JP2003136690A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 幅広い温度の変化に対して正常な吐出を効率
良くおこなうインクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】 記録信号に応じてエネルギ発生部材を駆
動させ、オリフィスプレートに設けられた複数のノズル
開口よりインク滴を噴射させることで記録をおこなう記
録ヘッドにおいて、インクの粘度に応じて最適なインク
滴を得るための調整手段として、インク温度を検知する
手段と前記インクを加熱制御する手段と前記エネルギ発
生部材の駆動波形を制御する手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は記録信号に応じてエ
ネルギ発生部材を駆動させ、ノズルよりインク滴を噴射
させることで記録を行うインクジェット記録装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は次に詳述する
記録ヘッドのノズル開口からインク滴を記録紙に吐出し
て記録を行う。図３は記録ヘッドの断面図である。記録
ヘッド１は、インク滴が噴射される複数のノズル２、各
ノズルに連通する圧力室３、各圧力室毎に設けられ、圧
力室３の圧力を変動させるエネルギ発生部材４、各圧力
室３とリストリクタ５を通して連通している共通インク
室６を備えており、記録信号に応じてエネルギ発生部材
４を駆動させ、圧力室３の圧力を変化させることでノズ
ル２開口部からインクを噴射させる構成となっており、
共通インク室６には図示していないインクカートリッジ
等から随時インクが供給される。ノズルより噴射させた
インク滴で記録紙上に画像を形成するには大きく分けて
二通りの方式がある。一つは記録ヘッドを用紙搬送方向
と直交する方向に走査させながらインク滴を噴射し、一
走査毎に用紙を一定量搬送するいわゆるシリアル方式で
あり、もう一つは用紙搬送方向に対して直交する方向に
多数のノズルが並ぶように記録ヘッドを固定し、一定の
速度で用紙を搬送しながらインク滴を噴射し、画像を形
成するいわゆるライン方式であるが、どちらの方式もノ
ズルと記録紙の間に一定の距離（例えば１ｍｍ）を設け
て対向しており、記録紙に向けてある一定の速度でイン
ク滴を噴射し、記録紙上の意図する位置にドットを着弾
させて画像を形成している。このようなインクジェット
記録装置において、環境温度の変化によって記録ヘッド
１内のインクの温度も変化する。インクは温度の変化に
よって物性値も変化してしまい、特に粘度は温度によっ
て敏感に変動し、粘度の変化は吐出するインク滴の量や
速度のばらつきを引き起こす原因となる。具体的には、
温度が所定の温度よりも低い時にはインク粘度は高くな
り、通常の吐出エネルギーで吐出させようとすると通常
よりもインク噴射量が減少したり、インク滴速度が遅く
なってしまったりする現象が起こる。さらにひどい時に
は吐出されないことも起こり得る。逆に温度が所定の温
度よりも高い時にはインク粘度が低くなり、通常の吐出
エネルギーで吐出させようとすると通常よりもインク噴
射量が増大したり、インク滴速度が速くなるとともにサ
テライトが発生する現象が起こる。吐出量のばらつきは
吐出量が少ない時には濃度の薄い画像となってしまい、
吐出量が多い時には記録紙上で滲んでしまったり、他の
インク滴と混色してしまったりする。また、吐出速度の
ばらつきはシリアル方式の記録装置では記録ヘッド走査
方向のドット着弾位置ばらつきの原因となり、ライン方
式の記録装置では用紙搬送方向のドット着弾位置ばらつ
きの原因となる。このようにインク粘度の変化は記録画
像の品質低下を招いてしまう。このような問題に対し
て、従来のインクジェット記録装置では装置内に環境温
度、もしくはインク温度を検知する温度検知手段と、イ
ンクの温度を制御する温度制御手段を設け、インク粘度
が一定となるようにしているものもある。また、別の方
法として、エネルギ発生部材の駆動波形を温度によって
制御し、インク温度が低く、粘度が高い時には通常より
も大きな吐出エネルギーを与え、インク温度が高く、粘
度が低い時には通常よりも小さな吐出エネルギーを与え
ることによってインク滴の吐出量や速度を一定となるよ
うに制御しているものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、装置内に環境
温度、もしくはインク温度を検知する温度検知手段と、
記録ヘッド内のインク温度を制御する温度制御手段を設
け、記録ヘッド内のインク温度が一定となるように制御
する方法では加熱手段だけでなく、冷却手段も必要とな
り、装置の大型化、高コスト化につながってしまう。

