JPH04250049A - インクジェット記録ヘッド及び該記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置に関し、詳しくは、複数の電気熱変換体をブロック駆
動させ発生した熱エネルギーを利用して吐出口から被記
録媒体にインクを吐出して、前記被記録媒体に記録を行
うインクジェット記録装置に関する。

【０００２】（関連技術の説明）現在知られている各種
記録方式の中でも記録時に騒音の発生がほとんどないノ
ンインパクト記録方式であって、且つ高速印字が可能で
あり、しかも、普通紙に特別の定着処理を必要とせずに
記録の行える所謂インクジェット記録法は極めて有用な
記録方式であると認められている。インクジェット記録
法はインクと称される記録液の液滴を吐出飛翔させ、そ
れを紙等の被記録媒体に付着させて記録を行うものであ
る。

【０００３】このインクジェット記録方法はインクを吐
出する微細な吐出口に連通するインク路（以下、ノズル
とも称す）に設けられた電気熱変換体に通電を行ってこ
れを発熱させ、電気熱変換体の発熱部（以下、ヒーター
とも称す）の周辺のインクの加熱し、発泡時に起こる急
激な体積変化によって生ずる圧力を利用して吐出口より
インクを吐出することにより記録を行う方法である。こ
のインクジェット記録装置の駆動方法には、駆動信号の
複数のビット毎にヒーターをｎケタの群に分割し、順次
各群のヒーターを駆動させる所謂分割駆動方式を採用し
ているものがある。この理由は、通常１つのヒーターを
駆動させるのにおよそ２５０ｍＡもの電流を流す必要が
ある。このため、例えば６４ノズルを同時に駆動する場
合には１６Ａもの電流が必要となるため、そのための大
きな電源を必要としたり、大きな電流を流すための太い
配線が必要となる。これに対し、例えば１６ノズルずつ
４回に分けて通電すれば同時に必要な電流は４Ａと大幅
に低減できる。更に８ノズルずつ８回に分ければ２Ａに
できるためである。

【０００４】しかしながら、このような駆動法による記
録を行うと被記録媒体への液滴の着弾位置が各群で異な
ってしまい画質が低下してしまうことがあるという解決
すべき課題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、この着
弾位置ずれの現象を詳細に観察した結果、この各群間で
の着弾位置ずれは、次の２つに起因することを見いだし
た。第１は分割駆動方式の必然によって生ずるものであ
る。即ち、各群間の通電タイミングの差と、被記録媒体
と記録ヘッドとの相対移動によるものである。第２は、
複数のノズルに対して分割駆動を行って、各群内では略
同時に、また群間で一定時間を持たせて吐出させたとき
に、最初に駆動する第１群の吐出速度が順次駆動する第
２群以降の吐出速度よりも速いことによるものである。

【０００６】以下、上述のような従来の分割駆動を適用
する記録ヘッドと記録装置による記録の第１の原因によ
る具体例を示す。６４本のノズルを有するヘッドを、３
６０ＤＰＩ、６．３ＫＨｚ、パルス幅３μｓ、４分割駆
動休止時間０．５μｓ（図７参照）で駆動させ、ヘッド
と被記録媒体である紙との間を１．２ｍｍとしたとき、
上述した第１の原因である各群間の通電タイミングの差
だけによる着弾位置ずれは、

【０００７】

【外１】 であり、つまり被記録媒体上では０．０７ドットずれる
ことになる。

【０００８】上述した第２の原因である各群間の吐出速
度の差による着弾位置ずれは、本発明者の実験によると
次の表１のようになっている。

【０００９】

【表１】

【００１０】以上のように、各群間の通電タイミングの
差による着弾位置ずれは０．０７ドットと小さく、ほと
んど目立たない領域であるが、各群間の吐出速度の差に
よる着弾位置ずれは最大０．３８ドットに相当し、印字
品位に悪影響を及ぼしている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる従来技
術の解決すべき課題を解決し、分割駆動方式による利点
を活用しつつ、各群間での着弾位置ずれを解消したイン
クジェットヘッド及びこれを用いた記録装置を提供する
ことを目的とする。

