JP3215134B2

JP3215134B2 - インクジェット記録方法

Info

Publication number: JP3215134B2
Application number: JP34707691A
Authority: JP
Inventors: 卓朗関谷; 英樹大槻
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JPH05177845A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録方
法に関し、より詳細には、インクジェットプリンタにお
ける階調記録に適するインクジェット記録方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録手段は、記録時にお
ける騒音が極めて少なく、又、普通紙に特別の定着処理
を必要とすることがなく記録できるという利点があり、
高速記録が可能であるため、記録手段として注目されて
いる。とりわけ、近年において、より高画質を望むユー
ザの要望から、従来の２値記録画像では満足が得られ
ず、多値記録画像である階調記録が期待されている。そ
のため、階調記録を行うことができる種々のインクジェ
ット記録ヘッドが提案されている。

【０００３】階調記録を行うことができるインクジェッ
ト記録ヘッドの一つとして、記録液体中に気泡を発生さ
せ、その気泡の膨張による圧力によって微細なノズルか
ら記録液体を噴出する，いわゆるサーマルインクジェッ
トの技術を開示した文献として、特公昭５９−３１９４
３号公報がある。この公報には、発熱量調整構造を有す
る発熱部を具備する電気熱変換体に階調情報を有する信
号を印加し、発熱部に信号に応じた熱量を発生させるこ
とにより階調記録を行うことを特徴とするものである。
具体的には、保護層、蓄熱層、あるいは発熱体層の厚さ
が徐々に変化するような構造としたり、あるいは発熱体
層のパターン巾が徐々に変化するような構造としたもの
である。

【０００４】一方、特開昭６３−４２８７２号公報にも
類似の階調記録技術の開示がある。これも特公昭５９−
３１９４３号公報の技術と同様に、発熱体層に３次元構
造をもたせることを特徴としている。その他の階調記録
技術として、特公昭６２−４６３５８号公報，特公昭６
２−４６３５９号公報，特公昭６２−４８５８５号公報
にその種の技術が開示されている。それらは、それぞれ
１つの流路に配列した複数個の発熱体より、所定数の発
熱体を選択したり、あるいは、発熱量の異なる複数の発
熱体から１つを選択して、発生する気泡の大きさを変え
たり、複数の発熱体への駆動信号の入力タイミングのズ
レを可変制御して吐出量を変えたりするものであった。

【０００５】また、特開昭５９−１２４８６３号公報、
特開昭５９−１２４８６４号公報には、吐出のための発
熱体とは別の発熱体及び気泡発生部を有し、吐出量制御
を行う技術の開示がある。更に、特開昭６３−４２８６
９号公報には、抵抗体に通電する時間を変えることによ
って気泡の発生回数を変更して吐出量を制御する技術が
開示されている。

【０００６】また、米国特許第４５０３４４４号明細書
には、非常に高い駆動周波数で微小インク滴を発生さ
せ、画像濃度情報に応じて、１画素を形成する微小イン
ク滴の数を変えて、画素径を変える技術が開示されてい
る。以上のように従来より高画質を達成するために、種
々の階調記録技術が提案されており、これらの技術はそ
れ自体優れた特徴をもった技術であるが、個々に見た場
合、具体的な点でその技術の特徴が充分に活かしきれて
いるとは言えず、画像も期待通りの高画質が得られてい
ない。

【０００７】本出願人は、従来の技術において高画質が
得られていない理由を検討・調査した結果、次の点に気
付いた。すなわち、得られた一つ一つの画素を顕微鏡で
拡大して見たところ、画素の大きさは略狙い通り変化し
ているにもかかわらず、その形状がきれいな円ではな
く、長円であったり、あるいは丸い画素から尾引きの状
態になっていたり、更には、１つの画素の近傍に微小な
画素があったりして、画質を乱しでいることに着目し
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述したよ
うな高画質が得られない理由を前提として、記録ヘッド
と被記録体との相対速度が一定であり、階調記録を行う
に際して、前記相対速度を可変とすることにより、本来
の狙い通りの高画質を実現できる記録方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、液体を液滴として被記録体に飛翔させ、
被記録体に２値記録情報及び多値記録情報を記録するイ
ンクジェット記録方法において、記録ヘッドに入力され
る画像情報が、多値記録情報である場合は２値記録情報
における記録ヘッド駆動周波数よりも遅い記録ヘッド駆
動周波数で記録するとともに、多値記録時には記録ヘッ
ドと被記録体との相対速度を０．１〜０．５ｍ／ｓの範
囲内とすることを特徴とするものである。

