JPH0911473A - インク・ジェット・プリントヘッド及びその熱作動条件を安定化する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定化したプリントヘッドの熱作動条件を得
る。 【解決手段】 インク・ジェット・プリントヘッドは、
複数の抵抗と、少なくとも１つの追加の抵抗１１とを備
え、これらは同一半導体基板に集積化されている。追加
の抵抗は、０．３％／℃と１．０％／℃の間の抵抗値の
温度変動係数を有する材料により構成され、基板の加熱
とその温度の測定の双方のため用いられる。差動増幅器
１３、ユニバイブレータ１４、スイッチ１２により追加
抵抗１１に流れる電流が制御される。追加の抵抗の使用
に基づいた種々の回路が、基板の温度を安定化する方法
を実現するため形成される。また、ヘッドの特性の変動
により一定のままの安定化温度を得るための方法が規定
されている。更に、射出抵抗のエネルギの動作点を設定
する方法が規定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、黒又はカラーのイ
メージを、印刷媒体に、なお一般に限るものではない
が、用紙のシートに熱インク・ジェット技術により形成
する装置に用いられるプリントヘッド、及びその熱作動
条件を安定化するための動作方法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば、プリンタ、写
真複写機、ファクシミリ装置等、及び本質的に固定又は
交換可能なプリントヘッドから一般に成る印刷手段を用
いて書類を印刷するため用いられるプリンタのような、
上記のタイプの装置は当該技術において知られている。

【０００３】インク・ジェット・プリンタの動作の構成
及び一般モードは、また関連のインク・ジェット・プリ
ントヘッドのそれと同様に、今日の技術において既に周
知であり、そのため詳細な記述はここでは提供しない
が、本発明を理解するのに関連するプリントヘッドのあ
る特性のわかりのよい記述を提供する。

【０００４】通常のインク・ジェット・プリンタは、 −モータにより選択的に駆動され、イメージが印刷され
るべき用紙のシートを、用紙の供給が所与の方向に不連
続なステップで発生する要領で供給する（ライン・フィ
ード）ための装置と、 −シート供給方向に垂直の方向の道を走行し、且つ前進
移動又は戻り移動をシートの全体の幅に沿って実行する
ようにモータにより選択的に起動される可動のキャリッ
ジと、 −一般に、例えばキャリッジに取り外し可能に装着され
たプリントヘッドであって、基板（通常シリコン・ウエ
ファ）に被着され且つインクで充填されたセルの内側に
配列された複数の射出抵抗でその各々が対応する複数の
ノズルに接続された当該複数の射出抵抗を備え、前記ノ
ズルを介してプリントヘッドが貯蔵器に含まれるインク
の小滴を射出することができるプリントヘッドである印
刷手段と、 −電子的コントローラに接続された「コンピュータ」か
ら受け取った情報とユーザにより確立された事前設定と
に基づいて、前記モータの双方及びプリントヘッドをも
選択的に指令し、プリントヘッドからシートの表面に対
してインクの小滴を射出させることにより見えるイメー
ジを抵抗の選択的加熱により形成する電子的コントロー
ラとを概略備える。

【０００５】既知の技術の最近の進展によれば、プリン
トヘッドはまた、射出抵抗に加えて、同一半導体基板に
集積化された抵抗を駆動するための構成要素を備える。
通常、これらの構成要素は、集積化されたＭＯＳトラン
ジスタ、即ち、既知の半導体集積回路技術により同一シ
リコン基板に製作されたものであり、エネルギを射出抵
抗の加熱のため選択的に供給する。

【０００６】電気的観点から、全部が本質的に同一の幾
何学的及び電気的特性を有するこれらの集積化された駆
動構成要素と、これらと関係する関連の射出抵抗とは、
通常、プリントヘッドと電子コントローラの間の接続と
接触点との数を最小に低減するため、当該技術において
既知の動作方法に従って、行列のマトリックスに配置さ
れている。

【０００７】エネルギは、全部の射出抵抗が接続されて
いる電源により供給される電流を当該射出抵抗自体に流
れさせることを可能にすることにより、ＭＯＳトランジ
スタにより射出抵抗へ供給される。この電流は、射出抵
抗においてジュール効果により熱エネルギに変換され、
射出抵抗に３００℃の領域の温度まで非常に迅速に加熱
させる。

【０００８】この熱エネルギの第１の部分は、抵抗と接
触している周囲のインクに伝達されて該インクを蒸発さ
せ、従って射出抵抗を収容するセルに接続されたノズル
を通して所定量の一滴の射出を生じさせる。熱エネルギ
の第２の部分は、射出抵抗が被着されている共通基板
（シリコン・ウエファ）を介した伝導により失われ、該
基板の、全体としてプリントヘッドの、及び該プリント
ヘッドが含むインクの、温度Ｔ_sを周囲温度に対して増
大させる。

【０００９】なお、温度のこの上昇が、現在の印刷の仕
事が一部のノズルのみの優先的な活動化を要求し得るた
め、また基板における伝導による熱の拡散が温度の一様
な分布を得るのに十分迅速でないため、プリントヘッド
のほんの少しの射出抵抗の周囲の領域に制限され得るこ
とが注目されなければならない。

【００１０】インクの小滴の射出現象は、図１のグラフ
を参照して調べると一層良く理解し得る。図１のグラフ
は、実験的に測定され、所与の一定の基板温度Ｔ_sに対
して、ノズルに接続されたセルに配設された射出抵抗に
供給される熱エネルギＥの関数であるノズルにより射出
されたインクの小滴の量ＶＯＬの曲線３により表された
パターンを示している。

【００１１】グラフにより示されるように、値Ｅ_s（ス
レショルド・エネルギ）より下では、抵抗が周囲のイン
クを蒸発させるのに十分な高い温度に達しないので、滴
は形成されない。抵抗に供給されるエネルギＥを値Ｅ_s
から値Ｅ_g（ニー・エネルギ（ｋｎｅｅ ｅｎｅｒｇ
ｙ）（ここで、「ニー・エネルギ」は、図１に示される
ように小滴の量とエネルギの関係を表す曲線３が膝状に
曲がった位置におけるエネルギをいう。））まで増大す
ることにより、射出される小滴の量ＶＯＬは、抵抗へ供
給されるエネルギＥの増加に実質的に比例して増加す
る。逆に、Ｅ_gの値を越えると、量ＶＯＬは、抵抗へ供
給されるエネルギＥの増加に対して実質的に変わらない
ままとなる。

