JP2004034700A - インクジェットプリンタの制御方法、この方法を使用するのに適したインクジェットプリントヘッド、およびこのプリントヘッドを備えたインクジェットプリンタ - Google Patents

インクジェットプリンタの制御方法、この方法を使用するのに適したインクジェットプリントヘッド、およびこのプリントヘッドを備えたインクジェットプリンタ Download PDF

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Abstract

【課題】インクが配置され、かつ少なくとも2つの実質的に閉鎖されたダクトを有するインクジェットプリンタを制御する方法を提供する。
【解決手段】第1のダクト内の圧力が上昇するように電気機械的トランスデューサを作動させるステップを含み、該作動で他のダクト内の圧力変化も生じ、さらに、圧力変化の結果として1つの電気機械的トランスデューサが変形し、そのようなトランスデューサが電気信号を発生するステップと、該電気信号を測定するステップとを含む。
【選択図】   図3

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、インクが配置され、かつ実質的に閉鎖された少なくとも2つのダクトを有するインクジェットプリンタを制御する方法に関し、第1のダクト内の圧力が上昇するように電気機械的トランスデューサを作動させるステップを含み、該作動で他のダクト内の圧力変化も生じる。本発明はさらに、この方法を利用するのに適したインクジェットプリントヘッド、およびこの種類のプリントヘッドを備えたインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【0002】
この種類の方法は、欧州特許第0790126号から知られている。この知られている方法では、ダクト板を備えたインクジェットプリンタ用のプリントヘッドが用いられ、ダクト板は、幾つかの平行な溝が長手方向に形成され、各溝が出口またはノズルで終端している。ダクト板は、溝が実質的に閉鎖されたインクダクトを形成するように可撓板によってカバーされる。幾つかの電気機械的トランスデューサが、ダクトの可撓板に備えられ、各ダクトが、これらのトランスデューサのうちの1つまたは複数と対面するようにされている。この場合は圧電トランスデューサであるトランスデューサには、電極が備えられている。この種類の圧電トランスデューサの電極の両端間に作動パルスの形式の電圧が印加されると、それによってトランスデューサが結合されるダクト方向に急激に変形するので、そのダクト内の圧力は急激に上昇する。その結果、インク滴がノズルから噴射される。
【0003】
ダクト板から離間した側で、トランスデューサは、キャリヤ部材によって支持されている。プリントヘッドは、キャリヤ部材を可撓板を介してダクト板に連結する幾つかの連結部材をも備えている。これらの連結部材はプリントヘッドの機械的強度を高める役割を果たすので、印加された作動パルスによってさらに必要な圧力上昇が常に生じ、それにより必要な滴の噴射、すなわち例えば予め判明しているサイズ、および/または予め判明している速度を有する滴の噴射をもたらす。
【0004】
しかし知られている方法には、重大な欠点がある。頑強な構造にもかかわらず、第1のダクトの圧電トランスデューサの作動が、他のダクト、特に隣接するダクト内の位置で影響を及ぼすことを完全には防止することはできない。その理由は、作動によって、圧電トランスデューサが膨脹するので、機械的な力がキャリヤ部材に伝達されるからである。キャリヤ部材は、次に、他のダクトの圧電トランスデューサに連結されているので、これらの力は他のダクトのトランスデューサに伝達される。これらのトランスデューサの機械的作動によって、他のダクト内での圧力変化を生じ、この圧力変化は隣接するインクダクトでは特に顕著である。多くの場合、この圧力変化は、隣接するダクトが、第1の圧電トランスデューサが電気的に作動されるダクトに近いほど大きくなる。この圧力変化の結果、この種類の他のダクトでの滴噴射プロセスに影響がでる。これはクロストークとも呼ばれ、滴サイズ、滴速度、噴射時間等の偏差として顕在化することがある。このような偏差は、最終的には、偏差の性質に応じて視認できる程度に変化する印刷のアーティファクトを生じる。
【0005】
【文献1】
欧州特許第0790126号明細書
【文献2】
欧州特許出願公開第1013453号明細書
