(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容する圧力室にはインクを吐出する吐出口が設けられ、また、前記吐出口に対向する位置には対向電極が配置される一方、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段と、前記対向電極と前記インクとの間に静電力を発生させる静電力発生手段とを有し、前記吐出口と前記対向電極との間に挿入された記録媒体に前記インクを吐出するときは、前記圧力印加手段によって圧力室に圧力を印加すると共に、前記静電力発生手段による静電力を発生させるようにしたインクジェット記録装置において、
前記静電力発生手段による静電力によらずに圧力印加手段で印加される圧力のみで前記インクを吐出可能な高圧力範囲と、前記圧力印加手段による圧力に加えて前記静電力発生手段による静電力によってインクを吐出する低圧力範囲とに圧力を切り換える圧力切換手段が設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェット記録装置において、
前記圧力切換手段は、圧力印加手段により印加される圧力を切り換えるだけでなく、高圧力範囲から低圧力範囲に切り換わった場合には、これに応じて圧力を継続して印加保持する時間も、インクが曳糸状の吐出状態に達しない短時間側からインクが曳糸状の吐出状態に達する長時間側に切り換えるものであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のインクジェット記録装置において、
圧力印加手段は、圧力室に形成された振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子とからなることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項４】
請求項３記載のインクジェット記録装置において、
圧力切換手段は、圧電素子への通電波形を切り換えるものであり、かつ、前記通電波形は、圧力室の体積を縮小させてインクを吐出口から吐出させる吐出第１段階と、前記体積が縮小した状態を所定時間保持する吐出第２段階と、前記圧力室を元の体積へと膨張させて前記吐出口近傍にあるインクメニスカスを前記圧力室に引き戻すとともに前記圧力室に前記インクを補充する吐出第３段階とからなり、かつ、最も小さいインク液滴を吐出する場合は、最も大きいインク液滴を吐出する場合に比較して、前記通電波形の第２段階の電圧は低く、かつ保持時間が長くなるように設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項５】
請求項４記載のインクジェット記録装置において、
複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、最も大きいインク液滴を吐出する場合と最も小さいインク液滴を吐出する場合とで、前記圧電素子への通電のタイミングがずれるように設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項６】
請求項５記載のインクジェット記録装置において、
最も大きいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電波形の第３段階の間に、最も小さいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電を開始するように通電のタイミングが設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項７】
請求項５記載のインクジェット記録装置において、
最も小さいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電波形の第３段階の間に、最も大きいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電を開始するように通電のタイミングが設定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】
請求項４記載のインクジェット記録装置において、
複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、前記インクの吐出をさせない吐出口に対応する前記圧電素子に対しては、前記圧力室の体積を膨張させて前記吐出口におけるインクを前記圧力室側へ後退させる非吐出第１段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる段階に至るまで所定時間待機する非吐出第２段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる非吐出第３段階とからなる通電波形を加えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
請求項４記載のインクジェット記録装置において、
複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、前記吐出第３段階の通電終了後、全ての吐出口に対応する前記圧電素子に対して、前記圧力室の体積を膨張させて前記吐出口におけるインクを前記圧力室側へ後退させる非吐出第１段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる段階に至るまで所定時間待機する非吐出第２段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる非吐出第３段階とからなる通電波形を通電することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、
前記静電力発生手段は、記録媒体へのインクの吐出動作を開始してから、インクの吐出動作を終了するまでの期間よりも短い所定時間だけ静電力を発生させるものであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、
