(57)【要約】      （修正有）【課題】インクジェット記録装置において、インク吐出体積と吐出速度を独立に制御可能とする駆動方法を提供する。【解決手段】インクの熱伝導率k、密度ρ、比熱Cであり、膜沸騰において気泡発生時から気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間をt1とするとき、気泡が発生するヒータ面からインク吐出方向への距離X1が、2011025674.tif 000017である領域における膜沸騰時のインク温度の制御を、駆動パルスを制御する事により行ない、インク吐出速度を制御する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動パルスに応じた熱エネルギーをインクに供給して膜沸騰による気泡を形成し、該気泡の形成に基づいてインクを吐出し、インクを吐出に至らしめないプレパルス時間と、インクを吐出に至らしめるメインパルス時間とをインターバル時間を介して前記記録ヘッドに供給する駆動手段を有するインクジェット記録装置において、
前記インクの熱伝導率k、密度ρ、比熱Cであり、前記膜沸騰において前記気泡発生時から前記気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間をt1とするとき、前記気泡が発生するヒータ面から前記インク吐出方向への距離X1が、
【数１】
2011025674.tif 000011
である領域における前記膜沸騰時のインク温度の制御を、前記駆動パルスを制御する事により行ない、インク吐出速度を制御する事を特徴とするインクジェット記録装置の駆動方法。
【請求項２】
駆動パルスに応じた熱エネルギーをインクに供給して膜沸騰による気泡を形成し、該気泡の形成に基づいてインクを吐出し、インクを吐出に至らしめないプレパルス時間と、インクを吐出に至らしめるメインパルス時間とをインターバル時間を介して前記記録ヘッドに供給する駆動手段を有するインクジェット記録装置において、
前記インクの熱伝導率k、密度ρ、比熱Cであり、前記膜沸騰において前記気泡発生時から前記気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間をt1とするとき、前記気泡が発生するヒータ面から前記インク吐出方向への距離X1が、
【数２】
2011025674.tif 000012
である領域における前記膜沸騰時のインク温度の制御を、前記駆動パルスを制御する事により行ない、インク吐出体積を制御する事を特徴とするインクジェット記録装置の駆動方法。
【請求項３】
前記気泡が発生するヒータ面から前記インク吐出方向への距離X1が、
【数３】
2011025674.tif 000013
である領域における前記膜沸騰時のインク温度と、
【数４】
2011025674.tif 000014
である領域における前記膜沸騰時のインク温度の制御を、前記駆動パルスを制御する事により行ない、インク吐出速度とインク吐出体積を独立に制御する事を特徴とすると請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置の駆動方法。
【請求項４】
前記インクジェット記録装置は、前記ヘッド温度を調整するヘッド温調機能を備え、前記プレパルス時間と前記インターバル時間の一方または両方を変更する事と、前記ヘッド温調機能により前記ヘッド温度を調整する事により、インク吐出速度とインク吐出体積を独立に制御する事を特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置の駆動方法。
【請求項５】
前記ヘッド温調機能によって前記ヘッド温度を低下させ、前記気泡が発生するヒータ面から前記インク吐出方向への距離X1が、
【数５】
2011025674.tif 000015
である領域における前記膜沸騰時の温度を上昇させるような前記駆動パルスを与える事によって、インク吐出速度を上昇させる事を特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置の駆動方法。
【請求項６】
前記ヘッド温調機能によって前記ヘッド温度を上昇させ、前記気泡が発生するヒータ面から前記インク吐出方向への距離X1が、
【数６】
2011025674.tif 000016
