JPH03227643A - 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装置に関するものである
。

現在記録装置のなかでもいわゆるインクジェットによる
記録装置は、高速で高画質を得られる信頼性の高い装置
として広く利用されている。しかしこの記録装置では、
記録ヘッドの温度に応じ記録液の粘性が変化して記録ド
ツト径の変化が生じるために、記録画像に濃度変動が生
じて記録品質が低下することがあるという問題点があっ
た。

そこで、このインクジェット記録装置においては、記録
ヘッドをある一定の温度に温調して記録を行うのが一般
的である。

また、インクジェット記録方式には種々のものがあるが
、そのなかで熱エネルギを用いたインクジェット記録方
式の一つは、例えば特開昭５４−５９９３６号公報等に
示されているように、記録液を急激に加熱−し、該加熱
によって記録液に発泡現象を生じさせ、この発泡エネル
ギにより、記録液を液体吐出口（オリフィス）から吐出
噴射させるものであり、その特長の１つは、集積化が容
易であるということである。ちなみに、例えば吐出口間
隔６３．５μｍで１２８〜２５６本といった集積化が容
易である。従って高品位の画像を高速で記録できるとい
った、他のインクジェット記録方式には見られない優れ
た利点を有している。

第１Ｏ図はこのような方式のインクジェット記録装置の
構成を示す図である。第１０図において、２０１Ａおよ
び２０１Ｂは、記録媒体Ｒを副走査方向■Ｓに挟持搬送
するために設けたローラ対である。

２０２８に、２０２Ｙ、　２０２Ｍおよび２０２Ｃは、
それぞれ、記録媒体Ｒの全幅にわたって吐出口を配列し
たブラック、イエロー、マゼンタおよびシアンの記録を
行うフルマルチタイプの記録ヘッドであり、その順に記
録媒体搬送方向上流側より配置しである。また、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
に代って記録ヘッド２０２８に〜２０２Ｃに対向する。

ここで、記録ヘッド２０２８に、　２０２Ｙ、　２０２
Ｍおよび２０２Ｃの各々には、先に述べた理由から温調
をするための複数個の外部ヒータと温度検出手段とが設
けられており、記録ヘッドの温度に応じ、その複数個の
外部ヒータを独立に、または同時に加熱することでヘッ
ド温度の均一化をはかり、もって記録ドツト径の均一化
をはかって画質劣化を防止している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の例においても充分な記録ヘッドの
温度の均一性すなわち記録ドツト径の均一性を得ること
は困難であった。

その大きな理由としては、記録ヘッド内の発熱部やイン
クを外部ヒータにより間接的に加熱するために、記録ヘ
ッドの温度を検出してから外部ヒータで記録ヘッドを加
熱して記録ヘッドの温度が上昇するまでに時間がかかり
、精度よくヘッド内の！・ノ々／７″１迫険６イ傷１湘
づさｔ戸１１！し占（寄与ム飴る。また、このような方
法で記録ヘッドの温度を高精度に制御しようとすると、
外部ヒータの配置や制御装置も非常に複雑となるという
問題点があった。

特に、被記録部材の記録領域の全中にわたって吐出口が
設けられた所謂フルマルチタイプの記録ヘッドの場合に
は、その長さが長いために、記録ヘッドの全域に亘って
均一な温度に制御することが一層困難であるどう問題点
があった。

本発明の目的は、記録ヘッドの温度が不均一でも、簡易
な構成で記録ドツトの径を均一にすることが出来て高品
位な画像を得ることができるインクジェット記録装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の目的を達成するために、本発明は複数の吐出口の
各々に対応して配設されており、インクを吐出するため
に利用される熱エネルギーを発生する電気熱変換手段を
複数有し、当該電気熱変換＄　Ｅル　！呼　省１　ａｔ
　　１４　　＋＝ス　也　Ｉ＃　番Δ　Ｗ　　イ　ラコ
　騎　φ　ｔ＝　　Ｊ−ｘ　　　ノ　杓　＾ジェット記
録装置において、前記記録ヘーツドの温度を検出する温
度検出手段と、該温度検出手段の出力に応じて、複数個
の前記電気熱変換手段の各々に供給する前記電気信号の
波形を個々に制御する波形制御手段とを具えたことを特
徴とするものである。

［作　用］ 本発明によれば、温度検出手段が記録ヘッドの温度を検
出し、その結果に応じて、各電気熱変換手段の動作によ
って被記録媒体上に形成されるドツトの径が均一になる
ように、各電気熱変換手段に供給される記録用エネルギ
である電気信号の波形を波形制御手段が制御する。

