JP2006213055A - インクジェットプリンタのための方法とこの方法を適用するために修正されたプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】最適設定で動作するインクジェットプリンタを提供する。
【解決手段】本発明は、インクジェットプリンタに適用する方法に関し、方法は、ダクトノズルからインク滴を吐出するため、所定の作動設定に応じた多数の作動パルスで変換器を作動させることを含み、圧力波が、作動パルスによってインクダクトに発生され、この圧力波が、電気機械変換器を変形させ、その結果として電気信号を発生し、方法はさらに、電気信号を解析することと、多数の異なる作動設定に関して電気信号を解析し、その解析に基づいて、臨界作動設定が決定されることとを含み、臨界作動設定の一方側では、滴の吐出が安定したプロセスであり、他方側では、滴の吐出が不安定なプロセスである。本発明は、さらに、この方法を適用するために修正されたインクジェットプリンタに関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタに適用する方法に関し、インクジェットプリンタは、インクで満たされた実質的に閉じたインクダクトを含み、前記インクダクトは、電気機械変換器に動作可能に接続される。本発明は、さらに、この方法を適用するために具体化されたインクジェットプリンタに関する。

電気機械変換器、特に、圧電変換器を含むインクジェットプリンタは、従来技術により十分に知られている。これらのプリンタにおいて、各インクダクト（インク室とも称される）は、電気機械変換器に動作可能に接続される。変換器を変形するように作動させることにより、急激な容積変化が、その変換器に結合されたインクダクトで達成される。その結果としてダクト内に生成された圧力波は、十分に大きい場合には、一滴のインクをダクトのノズルから吐出させる。一旦、圧力波が十分に小さくなると、結合される変換器は、別のインク滴を吐出するために再び作動させられる。ダクト（または、プリントヘッドが２本以上のインクダクトを含む場合には複数のダクト）を、画像状に作動させることにより、プリントヘッドの適用により画像が受容媒体に印刷されることができる。したがって、この（１次元、２次元、または３次元の）画像は、個別のインク滴で作られている。

このようなプリンタを確実に配置することを可能にするため、（作動周波数および振幅と、たとえば、作動パルス形状のような）作動設定は、予測可能な印刷品質を提供するように選択される。しかし、これらの作動設定を探索するプロセスは、印刷されたテスト画像の解析を必要とするので時間がかかる。実際的見地から、このプロセスは、研究または生産環境に限り実行できる。最適設定が、プリントヘッド毎に異なることがあり、かつ、プリントヘッドの使用のために経時的に変化し得ることを認識して、一般的に使用可能な設定は、準最適である設定が選択されることが多い。このような準最適設定は、実質的にすべてのプリントヘッドに対し許容可能な印刷品質を提供し、さらに、プリントヘッドが変更されるときでさえ、望ましい画像を印刷するため十分に使用可能であり続ける。この準最適設定の欠点は、実質的には最適に使用されるプリントヘッドがなく、生産性、印刷品質、およびプリントヘッド耐久性を、本質的に低下させる原因となることである。
欧州特許出願公開第１０１３４５３号明細書

