JP3544034B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、オフィス用コンピュータや、パーソナルコンピュータなどの出力印字に用いられるプリンタに関するものであり、特に、インクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェット記録装置は、記録時の静粛性、高速記録が可能、カラー化が容易といった点から家庭用、オフィス用コンピュータの出力用プリンタとして広く利用されるようになってきた。このようなインクジェット記録装置はインクを小滴化して飛翔させ、記録紙に付着させて記録を行うもので、小滴の発生法や飛翔方向の制御法によってコンティニアス方式とオンデマンド方式に大別される。
【０００３】
コンティニアス方式は、例えば米国特許第３，０６０，４２９号明細書に開示されている方式であって、インクの小滴化を静電吸引的に行い、発生した小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録紙上に小滴を選択的に付着させて記録を行うものであり、小滴の発生に高電圧を必要とし、かつマルチノズル化が困難であるので高速記録には不適である。
【０００４】
オンデマンド方式は、小滴を吐出するノズル孔を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、電気的な記録信号を付加し、この電気信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、機械的振動にしたがって前記ノズル孔より小滴を吐出させて記録紙に付着させることで記録を行うものである。すなわち、この方式はオンデマンドに応じてインクをノズル孔より吐出して記録を行うため、コンティニアス方式のように吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に寄与しなかった小滴を回収することを必要とせず、ひいてはシンプルな構成にすることが可能である。しかし、その一方で記録ヘッドの加工が困難であり、特にピエゾ振動素子の小型化が極めて困難でマルチノズル化が難しく、さらにピエゾ素子の機械振動という機械的エネルギーで小滴の飛翔を行うので高速記録に向かない等の欠点を有する。
【０００５】
また、特公昭６１−５９９１１号公報，特公昭６２−１１０３５号公報，特公昭６１−５９９１４号公報には発熱抵抗体により沸騰を生起させ液滴を飛翔させる方式の記録法が開示されている。
【０００６】
オンデマンド方式の他の例としては米国特許第３，１７９，０４２号明細書に開示されている方式には、ピエゾ振動素子等の手段による機械的振動エネルギーを利用する代わりに熱エネルギーを利用する方式が開示されている。この方式には、機械的振動エネルギーを利用する方式と比較しエネルギー変換効率が高く、マルチノズル化が容易であるといった特徴がある。
【０００７】
次に、その吐出原理について説明する。図１１はそのインク記録装置の断面図であり、８３は導電性インク、８４は導電性インクで満たされたインク室、８５は導電性インクを収容するインクタンク、８６，８７は導電性インク液面以下に配置された一対の電極、８８は電源、８９は電源８８のスイッチ、９０は導電性インクを吐出するノズル、９１は記録紙、９２はノズル９０から吐出されるインク滴である。そこで、一対の電極８６，８７に電圧が印加されると、導電性インク８３に電流が流れ、そのジュール熱で電極８６，８７の先端間の導電性インク８３の一部が気化する。さらにその気化された導電性インク８３の蒸気はノズル９０から記録紙９１にインク滴９２を吐出させるのに十分な圧力を発生するまで膨張する。このようにスイッチ８９により電圧を印加することで、導電性インク８３を吐出するノズル孔を選び記録紙９１に所望の文字を形成できるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来のインクジェット方式では、ドット自体の濃度を多階調化できないために、写真等の自然画を印刷する場合には、ｎ×ｎドットの正方格子中のドット数を原画の輝度によって増減するディザ法等の手法によって多階調印字を実現していた。しかし、この方式では、例えば１６階調であれば４×４、６４階調であれば８×８と、より多くの階調を得ようとすれば、大きな正方格子を用いる必要があるため、解像度と階調の両立が難しいという問題を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、液体を吐出するノズルと、ノズルに連通する液路と、前記液路内に配置され、かつインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させる複数の圧力発生手段からなる複数の吐出部と、前記圧力発生手段に電圧を供給する供給手段と、前記供給手段の制御を行う制御手段とを有し、前記ノズルを前記面上に対して射影したとき、射影された前記ノズルが前記複数の圧力発生手段に囲まれるように前記ノズルを配置し、前記圧力発生手段に電圧を供給して液路内に圧力を発生させ、かつ同一液路内に関し前記電圧を供給する対象となる前記圧力発生手段の組み合わせにより、液路内に発生する圧力を制御して、任意の量のインク滴の量を吐出させて多階調印字を行う構成とする。
【００１０】
以下、本発明で実施できる好ましい態様について詳細に説明する。
【００１１】
（記録原理）
記録方式としては、記録液を抵抗加熱ヒータ等の熱発生源で加熱し、沸騰させてその沸騰気泡の膨張力により記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式、記録液に高電圧をかけ、静電場により記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式、圧電素子の機械的運動により記録液に圧力を加え、その記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させ、紙面上に印字させる方式、記録液に磁性材料を加え、外部磁場により記録液に運動エネルギーを与え、その記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式、導電材料を添加した記録液に電気エネルギーを与え、記録液の自己発熱により生じた沸騰気泡の膨張力により記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式等のインクジェット記録ヘッドがある。また、これらの記録方式を実現させるための記録ヘッドの構造も種々あり、印字品質の向上に伴いより高解像度の印字パターンが要求されるため、ほとんどは薄膜技術により形成される。
【００１２】
（ヘッド構成材料）
記録ヘッドの構成材料としては、特性，寿命，信頼性，製造コスト等を考慮して様々な材料が使用される。
【００１３】
基板
基板の材料としては、ガラス、セラミック等の絶縁材料、半導体、表面を高抵抗材料で被覆した金属、金属合金、絶縁物等が使用できる。ガラス基板としては、カリ石灰ガラス、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラス、クラウンガラス、亜鉛クラウンガラス、ソーダカリガラス、バリウム硼珪酸ガラス、９６％珪酸ガラス、９９．５％珪酸ガラス、燐酸ガラス、低融点ガラス、リチウム珪酸ガラス、亜鉛アルミ珪酸ガラス、珪酸ジルコニウムガラス等が使用できる。セラミック基板としては、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン（チタニア）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ホルステライト）、ＢｅＯ（ベリリア）、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３（スピネル）等が使用できる。半導体基板としては、シリコン、炭化シリコン、ダイアモンド、ゲルマニウム等が使用できる。
【００１４】
電極
電極材料としては、Ｔｉ族金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、白金族金属（Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ）、高融点金属（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）、その他Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ等の単金属またはこれらの合金（Ｎｉ−Ｆｅ，ＮｉＣｒ，ＴｉＣｒ等）が使用できる。またこれらの酸化物（酸化チタン，酸化ハフニウム，酸化錫，酸化インジウム等）、窒化物（窒化チタン，窒化クロム等）、炭化物（炭化チタン，炭化タングステン等）、硼化物も使用できる。
【００１５】
絶縁層
絶縁層としては、絶縁性の有機物（耐熱性のポリイミド樹脂，アクリル樹脂等のフォトレジスト等）または絶縁層の無機物が使用できる。
【００１６】
流路・ノズル
流路、ノズル材料としては、ポリイミド、アクリルポリエチレンテレフタレートシート等のポリマー、ガラス、セラミック等の絶縁材料、半導体、または表面を高抵抗材料で被覆した金属、金属合金、絶縁物等が使用できる。
【００１７】
（フォトリソグラフィ等の構成）
上記の材料を用いてヘッドを作成する方法の例を述べる。ガラス、あるいはシリコン等のセラミックスからなる非導電性の基板上にＴｉ，Ａｕ，Ｐｔ等の導電性金属膜を蒸着法やスパッタ法などの物理成膜法あるいは鍍金法等により積層する。この金属膜を積層した基板をフォトリソグラフィ法により電極パターンを形成し、電極以外の部分をイオントミリングまたはケミカルエッチングにより除去する。
【００１８】
インク室に露出していない電極と基板上に有機高分子あるいはセラミックス等の絶縁膜を塗布または蒸着法やスパッタ法により形成する。この絶縁膜と電極を積層した基板上にエキシマレーザ加工機により形成されたノズル孔を有する樹脂シートとノズル孔の中心が２つの電極の中心と一致するように接着剤で接着する。絶縁膜に使用する有機高分子材料としてはポリイミド、ポリアミドイミド、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、およびシリコン樹脂等が挙げられるが、ポリイミド等の耐熱性高分子が特に好ましい。また、ゾルゲル法に用いられる金属アルコキシドを使用しても良い。
【００１９】
さらにおよびまたは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物を蒸着法やスパッタ法にて形成する。樹脂シートの材料としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフド、ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性プラスチックが使用できるが、特に耐インク性、レーザ加工性を考慮すると、ポリイミド、ポリエーテルスルホンが好ましい。接着剤としてはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリアジン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂が使用できる。可撓性を付与するためにニトリルゴム、シリコンゴム、ナイロン、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を添加することもできる。さらに、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２等の金属酸化物の微粉を充填材として添加しても良く、また接着性を向上するためにカップリング剤を適量添加してもよい。耐インク性、耐熱性を考慮するとエポキシ樹脂、およびまたはポリイミド樹脂が好ましい。接着剤は所定の膜厚を得る濃度に有機溶剤で希釈し、あらかじめ樹脂シードに塗布した後、加熱により溶剤を揮発させて接着剤層を形成する。
【００２０】
エキシマレーザを接着剤面側から入射させ、樹脂シートにノズル孔を形成する。エキシマレーザ加工時に接着剤表面にポリイミド等の耐熱性プラスチックフィルムを保護シートとして貼り付けて加工すると、高温の加工くずが接着剤に直接接触しないので接着性が低下しない。ノズル孔を有する樹脂シートと基板の接着はラバー加圧法等により行う。接着温度は接着剤の硬化温度に応じて適宜行う。加圧力は接着剤が浮いたり、しみだすことがないように最適荷重で行う。
【００２１】
（インク）
本発明で使用できる記録液は、水溶性、油溶性のどちらでも良いが臭気や安全性を考慮すると、水溶性の方が好ましい。インクについては、染料、湿潤材としてのアルコール類、グリコール類等の水可溶性有機溶媒、界面活性剤、あるいはこれらの混合物を添加することは、乾燥速度、沸騰状態の調節、電極寿命、ノズル目詰り等にとって好ましい。さらに防腐剤も使用される。具体的にはトリケップス社「インクジェット記録技術」ｐ１７７に記載のもの、および太田徳也，日経エレクトロニクス，Ｎｏ．３０３，１９８２．１１．８、太田徳也，電子写真学会誌、ｖｏｌ２４、３５４（１９８５）、大渡章夫，「第４回ノンインパクトプリンティング技術シンポジウム論文集」電子写真学会，９３（１９８７）、平沢伸一，「第４回ノンインパクトプリンティング技術シンポジウム論文集」電子写真学会，８９（１９８７）、沢木健二，繊維と工業，ｖｏｌ．４７，２１２，（１９９１）、特開昭６３−１５７９号公報等に記載のある素材を使用することができる。
【００２２】
次に、本発明に使用できる記録液の構成の具体例を述べる。例えばそれは、色材（染料；アゾ染料、酸性染料、塩基性染料、直接染料、顔料；カーボンブラック、アゾレーキ顔料、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ベリレン顔料、ベリノン顔料、アトラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジコ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料、塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ、ニトロ顔料、アニリンブラック、蛍光顔料、酸化チタン、酸化鉄等）、溶媒（水等）、溶剤（エチルアルコール、メチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｎ−ペンタノール、ジエチレングリコール等の多価アルコールの低級ジアルキルエーテル類等）、乾燥防止剤（グリセリン、尿素、ソルビタン、ソルビトール、イノシトール、キレート剤等）、粘度調整剤（グリセリン等）、表面張力調整剤（ジエアノールアミン、トリエタノールアミン、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤）、ｐＨ調整剤（水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ジエタノールアミン等）、分散剤（蛋白質類、天然ゴム類、セルロース誘導体、天然高分子、非イオン性高分子、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤等）、発泡剤（イソプロピルアルコール、多価アルコール）、酸化防止剤（ビタミンＣ、亜硫酸ナトリウム、ハイドロキノン、ピラゾリドン、ヒドラジン等）、防腐剤（アルコール、ホルマリン、オマシンナトリウム等）を含んでなる。
【００２３】
本発明には、導電性のインクを使用することが特に好ましい。導電性インクについては米国特許第４，５３６，７７６号明細書（対応特許：特開昭５９−１２９２７４号公報）に「染料の水性混合物からなる選択的なインクジェット印刷機のためのインクにおいて、この混合物が、１ｃｍあたり１５〜５０Ωの比抵抗をインクに与えるような量の加水分解塩からなることを特徴とするインク」が開示されている。特開平５−１７９１８２号公報（ＤＩＣ）も「水と着色剤を含有するインクジェット記録用水性インク組成物において、アルカノールアミンまたはエチレンオキシド付加物およびまたはプロピレンオキシド付加物と、ハロゲン化水素からなる塩を含有することを特徴とするインク」が開示されている。また特公平２−５７８５号公報には無機塩類について具体的な記載がある。本発明にて用いられる導電性付与剤としてはリチウム（Ｌｉ）等からなるアルカリ金属化合物塩、硫酸アンモニウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩類、および有機塩類のどちらでも良いが、４級有機アンモニウム塩の誘導体が好ましく使用できる。化合物の具体的な例としては、モノエタノールアミン硫酸塩、ジエタノールアミン硫酸塩、トリエタノールアミン硫酸塩、モノエタノールアミン硝酸塩、ジエタノールアミン硝酸塩、トリエタノールアミン硝酸塩、モノエタノールアミンリン酸塩、ジエタノールアミンリン酸塩、トリエタノールアミンリン酸塩、ジメタノールアミン硫酸塩、トリメタノールアミン硫酸塩、ジエチルアミン硫酸塩、トリエチルアミン硫酸塩、ジメチルアミン硫酸塩、トリメチルアミン硫酸塩、モノプロピルアミン硫酸塩、ジプロピルアミン硫酸塩、トリプロピルアミン硫酸塩、フェニルアミン硫酸塩、ジフェニルアミン硫酸塩、ジメチレンアミン硫酸塩、トリメチレンアミン硫酸塩、ジエチレンアミン硫酸塩、トリエチレンアミン硫酸塩、ジプロピレンアミン硫酸塩、トリプロピレンアミン硫酸塩、ピリジン硫酸塩、ピロール硫酸塩等を挙げることができる。
【００２４】
