JPS609906B2 - インクジェット記録装置のメニスカス破壊防止方法 - Google Patents

インクジェット記録装置のメニスカス破壊防止方法

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JPS609906B2
JPS609906B2 JP3947279A JP3947279A JPS609906B2 JP S609906 B2 JPS609906 B2 JP S609906B2 JP 3947279 A JP3947279 A JP 3947279A JP 3947279 A JP3947279 A JP 3947279A JP S609906 B2 JPS609906 B2 JP S609906B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は記録装置、更に詳しく言えば、記録液体を収容
する液室のオリフィスから記録液体を小液滴として吐出
させ、被記録材に付着させて記録を行なうインクジェッ
ト記録装置のメニスカス破壊防止方法に関する。
このインクジェット記録装置のメニスカス破壊防止方法
においては、これまでにも種々の方法が提案され、各種
の改良が加えられている。
例えば実公昭49一16757号、特公昭51一394
95号、椿公昭53−456略号、持開昭50一110
23び号、樽関昭51一132036号、特関昭51一
128227号、特開昭52−10203y号、等が知
られている。本発明はこれ等の方式とは原理・思想を全
く異にする新規インクジェット記録装置のメニスカス破
壊防止方法を提供するものである。
本発明の主目的は、インクジェット記録装置のメニスカ
ス破壊防止方法において従来技術が解決し得なかった技
術的課題を解決することにある。
更に詳しく言えば、本発明の目的は、高速記録によく適
合すると共に、その際の印字欠損や、印字品位の低下を
起こすことのない、改良されたインクジェット記録装置
のメニスカス破壊防止方法を提供することにある。本発
明の他の目的は、記録液滴が安定した吐出状態を連続的
に維持することのできるインクジェット記録装置のメニ
スカス破壊防止方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明はメニスカスを破壊し
ないように後退させる工夫として熱的信号の立下りが立
上りよりも長い性質を利用したものである。
本発明に係る記録装置のメニスカス破壊防止方法によれ
ば、吐出液滴径の安定化、吐出周期の安定化、吐出周波
数の高速化が可能であり、また構造上極めて簡単であっ
て、微細加工が容易に出来る為に記録ヘッド自体を従来
に較べて格段に小型化し得、又その構造上の単純性と加
工上の容易性とから、高速記録には不可欠なマルチノズ
ル化が極めて容易に実現し得る。
更に被うればマルチノズル化に於いて、その記録ヘッド
の吐出オリフイスの構造を所望に従って任意に設計し得
、従って、記録ヘッドをブロック化して大量生産するこ
とも極めて容易になし得る事、等々顕著な特徴を有する
。さらに記録速度を損わずに、しかも階調画像の記録も
容易に出釆る。以下本発明を図面に従って具体的に詳述
する。
第1図は本発明の記録原理を説明するための図である。
記録ヘッドを構成する先端をノズルに形成した記録液室
壁W内にはもP方向から記録液IKが供給されている。
今オリフィスOFより1の距離の液室WI内の幅△iの
部分において「発熱体日量に電気パルスが与えられると
、該発熱体日亀は温度上昇を開始する。該発熱体日葺が
室W亀の記録液の気化温度以上になると前記発熱体日宵
上に気泡Bが生じる。気泡Bは発熱体HIの温度が上昇
するに従って成長しtその体積を急激に増す。その結果
液室WI内の圧力が急激に高まり、気泡Bによって増大
した体積分だけ△1中に存在していた記録液がオリフィ
