JPH05116446A

JPH05116446A - インクジエツト記録方法およびインクジエツト記録装置

Info

Publication number: JPH05116446A
Application number: JP3281598A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Inui; 利治乾; Norio Okuma; 典夫大熊; Masanori Takenouchi; 雅典竹之内; Akira Asai; 朗浅井; Hisao Yaegashi; 尚雄八重樫; Masashi Miyagawa; 昌士宮川; Yoshihisa Takizawa; 吉久滝沢; Kazuhiro Nakajima; 一浩中島; Katsuhiro Shirota; 勝浩城田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】熱エネルギーによってインク中に気泡を発生
させ、この気泡の生成に伴なってインクを吐出するイン
クジェット記録方式であって、吐出の際に上記気泡を外
気と連通させる方式において、安定した高速記録を可能
とする。【構成】ヒータ２ｂ，２ａに連続的にパルスを印加す
ることによってそれぞれ発生する熱により、（ｂ）に示
すようにこれらヒータ２ｂ，２ａの近傍にそれぞれ気泡
６ｂ．６ａを生じる。そして（ｃ）に示すように膨張し
て、気泡６ａは、（ｄ）に示すように外気と連通する。
その後（ｅ）に示すように、インク路３のインクからち
ぎれるようにインク滴７ａが吐出される。このとき、気
泡６ｂは、気泡６ａの吐出方向とは逆方向への膨張を妨
げる吐出方向への膨張を促す。これにより、気泡６ａの
速かな連通が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
てインクを吐出するインクジェット記録方法、およびイ
ンクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出し、これを被記録媒体上
に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法
は、高速記録が可能であり、また比較的記録品位も高
く、低騒音であるという利点を有している。さらに、こ
の方法はカラー画像記録が比較的容易であって、普通紙
等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多
くの優れた利点を有している。

【０００３】このようなインクジェット記録方法を用い
る記録装置には、一般にインクを飛翔インク滴として吐
出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク
路と、このインク路の一部に設けられ、インク路内のイ
ンクに吐出のための吐出エネルギーを与えるエネルギー
発生手段とを有する記録ヘッドが備えられる。例えば、
特公昭６１−５９９１１号、特公昭６１−５９９１２
号、特公昭６１−５９９１３号、特公昭６１−５９９１
４号の各公報には、エネルギー発生手段として電気熱変
換体を用い、電気パルス印加によってこれが発生する熱
エネルギーをインクに作用させてインクを吐出させる方
法が開示されている。

【０００４】すなわち、上記各公報に開示されている記
録方法は、熱エネルギーの作用を受けたインクが急峻な
体積の増大を伴なう状態変化を起こし、この状態変化に
基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口より
インクを吐出し、この吐出インク滴が被記録媒体に付着
して画像形成を行なうものである。この方法によれば記
録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができ
るので、高解像度、高品質の画像を高速で記録すること
ができ、この方法を用いた記録装置は、複写機、プリン
タ、ファクシミリなどにおける情報出力手段として用い
ることができる。

【０００５】他方、熱エネルギを使用するものの実現条
件は全くないインクジェット記録方法としては、特開昭
５４−１６１９３５号公報に記載される方法がある。こ
の公報では、図１に示すように円筒状発熱体３０によっ
て液室内のインク３１をガス化させ（図１、（ａ））、
このガス３２をインク滴３３と共にインク吐出口より吐
出させる（図１（ｂ），（ｃ））。この方法によれば、
ガス３２を吐出口または吐出口付近から微小滴状に噴出
させてしまい、画質は不良となる。この公報の気泡は核
沸騰による気泡形成であると認められる。

【０００６】また同様の核沸騰である、例えば特開昭６
１−１８５４５５号公報は、図２に示すように、小開口
４０を有する板状部材４１と発熱体ヘッド４２との微少
間隙部４３に満たされた液状インク４４を発熱体ヘッド
４２によって加熱し（図２（ａ），（ｂ））、発生した
バブル４５によって小開口４０からインク滴４６を飛翔
させると共に、急速に核沸騰で体積増加しているバブル
４５を形成していたガスをも小開口４０から噴出させて
（図２（ｃ））記録紙上に画像を形成するものである。

【０００７】さらに、同様の核沸騰を開示する特開昭６
１−２４９７６８号公報には、図３に示すように液状イ
ンク５０に熱エネルギーを作用させてかなり大型化した
気泡を形成し、気泡の膨張力に基づいてインク小滴５８
を形成、飛翔させると同時に気泡を形成していたガスを
も大開口５２から大気中に噴出させるインクジェット記
録装置が単純に記載されている。

【０００８】しかしながら、上記特開昭５４−１６１９
３５号、同６１−１８５４５５号、同６１−２４９７６
８号に共通する構成は、気泡を形成しているガスを微小
インク滴として主たるインク滴の吐出と共に大気中に噴
出させてしまうことである。この結果、このガスの噴出
によってガス化してインクがスプラッシュやミストなど
を生じ、その結果記録紙の地汚れとなったり、装置内の
汚れとなることがあった。

