフィスプレート８の一
主面８ｂ側に隔壁として圧力室側壁９ａ，９ｂ，９ｃ，
９ｄが積層形成され、上記圧力室側壁９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄの形成されていない部分により第１の供給室１
３の開口部と第１の導入口５の開口部をつなぎ、流路と
なる第１の圧力室１０が形成されるとともに、第２の供
給室１４の開口部と第２の導入口７の開口部をつなぎ、
流路となる第２の圧力室１１が形成されている。そし
て、上記圧力室側壁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ上に振動板
１２が積層形成され、上記第１及び第２の圧力室１０，
１１が密閉されている。

【００１８】また、上記第１のピエゾユニット２は、圧
電材と導電材とを交互に積層した板状の第１の積層ピエ
ゾ素子１５と、上記第１の積層ピエゾ素子１５の一方の
端部を固定する第１の支持体１６と、上記第１の積層ピ
エゾ素子１５の固定された第１の支持体１６を圧力室ユ
ニット１に対して固定する第１のホルダー１７とにより
構成される。一方の第２のピエゾユニット３においても
同様であり、第２の積層ピエゾ素子１８が第２の支持体
１９にその一端が固定され、これらは第２のホルダー２
０により圧力室ユニット１に対して固定されている。

【００１９】上記第１及び第２の積層ピエゾ素子１５，
１８としては、圧電材と導電材を第１及び第２の圧力室
１０，１１の長手方向に直交する方向として積層したも
の、或いは長手方向に平行な方向に積層したもののどち
らを使用しても良い。積層ピエゾ素子は、電圧を加えら
れるとその積層方向に伸びる特性を有している。このた
め、前者の積層ピエゾ素子は、電圧の印加により第１及
び第２の圧力室１０，１１の長手方向に伸びる一方で、
これと直交する図１中上方向には縮むこととなる。した
がって、この積層ピエゾ素子は、圧力室に圧力を付与し
ないようになる。このようなピエゾ素子を、以下ｄ₃₁モ
ードと称する。一方、後者の積層ピエゾ素子は、電圧を
加えると第１及び第２の圧力室１０，１１の長手方向と
直交する方向に伸び、圧力室に圧力を付与するようにな
る。このようなピエゾ素子を、以下ｄ₃₃モードと称す
る。

【００２０】そして、第１の積層ピエゾ素子１５は、振
動板１２を介して第１の圧力室１０に対向するように配
されており、第２の積層ピエゾ素子１８も振動板１２を
介して第２の圧力室１４に対向するように配されてい
る。

【００２１】従って、このような構成のプリントヘッド
においては、例えば希釈液が、図示しない希釈液タンク
から図示しない供給パイプや供給溝を通って第１の供給
室１３に供給され、ここから図２に示すように第１の圧
力室１０を通って第１の導入口５に連通する第１のノズ
ル４に充填され、該希釈液２１により第１のノズル４の
先端部に第１のメニスカスＤ₁ が形成される。

【００２２】一方のインクにおいても同様であり、図示
しないインクタンクから図示しない供給パイプや供給溝
を通って第２の供給室１４に供給され、ここから図２に
示すように第２の圧力室１１を通って第２の導入口７に
連通する第２のノズル６に充填され、該インク２２によ
り第２のノズル６の先端部に第２のメニスカスＤ₂ が形
成される。

【００２３】このように構成された液体噴射記録装置に
より印刷を行う場合、例えば第１及び第２の積層ピエゾ
素子１５，１８として、いわゆるｄ₃₃モードの積層ピエ
ゾ素子を使用している場合の駆動電圧の印加タイミング
を図３に示す。

【００２４】すなわち、図３（ａ）に示すように、印刷
前の待機時、図中（Ａ）で示す時点において、予め第１
の積層ピエゾ素子１５に例えば１０［Ｖ］を印加してお
く。そして、印刷時には、ヘッドドライブ，ヘッド送り
制御，ドラム回転制御からの信号に基づいて、先ず第１
のノズル４への希釈液２１の引き込みを行うべく、図中
（Ｂ）で示す時点で第１の積層ピエゾ素子１５の印加電
圧を０［Ｖ］にする。これにより、第１の積層ピエゾ素
子１５は縮小し第１の圧力室１０の体積が増加し内圧が
負圧となり、希釈液２１は第１のノズル４内に引き込ま
れる。

