JP2014514188A - 圧電プリントヘッド素子のキャパシタンス変化の補償 - Google Patents

Abstract

一実施形態では、流体噴出装置の圧電素子のキャパシタンス変化を補償するための方法は、圧電素子を駆動する電流を検知し、該電流から該圧電素子のキャパシタンスが変化したことを判定し、該キャパシタンス変化を補償するように圧電素子を駆動する電流の立ち上がり時間を変更する、という各ステップを含む。
【選択図】図１

Description

インクジェットプリンティング装置は、流体小滴のドロップオンデマンド噴出を提供する流体噴出装置の一例である。例えば、圧電式インクジェットプリンタは、圧電材料式アクチュエータ又は素子を用いた流体噴出アセンブリ（すなわちプリントヘッド）を使用してシート紙等のプリント媒体に向かってノズルから流体小滴を射出させて該プリント媒体上にイメージをプリントする。より詳細には、圧電材料式アクチュエータは、印加された電界に応じて変形する可撓性圧電材料シートを含み、これにより、流体で満たされたチャンバ内に流体小滴を噴出するための圧力パルスが生成される。圧電式アクチュエータが、インクジェットノズルから流体小滴を噴出するために熱（例えば、熱抵抗器式アクチュエータの場合）ではなく圧力を使用するため、圧電式流体噴出アセンブリは、噴出可能材料の豊富な選択肢に適応することが可能である。

一方、熱は圧電式プリントヘッドにおける噴出可能材料の使用を制限するものではないが、かかるプリントヘッドの温度感度には依然として問題がある。例えば、短期間の温度変化は、流体小滴の重量及び速度の両方に変化を生じさせ得るものとなる。より詳細には、プリントジョブ中に温度が上昇すると、圧電素子のキャパシタンスが増大する。一般に駆動電圧が一定であるため、電流が増大し、これにより圧電素子及び流体（インク）が加熱される。該キャパシタンスの増大により圧電素子のポンプ性能が増強されると同時に、インク温度の上昇により粘度が低下する。この２つの効果の結果として、小滴重量及び小滴速度が増大し続ける開ループ系が生じてプリンタ性能に悪影響を与えることになる。

短期間の温度感度に関する問題に加えて、長期間の経時劣化が圧電式プリントヘッドにおける圧電素子のキャパシタンスを低下させ、その結果として不均一な圧電素子の性能が経時的に生じることになる。かかる劣化は、圧電式インクジェットプリンタのプリント出力に経時的に生じる不均一なプリントパターンとして見い出されることが多い。

既述のように、複数の圧電式流体噴出アセンブリ（例えば複数のプリントヘッド）内およびそれらの間における圧電素子の長期間の経時劣化は、該圧電素子のキャパシタンスを低下させ、その結果として、該圧電素子の不均一な性能が経時的に生じることになる。かかる劣化は、圧電式インクジェットプリンタのプリント出力において経時的に生じる不均一なプリントパターンに見い出されることが多い。

更に、圧電式プリントヘッドは、圧電素子のキャパシタンスに影響を与える短期間の温度変化に敏感なものである。より詳細には、圧電素子のキャパシタンス及びポンプ強度は、通常の短期間の動作中（例えばプリントジョブ中）に温度が上昇する際に増大する。更に、流体の粘度が温度の上昇と共に低下する。この圧電式プリントヘッドの温度の上昇によってポンプ強度の増大及び流体粘度の低下が生じる結果として、流体小滴の重量及び速度が増大してプリンタ性能に悪影響を与えることになる。

圧電素子の駆動に使用される通常の作動電流は、かかる温度上昇を開始させるのに十分な熱を生成するものである。駆動電圧が一定の場合、温度上昇によってキャパシタンスの増大が生じる結果として、該キャパシタンスを駆動するのに必要な電流の量が増大することとなる。この増大した電流は、プリントヘッドのパワードロップを増大させ、これにより温度を更に上昇させる更なる熱が生成される。この開ループサイクルを放置した場合には、圧電式プリントヘッドが過熱して役に立たなくなる。

