JP3066927B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録ヘッドから被記録
材に対しインクを吐出させて記録を行うインクジェット
記録装置に係り、特にインク吐出量の安定化を行うイン
クジェット記録装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記
録装置は、画像情報に基づいて、紙やプラスチック薄板
等の被記録材上にドットパターンからなる画像を記録し
ていくように構成されている。前記記録装置は、記録方
式により、インクジェット式、ワイヤドット式、サーマ
ル式、レーザービーム式等に分けることができ、そのう
ちのインクジェット式（インクジェット記録装置）は、
記録ヘッドの吐出口からインク（記録液）滴を吐出飛翔
させ、これを被記録材に付着させて記録するように構成
されている。近年、数多くの記録装置が使用されるよう
になり、これらの記録装置に対して、高速記録、高解像
度、高画像品質、低騒音などが要求されている。このよ
うな要求に応える記録装置として、前記インクジェット
記録装置を挙げることができる。このインクジェット記
録装置では、記録ヘッドからインクを吐出させて記録を
行なう為に非接触で印字が可能であり、このために非常
に安定した記録画像を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、インクジェッ
ト記録装置ではこの記録ヘッドからインクを吐出させて
記録を行うために、上記要求を満たすのに必要なインク
の吐出安定化を行わなければならない。インクの吐出量
安定化はインクの吐出部のインク温度に影響される部分
が大きい。すなわち、インク温度が低すぎるとインクの
粘度が上昇し吐出量が減少し記録印字濃度が低下してし
まい、逆に高くなるとインク粘度が下がり吐出量が増大
してしまい記録紙上でインクが溢れるなどとして画像品
質の低下を招いてまう。このため、従来のインクジェッ
ト記録装置にあっては、記録ヘッド部に温度センサーを
設け、記録ヘッドの検出温度に基づいて吐出部のインク
の温度を所望範囲に制御する方法や吐出回復処理を制御
する方法が採られていた。

【０００４】なお、上記温度制御用のヒータとしては、
記録ヘッド部に接合した加熱用のヒータ部材や、熱エネ
ルギーを利用して液滴を形成して記録を行うインクジェ
ット方式の記録装置、すなわち、インクの膜沸騰による
気泡成長によりインク液滴を吐出させるものに於いては
吐出用ヒータ自体が用いられている場合もある。上記吐
出用ヒータを用いる場合に発泡しない程度に通電する必
要がある。熱エネルギーを用いて、固体インクや液体イ
ンクに気泡を形成することに応じて吐出インク液滴を得
る記録装置に於いては、記録ヘッドの温度により吐出特
性が大きく変化するので、吐出部のインク及びそれに多
大に影響する記録ヘッドの温度管理は特に重要である。

【０００５】吐出用ヒータを温度制御用に用いる方法に
於いては、大きく分けて２つの方法が提案されている。
一つは、上述したように単純に吐出用ヒーターを保温用
ヒーターと同様に使用する方法であり、吐出用ヒータに
発泡しない短いパルスを記録を行わない待機中等の非印
字時に、連続的に加えることにより保温を行うものであ
る。他方は、マルチパルスＰＷＭ（パルス幅変調）制御
によるものであり、待機中等の非印字時に保温を行うの
ではなく、１吐出あたりに２回のパルスを与え初めのパ
ルスでヒータとの境界部のインクの温度を上昇させ、最
後のパルスで発泡させて吐出を行う方法がある。この方
法に於いて吐出量を変化させる為には、初めにＯＮする
第一のパルスの幅を発泡しない範囲で可変にすることに
より、ヒータに投入するエネルギー量を増加させてヒー
タとの界面部にあるインクの温度を上昇させることによ
り行うものである。

【０００６】しかし、吐出量を均一に安定化させる目的
で行われる上述の方法に於いては、以下のような課題を
有していた。

【０００７】保温ヒータによる方法に於いては、保温ヒ
ータにより熱容量の大きいヘッド全体をある温度に保温
しなくてはならず、そのためのエネルギーを余分に投入
しなくてはならなかった。また、昇温させるにも時間が
かかり、ファーストプリント時にはウエイトタイムが生
じてしまうことがあった。更に、可搬型のものにあって
は、バッテリーを保温用にも用いなくてはならないた
め、印字可能枚数が減少してしまった。また、保温ヒー
タと吐出ヒータを同時にＯＮさせると、瞬間的に電源や
フレキシブルケーブル等に大きな電流を流せる様にしな
くてはならず、コストアップや装置の小型化を阻害する
要因となっていた。

【０００８】一方、マルチパルスＰＷＭを用いる方法に
於いても、第２の発泡の為のパルスの長さを固定にし、
第１のパルスの長さを可変にしてヘッドに投入するエネ
ルギー量を可変にして吐出量を可変にしているために、
最大吐出量を得ようとするとやはり通常よりも大量のエ
ネルギーをヘッドに供給しなくてはならない。従って、
リアルタイム性は上述の保温ヒーターによるものよりも
格段に改善されてはいるものの、やはり瞬間的な電力や
バッテリーに対する負荷に対しては更なる改善が必要で
あった。

【０００９】また、インク吐出量を中間階調信号に応じ
て制御することで、階調画像を記録することが要求され
ているが、上述の吐出量制御ではまだその吐出量可変範
囲が十分ではなく、更なる拡大が望まれている。

【００１０】そこで、本発明は上述の課題を解決するた
めになされたもので、高速駆動を行った場合でも吐出量
の安定化とともに、吐出量の可変範囲の拡大を図ること
の可能なインクジェット記録装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のインクジェット記録装置は、駆動パルスに
応じた熱エネルギーをインクに供給して膜沸騰による気
泡を形成し、該気泡の形成に基づいてインクを記録ヘッ
ドから記録媒体上に吐出して記録を行うインクジェット
記録装置において、インクの１吐出あたり、前記記録ヘ
ッドにインクを吐出に至らしめるメインパルスを含む複
数パルスからなる駆動パルスを供給する駆動手段と、記
録動作中に前記駆動手段が供給する駆動パルスの波形を
変化させて吐出されるインクの量を制御するものであっ
て、前記メインパルス以外の波形変化に伴って変化する
膜沸騰の開始タイミングに応じて前記メインパルスのエ
ネルギーを制限する駆動パルス制御手段とを具備したこ
とを特徴とする。また、本発明は駆動パルスに応じた熱
エネルギーをインクに供給して膜沸騰による気泡を形成
し、該気泡の形成に基づいてインクを記録ヘッドから記
録媒体上に吐出して記録を行うインクジェット記録装置
において、インクの１吐出あたり、前記記録ヘッドにイ
ンクを吐出に至らしめるメインパルスを含む駆動パルス
を供給する駆動手段と、前記記録ヘッドの温度上昇に伴
って早くなる膜沸騰の開始タイミングに応じて前記メイ
ンパルスのエネルギーを制限する駆動パルス制御手段と
を具備したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、駆動パルスの波形を変化さ
せて吐出されるインクの量を制御する際にインターバル
タイムもしくはプレパルス等に伴って変化したり、記録
ヘッドの温度に伴って変化する膜沸騰の開始タイミング
に応じて、発泡を実際に行わせるメインパルスの幅等を
制限することにより、投入エネルギーをヒータ面上で膜
沸騰を起こせる限界のレベルに制御し、膜沸騰後のイン
クがヒータ面から離れた状態の断熱状態のまま加熱して
しまう領域を減少させることができるので、記録ヘッド
に蓄熱される熱量を最小限にすることが可能となる。

【００１３】これにより、エネルギーの大幅増加や過昇
温問題無しに、又、限界点で発生し易い不正発泡等の吐
出不良やヒータにダメージを与えること無く吐出量制御
範囲を広げられ、電源容量の増大やバッテリー駆動時の
過負荷の問題も無く、又手法によっては低温時でもウエ
イトタイムレスで安定した吐出量の制御を行うことがで
きる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図１は、本発明が実施もしくは適用
される好適なインクジェット記録装置ＩＪＲＡの構成を
示す斜視図である。図１において、５００１はインクタ
ンク（ＩＴ）であり、５０１２はそれに結合された記録
ヘッド（ＩＪＨ）である。図２に示すように、５００１
のインクタンクと５０１２の記録ヘッドで一体型の交換
可能なカートリッジ（ＩＪＣ）を形成するものである。
５０１４は、そのカートリッジ（ＩＪＣ）をプリンター
本体に取り付けるためのキャリッジ（ＨＣ）であり、５
００３はそのキャリッジを副走査方向に走査するための
ガイドである。

