JP2007268762A - インクジェット記録装置およびその温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サブヒータを用いることなく、記録中に下がる記録ヘッドの温度を見越した温度制御を記録前に行うことで、ヘッド温度が所定温度以下に下がることなく良好な吐出状態を得ることができるインクジェット記録装置およびその温度制御方法を提供すること
【解決手段】キャリッジがスキャンを開始する前にスキャン幅情報やドットカウント数の情報を取得して、その情報を基に記録ヘッドの温調温度を決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット記録装置における記録ヘッドの温度制御方法に関するものである。

インクジェット記録装置は、所謂ノンインパクト記録方式の記録装置であり、様々な記録媒体に対する高速な記録が可能であって、記録時に騒音がほとんど生じないといった特徴を持っている。このようなことから、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機などの様々な装置の記録機構として広く採用されている。

一般にインクジェット記録装置は、インクを吐出するための吐出口を備えたインクジェット記録ヘッドと、この記録ヘッドにインクを供給する供給系とから構成される。そしてインクの吐出方式の代表的なものとしては、電気熱変換素子（以下、ヒータともいう）を用いた方式がある。かかる方式では、吐出口内方の加圧室内に設けられた電気熱変換素子に記録信号となる電気パルスを与えることで、発生する熱によりインクに熱エネルギを与え、インクの相変化によって生じる気泡圧力を記録液滴の吐出に利用することで記録を行なうことができる。この方式を採用すると、半導体製造工程と同様の製造工程を経て、電気熱変換素子および配線等を高密度に多数配置した記録素子基板を容易かつ精度高く製造することができることから、記録の高精細化および高速化を実現できるものである。さらにこれにより、インクジェット記録ヘッドを用いる記録装置の一層のコンパクト化を図ることができる。

インクジェット記録方法において、インクの吐出安定性や吐出量を一定に保つためには、インクの温度は非常に重要なパラメータである。すなわち、インクの粘度や表面張力などの物性は、温度によって変化しそれによって吐出状態も変化するからである。特に低温環境ではインク粘度が高いため、吐出が不安定になり記録品位の低下を招くことがある。そこで、装置で記録を行う場合、記録開始時にインクを一定の温度まで加熱する場合がある。そのため、記録ヘッドの内部や外部に吐出用とは別にヒータを設けることが多い。また、一定時間吐出が行われないような場合では、吐出口付近のインクの水分が蒸発することによってインク粘度が上昇して、吐出状態が悪化すること（発一現象）が避けられない。そのために、記録途中あるいは次の記録を開始する前に、記録場所以外で正常な吐出が行えるようになるまで、一定量のインクを吐出させる回復操作（予備吐）を行っている。記録途中で回復操作が行われている間は、記録が中断されるためその結果として記録速度が落ちてしまう。少しでも回復操作を少なくするためには、ヘッドの温調により発一性をよくするようにインクの温度制御をする方法がある。インクの温度制御のために、インクを加熱することによってインク中に生じる気泡の圧力によってインクを吐出させる吐出用のヒータが設けられているのと同一基板上に、吐出用ヒータとは別に保温用ヒータ（サブヒータ）等の加熱源が設けられている。これによりインクを直接的あるいは間接的に加熱する構成が提案されている（特許文献１）。吐出用ヒータによる加熱方法としては記録ヘッドの温度を検出して所定の温度になるまで発泡しない程度のパルス幅（短パルス）でヒータの駆動を行い、所定の温度以上になったら駆動を中断する。サブヒータによる加熱方法としては、記録ヘッドの温度を検出して所定の温度になるまでサブヒータに通電し、所定の温度以上になったら通電を中断し、その後ある温度以下になったら再び通電するという方法である。また一方で発熱量の異なる複数のサブヒータのみで加熱する構成も提案されている（特許文献２）。始めに発熱量の大きなサブヒータで一気に加熱し、ある時間が経過した後、発熱量の小さなサブヒータで加熱することによって、時間を短縮しつつヘッド温度が高くなり過ぎないように温度制御する。

