JP2883151B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インクジェット記録装置、特に、サーマル
インクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置
に関するものである。

（従来の技術） 第７図は、従来のサーマルインクジェットヘッドの１
チャンネル分を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）
は横断面図である。図中、１はヒーター、２はヒーター
基板、３は共通電極、４は個別電極、５はチャンネル基
板、６はチャンネル隔壁、７はノズル、８はインク供給
口、９は液室、10はインクである。インク10はインク通
路８から供給され、液室９に充満されている。共通電極
３および個別電極４の間に印字信号としての電圧が印加
されると、ヒーター１は加熱され、蒸気バブルを発生し
て、ノズル７よりインクドロップを噴射する。

第８図は、インクドロップの噴射の過程を説明するも
のであり、第９図は、その特性の説明図である。第７図
における時間経過の時点を・・・・で示したが、
この時点のノズル内の様子が第８図における・・
・・の図である。第９図において、Ｖはヒーター駆動パ
ルス、Ｔはヒーター表面温度、Ｑはバブル体積を示す。
の時点は、ヒーター１に電圧が印加されていない状態
である。ヒーター１にパルス状の電圧が与えられるとヒ
ーターは発熱し、ヒーターと接しているインクの温度が
急上昇し（）、ヒーター表面のインクが過熱温度に達
すると、バブルが発生する（）。さらに、バブルの成
長により（）、ノズルよりインクが押し出され
（）、インクドロップとしてノズルから噴射され、図
示しない紙などの記録媒体に到達する（）。ヒーター
温度の低下とともにバブルは収縮して消滅し、インク供
給口よりインクが供給され、再び定常状態に戻る
（）。

従来、この様なインクジェット記録装置における画像
の階調表現は、インクドロップ自体の大きさを変えるこ
とが困難であるため、例えば、ディザ法を用いてドット
によるマトリクスを形成し、マトリクス内のドットの分
布により疑似的に階調を表現することが行なわれてい
る。しかしながら、この方法は、16階調を表現する場合
に４×４のマトリクスを必要とし、実質的な解像度が1/
4に低下してしまう欠点がある。そこで、解像度を犠牲
にすることなく階調を表現する方法が試みられている。

噴射されるドロップの量は、インク物性が一定の場
合、生成されるバブルの大きさによる。このバブルの大
きさは、ヒーターとインク境界面温度に依存する。さら
にこの温度上昇は、ヒーターで発生する熱量、すなわち
印加する電圧、あるいはパルス幅に依存する。

ドロップ量を変化させる方法として、実開昭57−1410
43号公報に記載された階調設定回路は、分圧回路を利用
して、電圧値を変えて、濃度階調を設定するものであ
る。このような、蒸気バブルを発生するためのヒーター
に印加する駆動パルスの電圧値を変えることにより、ド
ロップ量を変調する方法では、変調できるドロップ量の
範囲は狭く、十分な階調レベルを得ることができなかっ
た。

特開昭55−132258号公報に記載された液体噴射記録法
は、ヒーターの構造をインクの飛翔方向に発熱勾配を生
ずるようにし、該発熱勾配を利用して階調記録を行なう
ものである。この方法は、広い範囲でインクドロップの
体積を変調できるが、同時にインクの吐出速度も変わっ
てしまうので、体積を変調すると記録媒体蒸での位置が
ずれてしまう問題点を有している。

したがって、従来の階調表現を行なう方法は、いずれ
も適切なものとはいえないものであった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、インクドロップの体積を変調した場合でも、記
録媒体上での位置ずれを補正して、しかも、十分なレベ
ルの階調表現を行なうことのできるサーマルインクジェ
ット記録装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、インクを吐出するインク吐出口と、該イン
ク吐出口に連通し、インクを保持するインク流路と、該
インク流路中に設けたヒーターとを具備するインクジェ
ットヘッドと、該インクジェットヘッドと記録媒体とを
主走査方向に相対移動させる移動手段とを具備するイン
クジェット記憶装置において、前記ヒーターが、前記記
録媒体と前記インクジェットヘッドとの前記相対移動の
方向に対応した発熱勾配を生ずる構造とされていること
を特徴とするものである。

