JPH04250061A - インクジェットプリントヘッド - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インクジェットプリ
ンタのプリントヘッドに関し、特に、インクを少なくと
も加熱して画像情報に応じて吐出させることにより、画
像の記録を行うインクジェットプリンタに使用されるプ
リントヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記インクジェットプリンタにお
いては、画像の記録をインク滴によって行うため、イン
クの物性によって記録ドット径などの特性が大きく変化
することが知られている。また、一般にインクは、その
温度によって粘度等の物性値が大きく変化する。従って
、インクジェットプリンタの記録特性は、インクの温度
すなわちインクを収容したプリントヘッドの温度に大き
く依存することは明らかである。

【０００３】このため、従来のインクジェットプリンタ
においては、プリントヘッド内のインクの温度を一定に
保ち安定した記録を可能とするため、インクの温度を制
御する手段を備えている。このインクジェットプリンタ
に使用される温度制御装置のうち最も一般的なものとし
ては、例えば特開昭６０−１９８２４７号公報に開示さ
れている如く、図１７及び図１８に示すように、先端に
プリントヘッド１００が取り付けられたプリントヘッド
取付部材１０１の基端部に、温度検出手段１０２と加熱
手段１０３とを設け、温度検出手段１０２によって検出
される温度が一定となるように加熱手段１０３に与える
エネルギを電力制御回路１０４によって制御するように
構成したものがある。

【０００４】また、上記インクジェットプリンタに使用
される温度制御装置としては、例えば特開昭６１−１５
８４５９号公報に開示されているように、プリントヘッ
ドにインクを供給するインクサブタンクの近傍に別個に
ヒータを設け、温度検出手段により温度を検出して、プ
リントヘッドに供給する前の段階でインクの温度を一定
に維持するように構成したものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
の場合には、次のような問題点を有している。すなわち
、前者の温度制御装置の場合には、温度検出手段１０２
によって検出される温度が一定となるように、加熱手段
１０３に与えるエネルギを電力制御回路１０４によって
制御するものであるため、制御が簡易である。しかし、
プリントヘッド１００がインクを加熱して画像情報に応
じてインク滴として吐出させることにより画像の記録を
行う方式である場合には、画像の記録動作に伴ってイン
クが加熱されるため、プリントヘッド１００の温度が上
昇する。そして、プリントヘッド１００の温度上昇を、
プリントヘッド１００から離れた温度検出手段１０２に
よって検出するものであるため、温度検出手段１０２に
よる温度の検出には、プリントヘッド１００の温度上昇
に対して時間的遅れが生じる。そのため、プリントヘッ
ド１００は、図１９に示すように、インク滴吐出用のヒ
ータ近傍の温度が印字サイクルで急激に上昇するととも
に、休止サイクルで急激に下降する周期を繰り返し、プ
リントヘッド１００を一定温度に制御することは難しい
という問題があった。

【０００６】また、後者の場合には、プリントヘッドに
供給されるインクの温度を、プリントヘッドに供給する
前のインクサブタンクの段階で一定に制御するように構
成されているため、インク滴吐出用のヒータ近傍の短期
的かつ急激な温度変化が存在し、インク滴吐出用のヒー
タ近傍の温度変化に追従することができないという問題
点があった。また、インクサブタンクを予め一定に昇温
するため、多大な電力を必要とするという問題点もあっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、
その目的とするところは、プリントヘッド内のインクを
一定温度に保持することが可能となり、高画質の画像記
録が可能であり消費電力が小さく、短期的な温度変化に
追従でき、構造が簡単なインクジェットプリントヘッド
を提供することにある。

【０００８】すなわち、この発明は、インクに少なくと
も熱エネルギ印加手段によって熱エネルギを画像情報に
応じて印加することにより、インク滴を吐出させて画像
の記録を行うインクジェットプリントヘッドにおいて、
上記熱エネルギ印加手段の下部に、温度制御用の発熱手
段を配置するように構成されている。

【０００９】上記温度制御用の発熱手段に印加される電
力は、例えば熱エネルギ印加手段に印加される電力に応
じて制御するように構成される。

【００１０】また、上記温度制御用の発熱手段は、例え
ば熱エネルギ印加手段の下部層に積層されて配置される
。

【００１１】さらに、上記温度制御用の発熱手段は、例
えば熱エネルギ印加手段の下部層に埋設された電熱線か
らなるように構成されている。

【００１２】

【作用】この発明においては、熱エネルギ印加手段の下
部に、温度制御用の発熱手段を配置するように構成され
ているので、熱エネルギ印加手段の発熱量に応じて温度
制御用の発熱手段の発熱量を制御することによって、イ
ンクジェットプリントヘッド内のインクの温度を一定に
維持することができる。