【考案の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記の問題点をなくすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この目的のため、請求項1のプリアンブルに記載の方法が発明され、圧力変化の結果として1つの電気機械的トランスデューサが変形し、該電気機械的トランスデューサが電気信号を発生するステップと、該電気信号を測定するステップとをさらに含むことを特徴とする。
【0008】
本発明による方法は、他のダクト内での圧力変化の結果、前記他のダクトに動作可能に連結された1つの電気機械的トランスデューサが変形するという事実を利用したものである。実際には、トランスデューサは、他のダクトの作動の結果としての1つのダクト内の圧力変化を記録するためのセンサとして使用される。この「センサ」トランスデューサは、例えば、隣接するダクトの正常なの制御用に存在する電気機械的トランスデューサと同じ電気機械的トランスデューサでよいであろう。センサトランスデューサの変形の結果、前記トランスデューサによる電気信号の発生がなされる。本発明による方法で測定されるのは、まさにこの信号である。この信号は、クロストークの程度に関する明確な情報を与える。信号が極めて強い場合は、クロストークの作用はかなりなものである。これによって例えば、他のダクトが印刷しない作用を有することがあり、印刷のアーティファクトが生じることがある。信号が極めて弱いものに過ぎない場合は、他のダクトに対する影響が、例えあっても実質的にはないので、このようなダクトで通常通りの印刷を実施できることを意味している。本発明による方法を用いることによって、クロストークを常に感知できないレベルまで低減できるので、印刷品質には影響がない。
【0009】
欧州特許出願公開第1013453号は、インクダクトの状態を測定するセンサとして、電気機械的トランスデューサが使用される方法を開示している。この方法では、作動パルスの終了後、トランスデューサが、同じダクト内の圧力波を測定するセンサとして使用される。この知られている方法は、制御されるダクトの状態をチェックするために使用されるので、何らかの補修動作を実施すべきか否かを決定することが可能である。この出願からは、特定のダクト内での電気機械的トランスデューサの作動後に、他のダクト内の圧力変化を測定することは知られていない。したがって、この方法は、前述の知られている方法よりも本発明との関連は小さい。
【0010】
本発明の方法の一実施形態では、隣接するダクトからのインク滴の噴射に適した時間は測定された信号に基づいて決定される。測定された信号に基づいて、隣接するダクトから滴を噴射するのに適した時間を見い出すことが可能であることが判明している。隣接するダクト内の圧力変化は、減衰された正弦波と同じである圧力波の形状を有することがある。したがって、隣接するダクト内の圧力変化が、そのダクト内でのいずれかの滴の噴射に及ぼす影響は一定ではない。このような影響は、時間によって変化し、圧力波が完全に減衰した場合に、最終的にゼロまで低減する。圧力波が完全に減衰する前に、圧力変化の影響が、印刷された画像に視認できるアーティファクトを生じないようなものである時間が、1回または複数回あることが判明している。これらの時間は、隣接するダクトからインク滴を噴射するのに適している。これらの時間は経験的に決定できる。これは単に、クロストークを開始し、例えば隣接するダクトから滴を噴射し、その後、特定時間の後に実際のダクトから噴射することによって行うことができる。クロストークの影響も、印刷されたインク滴を分析することによって判定することができる。このことを数回繰り返すことによって、クロストークの実効的な影響を測定された電気信号の関数として判定することができる。これをメモリに記憶することによって、測定された信号が、クロストークによる明確な影響を受けないものと予期される時間を確定することが常に可能である。
【0011】
下記の実施形態では、時間は、隣接するダクト内での圧力変化が、そのダクト内での滴の形成に明確な影響を及ぼすことがないように選択される。この実施形態は、前述の1回または複数回の時間が、「ゼロ交叉」時間、すなわち圧力変化が滴の形成に明確な影響を及ぼさない時間であるという事実を利用したものである。このことは、滴の本質的な特性、特に滴の速度、滴のサイズ、滴の形状、および(トランスデューサの作動時間に対して)滴が形成される時間が、それほど影響されないことを意味している。その結果、認知できるような印刷アーティファクトが予測されない、それ自体が圧力噴射プロセスを与える時間での作動がなされる。簡単な実験によって、例えば(クロストークを引き起こす)隣接するダクトの作動に対する作動時間の関数としての滴の前記の本質的な特性をそれぞれ測定することによって、この種類のゼロ交叉を決定することができる。
