JP2002019160A - プリンタ及びプリンタの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、プリンタ及びプリンタの駆動方法
に関し、特にサーマルヘッド方式によるインクジェット
プリンタに適用して、簡易にインク液滴の液量を可変す
ることができるようにする。 【解決手段】 本発明は、インク液滴をノズルより飛び
出させる第１のパルスＰ２のヒーターへの印加の前の所
定のタイミングで、メニスカスに変化を与える第２のパ
ルスＰ１をヒーターに印加してインク液滴の液量を可変
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ及びプリ
ンタの駆動方法に関し、特にサーマルヘッド方式による
インクジェットプリンタに適用することができる。本発
明は、インク液滴をノズルより飛び出させる第１のパル
スのヒーターへの印加の前の所定のタイミングで、メニ
スカスに変化を与える第２のパルスをヒーターに印加し
てインク液滴の液量を可変することにより、簡易にイン
ク液滴の液量を可変することができるようにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェット型プリンタにおい
ては、微小なノズルからインク液滴を飛び出させて印刷
対象に付着させることにより、画像、文字等を印刷する
ようになされており、このノズルからインクを飛び出さ
せる方式として圧電素子を使用する圧電方式、又はヒー
ターを使用するサーマルヘッド方式が主に採用されるよ
うになされている。

【０００３】このうちの圧電方式は、圧電素子の駆動に
よりインク液室の圧力を可変することにより、このイン
ク液室に接続されたノズルよりインク液滴を飛び出させ
るものである。これに対してサーマルヘッド方式は、ヒ
ーターによりインク液室のインクを局所的に加熱して気
泡を発生させ、この気泡発生の圧力によりインク液室に
接続されたノズルよりインク液滴を飛び出させるもので
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの種のプリ
ンタにおいては、インク濃度の可変によってインク付着
箇所の階調を表現する方式（濃度変調方式）、インク液
滴の液量の可変によってインク付着箇所の階調を表現す
る方式（吐出量変調方式）により、高画質の画像を印刷
するようになされている。

【０００５】このような２種類の変調方式のうち吐出量
変調方式に関して、圧電方式によるインクジェットプリ
ンタにおいては、圧電素子に印加する信号波形の可変に
よりインク液滴の液量を比較的簡易に可変できる特徴が
あり、これにより駆動信号波形を可変して種々の階調を
表現するようになされている。

【０００６】これに対してサーマル方式においては、従
来、圧電方式のようなヒーターに印加する駆動信号波形
の可変によっては、インク液滴の液量を可変することが
困難であり、これにより複雑な構造の採用によらなけれ
ば、インク付着箇所の階調を表現することが困難な問題
があった。

【０００７】すなわち図８は、サーマル方式におけるヒ
ーターの駆動信号波形を示す信号波形図である。サーマ
ル方式においては、インクを飛び出させる周期である所
定の吐出周期により、所定パルス幅による矩形波状のパ
ルスをヒーターに印加することにより、インク液滴を飛
び出させる。この矩形波状パルスの電圧値、パルス幅を
それぞれ可変してインク液滴の液量との関係を図９及び
図１０に示すように、サーマルヘッドにおいては、電圧
値（図９）を可変しても、またパルス幅を可変しても
（図１０）、単にインク液滴が吐出するか否かの変化し
か見られず、液量自体には変化が見られないことが判
る。

【０００８】このためサーマル方式においては、１つの
ノズルに対して複数個のヒーターを配置し、これら複数
個のヒーターの選択的な駆動により、又はこれら複数個
のヒーターを組み合わせた駆動により、インク液滴の液
量を可変するようになされており、その分、ヘッドを構
成するインク液室、インク流路の構造が大型化する問題
があり、また消費電力も大きくなる問題があった。

