特許 7367778 インクジェット記録装置及び記録動作駆動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-16

(45)【発行日】2023-10-24

(54)【発明の名称】インクジェット記録装置及び記録動作駆動方法

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20231017BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

B41J2/015 101

B41J2/01 403

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2021571107

(86)(22)【出願日】2020-01-15

(86)【国際出願番号】 JP2020001024

(87)【国際公開番号】W WO2021144877

(87)【国際公開日】2021-07-22

【審査請求日】2022-12-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000001270

【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001254

【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 シンズ

【審査官】大浜 登世子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２４０９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８５６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４４５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０８２７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１１７９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３７９２９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１ － ２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルに連通する圧力室を有し、前記圧力室内のインクを、前記ノズルから吐出するインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドによる記録動作を駆動するヘッド駆動部と、を備え、
前記ヘッド駆動部は、
前記圧力室を膨張、収縮させる駆動パルス電圧であって、前記ノズルからインクを吐出させる吐出駆動パルスと、前記ノズルからインクを吐出させずに前記ノズルに形成されるメニスカスを挙動させる程度の非吐出駆動パルスとを、印加可能にされ、
記録動作時における１ドット形成のためのインク吐出期間には、記録媒体上に着弾させる１ドットに対し階調数ｎを上限とした回数の吐出駆動パルスを印加して、当該回数に応じてドット径を変える吐出駆動を実行し、
記録動作時におけるインク非吐出期間には、前記１ドット形成のためのインク吐出期間と等しい期間に対し、前記階調数ｎに等しい回数であるｍ回の非吐出駆動パルスを印加して、前記メニスカスを挙動させる非吐出駆動を実行するインクジェット記録装置。

【請求項2】

吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗａ、非吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗｂとして、０．６Ｐｗａ＜Ｐｗｂ≦Ｐｗａを満たす請求項１に記載のインクジェット記録装置。

【請求項3】

吐出駆動パルスの電圧値をＶａ、非吐出駆動パルスの電圧値をＶｂとして、０．３＜Ｖｂ／Ｖａ＜０．５を満たす請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録装置。

【請求項4】

前記ノズルの吐出開口径をｄｎとして、２０μｍ＜ｄｎ＜５０μｍを満たす請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載のインクジェット記録装置。

【請求項5】

前記ノズルの吐出開口径をｄｎとして、３０μｍ＜ｄｎ＜５０μｍを満たす請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載のインクジェット記録装置。

【請求項6】

前記インクの比重は１より大きい請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載のインクジェット記録装置。

【請求項7】

前記吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗａ、前記圧力室の固有振動周期の２分の１をＡＬとして、１ＡＬ≦Ｐｗａ≦１．４ＡＬを満たす請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のインクジェット記録装置。

【請求項8】

前記吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗａ、前記圧力室の固有振動周期の２分の１をＡＬとして、１．２ＡＬ≦Ｐｗａ≦１．４ＡＬを満たす請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のインクジェット記録装置。

【請求項9】

ノズルに連通する圧力室を有し、前記圧力室内のインクを、前記ノズルから吐出するインクジェットヘッドによる記録動作を駆動する記録動作駆動方法であって、
前記圧力室を膨張、収縮させる駆動パルス電圧であって、前記ノズルからインクを吐出させる吐出駆動パルスと、前記ノズルからインクを吐出させずに前記ノズルに形成されるメニスカスを挙動させる程度の非吐出駆動パルスとを用い、
記録動作時における１ドット形成のためのインク吐出期間には、記録媒体上に着弾させる１ドットに対し階調数ｎを上限とした回数の吐出駆動パルスを印加して、当該回数に応じてドット径を変える吐出駆動を実行し、
記録動作時におけるインク非吐出期間には、前記１ドット形成のためのインク吐出期間と等しい期間に対し、前記階調数ｎに等しい回数であるｍ回の非吐出駆動パルスを印加して、前記メニスカスを挙動させる非吐出駆動を実行する記録動作駆動方法。

【請求項10】

吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗａ、非吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗｂとして、０．６Ｐｗａ＜Ｐｗｂ≦Ｐｗａを満たす請求項９に記載の記録動作駆動方法。

