JPS5962158A - ドロツプオンデマンド式インクジエツトプリンタ - 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】 〔発明の分野〕 本発明は、改良されたインクシェラ１〜印刷装置及び適
当な電気信号の制御下で１〜ロツプオンテマンド式にイ
ンク滴を発生する方法即ち必要時にインク滴を発生する
方法に関する。

〔従来技術〕

必要なときにインク滴を発生するよう変換器が選択的に
付勢されるものは、従来のインフジエラ１〜印刷装置で
も知られている。しかし従来の１くロツプオンデマンド
式のプリンタは、滴の生成速度や解像度が低く効率も低
いということで一般には用途か制限されていた。

本出願人による米国特許第４２６６ｊ３２号は、ドロッ
プオンデマンド式のインフジエラ１〜印刷装置において
その変換器がある選択的に制御される振幅の電圧制御パ
ルスで以って同期速度で駆動されるものを開示している
。この装置は、大きさが等しく間隔も等しい複数個のイ
ンク滴を、改良された印刷速度及び改良された印刷の質
で生成している。

］’９８１年６月６日に米国特許出願された米国特許出
願第２７４９８９号は、［ドロップオンデマンド方法並
びに変換用ノズル及び高粘度の液体を用いる装置」と題
し、解像度の高い印刷を一層高い滴速度で生じるために
、高粘度のインクで動作できる改良されたシステムを開
示している。しかし、ある種の動作条件の下では、休止
期間や未使用期間経過後にそのシステムが適正にスター
１〜し損なうことがある。これを「始動」問題と呼ぶが
、このような場合、休止期間（この期間には滴が射出さ
れない）経過後の最初の数滴は、全く射出されなかった
りあるいは非常な低速で思いがけない方向へ射出された
りしていた。その結果休止期間経過後の初めの２．３の
文字は印刷されなかったり、字形が崩れたりしていた。

〔発明の概要〕 下でも高解像度の印刷を生じるよう改良されたドロップ
オンデマンド式の印刷装置を提供することにある。

本発明を簡単に説明すると、先ず本発明のドロップオン
デマンド式のインクジェット印刷装置は適当な印刷用流
体即ちマーク用流体が供給される流体室を含む印刷ヘッ
ドを含む。その流体室には、電気機械変換器がそれと物
理的に結合するよう装着される。この変換器は、少なく
ともある所定の振幅をもつ信号毎に１滴のマーク用流体
が射出されるよう一連のデータ信号で以って付勢される
。

滴付勢信号のほかに、滴射出信号に対し振幅は小さいが
所定の周波数をもつ一連の付勢信号が変換器を付勢する
ために結合され、圧力波が流体室で発生されてその中の
マーク用流体に伝播される。

これによってマーク用流体の特、性は一定に維持され、
休止期間の後でインク滴が生じなかったり間違った場所
に位置付けられたりすることがなくなる。

〔好適な実施例〕

第１図のプリンタは、インク供給手段１２から液体のイ
ンクが供給される印刷ヘッド１０を含む。

高解像度の印刷に合うインクの粘度は１００センチポア
ズまで及ぶが、その粘度は低解像度が適当であるという
ような応用例の場合はかなり高くできる。制御手段１４
は、印刷ヘッド１０に電圧パルスが１つ与えられる毎に
インク滴を１個生成するよう印刷ヘッドＩＯを選択的に
付勢する制御電圧パルスを生じる。印刷ヘッド１０は、
中空のシリンダ状の変換器部材１６とその一端をノズル
板１８によって塞いだものとから室即ち空洞２２を形成
している。この空洞２２はインク供給手段１２からの供
給管２４で以って満された状態にある。

供給手段１２からのインクは、空洞２２内のインクが静
的な状態で大気圧か又はその近くの圧力に卸持されるよ
う圧力を負荷されない。空洞２２からの出［１にはノズ
ル部２０が設けられ、該ノズル部２０は静的な状態の下
でそこからインクが流れ出したり、空気が流れ込まない
よう改削される。

