JP2012016861A - インクジェット記録装置および記録ヘッドの温度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置において、一部のノズルを重複させて複数のチップを配列したフルラインヘッドの温度制御を適切に行う。
【解決手段】一部のノズルが重複するつなぎ部を構成するそれぞれのチップにおいてつなぎ部のノズル近傍に配置される温度センサの組（６０２、６０３）、（６０４、６０５）、（６０６、６０７）、（６１０、６１１）、・・・（６２２、６２３）は、それぞれの温度センサについて連続した順序で温度の読取りを行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェット記録装置および記録ヘッドの温度制御方法に関し、詳しくは、それぞれノズルを配列した複数のチップを、一部のノズルが相互に重なるように繋いで構成される長尺の記録ヘッドの温度制御に関するものである。

なお、本発明は、紙や布、革、不織布、ＯＨＰ用紙、および金属などの素材からなる記録媒体に記録を行う機器の全てに適用可能である。具体的な適用機器としては、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の事務機器や工業用生産機器等を挙げることができる。

インクジェット記録装置の１つの種類のとして、記録用紙などの記録媒体の幅に対応した範囲にノズルを配列した長尺の記録ヘッド（フルラインヘッド）を用いたものが知られている。この記録ヘッドを用いた記録装置では、固定された記録ヘッドに対して記録媒体を移動させるものであり、基本的にこの記録媒体の１回の相対移動によって画像の記録を行う。

そして、このフルライン型記録ヘッドは、それぞれ複数のノズルを配列した複数のヘッド基板（チップ）を、一部のノズルが重複するように配列して構成するのが一般的である。この構成によれば、長尺なノズル列を１つのチップとして作成しようとする場合に、例えば１つでもノズルに不具合があると、そのチップは使用することができなくなり歩留まりが悪くなるという問題を回避することができる。

一方、インクを吐出する記録ヘッドはその温度が変化すると吐出するインク滴の体積（吐出量）が変化し、その結果、記録する画像に濃度ムラを生じることがあるため、記録ヘッドの温度を取得して、記録ヘッドの駆動を制御することが行われている。

特開平８−１３２６２０号公報

しかしながら、一部のノズルを重複させて複数のチップを配列して構成される上述のフルラインヘッドの温度制御では、ノズルが重複した部分（以下、「つなぎ部」とも言う）の温度制御が重要な課題の１つである。すなわち、記録ヘッドのつなぎ部による記録は、例えば、両方のチップの重複するそれぞれのノズルに所定の割合で記録データを振り分け、この振り分けられたそれぞれの記録でータに基づいてそれぞれのノズルからインクを吐出して記録を行う。この場合、つなぎ部の両方のチップに対する温度制御が適切行われないと、つなぎ部の両方または一方のノズルの吐出量が不適切なものとなり、結果として、振り分け割合に応じた記録濃度が実現できなくなる。すなわち、つなぎ部では、特に、両方のチップのノズル間の吐出量がわずかに異なり、その結果として実現される濃度差がわずかに違っても、それが記録画像においてつなぎスジとして認識され易くなる。

従って、つなぎ部における両方のチップ間の温度制御では、両方のチップの温度をできるだけ同じタイミングで検出し、それに基づいて温度を制御することにより両方のチップのノズルの吐出量が異ならないようにすることが望ましい。これに対して、両方のチップの温度を同時に検出することが考えられる。しかし、１つの記録ヘッドを構成する複数のチップの温度を同時に検出する構成が考えられるが、そのための温度センサの制御に関する、例えば信号線が増すなど構成が複雑になるともにコストが増すといった問題が派生する。

フルラインヘッドにおける温度制御の他の問題として、次のようなものがある。フルラインヘッドを用いる記録では、記録媒体を搬送しながら１回の搬送で記録を行うため、記録ヘッドの温度検知およびそれに基づく温度制御と、インク吐出とが並行して行われる。このため、温度センサを用いた温度検出において、吐出のためのヒートパルス信号の影響で温度データにノイズが加わり、正しい温度を読み取ることができない場合がある。

