JPH07117237A

JPH07117237A - インクジェットプリントヘッドおよびインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JPH07117237A
Application number: JP5266774A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Kagami; 俊樹加々美
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1995-05-09
Also published as: US5963226A; US5825379A

Abstract

(57)【要約】【目的】正確な階調の印刷を高速で行うことができる
ようにする。【構成】定量部２の定量液室８に、図示せぬインクタ
ンクから液供給路１５を介してインク３４が導かれて充
填される。そして、圧電素子１１は、電圧が印加される
と、高さ方向に延びるように変形するが、上側は、圧電
素子支え５に固定されているため、下方向に向かって延
びる。これにより、ピストン１２が押し下げられ、定量
部液室８の容積が減少し、その減少した容積に対する液
量のインク３４、即ち定量されたインク３４が、液流路
１４から出ていく。この定量されたインク３４は、ベー
ス１から吐出される透明溶媒３４と混合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明溶媒にインクを定
量混合した混合液により印刷を行うインクジェットプリ
ントヘッド、並びにインクジェットプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばオンデマンド型インクジェットプ
リンタにおいては、例えば電歪素子（圧電素子）（ピエ
ゾ素子）の変形による圧力や、発熱素子による加熱沸騰
によって生ずる気泡の圧力を用いてインクを吐出するよ
うになされている。

【０００３】ところで、１種類の液体（インク）のみ吐
出可能なインクジェットプリンタでは、１ドットによる
階調表現は、１回に吐出するインクの液量を制御するこ
とにより、被印刷物に付着するインクのドットの大きさ
を制御する、いわゆる面積階調によって行われていた。

【０００４】しかしながら、１回に吐出するインクの液
量の微細な制御は困難なため、豊かな階調を得ることが
できず、さらに、例えばハイライト部分の表現能力が乏
しいなどの問題があった。

【０００５】そこで、最近では、透明溶媒とインクとを
混合した混合液を吐出して印刷を行うインクジェットプ
リンタがある。

【０００６】このようなインクジェットプリンタにおい
ては、透明溶媒およびインクのうちの一方の液体として
の、例えばインクを、所望する階調に合わせて定量し、
この定量したインクを、他方の液体としての所定の透明
溶媒と混合し、その混合液量を一定として吐出し印刷を
行う、即ちドット内濃度階調によって印刷を行うように
なされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本件出願人
は、上述のように２液（以上）を混合した混合液により
印刷を行うインクジェットプリンタとして、例えば電気
浸透などを利用して、インク（または透明溶媒）の定量
を行うものを、先に出願している。

【０００８】ここで、電気浸透とは、電解室溶液が満た
されている容器を、例えば左右に仕切るように多孔質隔
膜を設け、仕切られた左右の電解室溶液それぞれの中に
電極板を挿入して、電圧を印加した場合に、電解質溶液
が、多孔質隔膜を介して一方から他方に移動するという
ような現象である。

【０００９】電気浸透によれば、電解質溶液の浸透量
（移動量）は、流れた電気量に比例するので、比較的正
確な定量を行うことができる。

【００１０】しかしながら、電気浸透現象の周波数応答
は、例えば圧電素子などと比較して遅いため、印刷速度
の高速化を図ることが困難であった。

【００１１】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、正確な階調の印刷を高速で行うことがで
きるようにするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリントヘッドは、例えば透明溶媒３５などの第１の液
体を吐出する吐出口としての吐出部出口３３と、例えば
インク３４などの第２の液体を出力する出力口としての
定量部出口３２と、吐出部出口３３から透明溶媒３５を
吐出させる吐出手段としての圧電素子６と、インク３４
を充填する、例えば定量部液室８などの液室を有し、そ
の定量部液室８に充填されたインク３４を定量して定量
部出口３２から出力させる定量手段としての定量部２と
を備え、定量部２は、定量部液室８の容積を変化させる
ことにより、インク３４を定量し、吐出部出口３３およ
び定量部出口３２は、それぞれの先端を互いに突き合わ
せ、所定の角度をなして配置されていることを特徴とす
る。

【００１３】このインクジェットプリントヘッドは、吐
出手段が、圧電素子でなるようにすることができる。

【００１４】また、このインクジェットプリントヘッド
は、吐出手段が、発熱素子でなるようにすることができ
る。

【００１５】さらに、このインクジェットプリントヘッ
ドは、所定の角度が、９０度であるようにすることがで
きる。

【００１６】また、このインクジェットプリントヘッド
は、定量部２が、定量部液室８内を上下することができ
るピストンとしてのピストン１２をさらに有し、ピスト
ン１２を一方向に移動させることにより、インク３４を
定量するようにすることができる。

【００１７】本発明のインクジェットプリンタは、例え
ばプリント紙５３などの被印刷物に印刷を行う請求項５
に記載のインクジェットプリントヘッドとしてのヘッド
５８と、ヘッド５８による、プリント紙５３に対する１
ラインの印刷の終了を検出する検出手段としてのライト
エンドセンサ５７と、ライトエンドセンサ５７によりプ
リント紙５３に対する１ラインの印刷の終了が検出され
たとき、ヘッド５８が備える定量部２のピストン１２
を、元の位置に戻す制御を行う制御手段としてのＣＰＵ
６１とを備えることを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明のインクジェットプリントヘッドにおい
ては、定量部２が、定量部液室８の容積を変化させるこ
とにより、インク３４を定量し、定量部出口３２から出
力するとともに、透明溶媒３５が、定量部出口３２と互
いの先端を突き合わせ、所定の角度をなして配置されて
いる吐出部出口３３から吐出される。従って、インク３
４の定量を正確に行うことができ、さらにインク３４と
透明溶媒３５とが、定量部出口３２または吐出部出口３
３の外で混合されるので、インク３４と透明溶媒３５と
の自然混合を防止することができる。

