(57)【要約】【課題】２つのノズル穴を有する１つのインクチャネルから２滴のインク滴を同時に吐出することにより、微小インク滴による高精細な画像でも高速で記録でき、吐出された各インク滴に飛行曲がりが生ずることなく着弾精度を高く維持できるインクジェット記録方法及び記録装置を提供すること。【解決手段】記録ヘッドＨのインクチャネル４内のインクを該インクチャネル４の一端に形成されたノズル穴３からインク滴として吐出し、該吐出したインク滴を記録媒体上に着弾させることにより画像記録を行うインクジェット記録方法において、１つのインクチャネル４に対して２つのノズル穴３ａ、３ｂを形成し、インクチャネル４内のインクを該２つのノズル穴３ａ、３ｂからそれぞれ異なる吐出速度で同時に平行に吐出することにより、各インク滴をそれぞれ記録媒体上に着弾させ、該２滴のインク滴で２画素を一度に形成する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録ヘッドのインクチャネル内のインクを該インクチャネルの一端に形成されたノズル穴からインク滴として吐出し、該吐出したインク滴を記録媒体上に着弾させることにより画像記録を行うインクジェット記録方法において、
１つのインクチャネルに対して２つのノズル穴を形成し、インクチャネル内のインクを該２つのノズル穴からそれぞれ異なる吐出速度で同時に平行に吐出することにより、各インク滴をそれぞれ記録媒体上に着弾させ、該２滴のインク滴で２画素を一度に形成することを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項２】
上記２つのノズル穴は、ノズル径を異ならせたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録方法。
【請求項３】
上記各インク滴の吐出速度差Δｖは、各ノズル穴を離脱する時の初速度において、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録方法。
０．３ｍ／ｓｅｃ≦Δｖ≦１．０ｍ／ｓｅｃ
【請求項４】
上記各インク滴間の中心距離ｄ（μｍ）は、各ノズル穴を離脱する時において、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録方法。
ｄ≧４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【請求項５】
上記２つのノズル穴間の中心距離ｄ０（μｍ）は、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェット記録方法。
ｄ０＞４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【請求項６】
上記２つのノズル穴の出口側の面積ｎ１、ｎ２は、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）≧２．５％
【請求項７】
記録ヘッドのインクチャネル内のインクを該インクチャネルの一端に形成されたノズル穴からインク滴として吐出し、該吐出したインク滴を記録媒体上に着弾させることにより画像記録を行うインクジェット記録装置において、
上記記録ヘッドは、１つのインクチャネルに対して２つのノズル穴を形成し、インクチャネル内のインクを該２つのノズル穴からそれぞれ異なる吐出速度で同時に平行に吐出することにより、各インク滴をそれぞれ記録媒体上に着弾させ、該２滴のインク滴で２画素を一度に形成するように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】
上記２つのノズル穴は、ノズル径を異ならせたことを特徴とする請求項７記載のインクジェット記録装置。
【請求項９】
上記各インク滴の吐出速度差Δｖは、各ノズル穴を離脱する時の初速度において、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項７又は８記載のインクジェット記録装置。
１．０ｍ／ｓｅｃ≧Δｖ≧０．３ｍ／ｓｅｃ
【請求項１０】
上記各インク滴間の中心距離ｄ（μｍ）は、各ノズル穴を離脱する時において、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項７、８又は９記載のインクジェット記録装置。
ｄ≧４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【請求項１１】
上記２つのノズル穴間の中心距離ｄ０（μｍ）は、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項７、８又は９記載のインクジェット記録装置。
ｄ０＞４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【請求項１２】
上記２つのノズル穴の出口側の面積ｎ１、ｎ２は、以下の条件を満たすことを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）≧２．５％
