JPH07125259A - インクジェット記録ヘッド及びその階調記録制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】各ノズルが複数の濃度階調度にてドットの描画
をすることを可能とし、多値記録の可能なインクジェッ
ト記録装置を得ることを可能とする。 【構成】インク流路１２からは低濃度インク１３が、イ
ンク流路２２からは高濃度インク２３が供給される。吐
出ヒータ１１の加熱により吐出ノズル１１の先端からイ
ンク滴を吐出した後、インク流路１２の低濃度インク１
３により吐出ノズル１１の先端がリフィルされる前に、
マイクロポンプ２４を駆動して高濃度インク２２を吐出
ノズル１０内に流入する。マイクロポンプ２４は駆動用
ヒータ２１の加熱により生じる高濃度インクの気泡によ
り動作する。この駆動用ヒータ２１を記録濃度に応じて
ＰＷＭ制御等を用いて駆動することによりマイクロポン
プ２４による高濃度インク２３の流入量を制御し、低濃
度インク１３と高濃度インク２３との混合比により記録
濃度を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は記録ヘッドからインクを
吐出させて記録を行うインクジェット記録装置において
多値の階調記録を実行するインクジェット記録ヘッド及
びその階調制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、複写機、ファクシミリなどの
記録装置は、画像情報に基づいて、紙やプラスチック薄
板などの被記録材上にドットパターンからなる画像を記
録するように構成されている。

【０００３】このような記録装置は、その記録方式によ
り、インクジェット式、ワイヤドット式、サーマル式、
レーザビーム式などに分けることができる。これらの
内、インクジェット式（インクジェット記録装置）は、
記録ヘッドの吐出口からインク（記録液）滴を吐出飛翔
させ、これを被記録材に付着させて記録するように構成
されている。

【０００４】近年、数多くの記録装置が使用されるよう
になり、これらの記録装置に対して、高速記録、高解像
度、高画像品質、低騒音などが要求されている。このよ
うな要求に応える記録装置として、前記インクジェット
記録装置を挙げることができる。このインクジェット記
録装置では、記録ヘッドからインクを吐出させて記録を
行うために、非接触での印字が可能であり、このために
非常に安定した記録画像を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のインク
ジェット記録方式では２値画像のものが主流であり、階
調性に欠けたものであった。又、インクジェット方式に
おいて多値の階調画像を得ようとする試みとして、ドッ
トの面積を変調して階調を再現する面積階調法や、色素
濃度の異なる複数種類のインクを用いて階調を再現する
濃度階調法等がある。しかしながら、これら従来の面積
階調法や濃度階調法には、以下のような欠点がある。

【０００６】まず、面積階調法においては、小さいドロ
ップ径のインク滴をインクジェット技術だけで安定的に
形成することが非常に難しく、更に階調についても４値
程度のものしか現実的には得ることができない。更に、
記録画像上も粒状性等が著しく改善されたものは得られ
ていない。また、印字時間についても面積階調では小さ
いインク滴で重ね書きをしなくてはならず、キャリッジ
をほぼ同一箇所を複数回スキャンさせる必要があり、非
常に印字時間がかかるものとなってしまうという欠点が
ある。

【０００７】また、上述の面積階調の欠点を解決するた
めに濃度階調法を用いたものが提案されている。これに
よれば画像上の粒状性等は面積階調法のものに比較して
改善はされるが階調度を増やそうとすると染料濃度等の
色素濃度の異なるインクを複数個持たせる必要があっ
た。現実的には２種類程度の色素濃度しか持たせられ
ず、多値とはいえないものであった。

【０００８】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、各ノズルが複数の濃度階調度にてドットの
描画をすることを可能とし、多値記録の可能なインクジ
ェット記録装置を得ることを可能とするインクジェット
記録ヘッド及びその階調記録制御方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるインクジェット記録ヘッドは以下の構
成を備える。即ち、ドットを記録するためにインクの液
滴を吐出するためのノズルを有するインクジェット記録
ヘッドであって、前記ノズルに第１の濃度を有する第１
のインクを供給する第１供給手段と、前記ノズルに第２
の濃度を有する第２のインクを供給する第２供給手段
と、前記ノズルにて記録するドットの濃度に基づいて前
記第２供給手段による第２のインクの供給量を制御する
制御手段とを備えることを特徴とするインクジェット記
録ヘッド。

【００１０】又、上記の目的を達成する本発明の階調記
録制御方法は、ノズルよりインクの液滴を吐出すること
により多値の階調を有するドットを記録するための階調
記録制御方法であって、前記ノズルに第１の濃度を有す
る第１のインクを供給する第１供給工程と、前記ノズル
に第２の濃度を有する第２のインクを供給する第２供給
工程と、前記ノズルにて記録するドットの濃度に基づい
て前記第２供給工程による第２のインクの供給量を制御
する制御工程とを備えることを特徴としている。

【００１１】

【作用】上述の構成により、インク液滴を吐出するノズ
ルとこのノズルに第１の濃度を有するインクと第２の濃
度を有するインクが供給される。ここで、第２の濃度を
有するインクのノズルへの流入量は、当該ノズルが記録
するドットの階調に基づいて制御される。このように、
濃度の異なるインクをノズルに内に送り込むことによ
り、ノズル内のインクの濃度を可変し、吐出されるイン
ク液滴の濃度を多段階に変化させて記録を行う。

