JP2004050766A - インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バブルジェット（登録商標）記録方式を採る記録装置において、記録動作の中断を伴う予備吐出などを行うことなく常に吐出口付近のインクの状態を吐出に適した状態に保つことができるようにする。
【解決手段】記録ヘッドの各ノズルに設けられた電気熱変換体Ｒｈに所定の通電手段３１３，３１２，３３０によって通電することにより、電気熱変換体Ｒｈの発する熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行う。そして、前記通電手段は、前記各ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給して発泡させる。
【選択図】 図６
【解決手段】記録ヘッドの各ノズルに設けられた電気熱変換体Ｒｈに所定の通電手段３１３，３１２，３３０によって通電することにより、電気熱変換体Ｒｈの発する熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行う。そして、前記通電手段は、前記各ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給して発泡させる。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンターや複写機などに用いられる記録装置、特にインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録ヘッドよりインクを吐出させるインクジェット記録装置には、記録ヘッドに設けられるインクの吐出エネルギー発生手段として、ピエゾなどの電気機械変換体を用いるものと、ヒータなどの電気熱変換体を用いるものがある。このうち、電気熱変換体の発する熱エネルギーを用いてインクを吐出するインクジェット記録ヘッドは、記録用のインク滴（インク滴）を吐出するインク吐出部（ノズル）を高密度に配列することができるため、高解像度記録が可能になると共に、コンパクト化及び低コスト化を実現し得ることから業務用、家庭用を問わず種々の記録装置に適用されている。
【０００３】
しかしながら、インクジェット記録装置は、インクの吐出を行わずに長期に亘って放置しておくと、インクの吐出口付近のインクが水分の蒸発により濃縮し、増粘してインクが吐出され難い状態となり、吐出速度の低下、吐出方向の乱れ、などが発生したり、場合によっては吐出不能状態に陥ることもあるという不都合があった。
【０００４】
このため、現在実用化されている記録装置には、非記録時に吐出口を密閉状態で覆うキャップが設けられ、このキャップによって吐出口付近のインクの蒸発、増粘を軽減すると共に、記録直前に前記吐出口を密閉している前記キャップ内にこれに連通する負圧源からの負圧を与え、その負圧によって吐出口付近のインクを若干吸引する吸引回復動作を行い、吐出口付近のインクをリフレッシュして吐出に適した状態に保つことが行われている。
【０００５】
但し、この吸引回復動作は、記録動作が行われていない状態でのみ実行し得るものであり、記録時にも吐出口付近のインクの濃縮、増粘が発生することもあり、それに伴う不都合が発生することがある。勿論、キャップの開放状態において常に各吐出口からインクが吐出されていれば濃縮、増粘などの不都合は発生しないが、記録動作中であっても、全ての吐出口からインクが吐出される訳ではなく、画像によっては記録動作期間中でも全くインクの吐出が行われない吐出口が存在する場合もある。
【０００６】
このように長期に亘って吐出が行われていないノズルに記録指令を与えてインクの吐出を行おうとしても、吐出口近辺のインクの濃縮、増粘によりインクが適正に吐出されず、記録に不具合が生ずる。特に、形成すべき箇所が図形のエッジ部であったり、細線部であったりする場合には、上記のような記録不良に起因する画像品質の劣化は一層顕著になる。
【０００７】
また、上記のように記録動作中にノズルの使用頻度の差が生じることを想定し、従来のインクジェット記録装置では、図７に示すように、記録動作に関係する走査領域（通常走査領域）Ｅを超えた位置Ｐ２に設けられた吐出機構５へと記録ヘッドを移動させ、記録動作に寄与しないインクの吐出（予備吐出）を各ノズルにて行い、不吐出などの事態が発生するのを未然に防ぐことも行われている。 しかしながら、このような記録に寄与しない吐出動作を記録動作中に行うことは、記録時間及びインク消費量の増大を招くこととなる。
【０００８】
また、近年のインクジェット記録装置による画像の高精細化に伴って、記録ヘッドの各ノズルには微小化が進んでいるが、この微小なノズルでは、（吐出口の開口面積）／（体積）の値が増大するため、吐出口からの蒸発による濃縮が一層早く進み、濃縮による増粘効果が吐出過程に対して大きく影響し、インク滴の着弾位置に誤差が生じたり、不吐出が発生したりし易い状態になる。このため、使用頻度の低いノズルのインク状態を適正な状態に保つためには、記録ヘッドを頻繁に予備吐出位置へと退避させる必要に迫られ、これが記録時間の増大を招き、記録速度の低下を招くこととなる。
【０００９】
染料、水、その他溶剤を混合したインクを細いノズル内に入れて詳細に検討した結果、吐出口からの水分蒸発に伴う濃縮では単純な増粘が発生する以外に、外気に接することによってインク表面付近に染料その他の成分が、ある程度の時間範囲内で表層に集中して構造物を形成することがわかった。この表層に形成される構造物（以下、インク構造物と称す）はある程度の力学的な強度を持っており、インク滴の飛翔に大きな悪影響を及ぼしていた。
【００１０】
しかしながら、吐出口付近に形成されるインク構造物は、吐出口付近のインク表層部分の面積を増大させることによって容易に破壊することが可能となる。これは、言わば水面の薄氷を水を波立たせて割るのと同様の原理であると言える。つまり、インクの表層部分の面積を拡大することによって、吐出口の表面付近に形成されるインク構造物にひび割れを生じさせる（破壊する）ことができ、その力学的強度をインクの飛翔に影響しない程度にまで低下させることができる。そして、一旦、インク構造物を破壊すると、その直後からインク構造物が再生されるまでのしばらくの間はインクを正常に飛翔させることができる。すなわち、インクを吐出させなくともインク構造物の形成された表面をその面積が増大するように揺動させるだけで吐出不良に陥るまでの時間を延長できることがわかった。
【００１１】
前述のいわゆるピエゾを用いた記録方式を用いた記録装置では、上記のような、インクの吐出を行わずにノズルの吐出口の表面付近に形成されるインク構造物を除去する手段が、特開昭５３−１０５３２１号公報、特開昭５５−０４２８０９号公報、特開昭５９−１６４１５１号公報、特開平０３−１６４２５８号公報、特開平０７−１７８９０７号公報、特開平０９−２０１９６０号公報、特開平０９−２２６１１６号公報などに提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インクの沸騰による気泡の圧力を用いたいわゆるバブルジェット（登録商標）方式では、気泡が発生しなければインク内に力学的な変化を起こすことができず、また、一旦発泡が起こればその発生圧力によってインクが必ず吐出されていた。
【００１３】
このため、従来のいわゆるバブルジェット（登録商標）方式を用いたインクジェット記録装置では、インクを吐出させない程度にインクを揺動させて吐出口の表面付近のインク構造物を破壊するという動作は極めて困難であり、実現し難いものと考えられていた。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の課題に着目してなされたもので、いわゆるバブルジェット（登録商標）記録方式を採る記録装置において、記録動作の中断を伴う予備吐出などを行うことなく常に吐出口付近に形成されるインクの状態を吐出に適した状態に保つことができ、継続的な記録動作を可能とするインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題解決のための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のような構成を有するものとなっている。