本発明は、以上の問題を解決し、一部のノズルを重複させて複数のチップを配列した記録ヘッドの温度制御を適切に行うことが可能なインクジェット記録装置および記録ヘッドの温度制御方法を提供することを目的とする。

そのために本発明では、インクを吐出する複数のノズルを有する記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させると共に、前記ノズルからインクを吐出させることにより記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドは、複数のノズルを記録媒体の相対移動方向と略直交する方向にそれぞれ配列した複数のチップが、一部のノズルが前記相対移動方向において重なるように配置されたものであり、前記複数のチップそれぞれには、ノズルの配列近傍の温度を読み取るための温度センサが設けられ、前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、前記一部のノズルが重なる複数のチップに設けられた温度センサの温度検出値を順次のタイミングで読むことを特徴とする。

以上の構成によれば、一部のノズルを重複させて複数のチップを配列した記録ヘッドの温度制御を適切に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係わるインクジェット記録装置の概略構成を示す図である。 図１に示した記録ヘッドの配列状態を模式的に示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係わる記録ヘッドのノズル配列を説明する図である。 本発明の一実施形態に係わる記録ヘッドのノズル配列および温度センサの配置を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係わる記録ヘッドにおける温度センサの配置を示す図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の３つの実施形態における複数の温度センサの読み取りの順序を示す図である。 本発明の実施形態における温度読み取りのタイミングを示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わるインクジェット記録装置の概略構成を示す図であり、図２は記録ヘッドの配列を模式的に示す平面図である。

本実施形態のインクジェット記録装置１は、それぞれ、記録媒体の搬送方向（記録ヘッドに対する相対移動方向）と略直交する方向にノズルを配列したフルラインタイプの記録ヘッド２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｂｋを備えている。ここで、記録ヘッド２Ｙは、各ノズルからイエローインクを吐出し、記録ヘッド２Ｍはマゼンタインクを吐出し、記録ヘッド２Ｃはシアンインクを吐出し、記録ヘッド２Ｂｋはブラックインクを吐出する。各記録ヘッドは、略同一の構成を有するものであり、以下の説明において、特に区別の必要がない場合には、これらをまとめて記録ヘッド２と記述する。

記録ヘッド２には、インクを吐出するためのノズルと、それぞれのインクタンク３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｂｋから供給されるインクを一時的に貯留する共通液室と、この共通液室から各ノズルへとインクを導くインク流路とが形成されている。各インク流路内には、インク吐出に用いられる熱エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換体（ヒータ）が設けられている。また、ヒータは、ヘッドドライバ２ａを介して制御装置９に電気的に接続されている。この制御装置から送られるオン／オフ信号（吐出／不吐出信号）に応じてヒータの駆動、停止が制御される。

それぞれのインクの記録ヘッド２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋは、記録装置において、図２に示すように用紙などの記録媒体９の搬送（相対移動）の方向に沿って配列するよう装着されている。

図３（ａ）は、フルライン型記録ヘッドのチップ配置を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す記録ヘッドを用いて記録される画像を示す図である。

図３（ａ）において、４１〜４４は、それぞれ５１２個のノズルを配列したヘッドチップ（以下、単にチップともいう）を示す。それぞれのチップは、５１２個のノズルを図において交互に左、右に（千鳥状に）配している。また、これらのチップは、交互に左右に（千鳥状に）配置されるとともに、それぞれ２つのチップの一部のノズルが図において左右方向において重なる部分（つなぎ部；図３（ａ）では１つのつなぎ部のみが示されている）を有している。

以上の構成を有する記録ヘッド２によって、図３（ｂ）に示すように、記録ヘッドの非つなぎ部のノズルによる記録画像領域４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃ、４８Ｄと、つなぎ部のノズルによる記録画像領域４９Ａ、４９Ｂ、４９Ｃ、４９Ｄが存在することになる。

