JPH06198888A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吐出信頼性を犠牲にすることなく、投入エネ
ルギーの高変換効率化を実現し、且つノズル内インピー
ダンスを低減して高速応答が可能なインクジェット記録
装置を提供せんとするもの。 【構成】 共通液室内に配された圧力発生手段と、該圧
力発生手段を制御する圧力制御手段とを設けたことを特
徴としてなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録濃度において、安
定した吐出を維持しながら高速・高応答が可能なインク
ジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコンやワープロ等のＯＡ機器
が広く普及しており、これら機器で入力した情報をプリ
ントアウトする方式としては、例えばワイヤードット方
式、熱転写方式、インクジェット方式等種々の記録方式
が開発されている。これらの記録方式は、夫々の方式よ
りなる記録ヘッドにより、搬送される記録シートに所定
記録を行うものであり、それぞれの記録ヘッドには顕著
な差異がある。

【０００３】次に、ノズルの長さ方向に於ける電気熱変
換体（以下単にヒータと称する）の設定位置について図
面を参照して具体的に説明する。

【０００４】図２に於いて、９１はノズルであり、８ｇ
はインクの吐出孔であり、８ｃは吐出用のヒータであ
り、１３０１は各ノズルに共通のインク溜め部である共
通液室である。ヒータ８ｃの位置は、図中ＯＨが短い程
エネルギー効率が良くなる。ヒータ８ｃを駆動して得ら
れる発泡エネルギー（吐出エネルギー）は、図中Ｘ方
向、Ｙ方向双方にインクを押しやるエネルギーとして消
費されるが、この時のインピーダンスの代表的な要因と
しては、インクの粘性によりインクが移動しているとき
に生じる流体抵抗（Ｒ）と、インクが移動を開始するエ
ネルギーとして生じる慣性力（イナーシャＩ）である。
ノズルの管径が一定であるとすれば、該流体抵抗
（Ｒ）、慣性力（Ｉ）は管長に比例するので、投入エネ
ルギーを効率的に吐出エネルギーに変換する為には、前
方インピーダンスを決定するＯＨを、後方インピーダン
スを決定するＨＣに比べて十分に小さくすることで実現
できる。しかし、ヒータ前方のインク量は最低でも飛し
ょう液滴を形成するのに十分な容量が確保されていなけ
ればならず、ＯＨを無制限に小さくすることは不可能な
ため、ＨＣを十分に長く設定することで後方インピーダ
ンスを上げて、相対的に前方インピーダンスが小さくな
るようノズルの全長を延ばして構成している。以上のよ
うな構成をもって、投入されたエネルギーのエネルギー
効率が高まるよう工夫されている。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、従来のイ
ンクジェット記録装置に於いては、前記後方インピーダ
ンスを大きくするためにノズル長が長めに構成されてお
り、高速応答性には不向きな構成となっていた。ノズル
へのインクのリフィルは、大きくはインク自身の表面張
力（毛管力）によって生じるインクの供給力と、インク
リフィル時のノズルのインピーダンスのバランスによっ
て決まる。よってヒータ後方のノズル長を延ばして相対
的に前記前方インピーダンスを低下させることは、リフ
ィル時のノズル全体のインピーダンスの上昇を招き、イ
ンクのリフィル（供給）を遅らせてしまうので、昨今の
記録装置の高速化の技術とは相反する技術となってい
る。

【０００６】上記問題を解決する為に、図２（ｂ）に記
したような技術も開発されている。

【０００７】図に於いて、８ｉはノズル内のインピーダ
ンス（主に流路抵抗）を調整する流抵抗体である。流抵
抗体８ｉの思想は、ＨＣが短くても後方インピーダンス
を上げられることにある。更に、流抵抗体８ｉはその構
造から、ノズル内のインクが図中Ｙ方向に移動している
時の流体抵抗が図中Ｘ方向（リフィル方向）に移動して
いる時の流体抵抗に比べて大きくなることから、ノズル
内へのインクのリフィルを大幅に妨げることなく発泡エ
ネルギーを効果的に吐出エネルギーに変換する効果を実
現せんとするものである。

【０００８】しかし、上記流抵抗体８ｉはノズル流路を
凹凸の激しい複雑に形状にさせ、インク中に紛れている
微細な不純物をトラップしてしまいノズルの詰まりを招
いたり、凹凸部に気泡をトラップしてインク吐出時に不
正発泡・不正消泡を招き吐出信頼性を低下させる危険を
秘めている。更には、製造上必ずしも製造し易い形状に
はならない場合が多い。

【０００９】本発明は、前記従来の課題を解決し、吐出
信頼性を犠牲にすることなく、投入エネルギーの高変換
効率化を実現し、且つノズル内インピーダンスを低減し
て高速応答が可能なインクジェット記録装置を提供せん
とするものである。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】前記課題を解決する、以下
述べる実施例の手段は、共通液室内に配された圧力発生
手段と、該圧力発生手段を制御する圧力制御手段とを設
けたことを特徴としてなす。

【００１１】

【作用】前記手段によれば、高速応答を妨げる長ノズル
構造や、吐出信頼性を達成することが必ずしも容易では
ない流抵抗体構造を用いることなく、後方インピーダン
スを上げることが可能となり、高速且つ高画像品位の記
録を可能としたインクジェット記録装置を提供できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明のインクジェット記録装置に係
る実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

【００１３】図１１乃至図１６は、本発明が実施もしく
は適用される好適なインクジエツトユニツトＩＪＵ，イ
ンクジエツトヘツドＩＪＨ，インクタンクＩＴ，インク
ジエツトカートリツジＩＪＣ，インクジエツト記録装置
本体ＩＪＲＡ，キヤリツジＨＣの夫々及び夫々の関係を
説明するための説明図である。以下これらの図面を用い
て各部構成の説明を行う。

