JPH05201030A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズルからのインク吐出状態を安定化する。 【構成】 記録濃度に対応させてノズル口径とヒータへ
の投入エネルギー量との間の相関関係を予め定め、この
相関関係に従って制御部１０００がノズル口径，投入エ
ネルギーを可変設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】近年、パソコンやワープロ等のＯＡ機器
が広く普及しており、これら機器で入力した情報をプリ
ントアウトする方式としては、例えばワイヤードット方
式，熱転写方式，インクジェット方式等種々の記録方式
が開発されている。これらの記録方式は、それぞれの方
式よりなる記録ヘッドにより、搬送される記録シートに
所定記録を行うものである。

【０００２】これらの記録装置に対する要求としては、
高速記録，高解像度，高画像品位，低騒音などが挙げら
れる。特に近年のＭＰＵの高速化，半導体メモリーの高
集積化に伴って、イメージ画像の取扱いが増したことか
ら、中間調の高画像品位への要求が一段と高まってい
る。

【０００３】インクジェット記録装置における中間調
（ハーフトーン）の表現方法としては、記録媒体への単
位面積あたりのドットの打ち込み発数で表現する方法
（２値での疑似中間調表現）や、吐出量の異なるヘッド
あるいは濃度の異なるインクを吐出させる複数のヘッド
を配し中間調に応じてヘッドを選択して駆動し中間調を
表現する方法等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の中間調
表現の手段にあっては、次に挙げるような問題点があっ
た。

【０００５】２値による疑似中間表現の手段にあって
は、複数のドットで１ピクセルを表現するために解像度
が落ちてしまう。

【０００６】また、吐出量の異なるヘッドあるいは濃度
の異なるインクを吐出させる複数のヘッドを配し中間調
表現を行う方法にあっては、コスト的な障害があるばか
りか小型化（省スペース化）設計をも妨げてしまう。特
に多値フルカラー記録装置の場合などには各色毎に複数
のヘッドを配さねばならずこのような各色毎の複数のヘ
ッドの設置は装置の小型化の観点からはほとんど不可能
である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記従来の課題
を解決し、解像度を犠牲にすることなく、かつ、複数の
同色のインクやヘッドを登載することなく吐出量を所望
の量に制御することができ、多値記録等を高画像品位を
安定して行うことを可能とした記録装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、記録濃度に対応させて、記録ヘッ
ドのノズルから吐出するインク液滴の吐出量を変化させ
ることにより階調の表現を行う記録装置において、前記
ノズルの吐出有効面積を可変とするノズル制御手段と、
前記インク液滴を吐出するための投入エネルギーを供給
する投入エネルギー制御手段と、記録濃度の大きさに対
応させて前記ノズルの吐出有効面積と前記投入エネルギ
ーの大きさについての相関関係を予め定め、当該定めら
れた相関関係に従って、前記ノズル制御手段に吐出有効
面積を指示し、前記投入エネルギー制御手段には投入エ
ネルギーの大きさを指示する指示手段とを具えたことを
特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、インク吐出量に応じて最適な
インク吐出速度が得られるので、記録濃度が異なっても
インク吐出状態が安定化し、良質な記録画像が得られ
る。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１１】＜第１実施例＞図１は本発明を適用した記
録装置ＩＪＲＡの構造を示す。

【００１２】図１において、５００１はインクタンク
（ＩＴ）であり、５０１２はインクタンク５００１に結
合された記録ヘッド（ＩＪＨ）である。インクタンク５
００１と記録ヘッド５０１２および図２のインク滴を吐
出するためのノズル部５０２９により一体型の交換可能
なカートリッジ（ＩＪＣ）が形成される。

【００１３】５０１４は、カートリッジ（ＩＪＣ）をプ
リンタ本体に取り付けるためのキャリッジ（ＨＣ）であ
り、５００３はそのキャリッジを副走査方向に走査する
ためのガイドである。

【００１４】５０００は、Ｐで示す被印字物を主走査方
向に走査させるためのプラテンローラである。５０２４
は、装置内の環境温度を測定するための温度センサであ
る。なお、キャリッジ５０１４には、記録ヘッド５０１
２に対して駆動のための信号パルス電流やヘッド温調用
電流を流すためのフレキシブルケーブル（図示せず）
が、プリンタをコントロールするための電気回路（上記
温度センサ５０１２等）を具備したプリント板（図示せ
ず）に接続されている。

【００１５】記録装置ＩＪＲＡは駆動モータ５０１３の
正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１，５００９
を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５
００４に対して係合するキャリッジ５０１４はピン（不
図示）を有し、矢印ａ，ｂ方向の往復移動される。５０
０２は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって
紙をプラテン５０００に対して押圧する。５００７，５
００８はフォトカプラでキャリッジ５０１４のレバー５
００６のこの域での存在を確認してモータ５０１３の回
転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段と
して動作する。５０１６は記録ヘッドの前面をキャップ
するキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５
はこのキャップ内を吸引する吸引手段であり、キャップ
内開口５０２３を介して記録ヘッド５０１２の吸引回復
を行う。

