JP4024332B2 - 液体インクプリンタのためのインク検出メカニズム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体インク印刷装置に係わり、更に詳細には、液体インク印字ヘッドのインク運搬管におけるインクの存在を検出するためのインク検出メカニズムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、プリンタが使用されているときに周期的にオリフィスを清掃することによって、及び／又は、プリンタが使用されないとき若しくは長い時間アイドル状態にあるときに印字ヘッドにキャップをかぶせることによって、インクジェットプリンタのインク噴射ノズルを維持する必要があることがわかっている。印字ヘッドのキャッピングは、印字ヘッドのインクが乾燥しきってしまうことを防止することを意図したものである。印字ヘッドチャンネルが完全にインクで満たされ、汚れや気泡を含まないことを確実ならしめるため、使用前に印字ヘッドをプライミングする必要もあり、また、ノズルの適切な機能を周期的に維持する必要もある。様々なタイプのインクジェットプリンタの印字ヘッドのためのメンテナンス、及び／又は、プライミングステーションが、例えば、米国特許第４，８５５，７６４号や、４，８５３，７１７号、および、４，７４６，９３８号に、一方、印字中に印字ヘッドのインクリザーバからガスを除去することが、米国特許第４，６７９，０５９号に記述されている。
【０００３】
チャンネルがインク供給装置からインクを受け取ることを妨げてしまうことがある気泡や汚物の存在するせいで、インクチャンネルは、意図される通りに、常にインクで満たされているわけではない。更に、空気がノズルを通じて吸い込まれる際に、チャンネルを再び適当に満たすことを妨げてしまうような気泡も形成され得る。熱エネルギーがインクに与えられているときには、インクからガスを抜くことによって、加熱器自体が不所望な泡を生成することもあり得る。各場合において、チャンネルに沿ったいずれかの場所における空気の存在は、印字性能を劣化させる。
印字ヘッドノズルのプライミングは気泡を除去するのに特に効果的であるが、印字ヘッドノズルのプライミングは一般には印字欠陥が発生した後に行われるものであるため、印字欠陥を有した無駄な文書が生じてしまう。例えば、印字品質が所望のものより低いことをユーザが認めるときにも、しばしばプライミングが行われてしまう。印字ヘッドは、また、印刷ジョブと印刷ジョブの間の時間や印刷された文書長のような様々な要因に基づいた所定のスケジュールに従って、プライミングされる。プライミングが所定のスケジュールに従って実行された場合、プライミングは、不必要にインクを浪費させる。更に、加熱器が付勢されている間にこの加熱器によって引き出された電流の量を検出することによって、非崩壊泡の形成を加熱素子において検出することが可能である。しかしながら、これらの各場合においては、少なくとも文書の一部が印刷され、若しくは、インクが噴射されており、この結果、時間や物質を浪費した事実の後に問題が検出される。
【０００４】
Slowik等の米国特許第５，０７２，２３５号には、サーマルインクジェット印字ヘッドの内側の空気を電気的に検出する装置が記述されている。サーマルインクジェット印字ヘッドのインクセルにおける非崩壊泡の存在を検出する検出回路は、インク含有セルの加熱素子に接続されている。加熱素子を通じて移動する電流が、非崩壊泡の存在を検出するために感知される。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の１つの特徴によれば、液体インクが記録媒体上に配置されるタイプの液体インクプリンタであって、インク噴射オリフィスによって終了されるインク運搬管を含んだ液体インク印字ヘッドを備える、液体インクプリンタが提供される。この液体インクプリンタは、インク運搬管内部のインクの存在を検出する流体検出装置を含んでおり、この流体検出装置は、インク運搬管がインクの存在を欠いているときに開状態に維持される検出回路を有している。