JP2829783B2 - 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、記録ヘッドから被記録材へインクを吐出さ
せて記録を行なうインクジェット記録装置に関する。

〔従来の技術〕

プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記録装置は、画
像情報に基づいて、紙やプラスチック薄板等の被記録材
上に画像を形成していくように構成されている。

前記記録装置は、記録方式により、インクジェット
式、ワイヤドット式、サーマル式、レーザービーム式等
に分けることができ、そのうちのインクジェット式（イ
ンクジェット記録装置）は、記録ヘッドから被記録材に
インクを吐出させて記録を行なうように構成されてい
る。

インクジェット記録装置は、高精細な画像を高速で記
録することができ、ノンインパクト方式であるため騒音
が少なく、しかも、多色のインクを使用してカラー画像
を記録するのが容易であるなどの利点を有している。

このインクジェット記録装置においては、記録ヘッド
の温度が変化してインクの粘性が変化すると、インクの
吐出量が変動したり吐出不能になったりして、記録画像
の品位が低下することがあるので、記録ヘッドの温度を
所定範囲に制御するための温度制御手段を設けることが
行われている。

従来、記録ヘッドの温度制御手段は、記録ヘッド全体
の温度に比例した信号を発生する温度センサーと、温度
センサーからの検出値と予め設定された設定値との比較
に基づいて騒動信号を発生する制御回路と、該制御回路
からの駆動信号に基づいて記録ヘッド全体を加熱する発
熱体とで構成されていた。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

しかしながら、この種のインクジェット記録装置で
は、記録開始後は、吐出口近傍の温度が主に吐出口駆動
信号のオン、オフによって動的に変動するが、前記従来
の温度制御手段では、これに追従することができず、記
録の進行とともに記録ヘッドの温度が上昇していくのが
通例であった。

このため、記録の進行とともに、インクの流動性が増
して１駆動当たりの吐出口からのインク吐出量が増加
し、記録濃度ムラが発生するという技術的課題があっ
た。

本発明はこのような技術的課題に鑑みてなされたもの
であり、本発明の目的は、吐出口の１駆動当たりのイン
ク吐出量を均一にすることにより、記録画像の品位向上
を図り得るインクジェット記録装置を提供することであ
る。特に、温度を検出するタイミングとインクを吐出す
るタイミングを考慮することで、性格な温度検出に基づ
く吐出の安定化を図り得るインクジェット記録装置を提
供することを目的とする。

〔課題解決のための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、記録ヘッドの吐
出口から被記録材へインクを吐出させて記録を行なうイ
ンクジェット記録装置において、駆動信号に応じて前記
吐出口から周期的にインクを吐出するための駆動信号の
終了に同期して温度を検出する温度検出手段と、該検出
温度に基づいて前記駆動信号を制御することでインク吐
出量の安定化を図る駆動信号制御手段とを有することを
特徴とする。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第４図は本発明によるインクジェット記録装置の一実
施例の構成を模式的に示す斜視図である。

第４図において、記録ヘッド１およびインクタンク２
を搭載したキャリッジ３は、ガイドレール４に沿って移
動可能に案内支持されており、キャリッジモーター６に
よりタイミングベルト５を介して往復駆動される。

用紙やプラスチック薄板等から成るシート状の被記録
材７は、搬送モーター（紙送りモーター）８で駆動され
る搬送ローラ対９およびこれと協働する保持ローラ対10
により、所定の経路に沿って、所定のタイミングおよび
所定のピッチで矢印ｆ方向に搬送（紙送り）される。

この被記録材７が記録ヘッド１のインク吐出部と対面
する記録位置で平坦に保持されている間に、キャリッジ
３を駆動することにより記録ヘッド１で主走査しながら
記録を行ない、１行分の記録が終了すると、被記録材７
を矢印ｆ方向に記録幅分ピッチ送りし、次の記録幅の記
録を行なう。

記録ヘッド１にインクを供給するためのインクタンク
２は、キャリッジ３上に交換可能に搭載されている。

また、キャリッジ３の移動範囲内であって、記録領域
外の所定位置にホームポジションＨが設定され、該ホー
ムポジションＨには、記録ヘッド１のインク不吐出を回
復するための回復装置14が配設されている。

