JPH09183222A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録装置における記録ヘッド
の蓄熱による過剰な温度上昇を簡易な構成によって可能
とし、これにより高速かつ高品位な記録を実現する。 【解決手段】 インクに気泡を生じさせ、その気泡の圧
力によりインクを吐出するために発熱素子に印加される
パルスの幅Ｐ２のうち、インクが液相から気相に相転移
する点であるＢ点以後のパルスの幅Ｐ２ｂ，Ｐ２ｂ′に
より投入される熱エネルギーはそのまま記録ヘッドの蓄
熱の原因となる。従って、記録ヘッドで検出される温度
に応じてパルス幅Ｐ２ｂ，Ｐ２ｂ′を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に関し、詳しくは記録ヘッドの温度制御に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータやワード
プロセッサ等のＯＡ機器が広く普及しており、これら機
器で処理した情報をプリントアウトする方法として熱転
写方式、ワイヤドット方式、インクジェット方式、ＬＢ
Ｐ（レーザビームプリント方式）方式など様々な記録方
法や記録装置が開発されてきている。また、これらの記
録装置において高速化、高画質化は一つの大きな流れで
ある。

【０００３】このような高速化、高画質化を達成する上
で総じて問題になるのは記録ヘッドの蓄熱の問題であ
る。例えば熱転写方式ではパルス状の駆動信号を記録ヘ
ッドに印加するが、記録ヘッドが蓄熱している場合とそ
うでない場合に同等のパルスを印加すると、蓄熱時には
パルス印加をオフとした後も記録ヘッドの温度はそれ程
低下せず、これによって記録紙へのインク転写が継続し
て生じ、尾引きなどと呼ばれる画像不良を生じることが
ある。この対策として、熱転写記録装置では記録ヘッド
へ印加するパルスとして、図１（ａ）ないし（ｆ）に示
すような分割パルスを用い、記録ヘッドの温度に応じて
この分割パルスのパルス数、パルス幅を変調すること
や、印加電圧を変調する手段など、記録ヘッドへの総投
入エネルギーを制御する手段によって蓄熱時の対策を行
ってきた。

【０００４】一方、インクジェット記録方式では、記録
原理がインク液滴が吐出される否かのデジタル的なもの
であるため、記録ヘッドが昇温しても熱転写記録方式の
ような尾引きなどの問題は発生しないが、図２（ａ）に
示すように、吐出される液滴の量（以下、吐出量とい
う）が記録ヘッド温度により変化し、このめに高画質化
の面で対策が必要となる。

【０００５】しかしながら、ヒータに電気パルスを印加
しインクを急速に加熱してインクの液相を気相に状態変
化させることで発泡力を生起させるインクジェット記録
方式では、上記液相が気相に状態変化するまでのエネル
ギーの伝達の仕方によって吐出量はほぼ決定されるた
め、気相に状態変化した後でどのようなエネルギー投入
を行ってもほとんど吐出量には影響がない。従って、バ
ブルジェット方式では、上記熱転写方式のように昇温温
度に応じて総投入エネルギー量を制御することによって
は吐出量を制御することが困難であり、昇温により派生
する吐出量変動の対策にはならない。

【０００６】インクジェット記録装置において従来より
知られる昇温に起因した吐出量変動の対策の一つは、気
相に状態変化するまでのエネルギーの伝達方法を制御す
るものである。例えば図３（ａ）に示すような分割パル
スを用い、パルスである予備パルスの幅Ｐ１や、この第
１パルスと第２パルスであるメインパルスとの間の休止
時間Ｔｏｆｆを制御することにより吐出量変調を行う。
図２（ｂ）および（ｃ）は、上述の予備パルスの幅Ｐ１
や休止時間Ｔｏｆｆを変化させたときの吐出量を示して
いる。

【０００７】予備パルスがその幅Ｐ１で印加されると、
そのエネルギーは休止時間Ｔｏｆｆの間にインク中に拡
散し、これにより、パルス幅Ｐ１に応じてその後パルス
幅Ｐ２の発泡を伴うエネルギーを供給をした時に状態変
化を生じるインク分子の分子数に影響を与えることがで
きる。すなわち記録ヘッドが昇温し吐出量が増加した場
合には、パルス幅Ｐ１を短かく設定することによりメイ
ンパルス印加時のインク分子の状態変化に関与する分子
数を減少させ、これにより、吐出量を抑制することが可
能となる。

【０００８】上述した予備パルスのパルス幅Ｐ１の制御
は投入エネルギー量を制御するものであるが、このよう
に投入エネルギー量を変化させる代わりに休止時間Ｔｏ
ｆｆを変化させることによっても吐出量を制御すること
ができる。図２（ｃ）は休止時間Ｔｏｆｆを変化させた
場合の吐出量の変化を示す図である。パルス幅Ｐ１およ
びＰ２を固定した場合でも、例えば休止時間Ｔｏｆｆを
長くすれば吐出量は増大する。これは、パルス幅Ｐ１の
場合と同様の原理であり、予備パルスを印加することに
よるエネルギーは、休止時間を長くとることによってヒ
ータからより遠くまで拡散し、その結果、より広い範囲
のインク分子がメインパルスの印加時に状態変化を起こ
すことができ吐出量が増大する。