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、インクジェット印字ヘッドカートリッジ１２を備えたインクジェットプリンタ１０の部分斜視図を示す。このインクジェット印字ヘッドカートリッジ１２は、キャリッジレール１６によって支持されたキャリッジ１４上に取り付けられている。印字ヘッドカートリッジ１２は、サーマルインクジェット印字ヘッド２０に与えるインクを含んだハウジング１８を有する。サーマルインクジェット印字ヘッド２０は、電気ケーブル２２を通じてプリンタ１０のコントローラ２１から受け取った電気信号の制御下で、インク滴を選択的に噴射する。印字ヘッド２０は、複数のインク管、若しくは、チャンネル（図示されていない）を含む。これら複数のインク管は、ハウジング１８から、オリフィス若しくはノズル（これもまた図示されていない）を通じてインクを噴出する各インク噴出器へ、インクを運搬する。印刷時に、キャリッジ１４は往復運動を行う、即ち、矢印２４の方向にキャリッジレール１６に沿って後方および前方へ走査する。印字ヘッドカートリッジ１２が、紙若しくは透明体のシートのような記録媒体２６にわたって後方および前方に往復したときに、印字ヘッドノズル中の所定のものから紙シート２６へ向かってインク滴が噴射される。インク噴出オリフィス、若しくは、ノズルは、一般に、走査方向２４に対して実質的に直角をなす線型配列で配列されている。キャリッジ１４の各通過の間中、記録媒体２６は、固定位置に保持される。各通過の終了時には、しかしながら、記録媒体は、プリンタコントローラ２１に制御下で、ステップ機構によって矢印２８の方向に段階的に移動される。印字ヘッドおよびこの印字ヘッドによる印刷のより詳細な説明については、米国特許第４，５７１，５９９号および米国再発行特許第３２，５７２号を参照するとよい。
【０００７】
画像形成、印字、文書、及び／又は、紙処理制御機能およびロジックを、従来の、若しくは、汎用目的マイクロプロセッサのためのソフトウェア命令を用いてプログラミングし、実行することが良く知られており、また、これは一般的事柄である。これは様々な従来特許や商業品によって教示されている。このようなプログラミング、若しくは、ソフトウェアは、勿論、特別の機能、ソフトウェアタイプ、および、マイクロプロセッサ、若しくは、利用される他のコンピュータシステムに依存して変更され得るが、ここに開示されているような機能に関する記述や、慣習とされている従来の機能に関する知識、更に、ソフトウェアやコンピュータ技術の一般的知識から、不必要な実験を行うことなく利用可能であり、また、容易にプログラミングすることができる。これは、Ｃ＋＋のようなオブジェクト指向ソフトウェア開発環境を含むことができる。また、開示された装置、若しくは、方法は、標準の論理回路、若しくは、ＣＬＳＩ設計を使用する単一チップを用いて、ハードウェアにおいて部分的に若しくは完全に実行され得る。
【０００８】
記録媒体２６の幅を包含する印字ゾーン外側の、プリンタ１０の一方の側にあるのは、メンテナンスステーション３０であり、このステーションの一部が示されている。印字作業の終了時、若しくは、他の必要時に、印字ヘッドカートリッジ１２は、メンテナンスステーション３０と向かい合うメンテナンス位置で停止される。メンテナンスステーション３０はチャンバ３２を含み、このチャンバ３２に対して吸引装置が接続されており、また、このチャンバを通じて、減圧が減圧ライン３４を通じて付与される。チャンバ３２は、該チャンバに取り付けられたメンテナンス／プライミング素子３６を有する。この素子３６は、キャリッジがメンテナンスステーション位置に配置されたときに、印字ヘッド２０と接触する。プライミング作業の間中、減圧ポンプ（図示されていない）によって減圧を減圧ライン３４へ、廃液タンク（図示されていない）を通じて付与し、インク、若しくは、紙片を除去し、及び／又は、印字ヘッド２０のインクジェットノズルを維持する。メンテナンス／プライミング素子３６は、印字ヘッド２０と接触して、印字ヘッドノズルの周囲において気密シールを保持し、インク、若しくは、紙片をノズルから引き出す。米国特許第５，２１０，５５０号は、インクジェットプリンタのためのメンテナスステーションをより詳細に記述する。
