JP4387673B2 - インクジェット印刷システム - Google Patents

Description

本発明は、交換可能な印刷構成要素を利用するインクジェット印刷システムに関する。より詳細には、本発明は、印刷システムに情報を提供する電気ストレージデバイスを含む交換可能な印刷構成要素に関する。

インクジェットプリンタは、紙等の印刷媒体を横切って往復移動するキャリッジ内に取り付けられたインクジェットプリントヘッドを利用することが多い。プリントヘッドが印刷媒体を横切って移動すると、制御システムはプリントヘッドを作動させて、印刷媒体上にインク滴を付着させるかまたは噴射して、画像およびテキストを形成するようにしている。インクは、キャリッジに保持されるか、またはキャリッジとともに移動しないように印刷システムに取り付けられたインク供給源によって、プリントヘッドに供給されるようになっている。インク供給源がキャリッジに保持されていない場合、インク供給源はプリントヘッドに断続的または継続的に接続されて、プリントヘッドを補充することが可能となっている。いずれの場合も、インク容器およびプリントヘッド等の交換可能な印刷構成要素は、定期的な交換が必要である。インク供給源は、インクが消耗した時に交換されることになる。プリントヘッドは、プリントヘッドの寿命の最後に交換されるようになっている。

本発明の譲受人に譲渡された「Replaceable Part With Integral Memory For Usage, Calibration And Other Data」と題する米国特許出願第０８／５８４，４９９号で説明されるようなプリンタ構成要素の交換と同時に、プリンタのパラメータを変更するのが望ましいことが多い。米国特許出願第０８／５８４，４９９号は、交換可能な部品に関するパラメータを含むメモリデバイスの使用を開示している。交換可能な部品の装着により、プリンタが交換可能な部品のパラメータにアクセスして、高い印刷品質を確保することが可能となる。メモリデバイスを交換可能な部品に組み込み、交換可能な構成要素内のメモリデバイスに交換可能な部品のパラメータを格納することにより、印刷システムは、印刷システム内への装着時にこれらのパラメータを決定することができる。プリンタのパラメータのこの自動更新により、交換可能な構成要素が新たに装着されるたびにユーザがプリンタのパラメータを更新する必要がなくなる。プリンタのパラメータを、交換可能な構成要素のパラメータで自動更新することにより、高い印刷品質が確保されることになる。さらに、この自動パラメータ更新は、インク供給源のインクが消耗された後の動作、あるいは誤った、または適合しないプリンタ構成要素を用いての動作等の不適切な動作により、プリンタが不注意にも損傷を受けないことを確実にする傾向がある。

本発明の一態様は、交換可能なインク容器を収納するように構成されたインクジェット印刷システムである。交換可能なインク容器は、交換可能なインク容器内のインク高さによって変化するインク抽出特性を有している。本インクジェット印刷システムは、交換可能なインク容器内のインク高さを決定するインク高さ決定デバイスを備えている。また、交換可能なインク容器のインク抽出特性に基づいて印刷モードを選択する制御デバイスも備えている。

本発明の別の態様は、印刷モードが複数の印刷モードから選択されることである。この複数の印刷モードは、第１のインク使用速度を有する第１の印刷モードと、第１のインク使用速度とは異なる第２のインク使用速度を有する第２の印刷モードを含んでいる。

本発明のさらに別の態様は、媒体上にインクを付着させるための制御信号に応答するプリントヘッドと、プリントヘッドにインクを送出するインク送出システムとを有するインクジェット印刷システムである。本インクジェット印刷システムは、インク送出システムによりプリントヘッドに送出されるインク量を監視する監視デバイスを備えている。また、媒体に付着されるインク量およびプリントヘッドに送出されるインク量に基づいて印刷速度を調節する制御デバイスも備えている。

図１は、収納ステーション１４に装着された少なくとも１つの交換可能なインク容器１２を備えており、そのカバーが開いた状態で示される印刷システム１０の例示的な一実施形態の斜視図である。交換可能なインク容器１２が収納ステーション１４内に適切に装着されると、交換可能なインク容器１２から少なくとも１つのインクジェットプリントヘッド１６にインクが供給されることになる。インクジェットプリントヘッド１６は、プリンタ部１８からの作動信号に応答して、印刷媒体上にインクを付着させるものである。インクがプリントヘッド１６から噴射されると、プリントヘッド１６はインク容器１２からのインクで補充されるようになっている。

例示的な一実施形態では、交換可能なインク容器１２、収納ステーション１４、およびインクジェットプリントヘッド１６は、それぞれ印刷媒体２２に相対して移動して印刷を行う走査キャリッジの部品である。プリンタ部１８は、印刷媒体２２を収納する媒体トレーを備えている。印刷媒体２２が印刷ゾーン内を進むと、走査キャリッジ２０は印刷媒体２２に対してプリントヘッド１６を移動させている。プリンタ部１８は、プリントヘッド１６を選択的に作動させて印刷媒体２２にインクを付着させ、それにより印刷を行っている。

走査キャリッジ２０は、摺動ロッド２６を有する走査機構の印刷ゾーン内を移動し、走査キャリッジ２０は、走査軸を通って移動する際に摺動ロッド２６上を摺動するようになっている。走査キャリッジ２０を正確に位置決めするために、位置決め手段（図示せず）が用いられている。さらに、走査キャリッジ２０が走査軸に沿って移動する際に印刷媒体２２に印刷ゾーン内を進ませるために、紙前進機構（図示せず）が用いられている。リボンケーブル２８等の電気的リンクによりプリントヘッド１６を選択的に作動させるために、電気信号が走査キャリッジ２０に供給されるようになっている。

図１に示すインクジェット印刷システム１０は、内部のインク高さによって変化するインク抽出特性を有するインク容器１２を収納するように構成されている。これらインク抽出特性は、一般に、インク容器１２のサイズによって変化するものである。１つの例示的なインク抽出特性は、インク容器１２内の背圧特性である。インクがインク容器１２から抽出されるにつれて、インク容器１２内の背圧は変化している。この背圧変化は、印刷システム１０において適切に補償されない場合、印刷システム１０の種々の問題につながる可能性がある。これらの問題は、いくつかを挙げると、過剰な背圧による印刷品質の低下、空気の吸い込みによるプリントヘッドの信頼度の低下、およびインク容器１２内の残留インク（stranding of ink）の増加が挙げられる。

