JPH10286947A - インクジェット記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出するインク滴の諸特性を安定化して高品
位な記録を得ることができ、さらにはインクの設計マー
ジンを拡大することにある。 【解決手段】 インクを吐出するための圧電振動子３を
備え、圧力発生部からノズル開口１までのインクを温め
る加熱手段４を具備したインクジェット記録ヘッドを用
いて、非吐出時に前記ノズル開口１からインク滴を吐出
しない程度に前記圧電振動子３を駆動させる工程と、イ
ンクを吐出させる直前に圧力発生部からノズル開口１部
までのインクを、インクが沸騰を起こさずかつノズル開
口１から吐出しない範囲で温める工程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印字信号に応じて
インクを吐出させて記録する技術、より詳細には記録ヘ
ッドからインクを安定的に吐出させるインクジェット記
録方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ノズル開口から微小なインク滴を吐出
し、記録媒体上に情報を記録するインクジェット記録方
法は、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、多ノズル化による高速記録が可能で
あり、また装置も小型化し易いといった多くの優れた点
を有している。

【０００３】こうしたインクジェット記録方法において
は、入力された情報を正確に記録媒体上に記録する為に
インク滴を安定的に吐出することが必須条件となる。

【０００４】インク滴を安定的に吐出する方法として、
特開平5-116294号公報では、熱エネルギーによって生じ
たバブルをノズル開口より外気と連通してインク滴を吐
出する記録方法において、記録ヘッドにインクの温度を
調製するための加熱手段を設けてインクを室温以上の温
度に保持することでバブルの発生・成長を安定させるこ
とが提案されている。

【０００５】また特開平5-116303号公報では、記録ヘッ
ドの熱作用部のノズル開口とは反対側の部分に流体抵抗
素子を配置し、熱エネルギーによって生じたバブルを効
率よくノズル開口側に成長させて外気と連動させインク
吐出を行うことが提案されている。

【０００６】こうしたインクジェット記録に用いられる
インクとしては、水を主溶媒として染料などの着色剤、
その他様々な有機溶剤、界面活性剤などが添加されてい
る。このようなインクは、非吐出時にノズル近傍におい
て、インク中に含まれる水などの揮発成分の蒸発により
乾燥固化し目詰まりを起こしやすい。

【０００７】このような目詰まりを防止する方法とし
て、定期的に微量のインクを吐出させたり、ポンプによ
りノズル開口からインクを吸引することなどが行われて
いる。

【０００８】しかし、こうした方法ではインクの消費量
が多くなり、また廃インクタンクの容量を大きくしなけ
ればならない等の問題がある。

【０００９】このような問題に対して、特開昭57-61576
号公報では、特別な目詰まり防止装置を具備することな
く、しかもインク消費を伴うことなく目詰まりを防止す
る方法として、非吐出時にインク滴を発生させるのに必
要な駆動電圧よりも低い電圧で圧電振動子を駆動させる
ことが提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、目詰ま
りに至る前の現象として、ノズル開口近傍のインク中の
揮発成分の蒸発に起因する粘度の上昇のために、吐出す
るインク滴の諸特性（飛翔速度やドット重量など）が不
安定になり、記録品位を劣化させるという問題がある。
特にこの現象は、従来多用されていた、成分の大部分が
水であるインクではほとんど問題とならなかったが、イ
ンクジェット記録のカラー化による混色やにじみの防止
や、染料の耐水化や顔料分散液の使用に伴う新たな添加
剤の必要性などにより水分以外の成分の占める割合が著
しく上昇したインクの使用、高精細化に伴うインク滴の
微小化、また記録ヘッドの移動の高速化などに起因し
て、この現象がクローズアップされてきた。

【００１１】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、空吐出等に
よるインクの消費量の増加を招くことなく、吐出するイ
ンク滴の諸特性を安定化して高品位な記録を得ることが
でき、さらにはインクの設計マージンを拡大することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明のイ
ンクジェット記録方法は、インクを吐出させるためのノ
ズル開口と、前記ノズル開口に連通するインク流路と、
前記インク流路内に供給されたインクを前記ノズル開口
から吐出するための圧力を発生させる圧電振動子と、圧
力発生部から前記ノズル開口までのインクを温める加熱
手段を具備したインクジェット記録ヘッドを用いて、非
吐出時に前記ノズル開口からインク滴を吐出しない程度
に前記圧電振動子を駆動させる工程と、インクを吐出さ
せる直前に圧力発生部からノズル開口部までのインク
を、インクが沸騰を起こさずかつノズル開口から吐出し
ない範囲で温める工程とを備えたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明に用いるインクジェット記
録ヘッドの一実施例の要部を模式的に示す。この記録ヘ
ッドは、インクを吐出させるためのノズル開口１と、ノ
ズル開口１に連通するインク流路２と、インク流路内に
供給されたインクをノズル開口１から吐出するために利
用されるエネルギーを発生する手段として、通電に応じ
て応力を発生させる圧電振動子３を有し、圧力発生部か
らノズル開口までのインクを温める加熱手段４によって
形成される。

