JP5366404B2 - プリントヘッドおよびプリントヘッドを用いるシステム - Google Patents

Description

関連特許出願

米国特許法第１１９条第（ｅ）項（１）に基づき、本願は、２００４年１２月３日付けで提出された「プリントヘッドおよびプリントヘッドを用いるシステム」と題する米国仮特許出願第６０／６３３,１３７号の優先権を主張した出願であり、その内容のすべてが引例として本明細書内に組み入れられる。

本発明はプリントヘッドおよびプリントヘッドを用いるシステムに関するものである。

インクジェット・プリンタは一般にインク供給源からノズル通路までのインク通路を備えている。上記ノズル通路は、インク小滴がそこから吐出されるノズル孔内で終端している。インク小滴の吐出は、例えば圧電デフレクタ、サーマル・バブルジェット（登録商標）発生器、または静電的に撓まされる素子のようなアクチュエータを用いてインク通路内のインクを加圧することにより制御される。一般的なプリントヘッドは、インク貯留室と射出アセンブリとを備えている。射出アセンブリは、対応するノズル孔および協働するアクチュエータを伴ったインク通路の配列を備え、各ノズル孔からのインク小滴の吐出が独立的に制御されることが可能である。ドロップ・オン・デマンド（drop-on-demand）方式（圧力制御型）プリントヘッドにおいては、射出アセンブリと被印刷体とが相対的に移動しながら、各アクチュエータが作動されて画像の特定画素位置においてインク小滴を選択的に吐出するように構成されている。高性能の射出アセンブリにおいては、一般に直径５０μｍ以下の、例えば２５μｍ前後の直径を有するノズル孔が４０〜１２０ノズル／ｃｍ（１００〜３００ノズル／インチ）の間隔で配置されており、１００〜３００dpi 以上の解像度を有し、約１〜７０ピコリットル以下のサイズの小滴を吐出する。小滴吐出周波数は１０kHz である。

その内容全体が引例として本明細書に組み入れられる特許文献１には、半導体本体および圧電式アクチュエータを備えた射出アセンブリが記載されている。このアセンブリの本体は、複数のインク室を画成するようにエッチングされたシリコンから形成されている。ノズル孔は、シリコン本体に固定された独立したノズルプレートに画成されている。圧電式アクチュエータは、印加される電圧に応答して形状を変える、または屈曲する圧電材料からなる層を備えている。圧電材料層が屈曲すると、インク通路に沿って配置されたポンピング室内のインクが加圧される。

さらなる射出アセンブリの具体例は、その内容全体が引例として本明細書に組み入れられる、「プリントヘッド」と題して２００２年７月３日付けで提出された米国特許出願明細書（特許文献２）に開示されている。
米国特許第５,２６５,３１５号明細書 米国特許出願第１０／１８９,９４７号明細書

印加された電圧に比例する圧電材料の屈曲量は、圧電材料の厚さに反比例する。その結果、必要な電圧は、圧電材料層の厚さが増大するにつれて高くなる。所定のインク滴のサイズが必要とする電圧を制限するためには、圧電材料の撓み壁の面積を増大させればよい。圧電材料の撓み壁の面積が増大すると、対応して大きなポンピング室も必要になり、これは、高解像度印刷のための狭いオリフィス間隔の維持のような設計態様を複雑にする可能性がある。

一般に、プリントヘッドは１個以上の射出アセンブリを備えることができる。印刷システムは、プリントヘッドに対する被印刷体の１回の、または複数回の相対的通過により印刷することが可能である。プリントヘッドは、例えば、パネルディスプレーのための電子部品（例えば導電材料）またはカラーフィルタに用いられるようなインクおよび／または他の流体を吐出するのに用いることができる。

本発明の一つの一般的な態様において、印刷装置は、被印刷体を移動させるための支持体と、相対的に移動する該被印刷体上に小滴を吐出するための複数のノズルを備えた射出アセンブリと、該射出アセンブリを支持する取付けラックと、該取付けラックの該被印刷体に対する変位量を、該被印刷体の支持体の速度に基づく速度で、変更するための機構と、該取付けラックと一体にされた第１の心合わせ素子および該被印刷体の支持体と一体にされた第２の心合わせ素子とを備え、該第２の心合わせ素子は、該第１の心合わせ素子と位置的に一致し、かつ該被印刷体の支持体に対して固定されており、第１の位置においては、該第１の心合わせ素子が該第２の心合わせ素子に接触し、かつ第２の位置においては、該第１の心合わせ素子が該第２の心合わせ素子に接触しないよう構成されている。

