JP2815959B2 - 液体噴射記録装置 - Google Patents

液体噴射記録装置

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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、記録液を液滴として吐出噴射させて記録を
行う液体噴射記録装置に関する。
[従来の技術] 液体噴射記録法(インクジェット記録法)は、記録時
における雑音の発生が無視し得る程度に極めて小さいと
いう点、高速記録が可能であり、しかも定着という特別
な処理を必要とせずに所謂普通紙に記録の行える点にお
いて、最近関心を集めている。
その中で例えば特開昭54−51837号公報、ドイツ公開
(DOLS)第2843064号公報に記載されている液体噴射記
録法は、熱エネルギを液体に作用させて液滴吐出の原動
力を得るという点において、他の液体噴射記録法とは異
なる特徴を有している。
すなわち、上記の公報に開示された記録法では、熱エ
ネルギの作用を受けた記録液が急激な体積の増大を伴う
状態変化を起こし、該状態変化に基づく作用力によっ
て、記録ヘッド先端の液体吐出口(オリフィス)より記
録液が吐出されて、飛翔的液滴が形成され、該液滴が紙
などの被記録部材に付着し記録が行われる。
ことに、DOLS第2843064号公報に開示されている液体
噴射記録法は、所謂ドロップオンデマンド(drop−on d
emand)記録法に極めて有効に適用されるばかりではな
く、記録ヘッド部をフルライン(full line)タイプで
高密度マルチオリフィス化された記録ヘッドが容易に具
体化できるので、高解像度、高品質の画像を高速で得ら
れるという特徴を有している。
上記の記録法に用いる記録装置の特徴的な記録ヘッド
は、一般に、記録液を吐出して飛翔的液滴を形成するた
めに設けられたオリフィスと、該オリフィスに連通し、
該液滴を吐出するための熱エネルギが該記録液に作用す
る部分である熱作用部を構成の一部とする液流路とを有
する液吐出部と、熱エネルギを発生するための熱エネル
ギ発生手段とを具備している。
従来、このようにして液体噴射記録ヘッドが構成され
るわけであるが、このような液体噴射記録ヘッドにも、
改善すべき種々の問題がある。
その1つは、液体噴射記録ヘッドの温度特性に起因す
るものである。記録液が被記録材に付着して形成される
記録ドットの大きさ、すなわち記録ドット径と記録ヘッ
ドの温度との関係において、ドット径はヘッド温度に大
きく依存している。これは、ヘッド温度の変化によって
飛翔的液滴を形成する記録液の初期発泡力が大きく変化
することに起因しており、特に低温では記録液の初期発
泡力が小さいために安定な飛翔的液滴を形成することが
できず、良好な画質を得ることができなかった。このた
め、従来一般には正特性サーミスタなどの外部加熱方式
のヒータを用いて、記録ヘッド外部から該ヒータにより
記録ヘッド全体を加熱することで、このような画質低下
の問題に対応していた。しかしながら、この方法では記
録ヘッド全体を加熱するため、消費電力が大きくなり、
かつ温度上昇の応答速度も遅いという欠点があった。
また、熱エネルギを利用した液体噴射記録ヘッドは原
理上、自己発熱を伴なうことと、基板上を記録のための
記録液が流れていて基板自身を記録液が冷却しているこ
とにより、複雑な温度分布を示す。従ってマルチノズル
を有する液体噴射記録ヘッドでは、温度分布の均一化お
よび低温時の特性改善が良好な画質を得るための必要条
件となっている。
[発明が解決しようとする課題] そこで、液吐出用の熱エネルギ発生手段(以下吐出ヒ
ータという)を設けた基板(ヒータボードという)上
に、温度補償用の加熱手段(以下加熱ヒータという)を
一体化し、熱伝達効率を高めて消費電力を小とし、かつ
応答速度が向上するようにすることが考えられる。
このように吐出ヒータと加熱ヒータとをヒータボード
上に近接して設けた場合、その伝達効率が増すため、低
温時の温度補償に必要な昇温時間と常温時からのそれと
が大きく異なり、また、電源投入の使用開始時と、一連
の記録終了後の待機時との昇温時間も異なってくる。す
なわち、温度補償に要する時間が環境温度およびプリン
タの動作状態によって異なるので、一律な加熱動作を行
うと、例えば当該動作に伴なう記録処理の待機時間が過
大となり、プリントミスが発生するおそれがある。
このために、温度検出手段および該手段からの信号に
より加熱ヒータに与える電気エネルギを可変とする手段
等を配設してこの問題を回避することも考えられるが、
その分記録ヘッドと高価格となる問題点が生じ得る。ま
た、加熱ヒータに、オーバーパワーを印加し、いかなる