【００１５】図２は、ノズル開口１からインク中の揮発
成分の蒸発によりノズル開口近傍のインクの粘度が上昇
した状態を示した模式図である。図２では、粘度境界部
を分かり易くするためにはっきりとした境界線で示した
あるが、実際には無段階的に粘度格差がおきている。こ
うした局所的に粘度上昇したインク層７ができること
で、圧電振動子の駆動で発生した吐出エネルギーが十分
に吐出側に伝わらず、飛翔速度やドット重量の低下が起
こり、さらに粘度上昇が進めば吐出しなくなる。こうし
た吐出不良は、記録品質を著しく低下させるため、従来
のインクジェット記録では、こうしたノズル開口近傍の
粘度上昇したインクによる吐出不良が発生する前に、一
旦記録ヘッドを記録媒体上から退避させ、粘度上昇した
インクを吐出させる動作を行っている。

【００１６】しかしながら、こうした動作は、全体とし
ての記録スピードの低下につながり、またインクの無駄
使いにもなるため、極力押えた方が好ましい。そこで、
本発明のインクジェット記録方法によれば、ノズル開口
近傍のインクの粘度上昇による吐出不良を画期的に改善
し、前記動作（インクの空吐出）を最小限に抑えること
ができる。

【００１７】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるイン
クジェット記録方法の、非吐出時に前記ノズル開口から
インク滴を吐出しない程度に圧電振動子を駆動させる工
程を模式的に示す。図３（ａ）は、圧電振動子を駆動し
ない時のメニスカス５の状態を示す。図３（ｂ）は、圧
電振動子の駆動によりメニスカス５が押し出された状態
を示し、図３（ｃ）は、メニスカス５が引き込まれた状
態を示している。図３の（ｂ）と（ｃ）の動作を繰り返
すことにより、図２の様なノズル開口近傍の局所的に粘
度上昇したインクを拡散させ、吐出不良を抑制する。こ
の工程は、非吐出時において、常時行ってもよいし、必
要に応じて定期的にまたは不定期に行うことができる。
この工程のみでもノズル開口近傍のインクの粘度上昇に
よる吐出不良をかなり改善できるが、インクを吐出させ
る直前に圧力発生部からノズル開口部までのインクを、
インクが沸騰を起こさずかつノズル開口から吐出しない
範囲で温める工程を持つことで飛躍的に改善できる。

【００１８】図４（ａ）と（ｂ）は、本発明のインクジ
ェット記録方法の吐出を行う直前の状態を模式的に示し
たものである。図４（ａ）は、インク流路にインクが満
たされた状態を示し、図４（ｂ）は、加熱手段４により
圧力発生部からノズル開口部までのインクを、インクが
沸騰を起こさずかつノズル開口から吐出しない範囲で温
めた状態を示す。図２の場合と同様に、粘度境界部を分
かり易くするためにはっきりとした境界線で示したある
が、実際には無段階的に粘度格差がおきている。この状
態では、温めたノズル開口側の粘度が、圧力発生部上流
側のインクより低くなっている。この状態で圧電振動子
を駆動し吐出を行えば、イナータンス（慣性）の小さい
ノズル開口側に吐出エネルギーが効率良く伝わり、吐出
するインク滴の諸特性を安定させることができる。こう
した加熱は、吐出する直前にのみ行うことで、ノズル開
口からのインクの揮発成分の蒸発を最小限に抑え、ノズ
ル開口側のインクと圧力発生部上流側のインクの粘度格
差を大きくし、圧電振動子の駆動による吐出エネルギー
を効率良くよりノズル開口側へ伝えることができる。

【００１９】図５は、本発明の実施例および比較例を評
価するために用いたインクジェット記録装置の概要を示
すものであって、図中符号９は、キャリッジで、タイミ
ングベルト１０によりモーター１１に接続されていて、
ガイド部材１２に案内されてプラテン１３に平行に移動
するように構成されている。キャリッジ９の記録媒体１
４と対向する面にはカラー記録用の記録ヘッド１５が設
けられ、記録ヘッド１５がインクカートリッジ１６から
インクの供給を受けて記録媒体１４にインク滴を吐出し
て記録する。キャッピング装置１７は、インク吸引手段
１８にチューブを介して接続されており、記録ヘッド１
５のノズル開口面を一つの空間で封止できるサイズを備
え、非記録時にはノズル開口面を封止し、また吐出不良
による記録障害の回復動作を行う時にはインク吸引手段
１８から負圧の供給を受けて記録ヘッド１５からインク
を強制的に排出させることができるように構成されてい
る。