この問題を管理するための従来の方法は、主として流体（インク）の温度の厳密な制御を伴うものである。噴出された流体小滴が過度の熱を運び去るので、温度の上昇は部分的には通常の動作を介して管理される。温度管理のための別の一般的な方法は、プリントヘッド内のインクを取り出して外部の冷却機構に通過させた後に該プリントヘッドへと戻るよう循環させてることである。このインクの継続的な再循環は、望ましくない温度上昇を制限するのに役立つものである。しかし、多くの環境（大判インクジェットプリンタを用いて大きなプリントジョブをプリントする場合など）で、再循環式冷却システムは、上昇する温度を制御するだけ十分迅速に応答することができないものである。

流体の循環だけではプリントヘッド内のインクを適当に冷却するには不十分であることが多いため、通常は他の方法が単独で又は流体の循環と組み合わせて採用される。一般に使用されている一つの方法は、プリンタでプリントモードを変更することである。例えば、小滴バースト長（すなわち、次々と発射される流体小滴の数）を一層少数の小滴に制限することが可能である。この方法を媒体上のプリントパス数の増大と組み合わせて小滴バースト長の減少を達成することが多い。もう１つの方法は、単純にプリンタ内のプリントヘッドの個数を増大させることである。これらの方法の問題は、かかる方法がプリント性能を低下させること若しくはプリントコストを増大させること又はその両方である。

本開示の実施形態は、温度の上昇及び閉ループ制御系を介した圧電式プリントヘッドのキャパシタンスの変化という一層一般的な問題を管理する従来の方法、並びにプリントヘッド内の各圧電素子に供給される電流のレベルを維持する方法を改善するものである。所定の回路が、圧電素子を駆動するのに必要な電流を監視し、及び該圧電素子を駆動する駆動回路へ該監視している電流をフィードバックする。次いで、コントローラが該駆動電流を制御して、（圧電素子と直列の抵抗の量を調節することにより又は駆動回路内の１つ又は２つ以上のFETの内部抵抗を変更することにより）圧電素子を駆動する電流波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を調節することにより圧電素子へ供給される電流を制限する。圧電式プリントヘッド内の各圧電素子のそれぞれに対する電流の制御及び制限は、各圧電素子のそれぞれのポンプ強度を制御し、並びにインク温度を一般に制御する。このようにして、短期間の温度による影響又は長期間の経時劣化に起因する圧電素子のキャパシタンスの変化にかかわらず、各圧電素子（及びインク噴出ノズル）の均一な性能がプリントジョブ全体を通して及び該圧電素子の寿命全体を通して維持される。圧電素子に対する電流の制御及び制限は、圧電素子のポンプ強度及びインク温度の両方を制御するものとなる。

一実施形態では、流体噴出装置の圧電素子のキャパシタンス変化を補償するための方法は、圧電素子を駆動する電流を検知することを含む。該検知された電流から、圧電素子のキャパシタンスが所定の期待値から変化していることが判定される。該キャパシタンス変化を補償するように圧電素子を駆動する電流の立ち上がり時間を変更する。一実施形態では、該立ち上がり時間は、圧電素子を駆動しているFETのターンオン時間を増大させることにより増大される。一実施形態では、該立ち上がり時間は、圧電素子と直列の抵抗を増大させることにより増大される。一実施形態では、該立ち上がり時間は、圧電素子を駆動しているFETのターンオン時間を減少させることにより減少される。一実施形態では、該立ち上がり時間は、圧電素子と直列の抵抗を低下させることにより縮小される。

別の実施形態では、流体噴出装置の圧電素子のキャパシタンスの変化を補償するためのシステムは、流体噴出装置のノズルを介して流体を噴出させるための圧電素子、及び該圧電素子を駆動するための圧電駆動回路を含む。コントローラは、該流体噴出装置の動作を制御し、該コントローラにより実行することが可能なキャパシタンス補償アプリケーションが、駆動電流を検知し、該検知された駆動電流に基づいて圧電素子のキャパシタンスを計算し、及び該キャパシタンスの変化を補償するように駆動電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を調節するように構成される。