【００１４】(i) 装置本体の概略説明 図１１は、本発明に適用されるインクジエツト記録装置
ＩＪＲＡの概観図の一例である。図において、駆動モー
タ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１
１，５００９を介して回転するリードスクリユー５００
５の螺旋溝５００４に対して係合するキヤリツジＨＣは
ピン（不図示）を有し、矢印ａ，ｂ方向に往復移動され
る。このキヤリツジＨＣには、インクジエツトカートリ
ツジＩＪＣが搭載されている。５００２は紙押え板であ
り、キヤリツジ移動方向にわたって紙をプラテン５００
０に対して押圧する。５００７，５００８はフオトカプ
ラで、キヤリツジのレバー５００６のこの域での存在を
確認して、モータ５０１３の回転方向切換等を行うため
のホームポジシヨン検知手段である。５０１６は記録ヘ
ツドの前面をキヤツプするキヤツプ部材５０２２を支持
する部材で、５０１５はこのキヤツプ内を吸引する吸引
手段でキヤツプ内開口５０２３を介して記録ヘツドの吸
引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５
０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材
であり、本体支持板５０１８にこれらは支持されてい
る。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブ
レードが本例に適用できることはいうまでもない。

【００１５】さらに、図９はこの５０１７のクリーニン
グブレードを清掃するためのクリーナーの一構成を示す
ものである。作用としては５０１７のクリーニングブレ
ードに付着した大きなインク滴を吸収または掻きとるこ
とによりインクジェットヘッドＩＪＨへの再付着を防止
しようとするものである。具体的には図１０に示すよう
にキャリッジ５０１４上に設けたインク吸収体５１００
によりクリーニングブレード５０１７上に付着したイン
ク滴を吸収してしまおうとするものである。この吸収体
はこの図ではキャリッジ上に設けたがインクジェットカ
ートリッジＩＪＣ上に固定して専用化しＩＪＣとともに
使い捨てにしても良い。

【００１６】又、５０１２は、吸引回復の吸引を開始す
るためのレバーで、キヤリツジと係合するカム５０２０
の移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラ
ツチ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。

【００１７】これらのキヤツピング、クリーニング、吸
引回復は、キヤリツジがホームポジシヨン側領域にきた
ときにリードスクリユー５００５の作用によってそれら
の対応位置で所望の処理が行えるように構成されている
が、周知のタイミングで所望の作動を行うようにすれ
ば、本例には何れも適用できる。

【００１８】本例でのインクジエツトカートリツジＩＪ
Ｃは、図１２の斜視図でわかるように、インクの収納割
合が大きくなっているもので、インクタンクＩＴの前方
面よりもわずかにインクジエツトユニツトＩＪＵの先端
部が突出した形状である。このインクジエツトカートリ
ツジＩＪＣは、インクジエツト記録装置本体ＩＪＲＡに
載置されているキヤリツジＨＣ（図１１）の後述する位
置決め手段、及び電気的接点とによって固定支持される
と共に、該キヤリツジＨＣに対して着脱可能なタイプで
ある。

【００１９】(ii)インクジエツトユニツトＩＪＵ構成説
明 インクジエツトユニツトＩＪＵは、電気信号に応じて膜
沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギー
を生成する電気熱変換体を用いて記録を行う方式のユニ
ツトである。

【００２０】図１２において、１００はＳｉ基板上に複
数の列状に配された電気熱変換体（吐出ヒータ）と、こ
れに電力を供給するＡｌ等の電気配線とが成膜技術によ
り形成されて成るヒータボードである。２００はヒータ
ボード１００に対する配線基板であり、ヒータボード１
００の配線に対応する配線（例えばワイヤボンデイング
により接続される）と、この配線の端部に位置し本体装
置からの電気信号を受けるパツド２０１とを有してい
る。

【００２１】１３００は複数のインク流路を夫々区分す
るための隔壁や共通液室等を設けた溝付天板で、インク
タンクから供給されるインクを受けて共通液室へ導入す
るインク受け口１５００と、吐出口を複数有するオリフ
イスプレート４００を一体成型したものである。これら
の一体成型材料としてはポリサルフオンが好ましいが、
他の成型用樹脂材料でも良い。

【００２２】３００は配線基板２００の裏面を平面で支
持する例えば金属製の支持体で、インクジエツトユニツ
トの底板となる。５００は押えばねであり、Ｍ字形状で
そのＭ字の中央で共通液室を押圧すると共に前だれ部５
０１で液路の一部を線圧で押圧する。ヒータボード１０
０および天板１３００を押えばねの足部が支持体３００
の穴３１２１を通って支持体３００の裏面側に係合する
ことで、これらを挟み込んだ状態で両者を係合させるこ
とにより、押えばね５００とその前だれ部５０１の付勢
力によってヒータボード１００と天板１３００とを圧着
固定する。又、支持体３００は、インクタンクＩＴの２
つの位置決め凸起１０１２及び位置決め且つ熱融着保持
用凸起１８００，１８０１に係合する位置決め用穴３１
２，１９００，２０００を有する他、装置本体ＩＪＲＡ
のキヤリツジＨＣに対する位置決め用の突起２５００，
２６００を裏面側に有している。加えて支持体３００は
インクタンクからのインク供給を可能とするインク供給
管２２００（後述）を貫通可能にする穴３２０をも有し
ている。支持体３００に対する配線基板２００の取付
は、接着剤等で貼着して行われる。尚、支持体３００の
凹部２４００，２４００は、それぞれ位置決め用突起２
５００，２６００の近傍に設けられており、組立てられ
たインクジエツトカートリツジＩＪＣ（図１２）におい
て、その周囲の３辺を平行溝３０００，３００１の複数
で形成されたヘツド先端域の延長点にあって、ゴミやイ
ンク等の不要物が突起２５００，２６００に至ることが
ないように位置している。この平行溝３０００が形成さ
れている。蓋部材８００は、図４でわかるように、イン
クジエツトカートリツジＩＪＣの外壁を形成すると共
に、インクジエツトユニツトＩＪＵを収納する空間部を
形成している。又、この平行溝３００１が形成されてい
るインク供給部材６００は、前述したインク供給管２２
００に連続するインク導管１６００を供給管２２００側
が固定の片持ちばりとして形成し、インク導管の固定側
とインク供給管２２００との毛管現象を確保するための
封止ピン６０２が挿入されている。尚、６０１はインク
タンクＩＴと供給管２２００との結合シールを行うパツ
キン、７００は供給管のタンク側端部に設けられたフイ
ルターである。

