JPH0939251A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で階調印刷及び環境補正が可能な
インクジェットプリンタを提供することを目的とする。 【構成】 導電性インク１１を収容するインクタンク１
２と、ノズル１３と、導電性のインク１１をノズル１３
より吐出させるためのエネルギ発生手段である電極１
４、１５およびパルス電圧印加手段１８を備え、画像デ
ータの階調情報及び周囲環境に応じてエネルギ発生手段
の単位時間当たりの発生エネルギを変化させるコントロ
ールブロック１９を設けた。これによりドットサイズを
可変することができ、多階調印刷及び環境補正が容易に
実現でき、印字品質の高いインクジェットプリンタを実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オフィス用コンピュー
タやパーソナルコンピュータなどの出力印字に用いられ
るインクジェットプリンタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェットプリンタは、記録
時の静粛性、高速記録が可能、カラー化が容易といった
点から家庭用、オフィス用コンピュータの出力用プリン
タとして広く利用されるようになってきた。このような
インクジェットプリンタはインクを小滴化し飛翔させ、
記録紙に付着させて記録を行うもので、小滴の発生法や
飛翔方向の制御法によってコンティニアス方式とオンデ
マンド方式に大別される。

【０００３】コンティニアス方式は、例えば米国特許第
３０６０４２９号に開示されている方式であって、イン
クの小滴化を静電吸引的に行い、発生した小滴を記録信
号に応じて電界制御し、記録紙上に小滴を選択的に付着
させて記録を行うものであり、小滴の発生に高電圧を要
し、マルチノズル化が困難であるので高速記録には不適
である。

【０００４】オンデマンド方式は、例えば米国特許第３
４７４７１２０号に開示されている方式で、小滴を吐出
するノズル孔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付加し、この電気記録
信号をピエゾ振動素子の機械的振動に変え、機械的振動
に従って前記ノズル孔より小滴を吐出させて記録紙に付
着させることで記録を行うものであり、オンデマンドで
インクをノズル孔より吐出して記録を行うため、コンテ
ィニアス方式のよう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た
め、シンプルな構成が可能である。しかしながら記録ヘ
ッドの加工の困難さや、ピエゾ振動素子の小型化が極め
て困難でマルチノズル化が難しく、ピエゾ素子の機械振
動という機械的エネルギーで小滴の飛翔を行うので高速
記録に向かないこと、等の欠点を有する。

【０００５】また特公昭６１−５９９１１，特公昭６２
−１１０３５，特公昭６１−５９９１４には発熱抵抗体
により沸騰を生起させ液滴を飛翔させる方式の記録法が
開示されている。

【０００６】オンデマンド方式の他の例として米国特許
第３１７９０４２号に開示されている方式は、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ものである。この方式
は機械的振動エネルギーを利用する方式と比較しエネル
ギー変換効率が高い、マルチノズル化が容易であるとい
った特徴がある。

【０００７】次にその吐出原理について説明する。図７
は従来のインク吐出装置の断面図である。図７において
１は導電性インク、２は導電性のインク１で満たされた
インク室、３は導電性のインク１を収容するインクタン
ク、４、５は導電性インク液面以下に配置された一対の
電極、６は電源、７は電源６のスイッチ、８は導電性イ
ンク１を吐出するノズル、９は記録紙、１０はノズル８
から吐出されるインク滴である。

【０００８】一対の電極４、５に電圧を印加すると、導
電性のインク１に電流が流れ、そのジュール熱で電極
４、５の先端間の導電性のインク１の一部が気化する。
更にその気化された導電性のインク１の蒸気はノズル８
から記録紙９にインク滴１０を吐出させるのに十分な圧
力を発生するまで膨張する。スイッチ７により電圧を印
加することで、導電性のインク１を吐出するノズル孔を
選び記録紙９に所望の文字を形成できるようしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記通電インクジェッ
ト方式においては、例えば周囲環境温度によりインクの
抵抗値、粘性、温度分布等が変化するため沸騰により発
生する気泡の大きさが変化し、吐出されるインク滴の大
きさが変化してしまうという問題がある。しかしなが
ら、エネルギ変換効率が高いという特徴を生かして、積
極的にエネルギ量を制御し気泡の大きさを可変させ、被
記録材上に着弾するインクドットの大きさを任意に可変
し、環境補正や高品質な階調印刷を行なうことも可能で
ある。

【００１０】そこで本発明は、簡単な構成で階調印刷及
び環境補正が可能なインクジェットプリンタを提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このために本発明は、イ
ンクを収容するインク収容部と、ノズルと、インクをこ
のノズルより吐出させるためのエネルギ発生手段を備え
たインクジェットプリンタであって、画像データの階調
情報及び周囲環境に応じて前記エネルギ発生手段の単位
時間当たりの発生エネルギを変化させる制御手段を備え
た。

