JPH05116301A - インクジエツト記録方法，インクジエツト記録ヘツドおよびインクジエツト記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱エネルギーによってインク中に気泡を発生
させ、この気泡の生成に伴なってインクを吐出するイン
クジェット記録方式であって、吐出の際に上記気泡を外
気と連通させる方式において、吐出量が常に均一な高速
記録を可能とする。 【構成】 ヒータ２ａにパルスを印加することにより発
生する熱により、（ｂ）に示すようにこのヒータ２の近
傍に生じた気泡６は、（ｃ）に示すように膨張して、
（ｄ）に示すように外気と連通する。その後（ｅ）に示
すように、ヒータ２ｂから発生する熱により、その近傍
に気泡６ａを発生させ、インク路１２内のインクとイン
ク魂７とを分離し、（ｆ）に示すように吐出インク滴７
ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
てインクを吐出するインクジェット記録方法，インクジ
ェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出し、これを被記録媒体上
に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法
は、高速記録が可能であり、また比較的記録品位も高
く、低騒音であるという利点を有している。さらに、こ
の方法はカラー画像記録が比較的容易であって、普通紙
等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多
くの優れた利点を有している。

【０００３】このようなインクジェット記録方法を用い
る記録装置には、一般にインクを飛翔インク滴として吐
出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク
路と、このインク路の一部に設けられ、インク路内のイ
ンクに吐出のための吐出エネルギーを与えるエネルギー
発生手段とを有する記録ヘッドが備えられる。例えば、
特公昭６１−５９９１１号、特公昭６１−５９９１２
号、特公昭６１−５９９１３号、特公昭６１−５９９１
４号の各公報には、エネルギー発生手段として電気熱変
換体を用い、電気パルス印加によってこれが発生する熱
エネルギーをインクに作用させてインクを吐出させる方
法が開示されている。

【０００４】すなわち、上記各公報に開示されている記
録方法は、熱エネルギーの作用を受けたインクが急峻な
体積の増大を伴なう状態変化を起こし、この状態変化に
基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口より
インクを吐出し、この吐出インク滴が被記録媒体に付着
して画像形成を行なうものである。この方法によれば記
録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができ
るので、高解像度、高品質の画像を高速で記録すること
ができ、この方法を用いた記録装置は、複写機、プリン
タ、ファクシミリなどにおける情報出力手段として用い
ることができる。

【０００５】他方、熱エネルギを使用するものの実現条
件は全くないインクジェット記録方法としては、特開昭
５４−１６１９３５号公報に記載される方法がある。こ
の公報では、図１に示すように円筒状発熱体３０によっ
て液室内のインク３１をガス化させ（図１、（ａ））、
このガス３２をインク滴３３と共にインク吐出口より吐
出させる（図１（ｂ），（ｃ））。この方法によれば、
ガス３２を吐出口または吐出口付近から微小滴状に噴出
させてしまい、画質は不良となる。この公報の気泡は核
沸騰による気泡形成であると認められる。

【０００６】また同様の核沸騰である、例えば特開昭６
１−１８５４５５号公報は、図２に示すように、小開口
４０を有する板状部材４１と発熱体ヘッド４２との微少
間隙部４３に満たされた液状インク４４を発熱体ヘッド
４２によって加熱し（図２（ａ），（ｂ））、発生した
バブル４５によって小開口４０からインク滴４６を飛翔
させると共に、急速に核沸騰で体積増加しているバブル
４５を形成していたガスをも小開口４０から噴出させて
（図２（ｃ））記録紙上に画像を形成するものである。

【０００７】さらに、同様の核沸騰を開示する特開昭６
１−２４９７６８号公報には、図３に示すように液状イ
ンク５０に熱エネルギーを作用させてかなり大型化した
気泡を形成し、気泡の膨張力に基づいてインク小滴５８
を形成、飛翔させると同時に気泡を形成していたガスを
も大開口５２から大気中に噴出させるインクジェット記
録装置が単純に記載されている。

【０００８】しかしながら、上記特開昭５４−１６１９
３５号、同６１−１８５４５５号、同６１−２４９７６
８号に共通する構成は、気泡を形成しているガスを微小
インク滴として主たるインク滴の吐出と共に大気中に噴
出させてしまうことである。この結果、このガスの噴出
によってガス化してインクがスプラッシュやミストなど
を生じ、その結果記録紙の地汚れとなったり、装置内の
汚れとなることがあった。

【０００９】また、例えば特開昭６１−１９７２４６号
公報には、従来の熱エネルギーを用いたインクジェット
記録方法を変形させた方法を用いる熱転写的記録装置に
関する記載がある。すなわち、この装置では、図４に示
すように、記録媒体６０に設けられた複数の孔６１によ
って保持されるインク６２を、発熱素子６３を有する記
録ヘッド６４によって加熱し、インク滴６５を被記録媒
体６６に吐出する。この記録装置は単発的なインク吐出
であり、加えて記録媒体６０と発熱素子６３とを完全に
密着させることが困難であるため、従来の吐出口を有す
る記録ヘッドを用いたインクジェト記録方法に比べ、熱
効率が低下しやすく高速記録に適さないといった問題が
ある。

