JP2001179982A - 非対称熱型インクジェットプリンタにおけるインキ液滴の方向違いの防止方法 - Google Patents
非対称熱型インクジェットプリンタにおけるインキ液滴の方向違いの防止方法Info
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Abstract
方向違いを防止させて、印字解像度を最大限にする連続
インクジェットの印字方法を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 非対称熱型インクジェットプリンタのノ
ズル(46)から放出される初期のインク液滴の方向違
いの防止方法を開示する。その方法は、印字動作中に通
常利用するレベルよりも高い電力を、インクジェットノ
ズルに隣接する加熱要素(50)へ印加する工程を具備
する。電力が電気パルス列の形態でヒータへ供給される
と、少なくとも第一の電気パルスは、印字動作中に通常
利用される振幅、幅及び周波数よりも、印字動作の開始
時で振幅、幅及び周波数の何れか一つが大きい性質を有
する。その方法により、ヒータ及びノズルの領域におけ
る熱的不活性の結果として、印字動作の開始時で発生す
るインク液滴の目標を外した偏向を回避することによ
り、解像度が向上する。
Description
の液滴の流れの正確な方向性を維持する、連続インクジ
ェットプリントヘッドへの電力の供給方法に関する。
システムが開発され、その中の多くのタイプが現在生産
されている。上記印字システムは多様な動作機構と、多
様な製造材料と、多用な記録媒体を利用する。現在利用
されているデジタル印字システムには、レーザ電子写真
プリンタと、LED電子写真プリンタと、ドットマトリ
ックスインパクトプリンタと、サーマルペーパプリンタ
と、フィルムレコーダと、サーマルワックスプリンタ
と、色素拡散熱移動プリンタと、インクジェットプリン
タとがある。しかしながら、現在、かかる電子印字シス
テムは機械的印刷機に取って代わっていない。もっと
も、この従来からの方法には非常に高価な装備が必要で
あり、特定頁の数千部を印字したくない限り、商業的に
は殆ど重要ではない。よって、普通紙を用いて、高速
度、低コストで高品質のカラー画像を再現させ得るデジ
タル制御印字の改善されたシステムが要望されている。
使用及びトナー移動及びその定着の回避可能なため、イ
ンクジェット印字は、デジタル制御電子印字領域では卓
越した競争相手である。インクジェット印字機構は、連
続インクジェット、又はドロップオンデマンドインクジ
ェットの何れかの範疇に分類される。連続インクジェッ
ト印字は、少なくとも1929年まで遡る。Hansellに
発行された米国特許第1,941,001号を参照すると
よい。
として形成される点に密接して載置される静電荷トンネ
ルを利用する。このようにして、個々の液滴が帯電す
る。帯電液滴は大きな電位差にある偏向板の存在により
下方向に偏向される。帯電液滴を遮蔽するために、ガッ
タ(しばしば、「キャッチャ」と呼ばれる)が利用され
るのに対し、未帯電液滴はフリーであり記録媒体に到達
する。
の所望の位置に対してインク液滴を偏向させるように、
静電荷トンネルに代わり非対称加熱を利用することが提
案されている。この新しい装置では、ノズル孔周辺の部
分のみと関連する選択的に動作するセクションを有する
ヒータから形成させる液滴発生器は、各インクノズル孔
に備えられている。一列の均一電源パルスを経たヒータ
要素の周期的動作により、液滴の流れに非対称に熱が印
加され、印字方向と非印字方向との間の流れ方向を制御
する。
の静電荷トンネルを利用したインジェットプリンタより
も多くに利点があることは証明されているが、発明者ら
はかかるプリンタが改良された特定の領域も存在するこ
とを指摘している。特に、発明者らは印字動作の初期で
は、印字媒体に指向する第一の数液滴が方向を間違うこ
とを指摘した。かかる液滴の方向違いの原因は全体とし
て理解されていないが、液滴偏向量が液滴温度に直接関
係しているので、原則的原因は準平衡(動作)温度に達
するインクの非瞬間的応答時間であると、出願人らは推