【００１２】小滴の量ＶＯＬのパターンの漸近特性は、
極めて有効であり、射出抵抗へ供給されるべきエネルギ
Ｅに対する典型的な作動値Ｅ_l（エネルギの動作点）を
規定するとき考慮される。実際に、一定の滴量を有する
ことは、黒あるいはカラーのいずれにしても、用紙上の
基本のドットの直径が一定となると同様に、従ってイメ
ージの密度及び均質性も一定となるであろうことを意味
する。つまり、印刷の質が一定となり、これはプリンタ
のユーザにより大いに認められる非常に重要な特徴であ
る。

【００１３】現在の手法は、例えば、Ｅ_gより全く大き
い、Ｅ_lに対する折衷（中間）の値を採用する。これ
は、製造プロセスから誘発されるドリフトあるいは現実
の動作条件の変動のような種々の要因による射出抵抗へ
供給される熱エネルギＥの制限された変動が、射出され
る小滴の量ＶＯＬの著しい変動を伴わないことを保証す
る。これは、射出抵抗のエネルギの動作点は、いずれに
しても曲線３の漸近部分の内側にあり、その結果、Ｅ_l
がＥ_gより下に降下し小滴の量が変動するようになるな
らば生じるであろう不安定な動作状態の創成が回避され
るからである。

【００１４】従って、プリントヘッドの温度は、動作中
一定でないが、むしろ、その温度が実質的に周囲温度と
類似である点で印刷が開始されると、増大し始めること
は明らかであろう。その結果、プリントヘッドの温度
は、採用される印刷モード（例えば、「ドラフト」又は
「文字品質」モード）、即ち、印刷されるべきオリジナ
ル及び作動サイクルの関数で変動するであろう。

【００１５】また、基板を通して拡散される熱エネルギ
の部分が少ないほど、印刷中の上記の温度上昇はより小
さくなるであろう。

【００１６】当業者が分かるように、以下の問題がプリ
ントヘッドの温度の変動に関して生じる。即ち、 −作動エネルギＥ_lの同様の値に対して、ノズルにより
射出されるインクの小滴の量は、温度の上昇と共に増大
し、先に説明したように、用紙に印刷される基本ドット
の直径の対応する変動と、その結果起こる印刷の均一性
の劣化とを生じさせる。この現象は、ページ自体を印刷
することにより生じるプリントヘッドの温度の増大のた
め、ページの開始部に印刷される文字の光学的密度と、
同じページの底部に印刷されるそれとの間に相当の相違
を生成するほど明らかであり得る。

【００１７】−更に、プリントヘッドの温度が非常に高
いレベルに達するならば、炭素残留物の被着現象が、抵
抗上のインクの分解のため、印刷中に頻繁に付勢される
ある特定の射出抵抗に関して起こり得る。その結果、有
効なプリントヘッドの寿命が、多分非常に相当に低減さ
れ、プリントヘッドの動作の故障が、インクを射出する
のに関係するノズルの故障のため、起こるであろう。

【００１８】プリントヘッドの温度変動による小滴の量
の変動の課題を解決するため、既知の技術において、基
板の温度Ｔ_sを安定化する、つまりプリントヘッドを本
質的に一定の基板温度Ｔ_sで作動させる主な意図を有す
る方法及びデバイスが提案されて来た。

【００１９】例えば、プリントヘッドが自然に冷え一層
低い温度値で落ち着くのに有効な時間を増加するため温
度Ｔ_sが規定の制限値を越える傾向を有するとき印刷速
度を遅く（従って、小滴を射出する頻度を低減）するこ
とにより、また、基板の温度が所定のレベルを越えると
き印刷を停止することによっても、基板の温度Ｔ_sを一
定に維持するためのシステムが提案されて来た。しかし
ながら、これは、インク・ジェット・プリンタのユーザ
により非常に高く評価される要件である作動性能速度
（即ち「スループット」）に対して有害である。

【００２０】更に、基板温度Ｔ_sを一定に維持し、その
結果、例えば、プリントヘッドを必要に応じ加熱するた
め射出抵抗と共に追加の抵抗を用いることによるか、又
はプリントヘッドを加熱するため射出抵抗自体を用いる
ことによるかのいずれかにより、プリントヘッドが恒久
的に所定の最大温度レベルで作動するシステムが提案さ
れて来た。後者のケースにおいては、インクの滴を射出
するのを要求されないノズルの射出抵抗が依然加熱され
るが、しかし小滴の射出を生じさせることができない程
高い周波数のエネルギ・パルスでもって加熱される。し
かしながら、これら双方の解決法は、プリントヘッドに
温度センサーがはめられることを要求し、例えば、プリ
ントヘッドと接触して取り付けられるサーミスタを必要
とし、プリントヘッドの構成を一層複雑にし且つその関
連するコストを増大させる。

【００２１】上記に見られるように、当該技術において
既知の提案された全ての解決法は欠点を有し、その結
果、インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を
単純に、実効的に且つ安価に安定化する課題は依然満足
に解決されてなかった。

【００２２】当業者は、安定化が非常に高い温度値で生
じるので、所定の射出抵抗上の炭素残留物の付着の課題
を解決していない。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の主目的は、半導
体基板に集積化された射出抵抗を備え、温度安定化手段
を設けたインク・ジェット・プリントヘッドであって、
前記安定化手段が基板を加熱するための追加の抵抗であ
って基板の温度測定要素として同時に作用する該追加の
抵抗を含むことにより特徴付けられるインク・ジェット
・プリントヘッドを規定することにある。