【0012】
本発明の方法の一実施形態では、各々のダクトごとに別個の電気機械的トランスデューサが使用される。この種類の方法は、独自の電気機械的トランスデューサによって各ダクトを作動させることができ、必要ならば同じ電気機械的トランスデューサで測定できるので有利である。それによって個々のダクトの作動、およびダクト内の圧力変化に応答してトランスデューサによって発生される電気信号の測定が簡略になる。
【0013】
クロストークは、ダクト内の圧力が、インク滴の噴射を引き起こすような範囲まで上昇した場合だけに発生するものではないことに留意されたい。他のダクト内での圧力変化も、インク滴の噴射に向けられる作動ではなく、例えばインクダクトの修復、または電気機械的トランスデューサの動作チェック、またはダクトへのインクの充填等の異なる種類の作動の結果であることがある。これは、次に、前記他のダクト内での滴噴射プロセスにかなりの影響を及ぼし、クロストークが存在することがある。
【0014】
ちなみにクロストークは、隣接するダクトに限定されるのではなく、インクジェットプリンタの構造に応じて、より長時間にわたって顕著であることがある。例えば、各々の列が別個に制御される、幾つかのノズル列を有するインクジェットプリントヘッドでは、1つの列内のダクトの制御が、他の列のダクトの制御に影響を及ぼすことが判明している。本発明による方法を利用することによって、この影響の作用を低減し、除去することさえも可能である。
【0015】
本発明による方法は、様々な方法で実施できる。例えば、インクジェットプリンタの製造中に、本発明によって測定を実行し、クロストークの作用を低減するのに適した特定の時間を決定することができる。さらに、例えば特定のプリンタのローディング後、またはプリンタにメインテナンスが施される時に、既存のインクジェットプリンタにこのような測定を定期的に繰り返すことも可能である。例えばプリンタが製造される材料の老化によるプリンタの漸次的な変化によって、クロストークが作用を及ぼさない時間が異なるという結果を招くことがある。これらの時間を定期的に決定することによって、本発明による方法を常に最適に利用することが可能である。別の実施形態では、1つのダクトの作動が隣接するダクトに及ぼす作用が測定され、同時に、前記隣接するダクトからインク滴を噴射するのに適した時間が決定される。この種類のリアルタイムの実施は、先行技術から充分に知られているように、閉ループ制御を用いることによって実行可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
ここで本発明を以下の例を参照して説明する。
【0017】
図1
図1は、インクジェットプリンタを概略的に示している。この実施形態では、プリンタは、受け取り媒体2を支持し、これを4つのプリントヘッド10に沿って移動させるローラ1を備えている。ローラ1は、矢印Aで示されるように軸を支点に回転可能である。キャリッジ3は、4つのプリントヘッド10を担持しており、各々がシアン、マゼンタ、イエロー、およびブラックの色用のものであり、二重矢印Bによって示された方向にローラ1と平行に往復移動可能である。このようにして、プリントヘッド10は、受け取り媒体2を走査することができる。キャリッジ3は、ロッド4および5上を案内され、適宜の手段(図示せず)によって駆動される。図示した実施形態では、各々のプリントヘッド10は、8つのインクダクトを備えており、その各々がローラ1の軸に対して垂直な想像線を形成する独自の出口14を有している。印刷装置の実際の実施形態では、プリントヘッド10当たりのインクダクトの数は大幅に多い。各インクダクトには、図3に関連して説明するように、圧電トランスデューサ(図示せず)と、関連する作動および測定回路(図示せず)とが備えられている。各プリントヘッドは、さらに作動パルス、すなわちパルスが発生する時間を適合させるための制御ユニットを含んでいる。このようにして、インクダクト、トランスデューサ、作動回路、測定回路、および制御ユニットが、インク滴をローラ1の方向に噴出する役割を果たすシステムを形成する。制御ユニット、および/または例えば作動および測定回路の全ての素子が、実際のプリントヘッド10に物理的に組み込まれる必要は必ずしもない。さらに、これらの部品を、例えばキャリッジ3内に、またはプリンタのより離れた部品内に配置することすら可能であり、プリントヘッド10自体内の構成部品への接続線がある。このように、これらの部品は、プリントヘッドに物理的に実際に組み込まれなくても、プリントヘッドの機能部品を形成する。トランスデューサが画像に関して作動されると、受け取り媒体2上に個々のインク滴から構成された画像が形成される。