本発明の目的は、上記の問題点を解消することである。

このため、請求項１に記載された方法が発明された。この方法では、発生された圧力波が、次に、変換器の変形をもたらし、変換器の変形が、その結果として電気信号を発生するという事実を使用する。この信号の解析によって、インク滴が吐出される間にダクト内の状態に関する情報を取得できることが、欧州特許出願公開第１０１３４５３号から知られている。この出願は、このようにして、さらに吐出プロセスの安定性に関する情報が取得できることを認めている。吐出プロセスが非常に不安定であり、印刷アーチファクトを含まない画像を印刷するために使用できない、非常に高い作動周波数を伴う設定のような作動設定が存在することが、研究によってわかった。このような不安定性は、たとえば、プリンタが数分間にわたって好調に動作した後に、非常に多数の印刷エラーが突然発生することによって現れる。電気機械型のインクジェットプリントヘッドを用いると、作動設定、特に、作動周波数および振幅と作動パルス形状には、吐出プロセスが安定である場合の状況と、このプロセスが不安定である状況とが存在することが、研究によってさらにわかった。両方の状況は、臨界作動設定によって互いに分離される。本発明による方法は、多数の異なる作動設定に対し、圧力波による変形に応答して変換器によって発生された信号が、解析され、その解析に基づいて、臨界作動設定が決定されることを含む。たとえば、増加する一連の作動周波数に対し、吐出プロセスは、テスト周波数毎に安定であるか、または不安定であるかが評価される。ここから、臨界作動設定が、要求された印刷画像を解析することなく導き出される。このようにして、印刷プロセスが予測可能な印刷品質を生成する作動設定（安定プロセス）と、品質を予測できない作動設定（不安定プロセス）が容易に決定される。さらに、プリントヘッド毎に別々にこの種のテストを実行すること、並びに必要または希望に応じて、このテストを長期にわたって繰り返すことは容易である。よって、本発明は、インク滴吐出プロセスが安定している作動設定、およびこのプロセスが不安定である作動設定を、決定する方法を含む。希望の目的に応じて、印刷プロセスを最適化するために、このノウハウがいろいろな異なる様態で適用されてよい。たとえば、画像の印刷中に望ましくない印刷アーチファクトを実質的に引き起こさないならば、臨界超過作動設定を用いて、一時的に印刷することが決定されてよい。画像の品質に関するより高い確実性が要求されるならば、安定した滴形成プロセスと関連した作動設定が使用され得る。これは、印刷速度をわずかに低下させる可能性があるが、印刷されるべき画像の良好な品質に関する確実性がより高くなるであろう。

一実施形態によれば、解析は、インクダクト内の気泡の存在を判定するように行われる。気泡の発生は、不安定な滴形成プロセスの重要な指標であることが、研究によってわかった。臨界作動設定を超えると、気泡は、しばしば滴吐出プロセスが開始した後の数秒の以内にダクト内で発生する。このような気泡は、ダクトに供給されたインクに本質的には存在しないが、インク滴がダクトから吐出される間に発生することがある。このような気泡の発生は、従来技術から知られるように、ダクト内の圧力波に応答して変換器によって発生される電気信号の解析により、容易に判定されることができる。したがって、厄介な気泡が、ある作動設定で数秒以内にダクト内で発生するならば、滴吐出プロセスは不安定である。非常に多数のインクダクトを含むプリントヘッドでは、この場合に、気泡が、かなりの本数のダクト、たとえば５％を上回るダクトにおいて、数秒以内にさらに発生することがしばしば検出される。すなわち、プリントヘッドを全体として見ると、選択された作動設定は、予想できない印刷品質をもたらすことがある。

本発明は、インクジェットプリンタの電気機械変換器の作動設定を決定する方法にも関し、インクジェットプリンタは、インクが中に位置する実質的に閉じたインクダクトを含み、前記インクダクトは、電気機械変換器に動作可能に接続され、方法は、上記のような臨界作動設定を決定することと、吐出プロセスが安定である作動設定を選択するステップとを含む。この方法では、滴形成プロセスとも称される吐出プロセスが安定するように、作動設定、特に変換器の作動周波数および振幅と、作動パルス形状とを選択することが決定される。このようにして、各インク滴が、安定した滴形成プロセスの結果であり、印刷アーチファクトはできる限り避けられることが実質的に保証される。さらに、この方法は、作動設定が、実質的に（または完全に）臨界作動設定と同等であるように、作動設定が選択されることを可能にさせる。このようにして、プリントヘッドは、安定した滴形成プロセスに関する限り、その物理的限界まで使用され得る。このことは、臨界作動設定の近くで、インク滴が、通常、非常に高速にダクトから吐出されるので有利である。これは、紙シートなどの受容媒体上の滴の位置決めが、より高い精度で行われることができるので有利である。本発明による方法は、動作中のプリンタにおいて、たとえば定期的に、またはサービス提供の機会などに、時々繰り返されることができるので、作動設定を変更することが有利であるかどうかが時々決定され得る。この変更は、それ自体で、プリントヘッドの損耗の指標として役に立つことができる。

本発明は、インクジェットプリンタにさらに関し、インクジェットプリンタは、インクが中に位置する実質的に閉じたインクダクトを含み、前記インクダクトは、電気機械変換器に動作可能に接続され、インクジェットプリンタは、さらにコントローラを含み、コントローラは、インクジェットプリンタが、上記の方法を自動的に実行できるように装備される。本発明によるプリンタは、コントローラを備え、コントローラは、上記の説明による方法が、自動的に、すなわちプリンタ操作者の介入なしに実行されることができるようにプログラムされる。このプリンタにおいて、しかしながら方法の開始は、たとえば、操作者はプリンタにその方法を実行するように命令するので、操作者によって実行される行動に左右させられる。コントローラのプログラミングは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを用いて行われ得ることを理解されたい。さらに、コントローラの構成要素は、プリンタの全体に（場合によっては外部に）分散されてよい。