湿潤剤は、水より沸点の高いものであり、ノズル先端の乾燥を防止するために用いられる。湿潤剤としては、具体的には、ポリエチレングリコール，ポリプロピレングリコール，ブチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレングリコール、例えばエチレングリコールエチルエーテル，ジエチレングリコールメチルエーテル，ジエチレングリコールエチルエーテル等のジエチレングリコールの低級アルキルエーテル，グリセリン等が挙げられる。多価アルコールは０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜３．０重量％含有される。多価アルコールが０．５重量％未満になるにつれ、インク乾燥によるノズル先端が目詰まり傾向となるのが認められ、多価アルコールが３．０重量％を越えるにつれ、インク比抵抗が上昇する傾向となるのが認められ、それぞれ好ましくないことが判った。
【００２５】
溶剤は、水、および水と混合し得る有機溶剤が挙げられる。有機溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルキルアルコール、アセトン、ジアセトンアルコール等のケトンまたはケトアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテルアルコール類、水溶性高分子化合物等が挙げられる。溶剤として用いられている水は、３０〜８０重量％、好ましくは５０〜７０重量％含有される。水が５０重量％未満になるにつれ、紙への浸透性が向上する傾向が認められ、水が７０重量％を越えるにつれ、紙への浸透性が低下する傾向が認められ、それぞれ好ましくないことが判った。
【００２６】
インクジェット用インクには、さらに、液物性を調整するため、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、粘度調整剤等を添加する場合がある。
【００２７】
表面張力調整剤はインクジェット用インクの速乾性を上げるために添加すると同時にインクジェット用インクの蒸発も防止し、調整剤としては、水溶性有機溶媒、界面活性剤を用いるのが好ましい。水溶性有機溶媒は、上記溶剤の中より選択されも良い。また、界面活性剤の具体例としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩類、脂肪アルコールリン酸エステル塩類、二塩基性脂肪酸エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタリンスルホン酸塩類、アルキルピリジウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェニールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類，ソルビタンアルキルエステル類，ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類を挙げることができる。
【００２８】
ｐＨ調整剤としては、調合されるインクジェット用インクに悪影響を及ぼさずに、所望のｐＨ値に調整できるものであれば良いが、具体的には、低級アルカノールアミン，アルカリ金属水酸化物の１価の水酸化物，水酸化アンモニウム等が挙げられる。
【００２９】
粘度調整剤は、インクジェット用インクの粘度を調整するものであり、具体的には、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、水溶性アクリル樹脂、ポリビニルピロリドン、アラビアゴムスターチ等が挙げられる。
【００３０】
さらに、印刷用紙に付着する場合のインクの被膜の強度を補強するために、アルキッド樹脂，アクリル樹脂，アクリルアミド樹脂，ポリビニルアルコール，ポリビニルピロリドン等の樹脂重合体が添加されても良い。また、カビ防止剤を添加するのが長期保存時の信頼性確保の点で有利である。
【００３１】
（インク物性）
本発明において用いられるインクジェット用インクの比抵抗は２５℃において、８〜５０Ω・ｃｍ、好ましくは１５〜２５Ω・ｃｍである。比抵抗が８Ω・ｃｍ未満では、この数値より小さくなるにつれてインクジェット用インクの導電性付与剤の含有量が多くなるので、染料の溶解安定性が低下し、ノズルの目詰り性が悪化する傾向が認められ、また比抵抗が５０Ω・ｃｍ以上では、この数値を越えるにつれて導電性化合物の含有量が少なくなるので、電極に印加する電圧の交流周波数を低くすると、基板上の化学反応を防止することができなくなり、電極が溶解されたり吐出安定性が悪化する傾向が認められ、それぞれ好ましくないことが判った。粘度は１０ｃｐ以下、好ましくは５ｃｐ以下である。粘度が５ｃｐを越えるにつれてインク滴のノズル孔からの吐出に不都合が生じる傾向にあるのが認められ、好ましくないことがわかった。表面張力は２８〜５５ｄｙｎｅ／ｃｍ、好ましくは３０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍである。表面張力が３０ｄｙｎｅ／ｃｍ未満になるにつれて印字の細線にじみが悪化し、印字濃度が低下する傾向があることが認められ、表面張力が、４５ｄｙｎｅ／ｃｍを越えるにつれて色重ね印字の色にじみ性が低下する傾向にあることが認められ、それぞれ好ましくないことが判った。ｐＨは６〜１０、好ましくは７〜９である。ｐＨが６未満になるにつれて染料の溶解安定性が低下する傾向にあるのが認められ、ｐＨが１０を越えるにつれて染料の退色が発生する傾向にあるのが認められ、それぞれ好ましくないことがわかった。
【００３２】
（目詰り防止機構）
インクジェット記録装置におけるインクは、一般的に揮発性が高い水やアルコールを成分として構成されているため、記録ヘッドの吐出口（ノズル）内にインクが溜ったまま該吐出口が大気に曝されると、該吐出口から水分等が蒸発してインクが乾燥し、インクの固着が発生して吐出不能になることがある。また、吐出可能な場合でも、上記水分等の蒸発により増粘したインクが吐出口付近に付着することにより、インクの吐出方向が乱され、印字品質が劣化することがある。
【００３３】
その対策として、非印字時にホームポジション等のある固定された位置に記録ヘッドを移動させ、ゴム等の弾性部材により吐出口を大気と遮断するキャッピング手段や、インク吐出素子を駆動させて所定のインク受容体に記録に直接関わらないインクの吐出を行わせる予備吐出、インク吐出口面と接触するゴム等の弾性部材を設け、両者を相対移動させてインク吐出口近傍に付着したインク、塵等の異物を拭きとるワイピング手段、インク供給系を加圧したり、あるいはインク吐出口から吸引するなどの方法でインクに所定の圧力を作用させてインクを強制的に排出するパージ手段を設けることが望ましい。
【００３４】
（カートリッジ）
本発明に使用されるインクカートリッジは、インクを吐出する記録ヘッドと、記録ヘッドに供給するインクを貯留するインクタンクが一体に構成された一体型でも、前記記録ヘッドと前記インクタンクが着脱自在に構成された分離型でも良い。インクタンクから記録ヘッドまでのインク流路間には、吐出に悪影響を与えるインク内の異物や気泡をトラップするためにフィルターを設けることが望ましい。
【００３５】
フィルターとしては、１０ミクロン程度のろ過粒度を有するようにステンレス等の金属を立体的に編んだものが高信頼性を確保する上で有利である。
【００３６】
印字品質を向上させるための条件として、インク吐出口に静的な負圧をかけておくことの重要性がかねてから知られている。負圧をかけることによってインク吐出口部分の液面が負メニスカスとなり、インクを内部に引き込むので、着弾精度を向上させるとともに、余分液滴（エキストラドット）の減少等を防ぐことが可能となる。インク吐出口の負圧を発生させるために、インクタンク内にポリウレタンフォームで構成されたスポンジを充填させたり、インクタンク内外にバネ部材を設ける等の負圧発生手段を配設することが望ましい。
【００３７】
（装置）
本発明で使用される記録装置としては、１個または複数の記録ヘッドをキャリッジに搭載し、被記録材の前面を主走査方向に往復移動しながら記録ヘッドよりインクを吐出し、被記録材は副走査方向に所定の量だけ送られることで記録を行う所謂シリアル型記録装置、あるいは、記録ヘッドが被記録材の主走査方向全幅にわたって設けられ、被記録材が副走査方向に所定の量だけ送られることで記録を行う所謂ライン型記録装置のどちらでも良い。
【００３８】
また、１個または複数の記録ヘッドをキャリッジに搭載し、被記録材の前面を主走査方向、および副走査方向に移動しながら記録ヘッドよりインクを吐出し、記録する所謂プロッタ型記録装置であっても良い。
【００３９】
【作用】
本発明では、同一液路内に複数の圧力発生手段を設け、電圧を印加する圧力発生手段の数、または種類を選択することにより、ノズルから吐出するインクの体積の制御が可能となる。その結果、記録紙に記録されるドットの大きさの制御が可能となり、多階調印字が可能となる。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。図１において、１は記録ヘッド、２は導電性のインク、３，４，５，６は電極、７はインクタンク、８はインク２の噴射口であるノズル孔であり、記録ヘッド１は、互いに対向した電極３と電極４および電極５と電極６と、これらの対向する電極間を通ってインク２のインク滴ｉ１，ｉ２を噴射させるノズル孔８を備えている。
【００４１】
また、９はコントロールブロック、１０は交流パルス発生回路、１１は吐出制御回路、１２，１３，１４，１５はＮＯＴ回路、１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３はＡＮＤ回路、２４，２５，２６，２７は電流ソース型ドライバ、２８，２９，３０，３１は電流シンク型ドライバである。
【００４２】
次に、図１，図２を参照しながら制御について説明する。
【００４３】
今、コンロトールブロック９に印字が指令されたとき、交流パルス発生回路１０より信号ａ１〜ａ４が出力され、また吐出制御回路１１より信号ｂ１〜ｂ４が出力される。ここで、交流パルス発生回路１０の出力ａ１〜ａ４は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相１８０°で出力される。これらの信号ａ１〜ａ４は電流ソース型ドライバ２４〜２７と電流シンク型ドライバ２８〜３１をスイッチングする基本パルスである。また吐出制御回路１１の出力ｂ１〜ｂ４は電流ソース型ドライバ２４〜２７と電流シンク型ドライバ２８〜３１のイネーブル信号であり、対応する信号ａ１〜ａ４が出力されるときに同時に出力される。
【００４４】
信号ｂ１〜ｂ４がハイレベルおよび信号ａ１〜ａ４がハイレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１５およびＡＮＤ回路１６〜２３によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ２４〜２７がオンとなり、信号ｂ１〜ｂ４がハイレベルおよび信号ａ１〜ａ４がローレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１５およびＡＮＤ回路１６〜２３によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ２８〜３１がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバ２４〜２７と電流シンク型ドライバ２８〜３１はオフとなり、出力ｃ１〜ｃ４はハイインピーダンス状態となる。
【００４５】
以下、図２のタイミングチャートにしたがってノズル孔８からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００４６】
まず、図２に示すように、期間ｔ１の間に信号ａ１，ａ２および信号ｂ１，ｂ２が出力されると、ドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９の出力ｃ１，ｃ２が出力される。このとき、信号ａ１と信号ａ２は位相が１８０°であるので、出力ｃ１と出力ｃ２の位相も１８０°である。
【００４７】
インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３および電極４にドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加されると、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、信号電極３，４間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して、５〜３０μｓ後にはついに沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３と電極４は電極間距離ｄ１，対向幅ｌ１で対向しており、発生する沸騰気泡Ａの体積はＶ１である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ１のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ１は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００４８】
ところで、記録紙に付着するドット径を４０〜１５０μｍとして、階調印字を行うには５〜１２０ｐｌのインク滴が８〜１６ｍ／ｓで噴射される必要がある。そのためノズル孔８の口径は２０〜６０μｍ、ノズル孔８の長さは３０〜６０μｍ、ノズル孔８のテーパーは０〜３０°、発生するバブルの体積は２０〜５００ｐｌが適当である。
【００４９】
ノズル孔８からのインク２の噴射によって消費されたインク２は、つぎの沸騰を開始する前にインクタンク７からインクが毛細管現象により補給される。
【００５０】
このようにインクを吐出させるときの出力ｃ１，ｃ２の論理を一定期間ｔ１において交互に繰り返し、電極３と電極４に交流電流を流すことにより、導電性インク２を沸騰させ、その圧力変化によってノズルよりインクを吐出させる。なお、交流電流を流すことの最大のメリットは電極の電気分解を防ぎ、電極の寿命を維持できることである。
【００５１】
同様にして、期間ｔ２の間に信号ａ３，ａ４および信号ｂ３，ｂ４が出力されると、ドライバ２６，３０およびドライバ２７，３１の出力ｃ３，ｃ４が出力される。このとき、信号ａ３と信号ａ４は位相差が１８０°であるので、出力ｃ３と出力ｃ４の位相差も１８０°である。
【００５２】
インク２の充満した記録ヘッド１内において、電極５および電極６に、ドライバ２６，３０およびドライバ２７，３１より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加されると、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極５，６間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極５と電極６とは距離ｄ２（＜ｄ１）、幅ｌ２（＞ｌ１）で対向しており、発生する沸騰気泡Ｂの体積はＶ２である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ２のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ２は３０ｐｌ、ドット径は９０μｍである。
【００５３】
図３は沸騰気泡とインクに印加される電力の関係を示すグラフである。図３において、横軸は加熱時間、縦軸は印加電力および沸騰気泡体積である。インクに０．４Ｗの電力を与えると沸騰開始までの加熱時間は７μｓとなり、Ｅ１＝２．８μＪ（＝０．４×７）のエネルギーが与えられる。そのときの気泡はＢ１のように成長し最大気泡体積は２００ｐｌとなる。同様にインクに０．２３Ｗの電力を与えると沸騰開始までの加熱時間は２２μｓとなり、Ｅ２＝５．６μＪ（＝０．２３×２２）のエネルギーが与えられる。そのときの気泡はＢ２のように成長し最大気泡体積は４００ｐｌとなる。このように印加電力により沸騰開始までの時間が決まり、それによりインクの加熱される体積が変化し、加熱される体積が大きいほど最大成長気泡体積が大きくなる。つまりゆっくり加熱すればより大きな気泡を形成することができる。沸騰が始まれば気泡により電極間の電流が遮断されるので電圧を直後に切るように制御しても最大成長気泡体積に影響はない。
【００５４】
ところで、電極３，４および電極５，６はｄ２＜ｄ１、ｌ２＞ｌ１であり、電極間に印加される電圧およびインク２の抵抗率が同じであるので、電極３，４間を流れる電流ｉ１と電極５，６間を流れる電流ｉ２との関係は、ｉ２＞ｉ１である。よって、電極５，６間のインクの方が電極３，４間のインクより急速に加熱され、Ｖ２＜Ｖ１となり、吐出インク体積もＤ２＜Ｄ１となる。
【００５５】
さらに、期間ｔ１の間に信号ａ１，ａ２、信号ｂ１，ｂ２が出力され、同時に期間ｔ２の間に信号ａ３，ａ４、信号ｂ３，ｂ４が出力されると、ドライバ２４〜３１の出力ｃ１〜ｃ４が出力される。このとき、信号ａ１，ａ２の位相差が１８０°であり、信号ａ３，ａ４は位相差が１８０°であるので、出力ｃ１，ｃ２の位相差および出力ｃ３，ｃ４の位相差は１８０°である。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３，電極４および電極５，６に、電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加されるので、インク２が自己発熱して、沸騰が始まり、電極３，４間に沸騰気泡体積Ｖ１の沸騰気泡Ａが発生し、電極５，６間に沸騰気泡体積Ｖ２の沸騰気泡Ｂが発生する。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ１＋Ｄ２）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。ここで、体積Ｄ１は６０ｐｌ、体積Ｄ２は３０ｐｌであるので、（Ｄ１＋Ｄ２）は９０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１４０μｍである。