【００１２】また前記エネルギ発生手段として、インク
に接する電極対を設け、この電極対に交流電圧を印加し
インクに交流電流を通電させ、インクを加熱沸騰させる
際に発生する気泡の圧力でインクをノズルより吐出させ
るようにした。さらに前記制御手段は前記電極対に印加
する交流電圧の周波数を可変するようにした。

【００１３】

【作用】上記構成により、被記録材上に着弾するインク
ドットの大きさを任意に可変でき、環境補正や高品質な
階調印刷が可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。まず、本
発明で実施できる好ましい態様について詳細に説明す
る。

【００１５】（記録原理）インクジェット記録ヘッドは
記録液を抵抗加熱ヒーター等の熱発生源で加熱し、沸騰
させその沸騰気泡の膨張力により記録液をノズル等の方
向制御機構から吐出させ紙面上に印字させる方法、記録
液に高電圧を掛け静電場により記録液をノズル等の方向
制御機構から吐出させ紙面上に印字させる方法、圧電素
子の機械的運動により記録液に圧力を加え、その記録液
をノズル等の方向制御機構から吐出させ紙面上に印字さ
せる方法、記録液に磁性材料を加え外部磁場により記録
液に運動エネルギーを与えその記録液をノズル等の方向
制御機構から吐出させ紙面上に印字させる方法、導電材
料を添加した記録液に電気エネルギーを与え記録液の自
己発熱より生じた沸騰気泡の膨張力により記録液をノズ
ル等の方向制御機構から吐出させ紙面上に印字させる方
法等多数の動作原理が提案され、実用化されている。こ
れらの動作原理を実現させるための能動素子装置の構造
も様々な方法、構造、及び工法が提案されている。印字
品質の向上に伴いより高解像度の印字パターンが要求さ
れているため、能動素子装置の殆どが薄膜技術により形
成されている。

【００１６】（ヘッド構成材料）前記能動素子装置の構
成材料としては、特性、寿命、信頼性、製造コスト等を
考慮して様々な材料が使用されている。

【００１７】（基板）基板の材料としては、ガラス、セ
ラミック等の絶縁材料、半導体、表面を高抵抗材料で被
覆した金属、金属合金、絶縁物、半導体が使用できる。
ガラス基板としては、カリ石灰ガラス、ソーダ石灰ガラ
ス、硼珪酸ガラス、クラウンガラス、亜鉛クラウンガラ
ス、ソーダカリガラス、バリウム硼珪酸ガラス、９６％
珪酸ガラス、９９．５％珪酸ガラス、燐酸ガラス、低融
点ガラス、リチウム珪酸ガラス、亜鉛アルミ珪酸ガラ
ス、珪酸ジルコニウムガラス等が使用できる。セラミッ
ク基板としては、酸化アルミニュウム（アルミナ）、酸
化チタン（チタニア）、ＭｇＯ・ＳｉＯ₂（ステアタイ
ト）２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂（ホルステライト）、ＢｅＯ
（ベリリア）、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃（スピネル）等が使用
できる。半導体基板としては、シリコン、炭化シリコ
ン、ダイアモンド、ゲルマニウム等が使用できる。

【００１８】（電極）電極材料としては、Ｔｉ族金属
（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、白金族金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ）、高融点金属（Ｗ、Ｔａ、Ｍ
ｏ）、その他Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ等の単金属又はこれらの合金（Ｎｉ−Ｆ
ｅ、ＮｉＣｒ、ＴｉＣｒ等）が使用できる。またこれら
の酸化物（酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化錫、酸化
インジウム等）、窒化物（窒化チタン、窒化クロム
等）、炭化物（炭化チタン、炭化タングステン等）、硼
化物も使用できる。

【００１９】（絶縁層）絶縁層としては、絶縁性の有機
物（耐熱性のポリイミド樹脂、アクリル樹脂などのフォ
トレジスト等）又は絶縁層の無機物が使用できる。

【００２０】（流路・ノズル）流路、ノズル材料として
は、ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレー
トシート等のポリマー、ガラス、セラミック等の絶縁材
料、半導体、又は表面を高抵抗材料で被覆した金属、金
属合金、絶縁物、半導体が使用できる。

【００２１】（フォトリソ等構成）上記の材料を用いて
ヘッドを作成する方法の例を述べる。ガラス、あるいは
シリコン等のセラミクスからなる非導電性の基板上にＴ
ｉ，Ａｕ，Ｐｔ，等の導電性金属膜を蒸着法やスパッタ
法などの物理成膜法あるいは鍍金法等により積層する。
この金属膜を積層した基板をフォトリソグラフィ法によ
り電極パターンを形成し、電極以外の部分をイオンミリ
ングまたはケミカルエッチングにより除去する。

