JPH07101060A - インクジェット印刷装置用制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化に応じてインクジェット・プリント
ヘッドから射出される液滴のスポットサイズを制御す
る。 【構成】 サーミスタ１１０からの電圧はアナログ−デ
ジタル変換器５２に入力され、感知されたインク温度の
デジタルワード表示がマイクロプロセッサ５４に送られ
る。マイクロプロセッサ５４は、次にエジェクタ及びそ
の中のインクの温度感知特性を反映するルックアップテ
ーブルがロードされる読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）
５６にアクセスし、コピーシートのタイプ及び所望のス
ポットサイズ等のパラメータを考慮に入れる。ＲＯＭ５
６は選択可能な複数のルックアップテーブルを含むこと
が望ましい。マイクロプロセッサ５４は感知されたイン
ク温度のデジタルワード表示を読み、ＲＯＭ５６内の選
択されたルックアップテーブルから感知されたインク温
度のための電力レベル及びパルス継続時間の適切な組合
せを「調べる」ことによって応答する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱インクジェット・プリ
ンターの制御システムに関する。より詳細には、本発明
はプリントヘッドのインクの温度に応答するインクジェ
ット・プリントヘッドに連合（関連）するスポットサイ
ズのための制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱インクジェット印刷において、コピー
表面に望ましい像を作るために、デジタル指令に従って
プリントヘッドの中の複数のドロップ（液滴）エジェク
タからインクの液滴が選択的に放射される。プリントヘ
ッドは典型的にインクをコピーシートに運ぶためのエジ
ェクタの線状列を持っている。プリントヘッドは例えば
文字を印刷するために表面に相対して前後に移動しても
よいし、あるいは線状列がプリントヘッドに相対して移
動するコピーシート（例えば普通紙）の幅一杯まで伸び
てもよい。典型的にエジェクタは毛細導管（チャネル）
または他のインク通路を有し、それらは一つまたはそれ
以上の共通のインク供給マニホルドと連通されている。
マニホルドからのインクは、各チャネルユニットに保持
され、適当なデジタル信号に応じて、チャネルのインク
がチャネル内に置かれた加熱素子により急速に加熱され
気化する。インクのこの急速な蒸発（気化）作用によ
り、多量のインクをノズルからコピーシートに射出させ
る気泡が生じる。典型的なインクジェット・プリントヘ
ッドの一般的な構成を示す特許の一つに、例えばホーキ
ンスによる米国特許番号4,774,530 号がある。

【０００３】液滴の形のインクがエジェクタからコピー
シート表面に射出される時、その結果生じるスポットが
望ましい画像の一部になる。インクジェット印刷におい
て像の品質にとって決定的なことは、多数の液滴のスポ
ットサイズの均一性である。一つのドキュメントを作る
過程でプリントヘッドから射出される液滴の量が広く変
化するのに任されるならば、こうした均一性の無さが画
像の品質に顕著な影響を与える。同様に、プリントヘッ
ドから射出される液滴の量が、同じドキュメントのその
後の印刷中に変化するようなことがあれば、印刷の安定
性を維持することができない；このことはカラー印刷の
場合に特に重要である。プリントヘッドから射出される
液滴の量の変動が起こる最も一般的で重要な原因は、プ
リントヘッドの使用中の温度の変化である。加熱素子に
より蒸発させられる前の液体インクの温度は、インクの
密度と粘性に実質的な影響を及ぼす。これら二つのイン
クの特性はコピー面に結果として生じるスポットサイズ
に実質的な影響を及ぼす。従って、プリントヘッドの温
度を制御することは、長く当業界の基本的な関心事であ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、温度
の変化に応じてインクジェット・プリントヘッドから射
出される液滴のスポットサイズを制御するためのシステ
ムを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
印刷装置用制御システムは、複数の液滴エジェクタを有
するプリントヘッドから要求に応じてインクジェット液
滴を射出するためのインクジェット印刷装置用制御シス
テムであって、各エジェクタは一時的な蒸気気泡を発生
させコピーシート上にマークを作るためのインクを射出
させるために、加熱素子に選択可能に入力される電気入
力信号に応答して作動可能な前記加熱素子を有し、前記
プリントヘッド内のインクの温度を感知し、この温度を
示す信号を生成する手段と、前記感知手段からの信号に
応答して、結果として前記コピーシート上に望ましい大
きさのマークを生じさせるために前記加熱素子向けの前
記電気入力信号の電力レベル及び継続時間の組合せを選
択する手段であって、前記電気入力信号のエネルギーを
それに対応して生じる前記コピーシート上のマークの大
きさと関連付ける関数に前記感知手段からの信号を入力
することにより、前記電力レベル及び継続時間を決定す
る選択手段と、電力レベル及び継続時間の前記選択され
た組合せに従って前記加熱素子を作動させる手段と、か
ら成ることを特徴とする。

【０００６】前記の目的に従って、本発明は複数のドロ
ップ（液滴）・エジェクタを備えたプリントヘッドか
ら、要求に従ってインクジェット液滴を押し出すための
インクジェット印刷装置のための制御システムである。
プリントヘッドにおいて、各エジェクタは電気入力信号
に応答して作動可能な加熱素子を含み、各入力信号は、
振幅と継続時間を有し、加熱素子に選択可能に入力され
て一時的な蒸気気泡を生じさせ、コピーシートにマーク
を作るためのインクを射出させる。プリントヘッドのイ
ンクの温度が感知され、コピーシートに望ましい大きさ
のマークを得るために加熱素子に対する電気入力信号の
電力レベルと継続時間の組合せが、コピーシート上に得
られるマークの大きさに相応する電気入力信号のエネル
ギーに相関する予め決められた関数に感知されたインク
の温度を入力することによって選択される。

