JPH03208656A - インクジェット記録方法，インクジェット記録ヘッドおよび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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、インクジェット記録ヘッドおよびインクジェ
ット記録装置に関し、詳しくは熱エネルギーをインクに
作用させてインク液滴を吐出し、これを被記録媒体に付
着させて記録を行うイクジェット記録ヘッドおよびイン
クジェット装置に関する。

〔従来の技術〕

熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェッ
ト記録方式に用いる記録ヘッドは、インク液滴を形成す
るための吐出口に連通する部位に電気熱変換素子等の発
熱素子を設け、この発熱素子への数μｓｅｃの間の通電
によって発熱させる。

この発熱によってインク中に発生する気泡の変化に伴っ
てインク液滴を吐出口より吐出させ、被記録媒体に記録
を行なう。かかる記録ヘッドにおいては、多数の吐出単
位、すなわち吐出口および電気熱変換素子からなる単位
の複数を一体に形成する事が容易であり、通常、直線状
に配列する数ｌＯ個以上の吐出口を一体に形成する。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記方式のインクジェット記録ヘッドにおい
ては、一般に数μｓｅｃ程度の短いパルス電流により電
気熱変換素子を加熱するため、瞬時に流れる電流が大き
くなり、多数のノズルを同時に駆動した場合、十分な電
流を供給する事が困難な場合がある。

そのため、従来は数１０個の吐出口を４つ程度のブロッ
クに分け、各々のブロックを順次駆動することが行なわ
れていた。しかしながら、このような駆動を行なう場合
、ブロックごとにインクを吐出するタイミングが異り、
記録ヘッドを被記録媒体に対して相対的に移動しつつ記
録を行う構成にあっては、被記録媒体におけるインクの
付着位置がその移動方向にずれを生する場合があり、そ
の結果記録画像の品位を低下させるという問題点があっ
た。この問題は、吐出口の数が多い場合に、特に重大と
なる。すなわち、吐出口の数が多くなるにしたがって、
より多くのブロックに分けて記録せざるを得ず、その間
の時間的ずれが増大することになる。

また、従来は、一般にシリアル転送される画像データ信
号をシフトレジスタを用いてパラレル信号とし各々の電
気熱交換素子を駆動していたため、各素子ごとに発熱量
を制御する事が困難であった。

特に、カラー画像等を記録する場合には、多階調画像を
記録することが多く、このような場合各画素ごとに電気
熱交換素子の発熱量を制御して吐出されるインク液滴の
量を変化させる必要が有る。

また、記録ヘッドの製造上のばらつき、あるいは直前の
画像記録に伴う電気熱交換素子およびその近傍のインク
の温度のばらつきによる画像の不均一性を補正するため
、各電気熱変換素子の発熱量を最適化することが望まれ
ている。

以上のような、従来の記録ヘッドの駆動方法では、駆動
回路をきわめて犬がかりなものとせざるを得す、また、
従来のままの駆動回路では細かい制御をする事は困難で
あった。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになさ
れたものであり、ブロック毎に駆動することによって駆
動回路に瞬時に流れる電流を小さなものとし、かつ、こ
れらブロックを順次に駆動し、さらに各ブロックにおい
て電気熱変換素子を順次に駆動することによって、電気
熱交換素子の発熱量、すなわち吐出されるインク液滴の
量を個々に制御することができ、かつ被記録媒体上に形
成されるドットのずれを解消することを可能にするイン
クジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、熱エネルギーを利用してインク
液滴を形成することにより画像を記録するためのインク
ジェット記録ヘッドにおいて、それぞれインク液滴を形
成するための吐出口に対応して設けられ、電気パルスの
印加に応じて熱エネルギーを発生するための複数の電気
熱変換素子と、複数の電気熱変換素子を複数のブロック
に分割し、当該分割されたブロックの各々において電気
熱変換素子を順次に選択する選択手段と、選択手段がブ
ロックにおける全ての電気熱変換素子を選択する周期に
応じて、画像データをブロック毎に順次遅延させて供給
する遅延供給手段と、選択手段によって選択された電気
熱変換素子に、遅延供給手段によって供給する画像デー
タに基づいた電気パルスを印加するためのパルス印加手
段とを具えたことを特徴とする。

