JP2012162080A - 相変化インクにおける泡及びボイドを低減する圧力パルス - Google Patents

Abstract

【課題】相変化インク内の泡及びボイドを低減する。
【解決手段】相変化インクプリンタは、インクが位相を変えつつある時間中にプリンタのインク流路内のインクへ複数の圧力パルスが印加されるように動作されてもよい。相変化の間、インク流路におけるインクの一部分は液相にあり、かつインクの別の部分は固相にある。圧力パルスは、インク流路における少なくとも液相インクへ印加される。相変化は、起動動作の間等の固相から液相への転移を包含する場合もあれば、パワーダウン動作の間等の液相から固相への転移を包含する場合もある。
【選択図】図６

Description

本明細書に記述される実施形態は、インクジェット印刷に用いられる方法及びデバイスに関する。実施形態の中には、インクの一部が液相にありかつインクの別の部分が固相にあってインクが位相を変えつつある時間中にプリンタのインク流路内のインクへ複数の圧力パルスを印加することを含む、相変化インクプリンタの動作方法に関するものがある。事例によっては、インク流路に沿ったインクが固相から液相へ位相を変えつつあってインク流路内のインクの一部が液相にありかつインクの一部分が固相にある時間中に、液相にあるインクの一部へ複数の圧力パルスが印加される。事例によっては、インク流路に沿ったインクが液相から固相へ位相を変えつつある時間中に、液相インクへ複数の圧力パルスが印加される。例えば、事例によっては、これらの一方または双方の時間中に約３から約１５の圧力パルスが印加されてもよい。圧力パルスは、例えばインクから詰まった泡を取り除く働きをする。

複数の圧力パルスのデューティサイクルは、約７５％から約８０％までの範囲内であることが可能である。複数の圧力パルスの各々は、圧力約０ｐｓｉｇから圧力約１０ｐｓｉｇまでの圧力転移を包含してもよい。複数の圧力パルスのパターンは、規則的であることも、ランダムであることも可能である。複数の圧力パルスの振幅、持続時間及び振動数のうちの１つまたはそれ以上は、パルス毎に変わることが可能である。

幾つかの態様によれば、ベースライン圧力が印加されてもよく、かつベースライン圧力は複数の圧力パルスによって変調される。

実施形態の中には、相変化インクプリンタのためのプリントヘッドアッセンブリを包含するものがある。プリントヘッドアッセンブリの１つまたは複数のコンポーネントは、相変化インクが通過できるように構成されるインク流路を画定すべく配置される。加圧ユニットは、インクへ圧力を加えるように構成される。制御ユニットは、インクが位相を変えつつある時間中にインクへ圧力を加えるように加圧ユニットを制御する。相変化の間、インク流路におけるインクの一部分は固相にあり、かつインク流路におけるインクの別の部分は液相にある。圧力は、少なくとも液相インクへ加えられる。

相変化は、固相から液相への転移（起動動作の間等）を包含する場合もあれば、液相から固相への転移（パワーダウン動作の間等）を包含する場合もある。

制御ユニットは、複数の圧力パルスが印加されるように圧力を制御してもよい。事例によっては、制御ユニットは、複数の圧力パルスがベースライン圧力を変調するように圧力を制御してもよい。制御ユニットは、複数の圧力パルスの送出をインクの温度と協調させてもよい。

プリントヘッドアッセンブリは、インクへ熱結合される１つまたは複数の熱素子を含んでもよい。制御ユニットは、インクが位相を変えつつある時間中にインク流路に沿って温度勾配を生成するように熱素子を制御してもよい。

実施形態の中には、先に述べたようなプリントヘッドアッセンブリを含むインクジェットプリンタを包含するものがある。

実施形態の中には、相変化インクプリンタの動作方法に関するものがある。この方法は、インクの第１の部分が固相にありかつインクの第２の部分が液相にあってインクが位相を変えつつある時間中に、プリンタのインク流路内のインクへ加えられる圧力の送出を制御することを含む。相変化は、液相から固相への変化を包含する場合もあれば、固相から液相への変化を包含する場合もある。定圧または可変圧力は、相変化の間に少なくとも液相にあるインクへ加えられてもよい。

実施形態の中には、相変化インクを用いるプリンタを包含するものがある。このようなプリンタは、相変化インクを含むように構成されるリザーバを含む。リザーバへは、インク流路を画定するために複数のインクジェットが流体的に結合される。インクジェットは、印刷媒体上へインクを噴出するように構成される。加圧ユニットは、インク流路におけるインクへ圧力を加えるように配置される。制御ユニットは、インクが位相を変えつつある時間中にインクへ圧力が加えられるように加圧ユニットを制御する。相変化の間、インクの一部分は液相にあり、かつインクの別の部分は固相にある。圧力は、少なくとも液相インクへ加えられる。プリンタは、印刷媒体とインクジェットとの間に相対動作をもたらすトランスポート機構を含む。インクへ加えられる圧力は一定であっても、可変であってもよく、かつパルス圧力を包含してもよい。