【０００４】また、一般的にインクは低温領域（例えば
１５℃以下）で粘度の変化量が急激に大きくなる。その
ため、エネルギ発生部材の駆動波形を温度によって制御
することでインク滴の吐出量や速度を一定にする方法で
は、大きな吐出エネルギーを与えるために駆動電圧を上
げる必要があり、効率が悪いだけでなく、粘度がある一
定の値以上まで達すると吐出不可能になるという問題が
ある。一例として図４に水、グリセリン、ジエチレング
リコール等で組成されるインク粘度の温度依存性につい
て示す。

【０００５】本発明の目的は、幅広い温度の変化に対し
て正常な吐出を効率良くおこなうインクジェット記録装
置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるインクジェ
ット記録装置は、記録信号に応じてエネルギ発生部材を
駆動させ、ノズル開口よりインク滴を噴射させることで
対向する記録用紙上に記録を行う記録ヘッドと、環境温
度もしくはインク温度を検知する温度検知手段と、イン
クを加熱する加熱手段を備え、インク温度が低い時には
前記加熱手段の駆動によるインク加熱、もしくはインク
加熱とエネルギ発生部材の駆動波形制御の併用により記
録動作をおこない、インク温度が高い時にはエネルギ発
生部材の駆動波形制御により記録動作をおこなうことを
特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて本発明の一実施
例を示す。図５は記録ヘッドの断面図である。図５と同
じ部品は同一符合を付してある。図６も同様である。

【０００８】記録ヘッド１は、インク滴が噴射される複
数のノズル２、各ノズルに連通する圧力室３、各圧力室
毎に設けられ、圧力室３の圧力を変動させるエネルギ発
生部材４、各圧力室３とリストリクタ５を通して連通し
ている共通インク室６を備えており、記録信号に応じて
エネルギ発生部材４を駆動させ、圧力室３の圧力を変化
させることでノズル２開口部からインクを噴射させる構
成となっており、共通インク室６には図示していないイ
ンクカートリッジ等から随時インクが供給される。共通
インク室内にはインクを加熱する加熱手段７とインク温
度を検知する温度検出手段８を設ける。加熱手段と温度
検出手段は図６に示すように記録ヘッド１のインク供給
口直前に中間タンク９を設け、中間タンク９内に加熱手
段７と温度検知手段８を設けても良い。中間タンク９に
は図示していないインクカートリッジ等から随時インク
が供給される。またこの時、加熱手段を中間タンク９外
に設け中間タンク９を加熱することでタンク９内のイン
クを加熱しても良い。エネルギ発生部材４には圧電定数
がｄ３１型の積層圧電圧素子を用いた。

【０００９】次にインクジェット記録装置の全体につい
て説明する。図８はインクジェット記録装置の正面図で
あり、斜線部は断面を表す。前述した記録ヘッド１と該
記録ヘッド１にインクを供給するインクカートリッジ１
０を搭載した記録ユニット１１はガイドシャフト１２に
対して摺動自在に支持されると共に動力伝達部材１３に
連結されており、駆動源１４によりガイドシャフト１２
に沿って往復運動する。一方、被記録物１５は記録ヘッ
ド１のオリフィスプレート面１６と対向し、記録ユニッ
ト１１の移動方向に直交する方向に搬送ローラ１７によ
って搬送される。被記録物１５には記録ヘッド１のノズ
ル２より記録信号に応じてインクが噴射され、画像が形
成される。

【００１０】記録領域外に設けられた１８は記録ヘッド
１をキャッピングするゴムなどの弾性体からなるキャッ
プ部材である。非記録時には記録ユニット１１が非記録
領域に設けられたキャップ部材１８の上方まで移動し、
キャップ部材１８が図示していない動力源により記録ヘ
ッド１をキャッピングすることで可能な限り記録ヘッド
内のインクの乾燥を防ぐ。キャップ内にはインク吸引の
際の吸引容易化、キャップ内雰囲気湿潤化等のため、イ
ンク吸収シート１９を備えてもよい。また、キャップ部
材１８には底面に２本のチューブ２０、２１が連結して
おり、チューブ２０は大気開放弁２２とつながってい
る。チューブ２１は吸引ポンプ２３を介してキャップ内
に負圧を供給でき、大気開放弁２２を閉じることで記録
ヘッド１内へインクを初期充填することが可能であり、
大気開放弁２２を開放することでキャップ内の空間２４
に溜まったインクを吸引する。排インクはチューブ２１
の先端に設けられた排インク室２５に排出される。

