JPH06336014A - 熱ヘッド交換型インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録装置本体の電源電圧および搭載する記録
ヘッド夫々のバラツキ要素を総合的に解決でき、しかも
構成が簡素にできるインクジェット記録装置を提供す
る。 【構成】 搭載された熱ヘッドを駆動することで該熱ヘ
ッドの熱的変化状態を判別する熱特性判別手段と、該判
別手段により判別された熱的変化状態に応じて搭載され
た熱ヘッドの駆動条件を設定する駆動条件設定手段と、
を具備する。 【効果】 簡易な構成ながらも記録ヘッドの駆動条件を
高精度で自己設定することを可能とした上で記録装置本
体および交換用記録ヘッドを低コストかつ簡易な構成で
提供することができ、記録特性の安定化および高寿命を
実現できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録ヘッドの駆動条件
を自己設定可能な、熱ヘッド交換型インクジェット記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来インクジェット記録装置は半永久的
に使用可能なヘッド（以下単にＰＨと呼ぶ）とＰＨにイ
ンクを供給する交換可能なインクカートリッジとで構成
されている例が多かった。しかしながら、ＰＨの場合に
は、ノズル部のゴミ詰まりなどによる偶発的な故障や吐
出素子の劣化などに依る経時的な故障を皆無にすること
が難しく、記録装置自体の信頼性の面で問題があり記録
性能の維持のために特別なメンテナンスサービス体制が
必要となっていた。そこで信頼性向上の観点から、故障
しやすい記録ヘッドを所定の間隔で定期的にするように
するとともに交換の容易性の観点から記録ヘッドの交換
を所定のインク量毎に確実に実施できるようにインクタ
ンクとヘッドとを一体化した使い捨て交換タイプのヘッ
ドカートリッジ（以下単にＤＨと呼ぶ）を用いるインク
ジェット記録装置も実用化されている。しかしながら、
ＤＨは信頼性確保の目的とＤＨカートリッジ自体の大き
さおよび重さの観点から使用可能なインク量を大きく設
定できないことから、ランニングコストの増大による使
用者の不利益や、インクを使い切った時点でヘッドはま
だ十分機能する場合でも廃棄しなければならないことか
ら近年の世界的な潮流である環境面での問題に関わる矛
盾を生じてきている。そこで近年信頼性の面ではＤＨの
特徴を生かした上でランニングコストの増加や地球環境
への配慮をしたヘッドとインクタンクとをそれぞれ独立
に交換可能なように構成した形式のインクジェット記録
装置も提案されてきており、特に記録ヘッドにインクを
効率的に供給できるようにインクタンクと記録ヘッドと
をキャリッジ上で一体的に結合してインクを吐出させて
記録を行う構成としたインクタンク・ヘッド分離交換型
のインクジェット記録装置が重要視されている。

【０００３】一方、インクジェット記録装置としては、
インクの温度が重要なために、その温度検出にヘッドの
熱時定数を考慮することで正確な判定が可能になった発
明が本願出願人により提案されている特開平５ー３１９
０６号公開公報があり、熱記録ヘッドの気泡形成を安定
するために、駆動によって上昇する温度上昇時間がその
下降時間よりも短くすることでメニスカスの安定化を達
成することを開示する英国特許第２０５０２５２号登録
公報も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ＤＨ型やインクタンク・ヘッド分離交換型のように１つ
の記録装置本体に対して複数のヘッドを順次交換して記
録を行うヘッド交換式の場合、記録ヘッドの製造上のば
らつきや記録装置本体の製造上のばらつきに起因する駆
動条件のばらつきにより、記録特性の劣化や記録ヘッド
の熱的寿命の低下となる場合もあり、重要な課題として
問題となっている。そうした不都合を防止するために、
記録装置本体の電源電圧のばらつきを少なくするために
は電源電圧の調整や電源電圧の測定値に応じた駆動条件
の補正値の入力を記録装置本体の製造時に行われてい
る。また、交換用記録ヘッドの製造時のばらつき対策と
して、記録装置本体での標準的な駆動条件を予め測定し
ておき、駆動条件情報として交換記録ヘッド自体に持た
せて、記録装置本体に装着した状態でその情報を取り出
すようにしているものもある。この駆動条件情報の形態
としては、識別用抵抗やＲＯＭなどの電気的記憶手段あ
るいは切り欠きなどの機械的手段が知られており、記録
装置本体にその読み取り手段を設けている。

【０００５】ところが、電源電圧の調整や補正は本体製
造時のコストを増大させることになり、出荷時の交換ヘ
ッドの駆動条件測定は交換ヘッドのコストを押しあげる
とともに記録装置本体に専用の読み取り手段を必要とす
るなど構成上複雑化するなど不都合な点も多く、ヘッド
交換式の大きな課題となる。

【０００６】

【発明の概要】本発明は、記録装置本体の電源電圧およ
び搭載する記録ヘッドそれぞれのバラツキ要素を総合的
に解決でき、しかも構成が簡素にできるインクジェット
記録装置を提供することを主たる目的とするものであ
る。

【０００７】本発明の他の目的は実施例の項目中にある
記載から理解できよう。いずれにしても本発明は、熱ヘ
ッドを交換型で搭載可能なインクジェット記録装置であ
って、搭載された熱ヘッドを駆動することで該熱ヘッド
の熱的変化状態を判別する熱特性判別手段と、該判別手
段により判別された熱的変化状態に応じて搭載された熱
ヘッドの駆動条件を設定する駆動条件設定手段と、を具
備することを特徴とする熱ヘッド交換型インクジェット
記録装置を提供し、より具体的には、上記熱特性判別手
段は、搭載された熱ヘッドに所定のヘッド駆動条件を与
えて駆動し、熱的変化のピークを含む変化曲線を判定す
るもので、上記駆動条件設定手段は該熱的変化のピーク
を含む変化曲線から得られるデータを所定の変化曲線に
修正するためのテーブルから上記駆動条件を決定し、搭
載された熱ヘッドの基本的駆動条件を設定しあるいは、
上記熱特性判別手段は、所定のヘッド駆動条件でヘッド
を駆動させた際の加熱時および放熱時の温度変化を測定
する記録ヘッドの温度検知手段と、温度変化のデータを
用いてヘッドの発熱特性を推定する発熱特性推定手段と
を有することが好ましいものである。

