JP2795740B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吐出エネルギー発生手段によるエネルギーで
液滴を吐出させる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関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のインクジェット記録装置は、吐出エネ
ルギー発生手段によるエネルギーで液滴を吐出させるイ
ンクジェット記録ヘッドと、記録媒体と前記インクジェ
ット記録ヘッドを相対移動させる相対移動手段とを有
し、前記インクジェット記録ヘッドと記録媒体を対向配
置させ画像形成を行なっている。

第９図はインクジェット記録装置の従来例を示す構成
図であり、１′はインクジェット記録ヘッド（以下、
「記録ヘッド」という。）、42′は圧力発生手段、７′
は記録媒体であり記録ヘッド１中のインク43′を圧力発
生手段42′による圧力で押し出し、記録媒体７′上にイ
ンク液滴を付着させ（図示しない）記録媒体搬送手段に
よって矢印Ａの方向に搬送し画像形成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のインクジェット記録装置は、記録媒体
と記録ヘッドの間に電界があり、液滴が帯電されている
場合にの液滴の運動が電気的な力によって影響を受け、
液滴が記録媒体上の意図したところに着弾せず、画像乱
れの原因となる場合がある。特に記録媒体の湿度が変化
した場合に記録媒体と記録ヘッドの間の電界が変化し
て、液滴の運動に対する電気的な力が変化するため、着
弾位置が変化し、画像乱れが増幅されるという問題点が
ある。

本発明は上記問題点に鑑み、液滴の運動に悪影響を及
ぼさないインクジェット記録装置を提供することを目的
とする。

〔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装置は、 液滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドと、 記録媒体と前記インクジェット記録ヘッドとを相対移
動させる相対移動手段と、 前記記録媒体の湿度を検出する湿度検出手段と、 前記記録媒体と前記インクジェット記録ヘッドとの間
の電位差を調整する電位差調整手段とを具備し、 前記湿度検出手段によって検出した前記記録媒体の湿
度の値に応じて、前記電位差調整手段による電位差の値
を変化させる。

好ましくは、相対移動手段が静電吸着搬送手段であ
り、 さらに好ましくは、インクジェット記録ヘッドは、記
録媒体の記録域の全幅にわたって、複数の吐出口を備え
ているフルラインタイプのであり、 または、インクジェット記録ヘッドは、熱エネルギー
を利用して吐出口からインクを吐出させるもので、熱エ
ネルギーを発生させる手段として電気熱変換体を有して
いる。

〔作用〕

相対移動手段が記録媒体とインクジェット記録ヘッド
とを相対移動させる際に、湿度検出手段が記録媒体の湿
度を検出し、検出結果に基づいて、電位差調整手段が記
録媒体とインクジェット記録ヘッドとの間の電位差を調
整し、インクジェット記録ヘッドから記録媒体のインク
液滴を飛翔を正確に行なわせる。

〔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。

第１図は本発明のインクジェット記録装置の第１の実
施例を模式的に示す構成図である。

1BK,1y,1m,1cはそれぞれブラック、イエロー、マゼン
タ、シアンのインク色に対応したバブルジェット方式の
インクジェット記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」とい
う。）であり、内蔵する吐出エネルギー発生体に発熱抵
抗体を用い、発熱抵抗体の通電時に発生する熱エネルギ
ーを利用してインク中に生じる気泡によって吐出口より
インク液滴を吐出させるものであり、ブロック２にそれ
ぞれ固定されている。各記録ヘッドは、400dpi（ドット
・パー・インチ）の密度で4736個の吐出口が配列されて
いる。

３はキャッピングユニットであり、スタンバイ時等、
被記録時にブロック２を図中一点鎖線で示す位置Ａまで
引き上げ、引き上げたブロック２にユニット３を対向さ
せてキャップする。また、キャッピングユニット３は、
循環回復時には（図示しない）回復ポンプ、インク供給
系より送り込まれ、吐出口から押し出された廃インクの
受け皿ともなる。廃インクは図示しない廃インクタンク
に導かれる。

４は記録シート７を支持して搬送するための帯電吸着
ベルトであって、記録ヘッドBk,1y,1m,1cの各々に所定
間隔を有して対向配設されており、後述する帯電ローラ
31により帯電されると共に図示しない駆動源により駆動
される。５は帯電吸着ベルト４を介して各記録ヘッドに
対向配設されるバックプラテンである。

