(57)【要約】【課題】放出されるインク滴の量が制御されうる動作温度範囲が拡大されたサーマルインクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】一連のイネーブル列が、サーマルインクジェットプリンタのプリントヘッド１０における加熱素子３４に対して、所定の熱増加量を与えるように設計される。イネーブル列は、プリントヘッド温度に応じてメモリにテーブル形式で保存される。プリントヘッド温度は、印刷サイクル中に検出されて、プリントヘッドコントローラによって読み取られる。コントローラは、テーブルからイネーブル列を選択して、これを加熱素子３４に印加する。その後のサイクルにおいてイネーブル列の変更が必要とされる場合には、現在のイネーブル列を新しいイネーブル列と混合することで平均の熱増加量を与えるようにする。【選択図】図１
2004345351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルインクジェットプリントヘッドの内部におけるインクの温度を制御するための方法であって、前記プリントヘッドは、ノズル毎に選択的にアドレス指定可能な加熱素子を有しており、前記加熱素子は、前記プリントヘッドによって受信されたデータ信号に応じてインク核生成電気パルスによってアドレス指定される場合に、当該ノズルからインク滴を放出するインク気泡を一時的に生じさせ、前記インク滴の各々は、印刷される画像における１画素に相当する方法であって、
前記プリントヘッドの温度を検出する検出ステップと、
受信されたデータ信号に応じて、選択された加熱素子に対して、複数の非核生成電気プリパルスを印加する印加ステップと、
前記選択された加熱素子に対して核生成パルスを印加することで、前記選択された加熱素子に動作可能に対応付けられたプリントヘッドノズルからインク滴を放出させる放出ステップと、
を含み、
前記印加ステップは、
各々が所定のプリントヘッド温度において所定の熱増加量を与えるように設計され、複数の非核生成プリパルスを含む一連のイネーブル列を形成するステップと、
前記一連のイネーブル列をプリントヘッド温度に応じて表形式で保存するステップと、
前記プリントヘッドの検出された温度によって示された第１のイネーブル列を選択する選択ステップと、
前記第１のイネーブル列の印加を第２のイネーブル列と交互にすることによって、前記第１のイネーブル列を混合し、印刷工程中において前記インクに対して平均の熱増加量を与えるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記混合は、前記検出されたプリントヘッド温度が、前記第１の選択されたイネーブル列において前記第２の選択されたイネーブル列への変化を示すときにイネーブルとなることを特徴とする方法。
【請求項３】
サーマルインクジェットプリントヘッドの内部におけるインクの温度を制御するためのシステムであって、前記プリントヘッドは、ノズル毎に選択的にアドレス指定可能な加熱素子を有しており、前記加熱素子は、前記プリントヘッドによって受信されたデータ信号に応じてインク核生成電気パルスによってアドレス指定される場合に、当該ノズルからインク滴を放出するインク気泡を一時的に生じさせ、前記インク滴の各々は、印刷される画像における１画素に相当するシステムであって、
前記プリントヘッドの温度を検出した上で、それを示す信号を発生させるセンサと、
複数の非核生成電気プリパルスを発生させる第１の駆動回路と、
核生成パルスを発生させることで、前記選択された加熱素子に動作可能に対応付けられたプリントヘッドノズルからインク滴を放出させる第２の駆動回路と、
前記第１の駆動回路を選択的に作動させることで、受信されたデータ信号に応じて選択された加熱素子に対して、前記複数の非核生成電気プリパルスを印加するためのコントローラであって、さらに、前記第２の駆動回路を作動させることで、前記複数の非核生成プリパルスの印加に引き続いて、前記選択された加熱素子に対して、前記核生成パルスを印加するコントローラと、
前記コントローラが複数のプリパルスで構成されている一連のイネーブル列を保存することを可能にするように、前記コントローラに動作可能に対応付けられたメモリであって、前記イネーブル列の各々が、所定のプリントヘッド温度において前記インクに対して所定の熱増加量を与えるように設計されており、前記一連のイネーブル列が、プリントヘッド温度に応じて表形式で保存されているメモリと、
前記プリントヘッドの検出された温度によって示された第１のイネーブル列を前記コントローラが選択することになるように、前記コントローラに動作可能に対応付けられたアルゴリズムであって、選択された加熱素子に対して、前記第１のイネーブル列を印加することで、印刷工程中において前記インクを予め加熱することに加えて、前記第１のイネーブル列の印加を第２のイネーブル列と交互にすることによって、前記第１のイネーブル列を混合し、印刷工程中において前記インクに対して平均の熱増加量を与えるアルゴリズムを処理する手段と、
