JPH0531899A - サーマルインクジエツトヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッドコストの低廉化を図りながら、ウオー
ムアップ時間の短縮化を有効に図ることができ、しか
も、コゲーション等によるヘッドの性能劣化を有効に抑
えるようにする。 【構成】 画像制御手段３が、印字モードと加熱モード
とのいずれかを選択するモード選択手段４と、このモー
ド選択手段４にて印字モードが選択された条件下では、
駆動素子２群を複数のブロックＢに分けて順次駆動する
印字モード実行手段５と、上記モード選択手段４にて加
熱モードが選択された条件下では、発熱体１に対する供
給電圧を印字モード時よりも低く設定した状態にて駆動
素子２群全体を同時に駆動する加熱モード実行手段６と
を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画素毎に配列された発
熱体を画像情報に応じて発熱させ、その熱により生成さ
れる気泡に基づいてインクを飛翔させるサーマルインク
ジェットヘッドに係り、特に、発熱体の駆動制御を改良
したサーマルインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のサーマルインクジェット記録にお
いては、ヘッド及びインクの温度が噴射特性に影響を与
えることが知られており、印字ドットサイズを安定に保
ち高画質を得るにはヘッド及びインクの温度を一定に保
つ温度制御が必要とされている。

【０００３】この種の温度制御方式としては、特開昭６
２−１１７７５４号公報に記載されているように、ヘッ
ドに外部発熱体と温度検出素子を設け、ヘッド温度を環
境温度より高く保つ方式が一般的である。

【０００４】ところが、ヘッド温度制御に専用の外部発
熱体を用いると、ヘッドコストが不必要に高くなってし
まい、特にヘッドを使い捨てとするカートリッジタイプ
ではコストアップが顕著である。

【０００５】そこで、従来のサーマルインクジェット記
録においては外部発熱体のかわりに噴射発熱体をそのま
ま用いる方式特開昭６１−１４６５５３号：噴射しない
短いパルス幅で通電、特開昭６１−１４６５５５号：噴
射しない低い電圧印加で通電）が提案されている。

【発明が解決しようとする課題】

【０００６】しかしながら、この種のサーマルインクジ
ェット記録の噴射発熱体を用いて加熱する方式では、イ
ンクが噴射しない程度に発熱体に与えるエネルギを小さ
く設定する必要があり、その分、ウォームアップ時にお
いて噴射発熱体に与えられるエネルギを余り大きくする
ことができず、必然的にウォームアップに要する時間が
嵩むという技術的課題が表面化してくる。

【０００７】特に、ヘッドに発熱体と同数の駆動素子群
と、各駆動素子群に画像信号を供給する制御回路とを有
するサーマルインクジェットヘッドでは、共通電極に流
れるサーマル電流が大きくなるのを防ぐために、発熱体
及び駆動素子群を複数のブロックに分割して順次駆動す
る方式が採用されており、このような分割駆動方式にあ
っては更にウオームアップに要する時間が嵩む。

【０００８】このような技術的課題を解決するには、加
熱エネルギを大きくする上で、噴射発熱体にはインクが
噴射しないぎりぎりの大きさのエネルギを与えたいが、
噴射発熱体に対しインクが噴射しないぎりぎりの大きさ
のエネルギをパルス状に通電すると、噴射発熱体の表面
温度が約２００°Ｃの高温になってしまうが、噴射発熱
体表面および近傍温度を繰り返し高温とすることはコゲ
ーションやヘッド構成部材の劣化を促進し、ヘッド寿命
を不必要に短くしてしまうという技術的課題が生ずる。

【０００９】この発明は、以上の技術的課題を解決する
ためになされたものであって、ヘッドコストの低廉化を
図りながら、ウオームアップ時間の短縮化を有効に図る
ことができ、しかも、コゲーション等によるヘッドの性
能劣化を有効に抑えるようにしたサーマルインクジェッ
トヘッドを提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
図１に示すように、画素単位に配列される複数の発熱体
１と、各発熱体１に対応して設けられてオン動作時に発
熱体１に対し通電する駆動素子２群と、この駆動素子２
群に画像信号を供給する画像制御手段３とを備えたサー
マルインクジェットヘッドを前提とし、上記画像制御手
段３が、印字モードと加熱モードとのいずれかを選択す
るモード選択手段４と、このモード選択手段４にて印字
モードが選択された条件下では、駆動素子２群を複数の
ブロックＢに分けて順次駆動する印字モード実行手段５
と、上記モード選択手段４にて加熱モードが選択された
条件下では、発熱体１に対する供給電圧を印字モード時
よりも低く設定した状態にて駆動素子２群全体を同時に
駆動する加熱モード実行手段６とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１１】このような技術的手段において、モード選
択手段４としてはモードを選択できるものであれば適宜
選定して差し支えないが、ヘッドに接続する信号線を少
なくするという観点からすれば、例えば、画像制御手段
３に画像信号生成用電源及び発熱体駆動用電源を具備さ
せ、画像信号生成用電源からの電圧供給がある条件下で
印字モードを選択し且つ画像信号生成用電源からの電圧
供給がない条件下で加熱モードを選択するスイッチ手段
にてモード選択手段４を構成し、画像信号生成用電源か
らの電圧供給がない条件下で駆動素子２群をオン動作さ
せるように設計すればよい。