［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、本発明の一実施例にかかるいわゆるフルライ
ンタイプのインクジェット記録ヘッドの駆動回路を示す
回路ブロック図であ−る。第１図において、１は搬送さ
れる記録紙の幅に対応して設けられる約３０００個の吐
出口の各々に対応して設けられる電気熱変換素子よりな
る発熱素子であり、発熱素子ｌが発生する熱によってイ
ンク中に気泡を発生させこの気泡の膨張、収縮に伴なう
インク変動によって吐出口からインク滴を吐出する。発
熱素子１の各々の両端の電位差は、それぞれのスイッチ
ングトランジスタ３を介して駆動電圧値■８に保たれて
いる。トランジスタ３のベースは、それぞれ対応するア
ンドゲート５の出力に接続している。

第１図において、１３はインクジェット記録装置の制御
部から１ビツトのシリアルに転送される波形データ信号
を格納するシフトレジスタである。

本例の駆動パルスはパルス幅を変調させるものであり、
１６段階のパルス幅で表現される。従って波形データ信
号の連続する４ビツトが１つの駆動パルスの波形データ
を構成する。これにより、シフトレジスタ１３は約３０
００個の発熱素子１に対応して約３０００Ｘ４ビツトで
構成される。１１は各発熱素子毎に設けられるカウンタ
であり、記録装置制御部からのプリセット信号に応じて
シフトレジスタ１３からそれぞれ４ビツトパラレルで転
送される波形データが設定される。カウンタ１１は、そ
れぞれこの設定される波形データに基づき、すなわち、
本例では波形のパルス幅に応じた値だけ制御部から転送
されるクロックパルスを計数し、この計数を行う間その
出力を“Ｈ”とする。

第１図において、９は、１ビツトのシリアルで転送され
る記録画像信号を格納するシフトレジスタであり、発熱
素子ｌの各々に対応して約３０００ビツトで構成される
。７は、シフトレジスタ９から出力される記録画像信号
をラッチ信号に応じてラッチし、この信号を出力するデ
ータバッファである。上述のアンドゲート５のそれぞれ
は、データバッファ７の対応する出力と、対応するカウ
ンタ１１の出力とを２つの入力とする。

第２図は、記録ヘッド１４の第１図に示したヘッド駆動
回路１４Ａに一ヒ記各種信号を連送することによって、
このヘッド駆動回路を制御する制御部を詳細に示すブロ
ック図である。

第２図において、３１はマイクロコンピュータ等のホス
ト装置から連送されてくる記録画像信号を一時的に格納
するための記録画像信号バッファであり、これによりホ
スト装置側からの記録画像信号の転送タイミングと、こ
の信号を用いた記録ヘッド１４側での駆動タイミングと
のずれを調整することができる。なお、記録画像信号を
転送する側の装置としてはコンピュータ等のホスト装置
には限られず、本例のインクジェット記録装置をプノン
タとして用いるそれぞれ複写機の原稿読取り部、ファク
シミリ、ワードプロセッサあるいは単にプリンタ装置に
おけるキーボード等の入力装置を具えたものであっても
よい。

再び、第２図において、３３は波形データＲＯＭであり
、上記駆動パルスの波形データが格納されている。本実
施例においては、ルックアップテーブル方式の制御をし
ており、各温度に対応するパルス幅があらかじめ波形デ
ータとしてこの波形データＲＯＭ３３に格納されている
。

さらに、第２図において、３２はＣＰＵ等からなるシー
ケンスコントローラであり、記録画像信号バッファ３１
からヘッド駆動回路１４Ａへの記録画像信号の転送およ
び波形データＲＯＭ３３から同じくヘッド駆動回路１４
Ａへの波形データの転送を制御すると共に、上記ラッチ
信号、クロック信号およびプリセット信号をヘッド駆動
回路１４Ａへ適切なタイミングで転送する。

また、シーケンスコントローラ３２は、記録ヘッド１４
に配設された温度検出手段であるサーミスタ１５、１６
．１７の出力に応じて、温調回路２２を介してヒータ１
１４を制御して記録ヘッド１４の温度を適切に保つとと
もに、波形データＲＯＭ３３に格納されている波形デー
タを適宜選んで記録ヘッド１４に適切なタイミングで送
出する。

ここで、記録ヘッド１４の正面図である第３図を用いて
サーミスタ１５．１６．１７の配置について説明する。

第３図において、１１１はＡ［からなる第１の基板、１
１２はシリコン等の金属から−なる第２の基板、１１３
は天板であり、この基板１１３には飛翔液滴を吐出噴射
させるための液体吐出口１１３Ａをその構成の一部とす
る複数の液路が形成されており、また、電気熱変換手段
である発熱素子はこの液路のそれぞれに対応した第２の
基板１１２上に配置されている。１１４は温調用のヒー
タである。