すなわち、本願の第１の発明は、複数のインク吐出用のノズルを形成してなる記録ヘッドを有し、各ノズルに設けられた電気熱変換体に所定の通電手段によって通電することにより前記電気熱変換体を発熱させ、その熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行うようにしたインクジェット記録装置であって、前記通電手段は、前記各ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給し発泡させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本願の第２の発明は、複数のインク吐出用のノズルを形成してなる記録ヘッドを有し、各ノズルに設けられた電気熱変換体に所定の通電手段によって通電することにより前記電気熱変換体を発熱させ、その熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行うようにしたインクジェット記録方法であって、前記ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給し発泡させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
なお、この明細書においてノズルとはインクを吐出する吐出口、この吐出口に連通する液路、この液路内に配置された電気熱変換体などを含むものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態における基本原理を説明する。
現在、多くのインクジェット記録装置には、バブルジェット（登録商標）方式あるいはサーマルジェット方式と呼ばれる記録方式が採用されている。この記録方式は、記録ヘッド内に多数配列されたノズルの中に薄膜からなる微小な電気熱変換体（ヒータ）を配置し、この電気熱変換体に１０μｓ内外あるいはそれより短い期間通電を行い、その電気熱変換体に接しているインクを沸騰させ、そのときに発生する高圧によってノズル内のインクに力積を与えてインクの一部に運動量を与え、吐出口よりインク滴を飛翔させて紙などの記録媒体に文字、画像などを形成するようになっている。
【００１９】
図５は、電気熱変換体を用いたいわゆるバブルジェット（登録商標）記録方式を採る記録ヘッドの発泡特性の一例を示す図である。なお、図示の例は、キヤノン株式会社製のバブルジェット（登録商標）プリンターＢＪＣ８２０Ｊに設けられた記録ヘッドについて実験した結果を示している。
この実験では、電気熱変換体に入力する駆動パルスの電圧値を一定に保ちながらパルス幅を徐々に変化させて行き、インクに発泡が起こり始めたときのパルス幅を測定したものである。インクの発泡状態は、駆動パルスに同期してストロボ光を照射しながら顕微鏡によって観察する。また、記録ヘッドの吐出特性を確定するためのデータは、パルス幅を一定として電圧を変化させる実験を行っても同様に入手可能である。
【００２０】
そして、測定したデータを両対数のグラフにプロットすると、記録ヘッドには著しい２つの特徴が現れてくる。まず、図中の比較的駆動電圧の高い部分すなわち黒丸印でプロットした領域では次のようになる。この領域では比較的電圧が高いため発熱素子に流れる電流が大きく、電気熱変換体表面から単位面積及び単位時間あたりのインクに流れる熱、いわゆる熱流速が大きくなる。この領域のデータを図５に示すように両対数グラフにプロットするとそれらは直線状に並ぶ。
【００２１】
この時の直線の傾きは両対数グラフ上で略−２となる。この状態は、次のように説明することができる。すなわち、電気熱変換体の抵抗をＲ、発泡開始時間をＰｗ、駆動電圧をＶ、発熱素子の発熱量をＷとすると、
Ｐｗ＝Ｒ・Ｗ・１／Ｖ２
の関係が成り立つ。ここでＲとＷが一定であればＰｗが１／Ｖ２に比例することになる。すなわち発泡現象の開始についてこのような関係が成り立つとき、Ｒはそれほど変化していないと見ることができ、発熱素子からインクに伝達された熱が一定であることを現している。
【００２２】
これは、駆動電圧の高い領域内ならば発泡開始時間が大きくなったとしても、発熱素子で発生した熱が支持基板側に散逸していない状態にあるということができる。従って、この状態では投入したエネルギーが有効に使われ、インク内に発生する発泡圧が十分高く安定なインク吐出が行われていると言える。この領域のデータは、回帰分析の詰果、図５に示すようにタイプ１と称する直線状の分布となる。
【００２３】
一方、図５に示す実験データにおいて駆動電圧の低い方の領域を見ると、ここには別の特徴が現れている。この領域の実験データを黒三角印で示した。このデータも概ね直線状に並んでいる。但し、その直線の勾配は、前述の駆動電圧の高い方の領域に比べてはるかに大きくなっている。この領域では比較的熱流束が小さく、発生する気泡の圧力が弱い。そのためインクを吐出する能力が小さくインクの飛翔速度のばらつきも大きい。この領域では駆動電圧を少し下げるだけで著しく発泡開始時間が大きくなる。すなわちこの領域では駆動電圧が低いため発熱素子に流れる電流が小さく、従って単位時間あたりに発生する熱も小さい。そのため発熱素子から発生した熱はインクばかりではなく支持基板にも多く伝達されるようになり、その結果、発泡時間と駆動電圧との関係は、前述のような発泡開始時間が駆動電圧の二乗の逆数に比例するという規則性から大きくずれてゆくと考えられる。
【００２４】
この領域のデータは回帰分析を行うと、図５に示すタイプ２と名付けた直線状の分布となる。なお、これら２つのタイプの交差する部分の白丸印で示した３つのデータは、遷移領域におけるデータであって、タイプ１またはタイプ２での特徴を持った発泡状態が、各駆動パルス毎に確率現象のように現れ、不安定な状態に見える。
以上のように、バブルジェット（登録商標）方式の記録ヘッドでは、発泡開始時間と駆動電圧との関係を両対数にプロットすることによって、図５に示すように２種類の発泡状態を明確に区別することができる。
【００２５】
さて、本発明は図５に示したように大きく２つに分離される発泡特性のうち、記録信号に基づき通常のタイプ１の駆動条件で電気熱変換体を加熱すれば、インクを適正に飛翔させて記録を行うことができる。また、発泡開始時間が長くかつ低い駆動電圧である領域を用いるタイプ２の駆動条件では、吐出口にインク濃縮の起こり始めた時に有効である。すなわち、タイプ２の駆動条件ではインクの発泡エネルギーが低いため、インクが濃縮した吐出口からインクが吐出することはできず、構造物の破壊のみが行われる。従って、記録媒体への記録動作中に、回復部などのような記録可能領域Ｅから外れた特定の位置に記録ヘッドを戻さなくとも、このタイプ２による駆動を行うことによってインク吐出口付近に形成されるインク構造物を破壊することができる。
【００２６】
換言すれば、記録動作を僅かな時間でも休止させたときに、インクに前述のような発泡エネルギーを付与した場合、吐出口付近のインクを吐出させずにインクを揺動させることができ、それによってインク構造物の破壊を行うことができる。
【００２７】
これに対し、タイプ１の駆動方法を適用すると発泡時のエネルギーが大きいため、インク構造物の存在によって適正な飛翔ができないにも拘わらず、インク滴が吐出口から吐出されてしまい、記録媒体上の不適切な位置にインク滴が着弾し、画像が乱れるという不都合が発生する。このため、予備吐出などのような回復動作を行うためには、非記録領域外の所定の位置まで記録ヘッドを退避させなければならず、記録動作効率が大幅に低下する。
【００２８】
また、図５の説明では、各タイプにおける駆動電圧と発泡開始時間との関係が概ね直線状に並ぶ場合を例に採り説明したが、個々のヘッド構造において直線的でない値を設定することも可能である。要は、電気熱変換体の駆動方式を大きく２種類に分け、一方の駆動方式を電圧が低く発泡開始時間が長い駆動パルスを入力する方式とし、他方を適正なインク吐出を実現するに十分な電圧を有する比較的幅の短い駆動パルスを与える方式とすれば良く、前者の駆動方式を記録動作期間中に実行させることによって吐出口近傍のインクを揺動させるようにすれば良い。
【００２９】
次に、上記記録方法を実現するためのインクジェット記録装置の実施形態を具体的に説明する。
【００３０】
（全体構成の説明）
まず、図１及び図２に基づき、この実施形態におけるインクジェット記録装置の全体構成について説明する。なお、図１はインクジェット記録装置の説明斜視図、図２は断面構成図である。
このインクジェット記録装置では、記録媒体（紙、布、ＯＨＰシート等）１を搬送手段２で搬送する一方、記録媒体１に対して記録ヘッド４をキャリッジ３と共に主走査方向へと往復移動させ、画像信号に応じて記録ヘッドからインク滴を吐出させて記録媒体への記録を行い、記録された記録媒体１を所定の排出部へと排出するようになっている。また、記録動作後は、記録ヘッド４に対して回復機構５により回復動作を行うようになっている。
