JP3117854B2 - インクジェット装置および該装置用インクジェットヘッドの制御方法 - Google Patents

インクジェット装置および該装置用インクジェットヘッドの制御方法

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JP3117854B2 JP05274414A JP27441493A JP3117854B2 JP 3117854 B2 JP3117854 B2 JP 3117854B2 JP 05274414 A JP05274414 A JP 05274414A JP 27441493 A JP27441493 A JP 27441493A JP 3117854 B2 JP3117854 B2 JP 3117854B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット装置お
よび該装置用インクジェットヘッドの制御方法に関し、
特に液体の吐出のために熱エネルギを利用する形態のイ
ンクジェットヘッドを用いるインクジェット装置、およ
び当該インクジェットヘッドの温度推定を行ってその制
御を実行するための制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】微小量の液体を媒体に付与可能なインク
ジェット方式は、印字,画像記録,捺染など種々の分野
で多用されるようになってきており、さらに他の分野へ
の応用も期待されるなど、実用性に富む技術である。
【0003】例えば、近年、オフィスや家庭におけるパ
ーソナルコンピュータやワードプロセッサ、ファクシミ
リ等の普及により、これらの機器の出力機として様々な
記録方式のプリンタが開発されているが、その中でもイ
ンクジェット記録方式は、記録騒音が低く、また多種多
様の記録媒体に対して高品位の記録が可能であり、さら
に小型である等の利点があるために、オフィスでのパー
ソナル・ユースにも最適である。特に、インクジェット
記録方式の中でも、キヤノン株式会社が提唱するバブル
ジェット方式など駆動の応答性の高いサーマル方式がひ
とつの主流になっている。この方式は、記録ヘッドにお
いて電気信号を発熱体により熱に換え、インクを核沸騰
または膜沸騰させ、その沸騰による圧力を利用してイン
クを記録媒体に吐出させるものである。
【0004】記録媒体に付着したインク滴は記録媒体上
で広がりドットを構成する。画像は前記ドットの集合体
により形成され記録される。ひとつのドットの面積はイ
ンク滴の大きさすなわちインク吐出量に大きく依存す
る。そのため、インクジェット記録方式において高画質
記録を行うには、吐出量を制御することが最も重要とな
る。吐出量は同一の駆動パルスを発熱体に印加する場
合、発熱体近辺のインクの温度に依存する。そこでイン
ク温度を管理を行う必要が生じるが、実用上困難である
ため、インク温度の代用として記録ヘッドを構成するチ
ップ温度を管理する技術が普及している。これは、一般
的には記録ヘッドチップに温度センサを設けた構成であ
るが、増幅器やノイズ対策等によるコスト上昇や温度セ
ンサの信頼性を考慮して、記録パターンにより記録ヘッ
ドの温度を推測する手法を代用または兼用する提案もな
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、今日における
記録速度の高速化に伴う駆動周波数の増大および1チッ
プ当たりの吐出口数の増大により、時間に対する記録ヘ
ッドチップ温度の変化が大きくなり、従来の温度推定方
法よりも高精度な手法を用いることが強く要望される。
かかる高精度化は温度推定演算の時間間隔を短くするこ
とで達成されるが、その方法では、時間を短くした分、
記録装置本体の演算負荷が増加して、スループットの低
下が生じ、もしくは演算手段たるMPUの高性能化の必
要が生じる。
【0006】そこで、本発明は、高精度で演算負荷の少
ない温度推定方法を用いたインクジェット装置およびイ
ンクジェットヘッドの制御方法を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明は、
インクを吐出するための熱エネルギを発生する発熱体を
有したインクジェットヘッドを用いるインクジェット装
置またはインクジェットヘッドの制御方法において、所
定時間間隔Δtに吐出が行なわれる回数を計測する計測
手段または工程と、前記所定時間間隔Δtに前記インク
ジェットヘッドに投入される、前記インクジェットヘッ
ドの熱時定数毎のi個(i≧1)に区分した熱量を示す
値ΔQiを、前記計測手段または工程によって計測され
た前記回数に基づいて取得する手段または工程と、前記
所定時間間隔Δt分前の前記熱時定数毎のi個の蓄熱量
に対応する値ΔTi(n−1)に対して、前記熱時定数
のそれぞれに応じた所定数Eiを乗算する手段または工
程と、当該乗算結果に前記値ΔQiを加算する手段また
は工程と、当該加算値を前記熱時定数毎のi個の蓄熱量
に対応する値ΔTi(n)として記憶する手段または工
程と、前記ΔTi(n)を総和して前記インクジェット
ヘッドの蓄熱量に対応する値ΔTを求める手段または工
程とを具えたことを特徴とする。
【0008】ここで、前記インクジェットヘッドの周囲
温度を検出する手段または工程と、当該検出された周囲
温度により前記インクジェットヘッドの駆動条件を変更
する手段または工程とをさらに具えることができる。
【0009】また、計測された前記所定時間間隔Δtで
の前記回数と前記ΔQiを対応させたテーブルを前記熱
時定数毎に具えることができる。
【0010】さらに、前記発熱体は特性の異なるj種
(j≧2)であり、前記計測する手段または工程は所定
時間間隔Δtにおける前記インクジェットヘッドの吐出
回数を前記発熱体の種類毎に計測し、前記取得する手段
または工程は前記所定時間間隔Δtにおける前記種類毎
の吐出回数から前記発熱体の種類毎に値ΔQjiを取得
し、当該値ΔQjiを前記i毎に合計した値を前記数値
