JPH0631921A

JPH0631921A - サーマルインクジェット印字装置

Info

Publication number: JPH0631921A
Application number: JP21565392A
Authority: JP
Inventors: Naoki Morita; 直己森田; Shinji Tabata; 伸司田端; Masahiko Fujii; 雅彦藤井; Koichi Naito; 浩一内藤; Satonobu Hamazaki; 聡信浜崎
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-02-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ヘッドの温度上昇、インク残量の減少、印字
画像の高密度の場合等に対応し、常に良好な画質を保持
するインクジェット印字装置を提供する。【構成】ヘッド温度検出部３、インク残量検出部５に
おいて検出されたヘッド温度データ、インク残量データ
は、ＣＰＵ１へ送られる。また、画像データ７もＣＰＵ
１が受け取る。これらのデータに基づき、ヘッドの温度
上昇、インク残量の減少、印字画像の高密度の場合等に
は、周波数発生器１０が発生する印字周波数のうち、通
常の印字周波数よりも低い周波数のうちの１つに切り替
え、ヘッドコントローラ１１によりヘッド１２の印字周
期を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヒータに電流パルスを
与え、熱によりインク中に気泡を発生させ、その圧力に
よりインクを噴射してドットを形成するサーマルインク
ジェット印字装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サーマルインクジェット印字装置は、ヘ
ッド内にノズルを設け、該ノズルに連通する断面が三角
形などのインク流路にインクを充填し、このインク流路
に設けられたヒータ部に電流パルスを与え、熱によりイ
ンク中に急激に気泡を発生させ、発生した気泡の圧力に
よりインクドロップを記録媒体に向けて噴射させ、ドッ
トを形成する方式の印字装置である。

【０００３】このようにサーマルインクジェット方式で
は、熱を印字のエネルギーとして用いている。インクド
ロップを噴射する際には、ヒータ部における加熱によ
り、インクの温度は、極めて短時間に３００℃近傍まで
上昇する。そのため、連続的な噴射を行なうと、ヘッド
全体が昇温する。ヘッドの温度が上昇すると、インクの
粘度が低下し、ノズルよりインクが流出し、正常な噴射
が不可能となる。そのため、印字された画像に、抜け、
かすれ等の欠陥が現れ、画質が低下する。

【０００４】また、ノズルへ供給されるインクは、イン
クタンクに収納されているスポンジのような多孔質体に
保持されている。この多孔質体内に保持されたインク
は、印字に伴って徐々に減少して行く。インク残量が少
なくなると、ノズル部に対して負圧が働き、ノズル部へ
のインクの充填が阻害される。その結果、ノズル部への
インクの充填が遅れ、印字かすれ等を起こし、やはり画
質が低下する。

【０００５】さらに、画像の特性によっても、画質が変
化する。例えば、テキストパターンとグラフィックパタ
ーンとでは、印字しているときのインク流量が異なる。
印字密度の高い部分では、インク流量が大きくなるた
め、インクの充填不足を招き、印字かすれを誘発する。

【０００６】これらの問題点を解決するため、従来のイ
ンクジェットプリンタでは、十分なマージンを見込み、
画質の低下を起こさない安定した周波数に駆動周波数を
固定していた。そのため、印字スピードが制約され、ま
た、インクを使いきらないうちにインクタンクまたはヘ
ッドの交換を余儀なくされ、さらに、ベタ塗りの画像を
印字する場合には、ドットを間引いた低濃度のパターン
で代用しなければならない等の問題点があった。

【０００７】これらの問題点を解決するため、従来より
種々の方法が開発されている。例えば、印字スピードを
向上させる方法として、特開昭６３−４９５７号公報に
は、インクの吐出速度が安定している駆動周波数を超え
た領域の、ある特定の高い周波数を駆動周波数として用
い、印字スピードを向上させる技術についての記載があ
る。また、複数の周波数駆動を有する旨の記載もある
が、その利用方法についての記載はなく、上述のような
温度や、インク残量、画像の特性等による問題を解決し
てはいない。

