JPH03216340A - 液体噴射記録ヘッドの温度補償装置 - 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】 夜権分互 本発明は，液体噴射記録ヘッドの温度補償装置に関し、
例えば、インクジェットプリンタに用いられるものであ
る。

従」１支迷一 一般にインクジェット記録装置においては、その環境温
度におけるインク噴射特性がインクの粘度や表面張力等
の特性に負うところが多い。とりわけ、インク粘度の依
存性が大きいので、インク温度が変化するとインク粘度
も変わり、そのためインク噴射特性も変化してしまう。

これは、記録紙に印字したときの画像品質を劣化させる
大きな要因の１つでもある。

従来、上記の温度変化に対して幾つかの温度補償装置が
提案されてきた。例えば、特開昭５５−１０１４７３号
公報には、制御電圧の調整のために，各制御回路中に備
えられた分圧器が調整可能の抵抗を包含し、この抵抗が
全制御回路に対して共通の調整回路と接続され、該調整
回路が温度に関係する抵抗（負温度係数をもつ熱導体）
を介して周囲温度と共に変化する出力電圧を送出される
ことが開示されている。

また、特開昭５６−６３４６４号公報には、温度検知素
子（例えばサーミスタ）によりインク温度を検出し、イ
ンク温度によってこの抵抗値が変化するように構成して
出力電圧を制御することが開示されている。

さらに、特開昭５７−４７６６６号公報には、感温素子
によって周囲温度を検出し、検出された温度に対してイ
ンク滴噴射装置に加える電気信号を変化させる手段を備
え、この電気信号の変化をインク滴噴射装置の最小滴化
電圧の変化に対応させることが開示されている。

しかしながら，このような上記公報に記載された従来技
術は、いずれも周囲温度やインク温度の検出のための特
別な装置、すなわちサーミスタや負温度係数をもつ抵抗
等を設置する必要がある。

従って、組付けの工程が増え、設置による形状的制約を
受けるので、小型化、低コスト化あるいは高集積化に不
利であった。

ｍ寛 本発明は、上述のごとき欠点を解決するためになされた
もので、特別な温度検知素子を設けることなく、周囲温
度あるいはインク温度を簡単かつ安価に検出する手段と
、温度補償のための制御手段を提供することによって温
度変化に対し、安定したインク噴射特性が得られ、環境
温度に関係なく常に高画像品質を確保することのできる
液体噴射記録ヘッドの温度補償装置を提供することを目
的としてなされたものである。

隻一一裁一 本発明は、上記目的を達成するために、（１）導入され
る記録液体を収容するとともに，該記録液体に圧電素子
によって圧力波を発生させるエネルギー作用部を付設し
た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
によって液滴として吐出させるためのオリフィスと，前
記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するた
めの液室と、該液室に記録液体を導入する導入手段とよ
りなる液体噴射記録ヘッドにおいて、前記圧電素子にパ
ルス波高値の異なる複数のパルス群を発生させる検出用
パルス信号源と、前記圧電素子の静電容量と抵抗で構成
される積分回路を通して出力される出力波形によって温
度を検出する温度検出装置と、前記温度検出装置による
検出結果によって、前記記録ヘッドに付設されたヒータ
ーのスイッチングを行うヒーター制御回路を備えたこと
、或いは、（２）導入される記録液体を収容するととも
に、該記録液体に圧電素子によって圧力波を発生させる
エネルギー作用部を付設した流路と、該流路に連絡して
前記記録液体を前記作用力によって液滴として吐出させ
るためのオリフィスと、前記流路に連絡して前記流路に
前記記録液体を導入するための液室と，該液室に記録液
体を導入する導入手段とよりなる液体噴射記録ヘッドに
おいて、前記圧電素子にパルス波高値の異なる複数のパ
ルス群を発生させる検出用パルス信号源と、前記圧電素
子の静電容量と抵抗で構成される積分回路を通して出力
される出力波形によって温度を検出する温度検出装置と
、前記温度検出装置による検出結果によって、前記記録
ヘッドの駆動波形を制御する制御回路を備えたことを特
徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて
説明する。