変換器１６は、適当な電圧パルスで付勢されるとき半径
方向に変位し、空洞２２内に圧力波を生じて、液体のイ
ンクがノズル部２０から射出される。

制御手段１４は、変換器１６を選択的に付勢するため電
圧制御パルス６０（第５図参照）を与える。

変換器１６に適当な電圧パルスが印加される毎にインク
滴２６を１飼主じる。

第２図及び第３図は、４列４４に配設された４０個の印
刷ヘッド４２と各列毎にずれて配設された同数のオリフ
ィス４６とより成る印刷ヘッドアレイ４０を示す。これ
によって印刷ヘッドが印刷シートを横切る際に生じる印
刷行は、活字を刻設したものに近い解像度で生じること
になる。各印　　　　　・刷ヘッド４２は、中空のシリ
ンダ状圧電結晶４８を含み、この中に共通のインク溜め
５２からのインクが供給されるインク室５０を形成する
。各印刷ヘッド毎にテーパ付きの溝５６を含みこれによ
ってインク室５０からのインクをノズル板５８中の対応
するオリフィス４６に与えるという構造のハウジング５
４が設けられる。

印刷中、印刷ヘッド１０は印刷媒体を横切って一定の速
度で移動され、文字ビットデータが制御手段１４により
、下記で詳細に説明するように、発生される。即ちイン
ク滴が印刷媒体上に所望の印刷データを生じるよう文字
ビン１〜データに応じて選択された期間Ｔで形成され得
るようヘッドの移動と同期して文字ビットデータが発生
される。

印刷ヘッド１０に同期的な移動を生じさせる装置は従来
も知られているから、ここでは説明しない。

その装置の細部の知識は本発明を理解するのに不必要だ
からである。

本発明によれば、あるインク滴が印刷に必要な場合にそ
の滴の生成時間Ｔに選択された駆動電圧パルス６０が生
しるよう変換器１６へ駆動電圧を変調することによって
同じ大きさで同じ間隔のインク滴が生じる。更にプリン
タの設ｎ１の限界内のあらり）る動作環境下で印刷の質
を維持するため一連の低い振幅の付勢パルス２８が与え
られる・変換器１６もしくは１８を駆動するため低い振
幅のｆ−Ｊ勢パルス２８を加えるというのは、ある種の
条件下で起っていた前述の「始動」問題を解決すること
になる。この「始動」問題は高粘度のインクを用いた場
合の方が多く生じる。そしてこれは休止期間（滴が射出
されない期間）後に、最初の２．３個の文字を印刷する
除滴が生じなかったり滴を位置付は損ねたりするという
現象となって現われる。第８図はこの問題を明瞭に示す
印刷像のサンプルを示す。第８図は、書面上のｒｏ　Ｒ
ＤＥ　ＲＬ　Ｉ　Ｓ　ＴＪという内容の見出し語を２倍
に拡大した像である。この像は休止期間の後に印刷され
たものであり、少なくとも最初の２．３個の文字は、第
８図に示すとおり解像度が低く受容れられるものではな
い。これに対し第９図に示す像は、一点を変更しただけ
の同しプリンタで同じ休止期間後に印刷されたサンプル
である。その変更した点、というのはプリンタが本発明
に従って動作するよう低い振幅の付勢パルス源がオンに
切換えられたことである。第９図から分るように、この
拡大像は、刻設された活字によるものと近い解像度であ
る。

」一連の米国特許出願第２７４９８９号に説明されるよ
うに、安定で信頼性のあるドロンプオンデマン１く方式
のインフジエラ１−動作においては高粘度のインクが不
＋１Ｊ欠である。ある種のインク組成はインクの粘性を
制御するための濃縮器を用い、そのインク組成によって
優れた印字の質を生じ。