を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーマルインクジェット印刷機に関し、特に、放出されるインク滴の量が制御されうる動作温度範囲が拡大されたサーマルインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルインクジェット印刷プロセスにおいて、継続時間の短い電圧パルスが、プリントヘッドの加熱素子に印加されて、これによって、加熱素子の表面温度は、非常に急速に上昇させられる。加熱素子の近傍におけるインクは過熱（superheated）されて、気泡（vapor bubble）が加熱素子表面において核生成される。気泡は、高圧である当初の蒸気圧の影響を受けて膨張し始めてから引き続き慣性の作用により膨張し続けることで、インク滴をプリントヘッドノズルから放出する。気泡内の圧力は、インク蒸気が加熱素子表面と接する面（インク蒸気境界面）における蒸発作用のために直ちに低下し始める。蒸発プロセスによって、加熱されたインクから熱が奪われて、インク温度は、徐々に低下する。ある程度、気泡の成長および、従って、これに付随する放出されるインク滴の量は、インク蒸気境界面近くのインクにおいて利用可能なエネルギ量に左右される。電圧パルスの入力エネルギは、そのほんのわずかが、気泡の核生成およびインク滴の放出に用いられるに過ぎず、入力エネルギの残りは、プリントヘッドおよびそのヒートシンクにゆく。このため、プリントヘッド温度は、印刷プロセスが続くにつれて上昇する。プリントヘッド温度がより高温であれば、放出されるインク滴の量は増加することになる。液滴量は、印刷画質を決定する変動要素（variables）の１つであるから、印刷される画像の品質は、プリントヘッド温度が変化するのに伴って変化する場合がある。従って、液滴量を制御するアプローチの１つとしては、プリントヘッド温度が変化するのに応じて、加熱素子に対する入力エネルギを修正するというやり方がある。
【０００３】
特許文献１には、現在用いられている１つのやり方が開示されているが、これによれば、２つの部分に分かれた電気パルスが、サーマルインクジェットプリンタの加熱素子に印加される。各パルスは、インクを気化させるには不十分な単一の先行パルス（precursor pulse）を含み、これに、気泡を発生させてインク滴を放出する核生成パルスが続く。ある程度の時間遅延が、２つのパルスの間に組み込まれる。先行パルスつまりプリパルスの目的は、加熱素子近くのインクを予め加熱することで、メインパルスの間に気泡が核生成する際に、気泡に付加的なエネルギを与えるためである。
【０００４】
特許文献２には、印刷中、ほぼ一定であるが、周囲温度よりも高い動作温度に保たれているサーマルインクジェットプリントヘッドが開示されている。印刷中におけるプリントヘッド温度の変動を防ぐために、インク滴を放出するために用いられていない加熱素子は、インクを気化させるには不十分な程度の電気パルスによって選択的に通電される。
【０００５】
特許文献３には、サーマルインクジェットプリントヘッドから放出されるインク滴の量を制御するための方法および装置が開示されている。加熱素子に印加される電気信号であって、その表面上に液滴を放出するための気泡を発生させるための電気信号は、電気パルスのパケットによって構成される。１パケット当たりのパルス数およびそれらの間の幅および間隔は、放出されるインク滴についての所望の量を維持するために制御される。
【０００６】
単一のプリパルスを用いる際には、そのプリパルスの継続時間によって、プリパルス時間の間にインクが達する最高温度が決定される。この値が高すぎる場合、すなわち、プリパルスが長すぎる場合には、核生成の開始が早まって、これによって、メイン核生成パルスが干渉されて、液滴放出エラーが生じる。適切なプリパルス時間が用いられた結果として、メインパルスに対する干渉が発生しない場合には、プリパルス幅つまりプリパルス時間は、プリントヘッド温度の上昇に伴って減少させられて、最終的には、メインパルスの前にプリパルスが無い状態となる。このように、単一のプリパルスによって、液滴量を制御する手段が提供されるが、これは、約１５℃の比較的小さい温度範囲についてのみに限られる。ある程度の液滴量制御は、先行技術による手法によって実現可能であるが、拡大された温度範囲についての液滴量制御が提供可能であることが重要である。
【０００７】
更なる先行技術による方法によれば、そのような拡大された温度範囲が、複数のプリパルスを加熱素子に印加することによって提供されるが、この場合、プリパルス時間期間および介在する遅延時間期間は、検出されたプリントヘッド温度に応じて変更される。このタイプのシステムが特許文献４に記載されている。
【０００８】