【００５６】
ここで、信号ａ３，ａ４および信号ｂ３，ｂ４は、信号ａ１，ａ２および信号ｂ１，ｂ２より、信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡Ａと沸騰気泡Ｂの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００５７】
このように、第１実施例では、例えば、３０ｐｌ，６０ｐｌ，９０ｐｌの３種類の異なる体積のインク滴を吐出し、記録紙に付着するドット径は９０μｍ，１２０μｍ，１４０μｍとなり、階調印字を行うことが可能である。さらに電極対を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
【００５８】
図４は第２実施例のインクジェット記録装置の構成図である。図４において、１０２は記録ヘッド、３２，３３，３４は電極であり、これら電極３２，３３，３４はお互いに電極間距離ｄ３，対向幅ｌ３で対向している。なお、図１に示した第１実施例における部材と同一の部材、または同一機能の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略した。
【００５９】
今、コントロールブロック９に印字が指令されたとき、図５に示すように交流パルス発生回路１０より信号ｅ１〜ｅ３、および、吐出制御回路１１より信号ｆ１〜ｆ３が出力される。
【００６０】
ここで、交流パルス発生回路１０の出力ｅ１〜ｅ３は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相差１８０°で出力される。これらの信号ｅ１〜ｅ３は電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０をスイッチングする基本パルスである。吐出制御回路１１の出力ｆ１〜ｆ３は電流ソース型ドライバ２４〜３６と電流シンク型ドライバ２８〜３０のイネーブル信号であり、対応する信号ｅ１〜ｅ３が出力されるときに同時に出力される。
【００６１】
信号ｆ１〜ｆ３がハイレベル、信号ｅ１〜ｅ３ハイレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ２４〜２６がオンとなり、信号ｆ１〜ｆ３がハイレベル、信号ｅ１〜ｅ３ローレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ２８〜３０がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバと電流シンク型ドライバはオフとなり、出力ｇ１〜ｇ３はハイインピーダンス状態となる。
【００６２】
図５のタイミングチャートにしたがってノズル孔８からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００６３】
まず、図５に示すように、期間ｔ３の間に位相差１８０°の信号ｅ１，ｅ２および同相の信号ｆ１，ｆ２がそれぞれ出力されると、位相差１８０°の出力ｇ１，ｇ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド１０２内において、電極３２と電極３３にドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９より電圧（第２実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第２実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して信号電極３２，３３間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３２，３３は距離ｄ３，幅ｌ３で対向しており、発生する沸騰気泡Ｃの体積はＶ３である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０２内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ３のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ３は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００６４】
次に、期間ｔ３の間に位相差１８０°の信号ｅ３，ｅ２および同相の信号ｆ３，ｆ２が出力されると、位相差１８０°の出力ｇ３，ｇ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド１０２内において、電極３４，３３に、ドライバ２６，３０およびドライバ２５，２９より電圧（第２実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第２実施例では
２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極３４，３３間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３４と電極３３は距離ｄ３，幅ｌ３で対向しており、発生する沸騰気泡Ｄの体積はＶ３である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ３のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ３は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００６５】
さらに次に、期間ｔ３の間に、信号ｅ１〜ｅ３が位相１８０°で出力され、信号ｆ１〜ｆ３が出力されると、ドライバ２４〜３０の出力ｇ１〜ｇ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３２，３３間および電極３３，３４間にドライバ２４〜３０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極３２，３３間および電極３３，３４間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３２と電極３３および電極３３と電極３４はそれぞれ距離ｄ３，幅ｌ３で対向しており、電極３２，３３間で発生する沸騰気泡Ｃと、電極３３，３４間で発生する沸騰気泡Ｄの体積はともにＶ３である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０２内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ３＋Ｄ３）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ３は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍであるので、（Ｄ３＋Ｄ３）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００６６】
このように第２実施例では、例えば、６０ｐｌ、１２０ｐｌの２種類の異なる体積のインク滴を吐出し、記録紙に付着するドット径は１２０μｍ、１５０μｍとなり、階調印字を行うことが可能である。さらに対向する電極を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
【００６７】
図６は第３実施例のインクジェット記録装置の構成図である。図６において、１０３は記録ヘッド、３５，３６，３７は電極であり、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で、電極３６と電極３７は距離ｄ５，幅ｌ４で、電極３５と電極３７は距離ｄ６，幅ｌ４でそれぞれ対向している。なお、図１に示した第１実施例における部材と同一の部材、または同一機能の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略した。
【００６８】
今、コントロールブロック９に印字が指令されたとき、交流パルス発生回路１０より信号ｈ１〜ｈ３、および、吐出制御回路１１より信号ｊ１〜ｊ３が出力される。
【００６９】
ここで、交流パルス発生回路１０の出力ｈ１〜ｈ３は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相１８０°で出力される。これらの信号ｈ１〜
ｈ３は電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０をスイッチングする基本パルスである。吐出制御回路１１の出力ｊ１〜ｊ３は電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０のイネーブル信号であり、対応する信号ｈ１〜ｈ３が出力されるときに同時に出力される。
【００７０】
信号ｊ１〜ｊ３がハイレベル、ｈ１〜ｈ３ハイレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ２４〜２６がオンとなり、信号ｊ１〜ｊ３がハイレベル、信号ｈ１〜ｈ３がローレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ２８〜３０がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０はオフとなり、出力ｋ１〜ｋ３はハイインピーダンス状態となる。
【００７１】
図７のタイミングチャートにしたがってノズル孔８からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００７２】
まず、図７に示すように、期間ｔ４の間に位相差１８０°の信号ｈ１，ｈ２、信号ｊ１，ｊ２がそれぞれ出力されると、位相差１８０°の出力ｋ１，ｋ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３５と電極３６に、ドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して信号電極３５，３６間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れＩ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表させる電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で対向しており、発生する沸騰気泡Ｅの体積はＶ４である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ４のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ４は２０ｐｌ、ドット径は８０μｍである。
【００７３】
次に期間ｔ５の間に位相１８０°の信号ｈ３，ｈ２および信号ｊ３，ｊ２が出力されると、位相１８０°の出力ｋ３，ｋ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３７と電極３６に、ドライバより電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極３７，３６間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３７と電極３６は距離ｄ５，幅ｌ４で対向しており、発生する沸騰気泡Ｆの体積はＶ５である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ５のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ５は４０ｐｌ、ドット径は１００μｍである。
【００７４】
さらに、期間ｔ６の間に信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３が出力されると、位相差
１８０°の出力ｋ１，ｋ３が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３５と電極３７に、ドライバ２４，２８およびドライバ２６，３０より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極３５，３７間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３７は距離ｄ６，幅ｌ４で対向しており、発生する沸騰気泡Ｇの体積はＶ６である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ６のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ６は８０ｐｌ、ドット径は１３０μｍである。
【００７５】
さらに、図８のタイミングチャートを説明する。
【００７６】
まず、期間ｔ５の間に位相差１８０°の信号ｈ２，ｈ３および同相の信号ｊ２，ｊ３がそれぞれ出力され、続いて期間ｔ４の間に信号ｈ２に対して位相差１８０°の信号ｈ１と信号ｊ１が出力されると、ドライバの出力ｋ１〜ｋ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３５，３６間および電極３６，３７間に、ドライバ２４〜３０より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して信号電極３５，３６間と電極３６，３７間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れＩ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で、電極３６と電極３７は距離ｄ５，幅ｌ４で対向しており、電極３５，３６間で発生する沸騰気泡Ｅの体積はＶ４であり、電極３６，３７間で発生する。沸騰気泡Ｆの体積はＶ５である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ４＋Ｄ５）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ４は２０ｐｌ、体積Ｄ５は４０ｐｌであるので、（Ｄ４＋Ｄ５）は６０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１２０μｍである。
【００７７】
ここで、信号ｈ１，ｊ１は、信号ｈ２，ｈ３および信号ｊ２，ｊ３よりも信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡Ｅと沸騰気泡Ｆの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００７８】
次に期間ｔ６の間に位相差１８０°の信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３が出力され続いて、期間ｔ４の間に信号ｈ１に対して位相差１８０°の信号ｈ２および信号ｊ２が出力されると、ドライバの出力ｋ１〜出力ｋ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド１０３内において、電極３５，３６間および電極３５，３７間に、ドライバ２４〜３０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極３５，３６間および電極３５，３７間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で、電極３５と電極３７は距離ｄ６、幅ｌ４で対向しており、電極３５，３６間で発生する沸騰気泡Ｅの体積はＶ４で、電極３５，３７間で発生する沸騰気泡Ｇの体積はＶ６である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によって、インク２はノズル孔８から体積（Ｄ４＋Ｄ６）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ４は２０ｐｌ、体積Ｄ６は８０ｐｌであるので、（Ｄ４＋Ｄ６）のドット径は例えば１４０μｍである。
【００７９】
ここで、信号ｈ２および信号ｊ２は、信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３よりも信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡ＥとＧの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００８０】
