专利名称：喷墨记录装置和喷墨记录方法
技术领域：
本发明涉及每当外加驱动信号时，通过喷嘴喷出墨水来进行记录的喷墨记录装置和喷墨记录方法。
背景技术：
喷墨记录装置具有容易使记录头小型化，能以高速、低运行成本来记录高精细的图象等优点。
特别是，利用热能来喷出墨水的气泡喷射方式的记录头能通过半导体制造工艺在衬底上成膜形成用于向墨水提供热的发热元件，所以能非常紧凑地制造记录头。
在使用这样的热能来使墨水喷出的气泡喷射方式(热喷墨方式)的记录装置中，与记录装置的使用开始时相比，如果由于记录页数增多而使墨水喷出次数累积超过某极限次数，则有可能使位于记录元件内的加热器(发热元件)断线损坏，从而无法再从记录元件中喷出墨水。
在气泡喷射方式中，一边重复依靠发热元件的发热来进行的气泡的产生、成长、收缩的步骤，一边喷出墨水。该气泡消失(消泡)时的物理冲击(以下称作气穴现象)作用在发热元件上，由于该冲击力集中于加热器上的确定位置，所以它是导致发热元件损坏的原因之一。下面，使用以下附图来说明该气穴现象的机制。
图15是气穴现象的机制的说明图。在图15中，150模式地表示墨水流道，8c是喷出加热器(发热元件)。如果在喷出加热器8c上外加能量，则喷出加热器面附近的墨水升温，发生相变，从液体到气体发生状态变化，产生气泡152。在发泡开始点的发泡气体的压力水平上升到超过10个气压的程度，但，而后在只有惯性力到达最大发泡点的时刻(图中(a)的状态)，气体内压力减压至1/100个气压以下。而且，从气体内的低压产生收缩力，转为进行消泡(图中(b))。
随着气体的收缩，开始补充墨水，但一旦墨水开始运动，就会在墨水中产生惯性力。直到消泡的途中，气泡内压力相对于大气压是负压状态，收缩力作用于气泡自身收缩的方向，但是从某时刻开始，由于墨水的惯性力而变成向被压破的方向收缩，气体内压力成为极高压状态。如果气体被压缩到极限(图中(c)的状态)，则气体无法再以气相存在，转变为液相，消泡过程结束(图中(d))。
当所述过程极高速地进行，以所述的条件来驱动所述记录头时，从最大发泡点到消泡结束所需要的时间约为5μs左右。在此，在作为所述过程最终行程的相变时，压力水平从极高压状态瞬间变为常压(解放为大气的墨水压)。此时，伴随着在喷出加热器面上引发的压力变化的冲击力是气穴现象。为了防止由该气穴现象引起的加热器断线寿命的下降，有必要在加热器上设置耐气穴现象用的保护膜。
但是，该耐气穴现象用的保护膜使从加热器向墨水的热能传递效率下降，从而导致用于喷出的能量效率下降。特别是当为了提高强度而使膜厚增加时，能量效率的下降更大。因而存在着记录头自身容易过度升温这一应该解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于提供不加速发热元件的经时劣化，不受使用环境或发热元件的劣化状态、制造记录头时产生的偏差等的影响，能通过抑制由加热器断线而引起的记录图象的劣化来有效地延长断线寿命，并不使用于喷出的能量的效率下降来获得稳定的图象质量的喷墨记录装置和喷墨记录方法。
为了实现所述目的，本发明的记录装置具有多个发热元件，通过驱动该发热元件来加热墨水使之喷出，其特征在于驱动使相同发热元件按给定的喷出动作数，与图象数据无关地、切换驱动条件来进行记录的控制部件。
另外，为实现所述目的的本发明的记录方法，使用具有多个发热元件、通过驱动该发热元件而加热墨水并使之喷出的喷墨头，来进行记录，其特征在于使相同发热元件按给定的喷出动作数，与图象数据无关地、切换驱动条件来进行记录。
下面简要说明附图。
图1是用于表示实施例的框结构的图。
图2是用于表示喷墨记录装置的概略结构的图。
图3是用于表示喷墨记录头的概略结构的图。