特許文献４に示されたタイプのシステムでは、プリパルスを、印刷工程中、例えば、紙ページのような印刷媒体を横切る印刷走査（printing swath）中に印加する場合がある。印刷走査中に印加されるプリパルスまたはパルスにおける急激な変化によって、印刷において目に見える悪影響（artifacts）が生じるかもしれないということが考えられる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，４９０，７２８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１０７，２７６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０３６，３３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４２２，６７７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明に係る１つの目的としては、印刷走査中のイネーブル列における急激な切り換えの発生を制限するということがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るサーマルインクジェットプリントヘッドにおけるインク温度制御方法は、サーマルインクジェットプリントヘッドの内部におけるインクの温度を制御するための方法であって、前記プリントヘッドは、ノズル毎に選択的にアドレス指定可能な加熱素子を有しており、前記加熱素子は、前記プリントヘッドによって受信されたデータ信号に応じてインク核生成電気パルスによってアドレス指定される場合に、当該ノズルからインク滴を放出するインク気泡を一時的に生じさせ、前記インク滴の各々は、印刷される画像における１画素に相当する方法であって、前記プリントヘッドの温度を検出する検出ステップと、受信されたデータ信号に応じて、選択された加熱素子に対して、複数の非核生成電気プリパルスを印加する印加ステップと、前記選択された加熱素子に対して核生成パルスを印加することで、前記選択された加熱素子に動作可能に対応付けられたプリントヘッドノズルからインク滴を放出させる放出ステップとを含み、前記印加ステップは、各々が所定のプリントヘッド温度において所定の熱増加量を与えるように設計され、複数の非核生成プリパルスを含む一連のイネーブル列を形成するステップと、前記一連のイネーブル列をプリントヘッド温度に応じて表形式で保存するステップと、前記プリントヘッドの検出された温度によって示された第１のイネーブル列を選択する選択ステップと、前記第１のイネーブル列の印加を第２のイネーブル列と交互にすることによって、前記第１のイネーブル列を混合し、印刷工程中において前記インクに対して平均の熱増加量を与えるステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、前記混合は、前記検出されたプリントヘッド温度が、前記第１の選択されたイネーブル列において前記第２の選択されたイネーブル列への変化を示すときにイネーブルとなることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るサーマルインクジェットプリントヘッドにおけるインク温度制御システムは、サーマルインクジェットプリントヘッドの内部におけるインクの温度を制御するためのシステムであって、前記プリントヘッドは、ノズル毎に選択的にアドレス指定可能な加熱素子を有しており、前記加熱素子は、前記プリントヘッドによって受信されたデータ信号に応じてインク核生成電気パルスによってアドレス指定される場合に、当該ノズルからインク滴を放出するインク気泡を一時的に生じさせ、前記インク滴の各々は、印刷される画像における１画素に相当するシステムであって、前記プリントヘッドの温度を検出した上で、それを示す信号を発生させるセンサと、複数の非核生成電気プリパルスを発生させる第１の駆動回路と、核生成パルスを発生させることで、前記選択された加熱素子に動作可能に対応付けられたプリントヘッドノズルからインク滴を放出させる第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路を選択的に作動させることで、受信されたデータ信号に応じて選択された加熱素子に対して、前記複数の非核生成電気プリパルスを印加するためのコントローラであって、さらに、前記第２の駆動回路を作動させることで、前記複数の非核生成プリパルスの印加に引き続いて、前記選択された加熱素子に対して、前記核生成パルスを印加するコントローラと、前記コントローラが複数のプリパルスで構成されている一連のイネーブル列を保存することを可能にするように、前記コントローラに動作可能に対応付けられたメモリであって、前記イネーブル列の各々が、所定のプリントヘッド温度において前記インクに対して所定の熱増加量を与えるように設計されており、前記一連のイネーブル列が、プリントヘッド温度に応じて表形式で保存されているメモリと、前記プリントヘッドの検出された温度によって示された第１のイネーブル列を前記コントローラが選択することになるように、前記コントローラに動作可能に対応付けられたアルゴリズムであって、選択された加熱素子に対して、前記第１のイネーブル列を印加することで、印刷工程中において前記インクを予め加熱することに加えて、前記第１のイネーブル列の印加を第２のイネーブル列と交互にすることによって、前記第１のイネーブル列を混合し、印刷工程中において前記インクに対して平均の熱増加量を与えるアルゴリズムを処理する手段とを備えることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、サーマルインクジェットプリントヘッド１０の概略断面図を示す。