JPH08108532A

JPH08108532A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH08108532A
Application number: JP24520194A
Authority: JP
Inventors: Mineo Kaneko; 峰夫金子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】低温環境下においても、不吐出などの故障な
く、また、フィルタ詰まりやインク量の減少など、従来
記録不可能な状況でも記録が可能なインクジェット記録
装置を提供する。【構成】温度センサ５およびインク流路の圧力を検出
する圧力センサのうち少なくとも一方を記録ヘッドに配
置し、その出力によって記録シーケンスを変更する。例
えば低温または負圧の増大のうち少なくとも一方を検出
することにより、記録ドットを間引くようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを噴射して記録
媒体上に記録を行なうインクジェット記録装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の記録装置の記録方式とし
ては、ワイヤドット、熱転写、電子写真、インクジェッ
トなどの方式が知られている。中でも、インクジェット
は、装置の小型化が容易であること、高速、高品位、低
ランニングコストなどの特徴があり、近年、特に急速に
普及している。なかんづく、電池駆動を可能にし、小
型、軽量で携帯性に優れるノートプリンタの分野では、
インクジェットが圧倒的に優位を占めている。

【０００３】図７は従来の据置型インクジェットプリン
タの一般的な構造を示す構成図であり、図８（ａ），
（ｂ）は、ノートプリンタに用いられる一般的なインク
ジェットヘッドの構造を示す斜視図および断面図であ
る。図から明らかなように、インクを収容するインクカ
ートリッジ型のインクタンクより、ジョイント、供給チ
ューブ、フィルタを通して、記録ヘッドのインクを吐出
するノズルへとインクが導かれている。各ノズルへのイ
ンクの供給は、ノズルの吐出口での表面張力によって行
なわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来例では、以下のような欠点があった。すなわち、イ
ンクの粘度は温度が下がると増大するため、低温下では
インク流路の流抵抗が増大し、ノズルへのインク供給が
阻害され、インクが吐出しにくくなる。流抵抗は、流量
に比例し、流路の断面積に反比例するため、例えば、高
速印字を行なうためにマルチノズル化したり、吐出周波
数を高くしたりすると、流量が増大し、流抵抗が増大、
低温下での印字はますます困難になる。また、高解像度
の印字を得るために、ノズルを微細化すると、より微小
なゴミを除去するため、より細かいフィルタが必要にな
り、同様に流抵抗は増大する。また、特公平１−１２６
７５号公報に示されるような、各色用のヘッドがコンパ
クトに一体化された記録ヘッドを用いようとすると、ノ
ズル部へ、各色のインクを供給するため、インク流路の
本数が増え、流路の断面積が小さくなる。

【０００５】上記のように、インクジェットプリンター
において、高性能化を計ろうとするとき、低温での使用
が問題となってくる。一方では、ノートプリンタの小
型、軽量化により、プリンタの使用環境は従来より広が
る傾向にあり、温度範囲においても、従来より広い温度
幅で使用できる必要がある。

【０００６】上記の問題を解決する手段として、例え
ば、インクタンク、インク流路をヒータなどにより保温
する方法があるが、この方法では消費電力が増大し、電
池駆動が必要とされるノートプリンタには不向きであ
る。また、粘度の低いインク、温度による粘度変化の少
ないインクを使用する方法もあるが、溶媒組成が限られ
てしまい、印字品位などの面で充分な結果が得られな
い。

【０００７】また、別の問題として、常温で使用する場
合でも、長期の使用により、フィルタ部にゴミが堆積し
て流抵抗が増大するという問題がある。また、低コスト
のインクタンクとして、ＵＳＰ４７７１２９５に示され
るようなインクタンクを使用した場合、インク残量が減
るにしたがってタンクの負圧が増大し、インクを最後ま
で使用できない、という問題があった。

