JP3767065B2

JP3767065B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP3767065B2
Application number: JP4076797A
Authority: JP
Inventors: 英雄保富
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH10235860A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に、圧電素子に電圧を印加することによりインクドロップを飛翔させることによって画像を形成するインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェットプリンタのプリンタヘッドに圧電素子を用いたものが知られている。このようなプリンタヘッドでは、圧電素子に画像情報に応じた電圧が印加され、この電圧の印加によって生じる圧電素子のひずみにより、所定の容器（インクチャンネル）内のインクが加圧され、インクチャンネルに設けられたノズルから記録シートに向かってインクドロップが飛翔する。このインクドロップの飛翔によって記録シート上に画像が記録される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、周囲温度が低下することによるインクの粘度、表面張力の上昇は、このようなインクドロップの飛翔による画像の記録に影響を与える。インクの粘度、表面張力が上昇すると、ノズルから飛翔するインクドロップの径、速度等は影響を受け、サテライト、カーブ、ドロップ割れ等が発生し、低温時において記録される画像の品質を著しく劣化させる原因となる。
【０００４】
また、サーミスタ素子等を用いて温度を計測することができるが、これらをそのまま周囲温度（またはインクの温度）の検出に用いることは、インクジェットプリンタ全体の生産コストを上昇させる原因となる。
【０００５】
本発明は、これらのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができるインクジェット記録装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電圧を印加することにより圧電素子を駆動し、周囲温度により粘度が変化するインクを用いて画像の記録を行うインクジェット記録装置であり、周囲温度によって圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つは変化する。
【０００７】
本インクジェット記録装置は、周囲温度によって変化した圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つを検知する検知手段と、検知手段によって検知された圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つに基づいて、駆動する圧電素子に印加する電圧を調整する手段とを含んでいる。
【０００８】
請求項１に記載の発明によると、周囲温度によって変化する圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つが検知され、これに基づいて圧電素子に印加する電圧が調整される。これにより、従来のように周囲温度の変動に伴なうインクの粘度の変化によって記録される画像の品質を劣化させることなく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明における実施例であるインクジェットプリンタ１について説明する。
【００１０】
図１は、本発明における第１の実施例であるインクジェットプリンタ１の概略構成を示す斜視図である。
【００１１】
インクジェットプリンタ１は、紙やＯＨＰシートなどの記録媒体である記録シート２と、インクジェット方式のプリンタヘッドであるプリンタヘッド３と、プリンタヘッド３を保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させるための揺動軸５、６と、キャリッジ４を揺動軸５、６に沿って往復駆動する駆動モータ７と、駆動モータ７の回転をキャリッジ４の往復運動に変えるためのタイミングベルト９、アイドルプーリ８とを含んでいる。
【００１２】
また、インクジェットプリンタ１は、記録シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねるプラテン１０と、プラテン１０との間の記録シート２を押さえ浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２を排出するための排出ローラ１２、拍車ローラ１３と、プリンタヘッド３のインクを吐出するノズル面を洗浄しインク吐出不良を良好な状態に回復させる回復系１４と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１５とを含んでいる。