この図は、プリントヘッドに含まれる複数のインク流路２０の１つにおける長さ方向に沿ったものであり、各ノズルをプリントヘッドタンク２４と連絡可能な状態に配置している。プリントヘッドは、シリコン上部基板つまり流路板３１を、シリコン下部基板つまり加熱素子板２８に位置合わせして接着したもので構成されており、これらの間には、中間絶縁厚膜層１８が挟まれている。厚膜層にパターン形成して、加熱素子３４および電極コンタクトパッド３２を露出させるとともに、流通通路３８を設けるが、これによって、タンク２４は、流路２０に接続される。インク（図示せず）は、矢印２３によって図示するように、タンク２４から通路３８を通って流路閉端部２１の周辺に流入する。
【００１５】
ポリシリコンまたはその他のよく知られている抵抗材料、例えば、ホウ化ジルコニウムである場合がある加熱素子セットを形成するより前に、例えば、二酸化ケイ素のようなアンダーグレーズ(underglaze)層３９をシリコン加熱素子板２８上に堆積させる。アルミニウムアドレッシング電極３３および共通帰線３５が形成されて、その各々が、コンタクトパッド３２を有するが、これに続いて不活性化層１６をアンダーグレーズ層および加熱素子電極の上方に堆積させる。不活性化層１６は、好適な材料であればどのような材料であってもよく、例えば、窒化ケイ素および／またはリフロー処理されたポリシリコンガラスであってもよいが、加熱素子およびコンタクトパッドを露出させるようにパターン形成される。熱分解窒化ケイ素層１７を、露出された加熱素子上に堆積させて、これに続いて、熱分解窒化ケイ素層１７をキャビテーションによる応力から保護するためのタンタル層１２が堆積される。さらに電極を不活性化するために、リンドープＣＶＤ二酸化ケイ素膜（図示せず）を、付加的に、加熱素子板全体を覆って堆積させた上で、加熱素子およびコンタクトパッドから取り除く場合もある。
【００１６】
次に、例えば、ポリイミドのような絶縁厚膜層１８が、不活性化層１６上または付加的なドープＣＶＤ二酸化ケイ素膜上に形成されるが、これは、２５〜５０マイクロメートルの厚さを有する。厚膜層１８は、フォトリソグラフィ処理により、この層における各々の加熱素子の上方にある各部分を取り除いて、加熱素子を収容する凹部２６を形成して、タンク２４から流路２０に向かうインク流動経路を提供する通路３８を形成して、コンタクトパッド３２を露出させる。
【００１７】
加熱素子板は、シリコンウエハ（図示せず）から形成されるが、これに、複数の加熱素子セットおよびそれらのアドレッシング電極がパターン形成されて、上述のようにインクから保護される。続いて、厚膜層１８を、不活性化された電極および加熱素子の上方に堆積させて、上述のようにパターン形成する。流路板は、別のシリコンウエハ（図示せず）から同様に形成される。複数の流路板が、このウエハにおいて、その１つの表面を方位依存性エッチング（orientation dependent etching）することによって形成されて、各々の流路板について、エッチングされた貫通穴部を形成するが、これが、タンク２４としての役割を果たすことになるとともに、その開いた底部が、タンク注入口２５としての役割を果たす。平行溝セットが、このウエハ表面において各々のタンクについてエッチングされて、インク流路としての役割を果たすが、これら２つのウエハを位置合わせして互いに接着した上で、複数の別々のプリントヘッド１０にダイシングする。ダイシング工程によって、この溝における一方の端部を開口させることで、プリントヘッドの前面２９にノズル２７が形成される。これらのウエハを位置合わせする際に、流路２０における閉端部２１は、通路３８の上方に配置されて、タンクから各ノズルに向かうインク流動経路を完成させる一方で、各々の流路においては、凹部において、ノズルから所定の距離さかのぼった位置に加熱素子を有する。これは、方位依存性エッチング（ＯＤＥ）ばかりではなく反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて実現することも可能である。
【００１８】
個々のプリントヘッドは、ヒートシンク１９上に取り付けられて、ワイヤボンド１５によってプリントヘッドアドレッシング電極のコンタクトパッド３２に接続された電極１４を有するプリント回路基板２２に隣接して配置される場合もある。図１に示したプリントヘッド１０は、キャリッジタイププリンタに用いられる場合もあり、複数のそのようなプリントヘッドを全幅アレイバー（図示せず）上に配置して、固定ページ幅プリントヘッドを形成する場合もある。本発明の動作原理は、キャリッジタイププリンタまたはページ幅プリンタのいずれの場合であっても同様であるから、本発明について、キャリッジタイププリンタを参照しつつ説明することとする。
