JP2002337341A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つの画素を形成するために吐出されるイン
ク滴の数を画像濃度情報に応じて変えることによりがそ
の大きさを変えて階調記録を行ない、しかも、高画質、
高階調の記録を行なうようにする。 【解決手段】 インクを貯留する液室とこの液室に液路
を介して連通されたインク吐出口と前記液路内に設けら
れたヒーターとを有し、前記ヒーターにパルス信号を入
力して前記液路内のインクに気泡を発生させると共にこ
の気泡の膨張に伴う作用力によって前記インク吐出口か
らインク滴２４を吐出させるインクジェット記録ヘッド
２３において、前記ヒーターに入力される一つのパルス
信号のエネルギーを“Ｅ＝０．６×１０^−６〜１４．８
×１０^−６（Ｊ）”とすると共に前記インク吐出口の開
口面積を“Ｓ＝２×１０^−６〜５×１０^−６（ｃ
ｍ^２）”とし、“Ｅ／Ｓ”の値を０．３〜３とした。

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ヘ
ッドに関し、より詳細には、それぞれ分離独立して飛翔
する１個から複数個のインク滴を被記録体上における同
一箇所へ付着させ、同一箇所に付着するインク滴の数を
変えることにより画素径が異なる画素を形成するように
したインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録方法は、記録時にお
ける騒音の発生が無視できる程度に極めて小さいという
点で、オフィス用等として注目されている。その中で、
高速記録が可能であり、しかも、普通紙に特別の定着処
理を必要とせずに記録を行なうことができる、所謂、イ
ンクジェット記録方法は極めて有力な記録方法であり、
これまでにも様々な方式が提案され、又は、既に製品
化、実用化されている。

【０００３】このようなインクジェット記録方法は、所
謂インクと称される記録液体の小液滴（インク滴）を飛
翔させ、このインク滴を被記録体に付着させることによ
って記録を行なうものであり、例えば、本出願人が特公
昭５６−９４２９号公報において開示している。ここ
で、この特公昭５６−９４２９号公報に開示した発明を
要約すれば、液室内のインクを加熱して気泡を発生させ
ることによりインクに圧力上昇を生じさせ、このインク
を微細なノズル先端のインク吐出口から吐出させて記録
を行なうものである。

【０００４】その後この原理を利用して多くの発明がな
され、その一つとして、例えば、特開昭５９−２０７２
６５号公報に開示された発明が知られている。これは、
階調記録を行なうための方法を示しており、一つのヒー
ターに一群のパルス信号を加えて一個のインク滴を放出
するようにしたものである。つまり、この発明では、加
えられたパルス信号の数に応じて吐出するインク滴の数
が変化するが、これらのインク滴は互いに結合した状態
で飛翔し、被記録体上の同一箇所に付着するものであ
る。

【０００５】また、特開昭６３−５３０５２号公報に開
示された発明が知られている。この発明は、被記録体
（用紙）の湿潤時間内に被記録体上で融合する一連のイ
ンク滴を吐出することによって階調記録を行なう方法で
ある。それによると、インク滴は高速度で他のインク滴
に結合しない状態で飛翔する。そして、インク滴は被記
録体に到着したときに被記録体の湿潤時間内でお互いが
融合する。被記録体上におけるドット（画素）寸法は、
被記録体の湿潤時間内にその被記録体上で融合するイン
ク滴の数をふやすことによって大きくなる。

【０００６】さらに、特公昭５９−４３３１２号公報に
開示された発明が知られている。この発明は、気泡を発
生させるために入力されたパルス信号に対する出力の応
答性及び安定性を充分に高めるため、最高のインク滴形
成頻度におけるパルス信号の入力周期をパルス信号のピ
ークエネルギーの半値幅の少なくとも３倍として入力し
たものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開昭５９−２０７２
６５号公報に開示された発明においては、複数個のイン
ク滴が飛翔中に結合されたままになっているためには、
それらは低速度で飛翔しなければならない。そして、低
速度で飛翔するインク滴は軌跡が悪く、プリントの信頼
性が悪くなる。また、このインク滴はインクジェット記
録ヘッドの欠陥や移動速度の変化を受けやすく、インク
ジェット記録ヘッドの移動速度が速ければ低速度で飛翔
する一群のインク滴は被記録体上に付着した際に円形の
画素を形成せず、得られる画像が不鮮明になる。

【０００８】特開昭６３−５３０５２号公報に開示され
た発明においては、インク滴を吐出させる際に発生する
気泡の完全崩壊と次のインク滴の吐出のための抵抗素子
の加熱の間の時間が０．１μｓから１．０ｍｓの範囲内
にあるという記載がなされているのみで、具体的にはど
のような条件でインク滴を吐出させたら良いか、或い
は、どのような構造のインクジェット記録ヘッドを用い
たら良いかが記載されておらず、実現が不可能であっ
た。

【０００９】特公昭５９−４３３１２号公報に開示され
た発明においては、単にパルス信号のオン・オフによる
インク滴吐出の安定化について記載されているのみで、
階調記録法（グレースケールプリント）については一切
記載がなく、単に２値記録の安定化条件を示しただけの
ものである。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みなされたもの
で、従来にない小エネルギーで非常に微小なインク滴形
成を行ない、そのインク滴の数を変えることにより画素
径を変えて階調記録を行なうインクジェット記録ヘッド
を提案することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
インクを貯留する液室とこの液室に液路を介して連通さ
れたインク吐出口と前記液路内に設けられたヒーターと
を有し、前記ヒーターにパルス信号を入力して前記液路
内のインクに気泡を発生させると共にこの気泡の膨張に
伴う作用力によって前記インク吐出口からインク滴を吐
出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ヒー
ターに入力される一つのパルス信号のエネルギーを“Ｅ
＝０．６×１０^−６〜１４．８×１０^−６（Ｊ）”とす
ると共に前記インク吐出口の開口面積を“Ｓ＝２×１０
^−６〜５×１０^−６（ｃｍ^２）”とし、“Ｅ／Ｓ”の値
を０．３〜３とした。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明では、インク吐出口の開口
面積を従来例にない微小な面積にすると共にヒーターに
入力するパルス信号のエネルギーを微小にし、その比率
“Ｅ／Ｓ”の値を０．３〜３とすることにより、微小な
インク滴の吐出が安定して行なわれる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。まず、図１７は本発明に係る第一のインクジェット
記録ヘッドの発熱体基板の一実施例を説明するための側
面図で、基板１上には第一電極２、絶縁層３、ヒーター
４、第二電極５、保護層６が順次積層状態で形成されて
いる。なお、第一電極２における一端（Ａ部）はリード
線を取出す部分であり、他端（Ｂ部）はヒーター４の一
端が接続される部分である。

【００１４】図１８（ａ）〜（ｄ）は、図１７に示した
構成を得るための手順を示した図で、はじめに、同図
（ａ）に示したように第一電極２を基板１上に形成す
る。同図（ｂ）はこの第一電極２を覆う絶縁層３を形成
したもので、第一電極２の両端（Ａ部，Ｂ部）は絶縁層
３による被覆を行なわない。同図（ｃ）は絶縁層３上の
一部にヒーター４を形成し、同図（ｄ）は絶縁層３上の
一部に第二電極５を形成したもので、ヒーター４の一端
が第一電極２のＢ部に接続され、第二電極５の一端がヒ
ーター４の他端に接続されている。

【００１５】ここで、本発明に使用される材料は、例え
ば、電極２，５の材料としてはＡｌ，Ａｕ等があげら
れ、蒸着、スパッタリング、メッキ等の技術を用いて付
与され、よく知られているように、フォトリソグラフィ
ー技術によってパターンが形成される。絶縁層３の材料
としては、ＳｉＯ_２、Ｓi_３Ｎ_４等がやはり同様な手法
で付与、パターン形成される。ヒーター４も形成手段は
同様で、材料としては、窒化タンタル、ニクロム、ホウ
化ハフニウム等があげられる。

