JPH03246055A - インクジェット記録装置およびインクジェット記録ヘッドの回復方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はインクジェット記録装置およびインクジェット
記録ヘッドの回復方法に関し、詳しくは、インク吐出口
から被記録材に向はインクを吐出して記録を行うインク
ジェット記録装置およびインクジェット記録ヘッドの吐
出不良時の回復方法に関する。

［従来の技術］ インクジェット記録装置は、インクを微小な液滴として
インク吐出口から吐出させ文字・図形等の記録を行うも
のであり、高精細な画像の出力・高速印字が得られる手
段として注目されている。

しかし、一般に従来のインクジェット記録装置では、記
録ヘッドに設けたインク吐出口の目詰りや、インク吐出
口に連通ずる液路への気泡の混入等が原因となって液滴
の吐出性能が劣下し、インクの吐出不良が生ずることが
ある。

特に、電歪素子等の吐出エネルギー発生手段とは別に、
インクを加熱する加熱手段を有し、吐出エネルギー発生
手段の駆動およびタイミングにあわせて加熱手段から蒸
気泡を発生させることで、吐出エネルギーが液路におい
てインク吐出口とは反対側に分散されることを防止する
ように流体ダイオードを形成したインクジェット記録装
置（特開昭６２−２４０５５８　）や、インク液室に設
けられた加熱手段から発生する蒸気泡の力により、ノズ
ル内のインク圧を制御するインクジェット記録装置（特
開昭６２−２３８７５５　）等の開示があるが、これら
においても加熱手段上にインク染料等が付着したりして
発泡が不安定になると液路の特定部分近傍に気泡が残留
しやす（なり、これがインク吐出不良の一因となる。

なお従来のインクジェット記録装置に関しては、吐出不
良時の液路内に滞留する気泡の除去方法として、吐出口
よりのインク吸引や液路内のインクを加圧することによ
り吐出口から単純にインクを排出する方法の他に液路若
しくは液室内に吐出口から一旦空気を押し込んだ後に排
出する方法（特開昭６２−１０９６４８参照）、供給路
の途中から三方弁等を介して空気を導入し、インクとと
もに排出する方法（特開昭６２−１０９６５５参照）等
が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のように加圧または吸引により、吐
出口からインクを排出する方法では、吐出口や液路、液
室などの、供給路内の隅部や段差部等のように流路抵抗
が大きな部分に滞留した気泡は容易には除去できず、こ
れをなんとか除去するためにインク排出操作を繰り返し
たのではインクが大量に消費されてしまう。これに対し
、滞留気泡を除去するために、前述のように、吐出口や
インク供給路の途中から空気を導入する方法を採用する
こともできるが、この場合には空気を導入するために特
別な機構が必要となり、吐出不良回復系のための装置が
大型化するという問題点がある。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に着目し、その
解決を図るべ（、無用に多くインクを吐出させたり、特
別に複雑な機構を設けることなく、確実、迅速に液路内
の滞留気泡を除去することのできるインクジェット記録
装置およびインクジェット記録ヘッドの回復方法を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明インクジェット記
録装置は、インク吐出口に連通ずる液路の各々に配設さ
れ、インクを吐出させるために利用されるエネルギーを
発生する吐出エネルギー発生手段と、該吐出エネルギー
発生手段より上流側の前記液路に関連して配設され、前
記インクを加熱して蒸気泡を発生させる加熱手段とを有
する記録ヘッドと、前記記録ヘッドのインク吐出不良時
に行われる回復操作で前記加熱手段を駆動する駆動手段
と、当該駆動に伴って発生した蒸気泡により前記インク
が少なくとも前配液路の一部より除去された後に、前記
液路内に前記インクを充てんする充てん手段とを具えた
ことを特徴とするものである。

更にまた、本発明インクジェット記録ヘッドの回復方法
は、インク吐出口に連通ずる液路の各々に配設され、イ
ンクを吐出させるために利用されるエネルギーを発生す
る吐出エネルギー発生手段と、該吐出エネルギー発生手
段より上流側の前記液路に関連して配設され、前記イン
クを加熱して蒸気泡を発生させる加熱手段とを有する記
録ヘッドに対してインク吐出不良を回復するにあたり、
前記加熱手段を駆動し、当該駆動に伴って発生した蒸気
泡により前記インクが少なくとも前記液路の一部より除
去された後に、前記液路内に前記インクを充てんさせる
ことを特徴とするものである。