前記記録媒体へのインクの吐出動作時は、前記圧力室と前記吐出口と前記圧力印加手段とが一体となって移動させる駆動手段を備えるとともに、前記駆動手段の動作が停止したときは、これに応じて前記静電力発生手段による静電力の発生を停止させる手段を含むことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小ノズルからインクなどの液体を吐出させ、記録紙やシート上に液体パターンを形成することにより文字や図形を描くプリンタなどに用いられるインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンなどの印刷装置としてインクジェット記録装置を用いたプリンタが、取り扱いが簡単、印字性能がよい、低コストなどの理由から広く普及している。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置において、インクを吐出させるためには、従来より、熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡による圧力波によってインク液滴を吐出させるものや、圧電素子のような振動子による圧力波を利用したもの、さらには、静電力によってインク液滴を吸引吐出させるもの等、種々の手法が提案されている。
【０００４】
たとえば、上記の圧電素子を利用したものは、構成が極めて簡単であり、小型かつ低コストで、しかもインクの選択範囲が広い等の利点があるものの、１ドット単位での階調が取りにくいという問題がある。
【０００５】
また、静電力を利用したものとして、従来、たとえばスリットジェット記録装置が提案されている(電子通信学会論文誌Ｃ分冊Ｖol:Ｊ６８−Ｃ，Ｎo.２，１９８５参照)。
【０００６】
これは、インク保持部から記録媒体に向かって開口するスリットを形成し、スリット内に多数の記録ドットに対応する記録電極を配置し、印字データに対応して各記録電極に個別的に電圧を印加し、これによって電圧が印加された記録電極と対向電極との間に静電界を生じさせ、その静電力によってインクを記録媒体に向けて飛翔させるように構成したものである。
【０００７】
この構成によれば、インクを微小径の曳糸状に飛翔させることができるため、微小インク液滴を記録することが可能であり、かつ、電圧の印加時間を制御するなどして曳糸状の飛翔時間を変化させることで階調記録を容易に行うことができる。
【０００８】
しかしながら、このような静電力を利用したものは、微小液滴記録や階調記録が可能であるものの、圧電素子による加圧力に比べて力が弱いため、インクが飛翔を始めるまでに時間がかかって応答性が悪く、記録速度が遅いという問題がある。
【０００９】
そこで、従来技術では、圧電素子と静電力とを組み合わせることで、上記の問題点を解消しようとした装置も提供されている(たとえば特開平５−２７８２１２号公報参照)。
【００１０】
この従来技術の装置を図１８を用いて説明する。
【００１１】
図１８において、１０２はインクを吐出する吐出口、１０３は吐出口１０２に連通してインクを収容する圧力室である。１０６は圧力室１０３に圧力を印加するための圧電素子、１１１は吐出口１０２の先端部に形成されたインクメニスカスである。また、１０１はインクメニスカス１１１を形成しているインク部を帯電させる帯電用電極、１０９はこの帯電用電極１０１に記録紙１１２を介して対向配置された対向電極１０９である。そして、帯電用電極１０１と対向電極１０９との間には、高圧電源１１０により高圧を印加する構成になっている。
【００１２】
この構成において、まず、圧電素子１０６に電圧を印加し、圧電素子１０６による発生力で圧力室１０３の体積を縮小させ、吐出口１０２にインクメニスカス１１１を形成する。
【００１３】
しかし、この場合、圧電素子１０６のみで発生する力によっては、インクメニスカス１１１を飛翔できる程の加圧力がない。そこで、次に、このインクメニスカス１１１が帯電用電極１０１によって帯電させられると、このインクメニスカス１１１が帯電用電極１０１と対向電極１０９とで形成された電界によって対向電極１０９に向けて吐出される。このとき、対向電極１０９との間には記録紙１１２が配置されているため、この記録紙１１２にインク画像が形成される。
【００１４】
図１８に示す従来装置によれば、インクメニスカス１１１を形成する力を圧電素子１０６で発生させるため、このインクメニスカス１１１を飛翔させるまでの時間が短くて済み、記録速度の高速化を図ることができる。また、静電力を利用しているため、曳糸状での記録も可能であり、１ドット単位で階調をとることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８に示した従来技術では、圧電素子１０６でインクメニスカス１１１を形成するため、通常の静電力のみを利用したものに比べて高速化を図ることができるものの、基本的には曳糸状の記録を行うものであるから、高い階調のドットを記録する場合には、圧電素子のみを利用して大きなインク液滴を飛翔する場合に比べて依然として時間がかかり、記録速度の点で特性が劣る。
【００１６】
また、図１８のものでは、１枚の記録紙１１２にインク像の形成を開始してから終了するまでの間は、帯電用電極１０１と対向電極１０９との間に電界を継続的に加える必要があるが、その場合、電界が強いと、圧電素子１０６に電圧を印加しない状態、つまり圧電素子１０６によって圧力室１０３を加圧していない状態でも、徐々にインクメニスカス１１１が形成されていき、最後にはインクが吐出口１０２より吐出する(以後、これを不要吐出と称する)という問題が生じる。
【００１７】
このような不要吐出を防止するには、静電力を弱くすることが考えられるが、そうすると、逆にインクを飛翔させるための力が弱くてインク量も少なくなるため、記録速度が低下するなどの不都合を生じる。
【００１８】
