JP2023547137A - インクジェットメンテナンス用スピットパターン - Google Patents

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Abstract

本発明は、インクチャネルの作動によってインクの液滴を吐出するように配置された複数のノズルを備えるインクジェット画像形成装置を用いたインクジェット印刷の方法に関する。本方法は、a)複数のノズルの各々によって印刷されるリフレッシュドットの配列を含むスピットパターンのビットマップを提供するステップと、d)スピットパターンのビットマップを印刷するステップとを備え、スピットパターンは複数のリフレッシュドットクラスタからなり、各クラスタは単一のノズルから吐出される少なくとも2つの連続するリフレッシュドットからなることを特徴とする。本発明は更に、そのような方法で使用するためのスピットパターンに関する。

Description

本発明は、インクジェット画像形成装置に備えられた複数のノズルの噴射安定性のメンテナンス用の、改良されたスピットパターンに関する。
インクジェッ卜画像形成装置の複数のノズルの噴射安定性を維持するために、いわゆるリフレッシュドットを印刷する必要があることは、当技術分野、特に、ページワイドインクジェット印刷の技術分野において知られている。インク液滴(又は任意の他の機能性液体)が吐出されるノズル開口部の内部又は近傍にある液体の蒸発により、特に、後続の2回の液滴吐出間の時間間隔が比較的長い場合、液体(インク)特性が変化する可能性がある。これは、噴射安定性の障害によって引き起こされる、あらゆる種類の印刷アーチファクトにつながる可能性がある。噴射安定性の低下を防止又は軽減するために、中間液滴吐出を用いて、ノズル内に存在するインクをリフレッシュしてもよい。この中間液滴吐出により、このリフレッシュドットは、印刷する画像の一部ではなく、画像ビットマップに重畳された、いわゆるスピットパターンに配置又は計画されたいわゆるリフレッシュドットが得られる(スピットパターンビットマップが画像ビットマップに付加される)。人間の肉眼ではほとんど見えないスピットパターンを提供することが目的である。これを達成するためには、(ノズル当たりの)必要なリフレッシュドットの数が可能な限り少なく、しかもリフレッシュドットが印刷基板の印刷面全体にわたって十分に分散されることが最も重要である。言い換えれば、まばらなスピットパターンが好ましい。当技術分野では、いくつかの種類のスピットパターン、例えば、青色ノイズマスクに基づいて導出されたスピットパターンが知られている。
当技術分野で知られているスピットパターンの欠点は、これが十分にまばらではないため、視認性の限界を超え、したがって印刷品質を付与する(即ち、灰色に見える背景を作成する)ことである。
本発明の目的は、上記の欠点を防止又は少なくとも軽減することである。この目的は、請求項1に記載の印刷方法によって達成される。
本発明による方法では、同じノズルから吐出される、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットを備えるスピットパターンが使用される。本発明の文脈において、同じノズルから吐出された少なくとも2つの連続するリフレッシュドットは、リフレッシュドットクラスタ、又はショートクラスタと呼ばれる。この方法により、ノズルは元の噴射状態に戻り、リフレッシュ動作間(即ち、2つのクラスタ間)の間隔を長くすることができるため、最適な噴射安定性と印刷品質のために必要なリフレッシュドットが全体的に少なくなる。
リフレッシュドットクラスタとは、原則として、1回のリフレッシュ動作で単一のノズルによって直接連続して印刷されるドットの数のことである。言い換えれば、リフレッシュドットクラスタは、1回のリフレッシュ動作の1つのドットに置き換わるのである。したがって、リフレッシュドットクラスタは、第1の時間間隔tで少なくとも2つの直接連続して印刷されたドットとして定義される。単一の(即ち、同じ)ノズルによって印刷されたリフレッシュドットの連続して印刷されたクラスタは、クラスタ内の直接連続して印刷されたドット間の時間間隔よりも(はるかに)長い第2の時間間隔t(即ち、t>>tである)で印刷され、したがって、単一のノズルによって印刷されたリフレッシュドットは、印刷される画像に重畳される、いわゆるスピットパターンにおいて等距離分布していない。