【００３１】
以下、前記各部の構成についてより具体的に説明する。
（搬送手段）
搬送手段２は記録媒体１を記録位置１Ｓへと搬送し、かつ記録後の記録媒体１を排出部へ排出するものである。この記録装置ではＡＳＦ（オート・シート・フィーダー）での自動給送と、手差し給送の２種類の給送が可能となっている。ＡＳＦ給送は、装置本体６に取り付けたＡＳＦ２ａに複数の記録媒体１を積層した状態でセットし得るようになっている。そして、この記録媒体１を搬送ローラ２ｂとこれに圧接して従動回転するピンチローラ２ｃとでニップし、前記搬送ローラ２ｂを駆動回転することによって搬送力を付与することができるようになっている。なお、前記搬送ローラ２ｂには、搬送モータ２ｄの駆動力がギア列２ｅなどを介して伝達される。また記録後の記録媒体１は排出ローラ２ｆ及びこれに圧接して従動回転する拍車２ｇによって排出部へと排出される。
【００３２】
一方、手差し給送では、手差し口２ｈから一枚ずつ送り込まれた記録媒体を、搬送ローラ２ｂ及び排出ローラ２ｆの駆動によって直線的に搬送するようになっている。なお、記録ヘッド４による記録位置及び記録位置よりも記録媒体の搬送方向下流側には、記録媒体１の裏面を支持するための支持部材であるプラテン２ｉが設けられている。
【００３３】
（キャリッジ）
キャリッジ３は記録ヘッド４を往復移動させるためのものであり、２本のガイドシャフト３ａ，３ｂが記録媒体１の搬送方向に対して直交する方向に架設されており、このシャフト３ａ，３ｂにキャリッジ３が摺動自在に取り付けられている。
【００３４】
前記ガイドシャフト３ａの両端近傍には駆動プーリ３ｃ１及び従動プーリ３ｃ２が取り付けられ、両プーリ３ｃ１，３ｃ２間にはキャリッジ３に係止したタイミングベルト３ｄが架け渡され、テンションバネ３ｅによって張架されている。また駆動プーリ３ｃ１にはキャリッジモータ３ｆが連結してあり、このモータ３ｆの正逆駆動によってキャリッジ３がガイドシャフト３ａ，３ｂに沿って往復移動する。
【００３５】
（記録ヘッド）
記録ヘッド４は搬送手段２によって搬送された記録媒体１にインクを吐出して画像を記録するものであり、このインクジェット記録装置にあってはインク滴を吐出して記録するインクジェット記録方式を用いている。すなわち、この記録ヘツド４は微細なインクの吐出口（オリフィス）、液路及びこの液路の一部に設けられるエネルギー作用部と、この作用部にあるインクに作用させるインク滴形成エネルギーを発生するエネルギー発生手段としての電気熱変換体とを備えている。
【００３６】
このようなエネルギーを発生するエネルギー発生手段としてはピエゾ素子等の電気機械変換体を用いた記録方法、レーザー等の電磁波を照射して発熱させ、その発熱による作用でインク滴を吐出させるエネルギー発生手段を用いた記録方法、あるいは高い電気抵抗を有する発熱素子等の電気熱変換体によってインクを加熱してインクを吐出させるエネルギー発生手段を用いた記録方法等がある。その中でも熱エネルギーによってインクを吐出させるインクジェット記録方法に用いられる記録ヘッドは、記録用のインク滴を吐出させるためのインク吐出口を高密度に配列することができるため、高解像度の記録を行うことが可能になっている。特に、電気熱変換体をエネルギー発生手段として用いた記録ヘッドは、最近の半導体技術の進歩と、マイクロ加工技術の信頼性の向上を十分に活用でき、高密度実装が容易で、製造コストも低いという利点を有している。
【００３７】
（回復機構）
回復機構５は記録後の記録ヘッド４の目詰まり等を防止するものであり、本実施例では予備吐出受け５ａ及び回復系５ｂが設けられている。予備吐出受け５ａは予備吐出制御を行った際に記録ヘッド４のインク吐出口から吐出されたインクを受けるためのものである。また回復系５ｂは記録ヘッド４のインク吐出不良を防止するキャッピング機構であり、弾性体であるゴム等から作られたキャップを記録ヘッド４のインク吐出口に圧接し、前記吐出口からの水分蒸発等を防止する。さらに前記回復系５ｂはキャッピングを行った後、キャップ内をポンプ等により負圧にしてインク吐出口付近の増粘したインクを吸引・排出し、吐出口におけるインクの状態を吐出に適した状態に保つ機構を備えている。
【００３８】
次に、前記インクジェット記録装置の記録動作及びノズル内インク揺動制御について説明する。
図３の『Ａ…Ａ』に示すように、記録媒体１上に実際に記録を行い得る領域（記録可能領域ｅ）の全域に記録を行う場合、記録開始命令に従って、キャリッジ３は助走開始位置（以下、ランプアップ開始位置と記す）Ｐ１より助走を開始して往復移動を行い、搭載された記録ヘッド４は記録信号に応じてインク滴を吐出し、記録を行う。このとき前記キャリッジ３は図３のラインＬに示すように往復移動する。
【００３９】
ここでノズル内インク揺動制御について説明する。
多数のノズルを備えた記録ヘッド３において、使用頻度の低いノズルでは吐出口からの水分蒸発によってインクが増粘したり、インク組成物が表面に集中してノズルの吐出口付近に薄膜状のインク構造体が形成されたりすることがあり、その場合には、吐出口におけるインク滴の吐出速度の低下、前記吐出口の目詰まり等の不都合が発生する。
【００４０】
このため、記録動作中の吐出停止時間、あるいはノズルの非使用率などを計測し、それらが一定値を超えた場合にはノズル内のインクを揺動させる揺動制御を行い、インク吐出速度の低下、吐出方向の乱れ、あるいは不吐出の発生等を防止するようになっている。この揺動制御は図３に示すように、キャリッジ３のランプアップ開始位置Ｐ１と記録開始位置Ｐ２との間で行う。
【００４１】
従って、この実施形態におけるインクジェット記録装置では、図７に示すように、通常走査領域Ｅを越える位置へとキャリッジを移動させる必要はなくなり、全体的な記録速度は大幅に向上する。
【００４２】
ここで、上記制御動作を実行する制御系を図６に基づき説明する。
この実施形態における制御系は、現在、殆どのオンデマンド型インクジェット記録装置で採用しているブロック駆動方式を採用している。
【００４３】
このブロック駆動方式は、記録ヘッド４に設けられている多数のノズルを同時に駆動するのではなく、電源に対する負荷を低減させるために、加熱素子をグループに分け、各グループ毎に時間をずらして駆動を行うものである。
【００４４】
図６に示す例では、記録ヘッドの４の全ノズルは、８個のブロックに分割されており、これによって電源の電流容量を１／８にすることができる。
すなわち、記録ヘッド４内の８個のブロックに応じて、ノズル内に設けられたヒータ（電気熱変換体）Ｒｈの駆動を制御する第１〜第８のブロックコントローラ３１３〜３２０が設けられている。この８個のブロックコントローラ３１３〜３２０には、ラッチ３１２からの記録データが転送されると共に、ブロック駆動信号が入力される。このブロック駆動信号は、各ブロックの駆動タイミングと駆動時間（パルス幅）を定める信号であり、それぞれ時間的なずれを持たせてＣＰＵ１０１から各ブロックに出力される。このため、同時に駆動可能なノズルの数は、記録ヘッド４内の総ノズル数の１／８となる。
【００４５】
さらに、各ブロックコントローラ３１３〜３２０はラッチ３１２のデータとブロック駆動信号との論理積をとることにより、ヒータＲｈ（電気熱変換体）を駆動する最終的なビット駆動信号を作り出す。この信号は各駆動回路３２１〜３２８の各トランジスタＴＲに供給され、これによって各トランジスタＴＲはオン，オフ（ＯＮ，ＯＦＦ）し、オンの時には電源回路３３０から供給される電圧がヒータＲｈに印加され、ヒータＲｈに電流が流れてジュール熱が発生する。この熱によってノズル内のインクには気泡が発生し、その気泡の発生エネルギー（圧力）によってインクをノズルの吐出口から吐出することができる。
【００４６】
このように、分割駆動方式を採るこの実施形態では、各ブロックが異なるタイミングで駆動可能状態となるため、記録ヘッドの駆動における消費電力を１／８に低減することができる。
【００４７】
また、この実施形態では、使用頻度の低いノズルに対し、ノズルの吐出口からインクを吐出させない程度にノズル内のインクを揺動させ、その揺動によって吐出口付近に形成されるインク構造物を破壊し、全てのノズルに対し適正なインク吐出状態を維持し得るようになっている。
【００４８】
このインク揺動動作は、図３に示すように、記録動作のためのキャリッジ３の走査範囲における非記録領域である助走期間（Ｐ２〜Ｐ１）内で行うと共に、そのとき駆動電圧を、通常の記録動作を行う場合の駆動電圧に比較して低くし、かつ駆動電圧の供給時間を設定するパルス信号の幅を、発泡が開始される時間よりも長くとるものとなっている。これは、シフトレジスタ３１１に揺動動作の必要なノズルについてのデータを送り込んでラッチした後、図５に示す駆動電圧−発泡開始時間特性の結果に基づいて決定されるパルス幅を有するブロック駆動信号を入力することによって行う。