【０００９】また、例えば特開昭６１−１９７２４６号
公報には、従来の熱エネルギーを用いたインクジェット
記録方法を変形させた方法を用いる熱転写的記録装置に
関する記載がある。すなわち、この装置では、図４に示
すように、記録媒体６０に設けられた複数の孔６１によ
って保持されるインク６２を、発熱素子６３を有する記
録ヘッド６４によって加熱し、インク滴６５を被記録媒
体６６に吐出する。この記録装置は単発的なインク吐出
であり、加えて記録媒体６０と発熱素子６３とを完全に
密着させることが困難であるため、従来の吐出口を有す
る記録ヘッドを用いたインクジェト記録方法に比べ、熱
効率が低下しやすく高速記録に適さないといった問題が
ある。

【００１０】

【背景技術】以上説明したようなインクジェット記録方
式の問題点を解決するため、本出願人は、吐出のために
インクを加熱することにより生成される膜沸騰による気
泡を、吐出口近傍で外気に連通させて吐出を行うインク
ジェット記録方式（以下、この方式を連通吐出方式とも
言う）について提案した（特願平２−１１２８３２号，
特願平２−１１２８３３号，特願平２−１１２８３４
号，特願平２−１１４４７２号）。

【００１１】上記連通吐出方式によれば、気泡を形成し
ているガスが吐出されるインク滴と共に噴出することは
ないので、スプラッシュやミストなどの発生を低減し、
被記録媒体上の地汚れや装置内の汚れを防ぐことができ
る。

【００１２】また、上記連通吐出方式の基本的な作用と
して、気泡が生成される部位より吐出口側にあるインク
は原理的に全てインク滴となって吐出されるということ
がある。このため、吐出インク量は、吐出口から上記気
泡生成部位までの距離等、記録ヘッドの構造によって定
めることができる。この結果、上記連通吐出方式によれ
ば、インク温度の変化等の影響をそれ程受けずに吐出量
の安定した吐出を行うことが可能となる。

【００１３】以下、図５〜図８を参照して上記連通吐出
方式について説明する。

【００１４】図５（ａ）および（ｂ）は、上記連通吐出
方式を適用して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を
示すものであり、この記録ヘッドの具体的インク路構成
の２例を示す。しかしながら、本発明はこの構成に限定
されないことは勿論である。

【００１５】図５（ａ）に示すインク路構成は、基板
（不図示）上に発熱抵抗層（ヒータ）２を具え、この基
板に、隔壁や天板が設けられることによって、共通液室
Ｃやインク路Ｂが形成される。また、これとともにイン
ク路Ｂの端部に吐出口５が形成される。Ｅ１，Ｅ２は、
それぞれ、ヒータ２にパルス上の電気信号を印加するた
めの選択電極、共通電極を示す。さらにＤは保護層であ
る。

【００１６】電極Ｅ１，Ｅ２を介した、記録データに基
づく上記電気信号の印加に応じて、電極Ｅ１，Ｅ２間の
ヒータ２は、蒸気膜を生じる急激な温度上昇を短時間の
うちに発生し（約３００℃）、これにより、気泡６が生
成される。この気泡６は成長し、やがて吐出口５におけ
る基板側の端部Ａで大気と連通する。そして、この連通
後、安定した吐出インク滴（破線７）が形成される。

【００１７】この吐出において、気泡６がその成長過程
でインク路Ｂを完全に遮断しない（インク路Ｂ内のイン
クが吐出口５から突出したインクと連続している）ので
後続の吐出に対するリフィルが速やかに行われること、
また、３００℃以上の比較的高温となった気泡の熱も外
気に放出されること等によって大きな蓄熱の問題（蓄熱
によるインク粘性低下や気泡形成の不安定化）も生ぜ
ず、各ヒータの駆動デューティーを高くすることができ
る。

【００１８】図５（ｂ）は、共通液室Ｃを不図示として
いるが、インク路Ｂを屈曲した形状としているものであ
り、屈曲部の基板面に発熱抵抗部（ヒータ）２を具えて
いる。吐出口５は、吐出方向にその断面積を減少する形
状であり、ヒータ２に対向してその開口が設けられてい
る。この吐出口５はオリフィスプレートＯＰに形成され
る。

【００１９】図５（ｂ）においても、上記図５（ａ）の
構成と同様に蒸気膜（約３００℃）を生じさせて気泡６
を生成する。この気泡の生成により、オリフィスプレー
トＯＰの厚み部分のインクを吐出方向に押しやり、その
部分のインクを希薄にする。その後、気泡６は、吐出口
５の外気側周縁Ａ１から内部側の吐出口近傍領域Ａ２の
範囲で大気と連通する。この時、気泡６の成長は、イン
ク路を遮断しないもので、吐出方向へ向かう必要のない
インクをインク路Ｂ内のインクと連続した連続体として
残すことができ、インク滴７の吐出量の安定化および吐
出速度の安定化を実現することができる。

