(57)【要約】【課題】【解決手段】システムは、インクジェット・プリントヘッド（１０）の抵抗加熱要素（３４）に最適なエネルギーパルスを提供する。最適なエネルギーパルスは、加熱要素（３４）の表面に近接したインクの最適な核形成を生起するために、加熱要素（３４）の表面に最適なエネルギー密度を提供する。システムは、加熱要素の大きさ、加熱要素の電気的な特性及びインクの特性に関係する数値をメモリ（２６）に記憶することを含む。加熱要素の大きさの値、加熱要素の電気的数値、インクの特性及び最適名エネルギーパルスの大きさと時間との間の数学的名関係を与える数式もメモリに記憶される。このシステムは、記憶数値及び数式をメモリから引き出すこと、この数式に基づいて最適なエネルギーパルスの大きさと時間を決定することも含む。このシステムは更に、決定された大きさと時間に基づいて最適なエネルギーパルスを発生させ、かつ、最適なエネルギーパルスを加熱要素（３４）に与える。最適なエネルギーパルスによって与えられるエネルギー密度は、加熱要素の近くのインクがバブルと滴を形成するのに十分な大きさであるが、バブルが形成された後にインク内にエネルギーが伝達されて浪費されるほど大きくはない。
2004517753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット・プリントヘッドの抵抗加熱要素に最適なエネルギーパルスを与え、それによって、前記抵抗加熱要素の表面に近接するインクの最適な核形成を生起するために、前記エネルギーパルスが前記抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を与えるシステムであって、
（ａ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの物理的な寸法を示す、加熱要素の少なくとも１つの寸法値をメモリに記憶する段階と、
（ｂ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの電気的な特性を示す、加熱要素の少なくとも１つの電気的数値をメモリに記憶する段階と、
（ｃ）前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値との間の数学的な関係を与える数式をメモリに記憶する段階と、
（ｄ）前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記少なくとも１つの数式とをメモリから引き出す段階と、
（ｅ）前記少なくとも１つの数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値を決定する段階と、
（ｆ）前記段階（ｅ）で決定された数値に一致する前記最適なエネルギーパルスを生成する段階と、
（ｇ）前記最適なエネルギーパルスを前記加熱要素に与える段階と、を含むシステム。
【請求項２】
（ｈ）前記段階（ｂ）が、加熱要素の電力密度値及び加熱要素の抵抗値を記憶することを含む段階と、
（ｉ）前記段階（ｃ）が、前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値との間の数学的な関係を与える数式を記憶することを含む段階と、
（ｊ）前記段階（ｄ）が、前記加熱要素の電力密度値及び前記加熱要素の抵抗値をメモリから引き出すこと含む段階と、を更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
（ｋ）前記段階（ａ）が、加熱要素の幅の値をメモリに記憶することを含む段階と、
（ｌ）前記段階（ｉ）が、前記加熱要素の少なくとも１つの幅の値と、前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値との間の数学的な関係を与える数式を記憶することを含む段階と、
（ｍ）前記段階（ｄ）が、前記加熱要素の幅の値をメモリから引き出すことを含む段階と、を更に含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記数式が、ｉ＝Ｗｈｔｒ（ＰＤ／Ｒｓ）１／２で与えられ、ここで、ｉは、前記エネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値であり、Ｗｈｔｒは前記加熱要素の幅の値であり、ＰＤは前記加熱要素の電力密度値であり、Ｒｓは前記加熱要素の抵抗値である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
インクジェット・プリントヘッドの、保護オーバーコートによって覆われた抵抗加熱要素に最適なエネルギーパルスを与え、これによって、前記抵抗加熱要素を覆う前記保護オーバーコートに近接するインクの最適な核形成を生起するすために、前記エネルギーパルスが前記抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を与えるシステムであって、
（ａ）前記保護オーバーコートの少なくとも１つの物理的な寸法を示す、保護オーバーコートの少なくとも１つの寸法値をメモリに記憶する段階と、
（ｂ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの電気的な特性を示す、加熱要素の少なくとも１つの電気的数値をメモリに記憶する段階と、
（ｃ）前記インクの少なくとも１つの特性に関連する、少なくとも１つのインク関連係数をメモリに記憶する段階と、
（ｄ）前記保護オーバーコートの少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間との間の数学的な関係を与える数式をメモリに記憶する段階と、
（ｅ）前記保護オーバーコートの少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記数式とをメモリから引き出す段階と、
（ｆ）前記少なくとも１つの数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を決定する段階と、
（ｇ）前記段階（ｆ）で決定された最適な持続時間を有する最適なエネルギーパルスを生成する段階と、
（ｈ）前記最適なエネルギーパルスを前記加熱要素に与える段階と、を含むシステム。
【請求項６】
（ｉ）前記プリントヘッドの操作点のオフセット温度を示すプリントヘッド・オフセット温度値をメモリに記憶する段階と、
（ｊ）前記段階（ｄ）が、前記少なくとも１つのプリントヘッド・オフセット温度値と、前記保護オーバーコートの少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間との間の数学的な関係を与える数式を記憶することを含む段階と、
（ｋ）前記少なくとも１つのプリントヘッド・オフセット温度値をメモリから引き出す段階と、を更に含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記数式が、ｔｏｐ＝［ｂ２＋ｂ３ｈ＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９）］／ＰＤで与えられ、ここで、ｔｏｐは前記エネルギーパルスの最適な持続時間であり、ΔＴは前記プリントヘッド・オフセット温度値であり、ＰＤは前記加熱要素の電力密度値であり、ｈは保護オーバーコートの厚さの値であり、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５は、インク関連係数である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
インクジェット・プリントヘッドの、保護オーバーコートによって覆われた抵抗加熱要素に最適なエネルギーパルスを与え、これによって、前記抵抗加熱要素を覆う前記保護オーバーコートに近接するインクの最適な核形成を生起するすために、前記エネルギーパルスが前記抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を与えるシステムであって、
（ａ）前記加熱要素の幅の値をメモリに記憶する段階と、
（ｂ）前記保護オーバーコートの厚さの値をメモリに記憶する段階と、
（ｃ）前記加熱要素の電力密度値及び前記加熱要素の抵抗値をメモリに記憶する段階と、
（ｄ）前記インクの少なくとも１つの特性に関連する、少なくとも１つのインク関連係数をメモリに記憶する段階と、
（ｅ）前記プリントヘッドの操作点のオフセット温度を示すプリントヘッド・オフセット温度値をメモリに記憶する段階と、