【００１９】また、定量部２が、定量部液室８内を上下
するピストン１２を一方向に移動させることにより、イ
ンク３４を定量するようにすることができる場合におい
ては、高速且つ正確で微細な定量を行うことができるの
で、階調豊かな印刷を高速で行うことができる。

【００２０】本発明のインクジェットプリンタにおいて
は、ヘッド５８による、プリント紙５３に対する１ライ
ンの印刷の終了を検出すると、ヘッド５８が備える定量
部２のピストン１２を、元の位置に戻す制御を行う。従
って、１ラインごとに、階調豊かな印刷を高速で行うこ
とができる。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットプリントヘ
ッドの一実施例の構成を示す斜視図であり、図２（ａ）
乃至図２（ｃ）それぞれは、その正面図、側面図、また
は平面図である。さらに、図３には、図１の実施例の断
面図を示してある。なお、図３においては、図１または
図２における圧電素子６の図示を省略してある。

【００２２】ベース１は、例えば直方体形状のステンレ
ス（例えばＳＵＳ３０３など）などからなり、図４に示
すように構成される。なお、図４（ａ）乃至図４（ｄ）
それぞれは、ベース１の平面図、左側面図、右側面図、
または断面図である。

【００２３】即ち、ベース１の上面には、例えば深さ１
００μｍ程度の、図４（ａ）に示すような形状の溝とし
てのベース液室２１が形成されている。ベース液室２１
の前方（図４（ａ）においては、左側）には、ベース液
室２１の深さと同一の深さのノズル２６が、ベース１の
前面にかけて形成されている（図４（ｂ））。

【００２４】一方、ベース液室２１の後側（図４（ａ）
においては、右側）には、それと連通する管状の毛細管
２５が形成されており、この毛細管２５の深さは、ベー
ス液室２１の深さと同一になされている。

【００２５】毛細管２５の、ベース液室２１と連通して
いない方の一端は、液供給路出口２３と連通しており、
液供給路出口２３は、Ｌ字型の液供給路２４（図４
（ｄ））を介して、ベース１の背面に形成された液供給
路入口２２（図４（ｃ））に連通している。

【００２６】液供給路入口２２には、図示せぬ透明溶媒
タンクが連通しており、そこから、例えば透明な水や、
アルコール、その他の有機溶剤（例えばクロロオクタン
など）などでなる透明溶媒３５（図３）が、同じく図示
せぬ耐溶剤性のチューブなどを介して供給されるように
なされている。この透明溶媒３５は、液供給路２４およ
び液供給路出口２３を介して毛細管２５まで達し、毛細
管現象によりベース液室２１に導かれる。

【００２７】これにより透明溶媒３５は、ベース液室２
１に充填されるようになされている。

【００２８】図１乃至図３に戻り、ベース１の上面（ベ
ース液室２１（図４）などが形成された面）および正面
（ノズル２６（図４）の端面側の面）には、それらをほ
ぼ被い、且つそのオリフィス（穴）とベース１のノズル
２６との位置が一致するように、吐出部折曲オリフィス
プレート３が固定されている。

【００２９】ここで、このオリフィスプレート３（後述
する定量部折曲オリフィスプレート４も同様）は、図５
に示すような、例えばエレクトロフォーミング法などに
よって形成された、１０乃至１００μｍφ程度（本実施
例では、例えば８７．５μｍφとする）のオリフィス
（穴）を有する、厚さが１０乃至２００μｍ程度（本実
施例では、例えば２０μｍとする）のニッケルなどでな
るプレートを、オリフィスの位置（穴の中心の位置）
で、図中点線で示すように９０度に折曲げたものであ
る。

【００３０】また、このオリフィスプレート３は、ベー
ス１と対向する面のうち、そのベース液室（図４）など
の透明溶媒３５が通る溝の部分以外に対応する部分に、
接着剤を塗布しまたは吹き付け、ベース１に押圧あるい
は加熱押圧することによって接着（固定）されている。
接着剤としては、透明溶媒３５および後述するインク３
４（図３）（例えば、染料（例えば、Ｃ．Ｉ．ベーシッ
クレッド４６など）、グリセリン、ジエチレングリコー
ル、水をそれぞれ２，２，６，３０ｗｔ％の割合で混合
したものなど）によっては冒されない耐溶剤性のもの
（例えば、１または２液性のエポキシ接着剤（例えば、
ＣＩＢＡ−ＧＥＩＧＹのエポキシ樹脂接着剤（例えばア
ラルダイトＡＷ１０６など）と室温硬化剤（例えばハー
ドナーＨＶ９５３Ｕなど）を同量ずつ混合したもの（こ
れは、温度２５度で１２時間以上で完全硬化する））な
ど）が使用される。

【００３１】さらに、オリフィスプレート３は、透明溶
媒３５の流れ（切れ）を良くするために、その表面性が
良くされている。

【００３２】オリフィスプレート３の、ベース１に形成
されたベース液室２１（図４）に対応する部分の上部に
は、例えば単板型または積層型のピエゾ素子や、ユニモ
ルフ、バイモルフなどの圧電素子６が固定されている。
さらに、この圧電素子６は、そのオリフィスプレート３
と固定されている面の反対側の面が、図示せぬ筐体に固
定されている。そして、圧電素子６は、その電極（図示
せず）に電圧が印加されることによって、図１において
上下方向に延びるように変形しようとするが、上側は、
上述のように筐体に固定されているため、下方向（オリ
フィスプレート３の方向）に向かって変形し（延び）、
これにより、ベース１のベース液室２１（図４）に充填
された透明溶媒３５が、瞬間的に加圧されるようになさ
れている。従って、オリフィスプレート３は、いわばオ
リフィスプレートとして機能するだけでなく、振動板と
しても機能する。

