JPH03240544A - 液体噴射記録装置 - Google Patents

液体噴射記録装置

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JPH03240544A
JPH03240544A JP2036193A JP3619390A JPH03240544A JP H03240544 A JPH03240544 A JP H03240544A JP 2036193 A JP2036193 A JP 2036193A JP 3619390 A JP3619390 A JP 3619390A JP H03240544 A JPH03240544 A JP H03240544A
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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、記録液に熱エネルギを作用させ、該液体を？
夜滴として吐出噴射させて記録を行う液体噴射記録ヘッ
ドの温度補償装置に関する。
［従来の技術」 液体噴射記録法（インクジェット記録法）は、記録時に
おける雑音の発生が無視し得る程度に極めて小さいとい
う点、高速記録が可能であり、しかも定着という特別な
処理を必要とせずに所謂普通紙に記録の行える点におい
て、最近関心を集めている。
その中で例えば特開昭５４−５１８３７号公報、ドイツ
公開（ＤＯＬＳ）第２８４３０６４号公報に記載されて
いる液体噴射記録法は、熱エネルギを液体に作用させて
液滴吐出の原動力を得るという点において、他の液体噴
射記録法とは異なる特徴を有している。
すなわち、上記の公報に開示された記録法でば、熱エネ
ルギの作用を受けた記録液か急激な体積の増大を伴う状
態変化を起こし、該状態変化に基づく作用力によって、
記録ヘッド先端の液体吐出口（オリフィス）より記録液
か吐出されて、飛翔的を夜滴が形成され、該液滴が紙な
どの被記録部材に付着し記録が行われる。
ことに、ＤＯＬＳ第２８４３０６４　列公報に開示され
ている液体噴射記録法は、所謂ドロップオンデマンド（
ｄｒｏｐ−ｏｎ　ｄｅｍａｎｄ）記録法に極めて有効に
適用されるばかりではなく、記録ヘッド部をフルライン
（ｆｕｌｌ　１ｉｎｅ）タイプで高密度マルチオリフィ
ス化された記録ヘッドが容易に具体化できるので、高解
像度、高品質の画像を高速で得られるという特徴を有し
ている。
上記の記録法に用いる記録装置の特徴的な記録ヘッドは
、一般に、記録液を吐出して飛翔的液滴を形成するため
に設けられたオリフィスと、該オリフィスに連通し、該
液滴を吐出するための熱エネルギが該記録液に作用する
部分である熱作用部を構成の一部とするｌ夜流路とを有
する液吐出部と、熱エネルギを発生するための熱エネル
ギ発生手段とを具備している。
従来、このようにして液体噴射記録ヘッドが構成される
わけであるが、このような液体噴射記録ヘッドにも、改
善すべき種々の問題がある。
その１つは、液体噴射記録ヘッドの温度特性に起因する
ものである。記録液が被記録材に４１着して形成される
記録ドツトの大きさ、すなわち記録ドツト径と記録ヘッ
ドの温度との関係において、ドツト径はヘッド温度に太
き（依存している。これは、ヘッド温度の変化によって
飛翔的液滴を形成する記録ｌ夜の初期発泡力が大きく変
化することに起因しており、特に低温では記録液の初期
発泡力が小さいために安定な飛翔的液滴を形成すること
ができず、良好な画質を得ることができなかった。この
ため、従来一般には正特性ザーミスタなどの外部加熱方
式のヒータを用いて、記録ヘッド外部から該ヒータによ
り記録ヘッド全体を加熱することで、このような画質低
下の問題に対応していた。しかしながら、この方法では
記録ヘッド全体を加熱するため、消費電力が大きくなり
、かつ温度上昇の応答速度も遅いという欠点があった。
また、熱エネルギを利用した液体噴射記録ヘッドは原理
上、自己発熱を伴なうことと、基板上を記録のための記
録液が流れていて基板自身を記録液が冷却していること
