JPH07276637A - プリンタのための電力制御装置 - Google Patents
プリンタのための電力制御装置Info
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- JPH07276637A JPH07276637A JP7063071A JP6307195A JPH07276637A JP H07276637 A JPH07276637 A JP H07276637A JP 7063071 A JP7063071 A JP 7063071A JP 6307195 A JP6307195 A JP 6307195A JP H07276637 A JPH07276637 A JP H07276637A
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- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Ink Jet (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 インク・ジェット・プリンタの加熱素子に与
える電圧を適当に調整することができる電圧制御器を提
供する。 【構成】 スポットを生成するために少なくとも1つの
加熱素子を有したプリンタのための制御器がプリントヘ
ッドに配置された少なくとも1つの加熱素子に対して複
数の電圧レベルの中の1つを与える。電源は、少なくと
も1つの加熱素子に接続されている最後のものに直列接
続されているような複数のスイッチの中の第1のスイッ
チに電圧を与える。複数のスイッチの中の少なくとも1
つは、異なる電圧降下を有した第1の経路と第2の経路
を形成する。複数のスイッチに接続された制御器はスイ
ッチを選択的に作動して複数の所定電圧の中の1つを少
なくとも1つの加熱素子に与える。
える電圧を適当に調整することができる電圧制御器を提
供する。 【構成】 スポットを生成するために少なくとも1つの
加熱素子を有したプリンタのための制御器がプリントヘ
ッドに配置された少なくとも1つの加熱素子に対して複
数の電圧レベルの中の1つを与える。電源は、少なくと
も1つの加熱素子に接続されている最後のものに直列接
続されているような複数のスイッチの中の第1のスイッ
チに電圧を与える。複数のスイッチの中の少なくとも1
つは、異なる電圧降下を有した第1の経路と第2の経路
を形成する。複数のスイッチに接続された制御器はスイ
ッチを選択的に作動して複数の所定電圧の中の1つを少
なくとも1つの加熱素子に与える。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インク・ジェット・プ
リンタのための、高速で、効率性が高く、更に、正確さ
の高い、電圧制御装置に関する。
リンタのための、高速で、効率性が高く、更に、正確さ
の高い、電圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】サーマル・インク・ジェット・プリンタ
では、インク滴が、デジタル命令に従ってプリントヘッ
ドの複数のドロップ(drop) 噴出器から選択的に放出さ
れて、表面上に所望の画像を作り出す。プリントヘッド
は一般に、インクをシートまで運搬する噴出器の線型ア
レイを備えている。プリントヘッドは例えば文字を印刷
するために表面に対して前後に移動することができ、ま
た、線型アレイはプリントヘッドに対して移動中のシー
ト(例えば、無地の紙シート)の全幅にわたって延長さ
れていてもよい。これらの噴出器は一般に、細管チャネ
ル、若しくは他のインク通路を備え、1つ若しくはそれ
以上の共通のインク供給マニホールドに接続されたノズ
ルを形成する。マニホールドからのインクは、適当なデ
ジタル信号に応答して、チャネル内のインクが急速に加
熱されてチャネル内部に配列された加熱素子によって蒸
発されるまでは、各チャネル内に保持される。インクの
この急速な蒸発が気泡を作り出し、この気泡はある量の
インクをノズルを通じてシートに向けて噴出させる。本
発明の譲受人に譲渡された Wysocki等による米国特許第
5,223,853 号の“Electronic Spot Size Control in a
Thermal Ink Jet Printer"は本明細書に参考として組み
入れられている。 Wysocki等は、プリントヘッド内の液
体インクの元の温度に関わらず一定の大きさのインクジ
ェット滴がサーマル・インク・ジェットプリンタから噴
出されるような装置を開示する。 Wysocki等によって詳
細に述べられているように、インク・ジェット・プリン
タの画質にとって最も重要なパラメータの1つは、プリ
ントヘッドから噴出される個々のインク滴のスポットサ
イズであり、また、個々の滴のスポットサイズを決定す
る重要なパラメータは噴出直前の液体インクの温度であ
る。 Wysocki等によるシステムは、プリントヘッドの液
体インクの温度を先ず測定すること、その後、この測定
温度に応答して、液体インクを蒸発させ且つこれをプリ
ントヘッドから噴出させるために用いられる加熱素子に
とっての電力(一般には電圧)とパルス継続時間との最
適な組み合わせをプリントヘッドに与える、といった原
理に基づいて動作する。プリントヘッド・チップのオー
バーヒートを防止すること、プリントヘッド内部のイン
クのコゲイション(kogation) を防ぐこと、更にその他
の実際上の関心から、選択されたパルス継続時間が適当
な電力レベルに、またその逆に、結合されなければなら
ない。各測定温度に関して、この装置では、一方の入力
若しくはもう一方を増加若しくは減少させるにすぎない
装置とは異なり、振幅とパルス幅の最良の組合せが与え
られている。
では、インク滴が、デジタル命令に従ってプリントヘッ
ドの複数のドロップ(drop) 噴出器から選択的に放出さ
れて、表面上に所望の画像を作り出す。プリントヘッド
は一般に、インクをシートまで運搬する噴出器の線型ア
レイを備えている。プリントヘッドは例えば文字を印刷
するために表面に対して前後に移動することができ、ま
た、線型アレイはプリントヘッドに対して移動中のシー
ト(例えば、無地の紙シート)の全幅にわたって延長さ
れていてもよい。これらの噴出器は一般に、細管チャネ
ル、若しくは他のインク通路を備え、1つ若しくはそれ
