JP2004223895A - Ink ejection head controller and ink ejector - Google Patents

Ink ejection head controller and ink ejector Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent nonejection while sustaining a required ejection speed of ink drop by suppressing generation of kogation. <P>SOLUTION: The ink ejection head controller 40 for controlling the driving of an ink ejection head 10 ejecting an ink drop by heating ink in an ink compression chamber by means of a heating element 13b comprises a means 41 for detecting the use level of the ink ejection head 10 increasing as the number of driving times of the heating element 13b increases, a means 42 for storing that use level, a means 43 for judging whether that use level has reached a preset reference level or not, and a means 44 for controlling energy supply so that a lower energy than usual is supplied to the heating element 13b when the use level is judged to have reached the reference level. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーマル方式のインク吐出ヘッドの駆動を制御するインク吐出ヘッド制御装置、及びこのインク吐出ヘッド制御装置を用いたインク吐出装置に関するものである。
特に、本発明は、サーマル方式のインク吐出ヘッドの発熱素子へのエネルギー量を上記発熱素子の駆動回数に応じて制御するインク吐出ヘッド制御装置と、このインク吐出ヘッド制御装置を用いたインク吐出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、インク吐出装置の一例として、インクジェットプリンタが知られている。このインクジェットプリンタのインクの代表的な吐出方式として、熱エネルギーを用いてインクを吐出させるサーマル方式と、圧電素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式とが知られている。
サーマル方式のインク吐出部は、例えばインク加圧室と、インク加圧室内に設けられた発熱素子と、インク加圧室上に配置されたノズルとを備えるものである。そして、インク加圧室内のインクを発熱素子で急速に加熱し、発熱素子上のインクに気泡を発生させ、気泡発生時のエネルギーによってインク(インク滴)をノズルから吐出させるものである。
【0003】
このように、サーマル方式は、発熱素子を加熱することでインク滴を吐出させるインク吐出方式である。そのため、発熱素子の表面温度は300℃以上となり、インク滴の吐出を繰り返すに従い、発熱素子表面に、インク中の染料や添加物等の成分が変性して付着(堆積)してしまう場合がある。なお、このような発熱素子上の付着物は、従来より一般に、「コゲーション」と称されている。
【0004】
そして、発熱素子上にコゲーションが付着すると、本来の発熱素子表面の温度は、インク滴を吐出することができる温度になっているにもかかわらず、その温度が十分にインクに伝達されなくなる。このため、気泡発生効率が低下し、インク滴の吐出特性の変化、例えばインク滴の吐出速度の低下、さらにはインク滴の不吐出等が生じてしまうおそれがあった。
このような現象は、インクの種類や発熱素子の駆動電力等によって異なるが、例えばインク滴の吐出回数が数百万回〜数千万回でインク滴が不吐出になるおそれもあった。
【0005】
上記のようなコゲーションの発生を抑制する技術としては、耐熱性を向上させたインクの使用や、接液部材(発熱素子表面)の耐インク性の向上による方法が知られている。
【0006】
また、インク滴の吐出特性の経時変化を抑制する技術として、
(1)インク滴の吐出回数を記憶するとともに、ヘッドの温度とその温度での経過時間とを関連づけて計測して記憶し、それらの記憶内容に応じてインク吐出タイミングを制御するとともに、駆動パルスの幅を調整する技術(例えば、特許文献1参照)、
(2)ヘッドの温度を検出し、検出されたヘッドの温度に従って通常の記録時以外の時に通常の記録時とは異なる回復駆動条件によって発熱素子を駆動することで、コゲーションを除去する技術(例えば、特許文献2参照)、
(3)サーマル方式のものではなくピエゾ方式のものであるが、所定のインク滴の吐出回数後、駆動パルスの波形を補正して吐出特性を維持する技術(例えば、特許文献3参照)、
が知られている。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−88289号公報
【特許文献2】
特開平10−315502号公報
【特許文献3】
特開2001−138498号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の技術において、耐熱性を向上させたインクの使用や、接液部材の耐インク性の向上によってコゲーションを抑制する方法では、インクや発熱素子のコストが高くなるという問題がある。
また、上記特許文献1〜特許文献3による方法は、インクの吐出特性の経時変化を抑制する技術であり、コゲーションの発生の抑制に関する技術ではない。さらに特許文献3による方法にあっては、ピエゾ方式の技術であってサーマル方式特有の発熱素子のコゲーションの発生を抑制するためのものではない。
【0009】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、サーマル方式のインクジェットプリンタ等のインク吐出装置において、発熱素子のコゲーションの発生を抑制することにより、インク滴の必要な吐出速度を維持するとともに不吐出を防止することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の1つである請求項1の発明は、インク加圧室内に設けられた発熱素子にエネルギーを供給することにより、前記インク加圧室内のインクを加熱し、その加熱による熱エネルギーによって前記インク加圧室内からインク滴を吐出するインク吐出ヘッドの駆動を制御するためのインク吐出ヘッド制御装置であって、前記発熱素子の駆動回数に伴って増加する前記インク吐出ヘッドの使用レベルを検出する使用レベル検出手段と、前記使用レベル検出手段により検出された使用レベルを記憶する使用レベル記憶手段と、前記使用レベル記憶手段に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別する使用レベル判別手段と、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達したと判別されたときは、それまでに供給していたエネルギー量より少ないエネルギー量を前記発熱素子に供給するように制御する供給エネルギー量制御手段とを備えることを特徴とする。
【0011】
(作用)
上記発明においては、発熱素子の駆動回数に伴って増加するインク吐出ヘッドの使用レベル、例えばインク滴の吐出回数や印画枚数等が検出され、記憶される。そして、検出・記憶されている使用レベルが基準レベルに到達したと判別されると、それまでに供給されていたエネルギー量より少ないエネルギー量を発熱素子に供給するように制御される。ここで、基準レベルとは、例えば、発熱素子上のコゲーションの発生がそれまで以上に増大する状態となり、インク滴の吐出速度が上昇から低下に転じる発熱素子の駆動回数の推論値である。
【0012】
したがって、初期時には通常量のエネルギーを発熱素子に供給することで、初期時における必要なインク滴の吐出速度を確保することができると同時に、発熱素子上のコゲーションの発生がそれまで以上に増大する時のタイミングで発熱素子に供給するエネルギー量を少なくするので、インク滴の必要な吐出速度を確保しつつ、コゲーションの発生を抑制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態であるサーマル方式のインク吐出装置の一例であるインクジェットプリンタ(以下単に「プリンタ」という。)のインク吐出ヘッド(プリントヘッド)10を示す断面模式図である。また、図2は、図1中、ノズルシート11とヘッドチップ13とをより詳細に示す斜視図である。
【0014】
図1において、本実施形態のインク吐出ヘッド10は、Y(黄)、M(マゼンタ)、C(シアン)、及びK(黒)の4色ごとに、それぞれ複数のインク吐出部(1つのノズル11aに対応する部分)が設けられている。すなわち、各色ごとに、インク吐出部は、図1中、紙面に対して垂直な方向に数百個単位で並設されており、それらの数百個単位で並設されたインク吐出部が4色分設けられることによって、1つのインク吐出ヘッド10を形成している。また、インクタンク21は、上記の数百個単位で並設されたインク吐出部に対して1つ設けられている。
【0015】
インク吐出ヘッド10の最下部には、ノズルシート(本発明におけるノズル形成部材に相当するもの)11が設けられている。ノズルシート11は、インク滴を吐出するためのノズル11aを複数形成したものであり、例えばニッケルによる電鋳技術により形成されている。
【0016】
ノズルシート11上には、バリア層12及びヘッドチップ13が積層されている。
