JP2007118298A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 信号線数を増加させることなく、使用頻度が高くて保護膜の削れが進行してしまった記録ノズルに対して、投入するエネルギーを高い精度で適正なエネルギーに制御することを可能とする。
【解決手段】 記録素子を吐出エネルギー毎にグループに分類し、該グループを時間的に順次駆動することにより１ラスターを印刷するインクジェット記録装置の構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関し、詳しくは複数の記録素子を有する記録ヘッドを駆動するための駆動制御方法に関する。

近年、デジタル方式の複写機，プリンタの実用化が急速に進んでおり、特に、デジタル方式のカラープリンタ，カラー複写機は、色調整，画像加工等が容易というデジタルの特徴が生かされるため、カラープリンタ，カラー複写機の分野では主流となりつつある。

これら記録装置の記録方式としては、電子写真方式，インクジェット方式，熱転写方式等、種々の方式があるが、インクジェット方式、例えば、吐出ヒーターの発生する熱によりインク液滴を吐出させるいわゆるバブルジェット（登録商標）方式のような記録方式では、以下に説明する様な問題がある。

図８は、インクジェット方式のフルカラープリンターの構成例を側面から観た装置概要図である。

同図において、記録紙カセット０８０１に格納された記録紙０８０２は、給紙ローラ０８０３によって分離搬送され、レジストローラ０８０４により、搬送のタイミング合わせを行ない、搬送ベルト０８０５によって図中矢印の方向に搬送される。インクジェット方式の記録ヘッド０８０６、０８０７、０８０８、０８０９は、記録紙幅に対応して吐出口を配列したフルマルチヘッドであり、記録紙０８０２の搬送にともなって、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順にインクを吐出しフルカラー画像を記録する。その後、記録紙０８０２は、排紙ローラ０８１０により装置外に排出される。

前記記録ヘッドは、製造プロセス等の製造上のばらつき、或いは経時的な記録ノズルの特性変化によりインク吐出が可能な電力にばらつきを生じるため、記録ヘッドごと、或いは記録ノズルごとに駆動電力を変えることが望まれる。

図５にバブルジェット（登録商標）方式プリンタの液滴吐出エネルギーを発生させる吐出ヒーター構成部の模式図を示す。

図５―Ａは初期状態を示している。基材０５０５の上にヒーター材０５０１とヒーター材０５０１に電力を供給する配線材０５０４が構成され、その上に、蓄熱層０５０３と保護膜０５０２が配置される。ヒーター材０５０１、蓄熱層０５０３、保護膜０５０２は、記録ノズルごとに、製造プロセス等の製造上のばらつきを有している。配線材０５０４からヒーター材０５０１に通電すると、ヒーター材０５０１の発熱により保護膜０５０２上面に接したインク液０５０６を加熱し、発泡現象を発生させてインクを吐出する。これを繰り返すことにより、印刷が行われる。このとき、発泡現象が終了して消泡する場合、キャビテーションにより大きな衝撃が保護膜０５０２上に加わる。キャビテーションによる衝撃が繰り返し加わることにより保護膜０５０２の表面が少しずつ削られ、図５−Ｂに示すように保護膜０５０２は初期時の保護膜表面位置０５１０に対しヒーター材０５０１の上部の厚さが薄くなる。

保護膜０５０２が削れる要因は上記以外にも、インク組成によって削られる場合もある。

このように、初期状態で存在する製造プロセス等の製造上のばらつきによる保護膜厚の差異や、上述したような要因によって生じる保護膜の削れのために、ヒーター材０５０１からインク液０５０６までの距離が短くなると、ヒーター材０５０１に投入する投入エネルギーと発泡に必要な発泡エネルギーの比率（以下、発泡効率と言う）が良くなるため、同じ投入エネルギーを与えるとエネルギー過剰となってしまう。

上述のような発泡効率の差異に対応するための手法としては特許登録０２７１３７９０号公報に示されている様に、記録ヘッドに印加する時間を一定にし、電圧を徐々に変化させながら吐出を行った時に、インクを吐出した最小の電圧値から最適な吐出電力を計測する手法が提案されている。しかしながら、特許登録０２７１３７９０号公報では、記録ヘッドごとの最適な電力を計測するのみであり、記録ノズルごとの発泡効率の差異に対応することはできない。