【００１３】
記録シート２は、手差しあるいはカットシートフィーダ等の給紙装置によって、プリンタヘッド３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記録部への搬送が制御される。
【００１４】
プリンタヘッド３には、インク飛翔用のエネルギ発生源として圧電素子（ＰＺＴ）が用いられる。圧電素子には電圧が印加され、ひずみが生じる。このひずみは、インクで満たされたチャンネルの容積を変化させる。この容積の変化により、チャンネルに設けられたノズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が行なわれる。
【００１５】
キャリッジ４は、駆動モータ７、アイドルプーリ８、タイミングベルト９により、記録シート２の桁方向（記録シート２を横切る方向）に主走査し、キャリッジ４に取り付けられたプリンタヘッド３は１ライン分の画像を記録する。１ラインの記録が終わる毎に、記録シート２は縦方向に送られ副走査され、次のラインが記録される。
【００１６】
記録シート２にはこれらのようにして画像が記録され、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向下流側に配置された排出ローラ１２とこれに圧接される拍車ローラ１３とによって排出される。
【００１７】
図２〜図４は、プリンタヘッド３の構成を説明するための図である。
図２はプリンタヘッド３のノズルを有する面の平面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００１８】
プリンタヘッド３は、ノズルプレート３０１、隔壁３０２、振動板３０３、基板３０４とを一体に重ねた構成となっている。
【００１９】
ノズルプレート３０１は、ガラス、セラミックス、金属または合成樹脂などからなり、ノズル３０７を有し、表面３１８には撥インク層を有する。隔壁３０２には、薄肉フィルムが使用されており、ノズルプレート３０１と振動板３０３との間に固定されている。
【００２０】
また、ノズルプレート３０１と隔壁３０２との間には、インク３０５を収容する複数のインクチャンネル３０６と、各インクチャンネル３０６をインク供給室３０８に連結するインクインレット３０９が形成されている。インク供給室３０８は図示しないインクタンクに接続されており、インク供給室３０８内のインク３０５はインクチャンネル３０６へと供給される。
【００２１】
振動板３０３には、各インクチャンネル３０６に対応した複数の圧電素子３１３が含まれる。振動板３０３の加工は、まず、振動板３０３が配線部３１７を有する基板３０４に絶縁接着剤で固定され、その後、ダイサー加工によりセパレート溝３１５、３１６が形成され振動板３０３が分断されることにより行なわれる。また、この分断によって各インクチャンネル３０６に対応する圧電素子３１３と、隣接する圧電素子３１３との間に位置する圧電素子柱部３１４と、これらを囲む周囲壁３１０とが分離される。
【００２２】
基板３０４上の配線部３１７は、アースに接続されプリンタヘッド３内の全ての圧電素子３１３に共通に接続される共通電極側配線部３１１とプリンタヘッド３内の各圧電素子３１３に個別に接続される個別電極側配線部３１２とを有する。この基板３０４上の共通電極側配線部３１１は圧電素子３１３内の共通電極に接続され、個別電極側配線部３１２は圧電素子３１３内の個別電極に接続される。
【００２３】
これらのような構成のプリンタヘッド３の動作は、インクジェットプリンタ１の制御部によってコントロールされる。制御部のヘッド吐出駆動部１０５（図５参照）からは、圧電素子３１３内部に設けられた共通電極と個別電極との間に、印字信号である所定の電圧が印加され、圧電素子は隔壁３０２を押す方向に変形する。圧電素子３１３の変形は隔壁３０２に伝えられ、これによりインクチャンネル３０６内のインク３０５が加圧され、ノズル３０７を介してインクドロップが記録シート２（図１参照）に向かって飛翔する。
【００２４】
図５は、インクジェットプリンタ１の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
インクジェットプリンタ１の制御部は、ＣＰＵ１０１と、ＲＡＭ１０２と、ＲＯＭ１０３と、データ受信部１０４と、ヘッド吐出駆動部１０５と、ヘッド移動駆動部１０６と、紙送りモータ駆動部１０７と、回復系モータ駆動部１０８と、各種センサ部１０９とを含んでいる。
【００２６】
なお、周囲温度によって変化する圧電素子３１３の抵抗値は、各種センサ部１０９によって検出され、これに基づいてヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３の駆動電圧が調整される。この圧電素子３１３の抵抗値は、圧電素子３１３に印字信号である所定の電圧が印加されていない際に測定される。
【００２７】