インク流路におけるボイド及び泡を低減するためのアプローチを組み込んだプリントヘッドアッセンブリを示す図である。 インク流路に沿った温度勾配を示す。 リザーバにおいてインク流路へ加えられる圧力を示す図である。 インク流路へ受動的に圧力を加えるための様々なアプローチを示す。 インク流路へ受動的に圧力を加えるための様々なアプローチを示す。 インクが位相を変えつつある間にインク流路におけるボイド及び泡を低減するためのプロセスを示すフロー図である。 インクが固相から液相へ転移しているプリントヘッドアッセンブリの動作の間にインク内の泡及びボイドを低減するためのプロセスを示すフロー図である。 インクの一部分を固相状態にさせかつインクの別の部分を液相状態にさせる温度勾配の存在を包含した泡低減動作の後の印刷品質と、温度勾配なしの標準的な泡低減の後の印刷品質とを比較したグラフである。 インク流路に沿って温度勾配が存在する時間中に圧力の印加を包含する泡及びボイドの低減を示すフロー図であり、温度勾配は、インクの第１の部分を固相状態にさせかつインクの第２の部分を液相状態にさせる。 インク流路に沿った温度勾配の存在及び圧力印加と温度との協調を包含する泡及びボイドの低減を示すフロー図である。 インク流路におけるインクの液相から固相への転移に伴う圧力と温度との協調を示す。 インクが液相から固相へ転移している時間中に圧力を加えかつ圧力と温度とを協調させることによって達成された印刷品質結果を、圧力の印加なしで達成された印刷品質結果と比較したものである。 インク流路に沿って温度勾配が存在するときに複数の圧力パルスを印加することを包含するインク内のボイド及び泡を低減するためのプロセスを示すフロー図であって、温度勾配は、インクの一部分を固相状態にさせかつインクの別の部分を液相状態にさせる。 インクが固相から液相へ転移している時間中に複数の圧力パルスを印加することによってインク内のボイド及び泡を低減するためのプロセスを示すフロー図である。 インク流路内のインクへ印加されることが可能な圧力パルスの様々なパターンを示す。 インク流路内のインクへ印加されることが可能な圧力パルスの様々なパターンを示す。 インク流路内のインクへ印加されることが可能な圧力パルスの様々なパターンを示す。 インク流路内のインクへ印加されることが可能な圧力パルスによって変調される連続的な圧力の様々なパターンを示す。 インク流路内のインクへ印加されることが可能な圧力パルスによって変調される連続的な圧力の様々なパターンを示す。 インク流路内のインクへ印加されることが可能な圧力パルスによって変調される連続的な圧力の様々なパターンを示す。 インク流路内のインクへ連続圧力を加えることによって達成された印刷品質結果と、インク流路内のインクへパルス圧力を加えることによって達成された印刷品質結果とを比較したものである。

実施形態の中には、圧力の印加をインク流路内のインクの温度と協調させることによって相変化インク内のボイド及び／または泡を減らすことを包含するものがある。事例によっては、印加される圧力は、液体インクをボイド内へ押しやり、かつ気泡をインク噴射口またはベントへと押しやる働きをすることができる。圧力は、例えば加圧された空気またはインクである圧力源から印加されてもよく、かつインク流路に沿った１つまたは複数のポイントにおいて印加されることが可能である。事例によっては、圧力と温度との協調は、インクが予め決められた温度値に達することに応答して圧力を加えることを包含する。実装によっては、圧力の印加は、インク流路に沿って温度勾配を生成かつ／または保持することと協調されることも可能である。圧力は継続的であることも、可変性であることも可能であり、かつ／または印加圧力の量は、温度及び／または温度勾配の関数であることが可能である。実装によっては、圧力は、インク流路におけるインクの相転移の間に複数の圧力パルスで印加されることが可能である。

図１は、本明細書において論じられるボイド及び泡低減アプローチのうちの幾つかを示す、ある例示的なプリントヘッドアッセンブリ５００の断面図である。プリントヘッドアッセンブリ５００は、相変化インクを含むように構成されるインクリザーバ５１０を含む。リザーバは、ジェットスタックを含むプリントヘッド５２０へ流体的に結合される。ジェットスタックは、先に論じたようにマニホールド及びインクジェットを含んでもよい。図１に示されているプリントヘッドアッセンブリ５００において、インク流路は、リザーバ５１０、サイホン５１５、プリントヘッド吸込路５１７及びプリントヘッド５２０等のプリントヘッドアッセンブリ５００の様々なコンポーネントによって画定されるインクの流体経路である。プリントヘッドはジェットスタック５２５を含み、かつプリントヘッド５２０内部のインク流路はこのジェットスタック５２５を含む。インク流路はリザーバ５１０を横断し、サイホン５１５、プリントヘッド吸込路５１７、プリントヘッド５２０、ジェットスタック５２５を介してプリントヘッドの自由表面５３０へ至る。プリントヘッドアッセンブリ５００は、２つの自由表面５３０、５３１を有する。一方の自由表面５３１は、リザーバ５１０におけるインク流路の入力側に存在する。もう一方の自由表面５３０は、ジェットスタック５２５のベント及び／または噴射口におけるインク流路の出力側に存在する。プリントヘッドアッセンブリ５００内にインク流路を形成する１つまたは複数の流路構造体は、流路構造体間にある程度の熱減結合を達成するために、空隙５４０または他の絶縁物によって互いから分離されてもよい。