【０００７】

【実施例】図１はインクジェット・プリントヘッドのド
ロップエジェクタの正面断面図であり、インクジェット
プリントヘッドの１つのバージョン（形体）に見い出さ
れる多数のエジェクタの内の一つである。典型的には、
該エジェクタは１インチ当り３００個のエジェクタの直
線状配列に寸法を決められ配列されている。詳細な説明
において使用されるように、代表的に１２８個のエジェ
クタをその中に定めたドロップエジェクタ用の複数のチ
ャネルを持ったシリコン部材が「ダイモジュール」また
は「チップ」として知られている。熱インクジェット装
置は、画像が印刷されるべきコピーシートの幅一杯に伸
びる、例えば８．５インチかそれ以上の単一チップを持
っていてもよいが、多くのシステムはタイプライターの
やり方でコピーシート上を横切るように移動されるか、
または全幅プリントヘッドを形成するために基板の全幅
に亙って隣接される、複数のより小さなチップをより構
成される。多数のチップを用いる設計において、各チッ
プはそれ自体のインク供給マニホールドを包含してもよ
いし、または多数のチップが一つの共通のインク供給マ
ニホールドを共有していてもよい。

【０００８】各エジェクタは、オリフィス（流出口）１
４で終わる毛細チャネル１２を包含している。チャネル
１２はインクの液滴が射出される時まで、毛細チャネル
内に保持されるインクの量を一定に保っている。複数の
毛細チャネル１２の各々はインク供給マニホールド（図
示せず）からのインクの供給で支持される。チャネル１
２は典型的には隣接したいくつかの層により画定され
る。図１に示されるエジェクタにおいて、チャネル１２
の主要部分は結晶シリコンで作られている上部基板に異
方性エッチングされた溝によって定められる。上部基板
１８は厚膜層２０に隣接し、該厚膜層は下部基板２２に
隣接する。

【０００９】厚膜層２０と下部基板２２の間に挟まれ
て、毛細チャネル１２からインクの液滴の射出を生じさ
せる電気素子がある。厚膜層２０の開口部により形成さ
れるリセス（凹部 recess ）２４の中に加熱素子２６が
ある。加熱素子２６は典型的に、例えば約１ミクロンの
厚さのタンタル層で作られた保護層２８によって保護さ
れている。加熱素子２６はアドレッシング電極３０に電
気的に接続されている。プリントヘッド内の多数のノズ
ル１０の各々は下記において詳細に説明するように、制
御回路により選択的に制御される、各加熱素子２６と個
々のアドレッシング電極３０を持つ。アドレッシング電
極３０は典型的に不活性層３２により保護されている。

【００１０】電気信号がアドレッシング電極３０に印加
され、加熱素子２６を作動すると、加熱素子２６に接す
る液体インクが蒸発点まで急速に加熱され、蒸発したイ
ンクの気泡３６を生じさせる。拡大する気泡３６の力に
よりインクの液滴３８がオリフィス１４からコピーシー
トの表面に射出される。「コピーシート」は、その上に
マークが液滴によって付されるべき表面を指し、例え
ば、紙のシートであっても、あるいは透過性のシート
（透明体）であってもよい。

【００１１】前記のように、コピーシート上に液滴３８
によって作られるスポットの大きさは、主としてインク
の温度の作用である蒸発直前のインクの物理的特性と、
加熱素子２６に対する電気エネルギーの作用である液滴
が射出される運動エネルギーの双方の関数である。この
ように、液滴のスポットサイズの制御システムにおい
て、加熱素子に対する電力は液体インクの感知温度に依
存するようにすることができる。本発明において、プリ
ントヘッドの感知温度は結局、入力信号パルスの電力レ
ベル及び／又は継続時間を制御するために使用される。

【００１２】本発明はコピーシート上に望ましい大きさ
のスポットを得るために、加熱素子２６に対する入力信
号パルスの電力レベル及び継続時間の「最良」または少
なくとも適当な組合せを選ぶ原則に基づいて作動する。
信号パルスの電力レベル及び継続時間の組合せを選ぶ際
に、いくつかの変数及びパラメーターの内のいずれかが
考慮される：即ち、所定のタイプのインクの特性、コピ
ーシートのタイプ、温度感知手段の温度応答特性、そし
て最も重要なものは、加熱素子２６が作動される直前の
ドロップエジェクタ１０のチャネル１２内の液体インク
の温度である。本発明の好適実施例において、電力レベ
ルと継続時間の望ましい組合せを得るための必要条件の
ほとんどが、インクの感知温度が変数として入力される
方程式のパラメーターとして設定されている。所定の条
件が変更される場合（例えば、紙のコピーシートから透
明体の変更、あるいはプリントヘッドに異なるタイプの
インクを充填する等）、方程式も変更され、温度が新し
い方程式に入力される。本発明の装置は作動中に実際に
計算することができ、あるいは該装置は必要な方程式に
基づいた所定の計算から引き出される電子ルックアップ
表を使用することができる。

【００１３】図１に示されているように、ドロップエジ
ェクタの作動において、エジェクタ及びその中のインク
の温度応答は複雑なプロセスを反映している。液滴は加
熱素子２６を作動することによりエジェクタから射出さ
れる。所望のスポットサイズを得るためには、射出され
る直前の液体インクの温度を考慮に入れなければならな
い。しかしながら、射出それ自体の行為の作動のため、
エジェクタの周辺温度の一般的上昇を招く。こうして加
えられた熱の一部は射出されるインクと共に失われる
が、その大部分はチップに残留する。短時間の使用で
も、エジェクタ自身とエジェクタに流入するインクの温
度が実質的に上昇する。従来の技術装置のほとんどはイ
ンクの温度を制御（管理）しやすい範囲に保つために、
単にエジェクタの温度を調節すること、つまり熱くなり
すぎないようにすることだけを強調している。本発明に
おいては、インクの温度を調節するのではなく、むしろ
制御システムは単にインクの感知温度に応答し、本質的
に射出ごとに、又は射出の回数でエジェクタに必要なエ
ネルギーを再計算する。このように本発明は、単にイン
クの感知温度をしきい値と比較しそれに従ってエネルギ
ーの増減を行う従来の技術より優れている。本発明のシ
ステムは、フィードバックに基づくシステムが必要とす
る「学習」あるいは「回復」時間を必要とせず、均一な
スポットサイズを得るために加熱素子への正確なエネル
ギーを保証する。