【００２０】

【実施例】以下に本発明のインクジェット記録方法の具
体的な実施例と比較例を示す。

【００２１】本発明の評価に使用したインクは、Ｃ．
Ｉ．フードブラック２が８．０重量％、ジエチレングリ
コールモノブチルエーテルが１０．０重量％、グリセリ
ンが１０．０重量％、ジエチレングリコールが１０．０
重量％、イオン交換水が６２．０重量％よりなる各配合
成分を容器中で攪拌し、均一に混合溶解させた後、孔径
０．１μｍのポリフッ素化エチレン系繊維製フィルター
で濾過して得た。

【００２２】記録ヘッドの駆動周波数は７．２ｋＨｚ
で、各試験環境において、記録媒体上で３６０ｄｐｉ
（ドット パー インチ）相当のドット重量となるよう
に駆動電圧を調整した。

【００２３】図５に示すインクジェット記録装置を用い
て、記録媒体上に吐出を行い吐出の安定性を確認した。
具体的には、先ず記録媒体上にキャリッジ９の走査方向
に連続吐出を行い、ノズル内のインクをリフレッシュさ
せる。その後、吐出を行わずキャリッジを空走させる。
一定期間キャリッジを空走させた後、キャリッジの走査
方向に９０ｄｐｉ相当のタイミングで、連続的に吐出す
る。

【００２４】また今回の評価では、記録媒体として、市
販されているインクジェット専用光沢フィルムを使用し
た。専用光沢フィルムは、ドットの真円性が高くまた再
現性も高いため、ドットの位置ズレやドット径の違いか
らインク滴の諸特性（飛翔速度やドット重量）の変化が
確認しやすい。

【００２５】＜実施例１＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の５０％の電圧で、周波数は吐出信号と
同じとした。 インク加熱の設定 圧力発生部からノズル開口までのインクの温度を供給さ
れるインクより２０℃上がるように熱量を与えた。 試験環境 気温２５℃、湿度２０％ＲＨで行った。 上記条件で、空走期間を５秒毎に延長していき、一発目
のドットの位置ズレおよびドット径の減少が発生するま
での時間を確認したところ、５分以上空走期間があって
も一発目のドットの位置ズレおよびドット径の減少はな
かった。

【００２６】＜比較例１＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の５０％の電圧で、周波数は吐出信号と
同じとした。 インク加熱の設定 加熱なし。 試験環境 気温２５℃、湿度２０％ＲＨで行った。 実施例１に対して、加熱を行わなかった場合であるが、
空走期間が３０秒で一発目のドットの位置ズレおよびド
ット径の減少が確認された。

【００２７】＜比較例２＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の０％の電圧で、周波数は吐出信号と同
じとした。 インク加熱の設定 圧力発生部からノズル開口までのインクの温度を供給さ
れるインクより２０℃上がるように熱量を与えた。 試験環境 気温２５℃、湿度２０％ＲＨで行った。 実施例１に対して、非吐出時の圧電振動子の駆動を行わ
なかった場合であるが、空走期間が２０秒で一発目のド
ットの位置ズレおよびドット径の減少が確認された。

【００２８】＜比較例３＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の０％の電圧で、周波数は吐出信号と同
じとした。 インク加熱の設定 加熱なし。 試験環境 気温２５℃、湿度２０％ＲＨで行った。 実施例１に対して、非吐出時の圧電振動子の駆動を行わ
ずかつ加熱を行わなかった場合であるが、空走期間が１
０秒で一発目のドットの位置ズレおよびドット径の減少
が確認された。

【００２９】＜実施例２＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の５０％の電圧で、周波数は吐出信号と
同じとした。 インク加熱の設定 圧力発生部からノズル開口までのインクの温度を供給さ
れるインクより２０℃上がるように熱量を与えた。 試験環境 気温４０℃、湿度２０％ＲＨで行った。 実施例１に対して、ノズル開口からのインク中の揮発成
分の蒸発しやすい環境で行った場合であるが、５分以上
空走期間があっても一発目のドットの位置ズレおよびド
ット径の減少はなかった。

