JPH09309206A - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化によるインク粘度の変化に関わりな
くインク滴のインク量と飛行速度を一定に維持するこ
と。 【解決手段】 温度により基準電位からの電圧が変化す
る中間電位と、中間電位から基準電位までの電位変化に
より圧力発生室を膨張させる第１の信号と、基準電位と
最高電圧との差分として発生され、インク滴を吐出させ
るために圧力発生室を収縮させる第２の信号と、インク
滴吐出後に収縮状態にある圧力発生室を元の状態に復帰
させる第３の信号とを発生させる信号発生手段３０を備
え、中間電位を温度により変化させて、第２の信号によ
るインク吐出時のメニスカスの位置を調整して、ノズル
開口までの流路抵抗とインク粘度とを相殺させ、温度に
関わりなく、インク滴の重量と飛行速度とを一定に維持
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術の分野】本発明は、圧電振動子を駆
動源に使用したインクジェット記録ヘッドの駆動技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一部が弾性板により構成され、ノズル開
口に連通する圧力発生室を、圧電振動子により膨張、収
縮させて、インクの吸引、インク滴の吐出を行うインク
ジェット式記録ヘッドは、圧力によりインク滴を吐出さ
せるため、印刷のための各インク滴のインク量が温度変
化に伴う粘度の変化に影響を大きく受け、図７に示した
ように温度が上昇するにつれてインク量が増加し、印字
品質が変動するという問題がある。このため、環境温度
に応じて圧力発生室を収縮させてインク滴を吐出させる
際の圧電振動子の信号の大きさや変化速度を温度に対応
して調整することにより、インク量を一定する駆動技術
が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これによれば、記録ヘ
ッドに印加する信号のレベルを温度に応じて変化させる
ことにより、インク滴のインク量を温度に関わりなく一
定に維持することが可能となるものの、圧力発生室の収
縮速度や収縮量が変化するため、インク滴の飛行速度に
も変動を来し、信号の電圧レベルを下げた場合にはイン
ク滴の速度が低下して記録媒体への着弾位置に誤差を生
じて印字品質の低下を招くという問題がある。本発明は
このような問題に鑑みてなされたものであって、その目
的とするところは、インク滴の速度の変動を可及的に小
さく抑えて、温度変化に関わりなくインク滴のインク量
を一定に維持することができるインクジェット式記録装
置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ノズル開口、及びインク供
給口を介して共通のインク室に連通する圧力発生室と、
該圧力発生室を膨張、収縮させる圧電振動子とからなる
インクジェット式記録ヘッドと、温度により基準電位か
らの電圧が変化する中間電位と、前記中間電位から基準
電位までの電位変化により前記圧力発生室を膨張させる
第１の信号と、基準電位と最高電圧との差分として発生
され、インク滴を吐出させるために前記圧力発生室を収
縮させる第２の信号と、インク滴吐出後に収縮状態にあ
る圧力発生室を元の状態に復帰させる第３の信号とを発
生させる信号発生手段とを備えるようにした。

【０００５】

【作用】中間電位を温度により変化させて、第２の信号
によるインク吐出時のメニスカスの位置を調整して、ノ
ズル開口までの流路抵抗とインク粘度とを相殺させ、温
度に関わりなく、インク滴の重量と飛行速度とを一定に
維持する。

【０００６】

【発明の実施の態様】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明が適用
されるインクジェット式記録ヘッドの一実施例を、１つ
のアクチュエータユニットの圧力発生室近傍の構造で示
すものであって、図中符号１は第１の蓋体で、厚さ９μ
ｍ程度のジルコニアの薄板から構成され、その表面には
圧力発生室２、２に対向するように駆動電極３、３を形
成し、その表面にＰＺＴ等からなる圧電振動子４、４を
固定して構成されている。

【０００７】５は、スペーサで、圧力発生室２、２を形
成するのに適した厚さ、例えば１５０μｍのジルコニア
（ＺｒＯ2）などのセラミックス板に通孔を穿設して構
成され、後述する第２の蓋体６と第１の蓋体１とにより
両面を封止されて圧力発生室２、２を形成している。

【０００８】圧力発生室２、２は、圧電振動子４、４の
たわみ振動を受けて膨張、収縮してインク供給口７、７
を介して共通のインク室８、８のインクを吸引して、ノ
ズル開口９、９からインク滴を吐出する。

【０００９】６は、前述の第２の蓋体で、やはりジルコ
ニア等のセラミック板に、圧力発生室２、２の対向側の
端部でノズル開口９、９に連通するノズル連通孔１０、
１０と、また外側でインク供給口７、７と連通する連通
孔１１、１１を穿設して構成されている。