特開平５−２２０９６５号公報 特開平８−５８０７７号公報

しかしながら、これらの従来技術のように記録ヘッドにサブヒータを設けるには、その分のスペースが必要になるが、近年のようにノズルを高密度に集積する傾向にある記録ヘッドにおいてはそのようなスペースを設けることは困難である。また、サブヒータを用いた場合、吐出用ヒータとサブヒータ両方の温度制御を行うことが必要であり、制御自体も複雑になってしまう。

また一方で、サブヒータを設けずに吐出用ヒータのみでインクの温度制御を行う場合、記録中にインクの吐出と吐出との間で温度制御を行わなければならないため、記録速度が低下するだけでなく制御が複雑になる。また、このような記録速度低下や制御の複雑化を回避するために、インク吐出直前まで温度制御を行い、記録中は温度制御を行わない場合、記録時間が長いとヘッド温度は目的の温度より低くなり所望の吐出状態を得ることができなくなる。

よって本発明は、サブヒータを用いることなく記録中に下がる記録ヘッドの温度を見越した温度制御を記録前に行って、ヘッド温度が所定温度以下に下がらず良好な吐出状態を得られるインクジェット記録装置およびその温度制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明のインクジェット記録装置は、吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドの温度を取得するためのヘッド温度取得手段と、記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する頻度取得手段と、前記頻度取得手段によって取得された吐出頻度に関する情報に基づいて、前記記録ヘッドの調整温度を定め、前記ヘッド温度取得手段によって取得されたヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のインクジェット記録装置は、吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドの温度を取得するためのヘッド温度取得手段と、前記記録ヘッドの周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段と、記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する頻度取得手段と、前記頻度取得手段によって取得された吐出頻度に関する情報と、前記環境情報取得手段によって取得された前記環境情報と、に基づいて前記記録ヘッドの調整温度を定め、前記ヘッド温度取得手段によって取得されたヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の温度制御方法は、吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置の温度制御方法において、前記記録ヘッドの温度を取得する工程と、記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する工程と、取得されたインク前記吐出頻度に関する情報に基づいて前記記録ヘッドの調整温度度を定め、取得された前記ヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする工程と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の温度制御方法は、吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置の温度制御方法において、前記記録ヘッドの温度を取得する工程と、記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する工程と、前記記録ヘッドの周囲の環境情報を取得する工程と、取得された前記インクの吐出頻度と前記記録ヘッドの周囲の環境情報とに基づいて前記記録ヘッドの調整温度を定め、取得された前記ヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、キャリッジがスキャンする前にスキャン幅および吐出発数であるドットカウント数から記録中に低下する記録ヘッドの温度を予測し、その予測した温度分を目標の温調温度に加えた温度を最終温調温度とする。これによって、記録中に記録ヘッドの温度が所定の温度以下になることを防ぐことができ良好な吐出状態を得ることがでる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるインクジェット記録装置の構成を示す斜視図である。記録ヘッド１は、２本のガイドレール８、９に支持され不図示のモータなどの駆動手段によりガイドレール８，９に沿って往復運動するキャリッジ２に着脱可能に搭載されている。記録媒体Ｓは、搬送ローラ３により記録ヘッド１のインク吐出面に対面し、且つインク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ２の移動方向と交差する方向（矢印Ａ方向）に搬送される。そして本実施形態のインクジェット記録装置は記録ヘッド１の往復運動と、記録媒体Ｓの所定ピッチごとの搬送とを繰り返しつつ動きを同期させながら記録ヘッド１から選択的にインクを吐出させて記録媒体Ｓ上に文字や画像を形成する。

