JPH11138799A - インクジェット記録装置 - Google Patents
インクジェット記録装置Info
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- JPH11138799A JPH11138799A JP9302445A JP30244597A JPH11138799A JP H11138799 A JPH11138799 A JP H11138799A JP 9302445 A JP9302445 A JP 9302445A JP 30244597 A JP30244597 A JP 30244597A JP H11138799 A JPH11138799 A JP H11138799A
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Abstract
でき、かつそのインク液滴が高速で安定に飛翔し得るイ
ンクェット記録装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、インクノズル11のインクに
圧力波を作用させて所定の径及び飛翔速度を有するイン
ク液滴を吐出させる吐出手段14等と、吐出されたイン
ク液滴の飛翔速度をその径とは実質的に独立して制御す
る飛翔速度制御手段17等とを有するインクジェット記
録装置である。
Description
被記録物に形成するインクジェット記録装置に関するも
のである。
て、パソコンが普及し、それに伴ってプリンタの需要が
増大してきている。特に、インクジェットプリンタは、
低価格で高画質なカラープリントが可能なことから、急
速に市場が増大しつつある。
ェット記録ヘッドの構成は、種々存在するが、代表的な
ものに、図4に示す圧力波を発生させ液滴を吐出するオ
ンデマンド方式インクジェット記録ヘッドがある。
子、101はインク流入口、102は圧力室、103は
インク吐出口である。
00に電圧を印加すると、その伸縮振動が曲げ方向の振
動に変換され、圧力室102の体積を膨張・収縮させ
る。
内のインクが圧縮されるため液滴がノズル103より吐
出し、膨張時には圧力室102内のインクが負圧となる
が、ノズル103の出口ではインクの表面張力による保
持力が作用するためインク流入口101よりインクが補
給される。
成では、例えば一般には図5に示されたような信号波形
が採用される。
示されているが、電圧の上昇する部分Aで例えば圧力室
が膨張し、下降する部分Bで圧力室が圧縮されインク液
滴が吐出する。また、この三角波形は時間T毎に繰り返
され、1つの波形で1つのインク液滴が吐出される。
(iii)の3つの信号が印加された場合が示されてお
り、(i)は信号の振幅が大きく、従って振動の変位が
大きく圧力室の膨張・圧縮の程度が大きいが、(ii)、(i
ii)となるに従いその程度が小さくなっていく。
滴の吐出状態を具体的に示したものである。
号電圧が十分高く振動の変位量が大きいので、大きな液
滴が、速い速度で吐出する。
た信号(ii)、(iii)では変位量が小さくなって
くるため、吐出するインク液滴は小さくなるが、インク
液滴の飛翔力も弱くなり、吐出速度が低下してくる。特
に、信号(iii)のように非常に吐出速度が小さくな
ると、重力の影響をうけ対向する被記録物に到着できな
いほどに曲がって吐出してしまうことになる。
が振動しているとすると、信号の振幅が変位量に、波形
部Bの傾きがインクを圧縮する側に変位する速さに対応
することになる。
幅が異なっているが波形部Bの傾きは同じであり、すな
わち、圧力室を圧縮する速さは同じである。
室内のインクの流動する速さに相当するので、信号
(i)〜(iii)での圧力室内のインク流動速度は同
じであることが想定されるが、実際の液滴飛翔速度は、
振幅の小さな信号ほど小さな値となっている。この原因
は、振動によって液滴が吐出する際に、振動エネルギー
が、液滴の運動エネルギーと、液滴表面形成エネルギー
及び粘性損失エネルギーに変換されるためである。
振動エネルギーが液滴形成エネルギーと粘性損失エネル
ギーに変換された後、わずかな運動エネルギーしか残っ
ていないため、飛翔速度は低いことになる。
ゾ振動子の変位量を、縦軸に吐出されるインク液滴の径
及び飛翔速度をとったグラフである。