［作　用］ 本発明によれば、インク吐出不良の時の回復操作におい
て、加熱手段を駆動し、発生させた蒸気泡により液路内
のインクを除去し、その後インクを充てんする。ことに
よって、液路に関連する位置に付着し、滞留している気
泡を除去し、良好な吐出状態に回復させることができる
。

［実施例］ 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は本発明の適用が可能なインクジェット記録装置
の一例を示す。ここで、１はそのキャリッジ２に搭載さ
れ、その移動中に記録信号に応じて所定のタイミングで
不図示の搬送手段によって送られてきた被記録材の記録
シート３に向けてインクを吐出させ記録を行う記録ヘッ
ド、４は記録ヘッドｌに対し、その記録領域外の例えば
ホームポジション近傍で回復動作を行う回復装置、５は
インクを貯留し、不図示のチューブを介して言己録ヘッ
ド１にインクを供給するインクタンクである。

第２図は記録ヘッド１の構成を示す。１ｏはその基板、
１１はインク吐出口、１２は液路、１３は各液路１２に
連通ずる共通液室、１４は基板１０上にこれら吐出口１
１、液路１２および共通液室１３等を配設するために感
光性樹脂等によって形成された仕切壁である。更に各液
路１２にはインクを吐出口１１から吐出させるために利
用されるエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生手
段としての加熱素子（以下で第１加熱素子という）　１
５と、その上流側に位置しインクの吐出を規制する流体
ダイオードとして作用する加熱素子（以下で第２加熱素
子という）１６とが配設されている。１７は仕切壁１４
上に接合される天板、１８はインクを共通液室１３に供
給するための天板１７に穿設されたインク供給口である
。

このように構成した記録ヘッド１においてはキャリッジ
２に搭載されて移動中、所定のタイミングで第１加熱素
子１５に供給される駆動信号により吐出口１１からイン
クが吐出され、その飛翔液滴の記録シート３への着弾に
より記録がなされるが、そのインク吐出時の動作を第３
図に従って更に詳しく説明する。

第１加熱素子１５に駆動信号が供給されない状態におい
では１．第３図の（Ａｌに示すように、液路１２には毛
細管現象により、インク２０が充てんされ、インク吐出
口１１には正常な形でメニスカス２１が形成されている
。しかしてここで、記録ヘッド１に記録信号が供給され
ると、まず第２加熱素子１６に電圧パルスによる付勢信
号が供給され（Ｂ）に示すように第２加熱素子１６上に
蒸気泡２２が形成される。

しかしてこの際第２加熱素子１６に供給されるエネルギ
ー量は図示のような蒸気泡２２を形成するには十分であ
るが、その気泡２２によってインク滴が吐出しない程度
に制御され、その直後に第１加熱素子１５に記録信号に
応じた電圧パルスが印加される。そこで良好な吐出状態
の場合には、第３図の（Ｂ）に示すようにして第２加熱
素子１６上の蒸気泡２２が吐出エネルギーの共通液室側
への拡散を防ぐ流体ダイオードの役割をなし、第１加熱
素子１５上に形成された蒸気泡２３によって主インク滴
２４が液路１２の中心軸に沿って吐出される。主インク
滴に比べて十分に小さな副インク滴２４Ａが吐出される
こともある。しかし、第３図の（Ｃ）に示すように液路
１２内に滞留気泡３０が付着し本発明の回復方法を適用
すべき状態のままでインク吐出を行うと、滞留気泡とイ
ンクとの界面の張力の影響によって、インク吐出のため
の第１加熱素子１５上の蒸気泡２３自体の形状が歪み、
吐出されるインク滴２４，２４Ａは液路中心軸からそれ
た方向へ飛翔しやすく、画像劣下の原因となる。