全体を制御するＣＰＵ１０１は、必要に応じてＲＡＭ１０２を用い、ＲＯＭ１０３に記憶されているプログラムを実行する。このプログラムには、ホストコンピュータ等に接続され記録すべき画像データを受信する、データ受信部１０４から読み込まれる画像データに基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５、ヘッド移動駆動部１０６、紙送りモータ駆動部１０７、各種センサ部１０９を制御し記録シート２上に画像を記録するための部分と、必要な際に、回復系モータ駆動部１０８、各種センサ部１０９を制御しプリンタヘッド３のノズル面を良好な状態に回復させるための部分とが含まれる。
【００２８】
ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５はプリンタヘッド３の圧電素子３１３を駆動し、ヘッド移動駆動部１０６はプリンタヘッド３を保持するキャリッジ４を桁方向に移動させる駆動モータ７を駆動し、紙送りモータ駆動部１０７は紙送りローラを駆動する。また、ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、回復系モータ駆動部１０８は、プリンタヘッド３のノズル面を良好な状態に回復させるために必要なモータ等を駆動する。
【００２９】
以下、図６〜図１０を用いて、インクの粘度の温度特性とこれに伴なうインクジェットプリンタ１での制御を説明する。
【００３０】
図６は、プリンタヘッド３から吐出されるインクの粘度の温度特性を示す図である。
【００３１】
インクの粘度はインクの温度（周囲温度）が常温から下降していくに従って上昇し、特に１０［℃］以下で粘度は急激に上昇していく。また、インクの粘度は、インクの温度が常温から上昇していくに従って徐々に低下していく。
【００３２】
図７は、インクジェットプリンタ１のヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパルス電圧の波形を示す図である。
【００３３】
ここでは、圧電素子３１３には、１層の厚み０．５［ｍｍ］、幅０．１２［ｍｍ］、長さ５．２［ｍｍ］の単層型ＰＺＴ圧電素子を加工したものを用いるものとする。また、一例として、図７に示す波形を有するパルス電圧を圧電素子３１３に印加するものとし、このパルス電圧の印加によってノズルから飛翔するインクドロップに対して得られる、パルス電圧を周囲温度によって調整しない場合と、パルス電圧を周囲温度によって調整する場合との、周囲温度に対する用紙（記録シート２）付着後のドット径の変化をそれぞれ図８、図１０を用いて説明する。
【００３４】
パルス電圧は、５［μｓｅｃ］の立ち上がり時間で立ち上げられ、６０［Ｖ］のパルス振幅を１５［μｓｅｃ］継続した後、５０［μｓｅｃ］の立ち下がり時間で立ち下げられる。
【００３５】
なお、ここでは単層型ＰＺＴ圧電素子の例を示したが、積層型ＰＺＴを用いてもよい。積層型ＰＺＴを用いることでパルス電圧をより低くでき、ドライバのコストを減少させることができる。
【００３６】
図８は、パルス電圧を周囲温度によって調整しない場合の、用紙に付着後のドット径の周囲温度による変化を示す図である。ここでのドット径は、１００ドットを用紙に印字した際の平均値を示す。
【００３７】
ドット径はインクの温度（周囲温度）が常温から下降していくに従って減少し、特に１０［℃］以下でドット径は急激に減少していく。また、ドット径は、インクの温度が常温から上昇していくに従って徐々に増大していく。これらのドットの印字においては、特に、インクの温度が１０［℃］以下のとき、サテライトが発生し、また、インクドロップの飛翔する速度が遅いために着弾位置ずれが生じている。インクの温度が４０［℃］以上のときは、インクドロップのカーブ、ドロップ割れが多く発生している。
【００３８】
図７に示すインクの粘度の温度特性によると、図８に示すドット径の周囲温度による変化が、主にインクの粘度によるものであることが推測される。
【００３９】
図９は、プリンタヘッド３内の１つの圧電素子３１３の抵抗の温度特性を示す図である。圧電素子の抵抗は、その温度が低温から高温になるに従って、ほぼ一定の傾きで単調に減少する。
【００４０】
図８に示すようにドット径が周囲温度に影響されることを防止するために、図９に示す圧電素子の抵抗の温度特性を検出して、図１０に示すように、周囲温度にかかわらずほぼ一定のドット径となるようにインクドロップが吐出されるように、図７に示すパルス電圧のパルス振幅を周囲温度に応じて調整する。
【００４１】
図１０は、パルス電圧を周囲温度によって調整する場合の、用紙に付着後のドットの径の周囲温度による変化を示す図である。ここでのドット径も、図８でのドット径と同様に、１００ドットを用紙に印字した際の平均値を示している。
【００４２】
ここでは、常温（２０［℃］）で６０［Ｖ］と設定している（図７参照）、圧電素子を駆動するパルス電圧のパルス振幅を、周囲温度５、１０、３０、４０［℃］で、それぞれ、６９、６４、５８、５５［Ｖ］と設定する。
【００４３】
これによると、図８を用いて説明した、パルス電圧を調整しない場合の、周囲温度が１０［℃］以下でのインクドロップのサテライト、着弾位置ずれ、周囲温度が４０［℃］以上でのインクドロップのカーブ、ドロップ割れは、完全に解消されている。