【００１０】本発明は、液体に熱エネルギーにより熱に
よる状態変化を与え、液体を液滴として被記録体に飛翔
させ、被記録体に２値記録情報及び多値記録情報を記録
するインクジェット記録方法において、１画素形成用の
液体の質量を一定にして記録する場合の１画素形成頻度
に対して、前記液体の質量を変化させて記録する場合の
１画素形成頻度を遅くして記録し、液体質量を変化させ
て記録する場合のパルス幅は、液体質量を一定にして記
録する場合のパルス幅より小さいパルス幅の電気エネル
ギーであり、１〜複数パルス入力して液体の質量を変え
て記録することを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明は、液体に熱エネルギーによ
り熱による状態変化を与え、液体を液滴として被記録体
に飛翔させ、被記録体に２値記録情報及び多値記録情報
を記録するインクジェット記録方法において、１画素形
成用の液体の質量を一定にして記録する場合の１画素形
成頻度に対して、前記液体の質量を変化させて記録する
場合の１画素形成頻度を遅くして記録し、液体質量を変
化させて記録する場合は、１つの流路に配列した複数個
の発熱体より、所定数の発熱体を選択して液体の質量を
変えて記録することを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明の構成により、インクジェットプリンタ
等における各種のインクジェット記録手段において、階
調記録を行うに際して、高速記録の２値記録に対して多
値記録の場合に速度を遅くして、画像を高品質にするこ
とができる。

【００１３】

【実施例】先ず、本発明が適用されるインクジェットヘ
ッドの一例としてのバブルジェットヘッドの動作を、図
１により説明する。図２は図１に示したバブルジェット
ヘッドの斜視図、図３は図２のヘッドにおいて、蓋基板
（図３（ａ））と発熱体基板（図３（ｂ））に分解した
斜視図、図４は、図３（ａ）に示した蓋基板を裏側から
見た斜視図である。図中、１は蓋基板、２は発熱体基
板、３は記録液体流入口、４は吐出口、５は流路、６は
液室を形成するための領域、７は個別（独立）電極、８
は共通電極、９は発熱体（ヒータ）、１０はインク、１
１は気泡、１２は飛翔インク液である。

【００１４】先ず、図１を参照しながら、バブルジェッ
トによるインク噴射について説明する。（ａ）は定常状
態であり、吐出口４でインク１０の表面張力と外圧とが
平衡状態にある。（ｂ）はヒータである発熱体９が加熱
されて、発熱体９の表面温度が急上昇し、隣接インク層
に沸騰現象が起きる迄加熱され、微小気泡１１が点在し
ている状態を示す。

【００１５】（ｃ）は発熱体９の全面で急激に加熱され
た隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気
泡１１が成長した状態を示す。この時、ノズル内の圧力
は、気泡が成長した分だけ上昇し、吐出口面での外圧と
のバランスが崩れ、吐出口４よりインク柱が成長し始め
る。（ｄ）は気泡１１が最大に成長した状態であり、吐
出口面より気泡の体積に相当する分のインク１０が押し
出される。この時、発熱体９には電流が流れていない状
態にあり、発熱体９の表面温度は降下しつつある。気泡
１１の体積の最大値は電気パルス印加のタイミングから
やや遅れる。

【００１６】（ｅ）は気泡１１がインクなどにより冷却
されて収縮を開始し始めた状態を示す。インク柱の先端
部では押し出された速度を保ちつつ前進し、後端部では
気泡１１の収縮に伴ってノズル内圧の減少により、吐出
口面からノズル内へインクが逆流して、インク柱にくび
れが生じている。

【００１７】（ｆ）は更に気泡１１が収縮し、発熱体面
にインクが接し、発熱体面が更に急激に冷却される状態
にある。オリフィス面では、外圧がイズル内圧より高い
状態になるため、メニスカスが大きくノズル内に入り込
んできている。インク柱の先端部は液滴になり、記録紙
の方向へ５〜１０ｍ／ｓｅｃの速度で飛翔している。
（ｇ）は吐出口にインクが毛細管現象により再び供給さ
れて（ａ）の状態に戻る過程であり、気泡は完全に消滅
している。

【００１８】図５は上述した液体噴射記録ヘッドの要部
構成を説明するための実施例であり、（ａ）はバブルジ
ェットヘッドの吐出口側から見た正面詳細部分図、
（ｂ）は（ａ）における一点鎖線ｘ−ｘで示す部分での
断面部分図である。この図面に示された記録ヘッド１３
の構造は、裏面に電気熱変換体１４を設けた基板１５上
に、所定の線密度で所定の巾と深さの溝を所定数設けら
れている溝付板１６を配置接合することによって形成さ
れ、その記録ヘッドの端部には、液体を飛翔させるため
の吐出口１７を含む液吐出部１８が形成されている。