【００４９】
この実施形態では、最も低い駆動電圧を含むタイプ２（図５参照）の範囲内で、インク滴がノズルから放出されない駆動電圧を選定し、それをインク揺動用の駆動パルス電圧として設定する。また、駆動パルスのパルス幅は、設定した駆動電圧に対応する発泡開始時間より長いパルス幅に設定する。但し、発泡が開始されると気泡のためにヒータとインクとの間に空間ができ、これによって殆ど断熱状態となるため、余りに長いパルス幅の駆動パルスを入力することは意味がない。勿論、発泡開始時間を下回ると駆動パルスを入力する意味がなくなるのでパルス幅は図５に示す発泡時間に基づき適度に調整する必要がある。
【００５０】
この実施形態においては、電源回路３３０が図６に示すような構成を有しており、これによってヒータＲｈの駆動を、記録動作時と非記録動作時とに対応する高低２種類の電圧を供給し得るようになっている。
すなわち、この実施形態では、比較的高い電源電圧Ｖ１を供給する第１の電圧供給回路３３１と、比較的低い電源電圧Ｖ２を供給する第２の電圧供給回路３３２とを備え、第１の電圧供給回路３３１は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２などを備え、第２の電圧供給回路３３２は、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４によって構成されている。なお、この電源回路３３０と、前記第１〜第８ブロックコントローラ３１３〜３２０及び駆動回路３２１〜３２８によってヒータＲｈへの通電手段が構成されている。
【００５１】
このように構成された通電手段において、記録動作領域Ｅに記録ヘッドが存在する場合、第１の電圧供給回路３３１におけるトランジスタＴＲ２のベース端子３３１ａはハイ（ＨＩＧＨ）レベルに保たれており、トランジスタＴＲ２はオン状態となっている。従って、トランジスタＴＲ１もオン状態にあり、比較的高い電源電圧Ｖ１が駆動回路３２１〜３２８に印加される。
【００５２】
一方、第２の電圧供給回路３３２において、トランジスタＴＲ４のベース端子３３２ａには、前記端子３３１ａに入力される駆動パルスを反転させた駆動パルスが入力される。つまり、第１の電圧供給回路３３１のベース端子３３１ａがハイレベルのときには、第２の電圧供給回路３３２のベース端子３３２ａはロウ（ＬＯＷ）レベルとなる。従って、第１の電圧供給回路３３１から電圧Ｖ１が印加されているときは、第２の電圧供給回路３３２のトランジスタＴＲ４はオフ状態となり、トランジスタＴＲ３もオフ状態となっているため、電源電圧Ｖ２は駆動回路３２１〜３２８には印加されない。
【００５３】
また、第１の電圧供給回路３３１からの電圧Ｖ１が遮断されているときは、第２の電圧供給回路３３２のトランジスタＴＲ４はオン状態となり、トランジスタＴＲ３もオン状態となっているため、電源電圧Ｖ２が駆動回路３２１〜３２８に印加される。このようにして、電圧供給回路３３１と３３２とを選択的に切換えることにより、駆動回路３２１〜３２８に印加する電圧として、Ｖ１とＶ２のいずれか一方を選択し得るようになっている。そして、低い電源電圧Ｖ２が供給されているときには、ノズルからインクを吐出させる電源電圧Ｖ１の印加時間より長いパルス幅の駆動パルスを入力する。これにより、インクの吐出を抑えつつインク内に気泡を発生させることができ、その発泡エネルギーによってインクを揺動させノズルの吐出口付近に形成されているインク構造物を破壊することができ、インクを吐出に適した状態に保つことができる。
【００５４】
なお、上記実施形態ではインクの揺動制御を、キャリッジ３の走査期間における一方の助走期間（Ｐ２〜Ｐ１）でのみ実行する場合を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、図４の他の実施形態に示すように、揺動制御を他方の助走期間（Ｐ３〜Ｐ４）にて行うようにすることも可能である。このようにすることによって、例えば、図４の『ＡＡＡＡ 〜 』に示すように記録媒体１の片側でのみ記録動作が実行され、キャリッジ３がラインに示すように一方の助走期間（Ｐ１〜Ｐ２）へと移動しないときには、他方の助走期間（Ｐ３〜Ｐ４）との間で揺動制御を行うようにすることが可能となり、記録時間の短縮を図ることができる。
また、前記揺動制御は、記録領域Ｅの両側の助走期間（Ｐ１〜Ｐ２及びＰ３〜Ｐ４）によって行うようにすることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は、インク滴の吐出を伴わないインクのノズルから吐出させることなく揺動させ、ノズルの吐出口付近に形成されている構造物を破壊するようにしたため、ノズルの吐出口近傍のインクを常に適正な状態に保つことができ、インクを適正に吐出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す説明斜視図である。
【図２】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す縦断側面図である。
【図３】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態における記録動作及び揺動制御を示す説明図である。
【図４】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態における記録動作及び揺動制御の他の例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態における記録ヘッドの発泡特性の説明図である。
【図６】本発明に係るインクジェット記録装置の制御系の実施形態を示すブロック図である。
【図７】従来技術におけるインクジェット記録装置の記録動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 記録媒体
２ａ ＡＳＦ
２ｃ ピンチローラ
２ｅ ギア列
２ｇ 拍車
２ｉ プラテン
３ キャリッジ
３ａ，３ｂ ガイドシャフト
３ｄ タイミングベルト
３ｆ キャリッジモータ
３ｃ１，３ｃ２ プーリ
３ｅ テンションバネ
４ 記録ヘッド
５ 回復機構
５ａ 予備吐出受け
５ｂ 回復系
１０１ ＣＰＵ
１０３ ＲＡＭ
３００ 分周器
３１１ シフトレジスタ
３１２ ラッチ
３１３〜３２０ 第１〜第８ブロックコントローラ
３２１〜３２８ 駆動回路
３３０ 電源回路
３３１ 第１の電圧供給回路
３３２ 第２の電圧供給回路
Ｐ１ ランプアップ開始位置
Ｐ２ 記録開始位置
Ｐ１〜Ｐ２ キャリッジの助走期間
Ｐ３〜Ｐ４ キャリッジの助走期間
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンターや複写機などに用いられる記録装置、特にインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録ヘッドよりインクを吐出させるインクジェット記録装置には、記録ヘッドに設けられるインクの吐出エネルギー発生手段として、ピエゾなどの電気機械変換体を用いるものと、ヒータなどの電気熱変換体を用いるものがある。このうち、電気熱変換体の発する熱エネルギーを用いてインクを吐出するインクジェット記録ヘッドは、記録用のインク滴（インク滴）を吐出するインク吐出部（ノズル）を高密度に配列することができるため、高解像度記録が可能になると共に、コンパクト化及び低コスト化を実現し得ることから業務用、家庭用を問わず種々の記録装置に適用されている。
【０００３】
しかしながら、インクジェット記録装置は、インクの吐出を行わずに長期に亘って放置しておくと、インクの吐出口付近のインクが水分の蒸発により濃縮し、増粘してインクが吐出され難い状態となり、吐出速度の低下、吐出方向の乱れ、などが発生したり、場合によっては吐出不能状態に陥ることもあるという不都合があった。
【０００４】
このため、現在実用化されている記録装置には、非記録時に吐出口を密閉状態で覆うキャップが設けられ、このキャップによって吐出口付近のインクの蒸発、増粘を軽減すると共に、記録直前に前記吐出口を密閉している前記キャップ内にこれに連通する負圧源からの負圧を与え、その負圧によって吐出口付近のインクを若干吸引する吸引回復動作を行い、吐出口付近のインクをリフレッシュして吐出に適した状態に保つことが行われている。
