JPH04250053A - インクジェット記録方法及び該方法を利用したインクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェット記録方法及び該方法を利用したインクジェット記録装置

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JPH04250053A
JPH04250053A JP14328591A JP14328591A JPH04250053A JP H04250053 A JPH04250053 A JP H04250053A JP 14328591 A JP14328591 A JP 14328591A JP 14328591 A JP14328591 A JP 14328591A JP H04250053 A JPH04250053 A JP H04250053A
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、情報処理装置の出力と
して利用されるインクジェット記録装置及び情報処理装
置と一体化されたプリンターであるインクジェット記録
装置に関し、具体的にはパソコン、ワードプロセッサ、
複写機、ファクシミリ等の記録機器に関する。本発明は
、中でもインクを吐出するために利用されるエネルギー
を発生するエネルギー発生体として電気熱変換体を用い
、画像情報信号に応じ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に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気熱変換体の熱エネルギーによ
って急速な状態変化を生じせしめて気泡を形成して液滴
を吐出する基本的な発明は、米国特許第4,723,1
29号明細書に代表されるものである。この発明には、
複数の電気熱変換体の駆動条件として各変換体を同時に
駆動する同時駆動方式と、各変換体に与える駆動パルス
を斜め格子状記録のために順番に位相差をもって駆動す
る非同時駆動方式と、が付記されている。これと同様の
記載は特開昭55−109672号公報にも開示されて
いる。
【0003】又、米国特許第4,723,129号明細
書には、いわゆる時分割駆動方式を多数の電気熱変換体
に対して実行する発明が開示されている。
【0004】しかしながら、従来から実用化されている
熱エネルギーを用いた記録装置では、高速記録を利点と
するため上述の同時駆動方式が実用上好ましいものとさ
れてきた。
【0005】このため、電気熱変換体を複数個備えたイ
ンクジェット記録装置の発明は、もっぱら、記録信号に
応じた駆動電気信号を同時に各変換体へ供給することを
前提とする特許がほとんどである。
【0006】従来、この種の技術に例えば特開昭55−
109672号公報に開示されている、少なくとも隣接
したオリフィスから吐出する記録液滴の間で位相差が生
ずることを特徴とした液体噴射記録方法がある。
【0007】上記従来例の一つの利点として、多数本吐
出時の駆動電流が低くなり、配線抵抗による電圧降下が
少なくなるということがある。しかしながら、この方法
には少数本吐出時には吐出後のインクメニスカスの復帰
が短時間に行われるが多数本吐出時は大幅に遅くなると
いう欠点があった。例えば、少数本吐出時のメニスカス
復帰周波数が9KHzであったものが、多数本吐出時に
は5KHzに低下する。従って多数本吐出時に低下する
吐出可能くり返し周波数をその装置の駆動周波数の上限
としていた。
【0008】
【発明が解決しようとしている課題】このように多数本
吐出時のメニスカスの復帰時間に装置全体の駆動周波数
が制限されることは、より高速記録が望まれているプリ
ンター分野の解決すべき大きな課題の1つである。
【0009】[発明の概要]従来、前述の多数本吐出時
のリフィル周波数の遅くなる現象については多数本に通
電することにより熱的問題(すなわちモーター近傍のイ
ンク温度が上昇、粘層が低下することで吐出インク量が
増加し、メニスカス後退量も増加することによりリフィ
ルに多くの時間を要するようになる現象)と考えられて