この回復装置14には、記録ヘッド１のインク吐出部を
密閉するためのキャップ15が設けられている。

前記記録ヘッド１は、熱エネルギーを利用してインク
を吐出するインクジェット記録ヘッドであって、熱エネ
ルギーを発生するための電気熱変換体を備えたものであ
る。

また、このインクジェット記録ヘッド１は、前記電気
熱変換体によって印加される熱エネルギーにより生じる
膜沸騰による気泡の成長によって生じる圧力変化を利用
して、吐出口よりインクを吐出させ、記録を行なうもの
である。

第５図は、前記記録ヘッド１のインク吐出部の構造を
模式的に示す部分斜視図である。

第５図において、被記録材７に所定の隙間（例えば、
約0.5〜2.0mm程度）をおいて対面する吐出口面21には、
所定のピッチで複数の吐出口22が形成され、共通液室23
と各吐出口22とを連通する各液路24の壁面に沿ってイン
ク吐出用のエネルギーを発生するための電気熱変換体
（発熱抵抗体など）25が配設されている。

本例においては、記録ヘッド１は、前記吐出口22がキ
ャリッジ３の走査方向と交叉する方向に並ぶような位置
関係で、キャリッジ２に装填されている。

こうして、画像信号または吐出信号に基づいて対応す
る電気熱変換体25を駆動（通電）して、液路24内のイン
クを膜沸騰させ、その時に発生する圧力によって吐出口
22からインクを吐出させる記録ヘッド１が構成されてい
る。

第１図は、本発明によるインクジェット記録装置の記
録ヘッド駆動系の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

第１図において、31はクロック発生回路、32は２進カ
ウンター、33はデジタルコンパレーター、34はＤラッチ
レジスター、35はADコンバーター、36はRSフリップフロ
ップ、37は定電流源、38は温度検出用ダイオード、39は
オペアンプ、PRSTはキャリッジモーター６の回転軸に取
り付けられたロータリーエンコーダーの出力パルス、HE
ATは記録ヘッド１の吐出口22の電気熱変換体25を発熱さ
せるための吐出駆動パルス信号（ドット駆動信号）であ
る。

第１図および第４図において、記録動作に際し、キャ
リッジ３の駆動により主走査が開始されると、前記ロー
タリーエンコーダーの出力パルスRPSTによりフリップフ
ロップ36がセットされ、吐出駆動パルス信号HEATがアク
ティブ（オン）になる。

これと同時に、２進カウンター32がクロック発生回路
31のクロックパルス数のカウントを開始する。

一方、Ｄラッチレジスター34には、ADコンバーター35
を介して前回のAD値がロードされている。

そこで、デジタルコンパレーター33によって、、前進
２進カウンター32のカウント値と前記Ｄラッチレジスタ
ー34にロードされているAD値とを比較し、一致したなら
ば、デジタルコンパレーター33からの出力によってフリ
ップフロップ36がリセットされ、吐出駆動パルス信号HE
ATはインアクティブ（オフ）になる。

以上の動作によって、一定のサイクルごと（周期的）
に駆動信号として所定幅の吐出駆動パルス信号HEATが記
録ヘッド駆動回路に出力され、吐出口22からインクを吐
出させて記録が行なわれる。

この時、前記ADコンバーター35がAD変換を開始する。

このADコンバーター35に対しては、定電流源37、温度
検出用ダイオード38およびオペアンプ39から成り、吐出
口22からのインク吐出終了（インク吐出駆動信号の終
了）に同期して該吐出口近傍の温度を検出するように構
成された温度検出手段からの温度検出信号が入力され、
次のインク吐出駆動パルス幅の制御が行なわれる。

このように、インクを吐出するための駆動信号の終了
に同期して温度を検出する、つまりインクを吐出するた
めの駆動信号印加中には温度の検出を行なわないので、
ノズル等の影響を受けることなく正確な温度の検出を行
うことができる。

AD変換が完了した時、ADコンバーター35から出力され
るEOC信号によって、Ｄラッチレジスター34にその結果
がロードされる。

このＤラッチアレジスター34にロードされた値は、前
記ロータリーエンコーダーの次のRPST信号によって再開
される次のインク吐出駆動のシーケンスパラメータとな
る。

