JPH04244851A - サーマルインクジェット記録装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置、特に、温度制御装置を備えたサーマルインクジェッ
ト記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置においては、記
録がインク滴を吐出して行なわれるため、インクの物性
によって記録濃度などの特性が大きく変化することが知
られている。また、一般に、インクは温度によって物性
値が大きく変化するものである。したがって、インクジ
ェット記録装置の記録特性は、温度に大きく依存するこ
とになる。

【０００３】このため、従来より印字ヘッドの温度を一
定に保ち、安定した記録を行なう試みがなされてきた。

【０００４】図２は、インクジェット記録装置における
最も一般的な温度制御方法を説明するための概略図であ
る。図中、１は印字ヘッド、３は発熱素子、４は温度検
出手段、５はヒートシンク、６はキャリッジ、７は駆動
回路、８は電力制御回路である。印字ヘッド１は、ヒー
トシンク５に取り付けられその温度の影響を受ける。ヒ
ートシンク５の温度は、温度検出手段４、例えば、サー
ミスタにより検出され、電力制御回路８により発熱素子
３に与えるエネルギーを制御して、ヒートシンク５の温
度をほぼ一定に保つようにしている。この方法は、制御
が簡単であるが、印字ヘッド１自体が、熱エネルギーに
よって駆動される方式である場合には、印字ヘッド１の
発熱量による温度変化の影響を受ける。

【０００５】図３は、印字ヘッド１の温度と、ヒートシ
ンク５の温度との関係を示す線図である。点線は、ヒー
トシンク５の温度、すなわち、温度検出手段の出力を示
し、実線は、印字ヘッド１の内部温度を示している。駆
動回路７から印字ヘッド１に印字信号が与えられると、
印字ヘッド１の内部温度は急激に上昇する。発熱素子３
から印字ヘッド１までの熱伝達の遅れがあるため、ヒー
トシンク５と印字ヘッド１の内部温度との間に温度差が
生じることは避けられない。このため、ベタパターンの
印字など、印字ヘッド１の発熱量が大きい場合には、印
字ヘッドを一定温度に制御することは難しいという問題
があった。

【０００６】この問題を解決するためには、印字ヘッド
の温度と温度検出手段との間の温度差を小さくするとと
もに、発熱素子等の加熱手段から印字ヘッドまでの熱の
伝導遅れを小さくする必要がある。例えば、印字ヘッド
内部に温度検出手段、または、加熱手段、あるいは両者
を設ける等の方法が提案されている。しかしながら、こ
の方法においては、印字ヘッド内部に印字に用いる発熱
体の他に温度制御用の発熱素子および温度検出手段を形
成する必要があり、印字ヘッドの構造が複雑になり、印
字ヘッドの大型化、製造コストの増大、歩留まりの低下
などの問題を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、熱エネルギーを
用いるインクジェット記録装置において、印字ヘッドの
温度を安定に保つことができる温度制御装置を備えたイ
ンクジェット記録装置を提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、印字ヘッドと
、印字ヘッド取付用の導電性基板と、印字ヘッド近傍の
温度を検出する手段と、印字ヘッド近傍に設けられた発
熱素子と、該発熱素子に印加するエネルギーを制御する
手段を有するサーマルインクジェット記録装置において
、前記導電性基板は、前記印字ヘッドを構成する基板材
料の熱伝導率とほぼ同等、あるいは同等以上の熱伝導率
を有するものであり、前記発熱素子は、少なくとも制御
温度範囲内では温度とともに抵抗値が減少する特性の抵
抗体であり、かつ、前記発熱素子は、前記導電性基板に
直付けされ、通電電流を前記抵抗体の厚み方向に流すよ
う電極が配置されていることを特徴とするものである。 前記発熱素子を、前記印字ヘッドが取り付けられた導電
性基板の前記印字ヘッドと反対側の面のほぼ正対する位
置に設けるとともに、前記温度検出手段を、前記導電性
基板の前記印字ヘッドと発熱素子との中間位置に配置す
ることができる。

【０００９】

【作用】本発明では、導電性基板は、前記印字ヘッドを
構成する基板材料の熱伝導率とほぼ同等、あるいは同等
以上の熱伝導率を有するものを用いて、発熱素子と印字
ヘッドとの熱抵抗を小さいものとしている。発熱素子に
は、例えば、セラミック発熱体を用いた。