以上の共通のインク供給マニホールドに接続されたノズ
ルを形成する。マニホールドからのインクは、適当なデ
ジタル信号に応答して、チャネル内のインクが急速に加
熱されてチャネル内部に配列された加熱素子によって蒸
発されるまでは、各チャネル内に保持される。インクの
この急速な蒸発が気泡を作り出し、この気泡はある量の
インクをノズルを通じてシートに向けて噴出させる。本
発明の譲受人に譲渡された Wysocki等による米国特許第
5,223,853 号の“Electronic Spot Size Control in a
Thermal Ink Jet Printer"は本明細書に参考として組み
入れられている。 Wysocki等は、プリントヘッド内の液
体インクの元の温度に関わらず一定の大きさのインクジ
ェット滴がサーマル・インク・ジェットプリンタから噴
出されるような装置を開示する。 Wysocki等によって詳
細に述べられているように、インク・ジェット・プリン
タの画質にとって最も重要なパラメータの1つは、プリ
ントヘッドから噴出される個々のインク滴のスポットサ
イズであり、また、個々の滴のスポットサイズを決定す
る重要なパラメータは噴出直前の液体インクの温度であ
る。 Wysocki等によるシステムは、プリントヘッドの液
体インクの温度を先ず測定すること、その後、この測定
温度に応答して、液体インクを蒸発させ且つこれをプリ
ントヘッドから噴出させるために用いられる加熱素子に
とっての電力(一般には電圧)とパルス継続時間との最
適な組み合わせをプリントヘッドに与える、といった原
理に基づいて動作する。プリントヘッド・チップのオー
バーヒートを防止すること、プリントヘッド内部のイン
クのコゲイション(kogation) を防ぐこと、更にその他
の実際上の関心から、選択されたパルス継続時間が適当
な電力レベルに、またその逆に、結合されなければなら
ない。各測定温度に関して、この装置では、一方の入力
若しくはもう一方を増加若しくは減少させるにすぎない
装置とは異なり、振幅とパルス幅の最良の組合せが与え
られている。
【0003】サーマル・インク・ジェット・プリントヘ
ッドの一般的な形態では、1つの噴出器の線型アレイ
に、ある実施例においては、1インチに300個が離間
された128個の噴出器が設けられており、この線型ア
レイは画像が印刷されるシートを横切って動かされる。
所望とする画像に従って必要ならば、噴出器は、複数の
4つの噴出器のグループで一度にアレイを横切るように
作動され、一方、アレイ自体はシートを横切って移動す
ることができる。従って、ある状態において、噴出器の
1つのセットは4マイクロ秒毎に作動され得る。 Wysoc
ki等に開示されているようなスポットサイズ制御装置を
実現するため、電力とパルス継続時間の最良の組み合わ
せを提供する装置は、プリントヘッドの液体インクの温
度を非常に素早く変更するよう反応できなければならな
い。なぜなら、特に、ヘッド自体の動きが液体インクの
温度を変更するのに主要な働きをするからである。実際
の使用に際して、プリントヘッドの液体インクの温度は
200マイクロ秒の範囲で変化し得る。更に、1つの温
度に必要とされる電圧とパルス継続時間の組み合わせは
「隣り」の温度に対するそれとは完全に異なることか
ら、制御装置は、その電圧を非常に突然に、例えば38
ボルトから41ボルトにまで、最小の変移時間で階段状
に、変更しなければならないだろう。
ッドの一般的な形態では、1つの噴出器の線型アレイ
に、ある実施例においては、1インチに300個が離間
された128個の噴出器が設けられており、この線型ア
レイは画像が印刷されるシートを横切って動かされる。
所望とする画像に従って必要ならば、噴出器は、複数の
4つの噴出器のグループで一度にアレイを横切るように
作動され、一方、アレイ自体はシートを横切って移動す
ることができる。従って、ある状態において、噴出器の
1つのセットは4マイクロ秒毎に作動され得る。 Wysoc
ki等に開示されているようなスポットサイズ制御装置を
実現するため、電力とパルス継続時間の最良の組み合わ
せを提供する装置は、プリントヘッドの液体インクの温
度を非常に素早く変更するよう反応できなければならな
い。なぜなら、特に、ヘッド自体の動きが液体インクの
温度を変更するのに主要な働きをするからである。実際
の使用に際して、プリントヘッドの液体インクの温度は
200マイクロ秒の範囲で変化し得る。更に、1つの温
度に必要とされる電圧とパルス継続時間の組み合わせは
「隣り」の温度に対するそれとは完全に異なることか
ら、制御装置は、その電圧を非常に突然に、例えば38
ボルトから41ボルトにまで、最小の変移時間で階段状
に、変更しなければならないだろう。
【0004】Wysocki等で使用されているような従来の
アナログ電源装置に関連する時間遅延の問題に加えて、
これは一般には1ミリ秒毎に1ボルト以上は電圧を変更
することができないことから、このような電源装置は、
より少ない電圧が突然必要とされた場合には「捨て電圧
(throwing voltage away)」の原理で動作する。電圧が
アナログ回路によって減少された場合、電圧の形態で出
力されない電力は少なくとも一時的に熱として消散す
る。このような熱が部分的にターンオンしている電力ト
ランジスタのような素子において発生された場合、この
素子の性能は劣化してしまうため、熱を効率的に除去す
るために高価な冷却手段が必要とされる。これらの理由
から、非常に高速に応答するインク・ジェット・プリン
タには、その性能若しくは信頼性が温度に密接に関連す
る素子に過剰な熱を発生させずに、必要とされる正確な
電圧レベルを提供するような電源装置が必要とされる。
従来例では、米国特許第5,017,948 号が、加熱素子に印
加された電圧を所定時間において作動されている加熱素
子の数の関数として調整するインク・ジェット・プリン
タのための制御装置を開示している。米国特許第5,083,
137 号は、加熱素子に印加された電圧が比較器を通じた
規準電圧と比較され、この比較器の出力が加熱素子を駆
動するためのPMOSドライバに付与されるようなイン
ク・ジェット・プリンタのための制御装置を開示する。
アナログ電源装置に関連する時間遅延の問題に加えて、
これは一般には1ミリ秒毎に1ボルト以上は電圧を変更
することができないことから、このような電源装置は、