により、複雑な温度分布を示す。従ってマルチノズルを
有する液体噴射記録ヘッドでは、温度分布の均一化およ
び低温時の特性改善が良好な画質を得るための必要条件
となっている。
［発明が解決しようとする課題］ そこで、液吐出用の熱エネルギ発生手段（以下吐出ヒー
タという）を設けた基板（ヒータボードという）上に、
温度補償用の加熱手段（以下加熱ヒータという）を一体
化し、熱伝達効率を高めて消費電力を小とし、かつ応答
速度が向上するようにすることが考えられる。
このように吐出ヒータと加熱ヒータとをヒータボード上
に近接して設けた場合、その伝達効率が増すため、低温
時からの温度補償に必要な昇温時間と常温時からのそれ
とか大きく異なり、また、電源投入の使用開始時と、一
連の記録終了後の待機時との昇温時間も異なってくる。
すなわち、温度補償に要する時間が環境温度およびプリ
ンタの動作状態によって異なるので、−律な加熱動作を
行うと、例えば当該動作に伴なう記録処理の待機時間が
過大となり、プリントミスが発生するおそれがある。
このために、温度検出手段および該手段からの信号によ
り加熱ヒータに与える電気エネルギを可変とする手段等
を配設してこの問題を回避することも考えられるが、そ
の分記録ヘッドが高価格となる問題点が生じ得る。また
、加熱ヒータに、オーバーパワーを印加し、いかなる状
態での待機時間をも短縮することも考えられるが、これ
も加熱ヒータの耐久性および消費エネルギの点で問題が
生じ得る。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、消費電
力が少なく、しかも低温時でも通常と変らず速やかに良
好な画質を得ることができる液体噴射記録ヘッドの温度
補償装置を廉価に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、本発明は、記録用液体を吐出するために利
用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と同一基
板上に複数形成され、選択駆動可能に配置された記録液
体の加熱用の加熱素子と、記録用液体の温度に応じて複
数の加熱素子の選択駆動を行う駆動手段とを具えたこと
を特徴とする。
［作　用］ 本発明によれば、複雑な制御を要することなく温度に応
じた加熱が行われ、またこれに伴って消費電力が可変と
なるので、記録ヘッドの効率的な温度補償が可能となる
。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る液体噴射記録ヘッドの
一構成例を示す。なお、第１図は特に該ヘッドの加熱ヒ
ータ付近のヒータボードの模式的平面を示した。
本実施例に係る液体噴射記録ヘッドは、第１図中符号１
０１で示すチップ（ヒータボード）上に、吐出用の熱エ
ネルギ発生手段（吐出ヒータ）１０３と、これに画像情
報に応じた記録信号を供給するための電極１０５．１０
６が画像の記録密度に応じたドツト数に対応して多数設
けられている。ここで電極１０５は各熱エネルギ発生手
段１０３に共通に接続された共通電極、１０６は各熱エ
ネルギ発生手段１０３を各別に駆動するための選択電極
である。
このチップ１０１上にはさらに、記録ヘッドの温度補償
を行うためのヘッド加熱ヒータ１０２−１゜１０２−２
が同一基板上に複数設けられる。この加熱ヒータ１０２
−１．１０２−２においてはそれぞれの抵抗値Ｒ，，Ｒ
２が異なるように寸法、形状等を定めて設けられており
（Ｒ，＜Ｒ２）　、同一電圧を供給した場合、発生する
熱エネルギが１０２−１では大きく、１０２−２では小
さくなるように設定されている。すなわちヘッド加熱ヒ
ータに電力を供給するための共通電極を部分１０４−Ａ
としたとき、選択電極の１０４−Ｂ、　１０４−Ｃを適
宜選択することにより、ヘッドの昇温特性を選択可能と
なる。
ここで、加熱ヒータ１０２−１．１０２−２は吐出ヒー
タ１０３の発熱抵抗層と同一材料（例えばＨｆＢｚ）を
用いて形成できるが、ヒータボードを構成する他の材料
、例えばアルミニウム、タンタル、チタン等を用いて形
