JP2003334954A - インクジェット記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数のヒーターを時分割駆動するＢＪヘッド
において、プレヒートパルスと、メインパルスを用い、
かつ高速駆動を可能とする。これにより高速かつ高品位
の記録を可能とする。 【解決手段】 一つのブロックのメインパルスの前端に
重なるように別のブロックのプレヒートパルスを駆動す
る。配線には微小なインダクタンスがありこれにより電
圧降下を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
ヘッドの駆動方法に関するもので、さらに詳しくは多数
の発熱素子を有しその発熱素子に通電過熱してインクを
吐出するインクゲット記録ヘッドの駆動方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型インクジェット記録方法
は、近年急速に発展し、中でも、ヒーターによりインク
を加熱し、発泡させることによりインクを吐出するいわ
ゆるバブルジェット（登録商標）記録は、記録ヘッドの
構造が簡単であり、多数のノズルを高密度に配置するこ
とが可能である等の利点が有り、広く用いられている。

【０００３】かかる記録ヘッドを用いて高品質な画像を
得るためにはインクの吐出量、吐出速度などが温度など
によらず安定であることが要求されるが、実際には発泡
力、インクの粘度、表面張力等は温度により変化するた
め、インクの吐出量、吐出速度などが変化する。これを
解決する手段として、ヘッド温度を検出して温度に応じ
てヒーターに印加する電力パルスを変化させる事により
補正方法がある。

【０００４】ヒーターに印加する電力パルスを変化させ
る事により補正を行う場合には、ヒーターに印加する電
力パルスを、単一のパルスではなく、あらかじめヒータ
ー直上のインクを予備加熱するプレヒートパルスとイン
クを発泡させるメインパルスの二つで構成し、プレヒー
トパルスのパルス幅又はプレヒートパルスとメインパル
スの間の休止時間を変化させることで発泡パワーを調整
することが効果的である。単一パルスでは、広い範囲で
調整することが困難であるという問題がある。

【０００５】ヒーターに印加する電力パルスをプレヒー
トパルスとメインパルスにすると、その他にも、ヒータ
ーの面積あたりの発泡力を増す効果があり、小型のヒー
ターで大きな発泡力を得ることができインクジェットヘ
ッドの設計の自由度が増し高性能のインクジェットヘッ
ドを作ることができるという利点がある。

【０００６】以上のように、ヒーターに印加する電力パ
ルスとしてプレヒートパルスとメインパルスを用いると
多くの利点があり、広く用いられている。

【０００７】高速度の記録を行うためにはノズルの数を
増すことが有効である。しかしながら、多数のノズルを
同時に駆動する場合、瞬間的に大きな電力を必要とする
ため、電源の電圧降下が発生し、確実に駆動するために
は、きわめて大きな電源を必要とする。また、電源を十
分に大きくしても、インクジェット記録ヘッド内および
その周辺の配線による抵抗があるため電圧降下が避けら
れない。殊に前述のバブルジェット記録方法においては
数マイクロ秒の極めて短いパルス電力によりインクを発
泡させるため、駆動の瞬間に大きな電流が流れ、電圧降
下が発生する。その結果、駆動エネルギーが不足し、イ
ンクの吐出が不安定となり、記録画像が不良となる。

【０００８】この問題を避けるため、従来より、多数の
ノズルを複数のブロックの分割し、ブロックごとに別々
のタイミングで駆動する時分割駆動を行うことが一般的
である。しかし、ノズル数が多い場合には、一つのノズ
ル数が多くなり、電圧降下が避けられない。同時に駆動
するノズルを減らすためブロックの数を多くすると、す
べてのブロックを駆動するために要する時間が長くな
り、駆動周波数を低くせざるを得なくなる。

【０００９】この問題は、電力パルスとしてプレヒート
パルスとメインパルスを用いる場合には殊に重大であ
る。単一パルスであればそのパルス幅の最適値は通常１
ないし３マイクロ秒程度であるがプレヒートパルスとメ
インパルスとする場合には、プレヒートパルス、パルス
間隔、メインパルスの総和が５ないし１０マイクロ秒に
達し、各ブロックを駆動する時間が長くなり、すべての
ブロックを駆動するために要する時間が著しく長くなっ
てしまう。