ΔQiとすることができる。
【0011】また、前記計測手段または工程は、前記所
定時間間隔Δtにおける前記回数を前記インクジェット
ヘッドの駆動条件によって補正するものとすることがで
きる。
【0012】加えて、前記計測手段または工程は、前記
所定時間間隔Δtにおける前記回数を前記発熱体の特性
によって補正するものとすることができる。
【0013】また、前記インクジェットヘッドを加熱す
るためのヒータを有し、該加熱ヒータへの所定時間間隔
Δtにおける投入電力を計測する手段または工程と、当
該投入電力から前記加熱ヒータによる前記i個に区分し
た熱量を示す値ΔQi′に変換する手段または工程とを
有し、前記取得手段または工程は当該数値ΔQi′に基
づいて前記値ΔQiを得るものとすることができる。
【0014】さらに、本発明は、インクを吐出するため
の熱エネルギを発生する発熱体を有したインクジェット
ヘッドを用いるインクジェット装置またはインクジェッ
トヘッドの制御方法において、インクジェットヘッドに
配列した吐出ヒータを配列位置によってグループ化し、
所定時間間隔Δtで前記インクジェットヘッドに投入さ
れる熱量に対応し、前記インクジェットヘッドを熱時定
数で区分したi個(i≧1)の熱量を示す値ΔQiを、
前記グループ毎に独立して得る手段または工程と、前記
所定時間間隔Δt分前の前記熱時定数毎のi個の蓄熱量
に対応する値ΔTi(n−1)に対して、熱時定数のそ
れぞれに応じた所定数Eiを乗算する手段または工程
と、前記インクジェットヘッドの隣接するグループ間の
蓄熱量ΔTi(n−1)の差に定数を乗算して補正量Δ
qiを演算する手段または工程と、前記値ΔQi、前記
乗算値および前記補正量を前記グループ毎に合計する手
段または工程と、当該合計値を前記インクジェットヘッ
ドのグループ毎、前記熱時定数毎のi個の蓄熱量に対応
する値ΔTi(n)として記憶する手段または工程と、
前記値ΔTi(n)を総和して、前記グループ毎の蓄熱
量に対応する数値ΔTを求める手段または工程とを具え
たことを特徴とする。
【0015】ここで、前記インクジェットヘッドの周囲
温度を検出する手段または工程と、当該検出された周囲
温度により前記インクジェットヘッドの駆動条件を変更
する手段または工程とをさらに具えることができる。
【0016】また、前記所定時間間隔Δtにおける前記
インクジェットヘッドの吐出回数を前記グループ毎に計
測する計測手段または工程と、前記吐出回数を前記数値
ΔQiに変換する手段または工程とを具えることができ
る。
【0017】さらに、前記計測手段または工程は、前記
所定時間間隔Δtにおける前記インクジェットヘッドの
前記グループ毎の吐出回数を前記インクジェットヘッド
の前記グループ毎の駆動条件によって補正するものとす
ることができる。
【0018】加えて、前記計測手段または工程は、前記
所定時間間隔Δtにおける前記インクジェットヘッドの
前記グループ毎の吐出回数を前記インクジェットヘッド
の前記グループ毎の吐出ヒータ特性によって補正するも
のとすることができる。
【0019】以上において、前記インクジェットヘッド
は、熱エネルギによってインクに状態変化を生起させ、
前記状態変化に基いてインクを吐出させる手段を前記発
熱体として有するものとすることができる。
【0020】
【作用】すなわち、本発明は、下記の演算式(1)に従
い、熱時定数τi毎に、単位時間Δt(演算推定間隔)
におけるインクジェットヘッドからの吐出回数に応じて
インクジェットヘッドに蓄積される投入熱量ΔQiに変
換し、前記インクジェットヘッドの蓄熱分ΔTi(n−
1)より単位時間経過による放熱後の蓄熱分を演算し、
熱時定数毎にインクジェットヘッドチップ蓄熱分ΔTi
(n)を記憶し、前記の各投入熱量と放熱後の熱量を加
算することで、インクジェットヘッドの昇温ΔTを演算
するものである。
【0021】
【数1】 ΔTi(n)=ΔTi(n−1)×exp(−Δt/τi)+ΔQi (1) ΔT=ΣΔTi(n) (2) なお、演算間隔Δtを一定にすることで、exp(−Δ
t/τi)はヘッド構造により定まる定数Eiとするこ
とができる。このような演算を行うことにより、インジ
ェットヘッドにおける熱の伝わり方を反映した精度の高
い温度演算を行うことができる。
【0022】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0023】まず、図2は、本発明が実施もしくは適用
されて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2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3に示すように、インクタ
ンク5001と記録ヘッド5012とを一体化して交換
可能となしたカートリッジ(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
ンタ本体に取り付けるためのキャリッジ(HC)であ
り、5003はそのキャリッジを副走査方向に走査させ
るためガイドである。5000は、Pで示す記録媒体を
主走査方向に走査させるための送紙ローラである。50
24は、装置内の環境温度を測定するための温度センサ
であり、記録装置本体の電気実装基板上に設けたチップ
サーミスタで構成する。なお、キャリッジ5014に
は、記録ヘッド5012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(不図示)が、プリンタをコントロールするため
の電気回路(上記温度センサ5024等)を具備したプ
リント板(不図示)に接続されている。
【0024】図3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吐出口である。
【0025】上記構成のインクジェット記録装置IRJ
Aをさらに詳細に説明する。この記録装置IRJAは駆