インク供給ユニット５には色毎に独立したインクタンクユニット４が脱着可能に装着されており、インク供給ユニット５と記録ヘッド１はインク供給チューブによって接続されており、各インクタンクユニットに収納されたインクは各色が独立して供給される。キャリッジ２のホームポジションには、キャリッジ２がホームポジションに戻った際に記録ヘッド１の吐出口面と対向する位置に回復ユニット７が設けられている。その回復ユニット７には記録ヘッド１の吐出口面をキャッピングするためのキャップ部（不図示）が備えられている。またさらに回復ユニット７には吐出口面をキャッピングした状態で吐出口に溜まったインク等を吸引する吸引機構（不図示）、および吐出口面を払拭するクリーニングブレード（不図示）が備えられている。さらに、装置内で基板の発熱の影響を受けにくい部分に、記録ヘッド１近傍の環境温度を取得するための温度センサ（不図示）、またそれ以外の部分の環境温度を取得するための温度センサ（不図示）が備えられている。

図２は、記録ヘッド１の吐出口付近の一部を断面にして構造を示す部分的断面斜視図である。記録ヘッド１には素子基板４２３の中央部にインク供給口４２４が備えられ、各吐出口４２２に対応してヒータ４２１が備えられている。また、素子基板４２３と吐出口プレート４２５との間にはインク流路の流路壁を形成する樹脂被膜層４２７が備えられ、素子基板４２３のヒータ４２１を有する面と同一の面には記録ヘッド１の温度を検出する温度センサ４２８が設けられている。

図３は、本発明の一実施形態であるインクジェット記録装置の制御系の構成を示すブロック図である。コントローラ５００はインクジェット記録装置の主な制御が行わる部分であり、記録データを供給するホスト装置５１０とインターフェース５１１を介して記録データやステータス信号等の送受信を行う。また、コントローラ５００はオペレータがスイッチ群５２０を操作することによって各命令を受信可能になっており、さらに装置の状態を検出するためのセンサ群５３０からの信号も受信している。また、コントローラ５００は受信した各信号やデータに基づきヘッドドライバ５４０、モータドライバ５６１に信号を送信して、記録時の主走査モータ５５０や副走査モータ５６０の制御を行う。

本実施形態では、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色のインクを搭載した記録ヘッド１を用いて記録を行い、各インクはその温度が高くなることによって発一性が良くなる性質を有したインクである。

（第１の実施形態）
図４は、本実施形態におけるインクジェット記録装置の処理の流れを示したフローチャート図である。ステップＳ１００にて記録開始の信号を受け取ると、１スキャン分の記録についてステップＳ１０１にて記録中のキャリッジ２のスキャン幅を取得する。また、ステップＳ１０２で上記１スキャン分の記録データに基づき、そのスキャン中のインクの吐出発数（以下、ドットカウント数ともいう）を取得する。そしてこのドットカウント数とステップＳ１０１で取得したキャリッジ２のスキャン幅とによってＳ１０３にて温調温度補正値を決定する。この補正値に従い、記録ヘッドの温度を調整するときの目標となる調整温度がステップＳ１０４において定められることになる。

この温調温度補正値は、スキャン幅が長ければより大きく、ドットカウント数が多ければより小さくなるような値になっている。この温調温度補正値の算出方法について具体的な例を挙げて説明する。
温調温度補正値Ｔｕｐは以下の式によってもとめる。
Ｔｕｐ＝Ｔａ−Ｔｂ×ドットカウント数
ここでＴａは予め決められたスキャン幅に対応したパラメータであり図５の表に従った値を用い、Ｔｂは記録ヘッド１の固有パラメータで本実施形態では８．３６×１０^−６を用いる。例えば、キャリッジ２のスキャン幅が７０１ｍｍ以上であり、ドットカウント数が５．９８×１０^５の時には、Ｔａには１０が代入され、Ｔｂは固定値である８．３６×１０^−６、ドットカウント数は５．９８×１０^５であるから、これを計算すると温調温度補正値Ｔｕｐは、
Ｔｕｐ＝１０−８．３６×１０^−６×５．９８×１０^５≒５
となり、このときの温調温度補正値は５となる。
なお、上記の式を用いた場合ドットカウント数が大きい場合、温調温度補正値Ｔｕｐはマイナスの値をとる場合があるが、このような場合には温調温度補正値Ｔｕｐは０とする。このように、スキャン幅が長くその間に記録ヘッド１の温度低下が大きいと思われる場合には、温調温度補正値Ｔｕｐが大きくなるようにする。また、ドットカウント数が多くインクを吐出することによって記録ヘッド１の温度が下がりにくいときには温調温度補正値Ｔｕｐが小さくなるようにしている。
このような式によってステップＳ１０３にて温調温度補正値Ｔｕｐが決定される。その後ステップＳ１０４で、ステップＳ１０３を用いて最終温調温度Ｔｆを決定する。これは補正前の温調目標温度Ｔｔに温調温度補正値Ｔｕｐを加算することで求められる。
Ｔｆ＝Ｔｔ＋Ｔｕｐ
したがって、Ｔｔが３５の場合に上記の例を当てはめれば、
Ｔｆ＝３５＋５＝４０
となり、補正後の温度である最終温調温度Ｔｆは４０℃になる。この最終温調温度が、記録ヘッドの調整される温度、すなわち調整温度の目標となる温度である。

