(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法において、
プリントヘッドを設けるステップであって、前記プリントヘッドが、インクの小滴を射出するため半導体基板に集積化された少なくとも１つの射出抵抗と、前記半導体基板を加熱するため前記半導体基板に集積化された少なくとも１つの第２の抵抗（１１）であって、前記半導体基板の温度に従って変化可能な抵抗値（ＲＡ）を有する前記少なくとも１つの第２の抵抗（１１）とを含む、前記設けるステップと、
エネルギを第１の可変の持続時間（２９）供給する第１の段階と、それに続く前記エネルギを第２の一定で所定の持続時間（２８）供給しない第２の段階とを備える一連のサイクルに従って前記エネルギを前記少なくとも１つの第２の抵抗（１１）へ供給するため選択的に指令可能な第１のエネルギ供給手段（１０）を設けるステップと、
差動増幅器回路（１３）及び単安定ユニバイブレータ回路（１４）を含む電子デバイスを設けるステップであって、前記差動増幅器（１３）が、最小電圧と最大電圧（Ｖｒｅｆ０）の間の所定値の基準電圧（Ｖｒｅｆ）に接続された第１の入力（１５）と、前記少なくとも１つの第２の抵抗の前記抵抗値に比例する可変値の第２の電圧（Ｖｉ）に接続された第２の入力（１６）とを備える、前記電子デバイスを設けるステップと、を備え、
前記基準電圧の前記所定値が、
前記第１の可変の持続時間（２９）が実質的にゼロとなるように前記基準電圧（Ｖｒｅｆ）の前記値を前記最大電圧に持って行く段階と、
前記最大電圧（Ｖｒｅｆ０）に等しい前記基準電圧の前記値を、前記第１の可変の持続時間（２９）がもはや実質的にゼロでなくなる第１の電圧値（Ｖｒｅｆ１）まで徐々に低減する段階と、
前記第１の電圧値（Ｖｒｅｆ１）を前記基準電圧の前記所定値として決める段階とを備える設定プロセスにより規定される、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第２の抵抗が、０．３％／℃と１．０％／℃の間の値の抵抗値の正の温度変動係数を有する材料により構成されている請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの第２の抵抗が、銅、アルミニウム及びアルミニウム／銅の合金から成るグループの中から選択された材料により構成されている請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第２の抵抗が、１ワットと１０ワットの間の電力を放散することにより前記半導体基板を加熱する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１のエネルギ供給手段が、前記半導体基板に集積化された少なくとも１つのＭＯＳトランジスタを備える請求項１記載の方法。
【請求項６】
周囲温度値（２１）を測定するステップと、
前記周囲温度値を考慮して前記基準電圧の前記第１の電圧値（Ｖｒｅｆ１）を規定するステップを
を更に備える請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの射出抵抗のエネルギの動作点（Ｅｉ）を自動的に設定するステップを更に備える請求項１又は６記載の方法。
【請求項８】
前記自動的に設定するステップが、
最大エネルギ値とゼロの間で可変の作動エネルギ（Ｅ）を前記少なくとも１つの射出抵抗へ選択的に供給するための第２のエネルギ供給手段を設けるステップと、
前記最大エネルギ値と等価の値の前記作動エネルギを前記少なくとも１つの射出抵抗へ供給し、そのため前記第１の可変の持続時間（２９）の前記値が最小時間値（３０）に減少するステップと、
前記最大エネルギ値から前記少なくとも１つの射出抵抗へ供給された前記作動エネルギを徐々に減少し、そのため前記第１の可変の持続時間の前記値が前記最小時間値から増加するステップと、
第１のエネルギ値（Ｅｇ）が達成されるまで、前記少なくとも１つの射出抵抗へ供給される前記作動エネルギを更に徐々に減少し、そのため前記第１の可変の持続時間の前記値が増加を停止し、代わりに減少を開始するステップと、
前記少なくとも１つの射出抵抗へ供給されるべき前記作動エネルギに対する値として、規定された量だけ増分される前記第１のエネルギ値を決めるステップと
を備える請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記規定された量が、前記第１のエネルギ値の２％と５０％の間である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記射出抵抗が集積化されている半導体基板と、
前記半導体基板を加熱するため前記半導体基板に集積化された少なくとも１つの追加の抵抗であって、前記半導体基板の温度に従って変化可能な抵抗値を有する前記少なくとも１つの追加の抵抗と、
エネルギを前記追加の抵抗へ選択的に供給する第１のエネルギ供給手段とを含むインク・ジェット・プリントヘッドの射出抵抗のエネルギの動作点を自動的に設定する方法において、
前記エネルギを第１の可変の持続時間（２９）供給する第１の段階と、それに続く前記エネルギを第２の一定で所定の持続時間（２８）供給しない第２の段階とを備える一連のサイクルに従って前記第１のエネルギ供給手段を指令する指令手段を設けるステップと、
最大エネルギ値とゼロの間の可変の作動エネルギ（Ｅ）を前記射出抵抗へ選択的に供給するための第２のエネルギ供給手段を設けるステップと、
前記半導体基板の前記温度を前記指令手段により安定化するステップと、