と、吐出するインク液滴径がしだいに小さくなってくる
が、液滴の飛翔速度も小さくなってきてくることが示さ
れている。このように、液滴の飛翔速度が小さいと、前
述のように重力の影響を受けて吐出方向が曲がったり、
空気の流れの影響を受けて吐出方向が安定しないという
現象が生じる。
は、液滴の大小は変位量を制御して可変とすることがで
きるが、液滴飛翔速度を十分大きくすることが困難であ
って、強いて飛翔速度を高速にしようとすると、変位量
以外の要素、例えば変位速度を速くして、液体の流動速
度を大きくするなどの工夫が必要である。
対応するが、傾斜部Bを変化させることは、信号波形が
相似形でなくなることを意味しており、それだけ駆動回
路が複雑になる。
剛性が十分に高ければ、傾斜部Bの変化でいくらでも、
液の流動速度を高くできるが、実際にはある程度の弾性
をもっていると考えられるので、機械的振動特性におい
て変位速度には上限があり、液滴飛翔速度にかかる液体
の流動速度を速くすることにも上限があり、実用上、振
動力のみで液滴径と液滴飛翔速度の両方を制御するのは
非常に難しい。
ンク液滴の大小を制御できれば、それによって画像の濃
淡を制御でき、階調性の高い画像を印写が可能となるの
で、インク液滴径が広い範囲で可変であるかどうかは、
プリンタの実現できる画質に大きく影響を与える。
ジェット記録装置では、小さな液滴径を形成しようとし
たとき、その液滴の飛翔速度を大きくできないため、実
用的な範囲では非常に狭い範囲でしか液滴径を可変でき
ないという課題を有してしまう。
ので、吐出するインク液滴の大小が広い範囲で可変で
き、かつそのインク液滴が高速で安定に飛翔し得るイン
クェット記録装置を提供することを目的とする。
に本発明は、インクノズルのインクに圧力波を作用させ
て所定の径及び飛翔速度を有するインク液滴を吐出させ
る吐出手段と、吐出されたインク液滴の飛翔速度をその
径とは実質的に独立して制御する飛翔速度制御手段とを
有するインクジェット記録装置である。
滴の大小が広い範囲で可変でき、かつそのインク液滴が
高速で安定に飛翔し得るインクェット記録装置を提供す
る。
供給源に連絡されたインクノズルと、前記インクノズル
のインクに圧力波を作用させて所定の径及び飛翔速度を
有するインク液滴を吐出させる吐出手段と、前記吐出手
段により吐出されたインク液滴の飛翔速度をその径とは
実質的に独立して制御する飛翔速度制御手段とを有する
インクジェット記録装置である。
(吐出量)を、飛翔速度制御手段で液滴の飛翔速度を、
機能分離して制御する。よって、吐出液滴径が小さな場
合にも、大きい場合と同様な液滴飛翔速度を与えること
ができるため、使用できるインク液滴径の可変範囲が広
がり、階調性の高い画像を印写できるようになり、高画
質な画像再現が可能となる。
速度制御手段は、吐出手段により吐出されたインク液滴
の被記録物までの平均飛翔速度を一定の値とするように
インク液滴を制御することが好適であり、換言すれば、
請求項3記載のように、飛翔速度制御手段は、吐出手段
により吐出されたインク液滴の被記録物までの飛翔時間
を一定の値とするようにインク液滴を制御するものであ
ってもよい。
は、少なくとも非吐出状態から吐出状態へ変化するとき
において、インクノズルのインクに圧力を印加しインク
メニスカスを吐出方向に凸状とすることが好適である。
つ容易に行い得る。また、請求項5記載のように、吐出
手段は、吐出状態においてインクノズルのインクメニス
カスに吐出方向に圧力を印加し、飛翔速度制御手段は、
吐出状態において、インクノズルのインクメニスカスに
吐出方向に引力を印加する構成が好適である。
つ容易に行い得る。
御手段は、飛翔するインク液滴に被記録物の方向に引力
を印加することが、液滴の飛翔速度を制御することの的
確性故に好適である。
は、ピエゾ圧電素子を有することが好適で、請求項8記
載のように、飛翔速度制御手段は、インクノズルと被記
録物間に作用する静電力を利用することが好適である。
滴の飛翔速度とを、確実に機能分離して制御し得る。
ンクノズルと被記録物のインクの吐出方向と略直交する
方向の相対移動速度をVp、前記インクノズルから前記
被記録物までの距離をL、インク液滴の飛翔速度の最高
速度の平均値をVd1、インク液滴の飛翔速度の最低速