きた。
【0010】しかしながら、本発明者は詳細に多数本吐
出時の現象を観測し種々の実験を行ってきた結果、前述
の時分割駆動の各群間の休止時間により、多数本吐出時
の吐出くり返し周波数を大幅に向上させることができる
ことを見いだした。
【0011】本発明は、従来の技術的観点とは別の新た
な知見に基づいたもので、液滴形成の周波数を向上でき
、しかも被記録材上での記録液滴の着弾精度を向上でき
るインクジェット記録装置及び方法を提供するものであ
る。
【0012】本発明は、熱エネルギーにより形成される
気泡に着眼して、高応答性を維持しつつ優れた記録を達
成できるインクジェット記録装置と、これに適し且つ特
性を向上できる液路構成を提供するものである。
【0013】本発明は、記録液滴形成のための熱エネル
ギーを発生する複数の電気熱変換体と、記録データ及び
制御信号により前記電気熱変換体を通電制御する駆動素
子を備え、前記複数の電気熱変換体をnケの群に分割し
、順次各群の電気熱変換体に通電し発泡させ液滴を吐出
するインクジェット記録方法において、前記発泡で形成
されるバブルの大きさが略最大になる時点と、バブルが
収縮し消泡する時点の間の期間に、次に続く群の電気熱
変換体に通電パルスが印加開始されることを特徴とする
インクジェット記録方法を提供するものである。
【0014】本発明は、記録液滴形成のための熱エネル
ギーを発生する複数の電気熱変換体と、記録データ及び
制御信号により前記電気熱変換体を通電制御する駆動素
子を備え、前記複数の電気熱変換体をnケの群に分割し
、順次各群の電気熱変換体に通電し発泡させ液滴を吐出
するインクジェットヘッドと、該ヘッドから吐出された
インクが付着することで画像形成される被記録材を前記
ヘッドと対向する記録位置に搬送する搬送手段と、を有
したインクジェット記録装置において、前記発泡で形成
されるバブルの大きさが略最大になる時点と、バブルが
収縮し消泡する時点の間の期間に、次に続く群の電気熱
変換体に通電パルスを印加開始することを制御する制御
手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置
を提供するものである。
【0015】本発明によれば、印字可能な記録液滴の周
波数を向上させるとともに、被記録媒体上での記録液滴
を着弾位置ズレを低減させることで、印字品位を向上さ
せるようにしたものである。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細
に説明する。
【0017】図8は本発明を適用可能なインクジェット
記録ヘッドを示す斜視図である。図において11は通電
に応じて発熱しインクに発泡を生じさせて、記録液の吐
出を行わせる為に利用される熱エネルギーを発生する電
気熱変換体の発熱部(以下、発熱素子とも称す)である
。12は基板であり、前記発熱素子11は基板12上に
半導体製造工程と同様の製造工程を経て形成されている
。13は記録液の吐出口(以下、オリフィスとも称す)
であり、14は吐出口13に連通するインク路(以下、
ノズルとも称す)である。15は吐出口13及びインク
路14を形成する為のインク路形成部材である。
【0018】16は天板である。17はインク路14に
共通に連通する共通液室としてのインク室であり、不図
示のインク供給源から供給されたインクを貯留する。
【0019】図3は図8のような構成を持つインクジェ
ット記録ヘッドに対する駆動制御系の一例を示すブロッ
ク図である。21は本発明に係るヘッド駆動回路であり
、ヘッド駆動用電源22、タイミング生成回路23、記
録データ分割生成回路24、記録データ・駆動タイミン
グ生成回路25を有している。ここにタイミング生成回
路23は記録データ、駆動タイミング生成回路25の制
御信号C1及びC2に応じてパルス巾設定用信号ENB
、入力される記録データのラッチ位置を選択し、駆動さ
れる電気熱変換素子を選択するための選択信号SEL1
〜SEL4及びラッチ信号LAT2を生成し、また記録
データ分割生成回路24は1ライン分の記録データを抽
出再偏成し、記録ヘッドの駆動用IC26に供給する。