本発明は、このような課題に鑑み、１ドット単位で階調を取ることができ、かつ、ドット階調の高いものを形成する場合においても高速に記録ができ、かつ不要吐出の発生がないインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、この発明のインクジェット記録装置は、インクを収容する圧力室にはインクを吐出する吐出口が設けられ、また、前記吐出口に対向する位置には対向電極が配置される一方、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段と、前記対向電極と前記インクとの間に静電力を発生させる静電力発生手段とを有し、前記吐出口と前記対向電極との間に挿入された記録媒体に前記インクを吐出するときは、前記圧力印加手段によって圧力室に圧力を印加すると共に、前記静電力発生手段による静電力を発生させるようにしたインクジェット記録装置において、前記静電力発生手段による静電力によらずに圧力印加手段で印加される圧力のみで前記インクを吐出可能な高圧力範囲と、前記圧力印加手段による圧力に加えて前記静電力発生手段による静電力によってインクを吐出する低圧力範囲とに圧力を切り換える圧力切換手段が設けられている。これにより、吐出口から吐出するインク液滴の大きさを大小切り換えて階調記録を高速に行うことができるとともに、不要吐出を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インクを収容する圧力室にはインクを吐出する吐出口が設けられ、また、前記吐出口に対向する位置には対向電極が配置される一方、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段と、前記対向電極と前記インクとの間に静電力を発生させる静電力発生手段とを有し、前記吐出口と前記対向電極との間に挿入された記録媒体に前記インクを吐出するときは、前記圧力印加手段によって圧力室に圧力を印加すると共に、前記静電力発生手段による静電力を発生させるようにしたインクジェット記録装置において、前記静電力発生手段による静電力によらずに圧力印加手段で印加される圧力のみで前記インクを吐出可能な高圧力範囲と、前記圧力印加手段による圧力に加えて前記静電力発生手段による静電力によってインクを吐出する低圧力範囲とに圧力を切り換える圧力切換手段が設けられている。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録装置において、前記圧力切換手段は、圧力印加手段により印加される圧力を切り換えるだけでなく、高圧力範囲から低圧力範囲に切り換わった場合には、これに応じて圧力を継続して印加保持する時間も、インクが曳糸状の吐出状態に達しない短時間側からインクが曳糸状の吐出状態に達する長時間側に切り換えるものであることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のインクジェット記録装置において、圧力印加手段は、圧力室に形成された振動板と、前記振動板を振動させる圧電素子とからなることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のインクジェット記録装置において、圧力切換手段は、圧電素子への通電波形を切り換えるものであり、かつ、前記通電波形は、圧力室の体積を縮小させてインクを吐出口から吐出させる吐出第１段階と、前記体積が縮小した状態を所定時間保持する吐出第２段階と、前記圧力室を元の体積へと膨張させて前記吐出口近傍にあるインクメニスカスを前記圧力室に引き戻すとともに前記圧力室に前記インクを補充する吐出第３段階とからなり、かつ、最も小さいインク液滴を吐出する場合は、最も大きいインク液滴を吐出する場合に比較して、前記通電波形の第２段階の電圧は低く、かつ保持時間が長くなるように設定されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のインクジェット記録装置において、複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、最も大きいインク液滴を吐出する場合と最も小さいインク液滴を吐出する場合とで、前記圧電素子への通電のタイミングがずれるように設定されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のインクジェット記録装置において、最も大きいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電波形の第３段階の間に、最も小さいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電を開始するように通電のタイミングが設定されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項５記載のインクジェット記録装置において、最も小さいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電波形の第３段階の間に、最も大きいインク液滴を吐出する前記吐出口に対応する圧電素子への通電を開始するように通電のタイミングが設定されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項４記載のインクジェット記録装置において、複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、前記インクの吐出をさせない吐出口に対応する前記圧電素子に対しては、前記圧力室の体積を膨張させて前記吐出口におけるインクを前記圧力室側へ後退させる非吐出第１段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる段階に至るまで所定時間待機する非吐出第２段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる非吐出第３段階とからなる通電波形を加えることを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載の発明は、請求項４記載のインクジェット記録装置において、複数の圧力室と吐出口を備え、かつ、同一の１ライン周期の中で、前記吐出第３段階の通電終了後、全ての吐出口に対応する前記圧電素子に対して、前記圧力室の体積を膨張させて前記吐出口におけるインクを前記圧力室側へ後退させる非吐出第１段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる段階に至るまで所定時間待機する非吐出第２段階と、前記圧力室を元の体積へと縮小させる非吐出第３段階とからなる通電波形を通電することを特徴とする。