图4A、4B是用于说明喷墨记录头的流道结构的图。
图5是用于说明墨水的喷出状态的图。
图6是用于说明消泡点位置的图。
图7A～7F是表示向加热器提供的脉冲信号(图7A是单脉冲，图7B是双脉冲)和把这些信号交替提供给加热器时的发泡和消泡情况的概念图(图7C～7F)。
图8A、8B是说明双脉冲的图。
图9是用于说明驱动信号波形和消泡点位置的图。
图10A～10I是表示向加热器提供的脉冲信号(图10A～图10C)和把这些信号提供给加热器时的发泡和消泡情况的概念图(图10D～10I)。
图11是用于表示实施例的框结构的图。
图12是用于说明驱动信号波形和消泡点位置的图。
图13是用于表示实施例的框结构的图。
图14A～14I是表示向加热器提供的脉冲信号(图14A～图14C)和把这些信号提供给加热器时的记录墨水的发泡和消泡样子的概念图(图14D～14I)。
图15是气穴现象机制的说明图。
具体实施例方式
下面，参照附图来说明本发明的实施例。
<实施例1>
图2是表示能适用本发明的喷墨记录装置的一例的主要部分结构的图。
在图2中，21是记录头，在本实施例中，它搭载了K(黑色)、C(青色)、M(品红色)、Y(黄色)这四种颜色的墨水容器22。记录头21连接着传递驱动电机23的驱动力的驱动皮带24的一部分，能往返运动。一边在对于记录纸等记录媒体25保持一点距离的状态下，使记录头往返运动，一边对记录媒体喷出墨滴，进行打印。
另外，在图2中，通过供纸输送结构26向与记录头21移动方向垂直的方向输送记录媒体25。每进行一行的记录，把记录媒体25输送给定间隔，再进行下一行的记录，以下重复这样的记录动作，在记录媒体25的整个区域形成图象。
在记录头21的往返移动范围内，即在离开记录区域的给定位置(例如，原位置)，配置了通过强制地使墨水从记录头21排出，除去各喷出口内的粘度增加的墨水、粘合墨水、废物、气泡等异物，用于使喷出功能恢复正常的吸引恢复帽27。吸引恢复帽27在不打印时，为了防止墨水蒸发而盖在记录头21上。另外，通过对该帽喷出墨水，能进行实施恢复处理的预备喷出。
下面，就记录头21加以说明。图3是记录头21的概念图。驱动信息从主机(例如PC等)传送给喷墨记录装置，从记录装置的驱动控制部件输出的信号通过电接点31传输给记录头21。然后，打印信号通过电布线构件32(例如TAB)和电接合部33，传输给记录头内的配置喷嘴的记录芯片34。图4A、4B表示记录芯片34的喷嘴形状，下面，参照
墨水喷出的结构。在图4A是喷嘴的形状的俯视图，4B表示A-A线剖视图。在图4B中，在衬底41上，在构成发热元件的电热转换元件42上形成了发送打印信号的布线(未图示)。在衬底41上，设置有形成了用半导体制造工艺加工的流道43、发泡室44、喷出口45的喷嘴板。另外，在表面形成了防水膜46。墨水从公共液室47通过流道43填充到发泡室44中，在喷出口45展开弯液面48。弯液面48由于通过负压发生机构而在墨水中产生的负压和墨水的表面张力的平衡而成立。如果对形成在发泡室44内的构成发热元件的电热转换元件42上进行与打印信号对应的通电，则在填充在发泡室44中的墨水中瞬间产生气泡。利用由于该气泡的成长而发生的压力变化，从与发泡室44连通的喷出口使墨滴喷出，在被记录媒体上打印。当墨滴喷出，墨水中的气泡收缩时，墨水从通向发泡室44的流道43进入发泡室44内，在再次在喷出口形成弯液面46之前，再填充了墨水。图5(图4B的BB线剖视图)表示了墨水喷出的样子。在此，51表示墨滴，52表示气泡。