（ｆ）前記加熱要素の幅の値と、前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値との間の数学的な関係を与える第１の数式、ｉ＝Ｗｈｔｒ（ＰＤ／Ｒｓ）１／２であって、ｉは、前記エネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさであり、Ｗｈｔｒは前記加熱要素の幅の値であり、Ｒｓは前記加熱要素の抵抗値である数式をメモリに記憶する段階と、
（ｇ）前記保護オーバーコートの厚さの値と、前記加熱要素の電力密度値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記プリントヘッド・オフセット温度値と、前記抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を与えるための、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間との間の数学的な関係を与える第２の数式、ｔｏｐ＝［ｂ２＋ｂ３ｈ＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９）］／ＰＤであって、ｔｏｐは前記エネルギーパルスの最適な持続時間であり、ΔＴは前記プリントヘッド・オフセット温度値であり、ＰＤは前記加熱要素の電力密度値であり、ｈは前記保護オーバーコートの厚さの値であり、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５は、前記インク関連係数である数式をメモリに記憶する段階と、
（ｈ）前記加熱要素の幅の値と、前記保護オーバーコートの厚さの値と、前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記プリントヘッド・オフセット温度値とをメモリから引き出す段階と、
（ｉ）前記第１の数式をメモリから引き出す段階と、
（ｊ）前記第１の数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値を決定する段階と、
（ｋ）前記第２の数式をメモリから引き出す段階と、
（ｌ）前記第２の数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を表わす時間値を決定する段階と、
（ｍ）前記段階（ｊ）で決定された電流値に基づいて、前記段階（ｌ）で決定された時間値に一致する持続時間を有する最適なエネルギーパルスを生成する段階と、
（ｎ）前記最適なエネルギーパルスを前記加熱要素に与える段階と、を含むシステム。
【請求項９】
インク滴を印刷可能な媒体上に噴射することによって、前記印刷可能な媒体上に画像を形成するインクジェット印刷装置であって、
電気的なエネルギーパルスを受け取り、前記エネルギーパルスに基づいて抵抗加熱要素の表面にエネルギー密度を与え、当該抵抗加熱要素の表面近くのインクに熱エネルギーを伝達し、これによってプリントヘッドから噴射されるインク滴を形成する少なくとも１つの抵抗加熱要素を有するインクジェット・プリントヘッドと、
前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの物理的な寸法を示す、加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの電気的な特性を示す、加熱要素の少なくとも１つの電気的数値とを記憶する第１のメモリモジュールと、
前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値及び前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値を引き出すために、前記第１のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値及び前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値に基づいて前記抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を与えるために、最適なエネルギーパルスの少なくとも１つの特性を決定するプロセッサと、
前記最適なエネルギーパルスを前記抵抗加熱要素に選択的に与えるドライバ回路と、を含むインクジェット印刷装置。
【請求項１０】
前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値及び前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値に基づいて、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値を決定するプロセッサを更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値との間の数学的な関係を与える第１の数式を記憶する第２のメモリモジュールと、
前記第１の数式を引き出すために前記第２のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記第１の数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値を決定する前記プロセッサと、
前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記最適な大きさの電流を前記加熱要素に選択的に与える前記ドライバ回路と、を更に含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記加熱要素の電力密度値及び前記加熱要素の抵抗値を記憶する前記第１のメモリモジュールと、
前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値とを引き出すために、前記第１のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値との少なくとも一部に基づいて、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記加熱要素の幅の値とを記憶する前記第１のメモリモジュールと、
前記第１の数式を記憶する前記第２のメモリモジュールであって、前記第１の数式が、ｉ＝Ｗｈｔｒ（ＰＤ／Ｒｓ）１／２で表わされ、ここで、ｉは、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値であり、Ｗｈｔｒは前記加熱要素の幅の値であり、ＰＤは前記加熱要素の電力密度値であり、Ｒｓは前記加熱要素の抵抗値である前記第２のメモリモジュールと、
前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の幅の値と、前記加熱要素の抵抗値とを前記第１のメモリモジュールから引き出し、前記第１の数式を前記第２のメモリモジュールから引き出し、前記第１の数式に基づいて前記加熱要素を通って流れる電流の最適な大きさを表わす電流値を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記インクのタイプを同定する少なくとも１つのインクタイプ同定を記憶する第３のメモリモジュールと、
前記インク同定を引き出すために前記第３のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記インク同定の少なくとも一部に基づいて、前記抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を与えるための、エネルギーパルスの最適な持続時間を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記加熱要素の電力密度値を記憶する前記第１のメモリモジュールと、
前記加熱要素の電力密度値を引き出すために前記第１のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記加熱要素の電力密度値の少なくとも一部に基づいて、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
プリントヘッド・オフセット温度値を記憶する第３のメモリモジュールと、