本発明の一態様は、交換可能なインク容器１２にインク抽出特性を格納する方法および装置である。この抽出特性は、プリンタ部１８の動作パラメータを更新するために用いられている。印刷システム１０は、これらの抽出特性を利用してこれらの特性を補償し、インク容器１２からインクをより完全に抽出しつつ、高い印刷品質を達成している。

例えば、所与の抽出速度に関して、インク抽出特性がインク容器１２内のインク高さによって変化する場合、インクがインク容器１２から抽出されるにつれて背圧が増加することになる。したがって、この抽出特性を適切に補償しなければ、印刷システム１０は、背圧が最高になっている低いインク高さにあるインクを抽出することができず、インク容器１２内に残留インクが生じることになる。インク容器１２内の残留インクにより、インクが無駄になり、ページ当たりの印刷コストがより高くなり、かつ残留インクが廃棄物流に入ってしまう。

交換可能なインク容器１２のそれぞれには、電気ストレージデバイスが連結されている。電気ストレージデバイスは、特定の交換可能なインク容器１２に対するインク抽出情報を含んでいる。交換可能なインク容器１２を印刷システム１０に装着することにより、インク抽出情報が電気ストレージデバイスとプリンタ部１８との間で転送されて、高い印刷品質が確保されるとともに、交換可能なインク容器１２からのインク抽出が改善されることになる。印刷システム１０に供給される情報としては、特に、インク容器１２内の種々のインク量に関するインク抽出速度を指定する情報が挙げられる。印刷システム１０は、これらの抽出特性を用いて、インク容器１２内に残っているインク量に基づいて適切な抽出速度を選択している。インク容器１２からのインクが用いられる際にインク抽出速度を調節することにより、印刷システム１０は、問題を生じることなく、インク容器１２からより完全にインクを抽出することが可能となる。本発明の技法は、図１０〜図１２に関連してより詳細に説明する。この技法を説明する前に、まず印刷システム１０をより詳細に説明することにする。

図１に示す印刷システム１０は、走査キャリッジ２０に取り付けられたインク容器１２を利用するが、本発明は、他のタイプの印刷システム構成にも同様に適している。このような構成の１つは、交換可能なインク容器１２が走査キャリッジ２０から分離して取り付けられる構成である。あるいは、プリントヘッド１６およびインク容器１２は、走査キャリッジ２０に取り付けられた一体型の印刷カートリッジに組み込まれてもよい。最後に、印刷システム１０は、ファクシミリ機、郵便料金計器、捺染装置、ならびにディスプレイおよび屋外看板に用いるのに適した大型印刷システム等の様々な用途で用いることが可能である。

図２は、図１に示す本発明のインクジェット印刷システム１０の簡略概略図である。図２は、単一のインク容器１２に接続された単一のプリントヘッド１６を示すために簡略化して示されている。

本発明のインクジェット印刷システム１０は、プリンタ部１８と、該プリンタ部１８により収納されるように構成されたインク容器１２とを備えている。プリンタ部１８は、インクジェットプリントヘッド１６およびコントローラ２９を有している。インク容器１２がプリンタ部１８に適切に挿入されると、インク容器１２とプリンタ部１８との間に電気および流体結合が確立される。流体結合により、インク容器１２内に貯蔵されたインクがプリントヘッド１６に供給されることになる。電気結合により、インク容器１２に配置された電気ストレージデバイス８０とプリンタ部１８との間で情報が受け渡しされることになる。インク容器１２とプリンタ部１８との間の情報交換により、プリンタ部１８の動作が交換可能なインク容器１２内に収容されたインクに確実に適合され、それにより印刷システム１０の高い印刷品質および信頼性の高い動作が達成されることになる。

コントローラ２９は、特に、プリンタ部１８と交換可能なインク容器１２との間の情報の転送を制御している。さらに、コントローラ２９は、プリントヘッド１６とコントローラ２９との間の情報の転送を制御して、印刷媒体上に選択的にインクを付着させるようにプリントヘッドを作動させている。さらに、コントローラ２９は、プリントヘッド１６および印刷媒体の相対移動を制御している。コントローラ２９は、印刷システム１０とホストコンピュータ等のホストデバイス（図示せず）との間の情報の転送を制御する等のさらなる機能を実行している。

印刷システム１０が印刷媒体に高品質の画像を提供することを確実にするために、コントローラ２９の動作により、特定の交換可能なインク容器１２がプリンタ部１８内に装着されることが必要である。コントローラ２９は、電気ストレージデバイス８０により供給されるパラメータを利用して、特定の交換可能なインク容器１２がプリンタ部１８に装着されるようにし、信頼性の高い動作および高品質の印刷画像を確保している。

例えば、交換可能なインク容器１２に連結する電気ストレージデバイス８０に格納され得るさらなる情報としては、ほんのいくつかを挙げると、初期インク容積および現在のインク容積を特定する情報、およびインク容器１２の構成情報を挙げることが可能である。電気ストレージデバイス８０に格納された、抽出特性に関する特定の情報は、後により詳細に説明する。

図３は、走査キャリッジ２０の一部の斜視図であり、収納ステーション１４に適切に装着された一対の交換可能なインク容器１２を示している。収納ステーション１４には、インクジェットプリントヘッド１６が流体連通している。好ましい実施形態では、図１に示すインクジェット印刷システム１０は、３色の別個のインクを収容する３色インク容器と、単色のインクを収容する第２のインク容器とを備えている。この好ましい実施形態では、３色インク容器は、シアン、マゼンタ、およびイエローのインクを収容し、単色のインク容器はブラックのインクを収容して、４色印刷を行うようになっている。交換可能なインク容器１２は、２色以下のインクか、またはより多くが要求される場合は３色以上のインクを収容するように、別々に仕切られている。例えば、ハイファイ印刷の場合、６色以上を用いて印刷を行うことが多い。