【００２４】本発明の別の目的は、半導体基板を備え、
該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定化するた
めの追加の抵抗とが集積化されている、インク・ジェッ
ト・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する目的であ
って、前記追加の抵抗はまた、基板の温度測定要素とし
ても用いられることにより特徴付けられる。

【００２５】本発明の更に別の目的は、半導体基板に集
積化された、インクの小滴を射出するための抵抗を備え
るインク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安
定化する方法であって、基板温度を種々の所定値で安定
化することができることにより特徴付けられる方法を規
定することにある。

【００２６】本発明のまた別の目的は、半導体基板に集
積化された、インクの小滴を射出するための抵抗を備え
るインク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安
定化する方法であって、基板温度の安定化値からの変動
が所定値内に制限され得ることにより特徴付けられる方
法を規定することにある。

【００２７】本発明の更にまた別の目的は、半導体基板
を備え、該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定
化するための追加の抵抗とが集積化されている、インク
・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する
方法であって、用いられるプリントヘッドの特有の特性
の変動にも拘わらず、プリントヘッドを安定化するため
温度値が一定に維持されることにより特徴付けられる方
法を規定することにある。

【００２８】本発明の別の目的は、半導体基板を備え、
該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定化するた
めの追加の抵抗とが集積化されている、インク・ジェッ
ト・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法であ
って、射出抵抗のエネルギの動作点が、基板自体の加熱
を最小にするため、基板の温度の関数で変化させられる
ことにより特徴付けられる方法を規定することにある。

【００２９】本発明の更に別の目的は、半導体基板を備
え、該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定化す
るための追加の抵抗とが集積化されている、インク・ジ
ェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法
であって、射出抵抗のエネルギの動作点が、用いられる
プリントヘッドの特有の特性の関数において熱平衡と動
作一貫性とに関して最適化されることにより特徴付けら
れる方法を規定することにある。

【００３０】上記目的は、インク・ジェット・プリント
ヘッドの熱作動条件を安定化する方法及び関連のプリン
トヘッドとであって、特許請求の範囲の引用形式でない
請求項に記載された事項により特徴付けられる方法及び
プリントヘッドにより達成される。

【００３１】本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利
点は、非排他的でない事例により提供される、添付の図
面と関連した好適実施形態の以下の記述を考慮すること
により一層明らかになるであろう。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明に従ったインク・ジェット
・プリントヘッドは、射出抵抗に加えて、追加の抵抗１
１（図２参照）を備える。該追加の抵抗１１は、この目
的のため、正常なプリントヘッドの構成プロセスのステ
ップの一つを用いて、同一の半導体基板に膜、一般にア
ルミニウムの膜（しかしまた、銅の膜、あるいは銅／ア
ルミニウムの合金の膜も有り得る）を被着することによ
り作られる。既知の技術において、射出抵抗を接続する
導体は、一般にアルミニウム、銅、あるいはアルミニウ
ム／銅の合金から作られ、一方、射出抵抗自体は、通常
タンタル／アルミニウムから、あるいはホウ化ハフニウ
ムから作られる。

【００３３】追加抵抗１１は、所定の一定の厚さと幅を
有するリボンとして設けられ、また基板の周辺に沿って
配置され、その全体の長さを増すため当該技術において
周知の要領で曲がりくねった領域を有して多分設けら
れ、そのため、適切に給電されるとき、例えば１ワット
と１０ワットの間の、好適には約５ワットの電力を放散
することができる抵抗値を、２つの電極に接続されたそ
の端部において呈し得る。

【００３４】知られているように、アルミニウム、銅、
あるいは銅／アルミニウムの合金の抵抗値の温度変動係
数は、正で比較的高く、即ち０．３％／℃と１．０％／
℃の間である。他方、タンタル／アルミニウムは、負で
比較的低い、即ち約０．０１７％／℃である抵抗値の温
度変動係数を有し、一方ホウ化ハフニウムの係数は実質
的にゼロである。

【００３５】追加抵抗１１用の材料としてのアルミニウ
ム、銅、あるいは銅／アルミニウムの合金の選択は、抵
抗自体を通って流れるため生じる電流についてのジュー
ル効果を介して基板を加熱するためと、基板温度Ｔ_sを
検出するため抵抗値の温度変動を用いる基板温度検出手
段としてのためとの双方のため追加抵抗が用いられるこ
とから明らかにされる。射出抵抗は、それが基板全体に
対する平均温度を良好な精度で測定することを可能にす
るよう幾何学的に配置される。

【００３６】図２は、本発明の第１の実施形態に従って
基板温度Ｔ_sを安定化するため用いられる電気回路を表
す。追加抵抗１１がプリントヘッドの（あるいはより良
好には基板に集積化された回路の）一部を必ず形成する
一方、図２に示される他のデバイス又は電子部品は、い
ずれにしても回路の動作に影響を及ぼすことなくしかし
技術的及び経済的考慮に基づいた最も都合の良い選択を
単純に表すように、同じプリントヘッドの一部を形成し
ても良く、またプリンタの電子コントローラの一部を形
成しても良いことに注意することである。

【００３７】図２の回路において１０は、値ｉ_cの一定
電流Ｉの発生器を示す。同一図面において、Ｒ_Aは追加
抵抗１１の抵抗値を示し、Ｓはスイッチ１２（電子式、
電子機械式、又は機械式）を、１３は差動増幅器を、１
４は単安定ユニバイブレータ（ｕｎｉｖｉｂｒａｔｏ
ｒ）をそれぞれ示す。これら全部の電子部品及びデバイ
スは当該技術において周知であり、詳細な記述を本明細
書においては提供しない。

【００３８】図２に表される回路の動作方法は、プリン
トヘッドが稼働しているが印刷していない状態において
のものが図３を参照して以下に説明される。最初に、ユ
ニバイブレータ１４の１つの出力１７の電圧Ｖ_u（曲線
２３により表される）が「ハイ」であり、従ってスイッ
チ１２が閉成状態に維持され（本明細書においては、用
語「ハイ」及び「ロー」は、それらが認識される論理回
路記述の意味において用いられている。）、一定電流ｉ
_cが追加抵抗１１を通して流れることを可能にする。追
加抵抗１１に流れる電流ｉ_cは、その両端子間に電圧降
下Ｖ_i（曲線２２により表される）を発生し、且つ基板
をジュール効果を介して加熱し、温度Ｔ_sを上昇させ
る。