【０００８】ここで本発明の変化曲線の技術的な補足を
すると、ピークまでの温度上昇域は、本体装置の不安定
要素と記録ヘッドの不安定要素を含み、ピークからの温
度下降域は記録ヘッドの熱的要素を主体とするものとな
るので、これらを総合的に判断する基準としたことで、
従来の問題を簡潔に解決できるのである。本発明によれ
ば、簡易な構成ながらも記録ヘッドの駆動条件を高精度
で自己設定することを可能とした上で記録装置本体およ
び交換用記録ヘッドを低コストかつ簡易な構成で提供す
ることができ、記録特性の安定化および高寿命を実現す
ることができた。

【０００９】

【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。

【００１０】（第１実施例）図８は本発明が適用可能な
ヘッド交換式のインクジェット記録装置の説明図であ
る。図８において、５００１はインクタンクであり、５
０１２はそれに結合された記録ヘッドであって、インク
タンク５００１と記録ヘッド５０１２とを一体化して交
換可能なインクジェットカートリッジ（ＩＪＣ）を形成
している。５０１４は、そのＩＪＣをプリンタ本体に支
持して記録走査を行うためのキャリッジであり、ガイド
５００３に沿ってリードスクリュー５００５の回転によ
り矢印ａ方向・矢印ｂ方向に往復移動する。駆動モータ
５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１
１、５００９を介して回転するリードスクリュー５００
５の螺旋溝５００４に対してキャリッジ５０１４のピン
（不図示）が係合している。５０００は被印字物Ｐを所
定の幅で搬送するためのプラテンローラであり、紙押さ
え板５００２によって被印字物をキャリッジ移動方向に
わたって押圧している。５００７、５００８はフォトカ
プラでキャリッジ５０１４のレバー５００６の存在を確
認してモータ５０１３の回転制御を行うためのホームポ
ジション検知手段である。５０１６は記録ヘッドの吐出
口形成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。 ５０１７はクリーニング
ブレードで、本体支持板５０１８に対して前後方向に移
動可能に支持された部材５０１９に取りつけられてお
り、必要に応じて記録ヘッドの吐出口形成面をワイピン
グする。また、５０２１は吸引回復の吸引動作を開始す
るためのレバーで、キャリッジ５０１４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。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５０１４がホームポジション側領域に来
た時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。

【００１１】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度調節用の電流を流すた
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を具備したプリント板
（不図示）に接続されており、記録ヘッドをキャリッジ
に装着することでそれらが電気的にも接続される構成と
なっている。

【００１２】図３は記録ヘッド５０１２の構成を示すも
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上には同一の半導体製造
プロセスにより、インクを吐出するための吐出用ヒータ
５１１３と必要に応じて通電され記録ヘッドを保温・温
度調節するための温調用ヒータ５１１０および、記録ヘ
ッドの温度を検出するための温度検出用抵抗体５１１１
（不図示）が設けられている。５２００は支持体５３０
０上に配設された配線基板であって、ヒータボード５１
００上に設けられた前述の電気素子とワイヤボンディン
グ等によって配線接続されており（配線は不図示）、配
線基板とキャリッジ上の基板とが接続されて記録ヘッド
の電気的接続がなされる。同図で吐出用ヒータ５１１３
が加熱されてノズル内にバブル５１１４が発生しインク
液滴５１１５が吐出され被印字物Ｐ上に記録が行われ
る。なお、５１１２は記録ヘッドに一体的に形成された
インクタンクからのインクが流入する共通液室である。

【００１３】ヒータボード５１００は図４に示すよう
に、Ｓｉ基板上に複数の列状に配された電気熱変換体
（吐出ヒータ５１１３）と、その両側に配設された温度
検出用の抵抗体５１１１と、それらとはやや離れた位置
に設けた温調用ヒータ５１１０およびこれらに電力を供
給するＡｌ等の電気配線とが成膜技術により形成されて
なり、本体装置からの電気信号を受け取るパッドを端部
に配した配線を有する配線基板に対して、それぞれの配
線を対応させてワイヤボンディングにより接続されてい
る。このように各素子を同一基板上に配することでヘッ
ド温度の検出、温度調節が効率良く行え、さらにヘッド
のコンパクト化、製造工程の簡略化を計ることができ交
換ヘッド方式の本実施例に好適である。吐出ヒータに対
応して複数のインク流路を各々区分するための隔壁や流
路を介してインクタンクからインクを導入してインク流
路に供給する共通液室と複数の吐出口を形成するオリフ
ィスとをポリサルフォン等で一体成型した溝天板をヒー
タボードに不図示のバネで押圧するとともに封止剤を用
いて圧着固定および封止してインク吐出部を形成してい
る。溝天板に結合封止された流路は、インクタンクと結
合する側の端部には吐出部へのゴミや不如意の気泡など
の流入を防止するためのフィルタが設けてある。また、
記録ヘッドの吐出部や電気接続用のパッドを保護するこ
とと、記録ヘッドの取り扱い面から持ちやすくする為に
ヘッドカバーを設けている。