【００１２】本発明のインクジェット記録装置は、イン
クを吐出する吐出口と、該吐出口に連通するインク路と
、該インク路内のインクに熱エネルギーを与えるための
電気熱変換体とを有する複数のインク吐出部と、複数の
前記電気熱変換体を複数の群に分割し前記熱エネルギー
を発生させるための信号を群毎の電気熱変換体に供給す
る手段と、前記吐出口から吐出されたインクによって記
録が行われる被記録媒体を搬送するための搬送手段と、
を有しており、前記各群毎に前記インク吐出部の形状が
変えられていることを特徴とする。

【００１３】また本発明のインクジェット記録ヘッドは
、インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通するイン
ク路と、該インク路内のインクに熱エネルギーを与える
ための電気熱変換体と、を有する複数のインク吐出部を
有しており、分割駆動の信号が与えられることによって
駆動するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記電気
熱変換体に前記熱エネルギーを発生させるために与えら
れる信号によって前記電気熱変換体が複数の群に分割さ
れており、前記インク吐出部の形状が前記各群毎に変え
られていることを特徴とする。

【００１４】この様な本発明によれば、各群間での着弾
位置ずれの解消が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を具体的
に説明する。図１（Ａ）〜図６において、７は記録ヘッ
ドであり、１は基板、２はインク路（ノズル）、５は各
ノズルに共通な共通液室、６は支切壁、８は天板を示し
ており、３はインクを吐出口４から吐出するために利用
される熱エネルギーを発生する電気熱変換体（発熱素子
）である。本発明に係るインク吐出部とは、吐出口とイ
ンク路と電気熱変換体とを含むものである。

【００１６】電圧が印加されると発熱素子３が急激に発
熱し、発熱素子に近傍のインクが瞬時に気化して気泡が
成長する。この気泡の成長により、ノズル内の圧力が上
昇し、吐出口４の面でのインクのメニスカスと外圧との
バランスがくずれ、吐出口よりインクが吐出する。この
とき、すでに発熱素子には電流が流れていない状態にあ
り、発熱素子の発熱部は基板１やインク等による熱の伝
搬によって冷却され表面の温度は下降しつつある。その
後、気泡の収縮に伴って吐出口面からノズル内へインク
が逆流するとともに新たなインクの供給が生じながら気
泡が収縮して発熱素子の発熱部の表面にインクが接触す
る。吐出口面では外圧がノズル内圧より高い状態になる
ため、メニスカスが大きくノズル内に入り込む。毛細管
現象により再び供給されるインクによって気泡は消減す
る。

【００１７】以上のようなメカニズムの連続的な繰り返
しによってインクの吐出が行われ、第１群より以降順次
各群の発熱素子を分割駆動させている。

【００１８】インクの吐出速度は、隣接ノズルから伝搬
する圧力振動や温度に影響され、さらには液室からノズ
ルににかけてのインクの流体的な干渉を受けるため、分
割駆動による気泡順に吐出速度が変化する。このような
原因により、特に第１群のノズルからの吐出速度が速く
なっている。

【００１９】次に図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示される
実施例について説明する。

【００２０】全６４本のノズルの内１６ノズルずつ４群
に分割し、第１群から第４群の４ノズルで各１本のコモ
ンラインを共有し、４ノズルの駆動パルス入力をパルス
幅（３μｓ）＋分割駆動休止時間（０．５μｓ）分だけ
ずらした４分割の時分割駆動（図１参照）を従来の記録
ヘッドを用いて、全ノズルから記録液滴を吐出させた場
合、各群間で吐出速度が異なることが前述のように判明
した。

【００２１】即ち、その平均速度は第１表で示したごと
く第１群が１２ｍ／ｓ、第２群が９ｍ／ｓ、第３群、第
４群が８ｍ／ｓとなる。その結果、最も速度が速い第１
群と遅い第３群との速度の差が４ｍ／ｓとなっており、
図９に示されるように着弾位置は最大０．３８ドットの
ずれを生じる。

【００２２】そこで、本実施例においては図１（Ａ）及
び図１（Ｂ）に示されるように、吐出口４と発熱素子３
との間の距離を、吐出速度差を考慮して第１群では１２
０μｍ（従来通り）、第２群では１０７μｍ、第３群は
１０３μｍ、第４群は１００μｍとした。この場合、全
ノズルから記録液滴を吐出させた時の各群の平均吐出速
度は、それぞれ第１群は１２ｍ／ｓ、第２群は１２．４
ｍ／ｓ、第３群は１２．９ｍ／ｓ、第４群は１３．４ｍ
／ｓとなり、群間の最大速度差を１．４ｍ／ｓと低減す
ることができ、被記録媒体上での着弾位置ずれは実質的
に認められなかった。

