JPH021316A - 液体噴射記録方法 - 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】 艮先分災 本発明は、液体噴射記録方法、より詳細には、バブルジ
エン１〜型インクジェットあるいはＰＺＴ等の電気機械
変換素子を用いた従来より知られたドロップオンデマン
ド型インクジェットにおいて、最適のインク滴形成のた
めの駆動条件と、形成されたインク滴が紙面に付着して
画像を形成する際に最も安定した画質が得られるような
構成に関する。

従来技術 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂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力な記録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向
を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別さ
れる。

先ず第１の方式は例えばＵ　Ｓ　、Ｐ　３０６０４２９
に開示されているもの（Ｔａｌｅ　ｔｙｐｅ方式）であ
って、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生
した記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録
部材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行う
ものである。

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小満をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて′電気・制御可能な様に構成されたｘｙ偏向電極
間を飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小満を
記録部材上に付着させて記録を行うものである。

第２の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３５９６２７５、Ｕ
ＳＰ　３２９８０３０等に開示されている方式（Ｓｗａ
ｅｔ方式）であって、連続振動発生法によって帯電量の
制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された
帯電量の制御された小滴を、−様の電界が掛けられてい
る偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を
行うものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）
の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に一
定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を
機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴を吐
出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記録液
体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に応じ
た′ｍ荷量で帯電される。帯電量の制御された記録液体
の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電極
間を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受け
、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る様
にされている。

第３の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３４１６１５３に開示
されている方式（Ｉｌｅｒｔｚ方式）であって、ノズル
とリング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法
によって、記録液体の小満を発生霧化させて記録する方
式である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛け
る電界強度を記録信号に応じて変調することによって小
滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録
する。

第４の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３７４７ｌ０に開示
されている方式（ＳｔｅｌｌｌＩｆｆＩｅ方式）で、こ
の方式は前記３つの方式とは根本的に原理が異なるもの
である。

即ち、前記３つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、このＳｔｅｍｍｅ方式は、
記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔
させて記録するものである。

つまり、Ｓｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐出する吐出
口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子
に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号を
ピエゾ撮動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従
って前記吐出口より記録液体の小満を吐出飛翔させて記
録部材に付着させることで記録を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。

その為、第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困難であるので高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、Ｂ部材上にサテラ
イトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリが
生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難で、
高速記録には不向きであること等の諸問題点が存する。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド（ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかっ
た小滴を回収することが不要であること及び第１乃至第
２の方式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性が
なく記録液体の物質」−の自由度が犬であること等の大
きな利点を有する。丙午ら、一方において、記録ヘッド
の加工上に問題があること、所望の共振数を有するピエ
ゾ振動素子の小型化が極めて困難であること等の理由か
ら記録ヘッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振
動素子の機械的振動という機械的エネルギーによって記
録液体小滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かない
こと、等の欠点を有する。

更には、特開昭４８−９６２２号公報（前記ＵＳ　Ｐ３
７４７ｌ０に対応）には、変形例として、前記のピエゾ
振動素子等の手段による機械的振動エネルギーを利用す
る代わりに熱エネルギーを利用することが記載されてい
る。

即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発生
する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動素
子の代りの圧力」１昇手段として使用することが記載さ
れている。

しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コイ
ルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしかな
い袋状のインク室（液室）内の液体インクを直接加熱し
て蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続繰返
し液吐出を行う場合は、どの様に加熱すれば良いかは、
何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイルが設
けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに遠
い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構造
上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には、
不向きとなっている。

しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用上重
要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出の
準備状態を速やかに形成することは出来ない。

このように従来法には、構成上、高速記録化」二、記録
ヘッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生お
よび記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があ
って、その長所を利する用途にしか適用し得ないという
制約が存在していた。