６は普通紙等の記録シート７が収納され、装置本体に
取り外し自在に装着される給紙カセットであり、８は最
上面の記録シート７を１枚だけ送り出して給紙するピッ
クアップローラであり、ピックアップローラ８より送り
出された記録シート７は一対の搬送ローラ９により搬送
路10へ搬送され、搬送路10の出口側に配設された一対の
搬送ローラ11により帯電吸着ベルト４上へ搬送される。

13および14は記録によって記録シート７上に付着した
インク液滴を熱風により乾燥定着させるヒータおよびフ
ァン、15は定着の終了した記録シート７を装置外に排出
する排出ローラ、16は排出された記録シート７を順次ス
トックするトレイである。32は電源35からの電荷を記録
シート７上に注入するブラシ状電極でありその近傍には
湿度測定手段33が配設されている。

次に第１図の実施例の動作について説明する。

まず、記録動作について説明する。記録開始の操作が
行なわれると、指定されたサイズの記録シート７がピッ
クアップローラ８によって給紙カセット６から送り出さ
れる。送り出された記録シート７は、搬送ローラ9,11に
よって搬送され、予め帯電ローラ31によって＋2kV程度
の表面電位を有するように帯電された状態で回転すると
ともにバックプラテン５によって平面形状とされている
帯電吸着ベルト４に載せられる。この際、記録シート７
は湿度測定手段33によって湿度が測定され、その測定値
に応じてブラシ状電極32に印加される電圧が制御される
（後に詳述する）。記録シート７の先端部が各記録ヘッ
ド1c,1m,1y,1Bkの各々の下部に到着するのに連動して、
不図示の駆動回路を介して各記録ヘッドのエネルギー発
生体を画像データに応じて駆動する。この駆動により、
画像情報に応じたインク液滴が吐出口より記録シート７
の表面に吐出され記録が行なわれる。

記録シート７が吸湿性の悪い場合、表面に付着した液
滴が乾燥せず、擦られて印字汚れを生じるので、ヒータ
13およびファン14によって強制乾燥を行なって定着させ
る。定着の終了した記録シート７は、排出ローラ15によ
ってトレイ16へ排出される。

以上のように、それぞれシアン、マゼンタ、イエロ
ー、ブラックのインクに対応した記録ヘッド1Bk,1y,1m,
1cにそれぞれの記録ヘッド1Bk,1y,1m,1cに応じた記録信
号を与えることによりカラー画像が形成される。

次に、本実施例の装置に用いるインクジェット記録ヘ
ッドの吐出原理について説明する。

インクジェット記録装置に適用されるインクジェット
記録ヘッドは、一般に微細な液体吐出口（オリフィ
ス）、液体流路およびこの液体流路の一部に設けられる
エネルギー作用部と、この作用部にある液体に作用させ
る液滴形成エネルギーを発生するエネルギー発生手段を
具えている。

このようなエネルギーを発生するエネルギー発生手段
としてはピエゾ素子等のような電気機械変換体を用いた
記録方法、レーザまたは電磁波等を照射して、そこにあ
る液体にエネルギーを吸収させて発熱させ、この発熱に
よる作用で液滴を吐出・飛翔させるエネルギー発生手段
を用いた記録方法、あるいは電気熱変換体によって液体
を加熱して液体を吐出させるエネルギー発生手段を用い
た記録方法等がある。

その中でも熱エネルギーによって液体を吐出させるイ
ンクジェット記録方法に用いられる記録ヘッドは、記録
用の液滴を吐出して飛翔用液滴を形成するための液体吐
出口（オリフィス）を高密度に配列することができるた
め高解像力の記録をすることが可能である。また、電気
熱変換体をエネルギー発生手段として用いた記録ヘッド
は、記録ヘッドとして全体的なコンパクト化も容易であ
る。

さらに、最近の半導体分野における技術の進歩と信頼
性の向上が著しいIC技術やマイクロ加工技術の長所を十
二分に活用でき、長尺化および面状化（２次元化）が容
易であること等から、マルチ吐出口化／高密度実装化が
容易で、しかも大量生産における生産性がよく、製造コ
ストも安価なインクジェット記録ヘッドを提供すること
が可能である。

このようにエネルギー発生手段に電気熱変換体を用
い、半導体製造プロセスを経て製造されたインクジェッ
ト用記録ヘッドは、一般には各吐出口に対応した液体流
路を設け、この液体流路毎にこの液体流路を満たす液体
に熱エネルギーを作用させて、対応するオリフィスより
液体を吐出して飛翔用の液滴を形成する手段としての電
気熱変換体が設けられ、各液体流路には、各液体流路に
連通している共通液室より液体が供給される構造となっ
ている。