【００１０】

【背景技術】以上説明したようなインクジェット記録方
式の問題点を解決するため、本出願人は、吐出のために
インクを加熱することにより生成される膜沸騰による気
泡を、吐出口近傍で外気に連通させて吐出を行うインク
ジェット記録方式（以下、この方式を連通吐出方式とも
言う）について提案した（特願平２−１１２８３２号，
特願平２−１１２８３３号，特願平２−１１２８３４
号，特願平２−１１４４７２号）。

【００１１】上記連通吐出方式によれば、気泡を形成し
ているガスが吐出されるインク滴と共に噴出することは
ないので、スプラッシュやミストなどの発生を低減し、
被記録媒体上の地汚れや装置内の汚れを防ぐことができ
る。

【００１２】また、上記連通吐出方式の基本的な作用と
して、気泡が生成される部位より吐出口側にあるインク
は原理的に全てインク滴となって吐出されるということ
がある。このため、吐出インク量は、吐出口から上記気
泡生成部位までの距離等、記録ヘッドの構造によって定
めることができる。この結果、上記連通吐出方式によれ
ば、インク温度の変化等の影響をそれ程受けずに吐出量
の安定した吐出を行うことが可能となる。

【００１３】以下、図５〜図８を参照して上記連通吐出
方式について説明する。

【００１４】図５（ａ）および（ｂ）は、上記連通吐出
方式を適用して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を
示すものであり、この記録ヘッドの具体的インク路構成
の２例を示す。しかしながら、本発明はこの構成に限定
されないことは勿論である。

【００１５】図５（ａ）に示すインク路構成は、基板
（不図示）上に発熱抵抗層（ヒータ）２を具え、この基
板に、隔壁や天板が設けられることによって、共通液室
Ｃやインク路Ｂが形成される。また、これとともにイン
ク路Ｂの端部に吐出口５が形成される。Ｅ１，Ｅ２は、
それぞれ、ヒータ２にパルス上の電気信号を印加するた
めの選択電極、共通電極を示す。さらにＤは保護層であ
る。

【００１６】電極Ｅ１，Ｅ２を介した、記録データに基
づく上記電気信号の印加に応じて、電極Ｅ１，Ｅ２間の
ヒータ２は、蒸気膜を生じる急激な温度上昇を短時間の
うちに発生し（約３００℃）、これにより、気泡６が生
成される。この気泡６は成長し、やがて吐出口５におけ
る基板側の端部Ａで大気と連通する。そして、この連通
後、安定した吐出インク滴（破線７）が形成される。

【００１７】この吐出において、気泡６がその成長過程
でインク路Ｂを完全に遮断しない（インク路Ｂ内のイン
クが吐出口５から突出したインクと連続している）ので
後続の吐出に対するリフィルが速やかに行われること、
また、３００℃以上の比較的高温となった気泡の熱も外
気に放出されること等によって大きな蓄熱の問題（蓄熱
によるインク粘性低下や気泡形成の不安定化）も生ぜ
ず、各ヒータの駆動デューティーを高くすることができ
る。

【００１８】図５（ｂ）は、共通液室Ｃを不図示として
いるが、インク路Ｂを屈曲した形状としているものであ
り、屈曲部の基板面に発熱抵抗部（ヒータ）２を具えて
いる。吐出口５は、吐出方向にその断面積を減少する形
状であり、ヒータ２に対向してその開口が設けられてい
る。この吐出口５はオリフィスプレートＯＰに形成され
る。

【００１９】図５（ｂ）においても、上記図５（ａ）の
構成と同様に蒸気膜（約３００℃）を生じさせて気泡６
を生成する。この気泡の生成により、オリフィスプレー
トＯＰの厚み部分のインクを吐出方向に押しやり、その
部分のインクを希薄にする。その後、気泡６は、吐出口
５の外気側周縁Ａ１から内部側の吐出口近傍領域Ａ２の
範囲で大気と連通する。この時、気泡６の成長は、イン
ク路を遮断しないもので、吐出方向へ向かう必要のない
インクをインク路Ｂ内のインクと連続した連続体として
残すことができ、インク滴７の吐出量の安定化および吐
出速度の安定化を実現することができる。

【００２０】このような連通吐出方式によれば、吐出口
近傍への気泡成長を急激にしかも確実に行うことができ
るので、上記非遮断状態のインク路によるリフィル性も
手伝って、高安定高速記録を達成できる。また、気泡と
大気とを連通させることによって、気泡の消泡過程が無
くなり、キャビテーションによるヒータや基板の損傷を
防止することもできる。

【００２１】以上示したインク吐出に伴う気泡と大気と
の連通は基本的にヒータ２の配設位置を吐出口５に近づ
けることによって実現できる。しかしながら、上述した
スプラッシュ等の抑制や吐出量の安定化を確実なものと
する条件であって、上記図５（ａ）および（ｂ）に示す
構成に適用されて好ましい条件を以下に挙げる。