状態での待機時間をも短縮することも考えられるが、こ
れも加熱ヒータの耐久性および消費エネルギの点で問題
が生じ得る。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、少な
い消費電力でかつ効率的に加熱ができるようになし、以
て低温時でも速やかに良好な画質を得ることができる液
体噴射記録装置を提供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、記録用液体を吐出するため
に利用されるエネルギー発生素子と、前記エネルギー発
生素子と同一基板上に形成された第1の発熱素子と、前
記基板上に形成され、同一電力を供給した場合の発熱量
が前記第1の発熱素子よりも大きい第2の発熱素子とを
備え、前記エネルギー発生素子に対し前記第2の発熱素
子を前記第1の発熱素子よりも近い側に配置した記録ヘ
ッドと、前記記録ヘッドの温度を検知する検知手段と、
前記検知手段による検知温度に応じて前記第1の発熱素
子及び前記第2の発熱素子を選択的に駆動する駆動手段
と、を有し、前記検知手段による検知温度が所定温度よ
りも低い場合前記駆動手段は前記第2の発熱素子を駆動
し、前記検知温度が前記所定温度よりも高い場合は前記
第1の発熱素子を駆動し、前記第2の発熱素子を駆動し
ないことを特徴とする。
[作用] 以上の構成によれば、記録用液体吐出用のエネルギー
発生素子と同一基板上に発熱量の異なる第1および第2
の発熱素子を形成するとともに発熱量の大きい第2の発
熱素子を発熱量の小さい第1の発熱素子よりもエネルギ
ー発生素子側に配置し、ヘッド温度が所定温度よりも低
温の場合は発熱量の大きい第2の発熱素子を駆動し、ヘ
ッド温度が所定温度よりも高い場合は発熱量の小さい第
1の発熱素子を駆動し、第2の発熱素子は駆動しないよ
うにしたので、上記低温時には、例えば目詰りの発生し
やすいエネルギー発生素子側を大きい発熱量で加熱で
き、また、上記高温時には小さい発熱量で加熱でき、こ
れにより、ヘッド温度に応じて効率良く基板を加熱し、
良好な温度補償を行うことが可能となる。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る液体噴射記録ヘッド
の一構成例を示す。なお、第1図は特に該ヘッドの加熱
ヒータ付近のヒータボードの模式的平面を示した。
本実施例に係る液体噴射記録ヘッドは、第1図中符号
101で示すチップ(ヒータボード)上に、吐出用の熱エ
ネルギ発生手段(吐出ヒータ)103と、これに画像情報
に応じた記録信号を供給するための電極105,106が画像
の記録密度に応じたドット数に対応して多数設けられて
いる。ここで電極105は各熱エネルギ発生手段103に共通
に接続された共通電極、106は各熱エネルギ発生手段103
を各別に駆動するための選択電極である。
このチップ101上にはさらに、記録ヘッドの温度補償
を行うためのヘッド加熱ヒータ102−1,102−2が同一基
板上に複数設けられる。この加熱ヒータ102−1,102−2
においてはそれぞれの抵抗値R1,R2が異なるように寸
法,形状等を定めて設けられており(R1<R2)、同一電
圧を供給した場合、発生する熱エネルギが102−1では
大きく、102−2では小さくなるように設定されてい
る。すなわちヘッド加熱ヒータに電力を供給するための
共通電極を部分104−Aとしたとき、選択電極の104−B,
104−Cを適宜選択することにより、ヘッドの昇温特性
を選択可能となる。
また、本例においては、図1に明示されるように、吐
出ヒータ103の配列範囲の両側にそれぞれ複数(2個)
ずつ設けられる加熱ヒータ102−1,102−2は、吐出ヒー
タ103の配列方向(第1図中左右方向)と交差する方向
(同図上下方向)に配置されている。このことは、イン
クを吐出ヒータ近傍の部位のみにて加熱する場合に比
べ、概してインク液路の後方のインクを予め効率よく加
熱しておく上で効果がある。すなわち、インク液路後方
内のインクに対して予熱がされていれば、各液路のイン
クの温度を均一化して上記温度分布を平滑化し、液路内
におけるインクの目詰まりをより効果的に防止できるこ
とになるからである。
ここで、加熱ヒータ102−1,102−2は吐出ヒータ103
の発熱抵抗層と同一材料(例えばHfB2)を用いて形成で
きるが、ヒータボードを構成する他の材料、例えばアル
ミニウム,タンタル,チタン等を用いて形成してもよ
い。ここに、アルミニウムは電極に用いることができる
材料、チタンは吐出ヒータ103を構成する発熱抵抗層と
電極との接着性を高めるために両者間に配置可能な材
料、タンタルは発熱抵抗層上の耐キャビテーション性を
高めるためにその上部に配置可能な材料である。そし