【００１９】液吐出部１８は、吐出口１７と、電気熱変
換体１４より発生される熱エネルギーが液体に作用して
気泡を発生させ、その体積の膨張と収縮による急激な状
態変化を引き起こすところである熱作用部１９とを有す
る。熱作用部１９は、電気熱変換体１４の熱発生部２０
の上部に位置し、熱発生部２０の液体と接触する面とし
ての熱作用面２１をその低面としている。熱発生部２０
は、基体１５上に設けられた下部層２２、該下部層２２
上に設けられた発熱抵抗層２３、該発熱抵抗層２３上に
設けられた上部層である保護層２４とで構成される。

【００２０】発熱抵抗層２３には、熱を発生させるため
に該層２３に通電するための電極２５，２６がその表面
に設けられており、これらの電極間に発熱抵抗層２３に
よって熱発生部２０が形成されている。電極２５は、各
液吐出部１８の熱発生部２０に共通の電極であり、電極
２６は、各液吐出部１８の熱発生部２０を選択して発熱
させるための選択電極であって、液吐出部１８の液流路
に沿って設けられている。

【００２１】保護層２４は、熱発生部２０においては発
熱抵抗層２３を、使用する液体から化学的、物理的に保
護するために発熱抵抗層２３と液吐出部１８の液流路を
満たしている液体とを隔絶すると共に、液体を通じて電
極２５，２６間が短絡するのを防止し、更に、隣接する
電極間における電気的リークを防止する役目を有してい
る。各液吐出部１８に設けられている液流路は、各液吐
出部の上流において、液流路の一部を構成すると共に、
通液室（不図示）を介して連通されている。各液吐出部
に設けられた電気熱変換体１４に接続されている電極２
５，２６は、その設計上の都合により、前記上部層であ
る保護層２４に保護されて熱作用部の上流側において、
前記共通液室下を通るように設けられている。

【００２２】図６は、発熱抵抗体を用いる気泡発生部の
構造を説明するための詳細図であり、図中、２７は発熱
抵抗体、２８は電極、２９は保護層、３０は電源装置を
示している。発熱抵抗体２７を構成する材料として、有
用なものには、例えば、タンタル−ＳｉＯ₂の混合物、
窒化タンタル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコ
ン半導体、あるいはハフニウム、ランタン、ジルコニウ
ム、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニ
オブ、クロム、バナジウム等の金属の硼化物があげられ
る。２７発熱抵抗体２８電極２９保護層３０電源装置

【００２３】これらの発熱抵抗体２７を構成する材料の
中、殊に金属硼化物が優れたものとしてあげることがで
き、その中でも最も特性の優れているのが、硼化ハフニ
ウムであり、次いで、硼化ジルコニウム、硼化ランタ
ン、硼化タンタル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順と
なっている。発熱抵抗体２７は、上記材料を用いて、電
子ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて形成す
ることができる。発熱抵抗体２７の膜厚は、単位時間当
たりの発熱量が所望の値になるように、その面積、材質
及び熱作用部分の形状や大きさ、更には実際面での消費
電力等にしたがって決定されるものであり、通常の場
合、０．００１〜５μｍ、好ましくは０．０１〜１μｍ
とされる。

【００２４】電極２８を構成する材料としては、通常使
用されている電極材料の多くのものが有効に使用でき、
具体的には、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ等
があげられ、これらを使用して蒸着等の手段で所定位置
において、所定の大きさ、形状、厚さで設けられる。

【００２５】保護層２９に要求される特性は、発熱抵抗
体２７で発生された熱を記録液体に効果的に伝達するこ
とを妨げず、且つ記録液体より発熱抵抗体２７を保護す
るということである。保護層２９を構成する材料として
有用なものには、例えば、酸化シリコン、窒化シリコ
ン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タンタ
ル、酸化ジルコニウム等があげられる。これらは、電子
ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて形成する
ことができる。保護層２９の膜厚は、通常、０．０１〜
１０μｍ，好ましくは０．１〜５μｍ，最適には０．１
〜３μｍに形成されるのが望ましい。

【００２６】以上のようなインクジェットヘッドを使用
し、ノズルからインクを噴射させた場合の説明図を図７
に示す、（ａ）は２値記録の場合であり、（ｂ）は多値
記録の場合である。２値記録の場合を示す（ａ）は、図
１におけるバブルジェットによるインク噴射の説明と同
様であり、発熱体に入力エネルギーが入力され、加熱さ
れた発熱体により気泡の１つを発生させ、その気泡の発
生により記録用画素を形成するためのインク滴３１Ａが
吐出口３２から噴射される。この場合、一旦気泡が発生
し、気泡の膜が発熱体を覆うことにより、発熱体の熱が
インク側へ伝播するのを妨げられるため、入力エネルギ
ーが増減されても、気泡の大きさに影響を与えることな
く、その大きさに変化はなく、したがって、噴射される
インク滴の質量は略一定となり、いわゆる２値記録が得
られる。