【００１４】図２、３、４は液体インクの温度、パルス
幅（加熱素子２６への入力信号の存続期間）、及び発熱
電圧（入力信号の電力に関する入力信号の電圧振幅）間
の関係を示すグラフであり、これらの要素は射出される
インクの液滴により生成されるコピーシート上のマーク
のスポットサイズに究極的に関係する。これらの図に示
した例は一つの典型的なプリントヘッドのための、前記
各要素の相互関係を示すために用いた。異なるタイプの
プリントヘッドにとってグラフの実際のデータは異なる
が、本発明の好適実施例において、プリントヘッドが制
御される経験的データは実際のプリントヘッドでの実験
から引き出すことができる。図２は様々なパルス幅のた
めの、スポットサイズ（マイクロメータ（μｍ）で表さ
れるスポットの直径）間の関係を示すグラフである。こ
のグラフから明らかなように、2.0 から3.5 マイクロ秒
までの全ての実際的なパルス幅に関して、該関係は（い
ずれの場合も0.96かそれ以上の相関係数を持ち）非常に
直線的である。

【００１５】図２のグラフから得る情報は、種々の可能
なスポットサイズのための温度関数としてのパルス幅を
示す図３のグラフにおいてより有効に再説明できる。こ
のグラフから明らかなように、この関数は異なったスポ
ットサイズに対する一連の双曲線である。所定のスポッ
トサイズは通常、ドロップエジェクタの動作の最重要な
望ましい結果であるので、該グラフからのデータはｘ軸
の液体インクの感知温度に応じて、ｙ軸上に必要なパル
ス幅を選ぶために使用できる。

【００１６】望ましいスポットサイズのために必要なパ
ルス幅を選択することに加えて、パルス幅と一致して使
用できる発熱電圧も決定しなければならない。ドロップ
エジェクタの実際の動作において重要なことは、加熱素
子にエネルギーを与えるとエジェクタチャネル中の蒸気
が液滴が射出されるまで膨張することに注意することで
ある。液滴の射出後加熱素子で消費されるエネルギー
は、ただ浪費されチップを不必要に加熱するだけであ
る。逆に、高発熱電圧によって液滴は速く射出される
が、プリントヘッドの耐久性を考えると、所定のパルス
幅に必要な発熱電圧より高くしない方が有益である。こ
のように、所定のセットのパラメーターとインクの所定
感知温度にとって、一定のスポットサイズのみならず、
プリントヘッドの耐久性及びエネルギーの浪費を避ける
という二次的な理由の見地からから好ましい、パルス幅
と発熱電圧の「最適な」組合せ範囲がある。本発明の好
適実施例において、好適な組合せは所定のパルス幅で射
出を起こさせるのに必要な発熱電圧の110%程度を反映し
たものである。

【００１７】図４はパラメーターとしてインク温度を有
する発熱電圧とパルス幅との代表的な関係を示すグラフ
である。この場合、発熱電圧の二乗とパルス幅との関係
が広範囲の（摂氏３０度以下の）インク温度に亙って適
正で矛盾のない曲線を作り出す。このように、これらの
図で示した特別な例のために、所定のスポットサイズと
感知温度を適切なパルス幅を得るために図３のグラフに
入力し、次にこの適切なパルス幅を必要な発熱電圧値を
得るために図４の方程式に入力する。図２乃至４は経験
的に引き出された関数を用いて、発熱電圧及びパルス幅
（またはより一般的な意味では、電力レベルと継続時
間）の最適な組合せを見い出す一例を示している。これ
らの特定の関数は異なるタイプのインクまたは異なるタ
イプのプリントヘッドでは変化してもよいが、感知温度
が入力信号（発熱電圧、パルス幅、あるいはその両方）
のエネルギーを所定の望ましいスポットサイズに関連す
る少なくとも一つの関数に入力されることが顕著な特徴
である。

【００１８】図５は本発明の一実施例の基本素子を示す
ブロック図である。代表的なドロップエジェクタ（例え
ば図１で示した「サイドシューター（side-shoote
r）」）の重要な素子が単純化された様式で示され、１
０で示されたボックスの中に一般的に示されている。ド
ロップエジェクタ１０には、とりわけ加熱素子２６、こ
こではサーミスタとして示されているインク温度感知素
子、及びドライブトランジスタ５０が含まれている。サ
ーミスタ１１０は感知された温度に比例した電圧を発生
させるために使用される。サーミスタ１１０はインク自
体の温度ではなく実際にチップの温度を感知するが、シ
ステムはチップの構造を考慮に入れてインク自体の許容
精度での温度読み取りとなるように（例えば、内部ソフ
トウェアにより）修正できることが理解される。

【００１９】このサーミスタ１１０からのこの電圧はア
ナログ−デジタル変換器５２に入力され、感知されたイ
ンク温度のデジタルワード表示がマイクロプロセッサ５
４に送られる。マイクロプロセッサ５４は、次にエジェ
クタ及びその中のインクの温度感知特性を反映するルッ
クアップテーブルがロードされる読み出し専用メモリー
（ＲＯＭ）５６にアクセスし、コピーシートのタイプ及
び所望のスポットサイズ等のパラメータを考慮に入れ
る。実際、ＲＯＭ５６はユーザーが簡単に特定のジョブ
のためにその中から選ぶことができる選択可能な複数の
ルックアップテーブルを含むことが望ましい。マイクロ
プロセッサ５４は感知されたインク温度のデジタルワー
ド表示を読み、ＲＯＭ５６内の選択されたルックアップ
テーブルから感知されたインク温度のための電力レベル
及びパルス継続時間の適切な組合せを「調べる（ルック
アップ look up ）」ことによって応答する。これらの
ルックアップテーブルは典型的に、図２乃至４に示され
るデータのように、プリントヘッドに関する経験的デー
タから引き出される。

