JP3170310B2 - インクジェット記録装置 - 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
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から知られている記録装置のなかで
も、いわゆるインクジェット方式による記録装置は、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（インク）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。

【０００３】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。

【０００４】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５４−５９９３
６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から吐出噴射
させるものであり、その特長の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６
３．５μｍ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。

【０００５】図３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。本図において、ロール
状に巻かれた連続した記録用紙３１３はガイドローラ３
２１，３２２を経て、シート送りローラ３２３の回転摩
擦力により搬送され、矢印３２４方向へ排出される。

【０００６】上下のガイドローラ３２１，３２２の間の
記録用紙３１３の前面に、記録ヘッド３１１Ｙ，３１１
Ｍ，３１１Ｃ，３１１Ｂｋを含む記録ヘッドホルダー３
１８を搭載したキャリッジ３２７が配置され、この領域
が記録部となる。この記録部にはガイドローラ３２１，
３２２と平行に配置されたガイド軸３２５が設けられ、
該ガイド軸３２５に沿ってキャリッジ３２７が往復動を
行なう。

【０００７】記録ヘッドホルダー３１８には４個の記録
ヘッドが搭載され、２５６本のノズルからなる各ヘッド
３１１Ｙ，３１１Ｍ，３１１Ｃ，３１１Ｂｋには図示し
ていないインクタンクからそれぞれイエロー，マゼン
タ，シアン，ブラックのインクが供給される。

【０００８】記録ヘッド３１１Ｙ，３１１Ｍ，３１１
Ｃ，３１１Ｂｋは各記録ヘッドの印字幅分ずつ間欠送り
され、記録用紙３１３が送り方向に停止している間に各
記録ヘッドは矢印Ｐ方向に走査されながら画像信号に応
じて記録インク滴を吐出する。

【０００９】キャリッジ３２７は、キャリッジモーター
（パルスモーター）３２８によりタイミングベルト３２
６を介して往復駆動され、シート送りローラー３２３は
シート送りモーター３２９により回転駆動される。これ
ら各モーターは制御回路３３０により制御される。

【００１０】また、Ｒ，Ｇ，Ｂからなる画像データ３３
５は画像処理回路３３１によりＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの画像
情報へと変換され、この信号に応じて制御回路３３０が
各記録ヘッドにフレキシブルケーブル３２０を介して駆
動信号を出力し、実際に各記録ヘッドから記録インク滴
が吐出される。

【００１１】ここで、記録ヘッド３１１Ｙ，３１１Ｍ，
３１１Ｃ，３１１Ｂｋ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
図って画質劣化を防止している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例においても、充分な記録ヘッドの温度均一性すなわち
記録ドット径の均一性を得ることは困難であった。

【００１３】例えば、図３に示した記録ヘッド３１１Ｙ
〜３１１Ｂｋを用いた複写機の場合、拡大コピー時およ
び等倍コピー時には記録ヘッドに含まれる２５６本の全
ノズル（インク吐出口）を使用して記録するが、例えば
１／２に縮小する時には、原稿読取用光学素子で読取っ
た画像データに縮小率１／２を乗じて使用するノズルが
１２８画素分になるように制御する。

【００１４】この縮小時には、記録ヘッドの使用部分の
みに発熱状態が集中する為、記録ヘッド内に温度分布の
偏りが生じ、濃度斑が生じるといった欠点があった。

【００１５】また、図３に示したインクジェット記録装
置においては、記録ヘッドをシリアルスキャンさせて記
録を行うが、副走査方向の長さ（すなわち、記録紙の長
さ）が記録ヘッド１スキャン分の記録幅の整数倍となら
ないため、途中の上記１スキャンを選択し、その１スキ
ャン内は前記縮小時と同様に全ノズルの一部を選択して
画像を形成することが行われる。従って、この時も同様
に、記録ヘッド内に温度分布の偏りが生じ、濃度斑が生
じるといった欠点があった。