図３に示す走査キャリッジ部２０は、簡略化のために１つのプリントヘッド１６に流体結合されて示されている。好ましい実施形態では、４つのインクジェットプリントヘッド１６のそれぞれが収納ステーション１４に流体結合されている。この好ましい実施形態では、４つのプリントヘッドのそれぞれが交換可能なインク容器に収容された４色のインクのそれぞれと流体結合している。したがって、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのプリントヘッド１６のそれぞれは、それらに対応するシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのインク供給源のそれぞれと結合している。３つ以下のプリントヘッドを利用する他の構成も可能である。例えば、プリントヘッド１６は、プリントヘッド１６を適切に仕切って、第１の色のインクが第１のグループのインクノズルに供給され、第２の色のインクが第１のグループとは異なる第２のグループのインクノズルに供給され得るようにすることにより、２色以上のインクを印刷するように構成することが可能である。このように、単一のプリントヘッド１６を用いて、２色以上のインクを印刷し、３つ以下のプリントヘッド１６で４色の印刷を行うようにすることができる。交換可能な各インク容器１２とプリントヘッド１６との間の流体通路は、図４に関連してより詳細に説明する。

交換可能なインク容器１２のそれぞれは、交換可能なインク容器１２を収納ステーション１４に固定するためのラッチ３０を備えている。好ましい実施形態の収納ステーション１４は、交換可能なインク容器１２の対応するキー締め（keying）機構（図示せず）と相互作用する一組のキー３２を有している。交換可能なインク容器１２のキー締め機構は、収納ステーション１４のキー３２と相互作用して、交換可能なインク容器１２を収納ステーション１４に確実に適合させている。

図４は、図２に示す走査キャリッジ部２０の側面図である。走査キャリッジ部２０は、収納ステーション１４内に適切に装着されて示されるインク容器１２を備え、それにより、交換可能なインク容器１２とプリントヘッド１６との間の流体連通を確立している。

交換可能なインク容器１２は、１つまたは複数のインク量を収容する槽部３４を備えている。好ましい実施形態では、３色の交換可能なインク容器１２は、それぞれが異なる色のインクを収容する３つの別個のインク収容槽を有している。この好ましい実施形態では、単色の交換可能なインク容器１２は、単色のインクを収容する単一のインク槽３４である。

好ましい実施形態では、槽３４の内部には、毛管貯蔵部材（図示せず）が配置されている。毛管貯蔵部材は、印刷システム１０に対するインク容器１２の挿入および取り外しの間、槽３４からのインク漏れを防止するためにインクを保持するのに十分な毛管作用を有する多孔性部材である。この毛管力は、温度変化および圧力変化等の様々な環境条件にわたって、インク槽３４からのインク漏れを防止するのに十分なほど大きくなければならない。さらに、毛管部材の毛管作用は、インク槽の全ての向き、ならびに通常の取り扱い中にインク容器が受け得ると考えられる程度の衝撃および振動に対して、インク槽３４内にインクを保持するのに十分なものである。好ましい毛管貯蔵部材は、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に援用される、１９９９年１０月２９日に出願された「Ink Reservoir for an Inkjet Printer」と題する米国特許出願、代理人整理番号１０９９１４０７、に開示された熱接着されているポリマー繊維網である。

インク容器１２は、収納ステーション１４内に適切に装着されると、流体相互接続部３６によりプリントヘッド１６に流体結合されることになる。プリントヘッド１６を作動させると、インクが噴射部３８から噴射され、プリントヘッド１６内に、背圧と呼ばれることもある負のゲージ圧が生じることになる。ゲージ圧は、大気圧に対してインク容器内で測定される圧力である。プリントヘッド１６内のこの負のゲージ圧は、インク槽３４内に配置された毛管部材から生じる毛管力を抑えるのに十分なものである。インクは、この背圧により、交換可能なインク容器１２からプリントヘッド１６へ引き込まれる。このようにして、プリントヘッド１６は、交換可能なインク容器１２により供給されるインクで補充されるようになっている。

流体相互接続部３６は、インク容器１２内へ向かって上方に延び、かつインクジェットプリントヘッド１６へ向かって下方に延びる直立したインク管であることが好ましい。流体相互接続部３６は、図４では大幅に簡略化して示されている。好ましい実施形態では、流体相互接続部３６は、走査軸に沿ってプリントヘッド１６を位置決めする際にオフセットを与え、それによりプリントヘッド１６が対応する交換可能なインク容器１２からずれて配置されるようにする、マニホルドである。好ましい実施形態では、流体相互接続部３６は、槽３４内へ延びて毛管部材を圧迫し、それにより流体相互接続部３６付近の毛管作用が増大した領域を形成している。毛管作用が増大したこの領域は、流体相互接続部３６に向けてインクを引き込み、それにより、インクが流体相互接続部３６を通ってプリントヘッド１６へ流れるようにする傾向がある。

交換可能なインク容器１２はさらに、ガイド機構４０、係合機構４２、ハンドル４４およびラッチ機構３０を備え、これらは、インク容器１２が収納ステーション１４に挿入されて、プリントヘッド１６との確実な流体相互接続を達成するとともに、交換可能なインク容器１２と走査キャリッジ２０との間に確実な電気相互接続を形成することを可能にするものである。

収納ステーション１４は、ガイドレール４６、係合機構４８およびラッチ係合機構５０を備えている。ガイドレール４６は、ガイドレール係合機構４０および交換可能なインク容器１２と協働して、インク容器１２を収納ステーション１４に挿入するものである。交換可能なインク容器１２が収納ステーション１４に完全に挿入されると、交換可能なインク容器に関連する係合機構４２が収納ステーション１４に関連する係合機構４８と係合して、交換可能なインク容器１２の前方の端部すなわち前端が収納ステーション１４に固定されることになる。次に、インク容器１２は、収納ステーション１４に関連するラッチ係合機構５０がラッチ機構３０と係合して、インク容器１２の後方の端部すなわち後端が収納ステーション１４に固定されるまで、収納ステーション１４に関連するばね付勢部材を圧迫するように下方に押されることになる。収納ステーション１４への交換可能なインク容器１２の適切な挿入、およびこれら２つの機能的な相互作用をもたらすのは、インク容器１２の機構が収納ステーション１４に関連する機構と協働するためである。収納ステーション１４については、以下で図５に関連してより詳細に説明する。

