JP3160388B2 - インクジェット記録装置および該装置で用いられるインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録装置
および該装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに
関し、詳しくは、記録ヘッドにおいてインク吐出のため
の熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子の駆動電圧設定
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のインクジェット記録装置において
は、交換式の記録ヘッドを用いることが多い。これは、
記録ヘッドを、比較的廉価に製造できること、およびこ
れに伴なって記録ヘッドとインクタンクと一体としたカ
ートリッジ形態のものをインクが無くなった時点で交換
するといった構成とすること等によっている。

【０００３】ところで、交換される記録ヘッドは、その
インク吐出特性にわずかながら固体差を有していること
が多い。特に、インク吐出のために用いられる熱エネル
ギーを発生する発熱抵抗素子において、その製造工程中
で生じる差は、吐出されるインク滴のばらつき等となっ
て結果することが多い。

【０００４】このため、従来は記録ヘッドの製造過程に
以下のような工程が含まれていた。

【０００５】第１に、記録ヘッドの製造工程中で、実際
にインクが吐出し始める最も低い発熱抵抗素子の駆動電
圧である閾値電圧Ｖ_thを測定し、この測定結果を記録ヘ
ッドの例えばプリント基板に設けられた記憶回路にデー
タとして記憶させる。この記憶されたデータは、この記
録ヘッドが装着されたインクジェット記録装置の制御部
によって読取られ、その読取りデータに応じて、発熱抵
抗素子の駆動電圧が設定される。

【０００６】第２に、以上の工程の他に、記録ヘッドの
出荷前に上記測定した閾値駆動電圧Ｔ_thをＫ倍した駆動
電圧の一定パルスを各発熱抵抗素子に複数回印加するこ
とによりインク吐出を行い、その記録ヘッドの安定吐出
処理を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の駆動電圧設定や吐出安定化処理には以下のよう
な問題があった。

【０００８】１） 記録ヘッド製造工程中に、実際にイ
ンク吐出を行いながらインクが吐出し始めるための閾値
電圧Ｖ_thを測定する工程と、その測定データを記録ヘッ
ドに記憶させる工程とが必要となり、工程上の工程数お
よびコストの増加となる。

【０００９】２） インクが吐出し始める閾値駆動電圧
を記憶するためのＲＯＭ等の回路もしくはそれに応じた
情報信号を記録ヘッドに持たせるための構成が必要とな
る。ＲＯＭ等の回路の場合はコストアップとなり、情報
信号の場合、複数の信号等のために複数の端子パッド等
が必要となり、コストアップやコンタクト部の信頼性ダ
ウンという問題を派生する。

【００１０】３） 閾値電圧を測定するため、印加電圧
を変化させながらインクが吐出し始める最低電力を測定
する場合、発熱抵抗素子上に塵埃が付着する等の原因で
不安定な吐出状態を起こす可能性があり、必ずしも適切
な閾値電力を測定できないことがある。

【００１１】４） 記録ヘッドの吐出安定化処理を行う
場合、測定した閾値電圧Ｖ_thに対してＫ倍の電圧を印加
するので、実際の記録においてＫ倍以下の印加電圧で一
定パルス印加しても安定的な吐出状態にならないことが
あり、記録品位の低下等を生じる。

【００１２】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは記録ヘッドに形成さ
れた抵抗値の抵抗値を測定することによって個々の記録
ヘッドの発熱抵抗素子に応じた駆動電力を設定するよう
にし、これにより、低コストで高品位な画像を記録する
ことが可能なインクジェット記録装置および該装置で用
いられる記録ヘッドを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
インクを吐出するための記録ヘッドを用い、被記録媒体
にインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置
において、前記記録ヘッドに設けられ、当該インク吐出
のための熱エネルギーを発生する第１抵抗素子と、該第
１抵抗素子と同一の工程で前記記録ヘッドに設けられる
第２抵抗素子と、前記記録ヘッドの前記インクジェット
記録装置への装着に応じて前記第２抵抗素子の抵抗値を
読取り、当該読取った抵抗値に基づいて前記第１抵抗素
子の駆動電力を計算することにより当該駆動電力を設定
する設定手段と、該設定手段が設定する駆動電力を前記
第１抵抗素子へ供給して当該第１抵抗素子を駆動する駆
動手段と、を具えたことを特徴とする。

【００１４】また、本発明では、インクを吐出するため
インクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出のため
の熱エネルギーを発生する第１抵抗素子と、該第１抵抗
素子と同一の工程で形成される抵抗素子であって、前記
記録ヘッドのインクジェット記録装置への装着に応じて
当該抵抗値が読取られ当該読取られた抵抗値は前記第１
抵抗素子の駆動電力の計算に用いられる第２抵抗素子
と、を具えたことを特徴とする。