隣接するノズルのリフレッシュドットクラスタの空間分布は、クラスタ間の距離が最大化され、視認性限界を超えないように選択される。
一実施形態では、クラスタの少なくとも2つの連続するリフレッシュドットは、本発明の文脈では、1回のリフレッシュ動作において単一のノズルによって直接連続して印刷される2つのドットとして解釈されるべきであり、0.5ms~100ms、好ましくは1ms~50ms、より好ましくは1.5ms~15msの時間間隔(t)で印刷される。
この実施形態では、ノズル内及び/又はノズル近傍の液体(インク)のリフレッシュが、ノズル内及び/又はノズル近傍の液体の初期の液体蒸発段階の間に確実に行われる。例えば、32kHzのドロップオンデマンド(DoD)周波数を有する1200dpiのプリントヘッドの場合、ノズルの吐出サイクルは31.25μSである。各液滴の間が50ピクセルの状態で8つの後続の液滴を吐出すると、後続の液滴のクラスタの総吐出時間は、7(1番目の液滴と8番目の液滴の間)×50(各液滴の間のピクセル数)×31.25μS(吐出サイクル時間)=10.9msになる。本発明による方法は、インクリフレッシュの時間スケールがノズル内及び/又はノズル近傍での蒸発スケールよりも短い限り、他の印刷ヘッド原理(例えば、サーマルプリントヘッド)にも適用可能であることに留意されたい。当業者は、本発明の原理を他のプリントヘッド原理に適用する方法を知っている。
一実施形態において、スピットパターンは、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットからなる第1のクラスタと、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットからなる第2のクラスタとを備え、第1のクラスタと第2のクラスタは、少なくとも125ms、好ましくは少なくとも250ms、より好ましくは少なくとも500msの時間間隔(t)で印刷される。
適切なクラスタ間隔で同じノズルで印刷された少なくとも2つの連続するドット(クラスタ)を備える適切なスピットパターンを決定する方法の原理は、本開示で後述する。
一実施形態では、本方法は、
a)複数のノズルの各々によって印刷されるリフレッシュドットの配列を備えるスピットパターンのビットマップを提供するステップと、
b)印刷される画像のビットマップを提供するステップと、
c)印刷される画像のビットマップ上にスピットパターンのビットマップを重ね合わせ、それによって実行ビットマップを作成するステップと、
d)実行ビットマップを印刷するステップと、
を備え、スピットパターンは複数のリフレッシュドットクラスタを備え、各クラスタは単一のノズルから吐出される少なくとも2つの連続するリフレッシュドットを備えることを特徴とする。
本発明の文脈において、上記のように、「単一のノズル」は「同じノズル」と同じ意味を有する。更に、少なくともクラスタ内の印刷ドットの文脈における「連続する(sequential)」という表現は、「直接連続して(directly consecutively)」を意味する。
別の態様では、本発明は、本発明による方法で使用するためのスピットパターンに関する。スピットパターンは、複数のリフレッシュドットクラスタを備え、各クラスタは、単一のノズルから吐出される少なくとも2つの連続するリフレッシュドットを備える。言い換えると、スピットパターンは、複数のノズルの各々について、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットのクラスタが配置されることを特徴とする。
一実施形態では、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットは、時間スケールで、連続するリフレッシュドットが0.5ms~100ms、好ましくは1ms~50ms、より好ましくは1.5ms~15msの時間間隔で印刷されるように、互いに距離を置いて配置される。
実際、ドロップオンデマンド(DoD)周波数が32kHzの場合、連続するリフレッシュドット間の間隔は、16~3200ピクセル、好ましくは32~1600ピクセル、より好ましくは48~480ピクセルとなる。