前記最大エネルギ値と等価の値の前記作動エネルギを前記射出抵抗へ供給し、そのため前記第１の可変の持続時間（２９）の前記値が最小時間値（３０）に減少するステップと、
前記最大エネルギ値から前記射出抵抗へ供給された前記作動エネルギを徐々に減少し、そのため前記第１の可変の持続時間（２９）が前記最小時間値から増加するステップと、
第１のエネルギ値（Ｅｇ）が達成されるまで、前記射出抵抗へ供給される前記作動エネルギを更に徐々に減少し、それにより前記第１の可変の持続時間は、その増加を停止し、代わりにその減少を開始するステップと、
前記射出抵抗へ供給されるべき前記作動エネルギ（Ｅ）に対する値として、規定された量だけ増分される前記第１のエネルギ値（Ｅｇ）を決めるステップと
を備える方法。
【請求項１１】
前記規定された量が、前記第１のエネルギ値の２％と５０％の間である請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、黒又はカラーのイメージを、印刷媒体に、なお一般に限るものではないが、用紙のシートに熱インク・ジェット技術により形成する装置に用いられるプリントヘッド、及びその熱作動条件を安定化するための動作方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、プリンタ、写真複写機、ファクシミリ装置等、及び本質的に固定又は交換可能なプリントヘッドから一般に成る印刷手段を用いて書類を印刷するため用いられるプリンタのような、上記のタイプの装置は当該技術において知られている。
【０００３】
インク・ジェット・プリンタの動作の構成及び一般モードは、また関連のインク・ジェット・プリントヘッドのそれと同様に、今日の技術において既に周知であり、そのため詳細な記述はここでは提供しないが、本発明を理解するのに関連するプリントヘッドのある特性のわかりのよい記述を提供する。
【０００４】
通常のインク・ジェット・プリンタは、
−モータにより選択的に駆動され、イメージが印刷されるべき用紙のシートを、用紙の供給が所与の方向に不連続なステップで発生する要領で供給する（ライン・フィード）ための装置と、
−シート供給方向に垂直の方向の道を走行し、且つ前進移動又は戻り移動をシートの全体の幅に沿って実行するようにモータにより選択的に起動される可動のキャリッジと、
−一般に、例えばキャリッジに取り外し可能に装着されたプリントヘッドであって、基板（通常シリコン・ウエファ）に被着され且つインクで充填されたセルの内側に配列された複数の射出抵抗でその各々が対応する複数のノズルに接続された当該複数の射出抵抗を備え、前記ノズルを介してプリントヘッドが貯蔵器に含まれるインクの小滴を射出することができるプリントヘッドである印刷手段と、
−電子的コントローラに接続された「コンピュータ」から受け取った情報とユーザにより確立された事前設定とに基づいて、前記モータの双方及びプリントヘッドをも選択的に指令し、プリントヘッドからシートの表面に対してインクの小滴を射出させることにより見えるイメージを抵抗の選択的加熱により形成する電子的コントローラと
を概略備える。
【０００５】
既知の技術の最近の進展によれば、プリントヘッドはまた、射出抵抗に加えて、同一半導体基板に集積化された抵抗を駆動するための構成要素を備える。通常、これらの構成要素は、集積化されたＭＯＳトランジスタ、即ち、既知の半導体集積回路技術により同一シリコン基板に製作されたものであり、エネルギを射出抵抗の加熱のため選択的に供給する。
【０００６】
電気的観点から、全部が本質的に同一の幾何学的及び電気的特性を有するこれらの集積化された駆動構成要素と、これらと関係する関連の射出抵抗とは、通常、プリントヘッドと電子コントローラの間の接続と接触点との数を最小に低減するため、当該技術において既知の動作方法に従って、行列のマトリックスに配置されている。
【０００７】
エネルギは、全部の射出抵抗が接続されている電源により供給される電流を当該射出抵抗自体に流れさせることを可能にすることにより、ＭＯＳトランジスタにより射出抵抗へ供給される。この電流は、射出抵抗においてジュール効果により熱エネルギに変換され、射出抵抗に３００℃の領域の温度まで非常に迅速に加熱させる。
【０００８】
この熱エネルギの第１の部分は、抵抗と接触している周囲のインクに伝達されて該インクを蒸発させ、従って射出抵抗を収容するセルに接続されたノズルを通して所定量の一滴の射出を生じさせる。熱エネルギの第２の部分は、射出抵抗が被着されている共通基板（シリコン・ウエファ）を介した伝導により失われ、該基板の、全体としてプリントヘッドの、及び該プリントヘッドが含むインクの、温度Ｔsを周囲温度に対して増大させる。
【０００９】
なお、温度のこの上昇が、現在の印刷の仕事が一部のノズルのみの優先的な活動化を要求し得るため、また基板における伝導による熱の拡散が温度の一様な分布を得るのに十分迅速でないため、プリントヘッドのほんの少しの射出抵抗の周囲の領域に制限され得ることが注目されなければならない。
【００１０】
インクの小滴の射出現象は、図１のグラフを参照して調べると一層良く理解し得る。図１のグラフは、実験的に測定され、所与の一定の基板温度Ｔsに対して、ノズルに接続されたセルに配設された射出抵抗に供給される熱エネルギＥの関数であるノズルにより射出されたインクの小滴の量ＶＯＬの曲線３により表されたパターンを示している。
【００１１】
