JPH08224877A

JPH08224877A - 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

Info

Publication number: JPH08224877A
Application number: JP7332360A
Authority: JP
Inventors: Yuji Akiyama; 勇治秋山; Hitoshi Sugimoto; 仁杉本; Hiromitsu Hirabayashi; 弘光平林; Norifumi Koitabashi; 規文小板橋; Shigeyasu Nagoshi; 重泰名越; Masaya Uetsuki; 雅哉植月; Miyuki Fujita; 美由紀藤田; Fumihiro Gotou; 史博後藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【課題】普通紙に対するカラー画像記録において、高
画質記録を可能に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を提供する。【解決手段】被記録媒体の臨界表面張力以下の表面張
力を有するインクを用い、該インクの供給源から該イン
クの供給を受けるために前記供給源に連通しているイン
ク液路に対して熱エネルギーを与えて該液路のインク中
に気泡を生成させ、前記液路の吐出口近傍でインク中に
生成した気泡を該気泡により該液路を液的に遮断させな
い吐出手段により該気泡を外気と連通させて、インクを
吐出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、普通紙に対するカ
ラー画像記録において、高画質記録を可能とするインク
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】一般に、プリンタ，複写機，ファクシミ
リ等の記録装置は、画像情報に基づいて、用紙やプラス
チック薄板等のシート状の被記録材上にドットパターン
から成る画像を記録していくように構成されている。

【０００３】前記記録装置は、記録方式により、インク
ジェット式，ワイヤドット式，サーマル式，レーザビー
ム式等に分けることができ、そのうちのインクジェット
式（インクジェット記録装置）は、被記録材にインクを
吐出させて記録を行なうように構成されている。

【０００４】インクジェット記録装置は、高精細な画像
を高速で記録することができ、ノンインパクト方式であ
るため騒音が少なく、しかも多色のインクを使用してカ
ラー画像を記録するのが容易であるなどの利点を有して
いる。

【０００５】画像情報に基づいてインクジェット記録ヘ
ッドの吐出口からインクを被記録材に飛翔させて記録を
行なう上記インクジェット記録装置は、動作音の静粛性
が要求されるプリンタやファクシミリ，複写機等におい
て、好んで用いられている。

【０００６】特に、発熱体（ヒータ）の熱エネルギーに
よりインクを局所的に加熱し、発生した気泡により吐出
口内部で圧力変化を生じさせて、インク吐出を行なう方
式のインクジェット記録装置は、インク吐出を高周波で
行なうことができる利点があるため、最近数多く実用化
され、各機種の記録部に採用されている。

【０００７】インクジェット記録方式においては、従来
から、（１）被記録材上の印字部ににじみを生じないこ
と、（２）インクの保存安定性が高いこと、（３）安全
性が高いこと、等の性能が要求されている。さらにカラ
ー記録を行なうためには、（４）異なる色同士が隣接し
たときに、インク滴の未定着により引き起こされる異色
の混じりあい（ブリーディング）がないこと、（５）カ
ラーのベタ部分が均一であること、（６）インク吐出安
定性（印字をしばらく中止した時のインクの吐出安定
性）が特にすぐれていること、が要求される。

【０００８】しかしながら、これまでのインクで普通紙
に対してカラー画像を記録すると、ブリーディングが生
じて、良質な画像が得にくいという問題があった。その
ため、コート紙と呼ばれる、インクを吸収する材料を紙
記録面にコートしたインク吸収性の良好な専用の被記録
材を、使用することで、ブリーディングを抑制しようと
してきた。

【０００９】また、コピー紙やボンド紙といったいわゆ
る普通紙に印字を行なう場合には、このブリーディング
をできるだけ抑えるため、インク滴が十分に定着するの
を待って次の印字を行なうという間欠印字を行なう必要
があり、印字が遅くなってしまうという問題があった。

【００１０】そこで、付加手段を用いることなく、普通
紙上のインクを速く定着させ、ブリーディングを防止す
る方法として、紙上のインクを紙へ速く浸透させること
が考えられる。多孔質体である紙は、多くの毛細管を有
し、紙に付着したインクの浸透量ｈは、Ｌｕｃａｓ−Ｗ
ａｓｈｂｕｒｍの式でのように表わすことができる。