度の平均値をVd2、被記録物における解像度をDドッ
ト/mとすると、以下の(数3)を満たすことが、その
画質を確実に良好にするために好適である。
ノズルと被記録物のインクの吐出方向と略直交する方向
の相対移動速度をVp、前記インクノズルから前記被記
録物までの距離をL、インク液滴の飛翔速度の最高速度
の平均値をVd1、インク液滴の飛翔速度の最低速度の
平均値をVd2、被記録物における解像度をDドット/
mとすると、以下の(数4)を満たすことが、その画質
を確実に一層良好にするために好適である。
施の形態について、図面を参照しながら説明する。
ェット記録装置の断面図である。図1において、10は
インクジェット記録ヘッド、11は吐出ノズル、12は
圧力室、13は不図示のインク供給源に連絡されたイン
ク流入口、14はピエゾ素子(ピエゾ圧電振動子)、1
5はピエゾ駆動電極、16はピエゾ駆動信号源、17は
対向電極、18は被記録物、及び19は高圧電源を示
す。
源16によってピエゾ駆動電極15に信号電圧が印加さ
れるとピエゾ素子14が振動を起こし、圧力室12内の
インクを膨張・圧縮させ、吐出ノズル11よりインク液
滴が吐出するが、このインクジェット記録ヘッド10と
対向して配置された被記録物18の背面に対向電極17
が設けられており、吐出ノズルと対向電極間に静電界が
作用するようになっている。
ト記録装置を用いて実験した結果を示すグラフであり、
横軸はピエゾ素子の振動変位量を、縦軸は液滴の飛翔速
度を示している。
ておらず、振動によるエネルギーによってのみ液滴が吐
出している状態を示し、変位量が小さくなるとしだいに
飛翔速度が低下して速度0に近ずく。
ときのインク液滴の飛翔速度を示すもので、直線bは
1.5kV/mmの電界を、直線cは3kV/mmの電
界を印加したときの飛翔速度を示している。
によって、液滴飛翔速度が上昇することが分かる。特
に、変位量の小さな領域では、液滴径が小さく重さが軽
いため、より静電力によって加速される効果が大きいこ
とが理解できる。
電界の強度を制御すれば、インク液滴の飛翔速度をほぼ
一定の値に近づけることができることをも理解できる。
実際には、静電力による加速で、液滴は、被記録物に近
い程高速となるので、平均速度で見た場合に一定の値に
近づけることができることになり、換言すれば、被記録
物までの飛翔時間を一定の値に近づけることができるこ
ととなる。
ェット記録装置は、圧力波によって液滴径(吐出量)
を、静電力によって液滴飛翔速度を制御する、機能分離
型インクジェット記録装置を実現している。
って、ピエゾ素子の振動は相似形の信号波形で振幅のみ
変化するような単純な波形が採用できる。これは、振動
による圧力波発生の条件として、吐出量のみを変化でき
ればよく、液滴の飛翔速度を考慮する必要がないからで
ある。
引加速される様子を示したものである。
2が充填されており、ノズル20と対向電極21との間
に静電界が印加できるよう電源23が接続され、ノズル
20の吐出端部にはインクのメニスカスが形成されてい
る。
ンクのメニスカス24が、凹状の状態で、静電界のみが
印加された状態を示す。
集中する性質があり、この場合にはノズルのエッジ部2
5に一番集中するから、従ってインクのメニスカス24
を引き出す力は相当大きな静電界が作用しないと十分働
かない。
インクのメニスカス26を凸状にした状態で電界を作用
させた状態を示す。
先端が一番対向電極に近ずくため、メニスカスの先端に
電界が集中してインクを吸引する力が急激に大きくな
る。
態での電界の状態を示す。そして、例えば、図3の場合
のように、ノズル側に正の電位を与えた場合、インクの
メニスカスには正の電荷が集まってきて、電荷をもった
状態で切断されて飛翔する。
ている液滴27は、正電荷をもっており、液滴27と対
向電極21との間に図のような電気力線が生じて、液滴
27が対向電極に吸引される。この吸引力は対向電極に
近ずけば近ずくほど大きくなるので、液滴27も対応し
て一層加速されることになる。
クの吐出しない非吐出状態では、ノズルに形成されるイ
ンクのメニスカス24が凹状になるように設定されてい
る。これはインクのノズルからの漏れ出しを防ぐためで
ある。
せること考えると、メニスカスが凹の状態では電界の集
中が悪いため、電界の作用だけでメニスカスを凹から凸