より少ない電圧が突然必要とされた場合には「捨て電圧
(throwing voltage away)」の原理で動作する。電圧が
アナログ回路によって減少された場合、電圧の形態で出
力されない電力は少なくとも一時的に熱として消散す
る。このような熱が部分的にターンオンしている電力ト
ランジスタのような素子において発生された場合、この
素子の性能は劣化してしまうため、熱を効率的に除去す
るために高価な冷却手段が必要とされる。これらの理由
から、非常に高速に応答するインク・ジェット・プリン
タには、その性能若しくは信頼性が温度に密接に関連す
る素子に過剰な熱を発生させずに、必要とされる正確な
電圧レベルを提供するような電源装置が必要とされる。
従来例では、米国特許第5,017,948 号が、加熱素子に印
加された電圧を所定時間において作動されている加熱素
子の数の関数として調整するインク・ジェット・プリン
タのための制御装置を開示している。米国特許第5,083,
137 号は、加熱素子に印加された電圧が比較器を通じた
規準電圧と比較され、この比較器の出力が加熱素子を駆
動するためのPMOSドライバに付与されるようなイン
ク・ジェット・プリンタのための制御装置を開示する。
【0005】
【発明の概要】故に、本発明の目的はプリンタの加熱素
子に印加される電圧を変更する制御装置を提供すること
にある。また、本発明の目的は、高い動作周波数で加熱
素子に印加された電圧を変更することができる制御装置
を提供することにある。また、本発明の目的は、プリン
タの加熱素子に印加された電圧をプリントヘッドの温度
に基づいて変更することによって一定のスポットサイズ
を保持する制御装置を提供することにある。また、本発
明の目的は、外部冷却手段が設けられていなければその
性能若しくは信頼性が過剰の熱によって劣化してしまう
ような素子に対して過剰の熱を発生している加熱素子に
印加される電圧をトランジスタ制御することを必要とし
ない制御装置を提供することにある。また、本発明の目
的は、プリンタ内の複数のプリントヘッドの各々に含ま
れた加熱素子に印加される電圧を別々に変更する制御装
置を提供することにある。また、本発明の目的は、加熱
素子に付与されるパルスの振幅を制御するためにデジタ
ル・アナログ・コンバータ若しくは電力トランジスタを
必要としない制御装置を提供することにある。
子に印加される電圧を変更する制御装置を提供すること
にある。また、本発明の目的は、高い動作周波数で加熱
素子に印加された電圧を変更することができる制御装置
を提供することにある。また、本発明の目的は、プリン
タの加熱素子に印加された電圧をプリントヘッドの温度
に基づいて変更することによって一定のスポットサイズ
を保持する制御装置を提供することにある。また、本発
明の目的は、外部冷却手段が設けられていなければその
性能若しくは信頼性が過剰の熱によって劣化してしまう
ような素子に対して過剰の熱を発生している加熱素子に
印加される電圧をトランジスタ制御することを必要とし
ない制御装置を提供することにある。また、本発明の目
的は、プリンタ内の複数のプリントヘッドの各々に含ま
れた加熱素子に印加される電圧を別々に変更する制御装
置を提供することにある。また、本発明の目的は、加熱
素子に付与されるパルスの振幅を制御するためにデジタ
ル・アナログ・コンバータ若しくは電力トランジスタを
必要としない制御装置を提供することにある。
【0006】上および他の目的を達成するため、本発明
は、製造スポットに少なくとも1つの加熱素子を有した
プリンタのための制御装置を含む。電圧は直列接続され
た複数のスイッチに印加される。これらのスイッチのう
ちの少なくとも1つは異なる電圧降下を有した第1経路
若しくは第2経路を形成する。スイッチに接続されたコ
ントローラは、これらのスイッチを選択的に作動して、
これらのスイッチのうちの最後のものに接続された少な
くとも1つの加熱素子に複数の所定電圧のうちの1つを
与える。
は、製造スポットに少なくとも1つの加熱素子を有した
プリンタのための制御装置を含む。電圧は直列接続され
た複数のスイッチに印加される。これらのスイッチのう
ちの少なくとも1つは異なる電圧降下を有した第1経路
若しくは第2経路を形成する。スイッチに接続されたコ
ントローラは、これらのスイッチを選択的に作動して、
これらのスイッチのうちの最後のものに接続された少な
くとも1つの加熱素子に複数の所定電圧のうちの1つを
与える。
【0007】
【実施例】図1は、インク・ジェット・プリントヘッド
の一つのドロップ噴出器10の部分断面図を示すもので
あり、この噴出器は、インク・ジェット・プリントヘッ
ドのある1つのバージョンで見られる多数のこのような
噴出器のうちの1つである。一般に、このような噴出器
は、1インチあたり300個、若しくはそれ以上の噴出
器であるような線型アレイでその大きさを定められ且つ
構成されている。詳細な説明で使用されるように、そこ
に形成されたドロップ噴出器のために複数のチャネルを
備えたシリコン部材は、「ダイ・モジュール(die modu
le) 」、若しくは「チップ」として知られており、本明
細書では“5”で示されている。現在よく用いられる設
計では、“5”のような典型的なチップが、128個と
同じくらいの数の噴出器10を含んでおり、これらの噴
出器は1インチに300個、若しくはそれ以上が離間さ
れている。多重チップ設計では、各チップがそれ自身の
インク供給マニホールドを含むこともできるし、多重チ
ップが一つの共通インク供給マニホールドを共有してい
てもよい。10で示された各噴出器は、オリフィス14
で終わる細管チャネル12を含む。チャネル12は、イ
ンク滴が噴出される時間まで細管チャネル12の内部に
保持されているある量のインク16を規則的に保ってい
る。複数の細管チャネル12の各々がインク供給マニホ
ールド(図示していない)からのインクの供給によって
維持されている。チャネル12は一般には幾つかの層の
接合によって形成される。図示された噴出器において、
チャネル12の主要部分は、結晶シリコンで形成された
上部基板18において異方性エッチングされた溝によっ
て形成されている。上部基板18は厚膜層20と接合さ
れ、次にこれは低部シリコン基板22と接合される。
の一つのドロップ噴出器10の部分断面図を示すもので
あり、この噴出器は、インク・ジェット・プリントヘッ
ドのある1つのバージョンで見られる多数のこのような