測している。応答時間の継続時間は、ヒータ材料、ヒー
タ質量、ヒータ及びノズル形状の熱的性質、並びにイン
キの熱的性質の関数である。かかる方向違いの液滴は、
かかる装置からの高画質印字を得る目的により抵触され
得る。
みてなされたものであり、印字動作の開始時のインク液
滴の方向違いを防止させて、印字解像度を最大限にする
連続インクジェットの印字方法を提供することを目的と
する。
の開始時にインクジェットプリンタのノズルからインク
液滴の初期の流れの制御方法であって、前記プリンタは
前記動作中に実質的に一定レベルの電力を供給させる前
記インク液滴の流れを導く前記ノズルに隣接した加熱要
素を有し、前記初期の液滴の流れの方向違いを回避する
ように、インク液滴が前記初期に流れる最中に、前記一
定動作レベルよりも高いレベルで前記加熱要素に電力を
供給する工程を具備する制御方法により達成される。
の範囲により限定される。また、上記目的は、ノズルか
らの第一の数インク液滴の吐出中の正常レベルよりも高
レベルで、ノズルに隣接した加熱要素に電力を供給する
工程を具備する、本発明の方法により達成される。
熱要素へ印加される電源パルスは、一定の振幅、幅及び
周波数を有する一列のパルスからなる。本発明の方法で
は、パルス列の少なくとも一つの電気的特性は、一定の
動作レベルよりも高レベルで加熱要素に電力が供給され
るように変化する。したがって、初期のパルスまたはパ
ルス列は、印字動作の均衡を取ために利用される電気的
パルスより大きな振幅または幅、若しくは異なる周波数
を有する。
施例では、少なくとも第一の電力パルスは、通常の動作
電力パルスの振幅よりも約10%から60%の大きな振
幅を有する。あるいは、少なくとも第一の電力パルスは
動作電力パルスの幅よりも約60%から300%である
幅を有する。さらに別の方法の実施例では、最初の二つ
のパルス間の時間間隔は、その後の動作電力パルス間の
時間間隔の約25%から50%減少させる。全ての好適
な実施例では、第一の約4つ以下の電力パルスは、印字
動作中に利用される電力パルスの均衡よりも大きな振
幅、大きな幅、高い周波数の一つを有する。
よりも約10%から50%大きい振幅を有する方法の実
施例では、第二の電力パルスと第三の電力パルスとの間
の時間周期は、動作電力パルスと関連する時間周期より
も約10%から100%大きい。
トプリンタの電源により発生した電力パルスの形若しく
は周波数を調製または再プログラム化することにより、
方法は単純に実行される。全体として排除しない限り、
方法は印字動作の開始時の発生するスプリアスなインク
液滴の偏向を、実質的に低減させることができる。よっ
て、最終印字生成物の解像度が改善される。
の詳細な説明は、添付図面を参照して行う。
達成させるために、インクジェットノズル周辺への非対
称の熱印加を利用する連続インクジェットプリンタシス
テムにより実行される。前記方法を具体的に理解するた
めに、前記方法の各工程を行うインクジェットプリンタ
システム1を、まず第一に説明することにする。
ジェットプリンタシステム1は、ラスター画像データ、
ページ記述言語の形態のアウトライン画像データ、又は
デジタル画像データの他の形態をもたらすスキャナー又
はコンピュータのような画像ソース10を具備する。本
画像データは画像処置ユニット12によりハーフトーン
ビットマップ画像データに変換され、また、そのユニッ
ト12はメモリに画像データを保存する。ヒータ制御回
路14は画像メモリからデータを読出し、電気パルスを
ヒータ50へ印加する。そのヒータ50はプリントヘッ
ド16の一部であるノズル孔46を囲繞する。上記パル
スは適正な時間で、適正なノズル孔46に印加され、連
続インクジェット流から形成された液滴は、画像メモリ
のデータにより指定された適正な位置の記録媒体にスポ
ットを印字する。
ム22により、電気的に制御される記録媒体運搬システ
ム20により、プリントヘッド16に対して可動し、そ
の制御システム33はマイクロコントローラ24により
制御される。図1に示す記録媒体運搬システムは模式的
であり、多くの異なる機械的配置が可能である。例え
