JP2731274B2 - インクジェット記録ヘッドの温度制御方法 - Google Patents

インクジェット記録ヘッドの温度制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、インクを吐出口から吐出して記録を行うイ
ンクジェット記録ヘッドの温度制御方法に関する。
[従来の技術] インクジェット記録装置は、インク温度によってイン
ク液滴の吐出特性、特に吐出されるインク液滴径が変化
する。一般に記録ヘッドは記録に伴って蓄熱が進行しイ
ンク温度が上昇する傾向にあり、その結果、インク液滴
径が変化して記録濃度が変化する場合がある。このた
め、記録ヘッドの温度(インク温度)を一定に保つこと
により、インク温度によって記録濃度が変化しないよう
にするための温度制御が行われている。
特に、インクを加熱してインク中に気泡を発生させ、
この気泡の変化によってインクを吐出させる、いわゆる
バブルジェット記録ヘッドにおいてはインク温度の問題
は顕著に現われる。
この種の記録ヘッドは、第6図に示すように、シリコ
ン基板2上に吐出用のヒータ6と同材料でヘッド加熱用
のヒータ17−1,17−2が吐出口近傍に設けられる。ま
た、第2図にて後述されるように、ベースプレート上に
おいて吐出エレメントと並設されたサーミスタ(第6図
には不図示)により記録ヘッドの温度が検出される。
第7図は、上記サーミスタが検出する温度に基づいて
ヒータ17−1,17−2への通電を抑制することにより記録
ヘッド温度を制御するための制御回路の一従来例であ
る。この制御構成に基づき、従来は、例えば第8図のフ
ローチャートに示すような温度制御が行われていた。
第8図に示すように電源投入後、ステップS801〜S804
の処理によって一旦25℃にまで加熱し、記録信号が入力
されるまでは25℃に保温する。
記録信号が入力されると、ステップS805〜S807の処理
によって、記録開始前に一旦32℃まで加熱する。
32℃になると、ステップS808〜S811の処理によって、
記録を開始し、記録中は32℃に保温する。
ステップS812で記録終了を判断した後は、再び25℃に
保温し、次の記録信号入力を待つ。
[発明が解決しようとする課題] ところで、上記第8図に示す制御手順により制御を行
う場合、電源投入時の25℃までの初期状態での加熱、お
よび記録開始直前の32℃までの加熱は、加熱時間がその
まま記録待ち時間となるため、この加熱時間はできるだ
け短時間であることが望ましい。そして、特にインクの
吐出性能に大きな影響を与える吐出口近傍のインク温度
を急いで所定温度まで上昇させるため、従来の加熱用ヒ
ータは大容量の物を吐出口の近傍に設ける必要があっ
た。
しかしながら、一旦25℃あるいは32℃に加熱した後の
保温では、そのような大容量のヒータは必要ではなくな
る。逆に、記録中の保温時には、大容量のヒータによる
急峻な加熱に、サーミスタによる温度検知の時間的応答
が追いつかないため、ヒータのON/OFFが記録に有意な温
度差を発生させてしまい、これが記録濃度の差になって
現われてしまうという問題点があった。
本発明は、上述の観点に立ってなされたものであり、
記録ヘッドの加熱用ヒータを、吐出口近傍および温度検
知手段近傍の2点に設け、初期状態での昇温時と保温時
にそれぞれのヒータを使い分けることにより高密度な温
度制御を可能にすることを目的とする。
[課題を解決するための手段] そのために本発明では、吐出口に対応して設けられ、
吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギーを
発生する吐出エネルギー発生素子と、記録ヘッドの温度
を検出するための温度検出素子と、前記吐出口近傍に設
けられた第1加熱素子と、該第1加熱素子と離間しかつ
前記温度検出素子の近傍に設けられると共に前記吐出口
へのインク供給における上流側を加熱するための第2加
熱素子とを有するインクジェット記録ヘッドの温度制御
方法であって、 前記インクジェット記録ヘッドが搭載される記録装置
の電源投入後の初期状態では前記第1加熱素子と前記第
2加熱素子の両方を駆動することで前記ヘッドを加熱
し、保温状態においては前記第2の加熱素子のみを駆動
することで加熱を行うインクジェット記録ヘッドの温度
制御方法を特徴とする。
[作 用] 以上の温度制御方法によれば、電源投入直後のように
ヘッドが比較的冷えた状態(初期状態)では、第1加熱
素子と第2加熱素子を共に駆動することで特にインクの
吐出に大きく影響する吐出口近傍のインクの温度を急い
で上昇させ記録可能状態にできると共に、ヘッド全体の
温度をも上昇させることができる。そして、保温状態時
には、インク供給の上流側で温度検出素子の近傍に設け
られた第2加熱素子のみを駆動するので、吐出口位置に
供給されるインクを前もって加熱することができ、余分
な加熱によって過剰な熱をヘッドに与えることを防止で
き、また、加熱に対するヘッド温度検出の追従性を向上