【００１５】

【作用】以上の構成によれば、インクジェット記録装置
は、装着された記録ヘッドにおける第１抵抗素子と同一
の工程で設けられた第２抵抗素子の抵抗値に基づいて、
第１抵抗素子の駆動電力が計算され、その計算結果に基
づいて駆動電力を定めることができるので、例えば第２
抵抗素子について得られる抵抗値毎に駆動電力を対応さ
せて記憶させたメモリを必要とせず、また、このような
メモリなど、駆動電力を記憶させるための構成を記録へ
ッドに設ける必要もない。

【００１６】

【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。

【００１７】図１は、本発明の一実施例にかかるインク
ジェット記録装置において発熱抵抗素子を駆動するため
の構成を示すブロック図である。

【００１８】図１に示すように、記録ヘッドの基板１０
０上には、複数のインク吐出口に対応して熱エネルギー
を発生する発熱抵抗素子（以下、ヒータともいう）１０
１が形成されている。これら複数の発熱抵抗素子１０１
の各々は、駆動回路１０９により、吐出データに基づい
て選択的に駆動される。

【００１９】基板１００上には、発熱抵抗素子１０１と
同一の過程によって形成される２つの抵抗体（以下、サ
ブヒータともいう）１０２および１０３が形成される。
これらの抵抗値は、後述されるように装置本体２００の
切換えスイッチ２０４の切換えに応じて装置本体２００
側に読込まれる。

【００２０】装置本体２００には、サブヒータ１０２ま
たは１０３からの信号を増幅するＤＣアンプ２０５およ
びこれからの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ２
０６が設けられる。そして、ロジック回路２０７はＡ／
Ｄコンバータ２０６からの抵抗値信号に基づき、ヒータ
１０１の駆動条件を決定する。２０８はヒータ１０１を
駆動するための電源である。

【００２１】図２は、図１に示した基板１００において
電力が供給される部位を示す概略平面図である。

【００２２】すなわち、図２において複数のヒータ１０
１には、これらを吐出データに応じて選択的に駆動する
ためのマトリクス配線群１１８が接続し、これら配線の
端部にはその接続用パッド群１１６が接続する。また、
サブヒータ１０２および１０３にはそれぞれに電力を供
給する配線１１２および１１３がそれぞれ接続し、これ
ら配線１１２および１１３の端部には、それぞれ端子１
２２および１２３が接続する。

【００２３】図３は、記録ヘッド１がインクジェット記
録装置本体２００に装着されたときの電気接続を模式的
に示すブロック図である。

【００２４】図３に示されるように、記録ヘッドはフレ
キシブルケーブル３０５を介して装置本体２００の電気
実装基板３０７と接続する。このとき、フレキシブルケ
ーブル３０５と電気実装基板３０７とはコネクタ３０６
によって接続し、記録ヘッド１とフレキシブルケーブル
は圧接によって接続する。記録ヘッド１の電気構成は基
板１００とプリント配線基板３０３とからなり、基板１
００とプリント配線基板３０３とはワイヤボンディング
３０２によって接続する。

【００２５】以上の図１〜図３を参照して示した構成に
おけるヒータ駆動電圧の設定について以下に説明する。

【００２６】記録ヘッド１が装置本体２００に装着され
ると、切換えスイッチ２０４の切換えに応じて、ロジッ
ク回路１０７はサブヒータ１０２および１０３の抵抗値
を順次読取る。このようにサブヒータ１０２，１０３の
両方の抵抗値を順次読取るのは、基板１００のサイズが
大きい場合に吐出用ヒータ１０１の抵抗値のばらつきが
大きくなる可能性があるので、このばらつきを補正して
適切な駆動電圧を設定できるようにするためである。ロ
ジック回路１０７は、この読取り値に応じ予め定めた関
係に基づいて駆動電圧を設定し、この設定駆動電圧をヒ
ータ１０１に印加可能とする。

【００２７】上記設定のための関係は以下のように定め
られている。まず、読取られるサブヒータ１０２，１０
３の抵抗値をＲ_sub 〔Ω〕、面積をＳ_sub 〔μｍ² 〕、
サブヒータの配線１１３の抵抗値をｒ_sub 〔Ω〕、ヒー
タ１０１によってインクが吐出し始めるために必要な単
位面積当たりのヒータパワーをＰ_H 〔Ｊ／μｍ² 〕、ヒ
ータ１０１の幅をＷ〔μｍ〕、ヒータ１０１の長さをｌ
〔μｍ〕、ヒータ１０１の配線１１１の抵抗をｒ_H
〔Ω〕、インクが吐出し始めるために必要な閾値印加電
圧をＶ_th、その時の駆動パルスの幅をＰ_W 〔ｓ〕とする
と、閾値電圧Ｖ_thは以下のように計算される。