【００２０】ＲＯＭ５６内のルックアップテーブルから
選ばれる電力レベル及びパルス継続時間の組合せはマイ
クロプロセッサ５４にロードバックされ、次に選ばれた
継続時間のパルス及び望ましい電力レベル（典型的に発
熱電圧）のデジタルワード表示を出力する。パルスがエ
ジェクタ１０のドライブトランジスタ５０に送られると
供に、デジタルワードがデジタル−アナログ変換器５８
に送られる。デジタル−アナログ変換器５８からの出力
は、例えば望ましい発熱電圧で加熱素子２６を作動する
ため外部電源と接続されるパワートランジスタ６０のベ
ースを制御するために用いられる。このように、パワー
トランジスタ６０を駆動するパルスがパルス継続時間を
制御し、パワートランジスタ６０への信号が電力レベル
を制御する。

【００２１】印刷条件の特定の組合せの各々を反映する
数多くのルックアップテーブルをユーザーが利用できる
ことが明らかであろう。ユーザーは望ましいスポットサ
イズを選べるだけでなく、例えば、使用されるインクの
タイプとかコピーシートの特定のタイプに関するデータ
を入力することができる。異なったタイプ（例えば異な
る色）のインクは異なる温度感応特性を持つようであ
る。それに加えて、シアン、イエロー、マゼンタ、もし
くは黒のインクを様々な量で混合することにより異なる
色を作り出すカラープリンターでは、ユーザーにより調
節可能なスポットサイズを望ましいカラーバランスを達
成するために使用することができる。印刷された画像の
品質に影響を与えるかもしれない他の印刷パラメータ
は、普通紙とか透過性シート等の使用されるコピーシー
トのタイプである。透明体シートに印刷するために本発
明を使用する場合、印刷スループット（処理量）に不利
なことなく望ましいインクの彩度を得るためには、通常
より大きめのスポットサイズを選ぶ方が好ましいことが
発見されている。電力レベル及び継続時間の実際の組合
せは、実際の装置を用いての実験から引き出される経験
的データを通して得ることができる。

【００２２】本発明の制御システムを用いることによ
り、エジェクタからのインクの射出サイクルが終わる都
度、すなわち実質的には連続して、電力レベル及び継続
時間の適切な組合せを再決定することが可能である。実
際の状況では、エジェクタ内または隣接するエジェクタ
内の加熱素子の作動作用により、一般にプリントヘッド
及び個々のチャネル内のインクが次のサイクルにおいて
要求される新たな組合せに至るまで加熱される。本発明
のシステムはこのような温度変化に即座に応答するのに
充分な可変性がある。本システムはインクを射出するサ
イクル毎に、あるいは例えば温度感応デバイスのタイム
ラグを調節するのに望ましい所定の回数のサイクル毎
に、あるいはプリントヘッドがページを横切る印刷列の
間で方向を変える時のように、プリントヘッドの動作に
おいて都合の良い間隔で、インクの温度を感知するよう
に用いられることができる。

【００２３】同様に、また同等に重要なことであるが、
プリントヘッドの特定部分がドキュメントを印刷中に他
の部分より熱くなることが起こる場合がある。例えば、
全ページ幅のプリントヘッドにおいては、プリントヘッ
ドの中心に位置するエジェクタが原稿の端に対応するエ
ジェクタより使用されやすい。このように、使用中に中
心部分がより熱くなる。本発明では、特定のエジェクタ
が最も近くにある温度センサーからの温度の読みに従っ
て制御されるように、多数の温度センサー（例えば、全
幅のプリントヘッドを形成する数個の隣接するチップの
各々に連係するセンサー）を使用し、特定のセットのエ
ジェクタを他のものと別個に制御することができる。こ
のように、プリントヘッドの「熱い」部分にあるセンサ
ーが例えば一つのチップに高温を感知する場合、該チッ
プはプリントヘッドの「より熱くない」部分にあるチッ
プとは別個に制御されることができる。

【００２４】図５に示される本発明の一実施例におい
て、該システムは最大限までデジタル化され、如何なる
計算も実際には行われない。ＲＯＭ５６内のルックアッ
プテーブルは最適な継続時間・電力の組合せの所定の計
算を反映している。しかしながら、本発明の別の例にお
いては、システムの一部がアナログ形式で作動される。

【００２５】図６及び７は各々一対の波形線図と簡略化
された回路図であり、本発明の、より「アナログ」化さ
れた一例の一般的な制御原理を示している。（図１にお
いて示されるように）エジェクタ１０内のアドレッシン
グ電極３０に入力される入力信号は、図６においてＶＡ
及びＶＢで示される２つの同時入力波形の結果である。
本実施例において、ＶＡは傾斜信号または傾斜したファ
イアリング（起動、firing）パルスであり、電圧は最初
急激に上昇しその後比較的ゆっくりとベース電圧まで減
衰することにより特徴づけられ、他の電圧プロフィルも
状況により使用できる。ＶＡ傾斜ファイアリングパルス
が、インクの液滴がエジェクタから射出されることにな
る各サイクル毎に起こされる。逆にＶＢはファイアリン
グ直前のエジェクタ１０の毛細チャネル内の液体インク
の感知温度に関係する実質的に一定の電圧値である。Ｖ
Ｂの電圧振幅は毛細チャネル１２内の液体インクの温度
の変化につれて徐々に変化するだけである。傾斜ファイ
アリングパルスＶＡのサイクルの間にＶＢの値は実質的
に一定のままである。図７に示されるように、これら二
つの波形ＶＡ及びＶＢは共にコンパレータ１００に送ら
れ、その出力は図６の下部にあるＶＣとして示され、プ
リントヘッド内の特定ノズルのアドレッシング電極３０
への入力信号として使用される。図４に示されるパルス
において、各傾斜ファイアリングパルスＶＡの徐々の減
衰は直線状であるが、下記の事項から明らかになるよう
に、特別な状況下で必要な場合、非直線状の減衰も提供
される。