成してもよい。ここに、アルミニウムは電極に用いるこ
とができる材料、チタンは吐出ヒータ１０３を構成する
発熱抵抗層と電極との接着性を高めるために両者間に配
置可能な材料、タンタルは発熱抵抗層上の耐キャビテー
ション性を高めるためにその上部に配置可能な材料であ
る。そして、このような材料の選択を行えば、加熱ヒー
タ１０２−１．１０２−２を吐出ヒータ１０３等と同時
の成膜プロセスで形成することも可能となる。
第１図では、本例に係る記録ヘットの構成を明瞭にする
ためそのヒータボード部分のみを示したが、このヒータ
ボード１０】を用いて構成可能な液体噴射記録ヘットを
説明する。
第２図（Ａ）および（Ｂ）はその模式図を示し、ヒータ
ボード１０１の上に液路を形成するためのノズル板２０
３、天板２０７が積層される。さらに液路２０６は一端
が大気に連通して吐出口２０９を形成し、他端はインク
の供給源となる液室２０５へ連通ずる。さらに、液室２
０５はインク供給部２０８を通じて、不図示のインクタ
ンクに連通している。第２図（Ｂ）に示ず２１０はその
インクタンクよりインクを液室２０５へ供給するための
供給管である。なお、第２図には図示していないが、第
１図における加熱ヒータ１０２−１．．１０２−２がヒ
ータボード１０１の両側に設けられている。
第３図は加熱ヒータ１０２−］、　１０２−２を選択的
に駆動するための回路構成の一例を示す。このような回
路は本例に係る記録ヘットを適用する装置の適宜の部位
に、例えば装置の主制御部を実装する回路基板等に設け
ておくことができる。
ＴＨはヘッドの適宜の部位に設けられたサーミスタであ
り、ヘッド温度を検知する手段である（このサーミスタ
をヒータボード＋０１上に形成することもできる）。こ
のサーミスタの抵抗値とＲ１とで生ずる電圧ＶＴＩ＋と
、基準電圧Ｖ１とをコンパレータＣＯＭにより比較し、
ＶＴｉｌよりｖｌが大きい場合１．、ＯＷの信号を発生
し、ＶＴＩ＋より■１が小さい場合ばｔｌｉｇｈの信号
を出力するようにする。
すなわち、ヘッド温度が低温の場合にはサーミスタ抵抗
が犬となり、ｖ’ｒｎ電圧も高く、従ってコンパレータ
ＣＯＭからばＨｉｇｈの信号が出力されることとなる。
コンパレータＣＯＭの出力信号は２系統に分けられ、一
方は加熱ヒータ］、　０２−１の駆動のオン／オフを行
うトランジスタＴｒｌに対し、抵抗Ｒ２を介して駆動の
ためのオン／オフ信号として供給される。
他方は加熱ヒータ１．０２−２の駆動のオン／オフを行
うトランジスタＴｒ２に苅し、インバータＩＮによる１ 逆相の信号が抵抗Ｒ１を介して駆動のためのオン／オフ
信号として供給される。
従って、低温の際は、基準電圧Ｖ１より電圧■１１゜が
犬であるので、加熱ヒータ１０２−１がオンとされる。
そして、この加熱ヒータ１０２−１への通電に伴うヒー
タボード１０１の温度上昇により、ザーミスタ電圧ＶＴ
Ｈが基準電圧■１より小さくなると、その後は駆動に係
る加熱ヒータが１．０２−１から１０２−２に切り換わ
り、消費電力が変わることによって、基板の温度上昇が
ゆるやかとなる。
なお、温度が上昇し、基板温度が所定の温度を越えた場
合に加熱用ヒータに供給される電流を遮断するスイッチ
ＳＷを設け、設定温度以上に基板温度が上昇しないよう
に制御される。
このための回路として、第３図（Ａ）に示した回路を変
形した第３図ＣＢ）のようなものを用いることができる
。これは、サーミスタＴＨ２（ＴＨ２は、ＴＨと同じで
も良い）と、その検知温度を所定値と比較するコンパレ
ータ（１：０Ｍ２を別途設け、その出力とコンパレーク
ＣＯＭの出力とのＡＮＤ演算を行っ■　２ て、それぞれのトランジスタＴｒＩ、　Ｔ、、２のオン
／オフを行うＡＮＤゲート（ＡＮＤＩ、　ＡＮＤ２）を
設けたものである。
また、このオン／オフはＶｌｌ側に公知のザーモスター
トを用いて、単純に供給電圧を遮断するものであっても
よい。
第４図は以上の動作を説明するために基板の温度上昇の
遷移を示す。
時刻ｔ。において基板温度Ｔ。が低い温度（ｖｌ〈Ｖ　
Ｔ　１１　）であると、加熱ヒータ抵抗）＋Ｒ，がオン