【００２２】第１条件は、気泡の内圧が外気圧より低い
条件で気泡を外気と連通させることである。

【００２３】すなわち、気泡の内圧が外気圧より低い条
件で気泡を外気と連通させることによって、気泡の内圧
が外気圧より高い条件で連通させる場合に生じていたス
プラッシュ等の吐出口近傍におけるインク飛散を低減で
き、また、上記２つの圧力が等しい場合よりも、吐出時
の不安定なインクをインク路内に引き込む力がわずかで
はあるが働くため、より一層安定したインク吐出と不要
インクの飛散防止を図ることができる。

【００２４】上記第１条件とは別の条件として、気泡の
吐出口側端部における移動速度の１次微分値が負となる
条件で気泡と外気とを連通させるという第２条件、ま
た、吐出エネルギー発生手段の吐出口側端部から気泡の
吐出口側端部までの距離Ｌ_a と吐出エネルギー発生手段
の吐出口とは反対側の端部から気泡の吐出口とは反対側
の端部までの距離Ｌ_b とがＬ_a ／Ｌ_b ≧ｌを満足する第
３条件、もしくは、その両方の条件を満足して気泡と外
気を連通させることはより好ましい。

【００２５】図６〜図８を参照して、上記第１条件をさ
らに詳しく説明する。

【００２６】発泡からの経過時間ｔと、気泡体積Ｖおよ
び気泡内圧力Ｐとの関係は図６のようになるが、実際に
は、気泡はその成長の途中で連通するので、これらの関
係は図７に示されるようになる。すなわち、図７におい
て、ｔ＝ｔｂ（ｔ１≦ｔｂ：ｔ１は気泡内圧力ｐが外気
の圧力と等しくなる時刻）の時刻で気泡は外気と連通す
る。上記第１条件は、このとき気泡内圧力Ｐが外気の圧
力（ＯＡＴＭ）より小さいという条件である。

【００２７】この条件でインクを吐出させると、気泡内
圧力Ｐが外気圧より高い条件で気泡を外気と連通させて
インク滴を吐出させる（ガスが大気中に噴出する）場合
に比べ、前述したようにインクのミストやスプラッシュ
による記録紙や装置内の汚れを防止できる。また、この
ように気泡内圧力Ｐを大気圧より小さくして連通させる
場合、気泡の体積が比較的増大させてから気泡を外気と
連通させることができる。これにより、インクに対して
十分な運動エネルギーを伝達することができ、吐出速度
が大きくなるという効果も得られる。

【００２８】上記第１条件を満たす記録ヘッドは、例え
ば図５（ａ）においてヒータ２の位置を吐出口５の方向
に近づけた位置に設けてある。これは気泡を外気と連通
させるために最も簡便にとれる手法である。しかしなが
ら、単にヒータ２を吐出口５に近づけるだけでは、上記
第１条件を満たすことができない。すなわち、上記条件
を満たすためには、ヒータの発生する熱エネルギー量
（ヒータの構成、形成材料、駆動条件、面積、ヒータの
設けられる基体の熱容量等に依る）、インク物性、記録
ヘッドの各部の大きさ（吐出口とヒータ間の距離、吐出
口や液路の幅および高さ）などを適切に設定することに
より、第１条件を満たす状態で外気と連通させることが
できる。

【００２９】具体的には、例えばインク路形状は以下の
ように、気泡と大気との連通に寄与する。すなわち、イ
ンク路形状は、使用する熱エネルギー発生素子の形状に
よって幅がほぼ決定されてくるものの、具体的関係につ
いては経験則によって設定することが多い。しかしなが
ら、インク路の高さが、気泡の上記大気との連通の条件
に影響を与えることが明らかとなっている。従って、環
境等の外部の影響を受けにくく、またより一層の安定し
た気泡と大気との連通を行うためには、インク路の幅Ｗ
よりもインク路の高さＨを低く（Ｈ＞Ｗ）することが好
ましい。

【００３０】また、例えば、連通する時刻を気泡の体積
でみれば、気泡が外気と連通しない場合に達するであろ
う気泡の最大体積、もしくは最大体積の７０％以上、よ
り好ましくは８０％以上の体積のときに気泡が外気と連
通するようにすることが好ましい。

【００３１】次に、上記第１条件の別表現である上述の
第２条件、すなわち、気泡の膨張速度の１次微分が負と
なるとき気泡と外気とを連通させるという条件について
説明する。

【００３２】インクが発泡を開始してから気泡が外気と
連通するまでの時間における気泡体積Ｖおよび気泡内圧
力Ｐの変化および気泡膨張速度ｄＶ／ｄｔの変化を図８
に示す。