図４は、図３（ａ）に示したように複数のヘッドチップを配列して１つの記録ヘッドが構成される場合の温度センサの配置の一例を示す図である。この例は、１つのチップに３つの温度センサが配置される例（図において、他のチップにおけるセンサの図示は省略されている）を示している。

図４において、８１、８３はそれぞれ、他のチップとのつなぎ部を示し、このつなぎ部には温度センサ８４、８６が配置される。また、非つなぎ部８２にも、温度センサ８５が配置される。そして、それぞれの部分の温度制御は、それぞれの位置に配置される温度センサが検出する温度に基づいて行われる。なお、図５（ａ）にて後述されるような、各チップにおいて非つなぎ部に温度センサが設けられない構成では、例えば、そのチップの両端のつなぎ部それぞれに配置される温度センサが検出する温度に基づいて、その非つなぎ部の温度制御を行う。

図５（ａ）および（ｂ）は、複数の記録ヘッドに配置された温度センサの配置例を示す図である。図５（ａ）に示す例は、３つの記録ヘッドそれぞれが、４つのヘッドチップによって構成される例を示しており、それぞれのチップに２個の温度センサが配置されている。また、図５（ｂ）に示す例は、各記録ヘッドの４つのチップそれぞれに３つの温度センサが配置され、これによって、３つの記録ヘッド全体で３６個の温度センサが配置されることとなる。このように、温度制御を実行する記録装置の制御部（図１の制御装置９）に対して、用いるインクの種類が多くなり、また、記録ヘッドが長尺化するほど、その検出値の読取りを行うべき温度センサの数は増える。

このように読取りをする温度センサの数が増す場合、これらについて順次に読取りを行うと、その読取りの順序によっては、読取った温度に基づく温度制御によってノズル間の吐出量の差が大きくなり濃度差を生じてしまうことがある。すなわち、インク吐出によってヘッドチップの温度が変化するとき、その変化が生じてから時間が経って温度センサによる温度読み取りを行っても、時間経過後のチップの温度に見合った正確な吐出量の制御を行うことができないことが多い。結果として、特につなぎ部では、わずかな吐出量の違いを生じると、それがスジムラとなって顕著に現われることになる。

（実施形態１）
上記のような課題を解決するため、本発明の第１の実施形態は、１つの記録ヘッドについて、図６（ａ）に示す順序で温度センサの検出値の読取りを行う。図６（ａ）において、縦方向の１〜８は読取りの順番を示し、横方向は３つの記録ヘッドそれぞれの温度センサを示している。すなわち、３つの記録ヘッドの温度センサは、それぞれの順番で同時に読取りが行われる。そして、その読取りが１〜８の順番で行われる。

具体的には、図５（ａ）に示した２４個のセンサ６０１〜６２４からの検出値を読んでいく上で、それぞれの記録ヘッド内では、隣り合う温度センサの検出温度を連続して読んで行く。例えば、センサ６０１の検出温度を読取った後は、隣接する温度センサ６０２の検出温度を読取る。

また、センサ６０２の検出温度を読取った後は、隣り合うチップの温度センサで隣接するセンサ６０３の検出温度を読取る。すなわち、図６（ａ）においてセンサ番号の組で示すように、つなぎ部を構成するそれぞれのチップにおいてつなぎ部のノズルの配列近傍に配置される温度センサの組（６０２、６０３）、（６０４、６０５）、（６０６、６０７）、（６１０、６１１）、・・・（６２２、６２３）はそれぞれのセンサについて連続した順序で読取りが行われる。

また、異なる記録ヘッド間では、同一位置にある温度センサを同時に読むことが好ましい。具体的には、ヘッドＡのセンサ６０１の温度を読取るときは、ヘッドＢのセンサ６０９、ヘッドＣのセンサ６１７の温度を同時に読み取る。この３つは、それぞれ別記録ヘッドなため、配線が別系統となっており、同時に読み取ることができる。ここで、同一の位置とは、各記録ヘッドにおいて、記録媒体の搬送方向（図５（ａ）および（ｂ）において左右方向）およびこの搬送方向に直交する方向における位置が同じ位置であることを意味する。