【００２５】そしてこれと同時、または少し遅れて図３
（ｂ）に示すように、第２のノズル６からインク７を押
し出してしみ出させるべく、図中（Ｃ）で示す時点で第
２の積層ピエゾ素子１８に駆動電圧、例えば１０［Ｖ］
を１５０［μｓｅｃ］与え、第２の積層ピエゾ素子１８
を長手方向に伸長させ、振動板１２を介して第２の圧力
室１１に加圧し、第２のノズル６に内圧を加える。

【００２６】すると、インク２２が第２のノズル６の外
から第１のノズル４の開口付近までしみ出し定量が行わ
れる。その後、第２のノズル６内にインク２２を引き込
むべく、図中（Ｄ）で示す時点で第２のピエゾ素子１８
の駆動電圧を０［Ｖ］に下げると、オリフィスプレート
８の一主面８ａ上に残ったインクは、第２のノズル６に
引き込まれ、第２のメニスカスＤ₂ を形成する。

【００２７】なお、図３（ｂ）中Ｔで示し、図中（Ｃ）
で示す時点と図中（Ｄ）で示す時点間で示されるインク
定量パルス幅は可変である。

【００２８】さらにこの状態で、第１のノズル４に再充
填されている希釈液２１を吐出するべく、図３（ａ）中
に示すように、再充填の状態の図中（Ｅ）で示す時点か
ら図中（Ｆ）で示す時点で第１の積層ピエゾ素子１５に
駆動電圧として、例えば２０［Ｖ］を１００［μｓｅ
ｃ］加え、振動板１２を介して第１の圧力室１０に加圧
し、第１のノズル４に内圧を加える。

【００２９】その結果、図中（Ｇ）で示す時点では上記
第１のノズル４内の内圧によって希釈液２１が押し出さ
れ、前述の定量されたインク２２は上記希釈液２１と一
体となって所定濃度の液滴として吐出され、これが前述
のプリント紙に被着して印刷が行われる。

【００３０】この後、第１のノズル４に希釈液２１を引
き込むべく、図中（Ｈ）で示す時点で第１の積層ピエゾ
素子１５の電圧を１０［Ｖ］に下げると、第１の積層ピ
エゾ素子１５の縮小により第１の圧力室１０および第１
のノズル４の内圧は負圧となり、これにより希釈液２１
は、第１のノズル４内に引き込まれる。この後、第１の
圧力室１０及び第１のノズル４の内圧はやがて元に戻
り、図中（Ｉ）及び（Ｊ）で示す時点においては、希釈
液２１は毛細管現象により第１のノズル４に再充填さ
れ、第１のメニスカスＤ₁ を形成する。そして、図３
（ａ），（ｂ）に示されるように、上記動作を繰り返す
ことで印刷がなされる。

【００３１】第１及び第２の積層ピエゾ素子１５，１８
として、いわゆるｄ₃₁モードの積層ピエゾ素子を使用し
た場合の駆動電圧の印加タイミングを図４に示す。この
ｄ₃₁モードの積層ピエゾ素子は、電圧の印加により第１
及び第２の圧力室１０，１１の長手方向に直交する方向
に縮むことから、前述のいわゆるｄ₃₃モードの積層ピエ
ゾ素子を使用した場合と正反対の挙動を示す。このた
め、駆動電圧の印加タイミングは、ｄ₃₃モードの積層ピ
エゾ素子を使用した場合の駆動電圧の印加タイミングを
示す図３を反転させた図となる。

【００３２】なお、オリフィスプレート８、圧力室側壁
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ、および振動板１２に
は、ポリサルホン等の樹脂、ドライフィルムレジスト、
およびニッケル等の金属板をそれぞれ用いることができ
る。また、オリフィスプレート８は、上記のような樹脂
を射出成形して形成すれば良く、第１及び第２のノズル
４，６は、エキシマレーザ加工等により形成すれば良
い。

