JP3157945B2 - インクジェット記録装置およびインクジェット記録方法 - Google Patents
インクジェット記録装置およびインクジェット記録方法Info
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Description
置およびインクジェット記録方法に関し、さらに詳しく
は、階調性ある記録を行うことができるインクジェット
記録装置およびインクジェット記録方法に関する。
クト記録法であるので記録時における静粛性に優れ、ま
た、高速記録が可能であり、彩度の高いカラー画像が得
られるという点で多いに注目を集めている。
エネルギーを利用した記録装置は、コンパクト化、マル
チオリフィス化、高密度オリフィス化等々が達成でき
る。
ジェット記録装置は多くの利点を有するものであるが、
さらに高解像度、高品質の画像を記録しようとする場合
には、記録画素に階調性を持たせ、中間調(ハーフトー
ン)の情報を含む画像記録を行うことが望ましい。
る階調表現の方法としては、画像信号の階調情報に応じ
て複数の吐出口の各々に対応した複数種のインクを、ド
ットが重なり合うよう吐出し、その重なり合う面積を制
御したり、あるいは1つの吐出口内に複数のヒータを設
け、これらのヒータの吐出印加パルスの駆動タイミング
を制御することにより、階調を表現していた。
ような従来例では、1画素の階調を表現するために、イ
ンク、インク供給系、駆動回路系等が複数必要となる。
この結果、装置構成が複雑となり、かつ製造コストの比
較的高い構成になるという問題点があった。
し、インク吐出量を画像信号の階調情報に応じて制御す
ることができるインクジェット記録装置およびインクジ
ェット記録方法を提供することにある。
め、請求項1の発明のインクジェット記録装置は、イン
クを吐出する吐出部と、該吐出部に対応して設けられた
インク流路と、該インク流路内に設けられ、該インク流
路内のインクを加熱して気泡を生じさせることによりイ
ンク滴を吐出させるための熱エネルギーを発生する熱エ
ネルギー発生手段と、前記気泡の発生から消泡に至るプ
ロセスを複数回繰り返すことで1画素当りに複数の独立
したインク滴をインク滴群として同一吐出部から連続吐
出するためのパルス群を、この吐出部に対応した前記熱
エネルギー発生手段に印加するパルス印加手段とを具備
し、前記パルス印加手段は、単一のインク滴を吐出した
ときのインク滴の量と前記インク滴群の各インク滴の量
とがほぼ等しくなるパルス間隔で前記パルス群を印加す
ることを特徴とする。ここで、前記インク流路は、前記
熱エネルギー発生手段より前方の吐出部側のインク容量
が、その後方のインク容量よりも大きい形状の流路であ
ることを特徴とすることができる。また、前記パルス群
のパルス間隔は、このパルス間隔を長くしていった場合
に一滴当たりの吐出量が増大していく領城内において、
前記インク滴群の各インク滴の量が前記単一のインク滴
を吐出したときのインク滴の量と等しくなるパルス間隔
であることを特徴とすることができる。また、前記パル
ス印加手段は、前記消泡の直後に次の信号を与える手段
であることを特徴とすることができる。
の発明は、インクを吐出する吐出部と,該吐出部に対応
して設けられたインク流路と、該インク流路内に設けら
れ、該インク流路内のインクを加熱して気泡を生じさせ
ることによりインク滴を吐出させるための熱エネルギー
を発生する熱エネルギー発生手段とを有する記録ヘッド
を用いて記録を行うインクジェット記録方法において、
前記気泡の発生から消泡に至るプロセスを複数回繰り返
すことで1画素当りに複数の独立したインク滴をインク
滴群として同一吐出部から連続吐出するためのパルス群
を、この吐出部に対応した前記熱エネルギー発生手段に
印加する時に、単一のインク滴を吐出したときのインク
滴の量と前記インク滴群の各インク滴の量とがほぼ等し
くなるパルス間隔で前記パルス群を印加することで前記
インク滴群を吐出して記録を行うことを特徴とする。こ
こで、前記パルス群のパルス間隔は、このパルス間隔を
長くした場合に一滴当たりの吐出量が増大していく領城
内において、前記インク滴群の各インク滴の量が等しく
なる間隔であることを特徴とすることができる。また、
前記パルス印加手段は、前記消泡の直後に次の信号を与
える手段であることを特徴とすることができる。
すことで連続的にインクを吐出する場合に、同一の吐出
部からのインクの吐出でありながら吐出タイミングによ
って、単一のインク摘を吐出(単吐出)するときの吐出
量に対して、吐出量が変動してしまうことを見出したこ
とによるものである。そして、本発明によると、気泡の
発生から消泡までを繰り返すことで、1画素に対して複
数の独立したインク滴をインク滴群として同一吐出部か
ら連続吐出する場合において、インク滴群の各インク滴
の量が単吐出時の吐出量とほぼ等しくなるパルス間隔で
前記パルス群を印加するので、インク滴の吐出のタイミ
ングによって生じるインク滴の吐出量の変動を抑えるこ
とができ、良好な階調記録を行うことができる。
に説明する。
には、熱伝導に支配されるものと、慣性に支配されるも
のとがある。
ける液体の気化、蒸気の凝縮速度が気泡の成長・収縮に
関与している。この現象では気泡内外の圧力は平衡して
おり、伝熱面の加熱・冷却に応じて気泡が成長・収縮す
る。
の圧力差による液体の運動が気泡の成長、収縮速度に関
与している。この現象では、気泡の成長、収縮は伝熱面
の加熱、冷却に同期しない。
発生し、成長した気泡は、気泡内圧力が低くなっている
ので、加熱を続けても収縮することになる。この状態で
加熱を中止すれば気泡はそのまま消滅するが、気泡の消
滅直後に再びヒータを発泡温度以上に加熱すると、液体
は再び発泡する。
ット記録装置において、一定の熱エネルギーを消泡直後