【００１６】５０１７は、クリーニングブレードで、５
０１９はこのブレード５０１７を前後方向に移動可能に
する部材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持さ
れている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニ
ングブレードが本例に適用できることはいうまでもな
い。また、５０２１は、吸引回復の吸引を開始するため
のレバーで、キャリッジ５０１４と係合するカム５０２
０の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がク
ラッチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。

【００１７】これらのキャッピング，クリーニング，吸
引回復は、キャリッジ５０１４がホームポジション側領
域にきたときに、リードスクリュー５００５の作用によ
ってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成
されているが、周知のタイミングで所望の作動を行うよ
うにすれば、本例にはいずれも適用できる。

【００１８】図３は記録ヘッド５０１２の詳細を示す。

【００１９】支持体５００３の上面に半導体製造プロセ
スにより形成されたヒータボード５１００が設けられて
いる。このヒータボード５１００に同一の半導体製造プ
ロセスで形成された、記録ヘッド５０１２を保温し、温
調するための温調用ヒータ（昇温用ヒータ）５１１０が
設けられている。符号５２００は前記支持体５３００上
に配設された配線基板であって、該配線基板５２００と
温調用ヒータ５１１０および吐出用（メイン）ヒータ５
１１３とがワイヤーボンディング等により配線されてい
る（配線は不図示）。また、温調用ヒータ５１１０は、
支持体５３００等にヒータボード５１００とは別のプロ
セスにより形成されたヒータ部材を貼りつけたものでも
よい。

【００２０】５１１４は吐出用ヒータ５１１３によって
加熱されて発生したバブルである。５１１５は吐出され
たインク液滴を示す。５１１２は吐出用のインクが記録
ヘッド内に流入するための共通液室である。

【００２１】図４は記録ヘッド５０１２への投入エネル
ギーが５４ｍＷ／ノズルの時の吐出実験により得られた
「吐出口径と１ドットの吐出量」および「吐出口径と吐
出速度」の関係を示す。吐出の安定性を観る尺度は種々
あるが吐出速度は代表的な該尺度の１つである。吐出速
度が遅いのは１ドットを吐出させるのに投入したエネル
ギーが不足している場合に多く見られ、吐出方向が不安
定になったりドットの形成が不完全でショボい印字にな
る頻度が高い。一方、吐出速度が速いのは１ドットを吐
出させるのに投入したエネルギーが多すぎる場合に多く
見られ、メニスカスの振動の増加による２ドット目以降
のドットの吐出を不安定にしたり、蓄熱などの問題を引
き起こす。

【００２２】吐出口径を変えることにより吐出量を変化
させるのは公知の技術である。しかし吐出口径を制御す
ることによる吐出量制御は、図４の「吐出口径と吐出速
度」から明らかなように吐出の安定化を阻害し、吐出の
信頼性を低下させてしまう。

【００２３】また図５は吐出口径が２２μｍとした吐出
実験により得られた吐出ヒータへの「投入エネルギーと
１ドットの吐出量」および「投入エネルギーと吐出速
度」の関係を示す。

【００２４】図５から明らかなように投入エネルギーを
増減させれば吐出量も増減するが吐出速度も比例的に増
減してしまい、投入エネルギーを制御することによる吐
出量制御は吐出の安定化を妨げる。

【００２５】上記のように、安定した吐出を可能とし、
かつ、吐出量を制御するためには投入エネルギーを制御
するだけでも、吐出口径を制御するだけでも不十分であ
る。そこで、本実施例では吐出量制御を行うに際し、上
記投入エネルギーと吐出口径の双方に相関関係を持たせ
制御することにより、吐出の安定化を図り、かつ吐出量
の制御を実行する。具体的には吐出量を増加させるとき
には吐出口を大きくするとともに投入エネルギーも増加
させる。吐出口径を大きくしたことで吐出量が増加し吐
出に要するエネルギーが不足する。この不足した分投入
エネルギーを増加する。よって吐出が安定化し、結果吐
出速度も安定する。

【００２６】本実施例では吐出量の制御範囲を１０から
５０ｎｇとし、吐出速度が１５±２ｍ／ｓｅｃの範囲に
入っていることを吐出が安定している尺度とする。具体
的な制御方法は、（ａ）最適吐出量が２０〜３５ｎｇの
範囲では、投入エネルギーを５４ｍＷ／ノズルに固定
し、（ｂ）最適吐出量が３５ｎｇ以上では、投入エネル
ギーを９０ｍＷ／ノズルに固定し、（ｃ）最適吐出量が
２０ｎｇ以下では、投入エネルギーを４０ｍＷ／ノズル
に固定する。

【００２７】吐出口径は最適吐出量１ｎｇ毎に最適吐出
口径となるように制御する。

【００２８】このための吐出口制御手段の構造を図６に
示す。図６は記録ヘッドの一部をなすノズルの吐出口付
近の断面構造をも示している。

【００２９】吐出ヒータが形成されたヒータボード上に
ノズル壁と天板を重ねることでノズルが形成される。そ
の中において、１０１が圧電素子の膜であり、ＰＶｄＦ
等の材料を用いている。そしてその膜の両面に蒸着工程
により作製された電極１０２を密着させる。その電極間
に電圧を印加することで圧電素子が伸縮することを応用
して、かつ、圧電素子の吐出口側をヒータボードに対し
て密着させないようにすることで、図７のように圧電素
子の端部をノズルの内側に反らせることで図６，図７の
吐出口の有効面積を可変させる。