まず、第２図は、圧電素子の静電容量Ｃの温度特性を示
したものである。いま、圧電素子の温度がＴエからＴ２
に高くなると静電容量ＣもＣ１からＣ２へ増加する。本
発明はこの点に注目し、圧電素子の容量の変化から温度
を検出し、温度補償のための制御手段を備えることを特
徴とするものである。

第１図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの温度補償
装置を説明するための構成図で、図中、１はパルス信号
源，２は積分回路、３は抵抗Ｒ、４は静電容量Ｃの圧電
素子、５は検出回路、６は制御回路である。パルス信号
源１は、第３図（ａ）に示すようにパルス波高値がＶｐ
ｘ（第１パルス）＜Ｖｐｚ（第２パルス）となる２つの
パルスを発生させる。積分回路２は、３の抵抗Ｒと４の
静電容量Ｃとで構成される。該静電容量Ｃは、流路に付
設された圧力波発生のための圧電素子である。

検出回ｙ＆５は、入力されたパルス電圧値を検出す？も
のである。制御回路６は、検出回路５の結果によってヒ
ータ制御回路やヘッドの駆動電圧を制御するものである
。いま、パルス波高値Ｖｐ■，Ｖ　ｐ　ｚ　（第１　ハ
ルス、第２パルス）である２つのパルス波形が積分回路
２に入力されると、その出力波形は第３図（ｂ）のよう
に立上り、下立りが鈍った積分波形が出力される。ここ
で、第２図に示したように、温度Ｔが上昇すると圧電素
子４の静電容量Ｃの値が上昇し、時定数ＣＨの値が大き
くなるに従って積分回路２から出力される波形は第３図
（Ｃ）のようになる。このとき、第１パルス及び第２パ
ルスのパルス幅ＰＷｉ＊ＰＷ２が積分回路２の時定数Ｃ
Ｒの値に対して十分にＣＲ＞＞Ｐｗ１，Ｐｗ２であれば
、パルスの立上り時間が遅いために、波高値Ｖ　Ｐｌｌ
　Ｖ　Ｐ２はそれぞれ低下することになる。次に、検出
回路５ではスレソシュ電圧ｖＨが設けてあり、入力電圧
ＶｐがＶｐ≧ｖＨのときは検出し、Ｖｐ＜Ｖ。のときは
検出されない。従って、検出回路５では第１パルスは検
出されず，第２パルスのみが検出されることになる。

？らに温度が上昇すると、第３図（ｄ）のように、第１
パルス，第２パルスともに、波高値Ｖｐ■、ＶＰｚがス
レッシュ電圧■８より低くなり、検出回路５では両者と
もに検出されない。

制御回路６では、検出回路５で検出された検出パルスの
状態に応じて、ヒータのスイッチングあるいは叩動波形
（波高値、パルス幅、立上がり時間、立下がり時間など
）の制御を行い、インク噴射特性の温度補償をするもの
である。

積分回路２に入力される検出用パルスは、前記のように
２つのパルスに限らず、複数のパルス群を用いれば温度
検出を多段階にでき、精度を上げることができる。

尚、検出用パルスは本発明者により、パルス幅の異なる
複数のパルス群が開示されているが、本発明によるパル
ス群は、スレッシュ電圧■■を多段階に設定できるので
、より精度高く温度を検出することができる。また、検
出用パルスのパルス’１１　（Ｐｗ１，　Ｐｗ２）はＰ
ｗ１＝Ｐｗ２でも良いし、ＣＲ）＞Ｐｗ．，Ｐｗ２なら
、必ずしもＰｗ１＝Ｐｗ２でなくても良く、第４図のよ
うな検出用パルス群を用いることもできる。

また、積分回路２を構成する静電容量Ｃは、インク噴射
のための圧電素子を用いるが、複数ノズルを有するヘッ
ドの場合、各ノズルの圧電素子に全て前記積分回路２を
構成し、その出力波形を検出回路５に入力してもよいが
、省スペース、低コストの点を考慮すれば、複数ノズル
のうち、任意の１つの圧電素子を温度検出用として積分
回路を構成し、全ノズルに対して温度補償を行うか、ま
たはダミーノズルを１つ設け、その圧電素子を温度検出
用として積分回路を構成して、全ノズルに温度補償を行
うのが好ましい。

