JP3678315B2

JP3678315B2 - Inkjet recording device

Info

Publication number: JP3678315B2
Application number: JP1001196A
Authority: JP
Inventors: 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2016-01-24
Also published as: JPH09193386A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に関し、より詳細には、画素径をほぼ一定とする記録モードと、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に付着させ、画素径を可変とする記録モードとの２つの記録モードを有するインクジェット記録装置に関する。
【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、オフィス用等に好適な記録方法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。
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。
【０００３】
特公昭５６−９４２９号公報に記載のインクジェット記録装置は、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うものである。
この後、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５９−２０７２６５号公報に開示された発明が知られている。
【０００４】
特開昭５９−２０７２６５号公報に記載のインクジェット記録方法は、階調記録を行うための方法を示しており、一つのヒータ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り、パルス信号の数に応じて画素数を変えることができる。又、この考えを受け継ぎ、このような画素数を変える方法について具体的、かつ詳細な条件を明らかにしたものとして、特開平６−２９７７１７号公報に開示された発明がある。
【０００５】
特開平６−２９７７１７号公報に記載のインクジェット記録方法は、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、画素の大きさを変えて階調記録を行う記録方法である。しかしながら、特開昭５９−２０７２６５号公報，特開平６−２９７７１７号公報に開示された発明は、複数パルスのパルス数に応じて画素径を変えて階調記録を行う技術を開示しているだけであり、このような技術では、階調表現を必要とするイメージ記録については効果を発揮するが、階調表現を必要としない文字などの記録を行う際には、記録速度の点で問題がある。
【０００６】
このような問題を解決する技術として、例えば、特開平１−２４２２５８号公報，特開平１−２４２２５９号公報に開示された技術がある。
ここに開示された技術は、要約すると、上記のような複数パルスによって画素径を変えることのできる手段と、画素径を変える必要のない通常のインクジェット技術とを２つ組合せた記録ヘッドを提案し、階調表現の必要なイメージ記録と、階調表現を必要としない文字などの記録の両方に適するような記録ヘッドとしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開平１−２４２２５８号公報，特開平１−２４２２５９号公報に開示された記録ヘッドには、画素径が可変な画素と、径がほぼ一定な画素との２種類の画素の関係に関する記載はなく、それらの関係を最適にするには、どのようにしたらよいかに関しては、明確にされていなかった。
【０００８】
本発明は、画素径を可変とする場合と、画素径をほぼ一定とする場合の２つの記録モードを有するインクジェッド記録装置を提供するとともに、そのような画素径可変の場合の最大径を合理的に決められた画素径可変のインクジェット記録装置を、印写に使用する時に、実印写に最も合理的な画素径となるようにすることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一定の質量のインク滴（以下、インク滴１）を噴射するノズルと発熱体の組み合わせよりなる噴射手段１と、該インク滴１より小さい質量のインク滴（以下、インク滴２）を噴射するノズルと発熱体の組み合わせよりなる噴射手段２を有するインクジェット記録装置において、該インク滴２は被記録体上の同一箇所に１〜ｎ−１個打ち込まれることにより、画素径を可変とし、前記ｎは、ｎ個で打ち込んだ時の画素径が、前記インク滴１による画素径と等しくなるように決められた値であり、噴射手段１を用いてインク滴１を噴射する際には、当該インク滴の１滴のみで１画素が形成されることを特徴としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明が適用されるインクジェット記録装置を一例として、バブルジェット型インクジェット記録装置について説明する。
【００１３】
図３は、バブルジェット記録装置の動作を説明するための図、図４は、バブルジェット記録装置の一例を示す斜視図、図５は、図４に示したバブルジェット記録装置を構成する蓋基板（図５（Ａ））と、発熱体基板（図５（Ｂ））に分解した時の斜視図、図６は、図５（Ａ）に示した蓋基板を裏側から見た斜視図で、図中、１は蓋基板、２は発熱体基板、３は記録液体流入口、４はオリフィス、５は流路、６は液室を形成するための領域、７は個別（独立）電極、８は共通電極、９は発熱体（ヒータ）、１０は記録液（インク）、１１は気泡、１２は飛翔インク滴で、本発明は、斯様なバブルジェット記録装置に適用するものである。
【００１４】
最初に、図３を参照しながらバブルジェット記録装置によるインク噴射について説明すると、
（Ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク１０の表面張力と外圧とが平衡状態にある。
（Ｂ）は、ヒータ９が加熱されて、ヒータ９の表面温度が急上昇し、隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱され、微小気泡１１が点在している状態にある。