ヘッドチップ13は、図2に示すように、シリコン等からなる半導体基板13aの一方の面に析出形成された発熱抵抗体13bを備えるものであり、発熱抵抗体13bは、半導体基板13a上に形成された導体部(図示せず)を介してプリント基板17と電気的に接続されている。
なお、本実施形態では、1つのインク吐出部において、ヘッドチップ13は、図1中、左側にのみ設けられており、右側には、インク流路16aを形成する目的で、ダミーチップ14(ヘッドチップ13と略同一形状であるが、インク滴の吐出機能を発揮しないもの)が設けられている。
【0017】
また、バリア層12は、例えば、感光性環化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板13aの発熱抵抗体13bが形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。
【0018】
ここで、ノズルシート11のノズル11aの位置が発熱抵抗体13bの位置と合うように、すなわちノズル11aの中心軸と発熱抵抗体13bの中心軸とが同軸上に配置するように、ノズルシート11と、バリア層12と、ヘッドチップ13とが貼り合わされている。そして、ノズルシート11、バリア層12及びヘッドチップ13によって、インク加圧室(インク液室)15を構成している。
【0019】
すなわち、図2に示すように、インク加圧室15は、発熱抵抗体13bを囲むように、ヘッドチップ13、バリア層12及びノズルシート11から構成されている。そして、ヘッドチップ13は、インク加圧室15の天壁を構成し、バリア層12は、インク加圧室15の側壁を構成し、ノズルシート11は、インク加圧室15の底壁を構成する。これにより、インク加圧室15は、図2中、右側前方面に開口領域有し、この開口領域とインク流路16aとが連通される。
【0020】
ヘッドチップ13及びダミーチップ14上には、金属材料からなる流路板16が接着等されており、インク加圧室15とインクタンク21との間のインク流路16aを形成する。これにより、インクは、インクタンク21から流路板16によって形成されたインク流路16aを通り、インク加圧室15に供給される。
【0021】
また、図1において、流路板16の上方には、プリント基板17が配置されている。さらにまた、このプリント基板17の下側であって、流路板16の左側にはコネクタ30が実装されている。コネクタ30の図1中、上側の端子は、プリント基板17と電気的に接続されている。さらに、コネクタ30の図1中、下側の端子は、ヘッドチップ13の電極とワイヤボンディングにより金線18で接続されている。これにより、プリント基板17から流れた電流を、コネクタ30及び金線18を介してヘッドチップ13に送ることができる。
【0022】
さらにまた、プリント基板17は、FPC(フレキシブル・プリント・ケーブル)23によってプリンタ本体側の制御部と電気的に接続されている。さらに、ノズルシート11において、金線18によってコネクタ30とヘッドチップ13とが接続される領域は、開口されており、金線18によって接続された部分は、ノズルシート11の開口された部分を覆うように樹脂等の封止剤19により封止されている。
【0023】
また、コネクタ30及び流路板16の両側には、インク吐出部間の隔壁として補強の役割を果たすヘッドフレーム20が配置されている。ヘッドフレーム20は、ノズルシート11に接着されている。
さらにまた、インクタンク21は、プリント基板17を隔てて流路板16等が設けられた側の反対側に設けられている。さらに、プリント基板17には、インクタンク21内のインクを流路板16により形成されるインク流路16aに案内するためのインク供給管22が装着されている。
【0024】
以上の構成からなるインク吐出ヘッド10においては、プリンタの制御部からの指令によって、発熱抵抗体13bを選択するとともに、その選択した発熱抵抗体13bに短時間、例えば、1〜3μsecの間、画像データに基づくパルス電流が流される。これにより、発熱抵抗体13bが急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体13bと接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられる(インクが沸騰する)。
【0025】
これにより、ノズル11aに接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク滴iとしてノズル11aから吐出され(図2参照)、印画紙上に着弾され、ドットが形成される。すなわち、その発熱抵抗体13bに対応するインク加圧室15内のインクを、インク加圧室15に対向するノズル11aから吐出させることができる。
【0026】
なお、上記のインク滴iの吐出後は、インクタンク21から、インク流路16aを介して、吐出されたインク滴iの体積分だけのインクが再度そのインク加圧室15内に満たされる。これにより、再度のインク滴iの吐出が可能となる。
【0027】
また、本実施形態のプリンタには、発熱素子13bに供給するエネルギー量を制御するためのインク吐出ヘッド制御装置40が設けられている。このインク吐出ヘッド制御装置40により、コゲーションの発生を抑制している。
図3は、本実施形態のインク吐出ヘッド制御装置40の構成を示すブロック図である。図3に示すように、インク吐出ヘッド制御装置40は、使用レベル検出手段41と、使用レベル記憶手段42と、使用レベル判別手段43と、供給エネルギー量制御手段44とを備える。
【0028】
使用レベル検出手段41は、発熱素子13bの駆動回数に伴って増加するインク吐出ヘッド10の使用レベルを検出するためのものである。
ここで、「使用レベル」とは、発熱素子13bの駆動回数に伴って増加する物理量であって、その使用レベルによって少なくとも発熱素子13bの大まかな駆動回数を推論することができる物理量(推論値)である。使用レベルとしては、例えばインク滴の吐出回数、印画枚数、インクタンク21の交換回数、メンテナンス回数、又はインク吐出ヘッド10のクリーニング回数が挙げられる。
【0029】
そして、使用レベル検出手段41は、カウント等によって上述したいずれかの使用レベルを検出する。例えば使用レベルが印画枚数に設定されている場合には、使用レベル検出手段41は、累積印画枚数をカウントするとともに、その印画枚数に所定値を掛けて発熱素子13bの駆動回数の換算値を算出する。例えば、インク吐出ヘッド10によりラインヘッドを形成して、A4版の用紙1枚に対し、5回のインク滴の着弾によって1ドットを形成するとともに、7200ラインを印画すると仮定したとき、発熱素子13bの駆動回数は、
7200×5=36000(回)
となる。
この場合に、平均印画率を5%と仮定すれば、
36000×0.05=1800(回)
となる。
したがって、A4版の用紙1枚当たり、発熱素子13bの駆動回数を1800回とカウントする。
【0030】
また、インクタンク21の交換回数をカウントするときには、インクタンク21内のインクが無しと判別されるまでの発熱素子13bの駆動回数に換算した推論値を予め設定しておき、インクタンク21が交換されたことを検知したときに、発熱素子13bの駆動回数に換算した推論値を使用レベルとして検出する。
【0031】
ここで、インク吐出ヘッド10に対してインクタンク21が独立して分離され、インクタンク21のみを交換する場合には、インクタンク21が交換されたことを検知したときに、使用レベルを検出する。これに対し、インク吐出ヘッド10とインクタンク21とが一体型であり、インクタンク21の交換時にはインク吐出ヘッド10が同時に交換される場合には、インクタンク21が交換されたことを検知したときに、使用レベルをリセット(発熱素子13bの駆動回数を0にリセット)する。
【0032】
さらにまた、定期的にメンテナンスやインク吐出ヘッド10のクリーニングが行われる場合には、そのメンテナンスやクリーニングが行われるまでの発熱素子13bの駆動回数の推論値を予め設定しておき、メンテナンスやクリーニングが行われたことを検知したときに、使用レベルを検出する。
【0033】
使用レベル記憶手段42は、使用レベル検出手段41により検出された使用レベルを記憶しておくためのものであり、例えば不揮発性メモリにより形成される。なお、記憶しておく使用レベルとしては、例えば使用レベルが印画枚数に設定されている場合には、その印画枚数のデータそのものでも良く、あるいは、上述したように発熱素子13bの駆動回数に相当する換算値であっても良い。使用レベルがインクタンク21の交換回数、メンテナンス回数、インク吐出ヘッド10のクリーニング回数に設定されている場合も同様である。
【0034】
使用レベル判別手段43は、使用レベル記憶手段42に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別するものである。
ここで、本実施形態における基準レベルは、発熱素子13bの一千万回(10 回)の駆動回数(インク滴の吐出回数)に予め設定されている。発熱素子13bの一千万回の駆動回数を基準レベルに設定している理由については後述する。
【0035】
また、供給エネルギー量制御手段44は、使用レベル判別手段43により使用レベルが基準レベルに到達したと判別されたときは、それまでに供給していたエネルギー量より少ないエネルギー量を発熱素子13bに供給するように制御するものである。
【0036】
例えば、初期状態では、発熱素子13bに対してX1量のエネルギーを供給していたが、使用レベルが基準レベル(発熱素子13bの一千万回の駆動回数)に到達したと判別されたときは、それ以降は、発熱素子13bに対してX2量(X2<X1)のエネルギーを供給するように制御する。
以上のように制御することで、発熱素子13bのコゲーションの発生を少なくすることができる。
【0037】
図4は、発熱素子13bに加熱のためのエネルギーを供給するときの、駆動パルスのタイミングチャートを示す図である。
図4に示すように、インク滴を吐出しないときは、発熱素子13bに供給される電圧は、最低電圧に設定されている。これに対し、インク滴を吐出するときには、発熱素子13bに供給する電圧を最高電圧に上げるとともに、一定の駆動パルス幅の時間だけ維持する。これにより、発熱素子13bが加熱され、インク滴が吐出される。一旦インク滴が吐出されると、次に吐出されるまでの間の時間Tの経過後、再度、電圧が最高電圧に上げられ、インク滴の吐出が行われる。