【００２０】このような連通吐出方式によれば、吐出口
近傍への気泡成長を急激にしかも確実に行うことができ
るので、上記非遮断状態のインク路によるリフィル性も
手伝って、高安定高速記録を達成できる。また、気泡と
大気とを連通させることによって、気泡の消泡過程が無
くなり、キャビテーションによるヒータや基板の損傷を
防止することもできる。

【００２１】以上示したインク吐出に伴う気泡と大気と
の連通は基本的にヒータ２の配設位置を吐出口５に近づ
けることによって実現できる。しかしながら、上述した
スプラッシュ等の抑制や吐出量の安定化を確実なものと
する条件であって、上記図５（ａ）および（ｂ）に示す
構成に適用されて好ましい条件を以下に挙げる。

【００２２】第１条件は、気泡の内圧が外気圧より低い
条件で気泡を外気と連通させることである。

【００２３】すなわち、気泡の内圧が外気圧より低い条
件で気泡を外気と連通させることによって、気泡の内圧
が外気圧より高い条件で連通させる場合に生じていたス
プラッシュ等の吐出口近傍におけるインク飛散を低減で
き、また、上記２つの圧力が等しい場合よりも、吐出時
の不安定なインクをインク路内に引き込む力がわずかで
はあるが働くため、より一層安定したインク吐出と不要
インクの飛散防止を図ることができる。

【００２４】上記第１条件とは別の条件として、気泡の
吐出口側端部における移動速度の１次微分値が負となる
条件で気泡と外気とを連通させるという第２条件、ま
た、吐出エネルギー発生手段の吐出口側端部から気泡の
吐出口側端部までの距離Ｌ_a と吐出エネルギー発生手段
の吐出口とは反対側の端部から気泡の吐出口とは反対側
の端部までの距離Ｌ_b とがＬ_a ／Ｌ_b ≧ｌを満足する第
３条件、もしくは、その両方の条件を満足して気泡と外
気を連通させることはより好ましい。

【００２５】図６〜図８を参照して、上記第１条件をさ
らに詳しく説明する。

【００２６】発泡からの経過時間ｔと、気泡体積Ｖおよ
び気泡内圧力Ｐとの関係は図６のようになるが、実際に
は、気泡はその成長の途中で連通するので、これらの関
係は図７に示されるようになる。すなわち、図７におい
て、ｔ＝ｔｂ（ｔ１≦ｔｂ：ｔ１は気泡内圧力ｐが外気
の圧力と等しくなる時刻）の時刻で気泡は外気と連通す
る。上記第１条件は、このとき気泡内圧力Ｐが外気の圧
力（ＯＡＴＭ）より小さいという条件である。

【００２７】この条件でインクを吐出させると、気泡内
圧力Ｐが外気圧より高い条件で気泡を外気と連通させて
インク滴を吐出させる（ガスが大気中に噴出する）場合
に比べ、前述したようにインクのミストやスプラッシュ
による記録紙や装置内の汚れを防止できる。また、この
ように気泡内圧力Ｐを大気圧より小さくして連通させる
場合、気泡の体積が比較的増大させてから気泡を外気と
連通させることができる。これにより、インクに対して
十分な運動エネルギーを伝達することができ、吐出速度
が大きくなるという効果も得られる。

【００２８】上記第１条件を満たす記録ヘッドは、例え
ば図５（ａ）においてヒータ２の位置を吐出口５の方向
に近づけた位置に設けてある。これは気泡を外気と連通
させるために最も簡便にとれる手法である。しかしなが
ら、単にヒータ２を吐出口５に近づけるだけでは、上記
第１条件を満たすことができない。すなわち、上記条件
を満たすためには、ヒータの発生する熱エネルギー量
（ヒータの構成、形成材料、駆動条件、面積、ヒータの
設けられる基体の熱容量等に依る）、インク物性、記録
ヘッドの各部の大きさ（吐出口とヒータ間の距離、吐出
口や液路の幅および高さ）などを適切に設定することに
より、第１条件を満たす状態で外気と連通させることが
できる。

【００２９】具体的には、例えばインク路形状は以下の
ように、気泡と大気との連通に寄与する。すなわち、イ
ンク路形状は、使用する熱エネルギー発生素子の形状に
よって幅がほぼ決定されてくるものの、具体的関係につ
いては経験則によって設定することが多い。しかしなが
ら、インク路の高さが、気泡の上記大気との連通の条件
に影響を与えることが明らかとなっている。従って、環
境等の外部の影響を受けにくく、またより一層の安定し
た気泡と大気との連通を行うためには、インク路の幅Ｗ
よりもインク路の高さＨを低く（Ｈ＞Ｗ）することが好
ましい。

【００３０】また、例えば、連通する時刻を気泡の体積
でみれば、気泡が外気と連通しない場合に達するであろ
う気泡の最大体積、もしくは最大体積の７０％以上、よ
り好ましくは８０％以上の体積のときに気泡が外気と連
通するようにすることが好ましい。

