JPH03108550A - インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents

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】 〔概　要〕 インクジェットプリンタのインクジェットヘッドの駆動
方法に関し、 温度の変化により発生する２ドツトを抑制し且つ印字ド
ツト径を変化させことを可能とすることを目的とし、 一方をインク粒子を噴出するノズルに他方をインク収容
部に連通し、壁面の少なくとも一部を電気機械変換手段
によって構成されたインク室を備えてなり、該電気機械
変換手段に電圧パルスを印加−して該インク室の内部容
積の膨張・収縮を二度繰り返すことによって一点の記録
を行うように構成されてなるインクジェットヘッドの駆
動において、前記インク室の第一回目の収縮から第二回
目の膨張までの時間を、その他の駆動条件の変化と関係
なく、常に一定に保持するように駆動する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はノンインパクトの記録方法に係わり、特にイン
クジェットヘッドからインク液滴を噴射する形式のイン
クジェット記録装置のインクジェットヘッドの駆動方法
に関する。

従来のノンインパクト記録方法においては、情報パター
ンを作る各種の方法が利用されていて、それらは静電式
、電解式、放電式、感熱式等の各記録装置として知られ
ている。しかし、これらはいずれも特殊処理された記録
用媒体を必要とする。

これに対して、インクジェット記録方法ではインク小滴
を記録紙上に所定の情報パターンで付着させて印刷する
もので、高速印字、低騒音、普通紙使用による低ランニ
ングコスト等の特徴を持ち、近年注目されてきており、
さらに高画像品質が得られる技術開発が望まれている。

〔従来の技術〕

インクオンデマンド式のインクジェットプリンタは、イ
ンク粒子発生ヘッドに圧電素子を用い、これに所定波形
の電圧を印加することによってインク室の容積を収縮、
膨張させてインク粒子を噴射する。壁の一部が圧電素子
で構成されたインク室は、一方−がインク粒子を噴射す
るノズルに、他方がインクを供給するインク収容部に連
通している。

インクジェット記録においては、インク噴射が不必要な
初期状態においては、圧電素子は電圧を印加されており
、その幅方向、長手方向に収縮した状態であり、インク
室内容積は減少した状態である。

そこで記録を行うには、まず圧電素子への電圧を減少さ
せ、その長手方向、幅方向の伸びを復旧（増加）させ、
インク室の内容積を増加させ、つぎに圧電素子への電圧
を増加させ、その長手方向、幅方向の伸びを減少させ、
インク室の内容積を減少させることによりインク粒子を
噴射させている。

この後、再度、インク室内容積の膨張（復旧）収縮動作
を弱く行うことによって噴射したインク粒子の尾を切断
し、記録を行っている。

第６図は、圧電素子に加える電圧波形、およびこれに伴
うインク室の容積変化状況を示す図である。

〔発明が解決しようとする課題〕

インクジェット記録装置においては、温度が変化すると
、インク物性、特にインクの粘度が変化し、記録特性も
変化し、ドツト径が変化したり、１点に対して２ドツト
が発生したり、インク粒子の噴射状態が不安定となり記
録ヘッドのノズルより気泡を吸い込み噴射停止を起こし
印字欠落を生じさせたりする。１点に対して２ドツトが
発生することは、印字品質を低下することになる。

また、記録ドツト径を変化させたりする場合、駆動条件
により、記録特性を変化させることが有効な方法である
。そのため、駆動条件を検討する必要があるが、駆動電
圧、駆動パルス幅を変化させることが考えられるが、こ
の駆動方法では、どのタイミングで２回の動作を行えば
よいか、明らかではなく、駆動方法が未解決の状態であ
る。

本発明が解決しようとする課題は、このような従来の問
題点を解消し、温度の変化により発生する２ドツトを抑
制し、且つ印字ドツト径を変化させことの出来るインク
ジェットヘッドの駆動方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の構成と原理を示す図である。

図において、１はインク室であり、ノズル２に他方をイ
ンク収容部３に連通しており壁の一部に電気機械変換手
段で構成されている。

２はノズルであり、インク粒子を噴出する。

３はインク収容部であり、インクを貯蔵している。

４は電気機械変換手段であり、例えば圧電素子からなり
電気的信号を機械的運動に変換する。

５は駆動・電圧発生回路であり、電気機械変換手段４に
印加する電圧パルスを発生する。

駆動電圧発生回路５は、電気機械変換手段４に、１点の
記録について二面の電圧パルスを加え、インク室１に二
面の膨張−収縮動作を行わせる。インク室ｌの第一回目
の収縮から第二回目の膨張までの時間、即ち電圧パルス
における第一パルスの立ち上がり（電圧増加方向）から
第二パルスの立ち下がり（電圧減少方向）までの時間は
、常に一定に保持するような電圧パルスを発生する。