【００２２】インク室に露出していない電極と基板上に
有機高分子あるいはセラミクス等の絶縁膜を塗布または
蒸着法やスパッタ法により形成する。この絶縁膜と電極
を積層した基板上にエキシマレーザ加工機により形成さ
れたノズル孔を有する樹脂シートとノズル孔の中心が２
つの電極の中心と一致するように接着剤で接着する。絶
縁膜に使用する有機高分子はポリイミド、ポリアミドイ
ミド、尿素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フッ
素樹脂、アクリル樹脂、及びシリコン樹脂等が挙げられ
るがポリイミド等の耐熱性高分子がとくに好ましい。ま
た、ゾルゲル法に用いられる金属アルコキシドを使用し
ても良い。

【００２３】さらに及びまたは、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，
ＴｉＯ₂等の金属酸化物を蒸着法やスパッタ法にて形成
する。樹脂シートとしてはポリイミド、ポリアミドイミ
ド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフド、
ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性エンジニアリン
グプラスチックが使用できるが耐インク性、レーザ加工
性を考慮するとポリイミド、ポリエーテルスルホンが好
ましい。接着剤としてはエポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、トリアジン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹
脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂が使用で
きる。かとう性を付与するためにニトリルゴム、シリコ
ンゴム、ナイロン、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂
を添加することもできる。また、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，
ＴｉＯ₂等の金属酸化物の微粉を充填材として添加して
もよく、また接着性を向上するためにカップリング剤を
適量添加しても良い。耐インク性、耐熱性を考慮すると
エポキシ樹脂、及びまたはポリイミド樹脂が好ましい。
接着剤は所定の膜厚を得る濃度に有機溶剤で希釈し、あ
らかじめ樹脂シートに塗布した後、加熱により溶剤を揮
発させ接着剤層を形成する。

【００２４】エキシマレーザを接着剤面側から入射し、
樹脂シートにノズル孔を形成する。エキシマレーザ加工
時に接着剤表面にポリイミド等の耐熱性プラスチックフ
ィルムを保護シートとして貼り付けて加工すると、高温
の加工くずが接着剤に直接接触しないので接着性が低下
しない。ノズル孔を有する樹脂シートと基板の接着はラ
バー加圧法等により行う。接着温度は接着剤の硬化温度
に応じて適宜行う。加圧力は接着剤が浮いたり、しみだ
さない最適荷重で行う。

【００２５】（インク）本発明で使用できる記録液は水
溶性、油溶性どちらでも良い。臭い、安全性を考慮する
と水溶性の方が好ましい。インクには、染料、湿潤材と
してのアルコール類、グリコール類等の水可溶性有機溶
媒、界面活性剤、あるいはこれらの混合物を添加するの
がにじみ、乾燥速度、沸騰状態の調節、電極寿命、ノズ
ル目詰まり等にとって好ましい。さらに防腐剤も使用さ
れる。具体的にはトリケップス社「インクジェット記録
技術」、ｐ１７７に記載のもの、太田徳也、日経エレク
トロニクス、Ｎｏ．３０３，１９８２．１１．８号、
同、電子写真学会誌、ｖｏｌ２４、３５４（１９８
５），大渡章夫、「第４回ノンインパクトプリンティン
グ技術シンポジウム論文集」、電子写真学会、９３（１
９８７）、平沢伸一、「同」８９（１９８７）、沢木健
二、繊維と工業，ｖｏｌ．４７，２１２，（１９９
１）、特開昭６３−１５７９等等に記載のある素材を使
用することができる。

【００２６】次に本発明に使用できる記録液の構成の具
体例を述べる。色材（染料；アゾ染料、酸性染料、塩基
性染料、直接染料、顔料；カーボンブラック、アゾレー
キ顔料、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ
顔料、フタロシアニン顔料、ベリレン顔料、ベリノン顔
料、アトラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジ
ン顔料、チオインジコ顔料、イソインドリノン顔料、キ
ノフタロン顔料、塩基性染料型レーキ、酸性染料型レー
キ、ニトロ顔料、アニリンブラック、蛍光顔料、酸化チ
タン、酸化鉄等）、溶媒（水等）、溶剤（エチルアルコ
ール、メチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イ
ソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ
−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、イ
ソブチルアルコール、ｎ−ペンタノール、ジエチレング
リコール等の多価アルコールの低級ジアルキルエーテル
類等）、乾燥防止剤（グリセリン、尿素、ソルビタン、
ソルビトール、イノシトール、キレート剤等）、粘度調
整剤（グリセリン等）、表面張力調整剤（ジエタノール
アミン、トリエタノールアミン、アニオン系界面活性
剤、ノニオン系界面活性剤）、ｐＨ調整剤（水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、ジエ
タノールアミン等）、分散剤（蛋白質類、天然ゴム類、
セルロース誘導体、天然高分子、非イオン性高分子、陰
イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤等）、発泡剤
（イソプロピルアルコール、多価アルコール）、酸化防
止剤（ビタミンＣ、亜硫酸ナトリウム、ハイドロキノ
ン、ピラゾリドン、ヒドラジン等）、防腐剤（アルコー
ル、ホルマリン、オマシンナトリウム等）等がある。