前記プリントヘッド・オフセット温度値を引き出すために前記第３のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記プリントヘッド・オフセット温度値の少なくとも一部に基づいて、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
保護オーバーコートによって覆われる少なくとも１つの加熱要素と、
前記保護オーバーコートの厚さの値を更に記憶する前記第１のメモリモジュールと、
前記保護オーバーコートの厚さの値を引き出すために前記第１のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記保護オーバーコートの厚さの値の少なくとも一部に基づいて、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１８】
保護オーバーコートによって覆われる少なくとも１つの加熱要素と、
前記保護オーバーコートの少なくとも１つの寸法値、ならびに、前記インクの少なくとも１つの特性に関連する少なくとも１つのインク関連係数を更に記憶する前記第１のメモリモジュールと、
前記保護オーバーコートの少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を与えるための、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を表わす数値との間の数学的な関係を与える第２の数式を記憶する前記第２のメモリモジュールと、
前記第２の数式を引き出すために前記第２のメモリモジュールにアクセスし、かつ、前記第２の数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を表わす数値を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１９】
前記加熱要素の電力密度値と、前記保護オーバーコートの厚さの値と、前記インクの特性に関連する少なくとも４つのインク関連係数とを記憶する前記第１のメモリモジュールと、
プリントヘッド・オフセット温度値を記憶する第３のメモリモジュールと、
前記第２の数式を記憶する前記第２のメモリモジュールであって、前記第２の数式が、ｔｏｐ＝［ｂ２＋ｂ３ｈ＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９）］／ＰＤで表わされ、ここで、ｔｏｐは前記エネルギーパルスの最適な持続時間であり、ΔＴは前記プリントヘッド・オフセット温度値であり、ＰＤは前記加熱要素の電力密度値であり、ｈは前記保護オーバーコートの厚さの値であり、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５は、インク関連係数である前記第２のメモリモジュールと、
前記加熱要素の電力密度値と、前記保護オーバーコートの厚さの値と、前記少なくとも４つのインク関連係数を前記第１のメモリモジュールから引き出し、前記プリントヘッド・オフセット温度値を前記第３のメモリモジュールから引き出し、前記第２の数式を前記第２のメモリモジュールから引き出し、前記第２の数式に基づいて最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を決定する前記プロセッサと、を更に含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１のメモリモジュールが前記インクジェット・プリントヘッドに設けられた、請求項９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第３のメモリモジュールがインクリザーバに設けられた、請求項９に記載の装置。
【請求項２２】
前記抵抗加熱要素の少なくとも１つが、数式  ｈ＝１／ｂ３｛（ｂ１ＲｓΔＴ）／（ＲｘＷｈｔｒ２＋ＲｓＬｈｔｒＷｈｔｒ）−［ｂ２＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９］｝であって、ここで、ｈは前記保護オーバーコートの厚さであり、Ｗｈｔｒは前記抵抗加熱要素の幅であり、Ｌｈｔｒは前記抵抗加熱要素の長さであり、ΔＴはプリントヘッド・オフセット温度値であり、ＰＤは前記抵抗加熱要素の電力密度であり、Ｒｓは前記抵抗加熱要素の抵抗であり、Ｒｘは前記抵抗加熱要素に連結されるスイッチングデバイスの抵抗であり、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５は、インク関連係数である数式によって決定される厚さを有する保護オーバーコートによって覆われている、請求項９に記載の装置。
【請求項２３】
抵抗加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を生成し、それによって、前記保護オーバーコートの表面に近接するインクの最適な核形成を生起するために、エネルギーパルスが与えられる前記抵抗加熱要素を覆う保護オーバーコートの最適な最大厚さを決定し、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータによって実行されるシステムであって、
（ａ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの物理的な寸法を示す、加熱要素の少なくとも１つの寸法値を入力する段階と、
（ｂ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの電気的な特性を示す、加熱要素の少なくとも１つの電気的数値を入力する段階と、
（ｃ）前記インクの少なくとも１つの特性に関連する、少なくとも１つのインク関連係数を入力する段階と、
（ｄ）前記プリントヘッドの熱特性に関連するプリントヘッドの少なくとも１つの熱数値を入力する段階と、
（ｅ）前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記少なくとも１つの熱数値と、前記保護オーバーコートの最適な最大厚さとの間の数学的な関係を与える数式を、前記メモリから引き出す段階と、
（ｆ）前記数式に基づいて、前記保護オーバーコートの最適な最大厚さを表わす厚さの値を決定する段階と、を含むシステム。
【請求項２４】
（ｇ）前記加熱要素に連結されるスイッチングデバイスの少なくとも１つの電気特性を示すスイッチングデバイスの少なくとも１つの電気的数値を入力する段階と、
（ｈ）前記段階（ｅ）が、前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の少なくとも１つの電気的数値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記少なくとも１つの熱数値と、前記スイッチングデバイスの少なくとも１つの電気的数値と、前記保護オーバーコートの最適な最大厚さとの間の数学的な関係を与える数式を前記メモリから引き出すことを含む段階と、を更に含む、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
（ｉ）前記段階（ａ）が、前記加熱要素の幅の値及び前記加熱要素の長さの値を入力することを含む段階と、
（ｊ）前記段階（ｂ）が、前記加熱要素の電力密度値及び前記加熱要素の抵抗値を入力することを含む段階と、
（ｋ）前記段階（ｃ）が、前記プリントヘッド・オフセット温度値を入力することを含む段階と、
（ｌ）前記段階（ｅ）が、前記加熱要素の幅の値と、前記加熱要素の長さの値と、前記加熱要素の電力密度値と、前記加熱要素の抵抗値と、前記少なくとも１つのインク関連係数と、前記プリントヘッド・オフセット温度値と、前記スイッチングデバイスの少なくとも１つの電気的数値と、前記保護オーバーコートの最適な最大厚さとの間の数学的な関係を与える数式を前記メモリから引き出すことを含む段階と、を更に含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記数式が、ｈｍａｘ＝１／ｂ３｛（ｂ１ＲｓΔＴ）／（ＲｘＷｈｔｒ２＋ＲｓＬｈｔｒＷｈｔｒ）−［ｂ２＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９］｝で表わされ、ここで、ｈｍａｘは前記保護オーバーコートの最適な最大厚さであり、Ｗｈｔｒは前記加熱要素の幅の値であり、Ｌｈｔｒは前記抵抗加熱要素の長さの値であり、ΔＴは前記プリントヘッド・オフセット温度値であり、ＰＤは前記抵抗加熱要素の電力密度値であり、Ｒｓは前記抵抗加熱要素の抵抗値であり、Ｒｘはスイッチングデバイスの抵抗値であり、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５はインク関連係数である、請求項２５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概ねインクジェット印刷装置に関する。更に詳細には、本発明は、インクジェット・プリントヘッドの抵抗加熱要素に加えられるエネルギーパルスの最適特性を決定すること、ならびに、抵抗加熱要素の最適特性を決定することに関する。