である領域における前記膜沸騰時の温度を低下させるような前記駆動パルスを与える事によって、インク吐出速度を低下させる事を特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェット記録装置の駆動方法に関するもので、さらに詳しくは多数の発熱素子を有しその発熱素子に通電過熱してインクを吐出するインクジェット記録装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オンデマンド型インクジェット記録方法は、近年急速に発展し、中でも、ヒータによりインクを加熱し、発泡させることによりインクを吐出するいわゆるバブルジェット（登録商標）記録は、記録ヘッドの構造が簡単であり、多数のノズルを高密度に配置する事が可能である等の利点があり、広く用いられている。
【０００３】
かかる記録ヘッドを用いて高品質な画像を得るためには、インクの吐出量、吐出速度などが温度などによらず安定であることが要求されるが、実際には発泡力、インク粘度、表面張力等は温度により変化するため、インクの吐出量、吐出速度などが変化する。
【０００４】
これを解決する手段として、ヘッド温度を検出して温度に応じてヒータに印加する電力パルスを変化させる事により補正を行なう方法がある。ヒータに印加する電力パルスを変化させる事により補正を行なう場合には、ヒータに印加する電力パルスを、単一のパルスではなく、あらかじめヒータ直上のインクを予備加熱するプレパルスとインクを発泡させるメインパルスの二つ(ダブルパルス)で構成し、プレパルスのパルス幅又はプレパルスとメインパルスの間のインターバル時間を変化させることで発泡パワーを調整することが効果的である。ヒータに印加する電力パルスをダブルパルスにすると、その他にも、ヒータの面積あたりの発泡力を増す効果があり、小型のヒータで大きな発泡力を得ることができインクジェットヘッドの設計の自由度が増し高性能のインクジェットヘッドを作ることができるという利点がある。以上のように、ヒータに印加する電力パルスとしてダブルパルスを用いると多くの利点があり、インクの吐出量や吐出速度を制御するための種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、プレパルスにより予備加熱されるインク領域の容積の範囲とヒータ直上のインク層温度の範囲を特定することにより、液滴の吐出速度を増大させるインクジェットプリンタが開示されている。また、特許文献２には、インク流路内に吐出口からの距離が異なる２つのヒータ(マルチヒータ)を有する記録ヘッドにおいて、各ヒータを配置する領域を指定し、後方ヒータのプレパルスと前方ヒータのシングルパルスの駆動タイミングを調整することにより、吐出速度がばらつくことなく吐出量変調を行なう液体吐出記録装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２９１３１５号公報
【特許文献２】特許第０３３１１２８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された方法によりヒータ直上の予備加熱されるインク領域とインク温度を制御すると、吐出速度だけでなく吐出量も増大するために、画像濃度変化し画像品位が低下してしまう恐れがある。また、特許文献２に記載された方法は、マルチヒータを用いて、吐出速度を安定させた状態で吐出量を調整することが目的であり、吐出量を安定させた状態で吐出速度を調整する方法については記載されていない。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、インクジェット記録装置において、インク吐出量と吐出速度を独立に制御する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、駆動パルスに応じた熱エネルギーをインクに供給して膜沸騰による気泡を形成し、該気泡の形成に基づいてインクを吐出し、インクを吐出に至らしめないプレパルス時間と、インクを吐出に至らしめるメインパルス時間とをインターバル時間を介して前記記録ヘッドに供給する駆動手段を有するインクジェット記録装置において、前記インクの熱伝導率k、密度ρ、比熱Cであり、前記膜沸騰において前記気泡発生時から前記気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間をt1とするとき、前記気泡が発生するヒータ面から前記インク吐出方向への距離X1が、
【０００９】
【数１】
2011025674.tif 000002
【００１０】