図５は、単独で示されるインク容器収納ステーション１４の前部斜視図である。図５に示す収納ステーション１４は、単色のインクを収容するインク容器１２を収納する単色ベイ５６と、３つの別個の色のインクが内部に収容されたインク容器を収納する３色ベイ５８とを有している。この好ましい実施形態では、単色ベイ５６はブラックインクを収容する交換可能なインク容器１２を収納し、３色ベイ５８は、シアン、マゼンタ、およびイエローのインクを収容する交換可能なインク容器を収納し、これら３色のインクは、インク容器１２内で別個の槽にそれぞれ仕切られている。収納ステーション１４および交換可能なインク容器１２は、種々の数の個別のインクが内部に収容されたインク容器を収納するため、他の構成のベイ５６，５８を有してもよい。さらに、収納ステーション１４の収納ベイ５６および５８の数は２つ以外でもよい。例えば、収納ステーション１４は、４色印刷を行うために、それぞれが別個の色のインクを収容する４つの別個の単色インク容器１２を収納した４つの別個のベイを有してもよい。

収納ステーション１４のベイ５６，５８はそれぞれ、そこを貫通する垂直の流体相互接続部３６のそれぞれが受け入れられる開口６０を有している。流体相互接続部３６は、流体出口であって、インクがインク容器１２に関連した対応する流体出口から出られるようにするものである。各収納ベイ５６，５８には、電気相互接続部６２も含まれている。電気相互接続部６２は、複数の電気接点６４を有している。好ましい実施形態では、電気接点６４は交換可能なインク容器１２が収納ステーション１４の対応するベイに適切に装着され、４つのばねを装填した電気接点の構成となっている。電気接続部６２および流体相互接続部３６との適切な係合は、確実な方法で確立されなければならない。

各ベイ５６，５８内の流体相互接続部の両側に位置するガイドレール４６は、インク容器１２の両側の対応するガイド機構４０と係合して、当該容器を収納ステーション内へガイドするものである。インク容器１２が収納ステーション１４に完全に挿入されると、収納ステーション１４の後壁６６に位置する係合機構４８は、図３に示すインク容器１２の対応する係合機構４２と係合することになる。係合機構４８は、電気相互接続部６２の両側に配置されている。収納ステーション１４内には、板ばね等の付勢手段５２が配置されている。

図６は、本発明の交換可能なインク容器１２の底面図である。交換可能なインク容器１２は、外側に突出した一対のガイドレール係合機構４０を備えている。好ましい実施形態では、これらのガイドレール係合機構４０はそれぞれ、交換可能なインク容器１２の垂直側部７０に直交する方向で、外側に延びている。インク容器の前面すなわち前縁７２から外側には、係合機構４２が延びている。係合機構４２は、電気インタフェース７４の両側に配置され、交換可能なインク容器１２の底面７６に向かって配置されている。電気インタフェース７４は、複数の電気接点７８を有し、これら電気接点７８のそれぞれは、電気ストレージデバイス８０に電気接続されている。

前端７２の反対側は後端８２である。交換可能なインク容器１２の後端８２は、係合フック５４を有するラッチ機構３０を備えている。ラッチ機構３０は、弾性材料で形成され、これは、ラッチ機構が後端から外側に延びており、それにより係合機構が収納ステーション１４に関連した対応する係合機構に向かって外側に延びることを可能にしている。ラッチ部材３０が後端８２に向かって内側に押し付けられると、ラッチ機構は外側に付勢力を加え、係合機構５４が収納ステーション１４に関連した対応する係合機構５０との係合を維持して、インク容器１２を収納ステーション１４内に固定するようになっている。

また、交換可能なインク容器１２は、その後端に位置するキー８４も備えている。このキーは、ラッチ機構３０の両側で、交換可能なインク容器１２の底面７６の方を向いて配置されていることが好ましい。キー８４は、収納ステーション１４のキー締め機構３２と相互作用し、インク容器１２が収納ステーション１４の正しいベイ５６，５８に挿入されることを確実にするものである。さらに、キー８４およびキー締め機構３２は、交換可能なインク容器１２が、収納ステーション１４内の対応する収納ベイ５６，５８と、色および化学的特性（chemistry）すなわち相溶性（compatibility）の両方において適合するインクを収容することを確実にしている。

ハンドル部４４は、交換可能なインク容器１２の上面８６の後縁８２に配置されている。ハンドル部４４により、インク容器１２は、収納ステーション１４の適当なベイに挿入する際に、後端８２において把持されるようになっている。

インク容器１２は、その底面７６に配置された開口８８を有している。この開口８８により、流体相互接続部３６は槽３４を貫通して、槽の中にある毛管部材と係合することが可能となっている。３色の交換可能なインク容器１２の場合、それぞれが異なる色のインクに対応する３つの流体出口８８を有している。３色のチャンバの場合、３つの流体相互接続部３６はそれぞれ、流体出口８８のそれぞれの中に延び、各インクチャンバとその色のインクに対応するプリントヘッドとを流体連通させるべく設けられている。

図７は、図５に示す収納ステーション１４の単色ベイ５６に挿入するために位置決めされた単色インク容器の斜視図である。図７に示す単色インク容器は、流体出口８８が１つだけ底面７６に設けられている点を除いて、図６に示す３色インク容器と同様である。単色の交換可能なインク容器１２は、１色のインクを収容するため、インクをインク容器１２から対応するプリントヘッドへ供給するための対応する流体相互接続部３６を１つだけ受け入れている。

図８は、電気ストレージデバイス８０および電気接点７８の大幅に拡大した図である。好ましい一実施形態では、電気ストレージデバイス８０および電気接点７８は基板８５に取り付けられている。電気接点７８のそれぞれは、電気ストレージデバイス８０に電気接続されている。電気接点７８のそれぞれは、基板８５により互いから電気的に絶縁されている。好ましい一実施形態では、電気ストレージデバイス８０は基板８５に取り付けられた半導体メモリである。好ましい実施形態では、基板８５はインク容器１２に接着されている。

好ましい一実施形態では、電源およびグランド接続ならびにクロックおよびデータ接続用の接点である４つの電気接点７８がある。交換可能なインク容器１２をプリンタ部１８に挿入することにより、収納ステーション１４の電気接点６４と交換可能なインク容器１２の電気接点７８との間に電気接続が確立されている。電気ストレージデバイス８０に電源およびグランドを適用することにより、プリンタ部１８と交換可能なインク容器１２との間で、クロック信号により確定された速度でデータが転送されている。プリンタ部１８と交換可能なインク容器１２との間で、電気接点６４，７８のそれぞれにより形成された電気接続は、確実なデータ転送を確保するために、低い抵抗の接続であることが重要である。電気接点６４，７８が低い抵抗の接続をもたらすことができない場合、データが適切に転送されない可能性があるか、またはデータが破損するか不正確になる可能性がある。したがって、インク容器１２とプリンタ部１８との間に低い抵抗の接続を形成して、印刷システム１０の適切な動作を確保することが重要である。

