JPH0698770B2 - 液体噴射記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、吐出口からインクなどの記録液を吐出させて
インク液滴を形成し、そのインク液滴を記録材に付着さ
せて記録を行う液体噴射記録装置に関し、更に詳しく
は、かかる液滴の記録材上における着弾点精度の向上を
図った液体噴射記録装置に関するものである。

［従来の技術］ インクなどの記録液の小滴を発生させ、それを紙などの
被記録材に付着させて記録を行う液体噴射記録方式、い
わゆるインクジェット記録方式は、記録時の騒音の発生
が無視できる程度に極めて小さく、かつ高速記録が可能
であり、しかも普通紙に定着などの特別な処理を必要と
せずに記録を行うことのできる記録方式として注目さ
れ、最近種々のタイプのものが活発に研究されている。

インクジェット記録方式に用いられる記録装置の記録ヘ
ッド部は、一般に、インクを吐出するためのオリフィ
ス、すなわち液体吐出口と、このオリフィスに連通し、
インクを吐出するためのエネルギーをインクに作用させ
る部分を有するインク通路（液体通路）と、このインク
通路に供給するインクを貯留するためのインク室とを有
して構成されている。

記録にあたって、インクを吐出するためのエネルギー
は、インク通路の一部を構成するインクに吐出エネルギ
ーを作用させる部分の所定の位置に配設された発熱素
子、圧電素子等の種々のタイプのエネルギー発生素子に
よって発生される。

このような構成のインクジェット記録ヘッドを製造する
方法としては、例えば、ガラス、金属等の平板に切削や
エッチング等によって、微細な溝を形成し、更にこの溝
を形成した平板に他の適当な板を接合してインク通路を
形成する工程を含む方法、あるいは、例えば、吐出エネ
ルギー発生素子の配置された基板上に付着した感光性樹
脂層を、フォトリソグラフィー工程を用い、インク通路
のパターンに従って硬化させて溝壁を形成し、このよう
にして形成された溝付き板に、他の平板を覆いとして接
合してインク通路を形成する工程を含む方法が知られて
いる（例えば特開昭57-43876号）。

これらのインクジェット記録ヘッドにおいては、前者の
ように基板に切削やエッチングによって溝を形成するに
あたって、微細な溝を形成する平板の材質とこの溝を形
成した平板に接合してインク通路を形成する他の平板の
材質とが異なる場合、あるいは、感光性樹脂を使用した
後者の方法のように、吐出エネルギー発生素子の配置さ
れた基板と感光性樹脂と覆いとしての他の平板とが一般
には材質が異なる場合には、それぞれの材質のインクに
対する濡れ性（接触角）が異なることに起因して、オリ
フィス周辺の部材についての濡れ性が部分的に異なるこ
とになり、従って、インクを吐出させた時に吐出液滴は
濡れ性の高い部材の方向に引っ張られる力を受け、所望
の吐出方向に対して傾いた方向に吐出されることにな
る。

さらにまた、オリフィスの形状や、エネルギー発生素子
の配置された位置によっても、液滴が斜めに吐出されて
しまうことがある。

このように、インク液滴をインク通路の軸方向より外れ
て吐出するようなインクジェット記録ヘッドを主走査方
向に延在するガイドバー上を摺動するキャリッジ上に搭
載し、このインク通路が、キャリッジの走査方向に対し
て垂直であって、かつ記録部材に対しても直角方向にイ
ンク通路が配置されるようにした場合、上述したような
オリフィス周辺の部材の濡れ性の差異とあいまって、キ
ャリッジの移動方向によってインク液滴の吐出速度の差
によるインク液滴の記録材上の着弾点精度に差が生じ、
その結果としてキャリッジの移動方向により印字品位に
差が生じていた。

さらにまた、インク液滴がインク通路の主軸方向に沿っ
て真っ直ぐに吐出される場合には、キャリッジの移動方
向による印字品位の差は生じないものの、キャリッジの
移動と吐出速度のバラツキに起因して、いわゆる印字よ
れが発生していた。かかる印字よれを防止するために、
インクの吐出速度を高めることが考えられるが、それに
は印字品位上よりの限度があり、完全な解決策ではな
い。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、上述した従来例の種々の欠点
を除去し、オリフィスから吐出した液滴が被記録材上の
所望位置に正確に着弾するようにこの吐出液滴を飛翔さ
せるように工夫し、以て、常に良好な印字品位状態を保
つことのできるようにした液体噴射記録装置を提供する
ことにある。