【００１６】尚、本発明では、説明を簡略化するため
に、必要最小限の構成のみについて説明したが、例え
ば、電極２，５の形成方法として、Ａｕ或いはＡｌを薄
く蒸着した後、Ａｕメッキによって厚く形成してなる二
層構造とすることも考えられるし、絶縁層３も多層構造
であってもよい。また、基板１には、ヒーター４の熱を
逃がさないような蓄熱層を設けることも必要であろう。

【００１７】図１９は、図１８に示した第一電極２が複
数の第二電極５及びヒーター４に対して、共通電極とな
るように構成した実施例を示した図である。

【００１８】このような方法で本出願人は、ヒーター４
の配列密度が４８本／ｍｍ（１２００ｄｐｉ相当）の発
熱体基板を製作した（尚、１枚の基板１上のヒーター４
は２５６個）。

【００１９】つぎに、この発熱体基板をインクジェット
記録ヘッドとして完成させるためにはインクの液路やイ
ンク吐出口を形成する必要がある。例えば、上述した発
熱体基板に、図２０に示したような溝７及び凹部８を形
成した蓋基板９を接合することによってインクジェット
記録ヘッドは完成するが、本発明では、後述するインク
吐出口及び液路の配列密度を、２４本／ｍｍ、３２本／
ｍｍ、４８本／ｍｍという具合に非常に高密度にしてい
るので、高精度な液路パターン精度を得るためにフォト
リソグラフィー技術によって記録ヘッド形成を行なっ
た。

【００２０】つぎに、フォトリソグラフィー技術によっ
て形成するインクジェット記録ヘッドの例を図２１乃至
図２８に基づいて説明する。図２１は発熱体基板を示し
たもので、基板１０上にはヒーター１１とこのヒーター
１１を覆う薄膜１２とが形成されている。なお、この工
程においては、Ｓｉ、ガラス、セラミックス等の材料よ
りなる基板１０上にヒーター１１を所要の個数配置し、
更に、必要に応じて耐インク性、電気絶縁性を付与する
目的で、ＳｉＯ_２、Ｔa_２Ｏ_５、ガラス等の薄膜１２を
被覆する。なお、ヒーター１１には、図示されていない
がパルス信号入力用の電極が接続されている。

【００２１】図２２に示した工程では、図２１の工程を
経て得られた薄膜１２の表面を清浄化すると共に乾燥さ
せた後、スピンコーティングによって液状フォトレジス
トを塗布し、プリベーキング（例えば、８０℃で３０
分）を行なう。液状フォトレジストは、他にロールコー
ティング、ディップコーティング等によっても良好に塗
布することができる。尚、液路パターンを形成するため
にドライフィルムフォトレジストを使用することが従来
より提案されているが、ドライフィルムフォトレジスト
は、本来の使用目的（プリント基板のパターン形成用）
からして、高密度パターンを形成するには難がある。現
状では、１６本／ｍｍ程度のものまでは形成できるが、
それ以上の高密度配列は困難であり、本発明のように、
高密度なパターンを形成する場合には適さない。本発明
では、液状フォトレジストとして東京応化工業製ＢＭＲ
Ｓ−１０００を使用し、スピンコーティング時の回転数
を５００〜２５００ｒｐｍの範囲で変化させることによ
り、形成されるフォトレジスト層１３の厚さを７〜３０
μｍまで変えることができた。

【００２２】ついで、フォトレジスト層１３上に所定の
パターンを有するフォトマスク１４を重ねた後、このフ
ォトマスク１４の上方から露光を行なう。このとき、ヒ
ーター１１とフォトマスク１４のパターンとの位置合わ
せは周知の方法で行なう。

【００２３】図２３は、上記露光済みフォトレジスト層
１３の未露光部分をトリクロルエタン等の所定の有機溶
剤からなる現像液にて溶解除去した工程を示したもので
ある。そして、現像液により未露光部分を溶解除去した
後、基板１０上に残されたフォトレジスト層１３の露光
部分の耐インク性を向上させるため、熱硬化処理（例え
ば、１５０〜２５０℃で３０分〜６時間加熱）、又は、
紫外線照射（例えば、５０〜２００ｍＷ／ｃｍ² 又はそ
れ以上の紫外線強度）を行ない、充分に重合硬化反応を
進める。なお、上記の熱硬化処理と紫外線照射との双方
を行なうことも効果的である。

【００２４】図２４はフォトレジスト層１３中に形成し
た溝１５や凹部（図示せず）を覆う蓋基板を示したもの
で、電磁波を透過する材料、例えば、透紫外光材料より
なる平板状部材１６の片面に感光性樹脂膜であるドライ
フィルムフォトレジスト１７がラミネートされている。
ドライフィルムフォトレジスト１７のラミネート方法
は、市販のラミネータを使用して平板状部材１６とドラ
イフィルムフォトレジスト１７との間に空気が入らない
ようにして行なう。本発明では、ドライフィルムフォト
レジスト１７として、東京応化工業製ＳＹ−３２５を使
用した。

【００２５】図２５は、図２４に示した蓋基板のドライ
フィルムフォトレジスト１７と図２３に示した発熱体基
板上のフォトレジスト層１３とを押圧貼付した工程を示
したものである。なお、この押圧貼付に際しては、非酸
素雰囲気下での紫外線照射（例えば、５０〜２００ｍＷ
／ｃｍ^２又はそれ以上の紫外線強度）を平板状部材１６
の上方から行ない、ドライフィルムフォトレジスト１７
を充分に硬化させる。更に、熱硬化処理（例えば、１３
０〜２５０℃で３０分〜６時間加熱）するのも有効であ
る。

【００２６】ここで、図２６は図２５に示した工程終了
後の状態を斜視図で示したもので、溝１５を蓋基板で覆
うことによりインクが流れる液路１８が形成され、ま
た、凹部を蓋基板で覆うことによりインクを貯留する液
室１９が形成されている。なお、蓋基板には、前記液室
１９内へインクを供給するインク供給管２０（図２８に
図示）が接続されるインク導入孔２１が形成されてい
る。そして、前記液路１８の先端側の部分をＡ−Ａ線に
そって切断すると共にその切断面を平滑化してインク吐
出口２２（図２８に図示）を形成し、さらに、インク導
入孔２１にインク供給管２０を取付けることによりイン
クジェット記録ヘッド２３が完成する。なお、Ａ−Ａ線
にそった切断は、ヒーター１１とインク吐出口２２との
間隔を最適化するために行なうもので、切断する領域は
適宜決定される。また、この切断に際しては、半導体工
業で通常使用されているダイシング法が採用される。

【００２７】ここで、図２７は、図２６におけるＢ−Ｂ
線にそった断面図を示したものであり、一方、図２８は
Ａ−Ａ線にそった切断とインク供給管２０の取付けとを
終了して完成したインクジェット記録ヘッド２３を示し
た断面図である。

【００２８】本発明者は、以上のような方法によってフ
ォトレジスト層１３の厚さを変えることにより、インク
吐出口２２や液路１８を、２４本／ｍｍから、最高４８
本／ｍｍの配列密度で形成し、インクジェット記録ヘッ
ドを完成した。

【００２９】なお、この時のインク吐出口２２のサイズ
は、その配列密度が２４本／ｍｍの場合には２２×２２
μｍ、その配列密度が３２本／ｍｍの場合には１７×１
７μｍ、その配列密度が４８本／ｍｍの場合には１４×
１４μｍである。

【００３０】このような構成において、図１は図２１乃
至図２８において説明したようにして形成したインクジ
ェット記録ヘッド２３を用いてインク滴２４を連続的に
吐出させ、それらのインク滴２４を被記録体（例えば、
用紙）２５上の同一箇所に付着させて一つの画素２６を
形成する様子を示したものである。ここで重要な点は、
本発明では、ヒーター１１へのパルス信号の入力に応じ
て各インク滴２４が分離独立して吐出及び飛翔し、被記
録体２５に付着する点である（特開昭５９−２０７２６
５号公報に開示された発明では各インク滴がつながった
状態で吐出、飛翔する）。また、各インク滴２４が細長
柱状となって飛翔する点である（特開昭６３−５３０５
２号公報に開示された発明では各インク滴が球状となっ
て飛翔する）。なお、細長柱状となったインク滴２４の
大きさは、直径寸法に対して長さ寸法が３〜１０倍とな
っている。