【００１５】５０００は、Ｐで示す被印字物を主走査方
向に走査させるためのプラテンローラである。５０２４
は、装置内の環境温度を測定するための温度センサーで
ある。なお、キャリッジ５０１４には、記録ヘッド５０
１２に対して駆動のための信号パルス電流やヘッド温調
用電流を流すためのフレキシブルケーブル（図示せず）
が、プリンターをコントロールするための電気回路（上
記温度センサー５０１２等）を具備したプリント板（図
示せず）に接続されている。

【００１６】図２は交換可能なカートリッジを示し、５
０２９はインク滴を吐出するためのノズル部である。さ
らに、上記構成のインクジェット記録装置ＩＪＲＡを詳
細に説明する。この記録装置ＩＪＲＡは駆動モータ５０
１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１、５
００９を介して回転するリードスクリュー５００５の螺
旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン
（不図示）を有し、矢印ａ，ｂ方向に往復移動される。
５００２は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわた
って紙をプラテン５０００に対して押圧する。５００
７、５００８はフォトカプラでキャリッジＨＣのレバー
５００６のこの域での存在を確認してモータ５０１３の
回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段
である。５０１６は記録ヘッドの前面をキャップするキ
ャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこの
キャップ内を吸引する吸引手段であり、キャップ内開口
５０２３を介して記録ヘッド５０１２の吸引回復を行
う。

【００１７】５０１７は、クリーニングブレードで、５
０１９はこのブレード５０１７を前後方向に移動可能に
する部材であり、本体支持板５０１８にこれらは支持さ
れている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニ
ングブレードが本例に適用できることはいうまでもな
い。また、５０２１は、吸引回復の吸引を開始するため
のレバーで、キャリッジＨＣと係合するカム５０２０の
移動に伴って移動し、駆動モータからの駆動力がクラッ
チ切換等の公知の伝達手段で移動制御される。

【００１８】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジＨＣがホームポジション側領域に
きたときに、リードスクリュー５００５の作用によって
それらの対応位置で所望の処理が行えるように構成され
ているが、周知のタイミングで所望の作動を行うように
すれば、本例にはいずれも適用できる。

【００１９】図３は記録ヘッド５０１２の詳細を示すも
のであり、支持体５３００の上面に半導体製造プロセス
により形成されたヒータボード５１００が設けられてい
る。このヒータボード５１００に同一の半導体製造プロ
セスで形成された、記録ヘッド５０１２を保温し、温調
するための温調用ヒータ（昇温用ヒータ）５１１０が設
けられている。符号５２００は前記支持体５３００上に
配設された配線基板であって、該配線基板５２００と温
調用ヒータ５１１０及び吐出用（メイン）ヒータ５１１
３とがワイヤーボンディング等により配線されている
（配線は不図示）。また、温調用ヒータ５１１０は、支
持体５３００等にヒータボード５１００とは別のプロセ
スにより形成されたヒータ部材を貼りつけたものでもよ
い。

【００２０】５１１４は吐出用ヒータ５１１３によって
加熱されて発生したバブルである。５１１５は吐出され
たインク液滴を示す。５１１２は吐出用のインクが記録
ヘッド内に流入するための共通液室である。

【００２１】（実施例１）次に、上述の記録装置に本発
明を適用した一実施例を図面を参照して、具体的に説明
する。

【００２２】（温度予測の概要）本実施例は記録ヘッド
からインク液滴を吐出して記録を行うにあたり、環境温
度を計測する環境温度センサを本体側に持たせ、吐出部
のインクの温度の変動をインクの吐出エネルギーの計算
処理により過去から現在のインク温度を推定することに
より、インク温度に応じた吐出安定化を行うものであ
る。すなわち、記録ヘッドの温度を直接検出するための
温度検知部材を用いない。記録ヘッドの温度を直接検出
するための温度検知部材を本実施例の様なＩＪＣを用い
るインクジェット記録装置に装備するには、コスト的に
難しく、また、温度測定回路のＩＪＣとの接合点の静電
気対策が必要となるなど記録装置がやや複雑化するの
で、そうした面で本実施例は有利である。更に、計算処
理で現在温度を推定するため、温度センサーを用いたも
のよりも早い速度でしかも吐出ヒータ部そのものの温度
やインク温度までも推定出来る為に、本発明の目的の為
には有効である。

【００２３】概略的には、記録ヘッドやインクを含めた
吐出部の熱時定数とインク温度に実質的に関係する過去
の範囲の投入エネルギーを、予め計算した温度変化テー
ブルで評価する事により、吐出部のインクの温度変化を
推定するものである。その推定したインク温度に基づい
て、吐出ヒータによるマルチパルスＰＷＭ駆動法（ＰＷ
Ｍ駆動法）により記録ヘッドの駆動を制御するものであ
る。本発明の第１の実施例ではインクの温度に基づいた
後述のＰＷＭ吐出量制御で吐出量が一定になるように制
御しようとするものである。すなわち、吐出量の安定化
により、１ライン内の濃度変化やページ内の濃度変化の
解消を図る事が可能となる。また、同時に、記録条件や
回復条件の最適化も行うことにより、吐出不良や記録紙
上のインク溢れによる画像品質の劣化を防止するもので
ある。

【００２４】（ＰＷＭ制御）次に、図面を参照して本実
施例のＰＷＭ吐出量制御方法を詳細に説明する。まず、
説明の簡略化の為、１吐出あたりＯＮするパルス数が２
つまたは３つの分割パルス（ダブル、トリプルパルス）
のものについて説明する。

【００２５】図４は、既に知られているダイオードマト
リックスを使用したヘッドに於けるコモン信号とセグメ
ント信号のタイミングチャートである。コモン信号は印
字データの内容によらず常に記録ヘッドの最小駆動周期
内で８回順に出力され、各コモン信号がＯＮしている間
に今度は印字信号によりＯＮ，ＯＦＦが決められたセグ
メント信号がＯＮするようになっている。吐出ヒータに
電流が流れるのは両信号が同時にＯＮしたときであり、
本実施例では６４ノズルに対しそれぞれ吐出のＯＮ、Ｏ
ＦＦ制御が可能となるわけである。本実施例ではその中
のセグメント信号をインターバルタイム制御によるマル
チパルスＰＷＭ化することにより、ＯＮ、ＯＦＦのみな
らず吐出量制御までを行おうとするものである。

【００２６】図５は本発明の一実施例にかかる分割パル
スを説明するための図である。同図において、ＶＯＰは
駆動電圧、Ｔ１、Ｔ１１、Ｔ１３は複数の分割されたヒ
ートパルスの発泡まで至らないパルス（以下、プレパル
スという）のパルス幅、Ｔ２、Ｔ１２、Ｔ１４はインタ
ーバルタイム、Ｔ３、Ｔ１５は発泡に至るパルス（以
下、メインパルスという）のパルス幅である。駆動電圧
ＶＯＰはこの電圧を印加される電気熱変換体がヒータボ
ードと天板とによって構成されるインク液路内のインク
に熱エネルギーを発生させるために必要な電気エネルギ
ーを示すものの一つである。その値は電気熱変換体の面
積，抵抗値，膜構造や記録ヘッドの液路構造によって決
まる。

【００２７】本実施例のＰＷＭ吐出量制御はインターバ
ルタイム幅変調駆動法とも言え、例えばトリプルパルス
の場合はひとつのインク液滴の吐出に際して、Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３、または、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、
Ｔ１５の幅で順次パルスを与えるのである。このとき、
インク温度や吐出量変調信号に応じて各パルスの幅を０
を含めて変調するものである。１つまたは２つのプレパ
ルスは主に液路内のインク温度に発泡しない程度の熱エ
ネルギーを与えるためのパルスである。１つまたは２つ
のインターバルタイムは、インク液路内のインクへのプ
レパルスのエネルギー伝達のための時間を制御するもの
であり、本実施例の中で重要な役割を示す物である。メ
インパルスは液路内のインク中に発泡を生ぜしめ、吐出
口よりインクを吐出させるためのものであり、その幅Ｔ
３、Ｔ１５は電気熱変換体の面積，抵抗値，膜構造や記
録ヘッドのインク液路の構造によって概略決定するのが
好ましい。