このプリンタの一実施形態によれば、コントローラは、方法が所定の時期に実行されるようにプログラムされる。このようにして、より高い確実性が、印刷品質に関して獲得され得る。

本発明は、以下の例を参照してさらに説明される。例１は、本発明による方法を適用する方法を解説する。

（図１）
図１はインクジェットプリンタを表す図である。この実施形態によれば、プリンタは、紙シートまたは透明シートなどの受容媒体２を支持し、キャリッジ３に沿って受容媒体を動かすローラ１を含む。このキャリッジは、４台のプリントヘッド４ａ、４ｂ、４ｃ、および４ｄが取り付けられたキャリア５を含む。各プリントヘッドは、この場合には、それぞれにシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、およびブラック（Ｋ）である、その固有のカラーを収容する。プリントヘッドは、各プリントヘッド４の背面およびキャリア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は、中央制御ユニット１０（コントローラ）の適用によって正確なレベルに保たれる。

ローラ１は、矢印Ａによって示されるようにその固有の軸の周りを回転することができる。このようにして、受容媒体は、キャリア５に対して、したがってプリントヘッド４に対しても、副走査方向（しばしばＸ方向と称される）に動かされることができる。キャリッジ３は、ローラ１と平行に両矢印Ｂによって示された方向に、適当な駆動機構（図示せず）を使用して往復運動させられ得る。このため、キャリア５は、ガイドロッド６および７の全体にわたって動かされる。この方向は、一般に主走査方向、またはＹ方向と称される。このようにして、受容媒体は、プリントヘッド４によって完全に走査され得る。

同図に示されたような実施形態によれば、各プリントヘッド４は、多数の内部インクダクト（図示せず）を含み、各内部インクダクトは、その固有の出口開口（ノズル）８を備えている。本実施形態におけるノズルは、プリントヘッド毎にローラ１の軸と直交した１列を形成する（すなわち、この列は副走査方向に延びる）。インクジェットプリンタの実際的な実施形態によれば、プリントヘッド毎のインクダクトの本数は、何倍も多く、ノズルは、２列以上にわたって配置される。各インクダクトは、インクダクト内に圧力波を発生し得る圧電変換器（図示せず）を含み、その結果、インク滴が、結合されたダクトのノズルから受容媒体の方向へ吐出される。変換器は、中央制御ユニット１０の適用により、結合された電気駆動回路（図示せず）によって画像状に作動されることができる。このようにして、インク滴で作られた画像が、受容媒体２に形成されることができる。

インク滴がインクダクトから吐出されるこのようなプリンタを使用して、受容媒体に印刷されるならば、この受容媒体、または受容媒体の一部は、規則的な画素行と画素列の領域を形成する固定された場所に、仮想的に分割される。一実施形態によれば、画素行は画素列に直交する。このように生成された個々の場所は、それぞれに１個以上のインク滴が与えられ得る。画素行および画素列に平行な方向の単位長さ当たりの場所の数は、印刷画像の解像度と称され、たとえば、４００×６００ｄｐｉ（「ドットパーインチ」）として示される。キャリア５が移動するにつれて、プリントヘッドが受容媒体と相対移動させられるときに、インクジェットプリンタのプリントヘッドノズルの列を画像状に作動することにより、インク滴から作られた画像、または画像の一部が、受容媒体に、または、少なくともノズル列の長さと同じ幅のストリップに形成される。

（図２）
図２は、圧電変換器１６を含むインクダクト１９を表す。インクダクト１９は、ベースプレート１５の溝によって形成され、主として圧電変換器１６によって上部が制限される。インクダクト１９は、端部で出口開口８に変化し、この開口は、窪みがダクトのレベルに作られたノズルプレート２０によって部分的に形成される。パルスが、作動回路１７を介してパルス発生器１８によって変換器１６を横切って印加されるとき、この変換器は、ダクトの方向に曲がる。これは、ダクトに急激な圧力上昇を生成し、この圧力上昇が、今度はダクトに圧力波を発生する。圧力波が十分に強いならば、インク滴が、出口開口８から吐出される。インク滴吐出プロセスの終了後、圧力波、または圧力波の一部は、依然としてダクト内に存在し、その後、圧力波は時間の経過とともに完全に減衰する。この圧力波は、次に、変換器１６の変形を生じさせ、この変形が電気信号を発生する。この信号は、圧力波の発生と減衰に影響を与え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ように、この信号を測定することにより、ダクト内の気泡、またはその他の望ましくない障害物の存在などの、これらのパラメータに関する情報を取得することが可能である。この情報は、次に、印刷プロセスを検査し制御するため使用されることができる。

