JP2006213054A

JP2006213054A - インクジェットプリンタにおける気泡の防止方法、およびこの方法の適用にために修正されたインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP2006213054A
Application number: JP2006006985A
Authority: JP
Inventors: Hans Reinten; ハンス・レインテン
Original assignee: Oce Nederland BV; Oce Technologies BV
Current assignee: Canon Production Printing Netherlands BV
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2026-01-16
Also published as: EP1688261B1; EP1688261A1; JP5054922B2; NL1028178C2; US7571998B2; US20060170743A1

Abstract

【課題】インクダクト内の気泡を除去する方法およびインクジェットプリンタを提供する。
【解決手段】本発明は、ノズルを備える実質的に閉じたインクダクトを有し、前記ダクトが動作可能に電気機械変換器に接続される、インクジェットプリンタにおいて、インクダクト内の気泡の存在を判定し、次いで気泡を除去することからなる方法であって、気泡を除去することが、平衡時の気泡のサイズに対応する周波数よりも低い周波数、およびインク滴がノズルから排出されるために実質的に十分な振幅で、変換器を作動することによって行なわれることを特徴とする方法に関する。さらに本発明は、この方法を適用できるように変更されたインクジェットプリンタに関する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ノズルを備える実質的に閉じたインクダクトを有し、このインクダクトが動作可能に電気機械変換器に接続される、インクジェットプリンタにおいて、インクダクト内に気泡が存在するか否かを判定し、次いで気泡を除去することからなる方法に関する。さらに本発明は、この方法の適用のために修正されたインクジェットプリンタに関する。

この種の方法は、欧州特許出願公開第１０１３４５３号から知られている。この知られているインクジェットプリンタにおいて、センサとして使用される圧電変換器の適用によって、インクダクトにおける気泡の存在が判定される。そのような気泡が、ダクトノズルからのインク滴の排出（液滴形成プロセス）に悪影響を及ぼしうるという事実によって、前記気泡をダクトから除去する試みがなされている。この目的のため、ダクトを新しいインクで洗い流す、あるいは気泡がインク中へと溶解できるよう印刷プロセスを休止させるなど、さまざまな方法が、従来技術において提案されている。最初の方法の欠点は、インクが比較的大量に浪費されてしまう点にある。後者の方法の欠点は、気泡のサイズに応じて、最大数分にものぼる比較的長い時間を必要とし、印刷プロセスを長い時間にわたって中断させなければならない点にある。
欧州特許出願公開第１０１３４５３号明細書

本発明の目的は、上記の問題を解決することにある。

この目的のため、プリアンブルに記載した方法であって、除去することが、平衡時の気泡のサイズに対応する周波数よりも低い周波数、およびインク滴がノズルから排出される大きさの振幅で、変換器を作動することによって行なわれることを特徴とする方法が、発明された。

本発明は、関連するダクトの変換器が作動されるある特定の周波数で、あるいは少なくともダクトからインク滴が排出されている限りにおいて、気泡のサイズが、通常は平衡に達するまで増大するという認識にもとづいている。換言すれば、インク滴の排出の際の作動周波数と、関連するダクト内において平衡時に気泡が達するサイズとの間に、相関関係が存在する。研究によれば、変換器が作動されたとき、気泡が、速やかにその平衡サイズに達することが示されている。本出願人は、これを、気泡のサイズを速やかに小さくするために利用できると認識した。作動周波数を、気泡が平衡にある周波数よりも低くなるように選択することによって、各作動の振幅が、インク滴がダクトから排出されるような振幅であるならば、気泡の体積は急速に小さくなり、気泡の新たなサイズは、低い周波数において平衡になる。したがって、極めて小さい気泡サイズに対応する周波数を選択することによって、元の気泡のサイズは、その新しい平衡サイズに達するまで速やかに小さくなる。極めて小さい気泡は、液滴形成プロセスに悪影響を及ぼすことがないことが知られており、したがって極めて小さい気泡は、除去されたものとみなすことができる。さらに、そのような極めて小さな気泡は、おそらくはインク滴と一緒にダクトから排出されるため、急速に（典型的には１秒以内で）消滅する傾向にあることが多い。この方法の利点は、今や気泡を極めて迅速に除去できるという点にある。しかしながら、この方法は、気泡が除去される間にインク滴がダクトから排出されている場合にのみ、適切に機能するように見受けられるため、インクの浪費を意味しているが、その量は、ダクトが洗い流される場合に失われるインクと比べて比較的少ない。さらに、原理的には、排出されるインク滴を、画像を印刷するときに使用できるため、実際にはインクを浪費する必要はない。