さらに、期間ｔ６の間に位相差１８０°の信号ｈ１，ｈ３、同相の信号ｊ１，ｊ３がそれぞれ出力され続いて、期間ｔ６の間に信号ｈ３に対して位相差１８０°の信号ｈ２と信号ｊ２がそれぞれ出力されると、ドライバ２４〜３０の出力ｋ１〜出力ｋ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド１０３内において、電極３６，３７間および電極３７，３５間に、ドライバ２４〜３０より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極３６，３７間および電極３７，３５間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３６と電極３７は距離ｄ５，幅ｌ４で、電極３７と電極３５は距離ｄ６，幅ｌ４で対向しており、電極３６，３７間で発生する沸騰気泡Ｆの体積はＶ５で、電極３７，３５間で発生する沸騰気泡Ｇの体積はＶ６である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ５＋Ｄ６）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ５は４０ｐｌ、Ｄ５は４０ｐｌであるので、（Ｄ５＋Ｄ６）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００８１】
ここで、信号ｈ２と信号ｊ２は、信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３よりも信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡Ｅと沸騰気泡Ｇの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００８２】
このように第３実施例では、例えば、２０ｐｌ、４０ｐｌ、６０ｐｌ、８０ｐｌ、１００ｐｌ、１２０ｐｌの６種類の異なる体積のインク滴を吐出し、記録紙に付着するドット径は８０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍとなり、階調印字を行うことが可能である。さらに対向する電極を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
【００８３】
図９は第４実施例のインクジェット記録装置の構成図である。図９において、１０４は記録ヘッドであり、７３〜７９は電極、８０〜８２はインク２の噴射口であるノズル孔である。また、３８〜４４はＮＯＴ回路、４５〜５８はＡＮＤ回路、５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１は電流ソース型ドライバ、６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２は電流シンク型ドライバである。ここで、電極７３，７４，７７と電極７４，７５，７８と電極７５，７６，７９とは、電極間距離ｄ７、対向幅ｌ７でそれぞれ対向している。なお、図１に示した第１実施例における部材と同一の部材、または同一機能の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略した。
【００８４】
今、コントロールブロック９に印字が指令されたとき、交流パルス発生回路１０より信号ｍ１〜ｍ７、および、吐出制御回路より信号ｎ１〜ｎ７が出力される。
【００８５】
ここで、交流パルス発生回路１０の出力ｍ１〜ｍ７は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ，デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相差１８０°で出力される。これらの信号ｍ１〜ｍ７は電流ソース型ドライバ５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１と電流シンク型ドライバ６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２をスイッチングする基本パルスである。吐出制御回路１１の出力ｎ１〜ｎ７は電流ソース型ドライバ５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１と電流シンク型ドライバ６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２のイネーブル信号であり、対応する信号ｍ１〜ｍ７が出力されるときに同時に出力される。
【００８６】
信号ｎ１〜ｎ７がハイレベルでかつ対応する信号ｍ１〜ｍ７がハイレベルのときは、ＮＯＴ回路３８〜４４およびＡＮＤ回路４５〜５８によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１がオンとなり、信号ｎ１〜ｎ７がハイレベル、ｍ１〜ｍ７がローレベルのときは、ＮＯＴ回路３８〜４４およびＡＮＤ回路４５〜５８によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバと電流シンク型ドライバはオフとなり、出力ｏ１〜ｏ７はハイインピーダンス状態となる。
【００８７】
図１０のタイミングチャートにしたがってノズル孔８０〜８２からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００８８】
まず、図１０に示すように、信号ｍ１，ｍ３と信号ｍ５，ｍ７が位相差１８０°でそれぞれ出力され、信号ｎ１，ｎ３と信号ｎ５，ｎ７が同相でそれぞれ出力されると、ドライバ５９，６０、ドライバ６３，６４、ドライバ６７，６８、ドライバ７１，７２の出力ｏ１，ｏ３，ｏ５，ｏ７により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極７３，７７間および電極７５，７９との間に、ドライバ５９，６０，６３，６４，６７，６８，７１，７２より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極７３，７７間および電極７５，７９間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れＩ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７３，７７は距離ｄ７，幅ｌ７で、電極７５，７９は距離ｄ７，幅ｌ７で対向しており、電極７３，７７で発生する沸騰気泡Ｈの体積はＶ７であり、電極７５，７９で発生する沸騰気泡Ｌの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８０とノズル孔８２とからそれぞれ体積Ｄ７のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ７は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００８９】
次に信号ｍ２，ｍ６が位相差１８０°で出力され、信号ｎ２，ｎ６が同相で出力されると、ドライバ６１，６２、ドライバ６９，７０の出力ｏ２，ｏ６により、インク２の充満した記録ヘッド１０４内において、電極７４，７８間に、ドライバ６１，６２，６９，７０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極７４，７８間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７４，７８は距離ｄ７，ｌ７で対向しており、電極７４，７８間で発生する沸騰気泡Ｊの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８１から体積Ｄ７のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ７は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００９０】
次に、信号ｍ１〜ｍ４と信号ｍ５，ｍ７とが位相差１８０°の出力され、信号ｎ１〜ｎ５，ｎ７が同相でそれぞれ出力されると、ドライバ５９〜６８、ドライバ７１，７２の出力ｏ１〜ｏ５，ｏ７の出力により、インク２の充満した記録ヘッド１０４内において、電極７３，７７間、電極７４，７７間、電極７５，７９間および電極７６，７９間に、ドライバ５９〜６８、ドライバ７１，７２より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極７３，７７間と電極７４，７７間と電極７５，７９間と電極７６，７９間にそれぞれ電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７３，７７、電極７４，７７、電極７５，７９、電極７６，７９は距離ｄ７，幅ｌ７で対向しており、電極７３，７７間で発生する沸騰気泡Ｈの体積はＶ７で、さらに電極７４，７７間で発生する沸騰気泡Ｉの体積はＶ７で、電極７５，７９間で発生する沸騰気泡Ｌの体積はＶ７で、電極７６，７９間で発生する沸騰気泡Ｍの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８０とノズル孔８２からそれぞれ体積（Ｄ７＋Ｄ７）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ７は６０ｐｌであるので、（Ｄ７＋Ｄ７）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００９１】
さらに、信号ｍ２，ｍ３と信号ｍ６が位相差１８０°でそれぞれ出力され、信号ｎ２，ｎ３，ｎ６が出力されると、ドライバの出力ｏ２，ｏ３，ｏ６の出力により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極７４，７８間および電極７５，７８と間に、ドライバ６１〜６４，６９，７０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極７４，７８間と電極７５，７８間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７４と電極７８および電極７５と電極７８は距離ｄ７，幅ｌ７で対向しており、電極７４，７８間で発生する沸騰気泡Ｊの体積はＶ７で、電極７５，７８間で発生する沸騰気泡Ｋの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８１から体積（Ｄ７＋Ｄ７）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ７は６０ｐｌであるので、（Ｄ７＋Ｄ７）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００９２】
このように第４実施例では、対向している電極を他のノズルと共有することにより、電極の数、およびドライバの数を減らすことが可能である。さらに対向する電極を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
なお、上述した実施例は、圧力発生手段として導電性インクを加熱、沸騰させるための電極を適用したものであるが、これに限らず、前述の記録原理において説明したように、圧力発生手段として複数の圧電素子や複数の電気熱変換手段を適用しても良い。
【００９３】
【発明の効果】
液体の吐出するノズルと、ノズルに連通する液路と、前記液路内に配置された複数の圧力発生手段からなる複数の吐出部と前記圧力発生手段に電圧を供給する供給手段と、前記供給手段の制御を行う制御手段を持ち、前記圧力発生手段に電圧を供給して、液路内に圧力を発生させ、かつ、同一液路内の複数の圧力発生手段に電圧を供給する組み合わせにより、液路内に発生する圧力を制御して、任意の量のインク滴の量を吐出させて多階調印字を行うことが可能である。
【００９４】
また、本発明によれば、より多階調で印字を行うことが可能であり、さらには、少ない駆動回路より階調で印字を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例におけるタイミングチャートである。
【図３】沸騰気泡とインクに印加される電力の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図５】本発明の第２実施例におけるタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図７】本発明の第３実施例におけるタイミングチャートである。
【図８】本発明の第３実施例におけるタイミングチャートである。
【図９】本発明の第４実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図１０】本発明の第４実施例におけるタイミングチャートである。
【図１１】従来例のインクジェット記録装置の断面図である。
【符号の説明】
１，１０２，１０３，１０４…記録ヘッド、 ２，８３…導電性インク、 ３，４，５，６，３２，３３，３４，３５，３６，３７，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８６，８７…電極、 ７，８５…インクタンク、 ８，８０，８１，８２，９０…ノズル孔、 ９…コントロールブロック、 １０…交流パルス発生回路、 １１…吐出制御回路、 １２，１３，１４，１５，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４…ＮＯＴ回路、 １６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８…ＡＮＤ回路、 ２４，２５，２６，２７，５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１…電流ソース型ドライバ、 ２８，２９，３０，３１，６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２…電流シンク型ドライバ、 ８４…インク室、 ８８…スイッチ、 ９１…記録紙、 ９２…インク滴。
【産業上の利用分野】
本発明は、オフィス用コンピュータや、パーソナルコンピュータなどの出力印字に用いられるプリンタに関するものであり、特に、インクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェット記録装置は、記録時の静粛性、高速記録が可能、カラー化が容易といった点から家庭用、オフィス用コンピュータの出力用プリンタとして広く利用されるようになってきた。このようなインクジェット記録装置はインクを小滴化して飛翔させ、記録紙に付着させて記録を行うもので、小滴の発生法や飛翔方向の制御法によってコンティニアス方式とオンデマンド方式に大別される。
【０００３】
コンティニアス方式は、例えば米国特許第３，０６０，４２９号明細書に開示されている方式であって、インクの小滴化を静電吸引的に行い、発生した小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録紙上に小滴を選択的に付着させて記録を行うものであり、小滴の発生に高電圧を必要とし、かつマルチノズル化が困難であるので高速記録には不適である。
【０００４】
オンデマンド方式は、小滴を吐出するノズル孔を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子に、電気的な記録信号を付加し、この電気信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、機械的振動にしたがって前記ノズル孔より小滴を吐出させて記録紙に付着させることで記録を行うものである。すなわち、この方式はオンデマンドに応じてインクをノズル孔より吐出して記録を行うため、コンティニアス方式のように吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に寄与しなかった小滴を回収することを必要とせず、ひいてはシンプルな構成にすることが可能である。しかし、その一方で記録ヘッドの加工が困難であり、特にピエゾ振動素子の小型化が極めて困難でマルチノズル化が難しく、さらにピエゾ素子の機械振動という機械的エネルギーで小滴の飛翔を行うので高速記録に向かない等の欠点を有する。
【０００５】
また、特公昭６１−５９９１１号公報，特公昭６２−１１０３５号公報，特公昭６１−５９９１４号公報には発熱抵抗体により沸騰を生起させ液滴を飛翔させる方式の記録法が開示されている。
【０００６】
オンデマンド方式の他の例としては米国特許第３，１７９，０４２号明細書に開示されている方式には、ピエゾ振動素子等の手段による機械的振動エネルギーを利用する代わりに熱エネルギーを利用する方式が開示されている。この方式には、機械的振動エネルギーを利用する方式と比較しエネルギー変換効率が高く、マルチノズル化が容易であるといった特徴がある。
【０００７】