【請求項11】

吐出駆動パルスの電圧値をＶａ、非吐出駆動パルスの電圧値をＶｂとして、０．３＜Ｖｂ／Ｖａ＜０．５を満たす請求項９又は請求項１０に記載の記録動作駆動方法。

【請求項12】

前記ノズルの吐出開口径をｄｎとして、２０μｍ＜ｄｎ＜５０μｍを満たす請求項９から請求項１１のうちいずれか一に記載の記録動作駆動方法。

【請求項13】

前記ノズルの吐出開口径をｄｎとして、３０μｍ＜ｄｎ＜５０μｍを満たす請求項９から請求項１１のうちいずれか一に記載の記録動作駆動方法。

【請求項14】

前記インクの比重は１より大きい請求項９から請求項１３のうちいずれか一に記載の記録動作駆動方法。

【請求項15】

前記吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗａ、前記圧力室の固有振動周期の２分の１をＡＬとして、１ＡＬ≦Ｐｗａ≦１．４ＡＬを満たす請求項９から請求項１４のうちいずれか一に記載の記録動作駆動方法。

【請求項16】

前記吐出駆動パルスのパルス幅をＰｗａ、前記圧力室の固有振動周期の２分の１をＡＬとして、１．２ＡＬ≦Ｐｗａ≦１．４ＡＬを満たす請求項９から請求項１４のうちいずれか一に記載の記録動作駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インクジェット記録装置及び記録動作駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、インクジェットヘッドを通してインクを循環させ、そのインクジェットヘッドのノズルからインクを吐出するインクジェット装置が知られている。
一般にインクジェット記録装置は、微小なインク液滴を吐出する多数のノズルが配置されたインクジェットヘッドを搭載している。
これらのノズルは微小な径の吐出口からインクを吐出するため、吐出前のノズルに形成されるメニスカスの状態は、液滴の飛翔状態へ顕著に影響を与える、すなわち印刷物の画質に関わる。インクジェットヘッドノズルから吐出する液滴の安定性向上は、印刷物の画質に関わるため重要な課題である。

【0003】

一方、複数の駆動パルスを含むマルチ駆動信号を生成し、相対的に大きい液滴を吐出することが実現されている。
しかしながら、吐出、不吐出の繰り返しの際に、吐出前のメニスカスの状態及び位置も変わる。このため、不吐出期間の後の吐出時においては、液滴の不吐出や飛翔曲がりなどにより、吐出が不安定になる可能性が高くなる。

【0004】

特許文献１に記載の発明は、ノズルのエッジに付着した異物に起因する吐出異常を防止するため、メニスカスを非吐出ノズルの外側へ移動させる非吐出駆動電圧をインクジェットヘッドに供給する。このとき、非吐出ノズルの直径ｄｎと非吐出ノズルの外側へ移動されたメニスカス直径ｄｍとの関係が１．１≦ｄｍ／ｄｎ≦１．４を満たすようにする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３-１９９０２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、異物付着による吐出異常を防止することを目的としており、非吐出駆動電圧により形成するメニスカスは静定的である。
特許文献１に記載の発明のように非吐出時に静定的なメニスカスを形成することによっても、その後の吐出時における液滴の不吐出や飛翔曲がりなどを発生させる不安定性を解消することができない。

【0007】

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、インクジェット記録装置により安定的に大液滴を吐出することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、ノズルに連通する圧力室を有し、前記圧力室内のインクを、前記ノズルから吐出するインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドによる記録動作を駆動するヘッド駆動部と、を備え、
前記ヘッド駆動部は、
前記圧力室を膨張、収縮させる駆動パルス電圧であって、前記ノズルからインクを吐出させる吐出駆動パルスと、前記ノズルからインクを吐出させずに前記ノズルに形成されるメニスカスを挙動させる程度の非吐出駆動パルスとを、印加可能にされ、
記録動作時における１ドット形成のためのインク吐出期間には、記録媒体上に着弾させる１ドットに対し階調数ｎを上限とした回数の吐出駆動パルスを印加して、当該回数に応じてドット径を変える吐出駆動を実行し、
記録動作時におけるインク非吐出期間には、前記１ドット形成のためのインク吐出期間と等しい期間に対し、前記階調数ｎに等しい回数であるｍ回の非吐出駆動パルスを印加して、前記メニスカスを挙動させる非吐出駆動を実行するインクジェット記録装置である。