【００１０】プレヒートパルスとメインパルスを用い、
かつ高速で多数のノズルを駆動する方法としては、ある
ブロックのヒーターを駆動するプレヒートパルスとメイ
ンパルスの間の休止時間に別のブロックのヒーターのプ
レヒートパルスの駆動を行う方法がある。特開平７−０
９６６０８号明細書、特開平８−１１２９０１号明細書
には、かかる方法が記載されている。また、特開平９−
２５４３６８号明細書、特開平９−３００６２２号明細
書にはかかる駆動を行うための回路が記載されている。
この方法によればある程度までは高速駆動が可能になる
が、パルスの時間の自由度が少なく、プレヒートパル
ス、メインパルス、休止時間を最適化することができな
い。また、単一パルスほどには高速駆動をすることがで
きない。

【００１１】したがって、高速で駆動するためにはブロ
ックの数を少なくすることは避けられず、同時に駆動す
るノズル数を多くせざるを得ない。その結果大きな電圧
降下が発生するため、電圧降下が有っても駆動に必要な
電力が不足しないようにパルス幅を十分に大きく設定せ
ざるを得ない。その結果、消費電力が増大する、記録ヘ
ッドの温度上昇が大きい、記録ヘッドの寿命が短くな
る、焦げが発生して吐出性能が低下し記録画像の品位が
低下するなどの問題を生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の前述
の問題点を解決するためになされたもので、多数のヒー
ターを複数のブロックに分割して駆動し、かつプレヒー
トパルスとメインパルスからなる駆動パルスを用いるこ
とを可能とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドの駆動方法は多数のヒーターを有し、そのヒ
ーターを複数のブロックに分割して駆動してインクを吐
出するインクジェット記録ヘッドにおいて、ヒーターを
駆動する電力パルスが、少なくとも発泡に先立ってヒー
ター直上のインクを加熱するプレヒートパルスとインク
を発泡させるメインパルスよりなり、ひとつのブロック
のヒーターを駆動するメインパルスと時間的に重なって
別のブロックのプレヒートパルスを与えるものであり、
前記時間的に重なって駆動されるプレヒートパルスは、
メインパルスの終了以前に終了する。

【００１４】本発明においては、プレヒートパルスの開
始のタイミングはそれと重なるメインパルスの開始のタ
イミングよりも早いことが望ましい。

【００１５】本発明においては、インクジェット記録ヘ
ッドに電力を供給する配線に、ごく小さなインダクタン
スがあることが望ましい。このインダクタンスは、殊に
コイルなどの部品を設ける必要はなく、配線自体によっ
て発生するインダクタンスを用いることができる。

【００１６】［作用］通常、ひとつのブロックのヒータ
ーを駆動するメインパルスと時間的に重なって別のブロ
ックのプレヒートパルスを与えると、電圧降下が大き
く、多数のブロックに分割した効果が無くなる。本発明
において、メインパルスはその前半についてはプレヒー
トパルスと重なる場合があるので大きな電圧降下がある
が、プレヒートパルスが終了することによって大きな電
圧降下が解消される。さらにその直後にインダクタンス
の作用により、メインパルスを駆動しているヒーターの
みを駆動したときよりも高い電圧がメインパルスを駆動
しているヒーターに加わる。その結果、メインパルスの
前半でプレヒートパルスと重なったことによる発熱エネ
ルギーの減少がメインパルスの後半で補われ、メインパ
ルスの発熱量全体としてはプレヒートパルスと重なった
ことによる影響が小さくなる。

【００１７】電圧降下が大きい場合には発泡の瞬間のヒ
ーターの発熱量が小さくなり、インクに与えられる熱流
束が小さくなる。その結果、発泡が不安定となりインク
の吐出状態が不安定となるという問題がある。それに対
して本発明においてはプレヒートパルスがメインパルス
の終了以前に終了するので、メインパルスの後半である
発泡の瞬間には、電圧降下は大きくなく、熱流束は十分
に大きく、発泡の安定性を損なうことは無い。

【００１８】本発明によっても、メインパルスと重なっ
ているプレヒートパルスは電圧降下の影響を避けられ
ず、その瞬間にメインパルスを駆動するヒーターの数に
応じてエネルギーが変化してしまう。しかしながら、プ
レヒートパルスとメインパルスよりなる駆動パルスで駆
動する場合、プレヒートパルのエネルギーの変動はメイ
ンパルスに比べて吐出特性に与える影響が小さいので、
その影響は無視しうる。

【００１９】プレヒートパルスの開始のタイミングはそ
れと重なるメインパルスの開始のタイミングよりも早い
ことが望ましい。両者が一致すると、その瞬間にインダ
クタンスの作用により電圧降下が増大するという問題が
ある。プレヒートパルスの方が遅く始まった場合にはプ
レヒートパルスの開始時にインダクタンスの作用による
電圧降下が生じ、メインパルスのエネルギーが減少す
る。