【００３３】オリフィスプレート３の上部には、定量部
折曲オリフィスプレート４を介して定量部２が設けられ
ている。定量部２は、図６の断面図に示すように、圧電
素子支え５、定量部液室８、圧電素子１１、およびピス
トン１２から構成されている。

【００３４】定量部液室８は、例えばベース１と同様
に、直方体形状のステンレスなどでなり、その上面から
下面にかけては（底面間には）、円柱形状の空洞が形成
されている。そして、その前方の面（吐出部７（図１）
側の面）の中段には、外側と内側を連通する管状のエア
抜き路１３が形成されており、さらにその同一の面の最
下段には、やはり外側と内側を連通する管状の液流路１
４が形成されている。

【００３５】また、エア抜き路１３および液流路１４が
形成された面の反対側の面には、エア抜き路１３が形成
された位置より幾分下の位置に、外側と内側を連通する
液供給路１５が形成されている。液供給路１５には、図
示せぬインクタンクからインク３４が供給されるように
なされている。

【００３６】ピストン１２は、定量部液室８の円柱形状
の空洞の底面とほぼ同一の底面を有する円柱形をしてお
り、その高さは、定量部液室８の高さより充分低くなさ
れている。なお、ピストン１２は、その側面が、所定の
摩擦力を持って、定量部液室８の円柱形状の空洞をピス
トン運動することができるようになされている。また、
ピストン１２の材質は、特に限定されるものではない
が、圧力を吸収する、例えばゴムなどでは、後述するよ
うにして、定量部液室８の容積を正確に変化させること
が困難になるので、例えばステンレスなどの硬いものが
望ましい。

【００３７】ピストン１２の上面には、その底面とほぼ
同一形状の底面の、所定の高さを有する圧電素子１１
が、例えば接着されるなどして固定されており、その圧
電素子１１の、ピストン１２が固定された底面と反対側
の面には、圧電素子支え５が固定されている。

【００３８】圧電素子支え５は、定量部液室８の底面の
短辺とほぼ同じ長さの直径の底面を有する、例えば円盤
形状をしており（図２）、図６に点線で示すように、定
量部液室８の上面に接着固定される。

【００３９】なお、定量部２の各部の寸法は、圧電素子
支え５と定量部液室８とが接着固定されたとき、図３
（ａ）に示すように、圧電素子１１またはピストン１２
によってエア抜き路１３および液供給路１５を塞がない
ようになされている。

【００４０】定量部２においては、図３（ａ）に示す状
態（圧電素子１１の図示せぬ電極に電圧が印加されてい
ない状態）のとき、インクタンクから液供給路１５を介
してインク３４が導かれ、定量部液室８の、液供給路１
５より下の部分が、所定の液量のインク３４によって充
填される。なお、このとき、定量部液室８内の空気は、
エア抜き路１３から排出される。

【００４１】一方、圧電素子１１は、上述した圧電素子
６（図１）と同様に、例えば単板型または積層型のピエ
ゾ素子や、ユニモルフ、バイモルフなどでなり、その電
極に電圧が印加されると、高さ方向に延びるように変形
するが、上側は、圧電素子支え５に固定されているた
め、下方向に向かって変形し（延び）、これにより定量
部液室８の容積が減少し、その減少した容積に対する液
量のインク３４、即ち定量されたインク３４が、液流路
１４から出ていくようになされている。

【００４２】図１乃至図３に戻り、定量部２の定量部液
室８の下面および正面（エア抜き路１３があけられた
面）には、定量部液室８の下面をほぼ被い、且つそのオ
リフィス（穴）と定量部液室８の液流路１４との位置が
一致するように、定量部折曲オリフィスプレート４が固
定されている。

【００４３】このオリフィスプレート４は、上述したオ
リフィスプレート３と同様のもので、それとベース１と
を固定する場合と同様にして、定量部液室８に固定され
ている。なお、オリフィスプレート４の、定量部液室８
の前面側を被う部分は、エア抜き路１３を塞がないよう
になされている（図１）。

【００４４】オリフィスプレート４は、そのオリフィス
と、オリフィスプレート３のオリフィスとが、図１に示
すように、１つの円形状の吐出部７を形成するように、
オリフィスプレート３と固定されている。

【００４５】オリフィスプレート３および４は、図５で
説明したように、そのオリフィスの中心の部分で９０度
だけ折曲げられているので、吐出部７付近の拡大断面図
として図７に示すように、それぞれのオリフィス（図７
においては、オリフィスプレート３または４のオリフィ
スを、それぞれ吐出部出口３３または定量部出口３２と
してある）は、ベース１の上面または定量部液室８の下
面にそれぞれ固定されたオリフィスプレート３または４
の部分に対して、４５度の角度をなすようになる（図７
（ａ））。

【００４６】従って、オリフィスプレート３または４
は、それぞれオリフィス（以下、それぞれ吐出部出口３
３または定量部出口３２という）が、９０度をなすよう
に、それぞれの先端（端面）が互いに突き合わされて配
置されている。

【００４７】次に、その動作について説明する。まず定
量部２では、図３（ａ）に示す状態（圧電素子１１の電
極に電圧が印加されていない状態）で、インクタンクか
ら液供給路１５を介してインク３４が導かれ、定量部液
室８の、液供給路１５より下の部分が、所定の液量のイ
ンク３４によって充填される。

【００４８】そして、圧電素子１１に所定の電圧が印加
される。すると、圧電素子１１は、下に向かって変形し
（延び）、これにより、インク３４が液流路１４を介し
て、オリフィスプレート４の定量部出口３２に導かれ、
図７（ａ）に示すように、その端面で、表面張力により
いわゆるメニスカスを形成するまで、ピストン１２が、
インク３４の液面まで移動される（下げられる）（以
下、この状態をスタンバイ状態という）。