【００３１】ここで、インク滴２４がこのような細長柱
状となって飛翔するための条件は、インク滴２４の飛翔
速度が速く、外乱（例えば、周囲の空気の流れ）の影響
を受けにくいということである。そこで、インク滴２４
の形状と飛翔速度との関係、及び、複数個のインク滴２
４が一つの画素２６を形成する際における各インク滴２
４の被記録体２５上における狙った位置からのずれ量と
の関係を調べ、表１に示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、ここで使用したインクジェット記録
ヘッド２３は、 インク吐出口２２のサイズ １７×１７μｍ ヒーター１１のサイズ １４×８４μｍ ヒーター１１の抵抗値 ７５Ω である。なお、インク柱の形状及びインク滴の飛翔速度
の測定に際してはインクに代えて以下のような成分のビ
ークル（インクから染料成分を除去した透明液体）を使
用した。

【００３４】 グリセリン １８．０％ エチルアルコール ４．８％ 水 ７７．２％ 一方、画素位置精度の測定には以下のような成分のイン
クを使用した。

【００３５】 グリセリン １８．０％ エチルアルコール ４．８％ 水 ７５．０％ Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１５４ ２．２％ なお、インク滴２４を付着させる被記録体２５として
は、（株）リコー製のＰＰＣ用紙６２００を使用し、ヒ
ーター１１に入力するパルス信号の周波数を２０ｋＨｚ
とした。

【００３６】表１より、Ｉ_Ｌ／Ｉ_Ｄ、つまり、インク滴
２４の直径寸法（Ｉ_Ｄ）に対するインク滴２４の長さ寸
法（Ｉ_Ｌ）の比が２．８以下のものは、インク滴２４の
飛翔速度が遅く（５．０ｍ／ｓに達しない）、被記録体
２５上の狙った位置へインク滴２４を付着させることが
できず（１ドット以上ずれるものは画質が悪くなる）、
実用的でないことがわかる。つまり、飛翔するインク滴
２４は、細長柱状（Ｉ _Ｌ／Ｉ_Ｄが３以上）となるような
条件で吐出させなければならないことがわかる。そし
て、その時のインク滴２４の飛翔速度は、５〜１０ｍ／
ｓ或いはそれ以上であり、外乱に対して強く、飛翔の直
進性が良く、狙いとする位置に精度良く付着させること
ができる。

【００３７】つぎに、図２はインク滴２４の形状をより
詳細に示したものである。同図（ａ）に示したインク滴
２４が最も理想とする形状であるが、同図（ｂ）に示し
たようにサテライト２４ａと称するミスト状の極微小の
インク滴を伴って飛翔したり、同図（ｃ）や（ｄ）に示
したようにインク滴２４が二つ（場合によっては三つ）
に分離して飛翔する場合もある。これらの差異は、イン
ク吐出口２２の寸法、インクの物性（粘度，表面張
力）、パルス信号の形状等によるが、いずれの場合もヒ
ーター１１に入力されるパルス信号は一つである。従っ
て、ここでは、同図（ｃ）や（ｄ）に示したように本来
一つのインク滴２４であるべきものが分離して飛翔する
場合も、一つのパルス信号に対して一つのインク滴２４
が形成されたものとして取扱う。なお、このように分離
したりサテライト２４ａを伴って飛翔しても、上述のよ
うにその飛翔速度が５〜１０ｍ／ｓ或いはそれ以上であ
れば、これらのサテライト２４ａや分離したインク滴２
４は被記録体２５上の略同じ位置に付着するため、形成
される画素２６は真円に近く、画質が低下するという問
題を生じない。

【００３８】つぎに、図３はヒーター１１へ連続的に入
力するパルス信号の数を変えることにより一つの画素２
６を形成するインク滴２４の数を変え、インク滴２４の
数が変わることによって形成される画素２６の大きさが
変わる様子を示したものである。同図（ａ）では、１個
のパルス信号がヒーター１１へ入力されると共にインク
吐出口２２からは１個のインク滴２４が吐出され、１個
のインク滴２４が被記録体２５上に付着して画素２６が
形成されている。同図（ｂ）では、３個のパルス信号が
入力されると共に３個のインク滴２４が吐出され、３個
のインク滴２４によって１個の画素２６が形成されてい
る。同図（ｃ）では、５個のパルス信号が入力されると
共に５個のインク滴２４が吐出され、５個のインク滴２
４によって１個の画素２６が形成されている。同図
（ｄ）では、８個のパルス信号が入力されると共に８個
のインク滴２４が吐出され、８個のインク滴２４によっ
て１個の画素２６が形成されている。なお、インク滴２
４の数が増えるにつれて形成される画素２６が大きくな
る。

【００３９】ここで、本発明では、大きな画素２６を得
るためには、ヒーター１１に連続的に入力するパルス信
号の数を増やし、連続的に吐出されるインク滴２４の数
を増やすことにより実現できるが、パルス信号の数を増
やせば、必然的に１個の画素２６を形成するために要す
る時間が長くなる。従って、飛翔するインク滴２４は、
特開昭５９−２０７２６５号公報に開示されたように互
いにつながると、上述したようにインク滴の飛翔軌跡が
悪くなりプリントの信頼性が悪くなる等の支障が起こる
ため、各インク滴２４が互いにつながらない範囲ででき
るだけ高い頻度でインク滴２４を発生させることが、記
録スピードを上げるうえで重要なポイントになる。

【００４０】そこで、本発明者は、互いにつながらない
インク滴２４の形成頻度をどこまで上げることができる
かを調べるため、以下のようなインクジェット記録ヘッ
ドを製作し、その条件を調べた。

【００４１】 インク吐出口のサイズ １７×１７μｍ ヒーターのサイズ １４×８４μｍ ヒーターの抵抗値 ７５Ω インク吐出口の配列密度 ３２本／ｍｍ（約８００ｄｐ
ｉに相当） インク吐出口の数 ２５６個 このインクジェット記録ヘッド２３と、表面張力が４
９．３ｄｙｎ／ｃｍで粘度が１．３９ｃｐのビークルと
を用い、ヒーター１１の駆動電圧を６Ｖ、パルス信号の
パルス幅をＰｗ＝４μｓとし、パルス信号の周波数を２
０ｋＨｚとしてビークルを吐出させたところ、良好な吐
出が連続して行なわれた。この時の吐出スピードは、イ
ンク吐出口２２から０．５ｍｍ先の位置において、１
１．７ｍ／ｓであった。

【００４２】そして、この時の気泡の様子を透明な平板
状部材１６（図２４乃至図２８に図示）の上から観察し
てその時間的変化を調べたものが図４であり、入力した
パルス信号と気泡の様子とを時間軸をそろえて示した。
それによると、駆動電圧をオンしてパルス信号を入力す
ると、パルス信号の入力からやや遅れて（０．２μｓ
後）気泡の生成が開始され、その後気泡は次第に膨張
し、駆動電圧をオフ（４μｓ後）してからも気泡は膨張
を続け、気泡が最大値となる時の時間は４．９μｓ後で
あった。その後気泡は収縮を始め、駆動電圧をオンして
から１４．７μｓ後に完全に消滅した。

【００４３】つぎに、パルス信号の周波数を、１０ｋＨ
ｚ、３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚとして同様に気泡生成のプ
ロファイルを調べたが、気泡が最大になるまでの時間、
気泡消滅時の時間にはほとんど差異が見られず（気泡が
最大になるまでの時間は４．８〜５．１μｓ、気泡消滅
時の時間は１４．７〜１５μｓ）、気泡生成のプロファ
イルはパルス信号の周波数には依存しないことがわかっ
た。