【０００９】
キャリッジ１４は、ベルトに取り付けられており、このベルト３８によって走査方向２４で後方および前方に移動される。ベルト３８は、第１の回転可能プーリー４０と第２の回転可能プーリー４２によって駆動される。第１の回転可能プーリー４０は、インクジェットプリンタのコントローラ２１の制御下で、可逆モータ４４によって駆動される。キャリッジを移動させる歯状ベルト／プーリーシステムに加えて、第１の回転可能プーリー４０は、ケーブル／キャプスタンや、親ねじ、若しくは、当業者によく知られた他のメカニズムを使用することによって、キャリッジの動作を制御することもできる。
キャリッジレール１６に沿ったキャリッジ１４の運動、及び／又は、位置を制御するため、プリンタは、パターン４８の一連の基準マーク含んだエンコーダストリップ４６を備えるエンコーダを有する。パターン４８は、印字ヘッドキャリッジ１４に取り付けられたフォトダイオード／光源のようなセンサ５０によって検出される。センサ５０はケーブル５２を含む。このケーブル５２は、検出されたパターン４８の基準マークを表示する電気信号をプリンタコントローラに伝送するものである。
【００１０】
図１のインクジェットプリンタ１０は、サーマルインクジェットとして知られるタイプのものであってもよいし、圧電として知られるタイプのものであってもよいし、液体インクを記録媒体上に噴出する他の既知のタイプのものであってもよい。しかしながら、本発明を記述するため、例えばTorpey等の米国特許第４，６３８，３３７号により完全に記述されたサーマルインクジェットタイプの印字ヘッドを参照する。
図２は、印字ヘッド２０の部分側面図を示している。印字ヘッド２０は、チャンネル素子としても知られるインク指示素子６０を含んでおり、該インク指示素子は、加熱素子としても知られるトランスジューサ素子６２とかみ合わされ、且つ整列されている。プリントヘッド２０は、インク指示素子６０に形成されたインク供給スロット６４を通じてインクの供給装置（図示されていない）からインクを受ける。インクは、インクの供給装置から受け取られて、インク供給スロット６４を通じてインクリザーバ６６中へ送り込まれる。インクリザーバ６６は、最終的にそのリザーバから矢印６８の方向でトランスジューサ素子６２に形成されたインクピット７０を通じて流れる、ある量のインクを含む。インクピット７０は、Hawkins の米国特許第４，７７４，５３０号により完全に記述されており、インクリザーバ６６から、噛み合わされたインク指示素子６０とトランスジューサ素子６２とによって形成されたインク運搬管７２（チャンネルとしても知られている）中へのインク流路を与える。インクは、チャンネル７２を通じて流れ、チャンネルと、更に、トランスジューサ素子６２に形成された加熱ピット７４を満たす。インクは、ノズル開口、若しくは、オリフィス７６まで流れるが、ノズル７６におけるインクのメニスカスからの表面張力によってそのオリフィスからはにじみ出ない。印字の間、加熱素子としても知られるトランスジューサ７８は、駆動トランスジューサ８０によって作動される。駆動トランスジューサは、加熱ピット７４に、および、加熱ピット上部のチャンネル７２内部に、配置されたインクを加熱する。加熱装置７８によって発生された熱エネルギーによってインク中に泡が形成され、インクは、一旦加熱装置がもはや付勢されなくなって泡が崩壊したときに、ノズル７６から噴出される。サーマルインクジェット印字ヘッドの加熱装置の付勢についてのより詳細な記述については、Hawkins の米国特許第５，３００，９６８号を参照するとよい。
【００１１】
