JP3946800B2 - インクジェット短絡検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、起動および印刷中における荷電プレート上の望ましくないインクを検出する手段を必要とするプレーナ型荷電及び偏向式の印刷ヘッドに関し、特に、そのような印刷システムの荷電プレート領域内のミス配置されたインクについての改良した検出法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続式のインクジェット印刷においては、インクを加圧下でマニホルド領域に供給し、そしてマニホルド領域は、このインクを、通常リニア・アレイに配置した複数のオリフィスに分配する。それらオリフィスからはインクがフィラメントになって流出し、そしてフィラメントは、点滴ストリームに分解する。これらの点滴ストリームにより印刷するためのアプローチは、点滴のあるものを選択的に荷電してその通常の軌道から偏向させることである。
【０００３】
インクジェットプリンタの分野においては、起動および印刷の間における荷電プレート上の不要なインクを検出できることが望ましい。その不要なインクとは、荷電リードの上又はその付近に霧が蓄積したものである場合があるが、通常は、曲がったジェットもしくは不適切な起動により荷電リード上またはその近辺にインクが蓄積したものである。荷電プレート上のこの不要インクは、荷電リードと接地との電気的な短絡を生じさせて、印刷上の欠陥を生じさせると共に不要電流が流れることにより荷電プレートへの物理的損傷を生じさせる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
既存の荷電リード短絡検出法は、ある荷電リードをその付近の何らかの接地へブリッジする導電性インクにより、荷電プレート電圧源から引き出される電流を測定することに基づいている。これは、各荷電リード電圧が全て非ゼロである非印刷状態の間に、その電流測定を行うことを必要とする。この短絡検出法においては、問題がいくつかある。
【０００５】
即ち、上記短絡検出法における１つの問題は、電流測定を行うタイミングを非印刷時間に合わせることは、長いアレイでそれを行うときには単調となり、セグメント化した位相合わせ（segmented phasing）を行っている場合には特にそうである。もう１つの問題は、荷電リードを接地へブリッジするインクの量が少な過ぎる場合に、荷電リード電源から引き出される電流が、高いインク経路抵抗のため、不適切な状態を知らせなければならないしきい値よりも低いことがある、ということである。従って、“短絡”を検出するためのそのしきい値電流は、できるだけ小さくしなければならない。このことは、荷電ドライバのスイッチング・スリューレートによるつくられる外部誘導ノイズにより大きく制限される。これは、小さい高抵抗のインク経路が、ある時間検出されずに存続するのを許することになって、インクの蓄積並びに荷電リードの減メッキ（deplating）を生じさせ、そしてこれは、より深刻な故障が起きるまで続く。更に、あるジェットが衝突の初期段階、即ち、インクが荷電プレート領域の下側部分に付くだけで、実際に荷電リードに電気的な接触を起こさない段階にある場合には、これは検出されず、従ってたとえ印刷上の問題が起きることがあっても印刷ヘッドが働くのを許したり、あるいはまた、荷電プレート内にインクが蓄積することによりより大きな損傷を与える状態が生じるまで印刷ヘッドが働くのを許したりする。
【０００６】
従って、起動および印刷中における荷電プレート上の不要インクを検出する、改良した手段に対するニーズがあることが分かる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記ニーズは、荷電プレート領域内にミス配置されたインクについて、印刷パルス・タイミングまたは荷電リードの接地への短絡に無関係に検出する、本発明による短絡検出技法により満たすことができる。
【０００８】