本発明のこの態様の実施の形態は、下記の特徴の一つ以上を備えている。

上記射出アセンブリの変位量を変更するための機構は、リフト・アクチュエータを備えている。上記射出アセンブリの相対的変位量を変更するための機構は、サーボ制御された案内スクリュー・アセンブリを備えている。この印刷装置はさらにコンベアを備えており、かつ上記射出アセンブリの変位量を変更するための機構が、上記コンベアの速度に基づく速度をもって上記射出アセンブリの変位量を変更する。この印刷装置は取付けラックを備えており、かつこの取付けラックが、該取付けラックを上記コンベアに対して再位置決めするための複数の心合わせ素子を備えている。これら複数の心合わせ素子はＶブロックを含む。上記コンベアは、上記複数の心合わせ素子によって受け入れられるように構成された複数の位置決めピンを備えている。これら複数の位置決めピンは球形ピンの形態をなしている。上記射出アセンブリの変位量を変更するための機構は、上記射出アセンブリの変位量に基づく速度をもって該射出アセンブリの変位量を変更する。上記センサは送信機および受信機を含み、この受信機が上記射出アセンブリの変位量を変更するための機構を作動させるように構成されている。上記送信機および受信機は、上記コンベアの両側に対向して取り付けられている。

本発明の他の一般的な態様において、被印刷体上に印刷する方法は、第１の心合わせ素子を備えた取付けラック内の射出アセンブリを、第２の心合わせ素子を備えたコンベアに対して位置決めする工程、該コンベア上に被印刷体を配置する工程、該被印刷体の、該コンベアから所定の距離を超えて突出する部分を検出する工程、該被印刷体の、該コンベアから所定の距離を超えて突出する部分の検出に応答して、該取付けラックを、該コンベアの速度に基づいた速度で、該コンベアに対して移動させる工程、該第１の心合わせ素子を該第２の心合わせ素子に位置合わせする工程、を含み、該第２の心合わせ素子は該コンベアに対して固定しており、該第１の心合わせ素子と該第２の心合わせ素子との位置合わせは、該所定の距離を超えて突出する該被印刷体が、該射出アセンブリの下方を通過した後に、該射出アセンブリを所定の位置に戻す際に行われることを含む。

本発明のこの態様の実施の形態は、下記の特徴の一つ以上を含む。

被印刷体上に印刷する方法は、上記コンベアから所定の距離を超えて突出する上記被印刷体の部分の検出に応答して、この被印刷体を上記コンベアから外すことをさらに含む。

他の複数の利点の中で、実際の印刷（すなわち、小滴の吐出）が中断されても、被印刷体の処理は、印刷されていない被印刷体を廃棄または再使用のために上記コンベアから外すことによって継続可能である。したがって、工程が休止する時間は最短にされる。巻取り紙状の被印刷体の再取付けおよび被印刷体の動作設定点（例えば被印刷体の厚さおよび一貫性）の再設定を可能にするために生産ラインを停止させなければならないときに停止時間は重要となり得る。さらに、射出アセンブリは、被印刷体と射出アセンブリとの間の接触により惹起される汚れまたは可能性のある損傷から防護される。被印刷体が射出アセンブリに接触することによる汚れは、印刷品質に悪影響を及ぼす。被印刷体に対する射出アセンブリの相対的な変位量を増大させることは、被印刷体が、コンベア上で持ち上がったり（例えば裂け目または繋ぎ目）、予期せぬ方位に位置ずれを生じたり（例えば傾き）する材料の形態をなす用途において特に有利である。

この印刷装置はまた、射出アセンブリ（単独またはプリントヘッド集合体の一部としての）が、上昇せしめられる以前にあった正確な位置に戻されることを保証するための心合わせシステムを備えることができる。この心合わせシステムは、製品搬送システム上のリフト作動システムに関係なく、被印刷体（例えば巻取り紙または個々の製品）に対してプリントヘッド・アセンブリを正確に降下させるように構成されている。

本発明の一つまたは複数の実施の形態が添付図面に説明されかつ以下に記載されている。本発明のその他の特徴、目的および利点は、詳細な説明および図面から、そして請求項から明らかになるであろう。