【００２８】

【数１】

【００２９】次に、ヒータ１０１の駆動電圧を、通常、
吐出する最低電圧Ｖ_thに対して１．２倍に設定する。

【００３０】これはヒータ１０１の熱ストレスによる破
壊に対する耐久性と、インク吐出のためのマージンを考
慮して定められる。上記設定電圧より大きな電圧が印加
される場合には、ヒータ１０１の寿命が製品規格より短
くなる。一方、小さい電圧が印加された場合には不吐出
など吐出が不安定となり、記録品位が低下する。

【００３１】以上のような設定は装置本体２００のロジ
ック２０７内で読取ったサブヒータ１０２，１０３の抵
抗値Ｒ_sub に基づいて行われ、この設定駆動電圧は電源
２０８を介してヒータに印加される。

【００３２】記録ヘッドの製造後、その出荷前に行う吐
出安定化処理の際の駆動電圧についても上記と同様とす
る。

【００３３】すなわち、この吐出安定化処理は、吐出安
定電圧のパルスを１０⁴ 〜１０⁸ 個各ヒータ１０１に印
加して、吐出を行うことにより、記録ヘッドのヒータ１
０１の吐出状態を安定化させるものであり、これによ
り、吐出されるインク滴が均一になる。その結果、濃度
むらなどが低減され、安定した高品位な画像を記録する
ことができる。

【００３４】この安定化処理の際の駆動電圧Ｖ_E 〔Ｖ〕
は、サブヒータ１０２，１０３の抵抗値Ｒ_sub に基づき
上記式より求めた閾値Ｖ_thに対して１．３５倍したもの
とする。すなわち、吐出安定化処理の駆動電圧は、Ｖ_E
＝１．３５×Ｖ_thとなる。なお、吐出安定化処理の際の
駆動電圧Ｖ_E は、上例に限られず閾値電圧Ｖ_thの１〜
１．８倍であれば良好な安定化処理を行うことができ
る。

【００３５】なお、上記実施例で示したサブヒータ１０
２，１０３は、上述のように抵抗値を読取られるために
のみ設けられてもよいが、記録ヘッドの温度制御に用い
られるヘッド加熱用ヒータであってもよい。また、上述
のように別途読取り用のサブヒータを設けずに、吐出用
ヒータ１０１の一部についてその抵抗値を読取るように
してもよい。

【００３６】上記実施例において、記録ヘッド装着時に
読取るサブヒータの抵抗値には、測定の仕方によっては
サブヒータの配線および駆動ＩＣの抵抗値も含まれるこ
とがある。このような場合、例えば駆動ＩＣ分の抵抗値
を除いた抵抗値に基づいて閾値電圧Ｖ_thを設定すること
でより正確な駆動電圧の設定を行うことができる。

【００３７】なお、上記各実施例では、読取った抵抗値
に基づいて適切なヒータ駆動電圧を設定するものとした
が、これに限られず、パルス幅を設定するようにしても
よい。

【００３８】以上の実施例によれば、測定したサブヒー
タの抵抗値に基づき駆動電圧を設定することで、 １） 製造工程で閾値電圧Ｖ_thの測定およびその記憶の
ための工程が削減される。

【００３９】２） 基板における接続端子パッドを２端
子パッドに減少できる。

【００４０】３） 接続パッド数が減ることでコンタク
ト部の信頼性が向上する。

【００４１】４） 他の種々の要因にかかわらず適切な
駆動電力を記録ヘッドに設定でき、安定的に高い画像品
位の記録を行うことができる。

【００４２】５） サブヒータの抵抗値に基づき各々の
記録ヘッドにあわせた適確な駆動電力のパルスを適切な
数だけ印加することができるので、安定した吐出状態を
得ることができる。

【００４３】図４は本発明を適用することのできるイン
クジェット記録装置の要部を示す概略斜視図である。

【００４４】図４において、記録ヘッド１は、その記録
紙７と対向する面に、記録紙７の搬送方向に複数のイン
ク吐出口（不図示）を具える。また、記録ヘッド１に
は、この複数の吐出口それぞれに連通してインク路（不
図示）が設けられ、それぞれのインク路に対応して、記
録ヘッド１を構成する基板にインク吐出のための熱エネ
ルギーを発生する電気熱変換体が形成されている。電気
熱変換体は、駆動データに応じてこれに印加される電気
パルスによって熱を発生し、これにより、インクに膜沸
騰を生じこの膜沸騰による気泡の生成に伴なって上記吐
出口からインクが吐出される。各インク路には、これら
に共通に連通する共通液室が設けられており、これに貯
留されるインクは、各インク路での吐出動作に応じてそ
のインク路に供給される。