一実施形態による圧電式流体噴出アセンブリの断面を示す側面図である。 一実施形態による圧電式インクジェット（PIJ）プリントヘッドアセンブリの一例の断面を示す側面図である。 一実施形態による圧電素子への電流の供給及び監視を行う電流監視回路を示している。 一実施形態による様々なキャパシタンス値について容量性圧電素子等のキャパシタンスを駆動する際に生成される電流及び電圧駆動波形の一例のグラフを示している。 一実施形態による様々なキャパシタンス値について容量性圧電素子等のキャパシタンスを駆動する際に生成される電圧駆動波形の一例のグラフを示している。 一実施形態による流体噴射装置の圧電素子のキャパシタンス変化を補償する方法の一例のフローチャートを示している。

添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本開示の一実施形態によるインクジェットプリンティングシステム100として実施された流体噴出装置を示している。この実施形態では、流体噴出アセンブリは、流体小滴噴出プリントヘッド114として開示されている。インクジェットプリンティングシステム100は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102、インク供給アセンブリ104、マウントアセンブリ106、媒体搬送アセンブリ108、電子プリンタコントローラ110、及び該インクジェットプリンティングシステム100の様々な電子構成要素に電力を供給する少なくとも１つの電源112を含む。インクジェットプリントヘッドアセンブリ102は、プリント媒体118上にプリントするよう該プリント媒体118に向かって複数のオリフィス又はノズル116を介してインク小滴を噴出する少なくとも１つの流体噴出アセンブリ114（プリントヘッド114）を含む。プリント媒体118は、任意の種類の適当なシート又はロール材料（例えば、紙、カードストック、透明フィルム、マイラー（登録商標）等）とすることが可能である。ノズル116は典型的には、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102及びプリント媒体118が互いに相対的に移動する際に該ノズル116からの適当に順序づけされたインクの噴出によって文字、記号、及び／又はグラフィクス若しくはイメージがプリント媒体118上にプリントされるように１つ又は２つ以上の列又は配列として構成される。

インク供給アセンブリ104は、流体インクをプリントヘッドアセンブリ102へ供給し、インクを収容するためのリザーバ120を含む。インクは、該リザーバ120からインクジェットプリントヘッドアセンブリ102へと流れる。インク供給アセンブリ104及びインクジェットプリントヘッドアセンブリ102は、一方向インク供給システムまたは大規模再循環式インク供給システムの何れを構成することも可能である。一方向インク供給システムでは、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102に供給されるインクの実質的に全てがプリント中に消費される。しかし、大規模再循環式インク供給システムでは、プリントヘッドアセンブリ102に供給されたインクの一部のみがプリント中に消費される。プリント中に消費されなかったインクはインク供給アセンブリ104に戻される。

一実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102及びインク供給アセンブリ104は共にインクジェットカートリッジ又はペン内に収容される。別の実施形態では、インク供給アセンブリ104は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102とは別個に配設され、供給管等の中間の接続手段を介してインクジェットプリントヘッドアセンブリ102にインクを供給する。何れの実施形態においても、インク供給アセンブリ104のリザーバ120は、取り外し、交換し、及び／又は再充填することが可能である。インクジェットプリントヘッドアセンブリ102及びインク供給アセンブリ104が共に１つのインクジェットカートリッジ内に収容される場合、リザーバ120は、該カートリッジ内に配設されたローカルリザーバ、並びに該カートリッジとは別個に配設された一層大きなリザーバを含む。該別個に配設された一層大きなリザーバは、該ローカルリザーバを再充填する働きをする。したがって、該別個に配設された一層大きなリザーバ及び／又はローカルリザーバは、取り外し、交換し、及び／又は再充填することが可能である。

マウントアセンブリ106は、媒体搬送アセンブリ108に対してインクジェットプリントヘッドアセンブリ102を位置決めし、該媒体搬送アセンブリ108は、該インクジェットプリントヘッドアセンブリ102に対してプリント媒体118を位置決めする。このため、プリントゾーン122は、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102とプリント媒体118との間の領域でノズル116に隣接して画定される。一実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102は、走査式プリントヘッドアセンブリである。この場合、マウントアセンブリ106は、プリント媒体118を走査するために媒体搬送アセンブリ108に対してインクジェットプリントヘッドアセンブリ102を移動させるキャリッジを含む。別の実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102は、非走査式プリントヘッドアセンブリである。この場合、マウントアセンブリ106は、媒体搬送アセンブリ108に対する所定位置にインクジェットプリントヘッドアセンブリ102を固定する。このため、媒体搬送アセンブリ108が、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102に対してプリント媒体118を位置決めする。