【0038】
このような場合に、発熱素子13bに供給するエネルギーを少なくする方法としては、駆動パルス幅(最高電圧を供給し続ける時間)を小さくする方法、最高電圧自体を小さくする方法、、及び駆動パルス幅と最高電圧との双方を小さく方法等が挙げられるが、下記の実施形態では、駆動パルス幅を短くする方法を採用することとする。
【0039】
図5は、インク滴の吐出回数(発熱素子13bの駆動回数)と吐出速度との関係を示す図である。
図5では、
駆動周波数(1/T):8.4(kHz)
駆動電圧(最高電圧):10(V)
駆動パルス幅(時間):1.5(μs)
発熱素子13bの1個当たりの駆動電力:0.75(W)
とした。
すなわち、吐出時の発熱素子13bに供給される駆動エネルギーは、
1.5×0.75=1.125(μJ)
である。
【0040】
図5に示すように、この条件下におけるインク滴の吐出速度は、初期時はV(m/s)であったが、吐出回数が増大するに従い次第に上昇していき、吐出回数が一千万回付近で最高速度V (m/s)に到達する。しかしその後は、吐出速度は急速に低下していき、吐出回数が一億回(10 回)付近まで到達すると、初期時の吐出速度V の半分以下となる。このように吐出速度が低下した場合には、インク滴の着弾位置精度が低下し、さらにはインク滴の不吐出となるおそれがある。
【0041】
このような現象が生じるのは、初期時には、インク滴の吐出を繰り返すことで、発熱素子13b及びその周囲に対するエージングが行われ、これによって発熱素子13bの熱伝導率すなわちエネルギー効率が向上したと推測される。
しかし、熱伝導率すなわちエネルギー効率が向上することにより、過剰なエネルギーが発熱素子13bに次第に供給されることとなる。この結果、吐出回数がほぼ一千万回に到達した付近からコゲーションの発生が増大し、発熱素子13bの熱伝導率が低下してくるため、インク滴の吐出速度が急速に低下していくものと推測される。
【0042】
ここで、インク滴の吐出回数の増加に伴うコゲーションの発生を抑制するため、駆動エネルギーを最初から低く設定しておくことも考えられる。しかし、最初から駆動エネルギーを低く設定すると、初期時に必要な吐出速度V を確保することができなくなる。すなわち、エージングが未だ行われていない初期時において、インク滴の吐出に必要な吐出速度V を確保するためには、上述した1.125(μJ)の駆動エネルギーを発熱素子13bに供給する必要がある。
【0043】
そこで、本実施形態では、初期時は、インク滴の吐出速度V を確保することができる駆動エネルギーを発熱素子13bに供給するが、発熱素子13b及びその周囲に対するエージングが行われ、発熱素子13b上の熱伝導率すなわちエネルギー効率が向上し、以後は過剰なエネルギーが発熱素子13bに供給されると考えられる時点に到達したときに、発熱素子13bに供給する駆動エネルギーを少なくするように制御する。
【0044】
図6は、本実施形態の適用後の、インク滴の吐出回数と吐出速度との関係を示す図である。図5の場合と同様に、インク滴の吐出回数が一千万回に到達するまでは、発熱素子13bに対し、駆動パルス幅1.5(μs)の駆動エネルギーを供給する。これにより、インク滴の吐出回数が一千万回までの吐出速度の上昇の程度は、図5の場合と同様となる。
【0045】
そして、インク滴の吐出回数がほぼ一千万回に到達した付近で吐出速度が最高値V となり、その後の吐出速度は低下に転じる。そこで本実施形態では、吐出回数が一千万回に到達したときに、発熱素子13bに対し、駆動パルス幅を1.5(μs)から1.4(μs)にすることによって供給する駆動エネルギーを少なくする。
これにより、吐出回数が一千万回を超えた付近からコゲーションの発生が増大するが、このコゲーションの発生が増大し始まるタイミングで発熱素子13bに供給する駆動エネルギーを少なくするので、コゲーションの発生が抑制される。
【0046】
したがって、図6に示すように、吐出速度の低下が図5の場合と比較して大幅に少なくなり、吐出速度が一億回(10 回)に到達した付近で、初期時の吐出速度V とほぼ同等の速度となる。そして、その後も、吐出速度が大幅に低下することはなく、徐々に低下していくようになる。このようにすれば、吐出回数が数億回に到達しても、コゲーションの発生を抑制して必要な吐出速度を確保することができる。
【0047】
以上より、図5と比較すれば明らかであるが、図5の場合には、吐出回数が一億回(10 回)付近まで到達すると、吐出速度が初期時の半分以下となり、インク滴の着弾位置精度の低下や不吐出のおそれがあるが、図6の場合には、吐出回数が一億回(10 回)を超えても十分な吐出速度を確保することができるので、インク吐出ヘッド10の長寿命化を図ることができる。さらに、駆動エネルギーを少なくすることで、消費電力の低減を図ることもできる。
【0048】
ここで、以上のような駆動エネルギーの制御は、吐出回数が一千万回を境として2段階に変化させるようにしたが、3段階以上としても良い。例えば、吐出回数が一千万回に到達したときは、駆動パルス幅をそれまでの1.5(μs)から1.45(μs)とし、五千万回に到達したときには、さらに駆動パルス幅を1.45(μs)から1.40(μs)に制御することが挙げられる。
【0049】
なお、図5及び図6のグラフは、1つの例を示したものであって、インク滴の吐出速度の上昇がピークを向かえるのは、吐出回数が常に一千万回であるというわけではなく、種々の駆動条件や製造ばらつき等によって差が生じる。種々の実験結果では、吐出回数がほぼ一千万〜三千万回の範囲内で吐出速度がピークとなった。このように、吐出速度がピークを向かえる吐出回数は、必ずしも一定値をとるわけではないので、駆動エネルギーの変化を、多段階に行う方が好ましい。
【0050】
また、上記実施形態では、駆動電圧(最高電圧)を10(V)としたが、この駆動電圧を低下させることによって発熱素子13bに与える駆動エネルギーを少なくするようにしても良い。例えば、吐出回数が一千万回に到達するまでは駆動電圧を10(V)とし、一千万回に到達したときは、それ以降の駆動電圧を9(V)に低下させるように制御することが挙げられる。
【0051】
さらにまた、駆動パルス幅と駆動電圧とを同時に制御するようにしても良い。例えば、吐出回数が一千万回に到達するまでは、駆動パルス幅を1.5(μs)及び駆動電圧を10(V)とし、一千万回に到達したときは、それ以降の駆動パルス幅を1.45(μs)及び駆動電圧を9.5(V)に制御することが挙げられる。
【0052】
さらには、全てのインクの色で同一の制御を行うようにしても良いが、インクの色ごとに異なる制御を行うようにしても良い。インクは、色ごとに成分比率や添加物等が異なるため、特性が異なる。したがって、コゲーションの発生に対しても相違がある。例えば、黒色のインクでは、発熱素子13bの駆動回数に応じたコゲーションの発生が比較的緩やかであることが知られている。
【0053】
よって、例えば黒色以外のインクが供給される発熱素子13bに対しては図6で示した制御(吐出回数が一千万回に到達したときに駆動パルス幅を小さくする制御)を行うが、黒色のインクが供給される発熱素子13bに対しては、吐出回数が千五百万回に到達したときに駆動パルス幅を小さくするように制御するようにしても良い。
【0054】
また、インク吐出ヘッド10として、印画紙のほぼ全幅にわたってインク吐出部を並設したラインヘッドを用いる場合には、個々の発熱素子13bに対して上記のような制御を行うのではなく、ラインヘッドのインク吐出部を複数のグループに分け、そのグループ単位で使用レベルを検出して、そのグループ単位で駆動エネルギーを制御するようにしても良い。
なお、上記実施形態ではインクジェットプリンタ及びインクジェットプリンタに用いられるインク吐出ヘッド10を例に挙げたが、プリンタに限ることなく、種々のインク吐出装置に適用することができる。例えば、生体試料を検出するためのDNA含有溶液を吐出するための装置に適用することも無論可能である。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、使用レベルを検出して、その検出した使用レベルに応じて発熱素子に供給するエネルギーを少なくするように制御したので、発熱素子の駆動回数の増加に伴うコゲーションの発生を抑制することができる。これにより、発熱素子の駆動回数が増加しても、コゲーションの発生を抑制して必要な吐出速度を確保することができ、インク吐出ヘッドの長寿命化を図ることができる。さらに、供給エネルギーを少なくすることで消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態であるサーマル方式のインクジェットプリンタのインク吐出ヘッドを示す断面模式図である。
【図2】図1中、ノズルシートとヘッドチップとをより詳細に示す斜視図である。
【図3】本実施形態のインク吐出ヘッド制御装置の構成を示すブロック図である。
【図4】発熱素子に加熱のためのエネルギーを供給するときの、駆動パルスのタイミングチャートを示す図である。
【図5】インク滴の吐出回数(発熱素子の駆動回数)と吐出速度との関係を示す図である。
【図6】本実施形態の適用後の、インク滴の吐出回数と吐出速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
10 インク吐出ヘッド
11 ノズルシート(ノズル形成部材)
11a ノズル
13b 発熱素子
15 インク加圧室
40 インク吐出ヘッド制御装置
41 使用レベル検出手段
42 使用レベル記憶手段
43 使用レベル判別手段
44 供給エネルギー量制御手段
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink ejection head control device for controlling the driving of a thermal type ink ejection head, and an ink ejection device using the ink ejection head control device.