（図３）
図３は、一実施形態による、圧電変換器１６、作動回路（要素１７、２５、３０、１６、および１８）、測定回路（要素１６、３０、２５、２４、および２６）、および制御ユニット３３を表すブロック図である。パルス発生器１８を含む作動回路と、増幅器２６を含む測定回路は、共通ライン３０を介して変換器１６に接続される。これらの回路は、双方向スイッチ２５によって開閉される。一旦、パルスが、パルス発生器１８によって変換器１６を横切って印加されると、要素１６は、次に結果として生じるインクダクト内の圧力波によって変形される。この変形は、変換器１６によって電気信号に変換される。実際の作動の終了後に、双方向スイッチ２５は、作動回路が開かれかつ測定回路が閉じられるように切り換えられる。変換器によって発生された電気信号は、ライン２４を介して増幅器２６によって受信される。本実施形態によれば、結果として生じる電圧は、ライン３１を介してＡ／Ｄ変換器３２に供給され、このＡ／Ｄ変換器が、信号を制御ユニット３３へ供給する。制御ユニット３３で、測定された信号の解析が行われる。必要に応じて、信号は、Ｄ／Ａ変換器３４を介してパルス発生器１８へ送信され、それによって後続の作動パルスは、ダクトの現在状態に修正される。制御ユニット３３は、ライン３５を介して（同図には示されていない）プリンタの中央制御ユニットへ接続され、情報が、プリンタの残りの部分および／または外界と交換されることを可能にする。

（例１）
本例は、本発明による方法が、（ヘッド毎のインクダクトの本数が１２０本である）図１の下で説明されたようなプリンタに適用され得る態様を表す。このため、中央制御ユニット１０は、プリンタが、この方法を自動的に、すなわちプリンタ操作者の介入なしに実行できるように準備する、プログラマブルプロセッサを含む。

本例では、種々のインクダクトの変換器が、インク滴を吐出するために作動される一連の作動周波数、すなわち一連の上昇周波数に対して、インク滴形成プロセスが安定しているかどうかを判定する。ここで、図１の下で説明されたインクジェットプリンタにおいて、不安定な滴形成プロセスは、変換器の作動の結果として、当該ダクト内の気泡の発生によって顕在化するという事実が使用される。不安定なプロセスが顕在化することがある別の態様は、たとえば、予測できない滴速度、または、インク滴の吐出を生じさせるため十分に大きい作動振幅にもかかわらず、時としてインク滴が全く出現しないことである。インクジェットプリントヘッドのタイプに応じて、不安定なプロセスは、上記の一つ以上の態様、または、説明されていない別の態様で顕在化する。

本例では、１２０本のインクダクトそれぞれは、作動毎に原則としてインク滴の吐出を生じるような振幅で毎回作動される。作動が相互に続く周波数は、０から２６，０００Ｈｚまで段階的に増加される。滴吐出を目的とする作動の各系列は、ダクト内に圧力波を発生するある作動で終了し、その変形効果は、（図２および図３の下で説明された変換器によって発生された電気信号の解析により）変換器自体で測定される。これは、気泡が一連の作動中にダクト内に発生したかどうかを、容易に判定することを可能にさせる。一連の最後の作動は、インク滴をノズルから吐出させるような作動であってよいが、滴吐出を生じさせない圧力波を発生させるような作動であってもよい。周波数毎に、作動の開始から５秒以内に気泡が発生したダクトが判定される。表１は、このプリントヘッドのインクダクトの中で、ある特定の作動周波数において５秒以内に気泡を生成するインクダクトのパーセンテージを表す。