一実施形態では、スピットパターンは、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットからなる第1のクラスタと、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットからなる第2のクラスタとを備え、第1のクラスタと第2のクラスタは、少なくとも125ms、好ましくは少なくとも250ms、より好ましくは少なくとも500msの時間間隔で印刷されるように互いに距離を置いて配置される。
実際、ドロップオンデマンド(DoD)周波数が32kHzの場合、2つの連続したリフレッシュドットクラスタ間の間隔は、少なくとも4000ピクセル、好ましくは少なくとも8000ピクセル、より好ましくは少なくとも16000ピクセルとなる。
一実施形態では、ピクセルは32kHzの周波数で印刷され、スピットパターンは、8つの連続するリフレッシュドットからなる第1のクラスタと、8つの連続するリフレッシュドットからなる第2のクラスタとを備え、クラスタは互いに16000ピクセルの距離を置いて配置される。各クラスタの8つのピクセルのそれぞれの間の距離は、50ピクセルである。
更なる実施形態では、本発明によるスピットパターンは、例えば、印刷される画像のビットマップを考慮すること(例えば、ノズルの遊休時間が蒸発時間制限を超える画像の部分にスピットパターンを課すことを制限すること)によって、又は例えばピエゾ式作動ノズルからの電気フィードバックによって決定したノズルの実際の噴射状態に基づいて、スマートな方法で使用される。
本発明及びその利点をより完全に理解するために、本発明の例示的な実施形態を添付の図面を参照して以下の説明でより詳細に説明するが、その中で、同様の参照符号は同様の部分を指定する。
通常のスピットパターン(従来技術)の概略図であり、1000ピクセルで1回の頻度で1ドット噴射する。 ドット数がより少ないスピットパターンの概略図であり、2000ピクセルで1回の頻度で1ドット噴射する。 本発明によるスピットパターンの概略図であり、4000ピクセルで1回(クラスタ)の頻度で、50ピクセル間隔で2つの連続するドットのクラスタが配置される。
インクジェッ卜印刷システム、特に、ページワイド画像形成を使用する印刷システムでは、リフレッシュドットは、劣化したインクを空きノズルから噴射することによって蒸発するインクに対処するために、それによって噴射装置の機能部分のインク(又は他の機能液体)を少なくとも部分的にリフレッシュするために印刷される。リフレッシュドットの数は、可能な限り少なくなければならない。リフレッシュドットが多すぎると、背景に曇りが生じる可能性がある、即ち、黒インクの場合は灰色の背景になる可能性がある。
どのような印刷方法においても、視認性の境界上にあるxピクセルに1ドットのスピットパターンを経験的に決定することができ、現在の例では、図2に示すように2000ピクセルに1ドットである。単一のノズルから発生するn個(n=2、3、4など)のドットをクラスタ化する場合、ドットクラスタ間のピクセル距離は、係数f=n・x(本実施例では、n=2、f=2・2000=4000)で増加する。視認性限界を下回るためには、ドットが均等に離隔していることが必須である。したがって、クラスタ内の隣接する2つのドット間の最小距離は、視認性限界以下であるxピクセルに1ドットのスピットパターンにおけるドット間の最小距離に応じて決定される。ドット間の最小距離は、互いに最も近いドットが異なるノズルから発生するため、xピクセルで1ドットの場合の距離の平方根をとることで、即ち、d=√(x)によって計算される。例えば、2000ピクセルで1ドットのパターンの場合、最小距離は、√(2000)==44.7ピクセルとなる。したがって、隣接する2つのドット間のピクセル距離は50ピクセルであり、これは、視認性限界を下回るのに十分である。その後に吐出される2つの液滴間の一定の距離を維持することはまた、液滴の凝固、及び/又は視認性を大幅に与えることになる画像内の大きなインク塊の形成を防止する。
通常、許容されるリフレッシュ率は、視認性限界未満に留めるために、1200dpiシステムでは2000ピクセルで1ドットである。したがって、全てのノズルは、計画したビットマップに加えて、2000ピクセルごとに1つの液滴を噴射する。これらのリフレッシュドットは、通常、規則的なパターンで配置されるが、このような配置が最低の視認性をもたらすからである。