【００２８】例えば、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すよ
うな構造の記録ヘッドにおけるプレパルスの作用につい
て説明する。同図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明を適用
可能な記録ヘッドの一構成例を示すそれぞれインク液路
に沿った概略縦断面図および概略正面図である。同図に
おいて、電気熱変換体（吐出ヒータ）は上記分割パルス
の印加によって熱を発生する。この電気熱変換体はこれ
に分割パルスを印加するための電極配線等とともにヒー
タボード上に配設される。ヒータボードはシリコンによ
り形成され、記録ヘッドの基板をなすアルミ板によって
支持される。天板には、インク液路等を構成するための
溝が形成されており、天板とヒータボード（アルミ板）
とが接合することにより、インク液路や、これにインク
を供給する共通液室が構成される。また、天板には吐出
口が形成され、それぞれの吐出口にはインク液路が連通
している。

【００２９】ここで、既に提案された２つの例について
説明する。まず第１の例では、図６に示される記録ヘッ
ドにおいて、駆動電圧ＶＯＰ＝１８．０（Ｖ），メイン
パルス幅Ｔ３＝５．０００［μｓｅｃ］とし、プレパル
ス幅Ｔ１を０〜３．０００［μｓｅｃ］の範囲で変化さ
せた場合、図７に示すような吐出量Ｖｄ［ｐｌ／ｄｒｏ
ｐ］とプレパルス幅Ｐ１［μｓｅｃ］との関係が得られ
ている。

【００３０】図７は第１の例に於ける吐出量のプレパル
ス幅依存性を示す線図であり、図において、Ｖ０はＰ１
＝０［μｓｅｃ］のときの吐出量を示し、この値は図６
に示すヘッド構造によって定まり、ここでは、環境温度
ＴＲ＝２３℃の場合でＶ０＝７０．０［ｐｌ／ｄｒｏ
ｐ］であった。図７の曲線ａに示されるように、プレパ
ルスのパルス幅Ｔ１の増加に応じて、吐出量Ｖd はパル
ス幅Ｔ１が０からＴ１ＬＩＭＩＴまで線形性を有して増
加し、パルス幅Ｔ１がＴ１ＬＩＭＩＴより大きい範囲で
はその変化が線形性を失い、パルス幅Ｔ１ＭＡＸで飽和
し最大となる。

【００３１】このように、パルス幅Ｔ１の変化に対する
吐出量Ｖd の変化が線形性を示すパルス幅Ｔ１ＬＩＭＩ
Ｔまでの範囲は、パルス幅Ｔ１を変化させることによる
吐出量の制御を容易に行える範囲として有効である。因
に、曲線ａに示す例ではＴ１ＬＩＭＩＴ＝２．００（μ
ｓ）であり、このときの吐出量はＶＬＩＭＩＴ８４．０
［ｐｌ／ｄｒｏｐ］であった。また、吐出量Ｖd が飽和
状態となるときのパルス幅Ｔ１ＭＡＸは、Ｔ１ＭＡＸ＝
２．１［μｓ］であり、このときの吐出量ＶＭＡＸ＝８
７．５［ｐｌ／ｄｒｏｐ］であった。

【００３２】しかし、パルス幅がＴ１ＭＡＸより大きい
場合、吐出量Ｖd はＶＭＡＸより小さくなる。この現象
は上記範囲のパルス幅を有するプレパルスが印加される
と電気熱変換体上に微小な発泡（膜沸騰の直前状態）を
生じ、この気泡が消泡する前に次のメインパルスが印加
され、上記微小気泡がメインパルスによる発泡を乱すこ
とによって吐出量が小さくなる。この領域をプレ発泡領
域と呼び、この領域ではプレパルスを媒介にした吐出量
制御は困難なものとなってしまい、これが第１の例での
原理的な制御限界となっていた。又、更にこのプレ発泡
領域がヘッドの個体差により異なる為に製品レベルで考
えると制御側ではそのために制御範囲をヘッドのばらつ
きの最低値に合わせなくてはならず制御可能領域が更に
狭まってしまう欠点を有していた。

【００３３】すなわち、図７中曲線ｂ，ｃは他の記録ヘ
ッドの場合を示しており、記録ヘッドが異なると、その
吐出特性が変化することが分かる。このように、記録ヘ
ッドが異なるとプレパルスＰ１の上限値Ｐ1LMTが異なる
ため、制御可能範囲を狭くするか、または記録ヘッド毎
の上限値Ｐ1LMTを予め測定して記録ヘッドに設けた記憶
手段を書き込み、記録ヘッド毎に吐出量制御を行うとい
うような手法を用いなければならなかった。

【００３４】さらに、第１の例においては、吐出量を増
加させるにはＴ１のパルス幅を増加させて記録ヘッドに
投入する熱エネルギーそのものを増加させる必要がある
ため、連続的に大きいＴ１のパルス値が入力されるとヘ
ッドの自己昇温を招いてしまう。その結果、記録ヘッド
そのものの温度上昇の為に、次に吐出量を下げようとし
たときに吐出量が所望の吐出量に戻らなくなる場合があ
った。

【００３５】又、本体側の電源設計においても、上述の
制御で行うと最大吐出量になるようにすると約４０％の
電力を更に投入しなくてはならず、始めからその最大値
で電源、フレキ等を設計する必要があった。そのための
コストアップは非常に大きいものであった。更に、可搬
型のプリンタにおいては、バッテリー駆動をしなくては
ならず、電力アップは印字可能枚数の低減化を招いてし
まう。特に、低温ではパルス幅が大きい方へシフトする
ため、バッテリー能力が低下する環境で一層印字可能枚
数が低下してしまう欠点を有していた。

【００３６】第２の例に於いては、前述の様にＴ１のプ
レパルスの幅は一定にして、Ｔ１のプレパルスとＴ３の
メインパルスの間のＴ２で示されるインターバルタイム
を可変にして熱伝導時間の制御による吐出量制御を可能
としたものである。これによれば、第１の例の欠点のほ
とんどを解消することが可能となる。以下にそのＰＷＭ
制御手段について述べる。

【００３７】第１の例と同じ図６に示される記録ヘッド
において、駆動電圧ＶＯＰ＝１８．０（Ｖ），メインパ
ルス幅Ｔ３＝４．０００［μｓｅｃ］とし、プレパルス
幅Ｔ１を１．０００［μｓｅｃ］とし、Ｔ２のインター
バルタイムを０から１０［μｓｅｃ］まで変化させると
図８に示すような吐出量Ｖｄ［ｐｌ／ｄｒｏｐ］とイン
ターバルタイムＴ２［μｓｅｃ］との関係が得られる。

【００３８】図８は第２の例に於ける吐出量のプレパル
ス幅依存性を示す線図であり、図において、Ｖ０はＴ２
＝０［μｓｅｃ］のときの吐出量を示し、この値は図６
に示すヘッド構造によって定まる。本実施例でのＶ０は
環境温度ＴＲ＝２３℃の場合でＶ０＝７０．０［ｐｌ／
ｄｒｏｐ］であった。図８の曲線に示されるように、イ
ンターバルタイムＴ２の増加に応じて、吐出量Ｖd はあ
る領域までは非線形に飽和点まで増加し、しばらく飽和
した特性を示してそれ以上では緩やかな下降カーブを示
す。

【００３９】このようにインターバルタイムＴ２の変化
に対する吐出量Ｖd の変化が飽和を示すパルス幅での範
囲は、インターバルタイムＴ２を変化させることによる
吐出量の制御を容易に行える範囲として有効である。図
８の曲線に示す第２の例ではＴ２は実用的には＝８．０
０（μｓ）程度まで使用可能であり、このときの最大吐
出量は１５℃環境で８５．０［ｐｌ／ｄｒｏｐ］、２３
℃環境で９１［ｐｌ／ｄｒｏｐ］であった。