【００１１】

【数１】

【００１２】１ドットのインク粒子が紙に付着してから
すべて紙に浸透するまでの時間をｔ_a とし、そのときの
インクの浸透量をｈ_a とすると、

【００１３】

【数２】

【００１４】１ドットが紙に付着したときのドット面積
をＳ、紙の単位面積当りの有効孔数をＮ、１ドットのイ
ンク体積をＶとすると、

【００１５】

【数３】Ｖ＝πr²h_aNS − ，式より

【００１６】

【数４】

【００１７】ｋは紙によって決まる定数である。

【００１８】式において、η／（γｃｏｓθ）はイン
ク項、（Ｖ／Ｓ）² はヘッド項であり、インクの浸透時
間を速くするには、これらの項を小さくすれば良い。

【００１９】本発明者らは、普通紙上のカラー画像の品
位を向上させるために、先に示した式のインク項η／
（γｃｏｓθ）を効果的に小さくするために、普通紙と
インク液滴の張力による接触角の余弦が、ｃｏｓθ＝１
すなわちθ＝０°となる、臨界表面張力を測定した。

【００２０】臨界表面張力は、種々の表面張力をもつ液
体を紙に滴下し、それぞれの接触角θを測定し、Ｚｉｓ
ｍａｎプロットにより求めた。

【００２１】この液体による普通紙表面のぬれにおける
Ｚｉｓｍａｎプロットを図１に示す。

【００２２】測定に用いた液体は、純水，グリセリン，
ヘキサントリオール，トリエチレングリコールの４種
で、普通紙は、代表的な用紙であるコピー用紙と、ボン
ド紙とを使用した。

【００２３】図１より、普通紙の臨界表面張力は３５ｄ
ｙｍｅ／ｃｍ以下と求められ、この臨界表面張力以下の
表面張力のインクを用いれば、普通紙に対してきわめて
ぬれ性が高く、紙中への浸透速度が速くなり、ブリーデ
ィングの発生がおさえられた良好な画像記録が可能とな
ることが推測される。

【００２４】前記式のヘッド項（Ｖ／Ｓ）² を小さく
することは、紙上に付着するインクの厚みを薄くするこ
と、すなわち、インク液滴を小さくするとともに、液滴
の吐出速度を速くして紙上での衝突によるインクの広が
りを大きくする必要がある。

【００２５】図２〜図６は、熱エネルギーを利用した従
来のインクジェット記録方法を示す説明図である。

【００２６】図２は、初期状態を示し、液路５０内がイ
ンク５３で満たされた状態である。まず、ヒータ（例え
ば電気熱変換体）５１にパルス的に瞬間に電流（電気信
号）を流し、ヒータ５１近傍のインク５３を急激に加熱
すると、ヒータ５１上のインク５３にはいわゆる膜沸騰
による多くの小気泡の核が発生し、バブル５２は一体と
なって急激に膨張を始める（図３）。さらに、バブル５
２は膨張を続け、液路５０内のインク５３を吐出口５４
先端部と逆方向のインク供給口側両方に押出す（図
４）。吐出口５４先端部から押出されたインク５３ａ
は、吐出直後は尾を引いて吐出口５４につながっている
（図５）。

【００２７】吐出したインク５３ａは、インク自身の表
面張力と液路５０内のインク５３の吐出口５４表面のメ
ニスカスを戻す力とによって、尾が切れてインク粒子５
５となり、不図示の被記録材に向って飛翔する。メニス
カスはヒータへの電流のパルスＯＦＦによるバブル５２
の消泡とともに吐出口５４の内側方向へ引かれ、また、
インク供給口側からのインク補給が行なわれるので、メ
ニスカスは減衰運動を続けながら初期状態に戻り、次の
吐出体制に入る（図６）。

【００２８】インクの吐出状態およびメニスカスの運動
状態は、圧電素子を用いたオンデマンド型の記録ヘッド
においても先の説明と同様な挙動を示す。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、ブリー
ディングを抑制するためには、インクの表面張力を被記
録媒体の臨界表面張力近傍あるいはそれ以下とすること
が必要であり、このため、きわめて表面張力が低いイン
クを用いる必要があった。

【００３０】ところが、従来のオンデマンド型の記録で
は、インク吐出時に尾を引くため、前述の表面張力が低
いインクを用いようとした場合には、この尾が切れやす
く、サテライトと呼ばれる、主滴にくらべて非常に小さ
な液滴が、数多く発生してしまうという解決すべき課題
があった。

【００３１】このようなインクの吐出状態を図７，図８
を用いて説明する。

【００３２】図７は表面張力が４８ｄｙｎｅ／ｃｍのイ
ンクの場合、図８は表面張力が２８ｄｙｎｅ／ｃｍのイ
ンクの場合であり、低表面張力のインクの方が吐出イン
ク主滴６５以外にサテライト６６、サテライトスプラッ
シュ６７、さらに不図示のミストが多く発生している。

【００３３】また、このような低表面張力のインクを従
来の記録方法で吐出した場合、メニスカスの減衰時間が
かかりすぎ、安定した吐出が困難になるという解決すべ
き課題があった。