に引き出すには相当大きな電界が必要であって、通常2
〜10kV/mm程度の電界が必要である。
ら吐出状態へ切り替わるときに、例えば2〜10kV/
mmのバイアス電圧を印加してメニスカスを凸状にして
おけば、さらに追加して、数百Vの信号電圧を印加すれ
ば液滴を飛翔させることができる。
ようとした場合、メニスカスを凸状にするには多大なエ
ネルギーが必要だが、一旦メニスカスが凸状になりさえ
すれば、低いエネルギーで効率よく液滴を加速すること
ができることが理解できる。
録装置においては、ピエゾ素子の圧力波と対向電極によ
る静電界とを協同的に作用させ、ピエゾ素子の変位量に
応じてインク液滴の大きさを制御し、静電界の強度に応
じてインク液滴の飛翔速度を制御するのみならず、メニ
スカスを一旦凸状にすべく、ピエゾ素子による圧力波エ
ネルギーと静電界による吸引エネルギーの両者のエネル
ギーを利用している。
ト記録装置は、ピエゾ素子の変位量制御によって液滴径
の制御は容易であるが、液滴の飛翔速度を高速化するこ
との困難な、圧力波を利用したインクジェットと、イン
クのメニスカスを凸状にするまでは多大なエネルギーを
要するが、液滴の加速が容易で、飛翔速度を高くするこ
とができる静電吸引型インクジェットの両者の利点を生
かし、欠点を互いにカバーしたインクジェット記録装置
であるともいえる。
力を発生する手段としてピエゾ素子を用いた例、及び被
記録物方向へインクに作用する引力を発生する手段とし
て静電力を用いた例について説明したが、同等の機能を
有するものであれば他のものも使用可能である。
の形態1におけるインクジェット記録装置の構成におい
て、液滴飛翔速度と記録特性について詳細に説明する。
トヘッドと被記録物を対向させ、両者を図1における矢
印の方向に沿って相対移動させながら、インク液滴を吐
出させ被記録物に画像などを形成して行くものである。
ドと被記録物との相対移動速度をVp(m/s)、吐出
液滴がノズルから被記録物に飛翔する平均速度をVd
(m/s)、及びノズルから被記録物までの距離をL
(m)とすると、液滴が吐出してから被記録物に到着す
る時間は、L/Vd(s)となる。
らつきが生じているため、最高速の液滴がVd1、最低
速の液滴がVd2の各平均速度(静電力による加速で、
液滴は、被記録物に近い程高速となるので、平均速度で
代表する。)をもっているとすると、これらが被記録物
に到着する時間差は、以下の(数5)で示される。
位置は、以下の(数6)の距離程移動している。
の付着する位置がずれてしまうことになる。
とすると、形成されるドットの間隔は1/D(m)であ
り、ドット形成位置がずれる場合を考えると、1/2
D、すなわち、理想的に並ぶべき間隔の半分以上ずれる
と、隣接するドットのどちらに属するドットであるか不
明となり、解像度の意味がなくなってしまう。
満足することが少なくとも必要である。
のドット間隔の1/4以内であれば、実用上画質が損な
われないと評価される。
8)を満足することが必要である。
で液滴飛翔速度を制御する場合に、少なくとも(数
7)、より好適には(数8)満たすように制御すれば、
良好な品質の画像が得られることになる。
ク液滴を吐出させるインクジェット記録装置の吐出ノズ
ルから被記録物に至る空間に制御可能な吸引力を作用さ
せるものであり、圧力波で液滴径あるいは吐出量を、吸
引力で液滴の飛翔速度を、機能分離して制御するように
したものである。
な場合にも、大きい場合と同様な液滴飛翔速度を与える
ことができるため、使用できるインク液滴径の可変範囲
が広がり、階調性の高い画像を印写できるようになり、
高画質な画像再現が可能な記録装置を提供することがで
きる。
ット記録装置の断面図
す図
態を示す断面図
す断面図
す図
Claims (10)
- 【請求項1】 インク供給源に連絡されたインクノズル
と、前記インクノズルのインクに圧力波を作用させて所
定の径及び飛翔速度を有するインク液滴を吐出させる吐
出手段と、前記吐出手段により吐出されたインク液滴の
飛翔速度をその径とは実質的に独立して制御する飛翔速
度制御手段とを有するインクジェット記録装置。 - 【請求項2】 飛翔速度制御手段は、吐出手段により吐
出されたインク液滴の被記録物までの平均飛翔速度を一
定の値とするようにインク液滴を制御する請求項1記載