【０００８】上述の問題点を、図９を用いてさらに補足
して説明する。図９（ａ）において、液滴吐出後に形成
されたメニスカスは、その表面張力により、時間ととも
にノズル先端へと戻っていく。ノズル先端に戻ったとき
に、再び吐出エネルギーを加えるのが好適な駆動法であ
り、ノズル先端へ戻るまでの時間の逆数が応答周波数で
あり、通常１〜１０ｋＨｚである。メニスカスの戻る速
度は図９（ｂ）のように、メニスカスに加わる圧力によ
って影響され、応答周波数もそれにつれて変化する。図
９（ｃ）このときの圧力はＰ＝Ａ・μ・Ｖ＋Ｐ₀ で表わ
される。μは液体の粘度、Ｖは流速、Ａはノズルの形状
で決まる値であり、Ｐ₀ はノズル後方の静圧である。上
式からわかるように、圧力Ｐは粘度μに比例する（図９
（ｄ）。また、液体粘度は一般的に図９（ｅ）のように
低温で急激に増加する。このように、応答周波数は温
度、流抵抗、ノズル後方の静圧により変化する。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明のイン
クジェット記録装置は、温度センサおよびインク流路の
圧力を検出する圧力センサのうち少なくとも一方を記録
ヘッドに配置し、その出力によって記録シーケンスを変
更する。

【００１０】インクジェット記録装置に温度センサおよ
びインク流路と連通した圧力センサのいずれか一方ある
いは両方を設け、その出力によって記録シーケンスを変
更することにより、低温環境や、フィルタつまり、イン
ク残量の減少など、従来、記録が困難であった状況での
記録を可能にする。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１（ａ）は本発明のインクジェット記録
装置の第１の実施例のキャリッジの近辺を示す構成図、
図１（ｂ）は図１（ａ）のキャリッジに接続された回路
を示すブロック図、図２は図１で示された実施例の動作
を示すフローチャートである。

【００１２】図１（ａ），（ｂ）において、１はインク
タンクと記録ヘッドとが一体化されたインクカートリッ
ジ、２はインクカートリッジ１を搭載するキャリッジ、
３はインクカートリッジ１と接続されて、インクカート
リッジ１に電気信号を送るフレキシブル基板（以降、フ
レキ基板と記す）、４はフレキ基板３を固定するフレキ
基板押え、５はフレキ基板３の上に設けられた温度検知
素子（例えばサーミスタ）である。また、温度検知素子
５の出力はＡ／Ｄコンバータ６によりデジタルデータに
変換されＣＰＵ８に渡される。ＣＰＵ８は、Ａ／Ｄコン
バータ６からのデジタルデータをＲＯＭ７に格納された
テーブルのデータと比較する。

【００１３】図１の実施例の動作について図２を参照し
て説明する。印字命令が送られてくると（ステップＳ
１）、ＣＰＵ８は温度検知素子５の出力Ｔ₁を読み取り
（ステップＳ２）、ＲＯＭ７のテーブルの値Ｔ₀と比較
し大小の判断をする（ステップＳ３）。Ｔ₁≧Ｔ₀であれ
ば、そのまま印字を行ない（ステップＳ５）、Ｔ₁＜Ｔ₀
であれば、印字モードを変更する（ステップＳ４）。こ
のときの印字モードとしては、単位時間内に打ち込むド
ット数を減らすようなモードを選択する。例えば、ドッ
トの置かれるべき格子点のうち、偶数番（または奇数
番）のドットしか印字しない。この場合、印字濃度は下
がるがスループットは変わらない、というメリットがあ
る。また、このとき、１行の走査を２回に分け、１回目
で偶数番（奇数番）、２回目で奇数番（偶数番）のドッ
トを印字する方法もある。この場合、スループットは落
ちるが、印字濃度は変わらないというメリットがある。
また、別の例としては、キャリッジの移動速度を遅くし
て、インクの吐出周波数もそれに同期して下げることに
より、印字スピードは落ちるが印字濃度は変わらない、
という方法もある。

【００１４】次に本発明の第２の実施例について図３を
参照して説明する。図３において、２６はインクを加熱
して吐出するための発熱素子群、２７は発熱素子近傍の
温度をコントロールするための保温ヒータ、２８は発熱
素子近傍の温度を検知する温度センサである。また、２
９は発熱素子群２６、保温ヒータ２７、温度センサ２８
が形成されている基板である。この場合、発熱素子群２
６、保温ヒータ２７、温度センサ２８は、薄膜工程によ
り基板上に順次あるいは同時に形成されたものであれ
ば、コスト、信頼性の面で好ましい。