【０００８】また、温度上昇による問題に対する技術と
して、例えば、特開昭６１−２３７６５１号公報には、
検出した温度データに基づいて駆動周波数を決定し、ま
た、温度データに応じて濃度データを最適の駆動電圧に
変換して、印字を行なう技術が記載されている。この技
術では、温度によって駆動周波数が決まるため、一定の
温度において、画像データが変化する場合には対応でき
ず、また、インク残量が少なくなった場合についての問
題を解決していない。

【０００９】温度上昇による問題に対する別の技術とし
て、特開昭６１−２４２８５０号公報には、環境温度に
応じて駆動エネルギーを調整し、温度上昇によるサテラ
イトやミストを避ける技術が記載されている。さらに、
特開昭５５−７３５６９号公報には、加熱エネルギーの
レベルを選択し、ドットの大きさを変調する技術が記載
されている。また、ヘッド内の各ノズル間の特性の違
い、すなわち、休止中のノズルと連続的に駆動中のノズ
ルとの噴射特性を均一にするように補正する技術とし
て、特開昭５８−１０２７７６号公報や、特開平１−２
０２４５９号公報には、駆動パルス幅を可変とする方法
が開示されている。さらに、別の技術として、特開平２
−７８５５４号公報には、エージング工程を設け、ヒー
タ自体の抵抗値の変化を補正するために、印加電圧ある
いは駆動パルス幅を変化させる技術が記載されている。

【００１０】このように、従来の方法では、駆動条件の
変更は、パルス幅、電圧を変更するものがほとんどであ
り、駆動条件の変更により、ドット直径の変化を抑制
し、あるいは、ある程度のドット変調を行なうことによ
り、インク滴を適正に飛ばすための技術であった。その
ため、インク滴の抜け、あるいは、方向性曲がりといっ
た大きな画像欠陥を補正することはできなかった。ま
た、インク残量や、画像密度によって生ずる問題を解決
するものもなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点に鑑みてなされたもので、ヘッドの温度上昇、イン
ク残量の減少、印字画像の高密度の場合等に対応し、常
に良好な画質を保持することのできるインクジェット印
字装置を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、サーマルイン
クジェット印字装置において、インクを噴射するための
複数の印字周波数を有し、印字状態を検出し、検出信号
に基づいて前記印字周波数の１つを選択することを特徴
とすることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、ヘッド温度の上昇、インク残
量の減少、印字パターンの高密度化といった、ヘッドの
印字状態の変化に従って、印字周波数を低下させること
により、ヘッドの温度の上昇を防ぎ、ノズルへのインク
の充填不足を防止し、これらの印字状態の変化に伴う画
質の低下を防ぐことができる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明のインクジェット印字装置の
一実施例を示すブロック図である。図中、１はＣＰＵ、
２はＲＯＭ、３はヘッド温度検出部、４，６はＡ／Ｄ変
換部、５はインク残量検出部、７は画像データ、８はＩ
／Ｆ部、９は画像メモリ、１０は周波数発生部、１１は
ヘッドコントローラ、１２はヘッド、１３はキャリッジ
コントローラ、１４はキャリッジドライバ、１５はキャ
リッジである。

【００１５】ＣＰＵ１は、ＲＯＭ２に格納されているコ
ントロールソフトウエアおよびデータに従い、インクジ
ェット印字装置の各部の制御を行なう。また、ＣＰＵ１
は、Ａ／Ｄ変換部４，６およびＩ／Ｆ部８に接続され、
ヘッド温度データ，インク残量データ，画像データを取
り込む。取り込んだ画像データは、画像メモリ９に格納
され、また、読み出される。さらに、ＣＰＵ１は、ヘッ
ドコントローラ１１，キャリッジコントローラ１３に対
して、ヘッド１２およびキャリッジ１５の制御を要求す
る。特に、ＣＰＵ１は、取り込んだヘッド温度データ，
インク残量データ，画像データに従って、周波数発生部
１０に対し、適正な周波数を選択するように制御する。
ＲＯＭ２は、ＣＰＵ１が動作するためのコントロールソ
フトウエアや、設定値などを保持する。このＲＯＭ２の
一部を読み書き可能なＲＡＭで構成し、設定値などを書
き換え可能に構成してもよい。さらに、ワークＲＡＭ
や、不揮発性のＲＡＭを装備してもよい。

