JP2013173359A - 液滴発生器およびそれに適用されるポーリング波形 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴発射装置の液滴発生器に使用される圧電素子を長時間使用することによる液滴発生器の特性のばらつきを補償するための駆動方法の提供。
【解決手段】液滴発射装置は、圧電素子２１２を含み、液滴吐出期間に、液滴発射電圧パルスを有する液滴発射波形を受けるように構成された液滴発生器２００を含む。ポーリング波形は、液滴吐出期間前に起こるポーリング期間に、液滴発生器２００に適用されてよく、ポーリング波形は液滴発射電圧パルスより長い期間を有するポーリング電圧パルスを有する。
【選択図】図２

Description

開示される技術は、液滴発射装置の分野に関し、より詳細には、圧電素子を含む液滴発生器に関する。

印刷媒体を製造するためのドロップ・オン・デマンド印刷技術が、インク・ジェット・プリンタ、他のタイプのプリンタ、プロッタ、およびファクシミリ装置などの商品で使用されている。一般的に、液滴、例えば、プリントヘッドまたはプリントヘッドアセンブリ内で実施される複数の液滴発生器によって発射されるインクまたは他の適切な材料の液滴の、受け面上での選択的な配置によって像が形成される。例えば、プリントヘッドアセンブリおよび受け面を相対的に移動させることが可能であり、液滴発生器は、例えば、適切なコントローラによって、適切な時に液滴を発射するように制御されることが可能である。受け面は、紙などの転写面またはプリント媒体とすることができる。

ドロップ・オン・デマンド印刷技術の継続的な進歩にもかかわらず、ドライバー摩耗、例えば、ドライバー効率におけるプリントヘッド間のばらつきに関するより多くのマージンおよびプリントヘッド設計の柔軟性の増大と同様に、プリントヘッドの寿命にわたるドリフトを補償するためにより多くの電圧余裕の必要性が残る。

図１は、開示される技術の、ある実施形態によるドロップ・オン・デマンド液滴発射装置の一例の図である。 図２は、図１の液滴発射装置などの液滴発射装置で実施されることが可能な液滴発生器の一例の図である。 図３は、図２の液滴発生器などの液滴発生器を駆動するように適用されることが可能な液滴発射波形の第１の例の図である。 図４は、図２の液滴発生器などの液滴発生器を駆動するように適用されることが可能な液滴発射波形の第２の例の図である。 図５は、図２の液滴発生器などの液滴発生器の圧電素子に適用されることが可能なポーリング波形の第１の例の図である。 図６は、図２の液滴発生器などの液滴発生器の圧電素子に適用されることが可能なポーリング波形の第２の例の図である。 図７は、図２の液滴発生器などの液滴発生器に複数の波形を適用する方法の一例の図である。

図１は、コントローラ１０２と、複数の液滴発生器を含むことが可能なプリントヘッドアセンブリ１０４と、を含むドロップ・オン・デマンド液滴発射装置１００の一例を説明する。コントローラ１０２は、各液滴発生器にそれぞれの液滴発射波形をもたらすことによって、選択的に液滴発生器に電圧を印加することができる。各液滴発生器は圧電変換素子を使用することができる。他の例として、各液滴発生器は、剪断モード変換素子、環状収縮性変換素子、電歪変換素子、電磁変換素子、または磁歪変換素子を使用することできる。プリントヘッドアセンブリ１０４は、ステンレス鋼などの積層シートまたは板のスタックから形成されることができる。

図２は、図１の液滴発射装置１００のプリントヘッドアセンブリ１０２などのプリントヘッドアセンブリにおいて実施されることが可能な液滴発生器２００の一例を説明する。その例において、液滴発生器２００は、マニホールド、リザーバ、または材料を含むように構成された他の構造から、インク２０４、または立体印刷材料およびプリント回路板（ＰＣＢ）材料などの他の適切な材料を受けることが可能な入口チャネル２０２を含む。インク２０４または他の材料は、例えば、可撓性ダイヤフラム２０８によって、一方の側に隣接する圧力またはポンプチャンバ２０６に流入することができる。その例において、電気機械変換素子２１０が、可撓性ダイヤフラム２０８に取り付けられており、例えば、圧力チャンバ２０６を覆っていてもよい。

電気機械変換素子２１０は、例えば、図１の液滴発射装置のコントローラ１０２などのコントローラから、信号、例えば、液滴発射波形およびポーリング波形を受けることができる２つの電極２１４間に配置された圧電素子２１２を含む圧電変換素子であってよい。電気機械変換素子２１０の作動は、インク２０４または他の材料を、圧力チャンバ２０６から液滴形成出口チャネル２１６に流入させることができ、そこから、液滴２２２が被転写体２２０、例えば、転写面またはプリント媒体に向けて発射されることができる。出口チャネル２１６は、ノズルまたはオリフィス２１８を含むことができる。ある実施形態では、インク２０４は、溶解または相変化固体インクであってよく、電気機械変換素子２１０は、例えば、屈曲モードで操作される圧電変換素子であってよい。