【００２０】本発明の効果を十分に発揮するためには、
インクジェットヘッドに電力を供給する配線に適度のイ
ンダクタンスが有ることが必要である。インダクタンス
があることによりメインパルスの後半で電圧が上昇する
作用があるためである。このインダクタンスはごく小さ
いものが最適であり、通常の配線方法により生じる程度
で最適である。殊にインダクタンスを発生させるための
配線形状などを設けても良いが必ずしも必要ではない。
インダクタンスが大きすぎる場合には駆動パルスの立ち
上がりが鈍くなる、駆動パルスの終端で高電圧が発生す
るため回路の耐圧を高める必要がある、などの問題を生
じる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、この発
明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成要素はあくま
で例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する
趣旨のものではない。

【００２２】図１に本発明に基づく電力パルスの形態を
示す。

【００２３】本発明は、ヒーターを多数のブロックに分
割して駆動する場合にその効果が大きい。この例では４
つのブロックに分割して駆動している。

【００２４】図の例では、プレヒートパルスのパルス幅
は１マイクロ秒、メインパルスのパルス幅は２マイクロ
秒、その間の休止時間は３マイクロ秒としている。

【００２５】第１ブロックのメインパルスが始まる０．
５マイクロ秒前から第２ブロックのプレヒートパルスが
始まっており、メインパルスの先頭部分のみで両者が同
時に駆動されるようになっている。同様に、第２ブロッ
クのメインパルスと第３ブロックのプレヒートパルス、
第３ブロックのメインパルスと第４ブロックのプレヒー
トパルス、第４ブロックのメインパルスと第１ブロック
のプレヒートパルスが同時に駆動される。

【００２６】尚、例えばシリアルプリンタにおいてキャ
リッジの動きをエンコーダで検知してヘッドを駆動する
場合においては駆動周期が微妙に変化する場合がある
が、そのような場合等には、第４ブロックのメインパル
スが終了してから第１ブロックのプレヒートパルスを駆
動するする構成とすればよい。

【００２７】図２に本発明にしたがってプレヒートパル
スとメインパルスを同時に駆動することのできる、ヘッ
ドのドライバー回路の一例を示す。図中Aと記した部分
を図３に示す。また、表１に、図３の各入力信号とMB、
MD、PB、PDと記した各バスの結線を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】記録すべき画像のデータは、ヘッドのブロ
ックごとにシフトレジスタおよびラッチ（PD）に送られ
る。同時に、シフトレジスタおよびラッチ（PB）に、駆
動すべきブロックを指定する信号を送る。PPにプレヒー
トパルスの信号を送ると所定のヒーターでプレヒートパ
ルスが駆動される。

【００３０】シフトレジスタおよびラッチ（PD）のデー
タは次のブロックのデータを送り込まれるとともにシフ
トレジスタおよびラッチ（MD）に移る。同様にシフトレ
ジスタおよびラッチ（PD）の信号もシフトレジスタおよ
びラッチ（MB）に移る。MPにメインパルスの信号を送る
と所定のヒーターでメインパルスが駆動される。

【００３１】このドライバー回路により、プレヒートパ
ルスとメインパルスを同時に駆動することができる。し
かも記録すべきデータをドライバーに２度転送する必要
は無いので高速駆動に適している。

【００３２】図１の例では、インクジェット記録ヘッド
の駆動周波数は最大７１ｋHzとなる。プレヒートパルス
とメインパルスは、必ずしも常に重ねる必要は無いの
で、頃よりも低い周波数も可能である。ブロック数を８
とすれば最大３６ｋHz、１６とすれば１８ｋHzであり、
高速の駆動が可能である。実際には、インクを吐出した
後再びインクがノズルを満たすまでの時間、インクジェ
ット記録ヘッドを移動させるキャリッジの動作速度など
を考慮して定める必要がある。

【００３３】図１において、インクジェット記録ヘッド
の温度などに応じてプレヒートパルスを変化させる場合
には、プレヒートパルスの開始のタイミングを変化させ
ることによりプレヒートパルスのパルス幅を変化させ、
休止時間およびメインパルスの幅は変化させないで行う
と良い。これにより、プレヒートパルスのエネルギーを
変化させても、本発明の条件である、メインパルスの後
端側にプレヒートパルスを重ねないこと、重なっている
プレヒートパルスがメインパルスよりも先に終了するこ
と、という条件が確実に満たされる。

【００３４】［その他の実施の形態］先の実施の形態で
はヒーターを４つのブロックに分割して駆動する場合に
ついて記したが、本発明は、駆動すべきヒーターの数が
多くさらに多数のブロックに分割する必要がある場合に
特に効果が大きい。