【００３３】この図より、膨張速度の１次微分、すなわ
ち、体積Ｖの２次微分ｄ² Ｖ／ｄｔ² を求めることによ
ってバブルの内圧と外圧との大小関係を知ることができ
る。すなわち、ｄ² Ｖ／ｄｙｔ² ＞０の期間で気泡の膨
張速度ｄＶ／ｄｔは増加し、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＜０で速度
ｄＶ／ｄｔは減少する。従って、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＝０の
ときに気泡内圧力Ｐと外気圧とが等しくなるといえる。
すなわち、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＞０で、気泡内圧力Ｐは外圧
よりも高く、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ≦０のとき気泡内圧力Ｐは
外圧以下である。

【００３４】図８で説明すると、発泡開始ｔ＝ｔ₀ より
ｔ＝ｔ₁ までは、気泡内圧力Ｐは、外気圧よりも高くｄ
² Ｖ／ｄｔ² ＞０となり、ｔ＝ｔ₁ より気泡が外気と連
通するまでの時間ｔ＝ｔ_b までは気泡の内圧は外気圧以
下であり、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ≦０となる。通常は、この一
般的理論が成立するが、インクの材質によってあるいは
インク路の抵抗によっても気泡体積の変化が生じるの
で、外気圧との関係はわずかに差を生じる場合がある。
このため第１条件以外の条件としてｄ² ／Ｖ／ｄｔ² ＜
０を満足することは好ましく、また、第１条件とこの第
２条件との和は、より好ましいものとなる。

【００３５】以上のように、体積Ｖの２次微分ｄ² Ｖ／
ｄｔ² ＜０、すなわち膨張速度の１次微分が負のとき、
気泡が外気と連通することにより、気泡内圧力が外気圧
より低い条件で連通することができる。

【００３６】上記第２条件によれば、気泡と外気との連
通時に連通部近傍にあるインクがインクを吐出するため
に過度に加速度を受けるために主インク滴と分離してし
まうといったことを解決することもできる。上記分離が
生じた場合、その近傍のインクがスプラッシュ状に飛び
散ったり、ミストとなって飛散することが顕著となり、
しかも高密度の吐出口配置では吐出口面へのインクの付
着による吐出不良を招くことがあるが、これを上記第２
条件によって解決することができる。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記連通吐
出方式の上述した利点をさらに確実なものとし、また、
吐出量の一定した高速記録を可能とするインクジェット
記録方法，インクジェット記録ヘッドおよびインクジェ
ット記録装置を提供することを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通する
インク路と、を具えた記録ヘッドを用いたインクジェッ
ト記録方法において、前記インク路の所定部位に熱エネ
ルギーを作用させてインクに第１の気泡を生成する工程
と、該第１の気泡の生成に基づいて前記吐出口からイン
クを吐出させる工程で、当該第１の気泡を前記吐出口に
おいて外気と連通させる工程と、前記インク路におい
て、当該インク路の前記所定部位より前記吐出口側に熱
エネルギーを作用させることにより、前記第１の気泡が
外気と連通した後のインクに第２の気泡を生成する工程
とを有したことを特徴とする。

【００３９】また、インクを吐出するための吐出口と、
該吐出口に連通したインク路と、該インク路内に設けら
れ、インクに熱エネルギーを作用させて当該インクに気
泡を生成するための第１の熱エネルギー発生手段と、前
記インク路内において、前記第１の熱エネルギー発生手
段により前記吐出口側に設けられ、インクに熱エネルギ
ーを作用させて当該インクに気泡を生成するための第２
の熱エネルギー発生手段とを具え、前記第１の熱エネル
ギー発生手段は、当該熱エネルギーの作用によって生成
する気泡により、前記吐出口からインクを吐出させる過
程で当該気泡を外気と連通させるために用いられ、か
つ、前記第２の熱エネルギー発生手段は、当該熱エネル
ギーの作用によって、前記連通した後のインクに気泡を
生成するために用いられることを特徴とする。

【００４０】さらに、インクを吐出することにより、被
記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置におい
て、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通
したインク路と、該インク路内に設けられ、インクに熱
エネルギーを作用させて当該インクに気泡を生成するた
めの第１の熱エネルギー発生手段と、前記インク路内に
おいて、前記第１の熱エネルギー発生手段により前記吐
出口側に設けられ、インクに熱エネルギーを作用させて
当該インクに気泡を生成するための第２の熱エネルギー
発生手段とを具えた記録ヘッドと、前記第１の熱エネル
ギー発生手段を駆動し、当該発生する熱エネルギーの作
用によって生成する気泡により、前記吐出口からインク
を吐出させる過程で当該気泡を外気と連通させるための
第１駆動手段と、前記第２の熱エネルギー発生手段を駆
動し、当該発生する熱エネルギーの作用によって、前記
連通した後のインクに気泡を生成するための第２駆動手
段とを具えたことを特徴とする。

【００４１】熱エネルギーを発生することで膜沸騰によ
る気泡を形成し、該気泡を外気に連通させて吐出口から
インク滴を吐出するインクジェット記録装置であって、
前記吐出口の近傍に作用してインク路から吐出したイン
クとインク路内インクとに物性的変化を急激に生じせし
める分離手段を有することを特徴とする。