ば、移動ローラが記録媒体運搬システム20として利用
可能であり、記録媒体18へのインク液滴の移動を容易
にする。かかる移動ローラ技術は本技術分野では周知で
ある。ページ幅プリントヘッドの場合では、固定プリン
トヘッドに対して通過させて、記録媒体18を移動させ
ることが最も便利である。しかしながら、走査型プリン
トシステムでは、ある軸(サブ走査方向)に沿ってプリ
ントヘッドを可動させ、垂直軸(主要走査方向)の沿っ
て、相対的ラスタ移動にて記録媒体を移動させること
が、ごく普通である。
納されている。非印字状態では、連続インクジェット液
滴流は、液滴流を遮断する(図2(a)に示す)インク
ガッタ17のために、記録媒体18に達せず、インクリ
サイクリングユニット19により、ある部分のインクは
リサイクルされ得る。インクリサイクリングユニットは
インクを回収し、再び貯蔵器28へ送り戻す。かかるイ
ンクリサイクリングユニットは本技術分野では周知であ
る。最適動作に適するインク圧力は、ヒータ50の形状
及び熱的性質、及びインクの熱的性質等の数多くの因子
に左右される。一定のインク圧力は、インク圧力調節器
26の制御の下で、インク貯蔵器28へ圧を印加させる
ことにより達成される。
ントヘッド16の背面に分布している。インクは、プリ
ントヘッドのシリコン基板を介して前面にエッチングさ
れたスロット及び/又は穴を通過して流れることが好ま
しく、その前面には複数のノズル及びヒータが配設され
ている。シリコンから製造されたプリントヘッド16に
より、ヒータ制御回路14とプリントヘッドとを統合す
ることが可能である。
面図である。かかるノズル孔46のアレイは、図1の連
続インクジェットプリントヘッドを構成する。複数のノ
ズル孔46に沿ったインク放出通路40は、本例ではシ
リコンである基板42にエッチングされる。放出通路4
0及びノズル孔46は、ノズル孔を形成するように、p
+エッチストッパ層を利用して、シリコンの異方性湿式
エッチングにより形成される。放出通路40中のインク
70は、大気圧以上に圧が印加されており、インク流6
0を形成する。ノズル孔46以上の距離で、その流れ6
0は、ヒータ50により供給される熱により複数の液滴
に分割する。
ノズル周縁の略半分を覆う単一の半円形部分を有する。
別の形状を図2(c)に示す。本形状では、ノズル孔4
6は、ほんの僅かな部分51以外、ヒータ50により全
体的にほとんど囲繞され、その部分51は、作動回路に
するように、接続59と61との間を流れる電流は環形
の左半分周辺のみ移動する必要があるので、ヒータ50
の略半分のみは電気的に動作するように、電気開放回路
として機能する。両実施例とも、電力接続59及び61
はヒータ制御回路14からヒータ50への電気パルスを
伝達する。流れ60は、ヒータ部分50によりノズル孔
の左側に発生させた非対称熱印加により偏向される。本
技術は、それぞれの流れから予め分離された帯電液滴の
偏向に依存する静電連続流れの偏向プリンタとは区別さ
れる。偏向された流れ60により、液滴67はインクガ
ッタ17のようなカットオフ装置により記録媒体18に
達する前に遮断される。別の印字方法では、インクガッ
タ17は偏向液滴を遮断するために載置され、未偏向液
滴67が記録媒体18に達する。
ベルでドープされたポリシリコンから製造される。もっ
とも、他の抵抗ヒータ材料を利用することも可能であ
る。ヒータ50は熱及び電気絶縁層56により基板42
から分離しており、基板への熱損失を最小化させてい
る。ノズル孔46はエッチングされ、絶縁層56により
ノズル吐出オリフィスが画成される。
薄層フィルム64により不動態化され得る。プリントヘ
ッド面は、プリントヘッドの前面にわたりインクの偶発
的拡散を防止するように、親水化層68で塗布されてい
る。
列の形態で、図2(a)に示すヒータ50へ供給する。
制御回路14は、本発明の方法の工程を実行するため
に、一様な振幅、幅及び周波数の、または振幅、幅、周
波数を変化させたパルスの形態で、ヒータ50の半円形
部分に電力を供給するようにプログラム化されている。
電力パルスがヒータ50に供給されるときはいつでも、