【００４４】そこで、パルス信号の周波数をさらに上
げ、インク滴２４の吐出が安定して行なわれる限界を調
べたところ、周波数が５１ｋＨｚまで安定した吐出が行
なわれることがわかった。この時におけるインク滴２４
の飛翔速度は１２．５ｍ／ｓであった。さらに周波数を
上げて５５ｋＨｚにしたところ、２〜３秒間インク滴２
４の吐出を行なった後、吐出しなくなった。

【００４５】その理由を調べるため、周波数が５０〜５
５ｋＨｚの間で気泡生成のプロファイルを注意深く調べ
たところ、周波数が５１ｋＨｚまでは図４に示したよう
なパターンで気泡の発生から消滅までが行なわれた。こ
れに対し、周波数が５２ｋＨｚでは、最初の数秒は図４
に示したようなパターンで気泡の発生から消滅までが行
なわれたが、その後は消滅しない気泡がヒーター１１の
上方を覆ってしまい、気泡の発生，膨張，収縮，消滅と
いうパターンが行なわれなくなり、それ故、インク滴２
４の吐出も停止したのである。

【００４６】従って、気泡が発生して消滅するまでのパ
ターンを安定して繰り返すためのパルス信号の上限周波
数、言い替えるならば、インク滴２４の吐出が安定して
行なわれるためのパルス信号の上限周波数は５１ｋＨｚ
ということになる。

【００４７】ここで、パルス信号の周波数が５１ｋＨｚ
時の駆動電圧と気泡の様子とを時間軸を揃えて図５に示
した。図５において、“Ｔ”はパルス信号を入力してか
ら気泡が最大になるまでの時間（この場合は、Ｔ＝４．
９μｓ）である。そして、図５からは、この実験で使用
したインクジェット記録ヘッド２３において２回目以降
の気泡の発生を安定して行なわせるためには、先のパル
ス信号を入力してから“４Ｔ（＝１９．６μｓ）”以降
に次のパルス信号を入力すればよいことがわかる。尚、
周波数が５１ｋＨｚのパルス信号は、１回のパルス信号
の周期が１／（５１×１０００）秒、即ち、１９．６μ
ｓである。

【００４８】別の見方をすれば、先の気泡が消滅してか
ら次の気泡が発生を開始するまでの時間を“Ｔｉ”を、
前記“Ｔ”より大きくなるようにすれば、ほぼ安定し
て、しかも、最高の発生頻度で気泡生成、及び、インク
滴２４の吐出を行なうことができることがわかる。

【００４９】以上の結果は、インク吐出口２２のサイズ
が１７×１７μｍ、インク吐出口２２の配列密度が３２
本／ｍｍのインクジェット記録ヘッドにおける気泡生成
のプロファイルを調べた結果であるが、インク吐出口２
２のサイズや配列密度を変えた他のインクジェット記録
ヘッドにおける気泡生成のプロファイルを表２に示す。
尚、表２中に示した各時間は、パルス信号を入力してか
らの時間である。また、このパルス信号の周波数は全て
５ｋＨｚとした。

【００５０】

【表２】

【００５１】つぎに、これらのインクジェット記録ヘッ
ドにおけるパルス信号の周波数を５ｋＨｚから徐々に上
げていき、気泡生成限界、別の表現をすれば、インク滴
２４の吐出限界を調べた。その結果、４８本／ｍｍのイ
ンクジェット記録ヘッドでは、約７５ｋＨｚが上限であ
り、その時のインク滴２４の飛翔速度は１１．１ｍ／ｓ
であった。また、２４本／ｍｍのインクジェット記録ヘ
ッドでは、約４６ｋＨｚが上限であり、その時のインク
滴２４の飛翔速度は１０．７ｍ／ｓであった。そして、
これらのインクジェット記録ヘッドでは、それ以上にパ
ルス信号の周波数を上げるとインク滴２４の吐出が停止
してしまい、上述したインクジェット記録ヘッド（イン
ク吐出口サイズが１７×１７μｍ、配列密度が３２本／
ｍｍのヘッド）での実験で見られたように、気泡がヒー
ター全面を覆う状態となった。

【００５２】一方、１６本／ｍｍのインクジェット記録
ヘッドでは、パルス信号の周波数を９〜９．５ｋＨｚま
で上げるとインク滴の吐出が停止し、８本／ｍｍのイン
クジェット記録ヘッドでは、パルス信号の周波数を６〜
７ｋＨｚまで上げた時点でインク滴の吐出が停止した。
そこで、これらのインクジェット記録ヘッドのヒーター
を観察したところ、ヒーターが破壊されていたことがわ
かった。

【００５３】つまり、全てのインクジェット記録ヘッド
では、パルス信号の周波数を上げていくとある時点でイ
ンク滴の吐出が行なわれなくなるものの、その原因が異
なることがわかった。インク吐出口の配列密度が２４本
／ｍｍ、４８本／ｍｍのインクジェット記録ヘッドで
は、上述した３２本／ｍｍのインクジェット記録ヘッド
と同様に、ヒーターによる気泡生成のサイクルが限界に
達してインク滴の吐出が停止したのに対し、インク吐出
口の配列密度が１６本／ｍｍ、８本／ｍｍのインクジェ
ット記録ヘッドでは、ヒーターの破壊によってインク滴
の吐出が停止したのである。

【００５４】この原因は、発生する気泡の大きさに依存
するものと考えられる。一般に、気泡が崩壊、消滅する
際には、キャビテーション作用によって非常に大きな衝
撃力が働くことが知られている。その衝撃力は、発生す
る気泡が大きければ大きい程その消滅時にヒーターに強
く作用する。上記の実験結果では、インク吐出口の配列
密度が８本／ｍｍ、１６本／ｍｍのインクジェット記録
ヘッドでパルス信号の周波数を徐々に上げていったとき
にヒーターが壊れたのはその衝撃力によるものと考えら
れる。つまり、パルス信号の周波数が５ｋＨｚの時には
異常がなかったものの、この周波数を徐々に上げていっ
たためにキャビテーションによる衝撃力の繰り返し回数
が徐々に上がり、ヒーターがその衝撃力に耐えられなく
なって破壊されたものと考えられる。

【００５５】一方、インク吐出口の配列密度が２４本／
ｍｍ、４８本／ｍｍのインクジェット記録ヘッドのヒー
ターが破壊されなかったのは、発生する気泡が非常に小
さく、従ってヒーターに作用する衝撃力も小さいためと
考えられる。

【００５６】この点に関し、より詳細に調べるため、本
発明者はインク吐出口の配列密度が異なる各種のインク
ジェット記録ヘッドのヒーターに対し、空気中及びビー
クル中でパルス信号を入力すると共にその周波数を変え
てそれらのヒーターの耐久性を調べた。使用したインク
ジェット記録ヘッドは、インク吐出口の配列密度が８本
／ｍｍ、１６本／ｍｍ、２４本／ｍｍ、３２本／ｍｍ、
４８本／ｍｍのもので、駆動電圧やパルス信号のパルス
幅は、上述した気泡生成のプロファイルを調べた場合と
同様にした。その結果、空気中で駆動した場合には、パ
ルス信号の周波数を１００ｋＨｚとして３時間駆動（パ
ルス信号を１０^９入力）したが、全てのインクジェット
記録ヘッドのヒーターにおいて異常が認められなかっ
た。一方、ビークル中で同様の試験を行なったところ、
表３に示すような結果が得られた。

【００５７】

【表３】

【００５８】つまり、インク吐出口の配列密度が８本／
ｍｍ、１６本／ｍｍのように、ヒーターが大きく発生す
る気泡が大きい場合には、気泡生成のサイクルの上限に
達する以前のパルス信号の周波数においてヒーターが破
壊されてしまうのに対し、インク吐出口の配列密度が２
４本／ｍｍ、３２本／ｍｍ、４８本／ｍｍのように、ヒ
ーターが小さく発生する気泡が小さい場合には、気泡生
成のサイクルの上限付近で駆動させても、１０^９以上の
ヒーターの耐久性があることがわかった。尚、発生する
気泡の大きさは、その長手方向の長さが、８本／ｍｍの
ものは３８０μｍ、１６本／ｍｍのものは１９５μｍ、
２４本／ｍｍのものは１１５μｍ、３２本／ｍｍのもの
は９０μｍ、４８本／ｍｍのものは６０μｍであった。

