JP4631171B2 - インクジェット記録方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出する液滴に何らかの力を加えて飛行方向を偏向させて記録を行う液滴偏向型インクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の装置は、例えば米国特許３５９６２７５号明細書に開示されているように、インク滴吐出用のノズル孔を、メディア面に対向して配置し、前記ノズル孔から連続的に吐出されるインク滴の、メディア面への着弾を記録信号に応じて選択的に偏向制御し、目的の場所に着地させるコンティニュアス・インクジェット方式となっていた。また、高速高精細化のために、上記ノズルを列状に配置したインクジェット記録ヘッドの実施例も開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
印字信号に基づいて，圧電素子や、液中に発生させた気泡により、液滴の吐出力を得るオンデマンド吐出方式のヘッドに対して、液滴を偏向する試みもなされている。これらの方式においては、一箇所に着弾させるために吐出させた液滴が、２つ以上に***したり、くびれが生じた形状等、複数の塊となって飛行を開始する。それに偏向力を加えると、それぞれの液滴の塊で偏向量が異なり、別々の場所に着地して記録品位が落ちるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、オンデマンド方式のインクジェット記録装置において、偏向された複数の液滴が別々の場所に着地することに基づく記録品位の低下を防止することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の主特徴とするところは、相前後し，速度差をもって吐出され隣り合う２つの液滴の塊の半径をそれぞれｒ１及びｒ２、それら２つの塊の偏向角の差をθ[ｒａｄ]とするとき、偏向力が最も大きく加わる場所から、２つの液滴の塊が合体する地点までの距離Ｌ１が、Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすようにしたことである。
【０００６】
また、この関係を満たすように、吐出力や、偏向力を与える機構の位置等を設定することである。
【０００７】
この結果、後ろの液滴が前の液滴に追いついたとき両液滴は接触して合体し、以後、一体となって記録メディアに着地する。
【０００８】
更に、後ろの液滴が前の液滴に追いつかないものにおいては、偏向力が最も大きく加わる場所から，記録メディアまでの距離をＬ２とするとき、Ｌ２≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすように構成する。
【０００９】
この結果、２つの液滴は合体しないものの、相前後して、記憶メディアの一箇所に着地する。
【００１０】
本発明によるその他の特徴は以下の実施例によって説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例による液滴偏向型インクジェット記録装置の概略図と、偏向された２つの液滴の塊が合体する部分の拡大図である。圧力発生装置１により、ヘッド２の液室３に生じた圧力によって、ノズル４より吐出した液滴は、例えば大きさの異なる２つの液滴５、６に***して記録メディア７に向けて飛行する。これらの液滴は、荷電電極８によって作られた電界により荷電されるが、それらの表面積の大きさに関係して、異なる大きさに荷電される。このため、偏向電極９の間に生じている電界を横切る際に偏向されて、液滴５は飛行軌跡１０を、液滴６は飛行軌跡１１を描いて飛行し、その軌跡には偏向角の差１２すなわちθ[ｒａｄ]が生じる。ここで、偏向後の飛行軌跡１０、１１は、偏向力が一番大きい点１３から延びる直線に近似できる。