JPH03208655A - インクジェット記録装置、記録ヘッドおよび該記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、該装置に用いられ
る記録ヘッドおよび該記録ヘッドの駆動方法に関し、特
に熱エネルギーを利用してインクを吐出する方式のイン
クジェット記録装置、記録ヘッドおよび記録ヘッドの駆
動方法に関する。

〔従来の技術］ 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
ト記録方式は、吐出口に連通ずる液路の一部に設けられ
た電気熱変換素子に電気パルスを印加することによりイ
ンクに熱エネルギーを作用させ、これによってインク中
に発生する気泡の変化に伴って吐出口よりインク液滴を
吐出し、これを紙等の被記録媒体に付着されて記録を行
なうものである。

この方式による記録ヘッドは、１つの吐出単位、すなわ
ち、吐出口とこれに連通ずる液路および電気熱変換体か
らなる単位を小さくでき、複数の吐出単位を一体に形成
することが容易であり、通常の記録ヘッドでは、数ｌＯ
個以上の吐出単位が一体に形成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記方式のインクジェット記録ヘッドにおい
ては、一般に、数μｓｅｃないし数１０μｓｅｃの短い
パルス幅の電気パルスにより電気熱変換素子を加熱して
インクを吐出させるため、数１０個の吐出単位を有する
記録ヘッドの駆動回路に瞬時に流れる電流が大きくなり
、この電流を流すための電力供給配線の構成が複雑なも
のとなる。

これを１つの理由として、従来は数ｌＯ個の吐出単位を
４つ程度のブロックに分け、各々のブロックを順次、駆
動することが行なわれていた。このため、ブロックごと
にインクを吐出するタイミングがことなり、記録ヘッド
を被記録媒体に対して相対的に移動しつつ記録を行なう
構成にあっては、被記録媒体におけるインクの付着位置
がその移動方向にずれを生ずる場合があり、記録画像の
品位を低下させるという問題を有していた。

また、４つ程度のブロックに分けた場合においても、各
々のブロックを駆動する時に複数個の電気熱変換体を同
時に駆動することには変りなく、ある程度大きな電流が
流れる。このため記録ヘッドの近傍に大容量のコンデン
サ等の電流供給補助手段を設ける必要があった。

さらに、各ブロック内の複数の電気熱変換素子を同時に
駆動した場合、その電力供給配線パターンに流れる電流
による電圧降下が無視できず、この電圧降下量は複数の
素子のうちいくつの素子を同時に駆動するかによって変
化する。この結果、電気熱変換素子の発熱量が記録デー
タによって変化し、従ってインクの吐出量が変化してし
まう。

これを低減するため、従来より、各々の電気熱変換素子
の近傍において電力供給配線パターンを独立に設けた構
成があるが、電気熱変換素子の近傍のみの電力供給配線
パターンを独立に設けても前述の影響は完全にはなくな
らないだけでなく、配線パターンが複雑になり、記録ヘ
ッドの製造コストが上昇する。また、配線パターンが複
雑になり配線密度が高くなるためその線幅を細くせざる
を得す電力供給配線パターンの電気抵抗が大きくなる。

このため、記録ヘッド駆動のために余分な電力を供給し
なければならず、その結果、記録ヘッドの温度上昇が大
きくなる等の問題点を有していた。

さらに加えて一般に記録ヘッドに転送されるシリアルの
画像データ信号はシフトレジスタを介してパラレル信号
とされこのパラレル信号によって各々の電気熱変換素子
を駆動していたため画像データの各ドットごとに電気熱
変換素子の発熱量を制御することは困難であった。この
発熱量制御は、カラー画像等の階調を表現する場合に、
発熱量を変化させ吐出されるインク液滴の大きさを制御
する場合には特に要求されることである。

また、記録ヘッドの製造上のばらつきや、直前の画像記
録にともなう温度の変化等の影響を補正するため、画像
データ，の各ドットごとに発熱素子の発熱量を最適化す
ることが望ましい。その場合従来の記録ヘッドの駆動方
式は、回路がきわめて大がかりなものとなり、また細か
い制御をすることは困難であった。