【００４９】一方、ベース１（図４）の液供給路入口２
２には、透明溶媒タンクから透明溶媒３５（図３）が供
給され、液供給路２４および毛細管２５を介してベース
液室２１に導かれる。

【００５０】そして、透明溶媒３５は、ベース液室２１
内に充填され、さらにノズル２６を介して、オリフィス
プレート３の吐出部出口３３にまで達する。

【００５１】ここで、この状態では、図７（ａ）に示す
ように、インク３４と透明溶媒３５とは接触していない
ので、両液が自然混合することはない。

【００５２】その後、定量部２（図３）の圧電素子１１
に、所望する濃度に対応した電圧が、さらに印加される
（上述した所定の電圧に、所望する濃度に対応した電圧
を加えた電圧が印加される）。すると、圧電素子１１
は、図３（ｂ）に示すように、印加された電圧に対応し
て、さらに下に向かって変形する（延びる）ので、それ
に固定されたピストン１２も、定量部液室８内を下に向
かって移動する。

【００５３】これにより、定量部液室８の容積が減少
し、その減少した分と同量のインク３４、即ち所望する
濃度に対応して定量されたインク３４が、液流路１４を
介してオリフィスプレート４の定量部出口３２に導か
れ、図７（ｂ）に示すように、その端面から、いわば滲
み出るようにして、定量部出口３２と９０度の角度をな
す吐出部出口３３の端面の前方に、定量液４１（図７
（ｂ）において斜線を付して示す部分）を形成する。

【００５４】一方、圧電素子６（図１）には、パルス的
電圧（電圧パルス）が与えられる。なお、圧電素子６に
印加される電圧パルスは、一定の電圧且つパルス幅の電
圧パルスである。

【００５５】すると、圧電素子６は、上述したように、
オリフィスプレート３側に向かって変形する（延びる）
ので、オリフィスプレート３は、ベース１のベース液室
２１（図４）側に向かって湾曲する。これにより、ベー
ス液室２１の容積が減少し内圧が発生する。この圧力に
より、オリフィスプレート３の吐出部出口３３から透明
溶媒３５が吐出される。

【００５６】吐出された透明溶媒３５は、図７（ｃ）に
示すように、柱状に成長しつつ、その吐出方向の前方に
形成された、定量部出口３２から滲み出ている定量液４
１と衝突し、定量液４１を、定量部出口３２の端面の部
分で切り離しながら合体混合し、所望する濃度の混合液
４２となる。

【００５７】その後、圧電素子６（図１）に対する電圧
パルスがＯＦＦになる（０Ｖになる）と、圧電素子６は
元の形状に復帰し、それに伴い、ベース１のベース液室
２１（図４）も元の容積に復帰しようとするため、その
内圧が下がる。これにより、液供給路２４および毛細管
２５を介してベース液室２１内に、透明溶媒タンクから
の透明溶媒３５が引き込まれるとともに、吐出部出口３
３では、そこから突出した、その先端部分が混合液４２
（図７（ｃ））となっている柱状の透明溶媒３５が切り
離される。そして、切り離された透明溶媒３５と定量液
４１（図７（ｂ））からなる混合液４２（図７（ｃ））
は、所望する濃度の混合吐出液４３（図７（ｄ））とな
り、透明溶媒３５の吐出力によって飛翔して、図示せぬ
プリント紙に付着する。

【００５８】なお、混合吐出液４３の吐出方向は、透明
溶媒３５が吐出部出口３３から吐出される方向、即ちベ
ース１の上面または定量部液室８の下面にそれぞれ固定
されたオリフィスプレート３または４の面に対して、上
向きに４５度の方向となる。

【００５９】吐出部出口３３では、透明溶媒３５が、毛
細管現象により、再びその端面付近まで充填される（図
７（ａ））。また、定量部出口３２の端面で定量液４１
（図７（ｂ））が切り離されたインク３４も、その端面
で、表面張力により再びメニスカスを形成する（図７
（ａ））。

【００６０】以下、同様にして、次に印刷するドットの
濃度に対応した電圧が、定量部２（図３）の圧電素子１
１に、さらに印加されるとともに、そのタイミングに同
期して、圧電素子６（図１）に、電圧パルスが与えられ
ることにより、階調豊かな印刷が行われる。

【００６１】ここで、定量部２の動作について、図８を
参照してさらに詳述する。まず定量部２では、圧電素子
１１の電極に電圧が印加されていないとき、即ち圧電素
子１１が変形していない状態のとき、インクタンクから
液供給路１５を介してインク３４が導かれ、定量部液室
８の、液供給路１５より下の部分が、所定の液量のイン
ク３４によって充填される（図８（ａ））。

【００６２】そして、圧電素子１１に所定の電圧が印加
され、これにより圧電素子１１は、下に向かって変形し
（延び）、スタンバイ状態になる（図８（ｂ））。

【００６３】その後、上述したようにして、圧電素子１
１に、印刷するドットの濃度に対応した電圧が、重畳さ
れるようにして印加され、これにより圧電素子１１は、
徐々に下に向かって変形し、ピストン１２を下向きに移
動させることにより定量部液室８の容積を減少させてイ
ンク３４を定量する。

【００６４】そして、圧電素子１１に印加される電圧
が、所定の値に達することにより、圧電素子１１の変形
量（延び量）が所定量になると、即ち定量部液室８の容
積の減少量が所定量になると（図８（ｃ））、圧電素子
１１に対する電圧の印加が停止される（印加する電圧を
０Ｖにする）。

【００６５】これにより、圧電素子１１は、元の状態に
戻るので、液供給路１５の容積も元に戻る。すると、再
びインク３４が液供給路１５を介して導かれ、定量部液
室８の、液供給路１５より下の部分が、所定の液量のイ
ンク３４によって充填される（図８（ａ））。

