JPH07171955A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】製造上の理由などによって吐出口の断面積など
がばらつく場合であっても、最適なインク吐出量を実現
できるインクジェット記録ヘッドを提供する。 【構成】インクジェット記録ヘッド１上に、インクジェ
ット記録装置の本体側から読出し可能なＥＰ−ＲＯＭ１
２を設ける。ＥＰ−ＲＯＭ１２には、例えば、各吐出口
ごとに、印加する駆動信号の最適パルス幅などの情報を
記録させる。このインクジェット記録ヘッド１を用いて
印字を行なう場合には、予めＥＰ−ＲＯＭ１２から情報
を読出し、各吐出口に対応する電気熱変換体に対して最
適パルス幅で駆動信号が印加されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細な吐出口から液滴
を吐出して記録を行なうためのインクジェット記録ヘッ
ドと、このインクジェット記録ヘッドを使用したインク
ジェット記録装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】微細な吐出口から記録媒体に液滴（イン
ク）を吐出させることによって記録を行なうインクジェ
ット記録方法が注目を浴びている。インクジェット記録
方法は、ノンインパクト型の記録方法であるので騒音の
おそれがなく、特別の処理を行なうことなく普通紙への
記録が行なえ、高速、高精細記録が可能であり、さらに
複数色のインクを用いることによってカラー記録が可能
となるなどの長所を有する。インクジェット記録方法に
よる記録装置（インクジェット記録装置）では、一般
に、インクに吐出エネルギを与えるための吐出エネルギ
発生素子と吐出口とを一体化させたインクジェット記録
ヘッドが使用される。このインクジェット記録ヘッド
は、インクジェット記録装置の本体部分に対して着脱可
能に設けられ、必要に応じて交換されるようになってい
る。例えば、インクジェット記録ヘッドの中には、イン
クタンクと一体化されたもの（ヘッドカートリッジ）が
あり、このヘッドカートリッジは、少なくともそのイン
クタンク内のインクが全て消費されたされた際には交換
される。

【０００３】ところで、吐出口から１回に吐出されるイ
ンクの量は、個々の吐出口の断面積、インクの粘度、個
々の吐出エネルギ発生素子の特性、吐出エネルギ発生素
子に印加される駆動信号のパルス幅やエネルギによって
規定されるが、吐出口の断面積や吐出エネルギ発生素子
の特性などには、インクジェット記録ヘッドの製造工程
に応じてばらつきが生じる。そこで、１回に吐出される
インクの量を最適なものとするためには、これらの要因
に応じて駆動信号のパルス幅を設定できるようにするこ
とが必要である。駆動信号のパルス幅を設定する方法と
して、例えば、何本かの抵抗を組み合わせる方法があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】１個のインクジェット
記録ヘッドには、多数の吐出口が設けられるのが一般的
であり、インク吐出量を最適なものとするためのパルス
幅の設定は、吐出口ごとに行なわれる望ましい。駆動信
号のパルス幅を設定するのに抵抗を使用する方法では、
使用する抵抗の本数が少なければ、全ての吐出口に関し
て最適なインク吐出量となるようにパルス幅を設定する
ことは、極めて困難である。逆に、最適な吐出パターン
となるように各吐出口ごとにパルス幅を設定しようとす
れば、使用する抵抗の本数が多くなりすぎ、現実的では
ない。さらに、経時変化によって、吐出口の実効的な断
面積や吐出エネルギ発生素子の特性が変化することがあ
るが、抵抗を用いてパルス幅を設定するようにした場合
には、このような経時変化に対応できないという問題点
もある。

【０００５】本発明の目的は、製造工程上のばらつきな
どによる影響を抑え常に最適なインク吐出量が得られる
インクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録
ヘッドを利用するインクジェット記録装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口と、インクジェ
ット記録装置の本体部分側からの駆動信号に応じてイン
クに吐出エネルギを与える吐出エネルギ発生素子とを有
し、前記本体部分に対して着脱可能なインクジェット記
録ヘッドにおいて、インクの吐出の制御に使用される情
報を保持し前記本体部分側から前記情報が読み出し可能
な情報保持手段を備える。