【００１１】キャップ部材１８と記録領域の間に配置さ
れた２６はゴムなどの弾性体からなるワイピングブレー
ドである。ワイピングブレード２６はブレードホルダ２
７に保持され、オリフィスプレート面１６の移動経路上
に進退可能な構成となっている。ワイピング動作必要時
にはワイピングブレード２６が図示していない駆動源に
より記録ユニット１１のオリフィスプレート面１６の移
動経路上に移動させられ、記録ユニット１１の往復移動
に伴いオリフィスプレート面１６の清掃が行われる。

【００１２】本発明の実施例を温度に対するインク粘度
の変化を表した図２を用いて説明する。ｔ０を基準温度
（例えば２５℃）とし、この時に後に説明する図７で示
した駆動波形を用いるものとする。図２に示すように一
般的に水性インクの粘度変化率は比較的高温域では小さ
いが、低温域ではある温度ｔｌよりも低くなると急激に
大きくなる。そこで、本発明ではインク温度がｔｌ以
上、すなわちインクの粘度変化率が小さいときにはエネ
ルギ発生部材の駆動波形制御による対応で正常なインク
滴を噴射させ、インク温度がｔｌ以下、すなわち粘度変
化率が大きいときには加熱手段の駆動によってインク温
度がｔｌ以上になるように加熱するとともにエネルギ発
生部材の駆動波形制御によって正常なインク滴を噴射さ
せる。この時、エネルギ発生部材の駆動波形制御が不必
要となるインク温度ｔまでインクを加熱しても良い。イ
ンク粘度の温度依存性はインクの種類によって異なるた
め、実験等で得られたデータを元にｔｌおよび駆動波形
を決定する。ここで、インク滴を噴射させるエネルギ発
生部材の駆動波形について説明する。ｄ３１型の積層圧
電圧素子であるエネルギ発生部材４は、エネルギ発生部
材４に印加される電圧が増加すると長手方向に縮小する
ように構成されており、その変動量は電圧の変動量に比
例する。インクを噴射させるには、まずｅ０で印加され
つづけている電圧をｅ＋まで上げる。こうすることでエ
ネルギ発生部材４が長手方向に縮小し、圧力室３の容積
が増加させられ，圧力室３内が減圧する。この時，共通
インク室６より圧力室３へインクが供給される。次に、
電圧をｅ０に戻す、もしくはｅ−まで下げることでエネ
ルギ発生部材４を長手方向に伸長させ、圧力室３内を加
圧しノズル２よりインク滴を噴射させる。図９に小さい
吐出エネルギーで吐出させるときの駆動波形の一例を示
す。小さい吐出エネルギーで吐出させる時の駆動波形
は、前述した通常時の駆動波形である図７と比較して、
圧力室３にインクを供給する際の電圧を通常時のｅ＋よ
りも下げることで実現できる。インク温度が高く、粘度
が低い時には通常時よりも少ない圧力室の拡大（減圧）
幅で十分なインク量を圧力室に供給でき、通常時よりも
少ない圧力室の縮小（加圧）幅で通常時と同じインク滴
を噴射させることが可能である。このような駆動波形を
用いることでより少ない電力で正常なインク滴を吐出す
ることが可能である。逆に、インク粘度が大きく、大き
い吐出エネルギーが必要なときには圧力室３にインクを
供給する際の電圧を通常時のｅ＋よりも上げることが必
要となるが、本発明においては極端にインク粘度が大き
くなることはないため、駆動時の消費電力が抑えられる
だけでなく、エネルギ発生部材の温度上昇防止、電気ハ
ード面で高耐電圧部品の不要等の効果がある。次に図１
に示すフローチャートを用いて本発明を用いた記録動作
の一例を説明する。記録命令が受信されると（ステップ
Ｓ１０１）インク温度ｔを温度検出手段によって検出す
る（ステップＳ１０２）。このときの温度が所定の温度
ｔｌよりも低く、粘度変化率が大きい領域にある時には
（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）加熱手段が駆動され、イ
ンク温度を上昇させる（ステップＳ１０４）。この加熱
手段はインク温度が所定の温度ｔｌ以上に達するまで駆
動させられ、（ステップＳ１０５；Ｎｏ）インク温度が
所定の温度以上まで達すると（ステップＳ１０５；Ｙｅ
ｓ）加熱手段の駆動を停止し（ステップ１０６）、エネ
ルギ発生部材の駆動波形を制御しながら記録動作を開始
する（ステップＳ１０７）。この時、インク温度を基準
温度であるｔまで上昇させ、駆動波形制御をおこなわず
に記録動作を開始してもよい。インク温度が所定の温度
ｔｌよりも高いときには（ステップＳ１０３；Ｎｏ）エ
ネルギ発生部材の駆動波形を制御し、通常よりも小さい
吐出エネルギーでインク滴を吐出する（ステップＳ１０
９）。印刷中も温度検出手段８によってインク温度は検
知されつづけ、前述したようにインク温度が所定の温度
よりも低い時には加熱手段７を駆動し、インク温度が所
定の温度になるまで上昇させ本発明におけるるとともに
駆動波形の制御をおこない、インク温度が所定の温度よ
りも高いときには（ステップＳ１０３；Ｎｏ）通常より
も小さい吐出エネルギーでインク滴を吐出する。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、環境温度変化のためイ
ンク粘度が変動しても確実に正常なインク滴を噴射させ
ることができ、さらに最小限の吐出エネルギーでインク
を噴射するため、信頼性が高く経済的なインクジェット
記録装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の動作を実行するフローチャート。