In particular, the present invention relates to an ink ejection head control device that controls the amount of energy to a heating element of a thermal ink ejection head in accordance with the number of times the heating element is driven, and an ink ejection device using the ink ejection head control device. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet printer has been known as an example of an ink ejection device. As a typical ink ejection method of the ink jet printer, a thermal method of ejecting ink using thermal energy and a piezo method of ejecting ink using a piezoelectric element are known.
The thermal type ink ejection unit includes, for example, an ink pressurizing chamber, a heating element provided in the ink pressurizing chamber, and a nozzle arranged on the ink pressurizing chamber. Then, the ink in the ink pressurizing chamber is rapidly heated by the heating element to generate bubbles in the ink on the heating element, and the ink (ink droplet) is discharged from the nozzle by the energy at the time of the generation of the bubbles.
[0003]
As described above, the thermal method is an ink discharge method in which an ink droplet is discharged by heating a heating element. Therefore, the surface temperature of the heating element becomes 300 ° C. or higher, and components such as dyes and additives in the ink are denatured and adhere (deposit) on the surface of the heating element as ink droplets are repeatedly ejected. . In addition, such a deposit on the heating element is generally referred to as “kogation”.
[0004]
When kogation adheres to the heating element, the temperature of the surface of the heating element is not sufficiently transmitted to the ink even though the temperature of the surface of the heating element is a temperature at which the ink droplet can be ejected. For this reason, the bubble generation efficiency is reduced, and there is a possibility that a change in the ejection characteristics of the ink droplets, for example, a reduction in the ejection speed of the ink droplets, and a non-ejection of the ink droplets may occur.
Such a phenomenon varies depending on the type of ink, the driving power of the heating element, and the like. For example, the number of times of ejection of the ink droplet may be several million to tens of million times, and the ink droplet may not be ejected.
[0005]
As a technique for suppressing the occurrence of kogation as described above, there is known a method of using ink with improved heat resistance or a method of improving ink resistance of a liquid contact member (surface of a heating element).
[0006]
Also, as a technique for suppressing the change over time of the ejection characteristics of ink droplets,
(1) In addition to storing the number of times of ink droplet ejection, the head temperature and the elapsed time at that temperature are measured and stored in association with each other, and the ink ejection timing is controlled according to the stored contents, and the driving pulse Technology to adjust the width of the (see, for example, Patent Document 1),
(2) Technology for detecting kogation by detecting the temperature of the head and driving the heat generating element according to the detected temperature of the head under a recovery driving condition different from that during normal recording at times other than during normal recording (kogation) ( For example, see Patent Document 2),
(3) A piezo type, not a thermal type, a technique of correcting the waveform of a drive pulse after a predetermined number of ink droplet ejections to maintain ejection characteristics (for example, see Patent Document 3)
It has been known.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-88289 A
[Patent Document 2]
JP-A-10-315502
[Patent Document 3]
JP 2001-138498 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, the use of ink with improved heat resistance and the method of suppressing kogation by improving the ink resistance of a liquid contact member increase the cost of ink and a heating element. is there.
Further, the methods disclosed in Patent Documents 1 to 3 are techniques for suppressing a change over time in ink ejection characteristics, and are not techniques for suppressing the occurrence of kogation. Furthermore, the method according to Patent Document 3 is a technique of a piezo method and is not for suppressing the occurrence of kogation of a heating element unique to a thermal method.
[0009]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to suppress the occurrence of kogation of a heating element in an ink ejection apparatus such as a thermal inkjet printer, thereby maintaining a necessary ejection speed of ink droplets and preventing non-ejection. Is to prevent.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problems by the following means.
The invention according to claim 1, which is one of the present inventions, heats the ink in the ink pressurizing chamber by supplying energy to a heating element provided in the ink pressurizing chamber, and heats the ink in the ink pressurizing chamber. An ink ejection head control device for controlling the driving of an ink ejection head that ejects ink droplets from an ink pressurizing chamber, and detects a use level of the ink ejection head that increases with the number of times the heating element is driven. Usage level detection means, usage level storage means for storing the usage level detected by the usage level detection means, and whether or not the usage level stored in the usage level storage means has reached a preset reference level A use level determining unit for determining whether the use level has reached the reference level by the use level determining unit. It is characterized in that it comprises a supply energy amount control means for controlling the smaller amount of energy than the energy which has been supplied so far to supply to the heating element.
[0011]
(Action)
In the above invention, the usage level of the ink ejection head, which increases with the number of times the heating element is driven, for example, the number of ink droplet ejections, the number of prints, and the like are detected and stored. When it is determined that the detected and stored use level has reached the reference level, control is performed so as to supply an energy amount smaller than the energy amount supplied up to that time to the heating element. Here, the reference level is, for example, an inferred value of the number of times of driving of the heating element in which the occurrence of kogation on the heating element is increased more than before and the ejection speed of the ink droplet is changed from increasing to decreasing.
[0012]
Therefore, by supplying a normal amount of energy to the heating element at the initial stage, it is possible to secure the necessary ink droplet ejection speed at the initial stage, and at the same time, the occurrence of kogation on the heating element is further increased. Since the amount of energy supplied to the heat generating element is reduced at the timing of the operation, it is possible to suppress the occurrence of kogation while securing the necessary ejection speed of the ink droplet.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings and the like. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an ink ejection head (print head) 10 of an ink jet printer (hereinafter, simply referred to as “printer”), which is an example of a thermal ink ejection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the nozzle sheet 11 and the head chip 13 in FIG. 1 in more detail.
[0014]
In FIG. 1, the ink discharge head 10 of the present embodiment includes a plurality of ink discharge units (one nozzle) for each of four colors of Y (yellow), M (magenta), C (cyan), and K (black). 11a). That is, for each color, the ink discharge units are arranged in units of several hundreds in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1, and the ink discharge units arranged in units of several hundreds are four in FIG. One ink ejection head 10 is formed by being provided for each color. In addition, one ink tank 21 is provided for each of the several hundred ink ejection units arranged in parallel.
[0015]
A nozzle sheet (corresponding to a nozzle forming member in the present invention) 11 is provided at the lowermost portion of the ink ejection head 10. The nozzle sheet 11 has a plurality of nozzles 11a for discharging ink droplets, and is formed by, for example, an electroforming technique using nickel.
[0016]
On the nozzle sheet 11, a barrier layer 12 and a head chip 13 are stacked.
As shown in FIG. 2, the head chip 13 includes a heating resistor 13b deposited on one surface of a semiconductor substrate 13a made of silicon or the like. The heating resistor 13b is formed on the semiconductor substrate 13a. The printed circuit board 17 is electrically connected to the printed circuit board 17 through a conductor (not shown).
In the present embodiment, the head chip 13 is provided only on the left side in FIG. 1 in one ink discharge unit, and the dummy chip 14 (head) is formed on the right side for the purpose of forming the ink flow path 16a. Which has substantially the same shape as the chip 13 but does not exhibit the function of ejecting ink droplets).