一実施形態によれば、前記周波数での作動に、最初の周波数よりも低い第２の周波数での作動が引き続き、この作動の振幅は、インク滴がノズルから排出される大きさの振幅である。この実施形態によれば、気泡が、少なくとも２段階にてその最終のサイズへと縮小されることによって除去される。実施によれば、この方法で気泡をより速やかに除去できることが示されている。この理由は、完全に明らかになっているわけではないが、大きな気泡は、新たなサイズが元のサイズからあまり離れていない場合に、比較的はるかに高速に新たな（より小さい）平衡サイズへと縮小する、という事実に関連しているものと考えられる。また、周波数がより高いと、ダクト内の動力学もより大きくなるため、気泡のサイズが高速に縮小するからであると考えられる。

他の実施形態によれば、第２の周波数での作動に、１つ以上の他の周波数での作動が引き続き、１つ以上の他の周波数は、先行する周波数より低い値であり、この作動の振幅は、インク滴がノズルから排出される大きさの振幅である。この実施形態によれば、気泡が、その都度わずかずつ低くなる一連の減少する周波数にさらされることによって除去される。この方法で、気泡を極めて迅速に除去できると考えられる。十分に小さいステップが加えられた場合、気泡は事実上平衡曲線に従い、消滅プロセスを明らかに極めて迅速に完了できる。しかしながら、これは、ダクトの幾何形状、インクの種類、ノズルの形状、印刷時の作動周波数などにも応じる。実験によって、気泡を最も迅速に除去できる方法（３つまたは４つの比較的大きいステップで、あるいは例えば数十の小さなステップで）を、容易に決定することができるであろう。ここで、除去プロセスにリアルタイムで追従するため、変換器をセンサとして使用することが有利であろう。

一実施形態によれば、１つ以上の周波数での作動が、気泡がもはやインクジェットプリンタの動作に悪影響を及ぼさなくなるまで行なわれる。この実施形態によれば、気泡が、印刷品質にも表されるプリンタの動作に、もはや顕著な悪影響を及ぼさないサイズまで縮小される。この実施形態は、印刷プロセスを通常はより速やかに再開できるという利点を有する。気泡をどのサイズまで縮小させる必要があるのかは、プリンタの種類、インク、およびダクトの幾何形状に応ずるが、さらに印刷される画像にも応じる（液滴形成プロセスへの悪影響が、ある１つの画像において表れるが、他の画像においては表れないことがある）。実験によって、気泡がいつ印刷品質にもはや悪影響を及ぼさなくなるかを容易に判定することができる。気泡のサイズを測定するため、上記にて引用した欧州特許出願から知られているとおり、変換器をセンサとして使用することができる。

一実施形態によれば、前記の方法が、インクジェットプリンタを使用して画像を印刷する間に適用され、このダクトにおいて気泡の存在が判定された場合に、このインクダクトを使用する通常の印刷周波数の印加による印刷プロセスが中断され、その後に、気泡が、印刷プロセスにもはや悪影響を及ぼさないサイズに達するよう、１つ以上の周波数の印加によって気泡が除去され、その後に、このダクトを使用して通常の印刷周波数の印加による印刷プロセスが再開される。

