JPH03278961A - インクジェット記録装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、インクジェット記録装置、特に、サーマルイ
ンクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置に
関するものである。

（従来の技術） 第７図は、従来のサーマルインクジェットヘッドの１チ
ャンネル分を示すもので、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は
横断面図である。図中、１はヒーター、２はヒーター基
板、３は共通電極、４は個別電極、５はチャンネル基板
、６はチャンネル隔壁、７はノズル、８はインク供給口
、９は液室、１０はインクである。インク１０はインク
通路８から供給され、液室９に充満されている。共通電
極３および個別電極４の間に印字信号としての電圧が印
加されると、ヒーター１は加熱され、蒸気バブルを発生
して、ノズル７よりインクドロップを噴射する。

第８図は、インクドロップの噴射の過程を説明するもの
であり、第９図は、その特性の説明図である。第７図に
おける時間経過の時点を■■■・・・・で示したが、こ
の時点のノズル内の様子が第８図における■■■・・・
・の図である。第９図において、■はヒーター駆動パル
ス、Ｔはヒーター表面温度、Ｑはバブル体積を示す。■
の時点は、ヒーター１に電圧が印加されていない状態で
ある。ヒーター１にパルス状の電圧が与えられるとヒー
ターは発熱し、ヒーターと接しているインクの温度が急
上昇しく■）、ヒーター表面のインクが過熱温度に達す
ると、バブルが発生する（■）。さらに、バブルの成長
により（■）、ノズルよりインクが押し出され（■）、
インクドロップとしてノズルから噴射され、図示しない
紙などの記録媒体に到達する（■）。ヒーター温度の低
下とともにバブルは収縮して消滅し、インク供給口より
インクが供給され、再び定常状態に戻る（■）。

従来、この様なインクジェット記録装置における画像の
階調表現は、インクドロップ自体の大きさを変えること
が困難であるため、例えば、デイザ法を用いてドツトに
よるマトリクスを形成し、マトリクス内のドツトの分布
により疑似的に階調を表現することが行なわれている。

しかしながら、この方法は、１６階調を表現する場合に
４×４のマトリクスを必要とし、実質的な解像度が１７
４に低下してしまう欠点がある。そこで、解像度を犠牲
にすることなく階調を表現する方法が試みられている。

噴射されるドロップの量は、インク物性が一定の場合、
生成されるバブルの大きさによる。このバブルの大きさ
は、ヒーターとインク境界面温度に依存する。さらにこ
の温度上昇は、ヒーターで発生する熱量、すなわち印加
する電圧、あるいはパルス幅に依存する。

ドロップ量を変化させる方法として、実開昭５７−１４
１０４３号公報に記載された階調設定回路は、分圧回路
を利用して、電圧値を変えて、濃度階調を設定するもの
である。このような、蒸気バブルを発生するためのヒー
ターに印加する駆動パルスの電圧値を変えることにより
、ドロップ量を変調する方法では、変調できるドロップ
量の範囲は狭く、十分な階調レベルを得ることができな
かった。

特開昭５５−１３２２５８号公報に記載された液体噴射
記録法は、ヒーターの構造をインクの飛翔方向に発熱勾
配を生ずるようにし、該発熱勾配を利用して階調記録を
行なうものである。この方法は、広い範囲でインクドロ
ップの体積を変調できるが、同時にインクの吐出速度も
変わってしまうので、体積を変調すると記録媒体上での
位置がずれてしまう問題点を有している。

したがって、従来の階調表現を行なう方法は、いずれも
適切なものとはいえないものであった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、インクドロップの体積を変調した場合でも、記録
媒体上での位置ずれを補正して、しかも、十分なレベル
の階調表現を行なうことのできるサーマルインクジェッ
ト記録装置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、インクを吐出するインク吐出口と、該インク
吐出口に連通し、インクを保持するインク流路と、該イ
ンク流路中に設けたヒーターとを具備するインクジェッ
トヘッドと、該インクジェットヘッドと記録媒体とを相
対移動させる移動手段とを具備するインクジェット記録
装置において、前記ヒーターが、前記記録媒体と前記イ
ンクジェットヘッドとの相対移動方向に対応した発熱勾
配を生ずる構造とされていることを特徴とするものであ
る。