である領域における前記膜沸騰時のインク温度の制御を、前記駆動パルスを制御する事により行ない、インク吐出速度を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シミュレーションに用いたヒータ膜構成、シミュレーションに用いたヒータ膜の物性値およびヘッド正面模式図である。
【図２】ヘッド断面模式図である。
【図３】シミュレーションに用いたインク温度とインク粘度の関係、および、ダブルパルスを示す図である。
【図４】発泡時における、熱拡散距離位置の温度と吐出速度の関係を示す図である。
【図５】吐出速度が等しい条件における、発泡時のインク温度分布を示す図である。
【図６】吐出体積が等しい条件における、発泡時のインク温度分布を示す図である。
【図７】それぞれのThにおける、P1と吐出体積の関係を示す図である。
【図８】それぞれのThにおける、P1と吐出速度の関係を示す図である。
【図９】それぞれのP1における、Thと吐出体積の関係を示す図である。
【図１０】それぞれのP1における、Thと吐出速度の関係を示す図である。
【図１１】それぞれのP1、Thにおける吐出体積と吐出速度を示す図である。
【図１２】それぞれのP1、Thにおける吐出体積と吐出速度を示す図である。
【図１３】それぞれのThにおける、P2と吐出体積の関係を示す図である。
【図１４】それぞれのThにおける、P2と吐出速度の関係を示す図である。
【図１５】それぞれのP2における、Thと吐出体積の関係を示す図である。
【図１６】それぞれのP2における、Thと吐出速度の関係を示す図である。
【図１７】それぞれのP2、Thにおける吐出体積と吐出速度を示す図である。
【図１８】それぞれのP2、Thにおける吐出体積と吐出速度を示す図である。
【図１９】それぞれのP1における、P2と吐出体積の関係を示す図である。
【図２０】それぞれのP1における、P2と吐出速度の関係を示す図である。
【図２１】それぞれのP2における、P1と吐出体積の関係を示す図である。
【図２２】それぞれのP2における、P1と吐出速度の関係を示す図である。
【図２３】それぞれのP1、P2における吐出体積と吐出速度を示す図である。
【図２４】それぞれのP2、P2における吐出体積と吐出速度を示す図である。
【図２５】発泡後の気泡挙動の模式図、および、気泡成長速度が最大となった後の気泡挙動の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
まず、図２５（ａ）を用いて発泡直後の気泡の挙動について説明する。水を主成分とするインクの膜沸騰時の発泡温度は約300℃であり、発泡直後の気泡内圧力は少なくとも大気圧以上である。従って、発泡直後の気泡は加速成長する。図２５（ａ）中の(1)〜(4)における実線は発泡時にヒータ面近傍の温度勾配が小さい場合、点線は発泡時にヒータ面近傍の温度勾配が大きい場合を表している。図２５（ａ）では、両者の発泡時におけるヒータ面の温度およびインク物性は等しいとする。
(1)気泡温度の推移
発泡時のヒータ面近傍インクの温度勾配が緩やかな程、気泡温度の低下は遅くなる。
(2)気泡圧力の推移
気泡温度の低下が遅いと、気泡圧力の低下が遅くなる。気泡圧力は飽和水蒸気圧に近いと考えられるので、気泡温度が約100℃まで低下した時に、気泡圧力は大気圧と等しくなる。
(3)気泡の成長加速度
気泡圧力がほぼ大気圧に到達するまで、気泡は加速成長し続ける。従って、気泡圧力の低下が遅いと、気泡が加速成長する時間が長くなる。
(4)気泡の成長速度
気泡が加速成長から減速成長に切り替わる時に、気泡の成長速度は最大になるので、気泡が加速成長する時間が長い程、気泡の最大成長速度は大きくなる。
【００１４】
以上をまとめると、発泡時におけるヒータ面の温度を一定とした時、発泡時のヒータ面近傍の温度勾配が小さい程、気泡の最大成長速度は大きくなると言える。
ここで、気泡発生時から気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間をt1とすると、時間t1の間にインク中から気泡表面に到達する熱が気泡の最大速度に影響を与える事になる。インクの熱伝導率をk、インクの密度をρ、インクの比熱をCとすると、時間t1の間にインク中の熱が拡散する熱拡散距離X1は、
【００１５】
【数２】
2011025674.tif 000003
【００１６】
で推定する事ができる。従って、発泡時においてヒータ面から距離X1以内の領域に存在するインクの温度が気泡成長速度に影響を与える事になる。一方でインク滴の吐出速度は、気泡の最大成長速度と正の相関関係(気泡の最大成長速度が大きい程、吐出速度は大きくなるという関係)があるので、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度が、インク吐出速度を決定することになる。