紙１−ての乾燥時間も短くまた印刷ヘッド材ｖ）とも適
合性を持たせている。その「始動」問題はインクの粘性
や表面張力が溶液中のシックナーにより一様でなくなる
ことによるものであることが分った。このようなシック
ナーはある種のポリマーを含み、空気と液体の界面に近
い部分の混合液の分子構造が動的な状態の下で変わり得
ることが知られている。標準的な表面張力のａｌｌ定θ
ミで１！）られる静的に表面張力とは異なる動的な表面
張力がある。

更に溶液の粘性は流体系の動的な状態（歪み率）に大き
く依存する。滴が頻繁に射出される通常のドロップオン
テマンド式の印刷中、ノズル中の流体は？（（安定（動
的）状態にあり、実効粘度や表面張力も比較的一定であ
る。しかし、２．３秒という休止期間中、ミニスカス及
び内部の流体の振動は徐々に小さくなり、動的な状態と
はかなり異なる静的な状態に実効粘度や表面張力が戻っ
てしまう。このような流体の性質の変化が始動問題の原
因となって現われる。この問題は、特定のインク組成の
印刷ヘッドの設計では、６乃至７センチスト一クス位の
低い粘度で観察された。

（以下余白） この問題に対する解決策の１つに、変換器１６や４８を
駆動するために低い振幅の付勢パルス２８を加えること
がある。第２図及び第３図に示すアレイ似た特定の実施
例では、］、０Ｏｔｌｚ乃至１゜にＩｌｚの範囲内の周
波数で、１ｏμＳ乃至３ｏμＳのパルス幅で、旧つ３ボ
ルト乃至７ボルトのパルス振幅という低い振幅のパルス
が与えられている。

これらの結果は、パルス周波数及びパルス幅にはあまり
関係ないことが判った。インク室中のインク内の振動（
滴がノズルから射出されるが否かに拘らず）が、該イン
ク室の２つの壁部間で前後に進行する音響波（音響学上
の「共鳴」）によって主として制御されるという事実に
よることが判った。この「共鳴１周波数は、インク室の
長さＬで流体の音速Ｃを除したもの即ちＣ／Ｌに比例す
る（Ｃ／ｒ−は通常２５ＫＩｌｚのオーダーもしくはそ
れよりも高い周波数である）。低い振幅の電圧パルスが
圧電変換器に与えられるとき、それは流体中の音響学的
な吸収や境界値までの結合損失が生じ、粘度が消散して
しまうまで瞬間的に共鳴する。音響学的な共鳴の一定の
状態を維持するために共鳴の周期的な再付勢が必要であ
る。この再付勢の周波数（即ち低い振幅のパルス付勢周
波数）は、音響学的な減衰時間よりもはるかに早い限り
重要ではない。更に、付勢周波数、パルス幅及び振幅は
、必要なら全て時間に応じて変えることもできよう。

共鳴により、ある程度の量流体が混合され、インク中に
、シックナー成分が存在することによりメニスカス上に
形成される「薄皮」などがあったとしてもそれは破れる
。

制御手段１４は、通常コード化様式の印刷データを受取
り、所望のフォントでの印刷データを生じるためビット
パターンを発生し、記録媒体上に印刷データを生じるた
め制御用変換器１６もしくは１８に駆動パルスを与える
というような任意の適当な手段を含む。制御手段１４は
固定配線された論理装置を含んでも良いし、あるいはこ
の動作はプリンタを一部として含むデータ処理システム
のプロセッサによって与えられても良い。更に、制御手
段１４はこのプリンタ用の他の制御機能とともに駆動電
圧を制御するマイクロコンピュータを含んでも良い。非
コード化情報データのような他のデータ源も印刷され得
る。

第４図には、記憶装置３ｏ、文字発生器３１、タロツク
パルス発生器３２、低振幅のパルス源３３及びシーケン
ス制御用の制御手段即ち制御回路３４を含んでいる。記
憶装置３ｏは印刷データ及び所望の文字フォントを記憶
する働らきがある。