図３は、液滴吐出期間に、図２の液滴発生器２００などの液滴発生器に適用されて、少なくとも１つの液滴、例えば、インク液滴をそこから発射させることが可能な液滴発射波形３００の第１の例を説明する。時間的に変化する液滴発射波形３００は、液滴発生器が液滴、例えば、インク液滴を発射するように液滴発生器の電気機械変換素子を作動させるように成形または構成されてよい。

液滴発射波形３００の期間は、液滴吐出期間未満であってよく、液滴発生器が、例えば、約１０ｋＨｚ〜約４０ｋＨｚの範囲の液滴発射周波数で操作されることができるように、約２５マイクロ秒〜約１００マイクロ秒の範囲であってよく、単一の液滴を排出するための期間は、液滴発射周波数の逆数に実質的に等しい。波形３００の全期間は、例えば、約２０マイクロ秒〜約３０マイクロ秒の範囲であってよい。

一般に、図３の液滴発射波形３００などの液滴発射波形は、順に、第１の極性を有する第１のパルス、第２の極性を有する第２のパルス、遅延時間、および第２の極性を有する第３のパルスを含む。この例において、液滴発射波形３００は、順に、正のパルス成分３０２、第１の負のパルス成分３２０、遅延時間３２８、第２の負のパルス成分３３０を有する。パルス３０２、３２０、および３３０は、０ボルトなどの基準に対して負または正とすることができる。各パルス３０２、３２０、および３３０は、パルス変化時間、つまり、基準からの変化と基準への変化との間で測定されるようなパルス幅を特徴とすることができる。各パルス３０２、３２０、および３３０は、正の数であるピークパルス振幅を特徴とすることもあってよい。

正のパルス３０２は、約１０マイクロ秒〜約１６マイクロ秒の範囲の期間を有していてよい。第１の負のパルス３２０は、約３マイクロ秒〜約７マイクロ秒の範囲の期間を有していてよい。第２の負のパルス３３０は、約２マイクロ秒〜約８マイクロ秒の範囲の期間を有していてよい。このように、正のパルス３０２は、第１の負のパルス３２０の期間より大きく、また第２の負のパルス３３０の期間より大きい期間を有していてよい。第２の負のパルス３３０の期間は、第１の負のパルス３２０の期間未満、またはより大きいことができる。第１の負のパルス３２０の期間は、第２の負のパルス３３０の期間に類似していてもよい。

正のパルス３０２は、約３３ボルト〜約４７ボルトの範囲で最大振幅を有していてよい。例えば、正のパルス３０２の最大振幅は、約３９ボルト以下とすることが可能である。この例において、正のパルス３０２は、第１の正のゴーイングセグメント３０４、第２の正のゴーイングセグメント３０６、実質的に一定の水平セグメント３０８、および負のゴーイングセグメント３１０という４つのセグメントを含む。この例において、第１の正のゴーイングセグメント３０４は、第２の正のゴーイングセグメント３０６より大きい勾配を有する。

第１の負のパルス３２０は、約３０ボルト〜約４７ボルトの範囲の最大振幅を有していてよい。例えば、第１の負のパルス３２０の最大振幅は、約３５ボルト以下であってよい。第１の負のパルス３２０は、正のパルス３０２の最大振幅未満である最大振幅を有していてよい。この例において、第１の負のパルス３２０は、第１の負のゴーイングセグメント３２２、第２の負のゴーイングセグメント３２４、および正のゴーイングセグメント３２６という４つのセグメントを含む。この例において、第１の負のゴーイングセグメント３２２は、第２の負のゴーイングセグメント３２４より大きい勾配を有する。

第２の負のパルス３３０は、約１５ボルト〜約４７ボルトの範囲の最大振幅を有していてよい。例えば、第２の負のパルス３３０の最大振幅は、約２２ボルト以下であってよい。第２の負のパルス３３０は、正のパルス３０２の最大振幅未満であり、第１の負のパルス３２０の最大振幅未満である最大振幅を有していてよい。第２の負のパルス３３０は、例えば、概ね三角形または概ね台形であってよい。