【０００７】本発明のインクジェット記録装置は、イン
クジェット記録ヘッドを着脱可能に載置する載置手段
と、入力する記録信号を変換して前記インクジェット記
録ヘッドに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成手
段とを有し、前記駆動信号生成手段は前記情報保持手段
から情報を読み出し該情報に応じて前記駆動信号への変
換を実行する。

【０００８】

【作用】本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク
の吐出の制御に使用される情報を保持しインクジェット
記録装置の本体部分側から読出し可能な情報保持手段を
備えているので、本体部分側から情報保持手段にアクセ
スして吐出の制御に使用される情報を読み出すことによ
り、本体部分側は吐出の最適制御に必要なパラメータを
知ることができる。本体部分側がこのパラメータに応じ
て駆動信号を生成することによって、吐出口の数が多数
であったり、インクジェット記録ヘッドを交換した場合
であっても、最適なインク吐出量での吐出が常に行なわ
れることになる。

【０００９】本発明において、情報保持手段としては、
消去可能プラグラマブル読み出し専用半導体メモリ（Ｅ
Ｐ−ＲＯＭ）を使用することが望ましい。ＥＰ−ＲＯＭ
を使用することにより、吐出口ごとの詳細な制御情報な
どの大量の情報をインクジェット記録ヘッドに保持させ
ることが可能となり、インクジェット記録ヘッドの製造
時に制御情報を書込むことができるのみならず、経時変
化に応じて書込まれた制御情報を更新することができる
ようになる。また、インクジェット記録ヘッド自体のリ
サイクル使用にも対応できるようになる。

【００１０】情報保持手段に保持される情報は、端的に
は、各吐出エネルギ発生手段に印加される駆動信号のパ
ルス幅を指定するものである。上述したように、この情
報は、吐出口ごとにすなわち吐出エネルギ発生素子ごと
に、個別に設定され得るようにすることが望ましい。ま
た、記憶容量に余裕がある場合には、当該インクジェッ
ト記録ヘッドの製造番号なども記憶させることが可能で
ある。

【００１１】本発明において吐出エネルギ発生手段とし
ては、インク吐出用の熱エネルギを発生するための電気
熱変換体を使用することができる。また、この電気熱変
換体として、発生する熱エネルギによりインクに膜沸騰
を生じせしめて吐出口よりインクを吐出させるものを使
用できる。

【００１２】

【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。図１は本発明の一実施例のインクジェット
記録ヘッドの構成を示す図である。

【００１３】このインクジェット記録ヘッド１は、イン
クジェット記録装置の本体部分に着脱可能に取り付けら
れるものであって吐出口や電気熱変換体を含む吐出エレ
メント１１と、情報を保持するＥＰ−ＲＯＭ１２と、記
録装置の本体部分との電気的な接続部分となるコネクタ
１３とによって構成されている。まず、吐出エレメント
１１について、図２を用いて説明する。

【００１４】吐出エレメント１１は、インクを吐出する
ための吐出するための多数の微細な吐出口７を有する天
板５と、インクに熱エネルギを加えるための電気熱変換
体２を有する基板８とによって構成されている。天板５
には、吐出口７ごとに設けられて吐出口７に連通する液
路６、各液路６にインクを供給するため各液路６に共通
に設けられた液室１０、液室１０にインクを供給するた
め液室１０の天井部分に設けられたインク供給口９がさ
らに設けられており、これら液路６、吐出口７、インク
供給口９、液室１０は、一体的に形成されている。一
方、電気熱変換体２は、各液路６に対応して設けられて
おり、さらに、この電気熱変換体２に通電するための電
極３が基板８上に設けられている。電気熱変換体２は、
通電によって発熱して液路６内のインクに膜沸騰を生じ
させ、この膜沸騰の作用力によってインク液滴を吐出口
７から吐出・飛翔させるためのものである。図示されて
いないが、電気熱変換体２および電極３の上には絶縁膜
が設けられおり、電気熱変換体２や電極３とインクとの
電気的には接触しないようになっている。

【００１５】コネクタ１３には、多数のコネクタ接点が
設けられている。コネクタ接点のあるものは吐出エレメ
ント１１の各電極３に接続されており、またあるものは
ＥＰ−ＲＯＭ１２の各端子に接続されている。コネクタ
１３を介することにより、インクジェット記録装置の本
体部分側から任意の電気熱変換体２に駆動信号を印加
し、さらにＥＰ−ＲＯＭ１２内の情報を読み出したり、
ＥＰ−ＲＯＭ１２に情報を設定できるようになってい
る。

