JPH0444856A - 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、記録ヘッドから被記録材へインクを吐出させ
て記録を行なうインクジェット記録装置に関する。

〔従来の技術〕

プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記録装置は、画像
信号に基づいて、紙やプラスチック薄板等のシート状の
被記録材上にドツトパターンがら成る画像を記録してい
くように構成されている。

前記記録装置は、記録方式により、インクジェット式、
ワイヤドツト式、サーマル式、レーザービーム式等に分
けることができ、そのうちのインクジェット式（インク
ジェット記録装置）は、被記録材にインクを吐出させて
記録を行なうように構成されている。

インクジェット記録装置は、ノンインパクト方式である
ため騒音が少なく、多色のインクを使用してカラー画像
を記録するのが容易であるなどの利点を有している。

インクジェット記録装置の一つに、吐出エネルギー発生
用の電気熱変換体を有する記録ヘッドを用い、該電気熱
変換体に電気信号を印加してインクを加熱することによ
り吐出させる熱エネルギー利用型のインクジェット記録
装置がある。

このような電気熱変換体を用いるインクジェット記録装
置は、特に、高速で高精細な記録が可能である点で優れ
ている。

反面、この種のインクジェット記録装置では、電気熱変
換体に駆動電圧パルスを印加した際に吐出エネルギーと
して発生する熱が記録ヘッドに蓄積され、記録ヘッドが
昇温するので、記録ヘッド内の液路等に充填されている
インクの粘度が低下し、インク吐出量が増大して画質が
変化する場合がある。

そこで、ファンと加熱ヒーターとを併用して記録ヘッド
を予め設定した所定温度に保つ方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕しかしながら、
上記従来技術においては、記録ヘッドに設けた加熱ヒー
タを用いても、電源投入後、記録ヘッドの温度が記録可
能な所定温度に達するまでに、長い待ち時間を要すると
いう技術的課題があった。

その対策として、前述のような場合に、記録ヘッドの電
気熱変換体にインクが吐出しない程度のパルス電圧を記
録周波数と同じ周波数で印加し、待ち時間の短縮化を図
る方法が提案されている。

しかしながら、このような方法でも、例えば記録ヘッド
のフルマルチ化により記録ヘッドの熱容量が大きくなっ
た場合等においては、充分な待ち時間の短縮化を図るこ
とは困難であった。

特に、上記フルマルチヘッドにおいては、記録ヘッドの
電気熱変換体の配列方向の温度均一化を図るためにヒー
トバイブが使用されるため、記録ヘッド全体の熱容量が
さらに大きくなり、待ち時間が長（なるという課題があ
った。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもの
であり、記録装置電源投入後の待ち時間を大幅に短縮化
し得るインクジェット記録装置を提供することを目的と
する。

〔ＲＢ解決のための手段〕

本発明は、吐出エネルギー発生用の電気熱変換体を有す
る記録ヘッドを用いて、インクを被記録材に吐出させて
記録を行なうインクジェット記録装置において、前記電
気熱変換体に記録周波数よりも高い周波数の電気信号を
印加することにより、前記記録ヘッドを所定温度以上に
加熱するヘッド加熱手段を有する構成とすることにより
、記録装置電源投入後の待ち時間を大幅に短縮化し得る
インクジェット記録装置を提供するものである。

上記構成においては、記録ヘッドの温度検出手段を設け
、該記録ヘッドの検出温度が前記所定温度以下である時
に、前記電気信号を印加することが好ましい。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第８図は本発明を適用するのに好適なインクジェット記
録装置の要部構成を示す模式的斜視図である。

第８図は、フルカラー記録が可能なフルマルチタイプの
記録ヘッドを複数個（図示の例では４個）備えたライン
型のインクジェット記録装置の場合を示す。

第８図において、１１および１２は、用紙やプラスチッ
クｆｆ仮等の被記録材】３を挟持し、矢印Ｆで示す副走
査方向（搬送方向）に搬送するための２組のローラ対で
ある。