動モータ5013の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア
5011,5009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は紙押さえ板であり、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。5007,5008はフォトカプラでキャリッジH
Cのレバー5006のこの域での存在を確認してモータ
5013の回転方向切り替え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。
【0026】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
切り替え等の公知の伝達手段で移動制御される。
【0027】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動作を行うことが
できるように構成されたものであれば、本例にはいずれ
も適用できる。
【0028】図4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に同一半導体プロセスで
形成された、記録ヘッド5012を加熱し、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上に配置さ
れた配線基板であって、前記配線基板5200と温調用
ヒータ5110及び吐出用(メイン)ヒータ5113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5
300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張り付けたものでもよい。
【0029】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。
【0030】図5は本実施例で使用しているヘッドのヒ
ータボード853の模式図を示している。温調用(サ
ブ)ヒータ8d、吐出用(メイン)ヒータ8cが配され
た吐出部列8g、駆動素子8hが同図で示される様な位
置関係で同一基板上に形成されている。このように各素
子を同一基板上に配することでヘッド温度の取扱いおよ
び制御が効率よく行え、さらにヘッドのコンパクト化、
製造行程の簡略化を計ることができる。また同図には、
ヒータボードをインクで満たされる領域と、そうでない
領域とに分離する天板の外周壁断面8fの位置関係を示
す。
【0031】(実施例1)次に、上述の記録装置に用い
た本発明の実施例1を具体的に説明する。
【0032】インクジェット記録ヘッドの吐出量を決定
する要因として、吐出部のインク温度(記録ヘッドの温
度で代用できる場合がある)がある。図6は駆動パルス
条件を固定した場合における吐出量の温度依存性を示す
線図である。同図の曲線aに示すように、記録ヘッド温
度TH (この場合はスタティックな温度特性なので吐出
部のインク温度と等しい)の増加に対して吐出量Vd
直線的に増加する。この直線の傾きを温度依存係数と定
義すると、温度依存係数は
【0033】
【数2】 KT =ΔVdT/ΔTH [pl/℃・drop] となる。この係数KT は駆動条件によらず、ヘッドのイ
ンク物性等によって定まる。図6においても他の記録ヘ
ッドの場合を曲線b,cに示す。
【0034】本実施例は、上述したインク温度変動によ
る吐出量の変動を吐出ヒータをダブルパルスを用いたP
WM駆動(以下単にPWM駆動という)により吐出量が
一定になるように制御しようするものである。
【0035】図7は本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は吐出ヒータ
に印加される駆動電圧、P1 は複数の分割されたヒート
パルスの最初のパルス(以下、プレパルスと称す)のパ
ルス幅、P2 はインターバルタイム、P3 は2番目のパ
ルス(以下メインパルスと称す)のパルス幅である。T
1 ,T2 ,T3 はP1 ,P2 ,P3 を決めるための時間
を示している。PWM吐出量制御には、大きく分けて2
方法ある。ひとつは図8に示される駆動法であり、T
2 ,T3 を固定にしてT1 を変調するプレパルス幅変調
駆動法であり、もう一方は図9に示される駆動法であ
り、T1 および(T3 −T2 )を一定にして(T2 −T
1 )を変調するインターバル幅変調駆動法である。
【0036】前者の制御による吐出量の変化を図10の
線図に示す。T1 の増加に伴って吐出量は増加し、ひと
つのピークを越えると減少して、P1 のパルスによって
発泡を起こす領域に入る。この駆動法の場合、T1 の設
定領域を最適化することでT1 の変調に対する吐出量の
変化に線形性を持たせることが可能であり、制御が容易
となる。
【0037】後者の制御による吐出量の変化を図11の
線図に示す。インターバルタイムの増加に伴って吐出量
は増加し、ある地点で発泡しなくなる領域に入る。この
駆動法は、記録ヘッドの昇温が深刻な問題となり、高温
域でシングルパルスでパルス幅をしぼり、投入するエネ
ルギーを減少させて昇温を抑制する制御法の場合、温度
の増加方向に対して(T2 −T1 )を減少させて、(T
2 −T1 )=0の時点よりT1 をしぼることで前記の制
御を実行できるため、パルス波形が連続性を保ち変調さ
せることが可能である。本実施例はいずれの駆動法でも
後述する方法で対応でき、両者を併用した駆動方法に対
しても同様の方法で対応が可能である。
【0038】なお、インクが低温である場合、低温によ
る吐出量減少分をPWM駆動方法による吐出量増加分の
みで補うには限界があり、保温用ヒータを駆動してイン
クを昇温させて吐出量を増加をはかる。
【0039】図12は上述した関係を適用した実際の制
御態様を示す。同図でT0 より低い場合はサブヒータに
より記録ヘッドを加熱し、保温するようにする。従っ
て、インク温度に応じた吐出量制御であるPWM制御は