（Ｃ）は、ヒータ９の全面で急激に加熱された隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡１１が生長した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の生長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバランスがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める。
（Ｄ）は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィス面より気泡の体積に相当する分のインク１０が押し出される。この時、ヒータ９には電流が流れていない状態にあり、ヒータ９の表面温度は降下しつつある。気泡１１の体積の最大値は、電気パルス印加のタイミングからやや遅れる。
（Ｅ）は、気泡１１がインクなどにより冷却されて収縮を開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では、押し出された速度を保ちつつ前進し、後端部では、気泡の収縮に伴って、ノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。
（Ｆ）は、さらに気泡１１が収縮し、ヒータ面にインクが接し、ヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オリフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になるため、メニスカスがノズル内に大きく入り込んで来ている。インク柱の先端部は液滴になり、記録紙の方向へ５〜１０m／sec の速度で飛翔している。
（Ｇ）は、オリフィスにインクが毛細管現象により再び供給（リフィル）されて（Ａ）の状態に戻る過程で、気泡は完全に消滅している。
本発明は、上述のごとく作動するバブルジェット型インクジェット記録装置に適用されるものである。
【００１５】
図１は、本発明が適用されるバブルジェット型インクジェット記録装置の要部（発熱体，電極部）の実施の形態例を説明するための構成図で、図１（Ａ）は、発熱体，電極パターンの一例を示すオリフィス部平面図、図１（Ｂ）は、オリフィス部断面図（ただし、電極及び保護層等は省略してある）であり、図中、９ａはオリフィスに近い発熱体、９ｂはオリフィスから遠い発熱体、７ａは発熱体９ａの制御電極、７ｂは発熱体９ｂの制御電極、８は共通電極である。
図１に示したバブルジェット記録装置は、基板１と、該基板１と対向離間した発熱体基板２とにより、インク１０の流路を構成し、流路の一方端部が開口してオリフィス４を形成している。発熱体基板２には、オリフィス４に近い発熱体９ａと、オリフィス４から遠い発熱体９ｂを有し、共に共通電極８に接続され、各々は単独に制御電極７ａ，７ｂに接続され、１つのオリフィス４に対し発熱体が２つあり、それらは独立に駆動できるようになっている。
【００１６】
図２は、図１に示したバブルジェット記録装置の動作原理を説明するための図で、図２（Ａ）は、発熱体９ｂの駆動による動作、図２（Ｂ）は、発熱体９ａの駆動による動作を示す図であり、図中、１３は画素、１４は駆動パルスである。
まず、図２（Ａ）に示すオリフィス４から遠い発熱体９ｂを駆動した場合の動作について説明する。
オリフィス４から遠い発熱体９ｂは、図３で説明したような動作をする。つまり、図２（Ａ）に示すように、発熱体９ｂはパルス１４によって駆動されるが、該発熱体９ｂによって形成される画素１３は大画素であり、ほとんどいつも同じ大きさである。また、その駆動周波数は５〜１５kHz程度で使用される。つまり、この場合の画素１３は、階調表現を必要としない文字等の印写、あるいは、全面を塗りつぶすような場合の印写に使用される。
【００１７】
一方、図２（Ｂ）に示すオリフィス４に近い発熱体９ａを駆動した場合の動作について説明する。
発熱体９ａは細かい間隔で１つ以上のパルスエネルギーが加えられ、図においては、微小インク滴（１２₁、〜、１２₄）、すなわち、ｎ＝４が被記録体の同一箇所に形成され、これらの微小インク滴の数ｎに応じて大きくなる画素１３を形成する。
原理的には、図３で説明したように、駆動パルスに応じて気泡が発生し、発生した気泡に応じてインク滴が飛翔するが、この場合、加えられる駆動パルスエネルギーは、図２（Ａ）の場合より小さく、又、発熱体９ａは発熱体９ｂより小さくしているので、形成される飛翔インク滴１２₁、〜、１２₄も小さい。更に、また、この小さい駆動パルスエネルギーは、１０ｋ〜５０kHzと高い周波数で、１〜複数パルスが加えられるため、図２（Ｂ）に示したように、微小インク滴が連続的に吐出飛翔し、紙に付着し、微小インク滴の数に応じた大きさの１つの画素１３を形成する。また、それらが合体して紙に付着することもある。つまり、インク滴の数に応じて画素の大きさが変えられ、階調表現を必要とするようなイメージの印写に使用される。
【００１８】
なお、以上の説明では、発熱体９ａを画素径可変の記録に使用し、発熱体９ｂを画素径一定の記録に使用するという例を示したが、発熱体９ａを画素径可変の記録に使用して画素径一定の記録を行う際には、発熱体９ａと９ｂの両方をほぼ同時に駆動して、１つの大きな発熱体９、すなわち、発熱体（９ａ＋９ｂ）として使用することも良い方法である。この場合は、画素径可変記録に使用する発熱体と、画素径一定の記録に使用する発熱体の大きさの比率を大きくできるので、階調記録の階調数を広くとれ、より高画質記録に適するという利点がある。
【００１９】
次に、本発明が適用される、他のインクジェット記録装置の構成を説明する。図７は、ＥＤＧＥＳＨＯＯＴＥＲヘッド（図４）の要部断面図であり、図８は、ＳＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドの要部断面図であり、図３〜図５と同様な作用をする部分には、図３〜図５の場合と同様の参照番号を付してある。
【００２０】
