JPH0584915A - インクジエツト記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録ヘッドの温度調整の立ち上りを早くし、
しかもオーバーシュートやアンダーシュートを少なくし
て常に安定した記録画像や吐出性能を得ることにある。 【構成】 このインクジェット記録装置は、記録ヘッド
１の熱状態を温度センサ１３で検知し、この検知した状
態量とヒータ８，ファン１１の制御量との関係をコント
ローラ１２内にあらかじめ設定した所定の規則とメンバ
シップ関数を用いてファジィ推論している。そして、こ
のファジィ推論の結果得られた制御量に基づいてヒータ
８，ファン１１の加熱／冷却を制御している。

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
置に関し、特に記録ヘッドの温度調整技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、インクジェット記録装置にお
いては、記録ヘッドの温度によってインクの物性等が変
り、記録画像濃度が変動したり、吐出状態が不安定にな
ったりするので、記録ヘッドの温度を所定の温度範囲に
制御することが要請されている。このための温度調整手
段の一例としては、例えば、記録ヘッドの基板上にサー
ミスタなどの温度測定手段を設け、その基板に密着して
取付けたポジスタなどの加熱手段，および記録ヘッドに
風が当たるように設置されたファンなどの冷却手段のオ
ン・オフを制御する装置が既に提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来例では、加熱手段をオン・オフする温度，冷
却手段をオン・オフする温度をそれぞれ設定し、温度検
知手段の検知によってオン・オフを切り換える構成であ
るので、実際には加熱しすぎて温度設定温度を越えてオ
ーバーシュートしたり、冷却しすぎて温度設定温度を下
回ってアンダーシュートしたりして、記録ヘッドの温度
範囲がバラつき、そのために記録画像濃度が大きく変化
したり、吐出特性が不安定になったりするという欠点が
あった。

【０００４】本発明の目的は、上述の点に鑑みて、常に
安定した記録画像や吐出性能を得ることのできるインク
ジェット記録装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、インクを吐出することにより被記録媒体
に情報を記録する記録ヘッドと該記録ヘッドを加熱およ
び冷却の少なくともいずれか一方を行う温度調整手段
と、前記ヘッドの熱状態量を検知する検知手段と、前記
検知手段が検知する前記熱状態量と前記温度調整手段を
制御する制御量の関係をある規則に基づいて関係づける
規則記憶手段と、前記熱状態量と前記制御量をそれぞれ
ファジィ集合で表現したメンバーシップ関数記憶手段
と、前記規則記憶手段に格納されている各前記規則に従
って前記熱状態量の集合に属する度合から前記制御量の
集合に属する度合を算出し、その最も可能性の高い制御
量をファジィ推論するファジィ推論手段と、該ファジィ
推論手段により推論した制御量に基づいて前記温度調整
手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とす
る。

【０００６】また、本発明はその一形態として、前記フ
ァジィ推論手段は、前記検知手段が検知したその時点で
の少なくともひとつの状態量が、各前記規則の前件部の
状態量をファジィ集合で表現した関数に、属する度合を
算出する適合度算出手段、各前記規則の後件部の制御量
をファジィ集合で表現した関数が、前記検知手段が検知
したその時点での状態量に合致する度合を、前述の適合
度算出手段により算出された度合を用いて推論する推論
手段、全ての規則について、前記推論手段で推論された
結果を合成する合成手段、該合成手段により算出された
関数から実際の制御量を算出する制御量算出手段、とに
よって構成されたことを特徴とすることができる。

【０００７】また、本発明は他の形態として、前記記録
ヘッドは、インクを吐出するためのエネルギを発生する
素子として、前記インクに膜沸騰を生じさせる熱エネル
ギを作用するための電気熱変換体を有することを特徴と
することができる。