0 以上の温度で行うことになる。図12でPWM領域
として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、本実施例では吐出部のインク温度が24〜54
℃の範囲である。図12では、プレパルスを11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ΔT毎にプレパルスのパ
ルス幅を変えることにより、目標吐出量Vd0に対してΔ
Vの幅で吐出量を制御できる。
【0040】図13は上記インクジェット記録装置にお
ける制御系の概略構成例を示すブロック図である。
【0041】ここで、800は主制御部をなすコントロ
ーラであり、図1について説明するシーケンス等を実行
する例えばマイクロコンピュータ形態のCPU801、
その手順に対応したプログラムや所要のテーブルその他
の固定データを格納したROM803、および画像デー
タを展開する領域や作業用の領域等を設けたRAM80
5を有する。810は画像データの供給源をなすホスト
装置(画像読取りのリーダ部であってもよい)であり、
画像データその他コマンド,ステータス信号等はインタ
ーフェース(I/F)812を介してコントローラと送
受信される。
【0042】820は電源スイッチ822、記録(コピ
ー)開始を指令するためのコピースイッチ824および
吸引回復の起動を指示するための回復スイッチ826
等、操作者による指令入力を受容するスイッチ群であ
る。830はホームポジションを検出するためのフォト
カラプ5008および温度センサ5024等、装置状態
を検出するためのセンサ群である。
【0043】840は記録データ等に応じて記録ヘッド
の吐出ヒータを駆動するためのヘッドドライバである。
852はキャリッジ5014を主成分方向(図2の左右
方向)に移動させる等のために用いられるモータ501
3を駆動するドライバである。860は記録媒体Pを搬
送(副走査)するために用いられる副走査モータ、85
4はそのドライバである。
【0044】図1は本実施例における温度推定演算シス
テムないし手順を示している。図示の各ブロックはコン
トローラ800が行う処理手順として構成することもで
きるし、少なくとも一部を論理回路を用いたハードウェ
アにて構成することもできる。
【0045】本実施例では演算間隔Δtを一定にするこ
とで、上記(1)式におけるexp(−Δt/τi)を
ヘッドの構造で決まる定数としている(以後、この定数
を降温定数と呼ぶ)。よって、(1)式より熱時定数毎
に、前回の演算値に降温定数を乗算したものと、演算間
隔内に投入された熱量を加算したものを常に更新して、
(2)より各時定数のΔTiを全て加算したものがヘッ
ド温度ΔTとなる。
【0046】本例の演算処理を図1を用いて説明する。
ステップS1000で得た前回のΔTiに、ステップS
1001で降温定数を乗算する。一方、単位演算間隔の
投入熱量ΔQiを次の方法で得る。すなわち、ステップ
S1002で単位演算間隔のドットをカウントする。こ
こで、ヘッドの昇温分ΔTと環境温度よるヘッド温度に
対して使用するパルスは前述したPWM制御(ステップ
S1009)で決定する。この場合、ヘッドの製造ばら
つきによりヒータの抵抗値がヘッド個々によって異なる
ため、吐出に必用な投入エネルギーが異なる。そこで前
記のエネルギーによりヘッドランク分けを行い、前記
ランクに応じてPWM制御に用いるパルス群を決定する
手法が考案されている。記録ヘッドに加える駆動条件で
ある駆動パルスおよび駆動電圧が固定である場合、単位
時間が十分に小さい場合は各時定数において、記録ヘッ
ド部材に投入される熱量は単位時間におけるヒート数、
すなわち単位時間におけるドット数にほぼ比例する。
【0047】そこで本実施例では基本となるパルスを設
定して、前記パルスによる単位時間におけるΔQiを、
単位時間当たりのドットカウントである吐出のデューテ
ィーに対応したテーブルを各熱時定数毎に作成した。さ
らに単位時間での吐出デューティーが同じ場合、ΔQi
はヘッドの駆動パルスによって一定比率となる。よって
基本パルスと他のパルスの場合との比を重みとして、使
用する駆動パルスと前記パルスによる重みを同時に選択
するテーブルを記録ヘッドのランクの数だけ作成した。
前記重みをkとすると基本駆動パルスの場合k=1とし
て、テーブルより取り出したΔQiをk×ΔQiと補正
するか、もしくはΔQiが吐出デューティーに対してほ
とんど線形であることから単位時間当たりのドットカウ
ントに重みを乗算しても良い。
【0048】図1のステップS1003において駆動パ
ルスによりドットカウントを補正して、ステップS10
04にて吐出デューティー・ΔQiテーブルを用いてΔ
Qiを得る。そして、ステップS1001の演算値と前
記ΔQiとをステップS1005にて加算して熱時定数
別のヘッド温度ΔTiをステップS1006で得る。こ
のΔTiは記憶しておき次回の演算に使用する。ステッ
プS1007にて全ての熱時定数に対するΔTiを合計
することで、ヘッド温度ΔTをステップS1010で得
る。ヘッド温度ΔTはヘッドの環境温度からの昇温分で
あるため、ヘッドの絶対温度は環境温度と前記ΔTを足
したものとなる。ステップS1009にて前記のヘッド
の絶対温度より使用パルスを選択するPWM制御を行
う。すなわちPWM制御による駆動パルスの切り替わり
は推定演算の単位時間間隔となる。
【0049】本実施例は記録ヘッドのヒートの際に扱わ
れる熱時定数の数だけヘッドの蓄熱状況をΔTiとして
記憶して演算の度にΔTiを更新できるので、ヘッドの
ヒートの履歴を多量に記憶する必要がなく負荷の少ない
演算で推定できる。また本実施例は、インクジェット記
録方式が上述したように記録ヘッドに投入したエネルギ
ーと蓄熱される熱量との相関が一対一に対応していない
ので、記録ヘッドの温度推定とPWM駆動を組み合わせ
ることで、記録ヘッド温度に対する駆動パルスおよび駆
動電圧等の駆動条件を一義的に決定するようにし、前記