図９は、ＳＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドの動作原理を示す図であり、この動作原理は、図３に関して説明したのと同様であり詳細な説明を省くが、図９（Ａ）の状態から図９（Ｄ）の状態に至り飛翔インク滴を噴射する。その後、図９（Ａ）と同じ状態の図９（Ｅ）の状態に戻り、その間に飛翔インク滴１２を噴射するものである。
【００２１】
図１０は、ＳＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドの一例を示す断面図で、図中、４ａは第１のオリフィス、４ｂは第２のオリフィス、９ａは第１の熱エネルギー作用部（発熱体）、９ｂは第２の熱エネルギー作用部（発熱体）である。
図１０に示したＳＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドのインク飛翔動作を図２に従って説明する。
まず、発熱体９ｂに加えられる駆動パルス１４は、図２（Ａ）に示す駆動パルス１４と同様にパルス幅が広く、エネルギーは大きい。従って、オリフィス４からの飛翔インク滴１２は、図３あるいは図９に示したと同様の経過により、大きい液滴として噴射されるので、この大きい飛翔インク滴１２によって形成される画素１３も大画素であり、画素１３は殆どいつも同じ大きさである。
【００２２】
一方、オリフィス４ａから噴射される飛翔インク滴は、図２（Ｂ）に示すように、細かい間隔で１つ以上のパルスエネルギーが加えられ、それに応じて１つ以上ｎ個の微小インク滴が噴射される。図２（Ｂ）においては、微小インク滴、（１２₁、〜、１２₄）が被記録体の同一箇所に形成され、微小インク滴１２の数に応じた大きさの画素１３が得られる。この場合、加えられるパルスエネルギーは、図２（Ａ）に示した場合よりも小さく、又、オリフィス４ａ，発熱体９ａも、オリフィス４ｂ，発熱体９ｂよりも小さいため、形成されるインク滴も小さい。つまり、この例では、オリフィス４ｂおよび発熱体９ｂは、画素径一定の記録に使用され、オリフィス４ａおよび発熱体９ａは、画素径可変の階調記録に使用される。
【００２３】
なお、以上の説明は、すべて、インク滴飛翔の駆動エネルギーとして発熱体を使用し、インク中で気泡を発生させて気泡内圧による作用力でインク噴射を行う、いわゆるバブルジェット記録装置の例を示してきたが、画素径一定の記録と、画素径可変の記録の２種類のモードをもつ記録ヘッドは、何もバブルジェット記録装置に限定されることなく、例えば、ピエゾ振動子を使用するドロップオンデマンド方式のインクジェット記録ヘッドでも可能である。具体的には、１つのオリフィスと、１つのピエゾ振動子を持つようなヘッドで、ピエゾ振動子に加えるエネルギーを小さくし、微小インク滴を形成し、それを１〜複数滴同一箇所に打ち込むことで、画素径可変が可能であり、同じヘッドでピエゾ振動子に加えるエネルギーを大きくし、いつも一定のエネルギーを加えれば、大きな画素の画素径一定記録となる。
【００２４】
あるいは、図１０に示したバブルジェット記録装置のように、小さいオリフィスと小さいピエゾ振動子からなるヘッド１と、大きいオリフィスと大きいピエゾ振動子からなるヘッド２をもつヘッドユニット（ヘッド１、プラス、ヘッド２）として、ヘッド２による画素径一定記録とヘッド１による画素径可変記録の２種類のモードをもつようにしてもよい。
【００２５】
いずれにしろ、このような微小インク滴を１〜複数個ほぼ被記録体の同一箇所に打ち込み、その打ち込み数を変えることによって画素径を変える階調記録と、画素が大きく、ほぼ一定の大きさのインク滴によって画素径を変えない記録とを行うことのできるインクジェット記録装置ヘッドにおいて、本発明では、画素径可変の場合の最大画素径が画素径一定の場合の画素径とほぼ等しくなるように、微小インク滴の打ち込み数を決めるようにしている。
【００２６】
あるいは、画素径可変の場合に形成された最大画素で全面印写（ベタ印写）を行った場合の光学濃度が、画素径一定の場合の画素で全面印写を行った場合の光学濃度に最も近くなるように、微小インク滴の打ち込み数を決めるようにする。こうすることにより、画素径可変の場合の打ち込み数を最適化でき、打ち込み数過不足による不具合をなくすことができる。
【００２７】
〔実施例１〕
図１に示したようなヘッドを試作したディメンション等を以下に示す。
・発熱体９ａ・発熱体９ｂ
サイズ：１６μｍ×３０μｍサイズ：１６μｍ×６０μｍ
抵抗体：４１．５Ω 抵抗体：８２．０Ω
・発熱体９ａと発熱体９ｂの間隔：４μｍ
・発熱体９ａの左端部からオリフィス部までの距離：７０μｍ
・オリフィスサイズ：□１６μｍ（６００ｄｐｉ配列１２８ノズル）
【００２８】
・記録体：三菱製マットコート紙ＮＭ
・インク
純水：４８ｗｔ％，グリセリン：４５ｗｔ％
エチルアルコール：４．８ｗｔ％
染料（Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１５４）：２．２ｗｔ％
・発熱体９ａの駆動条件
駆動電圧Ｖ₀：１４Ｖバルス幅Ｐｗ：３μｓ
駆動周波数Ｆ₀：１２ｋＨｚ
【００２９】
このようなバブルジェット記録装置で、発熱体９ａを駆動し、形成される微小インク滴を、１滴で１画素，２滴で１画素，３滴で１画素……６滴で１画素という具合に、記録紙上にｎ＝１，２〜６の画素を形成し、その画素径を測定したところ、表１のような結果となった。この時、画素径測定とは別に全面ベタ印写も行い、光学濃度も測定した。なお、画素径測定は１０個の測定値の平均値である。
【００３０】
【表１】

【００３１】
一方、発熱体９ａと９ｂを同時に駆動し、１滴により１画素を形成したところ
画素径は６０．４μｍ
この時の全面印写による光学濃度は、１．２６であった。なお、この時の発熱体９ａ，９ｂの駆動条件は以下のとおりである。
駆動電圧Ｖ₀：２５Ｖバルス幅Ｐｗ：５μｓ
駆動周波数Ｆ₀：６ｋＨｚ
【００３２】
以上の結果より、画素径可変とするためのインク滴の数ｎは、最大５滴とすれば、その画素径は６０．８μｍでなり、画素径一定で１滴で１画素を形成する場合の画素径は６０．４μｍに最も近い画素径となることがわかる。又、光学濃度も５滴印写した場合に、１．２７となり、画素径一定で１滴で１画素を形成する場合のそれが、１．２６であり最も近い値となることがわかる。