第２図は上述したインクジェット記録ヘッドの概略構
成を示す。この記録ヘッドは、エッチング・蒸着・スパ
ッタリング等の半導体製造プロセス工程を経て、基板10
2上に成膜された電気熱変換体103,電極104,液路壁105,
天板106から構成されている。

記録用液体112は図示していない液体貯蔵室から液体
供給管107を通して記録ヘッド101の共通液室108内に供
給される。図中109は液体供給管用コネクタである。共
通液室108内に供給された液体112は毛管現象により液体
流路（液路）110内に供給され、液路先端の吐出口面111
でメニスカスを形成することにより安定に保持される。
ここで電気熱変換体103に通電することにより、電気熱
変換体面上の液体が加熱され、発泡現象が発生し、その
発泡のエネルギーにより吐出口面111から液滴が吐出さ
れる。

上述したような構成により、吐出口密度400dpiといっ
た高密度の吐出口配置でマルチ吐出口のインクジェット
記録ヘッドを形成する。

測定手段による測定値に応じたブラシ状電極への電圧
印加について第３図を参照しながら説明する。

記録ヘッド1Bk,1y,1m,1c中のインク43は圧力発生手段
42による圧力で吐出され記録シート７上に液滴を飛翔さ
せ付着させる。

帯電吸着ベルト４に対し芯金のまわりが導電ゴムであ
り、芯金に＋2kV程度の電圧（電源34によって印加）を
印加している帯電ローラ31を接触させ、帯電吸着ベルト
４上にプラス電荷をのせる。記録シート７を帯電吸着ベ
ルト４上に密着させることによって記録シート７の帯電
吸着ベルト側にマイナス電荷が誘起され、記録シート７
と帯電吸着ベルトの吸着力が発生する。記録シート７の
帯電吸着ベルト側でない側（記録ヘッド1Bk,1y,1m,1cと
対向する側）には、プラス電荷が誘起され、記録ヘッド
1Bk,1y,1m,1cと記録シート７の間に電位差が生じ電界が
形成される。

この電位差の強さ、つまり電界の強さは記録シート７
の誘電率、帯電吸着ベルト４の表面電位の減衰率に左右
されるが、これらは周囲環境によって変わり、従来の構
成では電界の強さをコントロールすることができず、し
たがって電界の強さによって変化する液滴の着弾位置の
ズレをコントロールできず、意図しない画像乱れを起こ
していた。

本発明においては、湿度測定手段33とブラシ状電極32
と湿度測定手段33による測定値に応じて変化させる可変
電源35を設け、記録シート７と記録ヘッド1Bk,1y,1m,1c
間の電界の強さが、湿度によらずゼロ程度（−100V/mm
〜＋100V/mm程度）であるように制御する。

測定湿度と記録シート７の誘電率の値の関係は予め測
定され、第４図に示した如くテーブル化されており、湿
度測定値によって記録シート７の誘電率を推定できる。
また、誘電率と記録シート７上に誘起される電位の大き
さの関係も予めわかっている。これらの予めわかってい
る関係を利用し、第５図に示すように湿度に応じて可変
電源35による印加電圧を変えることによって、第６図に
示すように記録シート７上と記録ヘッド間の電界の強さ
を湿度によらず一定にする。

湿度測定手段33を配置する場所は、第１図に示したよ
うな記録ヘッド1Bk,1y,1m,1c近傍に限られたものではな
く、第１図のＢで示すように給紙カセット６内の記録シ
ート近傍７に配してもよい。

湿度と誘電率の関係から湿度と可変電源35への印加電
圧の関係を導くとしたが本発明はこれに限られるもので
はなく、湿度と記録媒体上の表面電位減衰率の関係を加
味してもよい。

記録シート７と記録ヘッド1Bk,1y,1m,1c間の電界を強
さをゼロ程度になるように制御するとしたが、本発明は
これに限られるものではない。プラス100V/mm〜プラス3
00V/mmの範囲に制御し、かつインク液滴をマイナス帯電
させる手段を有し、液滴を電気的な力によって記録シー
ト側にひっぱるようにしてもよい。本実施例の構成によ
って電界の強さをコントロールできるため、液滴に働く
電気的な力をコントロールすることができ、電気的な力
のふれによる意図しない画像乱れを防ぐことができる。