【００１５】図３の実施例の動作について図４を参照し
て説明する。印字命令が送られると（ステップＳ１
１）、保温ヒータ２７を一定時間（ｎ秒）加熱する（ス
テップＳ１２）。加熱終了直後に温度センサにより温度
を測定（Ｔ₁ ）し（ステップＳ１３）、さらに、一定時
間（ｍ秒）経過後（ステップＳ１４）、温度を測定（Ｔ
₂）する（ステップＳ１５）。加熱終了後は放熱により
温度は指数的に下がるので、Ｔ₁ とＴ₂ を知ることによ
り、プリンタ内部の温度Ｔ₃ を求める（ステップＳ１
６）。この場合、Ｔ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ の関係はＲＯＭ内に
テーブルとして格納されている。次にＴ₃ とＴ₀ を比較
する（ステップＳ１７）。Ｔ₃ ＞Ｔ₀ であればそのま
ま、印字を行ない（ステップＳ１９）、Ｔ₃ ＜Ｔ₀ であ
れば印字モードを変更し（ステップＳ１８）、ステップ
Ｓ１９に移行し印字を行なう。この場合、印字モードは
第１の実施例と同様である。この方法を用いれば、ヘッ
ド温度をコントロールするために通常設けられている、
保温ヒータと温度センサを用いることにより、新たな部
品を加えることなく、ソフトウェアの変更だけで実施可
能であり、保温ヒータでは十分昇温できないような低温
でも印字をかのうとする。

【００１６】また、記録ヘッドの熱容量により、保温ヒ
ータによる昇温に時間を要するような場合でも、ただち
に印字を可能にする。さらには、前述の加熱ステップ
を、記録素子に所定数のパルスを投入することによって
行なってもよい。このとき、記録素子に与えるパルス幅
は、測定に必要な温度変化を得るために、適当に選んで
よい。すなわち、記録時と同等かやや長いパルスを与え
て、ノズルの先端の乾燥によって高粘度化したインクを
吐出することを兼ねてもよい。インクの消費を防ぐため
に、記録時により短いパルスを与えてもよく、また、そ
の２つを組み合せてもよい。

【００１７】本発明の第３の実施例について図５を参照
して説明する。図５において示されているのは、各ノズ
ルよりカラーインクを吐出してカラー記録を行なうカラ
ー一体型記録ヘッドであり、１０は印字ヘッド、１１，
１２，１３，１４は、それぞれブラック、シアン、マゼ
ンタ、イエローのインクを貯蔵するインクカートリッ
ジ、１５は各カートリッジから各色のインクを各色のノ
ズル１６Ｂｋ，１６Ｃ，１６Ｍ，１６Ｙへ導く供給部
材、２はヘッドおよびインクカートリッジを搭載するた
めのキャリッジ、１８は各記録ノズルに対応した記録素
子に記録信号を送るためのトランジスタとシフトレジス
タを搭載したＰＣＢ基板、１９Ｂｋ，１９Ｃ，１９Ｍ，
１９Ｙはキャリッジ２の上に設けられ、供給部材内の各
色のインク流路とそれぞれ連通した圧力センサであり、
３はヘッドへの信号伝達および圧力センサの出力伝達の
ためのフレキ基板である。ここでは、圧力センサは例え
ばダイヤフラムであり、所定の負圧により出力がオフに
なるようになっている。

【００１８】図５の実施例の動作について図６を参照し
て説明する。印字命令が送られてくると（ステップＳ２
１）、一定時間（ｎ秒間）テスト吐出を行なう（ステッ
プＳ２２）。吐出が行なわれている間に圧力センサ１９
Ｂｋ，１９Ｃ，１９Ｍ，１９Ｙの出力を見る（ステップ
Ｓ２３）。各圧力センサ１９Ｂｋ，１９Ｃ，１９Ｍ，１
９Ｙは、流路内の負圧が設定値を超えると、出力がオフ
になるよう選ばれている。次に出力が全てオンであるか
否か判断する（ステップＳ２４）。もし、出力が全てオ
ンであれば、テスト吐出を終了し（ステップＳ２５）、
そのまま印字を行ない（ステップＳ２７）、１つでもオ
フであれば、テスト吐出を終了し（ステップＳ２５）、
印字モードを変更し（ステップＳ２６）、ステップＳ２
７の印字を行なう。印字モードは第１の実施例と同様で
ある。