墨滴喷出后，如上所述，由于墨水中的气泡消泡时的气穴现象，对电热转换元件42造成了物理和化学上的损害。如果重复进行稳定的喷出，则电热转换元件42上的消泡位置固定，气穴现象引起的损害只集中在该位置。以下表示了本发明者们在提出本发明时进行的实验的结果。图6(图4B的C-C线剖视图)表示了代表气泡消泡之前的样子的图。在此，61表示气泡，62表示消泡点位置。如果喷出次数增大，则在保护电热转换元件42的耐气穴现象膜(未图示)的损害集中的消泡点位置62产生裂纹和破损。如果进一步增加喷出次数，则裂纹和破损发展，到达构成发热元件的耐气穴现象膜下的电热转换元件42，墨水接触了电热转换元件42。在电热转换元件42的与墨水接触的部分，开始腐蚀，电流很难流过。因此，在电流流入腐蚀的部分以外，发生电力集中，导致电损坏(断线)。断线的喷嘴变为不喷出，发生在打印图象上成为条纹的原因的问题。
因此，本发明的喷墨记录装置具有变更消泡点位置的消泡点位置变更部件，在各打印点，对驱动脉冲调制，使消泡点位置分散。图1表示本实施例的记录装置的概略结构。在此，驱动控制部件12具有变更记录头21内的电热转换元件42上的消泡点位置62的消泡点变更部件11，对打印的每给定数量的点，用调制的驱动脉冲驱动相同电热转换元件42。
在本发明的实施例1中，消泡点变更部件11对各给定喷出次数，切换选择双脉冲和单脉冲的任意一个作为用于在被记录媒体上形成记录点的驱动脉冲，进行喷出，使消泡点位置62变更。双脉冲是使用前脉冲、主脉冲、这些前脉冲和主脉冲之间的休止期间来进行1次发泡的驱动信号。而单脉冲是只适用主脉冲，进行1次发泡的驱动信号。
图7B表示用于不使墨水发泡而进行预备加热的预加热用脉冲(前脉冲)和用于使墨水中产生发泡的发泡用脉冲(主脉冲)的双脉冲(把多脉冲中2分割的称作双脉冲驱动)信号。图7A表示单脉冲信号。它们是表示交替向加热器供给这些信号的记录墨水的发泡和消泡样子的概念图。
图7C～图7F是模式地表示流道内部的纵截面的图，1表示加热器(发热元件)，2表示发泡室的壁，3表示单脉冲驱动时的加热器上发生的泡尺寸为最大时的样子，4表示双脉冲驱动时的加热器上发生的泡的尺寸为最大时的样子，5表示单脉冲驱动时的加热器上发生的泡消泡的样子，6表示双脉冲驱动时的加热器上发生的泡消泡的样子，7表示单脉冲驱动时的加热器上发生的泡消泡的位置，8表示双脉冲驱动时的加热器上发生的泡的消泡位置，9表示墨水喷出喷嘴，10表示墨水供给路，11表示具有加热器的衬底。发泡室的壁2与墨水喷出喷嘴9一起，完成引导由发泡产生的墨水流，使墨水向目的方向喷出的任务。在本实施例中，发泡室的壁2配置为不在墨水供给路10一侧。
在此，就双脉冲加以说明。
图8A、8B是说明本发明实施例1的双脉冲的图。在图8A、8B中，Vop是驱动电压，P1是多分割的加热脉冲的最初的脉冲(以下称作预先加热脉冲)的脉冲宽度，P2是间隔时间(休止期间)，P3是第二脉冲(以下称作主加热脉冲)的脉冲宽度。T1、T2、T3表示用于决定P1、P2、P3的时间。驱动电压Vop是表示外加了该电压的电热转换体对由衬底(加热板)和墨水发泡室构成的墨水流道内的墨水产生热能所必要的信号能量的参数之一。该值由电热转换体的面积、电阻值、膜结构和记录头的流道结构来决定。
分割脉冲调制驱动法用P1、P2、P3的宽度依次提供脉冲，前脉冲主要是用于控制流道内的墨水温度的脉冲，担负着本发明的气穴现象位置(消泡位置)控制的重要任务。该预先加热脉冲宽度设定为由于电热转换体产生的热能而在墨水中不发生发泡现象的值。间隔时间(休止期间)设定为一定间隔，使预先加热脉冲和主加热脉冲彼此不干扰，以及设置为使墨水流道内墨水的温度分布均匀。