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記静電力発生手段は、記録媒体へのインクの吐出動作を開始してから、インクの吐出動作を終了するまでの期間よりも短い所定時間だけ静電力を発生させるものであることを特徴とする。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記記録媒体へのインクの吐出動作時は、前記圧力室と前記吐出口と前記圧力印加手段とが一体となって移動させる駆動手段を備えるとともに、前記駆動手段の動作が停止したときは、これに応じて前記静電力発生手段による静電力の発生を停止させる手段を含むことを特徴とする。
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１７を用いて説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明にかかる実施の形態１のインクジェット記録装置の縦断面図である。
【００３３】
図１において、１はステンレスからなるノズル板であり、そのノズル板１にはインクを吐出する吐出口２が設けられている。３はその吐出口２に連通し、インクを収容する圧力室である。４は樹脂からなる圧力室構造体であり、この圧力室構造体４とノズル板１とで圧力室３が形成されいる。
【００３４】
圧力室構造体４には圧力室３にインクを供給するためのインク供給口５が設けられている。６は０.０２mm程度の厚みのＰＺＴからなる圧電素子であり、この圧電素子６により０.０１mm程度の厚みのステンレスからなる振動板７を振動させる。
【００３５】
８は圧電素子に複数の異なる通電波形を所望のタイミングで印加することのできる駆動回路である。この圧電素子６と振動板７と駆動回路８とで特許請求の範囲における圧力印加手段が形成されている。
【００３６】
また、駆動回路８は、特許請求の範囲における圧力切換手段も兼用しており、圧電素子６に加える通電波形を変えることにより、圧力室３に対する加圧力を切り換えることができるようになっている。
【００３７】
９は金属からなる対向電極であり、吐出口２との距離が１mm程度に設定されている。また、対向電極９とノズル板１との間には、電源１０によって２ＫＶ程度の高電圧が印加されている。そして、この電源１０によって特許請求の範囲における静電力発生手段が構成されている。
【００３８】
また、１１は吐出口２に形成されたインクメニスカス、１２はノズル板１と対向電極９との間に位置する記録媒体である。
【００３９】
以上のように構成されたインクジェット記録装置について、以下、その動作を図１を用いて説明する。
【００４０】
まず、吐出口２よりインクを飛翔させる場合の基本的な動作について説明する。
【００４１】
圧電素子６に電圧を印加しない初期状態においては、インクメニスカス１１は図１に示すように圧力室３内に凹んた状態にある。この状態で圧電素子６に電圧を印加すると、圧電素子６とともに振動板７が圧力室３の体積を減少させる方向にたわむため、圧力室３の内部の圧力が高まって、室内のインクが吐出口２より記録媒体１２に向けて吐出される。
【００４２】
次に、圧電素子６に加える電圧を次第に下げていくと、圧電素子６と振動板７とが圧力室３の体積が元の体積になるように戻っていく。このとき、吐出口２およびインク供給口５に吸引力が作用するが、吐出口２側ではインクメニスカス１１の表面張力が大きいために、インク供給口５からインクが吸い込まれて供給されることとなる。そして、圧電素子６に対する印加電圧が零になったとき、圧電素子６、振動板７、およびインクメニスカス１１が全て元の状態に戻り、次のインク吐出動作が可能となる。
【００４３】
次いで、高いドット階調を得るために最も大きいインク液滴(以後、最大インク液滴と称する)を吐出する場合の動作について、図２および図３を用いて説明する。
【００４４】
図２は、最大インク液滴を吐出するために、駆動回路８により圧電素子６に加える通電波形を示すタイムチャートである。
【００４５】
この通電波形は、圧電素子６に電圧を印加しない零の状態から所定の電圧Ｖaを印加する吐出第１段階と、圧電素子６に所定の電圧Ｖaを一定時間Ｔaにわたって印加する吐出第２段階と、所定の電圧Ｖaから零の状態にまで徐々に低下させる第３段階とに区分される。
【００４６】
そして、図２に示したような通電波形を圧電素子６に印加した場合、インクは、図３に示すようにして飛翔される。
【００４７】
まず、圧力室３の体積が縮小してインクが吐出口２から吐出し(図３(a))、次に、インクメニスカス１１が球状となり(図３(a))、引き続いてインクメニスカス１１が切断してインク液滴となって対向電極９に向かって飛翔する(図３(c))。そして、インク液滴が飛翔した後は、圧電素子６に加わる電圧が次第に低下するのに伴って、吐出口２近傍にあるインクメニスカス１１が圧力室３内に引き戻されるとともに、インク供給口５を通して圧力室３内にインクが補充される。
【００４８】
なお、上記の動作は、対向電極９とノズル板１との間に電源１０から高圧を印加した場合(以後、静電界をかけた場合と称する)であるが、静電界をかけない場合であっても圧電素子６による加圧力が大きいので、インク液滴はほぼ図３と同様の飛翔をする。
【００４９】
次に、低いドット階調を得るために最も小さいインク液滴(以後、最小インク液滴と呼ぶ)を吐出する場合の動作について、図４ないし図６を用いて説明する。
【００５０】
図４は、最小インク液滴を吐出するために、駆動回路８により圧電素子６に加える通電波形を示すタイムチャートである。
【００５１】