［問題点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、液体噴射
記録ヘッドを用い、該液体噴射記録ヘッドを往復走査さ
せて当該往復走査のうち少なくとも一方の走査で被記録
面に記録を行う液体噴射記録装置において、該液体噴射
記録装置に装着される前記液体噴射記録ヘッドは、この
静止状態において当該液体噴射記録ヘッドから吐出され
る液体の軌跡が前記被記録面に垂直な方向からずれるも
のであり、当該ずれる方向は、前記液体噴射記録ヘッド
の往復走査のうち記録頻度の高い走査方向と逆方向の成
分を有していることを特徴とする。

［作用］ 本発明によれば、液体噴射記録ヘッドから吐出される液
体の軌跡がそのヘッドの静止状態では被記録面に対して
垂直な方向からずれ、そのずれ方向が記録頻度の高い走
査方向とは逆方向であるから、その記録頻度の高い走査
方向の記録では、その走査頻度によって被記録面に対す
る上記軌跡のみかけ上のずれを小さくでき、これにより
被記録面における着弾点の所定点からのずれ量が小さく
なる。この結果、上記液体噴射記録ヘッドの吐出速度が
ばらついた場合にも、このばらつきが上記ずれ量におい
て現れる量を小さくすることができる。

［実施例］ 以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

まず、インク液滴が斜めに吐出した場合に、キャリッジ
移動方向により印字品位に差が生じるメカニズムを詳細
に説明し、さらに本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明を適用したインクジェット記録装置の要
部の概略図である。

ここで、プラテン１と平行に２本のガイドシャフト2Aお
よび2Bを配設し、これらガイドシャフト2Aおよび2Bに
は、これらガイドシャフトを走行路とするキャリッジ３
が主走査方向に移動可能に取付けられている。キャリッ
ジ３の記録ヘッド部には、プラテン１に向けて配置され
た記録ヘッド４と、その後方に位置したインク容器５が
搭載されている。

記録手段である記録ヘッド４とインク容器５とはインク
供給管６により接続され、記録液であるインクを記録ヘ
ッド４に送給可能としている。更にインク容器５には図
示しないメインインクタンクとの間でインク送給路を形
成するフレキシブルチューブ７が接続されている。

このインクジェット記録装置では、制御信号をフレキシ
ブル回路８を介して記録ヘッド４に与えることにより、
記録ヘッド４から印字パターンに応じてインクを吐出さ
せ、その吐出インク液滴によって、プラテン１に添接し
て導かれている記録材たる印字用紙９に対して印字を行
う。

第２図は、第１図に示したインクジェット記録装置の要
部を装置上方より見た概略模式図である。

ここで、液滴10は、キャリッジ３の移動方向12および13
と直角な方向（すなわち、図中に一点鎖線で示す記録ヘ
ッド４のインク通路4Aの軸方向）からそれた吐出方向11
に吐出した場合を示している。

ここで、キャリッジ３の主走査方向、つまり移動方向12
および13のそれぞれの場合におけるインク液滴10の吐出
方向を第３図および第４図にそれぞれ示す。すなわち、
第３図はキャリッジ３を方向12に移動させる通常の場
合、第４図はキャリッジ３を方向13に移動させる本発明
の場合を示す。

いずれの場合にも、インク液滴10は、記録材９の記録面
に直角な方向、すなわち、インク通路4Aの主軸方向の速
度成分 と、オリフィス4Bの周辺における材質の違いによる濡れ
性の差によって、 と垂直な方向に引っ張られる速度成分 とを持って吐出される。これに、更に、キャリッジ３の
等速運動による速度成分 が加わり、その結果、インク液滴10は吐出方向11の方向
に吐出されて、着弾点20において記録材９に付着する。

第３図の場合には、 とキャリッジ３の移動方向12とが同一方向であり、第４
図の場合には とキャリッジ３の移動方向13とが逆方向の場合を示して
いる。

インク液滴10の吐出方向の傾きの原因となる との合成成分は、第３図の場合、すなわち、キャリッジ
３の方向12に移動したときには との和となり、第４図の場合、すなわちキャリッジ３が
方向13に移動したときは との差となって現われる。