つまり、この場合、ｎ＝５とすることにより、画素径可変の場合の画素径および光学濃度が画素径一定の場合のそれらと最も近い値となるため、それ以上の数（ｎ＝６以上）をとることは不必要であることがわかる。又、実際に印写する場合には、ｎ＝５の時の画素径および光学濃度は、画素径一定の場合の１画素で、ほぼ等しい値が得られるので画素径可変の場合の滴数は、１滴からｎ−１滴（４滴）とするのが最も合理的であるといえる。
【００３３】
〔実施例２〕
図１０に示したようなヘッドを試作したディメンション等を以下に示す。
・発熱体９ａ・発熱体９ｂ
サイズ：３０μｍ×３０μｍサイズ：５０μｍ×５０μｍ
抵抗体：７０．３Ω 抵抗体：７０．５Ω
・オリフィスサイズ４ａ：φ３０μｍ・オリフィスサイズ４ｂ：φ４８μｍ
・発熱体面からオリフィスまでの距離
９ａ−４ａ間：１５μｍ９ｂ−４ｂ間：３５μｍ
・各オリフィス４ａ，４ｂともに、千鳥配列とされ、最終印写密度は３００ｄｐｉとなるように配置した（オリフィス数は各５０個）。
【００３４】
記録紙，インク組成等も、実施例１と同じ条件である。なお、発熱体９ａの駆動条件は以下のとおりである。
駆動電圧Ｖ₀：１７Ｖバルス幅Ｐｗ：３μｓ
駆動周波数Ｆ₀：１０ｋＨｚ
【００３５】
このようなヘッドで発熱体９ａを駆動し、実施例１と同様にインク滴数ｎと画素径，光学濃度の関係を調べたところ表２のような結果が得られた。
【００３６】
【表２】

【００３７】
一方、発熱体９ｂを以下の条件で駆動し、１滴により１画素を形成したところ、画素径は１２０．５μｍ、この時の全面印写による光学濃度は１．２７であった。
駆動電圧Ｖ₀：２４Ｖバルス幅Ｐｗ：６μｓ
駆動周波数Ｆ₀：４．２ｋＨｚ
【００３８】
以上の結果より、画素径可変とするためのインク滴の数ｎは、最大７滴とすればその画素径は、１２１．５μｍとなり、画素径一定で、１滴で１画素を形成する場合の画素径１２０．５μｍに最も近い画素径となることがわかる。又、光学濃度も７滴印写した場合に、１．２８となり、画素径一定で、１滴で１画素を形成する場合のそれが、１．２７であり、最も近い値となることがわかる。
つまりこの場合、ｎ＝７とすることにより、画素径可変の場合の画素径および光学濃度が、画素径一定の場合のそれらと最も近い値となるため、それ以上の数（ｎ＝８以上）をとることは不必要であることがわかる。又、実際に印写する場合には、ｎ＝７の時の画素径および光学濃度は、画素径一定の場合の１画素で、ほぼ等しい値が得られるので、画素径可変とする場合の滴数は、１滴からｎ−１滴（６滴）とするのが最も合理的であるといえる。
【００３９】
【発明の効果】
一定の質量のインク滴（以下、インク滴１）を噴射するノズルと発熱体の組み合わせよりなる噴射手段１と、該インク滴１より小さい質量のインク滴（以下、インク滴２）を噴射するノズルと発熱体の組み合わせよりなる噴射手段２を有するインクジェット記録装置において、該インク滴２は被記録体上の同一箇所に１〜ｎ−１個打ち込まれることにより、画素径を可変とし、前記ｎは、ｎ個で打ち込んだ時の画素径が、前記インク滴１による画素径と等しくなるように決められた値であるので、打ち込み数に過不足がなく、最適数とすることができた。よって、打ち込み数の不足によって引き起こされる低画像濃度およびそれによる低画像品質ということがないので、得られる画像は高画質となる。また打ち込み数が過剰の場合には、印写時間が不必要に長くなり、また、被記録体上のインクも必要以上に多くなるため、乾燥時間が長くなったり、画素にじみ，画像の流れ等が生じるが、本発明では、打ち込み数が最適数に決められるので、そのような不具合はいっさいない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるバブルジェット型インクジェット記録装置の要部（発熱体，電極部）の実施の形態例を説明するための構成図である。
【図２】図１に示したバブルジェット記録装置の動作原理を説明するための図である。
【図３】バブルジェット記録装置の動作を説明するための図である。
【図４】バブルジェット記録装置の一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示したバブルジェット記録装置を構成する蓋基板（図５（Ａ））と、発熱体基板（図５（Ｂ））に分解した時の斜視図である。
【図６】図５（Ａ）に示した蓋基板を裏側から見た斜視図である。
【図７】ＥＤＧＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドの図４の要部断面図である。
【図８】ＳＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドの要部断面図である。
【図９】ＳＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドの動作原理を示す図である。
【図１０】ＳＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲヘッドの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…蓋基板、２…発熱体基板、３…記録液体流入口、４…オリフィス、４ａ…第１のオリフィス、４ｂ…第２のオリフィス、５…流路、６…液室を形成するための領域、７…個別（独立）電極、７ａ…発熱体９ａの制御電極、７ｂ…発熱体９ｂの制御電極、８…共通電極、９…発熱体（ヒータ）、９ａ…第１の熱エネルギー作用部（発熱体）、９ｂ…第２の熱エネルギー作用部（発熱体）、１０…記録液（インク）、１１…気泡、１２…飛翔インク滴、１３…画素、１４…駆動パルス。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording apparatus , and more specifically, a recording mode in which a pixel diameter is substantially constant, and one to a plurality of ink droplets are attached to the same location on a recording medium so that the pixel diameter is variable. The present invention relates to an ink jet recording apparatus having two recording modes.
