(57)【要約】【課題】記録ヘッド自体の加熱構成の制約や記録ヘッドに接している部材からの放熱により記録ヘッド単体での温度制御では解消できない記録ヘッド内のインクの温度分布の偏りによる吐出不良や記録画質の劣化を抑制する。【解決手段】常温ではゲル又は固体であり、所定温度の加熱によって液体になるインクを吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルに対応し、インクの吐出のために圧力を発生させる複数の圧力発生室と、複数の圧力発生室へインク導入する共通流路を形成するインクマニホールドとを有する記録ヘッド３と、記録ヘッド３を保持する保持部材４と、記録ヘッド３の温度を測定するヘッド温度測定手段と、記録ヘッド３に設けられて内部のインクを加熱する第１の加熱手段と、保持部材４を加熱する第２の加熱手段４２と、ヘッド温度測定手段の測定結果に基づいて、第１の加熱手段及び第２の加熱手段の加熱温度をそれぞれ制御する制御手段と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温ではゲル又は固体であり、所定温度に加熱されることによって液体になるインクを、印字データに基づいて、搬送される記録媒体上に吐出して画像形成するインクジェット記録装置であって、  
前記液体を吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルに対応し前記インクを吐出するために圧力を発生させる複数の圧力発生室と、前記複数の圧力発生室へ前記インクを導入する共通流路を形成するインクマニホールドとを有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドを保持する保持部材と、
前記記録ヘッドの温度を測定するヘッド温度測定手段と、
前記記録ヘッドに設けられ、当該記録ヘッド内の前記インクを加熱する第１の加熱手段と、
前記保持部材に設けられ、該保持部材を加熱する第２の加熱手段と、
前記ヘッド温度測定手段の測定結果に基づいて、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段の加熱温度をそれぞれ制御する制御手段と、を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ヘッド温度測定手段の測定結果から、前記ヘッドの温度が、該ヘッド内の前記インクが所定温度となる温度を超えたと判断した場合、前記第２の加熱手段について加熱を停止する又は加熱温度をそれまでの加熱温度よりも低くなるように制御することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記印字データからインクの吐出量を求めるインク吐出量算出手段を有し、
前記制御手段は、前記インク吐出量算出手段による算出結果が予め設定された設定値を超えたと判断した場合、前記第２の加熱手段について加熱を停止する又は加熱温度をそれまでの加熱温度よりも低くなるように制御することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記保持部材は、測定される前記記録ヘッドの温度よりも低い温度となるように制御されることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置
【請求項５】
前記保持部材は、加熱前のインクが通過するインク経路を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置
【請求項６】
前記第１の加熱手段は、前記記録ヘッドの共通流路を形成するインクマニホールドに設けられ、前記保持部材は、前記インクマニホールドよりもノズル面側の記録ヘッド側面に接触して当該記録ヘッドを保持する構成であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記記録ヘッドは、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向の全幅に亘って前記ノズルが横切るよう、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に複数配置され、前記保持部材は、前記複数の記録ヘッド各々の前記ノズル面側側面に接触して保持する複数の開口部を有することを特徴とする請求項６記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
前記保持部材は、アルミニウム製であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェット記録装置に関し、詳しくは、常温ではゲル状又は固体であり、加熱によって低粘度化して液体状になるインクを安定して吐出することができるインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、簡便で安価に画像を記録形成することができるインクジェット記録方式を利用して、例えばプラスチックシート等のようなインク吸収性のない記録媒体にもインクジェット画像を記録形成する要請が増えてきている。この場合、一般的な染料インクや顔料インクに代えて、ゲルインク、熱溶融性固体インク、ワックスインク等のような常温ではゲル状又は固体であり、加熱によって相変化し、低粘度化して液体状になるインク（以下、このようなインクを相転移型のインクという場合がある。）を用いて記録媒体上に画像を記録形成するようにしている。このようなインクは記録媒体上に着弾すると、温度が下がって急速に粘度が上昇するため、インク吸収性がない記録媒体でも色混ざりを起こすことなく記録を行うことができる点でメリットがある。
【０００３】