【００１６】ＥＰ−ＲＯＭ１２には、吐出口７ごとに、
その吐出口７に対応する電気熱変換体２に印加すべき駆
動信号のパルス幅に関する情報が記録されている。この
情報の記録は、製造時などに吐出試験を行なって各電気
熱変換体２ごとにパルス幅を決定し、決定したパルス幅
をＥＰ−ＲＯＭ１２に書込むことによって行なえばよ
い。そして、印字を行なう場合には、本体部分は、予め
ＥＰ−ＲＯＭ１２内の情報を読出すことによって各電気
熱変換体２ごとの設定されたパルス幅を求め、外部装置
からの記録信号に応じて所定の電気熱変換体２に駆動信
号を印加する場合に、その電気熱変換体２に対して設定
されたパルス幅を有する駆動信号を生成するようにすれ
ばよい。以上のように構成することによって、吐出口７
ごとに駆動信号の最適のパルス幅がばらつくような場合
であっても、各吐出口７からそれぞれ最適のインク吐出
量で印字を行なうことが可能となる。

【００１７】また、本実施例では、ＥＰ−ＲＯＭ１２を
使用しているので、経時変化などによって最適なパルス
幅が変化した場合には、ＥＰ−ＲＯＭ１２に格納されて
いる情報を適宜更新することにより、最適パルス幅の変
化にも対応できる。本実施例では、ＥＰ−ＲＯＭ１２に
格納される情報は、各吐出口７ごとに設定されるパルス
幅であったが、ＥＰ−ＲＯＭ１２に格納される情報はこ
れに限られるものではない。印字制御に必要であって、
インクジェット記録ヘッド間であるいは各吐出口間で値
が異なるようなパラメータであれば、駆動信号のパルス
幅以外のものでも適宜採用することができる。ＥＰ−Ｒ
ＯＭ１２の記憶容量に余裕があるような場合には、イン
クジェット記録ヘッドの製造番号などもＥＰ−ＲＯＭ１
２内に記録することができる。製造番号など個々のイン
クジェット記録ヘッドに固有な情報をインクジェット記
録装置の本体部分側に読み出すことにより、本体部分側
はインクジェット記録ヘッドが交換されたか否かを知る
ことが可能となる。なお、このインクジェット記録ヘッ
ドを回収した場合、ＥＰ−ＲＯＭ１２は、その最大書込
み回数の範囲内で再使用することが可能である。

【００１８】次に、上述したようなインクジェット記録
ヘッドを用いたインクジェット記録装置について、説明
する。図３は、本発明により得られたインクジェット記
録ヘッド１をインクタンクと一体化することによりイン
クジェットヘッドカートリッジ（ＩＪＣ）として構成
し、このＩＪＣを装着したインクジェット記録装置（Ｉ
ＪＲＡ）の一例を示す外観斜視図である。

【００１９】図３において、１２０はプラテン１２４上
に送紙されてきた記録紙の記録面に対向してインク吐出
を行うノズル群を具えたインクジェットヘッドカートリ
ッジ（ＩＪＣ）である。１１６はＩＪＣ１２０を保持す
るキャリッジＨＣであり、駆動モータ１７の駆動力を伝
達する駆動ベルト１１８の一部と連結し、互いに平行に
配設された２本のガイドシャフト１１９Ａおよび１１９
Ｂと摺動可能とすることにより、ＩＪＣ１２０の記録紙
の全幅にわたる往復移動が可能となる。

【００２０】１２６はヘッド回復装置であり、ＩＪＣ１
２０の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向
する位置に配設される。伝動機構１２３を介したモータ
１２２の駆動力によって、ヘッド回復装置１２６を動作
せしめ、ＩＪＣ１２０のキャッピングを行う。このヘッ
ド回復装置１２６のキャップ部１２６ＡによるＩＪＣ１
２０へのキャッピングに関連させて、ヘッド回復装置１
２６内に設けた適宜の吸引手段によるインク吸引もしく
はＩＪＣ１２０へのインク供給経路に設けた適宜の加圧
手段によるインク圧送を行い、インクを吐出口より強制
的に排出させることによりノズル内の増粘インクを除去
する等の吐出回復処理を行う。また、記録終了時等にキ
ャッピングを施すことによりＩＪＣが保護される。