【００１４】交換用インクタンクは内面にリブを有する
タンクケース内に、インクを含浸させたインク吸収体を
ほぼ隙間なく詰め込むとともに、記録ヘッドのインクの
フィルタを設けた流路端を挿入させてインク結合を行う
ためのインク供給部（孔）とインクタンクからのインク
の流出に見合うだけの大気をインクタンク内に導入して
過度の負圧発生を防止するための大気連通部（孔）とを
有する。供給部へのタンクケース内壁を伝っての直接の
大気連通を防止して、インク吸収体全領域のインクを毛
細管力を用いて最大限有効に利用するために、タンク内
壁にリブを設けるとともに大気連通部をなるべくインク
供給部から離して設置している。

【００１５】リブは同時にタンクケースの補強部として
も機能し、タンク交換時の操作性を向上させてもいる。
インク吸収体内の初期の含浸インク量は、記録ヘッドと
の結合時に吐出口のメニスカスに負の水頭圧を付与して
安定した吐出を可能にするための機能上の目的と、イン
クタンク交換時に多少の衝撃が与えられてもインクが漏
出することがないようにするための操作性上の目的のた
めに、インク吸収体の吸収可能量よりも少なめのインク
を充填している。大気連通部のインク吸収体を溌液処理
するか別体の溌液性の吸収体を用いて構成し大気連通孔
からのインクの漏出を規制しても良い。インクのインク
タンクのインク供給限界は、インク吸収体の含浸インク
量が非常に少なくなって、インク吐出に伴うノズルの毛
管力による記録ヘッドへのインク供給能力よりもインク
吸収体のインク吸引力が強くなるかフィルタの周囲に大
気連通部から導入された大気が多くなってフィルタを介
してインク吸収体内の大気が多量に供給されるようにな
った場合である。本実施例ではインクタンクのインク供
給部近傍の吸収体にインク残量センサとして１対の電極
ピンを挿入しており、吸収体内のインクが減少した場合
に電極間の抵抗値が高くなることを利用してインク残量
が少なくなったことを検知できるようにしている。

【００１６】次に、上述した装置構成の各部の記録制御
を実行するための制御構成について、図５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は記録実行のための各種データを保存しておく
ＥＥＰＲＯＭ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、吸引動作にも用いる。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は紙幅検知用ＬＥＤである。６９は
紙幅センサ、７０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出する
吸引ポンプ位置センサである。５００８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、５
０２４は環境温度センサである。７８は記録ヘッドに対
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である。

【００１７】本実施例における温度検出用の抵抗体は、
ダイオード構成としてヒータボード上に形成されてお
り、図７に温度特性を示す。本実施例では、２００μＡ
の定電流駆動を行っており、２５℃での出力電圧ＶＦが
５７５±２５ｍＶで、温度依存性はほぼ−２．５ｍＶ／
℃という出力特性を示す。素子の製造上、温度依存性の
ばらつきは少ないが、出力電圧のフレが大きく最大約２
５℃のばらつきが生ずる場合がある。温度検出素子のこ
のばらつきを製造工程でさらに小さくすることも可能で
あるが製造コストの観点から好ましくなく、また、記録
ヘッドの出荷時に温度検出素子の出力電圧の補正値を測
定して記録ヘッドに情報を持たせておき、記録装置本体
でその情報を読み込むようにしても良いが、やはり製造
コストの点で交換型の記録ヘッドにはあまり好ましくな
い。そこで本実施例では、記録装置本体上に設けた環境
温度センサを用いて記録ヘッドの温度検知素子の校正を
行うようにしている。すなはち、記録ヘッドの温度が安
定していて記録装置内の環境温度とほぼ同等の温度にな
っている時に、記録ヘッドの温度センサ５１１１と環境
温度センサ５０２４の温度との差を補正値としてＥＥＰ
ＲＯＭに格納しておき、記録時にはＣＰＵでその補正値
を読み込んでおき実際の検出温度を補正して制御する。

【００１８】次に本発明の記録ヘッド駆動条件自己設定
方法について詳細に説明する。本実施例の電気熱変換体
（吐出用ヒータ５１１３）を用いてインクの吐出を行う
記録ヘッドでは、記録に際して所定の電気エネルギーを
吐出用ヒータ５１１３に投入することでノズル部のイン
クを加熱してバブル５１１４を発生させている。バブル
の発生には所定の加熱が必要となるが、吐出用ヒータの
製造上のばらつきにより抵抗値のばらつきが発生して発
熱量が変動する、あるいは記録装置本体のヘッドドライ
バのＯＮ／ＯＦＦ特性や駆動電圧などのばらつきにより
発熱量が変動するなど記録ヘッドおよび記録装置の組み
合わせにより記録ヘッド駆動時の発熱量ばらつきが生ず
る。吐出用ヒータに投入されるエネルギーが小さい場合
にはバブルの成長が十分に行われずインクの吐出不良と
なるが、逆に大きすぎる場合には吐出用ヒータの熱的劣
化が進行して耐久性が低下して本来の記録ヘッド寿命を
まっとうできなくなる。図６に記録ヘッドの安定吐出範
囲と寿命の関係を示す。同図でＫ値は吐出できる最小の
エネルギーを示す値であり、吐出量の低下やヨレを生ぜ
ず安定的に吐出を行うためには通常Ｋ値の１．１倍以上
のエネルギーを必要とする。逆にＫ値の１．７倍を越え
るエネルギーを投入すると吐出用ヒータの熱的劣化が急
速に進行し、ヘッド寿命の低下を招くのでＫ値の１．１
倍から１．７倍の範囲で駆動することが好ましい。さら
に好ましくはＫ値の１．３倍から１．５倍の範囲で駆動
すれば良い。本実施例では記録装置の駆動電圧を一定に
して、記録ヘッドに応じて駆動パルス幅を変更して使用
する構成としているので同図を用いて、吐出可能な最小
のパルス幅の１．１倍から１．７倍の範囲で駆動できる
ように設定すれば良い。以上のようなばらつきは、記録
ヘッドおよび記録装置本体の製造工程上の改善によって
も上記のばらつきを実質上問題のないレベルに小さくで
きるが、コスト面を考慮すると実際的ではなく、ヘッド
交換方式での大きな課題となっていた。そこで本発明で
は吐出用ヒータの発熱自体がインクの吐出に直接的に作
用している点に着目して、吐出用ヒータの発熱特性によ
り記録ヘッドの駆動条件設定を行うようにしている。ま
た、吐出用ヒータの発熱特性だけに限って言えば、吐出
用ヒータ自体の抵抗値ないしは同等の条件で形成された
吐出用ヒータ抵抗値推定用に形成した抵抗体の抵抗値を
測定して駆動条件を決めるようにしても良いが、その場
合には抵抗値測定用の特別な回路が必要となり、また、
記録装置本体の電源電圧のばらつきやＯＮ／ＯＦＦ特性
（特に駆動電圧の立ち下がり特性）のばらつきを補正す
ることが難しく本発明の総合的な熱特性測定に基づく駆
動条件設定の方が高精度である。