【0020】図4は本発明の実施例の駆動タイミングを
示した図である。電気熱変換素子と同一ビット数で構成
された1ライン分の記録データSI1は記録データ分割
生成回路にて同時駆動される電気熱変換素子に対応する
記録データSI2に再偏入され、記録ヘッドに転送され
る。その後、ラッチ信号LAT2の入力によりSEL1
〜SEL4にて選択された駆動IC内のラッチ回路に読
み込まれる。その後ENB信号の入力により選択された
電気熱変換素子への通電を行う。前記データ転送、選択
信号、パルス巾設定用信号の入力を所定数くり返し1ラ
イン分の印字を行う。
【0021】図2は本実施例における各ノズルの駆動順
序を示したものである。図においては41はインクジェ
ット記録ヘッドであり、42は記録液滴を示す。図にお
いてインクジェット記録ヘッド内の各ノズルは4つの群
に分割されており、図中の駆動パルスに示されているよ
うに、No.1、No.2、No.3、No.4の順に
Tdの時間差で各群に属する電気熱変換体が順番に駆動
される。
【0022】図1は各群に分割された電気熱変換体の駆
動パルス時間差Tdの値と、各ノズルの応答周波数平均
値(全吐出にて測定)との対応を示す。図より判るよう
に、Tdに対応した応答周波数の変化において、バブル
の最大発泡時からバブルが収縮し消滅するまでの範囲で
応答周波数が略最大になる。これよりバブルが最大発泡
する時点において、次に続く群の電気熱変換体に通電パ
ルスを印加することで各ノズルの応答周波数を向上させ
ることができる。
【0023】本実施例中、図1で理解できるように、駆
動パルス幅を3μs、7μsとすると最大気泡時点も消
泡時点も異なる。従って、気泡の形成状態に着目すると
、順次駆動において、消泡時点より後では、吐出した液
路においてはメニスカスの往復振動が生じることになり
、隣接する液路への影響はある。従って、最大気泡時点
から消泡時点におけるその液路内・周辺に生じるインク
流れが一定方向のみの間に、次の順次駆動される隣接液
路を駆動することは、不安定要素を大幅に減少できるの
で応答周波数が上がり、吐出状態をより安定化できるも
のと考えられる。
【0024】本発明者は、上述の条件の中にある内での
条件をさらに検討したところ、上述の好ましい範囲内の
優劣(無論従来より共に優れたものではあるが)を判定
した。
【0025】上記好ましい範囲内であっても、傾向とし
てTdを更に長くしていくと相対的に応答周波数を低下
してしまい、また被記録媒体上での記録液滴の着弾位置
がわずかにズレてくることにより印字品位が相対的に劣
化する。本発明者の実験では360DPI  64ノズ
ルのヘッドを用い、パルス幅3μs、4群各16ノズル
にて6.5KHzで印字された場合、Tdが20μsを
越えると一部であるが着弾基準位置ズレがわずかに見い
出された。Tdが25μsを越えるとズレが目立ち始め
るものの許容できるものと判断された。
【0026】従って、より好ましい条件としては、Td
は25μs以下、より最適には20μs以下が本発明に
よって提供される。この場合上限は他の先行する液路中
での最大気泡形成時点であることはいうまでもない。
【0027】また、更に細かく液滴の吐出状態を調べた
ところ、液が発泡により吐出口から柱状に飛び出してく
る過程では液が吐出口周囲を濡らしている状態は解消し
きれるものではないことが判明した。しかしその濡れは
、従来に比べて極めてわずかなものであった。その濡れ
はおよそ最大発泡から略4μs経過した時点以降では相
対的に小さく、特に10μs経過した時点以降は相対的
により小さい。一方、略4μs経過以前は相対的に大き
いものであった。これは本発明者の実験において最大発
泡から略4μs以上経過しない時点に、隣接する次に続
く群に通電開始すると、先に通電される群吐出口周囲の
濡れが残っていて、後に通電される群の吐出方向にわず
かに悪い影響を与える現象となって一部分に観察された
【0028】以上のことから、多数本吐出時にも吐出く
り返し周波数を高く保つためには最大発泡時点から消泡
時点の間の期間に次に続く群に通電開始するのが良い。 更に好適には最大発泡から4μs(より好適には10μ