【００４４】
以上のようにインクジェットプリンタ１では、周囲温度によって変化する圧電素子３１３の抵抗が各種センサ部１０９によって検出され、ヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパルス電圧のパルス振幅が周囲温度に応じて調整される。これにより、従来のように周囲温度の変動に伴なうインクの物性の変化によって記録される画像の品質を劣化させることなく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【００４５】
次に、第２、第３の実施例であるインクジェットプリンタについて説明する。図１１は、本発明における第２の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド３の構成を説明するための図である。図１１は、第１の実施例であるインクジェットプリンタ１のプリンタヘッド３の構成を説明するための図２に対応し、同様の部分については同様の符号を用いて表わす。図示以外の部分についての構成は、第１の実施例のインクジェットプリンタ１の構成に準ずる。
【００４６】
上記の第１の実施例のインクジェットプリンタ１では、インクドロップを吐出する圧電素子３１３は、同時に、抵抗を検出するために用いられる。このため、インクドロップを吐出している間は、抵抗を測定することができない。
【００４７】
これに対し、第２の実施例のインクジェットプリンタは、図に示すようにプリンタヘッド３内の複数の圧電素子３１３の端部に、ノズル３０７を持たない圧電素子３５０を有する。この圧電素子３５０を温度センサとして用いることにより、インクドロップを吐出しつつ抵抗を測定し、リアルタイムに測定結果をフィードバックすることができる。これにより、従来のように周囲温度の変動に伴なうインクの物性の変化によって記録される画像の品質を劣化させることなく、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【００４８】
図１２は、本発明における第３の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド周辺の構成を説明するための図である。これらの部分は、第１の実施例であるインクジェットプリンタ１のプリンタヘッド３、キャリッジ４に対応する部分であり、他の部分の構成については、第１の実施例であるインクジェットプリンタ１の構成に準ずる。
【００４９】
第３の実施例であるインクジェットプリンタは、インクを吐出するノズルを有するプリンタヘッド２５０周辺に、インクを収容するためのインクカートリッジ１５０と、インクカートリッジ１５０を保持し全体を矢印Ｄ１方向に往復移動させるためのキャリッジ２００とを有する。
【００５０】
インクカートリッジ１５０は、インクタンク１５１、１５２を含む。インクタンク１５１、１５２にはインクが満たされ、また、ポリウレタン等の充填材がインクタンク１５２に充填される。
【００５１】
プリンタヘッド２５０は、圧電素子２５１と、圧電素子２５１に電圧を印加するための基板２５２と、インクカートリッジ１５０からのインクを収容するためのインクチャンネル２５３と、インクを吐出するノズル２５４とを含んでいる。
【００５２】
これらのプリンタヘッド２５０の構成の詳細は、図３の断面図に示すプリンタヘッド３の構成と同様である。ただし、図３の断面図に示すプリンタヘッド３のノズル３０７が（紙面に垂直な方向に）１列設けられるのに対し、本実施例では、プリンタヘッド２５０のノズル２５４は中心線２５５に対称に２列設けられる。これら２列のノズル２５４のうち、１列は比較的大きな径のインクドロップの吐出に、もう１列は比較的小さな径のインクドロップの吐出に用いられる。
【００５３】
本実施例のインクジェットプリンタでは、第１の実施例のインクジェットプリンタ１と同様にして、圧電素子２５１が配線部２０３、温度コントローラ２０４を介し各種センサ部１０９に接続される。これに加え、本実施例のインクジェットプリンタは、配線部２０２、温度コントローラ２０４を介し各種センサ部１０９に接続される圧電素子２０１をインクカートリッジ１５０近傍に有し、圧電素子２０１によってインクカートリッジ１５０近傍の温度が検出される。
【００５４】
圧電素子２５１で検出されるインクの温度と、圧電素子２０１で検出されるインクカートリッジ１５０近傍の温度とは、温度コントローラ２０４によって処理された後に、各種センサ部１０９へ伝達される。このようにプリンタヘッド内部とインクカートリッジ近傍との２箇所の温度が検出されることによって、より適切に圧電素子を駆動するためのパルス電圧を設定することができるので、インクドロップをより安定して飛翔させ、簡素な構成で、周囲温度の変動にかかわらず記録される画像の品質を保持することができる。
【００５５】
図１３は、温度コントローラでの処理の手順を示すフローチャートである。