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録方法及びインクジェット記録装置に関し、詳しくは、１つのインクチャネルから同時に吐出される２滴のインク滴により、高精細な画像を高速で記録することのできるインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、インクジェット記録装置による画像は、３００〜６００ｄｐｉ程度で印刷されている。３６０ｄｐｉは、一画素の大きさが７０μｍ×７０μｍであり、３０ｃｍの観察距離ではドットが見えるので、ざらつき感のある画像となる。また、斜め線にギザギザが見えるので、高画質の画像を形成できない。
【０００３】
しかし、画素密度を７２０ｄｐｉ以上にすると、ざらつき感が改良され、ギザギザが見えなくなり、更に、淡色インクを併用すると、ハイライト部でもドットを視認できなくなり、写真に近い高精細な高画質画像が得られるようになる。
【０００４】
この様に、写真に近い高画質画像を得るには、解像度を高くする必要があり、そのためにはドット径を小さくすることが有効である。ドット径を小さくすれば、単位面積当たりのドット数が増えることにより、階調表現のためのマトリックス数を増やすことができる。なお、７２０ｄｐｉでは、一画素の大きさが３５μｍ×３５μｍになる。
【０００５】
インクジェット記録による画像は、円形のドットにより形成される。一方、画素は正方形なので、インク滴のドット径を画素のピッチより大きくして、隣接ドット間に重なりができるようにしないと、記録された画像に白スジが発生してしまう。例えば、３６０ｄｐｉでは、一画素の大きさは７０μｍ×７０μｍであるので、これを円形のドットで埋めるためには、ドットは正方形の画素に外接する円となり、ドット径として１００μｍが必要である。一方、高精細な高画質画像を記録するために画素密度を７２０ｄｐｉとするには、一画素の大きさが３５μｍ×３５μｍになるので、これを円形のドットで埋めるには、ドット径を５０μｍとする必要がある。
【０００６】
ノズル径とインク吐出量とドット径の関係は、インク滴の吐出時、ノズル径と同じ太さのインク柱が形成され、これが千切れてインク滴となり、記録媒体に着弾して、少し拡がってドットを形成する。例えば、画素密度７２０ｄｐｉの画像記録を行うために記録媒体上で５０μｍのドット径を得るには、８〜１０ｐｌ（ピコリットル）吐出すれば良く、また、画素密度３６０ｄｐｉの画像記録を行うために記録媒体上で１００μｍのドット径を得るには、５０〜６０ｐｌ吐出すれば良いことが分かっている。
【０００７】
すなわち、３６０ｄｐｉの記録ヘッドでは、５０ｐｌのインク滴を一滴吐出すれば、１００μｍのドットを形成して一画素を被覆できる。また、７２０ｄｐｉの記録ヘッドで１０ｐｌのインク滴を一滴吐出すると、５０μｍのドットを形成して一画素を形成する。同じ被覆面積で比較すると、５０ｐｌのインク滴一滴で被覆できる面積を、１０ｐｌのインク滴では４滴以上吐出しなければならない。このため、７２０ｄｐｉの高精細な画像を記録する場合、駆動周波数が同じであれば、印刷速度は３６０ｄｐｉの場合に比べて１／４以下に低下する。駆動周波数を倍にしても、印刷速度は１／２以下に低下する。
【０００８】
また、多数のインクチャネルを高密度に配置した長尺の記録ヘッドは、高周波で駆動すると記録ヘッドの発熱が大きく、放熱が間に合わなくなる恐れがあるので、この様な構造の記録ヘッドを余り高周波で駆動するのは好ましくない。微小なインク滴を吐出するには、インクチャネルを小さく（短く）する必要があり、必然的に駆動周波数が高くなるが、記録ヘッドの発熱が大きくなる恐れがあるので、駆動周波数はなるべく高くしないで、チャネルの数を増やして、印刷速度の低下を防止することが望まれる。しかし、チャネル数を増やすと、加工が難しくなり、ヘッドが大型化する。
【０００９】
そこで、本発明者らは、チャネル数を増やさないで、１つのインクチャネルに２つのノズル穴を設けて、同時に２滴の微小なインク滴を吐出して、一度に２つの画素を埋めることにより、高精細な画像でも高速で記録できるようにする方法を検討している。インクジェット記録では、１つのインクチャネルに１つのノズル穴を持ち、１回の吐出で、１滴のインク滴を吐出するのが普通であるが、この方法によれば、１つのノズル穴からインク滴を１滴ずつ吐出する方法に比べて、画素密度と駆動周波数が同じであれば、印刷速度を２倍に増加させることができる。具体的には、１つのインクチャネルにつき、記録ヘッドの副走査方向（記録媒体を送る方向）に２つのノズル穴を、例えば７２０ｄｐｉの場合では３５μｍ間隔で並べ、各ノズル穴からインクを同時に吐出することにより、１回の主走査（記録媒体を送る方向と直交する方向に記録ヘッドを移動させる）で、１つのノズル穴を設けた記録ヘッドの２回分の主走査を行うことと同じになり、いわゆるｓｔｅｐ　ｃｏｖｅｒａｇｅを上げることができる。
【００１０】
なお、１回の吐出で各インクチャネルからインク滴を２滴ずつ吐出して２画素ずつ同時に印刷しなくとも、周波数を４倍以上に上げて７２０ｄｐｉのインク滴を１滴ずつ吐出しても、高画質と高速を実現できることになる。しかし、圧電性材料を高周波で駆動すると、圧電性材料のヒステリシス損失のため、記録ヘッドが著しく発熱する。圧電性材料を駆動した時のヒステリシス損失は、圧電性材料にかかる電圧が反転する度に発生するので、周波数が高くなると発熱が大きくなる。圧電性材料が発熱すると、その熱がインクチャネル内のインクに伝わり、インクの粘度が低下してインク滴の吐出速度が速くなる。例えば、インクの温度が５℃上昇すると、インク滴の速度が１ｍ／ｓｅｃ以上速くなり、一定速度で移動する記録媒体上で着弾誤差を生じて画質を著しく低下させるので好ましくない。