条件における記録ヘッドチップに投入される熱量を予め
テーブル化しておくことで、記録ヘッドの温度推定を可
能とすると同時に、吐出量を一定範囲に制御している。
【0050】さらに保温制御におけるサブヒータの駆動
についても、吐出ヒータと同様に、演算間隔における通
電時間のデューティーからΔQiを求めるテーブルを作
成することで可能となる。サブヒータと吐出ヒータのヒ
ートが演算の単位時間間隔で混在または同時に存在して
も、それぞれのヒータによるΔQi,ΔQi′を求め、
それらを加算したものをΔQiとすることで上述した演
算が可能となる。
【0051】サブヒートの場合、吐出のヒートとは異な
りひとつのパルスによるヒートに課せられる条件がほと
んど無いため、1回(1パルス)のヒートによる投入熱
量を同じにすることで単位時間のヒート回数を見るだけ
でよく、重みをつける必要がない。これはヘッドランク
に対して1回(1パルス)のヒートによる投入熱量が同
じなるヒートパルス条件を与えれば実現される。
【0052】上述したように、本実施例によればサブヒ
ータを使用してもΔQiの加算が増えるだけで、熱時定
数の数だけヘッドの蓄熱状況をΔTiとして記憶して演
算するため、演算の負荷がサブヒートをしない場合の2
倍に達することはない。
【0053】(実施例2)本実施例は同一チップに異種
(j種類、j≧2)の吐出ヒータを持つ記録ヘッドの温
度を推定するものである。
【0054】本実施例は吐出ヒータの種類別に単位演算
時間間隔のヒートドット数をカウントして、各種類の吐
出ヒータ毎に、前記の実施例におけるΔQi(ΔQj
i)の呼び出しを行う。さらに各種類の吐出ヒータにお
けるΔQi(ΔQji)を足し合わせたものを単位時間
当たりの投入熱量ΔQiとして前記実施例の推定演算を
行うことで、前記実施例と同様の制御が可能となる。
【0055】(実施例3)本実施例は記録ヘッドのチッ
プが長尺で多数の吐出ヒータが並ぶヘッドの温度推定を
提供するものである。ヘッドチップが長尺であるとチッ
プ上の位置によって熱勾配が発生するため、ひとつの部
材として扱えなくなる。
【0056】そこで本実施例では記録ヘッドの吐出ヒー
タを位置によりグループ化する。前記のグループ化はヘ
ッドチップを等分割したものが望ましい。
【0057】後述する実施例は単純化する為にヘッドチ
ップを2分割する。この場合の温度推定演算は2つのグ
ループをa、bとして(1)の式を
【0058】
【数3】 ΔTia(n)=ΔTia(n−1)×exp(−mi×Δt) +ΔQia+Δqai (3) ΔTib(n)=ΔTib(n−1)×exp(−mi×Δt) +ΔQib+Δqbi (4) と変形する。式(3),(4)は式(1)に補正項△q
i(Δqai,Δqbi)を付加したものである。
【0059】Δqiは時定数τiの部材で構成する2つ
のグループa、b間の相互干渉を考慮したもので、隣接
グループからの流れを正としている。さらに前記Δqa
iおよびΔqbiは各グループ間の温度勾配で決定する
ため、
【0060】
【数4】 Δqai=αi×(ΔTib(n−1)−ΔTia(n−1)) (5) Δqbi=αi×(ΔTia(n−1)−ΔTib(n−1)) (6) で求められる。αiは部材構成および時間間隔Δtによ
ってきまり、本実施例では定数となる。
【0061】よって本実施例は各グループにおける単位
時間間隔Δtのヒート数をグループ毎にカウントして、
前記実施例と同様にヒートカウント値をΔQia,ΔQ
ibに変換するテーブル用いて、ΔQia,ΔQibを
得る。更に前回の推定演算値ΔTia(n−1),ΔT
ib(n−1)より、降温定数(exp(−mi×Δ
t))の乗算を前記実施例と同様に行う。さらに(5)
の演算を行いΔqiを求める。これらを加算して各部材
のグループにおける蓄熱分ΔTia(n),ΔTib
(n)を得る。これらを前記実施例と同様に、
【0062】
【数5】 ΔTa=ΣΔTai、 ΔTb=ΣΔTbi (7) の演算により各グループにおける温度を得ることが可能
となる。
【0063】前記演算結果より各グループにおけるヘッ
ド温度を得ることができ、そのグループ毎にPWM駆動
を行う。これによりヘッドチップ内の温度分布によって
生じる吐出量のムラを解消できる。
【0064】(その他)なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
(例えば電気熱変換体やレーザ光等)を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化,高精細化が
達成できるからである。
【0065】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る電気
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1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を発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体(インク)
内の気泡を形成できるので有効である。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1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
4345262号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、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、さらに優れた記録を行うことが
できる。
【0066】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
の組合せ構成(直線状液流路または直角液流路)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44