【００３０】また、記録濃度を示す多値信号に応じて駆
動電源からの電圧を変化させ、圧電素子の伸縮量を可変
させ、反り量を可変させることで吐出口径を変化させ
る。この時の圧電素子の応答周波数は数ｋＨｚと非常に
早いため、高速の印字が可能となる。上記吐出用ヒータ
にエネルギーを投入する回路の構成を図８に示す。

【００３１】図８において５１１３は吐出用ヒータであ
り、１０００は制御部であり、１００１は制御部から入
力されるパルス幅情報信号と印字データ信号のアンドゲ
ートであり、１００２は吐出用ヒータのドライバであ
る。制御部１０００はアンドゲート１００１に対して、
印字信号とは無関係に記録ヘッドの駆動周期毎にパル４
を入力する。

【００３２】投入エネルギー量の制御は上記パルス幅を
制御することにより行う。本実施例では駆動周波数は４
ｋＨｚ、駆動電圧は１８Ｖ、この時の電流は１５０ｍＡ
とする。従って、４０ｍＷ／ノズルのエネルギーを投入
する場合にはパルス幅は３．７μｓに、５４ｍＷ／ノズ
ルのエネルギーを投入する場合にはパルス幅は５．０μ
ｓに、９０ｍＷ／ノズルのエネルギーを投入する場合に
はパルス幅は８．３μｓに設定することにより、全体回
路構成を変更したり印字データ情報の出力タイミングを
制御するなどの他への影響を与えること無く、投入エネ
ルギー制御を容易に行うことが可能となる。

【００３３】次に、図８の制御部１０００の実行する印
字制御手順を図９のフローチャートを参照して説明す
る。

【００３４】まず、図９のステップ１００では制御部１
０００は電源ＯＮ（投入）とともに印字命令の入力待機
状態に入る。印字命令が入力されると、制御部１０００
は第ｎノズルの最適吐出量を検出する（Ｓ２１０）。制
御部１０００は最適吐出量が２０ｎｇ以下であった場合
には吐出用ヒータへの投入エネルギーを４０ｍＷ／ノズ
ルに設定し、２０ｎｇを越え３５ｎｇ未満であった場合
には５４ｍＷ／ノズルに、３５ｎｇ以上であった場合に
は９０ｍＷ／ノズルに投入エネルギーを設定する（Ｓ２
２０，Ｓ２３０，Ｓ２４０）。次に、制御部１０００は
予め設定されている内部テーブルに従って最適吐出量を
吐出するのに最適な吐出口径の値を検索し、この値に吐
出口径を調整する（Ｓ２５０）。ステップ１００で、上
記Ｓ２１０からＳ２５０までをノズルの本数分行い（本
実施例では１２８回）、１カラム分の印字を行う（Ｓ３
００）。その後ステップ１００に戻って次カラムの印字
入力を待つ。以上の制御処理を実行するときの制御部１
０００が本発明の指示手段として動作する。

【００３５】上述の如く吐出量に応じて吐出口径を最適
に制御し、かつ吐出ヒータへの投入エネルギーを予め定
めた相関関係に基づき最適に制御することにより、解像
度を犠牲にすることなく、かつ、複数の同色のインクや
ヘッドを登載することなく、また吐出の安定化を妨げる
ことなく広いレンジで吐出量の変調が可能となり、多値
記録などの高画像品位が達成可能となる。

【００３６】なお、本実施例においては投入エネルギー
の切り換えのランクを、理解を容易とするために比較的
ラフな３ランクに設定したが細分化するに従って精度が
増すことは云うまでもない。

【００３７】また、本実施例において設定した吐出速度
の中心値、およびバラツキ等の定数は、製品により変動
する値であり、本発明を拘束するものではない。

【００３８】本実施例において設定した、吐出を安定に
保ちかつ吐出量を変動させられる幅は、吐出口径、およ
び投入エネルギーの変動範囲を大きくすることにより可
変である。より正確に所望の吐出量を得るために、吐出
口径と投入エネルギーを設定する因子として、環境温度
やあるいは記録ヘッド温度を追加しても良い。

【００３９】＜第２実施例＞次に投入エネルギーを最適
化する第２の実施例について説明する。

【００４０】第１実施例では、シングルパルスのパルス
幅を変化させて投入エネルギーを変化させていたが、同
等の吐出量を得るために、シングルパルスで駆動するよ
りもマルチパルスで駆動した方が投入エネルギーに対す
る効率は良い。そこで以下のようにマルチパルスのＰＷ
Ｍ制御を用いることもできる。

【００４１】マルチパルスの一例としてダブルパルスで
説明すると、前段のプレヒート時のエネルギーが、後段
のメインヒートが印加されるまでの休止時間中にノズル
内に拡散し、ノズル内の雰囲気温度を上昇させるための
伝導時間が設けられるので、効率が向上すると思われ
る。投入エネルギーの変動幅が大変大きい場合、効率の
悪いシングルパルスでのＰＷＭでは吐出用ヒータに与え
るダメージが大きい。よって高耐久性を要求される製品
には使用できない危険が有るが、投入エネルギーの変換
効率の良いマルチパルスＰＷＭ制御で投入エネルギーを
制御することにより吐出用ヒータの寿命を延ばすことが
可能となる。