プラス帯電の場合を示したが本発明はこれに限られる
ものではない。マイナス帯電の場合にも同様に適用され
る。

実施例中測定する対象を湿度としたが、本発明はこれ
に限られるものではなく、記録シートの誘電率、記録ヘ
ッド・記録シート間の電界の強さに関わるものを測定す
る手段を有し、測定値と印加電圧の関係をテーブル化し
ておき最適印加電圧を決定するようにしてもよい。測定
対象は例えば温度等である。

第１の実施例の構成では制御する電源を定電圧電源の
如く記したがこれに限られるものではなく定電流電源で
もよい。

第７図は本発明の第２の実施例の示す構成図である。

第１の実施例ではブラシ状電極32に印加する電圧を可
変電源35としたが、本実施例ではブラシ状電極32に電源
37を接続し、帯電ローラ31の芯金に印加する電圧を可変
とするような可変電源36を有し、湿度測定手段33の値に
応じて可変電源36をコントロールするようにしている。
またブラシ状電極32、帯電ローラ31の両方の電源をコン
トロールするようにしてもよいことは明らかである。

第８図は本発明の第３の実施例を示す構成図である。

本実施例では、インク43に印加する可変電源38の電圧
を湿度測定手段33の値によってコントロールしている。
この場合にはフィールドバックシーケンスがないためコ
ントロールに要する時間が第1,第２の実施例よりも短い
という利点がある。

本発明は、特にインクジェット記録方式の中でもキヤ
ノン（株）が提唱しているバブルジェッと方式の記録ヘ
ッド、記録装置に於いて、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
対応していて該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。電熱
変換体に熱エネルギーを発生せしめて、結果的にこの駆
動信号に一対一で対応し液体（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、電気熱交換体の組合せ構
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号明細書にそれぞ
れ記載の構成でもよい。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
ーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応する構成を開
示する特開昭59−138461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、記録層値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、上述した明細書に開示されているように複数記録ヘ
ッドの組み合わせによって、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
記録ヘッ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にできるので好まし
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。

更に、記録装置の記録モードと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
として説明しているが、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となるもの、或
は、インクジェットにおいて一般的に行なわれている温
度調整の温度範囲である30℃以上71℃以下の温度範囲で
軟化もしくは液体となるものでもよい。すなわち、使用
記録信号付与字にインクが液状をなすものであれば良
い。加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をインク
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防止するか又は、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
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
ト凹部又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。本発明においては、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。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、湿度検出手段の検出結
果に基づいて、記録媒体とインクジェット記録ヘッドと
の間の電位差をコントロールして両者間の電界の振れを
小さくすることにより、液滴に対する電気的な力を記録
媒体の湿度によらず一定にすることができ、画像品位の
乱れをなくすことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェット記録装置の第１の実施
例を模式的に示す構成図、第２図はインクジェット記録
ヘッドの構造を示す図、第３図は第１図の実施例の制御
部を示す構成図、第４図は記録シートの湿度に対する誘
電率の変化を示すグラフ、第５図は湿度に対する電源35
による印加電圧を示すグラフ、第６図は第１図の実施例
における記録シートとインクジェット記録ヘッドとの間
の電界の強さを示すグラフ、第７図、第８図はそれぞれ
本発明の第２、第３の実施例を示す構成図、第９図は従
来例を示す構成図である。 ２……ブロック、３……キャッピングユニット、 ４……帯電吸着ベルト、５……バックプラテン、 ６……給紙カセット、７……記録シート、 ８……ピックアップローラ、 9,11……搬送ローラ、31……帯電ローラ、 32……ブラシ状電極、33……湿度測定手段、 34,37……電源、 35,36,38……可変電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/01

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液滴を吐出させるインクジェット記録ヘッ
   ドと、 記録媒体と前記インクジェット記録ヘッドとを相対移動
   させる相対移動手段と、 前記記録媒体の湿度を検出する湿度検出手段と、 前記記録媒体と前記インクジェット記録ヘッドとの間の
   電位差を調整する電位差調整手段とを具備し、 前記湿度検出手段によって検出した前記記録媒体の湿度
   の値に応じて、前記電位差調整手段による電位差の値を
   変化させ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】相対移動手段が静電吸着搬送手段である請
   求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】インクジェット記録ヘッドは、記録媒体の
   記録域に全幅にわたって、複数の吐出口を備えているフ
   ルラインタイプである請求項１または請求項２に記載の
   インクジェット記録装置。
4. 【請求項４】インクジェット記録ヘッドは、熱エネルギ
   ーを利用して吐出口からインクを吐出させるもので、熱
   エネルギーを発生させる手段として電気熱変換体を有し
   ている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の
   インクジェット記録装置。