【００１０】１２は、インク供給口形成基板で、圧力発
生室２、２の中央部側にノズル開口９、９と接続するノ
ズル連通孔１３、１３を、また外側には共通のインク室
８、８と圧力発生室２、２とを接続する前述のインク供
給口７、７を穿設して構成されている。

【００１１】１４は、共通のインク室形成基板で、共通
のインク室８、８を形成するに適した厚み、例えば１５
０μｍのステンレス鋼などの耐蝕性と剛性を備えた板材
に、共通のインク室８、８の形状に対応する通孔と、そ
の外側にノズル開口９、９と接続する連通孔１５、１５
を穿設して構成されている。

【００１２】１６は、ノズルプレートで、ノズル開口
９、９を列状に、複数列、この実施例では２列形成して
構成されている。なお、図中符号１７は外部回路からの
信号を圧電振動子４、４に供給するフレキシブルケーブ
ルを示す。

【００１３】図２は、上述した記録ヘッドを駆動する駆
動装置の一実施例を示すものであって、図中符号３０
は、信号発生回路で、図３に示したように外気温度が高
くなるほど高い電位となる中間電位Ｖcと、中間電位Ｖc
から基準電位Ｖsに降下する第１の信号と、基準電位Ｖs
と最高電位ＶHとの差分として発生され、インク滴を吐
出させるための第２の信号と、最高電圧ＶHと中間電位
Ｖcとの差分として発生され、収縮状態にある圧力発生
室２をもとの状態に戻すとともに、共通のインク室８か
ら圧力発生室２にインクを吸引するための第３の信号と
を発生させるように構成れている。そして中間電位Ｖc
は温度検出手段３１からの温度により制御可能となって
いる。

【００１４】この実施例において、外気温度が常温の場
合には、中間電位Ｖcは、１滴のインク滴が印刷に最適
な量となるように定められた値となる。この状態で、印
刷信号が入力すると、中間電位Ｖcに充電されていた圧
電振動子４が第１の信号で放電して、圧力発生室２が中
間電位Ｖcに相当する分だけ膨張する。これによりメニ
スカスＭがノズル開口２からこの膨張量に相当する分だ
け引き込まれる（図５）。

【００１５】所定時間が経過した段階で、基準電位Ｖs
と最高電位ＶHとの差分としての第２の信号が出力して
圧力発生室２を収縮させる。第２の信号が出力される時
点では、一旦圧力発生室２に引き込まれたメニスカスが
ノズル開口９に向かって移動して印刷に適した位置に到
達しているため、常温でのインクの粘度と、メニスカス
のノズル開口９までの距離ΔＬに見合ったインク量のイ
ンク滴が吐出され、所定の速度で飛行する。

【００１６】インク滴吐出後、圧電振動子４が第３の信
号により放電され、次の印刷に備えて圧力発生室が元の
容積に位置に復帰する。そして印刷信号にタイミングを
合わせて再び中間電位Ｖcに充電される。以下、このよ
うな工程を繰返して印刷を実行する。

【００１７】外気温が高く、したがってインクの粘度が
常温に比較して低下している場合には、中間電位Ｖcが
常温時よりも上昇する。この状態で印刷信号が入力する
と、中間電位Ｖcに充電されていた圧電振動子４が第１
の信号で放電して、圧力発生室２が常温時よりも大きく
膨張する。

【００１８】このため、メニスカスが常温時よりも圧力
発生室側に大きく引き込まれる。所定時間が経過した段
階で、基準電位Ｖsと最高電位ＶHとの差分としての第２
の信号が出力して圧力発生室２を収縮させる。第２の信
号が出力される時点では、一旦圧力発生室２に引き込ま
れたメニスカスがノズル開口９に向かって移動している
が、圧力発生室２に大きく引き込まれているから、ノズ
ル開口９からの距離ΔＬが長く、ここからノズル開口９
までの流体抵抗が大きくなる。

【００１９】しかしながら温度が上昇していてインクの
粘度が低下しているから、両者のファクタが相殺される
ことになり、インク量に変化を来すことなく、しかも吐
出時に受ける圧力が一定となるから、常温時と同一のイ
ンク量のインク滴が常温時と同一の飛行速度で飛翔す
る。

【００２０】一方、外気温が低く、したがってインクの
粘度が常温に比較して上昇している場合には、中間電位
ＶCが常温時よりも低下する。この状態で印刷信号が入
力すると、中間電位Ｖcに充電されていた圧電振動子４
が放電して、圧力発生室２が常温時よりも膨張量が少な
くなる。