【０００８】

【作用】本発明では、記録ヘッドの熱状態を検知して、
この検知した状態量と制御量の関係をあらかじめ設定し
た所定の規則とメンバーシップ関数を用いてファジィ推
論し、この結果得られた制御量に基づいて加熱手段や冷
却手段を制御するようにしているので、温度調整の立ち
上がりを早くし、しかもオーバーシュートやアンダーシ
ュートを少なくして常に安定した記録画像や吐出性能を
得ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１０】（第１の実施例）図１は、本発明の一実施
例によるインクジェット記録装置の要部構成を模式的に
示す。図１において、インクジェット記録ヘッド１と、
この記録ヘッドを支持する支持部材２と、インク室形成
部材５とを組み付けることにより、記録ヘッドユニット
１０が構成されている。この記録ヘッドユニット１０
に、ヒートパイプ６が固定されている。前記記録ヘッド
ユニット１０およびヒートパイプ６は、一体化されて、
装置本体に取り付けられている。

【００１１】上記記録ヘッド１は、熱エネルギを利用し
てインクを吐出する記録ヘッドであって、熱エネルギを
発生するための電気熱変換体を備えたものである。ま
た、インクジェット記録ヘッド１は、その電気熱変換体
によって印加される熱エネルギにより生じる膜沸騰によ
る気泡の成長によって、吐出口よりインクを吐出させ、
記録を行なう。

【００１２】また、９は、記録ヘッドユニット１０の吐
出口面（吐出口が形成されたフェイス面）に沿って、不
図示の搬送手段により矢印Ａ方向に送られるシート状の
用紙またはプラスチック薄板等の被記録材である。１１
はフィン７を介してヒートパイプ６を冷却するためのフ
ァン、１２はヒータ８およびファン１１のオン・オフを
制御するコントローラ、１３はヒートパイプ６と支持部
材２との間に設けられた温度センサ（温度検出手段）で
ある。

【００１３】以上の構成において、記録動作開始のスイ
ッチがオンにされると、まず、温度センサ１３によって
支持部材２の温度が検出される。コントローラ１２は、
この検出温度が記録動作時に維持されるべき所定の温度
（以下、規定温度と称する）より低い場合には、ヒータ
８をオンにし、支持部材２を加熱する。その場合、ヒー
トパイプ６の支持部材２との接着面側は、いわゆる凝縮
部となり、ヒータ８からの加熱で蒸発したヒートパイプ
６内の作動液体が均一に広がってこの凝縮部に凝縮し、
均一に潜熱を放出するので、支持部材２は均一な熱流束
を受け、均一に温度上昇する。

【００１４】支持部材２が規定温度に制御されると、不
図示の回復手段により、インク吐出口内部のインクの吐
出調整が行なわれ、被記録材９が本図の矢印Ａ方向に搬
送される。被記録材９が記録ヘッドユニット１０の吐出
口面に対面する位置に導かれると、液路内のインクに画
像信号に応じた熱エネルギが供給され、吐出口から吐出
される液滴によって記録が行なわれる。

【００１５】記録の進行に供ない、インクに供給された
熱エネルギのうち記録ヘッド１に残留した熱により、記
録ヘッド１の温度が上昇し、支持部材２の温度も上昇す
る。温度センサ１３の検出温度が基準温度からの許容範
囲を越えると、コントローラ１２によってファン１１が
駆動され、フィン７に風を当て、ヒートパイプ６を介し
て記録ヘッド１の放熱が開始される。なお、この場合、
ヒートパイプ６の支持部材２との接触面が蒸発部とな
り、支持部材２からの熱流束の流入が大きい部分からは
多くの作動液体が蒸発し、熱流束の流入が小さい部分か
らは少量の作動液体が蒸発し、それぞれの蒸発量に応じ
て、多くの熱量、少量の熱量を奪い蒸気となる。また、
全く熱流束の流入がない部分に対しては、一旦蒸気とな
った作動流体が凝縮し、潜熱を出し、熱量を供給する。

【００１６】蒸気部分にはほとんど熱抵抗が無く、熱の
移動が瞬時に行なわれるため、蒸発部の作動液体と蒸発
部の界面温度の均一化は瞬間的に行なわれ、ヒートパイ
プ６に流入する熱流束にムラがある場合でも、この界面
温度はほぼ均一に保持される。したがって、記録信号に
応じて、位置ムラのある熱流束が支持部材２に流入して
も、ヒートパイプ６の内部の温度均一化の作用によっ
て、支持部材２をほぼ均一な温度に保つことができる。
上記界面温度を均一化してもなおあり余る熱量は、瞬時
にフィン７の部分へ伝導され、ここで凝縮し、熱量を発
生し、発生した熱量はフィン７を介してファン１１から
送られる空気流に伝達され、空気中に放出される。