【００１２】

【作用】上述したような技術的手段によれば、モード選
択手段４にて印字モードが選択されると、印字モード実
行手段５が働き、駆動素子２群を複数のブロック（Ｂ）
に分けて順次駆動する。このとき、発熱体１には噴射に
必要なエネルギがパルス状に供給される。

【００１３】また、上記モード選択手段４にて加熱モー
ドが選択されると、加熱モード実行手段６が働き、発熱
体１に対する供給電圧を印字モード時よりも低く設定し
た状態にて駆動素子２群全体を一括駆動し、全発熱体１
に連続通電する。このとき、各発熱体１には小さなエネ
ルギが連続的に供給されるので、各発熱体１の温度上昇
は小さいが、トータルでヘッドに与えられるエネルギは
各発熱体１に印加されるエネルギの総和であり、加熱モ
ード時には大きなエネルギが与えられる。

【００１４】すなわち、発熱体ブロック数：ｍ、各ブロ
ックの発熱体数：ｎ、パルス幅：ｔｐ、ブロック周期：
ｔｂ、印字モードで発熱体に印加される電力：Ｐｊ、加
熱モードで発熱体に印加される電力：Ｐｈとすれば、印
字モードでヘッドに印加される電力Ｗｊ及び加熱モード
でヘッドに印加される電力Ｗｈは以下の通りである。

【００１５】

【数１】

【００１６】このとき、Ｐｊ＞Ｐｈであるが、発熱体ブ
ロック数ｍが多いため、結果的にはＷｈ＞Ｗｊとなり、
加熱モード時にはヘッドに大きなエネルギが与えられ
る。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの
発明を詳細に説明する。 ◎実施例１ 図２はこの発明が適用されたサーマルインクジェットヘ
ッドの一実施例の外観を示す。同図において、サーマル
インクジェットヘッドＨＤは、画素密度毎に配列される
発熱体１１、発熱体１１と同数の駆動素子１２群、各駆
動素子１２群に画像信号を供給する制御回路１３が形成
されたヒータウェハ１０と、バブル発生領域を限定する
ポリイミド樹脂製のピット層２０と、ＯＤＥ（Ｏｒｉｅ
ｎｔａｔｉｏｎＤｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｅｔｃｈｉｎｇ：
異方性エッチング）によって画素単位のインク流路３２
が形成されたＳｉ製のチャネルウェハ３０とからなる。

【００１８】この実施例において、上記ヒータウェハ１
０は、Ｓｉ基板１４上にＰｏｌｙ−Ｓｉの発熱体１１
（この実施例では、３００ｓｐｉ，１９２個）、駆動素
子１２及び制御回路１３をＬＳＩ技術によって一体的に
形成したものである。そして、上記制御回路１３より印
字信号が駆動素子１２に印加されると発熱体１１に印字
信号に応じた通電が行われ発熱体１１が加熱されるよう
になっている。尚、符号１５は発熱体１１への通電用電
極である。

【００１９】また、ピット層２０の発熱体１１領域には
バブル発生領域を限定するピット開口２１が形成されて
おり、発熱体１１の加熱によってピット開口２１部のイ
ンクが気化してバブルを形成し、このバブルの圧力によ
ってチャネルウェハ３０の溝によって形成されたインク
流路３１からインク３２が吐出される。尚、チャネルウ
エハ３０にはインク流路３１に連通するインク室３３及
びインク室３３へのインク供給口３４が形成されてい
る。

【００２０】また、図３は発熱体駆動回路を示すブロッ
ク図であり、上記制御回路１３は、印字モード時に分割
駆動する発熱体１１（具体的には１１（１）…１１（ｎ
−１），１１（ｎ））のブロック単位を選択するブロッ
ク選択信号、制御動作を許容するためのイネーブル信号
及び画像信号とのＡｎｄ出力とモード選択信号とのＯｒ
出力を駆動素子１２へ出力するものである。尚、この実
施例では、モード選択信号は印字モードでＬ（ローレベ
ル），加熱モードでＨ（ハイレベル）である。