操作では、正のパルス３０２および第１の負のパルス３２０は、図２の液滴発生器２００の圧力チャンバ２０６などの圧力チャンバの体積を変えることによって、液滴発生器から液滴を発射させる。第２の負のパルス３３０は、一般的に、液滴が液滴発生器から発射された後に起こり、続いて発射された液滴が、最新に発射された液滴と実質的に同じ質量および速度を有するように液滴発生器をリセットする役目を果たすことができる。第２の負のパルス３３０は、概して、先行する第１の負のパルス３２０と同じ極性であり、図２の液滴発生器２００のノズル２１８などのノズルでメニスカスを内側に引き寄せて、メニスカスが壊れるのを防ぐことに役立つ傾向がある。例えば、メニスカスが壊れて、インクがノズルからにじみ出る場合には、液滴発生器は、後の発射において液滴を発射し損なう場合がある。

第１の負のパルス３２０と第２の負のパルス３３０との間の遅延時間３２８は、約２マイクロ秒〜約７マイクロ秒の範囲であってよい。

（１）正確なエネルギー量が、第２の負のパルス３３０によって適用されて、液滴が発射された後に、液滴発生器に残る残留エネルギーを相殺する、（２）第２の負のパルス３３０は、それ自体液滴を発射しない、（３）液滴発生器はノズルによって気泡を取り込まないように、第２の負のパルス３３０の形状を選択できる。実施例で、第２の負のパルス３３０は、概ね三角形または概ね台形であってよい。他の形状を使用してもよい。

図４は、図２の液滴発生器２００などの液滴発生器を駆動するように適用されることが可能な液滴発射波形４００の第２の例を説明する。図４の液滴発射波形４００は、一般的に図３の液滴発射波形３００と反対の極性である。図４の液滴発射波形４００は、負のゴーイングパルス４０２、第１の正のゴーイングパルス４０４、遅延時間４０６、および第２の正のゴーイングパルス４０８を含む。図４の液滴発射波形４００のパルス４０２、４０４、および４０８の期間および大きさは、図３の液滴発射波形３００の対応するパルス３０２、３２０、および３３０の期間および大きさとそれぞれ実質的に同じであってよい。

図５は、図２の液滴発生器などの液滴発生器の圧電素子に適用されて圧電素子をポーリングすることができるポーリング波形５００の第１の例を説明する。このポーリングは、通常液滴発生器がいずれかの液滴発射波形を受ける前に行われる。ポーリング波形５００は、例えば、図２の２つの電極２１４などの圧電素子が配置された２つの電極を通して圧電素子に適用されてよい。

図５のポーリング波形５００は、ポーリング電圧パルス５０２を含み、ある実施形態では、複数のポーリング電圧パルスを含む。時間的に変化するポーリング電圧パルス５０２は、液滴発生器の圧電素子をポーリングまたは再ポーリングする、またはポーリングまたは再ポーリングすることに役立つように成形または構成されてよい。ポーリング電圧パルス５０２は、概ね三角形または概ね台形であってよい。他の形状を使用してもよい。

ポーリング電圧パルス５０２は、図３の液滴発射波形３００の液滴発射電圧パルス３０２、３２０、および３３０などの液滴発射電圧パルスより長い期間を有していてよい。例えば、ポーリング電圧パルス５０２の期間は、３０マイクロ秒以上の範囲を有することが可能であり、ある実施形態では、少なくとも実質的に３００マイクロ秒である。ポーリング波形５００は、例えば、２ｋＨｚ以上である周波数で液滴発生器の圧電素子に適用されてよい。別の実施形態では、ポーリング波形５００は、２ｋＨｚ未満である周波数で液滴発生器の圧電素子に適用されてよい。

ポーリング電圧パルス５０２は、例えば、少なくとも実質的に４８ボルトの最大振幅を有していてよい。ある実施形態では、ポーリング電圧パルス５０２の最大振幅は、液滴発生器が受けることができる最大の電圧の大きさと少なくとも実質的に等しい。

この例において、ポーリング電圧パルス５０２は、負のゴーイングセグメント５０４、実質的に一定の水平セグメント５０６、および正のゴーイングセグメント５０８という３つのセグメントを含む。負のゴーイングセグメント５０４は、例えば、図３の液滴発射波形の正のパルス３０２の第１または第２の正のゴーイングセグメント３０４および３０６などの液滴発射波形のセグメントほど急でない電圧勾配を有していてよい。正のゴーイングセグメント５０８は、例えば、図３の液滴発射波形の正のパルス３０２の負のゴーイングセグメント３１０などの液滴発射波形のセグメントほど急でない電圧勾配を有していてよい。

ある実施形態では、ポーリング電圧パルス５０２の負のゴーイングセグメント５０４は、正のゴーイングセグメント５０８に大きさが実質的に同一の電圧勾配を有していてよい。他の実施形態では、負のゴーイングセグメント５０４および正のゴーイングセグメント５０８の電圧勾配の大きさは異なってもよい。