さらに、本発明は、実質的に閉じたダクトを含むインクジェットプリンタに関し、ダクト内にインクが位置し、ダクトがノズルを備え、前記ダクトが、動作可能に電気機械変換器へと接続され、インクジェットプリンタは、コントローラを備え、このコントローラは、前記方法を実行すべくプリンタを作動することができるように具現化される。この実施形態によれば、プリンタが、前記方法に従ってプリンタを作動させることができる、たとえばプログラム可能なユニットとして具現化された制御ユニット（コントローラ）を備える。プログラム可能なユニットは、１つ以上の専用のＩＣ（ＡＳＩＣ）、およびソフトウェアでプログラム可能な１つ以上のプロセッサで構成できる。この制御ユニットが、必ずしもプリンタ内で単一の特定可能なユニットである必要はなく、プリンタにわたって分散されたいくつかの補足的な構成要素から構成されてもよいことを、理解されたい。

次に、以下の図面を参照しつつ、本発明をさらに説明する。

（図１）
図１は、インクジェットプリンタを示した図である。この実施形態によれば、プリンタが、紙シートまたは透明シートなどの受容媒体２を支持して、キャリッジ３に沿って受容媒体２を移動させるために使用されるローラ１を備えている。このキャリッジは、４つのプリントヘッド４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄが取り付けられるキャリア５を備えている。それぞれのプリントヘッドは、この場合に、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、およびブラック（Ｋ）である、それぞれ固有の色を含んでいる。プリントヘッドは、各プリントヘッド４の後部およびキャリア５に取り付けられた加熱素子９を使用して加熱される。プリントヘッドの温度が、中央制御ユニット（コントローラ）１０の適用によって適切なレベルに維持される。

ローラ１は、自身の軸を中心として矢印Ａで示されるとおり回転できる。この方法で、受容媒体を、キャリア５に対し、したがってプリントヘッド４に対して、副走査方向（Ｘ方向と称されることも多い）に動かすことができる。キャリッジ３を、ローラ１と平行な両方向矢印Ｂで示されている方向に、適切な駆動機構（図示せず）を使用して往復移動させることが可能である。この目的のため、キャリア５が、案内ロッド６および７を横切って移動する。この方向は、主走査方向またはＹ方向と称されることも多い。このようにして、受容媒体の全体をプリントヘッド４で走査することができる。

この図に示されているような実施形態によれば、それぞれのプリントヘッド４が、多数の内部インクダクト（図示せず）を備えており、その内部インクダクトそれぞれが、固有の出口開口（ノズル）８を備えている。この実施形態のノズルは、プリントヘッドごとに、ローラ１の軸に直交する１つの行を形成している（すなわち、行が副走査方向に延びている）。実際のインクジェットプリンタの実施形態においては、おそらくはプリントヘッド当たりのインクダクトの数が何倍も多く、ノズルが、２つ以上の行に配置されるであろう。各インクダクトは、インクダクト内に圧力波を生み出すことができる圧電変換器（図示せず）を備えており、インク滴を、関連するダクトのノズルから受容媒体の方向に排出する。変換器を、中央制御ユニット１０の適用により、関連する電気駆動回路（図示せず）を介して、画像状に作動させることができる。このようにして、インク滴からなる画像を、受容媒体２上に形成することができる。

受容媒体が、インク滴がインクダクトから排出されるこのようなプリンタを用いて印刷される場合、この受容媒体または受容媒体の一部が、画素の行および画素の列からなる規則的なフィールドを形成する固定された場所へと仮想的に分割される。一実施形態によれば、画素の行が、画素の列に対して直角である。このようにして生じる個々の場所のそれぞれに、１つ以上のインク滴を供給することができる。画素の行および画素の列と平行な方向における単位長さ当たりの場所の数が、印刷画像の解像度と呼ばれ、例えば４００×６００ｄ．ｐ．ｉ．（「１インチ当たりのドット数（ｄｏｔｓｐｅｒｉｎｃｈ）」）と表示される。インクジェットプリンタのプリントヘッドノズルの行が、キャリア５の移動によって受容媒体に対して移動されるとき、画像状に作動させることによって、インク滴からなる画像または画像の部分が、受容媒体上に形成され、あるいは少なくともノズルの行の長さと同じ幅の帯に形成される。