次に、その吐出原理について説明する。図１１はそのインク記録装置の断面図であり、８３は導電性インク、８４は導電性インクで満たされたインク室、８５は導電性インクを収容するインクタンク、８６，８７は導電性インク液面以下に配置された一対の電極、８８は電源、８９は電源８８のスイッチ、９０は導電性インクを吐出するノズル、９１は記録紙、９２はノズル９０から吐出されるインク滴である。そこで、一対の電極８６，８７に電圧が印加されると、導電性インク８３に電流が流れ、そのジュール熱で電極８６，８７の先端間の導電性インク８３の一部が気化する。さらにその気化された導電性インク８３の蒸気はノズル９０から記録紙９１にインク滴９２を吐出させるのに十分な圧力を発生するまで膨張する。このようにスイッチ８９により電圧を印加することで、導電性インク８３を吐出するノズル孔を選び記録紙９１に所望の文字を形成できるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来のインクジェット方式では、ドット自体の濃度を多階調化できないために、写真等の自然画を印刷する場合には、ｎ×ｎドットの正方格子中のドット数を原画の輝度によって増減するディザ法等の手法によって多階調印字を実現していた。しかし、この方式では、例えば１６階調であれば４×４、６４階調であれば８×８と、より多くの階調を得ようとすれば、大きな正方格子を用いる必要があるため、解像度と階調の両立が難しいという問題を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、液体を吐出するノズルと、ノズルに連通する液路と、前記液路内に配置され、かつインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させる複数の圧力発生手段からなる複数の吐出部と、前記圧力発生手段に電圧を供給する供給手段と、前記供給手段の制御を行う制御手段とを有し、前記ノズルを前記面上に対して射影したとき、射影された前記ノズルが前記複数の圧力発生手段に囲まれるように前記ノズルを配置し、前記圧力発生手段に電圧を供給して液路内に圧力を発生させ、かつ同一液路内に関し前記電圧を供給する対象となる前記圧力発生手段の組み合わせにより、液路内に発生する圧力を制御して、任意の量のインク滴の量を吐出させて多階調印字を行う構成とする。
【００１０】
以下、本発明で実施できる好ましい態様について詳細に説明する。
【００１１】
（記録原理）
記録方式としては、記録液を抵抗加熱ヒータ等の熱発生源で加熱し、沸騰させてその沸騰気泡の膨張力により記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式、記録液に高電圧をかけ、静電場により記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式、圧電素子の機械的運動により記録液に圧力を加え、その記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させ、紙面上に印字させる方式、記録液に磁性材料を加え、外部磁場により記録液に運動エネルギーを与え、その記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式、導電材料を添加した記録液に電気エネルギーを与え、記録液の自己発熱により生じた沸騰気泡の膨張力により記録液をノズル等の方向制御機構から吐出させて紙面上に印字させる方式等のインクジェット記録ヘッドがある。また、これらの記録方式を実現させるための記録ヘッドの構造も種々あり、印字品質の向上に伴いより高解像度の印字パターンが要求されるため、ほとんどは薄膜技術により形成される。
【００１２】
（ヘッド構成材料）
記録ヘッドの構成材料としては、特性，寿命，信頼性，製造コスト等を考慮して様々な材料が使用される。
【００１３】
基板
基板の材料としては、ガラス、セラミック等の絶縁材料、半導体、表面を高抵抗材料で被覆した金属、金属合金、絶縁物等が使用できる。ガラス基板としては、カリ石灰ガラス、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラス、クラウンガラス、亜鉛クラウンガラス、ソーダカリガラス、バリウム硼珪酸ガラス、９６％珪酸ガラス、９９．５％珪酸ガラス、燐酸ガラス、低融点ガラス、リチウム珪酸ガラス、亜鉛アルミ珪酸ガラス、珪酸ジルコニウムガラス等が使用できる。セラミック基板としては、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン（チタニア）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ホルステライト）、ＢｅＯ（ベリリア）、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３（スピネル）等が使用できる。半導体基板としては、シリコン、炭化シリコン、ダイアモンド、ゲルマニウム等が使用できる。
【００１４】
電極
電極材料としては、Ｔｉ族金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ）、白金族金属（Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ）、高融点金属（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ）、その他Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ等の単金属またはこれらの合金（Ｎｉ−Ｆｅ，ＮｉＣｒ，ＴｉＣｒ等）が使用できる。またこれらの酸化物（酸化チタン，酸化ハフニウム，酸化錫，酸化インジウム等）、窒化物（窒化チタン，窒化クロム等）、炭化物（炭化チタン，炭化タングステン等）、硼化物も使用できる。
【００１５】
絶縁層
絶縁層としては、絶縁性の有機物（耐熱性のポリイミド樹脂，アクリル樹脂等のフォトレジスト等）または絶縁層の無機物が使用できる。
【００１６】
流路・ノズル
流路、ノズル材料としては、ポリイミド、アクリルポリエチレンテレフタレートシート等のポリマー、ガラス、セラミック等の絶縁材料、半導体、または表面を高抵抗材料で被覆した金属、金属合金、絶縁物等が使用できる。
【００１７】
（フォトリソグラフィ等の構成）
上記の材料を用いてヘッドを作成する方法の例を述べる。ガラス、あるいはシリコン等のセラミックスからなる非導電性の基板上にＴｉ，Ａｕ，Ｐｔ等の導電性金属膜を蒸着法やスパッタ法などの物理成膜法あるいは鍍金法等により積層する。この金属膜を積層した基板をフォトリソグラフィ法により電極パターンを形成し、電極以外の部分をイオントミリングまたはケミカルエッチングにより除去する。
【００１８】
インク室に露出していない電極と基板上に有機高分子あるいはセラミックス等の絶縁膜を塗布または蒸着法やスパッタ法により形成する。この絶縁膜と電極を積層した基板上にエキシマレーザ加工機により形成されたノズル孔を有する樹脂シートとノズル孔の中心が２つの電極の中心と一致するように接着剤で接着する。絶縁膜に使用する有機高分子材料としてはポリイミド、ポリアミドイミド、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、およびシリコン樹脂等が挙げられるが、ポリイミド等の耐熱性高分子が特に好ましい。また、ゾルゲル法に用いられる金属アルコキシドを使用しても良い。
【００１９】
さらにおよびまたは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物を蒸着法やスパッタ法にて形成する。樹脂シートの材料としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフド、ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性プラスチックが使用できるが、特に耐インク性、レーザ加工性を考慮すると、ポリイミド、ポリエーテルスルホンが好ましい。接着剤としてはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、トリアジン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂が使用できる。可撓性を付与するためにニトリルゴム、シリコンゴム、ナイロン、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を添加することもできる。さらに、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２等の金属酸化物の微粉を充填材として添加しても良く、また接着性を向上するためにカップリング剤を適量添加してもよい。耐インク性、耐熱性を考慮するとエポキシ樹脂、およびまたはポリイミド樹脂が好ましい。接着剤は所定の膜厚を得る濃度に有機溶剤で希釈し、あらかじめ樹脂シードに塗布した後、加熱により溶剤を揮発させて接着剤層を形成する。
【００２０】
エキシマレーザを接着剤面側から入射させ、樹脂シートにノズル孔を形成する。エキシマレーザ加工時に接着剤表面にポリイミド等の耐熱性プラスチックフィルムを保護シートとして貼り付けて加工すると、高温の加工くずが接着剤に直接接触しないので接着性が低下しない。ノズル孔を有する樹脂シートと基板の接着はラバー加圧法等により行う。接着温度は接着剤の硬化温度に応じて適宜行う。加圧力は接着剤が浮いたり、しみだすことがないように最適荷重で行う。
【００２１】
（インク）
本発明で使用できる記録液は、水溶性、油溶性のどちらでも良いが臭気や安全性を考慮すると、水溶性の方が好ましい。インクについては、染料、湿潤材としてのアルコール類、グリコール類等の水可溶性有機溶媒、界面活性剤、あるいはこれらの混合物を添加することは、乾燥速度、沸騰状態の調節、電極寿命、ノズル目詰り等にとって好ましい。さらに防腐剤も使用される。具体的にはトリケップス社「インクジェット記録技術」ｐ１７７に記載のもの、および太田徳也，日経エレクトロニクス，Ｎｏ．３０３，１９８２．１１．８、太田徳也，電子写真学会誌、ｖｏｌ２４、３５４（１９８５）、大渡章夫，「第４回ノンインパクトプリンティング技術シンポジウム論文集」電子写真学会，９３（１９８７）、平沢伸一，「第４回ノンインパクトプリンティング技術シンポジウム論文集」電子写真学会，８９（１９８７）、沢木健二，繊維と工業，ｖｏｌ．４７，２１２，（１９９１）、特開昭６３−１５７９号公報等に記載のある素材を使用することができる。
【００２２】
次に、本発明に使用できる記録液の構成の具体例を述べる。例えばそれは、色材（染料；アゾ染料、酸性染料、塩基性染料、直接染料、顔料；カーボンブラック、アゾレーキ顔料、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ベリレン顔料、ベリノン顔料、アトラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジコ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料、塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ、ニトロ顔料、アニリンブラック、蛍光顔料、酸化チタン、酸化鉄等）、溶媒（水等）、溶剤（エチルアルコール、メチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｎ−ペンタノール、ジエチレングリコール等の多価アルコールの低級ジアルキルエーテル類等）、乾燥防止剤（グリセリン、尿素、ソルビタン、ソルビトール、イノシトール、キレート剤等）、粘度調整剤（グリセリン等）、表面張力調整剤（ジエアノールアミン、トリエタノールアミン、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤）、ｐＨ調整剤（水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ジエタノールアミン等）、分散剤（蛋白質類、天然ゴム類、セルロース誘導体、天然高分子、非イオン性高分子、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤等）、発泡剤（イソプロピルアルコール、多価アルコール）、酸化防止剤（ビタミンＣ、亜硫酸ナトリウム、ハイドロキノン、ピラゾリドン、ヒドラジン等）、防腐剤（アルコール、ホルマリン、オマシンナトリウム等）を含んでなる。
【００２３】
本発明には、導電性のインクを使用することが特に好ましい。導電性インクについては米国特許第４，５３６，７７６号明細書（対応特許：特開昭５９−１２９２７４号公報）に「染料の水性混合物からなる選択的なインクジェット印刷機のためのインクにおいて、この混合物が、１ｃｍあたり１５〜５０Ωの比抵抗をインクに与えるような量の加水分解塩からなることを特徴とするインク」が開示されている。特開平５−１７９１８２号公報（ＤＩＣ）も「水と着色剤を含有するインクジェット記録用水性インク組成物において、アルカノールアミンまたはエチレンオキシド付加物およびまたはプロピレンオキシド付加物と、ハロゲン化水素からなる塩を含有することを特徴とするインク」が開示されている。また特公平２−５７８５号公報には無機塩類について具体的な記載がある。本発明にて用いられる導電性付与剤としてはリチウム（Ｌｉ）等からなるアルカリ金属化合物塩、硫酸アンモニウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩類、および有機塩類のどちらでも良いが、４級有機アンモニウム塩の誘導体が好ましく使用できる。化合物の具体的な例としては、モノエタノールアミン硫酸塩、ジエタノールアミン硫酸塩、トリエタノールアミン硫酸塩、モノエタノールアミン硝酸塩、ジエタノールアミン硝酸塩、トリエタノールアミン硝酸塩、モノエタノールアミンリン酸塩、ジエタノールアミンリン酸塩、トリエタノールアミンリン酸塩、ジメタノールアミン硫酸塩、トリメタノールアミン硫酸塩、ジエチルアミン硫酸塩、トリエチルアミン硫酸塩、ジメチルアミン硫酸塩、トリメチルアミン硫酸塩、モノプロピルアミン硫酸塩、ジプロピルアミン硫酸塩、トリプロピルアミン硫酸塩、フェニルアミン硫酸塩、ジフェニルアミン硫酸塩、ジメチレンアミン硫酸塩、トリメチレンアミン硫酸塩、ジエチレンアミン硫酸塩、トリエチレンアミン硫酸塩、ジプロピレンアミン硫酸塩、トリプロピレンアミン硫酸塩、ピリジン硫酸塩、ピロール硫酸塩等を挙げることができる。
【００２４】
湿潤剤は、水より沸点の高いものであり、ノズル先端の乾燥を防止するために用いられる。湿潤剤としては、具体的には、ポリエチレングリコール，ポリプロピレングリコール，ブチレングリコール、ヘキシレングリコール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアルキレングリコール、例えばエチレングリコールエチルエーテル，ジエチレングリコールメチルエーテル，ジエチレングリコールエチルエーテル等のジエチレングリコールの低級アルキルエーテル，グリセリン等が挙げられる。多価アルコールは０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜３．０重量％含有される。多価アルコールが０．５重量％未満になるにつれ、インク乾燥によるノズル先端が目詰まり傾向となるのが認められ、多価アルコールが３．０重量％を越えるにつれ、インク比抵抗が上昇する傾向となるのが認められ、それぞれ好ましくないことが判った。
【００２５】
溶剤は、水、および水と混合し得る有機溶剤が挙げられる。有機溶剤としては、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルキルアルコール、アセトン、ジアセトンアルコール等のケトンまたはケトアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテルアルコール類、水溶性高分子化合物等が挙げられる。溶剤として用いられている水は、３０〜８０重量％、好ましくは５０〜７０重量％含有される。水が５０重量％未満になるにつれ、紙への浸透性が向上する傾向が認められ、水が７０重量％を越えるにつれ、紙への浸透性が低下する傾向が認められ、それぞれ好ましくないことが判った。
【００２６】
インクジェット用インクには、さらに、液物性を調整するため、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、粘度調整剤等を添加する場合がある。
【００２７】
表面張力調整剤はインクジェット用インクの速乾性を上げるために添加すると同時にインクジェット用インクの蒸発も防止し、調整剤としては、水溶性有機溶媒、界面活性剤を用いるのが好ましい。水溶性有機溶媒は、上記溶剤の中より選択されも良い。また、界面活性剤の具体例としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩類、脂肪アルコールリン酸エステル塩類、二塩基性脂肪酸エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリルスルホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタリンスルホン酸塩類、アルキルピリジウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェニールエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類，ソルビタンアルキルエステル類，ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類を挙げることができる。
【００２８】
ｐＨ調整剤としては、調合されるインクジェット用インクに悪影響を及ぼさずに、所望のｐＨ値に調整できるものであれば良いが、具体的には、低級アルカノールアミン，アルカリ金属水酸化物の１価の水酸化物，水酸化アンモニウム等が挙げられる。
【００２９】
粘度調整剤は、インクジェット用インクの粘度を調整するものであり、具体的には、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、水溶性アクリル樹脂、ポリビニルピロリドン、アラビアゴムスターチ等が挙げられる。
【００３０】
さらに、印刷用紙に付着する場合のインクの被膜の強度を補強するために、アルキッド樹脂，アクリル樹脂，アクリルアミド樹脂，ポリビニルアルコール，ポリビニルピロリドン等の樹脂重合体が添加されても良い。また、カビ防止剤を添加するのが長期保存時の信頼性確保の点で有利である。