グラフにより示されるように、値Ｅs（スレショルド・エネルギ）より下では、抵抗が周囲のインクを蒸発させるのに十分な高い温度に達しないので、滴は形成されない。抵抗に供給されるエネルギＥを値Ｅsから値Ｅg（ニー・エネルギ（ｋｎｅｅ  ｅｎｅｒｇｙ）（ここで、「ニー・エネルギ」は、図１に示されるように小滴の量とエネルギの関係を表す曲線３が膝状に曲がった位置におけるエネルギをいう。））まで増大することにより、射出される小滴の量ＶＯＬは、抵抗へ供給されるエネルギＥの増加に実質的に比例して増加する。逆に、Ｅgの値を越えると、量ＶＯＬは、抵抗へ供給されるエネルギＥの増加に対して実質的に変わらないままとなる。
【００１２】
小滴の量ＶＯＬのパターンの漸近特性は、極めて有効であり、射出抵抗へ供給されるべきエネルギＥに対する典型的な作動値Ｅl（エネルギの動作点）を規定するとき考慮される。実際に、一定の滴量を有することは、黒あるいはカラーのいずれにしても、用紙上の基本のドットの直径が一定となると同様に、従ってイメージの密度及び均質性も一定となるであろうことを意味する。つまり、印刷の質が一定となり、これはプリンタのユーザにより大いに認められる非常に重要な特徴である。
【００１３】
現在の手法は、例えば、Ｅgより全く大きい、Ｅlに対する折衷（中間）の値を採用する。これは、製造プロセスから誘発されるドリフトあるいは現実の動作条件の変動のような種々の要因による射出抵抗へ供給される熱エネルギＥの制限された変動が、射出される小滴の量ＶＯＬの著しい変動を伴わないことを保証する。これは、射出抵抗のエネルギの動作点は、いずれにしても曲線３の漸近部分の内側にあり、その結果、ＥlがＥgより下に降下し小滴の量が変動するようになるならば生じるであろう不安定な動作状態の創成が回避されるからである。
【００１４】
従って、プリントヘッドの温度は、動作中一定でないが、むしろ、その温度が実質的に周囲温度と類似である点で印刷が開始されると、増大し始めることは明らかであろう。その結果、プリントヘッドの温度は、採用される印刷モード（例えば、「ドラフト」又は「文字品質」モード）、即ち、印刷されるべきオリジナル及び作動サイクルの関数で変動するであろう。
【００１５】
また、基板を通して拡散される熱エネルギの部分が少ないほど、印刷中の上記の温度上昇はより小さくなるであろう。
【００１６】
当業者が分かるように、以下の問題がプリントヘッドの温度の変動に関して生じる。即ち、
−作動エネルギＥlの同様の値に対して、ノズルにより射出されるインクの小滴の量は、温度の上昇と共に増大し、先に説明したように、用紙に印刷される基本ドットの直径の対応する変動と、その結果起こる印刷の均一性の劣化とを生じさせる。この現象は、ページ自体を印刷することにより生じるプリントヘッドの温度の増大のため、ページの開始部に印刷される文字の光学的密度と、同じページの底部に印刷されるそれとの間に相当の相違を生成するほど明らかであり得る。
【００１７】
−更に、プリントヘッドの温度が非常に高いレベルに達するならば、炭素残留物の被着現象が、抵抗上のインクの分解のため、印刷中に頻繁に付勢されるある特定の射出抵抗に関して起こり得る。その結果、有効なプリントヘッドの寿命が、多分非常に相当に低減され、プリントヘッドの動作の故障が、インクを射出するのに関係するノズルの故障のため、起こるであろう。
【００１８】
プリントヘッドの温度変動による小滴の量の変動の課題を解決するため、既知の技術において、基板の温度Ｔsを安定化する、つまりプリントヘッドを本質的に一定の基板温度Ｔsで作動させる主な意図を有する方法及びデバイスが提案されて来た。
【００１９】
例えば、プリントヘッドが自然に冷え一層低い温度値で落ち着くのに有効な時間を増加するため温度Ｔsが規定の制限値を越える傾向を有するとき印刷速度を遅く（従って、小滴を射出する頻度を低減）することにより、また、基板の温度が所定のレベルを越えるとき印刷を停止することによっても、基板の温度Ｔsを一定に維持するためのシステムが提案されて来た。しかしながら、これは、インク・ジェット・プリンタのユーザにより非常に高く評価される要件である作動性能速度（即ち「スループット」）に対して有害である。
【００２０】
更に、基板温度Ｔsを一定に維持し、その結果、例えば、プリントヘッドを必要に応じ加熱するため射出抵抗と共に追加の抵抗を用いることによるか、又はプリントヘッドを加熱するため射出抵抗自体を用いることによるかのいずれかにより、プリントヘッドが恒久的に所定の最大温度レベルで作動するシステムが提案されて来た。後者のケースにおいては、インクの滴を射出するのを要求されないノズルの射出抵抗が依然加熱されるが、しかし小滴の射出を生じさせることができない程高い周波数のエネルギ・パルスでもって加熱される。しかしながら、これら双方の解決法は、プリントヘッドに温度センサーがはめられることを要求し、例えば、プリントヘッドと接触して取り付けられるサーミスタを必要とし、プリントヘッドの構成を一層複雑にし且つその関連するコストを増大させる。
【００２１】
上記に見られるように、当該技術において既知の提案された全ての解決法は欠点を有し、その結果、インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を単純に、実効的に且つ安価に安定化する課題は依然満足に解決されてなかった。
【００２２】
当業者は、安定化が非常に高い温度値で生じるので、所定の射出抵抗上の炭素残留物の付着の課題を解決していない。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の主目的は、半導体基板に集積化された射出抵抗を備え、温度安定化手段を設けたインク・ジェット・プリントヘッドであって、前記安定化手段が基板を加熱するための追加の抵抗であって基板の温度測定要素として同時に作用する該追加の抵抗を含むことにより特徴付けられるインク・ジェット・プリントヘッドを規定することにある。