s)通過した時点から消泡時点の間の期間に次に続く群
に通電開始するのがよい。
【0029】図2駆動方式に代えて1、3、2、4の順
に電気熱変換体に駆動パルスを印加する構成や、図7に
示すように1、2、4、3の順に電気熱変換体に駆動パ
ルスが印加される場合においても、バブルが最大発泡す
る時点からバブルが消滅する時点の間において、次に続
く群の電気熱変換体に通電パルスを印加開始することで
、各ノズルの応答周波数を向上させることができる。
【0030】以上、説明してきたように、本実施例は複
数の電気熱変換体がnケの群に分割され、順次各部の電
気熱変換体に通電し、発泡させ液滴を吐出するインクジ
ェット記録方法において、前記発泡で形成されるバブル
の大きさが略最大になる時点からバブルが消滅する時点
の間において、次に続く群の電気熱変換体に通電パルス
が印加開始されるものであり、以上の実施により、以下
のような効果を実現することが可能である。
【0031】1)各ノズルが同時吐出する際の記録液滴
の吐出可能な周波数を大幅に向上させ、記録速度を向上
させることができるようになった。
【0032】2)隣接するノズルの吐出口周囲の従来の
ような多大な濡れによる着弾点精度への悪影響を除去す
ることが可能で印字品位を向上させることができる。
【0033】上記発明にとってより好ましい条件を挙げ
る。ここで図5〜図7を用いて説明する。
【0034】ここで、図6(a)、(b)、図7を用い
て、本発明実施例の要部について説明する。
【0035】図において41はインクジェット記録ヘッ
ドであり、42は記録液滴の飛翔経路を示す。図におい
てインクジェット記録ヘッド内の各ノズルは4つの群に
分割されており、図6中の駆動パルスに示されているよ
うに、No.1、2、4、3の各液路の発熱素子に順次
Tdの時間差で各群に属する電気熱変換体が順番に駆動
される。
【0036】図7の(  )内の数字は、多数の電気熱
変換体のうち連続している順番の4つを1つのグループ
とした上で、そのグループ内の駆動順番を示したもので
ある。本図では、1番目の電気熱変換体の次に2番目の
電気熱変換体を駆動し(パルス−パルス間Td)、同一
のタイミングで次に第4番目の変換体を駆動し、第3番
目の変換体は第4番目に駆動される。従って、各グルー
プ同志の隣接変換体は同時に駆動されない。
【0037】図6(b)は本発明によるインクジェット
記録ヘッドのインク路及び平面を発熱素子11の形状を
示す断面図(吐出口<液路)である。図において、発熱
素子の面積は一例として133×28.5=3790.
5μm2であり、発熱素子の吐出方向の端部からオリフ
ィスまでの距離laは120μmである。本ヘッドはい
わゆるエッジシェーター型ヘッドであるが、流路が屈曲
してる場合を含めて距離laを定儀すると、吐出口13
と発熱素子11との最短距離である。発熱素子の反吐出
方向の端部からインク路の反吐出方向の端部(供給口1
3A)までの距離(以下、1bと記す)は、記録液滴の
形成可能な周波数に、すなわち結果的に印字速度に大き
く影響する。
【0038】また、距離1bは、供給口13Aと発熱素
子11との最短距離である。ここで距離1bについて検
討した内容を図5を用いて説明する。
【0039】図5は全ノズル同時吐出した場合のメニス
カス復帰周波数fr(リフィル周波数)と1bとの対応
を示すグラフである。図中の実線における分割駆動時の
給紙時間Tdを13μsとし図1の発熱素子をその配列
順にそのまま順次既動した場青のfrの挙動変化を示し
、図中の点線はTd=0、すなわち、非分割同時駆動で
のfrの挙動変化を示す。
【0040】図より、1bを短くすることによりfrが
向上し、特に1b≦110μmの領域で急激にfrが上
昇することが判る。更に、同時駆動よりもTd=13μ
sである分割駆動の方がfrを急激に高めることができ
る。これは、各ノズル間のクロストークに起因するもの
であり、1bが短いノズル、すなわちクロストークの影
響が強いノズルほど分割駆動とすることによるfrの上
昇率が高くなっている。
【0041】曲線Aにおいて、A1点は70μm、6.