【０００９】なお、上述の説明では、ヒータに印加する
パルスは２つの分割パルスで説明したが、更に多くの分
割パルスを用いて状態変化するインク分子数を制御する
ことも可能である。また、パルス幅の制御ではなく印加
電圧を制御することによっても吐出量の制御が可能であ
ることは明らかである。しかし、上述のインク吐出原理
からも明らかなように、発泡を生起するメインパルスの
パルス幅を変調しても吐出量を変調することはできず、
この点で熱転写方式とは大きく異なる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た記従来の昇温対策にあっては次のような問題があっ
た。

【００１１】前述の通り、種々の記録方式よりなるいず
れの記録装置でも高速化、高画質化が一つの傾向であ
る。高速化のためには、記録ヘッドを駆動する駆動周期
を短くして例えば１／２としたり、１つの記録ヘッドに
作り込まれている発熱素子等の記録素子数を２倍にする
等の構成を採用するが、これによって単位時間あたりの
発熱量も増大する。

【００１２】インクジェット方式の記録装置にあっても
例外ではなく、高速化のための構成の採用とともに発熱
量もしくは蓄熱量は増大する。このような昇温等のヘッ
ド温度変動に対しては前述のように予備パルス幅Ｐ１や
休止時間Ｔｏｆｆを制御することにより対応できるが、
ヘッド温度がある一定値を越えると、パルス幅Ｐ１や休
止時間Ｔｏｆｆは、その値をゼロ以下とすることはでき
ない等、パルス幅等を可変とする制御に限界が存在す
る。このようなパルス幅変調等による制御を越えた範囲
で昇温を生じると、昇温温度に従って吐出量が変化し階
調のずれや濃度ムラなどの画像弊害が現れることがあ
る。このように高速化、高画質化がともにインクジェッ
ト記録装置に要求されるものであるにもかかわらず、現
状では高速化と高画質化とが両立して達成されることが
困難である場合が多い。

【００１３】これに対し、記録ヘッドに冷却装置を設け
記録ヘッドの昇温を相殺するような構成、制御を行えば
高速化と高画質化は両立するがコスト的に困難である場
合が多い。

【００１４】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたものであり、その目的とするところはコスト
的な弊害がなく高速化によるより大きな記録ヘッドの昇
温を低減し、高速記録と高画質記録とを両立させること
ができるインクジェット記録方法およびインクジェット
記録装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
発熱素子を有し、該発熱素子が発生する熱エネルギーを
利用してインクに気泡を生成し該気泡の圧力によってイ
ンクを吐出する記録ヘッドを用い、記録ヘッドから被記
録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェット記
録装置において、発熱素子に複数のパルスからなる駆動
パルスを印加するための駆動手段と、前記駆動手段が印
加する複数のパルスのうち、気泡を生じさせるためのパ
ルスを変調する手段であって、当該パルスの印加終了時
間を調整することにより変調を行うパルス変調手段と、
を具えたことを特徴とする。

【００１６】より好ましくは、記録ヘッドの温度情報を
得るための温度情報取得手段をさらに具え、前記パルス
変調手段は前記温度情報取得手段が取得した温度情報に
応じて変調を行うことを特徴とする。

【００１７】また、記録ヘッドの吐出量を設定する吐出
量設定手段をさらに具え、前記パルス変調手段は、前記
吐出量設定手段が設定した吐出量に応じて変調を行うこ
とを特徴とする。

【００１８】以上の構成によれば、複数のパルスを印加
してインク吐出を行う場合に、直接気泡を発生させるパ
ルスのうち、インクが液相から気相に相転位した後の分
について変調することにより、例えば、その部分のパル
ス印加を無くし、記録ヘッドの昇温を抑制したり、吐出
量を大きく変調することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２０】［実施形態１］図４は本発明の一実施形態
に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図
である。

【００２１】図４において、１は紙或はプラスチックシ
ートよりなる記録シートであり、この記録シート１はカ
セット等に複数枚積層され給紙ローラ（不図示）によっ
て一枚ずつ図に示す記録領域に供給される。この記録領
域では、一定間隔を隔てて配置され、それぞれ別のステ
ッピングモータ（図示せず）によって駆動される第１搬
送ローラ対３および第２搬送ローラ対４によって矢印Ａ
方向に搬送される。

【００２２】５ａ，５ｂ，５ｃおよび５ｄは記録シート
１に記録を行うためのインクジェット方式の記録ヘッド
であり、これら４個の記録ヘッドは、例えばイエロー
（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）および黒（Ｂ
ｋ）のインクをそれぞれ吐出する。それぞれのインクは
不図示のインクカートリッジより供給され、対応する記
録ヘッドのインク吐出口から吐出信号に応じて吐出され
る。これらの記録ヘッドおよびインクカートリッジはキ
ャリッジ６に搭載され、一方、キャリッジ６にはベルト
７およびプーリ８ａ，８ｂを介してキャリッジモータ２
３が連結されている。これにより、キャリッジモータ２
３の駆動によりキャリッジ６はガイドシャフト９に沿っ
て往復走査することができる。

【００２３】すなわち、記録ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃお
よび５ｄは、図中矢印Ｂ方向に移動しながら画信号に応
じて記録シート１にインクを吐出して記録を行う。これ
とともに、必要に応じてホームポジションに移動し、吐
出回復装置２により吐出口の目づまり等を解消する。ま
た、上記記録ヘッドの走査による記録動作の間に搬送ロ
ーラ対３，４の駆動により記録シート１を矢印Ａ方向に
上記走査による１行分の搬送を行う。以上の動作を繰り
返すことによって記録シート１に所定量の記録を行うこ
とができる。