【００１０】例えば、一般的なセラミック発熱体は、図
４に示すように、絶縁性シート３ｄ上にセラミック発熱
体３ａを配置し、両側面に配置した電極３ｂ，３ｃから
面内に通電する構成である。発熱体３ａとしては、加熱
を防止するため、高温で抵抗値が高くなるものが用いら
れる。このような構成では、基板として導電性基板２を
用いると、セラミック発熱体３ａとの間に絶縁性シート
３ｄを必要とする。絶縁性シートは、熱伝導性が悪いた
めに、セラミック発熱体３ａと導電性基板２との間の熱
伝導が大きく損なわれる。さらに、セラミック発熱体３
ａと導電性基板２との間の熱伝導が悪いために、通電時
に、セラミック発熱体３ａが瞬時に高温になり、発熱体
自身の抵抗値の温度依存性のために高抵抗となり、発熱
体に流れる電流が減少し、発熱量が小さくなってしまう
。このようにして、導電性基板２に流入する熱エネルギ
ーは、ごくわずかなものとなり、導電性基板２は、見か
け上、熱伝導性が低く、熱応答性が低いものとなってし
まう。

【００１１】これに対し、本発明では、図６のモデルに
示すように、セラミック発熱体３ａ、電極３ｂ，３ｃよ
りなる温度制御用の発熱素子は、導電性基板２に直付け
され、セラミック発熱体３ａと導電性基板２との間に、
絶縁性シートがなく、この間の熱伝導が損なわれること
はない。

【００１２】また、発熱素子から印字ヘッドへの熱伝導
では、セラミック発熱体３ａの内部の熱伝導が最も大き
な問題である。通電によって、セラミック発熱体３ａが
昇温を開始すると、導電性基板２への熱伝導のため、セ
ラミック発熱体３ａの厚み方向に温度分布ができ、導電
性基板側（Ｔ２）より電極側（Ｔ１）が高温になる。本
発明のセラミック発熱体３ａは、図５に示すような使用
温度領域内では、温度の上昇とともに抵抗値が低くなる
特性を持っているため、発熱体厚み方向に抵抗値分布が
でき、電極側の抵抗（Ｒ１）が、導電性基板側の抵抗（
Ｒ２）より低くなる。したがつて、図６の示した等価回
路から明らかなように、導電性基板側での発熱量が電極
側より増加し、全体の温度を均一化させる作用がある。 すなわち、加熱に際して、見かけ上、発熱位置が導電性
基板側に近づくため、熱伝導性が高く、熱応答性がよく
なる。

【００１３】以上説明したように、本発明による温度制
御装置によれば、印字を開始し、印字ヘッドに熱エネル
ギーが与えられ、印字ヘッド内部の温度が上昇し始めて
から、温度検出手段の出力が変化し、温度検出手段の出
力変化に応じて温度制御用発熱素子に印加する電力を制
御し、印字ヘッドが取り付けられた部位の温度が制御さ
れるまでに、ほとんど時間遅れがなく、印字ヘッドの温
度は、ほぼ一定に保たれ、安定した印字が行なわれる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット記録装置の
一実施例の概略構成図である。図中、１は印字ヘッド、
２は導電性基板、３は温度制御用の発熱素子、４は温度
検出手段である。発熱素子３は、セラミック発熱体３ａ
と電極３ｂ，３ｃから構成されている。印字ヘッド１は
、導電性基板２に高熱伝導性の接着剤によって取り付け
られている。導電性基板２は、Ｃｕ，Ａｌなど、印字ヘ
ッド１よりさらに熱伝導率の高い高熱伝導性の材質で構
成されている。発熱素子３は、高熱伝導性の導電性基板
２の印字ヘッド取り付け面の裏面の印字ヘッドにほぼ正
対する位置に、導電性、かつ、高熱伝導性の接着剤によ
って取り付けられている。温度制御用の発熱素子３は、
体積抵抗率の温度依存性を有する板状セラミック発熱体
３ａの厚み方向の両面に、電極３ｂ，３ｃを形成してな
り、両電極間に電圧を印加し、厚み方向に電流を流して
発熱を行なう。このセラミック発熱体３ａの温度依存性
は、少なくとも室温から制御温度の範囲では、温度上昇
にともなって、抵抗値が低くなる特性のものを用いる。

【００１５】セラミック発熱体３ａとしては、例えば、
ＰＴ０９２０１，ＰＴ２２ＤＡ（サイマレック株式会社
製）等が好適である。これらのセラミック発熱体は、よ
り高温で抵抗値が増大した特性で、加熱を防止するが、
使用温度領域では抵抗値が低く、充分な発熱が行なわれ
る。

【００１６】高熱伝導性の導電性基板２における発熱素
子３と、印字ヘッド１の中間位置には温度検出手段４が
埋め込まれている。導電性基板２に空所を設け、サーミ
スタを納めて高熱伝導性の接着剤を充填するようにして
構成することができる。あるいは、導電性基板を２枚の
基板から構成し、中間に温度検出手段を配置して、高熱
伝導性の接着剤で接着するなど、適宜の構成を採用でき
る。