【００２６】ファイアリングパルスＶＡはコンパレータ
１００内において、図６の上部波形においてパルスＶＡ
と交差する点線で示される比較的一定のバイアス電圧Ｖ
Ｂと組み合わされる。一定電圧ＶＢの大きさはプリント
ヘッド内の各特定ノズルの感知温度に関係する。一定電
圧ＶＢは、サーミスタ１０２から引き出され、このサー
ミスタ１０２は、各ノズルの近くのプリントヘッド上に
配置されている。

【００２７】コンパレータ１００はＶＡ入力がＶＢ入力
より大きい時に一定電圧出力を生成するのに用いられ
る。従って、コンパレータ１００からの出力パルスは各
パルスＶＡと共に最初急激に増加し、図６の下部の波形
ＶＣにより示されるように、徐々に減衰するＶＡの値が
ＶＢの値より少なくなるまで続く。ＶＢが比較的高く、
つまり、点線ＶＢがＶＡの波形におけるファイアリング
パルスの頂点に向かう場合、各サイクルにおいてＶＡは
短時間の間だけＶＢより高くなる。逆に、ＶＢが比較的
低くＶＡのパルスのベースに向かう場合、ＶＡのサイク
ル時間の比較的大きな部分でＶＡがＶＢより大きくなる
状態になる。このＶＣの継続時間が所定のエジェクタ１
０に電極３０及び加熱素子２６に送られる入力パルスの
継続時間である。このように、ＶＢの値に変換された感
知温度が適切なパルス幅を得るために使用される。

【００２８】ＶＢが適切に傾斜ファイアリングパルスＶ
Ａと相互に作用するようにＶＢの値を標準化するため
に、サーミスタ１０２に印加される電圧が変化される。
システムの初期設定の間、サーミスタ１０２と関連する
ピンがシフトレジスタ（shiftregister）及び、サーミ
スタ１０２に電圧を供給するデジタル−アナログ変換器
に指示する一方、別のピンがシフトレジスタにクロック
パルスを供給するために向けられる。このようなデジタ
ルシステムでは、感知温度に関するデジタルワードを入
力し、デジタル−アナログ変換器に必要なアナログ電圧
をサーミスタ１０２に提供させるだけで良い。こうした
サーミスタへの電圧を変化させることは、プリントヘッ
ド内の各ノズルに追加のピンを置くことにより達成で
き、またはその代わりに、サーミスタへの入力がＶＡ入
力用のピンを共有することもできる。後者の場合、指導
（ステアリング）ロジックはピンがＶＡを受け入れる機
能に戻すために用いられ、シフトレジスタは温度を告げ
るワードを格納する。

【００２９】上記から明らかなように、本発明のシステ
ムの出力の最重要特徴は各ノズルにおいて其々の加熱素
子２６へ送られる各ファイアリングパルスＶＣの振幅と
継続時間である。この出力は傾斜ファイアリングパルス
ＶＡに対するＶＢの大きさに依存する。明らかにＶＣの
値はＶＢの大きさのみならず、傾斜ファイアリングパル
スＶＡの特定形状にも依存する。特に、各ファイアリン
グパルスＶＡの最も決定的な特徴は、最初の急激な上昇
の後の各ファイアリングパルスの傾斜部分の形状と勾配
である。各パルスＶＡのトレイリング部分（trailing p
osition ）は勾配と曲率の両方が変化してもよい。しか
しながら、各傾斜ファイアリングパルスＶＡの形状はイ
ンクジェット自体の温度応答に関係しなければならな
い。つまり、ファイアリングパルスＶＡの形状はスポッ
トサイズ対温度の望ましい関数に相応するように合成す
ることができる。

【００３０】図８は予め選択された望ましい形状の傾斜
ファイアリングパルスを提供し、インクジェット・プリ
ントヘッドの動作にこのようなファイアリングパルスを
使用するという仕事を成し遂げる電子回路を示してい
る。図から明らかなようにシステム回路１２０として一
般的に示されている回路の上半分は、多数のダイモジュ
ール（チップ）が同時に使用されるものを含む、全体イ
ンクジェット印刷システムに適用可能であることにまず
気付くであろう。それと対照的に、一般的に１０で示さ
れる回路の下半分はそのシステムの各プリントヘッドの
各チップに見い出される回路（circuitry ）を表してい
る。このように、各インクジェット印刷システムにおい
ては、唯一の回路１２０と１０で示されるタイプの多く
の回路があっても良い。各回路１０は個々の加熱素子２
６（加熱素子２６の概略図と図１の加熱素子２６の断面
図とを比較してみよ）だけでなく、ダイオード１１１と
直列のサーミスタ１０２という好適実施例のような、そ
れに固有の独立した温度感応手段をも含んでいることが
注目されるであろう。このようにファイアリングパルス
ＶＡの形状がシステム内の各々の単一プリントヘッドの
信号にとって同じである一方で、個々のチップは独立し
て温度を感知しその個々のコンパレータ１００を通して
各パルス幅を変える。

【００３１】システム回路１２０はその重要な素子の中
に、カウンター１２２、読み出し専用メモリー（ＲＯ
Ｍ）１２４を含み、さらに、望ましい波形ＶＡの様々な
セットに対応する選択可能な数の複数のルックアップテ
ーブル、一般的に１２６で表され、ここでは８ビットタ
イプとして示されているデジタル−アナログ変換器、及
び増幅器１２８を含んでいることが好ましい。再度述べ
るが、この中央回路はシステムの全てのチップに共通で
あり、その出力は全てのチップに均一に送られる傾斜フ
ァイアリングパルスＶＡである。