【００６６】以上のように、このインクジェットプリン
トヘッドによれば、定量部出口３２および吐出部出口３
３の端面より外側で、インク３４と透明溶媒３５を混合
するようにしたので、その混合液が、ヘッド内部に残留
することはなく、従って正確な印刷を行うことができ
る。

【００６７】さらに、インク３４の定量は、定量部液室
８において、ピストン１２を下方向に移動し、その容積
を減少させて、その減少量と同一のインク３４を、定量
部出口３２から、いわば強制的に押し出すことにより行
うようにようにしたので、定量されたインク３４の逆流
（戻り）を防止することができ、従って、常に正確な定
量を行うことができる。

【００６８】その結果、ハイライト部の表現能力が向上
し、階調豊かな印刷を行うことができる。

【００６９】次に、図９は、本発明のインクジェットプ
リンタの一実施例の構成を示している。このインクジェ
ットプリンタは、シリアル型のもので、被印刷物として
のプリント紙５３は、ドラム５４にその一部が巻回さ
れ、軸方向に平行に設けられた図示せぬ紙圧着ローラに
より、ドラム５４に圧着保持されている。

【００７０】ドラム５４の外周には、送りネジ５２がド
ラム５４の軸方向に平行に設けられており、送りネジ５
２には、上述の図１などに示したインクジェットプリン
トヘッドであるヘッド５８が螺合している。そして、送
りネジ５２は、ヘッド送りモータ５１によって回転駆動
され、これによりヘッド５８を軸方向（図中、矢印Ｐで
示す方向）に移動することができるようになされてい
る。また、ドラム５４は、紙送りモータ５５により回転
駆動されるようになされている。

【００７１】さらに、送りネジ５２の左または右端の部
分には、ヘッド５８が、プリント紙５３に対して印刷可
能な範囲の最左端または最右端まで移動したことを検出
するためのレフトエンドセンサ５６またはライトエンド
センサ５７がそれぞれ設けれている。

【００７２】以上のように構成されるインクジェットプ
リンタにおいては、１行の印刷が完了することごとに、
ヘッド５８を構成する定量部２の圧電素子１１（図８）
に対する電圧の印加が停止され、インク３４の補給が行
われるようになされている。

【００７３】即ち、まずヘッド５８が、送りネジ５２に
よってレフトエンドセンサ５６の位置まで移動される。
そして、ヘッド５８は、ライトエンドセンサ５７方向
へ、１ピッチずつ移動され、その移動に同期してヘッド
５８から、図７で説明したようにして混合吐出液４３が
吐出されて、プリント紙５３上に画像が形成される。

【００７４】ヘッド５８が、ライトエンドセンサ５７の
位置まで移動され、１行の印刷が完了すると、紙送りモ
ータ５１によってドラム５４が１行分だけ、図中矢印Ｑ
で示す方向に回転されるとともに、ヘッド５８がレフト
ヘッドセンサ５６の位置まで移動され、この間に、上述
したインク３４（図８）の補給が行われる。そして、以
下同様にして、次の行の印刷が行われる。

【００７５】なお、この場合、ヘッド５８が、上述した
ように、左から右に移動するときだけ印刷を行うように
するのではなく、右から左に移動するときにも印刷を行
うようにすることができる。また、ドラム５４と送りネ
ジ５２を同時に回転させ、印刷しながらヘッド５８を除
々に移動させるようにすることもできる。マルチノズル
ヘッドの場合や同じ場所を何度か印字するような構成の
場合は、ステップ送りが適するが、単ノズルやマルチノ
ズルでも本数が少ない場合は、ドラム５４と送りネジ５
２とを連動して同時に回転させながら、スパイラル状の
印字を行うようにすることができる。

【００７６】次に、図１０は、図９のインクジェットプ
リンタの電気的構成を示すブロック図である。印字デー
タや印字を行うための制御信号などの信号（以下、印刷
データという）は、メモリ６２に入力され、一時記憶さ
れる。メモリ６２では、ＣＰＵ６１の制御にしたがっ
て、記憶された印字データが印刷順に揃えられて読み出
され、ＣＰＵ６１に出力される。

【００７７】ＣＰＵ６１は、メモリ６２からの印刷デー
タ、レフトエンドセンサ５６、ライトエンドセンサ５
７、およびペーパーエンプティ（Paper Empty）などを
検出するその他のセンサ６４などの出力に基づいて、ド
ライバ６５および６６に制御信号を出力する。ドライバ
６５または６６は、ＣＰＵ６１からの制御信号に対応し
てヘッド送りモータ５１または紙送りモータ５５をそれ
ぞれ回転させ、これにより、図９で説明したように、ヘ
ッド５８の移動またはドラム５４の回転がなされる。

【００７８】さらに、ＣＰＵ６１は、印刷データなどに
基づいて、ヘッド５８の圧電素子６または１１の電極
に、電圧パルスまたは電圧をそれぞれ印加する。即ち、
図１１（ａ）に示すように、ＣＰＵ６１では、ヘッド５
８がレフトエンドセンサ５６（図９）からライトエンド
センサ５７に移動している間（以下、ヘッド送り時間と
いう）は、プリント紙５３に印刷を行うタイミングで、
一定電圧Ｅで一定幅の電圧パルスが電圧素子６に印加さ
れる。

【００７９】さらに、このヘッド送り時間においては、
ＣＰＵ６１は、図１１（ｂ）に示すように、電圧パルス
を圧電素子６に印加するタイミングに同期して、ドット
の濃度に対応した電圧を、その直前の電圧に重畳して、
圧電素子１１に印加する。これにより、図７で説明した
ようにしてインク３４の定量、および透明溶媒３５の吐
出が行われ、プリント紙５３に、所望する濃度の混合吐
出液４３（図７（ｄ））がプリント紙５３に飛翔、付着
する。