【0009】

本発明の一態様は、ノズルに連通する圧力室を有し、前記圧力室内のインクを、前記ノズルから吐出するインクジェットヘッドによる記録動作を駆動する記録動作駆動方法であって、
前記圧力室を膨張、収縮させる駆動パルス電圧であって、前記ノズルからインクを吐出させる吐出駆動パルスと、前記ノズルからインクを吐出させずに前記ノズルに形成されるメニスカスを挙動させる程度の非吐出駆動パルスとを用い、
記録動作時における１ドット形成のためのインク吐出期間には、記録媒体上に着弾させる１ドットに対し階調数ｎを上限とした回数の吐出駆動パルスを印加して、当該回数に応じてドット径を変える吐出駆動を実行し、
記録動作時におけるインク非吐出期間には、前記１ドット形成のためのインク吐出期間と等しい期間に対し、前記階調数ｎに等しい回数であるｍ回の非吐出駆動パルスを印加して、前記メニスカスを挙動させる非吐出駆動を実行する記録動作駆動方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、インクジェット記録装置により安定的に大液滴を吐出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の機能構成を示すブロック図である。

【図2】ノズルの軸方向に見た圧力室とノズルの模式図であって、駆動パルス電圧に対応した圧力室の変化を示す。

【図3】ノズルから吐出されるインク液滴の動作を示す模式図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る駆動パルス電圧の例を示す駆動信号波形図である。

【図5】比較例に係る駆動パルス電圧を示す駆動信号波形図である。

【図6】ノズルと静的安定状態のメニスカスの断面図である。

【図7】ノズルと連続吐出後のメニスカスの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

【0013】

インクジェット記録装置１は、搬送部１０と、記録動作部２０と、クリーニング部３０と、制御部４０と、記憶部５０と、通信部７０と、操作受付部８１と、表示部８２、電力供給部９０などを備える。

【0014】

搬送部１０は、画像を記録する対象となる記録媒体を記録動作部２０による記録範囲に対向するように移動させる。搬送部１０は、例えば、ロール状に巻き上げられた長尺の記録媒体を所定の速度で引き出す搬送モーター１４などを備える。記録媒体は、例えば、布帛であるが、紙など他の材質であってもよい。

【0015】

記録動作部２０は、記録媒体上にインクを吐出して画像を記録する動作を行う。記録動作部２０は、多数が所定のパターンで配列されてインクを吐出するノズル２７と、ノズル２７にインクを供給するインク流路（圧力室）を変形させてインクに圧力変動を付与する圧電素子２６とを有するインクジェットヘッド２１と、各圧電素子２６を変形させる駆動パルス電圧を出力するヘッド駆動部２５などを備える。
圧電素子２６に図２に示すように駆動パルス電圧Ｐを印加することで、ノズル２７に連通する圧力室２８の側壁２９を変形させ、図３に示すようにノズル２７の吐出開口付近に形成されたメニスカス２２を揺らして、インク液滴２３をメニスカス２２から分離させて吐出する。

【0016】

クリーニング部３０は、ノズル２７の開口が配列されたノズル面に付着したインクやその固化物などを除去するワイピング部材３２と、当該ワイピング部材３２を動作させる駆動部３１などを備える。ワイピング部材３２は、特には限られないが、例えば、インクを吸い込む不織布や、固体を削り取るブレード上の樹脂部材などである。

【0017】

制御部４０は、インクジェット記録装置１の全体動作を統括制御するプロセッサーである。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ４１（Central Processing Unit）及びＲＡＭ４２（Random Access Memory）などを備える。ＣＰＵ４１は、演算動作を行い、各種制御処理を行う。ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１に作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。