発熱勾配を生ずるために、ヒーターの抵抗値が、記録
媒体の走行方向に対応して勾配を生ずるようにすること
ができる。

ヒーターの抵抗値の変化の勾配は、記録媒体の走行方
向に並行して抵抗値が増加するようにできる。

発熱勾配を生ずるために、ヒーターの被覆の熱伝導度
を、記録媒体の走行方向に対応して勾配を生ずるように
することができる。

発熱勾配を生ずるために、ヒーターの基板の熱伝導度
を、記録媒体の走行方向に対応して勾配を生ずるように
することができる。

なお、記録は記録媒体とインクジェットヘッドとの主
走査方向の相対移動によって行なわれる。したがって、
インクジェットヘッドが固定で、記録媒体が移動する場
合は、その移動方向が記録媒体の主走査方向の走行方向
であるが、記録媒体が例えば１ラインの印字の間停止
し、インクジェットヘッドがキャリッジ等により移動さ
れるときは、記録媒体が移動するとみて、インクジェッ
トヘッドの移動方向と反対方向を記録媒体の主走査方向
の走行方向と呼ぶことにする。

（作 用） 本発明は、基板上にヒーターを有し、該ヒーターの発
熱により発生する蒸気バブルの圧力によってインクドロ
ップを走行する記録媒体に飛翔させ記録を行なうインク
ジェット記録装置において、前記ヒーターが、記録媒体
とインクジェットヘッドとの主走査方向の相対移動の方
向に対応した発熱勾配を生ずる構造とされていることに
より、バブルの実質的な発生中心をバブルの大きさ、換
言すれば、インクの吐出速度に応じて変えることによ
り、記録媒体上の位置ずれを補正することができるもの
である。

（実施例） インクの吐出速度と記録媒体への記録位置との関係か
ら説明する。第４図は、記録媒体である記録紙11が矢印
方向に走行している場合に、インクドロップの吐出速度
が最も速い場合の記録紙上の記録位置がＰ点であること
を表わしている。インクドロップが吐出された時点で
は、Ｐ点は、矢印方向と反対方向の僅か手前の位置であ
ったことは勿論であり、記録紙が第４図の位置に走行し
た時、インクドロップが、記録紙のＰ点に到達したこと
を表わしている。

インクドロップの吐出速度が小さいと、インクドロッ
プが記録紙に到達までの時間がかかり、第５図に示すよ
うに、インクドロップが記録紙の位置に到達した時に
は、Ｐ点はすでに通り過ぎ、Ｑ点に印字されることにな
る。

上述したように、インクドロップの体積により、その
吐出速度は変わるから、最も大きいインクドロップの到
達位置をＰ点とすれば、インクドロップの体積が小さく
なると、印字される点は、Ｑ点のようにＰ点からずれた
位置となってしまうことになる。

ここで、バブルの発生場所を、第６図の矢印に示すよ
うに、記録媒体の走行方向と反対の位置に移動させ、イ
ンクドロップの吐出する方向を記録媒体の移動する方向
に向けて吐出させると、第５図と同じ時点で吐出された
速度の小さいインクドロップをＰ点に印字させることが
できる。

すなわち、バルブの実質的な発生中心を印加電圧によ
って移動させ、小さいインクドロップを吐出する場合
は、記録媒体の走行方向に並行してその反対方向に移動
させれば、印字の位置ずれを補正することができる。

第１図は、本発明のサーマルインクジェットヘッドの
１チャンネル分の横断面図におけるヒーター近傍の拡大
図である。第７図と同様な部分は同じ符号を付して、そ
の説明を省略する。ヒーター１は、SiO₂を着膜したSi基
板上に、例えば、poly−Si着膜し、三角形状にパターニ
ングされることにより形成される。あるいは、poly−Si
への燐（Ｐ）のドーピング量を変えて見かけ上、三角形
に発熱領域を作成することもできる。ヒーター上には、
バブル消滅時のキャビテーションダメージからヒーター
を保護するために図示しないTaなどの保護膜が形成され
ている。この形状のヒーターに、比較的小さい電圧を印
加すると、電流の大部分は、比較的抵抗の小さいＲ側を
流れるので、Ｒ側において主に熱が発生し、バブルが生
ずる（Ｓ側でも電流による発熱は発生するが、バブルを
生じる温度、例えば、270℃程度にはならない。）。こ
のようにＲ側から発生したバブルによるインクドロップ
は、記録紙の移動方向に向けて飛翔する。