【００４２】次に、マルチパルスＰＷＭ制御のための処
理内容を具体的に説明する。

【００４３】（マルチパルスＰＷＭ制御）図１０は第２
実施例で用いる分割パルスを説明するための図である。
同図において、ＶＯＰは駆動電圧、Ｐ１は複数の分割さ
れたヒートパルスの最初のパルス（以下、プレヒートパ
ルスという）のパルス幅、Ｐ２はインターバルタイム、
Ｐ３は２番目のパルス（以下、メインヒートパルスとい
う）のパルス幅である。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はＰ１，Ｐ
２，Ｐ３を決めるための時間を示している。駆動電圧Ｖ
ＯＰは、この電圧を印加される電気・熱変換体がヒータ
ボードと天板とによって構成されるインク液路内のイン
クに熱エネルギーを発生させるために必要な電気エネル
ギーを示すものの一つである。その値は電気熱変換体の
面積，抵抗値，膜構造や記録ヘッドの液路構造によって
決まる。分割パルス幅変調駆動法は、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
の幅で順次パルスを与えるものであり、プレヒートパル
スは、主に液路内のインク温度を制御するためのパルス
であり、吐出量制御の重要な役割を担っている。このプ
レヒートパルス幅はその印加によって電気熱変換体が発
生する熱エネルギーによってインク中に発泡現象が生じ
ないような値に設定される。

【００４４】インターバルタイムは、プレヒートパルス
とメインヒートパルスが相互干渉しないように一定時間
の間隔を設けるため、およびインク液路内インクの温度
分布を均一化するために設けられる。メインヒートパル
スは液路内のインク中に発泡を生じぜしめ、吐出口より
インクを吐出させるためのものであり、その幅Ｐ３は電
気熱変換体の面積，抵抗値，膜構造や記録ヘッドのイン
ク液路の構造によって決まる。

【００４５】例えば、図１１および図１２に示すような
構造の記録ヘッドにおけるプレヒートパルスの作用につ
いて説明する。図１１は記録ヘッドのインク液路に沿っ
た概略縦断面を示し、図１２は概略正面を示す。同図に
おいて、電気熱変換体（吐出ヒータ）は上記分割パルス
の印加によって熱を発生する。この電気熱変換体はこれ
に分割パルスを印加するたの電極配線等とともにヒータ
ボード上に配設される。ヒータボードはシリコンにより
形成され、記録ヘッドの基板をなすアルミ板によって支
持される。天板には、インク液路等を構成するための溝
が形成されており、天板とヒータボード（アルミ板）と
が接合することによりインク液路や、これにインクを供
給する共通液室が構成される。また、天板には吐出口が
形成され、それぞれの吐出口にはインク液路が連通して
いる。

【００４６】図１１に示される記録ヘッドにおいて、駆
動電圧ＶＯＰ＝１８．０（Ｖ）、メインヒートパルス幅
Ｐ３＝４．１１４［μｓｅｃ］とし、プレヒートパルス
幅Ｐ１を０〜３．０００［μｓｅｃ］の範囲で変化させ
た場合、図１３に示すような吐出量Ｖｄ［ｎｇ／ｄｏ
ｔ］とプレヒートパルス幅Ｐ１［μｓｅｃ］との関係が
得られる。

【００４７】図１３は吐出量のプレヒートパルス依存性
を示す線図であり、図において、Ｖ０はＰ１＝０［μｓ
ｅｃ］のときの吐出量を示し、この値は図１１に示すヘ
ッド構造によって決まる。ちなみに、本実施例でのＶ０
は環境温度ＴＲ＝２５℃の場合でＶ０＝１８．０［ｎｇ
／ｄｏｔ］であった。図１３の曲線ａに示されるよう
に、プレヒートパルスのパルス幅Ｐ１の増加に応じて、
吐出量Ｖｄはパルス幅Ｐ１が０からＰ１ＬＭＴまで線形
性を有して増加し、パルス幅Ｐ１がＰ１ＬＭＴより大き
い範囲ではその変化が線形性を失い、パルス幅Ｐ１ＭＡ
Ｘで飽和し最大となる。

【００４８】このように、パルス幅Ｐ１の変化に対する
吐出量Ｖｄの変化が線形性を示すパルス幅Ｐ１ＬＭＴま
での範囲は、パルス幅Ｐ１を変化させることによる吐出
量の制御を容易に行える範囲として有効である。ちなみ
に、曲線ａに示す本実施例ではＰ１ＬＭＴ＝１．８７
（μｓ）であり、このときの吐出量はＶＬＭＴ＝２４．
０［ｎｇ／ｄｏｔ］であった。また、吐出量Ｖｄが飽和
状態となるときのパルス幅Ｐ１ＭＡＸは、Ｐ１ＭＡＸ＝
２．１［μｓ］であり、このときの吐出量ＶＭＡＸ＝２
５．５［ｎｇ／ｄｏｔ］であった。

