JP2015147419A - インク印刷機器のインク印刷ヘッドの印刷エレメントを制御するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インク通路内及び印刷エレメントのノズル内のインクの粘性が変化する危険を可能な限り小さくする、印刷ヘッドの印刷エレメントを調整することができる方法を提供する。【解決手段】対応付けられている印刷エレメントにおいて少なくとも一回の振動を惹起させる少なくとも一つの振動電圧パルスＵＰ１と、対応付けられている印刷エレメントによるインク滴の吐出を惹起させる一つの印刷ドット電圧パルスＵＤ１とから形成されている動制御電圧ＵＫ１を、複数の印刷エレメントのアクティベータそれぞれに印加する。但し、少なくとも一つの振動電圧パルスＵＰ１を、対応付けられている一つの印刷ドット電圧パルスＵＤ１よりも時間的に前に配置し、且つ、少なくとも一つの振動電圧パルスＵＰ１の各振幅を、印刷エレメントから後に吐出すべきインク滴の大きさに依存して選択する。【選択図】図２

Description

被印刷物、例えば種々の原料から成る個別シート又は帯状の記録担体、例えば紙に単色又は多色で印刷を行うために、インク印刷機器を使用することができる。その種のインク印刷機器の構造は例えば特許文献１から公知である。

ドロップ・オン・デマンド（DoD：Drop on Demand）方式で動作するインク印刷機器は、一つ又は複数の印刷ヘッドを有しており、各印刷ヘッドには複数の印刷エレメントが設けられている。圧電式の印刷エレメントはピエゾアクティベータを有しており、このピエゾアクティベータは、ノズルに接続されているインク通路に配置されている。アクティベータは、印刷機器制御装置からの駆動制御電圧によって制御されて、被印刷物の方向へと向かうインク滴を形成する。インク滴は被印刷物上に案内され、印刷画像の印刷ドットとして被印刷物に付着する。この駆動制御電圧は、印刷すべき画像、即ち印刷データから導出される。

インク印刷機器においては、使用されるインクの物理化学的組成、例えばインクの粘性が印刷ヘッドに適合される。印刷稼働率が低い場合、印刷プロセスにおいて印刷ヘッドの全ての印刷エレメントが作動されるのではなく、多くの印刷エレメントはアイドルタイムを有しおり、その間、それらの印刷エレメントのインク通路内のインクは移動しない。ノズル開口部からの蒸発の影響を受けて、インクの粘性が変化する恐れがある。それによって、印刷エレメント内のインクをもはや最適には移動させることができなくなり、従ってノズルから最適に吐出させることができなくなる。極端な場合には、インクが印刷エレメントにおいて完全に乾燥してノズルの目詰まりが生じ、その結果、その印刷エレメントではもはや印刷を行えなくなる。

アイドルタイム時にインクヘッドの印刷エレメントにおいてインクが乾燥することにより生じる問題は、所定のサイクル内にフラッシング媒体、例えばインク又は洗浄液をインクヘッドの全てのノズルを通ってフラッシングさせることによって防止することができる。このフラッシングサイクルを印刷稼働率に応じて調整することができる。

更に、特許文献２からは、印刷エレメントにおけるインクの粘性の変化によってインク滴の吐出が困難になるという問題を、印刷プロセスの前後において、インク滴は吐出されないように、しかしながら、ノズルから突出しているインクメニスカスが動かされ、それによって、印刷エレメント内のインクと混ぜられるように、印刷エレメントの各圧電式アクティベータを振動させること（プリファイア（prefire）又はメニスカス振動とも称される）によって解消することが公知である。このために、印刷エレメントのアクティベータには、印刷ドットを形成する駆動制御電圧に比べて小さい振幅及び小さい波形を有している駆動制御電圧が印加される。これによって、ノズル開口部にあるインクを、印刷エレメント内にあるインクと混ぜることができるので、その結果、印刷動作時にはおおよそ通常の条件下でインク滴を再び形成することができる。

EP 0 788 882 B1 DE 697 36 991 T2 (EP 0 788 882 B1)

本発明が解決すべき課題は、インク通路内及び印刷エレメントのノズル内のインクの粘性が変化する危険を可能な限り小さくし、例えば、隣接する印刷エレメント間のクロストークが回避されるように、また印刷エレメント内の圧力波の不所望な干渉が回避されるように、印刷ヘッドの印刷エレメントを調整することができる方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を備えている方法によって解決される。