【0018】

記憶部５０は、記録対象の画像データやその処理データを記憶したり、その他の設定データやプログラムなどを記憶したりする。画像データは、例えば、一時的に大容量の記憶を行って高速出力が可能なＤＲＡＭなどに記憶されてよい。また、設定データやプログラムなどは、インクジェット記録装置１への電力供給が停止された状況でも記憶可能なフラッシュメモリといった不揮発性メモリー、及び／又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）などに記憶される。

【0019】

通信部７０は、所定の通信規格（例えば、ＴＣＰ／ＩＰ）に従って外部機器とのデータ送受信を制御する。通信部７０は、ＬＡＮ（Local Area Network）などに接続され、ルーターなどを介して外部インターネットと接続可能であってもよいし、ＵＳＢ端子に接続されたＵＳＢケーブルを介して直接周辺機器と接続可能であってもよい。
電力供給部９０は、電源からインクジェット記録装置１に電力を供給する。

【0020】

次に、記録動作の駆動につき説明する。
ヘッド駆動部２５は、圧力室２８を膨張、収縮させる駆動パルス電圧Ｐを圧電素子２６に印加する。駆動パルス電圧Ｐとしては図４に示す２種類（Ｐａ，Ｐｂ）が用いられる。ヘッド駆動部２５は、ノズル２７からインクを吐出させる吐出駆動パルスＰａと、ノズル２７からインクを吐出させずにノズル２７に形成されるメニスカス２２を挙動させる程度の非吐出駆動パルスＰｂとを、印加可能にされている。
吐出駆動パルスＰａの電圧値をＶａ、パルス幅（パルスの立ち上がりから立下り開始時までの時間）をＰｗａ、非吐出駆動パルスＰｂの電圧値をＶｂ、パルス幅をＰｗｂとする。

【0021】

ヘッド駆動部２５は、記録動作時における１ドット形成のためのインク吐出期間Ｔａ（＝周期Ｔ）には、記録媒体上に着弾させる１ドットに対し階調数ｎを上限とした回数の吐出駆動パルスを印加して、当該回数に応じてドット径を変える吐出駆動を実行する。
本実施形態では、ｎ＝８としている。
図４に示す例では、最も大きなドット径を形成するため周期Ｔにおいて８パルスの吐出駆動パルスＰａを印加している。
吐出駆動パルスＰａの１パルスごとの印加により図３に示したようにインク液滴が吐出され、記録媒体上に着弾する。
吐出駆動パルスＰａのパルス数を選択することで吐出される液滴数が選択されてドット径が変わる。インクジェット記録装置１は、これにより階調表現を行う記録方式を採用する。

【0022】

ヘッド駆動部２５は、記録動作時におけるインク非吐出期間Ｔｂ（＝周期Ｔ）には、階調数ｎに等しいか多い回数であるｍ回の非吐出駆動パルスＰｂを印加して、メニスカス２２を挙動させる非吐出駆動を実行する。なお、非吐出期間Ｔｂは、１ドット形成のためのインク吐出期間Ｔａと等しく、周期Ｔに相当する。また、本実施形態では、ｎ＝ｍ＝８としている。
非吐出駆動パルスＰｂの電圧値Ｖｂは、吐出駆動パルスＰａの電圧値Ｖａより低く設定されている。また、非吐出駆動パルスＰｂのパルス幅Ｐｗｂは、吐出駆動パルスＰａのパルス幅Ｐｗａより狭く設定されている。これは、非吐出駆動パルスＰｂの印加によりインクの吐出が起こらないようにするためである。非吐出駆動パルスＰｂの印加によりインクの吐出は起こらないことが条件となるが、メニスカス２２を、吐出時に近い程度に大きく挙動させることができるように設定する。そのために、パルス幅は、０．６Ｐｗａ＜Ｐｗｂ≦Ｐｗａの条件を満たすことがよい。また、電圧値は、０．３＜Ｖｂ／Ｖａ＜０．５の条件を満たすことがよい。
なお、非吐出駆動パルスＰｂの電圧値Ｖｂ、パルス幅Ｐｗｂのうちいずれか一方を吐出駆動パルスＰａと等しくしてもよく、他方によってインクの吐出は起こらないように調整してもよい。
記録動作時におけるインク吐出期間Ｔａ及びインク非吐出期間Ｔｂは、個々のノズルについてのものである。あるノズルがインク吐出期間Ｔａにある時、他のノズルがインク非吐出期間Ｔｂにある場合もあるため、装置全体でインク吐出期間Ｔａ又はインク非吐出期間Ｔｂが定まるものではない。