【００２４】図５は、上記インクジェット記録装置の制
御構成を示し、例えばマイクロプロセッサ等のＣＰＵ２
０ａ、ＣＰＵ２０ａの制御プログラムや各種データを格
納しているＲＯＭ２０ｂ、およびＣＰＵ２０ａのワーク
エリアとして使用されると共に画像データなど、各種デ
ータの一時保管等を行うＲＡＭ２０ｃ等を備えた制御系
２０、インターフェース２１、操作パネル２２、各モー
タ（キャリッジ駆動用モータ２３、給紙モータ駆動用の
モータ２４、第１搬送ローラ対駆動用のモータ２５、第
２搬送ローラ対駆動用のモータ２６）を駆動するための
ドライバー２７、および記録ヘッド駆動用ドライバ２８
からなる。

【００２５】上記制御部２０はインターフェース２１を
介して操作パネル２２からの各種情報（例えば文字ピッ
チ、文字種類等）や、外部装置２９との画信号などの情
報の入出力を行う。また、制御部２０はインターフェー
ス２１を介して各モータ２３〜２６を駆動するためのＯ
Ｎ，ＯＦＦ信号、および記録ヘッドを駆動するための画
信号を出力する。

【００２６】上記構成よりなるインクジェット方式の記
録ヘッドを用いて高速記録を行うと、前述したように、
記録ヘッドが蓄熱し、予備パルスのパルス幅Ｐ１の制御
や分割パルスのパルス間隔である休止時間Ｔｏｆｆの制
御ではヘッド温度を調整できずに、中間調記録画像の階
調再現性に誤差を生じたり、均一濃度であるはずの記録
画像に濃度ムラが生じたりする等の画像弊害の発生が懸
念される。

【００２７】しかし、本実施形態では記録ヘッドの昇温
速度そのものを低減する制御を行うことにより上記弊害
の発生を抑制する。以下、この昇温抑制の原理および制
御方法について説明する。

【００２８】図６（ａ）は昇温していない状態の記録ヘ
ッドに対し、予備パルスとメインパルスとからなるダブ
ルパルスを印加した場合の発熱素子上の温度を、同図
（ｂ）は昇温した状態の記録ヘッドに対し同一のダブル
パルスを印加した場合の同様の温度をそれぞれ示す図で
ある。

【００２９】これら図から明らかなように、いずれの場
合も予備パルスの印加とともに昇温を始め、休止時間Ｔ
ｏｆｆの間に予備パルスの熱エネルギーは十分に拡散
し、これにより熱効率を向上させることができるが、発
熱素子温度は若干低下する。しかし、引き続き印加され
るメインパルスによって再び昇温を続ける。ここである
温度、すなわち図６（ａ）および（ｂ）に示すＢ，Ｂ′
点に達すると、発熱素子上の温度は急激な昇温を始め
る。これは、図中Ｂ点で発熱素子近傍のインクが液相か
ら気相に状態変化し、発熱素子が気相に転移したインク
気体で覆われて液体インクと接しなくなることによるも
のである。すなわち、インクは液体の場合と比較して気
体の場合の熱伝達率が極めて低くなるため、発熱素子が
熱的にほぼ絶縁されるからである。従って、インクが状
態変化した後に引き続き印加されているエネルギー（図
中、Ｐ２ｂ，Ｐ２ｂ′のパルス幅で示される部分）は、
ほとんど記録ヘッドの蓄熱となり発熱素子温度が急激に
昇温する。換言するなら、上記パルス幅Ｐ２ｂ，Ｐ２
ｂ′で示されるエネルギーはインクが発泡した後に印加
されるエネルギーであるため、インクの吐出には関与せ
ず、ヘッドの昇温に影響を与える主要昇温要因の１つと
なる。

【００３０】従って、昇温抑制のためには、原理的には
Ｐ２ｂ，Ｐ２ｂ′を極力短くすることが好ましい。しか
し、発熱素子の製造バラツキや表面状態、さらには記録
ヘッドを駆動する駆動回路系のバラツキなど様々な特定
困難な要因によって発泡点Ｂ，Ｂ′はバラツクため、上
記幅をゼロとすることはできず、如何に低減するかが昇
温低減の上で問題となる。

【００３１】ここで、図６（ａ）および（ｂ）に示され
る現象を分析すると、インクの発泡点Ｂ，Ｂ′の位置が
図６（ｂ）に示すＢ′の方が時間的に早い点となってい
るが、発熱素子の温度はいずれの場合も約３００℃でほ
ぼ一定している。すなわち、液相インクを気相インクに
状態変化させて、この時に生じる発泡圧力を利用してイ
ンクを吐出させるインクジェット方式では、発泡させる
一部の液相インクの温度を発泡臨界温度（本実施形態で
は３００℃）に昇温させる過不足ないエネルギーを投入
することが重要であり、記録ヘッドが昇温している場合
には、その昇温分だけ投入エネルギーは等価的に少なく
て済むことになる。