噴出器のうちの1つである。一般に、このような噴出器
は、1インチあたり300個、若しくはそれ以上の噴出
器であるような線型アレイでその大きさを定められ且つ
構成されている。詳細な説明で使用されるように、そこ
に形成されたドロップ噴出器のために複数のチャネルを
備えたシリコン部材は、「ダイ・モジュール(die modu
le) 」、若しくは「チップ」として知られており、本明
細書では“5”で示されている。現在よく用いられる設
計では、“5”のような典型的なチップが、128個と
同じくらいの数の噴出器10を含んでおり、これらの噴
出器は1インチに300個、若しくはそれ以上が離間さ
れている。多重チップ設計では、各チップがそれ自身の
インク供給マニホールドを含むこともできるし、多重チ
ップが一つの共通インク供給マニホールドを共有してい
てもよい。10で示された各噴出器は、オリフィス14
で終わる細管チャネル12を含む。チャネル12は、イ
ンク滴が噴出される時間まで細管チャネル12の内部に
保持されているある量のインク16を規則的に保ってい
る。複数の細管チャネル12の各々がインク供給マニホ
ールド(図示していない)からのインクの供給によって
維持されている。チャネル12は一般には幾つかの層の
接合によって形成される。図示された噴出器において、
チャネル12の主要部分は、結晶シリコンで形成された
上部基板18において異方性エッチングされた溝によっ
て形成されている。上部基板18は厚膜層20と接合さ
れ、次にこれは低部シリコン基板22と接合される。
【0008】厚膜層20と低部基板22の間にインク滴
を細管チャネル12から噴出させる電気素子が挟まれて
いる。厚膜層20の開口によって形成された凹部24の
内部に加熱素子26が存在する。加熱素子26は一般
に、例えば、約0.5ミクロンの厚みを有したタンタル
層で形成された保護層によって保護されている。加熱素
子26は、アドレッシング電極30に電気的に接続され
ている。プリントヘッドの多数の噴出器10の各々は、
以下に詳細に述べるように、制御回路によって選択的に
制御されるそれ自身の加熱素子26と個々のアドレッシ
ング電極30を有しているだろう。アドレッシング電極
30は一般にパシベイション層(passivation layer)3
2によって保護されている。電気信号をアドレッシング
電極30に与えて加熱素子26に電圧を印加すると、素
子26に非常に近接した液体インクが蒸発点まで急速に
加熱され、こうして蒸発インクの気泡36を生成する。
拡張した気泡36の力によってインクの滴がオリフィス
14からシートの表面上へ噴出される。「シート」は滴
によって印若しくはスポットが形成されるべき表面であ
って、例えば、紙若しくは透明物のシートであってもよ
い。
を細管チャネル12から噴出させる電気素子が挟まれて
いる。厚膜層20の開口によって形成された凹部24の
内部に加熱素子26が存在する。加熱素子26は一般
に、例えば、約0.5ミクロンの厚みを有したタンタル
層で形成された保護層によって保護されている。加熱素
子26は、アドレッシング電極30に電気的に接続され
ている。プリントヘッドの多数の噴出器10の各々は、
以下に詳細に述べるように、制御回路によって選択的に
制御されるそれ自身の加熱素子26と個々のアドレッシ
ング電極30を有しているだろう。アドレッシング電極
30は一般にパシベイション層(passivation layer)3
2によって保護されている。電気信号をアドレッシング
電極30に与えて加熱素子26に電圧を印加すると、素
子26に非常に近接した液体インクが蒸発点まで急速に
加熱され、こうして蒸発インクの気泡36を生成する。
拡張した気泡36の力によってインクの滴がオリフィス
14からシートの表面上へ噴出される。「シート」は滴
によって印若しくはスポットが形成されるべき表面であ
って、例えば、紙若しくは透明物のシートであってもよ
い。
【0009】細管チャネル12の液体インクにエネルギ
ーを分配してその噴射を引き起こす際、加熱素子26に
よって熱エネルギーに変換される電気エネルギーは、2
つの変数のいづれかによって、或いは、それらの両方に
よって、制御され得る。2つの変数とは、加熱素子26
に与えられた電圧と、滴38を噴出させる電圧パルスの
継続時間である。滴38を噴出させるために加熱素子2
6に印加される最小電圧は「スレッショルド電圧」とし
て知られている。加熱素子26へ印加される電圧は、こ
のスレッショルド電圧を超過しなければならない。しか
しながら、加熱素子26への印加電圧がスレッショルド
電圧よりも非常に大きい場合には、プリントヘッドの動
作時にエネルギーが浪費されるだけでなく、過剰なエネ
ルギーが結局はプリントヘッドにオーバーヒートを引き
起し、この結果、プリントヘッドにおける液体インクの
温度を増加させる。この温度の増加はスポットサイズに
非常に影響を与えやすい。更に、過剰電圧は、加熱素子
上へのインク残留物を徐々にベークすることにより、若
しくは、加熱素子に破局的な開回路を引き起こすことに
より、プリントヘッドの作業寿命を非常に減少させる。
加熱素子26に供給される電圧パルスの過剰な継続時間
によっても同様の温度・磨耗問題が引き起こされるだろ
う。
ーを分配してその噴射を引き起こす際、加熱素子26に
よって熱エネルギーに変換される電気エネルギーは、2
つの変数のいづれかによって、或いは、それらの両方に
よって、制御され得る。2つの変数とは、加熱素子26
に与えられた電圧と、滴38を噴出させる電圧パルスの
継続時間である。滴38を噴出させるために加熱素子2
6に印加される最小電圧は「スレッショルド電圧」とし
て知られている。加熱素子26へ印加される電圧は、こ
のスレッショルド電圧を超過しなければならない。しか
しながら、加熱素子26への印加電圧がスレッショルド
電圧よりも非常に大きい場合には、プリントヘッドの動
作時にエネルギーが浪費されるだけでなく、過剰なエネ
ルギーが結局はプリントヘッドにオーバーヒートを引き
起し、この結果、プリントヘッドにおける液体インクの
温度を増加させる。この温度の増加はスポットサイズに
非常に影響を与えやすい。更に、過剰電圧は、加熱素子
上へのインク残留物を徐々にベークすることにより、若
しくは、加熱素子に破局的な開回路を引き起こすことに
より、プリントヘッドの作業寿命を非常に減少させる。