【００３９】差動増幅器１３は、その負の入力１５の１
つにもたらされる追加抵抗１１の両端子間の電圧降下の
値Ｖ_iを、所望のプリントヘッドの安定化温度の関数に
おいて選択され且つその正の入力１６に提供される基準
電圧Ｖ_ref（線１により表される）と比較される。最初
に、Ｖ_iはＶ_refより低く、差動増幅器１３はユニバイブ
レータ１４を阻止した状態に保ち、そのためその出力１
７が「ハイ」のままであるが、基板温度Ｔ_sが追加抵抗
１１から誘発される熱のため増大するので、追加抵抗１
１の抵抗値Ｒ_Aが増大し、従ってＶ_iもまた、Ｖ_i＝Ｖ_ref
となり差動増幅器１３がユニバイブレータ１４をトリガ
ーするときまで増大する。

【００４０】このようにして、ユニバイブレータ１４の
出力が「ロー」に行くことにより、スイッチ１２にユニ
バイブレータ１４の特性である所定時間ｔ_off２８の間
開成することを指令し、そして追加抵抗１１を通る電流
ｉ_cの流れとその結果生じる基板の加熱効果を中断す
る。

【００４１】時間ｔ_off２８の終わりで、追加抵抗１１
の端子間の電圧降下の値Ｖ_iは、その間に、基板と追加
抵抗１１の自然冷却による結果生じる抵抗値Ｒ_Aの減少
のため、再びＶ_ref即ち基準電圧値より低くなるので、
差動増幅器１３は、再びユニバイブレータ１４を停止さ
せ、その結果スイッチ１２は再び閉成し、新しい基板加
熱サイクルは時間ｔ_on２９に向けて開始する。図３に、
時間の関数である電圧Ｖ_i及びＶ_refのそれぞれの波形２
２及び２３が表され、該波形は、スイッチＳの開成及び
閉成サイクルの反復された順序を示し、このサイクルに
より、基板の温度Ｔ_s、従ってプリントヘッドの温度が
定常動作条件の下で実質的に一定に維持され、当該サイ
クルは実質的に一定の対応する時間ｔ_on２９及びｔ_off
２８を有する。

【００４２】基板温度Ｔ_sの安定化値は基準電圧Ｖ_ref値
から決定され、この値は印刷品質及び信頼性の双方に関
して適正なプリントヘッドの動作を保証することができ
るレベルに規定される。

【００４３】前述した動作方法に従って、印刷していな
いとき定常温度状態に達すると、プリントヘッドを作動
することにより、換言するとインクの滴をノズルから射
出しそれに射出抵抗の選択的加熱が続くことにより、印
刷が実行される状況を調べて見る。これらの状態の下
で、図２に示される回路の動作の方法は、図４を参照し
て以下に記述される。

【００４４】滴を形成して射出するのに必要とされる量
を越えて抵抗へ供給されるエネルギは、次いで、追加抵
抗１１により生じる加熱が加算される基板の加熱をもた
らす。このエネルギは、電流ｉ_cが追加抵抗１１を流れ
る時間ｔ_on２９を適切に短くするが、ユニバイブレータ
１４の特性からのみ決定されるｔ_off２８を変えず、プ
リントヘッドの熱時定数を考慮すると、定常状態の基板
温度値Ｔ_sに対して最大許容変動（「リップル」として
知られている）の関数において選択される。定常状態の
下での温度Ｔ_sについての最大許容変動は、プリントヘ
ッドの熱挙動の全体に対して無視し得る効果であると認
められるほどの十分に低い値内に含まれ得る。例えば、
図２の回路は、温度Ｔ_sのほぼ１℃の所与の最大変動に
関して適切なサイズにし得る。

【００４５】換言すると、印刷中、追加抵抗１１は、射
出抵抗へ供給される熱量に加えて更に定常状態の温度を
達成するのに必要とされる熱量を基板に供給する。図４
には、印刷中に時間の関数である電圧Ｖ_i及びＶ_uのそれ
ぞれの波形２４及び２５が示されている。該電圧Ｖ_i及
びＶ_uのそれぞれの波形２４及び２５は、スイッチ１２
の開成及び閉成のサイクルの反復された順序を示し、該
手順は基板温度Ｔ_sを印刷中の定常状態の下で実質的に
一定に維持することを可能にする。

【００４６】図５は、本発明の第２の実施形態に従って
基板温度Ｔ_sを安定化するため用いられる電子回路を示
す。参照番号の仕組みは、類似のデバイスについて図２
のものと同一である。差動増幅器１３の正の入力１６上
の電圧Ｖ_iは、供給電圧Ｖから追加抵抗１１及び第２の
抵抗１９により形成される電圧ディバイダーを介して得
られる。第２の抵抗１９は、例えばＭＯＳタイプのトラ
ンジスタ１８を介して接地に接続されている。該トラン
ジスタ１８は、ユニバイブレータ１４の出力１７上の電
圧Ｖ_uにより駆動される。トランジスタ１８は、図２に
おけるスイッチ１２と同じ機能を有し、ユニバイブレー
タ１４の出力１７上の電圧Ｖ_uが「ハイ」であるときの
み電流を追加抵抗１１に流すことを許容する。

【００４７】抵抗値Ｒの第２の抵抗１９は、基板に被着
され且つ射出抵抗とは別個であるが射出抵抗と同じ組成
の抵抗から成る。即ち、これらの抵抗はアルミニウム／
タンタル又はホウ化ハフニウムの膜の被着により作られ
る。従って、それは、温度変動に関して相当の安定性を
有する。トランジスタ１８が導通すると、第２の抵抗１
９も基板の加熱に寄与し、それにより系の応答速度が増
大し、温度Ｔ_sの安定化時間を低減する。