スOF方向とその反対方向に急激に移動する。液室W内
の1の部分に存在した記録液の一部はオリフイスOFか
ら吐出される。吐出された記録液は液柱となってオリフ
イスOFにつながっており「気泡Bが最大になった時点
でオリフィスOFから出た液柱はその成長を止めるが液
柱先端はこの時点迄にあたえられた運動エネルギーを蓄
積している。また気泡Bが液室WIの△1部の天井面に
まで衝突した場合はその力がオリフィス側の長手方向へ
方向転換し、その推進力はさらに高められる。次に発熱
体HIに与える電気パルスを切ることにより、発熱体H
Iの温度が徐々に降下する。
温度降下により気泡Bは電気パルスの切れた時点よりや
やおくれて、その体積収縮が始まる。気泡Bの体積収縮
に伴い、△1部分にオリフィスOF側及びP方向から記
録液が補給される。これによってオリフィスOFから成
長した液柱のオリフィスOFに近い部分の記録液は室W
Iに引きもどされる。その結果液柱先端の運動エネルギ
ーとオリフィスOFに近い液柱の運動エネルギーの方向
が逆となり、液柱の先端は分離して記録液滴mとなつて
被記録部材PP方向に飛行して、被記録部材PP上の所
定の位置に付着する。発熱体HI上の気泡Bが消滅する
と室WI内に引きもどされる記録液体積は液室WIの体
積よりも少く、オリフィスOF面より液面(メニスカス
)の後退を起すが「新たな記録液が常にP方向から供給
されているから初期状態に完全に戻る。ここで電気パル
ス切断後は徐々なる熱放散により徐々に気泡Bが収縮し
「徐々にメニスカスが元の状態に復帰する。したがって
メニスカスの破壊、後退し過ぎを未然に防止でき〜次の
吐出を速かに行なわせることができる。オリフィスOF
より吐き出される液滴mの大きさは、作用させる熱エネ
ルギー量、熱エネルギー夕の作用を受ける部分△1の幅
、液室Wの内怪d、オーiフィスOFから発熱体日竃ま
での距離1、液体IKに加えられる圧力等の装置条件、
あるいは液体IKの比熱、熱伝導率、熱膨張係数、粘度
等の材料物性値に依存する。
また上述の発熱体の代0りにレーザ光山Pを瞬間的に照
射しても同様に気泡Bが生成ト消滅して液滴を1個吐き
出す。この場合△1部のHIはしーザパルスLのによる
発熱をより効率良くするための反射板、蓄熱板その他の
用途に用いることが可能であるが、必ずしも必タ要とし
ない。第2図to〜t9は記録液(以後インクと称す)
の吐出過程を示す模式図であり、オリフィスOFとイン
ク室Wと発熱体HIが示され「インク重Kは矢印Pより
供給される。
メニスカス即ちィ0ンクIKと外気との境界面(液面)
をIMで示す。発熱体日竃上に生成した気泡をBとする
。第3図Aは駆動用電気パルスの一例の短形波Eであり
、機軸to〜tgは第2図to〜tg図に対応した時間
を示す。
第3図BのTは発熱体HI夕の温度変化即ち熱的信号の
変化を示す図、第3図Cは気泡Bの体積変化を示す図で
ある。to‘こおいては吐出前の状態が示され「 to
とtlの間tpで電気パルスEが発熱体HIに与えられ
る。tpに示される如く発熱体HIの温度上昇は、電気
パル0スEが与えられると同時に開始される。tlは発
熱体温度がインクの気化温度以上になった状態であり、
気泡Bが出来始め液面IMはオリフィス面より気泡8に
よってインクIKを圧した分に相応してふくらむ状態を
示している。t2では更に気泡Bが生長した状態で液面
IMは更にふくらむ。t3では第3図Aに示す如く電気
パルスEが立ち下り、また第3図Bの如く発熱体HIの
温度が最高に達した時点で更に液面IMはふくらみ、液
柱を形成し始める。t4は第3図Bに示す如く発熱体温
度Tは降下を始めているが、第3図Cに示す如く気泡B
の体積は最高になっており、液面IMは更にふくらんで
液柱を形成している。t5では気泡Bは収縮を始める。
この気泡Bが収縮した分だけ、インク室W内にオリフィ
スOFに近い部分のインクIKが逆に引き込まれる状態
