JPH05116307A

JPH05116307A - 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

Info

Publication number: JPH05116307A
Application number: JP3281615A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Takizawa; 吉久滝沢; Masanori Takenouchi; 雅典竹之内; Kazuhiro Nakajima; 一浩中島; Toshiji Inui; 利治乾; Katsuhiro Shirota; 勝浩城田; Hisao Yaegashi; 尚雄八重樫; Norio Okuma; 典夫大熊; Masashi Miyagawa; 昌士宮川; Akira Asai; 朗浅井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1993-05-14
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3058493B2

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、安定した吐出量制御を可
能とする。【構成】ヒータ２１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２１の
近傍に生じた気泡６は膨張して、（ｃ）に示すように吐
出口５において外気と連通する。そして、（ｄ）に示す
ように、インク滴７が吐出される。ここで、ヒータ２１
より吐出口５側に存在していたインクはほぼインク滴７
となる。このような構成において、例えば、（ｅ）に示
すように、ヒータ２２にパルスを印加して吐出を行った
場合は、ヒータ２２より吐出口５側にあるインクがほぼ
インク滴７として吐出され、この体積はヒータ２１の場
合より大きなものとなる。

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
出方式に改良を加え、簡便に吐出インク体積を制御可能
であり、例えば良好な階調記録を行うことができるイン
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、前記吐出口から
インクを吐出するためのインクジェット記録方法におい
て、前記インク路において配列する複数の熱エネルギー
作用部のインクに、選択的に熱エネルギーを作用するこ
とにより、当該作用部に気泡を生成させる工程と、該工
程による前記気泡の生成に基づいて前記吐出口よりイン
クを吐出する過程で、当該気泡を前記吐出口において外
気と連通させる工程と、を有したことを特徴とする。

【００３９】また、インクを吐出する他の吐出口と、該
吐出口に連通するインク路と、該インク路において配列
する複数の熱エネルギー作用部と、を具え、前記複数の
熱エネルギー作用部のインクに、選択的に熱エネルギー
を作用することにより、当該作用部に気泡を生成させ、
該気泡の生成に基づいて前記吐出口よりインクを吐出す
る過程で、当該気泡を前記吐出口において外気と連通さ
せて吐出を行う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
を用いた前記吐出口からインクを吐出して記録を行うイ
ンクジェット記録装置において、前記インク路において
配列する複数の熱エネルギー作用部のインクに、選択的
に熱エネルギーを作用することにより、当該作用部に気
泡を生成させるための熱エネルギー作用手段、を具え、
前記気泡の生成に基づいて前記吐出口よりインクを吐出
する過程で、当該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。

【００４１】

【作用】以上の構成によれば、選択的に熱エネルギーが
作用される、ヒータ等の熱エネルギー作用部から吐出口
までにあるインクはほぼインク滴として吐出される。こ
れにより、熱エネルギーを作用させる作用部の選択に応
じて、吐出インク量を制御することができる。

【００４２】

【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。

【００４３】図９は本発明のインクジェット記録方式を
説明するための記録ヘッド要部の模式的断面図である。

【００４４】この記録ヘッドは、吐出口５に連通するイ
ンク路１２において、その吐出方向に沿ってヒータを３
つ直列に（各ヒータはそれぞれ単独の発泡で形成した気
泡を外気に連通できるものであり、吐出口５の近傍にあ
る）配置（吐出口５に近いヒータからヒータ２１，ヒー
タ２２，ヒータ２３とする）にしたものである。