ところで、第３図および第４図いずれの場合にも、速度
成分 が常に一定であれば、インク液滴10は図示のように斜め
に傾いて吐出されるものの、その傾きは常に一定である
から、常にある一定の着弾点ずれloを保って印字を行う
ことができる。

このような場合には、キャリッジ３の移動方向が一方向
のとき、つまり片方向印字のときには、印字ずれ、着弾
点ずれは全く起こらず、さらに両方向印字の場合でも、
キャリッジ３の移動方向に応じてインク液滴10の吐出タ
イミングを若干ずらして吐出させることにより、印字ず
れを解消することができる。

ところが、一般に、インク液滴吐出速度成分 は、同一オリフィスからの吐出においても全く一定とは
いえず、ある分布を持っている。

更に加えて、複数個のオリフィスを有するインクジェッ
ト記録ヘッドでは、各オリフィスの吐出速度成分 にバラツキがあるので、第３図および第４図において、 が変化してしまうことにより吐出方向11が変化し、その
結果として、着弾点ずれloが変化することになり、これ
が印字よれの原因となっている。

ところで、一般に、インクジェット記録装置において
は、記録時のキャリッジ移動方向は、片方向印字と両方
向印字の場合とがあり、印字速度を高めたい場合には両
方向印字を行い、グラフィックパターン記録時などのよ
うに、データ転送にある程度の時間を要するのでキャリ
ッジ移動に時間的余裕のある場合や高印字品位を望む場
合などには片方向印字を行う。

そこで、本発明では、このように片方向印字を行う場合
には、その印字の走査方向として、インク液滴10が濡れ
性の差によりそれる方向と逆方向にキャリッジ３を移動
させる本発明の場合の方向を用いて、吐出速度のバラツ
キにより印字よれの小さい方向で印字を行うようにす
る。

つまり、第４図に示すように、オリフィス4Bの周辺の材
質の濡れ性の差異に起因してインク吐出方向が傾く方向
とは逆方向にキャリッジ３を移動させるときにおいての
み片方向印字を行う。

換言すると、本発明では、オリフィス4Bの周辺の部材の
材質が異なる場合に、オリフィス4Bに対しインクに対す
る接触角の大きな部材（たとえばシリコン部材とガラス
部材のときにはガラス部材）の配置されている方向にキ
ャリッジ３を移動して印字を行う。

さらにまた、両方向印字を行う場合においても、両方向
とも全く同頻度に印字を行うことは少なく、一方向への
主走査を行ってから副走査に先立って逆方向に走査のな
されるときの印字頻度は、先の一方向への主走査のとき
の印字頻度よりも低く、すなわち、ある主走査方向に印
字の頻度が偏ることが多い。そのような場合でも、かか
る一方の主走査方向が上述のようにオリフィス4Bに対し
インクに対する接触角の大きな部材の配置されている方
向になるようにインクジェット記録ヘッド４の移動方向
を定めればよい。

オリフィス4Bの周辺の材質の濡れ性の差異によりインク
吐出方向が傾く方向を、キャリッジ３の移動方向とは逆
方向に定めるためには、たとえば、すでにキャリッジ３
の移動方向が定められている装置においては、キャリッ
ジ３の移動方向に応じて、その進行方向の後方側に濡れ
性のより高い材質の部材、たとえばシリコン基板21が配
置され、進行方向の前方側に濡れ性のより低い材質の部
材、たとえばガラス板24が配置されるように、インクジ
ェット記録ヘッド４の取付けの向きを定めるのみでよ
い。すなわち、インクジェット記録ヘッド４単体の構成
は何ら変更しなくとも、キャリッジ３の移動方向に対応
してヘッド取付けの向きを定めるのみでよい。

次に、インク液滴10がインク通路4Aの主軸方向に沿って
吐出される の場合には、インク液滴の弾道は、キャリッジ３の移動
の影響を受けて、 との合成成分の方向に向けて描かれることになる。この
ような の場合には、本発明では、インク通路4Aから吐出される
インク液滴10の速度成分が、キャリッジ３の速度成分 とは逆方向の成分となるように、インク通路4Aの主軸方
向を予じめ定めておく。つまり、記録材９の記録面に対
する直角方向に関して、インク通路4Aの主軸方向がキャ
リッジ３の主走査の開始端の側に向くようにインク通路
4Aを傾ける。このようにインク通路4Aを傾けることは、
キャリッジ３に対してインクジェット記録ヘッド４を取
り付ける方向を適切に調節することができるようにして
おくことによって、容易に実施できる。