【００３４】さらに、低表面張力インクを使用した場
合、吐出口近傍がぬれやすく、前記のようにスプラッシ
ュ，ミストがさらに多く発生しやすいという解決すべき
課題があった。

【００３５】本発明は、上記課題を解決したインクジェ
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
ことにある。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するためになされたもので、本発明の請求項１に記載
のインクジェト記録方法は、熱エネルギーによってイン
ク中に発生する気泡の圧力によってインクを吐出して記
録を行うインクジェット記録方法であって、発熱体が配
され吐出口に連通した液流路を有するインクジェットヘ
ッドを準備する工程と、前記液流路内に被記録媒体の臨
界表面張力以下の表面張力を有するインクを供給する工
程と、発生した気泡の内圧が負圧のときに前記吐出口か
ら大気に連通するような気泡を発生させるための熱エネ
ルギーを前記発熱体が発生する工程と、前記発生した気
泡の圧力によって前記インクを吐出口から吐出する工程
と、を有することを特徴とする。

【００３７】本発明の請求項２のインクジェット記録方
法は、前記請求項１のインクジェット記録方法におい
て、前記発熱体と前記吐出口との距離は、前記発生した
気泡が前記液流路を塞ぐ場合を想定したときの気泡の長
さの半分以下であることを特徴とする。

【００３８】本発明の請求項３のインクジェット記録方
法は、前記請求項１のインクジェット記録方法におい
て、前記液流路に供給されるインクの表面張力は３５ｄ
ｙｎｅ／ｃｍ以下であることを特徴とする。

【００３９】また、本発明の請求項４に記載のインクジ
ェット記録装置は、熱エネルギーによってインク中に発
生する気泡の圧力によってインクを吐出して記録を行う
インクジェット記録装置であって、吐出口と電気熱変換
体が配され前記吐出口に連通すると共に被記録媒体の臨
界表面張力以下の表面張力を有するインクを有する液流
路とを有するインクジェットヘッドと、発生した気泡の
内圧が負圧のときに前記吐出口から大気に連通するよう
な気泡を発生させるための熱エネルギーを前記電気熱変
換体に発生させるための電気信号を供給する電気信号供
給手段と、前記発生した気泡の圧力によって吐出された
インクを受ける被記録媒体を搬送するための手段と、を
有することを特徴とする。

【００４０】本発明の請求項５のインクジェット記録装
置は、前記請求項４のインクジェット記録装置におい
て、前記電気熱変換体と前記吐出口との距離が、前記発
生した気泡が前記液流路を塞ぐ場合を想定したときの気
泡の長さの半分以下であることを特徴とする。

【００４１】本発明の請求項６のインクジェット記録装
置は、前記請求項４のインクジェット記録装置におい
て、前記液流路に供給されるインクの表面張力は３５ｄ
ｙｎｅ／ｃｍ以下であることを特徴とする。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００４３】図９は、本発明にかかるシリアルスキャン
型式のカラーインクジェット記録装置の要部構成を示す
斜視図である。図において、イエローの色インクを吐出
する記録ヘッド１Ｙ、マゼンタの色インクを吐出する記
録ヘッド１Ｍ、シアンの色インクを吐出する記録ヘッド
１Ｃ、ブラックの色インクを吐出する記録ヘッド１Ｋ
は、それぞれキャリッジ２内に所定距離をおいて設置し
てある。用紙やプラスチック薄板から成る記録媒体は搬
送ローラ（不図示）を経て排紙ローラ３，４に挾持さ
れ、不図示の搬送モータの駆動に伴い矢印Ａ方向に送ら
れる。

【００４４】ガイドシャフト５およびエンコーダ６によ
りキャリッジ２が案内支持されている。

【００４５】キャリッジ２は、駆動ベルト７，８を介し
て、キャリッジモータ９の駆動により前記ガイドシャフ
ト５に沿って、往復移動させられる。

【００４６】上記ヘッド１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの記録
媒体と対面する表面（吐出口形成面）には、複数の吐出
口が設けられており、各吐出口の内部（流路）にはイン
ク吐出用の熱エネルギーを発生する発熱体（電気・熱変
換体）が設けられている。

【００４７】エンコーダ６の読み取りタイミングに従
い、前記発熱体を記録信号に基づいて駆動し、ブラッ
ク，シアン，マゼンタ，イエローの順に記録媒体上にイ
ンク液滴を飛翔，付着させることで画像を形成すること
ができる。