【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、これらの問題点を一挙に解決して簡易にインク液滴
の液量を可変することができるサーマル方式によるプリ
ンタ及びプリンタの駆動方法を提案しようとするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１又は請求項７の発明においては、プリンタ又
はプリンタの駆動方法に適用して、第１のパルスを前記
ヒーターに印加する前の所定のタイミングで、前記ノズ
ルよりインク液滴を飛び出させない範囲の、前記ノズル
のメニスカスに変化を与える第２のパルスの前記ヒータ
ーへの印加により、前記第１のパルスにより前記ノズル
より飛び出す前記インク液滴の液量を可変する。

【００１１】ノズルよりインク液滴を飛び出させない範
囲のパルスであっても、ヒーターに印加した場合には、
一時的に盛り上がるようにメニスカスを変化させること
ができる。このようなメニスカスの変化に対して、例え
ばメニスカスが最も盛り上がったタイミングでインク液
滴を飛び出させるパルスを印加した場合、メニスカスが
何ら変化していないタイミングでインク液滴を飛び出さ
せるパルスを印加した場合、さらにはメニスカスが盛り
上がりつつあるタイミングでインク液滴を飛び出させる
パルスを印加した場合とでは、ノズルより飛び出すイン
ク液滴の液量が相違することになる。またこのようにノ
ズルよりインク液滴を飛び出させない範囲のパルスであ
っても、その電圧値、パルス幅、パルス数により、メニ
スカスの盛り上がり量を可変でき、これにより例えばメ
ニスカスが最も盛り上がったタイミングでインク液滴を
飛び出させるパルスを印加して、電圧値、パルス幅、パ
ルス数によりインク液滴の液量を可変することができ
る。これにより単に駆動信号の制御による簡易な構成
で、サーマル方式による場合であって、インク液滴の液
量を可変することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。

【００１３】図２は、本発明の実施の形態に係るプリン
タを示すブロック図であり、図３は、このプリンタ１に
適用されるサーマルヘッドの一部である吐出アクチュエ
ータを示す断面図である。プリンタ１は、印刷対象であ
る用紙の送り方向と直交する方向に、吐出アクチュエー
タ２が繰り返されてサーマルヘッドが構成され、このサ
ーマルヘッドにより画像等を印刷するようになされてい
る。

【００１４】ここで吐出アクチュエータ２は（図３）、
所定の加工を施したシリコン基板３上に順次ドライフィ
ルム４、オリフィスプレート５を積層して作成される。
ドライフィルム４及びオリフィスプレート５は、例えば
炭素系樹脂により所定形状に作成される。すなわち吐出
アクチュエータ２は、インクを加熱するヒーター６がシ
リコン基板３上に順次並ぶように配置され、オリフィス
プレート５は、各ヒーター６上に断面円形形状によりノ
ズル７が作成される。ドライフィルム４は、各ヒーター
６の隔壁等を構成する形状により作成され、シリコン基
板３及びオリフィスプレート５間を所定の間隔により保
持する。

【００１５】これにより吐出アクチュエータ２では、各
ヒーター６にそれぞれインク液室９が作成され、さらに
各インク液室９にインクを導くインク流路等が作成され
るようになされている。また図９及び図１０に示した所
定値以上の電圧値、パルス幅によるパルスをヒーター６
に印加して、ノズル７よりインクを飛び出させることが
できるようになされている。

【００１６】プリンタ１においては（図２）、パーソナ
ルコンピュータ等のホスト装置より入力される入力デー
タＤ１に応じた中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１の制御
により、このように構成される吐出アクチュエータ２を
駆動して画像等を印刷する。

【００１７】すなわち中央処理ユニット１１は、このプ
リンタ１の動作を制御するコントローラであり、ホスト
装置からのコマンドを解析する。さらに中央処理ユニッ
ト１１は、この解析結果に基づいて続いて入力される入
力データＤ１により非吐出用駆動パルス制御回路１４及
び吐出用駆動パルス制御回路１５の動作を制御する。こ
の制御において、中央処理ユニット１１は、メモリ１７
に保持した制御パラメータに応じて、複数の吐出アクチ
ュエータ２を選択的に駆動するように吐出用駆動パルス
制御回路１５の動作を制御し、これにより用紙にドット
状にインクを付着させて画像等を印刷する。また同様に
入力データＤ１に応じてメモリ１７に保持した制御パラ
メータにより非吐出用駆動パルス制御回路１４の動作を
制御し、これにより各ドットのインク量を可変して階調
を表現する。