主加热脉冲用于使流道内的墨水中产生发泡，使墨水从喷出口喷出，其宽度P3由电热转换体的面积、电阻值、膜结构和记录头的墨水流道结构来决定。如在以往技术中所述，如果在喷出加热器上外加了能量，则喷出加热器附近的墨水急剧沸腾，发生相变，从液体到气体发生状态变化(膜面沸腾)，但是象本实施例那样，如图8B的表所示，分别设定预先加热脉冲宽度、间隔时间宽度、主加热脉冲宽度，在用于记录的喷出动作中，与基于数据的脉冲形状指定无关系地切换驱动单脉冲和双脉冲(在本实施例，以交替驱动的例子进行说明)，则由于加热器的驱动条件的不同，发泡和消泡的状态不同。
即当双脉冲驱动时，因为有通过预先加热脉冲提高流道内墨水温度的效果，所以与单脉冲驱动时相比，发泡区域增大。伴随着此，消泡位置(气穴现象的位置)不同，为单脉冲驱动时的位置7和双脉冲驱动时的位置8，不集中在一定地方。
图9表示从流道的上方观察的使用单脉冲和双脉冲时的消泡点位置。
如图9所示，对于各脉冲的电热转换元件42的消泡点位置62为不同位置。消泡点变更部件11通过一边对各打印点，选择消泡点位置62不同的单脉冲和双脉冲的任意一个，一边进行打印，能分散消泡点位置62，使气穴现象引起的损害不会集中于包含电热转换元件发热元件。
这样，在本发明中，通过对于支路驱动时的相同发热元件的各驱动动作(各喷出动作)，与记录数据无关地改变驱动条件，驱动发热元件，能使发热元件上的消泡点位置分散，能抑制气穴现象损坏引起的寿命下降，防止发热元件的损坏引起的记录图象的劣化，能在长期取的良好的图象。
须指出的是，在本实施例中，以对各喷出动作交替切换单脉冲驱动和双脉冲驱动的例子，说明了相同发热元件的驱动条件，但是也可以不是交替，而是对给定喷出动作数进行切换。如果该喷出动作数变得过多，则驱动信号的切换引起的喷出不均匀容易变得显著，所以希望不要过多。另外，给定数可以不是决定的数，而是随机的。
<实施例2>
下面，说明本发明的实施例2。
在所述的实施例1中，说明了对相同的喷出加热器交替外加单脉冲和双脉冲，使气穴现象的位置不集中的方法，但是在本实施例中，通过使外加脉冲宽度变化，使消泡点位置(气穴现象发生的位置)不集中。
特别是在本实施例中，其特征在于使用来使墨水发泡的发泡用脉冲的脉冲宽度作为驱动条件而变化。
图10D～10I是表示把图10A～10C所示的脉冲宽度不同的发泡加热用脉冲提供给加热器时的记录墨水的发泡和消泡样子的概念图。
1是发热元件(加热器)，2是发泡室的壁，15、16、17分别是以不同的脉冲宽度驱动构成发热元件的电热转换元件时的发热元件上生长的泡的尺寸变为最大时的样子，12、13、14分别是以不同脉冲宽度驱动蚀的加热器上的泡的消泡位置，9是墨水喷出喷嘴，10是墨水供给路，11表示具有发热元件的衬底。
在本实施例中，分别如图10A～10C所示，如果把脉冲宽度不同的发泡用脉冲提供给发热元件，进行驱动，则由于脉冲宽度不同，发泡和消泡的状态不同。
即当用长气穴现象驱动构成发热元件的电热转换元件时，与以短脉冲宽度驱动加热器时相比，发泡区域增大。伴随着此，消泡位置(气穴现象的位置)不同，为以长脉冲宽度驱动电热转换元件的时的位置14和以短脉冲宽度驱动电热转换元件的时的位置13。这样，通过以各驱动动作以不同驱动条件驱动，使消泡位置不稳定，使加热器上的气穴现象位置不集中，从而能抑制喷出加热器的气穴现象引起的下降，防止加热器断线引起的记录图象的劣化，能获得稳定的图象质量。
<实施例3>
下面，说明本发明的实施例3。
图11表示本实施例的框概略结构。与前面的实施例1同样，驱动控制部件12具有变更记录头21内的电热转换元件42上的消泡点位置的消泡点变更部件11，对各打印的点以调制的驱动脉冲进行对电热转换元件42的驱动控制。通过对双脉冲的前脉冲、主脉冲和间隔时间的至少一个调制为2阶段以上，以多种类的驱动脉冲随机选择，进行打印。
