JPH03227636A - 液体噴射記録装置 - 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〕 本発明は熱エネルギーを利用して液体を噴射する液体噴
射記録装置に関する。

〔従来の技術〕

液体噴射記録法は、種々の方式により記録液の吐出液滴
を形成し、これを紙等の被記録材に付着させて記録を行
う記録法である。

このような記録法を適用した記録装置の中でも、記録ヘ
ッドの吐出口の高密度化に好適な構造を有する装置とし
て、吐出液滴形成のためのエネルギーとして熱を利用す
るタイプの液体噴射装置をあげることができる。

この液滴吐出エネルギーとして熱を利用する液体吐出装
置は、通常、記録液を加熱して記録液に急激な体積増大
を伴う変位を与えて、吐出口から吐出させ記録液の液滴
を形成するための液滴形成手段と、電気信号を印加する
ことにより発熱し、記録液を加熱することのできる電気
熱変換体（以下、ヒータという）を有する記録ヘッドを
具備している。

一方、液体噴射記録装置によって記録を行う際に使用さ
れる記録液としては、記録特性、安全性等の面から主に
水性の記録液が用いられている。

この水性の記録液は、一般に顔料や染料等の記録剤成分
と、これを溶解または分肢するための主に水、または水
と水溶性有機溶剤とからなる溶媒成分とによって形成さ
れている。

上記の液滴吐出エネルギーとして熱を利用する記録装置
およびその他の液滴形成方式を適用した記録装置におい
ては、記録液が吐出される吐出口は、装置の駆動の有無
にかかわらず絶えず装置外部の外気に向けて開口されて
いることが多い。

そのために、記録が行われない状態が長時間にわたる場
合には、記録液として前述のような水性のものを使用す
る関係から、吐出口およびその付近に滞留した記録液か
ら、例えば、水や揮発性有機溶剤等の溶媒成分が吐出口
から外気中へ蒸発し、記録剤成分や揮発しに（い溶媒成
分が記録液中に残存することにより、この成分に滞留し
た記録液の粘度が増加し、結果として記録液の吐出に好
適な範囲を越えてしまうために、記録再開時直後におい
ては、吐出用信号が印加されているにもかかわらず、液
滴が吐出されない液滴の吐出不良がおき易（、記録画素
の初期印字部等に欠陥を生じるという問題があった。

また、低温時においても記録液の粘度が増加し、前述と
同様な吐出不良が起き易かった。

このような非記録期間や環境変化に対処するための提案
としては、例えば特開昭６０−２４８３５７号公報に開
示されているものがある。これは記録液の温度を所定の
範囲内に維持するために、印字開始直前に、記録液滴が
吐出しないレベルでの電気信号をヒータに印加すること
で、記録液を加熱した安定状態で、印字記録を行う方法
である。

つまり、記録信号の有無によって上記予備加熱の実行を
制御する方法である。

ｒ発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、記録動作が連続していても、印字が乱れ
る場合があり、特に、複数記録素子を一直線状に配置し
たマルチヘッドやこれら複数色に分割したフルカラーマ
ルチヘッドにおいては、印字濃度や印字色が乱れる場合
が比較的多く発生した。

この問題は、従来の問題とは原因が異なり、印字を行っ
ている間に発生する各記録素子間の相互状態に依存して
いるものと考えられる。

マルチヘッドの一部が非印字状態の長く続くパターンを
記録した場合、非印字吐出口において前記同様水分の蒸
発あるいは、記録後の低温化に伴う記録液の粘度増加が
生じ、１回の記録暗中においても吐出不良となるという
問題点があった。

また、印字部の吐出口は印字エネルギーにより、さらに
昇温しでいくため、印字部と非印字吐出口との間に大き
な温度差が生じる。すなわち、記録液の粘性が両者の間
で太き（異なり、液滴粒径、吐出速度等の吐出特性の違
いが生じ、画像品位の低下の原因となっていた。