次にステップＳ１０５にて記録ヘッド１の温度を確認して、記録ヘッド１の温度が最終温調温度Ｔｆよりも低い場合にはステップＳ１０６に進み、短パルス加熱によって記録ヘッド１を加熱する。ステップＳ１０５で記録ヘッド１の温度が最終温調温度Ｔｆよりも高い場合にはステップＳ１０７に進み、短パルス加熱は行われずにステップＳ１０８に進み記録が開始される。その後ステップＳ１０９にて記録が終了したかどうかの判断を行い、終了していない場合にはステップＳ１０１に戻り処理を繰り返す。ステップＳ１０９で記録が終了している場合にはステップＳ１１０に進み動作が終了する。

以上のように、キャリッジ２がスキャンを開始する前にスキャン幅情報やドットカウント数の情報を取得することで、スキャン中の記録ヘッド１の温度低下を予測することができる。そして、記録ヘッド１の温度が低下する温度分を温調目標温度に上乗せすることで記録中に記録ヘッド１の温度が所定の温度以下になることを防ぐことができ、良好な吐出状態を得ることができた。

（第２の実施形態）
第１の実施形態ではスキャン幅とドットカウント数によって温調温度補正値Ｔｕｐを決定したが、本実施形態ではスキャン幅とドットカウント数とさらに環境温度、環境湿度を加えて温調温度補正値Ｔｕｐを決定する。以下にその方法について説明する。

図６は、本実施形態におけるインクジェット記録装置の処理の流れを示したフローチャート図である。図４の第１の実施形態のフローチャート図とはスキャン中のドットカウント数を取得した後に、環境温度と環境湿度を取得する処理が増えているだけである。したがってここでは、第１の実施形態のフローチャート図と同じ部分は省略して、スキャン中のドットカウント数を取得した後から、温調温度補正値を決定するまでを説明する。

ステップＳ２０２でスキャン中のドットカウント数を取得した後、ステップＳ２０３にて環境温度と環境湿度を取得する。次にステップＳ２０４にて、本ステップ以前に取得しているスキャン幅、ドットカウント数、環境温度と環境湿度とから温調温度補正値Ｔｕｐを決定する。温調温度補正値の算出に用いる式は第１の実施形態で用いた式と同じであるが、本実施形態は第１の実施形態とはＴａのパラメータが異なる。本実施形態ではＴａの値は図７から決定する。具体的数値で説明すると、例えばスキャン幅が７０１ｍｍ以上であり、環境温度が１８℃、環境湿度が３５％以下のときには、図７よりＴａは１０となる。なお温調温度補正値Ｔｕｐは、ドットカウント数が大きい場合には、マイナスの値をとり得るが、その場合、第１の実施形態と同様に温調温度補正値Ｔｕｐは０とする。以降各ステップにおいて第１の実施形態と同様の処理を行い、温調目標温度Ｔｔを補正することで、スキャン中の記録ヘッド１の温度低下をさらに高精度で予測することができる。そしてその低下する温度分を温調目標温度Ｔｔに上乗せすることで記録中に記録ヘッド１の温度が所定の温度以下になることを防ぐことができ良好な吐出状態を得ることができた。