【００１９】本実施例における記録ヘッドの熱特性測定
およびその特性に基づく駆動条件設定は、吐出用ヒータ
に所定の周波数および駆動パルス幅でエネルギー供給を
行った場合の記録ヘッドの温度上昇幅を測定して、その
温度上昇幅に応じて予めＲＯＭに格納した駆動条件設定
用テーブルを参照して基準駆動パルス幅を決定するもの
である。駆動条件設定は記録ヘッドの交換時にユーザが
行う所定の交換操作に応じて行うようにしている。すな
はち、記録ヘッド交換の際に必要な吸引回復動作の指定
時に行うものであり、交換後に記録ヘッドの温度が安定
している状況で実行してＥＥＰＲＯＭに格納するように
している。本実施例においては図１に示すように吐出用
ヒータに対してバブルを発生しない程度のエネルギーを
３秒間投入した場合の記録ヘッドの温度変化の様子を示
す。同図で実線ａで示したのが標準的な記録ヘッドを標
準的な記録装置で用いた、すなはち、吐出用ヒータのサ
イズ・膜厚および記録ヘッド内の配線抵抗などの発熱特
性のばらつきの中心特性を有する記録ヘッドとヘッド用
駆動電源配線抵抗などの特性ばらつきの中心特性を有す
る記録装置本体の組み合わせで得られる温度変化であ
る。同図実線ｂおよびｃは、それぞれ、記録ヘッドの発
熱特性および記録装置の特性の上限の組み合わせ、およ
び下限の組み合わせでの温度変化を示す。本実施例では
吐出用ヒータ駆動時のノイズを避けるため温度上昇幅を
測定するのは加熱中断後０．１秒後に実施するようにし
ている。もちろん本発明の主旨からして、温度測定の際
のノイズの影響が少なければ加熱中あるいは加熱中断直
後に温度上昇幅の測定を実施することも可能である。ま
た、本実施例ではインク吐出に伴う放熱特性のばらつき
を排除するためにバブルを発生しない程度のパルス幅で
駆動して温度上昇幅を測定するようにしているが、吐出
インク滴のばらつきが小さければ、記録ヘッドおよび記
録装置本体のいかなる組み合わせでもバブルを生成して
実際に吐出する駆動条件で温度上昇幅の測定を行うよう
にしても良い。そうした場合には、発一特性に関するい
わゆる予備吐出動作も兼ねることが可能である。図２は
加熱中断してから０．１秒後の記録ヘッドの温度上昇幅
に応じて記録ヘッドの基準駆動パルス幅を決定するため
の駆動条件設定用テーブルの例を示す。温度上昇幅が所
定の値よりも低い場合や高い場合は、記録ヘッドの異常
として再度測定を行うようにしている。温度上昇幅の異
常は、記録ヘッドがインクで充たされていない場合も考
えられるので、再測定に先立って自動的に記録ヘッドの
吸引回復動作など、ヘッドの初期化動作を実施するよう
にしても良い。

【００２０】本実施例では記録ヘッドの駆動条件として
記録装置本体の記録ヘッド駆動用電圧を一定として、記
録ヘッドと記録装置本体とを組み合わせた状態での熱特
性を測定して基準駆動パルス幅を最適化するように構成
しているが、駆動パルス幅を一定にして記録ヘッド駆動
用電圧を変えるようにしても良い。

【００２１】本実施例では、記録ヘッドをひとつ有する
単色記録装置で説明したが、異なる色のインクを吐出可
能な複数の記録ヘッド、例えば、Ｂｋ・Ｃ・Ｍ・Ｙの４
ヘッドを持つカラーインクジェット記録装置にも適用可
能であり、その場合は各々の記録ヘッドに対して順次駆
動条件設定を行うようにしても同時に行うようにしても
良い。さらに、ひとつの記録ヘッドで複数色のインクを
吐出できる様な記録ヘッドでも適用可能であり、その場
合は同一の記録ヘッド内の色毎に順次駆動条件を設定す
るようにしても良くあるいは、同一のヘッド製造条件で
同時に作られているので発熱特性・駆動条件がほぼ同一
であるとしても良い。

【００２２】以上説明したように、本実施例では記録ヘ
ッドの基本的な駆動条件を決定するために、記録時とほ
ぼ同等に駆動することで記録ヘッドおよび記録装置本体
を合わせた発熱特性を直接測定して基準駆動パルス幅を
設定するようにしたので、記録ヘッドおよび記録装置本
体のばらつきがあっても最適な駆動条件を得ることが可
能となった。

