JP2757225B2 - インクジェット記録装置の回復方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、記録ヘッドから被記録材へインクを吐出し
て記録を行うインクジェット記録装置の回復方法に関す
る。

〔従来の技術〕

プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記録装置は、記
録情報に基づいて、紙やプラスチック薄板等の被記録材
上にドットパターンから成る画像を形成していくように
構成されている。

前記記録装置は、記録方式により、インクジェット
式、ワイヤドット式、サーマル式、レーザービーム式等
に分けることができ、そのうちのインクジェット式（イ
ンクジェット記録装置）は、記録ヘッドの吐出口から記
録液（以下、インクとも呼ぶ）の小滴を吐出飛翔させ、
これを用紙やプラスチック薄板等の被記録材に付着させ
て記録するように構成されている。

従来のインクジェット記録装置の一構成例が、同一出
願人による特開昭60−247564号に開示されている。

このインクジェット記録装置は、記録ヘッドとインク
タンクとを結ぶインク供給路の途中に開閉手段（弁等）
およびポンプを設け、該開閉手段の開閉状態および該ポ
ンプの運転状態を適切に切り換えることにより、記録を
行なう記録モードの他に、記録ヘッドの液路（吐出口に
通じる液流通路）の目詰まりの除去処理を行なう加圧モ
ード、あるいはインク供給路中の気泡の除去処理等を行
なう循環モードなどを設定できるように構成されてい
る。

第８図はこのようなインクジェット記録装置のインク
供給系の構成を模試的に示すブロック図である。

第８図において、このインク供給系は、記録モード、
循環モードおよび加圧モードといった運転モードに応じ
て、開閉弁150、通気用の開閉弁152、開閉弁154および
ポンプ156の動作を制御し、第１のインクタンク130およ
び第２のインクタンク140と記録ヘッド174（図示の例で
は複数個の記録ヘッド）との間に適切なインク流通路を
形成するように構成されている。

前記各運転モードにおける各開閉弁およびポンプの動
作は、第１表に示すとおりである。

第９図は、前記循環モードまたは前記加圧モードの運
転を行なって第８図中の記録ヘッド174内にインクの流
動を生じさせる状態を模式的に示す断面図である。

第９図において、記録ヘッド174の内部には、図示の
ように、共通液室28に通じる複数の液路21が形成され、
記録ヘッド174の吐出口面（前面）27に各液路21を微細
開口として開放させることにより複数の吐出口24が形成
されている。なお、25は前記液路21内に生じた小さな気
泡（小泡）を示す。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

しかし、上記従来のインクジェット記録装置において
は、液路21内に残留している小泡25を除去すべく、記録
ヘッド174内のインク22に矢印23方向の流動を生じさせ
ても、インク22が液路21内では矢印26の方向に素通りし
てしまい、小泡25を吐出口24から押し出すまでに至らな
い場合があった。そのため、前記小泡が不吐出の原因と
なることがあった。

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなさ
れたものであり、記録ヘッドの液路内に小さな気泡が生
じた場合でも、これを確実に除去することができ、常に
安定したインク吐出を行ない得るインクジェット記録装
置の回復方法を提供することを目的とする。

〔課題解決のための手段〕

本発明は、インクを吐出するために利用される熱エネ
ルギーを発生する熱エネルギー発生手段が設けられ記録
時の駆動条件でインクを吐出して記録を行なう記録ヘッ
ドと、該記録ヘッド内においてインクを循環供給して流
動させる流動手段と、を備えたインクジェット記録装置
の回復方法であって、前記流動手段を動作させて前記記
録ヘッド内においてインクを流動させるのと並行して、
前記熱エネルギー発生手段を前記記録時の駆動条件と異
なる駆動条件で駆動して前記記録ヘッドからインクを吐
出する構成とすることにより、記録ヘッドの液路内に小
さな気泡が生じた場合でも、これを確実に除去すること
ができ、常に安定したインク吐出を行ない得るインクジ
ェット記録装置の回復方法を提供するものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第２図は本発明による回復方法を実施するのに好適な
インクジェット記録装置の一構成例を示す模式的側面図
である。

第２図において、1 Bk、1y、1m、1cはそれぞれブラッ
ク、イエロー、マゼンダ、シアンのインク色に対応した
記録ヘッド（例えば、バブルジェット方式のインクジェ
ットヘッド）であり、内臓する吐出エネルギー発生体
（発熱抵抗体等）への通電時にインク中に生じる気泡を
圧力源として吐出口よりインク液滴（記録液滴）を吐出
させるものである。

すなわち、これらの記録ヘッド1 Bk、1y、1m、1cは、
熱エネルギーにより、吐出口から液滴を吐出飛翔させ、
これを用紙やプラスチック薄板等の被記録材に付着させ
て記録するものである。