本発明の目的は上記した様な吐出不良による画品質劣化
の従来の問題点を除去する新規な液体噴射記録装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するため、本発明は複数の吐出口
と該複数の吐出口に夫々連通する液路と該液路の夫々に
対して設けられた気泡発生用熱エネルギー発生用吐出素
子とを有する記録ヘッドを用いて記録を行う液体噴射記
録装置において、記録中に上記記録ヘッドに与えられる
記録信号の状態を判別する手段と、該判別手段により判
別した結果、記録信号が所定期間与えられない上記熱エ
ネルギー発生用吐出素子に対して、気泡が発生しない範
囲内の発熱を上記記録信号とは別に与える畜熱分布制御
手段とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、印字中の記録ヘッドに対する記録データ供
給状態を検知し、液体の吐出を要しないデータが連続す
る際に吐出を行っていないような熱エネルギー発生吐出
素子（発熱抵抗体）に液体の吐出が行なわれない程度に
通電を行い、記録ヘッド温度分布を均一化して安定に高
画質を得ることができる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。

これはインクジェット記録装置の例で、その構成例を第
２図に、その記録ヘッドの構成例を第３図に示す。

第２図において、１４はヘッドカートリッジであり、ヒ
ータボードを用いて構成した記録ヘッドと、インク供給
源たるインクタンクと一体としたものである。このヘッ
ドカートリッジ１４は、押さえ部材４１によりキャリッ
ジ１５の上に固定されており、これらはシャフト２１に
沿って長手方向に往復動可能となっている。記録ヘッド
より吐出されたインクは、記録ヘッドと微少間隔をおい
て、プラテン１９に記録面を規制された記録媒体１８に
到達し、記録媒体１８上に画像を形成する。

記録ヘッドには、ケーブル１６およびこれに結合する端
子を介して適宜のデータ供給源により画像データに応じ
た吐出信号が供給される。ヘッドカートリッジは、用い
るインク色等に応じて、１ないし複数個（図では２個）
を設けることができる。

なお、第２図において、１７はキャリッジ１５をシャフ
ト２１に沿って走査させるためのキャリッジモータ、２
２はモータ１７の駆動力をキャリッジ１５に伝達するワ
イヤである。また、２０はプラテンローラ１９に結合し
て記録媒体１８を搬送させるためのフィードモータであ
る。

第３図は第２図示記録ヘッドの構成を示す。

図において、１はヒータボードであり、シリコン基板上
に電気熱変換体（吐出ヒータ）５と、これに電力を供給
するＡＩ２等の配線６とが成膜技術により形成されて成
る。そして、このヒータボード１に対して、記録用液体
の液路２５を限界するための隔壁を設けた天板３０を接
着することにより、液体噴射記録ヘッドが構成される。

記録用の液体（インク）は、天板３０に設けた供給口２
４より共通液室２３に供給され、ここより各液路２５内
に導かれる。そして。通電によってヒータ５が発熱する
と、液路２９内に満たされたインクに発泡が生じ、吐出
口２６よりインク滴が吐出されるわけである。

第１図において、１２ａ〜１２ｄはラインバッファで、
印字データ１１が１ラインずつ順次書き込まれている。

１３はセレクタで、図示しないライン同期信号を受け、
１ライン分の印字データ１１が供給されるごとにその接
点をサイクリックに切り換えるものである。図示のよう
に、セレクタ１３が第１のラインバッファ１２ａを選択
している状態では、第５のラインバッファ１２ｅに記録
の行われるラインの印字データが書き込まれている。こ
のとき、第４のラインバッファ１２ｄには、これよりも
ｌライン前のデータが書き込まれ、第３のラインバッフ
ァ１２ｃにはさらにｌライン前のデータが、第４のライ
ンバッファ１２ｂにはさらにｌライン前の印字データが
それぞれ書き込まれている。１４はセレクタで、ライン
バッファ１２ａ〜１２ｅの出力側に配置され、現在印字
データ１１の書き込みが行なわれているラインバッファ
以外の４つのラインバッファを選択するものである。図
に示した状態では、第１のライバッファ１２ａに印字デ
ータ１１が書き込まれているので、他の４つのラインバ
ッファ１２ｂ−１２ｅの出力側が選択されている。１６
は判定手段としてのＸ、演算器で、セレクタ１４によっ
て選択された印字データ１５ａ〜１５ｄに基づき、記録
ヘッドの蓄熱状態を演算するものである。１８は電流供
給手段としてのＴ１演算器で、Ｘｌ演算出力１７に基づ
き、図示しない記録ヘッドの個々の波路におけるヒータ
に印加するパルス電圧波形を設定するものである。本実
施例では、Ｘ、演算器１６を用いて、予備加熱を与える
液路を決定している。この原理を第４図で説明する。