また、特開昭６１−２７４−９４９号公報には、記録信
号に応じて記録ヘッド内の記録液を加圧する手段により
前記記録液を耐記記録ヘッドに設けたオリフィスから吐
出させ、吐出させた記録液により記録媒体１−にドツト
を形成して記録する際に、開口部から吐出させた記録液
が開口部から液滴となって離脱する前に記録液の液柱先
端部を記録媒体に到達させて当該記録媒体」二にドツト
を形成し、前記開口部から吐出中の記録液の液柱のうち
ドラ１−の形成に使用されなかった部分を前記開口部か
ら離脱させることなく前記記録ヘッド内に回収させるよ
うにした記録方法が提案されているが、上記特開昭６１
−２７４９４９号公報に開示された発明は、紙とヘッド
が相対運動をするので、きちんと液滴に分離しないうち
に紙に付着させると、紙面上で尾引き″現象が生じ画質
が著しく悪くなる欠点がある。

目　　　　　的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、安定したインク滴吐出及び高画質の印字品質を得
ることを目的としてなされたものである。

個　　或 本発明は、上記目的を達成するために、画像情報に応じ
て、記録液体を吐出し、被記録面に付着させる液体噴射
、！８録方法であって、吐出口から吐出する際、前記記
録液体が前記吐出口から噴出し、液柱となり、該液柱が
前記吐出口面から切断する時の前記液柱の長さをＱ（ｍ
ｎ＋）、連続吐出している時の１８μ動周波数をｆ（ｋ
ｌ−１ｚ）、その時に形成された液滴の前記被記録面位
置における速度をＶ　（ｍ　／Ｓ）とする時、 なる関係を満足し、かつ、前記吐出口から前記被記録面
までの距離Ｌ（ｎｎ）が、 ２ｌ≦Ｌ≦２０Ｑ であることを特徴としたものである。以下、本発明の実
施例に基いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部構成
図、第２図は、インク滴が連続して吐出している様子を
示す図で、図中、Ｑはインク柱（液柱）が吐出口面から
切断する時の長さ（単位ｍｍ）であり、この長さαは、
インク物性（粘度、表面張力）、インク温度、加えるエ
ネルギー（たとえば、パルス電圧、パルス［ｌｊ、パル
ス波形）等によって変わり得るものである。

インク滴間距離Ｑ０は、連続して（周波数ｆ（ｋ、＋Ｉ
ｚ））吐出している場合、インク滴速度（これは紙面位
置における速度とする）をＶｍ／ｓとすると、Ｖ／ｆで
あられされる。本発明者は、バブルジェノ１−型インク
ジェットならびに通常のドロップオンデマンド型インク
ジェットの均一インク滴形成の実験を通じて均一で安定
したインク滴を得る（この場合、ミスト状に飛散したり
、あるいは、サナ９１１〜滴をともなうようなインク滴
はささない。）には、 なる関係を満足することが必要であることを見い出した
。この条件を満足しない場合には、上記のようなミスト
又はサテライト笠の不具合いの他に、連続して高速吐出
を行なった場合に、各インク滴が併合したり、あるいは
、それぞれが完全に分離しないという問題が生じるが、
−に述の不等式を満足することにより、均一なインク滴
形成が可能となる。次に、紙面上における高画質記録に
ついて述べる。

インク滴をくりかえし吐出する場合、−見、すべてのイ
ンク滴が同じ運動エネルギーをもって吐出、飛翔してい
るかにみえる。しかしながら、環境条件の変化、あるい
は吐出口のぬれの状態変化、あるいは、特に、バブルジ
エッ１〜についていえることであるが、インク温度の変
化による吐出条件変化が生ずることにより、各インク滴
は必ずしも同じ運動エネルギーをもっているわけではな
い。

このことは、マルチオリフィス化した場合に著しく違い
が見られる。しかしながら、紙面とヘッドの距Ｎｔ　Ｌ
　（ｍｍ　）は一定であり、従って、スピードの速いイ
ンク滴は速く紙面に到着し、スピードのおそいインク滴
はおそく到着する。しかし、インクジェットプリントに
おいては、紙とヘッドは相対運動をしているので、イン
ク滴が紙面に到着する時間のバラツキは即所望する紙面
上の位置に画素が形成されないことを意味する。