【００１９】
サーマルインクジェットシステムの動作シーケンスは、加熱素子と接しているインクをほぼ瞬時に気化させるのに十分な程度の、インクが充填された流路における加熱素子を通過する電気パルスによって開始する。正常に機能するために、加熱素子からインクに伝わる熱は、加熱素子の表面と接しているインクをその通常の沸点よりもはるかに高温に過熱するのに十分な程度でなければならない。水性インクの場合、この温度は、約２８０℃である。気泡の膨張によって、インクの液滴がノズルから押し出される。電気パルスが加熱素子を通過した後は、加熱素子がそれ以上加熱されることはなく、気泡は崩壊する。この気泡形成／崩壊シーケンス全体は、約１５マイクロ秒のうちに行われる。流路は、５０マイクロ秒の一時停止時間の経過後に再充填することが可能であるが、これによって、動的再充填係数（dynamic refilling factors）が減衰することを可能にする。
【００２０】
印刷工程中にプリントヘッドが加熱されるにつれて、放出されるインク滴の量および速度が増加する。従って、高品質印刷のためには、プリントヘッドの温度およびパルス印加された加熱素子によって生じる熱エネルギの程度を考慮に入れた上で、一定のインク滴の量および速度を維持するように制御する必要がある。
【００２１】
加熱素子に投入されるエネルギは、メイン核生成パルスの直前にプリパルスを供給することによって変更することが可能である。現在用いられている１つのやり方としては、メイン核生成パルスの前に単一のプリパルスを提供するというものがある。ある程度の時間遅延が、２つのパルスの間に組み込まれる。プリパルスに含まれる電力含有量は、核生成のために必要とされる電力よりもかなり低い。プリパルスの目的は、加熱素子近くのインクを予め加熱することで、メインパルスの間に気泡が核生成する際に、気泡に付加的なエネルギを与えるためである。単一のプリパルス発射スキーム（firing scheme）について、インク加熱素子表面境界面における典型的な温度履歴を図３に示したが、図中、Ｐ１は、プリパルス継続時間を、Ｐ２は、パルス間の休止時間を、Ｐ３は、メインパルス継続時間を示す。図３に示した場合について言えば、Ｐ１＝０．９マイクロ秒、Ｐ２＝４．７マイクロ秒、Ｐ３＝２．１マイクロ秒である。全体のパルス時間は、Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３であり、すなわち、７．７マイクロ秒である。
【００２２】
また、図３には、インクに蓄積されるエネルギおよびインクにおける過熱含有量を示す。過熱は、１００℃を上回るインクの部分におけるエネルギとして定義される。プリパルスのパルス継続時間によって、プリパルス時間の間に達する最高温度が決定される。この値が高すぎる場合、すなわち、プリパルスが長すぎる場合には、この時間における気泡発生によって、液滴を放出するためのメイン核生成が干渉されて、結果として、液滴放出エラーにつながる。プリントヘッドがより低い温度である場合には、可能な限り長いプリパルスであって、これによって、インクの閾値核生成が生じることはないプリパルスが印加されるが、プリントヘッド温度が上昇するにつれて、プリパルス継続時間は短縮されて、最終的に、プリパルスの無い、メインパルスのみの状態となる。プリパルス継続時間は、液滴量が温度範囲にわたって適度に一定となるように選択される。この方法によって、約１５℃の温度範囲における液滴量制御が提供される。
【００２３】
単一のプリパルス方法では、インクに蓄積される過熱量が限られるが、これは、通常、比較的長い時間遅延が、プリパルスの終了からメインパルスの開始までの間に必要とされるからである。図３に示した具体例におけるＰ２のために、インクに蓄積されたエネルギは、インク内において放散させられて、インク温度は、メインパルスＰ３が開始する時点において１００℃を下回るように低下させられる。図３から明らかなように、Ｐ２期間中のインクにおける全体のエネルギは、適度に一定である。但し、過熱は、ゼロになる。過熱は、メインパルス中に再度増加する。このような温度反応のために、メインパルスによる液滴を放出するための核生成に対する干渉を引き起こすことなく蓄積することが可能な最高過熱は限られている。以下、表１に、単一のプリパルススキームについて、考えられる過熱増加量、および液滴量制御のための温度幅（間隔）を列記する。
【００２４】
数多くの、継続時間の短いプリパルスが、メインパルスに先立って用いられる。パルス列全体は、コントローラ４６（図２）によって提供された連続データビットによって構成されるが、これらのデータビットは、タイミング装置４２（図２）によって算出された間隔で提供される。コントローラ４６からのデータビットがＨＩＧＨである場合に、選択されたヒータ素子における電流の流れがイネーブルとなり、コントローラ４６からのデータビットがＬＯＷである場合に、選択されたヒータ素子における電流の流れが止められる。従って、タイミング装置４２におけるクロッキング期間によって、パルスオン時間およびパルスオフ時間の最短継続時間が決定されるが、このとき、全てのパルス長は、クロッキング期間の長さの整数倍である。