のタイミングで連続的に加えた場合に、連続的に発泡が
繰り返されることが確認された。
利用して気泡を生じさせ、それにより液体噴射を行うイ
ンクジェット記録における沸騰現象において、気泡の成
長、収縮は、熱伝導よりも、むしろ慣性に支配されるこ
とに着目して、従来のインクジェット記録装置のように
1画素当り1回の発泡〜気泡成長〜収縮〜消滅を含むプ
ロセスを対応させるのではなく、1画素当りの記録を発
泡〜気泡成長〜収縮〜消滅を含むプロセスを複数回対応
させて、その回数の多少によって吐出量を可変とするイ
ンクジェット記録装置を実現した。
記録装置に搭載されたインクジェット記録ヘッドの内部
構成例を示す。図1において、1はインク流路3A内の
インクを加熱して気泡を生じさせるための熱エネルギー
を発生する熱エネルギー発生手段としてのヒータであ
り、ヒータ1はインクを吐出する吐出部(吐出口)3に
対応して設けられたインク流路3A内に形成される。2
は吐出口3およびインク流路3Aを形成する部材であ
り、吐出口3およびインク流路3Aはインク供給室(共
通液室ともいう)4と連通する。
しての駆動回路41から、入力画像信号の階調情報(ま
たは濃度信号)42に応じて、1画素当り単一のまたは
複数のパルスのパルス群43が印加される。
パルスのタイミングの一例を示す。ここで、7は印加し
たパルス信号が1つのパルス群、6は印加したパルス信
号が2つのパルス群および5は印加したパルス信号が3
つのパルス群である。5,6,7の各パルス群は、それ
ぞれ1画素に対応する。なお、1/Tは駆動周波数、T
iは休止時間(パルス間隔)を表す。
次ヒータ1に印加した時の吐出口3から吐出して記録媒
体に向って飛翔する液滴の吐出状態を示す。図2のパル
ス7に対応して吐出したインク滴は8である。図2の6
のパルス群に対応して吐出したインク滴群は9である。
図2の5のパルス群に対応して吐出したインク滴群は1
0である。これら各インク滴群を構成するインク滴の数
は、図3に示すように、対応するパルス群を構成するパ
ルス信号の数に等しい。12は記録紙である。
紙12上に着弾したインク滴の着弾状態、すなわち記録
紙12上のドット13を示す。このときの駆動周波数1
/Tは3kHz(T=333μs)、パルス信号間の休
止時間Tiは100μmである。図4の(1),
(2),(3)は図3の駆動パルス群7,6,5により
吐出したインク滴群の着弾状態と対応する。図4の
(2),(3)において、各着弾がずれて重なるのは、
ヘッドが移動するためである。
吐出の時のインク吐出量と、図2の6のパルス群による
2連続吐出の時のインク吐出量と、休止時間Tiとの関
係を表わしたグラフである。このヘッドの単吐出時の吐
出量は40ngである。このグラフにより分るように、
本例での2連続吐出、3連続吐出でのインク吐出量が、
単吐出時の吐出量の2倍,3倍となる時の休止時間Ti
は、100μsの時である。Tiを100μsとするこ
とで階調性が良好となる。
例のインクジェット記録装置では1画素当り階調に応じ
て複数個のインク滴を打ち込むようにしているので、記
録装置を簡単な構造としながら、吐出量を容易に制御す
ることができ、廉価で確実な階調記録を行うことができ
る。
なインクジェット記録ヘッドの他の構成例を示す。本例
では、前述の図1に示す本発明の第1実施例のヘッド構
造に比べ、インク流路形成部材2Aの形状を変形するこ
とによりさらにヒータ1の前方のインク容量を多くとる
構造にしている。
同様の駆動パルスを図6のヒータ1に印加して液滴を吐
出した時の記録紙12上の着弾点の状態を示す。このと
きの駆動周波数1/Tは3kHz、休止時間(パルス信
号間の時間)Tiは40μsとした。
を用いて、1画素当り3連続吐出時のインク吐出量と2
連続吐出時のインク吐出量と、パルス信号間の休止時間
Tiとの関係を表わしたグラフである。このヘッドの単
吐出での吐出量は40ngである。このグラフから分る
ように、本例での2連続吐出、3連続吐出した時のイン
ク吐出量が単吐出時の吐出量の2倍,3倍となる時の休
止時間Tiは40μsの時であり、Tiを40μsとす
ることで階調性が良好となる。このように、ヒータ1の
前方の(吐出口側の)インク容量を多くとる構造にする
ことにより、図1の第1実施例で示したヘッドよりもさ
らに短い休止時間で、2倍,3倍の吐出量変化が可能で
ある。
実施例に示した記録ヘッドよりもさらに短いパルス信号
の間隔で吐出量を制御することができ、高精細な階調記
録を行うことのできる記録装置を提供できる。
能なインクジェット記録装置全体の他の構成について簡
単に説明する。
クジェット記録装置の構成例を示す。本図において、2
0は熱エネルギーにより発生するバブルを使用してイン
クを記録紙に吐出する方式のインクジェットヘッド(記
録ヘッド)、21はインクジェットヘッド20と一体で
これへインクを供給するタンク15を備えた装着自由の
インクジェットカートリッジ、および100はインクジ
ェット記録装置本体である。
は、図9の斜視図で分るように、インクタンク15の前
方面よりもわずかにインクジェットヘッド20の先端部
が吐出した形状である。このインクジェットヘッドカー
トリッジ21は、後述するインクジェット記録装置本体
100に載置されているキャリッジ16に固定支示され
ると共に、このキャリッジ16に対して着脱可能なディ
スポーザブルタイプのものである。
ンクを貯留したインクタンク15は、インク吸収体と、
このインク吸収体を挿入するための容器と、これを封止
する蓋部材(いずれも不図示)とで構成されている。こ
のインクタンク15内には、インクが充填されており、
インクの吐出に応じて順次インクジェットヘッド側にイ
ンクを供給している。
ートリッジ21は、以下説明するインクジェット記録装
置本体100のキャリッジ16に所定の方法で着脱自在