本発明の１つの観点によれば、検出装置は、短絡検出電極として、荷電プレートの直下にかつその長さに沿って配置した１組の互いに密接に配置しかつ互いに平行の連続した導体を備える。加えて、それら検出電極間の導電率をモニタする回路を設ける。検出電極は、キャッチャ表面に適正に置かれているときには、互いに電気的に絶縁されている。もしモニタ回路が測定したその導電率が所定のしきい値レベルより上に上昇したとき、いくらかの量のインクがそれら導体の場所に存在する、ということが非常にありそうなことになる。これは、不適正な印刷ヘッド動作を指示するものであり、従って印刷ヘッドの遮断とクリーン・サイクルの一方または双方について通知すべきものである。
【０００９】
従って、本発明の１つの利点として、荷電プレート領域内のインク蓄積について連続してモニタすることができる。また、本発明の別の利点として、電気的に絶縁された上記モニタ回路が、荷電リードの検出用電位により引き出される電流に依存するはない。更に、そのモニタ回路は、印刷中に発生する電気ノイズにより大きく影響されることなく、インクの有無に対し、非常に敏感とすることができる。本発明の１つの目的は、荷電プレートにその荷電リードより下で当たるジェットを、荷電リードに当たるジェットと同様に容易に検出することである。
【００１０】
本発明のその他の目的並びに利点については、以下の説明、添付した図面および特許請求の範囲の記載から明らかになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、荷電プレート領域内にミス配置されたインクについて、印刷パルス・タイミングまたは荷電リードのインクとの接触に無関係に検出するのを可能にするものである。図１に示した検出電極１０は、荷電リード１６の上またはその近辺におけるインクの有無を検出する。もしインクがそれらリードの上もしくはそのごく近くにある場合、印刷ヘッドには、直す必要のある問題があることになる。検出電極１０は、ボックス１２内に位置している。ボックス１２の外に示しているのは、各荷電リード１６間の導電率をモニタするのに使用する検出回路１４である。電圧源Ｖ_sおよびこれに関連した内部インピーダンスＺ_iは、リード１０間に発振する電位を与える。それらリード間の導電率は、抵抗器Ｒ_sの両端間の電圧を電圧計回路Ｖ_acで測定することによりモニタする。それら検出リード間の導電率が、導電性流体の存在により減少すると、Ｒ_sを通る電流に増大が生じ、これによりＶ_acの測定電圧に増大をもたらす。
【００１２】
本発明は、図２に示したタイプの連続式インクジェットシステムに関係している。複数のジェットを高い空間解像度で生成するのは点滴発生器であり、この点滴発生器は、それらジェットの自然な分断を刺激して均一な点滴のストリームにする。複数の導電要素即ち荷電リード１６は、プレーナ型の荷電プレート１８に配置している。複数の点滴ストリーム２０は、点滴発生器２２が供給する。複数の荷電リード１６には、複数の独立してスイッチング可能な静電的電位源２４を設ける。キャッチャ２６は、わずかに偏向された点滴ストリームの進路を遮る。このキャッチャに当たった複数の点滴ストリームは、薄いインク層３０を形成し、そしてこれは次にインク流２８を形成し、このインク流は真空によりキャッチャの表面から吸い込まれる。参照番号３２は、キャッチャ上のある領域を指していて、この領域において、偏向された点滴がキャッチャに当たり、そして互いに合わさってキャッチャ表面上に薄いインク層を形成する。偏向されなかったインク点滴は、基質３４上に像を印刷する。
【００１３】
本発明は、１組の互いに密接に配置し、しかも互いに平行の連続した導体を備え、これら１組の導体は、荷電プレート１８の直下でその長さに沿って配置してあって、短絡検出電極１０として作用する。図３は、短絡検出電極１０の場所を示していて、荷電プレート１８の直ぐ下でその全長に沿って位置している。これら電極は、任意の適当な電極が可能であり、例えば、２ミル（約０.０５ｍｍ）径の銅線とすることができる。また、電極１０は、任意の適当な手段、例えばエポキシで、そのアレイの各端部にて固定させることができる。
【００１４】