（図２）
図２は、圧電変換器１６を備えるインクダクト１９を示している。インクダクト１９は、基体プレート１５内の溝として形成され、上部において、主として圧電変換器１６を境界としている。インクダクト１９は、端部において出口開口８へと変化し、この開口は、部分的には、ダクトの位置に凹部が設けられてなるノズルプレート２０によって形成されている。パルス発生器１８によって、パルスが、作動回路１７を介して変換器１６を横切って印加されると、この変換器がダクトの方向へと屈曲する。これが、ダクト内に急激な圧力上昇を生み、次にダクト内に圧力波を生じさせる。他の実施形態によれば、変換器が、まずダクトから離れるように屈曲して、導入開口（図示せず）を介してインクを吸い込み、その後に変換器が、初期の位置へと再び移動する。これが、同様にダクト内に圧力波を生じさせる。圧力波が十分に強力であれば、インク滴が、出口開口８から排出される。インク滴排出プロセスの完了後、圧力波または圧力波の一部が、依然としてダクト内に存在し、その後に時間の経過とともに圧力波が完全に減衰する。この圧力波は、次に変換器１６の変形を生じさせ、これが電気信号を生じさせる。この信号は、圧力波の生成および減衰に影響するすべてのパラメータに応じる。このようにして、欧州特許出願公開第１０１３４５３号から知られているとおり、この信号を測定することによって、ダクトにおける気泡または他の望ましくない障害の存在など、それらパラメータについての情報を得ることができる。次いで、この情報を、印刷プロセスの点検および制御のために使用することができる。

（図３）
図３は、一実施形態による、圧電変換器１６、作動回路（アイテム１７、２５、３０、１６、および１８）、測定回路（アイテム１６、３０、２５、２４、および２６）、ならびに制御ユニット３３を示したブロック図である。パルス発生器１８を備える駆動回路、および増幅器２６を備える測定回路が、共通の線３０を介して変換器１６に接続されている。これらの回路が、２方向スイッチ２５によって開閉される。パルス発生器１８によって変換器１６を横切って一旦パルスが加えられると、次にインクダクト内に結果として生じる圧力波によって、アイテム１６が変形させられる。この変形が、変換器１６によって電気信号に変換される。実際の作動の完了後、作動回路を開いて測定回路を閉じるよう、２方向スイッチが切り替えられる。変換器によって生成された電気信号が、線２４を介して増幅器２６によって受信される。この実施形態によれば、結果として生じた電圧が、線３１を介してＡ／Ｄ変換器３２へと供給され、Ａ／Ｄ変換器３２が、制御ユニット３３へと信号を提供する。測定された信号は、制御ユニット３３にて分析される。必要であれば、後の作動パルスを現在のダクトの状態に変更するため、信号が、Ｄ／Ａ変換器３４を介してパルス発生器１８へ送られる。制御ユニット３３は、線３５を介してプリンタの中央制御ユニットに接続されており（ここでは図示せず）、プリンタの残りの部分および／または外界と情報を交換できるようにしている。

（図４）
図４は、図１において説明したようなインクジェットプリントヘッドに関する、気泡のサイズ（縦軸、任意単位）と、平衡が存在しかつ作動の結果としてダクトノズルからインク滴が排出される、気泡を有するダクトの変換器が作動される周波数との相関関係１００を示す。研究によれば、変換器がある特定の周波数で作動されたときのインクダクト内の気泡のサイズが、通常は、そのような作動によってある特定のレベルまで増大する（すなわち、平衡に至る）ことが示されている。この平衡相関関係の位置は、作動の際にインク滴が排出されるか否かに応じる。作動の結果としてインク滴が排出される場合には、平衡は曲線１００に従う。曲線が、最大約１７，５００Ｈｚ（図において「ｉ」で示されている）まで続くことが分かる。この周波数においては、存在する気泡が、ダクトからのインク滴の排出をちょうど妨げない。さらにわずかでも周波数が高くなると、インク滴はもはや排出されず、気泡のサイズが、曲線１０１に達する（図において「ｉｉ」で示されている）まで極めて素早く増加する。曲線１０１は、インク滴が排出されない場合について、気泡のサイズと周波数との間の平衡を示している。実施によれば、インク滴がダクトから排出されている限りは、ある周波数における気泡の平衡サイズが、インク滴がもはや排出されていない場合に比べて、かなり小さいことが示されている。これは、おそらくは、インク滴が排出されていないときには、ダクト内のインクの流れがほとんど、あるいはまったく存在せず、したがって気泡からの気体の溶解が大きく妨げられるためである。