【０００２】
発明の背景
サーマル・インクジェット・プリンタは、プリントヘッドが印刷媒体を横切る際に、インクジェット・プリントヘッドのノズルアレイから小インク滴を噴射することによって印刷媒体上に画像を形成する。抵抗加熱要素と接するインクが核化されると、電流のパルスが加熱要素を流れるときに生成される熱によってインク滴が形成される。典型的には、アレイの各ノズルに対応して１つの抵抗加熱要素が存在する。特定の抵抗加熱要素の作動は、通常、プリンタ内のマイクロプロセッサ制御部によって制御される。
【０００３】
加熱要素からインクに伝搬される熱エネルギーによって、インクバブルが一度形成され始めると、インクは加熱要素の表面から熱分離される。したがって、バブルの形成後においては、加熱要素に加えられる更なるエネルギーはインクに伝搬しないが、プリントヘッドのヒータチップにおいて放散する。これは、望ましくないチップの過熱を招く。
【０００４】
この問題を解決するための１つの解決策は、インクを核化するのに必要な最少量のエネルギーを加熱要素に与えることである。これは、プリンタ制御部が加熱要素に加えられるエネルギーパルスの特性を正確に制御することを必要とする。加熱要素からインクに伝搬する熱エネルギーの量は、インク特性と加熱要素特性とに依存するので、最小エネルギーパルスの特性は、インク及び加熱要素の特性を考慮して決定されるべきである。
【０００５】
したがって、インク及び加熱要素の特性に基づいて、抵抗加熱要素に加えられる最小エネルギーパルスの特性を決定する、インクジェット・プリンタに対する必要性が存在する。
【０００６】
発明の概要
上述の及び他の要求は、インクジェット・プリントヘッドの抵抗加熱要素に最適なエネルギーパルスを与えるシステムによって満たされる。本発明によって生成される最適なエネルギーパルスは、抵抗加熱要素の表面近くのインクの最適な核形成を生起するために、抵抗加熱要素の表面において最適なエネルギー密度を提供する。このシステムは、（ａ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの物理的な寸法を示す、加熱要素の少なくとも１つの寸法値をメモリに記憶する段階と、（ｂ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの電気的な特性を示す、加熱要素の少なくとも１つの電気的数値をメモリに記憶する段階と、（ｃ）前記加熱要素の少なくとも１つの寸法値と、前記加熱要素の電気的数値と、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適値を表わす電流値との間の数学的な関係を与える数式をメモリに記憶する段階とを含む。このシステムは、（ｄ）前記加熱要素の寸法値と、前記加熱要素の電気的数値と、前記数式とをメモリから引き出す段階と、（ｅ）前記数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスを生成するために前記加熱要素を通って流れる電流の最適値を表わす電流値を決定する段階と、（ｆ）前記段階（ｅ）で決定された数値に一致する前記最適なエネルギーパルスを生成する段階と、（ｇ）前記最適なエネルギーパルスを前記加熱要素に与える段階とも含む。
【０００７】
他の特徴において、本発明は、インクジェット・プリントヘッドの保護オーバーコート層によって覆われる抵抗加熱要素に最適なエネルギーパルスを与えるシステムを提供する。本発明によって生成される最適なエネルギーパルスは、保護オーバーコート層の表面に近接するインクの最適な核形成を生起するために、抵抗加熱要素の表面において最適なエネルギー密度を提供する。このシステムは、（ａ）前記保護オーバーコートの少なくとも１つの物理的な寸法を示す、保護オーバーコートの少なくとも１つの寸法値をメモリに記憶する段階と、（ｂ）前記抵抗加熱要素の少なくとも１つの電気的な特性を示す、加熱要素の少なくとも１つの電気的数値をメモリに記憶する段階と、（ｃ）前記インクの少なくとも１つの特性に関連する少なくとも１つのインク関連係数をメモリに記憶する段階と、（ｄ）前記保護オーバーコートの寸法値と、前記加熱要素の電気的数値と、前記インク関連係数と、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間との間の数学的な関係を与える数式をメモリに記憶する段階とを含む。このシステムは、（ｅ）前記保護オーバーコートの寸法値と、前記加熱要素の電気的数値と、前記インク関連係数と、前記数式とをメモリから引き出す段階と、（ｆ）前記数式に基づいて、前記最適なエネルギーパルスの最適な持続時間を決定する段階と、（ｇ）前記段階（ｆ）で決定された最適な持続時間を有する最適なエネルギーパルスを生成する段階と、（ｈ）前記最適なエネルギーパルスを前記加熱要素に与える段階とも含む。
【０００８】
このように、プリントヘッドの抵抗加熱要素に与えられるエネルギーパルスの大きさ及び時間を適当に調整することによって、本発明は、加熱要素の表面に最適なエネルギー密度を提供する。この最適なエネルギー密度は、加熱要素の近くのインクにバブルと滴を形成させるのに丁度十分な大きさである。バブルが形成された後にインク内に伝達されず、過剰なエネルギーが殆ど又は全く浪費されることがない。最適なエネルギー密度を提供するのにエネルギーパルスの大きさと時間を調整するために、本発明は、プリントヘッドの特性、抵抗加熱要素と保護オーバーコート層の特性、ならびに、インク特性に関連する幾つかのファクタを考慮に入れている。インクカートリッジのプリントヘッドのメモリにこれらのファクタを記憶することにより、かつ、これらのファクタと最適なエネルギーパルスとの間の関係を数学的な形式に表わすことにより、本発明は、インクのタイプとプリントヘッド設計との実際の組合せに対して、最適なパルスエネルギー密度を決定及び提供することができる。
【０００９】
他の特徴において、本発明は、近接するインクにエネルギーが最適に伝達されるように、プリントヘッドの抵抗加熱要素を覆う保護オーバーコート層の最適な最大厚さを決定するシステムを提供する。このシステムは、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータによって実行される。このシステムは、（ａ）前記抵抗加熱要素の１つ以上の物理的な寸法を示す、加熱要素の１つ以上の寸法値を入力する段階と、（ｂ）前記抵抗加熱要素の１つ以上の電気的な特性を示す、加熱要素の１つ以上の電気的数値を入力する段階と、（ｃ）前記インクの１つ以上の特性に関連する、１つ以上のインク関連係数を入力する段階と、（ｄ）前記プリントヘッドの熱特性に関連するプリントヘッドの１つ以上の熱数値を入力する段階とを含む。このシステムは、（ｅ）前記加熱要素の１つ以上の寸法値と、前記加熱要素の１つ以上の電気的数値と、１つ以上の前記インク関連係数と、前記１つ以上の熱数値と、前記保護オーバーコートの最適な最大厚さとの間の数学的な関係を与える数式を、前記メモリから引き出す段階も含む。このシステムは、（ｆ）前記数式に基づいて、前記保護オーバーコートの最適な最大厚さを表わす厚さの値を決定する段階を更に含む。
【００１０】
一定の尺度はでない図面を考慮すると、本発明の更なる利点が、好適な実施態様の詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。幾つかの図面を通して、同一の記号は同一の又は同様の要素を示す。
【００１１】
発明の詳細な説明
図１は、本発明によるインクジェット・プリンタの好適な実施態様の機能ブロック図を示す。好ましくは、プリンタは、印刷媒体を横切ってプリントヘッド１０を移動させる往復台１２に取付けられた交換可能なプリントヘッド１０を含む。プリントヘッド１０はプリンタに取付けられると、プリンタ制御部１４及び電力供給源１６に電気的に接続される。制御部１４及び電力供給源１６は、好ましくは、往復台１２に取付けられるのではなくプリンタ内に固定されるので、プリントヘッド１０と制御部１４と電力供給源１６の間の電気的接続は、フレキシブルＴＡＢ回路１８によってい行なわれる。