文字発生器３］は記憶媒体上に印刷データを生じるため
適当なビットパターンデータを生じる。クロックパルス
発生器３２は記憶装置３ｏの期間ゴというサイクルを作
るため並びにプリンタの他の構成を同期化させるためタ
イミングパルスを発生する。これらのクロックパルスは
、１つのシステムクロックから種々の所望の周波数のパ
ルスを生じるよう必要に応じて分割される。この低振幅
のイ・１勢パルス源３３は、第５図に示すように滴期間
′１゛に対し同期していない周波数のパルス幅及び振幅
をもつよう選択され且つ印刷ヘッド１ｏ中の音響学的な
、威哀時間よりもはるかに高く選択された周波数をもつ
よう選択されたパルス２８の源を含む。別個のクロック
パルス発生器がパルス源３３で使用できる。あるいは多
数のパルス源がプリンタで通常は利用できるので、現存
するパルス源が使用できる。所望の周波数のパルスを発
生するために分割器もしくは乗算器も、現存するパルス
源と関連し必要に応じて使用できる。パルス源３３で使
用するのに適する１例としてのパルス源は、印刷媒体を
横切るように印刷ヘッドを駆動するためのシャフトに装
着されたコード化器（図示せず）によってパルスを発生
するものである。

第５図の波形に示すように、文字発生器３１で発生され
る信号に応答してデータパルス６ｏが発生さ九る。この
データパルス６ｏは一定の期間Ｔで選択的に付勢される
。第５図に示すように、最初の３つの期間には夫々１つ
ずつデータパルス６０が発生されるが、４番目の期間に
はパルスが発生されない。そして第５番目の期間にデー
タパルス６０が発生された後は、その後の一連の期間の
いずれでもデータパルスが発生されない。第５図の波形
（ｂ）に示すように低振幅の付勢パルス２８は一定の周
波数及びパルス幅である。これらのパルスの周波数は期
間Ｔに対し同期していない。

２個の同期していないパルス列は時々位相が合うことが
ある。例えば３番目のデータパルス期間の際にそのこと
が生じる。即ちデータパルス６０ａと低振幅の付勢パル
ス２８ａは同じときに生じている。変換器１６もしくは
４８へ与えられる駆動パルスの振幅が必要以上に大きく
ならないようその２個のパルス源を絶縁する手段が設け
られる。

この変換器に実際に与えられる駆動パルスを、第５図の
波形（ｃ）で示す。これらの駆動パルスがデータパルス
６０と低振幅の付勢パルス２８との両方を含むが、両パ
ルス源の間が絶縁されているために各パルス源からのパ
ルスが同時に生じる場合基−」二に大きなパルスが発生
されることはない。

１本のノズルシステム中の変換器１６を（出力端子４１
を介して）付勢するためそれに対応する駆動回路３５に
データパルスが発生される。パルス源３８からの低振幅
の付勢パルスがダーリントン駆動回路３６に与えられ、
更にその回路が各変換器１６もしくは４８を駆動するよ
う結合される。

もつと多くの変換器に対し１個よりも多くのダーリント
ン駆動回路が必要で、且つ各駆動回路が多数の変換器を
駆動するよう結合されることが必要かもしれない。一連
のダイオード３９が、２個のパルス源を絶縁するために
設けられる。特定の変換器を付勢するためのデータパル
ス６０が存在する場合に、駆動回路３６からの低振幅の
付勢パルス２８が出力端子４１を経て変換器１６もしく
は４８を介して結合されるのをそのダイオード３９が阻
止することに留意されたい。これはデータパルス６０及
び低振幅の付勢パルス２８の両方と同時に変換器１６も
しくは４８が付勢されるのを効果的に防止する。