第２図は、以上の記録ヘッド駆動系の制御動作におけ
る各信号、すなわち、ロータリーエンコーダー出力パル
スPRST、吐出駆動パルス信号HEAT、フリップフロップ36
からのADコンバーター35のAD変換開始信号STAR、ADコッ
バーター35からＤラッチレジスター34へ出力されるEOC
信号、ADコンバーター35からＤラッチレジスター34へ入
力されるADD信号のタイミングチャートである。

第３図は、記録ヘッド１の温度制御回路の構成を示す
平面図である。

第３図において、記録ヘッドのアルミ基板40の表面に
はシリコンチップ41が接合され、該シリコンチップ41上
には、制御ロジック42、温度センサー43およびヒーター
ドライバー回路44が形成されている。

また、シリコンチップ41上には、補助ヒーター45が設
けられている。

前記ヒータードライバー回路44は、第５図中の電気熱
変換体（ヒーター）25を含んでおり、吐出口22からイン
クを吐出させる駆動パルス発生回路を構成している。

例えば、記録待機時に温度センサー43によって計測さ
れた温度が25℃以下である時は、ヒータードライバー回
路44にはインクが吐出しない程度の小さな電流が与えら
れるとともに、補助ヒーター45によって記録ヘッド１を
加熱する。

以上の構成により、本発明のインクジェット記録装
置、すなわち、記録ヘッド１の吐出口22から被記録材７
へインクを吐出させて記録を行なうインクジェット記録
装置において、駆動信号に応じて前記吐出口22から周期
的にインクを吐出するための駆動信号の終了に同期して
温度を検出する温度検出手段43と、該検出温度に基づい
て前記駆動信号を制御することでインク吐出量の安定化
を図る駆動信号制御手段42、44とを有することを特徴と
するインクジェット記録装置が提供される。

以上説明した実施例によれば、吐出口22から周期的に
行なわれるインク吐出の終了に同期して温度を検出する
ことで正確な温度の検出を行うことができるとともに、
該温度に基づいて吐出口22のインク吐出駆動信号のパル
ス幅（ドット駆動パルス幅）を制御するので、吐出口22
の１駆動当たりのインクの吐出量を安定化でき、画像品
位の向上を図り得るインクジェット記録装置が得られ
た。

なお、以上の実施例では、被記録材７に沿って移動す
るキャリッジ３上に記録ヘッド１を搭載するシリアル型
式のインクジェット記録装置の場合に例を挙げて説明し
たが、本発明は、紙幅方向の記録領域の全部または一部
をカバーするライン記録ヘッドを使用するライン型式の
インクジェット記録装置においても同様に適用でき、同
様の効果を達成し得るものがある。

さらに、以上の実施例では、１個の記録ヘッド１で記
録する記録装置の場合を説明したが、本発明は、異なる
色で記録する複数の記録ヘッドを備えたカラーインクジ
ェット記録装置、あるいは色彩が同じで濃度が異なる複
数の記録ヘッドを使用する諧調記録用のインクジェット
記録装置など、記録ヘッドの個数にも関係無く同様に適
用でき、同様の作用効果を達成し得るものである。

また、以上の実施例における記録ヘッド１としては、
インク吐出部とインクタンクを一体にしたカートリッジ
タイプの記録ヘッド、インク吐出部とインクタンクを別
体とし、例えば、カプラーおよびチューブを介して結合
する構造の記録ヘッド、あるいはインクタンクを有しな
いインク吐出部のみから成る構造の記録ヘッドなど、種
々の構造の記録ヘッドを使用することができる。

なお、本発明は、インクジェット記録装置であれば、
例えば、ピエゾ素子等の電気機械変換体等を用いる記録
ヘッドを使用するものに適用できるが、中でも、キヤノ
ン株式会社によって提唱されているバブルジェット方式
のインクジェット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なうのが好ましい。

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
える少なくとも一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ーを発生せしめ、記録ヘ
ッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的にこの駆動信号
に一対一対応し液体（インク）内の気泡を形成出来るの
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、少なくとも一つの滴を形成す
る。

この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡
の成長収縮が行なわれるので、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、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。

尚、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、更に優れた記録を行なうことができる。

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、電気熱変換体の組み合わ
せ構成（直線状液流路又は直角液流路）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年第123670号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収す
る開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭59年
第138461号公報に基づいた構成としても本発明は有効で
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、本発明によれば、記録を確実に効率よく行なうこ
とができるようになるからである。

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
み合わ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
置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装
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
を用いた場合にも本発明は有効である。