【００８０】そして、ヘッド５８が、印刷可能な範囲の
最右端、即ちプリント紙５３の１行の終わりの位置まで
移動されると、ライトエンドセンサ５７は、ヘッド５８
を検出し、検出信号をＣＰＵ６１および定量液供給部６
７に出力する。

【００８１】ＣＰＵ６１は、ライトエンドセンサ５７か
ら検出信号を受信すると、ドライバ６５および６６に制
御信号を出力し、これによりヘッド５８をレフトエンド
センサ５６側に移動させるとともに、ドラム５４を１行
分だけ回転させる。

【００８２】さらに、ＣＰＵ６１は、ヘッド５８が、ラ
イトエンドセンサ５７の位置からレフトエンドセンサ５
６の位置まで移動する（戻る）間（以下、ヘッド戻り時
間という）、圧電素子６に対する電圧パルスの印加を停
止するとともに（図１１（ａ））、圧電素子１１に対し
て印加していた電圧を０Ｖにする（図１１（ｂ））。こ
れにより、圧電素子１１は、図８（ｃ）に示した状態か
ら、図８（ａ）に示した状態に戻り、定量部液室８の容
積が元に戻る。

【００８３】一方、定量液供給部６７は、ライトエンド
センサ５７から検出信号を受信した後、圧電素子１１に
印加されていた電圧が０Ｖにされると、図示せぬインク
タンクを制御して、そこからインク３４を、液供給路１
５を介して定量部液室８に供給させる。（図８
（ａ））。

【００８４】そして、所定のインク供給時間（図１１
（ｂ））の間に、定量部液室８が所定量のインク３４に
よって充填されると、ＣＰＵ６１は、圧電素子１１に所
定の電圧を印加する。これにより、圧電素子１１は、下
に向かって変形し（延び）、スタンバイ状態になる（図
８（ｂ））。

【００８５】その後、ヘッド５８が、印刷可能な範囲の
最左端、即ちプリント紙５３の１行の始めの位置まで移
動されると、レフトエンドセンサ５６は、ヘッド５８を
検出し、検出信号をＣＰＵ６１に出力する。

【００８６】ＣＰＵ６１は、レフトエンドセンサ５６か
ら検出信号を受信すると、再びメモリ６２から印刷デー
タの読み出しを開始する。そして、以下上述した処理が
繰り返されて、プリント紙５３に対する印刷が行われ
る。

【００８７】なお、マルチヘッドでノズル数が非常に多
い場合は、ヘッド５８にＩＣを搭載して、ヘッド５８に
接続する配線数を減らすようにすることができる。ま
た、ＣＰＵ６１には、各種補正回路６３が接続されてお
り、そこではγ補正、カラーの場合の色補正、ヘッド５
８のばらつき補正などが行われるようになされている。
各種補正回路６３には、あらかじめ決められた補正デー
タをＲＯＭマップ型式で格納しておき、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
うにすることができる。

【００８８】次に、以上のように、１行ごとにインク３
４の補給を行う場合の定量部２（図８）の各部の寸法に
ついて説明する。

【００８９】まずヘッド５８を、例えば４ドット／ｍｍ
のシリアルヘッドとした場合、ベタ黒を形成可能な最低
の印画ドット径は、２５０μｍφとなる。印画ドット径
は、一般的に吐出ドット径の１乃至３倍程度といわれて
いるので、いま、印画ドット径が、吐出部出口３３の吐
出ドット径のほぼ２倍になると仮定すると、吐出ドット
径は、例えば１２０μｍφ程度にする必要がある。

【００９０】吐出ドット径を１２０μｍφとした場合、
吐出部出口３３から吐出される透明溶媒３５の１ドット
当たりの体積は、ほぼ９．０５×１０⁵μｍ³（≒４×π
×（６０μｍ）³／３）となる。この場合において、例
えば混合する透明溶媒３５とインク３４との体積比を、
１０：０乃至１０：１０の範囲までとし（但し、吐出可
能な透明溶媒３５の体積比を１０：１０とする）、８階
調のドット内濃度階調を行うようにすると、インク３４
の最小定量体積は、透明溶媒３５の１ドットの体積の、
例えば１／８とすれば良い。従って、インク３４の最小
定量体積は、ほぼ５．６６×１０⁴μｍ³（≒９．０５×
１０⁵μｍ³／２／８）となる。

【００９１】一方、例えば定量部液室８の内径を２ｍｍ
φとして、インク３４の最大定量体積を定量した場合、
ピストン１２（圧電素子１１）の変位量は、ほぼ０．１
４４μｍ（≒９．０５×１０⁵μｍ³／２／（π×（１０
００μｍ）²））となる。

【００９２】プリント紙５３のサイズをＡ４とし、１行
当たり最大で２００ｍｍの印刷を行うとすると、インク
の定量は、最大で８００回（＝２００ｍｍ×４ドット／
ｍｍ）だけ行うことになる。従って、１行の印刷を行う
にあたって、ピストン１２は、最大でほぼ１１５．２μ
ｍ（＝０．１４４μｍ×８００回）だけ下がることにな
る。従って、スタンバイ状態（図８（ｂ））のピストン
１２の下面の位置は、定量部液室８の下の底面から１１
５．２μｍ以上の所に位置するようにする必要がある。

【００９３】また、例えば図６（および図８）に示した
定量部２のエア抜き路１３または液供給路１５それぞれ
の直径を５０μｍφとし、その中心の位置の高低差を５
０μｍとすると、図８（ａ）に示すインク３４の補給時
と、図８（ｂ）に示すスタンバイ状態におけるピストン
１２の下面の高低差は、１００μｍ（＝５０μｍ＋５０
μｍ）以上必要で、本実施例では、例えば２００μｍと
した。