【００１３】

【実施例】以下にこの発明を図示の実施例に基づいて詳
細に説明する。図３はこの発明に係るインクジェットプ
リントヘッドの一実施例を示すものである。

【００１４】図において、１はプリントヘッドであり、
このプリントヘッド１は、図４乃至図６に示すように、
ヒータ基板２上に対向基板３を接合することにより、両
基板２、３間に個々に分割形成された複数のインク流路
４、４…を備えているとともに、インク流路４、４…の
開口端によって形成される複数のノズル５、５…を有し
ている。また、上記両基板２、３の基端部には、容積の
大きなインクサブタンク６が接合されており、このイン
クサブタンク６は、各インク流路４、４…に連通されて
いる。さらに、上記ヒータ基板２の背面側には、ヒータ
基板２から発生する熱を外部に放出するための放熱板７
が接合されている。

【００１５】上記プリントヘッド１は、図７に示すよう
に、放熱板７を介してキャリッジ８の上面に突設された
凸部９に取付けられたヘッド取付部材９ａに、図示しな
いピンで位置決めした状態でネジ止めにより固着されて
いる。また、上記キャリッジ８は、水平方向に２本固定
配置されたロッド１０、１０に摺動自在に保持されてお
り、画像の記録動作に伴ってプリントヘッド１を水平方
向に移動可能となっている。

【００１６】また、上記プリントヘッド１には、ＰＷＢ
（プリント基板）１１を介して電気信号が印加されるよ
うになっており、ＰＷＢ１１は、放熱板７のプリントヘ
ッド１と同一側の側面に固着されている。上記プリント
ヘッド１とＰＷＢ１１との間は、ワイヤボンデイング１
２により、ＰＷＢ１１と駆動回路（図示せず）との間は
フレキシブルケーブル１３によってそれぞれ接続されて
いる。上記プリントヘッド１へのインクの供給は、図示
しないインク溜からフレキシブルチューブ１４によって
行われる。

【００１７】ところで、この実施例では、インクに少な
くとも熱エネルギを画像情報に応じて印加する熱エネル
ギ印加手段の下部に、温度制御用の発熱手段が配置され
ている。

【００１８】すなわち、上記プリントヘッド１のヒータ
基板２は、図１及び図２に示すように、Ｓｉウエハ等か
らなる基板１５を備えており、この基板１５上には、そ
のインク流路４、４…の先端側に対応した位置に温度制
御用のヒータ１６が積層されている。この温度制御用の
ヒータ１６は、プリントヘッド１の先端縁に平行に所定
の幅を有する帯状に形成されているとともに、当該温度
制御用のヒータ１６の両端には、温度制御用ヒータ１６
に通電するための電極１７、１７が接続されている。さ
らに、温度制御用ヒータ１６及び電極１７、１７が形成
された基板１５上には、絶縁層１８が全面にわたって積
層形成されている。

【００１９】上記絶縁層１８上には、温度制御用ヒータ
１６に対応した位置にバブル発生用のヒータ１９、１９
…が複数形成されている。このバブル発生用のヒータ１
９、１９…は、第４図に示すように、インク流路４、４
…内に位置するようにインク流路４、４…の長手方向に
沿って個々に分割されて形成されている。上記複数のバ
ブル発生用ヒータ１９、１９…の先端部には、共通電極
２０がすべてに接続されているとともに、複数のバブル
発生用ヒータ１９、１９…の基端部には、制御電極２１
、２１…が個別に接続されている。そして、上記制御電
極２１、２１…に画像情報に応じて通電することによっ
て、通電された制御電極２１に接続されたバブル発生用
ヒータ１９が発熱するようになっている。

【００２０】さらに、上記の如くバブル発生用のヒータ
１９、１９…及び電極２０、２１が形成された絶縁層１
８上には、絶縁保護層２２が一様に積層されている。

【００２１】このように構成されるインクジェットプリ
ントヘッド１は、フレキシブルケーブル１３及び制御電
極２１、２１…を介してバブル発生用ヒータ１９、１９
…に画像信号に応じて電圧を印加することにより、バブ
ル発生用ヒータ１９、１９…を発熱させる。そして、イ
ンク流路４、４…内のインクを画像信号に応じて加熱し
てバブルを発生させノズル５、５…からインク滴を吐出
するとともに、印字ヘッド１をキャリッジ８によって水
平方向に移動させることにより、背面側がプラテン１８
によって支持された記録紙１９上に画像を記録するよう
に構成されている。