させることができ、より良好に温度制御を行うことがで
きる。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図は、本発明の第1の実施例を示し、バブルジェ
ット記録ヘッドの主要部である吐出エレメント1の斜視
図である。
第1図において、シリコン基板2上には、インク液滴
を形成するための吐出口(オリフィスともいう)5の各
々に対応して設けられるインクを吐出するための吐出エ
ネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子としての吐
出用ヒータ6と、ヘッド加熱用ヒータ7-1(HFU),7
-2(HFL),7-3(HRU),7-4(HRL)がHfB2の薄膜により
形成されている。ここで、7-1(HFU),7-2(HFL)は、
吐出口近傍に設けられた第1加熱素子であり、7
-3(HRU),7-4(HRL)は、第1加熱素子と離間した位置
であって第1加熱素子よりインクの流れの上流側を加熱
するために設けられた第2加熱素子である。これらヒー
タは、アルミ電極線8により吐出エレメント1後部に設
けられたワイヤボンディングパッド9まで配線される。
薄膜が施されたシリコン基板2の上には、さらにインク
液室4,オリフィス5を構成するための感光性樹脂製の天
板が積層される。この天板には、インク液室4にインク
連通する共通液室3が形成されたガラス板が接合されて
いる。
第2図は、第1図に示した吐出エレメントを組み込ん
だインクジェット記録ヘッド11の主要部を示す斜視図で
あり、記録ヘッド11の温度を検出するための温度検出素
子としてのサーミスタ12が、吐出エレメント1,プリント
配線基板13と共にベースプレート14上に接着されてい
る。インクは、第1図に示すように共通液室3を構成す
るガラス板に形成されたインク供給口10を介して不図示
のインク供給系により供給される。
吐出エレメント1とサーミスタ12とは並設され、ま
た、各々の配線は、互いのワイヤボンディングパッドを
介してプリント配線基板13とワイヤボンディング15によ
り電気的に接続される。さらに、記録ヘッド11は、その
後部に設けられたコネクタ端子16により記録装置本体と
接続される。
記録ヘッド加熱用ヒータは、第1図に示すように4個
設けられているが、吐出口近傍の2つの前方ヒータ(第
1加熱素子;HFU7-1,HFL7-2)と、吐出口より離間した位
置であって、吐出エレメント1が記録ヘッド11に搭載さ
れたときにはサーミスタ12の近傍となる2つの後方ヒー
タ(第2加熱素子;HRU7-3,HRL7-4)が設けられる。これ
ら2つのヒータは、それぞれ吐出エレメント1内で並列
に接続されており、吐出エレメント1に配線されるヒー
タ用電極は4つのヒータのコモン1本と、前方ヒータお
よび後方ヒータ各1本、計3本となる。
第3図は、これら2系統のヒータとサーミスタ12の制
御回路の一例を示す回路ブロック図である。サーミスタ
12と抵抗R1とによって供給電圧VCC(例えば5V)が分圧
され、その電圧出力は、A/Dコンバータ20を介しディジ
タル信号としてCPU21に入力される。CPU21はこの信号に
より温度を読み取り、トランジスタTr1,Tr2によるヒー
タドライバを介してそれぞれHFU7-1,HFL7-2,HRU7-3,HRL
7-4を駆動する。
第4図は、ヒータ制御手順の一例を示すフローチャー
トである。電源投入後の初期状態では、ステップS401,S
402で前方ヒータHFU7−1,HFL7-2(以下、HF)および後
方ヒータHRU7-3,HRL7−4(以下、HR)の4個のヒータ
を駆動することにより25℃まで加熱する。この場合、第
6図に示す従来例の記録ヘッドと同じ昇温時間を得るの
に、ヒータの数は2個から4個と2倍になっているた
め、各ヒータの容量は1/2ですむ。また、吐出口近傍に
設けた前方ヒータを駆動するため、吐出口近傍を急いで
25℃まで加熱することができる。ステップS401の判断で
ベッド温度が25℃に達したと判断すると、ステップS403
で前方ヒータHFおよび後方ヒータHRの駆動を停止する。
一旦、25℃まで昇温すると、ステップS404〜S407の処
理によって記録信号が入力するまで記録ヘッドを25℃に
保温する制御を行う。ここでは、保温のみなので、大容
量の熱は必要でなく、後方ヒータHRのみを駆動する。
ステップS407で記録信号が入力したと判断すると、ス
テップS408,S409において前方および後方の4個のヒー
タHF,HRをフルに駆動して32℃まで昇温させ、ステップS
408で32℃に達したと判断すると、ステップS410で前方
および後方ヒータHF,HRの駆動を停止し、記録を開始す
る。
ステップS411で各吐出口における1ドットの記録動作
を同い、この動作のたびにステップS412〜S414の処理に
よってヘッド温度を監視し、32℃に保温する。ここでも
大容量は必要ではないため、後方ヒータHRのみを駆動す
る。
後方ヒータHR、すなわちヒータ7-3,7-4は従来例のヒ