そこで、発泡効率の異なる複数の記録ノズルに対して、適したエネルギーを投入するための手法としては、例えば特許登録３０８３４４２号公報に示されている方法が応用できる。特許登録３０８３４４２号公報では、インクを吐出するためのヒートパルス信号のほかに、インクを吐出しない程度のプレヒートパルス信号を複数入力し、それら複数のプレヒートパルス信号のいずれかを選択して記録ノズルを駆動する方法が提案されている。この方法を、インクを吐出するためのヒートパルス信号に適用することで、複数の記録ノズルに対して適したエネルギーを投入することができる。
特許登録２７１３７９０号公報 特許登録３０８３４４２号公報

しかしながら、上記従来例では、以下に述べるような問題点があった。

例えば特許登録３０８３４４２号公報で提案されている方法を用いて、記録ノズルごとに適したエネルギーを投入する場合、記録ノズルのばらつきを軽減するためにヒートパルス信号数を増加させる構成であるため、より精度の高い制御を行なうためにはヒートパルス信号数を更に増加させる必要がある。そのために、記録ヘッド、或いは記録装置全体の信号線数の増加、また、記録ヘッドのサイズ大型化が生じ、コストアップにつながってしまう。

本発明は、上述した従来の問題点を解消するためになされたものであり、信号数の増加、或いは記録ヘッドのサイズ大型化を伴なうことなく、記録ヘッドの寿命向上のために精度の高いエネルギー投入制御を行なうことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のインクジェット記録装置は、
液滴を吐出させて記録を行なう記録素子を複数備えた記録ヘッドと、前記記録素子をグループに分類し、該グループを順次駆動するパスル信号を生成するパルス信号生成手段を有するインクジェット記録装置において、前記パルス信号生成手段により生成される複数のパルス信号は、
Ｅ（ｎ）＝Ｅ（ｎ−１）＋α（ｎ）、ただしα（ｎ）≧０
を満たすＮ通りのエネルギー値Ｅ（ｎ）を前記記録素子に印加することができるＮ種類のパルス信号であることを特徴とするインクジェット記録装置である。

また、本発明のインクジェット記録装置は、
液滴を吐出させて記録を行なう記録素子を複数備えた記録ヘッドと前記記録素子をグループに分類し、該グループを順次駆動するパスル信号を生成するパルス信号生成手段を有するインクジェット記録装置において、前記パルス信号生成手段により生成される複数のパルス信号は、前記吐出閾値エネルギー検出手段により検出された前記複数の記録素子の吐出閾値エネルギーの最小値から最大値までの範囲から、
Ｅ‘（ｎ）＝Ｅ’（ｎ−１）＋α‘（ｎ）、ただしα’（ｎ）≧０
を満たすように選択されたＮ通りのエネルギー値Ｅ‘（ｎ）に対して係数ｋを乗じて算出されるＮ通りの適正駆動エネルギー値ｋＥ’（ｎ）を前記記録素子に印加することができるＮ種類のパルス信号であることを特徴とするインクジェット記録装置である。

本発明によれば、信号線数を増加させることなく、使用頻度が高くて保護膜の削れが進行してしまった記録ノズルに対して、投入するエネルギーを高い精度で適正なエネルギーに制御することが可能となる。使用頻度が高くて保護膜の削れが進行してしまった記録ノズルは、ヘッド全体の寿命を短くする要因となるため、これにより記録ヘッド全体の寿命を向上させることが可能となる。つまり、記録装置、或いは記録ヘッドのコストアップを抑えながら、記録ヘッドの寿命を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

まず、本実施例を説明する前に、図６および図７を参照して、本実施例の記録ノズルの、使用にともなって生じる液滴を吐出するために必要な最小のエネルギー（以下、吐出閾値エネルギーと記述）の変化について説明する。

図６は、一つの記録ノズルに着目した時の、液滴を吐出した回数と保護膜の厚さの関係を示している。既に述べたように、いわゆるバブルジェット（登録商標）方式の記録方式では、吐出を行なった時に、キャビテーションによる衝撃や、或いはインク組成により、ヒーター上に形成された保護膜の削れが発生する。図６に示すように、吐出を繰り返した回数が増えるにしたがって保護膜の削れ量が増加するために保護膜の厚さは減少する。さらに保護膜の削れが進行して保護膜が完全に削られてしまうとヒーターは故障し、記録ノズルからの吐出が不可能となる。複数の記録ノズルを有する記録ヘッドで記録を行なう場合、その内の一つでも吐出が不可能になってしまうと、記録画像が劣化することになる。したがって、高画質を求める記録装置では、一つの記録ノズルの故障が、記録ヘッド全体の故障として扱われる場合もある。