【0018】
図2
図2は、プリントヘッドを概略的に示している。図示されたプリントヘッド10は、一列の出口14と、幾つかの平行なインクダクト16とを画定するダクト板12を備えている。インクダクト16のうち1つだけが、図2には見える。出口14およびインクダクト16は、ダクト板12の上表面に溝をフライス加工することによって形成される。各々の出口14は、結合されるインクダクト16と連通している。インクダクトは、ダム18によって互いに分離されている。
【0019】
出口14およびインクダクト16は、ダクト板のダムに堅く連結された薄い可撓板20によって上部が覆われている。幾つかの溝22が、板20の上部表面に形成され、インクダクト16と平行に延び、リブ24によって互いに分離されている。出口14に隣接する溝22の両端部は、板20のエッジからやや偏倚している。
【0020】
細長いフィンガ26、28の列が、プレート20の上部表面に形成され、各フィンガが、インクダクト16と平行に延在し、底端部でリブ24の1つに連結される。フィンガは、3個の組にまとめられ、各3個の組のフィンガは、1個の中心フィンガ28と2個の側方フィンガ26とからなっている。各3個の組のフィンガは、上部が連結され、一体の圧電材料ブロック30によって形成されている。各フィンガ26は、これらのダクト16の1つに属し、印刷信号に応じて電圧を印加できる電極(図示せず)が備えられている。これらのフィンガ26は、印加電圧に応答して膨脹し、かつ垂直方向に収縮することで、板20の対応部分が、結合されるインクダクト16の内側方向に曲がるようなアクチュエータとしての役割を果たす、圧電トランスデューサである。その結果、(例えば水性インク、溶剤インク、またはホットメルトインクのような)インクダクト内にあるインクが、圧縮されるので、インク滴が出口14から噴射される。中心フィンガ28は、ダクト板のダム18の上方に配置され、アクチュエータ26の反力を受ける支持部材としての役割を果たす。例えば、同じブロック30に属するアクチュエータ26の一方または両方が膨脹すると、これらは、ブロック30の上部に上向きの力をかける。この力は、その底端部が板のリブ24を介してダクト板12に堅く連結されている支持部材28の引張り力によって大幅に補償される。
【0021】
ブロック30は、上部で互いに平坦に当接し、キャリヤ部材32によって覆われている。キャリア部材32は、インクダクト16と平行に延在する幾つかの長手方向棒34、および長手方向棒34の両端を相互に連結する横棒36(図1には1本の横棒だけが示されている)によって形成される。
【0022】
支持要素28は、必然的に特別の弾性を有しているので、1つのブロック30の一方または双方のアクチュエータ26の膨脹によって、支持要素28の僅かな膨脹をも引き起こすので、キャリヤ部材32は僅かに曲がる。この曲げ力は、隣接するブロック30に伝達され、寄生音響波(クロストーク)が隣接するインクダクト内に形成される。この種類のクロストークは、特に隣接するブロック30内の多数のアクチュエータが同時に作動されると、問題を引き起こすことがある。しかし、キャリヤ部材32は、平行な側だけで横棒36によって相互連結された別個の棒34からなっているので、主として曲げ力は、それが発生したブロック30に限定される。このようにして、クロストークは抑止されるが、それでもなお発生する可能性がある。図3に関連して(図2には示されていない)記載したような手段を用いることができる本発明による方法を採用することによって、クロストークの作用は、さらに低減でき、または完全に除去することさえ可能である。
【0023】
図3
図3は、本発明による方法を使用できる回路図である。図3は第1のインクダクト(図示せず)に動作可能に連結された第1圧電トランスデューサ26を示している。このトランスデューサは、パルス発生器40によって制御可能である。第2圧電トランスデューサ26’もまた示され、他のインクダクト(図示せず)、例えば第1のインクダクトに直接隣接するインクダクトに動作可能に連結される。第2圧電トランスデューサ26’は、線41を介して抵抗器42とA/Dコンバータ43とに接続されている。このコンバータは、次に、プロセッサ(図示せず)を備えた制御ユニット44に接続されている。制御ユニット44は、パルス発生器47に信号を送ることができるD/Aコンバータ45に接続されている。制御ユニットは、線46を介してプリンタの他の部品(図示せず)、特に中央プロセッサに接続されている。