【００４５】図９（ａ）は発泡前の状態を示すものであ
る。この状態において、まず、ヒータ２１に瞬間的に電
流を流しパルス的にヒータ近傍のインクを加熱すると、
インクは膜沸騰を起こし、勢いよく気泡６が発生し、膨
張を始める（図９（ｂ））。気泡６は膨張を続け、特
に、インクによる慣性のより小さい吐出口５側へ成長
し、吐出口５から突き抜け外気と連通する（図９
（ｃ））。このとき、気泡６より吐出口５側にあるイン
クは、この瞬間までに気泡６から与えられた運動量のた
めに前方へ吐出され、やがて独立な液滴７となって紙等
の被記録媒体へ飛翔する（図９（ｄ））。これによって
吐出口５側先端部に生じた空隙には、後方のインクの表
面張力とインク路壁との濡れによって新たなインクが満
たされ、吐出前の状態に戻る。

【００４６】このとき、吐出するインク滴７の体積は、
気泡６が外気と連通する本発明の方式にあっては、ヒー
タより吐出口側の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るため、ヒータ２１から吐出口５
までのインクのほぼ全てに相当することになる。従っ
て、ヒータ２２に電流を流し気泡を発生させた場合に
は、同様に吐出するインク滴の体積は、ヒータ２２から
吐出口５までのインクの体積のほぼ全量に相当すること
になる（図９（ｅ））。同様に、ヒータ２３に電流を流
し気泡を発生させた場合には、ヒータ２３から吐出口５
までのインクのほぼ全量が吐出することになる（図９
（ｆ））。

【００４７】このように、駆動するヒータを記録情報に
応じて適宜選択することにより、吐出する液滴の体積を
変化させることができる。また、上記の場合、吐出する
インク滴の体積は、インク路１２等の幾何学的な構造に
よって決まるので、周囲環境温度の変化やインク物性に
依存せず、常に安定した吐出体積を維持することが可能
となる。

【００４８】一方、図１０は、吐出の際に気泡が外気と
連通しない従来のインクジェット記録方式を示したもの
である。

【００４９】この方式の記録ヘッドは、図９に示す構造
と同様に吐出口５に連通するインク路１２に沿ってヒー
タを３つ直列に配置（吐出口５に近いヒータからヒータ
２１，ヒータ２２，ヒータ２３とする）したものである
が、図９の本発明に用いたものとは、特にそれぞれのヒ
ータから吐出口５までの長さが異なるものである。すな
わち、この長さは図９に示すものより長く設定され、気
泡の連通は生じないようになっている。

【００５０】図１０（ａ）は発泡前の状態を示すもので
ある。まず、ヒータ２１に瞬間的に電流を流し、パルス
的にヒータ近傍のインクを加熱すると、インクは膜沸騰
を起こし、勢いよく気泡６１を発生させ膨張を始める
（図１０（ｂ））。この気泡６１は膨張を続けるが、吐
出口５まで達することはなく、やがて気泡内圧力が減少
し、外気との圧力差により収縮を開始する。このとき吐
出口５から突出しているインク柱は、気泡６１の消泡に
よって引き戻される部分とインク滴となる部分とに分離
される（図１０（ｃ），（ｄ））。

【００５１】このとき、駆動するヒータを適宜選択する
ことにより、多少インク滴体積を変化させることは可能
となるが（図１０（ｅ），（ｆ））、上記インク滴の形
成、すなわち、消泡によって引き戻される部分とインク
滴となる部分とに分離されることによりインク滴体積が
決定されるため、インク滴体積の可変範囲が狭く、ま
た、周囲環境温度の変化やインク物性、その他外部因子
によって分離位置が変わるため、インク滴体積が変化し
てしまい、吐出インク滴の体積の制御が比較的困難であ
る。このように、図９と図１０の比較から、本発明の優
れた効果が理解できよう。

【００５２】なお、本発明の記録方式を実施する場合に
おいては、図９のヒータ２２から吐出口５までのインク
を吐出させる場合、前記説明ではヒータ２２のみを駆動
するものとした。しかし、気泡を外気と連通しやすくす
るため、吐出口５側のヒータ２１もヒータ２２と同時、
あるいは適宜タイミングをずらして（気泡の吐出口側へ
の膨張に応じて）駆動してもよい。従って、同様に、例
えばヒータ２３から吐出口５までのインクを吐出する場
合には、ヒータ２３だけでなくヒータ２１、あるいはヒ
ータ２１およびヒータ２２双方とも適宜駆動してもよ
い。この場合は、吐出口側のヒータ程後に発泡させる方
が好ましい。