１０８ｋ、ＩＯＹ、ＩＯＭ、ＩＯＣは、それぞれ、被記
録材１３の略全幅にわたって吐出口が配列されたフルマ
ルチタイプのインクジェット記録ヘッドであり、以下、
これらの記録ヘッドｌ０Ｂｋ、ＩＯＹ、ＩＯＭ、ＩＯＣ
のうちの任意の一つ（または全体）を“記録ヘッド１０
”と呼ぶ。

フルカラー記録の場合は、上記４個の記録ヘッド１０か
ら吐出されるインク色として、例えば、ブラック、イエ
ロー、マゼンタ、シアンが用いられ、図示の例では、４
個のインクジェット記録ヘッド１０が被記録材搬送方向
上流側から（下から）この順序で配置されている。

上記各インクジェット記録ヘッド１０は、熱エネルギー
を利用してインクを吐出する記録ヘッドであって、熱エ
ネルギーを発生するための電気熱変換体を備えたもので
ある。

また、前記インクジェット記録ヘッド１０は、前記電気
熱変換体によって印加される熱エネルギーにより生じる
膜沸騰による気泡の成長によって、吐出口よりインクを
吐出させ、記録を行なうものである。

１６は回復系であり、吐出回復処理に当たっては、被記
録材１３に代わって前記各記録ヘッド１０に対面する。

また、前記各インクジェット記録ヘッド１０は、ヘッド
装着部１７に、相互位置関係を規制されて装着されてい
る。

以上により、本発明を適用するのに好適なインクジェッ
ト記録装置、すなわち、記録ヘッドｌＯを装着するだめ
のヘッド装着部１７と、前記ヘッド装着部１７に装着さ
れた記録へラド１０の記録位置へ前記被記録材１３を搬
送するための搬送手段１１．１２と、を有するインクジ
ェット記録装置が構成されている。

第９図は、第８図中のインクジェット記録ヘッド１０の
要部構成を示す一部破断斜視図である。

第９図において、記録ヘッドｌＯは、基板２２、電気熱
変換体２３、電極２４、液路壁２５、天板２６などを備
えている。

前記電気熱変換体２３および電極２４は、例えば、エツ
チング、蒸着またはスパッタリング等の半導体製造プロ
セスを経て前記基板２２上に製膜する方法で形成されて
いる。

インク２は、不図示のインクタンクからインク供給管２
７を通して、記録ヘッドｌＯの共通液室２８内へ供給さ
れる。

第９図中の２９は、前記インク供給管２７が接続される
供給口を示す。

共通液室２８内へ供給されたインク２は、毛管力により
各液路３０内へ供給され、それらの先端の吐出口２１で
メニスカスを形成することにより安定状態で保持される
。

電気熱変換体２３に駆動パルス信号を印加することによ
り、該電気熱変換体の表面に隣接するインクが急速加熱
されて膜沸ｌｌ（発泡現象）が生し、その発泡のエネル
ギーにより吐出口２１からインク滴が吐出される。

なお、３１は、前記吐出口２１が形成された吐出口面（
フェイス面）を示す。

以上のような構成により、吐出口密度４００ｄｐｉ（１
６個／ｍ）といった高密度の吐出口配置で１２８ドツト
あるいは２５６ドツトというマルチタイプのインクジェ
ット記録ヘッドを構成することができる。

第１図は本発明を実施したインクジェット記録装置の記
録ヘッド１０を例示する平面図である。

第１図において、■はインクジェット記録ヘッド１０の
本体であり、２は電気熱変換体２３の配列方向の温度を
均一化するためのヒートバイブであり、３は記録ヘッド
１０を加熱するための加熱手段を構成するヒーターであ
り、４は記録ヘフ１−１０の放熱効率を高めるための放
熱フィンであり、５は記録ヘッド１０を冷却する冷却風
を発生するためのファンであり、６は記録ヘッド１０（
侍に、ヘッド本体１）の温度を検出するための温度検出
手段である。