プリントヘッドアッセンブリ５００は、インク流路に沿ってインクを加熱及び／または冷却するように構成される１つまたは複数の熱素子５４３−５４７を含む。図１に描かれているように、第１の熱素子５４６はリザーバ５１０上またはその近くに位置合わせされてもよく、かつ第２の熱素子５４７はプリントヘッド５２０上またはその近くに位置合わせされてもよい。熱素子５４３−５４７は、例えばインク流路を能動的に加熱または能動的に冷却するユニットである能動的な熱素子５４６、５４７であってもよく、かつ／または例えばパッシブヒートシンク、パッシブヒートパイプ等である受動的な熱素子５４３−５４５であってもよい。実装によっては、熱素子５４３−５４７は、制御ユニット５５０によって起動、停止かつ／または別途制御されてもよい。制御ユニットは、例えば、マイクロプロセッサベースの回路ユニット及び／またはプログラム可能論理アレイ回路または他の回路エレメントを備えてもよい。制御ユニット５５０は、プリンタの制御ユニットに統合されてもよく、スタンドアロンユニットであってもよい。実装によっては、制御ユニット５５０は、プリントヘッドアッセンブリの泡低減動作の間にインク流路へ加えられる温度及び圧力を制御するように構成される制御ユニットを備えてもよい。泡の低減は、プリンタの起動時、停止時または運転中の他の任意の時間に発生してもよい。

能動的な熱素子５４６、５４７の場合、制御ユニット５５０は能動的な熱素子５４６、５４７を起動しかつ／または停止することができ、かつ／または制御ユニット５５０はその他、所望される設定温度を達成するために能動的な熱素子５４６、５４７のエネルギー出力を修正してもよい。能動的な熱素子はシステムに熱エネルギーを能動的に供給し、かつ冷却エレメントであっても、加熱エレメントであってもよい。能動的な冷却は、例えばガスまたは液体等の冷却材の流れを制御することによって、かつ／または圧電冷却器の使用を介して達成されてもよい。能動的な加熱は、抵抗加熱または誘導加熱によって達成されてもよい。幾つかの受動的な熱素子５４５の場合、制御ユニット５５０は、受動的な熱素子５４５を起動、停止かつ／または別途制御してもよい。例えば、受動的な熱素子５４５の制御は、制御ユニット５５０により、ヒートシンクフィンを散開または引っ込める信号を発生することによって達成されてもよい。実装によっては、プリントヘッドアッセンブリ５００は、制御ユニット５５０によって制御されない１つまたは複数の熱素子５４３、５４４も含んでもよい。プリントヘッドは、例えば１つまたは複数の断熱性の熱素子５４３によって断熱されてもよい。

場合により、プリントヘッドアッセンブリ５００は、インク流路に沿って、またはプリントヘッドアッセンブリ５００上の他の場所に位置合わせされる１つまたは複数の温度センサ５６０を含んでもよい。温度センサ５６０は、インク（またはインク流路を形成するコンポーネント５１０、５１５、５１７、５２９、５２５）の温度を検出し、かつ検出された温度によって変調された電気信号を発生することができる。事例によっては、制御ユニット５５０は、熱ユニット５４５−５４７の動作を制御するために、センサ信号を用いて熱ユニット５４５−５４７へフィードバック信号を発生する。

場合により、プリントヘッドアッセンブリ５００は、インク流路に沿った１つまたは複数の位置でインクへ圧力を加えるように構成される加圧ユニット５５５を含む。加圧ユニット５５５は、少なくとも１つの圧力源と、インク流路へアクセスするために結合される１つまたは複数の入力ポート５５６と、インク流路へ加えられる圧力を制御するために使用されることが可能な１つまたは複数のバルブ５５７とを含んでもよい。圧力源は、例えば圧縮空気または圧縮インクを含んでもよい。加圧ユニット５５５は、制御ユニット５５０によって制御可能であってもよい。実装によっては、制御ユニット５５０は、温度センサの信号及び／または検出された圧力信号を基礎として加圧ユニットを制御するためにフィードバック信号を発生してもよい。

インクが液相から固相へ変わる際のインク流路に沿った温度勾配は、インクが凝固する間に形成されるボイドの数を減らすために生成されてもよい。インクが固相から液相へ変わりつつあるときのインク流路に沿った温度勾配は、凝固インク内に存在する空気を除去するために、例えばパージプロセスの間に用いられてもよい。インク内のボイドは、凝固の間に、液体インクのポケットが凝固インクによって取り込まれる際に形成される。温度勾配は、リザーバにおける、かつリザーバに近いインクは液体であって、プリントヘッドの方に近いインクは固体であるといったものであってもよい。温度勾配は、リザーバの方に近い液相インクからの液体インクが固相インク内のエアポケットへと流れ込み、空気を凝固インクからプリントヘッドアッセンブリの自由表面の１つへと繋がるマイクロチャネルを介して押し出すことを可能にする。

図２は、プリントヘッドアッセンブリ内に温度勾配を生成するように制御ユニット（不図示）によって制御可能な複数の熱素子６４５を含むプリントヘッドアッセンブリ６００を示す。図２に描かれているように、複数の熱素子６４５は、リザーバ６１０、サイホン６１５及び／またはプリントヘッド入口６１７を含むインク流路部分に沿って位置合わせされてもよい。或いは、または追加的に、熱素子６４５は、例えばジェットスタックのマニホールドの内部、上またはその近くを含むプリントヘッド６２０の内部、上またはその近くに位置合わせされる場合もある。