第４図で最も下に配置されたデータ列ＬＬは、これら記
録を行おうとするとラインにおけるデータを表わしてい
る。また、これにより１つ上のデータ列Ｌ２は、これよ
りも１ライン後に記録を行うデータを表わし、さらに、
データ列Ｌ３は２ライン後のデータを、データ列Ｌ４は
３ライン後のデータを表わしている。

データ列Ｌ４において、図で黒（ぬりつぶした任のデー
タＤに着目する。このデータに対応するノズルの蓄熱状
態予想値をＸとすると、 Ｘ＝Σａ、ｔ と表わすことができる。ここで、添字ｉは注目データＤ
に対応するノズルに温度の影響を与えるデータ、ｔｌは
発生熱量、ａ、は注目データへの温度影響係数である。

本実施例では、２１〜３５（全１５個）個の温度影響の
あるデータを選び、重み付け（データ内の数値）を行っ
て加算することにより、データＤに対する蓄熱状態を推
定している。

蓄熱状態予想値ＸがＸ＜ＸＰ１４の場合、注目データＤ
に対応する液路に発泡おこさない範囲で予備加熱パルス
を考える。

すなわち、Ｘ　＜　Ｘ　ｐ、４なる蓄熱状態予想値Ｘが
Ｔ、演算器１８に入力されると、今ＬｌにおけるＤは対
応する印字データ（第４図３２のデータ）が吐出を要し
ない場合でも、吐出をしない程度に加熱パルスを発熱抵
抗体に印加するように、Ｔ１演算器１８から予備加熱パ
ルス信号が出力される。

次に、この動作を具体的な例を用いて詳しく説明する。

第５図のａ、ｂの場合は、Ｘ　＜　Ｘ　ｐＨで予備加熱
を実行、ｃ、ｄの場合は、Ｘ　＞　Ｘ　ｐＨで予備加熱
を実行しない。この基本動作は、３ライン前の時刻に３
ライン後における蓄熱状態を印字データに基づき演算し
、その結果に応じて予備加熱の実行を決定する。

この基本動作は次に示す基礎データからも吐出を安定に
する上で有効であることを裏付けることができる。すな
わち、第６図に示すように、インクの粘度は温度上昇に
ともない減少する。第６図はジエチレングリコール水溶
液に染料２％添加したインクのグリコール重量％を示し
、４０ｗｔ％、６０ｗｔ％゛、８０ｗｔ％に対応するも
のである。インクの水分は吐出口より時々刻々と蒸発し
、グリコール重量％が上昇する。用いる液路が７ｃｐ以
下のインクを吐出する力を有しているとすると、２５℃
で６０ｗｔ％以下のグリコール重量％の状態でインクを
吐出可能である。６０ｗｔ％のグリコール濃度のインク
が水分蒸発してｇｏｗｔ％の濃度になると、吐出ができ
な（なり、画像の欠陥を生じる。ところが、この８０ｗ
ｔ％のインクを約４７℃に加熱すると、吐出臨界粘度の
７ｃｐ以下となり、吐出が可能となる。従って、印字デ
ータを検知し、吐出を要しないデータの連続時間を知る
ことにより、水分蒸発量が推測でき、周辺のデータから
蓄熱状態が推測できるので、第６図に示す曲線上のどの
温度に制御することが、吐出臨界粘度以下にインクの粘
度を制御するために必要かを判定することができる。

さらに、本発明において、より高画質を得るには、次の
ような制御が有効となる。

第７図（ａ）は今記録しようとする画像を示す。

図に示す矢印の方向にラスクスキャンしながら記録をす
る場合、ａで示すバーを印字するに従って、ａに対応す
るノズル近傍は、温度が上昇してゆ（。ｂのラインを記
録する時点でのノズルが多数配列されているヘッドの温
度分布を第７図（Ｂ）に示す。ａで示すバーに担当する
領域は温度が高（なっている。