【００３５】ヒーターはインクジェット記録ヘッドの各
ノズルに１個であるものに限らず、複数個設ける場合に
も適用可能である。

【００３６】先に実施の形態では第１のブロックのメイ
ンパルスと第２のブロックのプレヒートパルスを重ねる
ように駆動したが、第２のブロックのプレヒートパルス
を第１のブロックの休止時間に駆動し、第３のブロック
のプレヒートパルスを第１のブロックのメインパルスと
重なるようにすることも有効である。このようにするこ
とでより多数のブロックに分割した場合においても、休
止時間を十分に設けて高速で駆動することが可能とな
る。

【００３７】プレヒートパルスは一つのパルスである必
要は無く、複数であっても良い。

【００３８】なお、本発明は、複数の機器から構成され
るシステムに適用しても良いし、また、一つの機器から
なる装置に適用しても良い。

【００３９】また、本発明は、前述した実施形態の機能
を実現するソフトウェアのプログラムを、システム或い
は装置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或い
は装置のコンピュータが該供給されたプログラムコード
を読み出して実行することによっても達成される場合を
含む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形
態は、プログラムである必要はない。

【００４０】従って、本発明の機能処理をコンピュータ
で実現するために、該コンピュータにインストールされ
るプログラムコード自体も本発明を実現するものであ
る。つまり、本発明のクレームでは、本発明の機能処理
を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれ
る。

【００４１】その場合、プログラムの機能を有していれ
ば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行され
るプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プ
ログラムの形態を問わない。

【００４２】プログラムを供給するための記録媒体とし
ては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハー
ドディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ
−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発
性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，
ＤＶＤ−Ｒ）などがある。

【００４３】その他、プログラムの供給方法としては、
クライアントコンピュータのブラウザを用いてインター
ネットのホームページに接続し、該ホームページから本
発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮
され自動インストール機能を含むファイルをハードディ
スク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供
給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログ
ラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファ
イルを異なるホームページからダウンロードすることに
よっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理を
コンピュータで実現するためのプログラムファイルを複
数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバ
も、本発明のクレームに含まれるものである。

【００４４】また、本発明のプログラムを暗号化してＣ
Ｄ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所
定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを
介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロ
ードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化され
たプログラムを実行してコンピュータにインストールさ
せて実現することも可能である。

【００４５】また、コンピュータが、読み出したプログ
ラムを実行することによって、前述した実施形態の機能
が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コン
ピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一
部または全部を行ない、その処理によっても前述した実
施形態の機能が実現され得る。

【００４６】さらに、記録媒体から読み出されたプログ
ラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコ
ンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモ
リに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、
その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ
などが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理
によっても前述した実施形態の機能が実現される。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多数のヒーターを有するインクジェット記録ヘッドを高
速で駆動することができる。しかもプレヒートパルスと
メインパルスよりなる駆動パルスを用いるので、高効率
で高性能のインクジェット記録ヘッドを構成することが
可能であり、温度などの環境変化の影響を保証すること
も可能となるので、高品位の記録画像を安定して得るこ
とが可能となる。本発明は殊に、プレヒートパルスとメ
インパルスの間の休止時間に他のブロックのプレヒート
パルスを駆動する方法と併用すれば、設計の自由度が大
きく高速かつ高品位の記録を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る電力パルスの波形を示
すタイミングチャートである。

【図２】本発明の実施形態に係るヘッドドライバ回路を
示す図である。

【図３】本発明の実施形態に係るヘッドドライバ回路の
詳細を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数のヒーターを有し、そのヒーターを
   複数のブロックに分割して駆動してインクを吐出するイ
   ンクジェット記録ヘッドにおいて、 ヒーターを駆動する電力パルスが、少なくとも発泡に先
   立ってヒーター直上のインクを加熱するプレヒートパル
   スとインクを発泡させるメインパルスよりなり、 ひとつのブロックのヒーターを駆動するメインパルスと
   時間的に重なって別のブロックのプレヒートパルスを与
   えるものであり、 前記時間的に重なって駆動されるプレヒートパルスは、
   メインパルスの終了以前に終了する事を特徴とする、イ
   ンクジェット記録ヘッドの駆動方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、プレヒートパルスの
   開始のタイミングはそれと重なるメインパルスの開始の
   タイミングよりも早いことを特徴とするインクジェット
   記録ヘッドの駆動方法。
3. 【請求項３】 請求項１において、インクジェット記録
   ヘッドに電力を供給する配線に、ごく小さなインダクタ
   ンスを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ドの駆動方法。