印加電圧が大きいと、ヒーターの抵抗値が大きいＳ側
に流れる電流も増加し、Ｓ側のヒーター上の温度もバブ
ルを発生できる温度に達する。この時、Ｒ側でもバブル
は発生するから、バブルは、ヒーター全体を覆う大きな
バブルとなり、その中心は、ヒーターの中心となり、こ
の時噴射される大きなインクドロップは、ノズルから正
面に真っ直ぐに飛翔する。ヘッドがキャリッジに搭載さ
れ、図示矢印と反対の方向（図の右方向）に移動する場
合、速度の遅いインクドロップは、左方向に飛翔するの
で、衝突地点Ｐ点において正常な位置に印字をすること
ができる。

このように、駆動電圧を変えることによってバブルの
発生面積を制御し、インクドロップの体積を変えた場
合、発生するバブルの重心位置がヒーター上で記録媒体
の走行方向と反対の位置に移動し、インクドロップが噴
射される方向が変わるので、インクドロップの体積と同
時に噴射速度が変わっても、記録媒体上での印字位置が
変わることはない。

第２図は、他の実施例を示すもので、第１図と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。第１図にお
けるヒーターの形状が連続的に変化しているのに対し
て、この実施例においては、ヒーターの形状はステップ
状に変化している。

第３図も、他の実施例を示すもので、第１図と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。この実施例
は、（Ａ）図に示すように、ヒーターの平面形状は、第
２図、第３図のような変化はないが、吐出方向と直交す
る平面で切った断面の形状が、（Ｂ）図に示すように厚
さを変化させてあり、それにより抵抗値を変えるように
したものである。

さらに、ヒーターの抵抗値を形状的に変化させるもの
に限らず、ヒーターの被覆の厚さを変えて、それに接し
ているインクの温度上昇にをもたせるようにしてもよ
い。また、ヒーターシンク等、ヒーターの放熱に関与す
る部分を変えて、ヒーター表面の温度上昇に差をもた
せ、第１図乃至第３図と同様に発生するバブルの発生中
心を電圧によって変えることができる。

以上説明したヒーターやヘッドの構成物質、あるい
は、形状などが上記実施例に限定されるものではないこ
とは勿論である。

（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、イ
ンクジェット記録装置において、吐出するインクのドロ
ップ量を広範囲に変えて十分なレベルの階調表現を行な
うことができ、しかも、インクドロップの体積を変調し
た場合でも、記録媒体上での位置ずれを補正して美麗な
印字を行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明のインクジェット記録装置
におけるヘッドの異なる実施例の横断面図、第４図乃至
第６図は、インクドロップの飛翔速度と印字位置との関
係の説明図、第７図は、従来のインクジェットヘッドを
示すものでその（Ａ）図は縦断面図、（Ｂ）図は横断面
図、第８図，第９図は、第７図のインクジェットヘッド
の動作の説明図である。 １……ヒーター、3,4……電極、６……チャンネル隔
壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 豊 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 細貝 耕三 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/05,2/13

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを吐出するインク吐出口と、該イン
   ク吐出口に連通し、インクを保持するインク流路と、該
   インク流路中に設けたヒーターとを具備するインクジェ
   ットヘッドと、該インクジェットヘッドと記録媒体とを
   主走査方向に相対移動させる移動手段とを具備するイン
   クジェット記録装置において、前記ヒーターが、前記記
   録媒体と前記インクジェットヘッドとの前記相対移動の
   方向に対応した発熱勾配を生ずる構造とされていること
   を特徴とするインクジェット記録装置。