電子プリンタコントローラ110は典型的には、プロセッサ、ファームウェア、ソフトウェア、揮発性及び不揮発性記憶要素を含む１つ又は２つ以上の記憶要素、並びにインクジェットプリントヘッドアセンブリ102、マウントアセンブリ106、及び媒体搬送アセンブリ108と通信しそれらの制御を行うための他のプリンタ電子回路を含む。電子プリンタコントローラ110は、コンピュータ等のホストシステムからデータ124を受信し、該データ124をメモリ内に一時的に記憶する。典型的には、データ124は、電子的な情報伝送経路、赤外線による情報伝送経路、光学的な情報伝送経路、又はその他の情報伝送経路に沿って、インクジェットプリンティングシステム100へ送信される。データ124は、例えば、印刷すべき文書及び／又はファイルを表すものである。この場合、データ124は、インクジェットプリンティングシステム100のためのプリントジョブを形成し、１つ又は２つ以上のプリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータを含む。

一実施形態では、電子プリンタコントローラ110は、ノズル116からのインク小滴の噴出のためにインクジェットプリントヘッドアセンブリ102を制御する。このため、電子プリンタコントローラ110は、文字、記号、及び／又はその他のグラフィクス若しくはイメージをプリント媒体118上に形成する噴出されたインク小滴のパターンを画定する。該噴出されたインク小滴のパターンは、プリントジョブコマンド及び／又はコマンドパラメータによって画定される。一実施形態では、電子プリンタコントローラ110は、そのメモリ内に格納されたキャパシタンス補償モジュール126を含む。キャパシタンス補償モジュール126は、該電子プリンタコントローラ110（すなわち該コントローラ110のプロセッサ）上で実行されて、流体噴出アセンブリ（すなわちプリントヘッド）114内の圧電素子を駆動する駆動回路の電流検知機能及びキャパシタンス補償機能を制御する。より詳細には、電子プリンタコントローラ110は、キャパシタンス補償モジュール126からの命令を実行して、プリントヘッド114内の圧電素子を駆動している電流の量を検知し、該圧電素子のキャパシタンスを計算し、及び該圧電素子を駆動している電流波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を調節することによりキャパシタンスの変化を補償する。

一実施形態では、インクジェットプリンティングシステム100は、ドロップオンデマンド圧電式インクジェットプリンティングシステムであり、この場合、流体噴出アセンブリ114は、インク小滴をノズル116外へ強制する圧力パルスを生成するための噴出素子として圧電材料アクチュエータを使用する圧電式インクジェット（PIJ）プリントヘッド114である。一実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102は、単一の圧電式インクジェット（PIJ）プリントヘッド114を含む。別の実施形態では、インクジェットプリントヘッドアセンブリ102は、多様な複数の圧電式インクジェット（PIJ）プリントヘッド114を含む。

図２は、本開示の一実施形態による圧電式インクジェット（PIJ）プリントヘッド114の一例を部分的に断面で示す側面図である。図示のプリントヘッド114は、剛性底部200と、インクその他の流体小滴を噴出するノズル出口116を有する剛性上部ノズルプレート202とを含む。該アセンブリはまた、複数の側壁204A,204B（包括的に側壁204と称す）を含む。該側壁204は、底部200をノズルプレート202から分離させるものである。剛性底部200、ノズルプレート202、及び側壁204は、ノズル出口116を介したインク小滴の噴出の前後にインクその他の流体を収容するための流体チャンバ206を画定する。側壁204Aは、最終的にノズル出口116を介して噴出されるインクを受容するための流体入口208を有する。流体入口208の配置は側壁204Aに限定されるものではない。例えば、異なる実施形態では、流体入口208は、他の側壁204又は底部200に配置することが可能であり、又は複数の流体入口を様々な側壁204及び／又は底部200に配置することが可能である。

チャンバ206の底部200は、圧電セラミックの薄膜シート（例えば、PZT−ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電素子210である。該圧電素子210は典型的には、可撓性膜212によって被覆される。小滴の噴出は、該圧電素子210の両端にわたる電圧の印加を介した該圧電素子210の活性化により発生する。圧電素子210の活性化は、該圧電素子を変形させ、その結果として、図２に波線214で示すように、隣接する膜212のチャンバ領域206内への変位が生じる（波線214で示す変位量は本説明のため誇張されている）。膜212のチャンバ206内への変位は、チャンバ体積を減少させ、これにより、チャンバ206からのインクその他の流体の小滴216のノズル116を介した噴出が生じることになる。