次に、本発明のより具体的な構造の一例を第５図および
第６図に示す。第５図はそのインクジェット記録ヘッド
４の要部の縦断面図、第６図はそのオリフィス付近の横
断面図である。

ここで、21は吐出エネルギー発生素子の配置されたシリ
コン基板、22はこの基板21上に付着した感光性樹脂層か
らインク通路4Aのパターンに従ってフォトリソグラフィ
ー工程により形成したインク通路4Aの溝壁である。イン
ク液室23をうがち形成したガラス板24を溝壁22上に接着
して、インク通路4Aおよびインク液室23を溝壁22と共に
限界する。25はインク通路4Aの主軸方向を示す。インク
液室23には、インク容器５からインク供給管６を介して
インクを供給する。

オリフィス4Bの周辺の部材21および24の材質は、それぞ
れ、シリコンおよびガラスであるから、本例ではシリコ
ンのインクに対する濡れ性が最も高く、すなわち接触角
が最も小さいので、インク液滴10は図示のように、吐出
方向11の方向に、すなわち、シリコン基板21の方に引っ
張られるようにして吐出される。そこで、本例では、第
４図の場合のように、キャリッジ３の主走査の方向が矢
印13で示す方向となるようにキャリッジ３の移動方向を
定める。

次に、このようにインクジェット記録ヘッド４を構成し
た場合に、吐出速度成分 の変化に起因する着弾点ずれloの変化を示す。本例で
は、シリコン基板21の厚さを0.525mm,溝壁22の厚さを0.
05mm、ガラス板24の厚さを1mmとした。溝の幅は0.05mm
とした。

この場合における を実測したところ、約0.2m/secであった。

を5m/secおよび10m/secとしたが、 の大きさにかかわらず、ほぼ一定であった。キャリッジ
３の移動速度は とした。

ここで、 の場合および の場合について、 としたときの着弾点ずれloを測定した結果を第１表に示
す。この第１表では、 の場合に、第４図の場合（方向13）のみでなく、第３図
の場合（方向12）をも比較のために示す。

のときには、キャリッジ３の移動方向は関係がないの
で、いずれか一方の方向での測定で十分である。

なお、ここでは、着弾点ずれloを、オリフィス4Bと記録
材９との距離l₁に対して、 で定める。第１表の例ではl₁＝1.2mmとした。

第１表に示すように、キャリッジ３の移動方向13の場
合、すなわち、インク液滴10が濡れ性の差によりそれる
方向と逆方向にキャリッジ３を移動させる本発明の場合
の方が、移動方向12の場合に比べて、インク吐出速度の
バラツキによる着弾ずれloの差は小さいことがわかる。

なお、 の場合には、ここでは、インク通路4Aをキャリッジ３に
対して傾けてはいけないので、印字よれについては、 の場合よりも、 としてキャリッジ３を方向13に移動させた場合の方が小
さく、優れていることがわかる。

しかし、着弾点のずれloは、第３図の方向12の場合より
はすぐれているが、このことは、上述の説明から明らか
なように、移動方向12の場合には、 との合成成分がずれloを大きくする方向に作用するから
である。

さらにまた、第４図に示すように、 が逆方向になるようにキャリッジ３の移動方向を選んだ
ときに、 が等しくなるようにキャリッジ速度およびまたはオリフ
ィス4Bの周辺の材質の組合せを選定することによって、
（１）式よりわかるように、着弾点ずれloを常に零とす
ることができる。これにより、吐出速度 のバラツキによる印字よれをほぼ皆無とすることができ
る。

なお、両方向印字を行う場合には、印字の走査方向に応
じて印字よれの大きさは異なるが、印字よれの大きい方
向のとき、たとえば第３図の方向12の場合にはキャリッ
ジ３の移動速度 を小さくすることによって、印字よれを小さくすること
ができる。この場合には、復路側主走査の際にキャリッ
ジ３の移動速度を低下させる。