【００４９】パルス幅がＰ１ＭＡＸより大きい場合、吐
出量ＶｄはＶＭＡＸより小さくなる。この現象は上記範
囲のパルス幅を有するプレヒートパルスが印加されると
電気熱変換体上に微小な発泡（膜沸騰の直前状態）を生
じ、この気泡が消泡する前に次のメインヒートパルスが
印加され、上記微小気泡がメインヒートパルスによる発
泡を乱すことによって吐出量が小さくなる。この領域を
プレ発泡領域と呼びこの領域ではプレヒートパルスを媒
介にした吐出量制御は困難なものとなる。

【００５０】図１３に示すＰ１＝０〜Ｐ１ＬＭＴ［μ
ｓ］の範囲の吐出量とパルス幅との関係を示す直線の傾
きをプレヒートパルス依存係数と定義すると、プレヒー
トパルス依存係数

【００５１】

【数１】

【００５２】となる。この係数ＫＰは温度によらずヘッ
ド構造・駆動条件・インク物性等によって定まる。すな
わち、図１３中曲線ｂ，ｃは他の記録ヘッドの場合を示
しており、記録ヘッドが異なると、その吐出特性が変化
することが分かる。このように、記録ヘッドが異なると
プレヒートパルスＰ１の上限値Ｐ１ＬＭＴが異なるた
め、後述するように記録ヘッド毎の上限値Ｐ１ＬＭＴを
定めて吐出量制御を行う。ちなみに本実施例の曲線ａで
示される記録ヘッドおよびインクにおいては、ＫＰ＝
３．２０９「ｎｇ／μｓｅｃ・ｄｏｔ］であった。

【００５３】すなわち、インクジェット記録ヘッドの吐
出量を決定する別の要因として、記録ヘッドの温度（イ
ンク温度）がある。

【００５４】図１４は吐出量の温度依存性を示す線図で
ある。同図の曲線ａに示すように、記録ヘッドの環境温
度ＴＲ（＝ヘッド温度ＴＨ）の増加に対して吐出量Ｖｄ
は直線的に増加する。この直線の傾きを温度依存係数と
定義すると、温度依存係数：

【００５５】

【数２】

【００５６】となる。この係数ＫＴは駆動条件にはよら
ず、ヘッドの構造・インクの物性等によって定まる。図
１４においても他の記録ヘッドの場合を曲線ｂ，ｃに示
す。ちなみに本実施例の記録ヘッドにおいてはＫＴ＝
０．３［ｎｇ・℃・ｄｏｔ］であった。

【００５７】以上、図１３および図１４に示す関係を用
いることによって本発明にかかる吐出量制御を行うこと
ができる。

【００５８】吐出用ヒータへの投入エネルギー制御手段
以外の構成は、第１実施例と同様であるので説明は省略
する。

【００５９】＜第３実施例＞次にパルス幅を変動させる
こと無く吐出用ヒータへの投入エネルギーを変化させる
第３実施例について説明する。

【００６０】インクジェット記録ヘッドの一般的な駆動
方法では、全ノズルを同時に駆動するのではなく、１ノ
ズルずつ駆動するか、もしくは全ノズルをいくつかのブ
ロックに分割してブロック毎に駆動する。このように駆
動することにより電源容量を抑えることができ、記録ヘ
ッドの共通液室内の流体振動の振幅を低減できる等の効
果が得られる。しかし、全ノズルを駆動するのに要する
時間が増大するために高速駆動には不利な方向である。
第１実施例のようにパルス幅を大幅に大きくしなければ
ならない設定や、第２実施例のようにプレパルスとメイ
ンパルスの間に休止時間を持たねばならない場合には、
上記欠点が顕著に現れ、前記シーケンスが高速化の妨げ
となってしまう。

【００６１】よって本実施例ではパルス幅は一定にして
印加電圧を制御することにより吐出用ヒータへの投入エ
ネルギーを制御する。

【００６２】次に、図１５を参照して本実施例の投入エ
ネルギー制御方法を説明する。

【００６３】図１５において、１０００は制御部であ
り、１００３は電圧選択回路、１００１ａ〜ｃはアンド
回路であり、１００２ａ〜ｃは吐出用ヒータのドライバ
回路、５１１３は吐出用ヒータを表わす。本実施例にお
ける記録ヘッド駆動電圧は３段階であり、制御部１００
０からは３段階のどのランクの駆動電圧を選択するかの
２ビットの情報が電圧選択回路１００３に入力される。
電圧選択回路は該電圧選択情報に準じて１００１ａ〜ｃ
の３つのアンド回路の１つをオン（ＯＮ）する。ＯＮ時
間は吐出用ヒータ５１１３を駆動するパルス幅に等し
く、印字データ情報とは無関係に駆動周期毎にＯＮ／Ｏ
ＦＦ（オフ）を繰り返す。ヘッド駆動用電圧は所望の３
ランクに分圧されており、どの分圧点からヘッドを駆動
するかを３つのアンド回路の選択で行っている。

【００６４】制御部１０００は印字データに応じて印字
データ情報を１００１ａ〜ｃのアンド回路に入力し、前
記により選択されている１つのアンド回路のみＯＮする
と、ドライバ１００２を介して吐出用ヒータ５１１３が
駆動される。