図１および図２を参照すると、ここでは４個のプリントヘッド集合体１０が製造工程の一部として用いられ、この工程では、被印刷体１２がプリントヘッド集合体の下方でコンベア１４によって移動せしめられる。本実施の形態においては、コンベア１４が３０〜１２０ｃｍ（１〜４フィート）もの幅を有する被印刷体を支持し、かつ４８０ｍ（１６００フィート）／分もの高速で移動させることができる。各プリントヘッド集合体１０は、１個以上のインク貯留室にそれぞれ接続された射出アセンブリの配列を備えている。複数のプリントヘッド集合体１０は、これらプリントヘッド集合体の下方を被印刷体が通過するにつれて、被印刷体上に文字または画像を印刷する。プリントヘッド集合体１０は、コンベア１４の上方に配置された取付けラック１６の一端に移動可能に支持されている。いくつかの実施の形態においては、取付けラック１６の他端がコンベア１４から高く離れており、例えばプリントヘッド集合体１０が修理される場合に、保守ステーションとして機能する。取付けラック１６は、リフト・アクチュエータ２０を備えた支柱１８に取り付けられている。本実施の形態においては、リフト・アクチュエータ２０は、サーボ制御された案内スクリュー・アセンブリの形態をしている。

センサ２２は、コンベア１４の一側に取り付けられた送信機２４と、コンベア１４の他側に取り付けられた受信機２６とを「光電セル」の配置で備えている。送信機２４および受信機２６は、プリントヘッド集合体１０から所定の間隔（例えば９０〜３００ｃｍ（３〜１０フィート））を隔てて位置決めされている。送信機２４は、コンベア１４の表面の上方の所定の高さ（例えば１ｍｍまたは２ｍｍ、約１０ｍｍまで）の光のビームを放射する。もし、被印刷体１２のいずれかの部分が上記間隔を超える高さとなると、上記光のビームが遮られ、受信機２６はリフト・アクチュエータ２０に信号を送って、取付けラック１６およびプリントヘッド集合体１０を被印刷体１２の上方２５．４ｍｍ（１インチ）以上まで上昇させ、かつプリントヘッド集合体１０に信号を提供して印刷工程を中断させる。例えば、或る用途においては、上記被印刷体が印刷可能なペーパーシートであり、この巻取り紙は、射出アセンブリと、紙が移動するコンベアの表面との間の予め設定された間隔を超えるように紙の表面から突出する裂け目を備えている可能性がある。その場合、射出アセンブリの変位量を増大させないと（例えば、裂け目に対して射出アセンブリを上昇させないと）、紙が射出アセンブリに衝突する筈である。

被印刷体１２の高さの増大した部分は、プリントヘッド集合体１０の下方を通過するのが許容され、かつ処分または再利用に転換される。高さの増大した部分がプリントヘッド集合体１０の下方を通過してしまうと、リフト・アクチュエータ２０は取付けラック１６をそれの印刷位置まで下降させる。この場合、プリントヘッド集合体を備えた取付けラックを下降させるのは、単に被印刷体１２の高さの増大した部分が通過したことをセンサが指示したときの作用のみでなく、センサがプリントヘッド集合体から離れている距離およびコンベア１４の速度である。しかしながら、プリントヘッド集合体を支持するのに用いられる機械的構造は、プリントヘッド集合体が上昇せしめられる以前にあった正確な位置を保証するのには剛性が不十分である。したがって、プリントヘッド集合体１０を備えた取付けラック１６を正確に再位置決めする心合わせシステムが必要になる。

図３および図４を参照すると、取付けラック１６は３個の心合わせ素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃを備えている。心合わせ素子３０ａは十字形で、コンベアに対して取付けラックをＸ軸およびＹ軸に沿って再位置決めするための基準点として機能する。第１の心合わせ素子３０ａから約１ｍ離れた第２の心合わせ素子３０ｂは、Ｙ軸に沿って延び、心合わせ素子３０ａとともにＹ軸に沿った正確な再位置決めを保証する。同様に、第１の心合わせ素子３０ａから約１ｍ離れた第３の心合わせ素子３０ｃは、Ｘ軸に沿って延び、第１の心合わせ素子３０ａとともにＸ軸に沿った正確な再位置決めを保証する。コンベア１４は、心合わせ素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃのうちの対応する一つ内に受け入れられる球形の位置決めピン３２を備えている。心合わせ素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、取付けラック１６がコンベア１４上に降下せしめられたときに、ピン３２に対する案内面として働くテーパーエッジ３４をそれぞれ備えたＶブロックの形状を有する。