【００２１】１３０はヘッド回復装置１２６の側面に配
設され、シリコンゴムで形成されるワイピング部材とし
てのブレードである。ブレード１３０はブレード保持部
材１３０Ａにカンチレバー形態で保持され、ヘッド回復
装置１２６と同様、モータ１２２および伝動機構１２３
によって動作し、ＩＪＣ１２０の吐出面との係合が可能
となる。これにより、ＩＪＣ１２０の記録動作における
適切なタイミングで、あるいはヘッド回復装置１２６を
用いた吐出回復処理後に、ブレード１３０をＩＪＣ１２
０の移動経路中に突出させ、ＩＪＣ１２０の移動動作に
伴ってＩＪＣ１２０の吐出面における結露、濡れあるい
は塵埃等をふきとるものである。

【００２２】キャリッジ１１６にはＩＪＣ１２０のコネ
クタ１３（図１参照）と対をなすコネクタ（不図示）が
設けられている。ＩＪＲＡにおいて印字用の駆動信号を
生成し機構全体の制御を行なう制御部（不図示）とキャ
リッジ１１６側のコネクタとは、フレキシブルケーブル
１３１によって接続されている。制御部は、電源投入時
などにＩＪＣ１２０内部のＥＰ−ＲＯＭ１２（図１参
照）にアクセスして駆動信号に関して各吐出口ごとに設
定されたパルス幅を読出し、その後、外部のコンピュー
タなどの外部装置からの記録信号に応じ、ＩＪＣ１２０
の電位熱変換体に印加する駆動信号を生成し、機構全体
の制御を行なう。このとき、各電気熱変換体には、それ
ぞれ、ＥＰ−ＲＯＭ１２から読み出されたパルス幅で駆
動信号が印加されるようになっている。

【００２３】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飛翔液滴を形成し、記
録を行うインクジェット記録方式のインクジェット記録
ヘッド、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。

【００２４】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第4,723,129号明細書、同第4,740,796号明
細書に開示されており、本発明はこれらの基本的な原理
を用いて行うものが好ましい。この記録方式はいわゆる
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。

【００２５】この記録方式を簡単に説明すると、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液体
（インク）に核沸騰現象を越え、膜沸騰現象を生じるよ
うな急速な温度上昇を与えるための少なくとも一つの駆
動信号を印加することによって、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を生じさせる。こ
のように液体（インク）から電気熱変換体に付与する駆
動信号に一対一対応した気泡を形成できるため、特にオ
ンデマンド型の記録法には有効である。この気泡の成
長、収縮により吐出孔を介して液体（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4,463,359号明細書、同第4,345,262
号明細書に記載されているようなものが適している。な
お、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第4,313,124号明細書に記載されている条件を採用する
と、さらに優れた記録を行うことができる。

【００２６】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孔、液流路、電気熱変換
体を組み合わせた構成（直線状液流路または直角液流
路）の他に、米国特許第4,558,333号明細書、米国特許
第4,459,600号明細書に開示されているように、熱作用
部が屈曲する領域に配置された構成を持つものも本発明
に含まれる。

【００２７】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孔とする構成を開
示する特開昭59-123670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59-138461号公報に基づいた構成においても本発明
は有効である。

【００２８】さらに、本発明が有効に利用される記録ヘ
ッドとしては、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅
に対応した長さのフルラインタイプの記録ヘッドがあ
る。このフルラインヘッドは、上述した明細書に開示さ
れているような記録ヘッドを複数組み合わせることによ
ってフルライン構成にしたものや、一体的に形成された
一個のフルライン記録ヘッドであっても良い。

【００２９】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。

【００３０】また、本発明の記録装置に、記録ヘッドに
対する回復手段や、予備的な補助手段等を付加すること
は、本発明の記録装置を一層安定にすることができるの
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、キャッピング手段、クリーニング
手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこ
れとは別の加熱素子、あるい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う予備吐出モー
ドを行う手段を付加することも安定した記録を行うため
に有効である。

【００３１】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録するモードだけではなく、記録
ヘッドを一体的に構成したものか、複数個を組み合わせ
て構成したものかのいずれでも良いが、異なる色の複色
カラーまたは、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。