【００２４】
本発明の別の目的は、半導体基板を備え、該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定化するための追加の抵抗とが集積化されている、インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する目的であって、前記追加の抵抗はまた、基板の温度測定要素としても用いられることにより特徴付けられる。
【００２５】
本発明の更に別の目的は、半導体基板に集積化された、インクの小滴を射出するための抵抗を備えるインク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法であって、基板温度を種々の所定値で安定化することができることにより特徴付けられる方法を規定することにある。
【００２６】
本発明のまた別の目的は、半導体基板に集積化された、インクの小滴を射出するための抵抗を備えるインク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法であって、基板温度の安定化値からの変動が所定値内に制限され得ることにより特徴付けられる方法を規定することにある。
【００２７】
本発明の更にまた別の目的は、半導体基板を備え、該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定化するための追加の抵抗とが集積化されている、インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法であって、用いられるプリントヘッドの特有の特性の変動にも拘わらず、プリントヘッドを安定化するため温度値が一定に維持されることにより特徴付けられる方法を規定することにある。
【００２８】
本発明の別の目的は、半導体基板を備え、該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定化するための追加の抵抗とが集積化されている、インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法であって、射出抵抗のエネルギの動作点が、基板自体の加熱を最小にするため、基板の温度の関数で変化させられることにより特徴付けられる方法を規定することにある。
【００２９】
本発明の更に別の目的は、半導体基板を備え、該半導体基板に射出抵抗と、基板の温度を安定化するための追加の抵抗とが集積化されている、インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法であって、射出抵抗のエネルギの動作点が、用いられるプリントヘッドの特有の特性の関数において熱平衡と動作一貫性とに関して最適化されることにより特徴付けられる方法を規定することにある。
【００３０】
上記目的は、インク・ジェット・プリントヘッドの熱作動条件を安定化する方法及び関連のプリントヘッドとであって、特許請求の範囲の引用形式でない請求項に記載された事項により特徴付けられる方法及びプリントヘッドにより達成される。
【００３１】
本発明のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、非排他的でない事例により提供される、添付の図面と関連した好適実施形態の以下の記述を考慮することにより一層明らかになるであろう。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に従ったインク・ジェット・プリントヘッドは、射出抵抗に加えて、追加の抵抗１１（図２参照）を備える。該追加の抵抗１１は、この目的のため、正常なプリントヘッドの構成プロセスのステップの一つを用いて、同一の半導体基板に膜、一般にアルミニウムの膜（しかしまた、銅の膜、あるいは銅／アルミニウムの合金の膜も有り得る）を被着することにより作られる。既知の技術において、射出抵抗を接続する導体は、一般にアルミニウム、銅、あるいはアルミニウム／銅の合金から作られ、一方、射出抵抗自体は、通常タンタル／アルミニウムから、あるいはホウ化ハフニウムから作られる。
【００３３】
追加抵抗１１は、所定の一定の厚さと幅を有するリボンとして設けられ、また基板の周辺に沿って配置され、その全体の長さを増すため当該技術において周知の要領で曲がりくねった領域を有して多分設けられ、そのため、適切に給電されるとき、例えば１ワットと１０ワットの間の、好適には約５ワットの電力を放散することができる抵抗値を、２つの電極に接続されたその端部において呈し得る。
【００３４】
知られているように、アルミニウム、銅、あるいは銅／アルミニウムの合金の抵抗値の温度変動係数は、正で比較的高く、即ち０．３％／℃と１．０％／℃の間である。他方、タンタル／アルミニウムは、負で比較的低い、即ち約０．０１７％／℃である抵抗値の温度変動係数を有し、一方ホウ化ハフニウムの係数は実質的にゼロである。
【００３５】