【０００５】
但し、この吸引回復動作は、記録動作が行われていない状態でのみ実行し得るものであり、記録時にも吐出口付近のインクの濃縮、増粘が発生することもあり、それに伴う不都合が発生することがある。勿論、キャップの開放状態において常に各吐出口からインクが吐出されていれば濃縮、増粘などの不都合は発生しないが、記録動作中であっても、全ての吐出口からインクが吐出される訳ではなく、画像によっては記録動作期間中でも全くインクの吐出が行われない吐出口が存在する場合もある。
【０００６】
このように長期に亘って吐出が行われていないノズルに記録指令を与えてインクの吐出を行おうとしても、吐出口近辺のインクの濃縮、増粘によりインクが適正に吐出されず、記録に不具合が生ずる。特に、形成すべき箇所が図形のエッジ部であったり、細線部であったりする場合には、上記のような記録不良に起因する画像品質の劣化は一層顕著になる。
【０００７】
また、上記のように記録動作中にノズルの使用頻度の差が生じることを想定し、従来のインクジェット記録装置では、図７に示すように、記録動作に関係する走査領域（通常走査領域）Ｅを超えた位置Ｐ２に設けられた吐出機構５へと記録ヘッドを移動させ、記録動作に寄与しないインクの吐出（予備吐出）を各ノズルにて行い、不吐出などの事態が発生するのを未然に防ぐことも行われている。 しかしながら、このような記録に寄与しない吐出動作を記録動作中に行うことは、記録時間及びインク消費量の増大を招くこととなる。
【０００８】
また、近年のインクジェット記録装置による画像の高精細化に伴って、記録ヘッドの各ノズルには微小化が進んでいるが、この微小なノズルでは、（吐出口の開口面積）／（体積）の値が増大するため、吐出口からの蒸発による濃縮が一層早く進み、濃縮による増粘効果が吐出過程に対して大きく影響し、インク滴の着弾位置に誤差が生じたり、不吐出が発生したりし易い状態になる。このため、使用頻度の低いノズルのインク状態を適正な状態に保つためには、記録ヘッドを頻繁に予備吐出位置へと退避させる必要に迫られ、これが記録時間の増大を招き、記録速度の低下を招くこととなる。
【０００９】
染料、水、その他溶剤を混合したインクを細いノズル内に入れて詳細に検討した結果、吐出口からの水分蒸発に伴う濃縮では単純な増粘が発生する以外に、外気に接することによってインク表面付近に染料その他の成分が、ある程度の時間範囲内で表層に集中して構造物を形成することがわかった。この表層に形成される構造物（以下、インク構造物と称す）はある程度の力学的な強度を持っており、インク滴の飛翔に大きな悪影響を及ぼしていた。
【００１０】
しかしながら、吐出口付近に形成されるインク構造物は、吐出口付近のインク表層部分の面積を増大させることによって容易に破壊することが可能となる。これは、言わば水面の薄氷を水を波立たせて割るのと同様の原理であると言える。つまり、インクの表層部分の面積を拡大することによって、吐出口の表面付近に形成されるインク構造物にひび割れを生じさせる（破壊する）ことができ、その力学的強度をインクの飛翔に影響しない程度にまで低下させることができる。そして、一旦、インク構造物を破壊すると、その直後からインク構造物が再生されるまでのしばらくの間はインクを正常に飛翔させることができる。すなわち、インクを吐出させなくともインク構造物の形成された表面をその面積が増大するように揺動させるだけで吐出不良に陥るまでの時間を延長できることがわかった。
【００１１】
前述のいわゆるピエゾを用いた記録方式を用いた記録装置では、上記のような、インクの吐出を行わずにノズルの吐出口の表面付近に形成されるインク構造物を除去する手段が、特開昭５３−１０５３２１号公報、特開昭５５−０４２８０９号公報、特開昭５９−１６４１５１号公報、特開平０３−１６４２５８号公報、特開平０７−１７８９０７号公報、特開平０９−２０１９６０号公報、特開平０９−２２６１１６号公報などに提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インクの沸騰による気泡の圧力を用いたいわゆるバブルジェット（登録商標）方式では、気泡が発生しなければインク内に力学的な変化を起こすことができず、また、一旦発泡が起こればその発生圧力によってインクが必ず吐出されていた。
【００１３】
このため、従来のいわゆるバブルジェット（登録商標）方式を用いたインクジェット記録装置では、インクを吐出させない程度にインクを揺動させて吐出口の表面付近のインク構造物を破壊するという動作は極めて困難であり、実現し難いものと考えられていた。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の課題に着目してなされたもので、いわゆるバブルジェット（登録商標）記録方式を採る記録装置において、記録動作の中断を伴う予備吐出などを行うことなく常に吐出口付近に形成されるインクの状態を吐出に適した状態に保つことができ、継続的な記録動作を可能とするインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題解決のための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のような構成を有するものとなっている。
すなわち、本願の第１の発明は、複数のインク吐出用のノズルを形成してなる記録ヘッドを有し、各ノズルに設けられた電気熱変換体に所定の通電手段によって通電することにより前記電気熱変換体を発熱させ、その熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行うようにしたインクジェット記録装置であって、前記通電手段は、前記各ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給し発泡させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本願の第２の発明は、複数のインク吐出用のノズルを形成してなる記録ヘッドを有し、各ノズルに設けられた電気熱変換体に所定の通電手段によって通電することにより前記電気熱変換体を発熱させ、その熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行うようにしたインクジェット記録方法であって、前記ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給し発泡させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
なお、この明細書においてノズルとはインクを吐出する吐出口、この吐出口に連通する液路、この液路内に配置された電気熱変換体などを含むものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態における基本原理を説明する。
現在、多くのインクジェット記録装置には、バブルジェット（登録商標）方式あるいはサーマルジェット方式と呼ばれる記録方式が採用されている。この記録方式は、記録ヘッド内に多数配列されたノズルの中に薄膜からなる微小な電気熱変換体（ヒータ）を配置し、この電気熱変換体に１０μｓ内外あるいはそれより短い期間通電を行い、その電気熱変換体に接しているインクを沸騰させ、そのときに発生する高圧によってノズル内のインクに力積を与えてインクの一部に運動量を与え、吐出口よりインク滴を飛翔させて紙などの記録媒体に文字、画像などを形成するようになっている。
【００１９】
図５は、電気熱変換体を用いたいわゆるバブルジェット（登録商標）記録方式を採る記録ヘッドの発泡特性の一例を示す図である。なお、図示の例は、キヤノン株式会社製のバブルジェット（登録商標）プリンターＢＪＣ８２０Ｊに設けられた記録ヘッドについて実験した結果を示している。
この実験では、電気熱変換体に入力する駆動パルスの電圧値を一定に保ちながらパルス幅を徐々に変化させて行き、インクに発泡が起こり始めたときのパルス幅を測定したものである。インクの発泡状態は、駆動パルスに同期してストロボ光を照射しながら顕微鏡によって観察する。また、記録ヘッドの吐出特性を確定するためのデータは、パルス幅を一定として電圧を変化させる実験を行っても同様に入手可能である。
【００２０】
そして、測定したデータを両対数のグラフにプロットすると、記録ヘッドには著しい２つの特徴が現れてくる。まず、図中の比較的駆動電圧の高い部分すなわち黒丸印でプロットした領域では次のようになる。この領域では比較的電圧が高いため発熱素子に流れる電流が大きく、電気熱変換体表面から単位面積及び単位時間あたりのインクに流れる熱、いわゆる熱流速が大きくなる。この領域のデータを図５に示すように両対数グラフにプロットするとそれらは直線状に並ぶ。