ボイド及び泡を低減するアプローチの中には、インクが位相を変えつつある時間中に圧力源からの圧力をインクに加えることを含むものがある。圧力源は、例えば加圧されたインク、空気または他の物質であってもよい。圧力は、インク流路に沿った任意のポイントにおいて加えられることが可能であり、かつ制御ユニットによって制御されることが可能である。事例によっては、制御ユニットは、圧力の印加をインクの温度と協調して制御する。例えば、圧力は、システムの熱力学を基礎としてインクがある特定の温度であることが予期される時点で、または温度センサによりインク流路のある特定のロケーションにおけるインクが予め決められた温度に達していることが示される時点で加えられることが可能である。事例によっては、圧力の量及び／またはロケーションは、例えばインク流路のゾーン別加熱または冷却によって達成される温度勾配と協調して適用されることが可能である。

図３は、インクが位相を変えつつある時間中のインクへの圧力８７０の印加を示す。例えば、事例によっては、リザーバ８１０内のインクをインクの溶融温度を超える温度、例えば９０゜Ｃを超える温度にするために、リザーバヒータ８４５のみが起動される。リザーバヒータ８４５はリザーバ８１０内のインクが溶融するに足る高さの設定温度にまで到達されるが、設定温度はこのように高く、よって／またはプリントヘッド８２０内のインクも溶融するほど長くは保持されない。リザーバ８１０内のインクとプリントヘッド８２０内のインクとの十分な温度差は、リザーバ８１０内のインクは液体でありながらプリントヘッド８２０内のインクを凝固したままにするように保たれる。例えば、使用されるインク及びプリントヘッドアッセンブリのジオメトリに依存して、リザーバが９０゜Ｃであるとき、リザーバ温度とプリントヘッド温度との温度差が約５゜Ｃから約１５゜Ｃまでの範囲内であれば、リザーバインクが液体でありながらプリントヘッドインクは凝固して保たれる。リザーバ内のインクが液体でありかつプリントヘッド内のインクが凝固したままである間、圧力８７０は、例えばリザーバの自由表面８３１に加えられる。圧力８７０は、液体インクのリザーバ８１０から凝固インク内のボイド及びエアポケットへの移動を促進する。液体インクのボイド及びエアポケットへの移動はボイドを除去し、かつ凝固インク内に存在するマイクロチャネル（亀裂）を介して空気をプリントヘッドの自由表面８３０から押し出させる。

図４及び図５は、インク流路におけるインクへの圧力を受動的に増大させるためのアプローチを示す。図４に描かれているように、インク流路の全てまたは一部はインクへの圧力を高めるために傾斜されてもよい。プリントヘッドアッセンブリ９００のコンポーネントは、プリントヘッドアッセンブリ９００のインク流路全体が図４において傾斜されているように傾けられる。他の実施形態では、インク流路の一部を画定するコンポーネントのみが傾斜されてもよい。プリントヘッドアッセンブリ９００は、この傾斜を達成すべくプリントヘッドアッセンブリ９００のコンポーネントを方向づけるように構成される配向機構９７５を含むことが可能である。実装によっては、プリントヘッドアッセンブリ９００のコンポーネントは、インク流路内のインクに対する圧力を高めるために、インク相変化の間に１つの位置に方向づけられてもよい。コンポーネントは、例えばプリンタの運転中である他の時間期間中に別の位置に方向づけられてもよい。事例によっては、プリントヘッドの配向機構は、制御ユニットにより、例えばインク流路の温度、圧力及び／または温度勾配を基礎として制御されることが可能である。図４に示されているようなリザーバ９１０の傾斜は、インク内の泡をリザーバ９１０の自由表面まで上昇させるように実装される場合もある。

図５は、インクへ加える圧力を高めるためのプロセスの別の例を描いている。この例において、リザーバ１０１０は先の、または通常のインクレベル１０７６を超えて過度に満たされ、これにより、プリントヘッドアッセンブリ１０００のインク流路に沿って圧力が増大される。事例によっては、過充填インク１０７７は、プリンタのパワーアップシーケンスの間にリザーバ１０１０へ追加されてもよい。或いは、過充填インク１０７７は、プリンタのパワーダウンシーケンスの間にリザーバ１０１０へ追加されてもよい。

先に論じたように、インク流路における温度勾配、インクの加圧及び／または温度、温度勾配及びボイド及び／または泡低減用圧力間の協調の使用は、インクが固相から液相へ転移しているとき、例えばプリンタのパワーアップシーケンスの間に行われてもよい。図６は、インクが固相から液相へ転移している時間中にボイド及び／または泡を低減するためのある例示的なプロセスを示すフロー図である。図６に示されているプロセスは、例えばプリンタのパワーアップに伴ってインク流路からボイド及び／または泡をパージするために用いられてもよい。１１１０、１１２０において、リザーバ及びプリントヘッドは位相シーケンスで加熱される。プリントヘッドの方へ近いインクがインクを凝固したままにする温度に保持されながら、まずリザーバがリザーバ内のインクを溶融する温度にまで加熱される。リザーバ内のインクとプリントヘッド内のインクとの間の温度勾配は、プリントヘッド自由表面におけるシステムの通気及びインク噴射口を介するインクフローシステムの減圧を促進する。１１０５における、リザーバ及びプリントヘッドの位相シーケンスでの加熱により生成される温度勾配は、ボイド内へのインクの半制御式移動及び泡の低減をもたらす。リザーバ及び／またはプリントヘッドの温度上昇速度は、ボイド／泡の最適な低減を達成するように制御される。１１０５においてインク流路沿いに温度勾配が生成された後、１１３０では、場合により、ボイド及び泡低減をさらに増進させるためにインクへ圧力が加えられてもよい。例えば、圧力の印加は、本明細書に記述されているもの等の１つまたは複数の能動的及び受動的加圧技法によって達成されてもよい。