〔作　用〕

本発明では、インク室１の第１回目の収縮から第二回目
の膨張までの時間を、その他の駆動条件例えば第一パル
スのパルス幅、電圧パルスの電圧値等を変化させる調整
を行う場合でも、常に一定の時間に保持するよう駆動す
る（用紙上に記録されるドツト径を変化させるには、第
一パルスのパルス幅および／または電圧値を調整するの
が一般である）。

本発明は、本発明者らの次に説明する実験結果から成さ
れたものである。

第２図は、駆動条件と印字状態の関係を示す図である。

第一パルスの収縮動作から第二パルスの膨張動作までの
時間Ｔ〔μＳ〕を変えたときの印字状態の変化を示すも
のである。

図に示すように、Ｔが小さい間は一画素が２ドツトで記
録され、Ｔが成る値より大きくなるとやはり一画素が２
ドツトで記録され、Ｔが６０μｓ付近でのみ一画素が１
ドツトで記録され、噴射が安定している。

この関係は、温度を５〜４０°Ｃまで５°Ｃごとに変化
させ、各温度における駆動条件として第一パルス幅およ
び第一パルス電圧を調整し、各温度において２時間の印
字を繰り返し行っても、同じく成立することが確認され
た。

この実験結果に基づいて、第一パルスの収縮（立ちヒが
り）から第二パルスの膨張（立ち下がり）の間の時間を
、他の条件に関係なく、６０±５μｓとすることによっ
て、安定な印字が得られた。

（実施例〕 第３図は、本発明に係るインクジェット駆動方法ができ
らうされるインクジェット記録装置の構成を示す図であ
る。

第３図において、制御部１１０は後述する各部を制御す
るもの、駆動パルス発生部５１は制御部１１０から与え
られる１ドツトの記録に対して第１図（ａ）に示される
波形の信号を発生するもの、駆動電源発生部５２は駆動
パルス発生部５１から与えられる信号に応じて所定の電
圧に増幅して圧電素子４に与えるもの、電源１００は出
力電圧が変更可能に構成されるもの、オペレータパネル
１２０は印刷の濃淡を指示するスイッチ等が設けられる
もの、濃度センサ１３０はインクジェットヘッドに取り
つけられインクの濃度を測定するものである。

この制御部１１０は、温度センサ１３０の検知出力に応
じてノズル２より噴射され用紙条に付着したインクのド
ツト径が一定となるように駆動パルス発生部５１中の遅
延回路５１１の遅延量および／または電源１００の電源
電圧を変更する。また、この制御部１１０はオペレータ
パネル１２０から入力される濃淡指示、或いは上位のホ
ストコンピュータから与えられる解像度変更指示に応じ
てドツト径を変更すべく、遅延回路５１１の遅延量およ
び／または電源１００の電源電圧を変更する。

第４図（ａ）は、第３図に示される駆動パルス発生部５
１の回路構成を示す図である。

記録のタイミングを示すタイミング信号は、ＯＲ回路５
１５に入力され、これを通過してフリップフロップ（Ｆ
Ｆ）５１４０セット人力に入り、フリップフロップ５１
４をセットする。タイミング信号は同時に、第一の遅延
回路（Ｄ、可変）５１１に人力されている。第一の遅延
回路５１１の出力は、第二の遅延回路（Ｄｚ固定）５１
２に入力されると共にＯＲ回路５１６に入力され、これ
を通過してフリップフロップ５１４のリセット入力に入
れられ、これをリセットする。第二の遅延回路（Ｄ、　
）　５１２の出力は、第三の遅延回路（Ｄ、固定）５１
３に入力されると共にＯＲ回路５１５に人力され、これ
を通過してフリップフロップ５１４のセット人力に入れ
られ、これをセットする。第三の遅延回路（Ｄ、　）　
５１３の出力はＯＲ回路５１６に人力され、これを通過
してフリップフロップ５１４のリセット入力に入れられ
、これをリセットする。

従って、フリップフロップ５１４は、タイミング信号の
入力によってセットされ、遅延Ｄ１の後リセットされ、
遅延Ｄ２の後再びセットされ、遅延Ｄ３の後リセットさ
れる。これによって、フリップフロップ５１４のＱ出力
は、常時は＋５■、タイミングの入来によって、０Ｖ幅
り、の第一のパルスとこれから時間Ｄ２の後立ち下がる
幅Ｄ３の第二のパルスが出力される。遅延回路５１１は
タップ付きであり、遅延り、は調整可能であるが、遅延
回路５１２および５１３の遅延Ｄ２およびＤ３は固定で
ある。

第４図（ｂ）は、第３図に示される駆動電圧発生部５２
の回路構成を示す図である。

入力端子には、第４図（ａ）の駆動パルス発生部５１出
力が人力される。入力電圧が高電位（＋５Ｖ）の状態で
は、トランジスタ５２１にはベース電流が流れずオフの
状態となっており、トランジスタ５２２にはベース電流
が流れずオフの状態であり、トランジスタ５２３のベー
ス電位は高くトランジスタ５２３はオンとなっている。