電極１０は、フレックス回路３６として製作することができ、このフレックス回路３６は、図４に示すように、別個の部品として、キャッチャ／荷電プレート組立体に対し、適当な取り付け手段３８、例えばエポキシで取り付ける。図４のフレックス回路３６は、検出電極１０を２つの平らな導電性要素として含み、それら導電性要素は、薄い誘電体基板上に固定されていて、そしてその外部の検知用回路への接続を備えている。
【００１５】
図５は、代替の製作方法を示しており、これは、電極１０間にサンドイッチにした誘電体４０を含み、そしてそれら電極１０は、２つの薄い導電性プレートから構成している。これらプレートは、その縁部が検知電極を形成している。この構造体は、荷電プレートの接着の間にキャッチャ２６と荷電プレート１８との間に挿入し、その際、接続電極を、後続の電子回路がアクセスするのに都合の良い任意の箇所に設ける。以上のフレックス回路サンドイッチ式誘電体型構成により、比較的小さな電位差を、検知回路が検知電極間に使用するのを可能にし、これによりインクと電極との間の電気化学反応を（インクがあるとき）、現在使用されている短絡検出回路により得られるものと比べ、大幅に減少させる。
【００１６】
図６には、検出回路１４の別の実施形態を示しており、これでは、各電極１０が、変圧器４２の１組の巻線のどちらかの端子に接続している。この実施形態は、その導電率検知回路が検出リード１０の導電率測定回路への直接の電気接続を除いている点で、新しい。正しく動作しているときには、変圧器４２のその巻線は、開放となる。一方、インクが検出器電極１０をブリッジしたときには、この回路はつながり、そしてこれは、第２の組の巻線に接続したインピーダンス測定回路４４により検出できることになる。当業者には明らかなように、任意の適当なインピーダンス測定手段、例えば、インダクタ、キャパシタおよび抵抗器から成るインピーダンス・ブリッジ回路を使用することができ、またこの他にそのインピーダンス・ブリッジの既知の各種のより複雑な集積回路の形態のものも使用することができる。
【００１７】
図７は、回路１４の別の実施形態を示しており、これにおいては、検出は、インク４６が非類似の金属（検出リード１０'および１０”として参照する）をブリッジすることにより生ずる電池的反応に基づいている。インクがそれら検出電極１０'および１０”を互いに結合させたとき、ある電圧が発生し、そしてこれは検出することができる。従って、図７においては、検出器電極１０'および１０”は、非類似の金属であって、アルカリ性または酸性のインク４６によりブリッジされたときに、電池タイプの化学反応において起電力を発生することになる。このとき、その起電力は、電圧検知回路４８により検出される。当業者には明らかなように、任意の適当な電圧検知手段が使用可能であり、例えば、標準の演算増幅器回路に抵抗器およびキャパシタを設けて高入力インピーダンスの電圧測定デバイスとして構成することができる。あるいはまた、この起電力検知デバイスは、小さな電圧を測定するというその特定の目的のために選んだ単一の集積回路とすることもできる。図７に示したこの回路実施形態の利点は、試験電圧を検出器電極にかける必要がなく、従って完全に受動の入力回路設計が可能になる、ということである。
【００１８】
図８および図９には、短絡検出回路１４の本発明による別のもう１つの実施形態を示している。図８および図９の回路１４は、図１、図６および図７に示した電極対の代わりに、単一の電極１０を用いている。この単一電極１０は、分圧器またはこれと等価の回路によって、接地（キャッチャ表面の電位）と荷電プレートリード１６の電位との間の電位に置く。そのリードに接続した回路内に発生される電流の極性を知ることにより、ミス配置されたインクがその電極と荷電プレートをブリッジしているのかまたは電極とキャッチャをブリッジしているかを確かめることができる。これは、単一リードのみを使うことから得られる実装が幾分簡単になる、ということに加わるものである。
【００１９】
