JP4311026B2 - インク吐出ヘッド制御装置、及びインク吐出装置 - Google Patents
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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】
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、前記発熱素子の初期時からの累積的な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、前記発熱素子の初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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、前記第２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低下した後も必要なインク滴の吐出速度を確保でき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初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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又は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。
【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（１０７ 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Ｖ０（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Ｖ１ （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（１０８ 回）付近まで到達すると、初期時の吐出速度Ｖ０ 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Ｖ０ 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Ｖ０ 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Ｖ０ 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Ｖ１ 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（１０８ 回）に到達した付近で、初期時の吐出速度Ｖ０ 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（１０８ 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（１０８ 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
【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】
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、前記発熱素子の初期時からの累積的な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、前記発熱素子の初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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、前記第２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低下した後も必要なインク滴の吐出速度を確保でき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初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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又は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。
【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（１０７ 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Ｖ０（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Ｖ１ （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（１０８ 回）付近まで到達すると、初期時の吐出速度Ｖ０ 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Ｖ０ 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Ｖ０ 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Ｖ０ 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Ｖ１ 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（１０８ 回）に到達した付近で、初期時の吐出速度Ｖ０ 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（１０８ 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（１０８ 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
Claims (6)
- 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、
前記発熱素子の初期時からの累積的な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、前記発熱素子の初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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、
前記第２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低下した後も必要なインク滴の吐出速度を確保でき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初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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又は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
インク吐出ヘッド制御装置。 - 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、前記第１エネルギー量より少ない前記第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
インク吐出ヘッド制御装置。 - 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、前記第１エネルギー量より少ない前記第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
インク吐出ヘッド制御装置。 - 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、初期時からの累積的な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
インク吐出ヘッド制御装置。 - 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前記第１エネルギー量より少ない前記第２エネルギー量、前記第２エネルギー量より少ない第３エネルギー量、・・・と段階的に少なくしていくように制御する
インク吐出ヘッド制御装置。 - 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、
前記発熱素子の初期時からの累積的な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、前記発熱素子の初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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、
前記第２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低下した後も必要なインク滴の吐出速度を確保でき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初期時からの累積的な駆動回数の増加に伴って初期時に必要な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又は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
インク吐出装置。
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