とされ、急速に基板が暖められる。その後、時刻ｔ、に
おいてあらかじめ設定された温度Ｔ＋　（Ｖ＋＝Ｖｔｕ
）に達すると、加熱ヒータ抵抗はＨＲ，からｌｌＲ２に
切り換わり、温度上昇はゆるやかとなる。
さらなる時刻ｔ２において、基板温度上昇の上限Ｔ２を
越えるとスイッチＳＷが働き、加熱ヒータ抵抗ＨＲ２の
電流が遮断されると若干のオーバシュートの後、基板は
冷却される。
時刻ｔ３に至ってＴ２以下となると、またスイッチＳＷ
が動作し、再び加熱用ヒータ抵抗１］Ｒ２に電流が流れ
、加熱を開始してＴ２に至るまで基板温度を上昇させる
。
この後は基板温度Ｔ２を境にこの動作を繰り返し、液体
噴射記録ヘットはほぼＴ２の温度に保持される。すなわ
ち、以上のような動作により記録ヘッドの温度補償がな
される。
従って、低温時では消費エネルギが大きいが、短時間に
基板温度が上昇する利点があり、さらに温度補償する温
度の近傍から消費エネルギの小さい加熱ヒータを用いる
ことによって温度制御がより精密に、かつ消費電力を小
とできる利点が得られる。すなわち、本例ではこれら２
つの利点をもつ温度補償が可能となった。
第５図は、加熱ヒータ駆動回路の他の構成例を示し、本
例は本発明の効果をより一層増すべく、さらには精密な
駆動を可能としたものである。
本例では、コンパレータを３基設け（ＣＯＭＩ〜Ｃ０Ｍ
３）　、それぞれのサーミスタ検知温度からなるザーミ
スタ電圧ＶＴＨに対してＶ、、Ｖ２．Ｖ３の基準電圧を
設定し、ＶＴＩ＋が■１以上ではＨＲ，、ＨＲ２の両者
がオンとなって最大発熱量を得、■１〜Ｖ２においては
ＨＲ，のみがオンとなるようにし、■２〜Ｖ３において
はＨＲ２だけがオンとなるようにし、そしてＶ３以下で
はすべてがオフとなるようにする。
そのために、コンパレータＣＯＭＩおよびＣ０Ｍ２の出
力を反転させてアンドゲートＡＮＤＩに、コンパレータ
Ｃ０Ｍ２の反転出力とコンパレータＣ０Ｍ３の出力とを
アンドゲートＡＮＤ２に、コンパレータＣ０Ｍ２および
Ｃ０Ｍ３の反転出力をアンドゲートＡＮＤ３にそれぞれ
供給する。そしてアンドゲートＡＮＤＩおよびＡＮＤ２
の出力をオアゲートＯＲに入力し、その出力をトランジ
スタＴｒｉのオン／オフ信号に、アンドゲートＡＮＤ３
の出力をトランジスタＴｒ２のオン／オフ信号に用いる
ようにした。
本例によると、第３図で示した実施例よりもさらに精密
な温度制御が可能となる。さらに第３図ではスイッチＳ
Ｗによる電流の遮断を行ったが、本実施例では■３の設
定なＴ２と同様に設定すれば、第３図で示した基板温度
上限のコントロールも同一　５ 回路で行うことができる。
第６図は本発明の他の実施例に係るヒータボードの模式
図である。
本例において、ヒータボード５０１上の一点破線で囲ま
れた部分５０２は吐出用の熱発生素子およびこれに電気
エネルギを供給するための配線回路が設けられた部分で
あり、その直下に加熱用ヒータ５０６−１，５０６−２
が設けられている。なお、５０５はそれらヒータの共通
電極、５０４は選択電極である。
本例にように、配線回路５０２下に設けられた加熱用ヒ
ータは、直接吐出に供されるインクを加熱することがで
き、本発明の効果をさらに引き出すことが可能である。
また、第１図のように両側に設けるときは温度分布の均
一化を図るため左右対称に加熱ヒータを設けるのが好適
であるが、本実施例によれば中央部に加熱ヒータを設け
るので、そのような配慮をせずに均一な加熱ができると
いう利点がある。
　６ 第７図は本発明のさらに他の実施例に係るヒータボード
を示す。
本例においてはヒータボード６０１上に吐出用熱発生素
子および電極回路が設けられた破線部で囲まれる部分６
０２があり、その両側に加熱ヒータ６０６−１〜６０６
−４が設けられる。なお、６０４．６０５は電極である
。
本例において、加熱ヒータ６０６−１〜６０６−４の抵
抗値をそれぞれＲ，、Ｒ２，Ｒｓ、　Ｒ４とした場合、
共通電極６０５に対して個別電極６０４を選択的に駆動
することで、ヒーターボード６０１に与える加熱エネル
ギを制御することが可能となる。たとえば、Ｒ１＝　Ｒ
２＝　Ｒ３＝　Ｒ４とした場合、Ｒ８−Ｒ４まで全ヒー