下面，说明使双脉冲调制为两阶段(为了简单，把两个调制的双脉冲称作双脉冲1、双脉冲2)，对各打印点的各喷出动作，从双脉冲1、双脉冲和单脉冲选择、打印时的情形。图12表示各波形的概略图。在两个双脉冲中，因为外加时间条件不同，所以如图12所示，能使墨水中的气泡在电热转换元件42上的不同位置消泡。如果通过消泡点变更部件11，对各打印点随机选择消泡点位置62不同的三个驱动脉冲中的一个，进行打印，则能使消泡点位置62分散为三个。即使是相同的喷出次数，与以往的气穴现象引起的损害集中于一个地方的情形相比，本发明使内气穴现象层的裂纹和损伤的发展约减少到1/3，换言之，耐久性能约能提高到3倍。
如本实施例所示，通过一边对各打印点从电热转换元件42上的消泡点位置62不同的多个驱动脉冲中选择，一边打印，能使消泡点位置62分散到多个地方。因此，与以往的气穴现象引起的损害集中于一个地方时相比，使损害分散到多个地方，能减轻每个地方的损害，所以能提供具有长的耐久寿命的具有可靠性的喷墨记录装置。
须指出的是，在此，把双脉冲进行了调制为2阶段，但是，调制为三阶段以上，使消泡点位置不同，也能实现本发明的目的，本发明当然不仅局限于上述的各实施例。另外，也可以不是双脉冲，可以把实施例2中说明的单脉冲调制为多个阶段。
<实施例4>
当为使消泡点位置62不同而把驱动脉冲调制为多阶段时，如果适用不满给定墨水喷出量以及超过的驱动脉冲，进行打印，则有时无法获得以给定墨水喷出量打印时的给定打印浓度。在本实施例中，如图13所示，为了改善所述问题，消泡点位置变更部件11具有墨水喷出量平均化部件。墨水喷出量平均化部件当使用喷出不满给定墨水喷出量Vdref的喷出量Vd1的驱动脉冲Pw1和超过的给定墨水喷出量Vdref的喷出量Vd2的驱动脉冲Pw2，进行打印时，以Vdref＝α·Vd1+(1-α)·Vd2成立的比率Pw1∶Pw2＝α∶(1-α)选择驱动脉冲。据此，打印的墨水喷出量被平均化为给定墨水喷出量，能以与用给定墨水喷出量打印时的打印浓度几乎相同的浓度打印。
通过采用本实施例，与上述的实施例同样，能提供耐久寿命长、可靠性高、并且能打印给定浓度的喷墨记录装置。
须指出的是，平均并不局限于2个驱动脉冲间的平均，也可以是多个驱动脉冲间的平均。
<实施例5>
下面，说明本发明的实施例5。
在本实施例中，使用权利要求所示的驱动部件。即其特征在于对各驱动动作，使用于使墨水发泡的发泡加热用脉冲的驱动电压变化。
在所述实施例1中，是对相同喷出加热器交替外加单脉冲和双脉冲，使气穴现象的位置不集中的驱动方法。另外，在所述实施例2、3、4中，是通过对各驱动动作使对记录头的外加脉冲宽度变化，使气穴现象的位置不集中的驱动方法。在本实施例中，如下所述，通过对各驱动动作，使对记录头的外加电压变化，使气穴现象的位置不集中。
图14D～14I是表示把图14A～14C所示的驱动电压不同的发泡加热用脉冲提供给加热器时的记录墨水的发泡和消泡样子的概念图。
在本实施例中，也与实施例2同样，通过对各驱动动作，使驱动电压变化，发泡和消泡状态不同。即当以高电压驱动加热器时，与以低电压驱动加热器时相比，发泡区域增大，所以如图14D～14I所示，消泡位置(气穴现象的位置)不集中在一定地方。这样，通过对各驱动动作以不同驱动电压驱动，使加热器上的气穴现象位置不集中，使消泡位置不稳定，从而能延长基于喷出加热器的气穴现象损坏的断线寿命，能防止基于加热器断线的记录图象的劣化，获得了稳定的图象质量。
从以上说明可知，根据本发明，在喷墨记录装置进行记录时，当重复驱动作为发热元件的加热器时，通过对各喷出驱动以不同的驱动条件进行驱动，在加热器上使消泡点位置不集中，从而能使气穴现象的位置不集中。据此，就能获得延长加热器寿命这一效果。