【００４８】図５の回路の動作の方法は、図２の回路に
ついて前述した方法と実質的に類似している。簡潔さの
ため、図６を参照して印刷をしていない場合についての
み詳細な記述を提供する。図６において、電圧Ｖ_i及び
Ｖ_uがそれぞれ曲線２６及び２７により表されている。

【００４９】最初に、トランジスタ１８が導通すると、
抵抗値Ｒ_Aを有する追加抵抗１１は自身を流れる次式で
表される電流を有する（なお、トランジスタ１８の導通
チャンネル抵抗値を脇に置いておく）。

【００５０】

【数１】ｉ＝Ｖ／（Ｒ_A＋Ｒ） （１） そして、差動増幅器１３の入力１６での電圧Ｖ_iの値は
次式により与えられる。

【００５１】

【数２】Ｖ_i＝ＶＲ／（Ｒ_A＋Ｒ） （２） ここで、トランジスタ１８が導通していないとき、Ｖ_i
は実質的にＶと一致する。

【００５２】基板温度Ｔ_sが、追加抵抗１１及び第２の
抵抗１９の双方を通る電流ｉにより生じる加熱の効果に
より上昇するにつれ、追加抵抗１１の抵抗値Ｒ_Aが増大
し、その結果電圧Ｖ_iが減少する。

【００５３】電圧Ｖ_iの値が、差動増幅器１３の入力１
５での基準電圧Ｖ_ref（線２により表される）と等しく
なる点に達すると、差動増幅器１３はユニバイブレータ
１４をトリガーする。このようにして、ユニバイブレー
タ１４の出力１７が「ロー」になることにより、トラン
ジスタ１８に、ユニバイブレータの特性である所定の時
間ｔ_off２８の間導通を停止するよう指令し、電流ｉが
追加抵抗１１及び第２の抵抗１９を通って流れるのを中
断させ、その結果基板の加熱効果を中断させる。

【００５４】時間ｔ_off２８の終わりで、電圧Ｖ_iの値
が、基板と抵抗１１及び１９との自然冷却の結果追加抵
抗１１の抵抗値Ｒ_Aが低減する当該冷却のため再びＶ_ref
の基準電圧値より大きくなると、差動増幅器１３は再び
ユニバイブレータ１４を停止し、トランジスタ１８を導
通させ、新しい加熱サイクルを時間ｔ_on２９に向けて開
始させる。図６には、時間の関数である電圧Ｖ_i及びＶ_u
のそれぞれの波形２６及び２７が示されている。該電圧
波形は、これらのトランジスタ１８の導通及び中断サイ
クルの反復された順序を示す。このサイクルの反復され
た順序により、基板の、従ってプリントヘッドの温度Ｔ
_sが、動作の定常状態の下で実質的に一定に維持され、
そのサイクルの反復された順序に対して、対応する時間
ｔ_on２９及びｔ_off２８は実質的に一定である。

【００５５】図７は、本発明の第３の実施形態に従って
基板温度Ｔ_sを安定化するため用いられる電子回路を示
す。この電子回路は、上述のものと、差動増幅器１３の
入力１５での基準電圧Ｖ_refが一定でなく、むしろマイ
クロプロセッサ２０により決定される点で異なる。この
マイクロプロセッサ２０は、プリントヘッドの外部でプ
リンタの電子コントローラの一部を形成することが好ま
しい。

【００５６】この第３の実施形態は、種々のプリントヘ
ッドの作動温度を規定する要件に適合させるため用いら
れ得る。この種々のプリントヘッド作動温度は、例え
ば、小滴の射出周波数、従って印刷速度における変化、
あるいは、小滴の量を変え、その結果基本ドットの直径
を変える必要性を有する基本ドットの印刷密度における
変化という、特定のプリントヘッド作動条件により指図
される。図７の回路の動作は、図５の回路について既に
記述したものと十分類似しており、従って専用の説明は
必要としない。

【００５７】図８は、本発明の第４の実施形態に従って
基板温度Ｔ_sを安定化するため用いられる電子回路を示
す。この回路は、前述したものと、差動増幅器１３によ
り及びユニバイブレータ１４により実施される機能が、
マイクロプロセッサ２０により、当該技術において既知
の方法に従ったそのマイクロプロセッサ２０自身の内部
機能を用いて、全部実施される点で異なる。図８の回路
の全般的な動作の方法は、図５の回路についてすでに記
述した方法に関して変わらず、従って特別の説明はここ
ではしない。

【００５８】ここで、図５の回路に戻って（しかし類似
の考慮がまた既に記述した図７及び図８の他の回路に対
して適用可能である）、抵抗１１及び１９の特定の特徴
が強調されなければならない。それは、これらの抵抗値
Ｒ_A及びＲは、用いられる材料に結合された一連の要因
と、それらを構成するため採用された製作プロセスとの
結果である。なお、該製作プロセスの結果として、多
分、前記抵抗値Ｒ_A及びＲの無視し得ない変動さえも
が、用いられる製造公差及び材料のため産業の業務にお
いて生じ得る。

【００５９】同様の基板温度条件に対する、先に見られ
る式（２）の関数である、異なるプリントヘッドにおけ
る抵抗値Ｒ_A及びＲの広がりは、トランジスタ１８が導
通するとき種々の値のＶ_iを結果として生じる。電圧Ｖ_i
の値のこの相違は、プリントヘッドからプリントヘッド
までの多分かなり異なる値で基板温度Ｔ_sの安定化をも
たらすであろう。従って、生産されたプリントヘッドの
選別は必要となり、それらの一部を拒絶し、コスト及び
生産能力の問題を発生させるかも知れない。

【００６０】もし基準電圧Ｖ_refがプリントヘッド毎に
抵抗値Ｒ_A及びＲの実際の特性値に適合されるならば、
Ｖ_iの値の範囲におけるばらつきを自動的に補償し、従
って抵抗値Ｒ_A及びＲの範囲に拘わらず、いずれのプリ
ントヘッドにおいても温度Ｔ_sに対して実質的に一様の
安定値を得ることが可能であるということを考慮するこ
とから始めれば、上記選別は回避され得る。図７及び図
８の回路は、小さな変動により、この適合を可能にする
方法を達成することに対して適している。