【００２３】このインク供給部材６００は、モールド成
型されているので、安価で位置精度が高く形成製造上の
精度低下を無くしているだけでなく、片持ちばりの導管
１６００によって大量生産時においても導管１６００の
上述インク受け口１５００に対する圧接状態が安定化で
きる。本例では、この圧接状態下で封止用接着剤をイン
ク供給部材側から流し込むだけで、完全な連通状態を確
実に得ることができている。尚、インク供給部材６００
の支持体３００に対する固定は、支持体３００の穴１９
０１，１９０２に対するインク供給部材６００の裏面側
ピン（不図示）を支持体３００の穴１９０１，１９０２
を介して貫通突出せしめ、支持体３００の裏面側に突出
した部分を熱融着することで簡単に行われる。尚、この
熱融着された裏面部のわずかな突出領域は、インクタン
クＩＴのインクジエツトユニツトＩＪＵ取付面側壁面の
くぼみ（不図示）内に収められるのでユニツトＩＪＵの
位置決め面は正確に得られる。

【００２４】(iii) インクタンクＩＴ構成説明 インクタンクは、カートリツジ本体１０００と、インク
吸収体９００とインク吸収体９００をカートリツジ本体
１０００の上記ユニツトＩＪＵ取付面とは反対側の側面
から挿入した後、これを封止する蓋部材１１００とで構
成されている。９００はインクを含浸させるための吸収
体であり、カートリツジ本体１０００内に配置される。
１２００は上記各部１００〜６００からなるユニツトＩ
ＪＵに対してインクを供給するための供給口であると共
に、当該ユニツトをカートリツジ本体１０００の部分１
０１０に配置する前の工程で供給口１２００よりインク
を注入することにより吸収体９００のインク含浸を行う
ための注入口でもある。

【００２５】この本例では、インクを供給可能な部分
は、大気連通口とこの供給口とになるが、インク吸収体
からのインク供給性を良好に行うための本体１０００内
リブ２３００と蓋部材１１００の部分リブ２５００，２
４００とによって形成されたタンク内空気存在領域を、
大気連通口１４０１側から連続させてインク供給口１２
００から最も遠い角部域にわたって形成している構成を
とっているので、相対的に良好かつ均一な吸収体へのイ
ンク供給は、この供給口１２００側から行われることが
重要である。この方法は実用上極めて有効である。この
リブ１０００は、インクタンクの本体１０００の後方面
において、キヤリツジ移動方向に平行なリブを４本有
し、吸収体が後方面に密着することを防止している。
又、部分リブ２４００，２５００は、同様にリブ１００
０に対して対応する延長上にある蓋部材１１００の内面
に設けられているが、リブ１０００とは異なり分割され
た状態となっていて空気の存在空間を前者より増加させ
ている。尚、部分リブ２５００，２４００は蓋部材１０
００の全面積の半分以下の面に分散された形となってい
る。これらのリブによってインク吸収体のタンク供給口
１２００から最も遠い角部の領域のインクをより安定さ
せつつも確実に供給口１２００側へ毛管力で導びくこと
ができた。１４０１はカートリツジ内部を大気に連通す
るために蓋部材に設けた大気連通口である。１４００は
大気連通口１４０１の内方に配置される撥液材であり、
これにより大気連通口１４０１からのインク漏洩が防止
される。

【００２６】前述したインクタンクＩＴのインク収容空
間は長方体形状であり、その長辺を側面にもつ場合であ
るので上述したリブの配置構成は特に有効であるが、キ
ヤリツジの移動方向に長辺を持つ場合又は立方体の場合
は、蓋部材１１００の全体にリブを設けるようにするこ
とでインク吸収体９００からのインク供給を安定化でき
る。

【００２７】又、インクタンクＩＴの上記ユニツトＩＪ
Ｕの取付面の構成は図３によって示されている。オリフ
イスプレート４００の突出口のほぼ中心を通って、タン
クＩＴの底面もしくはキヤリツジの表面の載置基準面に
平行な直線をＬ1 とすると、支持体３００の穴３１２に
係合する２つの位置決め凸起１０１２はこの直線Ｌ1上
にある。この凸起１０１２の高さは支持体３００の厚み
よりわずかに低く、支持体３００の位置決めを行う。こ
の図面上で直線Ｌ1 の延長上には、キヤリツジの位置決
め用フツク４００１の９０°角の係合面４００２が係合
する爪２１００が位置しており、キヤリツジに対する位
置決めの作用力がこの直線Ｌ1 を含む上記基準面に平行
な面領域で作用するように構成されている。図１４で後
述するが、これらの関係は、インクタンクのみの位置決
めの精度がヘツドの吐出口の位置決め精度と同等となる
ので有効な構成となる。