【００３３】ところで、図３（ｂ）に示すような制御を
行っていたのでは、第２の積層ピエゾ素子１８の定量動
作が終了してから、第２のノズル６の外（オリフィスプ
レート８の一主面８ａ）にしみ出したインク２２がノズ
ル内に引き込まれるまでにある程度の時間を要し、この
時間が経過してからでないと次の動作に入れない。そこ
で、定量動作後に第２のノズル６外にしみ出たインク２
２を速やかにノズル内に引き込み、次の動作に入るまで
の時間を短縮して印字速度を上げるために、インク定量
後に、インク２２が導入される第２の圧力室１１を負圧
とする。

【００３４】すなわち、図５（ａ）に示すように、第２
の積層ピエゾ素子１８に予め３Ｖのバイアス電圧を与
え、これにより第２の圧力室１１を少し変形させてお
き、これを初期状態とする。インク定量時は、画像デー
タに応じて図示せぬドライブ回路から３Ｖを越える電圧
（この例では１０Ｖ）が第２の積層ピエゾ素子１８に加
えられる。その結果、押し出されたインク２２は、第１
の積層ピエゾ素子１５によって吐出された希釈液２１と
混合されて飛翔する。

【００３５】インク定量後は、第２の積層ピエゾ素子１
８に与えられる電圧が一旦零にされる。この結果、第２
の圧力室１１は、初期状態よりも容積が増加するため、
第２のノズル６の先端には負圧が生じ、該第２のノズル
６の外に残ったインク２２は速やかに、かかる第２のノ
ズル６内に引き込まれる。その後、第２の積層ピエゾ素
子１８には、バイアス電圧の３Ｖが再び加えられ、第２
の圧力室１１は初期状態に戻される。

【００３６】以上の動作を繰り返すことによって印字を
行うと、一回のインク定量のサイクルを短くすることが
できるため、全体として印字速度を早めることができ
る。なお、図５（ｂ）には、ｄ₃₁モードの積層ピエゾ素
子を使用した場合の駆動電圧の印加タイミングを示す。
また、インク２２の定量は、上記のように時間によって
行ってもよいが、図５（ｃ）に示すように、電圧によっ
ても構わない。

【００３７】このプリントヘッドの駆動回路は、図６に
示すように構成され、デジタル中間調データが他ブロッ
クより供給され、シリアルパラレル変換回路２３により
各インク定量部（第２のピエゾ素子１８）制御回路２４
および吐出制御回路２５に送られる。シリアルパラレル
変換回路２３より与えられたデジタル中間調データが所
定のしきい値以下の場合は、インク定量および吐出は行
わない。印字タイミングになると、他ブロックから印字
トリガが出力され、タイミング制御回路２６がそれを検
出し、所定のタイミングでインク定量部コントロール信
号と吐出コントロール信号をそれぞれインク定量部制御
回路２４および吐出制御回路２５に出力する。それぞれ
の信号は、上述したタイミングで出力される。これにし
たがって、インク定量部（第２のピエゾ素子１８）２６
および吐出部（第１のピエゾ素子１５）２７に所定電圧
が印加される。

【００３８】なお、この例は、いずれもキャリアジェッ
ト式のプリントヘッドの例としたが、希釈液２１を定量
側とし、インク２２を吐出側として、これらの混合液を
記録紙等に向かって吐出するようにした、いわゆるイン
クジェット式のプリントヘッドに適応しても同様の効果
が得られる。

【００３９】次に、上述したプリントヘッドを実際に搭
載したプリンタ装置について説明する。

【００４０】液体噴射記録装置は、例えば図７に示すよ
うなシリアル型のプリンタ装置に搭載される。被印刷物
としてのプリント紙２８は、ドラム軸方向に平行に設け
られた紙圧着ローラ２９により、ドラム３０に圧着保持
されている。そのドラム３０の外周近傍には、送りネジ
３１がドラム軸方向に平行に設けられている。そして、
この送りネジ３１には、プリントヘッド３２が保持され
ている。かかるプリントヘッド３２は、送りネジ３１の
回転によってドラム３０の軸方向に移動するようになさ
れている。

【００４１】一方、ドラム３０は、プーリ３３、ベルト
３４、プーリ３５を介してモータ３６により回転駆動さ
れる。さらに、送りネジ３１及びモータ３６の回転とプ
リントヘッド３２の駆動は、駆動制御部３７により印画
データ及び制御信号３８に基づいて駆動制御される。