【００１８】非吐出用駆動パルス制御回路１４及び吐出
用駆動パルス制御回路１５は、それぞれ吐出アクチュエ
ータ２の駆動信号を構成する非吐出パルスＰ１と吐出パ
ルスＰ２とを各吐出アクチュエータ２毎に生成し、ヘッ
ド駆動回路１２は、これら非吐出パルスＰ１と吐出パル
スＰ２とにより対応する各吐出アクチュエータ２のヒー
ター６を駆動する。

【００１９】ここで図１は、このようにしてヒーター６
に印加される駆動信号ＳＤを示す信号波形図である。こ
の駆動信号ＳＤは、ノズル７よりインク液滴を飛び出さ
せる吐出パルスＰ２と、この吐出パルスＰ２によるイン
ク液滴の液量を制御する非吐出パルスＰ１により構成さ
れる。吐出パルスＰ２は、図８について上述したと同様
の矩形波によるパルスである。なおここでこの吐出パル
スＰ２は、無駄な電力消費を防止して確実にインク液滴
を飛び出させることができるように、図９及び図１０に
示す特性より電圧値及びパルス幅が選定されるようにな
されている。

【００２０】これに対して非吐出パルスＰ１は、ノズル
７よりインク液滴を飛び出させない程度であって、かつ
ノズル７のインク液面であるメニスカスＭ（図３）に変
化を与える程度によりヒーター６を駆動するように、吐
出パルスＰ２の前に配置される。具体的に、サーマルヘ
ッドにおいては、ヒーターの発熱によりインクを飛び出
させることにより、確実に、このインクを飛び出させる
ことができる発熱以下にヒーター６の発熱を抑えるよう
に、非吐出パルスＰ１は、電圧値及びパルス幅が設定さ
れる。なおこの実施の形態では、ヘッド駆動回路１２等
の構成を簡略化するために、電圧値については、吐出パ
ルスＰ２と同一に設定される。

【００２１】また非吐出パルスＰ１は、所望するインク
液量に応じて配置される。すなわち非吐出パルスＰ１
は、インク液滴の液量を最も少なくする場合には、出力
が中止させる。これに対してインク液滴を増大させる場
合には、所定の期間の範囲で、インク液量に応じて吐出
パルスＰ２の立ち上がりまでの時間（待ち時間）ｔが長
くなるように、吐出パルスＰ２の前に配置される。これ
によりこの実施の形態では、従来の駆動パルスと同一の
吐出パルスＰ２の直前の非吐出パルスＰ１の有無によ
り、また非吐出パルスＰ１から吐出パルスＰ２までの時
間間隔ｔにより、インク液滴の液量を可変するようにな
されている。

【００２２】図４は、非吐出パルスＰ１だけをヒーター
６に印加した場合の、この非吐出パルスＰ１の印加のタ
イミングとの対比によりメニスカスＭの変化を示す図で
ある。なおこの図４に示す測定においては、非吐出パル
スＰ１の電圧値を吐出パルスＰ２と同一に設定し、かつ
パルス幅を０．６〔μｓｅｃ〕に設定した場合である。

【００２３】このようなノズル７よりインク液滴を飛び
出させない程度のパルスＰ１をヒーター６に印加した場
合、メニスカスＭは、パルスＰ１の立ち上がりより所定
時間だけ遅延して盛り上がるように変化し、その後徐々
に元の液面に戻る。すなわち非吐出パルスＰ１の立ち上
がりの時点ｔ１において、メニスカスＭは、何ら変化し
ていないのに対し、この実施の形態では、非吐出パルス
Ｐ１の立ち上がりより１．３〔μｓｅｃ〕だけ経過した
時点ｔ２になると盛り上がりを開始する。