【0024】
本発明による方法が適用されると、以下のことが起こる。先ず、圧電トランスデューサ26が、インク滴を第1インクダクトから噴射するように、パルス発生器40を介して制御される。トランスデューサ26にエネルギーが供給される結果、隣接するインクダクト内でも圧力変化が生じ、この圧力変化の結果、圧電トランスデューサ26’が変形する。この変形の結果、トスデューサ26’は、測定抵抗42を経てアースへと流れる電流を発生する。このようにして測定抵抗42の両端子間に得られる電圧は、A/Dコンバータ43に送られ、このA/Dコンバータは、この電圧をディジタル信号として制御ユニット44に送る。この制御ユニットは、信号を分析し、この実施形態では、メモリ(図示せず)に記憶されたモデルを基準にしてクロストーク信号の単数または複数のゼロ交叉を決定する。このゼロ交叉は記憶され、インク滴をこの隣接するダクトから噴射しなければならない場合に、トランスデューサ26’の制御に際して考慮に入れられる。トランスデューサ26’の制御は、制御ユニット44によって開始され、制御ユニット44は、信号をD/Aコンバータ45に伝送し、このD/Aコンバータ45は、信号をアナログ形式でパルス発生器47に伝送する。最後に、このパルス発生器は、インク滴が対応するダクトから噴射されるように、トランスデューサ26’を作動するのに適したパルスをトランスデューサ26’に送る。このように、トランスデューサ26’には、線41を介して測定回路と、制御回路とが備えられ、これはこの実施形態では互いに一部が重複している。
【0025】
この実施形態では、トランスデューサ26’に独自の測定回路が備えられているだけではなく、対応するプリントヘッドの全ての圧電トランスデューサが、この種類の回路を有している。明解さを保つために、他の測定回路および圧電トランスデューサは図示していない。この実施形態によって、クロストークを考慮に入れるべきか否か、またその作用をいかに補償可能であるかに関するリアルタイムの決定が可能である。
【0026】
別の実施形態では、プリントヘッドは、数十個、または数百個のトランスデューサ用にわずか1個、または2、3個の測定回路を備えている。この実施形態では、個々のトランスデューサへのクロストークの作用を判定するために、例えば自動的に、またはプリンタの整備の機会に定期的な間隔で全てのトランスデューサをチェックすることが可能である。この情報は、次に画像の印刷の際に考慮される。
【0027】
別の実施形態では、プリンタ自体は測定回路を含んでおらず、本発明による測定はプリンタの製造時に実施される。ある場合には、実際にクロストークの影響の1回の測定で、プリントヘッドの寿命を通してクロストークの作用を適正に低減し、または除去さえするのに充分な情報を得ることができる。
【0028】
図4
図4aおよび図4bからなる図4は、この場合は、インク滴がダクトから噴射される速度である滴の特性に及ぼす可能性がある、クロストークの作用を示している。図4aは、特定のインクダクトK(図示せず)についての時間(任意単位)に対する毎秒の噴出速度をメートルで示している。この曲線は、t=0からt=tの期間に、この場合は15kHzである高い周波数で、このダクトからインク滴を噴射することによって得られる。滴の速度は、先行技術から一般に知られているストロボスコープを使用して測定することができる。図4aの場合は、滴は、t=0からt=tの間、常に約10msの速度で噴射される。このことは、他のダクトの作動には顕著な影響はないことを意味している。
【0029】