【００２７】これに対して、図７（ｂ）は、噴射するイ
ンク滴の質量が変わる，いわゆる多値記録の場合であ
る。この多値記録は、単純に図１で説明したインクジェ
ットヘッドでは行うことができない。多値記録を行うに
は、入力エネルギーの大小に応じて発生する気泡の大き
さを変え、気泡の大きさに応じてノズルより噴射するイ
ンク滴の質量を変化させ、記録画素の大きさを変える手
段になしうる。ここで、図７（ｂ）では、大きな気泡を
発生させた結果、吐出口３２から噴射するインク滴３１
Ｂの質量は、図７（ａ）のインク３１Ａの質量よりも大
きい場合を例示している。３１Ａ，Ｂ飛翔インク滴３２吐出口

【００２８】インクジェットヘッドにおいて、噴射する
インクの質量を変化させることができる手段を備えてい
ることによって、図８に示すような、１枚のプリントＰ
の中に、文字情報Ｍと画像情報Ｇとが混在する場合にお
いて、好適な記録をすることができる。つまり、文字情
報を印字する場合には、略均一なインク滴を噴射して２
値記録を行い、画像情報Ｇを印字する場合には、噴射す
るインク滴の質量を変化させ、階調性豊かな多値記録を
行い、いわゆる写真のような情報を印字することができ
る。

【００２９】インクジェットヘッドとして、同一のヘッ
ドを使用して２値記録と多値記録とを行いうるが、ノズ
ルの大きさが同じであるために、噴射されるインクの質
量の大小の相違は、図７（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、インク滴３１Ａ，３１Ｂの噴射方向の長さ（ｌ
ａ），（ｌｂ）の大小の違いとなって現れる。したがっ
て、２値記録を行う場合（図７（ａ））と同一の頻度
（ヘッド駆動周波数）で、多値記録の場合（図７
（ｂ））にインク滴を噴射させると、不都合を生じるこ
とがある。

【００３０】一般に、インクジェットヘッドは、その有
する能力を充分に発揮させるために、連続して駆動する
場合に、最高速度で駆動される。ところで、２値記録の
場合（図７（ａ）の場合）の最高速度と同様に、多値記
録（図７（ｂ））を行うと、２値記録の場合の噴射され
るインク滴の質量に比べて、多値記録のインク滴の質量
が小さい場合は問題はないが、インク滴の質量が大きい
場合には、インク滴の長さ（ｌｂ）が長くなり、このた
め、先行するインク滴がノズル部から分離する前に、次
のインク滴の噴射が開始される状態となり、前後のイン
ク滴が一体化されることになる場合が生じる。このよう
な場合、紙面上に噴射されるインク滴は紙面上の目的と
する位置に画素を形成することができず、画像の乱れと
なる。

【００３１】このようなことから、同一のヘッドを用い
て２値記録と多値記録を行うに際して、良好な画像を紙
面上に得るためには、噴射するインク滴の質量が２値記
録の場合よりも多値記録の場合の方が大きいときは、多
値記録のおける駆動速度は２値記録の場合よりも遅くす
る必要がある。

【００３２】次に、図８に示すような文字情報（２値記
録情報）Ｍと画像情報（多値記録情報）Ｇが一つの紙面
に混在する場合の他の不具合について説明する。一般に
記録を行う場合、記録ヘッドと紙，ＯＨＰ用紙等の被記
録体は相対運動を行っている。小型のプリンターであれ
ば、記録ヘッドがシャトル運動を行い、大型プリンター
では、記録ヘッドが固定され、被記録体が移動する形式
となっている。いずれにしろ、記録ヘッドと被記録体と
は相対運動を行いながら記録がなされるために、記録ヘ
ッドと被記録体との相対速度は、高画質記録を行う上で
重要な要因となる。例えば、図７（ａ）の２値記録を得
る場合や、図７（ｂ）の多値記録を得る場合において
も、高画質記録を行うためには、紙面上の所望の位置に
綺麗な丸い画素を得ることが必要である。

【００３３】しかしながら、図７（ａ），（ｂ）から明
らかなように、噴射されるインク滴の質量の相違が、イ
ンク滴の長さｌａ，ｌｂの違いとなって現れ、このた
め、紙面上で１画素が形成される時間をミクロに見る
と、図７（ａ）の２値記録の方が図７（ｂ）の多値記録
の場合よりも速い。つまり、インク滴の先端部が紙面に
到達してからインク滴の後端部が紙面に到達するまでの
時間は、インク滴が長い程遅くなる。この場合、記録ヘ
ッドと被記録体の相対速度が比較的遅ければ、図７
（ａ）の場合であっても、図７（ｂ）の場合であって
も、略均一な丸い画素が形成されるが、相対速度が速い
ときには、インク滴の後端部は形成される丸い画素の外
側にはみ出し、いわゆる尾引き現象を生じ、画質を乱す
原因となる。