【００９４】以上のように、図９および図１０に示した
インクジェットプリンタによれば、ヘッド５８による、
プリント紙５３に対する１ライン（１行）の印刷の終了
を検出すると、ヘッド５８が、行末（ライトエンドセン
サの位置５７）から行頭（レフトエンドセンサ５６の位
置）に戻るまでのヘッド戻り時間を利用して、定量部２
のピストン１２が、元の位置に戻される。従って、１ラ
インごとに、階調豊かな印刷を、高速且つ安定に行うこ
とができる。

【００９５】なお、本実施例においては、透明溶媒とイ
ンクとを混合するようにしたが、所望する印刷結果によ
っては、例えばインクと非透明溶媒（インク）とを混合
するようにすることができる。

【００９６】さらに、本実施例では、所定の一定量の透
明溶媒に、所望する濃度に対応した量のインクを混合す
ることによるドット内濃度階調を行うようにしたが、イ
ンク量にあわせて透明溶媒量を変えることで、混合量を
一定としたドット内濃度階調を行うこともできる。この
場合は、圧電素子６に与える電圧パルス（パルス幅、電
圧）を可変にすることで実現することができる。さら
に、ディザなどを組み合わせるようにすることもでき
る。

【００９７】この場合、階調表現能力を飛躍的に向上さ
せることができる。

【００９８】また、インクジェットプリントヘッド（図
１）の各部の材質は、耐溶剤性のものが望ましいが、透
明溶媒およびインクが水溶性のものであれば、特に限定
されるものではない。

【００９９】さらに、用いるインクは、従来のインクジ
ェットプリンタに使用されている水容性のインクだけで
なく、油溶性のものでも良い。

【０１００】また、透明溶媒は、水溶性のものでも油溶
性のものでも良い。

【０１０１】さらに、図７に示したように、定量部出口
３２からは、吐出部出口３３より透明溶媒３５が吐出さ
れるタイミングよりも早く、インク３４を出力する必要
があるが、このタイミングの時間差は、吐出周波数、即
ち圧電素子６に印加される電圧パルスの周波数（例え
ば、１００Ｈｚ程度）などを考慮して設定される。

【０１０２】また、圧電素子６または１１に対する電圧
の印加時間は、ベース１のベース液室２１の容積または
定量部２の定量部液室８の容積に基づいてそれぞれ設定
される。

【０１０３】さらに、定量部出口３２、即ちオリフィス
プレート４のオリフィス（穴）の内部には、図７に示す
ように、は水処理を施し、は水処理膜３１を設けるよう
にすることができる。この場合、インクの定量の精度を
向上させることができる。

【０１０４】また、上述したバイモルフや積層ピエゾな
どの圧電素子は、ヒステリシスを有するが、電圧を重畳
するように印加するので、ヒステリシスの問題はない。

【０１０５】さらに、吐出安定性、吐出ドットサイズ、
サテライトの有無などの問題は、圧電素子６または１１
に印加する電圧（パルス幅や電圧値など）を、適応的に
選択することにより解決することができる。

【０１０６】また、本実施例では、圧電素子１１により
ピストン１２を移動させるようにしたが、例えばモータ
などの他の駆動手段によりピストン１２を移動させるよ
うにすることもできる。

【０１０７】さらに、本実施例においては、圧電素子１
１の下面にピストン１２を設けるようにしたが、このピ
ストン１２は、必ずしも設ける必要はない。しかしなが
ら、ピストン１２を設けないと、インクなどにより圧電
素子１１表面が冒される恐れがあり、また圧電素子１１
の少なくとも底面部分は、その形状を円柱状としなけれ
ばならないので、ピストン１２は設ける方が好ましい。

【０１０８】また、本実施例においては、吐出部出口３
３と定量部出口３２とが、９０度をなすように、それぞ
れの先端（端面）を互いに突き合わすようにしたが、こ
れに限られるものではなく、９０度以外の、例えば６０
度や１２０度などの他の角度をなすように、オリフィス
プレート３および４を構成するようにすることができ
る。

【０１０９】さらに、本実施例では、本発明をシリアル
型のインクジェットプリンタに適用した場合について説
明したが、本発明は、シリアル型の他、例えばドラム回
転型やライン型などの他の構成のインクジェットプリン
タに応用することができる。

【０１１０】また、本実施例では、圧電素子６の変形に
よる圧力によって、透明溶媒３５（混合液４２）を吐出
するようにしたが、これ以外の例えば発熱素子による加
熱沸騰によって生ずる気泡の圧力を用いて透明溶媒３５
を吐出するようにすることができる。

【０１１１】即ち、図１に示した圧電素子６を設けず
に、図１２に示すように、ベース１のベース液室２１の
下部に、例えばヒータなどの発熱素子７１を設けるよう
にすることができる。

【０１１２】この場合、混合吐出液４３は、図１３に示
すようにして吐出される。なお、定量部出口３２からの
定量液４１の出力に関しては、図７に示した場合と同様
であるので、その説明は省略し、透明溶媒３５の吐出に
関してのみ説明する。

【０１１３】まず発熱素子７１に、所定の電圧パルスを
一定時間印加すると、図１３（ａ）に示すように、発熱
素子７１の上面上に核気泡が発生する。核気泡は合体し
て、図１３（ｂ）に示すような気泡（膜気泡）となり、
さらに、この気泡が断熱膨張により成長して、図１３
（ｃ）に示すような大きな気泡（バブル）となる。

【０１１４】そして、発熱素子７１に対する電圧の印加
が停止されると、気泡は、図１３（ｄ）に示すように、
周囲の透明溶媒３５に熱が取られて収縮し、その後図１
３（ｅ）に示すように、消滅する。