このような相転移型のインクを記録ヘッドから吐出する場合、インクの粘度を安定吐出が可能となる一定の粘度に維持しておくことが重要である。粘度が変化するとノズルから吐出される際の液滴サイズや液滴速度が変化してしまい、着弾位置ずれ等の問題を引き起こすためである。このため、記録ヘッドにはヒーターが設けられ、ヒーターへの通電によって記録ヘッド内のインクを所定温度に加熱することにより、インクが安定吐出可能な粘度となるようにしている。
【０００４】
しかし、上記のような相転移型インクを吐出する記録ヘッド内をヒーターによって加熱する場合、他のインクでは通常問題とならないような記録ヘッド内のインクの温度分布の偏りにより、吐出不良や記録画質の劣化、という問題が生じる。
【０００５】
特に近年では、記録速度の高速化の要請から高周波で吐出可能な記録ヘッドが使用されるようになり、単位時間当たりのインクの吐出量も多くなってきている。このような高周波で多量のインクを吐出する状況では、通常のインクでは記録ヘッド内のインクの温度分布が対流や吐出による流動などによって解消される上記偏りも、温度に敏感な相転移型インクでは、記録ヘッド内温度の均一化が吐出迄に十分に間に合わないこととなる。
【０００６】
また、プリンタ内に組み込まれる記録ヘッドは、その配置、保持構造等の制約により、記録ヘッド内のインクを加熱してもヒーターを記録ヘッド内に均等に配置することは難しく、それによりヒーターから遠い部分と近い部分とで温度差が生じる。
【０００７】
特に記録ヘッドは、通常、共通流路を構成するインクマニホールド内にインクを外部から一旦流入させ、この共通流路から流入してきたインクが各圧力発生室内に導入されてノズルを通して吐出する構成であるが、ヒーターによるインク加熱を各圧力発生室で直接行うことは難しい。そのためインクマニホールドをヒーターで加熱することが考えられるが、インクマニホールド内の共通流路から各圧力発生室であるチャネルに流出した後はヒーターから遠ざかることとなるため、インク温度が下がってしまい、これが記録ヘッド内のインクに温度差を生じさせる原因となる。
【０００８】
このことは記録ヘッドをノズル配列方向に沿って複数配列させ、記録媒体の搬送方向とは直交する方向の全幅に亘ってノズルが横切るように構成したフルライン型ヘッドであって、複数の記録ヘッドの各インクマニホールド間でインクの流出入を行うように導管を介して接続されているような場合に特に問題となる。
【０００９】
つまり、インクマニホールドの加熱に加えて、各記録ヘッドを接続する導管内のインクをヒーターで仮に加熱したとしても、導管から各インクマニホールドへの移動過程でやはりインク温度を十分に上げることはできず、結果として各記録ヘッド間の接続部、つまり各記録ヘッドの端部付近で温度が低くなり、温度分布の偏りが生じることとなる。
【００１０】
これは、記録幅全体を横切るノズル列の温度分布でみた場合、各記録ヘッドの接続部近傍と、それ以外の部分とで温度分布の偏りが生じる結果となる。
【００１１】
一方、記録ヘッド内のインクをヒーターを用いて温度制御するための技術として、吐出量の増加に対し、印字データからインクの吐出量を算出するとともに記録ヘッドの温度を測定し、それらの結果から最適なヒーターの加熱温度を求めてヒーターの温度制御を行う技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−１４３６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし特許文献１記載の技術は、あくまでインクの吐出量が多くなるとそれに伴ってヒーターの温度を上げるような制御構成であり、上述したような記録ヘッド内のインクの温度分布の偏りが吐出不良や記録画質の劣化を招くことについては何ら考慮されていない。
【００１４】
また通常、記録ヘッドを駆動すればヘッド自身も発熱する。そのため、上述したような高周波で多量のインクの吐出を行うような状況では、それだけ記録ヘッドの発熱量も増大する。従って、上記技術のような吐出量に伴って温度を上げるような制御構成においては、ノズル近傍のインクの温度を過度に加熱してしまい、温度分布の偏りが生じることは勿論、吐出粘度が所望の粘度に比べて大きく変動してしまう可能性がある。
【００１５】
勿論、記録ヘッドに接するさまざまな部材としてヒートシンク等の放熱部材を記録ヘッドと接するように設け、当該放熱部材により記録ヘッドの熱を積極的に放熱させる場合もある。このようにすれば、記録ヘッドの発熱が増大しても放熱部材からの放熱により内部のインクの温度が所定温度を超えないようにすることも可能かも知れない。
【００１６】
しかしながら、放熱部材はそれ自体、部材へ接することで放熱するだけの構成である。したがって、印字データによってインク吐出量が少ない又は吐出が休止するなどして記録ヘッドの発熱量が比較的小さい場合でも、当該放熱部材を介して記録ヘッドの熱が放出され続け、結果として記録ヘッド内のインクの温度が所望温度よりも低下するおそれがある。
【００１７】
この場合、上述したようなヒーター配置に制約のある記録ヘッドの温度の低下を検出してヒーター温度を上げるような制御では、放熱部材の部分ではインクの熱がより放出される構成であるため、所望のインク粘度からますます変動してしまう他、記録ヘッド内の温度差も広がって、上述した吐出不良や記録画質の劣化を助長するおそれが生ずる。
【００１８】
そこで、本発明は、記録ヘッド自体の加熱構成の制約や記録ヘッドに接している部材からの放熱により記録ヘッド単体での温度制御では解消できない記録ヘッド内のインクの温度分布の偏りによる吐出不良や記録画質の劣化を抑制することのできるインクジェット記録装置を提供することを課題とする。
【００１９】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため本発明の第１の態様は、常温ではゲル又は固体であり、所定温度に加熱されることによって液体になるインクを、印字データに基づいて、搬送される記録媒体上に吐出して画像形成するインクジェット記録装置であって、  