【００３２】以上説明した本発明実施例においては、液
体インクを用いて説明しているが、本発明では室温で固
体状であるインクであっても、室温で軟化状態となるイ
ンクであっても用いることができる。上述のインクジェ
ット装置ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行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一般的であるから、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良い。

【００３３】加えて、熱エネルギーによるヘッドやイン
クの過剰な昇温をインクの固形状態から液体状態への状
態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に
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こともできる。いずれに
しても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってイ
ンクが液化してインク液状として吐出するものや記録媒
体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のよう
な、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質を
持つインクの使用も本発明には適用可能である。

【００３４】このようなインクは、特開昭54-56847号公
報あるいは特開昭60-71260号公報に記載されるような、
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
ような形態としても良い。

【００３５】本発明において、上述した各インクに対し
て最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するも
のである。

【００３６】さらに加えて、本発明に係る記録装置の形
態としては、ワードプロセッサやコンピュータ等の情報
処理機器の画像出力端末として一体または別体に設けら
れるものの他、リーダ等と組み合わせた複写装置、さら
には送受信機能を有するファクシミリ装置の形態を採る
ものであっても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、インクの
吐出の制御に使用される情報を保持しインクジェット記
録装置の本体部分側から読出し可能な情報保持手段を備
えることにより、本体部分側が情報保持手段にアクセス
して吐出の制御に使用される情報を読み出しこのパラメ
ータに応じて駆動信号を生成することによって、吐出口
が多数であったり、インクジェット記録ヘッドを交換し
た場合であっても、最適なインク吐出量での吐出が常に
行なわれるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェット記録ヘッド
の構成を示す図である。

【図２】吐出エレメントの構成を示す要部斜視図であ
る。

【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドが適用され
るインクジェット記録装置の一例の構成を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ インクジェット記録ヘッド ２ 電気熱変換体 ３ 電極 ５ 天板 ６ 液路 ７ 吐出口 ８ 基板 ９ インク供給口 １０ 液室 １１ 吐出エレメント １２ ＥＰ−ＲＯＭ １３ コネクタ １１６ キャリッジ １１７ 駆動モータ １１８ 駆動ベルト １１９Ａ,１１９Ｂ ガイドシャフト １２０ インクジェットヘッドカートリッジ １２２ クリーニング用モータ １２３ 伝動機構 １２４ プラテン １２６ ヘッド回復装置 １２６Ａ キャップ部 １３０ ブレード １３０Ａ ブレード保持部材 １３１ フレキシブルケーブル

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出する吐出口と、インクジェ
   ット記録装置の本体部分側からの駆動信号に応じてイン
   クに吐出エネルギを与える吐出エネルギ発生素子とを有
   し、前記本体部分に対して着脱可能なインクジェット記
   録ヘッドにおいて、 インクの吐出の制御に使用される情報を保持し前記本体
   部分側から前記情報が読み出し可能な情報保持手段を備
   えることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記情報保持手段が消去可能プログラマ
   ブル読み出し専用半導体メモリである請求項１に記載の
   インクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記情報が、前記駆動信号のパルス幅を
   指定するものである請求項１または２に記載のインクジ
   ェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 複数の吐出口を有し、前記情報が前記各
   吐出口ごとに前記駆動信号のパルス幅を指定するもので
   ある請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッ
   ド。
5. 【請求項５】 前記吐出エネルギ発生手段がインク吐出
   用の熱エネルギを発生するための電気熱変換体である請
   求項１ないし４いずれか１項に記載のインクジェット記
   録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記電気熱変換体が、発生する熱エネル
   ギによりインクに膜沸騰を生じせしめて前記吐出口より
   前記インクを吐出させるものである請求項５に記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６いずれか１項に記載の
   インクジェット記録ヘッドを着脱可能に載置する載置手
   段と、入力する記録信号を変換して前記インクジェット
   記録ヘッドに印加する駆動信号を生成する駆動信号生成
   手段とを有し、前記駆動信号生成手段は前記情報保持手
   段から情報を読み出し該情報に応じて前記駆動信号への
   変換を実行するインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 記録媒体と前記載置手段とを相対的に移
   動させる移動手段をさらに有する請求項８に記載のイン
   クジェット記録装置。