JP2746717B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、インクジェット記録装置に関するものであ
る。

［背景の技術］ 現在記録装置のなかでもいわゆるインクジェットによ
る記録装置は、高速で高画質を得られる信頼性の高い装
置として広く利用されている。しかしこの記録装置で
は、記録ヘッドの温度に応じ記録液の粘性が変化して記
録ドット径の変化が生じるために、記録画像に濃度変動
が生じて記録品質が低下することがあるという問題点が
あった。

そこで、このインクジェット記録装置においては、記
録ヘッドをある一定の温度に温調して記録を行うのが一
般的である。

また、インクジェット記録方式には種々のものがある
が、そのなかで熱エネルギを用いたインクジェット記録
方式の一つは、例えば特開昭54−59936号公報等に示さ
れているように、記録液を急激に加熱し、該加熱によっ
て記録液に発泡現象を生じさせ、この発泡エネルギによ
り、記録液を液体吐出口（オリフィス）から吐出噴射さ
せるものであり、その特徴の１つは、集積化が容易であ
るということである。ちなみに、例えば吐出口間隔63.5
μｍで128〜256本といった集積化が容易である。従って
高品位の画像を高速で記録できるといった、他のインク
ジェット記録方式には見られない優れた利点を有してい
る。

第10図はこのような方式のインクジェット記録装置の
構成を示す図である。第10図において、201Aおよび201B
は、記録媒体Ｒを副走査方向VSに挟持搬送するために設
けたローラ対である。202BK,202Y,202Mおよび202Cは、
それぞれ、記録媒体Ｒの全幅にわたって吐出口を配列し
たブラック，イエロー，マゼンタおよびシアンの記録を
行うフルマルチタイプの記録ヘッドであり、その順に記
録媒体搬送方向上流側より配置してある。また、200は
回復系であり、吐出回復処理にあたっては記録媒体Ｒに
代って記録ヘッド202BK〜202Cに対向する。

ここで、記録ヘッド202BK,202Y,202Mおよび202Cの各
々には、先に述べた理由から温調をするための複数個の
外部ヒータと温度検出手段とが設けられており、記録ヘ
ッドの温度に応じ、その複数個の外部ヒータを独立に、
または同時に加熱することでヘッド温度の均一化をはか
り、もって記録ドット径の均一化をはかって画質劣化を
防止している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の例においても充分な記録ヘッド
内の温度の均一性すなわち記録ヘッド径の均一性を得る
ことは困難であった。

その大きな理由としては、従来技術においては、記録
ヘッド内の発熱部やインクを外部ヒータにより間接的に
加熱するために、記録ヘッドの温度を検出してから外部
ヒータで記録ヘッドを加熱して記録ヘッドの温度が上昇
するまでに時間がかかり、精度よくヘッド内のインクの
温度が制御できないことが考えられる。また、このよう
な方法で記録ヘッドの温度を高精度に制御しようとする
と、外部ヒータの配置や制御装置も非常に複雑となると
いう問題点があった。

特に、被記録部材の記録領域の全巾にわたって吐出口
が設けられた所謂フルマルチタイプの記録ヘッドの場合
には、その長さが長いために、記録ヘッドの全域に亘っ
て均一な温度に制御することが一層困難であるという問
題点があった。

本発明の目的は、記録ヘッド内の温度分布が不均一で
も、簡易な構成で記録ドットの径を均一にすることが出
来て高品位な画像を得ることができるインクジェット記
録装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の目的を達成するために、本発明は、インクを吐
出するために利用される熱エネルギーを発生すると共に
複数の吐出口の各々に対応して配設された複数の電気熱
変換手段を備えた記録ヘッドを有し、前記電気熱変換手
段に電気信号を供給して記録を行な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
の温度検出手段と、該温度検出手段の出力信号に応じ
て、複数個の前記電気熱変換手段の各々に供給する前記
電気信号の波形を前記電気熱変換手段毎に制御すること
で各吐出口毎のインク吐出量のばらつきを抑える波形制
御手段とを具えたことを特徴とする。