前記液体を吐出する複数のノズルと、当該複数のノズルに対応し前記インクを吐出するために圧力を発生させる複数の圧力発生室と、前記複数の圧力発生室へ前記インクを導入する共通流路を形成するインクマニホールドとを有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドを保持する保持部材と、
前記記録ヘッドの温度を測定するヘッド温度測定手段と、
前記記録ヘッドに設けられ、当該記録ヘッド内の前記インクを加熱する第１の加熱手段と、
前記保持部材に設けられ、該保持部材を加熱する第２の加熱手段と、
前記ヘッド温度測定手段の測定結果に基づいて、前記第１の加熱手段及び前記第２の加熱手段の加熱温度をそれぞれ制御する制御手段と、を有する。
【００２１】
また、本発明における第２の態様は、前記第１の態様における前記制御手段が、前記ヘッド温度測定手段の測定結果から、前記ヘッドの温度が、該ヘッド内の前記インクが所定温度となる温度を超えたと判断した場合、前記第２の加熱手段について加熱を停止する又は加熱温度をそれまでの加熱温度よりも低くなるように制御するものである。
【００２２】
また、本発明における第３の態様は、前記第１の態様において、前記印字データからインクの吐出量を求めるインク吐出量算出手段を有し、前記制御手段は、前記インク吐出量算出手段による算出結果が予め設定された設定値を超えたと判断した場合、前記第２の加熱手段について加熱を停止する又は加熱温度をそれまでの加熱温度よりも低くなるように制御するものである。
【００２３】
また、本発明における第４の態様は、前記第１の態様において、前記保持部材が、測定される前記記録ヘッドの温度よりも低い温度となるように制御されるものである。
【００２４】
また、本発明における第５の態様は、前記第１の態様において、前記保持部材は、加熱前のインクが通過するインク経路を有するものである。
【００２５】
また、本発明における第６の態様は、前記第１〜第５の態様のいずれか一つにおいて、前記第１の加熱手段は、前記記録ヘッドの共通流路を形成するインクマニホールドに設けられ、前記保持部材は、前記インクマニホールドよりもノズル面側の記録ヘッド側面に接触して当該記録ヘッドを保持する構成である。
【００２６】
また、本発明における第７の態様は、前記第６の態様において、前記記録ヘッドは、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向の全幅に亘って前記ノズルが横切るよう、前記記録媒体と直交する方向に複数配置され、前記保持部材は、前記複数の記録ヘッド各々の前記ノズル面側側面に接触して保持する複数の開口部を有するものである。
【００２７】
また、本発明における第８の態様は、前記第１〜第７の態様のいずれか一つにおいて、前記保持部材はアルミニウム製である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、記録ヘッド内部の温度分布を小さく維持することができ、吐出不良や記録画質の劣化を小さく抑えることのできるインクジェット記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の一例の概要を示す平面図
【図２】ヘッドユニットの斜視図
【図３】ヘッドユニットにおけるヘッドの取り付け部分を示す正面図
【図４】ヘッドユニットの他の態様を示す平面図
【図５】ヘッドの斜視図
【図６】図３中のｖｉ−ｖｉ線に沿う断面図
【図７】図６中のｖｉｉ−ｖｉｉ線に沿う断面図
【図８】（ａ）（ｂ）は駆動信号の例を説明する図
【図９】ヘッドチップのインク吐出動作を説明する図
【図１０】インクの温度上昇及び下降に伴うインクの粘度の変化例を示すグラフ
【図１１】本発明に係るインクジェット記録装置の制御構成を示す図
【図１２】本発明に係るインクジェット記録装置におけるインクの加熱制御を説明するフローチャート
【図１３】本発明に係るインクジェット記録装置におけるインクの加熱制御を説明するフローチャート
【図１４】本発明に係るインクジェット記録装置の他の制御構成を示す図
【図１５】本発明に係るインクジェット記録装置におけるインクの加熱制御を説明するフローチャート
【図１６】吐出量算出部の算出値とヘッドチップの発熱量との関係を規定したテーブルの一例を示す図
【図１７】保持プレートの温度制御を実施しない場合と複数の設定温度で温度制御した場合の各ノズル位置におけるヘッド内の温度分布を測定したグラフ
【図１８】吐出量算出値に基づいて保持プレートの温度制御を行わなかった場合のヘッド内の温度分布の推移を示すグラフ
【図１９】吐出量算出値に基づいて保持プレートの温度制御を行った場合のヘッド内の温度分布の推移を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３１】
（インクジェット記録装置の概要）
図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の一例の概要を示す平面図である。
【００３２】
インクジェット記録装置１において、記録媒体Ｐは不図示の搬送機構によって図中の矢印で示される方向に向けて一定の速度で搬送されるようになっている。具体的な搬送機構は特に限定されず、例えば記録媒体Ｐを一対の搬送ローラーによって表裏から挟持し、主走査モーターの駆動によって搬送ローラー対を回転させることによって記録媒体Ｐを所定速度で搬送させるものや、間隔をおいて平行に架設された複数のローラーに亘って無端状のベルトを掛け渡し、主走査モーターの駆動によってベルトを回転させ、ベルトの上面に載置された記録媒体Ｐを所定速度で搬送させるもの等が挙げられる。
【００３３】
