JP2009148993A - インクジェット方式画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクの増粘を抑えてインクの吐出性能及び吐出信頼性を向上させたインクジェット方式画像形成装置を提供する。
【解決手段】ノズル内のインクは印字直前まで加熱せず（発熱体１５２に電圧パルスを印加せず）にインク中の水分の蒸発による増粘を抑え、印字データから各ノズルの吐出間隔（暴露時間）を算出し、各ノズルの暴露時間に応じて、図６（ｂ）に示すように、インクを吐出しない程度の複数の電圧パルスＰ１を発熱体１５２に印加することにより、インクの増粘を抑えてインクの吐出性能及び吐出信頼性を向上させることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、記録ヘッドに形成されたノズルから記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置に関する。

インクジェット方式画像形成装置（インクジェット記録装置）においては、記録ヘッドのノズルからインクが吐出する際のインク吐出性能やインク吐出の信頼性は、インクの物性、特にインク粘度に依存する。インクの粘度が低いときはインク吐出性能は向上し、インク粘度が高いときはインク吐出性能は低下する。インクジェット記録装置の機種や使用するインクにもよるが、通常、インク粘度が約５ｍＰａ・ｓを超えたときはインク吐出の不良が発生する頻度が高くなるといわれている。このようなインク吐出不良を防止するために、インクジェット記録装置では、インク粘度を低下させてインク吐出性能が向上するように、画像を形成しないときであっても、インクを吐出しない程度に全ノズル内のインクを一様に加熱しておく技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−０１７４５７号公報

しかし、記録媒体に画像を形成するときは、全ノズルから選択的にインク吐出するので、画像によっては長時間に亘ってインクの吐出されないノズルが生じる。このように長時間に亘ってインクの吐出されないノズルが生じた場合、そのノズル内のインクは水分の蒸発（乾燥）によって徐々に増粘して（インク粘度が高くなって）、やがてインクを吐出できなくなる。このような場合、上記の技術では全ノズルを一様に加熱しているので、インク中の水分の蒸発を促進させてしまい、かえってインクの増粘を促す結果となる。

本発明は、上記事情に鑑み、インクの増粘を抑えてインクの吐出性能及び吐出信頼性を向上させたインクジェット方式画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のインクジェット方式画像形成装置は、複数のノズルそれぞれの内部のインクに気泡を形成して該インクを吐出することにより記録媒体に画像を形成するインクジェット方式画像形成装置において、
（１）前記インクを吐出しない待機中は前記インクを加熱せず、
（２）前記インクを吐出するときは、前記複数のノズルそれぞれからインクが吐出しなかった暴露時間に基づいて、前記インクを吐出しないように加熱し、続いて、前記インクに気泡を形成して該インクを吐出させることにより画像を形成することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するための本発明のインクジェット方式画像形成装置は、それぞれに配置された発熱素子を発熱させてインクを吐出する複数のノズルが形成された記録ヘッドと、受信した印字データに基づいて前記発熱素子を制御する制御器とを備え、前記複数のノズルから選択的に記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置において、
（３）前記制御器は、印字データを受信するまでは前記発熱素子を発熱させずに、印字データを受信したときは、前回の受信した印字データに基づくインク吐出の終了から今回の受信した印字データに基づくインク吐出の開始までの暴露時間に基づいて選択的に複数の前記発熱素子を、インクが吐出しないように制御してインクを加熱し、続いて、今回の受信した印字データに基づいて前記複数のノズルからインクを吐出するように前記発熱素子を制御するものである。

ここで、
（４）前記インクを吐出しないように加熱するに際しては、前記インクを断続的に加熱してもよい。

さらに、
（５）前記制御器は、インクを吐出しないように前記発熱素子を制御するに際して、前記発熱素子に電圧パルスを印加させるものであってもよい。

さらにまた、
（６）前記制御器は、前記複数のノズルそれぞれの暴露時間に基づいて、前記発熱素子に印加する電圧パルスの回数を変更するものであってもよい。

さらにまた、
（７）前記制御器は、前記複数のノズルそれぞれの暴露時間に基づいて、前記発熱素子に印加する電圧パルスの幅を変更するものであってもよい。

さらにまた、
（８）前記制御器は、前記複数のノズルそれぞれの暴露時間に基づいて、前記発熱素子に印加する電圧パルスの強さを変更するものであってもよい。

さらにまた、
（９）前記ノズルからインクを最後に吐出してから今回吐出開始までの時間を前記暴露時間とするものである。

本発明によれば、インクを吐出しない待機中はインクを加熱しないので、インクの増粘を抑えることができる。また、暴露時間に基づいてインクを加熱するので、暴露時間が短いインクについては加熱時間も短くなり、インクの増粘をいっそう抑えることができる。さらに、インクを吐出しないように加熱し、続いて、インクに気泡を形成してこのインクを吐出させるので、インクの吐出性能及び吐出信頼性を向上させることができる。