に搭載されて、所定の記録信号の入力によって、キャリ
ッジ16と被記録部材との相対的な移動を制御して所望
の記録画像が形成される。
ンクジェット記録装置100の一例を示す外観斜視図で
ある。
紙されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出を行
う吐出口群を具えたインクジェットヘッドカートリッジ
21のインクジェットヘッド(記録ヘッド)である。1
6は記録ヘッド20を保持するキャリッジであり、駆動
モータ17の駆動力を伝達する駆動ベルト18の一部と
連結し、互いに平行に配設された2本のガイドシャフト
19Aおよび19Bと摺動可能とすることにより、記録
ヘッド20の記録紙の全幅にわたる往復移動が可能とな
る。この往復移動中に記録ヘッド20は受信データに応
じた画像を記録紙上に記録する。この1主走査終了毎に
記録紙は所定量搬送され副走査が行われる。
20の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向
する位置に配設される。伝導機構23を介したモータ2
2の駆動力によって、ヘッド回復装置26を動作せし
め、記録ヘッド20のキャッピングを行う。このヘッド
回復装置26のキャップ部26Aによる記録ヘッド20
へのキャッピング部に関連させて、ヘッド回復装置26
内に設けた適宜の吸引手段(例えば、吸引ポンプ)によ
るインク吸収(吸引回復)を行い、これによりインクを
吐出口から強制的に排出させることにより吐出口内の増
粘インクを除去する等の吐出回復処理を行う。また、記
録終了時等にキャッピングを施すことにより記録ヘッド
が保護される。このような吐出回復処理は電源投入時、
記録ヘッド交換時、一定時間以上記録動作が行われない
時等に行われるものである。
れ、シリコンゴムで形成されるワイピング部材としての
ブレードである。ブレード31はブレード保持部材31
Aにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復装置26
と同様、モータ22および伝導機構23によって動作
し、記録ヘッド20の吐出面との係合が可能となる。こ
れにより、記録ヘッド20の記録動作における適切なタ
イミングで、あるいはヘッド回復装置26を用いた吐出
回復処理後に、ブレード31を記録ヘッド20の移動経
路中に突出させ、ヘッド20の移動動作に伴ってヘッド
20の吐出面における結露、濡れあるいは塵埃等をふき
とる。
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
(例えば電気熱変換体やレーザ光等)を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
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。かかる方式によれば記録の高密度化,高精細化が
達成できるからである。
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いる基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型,
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、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いて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも1つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体(インク)
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長,収縮により吐出用開口を介して液体(インク)を吐
出させて、少なくとも1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
4345262号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、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、さらに優れた記録を行うことが
できる。
書に開示されているような吐出口,液路,電気熱変換体
の組合せ構成(直線状液流路または直角液流路)の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第4558333号明細書,米国特許第44
59600号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。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部とする構成を開示
する特開昭59−123670号公報や熱エネルギの圧
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59−138461号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。
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。
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。
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。
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。