さらに、好適には記録ヘッドにおいて、吐出口が配列す
る方向を記録ヘッドと被記録媒体との相対移動方向と直
交する方向に対して所定角度傾けたことを特徴とする。

［作　用］ 以上の構成によれば、電気熱変換素子をプロツク毎に駆
動することによって駆動回路に瞬時に流れる電流を小さ
なものとし、かつ、これらブロックを順次に駆動し、さ
らに各ブロックにおいて電気熱変換素子を順次に駆動す
ることによって、電気熱変換素子の発熱量、すなわち吐
出されるインク液滴の量を制御することができ、かつ被
記録媒体上に形成されるドットのずれを解消することが
可能となる。

〔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
。

第１図は、本発明の一実施例を示す記録ヘッド駆動回路
の回路ブロック図である。尚、図においてクロック信号
等は省略してあり、また、本例の回路は電気熱変換素子
の発熱量を１６段階に制御する場合とし、従って画像信
号は各画素当り４ビットの信号とする。さらに、記録ヘ
ッドの全吐出口数をＭとし、これらをＮ個のブロックに
分けて駆動する。

第１図において、画像データ信号は、先ずＭＸ４ビット
のシフトレジスタ６にシリアルに入力され、所定のタイ
ミングでパラレルに出力され。シフトレジスタ６を出力
した画像データ信号は、次に、第ｌブロックではｍ　Ｘ
　４ビットの（ここで、ｍは各ブロックの吐出口数、す
なわち電気熱変換素子数）シフトレジスタ４に直接転送
される。第１ブロック以外では、ｍＸ４ビットで、ｋ−
１段（ｋはブロック番号）のラッチ５に順次ラッチされ
た後、シフトレジスタ４に転送される。各ブロックとも
、ｍＸ４ビットのシフトレジスタ４に格納される画像デ
ータ信号は、ドライバ３にシリアルに転送され、各ブロ
ックの駆動信号となる。各ブロックにおいて駆動される
電気熱変換素子１は、カウンタ回路２の出力信号により
順次選択される。

第２図は、第１図に示した回路の駆動タイミングを示す
タイミングチャートである。

書込みクロックおよびリセットパルスは、カウンタ回路
２に供給され、カウンタ回路２はこのリセットパルスに
応じてカウンタ出力信号Ｑ０を出力し、さらに書込みク
ロックにしたがって順次カウンタ出力信号Ｑ，，Ｑ２，
・・・Ｑｍ　−　＋を出力する。これらカウンタ出力は
、書込みクロックが”Ｈ”レベルの時のみ出力される。

画像データ信号は、画像入力クロックにしたがってシフ
トレジスタ６に入力される。この間、それ以前に入力し
た画像データ信号は各々のブロックのシフトレジスタ４
より出力され、これにより電気熱変換素子１の駆動がな
されている。ここで、シフトレジスタ４は書込みクロッ
クに応じたタイミングで駆動されている。

ラッチパルスは、画像データ信号の、シフトレジスタ６
からラッチ５への転送、複数段ラッチにおけるラッチ５
から次のラッチ５への転送、さらにはラッチ５からシフ
トレジスタ４への転送のタイミングを定めている。

第３図は、第１図に示したドライバー３の一例を示す回
路ブロック図であり、この例は４ビットの画像データ信
号に基づいて電気熱変換素子に印１ １ 加する駆動信号（印加パルスともいう）パルス幅を変調
するための回路である。

シフトレジスタ４より入力される４ビットの画像データ
信号は、コンパレータ３１によって４ビットのカウンタ
３２の出力と比較される。コンバレータ３１は、カウン
タ３２からの信号より画像データ信号の値が大きい間”
Ｈ”レベルの信号を出力する。カウンタ３２は、書込み
クロックが”Ｌ”の時リセットされ、　”Ｈ”の時高速
クロックをカウントする。すなわち、書込みクロックが
゜゛Ｈ”の間に　”０”から”１４゛まで計数される高
速クロックを入力してカウントする。高速クロックは、
例えば、第２図に示した画像人力クロックを分周して用
いれば良い。コンパレータ３２の出力は、書込みクロッ
クが゜゛Ｈ”の時のみ出力されるようにアンドゲート３
３を介してアンブ３４に送られ、この出力によって電気
熱変換素子ｌが駆動される。

尚、高速クロックは必要に応じて不等間隔のクロックを
用いても良い。

また、印加パルスをパルス幅ではなく電圧値で変調する
場合には第３図に示した回路に代えてＤ／Ａコンバータ
ーを用いれば良い。

さらに、第１図に示した各ブロックの駆動方法としては
各電気熱変換素子を駆動するための駆動信号をつたえる
画像データ信号線ｌＯが各素子に直接に接続される回路
構成としたが、その他第４図，第５図，第６図に示す駆
動回路を用いても良い。いずれの場合でもカウンタ回路
２は第１図と同様に各ブロックごとに設ける必要は無く
共通に用いる事が可能である。尚、第５図の回路におい
ては、カウンタ回路の出力は負論理であたえられる。