以上、本発明の多くの実施の形態について説明がなされたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、種々の変更が可能なことを理解すべきである。例えば上述の実施の形態においては、被印刷体が連続した巻取り紙であり、高さの変化が裂け目または繋ぎ目によって生じる可能性があった。他の実施の形態においては、被印刷体が個々の製品（例えば食品、セラミックタイル）の形態であって、高さの変化が製品の不適当な配向（
例えば、上反り、傾き）によって生じる可能性がある。

上記センサーシステムは、送受信機からなる光電構成を含んでいる。高さの変化を検出するのに用いられる他のセンサは、透過型センサ（例えばＬＥＤ／フォトトランジスタ対）光学カメラ、超音波センサまたはＸ線センサを含む。機械的センサは、上述した光電式センサに代わり得る掛外し装置を備えたものを含む。光学的仕組みおよび機械的仕組みを組み合わせたセンサも同様に使用可能である。例えば、カム装置は被印刷体の厚さを機械的に検出することができる。被印刷体の厚さ（例えば２倍の厚さの繋ぎ目）が機械的にセットされたカムを超えると、カムが回転して光学的センサを始動させるフラグを立ち上げる。

取付けラック１６には４個のプリントヘッド集合体が取付けラック１６上に支持されているものが示されているが、別の実施の形態においては、それよりも少ないまたは多い数のプリントヘッド集合体が取付けラック１６上に配置されることも可能である。

したがって、他の実施の形態も添付の請求項の範囲内である。

印刷アセンブリの斜視図 図１の印刷アセンブリの側面図 複数のプリントヘッド集合体を備えた取付けラックの平面図 図３の取付けラックとコンベアとの間の心合わせ構造の断面側面図

符号の説明

１０ プリントヘッド集合体
１２ 被印刷体
１４ コンベア
１６ 取付けラック
１８ 支柱
２０ リフト・アクチュエータ
２２ センサ
２４ 送信機
２６ 受信機
３０ａ〜３０ｃ 心合わせ素子
３２ 位置決めピン
３４ テーパーエッジ

Claims (17)