【００３１】次に、上記第１条件の別表現である上述の
第２条件、すなわち、気泡の膨張速度の１次微分が負と
なるとき気泡と外気とを連通させるという条件について
説明する。

【００３２】インクが発泡を開始してから気泡が外気と
連通するまでの時間における気泡体積Ｖおよび気泡内圧
力Ｐの変化および気泡膨張速度ｄＶ／ｄｔの変化を図８
に示す。

【００３３】この図より、膨張速度の１次微分、すなわ
ち、体積Ｖの２次微分ｄ² Ｖ／ｄｔ² を求めることによ
ってバブルの内圧と外圧との大小関係を知ることができ
る。すなわち、ｄ² Ｖ／ｄｙｔ² ＞０の期間で気泡の膨
張速度ｄＶ／ｄｔは増加し、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＜０で速度
ｄＶ／ｄｔは減少する。従って、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＝０の
ときに気泡内圧力Ｐと外気圧とが等しくなるといえる。
すなわち、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＞０で、気泡内圧力Ｐは外圧
よりも高く、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ≦０のとき気泡内圧力Ｐは
外圧以下である。

【００３４】図８で説明すると、発泡開始ｔ＝ｔ₀ より
ｔ＝ｔ₁ までは、気泡内圧力Ｐは、外気圧よりも高くｄ
² Ｖ／ｄｔ² ＞０となり、ｔ＝ｔ₁ より気泡が外気と連
通するまでの時間ｔ＝ｔ_b までは気泡の内圧は外気圧以
下であり、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ≦０となる。通常は、この一
般的理論が成立するが、インクの材質によってあるいは
インク路の抵抗によっても気泡体積の変化が生じるの
で、外気圧との関係はわずかに差を生じる場合がある。
このため第１条件以外の条件としてｄ² ／Ｖ／ｄｔ² ＜
０を満足することは好ましく、また、第１条件とこの第
２条件との和は、より好ましいものとなる。

【００３５】以上のように、体積Ｖの２次微分ｄ² Ｖ／
ｄｔ² ＜０、すなわち膨張速度の１次微分が負のとき、
気泡が外気と連通することにより、気泡内圧力が外気圧
より低い条件で連通することができる。

【００３６】上記第２条件によれば、気泡と外気との連
通時に連通部近傍にあるインクがインクを吐出するため
に過度に加速度を受けるために主インク滴と分離してし
まうといったことを解決することもできる。上記分離が
生じた場合、その近傍のインクがスプラッシュ状に飛び
散ったり、ミストとなって飛散することが顕著となり、
しかも高密度の吐出口配置では吐出口面へのインクの付
着による吐出不良を招くことがあるが、これを上記第２
条件によって解決することができる。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した気
泡と外気との連通を確実に行い、上記連通吐出方式の利
点をさらに確実なものとするとともに安定した高速な記
録を行うことができるインクジェット記録方法、および
インクジェット記録装置を提供することを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通する
インク路とを具えた記録ヘッドを用いたインクジェット
記録方法において、前記インク路における所定の第１部
位および該第１部位より前記吐出口から遠い第２部位の
それぞれに熱エネルギーを作用させることにより、イン
クにそれぞれ第１の気泡および第２の気泡を生成させる
工程と、前記第１の気泡の生成に基づいて、前記吐出口
よりインクを吐出する過程で、当該第１の気泡を前記吐
出口において外気と連通させる工程と、を有したことを
特徴とする。

【００３９】また、被記録媒体にインクを吐出すること
により、記録を行うインクジェット記録装置において、
インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通する
インク路を具えた記録ヘッドと、該記録ヘッドの前記イ
ンク路に設けられる第１熱エネルギー発生手段と、前記
インク路において、前記第１熱エネルギー発生手段が設
けられる部位より前記吐出口から遠い部位に設けられる
第２熱エネルギー発生手段と、前記第１および第２熱エ
ネルギー発生手段を駆動することにより、インクにそれ
ぞれ第１の気泡および第２の気泡を発生させ、前記第１
の気泡の生成に基づいて前記吐出を行う過程で、当該第
１の気泡を前記吐出口において連通させるための駆動手
段と、を具えたことを特徴とする。

【００４０】熱エネルギー作用部から熱エネルギーを発
生することで供給されたインクに膜沸騰による気泡を形
成し、該気泡を外気に連通させて吐出部からインク滴を
吐出するインクジェット記録装置であって、前記インク
供給方向に関して前記熱エネルギー作用部よりも上流側
のインクに作用して、上記気泡形成前の吐出部周辺にお
けるインク先端位置を変更するための手段を有すること
を特徴とする。

【００４１】本発明のインク先端位置を変更する手段に
は、気泡形成（核沸騰，膜沸騰いずれでも良い）による
変更以外に、変形部材によりインク路断面積の変形（ピ
エゾ等）や加圧ポンプによる加圧力による変更，吸引ポ
ンプによる変更が含まれる。