【００１７】
ここで例として、発泡時におけるヒータ面からの距離X1近傍のインク温度と吐出速度の関係を調べた数値計算結果を図４に示す。数値計算には気液の伝熱相変化を考慮した流体シミュレータを用い、図１（ｃ）および図２に示す記録ヘッドを対象に、図３（ｂ）に示すダブルパルス駆動を入力している。インク物性は初期インク温度に応じた値を入力している。インターバル時間は1.0μsに固定して、プレパルス時間は0.1μsから1.3μsまで0.1μs毎に13種類、初期インク温度Thは25,30,40,50,60℃の5種類、合計65(＝13×5)ケースの結果を示している。
【００１８】
これら全ケースの中で気泡の成長速度が最大となるまでの時間t1が最小となったのは、Th=25℃/P1=0.1μsのケースでt1(min)=0.60μs、この時の熱拡散距離X1(min)=0.59μmである。一方で気泡発生時から気泡の成長速度が最大となるまでの時間t1が最大となったのは、Th=60℃/P1=1.0μsでありt1(max)=0.82μs、この時の熱拡散距離X1(max)=0.69μmである。図４は、発泡時にヒータ面からの距離がX1(min)とX1(max)の位置のインク温度とインク吐出速度の関係を、全65ケースについて示している。ヒータ面からの距離X1(min)とX1(max)の位置おけるインク温度とインク吐出速度の間に正の相関関係があることが確認できる。ここで、上記２ケース以外については、気泡発生時から気泡の成長速度が最大となるまでの時間t1における熱拡散距離はX1(min)とX1(max)の間にあるため、全ケースにおいて、発泡時にヒータ面から距離X1の位置のインク温度と吐出速度に正の相関関係があると言える。なお、ここでは説明の簡略化のために、ヒータ面から距離X1のインク温度と吐出速度の関係について示したが、より厳密にはヒータ面から距離X1以内の領域に存在するインク温度分布がインク吐出速度を決定する。
【００１９】
次に、図２５（ｂ）を用いて気泡の成長速度が最大になった後の気泡の挙動について説明する。
【００２０】
図２５（ｂ）中(1)〜(5)における実線は気泡の温度低下が遅い場合、点線は気泡の温度低下が早い場合を表している。
(1)気泡温度の推移
気泡表面近傍のインク温度が高い程、気泡温度の低下は遅くなる。
(2)気泡圧力の推移
気泡温度の低下が遅いと、気泡圧力の低下が遅くなる。
(3)気泡の成長加速度
気泡の圧力低下が遅いと、気泡の成長が減速する方向の加速度は小さくなる。
(4)気泡の成長速度
気泡の成長が減速する方向の加速度が小さいと、気泡が成長する時間が長くなる。
(5)気泡の体積
気泡の成長速度が正から負に切り替わる時に、気泡の体積は最大となるので、気泡の成長する時間が長いと、気泡の最大体積は大きくなる。
【００２１】
ここで、気泡発生時から気泡の体積が最大となるまでの時間をt2(>t1)とすると、時間t2の間にインク中から気泡表面に到達する熱が気泡の最大体積に影響を与える事になる。インクの熱伝導率をk、インクの密度をρ、インクの比熱をCとすると、時間t2の間にインク中の熱が拡散する熱拡散距離X2(>X1)は、
【００２２】
【数３】
2011025674.tif 000004
【００２３】
で推定する事ができる。従って、発泡時においてヒータ面から距離X2以内の領域に存在するインク温度が気泡の最大体積に影響を与える事になる。一方で、インク滴の吐出体積は、気泡の最大体積と正の相関関係(気泡の最大体積が大きい程インク吐出体積は大きくなるという関係)があるので、発泡時におけるヒータ面からの距離X2以内の領域のインク温度がインク吐出体積を決定することになる。
【００２４】
前述の図４と同様の数値計算において、インク吐出速度がほぼ同一の値(13.6m/s)となった２つのケース＜１＞Th=50℃/シングルパルス、＜２＞Th=25℃/P1=0.5μs/P2=1.0μsの発泡時におけるインク温度分布を図５に示す。吐出速度は＜１＞＜２＞共に13.6m/sであり、吐出体積は＜１＞24.1pl＜２＞20.6plである。図５中には、＜１＞＜２＞それぞれについて、気泡発生時から気泡成長速度が最大となるまでの時間t1におけるヒータ面からの熱拡散距離X1の位置が縦点線で記載されている。＜１＞＜２＞のヒータ面から距離X1以内の領域のインク温度分布がほぼ等しくなっていることが確認できる。その結果、＜１＞＜２＞の吐出速度が一致している。一方で＜１＞＜２＞のヒータ面から距離X1より遠方領域のインク温度分布は＜１＞が＜２＞よりも高温となっていることが確認できる。その結果、＜１＞は＜２＞よりも吐出体積が大きくなっている。