【００４８】記録領域外には、キャリッジ２のホームポ
ジションにキャップ部１０を有し、吐出回復動作を行な
うことができる回復ユニット１１が配設されている。

【００４９】１２は、記録ヘッド１の吐出口形成面をク
リーニングするためのクリーニングブレードである。

【００５０】記録ヘッド１へのインク供給は、キャリッ
ジ２上の不図示のサブタンクを介してインク供給チュー
ブ１３を通じてインクタンク１４より行なわれる。

【００５１】図１０〜図１４は、本発明の低表面張力イ
ンクを用いたインク吐出方法、すなわち、インクジェッ
ト記録方法の説明図である。

【００５２】図１０は、初期状態を示し、液流路２０内
が被記録媒体より低表面張力のインク２３で満たされた
状態である。まず発熱体（例えば電気熱変換体）２１に
瞬間的に電流（パルス信号）を流し、ヒータ２１近傍の
インク２３を急激に加熱すると、発熱体２１上のインク
２３にはいわゆる膜沸騰による気泡（バブル）核２２が
発生し、一体となって急激に膨張を始める（図１１）。
さらに、バブル２２は、膨張を続け、主として慣性抵抗
の小さい吐出口２４側へ向かって成長し、ついには吐出
口２４を越え、外気とバブル２２が連通する（図１
２）。このときバルブ内圧は負圧であり、外気はバブル
２２内に流入する。

【００５３】吐出口２４より押し出されたインク２３
は、この瞬間までにバブル２２の膨張によって与えられ
た運動量のためにさらに前方へ飛翔を続け、ついには独
立な液滴２５となって被記録材に向って飛翔する（図１
３）。

【００５４】さらに、吐出口２４側先端部に生じた空隙
は、後方のインクの表面張力と液路２０を形成する部材
との濡れによってインクが吐出口先端部に向って供給さ
れ（図１４）初期状態に戻る。

【００５５】図１２で示したように、バブル２２の内圧
が大気圧と等しいか、より低い条件でバブル２２を外気
と連通させることが好ましい。このことによってサテラ
イトの発生を抑制することができる。

【００５６】また、さらに好ましい条件としては、イン
ク液滴の吐出完了までの気泡の成長段階で、液路を完全
に遮断しないことが望ましい。そのため、本実施の形態
では、図１２に示すように、気泡２２が液路２０を塞ぐ
大きさを推定したときの液路２２の長手方向の気泡長の
ほぼ半分の長さ以下に、ヒータ２１の中心から吐出口２
４までの長さが設定されている構造を採用している。よ
り正確には、前記したように、吐出口２４近傍では、気
泡２２は吐出口２４方向に大目に成長するので、気泡２
２は、ヒータ２２を中心にして幾分吐出口２４側に大き
くなっている。つまり、長さｌ_a は長さｌ_b より幾分長
くなる。これらの長さは、成長して液路２０を塞ぐ大き
さになった時に推定した気泡２２での寸法であり、した
がって、気泡２２が完全に液路２０を塞ぐ時の寸法ｌ_a
以下に、ヒータ２２の先端部分から吐出口２４までの長
さを設定しておく。このように構成することにより、イ
ンク液滴２５を吐出させても、そのときまでの気泡の成
長段階で液路２０を完全に遮断しないで済む。

【００５７】この記録方法では、気泡の成長段階で液路
を完全に遮断しないので、後続のインク記録のためのイ
ンクのリフィル特性が優れており、３００℃以上の高熱
も外気側へ液出されるので応答周波数も優れている。

【００５８】このように低表面張力のインクを吐出する
際、気泡を大気と連通させて吐出する方法を用いること
によって、気泡が大気と連通する際に、液路内液体が吐
出口から突出した液滴と連通しながら、液滴を徐々に分
離していくので、従来の系でのスプラッシュ発生を防止
できる。

【００５９】さらに発泡およびインクリフィル時の振
動，メニスカス回復力によるインクの尾引きが少なく、
従来問題となっていたサテライトの発生が防止できる。

【００６０】本インク吐出方法の好ましい液滴形成条件
を以下に挙げる。

【００６１】第１条件は、前述したようにバブルの内圧
が外気圧より低い条件でバブルを外気と連通させること
である。

【００６２】すなわち、バブルの内圧が外気圧より低い
条件でバブルを外気と連通させることは、バブル内圧が
外気圧より高い条件で連通させる場合に生じていた吐出
口近傍の不安定な液滴を、飛散させる事がなく、また更
には、該圧力が等しい場合よりも、吐出口近傍の不安定
な液体には液路内に引き込む力がわずかではあるが働く
ため、より一層安定した液体の吐出と不要液体の飛散防
止を図ることができる。

【００６３】上記条件に加えて、バブルの吐出方向先端
の移動速度の１次微分値が負となる条件で、バブルと外
気とを連通させる第２条件、或は、吐出エネルギー発生
手段（発熱素子）の吐出口側端部からバブルの吐出口側
端部の距離ｌ_a と吐出エネルギー発生手段の吐出口とは
反対側の端部からバブルの吐出口とは反対側の端部との
距離ｌ_b とがｌ_a ／ｌ_b ≧１を満足する第３条件、もし
くはその両方の条件をもちバブルと外気を連通させるこ
とはより好ましい。