図１０は、印刷ヘッド試験スタンドにおける印刷ヘッド起動シミュレーションの間における図１の検知抵抗器Ｒ_sの両端に発生する電圧（Ｖ_ac）を示している。この図１０に記録した事象のシーケンスは、以下の通りである。即ち、最初に、印刷ヘッドのクロス・フラッシュ（cross flush）があり、この場合、インクが、オリフィス・プレートから流出し、そして荷電プレート上を越えてキャッチャの表面に落ちている。この状態においては、インクは、短絡検出電極上をも越えて流れており、この結果、導線間の導電率は比較的高い。これは、図１０の領域Ａ内の信号で示しているように、Ｒ_sの両端に比較的高い電圧を発生する。
【００２０】
図１０の領域Ｂは、印刷ヘッドがクロス・フラッシュ状態から出てジェット噴射及び荷電プレート（CP）乾燥中状態に入ったときに、そのとき発生するＲ_s両端の信号電圧を示している。このとき、ジェットは、出口弁を閉じることにより開始されており、またキャッチャ・ヒータはターンオンされている。ほぼｔ＝２分において、Ｖ_acに非常に急な減少が生じ、このことは、検知電極間の導電率が劇的な程減少したことを示している。これは、検知電極領域内のインクが流れ去るか乾燥することによるものであり、これにより低い導電率の状態が生ずる。
【００２１】
約ｔ＝３.３分において、荷電プレートの下側部分にちょうど当たり始める１つないし２つのジェットが生じる方向に、印刷ヘッドのアライメントが乱された。これにより更に、少量のインクを、荷電プレート（CP）／キャッチャ（CA）の表面並びに検知電極上を流れ落ちさせた。インクのこの存在は、図１０の部分Ｃに示した通り、即座にそれら電極間の導電率を上昇させる。Ｖ_acのその急激な増大は、荷電プレート上またはその近辺に不適正な状態があることを示し、従ってそれは、遮断条件が存在するということを知らせるのに使うことができる。
【００２２】
この“短絡”を検出した後、印刷ヘッド・アライメントを変えて、クラッシュ・ジェット状態を除く。約ｔ＝３.８分において、Ｖ_acは、ほぼゼロに減少した。これは、Ｃの間に蓄積したインクが流れ去るかあるいはその乾燥から得られたものである。従って、回路は、異常な状態が除かれたときに回復する。
【００２３】
本発明は、荷電プレートの直下に位置した検出リードであってその上に不要なインクの一部が付着しそうな検出リードと、検出電極間の領域の導電率をモニタする電気回路と、を備えている。その電気回路は、電極１０間の導電率をモニタする。それら電極は、キャッチャ表面に適正に置かれているときは、互いに電気的に絶縁されている。もし、上記回路が測定した導電率が、所定のしきい値レベルより上に上昇したとき、いくらかの量のインクがそれら導体の場所に存在する、ということが非常にありそうなことになる。これは、不適正な印刷ヘッド動作を指示するものであり、従って印刷ヘッドの遮断とクリーン・サイクルの一方または双方について知らせるべきものである。
【００２４】
本発明の１つの好ましい実施形態においては、電極間の導電率をモニタする上記の回路は、荷電ドライバ電位から絶縁されており（浮動しており）、そのため、大量のインクが荷電リード並びに短絡検出電極をブリッジしている場合に、荷電リードまたは検知電極のいずれにも大きな電流は発生されない。
【００２５】
本発明の検知回路は、最大の短絡検出感度を高ノイズ・リジェクションで与えるように選んだ周波数および振幅のａｃ信号が可能であるが、ただしこれに限定されるものではない。例えば、ロックイン増幅器に似た方法で機能する回路は、検知電極間の導電率をモニタするのに使用するもの以外の周波数の信号全てを拒絶する。この回路の種々の実施形態は、図１、図６、図７、図８および図９に示してある。ただし、当業者には明らかなように、その他の種々の回路構成も、本発明の範囲から逸脱せずに使用可能である。任意の所与の応用例に対し選択するその特定の回路は、通常、流体の電気的伝導度に依存する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、インクジェット印刷の分野で有用であり、そして荷電プレート領域内のインク蓄積について連続してモニタできるという効果がある。また、本発明は、荷電リードの検出用電位により引き出される電流に依存しない、電気的に絶縁されたモニタ回路を提供できるという別の効果もある。更に、そのモニタ回路は、印刷中に発生される電気ノイズにより大きく影響されることなく、インクの有無に対し、非常に敏感にすることができる。最後に、本発明の効果として、荷電プレートにその荷電リードより下で当たるジェットを、荷電リードに当たるジェットと同様に容易に検出することができる。