【００１２】例えば、第１の濃度を有するインクとして
染料濃度の低いインクを、第２の濃度を有するインクと
して染料濃度の高いインクを用いる。そして、多値画像
データの有する濃度階調度の信号に基づいて高濃度のイ
ンクの供給量を決定し、この供給量でもって高濃度のイ
ンクを低濃度のインクに混合させる。このようにして、
濃度階調信号に基づいて染料濃度を多段階に制御するこ
とが可能となり、多段階の濃度階調画像を得ることがで
きる。

【００１３】

【実施例】以下に添付の図面を参照して本発明の好適な
実施例について図面を用いて説明する。

【００１４】＜実施例１＞図１は実施例１におけるイン
クジェット記録ヘッドの吐出ノズルを示す構成図であ
る。

【００１５】この吐出ノズル１０は２つのインク流路１
２，２２を有しており、それぞれ独立してインク供給系
に連結されている。これらのインク流路１２，２２は、
それぞれ低濃度インク１３と高濃度インク２３を供給し
ている。まず、低濃度インク１３を供給するインク流路
１２の方から説明する。

【００１６】吐出ノズル１０の先端には毛細管力により
メニスカス１４が形成されている。吐出ノズル１０の先
端は親水処理が施されており、図示したようなメニスカ
ス形状になる。吐出ノズル１０の中央部にはＳｉ基板２
０上に半導体プロセスで形成された吐出ヒータ１１が設
けられている。この吐出ヒータ１１に通電加熱して、吐
出ヒータ１１上で低能度インク１３の膜沸騰による気泡
成長を誘発して、インク液滴を吐出する。

【００１７】一方、高濃度インクを供給するインク流路
２２の方は、先端にマイクロマシン技術で形成されたマ
イクロポンプ２４が設けられている。その駆動源として
前述の吐出ヒータ１１が形成されているＳｉ基板２０上
にマイクロポンプ２４を駆動するための駆動用ヒータ２
１が設けられている。このインク流路２２は前述の低濃
度インク１３のインク流路１２とは別個のインク供給系
に連結されていて、図示はしないが、それぞれのインク
タンクを有している。

【００１８】次にマイクロポンプ２４の詳細について図
２を用いて説明する。図２は実施例１のマイクロポンプ
２４の詳細を表す図である。マイクロポンプは駆動用ヒ
ータ２１の通電加熱により生じる高濃度インク２３の発
泡により、ピストン２６が押し上げられて駆動される。
ピストン２６が押し上げられて開いている時に、高濃度
インク２３がノズル内に流れ込む。このマイクロポンプ
２４にはストッパー２５が設けられており、ピストン２
６が吐出ノズル１０内に所定量以上に侵入するのを防止
すべく、ピストン２６の後端部が引っかかるようになっ
ている。また、ピストン２６の上下運動で高濃度インク
２３の流入量を制御しているが、基本的には後述するＰ
ＷＭ制御により、インク吐出量を制御するのと同じよう
にして高濃度インク２３の流入量を制御している。

【００１９】更にはピストン２６の稼動範囲内にピスト
ンの動きを抑制するアクチュエータ２７が設けられてい
る。このアクチュエータ２７はＰＷＭ制御では設定でき
ない領域、つまり高濃度インク２３の吐出量が少ない領
域を制御する場合に用いられる。即ち、ピストン２６の
稼動途中で、アクチュエータ２７を動作させて、ピスト
ン２６の動作を途中で止めてしまう。これにより高濃度
インク２３の吐出のずるへの流入量を制御できる。具体
的には、このアクチュエータ２７として形状記憶合金ア
クチュエータを使用する。形状記憶合金アクチュエータ
は変態点を越える高温になると、あらかじめ高温で設定
されていた形状に戻る金属で、例えば、ニッケルとチタ
ンの合金であるニチオームなどがある。この形状記憶合
金アクチュエータは通電した時の電力による自己発熱で
形状を変えることができるので、変態点を駆動用ヒータ
２１による発熱量より高く設定することで、厳密な電気
的制御が可能になる。更に、複数個のアクチュエータ２
７を用いて選択的に動作させることで、ピストン２６の
止まる位置を精度よく制御することができる。これによ
りインク流入量を、特に流入量の少ない領域において効
的に制御できる。

【００２０】図３乃至図７は実施例１の記録ヘッドにお
けるインクの吐出、混合、リフィルの各プロセスを説明
する図である。

【００２１】図３は印字が開始され始める状態を示して
いる。吐出ヒータ１１に電気信号が送られ、吐出ヒータ
１１表面で低濃度インク１３の核沸騰が起き始めてい
る。更に、通電が続いて、インクが膜沸騰して大きな気
泡を形成しているのが図４である。吐出ノズル１０の先
端部において、引っ込んでいたメニスカスが気泡成長に
応じて徐々に盛り上がってきている状態である。図３、
図４を通して数μｓｅｃの時間である。図５はインク滴
を吐出した状態である。吐出ヒータ１１上の気泡は消泡
し始めている。これに低濃度インク１３がリフィルされ
て通常のインク吐出のプロセスは完了する。