［作 用］ 本発明によれば、温度検出手段が記録ヘッドの温度を
検出し、その結果に応じて、各電気熱変換手段の動作に
よって被記録媒体上に形成されるドットの径が均一とな
るように、つまり各吐出口毎のインク吐出量のばらつき
を抑えるように、各電気熱変換手段に供給される記録用
エネルギである電気信号の波形を波形制御手段が制御す
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、本発明の一実施例にかかるいわゆるフルラ
インタイプのインクジェット記録ヘッドの駆動回路を示
す回路ブロック図である。第１図において、１は搬送さ
れる記録紙の幅に対応して設けられる約3000個の吐出口
の各々に対応して設けられる電気熱変換素子よりなる発
熱素子であり、発熱素子１が発生する熱によってインク
中に気泡を発生させこの気泡の膨張、収縮に伴なうイン
ク変動によって吐出口からインク滴を吐出する。発熱素
子１の各々の両端の電位差は、それぞれのスイッチング
トランジスタ３を介して駆動電圧値V_Hに保たれている。
トランジスタ３のベースは、それぞれ対応するアンドゲ
ート５の出力に接続している。

第１図において、13はインクジェット記録装置の制御
部から１ビットのシリアルに転送される波形データ信号
を格納するシフトレジスタである。本例の駆動パルスは
パルス幅を変調させるものであり、16段階のパルス幅で
表現される。従って波形データ信号の連続する４ビット
が１つの駆動パルスの波形データを構成する。これによ
り、シフトレジスタ13は約3000個の発熱素子１に対応し
て約3000×４ビットで構成される。11は各発熱素子毎に
設けられるカウンタであり、記録装置制御部からのプリ
セット信号に応じてシフトレジスタ13からそれぞれ４ビ
ットパラレルで転送される波形データが設定される。カ
ウンタ11は、それぞれこの設定される波形データに基づ
き、すなわち、本例では波形のパルス幅に応じた値だけ
制御部から転送されるクロックパルスを計数し、この計
数を行う間その出力を“H"とする。

第１図において、９は、１ビットのシリアルで転送さ
れる記録画像信号を格納するシフトレジスタであり、発
熱素子１の各々に対応して約3000ビットで構成される。
７は、シフトレジスタ９から出力される記録画像信号を
ラッチ信号に応じてラッチし、この信号を出力するデー
タバッファである。上述のアンドゲート５のそれぞれ
は、データバッファ７の対応する出力と、対応するカウ
ンタ11の出力とを２つの入力とする。

第２図は、記録ヘッド14の第１図に示したヘッド駆動
回路14Aに上記各種信号を連送することによって、この
ヘッド駆動回路を制御する制御部を詳細に示すブロック
図である。

第２図において、31はマイクロコンピュータ等のホス
ト装置から連送されてくる記録画像信号を一時的に格納
するための記録画像信号バッファであり、これによりホ
スト装置側からの記録画像信号の転送タイミングと、こ
の信号を用いた記録ヘッド14側での駆動タイミングとの
ずれを調整することができる。なお、記録画像信号を転
送する側の装置としてはコンピュータ等のホスト装置に
は限られず、本例のインクジェット記録装置をプリンタ
として用いるそれぞれ複写機の原稿読取り部，ファクシ
ミリ，ワードプロセッサあるいは単にプリンタ装置にお
けるキーボード等の入力装置を具えたものであってもよ
い。

再び、第２図において、33は波形データROMであり、
上記駆動パルスの波形データが格納されている。本実施
例においては、ルックアップテーブル方式の制御をして
おり、各温度に対応するパルス幅があらかじめ波形デー
タとしてこの波形データROM33に格納されている。

さらに、第２図において、32はCPU等からなるシーケ
ンスコントローラであり、記録画像信号バッファ31から
ヘッド駆動回路14Aへの記録画像信号の転送および波形
データROM33から同じくヘッド駆動回路14Aへの波形デー
タの転送を制御すると共に、上記ラッチ信号，クロック
信号およびプリセット信号をヘッド駆動回路14Aへ適切
なタイミングで転送する。

また、シーケンスコントローラ32は、記録ヘッド14に
配設された温度検出手段であるサーミスタ15,16,17の出
力に応じて、温調回路22を介してヒータ114を制御して
記録ヘッド14の温度を適切に保つとともに、波形データ
ROM33に格納されている波形データを適宜選んで記録ヘ
ッド14に適切なタイミングで送出する。

ここで、記録ヘッド14の正面図である第３図を用いて
サーミスタ15,16,17の配置について説明する。

第３図において、111はAlからなる第１の基板、112は
シリコン等の金属からなる第２の基板、113は天板であ
り、この天板113には飛翔液滴を吐出噴射させるための
液体吐出口113Aをその構成の一部とする複数の液路が形
成されており、また、電気熱変換手段である発熱素子は
この液路のそれぞれに対応した第２の基板112上に配置
されている。114は温調用のヒータである。