図4bの曲線は、同じダクトKの滴噴射速度を示している。しかしこの場合は、ダクトKが作動した後、直接隣接したダクトも短時間または長時間にわたって作動される。x軸はダクトKの作動と、隣接するダクトの作動との間の時間tを示している。この時間tは遅延とも呼ばれる。双方のダクトが同時(t=0)に作動した場合は、ダクトKの滴噴射速度にはかなりの作用がある。これはこのダクト内の寄生音響波、すなわちクロストークの結果である。遅延が長引くと、隣接するダクトの作動の影響は低下する。この場合、遅延の関数としての滴の速度は、t=tで完全に減衰する正弦曲線となる。そこで、隣接するダクトの作動の顕著な影響はもはやない。次に滴の噴射プロセスは、明らかに完全に終了するので、隣接するダクトの作動はそれ以上の作用を持ちえない。ある時間、すなわちtからtでは、少なくとも滴の噴射速度に関しては、クロストークの顕著な作用はないことが判る。これらの時間で、噴射速度は勿論、クロストークが全くない場合に適用できる速度と同一である。これらの時間はゼロ交叉と呼ばれる。これらの時間の位置は、印刷中に考慮に入れることができる。この種類のゼロ交叉時間に滴を噴射させることによって、実際にクロストークの顕著な影響はなく、したがって印刷のアーティファクトのニードフォームがない。他の滴特性(例えば滴のサイズ、滴の形状等)のゼロ交叉は、必ずしも同じ場所にある必要はないことに留意する必要がある。そのような場合は、クロストークは依然として作用する。しかし、最も支配的な特性、すなわち例えば特定の用途での滴の速度のゼロ交叉時に噴射することによって、クロストークの顕著な作用は、事実上完全に、または完璧にさえ除去されることができる。
【0030】
クロストークに起因する視認できる印刷のアーティファクトが生じないゼロ交叉時tからt以外の時間が、おそらくは存在することに留意されたい。これらの時間は、測定された電気信号に対して印刷された画像自体を分析することによって判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】インクジェットプリンタを示す図である。
【図2】インクジェットプリントヘッドを示す図である。
【図3】本発明による方法を適用できる回路図である。
【図4】滴の速度に対する可能性のあるクロストークの結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【0032】
1 ローラ
2 受け取り媒体
3 キャリッジ
4、5 ロッド
10 プリントヘッド
12 ダクト板
14 出口
16 インクダクト
18 ダム
20 板
22 溝
24 リブ
26、28 フィンガ
26’ トランスデューサ
30 ブロック
32 キャリヤ部材
34 棒
36 横棒
40 パルス発生器
41、46 線
42 抵抗
43 A/Dコンバータ
44 制御ユニット
45 D/Aコンバータ
47 パルス発生器
K ダクト

Claims (6)

  1. インクが配置され、かつ実質的に閉鎖された少なくとも2つのダクトを有するインクジェットプリンタを制御する方法であって、
    第1のダクト内の圧力が上昇するように電気機械的トランスデューサを作動させるステップを含み、前記作動で他のダクト内の圧力変化も生じ、前記方法がさらに、
    前記圧力変化の結果として1つの電気機械的トランスデューサが変形し、該電気機械的トランスデューサが電気信号を発生するステップと、
    前記電気信号を測定するステップとを含むことを特徴とする方法。
  2. 測定された電気信号に基づいて、他のダクトからインク滴を噴射するのに適した時間が決定されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記時間は、他のダクト内の圧力変化が、前記他のダクト内での滴の形成にあまり影響を及ぼさないように選択されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. 各々のダクトが、独自の電気機械的トランスデューサを有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. インクを保持するための実質的に閉鎖された少なくとも2つのダクトを有するインクジェットプリントヘッドであって、
    インク滴を前記ダクトの出口から噴射できるように、第1のダクト内の圧力が上昇可能であるように電気機械的トランスデューサを作動させる作動回路を備え、該作動によって圧力変化が他のダクト内でも生じ、前記インクジェットプリントヘッドがさらに、
    他のダクト内での圧力変化による1つの電気機械的トランスデューサの変形の結果、該電気機械的トランスデューサによって発生可能である電気信号を測定するための測定回路を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
  6. 請求項5に記載のインクジェットプリントヘッドを備えるインクジェットプリンタ。
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