3KHz、A2点は90μm、5KHz、A3は110
μm、4.35KHzを示した。この傾向は図6(a)
、図7の駆動順番においても同様であった。
【0042】以上より、隣接するノズルを分割駆動する
インクジェット記録ヘッドにおいては、分割駆動により
frが向上することと共に、1b≦110μmとするこ
とにより更に急激にfrを上昇させ、記録速度が顕著に
向上することが判かる。
【0043】より好ましくは、同時駆動の周波数を上ま
わることができるので距離lbは70μm以下で好まし
い。このときの距離は1aは120μmが最適である。
【0044】次に、距離1aについて説明する。
【0045】1aの値には以上に述べるような適正値が
ある。1aの値が130μmより極端に短くなった場合
には、1.記録液滴の吐出ごのメニスカス後退時に消泡
しつつあるバブルとメニスカスとが接触することで外部
の気体をノズルないに取り込み、吐出不能に到る。この
現象は吐出パルスの印加から25〜35μsの間に発生
する。2.バブルが最大発泡する際に、バブルの吐出方
向への先端部がオリフィスを突き抜けることで、外部の
気体をノズル内に取り込み、吐出不能に到る。この現象
は吐出パルスの印加から5〜15μsの間に発生する。 という2種の現象により、記録液滴の不吐出による印字
不良が発生する。この現象は1a<90μmの領域で顕
著に発生し、好適には1a≧110μmの値が望ましい
【0046】1aの値が130μmより極端に長くなっ
た場合には、1.ヒーター中央部から吐出方向への流体
インピーダンスが高くなることにより、記録液滴の吐出
速度が低下することで、被記録媒体上の着弾点精度が低
下し、記録画像の画像品質が劣化する。2.ヒーター中
央部から吐出方向への流体インピーダンスが高くなるこ
とにより、記録液滴の吐出量が低下することで、被記録
媒体上の印字濃度が低下し、記録画像の画像品質が劣化
する。という2種の欠点が発生する。この現象はla>
130μmの領域で発生し始める為、好適には1a≦1
30μmの値が望ましい。
【0047】上記内容のうちで、距離1a、1bについ
て検討する。記録特性の安定化の要因のうち、各液滴吐
出量の一様化を見ると、距離1a、1bの関係が1a<
lbであると吐出量は安定化した。従って、本発明実施
例において、1a<1b、90μm≦1a≦130μm
、1b≦110μmは記録にとってすべての条件で好ま
しい成果を与えることが判明した。
【0048】必ずしも順次駆動する電気熱変換体が隣接
していなくとも近接していれば、特に順次駆動する電気
熱変換体の発熱部の中心間の距離が100μm以下、一
層効果的には80μm以下であれば、本発明に係る効果
が充分に存する。
【0049】本発明は、液路・電気熱変換体の組が多く
なればなる程有効であり、48組以上において同時駆動
方式と格段の差が出ていることも判明している。又、高
密度に吐出口を配置した場合も特に有効であり、吐出特
性の安定化から発熱素子の発熱面積は4190μm2以
下、3390μm2以上が好ましい条件であることも判
明した。
【0050】ここで、さらに極めて長期的な連続駆動を
必要とする装置について検討した。
【0051】このような特徴のある記録を行う装置にお
いては、lbが極端に小さな値を持つ場合には記録液滴
吐出後のメニスカスのオリフィス部への復帰に伴うメニ
スカス振動が増大することにより、オリフィス部のイン
ク濡れが長期記録後見られることがあった。この場合結
果的にインク濡れにより、記録液滴の直進推が低下し被
記録媒体上での着弾点精度が本発明の有効なものに比べ
てわずかに低下した。このような場合の装置においては
、画像品質、記録液滴が吐出状態をより安定化するため
には、1b≧40μmとすることが好まし条件であるこ
とが判明した。この液路としては、供給口から発熱素子
までの形状は図1に示すようにlb≦40μm同形状で
あることが良い。
【0052】一方、ヒーターの反吐出方向後部に、発泡
時の反吐出方向へのインク流を防止する為の、インク流
路断面積の絞り込み部(以下、流体抵抗素子と記す)を
設けたノズル形状のものにおいては、流体抵抗素子の持
つ流体インピーダンスの増加分により、図6(b)に示
すノズル形状に較べ、低い1bの領域まで印字品質を保
証することが可能であり、上記高速・長期連続記録であ
っても1b≧30μmであればより好ましい記録を達成
できた。