図３は、本開示の一実施形態による、圧電素子210に対する電流の供給及び監視を行うための電流監視回路300を示している。該電流監視回路300は、センサ抵抗（Ｒ検知）及び相互接続抵抗（Ｒ相互接続）を介して圧電素子210（キャパシタンスＣ圧電素子210として示す）へ電流を供給する圧電素子駆動回路302を含む。Ｒ相互接続は、駆動回路302と圧電素子210との間の相互接続部に必然的に発生する抵抗を表し、Ｒ検知は、既知の所定の値を有する抵抗である。Ｒ接地は、圧電素子210のキャパシタンス（Ｃ圧電素子210）と接地との間の抵抗である。駆動回路302は、例えば、圧電素子210を駆動するために電圧源（例えばＶ電源）により供給される１つ又は２つ以上のプルアップ及びプルダウンFETを含む内部的な回路を有している。FET306は、例示のみを目的として示したドライブFETの一例であり、これは、駆動回路302内の回路の完全な回路図を提供することを目的としたものではない。同様に、駆動回路302は、Ｖ電源と圧電素子210との間の直列の可変抵抗304を含む。該可変抵抗304もまた、例示のみを目的として示したものであり、駆動回路302内の回路の完全な回路図を提供することを目的としたものではない。

駆動回路302は、Ｒ検知を介して圧電素子210に供給される電流を監視する。該駆動回路302のV+入力及びV-入力は、Ｒ検知の両端の電圧降下を検出する。Ｒ検知の値と入力V+,V-で検知されたＲ検知の両端の電圧とに基づいてＲ検知（及び圧電素子210）を通る電流が決定される。該電流は、例えば、キャパシタンス補償モジュール126からの実行可能命令に従ってコントローラ110により決定される。キャパシタンス補償モジュール126は更に、Ｒ検知及び圧電素子210を通る算出された電流に基づいて圧電素子210のキャパシタンスを計算するよう構成される。キャパシタンス補償モジュール126は、圧電素子210のキャパシタンスが（例えば、短期間の温度変化または長期間の経時劣化に起因して）所定の期待値から変化した場合を判定することができる。所定の期待値からのキャパシタンスの変化に基づいて、キャパシタンス補償モジュール126は、該変化したキャパシタンスを補償するよう圧電素子210への電流の流れを調節して構成される。圧電素子210への電流の調節は、圧電素子210を駆動する駆動回路302からの波形を変更する（すなわち立ち上がり時間及び立ち下がり時間を変更する）ことにより達成される。キャパシタンス補償モジュール126は、圧電素子210と直列の抵抗の量を可変抵抗304を介して変化させることにより、又は１つ又は２つ以上のFET306の内部抵抗を変化させることにより、駆動波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を調節することが可能である。圧電素子210を駆動する波形の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の調節について、図４を参照して以下で一層詳細に説明する。

図４は、本開示の一実施形態による、容量性圧電素子210（Ｃ圧電素子210）等のキャパシタンスを駆動する際に生成される電流駆動波形及び電圧駆動波形の一例を様々なキャパシタンス値について示すグラフである。この例示的なグラフ（Ｃ及びＶ）は、（例えば、圧電素子210の温度変化又は経時劣化に起因して）キャパシタンスが変化する圧電素子210について電流駆動波形及び電圧駆動波形が変化する態様を示している。例えば、圧電式インクジェットプリントヘッド114の動作中に、圧電素子210を駆動する電流が、該圧電素子210の両端にその温度上昇を生じさせるパワードロップを生成する。この温度上昇が圧電素子210のキャパシタンスの増大を生じさせ、次いで該キャパシタンスの増大が該圧電素子210を駆動する電流の増大を生じさせる。すなわち、次式に従って、電圧が一定である場合に、キャパシタンスが増大し、電流が増大する。