【００４２】本発明の分離手段は、インクに物性的変化
を生じせしめるものすべてが含まれ、例示してある蒸気
化気泡形成手段（核沸騰でも良いが、好ましくは膜沸
騰）の他、ペルチェ素子等の急冷手段でも良い。

【００４３】いずれにしても本発明は、インク路外に気
泡連通後吐出されたインクに対してインク路中に残って
いるインク自体に物性変化を付与することによりインク
の分離を促進し、インク滴の形成をより早く且つ安定し
て形成できるようにするものである。

【００４４】

【作用】以上の構成によれば、第１の熱エネルギー発生
手段によってインク中に発生する第１の気泡が成長し、
この成長によってインクを吐出する過程で、この気泡は
外気と連通する。そして、気泡が連通した吐出過程にあ
るインクは、第２の熱エネルギー発生手段によって発生
する第２の気泡によって分離され、吐出インク滴が形成
される。これにより、吐出させるインク滴の速度が向上
し、かつ安定するとともに、インク路壁に付着して残留
するインクを無くすことができる。

【００４５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００４６】図９（ａ）は本発明の一実施例にかかる記
録ヘッドの構造を示す分解斜視図である。

【００４７】これら図に示すように、第１の加熱手段と
してのヒータ２ａが設けられた第１の基板１上に、イン
ク１２を形成するための隔壁８および共通液質１０を形
成するための外壁９が設けられている。この第１基板１
に、第２の加熱手段としてのヒータ２ｂが設けられた第
２の基板４が圧着等によって接合する。すなわち、基板
４は、基板１上の隔壁８および外壁９に接合する。これ
により、インク路１２および共通液室１０が形成され、
各インク路１２には、その底部にヒータ２ａが、また、
その上部にはヒータ２ｂが配置される。これらヒータ２
ａおよび２ｂは、それぞれ不図示の電極を介して供給さ
れる電流によって駆動されることにより、熱を発生す
る。

【００４８】図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す記録ヘッ
ドのＡ−Ａ′線断面図である。

【００４９】同図から明らかなように、吐出口５の位
置、すなわち基板１および４の端部とそれぞれヒータ２
ａおよびヒータ２ｂとの距離は、前者の方が大きく設定
される。

【００５０】図１０は、本例の記録ヘッドを用いたイン
クジェット記録方法において、インク路中のインクが加
熱されてからインク滴が吐出口より吐出するまでの過程
を示す模式的断面図である。

【００５１】図１０において、まず、図１０（ａ）で示
される初期状態に対してヒータ２ａに通電し、加熱を行
うとヒータ２ａの面上のインクは膜沸騰を起こし、気泡
６が発生する（図１０（ｂ））。この生起した気泡６
は、急激に膨張し（図１０（ｃ））、その結果、気泡６
は吐出口５の一部より突き抜け外気と連通する（図１０
（ｄ））。

【００５２】この時、ヒータ２ｂに通電して加熱する
と、ヒータ２ｂの面上のインクは膜沸騰を起こし気泡６
ａを生成する（図１０（ｅ））。このヒータ２ｂによっ
て生起される気泡６ａは、気泡６の膨張によって吐出口
５の前方に突出したインク魂７の終端部近傍に発生する
ために、インク魂７をこの気泡６ａによって分離するこ
とができる。これにより、独立な滴としてのインク滴７
ａをより早く形成してこれを飛翔させることができ、吐
出速度の向上した安定な吐出が可能となる。また、この
部分に気泡６ａが生成されることにより、吐出されるイ
ンク滴やインク路内インクがこの部分に付着して残留す
ることが無くなり、吐出インク滴７ａの体積がより均一
化されるとともに、この残留インクによる気泡６の囲い
込み等が防止される。この結果、常に吐出インク滴の体
積が一定した安定吐出を行うことができる。

【００５３】インク滴７ａが吐出されて吐出口５の付近
に生じた空隙部（図１０（ｆ））には、新たなインクが
満たされ（図１０（ｇ））、吐出前の状態（図１０
（ａ））に戻る。

【００５４】上記吐出過程で、図１０（ｄ）は、気泡が
外気と連通する瞬間の状態を示しているが、この時気泡
内のガスが吐出口５より外側へ噴出することを防ぐため
には、例えば前述の条件（１）〜（３）を満足させれば
良い。これは、すなわち気泡の内圧が外気圧よりも低い
条件で気泡を外気と連通させる条件である。これによ
り、インクのミストやスプラッシュを防止できる。

【００５５】上述のヒータ２ｂは、上述したように、ヒ
ータ２ａによって発生する気泡６が吐出口５において外
気と連通しインク滴７が吐出される際、独立な滴として
の飛翔をより早く効率的に行うため、および吐出インク
滴７等の一部が基板４、すなわちインク路１２の上壁に
付着してこの部分に残留し、この残留インクが吐出口を
塞ぐ気泡の囲い込みを防止するために設けられるもので
ある。このため、ヒータ２ｂは吐出口５の近傍、すなわ
ちヒータ２ａより、より吐出口５側に設けることが好ま
しい。また、ヒータ２ｂの大きさはヒータ２ａに比べて
小さく設定されていても良い。