そして、温度検知手段であるサーミスタ15,16,17は第
２の基板112の温度を適切に測定するために、基板112の
中央部と両端部に配置してある。一般に、吐出口113Aの
配列方向の温度勾配が前述の画像劣化の原因となるため
に、記録ヘッド14の中央部とその両端部に、サーミスタ
を配置しておくことが好ましい。

次に、第１図および第２図で示した本実施例の動作
を、各信号の転送タイミングを示すタイミングチャート
である第４図を用いて説明する。

先ず、シーケンスコントローラ32は、あらかじめ定め
られた間隔、例えば５ライン分の記録毎にサーミスタ1
5,16,17の出力信号を入力する。そして、その出力信号
に従って温調回路22を介して外部ヒータ114を制御する
とともに、約3000個の流路の発熱素子のそれぞれについ
て波形データROM33内から適切な波形データを選んでシ
フトレジスタ13に転送する（第４図、時点）。

次に、記録動作が開始されると、記録紙搬送等のタイ
ミングと同期させながら記録画像信号バッファ31からシ
フトレジスタ９へ記録画像信号が転送される（時点
）。この転送を終了すると、ラッチ信号の“L"（時点
）によって記録画像信号がデータバッファ７にラッチ
されると共にこれらデータのアンドゲート５への出力が
設定される。

また、ラッチ信号の“L"パルスに先立って、プリセッ
ト信号の“L"（時点）により、シフトレジスタ13に格
納される波形データが各カウンタ11に設定される。

ラッチ信号の“L"（時点）によってデータバッファ
７からの出力が設定されると、クロック信号が転送され
始め（時点）、カウンタ11はこのクロック信号パルス
をこのカウンタに設定される波形データに応じた期間だ
け計数し、この計数の間このカウンタのアンドゲート５
への出力を“H"とする。

以上示した各信号の動作の結果、データバッファ７か
ら出力される記録画像信号の“H"に対応する発熱素子１
に、この発熱素子に対応するカウンタ11から論理“H"が
出力される期間の幅の駆動パルスが印加され、これによ
りインク滴が吐出される。

以上のようにして、記録ヘッドの吐出口配列の長さに
対応した１ライン分の記録が行われる。この１ライン分
の記録ヘッド駆動がなされている間、すなわち、ラッチ
信号の“L"と次のラッチ信号の“L"の間に次のラインの
記録画像信号がシフトレジスタ９に入力され、以下上述
と同様にして記録がなされる。

次に、本実施例を用いた記録実験の結果について説明
する。

その方法としては、第５図に示すように記録用紙Ｐ
を、矢印で示す方向すなわち記録ヘッド14に対して左方
に移動させながら、一様な画像信号（デューティ75％）
で逆Ｌ字型になるように記録を行ない、記録用紙Ｐの各
部分の濃度分布を測定した。

なお実験には、400dpi、256個の吐出口をもつマルチ
ノズルを使用し、温調回路には、サーミスタ16の温度T₂
が45℃以下になるとヒータ114に通電する、いわゆるオ
ン／オフ制御を行なわせた。また記録前の記録ヘッド14
のサーミスタが取付けけてある各部の温度は第６図に示
したようになっており、中央部と両端部には約５℃の温
度差があった。

以上のような条件下で、サーミスタ15からの温度信号
T₁に基づいて制御される発熱素子を有する吐出口をNO.1
〜50とし、サーミスタ16からの温度信号T₂により制御さ
れる吐出口をNO.51〜205とし、サーミスタ17からの温度
信号T₃により制御される吐出口をNO.206〜256に選択し
た。そして各温度信号Ti（ｉ＝１〜３）に応じてパルス
幅を以下のように変化させるようにした。

このようにして記録用紙Ｐに記録し、その各部の濃度
分布を測定した結果を第７図（２），第８図（２）に示
す。なお第７図（１）と第８図（１）とは、本発明との
比較として、従来例すなわちパルス幅一定（７μｓ）で
記録した場合の各部の濃度分布を測定した結果を示した
ものである。

先ず、第７図（１）に示すように、従来例では、ｃ点
からｂ点に向って記録を進めてゆくに従って温度が上昇
するためcb間の濃度の不均一を招く。また、従来例では
ａ点とｂ点を結ぶ方向の濃度分布は第８図（１）に示す
通りであった。この濃度の不均一はａ点では温度はさほ
ど上昇していないのに対し、ｂ点ではｃ点から連続的に
記録を進めてきた結果そこの温度が上昇したことに帰因
する。一方、本発明の実施例によればcb間およびab間の
濃度分布は、各々第７図（２），第８図（２）に示すよ
うに一様となる結果が得られた。