第５図（．）は、積層ＰＺＴを用いたオンデマンド型イ
ンクジェットヘッドの概略図である。図中、７は基板、
８は積層ＰＺＴ、９は流路板、１ｏは共通液室，１１は
ノズルプレート、１２はノズル接合部、１３は銅線、１
４はＦＰＣである。

また、同図（ｂ）は、ノズル接合部１２の拡大図であり
、図中、１５は充填剤、１６は流路、１７は流路板，１
８はインク、１９は電極、８１〜８４は各ノズルに付設
された積層ＰＺＴ　（６層）を示す。

去ｍ 第６図は、上記オンデマンド型インクジェットヘッドに
おいて、ヒータを用いた温度補償装置の構成図である。

図中、２０はパルス信号源，２１は抵抗ＲＯ、２２は静
電容量Ｃ０、２３は積分回路、２４はカウンタ，２５は
比較回路、２６はヒータ恥動回路５２７はヒータである
。パルス信号ｇ２０は第３図（ａ）に示した検出用パル
ス群を発生する（Ｐ　ｗ１＝　Ｐ　ｗ２＝＝　２　ｐ　
ｓ、Ｖｐ１＝５Ｖ、Ｖ　ｐ　ｚ　＝　７　ｖ）。積分回
路２３は複数ノズルの各々に付設された積層ＰＺＴの任
意の１つ（例えば、第５図（ｂ）の８２）の静電容量Ｃ
ｏ（Ｃｏ＝　１　０　ｎ　Ｆ）と抵抗Ｒｏ（Ｒｏ＝１０
ＫΩ）とで構成されている。カウンタ２４は積分回路２
３から出力されたパルス群をカウントするカウンタで、
ｖ．．＝３Ｖである。比較回路２５はカウンタ２４でカ
ウントされたパルス数Ｎ，と基準カウント数？Ａを比較
して、Ｎ　Ａ　＜　Ｎ　Ｂのときは｝Ｉｉｇｈ　．　Ｎ
Ａ≧ＮＢのときはＬｏｗの１　ｂｉｔ信号を出力する。

ヒータ廃動回路２６は、比較回路２５からの上記出力信
号を受けて、Ｈｉｇｈのときは、ヒータＯＮ、Ｌｏｗの
ときはヒータＯＦＦのスイッチングを行う。

温度補償のためのヒータ２７は、第５図（．）において
基板７の裏面に設置されている。

第７図は、上記実施例１の動作を説明するためのフロー
チャートである。いま、インク温度の使用下限温度がＴ
■のとき、インク温度Ｔ＜Ｔ１の場合、積分回路２３か
らの出力波形は第３図（ｂ）のようになり，従って、Ｎ
Ｂ＝２とカウントされる。一方、基準用としてＮＡ＝１
とカウント数を設定しておくと．ＮＢ＞ＮＡなので，ヒ
ータのスイソチがＯＮされ、インク温度がΔＴ上昇し、
インク温度はＴ＝Ｔ１＋ΔＴとなる。次に、検出用パル
スを再び積分回路２３に入力させてパルスをカウントす
る。このとき，ＮＢ≦ＮＡならばヒータのスイッチは○
ＦＦされ、依然としてＮ　Ｂ　＞　Ｎ　Ａならばヒータ
２７のスイッチはＯＮ状態となっている。

以上のサイクルを周期的に行えばインク温度Ｔは常にＴ
≧Ｔ１に保たれる。

夫立何主 第８図は、第５図に示したヘッドにおいて、積層ＰＺＴ
ＩＩ［Ｋ動電圧制御による温度補償装置の構成図である
。図中、３ｏはパルス信号源、３１は抵抗，３２は静電
容量、３３は積分回路、３４はカウンタ、３５は比較回
路、３６はマルチノズル駆動回路、３７は積層ＰＺＴで
ある。なお、パルス信号源３０からカウンタ３４までは
第６図に示したパルス信号源２０からカウンタ２４まで
と全く同じであるが、積分回路３３の抵抗３ｌは、イン
ク温度の使用範囲をＴエ≦Ｔ≦Ｔ２とするとき、積分回
路３３の出力波形が、Ｔ＜Ｔエの場合は第３図（ｂ）の
ようにし、Ｔよ≦Ｔ≦Ｔ２の場合は同図（ｃ）のように
し、Ｔ＞Ｔ２の場合は同図（ｄ）となるように抵抗３１
の値が設定されている。比較回路３５は、出力が３　ｂ
ｉｔあり、第１ピントがＮ　Ａ　＜　Ｎ　ｈ．第２ビッ
トがＮ　Ａ　：　Ｎ　Ｂ、第３ビノトがＮ　＋，　＞　
Ｎ　Ｂに割り合てられている。