[0017]
The barrier layer 12 is made of, for example, a photosensitive cyclized rubber resist or an exposure-curable dry film resist, and is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate 13a on which the heating resistor 13b is formed. It is formed by removing unnecessary portions.
[0018]
Here, the nozzle sheet 11 is positioned so that the position of the nozzle 11a of the nozzle sheet 11 matches the position of the heating resistor 13b, that is, the center axis of the nozzle 11a and the center axis of the heating resistor 13b are coaxially arranged. , The barrier layer 12 and the head chip 13 are bonded to each other. The nozzle sheet 11, the barrier layer 12, and the head chip 13 constitute an ink pressurizing chamber (ink liquid chamber) 15.
[0019]
That is, as shown in FIG. 2, the ink pressurizing chamber 15 is composed of the head chip 13, the barrier layer 12, and the nozzle sheet 11 so as to surround the heating resistor 13b. The head chip 13 forms a top wall of the ink pressurizing chamber 15, the barrier layer 12 forms a side wall of the ink pressurizing chamber 15, and the nozzle sheet 11 forms a bottom wall of the ink pressurizing chamber 15. I do. Thereby, the ink pressurizing chamber 15 has an opening area on the right front surface in FIG. 2, and this opening area communicates with the ink flow path 16a.
[0020]
A flow path plate 16 made of a metal material is bonded on the head chip 13 and the dummy chip 14 to form an ink flow path 16 a between the ink pressurizing chamber 15 and the ink tank 21. Thus, the ink is supplied from the ink tank 21 to the ink pressurizing chamber 15 through the ink flow path 16 a formed by the flow path plate 16.
[0021]
In FIG. 1, a printed circuit board 17 is arranged above the flow path plate 16. Further, a connector 30 is mounted on the lower side of the printed circuit board 17 and on the left side of the flow path plate 16. The upper terminal of the connector 30 in FIG. 1 is electrically connected to the printed circuit board 17. Further, the lower terminal of the connector 30 in FIG. 1 is connected to the electrode of the head chip 13 by a gold wire 18 by wire bonding. Thus, the current flowing from the printed board 17 can be sent to the head chip 13 via the connector 30 and the gold wire 18.
[0022]
Furthermore, the printed circuit board 17 is electrically connected to a control unit on the printer main body side by an FPC (flexible print cable) 23. Further, in the nozzle sheet 11, a region where the connector 30 and the head chip 13 are connected by the gold wire 18 is opened, and a portion connected by the gold wire 18 covers the opened portion of the nozzle sheet 11. Is sealed by a sealing agent 19 such as a resin.
[0023]
Further, on both sides of the connector 30 and the flow path plate 16, head frames 20 serving as reinforcements as partition walls between the ink ejection portions are arranged. The head frame 20 is adhered to the nozzle sheet 11.
Furthermore, the ink tank 21 is provided on the side opposite to the side on which the flow path plate 16 and the like are provided with the printed board 17 therebetween. Further, an ink supply pipe 22 for guiding ink in the ink tank 21 to an ink flow path 16 a formed by the flow path plate 16 is mounted on the printed circuit board 17.
[0024]
In the ink ejection head 10 having the above-described configuration, the heating resistor 13b is selected according to a command from the control unit of the printer, and the selected heating resistor 13b is provided with an image for a short time, for example, 1 to 3 μsec. A pulse current based on the data flows. As a result, the heating resistor 13b is rapidly heated, and as a result, a gas-phase ink bubble is generated at a portion in contact with the heating resistor 13b, and a certain volume of ink is displaced by the expansion of the ink bubble (the ink boils). Do).
[0025]
As a result, an ink having the same volume as the displaced ink in the portion in contact with the nozzle 11a is ejected from the nozzle 11a as an ink droplet i (see FIG. 2), and is landed on the photographic paper to form a dot. That is, the ink in the ink pressurizing chamber 15 corresponding to the heating resistor 13b can be ejected from the nozzle 11a facing the ink pressurizing chamber 15.
[0026]
After the ejection of the ink droplets i, the ink pressurizing chamber 15 is filled again with the ink of the volume of the ejected ink droplets i from the ink tank 21 via the ink flow path 16a. This makes it possible to discharge the ink droplet i again.
[0027]
Further, the printer of the present embodiment is provided with an ink discharge head control device 40 for controlling the amount of energy supplied to the heating element 13b. The ink ejection head control device 40 suppresses the occurrence of kogation.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the ink discharge head control device 40 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the ink ejection head control device 40 includes a use level detection unit 41, a use level storage unit 42, a use level determination unit 43, and a supply energy amount control unit 44.
[0028]
The use level detecting means 41 detects the use level of the ink ejection head 10 which increases with the number of times of driving the heating element 13b.
Here, the “use level” is a physical quantity that increases with the number of times the heating element 13b is driven, and is a physical quantity (inference value) that can infer at least a rough number of times the heating element 13b is driven based on the usage level. It is. The use level includes, for example, the number of ink droplet ejections, the number of prints, the number of times of replacement of the ink tank 21, the number of maintenances, and the number of times of cleaning the ink ejection heads 10.
[0029]
Then, the use level detecting means 41 detects any of the use levels described above by counting or the like. For example, when the use level is set to the number of prints, the use level detecting means 41 counts the cumulative number of prints and multiplies the print number by a predetermined value to calculate a converted value of the number of times of driving the heating element 13b. I do. For example, when it is assumed that a line head is formed by the ink discharge head 10 and one dot is formed by landing ink droplets five times on one sheet of A4 size paper and 7200 lines are printed, the heating element 13b The driving frequency of
7200 × 5 = 36000 (times)
It becomes.
In this case, assuming that the average printing rate is 5%,
36000 × 0.05 = 1800 (times)
It becomes.
Therefore, the number of times of driving of the heating element 13b is counted as 1800 per A4 size sheet.
[0030]
When counting the number of times of replacement of the ink tank 21, an inferred value converted into the number of times of driving the heating element 13b until it is determined that there is no ink in the ink tank 21 is set in advance. When it is detected that the operation has been performed, an inference value converted into the number of times of driving of the heating element 13b is detected as a use level.
[0031]
Here, when the ink tank 21 is independently separated from the ink ejection head 10 and only the ink tank 21 is replaced, the use level is detected when it is detected that the ink tank 21 has been replaced. . On the other hand, when the ink discharge head 10 and the ink tank 21 are integrated, and when the ink discharge head 10 is replaced at the same time when the ink tank 21 is replaced, it is detected that the ink tank 21 has been replaced. Then, the use level is reset (the number of times of driving the heating element 13b is reset to 0).
[0032]
Furthermore, when the maintenance and cleaning of the ink ejection head 10 are performed periodically, an estimated value of the number of times of driving the heating element 13b until the maintenance and cleaning is performed is set in advance, and the maintenance and cleaning are performed. When detecting that the operation has been performed, the usage level is detected.
[0033]
The use level storage means 42 is for storing the use levels detected by the use level detection means 41, and is formed of, for example, a nonvolatile memory. When the use level is set to the number of prints, for example, the data of the number of prints may be used as the stored use level, or may correspond to the number of times of driving of the heating element 13b as described above. It may be a converted value. The same applies to the case where the usage level is set to the number of times of replacement of the ink tank 21, the number of times of maintenance, and the number of times of cleaning of the ink ejection head 10.
[0034]
The use level determining means 43 determines whether or not the use level stored in the use level storage means 42 has reached a preset reference level.
Here, the reference level in the present embodiment is 10 million times (10 7 ) (The number of times of ink droplet ejection). The reason why the ten million driving times of the heating element 13b is set to the reference level will be described later.
[0035]
When the use level determining unit 43 determines that the use level has reached the reference level, the supplied energy amount control unit 44 supplies the heating element 13b with an energy amount smaller than the energy amount that has been supplied up to that time. Control so that
[0036]
For example, in the initial state, X1 amount of energy is supplied to the heating element 13b, but when it is determined that the usage level has reached the reference level (10 million driving times of the heating element 13b), Thereafter, control is performed so as to supply energy of X2 amount (X2 <X1) to the heating element 13b.
By performing the control as described above, the occurrence of kogation of the heating element 13b can be reduced.
[0037]
FIG. 4 is a diagram showing a timing chart of a driving pulse when supplying energy for heating to the heating element 13b.
