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JP2752491B2 - 液体噴射記録装置 - Google Patents

液体噴射記録装置

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JP2752491B2
JP2752491B2 JP2022183A JP2218390A JP2752491B2 JP 2752491 B2 JP2752491 B2 JP 2752491B2 JP 2022183 A JP2022183 A JP 2022183A JP 2218390 A JP2218390 A JP 2218390A JP 2752491 B2 JP2752491 B2 JP 2752491B2
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Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

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
たは分散するための主に水、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くい溶媒
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く、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。
〔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回の記録時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
に昇温していくため、印字部と非印字部吐出口との間に
大きな温度差が生じる。すなわち、記録液の粘性が両者
の間で大きく異なり、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、液体を吐
出する吐出口と該吐出口に対応する発熱素子とが複数配
列された記録ヘッドを用い、記録データに応じて液体を
吐出して記録を行う液体噴射記録装置において、前記記
録ヘッドの複数の発熱素子に対応する記録データに基づ
いて当該複数の発熱素子への蓄熱状態を判別する判別手
段と、該判別手段により判別した蓄熱状態の低い発熱素
子に対して、液体の粘度が臨界吐出粘度以下になるよう
液体が吐出しない範囲内の予備加熱信号を、記録中に記
録信号とは別に供給すべく制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする。
〔作用〕
本発明では、記録ヘッドの複数の発熱素子に対応する
記録データに基づいて当該複数の発熱素子への蓄熱状態
を判別し、蓄熱状態の低い発熱素子に対して、液体の粘
度が臨界吐出粘度以下になるよう液体が吐出しない範囲
内の予備加熱信号を、記録中に記録信号とは別に供給し
ているので、記録中における吐出不良の発生が防止され
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、22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Al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24
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
インキ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1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1
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1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のラインバ
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1b〜12eの出力側が選択されて
いる。16は判定手段としてのXi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Ti演算器で、Xi演算出力17に基づき、図示し
ない記録ヘッドの個々の液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、
Xi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L1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、図で黒く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、 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、tiは発
生熱量、ai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<XPH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<XPHなる蓄熱状態予想値XがTi演算器1
8に入力されると、今L1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、Ti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<XPHで予備加熱を実行、c,
dの場合は、XXPH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80Wt%の濃
度になると、吐出ができなくなり、画像の欠陥を生じ
る。ところが、この80Wt%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タ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、温度が上昇してゆく。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
は温度が高くなっている。
第8図はインク温度と印字ドット径の関係を示す。図
から分かるように、印字ドッ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、印字ドッ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10図を
用いて説明する。
第10図(A)に示す画像のうちaiの位置に対応するノ
ズルには、第10図(D)に示すように、最初、プレヒー
トが印加される。ついで、第10図(E)に示すような波
形の吐出パルスtoffの時間が第10図(B)に示すように
第10図(A)に示す位置に対応して変化する。この場
合、toffを6μsecから1μsec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10図(A)の画像の中でbiの位置に対応する
ノズルは、第10図(D)に示すように、プレヒートが第
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10図(E)に示す波形でtoffが第10
図(C)に示すように4μsecで加えられる。また、こ
の場合、第10図(E)に示す波形で、t1=4μsec、t2
=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、プレヒートパルスai,biにはそれぞれ23V、4μ
secのパルスを与えた。この時も、プレヒートパルスの
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44
63359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。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59−123670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
実に効率よく行いうるからである。
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、上例のような
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、記録ヘッドの
複数の発熱素子に対応する記録データに基づいて当該複
数の発熱素子への蓄熱状態を判断し、蓄熱状態の低い発
熱素子に対して、液体の粘度が臨界吐出粘度以下になる
よう液体が吐出しない範囲内の予備加熱信号を、記録中
に記録信号とは別に供給しているので、記録中における
吐出不良の発生が防止され、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図は印字ドッ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図はプ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、 13:14……セレクタ、 15……印字データ、 16……Xi演算器、 17……Xi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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−247049(JP,A) 特開 昭61−230950(JP,A) 特開 昭61−239966(JP,A) 特開 昭59−201875(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液体を吐出する吐出口と該吐出口に対応す
    る発熱素子とが複数配列された記録ヘッドを用い、記録
    データに応じて液体を吐出して記録を行う液体噴射記録
    装置において、 前記記録ヘッドの複数の発熱素子に対応する記録データ
    に基づいて当該複数の発熱素子への蓄熱状態を判別する
    判別手段と、 該判別手段により判別した蓄熱状態の低い発熱素子に対
    して、液体の粘度が臨界吐出粘度以下になるよう液体が
    吐出しない範囲内の予備加熱信号を、記録中に記録信号
    とは別に供給すべく制御する制御手段と を備えたことを特徴とする液体噴射記録装置。
  2. 【請求項2】前記制御手段が前記予備加熱信号を前記発
    熱素子に対して供給する際に該発熱素子に前記記録信号
    が供給される場合、該予備加熱信号は該記録信号に対し
    て先行して供給されることを特徴とする請求項1記載の
    液体噴射記録装置。
  3. 【請求項3】前記記録信号は、前記発熱素子に対して液
    体に膜沸騰を生じせしめるパルス信号であることを特徴
    とする請求項1または2記載の液体噴射記録装置。
  4. 【請求項4】前記記録ヘッドは、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ヘッ
    ドであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
    に記載の液体噴射記録装置。
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