【００３２】回路１０はシステムの各モジュールにより
表される回路であり、図８で示されているものはその中
に数百またはそれ以上のエジェクタを持った単一モジュ
ールの回路である。回路の主要部分はサーミスタ１０２
とダイオード１１１と結合したコンパレータ１００であ
り、その機能については図６及び７に関連して記述し
た。コンパレータ１００からの出力ＶＣはここでは各々
がチップ中の一つのエジェクタ１０と連係し、入力デジ
タルデータを受け入れる複数のＡＮＤゲート１３０に送
られる。このデジタルデータは特定のエジェクタがコピ
ーシート上に望ましい画像の所定の画素を作るために起
動される必要があるかどうかによって入力されたりされ
なかったりする。望ましい画像の中のその位置選定に従
ってデータを入力するかしないかの問題は、その特定の
エジェクタが所定の時間にファイヤー（起動）されるか
どうかを決定する最終的な入力である。データがＡＮＤ
ゲート１３０にない場合、回路はコンパレータ１００と
加熱素子２６の間で遮断される。本実施例において、Ａ
ＮＤゲート１３０からの出力信号が加熱素子２６を作動
するために直接使用される代わりに、各ＡＮＤゲート１
３０の出力をスイッチングトランジスタ１３２を作動す
るために使用され、このスイッチングトランジスタ１３
２は加熱素子２６に負荷されるエネルギーを制御するた
めに使用される。このように、残りの回路から加熱素子
２６への不調和電圧となるものを絶縁することが好都合
である。

【００３３】システムが作動中は、中央回路１２０を次
のように動作する。ファイアリングパルスが印刷工程の
動作と一致して、つまり一枚の紙のような画像形成表面
と関連するプリントヘッドの動きと規則正しく一致して
カウンター１２２に入力される。次にカウンターはＲＯ
Ｍ１２４を作動する信号を発信する。また、特定の印刷
作業のための望ましいスポットサイズがユーザーによっ
て選択されＲＯＭ１２４に入力される。このスポットサ
イズの値は機械自体の関数として専用に使われるか、ま
たは同様に特定の目的、例えば下記において述べられる
ように、異なるタイプのコピーシートで使用されるため
に外部的に選択される。パルスがカウンター１２２によ
ってＲＯＭ１２４に入力される度に、ＲＯＭ１２４は望
ましいファイアリングパルスＶＡと一致するデジタルデ
ータを出力する。例示された実施例において、ファイア
リングパルスはデジタルデータのワードとして表され
る。ＲＯＭ内のデジタルデータによって生成される波形
の実際の形状はＲＯＭ１２４内のルックアップテーブル
によって予め決定される。ＲＯＭ１２４は実際問題とし
て、各ランの前にデータがロードされるランダムアクセ
スメモリである。ＶＡパルスの形状は実際に使用される
機械を使用した実験に基づき経験的に決定され、システ
ムの製作時にＲＯＭ１２４にロードされる。この経験的
に引き出されたデータは一般に、例えばユーザーが選ぶ
ような望ましいスポットサイズのための感知温度の関数
として必要なパルス幅ＶＣに関係する。

【００３４】一般的に３から５マイクロ秒毎に起こるカ
ウンター１２２へのファイアリングパルスの初期化にお
いて、カウンター１２２はＲＯＭ１２４へ出力し、ＲＯ
Ｍ１２４は３ビットデジタルワードを拘束デジタル−ア
ナログ変換器１２６に出力する。本装置で要求されるス
ピードは通常のデジタル−アナログ変換器チップによっ
て得られるスピードを越えているので、別注のデジタル
−アナログ変換器１２６が好ましい。データが論理ハイ
の時、ＲＯＭの出力電圧は必ずしも一致した値ではな
い。従って、ＲＯＭ１２６からの出力パルスの振幅を単
一の値に制限するためリミッターが付加されてもよい。
デジタル−アナログ変換器１２６の一部を形成する抵抗
器ネットワーク形成部分からの出力は、入力されたディ
ジットに従い各々がバイナリー比である抵抗器によって
重み付けされ、次に出力は高速演算の増幅器１２８に入
力される。次に最終的なＶＡの出力がプリントヘッドの
全てのチップに同時に並列に送られ、各ノズル内の各々
のコンパレータ１００に送られて、上記したように適切
なファイアリングパルスＶＣを生成する。

【００３５】プリントヘッドからインクの液滴のファイ
アリングを起こすために、一定量のエネルギーが加熱素
子２６に負荷されなければならない。基本的に、インク
への熱エネルギーの伝達に影響を及ぼすよう変化させる
ことができる２つのパラメーター：加熱素子２６への電
圧と、パルス幅、つまり信号の継続時間がある。図９は
加熱素子２６に送られる電圧（「発熱電圧」）とパルス
幅との間のトレードオフ（trade-off ）を示す経験的に
引き出されたグラフである。各パルス幅間のカーブにお
いて、電圧はドロップ（液滴）の射出が始まるしきい値
電圧を１０％上回るように設定される。

【００３６】本発明の前述の実施例に関連して上記で述
べたように、より低い発熱電圧を供給するため、印刷速
度と一致して可能な限り長く加熱素子１２６へのパルス
幅を延長させるための誘因がある。このように、電圧を
最小の必要なパルス幅のための値に維持することによっ
て本発明の目的を達成することが可能であるが、その結
果生じるプリントヘッドへ入力される過剰エネルギーは
プリントヘッドの動作寿命を減少させることになる。図
９は、発熱電圧を犠牲にしてパルス幅の増加を利用する
ための、プリントヘッド１０の各チップで実行される回
路の概略図である。図９の回路は上記図８の下部に示さ
れた回路と置き換えることができる。しかしながら、図
９の回路はこれらの素子に加えて、一般的に１５０で指
示される平均値算出回路を含み、該平均値算出回路はそ
の素子としてＲＣ回路及び演算増幅器を含んでいる。平
均値算出回路１５０はパワートランジスタ１５２のベー
スに出力し、トランジスタは高圧電源と特定チップの加
熱素子２６間を接続する。しかしながら、高圧電源はま
た必要に応じてプリントヘッド内の他の全ての加熱素子
にエネルギーを送る。平均値算出回路１５０、トランジ
スタ１５２、及び高圧電源（図示せず）の機能は、チッ
プ内の各加熱素子２６への実際の発熱電圧を制御するこ
とである。このように、特定のノズルが起動される度
に、加熱素子への電圧の大きさは、ランプパルスＶＡま
たはファイアリングパルスＶＣの振幅の如何にかかわら
ず一定レベルに維持される。