【００１７】次に、上記のコントローラ１２が実行する
本発明実施例の加熱・冷却制御の動作例について述べ
る。

【００１８】この制御を行なう際の状態量として、 加熱手段であるヒートパイプ６をオンした時の加熱速
度（例えば、℃／ｓｅｃで表される） 現在の記録ヘッド１の温度と目標値（温度）との温度
差の２つの状態量を用いる。また、この制御を行なう際
の制御量として、 加熱手段であるヒートパイプ６の加熱強度（例えば、
Ｗで表される）を用いる。

【００１９】図２には上記，の状態量およびの制
御量のメンバシップ関数とよばれるファジィ集合を示
す。次にこれを説明する。図２に示すように、加熱速
度，温度差分，加熱強度をそれぞれ大きくいくつかの集
合に分ける。例えば、加熱速度の場合には図２のに示
す加熱速度のメンバシップ関数のように、集合をＶＬ：
速度が遅い，ＶＭ：速度が中くらい，ＶＨ：速度が速い
とする。例えば、加熱測度が０．３℃／ｓｅｃのときは
ＶＬ，ＶＭ，ＶＨの集合に属する割合はそれぞれ０，
０．５，０．５である。

【００２０】図２の，はそれぞれ温度差分，加熱強
度についてのメンバシップ関数である。次に、加熱速度
と温度差分の状態量から加熱強度の制御量を算出する手
順を説明する。例えば、本例では次のようなファジィル
ールを用いる。

【００２１】（ルール１） Ｉｆ加熱速度＝ＶＨ ａｎｄ 温度差分＝ＴＭ ｔｈｅ
ｎ 加熱強度＝ＰＬ （ファジィ集合がＶＨとＴＭに属するときはＰＬとする
の意味） （ルール２） Ｉｆ加熱速度＝ＶＭ ａｎｄ 温度差分＝ＴＭ ｔｈｅ
ｎ 加熱強度＝ＰＭ （ファジィ集合がＶＭとＴＭに属するときはＰＭとする
の意味） このように、ファジィルールを必要に応じて設定する。
この場合のファジィルールを図３に示す。

【００２２】図４は上記の（ルール１）と（ルール２）
を用いて、ファジィ推論により加熱強度を算出する一例
を示す。一例として、加熱速度＝ｘ，温度差分＝ｙとし
た場合を考える。

【００２３】（ルール１）では加熱速度のメンバシップ
関数により入力ｘに対してμｘの度合でＶＨの集合に含
まれ、温度差分のメンバシップ関数により入力ｙに対し
てμｙの度合でＴＭの集合に含まれる。その後、μｘと
μｙの最小値をとり、その値がルール１の条件部が満た
される度合とする。その値と加熱強度のメンバシップ関
数との最小値（ＭＩＮ）演算をとると、Ｓの斜線部で示
す台形となる。

【００２４】（ルール２）においても同様の計算を行な
い、Ｔの斜線部で示す台形が出てくる。

【００２５】次に、集合Ｓと集合Ｔの最大値をとり、Ｖ
の斜線で示す新たな集合を作成する。

【００２６】さらに、この集合の左右の面積が等しくな
るような中心線をひき、得られた中心線の値をファジィ
推論により得られた加熱強度と設定する。

【００２７】同様のことを図３で示したファジィルール
について行なう。

【００２８】記録ヘッド１として、前述したような電気
熱変換体（不図示）によって印加される熱エネルギによ
り生じる膜沸騰による気泡の成長によって吐出口からイ
ンクを吐出させるインクジェット記録ヘッドを採用した
場合には、加熱手段として上記電気熱変換体に短パルス
を与える方法を採用することによって、より簡便で精度
高い温度調整を達成することができる。このように、記
録ヘッド１内の電気熱変換体によって記録ヘッドを加熱
することは例えば本願出願人の提案による特開昭６１−
１４６５５３号公報に記載されている。