59600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59−123670号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭59−138461号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。
【0067】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された1個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【0068】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
【0069】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。
【0070】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して1個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。
【0071】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を30℃以上70℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭54−56847号公報あるいは特開昭60−7
1260号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。
【0072】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
【0073】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定時間(Δt)内の吐出回数を基にして各熱時定数毎
の熱量ΔQiを求める構成を採用したことにより、イン
クジェットヘッドの熱変動をより的確に捉えつつ、イン
ジェットヘッドにおける熱の伝わり方を考慮した高速で
高精度の温度推定演算を行うことができ、かつ演算負荷
を低減できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による温度推定演算を用いた
フィードバック制御システムないし制御処理手順を示す
ブロック図である。
【図2】本発明の実施もしくは適用されて好適なインク
ジェット記録装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図3】図2の装置に用いられる交換可能なカートリッ
ジの一例を示す斜視図である。
【図4】図3の記録ヘッドの断面図である。
【図5】本実施例で使用しているヘッドの吐出(メイ
ン)ヒータ、サブヒータの位置関係を示す図である。
【図6】吐出量の温度依存性示す図である。
【図7】PWM制御に関する説明図である。
【図8】プレパルス制御に関する説明図である。
【図9】インターバルタイム制御に関する説明図であ
る。
【図10】吐出量のプレパルス依存性を示す線図であ
る。
【図11】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12】吐出量制御に関する説明図である。
【図13】図2に示した装置の制御系の概略構成例を示
すブロック図である。
【符号の説明】
800 コントローラ 801 CPU 803 ROM 805 RAM 5012 記録ヘッド 5013 モータ 5014 キャリッジ 5015 吸引手段 5016 キャップ 5024 温度センサ 5029 吐出口 5100 ヒータボード 5110 温調用ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 健太郎 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 (72)発明者 高橋 喜一郎 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 (72)発明者 兼松 大五郎 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 (72)発明者 海老沢 功 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 (72)発明者 乾 利治 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 (72)発明者 桑原 伸行 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 (72)発明者 八重樫 尚雄 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2−217268(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/05 B41J 2/365

Claims (26)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを吐出するための熱エネルギを発
    生する発熱体を有したインクジェットヘッドを用いるイ
    ンクジェット装置において、 所定時間間隔Δtに吐出が行なわれる回数を計測する計
    測手段と、 前記所定時間間隔Δtに前記インクジェットヘッドに投
    される、前記インクジェットヘッドの熱時定数毎のi
    個(i≧1)に区分した熱量を示す値ΔQiを、前記計
    測手段によって計測された前記回数に基づいて取得する
    手段と、 前記所定時間間隔Δt分前の前記熱時定数毎のi個の蓄
    熱量に対応する値ΔTi(n−1)に対して、前記熱時