【００２１】この実施例において用いられる制御回路１
３の詳細を図４に示す。同図において、制御回路１３
は、この実施例では４８個のブロックＢ（具体的には＃
１〜＃４８）を順次選択する４８ビットシフトレジスタ
４１と、各ブロック内の４ビットの発熱体１１を画像デ
ータに従って選択する４ビットシフトレジスタ４２と、
ブロック選択信号、画像データ信号及びイネーブル信号
のＡｎｄをとる１９２個のＡｎｄ素子４３と、各Ａｎｄ
出力とモード信号のＯｒをとる１９２個のＯｒ素子４４
とからなる。そして、各Ｏｒ素子４４の出力は各々対応
する１９２個のドライバ（駆動素子）１２に入力され、
各Ｏｒ出力がＨ（ハイレベル）の時各ドライバ１２はオ
ンとなり、各発熱体１１に通電されて各発熱体１１が発
熱するようになっている。

【００２２】次に、この実施例に係るサーマルインクジ
ェットヘッドの作動について説明する。印字モードと加
熱モードとの切り替えはモード信号線をＨにするかＬに
するかで簡易に行われる。先ず、印字モードが選択され
たとき（モード：Ｌ）の動作は以下のように行われる。
ブロック選択信号は４８ビットシフトレジスタ４１によ
って＃１ブロックから順次転送されていき、同時に２ブ
ロックが選択されることはない。また、シリアルで転送
されてきた画像データは４ビットシフトレジスタ４２で
４ビットパラレルデータに変換される。この画像データ
ラインは４ビットおきに接続されており、４ビットシフ
トレジスタ４２の各ビット出力に接続されている。更
に、イネーブル信号はＨの時間／タイミングによって、
発熱体１１の通電時間／タイミングを規定している。

【００２３】よって、画像データとブロック選択信号が
ともにＨのビットはイネーブル信号と同期してＡｎｄ素
子４３出力がＨとなる。このとき、モード信号はＬであ
るからＯｒ素子４４の出力はＡｎｄ素子４３出力と一致
し、選択された発熱体１１にイネーブル信号で規定され
た時間／タイミングで通電が行われる。

【００２４】一方、加熱モードが選択されたとき（モー
ド：Ｈ）の動作は以下のように行われる。Ｏｒ素子４４
のモード信号入力が全てＨとなるので、Ｏｒ素子４４の
出力は、画像データ、ブロック選択信号、イネーブル信
号によらず、全てＨとなる。このため、全てのドライバ
１２はオンとなり、全ビットの発熱体１１に通電が行わ
れる。

【００２５】このとき、この実施例では、サーマル電圧
は印字モードより低く設定され（３８Ｖ：印字モード，
１０Ｖ：加熱モード）、連続通電による障害が起こらな
いように配慮されている。すなわち、加熱モード時に印
字モードと同じサーマル電圧を印加していると、発熱体
１１が加熱され焼損する、共通電極部（サーマル電圧を
発熱体に供給する電極）に過大な電流が流れ焼損する、
などの問題が発生するが、これらの障害は有効に回避さ
れる。

【００２６】また、印字モード時及び加熱モード時のヘ
ッドへのエネルギ供給量を上述した数１に基づいて調べ
てみると、以下のような結果が得られた。 Ｐｊ（印字モードで発熱体に印加する電力）：７Ｗ Ｖｊ（印字モード時のサーマル電圧）：３８Ｖ Ｐｈ（加熱モードで発熱体に印加する電力）：０．１Ｗ Ｖｉ（加熱モード時のサーマル電圧）：１０Ｖ ｎ（各ブロックの発熱体数）：４ ｍ（発熱体ブロック数）：４８ ｔｐ（パルス幅）：１μｓ ｔｂ（ブロック周期）：３μｓ Ｗｊ（印字モードでヘッドに印加される電力）：９．３
Ｗ Ｗｈ（加熱モードでヘッドに印加される電力）：１９．
２Ｗ この結果からすれば、Ｐｊ＞Ｐｈであるが、Ｗｈ＞Ｗｊ
になっていることが確認される。

【００２７】◎実施例２ 図５はこの発明が適用されるサーマルインクジェットヘ
ッドの他の実施例における駆動回路を示す。尚、実施例
１と同様な構成要素については実施例１と同様な符号を
付してここではその詳細な説明を省略する。同図におい
て、制御回路１３は４８個のブロックを順次選択する４
８ビットシフトレジスタ４１と、各ブロック内の４ビッ
トの発熱体１１を画像データに従って選択する４ビット
シフトレジスタ４２と、ブロック選択信号、画像データ
信号及びイネーブル信号とのＮａｎｄをとる１９２個の
Ｎａｎｄ素子４５とからなる。