ータに比べ1/2の容量でよく、しかもサーミスタ12の比
較的近傍に設けられているため、これらヒータによる加
熱に、サーミスタによる温度検出が応答性よく追従する
ことができる。また、前方ヒータに比べインクの流れの
上流側で加熱を行うため、吐出口側に供給されるインク
を効率良く加熱することもできる。この結果、保温モー
ド時等の温度のオーバーシュートが少なく高精度な温度
制御が可能となり、記録中の記録むらも発生しない。
第5図は本発明の他の実施例を示す斜視図である。本
例の場合、ヘッド加熱用ヒータはベースプレート14に裏
側より取り付けられている。
同図において、吐出エレメント18は、その内部に容易
にヒータを設けることができるバブルジェット方式以外
の方式以外の方式によるものである。従って、ヘッド加
熱用ヒータHF19-1,HR19-2は、HF19-1がベースプレート
裏面の吐出口近傍に、HR19-2がベースプレート全体を加
熱できるように、ベースプレート中央部でHF19-1よりは
サーミスタ12の近くに設けられる。これら2系統のヒー
タの制御手順は第3図〜第4図に示す第1の実施例の制
御回路およびフローチャートをそのまま適用することが
できる。
(その他) なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中で
もバブルジェット方式の記録ヘッド、記録装置において
優れた効果をもたらすものである。かかる方式によれば
記録の高密度化,高精細化が達成できるからであり、記
録パターンによって一層定着の遅速が生じることが予測
されるからである。
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特
許第4723129号明細書,同第4740796号明細書に開示され
ている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この
方式は所謂オンデマンド型,コンティニュアス型のいず
れにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合
には、液体(インク)が保持されているシートや液路に
対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対
応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少な
くとも1つの駆動信号を印加することによって、電気熱
変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用
面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対
一対応した液体(インク)内の気泡を形成できるので有
効である。この気泡の成長,収縮により吐出用開口(吐
出口)を介して液体(インク)を吐出させて、少なくと
も1つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とす
ると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に
応答性に優れた液体(インク)の吐出が達成でき、より
好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特
許第4463359号明細書,同第4345262号明細書に記載され
ているようなものが適している。なお、上記熱作用面の
温度上昇率に関する発明の米国特許第4313124号明細書
に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録
を行うことができる。
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示さ
れているような吐出口,液路,電気熱変換体の組合せ構
成(直線状液流路または直角液流路)の他に熱作用部が
屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許
第4558333号明細書,米国特許第4459600号明細書を用い
た構成も本発明に含まれるものである。
さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対
応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対
しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッ
ドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さ
を満たす構成や、一体的に形成された1個の記録ヘッド
としての構成のいずれでもよい。加えて、上例のような
シリアルタイプのものでも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記録ヘッ