【００１２】
図１に示されるように、制御部１４は、ホストコンピュータから画像データを受け取り、プリントヘッド１０の操作を制御するために、画像データに基づく制御信号を生成する。制御部１４はまた、ライン２０上にソース電圧Ｖｓを生成するように電力供給源１６を制御する。
【００１３】
下記により詳細に説明するように、本発明の好適な実施態様では、プリンタは、プリンタ及び／又はプリントヘッド１０の操作に対して特定的である、操作パラメータと数学式とを記憶するためのメモリモジュール２４を含む。プリントヘッド１０はまた、好ましくは、プリントヘッド１０に対して特定的なパラメータを記憶するためのメモリモジュール２６を含む。
【００１４】
好ましくは、インクは、インクカートリッジ２８のような交換可能なインクリザーバに貯蔵され、インクカートリッジ２８は、プリントヘッド１０に取り付けられ、かつ、往復台１２に載置される。好適な実施態様では、非揮発性ランダム−アクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）デバイスのようなインクカートリッジ・メモリモジュール３０は、インクカートリッジ２８に取付けられる。下記においてより詳細に説明するように、メモリモジュール３０はインクの特性に関連するパラメータを記憶する。図１に示されるように、制御部１４がモジュール３０内のメモリロケーションにアクセスできるように、プリンタ制御部１４がインクカートリッジ・メモリモジュール３０に電気的に接続される。
【００１５】
プリントヘッド１０は、電力供給源１６からのソース電圧Ｖｓと制御部１４からの制御信号とを受けとるドライバ回路３２を組み込む。ドライバ回路３２は、制御信号を復調し、かつ、１つ以上の抵抗加熱要素３４を横切る電圧パルスを制御信号及びＶｓに基づいて選択的に生成する。加熱要素３４を横切る電圧パルスは、加熱要素３４の抵抗材料を通る電流を引起す。この電流によって、加熱要素３４は熱の形態で電力を放散する。電圧パルスの大きさ及び幅は、加熱要素３４の表面に一定の最小エネルギー密度を生成するのに十分なものであり、加熱要素３４によって放散される熱によって、加熱要素３４の表面に接するインクの核形成がなされる。インクの核形成によって、隣接ノズルからインク滴を放出するバブルが形成される。
【００１６】
好適な実施態様では、図２Ａに示されるように、各加熱要素３４は、一般に方形状である。各要素３４は、ここで、ＷｈｔｒとＬｈｔｒとしてそれぞれ表わされる幅と長さとを有する。図２Ａの切断線Ｉ−Ｉで切断される断面図である図２Ｂに示されるように、各加熱要素３４は、保護オーバーコート４０によって覆われた抵抗層３８から成る。抵抗層３８は、一般に、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）又は二ホウ素化ハフニウム（ＨｆＢ２）、或いは、高抵抗性及び高温耐性を備えた他の適当な材料である。インクの腐蝕効果、ならびに、蒸気状のバブルを崩壊させるキャビテーション効果から抵抗層３８を保護するために、窒化珪素（ＳｉＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）及びタンタル（Ｔａ）の膜を含む薄膜の複合スタックで抵抗層３８を覆うことが一般に必要とされる。ＳｉＮ＋ＳｉＣ＋Ｔａの複合層は、保護オーバーコート４０を形成する。保護オーバーコート４０を形成するＳｉＮ＋ＳｉＣ＋Ｔａの複合層の全体厚さ又は高さは、ここでｈｐｏとして表わされる。
【００１７】
抵抗層３８及び保護オーバーコート４０は、ヒータチップ基板３３上に堆積される。基板３３は、一般に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、ホウ素燐ドープガラス（ＢＰＳＧ）、燐ドープガラス（ＰＳＧ）又はスパン−オンガラス（ＳＯＧ）のような断熱材料の厚い最上層４２を備えた４００〜８００ミクロンの厚さを有するシリコンチップである。シリコンの熱拡散性はインクの約６００倍大きく、断熱層４２の目的は、電流が抵抗層３８を流れる間にシリコン基板３３内に熱エネルギーが拡散するのを防止することである。
【００１８】
図２Ａ及び２Ｂに示されるように、要素３４の一辺は、好ましくは、導電性トレース３５に電気的に接続される。導電性トレース３５の他端は、パワーＦＥＴのようなスイッチングデバイスに接続される。スイッチングデバイスは、好ましくは、基板３３上に配置される。スイッチングデバイスの他端は、好ましくは、アースに接続される。好適な実施態様では、加熱要素３４の他端は、加熱要素３４を電圧ソースに接続する導電性トレース３７に電気的に接続される。操作において、スイッチングデバイスが作動されると、導電性トレース３５及び３７を通って電圧ソースからアースへ電流が流れる。これに代わる実施態様では、スイッチングデバイスと導電性トレース３５が電圧ソースに接続され、導電性トレース３７がアースに接続される。
【００１９】
導電性トレース３５及び３７は、一般にアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）、アルミニウムシリコン（ＡｌＳｉ）、或いは、他の幾つかの抵抗性合金から作られる。インクはアルミニウムに対して腐食性であるので、導電性トレース３５及び３７は、典型的には、ヒータ３４を覆うのと同じＳｉＮ＋ＳｉＣ＋Ｔａの保護層で覆われる。
【００２０】
一般に、加熱要素３４の表面に与えられるエネルギー密度ＥＤｈｔｒは、
ＥＤｈｔｒ＝（Ｐｈｔｒ×ｔｐｗ）／Ａｈｔｒ                    （１）
で与えられ、ここで、Ｐｈｔｒは、加熱要素３４に与えられるエネルギーパルスの電力であり、ｔｐｗは、単位時間におけるパルス幅であり、Ａｈｔｒは加熱要素３４の面積である。
【００２１】
加熱要素３４に与えられるエネルギーパルスの電力は、
Ｐｈｔｒ＝Ｖｈｔｒ２／Ｒｈｔｒ                                （２）
で表わされ、ここで、Ｖｈｔｒは、加熱要素３４を横切るパルスの電圧の大きさであり、Ｒｈｔｒは、加熱要素３４の抵抗値でありる。数式（１）及び（２）に基づいて、ＥＤｈｔｒが、
ＥＤｈｔｒ＝［Ｖｈｔｒ２／（Ａｈｔｒ×Ｒｈｔｒ）］×ｔｐｗ      （３）
で表わされる。
【００２２】
このように、プリンタの操作の間に、加熱要素３４の表面におけるエネルギー密度ＥＤｈｔｒは、加熱要素３４のドライバ回路３２によって与えられる電圧パルスの大きさ及び／又はパルスの幅を調整することによって調整される。
【００２３】
加熱要素３４の表面におけるエネルギー密度ＥＤｈｔｒが十分に大きいと、加熱要素３４の表面から分離するインク滴を生成するためのインクバブルが形成される。図３は、エネルギー密度ＥＤｈｔｒの関数として標準化されたインク滴の質量を示す典型的な応答曲線を表わす。図３にプロットされたデータ点は、５つの異なるプリントヘッド（ａ〜ｅ）を用いて測定されたもので、全てが、１０５６μｍ２の個々の面積を備えた加熱要素３４を有する。このタイプの応答は、３００μｍ２〜２３００μｍ２の範囲の面積を有する加熱要素３４に適用されることが決定されている。この応答の２つの性質は、熱移動とインクバブルの核形成のプロセスによるものである。電圧パルスが加熱要素３４に加えられている時間ｔｐｗの間に、加熱要素３４の表面からインクに熱が移動する。加熱要素３４の表面のインクが過熱限界に達すると、インクが破裂してインクバブルが成長する。バブルの成長段階の間に、インクへの更なる熱移動を防止する水蒸気の断熱層が形成される。インクは加熱要素３４の表面からバブルによって熱的に分離されるので、相変化プロセスに必要な潜熱の全てが、インクに蓄えられた熱エネルギーから核形成の前に与えられるものでなければならない。核形成後においては、加熱要素３４に更に与えられるエネルギーはインク中に移動しない。このように、図３に示される応答の“ひざ”は、インクの核形成が一般的に起こる際の最小エネルギー密度を示す。核形成に必要なエネルギーより少ないエネルギーを加熱要素３４に与えることが最も望ましいので、図１に示される最小エネルギー密度は、ここで最適なエネルギー密度ＥＤｈｔｒとして表わされる。
【００２４】