そして、温度検知手段であるサーミスタ１５．１６゜１
７は第２の基板１１２の温度を適切に測定するために、
基板１１２の中央部と両端部に配置しである。

一般に、吐出口１１３Ａの配列方向の温度勾配が前述の
画像劣化の原因となるために、記録ヘッド１４の中央部
とその両端部に、サーミスタを配置してお（ことが好ま
しい。

次に、第１図および第２図で示した本実施例の動作を、
各信号の転送タイミングを示すタイミングチャートであ
る第４図を用いて説明する。

先ず、シーケンスコントローラ３２は、あらかじめ定め
られた間隔、例えば５ライン分の記録毎にサーミスタ１
５．１６．１７の出力信号を入力する。そして、その出
力信号に従って温調回路２２を介して外部ヒータ１１４
を制御するとともに、約３０００個の流路の発熱素子の
それぞれについて波形データＲＯＭ３３内から適切な波
形データを選んでシフトレジスタ１３に転送する（第４
図、時点■）。

次に、記録動作が開始されると、記録紙搬送等のタイミ
ングと同期させながら記録画像信号バッファ３１からシ
フトレジスタ９へ記録画像信号が転送される（時点■）
。この転送を終了すると、ラッチ信号の°’Ｌ”（時点
■）によって記録画像信号がデータバッファ７にラッチ
されると共にこれらデータのアンドゲート５への出力が
設定される。

また、ラッチ信号の°°Ｌ“°パルスに先立って、プリ
セット信号の“Ｌｏ“　（時点■）により、シフトレジ
スタ１３に格納される波形データが各カウンタ１１に設
定される。

ラッチ信号の’Ｌ”（時点■）によってデータバッファ
７からの出力が設定されると、クロック信号が転送され
始め（時点■）、カウンタ１１はこのクロック信号パル
スをこのカウンタに設定される波形データに応じた期間
だけ計数し、この計数の間このカウンタのアンドゲート
５への出力を”　Ｈ”とする。

以上示した各信号の動作の結果、データバッファ７から
出力される記録画像信号の°゛Ｈ°°に対応する発熱素
子１に、この発熱素子に対応するカウンタ１１から論理
“Ｈ”が出力される期間の幅の駆動パルスが印加され、
これによりインク滴が吐出される。

以上のようにして、記録ヘッドの吐出口配列の長さに対
応した１９１２分の記録が行われる。この１ライン分の
記録ヘッド駆動がなされている間、すなわち、ラッチ信
号の°゛Ｌ′°と次のラッチ信号の°゛Ｌ°゛の間に次
のラインの記録画像信号がシフトレジスタ９に入力され
、以下上述と同様にして記録がなされる。

次に、本実施例を用いた記録実験の結果について説明す
る。

その方法としては、第５図に示すように記録用紙Ｐを、
矢印で示す方向すなわち記録ヘーツド１４に対して左方
に移動させながら、−様な画像信号（デユーティ７５％
）で逆り字型になるように記録を行ない、記録用紙Ｐの
各部分の濃度分−布を測定した。

なお実験には、４００ｄｐｉ、　２５６個の吐出口をも
つマルチノズルを使用し、温調回路には、サーミスタエ
６の温度Ｔ２が４５℃以下になるとヒータ１１４に通電
する、いわゆるオン／オフ制御を行なわせた。

また記録前の記録ヘッド１４のサーミスタが取付けけで
ある各部の温度は第６図に示したようになっており、中
央部と両端部には約５℃の温度差があった。

以上のような条件下で、サーミスタ１５からの温度信号
Ｔ１に基づいて制御される発熱素子を有する吐出口をＮ
Ｏ，１〜５０とし、サーミスタ１６からの温度信号Ｔ２
により制御される吐出口をＮｏ、５１〜２０５とし、サ
ーミスタ１７からの温度信号Ｔ３により制御される吐出
口をＮｏ、　２０６〜２５６に選択した。そして各温度
信号Ｔｉ　（ｉ・１〜３）に応じてパルス幅を以下のよ
うに変化させるようにした。

このようにして記録用紙Ｐに記録し、その各部の濃度分
布を測定した結果を第７図（２）、第８図（２）に示す
。なお第７図（１）と第８図（１）とは、本発明との比
較として、従来例すなわちパルス幅一定（７μｓ）で記
録した場合の各部の濃度分布を測定した結果を示したも
のである。