Ｉ＝Ｃ（dv/dt）
この電流の増大は、図４に示すグラフに見ることができる。それらのグラフでは、キャパシタンスは、初期（すなわち冷間）状態の容量性圧電素子210の典型的な値の一例である400ピコファラッドから、温度上昇時の容量性圧電素子210の値の一例である800ピコファラッドまで上昇するよう示されている。

動作時には、駆動回路302（図３）内の１つ又は２つ以上のFETがターンオンして、圧電素子210及び直列抵抗（Ｒ検知及びＲ相互接続）にわたってソース電圧（Ｖ電源）を印加する。圧電素子210及び直列抵抗（Ｒ検知及びＲ相互接続）は共にRC直列回路を形成する。図４のグラフC（C1,C2）は、同図に示す２つの値（すなわち、400pF,800pF）について容量性圧電素子210（Ｃ圧電素子210）内の充電電流を表している。最初に（例えば約9.90μsecで）充電電流が最大となる。時間の経過と共に、容量性圧電素子210内に流入する電流が連続的に減少していく。この減少する流れは、圧電素子210の両端に生じる電圧によって生じる。容量性圧電素子210がその満充電状態に達すると（例えば約10,48μsecで）圧電素子210に流れる電流は停止する。

グラフV（V1,V2）は、図示の２つの値（すなわち400pF,800pF）について容量性圧電素子210（Ｃ圧電素子210）の両端に生じる電圧を表している。最初に（例えば約9.90μsecで）最大電流が直列抵抗（Ｒ検知,Ｒ相互接続）を介して流れ、それら抵抗にわたって回路電圧全体が降下する。容量性圧電素子210の両端の電圧は最初はゼロボルトである。時間の経過と共に、減少していく電流が少なくなり、直列抵抗（Ｒ検知,Ｒ相互接続）の両端で降下する電圧が小さくなり、容量性圧電素子210の両端で降下する電圧が大きくなる。容量性圧電素子210がその満充電状態に達して該容量性圧電素子210内を流れる電流が（例えば約10.48μsecで）停止すると、容量性圧電素子210の両端の電圧降下はソース電圧（Ｖ電源）と等しくなり、直列抵抗（Ｒ検知,Ｒ相互接続）の両端の電圧降下はゼロに等しくなる。このため、図４のグラフC,Vは、容量性圧電素子210（Ｃ圧電素子210）の完全な一充電サイクルを表している。

上述のように、温度の上昇によるキャパシタンスの増大は、電流の増大（すなわち電流波形の変化）を生じさせ、これにより圧電素子210のポンプ作用の強度が増大する。該増大したポンプ強度が、インクの一層低い流体粘度（これもまた一層高い温度で生じる）と相俟って、一層高い流体小滴重量及び速度が生じることになり、これがプリンタ性能に悪影響を与える。したがって、図４のグラフCに示す電流の変化は、動作中に圧電素子210のキャパシタンスの変化を検出する手段を提供するものとなる。更に、圧電素子210は、経年劣化し、そのキャパシタンスの値が低下する。かかる劣化によるキャパシタンスの低下もまた、図４のグラフCに示したものと類似するが逆の電流変化を介して検出することが可能である。

図５は、本開示の一実施形態による、様々なキャパシタンスの値について容量性圧電素子210（Ｃ圧電素子210）等のキャパシタンスを駆動する際に生成される電圧駆動波形のグラフの一例を示している。この一例としてのグラフは、圧電素子210と直列の更なる抵抗を可変抵抗304を介して導入する（例えば駆動波形を変更する）態様を示している。このため、圧電素子210を駆動する電流を低減させるべく容量性圧電素子210のキャパシタンスの変化を如何に補償することができるかが示されている。

図５に示すように、電圧駆動波形V1は、400pFの容量性圧電素子210のキャパシタンスの値について生成されたものである。該V1は、まず、6Ωの可変抵抗304の値を用いて生成されるものとして示されている。V1はまた、100Ωの可変抵抗304の値を用いて生成される。該V1の波形から明らかであるように、可変抵抗304を介して更なる抵抗が導入されるにつれて、電圧波形の立ち上がり時間が増大する。この容量性圧電素子210の両端の電圧の立ち上がり時間の増大は、直列抵抗（Ｒ検知,Ｒ相互接続,可変抵抗304）の両端で更なる電圧降下が行われること、及び低減した（すなわち一層鋭くない）電流波形が容量性圧電素子210を一層ゆっくりと充電することを示すものである。圧電素子を充電する電流が削減されると、圧電素子210の両端で一層少ないエネルギーが降下し、これにより圧電素子210の温度及びポンプ強度が低下され、こうして以前のキャパシタンスの増大が補償される。