液滴５の半径をｒ１、液滴６の半径をｒ２、先を飛んでいる液滴５の中心から後ろを飛んでいる液滴６の飛行軌跡１１までの距離をｄ、偏向力が一番大きい点１３から液滴が合体する場所までの距離をＬ１とすると、半径Ｌ１、中心角θ[ｒａｄ]の扇形の弧の長さがＬ１×θであるから、偏向角の差θが小さいので弧を直線に近似したとき、Ｌ１×θ≒ｄである。ｄ＞ｒ１＋ｒ２であると、後から飛んできた液滴６が前を飛んでいた液滴５に追いついても２つの液滴がすれ違い、両者は合体せず、メディア７上の異なる位置に着地して印刷品位を悪化させる。しかし、液滴間の間隔ｄが、ｄ≦ｒ１＋ｒ２であれば、後から飛んできた液滴６が追いついたとき、両者５、６はすれ違うことなく接触して合体する。このため、***した２つの液滴は一緒になって、メディア７上の同一点に着地し、印刷品位が向上する。
【００１２】
この実施例においては，印字信号に基づき圧電素子等１により液滴５，６の吐出力を得るオンデマンド吐出方式のインクノズル４と、一箇所に着地させようとするインク液滴５，６に対して、荷電電極８及び偏向電極９により静電気力，磁力等の物理的な力を及ぼして飛行方向を曲げる制御を行う液滴偏向型インクジェット記録装置において、一箇所に着地させようとするインクが２つの液滴５，６に***しあるいはくびれを生じて飛行を開始する際、これらの液滴の塊の半径をそれぞれｒ１及びｒ２、隣り合う２つの塊の偏向角の差をθ[ｒａｄ]、偏向力が最も大きく加わる場所１３から，隣り合う２つの液滴の塊が合体する地点までの距離をＬ１とするとき、Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすように構成している。ここで、２つの液滴が合体する位置は、偏向電極（偏向手段）９の終端１４までの領域であったり、あるいは、前記終端１４とメディア７との間とするものの２種類が考えられる。
【００１３】
一方、後からの液滴６が追いつかない場合に、印刷品位を向上させるためには、２つの液滴５、６を、相前後してメディア７上の同一点に着地させればよい。すなわち、メディア７に到達するまで、液滴間の間隔ｄが、ｄ≦ｒ１＋ｒ２を満たしておれば、２つの液滴は同じ場所に着地すると言える。したがって、メディア７までの距離をＬ２とするとき、Ｌ２≦（ｒ１＋ｒ２）／θの条件を満たすようにすれば複数の液滴が別々の場所に着地することなく、印刷品位を向上できる。
【００１４】
この実施例においては、一箇所に着地させようとするインク液滴が２つの液滴５，６として飛行を開始する際、これらの液滴の塊の半径をそれぞれｒ１及びｒ２、これらの塊の偏向角の差をθ[ｒａｄ]、偏向力が最も大きく加わる場所１３から，記録メディア７までの距離をＬ２とするとき、Ｌ２≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすように構成している。
【００１５】
吐出した液滴５、６が、図２に示したようにくびれを生じた状態であっても、それぞれの塊の半径をｒ１、ｒ２とすれば、同じことが言える。
【００１６】
図３は、液滴飛行速度と、偏向電極の位置について説明する図である。ノズル４から吐き出された直後の、先の液滴１５と、後の液滴１６を示している。後ろの液滴１６を吐出し終った瞬間の、先に吐出した前の液滴１５と後ろの液滴１６の間の距離をＬ３、前の液滴１５の速度をＶ１後ろの液滴１６の速度をＶ２、ノズル４から偏向力が一番大きい点１３までの距離をＬ４とする。２つの液滴が合体するまでの時間はＬ３／（Ｖ２−Ｖ１）であるから、合体する位置のノズル４からの距離Ｌ１＋Ｌ４は、Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ３×Ｖ２／（Ｖ２−Ｖ１）となる。これを、Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θに代入して、
Ｌ３×Ｖ２／（Ｖ２−Ｖ１）≦（ｒ１＋ｒ２）／θ＋Ｌ４・・・・・・（１）
を満たせば、２つの液滴を合体させ、メディア７上の同一点に着地させることができる。したがって、これを満足させるには、式１から、次のような手法を採れることが判る。