本発明は上述した従来の問題点を解消するためになされ
たものであり、複数の吐出単位を有するインクジェット
記録ヘッドにおいて、各々の吐出単位に対応する電気熱
変換素子を１つづつ順次駆動することにより、駆動時に
駆動回路に流れる電流を小さくし、これによって電力供
給配線パターンにおける電圧降下量そのものを小さなも
のとして電圧降下による影響を排除し、また、配線パタ
ーンを簡潔なものとすることができ、さらに、電気熱変
換素子の発熱量を個々に制御することが可能なインクジ
ェット記録装置、記録ヘッドおよび記録ヘッドの駆動方
法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、熱エネルギーを利用してインク
を吐出することにより画像を記録するためのインクジェ
ット記録ヘッドであって、それぞれインク吐出口に対応
して設けられ、電気パルスの印加に応じてインクを吐出
するために利用される熱エネルギーを発生するための複
数の電気熱変換素子と、複数の電気熱変換素子の各々を
順次に選択するための選択手段と、選択手段により選択
された電気熱変換素子に、画像データに基づいて電気パ
ルスを印加するためのパルス印加手段とを具えたことを
特徴とする。

さらに好適には、選択手段は、複数の電気熱変換素子の
各々の一端に接続するトランジスタと、トランジスタを
順次にオンさせるための信号を出力するカウンタ回路か
らなり、パルス印加手段は、複数の電気熱変換素子に共
通に画像データを供給するための画像データ信号線と、
複数の電気熱変換素子に電力を供給するための電力供給
線とからなることを特徴とする。

〔作　用〕

以上の構成によれば、電気熱変換素子を１つづ順次駆動
することにより、駆動時に駆動回路に流れる電流を小さ
くすることができる。

また、電気熱変換素子の発熱量を個々に、かつアナログ
屋で制御することが可能となる。

〔実施例〕

以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図〜第４図は、それぞれ本発明の実施例を示す記録
ヘッド駆動回路の回路ブロック図である。

これら図において、ｌは記録ヘッドの吐出口面に配列す
るＮ個のインク吐出口に対応して設けられた電気熱変換
素子であり、これら電気熱変換素子が発生する熱エネル
ギーによってそれぞれの吐出口からインク液滴が吐出さ
れる。２はカウンタ回路であり、クロック信号ＧＫに同
期してカウンタ出力信号Ｑ＋”ＱＮを順次出力する。３
は画像データ信号（　ｖｉｄｅｏ信号）供給す４るため
の画像データ信号線、４は電気熱変換素子に印加する電
気パルスの電力を供給するための電力供給線である。ま
た、５は電気熱変換素子ｌの各々に対応して設けられ素
子ｌへの電気パルスの印加のスイッチングや電流逆流防
止等のために設けられたトランジスタである。また、第
ｌ図および第２図において、７はｖｉｄｅｏ信号を増幅
する増幅器、さらに、第４図において、６はカウンタ出
力信号Ｑ　．″Ｑ．の各々とｖｉｄｅｏ信号との論理積
をとるＡＮＤゲートである。

なお、これら図におけるｖｉｄｅｏ信号、クロック信号
ＧＫおよびＲＥＳＥＴ信号は、インクジェット記録装置
、または記録装置を用いるホスト装置の制御部から転送
されてくる。

第５図は第１図に示す各信号のタイミングチャートを示
すものであり、第２図〜第４図における構成の各信号も
、その論理を異ならせる場合があるのみで同様のタイミ
ングで出力される。

第１図に示す実施例では、画像データ信号線３は電気熱
変換素子ｌの一端に共通に接続される。

カウンタ回路２は、第５図に示すようにクロック信号Ｃ
Ｋに同期してカウンタ出力信号Ｑ。″Ｑ９を順次出力し
、この信号はトランジスタ５のベースに人力する。また
、トランジスタ５のコレクタ側は電気熱変換素子ｌの他
端に接続し、エミッタ側は電力供給線４と共通に接続す
る。これにより、クロック信号に同期して画像データ信
号線３に記録すべき画像に応じた信号を与えるとそれぞ
れ対応する電気熱変換素子１が、画像データ信号に応じ
て順次電気パルスが印加されて熱を発生しインクが吐出
される。

第２図に示す実施例では、画像データ信号線３は、トラ
ンジスタ５を介して電気熱変換素子１の一端に接続し、
素子ｌの他端は電力供給線４が接続される。この場合、
画像データ信号の負論理で電気熱変換素子１に電気パル
スが印加される。