【００４２】

【作用】以上の構成によれば、第１の気泡より、吐出口
が遠い部位に発生する第２の気泡によって、上記第１の
気泡への吐出方向とは逆方向への成長が妨げられ、吐出
方向への成長が促される。これにより、第１の気泡の外
気と連通が速やかにかつ安定的に行われる。

【００４３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００４４】図９は本発明のインクジェット記録方法を
用いてインクが加熱されてからインク滴が吐出口より吐
出されるまでの過程を示す記録ヘッドの模式的断面図で
ある。

【００４５】図９において、インク１２には、吐出方向
下流側に第１の熱エネルギー発生手段としてのヒータ２
ａが、また吐出方向上流側には第２の熱エネルギー発生
手段としてのヒータ２ｂが設けられている。これらヒー
タ２ａおよびヒータ２ｂは不図示の電極を介して通電さ
れ、熱を発生する。この発生した熱によって、ヒータ２
ａおよびヒータ２ｂの面上のインクはそれぞれ膜沸騰を
起こし気泡６ａ，６ｂが発生する（図９（ｂ））。この
生起した気泡６ａ，６ｂは膨張する（図９（ｃ））。さ
らに、ヒータ２ａによって生起した気泡６ａは吐出口５
より突き抜け外気と連通する（図９（ｄ））。この連通
後、ヒータ２ａによって生起した気泡６ａにより、吐出
口５側にあるインクは、気泡６ａによって与えられた運
動量のために前方へ飛び出し、独立な滴となって飛翔
し、吐出が行われる。一方、ヒータ２ｂによって生起し
た気泡６ｂは、収縮し（図９（ｅ））、吐出口５側先端
部に生じた空隙には新たなインクが満たされ（図９
（ｆ））、吐出前の状態（図９（ａ））に戻る。

【００４６】ここで、図９（ｄ）に示される気泡６ａの
外気との連通時には、例えば前述した条件１〜３等を満
たすことにより、気泡６ａ内の圧力は外気圧より小さく
することができ、インクのミストやスプラッシュが防止
される。

【００４７】図１０は、ヒータ２ａ，２ｂの駆動タイミ
ング説明するための波形図である。

【００４８】気泡６ａ，６ｂの発泡開始時刻で上記駆動
タイミングを説明すると、ヒータのサイズや位置，イン
ク路のサイズ等にもよるが、後述される具体的実施例で
は、後方の気泡６ｂが発泡を開始してから、−１μｓｅ
ｃ〜３μｓｅｃ後、好ましくは０μｓｅｃ〜２μｓｅｃ
後に気泡６ａが発泡を開始するようにする。このそれぞ
れのヒータの発泡のタイミングからすれば、ヒータ２ａ
は、ヒータ２ｂより同様の遅れ時間をもって、駆動が開
始される（パルスオン）ようにする。すなわち、図１０
中に示すΔｔは−１μｓｅｃ〜３μｓｅｃ、好ましくは
０μｓｅｃ〜２μｓｅｃに設定される。但し、ヒータ２
ａおよび２ｂそれぞれの膜構成、サイズ等によって、ヒ
ータ２ｂ，２ａ間の駆動タイミングの遅れが、それぞれ
対応する気泡６ｂ，６ａ間の発泡開始の遅れと同様にな
らない場合もある。

【００４９】上述のように、ヒータ２ａより早めに駆動
されるヒータ２ｂの果たす機能について図９を参照して
以下に説明する。

【００５０】ヒータ２ａによって生起した気泡６ａを効
率よく吐出口５で外気と連通させるためには、インク路
１２において、気泡６ａを吐出方向により大きく生長さ
せる必要がある。

【００５１】すなわち、仮に、ヒータ２ｂが無い場合に
は、ヒータ２ａによる気泡６ａの吐出口５側の慣性抵抗
を、吐出口５側とは反対側の慣性抵抗より小さく設定し
ておく事である程度気泡を吐出口５側へより大きく成長
させることができる。しかし、本発明のように、気泡６
ｂが存在すれば、気泡６ａは、吐出方向と逆方向への成
長が妨げられ、吐出方向への成長が促される。これによ
り、より一層効率良く気泡６ａを連通させることが可能
となる。

【００５２】また、通常、気泡の影響を吐出口とは反対
側に及ぼさないようにしてリフィル特性を良くするた
め、気泡に対して吐出口と反対側のインク路の長さを大
きくする等して慣性抵抗を高くするが、この場合、この
慣性抵抗を小さくすることも可能となる。この結果、イ
ンク路長を短縮でき、図９（ｅ）における吐出口先端部
の空隙部へインクが満たされるまでの時間（リフィル時
間）がより短縮され、高速記録が可能となる。