【００２９】（第２の実施例）上述の本発明の第１の実
施例では、制御量として加熱手段の加熱強度の制御量を
示したが、本発明はこれに限られるものではなく、冷却
手段の一例であるファン１１の風量の制御量についても
適用できる。その場合のメンバシップ関数は図５に示す
ようになり、ファジィルールは図６に示すようになる。
ここで、ＶＬ，ＶＭ，ＶＨは冷却速度のファジィ集合、
ＴＬ，ＴＭ，ＴＨは温度差分のファジィ集合、ＦＬ，Ｆ
Ｍ，ＦＨはファン風速のファジィ集合である。ファジィ
推論方法は第１の実施例で前述したのと同様であるので
省略する。

【００３０】（第３の実施例）上述の本発明の第１の実
施例では、状態量として加熱速度と温度差分を示した
が、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、室
温，印字デューティ等の状態量を計測する計測手段を備
え、計測したこれらの状態量に応じて記録ヘッドの温度
制御をするようにしてもよい。

【００３１】（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。

【００３２】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
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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、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を用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００３７】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各記録モード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。

【００３８】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
くは液化するものを用いてもよく、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を用いてもよ
い。加えて、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
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。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、熱エネルギの付与
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６０−７
１２６０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。

【００３９】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。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ファジィ推論を用いているので、温度調整の立ち上りを
早くし、しかもオーバーシュートやアンダーシュートを
少なくすることができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能なインクジェット記録装置の
要部構成を示す模式的斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例のメンバシップ関数を示
す線図である。

【図３】本発明の第１の実施例のファジィルールを示す
図である。

【図４】本発明の第１の実施例の図３のルールを用いて
ファジィ推論により加熱強度を算出する一例を示す線図
である。

【図５】本発明の第２の実施例のメンバシップ関数を示
す線図である。

【図６】本発明の第２の実施例のファジィルールを示す
図である。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド ２ 支持部材 ５ インク室 ６ ヒートパイプ ７ フィン ９ 被記録材 １０ 記録ヘッドユニット １１ ファン １２ コントローラ １３ 温度センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 29/00 29/377 9012−2Ｃ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０４ Ｆ 8804−2Ｃ 29/00 Ｇ 8804−2Ｃ Ｐ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出することにより被記録媒体
   に情報を記録する記録ヘッドと該記録ヘッドを加熱およ
   び冷却の少なくともいずれか一方を行う温度調整手段
   と、 前記ヘッドの熱状態量を検知する検知手段と、 前記検知手段が検知する前記熱状態量と前記温度調整手
   段を制御する制御量の関係をある規則に基づいて関係づ
   ける規則記憶手段と、 前記熱状態量と前記制御量をそれぞれファジィ集合で表
   現したメンバーシップ関数記憶手段と、 前記規則記憶手段に格納されている各前記規則に従って
   前記熱状態量の集合に属する度合から前記制御量の集合
   に属する度合を算出し、その最も可能性の高い制御量を
   ファジィ推論するファジィ推論手段と、 該ファジィ推論手段により推論した制御量に基づいて前
   記温度調整手段を制御する制御手段とを具備することを
   特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記ファジィ推論手段は、前記検知手段
   が検知したその時点での少なくともひとつの状態量が、
   各前記規則の前件部の状態量をファジィ集合で表現した
   関数に、属する度合を算出する適合度算出手段、 各前記規則の後件部の制御量をファジィ集合で表現した
   関数が、前記検知手段が検知したその時点での状態量に
   合致する度合を、前述の適合度算出手段により算出され
   た度合を用いて推論する推論手段、 全ての規則について、前記推論手段で推論された結果を
   合成する合成手段、 該合成手段により算出された関数から実際の制御量を算
   出する制御量算出手段、 とによって構成された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. 【請求項３】 前記記録ヘッドは、インクを吐出するた
   めのエネルギを発生する素子として、前記インクに膜沸
   騰を生じさせる熱エネルギを作用するための電気熱変換
   体を有す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。