第１図は、バブルジェット型記録ヘッドの場合の記録紙
とヘッドの位置関係を示す図で、導入管１より液室２内
に導入された記録用液体３は、前記液室２に付設された
電気・熱変換体４の通電発熱に応じて瞬時に状態変化を
おこす。なお、変換体４は、これに接続した電極５□〜
５□を介した通電の０Ｎ−ＯＦＦによってパルス的に熱
を発生するものである。

この記録液体３の状態変化によって、オリフィス６側に
ある液体３には、作用力が加わり、その結果、液体３が
オリフィス６より液滴７として吐出・飛翔し１紙等の被
記録部材１０上に付着することによって記録が為される
。

電気熱変換体４は基板８」二に設けられており、記録信
号に従って電ｒＸ９に基づく電圧が印加され、入力信号
に従って発熱がなされ、入力信号に対応する記録が被記
録部材１０」；にフ１ヲ来付着して成される。

本発明者は、実験により、前述の関係式（１）を満足し
つつ、かつ、良好な画像品質を保ちうる許容限界を満足
するには、図中のＬが、 ２ｌ≦Ｌ≦２０Ｑ・・・・・・・・・・・・・・・（２
）を満足する必要があることを見い出した。

今、これを満足しないとすると、たとえばＬ〈２ｌの場
合、紙面上でインクの尾引きが生じたりする。又、２０
Ｑ＜Ｌの場合、前述のように各条件（温度等）及び、各
オリフィス毎のバラツキによりインク滴の速度バラツキ
の影響が大きくなり、高精度の画素位置を保てなくなる
。

以下の第１表にインク滴速度Ｖｍ／ｓと連続して吐出し
ている場合の周波数ｆ　Ｋ　ＩＬとインク滴間距＠Ｑと
、インク吐出性能との関係を実験的に調へた結果の１例
を示す。

第１表 ■ これより、−−Ｑ＞０を満足することが、インク吐出性
能を良好に保つために必要であることがわかる。

次に紙面までの距ｓＬと、インク滴間距煎αと、画像品
質との関係を実験的に調べた結果の１例を第２表に示す
。なお、この時、ｆ＝３ＫＩｋで実験を行ない、■は５
　、６　ｍ　／　ｓであった（実測値）。

これより２ｌ≦Ｌ≦２０２を満足することが高画質を得
るために必要であることがわかる。

なお、以上には、バブルジェット型のインクジェットプ
リンタを例に説明したが１本発明は、バブル型のインク
ジェットプリンタに限定されるものではなく１通常のド
ロップオンデマンド型のインクジェットプリンタにも適
用可能である。

効　　　果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、安定
した吐出性能が得られ、かつ１紙面上で高精度の画素位
置が得られ、高画像品質が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するための記録紙と
ヘッドの関係を示す図、第２図は、インク滴が連続して
吐出している様子を示す図、である。 １・・・導入管、２・・・液室、３・・・記録液体、４
・・・電気熱変換体、５□、５□・・・電極、６・・・
オリフィス、７・・・液滴、８・・・基板、９・・・電
源、１０・・・記録紙。 第 ］ 区 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像情報に応じて、記録液体を吐出し、被記録面に
   付着させる液体噴射記録方法であって、前記記録液体が
   吐出口から吐出する際、前記記録液体が前記吐出口から
   噴出し、液柱となり、該液柱が前記吐出口面から切断す
   る時の前記液柱の長さをｌ（ｍｍ）、連続吐出している
   時の駆動周波数をｆ（ｋＨｚ）、その時に形成された液
   滴の前記被記録面位置における速度をＶ（ｍ／ｓ）とす
   る時、Ｖ／ｆ＞ｌ なる関係を満足し、かつ、前記吐出口から前記被記録面
   までの距離Ｌ（ｍｍ）が、 ２ｌ≦Ｌ≦２０ｌ であることを特徴とする液体噴射記録方法。