インクジェット画像形成装置(プリントヘッド)のノズル開口部及びその近傍での蒸発は、ノズルからインク液滴を吐出して約200ms後には遅くなることが見出された。インク液滴の吐出後0~200msの間では、それ以降(例えば、200ms~400msの間)と比べて水の蒸発量は著しく多い。
更に、1つのリフレッシュドット(1滴の吐出)では、噴射安定性を完全に元の状態に戻すことはできないことが見出された。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、少なくとも2つの連続して吐出される液滴により、それぞれのノズル内のインクのリフレッシュが改善され、その後のリフレッシュサイクル(即ち、クラスタ)間の時間間隔を増加させることができる程度になると考えられている。全体として、これは、より少ないリフレッシュドットで噴射安定性を維持することにつながり、実際、必要なリフレッシュドットは1/2に減少する可能性がある。液滴を最大8つまで(及び恐らくその数を超えても)連続して吐出することで、更に改善されることが分かっている。
図は、表形式のスピットパターンの概略図を示す。横列(水平方向)はノズル配列を表す。単一の横列において、作動したノズルは、黒い四角で示されている。縦列(垂直方向)において、1つのノズルを作動させてリフレッシュドットを印刷したときの様子を見ることができる。給紙方向を矢印1で示す。図に示され、以下で説明される例は、ドロップオンデマンド周波数(DoD)32kHzでの印刷に基づいており、これは液滴サイクル時間が31.25μsであることを意味する。例えば、1000ピクセルで1回の頻度で1ドットのスピットパターン(図1)で印刷された2つのドット間の時間は31.25msである。
図1は、従来技術による通常のスピットパターンの概略図である。同じノズルの2つの発射時点間の距離は、両矢印2で示されており、1000ピクセルで1つである(即ち、1000ピクセルごとに1つの液滴、即ち、1つのリフレッシュドットが発射される)。実際、このようなスピットパターンによって、ノズル内のインクを十分にリフレッシュすることができる。隣接するリフレッシュドット間の平均距離(全方向)は、√1000≒32ピクセルであり、両矢印6で示されている(縮尺は合っていない)。しかしながら、上述したように、1200dpiシステムでは、視認性限界を下回るために、2000ピクセルで1回の頻度で1つのリフレッシュドットが必要である。このようなパターンを図2に示す。
図2は、1200dpi印刷システムに必要な視認性限界を満たす、よりまばらなスピットパターンの概略図を示す。ここでも、同じノズル配列が示されている。ここで、各ノズルの吐出は2000ピクセルごとに1回となり、両矢印3で示されている。同じノズルからの2つの連続したリフレッシュドット間の距離は、図1に示すパターンと比較して2倍になっている。隣接するリフレッシュドット間の平均距離(全方向)は、√2000≒45ピクセルであり、両矢印7で示されている(縮尺は合っていない)。実際、このようなスピットパターンでは、ノズル内のインクのリフレッシュが不十分であり、噴射安定性を望ましいレベルに維持できないことが判明している。印刷品質は著しく低下する。
図3は、本発明による方法で使用されるスピットパターンを示す。一見すると、リフレッシュドットの数は図2に示すパターンに匹敵することが分かる。しかしながら、図3に示すスピットパターンでは、両矢印5で示されるように、リフレッシュドットはクラスタ化(2ドットのクラスタ)しており、リフレッシュドットクラスタ内における後続のリフレッシュドット間のリフレッシュドット距離は50ピクセルである。両矢印4で示すように、リフレッシュドットクラスタの繰り返し頻度は、図2に示すパターン(4000ノズルで1回の頻度で2ドット)と比較して2倍になっている。クラスタ間の平均距離は√4000≒63ピクセルで、クラスタ内の後続のリフレッシュドット間の距離は50ピクセル(両矢印5)であり、両方とも図2に示す2000ピクセルで1ドットのパターンにおける平均距離約45ピクセルよりも大きい。したがって、図3に示すスピットパターンは、視認性限界をはるかに下回る。図3(図全般)は縮尺が合っていないことに留意されたい。この例では、両矢印5は50ピクセルを表し、両矢印4は4000ピクセルを表すので、実際、両矢印4は両矢印5よりも80倍長い。このスケールの不一致を示すために、6で示すように両矢印4が中断されている。水平方向(ノズル配列)では、矢印8で示すように、リフレッシュドット間の平均距離もまた50ピクセルである(縮尺は合っていない)。実際、このパターンでは、ノズル内のインクを十分にリフレッシュさせ、噴射安定性を望ましいレベルに維持できることが判明している。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、比較的短い時間間隔での複数のリフレッシュドットは、ノズル内のインクのリフレッシュの質を著しく向上させ、クラスタをより低い周期で繰り返すことができるという効果があると考えられる。