図４に示す通電波形も、図２の場合と同様に、圧電素子６に電圧を印加しない零の状態から所定の電圧Ｖbを印加する吐出第１段階と、圧電素子６に所定の電圧Ｖbを一定時間Ｔbにわたって印加する吐出第２段階と、所定の電圧Ｖbから零の状態にまで徐々に低下させる第３段階とに区分されるが、その所定電圧Ｖbのレベルが図２の場合と比べて低くなっている。すなわち、Ｖb＜Ｖaである。
【００５２】
図５は静電界をかけずに図４に示す通電波形を圧電素子に加えた場合のインクメニスカス１１の状態を示している。
【００５３】
静電界をかけずに図４の通電波形の電圧を加えた場合には、半月状より大きなインクメニスカス１１が次第に形成されるが(図５(a))、吐出第２段階に到達しても電圧Ｖbのレベルが図２の場合の電圧Ｖaよりも低いので、インクが吐出することはなく、吐出第３段階になるとインクが吐出口２に次第に引き込まれていって凹状のインクメニスカス１１となる(図５(c))。
【００５４】
図６は静電界をかけつつ図４に示す通電波形を圧電素子に加えた場合のインクメニスカス１１の状態を示している。
【００５５】
静電界をかけつつ図４に示す通電波形を圧電素子に加えた場合には、半月状より大きなインクメニスカス１１が形成され(図６(a))、静電界による力によって次第にインクメニスカス１１の先端部が対向電極９側に近付く(図６(b))。そして、インクメニスカス１１が切断してインク液滴となり、対向電極９に向かって飛翔する(図６(c))。そして、インク液滴が飛翔した後は、圧電素子６に加わる電圧が次第に低下するのに伴って、吐出口２近傍にあるインクメニスカス１１が圧力室３内に引き戻されるとともに、インク供給口５を通して圧力室３内にインクが補充される。
【００５６】
このように、この実施の形態１によれば、圧電素子６による加圧力と静電界とを組み合わることで、圧電素子６単独では吐出させることができない小径のインク液滴も吐出させることができ、しかも、図２および図４に示したように、圧電素子６に加える通電波形を切り換えることで大径のインク液滴と小径のインク液滴を自在に吐出させることができる。
【００５７】
次に、最小インク液滴記録時に、さらに少量のインクを飛翔させる場合ための動作について、図７および図８を用いて説明する。
【００５８】
図７は、駆動回路８により圧電素子６に加える通電波形を示すタイムチャートである。
【００５９】
図７に示す通電波形も、図４の場合と同様に、圧電素子６に電圧を印加しない零の状態から所定の電圧Ｖcを印加する吐出第１段階と、圧電素子６に所定の電圧Ｖcを一定時間Ｔbにわたって印加する吐出第２段階と、所定の電圧Ｖcから零の状態にまで徐々に低下させる第３段階とに区分されるが、図４の通電波形と異なるのは、吐出第２段階の電圧Ｖcを図４の場合の電圧Ｖbよりもさらに低く設定するとともに、その保持時間Ｔcを長くしている(Ｔc＞Ｔb)ことである。
【００６０】
静電界をかけつつ図７に示す通電波形を圧電素子に加えた場合、電圧Ｖcのレベルは図４の場合よりも低いので、図６に示した場合よりも小さいインクメニスカス１１が形成される(図８(a))。そして、吐出第２段階の保持時間Ｔcが長く設定されているため、静電界の力によってインクメニスカス１１の中央部が対向電極９に向かって次第に伸びてきて(図８(b))、ついには曳糸状に飛翔を始める(図８(c))。このように、吐出第２段階の保持時間Ｔcの設定によって、この曳糸状の飛翔時間を制御することができ、非常に少量のインクを曳糸状に飛翔させることができる。そして、インク液滴が飛翔した後は、圧電素子６に加わる電圧が次第に低下するのに伴って、吐出口２近傍にあるインクメニスカス１１が圧力室３内に引き戻されるとともに、インク供給口５を通して圧力室３内にインクが補充される。
【００６１】
以上のように、この実施の形態１では、インク吐出において、最大液滴記録時は液滴状吐出を、最小インク液滴記録時には曳糸飛翔を実現することができる。従来のように、曳糸状の飛翔時間を制御することにより階調をとる方式の場合には、多量のインクを飛翔させるのに時間がかかり、記録速度が遅くなっていたが、本発明では、最大インク液滴を記録する時には、曳糸飛翔でなく液滴状の飛翔にできるため、記録速度を速くして階調記録を行うことができる。また、圧電素子６に加える通電波形を切り換えるだけで、最小インク液滴記録時には曳糸飛翔を実現することができるため、非常に簡単な構成で階調記録を行うことができる。
【００６２】
なお、実施の形態１では階調として最大インク液滴、最小インク液滴、無記録の３値であったが、さらに多くの階調を容易に取ることができる。また、従来方式において、静電界をかけずに圧電素子６だけでも、通常より小さい液滴を形成することにより階調記録ができる可能性はあるが、この場合には、圧電素子６による加圧力を小さくする関係上、飛翔速度が遅くなって液滴の飛翔直進性が悪くなり、著しく画質が低下するため好ましくない。
【００６３】
また、以上の説明では、圧力発生手段として圧電素子６、振動板７、駆動回路８を用いたが、この圧力発生手段としては、この実施の形態１に限定されるものではなく、熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させる手段や、圧電素子による高周波エネルギーを用いたものであってもよい。
【００６４】
(実施の形態２)
図９は本発明にかかる実施の形態２のインクジェット記録装置を上部から見た概略平面図であり、実施の形態１に対応する部分には同一の符号を付す。
【００６５】
図９の装置の特徴は、吐出口２a，２b，２c、圧力室３a，３b，３c、インク供給口５a，５b，５c、圧電素子６a，６b，６cがそれぞれ複数(本例では３つ)設けられていることである。
【００６６】
また、振動板７は、各圧力室３a，３b，３cを全て覆う一枚のステンレスの板からなるが、圧力室３a，３b，３cに対応する部分を符号７a，７b，７cで示している。その他の構成は図１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００６７】
ここで、複数の圧電素子６a〜６cの内、たとえば中央の圧電素子６bに対して電圧を印加した場合、振動板７の中央部分７bのみでなくその左右の部分７a、７cも同時に振動する。以後、この現象をクロストークと称する。
【００６８】