【００１６】よって本発明の目的は上述の点に鑑みて、
記録ヘッド内における温度分布が均一になるようにし
て、記録画像の濃度斑を防止するよう構成したインクジ
ェット記録装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るインクジェット記録装置は、複数の
インク吐出口と、このインク吐出口の各々に対応して配
設された複数の発熱素子とを有する記録ヘッドを備えた
インクジェット記録装置において、前記記録ヘッドのイ
ンク吐出動作前に画像形成条件に応じて前記複数の発熱
素子の使用範囲を指定する手段と、前記記録ヘッドの複
数の発熱素子に与える駆動信号の波形データを複数保持
する記憶手段と、記録画像信号に応じてインク吐出を行
うためのエネルギーを有する前記使用範囲内の発熱素子
に対応した駆動信号の波形データと、インク吐出に至ら
ないエネルギーを有する前記使用範囲外の発熱素子に対
応した駆動信号の波形データとを前記記憶手段に保持さ
れた波形データから選択し、前記記録ヘッドに供給する
駆動御手段と、前記供給された波形データに応じて、前
記使用範囲内の発熱素子に対してインク吐出を行うため
のエネルギーを有する駆動信号を与え、前記使用範囲外
の発熱素子に対してインク吐出に至らないエネルギーを
有する駆動信号を供給する駆動手段とを具備したもので
ある。ここで、発熱素子の前記使用範囲の選択は、前記
画像形成条件である記録画像の縮小率に応じてなすよう
構成することが可能である。あるいは、発熱素子の前記
使用範囲の選択は、前記画像形成条件である副走査方向
の記録媒体の長さに応じてなすよう構成することが可能
である。また、前記記録ヘッドの温度を検出する温度検
出手段をさらに有し、該温度検出手段の出力値に応じ
て、前記波形データを前記駆動制御手段によって選択す
ることも可能である。

【００１８】

【作用】本発明では、記録画像信号に応じてインク吐出
を行うためのエネルギーを有する駆動信号と、インク吐
出に至らないエネルギーを有する駆動信号とより記録ヘ
ッドの使用範囲内外で異ならせて発熱素子を駆動する場
合に、駆動信号の波形データを保持した記憶手段からの
波形データを選択し、この波形データに基づいて夫々の
駆動信号を発熱素子に与える構成としてあるので、発熱
素子へ供給する駆動信号を、波形データの選択だけで容
易に変えることができる。さらに、記録ヘッドの温度に
応じて発熱素子に与える駆動信号を変更する際にも、温
度検出手段を備えることにより、単に記憶手段に記憶さ
れた波形データの選択を記録ヘッドの温度に応じて変え
るだけで、記録ヘッドの温度を適切に保つことができ
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例の詳細な説明を行う。

【００２０】実施例１ 図１は、本発明を適用したインクジェット記録装置に含
まれるヘッド駆動回路１４の一例を示す。本図におい
て、１は２５６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（ヒーター）であり、
これら発熱素子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。

【００２１】発熱素子１の各々の端子間電圧は、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の出力に接続されている。

【００２２】図１において、１３は本インクジェット記
録装置の制御部から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。本実施例における
ヒーター駆動パルスは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
のヒーター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２５６個の発熱素子１に対
応して２５６×４ビットで構成される。

【００２３】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（図示せず）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、本実施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。

【００２４】図１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２５６ビットで構成
される。

【００２５】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。

【００２６】図２は、図１に示したヘッド駆動回路１４
に上記各種信号を転送することによって、このヘッド駆
動回路１４を制御するための制御部を詳細に示したブロ
ック図である。

【００２７】図２において、３１は複写機の原稿読取り
部等のホスト装置４０から転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側での駆動
タイミングとのずれを調整する。

【００２８】また３３は波形データＲＯＭであり、上記
ヒーター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、上記原稿読み取り部において指定された縮小
率（信号３４）に応じて使用ノズルを選択し、使用ノズ
ルに対してはインクを吐出させドット形成が可能なパル
ス幅を、非使用ノズルに対してはインク吐出には至らな
い程度のパルス幅を与える。

【００２９】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１４への記録画像信号の転送および波形データＲ
ＯＭ３３から同じくヘッド駆動回路１４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１４へ適切な
タイミングで転送する。

【００３０】また、シーケンスコントローラ３２は、記
録ヘッド（図示せず）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１を制御して記録ヘッドの温度を適
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に適切なタイミ
ングで送出する。

【００３１】本実施例においては、縮小率に応じて使用
ノズル数を選択（例えば、縮小率５０％の時に使用ノズ
ル数を１２８本とする）し、選択した使用ノズルに対し
１０μｓ（駆動電圧値２５Ｖ），非使用ノズルに対し３
μｓのパルス波形を与えることで、濃度斑のない均一な
縮小画像を記録することができた。