実施例
自社開発のピエゾ式MEMSプリントヘッドを用い、1200dpi印刷システムで、自社開発の水性顔料系高固形分ラテックスインクを使用して、以下の表1に記載されるようなスピットパターンを印刷した。使用したインク組成物は、20重量%のグリセロール、10重量%の固体粒子(合計)及び70%の水を含有していた。本発明は、あらゆる印刷ヘッドとインクとの組合せで機能することに留意されたい。液滴サイズは2plであり、ドロップオンデマンド(DoD)周波数は32kHzであった。
表1は、この印刷実験の結果を示しており、NOK/OKの判定は、ノズル開口部内又はノズル開口部近傍のインクの乾燥に起因してノズルが故障しているか否かに基づいている。更に、例えば、OD(光学濃度)変動や線の凹凸など、ノズル内又はノズル近傍でのインクの乾燥に起因することが知られている目に見える印刷アーチファクトが(印刷物の目視検査で)検出されなかった場合にのみ、「OK」の判定が下された。
Figure 2023547137000002
比較例1(CE1)では、印刷試験を1時間実施し、その間、ノズル安定性はOKのままであった。しかしながら、印刷ではスピットパターンが観察された。
比較例2(CE2)では、印刷開始1分後に一部のノズルが故障し始め、数分後に全てのノズルで液滴量と速度の著しい低下が検出され、液滴吐出安定性は不合格であることが分かった。
実施例1では、16000ピクセルで1回の割合で8つのリフレッシュドットを繰り返し配置したクラスタを適用した。リフレッシュドットの総数は、CE1と比較して1/2に減少した。クラスタ内のドット間の距離は50ピクセルであったが、これは、2000ピクセルで1回の割合で1ドットという通常の頻度でのドット間の平均距離に相当する。50ピクセルという距離は、後続の液滴が画像内に大きなインクの塊を形成し、視認性を乱すことを防ぐように選択されている。2000ピクセルで1回の頻度で1ドットのパターンにおいて、隣接する(異なるノズルに由来する)2つのドット間の平均距離は、√(2000)(平方根)=44.7ピクセルである。したがって、50ピクセルの距離では視認性はない。したがって、実施例1で用いたパターン(16000ピクセルで1回の頻度で8つのリフレッシュドット)の視認性は、2000ピクセルで1x1というパターンの視認性と同様である。
いかなる理論にも束縛されることを望まないが、本発明の効果の背後にあるメカニズムは、ノズル開口部の内部又は近傍に存在するインクからの水(又は他の液体成分)の蒸発率の減少に基づいており、ノズルからの水の蒸発に関するモデルによれば、水の蒸発は100ms~200ms後に減速することが示されている。32kHz印刷で、2000ピクセルで1x1のスピットパターンで、後続の2つのスピット液滴間の時間は62.5msである。16000ピクセルで8x1のスピットパターンで、後続のクラスタ間の時間間隔は500msである。16000ピクセルで8x1のスピットパターンを用いた場合の500ms内での水分損失量は、2000ピクセルで1x1のスピットパターンを用いた場合の62.5ms内での水分損失量の8倍をはるかに下回る(1ドット目と8ドット目との間の時間は、2000ピクセルの7倍であり、437.5msである)。蒸発の大部分は、液滴吐出後100ms~200msで起こる(即ち、ノズル内の新鮮なインクから始まる)。蒸発の減速により、蒸発によって引き起こされる損傷の大部分は、最初の100ms~200msで既に終わっている。更に、リフレッシュドットが1つでは、ノズルの噴射安定性を初期状態に戻すのには不十分である。これらの複合効果により、ノズルの噴射安定性は、62.5msごとに1液滴を繰り返し噴射する代わりに、500msごとに8液滴(各間隔は50ピクセル、1番目と8番目のドット間の距離は350ピクセル、本実施例では10.9ms)を連続して繰り返し噴射することによって、その初期状態に良好に戻ることができる。