本発明は、複数個の長尺の記録ヘッドが記録媒体搬送方向に並んだインクジェット方式画像形成装置に実現された。

図１を参照して、本発明のインクジェット方式画像形成装置の一例を説明する。

図１は、本発明のインクジェット方式画像形成装置の一例の外観構造を示す斜視図である。

インクジェット記録装置１０は、ロール状の記録媒体Ｐ（図２参照）の紙幅相当のフルラインヘッドで記録を行うタイプである。ロール状の記録媒体Ｐはロールユニット１２に格納されている。本体上部には、上部カバー１４が開閉自在に取り付けられており、この上部カバー１４を開けることにより、本体に内蔵された記録ヘッドＨ及び記録媒体Ｐの搬送部を見ることができる。また、本体全部には、前カバー１６が開閉自在に取り付けられており、この前カバー１６を開けることにより、記録ヘッドＨに供給される液体インクを貯蓄するタンク部Ｒを見ることができる。これら上部カバー１４や前カバー１６によって、装置の外郭が構成されている。なお、本体側部には、記録済みのロール状記録媒体を切断するカッター１８が配置されており、前カバー１６の下方には、インクジェット記録装置１０の電源スイッチ２０が配置されており、さらに、前カバー１６の上方には、操作環境の設定を行なうための操作パネル２２が配置されている。

図２と図３を参照して、図１に示したインクジェット記録装置１０の内部構造を説明する。

図２は、図１に示したインクジェット記録装置の内部構成を模式的に示す正面図である。図３は、４つの記録ヘッドの配列状態を示す斜視図である。

インクジェット記録装置１０は、このインクジェット記録装置１０に画像情報（印字データ）を送るホストＰＣ（パソコン）２４に接続されている。インクジェット記録装置１０には、４つ（４本）の記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙが記録媒体（ここではロ−ル紙）Ｐの搬送方向（矢印Ａ方向）に並んで配置されている。４つの記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙからはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローの各色のインクが吐出される。これら４つの記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙは、所謂ラインヘッドであり、図１の紙面に直交する方向（矢印Ａ方向に直交する方向）に延びている。これら４つの記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙの長さは、インクジェット記録装置１０で印字できる記録媒体のうち最大の幅（図１の紙面に直交する方向の長さ）よりもやや長い。また、これら４つの記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙは、画像形成中は固定されて動かない。

４つの記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙから安定してインクを吐出できるように、プリンタ１０には、回復ユニット４０が組み込まれている。この回復ユニット４０によって、記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙからのインク吐出状態は初期のインク吐出状態に回復する。回復ユニット４０には、回復動作のときに４つの記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙのインク吐出口形成面２６Ｋｓ、２６Ｃｓ、２６Ｍｓ、２６Ｙｓからインクを除去するキャッピング機構５０が備えられている。キャッピング機構５０は各記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙに独立して設けられており、図１の例では６色分（即ち、６つのキャッピング機構５０）が示されているが、このうち２色分は記録ヘッド追加時の予備的な機構である。キャッピング機構５０は、周知のブレード、インク除去部材、ブレード保持部材、キャップ等から構成されている。また、回復ユニット４０は、各記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙ内のインクに加圧すると同時にこのインクを吸引して、各記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙと各サブタンク（図示せず）等との間でインクを循環させながらインク内の気泡を除去することもできる。

ロ−ル紙Ｐはロールユニット１２から供給され、インクジェット記録装置１０に組み込まれた搬送機構３０によって矢印Ａ方向に搬送される。搬送機構３０は、ロ−ル紙Ｐを載置して搬送する搬送ベルト３０ａ、この搬送ベルト３０ａを回転させる搬送モータ３０ｂ、搬送ベルト３０ａに張力を与えるローラ３０ｃなどから構成されている。

ロ−ル紙Ｐに画像を形成する際には、搬送中のロ−ル紙Ｐの記録開始位置がブラックの記録ヘッド２６Ｋの下に到達した後に、印字データ（画像情報）に基づいて記録ヘッド２６Ｋからブラックインクを選択的に吐出する。同様に記録ヘッド２６Ｃ、記録ヘッド２６Ｍ、記録ヘッド２６Ｙの順に、各色のインクを吐出してカラー画像をロ−ル紙Ｐに形成する。インクジェット記録装置１０には、上記の部品・部材の他、各記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙに供給されるインクを貯めておくメインタンク２８Ｋ、２８Ｃ、２８Ｍ、２８Ｙや、記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙにインクを供給したり回復動作をしたりするためのチューブポンプ（図示せず）などが備えられている。

図４を参照して、記録ヘッド２６Ｋのノズル２６Ｋｎの構造を説明する。他の記録ヘッド２６Ｙ，２６Ｍ，２６Ｃのノズルも同一の構造である。図４は、ノズルとその周辺部を示す断面図である。図４には、１つのノズル２６Ｋｎしか示していないが、記録ヘッド２６Ｋには多数のノズルが、記録媒体搬送方向に直交して並んで形成されている。