    定数のそれぞれに応じた所定数Eiを乗算する手段と、 当該乗算結果に前記値ΔQiを加算する手段と、 当該加算値を前記熱時定数毎のi個の蓄熱量に対応する
    値ΔTi(n)として記憶する手段と、 前記ΔTi(n)を総和して前記インクジェットヘッド
    の蓄熱量に対応する値ΔTを求める手段とを具えたこと
    を特徴とするインクジェット装置。
  2. 【請求項2】 前記インクジェットヘッドの周囲温度を
    検出する手段と、当該検出された周囲温度により前記イ
    ンクジェットヘッドの駆動条件を変更する手段とをさら
    に具えたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェ
    ット装置。
  3. 【請求項3】 計測された前記所定時間間隔Δtでの前
    記回数と前記ΔQiを対応させたテーブルを前記熱時定
    数毎に具えていることを特徴とする請求項1または2に
    記載のインクジェット装置。
  4. 【請求項4】 前記発熱体は特性の異なるj種(j≧
    2)であり、前記計測する手段は所定時間間隔Δtにお
    ける前記インクジェットヘッドの吐出回数を前記発熱体
    の種類毎に計測前記取得する手段は前記所定時間間
    Δtにおける前記種類毎の吐出回数から前記発熱体の
    種類毎に値ΔQjiを取得し、当該値ΔQjiを前記i
    毎に合計した値を前記数値ΔQiとすることを特徴とす
    る請求項1ないし3のいずれかに記載のインクジェット
    装置。
  5. 【請求項5】 前記計測手段は、前記所定時間間隔Δt
    における前記回数を前記インクジェットヘッドの駆動条
    件によって補正することを特徴とする請求項 1ないし4
    のいずれかに記載のインクジェット装置。
  6. 【請求項6】 前記計測手段は、前記所定時間間隔Δt
    における前記回数を前記発熱体の特性によって補正する
    ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の
    インクジェット装置。
  7. 【請求項7】 前記インクジェットヘッドを加熱するた
    めのヒータを有し、該加熱ヒータへの所定時間間隔Δt
    における投入電力を計測する手段と、当該投入電力から
    前記加熱ヒータによる前記i個に区分した熱量を示す値
    ΔQi′に変換する手段とを有し、前記取得手段は当該
    数値ΔQi′に基づいて前記値ΔQiを得ることを特徴
    とする請求項1ないし6のいずれかに記載のインクジェ
    ット装置。
  8. 【請求項8】 インクを吐出するための熱エネルギを発
    生する発熱体を有したインクジェットヘッドを用いるイ
    ンクジェット装置において、 インクジェットヘッドに配列した吐出ヒータを配列位置
    によってグループ化し、所定時間間隔Δtで前記インク
    ジェットヘッドに投入される熱量に対応し、前記インク
    ジェットヘッドを熱時定数で区分したi個(i≧1)の
    熱量を示す値ΔQiを、前記グループ毎に独立して得る
    手段と、 前記所定時間間隔Δt分前の前記熱時定数毎のi個の蓄
    熱量に対応する値ΔTi(n−1)に対して、熱時定数
    のそれぞれに応じた所定数Eiを乗算する手段と、 前記インクジェットヘッドの隣接するグループ間の蓄熱
    量ΔTi(n−1)の差に定数を乗算して補正量Δqi
    を演算する手段と、前記値ΔQi、 前記乗算値および前記補正量を前記グル
    ープ毎に合計する手段と、 当該合計値を前記インクジェットヘッドのグループ毎
    前記熱時定数毎のi個の蓄熱量に対応する値ΔTi
    (n)として記憶する手段と、前記値ΔTi(n)を総和して、前記グループ毎の蓄熱
    量に対応する数値 ΔTを求める手段とを具えたことを特
    徴とするインクジェット装置。
  9. 【請求項9】 前記インクジェットヘッドの周囲温度を
    検出する手段と、当該検出された周囲温度により前記イ
    ンクジェットヘッドの駆動条件を変更する手段とをさら
    に具えたことを特徴とする請求項8に記載のインクジェ
    ット装置。
  10. 【請求項10】 前記所定時間間隔Δtにおける前記イ
    ンクジェットヘッドの吐出回数を前記グループ毎に計測
    する計測手段と、前記吐出回数前記数値ΔQiに変換
    する手段とを具えたことを特徴とする請求項8または9
    に記載のインクジェット装置。
  11. 【請求項11】 前記計測手段は、前記所定時間間隔Δ
    における前記インクジェットヘッドの前記グループ毎
    の吐出回数を前記インクジェットヘッドの前記グループ
    毎の駆動条件によって補正することを特徴とする請求項
    10に記載のインクジェット装置。
  12. 【請求項12】 前記計測手段は、前記所定時間間隔Δ
    における前記インクジェットヘッドの前記グループ毎
    の吐出回数を前記インクジェットヘッドの前記グループ
    毎の吐出ヒータ特性によって補正することを特徴とする
    請求項10または11に記載のインクジェット装置。
  13. 【請求項13】 前記インクジェットヘッドは、熱エネ
    ルギによってインクに状態変化を生起させ、前記状態変
    化に基いてインクを吐出させる手段を前記発熱体として
    有することを特徴とする請求項1ないし12のいずれか
    に記載のインクジェット装置。
  14. 【請求項14】 インクを吐出するための熱エネルギを
    発生する発熱体を有したインクジェットヘッドの制御方
    法において、所定時間間隔Δtに吐出が行なわれる回数を計測する計
    測工程と、 前記 所定時間間隔Δtに前記インクジェットヘッドに投
    入される、前記インクジェットヘッドの熱時定数毎のi
    個(i≧1)に熱量に区分した熱量を示す値ΔQiを、