結論として、1つのノズルによって印刷されるリフレッシュドットを、比較的短い時間間隔(本実施例では50ピクセル)で、後続する少なくとも2つの吐出液滴のグループ(本実施例1では、後続する8つの吐出液滴のグループ)にクラスタ化することによって、噴射安定性、したがって印刷品質を望ましいレベルに維持するために必要なリフレッシュドットの総数を減らすことができる。
クラスタ内の最適なリフレッシュドットの数は、図3によって表されるよりも多くてもよく、又は実施例1(16000ピクセルで8×1)について上述したよりも多くてもよく、使用されるプリントヘッドやインクのタイプ、印刷装置における空気リフレッシュの設計、及び環境条件によって左右され得る。本発明者らは、最大8液滴のクラスタでも改善されることを見出した。

Claims (8)

  1. インクチャネルの作動によってインクの液滴を吐出するように配置された複数のノズルを備えるインクジェット画像形成装置を用いたインクジェット印刷の方法であって、
    a)複数のノズルの各々によって印刷されるリフレッシュドットの配列を備えるスピットパターンのビットマップを提供するステップと、
    d)スピットパターンのビットマップを印刷するステップと、
    を備え、
    スピットパターンは複数のリフレッシュドットクラスタを備え、各クラスタは単一のノズルから吐出される少なくとも2つの連続するリフレッシュドットを備えることを特徴とする、方法。
  2. クラスタの少なくとも2つの連続するリフレッシュドットは、0.5ms~100msの時間間隔で印刷される、請求項1に記載の方法。
  3. スピットパターンは、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットからなる第1のクラスタと、少なくとも2つの連続するリフレッシュドットからなる第2のクラスタとを備え、第1のクラスタと第2のクラスタは少なくとも125msの時間間隔で印刷される、請求項1~2のいずれか一項に記載の方法。
  4. 方法は、
    a)複数のノズルの各々によって印刷されるリフレッシュドットの配列を備えるスピットパターンのビットマップを提供するステップと、
    b)印刷される画像のビットマップを提供するステップと、
    c)印刷される画像のビットマップ上にスピットパターンのビットマップを重ね合わせ、それによって実行ビットマップを作成するステップと、
    d)実行ビットマップを印刷するステップと、
    を備え、
    スピットパターンが複数のリフレッシュドットクラスタを備え、各クラスタが単一のノズルから吐出される少なくとも2つの連続するリフレッシュドットを備えることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のインクジェット印刷の方法。
  5. 請求項1~4のいずれか一項に記載の方法で使用するためのスピットパターンであって、スピットパターンは複数のリフレッシュドットクラスタを備え、各クラスタは単一のノズルから吐出される少なくとも2つの連続するリフレッシュドットを備えることを特徴とする、スピットパターン。
  6. 少なくとも2つの連続するリフレッシュドットは、時間スケールで、連続するリフレッシュドットが0.5ms~100msの時間間隔で印刷されるように互いに距離を置いて配置される、請求項5に記載のスピットパターン。
  7. 少なくとも2つの連続するリフレッシュドットの第1のクラスタおよび、少なくとも2つの連続するリフレッシュドッの第2のクラスタは、第1のクラスタと第2のクラスタが少なくとも125msの時間間隔で印刷されるように、互いに距離を置いて配置される、請求項5~6のいずれか一項に記載のスピットパターン。
  8. ピクセルは32kHzの周波数で印刷され、8つの連続するリフレッシュドットの第1のクラスタおよび8つの連続するリフレッシュドットの第2のクラスタは16000ピクセルの距離を置いて配置され、各クラスタの8つのピクセルの各々の間の距離は50ピクセルである、請求項5~7のいずれか一項に記載のスピットパターン。
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