[0002]
[Prior art]
The non-impact recording method is attracting attention as a recording method suitable for office use and the like in that the generation of noise during recording is so small that it can be ignored. Among them, the so-called inkjet recording method, which can perform high-speed recording and can perform recording without requiring special fixing processing on plain paper, is an extremely powerful recording method. Various schemes have been proposed or have already been commercialized and put into practical use.
Such an ink jet recording method performs recording by flying small droplets (ink droplets) of a recording liquid called so-called ink and attaching the ink droplets to a recording medium. This is disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-9429 by the applicant.
[0003]
In the ink jet recording apparatus described in Japanese Patent Publication No. 56-9429, the ink in the liquid chamber is heated to generate bubbles, thereby causing a pressure increase in the ink. Recording is performed by discharging.
Thereafter, many inventions have been made using this principle, and as one of them, for example, the invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-207265 is known.
[0004]
The ink jet recording method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-207265 shows a method for performing gradation recording, and a group of pulse signals is applied to one heater to discharge one ink droplet. Is. In other words, in the present invention, the number of ink droplets to be ejected changes in accordance with the number of applied pulse signals, but these ink droplets fly in a mutually coupled state and adhere to the same location on the recording medium. The number of pixels can be changed according to the number of pulse signals. In addition, there is an invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-297717 as a clarification of specific and detailed conditions for such a method of changing the number of pixels.
[0005]
In the ink jet recording method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-297717, the number of ink droplets ejected to form one pixel is changed according to image density information, thereby changing the size of the pixel and changing the gradation. This is a recording method for recording. However, the inventions disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-207265 and 6-297717 only disclose a technique for performing gradation recording by changing the pixel diameter in accordance with the number of pulses of a plurality of pulses. Such a technique is effective for image recording that requires gradation expression, but there is a problem in terms of recording speed when recording characters and the like that do not require gradation expression. is there.
[0006]
As a technique for solving such a problem, for example, there are techniques disclosed in JP-A-1-242258 and JP-A-1-242259.
In summary, the technology disclosed herein proposes a recording head that combines two means that can change the pixel diameter by a plurality of pulses as described above and a normal inkjet technology that does not require changing the pixel diameter. The recording head is suitable for both image recording that requires gradation expression and recording of characters that do not require gradation expression.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the recording head disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-2242258 and 1-2242259 relates to the relationship between two types of pixels, a pixel having a variable pixel diameter and a pixel having a substantially constant diameter. There was no description, and it was not clarified as to how to optimize those relationships.
[0008]
The present invention provides an ink-jet recording apparatus having two recording modes when the pixel diameter is variable and when the pixel diameter is substantially constant, and rationalizes the maximum diameter when the pixel diameter is variable. the manner determined Me was pixel diameter varying of the ink jet recording apparatus, when used to mark copy, it is an purpose to make it the most reasonable pixel size to registered seal shooting.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an ejecting means 1 composed of a combination of a nozzle and a heating element for ejecting an ink droplet having a constant mass (hereinafter referred to as ink droplet 1), and an ink droplet having a mass smaller than the ink droplet 1 (hereinafter referred to as ink droplet 2). in the ink jet recording apparatus having an injection means 2 consisting of a combination of nozzle and heating element for injecting, the ink droplet 2 by being driven -1 1~n the same location on the recording medium, the pixel size is variable , N is a value determined so that the pixel diameter at the time of n shots is equal to the pixel diameter of the ink droplet 1, and when ejecting the ink droplet 1 using the ejecting means 1, In addition, one pixel is formed by only one drop of the ink drop .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A bubble jet type ink jet recording apparatus will be described by way of an example of an ink jet recording apparatus to which the present invention is applied.
[0013]
3 is a diagram for explaining the operation of the bubble jet recording apparatus , FIG. 4 is a perspective view showing an example of the bubble jet recording apparatus , and FIG. 5 is a lid substrate constituting the bubble jet recording apparatus shown in FIG. (FIG. 5A) and a perspective view when disassembled into a heating element substrate (FIG. 5B), FIG. 6 is a perspective view of the lid substrate shown in FIG. In the figure, 1 is a lid substrate, 2 is a heating element substrate, 3 is a recording liquid inlet, 4 is an orifice, 5 is a flow path, 6 is a region for forming a liquid chamber, 7 is an individual (independent) electrode, 8 Is a common electrode, 9 is a heating element (heater), 10 is a recording liquid (ink), 11 is a bubble, 12 is a flying ink droplet, and the present invention is applied to such a bubble jet recording apparatus .
[0014]
First, ink ejection by the bubble jet recording apparatus will be described with reference to FIG.
(A) is a steady state, and the surface tension and the external pressure of the ink 10 are in an equilibrium state on the orifice surface.
(B) is a state in which the heater 9 is heated, the surface temperature of the heater 9 is rapidly increased, and the adjacent ink layer is heated until a boiling phenomenon occurs, and the microbubbles 11 are scattered.
(C) is a state where the adjacent ink layer heated suddenly on the entire surface of the heater 9 is instantly vaporized to form a boiling film, and the bubbles 11 are grown. At this time, the pressure in the nozzle rises by the amount of bubble growth, the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column begins to grow from the orifice.
(D) is a state where bubbles are grown to the maximum, and the ink 10 corresponding to the volume of the bubbles is pushed out from the orifice surface. At this time, no current flows through the heater 9, and the surface temperature of the heater 9 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 11 is slightly delayed from the timing of applying the electric pulse.