【００２５】
また、同様の数値計算において、インク吐出体積がほぼ同一の値(24.1pl)となった２つのケース＜１＞Th=50℃/シングルパルス、＜３＞Th=25℃/P1=1.0μs/P2=1.0μsの発泡時におけるインク温度分布を図６に示す。吐出体積は＜１＞＜３＞共に24.1plであり、吐出速度は＜１＞13.6m/s＜２＞15.5m/sである。図６中には、＜１＞＜３＞それぞれについて、気泡発生時から気泡成長速度が最大となるまでの時間t1におけるヒータ面から距離X1の位置が縦点線で記載されている(図中では重複している)。＜１＞＜３＞のヒータ面から距離X1以内の領域のインク温度分布は＜３＞が＜１＞よりも高温となっていることが確認できる。その結果、＜３＞が＜１＞よりも吐出速度が大きくなっている。一方で＜１＞＜３＞のヒータ面から距離X1より遠方領域のインク温度分布は、ヒータ面から距離X1以内の領域の温度分布と逆転して、＜１＞が＜３＞よりも高温となっていることが確認できる。その結果＜１＞＜３＞の吐出体積が一致している。なお、＜１＞＜３＞のヒータ面から距離X1以内の領域のインク温度分布は＜１＞が＜３＞よりも低温となっているにも関わらず、＜１＞と＜３＞で熱拡散距離X1(すなわちt1)の大きさがほぼ等しいのは、＜１＞が＜３＞よりも初期インク温度が高くインク粘度が低いためである。
【００２６】
以上の知見を用いて、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度分布を制御することによりインク吐出速度とインク吐出体積を制御する事ができる。一方、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度は吐出速度に影響を与えないので、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以上(X2以下)の領域のインク温度分布を制御する事により、インク吐出体積のみを制御する事ができる。
【００２７】
本実施形態のインクジェット記録装置は、駆動パルスに応じた熱エネルギーをインクに供給して膜沸騰による気泡を形成し、該気泡の形成に基づいてインクを吐出し、インクを吐出に至らしめないプレパルス時間と、インクを吐出に至らしめるメインパルス時間とをインターバル時間を介して記録ヘッドに供給する駆動手段を有する。そして、インクの熱伝導率k、密度ρ、比熱Cであり、膜沸騰において気泡発生時から気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間をt1とするとき、気泡が発生するヒータ面からインク吐出方向への距離X1が、
【００２８】
【数４】
2011025674.tif 000005
【００２９】
である領域における前記膜沸騰時のインク温度の制御を、駆動パルスを制御する事により行ってインク吐出速度を制御する。
【００３０】
また、本実施形態では、気泡が発生するヒータ面からインク吐出方向への距離X1が、
【００３１】
【数５】
2011025674.tif 000006
【００３２】
である領域における前記膜沸騰時のインク温度と、
【００３３】
【数６】
2011025674.tif 000007
【００３４】
である領域における前記膜沸騰時のインク温度の制御を、駆動パルスを制御する事により行ない、インク吐出速度とインク吐出体積を独立に制御することも可能である。
【００３５】
さらに、本実施形態では、プレパルス時間とインターバル時間の一方または両方を変更することと、ヘッド温調機能によりヘッド温度を調整する事により、インク吐出速度とインク吐出体積を独立に制御することもできる。
【００３６】
またさらに、本実施形態では、ヘッド温調機能によってヘッド温度を低下させ、気泡が発生するヒータ面からインク吐出方向への距離X1が、
【００３７】
【数７】
2011025674.tif 000008
【００３８】
である領域における膜沸騰時の温度を上昇させるような駆動パルスを与える事によりインク吐出速度を上昇させることもできる。
【００３９】
さらにまた、本実施形態では、ヘッド温調手段によってヘッド温度を上昇させ、気泡が発生するヒータ面からインク吐出方向への距離X1が、