【００２８】又、支持体３００のインクタンク側面への
固定用穴１９００，２０００に夫々対応するインクタン
クの突起１８００，１８０１は前述の凸起１０１２より
も長く、支持体３００を貫通して突出した部分を熱融着
して支持体３００をその側面に固定するためのものであ
る。上述の線Ｌ1 に垂直でこの突起１８００を通る直線
をＬ3 、突起１８０１を通る直線をＬ2 としたとき、直
線Ｌ3 上には上記供給口１２００のほぼ中心が位置する
ので、供給部の口１２００と供給管２２００との結合状
態を安定化する作用をし、落下や衝撃によってもこれら
の結合状態への負荷を軽減できるので好ましい構成であ
る。又、直線Ｌ2 ，Ｌ3 は一致していず、ヘツドＩＪＨ
の吐出口側の凸起１０１２周辺に突起１８００，１８０
１が存在しているので、さらにヘツドＩＪＨのタンクに
対する位置決めの補強効果を生んでいる。尚、Ｌ4 で示
される曲線は、インク供給部材６００の装着時の外壁位
置である。突起１８００，１８０１はその曲線Ｌ4 に沿
っているので、ヘツドＩＪＨの先端側構成の重量に対し
ても充分な強度と位置精度を与えている。尚、２７００
はインクタンクＩＴの先端ツバで、キヤリツジの前板４
０００の穴に挿入されて、インクタンクの変位が極端に
悪くなるような異変時に対して設けられている。２１０
１は、キヤリツジＨＣとのさらなる位置決め部との係合
部である。

【００２９】インクタンクＩＴは、ユニツトＩＪＵを装
着された後に蓋８００で覆うことで、ユニツトＩＪＵを
下方開口を除いて包囲する形状となるが、インクジエツ
トカートリツジＩＪＣとしては、キヤリツジＨＣに載置
するための下方開口はキヤリツジＨＣと近接するため、
実質的な４方包囲空間を形成してしまう。従って、この
包囲空間内にあるヘツドＩＪＨからの発熱はこの空間内
の保温空間として有効となるものの長期連続使用として
は、わずかな昇温となる。このため本例では、支持体の
自然放熱を助けるためにカートリツジＩＪＣの上方面
に、この空間よりは小さい幅のスリツト１７００を設け
て、昇温を防止しつつもユニツトＩＪＵ全体の温度分布
の均一化を環境に左右されないようにすることができ
た。

【００３０】インクジエツトカートリツジＩＪＣとして
組立てられると、インクはカートリツジ内部より供給口
１２００、支持体３００に設けた穴３２０および供給タ
ンク６００の中裏面側に設けた導入口を介して供給タン
ク６００内に供給され、その内部を通った後、導出口よ
り適宜の供給管および天板４００のインク導入口１５０
０を介して共通液室内へと流入する。以上におけるイン
ク連通用の接続部には、例えばシリコンゴムやブチルゴ
ム等のパツキンが配設され、これによって封止が行われ
てインク供給路が確保される。

【００３１】尚、本実施例においては天板１３００は耐
インク性に優れたポリサルフオン、ポリエーテルサルフ
オン、ポリフエニレンオキサイド、ポリプロピレンなど
の樹脂を用い、オリフイスプレート部４００と共に金型
内で一体に同時成型してある。

【００３２】上述のように一体成型部品は、インク供給
部材６００、天板・オリフイスプレート一体、インクタ
ンク本体１０００としたので組立て精度が高水準になる
ばかりでなく、大量生産の品質向上に極めて有効であ
る。又部品点数の個数は従来に比較して減少できている
ので、優れた所望特性を確実に発揮できる。

【００３３】(iv)キヤリツジＨＣに対するインクジエツ
トカートリツジＩＪＣの取付説明 図１１において、５０００はプラテンローラで、記録媒
体Ｐを紙面下方から上方へ案内する。キヤリツジＨＣ
は、プラテンローラ３０００に沿って移動するもので、
キヤリツジの前方プラテン側にインクジエツトカートリ
ツジＩＪＣの前面側に位置する前板４０００（厚さ２ｍ
ｍ）と、カートリツジＩＪＣの配線基板２００のパツド
２０１に対応するパツド２０１１を具備したフレキシブ
ルシート４００５、及びこれを裏面側から各パツド２０
１１に対して押圧する弾性力を発生するためのゴムパツ
ド４００６を保持する電気接続部用支持板４００３と、
インクジエツトカートリツジＩＪＣを記録位置へ固定す
るための位置決め用フツク４００１とが設けられてい
る。前板４０００は位置決め用突出面４１０をカートリ
ツジの支持体３００の前述した位置決め突起２５００，
２６００に夫々対応して２個有し、カートリツジの装着
後はこの突出面４０１０に向う垂直な力を受ける。この
ため、補強用のリブが前板のプラテンローラ側に、その
垂直な力の方向に向っているリブ（不図示）を複数有し
ている。このリブは、カートリツジＩＪＣ装着時の前面
位置Ｌ5 よりもわずかに（約０．１ｍｍ程度）プラテン
ローラ側に突出しているヘツド保護用突出部をも形成し
ている。電気接続部用支持板４００３は、補強用リブ４
００４を前記リブの方向ではなく垂直方向に複数有し、
プラテン側からフツク４００１側に向って側方への突出
割合が減じられている。これは、カートリツジ装着時の
位置を図のように傾斜させるための機能も果している。
又、支持板４００３は電気的接触状態を安定化するた
め、プラテン側の位置決め面４００８とフツク側の位置
決め面４００７を有し、これらの間にパツドコンタクト
域を形成すると共にパツド２０１１対応のボツチ付ゴム
シート４００６の変形量を一義的に規定する。これらの
位置決め面は、カートリツジＩＪＣが記録可能な位置に
固定されると、配線基板３００の表面に当接した状態と
なる。本例では、さらに配線基板３００のパツド２０１
を前述した線Ｌ1 に関して対称となるように分布させて
いるので、ゴムシート４００６の各ボツチの変形量を均
一化してパツド２０１１，２０１の当接圧をより安定化
している。本例のパツド２０１の分布は、上方，下方２
列、縦２列である。