【００３１】
（インク物性）
本発明において用いられるインクジェット用インクの比抵抗は２５℃において、８〜５０Ω・ｃｍ、好ましくは１５〜２５Ω・ｃｍである。比抵抗が８Ω・ｃｍ未満では、この数値より小さくなるにつれてインクジェット用インクの導電性付与剤の含有量が多くなるので、染料の溶解安定性が低下し、ノズルの目詰り性が悪化する傾向が認められ、また比抵抗が５０Ω・ｃｍ以上では、この数値を越えるにつれて導電性化合物の含有量が少なくなるので、電極に印加する電圧の交流周波数を低くすると、基板上の化学反応を防止することができなくなり、電極が溶解されたり吐出安定性が悪化する傾向が認められ、それぞれ好ましくないことが判った。粘度は１０ｃｐ以下、好ましくは５ｃｐ以下である。粘度が５ｃｐを越えるにつれてインク滴のノズル孔からの吐出に不都合が生じる傾向にあるのが認められ、好ましくないことがわかった。表面張力は２８〜５５ｄｙｎｅ／ｃｍ、好ましくは３０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍである。表面張力が３０ｄｙｎｅ／ｃｍ未満になるにつれて印字の細線にじみが悪化し、印字濃度が低下する傾向があることが認められ、表面張力が、４５ｄｙｎｅ／ｃｍを越えるにつれて色重ね印字の色にじみ性が低下する傾向にあることが認められ、それぞれ好ましくないことが判った。ｐＨは６〜１０、好ましくは７〜９である。ｐＨが６未満になるにつれて染料の溶解安定性が低下する傾向にあるのが認められ、ｐＨが１０を越えるにつれて染料の退色が発生する傾向にあるのが認められ、それぞれ好ましくないことがわかった。
【００３２】
（目詰り防止機構）
インクジェット記録装置におけるインクは、一般的に揮発性が高い水やアルコールを成分として構成されているため、記録ヘッドの吐出口（ノズル）内にインクが溜ったまま該吐出口が大気に曝されると、該吐出口から水分等が蒸発してインクが乾燥し、インクの固着が発生して吐出不能になることがある。また、吐出可能な場合でも、上記水分等の蒸発により増粘したインクが吐出口付近に付着することにより、インクの吐出方向が乱され、印字品質が劣化することがある。
【００３３】
その対策として、非印字時にホームポジション等のある固定された位置に記録ヘッドを移動させ、ゴム等の弾性部材により吐出口を大気と遮断するキャッピング手段や、インク吐出素子を駆動させて所定のインク受容体に記録に直接関わらないインクの吐出を行わせる予備吐出、インク吐出口面と接触するゴム等の弾性部材を設け、両者を相対移動させてインク吐出口近傍に付着したインク、塵等の異物を拭きとるワイピング手段、インク供給系を加圧したり、あるいはインク吐出口から吸引するなどの方法でインクに所定の圧力を作用させてインクを強制的に排出するパージ手段を設けることが望ましい。
【００３４】
（カートリッジ）
本発明に使用されるインクカートリッジは、インクを吐出する記録ヘッドと、記録ヘッドに供給するインクを貯留するインクタンクが一体に構成された一体型でも、前記記録ヘッドと前記インクタンクが着脱自在に構成された分離型でも良い。インクタンクから記録ヘッドまでのインク流路間には、吐出に悪影響を与えるインク内の異物や気泡をトラップするためにフィルターを設けることが望ましい。
【００３５】
フィルターとしては、１０ミクロン程度のろ過粒度を有するようにステンレス等の金属を立体的に編んだものが高信頼性を確保する上で有利である。
【００３６】
印字品質を向上させるための条件として、インク吐出口に静的な負圧をかけておくことの重要性がかねてから知られている。負圧をかけることによってインク吐出口部分の液面が負メニスカスとなり、インクを内部に引き込むので、着弾精度を向上させるとともに、余分液滴（エキストラドット）の減少等を防ぐことが可能となる。インク吐出口の負圧を発生させるために、インクタンク内にポリウレタンフォームで構成されたスポンジを充填させたり、インクタンク内外にバネ部材を設ける等の負圧発生手段を配設することが望ましい。
【００３７】
（装置）
本発明で使用される記録装置としては、１個または複数の記録ヘッドをキャリッジに搭載し、被記録材の前面を主走査方向に往復移動しながら記録ヘッドよりインクを吐出し、被記録材は副走査方向に所定の量だけ送られることで記録を行う所謂シリアル型記録装置、あるいは、記録ヘッドが被記録材の主走査方向全幅にわたって設けられ、被記録材が副走査方向に所定の量だけ送られることで記録を行う所謂ライン型記録装置のどちらでも良い。
【００３８】
また、１個または複数の記録ヘッドをキャリッジに搭載し、被記録材の前面を主走査方向、および副走査方向に移動しながら記録ヘッドよりインクを吐出し、記録する所謂プロッタ型記録装置であっても良い。
【００３９】
【作用】
本発明では、同一液路内に複数の圧力発生手段を設け、電圧を印加する圧力発生手段の数、または種類を選択することにより、ノズルから吐出するインクの体積の制御が可能となる。その結果、記録紙に記録されるドットの大きさの制御が可能となり、多階調印字が可能となる。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。図１において、１は記録ヘッド、２は導電性のインク、３，４，５，６は電極、７はインクタンク、８はインク２の噴射口であるノズル孔であり、記録ヘッド１は、互いに対向した電極３と電極４および電極５と電極６と、これらの対向する電極間を通ってインク２のインク滴ｉ１，ｉ２を噴射させるノズル孔８を備えている。
【００４１】
また、９はコントロールブロック、１０は交流パルス発生回路、１１は吐出制御回路、１２，１３，１４，１５はＮＯＴ回路、１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３はＡＮＤ回路、２４，２５，２６，２７は電流ソース型ドライバ、２８，２９，３０，３１は電流シンク型ドライバである。
【００４２】
次に、図１，図２を参照しながら制御について説明する。
【００４３】
今、コンロトールブロック９に印字が指令されたとき、交流パルス発生回路１０より信号ａ１〜ａ４が出力され、また吐出制御回路１１より信号ｂ１〜ｂ４が出力される。ここで、交流パルス発生回路１０の出力ａ１〜ａ４は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相１８０°で出力される。これらの信号ａ１〜ａ４は電流ソース型ドライバ２４〜２７と電流シンク型ドライバ２８〜３１をスイッチングする基本パルスである。また吐出制御回路１１の出力ｂ１〜ｂ４は電流ソース型ドライバ２４〜２７と電流シンク型ドライバ２８〜３１のイネーブル信号であり、対応する信号ａ１〜ａ４が出力されるときに同時に出力される。
【００４４】
信号ｂ１〜ｂ４がハイレベルおよび信号ａ１〜ａ４がハイレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１５およびＡＮＤ回路１６〜２３によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ２４〜２７がオンとなり、信号ｂ１〜ｂ４がハイレベルおよび信号ａ１〜ａ４がローレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１５およびＡＮＤ回路１６〜２３によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ２８〜３１がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバ２４〜２７と電流シンク型ドライバ２８〜３１はオフとなり、出力ｃ１〜ｃ４はハイインピーダンス状態となる。
【００４５】
以下、図２のタイミングチャートにしたがってノズル孔８からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００４６】
まず、図２に示すように、期間ｔ１の間に信号ａ１，ａ２および信号ｂ１，ｂ２が出力されると、ドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９の出力ｃ１，ｃ２が出力される。このとき、信号ａ１と信号ａ２は位相が１８０°であるので、出力ｃ１と出力ｃ２の位相も１８０°である。
【００４７】
インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３および電極４にドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加されると、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、信号電極３，４間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して、５〜３０μｓ後にはついに沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３と電極４は電極間距離ｄ１，対向幅ｌ１で対向しており、発生する沸騰気泡Ａの体積はＶ１である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ１のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ１は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００４８】
ところで、記録紙に付着するドット径を４０〜１５０μｍとして、階調印字を行うには５〜１２０ｐｌのインク滴が８〜１６ｍ／ｓで噴射される必要がある。そのためノズル孔８の口径は２０〜６０μｍ、ノズル孔８の長さは３０〜６０μｍ、ノズル孔８のテーパーは０〜３０°、発生するバブルの体積は２０〜５００ｐｌが適当である。
【００４９】
ノズル孔８からのインク２の噴射によって消費されたインク２は、つぎの沸騰を開始する前にインクタンク７からインクが毛細管現象により補給される。
【００５０】
このようにインクを吐出させるときの出力ｃ１，ｃ２の論理を一定期間ｔ１において交互に繰り返し、電極３と電極４に交流電流を流すことにより、導電性インク２を沸騰させ、その圧力変化によってノズルよりインクを吐出させる。なお、交流電流を流すことの最大のメリットは電極の電気分解を防ぎ、電極の寿命を維持できることである。
【００５１】
同様にして、期間ｔ２の間に信号ａ３，ａ４および信号ｂ３，ｂ４が出力されると、ドライバ２６，３０およびドライバ２７，３１の出力ｃ３，ｃ４が出力される。このとき、信号ａ３と信号ａ４は位相差が１８０°であるので、出力ｃ３と出力ｃ４の位相差も１８０°である。
【００５２】
インク２の充満した記録ヘッド１内において、電極５および電極６に、ドライバ２６，３０およびドライバ２７，３１より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加されると、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極５，６間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極５と電極６とは距離ｄ２（＜ｄ１）、幅ｌ２（＞ｌ１）で対向しており、発生する沸騰気泡Ｂの体積はＶ２である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ２のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ２は３０ｐｌ、ドット径は９０μｍである。
【００５３】
図３は沸騰気泡とインクに印加される電力の関係を示すグラフである。図３において、横軸は加熱時間、縦軸は印加電力および沸騰気泡体積である。インクに０．４Ｗの電力を与えると沸騰開始までの加熱時間は７μｓとなり、Ｅ１＝２．８μＪ（＝０．４×７）のエネルギーが与えられる。そのときの気泡はＢ１のように成長し最大気泡体積は２００ｐｌとなる。同様にインクに０．２３Ｗの電力を与えると沸騰開始までの加熱時間は２２μｓとなり、Ｅ２＝５．６μＪ（＝０．２３×２２）のエネルギーが与えられる。そのときの気泡はＢ２のように成長し最大気泡体積は４００ｐｌとなる。このように印加電力により沸騰開始までの時間が決まり、それによりインクの加熱される体積が変化し、加熱される体積が大きいほど最大成長気泡体積が大きくなる。つまりゆっくり加熱すればより大きな気泡を形成することができる。沸騰が始まれば気泡により電極間の電流が遮断されるので電圧を直後に切るように制御しても最大成長気泡体積に影響はない。
【００５４】
ところで、電極３，４および電極５，６はｄ２＜ｄ１、ｌ２＞ｌ１であり、電極間に印加される電圧およびインク２の抵抗率が同じであるので、電極３，４間を流れる電流ｉ１と電極５，６間を流れる電流ｉ２との関係は、ｉ２＞ｉ１である。よって、電極５，６間のインクの方が電極３，４間のインクより急速に加熱され、Ｖ２＜Ｖ１となり、吐出インク体積もＤ２＜Ｄ１となる。
【００５５】
さらに、期間ｔ１の間に信号ａ１，ａ２、信号ｂ１，ｂ２が出力され、同時に期間ｔ２の間に信号ａ３，ａ４、信号ｂ３，ｂ４が出力されると、ドライバ２４〜３１の出力ｃ１〜ｃ４が出力される。このとき、信号ａ１，ａ２の位相差が１８０°であり、信号ａ３，ａ４は位相差が１８０°であるので、出力ｃ１，ｃ２の位相差および出力ｃ３，ｃ４の位相差は１８０°である。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３，電極４および電極５，６に、電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加されるので、インク２が自己発熱して、沸騰が始まり、電極３，４間に沸騰気泡体積Ｖ１の沸騰気泡Ａが発生し、電極５，６間に沸騰気泡体積Ｖ２の沸騰気泡Ｂが発生する。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ１＋Ｄ２）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。ここで、体積Ｄ１は６０ｐｌ、体積Ｄ２は３０ｐｌであるので、（Ｄ１＋Ｄ２）は９０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１４０μｍである。
【００５６】
ここで、信号ａ３，ａ４および信号ｂ３，ｂ４は、信号ａ１，ａ２および信号ｂ１，ｂ２より、信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡Ａと沸騰気泡Ｂの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００５７】
このように、第１実施例では、例えば、３０ｐｌ，６０ｐｌ，９０ｐｌの３種類の異なる体積のインク滴を吐出し、記録紙に付着するドット径は９０μｍ，１２０μｍ，１４０μｍとなり、階調印字を行うことが可能である。さらに電極対を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
【００５８】
図４は第２実施例のインクジェット記録装置の構成図である。図４において、１０２は記録ヘッド、３２，３３，３４は電極であり、これら電極３２，３３，３４はお互いに電極間距離ｄ３，対向幅ｌ３で対向している。なお、図１に示した第１実施例における部材と同一の部材、または同一機能の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略した。
【００５９】
今、コントロールブロック９に印字が指令されたとき、図５に示すように交流パルス発生回路１０より信号ｅ１〜ｅ３、および、吐出制御回路１１より信号ｆ１〜ｆ３が出力される。
【００６０】
ここで、交流パルス発生回路１０の出力ｅ１〜ｅ３は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相差１８０°で出力される。これらの信号ｅ１〜ｅ３は電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０をスイッチングする基本パルスである。吐出制御回路１１の出力ｆ１〜ｆ３は電流ソース型ドライバ２４〜３６と電流シンク型ドライバ２８〜３０のイネーブル信号であり、対応する信号ｅ１〜ｅ３が出力されるときに同時に出力される。
【００６１】
信号ｆ１〜ｆ３がハイレベル、信号ｅ１〜ｅ３ハイレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ２４〜２６がオンとなり、信号ｆ１〜ｆ３がハイレベル、信号ｅ１〜ｅ３ローレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ２８〜３０がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバと電流シンク型ドライバはオフとなり、出力ｇ１〜ｇ３はハイインピーダンス状態となる。
【００６２】
図５のタイミングチャートにしたがってノズル孔８からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００６３】