权利要求
1.一种喷墨记录装置，具有多个发热元件，通过驱动该发热元件来加热墨水使之喷出，其特征在于驱动使相同发热元件按每一给定的喷出动作数，与图象数据无关，切换驱动条件来进行记录的控制部件。
2.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于所述给定的喷出动作数是1，以对各所述喷出动作数不同的驱动条件来进行驱动。
3.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于所述控制部件兼任通过所述驱动条件的切换来变更由所述发热元件的驱动而产生的气泡的消泡点位置的消泡点位置变更部件。
4.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于各所述喷出动作是用于对被记录媒体进行记录的喷出动作。
5.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于所述驱动条件是指驱动脉冲数，所述控制部件切换只有用于使墨水发泡的主脉冲的情况，和使用用于不使墨水发泡而进行预备加热的预备加热脉冲和主脉冲的2个以上脉冲的情况，来控制所述相同的所述发热元件。
6.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于用于驱动所述发热元件的驱动信号由使墨水发泡的主脉冲、用于不使墨水发泡而进行预备加热的预备加热脉冲以及它们之间的休止期间构成，所述控制部件进行控制，作为所述不同的驱动条件，改变它们中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于所述驱动条件是指驱动所述发热元件的驱动信号的驱动脉冲宽度，所述控制部件使用于使墨水发泡的脉冲宽度变化，提供给所述相同的所述发热元件。
8.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于所述驱动条件是指驱动脉冲电压，所述控制部件使用于使墨水发泡的脉冲电压变化，提供给所述相同的所述发热元件。
9.根据权利要求8所述的喷墨记录装置，其特征在于所述控制部件分别使用来把墨水预加热至即将发泡之前的预加热用脉冲的脉冲电压和用来使墨水发泡的主脉冲的脉冲电压变化，提供给相同的所述发热元件。
10.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其特征在于所述驱动条件是指驱动脉冲的外加定时；具有使用于使墨水发泡的脉冲的外加定时变化，提供给所述相同的所述发热元件的部件。
11.一种记录方法，使用具有多个发热元件，通过驱动该发热元件而加热墨水使之喷出的喷墨头来进行记录，其特征在于具有使相同发热元件按给定的喷出动作数，与图象数据无关，切换驱动条件喷出墨水来进行记录的步骤。
全文摘要
一种喷墨记录装置，在记录头上设有发热元件，通过加热该发热元件而使墨水喷出，具有多个所述发热元件和进行所述发热元件的驱动控制的控制部件，在进行记录时与记录数据无关，以不同的驱动条件对同样的发热元件进行驱动。能不加速发热元件的经时劣化，不受使用环境、发热元件的劣化状态、记录头制造时的偏差等的影响，能抑制加热器断线引起的记录图象的劣化，有效地延长断线寿命，获得稳定的图象质量。
文档编号B41J2/05GK1454778SQ03122
公开日2003年11月12日 申请日期2003年4月30日 优先权日2002年5月2日
发明者井上智之, 野澤実, 山田泰史 申请人:佳能株式会社