第９図は，上記実施例２の動作を説明するためのフロー
チャートである。いま、基準カウンタ数をＮ　Ａ　＝　
１に設定しておくと、Ｔ＜Ｔ１のときは、ＮＢ＝２とカ
ウントされ、比較回路３５では第１ビットのみがＨｉｇ
ｈとなり、マルチノズル廓動回路３６で通常の電圧より
高電圧で駆動する。Ｔ〉Ｔ２のときは、Ｎ　Ｂ＝Ｏとカ
ウントされ、比較回路３５では、第３ビットのみがＨｉ
ｇｈとなり、マルチノズル暉動回路３６では通常よりも
低電圧で駆動される。Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２のときは、Ｎ．＝
ＮＡ＝１となるので、比較回路３５の第２ピントのみが
｝１ｉｇｈとなり、通常の廃動電圧で廃動される。

失胤貫ｙ マルチノズル叩動回路３６では、駆動電圧を制御するの
ではなく、旺動パルスのパルス幅Ｐｗｏを制御すること
で、温度補償を行うことができる。

第１０図は，８ノズルを有するヘッドの暉動パルス幅制
御による温度補償装置の構成図を示したものである。図
中．４０はパルス信号源、４］？抵抗，４２は静電容量
、４３は積分回路、４４はカウンタ，４５は比較回路、
４６〜４８は抵抗ｒ■〜ｒ３、４９はコンデンサ、５０
はＯＲ回路、５１は単安定マルチバイブレータ、５２は
８ビットの印加信号、５３はマルチノズル駆動回路、５
４は積層ＰＺＴである。

第１１図は、上記実施例３の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。一般に，積層ＰＺＴを用いたイ
ンクジェットヘッドの噴射特性は、旺動パルスの波高値
及びパルス幅によって噴射速度■．が変わり、特にパル
ス＠Ｐｗｏに対しては、第１２図（ｂ）に示すような特
性を示す。また、波高値Ｖｐｏに対しては、第１２図（
ａ）に示すような特性を示す。そこで、インク温度Ｔが
Ｔ〈Ｔ■の場合は、Ｐ　ｗｏ＝　Ｐ　ＷＯ，、Ｔ１≦Ｔ
≦Ｔ２の場合は，Ｐｗｏ＝Ｐｗｏ２、Ｔ＞Ｔ２の場合は
ＰｗｏＰｗｏ１とすればよい。

第１０図において、パルス信号源４０からは第３図（ａ
）に示すような検出用パルス群が出力され，実施例１、
２と同様に積分回路４３を通過後、？ウンタ４４でカウ
ントされ、その結果、ＮＢが２　ｂｉｔで比較回路４５
に入力される。ここでは、基準カウント数ＮＡ（２ｂｉ
ｔ）と比較を行い、ＮＢ＞ＮＡの場合は抵抗ｒ，、Ｎ　
Ｂ＝　Ｎ　Ａの場合は抵抗ｒ２、Ｎ　Ｂ　＜　Ｎ　Ａの
場合は抵抗ｒ１が選択される（但し、ｒ■＜ｒ２＜ｒ，
）。単安定マルチパイブレータ５１では、比較回路４５
で選択された抵抗とコンデンサ４９により，出力パルス
のパルス幅が決定される。すなわち、抵抗ｒ１のときパ
ルス幅Ｐｗｏ１、抵抗ｒ２のときパルス幅Ｐｗｏ２、抵
抗ｒ３のときパルス幅Ｐｗｏ３が決定される。一方、Ｏ
Ｒ回路５０では、８　ｂｉｔの印字信号５２が入力され
、８　ｂｉｔ中、少なくとも１つに印字信号があったと
きに、単安定マルチバイブレータ５１にトリガ入力され
る。このとき、決定されたパルス幅Ｐｗｏ　（Ｐｗｏ■
ｏｒ　Ｐｗｏ■ｏｒ　Ｐｗｏ３）のパルス波形がマルチ
ノズル邸動回路５３によって、駆動電圧Ｖｐｏに増幅さ
れ、印字信号５２に応してそれぞれの關動す入き積層Ｐ
　Ｚ　Ｔ　５　４に印加される。