（１）吐出力を調節する等（インク粘度の調節でも可）により前の液滴の速度Ｖ１を遅くする。インクジェット記録装置においては、吐出時に液滴に、くびれや２つ以上の塊への***が生じる。このとき、圧電素子等で構成される圧力発生装置１に与える電気信号波形を調整することによって、***した２つの液滴の速度関係を制御することが可能である。
【００１７】
ピエゾオンデマンド方式のインクジェット記録装置を例に取って述べる。圧電素子に与える電気信号波形の振幅が３２Ｖ、前の液滴の速度Ｖ１が７．５[ｍ／ｓ]で、前方の液滴と後方の液滴が偏向方向に３２[μｍ]ずれた位置に着地し、楕円状のドットを形成していた。これを、電気信号波形の振幅を３２Ｖから２８Ｖに変更して、前の液滴の速度Ｖ１を７．５[ｍ／ｓ]から５．７[ｍ／ｓ]に遅くしたところ、メディア７の同じ位置に着地させ、ほぼ真円ドットに向上させることができた。
（２）駆動波形の調節やインク粘度の調節等により後ろの液滴の速度Ｖ２を速くする。圧電素子に与える電気信号波形が矩形波で、前の液滴の速度Ｖ1が５．５[ｍ／ｓ]に対し、後ろの液滴の速度Ｖ２が５[ｍ／ｓ]である場合に、前方の液滴と後方の液滴が偏向方向に２５[μｍ]ずれた位置に着地し、楕円状のドットを形成していた。これを前記の要領で、圧電素子に与える電気信号波形を矩形波から台形波に変更することで、前の液滴の速度Ｖ1が５．５[ｍ／ｓ]のままであるのに対し、後ろの液滴の速度Ｖ２を５[ｍ／ｓ]から６[ｍ／ｓ]に速くしたところ、前方の液滴と後方の液滴を、メディア７上の同じ位置に着地させ、ほぼ真円ドットに印刷品位を向上させることができた。
（３）偏向力を与える機構の位置をノズル４から離すことで、ノズル４から偏向力が一番大きい点１３までの距離Ｌ４を大きくする。これにより、Ｖ１＜Ｖ２であれば、偏向力が加わる偏向電極９の付近では、***した２つの液滴が既に合体し、または合体寸前まで接近しており、偏向後に離散することはなくなる。具体的には、５[ｍ／ｓ]程度の液滴速度の時はノズルと偏向電極の距離を３００[μｍ]程度で液滴の離散を無くす事が出来るが、５．５[ｍ／ｓ]程度の液滴速度の時はノズルと偏向電極の距離を[６００μｍ]程度にすれば液滴の離散を無くす事が出来る。
（４）液滴重量を大きくしてｒ１やｒ２を大きくする。具体例で示せば、ノズル４から、偏向電極９の先端までの距離Ｌ５が０．６[ｍｍ]、前の液滴の速度Ｖ１が５．４[ｍ／ｓ]、後の液滴の速度が６[ｍ／ｓ]のプリンタにおいて、ノズル４からの吐出し液滴の重量が１２[ｎｇ]であったものを、偏向量が同じになるように偏向力を保ったまま２５[ｎｇ]に大きくしたところ、前方の液滴と後方の液滴が合体せずに偏向方向に１２[μｍ]ずれた位置に着地し、楕円状のドットを形成していたものを、合体して同じ位置に着地させ、ほぼ真円に印刷品位を向上させることができた。
（５）偏向力を小さくしたり、液滴の塊の全ての速度を上げたり、液滴重量を大きくする等によりθを小さくする。具体的には、前方の液滴の偏向量５３[μｍ]の時、偏向電圧４８０[Ｖ]で、３８[μｍ]ずれた位置に着地していたのを、偏向電圧４８０[Ｖ]を３６０[Ｖ]に変更すると、メディア７の同じ位置に着地させることが出来た。また、液滴の速度Ｖ1及びＶ２が４．２[ｍ／ｓ]で、着地が１１[μｍ]ずれていたものを、液滴の速度Ｖ1及びＶ２を５．２[ｍ／ｓ]に上げることで、同じ位置に着地させることが出来た。更に、液滴重量を９[ｎｇ]から１３．８[ｎｇ]に変更して、１２[μｍ]ずれた位置に着地していたのを同じ位置に着地させることが出来た。
【００１８】