て、このような材料の選択を行えば、加熱ヒータ102−
1,102−2を吐出ヒータ103等と同時の成膜プロセスで形
成することも可能となる。
第1図では、本例に係る記録ヘッドの構成を明瞭にす
るためそのヒータボード部分のみを示したが、このヒー
タボード101を用いて構成可能な液体噴射記録ヘッドを
説明する。
第2図(A)および(B)はその模式図を示し、ヒー
タボード101の上に液路を形成するためのノズル板203、
天板207が積層される。さらに液路206は一端が大気に連
通して吐出口208を形成し、他端はインクの供給源とな
る液室205へ連通する。さらに、液室205はインク供給部
208を通じて、不図示のインクタンクに連通している。
第2図(B)に示す210はそのインクタンクよりインク
を液室205へ供給するための供給管である。なお、第2
図には図示していないが、第1図における加熱ヒータ10
2−1,102−2がヒータボード101の両側に設けられてい
る。
第3図は加熱ヒータ102−1,102−2を選択的に駆動す
るための回路構成の一例を示す。このような回路は本例
に係る記録ヘッドを適用する装置の適宜の部位に、例え
ば装置の主制御部を実装する回路基板等に設けておくこ
とができる。
THはヘッドの適宜の部位に設けられたサーミスタであ
り、ヘッド温度を検知する手段である(このサーミスタ
をヒータボード101上に形成することもできる)。この
サーミスタの抵抗値R1とで生ずる電圧VTHと、基準電圧V
1とをコンパレータCOMにより比較し、VTHよりV1が大き
い場合Lowの信号を発生し、VTHよりV1が小さい場合はHi
ghの信号を出力するようにする。
すなわち、ヘッド温度が低温の場合にはサーミスタ抵
抗が大となり、VTH電圧も高く、従ってコンパレータCOM
からはHighの信号が出力されることとなる。
コンパレータCOMの出力信号は2系統に分けられ、一
方は加熱ヒータ102−1の駆動のオン/オフを行うトラ
ンジスタTr1に対し、抵抗R2を介して駆動のためのオン
/オフ信号として供給される。他方の加熱ヒータ102−
2の駆動のオン/オフを行うトランジスタTr2に対し、
インバータINによる逆相の信号が抵抗R3を介して駆動の
ためのオン/オフ信号として給される。
従って、低温の際は、基準電圧V1より電圧VTHが大で
あるので、加熱ヒータ102−1がオンとされる。そし
て、この加熱ヒータ102−1への通電に伴うヒータボー
ド101の温度上昇により、サーミスタ電圧VTHが基準電圧
V1より小さくなると、その後は駆動に係る加熱ヒータが
102−1から102−2に切り換わり、消費電力が変わるこ
とによって、基板の温度上昇がゆるやかとなる。
なお、温度が上昇し、基板温度が所定の温度を越えた
場合には加熱用ヒータに供給される電流を遮断するスイ
ッチSWを設け、設定温度以上に基板温度が上昇しないよ
うに制御される。
このための回路として、第3図(A)に示した回路を
変形した第3図(B)のようなものを用いることができ
る。これは、サーミスタTH2(TH2は、THと同じでも良
い)と、その検知温度を所定値と比較するコンパレータ
COM2を別途設け、その出力とコンパレータCOMの出力と
のAND演算を行って、それぞれのトランジスタTr1,Tr2の
オン/オフを行うANDゲート(AND1,AND2)を設けたもの
である。
また、このオン/オフはVH側に公知のサーモスタート
を用いて、単純に供給電圧を遮断するものであってもよ
い。
第4図は以上の動作を説明するたに基板の温度上昇の
遷移を示す。
時刻t0において基板温度T0低いが温度(V1<VTH)で
あると、加熱ヒータ抵抗HR1がオンとされ、急速に基板
が暖められる。その後、時刻t1においてあらかじめ設定
された温度T1(V1=VTH)に達すると、加熱ヒータ抵抗
はHR1からHR2に切り換わり、温度上昇はゆるやかとな
る。
さらなる時刻t2において、基板温度上昇の上限T2を越
えるとスイッチSWが働き、加熱ヒータ抵抗HR2の電流が
遮断されると若干のオーバシュートの後、基板は冷却さ
れる。
時刻t3に至ってT2以下となると、またスイッチSWが動
作し、再び加熱用ヒータ抵抗HR2に電流が流れ、加熱を
開始してT2に至るまで基板温度を上昇させる。
この後は基板温度T2を境にこの動作を繰り返し、液体
噴射記録ヘッドはほぼT2の温度に保持される。すなわ
ち、以上のような動作により記録ヘッドの温度補償がな
される。
従って、低温時では消費エネルギが大きいが、短時間
に基板温度が上昇する利点があり、さらに温度補償する
温度の近傍から消費エネルギの小さい加熱ヒータを用い
ることによって温度制御がより精密に、かつ消費電力を
小とできる利点が得られる。すなわち、本例ではこれら