【００２３】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示される実施
例は、吐出口４の面積を第１群より順次小さくする構成
（もしくは、第４群より順次大きくする）により、図１
（Ａ）及び図１（Ｂ）に示される実施例と同様に各群間
の吐出速度を補償し、被記録媒体上での着弾位置ずれを
解消するものである。尚、本実施例では、吐出口面積を
小さくすることにより吐出速度を上げており、この吐出
口面積は群間の吐出速度の差を考慮して決定される。

【００２４】図２に示される実施例では、吐出口の面積
を吐出口列方向で調整する例を示したが、図３で示され
る実施例においては、基板１に垂直な方向の長さを群毎
に変えることによって吐出口面積を調整する例を示した
ものである。又、本例ではノズルの中心高さを第１群よ
り順次低くする構成（もしくは、第４群より順次高くす
る構成）によっても、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示さ
れる実施例と同様に各群間の吐出速度を補償し、被記録
媒体上での着弾位置ずれを解消するものである。

【００２５】図４に示される実施例は、発熱素子３の面
積を第１群より以降順次大きくする構成により、図１（
Ａ）及び図１（Ｂ）に示される実施例と同様に各群間の
吐出速度を補償し、被記録媒体上での着弾位置ずれを解
消するものである。又、面積や長さの比等を変化させて
、発熱素子３の抵抗値を第１群より順次小さくしてもよ
い。

【００２６】図５に示される実施例は、ノズル２の幅を
第１群より以降順次小さくする構成により、図１（Ａ）
及び図１（Ｂ）に示される実施例と同様に各群間の吐出
速度を補償し、被記録媒体上での着弾位置ずれを解消す
るものである。

【００２７】図６に示される実施例は、ノズル２の長さ
を第１群より以降順次長くする構成により、図１（Ａ）
及び図１（Ｂ）に示される実施例と同様に各群間の吐出
速度を補償し、被記録媒体上での着弾位置ずれを解消す
るものである。

【００２８】尚、上述したインクの吐出速度を補償する
ためのそれぞれの例は、単独で行ってもよいし、他の方
法と並用してもよいということは言うまでもない。

【００２９】図１０は、本発明を適用した記録ヘッドを
搭載し、分割駆動を行う。インクジェット記録装置の外
部構成の概略を示した斜視図である。図１において、１
は所定の記録信号に基づいてインクを吐出し、所望の画
像記録するインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッ
ドと称す）、２は前記記録ヘッド１を乗せて記録行方向
（主走査方向）に走査移動するキャリッッジである。前
記キャリッッジ２は、ガイド軸３，４によって摺動可能
に支持されており、タイミングベルト８に連動して主走
査方向に往復運動する。プーリ６，７に係合している前
記タイミングベルト８は、プーリ７を介してキャリッッ
ジモータ５によって駆動される。

【００３０】記録紙９は、ペーパーパン１０によってガ
イドされ、ピンチローラで圧接させられている図示しな
い紙送りローラー等の搬送手段によって搬送される。こ
の搬送は、紙送りモータ１６を駆動源として行われる。 搬送された記録紙９は、排紙ローラ１３と拍車１４とに
よりテンションを加えられていて、弾性部材で形成され
る紙押え板１２によってヒータ１１に圧接させられてい
るため、ヒータ１１に密着させられながら搬送される。 ヘッド１により噴射されたインクが付着した記録紙９は
、ヒータ１１によって温められ、付着したインクは溶媒
が蒸発して記録紙９に定着する。尚、このヒータ１１に
よる加熱定着は必ずしも必要なものではなく、インク等
の特性によって適宜記録装置に備えられていれば良い。

【００３１】１５は回復系と呼ばれるユニットで、記録
ヘッド１の吐出口（図示せず）に付着した異物や粘度の
高くなったインクを除去することにより、吐出特性を正
規の状態に維持するためのものである。

【００３２】１８ａは回復系ユニット１５の一部を構成
するキャップであり、インクジェット記録ヘッド１の吐
出口をキャッピングして、目詰まりの発生を防止するた
めのものである。キャップ１８ａの内部にはインク吸収
体１８が配されている。