【００１１】
ところで、１つのインクチャネルに同じ大きさのノズル穴を並べて２個設け、インクを吐出すると、同じ大きさのインク滴が同じ速度で吐出され、そのまま平行に飛行し、やがて記録媒体に着弾して２つの画素を形成すると考えられる。しかし、これは飛行中のインク滴間で相互作用が無いときであり、インク滴が帯電している場合、図３（ｂ）に示すように、１つのインクチャネルに形成された２つのノズル穴１０１、１０２から吐出される２滴のインク滴ａ１、ａ２間の間隔が狭いと、相互に斥力が働き、吐出直後は平行に飛行していても、矢印で示す如く次第に離れて飛行するようになり、その結果、記録媒体２００上にそれぞれ着弾したドットｂ１、ｂ２は着弾位置がずれ、狙った場所に着弾できなくなる。また、インク滴間の間隔が狭いため、２滴で囲まれた部分は空気の流速が遅いので、インク滴に働く圧力が大きくなり、上記同様に２滴が互いに離れて行く。恐らくこれらの作用が重なることにより、２つのノズル穴間の距離が小さいと着弾誤差が起こることが分かった。従来、１つのノズルからインク滴を連続して吐出すると、インク滴間に相互作用が起こることは知られていたが、互いに近接した間隔でインク滴を同時に平行に飛翔させる時、インク滴間の相互作用で飛行経路が曲がることは知られていなかった。
【００１２】
従来、インクジェット記録の分野では、一つのインクチャネルに複数のノズル穴を設けて、各ノズル穴からインク滴を吐出し、記録媒体上に着弾させることにより画像記録を行う技術が、例えば特許文献１〜特許文献８において知られている。
【００１３】
特許文献１は、一つのインク流路に、径の異なるノズル穴を複数個設けて、ノズル穴内の流動抵抗が、径の二乗に反比例して低下することを利用して、ヒーターが発生するエネルギーが小さい時は、径の大きいノズル穴だけから吐出し、エネルギーが大きくなると、大径のノズル穴及び小径のノズル穴の両方から吐出することによりインクの吐出量を変え、記録媒体上でドット面積や形状を精度良く変化させて、インクジェットによって中間調のある画像を作成する方法が開示されている。これは、ヒーターを加熱して蒸気泡を発生させ、その力でインクを吐出するため、駆動条件を変化させても、インク滴の吐出量を大きく変化させられないためである。
【００１４】
特許文献２は、上記同様に気泡の圧力によってインクを吐出する方式の記録ヘッドについて開示されており、一つのインク室に、同じ大きさの複数のノズル穴を設け、各ノズル穴から小滴を吐出して、記録媒体上で合体させる方法が開示されている。大滴の一滴で画像を形成するよりも、小滴を複数個合体させて同じ画像を形成すると、解像度が高く、定着性が良く、ドットの形が円形から正方形に近づくので、画像濃度が高くなり、高画質画像を形成できる。
【００１５】
特許文献３は、１つのインク流路に２つのノズル穴を設けて、ヒーターに強い圧力を発生させると、個々のノズル穴から個別に小滴が吐出され、弱い圧力を発生させると、個々のノズル穴の出口で小滴が合体し、大滴を形成して吐出する方法が開示されている。これは蒸気泡の圧力によってインクを吐出する方式における吐出量制御性の悪さを補う方法である。
【００１６】
特許文献４は、圧電素子を使用するせん断モード（シェヤーモード）ヘッドにおいて、一つのインク室に流路抵抗の異なる大小２つのノズル穴を設け、吐出圧が低い時、大きなノズル穴だけから吐出し、吐出圧が高い時、大、小両方のノズル穴から吐出して、小さなノズル穴から吐出されたインク滴が、大きなノズル穴から吐出されたインク滴と合体して着弾するようにすることにより、一回の吐出によりサイズの異なるインク滴を吐出する方法が開示されている。
【００１７】
特許文献５は、振動板を静電気で振動させて吐出するタイプのヘッドにおいて、一つのインク室に複数のノズル穴を形成して、一つの画素を複数のインク滴で形成することにより、一つのノズル穴が詰っても画素抜けにならないようにした技術が開示されている。
【００１８】
特許文献６は、一つの記録信号に応答して、記録単位のピッチのｎ分の１の間隔で、ｎ個のインク滴を吐出することにより、画素を隙間無く塗り潰す方法が開示されている。
【００１９】
特許文献７及び８は、一つのインク室に複数のオリフィスを持つインクジェットヘッドをバーコード印刷に使用する技術が開示されている。これは、一つのインク室に多数のノズル穴を設けることにより、一つのヘッドにおけるチャネル数を実質的に減らす方法である。
【００２０】
このように特許文献１〜８は、１つのインクチャネルに複数のノズル穴を形成する技術を開示しているが、特許文献１〜６は、いずれも一つのインク室に複数のノズル穴を形成することで、階調のある画像を形成することを意図しているにすぎず、また、特許文献７及び８に開示される従来技術は、バーコード印刷用であるため、ノズル密度が１４０〜２００ｄｐｉ程度と低く、画素密度が３６０ｄｐｉ以上の画像記録、特に７２０ｄｐｉの高精細な画像記録の用途には到底使えないものであり、いずれの技術も高精細な画像を高速で記録することについては触れられておらず、また、２滴のインク滴間に働く相互作用によりインク滴の飛行曲がりが発生することについても何ら触れられていない。
【００２１】
【特許文献１】特開平１０−１６６５８５号公報
【特許文献２】特開平７−３２５９６号公報