As shown in FIG. 4, when no ink droplet is ejected, the voltage supplied to the heating element 13b is set to the lowest voltage. On the other hand, when ejecting ink droplets, the voltage supplied to the heating element 13b is raised to the maximum voltage, and is maintained for a certain driving pulse width. As a result, the heating element 13b is heated, and ink droplets are ejected. Once an ink droplet is ejected, after a lapse of time T until the next ejection, the voltage is raised to the maximum voltage again, and the ink droplet is ejected.
[0038]
In such a case, as a method of reducing the energy supplied to the heating element 13b, a method of reducing the drive pulse width (time during which the maximum voltage is continuously supplied), a method of reducing the maximum voltage itself, and a method of reducing the drive pulse width There is a method of reducing both the maximum voltage and the maximum voltage. In the following embodiment, a method of shortening the drive pulse width will be adopted.
[0039]
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between the number of times of ejection of ink droplets (the number of times of driving the heating element 13b) and the ejection speed.
In FIG.
Drive frequency (1 / T): 8.4 (kHz)
Drive voltage (maximum voltage): 10 (V)
Drive pulse width (time): 1.5 (μs)
Driving power per heating element 13b: 0.75 (W)
And
That is, the driving energy supplied to the heating element 13b during ejection is:
1.5 × 0.75 = 1.125 (μJ)
It is.
[0040]
As shown in FIG. 5, the ejection speed of the ink droplet under this condition is initially V 0 (M / s), but gradually increases as the number of ejections increases, and when the number of ejections is around 10 million, the maximum speed V 1 (M / s). However, thereafter, the ejection speed rapidly decreases, and the number of ejections becomes 100 million times (10 8 Times), the initial discharge speed V 0 Less than half. When the ejection speed is reduced in this way, the accuracy of the landing position of the ink droplet may be reduced, and furthermore, the ink droplet may not be ejected.
[0041]
The reason why such a phenomenon occurs is that, at the initial stage, the heating element 13b and its surroundings are aged by repeating the ejection of ink droplets, and it is presumed that the thermal conductivity of the heating element 13b, that is, the energy efficiency, is improved. Is done.
However, as the thermal conductivity, that is, the energy efficiency is improved, excess energy is gradually supplied to the heating element 13b. As a result, the occurrence of kogation increases from the vicinity where the number of ejections reaches approximately 10 million times, and the thermal conductivity of the heating element 13b decreases, so that the ejection speed of ink droplets rapidly decreases. It is supposed to be.
[0042]
Here, in order to suppress the occurrence of kogation due to an increase in the number of ejections of ink droplets, the driving energy may be set low from the beginning. However, if the driving energy is set low from the beginning, the discharge speed V required at the initial stage 0 Can not be secured. That is, at the initial stage when aging has not yet been performed, the ejection speed V required for ejection of ink droplets 0 In order to ensure the above, it is necessary to supply the driving energy of 1.125 (μJ) described above to the heating element 13b.
[0043]
Therefore, in the present embodiment, the ejection speed V of the ink droplet is initially set. 0 Is supplied to the heating element 13b, the aging of the heating element 13b and its surroundings is performed, and the thermal conductivity on the heating element 13b, that is, the energy efficiency is improved. When a time point at which the power is supplied to the heating element 13b is reached, control is performed so that the driving energy supplied to the heating element 13b is reduced.
[0044]
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the number of times of ink droplet ejection and the ejection speed after application of the present embodiment. As in the case of FIG. 5, until the number of ejections of the ink droplets reaches 10 million times, the driving energy of the driving pulse width 1.5 (μs) is supplied to the heating element 13b. As a result, the degree of increase in the ejection speed until the number of ink droplet ejections reaches 10 million is the same as in the case of FIG.
[0045]
When the number of ink droplet ejections reaches approximately 10 million, the ejection speed reaches the maximum value V. 1 , And the discharge speed thereafter starts to decrease. Therefore, in the present embodiment, when the number of ejections reaches 10 million times, the driving energy supplied to the heating element 13b by changing the driving pulse width from 1.5 (μs) to 1.4 (μs). Less.
As a result, the occurrence of kogation increases from the vicinity where the number of ejections exceeds 10 million times. However, since the driving energy supplied to the heating element 13b is reduced at the timing when the occurrence of the kogation starts to increase, the kogation is reduced. Is suppressed.
[0046]
Accordingly, as shown in FIG. 6, the decrease in the discharge speed is significantly reduced as compared with the case of FIG. 8 Times), the initial discharge speed V 0 It is almost the same speed as. After that, even after that, the discharge speed does not significantly decrease but gradually decreases. In this way, even if the number of ejections reaches hundreds of millions, the occurrence of kogation can be suppressed and a necessary ejection speed can be secured.
[0047]
From the above, it is clear from comparison with FIG. 5, but in the case of FIG. 5, the number of ejections is 100 million times (10 8 6), the ejection speed is reduced to less than half of the initial speed, and there is a possibility that the landing position accuracy of the ink droplet may be reduced or the ink may not be ejected. However, in the case of FIG. 8 Times), a sufficient ejection speed can be secured, so that the life of the ink ejection head 10 can be extended. Further, power consumption can be reduced by reducing the driving energy.
[0048]
Here, the control of the driving energy as described above is such that the number of ejections is changed in two steps after the boundary of 10 million times, but may be three or more steps. For example, when the number of ejections reaches 10 million times, the drive pulse width is changed from 1.5 (μs) to 1.45 (μs), and when it reaches 50 million times, the drive pulse width is further increased. Is controlled from 1.45 (μs) to 1.40 (μs).
[0049]
Note that the graphs of FIGS. 5 and 6 show one example, and that the increase in the ejection speed of the ink droplets reaches the peak does not mean that the number of ejections is always 10 million times. Differences are caused by various driving conditions and manufacturing variations. In various experimental results, the ejection speed peaked when the number of ejections was approximately in the range of 10 to 30 million times. As described above, the number of ejections at which the ejection speed reaches a peak does not always take a constant value, so that it is preferable to change the driving energy in multiple stages.
[0050]
In the above-described embodiment, the driving voltage (the maximum voltage) is set to 10 (V). However, the driving voltage may be reduced to reduce the driving energy applied to the heating element 13b. For example, the driving voltage is set to 10 (V) until the number of ejections reaches 10 million times, and when the number of ejections reaches 10 million times, control is performed so that the driving voltage after that is reduced to 9 (V). It is mentioned.
[0051]
Furthermore, the drive pulse width and the drive voltage may be controlled simultaneously. For example, the drive pulse width is set to 1.5 (μs) and the drive voltage is set to 10 (V) until the number of ejections reaches 10 million times, and when the number of ejections reaches 10 million times, Controlling the width to 1.45 (μs) and the driving voltage to 9.5 (V) can be mentioned.
[0052]
Further, the same control may be performed for all ink colors, or different control may be performed for each ink color. Inks have different characteristics because the component ratios and additives are different for each color. Therefore, there is a difference in occurrence of kogation. For example, it is known that, with black ink, the occurrence of kogation according to the number of times of driving of the heating element 13b is relatively slow.
[0053]
Therefore, for example, the control shown in FIG. 6 (control to reduce the drive pulse width when the number of ejections reaches 10 million times) is performed on the heating element 13b to which ink other than black is supplied. For the heating element 13b to which the ink is supplied, the drive pulse width may be controlled to be reduced when the number of ejections reaches 15 million times.
[0054]
When a line head in which ink discharge units are arranged side by side over substantially the entire width of photographic paper is used as the ink discharge head 10, the above-described control is not performed on the individual heating elements 13b, but the line head is used. May be divided into a plurality of groups, the use level may be detected for each group, and the driving energy may be controlled for each group.