【００４０】
【数８】
2011025674.tif 000009
【００４１】
である領域における膜沸騰時の温度を低下させるような駆動パルスを与える事によりインク吐出速度を低下させることもできる。
【００４２】
本実施形態では、図１（ｃ）、図２に模式図を示す記録ヘッドから吐出するインク滴の吐出体積や吐出速度を、気液の伝熱相変化を考慮した流体シミュレータで求めた数値計算結果を示す。記録ヘッドの吐出性能は、吐出体積約30pl、吐出速度約15m/sである。シミュレータに入力したパラメータは、ノズルの形状（図１（ｃ）、図２参照）、ヒータ薄膜構成およびその物性値（図１（ａ）、図１（ｂ）参照）、インク物性値（図３（ａ）参照）、駆動パルス条件（図３（ｂ）参照、P1:プレパルス時間、P2:インターバル時間、P3:メインパルス時間）、初期インク温度(ヒータに通電する直前の発泡室内のインク温度)、等である。駆動電圧は一定とし、メインパルスはインターバル時間終了後、気泡が発生するまで加えた。
【００４３】
本実施形態に示す全てのケースの中で、気泡発生時から前記気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間t1の最小値は約0.59μs、最大値は約0.82μsであった。また、インクの熱伝達率をk、インクの密度をρ、インクの比熱をCとする時、時間t1におけるインク中の熱拡散距離X1は、
【００４４】
【数９】
2011025674.tif 000010
【００４５】
である。k、ρ、Cはインク温度が変化してもさほど変化しないので、図１（ｂ）のH20欄に示す値を用いると、t1が最小(0.59μs)となる場合のX1は約0.59μm、t1が最大(0.82μs)となる場合のX1は約0.69μmとなる。X1はインク流路６や発泡室５の形状、インク物性、駆動電圧、駆動パルス波形に応じて多少変化するが、水を主成分とするインク滴を吐出する場合においてX1は1μmより小さい値となる。
【００４６】
［第1実施例］
インターバル時間P2を1.0μsに固定し、プレパルス時間P1と初期インク温度Thを変化させて、インク滴の吐出体積と吐出速度を求めた数値計算結果を図７〜図１１に示す。全ての条件においてメインパルスP3はインターバル時間終了後、発泡時まで加えた。
【００４７】
図７は初期インク温度Thが25℃から60℃のそれぞれの場合において、プレパルスP1と吐出体積の関係を示しており、図８はプレパルスP1と吐出速度の関係を示している。図９はプレパルス時間P1が0μsから1.2μsのそれぞれの場合において、初期インク温度Thと吐出体積の関係を示しており、図１０は初期インク温度Thと吐出速度の関係を示している。図７〜図１０より、インク滴の吐出体積と吐出速度は、プレパルス時間P1および初期インク温度Thを大きくすると単調増加する事がわかる。
【００４８】
図１１はそれぞれのプレパルス時間P2、初期インク温度Thにおけるインク滴の吐出体積と吐出速度の両方を示しており、実線は同一P1の条件、点線は同一Thの条件を結んでいる。図１１におけるTh=40℃/P1=0.5μsでは、吐出体積24.37pl、吐出速度14.50m/sであるが、図１２に示すようなヘッド温調とパルス変調を行なう事により、吐出体積と吐出速度を独立に変化させる事ができる。この制御方法について、気泡発生時から気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間t1におけるインク中の熱拡散距離X1を用いて以下に説明する。
【００４９】
吐出体積を一定に保ったまま吐出速度を上げるには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を上げ、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を下げる必要がある。そのためには、プレパルス時間を長くし、ヘッド温調により初期インク温度を下げるとよい。また、吐出体積を一定に保ったまま吐出速度を下げるには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を下げ、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を上げる必要がある。そのためには、プレパルス時間を短くし、ヘッド温調により初期インク温度を上げるとよい。
【００５０】