【００５３】以上説明したように、ヒータ２ｂは、吐出
に用いられるものではなく、ヒータ２ａによって生起し
た気泡を効率良く外気と連通させるために用いられる。

【００５４】なお、ヒータ２ａおよびヒータ２ｂによっ
て生起した２つの気泡６ａおよび６ｂはその成長過程で
互いに連通しても原理的には差しつかえないが、その場
合は、インク滴の飛翔後に生じる空隙部が大きくなるの
で、新たなインクが満たされるまでの時間を比較的多く
要し高速記録に適さない。従って、本発明の好ましい形
態では、ヒータ２ａおよびヒータ２ｂは、それらによっ
て生起する気泡が相互に連通しない程度に離した位置に
設けられる。

【００５５】また、本発明を実施する上では、それぞれ
の気泡の大きさを互いに異ならせることも有効である。
この場合、気泡の大きさは、どちらを大きくしても良い
が、インク滴の吐出効率の観点からは、ヒータ２ａによ
って生起する気泡６ａの方を大きくする方が好ましい。
気泡の大きさを変える場合は、最も簡単にはヒータの面
積を変えれば良く、またヒータの駆動条件を異ならせて
も良い。

【００５６】さらに、ヒータ２ａとヒータ２ｂは、必ず
しも同一平面上に設けられる必要はない。

【００５７】以下、上述した本発明のインクジェット記
録方式の具体的実施例について説明する。

【００５８】（実施例１）図１１（ａ）および図１１
（ｂ）に示す記録ヘッドを用いて記録を行った。この記
録ヘッドは、基板１上に各インク路１２を隔てるように
形成された隔壁８と、この隔壁８に接合するガラス製の
透明天板４とを具え、各インク路１２には、ヒータ２
ａ，ヒータ２ｂが設けられる。

【００５９】各インク路１２の寸法は、高さが２５μ
ｍ，幅が３０μｍ，長さが２８８μｍである。また、ヒ
ータ２ａは幅２２μｍ，長さ３０μｍ、ヒータ２ｂは幅
２２μｍ，長さ２７μｍで、ヒータ２ａとヒータ２ｂと
は５０μｍ離れて設けられる。各インク路１２は１イン
チ当たり４００本の密度で配設される。

【００６０】この記録ヘッドに、Ｃ．Ｉ．フードブラッ
ク２３．０重量％、ジエチレングリコール１５．０
重量％、Ｎ−メチル−２−ピロリドン５．０重量％、
イオン交換水７７．０重量％、よりなる各配合成分を
容器中で撹拌し、均一に混合溶解させた後、孔径０．４
５μｍのポリフッ化エチレン系繊維製フィルタで濾過し
て得た粘度２．０ｃｐｓ（２０℃）のインクをインク供
給口１１より液室１０に供給し吐出を試みた。

【００６１】ここで、記録ヘッドのヒータ２ａおよびヒ
ータ２ｂの駆動条件は、その駆動パルスが両者とも印加
電圧値８．０Ｖ、パルス幅４μｓｅｃとし、このパルス
を駆動周波数４ＫＨｚで印加した。

【００６２】この条件で、１画素毎の市松模様になるよ
うに記録信号を１６対のヒータ２ａ，２ｂに与えてイン
クを吐出し、記録紙に付着させたところ、記録紙上には
濃度ムラのない所望の市松模様のパターンが作画され
た。この画像を拡大して観察したところ余分なインクの
飛散や地汚れのない鮮明な画像であった。

【００６３】また、パルス光源と顕微鏡を用いて、液滴
の吐出速度を測定したところ約１５ｍ／秒であった。

【００６４】（実施例２）図１２に示すインク路構成の
記録ヘッドを作製した。すなわち、インク路１２の幅が
３０μｍ，高さが３０μｍ，長さが２４０μｍでヒータ
２ａおよびヒータ２ｂは両者共幅２２μｍ，長さ３０μ
ｍとした。

【００６５】この記録ヘッドのヒータ２ａおよびヒータ
２ｂの駆動条件は、それぞれ印加電圧値８Ｖ，パルス幅
４μｓｅｃおよび印加電圧値８Ｖ，パルス幅３．５μｓ
ｅｃとし、また、ヒータ２ａの加熱開始（パルスオン）
をヒータ２ｂの加熱開始より０．３μｓｅｃだけ遅ら
せ、これらを４ＫＨｚで駆動した。ここで、実施例１と
同じインクを用い、実施例１と同様の作画を試みたとこ
ろ所望のパターンを得ることができた。この時のインク
滴の吐出速度は約１４ｍ／ｓであった。

【００６６】（実施例３）実施例１と同一の記録ヘッド
で、下記に示す成分のインクを用いた。

【００６７】Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック５重量％ポリエチレングリコール４０重量％トリエチレングリコール２０重量％エチルアルコール１０重量％水２５重量％このインクの粘度は約１６ＣＰＳ（約２０℃）であっ
た。