図７のフロー図には、上述のプロセスのさらに詳細なシーケンスが示されている。１２１０において、リザーバヒータは、約１００゜Ｃの設定温度で起動される。１２２０において、リザーバは約８分で１００゜Ｃに達するが、この時点でプリントヘッドの温度は約８６゜Ｃである。次に、１２３０において、リザーバの設定温度が約１１５゜Ｃまで高められ、１２４０では、リザーバにおいてこの温度が約１０分後に到達される。この時点で、プリントヘッドは約９３゜Ｃである。この時点で、１２５０においてプリントヘッドヒータが起動される。１２６０では、プリントヘッドヒータの起動から約１２分後に、例えば約４ｐｓｉｇから１０ｐｓｉｇまでのパージ圧力がインクへ加えられる。このプロセスの実装により、泡低減動作の間にプリントヘッドからインクが滴ることが回避される。プリントヘッドヒータの起動前は、インクジェットにインクワックスの小玉が現出し、かつパージベントではインクワックスのより大きい玉が泡立ってガスの逃げを示している。プリントヘッドヒータの起動後は、インクワックスの玉はプリントヘッド内へ引っ込み、プリントヘッドの表面は清浄になる。図７に記述されているプロセスは、溶融範囲を有する混合体でありかつ典型的には約８５゜Ｃで完全な液体であるインクに適用可能である。約１２゜Ｃより大きい温度勾配は、リザーバ内のインクが液体であるときにプリントヘッドにおけるインクを凝固状態に保つ。

図７に関連して記述されたプロセスによって生成される温度勾配は、ボイド／泡がインクシステムから押し出されることを可能にする。これに対して、温度勾配が存在しない場合、即ち、リザーバ及びプリントヘッドの双方が略同時に略同一温度まで加熱される場合、リザーバとプリントヘッドとの流体結合部、例えばプリントヘッドアッセンブリのサイホンエリアに空気が捕捉される可能性がある。インクが、例えば起動動作の間に固体状態から液体状態へ転移するとき、幾分かのインクはプリントヘッドから押し出されることがある。インクは、室温（２０゜Ｃ）から１１５゜Ｃへの温度上昇に起因するインクの膨張（約１８％）及びインクへの圧力を増大させるガスの膨張からの圧力によってプリントヘッドの外へ押し出される。「ドルーリング」と呼ばれる場合もあるプリントヘッドからのインクの垂れ落ちは望ましくなく、またインクを無駄にする。ドルーリングは、典型的には、プリントヘッドからの空気の一掃に効果的に寄与せず、かつ多色プリントヘッド上では、異なるカラーインクによるノズルの交差汚染を引き起こす。

これに対して、インク流路に沿って温度勾配を生成する制御された温度上昇は、インクジェット及びプリントヘッドベントから滴下するインクを最小限に抑えてボイド及び泡がシステムから発散されることを可能にする。図６及び図７に示されているプロセスは、気泡を追い出すために固相インク内に形成されるマイクロチャネルを用いる。制御されたインクの流れ及び温度上昇からの加圧は、ボイドを排除しかつプリントヘッドを介してエアポケットを追い出す働きをし、よって印刷動作の間にインク内に存在する泡が低減される。

インク内の泡は、間欠的なインク噴射、弱いインク噴射及び／またはプリントヘッドの１つまたは複数のインクジェットから印刷できない噴射を含む可能性がある印刷欠陥に繋がる、という理由で望ましくない。これらの望ましくない印刷欠陥を、本明細書では間欠的な、弱い、または欠落したイベント（ＩＷＭ）と称する。本明細書において論じられる様々な実装は、インク内の泡に起因するＩＷＭ率を減じることに役立つ。ＩＷＭ率は、泡低減方法の有効性の指針である。泡がインクジェットに取り込まれれば、ジェットは適正に発射せず、間欠的な、弱い、または欠落したジェットになる。

図７に関連して論じられているようなインクの段階的加熱による温度勾配の生成を包む泡低減プロセスの有効性を、リザーバ及びプリントヘッド内のインクが同時に加熱される一般的な泡低減プロセスと比較した。泡の低減の間の段階的加熱及び同時的加熱の双方で、プリントヘッドアッセンブリは角度約３３度で傾斜された。これらの試験において、間欠的な、弱い、または欠落した（ＩＷＭ）印刷イベントの割合が泡低減プロセスの間にインクジェットから出射したインク質量の関数として決定された。望まれることは、低い出射インク質量及び低いＩＷＭ率の双方を達成することにある。図８は、試験の結果を比較したものである。図８から認識できるように、大部分の事例において、標準的な同時加熱による泡低減プロセスよりも、図７に描かれている段階的加熱による泡低減プロセスを用いる方が、少ない出射インク質量で所望されるＩＷＭ率を達成することが可能である。