【００３４】フツク４００１は、固定軸４００９に係合
する長穴を有し、この長穴の移動空間を利用して図の位
置から反時計方向に回動した後、プラテンローラ５００
０に沿って左方側へ移動することでキヤリツジＨＣに対
するインクジエツトカートリツジＩＪＣの位置決めを行
う。このフツク４００１の移動はどのようなものでも良
いが、レバー等で行える構成が好ましい。いずれにして
もこのフツク４００１の回動時にカートリツジＩＪＣは
プラテンローラ側へ移動しつつ位置決め突起２５００，
２６００が前板の位置決め面４０１０に当接可能な位置
へ移動し、フツク４００１の左方側移動によって９０°
のフツク面４００２がカートリツジＩＪＣの爪２１００
の９０°面に密着しつつカートリツジＩＪＣを位置決め
面２５００，４０１０同志の接触域を中心に水平面内で
旋回して最終的にパツド２０１，２０１１同志の接触が
始まる。そしてフツク４００１が所定位置、即ち固定位
置に保持されると、パツド２０１，２０１１同志の完全
接触状態と、位置決め面２５００，４０１０同志の完全
面接触と、９０度面４００２と爪の９０度面の２面接触
と、配線基板３００と位置決め面４００７，４００８と
の面接触とが同時に形成されてキヤリツジに対するカー
トリツジＩＪＣの保持が完了する。

【００３５】(v) ヒーターボードの説明 図１６は本実施例で使用しているヘッドのヒーターボー
ド１００の模式図を示している。ヘッドの温度を制御す
るための温調用（サブ）ヒーター８ｄ、インクを吐出さ
せるための吐出用（メイン）ヒーター８ｃが配された吐
出部列８ｇ、駆動素子８ｈが同図で示される様な位置関
係で同一基板上に形成されている。この様に各素子を同
一基板上に配することでヘッド温度の検出、制御が効率
よく行え、更にヘッドのコンパクト化、製造工程の簡略
化を計ることができる。また同図には、ヒーターボード
がインクで満たされる領域と、そうでない領域とに分離
する天板の外周壁断面８ｆの位置関係を示す。この天板
の外周壁断面８ｆの吐出用ヒーター８ｄ側が、共通液室
として機能する。なお、天板の外周壁断面８ｆの吐出部
列８ｇ上に形成された溝部によって、液路が形成され
る。

【００３６】(vi)制御構成の説明 次に、上述した装置構成の各部の記録制御を実行するた
めの制御構成について、図１７に示すブロック図を参照
して説明する。制御回路を示す同図において、１０は記
録信号を入力するインターフェ−ス、１１はＭＰＵ、１
２はＭＰＵ１１が実行する制御プログラムを格納するプ
ログラムＲＯＭ、１３は各種データ（上記記録信号やヘ
ッドに供給される記録データ等）を保存しておくダイナ
ミック型のＲＡＭである。１４は記録ヘッド１８に対す
る記録データの供給制御を行うゲートアレイであり、イ
ンターフェース１０、ＭＰＵ１１、ＲＡＭ１３間のデー
タの転送制御も行う。２０は記録ヘッド１８を搬送する
ためのキャリアモータ、１９は記録用紙搬送のための搬
送モータである。１５はヘッドを駆動するヘッドドライ
バ、１６、１７は夫々搬送モータ１９、キャリアモータ
２０を駆動するモータドライバである。

【００３７】このような装置を用いて以下に本発明での
実施例を示す。

【００３８】［実施例１］次に前記手段を適用した一実
施例を図面を参照して具体的に説明する。

【００３９】図１はインクジェット記録ヘッドのヒータ
ーボード１００のレイアウトを説明する模式図である。
まずヒータボード１００の構成を説明すると、ヘッドの
温度を制御するための温調用（サブ）ヒーター８ｄ、共
通液室内に圧力を発生させる圧力発生手段（ヒータ）８
Ｊ，インクを吐出させるための吐出用（メイン）ヒータ
ー８ｃ、が同図で示される様な位置関係で同一基板上に
形成されている。この様に各素子を同一基板上に配する
ことでヘッド温度の検出、制御が効率よく行え、更にヘ
ッドのコンパクト化、製造工程の簡略化を計ることがで
きる。また図中８ｆはヒーターボードがインクで満たさ
れる領域と、そうでない領域とに分離する天板の外周壁
断面の位置関係を示したものであり、この天板の外周壁
断面８ｆの吐出用ヒーター８ｄ側が前記共通液室１３０
１として機能する。なお、天板の外周壁断面８ｆの吐出
部列上に形成された溝部によって液路（ノズル）９１は
形成されるものである。