追加抵抗１１用の材料としてのアルミニウム、銅、あるいは銅／アルミニウムの合金の選択は、抵抗自体を通って流れるため生じる電流についてのジュール効果を介して基板を加熱するためと、基板温度Ｔsを検出するため抵抗値の温度変動を用いる基板温度検出手段としてのためとの双方のため追加抵抗が用いられることから明らかにされる。射出抵抗は、それが基板全体に対する平均温度を良好な精度で測定することを可能にするよう幾何学的に配置される。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態に従って基板温度Ｔsを安定化するため用いられる電気回路を表す。追加抵抗１１がプリントヘッドの（あるいはより良好には基板に集積化された回路の）一部を必ず形成する一方、図２に示される他のデバイス又は電子部品は、いずれにしても回路の動作に影響を及ぼすことなくしかし技術的及び経済的考慮に基づいた最も都合の良い選択を単純に表すように、同じプリントヘッドの一部を形成しても良く、またプリンタの電子コントローラの一部を形成しても良いことに注意することである。
【００３７】
図２の回路において１０は、値ｉcの一定電流Ｉの発生器を示す。同一図面において、ＲAは追加抵抗１１の抵抗値を示し、Ｓはスイッチ１２（電子式、電子機械式、又は機械式）を、１３は差動増幅器を、１４は単安定ユニバイブレータ（ｕｎｉｖｉｂｒａｔｏｒ）をそれぞれ示す。これら全部の電子部品及びデバイスは当該技術において周知であり、詳細な記述を本明細書においては提供しない。
【００３８】
図２に表される回路の動作方法は、プリントヘッドが稼働しているが印刷していない状態においてのものが図３を参照して以下に説明される。最初に、ユニバイブレータ１４の１つの出力１７の電圧Ｖu（曲線２３により表される）が「ハイ」であり、従ってスイッチ１２が閉成状態に維持され（本明細書においては、用語「ハイ」及び「ロー」は、それらが認識される論理回路記述の意味において用いられている。）、一定電流ｉcが追加抵抗１１を通して流れることを可能にする。追加抵抗１１に流れる電流ｉcは、その両端子間に電圧降下Ｖi（曲線２２により表される）を発生し、且つ基板をジュール効果を介して加熱し、温度Ｔsを上昇させる。
【００３９】
差動増幅器１３は、その負の入力１５の１つにもたらされる追加抵抗１１の両端子間の電圧降下の値Ｖiを、所望のプリントヘッドの安定化温度の関数において選択され且つその正の入力１６に提供される基準電圧Ｖref（線１により表される）と比較される。最初に、ＶiはＶrefより低く、差動増幅器１３はユニバイブレータ１４を阻止した状態に保ち、そのためその出力１７が「ハイ」のままであるが、基板温度Ｔsが追加抵抗１１から誘発される熱のため増大するので、追加抵抗１１の抵抗値ＲAが増大し、従ってＶiもまた、Ｖi＝Ｖrefとなり差動増幅器１３がユニバイブレータ１４をトリガーするときまで増大する。
【００４０】
このようにして、ユニバイブレータ１４の出力が「ロー」に行くことにより、スイッチ１２にユニバイブレータ１４の特性である所定時間ｔoff２８の間開成することを指令し、そして追加抵抗１１を通る電流ｉcの流れとその結果生じる基板の加熱効果を中断する。
【００４１】
時間ｔoff２８の終わりで、追加抵抗１１の端子間の電圧降下の値Ｖiは、その間に、基板と追加抵抗１１の自然冷却による結果生じる抵抗値ＲAの減少のため、再びＶref即ち基準電圧値より低くなるので、差動増幅器１３は、再びユニバイブレータ１４を停止させ、その結果スイッチ１２は再び閉成し、新しい基板加熱サイクルは時間ｔon２９に向けて開始する。図３に、時間の関数である電圧Ｖi及びＶrefのそれぞれの波形２２及び２３が表され、該波形は、スイッチＳの開成及び閉成サイクルの反復された順序を示し、このサイクルにより、基板の温度Ｔs、従ってプリントヘッドの温度が定常動作条件の下で実質的に一定に維持され、当該サイクルは実質的に一定の対応する時間ｔon２９及びｔoff２８を有する。
【００４２】
基板温度Ｔsの安定化値は基準電圧Ｖref値から決定され、この値は印刷品質及び信頼性の双方に関して適正なプリントヘッドの動作を保証することができるレベルに規定される。
【００４３】
前述した動作方法に従って、印刷していないとき定常温度状態に達すると、プリントヘッドを作動することにより、換言するとインクの滴をノズルから射出しそれに射出抵抗の選択的加熱が続くことにより、印刷が実行される状況を調べて見る。これらの状態の下で、図２に示される回路の動作の方法は、図４を参照して以下に記述される。
【００４４】
滴を形成して射出するのに必要とされる量を越えて抵抗へ供給されるエネルギは、次いで、追加抵抗１１により生じる加熱が加算される基板の加熱をもたらす。このエネルギは、電流ｉcが追加抵抗１１を流れる時間ｔon２９を適切に短くするが、ユニバイブレータ１４の特性からのみ決定されるｔoff２８を変えず、プリントヘッドの熱時定数を考慮すると、定常状態の基板温度値Ｔsに対して最大許容変動（「リップル」として知られている）の関数において選択される。定常状態の下での温度Ｔsについての最大許容変動は、プリントヘッドの熱挙動の全体に対して無視し得る効果であると認められるほどの十分に低い値内に含まれ得る。例えば、図２の回路は、温度Ｔsのほぼ１℃の所与の最大変動に関して適切なサイズにし得る。
【００４５】
換言すると、印刷中、追加抵抗１１は、射出抵抗へ供給される熱量に加えて更に定常状態の温度を達成するのに必要とされる熱量を基板に供給する。図４には、印刷中に時間の関数である電圧Ｖi及びＶuのそれぞれの波形２４及び２５が示されている。該電圧Ｖi及びＶuのそれぞれの波形２４及び２５は、スイッチ１２の開成及び閉成のサイクルの反復された順序を示し、該手順は基板温度Ｔsを印刷中の定常状態の下で実質的に一定に維持することを可能にする。
【００４６】