【００２１】このため、メニスカスＭが常温時よりもノ
ズル開口側に位置する。所定時間が経過した段階で、基
準電位Ｖsと最高電位ＶHとの差分としての第２の信号が
出力して圧力発生室２を収縮させる。第２の信号が出力
される時点では、メニスカスが既にノズル開口９の近傍
に位置していてノズル開口９までの流体抵抗が小さい
が、インクの粘度が上昇しているから、両者のファクタ
が相殺されることになり、インク量に変化を来すことな
く、しかも吐出時に受ける圧力が一定となるから、常温
時と同一のインク量のインク滴が常温時と同一の飛行速
度で飛翔する。

【００２２】以下、このように外気温に応じて中間電位
Ｖcを変化させることにより、インク吐出時点のメニス
カスとノズル開口との距離を調整してインクの粘度の変
化に起因する抵抗を相殺して、インク滴のインク量、及
び飛行速度を温度変化に関わりなく、一定に維持する。

【００２３】なお、上述の実施例においては、第３の信
号を一旦、基準電位Ｖsまで低下させてから、次の印刷
に備える中間電位Ｖcを印加するようにしているが、図
４に示したように放電終了時の電位を中間電位Ｖcをと
するようにしても同一の作用を奏することは明らかであ
る。すなわち、第３の信号は、インク滴吐出以後に次の
インク滴吐出に備えてインク滴吐出により収縮した圧力
発生室２を元の状態に復帰させる操作であるから、イン
ク滴吐出特性にかかわるようなメニスカスの運動を誘起
しない。

【００２４】また、上述の実施例においては第２の信号
を、一定値に固定しているが、温度に対応させて変化、
例えば２５°Ｃの常温時を１とすると、１５°Ｃでは
１．２倍に、また４０°Ｃでは０．９倍となるように変
化させると、インク滴のインク量、及び飛翔速度を一定
に保持しやすい。そして、中間電位Ｖcを第２の信号に
対する比率、例えば２５°Ｃの常温時ではこの時の第１
の信号の０．２倍に、また１５°Ｃではこの時の第１の
信号の０．１倍、さらに４０°Ｃではこの時の第１の信
号の０．３倍となるように変化させるのが望ましい。

【００２５】さらに、特にインク滴を吐出させるために
圧力発生室を収縮させる時間ｔcを可及的に一定に維持
することにより、メニスカスが最適な位置に移動した時
点でインク滴を吐出させることができて、インク滴のイ
ンク量、及び飛行速度を温度変化に関わりなく一定に維
持することが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、ノズル開口、及びインク供給口を介して共通のイン
ク室に連通する圧力発生室と、該圧力発生室を膨張、収
縮させる圧電振動子とからなるインクジェット式記録ヘ
ッドと、前記圧力発生室を拡大させる第１の信号と、膨
張状態にある前記圧力発生室を収縮させて前記ノズル開
口からインク滴を吐出させる第２の信号と、前記インク
滴吐出後に第１の信号による拡大容積よりも小さい容積
で、かつ環境温度に依存して前記圧力発生室を拡大させ
る第３の信号を出力する信号発生手段とを備えるように
したので、圧力発生室を膨張させる第１の信号の振幅を
中間電位である第３の信号により調整してメニスカスの
引き込み量を変えることができ、インク滴吐出のための
第２の信号の振幅を一定としてインク滴の速度を変える
ことなく、メニスカスの位置によりヘッドのインク吐出
能力を調整してインク滴のインク量を一定に維持するこ
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記録装置に使用するイ
ンクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の信号発生手段の一実施例を示す示すブ
ロック図である。

【図３】同上装置における信号の一実施例を示す波形図
である。

【図４】同上装置における信号の他の実施例を示す波形
図である。

【図５】ノズル開口近傍のメニスカスの挙動を示す図で
ある。

【図６】中間電位とインク滴の重量比との関係を示す線
図である。

【図７】インク温度とインク滴のインク量との関係を示
す線図である。

【符号の説明】

２ 圧力発生室 ４ 圧電振動子 ８ 共通のインク室 ９ ノズル開口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口、及びインク供給口を介して
   共通のインク室に連通する圧力発生室と、該圧力発生室
   を膨張、収縮させる圧電振動子とからなるインクジェッ
   ト式記録ヘッドと、 温度により基準電位からの電圧が変化する中間電位と、
   前記中間電位から基準電位までの電位変化により前記圧
   力発生室を膨張させる第１の信号と、基準電位と最高電
   圧との差分として発生され、インク滴を吐出させるため
   に前記圧力発生室を収縮させる第２の信号と、インク滴
   吐出後に収縮状態にある圧力発生室を元の状態に復帰さ
   せる第３の信号とを発生させる信号発生手段と、 からなるインクジェット式記録装置。
2. 【請求項２】 第３の信号の終端電位が前記中間電位で
   ある請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
3. 【請求項３】 第２の信号の最高電圧が温度により変化
   し、また前記中間電位が前記最高電圧の比率により設定
   される請求項１のインクジェット式記録装置。