まず、図５に示すように、期間ｔ３の間に位相差１８０°の信号ｅ１，ｅ２および同相の信号ｆ１，ｆ２がそれぞれ出力されると、位相差１８０°の出力ｇ１，ｇ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド１０２内において、電極３２と電極３３にドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９より電圧（第２実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第２実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して信号電極３２，３３間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３２，３３は距離ｄ３，幅ｌ３で対向しており、発生する沸騰気泡Ｃの体積はＶ３である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０２内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ３のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ３は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００６４】
次に、期間ｔ３の間に位相差１８０°の信号ｅ３，ｅ２および同相の信号ｆ３，ｆ２が出力されると、位相差１８０°の出力ｇ３，ｇ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド１０２内において、電極３４，３３に、ドライバ２６，３０およびドライバ２５，２９より電圧（第２実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第２実施例では
２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極３４，３３間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３４と電極３３は距離ｄ３，幅ｌ３で対向しており、発生する沸騰気泡Ｄの体積はＶ３である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ３のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ３は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００６５】
さらに次に、期間ｔ３の間に、信号ｅ１〜ｅ３が位相１８０°で出力され、信号ｆ１〜ｆ３が出力されると、ドライバ２４〜３０の出力ｇ１〜ｇ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３２，３３間および電極３３，３４間にドライバ２４〜３０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極３２，３３間および電極３３，３４間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３２と電極３３および電極３３と電極３４はそれぞれ距離ｄ３，幅ｌ３で対向しており、電極３２，３３間で発生する沸騰気泡Ｃと、電極３３，３４間で発生する沸騰気泡Ｄの体積はともにＶ３である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０２内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ３＋Ｄ３）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ３は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍであるので、（Ｄ３＋Ｄ３）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００６６】
このように第２実施例では、例えば、６０ｐｌ、１２０ｐｌの２種類の異なる体積のインク滴を吐出し、記録紙に付着するドット径は１２０μｍ、１５０μｍとなり、階調印字を行うことが可能である。さらに対向する電極を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
【００６７】
図６は第３実施例のインクジェット記録装置の構成図である。図６において、１０３は記録ヘッド、３５，３６，３７は電極であり、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で、電極３６と電極３７は距離ｄ５，幅ｌ４で、電極３５と電極３７は距離ｄ６，幅ｌ４でそれぞれ対向している。なお、図１に示した第１実施例における部材と同一の部材、または同一機能の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略した。
【００６８】
今、コントロールブロック９に印字が指令されたとき、交流パルス発生回路１０より信号ｈ１〜ｈ３、および、吐出制御回路１１より信号ｊ１〜ｊ３が出力される。
【００６９】
ここで、交流パルス発生回路１０の出力ｈ１〜ｈ３は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相１８０°で出力される。これらの信号ｈ１〜
ｈ３は電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０をスイッチングする基本パルスである。吐出制御回路１１の出力ｊ１〜ｊ３は電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０のイネーブル信号であり、対応する信号ｈ１〜ｈ３が出力されるときに同時に出力される。
【００７０】
信号ｊ１〜ｊ３がハイレベル、ｈ１〜ｈ３ハイレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ２４〜２６がオンとなり、信号ｊ１〜ｊ３がハイレベル、信号ｈ１〜ｈ３がローレベルのときは、ＮＯＴ回路１２〜１４およびＡＮＤ回路１６〜２１によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ２８〜３０がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバ２４〜２６と電流シンク型ドライバ２８〜３０はオフとなり、出力ｋ１〜ｋ３はハイインピーダンス状態となる。
【００７１】
図７のタイミングチャートにしたがってノズル孔８からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００７２】
まず、図７に示すように、期間ｔ４の間に位相差１８０°の信号ｈ１，ｈ２、信号ｊ１，ｊ２がそれぞれ出力されると、位相差１８０°の出力ｋ１，ｋ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３５と電極３６に、ドライバ２４，２８およびドライバ２５，２９より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して信号電極３５，３６間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れＩ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表させる電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で対向しており、発生する沸騰気泡Ｅの体積はＶ４である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ４のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ４は２０ｐｌ、ドット径は８０μｍである。
【００７３】
次に期間ｔ５の間に位相１８０°の信号ｈ３，ｈ２および信号ｊ３，ｊ２が出力されると、位相１８０°の出力ｋ３，ｋ２が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３７と電極３６に、ドライバより電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極３７，３６間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３７と電極３６は距離ｄ５，幅ｌ４で対向しており、発生する沸騰気泡Ｆの体積はＶ５である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ５のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ５は４０ｐｌ、ドット径は１００μｍである。
【００７４】
さらに、期間ｔ６の間に信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３が出力されると、位相差
１８０°の出力ｋ１，ｋ３が出力される。すると、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３５と電極３７に、ドライバ２４，２８およびドライバ２６，３０より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極３５，３７間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３７は距離ｄ６，幅ｌ４で対向しており、発生する沸騰気泡Ｇの体積はＶ６である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積Ｄ６のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ６は８０ｐｌ、ドット径は１３０μｍである。
【００７５】
さらに、図８のタイミングチャートを説明する。
【００７６】
まず、期間ｔ５の間に位相差１８０°の信号ｈ２，ｈ３および同相の信号ｊ２，ｊ３がそれぞれ出力され、続いて期間ｔ４の間に信号ｈ２に対して位相差１８０°の信号ｈ１と信号ｊ１が出力されると、ドライバの出力ｋ１〜ｋ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極３５，３６間および電極３６，３７間に、ドライバ２４〜３０より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（第３実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して信号電極３５，３６間と電極３６，３７間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れＩ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で、電極３６と電極３７は距離ｄ５，幅ｌ４で対向しており、電極３５，３６間で発生する沸騰気泡Ｅの体積はＶ４であり、電極３６，３７間で発生する。沸騰気泡Ｆの体積はＶ５である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ４＋Ｄ５）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ４は２０ｐｌ、体積Ｄ５は４０ｐｌであるので、（Ｄ４＋Ｄ５）は６０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１２０μｍである。
【００７７】
ここで、信号ｈ１，ｊ１は、信号ｈ２，ｈ３および信号ｊ２，ｊ３よりも信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡Ｅと沸騰気泡Ｆの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００７８】
次に期間ｔ６の間に位相差１８０°の信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３が出力され続いて、期間ｔ４の間に信号ｈ１に対して位相差１８０°の信号ｈ２および信号ｊ２が出力されると、ドライバの出力ｋ１〜出力ｋ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド１０３内において、電極３５，３６間および電極３５，３７間に、ドライバ２４〜３０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極３５，３６間および電極３５，３７間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３５と電極３６は距離ｄ４，幅ｌ４で、電極３５と電極３７は距離ｄ６、幅ｌ４で対向しており、電極３５，３６間で発生する沸騰気泡Ｅの体積はＶ４で、電極３５，３７間で発生する沸騰気泡Ｇの体積はＶ６である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によって、インク２はノズル孔８から体積（Ｄ４＋Ｄ６）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ４は２０ｐｌ、体積Ｄ６は８０ｐｌであるので、（Ｄ４＋Ｄ６）のドット径は例えば１４０μｍである。
【００７９】
ここで、信号ｈ２および信号ｊ２は、信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３よりも信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡ＥとＧの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００８０】
さらに、期間ｔ６の間に位相差１８０°の信号ｈ１，ｈ３、同相の信号ｊ１，ｊ３がそれぞれ出力され続いて、期間ｔ６の間に信号ｈ３に対して位相差１８０°の信号ｈ２と信号ｊ２がそれぞれ出力されると、ドライバ２４〜３０の出力ｋ１〜出力ｋ３の出力により、インク２の充満した記録ヘッド１０３内において、電極３６，３７間および電極３７，３５間に、ドライバ２４〜３０より電圧（第３実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極３６，３７間および電極３７，３５間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極３６と電極３７は距離ｄ５，幅ｌ４で、電極３７と電極３５は距離ｄ６，幅ｌ４で対向しており、電極３６，３７間で発生する沸騰気泡Ｆの体積はＶ５で、電極３７，３５間で発生する沸騰気泡Ｇの体積はＶ６である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０３内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８から体積（Ｄ５＋Ｄ６）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ５は４０ｐｌ、Ｄ５は４０ｐｌであるので、（Ｄ５＋Ｄ６）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００８１】
ここで、信号ｈ２と信号ｊ２は、信号ｈ１，ｈ３および信号ｊ１，ｊ３よりも信号の出力開始時間を遅延させており、それによって、沸騰気泡Ｅと沸騰気泡Ｇの最大沸騰気泡体積の到達時間を同じにしており、それぞれの沸騰気泡の成長圧力を有効に吐出に使うことができる。
【００８２】
このように第３実施例では、例えば、２０ｐｌ、４０ｐｌ、６０ｐｌ、８０ｐｌ、１００ｐｌ、１２０ｐｌの６種類の異なる体積のインク滴を吐出し、記録紙に付着するドット径は８０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍとなり、階調印字を行うことが可能である。さらに対向する電極を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
【００８３】
図９は第４実施例のインクジェット記録装置の構成図である。図９において、１０４は記録ヘッドであり、７３〜７９は電極、８０〜８２はインク２の噴射口であるノズル孔である。また、３８〜４４はＮＯＴ回路、４５〜５８はＡＮＤ回路、５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１は電流ソース型ドライバ、６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２は電流シンク型ドライバである。ここで、電極７３，７４，７７と電極７４，７５，７８と電極７５，７６，７９とは、電極間距離ｄ７、対向幅ｌ７でそれぞれ対向している。なお、図１に示した第１実施例における部材と同一の部材、または同一機能の部材については同一の符号を付して、詳細な説明は省略した。
【００８４】
今、コントロールブロック９に印字が指令されたとき、交流パルス発生回路１０より信号ｍ１〜ｍ７、および、吐出制御回路より信号ｎ１〜ｎ７が出力される。
【００８５】
ここで、交流パルス発生回路１０の出力ｍ１〜ｍ７は数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ，デューティが５０％以下の高周波で同位相または位相差１８０°で出力される。これらの信号ｍ１〜ｍ７は電流ソース型ドライバ５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１と電流シンク型ドライバ６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２をスイッチングする基本パルスである。吐出制御回路１１の出力ｎ１〜ｎ７は電流ソース型ドライバ５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１と電流シンク型ドライバ６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２のイネーブル信号であり、対応する信号ｍ１〜ｍ７が出力されるときに同時に出力される。