(E) shows a state in which the bubble 11 is cooled by ink or the like and starts to contract. At the front end of the ink column, it moves forward while maintaining the extruded speed, and at the rear end, as the bubble shrinks, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to the decrease in the nozzle internal pressure, and the ink column is constricted. Has occurred.
In (F), the bubbles 11 are further contracted, the ink is in contact with the heater surface, and the heater surface is further rapidly cooled. On the orifice surface, the external pressure is higher than the internal pressure of the nozzle, so that the meniscus has entered the nozzle greatly. The tip of the ink column becomes droplets and flies in the direction of the recording paper at a speed of 5 to 10 m / sec.
(G) is a process in which the ink is again supplied (refilled) to the orifice by capillary action and returns to the state of (A), and the bubbles are completely extinguished.
The present invention is applied to a bubble jet type ink jet recording apparatus that operates as described above.
[0015]
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an exemplary embodiment of a main part (heating element, electrode part) of a bubble jet type ink jet recording apparatus to which the present invention is applied. FIG. FIG. 1B is a sectional view of the orifice portion (however, the electrode and the protective layer are omitted), in which 9a is a heating element close to the orifice, 9b is a heating element far from the orifice, 7a is a control electrode of the heating element 9a, 7b is a control electrode of the

heating element

9b, and 8 is a common electrode.
In the bubble jet recording apparatus shown in FIG. 1, a flow path for ink 10 is constituted by a substrate 1 and a heating element substrate 2 facing and separating from the substrate 1, and one end of the flow path opens to provide an orifice 4. Is forming. The heating element substrate 2 has a heating element 9a close to the orifice 4 and a heating element 9b far from the orifice 4, and both are connected to the common electrode 8, each connected to the control electrodes 7a and 7b independently. There are two heating elements for the orifice 4 and they can be driven independently.
[0016]
2 is a diagram for explaining the operation principle of the bubble jet recording apparatus shown in FIG. 1. FIG. 2 (A) shows the operation by driving the heating element 9b, and FIG. 2 (B) shows the operation of the heating element 9a. It is a figure which shows the operation | movement by a drive, In the figure, 13 is a pixel and 14 is a drive pulse.
First, the operation when the heating element 9b far from the orifice 4 shown in FIG. 2A is driven will be described.
The heating element 9b far from the orifice 4 operates as described in FIG. That is, as shown in FIG. 2A, the heating element 9b is driven by the pulse 14, but the pixel 13 formed by the heating element 9b is a large pixel and is almost always the same size. The drive frequency is about 5 to 15 kHz. That is, the pixel 13 in this case is used for printing characters or the like that do not require gradation expression, or for printing when the entire surface is painted.
[0017]
On the other hand, the operation when the heating element 9a close to the orifice 4 shown in FIG. 2B is driven will be described.
One or more pulse energies are applied to the heating element 9a at fine intervals, and in the figure, fine ink droplets (12 ₁ ,..., 12 ₄ ), that is, n = 4 are formed at the same location of the recording medium. Pixels 13 that increase in accordance with the number n of these minute ink droplets are formed.
In principle, as described with reference to FIG. 3, bubbles are generated according to the drive pulses, and ink droplets fly according to the generated bubbles. In this case, the applied drive pulse energy is as shown in FIG. ) And the heating element 9a is smaller than the heating element 9b, and thus the formed flying ink droplets 12 ₁ to 12 ₄ are also small. Furthermore, since this small driving pulse energy is applied with one to a plurality of pulses at a high frequency of 10 k to 50 kHz, as shown in FIG. One pixel 13 having a size corresponding to the number of fine ink droplets is formed on the paper. They may also coalesce and adhere to the paper. That is, the size of the pixel is changed according to the number of ink droplets, and it is used for image printing that requires gradation expression.
[0018]
In the above description, the heating element 9a is used for recording with variable pixel diameter and the heating element 9b is used for recording with constant pixel diameter. However, the heating element 9a is used for recording with variable pixel diameter. When recording with a constant pixel diameter, it is also a good method to drive both the heating elements 9a and 9b almost simultaneously and use them as one large heating element 9, that is, a heating element (9a + 9b). . In this case, the ratio of the size of the heating element used for variable pixel diameter recording and the heating element used for recording with a constant pixel diameter can be increased. There is an advantage that it is suitable for.
[0019]
Next, the configuration of another inkjet recording apparatus to which the present invention is applied will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part of the EDGE SHOOTER head (FIG. 4), and FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the SIDE SHOOTER head. 3 to 5 are given the same reference numerals.
[0020]
FIG. 9 is a diagram showing the operating principle of the SIDE SHOTER head. This operating principle is the same as that described with reference to FIG. 3 and will not be described in detail, but from the state of FIG. ) And ejecting flying ink droplets. Thereafter, the state returns to the state of FIG. 9E which is the same state as FIG. 9A, and the flying ink droplets 12 are ejected in the meantime.
[0021]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a SIDE SHOOTER head. In the figure, 4a is a first orifice, 4b is a second orifice, 9a is a first thermal energy acting portion (heating element), and 9b is a second orifice. It is a thermal energy action part (heating element).
The ink flying operation of the SIDE SHOOTER head shown in FIG. 10 will be described with reference to FIG.
First, the drive pulse 14 applied to the heating element 9b has a wide pulse width and a large energy, like the drive pulse 14 shown in FIG. Accordingly, since the flying ink droplet 12 from the orifice 4 is ejected as a large droplet by the same process as shown in FIG. 3 or FIG. 9, the pixel 13 formed by the large flying ink droplet 12 is also a large pixel. Yes, the pixels 13 are almost always the same size.