【００２７】
以上、本発明について、その幾つかの好ましい実施形態に言及して詳細に説明したが、理解されるように、種々の変更、変形が本発明の精神並びに範囲内で可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による短絡検出回路を示す図。
【図２】図１の短絡検出回路と共に使用するのに適したタイプの連続式インクジェットシステムの側面図。
【図３】図１の短絡検出回路に関連した短絡検出電極の場所を示す図。
【図４】図３の短絡検出電極を製作するためのフレックス回路を示す図。
【図５】図３の短絡検出電極の別の代替の製作方法を示す図。
【図６】図１の短絡検出回路についての、本発明による種々の代替の実施形態の内の１つを示す図。
【図７】図１の短絡検出回路についての、本発明による種々の代替の実施形態の内の別の１つを示す図。
【図８】図１の短絡検出回路についての、本発明による種々の代替の実施形態の内の別の１つを示す図。
【図９】図１の短絡検出回路についての、本発明による種々の代替の実施形態の内の別の１つを示す図。
【図１０】印刷ヘッド起動シミュレーションの間における検知抵抗器の両端間に発生する電圧を示す図。
【符号の説明】
１０，１０'，１０”：検出電極（リード）
１２：ボックス
１４：短絡検出回路
１６：荷電リード
１８：荷電プレート
２０：複数の点滴ストリーム
２２：点滴発生器
２４：静電的電圧源
２６：キャッチャ
２８：インク流
３０：薄いインク層
３２：領域
３４：基質
３６：フレックス回路
３８：取り付け手段
４０：誘電体
４２：変圧器
４４：インピーダンス測定回路
４６：インク
４８：電圧検知回路
Ｖ_s：電圧源
Ｒ_s：抵抗器

Claims (10)

1. キャッチャを有するインクジェット印刷システム内の印刷ヘッドの荷電プレート上に形成されるインクを検出するための検出装置であって、前記荷電プレートはこれに関連した荷電リードを有しており、前記検出装置が、
   イ）前記荷電プレートの下にかつその長さにほぼ沿って配置した少なくとも１つの検出電極と、
   ロ）該少なくとも１つの検出電極の電導性をモニタする回路と、を備え、
   前記少なくとも１つの検出電極は、前記荷電プレートの荷電電極に密接に配置した、互いに密接に配置した連続した互いに平行な導体から成ること、を特徴とする検出装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出電極は、少なくとも１つの短絡検出電極から成ること、を特徴とする検出装置。
3. 請求項２に記載の装置において、前記少なくとも１つの短絡検出電極は、キャッチャ表面に配置されていること、を特徴とする検出装置。
4. 請求項１に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出電極は、第１の検出電極と第２の検出電極とから成ること、を特徴とする検出装置。
5. 請求項４に記載の装置において、導電率をモニタする前記回路は、前記第１電極と前記第２電極との間の導電率をモニタする回路から成ること、を特徴とする検出装置。
6. 請求項４に記載の装置において、前記第２電極は、印刷ヘッドの要素から成ること、を特徴とする検出装置。
7. 請求項６に記載の装置において、前記印刷ヘッドの要素は、前記キャッチャの導電性のキャッチャ表面から成ること、を特徴とする検出装置。
8. 請求項７に記載の装置において、前記キャッチャは金属であること、を特徴とする検出装置。
9. 請求項４に記載の装置において、前記第２電極は、外部の荷電プレート・ヒータから成ること、を特徴とする検出装置。
10. 請求項９に記載の装置において、前記外部荷電プレート・ヒータは、前記荷電リードの下に位置していること、を特徴とする検出装置。

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