【００２７】本発明には導電性のインクを使用すること
が特に好ましい。導電性インクについてはＵＳ４、５３
６、７７６（特開昭５９−１２９２７４号公報）に「染
料の水性混合物から成る選択的なインクジェット印刷機
のためのインクにおいて、この混合物が、１ｃｍ当り１
５ないし５０オームの比抵抗をインクに与えるような量
の加水分解塩から成ることを特徴とするインク」が開示
されている。特開平５−１７９１８２（ＤＩＣ）に「水
と着色剤を含有するインクジェット記録用水性インク組
成物において、アルカノールアミンまたはエチレンオキ
シド付加物及びまたはプロピレンオキシド付加物と、ハ
ロゲン化水素からなる塩を含有することを特徴とするイ
ンク」が開示されている。また特公平２−５７８５には
無機塩類について具体的な記載がある。本発明にて用い
られる導電性付与剤としてはリチウム（Ｌｉ）等からな
るアルカリ金属化合物塩、硫酸アンモニウム、塩化リチ
ウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩類、及
び有機塩類どちらでも良いが４級有機アンモニウム塩の
誘導体が好ましく使用できる。化合物の具体的な例とし
ては、モノエタノールアミン硫酸塩、ジエタノールアミ
ン硫酸塩、トリエタノールアミン硫酸塩、モノエタノー
ルアミン硝酸塩、ジエタノールアミン硝酸塩、トリエタ
ノールアミン硝酸塩、モノエタノールアミンリン酸塩、
ジエタノールアミンリン酸塩、トリエタノールアミンリ
ン酸塩、ジメタノールアミン硫酸塩、トリメタノールア
ミン硫酸塩、ジエチルアミン硫酸塩、トリエチルアミン
硫酸塩、ジメチルアミン硫酸塩、トリメチルアミン硫酸
塩、モノプロピルアミン硫酸塩、ジプロピルアミン硫酸
塩、トリプロピルアミン硫酸塩、フェニルアミン硫酸
塩、ジフェニルアミン硫酸塩、ジメチレンアミン硫酸
塩、トリメチレンアミン硫酸塩、ジエチレンアミン硫酸
塩、トリエチレンアミン硫酸塩、ジプロピレンアミン硫
酸塩、トリプロピレンアミン硫酸塩、ピリジン硫酸塩、
ピロール硫酸塩等を挙げることができる。

【００２８】湿潤剤は、水より沸点の高いものであり、
ノズル先端の乾燥を防止するために用いられる。湿潤剤
としては、具体的には、ポリエチレングリコール、ポリ
プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレ
ングリコール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を
含むアルキレングリコール、例えばエチレングリコール
エチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテ
ル、ジエチレングリコールエチルエーテル等のジエチレ
ングリコールの低級アルキルエーテル、グリセリン等が
挙げられる。多価アルコールは０．１〜１０重量％、好
ましくは０．５〜３．０重量％含有される。多価アルコ
ールが０．５重量％未満になるにつれ、インク乾燥によ
るノズル先端が目詰まり傾向となるのが認められ、多価
アルコールが３．０重量％を越えるにつれ、インク比抵
抗が上昇する傾向となるのが認められ、それぞれ好まし
くないことがわかった。

【００２９】溶剤は、水、及び、水と混合しうる有機溶
剤が挙げられる。有機溶剤としては、メチルアルコー
ル、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソ
プロピルアルコール、等のアルキルアルコール、アセト
ン、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトアルコー
ル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の
アミド類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテ
ル類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレ
ングリコールモノエチルエーテル等のエーテルアルコー
ル類、水溶性高分子化合物等が挙げられる。溶剤として
用いられている水は、３０〜８０重量％、好ましくは５
０〜７０重量％含有される。水が５０重量％未満になる
につれ、紙への浸透性が向上する傾向が認められ、水が
７０重量％を越えるにつれ、紙への浸透性が低下する傾
向が認められ、それぞれ好ましくないことがわかった。

【００３０】インクジェット用インクには、さらに、液
物性を調整するため、界面活性剤、ｐＨ調整剤、粘度調
整剤、等を添加する場合がある。

【００３１】表面張力調整剤はインクジェット用インク
の速乾性を上げるために添加すると同時にインクジェッ
ト用インクの蒸発も防止し、調整剤としては、水溶性有
機溶媒、界面活性剤を用いるのが好ましい。水溶性有機
溶媒は、上記溶剤の中より選択されも良い。界面活性剤
は界面活性剤として具体的には、脂肪酸塩類、高級アル
コール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩
類、脂肪アルコールリン酸エステル塩類、二塩基性脂肪
酸エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩
類、アルキルアリルスルホン酸塩類、ホルマリン縮合の
ナフタリンスルホン酸塩類、アルキルピリジウム塩、ポ
リオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチ
レンアルキルフェニールエーテル類、ポリオキシエチレ
ンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル
類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類
を挙げることができる。