In the above-described embodiment, the ink jet printer and the ink discharge head 10 used in the ink jet printer have been described as an example. However, the present invention is not limited to the printer, but can be applied to various ink discharge devices. For example, it is of course possible to apply the present invention to an apparatus for discharging a DNA-containing solution for detecting a biological sample.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the use level is detected and the energy supplied to the heating element is controlled to be small according to the detected use level, the occurrence of kogation due to an increase in the number of times of driving the heating element is prevented. Can be suppressed. As a result, even if the number of times of driving of the heating element is increased, occurrence of kogation can be suppressed, a necessary ejection speed can be secured, and the life of the ink ejection head can be extended. Furthermore, power consumption can be reduced by reducing the supply energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an ink ejection head of a thermal inkjet printer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a nozzle sheet and a head chip in more detail in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an ink ejection head control device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a timing chart of a driving pulse when supplying energy for heating to a heating element.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between the number of times of ejection of ink droplets (the number of times of driving of a heating element) and the ejection speed.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the number of ejections of ink droplets and the ejection speed after application of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Ink ejection head
11 Nozzle sheet (nozzle forming member)
11a nozzle
13b Heating element
15 Ink pressurizing chamber
40 Ink discharge head control device
41 Usage level detection means
42 Use level storage means
43 Usage level determination means
44 Supply energy control means

Claims (10)

インク加圧室内に設けられた発熱素子にエネルギーを供給することにより、前記インク加圧室内のインクを加熱し、その加熱による熱エネルギーによって前記インク加圧室内からインク滴を吐出するインク吐出ヘッドの駆動を制御するためのインク吐出ヘッド制御装置であって、
前記発熱素子の駆動回数に伴って増加する前記インク吐出ヘッドの使用レベルを検出する使用レベル検出手段と、
前記使用レベル検出手段により検出された使用レベルを記憶する使用レベル記憶手段と、
前記使用レベル記憶手段に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別する使用レベル判別手段と、
前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達したと判別されたときは、それまでに供給していたエネルギー量より少ないエネルギー量を前記発熱素子に供給するように制御する供給エネルギー量制御手段と
を備えることを特徴とするインク吐出ヘッド制御装置。
By supplying energy to a heating element provided in the ink pressurizing chamber, the ink in the ink pressurizing chamber is heated, and the heat energy by the heating is used to discharge ink droplets from the ink pressurizing chamber. An ink ejection head control device for controlling driving,
Usage level detection means for detecting a usage level of the ink ejection head that increases with the number of times the heating element is driven,
Usage level storage means for storing the usage level detected by the usage level detection means,
A usage level determination unit configured to determine whether the usage level stored in the usage level storage unit has reached a preset reference level,
When the use level discriminator determines that the use level has reached the reference level, a supply energy amount control that controls the heat element to supply an energy amount smaller than the energy amount supplied up to that time. Means for controlling an ink ejection head.
インク加圧室内に設けられた発熱素子にエネルギーを供給することにより、前記インク加圧室内のインクを加熱し、その加熱による熱エネルギーによって前記インク加圧室内からインク滴を吐出するインク吐出ヘッドの駆動を制御するためのインク吐出ヘッド制御装置であって、
前記発熱素子の駆動回数に伴って増加する前記インク吐出ヘッドの使用レベルを検出する使用レベル検出手段と、
前記使用レベル検出手段により検出された使用レベルを記憶する使用レベル記憶手段と、
前記使用レベル記憶手段に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別する使用レベル判別手段と、
前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達していないと判別されたときは、前記インク滴を吐出するための第1エネルギー量を前記発熱素子に供給するとともに、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達したと判別されたときは、前記第1エネルギー量より少ない第2エネルギー量を前記発熱素子に供給するように制御する供給エネルギー量制御手段と
を備え、
ここで、前記第1エネルギー量は、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴ってインク滴の吐出速度が上昇してピークを迎え、その後、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴って低下するように変化する前記発熱素子の駆動のためのエネルギー量である
ことを特徴とするインク吐出ヘッド制御装置。
By supplying energy to a heating element provided in the ink pressurizing chamber, the ink in the ink pressurizing chamber is heated, and the heat energy by the heating is used to discharge ink droplets from the ink pressurizing chamber. An ink ejection head control device for controlling driving,
Usage level detection means for detecting a usage level of the ink ejection head that increases with the number of times the heating element is driven,
Usage level storage means for storing the usage level detected by the usage level detection means,
A usage level determination unit configured to determine whether the usage level stored in the usage level storage unit has reached a preset reference level,
When the use level discriminating means determines that the use level has not reached the reference level, the first energy amount for discharging the ink droplet is supplied to the heating element, and the use level discrimination means is used. And when the usage level is determined to have reached the reference level, a supply energy amount control unit that controls the heating element to supply a second energy amount smaller than the first energy amount,
Here, the first energy amount is such that the ejection speed of the ink droplets increases as the number of times of driving of the heating element increases and reaches a peak, and thereafter, decreases as the number of times of driving of the heating element increases. An ink amount for driving the heating element, the energy amount for driving the heat generating element changing to the following.
インク加圧室内に設けられた発熱素子にエネルギーを供給することにより、前記インク加圧室内のインクを加熱し、その加熱による熱エネルギーによって前記インク加圧室内からインク滴を吐出するインク吐出ヘッドの駆動を制御するためのインク吐出ヘッド制御装置であって、
前記発熱素子の駆動回数に伴って増加する前記インク吐出ヘッドの使用レベルを検出する使用レベル検出手段と、
前記使用レベル検出手段により検出された使用レベルを記憶する使用レベル記憶手段と、
前記使用レベル記憶手段に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別する使用レベル判別手段と、
前記発熱素子に供給するエネルギー量を制御する供給エネルギー量制御手段と
を備え、
前記供給エネルギー量制御手段は、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達していないと判別されたときは、前記インク滴を吐出するための第1エネルギー量を前記発熱素子に供給するとともに、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達したと判別されたときは、前記第1エネルギー量より少ない第2エネルギー量を前記発熱素子に供給するように制御し、
ここで、前記第1エネルギー量は、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴ってインク滴の吐出速度が上昇してピークを迎え、その後、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴って低下するように変化する前記発熱素子の駆動のためのエネルギー量であり、
前記使用レベル判別手段は、使用レベルが、前記第1エネルギー量を前記発熱素子に供給したときに前記発熱素子の駆動回数の増加に伴ってインク滴の吐出速度が上昇から低下に転じる前記ピーク及びその近傍の前記発熱素子の駆動回数の推論値に相当する前記基準レベルに到達したか否かを判別する
ことを特徴とするインク吐出ヘッド制御装置。
By supplying energy to a heating element provided in the ink pressurizing chamber, the ink in the ink pressurizing chamber is heated, and the heat energy by the heating is used to discharge ink droplets from the ink pressurizing chamber. An ink ejection head control device for controlling driving,
Usage level detection means for detecting a usage level of the ink ejection head that increases with the number of times the heating element is driven,
Usage level storage means for storing the usage level detected by the usage level detection means,
A usage level determination unit configured to determine whether the usage level stored in the usage level storage unit has reached a preset reference level,
A supply energy control unit that controls an amount of energy supplied to the heating element,
The supply energy amount control means supplies a first energy amount for discharging the ink droplets to the heating element when the use level determination means determines that the use level has not reached the reference level. And when the usage level determination unit determines that the usage level has reached the reference level, controls to supply a second energy amount smaller than the first energy amount to the heating element,
Here, the first energy amount is such that the ejection speed of the ink droplets increases as the number of times of driving of the heating element increases and reaches a peak, and thereafter, decreases as the number of times of driving of the heating element increases. The amount of energy for driving the heating element changes to
The use level determining unit includes a use level, wherein the first energy amount is supplied to the heating element, and the peak at which the ejection speed of the ink droplets changes from rising to decreasing with an increase in the number of times of driving of the heating element. An ink ejection head control device, which determines whether or not the reference level corresponding to an estimated value of the number of times of driving of the heating element in the vicinity is reached.
請求項1に記載のインク吐出ヘッド制御装置において、
前記供給エネルギー量制御手段は、前記発熱素子に供給する駆動パルスの電圧を小さくすることにより、前記発熱素子に供給するエネルギー量を少なくするように制御する
ことを特徴とするインク吐出ヘッド制御装置。
The ink discharge head control device according to claim 1,
The ink discharge head control device according to claim 1, wherein the supply energy control unit controls the amount of energy supplied to the heating element to be small by reducing a voltage of a driving pulse supplied to the heating element.
請求項1に記載のインク吐出ヘッド制御装置において、
前記供給エネルギー量制御手段は、前記発熱素子に供給する駆動パルスの幅を小さくすることにより、前記発熱素子に供給するエネルギー量を少なくするように制御する
ことを特徴とするインク吐出ヘッド制御装置。
The ink discharge head control device according to claim 1,
An ink discharge head control device according to claim 1, wherein the supply energy control means controls the amount of energy supplied to the heating element to be small by reducing the width of a driving pulse supplied to the heating element.