印字ヘッド２０の動作中に、インクがインク流路６８に沿って適切に流れず、この結果、印字ヘッドの適切な動作に必要なチャンネル７２が完全に満たさなくなることが分かっている。この問題は、しばしば、インクピット７０の近く、若しくは、このインクピットの位置にとどまってしまうことがあるようなインクリザーバ６６内部の気泡によって生じる。この場合、インクは、チャンネル７２内を適切には流れず、その代わりにチャンネル７２は空気で満たされてしまい、チャンネル中へインクを供給しなくなる。この状態は「ドロップアウト」とも呼ばれる。このような状態により、印字に欠陥が生じる。なぜなら、要求時にノズル７６から噴射され得るインクを有していないからである。チャンネルが適当にインクで満たされている場合でさえ、インクがノズルから噴射された後に第２の問題が発生し得る。つまり、空気がノズル中へ引き戻されるようにして吸い込まれ、これによって、必要に応じてチャンネルを再び適切に満たすことが妨害されてしまうのである。更に、トランスジューサ７８によって発生されたサーマルエネルギーは、チャンネル内に配置されたインクからガスを抜くこともできる。即ち、インクが十分な量の空気を含んでいる場合（一般には望ましいことではない）には、小さな泡として存在する空気はより大きな泡の中へ合体し、チャンネルからインクが適切に噴射されることを妨害し得る。
【００１２】
これらの問題は、一般に、印字ヘッドカートリッジ１２を、プライミングが完了され得るメンテナンスステーション３０の前部に配置された位置まで移動させることによって、インクジェット印字ヘッドをプライミングすることにより矯正される。更に、プライミングは一般には、インクがチャンネルから噴出された後に実行される。本発明は、しかしながら、チャンネル７２がインクで適当に満たされているか否かを、インクを噴出する必要なしに、決定する機構を含んでいる。図２に示されているように、本発明は、流体検出装置を有している。この流体検出装置は、インク運搬チャンネル７２がインクの存在を欠くときに、通常は開状態に維持されるような検出回路８２を有している。この検出回路８２は、加熱ピット７４に対する第１の検出プローブ８４と、インクピット７０に対する第２の検出プローブ８６を含む。図示の実施形態では、トランスジューサ素子７８は、第１の検出プローブ８４から絶縁層８８によって電気的に離されている。第１の検出プローブ８４は、絶縁層８８の上に配置されており、米国特許第４，６３８，３３７号に記述されているように、タンタルを含む、どのような数の、既知の電気導線をも備えることができる。第２の検出プローブ８６も同様に、タンタルの電気導線を含むどのような数の電気導線をも備えることができる。
【００１３】
流体検出回路８２は、トランジスタ９０を含むソリッドステートスイッチであり、このトランジタのベースは、抵抗９２を通じて第１の検出プローブ８４に接続されている。トランジスタ９０のコレクタは、抵抗９４を通じて第２の検出プローブ８６に接続されている。第２の検出プローブ８６と抵抗９４の接合部において、電圧源が、検出回路８２へ電力を供給するために設けられている。動作中、検出回路８２は、第１の検出プローブ８４と第２の検出プローブ８６の間の流体の存在を検出する。流体が存在するときは、トランジスタ９０のスイッチが入れられて、そのコレクタが低状態にプルされる。こうして、流体がチャンネル７２に存在するときは、コレクタ９６で示される出力信号Ｖ_out は低状態である。流体が存在しないとき、トランジスタ９０はオフ状態であり、コレクタ９６における出力信号は、抵抗９４を通じ高状態にプルされる。電圧源と、抵抗９２と９４の値、および、トランジスタ９０を適当に選択することによって、第１の検出プローブ８４と第２の検出プローブ８６の間の回路を変更しまたその回路を閉じる導電率が補償され、チャンネル内のインクの適当な検出が容易に決定されるようにすることができる。更に、低い導電率を有するインクが使用されたときは、トランジスタ９０を、当業者によく知られている「ダーリントン対」のようにゲインを増加させるべく連続形状に配列された２つ若しくは３つ以上のトランジスタと、置換する必要があるだろう。
【００１４】
図３は、本発明の第２の実施形態を示しており、ここでは、第２の検出プローブ９８が、加熱ピット７４の真上のインク指示素子６０中へ組み込まれている。第２の検出プローブ９８を、既知のいずれかの配置技術によってトラスジューサ素子６０の上に配置することができ、この第２の検出プローブは、前述したようにタンタルのような、どのような数の、電気導線をも備えることができる。この実施形態では、インクの存在は加熱ピット７４の上部で直接検出され、ノズル７６を通じた空気の摂取、若しくは、インクのガス抜きといった前述の問題を検出するために有用であろう。