【００４０】しかし、パルス幅が更に大きい場合、吐出
量Ｖd は最大値よりも徐々に小さくなる。この現象は次
の理由によって起こるものである。上記吐出量制御の原
理は、プレパルスが印加されて電気熱変換体とインクの
境界面のインクが発泡しない範囲で加熱されると、イン
クの熱伝導速度が遅いためインクの電気熱変換体面の極
近傍だけが熱せられ、その部分の活性度が上昇すること
によりその部分がその活性度に応じて次のメインパルス
で気化する量が変化し、この結果、吐出量が制御可能と
なるものである。そのため、熱伝導時間を取りすぎると
（パルス幅が大きい場合）、インク中に熱が拡散し過ぎ
て、次のメインパルスによって実際に発泡する範囲での
インクの活性化の度合いが低下してくるためである。

【００４１】以上のように、各パルス間のインターバル
タイムを可変にする方法にあっては、上述の昇温等に原
理的にかなりの改善が試みられているが、まだ実際に吐
出をさせるパルスであるメインパルスについては改善の
余地が残されていた。例えば、記録速度の高速化を図る
為に記録ヘッドの最小駆動周期を小さくした場合など
は、記録ヘッドを構成している素材そのものの熱伝導の
限界に近づいてくるために、少しでも吐出エネルギーに
変換されない無駄な熱量が与えられていると吐出ノズル
近傍に局所的な蓄熱が発生する。このため、吐出量Ｖｄ
の極端な増加によりリフィル不良が発生したり、消泡が
しきれなくなり、次の連続した発泡が発泡不良を起こ
し、吐出不能に陥ってしまうことがある。

【００４２】又、更に吐出量可変範囲を広げようとして
インターバルタイムを更に広げた場合は熱が拡散しすぎ
てしまい、吐出量を可変にするのに必要な活性度を下回
ってしまうため熱効率が低下してしまう。又、第１のパ
ルスの幅の変調とインターバルタイムの変調を組み合わ
せても約５０％の吐出量変調幅が限界であった。

【００４３】そのために吐出量安定化の目的には充分で
あったが、吐出量を可変にして中間階調の画像を得よう
としても多数回のマルチスキャン印字と組み合わせない
と不充分であった。

【００４４】次に本発明の実施例を以下に示す。

【００４５】単純な低い印字比率の場合は上述の結果の
様になるが、高い印字比率の印字を行った場合は前述し
たＴ３のメインパルスの熱効率が問題となってくる。更
に、最小駆動吐出周期（最大駆動周波数）を同一のヘッ
ドを用いて印字モード別に、例えばハイスピードモード
等で短く（高く）する場合などは、この熱効率の問題が
無視できなくなってくることが解った。例えば、吐出最
小駆動周期（最大駆動周波数）を３３３μｓｅｃ（３ｋ
Ｈｚ）の場合と１６７μｓｅｃ（６ｋＨｚ）の場合で
は，図２１に示す様な差が生ずることになる。

【００４６】図２０は、５％と５０％の印字比率でそれ
ぞれ印字した場合の記録ヘッドの温度変化を示したもの
であり、横軸は印字時間である。図２２はヒーターとイ
ンクの界面での熱の挙動を示すモデル図であり、図２３
はその厚み方向の温度分布を示したものである。又、図
１０と図１１は本実施例の制御の流れを示すフローチャ
ートである。

【００４７】以降、本実施例の特徴を最もよく表してい
る図２０を中心に用いて説明する。同図に示すグラフ
は、第２の例と本実施例の方式において、それぞれ５０
％、５％の印字比率の印字を行った場合の印字時間に対
する記録ヘッドの昇温の度合いを示したものである。こ
こで、第２の例においては５０％印字比率のものは５μ
ｓｅｃ、５％のものについては２μｓｅｃのメインパル
ス幅Ｔ３とした場合を示してある。プレパルスＴ１の幅
はともに２μｓｅｃ固定値とし、インターバルタイムＴ
２を可変とした。記録の最少駆動周期としては本実施例
では１６７μｓｅｃのハイスピードモードとし、一般的
な駆動技術では３３３μｓｅｃで使用するのが熱的に限
界であった記録ヘッドを用いている。具体的には１６７
μｓｅｃの駆動で使用すると、実際には過昇温を起こし
１ラインの後半で吐出が不安定になり、更に連続で何行
か印字を続けるとついには吐出不能状態に陥る。

【００４８】本発明の実施例については、同様に５０％
印字比率のものと５％印字比率のものを示している。プ
レパルスＴ１についても同様に２μｓｅｃ固定値とし、
インターバルタイムＴ２を可変とした。また、メインパ
ルスＴ３の幅については、２から５μｓｅｃの間で可変
とした。この状態で連続印字を行うと図２０に示す様な
温度変化を示す。

【００４９】マルチパルスＰＷＭ駆動時のメインパルス
Ｔ３の吐出可能領域は、プレパルスＴ１及びインターバ
ルタイムＴ２の影響を受ける。ここではまず、インター
バルタイムＴ２の場合について説明する。シングルパル
ス駆動のものに対してマルチパルス駆動のものは、当然
のことながらメインパルスを出力する直前のヒータとイ
ンクの界面の温度が高い活性レベルに保たれているた
め、メインパルスＴ３開始後の実際に膜沸騰を開始する
までの時間が短くなり、その結果メインパルスＴ３の必
要最低パルス幅は図１９に示す様に短くなる。

【００５０】この点につき、より具体的に説明する。図
２２に示す様に、ヒーター表面には保護膜等の多層コー
ティングがなされているため、ヒーター中心が一番高い
温度を示しインクとの界面に向かうに従い多少低下し、
インクの界面で急激な変化の温度分布が出来てそれ以降
はなだらかな分布を示す。図２３は、シングルパルス駆
動とマルチパルス駆動方法において、ヒーター面に垂直
な方向の断面の１次元の温度分布を示したものである。
図２３に示した温度分布は、プレパルスＴ１投入後イン
ターバルタイムＴ２を経過しＴ３のメインパルス中の膜
沸騰を起こす直前の温度分布である。又、シングルパル
スのものに於いてはやはりシングルパルスを投入し膜沸
騰を起こす直前の状態の温度分布を示している。

【００５１】このとき、インク内の温度分布は図に示す
様になっており、インクのピーク温度は低いが温度が高
くなっているインク層がマルチパルス方式の方が厚くな
っていることを示している。この状態に於いて、次の瞬
間に膜沸騰を起こすと、斜めの点線で示した温度の所よ
り上の部分が実際に気化して発泡に関与する部分とな
る。つまり、インク内部温度のグラフの所の縦の点線で
示されるインクの厚み部分が気化するものであり、マル
チパルス方式の方が発泡体積が大となることにより、結
果的に吐出量が増えるものである。インターバルタイム
制御方式のマルチパルスＰＷＭでは、投入エネルギを最
低限の一定値にし、気化するインク層の厚み（発泡体
積）を、プレパルスＴ１後から膜沸騰を開始するまでの
伝熱時間により制御することを特徴としている。

【００５２】更にここで重要なことは、この膜沸騰可能
な厚みがインターバルタイムＴ２によって変化するとと
もに、メインパルスＴ３開始後の実際に膜沸騰を開始す
るまでの時間が前述の様に変化することにある。

【００５３】この特性を利用すると、メインパルスＴ３
においてインターバルタイムＴ２の変化に対応してＰＷ
Ｍ制御を駆けることにより、今まで膜沸騰開始点が変化
しているにもかかわらず最悪条件で発泡、吐出できる値
を使用していた為の無駄なエネルギーが大きく減らせる
ことになる。即ち、膜沸騰をすでに開始した後のインク
との断熱状態におけるヒータの加熱による記録ヘッドの
蓄熱、過昇温、ヒーターピーク温度上昇によるインクの
焦げ、キャビテーション破壊等の問題が解決できる。更
に、蓄熱の問題が大きく改善されることにより、記録ヘ
ッドの最小駆動周期の大幅なアップが可能となることで
ある。特に、今まで不可能であった領域の駆動周波数帯
域へ高印字比率のプリントで記録を行うことが可能とな
る。具体的な変化として、Ａ４サイズの記録紙に５０％
の印字比率のラインを数ライン書かせた場合の実際のパ
ルスの長さの変化を、図２５に示す。