【００３３】又、回復系ユニット１５の記録領域側には
、記録ヘッド１の吐出口が形成された面と当接し、吐出
口面に付着した異物やインク滴をクリーニングするため
のクリーニングブレード１７が設けられている。

【００３４】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも、熱エネルギーを利用して飛翔液滴を形成し、記
録を行うインクジェット記録方式の記録ヘッド、記録装
置において、優れた効果をもたらすものである。

【００３５】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されており、本発明はこれらの基
本的な原理を用いて行うものが好ましい。この記録方式
は所謂オンデマンド型、コンティニュアンス型のいずれ
にも適用可能である。

【００３６】この記録方式を簡単に説明すると、液体（
インク）が保持されているシートや液路に対応して配置
されている電気熱変換体に、記録情報に対応して液体（
インク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じる様な
急速な温度上昇を与えるための少なくとも一つの駆動信
号を印加することによって、熱エネルギーを発生せしめ
、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせる。この様
に液体（インク）から電気熱変換体に付与する駆動信号
に一対一対応した気泡を形成できるため、特にオンデマ
ンド型の記録法には有効である。この気泡の成長，収縮
により吐出口を介して液体（インク）を吐出させて、少
なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形
状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので
、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき
、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、
米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６
２号明細書に記載されているようなものが適している。 尚、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用
すると、更に優れた記録を行うことができる。

【００３７】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出孔、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路または直角液流路
）の他に、米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特
許第４４５９６００号明細書に開示されている様に、熱
作用部が屈曲する領域に配置された構成を持つものも本
発明に含まれる。

【００３８】加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出孔とする構成を開
示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や熱エネルギ
ーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を
開示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた
構成においても本発明は有効である。

【００３９】更に、本発明が有効に利用される記録ヘッ
ドとしては、記録装置が記録可能である記録媒体の最大
幅に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッドがあ
る。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開示さ
れているような記録ヘッドを複数組み合わせることによ
ってフルライン構成にしたものや、一体的に形成された
一個のフルライン記録ヘッドであってもよい。

【００４０】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。

【００４１】又、本発明の記録装置に、記録ヘッドに対
する回復手段や、予備的な補助手段等を付加することは
、本発明の記録装置を一層安定にすることができるので
好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録
ヘッドに対しての、キャピング手段、クリーニング手段
、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加
熱素子、或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、
記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを行う手段を付
加することも安定した記録を行うために有効である。

【００４２】更に、記録装置の記録モードとしては黒色
等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成したものか、複数個の組み合わせで
構成したものかのいずれでも良いが、異なる色の複色カ
ラー又は、混色によるフルカラーの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００４３】以上説明した本発明実施例においては、液
体インクを用いて説明しているが、本発明では温室で固
体状であるインクであっても、室温で軟化状態となるイ
ンクであっても用いることができる。上述のインクジェ
ット装置ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものであれば良い。

【００４４】加えて、熱エネルギーによるヘッドやイン
クの過剰な昇温をインクの固形状態から液体状態への状
態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に
防止するか又は、インクの蒸発防止を目的として放置状
態で固化するインクを用いることもできる。いずれにし
ても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイン
クが液化してインク液状として吐出するものや記録媒体
に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような
、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質を持
つインクの使用も本発明には適用可能である。

【００４５】このようなインクは、特開昭５４−５６８
４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記
載されるような、多孔質シートの凹部又は貫通孔に液状
又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対
して対向するような形態としても良い。

【００４６】本発明において、上述した各インクに対し
て最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するも
のである。

【００４７】更に加えて、本発明インクジェット記録装
置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の画
像出力端末として用いるものの他、リーダ等と組み合わ
せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシミ
リ装置の形態を採るものであっても良い。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、前述のような構成をなすこと
によって、以下に記載するような効果を奏する。

【００４９】即ち、複数のノズルを群毎に駆動する記録
装置もしくは、このような記録装置に搭載される記録ヘ
ッドにおいて、各群別にインク吐出部の形状ないし大き
さ等を変えることによって、インク液滴の吐出速度を調
節して、従来のヘッド形態における各群のインクの吐出
速度の違いを補償し、被記録媒体上での液滴の着弾点精
度を向上させ、高品位な印刷が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）本発明のインクジェット記録ヘッドの一
実施例を示す模式的外観斜視図。 （Ｂ）（Ａ）のＡ−Ａの線断面を示す模式図。