【００６８】上記構成により、実施例１と同様のパター
ンを作画したところ、所望の画像を得ることができた。
この時のインク滴の吐出速度は約９ｍ／ｓであった。

【００６９】図１３は上記実施例１〜３の記録を実施可
能なインクジェット記録装置の要部を示す概略斜視図で
ある。

【００７０】図１３において、記録ヘッド１０１は、上
述したようにその記録紙１０７と対向する面に、記録紙
１０７の搬送方向に４８個のインク吐出口（不図示）を
具える。また、記録ヘッド１０１には、この４８個の吐
出口それぞれに連通してインク路（不図示）が設けら
れ、それぞれのインク路に対応して、記録ヘッド１０１
を構成する基板にインク吐出のための熱エネルギーを発
生する上記ヒータ２ａ，２ｂが形成されている。各イン
ク路には、これらに共通に連通する共通液室が設けられ
ており、これに貯留されるインクは、各インク路での吐
出動作に応じてそのインク路に供給される。

【００７１】キャリッジ１０２は、記録ヘッド１０１を
搭載し、また、記録紙１０７の記録面と平行に延在する
１対のガイドレール１０３と摺動可能に係合する。これ
により、記録ヘッド１０１は、ガイドレール１０３に沿
って移動することができ、この移動に伴なって所定のタ
イミングで上記記録面に向けてインクを吐出することに
より記録を行う。上記移動の後、記録紙１０７を、図中
矢印方向に所定量搬送し、再び上記移動を行い記録を行
う。このような動作を繰り返すことにより、記録紙１０
７に、順次記録を行っていく。

【００７２】上述した記録紙１０７の搬送は、その記録
面の上下にそれぞれ配設された各々１対の搬送ローラ１
０４および１０５が回転することによって行われる。ま
た、記録紙１０７の記録面の裏側には、記録面の平面性
を保つためのプラテン１０６が配設されている。

【００７３】なお、上述したキャリッジ１０２の移動
は、これに取付けられる不図示の例えばベルトがモータ
によって駆動されることによって可能となり、また、搬
送ローラ１０４および１０５の回転も同様にモータの回
転がこれらに伝達されることによって可能となる。

【００７４】図１４は、図１３に示したインクジェット
記録装置の制御構成を示すブロック図である。

【００７５】図１４において、ＣＰＵ２００はこの装置
各部動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ
２００Ａには、その処理手順等が格納され他、図９，１
０にて説明したような、２つのヒータ２ａ，２ｂを駆動
するための駆動パルスデータが格納される。また、ＲＡ
Ｍ２００Ｂは上記処理実行のワークエリアとして用いら
れる。

【００７６】記録ヘッド１０１におけるインク吐出は、
ＣＰＵ２００がヒータを駆動するための記録データおよ
び駆動制御信号をヘッドドライバ１０１Ａに供給するこ
とにより行われる。また、ＣＰＵ２００は、上記キャリ
ッジ１０２を移動させるためのキャリッジモータ２２０
や搬送ローラ１０４，１０５を回転させるための紙送り
（Ｐ．Ｆ）モータ５０の回転を、それぞれモータドライ
バ２２０Ａおよび５０Ａを介して制御する。

【００７７】ところで従来のメニスカス位置を変更（吐
出口より突出あるいは後退）して、階調あるいは吐出量
一定化を行う技術は、主たる吐出を与える素子が気泡の
形成・収縮によるものや、ピエゾ素子である場合におい
ては知られている。しかし、これらは主たる吐出用自体
による吐出が変動し易いため、メニスカス位置制御を行
う手段による応答性が悪く、実用できにくい問題があ
る。これに対して本発明の気泡を大気に連通させて記録
を行う方式においては熱エネルギー作用部より下流側の
インクはほとんど確実に吐出するので、インク先端位置
変更手段による応答性が良く、上記の各目的を達成で
き、吐出後のメニスカス変動も従来に比べてごくわずか
なものになるので、高周波駆動を容易に実現できる。

【００７８】上述のようなメニスカス位置制御を気泡形
成によって行う場合には、上記実施例で前述した気泡連
通方式の気泡連通をより安定させるバッファ効果に加え
て、上記効果をさらに得ることができる。上記構成のう
ち、バッファ効果を実現できるものは、液路断面の減少
と、加圧力とである。

【００７９】なお、本発明を実施するにあたっては、本
発明の一特徴を構成する気泡連通吐出方式、すなわち、
インク吐出のために気泡が生成する過程で、気泡が吐出
口において外気と連通する方式が用いられるが、さらに
本発明が好適に実施されるには、上記「背景技術」の項
で説明した条件１〜３および気泡がその生成過程におい
て外気と連通するまではインク路を遮断しない（気泡の
生成によって吐出口より突出したインク塊は、インク路
内のインクと連続している）という条件を満たすことが
望ましい。

【００８０】また、気泡を生成するための熱エネルギー
発生手段としては、上記実施例で示した電気熱変換体
（ヒータ）以外に、例えばレーザ光を用いることもでき
る。

【００８１】（その他）なお、記録装置が記録できる記
録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイ
プの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。
そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成され
た１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００８２】加えて、図１３に示したシリアルタイプの
ものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは
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
一体的にインクタンクが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。

【００８３】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、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
対してのキャッピング手段、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を用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００８４】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モード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。