加熱素子26に供給される電圧パルスの過剰な継続時間
によっても同様の温度・磨耗問題が引き起こされるだろ
う。
【0010】図2は、プリントヘッドの加熱素子に電圧
を与える従来の制御装置を示す。この従来のシステムは
一定の不変電圧をプリントヘッドに与えることができる
だけである。この従来の制御装置において、バーン(bu
rn) 電源40は、一定の電圧、一般には、約38ボル
ト、を調整器42とトランジスタ48に与える。調整器
42は一定の5ボルト信号を出力する。この5ボルト電
圧は、他の回路素子(図示していない)と同様に制御器
44に入力される。トランジスタ48は、電力を少量し
か消費しないために非常に小さな低電力トランジスタで
ある。制御器44は、トランジスタ46のゲートに信号
を選択的に与え、トランジスタ46と48をターンオン
し、その後、バーン電源40からの電圧をトランジスタ
48の両端の小さな電圧降下を持つプリントヘッドに与
えてプリントヘッドに印加される電圧を制御する。この
制御装置は、バーン電源40からプリントヘッドに供給
される電圧を変化させることはできない。図3は、本発
明の一実施例による制御装置を示す図である。図2に示
されたものと同じ図3の素子は同じ方法で機能する。し
かしながら、図3に示された本発明は、複数の所定電圧
のうちの1つを、プリントヘッド58上に含まれる少な
くとも1つの加熱素子26に供給することができる。3
つの別個の制御ラインが制御器44から延長されて、ト
ランジスタ46のゲートに接続されている。制御器44
から延びるライン1は、トランジスタ48のスイッチを
オン若しくはオフしてプリントヘッド58への電圧の付
与を制御する。ライン2およびライン3は、トランジス
タ48と直列であるトランジスタ52および53のスイ
ッチをオン若しくはオフするよう作用する。トランジス
タ48、52、53は各々ほぼ0.6ボルトの電圧降下
を有する。従って、トランジスタ48、52、53が全
てオンの場合、プリントヘッド58には、(バーン電源
40から出力される電圧)−1.8ボルトに等しい最大
電圧が供給される。この実施例で使用されるトランジス
タ48、52、53の各々は0.6Vである。より多く
の電圧ステップを提供するために更に多くのトランジス
タを図示のものに直列に付加することが可能であるが、
この場合には、より高い電圧を出力するバーン電源40
が必要となるだろう。
を与える従来の制御装置を示す。この従来のシステムは
一定の不変電圧をプリントヘッドに与えることができる
だけである。この従来の制御装置において、バーン(bu
rn) 電源40は、一定の電圧、一般には、約38ボル
ト、を調整器42とトランジスタ48に与える。調整器
42は一定の5ボルト信号を出力する。この5ボルト電
圧は、他の回路素子(図示していない)と同様に制御器
44に入力される。トランジスタ48は、電力を少量し
か消費しないために非常に小さな低電力トランジスタで
ある。制御器44は、トランジスタ46のゲートに信号
を選択的に与え、トランジスタ46と48をターンオン
し、その後、バーン電源40からの電圧をトランジスタ
48の両端の小さな電圧降下を持つプリントヘッドに与
えてプリントヘッドに印加される電圧を制御する。この
制御装置は、バーン電源40からプリントヘッドに供給
される電圧を変化させることはできない。図3は、本発
明の一実施例による制御装置を示す図である。図2に示
されたものと同じ図3の素子は同じ方法で機能する。し
かしながら、図3に示された本発明は、複数の所定電圧
のうちの1つを、プリントヘッド58上に含まれる少な
くとも1つの加熱素子26に供給することができる。3
つの別個の制御ラインが制御器44から延長されて、ト
ランジスタ46のゲートに接続されている。制御器44
から延びるライン1は、トランジスタ48のスイッチを
オン若しくはオフしてプリントヘッド58への電圧の付
与を制御する。ライン2およびライン3は、トランジス
タ48と直列であるトランジスタ52および53のスイ
ッチをオン若しくはオフするよう作用する。トランジス
タ48、52、53は各々ほぼ0.6ボルトの電圧降下
を有する。従って、トランジスタ48、52、53が全
てオンの場合、プリントヘッド58には、(バーン電源
40から出力される電圧)−1.8ボルトに等しい最大
電圧が供給される。この実施例で使用されるトランジス
タ48、52、53の各々は0.6Vである。より多く
の電圧ステップを提供するために更に多くのトランジス
タを図示のものに直列に付加することが可能であるが、
この場合には、より高い電圧を出力するバーン電源40
が必要となるだろう。
【0011】トランジスタ52と53はライン2および
3を通じてコントローラ44によって選択的にターンオ
フ若しくはターンオンされ、様々なステップ電圧をプリ
ントヘッド58に与える。例えば、制御器44は、図3
の中間トランジスタ46をターンオフし、トランジスタ
52をターンオフし、一方、トランジスタ48と53を
オンのままとすることもできる。この場合、プリントヘ
ッド58に印加される電圧は、(バーン電源40から出
力される電圧)−(トランジスタ48の両端で降下され
る0.6ボルト)−(2つのダイオード54の両端で降
下される1.2ボルト)−(トランジスタ53の両端で
降下される0.6ボルト)に等しい。従って、この状態
でプリントヘッド58に印加される電圧は、(バーン電
源40から出力される電圧)−2.4ボルトに等しい。
また、トランジスタ52をターンオンし、一方、トラン
ジスタ53をターンオフすることもできる。これは、
(バーン電源40から出力される電圧)−(トランジス
タ48の両端で降下される0.6ボルト)−(トランジ
スタ52の両端で降下される電圧0.6ボルト)−(ツ
ェナーダイオード56の両端で降下される電圧)に等し
い電圧をプリントヘッドに印加される電圧として作り出
す。
3を通じてコントローラ44によって選択的にターンオ
フ若しくはターンオンされ、様々なステップ電圧をプリ
ントヘッド58に与える。例えば、制御器44は、図3
の中間トランジスタ46をターンオフし、トランジスタ
52をターンオフし、一方、トランジスタ48と53を
オンのままとすることもできる。この場合、プリントヘ
ッド58に印加される電圧は、(バーン電源40から出
力される電圧)−(トランジスタ48の両端で降下され
る0.6ボルト)−(2つのダイオード54の両端で降