【００１７】インクジェット記録装置の動作時には、温
度検出手段４の出力が所望する温度となるように、セラ
ミック発熱体３ａに印加するエネルギー量が制御される
。非印字時には、温度制御用の発熱素子３への電力供給
は停止され、印字ヘッド１は室温とほぼ等しい温度にな
っている。一方、印字時には印字開始に先だって温度検
出手段４の出力が設定温度となるように、セラミック発
熱体３ａに電力が印加され、印字ヘッド１を設定温度ま
で加熱する。印字が始まると、印字ヘッド１には、イン
クの吐出に必要なエネルギーが印加される。

【００１８】印字ヘッド１に印加されたエネルギーは、
一部は印字に際してインク滴とともに失われるが、大半
は印字ヘッド１に残留し、ヘッド温度を変化させる主な
原因となっている。印字ヘッド１は、比較的熱伝導率の
高いシリコン基板を主たる材料として形成されているの
が普通であり、また、高熱伝導性の接着剤によつて高熱
伝導性の導電性基板２に取り付けられている。このため
印字ヘッド１の内部温度は、印字ヘッド１が取り付けら
れた部位の温度とほぼ等しく、両者の温度差は、ほぼ２
℃程度である。

【００１９】上述したように、温度検出手段４が導電性
基板２の印字ヘッド１の取り付け位置の直下に埋め込ま
れており、かつ、導電性基板２は、印字ヘッド１よりさ
らに熱伝導率の高い材質で構成されているから、温度検
出手段４の検出温度は、印字ヘッド１の内部温度とほぼ
等しいものとなる。したがって、温度検出手段４の検出
温度を安定に制御できれば、印字ヘッド１の内部の温度
も、ほぼ安定に保たれることがわかる。一方、温度制御
用の発熱素子３は、熱伝導率の高い導電性基板２に、薄
層の導電性、かつ、高熱伝導性の接着剤、例えば、銀エ
ポで接着されており、温度制御用の発熱素子３と導電性
基板２との間の熱的抵抗は極めて小さく、セラミック発
熱体３ａに通電して発熱したエネルギーは、速やかに導
電性基板２に伝達される。

【００２０】図７は、本発明のインクジェット記録装置
の実施例をより詳細に説明するためのもので、（Ａ）図
は、斜視図、（Ｂ）図は、ヘッド部を上からみた図であ
る。図中、１１は印字ヘッド、１２は導電性基板、１３
はセラミック発熱体、１４はサーミスタ、１５はアルミ
ヒートシンク、１６はキャリッジ、１７は印刷配線板、
１８はプラテン、１９は記録紙、２０はインクリザーバ
、２１はインク供給管、２２はリード線、２３は接続端
子板、２４はワイヤボンディング、２５はフレキシブル
ケーブルである。なお、（Ａ）図では、インクリザーバ
の図示を省略した。

【００２１】印字ヘッド１１は、Ｓｉウェハ上に蓄熱層
、発熱層、保護層の順に積層形成されたヒーター基板と
、Ｓｉウェハに溝を形成したチャンネル基板とを接合し
て形成され、銅を用いた導電性基板１２に高熱伝導性接
着剤、例えば、銀粒子分散エポキシ系接着剤によって接
着固定されている。導電性基板１２の印字ヘッド直下に
は、サーミスタ１４（ＳＢ−５：芝浦電子株式会社製）
が温度検出手段として埋設されている。導電性基板１２
の印字ヘッド１１を取り付けた面と反対側の面には、高
熱伝導性接着剤（同様に、銀粒子分散エポキシ系を用い
た。）によって、セラミック発熱体１３（ＰＴ０９２０
１：サイマレック株式会社製）が接着されている。セラ
ミック発熱体１３は、厚み方向の両面に銀を用いた電極
が付けられており、一方の電極は導電性基板１２に高熱
伝導性接着剤によって接続され、他方はリード線２２に
半田付けされている。セラミック発熱体１３への通電は
、リード線２２と導電性基板１２間に、電圧を印加する
ことによって行なわれる。導電性基板１２は、印字ヘッ
ド１１から少し離れた位置で、アルミヒートシンク１５
に取り付けられており、アルミヒートシンク１５は、キ
ャリッジ１６（アルミ製）の凸部にピンで位置決めし、
ネジ止め固定されている。

【００２２】キャリッジ１６には、放熱効果を高めるた
めに、多数のフィンが形成されている。印字ヘッド１１
の電気的接続は、印刷配線板１７を介して行なわれてお
り、印字ヘッド１１と印刷配線板１７との間は、ワイヤ
ボンディング２４により、印刷配線板１７と駆動回路と
の間は、フレキシブルケーブル２５で接続されている。 セラミック発熱体１３への通電リード線２２も印刷配線
板１７に接続されている。インクの供給は、インクリザ
ーバ２３からフレキシブルチューブ２１によって行なわ
れている。