記録媒体Ｐは特に限定されないが、特にプラスチックシート等のインク吸収性のない記録媒体を好ましく用いることができる。記録媒体Ｐは長尺状又は所定サイズに予め裁断されたシート状のものが使用される。
【００３４】
記録媒体Ｐの上面には、記録媒体Ｐの搬送方向と直交する幅方向に亘ってヘッドユニット２が架け渡されている。ヘッドユニット２は複数の記録ヘッド（以下、単にヘッドという。）３を有している。図示例では８個のヘッド３が、記録媒体Ｐの全幅に亘って複数のノズルが横切るように当該直交方向に沿って４個ずつ配列されたものが２列構成されており、各ヘッド３から記録媒体Ｐに向けてそれぞれインクを吐出することにより、所定速度で搬送過程の記録媒体Ｐの全幅に亘ってワンパスでインクジェット画像を記録することができるようになっている。
【００３５】
（ヘッドユニット）
図２はヘッドユニット２の詳細を示す斜視図である。図３はヘッドユニット２におけるヘッド３の取り付け部分を示す正面図である。図４はヘッドユニット２の他の態様を示す平面図である。
【００３６】
ヘッドユニット２は、複数のヘッド３を１枚の共通の保持プレート４によって固定保持することによって形成されている。
【００３７】
保持プレート４は、記録媒体Ｐの幅よりも長さが長く形成されている。そして各ヘッド３の、後述する共通流路を形成するインクマニホールドよりもノズル面３ａ側の記録ヘッド側面に接触して該ヘッド３を保持するよう、ヘッド３のノズル面３ａ側を挿通させ得る８つの開口部４１を有している。各ヘッド３は、各開口部４１にノズル面３ａ側を挿通させ、該ノズル面３ａが保持プレート４における記録媒体Ｐと対向する下面４ａから僅かに突出するように位置決めされることにより、例えばビス等の不図示の固定手段によって保持プレート４に固定されている。
【００３８】
なお、図２に示すヘッドユニット２は、保持プレート４上に２列合計８個のヘッド３が配列保持されているが、本発明においてヘッドユニット２は、例えば図４に示すように、一つの保持プレート４上に、例えば図２に示した２列合計８個のヘッド３のように複数のヘッド３の集合体を一つの単位２０とし、この単位２０を、記録媒体Ｐの搬送方向及び当該搬送方向と直交する幅方向のいずれか一方又は両方に沿って複数配列して保持するものであっても良い。
【００３９】
保持プレート４は放熱性を有する材質からなり、開口部４１の内周面が各ヘッド３のノズル面３ａ側の外側面を取り囲むように接触することで、該開口部４１内にヘッド３を固定保持している。これにより、各ヘッド３が持つ熱を保持プレート４を介して大気中に放出する機能を有している。このような保持プレート４の材質としては、一般には、熱伝導率が保持プレート４と接しているヘッド３の部分と同等以上となる金属、例えばアルミニウムや銅が用いられるが、コスト、加工性の観点からアルミニウム製がより好ましい。
【００４０】
ヘッドユニット２の保持プレート４上には、図２に示すように、２列に配列された複数のヘッド３の列間に、保持プレート４の長さ方向に沿うように流路部材５が設けられている。流路部材５の更に上方には、各ヘッド３に共通となるインク室６を有しており、不図示のインクタンクから供給されたインクをこのインク室６内に一旦貯留するようになっている。インク室６は保持プレート４に固定された複数のヘッド３の上方に、保持プレート４の長さ方向に沿って延びるように配置され、２本の導管６１Ａ、６１Ｂによって流路部材５との間でインクの流出入が可能となっている。
【００４１】
各ヘッド３は、図３に示すように、インク流入管３４Ａ、インク流出管３４Ｂ及び流路連結部材３５によってそれぞれ流路部材５と連通している。図３において、３５１は流路連結部材３５内に形成された流路、５１は流路部材５内に形成された流路である。
【００４２】
（ヘッド）
図５はヘッド３の斜視図、図６は図３中のｖｉ−ｖｉ線に沿う断面図、図７は図６中のｖｉｉ−ｖｉｉ線に沿う断面図である。
【００４３】
ヘッド３は、アルミニウム等の金属製のホルダー３１の内部に、インクを吐出するためのアクチュエータであるヘッドチップ３０を収容している。ホルダー３１は、ヘッドチップ３０のノズル面３ａ側の周囲と接触して該ヘッドチップ３０を内部に支持している。
【００４４】
本実施形態に示すヘッドチップ３０は、圧力発生室である多数のチャネル３０１と、圧力付与手段である隔壁３０２とが交互となるように並設されることによって形成されたチャネル列を２列有している。ヘッドチップ３０の一方端面にはノズルプレート３０４が接着され、このノズルプレート３０４の表面によってノズル面３ａが形成されている。ノズルプレート３０４にはチャネル３０１に対応する位置にノズル３０５が形成されている。
【００４５】
ホルダー３１には合成樹脂製の筐体３２が接続されており、ホルダー３１との間でＦＰＣ３０７を含むヘッドチップ３０の全体をその内部に収容している。ＦＰＣ３０７は、筐体３２の端面に設けられたコネクタ３３を利用して、不図示のケーブルによって制御部１００（図１１、図１４参照）と電気的に接続される。
【００４６】
ヘッドチップ３０は、チャネル列毎に、全チャネル３０１を塞ぐように設けられるカバー基板３０３を有している。また、カバー基板３０３に形成された開口３０３ａを塞ぐようにインクマニホールド３０６が設けられており、その内部にチャネル列毎に共通となる共通流路３０６ａを形成している。これにより各チャネル列の各チャネル３０１は、開口３０３ａを介して共通流路３０６ａに連通し、この共通流路３０６ａとの間でインクの流入及び流出が可能となっている。また、共通流路３０６ａは、ホルダー３１を貫通するように設けられたインク流入管３４Ａ及びインク流出管３４Ｂと連通しており、インク流入管３４Ａから流入するインク室６内のインクが共通流路３０６ａ内に導入されると共に、共通流路３０６ａ内のインクがインク流出管３４Ｂからインク室６に流出するようになっている。
【００４７】