【００３４】また、図９に示されるように、噴射される
インク滴３１Ｃの後端に、サテライト３３と呼ばれる微
小なインク滴を伴って飛翔する場合もあり、そのような
場合には、上記記録ヘッドと被記録体との相対速度が速
いときには、前記サテライトが画素の周辺に付着し、画
質を低下させることとなる。

【００３５】一般に、インクジェット記録を行う場合、
少なくとも２値記録に際しては、良好な丸い画素が得ら
れる範囲内で且つプリンターを構成する上でのコストを
考慮して、印字中の記録ヘッドと被記録体との相対速度
を最高，或いはその速度に準じた速度に設定される。そ
して、同じ記録ヘッドを使用して多値記録を行う場合、
２値記録の場合よりも噴射インク滴の質量が小さいとき
は問題はないが、噴射インク滴の質量が大きいときは、
インク滴の後端部が紙面上において、尾引き現象を生じ
て画質低下を引き起こすので、多値記録における印字中
の記録ヘッドと被記録体の相対速度は、２値記録の場合
よりも遅くして記録することが重要である。

【００３６】図１０は、サーマルインクジェットによる
他の階調記録手段を説明するための図面である。該図面
中、３１は飛翔インク滴、３４は紙面上の画素の形状、
３５は駆動パルスを示している。図１０（ａ）は、図７
（ａ）と同様、均一なインク量の飛翔インク滴であり、
２値記録を行う場合である。図１０（ｂ）は、細かい間
隔において１つ以上のパルスエネルギーが加えられ、そ
のエネルギーに応じて１つ以上の微小インク滴３１₁〜
３１₄が形成される。

【００３７】また、異なる条件によって、これらの微小
インク滴は独立しないで、入力パルスエネルギー数の応
じた瘤状の膨らみを有する連続した１つのインク滴とし
て飛翔することも可能である。この図１０（ｂ）の場合
において入力されるパルスエネルギーは、図１０（ａ）
のパルスエネルギーよりも小さく、よって形成されるイ
ンク滴も小さい。

【００３８】また、この小さいパルスエネルギーは高い
周波数（数〜数十ｋＨｚ）であり、１〜数個のパルスが
加えられるため、図１０（ｂ）に示されるように、微小
インク滴が連続して、或いはそれらが繋がれた１つのイ
ンク柱となって噴射，飛翔することにより、紙面に付着
して画素３４を形成することになる。そして、これらの
微小インク滴３１₁〜３１₄は短時間の間に紙面に付着
するため、複数個のインク滴で１画素を形成する。つま
り、階調記録は、インク滴に数に応じて画素の大きさが
変えられて行われる。

【００３９】要するに、１つの記録ヘッドを使用し、文
字情報（２値記録情報）に対しては、図１０（ａ）に示
される動作を行い、画像情報（多値記録情報）に対して
は、図１０（ｂ）に示される動作を行うように使い分け
られ、あらゆる種類の画像情報に対応することができ
る。この図１０の場合にも、図７において説明したと同
様に、２値記録を行う場合のインク滴の長さｌａと、多
値記録を行う場合，とりわけ複数パルス入力を行い、イ
ンク質量が多い場合の微小インク滴列の全体の長さｌｂ
とは、前者のインク滴の長さｌａよりも、後者の微小イ
ンク滴列の全体の長さｌｂの方が長くなる場合があるた
め、多値記録を行う場合の１画素を形成する頻度は２値
記録を行う場合よりも記録速度を遅くして記録する必要
がある。

【００４０】図１１は、他の階調記録手段として、空気
流と静電力を用いてインクを吸引し飛翔させる形式のイ
ンクジェットヘッドに関するものである。記録ヘッド３
６には、空気室３７とインク室３８が設けられ、空気室
３７の記録紙側には空気の吐出口３９が設けられ、イン
ク室３８の記録紙側にはインクの吐出口４０が設けられ
ている。空気の吐出口３９は直径約１００μｍであり、
インクの吐出口４０は直径約５０μｍである。各吐出口
３９，４０の数は、夫々２４個設けられている。また、
空気の吐出口３９を開けた壁面には共通電極４１、イン
クの各吐出口４０には夫々制御電極４２が取付けられて
いる。４６はインクタンクである。