【００２３】（変形例１）記録ヘッドのマルチノズル化
に伴い、同一記録ヘッド上のノズルをいくつかのグルー
プ（ブロック）に分けて順次通電を行うようにして同時
駆動ノズル数を少なくして本体記録装置の記録ヘッド駆
動用電源の大型化を回避する方式が提案されているが、
本実施例をそのようなマルチノズルの場合に適用させた
変形例を示す。同時に駆動する吐出ヒータの本数に応じ
て記録ヘッド内および記録ヘッドと記録装置本体とを接
続するフレキシブル基板、さらには本体内のヘッドドラ
イバにおける電圧降下の影響で、記録ヘッドの吐出ヒー
タに流れる電流が変動する場合がある。記録ヘッドに対
して常に一定なｄｕｔｙで印字信号が転送される訳でな
く、画像に応じて時にブロック化した本数の上限値であ
ったり、ひとつだけであったりと同時駆動ノズル数がブ
ロック内のノズル数内で変動する。そうした同時駆動ノ
ズル数の変動によって実際に吐出ヒータに流れる電流値
も変動するが、前述のごとく吐出に必要な最低エネルギ
ーは前述のＫ値が必要であり、同時駆動ノズル数が最大
の場合のエネルギー低下を見越して電源の容量設定を行
えば良い。しかしながら、実際には電源の容量を大きく
することは直接的に電源の大型化・高価格化を招くの
で、そうした面からの制約を受けてある程度の電圧降下
を前提とした設計が行われる場合が多い。その場合に
は、逆に同時駆動ノズル数が少ないときに過大なエネル
ギーが吐出用ヒータに与えられることになり前述のごと
くヒータ寿命の問題が生ずる恐れがある。そこで、本実
施例の変形例として同時駆動ノズル数に応じた駆動条件
設定を行うようにした例を示す。本変形例では、同時駆
動ノズル数の最大値を８ノズルとしてブロック化した上
で、３ノズル以上の同時駆動を行う場合と３ノズル未満
の同時駆動を行う場合とで、前述の基準駆動パルス幅を
変えるようにして、２ノズル駆動での熱特性測定と８ノ
ズル駆動での熱特性測定から各々の場合の基準駆動パル
ス幅の設定を行うようにしている。駆動条件設定用テー
ブルは図２に示したものと同じテーブルを用いて、熱特
性測定の際に駆動周波数と駆動ノズルパターンを調整し
て前記例と同等の発熱量（平均的駆動ｄｕｔｙ）となる
ようにして、２ノズル同時駆動の場合と８ノズル同時駆
動の場合の温度上昇幅を別々に測定し、各々別の基準駆
動パルス幅を設定しておく。たとえば、６４ノズルを８
ノズル８ブロックに分割して順次駆動を行う場合には、
３秒間に１μｓｅｃのパルス幅で全ノズル合計９６００
回の通電を行って熱特性測定をする場合には、２ノズル
ずつ４８００回の通電と、８ノズルずつ１２００回の通
電を別々に行って温度上昇幅を測定すれば良い。前述の
説明のように８ノズル同時駆動を行った場合の温度上昇
幅のほうが電圧降下の影響で小さくなる（図９）ことか
ら、図８のテーブルを利用して基準駆動パルス幅を設定
すると、２ノズル同時駆動の場合よりやや高い基準パル
ス幅に設定されることになる。実際の印字の際には、図
５に示したゲートアレイ７８内のｄｕｔｙバッファで同
時駆動ノズル数の判定を行って、ヘッドドライバに最適
な基準駆動パルス幅で駆動させるようにしている。

【００２４】以上示したように、本変形例では、同時駆
動ノズル数の差異による電圧降下の影響を小さくできる
が、熱特性測定の精度が高ければ駆動条件をさらに高精
度化するために同時駆動ノズル数すべてにおいて熱特性
測定を行って別々の基準駆動パルスを設定するようにし
ても良い。

【００２５】（変形例２）前記実施例では、記録ヘッド
の駆動条件設定をヘッド交換時に実施するようにしてい
たが、記録装置本体にＥＥＰＲＯＭなどの記憶手段が無
い場合や、記録ヘッドの交換時に特別の操作が不要で適
当な設定タイミングが設定できない場合などに適応させ
るように、所定のタイミングで自動的に駆動条件設定を
行うようにした変形例を示す。