【0053】本実施例の駆動信号としての駆動パルスは
、米国特許第4463359号明細書、同第43452
62号明細書に記載されているようなものが適している
。尚、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、更に優れた記録を行うことができる。
【0054】更に、記録装置が記録できる最大記録媒体
の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘ
ッドとしては、上述した明細書に開示されているような
複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満た
す構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとしての
構成のいずれでも良いが、本発明は、上述した効果を一
層有効に発揮することができる。
【0055】加えて、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。
【0056】本発明は、カラーインクに対しても有効で
あり、かつ記録装置として画像を記録ヘッドに左右され
ずに安定化できる利点がある。
【0057】この様な本発明は、複数の電気熱変換体へ
の印字データを複数ビット毎の印字データに分割転送す
ることにより、複数の電気熱変換体の中で互いに隣接す
る電気熱変換体に順次一定の時間間隔で通電を行うイン
クジェット記録装置において、特に有効である。
【0058】
【発明の効果】本発明によれば、印字可能な記録周波数
を上昇させ、記録速度を向上させることができるので、
インクジェット記録装置のより多くの産業上の利用を有
効にし得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】駆動パルス時間差Tdと応答周波数との対応関
係を気泡形成との関係において説明するための説明図で
ある。
【図2】本発明の駆動タイミング(a)、(b)を示す
一例である。
【図3】本発明に適用される装置のブロック図である。
【図4】図3に用いられる各回路の駆動タイミングチャ
ートである。
【図5】本発明に適用できる液路構成自体の効果を説明
するグラフである。
【図6】本発明の他の実施例の記録ヘッド分割駆動の部
分説明図(a)とそのヘッドの共通液室Cに連通する液
路の構成説明図(b)である。
【図7】図2とは別の具体的駆動信号の供給タイミング
を示す図である。
【図8】本発明の適用される記録ヘッドの部分断面を含
む概略図である。
【符号の説明】
11  発熱素子 Td  パルス−パルスタイミング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  記録液滴形成のための熱エネルギーを
    発生する複数の電気熱変換体と、記録データ及び制御信
    号により前記電気熱変換体を通電制御する駆動素子を備
    え、前記複数の電気熱変換体をnケの群に分割し、順次
    各群の電気熱変換体に通電し発泡させ液滴を吐出するイ
    ンクジェット記録方法において、前記発泡で形成される
    バブルの大きさが略最大になる時点と、バブルが収縮し
    消泡する時点の間の期間に、次に続く群の電気熱変換体
    に通電パルスが印加開始されることを特徴とするインク
    ジェット記録方法。
  2. 【請求項2】  記録液滴形成のための熱エネルギーを
    発生する複数の電気熱変換体と、記録データ及び制御信
    号により前記電気熱変換体を通電制御する駆動素子を備
    え、前記複数の電気熱変換体をnケの群に分割し、順次
    各群の電気熱変換体に通電し発泡させ液滴を吐出するイ
    ンクジェットヘッドと、該ヘッドから吐出されたインク
    が付着することで画像形成される被記録材を前記ヘッド
    と対向する記録位置に搬送する搬送手段と、を有したイ
    ンクジェット記録装置において、前記発泡で形成される
    バブルの大きさが略最大になる時点と、バブルが収縮し
    消泡する時点の間の期間に、次に続く群の電気熱変換体
    に通電パルスを印加開始することを制御する制御手段を
    有することを特徴とするインクジェット記録装置。
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