【００２２】この実施例では、バブル発生用ヒータ１９
、１９…の発熱量に応じて温度制御用ヒータ１６の発熱
量を制御することによって、インクジェットプリントヘ
ッド１内のインクの温度を一定に維持するようになって
いる。

【００２３】いま、バブル発生用ヒータ１９、１９…に
印加する時間平均エネルギをＥａ、温度制御用ヒータ１
６に印加する時間平均エネルギをＥｂ、ヒータ基板２か
ら放熱板７に定常的に流れる時間平均エネルギをＥｃ、
バブル発生に使われる時間平均エネルギをＥｄ、吐出す
るインク滴が持ち去る時間平均エネルギをＥｅとすると
、定常状態では、 Ｅａ＋Ｅｂ＝Ｅｃ＋Ｅｄ＋Ｅｅ　　　　　　　　（１）
という関係が成り立つ。

【００２４】ここで、Ｅｃはほぼ定数であり、Ｅａ、Ｅ
ｄ、Ｅｅはインク滴の数ｎに依存するので、温度制御用
ヒータ１６に印加すべきエネルギは、上記（１）式を変
形して、 Ｅｂ＝ｎ×Ｃｏｎｓｔ１＋Ｃｏｎｓｔ２　　　　　　（
２）という関係式で与えられる。ここで、Ｃｏｎｓｔ１
及びＣｏｎｓｔ２は、プリントヘッド１やインクなどに
依存する定数である。

【００２５】したがって、Ｃｏｎｓｔ１及びＣｏｎｓｔ
２という定数を予め求めておき、（２）式に基づくエネ
ルギを温度制御用ヒータ１６に印加することによって、
バブル発生用ヒータ１９、１９…近傍の温度すなわち画
像の記録を行うインクの温度は、ほぼ一定に保たれる。 いいかえれば、特に温度センサを設けることなく、バブ
ル発生用ヒータ１９、１９…近傍のインクの温度をほぼ
一定に保つことができる。

【００２６】図８はこの実施例に係るインクジェットプ
リントヘッドの制御回路を示すものである。

【００２７】図において、２５はインクジェットプリン
タの本体から送られてくる画像情報を記憶するバッファ
メモリ、２６は画像情報の１ライン当たりのドット数ｎ
を計数するドット数計数回路、２７は上記Ｃｏｎｓｔ１
の値をデジタル値で設定する第１の設定スイッチ、２８
は上記ドット数計数回路２６によって計数されたドット
数ｎに第１の設定スイッチによって設定されたＣｏｎｓ
ｔ１の値を乗算する乗算器、２９は上記Ｃｏｎｓｔ２の
値を設定する第２の設定スイッチ、３０は乗算器２８の
演算結果と第２の設定スイッチ２９によって設定された
Ｃｏｎｓｔ２の値を加算する加算器、３１は加算器３０
の加算結果をアナログ値に変換するＤ・Ａ変換器、３２
はＤ・Ａ変換器３１に基づいて温度制御用ヒータ１６に
供給する電力を制御する駆動制御回路、１６はプリント
ヘッド１に設けられた温度制御用ヒータである。

【００２８】以上の構成において、この実施例に係るイ
ンクジェットプリントヘッドでは、次のようにしてプリ
ントヘッド内のインクの温度が制御される。すなわち、
上記インクジェットプリントヘッド１は、インクジェッ
トプリンタの本体から送られてくる画像情報に応じてバ
ブル発生用ヒータ１９、１９…を発熱させることにより
、図４に示すように、インク流路４、４…内のインクに
バブルＢを発生させ、ノズル５、５…からインク滴を吐
出して画像の記録を行う。

【００２９】その際、上記インクジェットプリンタ本体
から送られてくる画像情報は、バッファメモリ２５に一
旦記憶され、このバッファメモリ２５に記憶された画像
情報は、その画像情報のドット数が１スキャン毎にドッ
ト計数回路２６によって計数される。上記ドット計数回
路２６によって計数されたドット数ｎは、乗算器２８に
よって第１の設定スイッチで設定されたＣｏｎｓｔ１の
値と乗算される。この乗算された値（ｎ×Ｃｏｎｓｔ１
）は、加算器３０によって第２の設定スイッチ２９で設
定されたＣｏｎｓｔ２の値と加算される。