アプローチの中には、インクが液相から固相へ変わりつつある時間中にインクへ圧力をかけることを包含するものがある。図９のフロー図は、このプロセスを例示している。１６１０では、インクが液相から固相へ転移している時間中に、インク流路に沿って温度勾配が存在する。例えば、温度勾配は、流路のある領域におけるインクは液体であり、一方で流路の別の領域におけるインクは固体である、という類のものであってもよい。１６２０では、インクが液相から固相へ変わりつつある時間中にインクへ圧力が加えられる。圧力は、インクが溶融する際に気泡となる可能性もあるインク内のボイドを減じる働きをする。

ボイド／泡を低減するアプローチの中には、インクが位相を変えつつある時間中の温度と印加圧力との協調を包含するものがある。インクは、固相から液相へ変化していても、液相から固相へ変化していてもよい。インクが位相を変えつつある時間中、インク流路の第１の領域におけるインクの一部は液体であり、一方でインク流路の第２の領域におけるインクの別の部分は固体である。液体インクの加圧はインクをボイド内へと押しやり、かつ凝固インク内のチャネルを介して気泡を押し出す。印加圧力とインク温度との協調の実装は、インク流路に沿って温度勾配を生成するゾーン加熱を伴う場合も伴わない場合もある。

図１０のフロー図は、例えばプリンタの電源遮断シーケンスの間である、インク流路におけるインクが液相から固相へと位相を変えつつある時に、インク内のボイド／泡を低減するためのプロセスを示している。プロセスは、１７１０においてインクの温度を決定（または推定）することと、１７４０において温度と協調して圧力を加えることに依存する。事例によっては、インクの温度は、インクの温度を検出するために流路に沿って配置される温度センサを用いて決定される。事例によっては、インクの温度は、熱素子の設定温度及びプリントヘッドアッセンブリの熱応答関数を知ることによって推定されてもよい。場合により、１７２０において、インク流路に沿って温度勾配を生成しかつ／または保持するためにゾーン加熱／冷却が用いられてもよい。１７３０において、検出されたインク温度が予め決められた温度まで低下すれば、１７４０においてインクへ圧力が加えられる。

実装によっては、インクへ可変圧力が加えられ、印加される圧力はインクの温度及び／またはインク流路の温度勾配と協調される。図１１は、インクが液相から固相へ転移している時間中のリザーバの温度、プリントヘッドの温度及びインクへ加えられる圧力を含む３つのグラフを描いている。時間ｔ＝０では、プリントヘッド及びリザーバの双方でインク温度は１１５゜Ｃであり、かつインクはインク流路全体に渡って液体である。時間ｔ＝０において、リザーバとプリントヘッドとの間のインク流路内に温度勾配を生成するために、プリントヘッドヒータの設定温度は８１．５゜Ｃへ調節され、リザーバヒータの設定温度は僅かに高い温度に調節される。インクが冷却するにつれて、リザーバ内のインクとプリントヘッド内のインクとの温度差は増大し、最終的に約１２分で設定温度８７゜Ｃ（リザーバ）及び８１．５゜Ｃ（プリントヘッド）に到達する。約１２分において、リザーバにおけるインクに約０．５ｐｓｉの圧力が加えられる。プリントヘッド及びリザーバの温度が徐々に下がるにつれて圧力は増大されるが、プリントヘッドとリザーバとの間の温度勾配は保たれる。約１６分では、リザーバの温度は８６゜Ｃであって、プリントヘッドの温度は８０゜Ｃであり、かつ圧力は８ｓｐｉに増大される。プリントヘッド及びリザーバのヒータは止められ、圧力は、プリントヘッド及びリザーバの継続的な冷却に伴って約８分間、約８ｐｓｉに保持される。

図１１に示されているような圧力と温度との協調を含むプロセスの有効性を、インクが凝固していく間にインクを加圧しない、または温度と圧力とを協調させない標準的な冷却プロセスと比較した。これらの試験では、間欠的な、弱い、または欠落した（ＩＷＭ）印刷イベントの割合によって決定されるような泡形成の低減が、出射するインク質量の関数として決定された。望まれることは、低い出射インク質量及び低いＩＷＭ率の双方を達成することにある。図１２は、試験の結果を比較したものである。図１１から認識できるように、泡低減プロセスの間にインクへ圧力を加えることによって、少ない出射インク質量（即ち、パージ質量）で所望されるＩＷＭ率を達成することが可能である。この試験における装置は、約０．８ｇのインクを含むインクジェット及びフィンガマニホールド及び約１．４グラムのインクを含むインクジェットスタックを含んでいたことに留意されたい。冷却中に印加される圧力を用いた試験では、ＩＷＭ率は、約１．２グラムのパージ質量の後に約１９％から２％未満まで低下した。１．４グラムパージの後は、８ジェットが欠落したグループは存在しなかった。この試験は、出射するインクの量がジェットスタックの容量に等しいことから、サイホン領域の泡の低減における加圧凝固処置の有効性を例証している。ジェットスタック内のインクのみがパージされることから、これは、ＩＷＭ印刷試験にサイホンからのインクが用いられることを意味する。サイホンからの泡の取り込みは、ＩＷＭイベントを引き起こす。取り込みは全く観察されないことから、これは、サイホンにほぼ泡が存在しないことの証拠である。