【００３２】実施例２ 第２の実施例では、走査を繰り返しながら記録をしてい
る間に、使用ノズル数が変化する場合について述べる。
この様な事例は、記録紙の長さ（副走査方向の長さ）が
１スキャンの記録幅の整数倍でない時に起る。

【００３３】第２の実施例では、通常記録時においては
シーケンスコントローラ３２からの信号により、全ノズ
ルを使用する場合の波形データを選択し、途中の１スキ
ャンだけについては記録紙サイズに応じた波形データを
選択することで、記録紙全面の画像を濃度斑なく記録す
ることができる。

【００３４】実施例３ 上述の各実施例においては、２５６本のノズルを有する
記録ヘッドについて本発明を適用したが、使用する記録
紙の印字幅分のノズルを有するフルマルチヘッドを用い
た装置に対して、特に有効である。例えば、Ａ４長手分
のノズル（２９７mm分）を持つヘッドを使用する場合、
Ａ４以下の紙を使用する際にヘッドの使用ノズル数が変
わるので、本発明を適用することができる。また、縮小
時においても実施例１と同様、使用ノズル数がかわるの
で、本発明を適用することができる。

【００３５】（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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、記
録画像信号に応じてインク吐出を行うためのエネルギー
を有する駆動信号と、インク吐出に至らないエネルギー
を有する駆動信号とより記録ヘッドの使用範囲内外で異
ならせて発熱素子を駆動する場合に、駆動信号の波形デ
ータを保持した記憶手段からの波形データを選択し、こ
の波形データに基づいて夫々の駆動信号を発熱素子に与
える構成としてあるので、発熱素子へ供給する駆動信号
を、波形データの選択だけで容易に変えることができ
る。さらに、記録ヘッドの温度に応じて発熱素子に与え
る駆動信号を変更する際にも、温度検出手段を備えるこ
とにより、単に記憶手段に記憶された波形データの選択
を記録ヘッドの温度に応じて変えるだけで、記録ヘッド
の温度を適切に保つことができる。

【００４５】なお、本発明を実施することによっても記
録ヘッドの寿命等に何ら悪影響を与えることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインクジェット記録装置に含
まれるヘッド駆動回路の一例を示す図である。

【図２】図１に示したヘッド駆動回路１４の制御部を示
すブロック図である。

【図３】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ 発熱素子（ヒーター） ３ スイッチングトランジスタ ５ アンドゲート ７ データバッファ ９ シフトレジスタ １１ カウンタ １３ シフトレジスタ １４ ヘッド駆動回路 １５〜１７ サーミスタ ３１３ 記録用紙 ３２１，３２２ ガイドローラ ３１１ 記録ヘッド ３２５ ガイド軸 ３２７ キャリッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−127361（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38053（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−136244（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−227663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−150279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のインク吐出口と、このインク吐
   出口の各々に対応して配設された複数の発熱素子とを有
   する記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置におい
   て、 前記記録ヘッドのインク吐出動作前に画像形成条件に応
   じて前記複数の発熱素子の使用範囲を指定する手段と、 前記記録ヘッドの複数の発熱素子に与える駆動信号の波
   形データを複数保持する記憶手段と、 記録画像信号に応じてインク吐出を行うためのエネルギ
   ーを有する前記使用範囲内の発熱素子に対応した駆動信
   号の波形データと、インク吐出に至らないエネルギーを
   有する前記使用範囲外の発熱素子に対応した駆動信号の
   波形データとを前記記憶手段に保持された波形データか
   ら選択し、前記記録ヘッドに供給する駆動御手段と、 前記供給された波形データに応じて、前記使用範囲内の
   発熱素子に対してインク吐出を行うためのエネルギーを
   有する駆動信号を与え、前記使用範囲外の発熱素子に対
   してインク吐出に至らないエネルギーを有する駆動信号
   を供給する駆動手段と、 を具備し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】 発熱素子の前記使用範囲の選択は、前
   記画像形成条件である記録画像の縮小率に応じてなされ
   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】 発熱素子の前記使用範囲の選択は、前
   記画像形成条件である副走査方向の記録媒体の長さに応
   じ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。
4. 【請求項４】 前記記録ヘッドの温度を検出する温度
   検出手段をさらに有し、該温度検出手段の出力値に応じ
   て、前記波形データを前記駆動制御手段によって選択す
   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。