下される1.2ボルト)−(トランジスタ53の両端で
降下される0.6ボルト)に等しい。従って、この状態
でプリントヘッド58に印加される電圧は、(バーン電
源40から出力される電圧)−2.4ボルトに等しい。
また、トランジスタ52をターンオンし、一方、トラン
ジスタ53をターンオフすることもできる。これは、
(バーン電源40から出力される電圧)−(トランジス
タ48の両端で降下される0.6ボルト)−(トランジ
スタ52の両端で降下される電圧0.6ボルト)−(ツ
ェナーダイオード56の両端で降下される電圧)に等し
い電圧をプリントヘッドに印加される電圧として作り出
す。
【0012】もし異なる電圧ステップが必要ならば、異
なる電圧降下、若しくは異なる数のダイオードを有した
ダイオードがトランジスタ52若しくは53をパイパス
するために使用され得る。自身をバイパスするツェナー
ダイオード56を有したトランジスタ53が図3に示さ
れている。ツェナーダイオードはダイオード54より大
きな電圧降下を提供するために使用されており、ほぼ
3.0ボルトの電圧降下を有していてもよい。トランジ
スタ52と53がターンオンされているかターンオフさ
れているかに依存して、トランジスタ52と53の両方
が2つの経路を定める。第1の経路はトランジスタ52
若しくは53の双方がターンオンされている場合に発生
し、この第1の経路はトランジスタ52と53を通じて
流れる。第2の経路はトランジスタ52と53のいづれ
かがターンオフされている場合に発生し、この第2の経
路は、ダイオード54若しくはツェナーダイオード56
のそれぞれを通じて流れる。トランジスタ52および5
3、ダイオード54若しくはツェナーダイオード56、
および1つの関連するトランジスタ46の各々が、1つ
のステージを形成する。このステージは、プリントヘッ
ド58へ入力される信号に付与される2つの所定の電圧
降下のうちの一方を可能とする。図3の回路は2つのそ
のようなステージを示しているが、付加的な電圧ステッ
プを発生するために、本発明を変形して、どのような数
の付加的なステージをも本発明のステージに対して直列
に配置することができる。図3に示された2つのステー
ジを用いたときは、4つの選択可能な電圧ステップが存
在する。更に、どのステージをバイパスするダイオード
であってもその数を変更することができる。例えば、も
しトランジスタ52が3つのダイオード54を用いてバ
イパスされた場合は、トランジスタ52をターンオン若
しくはターンオフすることにより、プリントヘッドに付
与される電圧は1.2ボルトだけ変更される。もし第2
のステージトランジスタ53が5つのダイオード54を
用いてバイパスされた場合は、第2のステージトランジ
スタをターンオン若しくはターンオフすることにより、
プリントヘッド58に付与される電圧は2.4ボルトだ
け変更される。このように、オン・オフ切換用のトラン
ジスタ52、53の様々な組み合わせを用いることによ
り、0ボルト、1.2ボルト、2.4ボルト、および
3.6ボルトの4つの電圧ステップを発生することが可
能である。図3を変形してより多くのステージを付加す
ることにより、付加的な数の電圧ステップを利用するこ
とができるだろう。例えば、3つのステージを用いれ
ば、8つのステップが利用可能とされるだろう。このよ
うに各ステージを付加することにより、プリントヘッド
58が利用できる電圧ステップの数は2倍となる。
なる電圧降下、若しくは異なる数のダイオードを有した
ダイオードがトランジスタ52若しくは53をパイパス
するために使用され得る。自身をバイパスするツェナー
ダイオード56を有したトランジスタ53が図3に示さ
れている。ツェナーダイオードはダイオード54より大
きな電圧降下を提供するために使用されており、ほぼ
3.0ボルトの電圧降下を有していてもよい。トランジ
スタ52と53がターンオンされているかターンオフさ
れているかに依存して、トランジスタ52と53の両方
が2つの経路を定める。第1の経路はトランジスタ52
若しくは53の双方がターンオンされている場合に発生
し、この第1の経路はトランジスタ52と53を通じて
流れる。第2の経路はトランジスタ52と53のいづれ
かがターンオフされている場合に発生し、この第2の経
路は、ダイオード54若しくはツェナーダイオード56
のそれぞれを通じて流れる。トランジスタ52および5
3、ダイオード54若しくはツェナーダイオード56、
および1つの関連するトランジスタ46の各々が、1つ
のステージを形成する。このステージは、プリントヘッ
ド58へ入力される信号に付与される2つの所定の電圧
降下のうちの一方を可能とする。図3の回路は2つのそ
のようなステージを示しているが、付加的な電圧ステッ
プを発生するために、本発明を変形して、どのような数
の付加的なステージをも本発明のステージに対して直列
に配置することができる。図3に示された2つのステー
ジを用いたときは、4つの選択可能な電圧ステップが存
在する。更に、どのステージをバイパスするダイオード
であってもその数を変更することができる。例えば、も
しトランジスタ52が3つのダイオード54を用いてバ
イパスされた場合は、トランジスタ52をターンオン若
しくはターンオフすることにより、プリントヘッドに付
与される電圧は1.2ボルトだけ変更される。もし第2
のステージトランジスタ53が5つのダイオード54を
用いてバイパスされた場合は、第2のステージトランジ
スタをターンオン若しくはターンオフすることにより、
プリントヘッド58に付与される電圧は2.4ボルトだ
け変更される。このように、オン・オフ切換用のトラン
ジスタ52、53の様々な組み合わせを用いることによ
り、0ボルト、1.2ボルト、2.4ボルト、および
3.6ボルトの4つの電圧ステップを発生することが可
能である。図3を変形してより多くのステージを付加す
ることにより、付加的な数の電圧ステップを利用するこ
とができるだろう。例えば、3つのステージを用いれ
ば、8つのステップが利用可能とされるだろう。このよ
うに各ステージを付加することにより、プリントヘッド
58が利用できる電圧ステップの数は2倍となる。
【0013】図3に示された回路は、所定の素子で電圧
降下を変更したことによって生じる電力損が主にトラン
ジスタで発生するのではなく、外部ダイオード54、若
しくは56で発生するという利点を有し、この回路は、