【００２２】本実施例１ではこの状態で、マイクロポン
プ２４の駆動用ヒータ２１に通電を行い、駆動用ヒータ
２１上で気泡成長させている。尚、実際には先の図４に
おいて駆動用ヒータ２１への通電は開始されており、駆
動用ヒータ２１上の高濃度インク２３に核沸騰が発生し
ている状態が図４に図示されている。そして図５におい
ては、成長した気泡がマイクロポンプ２４のピストン２
６を押し上げ始めている。更に図６でピストン２６を押
し切り、高濃度インク２３を吐出ノズル１０内、特に吐
出口近傍に流し込んでいる。このタイミングは丁度、前
回の吐出が終了して低濃度インクがリフィルしてくるま
での間に行う。高濃度インク２３の吐出ノズル１０への
流入量は、ＰＷＭ（分離パルス幅変調）制御もしくはマ
イクロポンプ２４内のアクチュエータ２７によるピスト
ン２６の動作制御でによりコントロールされる。

【００２３】ピストン２６は駆動用ヒータ２１の加熱に
よる発泡で押し上げられ、低濃度インク１３のリフィル
時のインクの流れ、高濃度インク２３の側の負力及びメ
ニスカス力で引き下げられる。また、高濃度インク２３
が多量に必要な場合には、低濃度インク１３がリフィル
されない内に複数回マイクロポンプを駆動して、適量の
高濃度インク２３を流し込む。マイクロポンプ２４の駆
動周波数は通常の吐出ヒータ１１の駆動周波数に比べて
高く、十数ｋＨｚで駆動することができる。即ち駆動用
ヒータ２１は、一回のインクの流量が非常に小さいため
に高い周波数でも充分に駆動可能である。本実施例では
低濃度インク１３側の吐出ヒータ１１の駆動による１回
の吐出量を８０ｎｇ程度、駆動用ヒータ２１による１回
の吐出量を１０ｎｇ程度に設定しているが、これはイン
クジェット記録装置の設定により様々な組み合わせで行
うことが可能である。

【００２４】最後に図７は高濃度インク２３と低濃度イ
ンク１３が吐出ノズル１０の先端で混ざり合い、次の吐
出が行える状態を示している。ノズル内に流入した高濃
度インク２３はリフィルしてきた低濃度インク１３と混
ざり合う。リフィルしてきた時の低濃度インク１３の表
面や振動波、メニスカス振動で、この混ざりあいは促進
されている。次の吐出が行われる場合に、ノズル先端の
次回吐出されるべきインクはほぼ均一な濃度のインクを
なっている。しかしながら、このように吐出されるイン
ク滴は記録媒体に着弾する際に記録媒体表面に衝突する
ため、その時の衝撃力で混ざり合わせられる。よって、
低濃度インク１３がリフィルされた状態で、低濃度イン
ク１３及び高濃度インク２３が充分に混ざり合っていな
くても、印字品位に影響を及ぼすことはほとんどない。
そして次の吐出が行われ始めている図３（Ａ）へ戻り、
上述の図３から図７のサイクルが繰り返されて記録が行
われていく。本実施例は非使用時にはインク流路の内径
が小さいので、高濃度インク側のメニスカス力が強く、
これによりピストン２６で高濃度インク２３と低濃度イ
ンク１３を確実に分離することができる。

【００２５】以上のプロセスで形成された濃度階調を有
する画像に於ける染料濃度と光学反射濃度との関係を図
８に示す。染料濃度５％までは染料濃度の上昇と共に光
学反射濃度も上昇していくが、それ以上では頭打ち状態
になっており、大きく変化させることはできない。この
ため、本実施例では、高濃度インクを染料濃度２０％、
低濃度インクを染料濃度１％として、最終的な吐出され
るインクの染料濃度を１〜１０％の範囲内で制御できる
ようにしている。また、本実施例においては、吐出ヒー
タ１１による吐出ノズル１０からの吐出量を８０ｎｇ、
マイクロポンプ２４の１回の駆動による高濃度インクの
吐出ノズル１０内への最大の流入量を１０ｎｇに設定し
ている。

【００２６】更に、この場合の高濃度インクの流入量に
対する染料濃度の変化を図９に示す。この図では高濃度
インクが２０％及び１０％の染料を使用している場合に
ついて示している。高濃度インクの流入量で線型的に染
料濃度を制御できる。これは高濃度インクの流入量を制
御することで、染料濃度を変え、得られる画像の光学反
射濃度を変化させ、濃度階調を行えることを示唆してい
る。また、本実施例で用いた高濃度インク２３は、ノズ
ル部分で染料等が固着を起こしてしまい、通常ではとて
も使用できないが、本実施例においては高濃度インクは
直接外気にふれることが殆ど無く、殆ど常時低濃度イン
クに面している為に高濃度インクの固着問題の発生を防
ぐことが可能となる。更に吐出口においては、より低濃
度の状態のインクが外気に面するようになる。これは、
高濃度インクを低濃度インクが包み込むようにリフィル
されるためである。このため、通常のインクジェット記
録装置に用いられる、例えば染料濃度３％程度のインク
に比較しても固着問題に関してはかなり改善される。