尚、第１１図のタイミングチャートの・Ｉノ〜（６゛）
は、第１０図における信号ライン上に付した■〜■に対
応している。

免一一来 以上の説明から明らかなように，本発明によると、液体
噴射記録ヘッドのインク温度または周囲温度が変化して
インク噴射特性が変っても、特別な感温素子を設置する
ことなく、インク温度を検出し、その結果から、請求項
１ではヒータ制御によってインク温度を一定にでき，請
求項２ではＰＺＴ％ｇ動波形を制御できる。とくに、積
層ＰＺＴを用いて、圧力波を発生させる第５図のような
液体噴射装置の場合は，静電容量が大きいので有効であ
る。従って、安定したインク噴射特性が得られるので、
高画像品質が実現でき、しかも省スペース、低コスト化
が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの温度補償
装置を説明するための構成図、第２図は、圧電素子の静
電容量Ｃの温度特性を示す図、第３図（ｒ１）〜（ｄ）
は、検出用パルス波形を示す図，第４図は、検出用パル
ス群を示す図、第５図（ａ），（ｂ）は、オンデマンド
型インクジェットヘッドの概略図と部分拡大図、第６図
は、第１実施例の温度補償装置の構成図、第７図は、第
６図の第１実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト、第８図は、第２実施例の温度補償装置の構成図、第
９図は、第８図の第２実施例の動作を説明するためのフ
ローチャート、第１ｏ図は、第３実施例の温度補償装置
の構成図、第１１図は、第１０図の第３実施例の動作を
説明するためのタイミングチャート、第１２図（ａ），
（ｂ）は、インクジェットヘッドの噴射特性を示す図で
ある。 １　・パルス信号源、２・積分回路、３・・・抵抗、４
・・静電容量、５・検出回路、６・・・制御回路。 第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図 第 ４ 図 第 ６ 図 篤 ア 図 第 ９ 図 第 ８ 図 第 １０ 図 ５２ 第 １２ 図 ＋（７１ （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導入される記録液体を収容するとともに、該記録液
   体に圧電素子によって圧力波を発生させるエネルギー作
   用部を付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体
   を前記作用力によって液滴として吐出させるためのオリ
   フィスと、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体
   を導入するための液室と、該液室に記録液体を導入する
   導入手段とよりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、前記
   圧電素子にパルス波高値の異なる複数のパルス群を発生
   させる検出用パルス信号源と、前記圧電素子の静電容量
   と抵抗で構成される積分回路を通して出力される出力波
   形によって温度を検出する温度検出装置と、前記温度検
   出装置による検出結果によって、前記記録ヘッドに付設
   されたヒーターのスイッチングを行うヒーター制御回路
   を備えたことを特徴とする液体噴射記録ヘッドの温度補
   償装置。 ２、導入される記録液体を収容するとともに、該記録液
   体に圧電素子によって圧力波を発生させるエネルギー作
   用部を付設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体
   を前記作用力によって液滴として吐出させるためのオリ
   フィスと、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体
   を導入するための液室と、該液室に記録液体を導入する
   導入手段とよりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、前記
   圧電素子にパルス波高値の異なる複数のパルス群を発生
   させる検出用パルス信号源と、前記圧電素子の静電容量
   と抵抗で構成される積分回路を通して出力される出力波
   形によって温度を検出する温度検出装置と、前記温度検
   出装置による検出結果によって、前記記録ヘッドの駆動
   波形を制御する制御回路を備えたことを特徴とする液体
   噴射記録ヘッドの温度補償装置。