タをＯＮＩ、た場合と、Ｒ２およびＲ３もしくはＲ１お
よびＲ４をＯＮＬ、た場合とで倍の加熱エネルギコント
ロールを行うことができる。また、Ｒ，＝Ｒ，，Ｒ２＝
Ｒ，とした場合、Ｒ１−Ｒ４まで全ヒータをＯＮシた場
合と、Ｒ２Ｒ３をＯＮとした場合と、Ｒ，、Ｒ４をＯＮ
シた場合との３ステツプの加熱エネルギコントロールを
すること　８ が可能となる。このように、抵抗値を変えることによっ
ても、自由に温度コントロールをすることが可能となり
さらなる効果が期待できる。
［発明の効果］ 以」二説明したように、本発明によれば、ヒータボード
上に複数の加熱ヒータを設け、選択的駆動を行って消費
電力が異なるようにしたことにより、効率よく基板を加
熱し、良好な温度補償を行うことが可能となった。
これにより、まず第］には、低温時に急激な温度上昇を
行うことができるのでプリンタのウェイト時間を短くす
ることが可能となる。
第２には温度補償領域付近では温度変化が小さいため厳
密な制御が可能となり、オーバーランのしすぎによる記
録濃度変化を小さく抑えられる。
第３には、これらの制御を単一の加熱ヒータで行うと、
最大パワーから最小パワーまでを順次制御する手段が必
要となるが、基板内に発熱素子と同様に、同時に形成す
ることもできる本発明に４３いては、簡単な回路により
温度補償が可能となった。
第４には、通常記録ヘットの基板温度が温度補償領域よ
りかなり低温であるときはプリンタが未使用状態で、電
源をオンとされた状態の時であるが、このときは記録は
すぐに開始されず、最大パワーが加熱ヒータに加わる。
しかし、温度補償領域では、記録に用いられる消費電力
と、加熱に用いられる消費電力とが２重となるので、こ
のときの加熱電力を下げることによってプリンタ全体の
電源容量を小とすることができ、ひいてはプリンタ全体
のコストダウンにもつながるという利点がある。
すなわち、本発明によれば、消費電力が少なく、しかも
低温時においても短時間で良好な画質を得られるように
立ち上げることができる液体噴射記録ヘッドを廉価に提
供できた。
】　９
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明液体噴射記録ヘッドの一実施例に係るヒ
ータボードを示す平面図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、第１図示のヒ
ータボードを用いて構成した液体噴射記録　０ 電極、 ２０３・・・ノズル板、 ２０６・・・液路、 ２０７・・・天板、 ２０９・・・吐出口、 ＴＨ・・・サーミスタ、 ＣＯＭ、　ＣＯＭＩ〜Ｃ０Ｍ３・・・コンパレータ。 第４図はその動作を説明するための線図、第５図は加熱
ヒータ駆動回路の他の構成例を示す回路図、 第６図および第７図は本発明の他の実施例に係るヒータ
ボードの２例を示す平面図である。 １．０１，５０１，６０１・・・ヒータボード、１．０
２−１，１０２−２，５０６−１，５０６−２，６０６
−１　〜６０６−４・・・加熱ヒータ、 １０３・・・吐出ヒータ、 １０５、１０６・・・ヒータ用電極、

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）記録用液体を吐出するために利用されるエネルギを
    発生するエネルギ発生素子と同一基板上に複数形成され
    、選択駆動可能に配置された前記記録液体の加熱用の加
    熱素子と、前記記録用液体の温度に応じて前記複数の加
    熱素子の選択駆動を行う駆動手段と を具えたことを特徴とする液体噴射記録ヘッドの温度補
    償装置。 ２）前記エネルギ発生素子は通電に応じて発熱する電気
    熱変換体の形態を有し、前記加熱素子は前記電気熱変換
    体の形成材料の少くとも一部と同じ材料を用いて構成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射記録
    ヘッドの温度補償装置。
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