このように、要素３４に提供されるエネルギーパルスの大きさと存続時間とを適切に調整することによって、加熱要素３４の表面における最適なエネルギー密度ＥＤｈｔｒを提供するように、プリントヘッド１０を操作することが望ましい。最適なエネルギー密度ＥＤｈｔｒを提供するためにエネルギーパルスの大きさと持続時間とを適切に調整するには、プリントヘッド１０の特性、加熱要素３４の特性及びインクの特性に関連する数個のファクタを考慮する必要がある。これらのファクタが公知であれば、それらの相互関係が理解され、インクタイプとプリントヘッドのヒータチップの設計との実際の組み合わせに対して、ＥＤｈｔｒが決定され、制御される。
【００２５】
様々な厚さの加熱要素３４を用いて行なわれた実験に基づき、かつ、実験結果における限定的な要素の熱移動モデルに基づき、最適なエネルギー密度ＥＤｈｔｒに影響を与える数個の変数間における関係を規定する回帰式のセットが決定された。これらの回帰式は下記に記載される。
【００２６】
ＥＤｏｐｔ＝ｂ２＋ｂ３ｈｐｏ＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９）                                                  （４）
ｔｏｐｔ＝ＥＤｏｐｔ／ＰＤ                                      （５）
ｉｏｐｔ＝Ｗｈｔｒ（ＰＤ／Ｒｓ）１／２                          （６）
ｈｍａｘ＝１／ｂ３｛（ｂ１ＲｓΔＴ）／（ＲｘＷｈｔｒ２＋ＲｓＬｈｔｒＷｈｔｒ）−［ｂ２＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９］｝                                              （７）
【００２７】
上記数式において、
ＥＤｏｐｔ    は、加熱要素３４の表面における最適なエネルギー密度であり（ジュール／ｍ２）、
ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５は、インクに関連する係数であり、
ｈｐｏは、加熱要素３４の保護オーバーコートの厚さであり（ミクロン）、
ΔＴは、プリントヘッド・オフセット温度値であり（センティグレード）、
ＰＤは、加熱要素の電力密度であり（ワット／ｍ２）、
ｔｏｐｔは、エネルギーパルスの最適な持続時間（パルス幅）であり（秒）、
ｉｏｐｔは、エネルギーパルスを生成するための、加熱要素３４を通って流れる電流の大きさであり（アンペア）、
Ｗｈｔｒは、加熱要素３４の幅であり（メーター）、
Ｒｓは、加熱要素３４の抵抗層３８の抵抗値であり（これはまた、シート抵抗とも言われており、Ω／スクエアの単位を有する。ヒータのＤＣ抵抗は抵抗率（又はシート抵抗値）ＲｓにＬｈｔｒ／Ｗｈｔｒ比を掛けることによって決定される。）、
ｈｍａｘは、保護オーバーコート４０の最適の最大厚さであり（ミクロン）、
Ｒｘは、加熱要素３４と直列の、パワー・スイッチングデバイス３５と金属トレース（トレース３７のような）との全抵抗値であり（Ω）、
Ｌｈｔｒは、加熱要素３４の長さであり（メーター）、
ｂ１は、インク滴の質量とプリントヘッドの点火頻度に関連する係数である。これらの変数の更なる説明及び例示的な値は、以下の説明において示される。
【００２８】
図３を参照すると、最適なエネルギー密度の操作ポイントＥＤｏｐｔは、曲線のひざの所である。他の熱力学的な興味は、図３においてＥＤ＊で示される、蒸気形成における兆しの初期（すなわち、核形成の開始）である。これは、ヒータ表面において幾つかの蒸気が現われ始める点であり、これらの蒸気は、単一で均一なバブル内に未だ溶け込んでいない。このことは興味深く、それは、蒸気形成における兆しの開始にほぼ至るのに必要な時間（すなわち、ｔ＊＝ＥＤ＊／ＰＤ）だからである。
【００２９】
図４に示されるように、他の情報は、ＰＤに対してＥＤ＊をプロットすることによって見出される。曲線部分は、その間に熱波が断熱層４２を通って伝搬し始める時間を示す。１．５ＧＷ／ｍ２以上の領域では、加熱速度は極めて高い。これらの高加熱速度により、基板３３から抵抗層３８を分離する断熱層４２を通って伝搬する時間を熱波が有する前に過熱限界が到達する。高電力密度の方式では、ＰＤに対するＥＤ＊の応答はほぼ平坦であり、これは、断熱層４２を通ってシリコン３３内に漏れ出でくる熱エネルギーが殆どないか全くないことを示している。一度熱波が断熱層４２に浸透すると、デバイスのインク側からデバイスのシリコン側へと主な熱伝導路が移るので、これは非常に望ましい状態である。上述したように、シリコンの熱拡散は水の約６００倍大きく、したがって、断熱層４２の大きさを適切なものとすることは重要である。
【００３０】
また、図４には、低電力密度方式での応答も示される。低電力密度方式では、低電力密度に関係する長いパルス時間によって熱波が断熱層４２に浸透し、シリコン基盤３３内に拡散するので、核形成におけるエネルギー密度が指数的に成長し始める。
【００３１】
再び、実験データの回帰解析と限定要素モデルとの組み合わせを用いて、下記の数式によってＥＤ＊が予想されるとが見出された。
【００３２】
ＥＤ＊＝ａ１＋ａ２ｈｐｏ＋ａ３（２２＋ΔＴ）＋ａ４／（ＰＤ×１０−９）
（４ａ）
ここで、ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は、インク−特定係数であり、
ΔＴ、ＰＤ及びｈｐｏは、従前の通りであり、
ＥＤ＊は、フィルム沸騰開始におけるヒータエネルギー密度である（ジュール／ｍ２）。
ａ１、ａ２、ａ３及びａ４の典型的な値は、下記表Ｉに上げられる。
【００３３】
【表１】
表Ｉ
2004517753.tif 000003
【００３４】
実験結果、２次元の限定要素熱移動モデル、ならびに、数式（４ａ）の典型的な相関関係が、図４に示される。実験結果のこの特定のセットは、顔料ベースのインクで、２９．５ミクロンの長さと幅とを有する加熱要素３４を用いることによって得られた。図４の曲線Ｃ１は数式（４ａ）に対応し、曲線Ｃ２は熱移動モデルに対応し、三角形の記号（Δ）は、測定された実験データの点に対応する。曲線Ｃ１に対して、下記値が数式（４ａ）において用いられた：ａ１＝７２９、ａ２＝１２１２、ａ３＝−８．５４、ａ４＝１０２０、ΔＴ＝０及びｈｐｏ＝０．２６μｍ（ＳｉＮ）＋０．４３μｍ（ＳｉＣ）＋０．５２μｍ（Ｔａ）。
【００３５】
上述のように、本発明では、操作においてどのようにしてヒータにパルスが付与されるかを明らかにするＥＤｏｐｔが決定される。しかしながら、製品におけるＥＤ＊の点においてプリントヘッドが操作されないので、ＥＤ＊の点は本来難解である。これらの理由により、係数ａ１、ａ２、ａ３及びａ４は好適な実施態様のメモリモジュールに記憶されない。
【００３６】
一般に、顔料ベースのインクと染料ベースのインクに対してインク−特定係数（ａｎ、ｂｎ）が異なる理由は、バブル成長プロセスの高圧状態の間に、バブル壁が地球引力の１００万倍ものオーダーの加速度を受けるからである。これは、染料ベースのインクでは問題ではないが、限定された大きさの着色剤粒子を有する顔料ベースのインクでは問題となる。。顔料粒子は、水、分散剤、顔料及び湿潤剤の間における電気機械力のデリケートな均衡をもって溶液中に保持される。これらの弱い力は、高加速度下において溶液中に顔料粒子を保持するには十分ではない。バブル成長プロセスの高圧／高加速度の状態間に、これらの粒子の幾つかはインクから取り除かれ、ヒータ表面の最上部に残存する。この顔料スラッジの層が、液状インクと加熱要素３４との間の断熱層として作用する。この厚さが、定常状態を極めて迅速に築きあげる（通常、最初の１０万回の点火以内に）。崩壊するバブルは、顔料層を擦り落とそうとする。崩壊するバブルの擦り落し作用は、顔料層が際限なく形成されないようにするために、加速するバブル壁の粒子残存作用に抗するものである。
【００３７】
数式（４）及び（５）に基づき、最適なパルス幅ｔｏｐは、
ｔｏｐｔ＝［ｂ２＋ｂ３ｈｐｏ＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９）］／ＰＤ                                        （８）
で表わされる。
【００３８】
一般に，加熱要素３４の抵抗Ｒｈｔｒは、
Ｒｈｔｒ＝Ｒｓ×（Ｌｈｔｒ／Ｗｈｔｒ）                        （９）
で表わされる。
【００３９】
数式（６）及び（９）に基づき、エネルギーパルスの最適な電圧レベルは、