【００６４】

【表１】

【００６５】表１に本実施の形態で用いたインクの組成
を示す。各色の染料濃度を表２に示す。

【００６６】さらに、比較として用いた従来インクの組
成を表３に示す。

【００６７】本実施の形態で用いたインクの表面張力γ
は２７．８ｄｙｎｅ／ｃｍ、粘度ηは１．４９ｃｐであ
る。従って、前述の図１より、このインクは普通紙の臨
界表面張力（３５ｄｙｎｅ／ｃｍ）以下であり、極めて
ぬれ性が高く、紙中への浸透速度が非常に速いインクで
ある。

【００６８】従来インクの表面張力γは４８ｄｙｎｅ／
ｃｍ、粘度ηは２．０ｃｐである。従って、図１より、
従来インクは普通紙の臨界表面張力（３５ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ）以上であり、ぬれ性が低いため、紙中への浸透速度
が遅く、ブリーディングを起こしやすいインクである。

【００６９】

【表２】

【００７０】

【化１】

【００７１】（但し、Ｑ₁ は低級アルキルカルボニルア
ミノ基、低級アルコキシ基から選択される基で置換され
たフェニル基またはナルチル基あるいはＳＯ₃ Ｍ基で置
換されたナフチル基を表し、Ｑ₂ はＳＯ₃ Ｍ基で置換さ
れたナフチル基もしくは低級アルコキシ基で置換された
フェニル基を表し、Ｑ₃ は未置換もしくはＳＯ₃ Ｍ基で
置換されたフェニル基またはナフチル基を表し、Ｒ₁ お
よびＲ₂ は低級アルキル基，低級アルコキシ基および低
級アルキルカルボニルアミノ基から選択される基、Ｒ₃
は水素原子もしくはＳＯ₃ Ｍ基で置換されたフェニル基
を表し、ｎは０または１、Ｍはアルカリ金属またはアン
モニウムを表す。

【００７２】

【化２】

【００７３】（但し、Ｙは水素原子、メチル基、メトキ
シ基、アセチルアミノ基、ニトロ基のいずれかを表し、
なお、ベンゼン環Ｂの３位の炭素原子とともにベンゼン
環を形成することもある。一方、Ｘはアセチル基、ベン
ゾイル基、パラトルエンスルホニル基、４−クロロ−６
−ヒドロキシ−１，３，５−トリアジン−２−イル基の
いずれかを表し、また、Ｍ¹ ，Ｍ² およびＭ³ は各々ア
ルカリ金属、アンモニウム及びアミン類の中から選ばれ
る塩基である。）

【００７４】

【表３】

【００７５】浸透剤としてはエアロゾルＯＴ型、ドデシ
ルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸エステ
ルナトリウムなどのアニオン系の界面活性剤や、下記一
般式［１］で表される高級アルコールのエチレンオキサ
イド付加物、下記一般式［２］で表されるアルキルフェ
ノールのエチレンオキサイド付加物、下記一般式［３］
で表されるエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド
共重合体、下記一般式［４］で表されるアセチレングリ
コールのエチレンオキサイド付加物などの非イオン性界
面活性剤が優れている。

【００７６】但し、上記アニオン系の界面活性剤は起泡
力が大きく取り扱いが不便であることから、本発明にお
いては、下記一般式に示したような非イオン性界面活性
剤を用いた。

【００７７】ここで、ｎは一般式［１］，［２］におい
ては６〜１４が好ましい。

【００７８】また、Ｒは炭素数が５〜２６のものが好ま
しい。一般式［３］，［４］においてはｍ＋ｎは６〜１
４であることが望ましい。

【００７９】

【化３】

【００８０】これまであげたエチレンオキサイド型非イ
オン性界面活性剤の中でもアセチレングリコールのエチ
レンオキサイド付加物が、被記録媒体上での画像特性、
記録ヘッドからの吐出特性などにおいて非常にバランス
が良好であり、好ましい、さらにこの化合物は付加する
エチレンオキサイドの数ｍ＋ｎによって親水性および浸
透性がコントロールされる。ｍ＋ｎが６より小さい場合
には、浸透性は良好であるが、水溶性が乏しくなりイン
クへの溶解性が良くない。

【００８１】また、逆にエチレンオキサイドの付加数が
多すぎると親水性は大きくなるが、浸透性が低下し、ｍ
＋ｎが１４より大きくなった場合、効果的な浸透性を得
るためには添加量が多くなり発−不良等の吐出特性に弊
害をもたらす。このように、この化合物はエチレンオキ
サイドの付加数が６〜１４の間にあることが好ましい。

