JPH03234651A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、インクを吐出して記録を行うインクジェット
記録装置に関する。

［従来の技術］ ノンインパクト記録法は、記録時、騒音が無視しつる程
度に極めて小さいという点において、最近関心を集めて
いる。その中で高速記録の可能性を有して、記録を行え
るインクジェット記録法は極めて有力な記録法である。

インクジェット記録装置に適用される記録ヘッドは、一
般に微細な液体吐出口、液体流路およびこの液体流路の
一部に設けられるエネルギー作用部と、該エネルギー作
用部にある液体に作用させる液滴形成エネルギーを発生
するエネルギー発生手段を備えている。

このようなエネルギーを発生するエネルギー発生手段と
してはピエゾ素子等の電気機械変換体を用いた記録方法
、レーザー等の電磁波を照射して、そこにある液体に吸
収させて発熱させ、該発熱による作用で液滴を吐出、飛
翔させるエネルギー発生手段を用いた記録方法、あるい
は電気熱変換体によって液体を加熱して液体を吐出させ
るエネルギー発生手段を用いた記録方法等がある。

その中でも熱エネルギーを利用して液体を吐出させるイ
：クジェット記録方法に用いられる記録ヘッドは、記録
用の液滴を吐出して飛翔用液滴を形成するための液体吐
出口を高密度に配列することができるために高解像力の
記録をすることが可能である。その中でも電気熱変換体
をエネルギー発生手段として用いた記録ヘッドは、記録
ヘッドとして全体的なコンパクト化も容易で、かつ、最
近の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著
しいＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用
でき、長尺化および面状化（２次元化）が容易であるこ
と等からマルチノズル化、高密度実装化が容易で、しか
も大量に、生産性良く、製造コストも安価なインクジェ
ット記録ヘッドを提供する事が可能である。このように
、エネルギー発生手段に電気熱変換体を用い、半導体製
造プロセスを経て製造されたインクジェット記録ヘッド
は、一般には各液体吐出口に対応した液体流路を設け、
該液体流路ごとに該液体流路を満たす液体に熱エネルギ
ーを作用させて、対応する液体吐出口より液体を吐出し
て飛翔用液滴を形成する手段としての電気熱変換体が設
けられ、各液体流路には、各液体流路に連通している共
通液室より液体が供給される構造となっている。

このような構成の記録ヘッドの一例を第４図に示す。

１は図示しない被記録材の記録領域の全幅にわたってイ
ンク吐出口を設けた、いわゆるフルラインタイプの記録
ヘッドである。８は記録ヘッド１内の共通液室、１０ａ
はインク吐出面１１ａに配列された複数のインク吐出口
である。個々のインク吐出口１０ａに通じる不図示の液
路に設けられた発熱素子を選択的に駆動させることによ
ってインクを吐出させることができる。２２はインクを
記録ヘッド１に供給するインク供給タンクであり、イン
ク供給タンク２２から第１インク経路である供給管２５
によりインクを記録ヘッド１の共通液室８に供給できる
。また、２７は記録ヘッドｌの吐出機能回復のためにな
される回復動作時に使用される回復ポンプであり、この
回復ポンプ２７は第２インク経路である循環管２６によ
り記録ヘッドｌに連通されている。上述の供給管２５お
よび循環管２６の長さは互いにほぼ等しくなっており、
またそれらの内径も等しくなっている。

このように構成された記録ヘッドｌとそのインク供給系
および回復系においては、記録時、インク供給タンク２
−２から液の自重によりインクがインク供給管２５を介
して共通液室８に補給され、共通液室８から不図示の液
路を介してインク吐出口１０ａに導かれる。また、共通
液室８や供給系に残留する気泡の除去と共に記録ヘッド
ｌを冷却するために実施される回復動作時には、回復ポ
ンプ２７を起動してインクを、循環管２６により共通液
室８に送り込み、共通液室８から供給管２５によりイン
クをインク供給タンク２２に戻して循環させることがで
きる。更にまた、液路等の初期充填時には、回復ポンプ
２７により循環管２６を経てインクを共通液室８に圧送
し、気泡の排出と共にインクをインク吐出口１０ａから
吐出させることができる。

なお、上述の記録ヘッドとして、エネルギー発生手段に
電気熱変換体を用いたものを詳述したが、ピエゾ素子等
の電気機械変換体やレーザー等の電磁波を用いる記録ヘ
ッドを備えたインクジェット記録装置にも、以下に述べ
る本発明を適用することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このようなフルラインタイプの記録ヘッドを
使用する場合、高速記録あるいは、長時間連続記録を目
指す点から多量のインクを消費するため、インクの供給
状態の安定化を図り達成する必要がある。

しかしながら、供給管から記録ヘッドへのインクの供給
量は高速記録を達成するために充分ではなかった。

本発明は、上記従来の技術が有する問題点に鑑みてなさ
れたものであり、フルラインタイプの記録ヘッドを用い
た場合においても、記録時、記録ヘッドへのインクの供
給不足が発生せず、高速記録が可能で、しかもインクの
吐出応答性、吐出効率および吐出安定性が低下しないイ
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、記録ヘッドと、該
記録ヘッドへ供給するためのインクを貯留するインク供
給タンクとを第１インク経路および第２インク経路によ
り接続したインクジェット記録装置において、 前記第１インク経路の摩擦損失水頭が前記第２インク経
路の摩擦損失水頭よりも小さいことを特徴とする。