【００３２】前述の通り、記録ヘッドを昇温させる主要
要因は液相インクが発泡した後に投入されるエネルギー
Ｐ２ｂ，Ｐｂ２′であるから、記録ヘッドが昇温してき
て、発泡点Ｂ，Ｂ′が移動しているにも関わらず無昇温
時と同一のエネルギーを供給し続けると、Ｐ２ｂ′＞Ｐ
２ｂであることから、加速的に昇温していくこととな
る。従って、、記録ヘッドの昇温温度、厳密には発熱素
子近傍のインクの温度に従って、液相インクを気相に状
態変化させるために印加するメインパルスの投入エネル
ギーを制御することにより、記録ヘッドの昇温を大幅に
低減することが可能となる。

【００３３】図７は、本実施形態における昇温制御を行
うための構成を概念的に示すブロック図であり、この構
成は具体的には図５に示す制御部２０等によって構成す
ることができる。

【００３４】記録ヘッドに印加するエネルギー条件を出
力する制御部１００には、時々変化する記録ヘッドの温
度情報を入力する。この入力情報に従って該制御部１０
０は最適なメインパルス幅Ｐ２を定める発熱素子駆動条
件を出力する。より具体的には記録ヘッドの状態に従っ
て、すなわち記録ヘッドが昇温した場合にその温度情報
に従って、発泡パルスの幅Ｐ２が短くなるよう上記制御
部が駆動条件を制御し、過剰パルスＰ２ｂが記録ヘッド
の昇温に応じて常に必要最小限となるよう制御される。
これにより、昇温が更なる昇温を誘発して行くような悪
循環を効果的に抑制できる。

【００３５】なお、熱転写記録装置においても、記録ヘ
ッド昇温時に分割パルスのメインパルス（最終パルス）
信号を変調制御する手段がとられることがあるが、この
熱転写記録装置で行っているメインパルス制御は、昇温
時に該メインパルスによる印加エネルギーを減少させる
ことによって、そのパルスで記録する記録ドット濃度、
若しくは記録ドット面積を制御するものである。これに
対し、上述した本実施形態のインクジェット方式にあっ
ては、発泡メインパルスの幅Ｐ２を変調しても、そのパ
ルスで記録する記録ドット濃度も記録ドット面積も変調
できない。この点で熱転写記録方式のメインパルス制御
とは明らかに異なるものである。換言すれば上述したメ
インパルス幅Ｐ２の制御は、比較的時間レンジの長い昇
温温度を抑制するための制御手段であって、インクジェ
ット方式固有の制御技術と云える。

【００３６】本実施形態における記録ヘッドの温度検出
手段は、発熱素子が形成されている不図示のウエハー上
の感温抵抗素子に電流を流し、この感温素子における電
圧降下を検出することによって温度を知るものである。
感温素子は、発熱素子近傍のインク温度をより正確に検
知するためにその発熱素子近傍にあることが好ましい
が、感温素子の配されている位置を考慮して検出値を補
正する技術も公知であることから、感温素子の位置によ
って本発明が限定されるものではない。また、記録ヘッ
ド温度を検出する技術は、熱記録方式の記録ヘッド温度
を検出する目的等で多数の公知技術が公開されている
が、固有の検出方式に限定されるものでもない。

【００３７】なお、本実施形態による上述の制御を行う
ことにより、記録ヘッド温度の昇温を従来のパルス印加
方式と比べて格段に抑制できるが、エネルギー効率が１
００％でない限り昇温を全くゼロに抑えることはできな
い。従って、上記パルス幅Ｐ２の制御だけではエネルギ
ー変換ロスに伴う緩やかな昇温の影響で１ドットの吐出
量を均一に保つことができない。これは前述の通り、熱
転写方式とはことなり総投入エネルギー量で記録画素濃
度を変調できない本実施形態のインクジェット方式の吐
出原理によるものだが、前述のように予備パルスの幅Ｐ
１や分割パルスのパルス間隔Ｔｏｆｆを制御することに
よって１ドット毎の吐出量を制御することはできる。

【００３８】従って、本実施形態では、パルス幅Ｐ２制
御により記録ヘッドの昇温を抑制して吐出量制御が可能
な温度範囲に記録ヘッド温度を維持し、これと同時に１
つのパルスの間隔Ｔｏｆｆの長さ（時間）を制御するこ
とにより多少の記録ヘッド温度の変化には影響されずに
均一な吐出量に制御することが可能となる。

【００３９】以上のように、本実施形態のインクジェッ
ト記録装置によれば、コスト的に困難な冷却機構を用い
ることなく、記録ヘッドの駆動周波数の高速化や発熱素
子の多素子化等による記録装置の高速化と高画質化を両
立したインクジェット記録装置を提供できる。

【００４０】［実施形態２］次に、必要に応じて記録濃
度を変調する他の実施形態について説明する。

【００４１】上述の第１の実施形態では、記録ヘッドの
昇温を抑えること、および記録ヘッド温度に影響される
ことなく常に１ドットあたりの吐出量を等しくすること
によって、記録ヘッド昇温時の画像上の濃度ムラなどの
画像弊害を低減する制御を可能とした。