【００２７】更にインクについては染料系でも顔料系で
もよく、また両者の併用でも良い、更には濃度階調のみ
ならず面積階調と組み合わせて、より階調性を出しても
良い。本実施例は１％の染料濃度の低濃度インクを用い
ているが、これをより染料濃度が薄いインクを用いるこ
とで、濃度階調の制御範囲は広がる。更には染料の入っ
ていないクリアーインクを用いても同等の制御が可能で
ある。

【００２８】次にＰＷＭ制御による吐出制御方法を詳細
に説明する。

【００２９】図１０は本発明の一実施例にかかる分割パ
ルスを説明するための図である。同図において、ＶOPは
駆動電圧、Ｐ1 は複数の分割されたヒートパルスの最初
のパルス（以下、プレヒートパルスという）のパルス
幅、Ｐ2 はインターバルタイム、Ｐ3 は２番目のパルス
（以下、メインヒートパルスという）のパルス幅であ
る。Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 はＰ1 、Ｐ2 、Ｐ3 を決めるため
の時間を示している。駆動電圧ＶOPは、この電圧を印加
される電気熱変換体（吐出ヒータ１１）がヒータボード
と天板とによって構成されるインク流路内のインクに発
泡を生じさせるための熱エネルギーを発生させるのに必
要な電気エネルギーを提供するものである。その電圧値
は電気熱変換体の面積、抵抗値、膜構造や記録ヘッドの
流路構造によって決まる。

【００３０】分割パルス幅変調駆動方法とは、Ｐ1 、Ｐ
2 、Ｐ3 の幅で順次パルスを与えるものである。ここ
で、プレヒートパルスは、主に流路内のインク温度を制
御するためのパルスであり、本実施例における吐出量制
御の重要な役割を荷っている。このプレヒートパルス幅
は、その印加によって電気熱変換体が発生する熱エネル
ギーによりインク中に発泡現象が生じないような値に設
定されている。

【００３１】インターバルタイムは、プレヒートパルス
とメインヒートパルスが相互干渉しないように一定時間
の間隔を設けるため、及びインク流路内インクの温度分
布を均一化するために設けられる。メインヒートパルス
は流路内のインク中に発泡を生ぜしめ、吐出口よりイン
クを吐出させるためのものであり、その幅Ｐ3 は電気熱
変換体の面積、抵抗値、膜構造や記録ヘッドのインク流
路の構造によって決まる。

【００３２】例えば、図１１及び図１２に示すような構
造の記録ヘッドにおけるプレヒートパルスの作用につい
て説明する。図１１及び図１２は、本実施例における記
録ヘッドの一構成例を示す図であり、図１１はインク流
路に沿った概略縦断面図、図１２は記録ヘッドの概略正
面図である。電気熱変換体（吐出ヒータ１１）は上記分
割パルスの印加によって熱を発生する。この吐出ヒータ
１１は、これに分割パルスを印加するための電極配線等
とともにヒータボード上に配設される。ヒータボードは
シリコン（Ｓｉ）により形成され、記録ヘッドの基板を
なすアルミ板（Ａｌ）によって支持される。

【００３３】溝付天板３０には、インク流路１２等を構
成するための溝が形成されており、溝付天板３０とヒー
タボード（アルミ板）とが接合することによりインク流
路や、これにインクを供給するための共通液室が構成さ
れる。また、溝付天板３０には吐出孔３１が形成され、
それぞれの吐出孔３１にはインク流路１２が連通してい
る。

【００３４】図１１及び図１２に示される記録ヘッドに
おいて、駆動電圧 ＶOP＝１８．０（Ｖ）、メインヒー
トパルス幅Ｐ3 ＝４．１１４［μｓｅｃ］とし、プレヒ
ートパルス幅Ｐ1 を０〜３．０００［μｓｅｃ］の範囲
で変化させた場合、図１３に示すような吐出量Ｖｄ［ｎ
ｇ／ｄｏｔ］とプレヒートパルス幅Ｐ1 ［μｓｅｃ］と
の関係が得られる。

【００３５】図１３は吐出量のプレヒートパルス依存性
を示す図である。図１３において、Ｖ0 はＰ1 ＝０［μ
ｓｅｃ］のときの吐出量を示し、この値は図１１及び図
１２に示すヘッド構造によって定まる。因に、本実施例
１でのＶ0 は環境温度ＴR ＝２５℃の場合でＶ0 ＝１
８．０［ｎｇ／ｄｏｔ］であった。図１３の曲線ａに示
されるように、プレヒートパルスのパルス幅Ｐ1 の増加
に応じて、吐出量Ｖｄはパルス幅Ｐ1 が０からＰ1LMTま
で線形性を有して増加し、パスる幅Ｐ1 がＰ1LMTより大
きい範囲ではその変化が線形性を失い、パルス幅Ｐ1 の
1MAXで飽和し最大となる。

【００３６】このように、パルス幅Ｐ1 の変化に対する
吐出量Ｖｄの変化が線形性を示すパルス幅Ｐ1LMTまでの
範囲は、パルス幅Ｐ1 を変化させることによる吐出量の
制御を容易に行える範囲として有効である。因に、曲線
ａに示す本実施例ではＰ1LMT＝１．８７（μｓ）であり
この時の吐出量はＶLMT ＝２４．０［ｎｇ／ｄｏｔ］で
あった。また、吐出量Ｖｄが飽和状態となるときのパル
ス幅Ｐ1MAXは、Ｐ1MAX＝２．１［μｓ］であり、このと
きの吐出量ＶMAX ＝２５．５［ｎｇ／ｄｏｔ］であっ
た。