のインクジェット記録装置。 - 【請求項3】 飛翔速度制御手段は、吐出手段により吐
出されたインク液滴の被記録物までの飛翔時間を一定の
値とするようにインク液滴を制御する請求項1記載のイ
ンクジェット記録装置。 - 【請求項4】 吐出手段は、少なくとも非吐出状態から
吐出状態へ変化するときにおいて、インクノズルのイン
クに圧力を印加しインクメニスカスを吐出方向に凸状と
する請求項1から3のいずれかに記載のインクジェット
記録装置。 - 【請求項5】 吐出手段は、吐出状態においてインクノ
ズルのインクメニスカスに吐出方向に圧力を印加し、飛
翔速度制御手段は、吐出状態において、インクノズルの
インクメニスカスに吐出方向に引力を印加する請求項1
から4のいずれかに記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項6】 飛翔速度制御手段は、飛翔するインク液
滴に被記録物の方向に引力を印加する請求項1から5の
いずれかに記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項7】 吐出手段は、ピエゾ圧電素子を有する請
求項1から6のいずれかに記載のインクジェット記録装
置。 - 【請求項8】 飛翔速度制御手段は、インクノズルと被
記録物間に作用する静電力を利用する請求項1から7の
いずれかに記載のインクジェット記録装置。 - 【請求項9】 インクノズルと被記録物のインクの吐出
方向と略直交する方向の相対移動速度をVp、前記イン
クノズルから前記被記録物までの距離をL、インク液滴
の飛翔速度の最高速度の平均値をVd1、インク液滴の
飛翔速度の最低速度の平均値をVd2、被記録物におけ
る解像度をDドット/mとすると、以下の(数1)を満
たす請求項1から8のいずれかに記載のインクジェット
記録装置。 【数1】 - 【請求項10】 インクノズルと被記録物のインクの吐
出方向と略直交する方向の相対移動速度をVp、前記イ
ンクノズルから前記被記録物までの距離をL、インク液
滴の飛翔速度の最高速度の平均値をVd1、インク液滴
の飛翔速度の最低速度の平均値をVd2、被記録物にお
ける解像度をDドット/mとすると、以下の(数2)を
満たす請求項1から8のいずれかに記載のインクジェッ
ト記録装置。 【数2】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30244597A JP3826519B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | インクジェット記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30244597A JP3826519B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | インクジェット記録装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11138799A true JPH11138799A (ja) | 1999-05-25 |
| JP3826519B2 JP3826519B2 (ja) | 2006-09-27 |
Family
ID=17909029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30244597A Expired - Fee Related JP3826519B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | インクジェット記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3826519B2 (ja) |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP30244597A patent/JP3826519B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3826519B2 (ja) | 2006-09-27 |
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