図１１に示されているプリントヘッドアッセンブリの冷却の温度／温度勾配／圧力プロファイルは、圧力と温度及び／またはプリントヘッドアッセンブリの温度勾配との協調の１つの例示である。圧力、温度及び温度勾配の値は、温度及び圧力の他の協調プロセスにおけるプリントヘッドアッセンブリの特性に従って他の値が選択されることも可能である。

パルス圧力は、インクが位相を変えつつある時間中にインク流路へ印加されてもよい。パルス圧力は、詰まった泡及び／または粒子の除去に助力すること、液体インクをボイドへとさらに効果的に押しやる働きをすること、及び／またはインク内のマイクロチャネルを介する空気の移動を増強することを含む、幾つかの目的を果たす場合がある。図１３は、インクが位相を変えつつある時間中にインク流路へ複数の圧力パルスを印加することを含むプロセスを示すフロー図である。２１１０では、インク路の領域を加熱かつ／または冷却することによって、インク内に温度勾配が生成されることが可能である。温度勾配は、インク流路の第１の領域におけるインクの第１の部分を凝固させ、かつインク流路の第２の領域におけるインクの第２の部分を液体にさせる。例えば、インクの相変化の間、プリントヘッド内のインクジェット及びベントに近い領域におけるインクは凝固したままであり、一方でリザーバにおけるインクはインクの溶融温度を超えた状態に保持されてもよい。２１２０では、インクの幾分かが固体でありかつ幾分かが液体である間であってインクが位相を変えつつある時間中に、インクへ幾つかの圧力パルスが印加される。圧力パルスは、インク流路に沿って、液体インクの固体インク方向への移動を促進するロケーションで印加される。

図１４は、例えばプリンタのパワーアップシーケンスの間であってインクが固相から液相へと位相を変えつつある時間中に、インクへ複数の圧力パルスを印加するプロセスを示すさらに詳細なフロー図である。圧力パルスは、システムからパージされなければ気泡になるはずのエアポケットをインクから除去するために印加される。２２１０では、リザーバの近くへ位置合わせされるヒータを起動することにより、インク流路に沿って温度勾配が生成される。リザーバ内のインクは、リザーバ内のインクを溶融するがプリントヘッド内のインクは凝固状態に保つ温度にまで加熱される。２２２０では、インクが位相を変えつつあってリザーバ内のインクが液体でありかつプリントヘッド内のインクが液体である間に、インクが液体であるリザーバに近いインク流路へ複数の圧力パルスが印加される。場合により、２２３０では、パルスが連続的な圧力を変調するように、パルスに加えて連続的な圧力が加えられることが可能である。パワーアップシーケンスの間の温度勾配及び圧力パルスの使用は、インクが完全に溶融する前にエアポケットをシステムから押しやり、よって、液体インク内の泡の量が低減される。

複数の圧力パルスは、階段関数としての理想圧力パルスを描いている図１５−図１０のグラフが示すように、様々なパターンで印加されることが可能である。インクに対する実際の圧力は階段関数にならないが、図１５−図２０のグラフが圧力パルスの特性の様々な可能性を実証する働きをすることは認識されるべきである。圧力パルスは図１５−図２０に描かれている階段関数により含意されるように急激に印加される必要はなく、ランプ状、鋸歯状、三角形または他の波形で印加されてもよい。

図１５は、インクへ加えられる圧力を約０ｐｓｉｇから圧力Ｐまで変える圧力パルスを示す。但し、Ｐは約３ｐｓｉｇから約８ｐｓｉｇまでの範囲、または約３．５ｐｓｉｇから約６ｐｓｉｇまでの範囲であってもよい。実装によっては、圧力パルスの圧力は約４ｐｓｉｇである。圧力パルスは、インクへ加えられる圧力を約０ｐｓｉｇからパルスの最大正圧まで変えてもよい。事例によっては、パルスは圧力を僅かな負圧から最大正圧まで変えてもよい。

圧力パルスのデューティサイクルは、約５０パーセントから約８５パーセントまで、または約６０パーセントから約８０パーセントまでの範囲であってもよい。実装によっては、圧力パルスのデューティサイクルは一定であって約７５パーセントであってもよい。パルスの幅は、約１００ｍｓから約５００ｍｓまでの範囲であってもよい。実装によっては、パルスの幅は約３００ｍｓであってもよい。

事例によっては、圧力パルスのデューティサイクル及び／または振動数は変わってもよい。デューティサイクル、幅及び／または振動数の変動は、規則的なパターンを有する場合も、ランダムである場合もある。図１６は、０ｐｓｉｇから最大圧力Ｐまで変わる圧力パルスのランダムな変動を示している。

事例によっては、圧力パルスの振幅は変わってもよい。振幅の変動は、規則的なパターンを有する場合も、ランダムである場合もある。図１７は、規則的な振幅変動パターンを有する圧力パルスを描いている。図１７に示されているように、第１の圧力パルスは圧力を０からＰ_１へ変える。第１の圧力パルスは、圧力を０からＰ_２へ変える第２の圧力パルスと交互する。