図９は、情報源すなわちホストコンピュータ９０に接続されて示される、本発明の印刷システム１０のブロック図を表している。ホストコンピュータ９０は、表示デバイス５０に接続されて示されている。ホスト９０は、いくつかを挙げると、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、またはサーバ等の、データリンク９４によってコントローラ２９に画像情報を供給する様々な情報源である。データリンク９４は、電気的リンクまたは赤外線リンク等、ホスト９０と印刷システム１０との間で情報を転送する様々な従来のデータリンクのうちの任意のものであってよい。

図９に示すインク容器１２は、電気ストレージデバイス８０と、図６に示す３色インク容器１２である３つの別個のインク供給源とを備えている。３色収納ベイ５８に適切に挿入されると、別個のインク供給源すなわちチャンバそれぞれと１つまたは複数のインクジェットプリントヘッド１６との間に流体連通が確立されることになる。

コントローラ２９は、プリントヘッド１６およびインク容器１２のそれぞれに連結した電気ストレージデバイス８０に電気接続されている。さらに、コントローラ２９はプリンタ機構９６に電気接続され、媒体搬送およびキャリッジ２０の移動を制御している。コントローラ２９は、ホスト９０、インク容器１２に連結するメモリ８０、およびプリントヘッド１６に連結するメモリ８０により供給されるパラメータおよび情報を利用して、印刷を行うようにするものである。

ホストコンピュータ９０は、印刷システム１０に描画情報すなわち画像データを供給して、印刷媒体上に画像を形成するものである。さらに、ホストコンピュータ９０は、印刷システム１０の動作を制御する様々なパラメータを供給するが、これらのパラメータは、「プリンタドライバ」と通常は呼ばれるプリンタ制御ソフトウェアの中にある。印刷システム１０が最高品質の画像を提供することを確実にするために、コントローラ２９の動作は印刷システム１０内に装着された特定の交換可能なインク容器１２を補償する必要がある。交換可能なインク容器１２のそれぞれに連結され、交換可能なインク容器１２に特有のパラメータを供給し、コントローラ２９がそれらのパラメータを利用して印刷システム１０の信頼性の高い動作を確実に行い、かつ高品質の印刷画像を確保することを可能にするのは、電気ストレージデバイス８０である。

図１０は、インク容器１２から抽出されたインクに対する、インク容器１２内の背圧の大きさの図である。図１０に示す背圧すなわちゲージ圧は、大気圧を下回るために負の圧力である。簡略化のために、インク容器内の背圧は、大きさ、すなわち負のゲージ圧として表されている。図１０では、背圧は水インチで示され、抽出されたインク量はインクの立方センチメートルで示されている。一般に、インクがインク容器１２から抽出されるにつれて、インク容器内の背圧すなわちゲージ圧が増し、すなわちより負圧になる傾向がある。図１０に示すように背圧には２つの成分があり、静的背圧は曲線９８で表され、動的背圧は曲線１００で表されている。インク容器１２内の背圧が増すと、プリントヘッド１６から噴射される液滴サイズは小さくなる傾向がある。背圧が曲線１０２で表されるような最大作動背圧に達すると、背圧のさらなる増加により印刷品質が低下することになる。印刷品質は、液滴サイズの変化により低下している。これは、液滴サイズの変化が大きい場合、出力画像を劣化させるか、または印刷された画像の色相を変化させる可能性があるからである。印刷品質の損失に加えて、プリントヘッド１６が高い背圧状態の下で長期間動作しすぎると、プリントヘッド１６の損傷が生じることになる。このプリントヘッド１６の損傷は、プリントヘッド１６を流れるインクが減少することによる空気の取り込みまたは熱的損傷から生じるものである。

本発明の技法は、インク容器内の背圧が最大作動背圧を下回るように維持されており、印刷品質の低下を防止するとともに、プリントヘッド１６の損傷を防止し、かつインクがインク容器１２からより完全に抽出されるようにすることを可能にしている。本発明の詳細を説明する前に、印刷品質の低下をもたらす静的背圧成分および動的背圧成分のそれぞれについてまず説明することが役立つであろう。

静的背圧は、インクがインク容器１２から抽出されていない場合に存在する、インク容器１２内の背圧すなわちゲージ圧である。静的背圧すなわち定常背圧は、印刷システム１０が印刷状態にない場合にインク容器１２内に存在するものである。この静的背圧成分は、インク容器１２内の毛管貯蔵部材の毛管作用により生じる結果である。好ましい実施形態の毛管貯蔵部材は、自立構造を形成する繊維網である。これらの繊維網は、蛇行した繊維間経路（tortuous interstitial path）を形成する、繊維間の間隔すなわち空隙を画定している。この繊維間経路は、毛管貯蔵部材内にインクを保持する優れた毛管作用の性質を有するように形成されている。例示的な一実施形態では、インクが毛管貯蔵部材内の蛇行した繊維間経路から抽出される際に、静的背圧は水の２インチから約６インチへ増加している。

例示的な一実施形態では、毛管貯蔵部材は、ポリプロピレンの芯材およびポリエチレンテレフタレートの鞘材を有する複合繊維である。この複合繊維は、１９９９年１０月２９日にDavid Olsen、Jeffrey Pew、およびDavid C. Johnsonにより出願され、本発明の譲受人に譲渡された、代理人整理番号１０９９１４０７、「Ink Reservoir For An Inkjet Printer」と題する米国特許出願により詳細に記載されている。