【００８６】
信号ｎ１〜ｎ７がハイレベルでかつ対応する信号ｍ１〜ｍ７がハイレベルのときは、ＮＯＴ回路３８〜４４およびＡＮＤ回路４５〜５８によって、それぞれ対応する電流ソース型ドライバ５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１がオンとなり、信号ｎ１〜ｎ７がハイレベル、ｍ１〜ｍ７がローレベルのときは、ＮＯＴ回路３８〜４４およびＡＮＤ回路４５〜５８によって、それぞれ対応する電流シンク型ドライバ６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２がオンとなる。その他のときは、電流ソース型ドライバと電流シンク型ドライバはオフとなり、出力ｏ１〜ｏ７はハイインピーダンス状態となる。
【００８７】
図１０のタイミングチャートにしたがってノズル孔８０〜８２からインク滴を噴射する動作について説明する。
【００８８】
まず、図１０に示すように、信号ｍ１，ｍ３と信号ｍ５，ｍ７が位相差１８０°でそれぞれ出力され、信号ｎ１，ｎ３と信号ｎ５，ｎ７が同相でそれぞれ出力されると、ドライバ５９，６０、ドライバ６３，６４、ドライバ６７，６８、ドライバ７１，７２の出力ｏ１，ｏ３，ｏ５，ｏ７により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極７３，７７間および電極７５，７９との間に、ドライバ５９，６０，６３，６４，６７，６８，７１，７２より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極７３，７７間および電極７５，７９間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れＩ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７３，７７は距離ｄ７，幅ｌ７で、電極７５，７９は距離ｄ７，幅ｌ７で対向しており、電極７３，７７で発生する沸騰気泡Ｈの体積はＶ７であり、電極７５，７９で発生する沸騰気泡Ｌの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８０とノズル孔８２とからそれぞれ体積Ｄ７のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、例えば、体積Ｄ７は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００８９】
次に信号ｍ２，ｍ６が位相差１８０°で出力され、信号ｎ２，ｎ６が同相で出力されると、ドライバ６１，６２、ドライバ６９，７０の出力ｏ２，ｏ６により、インク２の充満した記録ヘッド１０４内において、電極７４，７８間に、ドライバ６１，６２，６９，７０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して電極７４，７８間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流ジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインクが自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７４，７８は距離ｄ７，ｌ７で対向しており、電極７４，７８間で発生する沸騰気泡Ｊの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８１から体積Ｄ７のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドット形成する。このとき、例えば、体積Ｄ７は６０ｐｌ、ドット径は１２０μｍである。
【００９０】
次に、信号ｍ１〜ｍ４と信号ｍ５，ｍ７とが位相差１８０°の出力され、信号ｎ１〜ｎ５，ｎ７が同相でそれぞれ出力されると、ドライバ５９〜６８、ドライバ７１，７２の出力ｏ１〜ｏ５，ｏ７の出力により、インク２の充満した記録ヘッド１０４内において、電極７３，７７間、電極７４，７７間、電極７５，７９間および電極７６，７９間に、ドライバ５９〜６８、ドライバ７１，７２より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極７３，７７間と電極７４，７７間と電極７５，７９間と電極７６，７９間にそれぞれ電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７３，７７、電極７４，７７、電極７５，７９、電極７６，７９は距離ｄ７，幅ｌ７で対向しており、電極７３，７７間で発生する沸騰気泡Ｈの体積はＶ７で、さらに電極７４，７７間で発生する沸騰気泡Ｉの体積はＶ７で、電極７５，７９間で発生する沸騰気泡Ｌの体積はＶ７で、電極７６，７９間で発生する沸騰気泡Ｍの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８０とノズル孔８２からそれぞれ体積（Ｄ７＋Ｄ７）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ７は６０ｐｌであるので、（Ｄ７＋Ｄ７）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００９１】
さらに、信号ｍ２，ｍ３と信号ｍ６が位相差１８０°でそれぞれ出力され、信号ｎ２，ｎ３，ｎ６が出力されると、ドライバの出力ｏ２，ｏ３，ｏ６の出力により、インク２の充満した記録ヘッド内において、電極７４，７８間および電極７５，７８と間に、ドライバ６１〜６４，６９，７０より電圧（本実施例では１０〜３０Ｖ）が印加され、ある抵抗率（本実施例では２０〜５０Ω・ｃｍ）を有するインク２を介して、電極７４，７８間と電極７５，７８間に電気力線が発生する。この電気力線に沿って電流が流れ、Ｉ２×Ｒ（Ｉ：電流値、Ｒ：インク２の抵抗値）で表される電流のジュール損失によって、電気力線の電流集中部におけるインク２が自己発熱して５〜３０μｓ後についには沸騰が始まり、バブルが発生する。ここで、電極７４と電極７８および電極７５と電極７８は距離ｄ７，幅ｌ７で対向しており、電極７４，７８間で発生する沸騰気泡Ｊの体積はＶ７で、電極７５，７８間で発生する沸騰気泡Ｋの体積はＶ７である。そして、発生した気泡が膨張することによって、記録ヘッド１０４内のインク２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとする力によってインク２はノズル孔８１から体積（Ｄ７＋Ｄ７）のインク滴となって噴射され、不図示の記録紙に付着してドットを形成する。このとき、体積Ｄ７は６０ｐｌであるので、（Ｄ７＋Ｄ７）は１２０ｐｌとなり、このときのドット径は例えば１５０μｍである。
【００９２】
このように第４実施例では、対向している電極を他のノズルと共有することにより、電極の数、およびドライバの数を減らすことが可能である。さらに対向する電極を増やすことによって、吐出するインク滴の体積の種類を増やすことが可能である。
なお、上述した実施例は、圧力発生手段として導電性インクを加熱、沸騰させるための電極を適用したものであるが、これに限らず、前述の記録原理において説明したように、圧力発生手段として複数の圧電素子や複数の電気熱変換手段を適用しても良い。
【００９３】
【発明の効果】
液体の吐出するノズルと、ノズルに連通する液路と、前記液路内に配置された複数の圧力発生手段からなる複数の吐出部と前記圧力発生手段に電圧を供給する供給手段と、前記供給手段の制御を行う制御手段を持ち、前記圧力発生手段に電圧を供給して、液路内に圧力を発生させ、かつ、同一液路内の複数の圧力発生手段に電圧を供給する組み合わせにより、液路内に発生する圧力を制御して、任意の量のインク滴の量を吐出させて多階調印字を行うことが可能である。
【００９４】
また、本発明によれば、より多階調で印字を行うことが可能であり、さらには、少ない駆動回路より階調で印字を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例におけるタイミングチャートである。
【図３】沸騰気泡とインクに印加される電力の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図５】本発明の第２実施例におけるタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図７】本発明の第３実施例におけるタイミングチャートである。
【図８】本発明の第３実施例におけるタイミングチャートである。
【図９】本発明の第４実施例におけるインクジェット記録装置の構成図である。
【図１０】本発明の第４実施例におけるタイミングチャートである。
【図１１】従来例のインクジェット記録装置の断面図である。
【符号の説明】
１，１０２，１０３，１０４…記録ヘッド、 ２，８３…導電性インク、 ３，４，５，６，３２，３３，３４，３５，３６，３７，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８６，８７…電極、 ７，８５…インクタンク、 ８，８０，８１，８２，９０…ノズル孔、 ９…コントロールブロック、 １０…交流パルス発生回路、 １１…吐出制御回路、 １２，１３，１４，１５，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４…ＮＯＴ回路、 １６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８…ＡＮＤ回路、 ２４，２５，２６，２７，５９，６１，６３，６５，６７，６９，７１…電流ソース型ドライバ、 ２８，２９，３０，３１，６０，６２，６４，６６，６８，７０，７２…電流シンク型ドライバ、 ８４…インク室、 ８８…スイッチ、 ９１…記録紙、 ９２…インク滴。
Claims (10)
- インクを吐出するノズルと、このノズルに連通する液路と、この液路内の同一面上に配置され、かつインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させる複数の圧力発生手段からなる複数の吐出部と、前記圧力発生手段に電圧を供給する供給手段と、この供給手段の制御を行い、前記圧力発生手段に電圧を供給して液路内に圧力を発生させることで前記吐出部から前記ノズルにインクを送りこむ際に、同一液路に関し前記の電圧を供給する対象となる前記圧力発生手段の組み合わせにより液路内に発生する圧力を制御する制御手段とを有し、前記ノズルから任意の量のインク滴を吐出させて印字を行うインクジェット記録装置であって、前記ノズルを前記面上に対して射影したとき、射影された前記ノズルが前記複数の圧力発生手段に囲まれるように前記ノズルを配置したことを特徴とするインクジェット記録装置。
- 前記圧力発生手段が複数の電気熱変換手段からなり、これらの電気熱変換手段に電圧を供給してインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させ、かつ同一液路内に関し前記の電圧を供給する対象となる前記電気熱変換手段の組み合わせにより、液路内に発生する圧力、および沸騰気泡体積を制御して、前記ノズルから任意の量のインク滴を吐出させて印字を行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
- 前記圧力発生手段が複数の電極対からなり、これらの電極対に電圧を供給して、インクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させ、かつ同一液路内に関し前記の電圧を供給する対象となる前記電極対の組み合わせにより、液路内に発生する圧力、および沸騰気泡体積を制御して、任意の量のインク滴を吐出させて印字を行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
- 前記圧力発生手段が複数の電極対からなり、これらの電極対の中の少なくとも１個の電極を複数の電極に対応させた共有電極とし、前記電極対に電圧を供給してインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させ、かつ同一液路内に関し前記の電圧を供給する対象となる前記電極対の組み合わせにより、液路内に発生する圧力、および沸騰気泡体積を制御して、前記ノズルから任意の量のインク滴を吐出させて印字を行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
- 前記吐出部において、少なくとも１個の圧力発生手段が他の圧力発生手段と異なる圧力、および沸騰気泡体積を発生することを特徴とする請求項２，３または４記載のインクジェット記録装置。
- インクを吐出するノズルと、導電性インクで満たされ、かつ前記ノズルに連通する液路と、この液路内の同一面上において少なくとも１個は複数の電極と対向して配置して設けられた３個以上の電極からなる複数の吐出部と、前記複数の電極に電圧を供給する供給手段と、この供給手段の制御を行い、前記電極に電圧を供給してインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させることで前記吐出部から前記ノズルにインクを送りこむ際に、同一液路内に関し前記の電圧を供給する対象となる前記電極の組み合わせにより、液路内に発生する圧力、および沸騰気泡体積を制御する制御手段とを有し、前記ノズルから任意の量のインク滴を吐出させて印字を行うインクジェット記録装置であって、前記ノズルを前記面上に対して射影したとき、射影された前記ノズルが前記複数の電極に囲まれるように前記ノズルを配置したことを特徴とするインクジェット記録装置。
- インクを吐出するノズルと、導電性インクで満たされ、かつ前記ノズルに連通する液路と、この液路内の同一面上において少なくとも１個は複数の電極と対向し、かつ互いに対向する電極対の少なくとも一対は他の電極対とは異なる電極の幅、または電極間距離で配置して設けられた３個以上の電極からなる複数の吐出部と、前記複数の電極に電圧を供給する供給手段と、この供給手段の制御を行い、前記電極に電圧を供給してインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させることで前記吐出部から前記ノズルにインクを送りこむ際に、同一液路内に関し前記の電圧を供給する対象となる前記電極の組み合わせにより、液路内に発生する圧力および沸騰気泡体積を制御する制御手段とを有し、前記ノズルから任意の量のインク滴を吐出させて印字を行うインクジェット記録装 置であって、前記ノズルを前記面上に対して射影したとき、射影された前記ノズルが前記複数の電極に囲まれるように前記ノズルを配置したことを特徴とするインクジェット記録装置。
- インクを吐出するノズルと、導電性インクで満たされ、かつ前記ノズルに連通する液路と、少なくとも１個は他の液路と共有し、かつ液路内の同一面上において少なくとも１個は複数の電極と対向して配置して設けられた３個以上の電極からなる複数の吐出部と、前記複数の電極に電圧を供給する供給手段と、前記供給手段の制御を行い、前記電極に電圧を供給してインクを加熱、沸騰させて、液路内に圧力を発生させることで前記吐出部から前記ノズルにインクを送りこむ際に、同一液路内に関し前記の電圧を供給する対象となる前記電極の組み合わせにより、液路内に発生する圧力および沸騰気泡体積を制御する制御手段とを有し、前記ノズルから任意の量のインク滴を吐出させて印字を行うインクジェット記録装置であって、前記ノズルを前記面上に対して射影したとき、射影された前記ノズルが前記複数の電極に囲まれるように前記ノズルを配置したことを特徴とするインクジェット記録装置。
- 対向する電極対の少なくとも一対は異なる電極の幅、または電極間距離になるように前記電極を配置した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。
- 前記吐出部において、異なる圧力を発生する圧力発生手段に電圧の供給を開始する時間を遅延させ、それぞれの圧力発生手段が発生する圧力、または沸騰気泡体積の最高点が同じになるように制御することを特徴とする請求項５，６，７または８記載のインクジェット記録装置。
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| JP15365895A JP3544034B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | インクジェット記録装置 |
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| JP15365895A JP3544034B2 (ja) | 1995-06-20 | 1995-06-20 | インクジェット記録装置 |
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| JPH091828A JPH091828A (ja) | 1997-01-07 |
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1995
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