本実施例においては、第３図の（Ｃ）のような吐出不良
の状態となったときに、確実に滞留気泡３０の除去を可
能とするもので、第２加熱素子１６では、記録時にその
表面に膜沸騰によって蒸気泡２２が発生するが、このと
き第２加熱手段１６に供給される電圧パルスはそれが途
切れると蒸気泡２２が急激に消滅して即座にインクがリ
フィルされ、気泡が残らない条件で設定されている。し
かしてその回復方法の過程においては、更に引続きの駆
動条件を適切に設定することにより液路１２内を一旦空
気でみたし、その空気に液路内部に付着している滞留気
泡３０を吸収させるものである。

第４図は実施例にかかる第１加熱素子１５および第２加
熱素子１６の駆動条件による発泡状態を示す。その（Ａ
）は回復操作時に第２加熱素子１６に供給する供給エネ
ルギー量を記録時よりも更に減少させた場合（印加電圧
を低（設定する等）でありそれによって、主蒸気泡２２
から分離された小蒸気泡２２Ａの発生していることが分
る。また、その（Ｂｌは第２加熱素子Ｉ６への供給エネ
ルギー量をその駆動だけでインク滴を吐出させることが
できる程度に太き（すると共に、その駆動周波数を第２
加熱素子１６の駆動によってメニスカスが一旦後退して
復帰までの時間に対応する周波数よりも太き（設定する
ことでこの主蒸気泡２２を一旦後退させたメニスカス３
１と合体させ液路１２内の気泡をインクと共に除去せし
めるものである。

第２加熱素子を用いて行うインク除去の態様は第４図（
ａ）　、　（ｂ）にのみ限られず、これらを組合せて行
ってもよい。また、インクを除去する範囲は液路もしく
はその一部に限定されず、液室内にも滞留気泡が生じる
ならば、その部位に至るまで除去するようにしてもよ（
、これを行うための駆動条件は適切に定められる。

第５図に、回復操作時に第４図に示すような発泡状態を
得る駆動条件により第２加熱素子１６を連続駆動させた
ときの吐出不良回復方法の過程を示す。

第５図の（Ａ）のように液路１２内に滞留気泡３０が付
着した場合、第２加熱素子１６を第４図のところで説明
したような適切な駆動条件で連続駆動すると、発生した
多量の気泡を短時間で合体させることによって、その（
Ｂ）に示すように液路１２内からインク２０を共通液室
１３側に排除することができ、これによって液路１２内
に付着していた滞留気泡３０を同時に消滅させるこがで
きる。従ってこの後、図示しないインク流路内圧調整手
段あるいは、吐出口面を覆うキャップに接続された吸引
手段等により（Ｃ）に示す如（、各液路１２から（Ｂ）
に示した合体気泡３４をインク２０とともに排出するこ
とによって（Ｄ）に示すように、液路１２および共通液
室１３内の気泡を全部排除し、回復操作を終了して再び
良好な吐出状態を得ることができる。

第　　１　　表 備考二　〇・・・本発明の好適な駆動条件第１表に本発
明者が第２加熱素子の回復操作時における駆動条件につ
いて実験に基づき検討した結果を示す。表中でＰｗは第
２加熱素子１６への印加電圧のパルス幅を、またＶおよ
びｆ６はそれぞれ第２加熱素子１６の駆動電圧および駆
動周波数を示す。なお実験に用いたインクジェット記録
装置においては、吐出エネルギー発生手段（第１加熱素
子）　１５をパルス幅７．０μｓ、駆動電圧２３．ＯＶ
で駆動し、記録ヘッド１の吐出応答周波数３．５ｋＨｚ
に対して駆動周波数を２．０ｋＨｚとした場合に適正に
インク滴が吐出され良好な画像品位を得ることができる
。なおこの際の第２加熱素子１６にはパルス幅Ｐ。

を１０μｓ、駆動電圧Ｖを２０．５Ｖ　、駆動周波数ｆ
６を２．０ｋＨｚとしたパルス電圧を供給することによ
り流体ダイオードとして機能させることができる。第２
加熱素子１６の記録時の流体ダイオード形成に適した駆
動条件については、表中で“安定発泡”として言己しで
ある。