隔壁３０２は、電気・機械変換手段である分極処理されたＰＺＴ等の圧電素子によって形成されており、その両面に形成された不図示の電極に、駆動制御部１０１（図１１、図１４参照）からＦＰＣ３０７を介して所定電圧及び所定波形の駆動信号が印加されると、該駆動信号に応じてチャネル３０１の容積を膨張又は収縮するように変形する。これにより、チャネル３０１内のインクには吐出のための圧力が付与され、ノズル３０５から液滴として吐出される。
【００４８】
（ヘッドの吐出動作）
ここで、このヘッド３のインク吐出動作について説明する。
【００４９】
このヘッド３は、駆動制御部１０１（図１１、図１４参照）から送信される印字データに応じた駆動信号がチャネル３０１の電極に印加されると、隔壁３０２がせん断変形してチャネル３０１の容積を変化させ、チャネル３０１内のインクに吐出のための圧力が付与される。
【００５０】
図８はインクを吐出するためにヘッド３に与えられる駆動信号の例を示し、図９は駆動信号が与えられた際の隔壁３０１の変形動作を示している。図９では１列のチャネル列の隣接する３つのチャネル３０１Ａ〜３０１Ｃのみを示す。
【００５１】
図８において、横軸は（ＡＬ）時間、縦軸は駆動電圧を表している。また、ｔ１は第１膨張パルスのパルス幅、ｔ２は収縮パルスのパルス幅、ｔ３は第２膨張パルスのパルス幅である。
【００５２】
（１）かかるヘッド３は、図９（ａ）に示す状態において、電極ｄ１及びｄ３をアースに接続すると共に、電極ｄ２に、Ｖｏｎ電圧値まで立ち上がり、その後一定時間保持する矩形波からなる第１の膨張パルス（正電圧）を印加すると、まず、第１の膨張パルスの立ち上がり（Ｐ１）によってＶｏｎの電圧が掛かり、隔壁３０２Ｂ、３０２Ｃを構成する圧電材料３０２ａ、３０２ｂの分極方向に直角な方向の電界が生じ、３０２ａ、３０２ｂともに隔壁３０２の接合面にズリ変形を生じ、図９（ｂ）に示すように隔壁３０２Ｂ及び隔壁３０２Ｃは互いに外側に向けて変形し、チャネル３０１Ｂの容積が膨張する。これによりチャネル３０１Ｂ内のインクに負の圧力が生じて共通流路３０６ａからインクが流れ込む。
【００５３】
なお、ＡＬ（Acoustic Length）とは、チャネルの音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、電気・機械変換手段である隔壁３０２に矩形波のパルスを印加して吐出する液滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、液滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。この値は、ヘッドの構造やインクの密度等に依存して決まるものである。
【００５４】
また、パルスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、０Ｖを０％、波高値電圧を１００％とした場合に、パルス幅とは、電圧の０Ｖからの電圧の立ち上がり始め又は立ち下がり始めの１０％から波高値電圧からの立ち下がり始め又は立ち上がり始めの１０％との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／１０以内、好ましくは１／２０以内であるような波形を指す。
【００５５】
（２）チャネル３０１Ｂ内の圧力波は、１ＡＬ時間毎に反転を繰り返すので、この最初のＰ１の印加から１ＡＬ時間経過後に電位を０に戻す（Ｐ２）と、隔壁３０２Ｂ、３０２Ｃは膨張位置から図９（ａ）に示す中立位置に戻り、チャネル３０１Ｂ内のインクに高い圧力が掛かる。
【００５６】
引き続いて、矩形波からなる収縮パルス（負電圧Ｖｏｆｆ）を印加する。まず収縮パルスの立ち下がり（Ｐ３）によって、図９（ｃ）に示すように、隔壁３０２Ｂ及び３０２Ｃは互いに逆方向に変形し、チャネル３０１Ｂの容積が収縮する。この収縮によりチャネル３０１Ｂ内のインクに更に高い圧力を掛け、ノズル３０５からインク柱を突出させる。
【００５７】
（３）ｔ２時間経過した時点で、電位を０に戻し（Ｐ４）、引き続き、第２の膨張パルス（電圧Ｖｏｎ）を掛けると（Ｐ５）、チャネル３０１Ｂの容積が膨張することでチャネル３０１Ｂ内のインクに高い負の圧力が掛かる。これによりメニスカスが引き込まれ、ノズル３０５から突出されたインク柱の後端が引き戻され、インク柱の径が細くなり、液滴が切り離される。
【００５８】
Ｐ５からｔ３経過後に電圧が０に戻り、図９（ａ）の状態にすることにより、圧力波を急速に減衰させることができる。
【００５９】
第１膨張パルスのパルス幅ｔ１は液滴の吐出力に大きく影響し、１ＡＬにこのパルス幅が一致したときにインク滴吐出力（吐出速度）は最大となるが、０．８ＡＬ〜１．２ＡＬの範囲とすることが好ましい。また、収縮パルスのパルス幅ｔ２は、０．１〜０．５ＡＬの範囲とすることにより小さな液滴を形成することができる。更に、第２膨張パルスのパルス幅ｔ３は、液滴体積及び安定速度上限の点から、０．２〜０．６ＡＬの範囲が好ましい。
【００６０】
また、図８（ｂ）に示す駆動信号の場合、図９（ａ）に示した駆動信号における第２の膨張パルスを印加せず、収縮パルスのパルス幅ｔ２を１．８〜２．２ＡＬとした後、電圧を０に戻す波形である。これによってもノズル３０５から液滴を安定して吐出することができる。
【００６１】
（インク）
ここで、インクについて説明する。
【００６２】
本発明において、画像形成に用いられるインクは、当該インクの温度により相変化する性質を有する。具体的には、インクは、温度によってゲル又は固体と、液体とに相変化する。このようなインクの組成として、例えば、重合化合物と光重合開始剤を主とした組成物に数％のゲル化剤を添加したものが挙げられる。
【００６３】
以下に、インクの製法例を開示する。
【００６４】