【００５６】図１１は、ヒータ２ｂの駆動タイミングを
説明するためのヒータ２ａおよび２ｂの駆動パルスの波
形図である。

【００５７】ヒータ２ｂによる気泡６ａの好ましい発泡
タイミングは、以下で示す具体的実施例では、気泡６が
外気と連通した後、０．２〜２μｓｅｃ後に発泡を開始
するようにする。この時間は、例えばヒータ２ｂが無い
場合に完全な吐出インク滴が形成される（独立の滴とし
て分離する）のに要する時間の数分の一の時間として設
定される。これを図１１に示す駆動パルスを用いて説明
する。例えば両ヒータ２ａ，２ｂとも、加熱を開始して
１．５μｓｅｃ後に発泡を開始し、ヒータ２ａによる気
泡は、その発泡開始後１μｓｅｃ後に連通するとし、ま
た、この連通から１μｓｅｃ後にヒータ２ｂによる気泡
の発泡が開始するようにした場合、図から明らかなよう
に、ヒータ２ｂはヒータ２ａより２μｓｅｃ遅れて駆動
されることになる。勿論、各ヒータのサイズや位置さら
にはインクの性質に応じてこれらの値は定まる。

【００５８】以下、上記説明した本発明のインクジェッ
ト記録方法の具体的実施例について説明する。

【００５９】（実施例１）図９に示すような記録ヘッド
を製作した。

【００６０】この記録ヘッドにおいて、ヒータ２ａは幅
が２８μｍ，インク路方向長さが２５μｍ、ヒータ２ｂ
は、幅が２８μｍ，流路方向長さが１０μｍとし、吐出
口５よりヒータ２ａ先端部までの距離が２５μｍ、吐出
口５よりヒータ２ｂ先端部までの距離が５μｍとなるよ
う配置した。一方、ヒータ２ａ，ヒータ２ｂが設けら
れ、その一端に吐出口５が構成されるインク路１２の寸
法は、高さが２５μｍ，幅が３６μｍ，長さが３００μ
ｍとし、これらをインク路１２を１インチ当たり３６０
本の密度で設けた。

【００６１】この記録ヘッドに、Ｃ．Ｉ．フードブラッ
ク２ ３．０重量％，ジエチレングリコール １５．０
重量％，Ｎ−メチル−２−ピロリドン ５．０重量％，
イオン交換水 ７７．０重量％、よりなる各配合成分を
容器中で撹拌し、均一に混合溶解させた後、孔径０．４
５μｍのポリフッ化エチレン系繊維製フィルタで濾過し
て得た粘度２．０ｃｐｓ（２０℃）のインクをインク供
給口（不図示）より液室１０に供給し吐出を試みた。

【００６２】このとき、ヒータ２ａおよびヒータ２ｂの
駆動条件は、両者共、印加電圧５．５Ｖ，パスル幅５μ
ｓｅｃとし、ヒータ２ｂの駆動開始タイミングを本例の
場合、ヒータ２ａの駆動開始タイミングより３μｓｅｃ
遅らせた。

【００６３】この条件で、１画素毎の市松模様になるよ
うに画信号を１６個のヒータ２ａおよび２ｂに与えてイ
ンクを吐出、記録紙に付着させたところ、記録紙上には
濃度ムラのない所望の市松模様のパターンが作画され
た。この画像を拡大して観察したところ余分なインクの
飛散や地汚れのない鮮明な画像であった。

【００６４】またパルス光源と顕微鏡を用いてインク滴
の吐出速度を測定したところ約１２ｍ／ｓｅｃであっ
た。

【００６５】（比較例）実施例１の記録ヘッドにおい
て、ヒータ２ｂを加熱せずにインク滴を吐出させたとこ
ろ、このインク滴の吐出速度は約９ｍ／ｓであった。

【００６６】図１２は上記実施例１の記録を実施可能な
インクジェット記録装置の要部を示す概略斜視図であ
る。

【００６７】図１２において、記録ヘッド１０１は、そ
の記録紙１０７と対向する面に、記録紙１０７の搬送方
向に４８個のインク吐出口（不図示）を具える。また、
記録ヘッド１０１には、この４８個の吐出口それぞれに
連通してインク路（不図示）が設けられ、それぞれのイ
ンク路に対応して、記録ヘッド１０１を構成する上記２
つの基板にインク吐出のための熱エネルギーを発生する
ヒータがそれぞれ形成されている。これらヒータは、上
述のように記録データに応じてこれに印加される電気パ
ルスによって熱を発生し、これにより、インクに沸騰膜
を生じこの沸騰膜による気泡の生成に伴なって上記吐出
口からインクが吐出される。各インク路には、これらに
共通に連通する共通液室が設けられており、これに貯留
されるインクは、各インク路での吐出動作に応じてその
インク路に供給される。