記録ヘッドＩＯを放熱する場合は、前記ファン５からの
冷却風を前記放熱フィン４に当てて強制冷却を行なう。

そこで、記録ヘッド１０の温度は、前記温度検出手段６
からの検出信号に応じて、前記ヒーター３および前記フ
ァン５を制御することにより、常に、所定の画像記録が
可能な温度範囲Ｔ　ａ　””　Ｔ　ｍ内に保たれる。

例えば、記録ヘンド１０が４００ｄｐ　ｉで４７３７個
の吐出口２１を有する膜沸騰方式のフルマルチヘッドの
場合、前記温度範囲Ｔ　Ａ＝　Ｔ　ｍは４０℃〜５０°
Ｃに設定される。

そこで、本発明によれば、吐出エネルギー発生用の電気
熱変換体２３を有する記録ヘッドを用いて、インクを被
記録材１３に吐出させて記録を行なうインクジェット記
録装置において、前記電気熱変換体２３に記録周波数よ
りも高い周波数の電気信号を印加することにより、前記
記録ヘンド１０を所定温度以上に加熱するヘッド加熱手
段を有することを特徴とするインクジェット記録装置が
提供される。

また、上記構成においては、記録ヘッド１０の温度検出
手段３を設け、該記録ヘッドの検出温度が前記所定温度
ＴＡ以下である時に、前記電気信号を印加することが好
ましい。

第２図は本発明によるインクジェット記録装置の記録ヘ
ッドの温度制御動作のシーケンスを示すフローチャート
である。

第２図において、記録装置の電源オンの後、ステップ８
１〜ステツプＳ３のような制御動作によって、ヘッド温
度が記録可能な最低温度Ｔ、に達するまで、前記ヒータ
ー３を駆動すると同時に、電気熱変換体２３に記録周波
数ｆＩ（通常の記録時に印加する駆動電圧パルスの周波
数）より高い周波数ｆ２で駆動パルスを与える。

第３図は記録時の電気熱変換体２３の駆動電圧波形を示
し、第４図は本発明に一実施例によるヘッド加熱時の電
気熱変換体２３の駆動電圧波形を示し、第５図は従来の
ヘッド加熱時の電気熱変換体２３の駆動電圧波形を示す
。

ここで、記録時の駆動電圧パルスの周波数は、従来例お
よび本発明とも、第３図に示すようにｆ１＝２に七であ
る。

また、第６図は、本発明によるヘッド加熱を実施した場
合の経過時間に対するヘッド温度を、従来例と比較して
例示するグラフである。

第３図〜第６図において、本実施例では、５０Ｗのヒー
ター３を駆動すると同時に、第４図に示すようなｆ、−
４ｋ）（ｚの駆動電圧パルスを全電気熱変換体２３に印
加することにより、インクを吐出させずに記録ヘッド１
０を加熱した。

この本実施例の場合のヘッド温度の立ち上がり方を、第
６図中の曲線ｌで示す。

一方、従来例では、５０Ｗのヒーター３を駆動すると同
時に、第５図に示すように記録周波数と同じｆ　、＝　
２　ｋＨｚの駆動電圧パルスを全電気熱変換体２３に印
加することにより、インクを吐出させずに記録ヘッド１
０を加熱した。

この従来例の場合のヘッド温度の立ち上がり方を、第６
図中の曲線■で示す。

なお、第３図〜第５図に示すように、電気熱変換体２３
の駆動電圧パルスは、電圧はいずれの場合も２４Ｖであ
るが、パルス幅は記録時には１０μ秒とし、ヘッド加熱
時にはインクが吐出しない範囲の５μ秒とした。

また、第６図において、記録ヘッド１０の初期温度はＴ
Ｏ＝２５°Ｃであり、最低記録可能温度Ｔ、は４０°Ｃ
である。

以上の測定結果から明らかなごとく、本実施例では、初
期温度Ｔ、＝２５°Ｃから記録可能温度Ｔ、＝４０℃に
達するまでに約２分を要したのに対し、従来例では、同
じ温度に達するまでに約５分を要し、したがって、本実
施例により、記録ヘッド１０の温度の立ち上がり時間を
大幅に短縮できたことが分る。