【００５９】以上の結果から、ある程度インク吐出口が
小さく、高密度に配列されたインクジェット記録ヘッド
では、インク滴の吐出を高い頻度で行なうための上限
は、パルス信号を入力してから気泡が最大になるまでの
時間を“Ｔ”としたとき、次のパルス信号を入力する時
間は先のパルス信号を入力してから“４Ｔ”以降とすべ
きものであることがわかる。別の見方をすると、先の気
泡が消滅してから次の気泡が発生を開始するまでの時間
を“Ｔ”より大きくなるように駆動すれば、ほぼ安定し
てしかも最高の発生頻度でインク滴の吐出を行なうこと
ができることがわかる。

【００６０】次に、本発明の別の特徴について説明す
る。本発明では、従来に比べて非常に小さいエネルギー
でインク滴の吐出を行なっている。また、本発明で使用
するインクジェット記録ヘッドのインク吐出口も非常に
小さいため、従来よりある、例えば、特公昭５９−４３
３１２号公報に開示されているような５０×４０μｍと
いった大きなインク吐出口からインク滴を吐出する場合
に比べてインク滴の吐出がかなり難しくなる。その一番
の理由は、インク吐出口が小さくなって流体抵抗が大き
くなるからであるが、これも、最適の条件を見出すこと
により安定したインク滴の吐出を行なうことが可能であ
る。

【００６１】そこで本発明者は、インク滴を吐出させる
ために要するエネルギーが、インク吐出口の単位面積当
りどのくらい必要であるかを調べた。以下にそれを記
す。ここで使用したインクジェット記録ヘッドは、イン
ク吐出口の配列密度がそれぞれ２４本／ｍｍ、３２本／
ｍｍ、４８本／ｍｍのもので、それぞれのインク吐出口
のサイズは２２×２２μｍ、１７×１７μｍ、１４×１
４μｍであり、その他のディメンションや実験で使用し
たビークルの成分等は先に行なった実験の場合と同様で
ある。尚、実験の内容としては、インク滴の吐出に要す
るエネルギーを変えるために駆動電圧を変化させ、吐出
したインク滴の飛翔速度Ｖｉ（ｍ／ｓ）を測定した。ま
た、各インクジェット記録ヘッドのヒーターに入力する
パルス信号の周波数は、それぞれのインクジェット記録
ヘッドの使用限界（上限）から約１０％低い周波数とし
た。即ち、２４本／ｍｍのインクジェット記録ヘッドで
は４０ｋＨｚ、３２本／ｍｍのインクジェット記録ヘッ
ドでは４５ｋＨｚ、４８本／ｍｍのインクジェット記録
ヘッドでは６５ｋＨｚとした。又、パルス信号のパルス
幅は固定とし、各インクジェット記録ヘッドごとに、
４．５μｓ、４μｓ、３μｓとした。表４にその結果を
示す。

【００６２】

【表４】

【００６３】これにより、インク吐出口の面積に対する
インク滴の吐出に要するエネルギーの比“Ｅ／Ｓ（Ｊ／
ｃｍ^２)”が０．３近傍以下では、インク滴は球状とな
り、その飛翔速度が遅く、不安定で実用的でないことが
わかった。一方、３より大きくなると、ヒーターの耐久
限界に達してヒーターが破壊されて使用できなくなるこ
とがわかった。

【００６４】別の見方として、本発明のように従来例に
はない微小なインク吐出口（１４×１４μｍ〜２２×２
２μｍ）から非常に高い周波数（少なくとも１０ｋＨｚ
以上）のパルス信号でインク滴を吐出するような場合
に、安定してインク滴を吐出させるためには、表４よ
り、インク吐出口の配列密度が２４本／ｍｍのインクジ
ェット記録ヘッドでは１．４６μＪ（駆動電圧５Ｖ時）
〜１５．０μＪ（駆動電圧１６Ｖ時）、インク吐出口の
配列密度が３２本／ｍｍのインクジェット記録ヘッドは
０．９０μＪ（駆動電圧４．１Ｖ時）〜８．７４μＪ
（駆動電圧１２．８Ｖ時）、インク吐出口の配列密度が
４８本／ｍｍのインクジェット記録ヘッドは０．６２μ
Ｊ（駆動電圧３．８Ｖ時）〜５．９７μＪ（駆動電圧１
１．８Ｖ時）であり、これらを総合して０．６μＪ〜１
５．０μＪ程度の範囲で使用するのがよい。

【００６５】本発明では、被記録体（例えば、紙）上に
形成する画素の大きさを、１０〜７５ｋＨｚという非常
に高い頻度で発生させた非常に微小なインク滴を１個〜
複数個略同一箇所へ付着させることによって変化させ
る。この１個〜複数個のインク滴を略同一箇所へ付着さ
せるために画像濃度情報がインクジェット記録ヘッドに
入力され、この画素濃度情報に応じた１個〜複数個のパ
ルス信号によって１個〜複数個の微小なインク滴を発生
させるわけであるが、被記録体上に複数個のインク滴を
付着させた場合にその画素径が変えられる範囲にも限界
があり、無制限に多くのインク滴を同一箇所に付着させ
ればよいというものではない。

【００６６】本発明者はこの点に鑑み、発生させるイン
ク滴の数と被記録体上に形成される画素の大きさとの関
係を調べた。ここで使用したインクジェット記録ヘッド
は、インク吐出口のサイズが１７×１７μｍ、インク吐
出口の配列密度が３２本／ｍｍ、その他の寸法等は上述
した実験で使用したインクジェット記録ヘッドと同様で
ある。また、使用したインクの組成は、 グリセリン １８．０％ エチルアルコール ４．８％ 水 ７５．０％ Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１５４ ２．２％ である。さらに、吐出の条件は、駆動電圧が６Ｖ、パル
ス信号のパルス幅が４μｓ、パルス信号の周波数が４５
ｋＨｚである。この条件でパルス信号数を１，２，３，
…と変えて最大５０まで入力し、それぞれのパルス信号
数に応じて形成される被記録体上の画素径を測定した。
被記録体としては、（株）リコー製のＰＰＣ用紙６２０
０と、三菱マットコート紙ＮＭとを用いた。図６にその
結果を示す。尚、図６のグラフは、横軸に一つの画素を
形成するために吐出させたインク滴の数（パルス信号
数）、縦軸は形成された画素の画素径である。

【００６７】これより分かるように、被記録体の略同一
箇所に付着させるインク滴の数を増加させるにつれて画
素径を大きくすることができるが、ある値以上のインク
滴の数になると、画素径を大きくすることに関してあま
り寄与しなくなる。ここでは、インク滴の発生頻度、つ
まり、パルス信号の周波数を４５ｋＨｚとしたが、複数
個のインク滴によって一個の画素を形成しているため、
実際の画素形成頻度は、画素を形成するインク滴の数の
とりかたにもよるが、４５ｋＨｚよりはるかに遅くな
る。

【００６８】ここで、最大画素を得るためにｎ個のイン
ク滴を使用すると仮定すれば、画素形成頻度は４５ｋＨ
ｚ／ｎとなる。この画素形成頻度は、一個のインク滴に
よって一個の画素を形成する場合も、ｎ個のインク滴に
よって一個の画素を形成する場合も同じであり、ｎ個の
インク滴により一個の画素を形成する場合が律則条件と
なる。このインク滴発生頻度と、画素形成頻度との関係
を図７に示す。

