JPH04284255A - 液体噴射記録装置 - 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、電気熱変換体への通電
によって液体を加熱・発泡させるインクジェット方式の
液体噴射記録装置に関するものである。

【０００２】更に詳述すれば、本発明は特に高地，海底
，宇宙船内や月面など地上と大きく気圧の異なる場所に
おいても良好な記録を行なうことのできるインクジェッ
ト式液体噴射記録装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】インクジェット方式の液体噴射記録装置
においては、印字品位・耐久性などの観点から、電気熱
変換体への印加電圧Ｖｏｐは、同じ電圧波形を用いて気
泡を発生させるための最小電圧（しきい値電圧）Ｖｔｈ
の１．０２〜１．３倍であることが望ましいとされてい
る（松本他：特開昭５８−１５７１号公報）。

【０００４】ここで、上述したＶｏｐの値は、設計時に
定められたＶｔｈまた実測されたＶｔｈに基づいて工場
出荷前にあらかじめ設定されるのが普通であるが、保守
作業におけるＶｏｐの再設定の容易化および記録ヘッド
の低コスト化を目的として、Ｖｏｐを適切な値に調整す
る機構を有する装置も開示されている。すなわち、小泉
：特開昭６０−２０６６６０号公報には、液滴の飛翔状
態を検知することによってＶｏｐを適切な値に設定する
ようにした装置が開示されており、小泉：特開昭６０−
２０６６６１号公報には、気泡の発生を検知することに
よってＶｔｈを知り、その値に基いてＶｏｐを適切な値
に設定するようにした装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
ではＶｔｈあるいは適切なＶｏｐの値は装置に固有の値
と考えており、使用環境の変化、特に気圧変化に対して
充分な配慮がなされているとはいえない。

【０００６】また、装置ごとにあらかじめＶｏｐを適切
に設定しておいたとしても、地上とは著しく気圧の異な
る場所、例えば高地，海底，宇宙船内あるいは月面上な
どでは適切なＶｏｐの範囲から外れてしまう可能性があ
る。

【０００７】さらに、特開昭６０−２０６６６０号公報
または特開昭６０−２０６６６１号公報に述べられてい
るようにＶｏｐを再設定するとしても、気圧変動に応じ
て逐次電圧を変化させながら液滴の吐出状態や発泡状態
を検知していたのでは、記録速度上問題がある。

【０００８】よって、本発明の目的は上述の点に鑑み、
周囲の気圧変動による記録不良を防止した液体噴射記録
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、液体を吐出さ
せるために設けられた吐出口に連通し、液体を該吐出口
に導くための流路と、前記流路内の液体を加熱する電気
熱変換体と、前記電気熱変換体に電圧を印加する手段と
、周囲の気圧を検知する手段と、前記電気熱変換体に印
加する電圧波形を、前記気圧に応じて変化させる制御手
段とを具備したものである。

【００１０】またその他の本発明は、液体を吐出させる
ために設けられた吐出口に連通し、液体を該吐出口に導
くための流路と、前記流路内の液体を加熱する電気熱変
換体と、前記電気熱変換体に電圧を印加する手段と、周
囲の気圧および気温を検知する手段と、前記電気熱変換
体に印加する電圧波形を、前記気圧および前記気温に応
じて変化させる制御手段とを具備したものである。

【００１１】

【作用】本発明においては、気圧の検知手段を設け、検
知された気圧に応じて、電気熱変換体に印加する電圧波
形を可変に設定できるようにすることにより、気圧の変
化による記録不良を防ぐことが可能となる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を説明するに先立ち、本発明
の理論的根拠となる原理をまず以下に説明していく。

【００１３】気泡の圧力は発泡時においては極めて大き
な値をとるが、その後急激に低下するので、インパルス
として扱うことができる。

【００１４】発泡インパルスによって液体に与えられる
運動エネルギーをＷとし、気泡が最大に達したときの運
動エネルギーおよび表面エネルギーを無視し、インパル
ス終了から気泡が最大になるまでの過程に対してエネル
ギー保存則を適用すると、

【００１５】

【数１】

【００１６】が成立つ。ここにＶは気泡の体積，Ｖｏは
インパルス終了直後の気泡体積，Ｖｍａｘは気泡が最大
に達したときの体積，Ｐａｍｂは気圧，Ｐｂｕｂは気泡
の圧力である。

【００１７】ここで、

【００１８】

【数２】Ｖｏ≪Ｖｍａｘ

【００１９】

【数３】

【００２０】であることを用いると、

【００２１】

【数４】

【００２２】となる。ここに、Ｐｓａｔ（Ｔ）は温度Ｔ
における液体の飽和蒸気圧である。

【００２３】上述した数式４より、

【００２４】

【数５】

【００２５】であるから、気圧Ｐａｍｂが変化してもＶ
ｍａｘが一定になるようにするためには、

【００２６】

【数６】Ｗ∝Ｐａｍｂ−Ｐｓａｔ（Ｔａｍｂ）になるよ
うにする必要がある。ここで、Ｗは電気熱変換体に対し
て印加するエネルギーＥにほぼ比例すると考えられるの
で、

【００２７】

【数７】Ｅ∝Ｐａｍｂ−Ｐｓａｔ（Ｔａｍｂ）とすれば
、Ｐａｍｂが変化してもＶｍａｘはほぼ一定となる。

【００２８】従って、気圧Ｐａｍｂおよび気温Ｔａｍｂ
を検知し、エネルギーＥを数式７に従って可変に設定す
ることにより、気泡の大きさを一定に制御することがで
きる。