【００２６】本変形例では駆動条件の設定を記録装置本
体の電源投入時に行うようにしているが、本発明では記
録ヘッドの熱特性の測定に基づいて駆動条件の設定を行
っているので、駆動条件設定の基本的な条件として記録
ヘッドが熱的に安定であることが好ましい。また、前記
実施例では、熱特性の測定に必要な記録ヘッドの温度セ
ンサを記録装置本体で行っているので駆動条件設定に先
立って温度センサの補正を行う上でも記録ヘッドが熱的
に安定な状態であることが好ましい。したがって、本変
形例では駆動条件の設定に先立つ温度センサの補正を行
う前に、まず記録ヘッドの温度変化率を測定している
（図１０）。前述のごとく、本実施例に用いている温度
センサは出力電圧のばらつきは大きいが、温度依存性の
ばらつきは少ないので、温度センサの補正前でも所定の
時間内での温度の変化量は検出できるので、その変化量
が所定値以下の場合に温度センサの補正および駆動条件
の設定を実行するようにしている。あるいは、記録ヘッ
ドの熱的安定度（温度変化量）を２段階準備して、本来
好ましいとする変化量より若干大きい場合には温度セン
サの補正および駆動条件の設定を暫定的に行い、記録ヘ
ッドの温度変化が所望の値よりも小さくなった場合に改
めて温度センサの補正および駆動条件の設定を行う様に
しても良い（図１１）。そのようにすることで、記録装
置本体の電源投入直後に記録ヘッドが熱的に安定してい
なくても、暫定補正値を用いての使用が可能となる。前
述のごとく、温度センサの補正が十分で無くても、記録
ヘッドの熱特性補正に必要な温度上昇幅は検出できるの
で、暫定値での駆動を行う際の誤差は記録ヘッドの熱履
歴に応じた放熱状況の差に起因するものであり、暫定値
の場合はやや大きめのパルス幅で使用することにすれば
吐出不良は回避でき、また短期的な使用であれば吐出ヒ
ータの寿命に対する影響も小さいと考えられる。たとえ
ば、図１１で温度変化率がＡよりも大きい場合は温度セ
ンサ補正および駆動条件設定を猶予し、温度変化率がＢ
以下であれば正規の温度センサ補正および駆動条件設定
を実施し、その間の値であれば暫定温度センサ補正およ
び暫定駆動条件設定を行った後に記録動作準備の暫定的
な完了とするとともに非記録時に温度変化率の検出を継
続してＢ値以下になった時点で正規の補正および設定を
やり直す様にしている。暫定的な駆動条件設定の場合に
は、エネルギー不足での吐出不良を回避するために温度
上昇幅によって得られる基準駆動パルス幅よりも１段階
大きなパルス幅に設定するようにしている。あるいは、
暫定設定時の設定誤差を考慮して、図２に示した設定用
テーブルとは異なる暫定駆動条件設定用テーブルを用い
ても良い。本実施例では記録装置本体の電源投入時に駆
動条件設定を行っているので、熱特性測定の際の駆動条
件を実際のインク吐出が行われるように高めの、たとえ
ば図２の例では４．５０μｓｅｃで行うようにすれば、
どんな記録ヘッドおよび記録装置本体の組み合わせでも
吐出させることが可能であり、電源投入の際の予備吐出
動作を兼ねさせても良い。また、図１１に示す様に設定
した駆動条件が異常な場合は再度実行するようにしてい
る。本変形例ではＥＥＰＲＯＭなどの記憶手段がない場
合でも記録装置本体での駆動条件設定フローを説明した
が、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶手段を持った上で所定のタ
イミングで駆動条件設定を随時行う場合などには、図１
１に示した駆動条件判定の際に単に上限下限の判定だけ
で無く、記憶手段に格納した前回の駆動条件との比較判
定を行うようにしても良い。

【００２７】（変形例３）前記実施例では、記録ヘッド
の駆動をシングルパルスで行う例で説明したが、本変形
例では駆動パルスを複数の断続的なパルスとして吐出用
ヒータを複数回に分けて加熱するマルチパルス駆動に適
用した例を示す。マルチパルス駆動のメリットは、大き
な吐出エネルギーが得られることで吐出速度および吐出
量を大きくでき吐出の安定化が計れることと、記録ヘッ
ドの温度変化による吐出量変化を駆動条件を適宜変更す
ることで抑制できる点である。

【００２８】本変形例で用いるマルチパルス駆動は、図
１２に示すように駆動パルスを２分割して吐出用ヒータ
を加熱するものである。同図において、Ｖｏｐは駆動電
圧、Ｐ１は複数の分割されたヒートパルスの最初のパル
ス（プレパルス）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（メインパルス）のパルス幅
である。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はＰ１、Ｐ２、Ｐ３を決める
ための時間を示している。本変形例のＰＷＭ吐出量制御
はプレパルス幅変調駆動法で、ひとつのインク液滴の吐
出に際してＰ１，Ｐ２，Ｐ３の幅で順次パルスを与える
とともに、記録ヘッドの温度に応じてプレパルスの幅を
変調する。プレパルスは主に吐出用ヒータ近傍のインク
温度を制御するためのパルスであり、本変形例の吐出量
制御の重要な役割を担っている。このプレヒートパルス
幅は、その印加によって電気熱変換体が発生する熱エネ
ルギーによって発泡現象が生じないような値に設定する
のが好ましく、その幅Ｐ１は発熱量に影響する吐出用ヒ
ータの面積・厚みおよび材質に関わる抵抗値や、記録装
置本体の電源電圧（駆動電圧）やヘッドドライバの立ち
下がり特性などに応じて設定されるのが好ましい。イン
ターバルタイムは、吐出用ヒータ表面から近傍のインク
へのプレパルスによる熱エネルギー伝達のための時間を
確保するものである。メインパルスは吐出用ヒータに接
するインク中に発泡を生じせしめ、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Ｐ３は発熱量に影
響する吐出用ヒータの面積・厚みおよび材質に関わる抵
抗値や、記録装置本体の電源電圧（駆動電圧）やヘッド
ドライバの立ち下がり特性などに応じて決定されるのが
好ましい。

【００２９】図１３に本変形例における吐出量制御（Ｐ
ＷＭ制御）の概要を示す。本実施例の記録ヘッドは一定
の駆動条件で駆動した場合、記録ヘッドの温度上昇に伴
って吐出量がほぼ直線的に増加する。一方、記録ヘッド
の温度が一定の場合にプレヒートパルスを大きくするに
したがって吐出量が増加する。そのため、プレヒートパ
ルスの大きさをパラメータとして段階的に変えて記録ヘ
ッド吐出部の温度と吐出量の関係を示すと図１３ように
なる。したがって、記録ヘッドの温度Ｔ０からＴＬまで
の範囲で吐出量をＶｄ０になるように制御するには、同
図中に太い実線で示したように記録ヘッドの温度の増加
に伴ってプレヒートパルスを段階的に小さくしてゆけば
良く、吐出量制御幅ΔＶの範囲で安定化することができ
る。そこで、本変形例では、記録ヘッドの温度センサの
検出値に応じて図１４に示すような記録ヘッド温度−プ
レパルステーブルを参照してプレパルス幅を設定してい
る。なお、プレヒート幅は発泡現象を生じない範囲で設
定することが好ましく、そのため低温側では温調用ヒー
タを用いた保温制御を行うとともに、高温側ではプレヒ
ートの最小値が０であるのでそれ以上の温度範囲ではＰ
ＷＭ制御が行えない非制御領域となる。