【００４０】本実施例で挙げる記録装置は高速応答記録
装置であるので、上記ノズル９１はノズルインピーダン
スが十分に小さい高応答短ノズル構造であるが、前記の
ノズル後方インピーダンスが小さいことに起因する、投
入エネルギーの吐出エネルギーへの変換効率が低減され
る弊害は起こらないよう制御されている。

【００４１】即ち、吐出用のヒータを駆動してノズル内
に気泡を生成せしめ、該気泡の発泡エネルギーを吐出エ
ネルギーに変換するに際し、上記共通液室内の圧力手段
を駆動してノズル後方（インクタンク側）の圧力レベル
を一時的に加圧状態になるよう制御し、該気泡の発泡エ
ネルギーをインクの吐出エネルギーに効率よく変換する
ものである。

【００４２】高応答実現のためにノズルを短ノズル化し
後方インピーダンスが小さいながら、投入エネルギーの
変換効率を低下させないよう制御する構成を以下図面を
参照して具体的に説明する。

【００４３】図３は共通液室、及びノズル内の圧力分布
を説明する模写図である。図中、８ｃはインクを吐出さ
せる吐出用ヒータであり、８ｆは天板の外周壁断面であ
り、９１はノズルであり、８Ｊは圧力生成手段（本実施
例では加熱ヒータ）であり、８ｋは該圧力生成ヒータ８
Ｊによって生成された気泡である。図３（１）は吐出ヒ
ータ８ｃの駆動に先じて共通液室内の圧力生成ヒータ８
Ｊを駆動して気泡を発生させた直後の液室内圧力状態を
記す。ヒータ８Ｊ周囲の液相のインクの一部が熱エネル
ギーを得て気相に相転移し、体積膨張を起こしたことで
共通液室内に圧力が発生する。（２）はインクの相転移
が更に進行して共通液室内の圧力レベルが更に増加した
状態である。この時圧力の伝達方向は気泡の同心円上に
伝達されて行くが、周知の通り細い管内では管の長さ方
向に水平に伝達されていくので、本実施例ではノズルの
後方から吐出孔側に圧力が加わることとなる。この状態
を確立した後に吐出ヒータを駆動してノズル内に気泡を
発泡させることにより、前記後方インピーダンスの少な
い（流路抵抗の少ない）高応答の短ノズル構成の記録ヘ
ッドに於いても、上記圧力発生ヒータによる圧力波と合
いまって見かけ上の後方インピーダンスが増し、吐出ヒ
ータによる発泡エネルギーが後方に逃げることを減少
し、効率的なエネルギー変換を可能にする。尚、該圧力
生成手段は電気熱変換体に電気エネルギーを投入し共通
液室内に気泡を生成する機構であり、本実施例では具体
的には、抵抗値１５０Ωの発熱抵抗体ＨｆＢ２に２５Ｖ
の電圧を１０μｓ印加する仕様で駆動している。更に該
圧力生成手段の駆動タイミングは、該圧力生成手段によ
る圧力波が効率よく伝達される様、吐出ヒータ駆動時の
１０μｓ前に駆動する。

【００４４】次に前記構成よりなる記録装置を用いて記
録を行う場合の動作について図４のフローチャートを参
照して説明する。

【００４５】ステップ１００で印字命令が入ると、吐出
ヒータの駆動時の１０μｓ前に圧力生成手段（ヒータ８
Ｊ）が駆動される（Ｓ１１０）。該圧力発生ヒータ駆動
により共通液室内に気泡が生成され、該気泡生成による
圧力波によりノズル後方が加圧されたタイミングで、印
字を行う為の吐出ヒータの駆動が行われる（Ｓ１２
０）。１カラムの印字が終了するとステップ１００に帰
還して次カラムの印字の待機状態に入り、既に次カラム
の印字命令が入っていれば以下同様に制御が繰り返され
る。

【００４６】尚、記録装置によっては、全てのノズルを
同時に駆動する制御ではなく、幾つかのブロックに分割
し、該ブロック毎に駆動を行う仕様の記録装置もある
が、このような場合には、各々のブロックを駆動する前
のすべてのタイミングで圧力生成手段を駆動する制御で
合っても良い。

【００４７】前述のごとく制御を行うことにより、吐出
ヒータ上で吐出発泡が起こる時点でのノズル後方インピ
ーダンスを、構造的な手段ではなく制御手段によって見
かけ上一時的に上げることが可能となる。

【００４８】尚、本実施例では圧力発生手段（ヒータ）
を駆動するタイミングを、吐出ヒータを駆動する１０μ
ｓ後としたが、前記の如く圧力発生ヒータの駆動目的は
吐出ヒータ駆動時の見かけ上のノズル後方インピーダン
スが向上できるタイミングであれば１０μｓに限定され
る値ではない。圧力発生ヒータの駆動タイミングとして
は、吐出ヒータ駆動時の気泡が発泡を開始する時点で未
だ圧力発生手段による生成圧力が残存する範囲で、且つ
吐出ヒータ駆動時の気泡が最大発泡点に達する（気泡が
成長しきる）以前のタイミングで圧力発生手段を駆動す
ることが好ましい。

【００４９】更に、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において、
優れた効果をもたらすものである。

【００５０】前記のごとく、共通液室内に配された圧力
発生手段と、該圧力発生手段を駆動する駆動タイミング
を制御する圧力生成タイミング制御手段とを設けたこと
により、流路抵抗が大きく高速応答を妨げる長ノズル化
構造や、吐出信頼性を達成することが必ずしも容易では
ないノズル内に流抵抗体構造を用いることなく、見かけ
上のノズル後方インピーダンスを上げることが可能とな
り、高速且つ高画像品位の記録を行うことは可能とな
る。