【特許文献３】特許第３１８３７４５号公報
【特許文献４】特開平１０−３１５４６３号公報
【特許文献５】特開平９−５７９６６号公報
【特許文献６】特許第２７３５８５２号公報
【特許文献７】米国特許第４９０１０９３号明細書
【特許文献８】米国特許第４７１４９３４号明細書
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、２つのノズル穴を有する１つのインクチャネルから２滴のインク滴を同時に吐出することにより、微小インク滴による高精細な画像でも高速で記録することができると共に、吐出された各インク滴に飛行曲がりが生ずることなく着弾精度を高く維持することのできるインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、１つのインクチャネルに形成した２つのノズル穴の吐出速度を変えることにより、２つのノズル穴から同時に吐出しても２滴のインク滴が並んで飛行しなくなり、飛行曲がりを防止できることが分かり、本発明に至った。
【００２４】
すなわち、上記課題は以下の各発明によって解決される。
【００２５】
１．記録ヘッドのインクチャネル内のインクを該インクチャネルの一端に形成されたノズル穴からインク滴として吐出し、該吐出したインク滴を記録媒体上に着弾させることにより画像記録を行うインクジェット記録方法において、１つのインクチャネルに対して２つのノズル穴を形成し、インクチャネル内のインクを該２つのノズル穴からそれぞれ異なる吐出速度で同時に平行に吐出することにより、各インク滴をそれぞれ記録媒体上に着弾させ、該２滴のインク滴で２画素を一度に形成することを特徴とするインクジェット記録方法。
【００２６】
２．上記２つのノズル穴は、ノズル径を異ならせたことを特徴とする１記載のインクジェット記録方法。
【００２７】
３．上記各インク滴の吐出速度差Δｖは、各ノズル穴を離脱する時の初速度において、以下の条件を満たすことを特徴とする１又は２記載のインクジェット記録方法。
０．３ｍ／ｓｅｃ≦Δｖ≦１．０ｍ／ｓｅｃ
【００２８】
４．上記各インク滴間の中心距離ｄ（μｍ）は、各ノズル穴を離脱する時において、以下の条件を満たすことを特徴とする１、２又は３記載のインクジェット記録方法。
ｄ≧４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【００２９】
５．上記２つのノズル穴間の中心距離ｄ０（μｍ）は、以下の条件を満たすことを特徴とする１、２又は３記載のインクジェット記録方法。
ｄ０＞４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【００３０】
６．上記２つのノズル穴の出口側の面積ｎ１、ｎ２は、以下の条件を満たすことを特徴とする１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）≧２．５％
【００３１】
７．記録ヘッドのインクチャネル内のインクを該インクチャネルの一端に形成されたノズル穴からインク滴として吐出し、該吐出したインク滴を記録媒体上に着弾させることにより画像記録を行うインクジェット記録装置において、上記記録ヘッドは、１つのインクチャネルに対して２つのノズル穴を形成し、インクチャネル内のインクを該２つのノズル穴からそれぞれ異なる吐出速度で同時に平行に吐出することにより、各インク滴をそれぞれ記録媒体上に着弾させ、該２滴のインク滴で２画素を一度に形成するように構成したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【００３２】
８．上記２つのノズル穴は、ノズル径を異ならせたことを特徴とする７記載のインクジェット記録装置。
【００３３】
９．上記各インク滴の吐出速度差Δｖは、各ノズル穴を離脱する時の初速度において、以下の条件を満たすことを特徴とする７又は８記載のインクジェット記録装置。
１．０ｍ／ｓｅｃ≧Δｖ≧０．３ｍ／ｓｅｃ
【００３４】
１０．上記各インク滴間の中心距離ｄ（μｍ）は、各ノズル穴を離脱する時において、以下の条件を満たすことを特徴とする７、８又は９記載のインクジェット記録装置。
ｄ≧４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【００３５】
１１．上記２つのノズル穴間の中心距離ｄ０（μｍ）は、以下の条件を満たすことを特徴とする７、８又は９記載のインクジェット記録装置。
ｄ０＞４５×ａ／１０
但し、ａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。
【００３６】
１２．上記２つのノズル穴の出口側の面積ｎ１、ｎ２は、以下の条件を満たすことを特徴とする７〜１１のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）≧２．５％
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３８】
本発明に係るインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置に使用される記録ヘッドは、インクチャネル内のインクを該インクチャネルの一端に形成されたノズル穴からインク滴として吐出するように構成されたものであれば、インクを吐出するエネルギーを発生するための構造はどのようなタイプでもよいが、ここではインクチャネルを構成する側壁が分極された圧電性材料により形成され、この側壁に電界を印加することにより側壁をせん断変形させてインクチャネル内のインクを吐出する、いわゆるシェヤーモードタイプの記録ヘッドを例に挙げて説明する。