【００５４】次に、プレパルスＴ１の場合について説明
する。前述の様にシングルパルス駆動のものに対してマ
ルチパルス駆動のものは、当然のことながらメインパル
スを出力する直前のヒータとインクの界面の温度が高い
活性レベルに保たれているため、メインパルスＴ３開始
後の実際に膜沸騰を開始するまでの時間が短くなり、そ
の結果メインパルスＴ３の必要最低パルス幅はやはり図
２４に示す様に短くなる。

【００５５】プレパルスＴ１を変化させた場合も、図２
３に示したインターバルタイムＴ２を変化させた場合と
同様の温度分布となる。このとき、プレパルスＴ１制御
方式のマルチパルスＰＷＭでは、投入エネルギを可変に
することでヒーターとの界面のインク温度を発泡しない
範囲で制御し、気化可能なインク層の厚み（発泡体積）
可変にして吐出量を制御することを特徴としている。

【００５６】やはり、ここで重要なことは、この膜沸騰
可能な厚みがプレパルスＴ１によって変化するととも
に、メインパルスＴ３開始後の実際に膜沸騰を開始する
までの時間が前述の様に変化することにある。

【００５７】この特性を利用すると、メインパルスＴ３
においてプレパルスＴ１の変化に対応してＰＷＭ制御を
駆けることにより、今まで膜沸騰開始点が変化している
にもかかわらず最悪条件で発泡、吐出できる値を使用し
ていた為の無駄なエネルギーが大きく減らせることにな
る。即ち、膜沸騰をすでに開始した後のインクとの断熱
状態におけるヒータの加熱による記録ヘッドの蓄熱、過
昇温、ヒーターピーク温度上昇によるインクの焦げ、キ
ャビテーション破壊等の問題が解決できる。更に、蓄熱
の問題が大きく改善されることにより、記録ヘッドの最
小駆動周期の大幅なアップが可能となることである。特
に、今まで不可能であった領域の駆動周波数帯域へ高印
字比率のプリントで記録を行うことが可能となる。具体
的な変化として、Ａ４サイズの記録紙に５０％の印字比
率のラインを数ライン書かせた場合の実際のパルスの長
さの変化を、図２６に示す。

【００５８】以上説明したように、本実施例の方式に於
いてはマルチパルス駆動によるメインパルスＴ３の膜沸
騰開始点の変化を利用して、プレパルスＴ１及びインタ
ーバルタイムＴ２の変化に応じてメインパルスＴ３の幅
を最少限に制御しようとするものである。メインパルス
Ｔ３が短くなることにより、最大吐出量を出した時点で
従来例に対して約７０％のエネルギーで吐出可能とな
る。

【００５９】又、実際の吐出量制御方法としては、図９
でＰＷＭ領域と示した温度範囲が吐出量を安定化できる
温度範囲であり、この例では吐出部のインク温度が１５
〜３５℃の範囲である。図９ではインターバルタイムを
１０ステップで変化させた場合の吐出部のインク温度と
吐出量の関係を示している。吐出部のインク温度が変化
してもインク温度に応じて温度ステップ幅△Ｔ毎にイン
ターバルタイムを変えることにより、目標吐出量Ｖｄ０
に対して△Ｖの幅で吐出量を制御することができる。

【００６０】（温度予測制御）次に、上記構成よりなる
記録装置を用いて記録を行う場合の動作について、図１
０乃至図１１のフローチャートを参照して説明する。

【００６１】ステップＳ１００で電源がＯＮされると、
機内昇温補正タイマーをリセット／セットする（Ｓ１１
０）。次に、本体プリント基板（以下、ＰＣＢという）
上の温度センサー（以下、基準サーミスターという）の
温度を読みとり（Ｓ１２０）、周囲環境温度を検出す
る。しかし基準サーミスターはＰＣＢ上にあるためにＰ
ＣＢ上の発熱体（例えばドライバー）等の影響を受けて
正確なヘッドの周囲環境温度を検出できない場合があ
る。よって、本体電源ＯＮからの経過時間によって検出
値を補正し周囲環境温度を求める。即ち、機内昇温補正
タイマーから電源ＯＮからの経過時間を読みとり（Ｓ１
３０）、図１２の機内昇温補正テーブルを参照して発熱
体の影響を補正した正確な周囲環境温度を求める（Ｓ１
４０）。

【００６２】次に、Ｓ１５０で温度予測テーブル（図１
３）を参照して現状のヘッドチップ温度（β）を予測
し、印字信号の入力を待つ。現状のヘッドチップ温度
（β）の予測は、Ｓ１４０で求めた周囲環境温度に、単
位時間当たりのヘッドの投入エネルギー（通電比率）に
対するヘッド温度と環境温度との温度差のマトリックス
で決まる値を加えて更新することによって行う。電源投
入時では、印字信号が無く（投入エネルギーは０）、ヘ
ッド温度と環境温度との温度差も０なので、マトリック
ス値０（熱平衡）を加えることになる。印字信号の入力
が無ければＳ１６０に於いてＳ１２０に戻り基準温度サ
ーミスタ温度読み込みから繰り返す。本実施例ではヘッ
ドチップ温度予測のサイクルは０. １ｓｅｃとした。

【００６３】図１３の温度予測テーブルは、ヘッドの熱
時定数とヘッドに投入したエネルギーにより決定される
単位時当たりの昇温特性を示したマトリックステーブル
である。通電比率が大きいとマトリックス値も大きくな
り、一方、ヘッド温度と環境温度との温度差が大きくな
ると熱平衡に達しやすくなるので、マトリックス値は小
さくなる。熱平衡には、投入エネルギーと放射エネルギ
ーが等しい時達する。単位時間毎に、常にこのテーブル
に基づいてマトリックス値を積算することにより、ヘッ
ドのその時点の温度を推定できる。さらには、これから
将来の印字、またはサブヒータ等のヘッドへの投入エネ
ルギーをインプットすることで、これからのヘッドの温
度変化を予測することも出来る。

【００６４】次に、印字信号が入力された場合には目標
（駆動）温度テーブル（図１４）を参照し、現状の環境
温度で最適な駆動が行えるヘッドチップの印字目標温度
（α）を求める（Ｓ１７０）。図１４において、環境温
度により目標温度が異なるのは、ヘッドのシリコンヒー
タボード上の温度をある一定に制御してもそこに流入し
てくるインクの温度が低く、熱時定数が大きいために、
結果的にヘッドチップ廻りの系としては平均温度的に考
えると低くなってしまうからである。そのために、環境
温度が低くなるほど、ヘッドのシリコンヒータボードの
目標温度を上げてやる必要が有るからである。それによ
りγ（＝α−β）を算出する。

【００６５】次に図１５を参照してプレパルスＴ１、イ
ンターバルタイムＴ２をＰＷＭの手法を用いることによ
り吐出量をコントロールする目的で決定する（Ｓ１９
０）。次に、Ｓ１９０で決定したプレパルスＴ１または
ターバルタイムＴ２により図１８又は図１９を参照して
メインパルス幅Ｔ３を決定する（Ｓ２００）。

【００６６】ここで、１ライン印字中にヘッドはその吐
出デューティーによってチップ温度が変化する。即ち、
１ライン中の中でも上記偏差（γ）は時々変化するの
で、その変化に応じて１ライン中にプレパルス値を最適
化していく事が望ましい。本実施例では１ラインを印字
するのに１．０ｓｅｃの時間を要する。ヘッドチップの
温度予測サイクルが０．１ｓｅｃであるので、本実施例
では１ラインを１０のエリアに分割した。先に設定した
印字書き出し時のプレパルス値は第１エリア書き出し時
のプレパルス値である。