【００４１】このインクジェットヘッド３６の動作原理
を説明する。先ず、空気室３７に空気ポンプ４３により
１０〜１５ＭＰａ（０．１〜０．１５ｋｇｆ／ｃｍ²）
の圧力を加え、空気を吹き出しておく。同時に、インク
と共通電極４２との間に約５００Ｖのバイアス電圧を加
えておく。したがって、バイアス電圧により静電力が生
じ、インクの吐出口４０には、図１２（ａ）から（ｂ）
に示されるように、インクの膨らみ部（メニスカス）４
４ができる。

【００４２】ここで、インクと制御電極４２との間に、
−４００Ｖのパルス状信号電圧を加えると、更に強い静
電力が生じてメニスカス４４は引き伸ばされる。する
と、空気流に乗ってインクは飛び、図１２（ｃ）に示さ
れるように、細いインクのビーム４５が生じる。このイ
ンクのビーム４５の径は１０μｍ以下とインク吐出口４
０よりもずっと細くなる。また、インクのビーム４５は
１０〜２０ｍｍ程度飛ぶことができるが、実際には記録
紙はノズルから３〜４ｍｍ以内の位置に設置される。

【００４３】吐出するインクの量は信号電圧のパルス幅
によって制御される。前記パルス幅の他、パルス電圧に
よって制御してもよい。このような構成により、飛翔す
るインクの質量は、１：２００と広い範囲で制御するこ
とができ、最小量のインクを飛翔させる際のパルス幅
は、５０〜６０μｓである。この方式では、記録紙の記
録する画素の大きさを容易に変えることができ、２５６
階調の制御も可能である。

【００４４】図１２は、図１１における吐出口近傍のノ
ズル形状とメニスカス形状及びインクの吐出状態を示し
ている。（ａ）は空気流の流れていない状態であり、メ
ニスカスは凹形状４４ａとなっている。これはインクタ
ンク４６内のインク液面がノズルよりも下方に配置され
ているためである。（ｂ）は空気流が発生しているが、
信号が印加されていない状態であり、メニスカスを凸形
状４４ｂをしている。

【００４５】空気圧力はインクタンク４６にも加えられ
ているため、ヘッドのインク室３８にはインク圧力Ｐｉ
が生じるが、この圧力Ｐｉとヘッドに送られる空気流に
よって生じるインク吐出口近傍の空気圧力Ｐａとが釣り
合いを保ってメニスカス４４ｂが形成される。この際、
空気圧力Ｐａは空気の流路での圧力損失のため、インク
タンク４６に加えられる空気圧力Ｐｉより小さく、Ｐｉ
＞Ｐａとなるので、メニスカス４４ｂは凸状に形成され
る。

【００４６】（ｃ）は電極間に電圧が印加され、メニス
カス４４ｂが引き伸ばされ、空気流に加速されながら飛
翔する様子が示されている。その後、電極間の信号電圧
が解除されると、曳糸状に引き伸ばされたインクが切断
されて、細い液柱状のインクが飛翔する。そして、空気
流が解除されると、再び（ａ）の状態となる。

【００４７】この図１１，図１２に示した空気流と静電
力を用いたインクジェット方式の場合、同一の画素径を
印字する，２値記録と、画素径を異にして印字する，多
値記録とが可能である。大きい画素を形成する多値記録
の場合、インクは曳糸状により細長く引き伸ばされて飛
翔するため、２値記録の場合よりも長いインク柱とな
る。

【００４８】よって、この方式においても、多値記録を
行う場合には、先行するインク柱の後端に次のインク柱
の前端が付着しないように、又、紙面上でインク柱の後
端部が尾引き現象を生じないようにするために、２値記
録を行う場合の記録速度よりも、記録速度を遅くするこ
とによって解決できる。

【００４９】前記のように空気流と静電力を用いたイン
クジェット方式の場合について説明したが、空気流を流
さずに静電力だけでインクを飛翔させることも可能であ
る。その場合、インクを飛翔させるために、バイアス電
圧は例えば２〜３ｋＶが必要となり、駆動エネルギーを
高くすることを要する。しかし、空気流が必要としない
ため、空気ポンプ等を不要とし、構成は簡単となる。

【００５０】以下、実験例に従って本発明を説明する。実験例１図１３には、熱エネルギー作用によってインク滴を飛翔
させる記録ヘッドに係わる発熱体であり、発熱体に入力
される信号レベルに応じて温度分布を制御できる構成を
備え、その発熱体パターンの平面形状の１例を示してい
る。４７は発熱体であり、その両端に電極４８，４９を
接続し、発熱体４７は電極４８側の幅Ｂ ₁を狭く、電極
９２側の幅Ｂ₂を広く形成し、幅Ｂ₁部分と幅Ｂ₂部分
における電流密度を変化させ、よって、単位時間当たり
の発熱量に差を設けている。発熱体４７の幅の短い方の
幅Ｂ₁を１５μｍ、幅の長い方の幅Ｂ₂を４０μｍと
し、発熱体４７の長さＬを１００μｍとし、発熱体の抵
抗値は１２０Ωのものを使用した。