【００８５】さらに加えて、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られるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、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等であってもよい。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、第１の気泡より、吐出口が遠い部位に発生す
る第２の気泡によって、上記第１の気泡への吐出方向と
は逆方向への成長が妨げられ、吐出方向への成長が促さ
れる。これにより、第１の気泡の外気と連通が速やかに
かつ安定的に行われる。

【００８７】この結果、インク滴の吐出速度が向上する
とともに、吐出量の安定に吐出を行うことができる。

【００８８】また、インクのスプラッシュや、ミストな
どを抑え、記録紙の画像上の地汚れや、装置内の汚れを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インク吐出方法の一従来例を説明するための記
録ヘッドの模式的断面図である。

【図２】インク吐出方法の他の従来例を説明するための
記録ヘッドの模式的断面図である。

【図３】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。

【図４】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明を適用
して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を説明するた
めの記録ヘッドの要部断面図である。

【図６】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力および気
泡体積の変化を示す線図である。

【図７】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。

【図８】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。

【図９】本発明のインクジェット記録方式を説明するた
めの記録ヘッドの模式的断面図である。

【図１０】本発明の記録方式にかかるヒータ駆動を説明
するための駆動パルスの波形図である。

【図１１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例１に
用いられる記録ヘッドのそれぞれ分解斜視図および模式
的断面図である。

【図１２】本発明の実施例２に用いられる記録ヘッドの
模式的断面図である。

【図１３】本発明の上記各実施例を実施可能なインクジ
ェット記録装置の概略斜視図である。

【図１４】図１３に示した装置の制御構成の一例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１基板２ａ，２ｂヒータ４天板５吐出口６ａ，６ｂ気泡７ａインク滴８隔壁１０液室１１インク供給口１２インク路１０１記録ヘッド２００ＣＰＵ２００ＡＲＯＭ２００ＢＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅井朗東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者八重樫尚雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者宮川昌士東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者滝沢吉久東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中島一浩東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者城田勝浩東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出するための吐出口と、該吐
出口に連通するインク路とを具えた記録ヘッドを用いた
インクジェット記録方法において、前記インク路における所定の第１部位および該第１部位
より前記吐出口から遠い第２部位のそれぞれに熱エネル
ギーを作用させることにより、インクにそれぞれ第１の
気泡および第２の気泡を生成させる工程と、前記第１の気泡の生成に基づいて、前記吐出口よりイン
クを吐出する過程で、当該第１の気泡を前記吐出口にお
いて外気と連通させる工程と、を有したことを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項２】前記第１の気泡の発生は、前記第２の気
泡の発生より遅れることを特徴とする請求項１に記載の
インクジェット記録方法。
【請求項３】前記連通時に前記インク路は前記気泡で
遮断されていないことを特徴とする請求項１または２に
記載のインクジェット記録方法。
【請求項４】前記連通時は、前記気泡の内圧が外気圧
以下の条件で前記気泡を外気と連通させることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載のインクジェッ
ト記録方法。
【請求項５】前記連通時は、前記気泡の吐出方向先端
部の移動速度の加速度が正でない条件で前記気泡を外気
と連通させることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れかに記載のインクジェット記録方法。
【請求項６】前記熱エネルギー作用部の吐出口側端部
と前記気泡の吐出口側端部との距離Ｌａは、前記作用部
の吐出口側とは反対側の端部と前記気泡の吐出口側とは
反対側の端部との距離Ｌｂに対して、Ｌａ／Ｌｂ≧１な
る条件下で、前記気泡を前記吐出口において外気と連通
させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
記載のインクジェット記録方法。
【請求項７】被記録媒体にインクを吐出することによ
り、記録を行うインクジェット記録装置において、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通する
インク路を具えた記録ヘッドと、該記録ヘッドの前記インク路に設けられる第１熱エネル
ギー発生手段と、前記インク路において、前記第１熱エネルギー発生手段
が設けられる部位より前記吐出口から遠い部位に設けら
れる第２熱エネルギー発生手段と、前記第１および第２熱エネルギー発生手段を駆動するこ
とにより、インクにそれぞれ第１の気泡および第２の気
泡を発生させ、前記第１の気泡の生成に基づいて前記吐
出を行う過程で、当該第１の気泡を前記吐出口において
連通させるための駆動手段と、を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】前記第１の気泡の発生は、前記第２の気
泡の発生より遅れることを特徴とする請求項７に記載の
インクジェット記録装置。
【請求項９】熱エネルギー作用部から熱エネルギーを
発生することで供給されたインクに膜沸騰による気泡を
形成し、該気泡を外気に連通させて吐出部からインク滴
を吐出するインクジェット記録装置であって、前記インク供給方向に関して前記熱エネルギー作用部よ
りも上流側のインクに作用して、上記気泡形成前の吐出
部周辺におけるインク先端位置を変更するための手段を
有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１０】前記インクジェット記録装置は、イン
ク温度を４０度以上の温度に保持する温度制御手段を有
することを特徴とする請求項９に記載のインクジェット
記録装置。