【００３９】
図１は、かかる記録ヘッドの一例を示す縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００４０】
同図において、Ｈは記録ヘッド、１は圧電性材料基板、２はノズルプレート、３はノズル穴、４はインクチャネル、５は側壁、６はカバープレート、７はマニホールド、８はＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）である。
【００４１】
圧電性材料基板１は、互いに分極方向が異なる２枚の圧電性材料１ａ、１ｂを接着剤を介して上下に貼り合わせ、その上側の圧電性材料１ａからダイヤモンドブレード等により溝状の複数のインクチャネル４が全て同じ形状で平行に切削加工されており、これにより隣接するインクチャネル４は、矢印の方向に分極された側壁５によって区画されている。また、インクチャネル４は、圧電性材料基板１のインクチャネル出口側（図１における左側）の深溝部４ａと、該深溝部４ａからインクチャネル入口側（図１における右側）に行くに従って徐々に浅くなる浅溝部４ｂとを有している。
【００４２】
圧電性材料基板１に使用される圧電性材料としては、電圧を加えることにより変形を生じるものであれば特に限定されず、公知のものが用いられ、有機材料からなる基板であっても良いが、圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この圧電性非金属材料からなる基板として、例えば成形、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等がある。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料が挙げられる。
【００４３】
セラミックス基板としては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ３−ＰｂＴｉＯ３）、第三成分添加ＰＺＴがあり、第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ１／２Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｎ１／３Ｓｂ２／３）Ｏ３、Ｐｂ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等があり、さらにＢａＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３等を用いて形成することができる。
【００４４】
また、成形、焼成を必要としないで形成される基板として、例えば、ゾルゲール法、積層基板コーティング等で形成することができる。ゾルゲール法によれば、ゾルは所定の化学組成を持つ均質な溶液に、水、酸あるいはアルカリを添加し、加水分解等の化学変化を起こさせることによって調整される。さらに、溶媒の蒸発や冷却等の処理を加えることによって、目的組成の微粒子あるいは非金属無機微粒子の前躯体を分散したゾルが作成され、基板とすることができる。異種元素の微量添加も含めて、化学組成の均一な化合物を得ることができ、出発原料には一般にケイ酸ナトリウム等の水に可溶な金属塩あるいは金属アルコキシドが用いられ、金属アルコキシドは、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎで表される化合物で、ＯＲ基が強い塩基性を持つため容易に加水分解され、有機高分子のような縮合過程を経て、金属酸化物あるいはその水和物に変化する。
【００４５】
また、積層基板コーティングとして、気相から蒸着させる方法があり、気相からセラミックの基板を作成する方法には、物理的手段による蒸着方法と、気相あるいは基板表面の化学反応による製法の二通りに分類され、さらに、物理蒸着方（ＰＶＤ）は、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等に細分され、また化学的方法にも気相化学反応法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法などがある。物理蒸着法（ＰＶＤ）としての真空蒸着法は、真空中で対象とする物質を加熱して蒸発させ、その蒸気を基板上に付着させる方法で、スパッタ法は目的物質（ターゲット）に高エネルギー粒子を衝突させ、ターゲット表面の原子・分子が衝突粒子と運動量を交換して、表面からはじきだされるスパッタリング現象を利用する方法である。またイオンプレーティング法は、イオン化したガス雰囲気中で蒸着を行う方法である。また、ＣＶＤ法では、膜を構成する原子・分子あるいはイオンを含む化合物を気相状態にしたのち、適当なキャリヤーガスで反応部に導き、加熱した基板上で反応あるいは反応析出させることによって膜を形成し、プラズマＣＶＤ法はプラズマエネルギーで気相状態を発成させ、４００℃〜５００℃までの比較的低い温度範囲の気相化学反応で、膜を析出させる。
【００４６】