【００３７】パルス幅がＰ1MAXより大きい場合、吐出量
ＶｄはＶMAX より小さくなる。この現象は上記範囲のパ
ルス幅を有するプレヒートパルスが印加されると電気熱
変換体上に微小な発泡（膜沸騰の直前状態）を生じ、こ
の気泡が消泡する前に次のメインヒートパルスが印加さ
れ、上記微小気泡がメインヒートパルスにょる発泡を乱
すことによって吐出量が小さくなるために生ずる。この
領域をプレ発泡領域と呼びこの領域ではプレヒートパル
スを媒介にした吐出量制御は困難なものとなってしま
う。

【００３８】図１３に示すＰ1 ＝０〜Ｐ1LMT［μｓ］の
範囲の吐出量とパルス幅との関係を示す直線の傾きをプ
レヒートパルス依存係数と定義すると、プレヒートパル
ス依存係数ＫPは、 ＫP ＝ ΔＶDP ／ ΔＰ1 ［ｎｇ／μｓｅｃ・ｄ
ｏｔ］ となる。この係数KPは温度によらずヘッド構造・駆動条
件・インク物性等によって定まる。すなわち、図８中曲
線ｂ、ｃは他の記録ヘッドの場合を示しており、記録ヘ
ッドが異なると、その吐出特性が変化することが分か
る。このように、記録ヘッドが異なるとプレヒートパル
スＰ1 の上限値Ｐ1LMTが異なるため、後述するように記
録ヘッド毎の上限値Ｐ1LMTを定めて吐出量制御を行う。
因に本実施例の曲線ａで示される記録ヘッドおよびイン
クにおいては、ＫP ＝３．２０９［ｎｇ／μｓｅｃ・ｄ
ｏｔ］であった。

【００３９】又、インクジェット記録ヘッドの吐出量を
決定する別の要因として、記録ヘッドの温度（インク温
度）がある。図１４は吐出量の温度依存を示す線図であ
る。同図の曲線ａに示すように、記録ヘッドの環境温度
ＴR （＝ヘッド温度ＴH ）の増加に対して吐出量Ｖｄは
直線的に増加する。この直線の傾きを温度依存係数と定
義すると、温度依存係数ＫT は、 ＫT ＝ ΔＶdt ／ ΔＴH ［ｎｇ／℃・ｄｏｔ］ となる。この係数ＫT は駆動条件にはよらず、ヘッドの
構造・インク物性等によって定まる。図１４においても
他の記録ヘッドの場合を曲線ｂ、ｃにて示す。因に本実
施例の記録ヘッドにおいては、ＫT ＝０．３［ｎｇ／℃
・ｄｏｔ］であった。

【００４０】以上説明したような、図１３および図１４
に示す関係を用いることによって、本発明にかかる吐出
量制御を行うことができる。尚、上述のＰＷＭによるイ
ンクの吐出量制御は吐出ノズル１０を対象として記載し
ているが、高濃度インクを吐出ノズルに流入させるマイ
クロポンプ２４においても同様の特性が得られるので、
高濃度インクの流入量の制御に上述の如きＰＷＭを適用
可能であることは明かである。

【００４１】次に本発明が実施もしくは適用される好適
なインクジェット記録装置本体ＩＪＲＡの説明を行う。

【００４２】図１５は、本発明に適用されるインクジェ
ット記録装置ＩＪＲＡの外観図の一例である。図におい
て、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝
達ギア５０１１、５００９を介して回転するリードスク
リュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャ
リッジＨＣはピン（不図示）を有し、矢印ａ、ｂ方向に
往復移動される。このキャリッジＨＣには、インクジェ
ットカートリッジＩＪＣが搭載されている。５００２は
紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって紙をプ
ラテン５０００に対して押圧する。５００７、５００８
はフオトカプラで、キャリッジのレバー５００６のこの
域での存在を確認して、モータ５０１３の回転方向切換
等を行うためのホームポジション検知手段である。５０
１６は記録ヘッドの前面をキャップするキャップ部材５
０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を
吸引する吸引手段でキャップ内開口５０２３を介して記
録ヘッドの吸引回復を行う。

【００４３】５０１７はクリーニングブレードで、５０
１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材で
あり、本体支持板５０１８にこれらは支持されている。
ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレー
ドが本例に適用できることはいうまでもない。５０２４
は温度又は湿度センサーであり、インクジェット記録装
置のおかれている温湿度を検出することができる。ま
た、インク記録ヘッドの温度を予測することも可能とな
る。これはインクジェットカートリッジＩＪＣに取り付
けられていても良く、直接インクジェットユニットＩＪ
Ｕに取り付けて検知しても良い。

【００４４】又、５０２１は、吸引回復の吸引を開始す
るためのレバーで、キャリッジと嵌合するカム５０２０
の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラ
ッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。

【００４５】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジがホームポジション側領域にきた
ときにリードスクリュウー５００５の作用によってそれ
らの対応位置で所望の処理が行えるように構成されてい
るが、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれ
ば、本例にはいずれも適用できる。