第１の検出プローブ８４を、前述したもの以外の位置や、様々な位置に配置することも可能であり、これにより、様々な印字ヘッドの形態から生じるインクを満たすことについての問題をより簡単に検出することができる。例えば、配列のいずれかの端部に配置されたノズルには、中間のノズルよりもインクが満たされないことが多い。なぜなら、これらのノズルは、気泡が集まりやすいインクリザーバ６６の端部に配置されているからである。この結果、ある１つの印字ヘッドダイにおけるノズル線型配列の対向端に配置された１つ若しくは２つ以上のノズルに関しては、第１の検出プローブを加熱ピットに、第２の検出プローブをバイパスピットに配置することが可能である。
【００１５】
印字ヘッドにおけるチャンネル線型配列の各チャンネルと関連して、一対のプローブを位置付けることによって、各チャンネル内部のインクの存在を、個々のスイッチの出力Ｖ_out を介して監視することができる。本明細書に記述された検出回路８２を使用することによって、信号は、印字ヘッドの各チャンネルに対して発生され得る。インクの存在は各チャンネルの内部で検出され得るため、各検出回路からの出力信号を監視することによって、印字ヘッドをプライミングする必要があるか否かの決定を行うことができる。例えば、ある１つのチャンネルがインクで満たされていないときにプライミングを行うことは可能であるが、プライミングを行う必要はない。なぜなら、プリンタは、ドラフトモードで印字を行っており、ここでは、より低い印字質も受け入れられ得るからである。その上、プリンタは、印刷の間における幾つかのインクジェットノズルの損失を補償することができる印字アルゴリズムを含むこともできる。
【００１６】
図４は、装置を再プライミングする必要があるか否かを表示する検出信号の発生を示す。決定回路１００は、複数の信号Ｖ_out 1 〜Ｖ_out N を各検出回路から受け取るものであり、それらの信号は、それぞれの入力抵抗Ｒ1 〜ＲN を通じて、加算動作増幅器１０２へ入力される。加算増幅器１０２の出力１０４において信号が発生される。この信号は、印字ヘッドがプライミングされるべきか否かを決定するために使用される。出力１０４で利用できる出力信号、ここではＶ_inとして記述されている、は、次の式に等しい。

Ｖ_out 1 〜Ｖ_out N として示された各チャンネルの状態は、後に電圧基準信号Ｖ_ref と比較される信号Ｖ_inを発生するために互いに加算され、比較動作増幅器１０６へ入力される。加算信号Ｖ_inは、基準電圧と比較される。この基準電圧は、十分なチャンネルがインクで満たされていない場合に、増幅器１０６の出力１０８におけるプライミング決定信号Ｖ_decisionが−Ｖから＋Ｖへ切り換えられるようにして従前に選択される。この遷移は、その後、インクジェット印字ヘッド全体をプライミングするための信号として使用される。また、加算抵抗Ｒ1 〜ＲN の値を変更することによって加算増幅器１０２に対して重み付けされた入力の加算を形成し、より重要なチャンネルがより重く重み付けされ得るようにすることもできる。本発明は、チャンネルがインクで適当に満たされているか否かの決定を行うものであるため、問題があるかどうかの決定を行うためにチャンネルからインクを噴出する必要がない。この結果、本発明は、インクを浪費することなしに、再びインクで適当に満たされたことを検出する。例えば、印字ヘッドを周期メンテナンススケジュールに基づいてプライミングした後に、本発明を使用することによって、プライミングが適切であるかどうかに関して印字ヘッドをチェックすることができる。このような動作方法によって、プライミング作業が成功しているか否かを判断するために印刷文書を監視する必要なしに、各チャンネルが適当にプライミングされたかどうかの知識をもって、印字ヘッドカートリッジを印刷に復帰させることができる。本発明はまた、高品質プリントモードを行うために、各チャンネルが再び適当に満たされたかどうかの連続的な決定を提供することもある。例えば、一旦インクがノズルから噴射されると、チャンネルは、インク減少のほぼ３０マイクロ秒内に再び満たされる。この結果、ファイア後のほぼ５０〜１００マイクロ秒の時間間隔の間に、各インクチャンネルが再び適当に満たされたか否かを検出することができる。個々のチャンネルがインクで適当に満たされているか否かの決定が可能であるため、高品質プリントモードが達成され得る。ここでは、インクで再び満たされていないチャンネルを、プリンタコントローラに内在する印刷アルゴリズムによって補償することができる。