記録ヘッド２６Ｋには、インクを吐出する多数のノズル２６Ｋｎが、図３の紙面の垂直方向に並んで形成されている。多数のノズル２６Ｋｎは、インクが貯められた共通液室２６Ｋｒにつながっている（連通している）。この共通液室２６Ｋｒはサブタンク（図示せず）につながっており、サブタンクから共通液室２６Ｋｒにインクが供給される。

ノズル２６Ｋｎには、このノズル２６Ｋｎ内のインク中で発泡させる（気泡を形成させる）ための発熱体（本発明にいう発熱素子の一例である）１５２が配置されている。発熱体１５２に電力を供給して（通電して）発熱させることによりノズル２６Ｋｎ内のインク中で泡（気泡）が発生し、ノズル２６Ｋｎの出口（インク吐出口１５４）からインク滴が押し出されて吐出される。このインク滴の吐出については、図１０等を参照して後述する。

発熱体１５２は、シリコン素子基板１５６上に周知の技術で形成されている。このシリコン素子基板１５６には、メニスカス（図示せず）の近傍においてインクの濡れ性を均一化させるためにシリコン天板１５８とノズルＩ１６０が形成されており、これらシリコン天板１５８とノズルＩ１６０はノズル２６Ｋｎの内壁面に形成されている。ノズルＩ１６０はノズル２６Ｋｎのインク吐出口１５４の近傍の内壁に形成されて、インク吐出口１５４を狭めている。

上記した共通液室２６Ｋｒもシリコン素子基板１５６に形成されている。また、発熱体１５２による発泡時にエネルギーを効率良くインク吐出方向（矢印Ｄ方向）に向かわせる弁１６２や、シリコン天板１５８からノズル２６Ｋｎ内部に向かって垂直方向に延びる流路壁１６４もシリコン素子基板１５６に形成されている。ノズルＩ１６０は、多数のノズル２６Ｋｎ等を作製する場合においてシリコン天板１５８を切断するときに欠け（チッピング）を生じさせないためのものである。

発熱体１５２は電気抵抗層及び配線をパタ−ンニングして形成されたものである。この配線を経由して電気抵抗層に電圧を印加して電流を流すことにより発熱体１５２が発熱する。この発熱によって発熱体１５２の表面部分のインクを発泡させ、インク吐出口１５４からインクを押し出して吐出させている。また、シリコン素子基板１５６と発熱体１５２に蓄積された熱の温度（蓄熱温度）を検知するためのＤｉセンサ（図示せず）がシリコン素子基板１５６に配置されており、このＤｉセンサが検知した検知温度に応じて記録ヘッド２６Ｋの駆動条件が決定される。

図５を参照して、インクジェット記録装置１０の電気的な系統を説明する。

図５は、図１のインクジェット記録装置の電気的な系統を示すブロック図である。

ホストＰＣ２４から送信された記録データやコマンドはインターフェイスコントローラ１０２を介してＣＰＵ１００に受信される。ＣＰＵ１００は、プリンタ１０の記録データの受信、記録動作、ロ−ル紙Ｐのハンドリング等全般の制御を掌る演算処理装置である。ＣＰＵ１００では、受信したコマンドを解析した後に、記録データの各色成分のイメージデータをイメージメモリ１０６にビットマップ展開して描画する。記録前の動作処理としては、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してキャッピングモータ１２２とヘッドアップダウンモータ１１８を駆動し、各記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙをキャッピング機構５０（図１参照）から離して記録位置（画像形成位置）に移動させる。

続いて、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してロ−ル紙Ｐを繰り出すロールモータ（図示せず）、及び低速度でロ−ル紙Ｐを搬送する搬送モータ１２０等を駆動してロ−ル紙Ｐを記録位置に搬送する。一定速度で搬送されるロ−ル紙Ｐにインクを吐出し始めるタイミング（記録タイミング）を決定するための先端検知センサ（図示せず）でロ−ル紙Ｐの先端位置を検出する。その後、ロ−ル紙Ｐの搬送に同期して、ＣＰＵ１００はイメージメモリ１０６から対応する色の記録データを順次に読み出し、この読み出したデータを各記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙに記録ヘッド制御回路１１２（本発明にいう制御器の一例である）を経由して（介して）転送する。記録ヘッド制御回路１１２は、どのようなタイミングで発熱体１５２（図４参照）に電圧パルスを印加するかの制御も実行する。

ＣＰＵ１００の動作はプログラムＲＯＭ１０４に記憶された処理プログラムに基づいて実行される。プログラムＲＯＭ１０４には、制御フローに対応する処理プログラム及びテーブルなどが記憶されている。また、作業用のメモリとしてワークＲＡＭ１０８を使用する。各記録ヘッド２６Ｋ、２６Ｃ、２６Ｍ、２６Ｙのクリーニング等の各動作時に、ＣＰＵ１００は、出力ポート１１４、モータ駆動部１１６を介してポンプモータ１２４を駆動し、インクの加圧、吸引等の制御や、出力ポート１１４を介して粘度検出を行う。