次に、被記録媒体と記録ヘッド−との相対移動方向と、
記録ヘッドにおける吐出口配列とがなす角度について説
明する。

第７図（Ａ）は、第１図に示した駆動回路において仮り
に全てのブロックにおいてドライバ３に同時に１ライン
分の画像データ信号が入力した場合の被記録媒体上の記
録状態を示す説明図である。

ここで、説明のためいわゆるフルラインタイプの装置の
ように、記録ヘッドが固定され、被記録媒体が移動して
いるものとし、また第７図（Ａ）においては記録ヘッド
は、その吐出口配列が被記録媒体の進行方向と直角をな
すように配置されているものとする。

この場合、各ブロック内において各吐出口に対応する電
気熱変換素子が左端から順次駆動されるため、図に示す
ように記録されるドット列はのこぎり状になり、その進
行方向へのふれの幅は、駆動のくりかえし同期の間に被
記録媒体が移動する距離β、すなわち走査線のピッチと
ほぼ等しくなる。尚、図においてはわかり易く示すため
、他の寸法に比較して４を著しく大きくとってある。

このような記録状態を防止するため、第１図に示すよう
に本発明の実施例は各ブロック毎で異なる段数のラッチ
を設け、各ブロックの駆動を順次行なう構成とする。

すなわち、第７図（Ｂ）は、第１図の駆動回路において
シフトレジスタ６に記録すべき１ライン分の画像データ
信号が入力された場合の記録状態を示し、この場合、第
ｌブロックでは画像データ信号が直ちにシフトレジスタ
４に転送され、電気熱変換素子が駆動されて記録が行な
われるが、第２ブロックは１段のラッチ５により第１ブ
ロックよりも各ブロックにおける電気熱変換素子駆動周
期の、すなわちカウンタ回路２の出力信号のくりかえし
周期の同期の１周期分だけおくれで記録が行なわれる。

以下のブロックも順次おくれて記録されるので、第７図
（Ｂ）に示すように、記録されるドット列は一直線上に
ならぶことになる。

このように、記録ドット列が一直線上にならぶためには
、各ブロック内において、全ての電気熱変換素子を駆動
するに要する時間が、駆動のくりかえし同期にほぼ一致
すること、換言するならば、ブロック内の最後に駆動す
る素子を駆動した後、次の周期の最初に駆動する素子を
駆動するまでの時間が、ブロック内の隣接する素子を駆
動する間隔とはほぼ等しいことが必要である。

第７図（Ｂ）においては、記録されるドット列は、被記
録媒体の進行方向に対して直角ならず斜、１ ５ めになってしまう。そこで第７図（Ｃ）および第８図に
示すように記録ヘッドの吐出口配列が、被記録媒体の進
行方向に対してななめになるように取付けることにより
記録されるドット列は被記録媒体の進行方向に対して直
角になり、歪みのない記録画像が得られる。

この時の理想的な取付角度θは、１ブロックの吐出口の
数をｍ、そのピッチをＰ、駆動周期の間に被記録媒体と
記録ヘッドとが相対的に移動する距離を４とするとｓｉ
ｎθ＝ｊ２／（ｍｘｐ）から求められる。

被記録媒体に代えて記録ヘッドの方を移動しつつ記録を
行う、いわゆるシリアルタイプの装置の場合も同様であ
る。

本発明の適用において、各ブロックのノズルの数は端部
以外のブロック間においては等しくする必要がある。両
端のブロックにおいては、端部以外のブロックよりも吐
出口数を少なくすることが可能である。その場合、第１
ブロックの吐出口数が少ない時は、記録の周期の後より
において、最１ ６ 後のブロックの吐出口数が少ない場合には記録の周期の
前よりにおいて各電気熱変換素子を駆動する事が必要な
ことは明らかである。

本発明を実施するにあたって、シフトレジスタ等をすべ
て記録ヘッド部に設けても良いが、必ずしもその必要は
無い。例えば、記録ヘッド部に、各電気熱変換素子に接
続されたトランジスタとカウンタ回路のみを実装し、他
の部分を記録装置本体部に設けた場合でも、装置本体と
ヘッド部とをむすぶ配線の数はさほど多くはならなくて
済む。

（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
バブル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。

かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が達成で
きるからであり、記録パターンによって一層定着の遅速
が生じることが予測されるからである。

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４７４０７９６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。

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４４５９６００号
明細書を用いた構或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５
９−１２３６７０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、定着を確実に効率よく行いつる
からである。

１ ９ さらに、上例のよう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。加えて、上
述したようにシリアルタイプのものでも装置本体に装着
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。

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。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置２ｎ 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、リーグ等と組合せ
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であってもよい。

［発明の効果］ 以上の構成によれば、電気熱変換素子をブロック毎に駆
動することによって駆動回路に瞬時に流れる電流を小さ
なものとし、かつ、これらブロックを順次に駆動し、さ
らに各ブロックにおいて電気熱変換素子を順次に駆動す
ることによって、電気熱変換素子の発熱量、すなわち吐
出されるインク液滴の量を制御することができ、かつ被
記録媒体上に形成されるドットのずれを解消することが
可能となる。

この結果、駆動時に流れる電流を小さくできることによ
って電力供給配線の構成を簡潔なものとすることができ
る。

また、被記録媒体上に形成されるドット列に生じ得るず
れを解消し、さらに吐出されるインク液摘の量を記録さ
れる画素毎に最適化することができたため、品位の高い
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す記録ヘッド駆動回路
の回路ブロック図、 第２図は、第１図に示した回路における各信号のタイミ
ングチャート、 第３図は、第１図に示したドライバの詳細を示す回路ブ
ロック図、 第４図〜第６図は、それぞれ第１図に示した駆動回路の
電気熱変換素子を駆動する部分の他の例を示す回路ブロ
ック図、 第７図（Ａ）は、第１図に示した駆動回路によって記録
することが可能な記録状態を示す説明図、第７図（Ｂ）
および（Ｃ）は、本発明の一実施例に関し、第１図に示
した駆動回路によって記録された状態を示す説明図、 第８図は、第１図に示した駆動回路を用いて駆動する場
合に記録状態をより好適なものとする構成の記録ヘッド
と被記録媒体の進行方向との関係を示す斜視図である。 １・・・電気熱変換素子、 ２・・・カウンタ回路、 ３・・・ドライバ、 ４．６・・・シフトレジスタ、 ５・・・ラッチ、 ７・・・トランジスタ、 ｌＯ・・・画像データ信号線、 ３ｌ・・・コンパレー夕、 ３２・・・カウンタ、 ３３・・・アンドゲート。 ２　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）熱エネルギーを利用してインク液滴を形成すること
   により画像を記録するためのインクジェット記録ヘッド
   において、 それぞれインク液滴を形成するための吐出口に対応して
   設けられ、電気パルスの印加に応じて前記熱エネルギー
   を発生するための複数の電気熱変換素子と、 該複数の電気熱変換素子を複数のブロックに分割し、当
   該分割されたブロックの各々において電気熱変換素子を
   順次に選択する選択手段と、該選択手段が前記ブロック
   における全ての電気熱変換素子を選択する周期に応じて
   、画像データを前記ブロック毎に順次遅延させて供給す
   る遅延供給手段と、 前記選択手段によって選択された電気熱変換素子に、前
   記遅延供給手段によって供給する画像データに基づいた
   電気パルスを印加するためのパルス印加手段と、 を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 ２）請求項１に記載の記録ヘッドを用いて記録を行うイ
   ンクジェット記録装置。 ３）熱エネルギーを利用してインク液滴を形成すること
   により画像を記録するインクジェット記録装置において
   、 それぞれインク液滴を形成するための吐出口に対応して
   設けられ、電気パルスの印加に応じて前記熱エネルギー
   を発生するための複数の電気熱変換素子と該複数の電気
   熱変換素子を複数のブロックに分割し、当該分割された
   ブロックの各々において電気熱変換素子を順次に選択す
   る選択手段とを有する記録ヘッドと、 前記選択手段が前記ブロックにおける全ての電気熱変換
   素子を選択する周期に応じて、画像データを前記ブロッ
   ク毎に順次遅延させて供給する遅延供給手段と、 前記選択手段によって選択された電気熱変換素子に、前
   記遅延供給手段によって供給する画像データに基づいた
   電気パルスを印加するためのパルス印加手段と、 を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。 ４）前記記録ヘッドにおいて、前記吐出口が配列する方
   向を前記記録ヘッドと被記録媒体との相対移動方向と直
   交する方向に対して所定角度傾けたことを特徴とする請
   求項２または３に記載のインクジェット記録装置。