【００４２】上記の構成においては、プリントヘッド３
２が移動して１行分の印字を行うと、ドラム３０を１行
分だけ回転させて次の印字を行う。プリントヘッド３２
が移動し印画する場合は、一方向の場合と往復方向の場
合とがある。

【００４３】図８は、ライン型の構成例である。この場
合は、図７に示すシリアル型のプリントヘッド３２及び
送りネジ３１の代わりに多数のヘッドがライン状に配置
されたラインヘッド３９が軸方向に固定して設けられて
いる。この構成では、ラインヘッド３９で１行分の印字
が同時に行われ、印字が完了するとドラム３０を１行分
だけ回転させて次の行の印字を行う。この場合、全ライ
ンを一括して印字したり、複数ブロックに分割したり、
１行おきに交互に印字する方法も考えられる。

【００４４】図９には、印字及び制御系のブロック図を
示す。印字データなどの信号４０は、信号処理制御回路
４１に入力され、この信号処理制御回路４１において印
字順番に揃えられて、ドライバ４２を介してヘッド４３
に送られる。印字順番は、ヘッド４３や印字部の構成で
異なり、また印字データの入力順番との関係もあり、必
要に応じてラインバッファメモリや１画面メモリなどの
メモリ４４に一旦記録してから取り出す。ヘッド４３に
は、諧調信号や吐出信号を入力する。

【００４５】なお、マルチヘッドでノズル数が非常に多
い場合には、ヘッド４３にＩＣを搭載して、当該ヘッド
４３に接続する配線数を減らすようにする。また、信号
処理制御回路４１には、補正回路４５が接続されてお
り、γ補正、カラーの場合の色補正、各ヘッドのばらつ
き補正などを行う。

【００４６】補正回路４５には、予め決められた補正デ
ータをＲＯＭマップ形式で格納しておき、外部条件、例
えばノズル番号、温度、入力信号などに応じて取り出す
ようにするのが一般的である。信号処理制御回路４１
は、ＣＰＵやＤＳＰ構成としてソフトウエアで処理する
ことが一般的であり、処理された信号は各種制御部４６
に送られる。

【００４７】各種制御部４６では、ドラム３０及び送り
ネジ３１を回転駆動するモータの駆動、同期、ヘッド３
２，３９のクリーニング、プリント紙２８の供給、排出
などの制御を行う。また、信号には、印字データ以外の
操作部信号や外部制御信号が含まれることは言うまでも
ない。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明からも明かなように、本発明
のプリンタ装置によれば、インク定量後または希釈液定
量後に、インク側圧力室または希釈液側圧力室を負圧と
しているため、定量後にノズル外に残ったインクまたは
希釈液を負圧によって速やかにノズル内に引き込むこと
ができ、次の動作に入るまでの時間を大幅に短縮するこ
とができる。したがって、印字速度を高速化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリントヘッドの全体構成を示す断面図であ
る。

【図２】プリントヘッドの圧力室ユニット部分の断面図
である。

【図３】駆動電圧の印加タイミングの一例を示すチャー
トである。

【図４】駆動電圧の印加タイミングの他の例を示すチャ
ートである。

【図５】定量後に定量側圧力室を負圧としたときの駆動
電圧の印加タイミングを示すチャートである。

【図６】プリントヘッドの駆動回路図である。

【図７】シリアル型プリンタ装置の概略構成図である。

【図８】ライン型プリンタ装置の概略構成図である。

【図９】制御系のブロック図である。

【符号の説明】

４第１のノズル６第２のノズル８オリフィスプレート１２振動板１５第１の積層ピエゾ素子１８第２の積層ピエゾ素子２１希釈液２２インク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】濃度データに基づいて定量したインク
と、希釈液とを混合し、その混合液を吐出するプリンタ
装置であって、インク定量後に、インク側圧力室を負圧とすることを特
徴とするプリンタ装置。
【請求項２】インク定量は、圧電素子によりインク側
圧力室に加える圧力を変化させることにより行うことを
特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。
【請求項３】濃度データに基づいて定量した希釈液
と、インクとを混合し、その混合液を吐出するプリンタ
装置であって、希釈液定量後に、希釈液側圧力室を負圧とすることを特
徴とするプリンタ装置。
【請求項４】希釈液定量は、圧電素子により希釈液側
圧力室に加える圧力を変化させることにより行うことを
特徴とする請求項３記載のプリンタ装置。