以上のような順序で読むことにより、記録ヘッドの配線を簡略化した上で、高速なフィードバック制御が可能となる。また、それぞれの記録ヘッドにおいて、つなぎ部を構成する両方のチップ間で検出温度を連続した順序で読み取ることにより、隣接したチップ間の吐出量差をなるべく小さくするような制御が可能となる。その結果、チップ間のつなぎ部のノズルによるスジムラを軽減することができる。

次に、本実施形態の温度センサの温度読み取りタイミングについて説明する。

図７は、ノズルからの吐出のためのヒータ駆動と関係で温度センサの温度検出値の読み取りタイミングを示すタイミングチャートである。図７に示すように、それぞれの記録ヘッドにおける各ノズルの吐出周波数は３．５ｋＨｚであり、従って、連続する２回の吐出の間には、１秒÷３．５ｋＨｚ＝２８５μｓの時間間隔がある。一方、本実施形態では、１つの記録ヘッドの総てのノズルを３２ブロックに分割して駆動しており、１ブロックの駆動８０４に約７．０３μｓを使用する。よって、３２ブロックのノズル総てを駆動したあとに、約６０μｓの空き時間８０１が発生する。

本実施形態は、この６０μｓの空き時間を温度センサの読取りに利用する。具体的には、空き時間８０１のうち、所定の時間である前半４５μｓをウェイト（待機時間）８０２とし、その後の残り１５μｓを温度読み取り時間８０３とする。ウェイト時間８０２は、直前のヒートパルス信号によるノイズを軽減、安定化させるために設けてある。

以上のような温度読み取りタイミングとすることによって、高速な温度読み取りが可能となる。例えば、図５（ｂ）に示す、温度センサ７０３、７０４が配置されるつなぎ部においては、センサ７０３の温度を読み取りヒータの駆動制御を変調したあと、２８５μｓ後にセンサ７０４の温度を読み取りヒータ駆動制御を変調することが可能となる。これにより、温度読み取りの時間差による変調ムラを極力抑えることが可能となる。

この温度読み取りの時間差について、上述したように、記録中の記録ヘッドの昇温によって吐出量が変化することから、特に、つなぎ部においてはできるだけ短くすることが好ましい。記録ヘッドの昇温に対する性能と、昇温したときの濃度変化から、温度読み取りの時間差は０．５秒以内が好ましいという実験結果を得た。しかし、チップのつなぎ部は吐出量差が少しでもあると色や濃度の差が顕著に現われ、吐出量差は限りなくゼロにすることが好ましい。従って、本実施形態においては、０．５秒よりもはるかに短い２８５μｓをセンサの読取り時間間隔としている。

（実施形態２）
本発明の第２の実施形態は、図５（ｂ）に示すように、１つのヘッドチップ内に３つの温度センサを配置し、全体では３６個の温度センサを備える形態に関するものである。

図６（ｂ）に示すように、この３６個の温度センサの読み取り順序として、最初に、センサ７０１、７１３、７２５の温度読み取りを行う。次に、センサ７０２、７１４、７２６、さらにセンサ７０３、７１５、７２７というように、３つの記録ヘッドの１つのセンサについて同時に読み取りを行う。

図６（ｂ）に示すように、この形態でも、つなぎ部を構成するそれぞれのチップにおいてつなぎ部のノズル近傍に配置される温度センサの組（７０３、７０４）、（７０６、７０７）、（７０９、７１０）、（７１５、７１６）、・・・（７３３、７３４）はそれぞれのセンサについて連続した順序で読取りが行われる。