【００２８】また、ドライバ（駆動素子）１２は、図６
に示すように、負論理構成のもので、駆動信号入力がＬ
のときに発熱体１１に通電を行うようになっている。よ
り具体的には、各発熱体１１と直列にＥ−ＭＯＳ型トラ
ンジスタ１２１が接続されると共に、Ｅ−ＭＯＳ型トラ
ンジスタ１２１のゲートはＤ−ＭＯＳ型トランジスタ１
２２を介してＨＶ（サーマル電圧）に接続され、Ｅ−Ｍ
ＯＳ型トランジスタ１２３を介して接地されている。そ
して、各Ｎａｎｄ素子４５の出力は各々対応する１９２
個のドライバ１２に入力され、各Ｎａｎｄ出力がＬの時
各ドライバ１２はオンとなり、各発熱体１１に通電され
発熱が行われる。

【００２９】また、この実施例においては、制御回路１
３は画像信号生成用電源及び発熱体駆動用電源を具備し
ており、印字モードと加熱モードの切り替えは、画像信
号生成用電源のスイッチ（図示せず）をオンオフするこ
とにより画像信号生成用電源電圧（＋５Ｖ）を供給する
かしないかで簡易におこなわれる。次に、この実施例に
係るサーマルインクジェットヘッドの作動について説明
する。

【００３０】通常は画像信号生成用電源電圧（＋５Ｖ）
が供給されるので印字モードが選択される。このときの
動作は以下のように行われる。先ず、ブロック選択信号
は４８ビットシフトレジスタ４１によって＃１ブロック
から順次転送されていき同時に２ブロックが選択される
ことはない。そして、シリアルで転送されてきた画像デ
ータは４ビットシフトレジスタ４２で４ビットパラレル
データに変換される。画像データラインは４ビットおき
に接続されており、４ビットシフトレジスタ４２の各ビ
ット出力に接続されている。また、イネーブル信号はＨ
の時間／タイミングによって、発熱体１１の通電時間／
タイミングを規定している。

【００３１】よって、画像データとブロック選択信号と
がともにＨのビットはイネーブル信号と同期してＮａｎ
ｄ素子４５出力がＬとなり、選択された発熱体１１にイ
ネーブル信号で規定された時間／タイミングで通電が行
われる。

【００３２】一方、加熱モードの選択は画像信号生成用
電源のスイッチをオフすることによって行われる。電源
（＋５Ｖ）オフ時はＮａｎｄ素子４５出力は画像デー
タ、ブロック選択信号、イネーブル信号によらず、常に
Ｌとなる。従って全てのドライバ１２はオンとなり、全
ビットの発熱体１１に通電が行われる。尚、加熱モード
ではサーマル電圧は印字モードより低くしなくてはなら
ないのは実施例１と同様である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、ヘッド自体の噴射発熱体を利用し、加熱モード時
には各発熱体に小さなエネルギが連続的に供給され、し
かも、ヘッド全体に対しては大きなエネルギを供給する
ようにしたので、ヘッド自体の低廉化を図りながら、加
熱モード時の各発熱体の温度上昇を小さく抑え、コゲー
ション等によるヘッド性能劣化を有効に防止することが
でき、しかも、ヘッド全体の温度上昇を促進させてウォ
ームアップ時間を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るサーマルインクジェットヘッ
ドの概略構成を示す説明図である。

【図２】 この発明が適用されるサーマルインクジェッ
トヘッドの実施例１の外観構成を示す説明図である。

【図３】 実施例１で用いられる駆動回路の基本構成を
示すブロック図である。

【図４】 実施例１の駆動回路の詳細を示す説明図であ
る。

【図５】 この発明が適用されるサーマルインクジェッ
トヘッドの実施例２で用いられる駆動回路を示す説明図
である。

【図６】 実施例２のドライバ（駆動素子）構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１…発熱体，２…駆動素子，３…画像制御手段，４…モ
ード選択手段，５…印字モード実行手段，６…加熱モー
ド実行手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 画素単位に配列される複数の発熱体
   （１）と、各発熱体（１）に対応して設けられてオン動
   作時に発熱体（１）に対し通電する駆動素子（２）群
   と、この駆動素子（２）群に画像信号を供給する画像制
   御手段（３）とを備えたサーマルインクジェットヘッド
   において、上記画像制御手段（３）は、印字モードと加
   熱モードとのいずれかを選択するモード選択手段（４）
   と、このモード選択手段（４）にて印字モードが選択さ
   れた条件下では、駆動素子（２）群を複数のブロック
   （Ｂ）に分けて順次駆動する印字モード実行手段（５）
   と、上記モード選択手段（４）にて加熱モードが選択さ
   れた条件下では、発熱体１に対する供給電圧を印字モー
   ド時よりも低く設定した状態にて駆動素子（２）群全体
   を同時に駆動する加熱モード実行手段（６）とを備えた
   ことを特徴とするサーマルインクジェットヘッド。