【００６１】プリンタにはめられたプリントヘッドの特
定の特性にＶ_ref値を適合させることは、図９の回路に
より表されるような本発明の第５の実施形態から得られ
得る。該回路においては、マイクロプロセッサ２０が差
動増幅器１３の出力９の値Ｖ_aをも制御する。この回路
は、Ｒ_A及びＲの実際の値の関数である基準電圧値Ｖ_{re f}
の設定をプリントヘッド毎に自動的に実行するためマイ
クロプロセッサ２０を用いることを可能にする。その動
作の流れは以下のとおりである。

【００６２】−プリンタがスイッチ・オンされるとき、
又はプリンタにはめられたプリントヘッドが変えられる
とき、マイクロプロセッサ２０は、トランジスタ１８が
導通するとき電圧Ｖ_iが到達できる最大値より高いがＶ
より低い値Ｖ_ref0を基準電圧に対して設定する。Ｖ_iの
最大値は、プリントヘッドの最大許容動作温度と、抵抗
値Ｒ_A及びＲに対する製造公差の、及び抵抗１１及び１
９から成る抵抗ディバイダを給電する電圧Ｖの最も広い
範囲とから決定される。これらの条件の下で、（即ち、
ユニバイブレータ１４が停止されトランジスタ１８が導
通しているとき、差動増幅器１３の正の入力１６上の電
圧Ｖ_iが負の入力１５上のＶ_ref0電圧より依然低い場
合）図９の回路は不安定であり、ユニバイブレータ１４
は、中断なしにしかし電気信号を差動増幅器１３、ユニ
バイブレータ１４及びトランジスタ１８により形成され
るチェーンを通って伝播させるため要求される時間に対
応するｔ_on/minの期間の時間を有して持続時間ｔ_offの
一連のパルスを発生する。

【００６３】−続いて、時間ｔ_onが先に記述した最小値
ｔ_on/minに関して上昇し始める時点、これは正確にはト
ランジスタ１８が導通するときそのプリントヘッドのた
めの特定のＶ_iの値がＶ_ref1より大きい時点に値Ｖ_ref1
が到達されるまで、基準電圧Ｖ_{r ef}が徐々に減少され
る。

【００６４】値Ｖ_ref1は、特定のプリントヘッドに対し
て設定する基準電圧としてマイクロプロセッサμＰによ
り当然に決められる。もしプリンタが、更に周囲温度測
定手段２１を備えるならば、Ｖ_ref1の設定値は、周囲温
度と関係して設定され得て、その結果、マイクロプロセ
ッサ２０は、当業者により容易に規定し得る単純な内部
手順を有して、周囲温度に拘わらず、各プリントヘッド
に対して採用されるべき特定の設定値Ｖ_ref1を計算する
ことができる。

【００６５】実際の適用は、Ｖ_refについての実際の値
として使用するため、Ｖ_ref1値、あるいは好適にはこれ
より僅かに低いが依然マイクロプロセッサ２０により決
定される値を取ることを指示し、その結果システムは強
制的に所望の温度値で安定化させられる。

【００６６】図９に示される回路はまた、再びマイクロ
プロセッサ２０の処理能力を利用することにより、安定
な量の小滴を射出するため必要とされる最小エネルギを
射出抵抗に供給するという既に言及した問題を解決する
ことができる更に積極的な効果を提供するのに適してい
る。

【００６７】換言すると、図９の回路を用いて、いずれ
のプリントヘッドのニー・エネルギＥ_g（図１）特性に
対して十分に近似される値を同定（ｉｄｅｎｔｉｆｙ）
し、従ってＥ_gよりある量だけ大きいエネルギＥ_l（エネ
ルギの動作点）に対する値を決定する方法を規定し得
る。該ある量は、一方で、基板の加熱に過剰に寄与しな
いように従って射出抵抗の耐久性を害する危険を有して
プリントヘッド温度を高すぎる値で安定化することを要
求されないように、余りに多すぎるエネルギが射出抵抗
に供給されないことを保証するのに十分である量であ
る。他方、この量はまた、射出される滴の量がエネルギ
及び小滴の射出自体がランダムになり得ることを伴って
変化する図１の曲線３の範囲において作動しなければな
らない危険を排除する。

【００６８】この積極的な効果は、図９の回路に適用さ
れ、図１０に示される曲線４を参照して説明される以下
の動作方法から得られる。図１０は、射出抵抗へ供給さ
れるエネルギＥに対してプロットされるトランジスタ１
８の導通時間ｔ_onのパターンをほぼ図形的に表す。

【００６９】−一度、プリントヘッドの熱安定化が印刷
していないとき得られてしまうと、印刷が、Ｅ_gを越え
た大きいエネルギＥ（図１）を全部の射出抵抗へ供給す
ることによりシミュレート（ｓｉｍｕｌａｔｅ）され
る。これは、例えば、電圧が射出抵抗の端子に駆動トラ
ンジスタを介して印加される時間を変えることによりな
され得る。射出抵抗により基板に対して創成されたかな
りの量の熱の結果として、トランジスタ１８が導通する
時間ｔ_onがかなり低減するであろう。この値は、基準値
ｔ_onrとして想定される（図１０の点３０）。

【００７０】−次いで、射出抵抗へ供給されるエネルギ
Ｅの量は、例えば、駆動トランジスタの作用により徐々
に低減され、電圧が前記抵抗に印加される時間を低減す
る。温度安定化回路は、トランジスタ１８の導通時間ｔ
_onを基準値ｔ_onrから徐々に増大させることにより基板
に対して射出抵抗により創成された低減した加熱量に応
答する。

