JPH03227637A - 液体吐出記録ヘッドおよび前記ヘッドを用いた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］ 本発明は記録液滴を吐出して、記録媒体に記録を行うた
めの液体吐出記録ヘッドおよび前記ヘッドを用いたイン
クジェット記録装置に関するものである。

〔従来の技術］ 液体噴出記録法（インクジェット記録法）は、種々の方
式により記録用液体の吐出液滴を形成し、これを紙等の
被記録材に付着させて記録を行う記録法である。

このような記録法を適用した記録装置のなかでも記録ヘ
ッドの高密度マルチオリフィス液滴吐出孔化に好適な構
造を有する装置として、吐出液滴形成のためのエネルギ
ーとして熱を利用するタイプの液体記録装置を挙げるこ
とができる。

こり液滴吐出エネルギーとして熱を利用する液体噴出記
録装置は、通常、記録液体を加熱して、急激な体積増大
を伴なう変化を与え、ノズル部のオリフィスから吐出さ
せて、同記録液体の液滴を形成するための液滴形成手段
と、電気信号を印加することにより、発熱し、記録液体
を加熱することのできる電気熱エネルギー変換素子とを
複数有する記録ヘッドを具備している。

このような電気熱エネルギー変換素子（以後、発熱素子
と称する）を有する従来の液体噴出記録ヘッド（第５図
に示す）であって、特に１ラインの記録幅に対応した複
数の発熱素子が配列している液体噴出記録ヘッドでは、
ヘッドをいくつかのブロックに分け、各ブロックに相当
する発熱素子群を駆動する方法が用いられる。例えば第
５図のような回路ブロック図で第６図に示すような駆動
タイミンクを与えるものである。第５図において、１は
発熱素子、２，２１はアンドゲート、２２はフリップフ
ロップ、３はラッチ、４はシフトレジスタであり、シフ
トレジスタ４はクロックＳｃｌｋに基づいて動作してデ
ータ（ＳＩ）を取り込み、ラッチ３はラッチ信号（ＬＡ
Ｔ）入力によって、シフトレジスタ４からのデータをラ
ッチし、フリップフロツブ２２は分割駆動信号転送クロ
ックＥｃｌｋ、分割駆動用信号Ｅｌを取り込む。またア
ンドゲート２１は各ブロック（構成要素３，４が各々１
個）毎の通電時間を制御する信号ＢＥＩを一方の入力端
に取り込む。

そじてアンドゲート２は一方入力端にデータ、他方入力
端に各ブロック毎のＢＥＩに応じたＳＴＢ信号を取込み
、かくして各発熱素子ｌが駆動される。

このように駆動ＩＣ１個に相当する発熱素子群を１ブロ
ツクとし、順次駆動する．この方法により液体噴出記録
ヘッドの駆動における消費電力がブロック駆動を行なわ
ないものに比べて著しく減少するため、従来からこのブ
ロック駆動方式が用いられてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種の装置では、記録液体（以下イン
クと称す）を発熱素子の通電により発泡させ、その圧力
により前記液体噴出記録ヘッドのノズルから直接インク
を吐出させ記録を行うので、インクを常に安定して吐出
可能な状態に保つため、他の方式の記録装置に見られな
い特別な配慮が必要とされる。

すなわち、発熱素子の通電により、発泡吐出が行なわれ
ると、その圧力の影響により、近接するノズル内のイン
クが振動する場合があり、近接したノズルを連続して駆
動した場合には、その圧力変動により、吐出が不安定と
なり、吐出液量が変化し、記録に濃度ムラを生じる場合
がある。

このインク圧力の変動による吐出液量の変動は、同時駆
動ビット数が多く、吐出ノズルからの距離が近い程顕著
であり、各ノズルと連通している共通の液室の形状にも
大きく影響される。

そのために、インクの圧力変化が他のノズルに影響を与
えない様、液室を広くすることや、近接した発熱素子へ
の駆動時間の間隔な艮（することが必要であり、ヘッド
の小型化や高速記録への障害となっている。

この問題を解決するためには全ノズルを同時に駆動する
ことも考えられるが、１ノズル当りの発熱素子に流れる
電流が数１０ｍＡと大きいため、駆動時に流れる電流が
ぼう大となり、電源の小型化。

ヘッドの小型化には不向きであり、複数ノズルを１ブロ
ツクとして、時分割駆動する方法が一般に用いられてい
る。

本発明は、かかる問題点に着目し、インク圧力変動によ
る記録への影響を排除し、小型かつ記録品位の高い液体
吐出記録ヘッドおよび前記ヘッドを用いたインクジェッ
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］ 上記目的を達成するため本発明は、記録液滴を吐出して
、記録媒体に記録を行うための記録ヘッドにおいて、複
数の電気熱変換素子と、前記複数の電気熱変換素子を選
択的に通電するための複数の駆動回路と、駆動順序設定
データに基づいた順序で前記複数の駆動回路を駆動制御
する制御手段と、を具えたことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明によれば、駆動ＩＣ毎に設けたストローブ端子を
記録ヘッドに搭載した駆動順序制御回路と接続すること
により、任意に駆動順序パターンを記録ヘッドを安定し
た吐出状態にするよう選択し、隣接するブロックは吐出
によるインク圧力の影響が十分解消される様なタイミン
グで通電する様にしたものである。