（実施形態３）
図６（ｃ）は、本発明の第３の実施形態にかかる温度センサの読み取り順序を示す図である。本実施形態では、図５（ｂ）に示すヘッドＡ、ヘッドＢ、ヘッドＣにおける各チップの温度センサを同時に読むとき、同じ位置にある温度センサを読まずに、違う位置にある温度センサの値を同時に読み取る。本実施形態でも、つなぎ部を構成するそれぞれのチップにおいてつなぎ部のノズル近傍に配置される温度センサの組（７０３、７０４）、（７０６、７０７）、（７０９、７１０）、（７１５、７１６）、・・・（７２７、７２８）はそれぞれのセンサについて連続した順序で読取りが行われる。

なお、吐出量を制御するための構成としては、本実施形態では、例えば、特開平７−４７６９７号公報に開示されている周知の技術である、いわゆるＰＷＭ制御を用いることができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態においては、一定量のインク滴を吐出するノズルを有する記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置を例に採り説明したが、異なるインク量のインク滴を吐出し得るノズルを備えた記録ヘッドにも本発明は適用可能である。さらに、使用するインクも、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどの外、同一色相のなかで、濃度の異なる濃淡インクなどを吐出する記録ヘッドにも本願発明は適用可能である。

本発明は、インクジェット記録方式の中でも、熱エネルギーを利用してノズル内のインクを飛翔インク滴として吐出し、記録を行うインクジェット方式の記録ヘッドを用いた記録装置において特に優れた効果をもたらすものである。

さらに、記録ヘッドが装置本体に固定されているもの、あるいは記録ヘッドが装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプのもの、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いたもの、など種々の構成を有するものが知られているが、本発明はいずれの場合にも適用することができる。

２ 記録ヘッド
２ａ ヘッドドライバ
９ 制御装置
４１−４４ ヘッドチップ
８１、８３ つなぎ部
８２ 非つなぎ部
８４、８５、８６ 温度センサ

Claims (7)

1. インクを吐出する複数のノズルを有する記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させると共に、前記ノズルからインクを吐出させることにより記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置であって、
   前記記録ヘッドは、複数のノズルを記録媒体の相対移動方向と略直交する方向にそれぞれ配列した複数のチップが、一部のノズルが前記相対移動方向において重なるように配置されたものであり、
   前記複数のチップそれぞれには、ノズルの配列近傍の温度を読み取るための温度センサが設けられ、
   前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、前記一部のノズルが重なる複数のチップに設けられた温度センサの温度検出値を順次のタイミングで読むことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. それぞれインクを吐出する複数のノズルを有する複数の記録ヘッドを用い、
   前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、異なる記録ヘッド間では同時に複数の温度センサの温度検出値を読み取ることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、前記異なる記録ヘッド間で、記録ヘッドにおける同じ位置にある温度センサを同時に読み取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。
4. 前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、前記異なる記録ヘッド間で、記録ヘッドにおける異なる位置にある温度センサを同時に読み取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。
5. 前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、記録媒体の相対移動に伴い、かつインクを吐出させるためのパルス信号が供給されていないタイミングで温度センサの温度検出値を読み取ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
6. 前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、さらに、温度センサの温度検出値を読み取る直前のパルス信号から所定の待機時間をおいてから温度センサの温度検出値を読み取ることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録装置。
7. インクを吐出する複数のノズルを有する記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させると共に、前記ノズルからインクを吐出させることにより記録媒体に記録を行う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であって、
   前記記録ヘッドは、複数のノズルを記録媒体の相対移動方向と略直交する方向にそれぞれ配列した複数のチップが、一部のノズルが前記相対移動方向において重なるように配置されたものであり、
   前記複数のチップそれぞれには、ノズルの配列近傍の温度を読み取るための温度センサが設けられ、
   前記複数の温度センサの温度検出値を読み取る際に、前記一部のノズルが重なる複数のチップに設けられた温度センサの温度検出値を順次のタイミングで読むことを特徴とする記録ヘッドの温度制御方法。

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