上記した記録ヘッド２６Ｋのノズル２６Ｋｎからインクを吐出させるためには、記録ヘッド制御回路１１２で発熱体１５２を制御して発熱させ、発熱体１５２の近傍で気泡を形成してノズル２６Ｋｎからインクを吐出させる。図６を参照して、発熱体１５２に電圧パルスを印加する技術について説明する。

図６（ａ）は、従来の電圧パルスを示すグラフであり、（ｂ）は、本発明による電圧パルスの一例を示すグラフである。

図６（ａ）に示す従来の技術では、発熱体１５２（図４参照）を発熱させて（熱エネルギを与えて）ノズル２６Ｋｎ（図３参照）からインク滴を吐出させるためには、プレパルスタイム（予備加熱時間）ｔ１、オフタイム（休止拡散時間）ｔ２、メインヒートパルスタイム（発泡加熱時間）ｔ３からなる３つの段階を経る。プレパルスタイムｔ１、オフタイムｔ２、及びメインヒートパルスタイムｔ３は、インクジェット記録装置１０の機種や使用するインクによって変更されるが、約０．５〜３μ秒の範囲内である。プレパルスタイムｔ１の前にも、インクを一定温度に保つために、全ての記録ヘッドの全てのノズルの発熱体１５２を発熱させている。

プレパルスタイムｔ１では、ｔ１時間だけ発熱体１５２（図３参照）に電流が流される（発熱体１５２が通電される）。この通電によって、ノズル２６Ｋｎ内のインクに熱エネルギが与えられてこのインクの粘度を低めてインク吐出効率を上げる。プレパルスタイムｔ１が経過した後、オフタイムｔ２の時間だけ発熱体１５２をＯＦＦにする（発熱体１５２に通電しない）。オフタイムｔ２が経過した後、メインヒートパルスタイムｔ３だけ発熱体１５２をＯＮにする（発熱体１５２に通電する）。メインヒートパルスタイムｔ３内に発熱体１５２の表面で膜沸騰を起こさせてインクを吐出させる。

プレパルスタイムｔ１とメインヒートパルスタイムｔ３との間にオフタイムｔ２が存在する理由は、プレパルスタイムｔ１による熱をノズル内のインクに拡散させることにより、インク吐出の効率を高めているからである。プレパルスタイムｔ１の前にも、上述したように全記録ヘッドの全ノズル内のインクを、全ノズルからインクが吐出しない温度に一様に加熱しているので、各ノズル内のインクの水分が蒸発することを促進させており、インクの増粘を促す結果となる。そこで、本発明では、全記録ヘッドの全ノズルを一様に加熱することをせずに、（ｂ）に示すように、各ノズルの暴露時間（後述する時間ｔｗ）に基づいて、インクを吐出しないようにノズル中のインクを加熱し（発熱体１５２に電圧パルスＰ０を複数回印加し）、続いて、インクに気泡を形成してインクを吐出するように発熱体１５２に電圧パルスＰ１、Ｐ２を印加するようにした。電圧パルスＰ０の回数（（ｂ）では４回の例を示す）や幅Ｗや強さ（Ｈ）、これらを印加する時間Ｔ０、電圧パルスＰ１、Ｐ２を印加する時間Ｔ１、Ｔ３は、インクジェット記録装置１０の機種や使用するインクによって変わるので、実験等によって予め求めておく。ここでいう暴露時間とは、ノズルから前回にインクを吐出してから今回インクを吐出するまでの時間をいい、各ノズルからのインク吐出状況によって各ノズルごとに異なる。また、上記した「今回インクを吐出するまで」に代えて「今回インクを加熱し始めるまで」でもよいが、この加熱時間は非常に短時間である。なお、ここでは、記録ヘッド２６Ｋのノズル２６Ｋｎについて説明するが、他の記録ヘッド２６Ｙ，２６Ｍ，２６Ｃについても同様である。

ここで、記録ヘッドのノズルを暴露した場合に、ノズル中のインクがどのように増粘するかについて、図７を参照して説明する。図７は、インクの温度と粘度との関係を示すグラフであり、横軸は温度（℃）を表し、縦軸はインクの粘度（ｍＰａ・ｓ）を表す。黒く塗りつぶした菱形、正方形、三角形、八角形はそれぞれインクの水分蒸発率を表し、菱形は水分蒸発率４０％、正方形は水分蒸発率３０％、三角形は水分蒸発率２０％、八角形は水分蒸発率０％を表す。

ノズルを大気中に暴露させておく時間が長いほど、ノズル中のインクは水分の蒸発によりインク粘度が高くなるが、インクの温度が上昇することによりインク粘度は低くなる。例えば、水分蒸発率４０％のインクは、そのインク温度が０℃のとき、そのインク粘度は約１６ｍＰａ・ｓであるが、インク温度が５０℃のときは、インク粘度は約４ｍＰａ・ｓに低下する。また、水分蒸発率０％のインクは、そのインク温度が０℃のとき、そのインク粘度は約６ｍＰａ・ｓであるが、インク温度が５０℃のときは、インク粘度は約２ｍＰａ・ｓに低下する。このように、インク粘度はインク中の水分蒸発率とインク温度に依存する。本実施例の記録ヘッドとインクの組み合わせではインク粘度が５ｍＰａ・ｓ以上になったときは吐出不良が多発する。