【００２４】さらにこの実施の形態では、非吐出パルス
Ｐ１の立ち上がりより４．５〔μｓｅｃ〕だけ経過した
時点ｔ３になると盛り上がりが最大となり、その後時点
ｔ４及びｔ５に示すように、徐々に元の液面に戻る。

【００２５】なおこのようなメニスカスＭの変化は、イ
ンクの熱膨張又は気泡の発生によるものと考えられ、そ
れぞれ各時点ｔ１〜ｔ５との対比により図５（Ａ１）〜
（Ａ５）に示すように、気泡の発生による場合には、ヒ
ーター６の加熱により時点ｔ２で核気泡が発生してメニ
スカスＭの盛り上がりが開始し、時点ｔ３でこの気泡が
最も大きくなってメニスカスＭが最大に盛り上がるもの
と考えられる。またその後、徐々に気泡が消滅し、メニ
スカスＭが元の液面に戻るものと考えられる。

【００２６】またインクの熱膨張による場合には、各時
点ｔ１〜ｔ５との対比により図５（Ｂ１）〜（Ｂ５）に
示すように、ヒーター６の加熱により時点ｔ２でインク
の熱膨張が開始してメニスカスＭの盛り上がりが開始
し、時点ｔ３でこの熱膨張が最も大きくなってメニスカ
スＭが最大に盛り上がるものと考えられる。またその
後、熱膨張が徐々に解消し、メニスカスＭが元の液面に
戻るものと考えられる。

【００２７】図６は、このような変化を呈するメニスカ
スＭに対して、待ち時間ｔを種々に変化させた場合の、
インク液滴の液量を示す特性曲線図である。なおこの特
性曲線図において、待ち時間ｔ＝０は、非吐出パルスＰ
１を印加しない場合である。図４におけるメニスカスＭ
の盛り上がりと立ち下がりに対応するように、待ち時間
ｔ＝１．３〜４．５〔μｓｅｃ〕程度の範囲では、待ち
時間ｔが長くなると、その分、液量が増加するのに対
し、ｔ＝４．５〔μｓｅｃ）より待ち時間ｔを長くする
と、液量が低下することが判る。

【００２８】この実施の形態において、非吐出用駆動パ
ルス制御回路１４は、このｔ＝０〜０．４秒の範囲が、
上述した非吐出パルスＰ１を配置する範囲に設定され、
これにより非吐出パルスＰ１の有無により、さらにはメ
ニスカスＭの盛り上がる期間で吐出パルスＰ２を立ち上
げて、インク液滴の液量を可変するようになされてい
る。

【００２９】なお図７は、このようにして待ち時間ｔの
制御による液量と用紙上におけるドット径との関係を示
す特性曲線図である。図６に示す特性曲線において、液
量の最大値及び最小値は、それぞれ４．０〔ｐｌ〕及び
２．６〔ｐｌ〕であることから、この図７に示す特性曲
線より、これらの場合、それぞれ３０〔μｍ〕及び３９
〔μｍ〕のドット径を確保でき、これによりこのように
待ち時間ｔにより液量を可変して、階調の表現に重要な
範囲で液量を可変できることが判る。

【００３０】（２）実施の形態の動作 以上の構成において、プリンタ１では（図２）、用紙送
りしながら、ホスト装置からの入力データＤ１に応じた
中央処理ユニット１１の制御により吐出用駆動パルス制
御回路１５で吐出パルスＰ２が生成され（図１）、この
吐出パルスＰ２によりヘッド駆動回路１２で対応する吐
出アクチュエータ２（図３）が選択的に駆動される。こ
れによりプリンタ１では、この吐出パルスＰ２により駆
動されてなる吐出アクチュエータ２において、吐出パル
スＰ２の印加によりヒーター６が発熱し、インク液室９
のインクが局所的に加熱される。さらにこの加熱により
インク液室９に気泡が発生し、この気泡の圧力によりノ
ズル７からインク液滴が飛び出し、この飛び出したイン
ク液滴が用紙に付着する。プリンタ１では、このような
用紙送りしながらの複数の吐出アクチュエーターの選択
的な駆動により、用紙にインク液滴によるドットが作成
され、このドットにより文字、画像等が印刷される。