【００６９】図７に示した例では、１個〜２２個の範囲
でインク滴の数を変えることにより大きさの異なる画素
を形成する例を示しているが、インク滴を形成するパル
ス信号の周波数を２２ｋＨｚとすると、画素の形成頻度
は１ｋＨｚに低下する。画素形成頻度は１枚のプリント
を実行するスピードを決定するものであるから、できる
だけ速いほうがよい。従って、一個の画素を形成するた
めのインク滴の数を必要以上に増やすと、プリントスピ
ードが遅くなり好ましくない。このような観点から図６
の結果をみると、インク滴の数が２０個より少ない場合
には、画素径はインク滴の数に応じて比較的大きく変化
するが、２０個〜３０個の範囲になると、画素径の変化
がややにぶくなる。さらに、３０個以上になると、イン
ク滴の数を増やしても画素径はほとんど変わらず、これ
以上インク滴を被記録体上の同一個所へ付着させても意
味がないことがわかる。

【００７０】つまり、一つの画素をその径を変えて記録
するためには、多くても３０個までの範囲でインク滴の
数を変えて記録するのが望ましく、好適には２０個まで
の範囲でインク滴の数を変えるのがよく、最適には１０
個までの範囲でインク滴の数を変えるのがよい。これ
は、図６のグラフからも明らかなように、インク滴の数
が１０個までの範囲では画素径の変化率が最も良く、１
０個〜２０個までの範囲ではその変化率がやや低くな
り、２０個〜３０個の範囲ではその変化率がさらに低く
なり、３０個以上ではほとんど変化しなくなるからであ
る。

【００７１】別の見方をすれば、本発明は、インク滴の
形成頻度が従来の１６本／ｍｍ程度のインク吐出口配列
密度のインクジェット記録ヘッドでは実現できなかった
１０ｋＨｚ以上のパルス信号でその特徴を発揮し、又、
その上限は７５ｋＨｚであるので、その画素形成頻度が
０．３〜７．５ｋＨｚとなる。

【００７２】ここで、実際に記録を行なった結果につい
て説明する。尚、インク吐出口の配列密度が３２本／ｍ
ｍ（インク吐出口の数は２５６）のインクジェット記録
ヘッドを４個使用し、それぞれにイエロー、マゼンタ、
シアン、ブラックの色が異なるインクをつめ、Ａ４サイ
ズの紙（三菱製紙製のマットコート紙ＮＭ）を用いた。
又、各種記録条件は以下のとおりである。パルス信号の
周波数が４５ｋＨｚ、画像濃度情報に応じて１画素を形
成するためのインク滴の数を１〜１５個の範囲とした。
従って、画素の形成頻度は３ｋＨｚである。さらに、階
調表現は本発明の方法によって画素径を変えただけでな
く、４×４のマトリックスを組み合わせることにより、
２５６階調まで変えることとした。従って、画素の密度
は３２個／ｍｍであるが、絵素の密度は８個／ｍｍとな
った。以上の条件でＡ４サイズの紙へ記録を行なうため
には、３４スキャン（片方向記録とした）を行なって約
２分弱で終了した。得られた画像は、銀塩写真に勝ると
も劣らない画質であった。

【００７３】ついで、本発明の別の特徴について説明す
る。この特徴は、被記録体２５上の同一箇所へ付着させ
ることができるインク滴２４の最大数を可変としたこと
である。即ち、その記録装置がもつ本来の記録モードの
他に、被記録体２５上の同一箇所へ付着させることがで
きるインク滴２４の最大数を変えたモード（ドラフトモ
ード）を持たせたことである。そして、本来の記録モー
ドが１個〜１０個のインク滴２４によって１画素を形成
するものであるのに対し、ドラフトモードが１個〜５個
のインク滴２４によって１画素を形成するものであると
すれば、２倍の速さで印写を行なうことができる。な
お、このようなドラフトモードは、最高画質は得られな
くともプリントアウトした場合における全体のおおまか
なイメージを早くつかみたいというような場合に非常に
便利である。

【００７４】また、インクジェット記録ヘッドは、ノン
インパクト、ノンコンタクト記録であるため、原理的に
はあらゆる被記録体（例えば、コピー用紙、再生紙、Ｏ
ＨＰシート、ハガキ等）に印写することが可能である。
しかし、被記録体２５上で形成される画素２６の大きさ
は、被記録体２５の種類によって変化するものであり、
その一例を表５に示す。なお、この表５においては、
Ａ，Ｂ，Ｃは種類の異なる被記録体であり、それぞれ１
滴、５滴、１０滴のインク滴２４によって１個の画素２
６を形成した場合におけるインク質量と画素径とを示し
ている。インク質量の測定は、現実には６×１０^５個の
インク滴２４を採取（２０ｋＨｚのパルス信号で３０秒
間インク滴２４を吐出させて採取）し、その重量から求
めたものである。画素径は、被記録体２５上の画素２６
をＸ−Ｙステージ付光学顕微鏡で測定したものであり、
３０個の平均値で示している。

【００７５】

【表５】

【００７６】表５より明らかなように、被記録体Ａと被
記録体Ｂとでは形成される画素２６の画素径は僅かに被
記録体Ｂが拡がるだけであるが、被記録体Ｃでは被記録
体Ａ，Ｂに比べてはるかに拡がることがわかる。そし
て、被記録体Ａ，Ｂ，Ｃを用いて全く同じ条件で同じ画
像サンプルを印写したところ、被記録体Ｂ上の画像は被
記録体Ａ上の画像に比べて僅かに暗く、被記録体Ｃ上の
画像は被記録体Ａ，Ｂ上の画像に比べてはるかに暗い画
像となった。なお、その時の各被記録体Ａ，Ｂ，Ｃ上の
最大となる画素２６は１０滴のインク滴２４によって形
成されたものである。

【００７７】つぎに、被記録体Ａ上で最大となる画素２
６を形成するインク滴２４の数を１１滴として同様の印
写サンプルを得たところ、前述の被記録体Ｂ上の画像と
略同じ位の濃度の画像が得られた。さらに、被記録体Ａ
上で最大となる画素２６を形成するインク滴２４の数を
１４滴として同様の印写サンプルを得たところ、前述の
被記録体Ｃ上の画像と略同じ位の濃度の画像が得られ
た。

【００７８】以上の結果より、被記録体が変わっても、
被記録体の種類に応じて被記録体上の同一箇所へ付着さ
せるインク滴２４の最大数を変化させることにより、略
同じような画像が得られることがわかる。なお、同一箇
所へ付着するインク滴２４の数は、最大の画素２６を形
成する場合にのみ変化するものではなく、その他の大き
さの画素２６の場合にもそれに準じて変化することはい
うまでもない。

【００７９】また、画像読取装置であるスキャナーを備
えたインクジェット記録装置においては、通常は、原稿
をスキャナーで読んでそれを忠実にインクジェット記録
部で出力するという使い方をするが、時には、薄い原稿
を濃く印写し、又は、濃い原稿を薄く印写する場合があ
る。その際に、同一箇所へ付着させるインク滴２４の最
大数を変えることにより、任意の濃度の画像を容易に得
ることができる。

【００８０】なお、以上のように被記録体２５上の同一
箇所へ付着させるインク滴２４の最大数を可変させるこ
とにより被記録体２５上に印写された画像の濃度を調整
する方法は、ヒーター１１を加熱して気泡を発生させる
形式のサーマルインクジェット記録ヘッドにのみ適用さ
れるものではなく、ピエゾ振動子を振動させることによ
りインク滴を吐出させるようにした連続流型インクジェ
ットヘッドにおいても適用が可能である。

【００８１】ついで、本発明の別の特徴について説明す
る。まず、本発明のように被記録体２５上の同一箇所へ
付着させるインク滴２４の数を変えることにより画素径
を変化させて階調記録を行なう場合、同一箇所へ付着さ
せたインク滴２４の数と画像濃度との関係は、図８に示
したように最高濃度に達するまでは直線的増加であるこ
とが望ましい。しかし、同一箇所へ付着させたインク滴
２４の数と画像濃度との関係を測定すると、直線的増加
にはならず図９に示したような結果となる。なお、この
測定において使用したインクジェット記録ヘッドは、 インク吐出口２２のサイズ １７×１７μｍ ヒーター１１のサイズ １４×８４μｍ ヒーター１１の抵抗値 ７７Ω インク吐出口２２，ヒーター１１の配列密度 ８００ｄｐｉ である。また、インクとしては以下の成分のものを使用
した。