曲線の正確な位置は、ダクトおよびノズルの幾何形状、インクの種類、プリントヘッドの温度など、多くの要因に応じる。ここで例示したプリントヘッドについては、気泡の最大サイズｄ_ｍａｘが、ほぼ２２，０００Ｈｚに等しい周波数において（少なくとも平衡にあって、インク滴が排出されていないときに）達成されている。この気泡のサイズｄ_ｍａｘは、実際のところインクダクトの直径に等しい。

（図５）
図５は、相関関係１００を再び示している。この例においては、インクジェットプリントヘッドのインクダクトが、１５，０００Ｈｚの周波数で作動されており、関連する平衡の気泡サイズはｄ_ｅに等しい。このプリントヘッドにおいて、ダクト内の気泡の存在が、プリントカートリッジ（図１参照）の各走査の後に、ダクトの状態の分析によって判定（図２および図３に関して説明したとおり）される。気泡が存在すると考えられる場合、この気泡は、ほぼ平衡サイズｄ_ｅのサイズを有している可能性が最も高く、あるいは走査が行なわれている際に、気泡が平衡サイズへと増大するための幾らかの時間があるため、少なくともＢによって示されている領域内のサイズを有している。

この実施形態によれば、正確な気泡のサイズも、曲線の位置も知られていない。気泡は、領域Ｂ内のサイズを有するものと推定される。この推定は、たいていの場合、正しいであろう。気泡を除去するため、通常の（すなわち、もとより計画されていた）印刷プロセスが、一時的に中断され、該当するダクトの変換器が、８，０００Ｈｚの周波数で２０秒間作動され、各パルスの振幅は、インク滴がダクトから排出されるような振幅である。この実施形態において、インク滴は、画像の印刷を続けるためには使用されず、廃棄物として廃棄物タンクに集められる。これらの作動によって、気泡はサイズｄ_２にまで縮小されるであろう。続いて、変換器が、８，０００Ｈｚの周波数で２０秒間作動され、振幅は、やはりインク滴がダクトから排出されるようにするために実質的に十分な振幅である。これにより、気泡はサイズｄ_１へとさらに縮小されるであろう。後者のｄ_１サイズの気泡は、印刷プロセスに悪影響を及ぼすことがなく、通常は印刷プロセスにおいて、例えばインク滴と一緒にダクトから排出されるなどによって速やかに消え去るほどに小さいため、取り除かれたものとみなすことができる。続いて、通常の印刷プロセスが再開される。他の実施形態によれば、気泡の除去の際に排出されるインク滴が、画像の印刷を続けるために使用される。

本発明によって気泡を除去するために、気泡の正確なサイズを知る必要がないことを、当業者であれば理解できるであろう。たとえこの例において、気泡が、最初にｄ_１からｄ_２の間（領域Ａ）のサイズを有していたとしても、やはりこの方法の適用によって除去されるであろう。しかしながらこれは、最初の一連のパルスの印加によって、このサイズの気泡がまずはサイズｄ_２へと増大するが、その後にこの気泡が、サイズｄ_２に該当する８，０００Ｈｚの平衡周波数を下回る２，０００Ｈｚの周波数で、変換器を作動することによって、サイズｄ_１へと縮小されることを意味している。さらに、平衡曲線１００の位置を知る必要もない。そのような相関関係が存在することが今や分かっているため、各周波数について気泡の平衡サイズが存在するという事実を利用することができる。

（図６）
図６は、正確な気泡サイズ、および平衡時の気泡サイズと周波数との相関関係（１００）が既知である場合に、適用できる方法を示している。気泡のサイズは、例えば、変換器がセンサとして使用される（図２および図３を参照）ときに、変換器によって生成される信号を分析することによって、導出することができる。気泡のサイズは、ダクト内の音響学に関する重要なパラメータであるため、関連する変換器を作動した後に、ダクト内に存在する圧力波を測定することによって、それら音響学について単純なモデルを適用することで、このサイズを導出することができる。一般に知られているとおり、圧力波は、ダクト内の音響学に直接応じる。