図４は、Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θを満たす時の、液滴が合体する地点とノズル４との距離を２種類のヘッドＡとＢについて測定した結果である。ヘッドＡとＢは、吐出した複数の液滴の大きさの比率が異なる等の影響により、境界線が異なる。また、液滴の飛行距離が長いと液滴が減速して偏向角度が大きくなる等の影響により、ノズル４から、液滴が合体する位置までの距離Ｌ１＋Ｌ４と、ノズル４から偏向電極の終端１４までの距離Ｌ５とは比例しない。しかしながら、概ね、（ノズル４から偏向電極の終端までの距離Ｌ５）＝（ノズル４から、液滴の合体する位置までの距離Ｌ１＋Ｌ４）となる境界線以下であれば液滴は合体すると言え、偏向力を与える機構の終端部１４を通り過ぎるまでに液滴を合体させることによって、偏向を行っても複数の液滴が別々の場所に着地しない偏向型インクジェット記録装置を提供出来る。
【００１９】
液滴が３つ以上の塊となって飛行する場合は、隣り合う２つの塊それぞれの液滴の間にＬ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係が満たされるようにすることで、偏向を行っても複数の液滴が別々の場所に着地しない偏向型インクジェット記録装置を提供出来る。
【００２０】
また、ノズルを複数並べたマルチノズルヘッドについても、個々のノズル組に対して本発明による設定を実施することができる。本実施例によれば、例えば複数ノズルに共通の電極を用いて、電極の位置を各ノズル組個別に設定出来ない場合でも、液滴速度を個別に設定する等により、全てのノズルに対して、複数の液滴が別々の場所に着地しない偏向型インクジェット記録装置を提供出来る。
【００２１】
なお、電極は平板状に限ったものではなく、例えば円筒状であれば、電極の終端１４は図５に示した位置となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、一箇所に着弾させようとする液滴が、２つ以上に***したり、くびれが生じた形状等、複数の塊となって飛行を開始する液滴に対して偏向を行い、複数の液滴を一箇所に着弾させることができ、印字品質を損わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による液滴偏向型インクジェット記録装置の概略図と、偏向された２つの液滴が合体する部分の拡大図である。
【図２】吐出液滴にくびれが生じた場合の形状を示した図である。
【図３】本発明の実施例を説明する各距離の要素を示した液滴偏向型インクジェット記録装置の概略図である。
【図４】Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θを満たす時の、ノズルから、液滴が合体する位置までの距離を測定した結果である。
【図５】本発明の他の実施例である偏向電極を円筒状とした場合の、電極終端位置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…圧力発生装置（圧電素子）、２…ヘッド、３…液室、４…ノズル、５，１５…大きさの異なる液滴の1つ、６，１６…大きさの異なる液滴の他の1つ、７…記録メディア、８…荷電電極、９…偏向電極、１０…液滴５の飛行軌跡、１１…液滴６の飛行軌跡、１２…２つの液滴の偏向角の差θ[ｒａｄ]、１３…偏向力が一番大きい点、１４…偏向力を与える機構（偏向電極）の終端部、Ｌ１…点１３から合体点までの距離、Ｌ２…点１３からメディア７までの距離、Ｌ３…後ろの液滴１６を吐出した瞬間の前の液滴１５と後ろの液滴１６の間の距離、Ｌ４…ノズル４から偏向力が一番大きい点１３までの距離、Ｌ５…ノズル４から偏向電極９の終端１４までの距離。

Claims (6)

1. 印字信号により生成された駆動波形に基づき圧電素子等により液滴の吐出力を得るオンデマンド吐出方式のインクノズルと、一箇所に着地させようとするインク液滴に対して、静電気力，磁力又は風力等の物理的な力を及ぼして飛行方向を偏向する制御を行う液滴偏向装置を備えたインクジェット記録装置の記録方法において、