【００４２】しかし、マイクロコンピュータ等のホスト
装置の進歩にともない取り扱う画像は２値画像から多値
画像に移り変わりつつあり、ホスト装置上で処理した画
像の出力装置である記録装置にも多値記録の要求が高ま
ってきている。また、出力画像の使用目的の多様化に応
じて、それに応じた複数種の専用出力媒体を提供するこ
とや、用いる記録媒体等に対応して様々な記録モードを
設定することもある。いずれの場合も、１ドットあたり
の吐出量を目的に応じて制御できることが好ましい。

【００４３】前述の通り、インクジェット記録装置では
予備パルス幅Ｐ１のパルス信号や、予備パルスとメイン
パルスの間隔Ｔｏｆｆを制御することにより吐出量を制
御することが可能であるが、制御範囲はそれほど大きく
は取れないのが現状である。前述の多値記録や媒体に応
じた最適記録を行うためにはパルス幅Ｐ１の制御やＴｏ
ｆｆの制御だけでは必ずしも十分とは云えない場合が多
い。

【００４４】本実施形態では吐出量の変調範囲を増加さ
せるために記録ヘッドのベース温度を制御する。一般的
に、前述の予備パルス幅Ｐ１の制御、もしくは休止時間
Ｔｏｆｆの制御によって変調できる吐出量は２５％程度
である。例えばシングルパルスで８０ｎｇ／ドットの吐
出量が可能な記録ヘッドであれば、パルス幅Ｐ１または
休止時間Ｔｏｆｆを制御することによって８０ｎｇ／ド
ットから１００ｎｇ／ドットの範囲で吐出量を変調でき
る。

【００４５】一方、記録ヘッドの温度に対する吐出量の
変化幅は１℃で１％程度である。例えばシングルパルス
で８０ｎｇ／ドットの吐出量が可能な記録ヘッドであれ
ば、記録ヘッドが１０℃昇温すると８ｎｇ吐出量が上昇
し８８ｎｇ／ドットとなる。

【００４６】なお、パルス幅Ｐ１等に対する吐出量の変
化率や吐出量の温度依存率は記録ヘッドの構成により全
く同一ではないことは勿論であり、また、記録ヘッドの
サイズ等から最大可能吐出量には限界があり、記録ヘッ
ド温度が高くなるに従って無制限に吐出量が増すわけで
もないが、記録ヘッドの温度を制御することによって、
吐出量の変化幅を大幅に増加させることは上述のように
可能である。

【００４７】例えば、普通紙に比べてＯＨＰフィルムに
記録する時には吐出量を３０％程度増加させることが好
ましい場合には、予備パルス幅Ｐ１等の制御だけでは吐
出量を３０％増加できないが記録ヘッド温度を昇温させ
ておくことによって吐出量の３０％アップは可能とな
る。また、同じ普通紙に記録する場合においても、記録
ヘッドの１回の走査で行う１パス記録の場合と比べて、
複数パスで記録を行う場合には記録媒体上でのインクの
にじみが少ないので同じ画像濃度を実現するために吐出
量を増す必要がある。このように上述の記録媒体の相違
に限らず記録モードの違いによっても最適な中心吐出量
には差があり、これを記録ヘッドの温度で対策するため
には最適記録ヘッド温度に記録ヘッド温度を昇温させ、
かつ最適記録ヘッド温度に昇温した後には更に記録ヘッ
ド温度が昇温しないような制御を行う必要がある。

【００４８】以上のことから、本実施形態では図８に示
すように、多値階調記録、記録媒体の種類、１パス記録
モード等の記録モードの種類などによる種々の吐出量変
調要求因子を吐出量要求判断手段に入力し、この吐出量
要求判断手段から記録ヘッドの記録素子の駆動条件であ
るメインパルス幅Ｐ２および休止期間Ｔｏｆｆの制御条
件の出力を行う。すなわち、メインパルス幅Ｐ２を制御
することにより、実施形態１で前述したように記録ヘッ
ドの吐出可能な吐出量領域をオフセットするとともに、
このオフセットされた吐出量下においてさらに所望の吐
出量となるように、休止時間Ｔｏｆｆを制御してより細
かな吐出量を制御する。

【００４９】以上のように発熱素子に供給するエネルギ
ー量を制御することで、記録ヘッドの吐出量範囲を大幅
に変化させることが可能となる。ここで、多値階調記
録、記録媒体の種類、記録モードの差異などによる様々
な吐出量の変調を要求する因子をしては、具体的にはホ
スト装置における設定やユーザーによる設定入力によっ
て形成でき、また、吐出量変調要求因子判断手段は、具
体的には図５に示す制御部２０等によって構成すること
ができる。

【００５０】なお、本実施形態では休止時間Ｔｏｆｆを
制御するものとしたが、予備パルス幅Ｐ１を制御するよ
うにしてもよく、あるいは双方を同時に制御するように
してもよい。さらには予備パルス幅Ｐ１を複数有するも
のであってもよい。

【００５１】また、吐出用の発熱素子以外の発熱素子を
用いた公知のサブ加熱手段を用いて、メインパルス幅Ｐ
２の制御による温度制御を支援するようにしても良い。

【００５２】さらに、上記吐出量変調要求因子による吐
出量の変調要求に応じて吐出量を制御する吐出量制御手
段以外の構成、および作用効果は前記実施形態と同様で
あるので、ここでは詳細な説明は省略する。