ここに示した例では、やはりダクトが、１５，０００Ｈｚの作動周波数で動作される。しかしながら、気泡が検出されるときには、その気泡は、１３，０００Ｈｚの平衡周波数に該当するサイズｄ_ｍを有している。この例においては、このダクトの変換器が、１１，０００Ｈｚの周波数で４秒間（インク滴が依然として排出されるような振幅で）駆動される。次いで、周波数が、９，０００Ｈｚおよび６，０００Ｈｚを経由して段階的に２，０００Ｈｚまで下げられる。各周波数において、変換器は、インク滴をダクトから排出しつつ４秒間作動される。気泡は、結果として、平衡曲線に事実上従って、合計１６秒の作動時間の間にｄ_１に等しいサイズへと到達すると考えられる。これにより、気泡は、除去されたものとみなすことができる。気泡を除去されたものとみなすことができるサイズまで縮小するために、いくつかの方法が存在することを、当業者であれば理解できるであろう。この目的を達成するために行なう必要があるステップの最適な数を、テストによって容易に決定することができる。

インクジェットプリンタを示す図である。インクダクトアセンブリおよび関連する変換器を示す図である。センサとして使用される変換器の適用によって、インクダクト内の状態を測定するために適した回路を示すブロック図である。平衡時の気泡のサイズと駆動周波数との間の相関関係を示す図である。気泡を除去することができる方法を示す図である。気泡の除去について第２の例を示す図である。

符号の説明

１ローラ
２受容媒体
３キャリッジ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄプリントヘッド
５キャリア
６、７案内ロッド
８出口開口
９加熱素子
１０中央制御ユニット
１５基体プレート
１６圧電変換器
１７駆動回路
１８パルス発生器
１９インクダクト
２０ノズルプレート
２４、３０、３１、３５線
２５２方向スイッチ
２６増幅器
３２Ａ／Ｄ変換器
３３制御ユニット
３４Ｄ／Ａ変換器
１００相関関係

Claims

ノズルを備える実質的に閉じたインクダクトを有し、前記インクダクトが動作可能に電気機械変換器に接続される、インクジェットプリンタにおいて、インクダクト内の気泡の存在を判定し、次いで気泡を除去することからなる方法であって、気泡を除去することが、平衡時の気泡のサイズに対応する周波数よりも低い周波数、およびインク滴がノズルから排出される大きさの振幅で、変換器を作動することによって行なわれることを特徴とする、方法。
前記平衡時の気泡のサイズに対応する周波数よりも低い周波数での作動と、第１の周波数よりも低い第２の周波数、およびインク滴がノズルから排出される大きさの振幅での引き続く作動とを特徴とする、請求項１に記載の方法。
第２の周波数での作動と、先行する周波数よりも低い値である１つ以上の他の周波数、およびインク滴がノズルから排出される大きさの振幅での引き続く作動とを特徴とする、請求項２に記載の方法。
１つ以上の周波数での作動は、気泡がインクジェットプリンタの動作に及ぼす悪影響を失うまでに要する限り行なわれ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。
変換器が、気泡のサイズを判定するためのセンサとして使用されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
インクジェットプリンタを使用して画像が印刷される間に適用される方法であって、インクダクトにおいて気泡の存在が判定された場合に、前記インクダクトを使用する通常の印刷周波数の印加による印刷プロセスが中断され、その後に、気泡が印刷プロセスにもはや悪影響を及ぼさないサイズに達するよう、１つ以上の周波数の印加によって気泡が除去され、その後に、前記インクダクトを使用して通常の印刷周波数の印加による印刷プロセスが再開されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
実質的に閉じたダクトを含むインクジェットプリンタであって、前記インクダクト内にインクが位置し、前記インクダクトが、ノズルを備え、前記インクダクトが、動作可能に電気機械変換器へと接続され、インクジェットプリンタが、コントローラを備え、該コントローラが、インクジェットプリンタを作動し、かつ請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を適用することができるように具現化される、インクジェットプリンタ。