これらの記録ヘッド1 Bk、1y、1m、1cはブロック２に
固定されている。各記録ヘッド１には、例えば、400dpi
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、待機時等の非記録
時に、ブロック２が第１図中一点鎖線で示す位置まで引
き上げられた時、図示の位置へ移動して各記録ヘッド１
の吐出口面をキャッピング（密封）するものである。ま
た、キャッピングユニット３は、循環回復時に、不図示
の回復ポンプおよびインク供給系から記録ヘッド１内へ
循環されたインクのうちの吐出口から押し出された部分
（廃インク）を受けるための受け皿となる。受けられた
廃インクは不図示の廃インクタンクへ導かれる。

４は、記録ヘッド1 Bk、1y、1m、1cに対して所定間隔
をもって対面するように配設され、記録用紙やプラスチ
ック薄板等の被記録材７を搬送するためのエンドレスの
帯電吸着ベルトを示し、５は、記録ヘッド1 Bk、1y、1
m、1cの領域で帯電吸着ベルト４を裏面から支持するバ
ックプラテンである。

６は、被記録材７が収納され装置本体に着脱自在に吸
着される給紙カセットであり、８は、最上面の被記録材
７を１枚だけ送り出して給紙するピックアップローラー
である。

９は、ピックアップローラー８より送り出された被記
録材７を搬送路10へ搬送する搬送ローラーであり、11
は、搬送路10の出口側に配設された搬送ローラーであ
る。

13および14は、記録によって被記録材７に付着したイ
ンク液を熱風により乾燥定着させるヒーターおよびファ
ンを示し、15は、定着終了後の被記録材７を装置外へ排
出する排出ローラーを示し、16は、排出された被記録材
７を順次ストックするトレイである。

次に、以上の構成を有するインクジェット記録装置の
動作を説明する。

先ず、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
被記録材７がピックアップローラー８によって給紙カセ
ット６から送り出される。送り出された被記録材７は、
搬送ローラー９および11によって、予め帯電された状態
でベルト走行するとともにバックプラテン５によって平
面形状に維持されている帯電吸着ベルト４上に載せられ
る。

被記録材７の先端部が記録ヘッド1 Bk、1y、1m、1cの
それぞれの下部に到達するのに連動して、ヘッド駆動回
路を介して、各記録ヘッドの熱エネルギー発生体を画像
データに基づいて駆動する。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被記録材７の記録面に
吐出飛翔され、そこに付着して記録が行なわれる。

被記録材７の吸湿性がわるい（低い）場合は、付着し
たインク液が乾燥せずに擦られて画像汚れを生じるの
で、ヒーター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。定着を終了した被記録材７は、排出ロ
ーラー15によってトレイ16へ排出される。

以上のように、シアン、マゼンタ、イエローおよびブ
ラックの各インク色に対応した各記録ヘッド1 Bk、1y、
1m、1cに、それぞれに対応する記録信号を与えることに
より、カラー画像が記録される。

次に、第２図のインクジェット記録装置で使用される
記録ヘッド１の吐出原理について説明する。

インクジェット記録装置の記録ヘッド（インクジェッ
ト）には、一般に、被記録材７に対面する吐出口面（前
面）に形成された微細な吐出口と、各吐出口に通じる液
体流路と、該液体流路内の一部に設けられたエネルギー
作用部と、該作用部に接する液体（インク）に作用して
液滴を形成吐出させるエネルギー発生手段とが設けられ
ている。

このようなエネルギーを発生するエネルギー発手段と
しては、ピエゾ素子等の電気機械変換体を用いた記録方
法、レーザ等の電磁波を照射して、そこにある液体に吸
収させ、その時の発熱作用で液滴を吐出、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装置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吐出
口を高密度に配列できるので、高解像力の記録を行なう
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、全体的なコンパクト化が容易であり、
かつ、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、吐出口のマルチ化および高密度実装化
が容易であり、しかも、多量生産性に優れており、製造
コストが安価なインクジェット記録用ヘッドを提供する
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使
用し、半導体製造プロセスを経て製造されたインクジェ
ット記録用のヘッドにおいては、一般に、各吐出口に対
応した複数の液体流路が設けられ、該液体流路ごとにそ
の中を満たす液体に熱エネルギーを作用させることによ
り、対応する吐出口より液体を吐出して飛翔用液滴を形
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
供給される構造が採用されている。

第３図は、上述したインクジェット記録ヘッドの概略
構成を模式的に示す一部破断斜視図であり、同図におい
て、この記録ヘッド１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を経て、基板102上に成膜
された電気熱変換体103および電極104と、液路110を形
成するための仕切り部105と、天板106とから構成されて
いる。