先ず、第７図（１）に示すように、従来例では、０点か
らｂ点に向って記録を進めてゆくに従って１度が上昇す
るためｃｂ間の濃度の不均一を招（。また、従来例では
ａ点とｂ点を結ぶ方向の濃度分布は第８図（１）に示す
通りであった。この濃度の不均一はａ点では温度はさほ
ど上昇していないのに対し、ｂ点では０点から連続的に
記録を進めてきた結果そこの温度が上昇したことに帰因
する。一方、本発明の実施例によればｃｂ間およびｃｂ
間の濃度分布は、各々第７図（２）、第８図（２）に示
すように一様となる結果が得られた。

第７図および第８図から明らかなように、本実施例によ
れば、画像濃度の均一化すなわちドツト径の均一化を図
ることができ、高品位な画像を得ることができる。

なお、本実施例においては、駆動電圧を一定（２４，Ｏ
Ｖ）にしてパルス幅を変更するようにしであるが、パル
ス幅を一定、例えば７μｓにして、駆動電圧を検出温度
に応じて、 としでも本実施例と同様の結果を得ることができる。

さらに、第９図に示すような２分割パルスによって飛翔
液滴を形成するインクジェット記録装置の場合には、そ
の２分割パルスの各条件（ｚｌ。

Ｚ２＋　Ｚ３．　Ｖｏｐ）をヘッド温度に応じて適宜変
化させるようにすれば、ドツト径を高精度に変化させる
ことができるので、単パルスの装置に比してより高品位
な画像を得ることができる。

例えば、駆動電圧Ｖｏｐを２４．０　（Ｖ）と一定にし
ておいて、間隔２．．２２，２．を温度に応じて、とす
ればよい。

なお、本発明においては、その駆動条件すなわち各電気
熱変換手段にどのような電気信号を供給するかは、記録
ヘッドの熱特性に応じて適宜選択すればよく、その場合
には予め記録ヘッドの温度分布状態を調べておいてから
選択するとよい。

また温度検出手段は、サーミスタ等の温度センサに限ら
なくてもよ（、例えば画像情報から記録ヘッドの温度状
態を間接的に検出し得るものでもよい。

加えて、前述した実施例では、記録ヘッドの温度に応じ
て駆動パルスの幅（時間）お−よび高さ（電圧）のいず
れか一方を制御したが、それらの双方を制御する場合を
も本発明は含むものである。

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、記録へ
シートの熱作用面に膜沸」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、り）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４３４５
２６２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（行いつるか
らである。

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、一体向に形成された１個の記録ヘッドとしての
構成のいずれに対しても本発明は有効に適用できる。加
えて、上側のような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、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
別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうことも安定し
た記録を行なうために有効である。

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、記録ヘッドの温度
が不均一でも、記録ドツトの径を均一にすることができ
、その濃度において高品位の画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る記録ヘッドの駆動回
路を示すブロック図、 第２図は、第１図示の駆動回路を制御する制御部の構成
を示すブロック図、 第３図は、本発明の一実施例に係る記録ヘッドの正面図
、 第４図は、第２図示の制御部の各部の信号波形を示すタ
イミングチャート、 第５図は、−本発明の一実施例による記録実験を説明す
るための説明図、 第６図は、記録実験前の記録ヘッドの各部の温度を示し
た説明図、 第７図および第８図は、記録実験後の画像の各部の濃度
を示す濃度分布図、 第９図は、２分割パルスの構成を示す波形図、第１０図
は、フルラインタイプのインクジェット記録装置の構成
を示す構成図である。 １・・・発熱素子、 ３・・・トランジスタ、 ５・・・アンドゲート ７・・・データバッファ、 ９．１３・・・シフトレジスタ、 １１・・・カウンタ、 １４・・・記録ヘッド、 １４Ａ・・・ヘッド駆動回路、 １５、１６．１７・・・サーミスタ、 ２２・・・温調回路、 ３２・・・シーケンスコントローラ、 ３３・・・波形データＲＯＭ １１３Ａ・・・吐出口、 １１４・・・ヒータ、 Ｖｏｐ・・・駆動電圧、 Ｚ＋、Ｚａ・・・パルス幅、 Ｚ２・・・パルス間隔。 １４ 第 ６ 図 （１） （２） 第 図 第１Ｏ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の吐出口の各々に対応して配設されており、イ
   ンクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生す
   る電気熱変換手段を複数有し、当該電気熱変換手段に電
   気信号を供給して記録を行なうインクジェット記録装置
   において、 前記記録ヘッドの温度を検出する温度検出手段と、 該温度検出手段の出力に応じて、複数個の前記電気熱変
   換手段の各々に供給する前記電気信号の波形を個々に制
   御する波形制御手段と を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。 ２）前記電気信号の波形の制御は、該電気信号となる電
   気パルスの時間および電圧値の少なくとも一方を変える
   ことによってなされる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。