【００８２】 グリセリン １８．０％ エチルアルコール ４．８％ 水 ７５．０％ Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１５４ ２．２％ さらに、インク滴２４を付着させる被記録体２５として
は、（株）リコー製のＰＰＣ用紙６２００を使用した。
そして、１画素を形成するインク滴２４の数が１，２，
３，…，…，２０の場合で濃度測定ができるように、１
０×１０ｍｍの領域で全面印写を行い、それぞれの濃度
を測定してプロットしたものである。

【００８３】図９に示した測定結果によると、画像濃度
が低い範囲では、画像濃度はインク滴２４の増加に応じ
て略直線的に上昇するが、画像濃度が高くなって次第に
飽和状態に近付くと、インク滴２４の増加に対して画像
濃度の上昇が緩やかになり、被記録体２５上の同一箇所
へ付着させるインク滴２４の数を大幅に上昇させないと
必要な画像濃度が得られなくなることがわかる。

【００８４】そこで、本発明では図１０に示したよう
に、インク滴２４の数を変えて大きさが異なるようにし
た画素をＤ_１，Ｄ_２，Ｄ_３，…，…，Ｄ_１０としたとき
に、それらの画素を構成するためのインク滴２４の数を
１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０とするので
はなく、例えば、本発明の例では、１，２，３，４，
５，６，８，１０，１２，２０滴という具合に設定す
る。こうすると、各画素（Ｄ _１〜Ｄ_１０）に対して画像
濃度が図１０に示したように直線的に増加し、所望の画
像濃度が容易に得られるようになり、なめらかで、高品
質の階調記録が可能となる。

【００８５】ついで、本発明の別の特徴について説明す
る。この特徴は、１個〜複数個のインク滴２４によって
形成される画素２６の中心位置を、１画素が形成される
べき領域の中心位置に略一致させると共に、隣接する画
素２６の中心間距離を略等しくし、さらに、１画素を形
成するための隣接するパルス信号群の中央位置間隔を略
等しくするようにしたものであり、これらの特徴を以下
に詳述する。

【００８６】まず、図１１に示した正方形の各フレーム
は被記録体２５上において１画素が形成されるべき５個
の領域を示したものであり、図１２はそれらの各領域内
に２値記録の画素２６が形成された状態を示したもので
ある。このような２値記録の場合には、画素２６の中心
と画素を形成すべき領域の中心とが容易に一致し、か
つ、画素を形成すべき領域の中心間距離Ｌａと、隣接す
る画素２６の中心間距離Ｌｂとが略一致する。

【００８７】つぎに、図１３は１個〜複数個のインク滴
２４によって１画素を形成する従来例を示したもので、
１画素を形成するインク滴２４の数によっては、その画
素２６の中心位置と１画素が形成されるべき領域の中心
位置とが一致しなくなり、さらに、隣接する画素２６の
中心間距離Ｌｃ_１，Ｌｃ_２，Ｌｃ_３，Ｌｃ_４が区々とな
り、最終的には画像品質が低下するという問題がある。
これは、インクジェット記録ヘッドと被記録体とが相対
運動をしながら印写が行なわれると共に１画素を形成す
るインク滴２４の数が１個〜複数個の範囲で変化して１
画素を形成する時間が異なるためである。また、１画素
を形成するための隣接するパルス信号群の中央位置間隔
Ｔａ_１，Ｔａ_２，Ｔａ_３，Ｔａ_４も区々となっている。
なお、図１３は１個の画素を形成する最大インク滴２４
の数が５個の場合を示しており、実線で示したパルス信
号がインク滴２４を吐出させる際のものである。

【００８８】図１４は本発明の特徴を示したもので、１
画素を形成するインク滴２４の数が少ない場合（小さい
画素を形成する場合）には、インク滴２４を吐出させる
パルス信号を時間的に遅延させて発生させている。具体
的には、１個のインク滴２４で１画素を形成する場合に
は発生可能な５個のパルス信号のうち３番目のパルス信
号を発生させ、２個のインク滴２４で１画素を形成する
場合には２番目と３番目のパルス信号を発生させてい
る。このようにすることにより、各画素２６の中心位置
と１画素が形成されるべき領域の中心位置とが略一致
し、さらに、隣接する画素２６の中心間距離Ｌｄ_１，Ｌ
ｄ_２，Ｌｄ_３，Ｌｄ_４が略一致し、画質が向上する。こ
こで、“略一致”という表現を使ったのは、インク滴２
４を発生させるパルス信号が偶数個か奇数個かによって
１パルス分（インク滴１滴分）の位置ズレが発生するた
めである。しかし、この１パルス分の位置ズレはほとん
ど無視してよい値であり、２個のインク滴２４で１画素
を形成する場合には３番目と４番目のパルス信号を発生
させてもよい。

【００８９】なお、図１３及び図１４においては、隣接
する画素２６間に隙間があるような図になっているが、
これは図が複雑になることを避けるためであり、実際に
はつながった直線、或いは、全面ベタ印写のような場合
には、隣接する画素２６同士は互いに重なり合うように
なる。また、図１３及び図１４において、複数個のイン
ク滴２４で１個の画素２６を形成する場合、画素２６が
横長状になるように示されているが、これも説明上の便
宜から極端に表現したものであり、実際には各画素２６
は略丸い形となる。

【００９０】一方、１画素を形成するためのパルス信号
群に関しては、隣接するパルス信号群の中央位置間隔Ｔ
ｂ_１，Ｔｂ_２，Ｔｂ_３，Ｔｂ_４が略一定となっている。
なお、ここでも“略一定”という表現を使ったのは、上
述した場合と同様に、インク滴２４を発生させるパルス
信号が偶数個か奇数個かによって１パルス分（インク滴
１滴分）の位置ズレが発生するためであるが、この１パ
ルス分の位置ズレはほとんど無視してよい値である。

【００９１】ついで、本発明の別の特徴を図１５及び図
１６に基づいて説明する。まず、２値記録を行なう通常
のインクジェット記録ヘッドでは、全面印写（ベタ印
写）を行なった場合、隣接する各画素が互いに部分的に
重なり合うようにしてインク滴が付着しない白地領域を
なくすようにしている。例えば、図１５に示したよう
に、各画素２６の画素径をＤ_ｄ、隣接する画素２６の中
心間距離をＤ_ｐとするとき、Ｄ_ｄ≧√２・Ｄ_ｐとするこ
とによって白地領域がなくなる。具体的な数字を挙げる
と、４００ｄｐｉの印写密度の場合、Ｄ_ｐ＝６３．５μ
ｍであるから、Ｄ_ｄ≧９０μｍとすれば、白地領域がな
くなって全面印写が実現される。そして、このような画
素径を得るためには、例えば、前述した特公昭５９−４
３３１２号公報に開示されたようにヒーター面に対して
水平方向にインク滴を吐出させる所謂エッジシュータ型
のサーマルインクジェット記録ヘッドでは、インクや紙
の材質等により多少の変動があるものの、インク吐出口
の大きさは略２８×２８μｍ程度に設定されている。

【００９２】一方、本発明は、画素の大きさを変える多
値記録によって階調記録を行なうようにしたインクジェ
ット記録ヘッドであり、インク吐出口２２が４００ｄｐ
ｉの密度で一列に形成され、各インク吐出口２２が１６
×１６μｍの大きさに形成されている。また、ヒーター
１１は１５×６０μｍの大きさに形成され、その抵抗値
が６１．７Ωに設定されている。

【００９３】そして、このインクジェット記録ヘッドを
用いると共に前述した組成のインク（グリセリン １８
％，エチルアルコール ４．８％，水 ７５％，Ｃ．
Ｉ．ダイレクトブラック１５４ ２．２％）を用いてイ
ンク滴を吐出させたところ、ヒーター１１へ入力するパ
ルス信号の周波数が最大５３ｋＨｚまで安定したインク
滴の吐出が行なわれた。