図７は、一つの記録ノズルに着目した時の、保護膜の厚さと吐出閾値エネルギーの関係を示している。上述したように吐出を繰り返して保護膜の削れが進行すると、ヒーターからインク液までの熱伝導特性が変化して、液滴を吐出させるために必要な吐出閾値エネルギーに変化が生じる。図７に示すように、保護膜の厚さが薄くなると、ヒーターからインク液まで熱が伝わりやすくなるため、吐出閾値エネルギーは減少する。つまり、保護膜が削れて薄くなった記録ノズルは、保護膜の削れていない記録ノズルに比較して、吐出に必要なエネルギーが小さいため、これらの記録ノズルに同等のエネルギーを投入すると、前者の記録ノズルはエネルギー過剰な状態となり、寿命を縮めてしまうことになる。

図３は複数の記録ノズルの適正駆動エネルギーとヒートパルス信号のエネルギー値を示す図である。前述したように適正駆動エネルギーは、記録ノズルによって異なっている。例えば、４種類のグループに分割した場合、第１のエネルギー値０３０１を有する第１のヒートパルス信号と、第１のエネルギー値０３０１にΔＥ１だけエネルギーを加算した第２のエネルギー値０３０２を有する第２のヒートパルス信号と、第２のエネルギー値０３０２にΔＥ２だけエネルギーを加算した第３のエネルギー値０３０３を有する第３のヒートパルス信号と、第３のエネルギー値０３０３にΔＥ３だけエネルギーを加算した第４のエネルギー値０３０４を有する第４のヒートパルス信号とを生成する。なお、生成する４種類のヒートパルス信号のエネルギー値は、全記録ノズルの適正駆動エネルギーの存在する範囲内に収まるものである。図３の例では適正駆動エネルギーを４つのグループに分類し、それぞれのグループに適正な駆動エネルギーを与える例を説明した。

図４はインク液滴を吐出するヒーターボードの電気回路図である。図４の０４１１の抵抗部が図５の０５０１のヒーター材に当たる。印刷データはDATA信号０４０２に乗って、カスケード接続された第１の記憶素子０４０７にCLK信号０４０３のシフトクロックタイミングで順次記憶される。第1の記憶素子０４０７に記憶された印字データはLT信号０４０４の入力により第２の記憶素子０４０８に記憶される。その後、ヒーター０４１１の通電時間を制御するHE信号０４０１信号を与えることにより、ヒーター０４１１は発熱し、ヒータ上のインクが発泡し、その発泡力によりインクが吐出される。

図４のヒータボードに対して入力される各信号のタイミングを示したタイミングチャートが図1である。

図1は図３でグループ分類したノズル郡に対する駆動タイミングを示している。図３の０３０１のエネルギーで吐出するノズルのグループをＧｒ１で示し、０３０２のエネルギーで吐出するグループをＧｒ２で示してあり、ｎ種類のグループに分類した時の状態まで示している。ここで、各グループの印刷時間はT／ｎであり、１ラスターを印刷する時間、即ち、全ノズルを印刷する時間はTとなる。

ノズルのグループ分類方法について図２で説明する。図９−Ｂにおいて、０２１３は印字メディア、０２１４はメディアの搬送方向、０２１７はバブルジェット（登録商標）ヘッドである。バブルジェット（登録商標）ヘッド０２１７の各ノズルに対する吐出エネルギーを徐々に上げながら、記録メディア０２１３を矢印０２１４方向に搬送していくと、吐出に必要なエネルギー閾値を超えた時点で印字を開始する。閾値を超えた直後は不完全な吐出状態にあり、正常な液滴が吐出できない。そのため、不正吐出状態０２１５となる。その後、吐出エネルギーを上げていくと安定吐出状態０２１６となり、正常な描画が行われる。各々のノズル毎に正常吐出になるエネルギーが異なるため、９−Ｂのパターンをスキャナー等の画像読取装置で読み込み、各ノズルの吐出に必要な駆動エネルギーを測定する。図９-Ｂでは吐出エネルギーを徐々に上げて吐出に必要なエネルギー閾値を計測するパターンを印刷したが、上記方法とは逆に、初期状態として、吐出に充分なエネルギーを与えておき、徐々にエネルギーを減少していく方法を取ることも可能である。

上記読み込まれたデータは図９−Ａの適正駆動エネルギー計測手段０２１０で各ノズルの値が算出され、その後ノズルグルーピング手段０２１１でグループ分類され、吐出ノズル閾値記憶手段０２１２に記憶される。