ド、あるいは記録ヘッド自在に一体的に設けられたカー
トリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は
有効である。
また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数につい
ても、例えば単色のインクに対応して1個のみが設けら
れたものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに
対応して複数個数設けられるものであってもよい。
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態
としては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端
末として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写
装置、さらには送受信機能を有するファクシミリ装置の
形態を採るものであってもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば電源投入直後の
ようにヘッドが比較的冷えた状態(初期状態)では、第
1加熱素子と第2加熱素子を共に駆動することで特にイ
ンクの吐出に大きく影響する吐出口近傍のインクの温度
を急いで上昇させ記録可能状態にできると共に、ヘッド
全体の温度をも上昇させることができる。そして、保温
状態時には、インク供給の上流側で温度検出素子の近傍
に設けられた第2加熱素子のみを駆動するので、吐出口
位置に供給されるインクを前もって加熱することがで
き、余分な加熱によって過剰な熱をヘッドに与えること
を防止でき、また、加熱に対するヘッド温度検出の追従
性を向上させることができ、より良好に温度制御を行う
ことができる。
この結果、速やかな昇温を可能にしつつ、記録が行わ
れる保温時の温度変動を少なくし、濃度むらの無い記録
ができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施した記録ヘッドの主要部である
吐出エレメントの斜視図、 第2図は、第1図の吐出エレメントを用いて構成される
記録ヘッドの斜視図、 第3図は、第1図の吐出エレメントにおける加熱用ヒー
タおよびサーミスタの制御回路を示す回路ブロック図、 第4図は、第3図の回路によるヒータの制御手順を示す
フローチャート、 第5図は、本発明の他の実施例にかかる記録ヘッドの主
要部を示す斜視図、 第6図は、記録ヘッド主要部の一従来例を示す吐出エレ
メントの斜視図、 第7図は、第6図に示した吐出エレメントの制御回路を
示す回路ブロック図、 第8図は、第7図の回路によるヒータの制御手順を示す
フローチャートである。 1,18……吐出エレメント、 2……シリコン基板、 3……液室、 4……インク液室、 5……オリフィス(吐出口)、 6……吐出用ヒータ、 7-1,7-2,7-3,7-4,19-1,19-2……ヘッド加熱用ヒータ、 8……アルミ電極配線、 9……ワイヤボンディングパッド、 10……インク供給口、 11……記録ヘッド、 12……サーミスタ、 13……プリント配線基板、 14……ベースプレート、 15……ワイヤボンディング、 16……コネクタ端子。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吐出口に対応して設けられ、吐出口からイ
    ンクを吐出させるための吐出エネルギーを発生する吐出
    エネルギー発生素子と、記録ヘッドの温度を検出するた
    めの温度検出素子と、前記吐出口近傍に設けられた第1
    加熱素子と、該第1加熱素子と離間しかつ前記温度検出
    素子の近傍に設けられると共に前記吐出口へのインク供
    給における上流側を加熱するための第2加熱素子とを有
    するインクジェット記録ヘッドの温度制御方法であっ
    て、 前記インクジェット記録ヘッドが搭載される記録装置の
    電源投入後の初期状態では前記第1加熱素子と前記第2
    加熱素子の両方を駆動することで前記ヘッドを加熱し、
    保温状態においては前記第2の加熱素子のみを駆動する
    ことで加熱を行うことを特徴とするインクジェット記録
    ヘッドの温度制御方法。
  2. 【請求項2】前記吐出エネルギー発生素子としての吐出
    用ヒータを用いてい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ヘッドの温度制御方法。
  3. 【請求項3】前記吐出エネルギー発生素子,前記第1加
    熱素子および前記第2加熱素子は同一基板上に設けられ
    ていることを特徴とする請求項1もしくは2に記載のイ
    ンクジェット記録ヘッドの温度制御方法。
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