【００３７】この補償を成し遂げるために平均値算出回
路１５０は、パルス幅に比例するコンパレータからのパ
ルスＶＣの平均値が発熱電圧を制御するトランジスター
１５２に入力されることを保証する。このように、発熱
電圧とパルス幅との間の正確な相互関係が維持され、そ
れによって好ましくは低い発熱電圧と一致する発熱電圧
対パルス幅の関係を整合する。

【００３８】本発明のこの内部分的にアナログである実
施例の一つの利点は、プリントヘッドの一部分が他の部
分より熱くなりやすいプリントヘッド、例えば上記の全
幅プリントヘッド例、に簡単に適用できることである。
ＶＡが所定の状況で全てのエジェクタの温度応答特性を
反映し、ＶＢは正確な時間に特定のエジェクタ（または
全幅プリントヘッド内の一つのチップ上のエジェクタの
集まり）の局部的に感知された温度を表すので、ＶＢは
ＶＡにより反映される方程式に「当てはめられる」数に
すぎない。このように、ＶＡ信号のトレイン（列）合は
プリントヘッドの全てのエジェクタに同時に出力され、
ＶＢの値はプリントヘッドに沿った局部的な感知温度に
応答してあるエジェクタにとって特定となることができ
る。そこで、全プリントヘッドがＶＡ信号を受ける間
に、ＶＢはプリントヘッド内の様々なチップ間で変化す
ることができるが、その結果各チップに生じるＶＣは特
定のチップにとって常に正しいものとなる。

【００３９】本発明の実施例で使用されるサーミスタ１
０２のような温度感知装置を選ぶ際に、該温度感知装置
はプリントヘッドの中に、例えば基板２８のシリコンチ
ップ上に直接作られることが望ましい。プリントヘッド
の組立中に基板２８に組み入れられる装置の内、一つは
図７において１１１で示される逆バイアスダイオードで
ある。該装置の電流は指数的に温度に依存する。サーミ
スタ１０２とダイオード１１１の組合せは、サーミスタ
１０２がダイオード１１１の係数を補う熱係数を持って
いるので、感度センサを作り出す。サーミスタ１０２の
値はダイオード１１１の高周波抵抗と適切に整合するよ
う、好ましくはその抵抗と等しくなるよう調節できる。
ダイオード１１１は直列信号n/p またはp/n ダイオー
ド、ショットキーダイオード、あるいはＮＭＯＳデバイ
スの累積チャネルとｐ型基板との間に存在するダイオー
ドであっても良い。このようなダイオードが使用される
場合、サーミスタ１０２は拡散ポリ抵抗器、ｎドリフト
抵抗器、またはゲートに電源が接続されたトランジスタ
であって良い。これらのデバイスの各々は、モノリシッ
クに統合されたプリンタダイを形成するため適切に設計
されたマスクを持ったダイの標準工程に組み入れられ
る。作動中、サーミスタ１０２とダイオード１１１は、
一定の電圧源と接地との間でコンパレーター１００へ直
列に接続される。要約すると、温度センサは単一センサ
あるいは二つの直列の異なるセンサであって良い。重要
なことは、システムがセンサの出力の非直線的な特性を
考慮に入れ、それによってルックアップテーブルの値を
得る基礎式に最も都合良く組み込まれることである。

【００４０】本発明の好適実施例において、温度感知装
置はチップ中に、加熱素子の近くに組み込まれるべきで
ある。ポリシリコン・サーミスタはヒーターバンクから
約４ミル離れた位置に配置されることができ、ヒーター
の熱状態に非常に敏感になることが発見された。それは
正の熱抵抗係数（ＴＣＲ）、〜1E-03 を持っている。更
に有益なのはヒーターバンクから〜0.1"離れて配置され
たドリフトサーミスタである。ドリフトサーミスタはヒ
ーターの熱環境にそれほど敏感ではないが、正のＴＣＲ
が〜5E-03 と高いことが長所である。

【００４１】エジェクタの温度及び上記した様々な印刷
条件に加えて、他のことも考慮に入れることができる。
こうした考慮の多くは画像の特定のタイプ、特にハーフ
トーンの形成あるいはカラー熱インクジェット印刷に関
連した所定のスポットサイズの視覚的影響に関連する。
完全な場合、（例えば顔写真等の）画像における知覚さ
れる「暗さ」の領域は、インクジェットによって紙の上
に付着されるインクの量に直線的に関係する。目は等し
い濃度のスポットをほぼ等しい値とみなすので、偽の輪
郭形状が最小限にされる。紙上のインクの付着と知覚さ
れる光学的暗さの間の関係が直線状でなければ、均一の
濃度変化が発生する再生ドキュメントの所々で大きなス
ポットが線として現れやすく、その結果元の画像の不正
確な再生となる。

【００４２】しかしながら実際問題として、原稿におけ
る色調の値の範囲が再生されたコピーのそれを越えるこ
とが発生する。このような場合、色調の圧縮（原稿の色
調値を特定のインクジェット装置で印刷されることが可
能な色調値に適用すること）が必要となる。色調圧縮は
以下の方法によるソフトウェアで実施できる。入力デー
タは典型的にドット当たりカラーにつき、２５６グレー
レベルで光学的に走査されるので、原稿のどの走査色調
が印刷され得る６４色調の内のどれと対応するかを単に
選択することにより圧縮が行われる。しかしながら、こ
の方法は再生される実際の色調レベルに何の変化も起こ
さず、どの色調が原稿のどの色調の範囲のために再生さ
れるかの選択だけである。主な目的は如何なる輪郭が明
らかでないように選択レベルを調節することである。し
かしながら、うす暗い照明の条件下では、中間色調点を
越える色調は、目がもはや対数規則に従わず代わりに1/
3ベキ乗則に達するという事実の故に圧縮されて見え、
この場合目の応答の尺度を「明るさ」という。このよう
に、このようなうす暗い照明条件においては、印刷され
たドキュメントにより「現実的な」最終結果を得るため
に直線関係から離れ、グラフ中で破線曲線によって描か
れているような別の応答に達する必要がある。