【００５３】また、以上では、吐出口に連通するインク
路に沿ってヒータを３つ直列に配置した場合について説
明したが、本発明はこのような実施態様に限定されるも
のではなく、ヒータを２つ以上いくつ並べてもよい。さ
らに、上記説明では、可変可能なインク滴の体積はヒー
タの個数に依存することになっているが、すなわち、ヒ
ータが３つの場合には４値の階調記録が可能となってい
るが、生起した気泡の外気への連通効率を上げるため、
必要に応じてヒータの個数を増やしてもよい。すなわ
ち、４値の記録を行う場合であっても、ヒータを４個以
上直列に並べて適宜選択駆動して用いてもよい。

【００５４】本発明は、複数ヒータ（独立して発熱部を
駆動できるものすべてを含む）を用いて気泡連通吐出方
式を達成するものであればすべてを含むものであり、少
なくとも吐出口側最近接の発熱部の気泡が外気と連通す
るものであれば、他の発熱部の気泡は単独で外気と連通
するものでなくて良い。この場合、複数ヒータ駆動にお
いて必ず吐出口側最近接の発熱部の気泡形成は必須とな
るが、階調数は他の複数ヒータの任意の組合せによる吐
出体積の変更により他の複数ヒータの数よりも多くなる
ことは利点である。

【００５５】膜沸騰による気泡は、断熱膨張による成長
段階では隣接する気泡が互いに連通しないため、形成し
た気泡に対応して吐出量を得ることができ、連通時の気
泡内圧力の変化を防止できるので好ましいものである。
本発明技術思想に含まれるような互いの気泡が連通する
構成の場合は、気泡成長が互いの干渉を呼び、不安定に
なる場合があるものの、階調は従来より優れている。

【００５６】以上説明したように、本発明は、ヒータ等
の熱エネルギー作用部において生起した気泡を吐出口に
おいて外気と連通させてインク滴を吐出する方式である
ため、吐出するインク滴の体積は、熱エネルギーに作用
部から吐出口までの幾何学的な寸法によって決定され
る。従って、記録時の環境の変化やインク物性に依存す
ることなく、常に安定したインク滴の体積の制御が可能
となる。この結果、階調や記録画像における部分的な濃
度の制御を安定して行うことが可能となる。

【００５７】また、本発明にかかる上記気泡連通吐出方
式により、インクミストの発生を完全に抑え、かつ、気
泡の外気との連通効率を上げるためには、より好ましく
は、例えば「背景技術」の項で説明した本件１〜３のい
ずれかの条件で気泡を外気と連通させ吐出することが好
ましい。

【００５８】以下、本発明のインクジェット方式に基づ
く具体的実施例を詳しく説明する。

【００５９】＜実施例１＞図１１に示す記録ヘッドを用
いて記録を行った。

【００６０】この記録ヘッドは、基板１上に各インク路
１２を隔てるように形成された隔壁８と、隔壁８に接合
するガラスの透明天板４と、各インク路１２内の基板１
上に直列に形成された３つのヒータ（吐出口５に近い方
からそれぞれ符号２１，２２，２３で示される）より構
成されている。３つのヒータ２１，２２，２３は図示し
ない電極によって画像信号に応じて適宜選択して通電さ
れる。ヒータ２１，２２，２３を有し、吐出口５に連通
する各インク路１２のサイズは、高さが２０μｍ，幅が
３０μｍであり、また、ヒータ２１のサイズは幅２５μ
ｍ×長さ７μｍ、ヒータ２２のサイズは幅２５μｍ×長
さ１０μｍ、ヒータ２３のサイズは幅２５μｍ×長さ２
０μｍであって、吐出口５よりより離れたヒータ程、そ
の長さを長くしてある。それぞれのヒータ単独の加熱に
よって生じる気泡が十分に連通できるようにするためで
ある。ヒータ２１の位置はその吐出口側の端から吐出口
５までの長さが５μｍであり、ヒータ２２の位置は、そ
の吐出口側の端から吐出口５までの長さが１７μｍであ
り、ヒータ２３の位置はその吐出口側の端から吐出口５
までの長さが３３μｍである。また、１インチあたり３
６０個の密度で４８個のインク路を配置した。