熱が電力トランジスタで消費された場合よりもより多く
の熱をより低いコストで消費することができる。これ
は、ダイオードの性能および信頼性が高温動作によって
より少ない影響しか受けないため、電力を消費している
ダイオードから熱を除去する手段が、電力トランジスタ
が使用された場合のように高価なものとならないことに
よる。この制御装置は、米国特許第5,223,853 に示され
ている連続電圧制御の場合に必要とされるデジタル・ア
ナログコンバータの必要性も取り除く。プリントヘッド
58に配置されたサーミスタ60は、プリントヘッド5
8の温度を検知して、この検知された温度に関連する信
号を出力する。この信号はその後に制御器44に供給さ
れる。制御器44は、プリントヘッド58上に含まれる
加熱素子26に付与される電圧を変更するため、トラン
ジスタ52および53を選択的に作動する。プリントヘ
ッド58上の温度を検知することにより、制御器はトラ
ンジスタ52と53を制御して、プリントヘッド58の
温度が上昇したときには(米国特許第5,223,853 号に記
述されたアルゴリズムと同様に)より小さなパルス幅に
結合されたプリントヘッド58により大きな振幅を持つ
電圧を与えて、加熱素子26によって作り出されるスポ
ットのスポットサイズを一定に保つ。システムはまた、
空気が噴出器10中に吸い込まれたときに発生し得るド
ロップアウト(dropout)を減少する。
降下を変更したことによって生じる電力損が主にトラン
ジスタで発生するのではなく、外部ダイオード54、若
しくは56で発生するという利点を有し、この回路は、
熱が電力トランジスタで消費された場合よりもより多く
の熱をより低いコストで消費することができる。これ
は、ダイオードの性能および信頼性が高温動作によって
より少ない影響しか受けないため、電力を消費している
ダイオードから熱を除去する手段が、電力トランジスタ
が使用された場合のように高価なものとならないことに
よる。この制御装置は、米国特許第5,223,853 に示され
ている連続電圧制御の場合に必要とされるデジタル・ア
ナログコンバータの必要性も取り除く。プリントヘッド
58に配置されたサーミスタ60は、プリントヘッド5
8の温度を検知して、この検知された温度に関連する信
号を出力する。この信号はその後に制御器44に供給さ
れる。制御器44は、プリントヘッド58上に含まれる
加熱素子26に付与される電圧を変更するため、トラン
ジスタ52および53を選択的に作動する。プリントヘ
ッド58上の温度を検知することにより、制御器はトラ
ンジスタ52と53を制御して、プリントヘッド58の
温度が上昇したときには(米国特許第5,223,853 号に記
述されたアルゴリズムと同様に)より小さなパルス幅に
結合されたプリントヘッド58により大きな振幅を持つ
電圧を与えて、加熱素子26によって作り出されるスポ
ットのスポットサイズを一定に保つ。システムはまた、
空気が噴出器10中に吸い込まれたときに発生し得るド
ロップアウト(dropout)を減少する。
【0014】あるプリンタに対する適用にあたっては、
2つ以上のプリントヘッド(ダイ、チップ、カートリッ
ジとも呼ばれる)が一つのプリンタに使用される。この
ような使用はカラープリンタ、高速黒プリンタ、若しく
はプロッタを含むこともできる。このような使用にあた
り、プリントヘッドの品質にとって重要なことはプリン
トヘッドのスポットサイズが整合されることである。更
に、個々のプリントヘッドが異なった公称ドロップサイ
ズを有していてもよいし、また、異なる温度であっても
よいし、更にまた、異なるプリントスレッショルド電圧
を有していてもよい。従って、本発明によれば、図4を
参照して以下に説明されているように、プリンタに含ま
れた複数のプリントヘッド各々に付与される電圧を個々
に設定することが可能とされる。図4は本発明の多重型
プリントヘッドの実施例を示す図である。図3に示され
たそれらと同じである図4の素子は同じ方法で機能す
る。しかしながら、図4に示されているように、本発明
は、プリンタ内に含まれた複数のプリントヘッドの各々
に含まれる少なくとも1つの加熱素子26に、複数の所
定電圧の中の1つを、別々に付与するものである。
2つ以上のプリントヘッド(ダイ、チップ、カートリッ
ジとも呼ばれる)が一つのプリンタに使用される。この
ような使用はカラープリンタ、高速黒プリンタ、若しく
はプロッタを含むこともできる。このような使用にあた
り、プリントヘッドの品質にとって重要なことはプリン
トヘッドのスポットサイズが整合されることである。更
に、個々のプリントヘッドが異なった公称ドロップサイ
ズを有していてもよいし、また、異なる温度であっても
よいし、更にまた、異なるプリントスレッショルド電圧
を有していてもよい。従って、本発明によれば、図4を
参照して以下に説明されているように、プリンタに含ま
れた複数のプリントヘッド各々に付与される電圧を個々
に設定することが可能とされる。図4は本発明の多重型
プリントヘッドの実施例を示す図である。図3に示され
たそれらと同じである図4の素子は同じ方法で機能す
る。しかしながら、図4に示されているように、本発明
は、プリンタ内に含まれた複数のプリントヘッドの各々
に含まれる少なくとも1つの加熱素子26に、複数の所
定電圧の中の1つを、別々に付与するものである。
【0015】制御器44から延びているライン1はトラ
ンジスタ48のスイッチをオン、オフしてプリントヘッ
ド66、72に付与される電圧を制御する。図3を参照
して上に説明されているように、各ステージ62、6
4、68、70は、プリントヘッド66、72上に含ま
れた加熱素子26に伝送される信号に所定の電圧降下が
与えられることを可能とするような適当なトランジスタ
とダイオードを含んでいる。ライン1A、1B、2Aお
よび2Bは、ステージ1A 62、ステージ1B64、
ステージ2A 68およびステージ2B 70のそれぞ
れにおける2つの所定の電圧降下のうちの1つをプリン
トヘッド66、72へ入力される信号に付加するよう作
用する。このように、図4は、プリンタ上に含まれる多
重プリントヘッドに異なる電圧降下が付与されることを
可能とする。上に詳述したように、本発明は、簡単な回
路を用いて、プリントヘッド58上に含まれる加熱素子
26に様々なステップ電圧を急速に変化し得る形態で選
択的に付与することを可能とする。この回路では、大き