【００４３】有利に特定の原稿を描写するためのこの非
直線応答を、ＲＯＭ１２４中の一つかそれ以上のルック
アップテーブルに包含することができる。この光学的特
色を考慮に入れるため、ランプパルスＶＡの実際の波形
は経験的データに基づきＲＯＭにプログラムされる。

【００４４】自体のルックアップテーブルの助けとなる
別の特例は、休止期間の後に装置を稼働させる時に使用
する特別なルックアップテーブルであろう。インクジェ
ットヘッドをある期間使用しない場合、インクジェット
はインク中の水分の蒸発作用によって塞がれる傾向があ
る。この乾いたインクで形成される栓は、ノズルから射
出を起こさないような温度で限定された期間だけヒータ
ー２６を作動し、インクの温度を上げてエジェクタ１０
内のインクの固形部分を液体インクに再融解させ射出さ
せることによって取り除くことができる。このように、
本発明のシステムは必要な追加のルックアップテーブル
の入力だけでこうした除去方法に有適用である。

【００４５】本発明の利点及び新規性は以下のように要
約することができる：第一に、以前の熱インクジェット
制御システムは、熱インクジェットヒーターを独得の方
法で加熱するか、またはプリントヘッド中の補助ヒータ
ーを使用することによって、プリントヘッドを一定温度
にしようと試みてきた。一方、本発明は温度を制御する
のではなく、感知温度に応じてプリントヘッドの各ノズ
ル内の加熱素子に入力信号を入力させる。

【００４６】第二に、本発明の回路はプリントヘッドチ
ップ上への配置にすぐに役立つ。これまでは、プリント
ヘッド用制御回路を別のチップ上に配置することが普通
であった。更に、各モジュールに連係（対応）する温度
感知素子はそのモジュールだけに影響を及ぼすので、本
発明は多モジュールプリントバーの各ダイモジュール毎
に温度感知デバイスを比較的簡単に組み込むことを可能
にし、このようにして中央制御回路へ集まる多数の線の
使用を避けることができる。プリントバーの個々のモジ
ュールは本質的にそれ自体の温度に基づきそれ自体の動
作特性を設定する。

【００４７】第三に、本発明は電子ルックアップテーブ
ルからあるソフトウェアを単に選択するだけで、スポッ
トサイズの選択あるいは異なる特性を持ったモジュール
のような他の要素の補償を可能にする。様々な状況のた
めのプリントヘッドの可転性がソフトウェアに具体化さ
れているので、ユーザーは最適なドキュメントの品質の
ために適切なルックアップテーブルを広い範囲で選択す
ることができる。

【００４８】

【発明の効果】従って、本発明によれば、温度変化に応
じてインクジェット・プリントヘッドから射出される液
滴のスポットサイズの制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット・プリントヘッドのノズルの正
面断面図である。

【図２】本発明の制御法則に関するパルス幅のための液
体インク温度の関数として、スポットサイズ間の相互関
係を示すグラフである。

【図３】本発明の制御法則に関する可能なスポットサイ
ズのための温度関数としてのパルス幅を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の制御法則に関するパラメーターとして
インク温度を有する発熱電圧とパルス幅の代表的な関係
を示すグラフである。

【図５】本発明の制御システムの一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図６】本発明の制御法則のアナログの一実施例を示す
一対の波形線図である。

【図７】本発明において具体化される回路の図６におけ
る波形間の関係を示す概略回路図である。

【図８】予め選択された所望の形状の傾斜をつけたファ
イアリングパルスＶＡを提供し、インクジェット・プリ
ントヘッドの動作時に該ファイアリングパルスを使用す
る電気回路を示す概略回路図である。

【図９】本発明に係わるインクジェット・プリントヘッ
ド上で使用される回路の概略回路図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲイリー エイ．ニーゼル アメリカ合衆国 14580 ニューヨーク州 ウェブスター ウッダード ロード 1819 (72)発明者 リチャード ブイ．ラドンナ アメリカ合衆国 14450 ニューヨーク州 フェアポート グランド ビュー ドラ イブ 67 (72)発明者 ジョセフ エフ．ステファニー アメリカ合衆国 14589 ニューヨーク州 ウィリアムソン レイク ロード 3369 (72)発明者 トーマス エイ．テリアー アメリカ合衆国 14589 ニューヨーク州 ウィリアムソン グリーンビュー レー ン ３ (72)発明者 トーマス イー．ワトロブスキ アメリカ合衆国 14609 ニューヨーク州 ロチェスター マーチャンツ ロード 832

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の液滴エジェクタを有するプリント
   ヘッドから要求に応じてインクジェット液滴を射出する
   ためのインクジェット印刷装置用制御システムであっ
   て、各エジェクタは一時的な蒸気気泡を発生させコピー
   シート上にマークを作るためのインクを射出させるため
   に、加熱素子に選択可能に入力される電気入力信号に応
   答して作動可能な前記加熱素子を有し、 前記プリントヘッド内のインクの温度を感知し、この温
   度を示す信号を生成する手段と、 前記感知手段からの信号に応答して、結果として前記コ
   ピーシート上に望ましい大きさのマークを生じさせるた
   めに前記加熱素子向けの前記電気入力信号の電力レベル
   及び継続時間の組合せを選択する手段であって、前記電
   気入力信号のエネルギーをそれに対応して生じる前記コ
   ピーシート上のマークの大きさと関連付ける関数に前記
   感知手段からの信号を入力することにより、前記電力レ
   ベル及び継続時間を決定する選択手段と、 電力レベル及び継続時間の前記選択された組合せに従っ
   て前記加熱素子を作動させる手段と、 から成るインクジェット印刷装置用制御システム。