インク印刷機器のインク印刷ヘッドの印刷エレメントを制御するための方法においては、印刷ヘッドの印刷エレメントの各アクティベータに駆動制御電圧が印加され、この駆動制御電圧は、印刷滴の吐出を惹起させる印刷ドット電圧パルスと、印刷エレメントにおいて振動によりインクの混合を惹起させる、印刷ドット電圧パルスにつき一つ又は複数の振動電圧パルスとから構成されている。振動電圧パルスの各振幅は、振動電圧パルスに続いて生じるインク滴の大きさに依存して、例えば、印刷ドット電圧パルスの持続時間に依存して選択することができるが、しかしながら、振動電圧パルスが印加された際に印刷エレメントはインク滴を吐出しないように選択しなければならない。振動電圧パルスは対応付けられている印刷ドット電圧パルスの前に配置することができる。好適には、振動電圧パルスと対応付けられている印刷ドット電圧パルスとの間に待機時間が挿入され、この待機時間は例えば少なくとも一つの印刷クロック周期であっても良い。待機時間を、印刷速度又はインク滴のインク体積に依存して選択することもできる。

本発明の発展形態は従属請求項に記載されている。

発明の利点は以下の通りである：
・印刷速度の加速時又は減速時の印刷及び連続的な印刷が行われている間のノズルの故障が、
−インク通路において小さい気泡を生じさせる恐れがある、印刷エレメントにおける圧力波の干渉の低減；
−音響的なクロストーク（隣接するインク通路でのクロストーク）の低減；
に基づき回避される。
・電流消費量が低減され、従って、印刷ヘッドの加熱を抑えられる。
・プレファイア強度の最適化が行われる。即ち、必要とされる振動パルスの数が低減される。

図面に概略的に図示されている複数の実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。

正面から見た印刷ヘッドの原理図を示す。 インク滴が第１の体積である場合の、印刷ヘッドの印刷エレメントのアクティベータに対する制御電圧の波形を示し、印刷ドットを吐出するための波形と、振動パルスを形成するための波形と、それらの波形が組み合わされた波形が示されている。 インク滴が第２の体積である場合の、印刷ヘッドの印刷エレメントのアクティベータに対する制御電圧の波形を示し、印刷ドットを吐出するための波形と、振動パルスを形成するための波形と、それらの波形が組み合わされた波形が示されている。 インク滴が第３の体積である場合の、印刷ヘッドの印刷エレメントのアクティベータに対する制御電圧の波形を示し、印刷ドットを吐出するための波形と、振動パルスを形成するための波形と、それらの波形が組み合わされた波形が示されている。

図１には、印刷ヘッドＤＫの一例が概略的に示されている。印刷ヘッドＤＫは駆動制御回路及び印刷エレメントのためのハウジング１を有しており、また印刷エレメントのノズル２はノズル板３に設けられている。更に、インクを各印刷エレメントに流入させるための供給管４と、各印刷エレメントからインクを排出するための流出管５とが設けられている。ノズル板３におけるノズル２はそれぞれインク通路を介してアクティベータと接続されており、駆動制御ユニットによって十分な振幅の電圧パルス（以下では印刷ドット電圧パルスと称する）が対応するアクティベータに供給されると、それらのアクティベータによって、インク滴が記録担体に向かって吐出される。ノズル２へのインクの流入又はノズル２からのインクの排出は、それぞれ、供給管４又は流出管５のためのコネクタ６又は７を用いて行われる。

動作時に、ノズル板３に配置されているノズル２には、供給管４と接続されているインク通路を介してインクが供給される。各ノズル２に対応付けられているアクティベータが駆動制御回路を介して印刷ドット電圧パルスでもって駆動制御されると、そのノズル２はインク滴を吐出するが、それに対して、その他の駆動制御されないノズル２においてはインクの吐出は行われない。

インク滴によって記録担体上に形成される印刷画像は、ノズル２から吐出されるインク滴の体積によって調整される。インク体積の調整は、印刷エレメントの各アクティベータが種々の印刷ドット電圧パルスで駆動されることによって行われる。

図２から図４には、印刷エレメントに対する駆動制御電圧Ｕ_Kの種々の例（図２ｃ、図３ｃ、図４ｃ）が示されており、それらの駆動制御電圧Ｕ_Kの波形には、
−種々の体積又は種々の大きさのインク滴を形成するための、印刷エレメントのアクティベータに対する印刷ドット電圧パルスＵ_Dの波形（図２ａ、図３ａ、図４ａ）；
−アクティベータに印刷エレメントにおける振動を生じさせるための振動電圧パルスＵ_Pの波形（図２ｂ、図３ｂ、図４ｂ）
が含まれている。