【００３０】その後、上記加算器３０によって加算され
た値（Ｅｂ＝ｎ×Ｃｏｎｓｔ１＋Ｃｏｎｓｔ２）は、Ｄ
・Ａ変換器３１によってアナログ値に変換され、駆動制
御回路３２は、このアナログ値に変換された値Ｅｂに応
じてプリントヘッド１の温度制御用ヒータ１６に所定の
電力を供給する。

【００３１】このように、温度制御用ヒータ１６に駆動
回路３２によって所定の電力Ｅｂ（＝ｎ×Ｃｏｎｓｔ１
＋Ｃｏｎｓｔ２）を供給するように構成されている。し
かも、上記温度制御用ヒータ１６に供給される電力Ｅｂ
は、バブル発生用ヒータ１９、１９…に印加する時間平
均エネルギＥａと、ヒータ基板２から放熱板７に定常的
に流れる時間平均エネルギＥｃと、バブル発生に使われ
る時間平均エネルギＥｄと、吐出するインク滴が持ち去
る時間平均エネルギＥｅとの間に前記（１）式で示すよ
うに、 Ｅａ＋Ｅｂ＝Ｅｃ＋Ｅｄ＋Ｅｅ　　　　　　　　（１）
という関係が成り立ち、Ｅｃはほぼ定数であり、Ｅａ、
Ｅｄ、Ｅｅはインク滴の数ｎに依存する。

【００３２】したがって、上記温度制御用ヒータ１６に
供給する電力Ｅｂを、（２）式で示されように、ｎ×Ｃ
ｏｎｓｔ１＋Ｃｏｎｓｔ２という値に設定することによ
って、上記（１）式の左辺で与えられるプリントヘッド
１に供給される時間平均エネルギ（Ｅａ＋Ｅｂ）と、（
１）式の右辺で与えられるプリントヘッド１で消費され
る時間平均エネルギ（Ｅｃ＋Ｅｄ＋Ｅｅ）とを等しくす
ることができる。

【００３３】そのため、プリントヘッド１のバブル発生
用ヒータ１９、１９…に印加する電力が図９に示すよう
に変化する場合でも、これに対応して温度制御用ヒータ
１６に供給する電力Ｅｂを、図１０に示すように変化さ
せることによって、プリントヘッド１のバブル発生用ヒ
ータ１９、１９…近傍のインクの温度を、図１１に示す
ように、ほぼ一定に維持することができる。尚、温度制
御を行わない場合には、プリントヘッド１のバブル発生
用ヒータ１９、１９…近傍のインクの温度は、図１２に
示すように、大幅に変化する。

【００３４】よって、プリントヘッド１内の画像記録に
使用されるインクの物性をほぼ一定に保持した状態で画
像の記録が行えるため、高画質の画像記録が可能となる
。また、温度制御用ヒータ１６には、バブル発生用ヒー
タ１９、１９…に印加する電力に応じた電力が供給され
るため、温度制御用ヒータ１６に供給する電力は、バブ
ル発生用ヒータ１９、１９…から生じる熱エネルギを補
償する値のみで良いため、消費電力が小さくて済む。 さらに、温度制御用ヒータ１６は、バブル発生用ヒータ
１９、１９…の下層部に配置されているため、バブル発
生用ヒータ１９、１９…から生じる熱エネルギをただち
に補償することができ、急激な温度変化に追従させるこ
とができ、しかも構造が簡単である。

【００３５】図１３はこの発明の他の実施例を示すもの
であり、前記実施例と同一の部分には同一の符号を付し
て説明すると、この実施例では、前記実施例のようにす
べてのバブル発生用ヒータに対して１つの温度制御用ヒ
ータを設けるのではなく、温度制御用ヒータが複数に分
割されている。

【００３６】すなわち、上記温度制御用ヒータ１６、１
６…は、複数のバブル発生用ヒータに対して１つの温度
制御用ヒータ１６が対応するように設定されている。そ
して、これらの温度制御用ヒータ１６、１６…は、分割
された温度制御用ヒータ１６、１６…に対応してそれぞ
れ配設されたバッファメモリ２５やドット数計数回路２
６等によって独自に駆動されるようになっている。