第８図はインク温度と印字ドツト径の関係を示す。図か
ら分かるように、印字ドツト径は温度が高いほど大きい
。従って、第７図（Ｂ）に示す温度分布の場合は、もし
吐出が完全でも、温度分布に対応して濃度ムラが生じる
。そこで、第７図の（Ｃ）に示すような温度分布を作る
ことが均一な濃度のｂのラインを記録するために必要と
なる。温度分布が均一でない理由は、ａの領域以外はイ
ンクの水分蒸発により粘度があがっていて吐出しても、
印字ドツト径は小さくなるため、その補正のために温度
を上げる必要があるからである。

上述したような補正も、基本的に、印字データから好ま
しい温度分布を演算し、その温度分布が必要な時刻に得
るための予備加熱を加える。従って、第７図の例では、
予備加熱はｂのラインの直前（数秒前）から加えること
になる。その理由は、徐々に温度分布がフラットになっ
てゆき、好ましい分布が得られないからである。こうし
た傾向を予め演算器に入力しておき、印字データとの照
合により予備加熱の決定およびそのパルス幅等の条件を
決定する。予備加熱は、記録信号が与えられることとは
別に予め温度分布に対して与えらえれるものではあるが
、たまたまその記録信号が予備加熱と重なる場合は、予
備加熱を記録信号より先行させて与える。

このように構成された駆動回路を第９図に示す。

印字データ７１を、１ラインずつ順次書き込んでゆく複
数のラインバッファから構成される印字データバッファ
７２に入力し、図示しないライン同期信号に同期して複
数のラインに対応する印字データ７３が蓄熱状態演算器
７４に入力される。演算結果７５は蓄熱状態演算結果バ
ッファ７６とパルス波形演算器７８に入力される。すな
わち、蓄熱状態は印字データ７３と１ライン前に演算さ
れた蓄熱状態演算結果７７とから算出される。また、パ
ルス波形演算結果７９は印字データ７３と蓄熱状態演算
結果７５とから演算される。

次に、第７図に示す画像をこの回路を用いてパルス波形
が各画像がどのように変化したかその一部を第１Ｏ図を
用いて説明する。

第１Ｏ図（Ａ）に示す画像のうちａｌの位置に対応する
ノズルには、第１Ｏ図（Ｄ）に示すように、最初、ブレ
ヒートが印加される。ついで、第１θ図（Ｅ）に示すよ
うな波形の吐出パルスｔａｒｔの時間が第１Ｏ図（Ｂ）
に示すように第１Ｏ図（Ａ）に示す位置に対応して変化
する。この場合、ｔ１）ｆｆを６μｓｅｃから１μｓｅ
ｃに減少させることによりインクの吐出量を小さくする
方向に補正が加わり、蓄熱量増加に伴なうインクの吐出
量の増加傾向を打ち消して一定値を保つ。

一方、第１θ図（Ａ）の画像の中です、の位置に対応す
るノズルは、第１Ｏ図（Ｄ）に示すように、ブレヒート
が第１０図（Ａ）のラインｂの直前に加わり、ラインｂ
に対応して吐出パルスが第１Ｏ図（Ｅ）に示す波形でｔ
ａｒｔが第１θ図（Ｃ）に示すように４μｓｅｃで加え
られる。また、この場合、第１Ｏ図（Ｅ）に示す波形で
、ｔ、　＝４μｓｅｃ　、　ｔｘ　＝６μｓｅｃである
。

ここで、サブヒートパルス、メインヒートパルス（共に
、２３Ｖの電圧）を印加した。この時、サブヒートパル
スのみでは吐出には至らなかった。

また、ブレヒートパルスａ＋、ｔ）＋にはそれぞれ２３
Ｖ、４μｓｅｃのパルスを与えた。この時も、ブレヒー
トパルスのみでは吐出には至らなかった。

（その他） なお、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、記録装置において優
れた効果をもたらすものである。