また、第１インク経路は、記録時のインク流れ方向と、
記録ヘッドの回復動作時のインク流れ方向とが反対方向
である。

さらに、第１インク経路の長さが第２インク経路の長さ
よりも短い。

そして、第１インク経路の内径が第２インク経路の内径
よりも大きい。

また、記録ヘッドは、被記録材の記録幅の全幅にわたっ
てインク吐出口が形成されたフルラインタイプの記録ヘ
ッドである。

さらに、記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインク
を吐出するものであり、前記熱エネルギーを発生させる
電気熱変換体を備えている。

［作用］ 円管の摩擦損失水頭（圧力損失ヘッド）ｈは、一般に次
の式（１）で表わせる。

ここで、λは管摩擦係数、℃は円管の長さ、ｄは円管の
内径、■は流体（インク）の流速、ｇは重力加速度であ
る。

本発明は、第１インク経路の長さを第２インク経路のそ
れよりも短かくし、あるいは第１インク経路の内径を第
２インク経路のそれよりも大きくすることにより、上記
の（１）式に基づいて、第１インク経路の摩擦損失水頭
を第２インク経路のそれよりも小さく設定する。このこ
とにより、記録時、インク供給タンク内のインクは第１
インク経路を通って記録ヘッドへ導かれやすくなり、該
導かれるインクの量はｉｃ！録ヘッドによって吐出され
るインク量を十分に補える。したがって、多量のインク
を消費するフルラインタイプの記録ヘッドを使用する場
合でも、インクの供給不足が発生しない。

［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
。各実施例において同一の構造を有するものには同一符
号を用いた。

（第１実施例） 第１図において、３０はフルラインタイプの記録ヘッド
（以下「記録ヘッド」という）、３０ａは記録ヘッド３
０内の共通液室、３７はインク吐出面３６に配列された
複数のインク吐出口である。しかして本例のインク吐出
口３７は、対象とされる被記録材（図示せず）の記録可
能幅いっばいにその数が配列されており、その個々のイ
ンク吐出口３７に通じる不図示の液路に設けられた発熱
素子を選択的に駆動させることによってインクを吐出さ
せ、ヘッド自体の主走査なしに記録を実施することがで
きる。３３は記録ヘッド３０へ供給するためのインクを
貯留するインク供給タンク、３４はインク供給タンク３
３にインクを補充するためのインクカートリッジであり
、インク供給タンク３３から第１インク経路である供給
管３１によりインクを記録ヘッド３０の共通液室３０ａ
に供給し、また、インク補充のときには、インクカート
リッジ３４からチキンフィードの原理を適用して、イン
ク供給タンク３３にインクを補充可能である。また、３
５は記録ヘッド３０の吐出機能回復のためになされる回
復動作時に使用される回復ポンプであり、この回復ポン
プ３５は第２インク経路である循環管３２により記録ヘ
ッド３ｏに連通されている。また上述の供給管３１の長
さは循環管３２の長さの約半分てあり、供給管３１の内
径は循環管３２の内径と等しい。このことにより、供給
管３１の摩擦損失水頭は循環管３２のそれの約２分の１
になる。

このように構成された記録ヘッド３０とそのインク供給
系および回復系においては、記録時、インク供給タンク
３３から液の自重によりインクが共通液室３０ａに充分
に補給され、共通液室３０ａから不図示の液路を介して
インク吐出口３７に導かれる。また、共通液室３０ａや
供給系に残留する気泡の除去と共に記録ヘッド３０を冷
却するために実施される回復動作時には、回復ポンプ３
５を起動してインクを、循環管３２により共通液室３０
ａに送り込み、共通液室３０ａから供給管３１によりイ
ンクをインク供給タンク３３に戻して循環させることが
できる。更にまた、液路等の初期充填時には回復ポンプ
３５により循環管３２を経てインクを共通液室３０ａに
圧送し、気泡の排出と共にインクをインク吐出口３７か
ら吐出させることができる。

本実施例において、供給管３１の摩擦損失水頭は循環管
３２のそれの約２分の１であるので、記録時、インク供
給タンク３３内のインクは供給管３１を通って記録ヘッ
ド３０へ導かれやすくなる。この結果、供給管３１を通
って記録ヘッド３０へ導かれるインク量は、記録ヘッド
３０によって吐出されるインク量を十分に補えるので、
インクの供給不足が発生しない。