【図２】 温度に対するインク粘度の変化を示すグラ
フ。

【図３】 従来の記録ヘッドの断面図。

【図４】 温度に対するインク粘度の変化を示すグラ
フ。

【図５】 本発明における温度検出手段とインク加熱手
段を設けた記録ヘッドの実施例を示す断面図。

【図６】 本発明における温度検出手段とインク加熱手
段を設けた記録ヘッドの他の実施例を示す断面図。

【図７】 通常時の駆動波形を示すグラフ。

【図８】 インクジェット記録装置の正面概略図。

【図９】 通常よりも小さい吐出エネルギーで吐出させ
る時の駆動波形を示すグラフ。

【符号の説明】

１は記録ヘッド、２はノズル、４はエネルギ発生部材、
７は加熱手段、８は温度検出手段、１６はオリフィスプ
レート面である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C056 EA13 EB07 EB20 EB30 EC03 EC29 EC38 EC42 EC43 FA04 2C057 AF23 AF54 AK01 AL03 AL24 AM03 AM16 AM40 BA03 BA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録信号に応じてエネルギ発生部材を駆動
   させ、オリフィスプレートに設けられた複数のノズル開
   口よりインク滴を噴射させることで記録をおこなう記録
   ヘッドにおいて、インクの粘度に応じて最適なインク滴
   を得るための調整手段として、インク温度を検知する手
   段と前記インクを加熱制御する手段と前記エネルギ発生
   部材の駆動波形を制御する手段を備えていることを特徴
   とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】前記インクの粘度に応じて最適なインク滴
   を得るための調整手段として、前記インク温度が所定の
   温度以下の時は前記加熱制御手段のみ使用、もしくは前
   記加熱制御手段と前記エネルギ発生部材の駆動波形を制
   御する手段を併用することを特徴とする請求項１記載の
   インクジェット記録装置。
3. 【請求項３】前記インクの粘度に応じて最適なインク滴
   を得るための調整手段として、前記インク温度が所定の
   温度以上の時は前記エネルギ発生部材の駆動波形を制御
   する手段のみを使用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記録装置。
4. 【請求項４】前記加熱制御手段による加熱個所は、前記
   記録ヘッドおよびインクタンクを含むインク供給系全体
   もしくはその一部であることを特徴とする請求項１、２
   または３記載のインクジェット記録装置。