【００７１】−射出抵抗へ供給されるエネルギＥの量は
低減され続けるので、前記エネルギがニー・エネルギＥ
_g（図１）より低い点に到達される。これらの条件の下
で、不安定な小滴の射出の動作範囲に入ると同時に、射
出される小滴の低減された量及び射出のランダムな性質
が、小滴の射出を生じないで代わりに基板の温度を増大
させる射出抵抗へ供給されるエネルギのその部分におけ
る増大のため、射出抵抗による基板に対して創成される
加熱量における新しい上昇を生じさせる。従って、より
少ない寄与がプリントヘッドの温度を一定値に維持する
ための図９の回路に要求されるので、トランジスタ１８
の導通時間ｔ_onは増大を停止し減少し始める。時間ｔ_on
の変化におけるこの反転は、曲線４の点３１により表さ
れる最大値ｔ_ongを与える。

【００７２】電圧が駆動トランジスタの作用を介して射
出抵抗の端子へ印加される時間の値ｔ_ongに対応し、次
いでこの最大点３１に対応する、射出抵抗へ供給される
作動エネルギの値が、ニー・エネルギＥ_gの値を実質的
に表す。一度、Ｅ_gの値が所与のプリントヘッド及び所
与の周囲温度に対して同定されてしまうと、図９の回路
のマイクロプロセッサ２０は、（当業者により容易に規
定し得る内部手順を介して）最適値Ｅ_lと、プリントヘ
ッドの温度を最小の許容可能なレベルで安定化するため
適切であるＶ_refの値とを設定することができる。

【００７３】Ｅ_lの最適値は、Ｅ_g自体所定のパーセン
ト、例えばＥ_gに対して同定される値の２％と５０％の
間の量、好適にはＥ_gの５％の量に等しい所与の量だけ
Ｅ_gより大きくし得る。

【００７４】当然に、Ｅ_gの値を同定し、（その結果Ｅ_l
に対する最適値を決定する）ための前述したプロセス
は、プリントヘッドが交換される度毎に、あるいはプリ
ントヘッドがはめられているプリンタがスイッチ・オン
される度毎に、又はマイクロプロセッサ２０がそれを実
行するようプログラムされるいずれの他の時間に、実行
され得る。

【００７５】当業者は、上述のインク・ジェット・プリ
ントヘッド及び動作の方法に対して本発明の範囲から出
ることのない変形及び変更を容易に識別し得る。

【００７６】例えば、種々の規模の部品集積度を有する
プリントヘッド、例えば、ＭＯＳ駆動トランジスタばか
りでなく論理タイプの回路（シフトレジスタ、デコーダ
等）を備えるものを用い得る。

【００７７】更に、プリントヘッドは、印刷されている
用紙のシートの幅全体を横切って走行するカートリッジ
に取り付けられる取り外し可能のタイプであり、あるい
はシートの幅全体に沿ってインクの小滴を射出すること
ができる固定タイプ（ライン・ヘッド）であり得る。

【００７８】例えば、黒印刷用またカラー印刷用のプリ
ントヘッドであって、プリントヘッドにおいて集積化す
る（「モノブロック」として知られているプリントヘッ
ドのタイプ）代わりにインク貯蔵器が取り外し可能でか
つ交換可能であり、そのため貯蔵器が空になると、貯蔵
器のみを交換すれば良く、プリントヘッド全体を交換す
る必要のないプリントヘッド（「再充填可能」ヘッド）
を用いることも可能である。

【００７９】つまり、本発明の原理に従いながら、上述
した実施形態の設計及び形態の詳細は、本発明の範囲か
ら出ることなく十分に変更され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】射出抵抗へ供給されるエネルギの関数である小
滴の量のグラフを示す。

【図２】本発明の好適な第１の実施形態によるプリント
ヘッドの温度安定化回路の電気図である。

【図３】図２の回路に関するプリントヘッドの印刷しな
い期間中の時間の関数である、図２の回路における電圧
Ｖ_i及びＶ_uのパターンのグラフを示す。

【図４】図２の回路に関するプリントヘッドの印刷期間
中の時間の関数である、図１の回路における電圧Ｖ_i及
びＶ_uのパターンのグラフを示す。

【図５】本発明の第２の実施形態によるプリントヘッド
の温度安定化回路の電気図である。

【図６】図５の回路に関するプリントヘッドの印刷しな
い期間中の時間の関数である、図５の回路における電圧
Ｖ_i及びＶ_uのパターンのグラフを示す。

【図７】本発明の第３の実施形態によるプリントヘッド
の温度安定化回路の電気図である。

【図８】本発明の第４の実施形態によるプリントヘッド
の温度安定化回路の電気図である。

【図９】本発明の第５の実施形態によるプリントヘッド
の温度安定化回路の電気図である。

【図１０】図９の回路に関する射出抵抗へ供給される作
動エネルギの関数である、エネルギが基板を加熱するた
めの追加の抵抗へ供給される時間ｔ_onのパターンのグラ
フを示す。

【符号の説明】

１０：一定電流Ｉの発生器 １１：追加抵抗 １２：スイッチ １３：差動増幅器 １４：単安定ユニバイブレータ １８：ＭＯＳタイプのトランジスタ １９：第２の抵抗 ２０：マイクロプロセッサ ２１：周囲温度測定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィタントニオ・ダミーコ イタリア共和国トリノ，10130 トリノ, ヴィア・パヴェーゼ 15