第６図に示す実施例では、パルス源３３′で発生される
パルスが満期間Ｔに対し同期される。この場合、そのパ
ルスは、満期間Ｔを決めるのに使用されるのと同じパル
ス源３２から除算（÷）することなどによって調時され
得る。これらのパルスは、低振幅の付勢パルスが第７図
に示すとおり期間゛Ｆの中間に発生されるようクロック
パルス発生器３２からのパルスを一定の遅延値りととも
に用いることによって調時され得る。パルス源３３から
のパルスは、変換器１６もしくは４８の全てを駆動する
ため第４図の実施例に示すように駆動回路３６に結合さ
れ・る。

第２図及び第３図に示すアレイに似た特定の実施例では
、データパルス６０が１５ポル１〜の振幅で２０ミリ秒
のパルス幅であった。この低振幅の付勢パルス２８は３
ボルトの振幅で１０ミリ秒のパルス幅であった。そして
第９図に示すのと同様の高解像度の印刷が、約６センチ
ボアズ乃至１゜Ｏセンチポアズまでの粘性のインクで行
なうことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、１本のノズルを含むドロップオンデマンド方
式のインタジェットプリンタの概要図である。第２図は
、ドロップオンデマンド方式のインフジエラ１〜印刷ヘ
ツ１−のアレイの右側面図である。第３図は、第２図の
線３−３に沿ってとった断面図である。第４図は、プリ
ンタを制御するための一実施例の制御手段のブロック図
である。第５図は、本発明によるドロップオンデマンド
方式の動作のときの駆動電圧パルスを示す図である。 第６図は、プリンタを制御するための他の実施例の制御
手段のブロック図である。第７図は、第６図の実施例に
よるドロップオンデマンド方式の動作のときの駆動電圧
パルスを示す図である。第８図は、本発明を用いないド
ロップオンデマンド方式のインクジェットプリンタで印
刷される文書上の、欠字が生じている印刷サンプルを示
す図である。第９図は本発明を用いたドロップオンデマ
ンド方式のインクジェットプリンタで印刷される文書上
の欠字が生じていない印刷サンプルを示す図である。 １０・・・・印刷ヘッド、工２・・・・インク供給手段
、１４・・・・制御手段、１６・・・・変換器（部材）
、２０・・・・ノズル部、３３・・・・パルス源、３４
・・・・制御回路、３６・・・・駆動回路、３９・・・
・ダイオード。 第１頁の続き ＠発　明　者　テイーファ・キングスレー・ニウエイガ アメリカ合衆国カリフォルニア 州すンノゼ・ジ−１５６セブン・ ツリース・ブールバード３９６７番 地 ０発　明　者　フランク・エベルハルト・タルケ アメリカ合衆国カリフォルニア 州モーガン・ヒル・サビニ・コ ート１７９５５番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イ・ｊ勢１１．７にインク滴を射出するよう動作し得る
   電気機械的変換器と、少なくとも滴の発生に同期する所
   定の速度の駆動電圧パルスを発生する手段と、ｌｘ記の
   滴発躬用の各駆動電圧パルスに応じて１個のインク滴を
   生しるよう」二記変換器を付勢するため」二記滴発躬用
   の駆動電圧パルスを」二記変換器に１７える手段とを具
   備する印刷八ツ１くを含むトロツブオンテマン１一式の
   インフジエラ１−プリンタにおいて、 所定の振幅に対し小さい振幅と所定の繰返し速度とイｘ
   有する一連のイ」分電圧パルスを生じる手段と、 インク特性を一定に維持するため」二記（＝Ｊ勢雷電圧
   パルス応答してインク中に圧力波が伝播されるよ一゛）
   １″記変換））；（を連続的に付勢するところのト記電
   圧付勢パルスを上記変換器に一ケえる手段とを更に設け
   たことを特徴とする１〜ロツプオンデマン１へ式のイン
   クシェラ１〜プリンタ。