【００２３】印字ヘッド１１に駆動信号が印加されると
、印字ヘッドからインク滴が吐出して、ヘッドに対向配
置されたプラテン１８上の記録紙１９に記録が行なわれ
る。非印字時には、セラミック発熱体１３への通電は行
なわれず、印字時にサーミスタ１４の出力が所定の値と
なるように、電力制御回路によって設定された電力がセ
ラミック発熱体１３に供給される。印字時には、記録に
伴う印字ヘッド１１の発熱を、サーミスタ１４が温度変
化として検出する。検出温度が規定されたレベルを越え
ると、セラミック発熱体１３への電力供給を遮断し、検
出温度がほぼ一定になるように制御される。

【００２４】図８は、実施例における印字ヘッド１の温
度と、ヒートシンク５の温度との関係を示す線図である
。点線は、ヒートシンク導電性基板１２の温度、すなわ
ち、サーミスタ１４の出力を示し、実線は、印字ヘッド
１１の内部温度を示している。図３との対比から明らか
なように、制御の時間遅れが小さくなり、小刻みな電力
供給制御が行なわれ、印字ヘッド１１の内部の温度変化
を、従来より充分小さくでき、安定した温度制御が実現
できた。

【００２５】この実施例の印字ヘッドでは、印字ヘッド
１１の温度が１℃増すごとに、印字ドットの大きさが、
直径で約１％大きくなる。したがって、特に、グラフィ
ック画像において良好な記録を行なうには、印字ヘッド
１１の温度変動を、±５℃以下にすることが望ましい。

【００２６】この実施例に用いたインクジェット記録装
置で、従来の温度制御装置を設けた場合には、Ａ３幅を
ベタ黒印字した場合に、印字ヘッド１１の蓄熱による温
度上昇によって、印字ドットの大きさが、走査終了直前
で、通常より約２０％大きくなっており、濃度変化の原
因となっていた。本発明の温度制御装置を用いた場合に
は、ドットの大きさの変動が±３％以下になり、濃度変
化の小さい良好な記録を行なうことができた。

【００２７】温度制御用の発熱素子は、実施例で説明し
たセラミック発熱体に限定されるものではなく、使用温
度領域で温度の上昇とともに抵抗値が低くなるものであ
れば、他の発熱抵抗体を使用できる。

【００２８】発熱抵抗体を１つの基板上に複数設け、各
々独立して通電制御を行なうことができる。ラインヘッ
ドなど印字幅が広く、マルチノズルの場合の配列方向の
温度分布が無視できない印字ヘッドにおいては、任意の
印字幅ごとに上述したような温度検出手段、温度制御用
発熱素子、電力制御回路を設け、各印字幅領域を独立し
て制御することにより、より均一な温度制御を行なうこ
とができる。

【００２９】

【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、印字信号による印字ヘッドの内部に蓄積され
る熱エネルギーを含めて温度制御ができるので、印字ヘ
ッドの内部の温度変化を、従来より充分小さくでき、イ
ンクの温度を安定した状態で印字できるサーマルインク
ジェット記録装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルインクジェット記録装置の一
実施例の概略構成図である。

【図２】従来のサーマルインクジェット記録装置の温度
制御装置の概略構成図である。

【図３】従来例の印字ヘッドにおける温度変化を示す線
図である。

【図４】従来例のセラミック発熱体による加熱手段の説
明図である。

【図５】本発明の実施例のセラミック発熱体の温度特性
を示す線図である。

【図６】本発明の作用の説明図である。

【図７】本発明のサーマルインクジェット記録装置の一
実施例の説明図である。

【図８】本発明の実施例の印字ヘッドにおける温度変化
を示す線図である。

【符号の説明】

１　　印字ヘッド ２　　導電性基板 ３　　温度制御用の発熱素子 ４　　温度検出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　印字ヘッドと、印字ヘッド取付用の導
   電性基板と、印字ヘッド近傍の温度を検出する手段と、
   印字ヘッド近傍に設けられた発熱素子と、該発熱素子に
   印加するエネルギーを制御する手段を有するサーマルイ
   ンクジェット記録装置において、前記導電性基板は、前
   記印字ヘッドを構成する基板材料の熱伝導率とほぼ同等
   、あるいは同等以上の熱伝導率を有するものであり、前
   記発熱素子は、少なくとも制御温度範囲内では温度とと
   もに抵抗値が減少する特性の抵抗体であり、かつ、前記
   発熱素子は、前記導電性基板に直付けされ、通電電流を
   前記抵抗体の厚み方向に流すよう電極が配置されている
   ことを特徴とするサーマルインクジェット記録装置。