【００６５】このように制御することにより、駆動パル
ス幅を変えることなく投入エネルギーを制御することが
できる。その結果、今後の大きな技術課題である高速駆
動の妨げとなること無く所望の吐出量制御を行うことが
可能となる。

【００６６】吐出用ヒータへの投入エネルギー制御手段
以外の構成および作用は、第１実施例と同様であるので
説明は省略する。

【００６７】＜第４実施例＞ノズルの吐出口径を変化さ
せると共に、温調用（吐出用）ヒータを複数に分割する
ことにより投入エネルギーを制御するようにした第４実
施例について説明する。

【００６８】図１６にノズル部分の側断面構造を示し、
図１７に平断面構造を示す。

【００６９】図中の６００１は吐出口径（オリフィス穴
径）制御部材であり、制御信号に応じて吐出口径を変化
させることができる。

【００７０】６００２はノズル内で３つに分割された吐
出用ヒータ全体を示し、制御信号に応じて駆動させるヒ
ータの組み合わせを変えることができる。

【００７１】ヒータ６００２は６００２Ａ，６００２
Ｂ，６００２Ｃのヒータに分割されており、それぞれに
対して６００３Ａ，６００３Ｂ，６００３Ｃの電極が付
随されている。これらの電極は図１８のように駆動電源
６００５に対して配線され、制御信号に応じてスイッチ
６００４を切り換えることでそれぞれヒータ６００２Ａ
のみ、６００２Ａと６００２Ｂ，６００２Ａ，６００２
Ｂ，６００２Ｃの３種類の組み合わせでヒータを駆動さ
せることが可能である。

【００７２】不図示の制御部では図１９の吐出量変調制
御テーブルに従って、所望する吐出量を吐出するための
各制御信号を吐出口径部材６００１とスイッチ６００４
に出力することで使用する吐出ヒータの組み合わせと吐
出口径を選択する。

【００７３】本実施例では各ノズルの吐出量を１０ｐｌ
から４０ｐｌまで変えられるようになっている。そして
制御部により１０ｐｌの吐出量を選択する信号が入力さ
れるとヒータの切り換えスイッチ６００４が６００２Ａ
の吐出ヒータのみを駆動されるように切り換わり、か
つ、吐出口径制御部材６００１が吐出口を１６μｍにな
るように動作する。

【００７４】そして制御部より４０ｐｌの吐出量の信号
が入力されるとヒータの切り換えスイッチ６００４が、
６００２Ａ〜６００２Ｃの吐出ヒータ全てを駆動される
ように切り換わり、かつ、吐出口径制御部材６００１が
吐出口を２７μｍになるように動作する。

【００７５】このようにして１０ｐｌから４０ｐｌまで
の範囲で吐出量を制御することができるが、このときの
駆動させる吐出ヒータをパラメータとして吐出口径（オ
リフィス穴径）を変化させたときの吐出量変化および吐
出速度の変化を図２０に示した。

【００７６】この図から分かるように吐出速度の分布は
ある一定の範囲内に収まり、非常に安定した吐出状態を
保ちながら、かつ、広範囲に渡って吐出量を制御するこ
とが可能となる。

【００７７】第４実施例では吐出量を７段階に設定でき
るようにしたので、８階調を達成できる。これに対し、
無段階に吐出量を制御することも可能である。

【００７８】また、第４実施例では、複数のノズルを持
ったヘッドにおける、各ノズルに対して吐出量を制御す
ることが可能にできる場合について説明しているが、各
ノズルは一定でヘッド全体の吐出量を変化させる場合で
も有効である。また、吐出ヒータは、吐出口からヘッド
内部に向かう方向に対して縦１列に並べるように構成し
たが、横方向に並べても構わない。加えて、吐出用ヒー
タ以外の構成部分については第１実施例と同様とするこ
とができる。

【００７９】なお、ここで吐出口径，投入エネルギー量
の個々について単独制御を行う場合の性能について参考
のために説明しておく。

【００８０】（オリフィス径のみを変化させる場合）オ
リフィス径を変えることのできるヘッドを用いて、実際
にオリフィス径を変化させインクを吐出させる実験を行
った。そして、一定のパルス幅と電圧を印加させて、イ
ンクを吐出させ、その時の吐出量を測定した。その時の
吐出量の変化を図２１に示す。

【００８１】この図から穴径が大きくなると吐出量も大
きくなることがわかる。一方、この図に併記された吐出
速度の変化から間接的に理解できるが、穴径が大きくな
ると吐出速度は小さくなり、弱々しく勢いのない不安定
な吐出状態となる。逆に穴径が小さくなると、吐出速度
が大きくなりすぎ、主滴以外にたくさんのサテライト滴
が発生し、やはり不安定な吐出状態となる。よって、実
際に安定した吐出状態で吐出量を変調するためには狭い
限られた範囲のオリフィス径となり実質的に吐出量の可
変範囲も限られたものとなる。

【００８２】（ヒータサイズのみを変化させる場合）図
１７の吐出ヒータにおいてヒータサイズを変化させ、一
定のパルス幅と電圧を印加することによりインクを吐出
させ、その時の吐出量を測定した。その時の吐出ヒータ
の全面積に対する吐出量と吐出スピードの関係を図２２
に示す。