図５は、本発明の第２の実施形態に従って基板温度Ｔsを安定化するため用いられる電子回路を示す。参照番号の仕組みは、類似のデバイスについて図２のものと同一である。差動増幅器１３の正の入力１６上の電圧Ｖiは、供給電圧Ｖから追加抵抗１１及び第２の抵抗１９により形成される電圧ディバイダーを介して得られる。第２の抵抗１９は、例えばＭＯＳタイプのトランジスタ１８を介して接地に接続されている。該トランジスタ１８は、ユニバイブレータ１４の出力１７上の電圧Ｖuにより駆動される。トランジスタ１８は、図２におけるスイッチ１２と同じ機能を有し、ユニバイブレータ１４の出力１７上の電圧Ｖuが「ハイ」であるときのみ電流を追加抵抗１１に流すことを許容する。
【００４７】
抵抗値Ｒの第２の抵抗１９は、基板に被着され且つ射出抵抗とは別個であるが射出抵抗と同じ組成の抵抗から成る。即ち、これらの抵抗はアルミニウム／タンタル又はホウ化ハフニウムの膜の被着により作られる。従って、それは、温度変動に関して相当の安定性を有する。トランジスタ１８が導通すると、第２の抵抗１９も基板の加熱に寄与し、それにより系の応答速度が増大し、温度Ｔsの安定化時間を低減する。
【００４８】
図５の回路の動作の方法は、図２の回路について前述した方法と実質的に類似している。簡潔さのため、図６を参照して印刷をしていない場合についてのみ詳細な記述を提供する。図６において、電圧Ｖi及びＶuがそれぞれ曲線２６及び２７により表されている。
【００４９】
最初に、トランジスタ１８が導通すると、抵抗値ＲAを有する追加抵抗１１は自身を流れる次式で表される電流を有する（なお、トランジスタ１８の導通チャンネル抵抗値を脇に置いておく）。
【００５０】
【数１】
ｉ＝Ｖ／（ＲA＋Ｒ）              （１）
そして、差動増幅器１３の入力１６での電圧Ｖiの値は次式により与えられる。
【００５１】
【数２】
Ｖi＝ＶＲ／（ＲA＋Ｒ）            （２）
ここで、トランジスタ１８が導通していないとき、Ｖiは実質的にＶと一致する。
【００５２】
基板温度Ｔsが、追加抵抗１１及び第２の抵抗１９の双方を通る電流ｉにより生じる加熱の効果により上昇するにつれ、追加抵抗１１の抵抗値ＲAが増大し、その結果電圧Ｖiが減少する。
【００５３】
電圧Ｖiの値が、差動増幅器１３の入力１５での基準電圧Ｖref（線２により表される）と等しくなる点に達すると、差動増幅器１３はユニバイブレータ１４をトリガーする。このようにして、ユニバイブレータ１４の出力１７が「ロー」になることにより、トランジスタ１８に、ユニバイブレータの特性である所定の時間ｔoff２８の間導通を停止するよう指令し、電流ｉが追加抵抗１１及び第２の抵抗１９を通って流れるのを中断させ、その結果基板の加熱効果を中断させる。
【００５４】
時間ｔoff２８の終わりで、電圧Ｖiの値が、基板と抵抗１１及び１９との自然冷却の結果追加抵抗１１の抵抗値ＲAが低減する当該冷却のため再びＶrefの基準電圧値より大きくなると、差動増幅器１３は再びユニバイブレータ１４を停止し、トランジスタ１８を導通させ、新しい加熱サイクルを時間ｔon２９に向けて開始させる。図６には、時間の関数である電圧Ｖi及びＶuのそれぞれの波形２６及び２７が示されている。該電圧波形は、これらのトランジスタ１８の導通及び中断サイクルの反復された順序を示す。このサイクルの反復された順序により、基板の、従ってプリントヘッドの温度Ｔsが、動作の定常状態の下で実質的に一定に維持され、そのサイクルの反復された順序に対して、対応する時間ｔon２９及びｔoff２８は実質的に一定である。
【００５５】
図７は、本発明の第３の実施形態に従って基板温度Ｔsを安定化するため用いられる電子回路を示す。この電子回路は、上述のものと、差動増幅器１３の入力１５での基準電圧Ｖrefが一定でなく、むしろマイクロプロセッサ２０により決定される点で異なる。このマイクロプロセッサ２０は、プリントヘッドの外部でプリンタの電子コントローラの一部を形成することが好ましい。
【００５６】
この第３の実施形態は、種々のプリントヘッドの作動温度を規定する要件に適合させるため用いられ得る。この種々のプリントヘッド作動温度は、例えば、小滴の射出周波数、従って印刷速度における変化、あるいは、小滴の量を変え、その結果基本ドットの直径を変える必要性を有する基本ドットの印刷密度における変化という、特定のプリントヘッド作動条件により指図される。図７の回路の動作は、図５の回路について既に記述したものと十分類似しており、従って専用の説明は必要としない。
【００５７】
図８は、本発明の第４の実施形態に従って基板温度Ｔsを安定化するため用いられる電子回路を示す。この回路は、前述したものと、差動増幅器１３により及びユニバイブレータ１４により実施される機能が、マイクロプロセッサ２０により、当該技術において既知の方法に従ったそのマイクロプロセッサ２０自身の内部機能を用いて、全部実施される点で異なる。図８の回路の全般的な動作の方法は、図５の回路についてすでに記述した方法に関して変わらず、従って特別の説明はここではしない。
【００５８】
ここで、図５の回路に戻って（しかし類似の考慮がまた既に記述した図７及び図８の他の回路に対して適用可能である）、抵抗１１及び１９の特定の特徴が強調されなければならない。それは、これらの抵抗値ＲA及びＲは、用いられる材料に結合された一連の要因と、それらを構成するため採用された製作プロセスとの結果である。なお、該製作プロセスの結果として、多分、前記抵抗値ＲA及びＲの無視し得ない変動さえもが、用いられる製造公差及び材料のため産業の業務において生じ得る。
【００５９】