【００６７】次に、第２〜第１０エリア書き出し時のプ
レパルス値の決め方を述べる。Ｓ２１０でｎ＝１を設定
し、Ｓ２２０でｎをインクリメントする。ここでｎはエ
リアを示し、第１０エリアまでなのでｎが１０を越えた
時点で以下のループから脱する（Ｓ２３０）。

【００６８】まず、ループの１順目は第２エリアの書き
出し時のプレパルス値を設定する。方法は、第１エリア
のドット数と第１エリアのＰＷＭ値から第１エリアの通
電比率を算出する（Ｓ２４０）。ここで、通電比率は温
度予測テーブルを参照するときの縦軸の値に相当する。
上記通電比率を温度予測テーブル（図１３）に当てはめ
て（表を参照して）、第１エリア印字終了（即ち第２エ
リア印字開始時）のヘッドチップ温度（β）を予測する
（Ｓ２５０）。ステップＳ２６０で前記印字目標温度
（α）と該ヘッドチップ温度（β）の差から、再び偏差
（γ）を求める。そして、該偏差（γ）から第２エリア
を印字するためのプレパルス値（プレパルスＴ１または
インターバルタイムＴ２）を図１５を参照する事により
求め、第２エリアのプレパルス値をメモリー上に設定す
る（Ｓ２７０）。次に、Ｓ２７０で決定したプレパルス
Ｔ１またはインターバルタイムＴ２により図１８又は図
１９を参照してメインパルス幅Ｔ３を決定する（Ｓ２８
０）。

【００６９】以下、順次前エリアのドット数とプレパル
ス値から該エリア内通電比率を算出し、該エリア印字終
了時のヘッドチップ温度（β）を予測して、印字目標温
度（α）との偏差（γ）から次エリアのプレパルス値を
設定していく（Ｓ２３０〜Ｓ２８０）。その後、１ライ
ン内の１０エリア全てのプレパルス値が設定されたらＳ
２３０からＳ２９０へ移行し、印字前サブヒータ加熱を
行った後、設定プレパルス値に従い１ラインの印字を行
う。ステップＳ２９０で１ラインの印字が終了したら、
ステップＳ１２０の基準サーミスタ温度読み込みに戻
り、上述の制御を順次繰り返す。

【００７０】以上のように制御する事により、実際の吐
出量はインク温度によらず安定して制御できるので、濃
度が均一で高品位な記録画像を得ることができる。

【００７１】次に、上記温度予測制御及び吐出量制御を
実行するための制御構成について、図１６を参照して説
明する。同図において、６０はＣＰＵ、６１はＣＰＵ６
０が実行する制御プログラムを格納するプログラムＲＯ
Ｍ、６２は各種データを保存しておくバックアップＲＡ
Ｍである。６３は記録ヘッド搬送のための主走査モー
タ、６４は記録用紙搬送のための副走査モータで、ポン
プによる吸引動作にも用いられる。６５はワイピング用
ソレノイド、６６は給紙制御に用いる給紙ソレノイド、
６７は冷却用のファン、６８は紙幅検知動作のときにＯ
Ｎする紙幅検知用ＬＥＤである。６９は紙幅センサ、７
０は紙浮きセンサ、７１は給紙センサ、７２は排紙セン
サ、７３は吸引ポンプの位置を検知する吸引ポンプ位置
センサである。７４はキャリッジのホームポジションを
検知するキャリッジＨＰセンサである。

【００７２】７８は４色のヘッドに対する記録データの
供給制御を行うゲートアレイ、７９はヘッドを駆動する
ヘッドドライバ、８ａは４色分のインクカートリッジ、
８ｂは４色分の記録ヘッドであり、ここでは８ａ，８ｂ
としてブラック（Ｂｋ）を代表して示す。インクカート
リッジ８ａは、インクの残量を検知するインク残量セン
サ８ｆを有する。ヘッド８ｂは、インクを吐出させるた
めのメインヒータ８ｃ、ヘッドの温調制御を行うサブヒ
ータ８ｄを有する。

【００７３】図１６に於いては外部インターフェイスを
通して送られてくる記録信号等は、ゲートアレイ７８の
受信バッファ７８ａにまず蓄えられる。受信バッファ７
８ａに蓄えられた該データは「吐出する／吐出しない」
の２値信号（０、１）に展開され、プリントバッファ７
８ｂに移される。ＣＰＵ６０は必要に応じて該プリント
バッファ７８ｂから記録信号を参照出来る。

【００７４】また、ゲートアレイ７８にはラインデュー
ティーバッファ７８ｃが２つ用意されている。記録時の
１ラインを等間隔に（例えば１０のエリアに）分解し、
各エリアの印字デューティー（比率）を演算して蓄えて
いる。「ラインデューティーバッファ７８ｃ１」は現在
印字中のラインの各エリア毎の印字デューティーデータ
が格納されている。「ラインデューティーバッファ７８
ｃ２」には現在印字中の次のラインの各エリア毎の印字
デューティーデータが格納されている。ＣＰＵ６０は必
要に応じていつでも現在印字中のライン、及び次ライン
の各エリア毎の印字デューティーを参照できる。ＣＰＵ
６０は、上述した温度予測制御中にラインデューティー
バッファ７８ｃを参照することで、各エリアの印字デュ
ーティーを得ることができる。従って、ＣＰＵ６０の演
算負荷を軽減することができる。なお、本実施例内で用
いている１ライン中のエリア分割数（１０分割）や温度
予測のサイクル（０．１ｓｅｃ）等の定数は一例であ
り、本発明を拘束するものではない。

【００７５】（実施例２）次に、本発明の実施例２につ
いて説明する。本実施例は、記録ヘッドに於けるシング
ルパルス駆動時の吐出可能最低メインパルス幅Ｔ３が、
環境温度と記録ヘッド温度に依存性があることに着目し
たものである。図２１は記録ヘッドの温度と、メインパ
ルスのみのシングルパルスでの１吐出目が安定に発泡出
来るメインパルス幅の関係を示す。これによれば、温度
が低下するほど必要なパルス幅は増加し、温度が増加し
てくると小さくなっていくことがわかる。この吐出可能
領域よりも低い範囲では吐出が不安定になって吐出量が
極端に減少し、スプラッシュ状の印字になる。また、更
に低くすると吐出に至らなくなる。又、この値はヘッド
の個体差、ヒータの汚染等によって微妙に変化するもの
である。

【００７６】よって、本実施例はシングルパルス駆動時
に記録ヘッドの温度を直接測定、ないし温度推定により
パルス値を制御することで、記録ヘッドの過昇温を防止
するものである。

【００７７】ここで、記録ヘッドの自己昇温による必要
パルス幅の制御は、リアルタイムに吐出量変調を行うた
めのものではなく、あくまで自己昇温というマクロ的な
時間をかけて変動する熱を抑制しようとするものであ
る。そのため、熱転写、感熱プリンター等における記録
ヘッドのパルス幅を記録ヘッドの温度に応じて変化させ
て、リアルタイムに濃度変調により濃度を一定になるよ
うにしているものとは思想的に異なるものである。

【００７８】更に、記録ヘッドのマクロ的温度上昇に対
するメインパルス幅の制御を、マルチパルスＰＷＭに対
して適用することもできる。

【００７９】次に、この思想を拡大していくと、メイン
パルス幅の制御を、記録ヘッドのヒーターボード等の温
度と言うようなマクロ的な温度だけでなく、前述の様に
膜沸騰を起こすヒーターとのインクの界面での活性度に
関わる温度によっても行うということになる。環境温度
や自己昇温は発泡温度に対しては大きな開きがあるた
め、環境温度や自己昇温によって発泡必要パルス幅は余
り大きくはないが変化する。マルチパルスＰＷＭ制御を
行うものにおいては、実施例１に示した様にインクのヒ
ーターとの界面での温度がプレパルスＴ１によって変化
し、活性度が非常に高く上がった状態になっており、発
泡必要最低パルス幅は大きく低下することになる。

【００８０】以上のように、本発明の第２実施例は記録
ヘッドの温度に応じて更にメインパルスＴ３の値を決定
する際に補正係数を乗じる等して、更に少しでもエネル
ギーの低減化を行おうとするものである。