記録用液体（インク）112は、不図示の液体貯蔵室か
らインク供給管107を通して記録ヘッド101の共通液室10
8内へ供給される。第３図中、109はインク供給管用コネ
クタである。共通液室108内に供給されたインク112は、
毛管現象により液路110内に供給され、液路110の先端の
吐出口111でメニ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103の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111から液滴
が吐出される。

以上のような構成により、吐出口密度400DPIといった
高密度の吐出口配列で、マルチタイプのインクジェット
記録ヘッドを構成することができる。

第１図は、第２図の記録ヘッド１に対するインク供給
系を示す模式図である。

第１図において、１は記録ヘッド、54は吐出口面（吐
出口が形成された前面）、111は該吐出口面に配列され
たインク吐出用の吐出口、108は共通液室である。前記
吐出口111は、対象とされる被記録材７（第２図）の記
録可能幅いっぱいに所定のピッチ（密度）で配列されて
おり、その個々に通じる液路110（第３図）内には吐出
熱エネルギーを発生する電気熱変換体（発熱素子）103
（第３図）が設けられている。また、これらの液路110
は前記共通液室108に連通している。

そこで、前記電気熱変換体103を選択的に駆動するこ
とにより、記録ヘッド１自体の主走査なしに記録できる
ように構成されている。

前記記録ヘッドは、例えば、400DPI（ドット／イン
チ）の密度で合計4736個の吐出口が形成され、したがっ
て、定型A3サイズの縦幅を一度に記録し得るような高密
度で広幅のマルチヘッドで構成されている。

共通液室108から個々の吐出口111に通じる各液路110
（第３図）には、吐出エネルギーを発生する発熱素子10
3（第３図）が設けられており、該発熱素子ろ記録情報
に基づいて選択的に駆動することにより、記録液滴を吐
出飛翔させて被記録材上に画像を記録していく。この場
合、記録ヘッド１自体の主走査無しに記録することがで
きる。

第１図において、55はインク（記録液）を記録ヘッド
１に供給するためのインク供給タンク、56は供給タンク
55にインクを補充するためのメインタンクであり、供給
タンク55内のインクがインク供給管107を通して記録ヘ
ッド１の共通液室108へ供給される。また、供給タンク5
5へのインクの補充は、メインタンク56から一方通行の
補充用整流弁58を介して、ポンプ59によって行なわれ
る。

60は、記録ヘッド１の吐出機能回復のための回復動作
時に使用される一方通行の回復用整流弁を示し、61は、
該回復整流弁60が介装されている循環管を示す。さら
に、62は、前記供給管107に介装されている電磁弁を示
し、63は、供給タンク55の空気抜き弁を示す。

このように構成された記録ヘッド１とそのインク供給
系および回復系においては、記録を行なう時、電磁弁62
は開の状態に保たれており、供給タンク55内の記録液
（インク）はその自重により共通液室108に補給され、
該共通液室108内の記録液は液路（不図示）を通して吐
出口111へ導かれる。

また、共通液室108や供給系に残留する気泡等の異物
を除去するとともに、記録ヘッド１を冷却するために実
施される回復動作時には、吐出口54をキャップ（不図
示）で覆うことにより全ての吐出口111を密封し、回復
用整流弁60を開いてポンプ59を駆動することにより、イ
ンクを循環管61により共通液室108へ送り込み、同時
に、記録ヘッド１を駆動して吐出口111からインクとと
もに気泡を押し出し、前記共通液室108内のインクはさ
らに第１のインク供給管107を通して供給タンク55へ循
環される。

さらに、各吐出口111の液路110内へインクを初期充満
する際は、電磁弁62を閉じた状態にして回復ポンプ59を
駆動し、循環管61を通して共通液室52内へインクを圧送
し、吐出口111からインクとともに気泡等を吐出させる
ことができる。

第４図は、以上第１図〜第３図で説明したインクジェ
ット記録装置における前述の回復動作時の回復ポンプ59
の駆動と記録ヘッド１の駆動とのタイミング一例を示す
グラフである。

すなわち、本実施例では、回復動作において、回復ポ
ンプ59を駆動する時、これと同時に、記録ヘッド１の各
液路110内の電気熱変換体103（第３図）を駆動してイン
クを各吐出口111から吐出させるように構成されてい
る。

第５図および第６図は、第４図のような駆動を行なっ
た場合の液路110内の気泡除去の状態を模式的に示す平
面図である。

第４図に示すように、回復ポンプ59を駆動する時、こ
れと同時に、記録ヘッド１を駆動してインクを各吐出口
111から吐出させると、第５図に示すように、記録ヘッ
ド１の駆動によって各電気熱変換体103上に生じる泡31
に、液路110内の小さな気泡（小泡）25（第９図）が合
体（または吸収）され、第６図に示すように、液路110
から矢印32方向へのインク流出とともに、合体された気
泡31は吐出口111から押し出され、前記小泡25が除去さ
れる。