次に、上記のインク供給系および回復系を備えたインク
ジェット記録装置について説明する。

４２は複写すべき原稿４６ａを読み取りそれを電気信号
に変換するスキャナ一部で、その信号は、プリンタ部４
３の記録ヘッド部３８にドライブ信号として与えられる
。給紙カセット４５ａにはその際の被記録材としての記
録紙が収納され、該記録紙は搬送手段４５ｂにより必要
時１枚ずつベルト搬送部４０へ向って送り出される。こ
の記録紙は前記ベルト搬送部４０を通過する際前記記録
ヘッド部３８により印字画像記録がなされ、定着排紙部
４４を経て排出手段４６によりトレイ４１へ送り出され
る。また、３９は回復キャップ部であり、前記記録ヘッ
ド部３８が常時印字可能な状態を維持するための機能を
もつ。一方、シアン、マセンタ、イエロー、ブラックの
各色のインクのインクカートリッジ３４を備え、４つの
各インク供給タンク３３から前記記録ヘッド部３８にイ
ンクが供給される。なお、図中、４６ｂは図番読み取り
手段を示している。

（第２実施例） 本実施例においては、第３図に示すように、供給管３１
ａの内径が循環管３２の内径の約２倍となっており、そ
の他の構成は第１実施例の構成と同一である。

本実施例においては、供給管３１ａの摩擦損失水頭は循
環管３２のそれの約４分の１となるので、記録時、イン
ク供給タンク３３から供給管３１ａを通って記録ヘッド
３０へ導かれるインク量は、記録ヘッド３０より吐出さ
れるインク量をさらに十分に補えるので、インクの供給
不足を防止できる。

上記両実施例において、４つのインク供給タンクを備え
たインクジェット記録装置に本発明を適用したものを示
したが、これに限らず、１つのインク供給タンクを備え
たインクジェット記録装置に本発明を適用してもよい。

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、記録装置に於いて、優れた
効果をもたらすものである。

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なうものが
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激な温度上
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させて、結果的にこの駆動
信号に一対一対応し液体（インク）内の気泡を形成出来
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なわれるので、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。尚、上
記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３
１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると
、更に優れた記録を行なうことができる。

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、電気熱変換体の組み合わせ
構成（直線状液流路又は直角液流路）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でもよい。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年第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
に対応せる構成を開示する特開昭５９年第１３８４６１
号公報に基ついた構成としても本発明は有効である。

更に、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
的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成のいずれ
でも良いが、本発明は、上述した効果を一層有効に発揮
することかできる。

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。

又、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、キャビング手段、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。

更に、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色の
みの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構
成するか複数個の組み合わせによってでもよいが、異な
る色の複色カラー又は、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６ ［発明の効果］ 本発明は以上説明したとおり構成されているので、以下
に記載するような効果を奏するインクジェット記録装置
を提供できる。

記録時、インク供給タンクから第１インク経路を通って
記録ヘッドへ導かれるインク量は、記録ヘッドによって
吐出されるインク量を十分に補えるので、多量のインク
を消費するフルラインタイプの記録ヘッドを用いた場合
においても、インクの供給不足を防止でき、インクの吐
出応答性、吐出効率および吐出安定性が低下しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るインクジェット記録装置の第１実
施例のインク供給系およびインク回復系の正面図、第２
図は第１実施例の概略構成図、第３図は本発明の第２実
施例のインク供給系およびインク回復系の正面図、第４
図は従来例で、インクジェット記録装置のインク供給系
およびインク回復系の構成図である。 ３０・・・・・・記録ヘッド、 ３０ａ・・・共通液室、 ３１．３１ａ・・・供給管、 ３２・・・・・・循環管、 ３３・・・・・・インク供給タンク、 ３４・・・・・・インクカートリッジ、３５・・・・・
・回復ポンプ、 ３６・・・・・・インク吐出面、 ３７・・・・・・インク吐出口、 ３８・・・・・・記録ヘッド部、 ３９・・・・・・回復キャップ部、 ４０・・・・・・ベルト搬送部、 ４１・・・・・・トレイ、 ４２・・・・・・キャナ一部、 ４３・・・・・・プリンタ部、 ４４・・・・・・定着排紙部、 ４５ａ・・・給紙カセット、 ４５ｂ・・・搬送手段、 ４６・・・・・・排出手段、 ４６ａ・・・原稿、 ４６ｂ・・・図番読み取り手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、記録ヘッドと、該記録ヘッドへ供給するためのイン
   クを貯留するインク供給タンクとを第１インク経路およ
   び第２インク経路により接続したインクジェット記録装
   置において、 前記第１インク経路の摩擦損失水頭が前記第２インク経
   路の摩擦損失水頭よりも小さいことを特徴とするインク
   ジェット記録装置。 ２、第１インク経路は、記録時のインク流れ方向と、記
   録ヘッドの回復動作時のインク流れ方向とが反対方向で
   ある請求項１に記載のインクジェット記録装置。 ３、第１インク経路の長さが第２インク経路の長さより
   も短い請求項１または２に記載のインクジェット記録装
   置。 ４、第１インク経路の内径が第２インク経路の内径より
   も大きい請求項１、２または３に記載のインクジェット
   記録装置。 ５、記録ヘッドは、被記録材の記録幅の全幅にわたって
   インク吐出口が形成されたフルラインタイプの記録ヘッ
   ドである請求項１、２、３または４に記載のインクジェ
   ット記録装置。 ６、記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐
   出するものであり、前記熱エネルギーを発生させるため
   の電気熱変換体を備えている請求項１、２、３、４また
   は５に記載のインクジェット記録装置。