【００４６】また、本実施例では吸引回復が行われる場
合、インクタンク内の負圧に対して、吸引圧力はかなり
高く設定されているので、１回の吸引回復で低濃度イン
ク、高濃度インクともに同時に吸引回復できる。また、
高濃度インクの予備吐出は低濃度インクの予備吐出に連
動して制御することで行うことができる。印字終了後は
なるべく固着し難くするため、高濃度インクの流入は行
わないようにしていて、ノズル先端は低濃度インクで充
填されている状態で、放置、キャッピングが行われる。

【００４７】本例でのインクジェットカートリッジＩＪ
Ｃは、インクの収納割合が大きくなっているもので、複
数の種類のインクを収納するのに充分な容積をもってい
る。インクタンクの前方面よりもわずかにインクジェッ
トユニットの先端部が突出した形状である。このインク
ジェットカートリッジＩＪＣは、インクジェット記録装
置本体ＩＪＲＡに載置されているキャリッジＨＣの位置
決め手段、および電気的接点とによって固定支持される
とともに、該キャリッジＨＣに対して着脱可能なタイプ
である。

【００４８】次に図１６に記録装置内部での記録データ
の流れを説明する構成図を示す。ホストコンピュータ５
０から送られた記録データはインターフェイス５１を介
して記録装置内部の受信バッファ５２に蓄えられる。受
信バッファ５２は数ｋ〜数十ｋバイトの容量をもってい
る。受信バッファ５２に蓄えられた記録データに対して
コマンド解析部５３はコマンド解析を行いテキストデー
タを得る。得られたテキストデータはテキストバッファ
５４へ送られる。テキストバッファ５４中では一行分の
記録データが中間形式にて保持され、各文字の印字位
置、修飾の種類、大きさ、文字（コード）、フォントの
アドレスなどが付加される処理が行われる。テキストバ
ッファ５４の容量は各機種毎により異なり、シリアルプ
リンタであれば数行分の容量、ページプリンタであれば
１ページ分の容量をもっている。更に、展開部５５は、
テキストバッファ５４に蓄えられた記録データを展開し
て多値もしくは２値化されたイメージデータを得る。得
られたイメージデータはプリントバッファ５６に蓄えら
れた後、記録ヘッド５７に記録データとして送信され、
記録が行われる。

【００４９】本実施例１ではプリントバッファ５６に蓄
えられている多値化データからマイクロポンプ２４に信
号を送り、濃度階調を制御している。記録装置の種類に
よってはテキストバッファ５４を有することなく、受信
バッファ５２に蓄積した記録データをコマンド解析と同
時に展開して、プリントバッファ５６に書き込むものも
ある。

【００５０】図１７は実施例１の濃度階調制御の手順を
表すフローチャートである。上述の如く、ホストコンピ
ュータ５０より送信されていた記録データは多値化され
たイメージデータ（多値データ）に展開されてプリント
バッファ５６に格納される。プリントバッファ５６に多
値データが格納されるとステップＳ１よりステップＳ２
へ進む。ステップＳ２では、プリントバッファ５６に蓄
えられている多値データから各画素毎に濃度階調度を設
定する。ステップＳ３では、その濃度階調度から図１８
の高濃度インク量設定テーブルにしたがって、高濃度イ
ンク量を設定する。図１８は図４、図５に示した染料濃
度と光学反射濃度の関係、高濃度インクと染料濃度の関
係から決定した制御用テーブルであり、９段階の濃度階
調に対応できるようになっている。

【００５１】ステップＳ４で、ＰＷＭ制御値およびマイ
クロポンプ２４の駆動回数を設定する。本実施例１で
は、１回のマイクロポンプ２４の駆動により高濃度イン
クは１０ｎｇ程度流入できるようにストッパー２４が設
けられている。従って各濃度階調度の制御を以下の如く
行う。

【００５２】濃度階調度が７，８では、ＰＷＭ制御を行
いながら、それぞれマイクロポンプ２４を２回、４回駆
動するように動作条件を設定する。また、濃度階調度が
５，６ではＰＷＭ制御により高濃度インク量の調整を行
うべく動作条件を設定する。ＰＷＭ制御では、図１３に
示す如くプレヒートパルスのパルス幅により高濃度イン
クの流入量が制御される。

【００５３】また、濃度階調度が１，２，３，４ではア
クチュエータ２７の制御によりインク流入量を制御する
べく動作条件を設定する（ステップＳ５）。以上の如く
ステップＳ４及びステップＳ５により設定された動作条
件によりステップＳ６でマイクロポンプ２４を駆動す
る。そして、ステップＳ７で記録が行われる。

【００５４】尚、上述のステップＳ６におけるマイクロ
ポンプ２４の駆動による高濃度インクの流入は、記録の
ためのインクの吐出後、低濃度インクが吐出ノズルの先
端にリフィルしてくる途中に行われている。よって、濃
度が高くなったインクが大気にさらされる時間は極僅か
である。また、最初の印字が行われる場合はその直前の
予備吐出後に高濃度インクを流入させている。

【００５５】以上説明してきたように、インク流路にマ
イクロポンプを搭載したインクジェット記録装置を用い
ることにより、インク流路に濃度の異なるインクを流入
させることが可能となり、一つの記録ヘッドで濃度階調
をもった多値記録ができるインクジェット記録装置を提
供することが可能となる。