【００６１】この記録ヘッドに、Ｃ．Ｉ．フードブラック２３．０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０．４５μｍのポリフッ化エチレン系繊
維よりなる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１１より液室１０に
供給し吐出を試みた。

【００６２】まず、記録ヘッドのヒータ２１のみを駆動
した。駆動条件は、駆動パルスの電圧９．０Ｖ、パルス
幅２．５μｓｅｃとし、このパルスを駆動周波数２ｋＨ
ｚで印加した。

【００６３】連続する１６個の吐出口よりインクを吐出
させた状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察したとこ
ろ、発泡開始より約２μｓｅｃ後に気泡が外気と連通し
ている様子が確認された。さらに独立した吐出インク滴
の体積は各ノズルとも５±１ｐｌの範囲に収まった。

【００６４】次に、記録ヘッドのヒータ２２を、９．０
Ｖ，２．５μｓｅｃのパルスで２ｋＨｚで駆動した。こ
の条件で連続する１６個の吐出口よりインクを吐出させ
た状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察したところ、発
泡開始より約２μｓｅｃ後に気泡が外気と連通している
様子が確認された。さらに独立した吐出インク滴の体積
は各ノズルとも１４±１ｐｌの範囲に収まった。

【００６５】次に、記録ヘッドのヒータ２３を、９．０
Ｖ，２．５μｓｅｃのパルスで２ｋＨｚで駆動した。連
続する１６個の吐出口よりインクを吐出させた状況をパ
ルス光源と顕微鏡を用い観察したところ、発泡開始より
約２μｓｅｃ後に気泡が外気と連通している様子が確認
された。さらに独立した吐出インク滴の体積は各ノズル
とも２６±１ｐｌの範囲に収まった。

【００６６】以上のように駆動するヒータを選択するこ
とにより、吐出するインク滴体積を変化させることが確
認できた。

【００６７】＜実施例２＞図１１に示す記録ヘッドと同
様のものを用いて記録を行った。

【００６８】この記録ヘッドは、インク路１２の寸法は
高さが２０μｍ，幅が３０μｍであり、ヒータ２１のサ
イズは幅２５μｍ×長さ１０μｍ、ヒータ２２のサイズ
は幅２５μｍ×長さ１０μｍ、ヒータ２３のサイズは幅
２５μｍ×長さ２０μｍであって、長さは３つのヒータ
とも等しい。ヒータ２１の位置はその吐出口側から吐出
口５までの長さが５μｍであり、ヒータ２２の位置は、
長さが２０μｍであり、ヒータ２３位置は、同様の長さ
が３５μｍである。また、１インチあたり３６０個の密
度で４８個のインク路を配置した。

【００６９】この記録ヘッドで、まず、ヒータ２１のみ
を駆動した。その条件は、９．０Ｖ、２．５μｓｅｃの
パルスとし、これを２ｋＨｚで駆動した。連続する１６
個の吐出口よりインクを吐出させた状況をパルス光源と
顕微鏡を用い観察したところ、発泡開始より約２μｓｅ
ｃ後に気泡が外気と連通している様子が確認された。さ
らに独立した吐出インク滴の体積は各ノズルとも６±１
ｐｌの範囲に収まった。