【００９４】そこで、記録紙として（株）リコー製のＰ
ＰＣ用紙６２００を使用すると共に全てのインク吐出口
２２からインク滴を吐出させる全画素印写を行ない、形
成された画素２６の画素径を測定した。なお、このとき
のパルス信号の周波数を４８ｋＨｚとし、１画素を形成
するためのインク滴を１個〜６個の範囲で変化させたた
め、画素形成頻度は８ｋＨｚとなっている。図１６
（ａ）は１個のインク滴で１画素を形成した状態であ
り、画素径は３２．１μｍである。同様に、同図（ｂ）
は２個のインク滴で１画素を形成した状態で画素径が６
３．８μｍ、同図（ｃ）は３個のインク滴で１画素を形
成した状態で画素径が７２．５μｍ、同図（ｄ）は４個
のインク滴で１画素を形成した状態で画素径が８０．９
μｍ、同図（ｅ）は５個のインク滴で１画素を形成した
状態で画素径が８８．８μｍ、同図（ｆ）は６個のイン
ク滴で１画素を形成した状態で画素径が９６．２μｍと
なっている。なお、図１６（ｂ）〜（ｆ）のように隣接
する画素２６が接触する場合における画素径の測定は、
１画素のみを単独で印写することにより行なった。

【００９５】ここで、１個のインク滴で１画素を形成し
た場合において、インク吐出口２２が小さいと共にそれ
に伴ってヒーター１１も小さいため、各インク吐出口２
２から吐出される１個のインク滴の量が少なく、各画素
２６の画素径Ｄ_ｄが隣接する画素の中心点間距離Ｄ_ｐの
平方根倍より小さくなる（即ち、Ｄ_ｄ＜√２・Ｄ_ｐ）と
共に隣接する画素同士が互いに離反している。従って、
全画素印写を行なっても白地領域が多く残り、印写面全
体が淡いグレーとなる。そして、１個の画素２６を形成
するインク滴の数を増加させるにつれて図１６（ｂ）〜
（ｄ）に示すように各画素２６の画素径が大きくなって
隣接する画素同士の重なり部分が次第に大きくなると共
に白地領域が次第に少なくなり、印写面全体が次第に黒
くなる。そして、図１６（ｅ）においては画素径が画素
２６の中心点間距離の平方根倍と等しくなり（即ち、Ｄ
_ｄ＝√２・Ｄ_ｐ）、白地領域がなくなって印写面が真っ
黒になる。また、図１６（ｆ）においては画素径が画素
２６の中心点間距離の平方根倍より大きくなり、画素同
士の重なり部分がさらに大きくなると共に印写面全体が
より一層濃い黒色となる。

【００９６】つぎに、前述した２値記録を行なう通常の
インクジェット記録ヘッドにより全画素印写を行なう
と、図１６（ｅ）に示した場合と同じようになり、印写
面上における白地領域がなくなる。そこで、単独で１画
素を形成して画素径を測定したところ、約９５．５μｍ
であった。従って、このインクジェット記録ヘッドで階
調記録を行なうためには、画素を間引いて印写するしか
手段がなく、一応階調記録を行なうことはできるが４０
０ｄｐｉの密度を有効に利用できないために非常に解像
度の低下した画像となる。

【００９７】これに対して本発明では、１個のインク滴
で１画素を形成した場合の画素径が非常に小さく、４０
０ｄｐｉの密度で印写しても隣接する画素２６が重なり
合わず、隣接する画素２６の間には十分に広い白地領域
が存在する。従って、その白地領域が徐々に埋るように
１画素を形成するインク滴の数を変えて画素径を大きく
していき、最終的には白地領域を全部なくすことによ
り、階調記録を行なえる。しかも、前述した２値記録を
行なう通常のインクジェット記録ヘッドにより階調記録
を行なう場合のように画素を間引く必要がなく、４００
ｄｐｉの画素密度による印写を行なうために解像度の低
下は起こらず、非常に高画質印写を行なうことができ
る。

【００９８】

【発明の効果】請求項１記載の発明は上述のように、ヒ
ーターに入力される一つのパルス信号のエネルギーを
“Ｅ＝０．６×１０^−６〜１４．８×１０^−６（Ｊ）”
とすると共にインク吐出口の開口面積を“Ｓ＝２×１０
^−６〜５×１０^−６（ｃｍ^２）”とし、“Ｅ／Ｓ”の値
を０．３〜３としたので、従来例にない微小な開口面積
のインク吐出口からの微小なインク滴の吐出を安定して
行なわせることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインク滴の飛翔状態
を示した説明図である。

【図２】飛翔するインク滴の形状を詳細に示した説明図
である。

【図３】パルス信号の数と吐出するインク滴の数と形成
される画素の大きさとの関係を示した説明図である。

【図４】パルス信号の入力と気泡生成の様子とを示した
説明図である。

【図５】連続的に入力されるパルス信号と気泡生成の様
子とを示した説明図である。

【図６】一つの画素を形成するインク滴の数と画素径と
の関係を示したグラフである。

【図７】インク滴の発生頻度と画素形成頻度と画素の大
きさとを示した説明図である。

【図８】被記録体上の同一箇所に付着するインク滴の数
と画像濃度との理想的な関係を示したグラフである。

【図９】被記録体上の同一箇所に付着するインク滴の数
と画像濃度との関係を測定した結果を示したグラフであ
る。

【図１０】各画素と画像濃度との関係を示したグラフで
ある。

【図１１】被記録体上において１画素が形成されるべき
５個の領域を示した平面図である。

【図１２】被記録体上における１画素が形成されるべき
各領域内に２値記録の画素が形成された状態を示した平
面図である。

【図１３】１個〜複数個のインク滴によって１画素を形
成する従来例における１画素が形成されるべき領域と画
素との位置関係及びパルス信号の発生タイミングを示し
た説明図である。

【図１４】１個〜複数個のインク滴によって１画素を形
成した本発明における１画素が形成されるべき領域と画
素との位置関係及びパルス信号の発生タイミングを示し
た説明図である。

【図１５】２値記録を行なう通常のインクジェット記録
ヘッドの全画素印写により形成された画素を示した平面
図である。

【図１６】一つの画素を形成するインク滴の数と画素径
との関係、及び、画素の間の白地領域の関係を示した平
面図である。

【図１７】一つのインクジェット記録ヘッドの発熱体基
板を示した側面図である。

【図１８】発熱体基板の形成手順を示した平面図であ
る。

【図１９】発熱体基板の変形例を示した平面図である。

【図２０】蓋基板を示した斜視図である。

【図２１】インクジェット記録ヘッドの発熱体基板を示
した正面図である。

【図２２】発熱体基板上にインクを流すための溝を形成
する工程を示した正面図である。

【図２３】発熱体基板上に溝の形成が終了した後の状態
を示した正面図である。

【図２４】蓋基板を示した正面図である。

【図２５】発熱体基板と蓋基板とを押圧貼付した状態を
示した正面図である。

【図２６】発熱体基板と蓋基板とを押圧貼付した状態を
示した斜視図である。

【図２７】図２６におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図２８】完成したインクジェット記録ヘッドを示した
縦断側面図である。

【符号の説明】

４，１１ ヒーター １８ 液路 １９ 液室 ２２ インク吐出口 ２３ インクジェット記録ヘッド ２４ インク滴 ２５ 被記録体 ２６ 画素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを貯留する液室とこの液室に液路
   を介して連通されたインク吐出口と前記液路内に設けら
   れたヒーターとを有し、前記ヒーターにパルス信号を入
   力して前記液路内のインクに気泡を発生させると共にこ
   の気泡の膨張に伴う作用力によって前記インク吐出口か
   らインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドにお
   いて、前記ヒーターに入力される一つのパルス信号のエ
   ネルギーを“Ｅ＝０．６×１０^−６〜１４．８×１０
   ^−６（Ｊ）”とすると共に前記インク吐出口の開口面積
   を“Ｓ＝２×１０^−６〜５×１０^−６（ｃｍ^２）”と
   し、“Ｅ／Ｓ”の値を０．３〜３としたことを特徴とす
   るインクジェット記録ヘッド。