【００３０】本変形例では上述のようにプレヒートパル
ス幅を記録ヘッドの温度に応じて変調することで、記録
ヘッドの温度変化による吐出量の変動を抑制して安定し
た吐出を行うことができるが、前述のごとくプレヒート
パルスによる発熱量が吐出量制御のための重要な要素で
あり、その発熱量のばらつきによって制御の安定性が低
下することになる。そこで本変形例では、インク吐出の
最低エネルギー条件を与えるプレヒートとメインヒート
の和に関わる駆動条件と吐出量制御のための予備加熱エ
ネルギーの条件を与えるプレヒートパルスの駆動条件と
を、記録ヘッドおよび記録装置本体の組み合わせで得ら
れる発熱特性の測定によって定めるようにしている。図
１４に、記録ヘッド温度−プレヒートパルステーブルを
３種示したが、（Ａ）が標準的な記録ヘッドと記録装置
本体の組み合わせに適したテーブルで、（Ｂ）は発熱量
が小さい場合（熱特性測定における温度上昇幅が小さい
場合）用のーテーブル、（Ｃ）は逆に発熱量が大きい場
合に適したテーブルである。本変形例のようにマルチパ
ルス駆動を行う場合には、図１５中に斜線部で示すよう
な駆動パルスの立ち下がり特性のばらつきがあると、２
回の立ち下がりがあるので、そのばらつきがシングルパ
ルス駆動の２倍の影響度を示す様になるので、記録ヘッ
ドおよび記録装置本体の駆動上のばらつきを補正して最
適な駆動条件を設定できる本発明は特に有効である。ま
た、記録ヘッドに設けた温度検知センサを駆動条件設定
およびＰＷＭ制御に共通して用いることができ装置構成
上非常に効率的である。

【００３１】（第２実施例）前記実施例では、記録ヘッ
ドの熱特性として吐出用ヒータの発熱特性に着目して記
録ヘッドの駆動条件設定を行う例を示したが、本実施例
においては熱特性測定の精度をより向上させるために、
記録ヘッドの放熱特性の測定を加えて吐出用ヒータの発
熱特性を補正する例を示す。前記実施例で説明した様
に、記録ヘッドはヒータボード上に形成される吐出用ヒ
ータの抵抗値などの電気特性的なばらつきによって発熱
特性がばらつくが、ヒータボード５１００と支持体５３
００との接触が不均一であったり、ヒータボードの保護
膜や絶縁層などの厚さがばらつくことによって放熱特性
の製造上のばらつきも発生する場合がある、熱特性測定
の際に得られる記録ヘッド温度上昇幅は主として発熱特
性に影響されるが、より高精度に吐出用ヒータの発熱量
を測定するにはそうした放熱特性の補正も必要である。
すなはち、発熱中も吐出用ヒータから各部への熱伝導が
生じているので、特に数秒間の測定時間を必要とする場
合には吐出用ヒータの発熱が支持体の方まで熱伝導する
ので、上述の放熱特性のばらつきが大きい場合には支持
体への熱伝導の度合いが異なることになり、同じ発熱量
であっても測定時の記録ヘッドの温度上昇幅に差が出て
くることになる。本実施例ではそうした放熱特性のばら
つきをも補正することによって吐出用ヒータの発熱量の
推定を高精度化する。放熱特性の測定を行う例を図１６
に示す。所定の加熱が終了後、同図では３．１秒と４．
１秒の時点で記録ヘッドの温度上昇幅を測定して放熱特
性の大小を判定している。放熱特性の大小に応じて図１
７に示すように駆動条件設定用テーブルを使い分けて、
駆動条件を設定するようにしている。放熱特性による補
正をさらに高精度で行うために、大小の２通りではなく
細分化しても良く、また、放熱特性測定のポイントを増
やしてあらかじめ用意した複数の放熱特性テーブルと対
比参照して放熱特性を特定するようにしても良い。

【００３２】記録ヘッドの温度は以下のように演算によ
り求めることも可能で、発熱特性・放熱特性を測定する
ことにより、熱源である吐出用ヒータの発熱量を演算に
よって推定することも可能である。

【００３３】ΔＴ（ｔ）：記録ヘッドの温度上昇 Ａ ：所定の加熱条件で加熱した場合の記録ヘッ
ドの平衡温度 Ｍ ：記録ヘッドの熱時定数 ｔ ：経過時間 ｔ１ ：加熱を停止した時間 とすると加熱時の温度は

【００３４】

【数１】ΔＴ（ｔ）＝Ａ＊｛１−ｅｘｐ（−Ｍ＊ｔ）｝ さらに加熱停止した場合は

【００３５】

【数２】 ΔＴ（ｔ）＝Ａ＊｛ｅｘｐ［−Ｍ（ｔ−ｔ１）］−ｅｘｐ（−Ｍ＊ｔ）｝ で表せるので、発熱・放熱特性の測定を行うことによっ
て記録ヘッドの熱時定数を概略推定することによって所
定の駆動条件で駆動した場合の記録ヘッドの平衡温度、
すなはち、吐出用ヒータの発熱特性を推定することが可
能となる。記録装置本体でそうした演算を行っても良い
が、各パラメータを所定の間隔で上記の演算および測定
したデータを基にして記録装置本体で実施した発熱放熱
特性のデータがどのパラメータの組み合わせにもっとも
近いか比較参照して発熱量を近似して駆動条件を設定す
るのが演算速度などの点で好適で、記録ヘッドの構成に
応じて、熱時定数が各部で異なる場合でも厳密な設定が
可能である。