発熱勾配を生ずるために、ヒーターの抵抗値が、記録媒
体の走行方向に対応して勾配を生ずるようにすることが
できる。

ヒーターの抵抗値の変化の勾配は、記録媒体の走行方向
に並行して抵抗値が増加するようにできる。

発熱勾配を生ずるために、ヒーターの被覆の熱伝導度を
、記録媒体の走行方向に対応して勾配を生ずるようにす
ることができる。

発熱勾配を生ずるために、ヒーターの基板の熱伝導度を
、記録媒体の走行方向に対応して勾配を生ずるようにす
ることができる。

なお、記録は記録媒体とインクジェットヘッドとの相対
移動によって行なわれる。したがって、インクジェット
ヘッドが固定で、記録媒体が移動する場合は、その移動
方向が記録媒体の移動方向であるが、記録媒体が例えば
１ラインの印字の開停止し、インクジェットヘッドがキ
ャリッジ等により移動されるときは、記録媒体が移動す
るとみて、インクジェットヘッドの移動方向と反対方向
を記録媒体の走行方向と呼ぶことにする。

（作　用） 本発明は、基板上にヒーターを有し、該ヒーターの発熱
により発生する蒸気バブルの圧力によってインクドロッ
プを走行する記録媒体に飛翔させ記録を行なうインクジ
ェット記録装置において、前記ヒーターが、記録媒体の
走行方向に対応した発熱勾配を生ずる構造とされている
ことにより、バブルの実質的な発生中心をバブルの大き
さ、換言すれば、インクの吐出速度に応じて変えること
により、記録媒体上の位置ずれを補正することができる
ものである。

（実施例） インクの吐出速度と記録媒体への記録位置との関係から
説明する。第４図は、記録媒体である記録紙１１が矢印
方向に走行している場合に、インクドロップの吐出速度
が最も速い場合の記録紙上の記録位置がＰ点であること
を表わしている。インクドロップが吐出された時点では
、Ｐ点は、矢印と反対方向の僅か手前の位置であったこ
とは勿論であり、記録紙が第４図の位置に走行した時、
インクドロップが、記録紙のＰ点に到達したことを表わ
している。

インクドロップの吐出速度が小さいと、インクドロップ
が記録紙に到達までの時間がかがり、第５図に示すよう
に、インクドロップが記録紙の位置に到達した時には、
Ｐ点はすでに通り過ぎ、Ｑ点に印字されることになる。

上述したように、インクドロップの体積により、その吐
出速度は変わるから、最も大きいインクドロップの到達
位置をＰ点とすれば、インクドロップの体積が小さくな
ると、印字される点は、Ｑ点のようにＰ点からずれた位
置となってしまうことになる。

ここで、バブルの発生場所を、第６図の矢印に示すよう
に、記録媒体の走行方向と反対の位置に移動させ、イン
クドロップの吐出する方向を記録媒体の移動する方向に
向けて吐出させると、第５図と同じ時点で吐出された速
度の小さいインクドロップをＰ点に印字させることがで
きる。

すなわち、バブルの実質的な発生中心を印加電圧によっ
て移動させ、小さいインクドロップを吐出する場合は、
記録媒体の走行方向に並行してその反対方向に移動させ
れば、印字の位置ずれを補正することができる。

第１図は、本発明のサーマルインクジェットヘッドの１
チャンネル分の横断面図におけるヒーター近傍の拡大図
である。第７図と同様な部分は同じ符号を付して、その
説明を省略する。ヒーター１は、ＳｉＯ２を着膜したＳ
ｉ基板上に、例えば、ｐｏｌｙ−３ｉ着膜し、三角形状
にパターニングされることにより形成される。あるいは
、ｐｏｌｙ−３ｉへの燐（Ｐ）のドーピング量を変えて
見かけ上、三角形に発熱領域を作成することもできる。