〔実施例〕

第１図は本発明を適用可能な液体噴出記録ヘッドを示す
もので、特に記録媒体の全幅に対応した範囲にわたで吐
出口を整列させた形態の所謂フルライン型のものを示し
ている。

ここで１４は通電に応じて発熱し、インクに発泡を生じ
させて、この気泡の成長・収縮によってインク滴の吐出
を行わせるための電気熱変換素子を構成する発熱素子で
あり、配線とともに基板ｌｌ上に半導体と同様の製造工
程を経て形成されている。　１２Ａは発熱素子１４に対
応して吐出口１２およびこれに連通した液路１３を形成
するための液路形成部材、１６は天板である。また１５
は各液路１３に共通した液室であり、不図示のインク供
給源から供給されたインクを貯留する。

第゛２図は第１図のような機械的構成を有する液体噴出
記録ヘッドの電気的構成例を示すもので、本例では、駆
動ＩＣを複数個もしくは数十個搭載したフルライン型ヘ
ッドのブロック図である。

第２図において、ＳＩは、記録データ入力端子、５ｃｌ
ｋはＳＩに入力された記録データを転送するための転送
りロック入力端子である。４は６４ビツトシフトレジス
タで、各出力は発熱素子１に個別に対応している。１ラ
インの記録データば、Ｓｒ、　５ｃｌｋでシフトレジス
タ４に転送後、３の６４ビットラッチ回路に接続された
ＬＡＴ入力端に入力されたラッチ入力によりラッチ回路
３にロードされる。駆動順序制御回路６は、後述のよう
に発熱素子１を記録データ通りに選択させるためのもの
である。

すなわち、第２図においては、６４ビツトシフトレジス
タ４．６４ビットラッチ回路３、ＡＮＤ回路２および発
熱素子駆動用トランジスタから構成された各駆動用ＩＣ
５毎にストローブ端子が設けられ、このストローブ端子
に前記回路６から入力されたストローブ信号と各発熱素
子１毎に対応した６４ビットラッチ回路３の出力とが共
に入力されたＡＮＤ回路２のみが対応する駆動用トラン
ジスタを介して発熱素子を駆動する。これによって発熱
素子１を分割駆動することができる。

この分割駆動に関しては、駆動順序制御回路６は、Ｄ０
〜Ｄ、の駆動順序設定データ入力端子に入力するｍビッ
トのパターンデータによってどのような駆動順序にする
かを判別し、順序駆動ＩＣ毎に設けられたストローブ端
子をアクティブにする。第３図にそのストローブ端子に
出力する信号による駆動順序パターンの例を示す（数字
は駆動ＩＣ実装順を示す）。

パターンＯおよびパターン１は通常の分割駆動タイミン
グを示すもので、それぞれ６４ビツト。

１２８ビツトの発熱素子を同時駆動するものである。パ
ターン２およびパターン３は本発明で記録品位を改善す
るために用意した駆動順序タイミングの一例である。特
にパターン３は隣接した駆動ＩＣを連続して駆動しない
ため、濃度ムラ等の記録品位を改善することがでいる。

このパターンは駆動ＩＣ１個おきに駆動しているが、数
個おきに駆動できることはもちろんである。液体噴出記
録ヘッドにより若干濃度ムラのレベルに差を生じている
のならば、印字品位に応じて、パターンを選択すること
ができる。

このように複数のパターンを用意した駆動順序制御回路
を具備したことにより印字品位に応じた最適パターンを
任意に設定することができる。

〔他の実施例〕

つぎに本発明の第２の実施例を第４図に示す。

第４図に示す第２の実施例は、第２図に示した実施例に
対し、１ライン分の記録データを格納するラインバッフ
ァ９とカウンタ８と、さらにその出力により前記駆動順
序制御回路６に制御データを供給する駆動順序設定回路
７とを追加することにより、１ライン毎に記録データを
検索し、記録に当って最適な駆動順序を決定することが
できる。

記録データ入力端子ＳＩおよびデータ転送りロック５ｃ
ｌｋが、６４ビツトシフトレジスタ４に供給される一方
、ラインバッファ９および１ライン分の記録データ内に
記録情報が何番目にあるかをカウントするカウンタ８に
供給される。ラインバッファ９およびカンタ８からなる
記録情報検索部ｌＯは、これらの入力に基づいて記録情
報を検索する。この記録情報検索部１０の出力は７の駆
動順序設定回路に供給され、そこで記録情報に最適な駆
動順序パターンデータが得られる。これが駆動順序制御
回路６に入力される。このようにして１ライン分の駆動
が決定すると、ＬＡＴ端子への入力により、記録が開始
され（動作は第２図と同様）、同時にラインバッファ９
およびカウンタ８をクリアし、次のラインの記録データ
入力が行なわれる。