2つの利点をもつ温度補償が可能となった。
第5図は、加熱ヒータ駆動回路の他の構成例を示し、
本例は本発明の効果をより一層増すべく、さらには精密
な駆動を可能としたものである。
本例では、オンパレータを3基設け(COM1〜COM3)、
それぞれのサーミスタ検知温度からなるサーミスタ電圧
VTHに対しV1,V2,V3の基準電圧を設定し、VTHがV1以上で
はHR1,HR2の両者がオンとなって最大発熱量を得、V1〜V
2においてはHR1のみがオンとなるようにし、V2〜V3にお
いてはHR2だけがオンとなるようにし、そしてV3以下で
はすべてがオフとなるようにする。
そのために、コンパレータCOM1およびCOM2の出力を反
転させアンドゲートAND1に、コンパレータCOM2の反転出
力とコンパレータCOM3の出力とをアンドゲートAND2に、
コンパレータCOM2およびCOM3の反転出力をアンドゲート
AND3にそれぞれ供給する。そしてアンドゲートAND1およ
びAND2の出力をオアゲートORに入力し、その出力をトラ
ンジスタTr1のオン/オフ信号に、アンドゲートAND3の
出力をトランジスタTr2のオン/オフ信号に用いるよう
にした。
本例によると、第3図で示した実施例よりもさらに精
密な温度制御が可能となる。さらに第3図ではスイッチ
SWによる電流の遮断を行ったが、本実施例ではV3の設定
をT2と同様に設定すれば、第3図で示した基板温度上限
のコントロールも同一回路で行うことができる。
第6図は本発明の他の実施例に係るヒータボードの模
式図である。
本例において、ヒータボード501上の一点破線で囲ま
れた部分502は吐出用の熱発生素子およびこれに電気エ
ネルギを供給するための配設回路が設けられた部分であ
り、その直下に加熱用ヒータ506−1,506−2が設けられ
ている。なお、505はそれらヒータの共通電極、504は選
択電極である。
本例にように、配線回路502下に設けられた加熱用ヒ
ータは、直接吐出に供されるインクを加熱することがで
き、本発明の効果をさらに引き出すことが可能である。
また、第1図のように両側に設けるときは温度分布の均
一化を図るため左右対称に加熱ヒータを設けるのが好適
であるが、本実施例によれば中央部に加熱ヒータを設け
るので、そのような配慮をせずに均一な加熱ができると
いう利点がある。
第7図は本発明のさらに他の実施例に係るヒータボー
ドを示す。
本例においてはヒータボード601上に吐出用熱発生素
子および電極回路が設けられた破線部で囲まれる部分60
2であり、その両側に加熱ヒータ606−1〜606−4が設
けられる。なお、604,605は電極である。
本例において、加熱ヒータ606−1〜606−6の抵抗値
をそれぞれR1,R2,R3,R4とした場合、共通電極605に対し
て個別電極604を選択的に駆動することで、ヒータボー
ド601に与える加熱エネルギを制御することが可能とな
る。たとえば、R1=R1=R3=R4とした場合、R1〜R4まで
全ヒータをONした場合と、R2およびもしくはR1および
R4をONした場合とで倍の加熱エネルギコントロールを行
うことができる。またR1=R4,R2=R3とした場合、R1〜R
4まで全ヒータをONした場合と、R2,R3をONとした場合
と、R1,R4をONとした場合との3ステップの加熱エネル
ギコントロールをすることが可能となる。このように、
抵抗値を変えることによっても、自由に温度コントロー
ルをすることが可能となりさらなる効果が期待できる。
以上のように、ヒータボード上には複数の加熱ヒータ
を設け、選択的駆動を行って消費電力が異なるようにし
たことにより、かつ上記複数の加熱ヒータを吐出ヒータ
の配列方向と交差する方向に配置したことにより、効率
よく基板を加熱し、良好な温度補償を行うことが可能と
なった。
これにより、まず第1には、低温時に急激な温度上昇
を行うことができるのでプリンタのウェイト時間を短く
することが可能となる。
第2には温度補償領域付近では温度変化が小さいため
厳密な制御が可能となり、オーバーランのしすぎによる
記録濃度変化を小さく抑えられる。
第3には、これらの制御を単一の加熱ヒータで行う
と、最大パワーから最小パワーまでを順次制御する手段
が必要となるが、基板内に発熱素子と同様に、同時に形
成することもできる本発明においては、簡単な回路によ
り温度補償が可能となった。
第4には、通常記録ヘッドの基板温度が温度補償領域
よりかなり低温であるときはプリンタが未使用状態で、
電源をオンされた状態の時であるが、このときは記録は
すぐに開始されず、最大パワーが加熱ヒータに加わる。
しかし、温度補償領域では、記録に用いられる消費電力
と、加熱に用いられる消費電力とが2重となるので、こ