【００３２】ｐＨ調整剤としては、調合されるインクジ
ェット用インクに悪影響を及ぼさずに、所望のｐＨ値に
調整できるものであればよいが、具体的には、低級アル
カノールアミン、アルカリ金属水酸化物の１価の水酸化
物、水酸化アンモニウム等が挙げられる。

【００３３】粘度調整剤は、インクジェット用インクの
粘度を調整するものであり、具体的には、ポリビニルア
ルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシ
メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチ
ルセルロース、水溶性アクリル樹脂、ポリビニルピロリ
ドン、アラビアゴムスターチ等が挙げられる。

【００３４】更に、印刷用紙に付着する場合のインクの
被膜の強度を補強するために、アルキッド樹脂、アクリ
ル樹脂、アクリルアミド樹脂、ポリビニルアルコール、
ポリビニルピロリドン等の樹脂重合体が添加されても良
い。また、カビ防止剤を添加するのが長期保存時の信頼
性確保の点で有利である。

【００３５】（インク物性）本発明において用いられる
インクジェット用インクの比抵抗は２５℃において、８
〜５０Ω・ｃｍ、好ましくは１５〜２５Ω・ｃｍであ
る。比抵抗が８Ω・ｃｍ未満になるにつれ、インクジェ
ット用インクの導電性付与剤の含有量が多くなるので染
料の溶解安定性が低下しノズルの目詰まり性が悪化する
傾向が認められ、比抵抗が５０Ω・ｃｍを越えるにつ
れ、導電性化合物の含有量が少なくなるので、電極に印
加する電圧の交流周波数を低くすると、基板上の化学反
応を防止することができなくなり、電極が溶解されたり
吐出安定性が悪化する傾向が認められ、それぞれ好まし
くないことがわかった。粘度は１０ｃｐ以下、好ましく
は５ｃｐ以下である。粘度が５ｃｐを越えるにつれ、イ
ンク滴のノズル孔からの吐出に不都合が生じる傾向にあ
るのが認められ、好ましくないことがわかった。表面張
力は２８〜５５ｄｙｎｅ／ｃｍ、好ましくは３０〜４５
ｄｙｎｅ／ｃｍである。表面張力が３０ｄｙｎｅ／ｃｍ
未満になるにつれ、印字の細線にじみが悪化し、印字濃
度が低下する傾向があることが認められ、表面張力が、
４５ｄｙｎｅ／ｃｍを越えるにつれ、色重ね印字の色に
じみ性が低下する傾向にあることが認められ、それぞれ
好ましくないことがわかった。ｐＨは６〜１０、好まし
くは７〜９である。ｐＨが６未満になるにつれ、染料の
溶解安定性が低下する傾向にあるのが認められ、ｐＨが
１０を越えるにつれ、染料の退色が発生する傾向にある
のが認められ、それぞれ好ましくないことがわかった。

【００３６】（目詰まり防止機構）インクジェット記録
装置におけるインクは、一般的に揮発性が高い水やアル
コールを成分として構成されているために、記録ヘッド
の吐出口（ノズル）内にインクがたまったまま該吐出口
が大気に曝されると該吐出口から水分等が蒸発してイン
クが乾燥し、インクの固着が発生して吐出不能になるこ
とがある。また、吐出可能な場合でも、上記水分等の蒸
発により増粘したインクが吐出口付近に付着することに
より、インクの吐出方向が乱され、印字品質が劣化する
ことがある。

【００３７】その対策として、非印字時にホームポジシ
ョン等のある固定された位置に記録ヘッドを移動させ、
ゴム等の弾性部材により吐出口を大気と遮断するキャッ
ピング手段や、インク吐出素子を駆動させ所定のインク
受容体に記録に直接関わらないインクの吐出を行わせる
予備吐出、インク吐出口面と接触するゴム等の弾性部材
を設け、両者を相対移動させてインク吐出口近傍に付着
したインク、塵等の異物を拭きとるワイピング手段、イ
ンク供給系を加圧したり、あるいはインク吐出口から吸
引するなどの方法でインクに所定の圧力を作用させてイ
ンクを強制的に排出するパージ手段を設けることが望ま
しい。

【００３８】（カートリッジ）本発明に使用されるイン
クカートリッジは、インクを吐出する記録ヘッドと、記
録ヘッドに供給するインクを貯留するインクタンクが一
体に構成された一体型でも、前記記録ヘッドと前記イン
クタンクが着脱自在に構成された分離型でも良い。イン
クタンクから記録ヘッドまでのインク流路間には、吐出
に悪影響を与えるインク内の異物や気泡をトラップする
ためにフィルターを設けることが望ましい。