となる。この結果、液面IMは矢印Qの部分にくびれが
生じる。t6では更に気泡Bの収縮が進み、液滴mと液
面IMとに分離を起す。tTでは液滴IDが吐出されて
飛行し、気泡Bは更に収縮をし、液面IM′は更にオリ
フィスOF面に近づく。t8では気泡Bは消滅直前であ
り、液面IMは更に後退し、オリフィスOFより内面に
引き込まれる。t9ではインクIKの供給が行なわれ、
次いでtoの状態に戻る。ここで第3図Bに示すように
、熱的信号Tの立下り時間はその立上り時間に比べて長
いため、この性質を利用してt6〜t9のとき、メニス
カスを破壊しない程度に徐々に後退させることができる
。上記の説明より、発熱体HIに与える電気パルス及び
熱的信号の形状は記録液IKの安定吐出に重要な要素で
あり、また記録液滴分離に際しては気泡の収縮が重要な
ファクターであり、その収縮を電気パルス形状でコント
ロールする事は容易に可能である。
また、液滴の吐出スピードのコントロールも同様に電気
パルス形状で行う事が可能である。更に液滴の吐出周波
数も電気パルス形状で高める事が可能となる。第4図A
,B,Cに発熱体HIに与える電気パルス波形Eの各種
とそれに応答する発熱体HIの温度変化T、気泡の体積
変化Bを示す。
これらの電気パルス波形のいずれにおいてもインク液瓶
が好適に吐出される。
aにおける矩形波形は、駆動回路に特別な仕様を必要と
しない極めて有効なパルス波形である。bにおける波形
は、パルス立上り前にプレヒートバィアス加熱を行ない
、液滴吐出時のパルス幅を短縮するものである。この波
形による吐出は気泡の立上りが早く、吐出スピード、応
答周波数の向上にも有効であつた。また記録時にのみプ
レヒートするので、記録液が温まり過ぎて不具合になる
のを未然に防止できる。cにおける波形は、パルス立下
り時にバイアス加熱を行うもので、液滴分離後のメニス
カスの後退をより一層徐々に行うことが出来る。この波
形によって吐出後液室内への大気の取り込み過ぎがなく
、次の記録時にスムーズな吐出が得られた。またこの場
合もバイアス加熱は記録時のみであるから気泡は完全に
消失し、次の記録に効果的である。dにおける波形は、
液滴の分離をスムーズに行い、かつその後の液面の後退
のし過ぎを防止するためにさらに徐々に冷却を行うもの
で、吐出液滴スピードを落すことなく、液面の後退を徐
々に行うことが出釆、有効である。eは前述のb,dの
波形を複合化した有効なパルス波形である。上記し、ず
れにおいても駆動用電気パルスを制御するのみで良く、
外付高抵抗素子等を必要とせず、またメニスカスの後退
は熱的信号の遅い立下り特性によって極めて徐々に進行
するため、急激なメニスカスの後退によってオリフィス
から大気が入り込み過ぎて、次の印字命令パルスの入力
によっても液瓶が吐き出されない事故を未然に防止でき
る。
特にaはLSIの機能上好ましい。またレーザパルスも
aの如き形状に近く、上述の効果はしーザパルスにおい
ても同機に機能する。第5図は本発明原理を用いた記録
ヘッドの一例の模式図である。
図に於て基板SSIの表面には発熱体HI乃至日7、リ
ード電極lel乃至ID7が形成されている。複数の発
熱体HI乃至日7は同一面積、同一抵抗値である。基板
SSIは、溝MI乃至M7を刻んだプレートGLIに覆
われ、基板SSIとの接合部において複数の液室を形成
している。プレートGLIには複数の液室にインクを供
給するインク供給室NDが設けられ、また図示していな
いインクタンクよりインクを導入する導入口ISが設け
られている。第6図は第5図の発熱体及びオリフィスを
さらに多数(例えば3Z本)にしてかつカセット式イン
クジェットヘッドブロックにした図である。
図のDAIは回り込み防止用のダイオードを多数収納し
たダイオードアレイで、OPIはプレートGLIと着脱
自在になっているインク供給パイプで、これを外すと基