また、本発明に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。

すなわち、例えば、記録装置の記録モードとしては、
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによる
か、いずれでもよいが、異なる色の複数カラー又は、混
色によるフルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも
本発明は極めて有効である。

さらに加えて、以上説明した本発明実施例において
は、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以
下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化
するもの、あるいは、インクジェット方式では、インク
自体を30℃以上70℃以下の範囲内で温度調整を行ってイ
ンクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するも
のが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが
液状をなすものであればよい。

加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をインクの
固形状態から液体状態への状態変化のエネルギーとして
使用せしめることで防止するか、または、インクの蒸発
防止を目的として放置状態で固化するインクを用いるか
して、いずれにしても、熱エネルギーの記録信号に応じ
た付与によってインクが液化し、液状インクが吐出され
るものや、記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始
めるもの等のような、熱エネルギーによって初めて液化
する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能で
ある。

このような場合のインクは、特開昭54−56847号公報
あるいは特開昭60−71260号公報に記載されるような、
多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物とし
て保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するよ
うな形態としてもよい。

本発明においては、上述した各インクに対して最も有
効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものであ
る。

さらに加えて、本発明による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、リーダ等と組み合
わせた複写装置、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等であってもよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、記
録ヘッドの吐出口から被記録材へインクを吐出させて記
録を行なうインクジェット記録装置において、駆動信号
に応じて前記吐出口から周期的にインクを吐出するため
の駆動信号の終了に同期して温度を検出する温度検出手
段と、該検出温度に基づいて前記駆動信号を制御するこ
とでインク吐出量の安定化を図る駆動信号制御手段とを
有する構成としたので、吐出口からのインク吐出量の均
一化を図ることができ、記録画像の品位向上を図り得る
インクジェット記録装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるインクジェット記録装
置の記録ヘッド駆動制御系の構成を示すブロック図、第
２図は第１図の記録ヘッド駆動制御系の各信号のタイミ
ングチャート、第３図は本発明の一実施例によるインク
ジェット記録装置の記録ヘッドの駆動回路の構成を示す
模式的平面図、第４図は本発明によるインクジェット記
録装置の一実施例の構成を模式的に示す斜視図、第５図
は第４図中の記録ヘッドのインク吐出部の構造を模式的
に示す部分斜視図である。 以下に、図面中の主要な構成部分を表す符号を列挙す
る。 １……記録ヘッド、３……キャリッジ、６……キャリッ
ジモーター、７……被記録材、８……搬送モーター、14
……回復装置、22……吐出口、25……電気熱変換体（ヒ
ーター）、33……デジタルコンパレーター、34……Ｄラ
ッチレジスター、36……フリップフロップ、42……制御
ロジック、43……温度センサー、44……ヒータードライ
バ回路、45……補助ヒーター、PRST……キャリッジモー
ターのロータリーエンコーダー出力、HEAT……吐出駆動
パルス信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/05,2/12,2/125

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録ヘッドの吐出口から被記録材へインク
   を吐出させて記録を行なうインクジェット記録装置にお
   いて、 駆動信号に応じて前記吐出口から周期的にインクを吐出
   するための駆動信号の終了に同期して温度を検出する温
   度検出手段と、該検出温度に基づいて前記駆動信号を制
   御することでインク吐出量の安定化を図る駆動信号制御
   手段とを有することを特徴とするインクジェット記録装
   置。
2. 【請求項２】前記駆動信号制御手段は、前記駆動信号の
   パルス幅を制御するパルス幅制御手段であることを特徴
   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】前記検出温度に基づいて次の駆動信号のパ
   ルス幅を算出する手段を有す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. 【請求項４】前記温度の検出は吐出口近傍の温度の検出
   であ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。
5. 【請求項５】前記温度の検出は前記インク吐出の終了
   後、次のインク吐出が行われるまでの間に成されること
   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。
6. 【請求項６】前記記録ヘッドが、熱エネルギーを利用し
   てインクを吐出するインクジェット記録ヘッドであっ
   て、前記駆動信号に応じて熱エネルギーを発生するため
   の電気熱変換体を備え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装置。
7. 【請求項７】前記電気熱変換体が発生する熱エネルギー
   により生じる膜沸騰による気泡の成長によって前記吐出
   口からインクを吐出させることを特徴とする請求項４に
   記載のインクジェット記録装置。