1. 被印刷体を移動させるための支持体と、
   相対的に移動する前記被印刷体上に小滴を吐出するための複数のノズルを備えた射出アセンブリと、
   前記射出アセンブリを支持する取付けラックと、
   該取付けラックの前記被印刷体に対する変位量を、前記被印刷体の支持体の速度に基づく速度で、変更するための機構と、
   前記取付けラックと一体にされた第１の心合わせ素子および前記被印刷体の支持体と一体にされた第２の心合わせ素子とを備え、
   該第２の心合わせ素子は、前記第１の心合わせ素子と位置的に一致し、かつ前記被印刷体の支持体に対して固定されており、
   第１の位置においては、前記第１の心合わせ素子が前記第２の心合わせ素子に接触し、かつ第２の位置においては、前記第１の心合わせ素子が前記第２の心合わせ素子に接触しないことを特徴とする印刷装置。
2. 前記機構が、リフト・アクチュエータをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記機構が、サーボ制御された案内スクリュー・アセンブリをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記取付けラックに対する前記被印刷体の表面の所定の寸法の検出により、該被印刷体に対する前記取付けラックの変位量を変更するための機構を作動させるように構成されたセンサをさらに備えていることを特徴とする請求項１載の装置。
5. 前記第１の心合わせ素子が複数のＶブロックを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記第２の心合わせ素子が、前記複数の第１の心合わせ素子によって受け入れられるように構成された複数の位置決めピンを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記複数の位置決めピンが球形ピンの形態を有することを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記機構が前記被印刷体に対する前記取付けラックの変位量を変更する速度が、前記被印刷体に対する前記取付けラックの変位量に基づくことを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 前記センサが、送信機からの信号を受信しかつこれらの信号に基づいて前記機構を作動させるように構成された受信機を備えていることを特徴とする請求項４記載の装置。
10. 前記送信機をさらに備え、前記被印刷体の支持体が第１の側部および反対側の第２の側部を有し、前記送信機が前記被印刷体の支持体の前記第１の側部に取り付けられ、前記受信機が前記被印刷体の支持体の前記反対側の第２の側部に取り付けられていることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 第１の心合わせ素子を備えた取付けラック内の射出アセンブリを、第２の心合わせ素子を備えたコンベアに対して位置決めする工程、
    該コンベア上に被印刷体を配置する工程、
    前記被印刷体の、前記コンベアから所定の距離を超えて突出する部分を検出する工程、
    前記被印刷体の、前記コンベアから所定の距離を超えて突出する部分の検出に応答して、前記取付けラックを、前記コンベアの速度に基づいた速度で、前記コンベアに対して移動させる工程、
    前記第１の心合わせ素子を前記第２の心合わせ素子に位置合わせする工程、
    を含み、
    前記第２の心合わせ素子は前記コンベアに対して固定しており、
    前記第１の心合わせ素子と前記第２の心合わせ素子との位置合わせは、前記所定の距離を超えて突出する前記被印刷体が、前記射出アセンブリの下方を通過した後に、前記射出アセンブリを所定の位置に戻す際に行われることを特徴とする、被印刷体上に印刷する方法。
12. 前記被印刷体の、前記コンベアから所定の距離を超えて突出する部分の検出に応答して、該被印刷体を前記コンベアから外すステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 射出アセンブリを被印刷体支持体に対して第１の位置に位置決めする工程、
    被印刷体を前記被印刷体支持体に載せて移動させる工程、
    前記被印刷体の、前記被印刷体支持体から所定の距離を超えて突出する部分を検出し、前記被印刷体の高さが前記所定の距離を超えて突出していることを検出した場合に、前記射出アセンブリを前記第１の位置から第２の位置まで移動させ、該被印刷体が該射出アセンブリの下方を通過した後に、前記射出アセンブリを前記第１の位置に戻すとともに、該被印刷体を前記被印刷体支持体から外す工程、を含み、
    前記射出アセンブリを前記被印刷体支持体の速度に基づいた速度で移動させることを特徴とする、被印刷体上に印刷する方法。
14. 前記射出アセンブリが第１の心合わせ素子を備え、かつ前記被印刷体支持体が第２の心合わせ素子を備えていることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 被印刷体を移動させるための被印刷体の支持体と、
    相対的に移動する前記被印刷体上に小滴を吐出するための複数のノズルを備えた射出アセンブリと、
    前記射出アセンブリを支持する取付けラックと、
    該取付けラックの前記被印刷体に対する変位量を、前記被印刷体の支持体の速度に基づく速度で、変更するための機構とを備え、
    該機構が、
    サーボ制御された案内スクリュー・アセンブリと、
    前記取付けラックと一体にされた第１の心合わせ素子および前記被印刷体の支持体と一体にされた第２の心合わせ素子とをさらに備え、
    該第２の心合わせ素子は、前記第１の心合わせ素子と位置的に一致し、かつ前記被印刷体の支持体に対して固定されていることを特徴とする印刷装置。
16. 被印刷体を移動させるための被印刷体の支持体と、
    相対的に移動する前記被印刷体上に小滴を吐出するための複数のノズルを備えた射出アセンブリと、
    前記射出アセンブリを支持する取付けラックと、
    該取付けラックの前記被印刷体に対する変位量を、前記被印刷体の支持体の速度に基づく速度で、変更するための機構と、
    前記取付けラックと一体にされた第１の心合わせ素子および前記被印刷体の支持体と一体にされた第２の心合わせ素子とをさらに備え、
    該第２の心合わせ素子は、前記第１の心合わせ素子と位置的に一致し、かつ前記被印刷体の支持体に対して固定されており、
    前記第１の心合わせ素子が複数のＶブロックを含むことを特徴とする印刷装置。
17. 印刷装置であって、
    被印刷体を移動させるための被印刷体の支持体と、
    相対的に移動する前記被印刷体上に小滴を吐出するための複数のノズルを備えた射出アセンブリと、
    前記射出アセンブリを支持する取付けラックと、
    該取付けラックの前記被印刷体に対する変位量を、前記被印刷体の支持体の速度に基づく速度で、変更するための機構と、
    前記取付けラックと一体にされた第１の心合わせ素子および前記被印刷体の支持体と一体にされた第２の心合わせ素子とをさらに備え、
    該第２の心合わせ素子は、前記第１の心合わせ素子と位置的に一致し、かつ前記被印刷体の支持体に対して固定されており、
    前記第２の心合わせ素子が、複数の前記第１の心合わせ素子によって受け入れられるように構成された複数の位置決めピンを含むことを特徴とする印刷装置。

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