このようなクロストークは、各圧電素子６a，６b，６c、振動板７、圧力室３a，３b，３cのサイズにもよるが、通常、インクを吐出させようとする力が大きい系であればあるほどクロストークの影響は大きくなる。そして、このようなクロストークの影響が大きいときには、特に曳糸飛翔を利用して階調記録を行う場合、各吐出２a，２b，２cからのインク液滴の飛翔量がばらついて、一定の階調で印字できなくなるなどの不都合を生じる。
【００６９】
たとえば、中央の吐出口２bからは最小インク液滴を吐出し、同時にその左右の吐出口２a，２bからは最大インク液滴を吐出させるような場合には、中央の吐出口２bに対応する圧電素子６bに対して、図７に示す通電波形を印加するとともに、その左右の吐出口２a，２bに対応する各圧電素子６a，６cに対して図２に示す通電波形を印加することになるが、このとき、振動板７の中央部分７bには、その左右の部分７a，７cのクロストークの影響が加わり、その結果、中央の吐出口２bから飛翔されるインク量は、圧電素子６bだけに図７に示した通電波形を単独に印加した場合よりも多くなる。
【００７０】
このように、各圧電素子６a〜６cに対して図７および図２に示したような通電波形を同時に加えた場合には、クロストークの影響が大きくでて、飛翔するインク量が変動する場合があるため、クロストークの影響をできるだけ低減することが極めて重要となる。
【００７１】
そこで、この実施の形態２では、インク液滴を吐出させる場合の動作として、駆動回路８により各圧電素子６a，６b，６cに加える通電波形を、実施の形態１の場合と異なり、図１０に示すようにしている。
【００７２】
すなわち、中央の吐出口２bからは最小インク液滴を、その左右の吐出口２a，２bからは最大インク液滴をそれぞれ吐出させるような場合、中央の圧電素子６bに対しては、図１０(a)に示す通電波形を、その左右の圧電素子６a，６cに対しては、図１０(b)に示す通電波形をそれぞれ印加する。
【００７３】
すなわち、図１０から分かるように、中央の圧電素子６bとその左右の各圧電素子６a，６cとで通電波形を印加するタイミングをずらすようにする。このようにすれば、最小インク液滴記録時において最大インク液滴記録によるクロストークの影響を少なくできるので、安定した階調記録を実現することができる。
【００７４】
なお、図１０においては最小インク液滴記録(同図(a))を最大インク液滴記録(同図(b))に対して先行するようにタイミングをずらしたが、最大インク液滴記録を最小インク液滴記録に対して先行するようにタイミングをずらしても同様の効果を得ることができる。
【００７５】
次に、クロストークの影響が少ない状態で、さらに図１０に示した場合よりも記録速度を向上させる方法について、図１１および図１２を用いて説明する。
【００７６】
上記の説明の場合と同様に、中央の吐出口２bからは最小インク液滴を、その左右の吐出口２a，２bからは最大インク液滴をそれぞれ吐出させるものとする。
【００７７】
この場合には、中央の圧電素子６bに対しては、図１１(a)に示す通電波形を、その左右の圧電素子６a，６cに対しては、図１１(b)に示す通電波形をそれぞれ印加する。
【００７８】
すなわち、図１１(a)に示す最小インク液滴記録時の吐出第３段階が終了するまでの間に、図１１(b)に示す最大インク液滴の通電波形の印加を開始する。このように、図１０に示した場合よりも最大インク液滴記録時の通電波形の印加開始のタイミングを早くすれば、クロストークを防ぐ効果を発揮しながら、記録時間をより一層短縮化することができる。
【００７９】
また、図１１の場合とは逆に、図１２に示すように、最大インク液滴記録時の通電波形(同図(a))の吐出第３段階が終了するまでの間に、最小インク液滴の通電波形(同図(b))の印加を開始するようにしてもよい。この場合も、図１１の場合と同様に、クロストークを防ぐ効果を発揮しながら、記録時間をより一層短縮化することができる。
【００８０】
このように、この実施の形態２では、最大インク液滴を吐出する場合と、最小インク液滴を吐出する場合とで、圧電素子６a〜６cに対する通電のタイミングをずらしたことにより、クロストークの影響の少ない少ないインクジェット記録装置を提供することができる。
【００８１】
その場合に、図１１および図１２に示したように、同一の１ライン周期の中で、通電波形が一部オーバーラップするように印加開始のタイミングを早くすれば、クロストークを防ぐ効果を発揮しながら、記録時間をより一層短縮化することができる。
【００８２】
なお、実施の形態２では、吐出口２bから最小インク液滴を、吐出口２a，２cから最大インク液滴を記録する場合について説明したが、これはあくまで一例であって、これはどのような組み合わせでも同様の効果が発揮できる。
【００８３】
また、実施の形態２では、最小インク液滴記録時において曳糸飛翔をさせる通電波形を圧電素子６bに印加する場合であるが、曳糸飛翔でなく液滴状吐出においても同様の効果が得られる。
【００８４】
さらに、この実施の形態２では、吐出口２a，２b，２c、圧力室３a，３b，３c、インク供給口５a，５b，５c、圧電素子６a，６b，６cはそれぞれ３つ設けた場合であるが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、これらをさらに多数設けたものであってもよい。
【００８５】
(実施の形態３)
図１３は本発明にかかる実施の形態３のインクジェット記録装置の概略側面図であり、実施の形態１に対応する部分には同一の符号を付す。
【００８６】
この実施の形態３の特徴は、図１の構成に対して、ノズル板１と対向電極９との間に印加した静電界をオン・オフする静電界オン・オフ手段１３を設けたことである。
【００８７】
その他の構成は、図１に示した実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００８８】
以上のように構成されたインクジェット記録装置の動作について、次に説明する。
【００８９】
静電力の効果を大きくするために静電界を非常に強くし、このような静電界をノズル板１と対向電極９との間に常時印加し続けた場合には、図１４に示すような不都合な現象が起こる。