【００３９】フィルターは１０ミクロン程度のろ過粒度
を有するようにステンレス等の金属を立体的に編んだも
のが信頼性面で有利である。

【００４０】印字品質を向上させるための条件として、
インク吐出口に静的な負圧をかけておくことの重要性が
かねてから知られている。負圧をかけることによってイ
ンク吐出口部分の液面が負メニスカスとなり、インクを
内部に引き込み、着弾精度の向上、余分液滴（エキスト
ラドット）の減少等を防ぐことができる。インク吐出口
の負圧を発生させるために、インクタンク内にポリウレ
タンフォームで構成されたスポンジを充填させたり、イ
ンクタンク内外にバネ部材を設ける等の負圧発生手段を
配設することが望ましい。

【００４１】（装置）本発明が使用される記録装置は、
１個または複数の記録ヘッドをキャリッジに搭載し、被
記録材の前面を主走査方向に往復移動しながら記録ヘッ
ドよりインクを吐出し、被記録材は副走査方向に所定の
量だけ送られることで記録を行う所謂、シリアル型記録
装置でも、記録ヘッドが被記録材の主走査方向全幅にわ
たって設けられ、被記録材が副走査方向に所定の量だけ
送られることで記録を行う所謂、ライン型記録装置でも
どちらでも良い。

【００４２】また、１個または複数の記録ヘッドをキャ
リッジに搭載し、被記録材の前面を主走査方向、および
副走査方向に移動しながら記録ヘッドよりインクを吐出
し、記録する所謂プロッタ型記録装置でも良い。

【００４３】次に、本発明においてヘッドを駆動する回
路について説明する。図１は、本発明の一実施例のイン
クジェットプリンタのヘッド駆動回路図である。図１に
おいて１１は導電性のインク、１２はインクタンク、１
３はノズル、１４、１５は電極、１６は通電電流、１７
は電源である。１８はパルス電圧印加手段でありトラン
ジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４から構成されている。１
９はコントロールブロック、２０は吐出制御回路、２１
は交流パルス発生器、２２、２３はＡＮＤ回路である。

【００４４】今トランジスタＱ１、Ｑ２のベースに入力
されるパルス信号ｉがハイレベル、トランジスタＱ３、
Ｑ４のベースに入力されるパルス信号ｊがローレベルで
ある時、Ｑ１はＯＦＦ、Ｑ２はＯＮ、Ｑ３はＯＮ、Ｑ４
はＯＦＦ状態となり、電極１５には電源１７の電圧が印
加され、電極１４はグランドレベルになるので通電電流
１６が矢印の方向に流れる。同様にパルス信号ｉがロー
レベル、パルス信号ｊがハイレベルである時、Ｑ１はＯ
Ｎ、Ｑ２はＯＦＦ、Ｑ３はＯＦＦ、Ｑ４はＯＮ状態とな
り、電極１４には電源１７の電圧が印加され、電極１５
はグランドレベルになるので通電電流１６が矢印と逆の
方向に流れる。このようにインクを吐出させる時はパル
ス信号ｉ及びｊの論理を一定期間交互に繰り返し、電極
１４と電極１５の間に交流電流をながすことにより、導
電性のインク１１を沸騰させ、その圧力変化によってノ
ズル１３よりインク１１を吐出させる。交流電流を流す
ことの最大のメリットは電気分解による電極の劣化を防
ぎ、電極の寿命を維持できることである。

【００４５】交流パルス発生器２１の出力ｃ及びｄは数
１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ、デューティが５０％以下の高
周波で互いに１８０゜位相がずれている。これらの信号
ｃ及びｄはトランジスタＱ１〜Ｑ４をスイッチングする
基本パルスである。吐出制御回路２０の出力ｅは印字時
のオンタイム設定信号である。出力ｅの周波数は印字ド
ット周波数に相当する数ｋＨｚであり、基本パルスｃ及
びｄをイネーブルとする信号である。コントロールブロ
ック１９は階調情報を含んだ画像データを温度センサ信
号により補正し２値の印字データ信号ｆ、及び交流パル
ス発生器の出力ｃ、ｄの周波数を制御するコントロール
信号ｇを出力する。印字データ信号ｆはハイで印字、ロ
ーで非印字という論理である。