第７図は、本発明によるインクジェット記録装置のヘッ
ド加熱時に電気熱変換体２３に印加する駆動電圧パルス
の別の波形を示す図である。

第４図の波形に代えて、第７図に示すようなバースト波
の駆動電圧を印加すると、前述の実施例の場合より、さ
らにヘッド温度の立ち上がり時間を短縮することができ
た。

この場合の駆動電圧波形は、第７図に示すように、電圧
値が同じ２４Ｖであり、周波数は記録周波数より高いｆ
２＝４ｋＨｚであるが、パルス波形としては、インクが
吐出しない範囲の幅１０μ秒のバースト波を用いた。

第６図中の曲線■は、この第７図の駆動電圧を電気熱変
換体２３に印加した場合のヘッド温度の立ち上がり特性
を示し、本実施例では、初期温度Ｔ、＝２５“Ｃから記
録可能温度ＴＡ＝４０℃まで約１分で昇温させることが
でき、立ち上がり時間をさらに短縮化することができた
。

以上説明した実施例によれば、インクジェット記録装置
において、記録ヘッド温度を速やかに記録可能な温度ま
で昇温させることにより、装置の電源投入後の待ち時間
を大幅に短縮化することができた。

なお、インクジェット記録装置では、インク不吐出回復
のため、インクの加圧循環処理を行なう場合がある。

このインクの加圧循環処理の後でも、記録ヘッドｌＯの
温度が急激に低下して記録不能になる場合がある。

このような場合においても、前述した本発明による記録
ヘッド加熱動作を行なうことにより、記録ヘッド１０を
速やかに記録可能な温度まで昇温させることかできた。

なお、以上の実施例では、本発明を、被記録材１３の紙
幅方向記録領域をカバーするフルマルチ型の記録ヘッド
１０を用いるライン型のインクジェット記録装置に適用
する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、記録ヘッ
ドがキャリッジに搭載されたシリアルスキャン型のイン
クジェット記録装置など、他の記録方式のインクジェッ
ト記録装置に対しても同様に適用でき、同様の作用効果
を達成し得るもの−である。

また、以上の実施例では、４個の記録へラド１０を使用
するカラーインクジェット記録装置の場合を説明したが
、本発明は、１個の記録ヘッドを使用する単色記録用、
あるいは色彩が同じで濃度が異なる複数の記録ヘッドを
使用する諧調記録用のインクジェット記録装置など、記
録ヘッドの個数にも関係無く同様に適用でき、同様の作
用効果を達成し得るものである。

本発明は、特に、インクジェット記録方式の中でも、キ
ャノン（株）が提唱するバブルジェット方式のインクジ
ェット記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置にお
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４３１３１２４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
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させる構成を開示する特開
昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた構成としても
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
、」−述した明細書に開示されているような複数記録ヘ
ッドの組み合ねセによって、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
揮することができる。

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−・ノ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、記録へ・７ドに対しての、
キャンピング手段、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
の組み合わゼ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ｖ−１’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ど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。

以上説明した本発明実施例においては、インクを液体と
して説明Ｌ２でいるが、室温やそれ以下で固化するイン
クであって、室温で軟化もし、くは液体、あるいは上述
のインクジェットではインク自体を３０’Ｃ以上７０″
Ｃ以下の範囲で温度調整を行なってインクの粘性を安定
吐出範囲にあるように温度制御するものが−Ｓ的である
から、使用記録信号付与時にインクが液状をなすもので
あればよい。

加えて、積極的に熱エネルギーによるＭ温をインクの固
形状態から液体状態への態度化のエネルギーとして使用
することで防止するか、または、インクの蒸発防止を目
的として放置状態で固化するインクを用いるかして、い
ずれにしても、熱エネルギーの記録信号に応じた付醪に
よってインクが液化してインク液状として吐出するもの
や、被記録材に到達する時点で既に固化し始めるもの等
のような、熱エネルギーによって初めて液化する性質の
インク使用も本発明には適用可能である。