【００３０】＜実施例３＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の５０％の電圧で、周波数は吐出信号と
同じとした。但し、常時駆動させるのではなく、キャリ
ッジが往復運動を行う中で、方向転換をする時（キャリ
ッジリターン時）のわずかな停止期間のみ駆動させる
（０．１４秒で約１０００パルス）。 インク加熱の設定 圧力発生部からノズル開口までのインクの温度を供給さ
れるインクより２０℃上がるように熱量を与えた。 試験環境 気温２５℃、湿度２０％ＲＨで行った。 一発目のドットの位置ズレおよびドット径の減少が発生
するまでの時間を確認したところ、５分以上空走期間が
あっても一発目のドットの位置ズレおよびドット径の減
少はなかった。

【００３１】＜実施例４＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の５０％の電圧で、周波数は吐出信号と
同じとした。 インク加熱の設定 圧力発生部からノズル開口までのインクの温度を供給さ
れるインクより１０℃上がるように熱量を与えた。 試験環境 気温２５℃、湿度２０％ＲＨで行った。 実施例１に対して、インクの加熱温度を下げた場合であ
るが、５分以上空走期間があっても一発目のドットの位
置ズレおよびドット径の減少はなかった。

【００３２】＜実施例５＞ 非吐出時の圧電振動子の駆動電圧の設定 通常の吐出電圧の５０％の電圧で、周波数は吐出信号と
同じとした。 インク加熱の設定 圧力発生部からノズル開口までのインクの温度を供給さ
れるインクより２０℃上がるように熱量を与えた。 試験環境 気温２５℃、湿度２０％ＲＨで行った。 実施例１と同じ条件で、使用するインクの染料濃度を
２．０重量％アップしたインク（Ｃ．Ｉ．フードブラッ
ク２：１０．０重量％、イオン交換水：６０．０重量
％）で評価した結果、５分以上空走期間があっても一発
目のドットの位置ズレおよびドット径の減少はなかっ
た。

【００３３】なお、本発明はこれら実施例に限定される
ものではなく、使用するインクや記録ヘッドおよび環境
などにより適正と考えられる条件に合わせて適宜使用さ
れるものである。また、本発明によれば、プロッターの
ようなより広い記録面を持つインクジェット記録装置に
おいても、その能力を発揮することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非吐出時にノズル開口からインク滴を吐出しない程度に
圧電振動子を駆動させる工程と、インクを吐出させる直
前に圧力発生部からノズル開口部までのインクを、イン
クが沸騰を起こさずかつノズル開口から吐出しない範囲
で温める工程とを備えることで、空吐出等によるインク
の消費量増加および全体の記録スピードの低下を最小限
に抑え、吐出するインク滴の諸特性を安定化して高品位
な記録を得ることができ、さらにはインクの設計マージ
ンを拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるインクジェット記録ヘッドの一
実施例の要部を示す模式的断面図である。

【図２】ノズル開口近傍のインクの粘度が上昇した状態
を示す記録ヘッドのノズル開口近傍の模式的断面図であ
る。

【図３】本発明における非吐出時にノズル開口からイン
ク滴を吐出しない程度に圧電振動子を駆動させる工程で
のメニスカスの動きを説明する記録ヘッドのノズル近傍
の模式的断面図である。

【図４】本発明における圧力発生部からノズル開口部ま
でのインクを、インクが沸騰を起こさずかつノズル開口
から吐出しない範囲で温める工程でのインクの粘度変化
を説明するための記録ヘッドの要部を示す模式的断面図
である。

【図５】本発明の実施例および比較例の評価に使用する
インクジェット記録装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１ ノズル開口 ２ インク流路 ３ 圧電振動子 ４ 加熱手段 ５ メニスカス ６ インク ７ 局所的に粘度上昇したインク層 ８ 加熱により粘度低下したインク ９ キャリッジ １０ タイミングベルト １１ モーター １２ ガイド部材 １３ プラテン １４ 記録媒体 １５ 記録ヘッド １６ インクカートリッジ １７ キャッピング装置 １８ インク吸引手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出させるためのノズル開口
   と、前記ノズル開口に連通するインク流路と、前記イン
   ク流路内に供給されたインクを前記ノズル開口から吐出
   するための圧力を発生させる圧電振動子と、圧力発生部
   から前記ノズル開口までのインクを温める加熱手段を具
   備したインクジェット記録ヘッドを用いて、 非吐出時に前記ノズル開口からインク滴を吐出しない程
   度に前記圧電振動子を駆動させる工程と、 インクを吐出させる直前に圧力発生部からノズル開口部
   までのインクを、インクが沸騰を起こさずかつノズル開
   口から吐出しない範囲で温める工程と、 を備えたことを特徴とするインクジェット記録方法。