【図２】（Ａ）本発明のインクジェット記録ヘッドの他
の実施例を示す模式的外観斜視図。 （Ｂ）（Ａ）のＡ−Ａの線断面を示す模式図。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実施
例を示す模式的外観斜視図。

【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実施
例を示す模式図。

【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実施
例を示す模式図。

【図６】本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実施
例を示す模式図。

【図７】時分割駆動方法を説明するための図。

【図８】各群間の通電タイミングの差による着弾点ずれ
を説明するための図。

【図９】各群間の吐出速度の差による着弾点ずれを説明
するための図。

【図１０】本発明のインクジェット記録ヘッドを適用可
能なインクジェット記録装置。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　ノズル（インク路） ３　　発熱素子 ４　　オリフイス ５　　液室 ６　　支切壁 ７　　記録ヘッド ８　　天板

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インクを吐出する吐出口と、該吐出口
   に連通するインク路と、該インク路内のインクに熱エネ
   ルギーを与えるための電気熱変換体とを有する複数のイ
   ンク吐出部と、複数の前記電気熱変換体を複数の群に分
   割し前記熱エネルギーを発生させるための信号を群毎の
   電気熱変換体に供給する手段と、前記吐出口から吐出さ
   れたインクによって記録が行われる被記録媒体を搬送す
   るための搬送手段と、を有しており、前記各群毎に前記
   インク吐出部の形状が変えられていることを特徴とする
   インクジェット記録装置。
2. 【請求項２】　　インクを吐出する吐出口と、該吐出口
   に連通するインク路と、該インク路内のインクに熱エネ
   ルギーを与えるための電気熱変換体と、を有する複数の
   インク吐出部を有しており、分割駆動の信号が与えられ
   ることによって駆動するインクジェット記録ヘッドにお
   いて、前記電気熱変換体に前記熱エネルギーを発生させ
   るために与えられる信号によって前記電気熱変換体が複
   数の群に分割されており、前記インク吐出部の形状が前
   記各群毎に変えられていることを特徴とするインクジェ
   ット記録ヘッド。
3. 【請求項３】　　前記インク吐出部の形状のうち前記吐
   出口と前記電気熱変換体との距離が前記信号が後に供給
   される群ほど短い請求項１のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】　　前記インク吐出部の形状のうち前記吐
   出口の面積が、前記信号が後に供給される群ほど小さい
   請求項１のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】　　前記インク吐出部の形状のうち前記電
   気熱変換体の面積が、前記信号が後に供給される群ほど
   小さい請求項１のインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】　　前記インク吐出部の形状のうち前記電
   気熱変換体の抵抗値が、前記信号が後に供給される群ほ
   ど小さい請求項１のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】　　前記インク吐出部の形状のうち前記イ
   ンク路の幅が、前記信号が後に供給される群ほど小さい
   請求項１のインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】　　前記インク吐出部の形状のうち前記イ
   ンク路の長さが、前記信号が後に供給される群ほど長い
   請求項１のインクジェット記録装置。
9. 【請求項９】　　前記インク吐出部の形状のうち前記吐
   出口と前記電気熱変換体との距離が前記信号が後に供給
   される群ほど短い請求項２のインクジェット記録ヘッド
   。
10. 【請求項１０】　　前記インク吐出部の形状のうち前記
    吐出口の面積が、前記信号が後に供給される群ほど小さ
    い請求項２のインクジェット記録ヘッド。
11. 【請求項１１】　　前記インク吐出部の形状のうち前記
    電気熱変換体の面積が、前記信号が後に供給される群ほ
    ど小さい請求項２のインクジェット記録ヘッド。
12. 【請求項１２】　　前記インク吐出部の形状のうち前記
    電気熱変換体の抵抗値が、前記信号が後に供給される群
    ほど小さい請求項２のインクジェット記録ヘッド。
13. 【請求項１３】　　前記インク吐出部の形状のうち前記
    インク路の幅が、前記信号が後に供給される群ほど小さ
    い請求項２のインクジェット記録ヘッド。
14. 【請求項１４】　　前記インク吐出部の形状のうち前記
    インク路の長さが、前記信号が後に供給される群ほど長
    い請求項２のインクジェット記録ヘッド。