吐出速度を一定に保ったまま吐出体積を大きくするには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を一定に保ち、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を上げる必要がある。そのためには、ヘッド温調により初期インク温度を上げ、プレパルス時間を短くするとよい。また、吐出速度を一定に保ったまま吐出体積を小さくするには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を一定に保ち、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を下げる必要がある。そのためには、ヘッド温調により初期インク温度を下げ、プレパルス時間を長くするとよい。
【００５１】
［第２実施例］
プレパルス時間P1を1.0μsに固定し、インターバル時間P2と初期インク温度Thを変化させて、インク滴の吐出体積と吐出速度を求めた数値計算結果を図１３〜図１７に示す。図１３は初期インク温度Thが25℃から60℃のそれぞれの場合において、インターバル時間P２と吐出体積の関係を示しており、図１４はインターバル時間P2と吐出速度の関係を示している。インターバル時間P2が約1.5μs以下のときは、インターバル時間P2を大きくするとインク滴の吐出体積と吐出速度は単調増加する。一方でインターバル時間P2が約1.5μs以上のときは、インターバル時間P2を大きくしても、プレパルスによる熱が遠方に逃げてしまうため、インク滴の吐出体積と吐出速度は殆ど変化しない。
【００５２】
図１５はインターバル時間時間P2が0μsから3.0μsのそれぞれの場合において、初期インク温度Thと吐出体積の関係を示しており、図１６は初期インク温度Thと吐出速度の関係を示している。インク滴の吐出体積と吐出速度は、初期インク温度Thを大きくすると単調増加する事がわかる。
【００５３】
図１７はそれぞれのインターバル時間P2、初期インク温度Thにおけるインク滴の吐出体積と吐出速度の両方を示しており、実線は同一P2の条件、点線は同一Thの条件を結んでいる。図１７におけるTh=40℃/P2=0.2μsでは、吐出体積25.09pl、吐出速度15.18m/sであるが、図１８に示すようなヘッド温調とパルス変調を行なう事により、吐出体積と吐出速度をそれぞれ独立に変化させる事ができる。この制御方法について、気泡発生時から気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間t1におけるインク中の熱拡散距離X1を用いて以下に説明する。
【００５４】
吐出体積を一定に保ったまま吐出速度を上げるには、発泡時にヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を上げ、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を下げる必要がある。そのためには、インターバル時間を長くし、ヘッド温調により初期インク温度を下げるとよい。また、吐出体積を一定に保ったまま吐出速度を下げるには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を下げ、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を上げる必要がある。そのためには、インターバル時間を短くし、ヘッド温調により初期インク温度を上げるとよい。
【００５５】
吐出速度を一定に保ったまま吐出体積を大きくするには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を一定に保ち、ヒータ面からの距離X1以上領域のインク温度を上げる必要がある。そのためには、ヘッド温調により初期インク温度を上げ、インターバル時間を短くするとよい。また、吐出速度を一定に保ったまま吐出体積を小さくするには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内のインク温度を一定に保ち、ヒータ面からの距離X1以上のインク温度を下げる必要がある。そのためには、ヘッド温調により初期インク温度を下げ、インターバル時間を長くするとよい。
【００５６】
［第３実施例］
初期インク温度Thを25℃に固定し、プレパルス時間P1とインターバル時間P2を変化させて、インク滴の吐出体積と吐出速度を求めた数値計算結果を図１９〜図２３に示す。全ての条件においてメインパルスP3はインターバル時間終了後、発泡時まで加えた。