請求項1に記載のインク吐出ヘッド制御装置において、
前記使用レベル検出手段は、インク滴の吐出回数、印画枚数、インクタンクの交換回数、前記インク吐出ヘッドのクリーニング回数、及びメンテナンス回数のうち、少なくとも1つによって使用レベルを検出する
ことを特徴とするインク吐出ヘッド制御装置。
The ink discharge head control device according to claim 1,
The use level detection means detects a use level based on at least one of the number of times of ink droplet ejection, the number of prints, the number of times of ink tank replacement, the number of times of cleaning of the ink ejection head, and the number of times of maintenance. Ink ejection head control device.
請求項1に記載のインク吐出ヘッド制御装置において、
前記基準レベルは、複数設定されており、
前記使用レベル判別手段は、使用レベルが、複数の前記基準レベルのうちいずれかの前記基準レベルに到達したか否かを判別し、
前記供給エネルギー量制御手段は、前記使用レベル判別手段により使用レベルがいずれかの前記基準レベルに到達したと判別されたときは、各前記基準レベルに到達するに従って、前記発熱素子に供給するエネルギー量を段階的に少なくしていくように制御する
ことを特徴とするインク吐出ヘッド制御装置。
The ink discharge head control device according to claim 1,
A plurality of the reference levels are set,
The use level determining unit determines whether the use level has reached any one of the plurality of reference levels.
When the use level determining unit determines that the use level has reached any of the reference levels, the supplied energy amount control unit controls the amount of energy supplied to the heating element as the use level reaches each of the reference levels. An ink discharge head control device, wherein the control is performed so as to reduce the number of steps in a stepwise manner.
吐出すべきインクを収容するインク加圧室、
前記インク加圧室内に設けられ、前記インク加圧室内のインクを加熱するための発熱素子、
及び、前記発熱素子により加熱された前記インク加圧室内のインクを吐出するためのノズルが形成されたノズル形成部材
を含むインク吐出ヘッドと、
前記発熱素子の駆動回数に伴って増加する前記インク吐出ヘッドの使用レベルを検出する使用レベル検出手段、
前記使用レベル検出手段により検出された使用レベルを記憶する使用レベル記憶手段、
前記使用レベル記憶手段に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別する使用レベル判別手段、
及び、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達したと判別されたときに、それまでに供給していたエネルギー量より少ないエネルギー量を前記発熱素子に供給するように制御する供給エネルギー量制御手段
を含むインク吐出ヘッド制御手段と
を備えることを特徴とするインク吐出装置。
An ink pressurization chamber containing ink to be ejected,
A heating element provided in the ink pressurized chamber, for heating ink in the ink pressurized chamber;
And an ink ejection head including a nozzle forming member formed with a nozzle for ejecting ink in the ink pressurized chamber heated by the heating element,
Usage level detection means for detecting a usage level of the ink ejection head that increases with the number of times the heating element is driven,
Usage level storage means for storing the usage level detected by the usage level detection means,
A usage level determination unit configured to determine whether the usage level stored in the usage level storage unit has reached a preset reference level,
And when the use level discriminating means judges that the use level has reached the reference level, supply energy for controlling the heating element to supply an amount of energy smaller than the amount of energy supplied so far. An ink ejection apparatus comprising: an ink ejection head control unit including an amount control unit.
吐出すべきインクを収容するインク加圧室、
前記インク加圧室内に設けられ、前記インク加圧室内のインクを加熱するための発熱素子、
及び、前記発熱素子により加熱された前記インク加圧室内のインクを吐出するためのノズルが形成されたノズル形成部材
を含むインク吐出ヘッドと、
前記発熱素子の駆動回数に伴って増加する前記インク吐出ヘッドの使用レベルを検出する使用レベル検出手段、
前記使用レベル検出手段により検出された使用レベルを記憶する使用レベル記憶手段、
前記使用レベル記憶手段に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別する使用レベル判別手段、
及び、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達していないと判別されたときは、前記インク滴を吐出するための第1エネルギー量を前記発熱素子に供給するとともに、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達したと判別されたときは、前記第1エネルギー量より少ない第2エネルギー量を前記発熱素子に供給するように制御する供給エネルギー量制御手段
を含むインク吐出ヘッド制御手段と
を備え、
ここで、前記第1エネルギー量は、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴ってインク滴の吐出速度が上昇してピークを迎え、その後、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴って低下するように変化する前記発熱素子の駆動のためのエネルギー量である
ことを特徴とするインク吐出装置。
An ink pressurization chamber containing ink to be ejected,
A heating element provided in the ink pressurized chamber, for heating ink in the ink pressurized chamber;
And an ink ejection head including a nozzle forming member formed with a nozzle for ejecting ink in the ink pressurized chamber heated by the heating element,
Usage level detection means for detecting a usage level of the ink ejection head that increases with the number of times the heating element is driven,
Usage level storage means for storing the usage level detected by the usage level detection means,
A usage level determination unit configured to determine whether the usage level stored in the usage level storage unit has reached a preset reference level,
And when the usage level determining means determines that the usage level has not reached the reference level, supplies a first energy amount for discharging the ink droplets to the heating element, and When the determining unit determines that the use level has reached the reference level, the ink discharge includes a supply energy amount control unit that controls the heating element to supply a second energy amount smaller than the first energy amount. Head control means,
Here, the first energy amount is such that the ejection speed of the ink droplets increases as the number of times of driving of the heating element increases and reaches a peak, and thereafter, decreases as the number of times of driving of the heating element increases. An amount of energy for driving the heating element, the amount of which changes to the amount of energy.
吐出すべきインクを収容するインク加圧室、
前記インク加圧室内に設けられ、前記インク加圧室内のインクを加熱するための発熱素子、
及び、前記発熱素子により加熱された前記インク加圧室内のインクを吐出するためのノズルが形成されたノズル形成部材
を含むインク吐出ヘッドと、
前記発熱素子の駆動回数に伴って増加する前記インク吐出ヘッドの使用レベルを検出する使用レベル検出手段、
前記使用レベル検出手段により検出された使用レベルを記憶する使用レベル記憶手段、
前記使用レベル記憶手段に記憶された使用レベルが、予め設定された基準レベルに到達したか否かを判別する使用レベル判別手段、
前記発熱素子に供給するエネルギー量を制御する供給エネルギー量制御手段
を含むインク吐出ヘッド制御手段と
を備え、
前記供給エネルギー量制御手段は、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達していないと判別されたときは、前記インク滴を吐出するための第1エネルギー量を前記発熱素子に供給するとともに、前記使用レベル判別手段により使用レベルが前記基準レベルに到達したと判別されたときは、前記第1エネルギー量より少ない第2エネルギー量を前記発熱素子に供給するように制御し、
ここで、前記第1エネルギー量は、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴ってインク滴の吐出速度が上昇してピークを迎え、その後、前記発熱素子の駆動回数の増加に伴って低下するように変化する前記発熱素子の駆動のためのエネルギー量であり、
前記使用レベル判別手段は、使用レベルが、前記第1エネルギー量を前記発熱素子に供給したときに前記発熱素子の駆動回数の増加に伴ってインク滴の吐出速度が上昇から低下に転じる前記ピーク及びその近傍の前記発熱素子の駆動回数の推論値に相当する前記基準レベルに到達したか否かを判別する
ことを特徴とするインク吐出装置。
An ink pressurization chamber containing ink to be ejected,
A heating element provided in the ink pressurized chamber, for heating ink in the ink pressurized chamber;
And an ink ejection head including a nozzle forming member formed with a nozzle for ejecting ink in the ink pressurized chamber heated by the heating element,
Usage level detection means for detecting a usage level of the ink ejection head that increases with the number of times the heating element is driven,
Usage level storage means for storing the usage level detected by the usage level detection means,
A usage level determination unit configured to determine whether the usage level stored in the usage level storage unit has reached a preset reference level,
An ink ejection head control unit including a supply energy amount control unit that controls an amount of energy supplied to the heating element,
The supply energy amount control means supplies a first energy amount for discharging the ink droplets to the heating element when the use level determination means determines that the use level has not reached the reference level. And when the usage level determination unit determines that the usage level has reached the reference level, controls to supply a second energy amount smaller than the first energy amount to the heating element,
Here, the first energy amount is such that the ejection speed of the ink droplets increases as the number of times of driving of the heating element increases and reaches a peak, and thereafter, decreases as the number of times of driving of the heating element increases. The amount of energy for driving the heating element changes to
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