まず、ソルスパーズ３２０００（ルーブリゾール社製）５部と、ＨＤ−Ｎ（１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、新中村化学社製）８０部との２種の化合物をステンレスビーカーに入れ、加熱撹拌溶解する。その後、室温まで冷却した後、これにカーボンブラック（＃５６、三菱化学社製）１５部を加え、０．５ｍｍのジルコニアビーズと共にガラス瓶に入れて密栓し、ペイントシェーカーにて１０時間分散処理した後、ジルコニアビーズを除去したものを顔料分散体として得る。
【００６５】
以上のようにして得られた顔料分散体を含めて、表１に示す例のように組成物を調整する。
【００６６】
【表１】
2014144567.tif 000003
【００６７】
そして、表１に示す組成物に対してＡＤＶＡＴＥＣ社製テフロン（登録商標）３［μｍ］メンブランフィルタで濾過を行った濾過後の組成物をインクとして得る。
【００６８】
図１０に、インクの温度上昇及び下降に伴うインクの粘度の変化例を示す。図１０に示す線Ｌ１は温度上昇時におけるインクの粘度の変化例を示し、線Ｌ２は温度下降時におけるインクの粘度の変化例を示す。
【００６９】
図１０の線Ｌ１に示すように、インクは、温度上昇時において６０［℃］前後を境に著しく粘度が変化する相変化を生じる。具体的には、６０［℃］を下回る温度の際にゲル又は固体だったインクは、温度上昇により６０［℃］を超えたあたりから著しく粘度が低下して液状となる。
【００７０】
一方、図１０の線Ｌ２に示すように、インクは、温度下降時において４５［℃］前後を境に、温度上昇時の相変化に比してさらに著しく粘度が変化する相変化を生じる。具体的には、４５［℃］を上回る程度の温度まで液状を保っていたインクは、温度下降により４５［℃］を下回ったあたりから極めて著しく粘度が上昇し、ゲル又は固体となる。
【００７１】
（インクの加熱手段）
本発明において使用されるインクは上記の相転移型のインクである。このため、ヘッドユニット２及び各ヘッド３は、このようなインクをノズル３０５から安定して吐出することができるように、インクが安定吐出可能な粘度まで低下する所定温度となるようにインクを加熱する。この所定温度は、インクの種類、物性等によっても異なるが、一般に３５℃〜１００℃の範囲とされる。
【００７２】
インクは不図示のインクタンクからインク室６まで供給され、このインク室６からヘッドユニット２に至る過程においても加熱及び保温されることによって流動性を持たせる。インクはこのように流動性を有した状態で各ヘッド３に供給される。ノズル３０５から吐出される際のインクの温度範囲は、好ましくは設定温度に対して±５℃、より好ましくは設定温度に対して±２℃、更に好ましくは設定温度に対して±１℃とすることである。
【００７３】
ここでいう設定温度とは、インクを吐出する際のインクの温度として設定される基準の温度をいう。
【００７４】
このようにインクを加熱するため、ヘッドユニット２及びヘッド３の各部位には加熱手段が設けられている。
【００７５】
すなわち、図２に示すように、ヘッドユニット２のインク室６の外壁面にはヒーター６３が貼着されており、このヒーター６３への通電によってインク室６内に貯留されるインクの加熱を行うことができるようになっている。図２において、６２はインク室６内のインクの温度を測定するための温度測定手段としての温度センサーである。温度センサー６２は、インク室６の内部に配置されてもよいし、インク室６の壁内に埋設されてもよい。
【００７６】
また、ヘッド３には、図６に示すように、インクマニホールド３０６の外壁面に第１の加熱手段であるヒーター３０８が貼着されており、このヒーター３０８への通電によって共通流路３０６ａに貯留されるインクの加熱を行うことができるようになっている。このヒーター３０８はインクマニホールド３０６の壁内に埋設されてもよい。
【００７７】
図６において、３０９はヘッドチップ３０の外側面に接するように設けられ、該ヘッドチップ３０の温度を測定するための温度測定手段としての温度センサーである。温度センサー３０９は、共通流路３０６ａの内部に配置されてもよいし、インクマニホールド３０６の壁内に埋設されてもよい。
【００７８】
更に、ヘッドユニット２の保持プレート４の上面には、図１〜図３に示すように、２列のヘッド３のそれぞれ外側に、４つのヘッド３に亘る長さで第２の加熱手段であるヒーター４２が貼着されており、このヒーター４２への通電によって保持プレート４自体の加熱を行うことができるようになっている。図１、図２において、４３は保持プレート４の温度を測定するための温度測定手段としての温度センサーである。温度センサー４３は、保持プレート４の表面に配置されてもよいし、保持プレート４内に埋設されてもよい。
【００７９】
これらヒーター４２、６３、３０８は、通電により発熱してインクを加熱することができ、その通電量の制御により発熱量（加熱温度）が制御可能であればどのようなものであってもよいが、好ましくはフィルムヒーターを用いることができる。これらヒーター４２、６３、３０８は、インクジェット記録装置１の全体制御を行う制御部１００（図１１、図１４参照）と電気的に接続され、この制御部１００によって制御される。
【００８０】
なお、保持部材４を加熱するヒーター４２は、さらに複数に細分化して個別に温度制御することができるようにすることで、保持プレート４上の温度を更に均一化することも可能である。
【００８１】
（制御構成）
図１１は、インクジェット記録装置１の制御を行う制御部１００の構成を示している。ヒーター４２、６３、３０８及び温度センサー４３、６４、３０９は、同図に示すように、インクジェット記録装置１の全体制御を行う制御部１００と電気的に接続されている。１０１は印字データに応じて駆動信号を生成して各ヘッド３の吐出動作を制御する駆動制御部、１０２は外部機器（例えばＰＣ等）との間で印字データ等の各種データの送受信を行うためのインターフェース、１０３は各温度センサー４３、６４、３０９の検出値に基づいて各ヒーター４２、６３、３０８への最適な通電量を求め、各ヒーター４２、６３、３０８を制御してインクの加熱温度を制御する制御手段としての温度制御部、１０４は記録媒体Ｐの搬送を行う搬送モーターである。