【００２１】
この時の直線の傾きは両対数グラフ上で略−２となる。この状態は、次のように説明することができる。すなわち、電気熱変換体の抵抗をＲ、発泡開始時間をＰｗ、駆動電圧をＶ、発熱素子の発熱量をＷとすると、
Ｐｗ＝Ｒ・Ｗ・１／Ｖ２
の関係が成り立つ。ここでＲとＷが一定であればＰｗが１／Ｖ２に比例することになる。すなわち発泡現象の開始についてこのような関係が成り立つとき、Ｒはそれほど変化していないと見ることができ、発熱素子からインクに伝達された熱が一定であることを現している。
【００２２】
これは、駆動電圧の高い領域内ならば発泡開始時間が大きくなったとしても、発熱素子で発生した熱が支持基板側に散逸していない状態にあるということができる。従って、この状態では投入したエネルギーが有効に使われ、インク内に発生する発泡圧が十分高く安定なインク吐出が行われていると言える。この領域のデータは、回帰分析の詰果、図５に示すようにタイプ１と称する直線状の分布となる。
【００２３】
一方、図５に示す実験データにおいて駆動電圧の低い方の領域を見ると、ここには別の特徴が現れている。この領域の実験データを黒三角印で示した。このデータも概ね直線状に並んでいる。但し、その直線の勾配は、前述の駆動電圧の高い方の領域に比べてはるかに大きくなっている。この領域では比較的熱流束が小さく、発生する気泡の圧力が弱い。そのためインクを吐出する能力が小さくインクの飛翔速度のばらつきも大きい。この領域では駆動電圧を少し下げるだけで著しく発泡開始時間が大きくなる。すなわちこの領域では駆動電圧が低いため発熱素子に流れる電流が小さく、従って単位時間あたりに発生する熱も小さい。そのため発熱素子から発生した熱はインクばかりではなく支持基板にも多く伝達されるようになり、その結果、発泡時間と駆動電圧との関係は、前述のような発泡開始時間が駆動電圧の二乗の逆数に比例するという規則性から大きくずれてゆくと考えられる。
【００２４】
この領域のデータは回帰分析を行うと、図５に示すタイプ２と名付けた直線状の分布となる。なお、これら２つのタイプの交差する部分の白丸印で示した３つのデータは、遷移領域におけるデータであって、タイプ１またはタイプ２での特徴を持った発泡状態が、各駆動パルス毎に確率現象のように現れ、不安定な状態に見える。
以上のように、バブルジェット（登録商標）方式の記録ヘッドでは、発泡開始時間と駆動電圧との関係を両対数にプロットすることによって、図５に示すように２種類の発泡状態を明確に区別することができる。
【００２５】
さて、本発明は図５に示したように大きく２つに分離される発泡特性のうち、記録信号に基づき通常のタイプ１の駆動条件で電気熱変換体を加熱すれば、インクを適正に飛翔させて記録を行うことができる。また、発泡開始時間が長くかつ低い駆動電圧である領域を用いるタイプ２の駆動条件では、吐出口にインク濃縮の起こり始めた時に有効である。すなわち、タイプ２の駆動条件ではインクの発泡エネルギーが低いため、インクが濃縮した吐出口からインクが吐出することはできず、構造物の破壊のみが行われる。従って、記録媒体への記録動作中に、回復部などのような記録可能領域Ｅから外れた特定の位置に記録ヘッドを戻さなくとも、このタイプ２による駆動を行うことによってインク吐出口付近に形成されるインク構造物を破壊することができる。
【００２６】
換言すれば、記録動作を僅かな時間でも休止させたときに、インクに前述のような発泡エネルギーを付与した場合、吐出口付近のインクを吐出させずにインクを揺動させることができ、それによってインク構造物の破壊を行うことができる。
【００２７】
これに対し、タイプ１の駆動方法を適用すると発泡時のエネルギーが大きいため、インク構造物の存在によって適正な飛翔ができないにも拘わらず、インク滴が吐出口から吐出されてしまい、記録媒体上の不適切な位置にインク滴が着弾し、画像が乱れるという不都合が発生する。このため、予備吐出などのような回復動作を行うためには、非記録領域外の所定の位置まで記録ヘッドを退避させなければならず、記録動作効率が大幅に低下する。
【００２８】
また、図５の説明では、各タイプにおける駆動電圧と発泡開始時間との関係が概ね直線状に並ぶ場合を例に採り説明したが、個々のヘッド構造において直線的でない値を設定することも可能である。要は、電気熱変換体の駆動方式を大きく２種類に分け、一方の駆動方式を電圧が低く発泡開始時間が長い駆動パルスを入力する方式とし、他方を適正なインク吐出を実現するに十分な電圧を有する比較的幅の短い駆動パルスを与える方式とすれば良く、前者の駆動方式を記録動作期間中に実行させることによって吐出口近傍のインクを揺動させるようにすれば良い。
【００２９】
次に、上記記録方法を実現するためのインクジェット記録装置の実施形態を具体的に説明する。
【００３０】
（全体構成の説明）
まず、図１及び図２に基づき、この実施形態におけるインクジェット記録装置の全体構成について説明する。なお、図１はインクジェット記録装置の説明斜視図、図２は断面構成図である。
このインクジェット記録装置では、記録媒体（紙、布、ＯＨＰシート等）１を搬送手段２で搬送する一方、記録媒体１に対して記録ヘッド４をキャリッジ３と共に主走査方向へと往復移動させ、画像信号に応じて記録ヘッドからインク滴を吐出させて記録媒体への記録を行い、記録された記録媒体１を所定の排出部へと排出するようになっている。また、記録動作後は、記録ヘッド４に対して回復機構５により回復動作を行うようになっている。
【００３１】
以下、前記各部の構成についてより具体的に説明する。
（搬送手段）
搬送手段２は記録媒体１を記録位置１Ｓへと搬送し、かつ記録後の記録媒体１を排出部へ排出するものである。この記録装置ではＡＳＦ（オート・シート・フィーダー）での自動給送と、手差し給送の２種類の給送が可能となっている。ＡＳＦ給送は、装置本体６に取り付けたＡＳＦ２ａに複数の記録媒体１を積層した状態でセットし得るようになっている。そして、この記録媒体１を搬送ローラ２ｂとこれに圧接して従動回転するピンチローラ２ｃとでニップし、前記搬送ローラ２ｂを駆動回転することによって搬送力を付与することができるようになっている。なお、前記搬送ローラ２ｂには、搬送モータ２ｄの駆動力がギア列２ｅなどを介して伝達される。また記録後の記録媒体１は排出ローラ２ｆ及びこれに圧接して従動回転する拍車２ｇによって排出部へと排出される。
【００３２】
一方、手差し給送では、手差し口２ｈから一枚ずつ送り込まれた記録媒体を、搬送ローラ２ｂ及び排出ローラ２ｆの駆動によって直線的に搬送するようになっている。なお、記録ヘッド４による記録位置及び記録位置よりも記録媒体の搬送方向下流側には、記録媒体１の裏面を支持するための支持部材であるプラテン２ｉが設けられている。
【００３３】
（キャリッジ）
キャリッジ３は記録ヘッド４を往復移動させるためのものであり、２本のガイドシャフト３ａ，３ｂが記録媒体１の搬送方向に対して直交する方向に架設されており、このシャフト３ａ，３ｂにキャリッジ３が摺動自在に取り付けられている。
【００３４】
前記ガイドシャフト３ａの両端近傍には駆動プーリ３ｃ１及び従動プーリ３ｃ２が取り付けられ、両プーリ３ｃ１，３ｃ２間にはキャリッジ３に係止したタイミングベルト３ｄが架け渡され、テンションバネ３ｅによって張架されている。また駆動プーリ３ｃ１にはキャリッジモータ３ｆが連結してあり、このモータ３ｆの正逆駆動によってキャリッジ３がガイドシャフト３ａ，３ｂに沿って往復移動する。
【００３５】
（記録ヘッド）
記録ヘッド４は搬送手段２によって搬送された記録媒体１にインクを吐出して画像を記録するものであり、このインクジェット記録装置にあってはインク滴を吐出して記録するインクジェット記録方式を用いている。すなわち、この記録ヘツド４は微細なインクの吐出口（オリフィス）、液路及びこの液路の一部に設けられるエネルギー作用部と、この作用部にあるインクに作用させるインク滴形成エネルギーを発生するエネルギー発生手段としての電気熱変換体とを備えている。
【００３６】
このようなエネルギーを発生するエネルギー発生手段としてはピエゾ素子等の電気機械変換体を用いた記録方法、レーザー等の電磁波を照射して発熱させ、その発熱による作用でインク滴を吐出させるエネルギー発生手段を用いた記録方法、あるいは高い電気抵抗を有する発熱素子等の電気熱変換体によってインクを加熱してインクを吐出させるエネルギー発生手段を用いた記録方法等がある。その中でも熱エネルギーによってインクを吐出させるインクジェット記録方法に用いられる記録ヘッドは、記録用のインク滴を吐出させるためのインク吐出口を高密度に配列することができるため、高解像度の記録を行うことが可能になっている。特に、電気熱変換体をエネルギー発生手段として用いた記録ヘッドは、最近の半導体技術の進歩と、マイクロ加工技術の信頼性の向上を十分に活用でき、高密度実装が容易で、製造コストも低いという利点を有している。