インク液滴の偏向が発生する。
を有する、図の左側に示す6つの電気パルスにより発生
した一連の偏向液滴66を例示する。それらの液滴はガ
ッタ17に接近するように図示されている。本図では、
図2(a)に表示されたガッタ17を囲繞する領域の拡
大図とみなす。最小の二つのパルスは第一の液滴を形成
することを要する。各追加の液滴は、さらなる電気パル
スにより形成される。しかしながら、熱的遅れに起因し
て、第一の液滴は次の液滴とは離れて偏向されない。本
例では、同じことが第二の液滴にも該当するが、もっと
もその偏向は第一の偏向ほど遅れてはいない。第三の液
滴及びその後の液滴は、動作偏向点に達し、同じ量によ
り本来的に偏向される。図3(a)から分かるように、
最初の二つの液滴はガッタの先端部に衝突するように引
かれ、液滴は完全に記録媒体18に達しない、又は液滴
は小さな液滴に分解し、予想不可能な形で記録媒体18
に衝突する。たとえ、全ての液滴が跳ねずに記録媒体1
8の達する限り、第一の液滴はその後の液滴とは異なる
位置の記録媒体に衝突する。いずれの場合にも、画像の
質は低下する。
例の一つにより発生した、図の左側に示す6つの電気パ
ルスにより発生した一連の偏向液滴66’を例示する。
本例では、本発明のパルスは、最初の二つのパルスの大
きな振幅または電圧により特徴付けられる。最初の二つ
のパルスにより初期に運搬された追加の電力は、ノズル
及びインクと関連する熱的遅れを解消し、液滴が記録媒
体18へのルートに放出されるので、全ての印字液滴6
6’は一様に偏向し、よって図3(a)に示す液滴遅れ
を解消する。本発明の方法によるさまざまなパルスパタ
ーンは、図4(a)から(f)に関して、以後に詳細に
説明する。
列のさまざなま好適実施例を例示する。ある場合には
(図4(b)及び図4(f)に例示するように)、第一
の一つ又は二つのパルスの大きな振幅または大きな幅の
結果として、ヒータ50へ運搬される相対的に大きな電
力量は、第一のパルス間の長時間により部分的に相殺さ
れる。逆に、僅かに低い振幅または短い幅を所望するな
ら、第一のパルス間の期間は、図4(e)に示すように
短くなるであろう。逆に、本発明の全ての多様な実施例
にて、仮に動作電力パルスは初期にヒータに供給される
なら、ヒータ50へ初期に運搬される電気エネルギーは
他よりも多くなる。なお、最善液滴偏向整列及び画像の
質をもたらす波形振幅、幅及び周波数の正確な値は、ヒ
ータ形状、及び抵抗、ノズル形状及びインクを含む数多
くの因子に左右される。また、特定のプリントヘッド形
状及びインクに対して最善であるものは、異なるプリン
トヘッド形状及びインクに対しては最善ではない。さら
に、同じプリントヘッド及びインクの組合せに対する同
じ結果が生じる一以上のパルス組が存在する。
では、第一のパルスの電圧は6.0Vであり、第二のパ
ルスの電圧は5.0Vであり、印字動作の残りを実行す
るために利用される残余のパルスの電圧は4.0Vであ
る。パルスx1間の期間は同じであり、つまり、パルス
間の周波数は全ての時間で一定である。各パルスの幅も
同じである。実際に、パルス幅は、例えば、1.0から
3.0μ秒であり、一方、周波数は、例えば、15KH
zである。ヒータへ供給されたピーク電力は、第一のパ
ルスに対する略90ミリワットであり、第二のパルスに
対しては62.5ミリワットであり、その後の各パルス
に対しては40ミリワットである。液滴の流れに及ぶす
かかる波形の結果を、図3(b)に例示する。この場
合、最初の二つの液滴66は互いの液滴に対して整列さ
れており、全ての液滴はガッタ17を完全に通過する。
そのため、全ての液滴66は記録媒体18に衝突し、液
滴の付着ミス、跳ねた液滴若しくは方向違いの液滴に起
因する画像品質の劣化を排除する。この状況は図3
(a)の状況とは対照的である。
が同じであり、しかも第二の及び第三のパルス間の期間
x2が、すべての他のパルス間の期間x1よりも長い、
本発明の実施例を示す。期間x2は、例えば、時間遅延
x1のバランスよりも10%から50%大きい。図4
(b)は、たった二つの振幅を利用した際に最適な修正
を可能にするため、パルス間の時間遅延を変化させるこ