【００２９】また、通常は、

【００３０】

【数８】Ｐｓａｔ（Ｔａｍｂ）≪Ｐａｍｂであるから、
温度検知を省略し、

【００３１】

【数９】Ｅ∝Ｐａｍｂ としても、気泡の大きさをほぼ一定に保つことができる
。

【００３２】図１は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。本実施例では、圧力計１によって気圧Ｐａｍ
ｂを検知し、演算回路２によって所要エネルギーＥを計
算し、波形発生回路３によってパルス波形を生成し、駆
動回路４を介して記録ヘッド５に駆動電圧を供給するよ
うになっている。

【００３３】図２は、図１に示した実施例における駆動
電圧波形を示す。ここでは、Ｐａｍｂの値によってパル
ス幅τｏｐおよび電圧値をＶｏｐを変化させている。

【００３４】電気熱変換体の温度はほぼ

【００３５】

【数１０】Ｖｏｐ２　√ｔ に比例することを考慮し、この数式１０が一定になるよ
うにしてある。ここで、ｔはパルス印加後の時間である
。

【００３６】次の関係式

【００３７】

【数１１】

【００３８】

【数１２】Ｅ∝Ｖｏｐ２　τｏｐ より、

【００３９】

【数１３】Ｅ∝Ｐａｍｂ とするためには、

【００４０】

【数１４】τＯＰ∝Ｐａｍｂ２

【００４１】

【数１５】

【００４２】とするのがよい。

【００４３】図３は、別の電圧波形の例を示しており（
この形は公知）、電圧Ｖｏｐ，パルス幅τｏｐの予熱部
と、それに続く、発泡を引きおこすための短い高電圧パ
ルスから構成されており、気圧Ｐａｍｂに応じてτｏｐ
を変化させる。

【００４４】Ｅはほぼ

【００４５】

【数１６】Ｖｏｐ２　τＯＰ に比例するから、

【００４６】

【数１７】Ｅ∝Ｐａｍｂ とするためには、

【００４７】

【数１８】τＯＰ∝Ｐａｍｂ とするのがよい。

【００４８】図４は本発明を適用した記録装置の斜視図
である。本図において、５は記録ヘッド、６は記録ヘッ
ド保持台、７は記録ヘッド移動ガイド、８はプラテン、
９はきょう体、１０は電源供給線である。

【００４９】また、圧力計１，演算回路２，波形発生回
路３，駆動回路４はきょう体９の中に設けられている。

【００５０】次に、その他の実施例について説明する。

【００５１】図５は、本発明の第２の実施例を示す。本
実施例では、圧力計１によって気圧Ｐａｍｂを検知し、
温度計１１によって気温Ｔａｍｂを検知し、演算回路２
によって所要エネルギーＥを計算し、波形発生回路３に
よってパルス波形を生成し、駆動回路４を介して記録ヘ
ッド５に駆動電圧を供給するようになっている。

【００５２】駆動電圧波形として図２のものを用いる場
合、

【００５３】

【数１９】 τＯＰ∝（Ｐａｍｂ−Ｐｓａｔ（Ｔａｍｂ））２

【００
５４】

【数２０】

【００５５】となるようにし、図３のものを用いる場合
には、

【００５６】

【数２１】τＯＰ∝Ｐａｍｂ−Ｐｓａｔ（Ｔａｍｂ）と
なるように設定するのがよい。

【００５７】（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。

【００５８】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４
３４５２６２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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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、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であればよい。加えて、積極的
に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防
止するか、またはインクの蒸発防止を目的として放置状
態で固化するインクを用いるかして、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
−７１２６０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。

【００６５】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。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
気熱変換体に印加する電圧波形を気圧の変化に応じて可
変とする構成としてあるので、気泡の大きさを一定に制
御することができ、その結果として、高地，海底，宇宙
船内あるいは月面等でも良好な記録を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図である
。

【図２】本発明の一実施例における電圧波形の一例を示
す図である。

【図３】本発明の一実施例における電圧波形の別の例を
示す図である。

【図４】本発明を適用した記録装置の斜視図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。

【符号の説明】

１　　圧力計 ２　　演算回路 ３　　波形発生回路 ４　　駆動回路 ５　　記録ヘッド ６　　記録ヘッド保持台 ７　　記録ヘッド移動ガイド ８　　プラテン ９　　きょう体 １０　　電源供給線 １１　　温度計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液体を吐出させるために設けられた吐
   出口に連通し、液体を該吐出口に導くための流路と、前
   記流路内の液体を加熱する電気熱変換体と、前記電気熱
   変換体に電圧を印加する手段と、周囲の気圧を検知する
   手段と、前記電気熱変換体に印加する電圧波形を、前記
   気圧に応じて変化させる制御手段とを具備したことを特
   徴とする液体噴射記録装置。
2. 【請求項２】　　前記電気熱変換体に供給されるエネル
   ギーＥが前記気圧Ｐａｍｂにほぼ比例するように設定さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射記
   録装置。
3. 【請求項３】　　液体を吐出させるために設けられた吐
   出口に連通し、液体を該吐出口に導くための流路と、前
   記流路内の液体を加熱する電気熱変換体と、前記電気熱
   変換体に電圧を印加する手段と、周囲の気圧および気温
   を検知する手段と、前記電気熱変換体に印加する電圧波
   形を、前記気圧および前記気温に応じて変化させる制御
   手段とを具備したことを特徴とする液体噴射記録装置。
4. 【請求項４】　　前記電気熱変換体に印加されるエネル
   ギーＥが、前記気圧Ｐａｍｂと前記気温Ｔａｍｂにおけ
   る液体の飽和蒸気圧Ｐｓａｔ（Ｔａｍｂ）の差：Ｐａｍ
   ｂ−Ｐｓａｔ（Ｔａｍｂ）にほぼ比例するように設定さ
   れていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射記
   録装置。