【００２５】
核生成パルスに先立つ数多くの継続時間の短いプリパルスによって構成された入力パルス列によって、加熱素子表面近くのインク温度は、核生成パルスの印加前に１００℃を上回るように維持される。プリパルスの継続時間、プリパルスの数、各パルスのための全体の時間、およびプリパルス発生時間の間にインクが加熱される温度によって、インクにおける全体の過熱が決定される。過熱が高温であればあるほど、特定のプリントヘッド温度において得られる液滴量は多くなる。
【００２６】
シミュレーション研究によれば、本発明の複数のプリパルス発生スキームにおいて液滴量制御が行われうる温度範囲については、以下、表２に列記するが、この表において、パルス発生スキームの欄には、各パルス列についてのクロッキング期間および全体の長さを列記する。このように、クロッキング期間がより短くて、パルス列の長さがより長いときに提供される温度制御範囲はより大きくなる。
【００２７】
【表１】
2004345351.tif 000003
【００２８】
【表２】
2004345351.tif 000004
【００２９】
図４に、インクおよび加熱素子表面の境界面における温度を、本発明に係る複数のプリパルス発生スキームについて時間の関数として示す。このシステムには、８つのプリパルスおよび１つのメイン核生成パルスが存在する。第１のプリパルスは、０．６μ秒オンであって０．４μ秒オフであるが、その後に続く７つのプリパルスは、それぞれ０．２μ秒オンであって０．４μ秒オフである。メイン核生成パルスは、２．２μ秒オンであり、全体のパルス継続時間は続けて７．４μ秒オンである。２５℃の当初のプリントヘッド温度において、この特定の複数のプリパルス発生スキームでは、０．２９７０ｎＪ／μｍ２の過熱含有量が与えられる。上述の実施の形態における複数のプリパルス発生方法によれば、液滴量制御を行うことが可能な温度範囲は実質的に大きくなり、インクにおける過熱含有量は、加熱素子によって放出される液滴の量を決定する上で重要な役割を果たす。
【００３０】
液滴量は、２５℃で、１つのメイン核生成パルス、メインパルスに先立つ単一のプリパルス、およびメインパルスに先立つ複数のプリパルスについて、異なる電圧において測定されたが、その結果を図５に示す。このグラフから、メインパルスのみ（プリパルス無し）のときに得られる液滴量は、約１９ピコリットル（ｐｌ）であるということが分かる。単一のプリパルスでは、液滴量は、２３ｐｌであり、複数のプリパルス方法では、液滴量は、２９ｐｌである。実験に基づいて算出された温度に対する液滴量の感度は、０．３ｐｌ／℃である。この数値を用いると、単一のプリパルスでは、１３℃の液滴量制御のための温度範囲を有することになり、複数のプリパルスシステムでは、３３℃の温度範囲を有することになる。従って、液滴量制御のための温度範囲における大幅な拡大が、特許文献４の複数のプリパルス発生システムによって実現可能である。閾値電圧は、プリントヘッド温度に応じて変わることになり、プリパルスの当初の数もまた、プリントヘッド温度に応じて変化することになるが、これは、後述するように、温度センサ３０によって検出される。
【００３１】
図１および図２を参照すると、温度センサ３０が、加熱素子を有する表面上の加熱素子板２８の回路素子に、プリントヘッドをヒートシンク１９上に取り付ける前に組み込まれている。このような構成において、このセンサが、プリントヘッドをヒートシンクに取り付ける上で支障を来すことはない。温度センサは、必要に応じて、破線で示すように、加熱素子３４を内蔵する加熱素子板２８の反対側の表面上に、あるいはヒートシンクの反対側に配置される場合もある。温度信号線３７は、ヒートシンクのいずれかの側面上に絶縁して取り付けられた専用電極である場合もある。温度センサからの温度信号は、線３７を介して制御回路３６内のコントローラ４６に向けて送られる。例えば、デジタルクロックのようなタイミング装置４２、および画像データ信号４１が、コントローラに向けて送られる。これを受けて、コントローラは、選択された加熱素子を、これに対応づけられた駆動回路４０を介して通電可能にする。加熱素子３４は、電源４４に、線４３および共通帰線電極３５を介して接続されている。駆動回路は、加熱素子に、アドレッシング電極３３、ワイヤボンド１５、およびプリント回路基板電極１４を介して接続されている。駆動回路４０は、帰線１３およびケーブル１１を介してアース接続されている。
【００３２】