【００５３】［実施形態３］次に、記録ヘッド温度を検
出する他の実施形態について説明する。

【００５４】前述の実施形態では記録ヘッド温度を記録
ヘッド内の温度検出素子によって検出するものであっ
た。これに対し、インクジェット方式固有の特徴を生か
し本発明をより効果的に活用するため、前述した余分パ
ルスであるパルスの幅Ｐ２ｂ，Ｐ２ｂ′をより短く、す
なわちより正確に記録ヘッド温度を検出する必要があ
る。そのために、記録素子近傍の状態変化を起こすイン
クそのものの温度を正確に検出する必要がある。前述の
通り、インクの温度は、温度センサーの配されている位
置での検出値に演算処理することで求められるが、検出
値そのものの誤差に加えて演算誤差が上乗せされる場合
がある。

【００５５】本実施形態では、記録ヘッド温度を記録デ
ューティーから演算処理にて算出する構成を用いる。す
なわち、この構成は、投入エネルギー量から温度を演算
推定するものであり、これにより、発熱素子近傍のイン
ク温度を正確に演算することができる。以下図面を参照
して本実施形態の温度演算のための構成について詳細に
説明する。

【００５６】（温度予測制御）本実施形態において記録
ヘッドの温度を推定する基本式は以下の熱伝導の一般式
による。

【００５７】

【数１】

【００５８】記録ヘッドを集中定数系として扱えば、熱
時定数毎に記録デューティーに応じて上記（１），
（２）式を計算する事により、理論上は記録ヘッドのイ
ンク温度は推定できる。しかし一般には処理速度の問題
から上記演算をそのまま行うことは困難である。

【００５９】すなわち、演算を行う上で、厳密には全て
の構成部材が異なる時定数を有しており、また、部材間
で時定数が存在するので、演算回数が膨大になる。ま
た、一般にＣＰＵ等では直接指数演算は行えないので、
近似計算を行うか換算表から求めるなどしなくてはなら
ず演算時間が短縮できないという問題がある。

【００６０】このような問題を、本実施形態では次に示
すモデル化および演算アルゴリズムによって解決する。

【００６１】（１）モデル化 本願発明者等は、本実施形態で用いる記録ヘッドにパル
ス印加によるエネルギー投入を行い、そのときの該記録
ヘッドの昇温過程のデータをサンプリングしたところ、
図９に示すような結果を得た。

【００６２】上述のように記録ヘッドは厳密には多くの
熱伝導時間の異なる部材の組み合わせで構成されている
が、対数変換を行った昇温データの経過時間に関する微
分値が一定である範囲、すなわち図９における傾きがそ
れぞれ一定であるＡ，Ｂ，Ｃの範囲においては、実用上
単一部材の熱伝導モデルとして扱うことができる。

【００６３】以上ことから本実施形態では、熱伝導に関
するモデルについて記録ヘッドを２つの熱時定数で取り
扱うこととする（上記結果では、３つの熱時定数を有す
るモデル化を行う方がより正確に回帰が行えることを示
しているが、図９のＢとＣの範囲の傾きはほぼ等しいも
のと近似し演算効率を優先して本実施形態では２つの熱
時定数で記録ヘッドをモデル化するものである）。具体
的には、一方の熱伝導は０．８秒で平衡温度まで昇温す
る時定数を有するもののモデル化であり（上表ではＡの
領域に相当）、他方は５１２秒で平衡温度まで昇温する
時定数を有するもののモデル化である（上表ではＢおよ
びＣの領域のモデル化である）。

【００６４】さらに、本実施形態では記録ヘッドを以下
のように扱いモデル化する。

【００６５】・熱伝導中の温度分布は無視できるものと
し全て集中定数系で扱う。

【００６６】・熱源は、記録のための加熱と、サブヒー
タの加熱の２つとする。

【００６７】図１０に本実施形態でモデル化した熱伝導
の等価回路を示す。

【００６８】（２）演算アルゴリズム 本実施形態でのヘッド温度の演算は、前述の熱伝導の一
般式を以下のように展開して用いる。

【００６９】以下の式は、熱源をオンとした後ｎｔ時間
経過ときの加熱時の昇温の推定式を示す。

【００７０】

【数２】 a{1-exp[-m*n*t]} …<1> ＝a{exp[-m*t]-exp[-m*t]+exp[-2*m*t]-exp[-2*m*t]+……+exp[-(n-1)*m*t] -exp[-(n-1)*m*t]+1-exp[-n*m*t]} ＝a{1-exp[-m*t]} +a{exp[-m*t]-exp[-2*m*t]} +a{exp[-2*m*t]-exp[-3*m*t]} ……… +a{exp[-(n-1)*m*t]-exp[-n*m*t]} ＝a{1-exp[-mt]} …<2-1> +a{exp[-m*(2t-t)]-exp[-m*2t]} …<2-2> +a{exp[-m*(3t-t)]-exp[-m*3t]} …<2-3> ……… +a{exp[-m*(nt-t)]-exp[-m*nt]} …<2-n> 以上のように展開したことにより、〈１〉式を〈２−
１〉＋〈２−２〉＋〈２−３〉＋…＋〈２−ｎ〉と表わ
すことができる。ここで、〈２−ｎ〉式は、時刻０から
ｔまで加熱し、時刻ｔからｎｔまで加熱をオフした場合
の、時刻ｎｔにおける対象物の温度に等しい。同様に、
〈２−３〉式は、時刻（ｎ−３）ｔから（ｎ−２）ｔま
で加熱し、時刻（ｎ−２）ｔからｎｔまで加熱をオフし
た場合の、時刻ｎｔにおける対象物の温度、〈２−２〉
式は時刻（ｎ−２）ｔから（ｎ−１）ｔまで加熱し、時
刻（ｎ−１）ｔからｎｔまで加熱をオフした場合の、時
刻ｎｔにおける対象物の温度、〈２−１〉式は、時刻
（ｎ−１）ｔからｎｔまで加熱した場合の時刻ｎｔにお
ける対象物の温度をそれぞれ示す。