【００６８】キャリッジ１０２は、記録ヘッド１０１を
搭載し、また、記録紙１０７の記録面と平行に延在する
１対のガイドレール１０３と摺動可能に係合する。これ
により、記録ヘッド１０１は、ガイドレール１０３に沿
って移動することができ、この移動に伴なって所定のタ
イミングで上記記録面に向けてインクを吐出することに
より記録を行う。上記移動の後、記録紙１０７を、図中
矢印方向に所定量搬送し、再び上記移動を行い記録を行
う。このような動作を繰り返すことにより、記録紙１０
７に、順次記録を行っていく。

【００６９】上述した記録紙１０７の搬送は、その記録
面の上下にそれぞれ配設された各々１対の搬送ローラ１
０４および１０５が回転することによって行われる。ま
た、記録紙１０７の記録面の裏側には、記録面の平面性
を保つためのプラテン１０６が配設されている。

【００７０】なお、上述したキャリッジ１０２の移動
は、これに取付けられる不図示の例えばベルトがモータ
によって駆動されることによって可能となり、また、搬
送ローラ１０４および１０５の回転も同様にモータの回
転がこれらに伝達されることによって可能となる。

【００７１】図１３は、図１２に示したインクジェット
記録装置の制御構成を示すブロック図である。

【００７２】図１３において、ＣＰＵ２００はこの装置
各部動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ
２００Ａには、その処理手順等が格納され他、図１１に
て説明したような、ヒータ２ａ，２ｂそれぞれの駆動パ
ルスデータが格納される。また、ＲＡＭ２００Ｂは上記
処理実行のワークエリアとして用いられる。

【００７３】記録ヘッド１０１におけるインク吐出は、
ＣＰＵ２００がヒータを駆動するための記録データおよ
び駆動制御信号をヘッドドライバ１０１Ａに供給するこ
とにより行われる。また、ＣＰＵ２００は、上記キャリ
ッジ１０２を移動させるためのキャリッジモータ２２０
や搬送ローラ１０４，１０５を回転させるための紙送り
（Ｐ．Ｆ）モータ５０の回転を、それぞれモータドライ
バ２２０Ａおよび５０Ａを介して制御する。

【００７４】なお、本発明を実施するにあたっては、本
発明の一特徴を構成する気泡連通吐出方式、すなわち、
インク吐出のために気泡が生成する過程で、気泡が吐出
口において外気と連通する方式が用いられるが、さらに
本発明が好適に実施されるには、上記「背景技術」の項
で説明した条件１〜３および気泡がその生成過程におい
て外気と連通するまではインク路を遮断しない（気泡の
生成によって吐出口より突出したインク塊は、インク路
内のインクと連続している）という条件を満たすことが
望ましい。

【００７５】また、気泡を生成するための熱エネルギー
発生手段としては、上記実施例で示した電気熱変換体
（ヒータ）以外に、例えばレーザ光を用いることもでき
る。

【００７６】（その他）なお、記録装置が記録できる記
録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイ
プの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。
そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成され
た１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００７７】加えて、図１２に示したシリアルタイプの
ものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは
装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続
や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在の
チップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に
一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプ
の記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００７８】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００７９】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００８０】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００８１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、第１の
熱エネルギー発生手段によってインク中に発生する第１
の気泡が成長し、この成長によってインクを吐出する過
程で、この気泡は外気と連通する。そして、気泡が連通
した吐出過程にあるインクは、第２の熱エネルギー発生
手段によって発生する第２の気泡によって分離され、吐
出インク滴が形成される。これにより、吐出させるイン
ク滴の速度が向上し、かつ安定するとともに、インク路
壁に付着して残留するインクを無くすことができる。イ
ンクのスプラッシュやミストなどを抑え、画像上の地汚
れや装置化した場合の装置内の汚れを防止できるととも
に、吐出量が安定しかつ着弾精度の安定した記録を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インク吐出方法の一従来例を説明するための記
録ヘッドの模式的断面図である。

【図２】インク吐出方法の他の従来例を説明するための
記録ヘッドの模式的断面図である。

【図３】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。

【図４】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明を適用
して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を説明するた
めの記録ヘッドの要部断面図である。

【図６】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力および気
泡体積の変化を示す線図である。

【図７】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。

【図８】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。

【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施例にか
かる記録ヘッドのそれぞれ分解斜視図および模式的断面
図である。