なヒートシンクの必要性を除去し、一方、プリントヘッ
ドの温度が変更したときにスポットサイズを制御するよ
うな外部ダイオードで電力消費が発生する。更に、本発
明の制御装置を用いて、異なる印刷スレッショルド電圧
レベルを有したプリントヘッドを調整することもでき
る。この結果、プリントヘッドの製造許容差においてよ
り大きな許容差を受け入れることが可能となり、プリン
トヘッドの生産が増大し、これによってプリントヘッド
のコストを減少する。
ンジスタ48のスイッチをオン、オフしてプリントヘッ
ド66、72に付与される電圧を制御する。図3を参照
して上に説明されているように、各ステージ62、6
4、68、70は、プリントヘッド66、72上に含ま
れた加熱素子26に伝送される信号に所定の電圧降下が
与えられることを可能とするような適当なトランジスタ
とダイオードを含んでいる。ライン1A、1B、2Aお
よび2Bは、ステージ1A 62、ステージ1B64、
ステージ2A 68およびステージ2B 70のそれぞ
れにおける2つの所定の電圧降下のうちの1つをプリン
トヘッド66、72へ入力される信号に付加するよう作
用する。このように、図4は、プリンタ上に含まれる多
重プリントヘッドに異なる電圧降下が付与されることを
可能とする。上に詳述したように、本発明は、簡単な回
路を用いて、プリントヘッド58上に含まれる加熱素子
26に様々なステップ電圧を急速に変化し得る形態で選
択的に付与することを可能とする。この回路では、大き
なヒートシンクの必要性を除去し、一方、プリントヘッ
ドの温度が変更したときにスポットサイズを制御するよ
うな外部ダイオードで電力消費が発生する。更に、本発
明の制御装置を用いて、異なる印刷スレッショルド電圧
レベルを有したプリントヘッドを調整することもでき
る。この結果、プリントヘッドの製造許容差においてよ
り大きな許容差を受け入れることが可能となり、プリン
トヘッドの生産が増大し、これによってプリントヘッド
のコストを減少する。
【0016】図1に示されているような、しばしばサイ
ドシューター(sideshooter)と呼ばれるサーマル・イン
ク・ジェット・プリントヘッド形態に関して本発明を記
述してきたが、ルーフシューター(roofshooter)のよう
な他のサーマル・インク・ジェット・プリントヘッド形
態に本発明を適用することもできる。本発明をその特定
の実施例に関連して記述してきたが、多くの変形や変更
が当業者に明らかであろうことは明白である。例えば、
図3に示されたダイオードとは別の電圧降下デバイスを
使用することもできるだろうし、サーミスタ60とは別
の温度検知装置を用いてプリントヘッドの温度を検知す
ることも可能であろう。
ドシューター(sideshooter)と呼ばれるサーマル・イン
ク・ジェット・プリントヘッド形態に関して本発明を記
述してきたが、ルーフシューター(roofshooter)のよう
な他のサーマル・インク・ジェット・プリントヘッド形
態に本発明を適用することもできる。本発明をその特定
の実施例に関連して記述してきたが、多くの変形や変更
が当業者に明らかであろうことは明白である。例えば、
図3に示されたダイオードとは別の電圧降下デバイスを
使用することもできるだろうし、サーミスタ60とは別
の温度検知装置を用いてプリントヘッドの温度を検知す
ることも可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】インク・ジェット・プリンタのノズルの断面
図。
図。
【図2】一定電圧をプリントヘッドに与える制御装置を
示す図。
示す図。
【図3】本発明の制御装置を示す図。
【図4】本発明の制御装置の多重プリントヘッドの実施
例を示す図。
例を示す図。
40 バーン電源 44 制御器 46 トランジスタ 48 トランジスタ 52 トランジスタ 53 トランジスタ 54 ダイオード 56 ツェナーダイオード 58 プリントヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジューアン ジェイ ベセラ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター クラレンドン コート 453 (72)発明者 ピーター ジェイ ジョン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14616 ロチェスター リップルウッド ドライ ヴ 450 (72)発明者 ゲアリー エイ ニーゼル アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター ウッダード ロード 1819 (72)発明者 リチャード ヴィー ラドンナ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14450 フェアポート グランドヴィュー ドラ イヴ 67 (72)発明者 トーマス イー ワトロブスキー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 −1807 ペンフィールド アトランティッ ク アベニュー 3531 (72)発明者 ジョセフ ジェイ ワイソッキー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター クレスト サークル 544
Claims (1)
- 【請求項1】 スポットを生成するために少なくとも1
つの加熱素子を有したプリンタのための制御装置におい
て、 電源と、 直列接続された複数のスイッチであって、該複数のスイ
ッチの中の第1のスイッチは前記電源に接続されてお
り、前記複数のスイッチの中の最後のスイッチは前記少
なくとも1つの加熱素子に接続されており、前記複数の
スイッチの中の少なくとも1つのスイッチは異なる電圧
降下を有した第1の経路と第2の経路の中の一方を前記
電源と前記少なくとも1つの加熱素子との間に形成して
いる、複数のスイッチと、 前記複数のスイッチに接続され、前記複数のスイッチを
選択的に作動して前記第1の経路と第2の経路の中の一
方を決定し、これによって、複数の所定電圧の中の1つ
を前記少なくとも1つの加熱素子に与える制御器と、を
備えることを特徴とする制御装置。
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