【００３７】
（回復機構）
回復機構５は記録後の記録ヘッド４の目詰まり等を防止するものであり、本実施例では予備吐出受け５ａ及び回復系５ｂが設けられている。予備吐出受け５ａは予備吐出制御を行った際に記録ヘッド４のインク吐出口から吐出されたインクを受けるためのものである。また回復系５ｂは記録ヘッド４のインク吐出不良を防止するキャッピング機構であり、弾性体であるゴム等から作られたキャップを記録ヘッド４のインク吐出口に圧接し、前記吐出口からの水分蒸発等を防止する。さらに前記回復系５ｂはキャッピングを行った後、キャップ内をポンプ等により負圧にしてインク吐出口付近の増粘したインクを吸引・排出し、吐出口におけるインクの状態を吐出に適した状態に保つ機構を備えている。
【００３８】
次に、前記インクジェット記録装置の記録動作及びノズル内インク揺動制御について説明する。
図３の『Ａ…Ａ』に示すように、記録媒体１上に実際に記録を行い得る領域（記録可能領域ｅ）の全域に記録を行う場合、記録開始命令に従って、キャリッジ３は助走開始位置（以下、ランプアップ開始位置と記す）Ｐ１より助走を開始して往復移動を行い、搭載された記録ヘッド４は記録信号に応じてインク滴を吐出し、記録を行う。このとき前記キャリッジ３は図３のラインＬに示すように往復移動する。
【００３９】
ここでノズル内インク揺動制御について説明する。
多数のノズルを備えた記録ヘッド３において、使用頻度の低いノズルでは吐出口からの水分蒸発によってインクが増粘したり、インク組成物が表面に集中してノズルの吐出口付近に薄膜状のインク構造体が形成されたりすることがあり、その場合には、吐出口におけるインク滴の吐出速度の低下、前記吐出口の目詰まり等の不都合が発生する。
【００４０】
このため、記録動作中の吐出停止時間、あるいはノズルの非使用率などを計測し、それらが一定値を超えた場合にはノズル内のインクを揺動させる揺動制御を行い、インク吐出速度の低下、吐出方向の乱れ、あるいは不吐出の発生等を防止するようになっている。この揺動制御は図３に示すように、キャリッジ３のランプアップ開始位置Ｐ１と記録開始位置Ｐ２との間で行う。
【００４１】
従って、この実施形態におけるインクジェット記録装置では、図７に示すように、通常走査領域Ｅを越える位置へとキャリッジを移動させる必要はなくなり、全体的な記録速度は大幅に向上する。
【００４２】
ここで、上記制御動作を実行する制御系を図６に基づき説明する。
この実施形態における制御系は、現在、殆どのオンデマンド型インクジェット記録装置で採用しているブロック駆動方式を採用している。
【００４３】
このブロック駆動方式は、記録ヘッド４に設けられている多数のノズルを同時に駆動するのではなく、電源に対する負荷を低減させるために、加熱素子をグループに分け、各グループ毎に時間をずらして駆動を行うものである。
【００４４】
図６に示す例では、記録ヘッドの４の全ノズルは、８個のブロックに分割されており、これによって電源の電流容量を１／８にすることができる。
すなわち、記録ヘッド４内の８個のブロックに応じて、ノズル内に設けられたヒータ（電気熱変換体）Ｒｈの駆動を制御する第１〜第８のブロックコントローラ３１３〜３２０が設けられている。この８個のブロックコントローラ３１３〜３２０には、ラッチ３１２からの記録データが転送されると共に、ブロック駆動信号が入力される。このブロック駆動信号は、各ブロックの駆動タイミングと駆動時間（パルス幅）を定める信号であり、それぞれ時間的なずれを持たせてＣＰＵ１０１から各ブロックに出力される。このため、同時に駆動可能なノズルの数は、記録ヘッド４内の総ノズル数の１／８となる。
【００４５】
さらに、各ブロックコントローラ３１３〜３２０はラッチ３１２のデータとブロック駆動信号との論理積をとることにより、ヒータＲｈ（電気熱変換体）を駆動する最終的なビット駆動信号を作り出す。この信号は各駆動回路３２１〜３２８の各トランジスタＴＲに供給され、これによって各トランジスタＴＲはオン，オフ（ＯＮ，ＯＦＦ）し、オンの時には電源回路３３０から供給される電圧がヒータＲｈに印加され、ヒータＲｈに電流が流れてジュール熱が発生する。この熱によってノズル内のインクには気泡が発生し、その気泡の発生エネルギー（圧力）によってインクをノズルの吐出口から吐出することができる。
【００４６】
このように、分割駆動方式を採るこの実施形態では、各ブロックが異なるタイミングで駆動可能状態となるため、記録ヘッドの駆動における消費電力を１／８に低減することができる。
【００４７】
また、この実施形態では、使用頻度の低いノズルに対し、ノズルの吐出口からインクを吐出させない程度にノズル内のインクを揺動させ、その揺動によって吐出口付近に形成されるインク構造物を破壊し、全てのノズルに対し適正なインク吐出状態を維持し得るようになっている。
【００４８】
このインク揺動動作は、図３に示すように、記録動作のためのキャリッジ３の走査範囲における非記録領域である助走期間（Ｐ２〜Ｐ１）内で行うと共に、そのとき駆動電圧を、通常の記録動作を行う場合の駆動電圧に比較して低くし、かつ駆動電圧の供給時間を設定するパルス信号の幅を、発泡が開始される時間よりも長くとるものとなっている。これは、シフトレジスタ３１１に揺動動作の必要なノズルについてのデータを送り込んでラッチした後、図５に示す駆動電圧−発泡開始時間特性の結果に基づいて決定されるパルス幅を有するブロック駆動信号を入力することによって行う。
【００４９】
この実施形態では、最も低い駆動電圧を含むタイプ２（図５参照）の範囲内で、インク滴がノズルから放出されない駆動電圧を選定し、それをインク揺動用の駆動パルス電圧として設定する。また、駆動パルスのパルス幅は、設定した駆動電圧に対応する発泡開始時間より長いパルス幅に設定する。但し、発泡が開始されると気泡のためにヒータとインクとの間に空間ができ、これによって殆ど断熱状態となるため、余りに長いパルス幅の駆動パルスを入力することは意味がない。勿論、発泡開始時間を下回ると駆動パルスを入力する意味がなくなるのでパルス幅は図５に示す発泡時間に基づき適度に調整する必要がある。
【００５０】
この実施形態においては、電源回路３３０が図６に示すような構成を有しており、これによってヒータＲｈの駆動を、記録動作時と非記録動作時とに対応する高低２種類の電圧を供給し得るようになっている。
すなわち、この実施形態では、比較的高い電源電圧Ｖ１を供給する第１の電圧供給回路３３１と、比較的低い電源電圧Ｖ２を供給する第２の電圧供給回路３３２とを備え、第１の電圧供給回路３３１は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２などを備え、第２の電圧供給回路３３２は、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４によって構成されている。なお、この電源回路３３０と、前記第１〜第８ブロックコントローラ３１３〜３２０及び駆動回路３２１〜３２８によってヒータＲｈへの通電手段が構成されている。
【００５１】
このように構成された通電手段において、記録動作領域Ｅに記録ヘッドが存在する場合、第１の電圧供給回路３３１におけるトランジスタＴＲ２のベース端子３３１ａはハイ（ＨＩＧＨ）レベルに保たれており、トランジスタＴＲ２はオン状態となっている。従って、トランジスタＴＲ１もオン状態にあり、比較的高い電源電圧Ｖ１が駆動回路３２１〜３２８に印加される。
【００５２】
一方、第２の電圧供給回路３３２において、トランジスタＴＲ４のベース端子３３２ａには、前記端子３３１ａに入力される駆動パルスを反転させた駆動パルスが入力される。つまり、第１の電圧供給回路３３１のベース端子３３１ａがハイレベルのときには、第２の電圧供給回路３３２のベース端子３３２ａはロウ（ＬＯＷ）レベルとなる。従って、第１の電圧供給回路３３１から電圧Ｖ１が印加されているときは、第２の電圧供給回路３３２のトランジスタＴＲ４はオフ状態となり、トランジスタＴＲ３もオフ状態となっているため、電源電圧Ｖ２は駆動回路３２１〜３２８には印加されない。
【００５３】