曲線１００で表される背圧の動的成分は、インク容器１２からのインクの抽出により生じるインク容器１２内の背圧である。インク容器１２からのインクの１立方センチメートル／分の一定の抽出速度の曲線１００からわかるように、背圧はインク容器１２から抽出されるインクの量の増加に伴って増加している。動的背圧成分は、曲線９８で表される静的背圧成分よりも大きい傾向がある。動的背圧成分は、毛管貯蔵部材内の蛇行した毛管インク経路からのインクの抽出に対する抵抗の関数である。毛管貯蔵部材から抽出されるインクが増えるにつれ、インクが貯蔵部材から抽出されるために流れねばならない毛管経路は増大する傾向にある。この抽出経路の増大により、インク容器１２内の背圧が増加する傾向にある。

曲線１００で表される動的背圧は、インク容器１２からのインクの１立方センチメートル／分の一定の抽出速度で、インク容器１２から約２７立方センチメートルが抽出されたときに最大作動背圧１０２に達している。インク容器１２からのインクが１立方センチメートル／分の抽出速度で最大作動背圧を超えてさらに抽出されると、印刷品質の損失が生じることになる。本発明の技法により、用いられる抽出特性でインク抽出速度が調節されて、最大作動背圧を超える印刷システム１０の動作が防止されることになる。例示的な実施形態では、抽出速度は、１立方センチメートル／分から０．２５立方センチメートル／分に下がって、インクがインク容器１２からさらに抽出されるようになる。０．２５立方センチメートル／分の抽出速度では、インク容器１２から約３５立方センチメートルが抽出されるまでは曲線１０２で表される最大作動背圧には達しない。インク容器１２からのインクの抽出速度を調節することにより、０．２５立方センチメートル／分で抽出されるインクと１立方センチメートル／分のインク抽出速度で抽出されるインクとの差で表されるように、さらに８立方センチメートルのインクをインク容器１２から抽出することができる。

インク容器１２からのインクの抽出速度は、プリントヘッド１６の印刷速度に比例している。プリントヘッド１６の印刷速度を下げることによりインク容器１２からの抽出速度を低下させるために、様々な技法を用いることができる。これらの技法は、様々な異なる印刷モードから１つの印刷モードを選択することを含んでいる。印刷モードのそれぞれは、異なるインク抽出速度を有するように構成されている。このように、印刷モードまたは抽出速度は、インク容器１２のインク抽出特性に基づいて選択されている。

例えば、印刷モードの１つは、各印刷スウォースの印刷中に選択された期間の停止を伴う印刷である。この印刷中の停止により、印刷スウォース中、インク容器１２からのインク抽出の平均速度が低下する傾向にある。印刷が停止する異なる選択期間は、それぞれ、さらなる印刷モードを追加することができる。

あるいは、印刷モードにより、プリントヘッドの利用可能なノズルのサブセットのみを作動させることができる。かかる印刷モードの１つは、デュアルパス（dual pass）印刷モードであり、プリントヘッド１６のノズルの半分のみが、同じ印刷スウォースの２つの連続パスで作動させられている。完全な印刷スウォースは、単一パス印刷で半分のインク抽出速度で印刷され、全てのプリントノズルが単一パスで作動されるようになっている。

本発明の技法により、インクを所与の抽出速度でインク容器１２から抽出することが可能となっている。抽出速度は、インク容器１２からのインク抽出速度を下げるのに適した状態が生じた際に下げることができ、それにより、より多くのインクをインク容器１２から抽出することができる。抽出速度を調節するためのかかる状態の１つは、インク容器内の背圧が最大作動背圧等の閾値背圧に達した場合である。あるいは、インク容器１２からのインク抽出速度は、閾値量のインクがインク容器１２から抽出されると低下することになる。その場合、より多くの量のインクをインク容器１２から抽出できるように、インク抽出速度が生成されている。

本発明の技法を用いて、インク容器から抽出されるインクまたはインク容器内の背圧に基づき、複数の異なる印刷モードからの印刷モードに対する種々の抽出速度を選択することができる。さらに、抽出速度は、インク抽出すなわち動的背圧に基づいて印刷システム１０の動作中に絶えず変化して、インク容器１２からのインク抽出が最適化されている。

図１１は、抽出速度を調節してインク容器１２からのインク抽出を向上させるための、本発明の技法の例示的な一実施形態のフロー図を示している。この例示的な実施形態では、インク容器１２の電気ストレージデバイス８０内にルックアップテーブルが格納されている。このルックアップテーブルは、インク容器１２からの抽出されたインクの量の変化に対応した一連の抽出速度値を有している。指定されたインク量が抽出された時点で、インク容器１２から抽出され得るインクの量を増加させるために抽出速度が指定されている。

ステップ１０８で表されるように、まず、インク容器が印刷システム１０に挿入される。挿入されると、コントローラ２９が、インク容器１２に連結する電気ストレージデバイス８０に格納された抽出特性、すなわちルックアップテーブルを読み取る。次に、ステップ１１２で表されるように、コントローラ２９は、インク容器１２に残っているインクの量を測定する。インク容器１２に残っているインクの量は、インク容器１２に連結する電気ストレージデバイス８０に格納されるか、または、コントローラ２９が印刷されたインクの量の記録を取り、インク容器１２に残っているインクの量を決定する。コントローラが印刷されたインクの量の記録を取る場合、この情報は、電気ストレージデバイス８０に再び格納されるので、電気ストレージデバイス８０がインク容器１２に残っているインクの量を決定するための情報を含むようにすることが可能となる。

次に、ステップ１１４で表されるように、コントローラ２９は、抽出特性を用いて、インク容器１２に残っているインク量に基づいて抽出速度を選択する。例示的な実施形態では、ルックアップテーブルはインク容器１２から抽出されたインクの量に基づいて抽出速度を決定するために用いられている。所望の抽出速度を達成するために、コントローラ２９は、プリンタ機構９６およびプリントヘッド１６の動作を調節して、所望の抽出速度が達成されるような印刷動作を選択する。印刷動作の間、インク容器１２から抽出されたインクの量が監視され、インク容器１２からのインクの抽出を向上させる必要に応じて、抽出速度が調節される。

図７に示すような単色インク容器は、一般に、図６に示す３色インク容器とは異なるインク抽出特性を有することになる。単色インク容器の槽３４内の部分は３色インク容器よりも大きく、インクが抽出される際の背圧特性が異なり、３色インク容器１２の各色のインクに関連する、槽３４内のチャンバはさらに小さくなっている。このような理由により、単色インク容器１２に関連するルックアップテーブルは、３色インク容器１２に関連するルックアップテーブルとは異なる値を有することになる。