このような場合、インクは、特開昭５４−５６８４７号
公報のように、多孔質シートの凹部または貫通孔に液状
または固形物として保持された状態で、電気熱変換体に
対して対向するような形態とＬ７でもよい。

本発明においては、上述したインクに対して最も有効な
ものは、上述した膜沸謄方式を実行するものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、吐出
エネルギー発生用の電気熱変換体を有する記録ヘッドを
用いて、インクを被記録材に叶出さセで記録を行なうイ
ンクジェット記録装置において、前記電気熱変換体に記
録周波数よりも高い周波数の電気信号を印加することに
より、前記記録ヘッドを所定温度以上に加熱するヘッド
加熱手段を有する構成としたので、記録へ・７ドを記録
可能な温度まで速やかに昇温させることができ、記録装
置電源投入後の待ち時間を大幅に短縮化し得るインクシ
エンド記録装置が促供される。

また２本発明によれば、上記構成において、記録ヘッド
の温度検出手段を設け、該記録ヘッドの検出温度が前記
所定温度以下である時に、前記電気信月を印加する構成
としたので、Ｊ−記記録一・ノドの加熱動イ１を効率良
く制御し得るインクシエンド記録装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインクジェット記録装置の記録ヘ
ッドの構成例を示す模式的平面図、第２図は本発明によ
るインフジエラ１記録装置における記録ヘッド加熱動作
のシーケンスを示すフローチャート、第３図〜第５図は
それぞれ記録ヘッドの電気熱変換体に印加される駆動電
圧波形を示し、第３図は記録時の波形を、第４図は従来
の記録ヘッド加熱時の波形を、第５図は本発明の一実施
例における記録ヘッド加熱時の波形を示す電圧波形図、
第６図は本発明のインクジェット記録装置における記録
ヘッド加熱時の温度上記を従来例と比較して示すグラフ
、第７図は本発明の他の実施例における記録ヘッド加熱
時の駆動電圧波形を示す図、第８図は本発明を適用する
のに好適なインクジェット記録装置の要部構成を示す模
式的斜視図、第９図は第８図中の記録ヘッドの構造を例
示する模式的一部破断斜視図である。 以下に、図面中の主要な構成部分を表す符号を列挙する
。 １−・・−・−記録ヘッド本体、２−−−−−・−ヒー
トバイブ、３・・・−・・・ヒーター、４−・−・・放
熱フィン、５−−−−−−−ファン、６−・−・−温度
検出手段、１０．１０８ｋ、１０Ｙ、１０　Ｍ、　　１
０　Ｃ−−−−−一記録ヘッド、１１．１２搬送手段、
１３−−一−−・・被記録材、１６・−・・・・不吐出
回復手段、１７−・−ヘッド装着部、２１・・・・・・
・吐出口、２３・・・−・−・電気熱変換体、２８・・
−・−共通液室、３０−・・−・・液路、３１・・−一
−−−吐出口面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）吐出エネルギー発生用の電気熱変換体を有する記
   録ヘッドを用いて、インクを被記録材に吐出させて記録
   を行なうインクジェット記録装置において、前記電気熱
   変換体に記録周波数よりも高い周波数の電気信号を印加
   することにより、前記記録ヘッドを所定温度以上に加熱
   するヘッド加熱手段を有することを特徴とするインクジ
   ェット記録装置。
2. （２）前記ヘッド加熱手段は、前記記録ヘッドの検出温
   度が前記所定温度以下である時に、前記電気信号を印加
   す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。
3. （３）前記記録ヘッドが、前記電気熱変換体によって印
   加される熱エネルギーにより生じる膜沸騰による気泡の
   成長によって、吐出口よりインクを吐出させることを特
   徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録
   装置。