【００８２】
（インクの加熱制御）
次に、かかるインクジェット記録装置１におけるインクの加熱制御の一例について説明する。
【００８３】
図１２はインクジェット記録装置１の電源投入後の動作を示すフローチャートである。
【００８４】
インクジェット記録装置１は、装置電源がＯＮにされると（Ｓ１）、制御部１００はインクジェット記録装置１の全てのヒーターを通電してインクの加熱を開始する。これによりヘッドユニット２及びヘッド３の各ヒーター４２、６３、３０８にも通電される（Ｓ２）。
【００８５】
各ヒーター４２、６３、３０８が通電されてインクの加熱が開始されると、制御部１００は、各温度センサー４３、６４、３０９の測定値が予め設定された設定温度となるように、各温度センサー４３、６４、３０９から送られる温度の測定値を監視する（Ｓ３）。そして、測定値が設定温度になったことが検出されると、ヘッド３内のインクは安定吐出可能な所定温度に加熱された状態となったと判断され、インクジェット記録装置１は印字可能状態となり（Ｓ４）、その後、印字データに基づいて各ヘッド３が駆動され、記録媒体Ｐに所定の画像が記録される。
【００８６】
ヘッド３内のインクは、インクマニホールド３０６に設けられたヒーター３０８によって加熱されるが、その加熱の直接的な影響は共通流路３０６ａ内のインクに対してであり、この共通流路３０６ａに流入する前のインクや、共通流路３０６ａからチャネル３０１に流出した後のインクに対してはヒーター３０８による加熱の影響は小さくなる。このため、ヒーター３０８から遠ざかるにつれて温度が低下し、これが原因でヘッド３内のインクに温度差が生じていた。
【００８７】
しかし、本発明によれば、ヘッド３と接触して固定保持している保持プレート４もヒーター４２によって加熱されているため、ヘッド３の周囲の環境温度も所定の温度に加温された状態にある。これにより、ヘッド３からの放熱が抑制され、ヘッド３内のインクの温度差は小さく抑えられるようになる。
【００８８】
また、ヘッド３内のインクの温度差が小さく抑えられることにより、インクを所定温度となるように加熱するためのヒーター３０８、６３の加熱温度を低く抑えることができるようになる。通常、ヒーターの設定温度は、放熱等のロスを考慮して理想的なインクの温度よりも若干高めの温度に設定されるため、インクが熱に晒され続けることによる劣化が懸念されるが、ヒーター３０８、６３の加熱温度を低く抑えられるようになることで、このような問題はない。
【００８９】
図１３は印字開始後の動作を示すフローチャートである。
【００９０】
印字データに基づいて各ヘッド３が駆動され、記録媒体Ｐに対する画像記録が開始されると（Ｓ１０）、制御部１００は、ヘッドチップ３０に設けられている温度センサー３０９によってヘッドチップ３０の発熱温度を監視する（Ｓ１１）。
【００９１】
ヘッドチップ３０が駆動し続けると発熱するが、印字データによって単位時間当たりのインクの吐出量が多くなることにより発熱量が多くなると、ヘッドチップ３０の温度は、インクが安定吐出可能な所定温度を超えてしまう温度となるおれがある。そこで、制御部１００は、温度センサー３０９の測定値を、インクが所定温度を超えてしまう予め設定された一定値と比較し、この一定値を超えた場合に保持プレート４に設けられているヒーター４２への通電を停止する（Ｓ１２）。その後、印字動作は続行される（Ｓ１３）。
【００９２】
保持プレート４は放熱性を有しているため、ヒーター４２の通電が停止されるとヒートシンクとして機能し、ヘッド３の熱を外気に放出し始める。これにより、インクが所定温度を超えてしまうような温度まで発熱したヘッドチップ３０の熱がホルダー３１及び保持プレート４を介して外気に放出されて冷却される。その結果、インクの吐出量が多くなってヘッドチップ３０の発熱量が多くなっても、内部のインクを所定温度となるように維持することができる。
【００９３】
図１４は、インクの加熱制御を行う際の制御構成の他の態様を示している。図１１と同一符号の部位は同一構成の部位を示しているため、これらの説明は省略する。
【００９４】
この態様では、制御部１００に、印字データからインクの吐出量を求めるためのインク吐出量算出手段としての吐出量算出部１０５を有している。この吐出量算出部１０５は、インターフェース１０２を介して送信された印字データを解析することで、単位時間当たりのインクの吐出量を算出する。
【００９５】
図１５はインク吐出量を算出する場合の印字開始後の動作を示すフローチャートである。
【００９６】
印字開始により、インターフェース１０２を介して制御部１００に印字データが送信される（Ｓ２０）。制御部１００では、この印字データを吐出量算出部１０５において解析し、単位時間当たりのインクの吐出量を算出する（Ｓ２１）。
【００９７】
インク吐出量が多くなるとヘッドチップ３０の発熱量も増加する。このため、ヘッドチップ３０の温度は、インクが安定吐出可能な所定温度を超えてしまう温度となるおそれがある。この態様において、制御部１００には、吐出量算出部１０５の算出値とヘッドチップ３０の発熱量との関係を規定したテーブルが予め用意されており、このテーブルから吐出量算出部１０５の算出値に対応するヘッドチップ３０の発熱量（発熱温度）が求められる。そして、制御部１００は、テーブルから求められたヘッドチップ３０の発熱温度を、インクが所定温度を超えてしまう予め設定された一定値と比較し（Ｓ２２）、算出値が一定値を超えた場合に保持プレート４に設けられているヒーター４２への通電を停止する（Ｓ２３）。その後、印字動作は続行される（Ｓ２４）。
【００９８】