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクの小滴を射出するため半導体基板
   に集積化された少なくとも１つの抵抗を備え、 前記半導体基板は温度を有し、 所定の抵抗値を有する少なくとも１つの第２の抵抗であ
   って、前記半導体基板を加熱し且つ前記半導体基板の温
   度を測定するため前記半導体基板に集積化された第２の
   抵抗を更に備えるインク・ジェット・プリントヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインク・ジェット・プリ
   ントヘッドにおいて、前記少なくとも１つの第２の抵抗
   が、０．３％／℃と１．０％／℃の間の値の抵抗値の正
   の温度変動係数を有する材料により構成されているイン
   ク・ジェット・プリントヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１記載のインク・ジェット・プリ
   ントヘッドにおいて、前記少なくとも１つの第２の抵抗
   は、銅、アルミニウム及びアルミニウム／銅の合金から
   成るグループの中から選択された材料により構成されて
   いるインク・ジェット・プリントヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１記載のインク・ジェット・プリ
   ントヘッドにおいて、前記少なくとも１つの第２の抵抗
   が、１ワットと１０ワットの間の電力を放散することに
   より前記基板を加熱するインク・ジェット・プリントヘ
   ッド。
5. 【請求項５】 インク・ジェット・プリントヘッドの熱
   作動条件を、規定された温度値で安定化する方法におい
   て、 請求項１に従ったプリントヘッドを有するステップと、 エネルギを前記プリントヘッドの前記少なくとも１つの
   第２の抵抗へ供給するため選択的に指令可能な第１のエ
   ネルギ供給手段を有するステップと、 前記エネルギを第１の可変の持続時間供給する第１の段
   階と、それに続く前記エネルギを第２の一定で所定の持
   続時間供給しない第２の段階とを備えるサイクルの順序
   に従って前記第１のエネルギ供給手段を選択的に指令す
   るステップとを備える方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の方法において、前記第１
   のエネルギ供給手段が、前記半導体基板に集積化された
   少なくとも１つのＭＯＳトランジスタを備える方法。
7. 【請求項７】 請求項５記載の方法において、 差動増幅器回路及び単安定ユニバイブレータ回路を含む
   電子デバイスを有するステップを更に備え、 前記差動増幅器は、最小電圧と最大電圧の間の所定値の
   基準電圧に接続された第１の入力と、前記少なくとも１
   つの第２の抵抗の前記抵抗値に反比例する可変値の第２
   の電圧に接続された第２の入力とを有する方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の方法において、前記基準
   電圧の前記所定値は、前記プリントヘッドの少なくとも
   １つの特性に基づく設定プロセスにより規定される方
   法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の方法において、前記少な
   くとも１つの特性が、前記少なくとも１つの第２の抵抗
   の前記抵抗値を備える方法。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の方法において、前記設
    定プロセスが、 前記基準電圧の前記値を前記最大電圧に持って行き、そ
    のため前記第１の可変の持続時間が実質的にゼロである
    ステップと、 前記最大電圧に関する前記基準電圧の前記値を、第１の
    電圧値で前記第１の可変の持続時間がもはや実質的にゼ
    ロである当該第１の電圧値へ徐々に低減するステップ
    と、 前記第１の電圧値を前記基準電圧の前記所定値として決
    めるステップとを備える方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、 周囲温度値を測定するステップと、 前記基準電圧の前記所定値を規定するため前記基準電圧
    の前記第１の電圧値を前記周囲温度値と相関させるステ
    ップとを更に備える方法。
12. 【請求項１２】 請求項５乃至１１のいずれか一項に従
    ったインク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を
    安定化する方法において、 前記少なくとも１つの射出抵抗のエネルギの動作点を自
    動的に設定するステップを更に備えることを特徴とする
    方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の方法において、前記
    設定するステップが、 最大エネルギ値とゼロの間で可変の作動エネルギを前記
    少なくとも１つの射出抵抗へ選択的に供給するための第
    ２のエネルギ供給手段を有するステップと、前記最大エ
    ネルギ値と等価の値の前記作動エネルギを前記少なくと
    も１つの射出抵抗へ供給し、そのため前記第１の可変の
    持続時間の前記値が最小時間値に減少するステップと、 前記最大エネルギ値に関する、前記少なくとも１つの射
    出抵抗へ供給された前記作動エネルギを徐々に減少し、
    そのため前記第１の可変の持続時間の前記値が前記最小
    時間値に関して増加するステップと、 第１のエネルギ値が達成されるまで、前記少なくとも１
    つの射出抵抗へ供給される前記作動エネルギを更に徐々
    に減少し、そのため前記第１の可変の持続時間の前記値
    が増加を停止し、代わりに減少を開始するステップと、 前記少なくとも１つの射出抵抗へ供給されるべき前記作
    動エネルギに対する値として、規定された量だけ増分さ
    れる前記第１のエネルギ値を決めるステップとを備える
    方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の方法において、前記
    規定された量は、前記第１のエネルギ値の２％と５０％
    の間である方法。
15. 【請求項１５】 前記射出抵抗が集積化されている半導
    体基板と、 前記半導体基板を加熱するため、前記半導体基板に集積
    化された、所定の抵抗値を有する少なくとも１つの追加
    の抵抗と、 エネルギを前記追加の抵抗へ選択的に供給する第１のエ
    ネルギ供給手段とを含むインク・ジェット・プリントヘ
    ッドの射出抵抗のエネルギの動作点を自動的に設定する
    方法において、 前記エネルギを第１の可変の持続時間供給する第１の段
    階と、それに続く前記エネルギを第２の一定で所定の持
    続時間供給しない第２の段階とを備えるサイクルの順序
    に従って前記第１のエネルギ供給手段を指令する指令手
    段を有するステップと最大エネルギ値とゼロの間の可変
    の作動エネルギを前記射出抵抗へ選択的に供給するため
    の第２のエネルギ供給手段を有するステップと、 前記プリントヘッドの温度を前記指令手段により安定化
    するステップと、 前記最大エネルギ値と等価の値の前記作動エネルギを前
    記射出抵抗へ供給し、そのため前記第１の可変の持続時
    間の前記値が最小時間値に減少するステップと、 前記最大エネルギ値に関する、前記射出抵抗へ供給され
    た前記作動エネルギを徐々に減少し、そのため前記第１
    の可変の持続時間が前記最小時間値に関して増加するス
    テップと、 第１のエネルギ値が達成されるまで、前記射出抵抗へ供
    給される前記作動エネルギを更に徐々に減少し、そのた
    め前記第１の可変の持続時間の前記値が増加を停止し、
    代わりに減少を開始するステップと、 前記射出抵抗へ供給されるべき前記作動エネルギに対す
    る値として、規定された量だけ増分される前記第１のエ
    ネルギ値を決めるステップとを備える方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載の方法において、前記
    規定された量が、前記第１のエネルギ値の２％と５０％
    の間である方法。