【００５１】［実施例２］次に、圧力生成手段により共
通液室内に生成した圧力でノズル後方を加圧する加圧力
が、経時的に変化することがなく常に一定の加圧力を維
持できる他の実施例について説明する。

【００５２】前記の通り、共通液室内に供給されるイン
クは後方（下流）部のインクタンクに蓄えられている。
インクタンク内でインクは、前記のように発泡多孔質体
（吸収体）に保持されている。この時のインクの保持力
は多孔質体のポアの毛管力（表面張力）によって生じて
おり、該保持力はタンク内でインクが大気と接触してい
る表面積で変化する。即ち、インクタンク内の残存イン
ク量が減少していくのに従って、上記多孔質体がインク
を保持する力が増し、共通液室内の負圧レベルが増加す
る。共通液室内の負圧レベルは通常インク残量に反比例
して増加していく。

【００５３】従って、インク残量が減少し共通液室内に
於けるインクタンク側への負圧が増大した状態では、吐
出時にノズルの後方を加圧する圧力を発生させる前記加
圧手段を駆動しても圧力波がインクタンク側に逃げてし
まう割合が増すので、ノズル後方の所望の加圧が得られ
ない場合が起こり得る。この対策として、インクの残量
に応じて圧力生成手段８Ｊの圧力生成レベルの制御を行
う。

【００５４】本実施例では、インク残量の減少に応じて
上記圧力生成手段８Ｊの駆動を制御することにより共通
液室内の気泡長の制御を行う。具体的には、インクタン
ク内のインク残量が減少し共通液室後方の負圧レベルが
増加して、吐出前に生成する必要圧力レベルを増大させ
る場合には、該圧力生成手段に印加する駆動電圧を低下
させて発泡長を増加させ、所望の加圧レベルが得られる
ように制御を行う。以下に、印加電圧を低下させて発泡
長を増加させる原理を説明する。

【００５５】本実施例に於ける圧力生成手段である電気
熱変換体にエネルギーを投入すると、まず電気熱変換体
の境界面近傍のインクが加熱される。更に加熱を続ける
と発泡が開始するが、この時の発泡長はインクが気化し
た分子数に依存し、気化する分子数は境界面近傍のイン
クが気化するまでの間に電気熱変換体からインクに伝熱
された熱量によって決定される。即ち、電気熱変換体の
駆動電圧が高いとインクの深部まで伝熱される前に該境
界面近傍のインクが気化してしまい、電気熱変換体は気
体で覆われてしまう。気体の熱電動率は極めて遅いた
め、該気化後は電気熱変換体は伝熱的に絶縁状態にな
り、インクへの新たな伝熱は殆ど生じず、気化前に伝熱
された僅かの電気熱変換体近傍のインク分子のみの状態
変化にとどまり、結果としては発泡長は小さいものとな
る。一方、電気熱変換体の駆動電圧が低いと、電気熱変
換体の表面温度の上昇勾配が緩やかであるために、該駆
動電圧が高い場合と比較してインク深部にまで伝熱が行
われるので気化分子数が上昇し、発泡長は大きくなる。

【００５６】よって、前述の如く、インク残量に応じた
必要圧力レベルに応じて圧力発生手段の駆動電圧を制御
することにより、経時的（インク残量）に左右されるこ
となく、吐出時に安定した後方インピーダンスを作り出
すことが可能となる。

【００５７】前記従来の流抵抗体などを用いての後方イ
ンピーダンス上昇手段は、構造的な手段であるので、イ
ンク残量など経時的に変化していく要因には対応が困難
であるが、本実施例では制御手段で対策しているので該
経時的な変動要因にも柔軟に対応することな可能とな
る。

【００５８】更に、昨今のランニングコストの低減や、
エコロジー的観点からのタンクの交換頻度の低減の要求
から、インクタンクの大要領化は時代の要請であり、該
インクタンクの大容量化はインク残量による上記負圧の
変化幅を増大させるものである為、本発明の必要性は今
後益々増大するものである。

【００５９】尚、本実施例では必要圧力を制御する手段
として圧力生成手段による発泡体積の制御を行ったが、
発泡スピードを制御することによる必要圧力制御手段で
あっても良い。共通液室内で発泡が起こった場合、気化
したインク分子の体積は膨張するが、該膨張分の体積を
吸収するにはインクの移動を伴う必要がある。インクは
インク自信のイナーシャの為に移動を開始するまでには
該発泡開始時点から時間的な遅れを生じてしまう。そこ
で、インクが気化し膨張する速度を制御することによ
り、インクが移動を開始するまでの時間的遅れを利用し
て一時的に共通液室の圧力レベルを制御することが可能
になる。これにより、上記発泡体制を制御するのに代わ
って発泡スピードを制御する手段でも後方インピーダン
ス制御を行うことができる。また、駆動素子への駆動電
圧の制御手段はいたって一般的なものであり、公知の技
術であるので詳細な説明は省略する。

【００６０】圧力生成手段による生成圧力の経時的制御
手段以外の構成及び作用は、前記実施例と同様であるの
で説明は省略する。

【００６１】［実施例３］次に、圧力生成手段により共
通液室内に生成した圧力でノズル後方を加圧する加圧力
が、圧力生成手段の外的要因による発泡効率に依存する
ことなく常に一定の加圧力を維持できる他の実施例につ
いて説明する。

【００６２】インクジェット記録ヘッドでは前記の吐出
理論から明らかなように、電気熱変換体上での発泡気泡
の発泡力は該電気熱変換体近傍のインク温度に依存す
る。即ち、同等のエネルギーを前記電気熱変換体に印加
しても該エネルギー印加前のベースとなるインク温度の
差異から状態変化を起こすインク分子数に差が生じ、結
果として発泡力（発泡効率）に差が生じる。