図８を参照して、ノズル中のどの位置（領域）にインクが存在しているかに応じてインクの粘度が異なることを説明する。図８は、ノズル中の位置とインクの粘度との関係を示すグラフであり、横軸は時間（秒）を表し、縦軸はインク粘度（ｍＰａ・ｓ）を表す。曲線Ａは、発熱体１５２（図４参照）近傍のインクの粘度を表し、曲線Ｂは、発熱体１５２とインク吐出口１５４との中間地点でのインク粘度を表し、曲線Ｃはインク吐出口１５４（図４参照）の近傍のインク粘度を表す。

発熱体１５２を発熱させずにノズル２６Ｋｎをしばらく暴露させた後、前回のインク吐出からｔｗ秒後に発熱体１５２を発熱させてインクの加熱を開始した。インク吐出口１５４に近いほどインク中の水分は蒸発しやすいので増粘もし易くなるが、インク吐出口１５４から離れて液室２６Ｋｒに近くなるほど蒸発しにくくなるので増粘も起こりにくくなる。ノズル２６Ｋｎからインクが吐出される時のインクの粘度については、ノズル前方の平均的なインク粘度だと考えられる曲線Ｂで表すインク粘度を基準にして考えるべきである。

図８に示すように、ノズル２６Ｋｎの暴露時間が長くなるに伴ってノズル２６Ｋｎ中のインクは増粘していくが、ｔｗ秒後に発熱体１５２を発熱させることによりインクの温度が上昇してインク粘度が下がる。しかし、インク温度上昇に伴って水分が蒸発するのでインクが増粘し始めて、時間が経過するほどインクは増粘していく。

図９と図１０を参照して、インクの粘度が高くなる過程を説明する。図９は、発熱体とインク吐出口との中間地点でのインク粘度を表すグラフであり、横軸は時間（秒）を表し、縦軸はインク粘度（ｍＰａ・ｓ）を表す。図１０は、インク粘度の変化を示す模式図である。

ノズル２６Ｋｎを加熱せずに暴露させた場合、図９の区間（１）に示すように、ノズル２６Ｋｎのインクが乾燥によってしだいに増粘していく。このときノズル２６Ｋｎ内のインクの状態は、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すようにノズル２６Ｋｎの先端から徐々に増粘していく。また、図１０（ｃ）に示すように液室２６Ｋｒに近づくほどインクの拡散現象が起こりにくいので、インク増粘も起こりにくい。

図１０（ｃ）に示す状態までインクが増粘したときは、インクを正常に吐出する粘度を超えてしまっているので、不吐（インクが吐出しない現象）が起こり易い状態にある。図１０（ｃ）の状態で吐出させようとした場合（インクを吐出する電圧パルスを発熱体１５２に印加した場合）、図１０（ｄ）に示すように発泡はするが、ノズル２６Ｋｎの先端側（インク吐出口側）と液室２６Ｋｒの側でのインクの粘度差によって、インクは主に液室２６Ｋｒに向かって移動することとなり、このため、ノズル２６Ｋｒからはインクがほとんど吐出されない。

ここで、インクの粘度差により吐出量が減少する理由について、図１１を参照して説明する。図１１は、ノズル内の前後（前方及び後方）でインクに粘度差が生じる場合の模式図を示し、発泡時のノズル前後へのインク移動量を表す式も示す。

図１１中の（１）式は発泡体積とインクの移動体積の総和が等しいことを示しており、（２）式はノズル前方、後方にインクが移動する際にかかる力の釣り合いを示している。（１）式及び（２）式から（３）式が導かれる。これらの式から、インクはノズルの前後で流路抵抗の小さい方向、およびインク粘度の小さい方向に流れやすいと言える。従って、ノズル前方が増粘しすぎたときは、発泡してもインクはノズル前方にほとんど移動しないことがわかる。

図１０（ｅ）は、インクが吐出しない程度に発熱体１５２に電圧パルスを印加し（発熱体１５２を発熱させて）、図９に示す区間（２）のインク吐出可能な領域までインク粘度を下げた状態である。発熱体１５２を発熱させることによりノズル内のインクが加熱されるので、発熱体１５２を中心にインクの粘度が下がる。また、弁１６２（図４参照）への熱伝導により弁１６２の周囲のインクも暖まりやすくなり、粘度も下がりやすくなる。

図１０（ｅ）の状態でインクを吐出させようとしたときは、インク粘度は正常な吐出可能な値にまで下がっているので、図１０（ｆ）に示すように正常にインク吐出が可能である。図１０（ｇ）はインクを吐出しない程度に加熱する時間が長すぎたために、インク中の水分の蒸発が進み、かえってインクが増粘して吐出不可能になった状態である。