【００４６】図２は、本発明の一実施例のドット径の階
調制御を示すグラフである。図２（ａ）において横軸は
加熱時間、縦軸は印加する電力およびドット径を決定す
る気泡体積である。ヘッドに０．４Ｗの電力を与えると
沸騰開始までの加熱時間は７μｓとなりＥ１＝０．４×
７＝２．８μＪのエネルギーが与えられる。その時の気
泡はＢ１のように成長し最大気泡体積は２００ｐｌとな
る。同様にヘッドに０．２３Ｗの電力を与えると沸騰開
始までの加熱時間は２２μｓとなりＥ２＝０．２３×２
２＝５．０６μＪのエネルギーが与えられ、その時の気
泡はＢ２のように成長し最大気泡体積は４００ｐｌとな
る。このように印加電力により沸騰開始までの時間が決
まり、それによりインクの加熱される体積が変化し、加
熱される体積が大きいほど最大成長気泡体積が大きくな
る。つまりゆっくり加熱すればより大きな気泡を形成す
ることができる。このようにして気泡体積を変化させド
ット径の階調制御ができる。

【００４７】図３は本発明の一実施例のインクジェット
プリンタの出力波形図であって、トランジスタＱ１〜Ｑ
４の出力を示す。デューティ５０％で互いに位相が１８
０°異なっており、トランジスタＱ１〜Ｑ４の特性によ
り立ち上がり時間Ｔｒ、立ち下がり時間Ｔｆをもった０
Ｖ〜Ｖｏの台形波となる。ここでＴｒは０ＶからＶｏま
で変化する時間、ＴｆはＶｏから０Ｖまで変化する時
間、インクに通電する電圧及び電流の周波数をｆ（但し
Ｔｒ＋Ｔｆ≦１／ｆ）とする。各出力の電位差、すなわ
ちインクに印加される電位差は振幅Ｖｏの台形波とな
り、インクを純抵抗Ｒとすると振幅Ｖｏ／Ｒの台形波の
交流電流がインクに流れる。よって、単位時間ｔ当たり
にインクに供給されるエネルギは電流×電圧の積分値
（台形の面積）で表されるので、Ｅ＝Ｖｏ²／Ｒ×｛１
ー（Ｔｒ＋Ｔｆ）×ｆ／２｝×ｔとなる。すなわち通電
周波数を可変することで単位時間当たりにインクに供給
されるエネルギを可変することができる。

【００４８】図４は本発明の一実施例の単位時間当たり
のエネルギ及びドットサイズの関係図であって、通電周
波数と単位時間内にインクに供給される電力、及びドッ
トサイズの関係を示している。通電周波数と供給電力の
グラフの傾きはＶｏ、Ｒ、Ｔｒ、Ｔｆにより決定され
る。例えば通電周波数１ＭＨｚのとき０．４Ｗ、４ＭＨ
ｚのとき０．２Ｗといったように通電周波数が高いほど
単位時間当たりのエネルギが減少するため、沸騰開始ま
での時間が長くなり、ドットサイズが大きくなる。また
環境温度が高いとインクの高温部分の体積がより大きく
なり、気泡も大きくなる。よって同じ４００ｐｌの気泡
を得るには３０℃では３．７ＭＨｚ、２０℃では４ＭＨ
ｚ、１０℃では４．３ＭＨｚのように供給するエネルギ
すなわち通電周波数を可変して気泡サイズを補正する必
要がある。

【００４９】以下、１行４ドットで１６階調の原画像デ
ータを４階調に変換し、１回の印刷走査で１階調、合計
４走査で１ノズルの印刷を行なう例について説明する。

【００５０】図５は本発明の一実施例のインクジェット
プリンタの制御ブロック図、図６は同タイミングチャー
トである。図５において、２４は１走査毎に発生する走
査クロックｃｌｋ１をカウントし現在の階調数を示す階
調カウンタ値ｑ及び通電周波数データｆｄａｔを出力す
る２ビットの階調カウンタ部、２５は１６階調の原画像
データを４階調に変換するための閾値ｔｈｒｄａｔを記
憶し階調カウンタ値ｑに従って出力するメモリ部、２６
は転送クロックｃｌｋ２で転送される原画像データｄａ
ｔａと閾値ｔｈｒｄａｔを比較し２値化した出力許可信
号ｅｎｂを出力する比較器、２７は通電周波数データｆ
ｄａｔを温度データｔｅｍｐで補正した値をプリセット
値としてｃｌｋ３をカウントし、デューティ５０％で互
いに位相が１８０°異なる交流信号ｆｄｒｖ、ｆｄｒｖ
を出力する通電周波数カウンタ部、２８は出力許可信号
ｅｎｂがハイレベルの時通電開始信号ｔｒｇによりあら
かじめ設定された期間ｆｄｒｖ、ｆｄｒｖを増幅した駆
動信号Ｖｏをヘッドへ出力する通電ドライバ部、２９は
ヘッド部、３０は４回の走査が完了したときにトリガさ
れる紙送りモータ制御部、３１は紙送りモータである。

【００５１】以下、図６のタイミングチャートを参照し
つつ詳細に説明する。走査クロックｃｌｋ１を階調カウ
ンタ部２４でカウントした２ビットの階調カウンタ値ｑ
は現在の階調を表わしており、０、１、２、３、０、・
・・と変化する。