【００５１】このような発熱体４７を有する発熱体基板
と、感光性ガラスのエッチングにより形成した流路板と
を組み合わせて、図２に示すようなインクジェットヘッ
ドを形成し、ヘッドの駆動条件を変えて、印字された画
素径寸法とその画素形状を評価した。その結果を表１に
示す。尚、該ヘッドのノズル寸法は、４０μｍ×３０μ
ｍとした。使用したインクは、ヒューレット・パッカー
ド社製ＤｅｓｋＪｅｔのインクであり、使用した記録紙
は、三菱製紙（株）製マットコート紙ＮＭである。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１において、Ｎｏ．１は２値記録を行う
際の条件であり、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１２はこのヘッドの
特性を利用して吐出インクの質量を変えた、多値記録の
場合のものである。なお、画素径はｎ＝１０の平均値で
ある。画素形状の○印は、良好な丸い画素がえられた場
合を示し、×印は、きれいな丸形状が得られなかった場
合を示している。

【００５４】この表１から明らかなように、多値記録の
場合において、とりわけ大きい画素径を得る際には、２
値記録の際のヘッドの駆動速度よりも遅く駆動すること
によって、良好な丸い画素を形成することが理解でき
る。

【００５５】実験例２この場合の発熱体のサイズとしては、発熱体４７の幅Ｂ
を一定とし、その幅のサイズを２８μｍとし、発熱体９
０の長さＬを１４０μｍとし、発熱体の抵抗値は１２８
Ωのものを使用した。そして、ヘッドのイズル寸法は、
２８μｍ×２９μｍとした。インク，記録紙等の条件
は、前記実験例１と同様である。また、パルス数が複数
個の場合には、そのパルス群内におけるパルス発生周波
数は３０ｋＨｚとした。

【００５６】その結果を表２に示す。

【表２】

【００５７】表２から明らかなように、通常の２値記録
はＮｏ．１に示され、パルス数は１であり、多値記録で
あるＮｏ．２〜Ｎｏ．２４において、複数のパルス群に
よりそのパルス数（２〜１０）を変えて、画素径を変化
させている。そして、多値記録において、２値記録の画
素径よりも大きい画素径を得るには、そのパルス群とし
ての駆動周波数ｆ₀は、２値記録の時の駆動周波数ｆ₀
より遅くすることによって、良好な丸い画素を得ること
ができる。

【００５８】実験例３図１１に示すような空気流と静電力を用いたインクジェ
ット方式のヘッドを用い、インクを飛翔させる場合の実
験例に関して説明する。入力エネルギーの変化はパルス
幅を変えることにより行った。このヘッドにおいて、イ
ンク吐出口の径は、φ６０μｍ、空気吐出口の径は、φ
１２０μｍ、制御電圧は、−４２０Ｖ、バイアス電圧
は、５００Ｖ、空気圧力は、０．１ｋｇ／ｃｍ²であ
り、インクとしては、アイソパーに顔料を分散させたも
のを使用した。

【００５９】その結果を表３に示す。

【表３】

【００６０】表３のＮｏ．１は、安定して均一な画素径
が得られる条件を備えた場合であり、２値記録はこの条
件で行われる。この表３から明らかなように、静電力に
よってインクを飛翔させて階調記録（多値記録）を行う
場合（Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１２）において、画素径が２値
記録よりも大きいものを得るには、その駆動周波数を２
値記録のときよりも遅くすることによって、良好な画素
形状を得ることができることが理解できる。

【００６１】実験例４この実験例では、実験例１で使用したと同じ構造の記録
ヘッドを用い、ヘッドと記録紙との相対速度を変化させ
て画素形状を調べた。記録ヘッド寸法は、発熱体の幅の
短い方の幅Ｂ₁を１０μｍ、幅の長い方の幅Ｂ₂を３５
μｍとし、発熱体の長さＬを９０μｍとし、発熱体の抵
抗値は１１８Ωのものを使用した。該記録ヘッドのノズ
ル寸法は、３５μｍ×２５μｍとした。

【００６２】記録ヘッドと記録紙の相対速度は、記録紙
を固定し、記録ヘッドを搭載したキャリッジの速度を変
えることによって実施した。その他の条件は、実験例１
の場合と同様である。その結果を表４に示す。