以上説明したように、印字データを受信する前から、インクが吐出しない程度にインクを加熱した場合、インクが増粘するので、インクを吐出しない待機中はインクを加熱せず、インクを吐出するときは、複数のノズルそれぞれからインクが吐出しなかった暴露時間に基づいて、インクを吐出しないように加熱し、続いて、インクに気泡を形成してインクを吐出させることが、インクの増粘を抑えてインクの吐出性能及び吐出信頼性を向上させる点からは望ましいと考えられる。即ち、記録ヘッド制御回路１１２又はＣＰＵ１００（図５参照）が印字データを受信するまでは発熱体１５２を発熱させずに、記録ヘッド制御回路１１２又はＣＰＵ１００が印字データを受信したときは、上記の暴露時間に基づいて、複数のノズルに配置された複数の発熱体１５２を選択的に、インクが吐出しないように制御してインクを加熱し、続いて、今回の受信した印字データに基づいて複数のノズルから選択的にインクを吐出するように発熱体１５２を制御することが望ましいと考えられる。従って、ノズルは印字直前まで加熱せず（発熱体１５２に電圧パルスを印加せず）にインク中の水分の蒸発による増粘を抑え、印字データから各ノズルの吐出間隔（暴露時間）を算出し、各ノズルの暴露時間に応じて、図６（ｂ）に示すように、インクを吐出しない程度の複数の電圧パルスＰ１を発熱体１５２に印加することにより、インクの増粘を抑えてインクの吐出性能及び吐出信頼性を向上させることができる。

図６を再び参照して、従来技術と本発明との比較を説明する。

図６（ａ）に示すように従来は、例えば、待機時及び印字時ともにノズル内のインクを３０℃に保つ温度制御を行い、プレヒートパルスのパルス幅（ｔ１）０．８μｓｅｃ、メインヒートパルスのパルス幅（ｔ３）約２．０μｓｅｃとしていた。これに対し、本発明の一例では、待機時及び印字時の３０℃に保つ温度制御を行わず、図６（ｂ）に示すように、メインヒートパルスＰ２、プレヒートパルスＰ１の前のプレヒートパルスＰ０のパルス幅を１．６μｓｅｃとし、Ｐ０の印加する周波数をインク吐出の周波数２４００Ｈｚと同様にし、パルス数（Ｐ０の回数）を可変とした。これにより、従来よりもインクの増粘を抑えてインクの吐出性能及び吐出信頼性を向上させることができた。

例えば、温度２３℃湿度３０％の環境下において、プレヒートパルスＰ０の回数（総数）を２４００パルスとした。比較例では上記のように、待機時及び印字時ともにノズル内のインクを３０℃に保つ温度制御を行い、プレヒートパルスのパルス幅（ｔ１）０．８μｓｅｃ、メインヒートパルスのパルス幅（ｔ３）約２．０μｓｅｃとし。このようにした場合、比較例では、暴露開始から約５０秒で、インクの増粘により不吐が発生したが、プレヒートパルスＰ０の回数（総数）を２４００パルスとした本発明の一例では、暴露から約１００秒になるまで不吐は発生せず、本発明の有効性を確認できた。

上記の実施例では、インクジェット記録装置１０で本発明を実施した結果であるため、他のインクジェット記録装置に本発明を実施するためには、そのインクジェット記録装置に応じたパラメータを使用する必要がある。そこで、ノズルの暴露時間、インクの加熱時間を変数とした例について、図１２と図１３を参照して説明する。図１２は、本発明の一例を示す模式図であり、黒く塗りつぶされた線分は記録媒体に形成された画像を表す。図１３は、本発明によるインク粘度の変化と時間との関係の一例を示すグラフであり、横軸は時間（秒）を表し、縦軸はインク粘度（ｍＰａ・ｓ）を表す。図１２と図１３に示す記号の意味は下記のようになる。
ｔｗ ： 前回のインク吐出から今回のインク吐出までの間（時間）において、インクを加熱せずノズルを暴露する時間（暴露時間）
ｔｗｌ ： インクを加熱せずヘッドを暴露する最長時間
ｔｈ ： 前回のインク吐出から今回のインク吐出までの間（時間）において、インクを吐出させずに加熱する時間
ｔｈｌ ： インクを吐出させずに加熱する最長時間
ｔ０ ： インク吐出口の暴露開始（前回のインク吐出直後）からインク粘度が５．０ｍＰａ・ｓに達するまでの時間
ηａ ： 本発明によって正常に印刷が可能な粘度まで下げることのできる最大粘度
ｔｘ ： 前回のインク吐出から今回のインク吐出までの間（時間）即ち、ｔｘ＝ｔｗ＋ｔｈとなる。