【００３１】このような印刷原理に係るプリンタ１にお
いては、このような吐出用駆動パルス制御回路１５の制
御と同時並列的に実行される入力データＤ１に応じた中
央処理ユニット１１の制御により、非吐出用駆動パルス
制御回路１４において、所望するドット径に応じて、吐
出パルスＰ２の前に非吐出パルスＰ１が配置され、この
非吐出パルスＰ１により吐出パルスＰ２の印加時におけ
るメニスカスに変化が与えられる（図１及び図４）。

【００３２】すなわち最も小さい径によるドットを作成
する場合には、何ら非吐出パルスＰ１が配置されないの
に対し（図６及び図７）、ドット径を大きくする場合に
は、吐出パルスＰ２の立ち上がりの前の１．３〜４．５
〔μｓｅｃ〕の範囲に非吐出パルスＰ１が配置され、こ
れによりドット径を大きくする分だけメニスカスＭを盛
り上げた状態で、吐出パルスＰ２が印加される。

【００３３】またドット径を大きくする場合程、１．３
〜４．５〔μｓｅｃ〕の範囲で、吐出パルスＰ２から非
吐出パルスＰ１が離れるように配置され、これによりイ
ンク液滴で大きなドット径を確保する場合には、メニス
カスが十分に大きく盛り上がった状態で吐出パルスＰ２
が印加される。

【００３４】このようにしてメニスカスＭが盛り上がっ
た状態で、吐出パルスＰ２を印加すれば、吐出アクチュ
エータ２においては、その分、何ら非吐出パルスＰ１を
印加しない場合に比して、ノズル７に多くのインクを盛
り上げて配置した状態でインク液滴を飛び出させること
になり、これによりメニスカスＭの可変によりインク液
滴の液量を可変することができる。このような可変制御
においては、何らヘッドの構成に変更を加えることな
く、単に駆動信号の制御により実行できることにより、
その分、プリンタ１においては、構成及び制御を簡略し
て、インク液滴の液量を可変することができる。

【００３５】これによりプリンタ１では、ドット径によ
り種々の階調を表現して高品位の印刷結果を得ることが
できる。

【００３６】（３）実施の形態の効果 以上の構成によれば、インク液滴をノズルより飛び出さ
せる第１のパルスである吐出パルスのヒーターへの印加
の前の所定のタイミングで、メニスカスに変化を与える
第２のパルスである非吐出パルスをヒーターに印加して
インク液滴の液量を可変することにより、簡易にインク
液滴の液量を可変することができる。

【００３７】またこのような第２のパルスの有無によ
り、さらには第１のパルスに対して第２のパルスを印加
するタイミングの可変により、この液量を可変すること
により、簡易にインク液滴の液量を可変することができ
る。

【００３８】（４）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、第２のパルスの有無
により、さらには第１のパルスに対して第２のパルスを
印加するタイミングの可変により、インク液滴の液量を
可変する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、メニスカスに変化を与える種々のパラメータの制御
により、さらにはこれらパラメータを組み合わせた制御
により、液量を可変することができる。すなわち第２の
パルスのパルス幅の可変により、液量を可変することも
でき、また第２のパルスの電圧値の可変により、液量を
可変することもできる。また短い時間間隔により第２の
パルスを繰り返すようにして、この第２のパルスのパル
ス数の可変により、液量を可変することもできる。