【００５２】１行４ドットで１６階調の原画像データｄ
ａｔａを例えば３、５、１、９とし、数値が小さいほど
高濃度の階調であることを表しているとする。原画像デ
ータｄａｔａは３、５、１、９、３、５、１・・・のよ
うに４回転送され、４回処理される。紙送りモータ３１
は階調０〜３の各処理が完了したときに駆動される。

【００５３】１６階調の原画像データｄａｔａを４階調
に変換するための閾値がｔｈｒｄａｔで、階調カウンタ
値ｑに従ってロードされる。原画像データｄａｔａの濃
度０〜３を階調０、濃度４〜７を階調１、濃度８〜１１
を階調２、濃度１２〜１５を階調３とする。原画像デー
タｄａｔａと閾値ｔｈｒｄａｔを比較器２６にて範囲比
較して２値化した結果をｅｎｂ信号とすると、原画像デ
ータｄａｔａが３、５、１、９なので、ｅｎｂ信号は階
調０では１、０、１、０、階調１では０、１、０、０、
階調２では０、０、０、１、階調３では０、０、０、０
となる。

【００５４】通電周波数カウンタ部２７は階調に応じて
入力される通電周波数データｆｄａｔを温度センサで検
知された温度情報により補正した値をプリセット値とし
たカウンタでデューティ５０％の信号ｆｄｒｖ、ｆｄｒ
ｖを出力する。もし気温が高ければインク全体の温度も
高めになっているので気泡は大きくなる。よって気温が
高いときは通電周波数を低めに設定して印加エネルギを
減少させ、逆に気温が低いときは通電周波数を高めに設
定して印加エネルギを増大させることで、温度補正を行
なう。例えば温度２０℃のとき階調０で４ＭＨｚ、階調
１で３ＭＨｚ、階調２で２ＭＨｚ、階調３で１ＭＨｚと
し、温度１０℃のとき階調０で４．３ＭＨｚ、階調１で
３．３ＭＨｚ、階調２で２．３ＭＨｚ、階調３で１．３
ＭＨｚ、温度３０℃のとき階調０で３．７ＭＨｚ、階調
１で２．７ＭＨｚ、階調２で１．７ＭＨｚ、階調３で
０．７ＭＨｚというように周波数を可変した信号を出力
する。

【００５５】通電ドライバ部２８はｅｎｂ信号が１のと
き通電開始信号ｔｒｇにより、あらかじめ設定された期
間ｆｄｒｖ、ｆｄｒｖを増幅しヘッド部２９へ出力す
る。このようにすると階調によってインクに通電する交
流電流の周波数を可変でき、インクへ供給するエネルギ
が可変できるので、ドットサイズを可変することができ
る。また周囲温度による影響を補正することも可能で、
幅広い周囲環境に対して安定した印字性能を発揮できる
インクジェットプリンタを実現することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によればドッ
トサイズを可変することができ、多階調印刷及び環境補
正が容易に実現でき、印字品質の高いインクジェットプ
リンタを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットプリンタの
ヘッド駆動回路図

【図２】本発明の一実施例のドット径の階調制御を示す
グラフ

【図３】本発明の一実施例のインクジェットプリンタの
出力波形図

【図４】本発明の一実施例の単位時間当たりのエネルギ
及びドットサイズの関係図

【図５】本発明の一実施例のインクジェットプリンタの
制御ブロック図

【図６】本発明の一実施例のインクジェットプリンタの
タイミングチャート

【図７】従来のインク吐出装置の断面図

【符号の説明】

１１ 導電性のインク １２ インクタンク １３ ノズル １４、１５ 電極 １８ パルス電圧印加手段 １９ コントロールブロック ２０ 吐出制御回路 ２１ 交流パルス発生器 ２４ 階調カウンタ部 ２５ メモリ部 ２６ 比較器 ２７ 通電周波数カウンタ部 ２８ 通電ドライバ部 ２９ ヘッド部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹巣 卓磨 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを収容するインク収容部と、ノズル
   と、インクをこのノズルより吐出させるためのエネルギ
   発生手段を備えたインクジェットプリンタであって、画
   像データの階調情報及び周囲環境に応じて前記エネルギ
   発生手段の単位時間当たりの発生エネルギを変化させる
   制御手段を備えたことを特徴とするインクジェットプリ
   ンタ。
2. 【請求項２】前記エネルギ発生手段として、インクに接
   する電極対を設け、この電極対に交流電圧を印加しイン
   クに交流電流を通電させ、インクを加熱沸騰させる際に
   発生する気泡の圧力でインクを前記ノズルより吐出させ
   ることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリ
   ンタ。
3. 【請求項３】前記制御手段は前記電極対に印加する交流
   電圧の周波数を可変することを特徴とする請求項１また
   は２記載のインクジェットプリンタ。