【００１６】ヘッド温度検出部３は、ヘッドの温度を検
出し、Ａ／Ｄ変換部４を介して温度データをＣＰＵ１に
送出する。インク残量検出部５は、インクタンク内のイ
ンクの残量を検出し、Ａ／Ｄ変換部６を介してインク残
量データをＣＰＵ１に送出する。画像データ７は、ホス
トコンピュータなど外部から与えられ、Ｉ／Ｆ部８を介
してＣＰＵ１に入力される。Ｉ／Ｆ部８は、ＣＰＵ１が
画像データを受け取るためのインタフェースである。画
像メモリ９は、送られてきた画像データを一時記憶し、
また、ＣＰＵ１による画像処理を施すためにも用いられ
る。

【００１７】周波数発生部１０は、インクを噴射するた
めの印字周波数を発生し、ヘッドコントローラ１１およ
びキャリッジコントローラ１３に送出する。発生する印
字周波数は、ＣＰＵ１により指定可能に構成されてい
る。

【００１８】ヘッドコントローラ１１は、ＣＰＵ１によ
る制御に従い、また、周波数発生部１０で発生した印字
周波数を用いて、ＣＰＵ１から、または、画像メモリ９
から送られてくる画像データを、ヘッド１２により印字
する。キャリッジコントローラ１３は、ＣＰＵ１による
制御に従い、キャリッジドライバ１４を制御してキャリ
ッジ１５を移動させることにより、１行の印字を行な
う。さらに、図示しないモータ制御等により、副走査方
向にキャリッジと記録媒体を相対的に移動させ、２次元
の記録を行なう。

【００１９】図２は、本発明のインクジェット印字装置
の一実施例を示すヘッドカートリッジ付近の概略構成図
である。図中、２１はプリントモジュール、２２は多孔
質体、２３はプリントヘッドノズル部、２４はインク流
路、２５はヘッド温度検出部、２６はインク残量検出部
である。図２に示したヘッド温度検出部２５およびイン
ク残量検出部２６は、それぞれ図１に示したヘッド温度
検出部３、インク残量検出部５に対応するものである。

【００２０】プリントモジュール２１内の多孔質体２２
には、印字のためのインクが吸収されている。インク残
量検出部２６は、多孔質体２２に接するように配置さ
れ、多孔質体２２中のインク残量を検出する。多孔質体
２２に吸収されているインクは、インク流路２４を介し
てプリントヘッドノズル部２３に流入する。プリントヘ
ッドノズル部２３には各ノズルごとにヒータが設けられ
ており、ヒータの加熱により、プリントヘッドノズル部
２３に流入したインクは、吐出し、記録媒体に付着し、
印字が行なわれる。プリントヘッドノズル部２３におい
て、ヒータの加熱が行なわれるため、プリントヘッドノ
ズル部２３が加熱される。ヘッド温度検出部２５は、こ
のプリントヘッドノズル部２３の温度が測定できるよう
な位置に配置されている。

【００２１】本発明の動作原理について説明する。上述
したように、ヘッドの温度の上昇、インク残量の減少、
印字パターンの高密度により、その傾向がある程度以上
となると画像欠陥が生じ、画質が低下する。これらのパ
ラメータと、画像欠陥を生じない限界の印字周波数（以
下、画像欠陥限界周波数という）との関係を調べる。