【００６３】発泡力の微増はノズル後方インピーダンス
を増加させ、本発明の効果を増大させるが、発泡力の大
幅な増加はノズル先端のメニズカスの状態を不安定に
し、記録の際の印字品位の劣化を招いてしまう。また、
発泡力の低下はノズル後方インピーダンスを低下させ、
本発明の効果を十分に発揮できない。よって、圧力生成
手段の発泡力は大きすぎても、小さすぎてもその効果を
十分に発揮できず、場合によっては弊害を招いてしまう
ことも有り得る。

【００６４】本実施例では、前記課題を解決するために
圧力生成手段近傍のインク温度の代用特性として前記ヒ
ータボードの温度を検出し、該検出値に応じて該圧力生
成手段への印加エネルギーを制御するものである。

【００６５】以下に本実施例に於ける、ヒータボード温
度と圧力生成手段への最適印加エネルギー（ここでは最
適パルス幅）の関係を以下に記す。

【００６６】

【表１】

【００６７】但し、印加電圧は２５. ６Ｖ、圧力生成手
段（ヒータ）抵抗１５０Ωである。

【００６８】尚、ヒータボードの温度の検出手段として
は、ヒータボード上の発熱部への印加エネルギーから演
算処理して求める方式や、ダイオードやアルミなど温度
によって抵抗値が変化する素子をヒータボードの同一基
板上に成膜し、該抵抗値を検出する方式などがあるが、
公知の技術であるので詳細な説明は省略する。

【００６９】本実施例では、圧力生成手段に投入するエ
ネルギーの制御手段として、前記の通り印加パルス幅で
行ったが、他の例えば電圧制御の方式であっても良い。

【００７０】また、ヒータ近傍のインク温度の代用特性
として、ヒータボードの検出温度を用いたが、製品の位
置付けや記録ヘッド固有の変動特性により、ラフな制御
で十分な性能が得られる場合には、環境温度や、印字デ
ューティーなどを代用特性として用いることも可能であ
る。

【００７１】圧力生成手段の発泡効率均一化手段以外の
構成及び作用は、前記実施例と同様であるので説明は省
略する。

【００７２】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも、熱エネルギーを利用してインクを吐出するイン
ク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。

【００７３】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４７４０
７９６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４
３４５２６２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。

【００７４】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４
４５９６００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。

【００７５】

【発明の効果】本発明は前述のごとく、共通液室内に配
された圧力発生手段と、該圧力発生手段を駆動するタイ
ミングを制御する圧力生成タイミング制御手段とを設け
たことにより、高速応答を妨げる長ノズル化構造や、吐
出信頼性を達成することが必ずしも容易ではない流抵抗
体構造をノズル内に設けることなく、後方インピーダン
スを上げることが可能となり、高速且つ高画像品位の記
録を可能としたインクジェット記録装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る記録ヘッドの模写図である。

【図２】ノズル内の吐出ヒータの位置を説明する説明図
である。

【図３】圧力発生手段により発生した圧力の伝達する状
況を説明した説明図である。

【図４】動作のフローチャートである。

【図５】複数個の圧力発生手段を用いた場合の経時的な
圧力維持状態の説明図である。

【図６】本発明を説明するための図である。

【図７】本発明を説明するための図である。

【図８】本発明を説明するための図である。

【図９】本発明を説明するための図である。

【図１０】本発明を説明するための図である。

【図１１】本実施例にかかるインクジエツト記録装置の
概観図を説明する斜視図である。

【図１２】本実施例でのインクジエツトカートリツジを
説明するの斜視図である。

【図１３】本発明を説明するための図である。

【図１４】本発明を説明するための図である。

【図１５】本発明を説明するための図である。

【図１６】本実施例で使用しているヘッドのヒーターボ
ードの模式図である。

【図１７】本発明を説明するための図である。

【符号の説明】

８ｃ 吐出用ヒータ ８ｄ 温調用（サブ）ヒータ ８ｆ 天板の外周壁断面 ８Ｊ 圧力発生手段 ８ｋ 気泡 ９１ 液路（ノズル） １００ ヒーターボード １３０１ 共通液室

フロントページの続き (72)発明者 高橋 喜一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 岩崎 督 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 兼松 大五郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 錦織 均 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するための記録ヘッドに於
   いて、 インクを吐出される吐出孔と、該吐出孔に連通しインク
   吐出のための吐出エネルギーをインクに作用させるため
   の吐出エネルギー作用部と、 吐出エネルギー作用部に連通し該作用部に供給されるイ
   ンクを貯留するインク貯留部と、 該貯留部に加圧状態を生成する圧力生成手段と、 該圧力生成手段を駆動するタイミングを制御する圧力生
   成タイミング制御手段と、を具えたことを特徴としたイ
   ンクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記圧力生成手段は、加熱により気泡を
   形成させる気泡生成手段であることを特徴とする請求項
   １記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 吐出エネルギーとして熱エネルギーを発
   生する電気熱変換体が設けられ、該熱エネルギーによっ
   てインクに膜沸騰を生じさせ、該膜沸騰による気泡の生
   成に基づいてインクを吐出するインクジェット記録装置
   に於いて、 前記吐出時に発泡する気泡が最大発泡長に達するまでの
   間に、前記圧力生成手段による圧力が生じるよう該圧力
   生成タイミング制御手段を駆動することを特徴とする請
   求項１記載のインクジェット記録装置。