    前記計測工程によって計測された前記回数に基づいて取
    得する工程と、 前記所定時間間隔Δt分前の前記熱時定数毎のi個の蓄
    熱量に対応する値ΔTi(n−1)に対して、前記熱時
    定数のそれぞれに応じた所定数Eiを乗算する工程と、 当該乗算結果に前記値ΔQiを加算する工程と、 当該加算値を前記熱時定数毎のi個の蓄熱量を示す数値
    ΔTi(n)として記憶する工程と、前記数値ΔTi(n)を総和して前記インクジェットヘ
    ッドの蓄熱量に対応する数値ΔTを求める工程と を具え
    たことを特徴とするインクジェットヘッドの制御方法。
  15. 【請求項15】 前記インクジェットヘッドの周囲温度
    を検出する工程と、当該検出された周囲温度により前記
    インクジェットヘッドの駆動条件を変更する工程とをさ
    らに具えたことを特徴とする請求項14に記載のインク
    ジェットヘッドの制御方法。
  16. 【請求項16】 計測された前記所定時間間隔Δtでの
    前記回数を前記熱時定数毎に具えたテーブルを用いて前
    記ΔQiに変換することを特徴とする請求項14または
    15に記載のインクジェットヘッドの制御方法。
  17. 【請求項17】 前記発熱体は特性の異なるj種(j≧
    2)であり、前記計測工程は所定時間間隔Δtにおける
    前記インクジェットヘッドの吐出回数を前記発熱体の種
    類毎に計測前記取得する工程は前記所定時間間隔Δ
    における前記種類毎の吐出回数から前記発熱体の種類
    毎に値ΔQjiを取得し、当該数値ΔQjiを前記i毎
    に合計した値を前記数値ΔQiとすることを特徴とする
    請求項14ないし16のいずれかに記載のインクジェッ
    トヘッドの制御方法。
  18. 【請求項18】 前記計測工程は、前記所定時間間隔Δ
    tにおける前記回数を前記インクジェットヘッドの駆動
    条件によって補正することを特徴とする請求項14ない
    し17のいずれかに記載のインクジェットヘッドの制御
    方法。
  19. 【請求項19】 前記計測工程は、前記所定時間間隔Δ
    tにおける前記回数を前記発熱体の特性によって補正す
    ることを特徴とする請求項14ないし18のいずれかに
    記載のインクジェットヘッドの制御方法。
  20. 【請求項20】 前記インクジェットヘッドを加熱する
    ためのヒータを有し、該加熱ヒータへの所定時間間隔Δ
    における投入電力を計測する工程と、当該投入電力か
    ら前記加熱ヒータによる前記i個に区分した熱量を示す
    数値ΔQi′に変換する工程とを有し、前記取得する工
    程はこの値ΔQi′に基づいて前記数値ΔQiを得る
    とを特徴とする請求項14ないし19のいずれかに記載
    インクジェットヘッドの制御方法。
  21. 【請求項21】 インクを吐出するための熱エネルギを
    発生する発熱体を有したインクジェットヘッドの制御方
    法において、 インクジェットヘッドに配列した吐出ヒータを配列位置
    によってグループ化し、所定時間間隔Δtで前記インク
    ジェットヘッドに投入される熱量に対応し、前記インク
    ジェットヘッドを熱時定数で区分したi個(i≧1)の
    熱量を示す値ΔQiを、前記グループ毎に独立して得る
    工程と、 前記所定時間間隔Δt分前の前記熱時定数毎のi個の蓄
    熱量に対応する値ΔTi(n−1)に対して、熱時定数
    のそれぞれに応じた所定数Eiを乗算する工程と、 前記インクジェットヘッドの隣接するグループ間の蓄熱
    量ΔTi(n−1)の差に定数を乗算して補正量Δqi
    を演算する工程と、前記値ΔQi、 前記乗算値および前記補正量を前記グル
    ープ毎に合計する工程と、 当該合計値を前記インクジェットヘッドのグループ毎
    前記熱時定数毎のi個の蓄熱量を示す数値ΔTi(n)
    として記憶する工程と、前記値ΔTi(n)を総和して、 前記グループ毎の蓄熱
    量に対応する数値ΔTを求める工程とを有することを特
    徴とするインクジェットヘッドの制御方法。
  22. 【請求項22】 前記インクジェットヘッドの周囲温度
    を検出する工程と、当該検出された周囲温度により前記
    インクジェットヘッドの駆動条件を変更する工程とをさ
    らに具えたことを特徴とする請求項21に記載のインク
    ジェットヘッドの制御方法。
  23. 【請求項23】 前記所定時間間隔Δtにおける前記イ
    ンクジェットヘッドの吐出回数を前記グループ毎に計測
    する計測工程と、前記吐出回数前記数値ΔQiに変換
    する工程とを具えたことを請求項21または22に記載
    のインクジェットヘッドの制御方法。
  24. 【請求項24】 前記計測工程は、前記所定時間間隔Δ
    における前記インクジェットヘッドの前記グループ毎
    の吐出回数を前記インクジェットヘッドの前記グループ
    毎の駆動条件によって補正することを特徴とする請求項
    23に記載のインクジェットヘッドの制御方法。
  25. 【請求項25】 前記計測工程は、前記所定時間間隔Δ
    における前記インクジェットヘッドの前記グループ毎
    の吐出回数を前記インクジェットヘッドの前記グループ
    毎の吐出ヒータ特性によって補正することを特徴とする
    請求項23または24に記載のインクジェットヘッドの
    制御方法。
  26. 【請求項26】 前記インクジェットヘッドは、熱エネ
    ルギによってインクに状態変化を生起させ、前記状態変
    化に基いてインクを吐出させる手段を前記発熱体として
    有することを特徴とする請求項14ないし25のいずれ
    かに記載のインクジェットヘッドの制御方法。
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