図５は、800pFの容量性圧電素子210のキャパシタンスの値について生成された電圧駆動波形V2も含む。該V2は、まず、6Ωの可変抵抗304の値を用いて生成されるものとして示されている。V2はまた、100Ωの可変抵抗304の値を用いて生成される。該V2の波形から明らかであるように、可変抵抗304を介して更なる抵抗が導入されるにつれて、電圧波形の立ち上がり時間が増大する。この容量性圧電素子210の両端の電圧の立ち上がり時間の増大は、直列抵抗（Ｒ検知,Ｒ相互接続,可変抵抗304）の両端で更なる電圧降下が行われること、及び低減した（すなわち一層鋭くない）電流波形が容量性圧電素子210を一層ゆっくりと充電することを示すものである。圧電素子を充電する電流が削減されると、圧電素子210の両端で一層少ないエネルギーが降下し、これにより圧電素子210の温度及びポンプ強度が低下され、こうして以前のキャパシタンスの増大が補償される。

図５は、電圧駆動波形の変化が、可変抵抗304を介して抵抗を導入することにより行われることを示しているが、駆動波形の変化（例えば立ち上がり時間の増大）は、駆動回路302内のドライブFET306のターンオン時間の操作を介して実施することも可能である。このFET306のターンオン時間の調節は、該FETの内部抵抗を効果的に調節するものとなる。このため、図５に示すような駆動波形の立ち上がり時間の増大の効果は、ドライブFET306のターンオン時間を調節することにより達成することも可能である。その結果として、この場合も、圧電素子210の両端で一層少ないエネルギーが降下し、これにより圧電素子210の温度及びポンプ強度が低下される。FETのターンオン時間は、当業者には既知のことであるように多数の方法で調節することが可能である。例えば、FETのゲート電圧を低下させるとターンオン時間が増大する。FETのゲートと直列にインダクタンスを追加すると、該ゲートに送られる充電が低速化し、これはFETのターンオン時間及びターンオフ時間も低速化する。

図６は、本開示の一実施形態による、流体噴出装置（例えばプリントヘッド）の圧電素子のキャパシタンス変化を補償する方法600の一例のフローチャートを示している。該方法600は、図１ないし図５における例示に関して上述した圧電素子のキャパシタンス変化を補償するシステムを有するインクジェットプリンティングシステム100及び流体噴出装置の実施形態に関連するものである。

方法600は、ブロック602で開始して、圧電素子を駆動する電流を検知する。ブロック604で、該検知した電流を使用して該圧電素子のキャパシタンスが変化したことを判定する。この圧電素子のキャパシタンス変化の判定は、該検知された電流の値を使用してキャパシタンスを計算し、該計算したキャパシタンスを所定の期待されるキャパシタンスと比較することを含む。

方法600は、ブロック606へと続き、該変化したキャパシタンスを補償すべく該圧電素子を駆動している電流の立ち上がり時間を変更する。ブロック608に示すように、該電流の立ち上がり時間の変更は、変化したキャパシタンスが高キャパシタンスである場合に立ち上がり時間を増大させることを含む。この立ち上がり時間の増大は、例えば、圧電素子と直列の抵抗の量を増大させる（例えば可変抵抗を調節する）ことにより、又は圧電素子を駆動しているFETのターンオン時間を増大させる（例えばFETのゲート電圧を低下させ、又はFETのゲートと直列にインダクタを配置して該ゲートに供給される充電を低速化させる）ことにより、達成することが可能である。

ブロック610に示すように、電流の立ち上がり時間の変更は、変化したキャパシタンスが低キャパシタンスである場合に立ち上がり時間を縮小させることを含む。この立ち上がり時間の縮小は、例えば、圧電素子と直列の抵抗の量を削減する（例えば可変抵抗を調節する）ことにより、又は圧電素子を駆動しているFETのターンオン時間を縮小させる（例えばFETのゲート電圧を上昇させる）ことにより、達成することが可能である。