【００３９】また上述の実施の形態においては、第２の
パルスである非吐出パルスによりメニスカスが盛り上が
る過程で第１のパルスである吐出パルスを印加する場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、一旦盛り上
がったメニスカスが元の液面に戻る過程で吐出パルスを
印加するようにしてもよい。

【００４０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、インク液
滴をノズルより飛び出させる第１のパルスのヒーターへ
の印加の前の所定のタイミングで、メニスカスに変化を
与える第２のパルスをヒーターに印加してインク液滴の
液量を可変することにより、簡易にインク液滴の液量を
可変することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るプリンタに適用され
るヒーターの駆動信号を示す信号波形図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るプリンタを示すブロ
ック図である。

【図３】図２のプリンタの吐出アクチュエータを示す断
面図である。

【図４】図１の信号波形における非吐出パルスの説明に
供する特性曲線図である。

【図５】メニスカスの変化の説明に供する断面図であ
る。

【図６】待ち時間とインク液滴の液量との関係を示す特
性曲線図である。

【図７】インク液滴の液量とドット径との関係を示す特
性曲線図である。

【図８】従来のヒーターの駆動信号を示す信号波形図で
ある。

【図９】従来の駆動方法による駆動信号の電圧値とイン
ク液滴の液量との関係を示す特性曲線図である。

【図１０】従来の駆動方法による駆動信号のパルス幅と
インク液滴の液量との関係を示す特性曲線図である。

【符号の説明】

１……プリンタ、２……吐出アクチュエータ、６……ヒ
ーター、７……ノズル、１１……中央処理ユニット、１
２……非吐出用駆動パルス制御回路、１５……吐出用駆
動パルス制御回路、Ｐ１……非吐出パルス、Ｐ２……吐
出パルス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 健二 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF39 AM03 AM15 AM18 AM21 AQ02 AR04 BA03 BA13

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズルよりインク液滴を飛び出させて印刷
   対象に付着させることにより印刷するプリンタにおい
   て、 第１のパルスを前記ヒーターに印加して、前記ノズルよ
   り前記インク液滴を飛び出させ、 前記第１のパルスを前記ヒーターに印加する前の所定の
   タイミングで、前記ノズルよりインク液滴を飛び出させ
   ない範囲の、前記ノズルのメニスカスに変化を与える第
   ２のパルスの前記ヒーターへの印加により、前記第１の
   パルスにより前記ノズルより飛び出す前記インク液滴の
   液量を可変することを特徴とするプリンタ。
2. 【請求項２】前記第２のパルスの印加の有無により、前
   記液量を可変することを特徴とする請求項１に記載のプ
   リンタ。
3. 【請求項３】前記第１のパルスに対して前記第２のパル
   スを印加するタイミングの可変により、前記液量を可変
   することを特徴とする請求項１に記載のプリンタ。
4. 【請求項４】前記第２のパルスのパルス幅の可変によ
   り、前記液量を可変することを特徴とする請求項１に記
   載のプリンタ。
5. 【請求項５】前記第２のパルスの電圧値の可変により、
   前記液量を可変することを特徴とする請求項１に記載の
   プリンタ。
6. 【請求項６】前記第２のパルスのパルス数の可変によ
   り、前記液量を可変することを特徴とする請求項１に記
   載のプリンタ。
7. 【請求項７】ノズルよりインク液滴を飛び出させて印刷
   対象に付着させることにより印刷するプリンタの駆動方
   法において、 第１のパルスを前記ヒーターに印加して、前記ノズルよ
   り前記インク液滴を飛び出させ、 前記第１のパルスを前記ヒーターに印加する前の所定の
   タイミングで、前記ノズルよりインク液滴を飛び出させ
   ない範囲の、前記ノズルのメニスカスに変化を与える第
   ２のパルスの前記ヒーターへの印加により、前記第１の
   パルスにより前記ノズルより飛び出す前記インク液滴の
   液量を可変することを特徴とするプリンタの駆動方法。