【００７１】上述の式〈２−１〉，〈２−２〉，…，
〈２−ｎ〉の合計が〈１〉式に等しいということは、対
象物の温度の挙動（昇温温度）について、単位時間あた
りに投入されたエネルギーによって昇温した対象物の温
度が単位時間経過後毎に何度に昇温していくかを求め
（各々の〈２−１〉式、〈２−２〉式…〈２−ｎ〉式を
求めることに相当）、現在の対象物の温度は過去の各単
位時間あたりに昇温した温度が現時点において何度に降
温しているかの総和を求める（〈２−１〉＋〈２−２〉
＋…〈２−ｎ〉を求めることに相当）ことにより演算推
定することが可能であることを示す。

【００７２】本実施形態では、上述のモデル化により記
録ヘッドの温度の演算を４通り（熱源２×熱時定数２）
のモデルについてそれぞれ行う。

【００７３】４通りの演算のためのそれぞれの必要演算
間隔およびデータ保持時間は以下の表に示す通りであ
る。

【００７４】

【表１】

【００７５】また前記ヘッド温度を演算する、投入エネ
ルギーと経過時間の２次元のマトリックスからなる演算
表を図１１から図１４に記す。

【００７６】図１１は、熱源が吐出ヒータ、時定数がシ
ョートレンジである部材群についての演算表、図１２
は、熱源が吐出ヒータ、時定数がロングレンジである部
材群についての演算表、図１３は、熱源がサブヒータ、
時定数がショートレンジの部材群についての演算表、図
１４は、熱源がサブヒータ、時定数がロングレンジの部
材群についての演算表をそれぞれ示す。

【００７７】である。

【００７８】上表に記す通り、０．０５秒間隔で、
（１）ショートレンジで代表される熱時定数の部材が、
吐出のためのヒータの駆動で何度昇温しているか（ΔＴ
ｍｈ）、（２）ショートレンジで代表される熱時定数の
部材が、サブヒータの駆動で何度昇温しているか（ΔＴ
ｓｈ）、１．０秒間隔で、（３）ロングレンジで代表さ
れる熱時定数の部材が、吐出の為のヒータの駆動で何度
昇温しているか（ΔＴｍｂ）、（４）ロングレンジで代
表される熱時定数の部材が、サブヒータの駆動で何度昇
温しているか（ΔＴｓｂ）、についての演算を適時行
い、ΔＴｍｈ，ΔＴｓｈ，ΔＴｍｂ，ΔＴｓｂを加え合
わせることによって（＝ΔＴｍｈ＋ΔＴｓｈ＋ΔＴｍｂ
＋ΔＴｓｂ）その時点でのヘッド温度を演算することが
できる。

【００７９】以上のように、複数の熱伝導時間の異なる
部材を組み合わせて構成されている記録ヘッドについて
実際よりも少い種類の熱時定数でモデル化することによ
り、忠実に全ての熱伝導時間の異なる部材および部材間
の熱時定数別に演算処理を行うのと比較して、演算精度
をさほど落とすことなく格段に演算処理量を減少するこ
とができる。また、時定数を判断基準としてモデル化し
たことにより、少ない処理回数でかＴつ演算精度を落と
さずに演算処理することが可能となる。例えば上述の例
で説明すれば、時定数毎にモデル化をしなかった場合、
必要演算処理間隔は時定数の小さいＡ領域で定まり５０
ｍｓｅｃが必要演算間隔になり、離散化データのデータ
保持時間は時定数の大きいＢ，Ｃ領域で定まり５１２ｓ
ｅｃが必要データ保持時間となる。すなわち５０ｍｓｅ
ｃ間隔で過去５１２秒分１０２４０データを積み上げ演
算処理することとなり、本実施形態の場合と比較して数
百倍の演算処理回数となる。

【００８０】以上のように、本実施形態によれば、記録
ヘッドに温度センサーを設けることなく比較的安価な記
録装置においても記録ヘッドの温度の推移を全て演算処
理によって得ることができる。

【００８１】以上のように記録ヘッドへの投入エネルギ
ーから発熱素子近傍のインク温度を演算推定することに
より、ヘッド温度を温度センサによって電気的に検出す
る場合と比べて電気的ノイズの影響や温度センサの配さ
れている位置的な問題から生じる様々な誤差を排除で
き、発熱素子近傍の状態変化を起こす記録インク液滴の
温度をより正確に検出することが可能となる。これによ
り、余分パルスである前記Ｐ２ｂ，Ｐ２ｂ′をより精度
よく定めることができ、結果としてより効果的に記録ヘ
ッドの昇温に起因する画像弊害の発生を低減できる。こ
の結果、記録ヘッドの駆動周波数の高速化や発熱素子の
多素子化等による記録装置の高速化、高画質化を両立し
たインクジェット記録装置を提供できる。