トランジスタ５２３がオンのとなると、例えば＋８０■
に設定されている電源１００からトランジスタ５２３、
ダイオード５２５、抵抗５２７ａ、　５２７ｂを通じて
電流が流れ、出力端子に接続されている圧電素子の静電
容量を充電する。

充電を終われば圧電素子の電圧はは一’＋８０Ｖとなる
。充電の時定数は、圧電素子の静電容量と抵抗５２７の
値によって決まる。

入力端子が低電位（０■）となると、トランジスタ５２
２はベース電流が流れオンとなり、トランジスタ５２２
もベース電流が流れてオンとなり、トランジスタ５２３
のベース電位ははヌ゛±０■となってオフとなる。トラ
ンジスタ５２３がオフ、トランジスタ５２２がオンとな
ると、出力端子に接続されている圧電素子の静電容量に
充電されている電荷は抵抗５２８、ダイオード５２６、
トランジスタ５２３の経路で放電される。圧電素子の静
電容量に充電されていた電荷の放電を終われば、圧電素
子の電圧はＯ■となる。放電の時定数は、圧電素子の静
電容量と抵抗５２８の値によって決まる。

第５図は、本実施例回路により実際に圧電素子に印加さ
れた駆動波形を示す。

図に示すように、充電の時定数は小さくしてパルスの立
ち下がり　（電圧減少方向）を急峻にし、インクを急速
に噴出させるようにしているが、放電は急峻である必要
はな（時定数は大きくしである。

本実施例では、第一パルスのパルス幅は６０μｓ１第二
パルスのパルス幅は１０μｓ、第一パルスの立ち上がり
から第二パルスの立ち下がりまでの時間を６０μｓを標
準駆動条件としている。第二パルスは、放電の終わらな
いうちに充電が始まる形となっている。

本実施例において、インクの温度変化に起因するドツト
径の変動が発生しないようにするため、第一ハルスノ電
圧を７０Ｖ、１０１）Ｖ、ｌｌ０Ｖに変化させ、その他
は前述した標準駆動条件において２時間の印字を繰り返
し行った結果、一画素２ドツト記録およびドツトの欠落
等を発生せず、安定に印字し続けることを確認した。な
お、７０■は温度が４０℃、１００■は温度が１０℃、
１１０Ｖは温度が５°Ｃのときに、ドツト径を２４０μ
ｍとするための電圧である。

また、インクの温度が４０°Ｃで一定のとき、ドツト径
を変化させるべく電圧を７０Ｖ、８０Ｖ、９０■に変化
させ、その他は前述した駆動条件とした場合も、同様に
ドツト欠落、２ドツト記録は発生しなかった。

さらに、温度変化に対してドツト径が変動しないように
、第一パルスのパルス幅を４０μ３−％−１００μｓに
変化させた場合も同様の結果が得られた。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、記録紙
上で一画素に２ドツトが形成されることがなく安定にイ
ンク粒子を噴射させる駆動が可能となるという著しい工
業的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成と原理を示す図、第２図は駆動条
件と印字状態の関係を示す図、第３図は本発明の一実施
例の説明図、 第４図は駆動パルス発生部および駆動電圧発生部の回路
構成図、 第５図は本発明の一実施例による駆動波形を示す図、 第６図は駆動電圧波形およびインク室の容積変化状況を
示す図である。 図において、 １はインク室、　　　　　　２はノズル、３はインク収
容部、　　　　４は電気機械変換手段、５は駆動電圧発
生回路、 ５１は駆動パルス発生部、　５２は駆動電圧発生部、１
００は電源、　　　　　　１１０は制御部、１２０はオ
ペレータパネル、 ５１１、５１２．５１３は遅延回路（Ｄ、、Ｄ２．Ｄ３
）、５１４はフリップフロップ（ＦＦ）、 ５１５、５１６はＯＲ回路、 ５２１、５２２．５２３はトランジスタ、５２４ａ、　
５２４ｂ、　５２５．５２６はダイオード、５２７、５
２８は抵抗、 を示す。 一定時間 瓦重ｎ茶１牛と【７７芋状態の関１駐お才、Ａ回第　２
　図 本発明の構成と原理を示す図 第　　１　　図 本趙明の一笑施賃１（母ろ、縄動波形製示嘴圀第　５　
日 駆動電圧発生部 （ｂ） 駆動パルス発生部および駆動電圧発生部の回路構成図筑 （支） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　一方をインク粒子を噴出するノズル（２）に他方をイ
   ンク収容部（３）に連通し、壁面の少なくとも一部を電
   気機械変換手段（４）によって構成されたインク室（１
   ）を備えてなり、該電気機械変換手段（４）に電圧パル
   スを印加して該インク室の内部容積の膨張・収縮を二度
   繰り返すことによって一点の記録を行うように構成され
   てなるインクジェットヘッドの駆動において、 前記インク室（１）の第一回目の収縮から第二回目の膨
   張までの時間を、その他の駆動条件の変化と関係なく、
   常に一定に保持するよう駆動することを特徴とするイン
   クジェットヘッドの駆動方法。