【００２２】図３は、ヘッド温度と画像欠陥限界周波数
との関係を示すグラフ、図４は、印字使用時間と画像欠
陥限界周波数との関係を示すグラフ、図５は、画像密度
と画像欠陥限界周波数との関係を示すグラフである。図
中、点線で示した周波数は、通常の状態における印字周
波数である。

【００２３】図３に示すように、連続印字によりヘッド
の温度が上昇するに従い、画像欠陥限界周波数は低下す
る。いま、ヘッドの温度上昇に対して、一定の印字周波
数でヘッドを駆動していると、ヘッドの温度がある温度
を超えると画像欠陥を生ずるようになる。また、図４に
示すように、印字使用時間が経過し、インク残量が次第
に減少すると、画像欠陥限界周波数は低下する。したが
って、一定の印字周波数でヘッドを駆動していると、あ
る時間より画像欠陥を生ずるようになる。さらに、図５
に示すように、画像密度が高くなると、インク流量の増
加に伴い、ある画像密度以上になると、画像欠陥を生ず
るようになる。しかし、画像欠陥を生じるようなヘッド
の温度、インク残量、または、画像密度になったとして
も、印字周波数を低下させて画像欠陥限界周波数以下に
することにより、これらの画像欠陥は、いずれも回避が
可能である。

【００２４】したがって、本発明によるプリントヘッド
の制御においては、印字状態を検出し、その状態に合わ
せて印字周波数を可変とすることにより、画像欠陥を生
じないように安定的に駆動を行なうものである。

【００２５】図１に戻り、本発明の動作を説明する。ま
ず、ヘッドの温度は、ヘッド温度検出部３で検出され
る。通常、ヘッド付近の温度は、３５℃となるように制
御されており、キャリッジが１スキャンの印字を行なう
ごとに、ヘッド温度データはＣＰＵ１に送出される。周
波数発生部１０には、４通りの周波数設定がなされてお
り、モード０で４．０ｋＨｚ、モード１で２．０ｋＨ
ｚ、モード２で１．０ｋＨｚ、モード３で０．５ｋＨｚ
に設定されている。モード０は通常印字モードである。
印字開始時では、ＣＰＵ１からの指示に従い、周波数発
生部１０からモード０の印字周波数がヘッドコントロー
ラ１１に与えられ、この印字周波数で印字が行なわれ
る。モード０の印字周波数が画像欠陥限界周波数となる
ヘッド温度が、例えば５０℃であるとする。連続印字を
行ない、または環境変化等により、ヘッドの温度が５０
℃を越えた場合、そのままの印字周波数で印字を行なえ
ば、画像欠陥が起こりやすくなることは上述のとおりで
ある。そのため、ヘッド温度が５０℃を越えた場合に
は、印字周波数を低下させるように、モード１の状態と
し、ＣＰＵ１が周波数発生部１０に対して印字周波数の
切換を指示し、印字周波数を２．０ｋＨｚに設定してプ
リントを行なう。これに応じてキャリッジの移動速度も
設定される。

【００２６】インク残量についても同様であり、インク
残量検出部５でインク残量を検出し、インク残量データ
はＣＰＵ１に送出される。インク残量が所定値以下とな
ると、インク残量が限界を切ったことを表示するととも
に、モード１に切り替わり、印字周波数を低下させて、
印字動作を続行する。例えば、インクカートリッジ交換
までＡ４サイズの用紙で約５００枚の印字を見込んでい
る場合、インク残量が所定値以下となり、通常モード０
以外でヘッドが駆動されるのは、インク残量が５％以下
の約２５枚程度である。