ある実施形態では、負のゴーイングセグメント５０４は、１０Ｖ／μ秒未満の電圧勾配を有していてよく、ある実施形態では、少なくとも実質的に０．６Ｖ／μ秒である。正のゴーイングセグメント５０８は、また、１０Ｖ／μ秒未満である電圧勾配を有していてもよく、ある実施形態では、少なくとも実質的に０．６Ｖ／μ秒である。

図６は、図２の液滴発生器などの液滴発生器の圧電素子に適用されることが可能な少なくとも１つのポーリング電圧パルス６０２を有するポーリング波形６００の第２の例を説明する。図６のポーリング波形６００は、概して、図５のポーリング波形５００と反対の極性である。例えば、図５のポーリング波形５００のポーリング電圧パルス５０２は、負の極性を有するのに対して、図６のポーリング波形６００のポーリング電圧パルス６０２は正の極性を有する。図６のポーリング波形６００の期間および電圧の大きさは、図５のポーリング波形５００の期間および電圧の大きさと実質的に同じであってよい。

図６のポーリング波形６００は、正のゴーイングセグメント６０４、実質的に一定の水平セグメント６０６、および負のゴーイングセグメント６０８を含む。正のゴーイングセグメント６０４および負のゴーイングセグメント６０８の電圧勾配は、図５のポーリング波形５００の負のゴーイングセグメント５０４および正のゴーイングセグメント５０８のそれぞれの電圧勾配に大きさを少なくとも実質的に同一であってよい。

図７は、図２の液滴発生器などの液滴発生器に複数の波形を適用する方法７００の例を説明する。７０２で、図５および６のポーリング波形５００および６００などのポーリング波形は、それぞれ、液滴発生器の圧電素子に適用されてポーリング期間に圧電素子をポーリングする。ポーリング期間は、概して液滴吐出期間前に起こる。

７０２で適用されたポーリング波形は、図５および６のそれぞれのポーリング波形５００および６００のポーリング電圧パルス５０２および６０２などの少なくとも１つのポーリング電圧パルスを含む。ある実施形態では、ポーリング波形は、期間、ピーク電圧の大きさ、または両方において、互いに少なくとも実質的に類似することが可能な複数のポーリング電圧パルスを含む。

７０４で、図３および４の液滴発射波形３００および４００などの複数の液滴発射波形は、それぞれ液滴吐出期間に液滴発生器に適用される。液滴吐出期間は、圧電素子ポーリング期間後に概して起こる。各液滴発射波形は、図３の液滴発射波形３００のパルス３０２、３２０、および３３０などの複数の液滴発射電圧パルスを有していてよい。

７０６で、少なくとも１つの再ポーリング電圧パルスを有する他のポーリング波形が、再ポーリング期間に液滴発生器の圧電素子に適用される。再ポーリング期間は、概して少なくとも１つの液滴吐出期間後に起こる。７０６の再ポーリングは、圧電素子の測定された寿命および／または液滴発生器の他の部品、元のポーリング期間からの時間、元のポーリング期間からの液滴吐出期間の数などの多くの基準のうちのいずれかに基づいて、手動コマンドに対応して、または自動的に起こってよい。

様々な上記開示されたおよび他の特徴および機能、またはそれらの代案が、多くの他の異なるシステムまたは用途に望ましく組み合わせることができることを理解されたい。その点で様々な現在予期しないまたは思いがけない代案、修正、変化、または改良が、以下の請求の範囲で包含されることも意図とする当業者によってその後なされることができる。

Claims (7)

1. 圧電素子を含み、液滴吐出期間に、少なくとも１つの液滴発射電圧パルスを含む液滴発射波形を受けるように構成された液滴発生器と、
   前記液滴吐出期間前に起こるポーリング期間に、前記液滴発生器に適用され、前記少なくとも１つの液滴発射電圧パルスより長い期間を有するポーリング電圧パルスを含むポーリング波形と、
   を含む、液滴発射装置。
2. 前記ポーリング電圧パルスは、前記少なくとも１つの液滴発射電圧パルスほど急でない第１の電圧勾配を含む、請求項１の液滴発射装置。
3. 前記ポーリング電圧パルスの期間は３０μ秒以上である、請求項１の液滴発射装置。
4. 前記圧電素子は２つの電極間に配置されており、前記２つの電極を通して前記ポーリング波形を受けるように構成されている、請求項１の液滴発射装置。
5. 前記ポーリング電圧パルスは正の極性を有する、請求項１の液滴発射装置。
6. 前記ポーリング電圧パルスは負の極性を有する、請求項１の液滴発射装置。
7. 前記ポーリング電圧パルスは、前記液滴発生器が受けることができる最大の電圧の大きさと少なくとも実質的に等しい大きさを有する、請求項１の液滴発射装置。

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