【００９０】
いま、インクを飛翔させた直後は、図１４(a)に示すような状態にあるとする。以降、圧電素子６に通電波形を印加しない場合でも、静電界が強いと、インクメニスカス１１が対向電極９側へ徐々に引き寄せられて図１４(b)に示す状態になり、続いて図１４(c)に示すように対向電極９側へ凸のインクメニスカス１１となる。さらに、インクメニスカス１１の中央部が尖って図１４(d)に示す状態になり、ついには図１４(e)に示すように曳糸飛翔を開始して不要な吐出となる。
【００９１】
このような不要吐出が起こらないように、この実施の形態３では、一定時間以上静電界を印加したならば、静電界オン・オフ手段１３によって電源１０をオフにする。その場合の静電界を印加する一定時間は、電界強度やインクの物性等によって一概に決定できないが、不要吐出が発生する時間の１／１０以下に設定するのが好ましい。また、静電界をオフにする時間も一概に決定できないが、通常、０.０１秒程度で十分である。しかしながら、連続記録時に、突然に静電界をオフするのは、画像の連続性より困難であるため、シリアル記録方式では、インクジェットヘッドのリターン時に静電界をオフにするのが好ましい。
【００９２】
このように、記録媒体へのインクの吐出動作を開始してから、インクの吐出動作を終了する迄の間において、静電界オン・オフ手段１３によって電源１０をオフして、所定時間以上は対向電極９とノズル板１との間に電圧を印加し続けないようにすれば、インクの不要吐出を有効に防止することができる。
【００９３】
（実施の形態４）
図１５は本発明にかかる第４の実施の形態のインクジェット記録装置の概略構成図である。
【００９４】
１４はインクジェットヘッドであって、その基本的な構成は図１３に示したものと同じであるが、この実施の形態４の特徴は、インクジェットヘッド１４がモータ、ギア、タイミングベルト等からなる駆動手段(図示せず)によって対向電極９に対して往復動可能に設けられていることである。
【００９５】
以上のように構成されたインクジェット記録装置について、以下、その動作を説明する。
【００９６】
インクジェットヘッド１４が符号Ａの位置と符号Ｂの位置の間を往復動する場合において、停止状態から加速するときには加速力が加わり、また、動いている状態から減速して停止するときには、インクジェットヘッド１４に慣性力が加わる。特に、停止状態から動き出した瞬間と、動いている状態から停止した瞬間が最も大きな力がかかる。そして、このようにインクジェットヘッド１４に余分な力がかかると、インクメニスカス１１が吐出口２より凸状態になりやすく、その状態で静電界がかかっているとインクが飛翔して不要吐出が起こってしまう。
【００９７】
そこで、実施の形態４では、インクジェットヘッド１４に大きな力がかかる状態、すなわち、インクジェットヘッド１１の停止直前の状態から完全に停止するまでの間(たとえば、停止手前０.０１秒)、あるいは、停止状態から加速が開始される間(たとえば、加速を始めて０.０１秒)は、静電界オン・オフ手段１３によって電源１０をオフにしてインクジェットヘッド１４と対向電極９との間に静電界が加わらないようにする。これによって、インクの不要吐出を防ぐことができる。
【００９８】
（実施の形態５）
この実施の形態５にかかるインクジェット記録装置の構成は、図９の場合と全く同じである。
【００９９】
ここで、記録インク液滴の均一性や、吐出の安定性を確保するためには、圧電素子６へ通電する前はインクメニスカス１１を常に同一の位置に保持しておくことが好ましい。すなわち、インクを連続して吐出させている吐出口２のインクメニスカス１１は、常に同一の位置に保持することができるものの、インクの吐出が一時的にしろ停止している吐出口に対しては、静電界によって対向電極９側へインクメニスカス１１が移動してしまい、この状態でインクの吐出を行うと所望の記録インク液滴が得られない。
【０１００】
実施の形態３，４に示したような構成にすれば、不要吐出を防ぐことができるものの、それだけでは吐出口におけるインクメニスカス１１を常に同一の位置に保持するのは困難である。
【０１０１】
そこで、この実施の形態５では、吐出口におけるインクメニスカス１１を常に同一の位置に保持できるようにするため、次のようにしている。
【０１０２】
いま、図９の構成において、たとえば、同一の１ライン周期の中で、中央の吐出口２bからは最大インク液滴を吐出させるが、その左右の吐出口２a，２bからはインク液滴は共に吐出させないものとする。
【０１０３】
そのような場合、中央の圧電素子６bに対しては、図１６(a)に示す通電波形を、その左右の圧電素子６a，６cに対しては、図１６(b)に示す通電波形をそれぞれ印加する。
【０１０４】
中央の圧電素子６bに対して図１６(a)に示す通常の通電波形を加えた場合には、図３に示した場合と同様の過程を経てインクが飛翔される。
【０１０５】
一方、その左右の圧電素子６a，６cに対して図１６(b)に示す通電波形を加えた場合、次のような現象が起こる。
【０１０６】
図１６(b)の通電波形は、圧電素子６に電圧を印加しない零の状態から所定の負の電圧Ｖdを印加する非吐出第１段階と、圧電素子６に所定の負の電圧Ｖdを一定時間Ｔdにわたって印加する非吐出第２段階と、所定の負の電圧Ｖdから零の状態にまで徐々に低下させる非第３段階とに区分され、このような通電波形を加えると、最初に圧力室３の体積が膨張して吐出口２におけるインクを圧力室３側に後退し、続いてインクが圧力室３側に後退した状態が所定時間Ｔdだけ保持された後、圧力室３が元の体積へと縮小される。
【０１０７】
したがって、インクを吐出させない吐出口２a，２cに対して図１６(b)に示す通電波形を圧電素子６に加えることにより、静電界によって対向電極９側へ移動していたインクメニスカス１１が圧力室３内に引き戻されるようになり、記録インク液滴の均一性と吐出の安定性を維持することができる。
【０１０８】
インクメニスカス１１を常に所望の位置に保持するためには、図１６に示したような通電波形を加える代わりに、たとえば、図１７に示すような通電波形を加えることも可能である。
【０１０９】