図１２に示すように、記録媒体Ｐに画像「／」Ｇ１を印刷する場合、インクが吐出しない程度に加熱される発熱体は、画像「／」Ｇ１を印字するためにインクを吐出するノズルに配置された発熱体だけである。発熱体の加熱（電圧パルスの付加）は、インク吐出のｔｈ秒前から始める。このため、インクを吐出する各ノズルの発熱体が加熱され始めるタイミングは、図１２の細い線分Ｌ１の群で表すようになる。インクを吐出しないノズルの発熱体は加熱されないので、全ノズルを一様に加熱する場合に比べてインクの増粘を抑えることができる。なお、予備加熱区間Ｔ４（時間ｔｈ）は、インクを吐出せずに加熱させる発熱体と時間（区間）を表したものである。

図１２においては、画像「／」Ｇ１を印字してからｔｘ秒後に、画像「―」Ｇ２を印字する場合は、画像「／」Ｇ１を印字するためにインクを吐出したノズルと同じノズルからインクを吐出する。しかし、ノズルによって暴露時間が異なる。そこで、ここでは暴露時間に範囲を持たせて、この範囲に応じて複数のノズルをグループに分けて、各グループ毎に時間ｔｈを変更した。グループＩでは暴露時間ｔｗが短いので時間ｔｈをゼロとし、グループＩＩでは暴露時間ｔｗが短いので時間ｔｈをｔｈｌ／ｚとし、グループＩＩＩでは暴露時間ｔｗが短いので時間ｔｈをｔｈｌとした。

図１３に示すように、インクを吐出するまではその粘度は時間と共に増加する。インクを吐出した後は液室の新鮮なインクがノズル内に供給されるため、インクの粘度は初期の値に戻る。その後、ノズルを加熱せずインク吐出口を暴露させた場合、ノズル内のインクは上記のように蒸発により徐々に増粘していく。

インクを吐出した直後からｔｘ秒間経過して再びインクを吐出しようとした場合、状況によって時間ｔｘに適した時間ｔｈを決定する必要がある。この決定方法の一例について図１４を参照して説明する。図１４は、本発明の他の例を示す模式図であり、黒く塗りつぶされた線分は記録媒体に形成された画像を表し、図１２に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。

複数のノズルそれぞれの発熱体を一つずつ独立して制御できる場合は、前回にインクを吐出してからｔ０／ｙ秒間（ｙは変数）が経過して、不吐を起こし易いインク粘度５．０ｍＰａ・ｓに近くなったノズルからインクの予備加熱を開始する。また、前回にインクを吐出してからｔ０／ｙ秒間が経過せずに次回の吐出を行う場合は、インクの粘度は十分に吐出可能な範囲にあるためインクの予備加熱を行わず、今回のインク吐出を実行する。

インクジェット記録装置１０の処理能力に限界がある場合は、以下のようにノズルを予備加熱する秒数（図４のＴ１であり、プレヒートパルスＰ１の総数）を数パターンに決めておき、前回のインク吐出から今回のインク吐出までの時間（暴露時間）に応じて、数パターンの予備加熱する秒数（図６のＴ１）から適切なものを選択するようにする。または、図１２に示すように複数のノズルを幾つかのグループに分割しておき、グループ単位で発熱体を制御してもよい。例えば、６００ＤＰＩの場合、ノズルを１つずつ制御したときは、４インチで２４００個のノズルを制御しなければならない。そこで、並んだ８つのノズルを一つのブロック（グループ）として制御するときは、３００個を制御すればよく、ＣＰＵの負荷が軽くなる。８ノズル、１ブロックの場合、そのなかの１つのノズルを代表させて、他の７個は、その代表データで一緒に処理してしまえるので、厳密に言うと図１２の線分Ｇ１の場合に、他の７個のノズルの加熱開始タイミングは階段状になるが目的は達成することができる。

ｔｘ、ｔ０／ｙ、ｔｘ、ｔｗｌ＋ｔｈｌの大小による時間の決め方の一例について説明する。

ｔｘ＜ｔ０／ｙの場合は、インク粘度は適切なインク吐出が可能な範囲にあるのでインクを予備加熱する必要は無い。よって、ｔｗ＝ｔｘ、ｔｈ＝０とする。ただし、変数ｙには適切な値（インクの種類などに応じて実験的に求めておく）を代入する。

ｔ０／ｙ＜ｔｘ＜ｔ０の場合は、インク粘度は５．０ｍＰａ・ｓに近いので不吐を起こす可能性がある。このため、インクを加熱し粘度を下げる必要がある。従って、ｔｗ＝ｔｘーｔｈｌ／ｚ、ｔｈ＝ｔｈｌ／ｚとする。ただし、変数ｙ、ｚには適切な値を代入する。

ｔ０＜ｔｘ＜（ｔｗｌ＋ｔｈｌ）の場合は、インク粘度は不吐を多発する粘度にあるので、インクを加熱して粘度を十分下にげる必要がある。従って、ｔｗ＝ｔｘーｔｈｌ、ｔｈ＝ｔｈｌとする。なお、時間ｔｘに応じて決定される暴露時間ｔｗ、時間ｔｈの一覧を図１５に示す。