１８，０００Ｈｚを含み最高１８，０００Ｈｚまでの周波数で、ほとんど気泡がインクダクト内に発生しないことが、表から明白である。しかしながら２２，０００Ｈｚにおいては、気泡は、ダクトの５％において数秒以内に素早く発生することが明らかである。このパーセンテージは、３０，０００Ｈｚの周波数で１００％まで素早く増加する。本例では、１８，０００Ｈｚが、臨界作動周波数であることが決定される。それより低い周波数では、インク滴を吐出するプロセスは、作動の結果として気泡が全く、またはほとんど発生しないという事実に鑑みて、安定したプロセスである。しかしながら、その周波数より上では、作動は、２秒から３秒以内にインクダクトのかなりの部分で気泡を発生させる。インク滴を吐出するプロセスは、これらの高周波数では明らかに不安定なプロセスである。一実施形態によれば、この方法は、臨界作動設定の位置が一旦決定されると、以前に見つけられた臨界値の付近でより少ないステップを使用して繰り返される。このようにして、臨界設定がより正確に決定されることができる。

上記の方法は、その他の作動設定に対しても、相互に組み合わせて、または組み合わせることなく繰り返されてよい。したがって、特に各作動パルスの振幅は、臨界値を有する重要な設定であることが分かる。

その方法が、たとえば、ある種のインクジェットプリントヘッドが製造された直後に、そのインクジェットプリントヘッドのために具体化されるならば、滴吐出プロセスがちょうど未だ安定している、このヘッドのための実際の作動設定を選択するように決定することが可能である。これは、このヘッドは、ほとんどの場合に臨界設定で最適な印刷結果を達成することが可能であるので、通常は最適に使用されることを意味する。プリントヘッドは、たとえば損耗が原因となって、時間にわたって変化することがあるだけでなく、臨界作動設定の位置が、たとえば環境条件と、ヘッドで使用されるインクのタイプに応じるので、この方法を繰り返すことが有利である。この繰り返しは、たとえば、プリンタが始動されるたびに、プリントヘッドの初期化プロセス中に自動的に起こり得る。別の可能性は、定期的な間隔で、または、（たとえば、新しいバッチからのインクが充填される、プリンタが別の部屋へ移されるなどの）ある種の条件が急激に変化したときに、本発明による方法を実行することである。

インクジェットプリンタを表す図である。 インクダクトアセンブリおよびその結合された変換器を表す図である。 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適した回路を表すブロック図である。

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 ガイドロッド
８ 出口開口
９ 加熱素子
１０ 中央制御ユニット
１５ ベースプレート
１６ 圧電変換器
１７ 作動回路
１８ パルス発生器
１９ インクダクト
２０ ノズルプレート
２４、３１、３５ ライン
２５ 双方向スイッチ
２６ 増幅器
３０ 共通ライン
３２ Ａ／Ｄ変換器
３３ 制御ユニット

Claims (5)

1. インクジェットプリンタに適用する方法であって、インクジェットプリンタが、インクが中に位置する実質的に閉じたインクダクトを含み、前記インクダクトが、電気機械変換器に動作可能に接続され、方法が、
   ダクトノズルからインク滴を吐出するため、所定の作動設定に従う多数の作動パルスで電気機械変換器を作動させることを含み、圧力波が、作動パルスによってインクダクト内で発生され、前記圧力波が、電気機械変換器の変形を引き起こし、電気機械変換器の変形が、結果として電気信号を生成し、方法がさらに、
   前記電気信号を解析することと、
   多数の異なる作動設定に関して電気信号を解析し、該解析に基づいて、臨界作動設定が決定されることとを含み、前記臨界作動設定の一方側では、滴の吐出が安定したプロセスであり、前記臨界作動設定の他方側では、滴の吐出が不安定なプロセスである、方法。
2. インクダクト内の気泡の存在が判定されるように、解析が行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. インクジェットプリンタの電気機械変換器の作動設定を決定する方法であって、インクジェットプリンタが、インクが中に位置する実質的に閉じたインクダクトを含み、前記インクダクトが、変換器に動作可能に接続され、方法が、請求項１または２に記載された臨界作動設定を決定することと、吐出プロセスが安定している作動設定を選択することとを含む、方法。
4. インクが中に位置する実質的に閉じたインクダクトを含むインクジェットプリンタであって、前記インクダクトが、電気機械変換器に動作可能に接続され、インクジェットプリンタが、さらにコントローラを含み、該コントローラが、コントローラを利用するインクジェットプリンタが、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法を自動的に実行することができるように装備される、インクジェットプリンタ。
5. 前記方法が、所定の時期に実行されることを特徴とする、請求項４に記載のインクジェットプリンタ。

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