【０１１５】以上の過程において、図１３（ｃ）乃至図
１３（ｅ）の状態で生じる膜沸騰現象の吐出力により、
透明溶媒３５は、吐出部出口３３から吐出される。

【０１１６】さらに、本実施例では、定量部液室８の液
供給路１５よりもエア抜き路１３の位置を高くしたが、
液供給路１５をエア抜き路１２よりも高い位置に設ける
ようにしても良く、また液供給路１５とエア抜き路１２
とは同じ高さの位置に設けるようにしても良い。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように、本発明のインクジェット
プリントヘッドによれば、定量手段が、液室の容積を変
化させることにより、第２の液体を定量し、出力口から
出力するとともに、第１の液体が、出力口と互いの先端
を突き合わせ、所定の角度をなして配置されている吐出
口から吐出される。従って、第２の液体の定量を正確に
行うことができる。さらに、第２の液体と第１の液体と
が、それぞれ出力口または吐出口の外で混合されるの
で、第２の液体と第１の液体との自然混合を防止するこ
とができる。

【０１１８】また、このインクジェットプリントヘッド
によれば、定量手段が、液室内を上下するピストンを一
方向に移動させることにより、第２の液体を定量するよ
うにすることができる。従って、高速且つ正確で微細な
定量を行うことができるので、階調豊かな印刷を高速で
行うことができる。

【０１１９】本発明のインクジェットプリンタによれ
ば、請求項５に記載のインクジェットプリントヘッドに
よる、被印刷物に対する１ラインの印刷の終了を検出す
ると、インクジェットプリントヘッドが備える定量手段
のピストンを、元の位置に戻す制御を行う。従って、１
ラインごとに、階調豊かな印刷を高速で行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリントヘッドの一実
施例の構成を示す斜視図である。

【図２】図１の実施例の正面図、側面図、および平面図
である。

【図３】図１の実施例の断面図である。

【図４】図１の実施例におけるベース１のより詳細な構
成を示す図である。

【図５】オリフィスプレート３および４の製造方法を説
明する図である。

【図６】図１の実施例における定量部２のより詳細な構
成を示す図である。

【図７】図１の実施例の動作を説明する図である。

【図８】図１の実施例における定量部２のピストン１２
の動作を説明する図である。

【図９】本発明のインクジェットプリンタの一実施例の
構成を示す図である。

【図１０】図９の実施例の電気的構成を示すブロック図
である。

【図１１】図１０の実施例において、圧電素子６および
１１に印加される電圧を示す波形図である。

【図１２】ベース１の他の実施例の構成を示す図であ
る。

【図１３】図１２のベース１の動作を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ベース２定量部３吐出部折曲オリフィスプレート４定量部折曲オリフィスプレート５圧電素子支え６圧電素子７吐出部８定量部液室１１圧電素子１２ピストン１３エア抜き路１４液流路１５液供給路２１ベース液室２２液供給路入口２３液供給路出口２４液供給路２５毛細管２６ノズル３１は水処理膜３２定量部出口３３吐出部出口３４インク３５透明溶媒４１定量液４２混合液４３混合吐出液５１ヘッド送りモータ５２送りネジ５３プリント紙５４ドラム５５紙送りモータ５６レフトエンドセンサ５７ライトエンドセンサ５８ヘッド６１ＣＰＵ６２メモリ６３各種補正回路６４その他のセンサ６５，６６ドライバ６７定量液供給部７１発熱素子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】ここで、電気浸透とは、電解質溶液が満
たされている容器を、例えば左右に仕切るように多孔質
隔膜を設け、仕切られた左右の電解質溶液それぞれの中
に電極板を挿入して、電圧を印加した場合に、電解質溶
液が、多孔質隔膜を介して一方から他方に移動するとい
うような現象である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７５】なお、この場合、ヘッド５８が、上述し
たように、左から右に移動するときだけ印刷を行うよう
にするのではなく、右から左に移動するときにも印刷を
行うようにすることができる。この場合も、上述したよ
うに、１行の印刷が完了するごとにインク３４の補充が
行われる。但し、この場合は、左から右および右から左
にヘッド５８が移動するときの両方で、印刷が行われる
ので、インク３４の補充は、上述したように１行の印刷
の完了後、次の印刷が開始される前までに、即ちドラム
５４が１行分回転する間に行われる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 2/205 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｘ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の液体を吐出する吐出口と、第２の液体を出力する出力口と、前記吐出口から前記第１の液体を吐出させる吐出手段
と、前記第２の液体を充填する液室を有し、その液室に充填
された前記第２の液体を定量して前記出力口から出力さ
せる定量手段とを備え、前記定量手段は、前記液室の容積を変化させることによ
り、前記第２の液体を定量し、前記吐出口および出力口は、それぞれの先端を互いに突
き合わせ、所定の角度をなして配置されていることを特
徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】前記吐出手段は、圧電素子でなることを
特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘ
ッド。
【請求項３】前記吐出手段は、発熱素子でなることを
特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘ
ッド。
【請求項４】前記所定の角度は、９０度であることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジ
ェットプリントヘッド。
【請求項５】前記定量手段は、前記液室内を上下する
ことができるピストンをさらに有し、前記ピストンを一
方向に移動させることにより、前記第２の液体を定量す
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
インクジェットプリントヘッド。
【請求項６】被印刷物に印刷を行う請求項５に記載の
インクジェットプリントヘッドと、前記インクジェットプリントヘッドによる、前記被印刷
物に対する１ラインの印刷の終了を検出する検出手段
と、前記検出手段により前記被印刷物に対する１ラインの印
刷の終了が検出されたとき、前記インクジェットプリン
トヘッドが備える前記定量手段の前記ピストンを、元の
位置に戻す制御を行う制御手段とを備えることを特徴と
するインクジェットプリンタ。