上記のように時間ｔｘに応じた時間ｔｈを選定することにより、図１４に示す画像「／」Ｇ１を印字した後に画像「―」Ｇ２を印字しても、インクの増粘を抑えてインクの吐出性能及び吐出信頼性を低下させることはない。

本発明を実施するためには上記のように時間ｔｘの長さによって場合分けの必要がある。上記の例では時間ｔｘを３つに分割し、予備加熱時間を３通りとしたが、それぞれ適切な別の値を用いても良い。なお、インク粘度や上記したｔｗｌ、ｔｈｌ、ｔ０、などは環境の温度、湿度に大きく左右される。したがって、インク粘度、ｔｗｌ、ｔｈｌ、ｔ０などは環境温度および湿度に応じて適したものを選定しなければならない。

以上説明したように、本発明によれば、印字データに応じて印字するノズルのみを短時間だけ加熱させるので、従来に比べてインクの増粘を抑えることができ、吐出性能および吐出信頼性を向上させる事ができる。

本発明のインクジェット方式画像形成装置の一例の外観構造を示す斜視図である。 図１に示したインクジェット記録装置の内部構成を模式的に示す正面図である。 ４つの記録ヘッドの配列状態を示す斜視図である。 ノズルとその周辺部を示す断面図である。 図１のインクジェット記録装置の電気的な系統を示すブロック図である。 （ａ）は、従来の電圧パルスを示すグラフであり、（ｂ）は、本発明による電圧パルスの一例を示すグラフである。 インクの温度と粘度との関係を示すグラフであり、横軸は温度（℃）を表し、縦軸はインクの粘度（ｍＰａ・ｓ）を表す。 ノズル中の位置とインクの粘度との関係を示すグラフであり、横軸は時間（秒）を表し、縦軸はインク粘度（ｍＰａ・ｓ）を表す。 発熱体とインク吐出口との中間地点でのインク粘度を表すグラフであり、横軸は時間（秒）を表し、縦軸はインク粘度（ｍＰａ・ｓ）を表す。 インク粘度の変化を示す模式図である。 ノズル内の前後（前方及び後方）でインクに粘度差が生じる場合を示す模式図である。 本発明の一例を示す模式図である。 本発明によるインク粘度の変化と時間との関係の一例を示すグラフである。 本発明の他の例を示す模式図である。 時間ｔｘに応じて決定される時間ｔｗ、時間ｔｈの一覧を示す図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置
２６Ｋｎ ノズル
１１２ 記録ヘッド制御回路
１５２ 発熱体

Claims (8)

1. 複数のノズルそれぞれの内部のインクに気泡を形成して該インクを吐出することにより記録媒体に画像を形成するインクジェット方式画像形成装置において、
   前記インクを吐出しない待機中は前記インクを加熱せず、
   前記インクを吐出するときは、前記複数のノズルそれぞれからインクが吐出しなかった暴露時間に基づいて、前記インクを吐出しないように加熱し、続いて、前記インクに気泡を形成して該インクを吐出させることにより画像を形成することを特徴とするインクジェット方式画像形成装置。
2. それぞれに配置された発熱素子を発熱させてインクを吐出する複数のノズルが形成された記録ヘッドと、受信した印字データに基づいて前記発熱素子を制御する制御器とを備え、前記複数のノズルから選択的に記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェット方式画像形成装置において、
   前記制御器は、
   印字データを受信するまでは前記発熱素子を発熱させずに、印字データを受信したときは、前回の受信した印字データに基づくインク吐出の終了から今回の受信した印字データに基づくインク吐出の開始までの暴露時間に基づいて選択的に複数の前記発熱素子を、インクが吐出しないように制御してインクを加熱し、続いて、今回の受信した印字データに基づいて前記複数のノズルからインクを吐出するように前記発熱素子を制御するものであることを特徴とするインクジェット方式画像形成装置。
3. 前記インクを吐出しないように加熱するに際しては、前記インクを断続的に加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット方式画像形成装置。
4. 前記制御器は、
   インクを吐出しないように前記発熱素子を制御するに際して、前記発熱素子に電圧パルスを印加させるもの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方式画像形成装置。
5. 前記制御器は、
   前記複数のノズルそれぞれの前記暴露時間に基づいて、前記発熱素子に印加する電圧パルスの回数を変更するものであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット方式画像形成装置。
6. 前記制御器は、
   前記複数のノズルそれぞれの前記暴露時間に基づいて、前記発熱素子に印加する電圧パルスの幅を変更するものであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット方式画像形成装置。
7. 前記制御器は、
   前記複数のノズルそれぞれの前記暴露時間に基づいて、前記発熱素子に印加する電圧パルスの強さを変更するものであることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット方式画像形成装置。
8. 前記ノズルからインクを最後に吐出してから今回吐出開始までの時間を前記暴露時間とすることを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載のインクジェット方式画像形成装置。

Images