まず、Ｓ１では、圧電素子２５１の抵抗値と圧電素子２０１の抵抗値とがそれぞれ温度に換算され、圧電素子２５１で検出されるインクの温度と圧電素子で検出されるインクカートリッジ１５０近傍の温度との２つの温度の、例えば低い方の温度が選択されたり、あるいは、適当な重みがつけられて平均されたりして、温度の検出が行なわれる。
【００５６】
次に、Ｓ２では、Ｓ１で検出された温度が所定温度と異なるか否かが判断される。検出された温度が所定温度と異ならなければ（Ｓ２にて、ＮＯ）、Ｓ５でプリントが行なわれるよう指示が送られる。検出された温度が所定温度と異なれば（Ｓ２にて、ＹＥＳ）、Ｓ３でプリンタヘッド３がメンテナンス位置にある（図１でプリンタヘッド３が回復系１４の前部にある状態）か否かが判断される。
【００５７】
プリンタヘッド３がメンテナンス位置になければ（Ｓ３にて、ＮＯ）、Ｓ６で、メンテナンス位置へプリンタヘッド３が戻された後、また、プリンタヘッド３がメンテナンス位置にあれば（Ｓ３にて、ＹＥＳ）、そのまま、Ｓ４へと処理は移される。
【００５８】
Ｓ４では、図１０に示すような所定のドット径が得られるようにパルス電圧が変化され、Ｓ５でプリントが行なわれるよう指示が送られる。これらの処理の後、本ルーチンは終了する。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、温度によって変化する圧電素子の物性として抵抗を検出させたが、他に圧電素子のインピーダンス、静電容量等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における第１の実施例であるインクジェットプリンタ１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】プリンタヘッド３の構成を説明するためのプリンタヘッド３のノズルを有する面の平面図である。
【図３】プリンタヘッド３の構成を説明するための図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】プリンタヘッド３の構成を説明するための図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】インクジェットプリンタ１の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】プリンタヘッド３から吐出されるインクの粘度の温度特性を示す図である。
【図７】インクジェットプリンタ１のヘッド吐出駆動部１０５から印加される圧電素子３１３を駆動するパルス電圧の波形を示す図である。
【図８】パルス電圧を周囲温度によって調整しない場合の、用紙に付着後のドット径の周囲温度による変化を示す図である。
【図９】プリンタヘッド３内の１つの圧電素子３１３の抵抗の温度特性を示す図である。
【図１０】パルス電圧を周囲温度によって調整する場合の、用紙に付着後のドットの径の周囲温度による変化を示す図である。
【図１１】本発明における第２の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド３の構成を説明するための図である。
【図１２】本発明における第３の実施例であるインクジェットプリンタのプリンタヘッド周辺の構成を説明するための図である。
【図１３】温度コントローラでの処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１インクジェットプリンタ
１０５ヘッド吐出駆動部
１０９各種センサ部
３０５インク
３１３圧電素子

Claims

電圧を印加することにより圧電素子を駆動し、周囲温度により粘度が変化するインクを用いて画像の記録を行う、インクジェット記録装置であって、
周囲温度によって圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つは変化し、
周囲温度によって変化した、圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つを検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つに基づいて、前記駆動する圧電素子に印加する電圧を調整する手段とを含む、インクジェット記録装置。
ノズルを持たない圧電素子をさらに備え、
前記検知手段は、前記ノズルを持たない圧電素子の抵抗、インピーダンス、および静電容量の少なくとも１つを検知する、請求項１に記載のインクジェット記録装置。
前記調整する手段は、周囲温度にかかわらずほぼ一定のドット径となるようにインクドロップが吐出されるように、前記駆動する圧電素子に印加する電圧を調整する、請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
インクカートリッジ近傍の温度を検出する検出手段をさらに備え、
前記調整する手段は、前記検出手段の検出結果を用いて調整を行なう、請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。