【００１７】
まとめれば、液体インクプリンタのためのインク検出機構が開示されているということである。本発明のインク検出機構によって、インクジェット印字ヘッドのインク運搬管が適当にインクで満たされているか否かの決定を行うことが可能である。それ故、本発明によれば、前述した目的と利点とを完全に満足するような、複数のインク運搬管内部のインクの存在を検出するための流体検出装置が提供されることは明らかである。本発明はその特別の実施形態によって記述されているが、多くの代替、変形および変更が当業者には明らかである。例えば、本発明は、走査型のインクジェット印字ヘッドに限定されるものではなく、部分幅配列やページ幅配列インクジェットプリンタへの適用も含んでいる。故に、特許請求の範囲の意図および範囲内に入るそのような全ての代替、変形および変更を包含するものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み入れたインクジェット印字ヘッドを有するインクジェットプリンタの部分斜視図。
【図２】本発明を組み入れたインクジェット印字ヘッドの断面図。
【図３】本発明の他の実施形態を組み入れたインクジェット印字ヘッドの側面図。
【図４】インクジェット印字ヘッドをいつプライミングするかの決定を行うための回路図。
【符号の説明】
１０ インクジェットプリンタ
１２ インクジェット印字ヘッドカートリッジ
２０ 印字ヘッド
２６ 記録媒体
３０ メンテナンスステーション
３６ メンテナンス／プライミング素子
６０ インク指示素子
６２ トランスジューサ素子
７０ インクピット
７２ インク運搬チャンネル
７６ オリフィス
７８ トランスジューサ
８２ 検出回路
８４ 第１の検出プローブ
８６ 第２の検出プローブ

Claims (2)

1. 記録媒体上に液体インクを配置する液体インクプリンタにおいて、
   各々がインク噴射オリフィスによって終了するような複数のインク運搬管を有する液体インク印字ヘッドと、
   前記複数のインク運搬管に接続された、前記複数のインク運搬管の各々の内部のインクの存在を検出する流体検出装置であって、前記流体検出装置は、複数の第１の検出プローブと複数の第２の検出プローブと検出回路を備え、
   前記複数の第１の検出プローブの各々の一端と、前記複数の第２の検出プローブのうちの１つの一端は、前記複数のインク運搬管のうちの１つに沿って配置されており、
   前記複数の第１の検出プローブの各々の他端は、該複数の第１の検出プローブの各々の前記一端との間に設けた抵抗を通じて、前記検出回路のトランジスタのベースに接続されており、
   前記複数の第２の検出プローブのうちの１つの他端は、該複数の第２の検出プローブのうちの１つの前記一端との間に設けた抵抗を通じて、前記トランジスタのコレクタに接続されており、
   前記複数の第１の検出プローブの各々の一端と前記複数の第２の検出プローブのうちの１つの一端との間に流体が存在するときは、前記トランジスタがオン状態となって前記コレクタが低状態とされ、一方、それらの間に流体が存在しないときは、前記トランジスタがオフ状態となって前記コレクタが高状態とされ、各検出回路のトランジスタのコレクタから得られた複数の信号を加算した結果に応答して前記液体インク印字ヘッドがプライミングされ得ることを特徴とする液体インクプリンタ。
2. 請求項１記載の液体インクプリンタにおいて、前記液体インク印字ヘッドは、各々が前記複数のインク運搬管のうちの１つに配置される複数のトランスジューサを備えており、前記複数のトランスジューサは各々、前記インク噴射オリフィスからインクを噴出させる液体インクプリンタ。

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