【００１９】本実施例で、圧力センサとインク流路の接
続位置は、記録ノズルとフィルタの間で、なるべくノズ
ルに近い位置が好ましい。本実施例によれば、温度低下
による負圧の増大のみならず、フィルタ詰まりやインク
残量の減少によるタンク負圧の増大にも対応できる。ま
た、第１，第２の実施例を組み合わせてもよい。

【００２０】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも熱エネルギーを利用して飛翔的液滴を形成し、記
録を行うインク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。

【００２１】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。この方式はいわゆるオンデマンド
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一つの駆動信号
を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギー
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、少なくとも一つの滴を形成する。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。

【００２２】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。

【００２３】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
の組み合わせ構成（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。

【００２４】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ー
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号公報に基づいた構成
としても本発明は有効である。

【００２５】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わ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が、本発明は、上述した効果を
一層有効に発揮することができる。

【００２６】加えて、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。

【００２７】また、本発明の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、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこ
れとは別の加熱素子あるい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う予備吐出モード
を行うことも安定した記録を行うために有効である。

【００２８】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを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を組み合わせによってで
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。

【００２９】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、室温で軟化するもの、もしくは
液体であるもの、あるいは上述の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。

【００３０】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
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
ギー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ーの記録信号
に応じた付与によってインクが液化し、液状インクとし
て吐出するものや、記録媒体に到達する時点では既に固
化し始めるもの等のような、熱エネルギーによって初め
て液化する性質のインクの使用も本発明には適用可能で
ある。このような場合インクは、特開昭５４−５６８４
７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ま
た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。

【００３１】さらに加えて、本発明に係る記録装置の形
態としては、ワードプロセッサやコンピュータ等の情報
処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けら
れるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、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
ものであっても良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、低温環境下においても、不吐出などの故障な
く印字を可能にできる効果がある。さらに、フィルタ詰
まりやインク量の減少など、従来記録不可能な状況にあ
っても記録を可能にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のインクジェット記録装置の第
１の実施例を示す斜視図であって、キャリッジ付近を示
している。（ｂ）は（ａ）に接続された回路を示すブロ
ック図である。

【図２】図１で示された実施例の動作を示すフローチャ
ートである。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】図３の実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】（ａ）は本発明の第３の実施例に用いられる記
録ヘッドを示す後方斜視図である。（ｂ）は（ａ）の流
体的結合を示す図である。（ｃ）は（ａ）を前面より見
た図である。

【図６】図５の実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】従来の据置型インクジェットプリンタの一般的
な構造を示す構成図である。

【図８】（ａ）はノートプリンタに用いられる一般的な
インクジェットヘッドの構造を示す斜視図である。
（ｂ）は（ａ）の断面図である。

【図９】（ａ）〜（ｅ）は従来例の問題点を示す図であ
る。

【符号の説明】

１一体型インクカートリッジ２キャリッジ３フレキ基板４フレキ押え５温度検知素子６発熱素子群７保温ヒータ８温度センサ９基板１０ヘッド１１インクカートリッジＢｋ１２インクカートリッジＹ，Ｍ，Ｃ１３供給部材１４ＰＣＢ基板１５圧力センサ１６Ｂｋ，１６Ｃ，１６Ｍ，１６Ｙノズル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 2/12 2/125 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｂ１０４Ｆ１０４Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出して記録を行なうインクジ
ェット記録装置において、温度センサおよびインク流路の圧力を検出する圧力セン
サのうち少なくとも一方を記録ヘッドに配置し、その出
力によって記録シーケンスを変更することを特徴とする
インクジェット記録装置。
【請求項２】低温または負圧の増大のうち少なくとも
一方を検出することにより、記録ドットを間引く請求項
１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】低温または負圧の増大の少なくとも一方
を検知することにより、１行の記録を２度に分けて行な
い、２度目の記録は１度目で記録されない部分の記録を
行なう請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】低温または負圧の増大のうち少なくとも
一方を検出することにより、記録周波数を下げて記録を
行なう請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】前記記録ヘッドは、熱エネルギーを利用
して吐出口からインクを吐出させるものであって、熱エ
ネルギーを発生させる手段として電気熱変換体を有して
いる請求項１ないし４のいずれか１項に記載のインクジ
ェット記録装置。