同様の基板温度条件に対する、先に見られる式（２）の関数である、異なるプリントヘッドにおける抵抗値ＲA及びＲの広がりは、トランジスタ１８が導通するとき種々の値のＶiを結果として生じる。電圧Ｖiの値のこの相違は、プリントヘッドからプリントヘッドまでの多分かなり異なる値で基板温度Ｔsの安定化をもたらすであろう。従って、生産されたプリントヘッドの選別は必要となり、それらの一部を拒絶し、コスト及び生産能力の問題を発生させるかも知れない。
【００６０】
もし基準電圧Ｖrefがプリントヘッド毎に抵抗値ＲA及びＲの実際の特性値に適合されるならば、Ｖiの値の範囲におけるばらつきを自動的に補償し、従って抵抗値ＲA及びＲの範囲に拘わらず、いずれのプリントヘッドにおいても温度Ｔsに対して実質的に一様の安定値を得ることが可能であるということを考慮することから始めれば、上記選別は回避され得る。図７及び図８の回路は、小さな変動により、この適合を可能にする方法を達成することに対して適している。
【００６１】
プリンタにはめられたプリントヘッドの特定の特性にＶref値を適合させることは、図９の回路により表されるような本発明の第５の実施形態から得られ得る。該回路においては、マイクロプロセッサ２０が差動増幅器１３の出力９の値Ｖaをも制御する。この回路は、ＲA及びＲの実際の値の関数である基準電圧値Ｖrefの設定をプリントヘッド毎に自動的に実行するためマイクロプロセッサ２０を用いることを可能にする。その動作の流れは以下のとおりである。
【００６２】
−プリンタがスイッチ・オンされるとき、又はプリンタにはめられたプリントヘッドが変えられるとき、マイクロプロセッサ２０は、トランジスタ１８が導通するとき電圧Ｖiが到達できる最大値より高いがＶより低い値Ｖref0を基準電圧に対して設定する。Ｖiの最大値は、プリントヘッドの最大許容動作温度と、抵抗値ＲA及びＲに対する製造公差の、及び抵抗１１及び１９から成る抵抗ディバイダを給電する電圧Ｖの最も広い範囲とから決定される。これらの条件の下で、（即ち、ユニバイブレータ１４が停止されトランジスタ１８が導通しているとき、差動増幅器１３の正の入力１６上の電圧Ｖiが負の入力１５上のＶref0電圧より依然低い場合）図９の回路は不安定であり、ユニバイブレータ１４は、中断なしにしかし電気信号を差動増幅器１３、ユニバイブレータ１４及びトランジスタ１８により形成されるチェーンを通って伝播させるため要求される時間に対応するｔon/minの期間の時間を有して持続時間ｔoffの一連のパルスを発生する。
【００６３】
−続いて、時間ｔonが先に記述した最小値ｔon/minに関して上昇し始める時点、これは正確にはトランジスタ１８が導通するときそのプリントヘッドのための特定のＶiの値がＶref1より大きい時点に値Ｖref1が到達されるまで、基準電圧Ｖrefが徐々に減少される。
【００６４】
値Ｖref1は、特定のプリントヘッドに対して設定する基準電圧としてマイクロプロセッサμＰにより当然に決められる。もしプリンタが、更に周囲温度測定手段２１を備えるならば、Ｖref1の設定値は、周囲温度と関係して設定され得て、その結果、マイクロプロセッサ２０は、当業者により容易に規定し得る単純な内部手順を有して、周囲温度に拘わらず、各プリントヘッドに対して採用されるべき特定の設定値Ｖref1を計算することができる。
【００６５】
実際の適用は、Ｖrefについての実際の値として使用するため、Ｖref1値、あるいは好適にはこれより僅かに低いが依然マイクロプロセッサ２０により決定される値を取ることを指示し、その結果システムは強制的に所望の温度値で安定化させられる。
【００６６】
図９に示される回路はまた、再びマイクロプロセッサ２０の処理能力を利用することにより、安定な量の小滴を射出するため必要とされる最小エネルギを射出抵抗に供給するという既に言及した問題を解決することができる更に積極的な効果を提供するのに適している。
【００６７】
換言すると、図９の回路を用いて、いずれのプリントヘッドのニー・エネルギＥg（図１）特性に対して十分に近似される値を同定（ｉｄｅｎｔｉｆｙ）し、従ってＥgよりある量だけ大きいエネルギＥl（エネルギの動作点）に対する値を決定する方法を規定し得る。該ある量は、一方で、基板の加熱に過剰に寄与しないように従って射出抵抗の耐久性を害する危険を有してプリントヘッド温度を高すぎる値で安定化することを要求されないように、余りに多すぎるエネルギが射出抵抗に供給されないことを保証するのに十分である量である。他方、この量はまた、射出される滴の量がエネルギ及び小滴の射出自体がランダムになり得ることを伴って変化する図１の曲線３の範囲において作動しなければならない危険を排除する。
【００６８】
この積極的な効果は、図９の回路に適用され、図１０に示される曲線４を参照して説明される以下の動作方法から得られる。図１０は、射出抵抗へ供給されるエネルギＥに対してプロットされるトランジスタ１８の導通時間ｔonのパターンをほぼ図形的に表す。
【００６９】
−一度、プリントヘッドの熱安定化が印刷していないとき得られてしまうと、印刷が、Ｅgを越えた大きいエネルギＥ（図１）を全部の射出抵抗へ供給することによりシミュレート（ｓｉｍｕｌａｔｅ）される。これは、例えば、電圧が射出抵抗の端子に駆動トランジスタを介して印加される時間を変えることによりなされ得る。射出抵抗により基板に対して創成されたかなりの量の熱の結果として、トランジスタ１８が導通する時間ｔonがかなり低減するであろう。この値は、基準値ｔonrとして想定される（図１０の点３０）。
【００７０】