[0022]
On the other hand, as shown in FIG. 2B, one or more pulse energies are applied to the flying ink droplets ejected from the orifice 4a at fine intervals, and one or more n micro ink droplets are ejected accordingly. Is done. In FIG. 2B, minute ink droplets (12 ₁ ,..., 12 ₄ ) are formed at the same location of the recording medium, and pixels 13 having a size corresponding to the number of minute ink droplets 12 are obtained. In this case, the applied pulse energy is smaller than that shown in FIG. 2A, and the orifice 4a and the heating element 9a are also smaller than the orifice 4b and the heating element 9b, so that the formed ink droplets are also small. . That is, in this example, the orifice 4b and the heating element 9b are used for recording with a constant pixel diameter, and the orifice 4a and the heating element 9a are used for gradation recording with a variable pixel diameter.
[0023]
The above explanations all show an example of a so-called bubble jet recording apparatus that uses a heating element as driving energy for ink droplet flight, generates bubbles in the ink, and ejects ink with the acting force of the bubble internal pressure. However, the recording head having two types of modes, recording with a constant pixel diameter and recording with a variable pixel diameter, is not limited to the bubble jet recording apparatus , for example, a drop-on using a piezo vibrator. A demand type inkjet recording head is also possible. Specifically, with a head having one orifice and one piezo vibrator, the energy applied to the piezo vibrator is reduced to form minute ink droplets, and one or more droplets are ejected to the same location. The pixel diameter can be varied, and if the energy applied to the piezo vibrator is increased with the same head, and constant energy is always applied, recording with a large pixel diameter is possible.
[0024]
Alternatively, as in the bubble jet recording apparatus shown in FIG. 10, a head unit (head 1, plus, head having a head 1 consisting of a small orifice and a small piezo vibrator and a head 2 consisting of a large orifice and a large piezo vibrator). As 2), there may be two types of modes of recording with a constant pixel diameter by the head 2 and variable pixel diameter recording with the head 1.
[0025]
In any case, one or a plurality of such small ink droplets are ejected to the same location of the recording medium, and the gradation recording in which the pixel diameter is changed by changing the number of ejections, the pixels are large, and the size is substantially constant. In the ink jet recording apparatus head capable of performing recording without changing the pixel diameter by the ink droplets, the maximum pixel diameter when the pixel diameter is variable is set to be approximately equal to the pixel diameter when the pixel diameter is constant. The number of fine ink droplets to be ejected is determined.
[0026]
Alternatively, the optical density when performing full surface printing (solid printing) with the maximum pixel formed when the pixel diameter is variable is the optical density when performing full surface printing with pixels when the pixel diameter is constant. The number of fine ink droplets to be ejected is determined so as to be the closest. By doing so, it is possible to optimize the number of shots when the pixel diameter is variable, and it is possible to eliminate problems caused by the shortage of shots.
[0027]
[Example 1]
The dimensions and the like for which the head as shown in FIG.
-Heating element 9a-Heating element 9b
Size: 16μm × 30μm Size: 16μm × 60μm
Resistor: 41.5Ω Resistor: 82.0Ω
・ Distance between the heating element 9a and the heating element 9b: 4 μm
・ Distance from the left end of the heating element 9a to the orifice: 70 μm
・ Orifice size: □ 16μm (128 nozzles with 600 dpi array)
[0028]
・ Recording material: Mitsubishi mat coated paper NM
・ Ink pure water: 48 wt%, Glycerin: 45 wt%
Ethyl alcohol: 4.8 wt%
Dye (CI Direct Black 154): 2.2 wt%
-Driving conditions of the heating element 9a Driving voltage V ₀ : 14 V Pulse width Pw: 3 μs
Drive frequency F ₀ : 12 kHz
[0029]
In such a bubble jet recording apparatus , the heating element 9a is driven, and the minute ink droplets formed are 1 pixel per drop, 1 pixel per 2 drops, 1 pixel per 3 drops ... 6 drops per pixel, etc. Furthermore, when n = 1, 2 to 6 pixels were formed on the recording paper and the pixel diameter was measured, the results shown in Table 1 were obtained. At this time, in addition to the measurement of the pixel diameter, the whole surface was also printed and the optical density was also measured. The pixel diameter measurement is an average value of 10 measurement values.
[0030]
[Table 1]

[0031]
On the other hand, when the heating elements 9a and 9b are simultaneously driven to form one pixel by one drop, the pixel diameter is 60.4 μm.
At this time, the optical density of the whole surface printing was 1.26. The driving conditions of the heating elements 9a and 9b at this time are as follows.
Drive voltage V ₀ : 25 V Pulse width Pw: 5 μs
Drive frequency F ₀ : 6 kHz
[0032]
From the above results, if the number n of ink droplets for making the pixel diameter variable is 5 at the maximum, the pixel diameter is 60.8 μm, and the pixel diameter is constant and one pixel is formed with one drop. It can be seen that the pixel diameter is closest to 60.4 μm. In addition, the optical density is 1.27 when 5 drops are printed, and it is 1.26 when the pixel diameter is constant and 1 pixel is formed with 1 drop, which is the closest value.
That is, in this case, by setting n = 5, the pixel diameter and the optical density when the pixel diameter is variable are closest to those when the pixel diameter is constant, and therefore a larger number (n = 6 or more) It turns out that taking is unnecessary. In actual printing, the pixel diameter and optical density when n = 5 are one pixel when the pixel diameter is constant, and approximately the same value is obtained, so the number of drops when the pixel diameter is variable is From 1 drop to n-1 drops (4 drops) can be said to be the most reasonable.