とが必要である。
みを拡大させた、本発明の実施例を示す。具体的には、
最初の二つのパルスの幅は3.0μ秒であるのに対し、
第二のパルスの幅は2.0μ秒であり、印字動作中に利
用する残余のパルスの幅は1.0μ秒である。各パルス
間の期間x1は同じままである。初期に発生した電力パ
ルスの幅のみを僅かに変化させる本発明の実体態様は、
単一電圧の使用によりドライブ回路を単純化させるの
で、上記パルスの高さを拡大する実施態様よりも好適で
ある。
させて、初期の印字動作のヒータ50に多くの電力を印
加させる、本発明の実施例を示す。第一のパルスの振幅
は5.5Vまで増加させるのに対し、残余のパルスの振
幅は4.5Vと同じである。最初の二つのパルスの幅は
2.0μ秒と同じであるの対し、その後パルスの幅は
1.0μ秒である。なお、第一のパルスを含む各パルス
の全体のエネルギーは、図4(c)に示す値から変化さ
せた。さらに、各パルスx1間の期間は図示するように
同じである。
数はその後のパルスのそれよりも大きい、本発明の実施
例を示す。具体的には、第一のパルスと第二のパルスと
の間の期間x0は、残余のパルス間の期間とよりも25
%ないし50%短い。第二のパルスと第三のパルスとの
間の期間であるx1は、第一のパルスと第二のパルスと
の間の期間x0よりも長い期間である。本実施例の変動
では、第三の期間x2は、その後の全てのパルスに対し
て存在する。本基間は期間x1以下であるが、時間x0
よりも長い。例えば、仮に最初の二つのパルス間の期間
が3μ秒であるならば、期間x1は7μ秒であるのに対
し、x2は5μ秒である。
ス幅の変化とを組合せた方法の実施例を例示する。一般
には、双方のパラメータを変化させることは、最適結果
には必要なことである。本例の方法では、期間x0及び
x1は、残余のパラメータ間にて利用する期間x2より
も実際に大きい。期間x2は7μ秒であるのに対し、期
間x1は6μ秒である。x2期間は5μ秒である。第一
のパルスの幅は3μ秒であるのに対し、第二のパルスの
幅は2μ秒である。残余のパルスの幅は1.5μ秒であ
る。さらに、完全には理解されてない理由のため、初期
に発生したパルス間の期間を長くすることは、良好の方
向性を招来し、最初の二つのパルスの高さ及び幅の何れ
かを増大させる。
方向違いの液滴を補正するヒータ50に波形を印加する
と、熱的応答時間は二つ以上の液滴が補正には必要であ
る。この場合には、大きなエネルギーを印加する波形は
最初の二つのパルス期間でなく、最初の二つ以上のパル
ス期間でさえも、同じ技術が適用される。例えば、仮
に、最初の4つの液滴に補正は必要ならば、本願で教示
したパルス振幅、幅及び期間さまざまな組合せが、前記
最初の4つの期間に拡張される。
ないが、流れのアレイを有する装置は印字速度を増大さ
せるためには望ましい。この場合には、個々の流れの偏
向及び調整は、単純で、且つ、物理的にコンパクトな方
法で単一の流れを説明するように達成される。なぜなら
ば、かかる偏向は僅かな電位に印加のみにより、例え
ば、CMOS技術のような従来の集積回路技術により容
易に実現される。
せたブロック模式図である。
断面図である。
ズルの平面図である。
ズルの平面図である。
放出された液滴の軌跡を表わす図である。
出された液滴の軌跡を表わす図である。
表わす図である。
表わす図である。
表わす図である。
表わす図である。
表わす図である。
表わす図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 印字動作の開始時にインクジェットプリ
ンタのノズル(46)からインク液滴の初期の流れの制
御方法であって、前記プリンタは前記動作中に実質的に
一定レベルの電力を供給させる前記インク液滴の流れを
導く前記ノズルに隣接した加熱要素(50)を有し、 前記初期の液滴の流れの方向違いを回避するように、イ
ンク液滴が前記初期に流れる最中に、前記一定動作レベ
ルよりも高いレベルで前記加熱要素に電力を供給する工
程を具備する制御方法。
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