【００８３】この図から吐出ヒータの全面積が大きくな
ると吐出量も大きくなることがわかる。一方、この図に
併記された吐出速度の変化から間接的に理解できるが、
吐出ヒータの全面積が小さくなると吐出速度は小さくな
り、弱々しく勢いのない不安定な吐出状態となる。逆に
吐出ヒータの全面積が大きくなると、吐出速度が大きく
なりすぎ、主滴以外にたくさんのサテライト滴が発生
し、やはり不安定な吐出状態となる。よって、実際に安
定した吐出状態で吐出量を変調するためには図２２のよ
うに狭い限られた範囲の吐出ヒータの全面積となり実質
的に吐出量の可変範囲も限られたものとなる。

【００８４】＜第５実施例＞図２３に吐出口径制御手段
の他の構成例を示しておく。

【００８５】図２３において１１００は吐出口形状を形
成するオリフィスプレートであり、１１０１はオリフィ
スプレート１１００を可動する可動器である。１１０２
はオリフィスプレート１１００を接着する弾性回復介剤
である。５１１３は吐出用ヒータであり、５１００はヒ
ータボードであり、５３００は全体の支持体であり、５
２００は吐出用ヒータに記録信号を伝達する配線基板で
あり、５１１２は共通液室である。

【００８６】可動器１１０１は楕円形状に構成されてお
り、可動器１１０１が回転することによりオリフィスプ
レート１１００を図中矢印ａ方向，ｂ方向に可動する。
オリフィスプレート１１００は図２４，図２５に示すと
おり、吐出口形状が三角形の形状であり、図２３のａ方
向にオリフィスプレート１１００が移動した場合には吐
出口面積を狭める方向に、また図２３のｂ方向に移動し
た場合には吐出口面積を広げる方向に吐出口形状を変化
させる。よって可動器１１０１の回転角を制御すること
により所望の吐出量に応じた吐出口径を達成できる。

【００８７】なお、オリフィスプレート１１００が可動
しても該オリフィスプレート１１００が記録ヘッドの支
持体５３００等と剥離すること無く、かつ、ノズル（流
路）とオリフィスプレート間の密閉性を保つために、弾
性回復介剤１１０２は圧縮、引張り力に対して充分な弾
性復元性を有し、耐水性，対薬品性，耐久性，対候性に
優れていなければならない。また操作性を考慮して室温
硬化型の１液タイプで硬化前は流動性に優れているもの
が望ましい。上記条件を満足する弾性回復介剤として、
本実施例ではＲＴＶ（室温硬化型）シリコーン樹脂を用
いる。

【００８８】上記のように構成，制御することにより簡
易に吐出口径を所望の大きさに制御することが可能とな
る。

【００８９】＜第６実施例＞図２６は吐出口径制御手段
のさらに他の構成を示す。記録ヘッドの全体構造は図３
に示す第１実施例と同等であるのでここでは説明を省略
し、オリフィスプレート部の吐出口形状構成例のみ説明
する。

【００９０】図２６において１２００ａ，ｂは絞りバ
ネ、１２０１ａ，ｂはスライド窓、１２０２ａ，ｂは絞
りバネとは別部材から立てられている固定ピン、Ｐａ，
Ｐｂは絞りバネの回転支点である。

【００９１】所望の吐出口径に応じて、絞りバネ１２０
０ａ，ｂは図中ｘ，ｙ方向に、それぞれの回転支点Ｐ
ａ，Ｐｂを中心として回転移動する。絞りバネの移動幅
（回転角）はスライド窓１２０２ａ，ｂの両端が固定ピ
ン１２０２ａ，ｂに突き当たることにより決められる。
この時絞りバネａ，ｂによって構成された空隙が吐出口
形状となる。

【００９２】本例では吐出口形状（吐出口径）は図２
６，図２７に示すように２段階にしか切り換えることは
できないが、例えばスライド窓に複数段のクリックを設
け、固定ピンがどのクリック部で固定されるかで吐出口
径を制御するようにしても良い。あるいは絞りバネの駆
動方法で絞りバネの移動幅を規定し（例えば駆動パルス
数等）吐出口径を制御するようにしても良い。

【００９３】また、本実施例では絞りバネは２枚で構成
しているが何枚構成であっても良い。複数枚のハネ部材
が回転移動し互いのハネの空隙で口形状を構成しかつ回
転角で口径を制御する方法はカメラ等に用いられている
一般的な「絞り」機構であり、衆知の技術であるので詳
細な説明は省略する。

【００９４】＜第７実施例＞図２８は記録ヘッドの一部
であるノズルの構成および吐出口付近の断面図を描いた
ものである。図２８において、圧電素子を筒状に形成し
てその内面は分割された電極を密着させている。筒の外
側は一様に電極を覆い、それらの電極間に電圧を印加
し、筒の内径を変化させることにより、吐出口を変化さ
せる。