【００８２】発熱素子近傍のインク温度を演算推定する
温度演算手段以外の構成、および作用効果は前述の実施
形態と同様であるのでその詳細な説明は省略する。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のパルスを印加してインク吐出を行う場合に、直接
気泡を発生させるパルスのうち、インクが液相から気相
に相転位した後の分について変調することにより、例え
ば、その部分のパルス印加を無くし、記録ヘッドの昇温
を抑制したり、吐出量を大きく変調することができる。

【００８４】この結果、冷却手段などを用いてコスト上
昇を招くことなく、記録ヘッドの昇温に起因する画像弊
害の発生を低減するとともに、記録ヘッドの駆動周波数
の高速化や発熱素子の多素子化等を可能とし高速化およ
び高画質化を両立したインクジェット記録装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｆ）は熱転写記録装置の記録ヘッド
駆動のために印加する印加パルスの一例を示す模式的波
形図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）はインクジェット方式の記録ヘ
ッドにおけるインク吐出量のヘッド温度、ダブルパルス
の予備パルス幅、およびダブルパルスの休止時間それぞ
れに対する依存性を説明する図である。

【図３】従来のインクジェット記録装置の記録ヘッド駆
動のために印加する印加パルスの一例を示す模式的波形
図である。

【図４】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録
装置の概略構成を示す斜視図である。

【図５】図４に示す記録装置における制御構成を示すブ
ロック図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態の原
理を説明するための説明図である。

【図７】本発明の第１の実施形態を機能的に示すブロッ
ク図である。

【図８】本発明の第２の実施形態を機能的に示すブロッ
ク図である。

【図９】本発明の第３の実施形態に係る記録ヘッドの温
度挙動を熱時定数毎に示す図である。

【図１０】上記第３の実施形態による記録ヘッドモデル
の等価回路を示す図である。

【図１１】上記第３の実施形態における熱源および熱時
定数毎の温度変化演算テーブルを示す図である。

【図１２】上記第３の実施形態における熱源および熱時
定数毎の温度変化演算テーブルを示す図である。

【図１３】上記第３の実施形態における熱源および熱時
定数毎の温度変化演算テーブルを示す図である。

【図１４】上記第３の実施形態における熱源および熱時
定数毎の温度変化演算テーブルを示す図である。

【符号の説明】

１ 記録シート ２ 吐出回復装置 ３ 第１搬送ローラ ４ 第２搬送ローラ ５ 記録ヘッド ６ キャリッジ ７ ベルト ８ａ，８ｂ プーリ ９ ガイドシャフト １０ インクカートリッジ ２０ 制御部 ２０ａ ＣＰＵ ２０ｂ ＲＯＭ ２０ｃ ＲＡＭ

フロントページの続き (72)発明者 岩崎 督 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 兼松 大五郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱素子を有し、該発熱素子が発生する
   熱エネルギーを利用してインクに気泡を生成し該気泡の
   圧力によってインクを吐出する記録ヘッドを用い、記録
   ヘッドから被記録媒体にインクを吐出して記録を行うイ
   ンクジェット記録装置において、 発熱素子に複数のパルスからなる駆動パルスを印加する
   ための駆動手段と、 前記駆動手段が印加する複数のパルスのうち、気泡を生
   じさせるためのパルスを変調する手段であって、当該パ
   ルスの印加終了時間を調整することにより変調を行うパ
   ルス変調手段と、 を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 記録ヘッドの温度情報を得るための温度
   情報取得手段をさらに具え、前記パルス変調手段は前記
   温度情報取得手段が取得した温度情報に応じて変調を行
   うことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記
   録装置。
3. 【請求項３】 記録ヘッドの吐出量を設定する吐出量設
   定手段をさらに具え、前記パルス変調手段は、前記吐出
   量設定手段が設定した吐出量に応じて変調を行うことを
   特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 前記パルス変調手段は前記印加終了時間
   を調整することにより当該パルスの幅を変調することを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のインク
   ジェット記録装置。
5. 【請求項５】 前記気泡を生じさせるためのパルスに先
   行して印加される予備パルスまたは前記複数のパルスの
   間隔の少なくとも一方を変調する手段をさらに具えたこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のイ
   ンクジェット記録装置。
6. 【請求項６】 前記パルス変調手段および前記予備パル
   スまたは前記複数のパルスの間隔の少なくとも一方を変
   調する手段それぞれの変調により記録ヘッドの吐出量が
   変化し、その変化量は前記パルス変調手段の変調による
   変化量がより大きいことを特徴とする請求項５に記載の
   インクジェット記録装置。
7. 【請求項７】 前記温度情報取得手段は、記録ヘッドに
   設けられた温度センサを有することを特徴とする請求項
   ２に記載のインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 前記温度情報取得手段は、記録ヘッドの
   温度を演算推定する手段を有することを特徴とする請求
   項２に記載のインクジェット記録装置。
9. 【請求項９】 前記吐出量設定手段は、記録画像の階
   調、記録に用いる被記録媒体の種類、または記録モード
   の少なくとも一つに基づいて吐出量を設定することを特
   徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
10. 【請求項１０】 前記発熱素子は、電気パルスの印加に
    より熱エネルギーを発生する電気熱変換素子であること
    を特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のイン
    クジェット記録装置。