さらに加えて、上例では、キャリッジ３の移動方向とオ
リフィス4B周辺の材質の濡れ性との関係を考慮して記録
ヘッドの配置の方向を定める場合と、インク通路4Aの主
軸方向がキャリッジの移動方向とは逆の方向に傾くよう
にする場合とを示したが、これら双方の形態を組合せ用
いて、着弾点ずれloを最小にするようにしてもよいこと
勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、液体噴射記録ヘ
ッドから吐出される液体の軌跡がそのヘッドの静止状態
では被記録面に対して垂直な方向からずれ、そのずれ方
向が記録頻度の高い走査方向とは逆方向であるため、そ
の記録頻度の高い走査方向の記録では、その走査頻度に
よって被記録面に対する上記軌跡のみかけ上のずれを小
さくでき、これにより被記録面における着弾点の所定点
からのずれ量が小さくなる。この結果、上記液体噴射記
録ヘッドの吐出速度がばらついた場合にも、このばらつ
きが上記ずれ量において現れる量を小さくすることがで
きる。

これにより、良好な印字品位状態を保つことが可能な液
体噴射記録装置を提供することができる。

さらにまた、インク液滴がインク通路の主軸に沿って真
っ直ぐに吐出するインクジェット記録ヘッドの場合に
も、インク通路をキャリッジに対して傾けて取付け、あ
るいはその傾き角を調節可能にして取付けることによ
り、吐出速度のバラツキによる印字よれを小さく抑える
ことができる。

このように、本発明によれば、吐出速度を上げることな
く印字品位を向上させるという効果を発揮することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用されるインクジェット記録装置の
一例の要部を示す概略図、 第２図はかかる装置を上方より見た模式図、 第３図および第４図は、それぞれ、従来例および本発明
におけるキャリッジの移動方向に応じてのインク液滴の
着弾点のずれの相違を対比して示す模式図、 第５図は本発明によるインクジェット記録装置の一実施
例におけるインクジェット記録ヘッドの要部の一例を示
す縦断面図、 第６図はそのオリフィス付近を示す横断面図である。 １……プラテン、 2A,2B……ガイドシャフト、 ３……キャリッジ、 ４……記録ヘッド、 4A……インク通路、 4B……オリフィス、 ５……インク容器、 ６……インク供給管、 ７……フレキシブルチューブ、 ８……フレキシブル回路、 ９……記録材、 10……インク液滴、 11……吐出方向、 12,13……キャリッジ移動方向、 20……着弾点、 21……シリコン基板、 22……溝壁、 23……インク液室、 24……ガラス板、 25……インク通路主軸方向。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体噴射記録ヘッドを用い、該液体噴射記
   録ヘッドを往復走査させて当該往復走査のうち少なくと
   も一方の走査で被記録面に記録を行う液体噴射記録装置
   において、 該液体噴射記録装置に装着される前記液体噴射記録ヘッ
   ドは、その静止状態において当該液体噴射記録ヘッドか
   ら吐出される液体の軌跡が前記被記録面に垂直な方向か
   らずれるものであり、当該ずれる方向は、前記液体噴射
   記録ヘッドの往復走査のうち記録頻度の高い走査方向と
   逆方向の成分を有していることを特徴とする液体噴射記
   録装置。
2. 【請求項２】前記記録頻度の高い方の走査方向は、片方
   向記録において記録がなされる走査方向であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液体噴射記録装
   置。
3. 【請求項３】前記記録頻度の高い方の走査方向は、両方
   向記録において記録頻度の高い方の走査方向であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液体噴射記
   録装置。
4. 【請求項４】前記記録頻度の高い方の走査方向における
   前記液体噴射記録ヘッドの走査速度が、前記記録頻度の
   高い方の走査方向と逆の走査方向ににおける前記液体噴
   射記録ヘッドの走査速度より大きいことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の液体噴射記録装置。
5. 【請求項５】前記記録頻度の高い方の走査方向における
   前記液体噴射記録ヘッドの走査速度と、前記吐出された
   液体の軌跡が前記被記録面に垂直な方向からずれる前記
   被記録面に平行な速度成分と、が同じになるようにして
   前記記録を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の液体噴射記録装置。
6. 【請求項６】前記液体噴射記録ヘッドにおけるオリフィ
   スの周辺の部材に対するインクの濡れ性の差異によっ
   て、前記吐出された液体の軌跡が前記被記録面に垂直な
   方向からずれることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の液体噴射記録装置。
7. 【請求項７】前記液体噴射記録ヘッドを傾けて装着する
   ことにより、前記吐出された液体の軌跡が前記被記録面
   に垂直な方向からずれることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の液体噴射記録装置。