[0033]
[Example 2]
The dimensions and the like for which the head as shown in FIG.
-Heating element 9a-Heating element 9b
Size: 30 μm × 30 μm Size: 50 μm × 50 μm
Resistor: 70.3Ω Resistor: 70.5Ω
・ Orifice size 4a: φ30 μm ・ Orifice size 4b: φ48 μm
・ Distance from heating element surface to orifice 9a-4a: 15 μm 9b-4b: 35 μm
Each of the orifices 4a and 4b was arranged in a staggered arrangement, and was arranged so that the final printing density was 300 dpi (50 orifices each).
[0034]
The recording paper, ink composition, and the like are the same conditions as in Example 1. The driving conditions for the heating element 9a are as follows.
Drive voltage V ₀ : 17 V Pulse width Pw: 3 μs
Drive frequency F ₀ : 10 kHz
[0035]
When the heating element 9a was driven by such a head and the relationship between the number n of ink droplets, the pixel diameter, and the optical density was examined in the same manner as in Example 1, the results shown in Table 2 were obtained.
[0036]
[Table 2]

[0037]
On the other hand, when the heating element 9b was driven under the following conditions to form one pixel by one drop, the pixel diameter was 120.5 μm, and the optical density at this time of printing on the entire surface was 1.27.
Drive voltage V ₀ : 24 V Pulse width Pw: 6 μs
Drive frequency F ₀ : 4.2 kHz
[0038]
From the above results, the number n of ink droplets for making the pixel diameter variable is 71.5 at the maximum, the pixel diameter is 121.5 μm, the pixel diameter is constant, and one pixel is formed with one drop. It can be seen that the pixel diameter is closest to the pixel diameter of 120.5 μm. In addition, when 7 drops are printed, the optical density is 1.28, and when the pixel diameter is constant and 1 pixel is formed with 1 drop, it is 1.27, which is the closest value. .
That is, in this case, by setting n = 7, the pixel diameter and the optical density when the pixel diameter is variable are closest to those when the pixel diameter is constant, and therefore a larger number (n = 8 or more) It turns out that taking is unnecessary. In actual printing, the pixel diameter and optical density when n = 7 are approximately equal to one pixel when the pixel diameter is constant. The most reasonable number is from 1 drop to n-1 drops (6 drops).
[0039]
【The invention's effect】
Ejecting means 1 composed of a combination of a nozzle for ejecting a constant mass of ink droplet (hereinafter referred to as ink droplet 1) and a heating element, and a nozzle for ejecting an ink droplet (hereinafter referred to as ink droplet 2) having a smaller mass than the ink droplet 1 in the ink jet recording apparatus having an injection means 2 consisting of a combination of the heating element and, the ink droplet 2 by being driven -1 1~n the same location on the recording medium, and the pixel size is variable, the n is , pixel diameter when implanted in the n is, since the Ru value der that is determined to be equal to the pixel size by the ink droplets 1, no excess or shortage of the number of implantation could be optimized number. Therefore, there is no low image density and low image quality caused by an insufficient number of shots, and the resulting image has high image quality. If the number of shots is excessive, the printing time becomes unnecessarily long, and the amount of ink on the recording medium increases more than necessary, so that the drying time becomes longer, pixels bleed, image flow, etc. However, in the present invention, since the number of driving is determined to be the optimum number, there is no such inconvenience.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an exemplary embodiment of a main part (a heating element, an electrode part) of a bubble jet type ink jet recording apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram for explaining an operation principle of the bubble jet recording apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the bubble jet recording apparatus .
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a bubble jet recording apparatus .
5 is a perspective view when the cover substrate (FIG. 5A) and the heating element substrate (FIG. 5B) constituting the bubble jet recording apparatus shown in FIG. 4 are disassembled.
6 is a perspective view of the lid substrate shown in FIG. 5 (A) as seen from the back side. FIG.
7 is a cross-sectional view of the main part of FIG. 4 of the EDGE SHOOTER head.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of a SIDE SHOTER head.
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation principle of a SIDE SHOOOTER head.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a SIDE SHOOTER head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lid board | substrate, 2 ... Heat generating body board | substrate, 3 ... Recording liquid inflow port, 4 ... Orifice, 4a ... 1st orifice, 4b ... 2nd orifice, 5 ... Flow path, 6 ... Forming a liquid chamber 7, individual (independent) electrodes, 7 a, control electrode of the heating element 9 a, 7 b, control electrode of the

heating element

9 b, 8, common electrode, 9, heating element (heater), 9 a, first thermal energy acting part (Heating element), 9b ... second thermal energy acting part (heating element), 10 ... recording liquid (ink), 11 ... bubble, 12 ... flying ink droplet, 13 ... pixel, 14 ... driving pulse.

Claims

Ejecting means 1 composed of a combination of a nozzle for ejecting a constant mass of ink droplet (hereinafter referred to as ink droplet 1) and a heating element, and a nozzle for ejecting an ink droplet (hereinafter referred to as ink droplet 2) having a smaller mass than the ink droplet 1 in the ink jet recording apparatus having an injection means 2 consisting of a combination of the heating element and, the ink droplet 2 by being driven -1 1~n the same location on the recording medium, and the pixel size is variable, the n is , The pixel diameter at the time of n shots is a value determined to be equal to the pixel diameter of the ink droplet 1, and when the ink droplet 1 is ejected using the ejecting means 1, the ink droplet An ink jet recording apparatus characterized in that one pixel is formed by only one drop of .