以上の制御により、例えば濃度ムラを生じゃすい記録デ
ータならばデータに応じた駆動順序パターンを選択し、
はとんど記録情報がないような場合であれば、第３図の
パターン４のような同時駆動パターンを選択するという
ように、１ライン毎に駆動方法を変えることが可能にな
る。よって記録品位が改善されるだけでなく、記録情報
の少ないラインは記録スピードを短縮することができる
。

以上のような液体噴出記録ヘッドおよびその制御系を用
いて、第７図に示すようなフルカラー記録が可能なライ
ンプリンタを構成することができる。

第７図において、２０１Ａおよび２０１Ｂは記録媒体Ｒ
を副走査方向Ｖ、に挾持搬送するために設けたローラ対
である。２０２８に、　２０２Ｙ、　２０２Ｍおよび２
０２Ｃはそれぞれ、記録媒体Ｒの全幅にわたってノズル
を配列した、ブラック、イエロー、マゼンタおよびシア
ンの記録を行う、前述した実施例を適用したフルライン
型の液体噴出記録ヘッドであり、その順に記録媒体搬送
方向上流側より配置しである。２００は回復系であり、
吐出回復処理にあたっては記録媒体Ｒに代って液体噴出
記録ヘッド２０２８に〜２０２Ｃに対向する。

なお前述した各実施例は、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−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
（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、記録を確実に効率よく行いつるか
らである。

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。

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〕

以上説明したように、本発明によれば任意に駆動順序パ
ターンを選択できるため、駆動ＩＣ内を複雑化すること
なく、濃度ムラをなくし、記録品位を改善することがで
きる。

又、第２の実施例のように１ライン毎に記録情報を検索
することにより駆動パターンを変化させ、高速記録を行
うことも可能である。

本発明が上記の効果を呈する以上、液体吐出記録ヘッド
に搭載される駆動ＩＣが数個で構成されるシリアルプリ
ンタヘッドであっても同様の効果を示すことはいうまで
もない。駆動ＩＣが発熱素子毎にパルス幅制御が可能で
あるような複雑な駆動回路を有するものであっても、同
様な効果を示すものであり、液体吐出記録ヘッドの用途
、および解像度等に限定されるものでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用可能な液体噴出記録ヘッドの一構
成例を示す斜視図、 第２図は本発明の一実施例に係る液体噴出記録ヘッドの
駆動制御系を示すブロック図、第３図は本発明の駆動順
序タイミングを示すパターン図、 第４図は他の実施例に係る液体噴出記録ヘッドの駆動制
御系を示すブロック図、 第５図は従来の液体噴出記録ヘッドの駆動制御系を示す
ブロック図、 第６図は従来の駆動方式を示すタイミングチャート、 第７図は本発明の液体噴出記録ヘッドを適用したフルカ
ラープリンタの構成を示す斜視図である。 １・・・発熱素子、 ２・・・ＡＮＤ回路、 ３・・・ラッチ回路、 ４・・・シフトレジスタ、 ５・・・駆動用ＩＣ１ ６・・・駆動順序制御回路、 ７・・・駆動順序設定回路、 ８・・・カウンタ、 ９・・・ラインバッファ、 ｌＯ・・・印字情報検索部。 第１ 図 第７図 ！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）記録液滴を吐出して、記録媒体に記録を行うための
   液体吐出記録ヘッドにおいて、 複数の電気熱変換素子と、前記複数の電気熱変換素子を
   選択的に通電するための複数の駆動回路と、駆動順序設
   定データに基づいた順序で前記複数の駆動回路を駆動制
   御する制御手段と、 を具えたことを特徴とする液体吐出記録ヘッド。 ２）記録媒体に液体を吐出して記録を行うインクジェッ
   ト記録装置において、 複数の電気熱変換素子と、前記複数の電気熱変換素子を
   選択的に通電するための複数の駆動回路と、駆動順序設
   定データに基づいた順序で前記複数の駆動回路を駆動制
   御する制御手段と、 を具えた液体吐出記録ヘッドと、 記録媒体を搬送するための搬送手段と、 を有することを特徴とするインクジェット記録装置。 ３）前記制御手段における駆動順序設定データは、前記
   ヘッドの記録特性に応じて当該ヘッドごとに可変である
   ことを特徴とする請求項１記載の液体吐出記録ヘッド。 ４）前記制御手段は、１ライン分の記録データを格納す
   るラインバッファと、記録情報をカウントするためのカ
   ウンタとを有し、当該ラインバッファとカウンタとに基
   づいて駆動順序設定データを可変にすることを特徴とす
   る請求項１記載の液体吐出記録ヘッド。 ５）前記記録ヘッドは、気泡の成長・収縮によってイン
   ク液滴を吐出させるバブルジェット記録ヘッドであるこ
   とを特徴とする前記請求項各項に記載の液体吐出記録ヘ
   ッドおよび記録装置。