図１２は、インク容器内に残っているインク量によって変化するインク容器１２の抽出特性を補償すべくプリンタ特性を調節するための、本発明の技法の例示的な一実施形態のフロー図である。一実施形態では、インクジェット印刷システム１０は、コントローラ２９を利用して、インク送出システムまたはインク容器（インク供給源）１２によりプリントヘッド１６へ送出されるインク量を監視している。コントローラ２９は、インクが印刷媒体上に付着されている速度に基づいて、プリントヘッド１６の印刷速度を調節している。印刷速度のこの調節により、プリントヘッド１６から流出するインクがプリントヘッド１６へ流入するインクよりも多くならないことが確実になっている。プリントヘッド１６へ入るインク流量とプリントヘッド１６から出るインク流量との間のこの不均衡が著しく大きい場合、プリントヘッド１６は、適切に動作しないほどプリントヘッド１６内のインク量が著しく下がる可能性がある。プリントヘッド１６内のこの低インク状態は、「プリントヘッドの枯渇（printhead starvation）」と呼ばれることがあり、これは印刷品質の低下またはプリントヘッド１６の信頼度の低下をもたらすおそれがある。

印刷速度を調節する１つの例示的な技法を、図１２を参照して以下に説明する。図１１に関連して上述したように、抽出速度は、インク容器１２に残っているインクの量およびインク容器の抽出特性に基づいて選択されている。図１２は、印刷動作中の印刷システム１０の抽出速度すなわち印刷速度を調節する技法を表している。抽出速度は印刷動作中に調節され、プリントヘッド１６のインクがなくならないこと、または印刷動作中にプリントヘッド１６が低インク量で作動しないことを確実にするものである。低インク量で作動することにより、印刷動作中に印刷品質が低下する可能性がある。このような印刷品質の低下は、印刷画像を形成するために大量のインクを必要とする大型プリンタにとって特に問題である。１つまたは複数のプリントヘッドのインクが枯渇した場合、印刷品質は画像の印刷中に低下することになる。この画像を印刷するには、さらなるインクおよび媒体が必要となり、また次の画像を印刷するためにさらなる時間が必要となり、印刷コストが増加することになる。

本方法は、図１２のステップ１１６で表されるように、出力画像の一部を形成する単一の印刷スウォースを印刷することから始まる。図１に示すような走査キャリッジ印刷システム１０の場合、印刷スウォースは、図１３のスウォース１３０で表されるような、印刷媒体を横切るプリントヘッドによる単一パスとして画定される。印刷媒体は通常、前進し、プリントヘッドまたは走査キャリッジは、図１３のスウォース１３２で表されるように、印刷媒体を横切って戻るスウォースをもたらしている。印刷スウォース１３０，１３２は、印刷媒体に対する走査方向を示すために大幅に簡略化されている。

ステップ１１８で表されるように、コントローラ２９は、プリントヘッド１６から噴射されるインクの量を測定する。例示的な実施形態では、プリントヘッドから噴射されるインクの量は、印刷スウォース１３０の印刷および印刷スウォース１３２の印刷を含む走査サイクル全体にわたって測定される。印刷スウォース１３０の印刷中に噴射されるインク量は、液滴計数技法を用いて測定される。コントローラ２９は、印刷スウォース１３０の印刷中に噴射された液滴の数を記録する。特定のプリントヘッドの各液滴のサイズに関する情報が、コントローラ２９に格納されるか、またはプリントヘッド１６に取り付けられたメモリ８０から検索される。次に、印刷スウォース１３０で印刷されたインクのインク容積または質量が、当該スウォース１３０で印刷された液滴の数と、プリントヘッド１６の液滴重量または液滴容積との積により決定される。

出力画像がある程度均一であるとすると、印刷スウォース１３２の印刷中に使用すなわち噴射されるインクの量は、印刷スウォース１３０の印刷のインク使用量と略同じであることになる。印刷スウォース１３０，１３２の印刷に用いたインクの総量は、プリントヘッド１６から流出した、すなわち噴射されたインクの量を表している。

次に、インク送出システム、すなわちインク容器１２によりプリントヘッド１６に供給されるインクの量は、ステップ１２０で表されるように決定される。プリントヘッド１６に供給されるインクの量は、インク容器１２内のインクの量およびインク容器１２の抽出速度特性に基づいて決定される。上述のように、インク抽出特性は、インク容器１２内のインク高さによって変化する。例示的な実施形態では、インク容器１２からのインクの抽出速度および流量は、インク容器１２のメモリ８０に格納されたルックアップテーブルから決定される。このルックアップテーブルは、インク容器１２内の所与の量のインクの流量を提供する。抽出速度が確定されると、プリントヘッド１６に流入するインクの質量は、完全な１サイクルすなわち印刷スウォース１３０，１３２を印刷するのに必要な抽出速度と時間との積である。

完全な１サイクルを印刷するのに必要な時間は、コントローラ２９によって、参照符号１３４で表される印刷スウォース１３０の開始時にタイマを設定することにより決定される。走査キャリッジが参照番号１３６で表されるように戻り印刷スウォース１３２を開始する準備ができると、コントローラ２９によりタイマがチェックされる。次に、参照番号１３６で表される印刷スウォース１３２の開始から参照番号１３８で表される印刷スウォース１３２の終了まで掛かる時間を推定することにより、戻りスウォース１３２を完了する時間を推定することが可能となる。完全な印刷サイクルすなわち印刷スウォース１３０，１３２を印刷するのに必要な時間が決定すると、この時間中にプリントヘッド１６に流入するインクの量が、時間間隔と抽出速度との積により決定される。

次に、ステップ１２２で表されるように、プリントヘッド１６に対する流入インクと流出インクとの間に不均衡な状態が生じているか否かが、コントローラ２９により判定される。プリントヘッド１６から噴射されたインクの方がプリントヘッド１６に供給されたインクよりも多い場合、この不均衡が大きすぎる場合に潜在的な問題が生じる可能性がある。ステップ１２４で表されるように、不均衡が閾値量よりも大きい場合、ステップ１２６で表されるように、この不均衡を補償するように調節が行われる。この例示的な実施形態の印刷システム１０は、戻り印刷スウォース１３２が印刷される前に、走査キャリッジ２０を位置１３６で停止させることにより、閾値状態を越える不均衡を補償する。走査キャリッジ２０を停止させることにより、印刷スウォース１３０，１３２の印刷サイクル全体にわたる平均インク使用速度が低下される一方で、インクが同じ流量でプリントヘッドに流入し続け、それによりインク流入がインク流出に追いつくことを可能にする。