【表４】

【００６３】表４から明らかなように、ノズルから噴射
するインクの質量を変えて階調記録（多値記録）する場
合、２値記録のときの画素よりも大きい画素を得るに
は、２値記録の際における記録ヘッドと記録紙の相対速
度よりも、遅い速度に設定して記録することにより、良
好な丸い画素が得られることが理解できる。

【００６４】

【発明の効果】本発明の構成により、インクジェットプ
リンタ等における各種のインクジェット記録手段におい
て、階調記録を行うに際して、従来、多値記録の場合に
見られた尾引きや長円形の画素が解消され、丸い良好な
画素が得られ、高品質な階調記録を可能とした効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明が適用されるバブルジ
ェットヘッドの動作説明図である。

【図２】図１に示したバブルジェットヘッドの斜視図で
ある。

【図３】（ａ），（ｂ）は図２のヘッドにおいて、蓋基
板と発熱体基板に分解した斜視図である。

【図４】図３（ａ）に示した蓋基板を裏側から見た斜視
図である。

【図５】液体噴射記録ヘッドの要部構成を説明するため
の図面であり、（ａ）は吐出口側から見た正面詳細部分
図、（ｂ）は（ａ）図の一点鎖線ｘ−ｘで示す部分での
断面部分図である。

【図６】記録ヘッドにおいて発熱抵抗体を用いる気泡発
生部の構造を説明するための断面図である。

【図７】図５，図６からなるインクジェットヘッドを使
用し、吐出口からインクを噴射させた場合の説明図であ
り、（ａ）は２値記録の場合、（ｂ）は多値記録の場合
である。

【図８】１枚のプリントＰの中に、文字情報Ｍと画像情
報Ｇとが混在する場合の説明図である。

【図９】噴射されるインク滴の後端にサテライトが発生
した状態を示す説明図である。

【図１０】サーマルインクジェットによる他の階調記録
手段を説明するための図面であり、（ａ）は２値記録の
場合、（ｂ）は多値記録の場合を示す。

【図１１】他の階調記録手段として、空気流と静電力を
用いてインクを吸引し飛翔させる形式のインクジェット
ヘッドの概要を示す図面である。

【図１２】（ａ）〜（ｃ）は図１１に示したインクジェ
ットヘッドの動作を説明する図面である。

【図１３】熱エネルギー作用によってインク滴を飛翔さ
せる記録ヘッドに係わる発熱体であり、その発熱体の平
面形状のパターンを示す。

【符号の説明】

１蓋基板２発熱体基板３記録液体流入口４オリフィス５流路６液室を形成するための領域７個別（独立）電極８共通電極９発熱体（ヒータ）１０インク１１気泡１２，３１飛翔インク滴１３，３６記録ヘッド３１Ａ，Ｂ，Ｃ飛翔インク滴３２吐出口３３サテライト３４画素の形状３５駆動パルス３７空気室３８インク室３９空気吐出口４０インク吐出口４１共通電極４２制御電極４３空気ポンプ４４メニスカス４５インクのビーム４６インクタンク４７発熱体４８，４９電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/205 B41J 2/05

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を液滴として被記録体に飛翔させ、
被記録体に２値記録情報及び多値記録情報を記録するイ
ンクジェット記録方法において、記録ヘッドに入力され
る画像情報が、多値記録情報である場合は２値記録情報
における記録ヘッド駆動周波数よりも遅い記録ヘッド駆
動周波数で記録するとともに、多値記録時には記録ヘッ
ドと被記録体との相対速度を０．１〜０．５ｍ／ｓの範
囲内とすることを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項２】液体に熱エネルギーにより熱による状態
変化を与え、液体を液滴として被記録体に飛翔させ、被
記録体に２値記録情報及び多値記録情報を記録するイン
クジェット記録方法において、１画素形成用の液体の質
量を一定にして記録する場合の１画素形成頻度に対し
て、前記液体の質量を変化させて記録する場合の１画素
形成頻度を遅くして記録し、液体質量を変化させて記録
する場合のパルス幅は、液体質量を一定にして記録する
場合のパルス幅より小さいパルス幅の電気エネルギーで
あり、１〜複数パルス入力して液体の質量を変えて記録
することを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項３】液体に熱エネルギーにより熱による状態
変化を与え、液体を液滴として被記録体に飛翔させ、被
記録体に２値記録情報及び多値記録情報を記録するイン
クジェット記録方法において、１画素形成用の液体の質
量を一定にして記録する場合の１画素形成頻度に対し
て、前記液体の質量を変化させて記録する場合の１画素
形成頻度を遅くして記録し、液体質量を変化させて記録
する場合は、１つの流路に配列した複数個の発熱体よ
り、所定数の発熱体を選択して液体の質量を変えて記録
することを特徴とするインクジェット記録方法。