圧電性材料基板１の上面には、全インクチャネル４に亘って深溝部４ａ上を覆うようにカバープレート６が接着剤を介して接着されると共に、各インクチャネル４の浅溝部４ｂ上にインクチャネル４内へのインク流入口４ｃが形成され、このインク流入口４ｃを覆うようにマニホールド７が接着剤を介して接着されている。また、カバープレート６が接着された圧電性材料基板１の前端面には、ノズル穴３が開設されたノズルプレート２が接着剤を介して接着されている。
【００４７】
カバープレート６の材料は、特に限定されず、有機材料からなる基板であっても良いが、非圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この非圧電性非金属材料からなる基板として、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英、ＰＺＴの少なくとも１つから選ばれることが好ましい。この非圧電性材料基板は、例えば成形、焼成等の工程をへて形成されるセラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等があり、焼成等の工程をへて形成されるセラミックス基板として、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、それらの混合、混融体、さらにＺｒＯ２、ＢｅＯ、ＡｅＮ、ＳｉＣ等を用いることができる。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと有機物とのハイブリッド材料が挙げられる。
【００４８】
また、ノズルプレート２の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、アロマティックポリアミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリサルフォン樹脂等の合成樹脂のほか、ステンレス等の金属材料を用いることもできる。
【００４９】
各インクチャネル４内には、その両側面から底面にかけて金属電極９がスパッタリング等によって形成されており、この金属電極９は、浅溝部４ｂを通って圧電性材料基板１の後部側上面１ｃまで延びている。各金属電極９には、この後部側上面１ｃにおいて図示しない異方性導電フィルムを介してＦＰＣ８が接着されており、図示しない駆動回路から各金属電極９に駆動電圧を印加することにより側壁５をせん断変形させ、その変形時の圧力によりインクチャネル４内のインクをノズルプレート２に形成されたノズル穴３から吐出するようになっている。
【００５０】
金属電極９に用いられる金属としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タンタル、チタンを用いることができ、特に、電気的特性、加工性の点から、金、アルミニウム、銅、ニッケルが好ましく、めっき、蒸着、スパッタで形成される。
【００５１】
かかるシェヤーモードタイプの記録ヘッドＨは、以上のように圧電性材料１にインクチャネル４を形成して、その側壁５に金属電極９を形成するだけで、ヘッドの主要部分を構成できるので、製造が簡単で、多数のインクチャネル４を高密度に配置できるために、高精細な画像記録を行う上で好ましい態様である。
【００５２】
記録ヘッドＨのノズルプレート２には１つのインクチャネル４に対して２つのノズル穴３ａ、３ｂが形成されており、本発明において、この記録ヘッドＨを用いて記録媒体に画像記録を行う場合には、図５（ａ）に示すように、この２つのノズル穴３ａ、３ｂからインクを同時に平行に吐出することにより、各インク滴Ａ１、Ａ２をそれぞれ記録媒体上に着弾させ、該２滴のインク滴で２画素を一度に形成する。図５（ｂ）に示すように、１つのノズル穴３から１滴のインク滴を吐出して、１つの画素を埋めてゆく方法に比べて、印刷速度をノズル穴の数分以上速くすることができる。
【００５３】
ノズル穴３ａ、３ｂの形状は、図１に示すように、入口径が大きく出口径が小さい、いわゆるコニカルノズルとすることが、吐出抵抗が小さくなると共にノズル開口から空気を吸い込みにくくなるために好ましい。高精細な画像記録を行うために５〜１０ｐｌの微小なインク滴を吐出するには、ノズル穴の径は小さい方が好ましい。吐出時にノズル部で形成されるインク柱の径と吐出圧力で吐出量が決まるので、ノズル穴の径が小さい程微小インク滴を吐出できるが、余り小さいと、ノズル穴が詰まり易くなるので、この場合、出口径は１５〜２５μｍ程度とすることが好ましい。これより小さいとノズル詰まりが発生し易くなり、また、これより大きいと画素密度７２０ｄｐｉの高精細な画像を記録する場合に必要な１０ｐｌ以下の微小インク滴を吐出できなくなる。また、入口径は３０〜４０μｍとすることが好ましい。ノズル穴３ａ、３ｂの開口形状は特に問わず、真円、楕円等の任意の形状とすることができる。
【００５４】
かかるノズル穴３ａ、３ｂの形成はレーザー加工により行うことができる。この場合、２穴同時に形成してもよいし、１穴ずつ工程を分けて形成するようにしてもよい。
【００５５】
本発明では、この１つのインクチャネル４に形成された２つのノズル穴３ａ、３ｂのそれぞれの吐出速度が異なっていることが特徴である。２つのノズル穴３ａ、３ｂからのそれぞれの吐出速度を異ならせるための手段としては、１つのインクチャネル４に形成された２つのノズル穴３ａ、３ｂからは同時にインク滴の吐出エネルギーが与えられるため、それぞれのノズル穴３ａ、３ｂから吐出されるインク滴の大きさを異ならせることが好ましい。