第３図に示す実施例では、画像データ信号線３はトラン
ジスタ５のベースに接続し、カウンタ出力信号Ｑｏ″Ｑ
Ｎの各々はトランジスタ５のエミッタ１１ に接続する。また電気熱変換素子１の一端は電力供給線
４に、他端はトランジスタ５のコレクタに接続されてお
り、画像データ信号は正論理で与えられる。また、カウ
ンタ出力信号Ｑ。″ＱＮは第５図に示した論理と逆の論
理で出力される。

第４図に示す実施例は、画像データ信号線３をＡＮＤゲ
ート６を介してトランジスタ５のベースに接続し、ＡＮ
Ｄゲート６の他方の入力端にはカウンタ出力信号Ｑ。″
Ｑｓの各々が入力する。また、トランジスタ５のエミッ
タは接地されている。

上述した駆動回路の構成から明らかなように、画像デー
タ信号は必ずしも２値信号である必要はない。すなわち
、従来の駆動方法および回路構成とは異なり、画像デー
タ信号を２値のシフトレジスタを介さずに電気熱変換素
子に導くので、画像データの各ドットごとの画像データ
信号をアナログ量としてあたえる事ができる。又、この
場合、画像データ信号の入力端子は１つで良いため、増
幅器を多数用いることもなく、容易に画像データ信号の
多値又はアナログ値を与えることができ１２ る。

画像データ信号を多値又はアナログ値で制御するにあた
っては、画像データの各々のドットに対応するビデオ信
号の電圧又は電流を制御してもよいし、また、パルス幅
を制御してもよい。尚、パルス幅を制御する場合には第
１図〜第４図のいずれの回路構成でも可能であるが、電
圧を制御する場合には第１図の回路構成が、電流を制御
する場合には第１図及び第２図の回路構成が、それぞれ
適している。

第６図（Ａ）及びｆＢ）は、第１図〜第４図に示したカ
ウンタ回路２の一例を示す回路図である。第６図（Ａ）
に示す回路は、１０個の出力Ｑ。〜Ｑ９を有し、これら
出力を正論理で順次出力する。カウンタ回路２には、信
号ＣＬＯＣＫ　ＥＮＡＢＬＥが入力し、回路が動作して
いる間は、その理論は”Ｌ“゜となっている。

第６図（Ｂ）は、出力数が多い場合のカウンタ回路の構
成を示し、この回路は、同図に示すように第６図（Ａ）
で示す回路をくりかえし接続して構成される。

上述した記録ヘッド駆動回路の構成により、例えば１２
８個の吐出口、従って１２８個の電気熱変換素子を有す
る記録ヘッド用い、画像データの各々のドットに対応し
た電気熱変換素子の駆動時間を５μＳｅｃとした場合、
すべての電気熱変換素子を駆動するのに６４０μｓｅｃ
を有し、くりかえし周波数は約１．５ＫＨｚまで可能と
なる。

この場合記録ヘッド内で最初に駆動される電気熱変換素
子と最後に駆動される電気熱変換素子との間では６３５
μＳｅＣの時間差がある。この場合、被記録媒体と記録
ヘッドが相対的に移動しつつ記録をおこなう構或では、
吐出口の配列と相対移動方向とを直角にすると、記録さ
れるドット列はわずかに斜めになる。これを補正するた
めに吐出口配列を相対移動方向と直角な方向に対してわ
ずかに傾くように記録ヘッドを構成すれば良い。その結
果きわめて正確に記録を行うことができる。

多くの吐出口を有する記録ヘッドを高速で駆動する場合
には、物理的には記録ヘッドを電気的に１ ５ 複数のブロックに分離し各々のブロックを本発明の駆動
方法で駆動してもよい。その場合には前述のドット列を
極めて正確に記録できるという結果は失われる。その場
合は、例えば第ｎ番目のブロックを右から左に駆動すれ
ば全体としてはドット列がジグザグになるが、隣接ブロ
ックにより記録されたドット列間のずれはなく実用上目
立たないようにすることができ、従来のような隣接ドッ
ト間のずれを生じずに記録することができる。

以上説明した実施例の回路構成によれば、各々の電気熱
変換素子の発熱量を独立に制御することが容易に行い得
る。その結果各々のノズルから吐出されるインク液滴を
正確に制御することができ、より品位の高い記録画像を
得ることができる。殊に第１図の実施例に示すように画
像データ信号線が電気熱変換素子の一端に直接に接続さ
れている場合には、単一の画像データ信号の供給源によ
って画像データ信号を直接電気熱変換素子に与えるので
、各々の電気熱変換素子に接続された１ ６ トランジスタなどの駆動用素子の特性のばらつきなどの
影響を排することができる。