【００８２】これらの非イオン性界面活性剤の添加量は
０．１〜２０ｗｔ％であることが好ましい。０．１ｗｔ
％以下では画像特性、浸透性が十分ではなく、２０ｗｔ
％以上ではもはやそれ以上の効果が期待できず、かえっ
てコスト、インクとしての信頼性などに対して不利にな
ってしまうためである。

【００８３】また、これら非イオン性界面活性剤は、ひ
とつないしは複数の組み合せでも良いものとする。

【００８４】この他、インク成分には一般的に記録剤と
しての染料、目詰まり防止を目的とした多価アルコール
等の低揮発性有機溶剤や、発泡安定性・記録媒体上での
定着性を目的としたアルコール類等の有機溶剤が必要に
応じて添加される。

【００８５】本発明のインクを形成する水溶性有機溶媒
としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロ
ピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類；
エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレン
グリコール、トリエチレングリコール、１・２・６−ヘ
キサントリオール、ヘキシレングリコール、ジエチレン
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類；グリセリン；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メチル
（またはエチル）エーテル、トリエチレングリコールモ
ノメチル（またはエチル）エーテル等の多価アルコール
の低級アルキルエーテル類；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、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、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等の
アルコール類；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；アセトン、ジアセトンアルコール
等のケトンまたはケトンアルコール類；テトラヒドロフ
ラン、ジオキサン等のエーテル類；Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン、２−ピロリドン、１・３−ジメチル−２−イ
ミダゾリジノン等の含窒素環状化合物等を、あげること
ができる。

【００８６】これらの水溶性有機溶剤は、画像特性や吐
出信頼性を悪化させない量で含有することができる。好
ましくは、多価アルコール類や多価アルコール類のアル
キルエーテル類であり、その含有量は、１〜３０ｗｔ％
であることが望ましい。

【００８７】この時、本発明で使用されるインク中の純
水の量については、５０〜９０ｗｔ％の間にあることが
好ましい。

【００８８】本発明において使用する染料は、直接染
料、酸性染料、塩基性染料、反応性染料、分散染料、建
染染料があげられる。これらの染料の含有量は液媒体成
分の種類、インクに要求される特性、記録ヘッドの吐出
量などに依存して決定されるが、一般的にはインクの全
重量に対して０．５〜１５ｗｔ％、好ましくは１〜７ｗ
ｔ％の範囲とされる。

【００８９】この他にチオジグリコールや尿素（または
その誘導体）をインク中に添加することにより吐出特性
や目詰まり（固着）防止効果が飛躍的に向上することが
わかった。これらの添加により染料のインク中への溶解
性が良化するためと考えられる。チオジグリコールや尿
素（またはその誘導体）の含有量は、好ましくは１〜３
０ｗｔ％であり、必要に応じて添加することができる。

【００９０】本発明のインクの主成分は、これまで通り
であるが、その他にポリビニルアルコール、セルロース
類、水溶性樹脂等の粘度調整剤；ジエタノールアミン、
トリエタノールアミン、緩衝液などのｐＨ調整剤、防カ
ビ剤などを本発明の目的を妨げない範囲において必要に
応じて添加することができる。

【００９１】本実施の形態で用いる低表面張力インクと
高い表面張力のインクを本実施の形態の大気に気泡を連
通させてインクを吐出するインク吐出方法により吐出し
て記録を行なった結果について述べる。

【００９２】まず、発泡した際の泡の長さ（発泡長）を
比較したところ、本実施の形態の低表面張力インクの方
が大きいことが判明した。

【００９３】これは、本実施の形態のインクは浸透剤と
して界面活性剤を主に使用しているため、ヒータ面の濡
れ性が高くなりインク吐出に重要な膜沸騰が安定に行な
われるためと考えられ、結果として大気に気泡を連通さ
せてインクを吐出する吐出方法に好ましい発泡条件が得
やすくなっている。つまり、発泡が大きいため、吐出口
とヒータとの配置距離が離れていても、大気に気泡を連
通させることができるため、吐出インク量を増加させる
ことができる。また、ヒータ面積が小さくても十分な発
泡が得られるため、ヒータ面積を小さくでき、消費エネ
ルギーを小さくすることができる。

【００９４】さらに、低表面張力インクの問題であった
サテライトドットの発生もきわめて少なく、またスプラ
ッシュ、サテライト発生がないため、ノズル近傍の濡れ
が少なく、定期的に必要であった吐出回復動作間隔も長
くなり、良好な吐出が得られた。