のときの加熱電力を下げることによってプリンタ全体の
電源容量を小とすることができ、ひいてはプリンタ全体
のコストダウンにもつながるとい利点がある。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、少ない消費電
力でかつ効率的な加熱が行われるようになし、以て低温
時でも短時間で良好な画質を得られるように温度を立ち
上げることのできる液体噴射記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明液体噴射記録ヘッドの一実施例に係るヒ
ータボードを示す平面図、 第2図(A)および(B)は、それぞれ、第1図示のヒ
ータボードを用いて構成した液体噴射記録ヘッドの斜視
図および側断面図、 第3図(A)および(B)は第1図示の構成に適用可能
な加熱ヒータ駆動回路の構成の2例を示す回路図、 第4図はその動作を説明するための線図、 第5図は加熱ヒータ駆動回路の他の構成例を示す回路
図、 第6図および第7図は本発明の他の実施例に係るヒータ
ボードの2例を示す平面図である。 101,501,601……ヒータボード、 102−1,102−2,506−1,506−2,606−1〜606−4……加
熱ヒータ、 103……吐出ヒータ、 105,106……ヒータ用電極、 104,105,504,505,604,605……加熱ヒータ用電極、 203……ノズル板、 206……液路、 207……天板、 209……吐出口、 TH……サーミスタ、 COM,COM1〜COM3……コンパレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−299045(JP,A) 特開 平2−307756(JP,A) 特開 昭63−134252(JP,A) 特開 昭63−41153(JP,A) 特開 昭61−126571(JP,A) 特開 昭62−85959(JP,A) 特開 昭63−212584(JP,A) 特開 昭63−89350(JP,A) 特開 昭63−134250(JP,A) 実開 昭63−100771(JP,U) 実開 昭59−41541(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/05 B41J 2/12

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】記録用液体を吐出するために利用されるエ
    ネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と同一基
    板上に形成された第1の発熱素子と、前記基板上に形成
    され、同一電力を供給した場合の発熱量が前記第1の発
    熱素子よりも大きい第2の発熱素子とを備え、前記エネ
    ルギー発生素子に対し前記第2の発熱素子を前記第1の
    発熱素子よりも近い側に配置した記録ヘッドと、 前記記録ヘッドの温度を検知する検知手段と、 前記検知手段による検知温度に応じて前記第1の発熱素
    子及び前記第2の発熱素子を選択的に駆動する駆動手段
    と、 を有し、 前記検知手段による検知温度が所定温度よりも低い場合
    前記駆動手段は前記第2の発熱素子を駆動し、前記検知
    温度が前記所定温度よりも高い場合は前記第1の発熱素
    子を駆動し、前記第2の発熱素子を駆動しないことを特
    徴とする液体噴射記録装置。
  2. 【請求項2】前記基板上に複数のエネルギ発生素子が配
    列され、前記複数のエネルギ発生素子の配列方向と交差
    する方向に前記第1の発熱素子および前記第2の発熱素
    子が配列されていることを特徴とする請求項1に記載の
    液体噴射記録装置。
  3. 【請求項3】前記エネルギ発生素子は通電に応じて発熱
    する電気熱変換体の形態を有し、前記第1よおび第2の
    発熱素子は前記電気熱変換体の形成材料の少くとも一部
    と同じ材料を用いて構成されていることを特徴とする請
    求項1または2に記載の液体噴射記録装置。
  4. 【請求項4】前記第1および第2の発熱素子は前記基板
    上で前記複数のエネルギ発生素子の両側にそれぞれ設け
    られていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれ
    かに記載の液体噴射記録装置。
  5. 【請求項5】前記第1および第2の発熱素子は前記基板
    上の中央部に設けられていることを特徴とする請求項1
    に記載の液体噴射記録装置。
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