図２ａには、所定の印刷ヘッドにおいて、例えば５ｐｌ（ピコリットル）の体積のインク滴を形成するための、印刷ドット電圧パルスＵ_D1の波形が示されている。図３ａには、７ｐｌの体積のインク滴を形成することができる、印刷ドット電圧パルスＵ_D2の波形が示されている。また図４ａには、例えば１２ｐｌの体積のインク滴を形成することができる、印刷ドット電圧パルスＵ_D3の波形が示されている。これらの波形は非常に単純化された例を示しているに過ぎない。上述の印刷ドット電圧パルスＵ_Dは、例えば同じ振幅を有しているが、しかしながらパルス持続時間は異なっている。吐出すべきインク滴の体積が増加するにつれ、印刷ドット電圧パルスの持続時間は長くなるように調整される。

印刷エレメントにおけるインクの粘性の不所望な変化を抑制するために、例えば印刷ドット電圧パルスＵ_Dの発生前に、印刷エレメントにおいて振動を発生させるためのプレファイア電圧パルス又は振動電圧パルスＵ_Pを設定することができる。振動電圧パルスＵ_Pの数及びその持続時間は適用事例に応じて選択することができる。振動電圧パルスＵ_Pの振幅は、対応付けられている印刷電圧パルスＵ_Dの振幅以下になるように選択されるが、しかしながら、振動電圧パルスＵ_Pの振幅は、印刷ドット電圧パルスのパルス持続時間に依存して、従って、吐出されるインク滴の大きさに応じて調整される。印刷ドット電圧パルスＵ_Dのパルス持続時間が長くなるほど、対応付けられている振動電圧パルスＵ_Pの振幅は大きくなる。但し、振動電圧パルスＵ_Pの振幅は常に、印刷エレメントからインク滴が吐出されないように選定されている。

図２ａのケースにおける印刷ドット電圧パルスＵ_D1での振動電圧パルスＵ_P1の考えられる波形が図２ｂに示されている。ここでは一例として、二つの振動電圧パルスＵ_P1が設定されている。印刷ドット電圧パルスＵ_D1の振幅がＶｍａｘである場合（例えばＶｍａｘ＝２８Ｖ）、二つの振動電圧パルスＵ_P1の電圧の振幅Ｖ１はＶｍａｘよりも遙かに小さく選定されている（例えばＶ１＝２２Ｖ）。

図３ａのケースにおける印刷ドット電圧パルスＵ_D2での振動電圧パルスＵ_P2の波形が図３ｂに示されている。ここでもまた、一例として、二つの振動電圧パルスＵ_P2が設定されている。印刷ドット電圧パルスの電圧振幅Ｕ_D2＝Ｕ_D1がＶｍａｘである場合（例えばＶｍａｘ＝２８Ｖ）、二つの振動電圧パルスＵ_P2の電圧の振幅Ｖ２はＶｍａｘよりも小さく選定されている（例えばＶ２＝２４Ｖ）。

図４ａのケースにおける印刷ドット電圧パルスＵ_D3での振動電圧パルスＵ_P3の波形が図４ｂに示されている。ここでもまた、一例として、二つの振動電圧パルスＵ_P3が設定されている。印刷ドット電圧パルスの電圧振幅Ｕ_D3＝Ｕ_D2＝Ｕ_D1がＶｍａｘである場合（例えばＶｍａｘ＝２８Ｖ）、二つの振動電圧パルスＵ_P3の電圧の振幅Ｖ３はＶｍａｘに等しく選定されている。

印刷エレメントのアクティベータに供給される駆動制御電圧Ｕ_Kは、振動電圧パルスＵ_Pと印刷ドット電圧パルスＵ_Dとが組み合わされたものである。図２ｃ、図３ｃ、図４ｃには、印刷時に使用される駆動制御電圧Ｕ_Kが示されている。印刷エレメントが小さいインク滴を吐出すべき場合には、それらの印刷エレメントのアクティベータには図２ｃに応じた駆動制御電圧Ｕ_K1が供給される。印刷エレメントが中程度の大きさのインク滴を吐出すべき場合には、それらの印刷エレメントのアクティベータには図３ｃに応じた駆動制御電圧Ｕ_K2が印加される。印刷エレメントが大きいインク滴を吐出すべき場合には、それらの印刷エレメントのアクティベータには図４ｃに応じた駆動制御電圧Ｕ_K3が供給される。