   一箇所に着地させようとするインクが２つの液滴に***しあるいはくびれを生じて飛行を開始する際、前方の液滴と後方の液滴の塊の半径をそれぞれｒ１及びｒ２、隣り合う２つの塊の偏向角の差をθ[ｒａｄ]、偏向力が最も大きく加わる場所から，隣り合う２つの液滴の塊が合体する地点までの距離をＬ１とするとき、Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすように、前記駆動波形，インク粘度，または吐出するインク液滴の重量のうち少なくともいずれか一つを調節し、前方の液滴と後方の液滴との相対的な液滴速度の差を低減するようにしたことを特徴とするインクジェット記録方法。
2. 印字信号により生成された駆動波形に基づき圧電素子等により液滴の吐出力を得るオンデマンド吐出方式のインクノズルと、一箇所に着地させようとするインク液滴に対して、静電気力，磁力又は風力等の物理的な力を及ぼして飛行方向を偏向する制御を行う液滴偏向装置を備えたインクジェット記録装置の記録方法において、
   一箇所に着地させようとするインクが２つの液滴に***しあるいはくびれを生じて飛行を開始する際、前方の液滴と後方の液滴の塊の半径をそれぞれｒ１及びｒ２、隣り合う２つの塊の偏向角の差をθ[ｒａｄ]、偏向力が最も大きく加わる場所から，隣り合う２つの液滴の塊が合体する地点までの距離をＬ１とするとき、Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすように、前記偏向力を与える機構の位置またはインク液滴に付与する偏向力の少なくともいずれか一つを調節し、前方の液滴と後方の液滴との相対的な液滴速度の差を低減するようにしたことを特徴とするインクジェット記録方法。
3. 請求項１または２に記載のインクジェット記録方法において、
   前記Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を、偏向力を与える機構の終端部までの領域で満たすようにしたことを特徴とするインクジェット記録方法。
4. 請求項１または２に記載のインクジェット記録方法において、
   前記Ｌ１≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を、偏向力を与える機構の終端部から記録メディアまでの領域で満たすようにしたことを特徴とするインクジェット記録方法。
5. 印字信号により生成された駆動波形に基づき圧電素子等により液滴の吐出力を得るオンデマンド吐出方式のインクノズルと、吐出したインク液滴に対して飛行方向を曲げる制御を行う液滴偏向装置を備えたインクジェット記録装置の記録方法において、
   一箇所に着地させようとするインク液滴が２つの液滴として飛行を開始する際、前方の液滴と後方の液滴の塊の半径をそれぞれｒ１及びｒ２、これらの塊の偏向角の差をθ[ｒａｄ]、偏向力が最も大きく加わる場所から，記録メディアまでの距離をＬ２とするとき、Ｌ２≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすように、前記駆動波形，インク粘度，または吐出するインク液滴の重量のうち少なくともいずれか一つを調節し、前方の液滴と後方の液滴との相対的な液滴速度の差を低減するようにしたことを特徴とするインクジェット記録方法。
6. 印字信号により生成された駆動波形に基づき圧電素子等により液滴の吐出力を得るオンデマンド吐出方式のインクノズルと、吐出したインク液滴に対して飛行方向を曲げる制御を行う液滴偏向装置を備えたインクジェット記録装置の記録方法において、
   一箇所に着地させようとするインク液滴が２つの液滴として飛行を開始する際、前方の液滴と後方の液滴の塊の半径をそれぞれｒ１及びｒ２、これらの塊の偏向角の差をθ[ｒａｄ]、偏向力が最も大きく加わる場所から，記録メディアまでの距離をＬ２とするとき、Ｌ２≦（ｒ１＋ｒ２）／θの関係を満たすように、前記偏向力を与える機構の位置またはインク液滴に付与する偏向力の少なくともいずれか一つを調節し、前方の液滴と後方の液滴との相対的な液滴速度の差を低減するようにしたことを特徴とするインクジェット記録方法。

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