かかる方式によれば記録の高密度化、高精細化が達成で
きるからである。

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１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て、結果的にこの駆
動信号に一対一で対応した液、体（インク）内の気泡を
形成できるので有効である。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１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４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６
２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４３１３１２４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。

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、電気熱変換体の組合せ構成
（直線状液流路または直角液流路）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５
９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収す
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号公報に基いた構成としても本発明の効
果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのよ
うなものであっても、記録を確実に効率よ（行いつるか
らである。

さらに、記録装置が記録できる記録媒体の最大幅に対応
した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対し
ても本発明は有効に適用できる。

そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成され
た１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。加
えて、上側のようなシリアルタイプのものでも装置本体
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。

また、本発明に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
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せ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モード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。

また、搭載される記録ヘッドの種類ないし個数について
も、例えば単色のインクに対応して１個のみが設けられ
たものの他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対
応して複数個数設けられるものであってもよい。

さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態と
しては、コンピュータ等の情報処理機器の画像出力端末
として用いられるものの他、リーダ等と組合せた複写装
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よい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、記録データ中印
字状態を検知し、液体の吐出を要しないデータが連続す
る際に、該当する発熱抵抗体に液体の吐出が行われない
程度に通電を行うようにしたので、記録中における不吐
出が解決され、吐出口間の温度差による吐出特性のばら
つきを補正することができるとともに、良好な画像を得
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
一実施例の液体噴射記録装置の構造を示すブロック図、 第３図は第２図示ヘッドカートリッジの構成を示す図、 第４図は蓄熱状態検知の原理を説明する説明図、 第５図は蓄熱状態の一例を示す図、 第６図はインク温度とインク粘度の関係の一例を示す図
、 第７図は高画質を得るための制御を説明する説明図、 第８図は印字ドツト径とインク温度の関係の一例を示す
図、 第９図はヘッド駆動回路の他の例を示すブロック図、 第１０図はブレヒートの印加例を示す図である。 １１・・・・・・印字データ、 １２ａ−１２ｅ・・・・・・ラインバッファ、１３：１
４・・・・・・セレクタ、 １５・・・・・・印字データ、 １６・・・・・・Ｘ、演算器、 １７・・・・・・ｘ１演算出力 １８・・・・・・ＴＩ演算器、 ７１・・・・・・印字データ、 ７２・・・・・・印字データバッファ、７３・・・・・
・印字データ、 ７４・・・・・・蓄熱状態演算器、 ７５・・・・・・演算結果、 ７６・・・・・・蓄熱状態演算結果バッファ、７７・・
・・・・１ライン前に演算した蓄熱状態演算結果、 ７８・・・・・・パルス波形演算器、 ７９・・・・・・パルス波形演算結果。 第 １図 第２図 第５図 ＸｐＨｍ−３３０ 第６図 第７図 第８因 第９図 トき一一二 Ｏ 田

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の吐出口と該複数の吐出口に夫々連通する液路
   と該液路の夫々に対して設けられた気泡発生用熱エネル
   ギー発生用吐出素子とを有する記録ヘッドを用いて記録
   を行う液体噴射記録装置において、記録中に上記記録ヘ
   ッドに与えられる記録信号の状態を判別する手段と、 該判別手段により判別した結果、記録信号が所定期間与
   えられない上記熱エネルギー発生用吐出素子に対して、
   気泡が発生しない範囲内の発熱を上記記録信号とは別に
   与える畜熱分布制御手段と を備えたことを特徴とする液体噴射記録装置。 ２）上記畜熱分布制御手段が上記発熱を上記吐出素子に
   対して与える際、該吐出素子に記録信号が入力される場
   合に、該発熱は、該記録信号に対して先行して与えられ
   る請求項１記載の液体噴射記録装置。 ３）上記記録信号は、上記熱エネルギー発生用吐出素子
   に対して液体に膜沸騰を生じせしめるパルス信号である
   請求項１または請求項２記載の液体噴射記録装置。 ４）上記液体噴射記録装置に用いられる記録ヘッドは、
   記録媒体の搬送方向に関しての幅の全幅に対して記録可
   能なフルライン型１ヘッドである請求項１ないし請求項
   ３のいずれかに記載の液体噴射記録装置。