【００３６】（第３実施例）本実施例では記録ヘッドの
温度を温度センサで検出するとともに、記録ヘッドを駆
動する通電比率を基にして演算推定した予測温度と比較
することにより、逆に予測温度を算出する上で基礎デー
タとしている吐出ヒータの発熱量条件のずれを検出する
ことにより記録ヘッドの駆動条件の再設定ないしは微調
整を行うものである。

【００３７】本実施例における記録ヘッドの温度推定
は、実際に記録ヘッドを駆動する画像データのドット数
から算出した通電比率の分布を用いて行う。本実施例で
は、通電比率は記録期間を所定の間隔で分割した基準期
間毎に算出し、温度の予測及び前述のＰＷＭ制御もその
基準期間毎に順次行う様にする。本実施例で単にドット
数を用いないのは、同じドット数でもプレパルス幅が異
なれば記録ヘッドの供給されるエネルギーも異なるから
である。通電比率という概念を用いることで、ＰＷＭ制
御によりプレパルスなどの駆動パルス幅が変化しても同
一のテーブルを用いることができる。記録ヘッドの予測
温度は、ある基準期間での通電比率に応じた残余昇温分
を、その基準期間からの経過時間毎に示した図１８の降
温テーブルにより、記録ヘッドの温度を推定する対象の
基準期間の時点で有効な（残余昇温分が０とならない）
対象基準期間以前の全ての基準期間の残余昇温分を積算
したものをその時点の昇温分とするものである。

【００３８】上記の記録ヘッドの温度推定は、吐出用ヒ
ータの発熱量を標準的なものとして演算しているので、
記録ヘッドと記録装置本体の組み合わせによっては吐出
用ヒータの発熱量が異なるので、記録ヘッドの温度セン
サの検出値と上記の予測温度とに差が生ずる場合があ
る。本実施例では、その差を用いて逆に吐出用ヒータの
発熱量を推定することで駆動条件の再設定を行う。さら
に前記実施例で説明した放熱特性の測定による補正を加
味して駆動条件を設定した上で、熱的な諸定数を振って
予め用意した複数の降温テーブルから記録ヘッドに最適
なテーブルを選定するようにしても良い。

【００３９】以上説明したように、本実施例では実際の
記録を行いながらでも駆動条件の再設定を行うことが可
能となるので、一度に駆動条件を変化させずに、得られ
た駆動条件に徐々に近づけて再測定を繰り返すことで最
終的に最適な駆動条件となるように学習させることも可
能である。

【００４０】以上説明した実施例ではすべて記録ヘッド
の駆動条件設定として吐出用ヒータの駆動条件設定で説
明したが、温調用ヒータの駆動条件設定にも適用可能で
あり、特に本実施例で説明した記録ヘッドの温度予測の
際に温調用ヒータの発熱特性を安定化できるようになる
ので特に有効である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、搭載さ
れるヘッドの熱特性を測定し、この熱特性に応じてヘッ
ドの駆動条件を設定することにより、簡易な構成ながら
も記録ヘッドの駆動条件を高精度で自己設定することを
可能としたので、ヘッド交換方式での記録特性の安定化
および高寿命化を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の熱特性測定の説明図である。

【図２】本発明の第１実施例の駆動条件自己設定テーブ
ルの説明図である。

【図３】熱インクジェット記録ヘッドの構成説明図であ
る。

【図４】熱インクジェット記録ヘッドのＨＢ構成図であ
る。

【図５】熱インクジェット記録装置の制御構成説明図で
ある。

【図６】熱記録ヘッドの記録エネルギーとヘッドＨＢ膜
寿命の相関図である。

【図７】熱インクジェット記録ヘッドの温度センサ特性
図である。

【図８】本発明の適用可能なヘッド交換方式のインクジ
ェット記録装置の説明図である。

【図９】第１実施例の変形例における熱特性測定の説明
図である。

【図１０】第１実施例の変形例に置ける駆動条件自動設
定のフローチャートである。

【図１１】第１実施例の変形例に置ける駆動条件自動設
定の変形例のフローチャートである。

【図１２】マルチパルス駆動の説明図である。

【図１３】ＰＷＭ吐出量制御の説明図である。

【図１４】マルチパルス駆動における駆動条件設定の説
明図である。

【図１５】駆動パルスの立ち下がり特性の説明図であ
る。

【図１６】本発明の第２実施例における放熱特性測定の
説明図である。

【図１７】放熱特性に応じた駆動条件設定用テーブルの
説明図である。

【図１８】本発明の第３実施例における記録ヘッドの温
度推定に関わる降温テーブルの説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０４ Ｋ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱ヘッドを交換型で搭載可能なインクジ
   ェット記録装置であって、搭載された熱ヘッドを駆動す
   ることで該熱ヘッドの熱的変化状態を判別する熱特性判
   別手段と、該判別手段により判別された熱的変化状態に
   応じて搭載された熱ヘッドの駆動条件を設定する駆動条
   件設定手段と、を具備することを特徴とする熱ヘッド交
   換型インクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 上記熱特性判別手段は、搭載された熱ヘ
   ッドに所定のヘッド駆動条件を与えて駆動し、熱的変化
   のピークを含む変化曲線を判定するもので、上記駆動条
   件設定手段は該熱的変化のピークを含む変化曲線から得
   られるデータを所定の変化曲線に修正するためのテーブ
   ルから上記駆動条件を決定し、搭載された熱ヘッドの基
   本的駆動条件を設定することを特徴とする請求項１に記
   載の熱ヘッド交換型インクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 上記熱特性判別手段は、所定のヘッド駆
   動条件でヘッドを駆動させた際の加熱時および放熱時の
   温度変化を測定する記録ヘッドの温度検知手段と、温度
   変化のデータを用いてヘッドの発熱特性を推定する発熱
   特性推定手段とを有することを特徴とする請求項１に記
   載の熱ヘッド交換型インクジェット記録装置。