【００２７】画像パターンがグラフィックパターンのよ
うに、密度の濃い、すなわちインク流量の多い場合に
は、同様にモード１に移行する。画像パターンの密度の
検出は、Ｉ／Ｆ部８から画像データを受け取ったとき、
またはヘッドコントローラに対して印字すべき画像デー
タを送出するときに行なうことができる。例えば、３０
０ｄｐｉの画像を形成する場合、Ａ４サイズの用紙の長
手方向に、ベタ塗りの印字を行なうと、約３５００パル
スを要する。通常モード０の印字周波数の場合、連続印
字により約２５００パルス付近で画像欠陥限界周波数と
なることが経験的にわかっている。また、密度の濃い画
像の印字は、ヘッドの駆動回数も増加するため、ヘッド
全体の昇温も招くことになる。そのため、１回のスキャ
ン中に、全ノズルから２５００パルス以上、連続してイ
ンクを噴射するような画像パターンにおいては、インク
流量の制御と昇温の制御の双方の影響を見込み、モード
２を選択し、１ｋＨｚの印字周波数でヘッドの駆動を行
なう。

【００２８】上述の説明では、それぞれの条件により独
立にモードの選択を行なっているが、いくつかの条件が
重なって発生する場合もある。例えば、ヘッド温度が一
定値を超え、通常モード０からモード１に切り替わった
後に、密度の濃い画像データを印字しなければならない
場合は、さらに遅い印字周波数を用いるように、モード
１からモード２へ切り換える。この状態において、さら
にインク残量が低下し、モード２の印字周波数でも画像
欠陥限界周波数となった場合には、モード３を選択し、
０．５ｋＨｚの印字周波数でヘッドの駆動を行なう。こ
のように、印字状態の１つが限界を超えた場合には、モ
ード１に、印字状態の２つが限界を超えた場合には、モ
ード２に、印字状態の３つが限界を超えた場合には、モ
ード３となるよう、印字周波数が設定される。

【００２９】上述の各モードで用いる印字周波数は、適
宜設計時に決めればよい値である。また、モード数も、
４個に限らず、上述の条件が重ならない環境において
は、もっと少なくてもよいし、もっと、多くしてもよ
い。

【００３０】また、上述の各条件において、モードを切
り換えるための値を１つだけ設定したが、限界値を段階
的に複数設けて各条件ごとに多段としてもよい。この場
合、条件が複雑にかかわり合い、切り替わるモードが多
くなるが、例えば、ヘッド温度、インク残量、画像密度
を３軸とする３次元のテーブルを用いて印字周波数を決
めてもよい。または、ファジィ制御方法を用いることも
できる。さらに、印字周波数の決定は、ＣＰＵ１によら
ずに、別の専用回路によって行なうこともできる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ヘッドの昇温、インク残量の減少、印字密度
の高濃度状態などの環境においても、印字欠陥のない画
像を安定して形成することができる。また、インクカー
トリッジ内のインクを無駄なく最後まで使いきることが
できる。さらに、テキストパターンなどの低密度の画像
は高速に印字し、高密度のグラフィックパターンにおい
ても、画像の抜けや、かすれがなく、画質のよい印字を
行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット印字装置の一実施例
を示すブロック図である。

【図２】本発明のインクジェット印字装置の一実施例
を示すヘッドカートリッジ付近の概略構成図である。

【図３】ヘッド温度と画像欠陥限界周波数との関係を
示すグラフである。

【図４】印字使用時間と画像欠陥限界周波数との関係
を示すグラフである。

【図５】画像密度と画像欠陥限界周波数との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ＣＰＵ、２ＲＯＭ、３ヘッド温度検出部、４、
６Ａ／Ｄ変換部、５インク残量検出部、７画像デー
タ、８Ｉ／Ｆ部、９画像メモリ、１０周波数発生
部、１１ヘッドコントローラ、１２ヘッド、１３
キャリッジコントローラ、１４キャリッジドライバ、
１５キャリッジ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 9012−2ＣＢ４１Ｊ 3/04 １０４Ｋ (72)発明者内藤浩一神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者浜崎聡信神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社海老名事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーマルインクジェット印字装置におい
て、インクを噴射するための複数の印字周波数を有し、
印字状態を検出し、検出信号に基づいて前記印字周波数
の１つを選択することを特徴とするサーマルインクジェ
ット印字装置。