【００３７】こうした場合には、温度制御用ヒータ１６
、１６…をバブル発生用ヒータの発熱領域に応じて発熱
させることができるので、バブル発生用ヒータが一部の
み集中して発熱する場合でも、それ以外の領域の温度制
御用ヒータ１６、１６…に通電することによって、全体
の領域のインクの温度をほぼ一定に維持することができ
る。

【００３８】その他の構成及び作用は前記実施例と同一
であるので、その説明を省略する。

【００３９】図１４乃至図１６はこの発明のさらに他の
実施例をそれぞれ示すものであり、前記実施例と同一の
部分には同一の符号を付して説明すると、図１４に示す
実施例は、前記実施例のように、温度制御用ヒータ１６
を基板上に積層して形成するのではなく、基板をエッチ
ングして溝を形成し、この基板の溝に温度制御用ヒータ
１６を埋設するように構成されている。

【００４０】また、図１５に示す実施例は、前記実施例
のように、温度制御用ヒータ１６を基板上に積層して形
成するのではなく、温度制御用ヒータ１６を基板中に埋
設するように構成されている。

【００４１】さらに、図１６に示す実施例は、前記実施
例のように、温度制御用ヒータ１６を基板上に積層して
形成するのではなく、温度制御用ヒータ１６を基板中に
埋設された複数本のニクロム線等の電熱線から形成する
ようになっている。

【００４２】その他の構成及び作用は前記実施例と同一
であるので、その説明を省略する。

【００４３】

【発明の効果】この発明は以上の構成及び作用よりなる
もので、プリントヘッド内のインクを一定温度に保持す
ることが可能となり、高画質の画像記録が可能であり消
費電力が小さく、短期的な温度変化に追従でき、構造が
簡単なインクジェットプリントヘッドを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明に係るインクジェットプリントヘ
ッドの一実施例を示す要部断面図である。

【図２】　　この発明に係るインクジェットプリントヘ
ッドの一実施例を示す平面図である。

【図３】　　同インクジェットプリントヘッドを示す斜
視図である。

【図４】　　同インクジェットプリントヘッドを示す断
面図である。

【図５】　　同インクジェットプリントヘッドを示す平
面図である。

【図６】　　同インクジェットプリントヘッドを示す側
面図である。

【図７】　　同インクジェットプリントヘッドの取り付
け状態を示す斜視図である。

【図８】　　制御回路を示すブロック図である。

【図９】　　バブル発生用ヒータに印加される電力を示
すグラフである。

【図１０】　　温度制御用ヒータに印加される電力を示
すグラフである。

【図１１】　　プリントヘッドの温度を示すグラフであ
る。

【図１２】　　温度制御を行わない場合のプリントヘッ
ドの温度を示すグラフである。

【図１３】　　この発明の他の実施例を示す要部平面図
である。

【図１４】　　この発明の更に他の実施例を示す要部断
面図である。

【図１５】　　この発明の更に他の実施例を示す要部断
面図である。

【図１６】　　この発明の更に他の実施例を示す要部断
面図である。

【図１７】　　従来の温度制御装置を適用したインクジ
ェット記録装置を示す構成図である。

【図１８】　　従来の温度制御装置を適用したインクジ
ェット記録装置を示す構成図である。

【図１９】　　従来の装置の動作を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　プリントヘッド ４　　インク流路 ５　　ノズル １６　　温度制御用ヒータ １９　　バブル発生用ヒータ ３２　　駆動制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　インクに少なくとも熱エネルギ印加手
   段によって熱エネルギを画像情報に応じて印加すること
   により、インク滴を吐出させて画像の記録を行うインク
   ジェットプリントヘッドにおいて、上記熱エネルギ印加
   手段の下部に、温度制御用の発熱手段を配置したことを
   特徴とするインクジェットプリントヘッド。
2. 【請求項２】　　上記温度制御用の発熱手段に印加され
   る電力を、熱エネルギ印加手段に印加される電力に応じ
   て制御することを特徴とする請求項第１項記載のインク
   ジェットプリントヘッド。
3. 【請求項３】　　上記温度制御用の発熱手段が、熱エネ
   ルギ印加手段の下部層に積層されて配置されていること
   を特徴する請求項第１項又は第２項記載のインクジェッ
   トプリントヘッド。
4. 【請求項４】　　上記温度制御用の発熱手段が、熱エネ
   ルギ印加手段の下部層に埋設された電熱線からなること
   をことを特徴する請求項第１項又は第２項記載のインク
   ジェットプリントヘッド。