図２−Aに上記で述べた各ノズルの吐出ノズル閾値記憶手段０２１２に記憶されたデータを用いて印刷する手法をブロック図を用いて説明する。図２−Aに示すように印刷シーケンスを制御する印字シーケンス制御手段０２０１により印字データ記憶手段０２０２と指定したグループ分類の吐出ノズル閾値記憶手段０２０８により印刷データを作成する方法を説明する。印刷データ記憶手段０２０２内には印刷データが記憶されており、全ノズル数M個の内、印刷ノズルには印刷を示すフラグがマーキングされている。又、吐出ノズル閾値記憶手段０２０８の構成はN個の吐出ノズル閾値記憶グループからなっている。N個の吐出ノズル閾値記憶グループの各々は、各グループに属する吐出ノズルを示すフラグからなり、全ノズル数M個の内、グループに属する吐出ノズルのみフラグが設定されている。N個の吐出ノズル閾値記憶グループの内の任意の１つのグループと印刷データ記憶手段０２０２に記憶されている印刷データとが印刷データ転送手段０２０３内で同一ノズルの各フラグの論理積が計算され、図４に示したヒーターボード向けて、CLK信号０２０４とDATA信号０２０５を使用して転送される。上記作業をグループ数のN回行い全グループの印刷データを転送する。N回転送された印刷データは印刷直前に図4の第2のメモリーへLT信号０２０６により記憶され、その後、HE信号０２０７によりヒーターに電流が供給される。

図１は上記シーケースをタイミングチャートで示した図である。1ラスター（全ノズル）を印刷する周期をTとすると各々のグループを印刷する時間はT／ｎとなり、ｎ回のヒーター駆動が行われる。各々のグループのヒータ駆動条件は異なっており、定電圧駆動の場合はＨＥ信号の幅は全て異なり、各グループに対して異なる吐出エネルギーが印加されることになる。図1では最初のグループＧｒ１の印刷データはＤＡＴＡ信号線を通じてＣＬＫ信号に同期してヒーターボードに送られる。印刷開始直前に印刷データはヒータボードの第２の記憶手段にＬＴ信号線がアクティブになったタイミングで記憶される。その後、第2のグループの印刷データＧｒ２をヒータボードのデーター転送している間に、ヒータボード内部の第２の記憶手段に記憶されたデータを用いてGr1グループの印字データが行われる。この時の駆動パルスはＧｒ１の駆動パルスが印加される。上記動作が順次繰り返され、１ラスター（全ノズル）の吐出が行われる。
この様にｎ回に分けて１ラスターを印刷することで、各々のノズルにできるだけ最適な駆動パルスを印加できることになり、ヒーター寿命に対して不可の少ない印刷ができることとなる。

実施例のＨＥ信号の駆動波形と信号線のタイミング図である。 図2-A 印刷制御部のブロック図、図2-Ｂ 模式図である。 記録ノズルの適正駆動エネルギーと複数のヒートパルス信号のエネルギー値を示す図である。 ヒーターボードの模式図である。 記録ヘッドの吐出ヒーター構成部を示す模式図である。 液滴を吐出した回数と保護膜の厚さの関係を示す図である。 保護膜の厚さと吐出閾値エネルギーの関係を示す図である。 記録装置概要を示す図である。 図９-Ａ Eth測定部のブロック図、図９-Ｂ 測定パターンである。

符号の説明

０１０２ １グループのヒーター駆動周期
０１０３ １ラスターの印刷周期
０１０４ グループ１の印刷データ転送
０１０５ ＨＥ信号
０１０６ ＤＡＴＡ信号
０１０７ ＬＴ信号
０１０８ ＣＬＫ信号
０２０１ 印字シーケンス制御手段
０２０２ 印刷データ記憶手段
０２０３ 印刷データ転送手段
０２０４ ＣＬＫ信号
０２０５ ＤＡＴＡ
０２０６ ＬＴ信号
０２０７ ＨＥ信号
０２０８ 吐出ノズル閾値記憶手段
０２０９ 駆動制御手段
０２１０ 計測手段
０２１１ ノズルグルーピング手段
０２１２ 吐出ノズル閾値記憶手段
０２１３ 印字メディア
０２１４ 搬送方向
０２１５ 不正吐出状態
０２１６ 安定吐出状態
０２１７ バブルジェット（登録商標）ヘッド
０３０１ 第１のヒートパルス信号のエネルギー値
０３０２ 第２のヒートパルス信号のエネルギー値
０３０３ 第３のヒートパルス信号のエネルギー値
０３０４ 第４のヒートパルス信号のエネルギー値
０４０１ ＨＥ信号
０４０２ ＤＡＴＡ信号
０４０３ ＣＬＫ信号
０４０４ ＬＴ信号
０４０５ ＧＮＤ
０４０６ ＶＨ
０４０７ 第１の記憶素子
０４０８ 第２の記憶素子
０４０９ 論理積
０４１０ トランジスタ
０４１１ ヒーター
０５０１ ヒーター材
０５０２ 保護膜
０５０３ 蓄熱層
０５０４ 配線材
０５０５ 基材
０５０６ インク液
０５１０ 初期時の保護膜表面位置
０８０１ 記録紙カセット
０８０２ 記録紙
０８０３ 給紙ローラ
０８０４ レジストローラ
０８０５ 搬送ベルト
０８０６、０８０７、０８０８、０８０９ 記録ヘッド
０８１０ 排紙ローラ