板SSI全体が本体から外れる。第7図はインク供給パ
イプFPIとインク導入口ISの接続構成の一例を示す
断面図である。プレートGLIにあげられた導入口IS
にパッキングFHが挿入され、0リングORを受けてい
る。○リングORはフランジFGに保持されている。フ
ランジFGはインク供給パイプFPIに挿入されており
、インク供給パイプFPIにはパッキングFHとフラン
ジFGを圧するスプリングSPIが付けられ、インク洩
れを防いでいる。この図はカセット化におけるインク供
給パイプFPIの着脱をスムーズに行う1例を示すもの
であり、カセット化に伴うインク供給パイプFPIの接
続法を限定するものではないが、この図の如く圧着手段
を用いてインク供給パイプFPIを接続することが望ま
しい。
FLはフィルターである。またパイプFPIにフレキシ
ブル性を有させると着脱時に容易に曲がるので着脱操作
が支障なく行われる。第8図は前述のカセット式インク
ジェット記録ヘッドブロックをフルマルチに組立て、か
つ1枚の共通ヒートシンク板の上下に互い違いに配列し
たものである。
図において共通ヒートシンク板HSの上面に奇数ブロッ
クJB1,JB3,…JBnを、下面に偶数ブロックJ
B2,JB4,・・・JBを接合する。各々のブロック
にはインクタンクIT,インクパイプIP,各ブロック
共通配給用パイプOP,EP及び各ブロック配給用パイ
プOPI〜OPnによりインクIKが供給される。この
各ブロックに接続されるパイプOPI〜OPnは第7図
の例に示すように各プレートと着脱自在でかつフレキシ
ンプル性を有するから、着脱の際にOPI〜OPnは容
易に曲がり好便である。DAI〜Dへはダイオードアレ
イで前述第6図と同じものであり、発熱体付基板SSI
〜SSn上の各リード線と接続される。
このようなジグザグ配列により第9図に示すようにオリ
フィスOFIとOF2の間隔Qが上下で同じとなり、フ
ルマルチ全ラインが均等のオリフイス間隔Qを確保する
ことができる。第10図は第8,9図の装置における時
分割駆動用配線図である。
図の如く発熱体IHI〜I日32によって1ブロックを
形成し、56ブロックで総計1792個の発熱体IHI
〜56日32があり、それぞれの発熱体はダイオードl
dl〜ld32を1ブロックとする56ブロック総計1
792個のダイオードldl〜56d32に接続されて
いる。各々のダイオードは配線IPI〜56P32を通
じて画像情報入力端子P1〜P32に接続されている。
発熱体IHI〜I日32の他端は配線IDI〜ID32
によりブロック選択信号入力端子DIに接続されている
。発熱体2DI〜2D32・・・56DI〜56D32
もそれぞれ同様にブロック選択信号入力端子D2〜D5
6に接続されている。前述のカセット基板SSI上には
発熱体IHI〜IH32、ダイオードldl〜ld32
及びリード線が配線されている。別のカセットには同様
に発熱体、ダイオード、リード線が設けられている。端
子DI〜D56,P1〜P32はフレキシブルプリント
板により不図示の時分割ドライブ回路に接続される。
上誌構成の場合、例えばデュテイ1/56で各ブロック
が時分割駆動されて各液室内に気泡を生成して液滴を飛
行させる。上記配線を満足する為に多層配線を用いる事
も可能であるが、いずれにしてもカセット間を接続する
コネクタを設ける。第11,12図は前述のフルマルチ
記録ヘッド及び時分割駆動方式を適用した複写機用また
はファクシミリ用記録装置の概略図であり、この複写機
用またはファクシミリ用記録装置は原稿の情報を読取る
ための藷取部RDを有する。
読取部RDの上部には第11図で示す様にガラス等より
成る原稿台PGが形成されており、この原稿台PG上に
原稿を載層する。原稿台PGの上部には原稿を固定する
原稿合力バーPKが設けられている。原稿台PGの下部
には、原稿を照明する棒状光源BL、光源BLから放射