【0023】

図５は比較例の駆動パルスを示す。
この比較例では、インク非吐出期間Ｔｂにパルス電圧を印加しない点で異なり、他は図４に示した本実施形態の駆動パルスと同じである。
駆動パルスを印加する前の静的安定状態においては、図６に示すようにメニスカス２２ａはノズル２７のほぼ吐出開口位置で、凹状に保たれる。
連続吐出、特に大液滴（ｎ＝８）の連続吐出があると、メニスカスは徐々にノズル２７の奥に後退する。連続吐出後にインク非吐出期間Ｔｂに入ると、図７に示すようにメニスカス２２ｂはノズル２７の奥にあり、時間の経過とともに揺れは減衰し、インク供給によりメニスカス２２ｂの位置がノズル２７の吐出開口に近づいていく。しかし、インク非吐出期間Ｔｂにパルス電圧を印加しない場合、メニスカス２２ｂの位置や揺れの状態は不安定であり、インク非吐出期間Ｔｂの次のインク吐出期間Ｔａの開始時において様々となる。更に、連続吐出の際に図６の状態と図７の状態を繰り返すことになりメニスカスは不安定な状態となる。これにより、インク非吐出期間Ｔｂ後のインク吐出期間Ｔａにおいて、液滴の不吐出や飛翔曲がりなどにより、吐出が不安定になる可能性が高くなる。

【0024】

周期Ｔ＝１７５．４μｓ、Ｐｗａ＝１．２ＡＬとして図５の繰り返しパターンで駆動した比較例の実証実験では、液滴速度が７．６ｍ／ｓに達すると、液滴の不吐出の発生が確認できた。
これに対し、同じく周期Ｔ＝１７５．４μｓ、Ｐｗａ＝Ｐｗｂ＝１．２ＡＬとして図４の繰り返しパターンで駆動した本発明例の実証実験では、液滴速度が９．１ｍ／ｓに達しても、液滴の不吐出が発生せず、安定的にインクを吐出できることが確認できた。
本発明例では、インク非吐出期間Ｔｂにおいては、インク吐出期間Ｔａに近似した周波数と振幅のメニスカスの一定した揺れが生じており、インク吐出期間Ｔａと近い挙動で動的に安定している。
したがって、インク非吐出期間Ｔｂの次のインク吐出期間Ｔａは、インク吐出期間Ｔｂの前のインク吐出期間Ｔａに近い条件となって、インクの吐出が連続吐出の場合と同等に安定する。
以上の効果を得るため、ｍ≧ｎとすることがよい。特に、本実施形態のようにｍ＝ｎとすることが好ましい。インク非吐出期間Ｔｂにおいてインク吐出期間Ｔａと同じ回数のメニスカスの揺れを発生させることができ、次のインク吐出期間Ｔａでインクの吐出が安定する。

【0025】

以上の効果を効果的に得るにはさらに以下の条件で実施する。
ノズル２７の吐出開口径をｄｎとして、２０μｍ＜ｄｎ＜５０μｍの条件を満たす。さらに好ましくは特に３０μｍ＜ｄｎ＜５０μｍの条件を満たす。
比重が１より大きいインクを適用する。
１ＡＬ≦Ｐｗａ≦１．４ＡＬの条件を満たす。さらに好ましくは１．２ＡＬ≦Ｐｗａ≦１．４ＡＬを満たす。なお、ＡＬは、圧力室２８の固有振動周期の２分の１である。

【0026】

以上説明したように本実施形態によれば、インクジェット記録装置により安定的に大液滴を吐出することができる。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本発明は、インクジェット記録装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0028】

１ インクジェット記録装置
２０ 記録動作部
２１ インクジェットヘッド
２２ メニスカス
２３ インク液滴
２５ ヘッド駆動部
２７ ノズル
２８ 圧力室
４０ 制御部
Ｐ 駆動パルス電圧
Ｔ 周期

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】