Claims (18)

1. 流体噴出装置の圧電素子のキャパシタンス変化を補償する方法であって、
   圧電素子を駆動している電流を検知し、
   該電流から該圧電素子のキャパシタンスが変化したことを判定し、
   該変化したキャパシタンスを補償するように該圧電素子を駆動している電流の立ち上がり時間を変更する、
   という各ステップを含む、流体噴出装置の圧電素子のキャパシタンス変化を補償する方法。
2. 前記変化したキャパシタンスが高キャパシタンスであり、前記圧電素子を駆動している電流の立ち上がり時間を変更する前記ステップが該立ち上がり時間を増大させるステップからなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記立ち上がり時間を増大させる前記ステップが、前記圧電素子と直列の抵抗を増大させるステップからなる、請求項２に記載の方法。
4. 前記立ち上がり時間を増大させる前記ステップが、前記圧電素子を駆動しているFETのターンオン時間を増大させるステップからなる、請求項２に記載の方法。
5. 前記FETのターンオン時間を増大させる前記ステップが、該FETのゲート電圧を低下させるステップからなる、請求項４に記載の方法。
6. 前記FETのターンオン時間を増大させる前記ステップが、該FETのゲートと直列のインダクタを含めて該ゲートに供給される充電を低速化させるステップからなる、請求項４に記載の方法。
7. 前記変化したキャパシタンスが低キャパシタンスであり、前記圧電素子を駆動している電流の立ち上がり時間を変更する前記ステップが該立ち上がり時間を縮小させるステップからなる、請求項１に記載の方法。
8. 前記立ち上がり時間を縮小させる前記ステップが、前記圧電素子と直列の抵抗を削減するステップからなる、請求項７に記載の方法。
9. 前記立ち上がり時間を縮小させる前記ステップが、前記圧電素子を駆動しているFETのターンオン時間を縮小させるステップからなる、請求項７に記載の方法。
10. 前記FETのターンオン時間を縮小させる前記ステップが、該FETのゲート電圧を上昇させるステップからなる、請求項９に記載の方法。
11. 前記キャパシタンスが変化したことを判定する前記ステップが、
    前記検知された電流の値を使用してキャパシタンスを計算し、
    該計算したキャパシタンスを所定の期待されるキャパシタンスと比較する、
    という各ステップを含む、請求項１に記載の方法。
12. 流体噴出装置の圧電素子のキャパシタンスの変化を補償するシステムであって、
    流体噴出装置のノズルを介して流体を噴出させるための圧電素子と、
    該圧電素子を駆動するための駆動回路と、
    該駆動回路と該圧電素子との間に直列に配設された検知抵抗であって、該圧電素子への電流を監視し及び前記駆動回路へ電流情報をフィードバックするための検知抵抗と、
    前記電流情報に基づいて前記圧電素子への電流を変更するための前記駆動回路の内部のキャパシタンス補償手段と
    を備えている、流体噴出装置の圧電素子のキャパシタンスの変化を補償するシステム。
13. 前記キャパシタンス補償手段が、前記圧電素子と直列の可変抵抗であって、前記電流が高すぎる場合に高くなり前記電流が低すぎる場合に低くなるよう構成された可変抵抗からなる、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記キャパシタンス補償手段が、前記電流情報に基づいて前記圧電素子への電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を変更するよう構成されたドライブFETからなる、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記ドライブFETが、前記電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を変更するようターンオン時間及びターンオフ時間を変更するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記流体噴出装置の動作を制御するコントローラと、
    該コントローラにより実行することが可能なキャパシタンス補償モジュールであって、前記電流に基づいて前記圧電素子のキャパシタンスを計算し、及び該キャパシタンスの変化を補償するよう前記電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を調節する、キャパシタンス補償モジュールと
    を更に備えている、請求項１２に記載のシステム。
17. 前記駆動回路内にFETドライバを更に備えており、該FETドライバが、前記駆動電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を調節するよう前記コントローラにより制御することが可能なものである、請求項１２に記載のシステム。
18. 前記駆動回路内に調節可能な直列抵抗を更に備えており、該調節可能な直列抵抗が、前記駆動電流の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を調節するよう前記コントローラにより制御することが可能なものである、請求項１２に記載のシステム。

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