【図１０】本発明のインクジェット記録方法を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。

【図１１】本発明のインクジェット記録方法にかかるヒ
ータ駆動を説明するための駆動パルスの波形図である。

【図１２】本発明の上記各実施例を実施可能なインクジ
ェット記録装置の概略斜視図である。

【図１３】図１２に示した装置の制御構成の一例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ａ，２ｂ ヒータ ４ 天板 ５ 吐出口 ６ 気泡 ７ａ インク滴 ８ 隔壁 １０ 液室 １２ インク路 １０１ 記録ヘッド ２００ ＣＰＵ ２００Ａ ＲＯＭ ２００Ｂ ＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大熊 典夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 竹之内 雅典 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 宮川 昌士 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 浅井 朗 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中島 一浩 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 八重樫 尚雄 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するための吐出口と、該吐
   出口に連通するインク路と、を具えた記録ヘッドを用い
   たインクジェット記録方法において、 前記インク路の所定部位に熱エネルギーを作用させてイ
   ンクに第１の気泡を生成する工程と、 該第１の気泡の生成に基づいて前記吐出口からインクを
   吐出させる工程で、当該第１の気泡を前記吐出口におい
   て外気と連通させる工程と、 前記インク路において、当該インク路の前記所定部位よ
   り前記吐出口側に熱エネルギーを作用させることによ
   り、前記第１の気泡が外気と連通した後のインクに第２
   の気泡を生成する工程と、 を有したことを特徴とするインクジェット記録方法。
2. 【請求項２】 前記連通時に前記インク路は前記気泡で
   遮断されていないことを特徴とする請求項１に記載のイ
   ンクジェット記録方法。
3. 【請求項３】 前記連通時は、前記気泡の内圧が外気圧
   以下の条件で前記気泡を外気と連通させることを特徴と
   する請求項１または２に記載のインクジェット記録方
   法。
4. 【請求項４】 前記連通時は、前記気泡の吐出方向先端
   部の移動速度の加速度が正でない条件で前記気泡を外気
   と連通させることを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れかに記載のインクジェット記録方法。
5. 【請求項５】 前記熱エネルギーの作用部の吐出口側端
   部と前記気泡の吐出口側端部との距離Ｌａは前記作用部
   の吐出口側とは反対側の端部と前記気泡の吐出口側とは
   反対側の端部との距離Ｌｂに対して、Ｌａ／Ｌｂ≧１な
   る条件下で、前記気泡を前記吐出口において外気と連通
   させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
   記載のインクジェット記録方法。
6. 【請求項６】 インクを吐出するための吐出口と、 該吐出口に連通したインク路と、 該インク路内に設けられ、インクに熱エネルギーを作用
   させて当該インクに気泡を生成するための第１の熱エネ
   ルギー発生手段と、 前記インク路内において、前記第１の熱エネルギー発生
   手段により前記吐出口側に設けられ、インクに熱エネル
   ギーを作用させて当該インクに気泡を生成するための第
   ２の熱エネルギー発生手段と、 を具え、前記第１の熱エネルギー発生手段は、当該熱エ
   ネルギーの作用によって生成する気泡により、前記吐出
   口からインクを吐出させる過程で当該気泡を外気と連通
   させるために用いられ、かつ、前記第２の熱エネルギー
   発生手段は、当該熱エネルギーの作用によって、前記連
   通した後のインクに気泡を生成するために用いられるこ
   とを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記インク路は、対向する壁によって形
   成され、前記第２の熱エネルギー発生素子は、前記イン
   ク路において前記第１の熱エネルギー発生素子が設けら
   れる壁と対向する壁に設けられることを特徴とする請求
   項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 【請求項８】 インクを吐出することにより、被記録媒
   体に記録を行うインクジェット記録装置において、 インクを吐出するための吐出口と、 該吐出口に連通したインク路と、 該インク路内に設けられ、インクに熱エネルギーを作用
   させて当該インクに気泡を生成するための第１の熱エネ
   ルギー発生手段と、 前記インク路内において、前記第１の熱エネルギー発生
   手段により前記吐出口側に設けられ、インクに熱エネル
   ギーを作用させて当該インクに気泡を生成するための第
   ２の熱エネルギー発生手段と、 を具えた記録ヘッドと、 前記第１の熱エネルギー発生手段を駆動し、当該発生す
   る熱エネルギーの作用によって生成する気泡により、前
   記吐出口からインクを吐出させる過程で当該気泡を外気
   と連通させるための第１駆動手段と、 前記第２の熱エネルギー発生手段を駆動し、当該発生す
   る熱エネルギーの作用によって、前記連通した後のイン
   クに気泡を生成するための第２駆動手段と、 を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
9. 【請求項９】 前記インク路は、対向する壁によって形
   成され、前記第２の熱エネルギー発生素子は、前記イン
   ク路において前記第１の熱エネルギー発生素子が設けら
   れる壁と対向する壁に設けられることを特徴とする請求
   項８に記載のインクジェット記録装置。
10. 【請求項１０】 熱エネルギーを発生することで膜沸騰
    による気泡を形成し、該気泡を外気に連通させて吐出口
    からインク滴を吐出するインクジェット記録装置であっ
    て、 前記吐出口の近傍に作用してインク路から吐出したイン
    クとインク路内インクとに物性的変化を急激に生じせし
    める分離手段を有することを特徴とするインクジェット
    記録装置。