【００９５】また、メニスカスの減衰時間についても、
気泡の成長段階で液路を完全に遮断しない場合、メニス
カスの振動が小さいため非常に速くなる。

【００９６】記録画像を図１５，図１６に示す。

【００９７】図１５は、本実施の形態の組成インクを用
いた場合、図１６は、従来組成インクを用いた場合の画
像である。

【００９８】文字はブラック、背景はイエローで印字を
行なっているが、本実施の形態インクの方がブリーディ
ングによる画像劣化がきわめて少なく良好な画像形成が
可能となる。

【００９９】（他の実施の形態）表４に本実施の形態で
用いたインクの組成を示す。

【０１００】各色の染料濃度を表２に示す。

【０１０１】本実施の形態で用いたインクの表面張力は
３２ｄｙｎｅ／ｃｍ、粘度ηは２．０ｃｐである。この
インクも先の実施の形態と同様に普通紙の臨界表面張力
（３５ｄｙｎｅ／ｃｍ）以下であり、極めてぬれ性が高
く、紙中への浸透速度が非常に速いインクである。

【０１０２】

【表４】

【０１０３】本実施の形態におけるインクは浸透剤とし
ての界面活性剤は含まない。かわりに、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、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、ベンジルアルコール、シクロヘキサ
ノール等のアルコール類の添加量により目的の浸透性を
得ている。

【０１０４】表面張力３５ｄｙｎｅ／ｃｍのインクとす
るためには、上記アルコール類の含有量は３〜３０ｗｔ
％であることが好ましい。

【０１０５】本実施の形態に用いたインク吐出方法は、
先の実施の形態に示したものと同様であるため、ここで
は説明を省略する。

【０１０６】本実施の形態においてもインクを吐出，印
字を行なったところ、以下の結果が得られた。

【０１０７】インク吐出時の発泡長を比較したところ、
表３の従来インクにくらべ本実施の形態のインクの方が
大きかった。

【０１０８】これは、本実施の形態のインクは浸透剤と
してアルコール類を使用しているため、蒸気圧が高く沸
点が低いため膜沸騰が行なわれやすいためと考えられ、
結果として本インク吐出方法に好ましい発泡条件が得や
すくなっている。

【０１０９】さらに、低表面張力インクの問題であった
サテライトドットの発生もきわめて少なく、またスプラ
ッシュ，サテライト発生がないため、ノズル近傍の濡れ
が少なく、定期的に必要であった吐出回復動作間隔も長
くなり、良好な吐出が得られた。

【０１１０】また、メニスカスの減衰についても気泡の
成長段階で液路を完全に遮断しないのでメニスカスの振
動が小さいため、非常に速い時間で安定する。

【０１１１】記録画像についても先の実施の形態と同様
にブリーディングによる画像劣化が極めて少なく良好な
画像形成が可能であった。

【０１１２】以上説明したように、界面活性剤あるいは
アルコール類添加により表面張力を低くしたインクを用
いることにより、普通紙に対してブリーディングによる
画像劣化がきわめて少なく良好な画像形成が可能とな
る。

【０１１３】さらに、インク吐出時の発泡を、従来イン
クにくらべて大きくすることが可能である。

【０１１４】本実施の形態におけるインク吐出手段の場
合、吐出口近傍で生成した気泡を外気と連通させるた
め、前記したように（図１２）、吐出口と発熱ヒータの
距離を短かくしなければならなかった。しかし、発泡長
が大きい本実施の形態のインクを用いることにより吐出
口・発熱ヒータ間距離を長くすることができるため、ヘ
ッド加工精度を確保するのが容易となり、インク吐出量
の安定化の効果が得られる。

【０１１５】さらに、本実施の形態におけるインク吐出
手段により低表面張力インクの課題であったサテライト
ドット発生防止、スプラッシュ，サテライトによるノズ
ル近傍の濡れによる吐出不良防止、メニスカスの減衰時
間が良化し、安定吐出が可能となった。

【０１１６】

【発明の効果】以上、説明したような本発明のインクジ
ェット記録方法、インクジェット装置によってさらに以
下のような複合的な効果を得ることができた。

【０１１７】従来、気泡を大気に連通させてインクを吐
出する方法を用いる場合、吐出口近傍で生成した気泡を
外気と連通させるため、前述したように（図１２）、吐
出口と発熱ヒータの距離を短くしなければならなかっ
た。このため、発泡長が短い高表面張力の従来インクを
用いた場合、吐出口と発熱ヒータの距離が短いためイン
クの吐出量が少なくなり、所定濃度の画像を得ようとし
た場合、キャリッジを複数回走査させるマルチパス印字
等により同一画素を複数回重ね印字し、紙面へのインク
付着量を多くする必要があった。

【０１１８】しかし、本実施の形態で説明した低表面張
力のインクを用いることで、発泡長を大きくすることが
可能となり、気泡を大気に連通させて液体を吐出する吐
出方法においても吐出口と発熱ヒータの距離を長くする
ことができ、吐出量を大きくすることができた。