した光が効果的に原稿台PGを照射するよう設けられた
反射鏡RM、多数の受光素子を直線上に配置した自己走
査型受光器CS及び、この受光器にS上に原稿を結像さ
せる光学レンズを含む光学ユニットLSが受光器CSと
一体的に設けられる。
この光学ユニットはと受光器CSはキヤリツジCAに固
定される。キヤリツジCAは案内レールR1,R2上で
モータMOの駆動により回転するネジGによりトQ方向
に往動又は反Q方向に復動運動をする。また自己走査型
受光器にSの主走査方向は、原稿面においてP方向へ順
次走査するものとする。従ってキャリッジCAの移動に
より(副走査方向Q)、原稿台PG上に戦遣した原稿の
情報は順次受光器CS上に結像され、受光素子を順次謙
出す(主走査)ならば受光器CSからは原稿をラスター
スキャンした順次信号を得ることができる。尚、本実施
例では、原稿台PGが固定でキャリッジCAが移動する
ものであるが、反対にキヤリッジCAが固定で原稿台P
Gが移動する構造でもよい。
複写記録を行う場合にはキャリツジCAがQ方向へ移動
しつつ原稿台の情報をP方向へラスタースキヤンする。
この時記録部の記録紙PPはキャリッジCAのQ方向へ
の移動速度と等しい速度で、例えば第8図のS方向へ移
動しつつR方向へ記録する。謙取剖舵Dで得た画像情報
は、バッファメモリを介して第8図の記録部のインクジ
ェット・ヘッドに送られ、読取りと並行して記録が行わ
れるが、例えば一度謙取つたページ情報をメモ川こファ
イルした後改めて記録を行ってもよい。
自己走査型受光器にSは、光入力を電気信号に変える多
数の受光素子からなり、それらの信号を時系列的に処理
できるものである。
その一例としては、例えばCCDイメージセンサ、MO
S型イメージセンサ等がある。この複写記録装置におい
て、原稿台のP方向の中を216側(A4,短手方向と
ほぼ等しい)とし、受光器として1728ビットのCC
Dリニアイメージセンサを用いる場合を考える。出力の
インクジェットヘッド‘ま信号処理の関係から1792
ノズル,224胸中のフルラインマルチヘッドを用いる
ものとすると、イメージセンサ及びインクジェットヘッ
ドは8画像/肋の解像力を得ることができる。今、ヒー
トシンク板の上方にある28個のブロックノズルアレイ
を奇数群、下方にある28個のブロックノズルアレイを
偶数群とし、奇数群と偶数群の上下方向のオリフイスの
ギャップ間隔を8風,私ライン分とする。
CCDセンサCSは前述したように1728ビットのラ
イン・センサであり、各走査ラインをスキャンし、画像
情報に応じた電圧レベルを出力する。この電圧レベルは
第12図示のディジタル化回路ADで、白黒2レベルの
時は二値化、階調性(ハーフ・トーン)が必要な場合に
はアナログディジタル変換器等により多値化される。簡
単のため、二値化を考えると、ディジタル化回路ADは
CCDセンサCSの出力電圧と基準電圧(スライスレベ
ル)を比較するコンパレータから成っており、入力電圧
に応じてハィレベル或はローレベルの二値信号を出力す
る。
このディジタル化されたデータは、32ビットのシフト
レジスタSRにシリァルに入力されてパラレル変換され
て出力し、以後、32ビット単位で処理される。シフト
レジスタSRで並列出力されたデータは一度32ビット
のラッチ回路LIで保持された後、メモリ部へ転送され
る。メモリ部はメモリM1,メモリM2から成り、メモ
リMIは奇数ブロック群JB1,JB3,…のデータを
、メモリM2は偶数ブロック群JB2,JB4,…のデ
ータをストアする。ラッチ回路LIで保持されたデー外
ま32ビット毎にメモリM1,M2に交互に書き込まれ
る。メモリM1,M2は例えばRAM(ランダムアクセ
スメモリ)等であり、その記憶容量はメモリMIが32
ビット、メモリM2が58Kビットである。メモリは3
2ビットで1ワードを構成しており、従つてメモリMI