これに対し、本発明の回復方法のための好適な発泡状態
を示す第２加熱素子１６の駆動条件としては、記録時に
おける第２加熱素子１６の駆動条件に対し、第１表に示
すように、駆動周波数ｆ６を６ｋＨｚとして吐出応答周
波数よりも太き（設定するか、あるいは駆動電圧Ｖを１
９．ＯＶとすることで１パルス当りのエネルギー供給量
を減少させるか、更にはまた、駆動電圧■を１７．５Ｖ
　、パルス幅Ｐ、を３０μｓとして１パルス当りの単位
時間当りエネルギー供給量を減少させる等の条件に基づ
いて行うことで良好な吐出状態を回復できた。

第６図は本発明の適用が可能な、他の形態の記録ヘッド
の構成を示す。記録ヘッド１００は共通液室１３内に第
２加熱素子２６を有するが、本例の第２加熱素子２６は
電圧パルスが好適な条件で印加されるとその素子２６上
に片寄りな（核沸騰による蒸気泡を生じるように予め第
２加熱素子２６の表面をエツチングにより粗くしている
。更にここでは、第２加熱素子２６自体の寿命や蒸気泡
発生の速度を考慮し、電圧パルスが好適には５０μｓ、
最適には３０μｓ以下で蒸気泡が形成されるように表面
状態が設定されている。

第７図は第６図に示す記録ヘッド１００において回復操
作時に共通液室１３内の第２加熱素子２６を連続駆動さ
せた場合の吐出不良回復動作を示す。いまその（Ａ）に
示すように液路１２に滞留気泡３０が付着し、吐出不良
回復操作を要する状態のときに、第２加熱素子２６を上
述の条件で連続駆動しくＢ）のように核沸騰から膜沸騰
とした蒸気泡２５を発生させた上、（Ｂ）に示すように
電圧パルスが途切れた後も第２加熱素子２６上に蒸気泡
２５が残るようにする。

しかる後図示しないインク流路加圧手段によリ、（Ｃ）
に示すように各液路１２内に付着した滞留気泡３０を共
通液室１３内の蒸気泡２５とともに排比し、（Ｄ）のよ
うに良好な吐出が得られる状態に回復することができる
。

なお、本発明は以上の実施例にのみ限られるものではな
い。

例えば、上側では吐出エネルギー発生素子として第１の
加熱素子を用いたが、これは他の方式のものでもよい。

しかし加熱素子を用いる場合には、吐出回復処理に際し
これをも記録時とは異なった条件で駆動して液路からの
インク除去に供することもできる。また、滞留気泡の付
着位置や範囲に応じて、第１および第２加熱素子を選択
的に駆動することもできる。さらに、上側では第２加熱
素子もインク吐出動作に関与するものとしたが、第２加
熱素子は吐出回復処理に際してのみ用いられるものでも
よい。

（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、
配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、言己録
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て液体（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４３４５２６
２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、さらに優れた言己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、記録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、一体向に形成され
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、上側のようなシリアルタイプのものでも装置本体
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インク
タンクが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、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。