Ｖｏｐｔ＝ｉｏｐｔ×Ｒｈｔｒ                                  （１０）
又は、Ｖｏｐｔ＝Ｌｈｔｒ×（ＰＤ×Ｒｓ）１／２                  （１１）
で表わされる。
【００４０】
電力供給源１６とドライバ回路３２との間のＴＡＢ回路における電気的接続と、ドライバ回路３２と加熱要素３４との間の電気的接続とによって、ドライバ回路３２により抵抗が導入されるので、電力供給源１６と加熱要素３４との間に電圧降下が存在する。このように、加熱要素３４を横切る最適な電圧Ｖｏｐｔはソース電圧Ｖｓに等しくない。ここでＲｄで表わされる、電力供給源１６と加熱要素３４との間の全抵抗を考慮すれば、加熱要素３４を横切るＶｏｐｔを提供するのに必要な供給電圧Ｖｓの値は、次のように表わされる。
Ｖｓ＝Ｖｏｐｔ×［（Ｒｈｔｒ＋Ｒｄ）／Ｒｈｔｒ］＝Ｖｏｐｔ×（Ｒｄ／Ｒｈｔｒ＋１）＝Ｖｏｐｔ×［（ＲｄＷｈｔｒ／ＲｓＬｈｔｒ）＋１］        （１２）
【００４１】
数式（１１）及び（２）に基づいて、Ｖｓの最適値次のように表わされる。
Ｖｓ＝Ｌｈｔｒ×（ＰＤ×Ｒｓ）１／２×［（ＲｄＷｈｔｒ／ＲｓＬｈｔｒ）＋１］                                                （１３）
【００４２】
最適なエネルギー密度ＥＤｏｐｔを得るために数式（８）及び（１３）を用いて、インクとヒータチップの組合わせに対して上記列記された変数の値に基づいて、パルス幅ｔｏｐｔ及び／又は供給電圧Ｖｓがプリンタ制御部１４により調整される。本発明によって、プリントヘッド・メモリモジュール２６又はインクカートリッジ・メモリモジュール３０のいずれかに、これらの値が記憶される。本発明の好適な実施態様では、係数ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５、加熱要素における寸法値ｈｐｏ、Ｗｈｔｒ及びＬｈｔｒ、加熱要素の電力密度ＰＤ、論理スイッチングデバイスの抵抗Ｒｘ、ならびに、加熱要素３４の抵抗Ｒｓが、プリントヘッド・メモリモジュール２６に記憶される。プリントヘッドの操作点におけるオフセット温度ΔＴは、好ましくは、インクカートリッジ・メモリモジュール３０に記憶される。インクカートリッジ２８内のインクタイプを同定するインク同定も、好ましくは、インクカートリッジ・メモリモジュール３０に記憶される。
【００４３】
好ましくは、上記に列記された回帰式は、プリンタ・メモリモジュール２４に記憶される。以下においてより詳細に説明するように、プリンタ制御部１４はメモリモジュール２４から数式を引き出し、インクカートリッジ・メモリモジュール３０及びプリントヘッド・メモリモジュール２６から変数を引き出し、これらに基づいてパルス幅及び電流に対する最適値ｔｏｐｔ、ｉをそれぞれ決定する。
【００４４】
本発明の好適な実施態様の操作は、図１、ならびに、図５のフローチャートを参照して説明される。好ましくは、インクカートリッジ２８の製造中に、インク同定及びプリントヘッドの操作点におけるオフセット温度ΔＴに対する値が、インクカートリッジ・メモリモジュール３０に記憶される（ステップ１００）。例えば、インク同定は、顔料ベースのインクがカートリッジに装填されていることを示すために０の値を有していてもよく、染料ベースのインクが装填されていることを示すために１の値を有していてもよい。ΔＴの典型的な範囲は、１０℃〜４０℃の間である。
【００４５】
プリントヘッド１０の製造中又はその後に、Ｗｈｔｒ、Ｌｈｔｒ、ｈｐｏ、ＰＤ、Ｒｓ、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５が、プリントヘッド・メモリモジュール２６に記憶される（ステップ１０２）。加熱要素の長さ、幅及び厚さの大きさであるＷｈｔｒ、Ｌｈｔｒ、ｈｐｏに対する典型的な値は、２９．５μｍ、２９．５μｍ及び１．２１μｍである。ＴａＡｌの抵抗層３８を有する加熱要素３４の抵抗に対する典型的な値は、２８．２Ω／スクエアである。電力密度ＰＤに対する典型的な値は、２．５ＧＷ／ｍ２である。好適な実施態様では、インクに関連する係数ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５に対する値のセットは２組あり、一方は染料べースのインクに対するものであり、他方は顔料ベースのインクに対するものである。これらの係数の典型的な値は、表ＩＩに列挙される。
【００４６】
【表２】
表ＩＩ
2004517753.tif 000004
【００４７】
プリンタの製造中、或いは、その後のプリンタのメンテナンス期間において、数式（８）によってｔｏｐｔを計算するファームウエア・モジュールが、プリンタ・メモリモジュール２４に記憶される（ステップ１０４）。数式（６）又は（１１）によってｉｏｐｔ又はＶｏｐｔを計算するファームウエア・モジュールもまた、プリンタ・メモリモジュール２４に記憶される（ステップ１０６）。
【００４８】
好適な実施態様では、プリンタに電力が入れられると、プリンタ制御部１４はインクカートリッジ・メモリモジュール３０にアクセスし、インク同定及びΔＴに対する値を引き出す（ステップ１０８）。インク同定の値、すなわち１又は０に基づいて、制御部１４は、ｂ２、ｂ３、ｂ４及びｂ５のいずれの値（表Ｉ）をプリントヘッド・メモリモジュール２６から引き出すかを決定する。次いで、制御部１４はプリントヘッド・メモリモジュール２６にアクセスし、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、Ｗｈｔｒ、Ｌｈｔｒ、ｈｐｏ、ＰＤ及びＲｓに対する値を引き出す（ステップ１１２）。
【００４９】
好ましくは、制御部１４は次に、ｔｏｐｔを計算するファームウエア・モジュールをプリンタ・メモリモジュール２４から引き出し（ステップ１１４）、ステップ１０８及び１１２において引き出された値に基づいてｔｏｐｔを決定する（ステップ１１６）。例えば、顔料ベースのインクに対して、制御部１４は以下のようにｔｏｐｔを決定する。
ｔｏｐｔ＝［ｂ２＋ｂ３ｈｐｏ＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９）］／ＰＤ                                      （８）
ｔｏｐｔ＝［５０２．６＋（２０５０．２）（１．２１）−（１６．３３７）（２２＋４０）＋（２９０５．８／２．５）］／２．５×１０９＝１．２５３μ秒
【００５０】
このように、この例では、最適なパルス幅は１．２５３μ秒である。
【００５１】
本発明の好適な実施態様により、制御部１４は数式（１１）によってＶｏｐｔを
計算するファームウエア・モジュールをプリンタ・メモリモジュール２４から引き出し（ステップ１１８）、ステップ１１２において引き出された値に基づいてＶｏｐｔを決定する（ステップ１２０）。例えば、制御部１４は以下のようにＶｏｐｔを決定する。
Ｖｏｐｔ＝Ｌｈｔｒ×（ＰＤ×Ｒｓ）１／２                      （１１）
Ｖｏｐｔ＝２９．５×１０−６×（２．５×１０９×２８．２）１／２＝７．８３ボルト
【００５２】
数式（１１）から決定されたＶｏｐｔの値に基づき、その結果により供給電圧Ｖｓを設定するために、制御部１４は電力供給源１６を制御する。したがって、制御部１４は供給電圧を以下のように設定する。
Ｖｓ＝Ｖｏｐｔ×（Ｒｄ／Ｒｈｔｒ＋１）＝７．８３×［（Ｒｄ／２８．２）＋１］ボルト              （１２）
ここで、Ｒｄは、電力供給源１６と加熱要素３４との間の全抵抗である。
【００５３】
数式（１２）におけるＲｄの全体値に代入される抵抗には、電圧ソースとアースとの間に他の様々な抵抗が実際に存在するが、好適な実施態様のメモリモジュール２６に実際に記憶された値のみが、パワーＦＥＴの抵抗、ならびに、電源及び基板３３上のアーストレース３５と３７の抵抗である。ケーブルや内部接続のような他の抵抗値は、プリントヘッド１０の外部のものであり、基板３３上に載置される部材の抵抗に比べて一般に非常に小さい。実行可能な選択枝では、Ｒｄ項に入るオフチップ部材の値を記憶することはない。しかしながら、ケーブルや内部接続及びプリントヘッド１０の他の外部部材に対する名目上の抵抗値を、プリンタ・メモリモジュール２４に記憶してもよい。これら外部の抵抗値は、プリンタ・メモリモジュール２４から引き出して、Ｒｄ項を構成するプリントヘッドの抵抗値に加えてもよい。
【００５４】