【００９５】＜第８実施例＞図２９に示したような１つ
の吐出口に対して別の穴の開いた部材をスライドさせる
構成で吐出口の有効面積を変化させる。

【００９６】＜第９実施例＞図３０に示したように電圧
印加によりインク吐出方向に部材を変形させることによ
っても吐出口の有効面積を変化させることができる。

【００９７】以上説明したように単独でオリフィス穴径
や吐出ヒータの面積を可変にしても吐出速度が不安定と
なるので安定した状態での吐出量制御は困難であり、ま
た安定領域内で吐出量制御を行ったとしても１つのノズ
ルで多階調を達成できるほどの吐出量の可変幅は期待で
きない。

【００９８】すなわち、吐出安定性と吐出速度との関係
は重要であり、速度が速すぎたり、遅すぎたりすると正
常な吐出ができなくなるのである。

【００９９】上記でも簡単には説明したが、吐出速度が
遅くなるのは１つのドロップレットを吐出するための投
入されるエネルギーが足りないためであり、俗にゆうシ
ョボ吐出となる。この場合、非常に吐出口の形状等に影
響され吐出方向が不安定になり、印字品位を低下させる
だけでなく、吐出量のばらつきも大きくなる。一方、吐
出速度が速くなるのは、１つのドロップレットを吐出す
るための投入されるエネルギーが多すぎるためであり、
主滴以外のサテライト滴を形成しやすく、また吐出量の
ばらつきも大きくなり、やはり印字品位を低下させる。

【０１００】本実施例では吐出速度が安定するようにノ
ズル吐出口吐出の有効面積と、吐出のためのエネルギー
印加量について相対関係を定め、制御するようにしてい
るので、安定した吐出性能が得られる。

【０１０１】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
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。

【０１０２】その代表的な構成や原理については、例え
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。

【０１０３】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
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。

【０１０４】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
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。

【０１０５】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
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。

【０１０６】また、本発明の記録装置の構成として、記
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。

【０１０７】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
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。

【０１０８】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
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。

【０１０９】さらに加えて、本発明インクジェット記録
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。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、インク吐出量に応
じて最適なインク吐出速度が得られるので、記録濃度が
異なってもインク吐出状態が安定化し、良質な記録画像
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例における記録装置の構造を示す斜
視図である。

【図２】図１の記録ヘッドの外観を示す斜視図である。

【図３】図１の記録ヘッドの内部構造を示す側断面図で
ある。

【図４】吐出口径と吐出速度，吐出量の関係を示す特性
図である。

【図５】投入エネルギーと吐出口径，吐出量の関係を示
す特性図である。

【図６】図３のノズル部の内部構造を示す断面図であ
る。

【図７】図３のノズル部の内部構造を示す断面図であ
る。

【図８】第１実施例の投入エネルギー供給回路の構成を
示すブロック図である。

【図９】図８の制御部の実行する制御手順を示すフロー
チャートである。

【図１０】第２実施例の分割パルスの波形を示す波形図
である。

【図１１】第２実施例における記録ヘッドの内部構造を
示す断面図である。

【図１２】第２実施例における記録ヘッドの内部構造を
示す正面図である。

【図１３】吐出量のプレヒートパルス依存性を示す特性
図である。

【図１４】吐出量の温度依存性を示す特性図である。

【図１５】第３実施例の投入エネルギー供給回路の構成
を示すブロック図である。

【図１６】第４実施例におけるノズル部の内部構造を示
す断面図である。

【図１７】第４実施例におけるノズル部の内部構造を示
す断面図である。

【図１８】第４実施例の投入エネルギー切換回路の構成
を示す回路図である。

【図１９】第４実施例における吐出ヒータの組み合わせ
と吐出口径の関係を示す説明図である。

【図２０】第４実施例におけるオリフィス口径と吐出量
の関係を示す特性図である。

【図２１】第４実施例におけるオリフィス口径と吐出量
の関係を示す特性図である。

【図２２】吐出ヒータ面積と吐出量の関係を示す特性図
である。

【図２３】第５実施例における吐出口径制御手段の構造
を示す断面図である。

【図２４】第５実施例における吐出口径制御手段の構造
を示す断面図である。

【図２５】第５実施例における吐出口径制御手段の構造
を示す断面図である。

【図２６】第６実施例における吐出口径制御手段の構成
を示す構造図である。

【図２７】第６実施例における吐出口径制御手段の構成
を示す構造図である。

【図２８】第７実施例における吐出口径制御手段の構成
を示す構造図である。

【図２９】第８実施例における吐出口径制御手段の構成
を示す構造図である。

【図３０】第９実施例における吐出口径制御手段の構成
を示す構造図である。

【符号の説明】

１０００ 制御部 ５１１３ 吐出用ヒータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録濃度に対応させて、記録ヘッドのノ
   ズルから吐出するインク液滴の吐出量を変化させること
   により階調の表現を行う記録装置において、 前記ノズルの吐出有効面積を可変とするノズル制御手段
   と、 前記インク液滴を吐出するための投入エネルギーを供給
   する投入エネルギー制御手段と、 記録濃度の大きさに対応させて前記ノズルの吐出有効面
   積と前記投入エネルギーの大きさについての相関関係を
   予め定め、当該定められた相関関係に従って、前記ノズ
   ル制御手段に吐出有効面積を指示し、前記投入エネルギ
   ー制御手段には投入エネルギーの大きさを指示する指示
   手段とを具えたことを特徴とする記録装置。