電気パルスは、加熱素子に通電するために受け取られた画像データを受けて、コントローラ４６が発生させる。特許文献４のシステムによれば、そのようなパルスは、予熱（イネーブル）パルス列の形をとる複数のプリパルスのセットであって、これに続くのがインクを放出する核生成パルスである。複数のプリパルスおよびメインパルスは、図４に図示して上述したようなものである場合もある。プリパルスは、継続時間が非常に短いものであって、一般に、約１００ナノ秒またはその倍数のオーダーのものである。各々のパルスは、プリパルスであれメインパルスであれ、また、各パルスの間の時間幅は、タイミング装置によって発生させられる１つ以上のクロック単位間の時間に対応づけられている。複数のプリパルスおよびメイン核生成パルスを選択的に印加するための制御回路３６には、コントローラつまりマイクロプロセッサ４６が、参照用テーブル５１およびタイミング装置つまりクロック４２とともに含まれる。コントローラは、駆動回路アレイにおける各々の駆動回路４０に接続されている。電圧電源４４は、線４３を介して加熱素子３４の共通電極３５に接続されており、駆動回路４０、帰線１３、およびケーブル１１を介してアース接続されている。
【００３３】
本発明によれば、上述のようなシステムを用いると、複数のプリパルスを、イネーブル列と称する様々なパルス群であって、更に様々な時間期間を、更に様々な時間間隔とともに有するパルス群として構成することが可能である。そのようなイネーブル列としては、その構成が、１つのパルスから９つまたはそれ以上のパルスにまで及ぶ場合もある。各々のイネーブル列を構成するパルスのパターンは、単純である場合もあれば複雑である場合もある。例えば、図５に示したような、収集されたデータ、またはその他の方法によって経験的に計算されたデータに基づいて、特定のイネーブル列が、特定の増加量の熱エネルギを提供するように調整可能であって、これによって、プリントヘッド内におけるインクの薄膜（１マイクロメートル）内における瞬間的な温度分布が加減される。そのような熱増加量を用いて、予測可能な温度増加量だけ増減させて、プリントヘッド内のインクを加減することが可能である。このように加減する効果としては、気泡量が、増加または減少させられて、これによって、放出されるインク滴のエネルギがもたらされる。
【００３４】
複数のプリパルスで構成されているイネーブル列アレイが組み立てられて、コントローラ４６内の、あるいはコントローラ４６によってアクセス可能なメモリ５１に保存される。イネーブルパルス列メモリ５１は、プリントヘッド温度に応じて表にまとめられた参照用テーブルの形をしている。各々のパルス列によって熱増加量が与えられることになるが、これによって、インク温度は、図１に示すように、気泡がインク流路２０に伝わってインクをノズル２７から排出することになる温度に近づく方向に加減される。
【００３５】
プリントヘッドの温度は、温度センサ３０によって検出されるが、コントローラは、プリントヘッド温度データを用いて、駆動回路による加熱素子に対する印加に備えて、参照用テーブルから適切なイネーブル列を選択する。このように、コントローラによって、メイン核生成パルスに先立つ適切なイネーブルパルス列が選択される。従って、所望の液滴量は、印刷工程中にプリントヘッド温度が変化するにもかかわらず維持される。
【００３６】
プリントヘッド温度の加減が印刷工程中において行われる場合には、印刷された画像において、目に見える悪影響が生じるかもしれない。従って、本発明によれば、イネーブル列における変化を変調して、プリントヘッドに加えられる熱における急激な変化を避けるということは有益である。この目的を達成するために、コントローラには、コントローラ４６に対して、２つのパルス列、例えば、参照用テーブルにおける検出されたプリントヘッド温度のいずれかの側に当てはまるイネーブル列を選択するように指示するアルゴリズムが設けられている。続いて、コントローラ４６に対して、選択されたイネーブル列の１つ１つを交互に印加するように指示することによって、前記イネーブル列を混合（blending）する。混合されたパルス列によって熱増加量が与えられるが、これは、２つのイネーブル列による熱増加量の平均である。このように、このプロセスによれば、たとえすぐ次の液滴のように迅速であっても、液滴量が変えられる。従って、プリントヘッドの加熱速度のみならず、液滴の平均動力も変えられることから、液滴量は、より直接的に制御される。
【００３７】
動作中は、印刷走査中においてサーマルインクジェットプリントヘッド１０におけるインクの温度を制御するための方法が提供される。上述のように、プリントヘッド１０は、各々のノズル２７について選択的にアドレス指定可能な加熱素子２８を有して構成されている。加熱素子２８は、一時的なインク気泡を生じさせるように設計されているが、これによって、加熱素子がインク核生成電気パルスによってアドレス指定されているときに、ノズル２７からインク滴を放出するための動力が与えられる。パルスは、プリントヘッドが受け取った画像データ信号を受けて、コントローラ４６によって駆動回路４０を介して発生させられる。
【００３８】
図６のフローチャートに示すように、プリントヘッド１０の温度は、センサ３０によって検出されて、コントローラ４６によって読み取られる。温度読み取り値を受けて、コントローラ４６は、イネーブルパルス列をメモリ５１のテーブルから選択する。イネーブルパルス列は、複数の非核生成電気プリパルスからなり、これによって、既知の熱増加量が与えられることになる。イネーブル列は、プリントヘッドにおける温度読み取り値を受けて、選択された加熱素子に印加される。イネーブル列の印加の後には、選択された加熱素子に対する核生成パルスが続いて、インク滴をプリントヘッドノズルから放出させる。イネーブル列は、プリントヘッド内におけるインクの表面の薄膜内における瞬間的な熱エネルギの加減に影響を及ぼす。