構成によっては、圧力パルスは、図１８−図２０に描かれているように、パルスが一定の圧力を変調するように一定の圧力と共に印加される。図１８は、一定の圧力ＰＣがパルス圧力Ｐ_Ｐによって変調されるシナリオを描いている。例えば、一定圧力は約３ｐｓｉｇから６ｐｓｉｇまでの範囲内であってもよく、変調パルス圧力は約４ｐｓｉｇから８ｐｓｉｇまでであってもよい。図１８に示されているように、変調パルスは一定のデューティサイクル、例えば約７５％のデューティサイクルを有してもよい。或いは、変調パルスのデューティサイクル、振動数及び／または幅は、図１９に示されているように、規則的なパターンまたはランダムの何れかで変わってもよい。また、変調パルスの振幅も規則的なパターンで変わってもよく、ランダムに変わってもよい。図２０は、変調パルスが規則的なパターンで変わり、第１の圧力Ｐ_Ｐ１と第２の圧力Ｐ_Ｐ２が交互するシナリオを示している。圧力パルスに関しては、一定の圧力を用いる、または用いない他の様々なシナリオが使用され、よって図１５−図２０は単に幾つかの可能性を示したものである。

泡の低減における圧力パルスの有効性を、一定圧力の有効性と比較した。間欠的な、弱い、または欠落した（ＩＷＭ）印刷イベントの割合が、パージ質量の関数として決定された。望まれることは、低いパージ質量及び低いＩＷＭ率の双方を達成することにある。図２１は、一定圧力による泡低減の有効性を圧力パルスによる泡低減と比較した試験の結果を示す。一定圧力及び圧力パルスによる泡低減オペレーションは共に、インク流路に沿ってリザーバにおけるインクを液体にしかつプリントヘッドにおけるインクを凝固したままにする温度勾配が保持される時間中に実行された。

一定圧力による泡の低減試験では、４ｐｓｉｇの一定圧力がインク流路へ、インクが液体であるロケーションにおいて加えられた。一定圧力の時間は、所望されるパージ質量を達成するために１．５秒から４．５秒に変えられた。一定圧力による泡低減の各オペレーションの後、ＩＷＭイベントの割合が決定された。圧力パルスによる泡低減オペレーションでは、インクに対する圧力を約０ｐｓｉｇから約４ｐｓｉｇまで変える圧力パルスが印加された。パルスは、幅が３００ｍｓ及びデューティサイクルが７５％であった。印加されたパルス数は、所望されるパージ質量を達成するために約３から約１５まで変わった。圧力パルスによる泡低減の各オペレーションの後、ＩＷＭイベントの割合が決定された。図２１が提供するデータの精査から認識できるように、所望されるＩＷＭ率の達成に要するパージ質量は、圧力パルスによる泡低減オペレーションの方が少ない。

Claims (10)

1. 相変化インクプリンタの動作方法であって、
   インクの一部が液相にありかつインクの別の部分が固相にあってインクが位相を変えつつある時間中にプリンタのインク流路内のインクへ複数の圧力パルスを印加することを含む方法。
2. 前記複数の圧力パルスのデューティサイクルは約７５％から約８０％までの範囲内であり、かつ、
   前記複数の圧力パルスの各々は、圧力約０ｐｓｉｇから圧力約１０ｐｓｉｇまでの転移を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の圧力パルスの振幅、持続時間及び振動数のうちの１つまたはそれ以上はパルス毎に変わる、請求項１から請求項２までの任意の請求項に記載の方法。
4. 相変化インクプリンタのためのプリントヘッドアッセンブリであって、
   インク流路を画定するために配置される１つまたは複数のコンポーネントであって、前記インク流路は前記インク流路に沿った相変化インクの通過を可能にするように構成される１つまたは複数のコンポーネントと、
   前記インクへ圧力を加えるように構成される加圧ユニットと、
   前記インク流路におけるインクの一部分が固相にありかつ前記インク流路におけるインクの別の部分が液相にあってインクが位相を変えつつある時間中にインクへ圧力を加えるべく前記加圧ユニットを制御するように構成される制御ユニットとを備えるプリントヘッドアッセンブリ。
5. 前記相変化は固相から液相への転移を包含する、請求項４に記載のプリントヘッドアッセンブリ。
6. 前記相変化は液相から固相への転移を包含する、請求項４に記載のプリントヘッドアッセンブリ。
7. インクへ加えられる前記圧力は複数の圧力パルスを含む、請求項４から請求項６までの任意の請求項に記載のプリントヘッドアッセンブリ。
8. 前記制御ユニットは、前記複数の圧力パルスによって変調されるベースライン圧力を送出すべく前記加圧ユニットを制御するように構成される、請求項７に記載のプリントヘッドアッセンブリ。
9. 前記制御ユニットは、前記複数の圧力パルスの送出をインク温度と協調させるように構成される、請求項７から請求項８までの任意の請求項に記載のプリントヘッドアッセンブリ。
10. インクへ熱結合される１つまたは複数の熱素子をさらに備え、前記制御ユニットは、インクが位相を変えつつある時間中に前記インク流路に沿って温度勾配を生成すべく前記１つまたは複数の熱素子を制御するように構成される、請求項９に記載のプリントヘッドアッセンブリ。

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