なお、本実施形態において温調温度補正値Ｔｕｐ決定の際に、環境温度と環境湿度の両方を加味したが、インクの物性的に何れかのパラメータの寄与が低いと判断できる場合には寄与の大きいと思われるパラメータのみを加味しても同様の効果を得ることができる。

また、上記各実施形態においては４色の記録ヘッドを用いたが、これに限定するものでなく６色等の他の色数の記録ヘッドでもよい。また、図５および図７に示したパラメータの値は記録ヘッドの特性、インクの物性によって変化するものであるため、特にこの値に限定するものでなく適宜変更して用いることが望ましい。

本発明の一実施形態であるインクジェット記録装置の構成を示す斜視図である。 記録ヘッドの吐出口付近の一部を断面にして構造を示す部分的断面斜視図である。 本発明の一実施形態であるインクジェット記録装置の制御系の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における処理の流れを示したフローチャート図である。 第１の実施形態におけるスキャン幅とパラメータとの関係を表した表である。 第２の実施形態における処理の流れを示したフローチャート図である。 第２の実施形態におけるスキャン幅、環境温度、環境湿度とパラメータとの関係を表した表である。

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ キャリッジ
３ 搬送ローラ
４ インクタンクユニット
５ インク供給ユニット
６ インク供給チューブ
７ 回復ユニット
４２１ ヒータ
４２２ インク吐出口
４２３ 素子基板
４２４ インク供給口
４２５ 吐出口プレート
４２６ 流路壁
４２７ 樹脂被膜層
４２８ 温度センサ
５１０ ホスト装置
５３０ センサ群

Claims (7)

1. 吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、
   前記記録ヘッドの温度を取得するためのヘッド温度取得手段と、
   記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する頻度取得手段と、
   前記頻度取得手段によって取得された吐出頻度に関する情報に基づいて、前記記録ヘッドの調整温度を定め、前記ヘッド温度取得手段によって取得されたヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする手段と、
   を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置において、
   前記記録ヘッドの温度を取得するためのヘッド温度取得手段と、
   前記記録ヘッドの周囲の環境情報を取得する環境情報取得手段と、
   記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する頻度取得手段と、
   前記頻度取得手段によって取得された吐出頻度に関する情報と、前記環境情報取得手段によって取得された前記環境情報と、に基づいて前記記録ヘッドの調整温度を定め、前記ヘッド温度取得手段によって取得されたヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする手段と、
   を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 前記吐出頻度は前記キャリッジがスキャンする幅と、前記記録ヘッドの吐出発数によって定まることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記キャリッジがスキャンする幅と前記記録ヘッドの吐出発数に基づいて補正値を定め、
   記録中に維持すべき前記記録ヘッドの温度である温調目標温度に前記補正値を加えた温度を前記最終温調温度とするとともに、
   前記補正値は前記スキャン幅が大きくなるほど大きくなり、前記吐出発数が多くなるほど小さくなる値とすること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。
5. 前記環境情報は前記記録ヘッドの周囲の温度および湿度の少なくとも１つの情報であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
6. 吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置の温度制御方法において、
   前記記録ヘッドの温度を取得する工程と、
   記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する工程と、
   取得されたインク前記吐出頻度に関する情報に基づいて前記記録ヘッドの調整温度度を定め、取得された前記ヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする工程と、
   を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置の温度制御方法。
7. 吐出用ヒータを備え、該吐出用ヒータによる加熱によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置の温度制御方法において、
   前記記録ヘッドの温度を取得する工程と、
   記録データに基づき、前記記録ヘッドからのインクの吐出頻度に関する情報を取得する工程と、
   前記記録ヘッドの周囲の環境情報を取得する工程と、
   取得された前記インクの吐出頻度と前記記録ヘッドの周囲の環境情報とに基づいて前記記録ヘッドの調整温度を定め、取得された前記ヘッド温度と前記調整温度との差に基づき、記録を開始する前に前記吐出用ヒータを用いて前記記録ヘッドの温度制御をする工程と、
   を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置の温度制御方法。
   

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