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を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を用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、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として使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、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、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭54−56847号公報あるいは特開昭60−7
1260号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
また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
よい。本発明においては、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。
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。
気泡の発生から消泡までを繰り返すことで、1画素に対
して複数の独立したインク滴をインク滴群として同一吐
出部から連続吐出する場合において、インク滴群の各イ
ンク滴の量が単吐出時の吐出量とほぼ等しくなるパルス
間隔で前記パルス群を印加するので、インク滴の吐出の
タイミングによって生じるインク滴の吐出量の変動を抑
えることができ、良好な階調記録を行うことができると
いう効果を奏する。
を示す切り欠き斜視図である。
動パルス信号群のタイミイングの一例を示すタイミング
チャートである。
きの液滴吐出状態を示す模式図である。
出口から吐出した液滴の記録紙上の着弾状態を示す模式
図である。
の休止時間と2連続液滴吐出、3連続液滴吐出時の吐出
量との関係を示すグラフである。
を示す切り欠き斜視図である。
出口から吐出した液滴の記録紙上の着弾状態を示す模式
図である。
の休止時間と2連続液滴吐出、3連続液滴吐出時の吐出
量との関係を示すグラフである。
インクジェットカートリッジの外観構成を示す斜視図で
ある。
の全体の内部構成を示す斜視図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 インクを吐出する吐出部と、 該吐出部に対応して設けられたインク流路と、 該インク流路内に設けられ、該インク流路内のインクを
加熱して気泡を生じさせることによりインク滴を吐出さ
せるための熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生手
段と、前記気泡の発生から消泡に至るプロセスを複数回繰り返
すことで1画素当りに複数の独立したインク滴をインク
滴群として同一吐出部から連続吐出するためのパルス群
を、この吐出部に対応した前記熱エネルギー発生手段に
印加する パルス印加手段とを具備し、 前記パルス印加手段は、単一のインク滴を吐出したとき
のインク滴の量と前記インク滴群の各インク滴の量とが
ほぼ等しくなるパルス間隔で前記パルス群を印加するこ
とを特徴とするインクジェット記録装置。 - 【請求項2】 前記インク流路は、前記熱エネルギー発
生手段より前方の吐出部側のインク容量が、その後方の
インク容量よりも大きい形状の流路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装置。 - 【請求項3】 前記パルス群のパルス間隔は、このパル
ス間隔を長くしていった場合に一滴当たりの吐出量が増
大していく領城内において、前記インク滴群の各インク
滴の量が前記単一のインク滴を吐出したときのインク滴
の量と等しくなるパルス間隔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装置。 - 【請求項4】 前記パルス印加手段は、前記消泡の直後
に次の信号を与える手段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装置。 - 【請求項5】 インクを吐出する吐出部と,該吐出部に
対応して設けられたインク流路と、該インク流路内に設
けられ、該インク流路内のインクを加熱して気泡を生じ
させることによりインク滴を吐出させるための熱エネル
ギーを発生する熱エネルギー発生手段とを有する記録ヘ
ッドを用いて記録を行うインクジェット記録方法におい
て、 前記気泡の発生から消泡に至るプロセスを複数回繰り返
すことで1画素当りに 複数の独立したインク滴をインク
滴群として同一吐出部から連続吐出するためのパルス群
を、この吐出部に対応した前記熱エネルギー発生手段に
印加する時に、単一のインク滴を吐出したときのインク
滴の量と前記インク滴群の各インク滴の量とがほぼ等し
くなるパルス間隔で前記パルス群を印加することで前記
インク滴群を吐出して記録を行うことを特徴とするイン
クジェット記録方法。 - 【請求項6】 前記パルス群のパルス間隔は、このパル
ス間隔を長くした場合に一滴当たりの吐出量が増大して
いく領城内において、前記インク滴群の各インク滴の量
が等しくなる間隔であることを特徴とする請求項5に記
載のインクジェット記録方法。 - 【請求項7】 前記パルス印加手段は、前記消泡の直後
に次の信号を与える手段であることを特徴とする請求項
5に記載のインクジェット記録方法。
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