【００５６】＜実施例２＞実施例２は実施例１に比較し
て、高濃度インクの流入方向の制御性を向上させたマイ
クロポンプを用いた一例である。図１９は実施例２にお
けるインクジェット記録ヘッドの吐出ノズルを示す構成
図である。同図において図１と同様の構成については同
じ参照番号を付し、ここではその説明を省略する。図１
９（Ａ）において、２４１はインク方向制御型マイクロ
ポンプであり、実施例１と同様に駆動用ヒータ２１によ
り動作する。

【００５７】図１９（Ｂ）には、駆動用ヒータ２１によ
りインク方向制御型マイクロポンプ２４１のピストンが
押し上げられて、高濃度インク２３が流入している状態
が示されている。ピストンの先端は斜めに成形されてお
り、この形状に従って高濃度インク２３は吐出ノズル１
０内に流入している。高濃度インク２３の流入量は実施
例１と同様にＰＷＭ制御およびアクチュエータ制御によ
りコントロールされる。本実施例２では低濃度インク１
３がリフィルしてくる方向と高濃度インク２３が流入す
る方向とがともに吐出ノズル１０の先端に向かってい
る。また、低濃度インク１３のリフィル力がマイクロポ
ンプ２４１のピストンを押し下げることに寄与している
ので、低濃度インクが高濃度インク側に流れ込むことを
より確実に阻止する。更に、実施例１と同様にピストン
を高濃度インク２３のインクタンクの負圧力で引っ張っ
ているので、ピストンは確実に低濃度インク側と分離し
ている。

【００５８】以上説明したインク方向制御型マイクロポ
ンプ２４１を用いることにより、高濃度インク２３はよ
り確実に吐出ノズル１０の先端部に流入する。このた
め、低濃度インク１３との吐出ノズル１０の先端部にお
ける混合がより確実に行われ、かつ信頼性の高い制御が
行える。

【００５９】＜実施例３＞実施例３はマイクロポンプの
先端を弁型の形状にしたことを特徴としている。図２０
は実施例３におけるインクジェット記録ヘッドの吐出ノ
ズルを示す構成図である。同図において図１と同様の構
成には同一の参照番号を付しここでは説明を省略する。
図２０（Ａ）において、２４２は弁型マイクロポンプで
あり、実施例１と同様に駆動用ヒータ２１により動作す
る。

【００６０】図２０（Ｂ）は弁型マイクロポンプ２４２
の弁が開いて、高濃度インク２３が吐出ノズル１０内に
流入している状態を示している。高濃度インク２３の流
量制御は実施例１及び２と同様である。本実施例３はマ
イクロポンプの先端が弁型形状を有している。これは実
施例１及び実施例２のようにピストンが上下運動する形
態に比べて、弁が開閉するだけなので、摺動抵抗も少な
く、マイクロポンプのエネルギー損失も少なくて済む。
また、図２０（Ｂ）からも明らかなように高濃度インク
２３の流入方向の特性にも優れている。低濃度インク１
３と高濃度インク２３の分離に関しても、第２実施例と
同様に高濃度インク側のインクタンクの負圧力が弁を引
っ張るため、確実な分離が行われる。本実施例３は摺動
抵抗の少ない弁形状のインク流入部があることで、高周
波駆動への対応に特に優れる。即ち、より高周波駆動の
インクジェット記録装置に用いる場合や高濃度インクの
流入量を大きくして使用する場合（例えば図１８の高濃
度インク量設定テーブルにおける濃度階調度＝８の場合
等）等により効果的なマイクロポンプである。

【００６１】以上説明したように上述の各実施例によれ
ば、濃度の異なるインク滴をマイクロポンプにより吐出
ノズル内に送り込み、吐出ノズル内のインク滴の濃度を
可変とすることが可能となる。このため、１つの記録ヘ
ッドで濃度階調をもった多値の画像記録ができるインク
ジェット記録装置を提供することが可能となり、小型で
従来よりも多階調の高品位画像を得ることができる。

【００６２】尚、上記実施例ではインクジェット記録方
式のうち、熱エネルギーにより飛翔的液滴を形成するも
のについて説明しているが、他のインクジェット記録方
式のものに適用してもよいことはいうまでもない。

【００６３】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても１つの機器からなる装置に適用し
ても良い。また、本発明はシステム或いは装置に本発明
により規定される処理を実行させるプログラムを供給す
ることによって達成される場合にも適用できることはい
うまでもない。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録ヘッド及び階調記録制御方法によれば、イン
クジェット記録ヘッドの有する各ノズルが複数の濃度階
調度でもってドットを描画することが可能となり、多値
記録のできるインクジェット記録装置を提供することが
可能となる。

【００６５】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１におけるインクジェット記録ヘッドの
吐出ノズルを示す図である。