【００４５】キャリッジ２は、不図示の手段によって記
録ヘッド１を着脱自在に搭載し、また、記録紙７の記録
面と平行に延在する１対のガイドレール３と摺動可能に
係合する。これにより、記録ヘッド１は、ガイドレール
３に沿って移動することができ、この移動に伴なって所
定のタイミングで上記記録面に向けてインクを吐出する
ことにより記録を行う。上記移動の後、記録紙７を、図
中矢印方向に所定量搬送し、再び上記移動を行い記録を
行う。このような動作を繰り返すことにより、記録紙７
に、順次記録を行っていく。

【００４６】上述した記録紙７の搬送は、その記録面の
上下にそれぞれ配設された各々１対の搬送ローラ４およ
び５が回転することによって行われる。また、記録紙７
の記録面の裏側には、記録面の平面性を保つためのプラ
テン６が配設されている。

【００４７】なお、上述したキャリッジ２の移動は、こ
れに取付けられる不図示の例えばベルトがモータによっ
て駆動されることによって可能となり、また、搬送ロー
ラ４および５の回転も同様にモータの回転がこれらに伝
達されることによって可能となる。 （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、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギと
して熱エネルギを発生する手段（例えば電気熱変換体や
レーザ光等）を備え、前記熱エネルギによりインクの状
態変化を生起させる方式の記録ヘッド、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。

【００４８】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４７４０
７９６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。

【００４９】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４４
５９６００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、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、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を用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００５３】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、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モード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。

【００５４】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
くは液化するものを用いてもよく、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を用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、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として使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
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、熱エネルギの付与
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６０−７
１２６０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又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。

【００５５】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等であってもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、インクジェット記録装置は、装着された記録
ヘッドにおける第１抵抗素子と同一の工程で設けられた
第２抵抗素子の抵抗値に基づいて、第１抵抗素子の駆動
電力が計算され、その計算結果に基づいて駆動電力を定
めることができるので、例えば第２抵抗素子について得
られる抵抗値毎に駆動電力を対応させて記憶させたメモ
リを必要とせず、また、このようなメモリなど、駆動電
力を記憶させるための構成を記録へッドに設ける必要も
ない。

【００５７】この結果、個々の記録ヘッドの個体差にか
かわらず、低コストで、高品位な画像を記録することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかるヒータ駆動のための
構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示した基板１０１上の電気回路を示す概
略斜視図である。

【図３】本発明の一実施例にかかるインクジェット記録
装置における記録ヘッドの電気的接続を示すブロック図
である。

【図４】本発明の一実施例にかかるインクジェット記録
装置の概略斜視図である。

【符号の説明】 １００ 基板 １０１ 発熱抵抗体（ヒータ） １０２，１０３ サブヒータ １０９ 駆動回路 ２００ 装置本体 ２０４ 切換えスイッチ ２０５ アンプ ２０６ Ａ／Ｄコンバータ ２０７ ロジック回路 ２０８ 電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するための記録ヘッドを用
   い、被記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジ
   ェット記録装置において、 前記記録ヘッドに設けられ、当該インク吐出のための熱
   エネルギーを発生する第１抵抗素子と、 該第１抵抗素子と同一の工程で前記記録ヘッドに設けら
   れる第２抵抗素子と、 前記記録ヘッドの前記インクジェット記録装置への装着
   に応じて前記第２抵抗素子の抵抗値を読取り、当該読取
   った抵抗値に基づいて前記第１抵抗素子の駆動電力を計
   算することにより当該駆動電力を設定する設定手段と、 該設定手段が設定する駆動電力を前記第１抵抗素子へ供
   給して当該第１抵抗素子を駆動する駆動手段と、 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】 インクを吐出するためインクジェット記
   録ヘッドにおいて、 インク吐出のための熱エネルギーを発生する第１抵抗素
   子と、 該第１抵抗素子と同一の工程で形成される抵抗素子であ
   って、前記記録ヘッドのインクジェット記録装置への装
   着に応じて当該抵抗値が読取られ当該読取られた抵抗値
   は前記第１抵抗素子の駆動電力の計算に用いられる第２
   抵抗素子と、 を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。