【０１１９】この結果、前述のマルチパス印字は不要と
なり、印字速度の向上がはかれた。さらに、吐出口側か
らのインクの戻りが少ないため、メニスカスの振動も速
い時間で安定するので、高速駆動が可能となり印字速度
向上に寄与する。

【０１２０】また、従来インクを用いた場合に比べて発
泡長が大きくなる熱効率が高く、気泡を大気に連通させ
て液体を吐出する吐出方法においても、ヒータサイズを
小さくでき、省エネルギーの向上や蓄熱による弊害の減
少を図ることが可能となった。

【０１２１】さらに、吐出口と発熱ヒータの距離を従来
インクに比べて長くすることができるのでインクジェッ
トヘッドの加工精度の公差を大きくすることができるた
め、生産性の向上が図れる。

【０１２２】また、インク吐出量のばらつきも少なくで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】記録媒体の臨界表面張力を示す図である。

【図２】従来のインク吐出原理を示す図である。

【図３】従来のインク吐出原理を示す図である。

【図４】従来のインク吐出原理を示す図である。

【図５】従来のインク吐出原理を示す図である。

【図６】従来のインク吐出原理を示す図である。

【図７】従来インクを従来のインク吐出方法で吐出した
場合の状態を示す図である。

【図８】低表面張力インクを従来のインク吐出方法で吐
出した場合の状態を示す図である。

【図９】本発明の一実施の形態におけるシリアルスキャ
ン型式のカラーインクジェット記録装置の要部構成図で
ある。

【図１０】本発明の一実施の形態におけるインク吐出原
理を示す図である。

【図１１】本発明の一実施の形態におけるインク吐出原
理を示す図である。

【図１２】本発明の一実施の形態におけるインク吐出原
理を示す図である。

【図１３】本発明の一実施の形態におけるインク吐出原
理を示す図である。

【図１４】本発明の一実施の形態におけるインク吐出原
理を示す図である。

【図１５】本発明の一実施の形態におけるインクを用い
た記録画像を示す図である。

【図１６】従来インクを用いた記録画像を示す図であ
る。

【符号の説明】

１記録ヘッド２キャリッジ３，４排紙ローラ５ガイドシャフト６エンコーダ７，８駆動ベルト９キャリッジモータ１０キャップ部１１回復ユニット１２クリーニングブレード１３インク供給チューブ１４インクタンク２０，５０，６０液路２１，５１，６１ヒータ２２，５２，６２気泡（バブル）２３，５３，６３インク２４，５４，６４吐出口２５，５５，６５吐出インク滴５３ａ押出されたインク６６サテライト６７スプラッシュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小板橋規文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)発明者名越重泰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)発明者植月雅哉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)発明者藤田美由紀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)発明者後藤史博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】熱エネルギーによってインク中に発生す
る気泡の圧力によってインクを吐出して記録を行うイン
クジェット記録方法であって、発熱体が配され吐出口に連通した液流路を有するインク
ジェットヘッドを準備する工程と、前記液流路内に被記録媒体の臨界表面張力以下の表面張
力を有するインクを供給する工程と、発生した気泡の内圧が負圧のときに前記吐出口から大気
に連通するような気泡を発生させるための熱エネルギー
を前記発熱体が発生する工程と、前記発生した気泡の圧力によって前記インクを吐出口か
ら吐出する工程と、を有することを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項２】前記発熱体と前記吐出口との距離は、前
記発生した気泡が前記液流路を塞ぐ場合を想定したとき
の気泡の長さの半分以下であ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】前記液流路に供給されるインクの表面張
力は３５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下であ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４】熱エネルギーによってインク中に発生す
る気泡の圧力によってインクを吐出して記録を行うイン
クジェット記録装置であって、吐出口と電気熱変換体が配され前記吐出口に連通すると
共に被記録媒体の臨界表面張力以下の表面張力を有する
インクを有する液流路とを有するインクジェットヘッド
と、発生した気泡の内圧が負圧のときに前記吐出口から大気
に連通するような気泡を発生させるための熱エネルギー
を前記電気熱変換体に発生させるための電気信号を供給
する電気信号供給手段と、前記発生した気泡の圧力によって吐出されたインクを受
ける被記録媒体を搬送するための手段と、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５】前記電気熱変換体と前記吐出口との距離
は、前記発生した気泡が前記液流路を塞ぐ場合を想定し
たときの気泡の長さの半分以下であることを特徴とする
請求項４に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】前記液流路に供給されるインクの表面張
力は３５ｄｙｎｅ／ｃｍ以下であることを特徴とする請
求項４に記載のインクジェット記録装置。