ホストコンピュータからの画像データに基づき、加熱要素３４にエネルギーパルスを選択的に提供するために、プリンタ制御部１４はドライバ回路３２を制御し、エネルギーパルスは、Ｖｏｐｔの電圧の大きさ（７．８３ボルト）と、ｔｏｐｔ（１．２５３μ秒）のパルス幅を有する（ステップ１２２及び１２４）。
【００５５】
インクジェット・プリントヘッドの点火頻度が増加する場合、インクジェット・プリントヘッドを設計する目標の１つは、プリントヘッドにおいて放散される電力量を低減することであり、これによって、プリントヘッドによって生成される熱量を低減する。電力の放散を低減する最も実際的な方法の１つは、インク滴を正確に噴射するのに必要なパルス当りのエネルギー量を低減することである。したがって、１つの設計目標は、図３の対応曲線のひざを左側に移すことである。これは、加熱要素３４の形成において、より薄いフィルムを用いることによって達成される。
【００５６】
本発明の好適な実施態様では、加熱要素３４におけるＳｉＮ＋ＳｉＣ＋Ｔａの保護層４０の最小厚さは、数式（７）によって決定される。
ｈｍａｘ＝１／ｂ３｛（ｂ１ＲｓΔＴ）／（ＲｘＷｈｔｒ２＋ＲｓＬｈｔｒＷｈｔｒ）−［ｂ２＋ｂ４（２２＋ΔＴ）＋ｂ５／（ＰＤ×１０−９］｝                                              （７）
ここで、ｂ１は経験的に決定される係数であり、その値は、プリントヘッドの点火頻度とプリントヘッドによって生成されるインク滴の名目上の質量とに依存する。
【００５７】
インク係数ｂ１は、プリントヘッド１０の熱放散機構に依存する。殆どの熱は、対流（すなわち、デバイスを通るインクの質量流れ）によって移動する。換言すれば、印刷密度が増加すると、入力電力が増加し、インクの質量流速が増加する。液状インクが紙に至るのにシリコンチップの上を通ると、対流による熱エネルギーを受け取る。インクが紙の上に噴射されるとき、インクは、チップの制御容量と共に熱エネルギーの限定量を取得しつつチップの制御容量を残す。主な電力放散機構が対流であり、かつ、対流は質量流速に依存し、微視的な液滴質量はヘッドからヘッドへの移動で幾らか変化することが予想されるので、ヘッドからヘッドへの巨視的な熱移動機構に限定的な相違が存在することを仮定するのは妥当なことである。この理由から、ｂ１に対する最大の見込み概算値、ならびに、ｂ１に対する控えめな概算値が存在する。最大の見込み概算値は、名目上の大きさのインク滴を送る（すなわち、名目上の質量流速）名目上のプリントヘッドを仮定している。控えめな概算値では、対流の熱移動機構を低減して、液滴質量が予想される大きさの範囲における下限であると仮定している。同様に、多色のプリントヘッドによって生成される液滴の質量は、一般に、単色プリントヘッドによって生成される液滴の質量よりかなり小さいく、ワット当りの質量流速が相違するので、多色ヘッドに対するｂ１係数は単色ヘッドに対するものと相違する。
【００５８】
２８ナノグラムのインク滴を用いて、毎分６．８頁（ＰＰＭ）で、２０％の印刷媒体の適用範囲を提供する単色プリントヘッドでは、最も適当なｂ１の値は、１．３６４×１０−７であり、控えめな概算値は１．１８６×１０−７である。７ナノグラムのインク滴を用いて、２．６ＰＰＭで、１０％の印刷媒体の適用範囲を提供する３色プリントヘッドでは、最も適当なｂ１の値は、７．０４２×１０−８であり、控えめな概算値は５．７８０×１０−８である。数式（７）のＲｘは、ドライバ回路３２内の回路抵抗に基づく抵抗値である。例えば、Ｒｘは、パワーＦＥＴのスイッチングデバイスのソースからドレインへの抵抗３５と、ドライバ回路３２の金属トレースに関係する抵抗と、アーストレース３７とを含む。Ｒｘの典型的な値は、７．２Ωである。
【００５９】
したがって、数式（７）に基づいて、顔料ベースのインクを用いる単色プリントヘッド１０に対するｈｍａｘの典型的な値は、以下のように決定される。
ｈｍａｘ＝（１／２０５０．２）｛（１．３６４×１０−７×２８．２×４０）／［７．２×（２９．５×１０−６）２＋２８．２×（２９．５×１０−６）２］−［５０２．６−１６．３３７（２２＋４０）＋（２９０５．８／２．５）］｝
ｈｍａｘ＝２．１１８μｍ
【００６０】
数式（７）の関係に基づいて、２８ナノグラムの顔料ベースのインク滴を生成し、６．８ＰＰＭで２０％の適用範囲を提供する単色プリントヘッドに対して、加熱要素の電力密度ＰＤの関数として保護オーバーコートの最大厚さを示すプロットが、図６に示される。図６における様々な曲線は、プリントヘッドにおける１０〜５０℃の範囲にあるオフセット温度ΔＴの様々な値に対するものである。図６の曲線は、Ｒｓが２８．２Ω／スクエア、Ｌｈｔｒ及びＷｈｔｒが２９．５μｍ、ならびに、Ｒｘが７．２Ωでプリントヘッドに適用される。
【００６１】
７ナノグラムの染料ベースのインク滴を生成し、２．６ＰＰＭで１０％の適用範囲を提供する３色プリントヘッドに対して、ＰＤの関数としてのｈｍａｘのプロットを図７に示す。図７の曲線は、Ｒｓが２８．２Ω／スクエア、Ｌｈｔｒが３７．５μｍ、Ｗｈｔｒが１４．０μｍ、ならびに、Ｒｘが４．３Ωでプリントヘッドに適用される。
【００６２】
数式（７）の関係を用いて、本発明の他の実施態様は、特定のインクジェット・プリントヘッドに対するオーバーコートの最大厚さｈｍａｘを決定するシステムを提供する。好ましくは、このシステムは、ラップトップ・コンピュータ、パーソナル・コンピュータ又はワークステーション・コンピュータにおけるような、コンピュータ・プロセスに関するコンピュータ・アルゴリズムとして実行される。図８を参照すると、このシステムが実行されるとき、数式（７）の関係を表わすアルゴリズムがコンピュータのメモリから引き出される（ステップ２００）。Ｗｈｔｒ及びＬｈｔｒに対する公知の値が、キーボードのような入力装置又はメモリロケーションからアルゴリズムに入力される（ステップ２０２）。ＰＤ、Ｒｓ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５及びΔＴに対する公知の値もまた、アルゴリズムに入力される（ステップ２０４、２０６及び２０８）。次いで、システムは、数式（７）の関係、ならびに、Ｗｈｔｒ、Ｌｈｔｒ、ＰＤ、Ｒｓ、ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５及びΔＴに対する公知の値に基づいてｈｍａｘを決定する。好ましくは、計算されたｈｍａｘの値は、次いで、コンピュータモニタ又はプリンタのような出力装置によってユーザに提供される。
【００６３】
上述の説明及び添付の図面から、本発明の実施態様において修正及び／又は変更が行なわれることが、当業者に企図され、かつ明らかであろう。したがって、上述の説明及び添付図面は、好適な実施態様の単なる例示であってそれに限定されるものでないこと、ならびに、本発明の真の意図及び範囲は添付の請求の範囲を参照することによって決定されることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の好適な実施態様によるインクジェット・プリンタの機能ブロック図を示す。
【図２Ａ】
図２Ａは、本発明の好適な実施態様による、インクジェット・ヒータチップ基板上の抵抗加熱要素の平面図を示す。
【図２Ｂ】
図２Ｂは、本発明の好適な実施態様による、インクジェット・ヒータチップ基板上の抵抗加熱要素の断面図を示す。
【図３】
図３は、抵抗加熱要素の表面におけるエネルギー密度の関数としての標準化された液滴質量を示す、典型的な応答曲線のプロットである。
【図４】
図４は、限定要素の熱移動モデルと実験データ点との比較における加熱要素の電力密度の関数としての核形成におけるエネルギー密度に対する回帰式のプロットである。
【図５】
図５は、本発明の好適な実施態様による、抵抗加熱要素に加えられるエネルギーパルスの最適特性を決定するシステムのフローチャートを示す。
【図６】
図６は、本発明の好適な実施態様による、加熱要素の電力密度の関数としての加熱要素の最大厚さを示す例示的な応答曲線を示す。
【図７】
図７は、本発明の好適な実施態様による、加熱要素の電力密度の関数としての加熱要素の最大厚さを示す例示的な応答曲線を示す。
【図８】
図８は、本発明の好適な実施態様による、インクジェット・プリントヘッドにおける抵抗加熱要素の最適を決定するシステムのフローチャートを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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