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
態を採るものであってもよい。

［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
クの吐出不良時の回復操作の際に加熱手段を適切な駆動
条件で駆動し、気泡を発生させることによりインクを液
路部分から除去し、これに伴って滞留気泡を消滅させた
あと再びインクを充てんすることを可能とするもので、
単にインク供給路内のインクを加圧・吸引したり、供給
路途中から空気を取り入れるのと比べ、排出するインク
量も少なく、特別な機構も不要であり、確実・迅速にノ
ズル内の滞留気泡を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用が可能なインクジェット記録装置
の斜視図、 第２図は第１図のインクジェット記録装置に搭載される
記録ヘッドの構成を示す斜視図、第３図は本発明の第１
実施例によるインク吐出時の液路内の状態を表わす説明
図、 第４図は本発明の第１実施例による吐出不良回復時の加
熱素子駆動動作の説明図、 第５図は第４図に示す吐出不良回復動作の過程を説明す
る図、 第６図は本発明の他の実施例による記録ヘッドの構成を
示す斜視図、 第７図は第６図に示す記録ヘッドによる吐出不良回復動
作の過程を説明する図である。 １．１００・・・記録ヘッド、 ４・・・回復装置、 ５・・・インクタンク、 １１・・・インク吐出口、 １２・・・液路、 １３・・・共通液室、 １５・・・第１加熱素子（吐出エネルギー発生手段）１
６、２６・・・第２加熱素子、 １８・・・インク供給口、 ２０・・・インク、 ２１．３１・・・メニスカス、 ２２Ａ・・・小蒸気泡、 ２２．２３．２５・・・蒸気泡、 ２４・・・主インク滴、 ３０・・・滞留気泡、 ３４・・・合体気泡。 本！！明の１１汗ロバ′ｉ′ｒ１３なインクシ菫シト育
亡含敷侠ｌの會予不見Ｂろ第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インク吐出口に連通する液路の各々に配設され、イ
   ンクを吐出させるために利用されるエネルギーを発生す
   る吐出エネルギー発生手段と、該吐出エネルギー発生手
   段より上流側の前記液路に関連して配設され、前記イン
   クを加熱して蒸気泡を発生させる加熱手段とを有する記
   録ヘッドと、前記記録ヘッドのインク吐出不良時に行わ
   れる回復操作で前記加熱手段を駆動する駆動手段と、 当該駆動に伴って発生した蒸気泡により前記インクが少
   なくとも前記液路の一部より除去された後に、前記液路
   内に前記インクを充てんする充てん手段と を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。 ２）前記加熱手段は記録時にも前記インクを加熱してイ
   ンク吐出動作に関与する蒸気泡を発生させるのに用いら
   れ、前記回復操作時に前記加熱手段が駆動される駆動周
   波数は前記記録時に駆動される駆動周波数より大きいこ
   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）前記加熱手段は記録時にも前記インクを加熱してイ
   ンク吐出動作に関与する蒸気泡を発生させるのに用いら
   れ、前記回復操作時に前記加熱手段に印加されるパルス
   電圧の印加時間と前記記録時に前記加熱手段に印加され
   るパルス電圧の印加時間とは異なることを特徴とする請
   求項１または２に記載のインクジェット記録装置。 ４）前記吐出エネルギー発生手段は前記インクに膜沸騰
   を生じさせるエネルギーを発生する電気熱変換体である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記
   載のインクジェット記録装置。 ５）インク吐出口に連通する液路の各々に配設され、イ
   ンクを吐出させるために利用されるエネルギーを発生す
   る吐出エネルギー発生手段と、該吐出エネルギー発生手
   段より上流側の前記液路に関連して配設され、前記イン
   クを加熱して蒸気泡を発生させる加熱手段とを有する記
   録ヘッドに対してインク吐出不良を回復するにあたり、 前記加熱手段を駆動し、当該駆動に伴って発生した蒸気
   泡により前記インクが少なくとも前記液路の一部より除
   去された後に、前記液路内に前記インクを充てんさせる
   ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの回復方法
   。 ６）前記加熱手段は記録時にも前記インクを加熱してイ
   ンク吐出動作に関与する蒸気泡を発生させるのに用いら
   れ、前記インク吐出不良を回復するときの前記加熱手段
   の駆動周波数は前記記録時の前記加熱手段の駆動周波数
   より大きいことを特徴とする請求項５に記載のインクジ
   ェット記録ヘッドの回復方法。 ７）前記加熱手段は記録時にも前記インクを加熱してイ
   ンク吐出動作に関与する蒸気泡を発生させるのに用いら
   れ、前記インク吐出不良を回復するときに前記加熱手段
   に印加されるパルス電圧の印加時間と前記記録時に前記
   加熱手段に印加されるパルス電圧の印加時間とは異なる
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のインクジェ
   ット記録ヘッドの回復方法。 ８）前記吐出エネルギー発生手段は前記インクに膜沸騰
   を生じさせるエネルギーを発生する電気熱変換体である
   ことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかの項に記
   載のインクジェット記録ヘッドの回復方法。