−次いで、射出抵抗へ供給されるエネルギＥの量は、例えば、駆動トランジスタの作用により徐々に低減され、電圧が前記抵抗に印加される時間を低減する。温度安定化回路は、トランジスタ１８の導通時間ｔonを基準値ｔonrから徐々に増大させることにより基板に対して射出抵抗により創成された低減した加熱量に応答する。
【００７１】
−射出抵抗へ供給されるエネルギＥの量は低減され続けるので、前記エネルギがニー・エネルギＥg（図１）より低い点に到達される。これらの条件の下で、不安定な小滴の射出の動作範囲に入ると同時に、射出される小滴の低減された量及び射出のランダムな性質が、小滴の射出を生じないで代わりに基板の温度を増大させる射出抵抗へ供給されるエネルギのその部分における増大のため、射出抵抗による基板に対して創成される加熱量における新しい上昇を生じさせる。従って、より少ない寄与がプリントヘッドの温度を一定値に維持するための図９の回路に要求されるので、トランジスタ１８の導通時間ｔonは増大を停止し減少し始める。時間ｔonの変化におけるこの反転は、曲線４の点３１により表される最大値ｔongを与える。
【００７２】
電圧が駆動トランジスタの作用を介して射出抵抗の端子へ印加される時間の値ｔongに対応し、次いでこの最大点３１に対応する、射出抵抗へ供給される作動エネルギの値が、ニー・エネルギＥgの値を実質的に表す。一度、Ｅgの値が所与のプリントヘッド及び所与の周囲温度に対して同定されてしまうと、図９の回路のマイクロプロセッサ２０は、（当業者により容易に規定し得る内部手順を介して）最適値Ｅlと、プリントヘッドの温度を最小の許容可能なレベルで安定化するため適切であるＶrefの値とを設定することができる。
【００７３】
Ｅlの最適値は、Ｅg自体所定のパーセント、例えばＥgに対して同定される値の２％と５０％の間の量、好適にはＥgの５％の量に等しい所与の量だけＥgより大きくし得る。
【００７４】
当然に、Ｅgの値を同定し、（その結果Ｅlに対する最適値を決定する）ための前述したプロセスは、プリントヘッドが交換される度毎に、あるいはプリントヘッドがはめられているプリンタがスイッチ・オンされる度毎に、又はマイクロプロセッサ２０がそれを実行するようプログラムされるいずれの他の時間に、実行され得る。
【００７５】
当業者は、上述のインク・ジェット・プリントヘッド及び動作の方法に対して本発明の範囲から出ることのない変形及び変更を容易に識別し得る。
【００７６】
例えば、種々の規模の部品集積度を有するプリントヘッド、例えば、ＭＯＳ駆動トランジスタばかりでなく論理タイプの回路（シフトレジスタ、デコーダ等）を備えるものを用い得る。
【００７７】
更に、プリントヘッドは、印刷されている用紙のシートの幅全体を横切って走行するカートリッジに取り付けられる取り外し可能のタイプであり、あるいはシートの幅全体に沿ってインクの小滴を射出することができる固定タイプ（ライン・ヘッド）であり得る。
【００７８】
例えば、黒印刷用またカラー印刷用のプリントヘッドであって、プリントヘッドにおいて集積化する（「モノブロック」として知られているプリントヘッドのタイプ）代わりにインク貯蔵器が取り外し可能でかつ交換可能であり、そのため貯蔵器が空になると、貯蔵器のみを交換すれば良く、プリントヘッド全体を交換する必要のないプリントヘッド（「再充填可能」ヘッド）を用いることも可能である。
【００７９】
つまり、本発明の原理に従いながら、上述した実施形態の設計及び形態の詳細は、本発明の範囲から出ることなく十分に変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】射出抵抗へ供給されるエネルギの関数である小滴の量のグラフを示す。
【図２】本発明の好適な第１の実施形態によるプリントヘッドの温度安定化回路の電気図である。
【図３】図２の回路に関するプリントヘッドの印刷しない期間中の時間の関数である、図２の回路における電圧Ｖi及びＶuのパターンのグラフを示す。
【図４】図２の回路に関するプリントヘッドの印刷期間中の時間の関数である、図１の回路における電圧Ｖi及びＶuのパターンのグラフを示す。
【図５】本発明の第２の実施形態によるプリントヘッドの温度安定化回路の電気図である。
【図６】図５の回路に関するプリントヘッドの印刷しない期間中の時間の関数である、図５の回路における電圧Ｖi及びＶuのパターンのグラフを示す。
【図７】本発明の第３の実施形態によるプリントヘッドの温度安定化回路の電気図である。
【図８】本発明の第４の実施形態によるプリントヘッドの温度安定化回路の電気図である。
【図９】本発明の第５の実施形態によるプリントヘッドの温度安定化回路の電気図である。
【図１０】図９の回路に関する射出抵抗へ供給される作動エネルギの関数である、エネルギが基板を加熱するための追加の抵抗へ供給される時間ｔonのパターンのグラフを示す。
【符号の説明】
１０：一定電流Ｉの発生器
１１：追加抵抗
１２：スイッチ
１３：差動増幅器
１４：単安定ユニバイブレータ
１８：ＭＯＳタイプのトランジスタ
１９：第２の抵抗
２０：マイクロプロセッサ
２１：周囲温度測定手段
【図１】
0003732895.tif 000002
【図２】
0003732895.tif 000003
【図３】
0003732895.tif 000004
【図４】
0003732895.tif 000005
【図５】
0003732895.tif 000006
【図６】
0003732895.tif 000007
【図７】
0003732895.tif 000008
【図８】
0003732895.tif 000009
【図９】
0003732895.tif 000010
【図１０】
0003732895.tif 000011