また、第１の電圧供給回路３３１からの電圧Ｖ１が遮断されているときは、第２の電圧供給回路３３２のトランジスタＴＲ４はオン状態となり、トランジスタＴＲ３もオン状態となっているため、電源電圧Ｖ２が駆動回路３２１〜３２８に印加される。このようにして、電圧供給回路３３１と３３２とを選択的に切換えることにより、駆動回路３２１〜３２８に印加する電圧として、Ｖ１とＶ２のいずれか一方を選択し得るようになっている。そして、低い電源電圧Ｖ２が供給されているときには、ノズルからインクを吐出させる電源電圧Ｖ１の印加時間より長いパルス幅の駆動パルスを入力する。これにより、インクの吐出を抑えつつインク内に気泡を発生させることができ、その発泡エネルギーによってインクを揺動させノズルの吐出口付近に形成されているインク構造物を破壊することができ、インクを吐出に適した状態に保つことができる。
【００５４】
なお、上記実施形態ではインクの揺動制御を、キャリッジ３の走査期間における一方の助走期間（Ｐ２〜Ｐ１）でのみ実行する場合を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、図４の他の実施形態に示すように、揺動制御を他方の助走期間（Ｐ３〜Ｐ４）にて行うようにすることも可能である。このようにすることによって、例えば、図４の『ＡＡＡＡ 〜 』に示すように記録媒体１の片側でのみ記録動作が実行され、キャリッジ３がラインに示すように一方の助走期間（Ｐ１〜Ｐ２）へと移動しないときには、他方の助走期間（Ｐ３〜Ｐ４）との間で揺動制御を行うようにすることが可能となり、記録時間の短縮を図ることができる。
また、前記揺動制御は、記録領域Ｅの両側の助走期間（Ｐ１〜Ｐ２及びＰ３〜Ｐ４）によって行うようにすることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は、インク滴の吐出を伴わないインクのノズルから吐出させることなく揺動させ、ノズルの吐出口付近に形成されている構造物を破壊するようにしたため、ノズルの吐出口近傍のインクを常に適正な状態に保つことができ、インクを適正に吐出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す説明斜視図である。
【図２】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態を示す縦断側面図である。
【図３】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態における記録動作及び揺動制御を示す説明図である。
【図４】本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態における記録動作及び揺動制御の他の例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態における記録ヘッドの発泡特性の説明図である。
【図６】本発明に係るインクジェット記録装置の制御系の実施形態を示すブロック図である。
【図７】従来技術におけるインクジェット記録装置の記録動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 記録媒体
２ａ ＡＳＦ
２ｃ ピンチローラ
２ｅ ギア列
２ｇ 拍車
２ｉ プラテン
３ キャリッジ
３ａ，３ｂ ガイドシャフト
３ｄ タイミングベルト
３ｆ キャリッジモータ
３ｃ１，３ｃ２ プーリ
３ｅ テンションバネ
４ 記録ヘッド
５ 回復機構
５ａ 予備吐出受け
５ｂ 回復系
１０１ ＣＰＵ
１０３ ＲＡＭ
３００ 分周器
３１１ シフトレジスタ
３１２ ラッチ
３１３〜３２０ 第１〜第８ブロックコントローラ
３２１〜３２８ 駆動回路
３３０ 電源回路
３３１ 第１の電圧供給回路
３３２ 第２の電圧供給回路
Ｐ１ ランプアップ開始位置
Ｐ２ 記録開始位置
Ｐ１〜Ｐ２ キャリッジの助走期間
Ｐ３〜Ｐ４ キャリッジの助走期間
Claims (8)
- 複数のインク吐出用のノズルを形成してなる記録ヘッドを有し、各ノズルに設けられた電気熱変換体に所定の通電手段によって通電することにより前記電気熱変換体を発熱させ、その熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行うようにしたインクジェット記録装置であって、
前記通電手段は、前記各ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給し発泡させるようにしたことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 前記通電手段は、少なくとも高低２種類の電圧を発する電圧発生手段と、前記各電圧発生手段の異なる電圧を選択的に前記電気熱変換体に印加し得る電圧切換手段とを備え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装置。
- 前記通電手段は、前記電圧発生手段の発する電圧印加時間の長短を切換える通電時間制御手段とを備え、前記通電時間制御手段は、前記電圧発生手段から発せられる高低２種類の電圧のうち、低電圧が選択されたときの通電時間を、高電圧が選択されたときの通電時間よりも長く設定することを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録装置。
- 前記電圧発生手段から発せられる高低２種類の電圧のうち、低電圧が選択されたときに設定する通電時間は、前記電気熱変換体の印加電圧−発泡開始時間特性を両対数グラフに表したとき、略２つの直線によって近似される２つのタイプ及び両タイプの境界領域にあるタイプのうち、最も印加電圧が低いタイプにおける発泡時間の中から選択して決定したことを特徴とする請求項３記載のインクジェット記録装置。
- 複数のインク吐出用のノズルを形成してなる記録ヘッドを有し、各ノズルに設けられた電気熱変換体に所定の通電手段によって通電することにより前記電気熱変換体を発熱させ、その熱エネルギーによって各ノズル内のインクに気泡を発生させ、その気泡の圧力によって各ノズル内からインク滴を飛翔させて記録を行うようにしたインクジェット記録方法であって、
前記ノズルにおいてインクの飛翔が一定期間以上実行されない時、電気熱変換体に通電することにより予めインクが飛翔しない程度の熱エネルギーをノズル内のインクに供給し発泡させるようにしたことを特徴とするインクジェット記録方法。 - 前記電気熱変換体への通電は、少なくとも高低２種類の電圧を選択的に前記電気熱変換体に印加することにより行うことを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録方法。
- 前記電気熱変換体に印加される高低２種類の電圧のうち、低電圧が選択されたときの通電時間を、高電圧が選択されたときの通電時間よりも長く設定することを特徴とする請求項６記載のインクジェット記録方法。
- 前記電圧発生手段から発せられる高低２種類の電圧のうち、低電圧が選択されたときに設定する通電時間は、前記電気熱変換体の印加電圧−発泡開始時間特性を両対数グラフに表したとき、略２つの直線によって近似される２つのタイプ及び両タイプの境界領域にあるタイプのうち、最も印加電圧が低いタイプにおける発泡開始時間の中から選択して決定し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方法。
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006281703A (ja) * | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Canon Inc | 記録ヘッド、記録ヘッドカートリッジ、記録装置、記録ヘッドの素子基体 |
| JP2010504227A (ja) * | 2006-10-09 | 2010-02-12 | シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド | 調整可能な気泡衝撃を伴うインクジェットプリントヘッド |
| JP2013067176A (ja) * | 2012-12-06 | 2013-04-18 | Zamtec Ltd | 調整可能な気泡衝撃を伴うインクジェットプリントヘッド |
-
2002
- 2002-07-23 JP JP2002214517A patent/JP2004050766A/ja not_active Abandoned
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