【００５６】
ここでは、１つのインクチャネル４に形成される２つのノズル穴３ａ、３ｂは互いにノズル径を少し異ならせており、従って、１つのインクチャネル４の２つのノズル穴３ａ、３ｂから同時に吐出される２滴のインク滴Ａ１、Ａ２の大きさが少し異なるようにしている。このため、２つのノズル穴３ａ、３ｂから吐出される各インク滴Ａ１、Ａ２は吐出速度が異なり、図３（ａ）に示すように、ノズル穴３ａ、３ｂから２滴のインク滴Ａ１、Ａ２を同時に吐出しても、互いの速度差によりやがて進行方向に沿う２滴間の距離が離れていく。これにより、各インク滴Ａ１、Ａ２間に働く相互作用の影響は少なくなり、飛行経路が曲がるような不具合が生ずることなく、２滴のインク滴Ａ１、Ａ２は記録媒体に向けてそれぞれ真っ直ぐに飛行し、それぞれが記録媒体２００上の狙った位置に着弾してドットＢ１、Ｂ２を形成することにより、２滴のインク滴Ａ１、Ａ２で一度に２画素を形成することができる。２つのノズル穴３ａ、３ｂから吐出された２滴のインク滴Ａ１、Ａ２は、記録媒体２００上に着弾した後、楕円形（図８（ａ）参照）又はダルマ状（図８（ｂ）参照）に連結して画素を埋めるようになる。
【００５７】
図４は、記録ヘッドＨをノズルプレート２側から見た部分正面図である。１つのインクチャネル４に形成される２つのノズル穴３ａ、３ｂは、副走査方向に沿うそれぞれの中心間の距離ｄ１を、高精細な画像記録を行うために、７２０ｄｐｉの画素密度に合わせて３５μｍとしている。通常、７２０ｄｐｉの画素密度を達成するには、主走査方向に記録ヘッドを３５．２μｍ単位で動かし、副走査方向に記録媒体を３５．２μｍ単位で動かす必要があるが、本実施形態に示す記録ヘッドＨでは、１つのインクチャネル４の副走査方向に沿って２つのノズル穴３ａ、３ｂが３５μｍ間隔で並んでいるので、この記録ヘッドＨを主走査方向に３５μｍ単位で動かし、副走査方向に記録媒体を７０μｍ単位で動かして画像記録を行えば、図５（ａ）に示すように解像度は７２０ｄｐｉ×３６０ｄｐｉとなる。しかし、各画素は７２０ｄｐｉのインク滴で形成されるので、見かけの解像度は７２０ｄｐｉ×７２０ｄｐｉとなり、高精細な画像記録が可能となる。また、解像度を倍に高めたので、印刷速度は３６０ｄｐｉの場合に比べて１／４以下に低下するが、２つのノズル穴３ａ、３ｂから２滴のインク滴Ａ１、Ａ２を同時に吐出することにより、速度低下を１／２以下に抑えることができる。
【００５８】
一般に、ノズル穴の径が変わるとインク滴の吐出量、インク滴の飛行速度が変化するが、本発明者らの知見によると、速度差が０．３〜０．５ｍ／ｓｅｃ生じる程度では大きな誤差にはならず、画質に大きな影響は無いことが分かった。すなわち、２つのノズル穴３ａ、３ｂから同時に吐出されるインク滴Ａ１、Ａ２の吐出速度差Δｖは、各ノズル穴３ａ、３ｂを離脱する時の初速度において、０．３ｍ／ｓｅｃ≦Δｖ≦１．０ｍ／ｓｅｃの条件を満たしていれば良いことが分かった。速度差が１．０ｍ／ｓｅｃを越えると、着弾誤差が大きくなり好ましくない。２滴のインク滴Ａ１、Ａ２の初速度間に０．３〜０．５ｍ／ｓｅｃ程度の飛行速度差があれば、２滴を同時に吐出しても次第にインク滴Ａ１、Ａ２間の距離が開いてくるので、飛行中、インク滴Ａ１、Ａ２間に相互作用が少なくなる。速度差Δｖが０．３ｍ／ｓｅｃよりも下回ると、飛行中の相互作用が大きくなり、飛行曲がりを発生する恐れがある。より好ましくは０．５ｍ／ｓｅｃ≦Δｖ≦１．０ｍ／ｓｅｃの条件を満たすことである。
【００５９】
なお、吐出したインク滴の飛行速度はストロボを使用して測定することができる。また、吐出したインク滴の重量は重量法で測定することができる。
【００６０】
１つのインクチャネル４から同時に吐出した２滴を平行に飛ばすには、画像濃度に影響しない範囲で、上述したように２つのノズル穴３ａ、３ｂの径を変えることで達成できるが、極めて狭小なインクチャネル４内に２つのノズル穴３ａ、３ｂを形成する場合には、画像の解像度に影響しないように２つのノズル穴３ａ、３ｂの間隔を調整することが必要である。
【００６１】
１つのインクチャネル４に対して２つのノズル穴３ａ、３ｂをどのように配置するかは、ノズル穴３ａ、３ｂの入口側の径で決まる。本発明者らが２つのノズル穴の中心間の距離と吐出されるインク滴の飛行曲がりの発生の有無との関係を調べたところ、画素密度が７２０ｄｐｉの画像記録を行う場合、ノズル穴の中心間の距離が３６μｍの時では、２つのノズル穴の径の差を大きくする必要があるので、画像が劣化する。しかし、この距離を４９μｍに広げたところ、ノズル径の差をあまり大きくしなくても、ほぼ正確に狙った位置に着弾するようになることが分かった。約２３μｍのノズル穴２個をその中心間の距離を４９μｍ離して、幅約８０μｍしかない１つのインクチャネル内に配置するには、２つのノズル穴３ａ、３ｂは、図４に示すように斜めに配置しなくてはならず、画素密度７２０ｄｐｉの高精細な画像記録を行う場合は２つのノズル穴３ａ、３ｂの副走査方向に沿う中心間の距離ｄ１を３５μｍ、主走査方向に沿う中心間の距離ｄ０＝３４μｍとすれば良い。これでノズル穴３ａ、３ｂ間の距離ｄ２＝４９μｍになる。
【００６２】