以上により、熱エネルギーにより液滴を吐出させる記
録ヘッド１と、該記録ヘッド１内の記録液を流動せしめ
る流動手段59とを備えたインクジェット記録装置におい
て、前記記録液の流動と同時に前記液滴の吐出を行なう
構成とすることにより、記録ヘッド１の液路110内に小
さな気泡25が生じた場合でも、これを確実に除去するこ
とができ、常に安定したインク吐出を行ない得るインク
ジェット記録装置の回復方法が得られる。

第７図は、本発明によるインクジェット記録装置の回
復方法（回復動作）における、回復ポンプ59の駆動と記
録ヘッド１の駆動の別の関係を示すタイミングチャート
である。

第４図では、回復ポンプ59の駆動と記録ヘッド１の駆
動を開始時期から終了時まで完全に一致させる場合を示
したが、本発明を実施する場合、必ずしもこのように完
全に一致させる必要はなく、第７図に示すように、一方
の駆動時間内で適宜他方を駆動するといった同時性を保
つ駆動タイミングを採ってもよい。

また、回復動作のための記録ヘッド１の駆動は、記録
時とは別の駆動条件、例えば、駆動パルス幅を適宜増減
したり、駆動パルスを分割して与えるなど、小さな気泡
を取り込む（合体させる）気泡を発泡させ得るという別
の駆動条件で行われる。ただし、使用される記録ヘッド
や環境条件によっては、結果的に駆動パルス幅等の駆動
条件が同じになることもあり得る。

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。

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4345262号明細書に記載されているようにもの
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、流路、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さ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。

更に、記録装置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、上述した明細書が開示されているような複数記録ヘ
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。

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。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、イ
ンクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生す
る熱エネルギー発生手段が設けられ記録時の駆動条件で
インクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、該記録ヘッ
ド内においてインクを循環供給して流動させる流動手段
と、を備えたインクジェット記録装置の回復方法であっ
て、前記流動手段を動作させて前記記録ヘッド内におい
てインクを流動させるのと並行して、前記熱エネルギー
発生手段を前記記録時の駆動条件と異なる駆動条件で駆
動して前記記録ヘッドからインクを吐出する構成とした
ので、記録ヘッドの流路内に小さな気泡が生じた場合で
も、これを確実に除去することができ、常に安定したイ
ンク吐出を行ない得るインクジェット記録装置の回復方
法が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回復方法を実施するのに好適なイ
ンクジェット記録装置のインク供給系を示す模式図、第
２図は本発明による回復方法を実施するのに好適なイン
クジェット記録装置の一構成例を模式的に示す側面図、
第３図は第２図中の記録ヘッドを模式的に示す一部破断
斜視図、第４図は本発明の回復方法を実施するときの回
復ポンプおよび記録ヘッドの駆動例を示すタイミングチ
ャート、第５図は第４図に基づいて駆動される記録ヘッ
ドの液路の駆動開始時期の状態を模式的に示す縦断面
図、第６図は第５図から所定時間経過後の状態を模式的
に示す縦断面図、第７図は本発明の回復方法を実施する
ときの回復ポンプおよび記録ヘッドの別の駆動例を示す
タイミングチャート、第８図は従来のインクジェット記
録装置のインク供給系を示す模式図、第９図は従来のイ
ンクジェット記録装置の記録ヘッドの液路のインク流動
状態を模式的に示す縦断面図である。 以下に、図面中の主要な構成部分を表す符号を列挙す
る。 １、1 Bk、1y、1m、1c……記録ヘッド（インクジェット
ヘッド）、３……キャッピングユニット、４……搬送ベ
ルト、５……バックプラテン、７……被記録材、25……
小泡、31……気泡、54……吐出口面、55……インク供給
タンク、56……メインタンク、58……整流弁、59……回
復ポンプ、60……整流弁、61……循環管、62……電磁
弁、103……電気熱変換体（熱エネルギー発生体）、107
……インク供給管、108……共通液室、110……液路、11
1……吐出口、112……記録液（インク）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/165 B41J 2/175

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを吐出するために利用される熱エネ
   ルギーを発生する熱エネルギー発生手段が設けられ記録
   時の駆動条件でインクを吐出して記録を行なう記録ヘッ
   ドと、該記録ヘッド内においてインクを循環供給して流
   動させる流動手段と、を備えたインクジェット記録装置
   の回復方法であって、 前記流動手段を動作させて前記記録ヘッド内においてイ
   ンクを流動させるのと並行して、前記熱エネルギー発生
   手段を前記記録時の駆動条件と異なる駆動条件で駆動し
   て前記記録ヘッドからインクを吐出することを特徴とす
   るインクジェット記録装置の回復方法。