Claims (11)

1. 液滴を吐出させて記録を行なう記録素子を複数備えた記録ヘッドと
   前記記録素子をグループに分類し、該グループを順次駆動するパスル信号を生成するパルス信号生成手段を有するインクジェット記録装置において、
   前記パルス信号生成手段により順次生成されるパルス信号は、該グループに対応した
   Ｅ（ｎ）＝Ｅ（ｎ−１）＋α（ｎ）、ただしα（ｎ）≧０
   を満たすＮ通りのエネルギー値Ｅ（ｎ）を前記記録素子に印加することができるＮ種類のパルス信号であることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 液滴を吐出させて記録を行なう記録素子を複数備えた記録ヘッドと
   記録素子の吐出閾値エネルギーを検出する吐出閾値エネルギー検出手段と、
   記録素子をグループに分類し、該グループを順次駆動するパスル信号を生成するパルス信号生成手段を有するインクジェット記録装置において、
   前記パルス信号生成手段により生成される複数のパルス信号は、前記吐出閾値エネルギー検出手段により検出された前記複数の記録素子の吐出閾値エネルギーの最小値から最大値までの範囲から、
   Ｅ‘（ｎ）＝Ｅ’（ｎ−１）＋α‘（ｎ）、ただしα’（ｎ）≧０
   を満たすように選択されたＮ通りのエネルギー値Ｅ‘（ｎ）に対して係数ｋを乗じて算出されるＮ通りの適正駆動エネルギー値ｋＥ’（ｎ）を前記記録素子に印加することができるＮ種類のパルス信号であることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 前記係数ｋは、１．０５以上２．００以下であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記吐出閾値エネルギー検出手段は、前記記録素子から吐出される液滴を受けて該液滴を付着させる液滴付着部材と、
   該液滴付着部材上に付着した液滴を検出する液滴検出手段と、
   前記液滴付着部材を前記記録ヘッドに相対して搬送する搬送手段と、
   該搬送手段による前記液滴付着部材の搬送に応じて、前記記録素子に供給するエネルギーを変化させる供給エネルギー制御手段とを有し、
   前記搬送手段により前記液滴付着部材を搬送させながら、前記供給エネルギー制御手段により供給エネルギーを変化させながら前記記録素子から前記液滴付着部材に対して吐出を行ない、前記液滴付着部材上への液滴付着の有無を前記液滴検出手段により検出することにより、吐出閾値エネルギーを検出することを特徴とする請求項２〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
5. 前記液滴付着部材は、記録にともなって搬送される被記録媒体であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記液滴付着部材は、被記録媒体を搬送するための搬送ベルト部材であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記液滴検出手段は、光学的に液滴を検出するためのセンサを備えていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記液滴検出手段は、液滴の電気抵抗を利用して液滴の検出を行なうための電極を備えていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
9. 前記吐出閾値エネルギー検出手段は、前記記録素子に供給するエネルギーを変化させる供給エネルギー制御手段を有し、
   該供給エネルギー制御手段により供給エネルギーを変化させながら前記記録素子から液滴を吐出させ、飛翔する液滴に対して光を照射して投影光の光量の変化から吐出の有無を判定することにより、吐出閾値エネルギーを検出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記吐出閾値エネルギー検出手段は、前記記録素子に供給するエネルギーを変化させる供給エネルギー制御手段を有し、
    該供給エネルギー制御手段により供給エネルギーを変化させながら前記記録素子から液滴を吐出させ、飛翔する液滴に対して光を照射して散乱光の光量の変化から吐出の有無を判定することにより、吐出閾値エネルギーを検出することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット記録装置。
11. 前記記録素子は発熱体を備え、該発熱体から発生する熱エネルギーを利用して液滴を吐出することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

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