すなわち、最大インク液滴を吐出させる中央の吐出口２bに対しては、図１７(a)に示す通電波形を、インク液滴を吐出させない左右の吐出口２a，２bに対しては、図１７(b)に示す通電波形をそれぞれ印加する。
【０１１０】
図１７に示す通電波形の特徴は、同図(a)に示す吐出第１段階から吐出第３段階に引き続いて、非吐出第１段階から非吐出第３段階が設けられていることである。
【０１１１】
これにより、中央の吐出口２bからインクが吐出された後は、全ての吐出口２a〜２cに対応する圧電素子６a〜６cに対して、同じ通電波形、すなわち、非吐出第１段階、第２段階、第３段階からなる同一の波形が、同一のタイミングで印加されるため、図１６の通電波形を印加した場合に比較して、さらに安定してインクメニスカス１１を所望の位置に保持することができる。しかも、同一の波形を同一タイミングで印加するため駆動回路８のコスト上昇もない。
【０１１２】
なお、この実施の形態５では、吐出口２a，２b，２c、圧力室３a，３b，３c、インク供給口５a，５b，５c、圧電素子６a，６b，６cはそれぞれ３つ設けた場合を前提としているが、本発明は、これに限定されるものではなく、これらをさらに多数設けたものであってもよい。
【０１１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、次の効果を奏する。
【０１１４】
(１)  インクを収容する圧力室と、圧力室に連通しインクを吐出する吐出口と、吐出口に対向する位置に配置された対向電極と、圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段と、圧力印加手段の圧力を切り換える圧力切換手段とを備えたことにより、大径のインク液滴と小径のインク液滴を自在に吐出させ、階調記録を高速に行うことができる。
【０１１５】
(２)  また、圧力印加手段が、圧力室に形成された振動板と、この振動板を振動させる圧電素子とからなり、圧力切換手段は、圧電素子への通電波形を切り換える構成を備えたことにより、非常に簡単な手段で階調記録を行うことができる。
【０１１６】
(３)  また、複数の圧力室と吐出口を備え、かつ同一の１ライン周期の中で、最も大きいインク液滴を吐出する場合と最も小さいインク液滴を吐出する場合とで、圧電素子への通電のタイミングをずらすことにより、クロストークの少ないインク吐出を実現することができる。
【０１１７】
(４)  また、対向電極とインクとの間に加える静電界をオン・オフする構成を備えたことにより、インクの不要吐出を抑えることができる。
【０１１８】
(５)  また、圧電素子に非吐出第１段階、第２段階、第３段階からなる通電波形を通電する構成を備えたことにより、インクメニスカスを常に所望の位置に保持することができ、記録インク液滴の均一性と吐出の安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインクジェット記録装置の概略断面図。
【図２】本発明の実施の形態１における最大インク液滴を吐出する場合の通電波形を示す図。
【図３】本発明の実施の形態１における最大インク液滴を吐出する場合のインクメニスカスの状態を示す図。
【図４】本発明の実施の形態１における最小インク液滴を吐出する場合の通電波形を示す図。
【図５】本発明の実施の形態１における最小インク液滴を吐出する場合、かつ静電界をかけない場合のインクメニスカスの状態を示す図。
【図６】本発明の実施の形態１における最小インク液滴を吐出する場合、かつ静電界をかけた場合のインクメニスカスの状態を示す図。
【図７】本発明の実施の形態１における曳糸飛翔にて最小インク液滴を吐出する場合の通電波形を示す図。
【図８】本発明の実施の形態１における曳糸飛翔にて最小インク液滴を吐出する場合のインクメニスカスの状態を示す図。
【図９】本発明の実施の形態２におけるインクジェット記録装置の概略平面図。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるインクを吐出する場合の通電波形を示す図。
【図１１】本発明の実施の形態２におけるインクを吐出する場合の他の通電波形を示す図。
【図１２】本発明の実施の形態２におけるインクを吐出する場合の他の通電波形を示す図。
【図１３】本発明の実施の形態３におけるインクジェット記録装置の概略側面図。
【図１４】本発明の実施の形態３における不要吐出の現象を示す図。
【図１５】本発明の実施の形態４におけるインクジェット記録装置の概略構成図。
【図１６】本発明の実施の形態５におけるインクを吐出する場合の通電波形を示す図。
【図１７】本発明の実施の形態５におけるインクを吐出する場合の他の通電波形を示す図。
【図１８】従来のインクジェット記録装置の概略断面図。
【符号の説明】
１  ノズル板
２  吐出口
３  圧力室
４  圧力室構造体
５  インク供給口
６  圧電素子
７  振動板
８  駆動回路
９  対向電極
１０  電源
１１  インクメニスカス
１３  静電界オン・オフ手段
１４  インクジェットヘッド
【図１】
0003731693.tif 000002
【図２】
0003731693.tif 000003
【図３】
0003731693.tif 000004
【図４】
0003731693.tif 000005
【図５】
0003731693.tif 000006
【図６】
0003731693.tif 000007
【図７】
0003731693.tif 000008
【図８】
0003731693.tif 000009
【図９】
0003731693.tif 000010
【図１０】
0003731693.tif 000011
【図１１】
0003731693.tif 000012
【図１２】
0003731693.tif 000013
【図１３】
0003731693.tif 000014
【図１４】
0003731693.tif 000015
【図１５】
0003731693.tif 000016
【図１６】
0003731693.tif 000017
【図１７】
0003731693.tif 000018
【図１８】
0003731693.tif 000019