振動電圧パルスＵ_Pによって惹起される圧力波と、印刷ドット電圧パルスＵ_Dの圧力波の干渉を回避するために、振動電圧パルスＵ_Pと対応付けられた印刷ドット電圧パルスＵ_Dとの間に待機時間ＷＴを設けることができ、例えば待機時間ＷＴとして、少なくとも一つの印刷タイミング周期Ｔを選択することができる（例えばＴ＝ピクセル／（（ａ０*ｔ＋ｖ０））、但し、ｔ＝時間、ｖ０＝支持体速度、ａ０＝支持体加速度である）。印刷エレメントに印加される駆動制御電圧Ｕ_Kは、振動電圧パルスＵ_Pと待機時間ＷＴと印刷ドット電圧パルスＵ_Dのセットから形成されている。このセットは、図２ａ、図３ａ、図４ａの印刷ドット電圧パルスＵ_Dに関して、図２ｃ，図３ｃ及び図４ｃにそれぞれ示されている。

印刷ドット電圧パルスＵ_Dの前に配置される振動電圧パルスＵ_Pの数は適用事例に応じて選択することができ、例えば、印刷速度に依存して選択することができる。印刷ドット電圧パルスＵ_Dの持続時間は、インク滴の大きさに依存する。振動電圧パルスＵ_Pの振幅は、印刷ドット電圧パルスＵ_Dの持続時間に応じて選択することができ、また一連のテストから求めることができる。但し、振動電圧パルスＵ_Pだけで印刷エレメントを駆動制御した際にはインク滴が吐出されないように、振動電圧パルスＵ_Pの大きさを選択しなければならないことを考慮しなければならない。

ＤＫ 印刷ヘッド
１ 印刷ヘッドハウジング
２ ノズル
３ ノズル板
４ インク用の供給管
５ インク用の排出管
６ コネクタ
７ コネクタ
Ｕ_D 印刷ドット電圧パルス
Ｕ_P 振動電圧パルス
Ｕ_K 印刷エレメントに対する駆動制御電圧
Ｖ 電圧
ＷＴ 待機時間
Ｔ 印刷クロック周期

Claims (8)

1. インク印刷機器においてインク滴を吐出する際のインク印刷ヘッドの複数の印刷エレメントを制御するための方法において、
   前記複数の印刷エレメントは、ノズルにおいて終端しているインク通路と、該インク通路に配置されているアクティベータ（８）とをそれぞれ一つずつ有しており、
   −対応付けられている印刷エレメントにおいて少なくとも一回の振動を惹起させる、少なくとも一つの振動電圧パルス（Ｕ_P）と、
   −前記対応付けられている印刷エレメントによるインク滴の吐出を惹起させる、一つの印刷ドット電圧パルス（Ｕ_D）と、
   から形成されている駆動制御電圧（Ｕ_K）を、前記複数の印刷エレメントの前記アクティベータ（８）それぞれに印加する、
   但し、前記少なくとも一つの振動電圧パルス（Ｕ_P）を、対応付けられている一つの印刷ドット電圧パルス（Ｕ_D）よりも時間的に前に配置し、且つ、前記少なくとも一つの振動電圧パルス（Ｕ_P）の各振幅を、前記印刷エレメントから後に吐出すべき前記インク滴の大きさに依存して選択することを特徴とする、方法。
2. 前記振動電圧パルス（Ｕ_P）の前記振幅を、前記印刷ドット電圧パルス（Ｕ_D）の持続時間に依存して選択する、請求項１に記載の方法。
3. 一つの印刷ドット電圧パルス（Ｕ_D）の前に、少なくともそれぞれ二つの振動電圧パルス（Ｕ_P）を配置する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記振動電圧パルス（Ｕ_P）と、前記対応付けられている印刷ドット電圧パルス（Ｕ_D）との間において待機時間（ＷＴ）を維持する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 待機時間（ＷＴ）として、少なくとも一つの印刷クロック周期（Ｔ）を選択する、請求項４に記載の方法。
6. 前記待機時間（ＷＴ）を、印刷速度に依存して調整する、請求項４に記載の方法。
7. 前記待機時間（ＷＴ）を、前記インク滴の体積に依存して調整する、請求項４に記載の方法。
8. アクティベータ（８）としてピエゾアクティベータを使用する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。

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