第７図および第８図から明らかなように、本実施例に
よれば、画像濃度の均一化すなわちドット径の均一化を
図ることができ、高品位な画像を得ることができる。

なお、本実施例においては、駆動電圧を一定（24.0
V）にしてパルス幅を変更するようにしてあるが、パル
ス幅を一定、例えば７μｓにして、駆動電圧を検出温度
に応じて、 としても本実施例と同様の結果を得ることができる。

さらに、第９図に示すような２分割パルスによって飛
翔液滴を形成するインクジェット記録装置の場合には、
その２分割パルスの各条件（Z₁,Z₂,Z₃,Vop）をヘッド温
度に応じて適宜変化させるようにすれば、ドット径を高
精度に変化させることができるので、単パルスの装置に
比してより高品位な画像を得ることができる。

例えば、駆動電圧Vopを24.0（Ｖ）と一定にしておい
て、間隔Z₁,Z₂,Z₃を温度に応じて、 とすればよい。

なお、本発明においては、その駆動条件すなわち各電
気熱変換手段にどのような電気信号を供給するかは、記
録ヘッドの熱特性に応じて適宜選択すればよく、その場
合には予め記録ヘッドの温度分布状態を調べておいてか
ら選択するとよい。また温度検出手段は、サーミスタ等
の温度センサに限らなくてもよく、例えば画像情報から
記録ヘッドの温度状態を間接的に検出し得るものでもよ
い。

加えて、前述した実施例では、記録ヘッドの温度に応
じて駆動パルスの幅（時間）および高さ（電圧）のいず
れか一方を制御したが、それらの双方を制御する場合を
も本発明は含むものである。

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
一で対応した液体（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44
63359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。加えて、複数の
電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気熱変換
体の吐出部とする構成を開示する特開昭59−123670号公
報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応
させる構成を開示する特開昭59−138461号公報に基いた
構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記
録ヘッドの形態がどのようなものであっても、記録を確
実に効率よく行いうるからである。

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
の構成のいずれに対しても本発明は有効に適用できる。
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体に一体
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、本発明の記録装置の構成として設けられる、記
録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付
加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ま
しいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッ
ドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加
圧或いは吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱
素子或はこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録
とは別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安
定した記録を行なうために有効である。

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、記録ヘッドの温
度が不均一でも、各吐出口からのインク吐出量のばらつ
きを抑えることで記録ヘッドの径を均一にすることがで
き、その濃度むらを抑えた高品位の画像を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る記録ヘッドの駆動回
路を示すブロック図、 第２図は、第１図示の駆動回路を制御する制御部の構成
を示すブロック図、 第３図は、本発明の一実施例に係る記録ヘッドの正面
図、 第４図は、第２図示の制御部の各部の信号波形を示すタ
イミングチャート、 第５図は、本発明の一実施例による記録実験を説明する
ための説明図、 第６図は、記録実験前の記録ヘッドの各部の温度を示し
た説明図、 第７図および第８図は、記録実験後の画像の各部の濃度
を示す濃度分布図、 第９図は、２分割パルスの構成を示す波形図、 第10図は、フルラインタイプのインクジェット記録装置
の構成を示す構成図である。 １……発熱素子、 ３……トランジスタ、 ５……アンドゲート、 ７……データバッファ、 9,13……シフトレジスタ、 11……カウンタ、 14……記録ヘッド、 14A……ヘッド駆動回路、 15,16,17……サーミスタ、 22……温調回路、 32……シーケンスコントローラ、 33……波形データROM、 113A……吐出口、 114……ヒータ、 Vop……駆動電圧、 Z₁,Z₃……パルス幅、 Z₂……パルス間隔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森口 晴彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 泉崎 昌巳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−65567（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−74351（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−153369（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−1594（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを吐出するために利用される熱エネ
   ルギーを発生すると共に複数の吐出口の各々に対応して
   配設された複数の電気熱変換手段を備えた記録ヘッドを
   有し、前記電気熱変換手段に電気信号を供給して記録を
   行な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温度検出手段
   と、 該温度検出手段の出力信号に応じて、複数個の前記電気
   熱変換手段の各々に供給する前記電気信号の波形を前記
   電気熱変換手段毎に制御することで各吐出口毎のインク
   吐出量のばらつきを抑える波形制御手段と を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】前記波形制御手段による前記電気信号の波
   形の制御は、前記電気信号となる電気パルスの時間およ
   び電圧値の少なくとも一方を変えることによってなされ
   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. 【請求項３】前記温度検出手段は、前記記録ヘッド内の
   温度の分布を検出することを特徴とする請求項１または
   ２に記載のインクジェット記録装置。