ヒーター上には、バブル消滅時のキャビテーションダメ
ージからヒーターを保護するために図示しないＴａなと
の保護膜が形成されている。この形状のヒーターに、比
較的小さい電圧を印加すると、電流の大部分は、比較的
抵抗の小さいＲ側を流れるので、Ｒ側において主に熱が
発生し、バブルが生じる（Ｓ側でも電流による発熱は発
生するが、バブルを生じる温度、例えば、２７０’Ｃ程
度にはならない。）。このようにＲ側から発生したバブ
ルによるインクドロップは、記録紙の移動方向に向けて
飛翔する。

印加電圧が大きいと、ヒーターの抵抗値が大きいＳ側に
流れる電流も増加し、Ｓ側のヒーター上の温度もバブル
を発生できる温度に達する。この時、Ｒ側でもバブルは
発生するから、バブルは、ヒーター全体を覆う大きなバ
ブルとなり、その中心は、ヒーターの中心となり、この
時噴射される大きなインクドロップは、ノズルから正面
に真っ直ぐに飛翔する。ヘッドがキャリッジに搭載され
、図示矢印と反対の方向（図の右方向）に移動する場合
、速度の遅いインクドロップは、左方向に飛翔するので
、衝突地点Ｐ点において正常な位置に印字をすることが
できる。

このように、駆動電圧を変えることによってバブルの発
生面積を制御し、インクドロップの体積を変えた場合、
発生するバブルの重心位置がヒーター上で記録媒体の走
行方向と反対の位置に移動し、インクドロップが噴射さ
れる方向が変わるので、インクドロップの体積と同時に
噴射速度が変わっても、記録媒体上での印字位置が変わ
ることはない。

第２図は、他の実施例を示すもので、第１図と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。

第１図におけるヒーターの形状が連続的に変化している
のに対して、この実施例においては、ヒーターの形状は
ステップ状に変化している。

第３図も、他の実施例を示すもので、第１図と同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。

この実施例は、（Ａ）図に示すように、ヒーターの平面
形状は、第２図、第３図のような変化はないが、吐出方
向と直交する平面で切った断面の形状が、（Ｂ）図に示
すように厚さを変化させてあり、それにより抵抗値を変
えるようにしたものである。

さらに、ヒーターの抵抗値を形状的に変化させるものに
限らず、ヒーターの被覆の厚さを変えて、それに接して
いるインクの温度上昇に差をもたせるようにしてもよい
。また、ヒーターシンク等、ヒーターの放熱に関与する
部分を変えて、ヒーター表面の温度上昇に差をもたせ、
第１図乃至第３図と同様に発生するバブルの発生中心を
電圧によって変えることができる。

以上説明したヒーターやヘッドの構成物質、あるいは、
形状などが上記実施例に限定されるものでないことは勿
論である。

（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、イン
クジェット記録装置において、吐出するインクのドロッ
プ量を広範囲に変えて十分なレベルの階調表現を行なう
ことができ、しかも、インクドロップの体積を変調した
場合でも、記録媒体上での位置ずれを補正して美麗な印
字を行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明のインクジェット記録装置
におけるヘッドの異なる実施例の横断面図、第４図乃至
第６図は、インクドロップの飛翔速度と印字位置との関
係の説明図、第７図は、従来のインクジェットヘッドを
示すものでその（Ａ）図は縦断面図、（Ｂ）図は横断面
図、第８図、第９図は、第７図のインクジェットヘッド
の動作の説明図である。 １・・・ヒーター、３，４・・・電極、６・・・チャン
ネル隔壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インクを吐出するインク吐出口と、該インク吐出口に連
   通し、インクを保持するインク流路と、該インク流路中
   に設けたヒーターとを具備するインクジェットヘッドと
   、該インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させ
   る移動手段とを具備するインクジェット記録装置におい
   て、前記ヒーターが、前記記録媒体と前記インクジェッ
   トヘッドとの相対移動方向に対応した発熱勾配を生ずる
   構造とされていることを特徴とするインクジェット記録
   装置。