選択される停止時間は、ステップ１２８で表されるように、印刷スウォース１３２を完了する間にプリントヘッド１６のインクが切れないことを確実にするのに十分であるべきである。完全な印刷サイクルが完了すると、画像全体が完成するまで印刷スウォース１３０，１３２を含む印刷サイクルが順次行われる。

図１２の本発明の補償技法を、インク容器１２によりプリントヘッド１６へ供給される単色の抽出速度特性の補償に関連して説明した。通常は、２色以上のインクが用いられ、例えば、４色印刷の場合、４色のインクが用いられる。例示的な実施形態に関連して説明した本発明の技法は、各色のインクに関して行われる。この場合、選択される停止時間は、インク使用速度がインク流出インクと流入インクとの差異が最大であるプリントヘッドに基づいていることを確実にするように計算され、個々の停止時間のそれぞれのうちで最大の停止時間となるように選択されている。

本発明の技法は、抽出特性をインク容器１２に連結するメモリデバイスに格納している。これらの抽出特性は、印刷システム１０の動作を調節することにより、インク容器１２からより完全にインクを抽出し、かつ印刷中のプリントヘッドの枯渇を防止するために、印刷システム１０によって用いられている。インク容器１２からより多くのインクを抽出することによって、インク容器の交換を何度も行う必要がなく、それにより、印刷システム１０のページ当たりの印刷コストが低減することになる。さらに、インク容器１２からより多くのインクを抽出することによって、廃棄物流に入るインクの量が低減することになる。

本発明の複数の交換可能なインク容器を見せるためにカバーを開いた状態で示される、本発明のインクジェット印刷システムの例示的な一実施形態の斜視図である。 図１に示すインクジェット印刷システムの概略図である。 交換可能なインク容器と１つまたは複数のプリントヘッドとの間に流体連通を提供する収納ステーションに配置された、本発明の交換可能なインク容器を示す、走査キャリッジの一部の大幅に拡大した斜視図である。 交換可能なインク容器および収納ステーションのそれぞれと関連付けられて、交換可能なインク容器を固定し、それによりプリントヘッドとの流体連通を可能にするガイドおよびラッチ機構を示す、走査キャリッジの一部の側面図である。 本発明の１つまたは複数の交換可能なインク容器を収納する収納ステーションを単独で示す斜視図である。 本発明の３色の交換可能なインク容器を単独で示す底面図である。 本発明の単色の交換可能なインク容器の斜視図である。 複数の電気接点に電気的に接続された電気ストレージデバイスの平面図である。 ホストに接続されて示され、それぞれが電気ストレージデバイスを収容する交換可能なインク容器およびプリントヘッドを備えている、図１のインクジェット印刷システムの概略ブロック図である。 抽出された様々な量のインクに対する、本発明のインク容器における静的および動的背圧の両方のグラフである。 抽出特性およびインク容器から抽出されたインクの量に基づいてインク容器からのインク抽出速度を調節する、本発明の例示的方法を示すフロー図である。 印刷速度を調節して抽出特性を補償する、本発明の例示的方法を示すフロー図である。 走査キャリッジの移動によって画定される印刷スウォースを示す図である。

Claims (11)

1. 交換可能なインク容器を収納するように構成されたインクジェット印刷システムであって、
   前記交換可能なインク容器は、抽出されるインク量によって変化する前記インク容器内の背圧特性を有し、前記交換可能なインク容器から抽出されるインク量を決定するインク抽出決定デバイスと、
   前記交換可能なインク容器の背圧特性に基づいて複数の異なるインク使用速度印刷モードから１つのインク使用速度印刷モードを選択する制御デバイスであって、選択的に印刷を停止させて平均インク使用速度を下げることにより、前記インク使用速度印刷モードを選択している制御デバイスと、
   備えている、インクジェット印刷システム。
2. 前記制御デバイスは、それぞれに異なる停止値が関連付けられた複数の印刷モードから前記印刷モードを選択している、請求項１に記載のインクジェット印刷システム。
3. 前記複数の異なるインク使用速度印刷モードは、第１のインク使用速度を有する第１の印刷モードおよび前記第１のインク使用速度とは異なる第２のインク使用速度を有する第２の印刷モードを含んでいる、請求項１又は２に記載のインクジェット印刷システム。
4. 前記交換可能なインク容器は、該交換可能なインク容器内のインク高さによって変化するインク使用量に基づいたゲージ圧特性を有している、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システム。
5. 前記インク抽出特性は、前記交換可能なインク容器に連結する電気ストレージデバイスに格納され、前記インク抽出特性は、前記交換可能なインク容器を前記インクジェット印刷システムに装着した後に、前記制御デバイスに供給されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェット印刷システム。
6. 前記電気ストレージデバイスは半導体ストレージデバイスである、請求項５に記載のインクジェット印刷システム。
7. 媒体上に付着されたインクの量を決定する手段をさらに備えたインクジェット印刷システムであって、前記制御デバイスは、前記インク送出システムによってプリントヘッドに送出されるインクの流量の速度を決定し、前記決定された媒体上に付着されたインクの量と前記決定されたプリントヘッドに送出されるインクの流量の速度に基づいて印刷速度を調節するようになっている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェット印刷システム。
8. 前記プリントヘッドに送出される前記インクの流量の速度は、前記インク容器のインク抽出特性に基づいて決定される、請求項７に記載のインクジェット印刷システム。
9. 前記制御デバイスは、前記印刷速度が前記プリントヘッドに送出されるインク速度の閾値を越えることを防止するために前記印刷速度を調節するようになっている、請求項７に記載のインクジェット印刷システム。
10. 前記制御デバイスは、選択的に印刷を停止させて前記印刷速度を調節し、それにより平均印刷速度を下げるようになっている、請求項７に記載のインクジェット印刷システム。
11. 前記制御デバイスは、作動させるノズルの数を選択的に制御することにより、前記印刷速度を調節するようになっている、請求項７に記載のインクジェット印刷システム。

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