本発明において使用される相転移型のインクで、８０℃の温度において７〜９ｃｐのインク粘度となるインクを用いる場合、安定した吐出を実現し、所望の画像品質を得るためには、ヘッド内部の温度を、ヘッド内温度分布を均一にした状態で８０±５℃以内の温度に保つことが望ましい。そのためには、上記のように、吐出量算出部１０５で算出された値に応じて、吐出量算出部１０５の算出値（印字率）とヘッドチップ３０の発熱量（ヘッド内部温度）との関係を規定したテーブルに基づいて保持プレート４の温度を制御する。
【００９９】
このようなテーブルの一例を図１６に示す。
【０１００】
このような制御を行うことによりヘッド内部の温度をある一定範囲内に保つことができる。あらかじめ用意する吐出量算出部１０５の算出値とヘッドチップ３０の発熱量との関係を規定したテーブルを印字率に対してより細かく設定しておいてもよい。これにより、ヘッド内部の温度をより狭い範囲で制御することも可能である。
【０１０１】
これにより、上記同様に保持プレート４はヒートシンクとして機能し、インク吐出量の増加によってヘッドチップ３０の発熱量が増加しても、その熱を外気に放出して、内部のインクを所定温度となるように維持することができる。しかも、印字データからインクの吐出量を算出して保持プレート４のヒーター４２を制御するため、予めヘッドチップ３０の発熱量が多くなることを判断して保持プレート４のヒーター４２の制御を行うことができるので、より安定した吐出が可能となる。
【０１０２】
なお、図１３、図１５で説明した制御動作では、ヘッドチップ３０の温度を測定する温度センサー３０９の測定値又はインク吐出量の算出値に基づいて保持プレート４のヒーター４２への通電を完全に停止する制御を行うようにしたが、ヘッドチップ３０の発熱量によっては、ヒーター４２への通電を停止する制御に代えて、ヒーター４２への通電量（加熱温度）をそれまでの通電量（加熱温度）よりも低下させることにより、保持プレート４の温度を、ヘッド温度よりも低くなるように制御してもよい。
【実施例】
【０１０３】
図１７に示すグラフは、以下の仕様の相転移型インク及び記録ヘッドを用いて、保持プレートの温度制御を実施しない場合と、複数の設定温度で温度制御した場合との各ノズル位置（ヘッドの長手方向各端部、中央部）におけるヘッド内の温度分布を測定し、プロットしたものである。
【０１０４】
なお、測定に使用したインクは、ゲル化剤、活性光線硬化型組成物、光重合開始剤、ラジカル重合性化合物、色材を含む相転移型のインクで８０℃の温度で８．１ｍＰａ・ｓになるように組成を調整したインクである。
【０１０５】
また、記録ヘッドは６００ｎｐｉで１８００ノズルを有しており、各記録ヘッドは２ヘッド半ピッチずらして配列されてユニット化されている。更にユニット化された各ヘッドは熱伝導性の良いアルミニウムで作製された保持プレートで保持されており、ヘッド内に内蔵されたヒーターと保持プレートのヒーターによって温度が制御される。
【０１０６】
なお、当該測定においては当該ヘッドでの印字は行っていない中での測定であり、ヒーターの位置、温度センサーの配置は図２、図６で示したヒーター４２、３０８、温度センサー４３、３０９の箇所に配置したもので行っている。以下の説明におけるヒーター及び温度センサーの符号は、図中の同一符号のヒーター及び温度センサーと同一位置にあるヒーター及び温度センサーを示している。
【０１０７】
このグラフで示されるように、ヘッドチップの温度を測定する温度センサー３０９の測定値に基づいて保持プレートのヒーター４２、３０８への通電を制御しない場合（本発明外）、６０℃、７０℃、８０℃（それぞれ本発明）にそれぞれ制御した場合、制御しない場合と比べてヘッド内の温度分布の偏りが少なく、安定吐出粘度となる８０℃前後ではヘッド内の温度分布がほとんどなく、均一化されていることを示している。
【０１０８】
また、上述したインク、記録ヘッドを用いて本発明における吐出量算出値に基づいて保持プレートの温度制御を行わなかった場合（図１８）と、行った場合（図１９）のヘッド内の温度分布の違いをグラフで示す。
【０１０９】
図１８、図１９からわかるように、本発明を実施しなかった場合、連続で印字を続けることにより、吐出量の増加に伴ってヘッドチップ自体の発熱により徐々にヘッド温度が上昇していくが、本発明を実施した場合、吐出量の増加にかかわらずヘッド内インクの温度が安定していることがわかる。 
【符号の説明】
【０１１０】
１：インクジェット記録装置
２：ヘッドユニット
２０：単位
３：記録ヘッド
３ａ：ノズル面
３０：ヘッドチップ
３０１：チャネル
３０２：隔壁
３０２ａ、３０２ｂ：圧電材料
３０３：カバー基板
３０３ａ：開口
３０４：ノズルプレート
３０５：ノズル
３０６：インクマニホールド
３０６ａ：共通流路
３０７：ＦＰＣ
３０８：ヒーター（第１の加熱手段）
３０９：温度センサー
３１：ホルダー
３２：筐体
３３：コネクタ
３４Ａ：インク流入管
３４Ｂ：インク流出管
３５：流路連結部材
３５１：流路
４：保持プレート
４ａ：下面
４１：開口部
４２：ヒーター（第２の加熱手段）
４３：温度センサー
５：流路部材
５１：流路
６：インク室
６１Ａ、６１Ｂ：導管
６２：温度センサー
６３：ヒーター
１００：制御部
１０１：駆動制御部
１０２：インターフェース
１０３：温度制御部
１０４：搬送モーター
Ｐ：記録媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2014144567.tif 000018
【図１６】
2014144567.tif 000019
【図１７】
2014144567.tif 000020
【図１８】
2014144567.tif 000021
【図１９】
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