【図２】実施例１のマイクロポンプ２４の詳細を表す図
である。

【図３】実施例１の記録ヘッドにおけるインクの吐出、
混合、リフィルの各プロセスを説明する図である。

【図４】実施例１の記録ヘッドにおけるインクの吐出、
混合、リフィルの各プロセスを説明する図である。

【図５】実施例１の記録ヘッドにおけるインクの吐出、
混合、リフィルの各プロセスを説明する図である。

【図６】実施例１の記録ヘッドにおけるインクの吐出、
混合、リフィルの各プロセスを説明する図である。

【図７】実施例１の記録ヘッドにおけるインクの吐出、
混合、リフィルの各プロセスを説明する図である。

【図８】濃度階調を有する画像に於ける染料濃度と光学
反射濃度との関係を示す図である。

【図９】高濃度インクの流入量に対する染料濃度の変化
を示す図である。

【図１０】本実施例における分割パルスを説明するため
の図である。

【図１１】本実施例における記録ヘッドの一構成例を示
すインク流路に沿った概略断面図である。

【図１２】本実施例における記録ヘッドの概略正面図で
ある。

【図１３】本実施例における吐出量のプレヒートパルス
依存性を示す図である。

【図１４】本実施例における吐出量の温度依存性を示す
図である。

【図１５】本発明に適用されるインクジェット記録装置
ＩＪＲＡの外観図の一例を表す図である。

【図１６】記録装置内部での記録データの流れを説明す
る構成図である。

【図１７】実施例１の濃度階調制御の手順を表すフロー
チャートである

【図１８】高濃度インク量設定テーブルを表す図であ
る。

【図１９】実施例２におけるインクジェット記録ヘッド
の吐出ノズルを示す図である

【図２０】実施例３におけるインクジェット記録ヘッド
の吐出ノズルを示す図である。

【符号の説明】

１０ 吐出ノズル １１ 吐出ヒータ １２，２２ インク流路 １３ 低濃度インク １４ メニスカス ２０ Ｓｉ基板 ２１ 駆動用ヒータ ２３ 高濃度インク ２４ マイクロポンプ ２５ ストッパー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳 治幸 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 佐藤 理 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】 ドットを記録するためにインクの液滴を
   吐出するためのノズルを有するインクジェット記録ヘッ
   ドであって、 前記ノズルに第１の濃度を有する第１のインクを供給す
   る第１供給手段と、 前記ノズルに第２の濃度を有する第２のインクを供給す
   る第２供給手段と、 前記ノズルにて記録するドットの濃度に基づいて前記第
   ２供給手段による第２のインクの供給量を制御する制御
   手段とを備えることを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 ドットを記録するためにインクの液滴を
   吐出するためのノズルを有するインクジェット記録ヘッ
   ドであって、 前記ノズルに連通し、第１の濃度を有する第１のインク
   を該ノズルに供給する第１供給手段と、 前記ノズルに連通し、第２の濃度を有する第２のインク
   を該ノズルに供給する第２供給手段と、 前記第２供給手段と前記ノズルとを仕切るとともに前記
   第２のインクの前記ノズルへの流入量を制御する仕切手
   段と、 前記ノズルにより記録するドットの濃度に基づいて前記
   仕切手段による前記流入量を制御する制御手段とを備え
   ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記仕切手段は、前記第２供給手段より
   前記ノズルへの流入部分に設けられたマイクロポンプに
   より、前記第２供給手段と前記ノズルとを仕切るととも
   に前記第２のインクの前記ノズルへの流入量を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録
   ヘッド。
4. 【請求項４】 前記マイクロポンプは専用の発熱素子に
   より駆動されることを特徴とする請求項３に記載のイン
   クジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記マイクロポンプは、前記第２のイン
   クの前記ノズルへの流入方向を制御する方向制御手段を
   有することを特徴とする請求項３に記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記マイクロポンプは、前記第１のイン
   クが前記ノズルより前記第２供給手段に流入することを
   防止する防止手段を有することを特徴とする請求項３記
   載のインクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記インクジェット記録ヘッドは、熱エ
   ネルギーを利用してインクを吐出する記録ヘッドであっ
   て、インクに与える熱エネルギーを発生するための熱エ
   ネルギー変換体を備えていることを特徴とする請求項１
   乃至６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記インクジェット記録ヘッドは、前記
   熱エネルギー変換体によって印加される熱エネルギーに
   よりインクに状態変化を生起させ、該状態変化に基づい
   て吐出口よりインクを吐出させるものである請求項７記
   載のインクジェット記録ヘッド。
9. 【請求項９】 ノズルよりインクの液滴を吐出すること
   により多値の階調を有するドットを記録するための階調
   記録制御方法であって、 前記ノズルに第１の濃度を有する第１のインクを供給す
   る第１供給工程と、 前記ノズルに第２の濃度を有する第２のインクを供給す
   る第２供給工程と、 前記ノズルにて記録するドットの濃度に基づいて前記第
   ２供給工程による第２のインクの供給量を制御する制御
   工程とを備えることを特徴とする階調記録制御方法。
10. 【請求項１０】 ノズルよりインクの液滴を吐出するこ
    とにより多値の階調を有するドットを記録するための階
    調記録制御方法であって、 前記ノズルに連通し、第１の濃度を有する第１のインク
    を該ノズルに供給する第１供給工程と、 前記ノズルに連通し、第２の濃度を有する第２のインク
    を該ノズルに供給する第２供給工程と、 前記第２供給工程と前記ノズルとを仕切るとともに前記
    第２のインクの前記ノズルへの流入量を制御するための
    仕切部を前記ノズルにより記録するドットの濃度に基づ
    いて制御することにより前記流入量を制御する制御工程
    とを備えることを特徴とする階調記録制御方法。