は1ワード、メモリM2は1792ワードから成ってい
る。また、メモリM1,M2の出力は、ィネープル信号
線L4,L5が/・ィ・レベルの時は高インピーダンス
状態いわゆるスリースティト状態にあるものとする。メ
モリM1,M2から選択的に読み出されたデータは一度
32ビットのラッチ回路L2に保持される。
この時メモリMIとメモリM2の状態は、一方が書き込
み状態の時、他方は読み出し状態にあり、またラツチ回
路L1,L2の一方がメモリMIのデータを保持してい
る時、他方がメモリM2のデータを保持している。従っ
て、ラツチ回路L2は、メモリMIのデータとメモリM
2のデータが交互に保持される。
ラツチ回路L2に保持されたデータは32個のナンドゲ
ートNGI〜NG32に出力されるが、ナンドゲートN
GI〜NG32は制御回路CCからのプリント指令信号
線LIOのタイミングPG及びラツチ回路L2の内容に
よりトランジスタTPI〜TP32を選択的に動作させ
る。トランジスタTPI〜TP32のコレクタ端子は、
インクジェットヘッドの駆動用マトリックスUMの画像
情報入力端子pl〜P32に接続されている。インクジ
ェットマトリックスIJMの5針固のブロック選択信号
入力端子DI〜○56はトランジスタTDI〜TD56
のコレクタに接続されており、トランジスタTDI〜T
D56はデコード回路DCの出力によって順次走査され
る。
デコード回路DCは6ラインートウー56ラインのデコ
ーダで制御回路CCからの6本の信号線LI Iで制御
される。制御回路CCは、以上の各要素を制御するため
の信号を発生する回路であり、基準クロツクは水晶発振
子で作られる。以上の如く本発明は熱的信号の立下りが
立上りよりも長い性質を巧みに利用したので、例えば前
掲特に特公昭51一39495に比して回路構成が極端
に簡素となりは1化に極めて顕著な効果を奏するもので
ある。
また前掲特公昭53一45698(4頁8欄5行〜7行
)、袴関昭51−132036号、椿関昭51−128
227号、椿開昭52一10203叫号等のように気泡
の破烈現象を利用するものでないため、鮮明なドット記
録を高速に行なうことができること、気泡とほぼ同じ大
きさの液瓶を形成できること等の特徴を有するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理説明図、第2図はその作動説明図
、第3図はその波形関係図、第4図はその他の波形関係
図、第5,6,7図はそのヘッド構成の一例図、第8図
は第6図のフルマルチ化した一例の斜視図、第9図は第
8図の正面図、第10図はその駆動回路の一例図、第1
1図は複写機等の画像入力部を示す図、第12図はその
ブロック図である。 W・・・・・・記録液室、OF…・・・オリフィス、I
K・・・・・・記録液、HI…・・・発熱体、IM・・
・・・・メニスカス。 弟’図第2図 第3図 第4図 第5図 弟6図 第7図 第8図 精?図 弟m図 発’’図 努ノ2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 記録液をオリフイスに順次供給するための記録液室
    と前記オリフイス近辺に熱エネルギーを印加するための
    熱印加手段とを備えたインクジエツト記録装置において
    、 前記熱印加手段によって発生する熱的信号の立下り
    が立上りより長い性質によって前記オリフイスからの液
    滴吐出後のメニスカスを徐々に後退させることを特徴と
    するインクジエツト記録装置のメニスカス破壊防止方法
JP3947279A 1979-04-02 1979-04-02 インクジェット記録装置のメニスカス破壊防止方法 Expired JPS609906B2 (ja)

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