【００７０】次に、ヒータ２２を加熱し、ヒータ２１を
１μｍ遅らせて駆動した。その条件はいずれも９．０
Ｖ，２．５μｓｅｃのパルスとし、２ｋＨｚで駆動し
た。これを連続する１６個の吐出口よりインクを吐出さ
せた状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察したところ、
ヒータ２２による発泡開始より約３μｓｅｃ後に気泡が
外気と連通している様子が確認された。さらに独立した
吐出インク滴の体積は各吐出口とも１５±１ｐｌの範囲
に収まった。

【００７１】次に、ヒータ２３を駆動し、次いでヒータ
２２を１μｓｅｃタイミングを遅らせて駆動し、さらに
ヒータ２１をさらに１μｓｅｃタイミングを遅らせて駆
動した。駆動条件はいずれも、９．０Ｖ，２．５μｓｅ
ｃのパルスとし、２ｋＨｚで駆動した。連続する１６個
の吐出口よりインクを吐出させた状況をパルス光源と顕
微鏡を用い観察したところ、ヒータ２３による発泡開始
より約４μｓｅｃ後に気泡が外気と連通している様子が
確認された。さらに独立した吐出インク滴の体積は各ノ
ズルとも２８±１ｐｌの範囲に収まった。

【００７２】なお、以上のように複数のヒータを駆動し
て連通，吐出を行う場合、ヒータのサイズをいずれも等
しいものとすることができる。

【００７３】以上のように駆動するヒータを選択するこ
とにより、吐出する液滴体積を変化させることが確認で
きた。

【００７４】＜比較例１＞図１１に示す記録ヘッドと同
様のものを用いて吐出を行った。

【００７５】この記録ヘッドは、インク路１２の寸法が
高さが２０μｍ，幅が３０μｍ、ヒータ２１のサイズが
幅２５μｍ×長さ６０μｍ、ヒータ２２のサイズが幅２
５μｍ×長さ６０μｍ、ヒータ２３のサイズが幅２５μ
ｍ×長さ６０μｍである。ヒータ２１は、その吐出口側
から吐出口５までの長さが、上記実施例１，２の場合よ
り長く８０μｍであり、ヒータ２２の位置は、同様の長
さが１７０μｍであり、ヒータ２３位置は同様の長さが
２７０μｍである。また、１インチあたり３６０個の密
度で４８個のインク路を配置した。

【００７６】まず、ヒータ２１のみを駆動した。その条
件は、９．０Ｖ、２．５μｓｅｃのパルスとし、これを
２ｋＨｚで駆動した。連続する１６個の吐出口よりイン
クを吐出させた状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察し
たところ、気泡は外気と連通せず、消泡している様子が
確認された。さらに独立した吐出インク滴の体積は各吐
出口とも１８ｐｌであった。

【００７７】次に、ヒータ２２を駆動し、ヒータ２１を
１μｓｅｃタイミングを遅らせて駆動した。駆動条件は
いずれも９．０Ｖ，２．５μｓｅｃのパルスとし、２ｋ
Ｈｚで駆動した。連続する１６個の吐出口よりインクを
吐出させた状況をパルス光源と顕微鏡を用い観察したと
ころ、気泡が外気と連通せず、消泡している様子が確認
された。さらに独立した吐出インク滴の体積は各吐出口
とも約２０ｐｌであった。

【００７８】さらに、ヒータ２３を駆動し、次いでヒー
タ２２を１μｓｅｃタイミングを遅らせて駆動し、さら
にヒータ２１をさらに１μｓｅｃタイミングを遅らせて
駆動した。駆動条件はいずれも、９．０Ｖ，２．５μｓ
ｅｃのパルスとし、２ｋＨｚで駆動した。連続する１６
個の吐出口よりインクを吐出させた状況をパルス光源と
顕微鏡を用い観察したところ、気泡は外気と連通せず、
消泡している様子が確認された。さらに独立した吐出イ
ンク滴の体積は各吐出口とも約２１ｐｌであった。