この距離ｄ０（μｍ）を式で表すと、ｄ０＞４５×ａ／１０を満たすことが好ましいこととなる。ここで、上記式中のａは２滴のインク滴量の平均値（単位：ｐｌ）を表す。これは吐出滴が小さいときはｄ０を小さくできることを意味する。２つのノズル穴３ａ、３ｂ間の中心距離ｄ０が上記の条件を下回ると、飛行中の相互作用が大きくなり、飛行曲がりを発生する恐れがある。上記中心距離ｄ０は大きい程、２滴のインク滴Ａ１、Ａ２の飛行中の相互作用の影響は少なくなるが、１つのインクチャネル４の開口面積内に収まるように２つのノズル穴３ａ、３ｂを配置する必要上、その上限は自ずと決まってくる。
【００６３】
また、図６に示すように、吐出される２滴のインク滴Ａ１、Ａ２中心間の距離をｄ（μｍ）とすると、各ノズル穴３ａ、３ｂを離脱する時のｄは、ｄ≧６０×ａ／１０を満たすことが好ましいこととなる。２滴のインク滴Ａ１、Ａ２間の中心距離ｄが上記の条件を下回ると、飛行中の相互作用が大きくなり、飛行曲がりを発生する恐れがある。より好ましくは、ｄ≧６０×ａ／１０である。
【００６４】
本発明者らの知見によれば、２つのノズル穴３ａ、３ｂの間隔をｄ０だけ広げてあれば、１つのインクチャネル４に形成される２つのノズル穴３ａ、３ｂの径の差は１μｍで十分効果があることが分かった。例えば、１つのノズル穴の径を２３μｍにすると、もう１つのノズル穴の径を２２又は２４μｍにすれば、インク滴の飛行曲がりが起こらなくなった。２３μｍのノズル穴から吐出されるインク滴の重量は１０ｐｌ、初速度は８．５ｍ／ｓｅｃであった。一方、２２μｍのノズル穴から吐出されるインク滴の重量は９ｐｌで、初速度は８．２ｍ／ｓｅｃであった。２４μｍのノズル穴から吐出されるインク滴の重量は１１ｐｌで、初速度は８．０ｍ／ｓｅｃであった。このとき画像には大きな濃度差は出なかった。
【００６５】
これを２つのノズル穴３ａ、３ｂの面積で表すと、２つのノズル穴３ａ、３ｂの大きさは、２つのノズル穴３ａ、３ｂの出口側の面積をそれぞれｎ１、ｎ２とすると、（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）≧２．５％の条件を満たすことが好ましい。すなわち、ノズル穴３ａ、３ｂの面積差が５％以上有れば、各インク滴Ａ１、Ａ２の速度差は０．３ｍ／ｓｅｃ以上となり、飛行中の相互作用の影響は少なくなる。
【００６６】
また、図７は、それぞれ１０ｐｌの２滴のインク滴を３０〜６０μｍ離して６ｍ／ｓｅｃの速度で同時に飛行させた時に、２滴のインク滴間に働く空気力学的斥力と帯電斥力のシミュレーション結果を示している。各インク滴の帯電量は１×１０−１５Ｃであった。
【００６７】
同図から明らかなように、実際に２滴のインク滴間で相互作用が起こらない距離である４７μｍのとき、空気力学的斥力ｆａは２×１０−９Ｎであり、また、帯電斥力ｆｃは４×１０−１２Ｎであった。従って、２つのノズル穴３ａ、３ｂから吐出される２滴のインク滴Ａ１、Ａ２間に働く空気力学的斥力ｆａは、ｆａ＜２×１０−９Ｎの条件満たすことが好ましく、また、同じく帯電斥力ｆｃは、ｆｃ＜４×１０−１２Ｎの条件を満たすことが好ましい。
【００６８】
更に、各インク滴Ａ１、Ａ２の帯電量は、１×１０−１５Ｃ以下とすると、帯電斥力による影響が少なくなるために好ましい。
【００６９】
なお、本実施形態において使用される記録ヘッドＨのインクチャネル４の長さは１ｍｍ以下が好ましい。本実施形態に示す記録ヘッドＨは、インクチャネル４の側壁５をせん断変形することによりインクを吐出するので、インクチャネル４の長さが長くなると、微小なインク滴を吐出しにくくなるためである。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、１つのインクチャネルに形成された２つのノズル穴の径から２滴のインク滴を、それぞれの吐出速度を異ならせて同時に吐出することにより、着弾精度を高く維持して画像濃度や解像度を劣化させることなく、微小インク滴による高精細な画像でも高速で記録することができるインクジェット記録方法及びインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録ヘッドの一例を示す縦断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】（ａ）は本発明に係る記録ヘッドのインク滴の吐出状態を説明する図、（ｂ）は従来の記録ヘッドのインク滴の吐出状態を説明する図
【図４】本発明に係る記録ヘッドの部分正面図
【図５】（ａ）は本発明に係る記録ヘッドのインク滴の吐出の様子を説明する図、（ｂ）は従来の記録ヘッドのインク滴の吐出の様子を説明する図
【図６】本発明に係る記録ヘッドのインク滴の間隔を説明する図
【図７】２滴のインク滴間に働く空気力学的斥力と帯電斥力のシミュレーション結果を示すグラフ
【図８】（ａ）（ｂ）は本発明におけるインク滴の着弾の様子を示す説明図
【符号の説明】
Ｈ：記録ヘッド
１、１ａ、１ｂ：圧電性材料基板
２：ノズルプレート
３、３ａ、３ｂ：ノズル穴
４：インクチャネル
５：側壁
６：カバープレート
７：マニホールド
８：ＦＰＣ
９：金属電極
Ａ１、Ａ２：インク滴
【図１】
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【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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