（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
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
きるからであり、記録パターンによって一層定着の遅速
が生じることが予測されるからである。

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４３
１３１２４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
明細書を用いた構或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或を開示する特開昭５
９−１２３６７０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、定着を確実に効率よく行いつる
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合
せによってその長さを満たす構成や、一休的に形成され
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、シリアルタイプの記録ヘッド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１ ９ 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、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、リーグ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、電気熱変換素子を
１つづつ順次駆動することにより、駆動時に駆動回路に
流れる電流を小さくすることがで２　０ きる。

また、電気熱変換素子の発熱量を個々に、かつアナログ
量で制御することが可能となる。

この結果、駆動時に瞬時に流れる電流が小さくなること
によって電力供給配線パターンによる電圧降下を小さく
することができる。また、電力供給配線パターンの形状
の設計の自由度が増すので従来のような複雑なパターン
を用いる必要がなくなる。

さらに、本発明によれば各々の発熱素子の発熱量を個々
に制御することが容易に行い得るため、各々の吐出口か
ら吐出されるインク液滴の量を正確に制御することがで
き、画質の良好な記録画像を得ることができる。

更に加えて、本発明によれば、各電気熱変換素子の駆動
順序を規則的にすることができるので、被記録媒体と記
録ヘッドを相対的に移動しつつ記録する際に、隣接する
記録ドッドのずれを防止することができる。

特に、一体に形成された複数の吐出口を単一のブロック
とし、これら吐出口から１個づつ順次インクが吐出され
る場合には、最後にインクを吐出する吐出口の位置が、
最初にインクを吐出する吐出口に対して被記録媒体に対
する記録ヘッドの相対移動方向の下流側になるよう吐出
口配列を相対移動方向に対して斜めに構成することによ
り記録画像の歪み等をきわめて小さくすることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図〜第４図はそれぞれ本発明の実施例を示す記録ヘ
ッド駆動回路の回路ブロック図、第５図は特に第１図、
第２図および第４図に示した回路における各信号の駆動
タイミングを示すタイミングチャート、 第６図（Ａ）は、吐出口数が１０個の場合の特に第ｌ図
、第２図および第４図の駆動回路におけるカウンタ回路
を示す回路図、 第６図（Ｂ）は第６図（ＡＪに示したカウンタ回路を複
数接続して多数の電気熱変換素子を駆動する場合のカウ
ンタ回路を示す回路ブロック図である。 １・・・電気熱変換素子、 ２・・・カウンタ回路、 ３・・・画像データ信号線、 ４・・・電力供給線、 ５・・・トランジスタ、 ６・・・ＡＮＤゲート、 ７・・・増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）熱エネルギーを利用してインク液滴を形成すること
   により画像を記録するためのインクジェット記録ヘッド
   において、 それぞれインク液滴を形成するためのインク吐出口に対
   応して設けられ、電気パルスの印加に応じて前記熱エネ
   ルギーを発生する複数の電気熱変換素子と、 該複数の電気熱変換素子の各々を順次に選択するための
   選択手段と、 該選択手段により選択された電気熱変換素子に、画像デ
   ータに基づいて電気パルスを印加するためのパルス印加
   手段と を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 ２）前記選択手段は、前記複数の電気熱変換素子の各々
   の一端に接続するトランジスタと、該トランジスタを順
   次にオンさせるための信号を出力するカウンタ回路とか
   らなり、前記パルス印加手段は、前記複数の電気熱変換
   素子に共通に前記画像データを供給するための画像デー
   タ信号線と、前記複数の電気熱変換素子に電力を供給す
   るための電力供給線とからな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ヘッド。 ３）請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッ
   ドを用いて記録を行なうインクジェット記録装置。 ４）熱エネルギーを利用してインク液滴を形成すること
   により画像を記録するためのインクジェット記録ヘッド
   の駆動方法であって、 それぞれインク液滴を形成するためのインク吐出口に対
   応して設けられ、電気パルスの印加に応じて前記熱エネ
   ルギーを発生する複数の電気熱変換素子の各々を順次に
   選択し、 当該選択に同期して、当該選択された電気熱変換素子に
   画像データに基づいて電気パルスを印加することを特徴
   とするインクジェット記録ヘッドの駆動方法。