【００７９】以上のように、連通吐出方式でない場合に
は、駆動するヒータを適宜選択してもインク滴体積の大
きな変化は実現できなかった。

【００８０】図１２は上記実施例１，２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。

【００８１】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を構成する基板に
インク吐出のための熱エネルギーを発生する３つのヒー
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、この気泡
が外気と連通しながら上記吐出口から気泡が連通すると
ともに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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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、上述した
ヒータ２１，２２，２３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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】（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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、選択的に熱エネルギーが作用される、ヒータ等
の熱エネルギー作用部から吐出口までにあるインクはほ
ぼインク滴として吐出される。これにより、熱エネルギ
ーを作用させる作用部の選択に応じて、吐出インク量を
制御することができる。

【００９６】この結果、階調記録や部分的な濃度制御等
を良好にかつ安定して行うことができる。

【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】本発明のインクジェット記録方式を説明するた
めの記録ヘッド要部の模式的断面図である。

【図１０】従来記録方式との比較を説明するための記録
ヘッド要部の模式的断面図である。

【図１１】（ａ）および（ｂ）は本発明の実施例に用い
られる記録ヘッドのそれぞれ分解斜視図および上面図で
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４天板５吐出口６，６１，６２，６３気泡７インク滴８隔壁１０液室１１インク供給口１２インク路２１，２２，２３ヒータ１０１記録ヘッド２００ＣＰＵ２００ＡＲＯＭ２００ＢＲＡＭ

フロントページの続き (72)発明者乾利治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)発明者城田勝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 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【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、
前記吐出口からインクを吐出するためのインクジェット
記録方法において、前記インク路において配列する複数の熱エネルギー作用
部のインクに、選択的に熱エネルギーを作用することに
より、当該作用部に気泡を生成させる工程と、該工程による前記気泡の生成に基づいて前記吐出口より
インクを吐出する過程で、当該気泡を前記吐出口におい
て外気と連通させる工程と、を有したことを特徴とする
インクジェット記録方法。
【請求項２】前記複数の熱エネルギー作用部のインク
に対する選択的な前記熱エネルギーの作用は、当該選択
された作用部相互に作用のタイミングが異なることを特
徴とする請求項１記載のインクジェット記録方法。
【請求項３】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。
【請求項４】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３に記載のインクジェット記録方
法。
【請求項５】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４のいず
れかに記載のインクジェット記録方法。
【請求項６】前記熱エネルギー発生手段は平面状をな
し、当該平面の吐出口側端部と前記気泡の吐出口側端部
との距離Ｌａは前記平面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５のいずれかに記載のインクジェット記録方
法。
【請求項７】インクを吐出する他の吐出口と、該吐出口に連通するインク路と、該インク路において配列する複数の熱エネルギー作用部
と、を具え、前記複数の熱エネルギー作用部のインクに、選
択的に熱エネルギーを作用することにより、当該作用部
に気泡を生成させ、該気泡の生成に基づいて前記吐出口
よりインクを吐出する過程で、当該気泡を前記吐出口に
おいて外気と連通させて吐出を行う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。
【請求項８】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
前記吐出口からインクを吐出して記録を行うインクジェ
ット記録装置において、前記インク路において配列する複数の熱エネルギー作用
部のインクに、選択的に熱エネルギーを作用することに
より、当該作用部に気泡を生成させるための熱エネルギ
ー作用手段、を具え、前記気泡の生成に基づいて前記吐
出口よりインクを吐出する過程で、当該気泡を前記吐出
口において外気と連通させることを特徴とするインクジ
ェット記録装置。
【請求項９】前記選択的な熱エネルギーの作用は、吐
出しようとする吐出量に応じてなされることを特徴とす
る請求項８記載のインクジェット記録装置。
【請求項１０】前記複数の熱エネルギー作用部のイン
クに対する選択的な前記熱エネルギーの作用は、当該選
択された作用部相互に作用のタイミングが異なることを
特徴とする請求項８または９に記載のインクジェット記
録装置。