【００８１】上述したように、プレパルスＴ１を変化さ
せた場合も、インターバルタイムＴ２を変化させた場合
も同様に、図２３に示した温度分布となる。このとき、
プレパルスＴ１制御方式のマルチパルスＰＷＭでは、投
入エネルギを可変にすることでヒーターとの界面のイン
ク温度を発泡しない範囲で制御し、気化可能なインク層
の厚み（発泡体積）可変にして吐出量を制御することを
特徴としている。また、インターバルタイムＴ２制御方
式のマルチパルスＰＷＭでは、投入エネルギを最低限の
一定値にし、気化可能なインク層の厚みをプレパルスＴ
１後から膜沸騰を開始するまでの伝熱時間により制御す
ることを特徴としている。

【００８２】ここで重要なことは、この膜沸騰可能な厚
みがプレパルスＴ１、インターバルタイムＴ２によって
変化するとともに、メインパルスＴ３開始後の実際に膜
沸騰を開始するまでの時間が前述の様に変化し、更にイ
ンクタンクの温度（環境温度に同じ）や記録ヘッドの温
度によっても変化することである。

【００８３】この特性を利用すると、メインパルスＴ３
に対し、プレパルスＴ１、インターバルタイムＴ２の変
化に温度上昇による補正係数を乗じたＰＷＭ制御を駆け
ることにより、記録ヘッド温度により膜沸騰開始点が変
化した場合に供給する無駄なエネルギーが更に減らせる
ことになる。即ち、膜沸騰をすでに開始した後のインク
との断熱状態においてヒータの加熱を停止することで、
記録ヘッドの蓄熱、過昇温、ヒーターピーク温度上昇に
よるインクの焦げ、キャビテーション破壊等の問題を改
善することができる。更に、蓄熱の問題が大きく改善さ
れることにより、記録ヘッドの最小駆動周期の更なる大
幅なアップが可能となることである。特に、今まで不可
能であった領域の駆動周波数帯域へ、高印字比率のプリ
ントで記録を行うことが可能となる。

【００８４】具体的な変化として、Ａ４サイズの記録紙
に５０％の印字比率のラインを数ライン書かせる際にお
いて、インターバルタイムＴ２またはプレパルスＴ１制
御のマルチパルスＰＷＭ制御を行った場合の、実際のメ
インパルスＴ３の長さの変化を、それぞれ図２７、図２
８に示す。

【００８５】以上説明したように本実施例は、マルチパ
ルス駆動によるメインパルスＴ３の膜沸騰開始点の変化
を利用して、インターバルタイムＴ２またはプレパルス
Ｔ１の変化及び記録ヘッドや環境温度（＝インクタンク
温度）に応じてメインパルスＴ３の幅を最小に制御しよ
うとするものである。環境温度（＝インクタンク温度）
に応じて変化させる場合は、インク温度の方が記録ヘッ
ドの温度より必ず低くなっているため、記録ヘッドの温
度と記録ヘッド内部の共通液室やノズルにあるインク温
度が記録ヘッドの示す温度とずれが生じる場合に、更に
補正係数を乗じれば良い。

【００８６】又、実際の吐出量制御方法としては図９で
ＰＷＭ領域と示した温度範囲が吐出量を安定化できる温
度範囲であり、この例では吐出部のインク温度が１５〜
３５℃の範囲である。図９ではインターバルタイムを１
０ステップで変化させた場合の吐出部のインク温度と吐
出量の関係を示しており、吐出部のインク温度が変化し
てもインク温度に応じて温度ステップ幅△Ｔ毎にインタ
ーバルタイムを変えることにより、目標吐出量Ｖｄ０に
対して△Ｖの幅で吐出量を制御することができる。

【００８７】（実施例３）本実施例は、図５（Ｂ）に示
すように、プレパルスの数を増加させてインクに投入す
るエネルギー量を増大させるとともに、更にメインパル
スのＰＷＭ制御を加えたものである。これにより、遥か
に大きな制御範囲を得ることが出来る。更に、本実施例
に於いては吐出量安定化の目的だけではなく、中間階調
信号に応じた吐出量変調方式に適用した場合について述
べる。本実施例は、メインパルスＴ５を変調しない場合
においては投入エネルギーの増加、駆動周波数の増加、
印字比率の増加に伴い過昇温が発生していた領域で合っ
ても、印字を可能とすることができる。

【００８８】本実施例ではＴ１１、Ｔ１３のプレパルス
の幅と、Ｔ１１のプレパルスとＴ１３のメインパルスの
間のＴ１２、Ｔ１３のプレパルスとＴ１５のメインパル
スの間のＴ１４で示される各インターバルタイムと、Ｔ
１５のメインパルスの全てを可変にして最大の吐出量制
御範囲を得ることを可能としたものである。これによれ
ば、記録ヘッドの過昇温無しに前述の制御可能範囲を遥
かに拡大することが可能となる。

【００８９】前述の第１の例と同じ図６に示される記録
ヘッドの構造で吐出量を絞ったものにおいて、駆動電圧
ＶＯＰ＝２２．０（Ｖ），メインパルス幅Ｔ１５＝１．
０００から４．０００［μｓｅｃ］、プレパルス幅Ｔ１
１、Ｔ１３を０から３．０００［μｓｅｃ］とし、Ｔ１
２、Ｔ１４のインターバルタイムを０から１０［μｓｅ
ｃ］まで吐出量変化が線形になるように組み合わせて変
化させると、図２９に示すような吐出量Ｖｄ［ｐｌ／ｄ
ｒｏｐ］の特性曲線関係が得られる。

【００９０】図２９は本実施例に於ける吐出量のプレパ
ルス幅依存性を示す線図であり、図において、Ｖ０はＴ
１１〜Ｔ１４＝０［μｓｅｃ］、Ｔ１５＝４［μｓｅ
ｃ］のときの吐出量を示し、この値は図６に示すヘッド
構造によって定まる。本実施例でのＶ０は環境温度ＴＲ
＝２３℃の場合で、Ｖ０＝３０．０［ｐｌ／ｄｒｏｐ］
であった。同図の曲線に示されるように、制御応じて吐
出量Ｖd はある領域までは線形に伸び、しばらくして飽
和した特性を示し、それ以上では緩やかな下降カーブを
示す。同図において、実用的には最大吐出量は２３℃環
境で最大９０［ｐｌ／ｄｒｏｐ］であった。

【００９１】以上説明したように上記実施例は、マルチ
パルス駆動のプレパルス幅や、インターバルタイムの長
さを可変にして吐出量を制御する場合、プレパルス、イ
ンターバルタイムの変更によりメインパルスに対する膜
沸騰開始点の変化に応じてメインパルスの長さを可変、
すなわち、メインパルスの長さを必要最小限にすること
により、膜沸騰開始後のインクと断熱状態での加熱を制
限し、記録ヘッドの蓄熱、ヒーターのピーク温度、イン
クの焦げ、キャビテーション等を極力抑えようとするも
のである。これに伴って、記録ヘッドの蓄熱防止効果に
よる記録周波数の大幅なアップを図ることができる。

【００９２】また、上記実施例によれば、記録ヘッドの
過昇温なしに、又、従来例の限界点で発生し易い不正発
泡等の吐出不良やヒータにダメージを与えることなく、
吐出量の制御範囲の大幅な拡大を電源容量の増大やバッ
テリー駆動時の過負荷の問題も無く行うことが可能で、
又、手法によっては低温時でもウエイトタイムレスで安
定した吐出量の制御が行える。

【００９３】更に、プレパルスとインターバルタイムを
両方独立に制御することにより、吐出量の可変範囲を格
段に増大させることが可能である。又、サブヒーターを
併用してインク温度を制御することで、制御可能範囲を
広げることも可能である。

【００９４】記録に先立って推定した記録時の吐出部の
インク温度に応じて、吐出の安定化を図ることで濃度の
一様性に優れた高品位の画像を得ることができる。ま
た、記録ヘッドに温度センサーを設けることなくインク
温度の推定を行うことで、記録装置本体及び記録ヘッド
を簡略化することができる。