【００５７】
図１９はプレパルス時間P1が0.1μsから1.1μsのそれぞれの場合において、インターバル時間P2と吐出体積の関係を示しており、図２０はインターバル時間P2と吐出速度の関係を示している。インターバル時間P2が約1.5μs以下のときは、インターバル時間P2を大きくするとインク滴の吐出体積と吐出速度は単調増加する。一方でインターバル時間P2が約1.5μs以上のときは、インターバル時間P2を大きくしても、プレパルスによる熱が遠方に逃げてしまうため、インク滴の吐出体積と吐出速度は殆ど変化しない。
【００５８】
図２１は、インターバル時間P2が0.1μsから3μsのそれぞれの場合において、プレパルス時間P1と吐出体積の関係を示しており、図２２は初期インク温度Thと吐出速度の関係を示している。インク滴の吐出体積と吐出速度は、プレパルス時間P1を大きくすると単調増加する事がわかる。
【００５９】
図２３はそれぞれのプレパルス時間P1、インターバル時間P2におけるインク滴の吐出体積と吐出速度の両方を示しており、実線は同一P1の条件、点線は同一Thの条件を結んでいる。図２３におけるP1=0.7μs/P2=0.4μsでは、吐出体積25.52pl、吐出速度15.05m/sであるが、図２４に示すようなヘッド温調とパルス変調を行なう事により、吐出体積と吐出速度をそれぞれ独立に変化させる事ができる。この制御方法について、気泡発生時から気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間t1におけるインク中の熱拡散距離X1を用いて以下に説明する。
【００６０】
吐出体積を一定に保ったまま吐出速度を上げるには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を上げ、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を下げる必要がある。そのためには、プレパルス時間を長くし、インターバル時間を下げるとよい。また、吐出体積を一定に保ったまま吐出速度を下げるには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を下げ、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を上げる必要がある。そのためには、プレパルス時間を短くし、インターバル時間を長くするとよい。
【００６１】
吐出速度を一定に保ったまま吐出体積を大きくするには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を一定に保ち、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を上げる必要がある。そのためには、インターバル時間を長くし、プレパルス時間を短くするとよい。また、吐出速度を一定に保ったまま吐出体積を小さくするには、発泡時におけるヒータ面からの距離X1以内の領域のインク温度を一定に保ち、ヒータ面からの距離X1以上の領域のインク温度を下げる必要がある。そのためには、インターバル時間を短くし、プレパルス時間を長くするとよい。
【００６２】
なお、プレパルス時間P1、インターバル時間P2、初期インク温度Thのすべてを制御する事により、より広範囲のインク吐出体積と吐出速度を制御可能となる。また、本実施例ではヒータ直上のインクを予備加熱するプレパルスを１回だけ印加する例を示したが、プレパルスを複数に分けて印加しても構わない。本発明においてインク初期温度を調整するための手段としては、例えば、サブヒータや冷却用流路をヘッド部材内に設け、インク温度を上昇させる時にはサブヒータを駆動し、インク温度を低下させる時には、冷却用流路に  冷却液体を供給すれば良い。
【００６３】
以上に説明したように、本発明によれば、ヒータ面から、気泡発生時から気泡の体積が増加する速度が最大となるまでの時間における熱拡散距離だけ離れた位置おいて、その内側と外側のインク温度を、ダブルパルス駆動により独立に制御する事により、吐出速度と吐出体積を独立に制御することが可能となった。
【符号の説明】
【００６４】
１ 吐出口
２ 吐出方向
３ ヒータ面
４ ヒータ
５ 発泡室
６ インク流路
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図１】
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