【００３９】
蓄積されたデータおよび経験的な計算に基づいて、複数のイネーブルパルス列が所定のプリントヘッド温度において所定の熱増加量を与えるように構成されている。一連のそのようなイネーブル列を、用いられている特定のプリントヘッドに合わせて発生させて、メモリ５１の参照用テーブルに保存する。選択されたイネーブル列は、プリントヘッド走査中に検出されたプリントヘッド温度によって示された加熱素子２８に印加される。図７に示すように、混合シーケンスが開始されるのは、イネーブル列における変化がコントローラ４６によって選択されたときである。
【００４０】
混合シーケンスにおいて、印加されたイネーブル列は、１つのイネーブル列をもう１つのイネーブル列と交互にすることによって混合されるが、これによって、印刷走査中において、平均の熱増加量がインクに与えられる。混合シーケンスは、印刷走査が完了した後に終了する場合もあれば、その後に、温度制御シーケンスを必要に応じて混合シーケンスを含めて最初からやり直す場合もある。
【００４１】
イネーブル列の印加が行われる頻度は、各画素が印刷される前である場合もあれば、それ以外に必要または要望に応じて行われる場合もある。コントローラ４６は、イネーブルパルス列を変化させない場合には、現在用いられているイネーブル列が繰り返されて、混合シーケンスは全く必要ない。混合シーケンスは、特に有益である場合があるのは、プリントヘッド温度が連続的なイネーブルパルス列の各増加量の間であるときである。
【００４２】
代替的な実施の形態では、図８および図９に示すように、混合シーケンスが所定の継続時間にわたって適用される。タイミング装置４２は、混合シーケンスがイネーブルにされる期間をコントローラ４６が追跡することを可能にするために使用可能なしかるべきカウンタである場合もある。所定の期間が経過し次第、混合シーケンスがディスエーブルにされて温度制御シーケンスが続く。
【００４３】
本発明の混合シーケンスは、コントローラ４６に埋め込まれたファームウェアによって実行される場合もあれば、いくつかのパルス列を交互に印加することを可能にするようにプログラム設定された特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）によって実行される場合もあり、あるいは、当該技術分野においてよく知られているその他の手段によって実行される場合もある。混合シーケンス自体が一部変更される場合もあって、例えば、単一の画素について交互にする代わりに、第１のイネーブル列を３画素について印加した後で第２のイネーブル列を３画素について印加することも可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明によるプリントヘッドを示す断面図である。
【図２】図１のプリントヘッドにおける加熱素子に通電するための回路を示すブロック図である。
【図３】先行技術において開示されたような単一のプリパルス発射スキームについて、インクが加熱素子と接する面における温度対時間、インクエネルギ対時間、および過熱対時間を示すグラフ図である。
【図４】本発明に係る複数のプリパルス発射スキームについて、インクが加熱素子と接する面における温度対時間、インクエネルギ対時間、および過熱対時間を示すグラフ図である。
【図５】単一の核生成パルス、単一のプリパルスと核生成パルス、および複数のプリパルスと核生成パルスの発射スキームについて、液滴質量対電圧を示すグラフ図である。
【図６】温度制御シーケンスの工程を示すフローチャートである。
【図７】混合シーケンスの工程を示すフローチャートである。
【図８】本発明の代替的な実施の形態における温度制御シーケンスを示すフローチャートである。
【図９】本発明の代替的な実施の形態における混合シーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１０  プリントヘッド、２７  ノズル、２８  加熱素子板、３０  温度センサ、３４  加熱素子、３６  制御回路、４０  駆動回路、４１  画像データ信号、４２  タイミング装置、４４  電源、４６  コントローラ、５１  メモリ（参照用テーブル）。
【図１】
2004345351.tif 000005
【図２】
2004345351.tif 000006
【図３】
2004345351.tif 000007
【図４】
2004345351.tif 000008
【図５】
2004345351.tif 000009
【図６】
2004345351.tif 000010
【図７】
2004345351.tif 000011
【図８】
2004345351.tif 000012
【図９】
2004345351.tif 000013