【００９５】更に上述の記録ヘッドに蓄熱をさせないメ
インパルスまでをもコントロールする手法を用入れば１
吐出あたりの吐出に至らないパルスの数を吐出量変調量
に合わせて増加させることがその分、現実的に可能にな
る。よって従来不可能であった範囲にまでも吐出量変調
範囲を増大させることが可能となり中間調表現もマルチ
スキャン無しもしくは極少ない回数で可能となる。

【００９６】更に蓄熱が少ないことから最小駆動周期や
ベタ黒印字持続性を従来よりも飛躍的に改善することが
可能となる。

【００９７】なお、上記各実施例におけるメインパルス
制御は、記録モードとして図２０で示したノーマルスピ
ードモードとハイスピードモードを有する場合は、過昇
温の発生しやすいハイスピードモードのときのみ行って
も良い。

【００９８】本発明は、特にインクジェット記録方式の
中でも熱エネルギーを利用する方式の記録ヘッド、記録
装置に於いて、優れた効果をもたらすものである。

【００９９】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行なうものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド
型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能である
が、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）
が保持されているシートや液路に対応して配置されてい
電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越え
る急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を
印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを
発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結
果的にこの駆動信号に一対一対応し液体（インク）内の
気泡を形成出来るので有効である。この気泡の成長，収
縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させ
て、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパ
ルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行なわ
れるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が
達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号と
しては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３
４５２６２号明細書に記載されているようなものが適し
ている。尚、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の
米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条
件を採用すると、更に優れた記録を行なうことができ
る。

【０１００】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線状液流路又は直角液流路）の他
に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示
する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４
４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれる
ものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共
通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開
示する特開昭５９年第１２３６７０号公報や熱エネルギ
ーの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応せる構成を開
示する特開昭５９年第１３８４６１号公報に基づいた構
成としても本発明は有効である。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、マルチパ
ルス駆動のプレパルス幅や、インターバルタイムの長さ
を可変にして吐出量を制御する場合、プレパルス、イン
ターバルタイムの変更に伴う膜沸騰開始点の変化に応じ
てメインパルスの長さを可変にしたり、あるいは記録ヘ
ッドの温度に伴う膜沸騰開始点の変化に応じてメインパ
ルスの長さを可変にすること、すなわち、メインパルス
の長さを必要最小限にすることにより、膜沸騰開始後の
インクと断熱状態での加熱を制限し、記録ヘッドの蓄
熱、ヒーターのピーク温度、インクの焦げ、キャビテー
ション等を極力抑えようとするものである。これに伴っ
て、記録ヘッドの蓄熱防止効果による記録周波数の大幅
なアップを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が実施もしくは適用される好適なインク
ジェット記録装置の構成を示す斜視図である。

【図２】交換可能なカートリッジを示す斜視図である。

【図３】記録ヘッドの断面図である。

【図４】本実施例の最小吐出駆動周期内でのコモン信号
とセグメント信号の関係を示すタイミングチャートであ
る。

【図５】本実施例のセグメント信号のマルチパルス波形
を示す説明図である。

【図６】本発明を適用可能な記録ヘッドの一構成例を示
す図である。

【図７】吐出量のプレパルス依存性を示す線図である。

【図８】吐出量のインターバルタイム依存性を示す線図
である。

【図９】吐出量制御に関する説明図である。

【図１０】温度予測制御方式での吐出量制御に関するフ
ローチャートである。

【図１１】温度予測制御方式での吐出量制御に関するフ
ローチャートである。

【図１２】機内昇温補正のためテーブルである。

【図１３】温度予測テーブルである。

【図１４】環境温度とヘッドの目標温度の関係を示すテ
ーブルである。

【図１５】温度偏差とマルチパルスＰＷＭのインターバ
ルタイムとの関係を示すテーブルである。

【図１６】記録制御フローを実行するための制御構成を
示すブロック図である。

【図１７】インターバルタイムとメインパルス長さの関
係を示す図である。

【図１８】プレパルス幅とメインパルス長さの関係を示
す図である。

【図１９】マルチパルスＰＷＭ制御時のインターバルタ
イムと吐出可能最低メインパルス幅の関係を示す図であ
る。

【図２０】記録ヘッドの蓄熱による昇温を示す図であ
る。

【図２１】記録ヘッド温度とシングルパルス時の吐出可
能最低メインパルス幅を示す図である。

【図２２】記録ヘッドのヒーターボード部の断面の一例
を示す図である。

【図２３】記録ヘッドのヒーターボード近傍部の断面の
ヒーターボードに垂直な方向の１次元温度分布を示す図
である。

【図２４】マルチパルスＰＷＭ制御時のプレパルス幅と
吐出可能最低メインパルス幅の関係を示す図である。

【図２５】実施例１の各位置でのマルチパルス条件の変
化を示す図である。

【図２６】実施例１の各位置でのマルチパルス条件の変
化を示す図である。

【図２７】実施例２の各位置でのマルチパルス条件の変
化を示す図である。

【図２８】実施例２の各位置でのマルチパルス条件の変
化を示す図である。

【図２９】トリプルパルス方式と他の方式の吐出量可変
範囲の比較を示す図である。

【符号の説明】

８ｂ 記録ヘッド ８ｃ 吐出用（メイン）ヒーター ８ｄ サブヒーター ９ キャリッジ ６０ ＣＰＵ ７８ ゲートアレイ ７８ｂ プリントバッファ ７８ｃ ラインデューティーバッファ ５０１２ 記録ヘッド ５０１３ 吐出用（メイン）ヒーター ５０１４ サブヒーター

フロントページの続き (72)発明者 岩崎 督 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−227635（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−212164（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動パルスに応じた熱エネルギーをイン
   クに供給して膜沸騰による気泡を形成し、該気泡の形成
   に基づいてインクを記録ヘッドから記録媒体上に吐出し
   て記録を行うインクジェット記録装置において、 インクの１吐出あたり、前記記録ヘッドにインクを吐出
   に至らしめるメインパルスを含む複数パルスからなる駆
   動パルスを供給する駆動手段と、 記録動作中に前記駆動手段が供給する駆動パルスの波形
   を変化させて吐出されるインクの量を制御するものであ
   って、前記メインパルス以外の波形変化に伴って変化す
   る膜沸騰の開始タイミングに応じて前記メインパルスの
   エネルギーを制限する駆動パルス制御手段とを具備した
   ことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記駆動パルス制御手段は、前記メイン
   パルスのエネルギーを該メインパルス以外の前記駆動パ
   ルスのパルス幅、パルス間隔、パルス形状、パルス振幅
   の少なくとも１つの変化に応じて制限することを特徴と
   する請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 前記駆動パルス制御手段は、前記記録ヘ
   ッドの温度に応じて前記駆動パルスの波形を変化させる
   ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装
   置。
4. 【請求項４】 前記駆動パルス制御手段は、中間調信号
   に応じて前記駆動パルスの波形を変化させることを特徴
   とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 駆動パルスに応じた熱エネルギーをイン
   クに供給して膜沸騰による気泡を形成し、該気泡の形成
   に基づいてインクを記録ヘッドから記録媒体上に吐出し
   て記録を行うインクジェット記録装置において、 インクの１吐出あたり、前記記録ヘッドにインクを吐出
   に至らしめるメインパルスを含む駆動パルスを供給する
   駆動手段と、 前記記録ヘッドの温度上昇に伴って早くなる膜沸騰の開
   始タイミングに応じて前記メインパルスのエネルギーを
   制限する駆動パルス制御手段とを具備したことを特徴と
   するインクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 前記記録ヘッドの温度は、前記駆動手段
   が供給する駆動パルスによって前記記録ヘッドに投入し
   たエネルギーを演算することにより求めることを特徴と
   する請求項３または５記載のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】 前記駆動パルス制御手段は、インクを吐
   出に至らしめる前記メインパルスのエネルギーを制限す
   るモードと制限しないモードとを有し、記録モードによ
   り選択することを特徴とする請求項１または５記載のイ
   ンクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 前記駆動パルス制御手段は、前記メイン
   パルスのエネルギーを前記メインパルスのパルス幅を短
   くすることにより制限することを特徴とする請求項１ま
   たは５記載のインクジェット記録装置。